JP2979889B2 - 金属材料の突き合わせ溶接方法および突き合わせ溶接装置 - Google Patents
金属材料の突き合わせ溶接方法および突き合わせ溶接装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、突き合わせ状態とした
金属材料の突き合わせ溶接に関し、とくに、元素の含有
成分が異なる金属材料を突き合わせ溶接するのに利用さ
れる金属材料の突き合わせ溶接方法および突き合わせ溶
接装置に関するものである。
金属材料の突き合わせ溶接に関し、とくに、元素の含有
成分が異なる金属材料を突き合わせ溶接するのに利用さ
れる金属材料の突き合わせ溶接方法および突き合わせ溶
接装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】突き合わせ状態とした金属材料に対して
突き合わせ溶接を行う場合には、高エネルギ密度ビーム
等の局部加熱源を２つの金属材料の突き合わせ部位付近
に照射し、突き合わせられている２つの金属材料の双方
を溶融したのち凝固させることによって接合している。
突き合わせ溶接を行う場合には、高エネルギ密度ビーム
等の局部加熱源を２つの金属材料の突き合わせ部位付近
に照射し、突き合わせられている２つの金属材料の双方
を溶融したのち凝固させることによって接合している。
【０００３】一般に、高エネルギ密度ビームは極めて小
さな点にエネルギが集中しているため、良好な溶接を行
うためには、突き合わせ位置にビームが正確に照射され
る必要がある。そして、ビームの照射位置がずれると、
片方の金属材料が片寄って溶融され、突き合わせ部の一
部ないしは全部が接合されないこととなるので、溶接強
度の著しい低下をまねく。
さな点にエネルギが集中しているため、良好な溶接を行
うためには、突き合わせ位置にビームが正確に照射され
る必要がある。そして、ビームの照射位置がずれると、
片方の金属材料が片寄って溶融され、突き合わせ部の一
部ないしは全部が接合されないこととなるので、溶接強
度の著しい低下をまねく。
【０００４】このようなビーム狙い位置ずれによる溶接
不良の発生を抑える機能を持った従来の金属材料の突き
合わせ溶接装置としては、図９に示すようなものがあ
る。
不良の発生を抑える機能を持った従来の金属材料の突き
合わせ溶接装置としては、図９に示すようなものがあ
る。
【０００５】図９に示す金属材料の突き合わせ溶接装置
５１は、突き合わせ状態にある一方の金属材料５２と他
方の金属材料５３との突き合わせ部分５４にレーザビー
ム５５を照射するレーザ加工機の加工ヘッド５６と、前
記レーザビーム５５による局部加熱部位を観察するカメ
ラ５７と、前記カメラ５７からの画像信号を処理する画
像処理部５８と、前記画像処理部５８での画像処理結果
にもとづいてレーザ加工機の加工ヘッド５６等を制御す
る加工機制御部５９をそなえた構造を有している。
５１は、突き合わせ状態にある一方の金属材料５２と他
方の金属材料５３との突き合わせ部分５４にレーザビー
ム５５を照射するレーザ加工機の加工ヘッド５６と、前
記レーザビーム５５による局部加熱部位を観察するカメ
ラ５７と、前記カメラ５７からの画像信号を処理する画
像処理部５８と、前記画像処理部５８での画像処理結果
にもとづいてレーザ加工機の加工ヘッド５６等を制御す
る加工機制御部５９をそなえた構造を有している。
【０００６】このような構造を有する金属材料の突き合
わせ溶接装置５１を用いて、突き合わせ状態にある金属
材料５２，５３に対して突き合わせ溶接を行う場合に
は、加工ヘッド５６よりレーザビーム５５を出射させて
このレーザビーム５５を突き合わせ部分５４に照射し、
溶接プラズマ６０が発生する状態で突き合わせ部分５４
の金属材料５２，５３を局部溶融したのち凝固させるこ
とによって溶接ビード６１を形成させた状態にして溶接
し、この間、溶接ビード６１により形成された溶接線を
カメラ５７で画像として取り込み、画像処理部５８での
画像処理により求められた溶接線位置を加工機制御部５
９に入力してレーザ加工機にフィードバックすることに
より加工ヘッド５６の位置を制御し、位置ずれを生じて
いる場合にはこれを補正する。
わせ溶接装置５１を用いて、突き合わせ状態にある金属
材料５２，５３に対して突き合わせ溶接を行う場合に
は、加工ヘッド５６よりレーザビーム５５を出射させて
このレーザビーム５５を突き合わせ部分５４に照射し、
溶接プラズマ６０が発生する状態で突き合わせ部分５４
の金属材料５２，５３を局部溶融したのち凝固させるこ
とによって溶接ビード６１を形成させた状態にして溶接
し、この間、溶接ビード６１により形成された溶接線を
カメラ５７で画像として取り込み、画像処理部５８での
画像処理により求められた溶接線位置を加工機制御部５
９に入力してレーザ加工機にフィードバックすることに
より加工ヘッド５６の位置を制御し、位置ずれを生じて
いる場合にはこれを補正する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の突き合わせ溶接装置５１における制御方法
は、あくまで加工条件の制御であり、溶接の良否が溶接
線の位置出しの精度、あるいはレーザ加工機の精度の影
響を受けることが原理的に避けられない。また、この方
法で制御可能なのは、ビームの照射位置のみであり、ビ
ームそのものの強度や品質を反映した制御はできないと
いう問題点があった。
うな従来の突き合わせ溶接装置５１における制御方法
は、あくまで加工条件の制御であり、溶接の良否が溶接
線の位置出しの精度、あるいはレーザ加工機の精度の影
響を受けることが原理的に避けられない。また、この方
法で制御可能なのは、ビームの照射位置のみであり、ビ
ームそのものの強度や品質を反映した制御はできないと
いう問題点があった。
【０００８】そして、ビーム照射位置，ビーム品質，強
度などのさまざまな因子に左右される溶接品質の良否を
直接判定するためには、溶接現象そのもののモニタリン
グが不可欠であり、さらには、その情報をレーザ加工機
等の局部加熱加工機にフィードバックし、溶接状態をコ
ントロールするシステムを持つことがのぞまれていると
いう課題があった。
度などのさまざまな因子に左右される溶接品質の良否を
直接判定するためには、溶接現象そのもののモニタリン
グが不可欠であり、さらには、その情報をレーザ加工機
等の局部加熱加工機にフィードバックし、溶接状態をコ
ントロールするシステムを持つことがのぞまれていると
いう課題があった。
【０００９】
【発明の目的】本発明は、このような従来の課題にかん
がみてなされたもので、元素の含有成分が異なる金属材
料を突き合わせ状態にし、高ネルギ密度ビーム等の局部
加熱源を用いて行う突き合わせ溶接において、ビーム等
の局部加熱源の照射位置、ビーム等の局部加熱源の品
質，強度などのさまざまな因子に左右される溶接品質の
良否を直接判定することが可能であり、溶接狙い位置ず
れによる溶接不良の発生を未然に防止しないしは最小限
に抑えることが可能である金属材料の突き合わせ溶接方
法および突き合わせ溶接装置を提供することを目的とし
ている。
がみてなされたもので、元素の含有成分が異なる金属材
料を突き合わせ状態にし、高ネルギ密度ビーム等の局部
加熱源を用いて行う突き合わせ溶接において、ビーム等
の局部加熱源の照射位置、ビーム等の局部加熱源の品
質，強度などのさまざまな因子に左右される溶接品質の
良否を直接判定することが可能であり、溶接狙い位置ず
れによる溶接不良の発生を未然に防止しないしは最小限
に抑えることが可能である金属材料の突き合わせ溶接方
法および突き合わせ溶接装置を提供することを目的とし
ている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる金属材料
の突き合わせ溶接方法は、元素の含有成分が異なる金属
材料の溶接において、突き合わせ状態とした金属材料の
突き合わせ部分を局部加熱して突き合わせ溶接するにあ
たり、局部加熱部位で発生する溶接プラズマに含まれる
各元素の波長のうち相手金属材料よりも相対的に多く含
まれる元素の波長の少なくとも１つの強度を測定しつつ
突き合わせ溶接する構成とすることによって前述した従
来の課題を解決するための手段としたことを特徴として
おり、本発明に係わる金属材料の突き合わせ溶接方法の
実施態様においては、突き合わせ状態とした金属材料の
突き合わせ部分を局部加熱して突き合わせ溶接するにあ
たり、局部加熱部位で発生する溶接プラズマに含まれる
各元素の波長のうち相手金属材料よりも相対的に多く含
まれる元素の波長の少なくとも１つずつの強度を測定し
つつ突き合わせ溶接する構成とすることができ、また、
同じく実施態様において、溶接プラズマに含まれる特定
元素の波長の強度変化に応じて局部加熱位置を制御する
構成とすることができる。
の突き合わせ溶接方法は、元素の含有成分が異なる金属
材料の溶接において、突き合わせ状態とした金属材料の
突き合わせ部分を局部加熱して突き合わせ溶接するにあ
たり、局部加熱部位で発生する溶接プラズマに含まれる
各元素の波長のうち相手金属材料よりも相対的に多く含
まれる元素の波長の少なくとも１つの強度を測定しつつ
突き合わせ溶接する構成とすることによって前述した従
来の課題を解決するための手段としたことを特徴として
おり、本発明に係わる金属材料の突き合わせ溶接方法の
実施態様においては、突き合わせ状態とした金属材料の
突き合わせ部分を局部加熱して突き合わせ溶接するにあ
たり、局部加熱部位で発生する溶接プラズマに含まれる
各元素の波長のうち相手金属材料よりも相対的に多く含
まれる元素の波長の少なくとも１つずつの強度を測定し
つつ突き合わせ溶接する構成とすることができ、また、
同じく実施態様において、溶接プラズマに含まれる特定
元素の波長の強度変化に応じて局部加熱位置を制御する
構成とすることができる。
【００１１】また、本発明に係わる金属材料の突き合わ
せ溶接装置は、元素の含有成分が異なる金属材料を突き
合わせ溶接する装置において、突き合わせ状態とした金
属材料の突き合わせ部分を局部加熱して溶融する局部加
熱源と、局部加熱部位で発生する溶接プラズマに含まれ
る各元素の波長のうち相手金属材料よりも相対的に多く
含まれる元素の波長の少なくとも１つの強度を測定する
プラズマセンサをそなえた構成とすることによって前述
した従来の課題を解決するための手段としたことを特徴
としており、本発明に係わる金属材料の突き合わせ溶接
装置の実施態様においては、突き合わせ状態とした金属
材料の突き合わせ部分を局部加熱して溶融する局部加熱
源と、局部加熱部位で発生する溶接プラズマに含まれる
各元素の波長のうち相手金属材料よりも相対的に多く含
まれる元素の波長の少なくとも１つずつの強度を測定す
るプラズマセンサをそなえた構成とすることができ、ま
た、同じく実施態様において、プラズマセンサにより検
知された溶接プラズマに含まれる特定元素の波長の強度
変化に応じて局部加熱源と突き合わせ状態とした金属材
料との位置関係を相対的に変化させる移動手段をそなえ
た構成とすることができる。
せ溶接装置は、元素の含有成分が異なる金属材料を突き
合わせ溶接する装置において、突き合わせ状態とした金
属材料の突き合わせ部分を局部加熱して溶融する局部加
熱源と、局部加熱部位で発生する溶接プラズマに含まれ
る各元素の波長のうち相手金属材料よりも相対的に多く
含まれる元素の波長の少なくとも１つの強度を測定する
プラズマセンサをそなえた構成とすることによって前述
した従来の課題を解決するための手段としたことを特徴
としており、本発明に係わる金属材料の突き合わせ溶接
装置の実施態様においては、突き合わせ状態とした金属
材料の突き合わせ部分を局部加熱して溶融する局部加熱
源と、局部加熱部位で発生する溶接プラズマに含まれる
各元素の波長のうち相手金属材料よりも相対的に多く含
まれる元素の波長の少なくとも１つずつの強度を測定す
るプラズマセンサをそなえた構成とすることができ、ま
た、同じく実施態様において、プラズマセンサにより検
知された溶接プラズマに含まれる特定元素の波長の強度
変化に応じて局部加熱源と突き合わせ状態とした金属材
料との位置関係を相対的に変化させる移動手段をそなえ
た構成とすることができる。
【００１２】
【発明の作用】本発明に係わる金属材料の突き合わせ溶
接方法および突き合わせ溶接装置は、上述した構成を有
するものであるから、突き合わせ状態とした金属材料を
高エネルギ密度ビーム等の局部加熱源を用いて突き合わ
せ溶接を行う場合に、ビーム等の局部加熱源の照射位
置、ビーム等の局部加熱源の品質，強度などのさまざま
な因子に左右される溶接品質の良否がオンラインでリア
ルタイムに直接判定されるものとなり、ビーム等の局部
加熱源の照射位置が直接判定されることによってビーム
狙い位置にずれを生じているときには直ちに位置修正が
なされることにより溶接不良の発生が未然に防止されな
いしは最小限に抑えうるものとなり、高品質の溶接継手
が得られることとなる。
接方法および突き合わせ溶接装置は、上述した構成を有
するものであるから、突き合わせ状態とした金属材料を
高エネルギ密度ビーム等の局部加熱源を用いて突き合わ
せ溶接を行う場合に、ビーム等の局部加熱源の照射位
置、ビーム等の局部加熱源の品質，強度などのさまざま
な因子に左右される溶接品質の良否がオンラインでリア
ルタイムに直接判定されるものとなり、ビーム等の局部
加熱源の照射位置が直接判定されることによってビーム
狙い位置にずれを生じているときには直ちに位置修正が
なされることにより溶接不良の発生が未然に防止されな
いしは最小限に抑えうるものとなり、高品質の溶接継手
が得られることとなる。
【００１３】
【実施例】図１および図２は、本発明に係わる金属材料
の突き合わせ溶接方法の実施に使用される突き合わせ溶
接装置の一実施例を示すものであって、ここに示す金属
材料の突き合わせ溶接装置１は、突き合わせ状態にある
一方の金属材料（ここでは、Ｍｇ含有量が比較的多い５
０００系アルミニウム合金）２と他方の金属材料（ここ
では、Ｚｎ含有量が比較的多い７０００系アルミニウム
合金）３との突き合わせ部分４に局部加熱源としてのレ
ーザビーム５を照射するレーザ加工機の加工ヘッド６
と、前記レーザビーム５による局部加熱部位で発生する
溶接プラズマ７に含まれる各元素の波長のうちとくにＭ
ｇの波長の強度を測定するマグネシウム用プラズマセン
サ８と、前記溶接プラズマ７に含まれる各元素の波長の
うちとくにＺｎの波長の強度を測定する亜鉛用プラズマ
センサ９と、前記マグネシウム用プラズマセンサ８およ
び亜鉛用プラズマセンサ９より出力される強度データを
解析するデータ解析部１１と、前記データ解析部１１で
のデータ解析結果にもとづいてレーザ加工機の加工ヘッ
ド６等を制御する加工機制御部１２をそなえている。
の突き合わせ溶接方法の実施に使用される突き合わせ溶
接装置の一実施例を示すものであって、ここに示す金属
材料の突き合わせ溶接装置１は、突き合わせ状態にある
一方の金属材料（ここでは、Ｍｇ含有量が比較的多い５
０００系アルミニウム合金）２と他方の金属材料（ここ
では、Ｚｎ含有量が比較的多い７０００系アルミニウム
合金）３との突き合わせ部分４に局部加熱源としてのレ
ーザビーム５を照射するレーザ加工機の加工ヘッド６
と、前記レーザビーム５による局部加熱部位で発生する
溶接プラズマ７に含まれる各元素の波長のうちとくにＭ
ｇの波長の強度を測定するマグネシウム用プラズマセン
サ８と、前記溶接プラズマ７に含まれる各元素の波長の
うちとくにＺｎの波長の強度を測定する亜鉛用プラズマ
センサ９と、前記マグネシウム用プラズマセンサ８およ
び亜鉛用プラズマセンサ９より出力される強度データを
解析するデータ解析部１１と、前記データ解析部１１で
のデータ解析結果にもとづいてレーザ加工機の加工ヘッ
ド６等を制御する加工機制御部１２をそなえている。
【００１４】さらに、図２にも示すように、レーザ加工
機の加工ヘッド６より出射されるレーザビーム５は、レ
ーザ発振器１３において発射したレーザビームがビーム
伝送光学系１４を介して伝送されて加工ヘッド６に至る
ものとしてあり、また、局部加熱源であるレーザビーム
５を出射する加工ヘッド６と突き合わせ状態とした金属
材料２，３との位置関係を相対的に変化させる移動手段
として、矢印Ａ方向に相対移動させる溶接位置制御方向
駆動部１５と、矢印Ｂ方向（又は反対方向）に相対移動
させる溶接方向駆動部１６をそなえている。
機の加工ヘッド６より出射されるレーザビーム５は、レ
ーザ発振器１３において発射したレーザビームがビーム
伝送光学系１４を介して伝送されて加工ヘッド６に至る
ものとしてあり、また、局部加熱源であるレーザビーム
５を出射する加工ヘッド６と突き合わせ状態とした金属
材料２，３との位置関係を相対的に変化させる移動手段
として、矢印Ａ方向に相対移動させる溶接位置制御方向
駆動部１５と、矢印Ｂ方向（又は反対方向）に相対移動
させる溶接方向駆動部１６をそなえている。
【００１５】次表１においては、一方の金属材料２であ
る５０００系アルミニウム合金と、他方の金属材料３で
ある７０００系アルミニウム合金の化学組成、とくにマ
グネシウムと亜鉛の含有量を示す。
る５０００系アルミニウム合金と、他方の金属材料３で
ある７０００系アルミニウム合金の化学組成、とくにマ
グネシウムと亜鉛の含有量を示す。
【００１６】
【表１】
【００１７】次に、このような構造を有する金属材料の
突き合わせ溶接装置１を用いて、突き合わせ状態にある
金属材料２，３に対して突き合わせ溶接を行って溶接ビ
ード１７を介した接合継手を得る場合には、レーザ発振
器１３よりレーザビームを発生させ、ビーム伝送光学系
１４により伝送したレーザビーム５を加工ヘッド６から
出射する。
突き合わせ溶接装置１を用いて、突き合わせ状態にある
金属材料２，３に対して突き合わせ溶接を行って溶接ビ
ード１７を介した接合継手を得る場合には、レーザ発振
器１３よりレーザビームを発生させ、ビーム伝送光学系
１４により伝送したレーザビーム５を加工ヘッド６から
出射する。
【００１８】このレーザビーム５は突き合わせ状態にあ
る金属材料２，３の突き合わせ部分４を照射しつつ溶接
方向駆動部１６の作動によって矢印Ｂ方向に所定の速度
で移動し、両プラズマセンサ８，９は局部加熱部位で発
生する溶接プラズマ７との相対的位置関係を一定に保っ
た状態でプラズマ光を検知する。
る金属材料２，３の突き合わせ部分４を照射しつつ溶接
方向駆動部１６の作動によって矢印Ｂ方向に所定の速度
で移動し、両プラズマセンサ８，９は局部加熱部位で発
生する溶接プラズマ７との相対的位置関係を一定に保っ
た状態でプラズマ光を検知する。
【００１９】本実施例における溶接プラズマ７中に含ま
れる各元素の波長は、アルミニウムに起因するものが主
であるが、そのほかに添加元素に起因する波長が含まれ
ている。この中で、マグネシウム用プラズマセンサ８は
マグネシウムの波長を選択的に検知し、また、亜鉛用プ
ラズマセンサ９は亜鉛の波長を選択的に検知して、それ
ぞれの強度を測定する。そして、測定された信号はデー
タ解析部１１に送られ、各々の波長の時間的な強度変化
が連続的に記録される。
れる各元素の波長は、アルミニウムに起因するものが主
であるが、そのほかに添加元素に起因する波長が含まれ
ている。この中で、マグネシウム用プラズマセンサ８は
マグネシウムの波長を選択的に検知し、また、亜鉛用プ
ラズマセンサ９は亜鉛の波長を選択的に検知して、それ
ぞれの強度を測定する。そして、測定された信号はデー
タ解析部１１に送られ、各々の波長の時間的な強度変化
が連続的に記録される。
【００２０】図３のうちの図３（Ａ）は、レーザビーム
５が突き合わせ部分４に正確に照射され、溶接ビード１
７を介して良好な溶接が行われるときの溶接ビード１７
の形成状況を示しており、溶接プラズマ７に含まれる主
要添加元素の波長の分布を図３（Ｂ）において示してい
る。この図３（Ｂ）より明らかなように、５０００系合
金である一方の金属材料２に多く含まれているマグネシ
ウムのピークとともに７０００系合金である他方の金属
材料３に多く含まれている亜鉛のピークが観察される。
このときのマグネシウムと亜鉛のプラズマの強度比は、
金属材料２，３中の含有量にほぼ比例する。
５が突き合わせ部分４に正確に照射され、溶接ビード１
７を介して良好な溶接が行われるときの溶接ビード１７
の形成状況を示しており、溶接プラズマ７に含まれる主
要添加元素の波長の分布を図３（Ｂ）において示してい
る。この図３（Ｂ）より明らかなように、５０００系合
金である一方の金属材料２に多く含まれているマグネシ
ウムのピークとともに７０００系合金である他方の金属
材料３に多く含まれている亜鉛のピークが観察される。
このときのマグネシウムと亜鉛のプラズマの強度比は、
金属材料２，３中の含有量にほぼ比例する。
【００２１】図４はレーザビーム５の照射位置が一方の
金属材料２である７０００系合金側にずれたことが原因
で突き合わせ部分４の一部が溶融せず、溶接不良となっ
た場合の溶接ビード１７の形成状況およびＭｇ，Ｚｎの
波長の分布を示したものである。図４（Ｂ）より明らか
なように、亜鉛の波長の強度がマグネシウムの波長の強
度に比べて相対的に低くなっていることが明らかであ
る。したがって、溶接作業中にこのような波長の強度分
布が表われたときには、溶接位置制御方向駆動部１５を
作動させて、レーザビーム５の照射位置を他方の金属材
料３側に相対移動させて、レーザビーム５の照射位置が
突き合わせ部分４に対応するように補正する必要がある
こととなり、また、このような補正を自動的に実行でき
るようすることももちろん可能である。
金属材料２である７０００系合金側にずれたことが原因
で突き合わせ部分４の一部が溶融せず、溶接不良となっ
た場合の溶接ビード１７の形成状況およびＭｇ，Ｚｎの
波長の分布を示したものである。図４（Ｂ）より明らか
なように、亜鉛の波長の強度がマグネシウムの波長の強
度に比べて相対的に低くなっていることが明らかであ
る。したがって、溶接作業中にこのような波長の強度分
布が表われたときには、溶接位置制御方向駆動部１５を
作動させて、レーザビーム５の照射位置を他方の金属材
料３側に相対移動させて、レーザビーム５の照射位置が
突き合わせ部分４に対応するように補正する必要がある
こととなり、また、このような補正を自動的に実行でき
るようすることももちろん可能である。
【００２２】図５はレーザビーム５の照射位置が他方の
金属材料３である５０００系合金側にずれたことが原因
で突き合わせ部分４の一部が溶融せず、溶接不良となっ
た場合の溶接ビード１７の形成状況およびＭｇ，Ｚｎの
波長分布を示したものである。図５（Ｂ）より明らかな
ように、マグネシウムの波長の強度が亜鉛の波長の強度
よりも相対的に低くなっていることが明らかである。し
たがって、溶接作業中にこのような波長の強度分布が表
われたときには、溶接位置制御方向駆動部１５を作動さ
せて、レーザビーム５の照射位置を一方の金属材料２側
に相対移動させて、レーザビーム５の照射位置が突き合
わせ部分４に対応するように補正する必要があることと
なり、また、このような補正を自動的に実行できるよう
することももちろん可能である。
金属材料３である５０００系合金側にずれたことが原因
で突き合わせ部分４の一部が溶融せず、溶接不良となっ
た場合の溶接ビード１７の形成状況およびＭｇ，Ｚｎの
波長分布を示したものである。図５（Ｂ）より明らかな
ように、マグネシウムの波長の強度が亜鉛の波長の強度
よりも相対的に低くなっていることが明らかである。し
たがって、溶接作業中にこのような波長の強度分布が表
われたときには、溶接位置制御方向駆動部１５を作動さ
せて、レーザビーム５の照射位置を一方の金属材料２側
に相対移動させて、レーザビーム５の照射位置が突き合
わせ部分４に対応するように補正する必要があることと
なり、また、このような補正を自動的に実行できるよう
することももちろん可能である。
【００２３】この種の突き合わせ溶接において、十分な
溶接強度を得るためには、レーザビーム５の位置ずれを
溶接ビード１７の最小幅以下に抑え、突き合わせ部分４
に未接合部が存在しないようにする必要がある。逆に言
えば、未接合部が存在しないかぎり多少のずれは問題が
なく、良好な溶接が行われている条件下でもマグネシウ
ムあるいは亜鉛のどちらかのプラズマ強度低下は起こり
得る。
溶接強度を得るためには、レーザビーム５の位置ずれを
溶接ビード１７の最小幅以下に抑え、突き合わせ部分４
に未接合部が存在しないようにする必要がある。逆に言
えば、未接合部が存在しないかぎり多少のずれは問題が
なく、良好な溶接が行われている条件下でもマグネシウ
ムあるいは亜鉛のどちらかのプラズマ強度低下は起こり
得る。
【００２４】本実施例においては、最小溶接ビード幅が
およそ１．１ｍｍであったため、最大でその半分の０．
５５ｍｍの位置ずれが許容される。そして、０．５５ｍ
ｍずれたとき溶融体積比はおよそ１：０．４となること
が発明者らの実験により明らかになっている。また、強
度比の許容範囲は、溶接ビード１７の断面形状，金属材
料２，３の組成等により変化するものであり、個々の実
施例において求める必要がある。
およそ１．１ｍｍであったため、最大でその半分の０．
５５ｍｍの位置ずれが許容される。そして、０．５５ｍ
ｍずれたとき溶融体積比はおよそ１：０．４となること
が発明者らの実験により明らかになっている。また、強
度比の許容範囲は、溶接ビード１７の断面形状，金属材
料２，３の組成等により変化するものであり、個々の実
施例において求める必要がある。
【００２５】図６ないし図８には他の実施例を示す。
【００２６】図６ないし図８において一方の金属材料２
は普通冷間圧延鋼板であり、他方の金属材料３は表面に
亜鉛めっき皮膜３ａを有する亜鉛めっき鋼板である。
は普通冷間圧延鋼板であり、他方の金属材料３は表面に
亜鉛めっき皮膜３ａを有する亜鉛めっき鋼板である。
【００２７】そこで、レーザビームが金属材料２，３の
突き合わせ部分４に正確に照射されて良好な溶接が行わ
れる図６（Ａ）に示す場合、亜鉛めっき鋼板の表面の亜
鉛がプラズマ化して亜鉛の波長が図６（Ｂ）に示すある
強度で観察される。ところが、図７（Ａ）に示すように
レーザビームが突き合わせ部分４よりも一方の金属材料
２である冷間圧延鋼板側にずれた場合、図７（Ｂ）に示
すように亜鉛の波長はほとんど観察されなくなり、反対
に、図８（Ａ）に示すようにレーザビームが突き合わせ
部分４よりも他方の金属材料３である亜鉛めっき鋼板側
にずれた場合、図８（Ｂ）に示すように良好な溶接が行
われた場合よりも亜鉛の波長が強い強度で観察される。
突き合わせ部分４に正確に照射されて良好な溶接が行わ
れる図６（Ａ）に示す場合、亜鉛めっき鋼板の表面の亜
鉛がプラズマ化して亜鉛の波長が図６（Ｂ）に示すある
強度で観察される。ところが、図７（Ａ）に示すように
レーザビームが突き合わせ部分４よりも一方の金属材料
２である冷間圧延鋼板側にずれた場合、図７（Ｂ）に示
すように亜鉛の波長はほとんど観察されなくなり、反対
に、図８（Ａ）に示すようにレーザビームが突き合わせ
部分４よりも他方の金属材料３である亜鉛めっき鋼板側
にずれた場合、図８（Ｂ）に示すように良好な溶接が行
われた場合よりも亜鉛の波長が強い強度で観察される。
【００２８】このように、溶接プラズマ中に含まれる元
素の波長のうち１種類の元素だけの波長の強度を測定し
つつ突き合わせ溶接を行う場合には、良好な溶接が行わ
れた場合の亜鉛のプラズマ強度，亜鉛めっき鋼板側にず
れたときのプラズマ強度およびその変化量は、溶接ビー
ド形状，めっき量等の条件によって異なってくるため、
プラズマ強度の管理範囲を求めておく必要がある。
素の波長のうち１種類の元素だけの波長の強度を測定し
つつ突き合わせ溶接を行う場合には、良好な溶接が行わ
れた場合の亜鉛のプラズマ強度，亜鉛めっき鋼板側にず
れたときのプラズマ強度およびその変化量は、溶接ビー
ド形状，めっき量等の条件によって異なってくるため、
プラズマ強度の管理範囲を求めておく必要がある。
【００２９】なお、上記各実施例においては、アルミ合
金同士の溶接，鋼板同士の溶接について述べたが、本発
明は、プラズマ中に含まれる特定の波長に着目してその
強度を測定しつつ溶接の良否の判断を行おうとするもの
であり、溶接に供する材料の種類に限定されるものでは
ない。
金同士の溶接，鋼板同士の溶接について述べたが、本発
明は、プラズマ中に含まれる特定の波長に着目してその
強度を測定しつつ溶接の良否の判断を行おうとするもの
であり、溶接に供する材料の種類に限定されるものでは
ない。
【００３０】このように、加工中のプラズマに含まれる
波長とその強度の変化を測定することにより、溶融部が
突き合わせ状態にある金属材料のどちら側にずれている
か、さらにはその際のずれ量が良好な溶接を行ううえで
許容されるものか否かをオンラインでかつリアルタイム
で検出することができ、溶接不良への移行ないしは溶接
不良の発生を確実に検知することが可能となる。
波長とその強度の変化を測定することにより、溶融部が
突き合わせ状態にある金属材料のどちら側にずれている
か、さらにはその際のずれ量が良好な溶接を行ううえで
許容されるものか否かをオンラインでかつリアルタイム
で検出することができ、溶接不良への移行ないしは溶接
不良の発生を確実に検知することが可能となる。
【００３１】さらに、検出されたデータを加工機制御部
にフィードバックし、レーザビーム照射位置を金属材料
の突き合わせ部分に対して相対的に移動して、先の実施
例の場合にはマグネシウムの波長と亜鉛の波長の強度比
が許容される範囲内となるように、また、後の実施例の
場合には亜鉛の波長の強度が許容される範囲内となるよ
うに補正することにより、良好な溶接を安定して行うこ
とが可能となる。
にフィードバックし、レーザビーム照射位置を金属材料
の突き合わせ部分に対して相対的に移動して、先の実施
例の場合にはマグネシウムの波長と亜鉛の波長の強度比
が許容される範囲内となるように、また、後の実施例の
場合には亜鉛の波長の強度が許容される範囲内となるよ
うに補正することにより、良好な溶接を安定して行うこ
とが可能となる。
【００３２】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明に係わ
る金属材料の突き合わせ溶接方法では、元素の含有成分
が異なる金属材料の溶接において、突き合わせ状態とし
た金属材料の突き合わせ部分を局部加熱して突き合わせ
溶接するにあたり、局部加熱部位で発生する溶接プラズ
マに含まれる各元素の波長のうち相手金属材料よりも相
対的に多く含まれる元素の波長の少なくとも１つの強度
を測定しつつ突き合わせ溶接することとしたから、突き
合わせ状態とした金属材料を高エネルギ密度ビーム等の
局部加熱源を用いて突き合わせ溶接を行う場合に、局部
加熱源の照射位置，局部加熱源の品質，強度などのさま
ざまな因子に左右される溶接品質の良否がオンラインで
リアルタイムで直接知ることが可能となり、溶接狙い位
置ずれによる溶接不良の発生を未然に防止しないしは最
小限に抑えることが可能であり、高品質の溶接の自動化
が可能になるという著しく優れた効果がもたらされるこ
ととなり、また、本発明に係わる金属材料の突き合わせ
溶接装置では、元素の含有成分が異なる金属材料を突き
合わせ溶接する装置において、突き合わせ状態とした金
属材料の突き合わせ部分を局部加熱して溶融する局部加
熱源と、局部加熱部位で発生する溶接プラズマに含まれ
る各元素の波長のうち相手金属材料よりも相対的に多く
含まれる元素の波長の少なくとも１つの強度を測定する
プラズマセンサをそなえた構成としたから、本発明に係
わる金属材料の突き合わせ溶接方法の実施に有効なもの
であるという著しく優れた効果がもたらされる。
る金属材料の突き合わせ溶接方法では、元素の含有成分
が異なる金属材料の溶接において、突き合わせ状態とし
た金属材料の突き合わせ部分を局部加熱して突き合わせ
溶接するにあたり、局部加熱部位で発生する溶接プラズ
マに含まれる各元素の波長のうち相手金属材料よりも相
対的に多く含まれる元素の波長の少なくとも１つの強度
を測定しつつ突き合わせ溶接することとしたから、突き
合わせ状態とした金属材料を高エネルギ密度ビーム等の
局部加熱源を用いて突き合わせ溶接を行う場合に、局部
加熱源の照射位置，局部加熱源の品質，強度などのさま
ざまな因子に左右される溶接品質の良否がオンラインで
リアルタイムで直接知ることが可能となり、溶接狙い位
置ずれによる溶接不良の発生を未然に防止しないしは最
小限に抑えることが可能であり、高品質の溶接の自動化
が可能になるという著しく優れた効果がもたらされるこ
ととなり、また、本発明に係わる金属材料の突き合わせ
溶接装置では、元素の含有成分が異なる金属材料を突き
合わせ溶接する装置において、突き合わせ状態とした金
属材料の突き合わせ部分を局部加熱して溶融する局部加
熱源と、局部加熱部位で発生する溶接プラズマに含まれ
る各元素の波長のうち相手金属材料よりも相対的に多く
含まれる元素の波長の少なくとも１つの強度を測定する
プラズマセンサをそなえた構成としたから、本発明に係
わる金属材料の突き合わせ溶接方法の実施に有効なもの
であるという著しく優れた効果がもたらされる。
【図１】本発明に係わる金属材料の突き合わせ溶接装置
の一実施例を示し、とくに突き合わせ状態にある金属材
料およびレーザ加工機の加工ヘッド部分を示す斜面説明
図である。
の一実施例を示し、とくに突き合わせ状態にある金属材
料およびレーザ加工機の加工ヘッド部分を示す斜面説明
図である。
【図２】本発明に係わる金属材料の突き合わせ溶接装置
の一実施例を示し、突き合わせ溶接装置の全体を示す概
略斜面説明図である。
の一実施例を示し、突き合わせ溶接装置の全体を示す概
略斜面説明図である。
【図３】本発明の一実施例において、レーザビームが金
属材料の突き合わせ部分に正確に照射されているときに
おける溶接ビード位置を示す断面説明図（図３の
（Ａ））およびＭｇ，Ｚｎのプラズマ強度を示すグラフ
（図３の（Ｂ））である。
属材料の突き合わせ部分に正確に照射されているときに
おける溶接ビード位置を示す断面説明図（図３の
（Ａ））およびＭｇ，Ｚｎのプラズマ強度を示すグラフ
（図３の（Ｂ））である。
【図４】本発明の一実施例において、レーザビームが金
属材料の突き合わせ部分よりも一方の金属材料２側にず
れているときにおける溶接ビードの位置を示す断面説明
図（図４の（Ａ））およびＭｇ，Ｚｎのプラズマ強度を
示すグラフ（図４の（Ｂ））である。
属材料の突き合わせ部分よりも一方の金属材料２側にず
れているときにおける溶接ビードの位置を示す断面説明
図（図４の（Ａ））およびＭｇ，Ｚｎのプラズマ強度を
示すグラフ（図４の（Ｂ））である。
【図５】本発明の一実施例において、レーザビームが金
属材料の突き合わせ部分よりも他方の金属材料３側にず
れているときにおける溶接ビードの位置を示す断面説明
図（図５の（Ａ））およびＭｇ，Ｚｎのプラズマ強度を
示すグラフ（図５の（Ｂ））である。
属材料の突き合わせ部分よりも他方の金属材料３側にず
れているときにおける溶接ビードの位置を示す断面説明
図（図５の（Ａ））およびＭｇ，Ｚｎのプラズマ強度を
示すグラフ（図５の（Ｂ））である。
【図６】本発明の他の実施例において、レーザビームが
金属材料の突き合わせ部分に正確に照射されているとき
における溶接ビード位置を示す断面説明図（図６の
（Ａ））およびＺｎのプラズマ強度を示すグラフ（図６
の（Ｂ））である。
金属材料の突き合わせ部分に正確に照射されているとき
における溶接ビード位置を示す断面説明図（図６の
（Ａ））およびＺｎのプラズマ強度を示すグラフ（図６
の（Ｂ））である。
【図７】本発明の他の実施例において、レーザビームが
金属材料の突き合わせ部分よりも一方の金属材料２側に
ずれているときにおける溶接ビードの位置を示す断面説
明図（図７の（Ａ））およびＺｎのプラズマ強度を示す
グラフ（図７の（Ｂ））である。
金属材料の突き合わせ部分よりも一方の金属材料２側に
ずれているときにおける溶接ビードの位置を示す断面説
明図（図７の（Ａ））およびＺｎのプラズマ強度を示す
グラフ（図７の（Ｂ））である。
【図８】本発明の一実施例において、レーザビームが金
属材料の突き合わせ部分よりも他方の金属材料３側にず
れているときにおける溶接ビードの位置を示す断面説明
図（図８の（Ａ））およびＺｎのプラズマ強度を示すグ
ラフ（図８の（Ｂ））である。
属材料の突き合わせ部分よりも他方の金属材料３側にず
れているときにおける溶接ビードの位置を示す断面説明
図（図８の（Ａ））およびＺｎのプラズマ強度を示すグ
ラフ（図８の（Ｂ））である。
【図９】従来例における金属材料の突き合わせ溶接装置
を示す斜面説明図である。
を示す斜面説明図である。
１ 金属材料の突き合わせ溶接装置 ２ 一方の金属材料 ３ 他方の金属材料 ４ 金属材料の突き合わせ部分 ５ レーザビーム（局部加熱源） ６ レーザ加工機の加工ヘッド ７ 溶接プラズマ ８ マグネシウム用プラズマセンサ ９ 亜鉛用プラズマセンサ １１ データ解析部 １２ 加工機制御部 １３ レーザ発振器 １４ ビーム伝送光学系 １５ 溶接位置制御方向駆動部（移動手段） １６ 溶接方向駆動部（移動手段） １７ 溶接ビード
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｇ０１Ｎ 21/71 Ｇ０１Ｎ 21/71 21/84 21/84 Ｚ // Ｂ２３Ｋ 103:10 (56)参考文献 特開 昭54−51097（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−66202（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−77074（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−48644（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−159065（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B23K 26/00 - 26/08 G01N 21/71 G01N 21/84 G01J 1/42
Claims (6)
- 【請求項１】 元素の含有成分が異なる金属材料の溶接
において、突き合わせ状態とした金属材料の突き合わせ
部分を局部加熱して突き合わせ溶接するにあたり、局部
加熱部位で発生する溶接プラズマに含まれる各元素の波
長のうち相手金属材料よりも相対的に多く含まれる元素
の波長の少なくとも１つの強度を測定しつつ突き合わせ
溶接することを特徴とする金属材料の突き合わせ溶接方
法。 - 【請求項２】 突き合わせ状態とした金属材料の突き合
わせ部分を局部加熱して突き合わせ溶接するにあたり、
局部加熱部位で発生する溶接プラズマに含まれる各元素
の波長のうち相手金属材料よりも相対的に多く含まれる
元素の波長の少なくとも１つずつの強度を測定しつつ突
き合わせ溶接する請求項１に記載の金属材料の突き合わ
せ溶接方法。 - 【請求項３】 溶接プラズマに含まれる特定元素の波長
の強度変化に応じて局部加熱位置を制御する請求項１ま
たは２に記載の金属材料の突き合わせ溶接方法。 - 【請求項４】 元素の含有成分が異なる金属材料を突き
合わせ溶接する装置において、突き合わせ状態とした金
属材料の突き合わせ部分を局部加熱して溶融する局部加
熱源と、局部加熱部位で発生する溶接プラズマに含まれ
る各元素の波長のうち相手金属材料よりも相対的に多く
含まれる元素の波長の少なくとも１つの強度を測定する
プラズマセンサをそなえたことを特徴とする金属材料の
突き合わせ溶接装置。 - 【請求項５】 突き合わせ状態とした金属材料の突き合
わせ部分を局部加熱して溶融する局部加熱源と、局部加
熱部位で発生する溶接プラズマに含まれる各元素の波長
のうち相手金属材料よりも相対的に多く含まれる元素の
波長の少なくとも１つずつの強度を測定するプラズマセ
ンサをそなえた請求項４に記載の金属材料の突き合わせ
溶接装置。 - 【請求項６】 プラズマセンサにより検知された溶接プ
ラズマに含まれる特定元素の波長の強度変化に応じて局
部加熱源と突き合わせ状態とした金属材料との位置関係
を相対的に変化させる移動手段をそなえた請求項４また
は５に記載の金属材料の突き合わせ溶接装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5060022A JP2979889B2 (ja) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | 金属材料の突き合わせ溶接方法および突き合わせ溶接装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5060022A JP2979889B2 (ja) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | 金属材料の突き合わせ溶接方法および突き合わせ溶接装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06269966A JPH06269966A (ja) | 1994-09-27 |
| JP2979889B2 true JP2979889B2 (ja) | 1999-11-15 |
Family
ID=13130031
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5060022A Expired - Fee Related JP2979889B2 (ja) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | 金属材料の突き合わせ溶接方法および突き合わせ溶接装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2979889B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6060685A (en) * | 1997-10-23 | 2000-05-09 | Trw Inc. | Method for monitoring laser weld quality via plasma light intensity measurements |
| KR101310808B1 (ko) * | 2006-06-02 | 2013-10-14 | 주식회사 탑 엔지니어링 | 글라스 절단 시스템 및 스크라이빙 위치 촬상 또는 측정방법 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5451097A (en) * | 1977-09-30 | 1979-04-21 | Hitachi Ltd | Processing by laser |
-
1993
- 1993-03-19 JP JP5060022A patent/JP2979889B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06269966A (ja) | 1994-09-27 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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