JP4247709B2

JP4247709B2 - Laser welding equipment

Info

Publication number: JP4247709B2
Application number: JP2003143805A
Authority: JP
Inventors: 健岡本; 卓秀平山; 靖弘古賀; 信治奥村
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2003-05-21
Filing date: 2003-05-21
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2023-05-21
Also published as: JP2004344919A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はメッキ鋼板の突合せ溶接の施工に用いるレーザ溶接装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
メッキ鋼板、特に母材に比べて沸点の低い亜鉛をメッキした亜鉛メッキ鋼板にレーザ溶接を施工すると、亜鉛が気化して、溶融状態の鋼を吹き飛ばして溶接部の外観を損ねたり、溶融状態の鋼の内部に気泡が発生してブローホール欠陥を生じるという問題がある。そのため、溶接施工に先立って溶接予定線上のメッキ層を除去する発明が各種提案されている。たとえば、特許文献１には、母材を一対のローラで挟んで、このローラの間に通電して母材を発熱させて亜鉛を気化して除去する方法が示されている。また、特許文献２には、ブラスト加工によってメッキ層を除去することが提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平４−２５８３９１号公報
【０００４】
【特許文献２】
特開平１１−２２６７６５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前者の方法は母材をローラで挟むので、重ね継ぎ手には適してしるが、突合せ継ぎ手には使いにくいと言う問題があった。また後者の方法は、ブラスト工程と溶接工程の２工程に分かれるので作業の能率が悪いと言う問題があった。そこで本発明は、メッキ層除去とレーザ溶接を一つの装置で連続して行なえるレーザ溶接装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１の発明はメッキ鋼板の突合せ溶接を施工するレーザ溶接装置において、レーザ溶接ヘッドの溶接進行方向前方に回転工具を備え、レーザ溶接に先立って溶接予定線上のメッキ層を前記回転工具で除去するとともに、前記回転工具の回転軸に前記溶接予定線に対して前進角を与えるものである。
また、請求項２の発明は前記回転工具の端面に螺旋状の刃を設けるものであり、請求項３の発明は前記回転工具の端面に放射状の刃を設けるものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施例を示すレーザ溶接装置の構成図である。図において、１０および１１は溶接対象の母材である。母材１０，１１は表面にメッキ層１２を有する亜鉛メッキ鋼板であり、溶接線１３で突合せ溶接される。加工時の変形等に起因して、母材１０と母材１１の間には目違い１４（高さ方向の食い違い）やギャップ１５が存在するのが普通である。１６は、溶接の施工に先立って溶接線１３およびその近傍において母材１０，１１からメッキ層１２を除去する回転工具であり、１７はレーザ溶接ヘッドである。回転工具１６とレーザ溶接ヘッド１７は図示しない共通のベースに取り付けられ回転工具１６はレーザ溶接ヘッド１７に対して、溶接進行方向１８の前方に位置するように固定されているので、回転工具１６とレーザ溶接ヘッド１７は一定の間隔を保って、溶接線１３上を溶接進行方向１８に進行する。回転工具１６は母材１０，１１の表面に対して垂直な軸回りに回転して、溶接線１３の近傍において母材１０、１１のメッキ層１２を除去するととも、母材１０、１１を垂直下向きに押し付けることにより、母材１０と母材１１の間の目違い１４を矯正する。また、回転工具１６と母材１０、１１の摩擦によって生じる摩擦熱によって、母材１０、１１の温度が上昇して母材１０、１１が膨張するので、母材１０、１１間のギャップ１５が十分に小さくなる。
このようにして、回転工具１６が溶接線１３上を通過すると、母材１０と母材１１の間の目違い１４とギャップ１５が解消するとともに、メッキ層１２が除去された溶接に対して理想的な表面状態が形成される。続いて、回転工具１６の後方にあるレーザ溶接ヘッド１７によってレーザビーム溶接が施工される。このとき溶接線１３の近傍にはメッキ層１２が存在しないので、溶接金属中にはメッキ層１２の亜鉛の蒸気が溶解することがない。よって、亜鉛蒸気の溶解に由来するブローホールの発生を防止することができる。
【０００８】
図２は本発明の第２の実施を示すレーザ溶接装置の側面図である。図において、２０は回転ツール１６の回転軸である。回転軸２０は母材１０に垂直な軸２１に対して、溶接進行方向１８と逆方向に３°だけ傾いている（回転工具１６の先端に前進角３°を与えている）ので、メッキ層１２の除去と回転工具１６の進行が容易になっている。
回転工具１６は、母材１０、１１およびメッキ層１２よりも十分に耐磨耗性の高い工具鋼ＳＫ６１或いはステンレス鋼ＳＵＳ４０３を用いているため、母材１０、１１およびメッキ層１２との摩擦によって磨耗することはない。
【０００９】
図３は本発明の第３の実施例を示す回転工具の先端部の平面図である。
図３（ａ）は回転工具１６の先端面（つまり、母材１０、１１と接触する平面)に螺旋形の山刃３１を刻んだ例であり、図３（ｂ）は回転工具１６の先端面に螺旋形の溝刃３２を刻んだ例である。これらの回転工具１６は前記螺旋形と反対方向３３に回転して、切粉を外側に排出する。
図３（ｃ）は回転工具１６の先端面に放射形の山刃３４を刻んだ例であり、図３（ｄ）は回転工具１６の先端面に放射形の溝刃３５を刻んだ例である。これらの回転工具１６は放射形の刃を備えているので、回転方向３６を選ばない。つまり時計回り、反時計回りのいずれであっても切粉を外側に排出できる。
【００１０】
【発明の効果】
以上述べたように、請求項１に記載の発明は、回転工具を母材に押し付けながら、母材を研削するので、母材のメッキ層を除去するとともに、２枚の母材の目違いを矯正し、また研削による摩擦熱によって母材を膨張させて母材間のギャップを減少させることができるので、ブローホールの発生を防止するとともに精度の高い溶接継ぎ手を実現する効果がある。
また、回転工具に前進角を与えたので、回転工具の溶接線方向の送り動作がスムーズになるという効果がある。
また、請求項２に記載の発明は、回転工具の端面に螺旋状の刃を刻んだので、切粉を能率よく排出する効果がある。
また、請求項３に記載の発明は、回転工具の端面に放射状の刃を刻んだので、回転工具を時計回り、反時計回りのいずれにも回転でできるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示すレーザ溶接装置の斜視図である。
【図２】本発明の第２の実施例を示すレーザ溶接装置の側面図である。
【図３】本発明の第３の実施例を示す回転工具の先端面の平面図である。
【符号の説明】
１０：母材１１：母材１２：メッキ層１３：溶接線１４：目違い
１５：ギャップ１６：回転工具１７：レーザ溶接ヘッド
１８：溶接進行方向２０：回転軸２１：軸３１：山刃３２：溝刃
３３：反対方向３４：山刃３５：溝刃３６：回転方向[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser welding apparatus used for butt welding of plated steel sheets.
[0002]
[Prior art]
When laser welding is applied to a galvanized steel sheet plated with zinc, which has a lower boiling point than that of the base metal, the zinc vaporizes and blows away the molten steel, which may damage the appearance of the welded part. There is a problem that bubbles are generated inside the steel, resulting in blowhole defects. Therefore, various inventions have been proposed for removing the plating layer on the planned welding line prior to welding. For example, Patent Document 1 discloses a method in which a base material is sandwiched between a pair of rollers, energized between the rollers to generate heat and vaporize and remove zinc. Patent Document 2 proposes removing the plating layer by blasting.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-4-258391 [0004]
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-226765 [0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the former method is suitable for a lap joint because the base material is sandwiched between rollers, but has a problem that it is difficult to use for a butt joint. Further, the latter method has a problem that work efficiency is poor because it is divided into two steps, a blasting step and a welding step. Accordingly, an object of the present invention is to provide a laser welding apparatus capable of continuously performing plating layer removal and laser welding with one apparatus.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the invention of claim 1 is a laser welding apparatus for performing butt welding of plated steel sheets, comprising a rotary tool in front of the welding direction of the laser welding head, on the planned welding line prior to laser welding. as well as the plated layer removal by the rotating tool and gives an advancing angle with respect to the welding planned line to the rotation axis of the rotary tool.
According to a second aspect of the present invention, a spiral blade is provided on the end face of the rotary tool, and in a third aspect of the invention, a radial blade is provided on the end face of the rotary tool.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram of a laser welding apparatus showing a first embodiment of the present invention. In the figure, 10 and 11 are base materials to be welded. The base materials 10 and 11 are galvanized steel plates having a plating layer 12 on the surface, and are butt welded with a welding line 13. Due to deformation at the time of processing or the like, it is normal that there are a gap 14 (a gap in the height direction) and a gap 15 between the base material 10 and the base material 11. Reference numeral 16 denotes a rotary tool that removes the plating layer 12 from the base materials 10 and 11 at and near the welding line 13 prior to welding, and reference numeral 17 denotes a laser welding head. The rotary tool 16 and the laser welding head 17 are attached to a common base (not shown), and the rotary tool 16 is fixed to the laser welding head 17 so as to be positioned in front of the welding traveling direction 18. The laser welding head 17 advances on the welding line 13 in the welding progress direction 18 at a constant interval. The rotary tool 16 rotates about an axis perpendicular to the surfaces of the base materials 10 and 11 to remove the plating layer 12 of the base materials 10 and 11 in the vicinity of the weld line 13 and to make the base materials 10 and 11 vertical. By pressing downward, the misalignment 14 between the base material 10 and the base material 11 is corrected. Further, the frictional heat generated by the friction between the rotary tool 16 and the base materials 10 and 11 raises the temperature of the base materials 10 and 11 so that the base materials 10 and 11 expand, so that the gap 15 between the base materials 10 and 11 is increased. Small enough.
In this way, when the rotary tool 16 passes over the welding line 13, the gap 14 and the gap 15 between the base material 10 and the base material 11 are eliminated, and ideal for welding in which the plating layer 12 is removed. Surface conditions are formed. Subsequently, laser beam welding is performed by a laser welding head 17 located behind the rotary tool 16. At this time, since the plating layer 12 does not exist in the vicinity of the weld line 13, the zinc vapor of the plating layer 12 does not dissolve in the weld metal. Therefore, generation | occurrence | production of the blowhole derived from melt | dissolution of zinc vapor | steam can be prevented.
[0008]
FIG. 2 is a side view of a laser welding apparatus showing a second embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 20 denotes a rotation axis of the rotary tool 16. The rotating shaft 20 is inclined by 3 ° in the direction opposite to the welding progress direction 18 with respect to the shaft 21 perpendicular to the base material 10 (advancing angle of 3 ° is given to the tip of the rotating tool 16). Removal of 12 and advancement of the rotary tool 16 are facilitated.
Since the rotary tool 16 uses tool steel SK61 or stainless steel SUS403, which has sufficiently higher wear resistance than the base materials 10 and 11 and the plated layer 12, friction between the base material 10 and 11 and the plated layer 12 causes There is no wear.
[0009]
FIG. 3 is a plan view of the distal end portion of the rotary tool showing the third embodiment of the present invention.
FIG. 3A shows an example in which a spiral mountain blade 31 is carved on the tip surface of the rotary tool 16 (that is, a plane that contacts the base materials 10 and 11), and FIG. 3B shows the tip of the rotary tool 16. This is an example in which a spiral groove blade 32 is cut on the surface. These rotary tools 16 rotate in the direction 33 opposite to the spiral, and discharge the chips to the outside.
FIG. 3C is an example in which a radial angle blade 34 is cut on the tip surface of the rotary tool 16, and FIG. 3D is an example in which a radial groove blade 35 is cut on the tip surface of the rotary tool 16. is there. Since these rotary tools 16 have radial blades, the rotation direction 36 is not selected. In other words, the chips can be discharged to the outside either clockwise or counterclockwise.
[0010]
【The invention's effect】
As described above, the invention according to claim 1 grinds the base material while pressing the rotary tool against the base material, so that the plating layer of the base material is removed and the difference between the two base materials is eliminated. The gap between the base metals can be reduced by correcting and expanding the base metal by frictional heat by grinding, so that there is an effect of preventing the occurrence of blowholes and realizing a highly accurate weld joint.
Moreover, since the advancing angle is given to the rotary tool, there is an effect that the feeding operation of the rotary tool in the welding line direction becomes smooth.
Moreover, since invention of Claim 2 cut | judged the helical blade in the end surface of a rotary tool, there exists an effect which discharges | emits chip | tip efficiently.
Moreover, since the radial blade is carved on the end face of the rotary tool, the invention described in claim 3 has an effect that the rotary tool can be rotated clockwise or counterclockwise.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a laser welding apparatus showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view of a laser welding apparatus showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a plan view of a tip surface of a rotary tool showing a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10: Base material 11: Base material 12: Plating layer 13: Welding line 14: Misalignment 15: Gap 16: Rotating tool 17: Laser welding head 18: Welding direction 20: Rotating shaft 21: Shaft 31: Mountain blade 32: Groove blade 33: Opposite direction 34: Mountain blade 35: Groove blade 36: Direction of rotation

Claims

メッキ鋼板の突合せ溶接を施工するレーザ溶接装置において、レーザ溶接ヘッドの溶接進行方向前方に回転工具を備え、レーザ溶接に先立って溶接予定線上のメッキ層を前記回転工具で除去するとともに、前記回転工具の回転軸は前記溶接予定線に対して前進角を有することを特徴とするレーザ溶接装置。In a laser welding apparatus for performing butt welding of a plated steel plate, a rotary tool is provided in front of a welding direction of a laser welding head, and a plating layer on a planned welding line is removed by the rotary tool prior to laser welding, and the rotary tool The rotation axis of the laser welding apparatus has an advancing angle with respect to the planned welding line .

前記回転工具の端面に螺旋状の刃を設けたことを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接装置。The laser welding apparatus according to claim 1, wherein a spiral blade is provided on an end face of the rotary tool.

前記回転工具の端面に放射状の刃を設けたことを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接装置。The laser welding apparatus according to claim 1, wherein a radial blade is provided on an end face of the rotary tool.