レーザ照射アーク溶接方法
【課題】ギャップを有する重ね継手の隅肉溶接において、均一で十分な溶け込み深さが得られ、継手強度が大きい溶接ビードを上板と下板とに橋渡しして形成することができ、疲労強度を向上させることができるレーザ照射アーク溶接方法を提供する。
【解決手段】上板と下板との間にギャップを有する重ね継手の隅肉溶接個所にレーザ光を照射すると共に、溶接ワイヤと重ね継手との間にＥＮ比率を設定した交流電力を供給して消耗電極ガスシールドアーク溶接を行うレーザ照射アーク溶接方法において、ギャップの長さが増加するに従って、レーザ光のビームスポットの径を増加させると共にビームスポット径に対応させてレーザ出力を増加させ、かつ、レーザ光を下板側に照射させてビームスポットの外形が上板の下端部が下板の表面と重なる継手線にほぼ一致するようにレーザ光を照射する。
【解決手段】上板と下板との間にギャップを有する重ね継手の隅肉溶接個所にレーザ光を照射すると共に、溶接ワイヤと重ね継手との間にＥＮ比率を設定した交流電力を供給して消耗電極ガスシールドアーク溶接を行うレーザ照射アーク溶接方法において、ギャップの長さが増加するに従って、レーザ光のビームスポットの径を増加させると共にビームスポット径に対応させてレーザ出力を増加させ、かつ、レーザ光を下板側に照射させてビームスポットの外形が上板の下端部が下板の表面と重なる継手線にほぼ一致するようにレーザ光を照射する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザトーチから被溶接物にレーザ光を照射すると共に、消耗電極ガスシールドアーク溶接を行う改善されたレーザ照射アーク溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
［従来技術１］
炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ、半導体レーザ等を利用したレーザ溶接は、高エネルギー密度の熱源であるので、２［ｍ／分］を超える高速溶接が可能である。しかし、このレーザ溶接では、重ね継手、突き合わせ継手等を溶接する場合、その継手部分にギャップがあるとき、レーザ照射部のビームスポット径が小さいために溶融金属量が少なく、ギャップを埋めながら溶接することが難しい。従って、レーザ溶接においては、被溶接物の継手部分を、ギャップがない状態にする必要があるために、実用上の適用範囲は、非常に限定されていた。
【０００３】
上述したレーザ溶接の問題点を解決する１つの方法として、レーザ照射と消耗電極ガスシールド直流アーク溶接とを併用するレーザ照射直流アーク溶接方法が提案されている。この溶接方法は、前述したレーザ照射によって形成される高エネルギ密度の熱源による高速溶接性を確保した上で、直流アークによって形成される広がりのある熱源によって継手部分を幅広く溶融する。それと共に、溶接ワイヤを溶融させてギャップ部分に充填することによって、ギャップのある継手部分に対しても良好な高速溶接を行うことができる。
【０００４】
図８は、一般的なレーザ照射直流アーク溶接方法を実施するための溶接装置を示す図であり、図９は一般的なレーザ照射アーク溶接ヘッドを示す図である。また、図８及び図９は、ＹＡＧレーザ又は半導体レーザと消耗電極ガスシールドアーク溶接装置とを使用する場合を示している。
【０００５】
図８において、直流アーク溶接用電源装置１は、溶接ワイヤ送給機２の溶接ワイヤ送給ロール３の回転を制御して、溶接ワイヤ４が溶接トーチ５の溶接トーチボディ６（図９参照）を通して送給される。また、直流アーク溶接用電源装置１は、溶接トーチボディ６内に設けられた給電チップと被溶接物７との間に電力を供給してアーク８を発生させる。
【０００６】
また、レーザ発振機９から出力されたレーザ光１０は、光ファイバ１１によってレーザトーチ１２の集光レンズ光学系１３（図９参照）に伝送され、この集光レンズ光学系１３によって被溶接物７に焦点が生じるように収束されて照射される。上記のレーザ光１０を照射する位置は、被溶接物７のアーク８の発生部に対し適宜な距離を持つ位置である。
【０００７】
上述したように、従来技術１のーザ照射直流アーク溶接方法は、ギャップを有する溶接継手への高速溶接を可能にする。しかし、そのギャップの許容範囲は、約０．３ｍｍ以下と非常に小さいために、この溶接方法の実用上の適用範囲は、かなり、限定されていた。そこで、以下に、一般的にギャップの許容範囲の大きな溶接方法である交流アーク溶接方法について、従来技術２として説明する。
【０００８】
［従来技術２］
図１０は、従来技術２の交流アーク溶接方法を実施するための溶接装置を示す図である。同図において、交流アーク溶接電源１４は、溶接ワイヤ送給機２の溶接ワイヤ送給ロール３の回転を制御して、溶接ワイヤ４が溶接トーチ５の溶接トーチボディを通して送給される。また、交流アーク溶接電源１４は、電極プラス極性と電極マイナス極性とを交互に繰り返す電力を、溶接トーチ５の溶接トーチボディ内に設けられた給電チップと被溶接物７との間に供給する。図１１で後述するように、極性切換時に再点弧電圧Ｖrsを印加することによって、アーク８を再点弧させて、交流アークを発生させている。ここでは、交流アーク溶接が交流パルスアーク溶接の場合を例示する。
【０００９】
図１１は、上述した交流アーク溶接電源１４の出力波形を示す図であり、同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示しており、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【００１０】
（１） 時刻ｔ１〜ｔ２の期間（ピーク期間Ｔｐ）
この期間中は、溶接ワイヤが陽極となり被溶接物が陰極となる電極プラス極性ＥＰで、同図（Ａ）に示すように、予め定めたピーク期間Ｔｐの間は溶滴移行をさせる予め定めたピーク電流Ｉｐを通電する。また、同図（Ｂ）に示すように、この期間中の溶接電圧Ｖｗは上記のピーク電流Ｉｐの通電に対応したピーク電圧Ｖｐとなる。
【００１１】
（２） 時刻ｔ２〜ｔ３の期間（電極マイナス期間Ｔen）
時刻ｔ２において、電極プラス極性ＥＰから電極マイナス極性ＥＮへと切り換わると、同図（Ａ）に示すように、予め定めた電極マイナス期間Ｔenの間は溶滴移行をさせない予め定めた電極マイナス電流Ｉenを通電する。また、同図（Ｂ）に示すように、この期間中の溶接電圧Ｖｗは上記の電極マイナス電流Ｉenの通電に対応した電極マイナス電圧Ｖenとなる。また、時刻ｔ２の極性切換時において、電極プラス極性のアークが一旦消滅するために、電極マイナス極性でアークを再点弧させるには、同図（Ｂ）に示すように３００［Ｖ］程度の再点弧電圧Ｖrsを溶接ワイヤ（−）と被溶接物（＋）との間に短時間だけ印加する必要がある。
【００１２】
（３） 時刻ｔ３〜ｔ４の期間（ベース期間Ｔｂ）
時刻ｔ３において、電極マイナス極性ＥＮから電極プラス極性ＥＰへと切り換わると、同図（Ａ）に示すように、ベース期間Ｔｂの間は、溶滴移行をさせない予め定めたベース電流Ｉｂを通電する。また、同図（Ｂ）に示すように、この期間中の溶接電圧Ｖｗは、上記のベース電流Ｉｂの通電に対応したベース電圧Ｖｂとなる。上記のベース期間Ｔｂの終了時点（時刻ｔ４）は、電極プラス極性期間中の溶接電圧Ｖｗ即ちピーク電圧Ｖｐ及びベース電圧Ｖｂの平均値が、同図（Ｂ）に示す予め定めた電圧設定値Ｖｓと等しくなるように制御されて自動的に定まる。
【００１３】
また、前述したように、時刻ｔ３の極性切換時においても、電極マイナス極性ＥＮのアークが一旦消滅するために、電極プラス極性ＥＰでアークを再点弧させるには、同図（Ｂ）に示すように、３００［Ｖ］程度の再点弧電圧Ｖrsを、溶接ワイヤ（＋）と被溶接物（−）との間に短時間だけ印加する必要がある。
【００１４】
上述した溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗを通電する交流アーク溶接方法は、電極マイナス電流と電極プラス電流との比であるＥＮ比率を制御することによって、被溶接物への入熱及びワイヤ溶融量を精密に制御することができる。ここで、ＥＮ比率は、一般に、以下のいずれかで設定される。
【００１５】
ＥＮ比率が、溶接電流Ｉｗと通電期間Ｔとの積の比率として、ＥＮ比率＝（Ｉen×Ｔen）／｛（Ｉｐ×Ｔｐ＋Ｉｂ×Ｔｂ）＋（Ｉen×Ｔen）｝で設定される。又は、ＥＮ比率が、一周期以内の電極マイナス期間Ｔenの比率として、ＥＮ比率＝Ｔen／（Ｔｐ＋Ｔｂ＋Ｔen）で設定される。（例えば、特許文献１参照。）。
【００１６】
このＥＮ比率を変化させても、溶接ワイヤの単位時間当りの供給量は一定である。そのために、図１２（Ａ）に示すように、このＥＮ比率が小さいときは、被溶接物７への溶け込み深さが増大して、溶接ビード１５の余盛が平らになる。逆に、同図（Ｄ）に示すように、ＥＮ比率が大きいときは、被溶接物７への溶け込み深さが減少して、余盛高さが増大して、溶接ビード１５の形状が凸形になる。図１２は、ＥＮ比率と溶接ビード１５の形状との関係を示す図である。
【００１７】
従って、上板１６と下板１７との間にギャップ１８を有する重ね継手の隅肉溶接を行うときは、図１３（Ａ）に示すように、ＥＮ比率を小さくすると、下板１７への溶け込み深さが増大するが、余盛が平らになり、上板１６と下板１７とに溶接ビード１５を橋渡しすることができない。逆に、同図（Ｂ）に示すように、ＥＮ比率を増加させることによって、上板１６と下板１７とに溶接ビード１５を橋渡しすることができる。しかし、下板１７への溶け込みが不足して、溶接不良になるという不具合を有する。図１３は、上板１６と下板１７との間にギャップ１８を有する重ね継手の隅肉溶接を行う場合に、ＥＮ比率を変化させたときの溶接ビード１５の形状を示す図である。
【００１８】
［従来技術３］
そこで、上述した従来技術１と従来技術２とを組み合わせて、レーザ照射と消耗電極ガスシールド交流アーク溶接とを併用するレーザ照射交流アーク溶接方法が提案されている。図１４は、レーザ照射交流アーク溶接方法を説明するための図であって、同図（Ａ）は、溶接継手に対し直角方向から見た図であり、同図（Ｂ）は、溶接継手方向から見た図である。この溶接方法は、同図に示すように、上板１６と下板１７との間にギャップ１８を有する重ね継手の隅肉溶接を行うとき、図９に示したレーザトーチ１２から出力されたレーザ光１０の照射位置を、上板１６の下端部１６ａよりも、少し上の位置１６ｂとしている。
【００１９】
そして、溶接トーチ５から発生されるアークを、重ね継手の上板の下端部１６ａが、下板１７の表面と重なる継手線１９を狙い位置として発生させて、隅肉溶接を行っている。そして、交流アーク溶接のＥＮ比率を、ギャップ１８の長さに対応させて大きくして、上板１６と下板１７とに溶接ビードを橋渡ししている。
【００２０】
これにより、レーザ光１０の照射位置を上板１６側としているために、溶接トーチ５から発生されるアークがレーザ照射位置に集中して、溶接ビードの余盛高さを増大することができる。また、レーザ光１０の照射位置を下板１７にしたときに発生する溶け落ちを防止することができる。さらに、上板１６に照射されたレーザ光１０のエネルギによって、下板１７も溶かされているので、溶け込み不足を補うことができる。
【００２１】
この結果、図１５に示すように、均一な溶接ビード１５を上板１６と下板１７とに橋渡しして形成することができる。かつ、十分な溶け込み深さが得られ、継手強度が大きい溶接ビード１５を形成することができる。図１５は、従来技術３のレーザ照射交流アーク溶接方法による溶接結果を示す図である。しかし、以下に説明する課題を有する。
【特許文献１】特開２００２−１９２３６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
上述した従来技術３のレーザ照射交流アーク溶接方法によって、上板１６と下板１７との間にギャップ１８を有する重ね継手を隅肉溶接する場合、図１５に示したように、下板１７における溶接ビード１５の境界部１５ａの接線角度θ１が大きくなる。この結果、この境界部１５ａに応力が集中し易くなり、疲労強度が低下する不具合を有する。
【００２３】
この応力が集中することを低減する方法として、溶接ビード１５上をグラインダー等で平滑に仕上げる方法がある。しかし、作業者が、グラインダー等の切削工具を長時間保持して研削しなければならないので、作業効率が低下する。さらに、作業者が安定して一様に研削することは困難であり、また、被溶接物を傷つけてしまう場合がある。
【００２４】
本発明は、上板と下板との間にギャップを有する重ね継手の隅肉溶接において、均一で十分な溶け込み深さが得られ、継手強度が大きい溶接ビードを、上板と下板とに橋渡しして形成することができる。さらに、疲労強度を向上させることができるレーザ照射アーク溶接方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上板と下板との間にギャップを有する重ね継手の隅肉溶接個所にレーザ光を照射すると共に、
溶接ワイヤと前記重ね継手との間に電極マイナス電流と電極プラス電流との比であるＥＮ比率を設定した交流電力を供給して消耗電極ガスシールドアーク溶接を行うレーザ照射アーク溶接方法において、
前記ギャップの長さが増加するに従って、前記レーザ光のビームスポットの径を増加させると共に前記ビームスポット径に対応させてレーザ出力を増加させ、かつ、
前記レーザ光を前記下板側に照射させて前記ビームスポットの外形が前記上板の下端部が前記下板の表面と重なる継手線にほぼ一致するように前記レーザ光を照射することを特徴とするレーザ照射アーク溶接方法である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明のレーザ照射アーク溶接方法は、上板と下板との間にギャップを有する重ね継手の隅肉溶接を行うとき、均一な溶接ビードを、上板と下板とに橋渡しして形成することができる。さらに、十分な溶け込み深さが得られ、継手強度が大きく、下板における溶接ビードの境界部の接線角度が小さい溶接ビードを形成することができる。従って、溶接ビードと下板との境界部に応力が集中し難くなり、疲労強度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
［実施の形態１］
発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態１のレーザ照射アーク溶接方法を説明するための図であって、同図（Ａ）は、溶接継手に対し直角方向から見た図であり、同図（Ｂ）は、溶接継手方向から見た図である。同図において、上板１６と下板１７との間にギャップ１８を有する重ね継手を隅肉溶接する場合、ギャップ１８の長さが増加するに従って、レーザ光１０の下板１７の表面上のビームスポット１０ａの外形が、重ね継手の上板の下端部１６ａが、下板１７の表面と重なる継手線１９よりもほぼ外側（図に示したＸ１−Ｘ２のＸ１方向）となるように、図９に示したレーザトーチ１２から出力されたレーザ光１０を下板１７に照射している。そして、レーザ照射による溶け落ちを防ぐために、ビームスポット１０ａの径を増加させている。そして、ビームスポット１０ａの径を増加させると、エネルギ密度が低下するので、溶け落ちが発生しない範囲で、ビームスポット１０ａの径に対応させて、図８に示したレーザ発振器９のレーザ出力を増加させている。
【００２８】
そして、溶接トーチ５から継手線１９を狙い位置としてアークが発生される。また、溶接ワイヤ４と重ね継手との間に供給される交流電力のＥＮ比率を、ギャップ１８の長さが増加するに従って、大きくして、隅肉溶接を行っている。このとき、ＥＮ比率を大きくしても、レーザ光１０のエネルギによって、下板１７が溶かされているので、溶け込み不足を補うことができる。
【００２９】
この結果、後述する図４（Ｂ）に示すように、均一な溶接ビード１５を、上板１６と下板１７とに橋渡しして形成することができる。さらに、十分な溶け込み深さが得られ、継手強度が大きく、下板１７における溶接ビード１５の境界部１５ａの接線角度θ１が小さい溶接ビード１５を形成することができる。従って、この境界部１５ａに応力が集中し難くなり、疲労強度を向上させることができる。
【００３０】
以下、実施例を説明する。図２は、本発明のレーザ照射アーク溶接方法の実施例の重ね継手を治具で固定している状態を説明するための図であって、同図（Ａ）は平面図であり、同図（Ｂ）は正面図である。同図において、上板１６及び下板１７とも、幅６０ｍｍ、長さ３００ｍｍに切断され、材質が高張力鋼板である。そして、その板厚は、下板１７が１．６ｍｍであり、上板１６が１．２ｍｍである。下板１７を作業台２０の上に載せ、上板１６と下板１７との間のギャップが、０、６ｍｍに保持されるように上板保持部材２１を上板１６と下板１７との間に設けて、上板１６と下板１７との重ね代を１０ｍｍとして、押さえ冶具２２で上板１６を押えて、作業台２０の上に固定している。
【００３１】
溶接条件は、レーザ出力が２ｋＷであり、レーザ光１０の下板１７表面上のビームスポット１０ａの径が２．０ｍｍとなるように設定し、ビームスポット１０ａの外形が、継手線１９よりもほぼ外側（図１に示したＸ１−Ｘ２のＸ１方向）となるように、レーザ光１０を下板１７に照射している。そしてアーク溶接の溶接電流を２００Ａ、溶接電圧を２１Ｖ、ＥＮ比率を１０％、溶接速度を３００ｃｍ／分に設定し、レーザの照射位置とアークの狙い位置との溶接方向の距離を３．０ｍｍとして、レーザ光１０を先行させて隅肉溶接を行った。
【００３２】
そして、溶接部近傍のマクロ断面の観察と疲労試験とを実施した。疲労試験は、図３に示す試験片で、片振り平面曲げ試験を実施した。この片振り平面曲げ試験とは、試験片の一方を固定させて、他方に一定の圧力を継続して加えて振動させて、継手が破断するまでの振動回数を測定する試験である。図３（Ａ）は、疲労試験に使用する試験片の平面図であり、同図（Ｂ）は、正面図である。
【００３３】
まず、溶接部近傍のマクロ断面の観察結果を説明する。図４（Ａ）は、従来技術３のレーザ照射アーク溶接方法による溶接結果を示すマクロ断面図であり、同図（Ｂ）は、本発明のレーザ照射アーク溶接方法による溶接結果を示すマクロ断面図である。従来技術３のレーザ照射アーク溶接方法の溶接条件は、図１４において、レーザ出力が２ｋＷであり、ビームスポット径を最小として、レーザ光の照射位置１６ｂを上板の下端部１６ａから０．５ｍｍだけ上の位置とした。そしてアーク溶接の溶接電流を２００Ａ、溶接電圧を２１Ｖ、ＥＮ比率を１０％、溶接速度を３００ｃｍ／分に設定し、溶接狙い位置を継手線１９として、レーザの照射位置とアークの狙い位置との溶接方向の距離を３．０ｍｍとして、レーザ光１０を先行させて隅肉溶接を行った。
【００３４】
図４（Ｂ）に示す本発明のレーザ照射アーク溶接方法による溶接結果は、同図（Ａ）に示す従来技術３のレーザ照射アーク溶接方法による溶接結果と比較して、下板１７における溶接ビードの境界部１５ａの接線角度θ１が小さい溶接ビード１５を形成することができた。この結果、下板１７における溶接ビードの境界部１５ａに応力が集中し難くなり、疲労強度を向上させることができた。
【００３５】
次に、疲労試験の結果を説明する。図５は、従来技術３と本発明とのレーザ照射アーク溶接方法による重ね継手の疲労試験結果を示す図である。同図において、例えば、振動回数が２００万回で破断するときの圧力は、従来技術３では、３００ＭＰａ弱であるのに対して、本発明は、約４００ＭＰａである。従って、本発明は、従来技術３の約１．５倍も疲労強度を向上させることができた。
【００３６】
［実施の形態２］
図６は、本発明の実施の形態２のレーザ照射アーク溶接方法を実施するための溶接装置である。同図において、レーザトーチ１２がレーザ用マニピュレータ３０のアーム３１の先端に取り付けられていて、溶接トーチ５が溶接用マニピュレータ３２のアーム３３の先端に取り付けられている。交流アーク溶接電源１４は、溶接ワイヤ送給機２の溶接ワイヤ送給ロールの回転を制御して、溶接ワイヤ４が溶接トーチ５を通して送給される。また、交流アーク溶接電源１４は、溶接トーチ５内に設けられた給電チップと被溶接物７との間に電力を供給してアークを発生させる。
【００３７】
また、レーザ発振機９から出力されたレーザ光１０は光ファイバ１１によってレーザトーチ１２の集光レンズ光学系に伝送され、この集光レンズ光学系によって被溶接物７に焦点が生じるように収束されて照射される。上記のレーザ光１０を照射する位置は、被溶接物７のアークの発生部に対し適宜な距離を持つ位置である。
【００３８】
ティーチペンダント３４からロボット制御装置３５に指令信号Ｓ１が入力され、このロボット制御装置３５からの動作制御信号Ｓ２が溶接用マニピュレータ３２に入力されて、第１軸乃至第６軸から成る６つの軸を回転させて、溶接トーチ５の溶接狙い位置が制御される。また、ロボット制御装置３５からの動作制御信号Ｓ３がレーザ用マニピュレータ３０に入力されて、第１軸乃至第６軸から成る６つの軸を回転させて、レーザトーチ１２のレーザ照射位置が制御される。
【００３９】
レーザセンサ３６は、ギャップの長さ及び継手線を検出して、その検出信号Ｓ４をロボット制御装置３５へ出力する。ロボット制御装置３５は、ギャップの長さに対応してレーザ光１０のねらい位置を制御する動作制御信号Ｓ３をレーザ用マニピュレータ３０に入力する。また、ギャップの長さに対応した被溶接物７上のビームスポット径に設定するためのビームスポット径設定信号Ｓ５をビームスポット径調整機構３７へ出力する。このビームスポット径調整機構３７は、ギャップの長さに対応して集光レンズ光学系を調整して、ビームスポット径を調整する。また、ロボット制御装置３５は、レーザ発振器９にビームスポット径に対応させてレーザ出力を増加させる出力制御信号Ｓ６を出力する。
【００４０】
レーザセンサ３６を設ける位置は、図７（Ａ）に示すように、溶接方向に対してレーザトーチ１２と溶接トーチ５との間に設けてもよいし、同図（Ｂ）に示すように、溶接方向に対してレーザトーチ１２の前方に設けてもよい。図７は、レーザセンサ３６を設ける位置を示す図である。
【００４１】
上述した溶接装置によって、重ね継手のギャップの長さに対応してレーザ光１０の照射位置を調整し、ビームスポット径を増加させると共にビームスポット径に対応させてレーザ出力を増加させて隅肉溶接を行う本発明のレーザ照射アーク溶接方法を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態１のレーザ照射アーク溶接方法を説明するための図である。
【図２】本発明のレーザ照射アーク溶接方法の実施例の重ね継手を治具で固定している状態を説明するための図である。
【図３】疲労試験に使用する試験片を示す図である。
【図４】従来技術３と本発明とのレーザ照射アーク溶接方法による溶接結果を示すマクロ断面図である。
【図５】従来技術３と本発明とのレーザ照射アーク溶接方法による重ね継手の疲労試験結果を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２のレーザ照射アーク溶接方法を実施するための溶接装置である。
【図７】レーザセンサ３６を設ける位置を示す図である。
【図８】一般的なレーザ照射直流アーク溶接方法を実施するための溶接装置を示す図である。
【図９】一般的なレーザ照射アーク溶接ヘッドを示す図である。
【図１０】従来技術２の交流アーク溶接方法を実施するための溶接装置を示す図である。
【図１１】従来技術２の交流アーク溶接方法の交流アーク溶接電源１４の出力波形を示す図である。
【図１２】従来技術２の交流アーク溶接方法のＥＮ比率と溶接ビード１５の形状との関係を示す図である。
【図１３】上板１６と下板１７との間にギャップ１８を有する重ね継手の隅肉溶接を行う場合に、ＥＮ比率を変化させたときの溶接ビード１５の形状を示す図である。
【図１４】レーザ照射交流アーク溶接方法を説明するための図である。
【図１５】従来技術３のレーザ照射交流アーク溶接方法による溶接結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１ 直流アーク溶接用電源装置
２ 溶接ワイヤ送給機
３ 溶接ワイヤ送給ロール
４ 溶接ワイヤ
５ 溶接トーチ
６ 溶接トーチボディ
７ 被溶接物
８ アーク
９ レーザ発振器
１０ レーザ光
１０ａ ビームスポット
１１ 光ファイバ
１２ レーザトーチ
１３ 集光レンズ光学系
１４ 交流アーク溶接電源
１５ 溶接ビード
１５ａ 下板における溶接ビードの境界部
１６ 上板
１６ａ 下端部
１６ｂ 位置
１６ｂ 照射位置
１７ 下板
１８ ギャップ
１９ 継手線
２０ 作業台
２１ 上板保持部材
２２ 冶具
３０ レーザ用マニピュレータ
３１ アーム
３２ 溶接用マニピュレータ
３３ アーム
３４ ティーチペンダント
３５ ロボット制御装置
３６ レーザセンサ
３７ ビームスポット径調整機構
ＥＮ 電極マイナス極性
ＥＰ 電極プラス極性
Ｉｂ ベース電流
Ｉen 電極マイナス電流
Ｉｐ ピーク電流
Ｉｗ 溶接電流
Ｓ１ 指令信号
Ｓ２ 動作制御信号
Ｓ３ 動作制御信号
Ｓ４ 検出信号
Ｓ５ ビームスポット径設定信号
Ｓ６ 出力制御信号
Ｔ 通電期間
ｔ１ 時刻
ｔ２ 時刻
ｔ３ 時刻
ｔ４ 時刻
Ｔｂ ベース期間
Ｔen 電極マイナス期間
Ｔｐ ピーク期間
Ｖｂ ベース電圧
Ｖen 電極マイナス電圧
Ｖｐ ピーク電圧
Ｖrs 再点弧電圧
Ｖｓ 電圧設定値
Ｖｗ 溶接電圧
θ１ 接線角度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザトーチから被溶接物にレーザ光を照射すると共に、消耗電極ガスシールドアーク溶接を行う改善されたレーザ照射アーク溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
［従来技術１］
炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ、半導体レーザ等を利用したレーザ溶接は、高エネルギー密度の熱源であるので、２［ｍ／分］を超える高速溶接が可能である。しかし、このレーザ溶接では、重ね継手、突き合わせ継手等を溶接する場合、その継手部分にギャップがあるとき、レーザ照射部のビームスポット径が小さいために溶融金属量が少なく、ギャップを埋めながら溶接することが難しい。従って、レーザ溶接においては、被溶接物の継手部分を、ギャップがない状態にする必要があるために、実用上の適用範囲は、非常に限定されていた。
【０００３】
上述したレーザ溶接の問題点を解決する１つの方法として、レーザ照射と消耗電極ガスシールド直流アーク溶接とを併用するレーザ照射直流アーク溶接方法が提案されている。この溶接方法は、前述したレーザ照射によって形成される高エネルギ密度の熱源による高速溶接性を確保した上で、直流アークによって形成される広がりのある熱源によって継手部分を幅広く溶融する。それと共に、溶接ワイヤを溶融させてギャップ部分に充填することによって、ギャップのある継手部分に対しても良好な高速溶接を行うことができる。
【０００４】
図８は、一般的なレーザ照射直流アーク溶接方法を実施するための溶接装置を示す図であり、図９は一般的なレーザ照射アーク溶接ヘッドを示す図である。また、図８及び図９は、ＹＡＧレーザ又は半導体レーザと消耗電極ガスシールドアーク溶接装置とを使用する場合を示している。
【０００５】
図８において、直流アーク溶接用電源装置１は、溶接ワイヤ送給機２の溶接ワイヤ送給ロール３の回転を制御して、溶接ワイヤ４が溶接トーチ５の溶接トーチボディ６（図９参照）を通して送給される。また、直流アーク溶接用電源装置１は、溶接トーチボディ６内に設けられた給電チップと被溶接物７との間に電力を供給してアーク８を発生させる。
【０００６】
また、レーザ発振機９から出力されたレーザ光１０は、光ファイバ１１によってレーザトーチ１２の集光レンズ光学系１３（図９参照）に伝送され、この集光レンズ光学系１３によって被溶接物７に焦点が生じるように収束されて照射される。上記のレーザ光１０を照射する位置は、被溶接物７のアーク８の発生部に対し適宜な距離を持つ位置である。
【０００７】
上述したように、従来技術１のーザ照射直流アーク溶接方法は、ギャップを有する溶接継手への高速溶接を可能にする。しかし、そのギャップの許容範囲は、約０．３ｍｍ以下と非常に小さいために、この溶接方法の実用上の適用範囲は、かなり、限定されていた。そこで、以下に、一般的にギャップの許容範囲の大きな溶接方法である交流アーク溶接方法について、従来技術２として説明する。
【０００８】
［従来技術２］
図１０は、従来技術２の交流アーク溶接方法を実施するための溶接装置を示す図である。同図において、交流アーク溶接電源１４は、溶接ワイヤ送給機２の溶接ワイヤ送給ロール３の回転を制御して、溶接ワイヤ４が溶接トーチ５の溶接トーチボディを通して送給される。また、交流アーク溶接電源１４は、電極プラス極性と電極マイナス極性とを交互に繰り返す電力を、溶接トーチ５の溶接トーチボディ内に設けられた給電チップと被溶接物７との間に供給する。図１１で後述するように、極性切換時に再点弧電圧Ｖrsを印加することによって、アーク８を再点弧させて、交流アークを発生させている。ここでは、交流アーク溶接が交流パルスアーク溶接の場合を例示する。
【０００９】
図１１は、上述した交流アーク溶接電源１４の出力波形を示す図であり、同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示しており、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【００１０】
（１） 時刻ｔ１〜ｔ２の期間（ピーク期間Ｔｐ）
この期間中は、溶接ワイヤが陽極となり被溶接物が陰極となる電極プラス極性ＥＰで、同図（Ａ）に示すように、予め定めたピーク期間Ｔｐの間は溶滴移行をさせる予め定めたピーク電流Ｉｐを通電する。また、同図（Ｂ）に示すように、この期間中の溶接電圧Ｖｗは上記のピーク電流Ｉｐの通電に対応したピーク電圧Ｖｐとなる。
【００１１】
（２） 時刻ｔ２〜ｔ３の期間（電極マイナス期間Ｔen）
時刻ｔ２において、電極プラス極性ＥＰから電極マイナス極性ＥＮへと切り換わると、同図（Ａ）に示すように、予め定めた電極マイナス期間Ｔenの間は溶滴移行をさせない予め定めた電極マイナス電流Ｉenを通電する。また、同図（Ｂ）に示すように、この期間中の溶接電圧Ｖｗは上記の電極マイナス電流Ｉenの通電に対応した電極マイナス電圧Ｖenとなる。また、時刻ｔ２の極性切換時において、電極プラス極性のアークが一旦消滅するために、電極マイナス極性でアークを再点弧させるには、同図（Ｂ）に示すように３００［Ｖ］程度の再点弧電圧Ｖrsを溶接ワイヤ（−）と被溶接物（＋）との間に短時間だけ印加する必要がある。
【００１２】
（３） 時刻ｔ３〜ｔ４の期間（ベース期間Ｔｂ）
時刻ｔ３において、電極マイナス極性ＥＮから電極プラス極性ＥＰへと切り換わると、同図（Ａ）に示すように、ベース期間Ｔｂの間は、溶滴移行をさせない予め定めたベース電流Ｉｂを通電する。また、同図（Ｂ）に示すように、この期間中の溶接電圧Ｖｗは、上記のベース電流Ｉｂの通電に対応したベース電圧Ｖｂとなる。上記のベース期間Ｔｂの終了時点（時刻ｔ４）は、電極プラス極性期間中の溶接電圧Ｖｗ即ちピーク電圧Ｖｐ及びベース電圧Ｖｂの平均値が、同図（Ｂ）に示す予め定めた電圧設定値Ｖｓと等しくなるように制御されて自動的に定まる。
【００１３】
また、前述したように、時刻ｔ３の極性切換時においても、電極マイナス極性ＥＮのアークが一旦消滅するために、電極プラス極性ＥＰでアークを再点弧させるには、同図（Ｂ）に示すように、３００［Ｖ］程度の再点弧電圧Ｖrsを、溶接ワイヤ（＋）と被溶接物（−）との間に短時間だけ印加する必要がある。
【００１４】
上述した溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗを通電する交流アーク溶接方法は、電極マイナス電流と電極プラス電流との比であるＥＮ比率を制御することによって、被溶接物への入熱及びワイヤ溶融量を精密に制御することができる。ここで、ＥＮ比率は、一般に、以下のいずれかで設定される。
【００１５】
ＥＮ比率が、溶接電流Ｉｗと通電期間Ｔとの積の比率として、ＥＮ比率＝（Ｉen×Ｔen）／｛（Ｉｐ×Ｔｐ＋Ｉｂ×Ｔｂ）＋（Ｉen×Ｔen）｝で設定される。又は、ＥＮ比率が、一周期以内の電極マイナス期間Ｔenの比率として、ＥＮ比率＝Ｔen／（Ｔｐ＋Ｔｂ＋Ｔen）で設定される。（例えば、特許文献１参照。）。
【００１６】
このＥＮ比率を変化させても、溶接ワイヤの単位時間当りの供給量は一定である。そのために、図１２（Ａ）に示すように、このＥＮ比率が小さいときは、被溶接物７への溶け込み深さが増大して、溶接ビード１５の余盛が平らになる。逆に、同図（Ｄ）に示すように、ＥＮ比率が大きいときは、被溶接物７への溶け込み深さが減少して、余盛高さが増大して、溶接ビード１５の形状が凸形になる。図１２は、ＥＮ比率と溶接ビード１５の形状との関係を示す図である。
【００１７】
従って、上板１６と下板１７との間にギャップ１８を有する重ね継手の隅肉溶接を行うときは、図１３（Ａ）に示すように、ＥＮ比率を小さくすると、下板１７への溶け込み深さが増大するが、余盛が平らになり、上板１６と下板１７とに溶接ビード１５を橋渡しすることができない。逆に、同図（Ｂ）に示すように、ＥＮ比率を増加させることによって、上板１６と下板１７とに溶接ビード１５を橋渡しすることができる。しかし、下板１７への溶け込みが不足して、溶接不良になるという不具合を有する。図１３は、上板１６と下板１７との間にギャップ１８を有する重ね継手の隅肉溶接を行う場合に、ＥＮ比率を変化させたときの溶接ビード１５の形状を示す図である。
【００１８】
［従来技術３］
そこで、上述した従来技術１と従来技術２とを組み合わせて、レーザ照射と消耗電極ガスシールド交流アーク溶接とを併用するレーザ照射交流アーク溶接方法が提案されている。図１４は、レーザ照射交流アーク溶接方法を説明するための図であって、同図（Ａ）は、溶接継手に対し直角方向から見た図であり、同図（Ｂ）は、溶接継手方向から見た図である。この溶接方法は、同図に示すように、上板１６と下板１７との間にギャップ１８を有する重ね継手の隅肉溶接を行うとき、図９に示したレーザトーチ１２から出力されたレーザ光１０の照射位置を、上板１６の下端部１６ａよりも、少し上の位置１６ｂとしている。
【００１９】
そして、溶接トーチ５から発生されるアークを、重ね継手の上板の下端部１６ａが、下板１７の表面と重なる継手線１９を狙い位置として発生させて、隅肉溶接を行っている。そして、交流アーク溶接のＥＮ比率を、ギャップ１８の長さに対応させて大きくして、上板１６と下板１７とに溶接ビードを橋渡ししている。
【００２０】
これにより、レーザ光１０の照射位置を上板１６側としているために、溶接トーチ５から発生されるアークがレーザ照射位置に集中して、溶接ビードの余盛高さを増大することができる。また、レーザ光１０の照射位置を下板１７にしたときに発生する溶け落ちを防止することができる。さらに、上板１６に照射されたレーザ光１０のエネルギによって、下板１７も溶かされているので、溶け込み不足を補うことができる。
【００２１】
この結果、図１５に示すように、均一な溶接ビード１５を上板１６と下板１７とに橋渡しして形成することができる。かつ、十分な溶け込み深さが得られ、継手強度が大きい溶接ビード１５を形成することができる。図１５は、従来技術３のレーザ照射交流アーク溶接方法による溶接結果を示す図である。しかし、以下に説明する課題を有する。
【特許文献１】特開２００２−１９２３６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
上述した従来技術３のレーザ照射交流アーク溶接方法によって、上板１６と下板１７との間にギャップ１８を有する重ね継手を隅肉溶接する場合、図１５に示したように、下板１７における溶接ビード１５の境界部１５ａの接線角度θ１が大きくなる。この結果、この境界部１５ａに応力が集中し易くなり、疲労強度が低下する不具合を有する。
【００２３】
この応力が集中することを低減する方法として、溶接ビード１５上をグラインダー等で平滑に仕上げる方法がある。しかし、作業者が、グラインダー等の切削工具を長時間保持して研削しなければならないので、作業効率が低下する。さらに、作業者が安定して一様に研削することは困難であり、また、被溶接物を傷つけてしまう場合がある。
【００２４】
本発明は、上板と下板との間にギャップを有する重ね継手の隅肉溶接において、均一で十分な溶け込み深さが得られ、継手強度が大きい溶接ビードを、上板と下板とに橋渡しして形成することができる。さらに、疲労強度を向上させることができるレーザ照射アーク溶接方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上板と下板との間にギャップを有する重ね継手の隅肉溶接個所にレーザ光を照射すると共に、
溶接ワイヤと前記重ね継手との間に電極マイナス電流と電極プラス電流との比であるＥＮ比率を設定した交流電力を供給して消耗電極ガスシールドアーク溶接を行うレーザ照射アーク溶接方法において、
前記ギャップの長さが増加するに従って、前記レーザ光のビームスポットの径を増加させると共に前記ビームスポット径に対応させてレーザ出力を増加させ、かつ、
前記レーザ光を前記下板側に照射させて前記ビームスポットの外形が前記上板の下端部が前記下板の表面と重なる継手線にほぼ一致するように前記レーザ光を照射することを特徴とするレーザ照射アーク溶接方法である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明のレーザ照射アーク溶接方法は、上板と下板との間にギャップを有する重ね継手の隅肉溶接を行うとき、均一な溶接ビードを、上板と下板とに橋渡しして形成することができる。さらに、十分な溶け込み深さが得られ、継手強度が大きく、下板における溶接ビードの境界部の接線角度が小さい溶接ビードを形成することができる。従って、溶接ビードと下板との境界部に応力が集中し難くなり、疲労強度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
［実施の形態１］
発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態１のレーザ照射アーク溶接方法を説明するための図であって、同図（Ａ）は、溶接継手に対し直角方向から見た図であり、同図（Ｂ）は、溶接継手方向から見た図である。同図において、上板１６と下板１７との間にギャップ１８を有する重ね継手を隅肉溶接する場合、ギャップ１８の長さが増加するに従って、レーザ光１０の下板１７の表面上のビームスポット１０ａの外形が、重ね継手の上板の下端部１６ａが、下板１７の表面と重なる継手線１９よりもほぼ外側（図に示したＸ１−Ｘ２のＸ１方向）となるように、図９に示したレーザトーチ１２から出力されたレーザ光１０を下板１７に照射している。そして、レーザ照射による溶け落ちを防ぐために、ビームスポット１０ａの径を増加させている。そして、ビームスポット１０ａの径を増加させると、エネルギ密度が低下するので、溶け落ちが発生しない範囲で、ビームスポット１０ａの径に対応させて、図８に示したレーザ発振器９のレーザ出力を増加させている。
【００２８】
そして、溶接トーチ５から継手線１９を狙い位置としてアークが発生される。また、溶接ワイヤ４と重ね継手との間に供給される交流電力のＥＮ比率を、ギャップ１８の長さが増加するに従って、大きくして、隅肉溶接を行っている。このとき、ＥＮ比率を大きくしても、レーザ光１０のエネルギによって、下板１７が溶かされているので、溶け込み不足を補うことができる。
【００２９】
この結果、後述する図４（Ｂ）に示すように、均一な溶接ビード１５を、上板１６と下板１７とに橋渡しして形成することができる。さらに、十分な溶け込み深さが得られ、継手強度が大きく、下板１７における溶接ビード１５の境界部１５ａの接線角度θ１が小さい溶接ビード１５を形成することができる。従って、この境界部１５ａに応力が集中し難くなり、疲労強度を向上させることができる。
【００３０】
以下、実施例を説明する。図２は、本発明のレーザ照射アーク溶接方法の実施例の重ね継手を治具で固定している状態を説明するための図であって、同図（Ａ）は平面図であり、同図（Ｂ）は正面図である。同図において、上板１６及び下板１７とも、幅６０ｍｍ、長さ３００ｍｍに切断され、材質が高張力鋼板である。そして、その板厚は、下板１７が１．６ｍｍであり、上板１６が１．２ｍｍである。下板１７を作業台２０の上に載せ、上板１６と下板１７との間のギャップが、０、６ｍｍに保持されるように上板保持部材２１を上板１６と下板１７との間に設けて、上板１６と下板１７との重ね代を１０ｍｍとして、押さえ冶具２２で上板１６を押えて、作業台２０の上に固定している。
【００３１】
溶接条件は、レーザ出力が２ｋＷであり、レーザ光１０の下板１７表面上のビームスポット１０ａの径が２．０ｍｍとなるように設定し、ビームスポット１０ａの外形が、継手線１９よりもほぼ外側（図１に示したＸ１−Ｘ２のＸ１方向）となるように、レーザ光１０を下板１７に照射している。そしてアーク溶接の溶接電流を２００Ａ、溶接電圧を２１Ｖ、ＥＮ比率を１０％、溶接速度を３００ｃｍ／分に設定し、レーザの照射位置とアークの狙い位置との溶接方向の距離を３．０ｍｍとして、レーザ光１０を先行させて隅肉溶接を行った。
【００３２】
そして、溶接部近傍のマクロ断面の観察と疲労試験とを実施した。疲労試験は、図３に示す試験片で、片振り平面曲げ試験を実施した。この片振り平面曲げ試験とは、試験片の一方を固定させて、他方に一定の圧力を継続して加えて振動させて、継手が破断するまでの振動回数を測定する試験である。図３（Ａ）は、疲労試験に使用する試験片の平面図であり、同図（Ｂ）は、正面図である。
【００３３】
まず、溶接部近傍のマクロ断面の観察結果を説明する。図４（Ａ）は、従来技術３のレーザ照射アーク溶接方法による溶接結果を示すマクロ断面図であり、同図（Ｂ）は、本発明のレーザ照射アーク溶接方法による溶接結果を示すマクロ断面図である。従来技術３のレーザ照射アーク溶接方法の溶接条件は、図１４において、レーザ出力が２ｋＷであり、ビームスポット径を最小として、レーザ光の照射位置１６ｂを上板の下端部１６ａから０．５ｍｍだけ上の位置とした。そしてアーク溶接の溶接電流を２００Ａ、溶接電圧を２１Ｖ、ＥＮ比率を１０％、溶接速度を３００ｃｍ／分に設定し、溶接狙い位置を継手線１９として、レーザの照射位置とアークの狙い位置との溶接方向の距離を３．０ｍｍとして、レーザ光１０を先行させて隅肉溶接を行った。
【００３４】
図４（Ｂ）に示す本発明のレーザ照射アーク溶接方法による溶接結果は、同図（Ａ）に示す従来技術３のレーザ照射アーク溶接方法による溶接結果と比較して、下板１７における溶接ビードの境界部１５ａの接線角度θ１が小さい溶接ビード１５を形成することができた。この結果、下板１７における溶接ビードの境界部１５ａに応力が集中し難くなり、疲労強度を向上させることができた。
【００３５】
次に、疲労試験の結果を説明する。図５は、従来技術３と本発明とのレーザ照射アーク溶接方法による重ね継手の疲労試験結果を示す図である。同図において、例えば、振動回数が２００万回で破断するときの圧力は、従来技術３では、３００ＭＰａ弱であるのに対して、本発明は、約４００ＭＰａである。従って、本発明は、従来技術３の約１．５倍も疲労強度を向上させることができた。
【００３６】
［実施の形態２］
図６は、本発明の実施の形態２のレーザ照射アーク溶接方法を実施するための溶接装置である。同図において、レーザトーチ１２がレーザ用マニピュレータ３０のアーム３１の先端に取り付けられていて、溶接トーチ５が溶接用マニピュレータ３２のアーム３３の先端に取り付けられている。交流アーク溶接電源１４は、溶接ワイヤ送給機２の溶接ワイヤ送給ロールの回転を制御して、溶接ワイヤ４が溶接トーチ５を通して送給される。また、交流アーク溶接電源１４は、溶接トーチ５内に設けられた給電チップと被溶接物７との間に電力を供給してアークを発生させる。
【００３７】
また、レーザ発振機９から出力されたレーザ光１０は光ファイバ１１によってレーザトーチ１２の集光レンズ光学系に伝送され、この集光レンズ光学系によって被溶接物７に焦点が生じるように収束されて照射される。上記のレーザ光１０を照射する位置は、被溶接物７のアークの発生部に対し適宜な距離を持つ位置である。
【００３８】
ティーチペンダント３４からロボット制御装置３５に指令信号Ｓ１が入力され、このロボット制御装置３５からの動作制御信号Ｓ２が溶接用マニピュレータ３２に入力されて、第１軸乃至第６軸から成る６つの軸を回転させて、溶接トーチ５の溶接狙い位置が制御される。また、ロボット制御装置３５からの動作制御信号Ｓ３がレーザ用マニピュレータ３０に入力されて、第１軸乃至第６軸から成る６つの軸を回転させて、レーザトーチ１２のレーザ照射位置が制御される。
【００３９】
レーザセンサ３６は、ギャップの長さ及び継手線を検出して、その検出信号Ｓ４をロボット制御装置３５へ出力する。ロボット制御装置３５は、ギャップの長さに対応してレーザ光１０のねらい位置を制御する動作制御信号Ｓ３をレーザ用マニピュレータ３０に入力する。また、ギャップの長さに対応した被溶接物７上のビームスポット径に設定するためのビームスポット径設定信号Ｓ５をビームスポット径調整機構３７へ出力する。このビームスポット径調整機構３７は、ギャップの長さに対応して集光レンズ光学系を調整して、ビームスポット径を調整する。また、ロボット制御装置３５は、レーザ発振器９にビームスポット径に対応させてレーザ出力を増加させる出力制御信号Ｓ６を出力する。
【００４０】
レーザセンサ３６を設ける位置は、図７（Ａ）に示すように、溶接方向に対してレーザトーチ１２と溶接トーチ５との間に設けてもよいし、同図（Ｂ）に示すように、溶接方向に対してレーザトーチ１２の前方に設けてもよい。図７は、レーザセンサ３６を設ける位置を示す図である。
【００４１】
上述した溶接装置によって、重ね継手のギャップの長さに対応してレーザ光１０の照射位置を調整し、ビームスポット径を増加させると共にビームスポット径に対応させてレーザ出力を増加させて隅肉溶接を行う本発明のレーザ照射アーク溶接方法を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態１のレーザ照射アーク溶接方法を説明するための図である。
【図２】本発明のレーザ照射アーク溶接方法の実施例の重ね継手を治具で固定している状態を説明するための図である。
【図３】疲労試験に使用する試験片を示す図である。
【図４】従来技術３と本発明とのレーザ照射アーク溶接方法による溶接結果を示すマクロ断面図である。
【図５】従来技術３と本発明とのレーザ照射アーク溶接方法による重ね継手の疲労試験結果を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２のレーザ照射アーク溶接方法を実施するための溶接装置である。
【図７】レーザセンサ３６を設ける位置を示す図である。
【図８】一般的なレーザ照射直流アーク溶接方法を実施するための溶接装置を示す図である。
【図９】一般的なレーザ照射アーク溶接ヘッドを示す図である。
【図１０】従来技術２の交流アーク溶接方法を実施するための溶接装置を示す図である。
【図１１】従来技術２の交流アーク溶接方法の交流アーク溶接電源１４の出力波形を示す図である。
【図１２】従来技術２の交流アーク溶接方法のＥＮ比率と溶接ビード１５の形状との関係を示す図である。
【図１３】上板１６と下板１７との間にギャップ１８を有する重ね継手の隅肉溶接を行う場合に、ＥＮ比率を変化させたときの溶接ビード１５の形状を示す図である。
【図１４】レーザ照射交流アーク溶接方法を説明するための図である。
【図１５】従来技術３のレーザ照射交流アーク溶接方法による溶接結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１ 直流アーク溶接用電源装置
２ 溶接ワイヤ送給機
３ 溶接ワイヤ送給ロール
４ 溶接ワイヤ
５ 溶接トーチ
６ 溶接トーチボディ
７ 被溶接物
８ アーク
９ レーザ発振器
１０ レーザ光
１０ａ ビームスポット
１１ 光ファイバ
１２ レーザトーチ
１３ 集光レンズ光学系
１４ 交流アーク溶接電源
１５ 溶接ビード
１５ａ 下板における溶接ビードの境界部
１６ 上板
１６ａ 下端部
１６ｂ 位置
１６ｂ 照射位置
１７ 下板
１８ ギャップ
１９ 継手線
２０ 作業台
２１ 上板保持部材
２２ 冶具
３０ レーザ用マニピュレータ
３１ アーム
３２ 溶接用マニピュレータ
３３ アーム
３４ ティーチペンダント
３５ ロボット制御装置
３６ レーザセンサ
３７ ビームスポット径調整機構
ＥＮ 電極マイナス極性
ＥＰ 電極プラス極性
Ｉｂ ベース電流
Ｉen 電極マイナス電流
Ｉｐ ピーク電流
Ｉｗ 溶接電流
Ｓ１ 指令信号
Ｓ２ 動作制御信号
Ｓ３ 動作制御信号
Ｓ４ 検出信号
Ｓ５ ビームスポット径設定信号
Ｓ６ 出力制御信号
Ｔ 通電期間
ｔ１ 時刻
ｔ２ 時刻
ｔ３ 時刻
ｔ４ 時刻
Ｔｂ ベース期間
Ｔen 電極マイナス期間
Ｔｐ ピーク期間
Ｖｂ ベース電圧
Ｖen 電極マイナス電圧
Ｖｐ ピーク電圧
Ｖrs 再点弧電圧
Ｖｓ 電圧設定値
Ｖｗ 溶接電圧
θ１ 接線角度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上板と下板との間にギャップを有する重ね継手の隅肉溶接個所にレーザ光を照射すると共に、
溶接ワイヤと前記重ね継手との間に電極マイナス電流と電極プラス電流との比であるＥＮ比率を設定した交流電力を供給して消耗電極ガスシールドアーク溶接を行うレーザ照射アーク溶接方法において、
前記ギャップの長さが増加するに従って、前記レーザ光のビームスポットの径を増加させると共に前記ビームスポット径に対応させてレーザ出力を増加させ、かつ、
前記レーザ光を前記下板側に照射させて前記ビームスポットの外形が前記上板の下端部が前記下板の表面と重なる継手線にほぼ一致するように前記レーザ光を照射することを特徴とするレーザ照射アーク溶接方法。
【請求項１】
上板と下板との間にギャップを有する重ね継手の隅肉溶接個所にレーザ光を照射すると共に、
溶接ワイヤと前記重ね継手との間に電極マイナス電流と電極プラス電流との比であるＥＮ比率を設定した交流電力を供給して消耗電極ガスシールドアーク溶接を行うレーザ照射アーク溶接方法において、
前記ギャップの長さが増加するに従って、前記レーザ光のビームスポットの径を増加させると共に前記ビームスポット径に対応させてレーザ出力を増加させ、かつ、
前記レーザ光を前記下板側に照射させて前記ビームスポットの外形が前記上板の下端部が前記下板の表面と重なる継手線にほぼ一致するように前記レーザ光を照射することを特徴とするレーザ照射アーク溶接方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００７−１０５７５４（Ｐ２００７−１０５７５４Ａ）
【公開日】平成１９年４月２６日（２００７．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２９８５５４（Ｐ２００５−２９８５５４）
【出願日】平成１７年１０月１３日（２００５．１０．１３）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月２６日（２００７．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月１３日（２００５．１０．１３）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
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