JP6255314B2 - Butt laser welding method of welded plate material - Google Patents
Butt laser welding method of welded plate material Download PDFInfo
- Publication number
- JP6255314B2 JP6255314B2 JP2014140091A JP2014140091A JP6255314B2 JP 6255314 B2 JP6255314 B2 JP 6255314B2 JP 2014140091 A JP2014140091 A JP 2014140091A JP 2014140091 A JP2014140091 A JP 2014140091A JP 6255314 B2 JP6255314 B2 JP 6255314B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- welded
- welding
- groove
- laser
- laser light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
Description
本発明は、被溶接板材の突合せレーザ溶接方法に係り、特に、厚板鋼板等の突合せレーザ溶接に好適な被溶接板材の突合せレーザ溶接方法に関する。 The present invention relates to a butt laser welding method for welded plate materials, and more particularly to a butt laser welding method for welded plate materials suitable for butt laser welding of thick steel plates and the like.
レーザ溶接はアーク溶接と比較し、低ひずみで高効率(高速)な溶接が可能なことから、様々な分野での適用が拡大している。従来、レーザ溶接は1パスで、溶加材を使用しないノンフィラー溶接が主流であり、レーザ発振器出力の制限等から、適用は板厚10mm程度までの薄板材料に限られていた。 Compared with arc welding, laser welding is capable of low-strain and high-efficiency (high-speed) welding, so its application in various fields is expanding. Conventionally, laser welding is a single pass, and non-filler welding without using a filler metal is the mainstream, and due to limitations on laser oscillator output and the like, application has been limited to thin plate materials up to about 10 mm thick.
また、特許文献1では、開先形状をX型開先とし、その板厚中央部の開先ルートフェイス部を溶込み溶接により1パスで溶接した後、残りの板厚方向両側の開先部分(開先開口部)を、それぞれ1パスで仕上げ溶接することにより、断面形状が3層の積層構造を有する鋼板の突合せ溶接継手を得るものが開示されている。但し、この場合、実現可能な溶接継手の板厚は30mm以下との制限がある。
In
一方、特許文献2または特許文献3に開示される様に、フィラーワイヤを使用した多層盛レーザ溶接が開発されることにより、レーザ溶接の適用範囲は板厚30mm以上の厚板材料にまで拡大している。
On the other hand, as disclosed in
特許文献2では、被溶接部を狭い開先幅に設定しフィラーワイヤを供給しつつ、レーザビームを上記狭い開先幅内のフィラーワイヤへ照射し、狭い開先幅の奥から層を形成し手前へと積層溶接する方法が記載されている。
In
また、特許文献3には、鋼板に設ける開先を、溶接限界板厚をルートフェイス部とするY型狭開先とし、ルートフェイス部を1層目溶接とし、1パス完全溶込み溶接する。2層目以上は、集光光学系の焦点の位置を、焦点距離の1/20以上の距離だけ前層ビード上から離すことによって、エネルギー密度が低下したレーザビームを開先部に照射し、溶加材を加えることにより熱伝導型ビードを形成する方法が開示されている。
Further, in
しかしながら、特許文献1の溶接方法では、板厚30mmを超える厚板材をレーザ溶接する場合、開先ルートフェイス部の寸法を長くする必要がある。そのため、完全溶け込み溶接部を形成することが困難となり、部分溶接部が形成される可能性がある。
However, in the welding method disclosed in
また、特許文献2及び特許文献3に開示されるフィラーワイヤを用いた多層盛溶接法では、フィラーワイヤの供給速度、供給量及びレーザ照射位置を高精度に位置決めする必要があり、位置決め誤差あるいはフィラーワイヤ供給量に誤差が生じた場合、溶接欠陥を招く可能性がある。
Further, in the multi-layer welding method using filler wires disclosed in
本発明は、高精度なフィラーワイヤの制御を不要とし、融合不良やフィラーワイヤ溶け残り等の溶接不良を防止し、高品質なレーザ溶接継手を得ることを可能とする被溶接板材の突合せレーザ溶接方法を提供することにある。 The present invention eliminates the need for high-precision filler wire control, prevents welding defects such as poor fusion and unfilled filler wire, and makes it possible to obtain a high-quality laser welded joint. It is to provide a method.
上記課題を解決するため、本発明の被溶接板材の突合せレーザ溶接方法は、(1)突き合わせる2つの被溶接板材の端面の一部にルートフェイス部を有し、前記ルートフェイス部の少なくとも上方及び下方のうち何れか一方に開口部を有するよう開先を形成する開先形成工程と、(2)前記2つの被溶接板材の前記ルートフェイス部同士が接触するよう突き合わせる突合せ工程と、(3)レーザ光を前記ルートフェイス部へ照射し、完全溶け込み溶接部を形成するルートフェイス部溶接工程と、(4)前記完全溶け込み溶接部が形成された開先の開口部にレーザ光を照射することのみで多層溶接部を形成する多層溶接部形成工程と、を有し、前記多層溶接部形成工程における溶接速度は、前記ルートフェイス部溶接工程における溶接速度より速いことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, a method for butt laser welding of welded plate materials according to the present invention includes (1) a root face portion at a part of end surfaces of two welded plate materials to be abutted, and at least above the route face portion. And a groove forming step of forming a groove so as to have an opening in any one of the lower sides, and (2) a butting step of abutting so that the root face portions of the two welded plate materials are in contact with each other, 3) irradiating the root face portion with laser light to form a complete penetration weld portion, and (4) irradiating the opening portion of the groove where the complete penetration weld portion is formed with laser light. have a a multi-layered weld forming a multilayer weld at only the welding speed in the multi-layer weld formation process, from the welding speed at the root face portion welding process And wherein the decoction.
本発明によれば、厚板材のレーザ溶接において、高精度なフィラーワイヤの制御が不要となり、融合不良やフィラーワイヤ溶け残り等の溶接不良を防止し、高品質なレーザ溶接継手を得ることができる。 According to the present invention, high-precision filler wire control is not required in laser welding of thick plate materials, welding defects such as poor fusion and filler wire unmelted can be prevented, and a high-quality laser welded joint can be obtained. .
また、フィラーワイヤを添加しないことにより、開先の狭開先化及び溶接コストの低減が可能である。 Further, by not adding a filler wire, it is possible to narrow the groove and reduce the welding cost.
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.
図2に、本発明の一実施形態に係る鋼板の突合せ継手の構造を断面概略図として示す。図2に示すように、第1の被溶接材(鋼板)1の端面には、その中央部に周囲より突き出た開先ルートフェイス部3、及び開先ルートフェイス部3の板厚方向上下にそれぞれ形成され、表面F及び裏面Rに向かい傾斜する開先開口部4が形成されている。これら開先ルートフェイス部3及び開先開口部4により開先が構成される。同様に第2の被溶接材(鋼板)2の端面には、開先ルートフェイス部3及びその上下に開先開口部4が形成されている。これら第1の被溶接材1及び第2の被溶接材2の開先が形成された端面同士を突き合わせることにより、開先角度θ、開先の底幅Bを有する開先が、開先ルートフェイス部3から第1の被溶接材1及び第2の被溶接材2の表面F、同様に裏面Rに向かい形成される。ここで、開先の底幅Bを、例えば、3.0mmとしたとき、開先開口部4の開先角度θは、2°以上6°以下とするのが好ましく、5°とするのが望ましい。図2では、一例としてX型開先を示すがこれに限られない。第1の被溶接材1及び第2の被溶接材2として、例えば、ステンレス鋼板または炭素鋼板が使用される。
In FIG. 2, the structure of the butt joint of the steel plate which concerns on one Embodiment of this invention is shown as a cross-sectional schematic diagram. As shown in FIG. 2, on the end surface of the first workpiece (steel plate) 1, a groove
図3に、突合せレーザ溶接方法に用いるレーザ光源と開先との関係を示す。図3に示すように、レーザ発振器(図示せず)を有する第1のレーザ光源11より出射されるレーザ光は、第1の集光レンズ10により集束され開先の底部へ照射される。このとき、開先開口部4の開口幅d(第1の被溶接材1と第2の被溶接材2の表面Fにおける開口幅)と、開口幅dの開先開口部4を通過する位置でのレーザ光の集光直径d0とは、d>d0の関係にある。本実施形態では、開先内にフィラーワイヤを供給する必要がないため、開先開口部4の開口幅d、開先角度θ及び開先底幅Bを、レーサ光が開先内に入り得る限り小さくすることが可能となる。なお、図3においてレーザ光軸5を一点鎖線で示している。第1のレーザ光源11は、YAGレーザまた炭酸ガスレーザ等を用いる。ここで、本実施形態では、第1のレーザ光源11として、レーザ出力が4kWから5kWのレーザ光源を用いる場合を一例として説明する。なお、一般的に、レーザ光源の第1及び第2の被溶接材1,2の板幅方向への移動速度(溶接速度)と、突合せ溶接する溶接深さとは反比例の関係にあり、当然ながら、高出力のレーザを用いるほど、レーザ光源移動速度(溶接速度)を一定とした場合、溶接深さは長くなる。また、同一の溶接深さを得る場合には、レーザ出力が高いほど、レーザ光源移動速度を速くでき、スループットの向上を図ることができる。
FIG. 3 shows the relationship between the laser light source used in the butt laser welding method and the groove. As shown in FIG. 3, the laser light emitted from the first
図2に示す開先ルートフェイス部3の厚さ(板厚方向の長さ)A1は、レーザ出力が4kWから5kWの場合、12mm〜15mmに設定するのが望ましく、レーザ光照射による1パスで完全溶け込み可能な溶接深さ(板厚方向の長さ)は、9mm程度である。従って、X型開先を用いる本実施形態では、突合される第1の被溶接材1及び第2の被溶接材2を反転させることにより、表面(F)裏面(R)で12mm〜15mmの範囲以内でオーバーラップしつつ完全溶け込み溶接が可能となる。なお、レーザ出力を5kWより更に増大すれば、開先ルートフェイス部3の厚さ(板厚方向の長さ)A1を増大することが可能となる。例えば、レーザ出力を10kWとする場合、1パスで完全溶け込み可能な溶接深さは、約15.0mmとなる。また、本実施形態では、1パスすなわち、突合せ溶接する第1の被溶接材(鋼板)1及び第2の被溶接材(鋼板)2の板幅方向(図2において奥行方向)への第1のレーザ光源11の移動速度は、例えば、0.15m/min〜0.30m/minの範囲内で設定する。第1のレーザ光源11の移動機構は、例えば、図示しないレール上を摺動する移動機構または、アームによりレーザ光源を把持し第1の被溶接材1及び第2の被溶接材2の表面Fに対し平行移動可能とする移動ステージ等により構成される。
The thickness (length in the plate thickness direction) A 1 of the groove
図4に、開先ルートフェイス部3の完全溶け込み溶接部6の溶接収縮変形と、開先開口部4の変位との関係を示す。図4において、実線矢印は圧縮応力の方向を示し、白抜き矢印は引張応力の方向を示している。上述のとおり、1パスにて完全溶け込み溶接される開先ルートフェイス部3の完全溶け込み溶接部6は、レーザ照射により溶融した後、熱を奪われ収縮変形する。このとき、完全溶け込み溶接部6内には、実線矢印で示す方向に圧縮応力が発生する。これにより、完全溶け込み溶接部6以外の開先開口部4を含む開先には、引張応力が白抜き矢印で示す方向に発生する。この引張応力の作用により、横変形または角変形が生じ、開先開口部4は一点鎖線にて示す位置へ変位する。すなわち、開先の開口幅dは狭くなる。
FIG. 4 shows the relationship between the welding shrinkage deformation of the
次に、本発明の一実施形態に係る突合せレーザ溶接方法の工程フローについて説明する。図1に、本実施形態による突合せレーザ溶接方法の工程フローを示す。先ず、開先形成工程にて、第1の被溶接材(鋼板)1及び第2の被溶接材(鋼板)2、それぞれの一端面に、板厚方向略中央部付近に周囲より突き出る開先ルートフェイス部3、及び開先ルートフェイス部3の板厚方向上下にそれぞれ表面F及び裏面Rに向かい傾斜する開先開口部4を、プレス加工あるいは切削加工等にて形成する(ステップS1)。
Next, the process flow of the butt laser welding method according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 shows a process flow of the butt laser welding method according to the present embodiment. First, in the groove forming step, the first welded material (steel plate) 1 and the second welded material (steel plate) 2 each have a groove projecting from the periphery in the vicinity of the central portion in the plate thickness direction. A
2つの被溶接材突合せ工程では、第1の被溶接材1に形成された開先ルートフェイス部3と、第2の被溶接材2に形成された開先ルートフェイス部3とが相互に接触するよう、第1の被溶接材1及び第2の被溶接材2を位置付ける(ステップS2)。このとき、第1及び第2の被溶接材1,2は、図2に示す状態となる。
In the two work piece butting steps, the groove
ルートフェイス部完全溶け込み溶接工程では、図3に示すように、第1のレーザ光源11より出射され、第1の集光レンズ10により集束されたレーザ光が開先の底部、すなわち、開先ルートフェイス部3の上面に照射される。レーザ光を照射した状態で、移動機構(図示せず)により第1のレーザ光源11は、図3の奥行方向、すなわち、第1の被溶接材1及び第2の被溶接材2の表面Fに対し平行且つ板幅方向に所定の速度(溶接速度)で移動する。ここで、所定の速度とは、上述のように、例えば、0.15m/min〜0.30m/minである。第1のレーザ光源11が上記板幅方向端部へ到達した時点(1パス)で、図4に示す完全溶け込み溶接部6が形成される(ステップS3)。
In the root face part complete penetration welding process, as shown in FIG. 3, the laser light emitted from the first
次に、開口部多層溶接部形成工程では、ステップS3にて形成された完全溶け込み溶接部6の上面にレーザ光を集光し、ステップ3と同様に、レーザ光を照射しつつ第1のレーザ光源11を上記板幅方向へ移動させる。板幅方向端部に到達した時点で、完全溶け込み溶接部6の直上に、更に1層溶け込み溶接部が形成される。この動作を所定の層数分繰り返し実行することにより多層溶接部を形成する(ステップS4)。なお、各層形成する毎に、上述の図4にて説明した溶接収縮変形により、次第に開先の開口幅dは引張応力の作用により狭くなる。
Next, in the opening multi-layer weld formation process, the laser beam is focused on the upper surface of the
第1のレーザ光源11の移動速度(溶接速度)、第1のレーザ光源11より出射され第1の集光レンズ10により集束されるレーザ光のスポット、及びステップS4における開口部多層溶接部形成工程における繰り返し動作の制御は、図示しない制御部により実行される。制御部は、例えば、各種プログラムを格納するROM、演算過程のデータ等を格納するRAM、及び外部記憶装置などのメモリ、ROMよりプログラムを読み出し実行するCPU等のプロセッサにより構成される。
The moving speed (welding speed) of the first
本実施形態の突合せレーザ溶接方法によれば、厚板材をレーザ溶接する場合において、フィラーワイヤを必要としないことから、高精度なフィラーワイヤの制御が不要となり、融合不良やフィラーワイヤ溶け残り等の溶接不良を防止し、高品質なレーザ溶接継手を得ることが可能となる。 According to the butt laser welding method of this embodiment, when a thick plate material is laser-welded, a filler wire is not required, so that it is not necessary to control the filler wire with high accuracy, such as poor fusion or unfilled filler wire. It is possible to prevent poor welding and obtain a high-quality laser welded joint.
以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図5に、本発明の一実施例に係る実施例1による鋼板突合せ継手及びレーザ光源の配置関係を示す。図5において、図1乃至図4に示す構成要素と同一の構成要素に同一の符号を付している。図5に示すように、第1の被溶接材(鋼板)1の一端面には、開先ルートフェイス部3及び開先開口部4が設けられている。また、同様に、第2の被溶接材(鋼板)2の一端面には開先ルートフェイス部3及び開先開口部4が設けられており、それぞれの開先ルートフェイス部3が相互に接触するよう、開先が突き合わされる。
FIG. 5 shows the arrangement relationship between the steel plate butt joint and the laser light source according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 5, the same components as those shown in FIGS. 1 to 4 are denoted by the same reference numerals. As shown in FIG. 5, a groove
また、図5に示すように、第1の被溶接材1及び第2の被溶接材2の表面F側には、第1のレーザ光源11及び、第1のレーザ光源11より出射されるレーザ光を集束するための第1の集光レンズ10が配置される。他方、第1の被溶接材1及び第2の被溶接材2の裏面R側には、第2のレーザ光源13及び、第2のレーザ光源13より出射されるレーザ光を集束するための第2の集光レンズ12が配置される。すなわち、突き合わされた第1の被溶接材1及び第2の被溶接材2を挟み、相互に対向し、それぞれ、開先ルートフェイス部3及び開先開口部4にレーザ光を照射可能に2台のレーザ光照射系が配置されている。これにより、立設状態にある第1の被溶接材1及び第2の被溶接材2の開先に対し、第1の集光レンズ10及び第1のレーザ光源11よりなる第1のレーザ光照射系と、第2の集光レンズ12及び第2のレーザ光源13よりなる第2のレーザ光照射系とを切替えてレーザ光を照射することができる。
Further, as shown in FIG. 5, the first
本実施例では、開先としてX型開先、第1の被溶接材(鋼板)1及び第2の被溶接材(鋼板)2として、板厚42mmのステンレス鋼(SUS316L)を用いる場合を例に説明する。図7に、本実施例における溶接条件を示す。この溶接条件は、上述の図示しない制御部のメモリに記憶する。1行目に、「溶接No」、「溶接位置」、「開先底幅(mm)」、「レーザ出力(kW)」、「溶接速度(m/min)」、「ワイヤ送給速度(m/min)」及び「積層高さ(mm)」の各項目を示す。「溶接No」は、溶接順を表し、12パス、すなわち最終層を含め12層(上下両層6層)まで多層溶接することを示している。「溶接位置」は、図5に示す第1の被溶接材1及び第2の被溶接材2の表面Fまたは裏面Rのいずれの開先に対する溶接かを示す。
In this example, an X-type groove is used as the groove, and stainless steel (SUS316L) having a thickness of 42 mm is used as the first welded material (steel plate) 1 and the second welded material (steel plate) 2 as an example. Explained. In FIG. 7, the welding conditions in a present Example are shown. This welding condition is stored in the memory of the control unit (not shown). In the first line, “welding No”, “welding position”, “groove bottom width (mm)”, “laser output (kW)”, “welding speed (m / min)”, “wire feeding speed (m) / Min) "and" stacking height (mm) ". “Welding No” represents the welding order, and indicates that 12 passes, that is, multilayer welding up to 12 layers (upper and
また、「開先底幅(mm)」は、図2に示す開先の底幅Bであり、レーザ溶接前の底幅、レーザ溶接後の底幅及び溶接収縮による底幅の収縮量を示している。例えば、「溶接No」が「1」の場合、「3.0→2.5(0.5)」は、レーザ溶接前の開先の底幅3.0mmが、レーザ溶接後に開先の底幅2.5mmに収縮し、その収縮量が0.5mmであることを示している。「レーザ出力(kW)」は、第1のレーザ光照射系及び第2のレーザ光照射系共に出力4.5kWであることを示す。「溶接速度(m/min)」は、第1のレーザ光照射系、第2のレーザ光照射系の第1の被溶接材1及び第2の被溶接材2の板幅方向への移動速度を示しており、「溶接No」が「1」及び「2」の場合、すなわち、開先ルートフェイス部3の表面F及び裏面Rへの完全溶け込み溶接時は、0.25m/minと低速で移動し、「溶接No」が「3」から「10」までの開先開口部4への多層溶接時では、0.40m/minと完全溶け込み溶接時の移動速度の1.6倍の速度で、第1のレーザ光照射系及び第2のレーザ光照射系を移動させることを示す。「ワイヤ送給速度(m/min)」は、後述する第1及び第2の被溶接材1,2の最終層に対する余盛溶接時に添加したフィラーワイヤの送給速度を示しており、本実施例においては、必ずしも必要ではない。また、「積層高さ(mm)」は、「溶接No」毎に開先内に形成される各層の高さを示している。
Further, “groove bottom width (mm)” is the groove bottom width B shown in FIG. 2, and indicates the bottom width before laser welding, the bottom width after laser welding, and the shrinkage of the bottom width due to welding shrinkage. ing. For example, when “welding No” is “1”, “3.0 → 2.5 (0.5)” means that the bottom width of the groove before laser welding is 3.0 mm, and the bottom of the groove after laser welding. It shrinks to a width of 2.5 mm, indicating that the amount of shrinkage is 0.5 mm. “Laser output (kW)” indicates that the output of both the first laser light irradiation system and the second laser light irradiation system is 4.5 kW. “Welding speed (m / min)” is the moving speed of the first laser beam irradiation system and the second laser beam irradiation system in the plate width direction of the
次に、本実施例の突合せレーザ溶接方法の工程フローについて説明する。図6に示すように、先ず、開先形成工程にて、第1の被溶接材(鋼板)1及び第2の被溶接材(鋼板)2、それぞれの一端面に、板厚方向略中央部付近に周囲より突き出る開先ルートフェイス部3、及び開先ルートフェイス部3の板厚方向上下にそれぞれ表面F及び裏面Rに向かい傾斜する開先開口部4を、プレス加工あるいは切削加工等にて形成する(ステップS11)。
Next, the process flow of the butt laser welding method of the present embodiment will be described. As shown in FIG. 6, first, in the groove forming step, the first welded material (steel plate) 1 and the second welded material (steel plate) 2 are respectively provided at the center portions in the plate thickness direction. A groove
2つの被溶接材突合せ工程では、第1の被溶接材1に形成された開先ルートフェイス部3と、第2の被溶接材2に形成された開先ルートフェイス部3とが相互に接触するよう、第1の被溶接材1及び第2の被溶接材2を位置付け、立設状態とする(ステップS12)。このとき、第1及び第2の被溶接材1,2は、図5に示す状態となる。
In the two work piece butting steps, the groove
第1のレーザ光源によるルートフェイス部(表面)完全溶け込み溶接工程では、図7に示す「溶接No」が「1」の溶接条件に指定されるように、第1のレーザ光源11より出射され第1の集光レンズ10により集束されたレーザ光を、表面F側の開先ルートフェイス部3の上面(開先底部)に照射する。レーザ光を照射した状態で0.25m/minの速度で第1のレーザ光照射系を板幅方向(図5の奥行方向)へ移動させ、第1及び第2の被溶接材1,2の端部に到達した時点で、次の工程へ進む(ステップS13)。
In the root face portion (surface) complete penetration welding process by the first laser light source, the first
レーザ光源切替え工程では、図7に示す「溶接No」が「2」の溶接条件に指定される「溶接位置」が裏面(R)であることから、第1のレーザ光照射系から、第2の集光レンズ12及び第2のレーザ光源13よりなる第2のレーザ光照射系へ切り替える(ステップS14)。
In the laser light source switching step, since the “welding position” designated as the welding condition “2” shown in FIG. 7 is the back surface (R), the second laser light irradiation system performs the second operation. Is switched to the second laser light irradiation system including the
第2のレーザ光源によるルートフェイス部(裏面)完全溶け込み溶接工程では、第2のレーザ光照射系より、裏面R側の開先ルートフェイス部3の上面(開先底部)にレーザ光を照射する。レーザ光を照射した状態で0.25m/minの速度で第2のレーザ光照射系を板幅方向へ移動させ、第1及び第2の被溶接材1,2の端部に到達した時点(以下、1パス終了時点という)で、次の工程へ進む(ステップS15)。
In the root face portion (back surface) complete penetration welding process by the second laser light source, the upper surface (groove bottom portion) of the groove
第2のレーザ光源による開口部(裏面)n(n=i)層目溶接工程では、図7に示す「溶接No」が「3」の溶接条件に指定される「溶接位置」が裏面Rであること、及び「溶接速度(m/min)」が0.40m/minであることから、第2のレーザ光照射系により、裏面R側の開先開口部4の底面(完全溶け込み溶接部の上面)にレーザ光を照射する。レーザ光を照射した状態で、第2のレーザ光照射系を0.40m/minの速度で板幅方向へ移動させ、1パス終了時点で次の工程へ進む(ステップS16)。ここで、図6に示す工程フローでは、ステップS13及びステップS15により、開先ルートフェイス部3の完全溶け込み溶接完了後、開先開口部4内の多層溶接を開始する。そのため、ここでは便宜的に積層する各層を定義するため、初層をn=i、最終層をn=mとする。また、第1及び第2の被溶接材1,2の表面(F)、裏面(R)を区別することなく、連続的に層番号を割り当てている。
In the opening (back surface) n (n = i) layer welding process by the second laser light source, the “welding position” designated as the welding condition “3” shown in FIG. And the “welding speed (m / min)” is 0.40 m / min, and therefore the bottom surface of the
レーザ光源切替え工程では、図7に示す「溶接No」が「4」の溶接条件に指定される「溶接位置」が表面(F)であることから、第2のレーザ光照射系から第1のレーザ光照射系へ切り替える(ステップS17)。 In the laser light source switching step, since the “welding position” designated as the welding condition “4” shown in FIG. 7 is the surface (F), the first laser light irradiation system starts from the first laser light irradiation system. Switch to the laser beam irradiation system (step S17).
第1のレーザ光源による開口部(表面)n+1層目溶接工程では、図7に示す「溶接No」が「4」の溶接条件に指定される「溶接位置」が表面(F)であること、「溶接速度(m/min)」が0.40m/minであることから、第1のレーザ光照射系より開先開口部4内の底面にレーザ光を照射する。レーザ光を照射した状態で、第1のレーザ光照射系を0.40m/minの速度で板幅方向へ移動させ、1パス終了時点で次の工程へ進む(ステップS18)。
In the opening (surface) n + 1 layer welding process by the first laser light source, the “welding position” specified in the welding condition “welding No” shown in FIG. 7 is the surface (F), Since the “welding speed (m / min)” is 0.40 m / min, the first laser beam irradiation system irradiates the bottom surface in the
第1のレーザ光源による開口部(表面)n+2層目の溶接工程では、図7に示す「溶接No」が「5」の溶接条件に指定される「溶接位置」が表面(F)であること、「溶接速度(m/min)」が0.40m/minであることから、第1のレーザ光照射系より開先開口部4内の底面にレーザ光を照射する。レーザ光を照射した状態で、第1のレーザ光照射系を板幅方向に0.40m/minの速度で移動させ、1パス終了時点で次の工程へ進む(ステップS19)。ステップS19終了時点では、裏面R側の開先開口部4には、完全溶け込み溶接部の直上に1層目の溶接部が形成され、表面F側の開先開口部4には完全溶け込み溶接部の直上に1層目及び2層目の溶接部が形成される。
In the welding process of the opening (surface) n + 2 layer by the first laser light source, the “welding position” designated as the welding condition “welding No” shown in FIG. 7 is “surface” (F). Since the “welding speed (m / min)” is 0.40 m / min, the bottom surface in the
レーザ光源切替え工程では、「溶接No」が「6」の溶接条件に指定される「溶接位置」が裏面(R)であることから、第1のレーザ光照射系から第2のレーザ光照射系へ切り替える(ステップS20)。 In the laser light source switching step, since the “welding position” designated as the welding condition “welding No” is “6” is the back surface (R), the first laser light irradiation system to the second laser light irradiation system. (Step S20).
次に、第2のレーザ光源による開口部(裏面)n+3層目溶接工程では、「溶接No」が「6」の溶接条件に指定される「溶接位置」が裏面(R)であること、「溶接速度(m/min)」が0.40m/minであることから、第2のレーザ光照射系により裏面(R)側の開先開口部4内の底部にレーザ光を照射する。レーザ光を照射した状態で板幅方向へ、第2のレーザ光照射系を0.40m/minの速度で移動させ、1パス終了時点で次の工程へ進む(ステップS21)。
Next, in the opening (back surface) n + 3rd layer welding process by the second laser light source, the “welding position” designated as the welding condition of “6” is “back surface (R)”, “ Since the “welding speed (m / min)” is 0.40 m / min, the bottom of the
第2のレーザ光源による開口部(裏面)n+4層目溶接工程では、「溶接No」が「7」の溶接条件に指定される「溶接位置」が裏面(R)であること、「溶接速度(m/min)」が0.40m/minであることから、第2のレーザ光照射系により裏面(R)側の開先開口部4内の底部にレーザ光を照射する。レーザ光を照射した状態で板幅方向へ、第2のレーザ光照射系を0.40m/minの速度で移動させ、1パス終了時点で次の工程へ進む(ステップS22)。
In the opening (rear surface) n + 4th layer welding process by the second laser light source, the “welding position” designated as the welding condition “welding No” is “7” is the rear surface (R), “welding speed ( m / min) ”is 0.40 m / min, and the second laser light irradiation system irradiates the bottom of the
ステップS22では、(n+m−2)層目の溶接が完了したか否かを判定し、未完了の場合、ステップS17へ進む。完了した場合は、ここで処理を終了する。(n+m−2)層目の溶接が完了した時点では、図7に示す溶接条件に指定される「溶接No」が「10」までの処理が完了し、表面(F)側5層、裏面(R)側5層の溶接が完了したことになる。 In step S22, it is determined whether or not the (n + m-2) layer welding has been completed. If the welding has not been completed, the process proceeds to step S17. If completed, the process ends here. When the welding of the (n + m−2) layer is completed, the processing up to “10” for “welding No” specified in the welding conditions shown in FIG. R) Welding of the five layers on the side is complete.
図8に、ステンレス鋼板の溶接継手を示す上下両層5層溶接時の断面マクロ写真及び断面概略図を示す。マクロ写真に示される各溶接部(各層)と図7に示す溶接条件との関係を分かり易くするため、断面概略図中に対応する「溶接No」を付している。また、マクロ写真において、左側に示すスケールは一目盛が1mmである。マクロ写真に示されるように、本実施例によりレーザ溶接のみで形成された突合せ継手は、溶接欠陥が無く、良好な突合せレーザ溶接継手が得られていることがわかる。
In FIG. 8, the cross-sectional macro photograph and cross-sectional schematic diagram at the time of the upper and lower both-
なお、図8では、マクロ写真に示すように、裏面(R)側に4mm、表面(F)側に5mmの最終層を残した状態としているが、これら最終層まで、本実施例によるレーザ溶接のみにより溶接することも可能である。 In FIG. 8, as shown in the macrophotograph, the final layer of 4 mm is left on the back surface (R) side and 5 mm on the front surface (F) side, but laser welding according to the present embodiment is performed up to these final layers. It is also possible to weld by only.
図9に、ステンレス鋼板の溶接継手を示す上下両層6層目余盛溶接後の断面マクロ写真及び断面概略図を示す。図8と同様に、マクロ写真にスケールを付し、断面概略図に図7に示す溶接条件に示される「溶接No」を付している。溶接No.11が付された表面(F)の最終層の余盛溶接は、溶加材としてフィラーワイヤを用い、図7に示すように、「ワイヤ送給速度(m/min)」を1.2m/minとし、第1のレーザ光照射系の板幅方向への移動速度(溶接速度)を0.15m/minとした。また、溶接No.12が付された裏面(R)の最終層の余盛溶接は、同様に、フィラ―ワイヤを1.2m/minの速度で供給し、第2のレーザ光照射系の板幅方向への移動速度(溶接速度)を0.15m/minとした。余盛の溶接後においても、図8と同様に溶接欠陥の無い良好な溶接継手が得られていることが確認できる。 FIG. 9 shows a cross-sectional macrophotograph and a schematic cross-sectional view of the upper and lower double-layer sixth-layer surplus welds showing a welded joint of a stainless steel plate. As in FIG. 8, a scale is attached to the macrophotograph, and “welding No” shown in the welding conditions shown in FIG. 7 is attached to the schematic cross-sectional view. In the surplus welding of the last layer on the surface (F) to which welding No. 11 is applied, a filler wire is used as a filler material, and as shown in FIG. 7, the “wire feed speed (m / min)” is 1 The moving speed (welding speed) in the plate width direction of the first laser light irradiation system was 0.15 m / min. Further, in the surplus welding of the last layer on the back surface (R) to which welding No. 12 is applied, the filler wire is similarly supplied at a speed of 1.2 m / min, and the second laser light irradiation system plate The moving speed (welding speed) in the width direction was set to 0.15 m / min. Even after extra welding, it can be confirmed that a good weld joint without welding defects is obtained as in FIG.
最終層の溶融プールは開先の内部には留まらず、開先外部の第1及び第2の被溶接材1,2の表面(F)及び裏面(R)にまで広がる。従って、図9に示す最終層のみフィラーワイヤを添加し溶接する方式であれば、従来の開先底部にフィラーワイヤを供給する場合における、高精度の位置決め、あるいは、ワイヤノズルまたはワイヤチップ等のワイヤ供給治具を開先底部に挿入することによる狭開先化の制限を受けることはない。従って、本実施例においても最終層の溶接に限っては、フィラーワイヤ等の溶加材を添加した溶接を行うことができる。さらに、最終層の溶接は狭開先内部で実施する必要も無いことから、溶接方法はレーザ溶接だけではなく、アーク溶接等の適用も可能となる。なお、図9に示す最終層のみフィラーワイヤを添加し溶接する方式は、必ずしも必要ではなく、上述のように最終層含め全てレーザ溶接のみで突合せ溶接を行う構成としても良い。
The molten pool of the final layer does not stay inside the groove but extends to the front surface (F) and back surface (R) of the first and second welded
本実施例では、開先ルートフェイス部3の完全溶け込み溶接終了後、開先開口部4内の溶接を表面F及び裏面Rでそれぞれ2層毎に行う場合を例示したが、これに限られものではない。例えば、開先開口部4内の溶接を表面F及び裏面Rで1層毎に行うよう構成しても良い。また、全総数に応じて、例えば、3層毎に行うよう構成しても良く、この場合、第1のレーザ光照射系と第2のレーザ光照射系との間で切替え頻度を低減することが可能となる。なお、上述のとおり、完全溶け込み溶接部内には、圧縮応力が発生し、逆に開先開口部4には引張応力が発生する。この引張応力の作用により開先の開口幅は次第に狭くなる。このことから、引張応力による開先の開口幅の収縮を考慮すると、その影響を表面F及び裏面Rでバランスさせるためには、1層溶接毎に第1のレーザ光照射系と第2のレーザ光照射系と切り替える構成とすることが望ましい。
In the present embodiment, after the complete penetration welding of the groove
本実施例によれば、厚板材をレーザ溶接する場合において、図8に示すように、フィラーワイヤを必要としないことから、高精度なフィラーワイヤの制御が不要となり、融合不良やフィラーワイヤ溶け残り等の溶接不良を防止し、高品質なレーザ溶接継手を得ることが可能となる。 According to the present embodiment, when laser welding a thick plate material, as shown in FIG. 8, since a filler wire is not required, it is not necessary to control the filler wire with high accuracy, resulting in poor fusion or unfilled filler wire. It is possible to obtain a high-quality laser welded joint by preventing welding defects such as the above.
また、本実施例によれば、2台のレーザ光照射系を用い切替え制御することのみで、X型開先を有する2つの被溶接材の表面側及び裏面側の開先を溶接できることによりスループットの向上が図られる。 In addition, according to the present embodiment, it is possible to weld the groove on the front surface side and the back surface side of two workpieces having an X-shaped groove only by switching control using two laser light irradiation systems, thereby increasing the throughput. Is improved.
また、X型開先とすることにより、42mmに限らず50mm程度の厚板のレーザ溶接継手を得ることも可能となる。 Further, by using an X-shaped groove, it is possible to obtain a laser-welded joint having a thickness of about 50 mm, not limited to 42 mm.
図10及び図11に、本発明の他の実施例に係る実施例2による鋼板突合せ継手及びレーザ光源の配置関係を示す。実施例1では、X型開先を有する被溶接材の突合せレーザ溶接を、2台のレーザ光照射系にて切替え照射する構成とした。これに対し本実施例では、1台のレーザ光照射系にてレーザ溶接を行う点が異なる。 FIGS. 10 and 11 show the positional relationship between the steel plate butt joint and the laser light source according to the second embodiment of the present invention. In Example 1, butt laser welding of a workpiece to be welded having an X-shaped groove was configured to be switched and irradiated by two laser light irradiation systems. On the other hand, the present embodiment is different in that laser welding is performed with one laser beam irradiation system.
図10に示すように、第1及び第2の被溶接材1,2の表面F側には、第1のレーザ光源11及び第1のレーザ光源11より出射されるレーザ光を集束させるための第1の集光レンズ10よりなる第1のレーザ光照射系が配置される。図10では、第1のレーザ光照射系により表面F側の開先の底部、すなわち、開先ルートフェイス部3の上面にレーザ光が集光された状態を示す。
As shown in FIG. 10, the first
また、図11に示す状態では、第1及び第2の被溶接材1,2を上下に反転し、第1及び第2の被溶接材1,2の裏面Rに対向するよう、第1のレーザ光照射系が配置される。図11では、第1のレーザ光照射系により裏面R側の開先の底部、すなわち、開先ルートフェイス部3の上面にレーザ光が集光された状態を示している。
In the state shown in FIG. 11, the first and second welded
次に、本実施例の突合せレーザ溶接方法の工程フローについて説明する。図12に示す開先形成工程(ステップS31)は、図6に示すステップS11と同様であるため説明を省略する。2つの被溶接材突合せ工程では、第1の被溶接材1に形成された開先ルートフェイス部3と、第2の被溶接材2に形成された開先ルートフェイス部3とが相互に接触するよう、第1の被溶接材1及び第2の被溶接材2を位置付ける(ステップS32)。このとき、第1及び第2の被溶接材1,2は、図10に示す状態となる。
Next, the process flow of the butt laser welding method of the present embodiment will be described. The groove forming step (step S31) shown in FIG. 12 is the same as step S11 shown in FIG. In the two work piece butting steps, the groove
第1のレーザ光源によるルートフェイス部(表面)完全溶け込み溶接工程では、図10に示すように、第1のレーザ光照射系より、第1及び第2の被溶接材1,2の表面Fの開先の底部、すなわち、開先ルートフェイス部3の上面にレーザ光を照射する。レーザ光を照射した状態で、第1のレーザ光照射系を板幅方向に所定の速度(溶接速度)で移動し、第1及び第2の被溶接材1,2の端部に到達した時点(1パス終了時点)で、次の工程に進む(ステップS33)。ここで、溶接速度及びレーザ出力については、実施例1と同様であるため説明を省略する。
In the root face part (surface) complete penetration welding process by the first laser light source, as shown in FIG. 10, the surface F of the first and
次に、2つの被溶接材上下反転工程では、表面F側の開先ルートフェイス部3が完全溶け込み溶接完了後の第1及び第2の被溶接材1,2を上下反転するよう配置する(ステップS34)。このとき、第1及び第2の被溶接材1,2は、図11に示す状態に配置される。
Next, in the two material to be welded upside down, the groove
第1のレーザ光源によるルートフェイス部(裏面)完全溶け込み溶接工程では、図11に示すように、第1のレーザ光照射系により、第1及び第2の被溶接材1,2の裏面R側の開先の底部、すなわち、開先ルートフェイス部3の上面にレーザ光を照射する。レーザ光を照射した状態で、第1のレーザ光照射系を板幅方向に所定の速度(溶接速度)で移動し、1パス終了時点で次の工程に進む(ステップS35)。ステップS35終了時点で、開先ルートフェイス部3は、表面F側及び裏面R側よりオーバーラップした状態で完全溶け込み溶接が完了する。
In the root face portion (back surface) complete penetration welding process by the first laser light source, as shown in FIG. 11, the back surface R side of the first and second welded
続いて、2つの被溶接材上下反転工程では、開先ルートフェイス部3の完全溶け込み溶接完了後の第1及び第2の被溶接材1,2の表面Fが、上面となるよう上下に反転し配置する(ステップS36)。
Subsequently, in the two work piece upside down processes, the first and
次に、第1のレーザ光源による開口部n層目溶接工程では、第1のレーザ光照射系により、表面F側の開先開口部4の底面(完全溶け込み溶接部の上面)にレーザ光を照射する。レーザ光を照射した状態で、第1のレーザ光照射系を板幅方向へ所定の速度(溶接速度)で移動し、1パス終了時点で次の工程に進む(ステップS37)。ここで、図12に示すフローでは、記載を省略しているが、実施例1と同様に、ステップS33及びステップS35により、開先ルートフェイス部3の完全溶け込み溶接完了後に、開先開口部4内の多層溶接を開始する。そのため、ここでは便宜的に積層する各層を定義するため、初層をn=i、最終層をn=mとする。また、図12に示すように、第1及び第2の被溶接材1,2の表面(F)、裏面(R)を区別することなく、連続的に層番号を割り当てている。
Next, in the opening n-th layer welding process by the first laser light source, laser light is applied to the bottom surface of the
続いて、2つの被溶接材上下反転工程では、ステップS37にて、表面F側の完全溶け込み溶接された開先ルートフェイス3の直上に更に1層溶接される。すなわち、開先開口部4内に初層(1層目)が形成される。この第1及び第2の被溶接材1,2を裏面Rが上面となるよう上下に反転し配置する(ステップS38)。
Subsequently, in the two workpieces upside down process, in step S37, one more layer is welded immediately above the
第1のレーザ光源による開口部n+1層目溶接工程では、第1のレーザ光照射系により、裏面R側の開先の底面(完全溶け込み溶接部の上面)にレーザ光を照射する。レーザ光を照射した状態で、第1のレーザ光照射系を板幅方向へ所定の速度(溶接速度)で移動し、1パス終了時点で次の工程に進む(ステップS39)。このステップS39終了時、第1及び第2の被溶接材1,2の完全溶け込み溶接後の開先ルートフェイス部3の表面F側及び裏面R側の直上にそれぞれ更に1層形成される。
In the opening n + 1 layer welding process by the first laser light source, the first laser beam irradiation system irradiates the bottom surface of the groove on the back surface R side (the upper surface of the complete penetration weld) with laser light. With the laser beam irradiated, the first laser beam irradiation system is moved in the plate width direction at a predetermined speed (welding speed), and the process proceeds to the next step when one pass is completed (step S39). At the end of step S39, one more layer is formed immediately above the front surface F side and the rear surface R side of the groove
ステップS40では、開先開口部4内の溶接が(n+i=m−2)層目まで完了したか否かを判定する。未完了の場合、ステップS38へ戻り、ステップS38〜ステップS40までを繰り返し実行する。他方、開先開口部4内の溶接が(n+i=m−2)層目まで完了したことが判定されると、処理を終了する。(n+i=m−2)層目までの処理が完了した時点では、実施例1と同様にm=12の場合、表面(F)側5層、裏面(R)側5層の溶接が完了したことになる。
In step S40, it is determined whether or not the welding in the
なお、本実施例では、1層溶接が完了する毎に、第1及び第2の被溶接材1,2を反転する構成としたがこれに限られない。例えば、開先ルートフェイス部3の完全溶け込み溶接完了の開先開口部4内のレーザ溶接を、表面F側、裏面R側それぞれ、2層連続して溶接した後に、上下を反転するよう構成しても良い。なお、上述のとおり、完全溶け込み溶接部内には、圧縮応力が発生し、逆に開先開口部4には引張応力が発生する。この引張応力の作用により開先の開口幅は次第に狭くなる。このことから、引張応力による開先の開口幅の収縮を考慮すると、その影響を表面F及び裏面Rでバランスさせるためには、1層溶接毎に上下反転する構成とすることが望ましい。
In the present embodiment, the first and second welded
本実施例によれば、フィラーワイヤを必要としないことから、高精度なフィラーワイヤの制御が不要となり、融合不良やフィラーワイヤ溶け残り等の溶接不良を防止し、高品質なレーザ溶接継手を得ることが可能となる。 According to the present embodiment, since no filler wire is required, it is not necessary to control the filler wire with high precision, preventing poor welding such as poor fusion and unmelted filler wire, and obtaining a high-quality laser welded joint. It becomes possible.
また、本実施例によれば、被溶接材の上下反転工程を必要とするため、実施例1に比べスループットは低下するものの、1台のレーザ光照射系のみでレーザ溶接を行うことができるため、実施例1より設備コストを低減することが可能となる。 In addition, according to the present embodiment, since the work piece is inverted upside down, the throughput is lower than that of the first embodiment, but laser welding can be performed with only one laser beam irradiation system. Thus, the facility cost can be reduced as compared with the first embodiment.
また、実施例1と同様に、本実施例ではX型開先とするものであるため、50mm程度の厚板のレーザ溶接継手を得ることも可能となる。 Further, as in the first embodiment, since the X-shaped groove is used in this embodiment, it is possible to obtain a laser-welded joint having a thickness of about 50 mm.
図13に、本発明の他の実施例に係る実施例3の突合せレーザ溶接方法の工程フローを示す。実施例2では、開先ルートフェイス部3を完全溶け込み溶接した後、開先開口部4内の溶接を、1層または2層連続して溶接する毎に被溶接材を上下に反転する構成とした。これに対し、本実施例では、開先ルートフェイス部3を完全溶け込み溶接した後、表面F側開先開口部4内を連続して多層溶接した後、被溶接材を上下に反転し、裏面R側開先開口部4内を連続して多層溶接するよう構成した点が異なる。
FIG. 13 shows a process flow of the butt laser welding method of Example 3 according to another example of the present invention. In Example 2, after the groove
本実施例の突合せレーザ溶接方法の工程フローについて説明する。図13に示す開先形成工程(ステップS41)、2つの被溶接材突合せ工程(ステップS42)、第1のレーザ光源によるルートフェイス部(表面)完全溶け込み溶接工程(ステップS43)、2つの被溶接材上下反転工程(ステップS44)、第1のレーザ光源によるルートフェイス部(裏面)完全溶け込み溶接工程(ステップS45)及び2つの被溶接材上下反転工程(ステップS46)については、実施例2において説明した図12におけるステップS31〜ステップS36と同様であるため、ここでは説明を省略する。 The process flow of the butt laser welding method of the present embodiment will be described. Groove forming step (step S41) shown in FIG. 13, two welded material butting steps (step S42), a root face portion (surface) complete penetration welding step (step S43) using a first laser light source, and two welded portions The material upside down process (step S44), the root face part (back surface) complete penetration welding process (step S45) and the two welded material upside down processes (step S46) by the first laser light source will be described in the second embodiment. Since this is the same as step S31 to step S36 in FIG. 12, the description is omitted here.
ステップS46にて、開先ルートフェイス部3の完全溶け込み溶接が、表面F側及び裏面R側がオーバーラップした状態で既に完了している。従って、第1のレーザ光源による開口部(表面)n層目溶接工程では、第1のレーザ光照射系により、表面F側の開先開口部4の底面(完全溶け込み溶接部の上面)にレーザ光を照射する。レーザ光を照射した状態で、第1のレーザ光照射系を板幅方向へ所定の速度(溶接速度)で移動し、1パス終了時点で次の工程に進む(ステップ47)。ここで、図13のフローでは記載を省略しているが、実施例2と同様に、ステップS43及びステップS45により、開先ルートフェイス部3の完全溶け込み溶接完了後に、開先開口部4内の多層溶接を開始する。そのため、ここでは便宜的に積層する各層を定義するため、表面F側及び裏面R側共にそれぞれにおいて、初層をn=i、最終層をn=mとする。
In step S46, complete penetration welding of the groove
次に、ステップS48では、表面F側の開先開口部4内の溶接が(n=m)層目まで完了したか否かを判定する。未完了の場合、ステップS47へ戻り、ステップS47及びステップS48を繰り返し実行する。他方、開先開口部4内の溶接が(n=m)層目まで完了したことが判定されると、次の工程であるステップS49へ進む。ここで、例えばm=4の場合、表面F側の開先開口部4内には、完全溶け込み溶接部の直上から4層の溶接が完了したことになる。
Next, in step S48, it is determined whether or not the welding in the
2つの被溶接材上下反転工程では、表面F側の開先開口部4内に4層の多層溶接完了後の第1及び第2の被溶接材1,2を裏面Rが上面となるよう上下に反転し配置する(ステップS49)。
In the two workpieces upside down process, the first and
続いて、第1のレーザ光源による開口部(裏面)n層目溶接工程では、第1のレーザ光照射系により、裏面R側の開先開口部4の底面(完全溶け込み溶接部の上面)にレーザ光を照射する。レーザ光を照射した状態で、第1のレーザ光照射系を板幅方向へ所定の速度(溶接速度)で移動し、1パス終了時点で次の工程に進む(ステップS50)。
Subsequently, in the opening (back surface) n-th layer welding step by the first laser light source, the bottom surface of the
次に。ステップS51では、裏面R側の開先開口部4内の溶接が(n=m)層目まで完了したか否かを判定する。未完了の場合、ステップS50へ戻り、ステップS50及びステップS51を繰り返し実行する。他方、開先開口部4内の溶接が(n=m)層目まで完了したことが判定されると、処理を終了する。ここで、例えば表面F側と同様にm=4の場合、裏面R側の開先開口部4内には、完全溶け込み溶接部の直上から4層の溶接が完了したことになる。
next. In step S51, it is determined whether or not the welding in the
本実施例によれば、フィラーワイヤを必要としないことから、高精度なフィラーワイヤの制御が不要となり、融合不良やフィラーワイヤ溶け残り等の溶接不良を防止し、高品質なレーザ溶接継手を得ることが可能となる。 According to the present embodiment, since no filler wire is required, it is not necessary to control the filler wire with high precision, preventing poor welding such as poor fusion and unmelted filler wire, and obtaining a high-quality laser welded joint. It becomes possible.
また、本実施例によれば、実施例2に比べ被溶接材の上下反転工程を大幅に減少できるため、実施例2よりスループットの向上を図ることが可能となる。 In addition, according to the present embodiment, since the upside down process of the welded material can be significantly reduced as compared with the second embodiment, it is possible to improve the throughput as compared with the second embodiment.
また、本実施例によれば、1台のレーザ光照射系のみでレーザ溶接を行うことができるため、実施例1より設備コストを低減することが可能となる。 In addition, according to the present embodiment, since laser welding can be performed with only one laser beam irradiation system, the facility cost can be reduced compared to the first embodiment.
また、実施例1及び実施例2と同様に、本実施例ではX型開先とするものであるため、50mm程度の厚板のレーザ溶接継手を得ることも可能となる。なお、レーサ出力を増大することにより使用する被溶接材の板厚を更に増大することができる。 Further, as in the first and second embodiments, since the X-shaped groove is used in this embodiment, it is possible to obtain a laser-welded joint having a thickness of about 50 mm. In addition, the plate | board thickness of the to-be-welded material to be used can be further increased by increasing a racer output.
図14は、本発明の他の実施例に係る実施例4による鋼板突合せ継手の構造を示す断面概略図である。本実施例においては、開先をY型開先とすることで、被溶接材の上下反転工程を不要とした点が、実施例2及び実施例3と異なる。 FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a steel sheet butt joint according to Example 4 of another embodiment of the present invention. The present embodiment is different from the second embodiment and the third embodiment in that a Y-shaped groove is used as the groove, thereby eliminating the need for the upside down process of the material to be welded.
図14に示す、開先は、開先ルートフェイス部3及び開先開口部4より構成されるY型開先である。例えば、レーザ出力を4kW〜5kWとした場合、レーザ光照射による1パスで完全溶け込み可能な溶接深さ(板厚方向の長さ)は、上述のとおり9mm程度である。従って、開先ルートフェイス部3の厚さ(板厚方向の長さ)A2は、8mmとするのが望ましい。なお、レーザ出力を5kWより更に増大すれば、開先ルートフェイス部3の厚さA2を増大することが可能である。例えば、レーザ出力を10kWとする場合、1パスで完全溶け込み可能な溶接深さは、約15.0mmとなる。従って、この場合には、開先ルートフェイス部3の厚さ(板厚方向の長さ)A2は、14.0mmとするのが望ましい。また、開先開口部4の開先角度θは、上述のように、2°以上6°以下とするのが好ましく、5°とするのが望ましい。
The groove shown in FIG. 14 is a Y-shaped groove composed of a groove
図15に、本実施例による鋼板突合せ継手及びレーザ光源との配置関係を示す。図15に示すように、第1のレーザ光源11、第1のレーザ光源11より出射されるレーザ光を集束させるための第1の集光レンズ10より第1のレーザ光照射系が構成される。図15においては、開先の底部、すなわち、開先ルートフェイス部3の上面にレーザ光が集光された状態を示している。
In FIG. 15, the arrangement | positioning relationship with the steel plate butt joint by a present Example and a laser light source is shown. As shown in FIG. 15, a first laser light irradiation system is composed of a first
本実施例の突合せレーザ溶接方法の工程フローを説明する。図16に示す開先形成工程では、第1の被溶接材1及び第2の被溶接材2、それぞれの一端面に、板厚方向略中央部より片側寄りから表面Fに向かい傾斜する開先開口部4、平坦面を開先ルートフェイス部3とする形状を、プレス加工あるいは切削加工等にて形成する(ステップS61)。
The process flow of the butt laser welding method of the present embodiment will be described. In the groove forming step shown in FIG. 16, the first and second welded
2つの被溶接材突合せ工程では、第1の被溶接材1に形成された開先ルートフェイス部3と、第2の被溶接材2に形成された開先ルートフェイス部3とが相互に接触するよう、第1の被溶接材1及び第2の被溶接材2を位置付ける(ステップS62)。
In the two work piece butting steps, the groove
第1のレーザ光源によるルートフェイス部(表面)完全溶け込み溶接工程では、第1のレーザ光照射系より、開先の底部、すなわち、開先ルートフェイス部3の上面へレーザ光を照射する。レーザ光を照射した状態で、第1のレーザ光照射系を板幅方向へ所定の速度(溶接速度)で移動し、1パス終了時点で次の工程に進む(ステップS63)。ステップS63にて、開先ルートフェイス部3の完全溶け込み溶接が完了する。
In the root face part (surface) complete penetration welding process by the first laser light source, laser light is irradiated to the bottom of the groove, that is, the upper surface of the groove
第1のレーザ光源による開口部(表面)n層目溶接工程では、第1のレーザ光照射系により、開先開口部4の底面(完全溶け込み溶接部の上面)にレーザ光を照射する。レーザ光を照射した状態で、第1のレーザ光照射系を板幅方向へ所定の速度(溶接速度)で移動し、1パス終了時点で次の工程に進む(ステップS64)。ここで、図16のフローでは記載を省略しているが、ステップS63にて完全溶け込み溶接後に、開先開口部4内の多層溶接が開始されることから、便宜的に積層する各層を定義するため、初層をn=i、最終層をn=mとする。
In the opening (surface) n-th layer welding step by the first laser light source, the first laser beam irradiation system irradiates the bottom surface of the groove opening 4 (upper surface of the complete penetration weld) with laser light. With the laser beam irradiated, the first laser beam irradiation system is moved in the plate width direction at a predetermined speed (welding speed), and the process proceeds to the next step at the end of one pass (step S64). Here, although not shown in the flow of FIG. 16, after complete penetration welding in step S <b> 63, multilayer welding in the
次にステップS65では、開先開口部4内の溶接が(n=m)層目まで完了したか否かを判定する。未完了の場合、ステップS64へ戻り、ステップS64及びステップS65を繰り返し実行する。他方、開先開口部4内の溶接が(n=m)層目まで完了したことが判定されると処理を終了する。ここで、例えば、m=4とした場合、Y型開先の開先ルートフェイス部3(完全溶け込み溶接部)の直上に4層の多層溶接が完了したことになる。
Next, in step S65, it is determined whether or not the welding in the
本実施例では、開先がY型開先であることから、レーザ光の照射は開先開口部4が形成される一方のみからとなる。また、Y型開先を用いることにより、鋼板等の板材のみならず、配管材の溶接にも適用することができる。
In this embodiment, since the groove is a Y-shaped groove, the laser beam is irradiated only from one side where the
本実施例によれば、フィラーワイヤを必要としないことから、高精度なフィラーワイヤの制御が不要となり、融合不良やフィラーワイヤ溶け残り等の溶接不良を防止し、高品質なレーザ溶接継手を得ることが可能となる。 According to the present embodiment, since no filler wire is required, it is not necessary to control the filler wire with high precision, preventing poor welding such as poor fusion and unmelted filler wire, and obtaining a high-quality laser welded joint. It becomes possible.
また、本実施例によれば、実施例3に比べ被溶接材の上下反転工程を必要としないため、実施例3よりスループットの向上が図られる。 Further, according to the present embodiment, compared with the third embodiment, since the upside down process of the material to be welded is not required, the throughput can be improved as compared with the third embodiment.
また、本実施例によれば、1台のレーザ光照射系のみでレーザ溶接を行うことができるため、実施例1より設備コストを低減することが可能となる。 In addition, according to the present embodiment, since laser welding can be performed with only one laser beam irradiation system, the facility cost can be reduced compared to the first embodiment.
本実施例では、Y型開先を用いるものであるため、実施例1乃至実施例3と比較し、使用可能な被溶接材(鋼板)の板厚は薄くなるものの、それでもレーザ出力が5kWで、板厚30mmより大とできる。 In this example, since a Y-shaped groove is used, the thickness of the weldable material (steel plate) that can be used is thinner than that in Examples 1 to 3, but the laser output is still 5 kW. The plate thickness can be larger than 30 mm.
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の実施例の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add, delete, and replace the configurations of other embodiments with respect to a part of the configurations of the embodiments.
1 第1の被溶接材(鋼板)
2 第2の被溶接材(鋼板)
3 開先ルートフェイス部
4 開先開口部
5 レーザ光軸
6 完全溶け込み溶接部
10 第1の集光レンズ
11 第1のレーザ光源
12 第2の集光レンズ
13 第2のレーザ光源
1 First material to be welded (steel plate)
2 Second material to be welded (steel plate)
3 groove
Claims (9)
前記2つの被溶接板材の前記ルートフェイス部同士が接触するよう突き合わせる突合せ工程と、
レーザ光を前記ルートフェイス部へ照射し、完全溶け込み溶接部を形成するルートフェイス部溶接工程と、
前記完全溶け込み溶接部が形成された開先の開口部にレーザ光を照射することのみで多層溶接部を形成する多層溶接部形成工程と、を有し、
前記多層溶接部形成工程における溶接速度は、前記ルートフェイス部溶接工程における溶接速度より速いことを特徴とする被溶接板材の突合せレーザ溶接方法。 A groove forming step of forming a groove so as to have a root face portion at a part of the end faces of the two to-be-welded plate members to be abutted and to have an opening portion at least one of the upper and lower sides of the root face portion; ,
A butting step for abutting the root face portions of the two to-be-welded plate materials to contact each other;
Irradiating the root face part with a laser beam and forming a complete penetration weld part;
Have a a multi-layered weld forming a multi-layer weld only applying a laser beam to the opening of the full penetration weld is formed groove,
A welding laser welding method for plate materials to be welded , wherein a welding speed in the multilayer welded portion forming step is faster than a welding speed in the route face portion welding step .
前記開先形成工程は、前記ルートフェイス部の上下に開口部を有するX型開先を形成し、
前記突き合わされた2つの被溶接板材を挟み、対向するよう配される第1のレーザ光照射系と第2のレーザ光照射系とを備え、前記第1のレーザ光照射系及び前記第2のレーザ光照射系を切替えることにより、前記完全溶け込み溶接部及び多層溶接部を形成することを特徴とする被溶接板材の突合せレーザ溶接方法。 In the butt laser welding method of the to-be-welded board | plate material of Claim 1,
The groove forming step forms an X-shaped groove having openings above and below the route face part,
A first laser light irradiation system and a second laser light irradiation system, which are arranged so as to oppose each other, sandwiching the two plate members to be welded, are provided, the first laser light irradiation system and the second laser light irradiation system A method of butt laser welding of welded plate materials, wherein the complete penetration weld and the multilayer weld are formed by switching a laser light irradiation system.
前記多層溶接部形成工程は、所定の層数形成毎に、前記第1のレーザ光照射系及び第2のレーザ光照射系を切替えることを特徴とする被溶接板材の突合せレーザ溶接方法。 In the butt laser welding method of the to-be-welded board | plate material of Claim 2,
In the multi-layer welded portion forming step, the first laser beam irradiation system and the second laser beam irradiation system are switched every time a predetermined number of layers are formed.
前記開先形成工程は、前記ルートフェイス部の上下に開口部を有するX型開先を形成し、
前記ルートフェイス部溶接工程は、
前記突き合わされた2つの被溶接板材の第1の面側より前記レーザ光を前記ルートフェイス部に照射する第1の工程と、
前記第1の工程後、前記2つの被溶接板材を上下に反転する第2の工程と、
前記第2の工程後、前記第1の面とは反対側の第2の面側より前記レーザ光を前記ルートフェイス部に照射する第3の工程と、を含むことを特徴とする被溶接板材の突合せレーザ溶接方法。 In the butt laser welding method of the to-be-welded board | plate material of Claim 1,
The groove forming step forms an X-shaped groove having openings above and below the route face part,
The route face welding process
A first step of irradiating the root face part with the laser light from the first surface side of the two welded plate members that are butted against each other;
After the first step, a second step of flipping the two welded plate materials up and down;
After the second step, a third step of irradiating the root face part with the laser beam from the second surface side opposite to the first surface, Butt laser welding method.
前記多層溶接部形成工程は、
前記2つの被溶接板材の第1の面側より前記レーザ光を前記開口部に照射する第1の工程と、
前記第1の工程により所定の層数形成後に前記2つの被溶接板材を上下に反転する第2の工程と、
前記第2の工程後、前記第2の面側より前記レーザ光を前記開口部に照射する第3の工程と、
前記第3の工程により、前記所定の層数形成後に前記2つの被溶接板材を上下に反転する第4の工程と、を含み、前記第1の工程から前記第4の工程を繰り返し実行することを特徴とする被溶接板材の突合せレーザ溶接方法。 In the butt laser welding method of the to-be-welded board | plate material of Claim 4,
The multilayer weld formation step includes
A first step of irradiating the opening with the laser beam from the first surface side of the two welded plate members;
A second step of inverting the two welded plate materials up and down after forming a predetermined number of layers in the first step;
A third step of irradiating the opening with the laser beam from the second surface side after the second step;
A fourth step of inverting the two welded plate materials up and down after the predetermined number of layers is formed by the third step, and repeatedly executing the fourth step from the first step. A butt laser welding method for welded plate materials.
前記多層溶接部形成工程は、
前記2つの被溶接板材の第1の面側より前記レーザ光を前記開口部に所定の複数パス分繰り返し照射する第1の工程と、
前記第1の工程後に、前記2つの被溶接板材を上下に反転する第2の工程と、
前記第2の工程後に、前記2つの被溶接板材の第2の面側より前記レーザ光を前記開口部に所定の複数パス分繰り返し照射する第3の工程と、を含むことを特徴とする被溶接板材の突合せレーザ溶接方法。 In the butt laser welding method of the to-be-welded board | plate material of Claim 4,
The multilayer weld formation step includes
A first step of repeatedly irradiating the opening with a predetermined plurality of passes from the first surface side of the two welded plate members;
After the first step, a second step of flipping the two welded plate materials up and down,
After the second step, a third step of repeatedly irradiating the opening portion with a predetermined number of passes from the second surface side of the two welded plate materials. Butt laser welding method for welded plate material.
前記開先形成工程は、前記ルートフェイス部の上方又は下方のいずれか一方のみに開口部を有するY型開先を形成し、
前記ルートフェイス部溶接工程は、前記ルートフェイス部に前記レーザ光を1パス照射し、
前記多層溶接部形成工程は、前記開口部へ前記レーザ光を所定の複数パス分繰り返し照射することを特徴とする被溶接板材の突合せレーザ溶接方法。 In the butt laser welding method of the to-be-welded board | plate material of Claim 1,
The groove forming step forms a Y-shaped groove having an opening only on either the upper side or the lower side of the route face part,
In the root face part welding step, the root face part is irradiated with the laser beam in one pass,
In the multi-layer welded portion forming step, the laser beam is repeatedly irradiated to the opening for a predetermined plurality of passes.
前記多層溶接部形成工程後に、更に前記開口部の最終層のみにフィラーワイヤを添加すると共に当該フィラーワイヤに前記レーザを照射する余盛溶接工程を備えることを特徴とする被溶接板材の突合せレーザ溶接方法。 In the butt laser welding method of the to-be-welded board | plate material of any one of Claims 1 thru | or 7,
After the multilayer welded portion forming step , a butt laser welding of the plate material to be welded is further provided with a surplus welding step of adding a filler wire only to the final layer of the opening and irradiating the filler wire with the laser Method.
前記多層溶接部形成工程後に、更に前記開口部の最終層のみにフィラーワイヤを添加し、アーク溶接する余盛溶接工程を備えることを特徴とする被溶接板材の突合せレーザ溶接方法。 In the butt laser welding method of the to-be-welded board | plate material of any one of Claims 1 thru | or 7 ,
A butt laser welding method for plate materials to be welded, further comprising an extra welding step in which a filler wire is added to only the final layer of the opening and arc welding after the multilayer weld formation step.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014140091A JP6255314B2 (en) | 2014-07-08 | 2014-07-08 | Butt laser welding method of welded plate material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014140091A JP6255314B2 (en) | 2014-07-08 | 2014-07-08 | Butt laser welding method of welded plate material |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016016420A JP2016016420A (en) | 2016-02-01 |
JP6255314B2 true JP6255314B2 (en) | 2017-12-27 |
Family
ID=55232081
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014140091A Active JP6255314B2 (en) | 2014-07-08 | 2014-07-08 | Butt laser welding method of welded plate material |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6255314B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110091067A (en) * | 2019-06-06 | 2019-08-06 | 上海工程技术大学 | A kind of laser and K-TIG complex welding method for welding cut deal |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114571080B (en) * | 2022-04-14 | 2024-03-22 | 常州世竟液态金属有限公司 | Oblique angle double-sided laser welding method for bulk amorphous alloy and plate |
CN115070252B (en) * | 2022-06-22 | 2023-11-03 | 四川航天长征装备制造有限公司 | Lock bottom welding joint |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3231191B2 (en) * | 1994-08-22 | 2001-11-19 | 本田技研工業株式会社 | Butt welding method using high density energy beam |
JP2003001479A (en) * | 2001-06-13 | 2003-01-08 | Toshiba Corp | Welding method using high energy density beam |
JP5419807B2 (en) * | 2010-06-16 | 2014-02-19 | 日立Geニュークリア・エナジー株式会社 | Laser welding equipment |
JP5580788B2 (en) * | 2011-07-12 | 2014-08-27 | 株式会社神戸製鋼所 | Laser welding method for thick steel |
JP5951409B2 (en) * | 2012-08-20 | 2016-07-13 | 株式会社東芝 | Welding system and welding method |
-
2014
- 2014-07-08 JP JP2014140091A patent/JP6255314B2/en active Active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110091067A (en) * | 2019-06-06 | 2019-08-06 | 上海工程技术大学 | A kind of laser and K-TIG complex welding method for welding cut deal |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2016016420A (en) | 2016-02-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4753048B2 (en) | Laser welding method for stacked workpieces | |
JP6846619B2 (en) | Laser welding method | |
CN107160037B (en) | Laser welding device and laser welding method | |
JP2012020291A (en) | Technique of multipass laser welding of narrow gap | |
US20090266801A1 (en) | Method of laser welding metal plated plates | |
JP6255314B2 (en) | Butt laser welding method of welded plate material | |
JP2007229773A (en) | Laser beam welding method and laser beam welding device | |
US11229976B2 (en) | Welding method | |
JP6432467B2 (en) | Laser welding method | |
JP6391412B2 (en) | Laser welding method and laser welding apparatus | |
CN105817785B (en) | The method for laser welding of Varying-thickness variable cross-section thin-wall workpiece | |
JP5812527B2 (en) | Hot wire laser welding method and apparatus | |
JP2005021912A (en) | Laser beam welding method for shape steel | |
JP7369915B2 (en) | Laser welding device and laser welding method using the same | |
JP5177745B2 (en) | Laminated laser welding method of plated steel sheet and lap laser welding structure of plated steel sheet | |
JP2005262311A (en) | Laser beam machining device and laser beam machining method | |
JP6261406B2 (en) | Welding apparatus and welding method | |
JP5000982B2 (en) | Laser welding method for differential thickness materials | |
JP6093165B2 (en) | Laser welding method | |
JP7060335B2 (en) | Welding equipment and welding method | |
JP7340153B2 (en) | Laser spot welding method | |
JP6989549B2 (en) | Manufacturing method of the joint | |
JP2023163707A (en) | Laser welding device, laser welding program and laser welding method | |
JP7372642B2 (en) | Laser welding method and laser welding device | |
JP2008126297A (en) | Laser beam welding method and its apparatus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160704 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170412 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170418 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170613 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20171114 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20171204 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6255314 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |