(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース出力がピーク出力の５０％以上になるように周期的に変動調節して溶接することを特徴とする溶込み深さ１０ｍｍ以上の部分溶込みレーザー溶接方法。
【請求項２】
ベース出力がピーク出力の５０〜７０％となるようにする請求項１のレーザー溶接方法。
【請求項３】
出力の変動周波数を２００Ｈｚ以下とする請求項１または２のレーザー溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、レーザー溶接方法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、大出力レーザーによる溶接であっても、溶接欠陥の発生を抑え、小入熱で深溶込みを可能として、高強度高靱性の溶接構造の形成を可能とする新しいレーザー溶接方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術と発明の課題】
近年、レーザー発振器の高出力化が飛躍的に進み、深溶込み・高速溶接への適用が期待されている。しかしながら、たとえば図１に説明したように、溶込みが深くなるにしたがい、キーホールを安定に維持することが困難となり、これに基づきポロシティ、ブローホール、割れ等の欠陥が発生しやすくなる。
【０００３】
このような問題は、高出力のＣＯ2 レーザーを用いた溶接において重大な課題となっていた。
【０００４】
溶接部の割れやスパッターを防止するするとのことについてはＹＡＧレーザーを用いた溶接法としてこれまでにも検討されてきているが、いずれもこれまでの検討は薄板を対象とした溶接であって、深溶込みを行う高出力レーザーによる溶接で、キーホールを安定に維持し、ポロシティ、ブローホール、割れ等の欠陥の生成を効果的に抑えることは依然として可能とされていない。
【０００５】
そこで、この出願の発明は、上記のとおりの従来の課題を解消し、大出力レーザーによる溶接であっても、溶接欠陥の発生を抑え、小入熱で深溶込みを可能とし、高強度高靱性の溶接構造の形成を可能とする新しいレーザー溶接方法を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第１には、ベース出力がピーク出力の５０％以上になるように周期的に変動調節して溶接することを特徴とする溶込み深さ１０ｍｍ以上の部分溶込みレーザー溶接方法を提供する。
【０００７】
そしてこの出願の発明は、第２には、ベース出力がピーク出力の５０〜７０％となるようにするレーザー溶接方法を、第３には、出力に２００Ｈｚ以下の周期的変動を与えるレーザー溶接方法を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
この出願の発明は、上記のとおりの特徴をもつものであるが、次のようなこの出願の発明者により得られた知見に基づいて完成されている。
【００１０】
すなわち、従来高出力ＣＯ2 レーザーを用いた溶接においては、出力を高速で任意に変動することが容易ではなく、主に連続発振で溶接が行われてきた。このため、特に深い溶込みを持った部分溶込み溶接においては、溶込み深さの増加に伴いキーホールの維持が困難となり、これに起因してポロシティーやブローホール、割れ等の欠陥が発生し、欠陥のない高品質な溶接を行うことが非常に困難であった。
【００１１】
そこで、この出願の発明者は、検討を進めることにより、外部からレーザー出力を制御し、レーザー出力に特有の周期的変動を与えることで溶接欠陥の発生を効果的に抑え、深溶込みを可能にするとの知見を得た。
【００１２】
この特有の周期的変動が、ベース出力がピーク出力５０％以上となるように周期的に変動調節することであり、さらに好適には、この際のベース出力は、ピーク出力の５０〜７０％となるようにすることである。いずれの場合も、ベース出力が、０となることはない。
【００１３】
そして、出力の変動周波数は、２００Ｈｚ以下とするのがこの発明においては好適である。
【００１４】
レーザー光源としては、この発明においてはＣＯ2 レーザー、特に大出力ＣＯ2 レーザーが考慮されるが、上記のような特徴のある周期的変動調節は、他のレーザー手段の場合においても深溶込み溶接に有効に適用されることになる。
【００１５】
この発明のレーザー溶接は、より具体的な実施の形態としては、高出力ＣＯ2 レーザーを用いて、２００Ｈｚ以下の低周波数領域で、ベース出力がピーク出力の５０％以上となる出力変動を周期的に付与することにより、１０ｍｍ以上の深溶込み溶接において、激しいスパッターの発生を抑制した上で、ポロシティー、ブローホール、割れ等の溶接欠陥の発生を効果的に防止することを特徴とする。
【００１６】
そこで、以下に実施例を示し、さらに詳しくこの発明の方法について説明する。もちろん以下の例によって発明が限定されることはない。
【００１７】
【実施例】
一般溶接構造用鋼ＳＭ４９０を用いて、ビードオンプレートにより部分溶込み溶接を行った。レーザー出力は、最大２０ｋＷ、溶接部のシールドはサイドシールド方式により、Ｈｅガスを５０Ｌ／ｍｉｎ送給した。
【００１８】
図１はパルスレーザの出力波形である。横軸は時間で、縦軸はパルスレーザの出力パワーである。図１に示すように、ベース出力ＷB 上に最大出力（ピーク出力）がＷP となるよう、パルス波形を重ねた。パルスの周波数は１５Ｈｚ、デューティーは５０％、ベース出力とピーク出力の比（ＷB ／ＷP ）は４０〜９５％の範囲で変化させた。このような出力の周期的な変動は、外部から放電電流を制御することにより行った。このときの平均出力は以下の式で計算し、それと同じ出力の連続発振の場合と欠陥量を比較した。
【００１９】
平均出力＝((t2-t1) × Wp + (t3-t2)× WB))/ (t3-t1)
この実施例で行っている溶接は２０ｍｍ程度の深い溶込みを有するものである。（ＷB ／Ｗp ）が４０％以下となると、出力変動に伴って振動する溶融金属にレーザーがあたり、激しいスパッターが発生することが確認された。また、スパッターの飛散に伴って溶融金属量が不足するため、ピード表面でアンダーフィルが形成される。一方、（ＷB ／Ｗp ）が７０％以上になると、レーザー出力変動の効果が小さくなり、連続発振の場合と同等にポロシティー及びブローホールの発生が認められた。
【００２０】
これに対して、（ＷB ／Ｗp ）を５０〜６０％の範囲としたときには、図２に示すように、激しいスパッターの発生を抑制した上で、ポロシティー及びブローホールの発生が効果的に抑制できた。図３には、このときの溶込み深さを示す。欠陥が効果的に抑制された条件では、ベース出力がピーク出力の５０〜６０％あるため、２０ｋＷの連続発振の場合と比較して、溶込み深さの低下を１０％以下に抑制することができる。
【００２１】
以上のことから、この発明の方法を用いることにより、深い溶込み深さを維持した上で、スパッターの発生が少なく、かつ有効にポロシティー、ブローホールの発生を抑制することができた。
【００２２】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、大出力レーザーによる溶接であっても、溶接欠陥の発生を抑え、小入熱で深溶込みを可能とし、高強度高靱性の溶接構造の形成を可能とする新しいレーザー溶接方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に使用した出力波形を示す図である。
【図２】実施例の欠陥発生状況を示すＸ線探傷試験結果（ＷB ＝０．６Ｗp ）を例示した図である。（ａ）は、この発明を用いたときの溶接部のＸ線探傷試験結果、（ｂ）は、比較のために、（ａ）と同一平均出力の連続発振ビームにより行った溶接部のＸ線探傷試験結果を示す。
【図３】実施例の溶込み深さを示した図である。●はこの発明の出力制御を行った場合、○は連続発振を行った場合の結果を示す。
【図４】溶接欠陥の発生について説明した概要図である。
【図１】
0004408519.tif 000002
【図２】
0004408519.tif 000003
【図３】
0004408519.tif 000004
【図４】
0004408519.tif 000005