(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスシールドされたワイヤと被溶接物との間に交流電力を供給して溶接線上でアークを発生させ、レーザ発振装置から出力されたレーザ光を伝送経路を通してアークの発生部又はその周辺部に照射して２［ｍ／分］以上の高速度で重ねすみ肉溶接を行うレーザ併用交流ミグパルスアーク溶接方法において、
ギャップを有する被溶接物の上板及び下板の厚さが１［ｍｍ］乃至３［ｍｍ］のアルミニウムで、
溶接線上のワイヤの先端位置とレーザ光のスポット位置との先端間距離が０［ｍｍ］乃至３［ｍｍ］で、
ワイヤの先端の位置であるワイヤの狙い位置が、被溶接物の下板の表面上で、被溶接物の上板の下端部が下板の表面に重なる継手線から直角方向に上板から離れる側へ２［ｍｍ］乃至前記継手線から直角方向に上板側へ２［ｍｍ］で、
レーザ光のスポット位置である狙い位置が、被溶接物の下板の表面上で、前記継手線からスポット直径だけ上板と離れた位置乃至前記継手線からスポット直径の１／２重なる位置であるレーザ併用交流ミグパルスアーク溶接方法。
【請求項２】
溶接線とワイヤの送給方向を含む平面と、被溶接物表面に垂直な平面とが形成するワイヤの狙い角が５［度］乃至２０［度］であり、
溶接線とレーザ光とを含む平面と、被溶接物表面に垂直な平面とが形成するレーザ光の狙い角が５［度］乃至２０［度］である請求項１に記載のレーザ併用交流ミグパルスアーク溶接方法。
【請求項３】
溶接線とワイヤの送給方向とを含む平面内で、溶接線に直交する線とワイヤの送給方向とが形成する前進角が１０［度］乃至２０［度］で、
溶接線とレーザ光の照射方向とを含む平面内で、溶接線に直交する線とレーザ光とが形成する後退角が１５［度］乃至４０［度］である請求項２に記載のレーザ併用交流ミグパルスアーク溶接方法。
【請求項４】
レーザ出力が１［ｋｗ］乃至５０［ｋｗ］で、被溶接物に照射されるレーザ光のスポット直径が１［ｍｍ］乃至５［ｍｍ］である請求項３に記載のレーザ併用交流ミグパルスアーク溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム合金（以下、アルミニウムという）の重ねすみ肉溶接を行う場合の消耗電極ガスシールド交流パルスアーク溶接（以下、交流ミグパルスアーク溶接という）のアーク光発生部又はその周辺部の被溶接物表面にレーザ光を照射することによって高速度で重ねすみ肉溶接を行うレーザ併用交流ミグパルスアーク溶接方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、重ねすみ肉溶接を行う場合、図２に示す交流ミグパルスアーク溶接が利用されている。同図は、従来技術の交流ミグパルスアーク溶接を説明する図である。同図において、交流電力を出力する溶接電源装置１は、ワイヤ送給装置２のワイヤ送給ロール３の回転を制御して、消耗電極（以下、ワイヤという）４が溶接トーチ５を通して送給される。また、溶接電源装置１は、溶接トーチ５内のコンタクトチップと被溶接物（上板６と下板７）との間に電力を供給して、ワイヤ４と被溶接物６、７との間にアーク８が発生される。
【０００３】
また従来、図３に示す炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ、半導体レーザ等を利用したレーザ溶接が行われている。同図は、従来技術のレーザ溶接を説明する図である。同図において、レーザ発振装置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に伝送され、このレーザトーチ１２内に設けられた加工レンズ１３によって被溶接物６、７の継手部分６ａに焦点が生じるように収束され、被溶接物６、７に照射される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図２に示す交流ミグパルスアーク溶接によって、重ねすみ肉継手の２［ｍ／分］を超える高速度で重ねすみ肉溶接を行うと、図４に示すように、下板７へのアークの溶け込み量が不足して、継手の強度が不足する。図４は、交流ミグパルスアーク溶接によって、重ねすみ肉継手を２［ｍ／分］を超える高速度で溶接をしたときの溶接ビード１４の形状を示す図である。また、交流ミグパルスアーク溶接によって高速度で重ねすみ肉溶接を行うには、単位長さ当りの入熱が小さいために、適切な溶接ビード１４を形成することができない。
【０００５】
また、図３に示すレーザ溶接は、高エネルギー密度の熱源であるので、２［ｍ／分］を超え８［ｍ／分］程度までの高速溶接が可能である。しかし、このレーザ溶接では、重ねすみ肉継手への溶接において上板と下板との重ね部分（以下、継手部分という）にギャップがある場合には、レーザ照射部のレーザ光の直径が小さいために、ギャップのある継手部分を上下共に溶融することができず、継手部分の溶接を行うことができない。したがって、レーザ溶接においては、被溶接物６、７の継手部分に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る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、ガスシールドされたワイヤと被溶接物との間に交流電力を供給して溶接線上でアークを発生させ、レーザ発振装置から出力されたレーザ光を伝送経路を通してアークの発生部又はその周辺部に照射して２［ｍ／分］以上の高速度で重ねすみ肉溶接を行うレーザ併用交流ミグパルスアーク溶接方法において、
ギャップを有する被溶接物の上板及び下板の厚さが１［ｍｍ］乃至３［ｍｍ］のアルミニウムで、
溶接線上のワイヤの先端位置とレーザ光のスポット位置との先端間距離が０［ｍｍ］乃至３［ｍｍ］で、
ワイヤの先端の位置であるワイヤの狙い位置が、被溶接物の下板の表面上で、被溶接物の上板の下端部が下板の表面に重なる継手線から直角方向に上板から離れる側へ２［ｍｍ］乃至前記継手線から直角方向に上板側へ２［ｍｍ］で、
レーザ光のスポット位置である狙い位置が、被溶接物の下板の表面上で、前記継手線からスポット直径だけ上板と離れた位置乃至前記継手線からスポット直径の１／２重なる位置であるレーザ併用交流ミグパルスアーク溶接方法である。
【０００７】
第２の発明は、溶接線とワイヤの送給方向を含む平面と、被溶接物表面に垂直な平面とが形成するワイヤの狙い角が５［度］乃至２０［度］であり、
溶接線とレーザ光とを含む平面と、被溶接物表面に垂直な平面とが形成するレーザ光の狙い角が５［度］乃至２０［度］である第１の発明に記載のレーザ併用交流ミグパルスアーク溶接方法である。
【０００８】
第３の発明は、溶接線とワイヤの送給方向とを含む平面内で、溶接線に直交する線とワイヤの送給方向とが形成する前進角が１０［度］乃至２０［度］で、
溶接線とレーザ光の照射方向とを含む平面内で、溶接線に直交する線とレーザ光とが形成する後退角が１５［度］乃至４０［度］である第２の発明に記載のレーザ併用交流ミグパルスアーク溶接方法である。
【０００９】
第４の発明は、レーザ出力が１［ｋｗ］乃至５０［ｋｗ］で、被溶接物に照射されるレーザ光のスポット直径が１［ｍｍ］乃至５［ｍｍ］である第３の発明に記載のレーザ併用交流ミグパルスアーク溶接方法である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本出願に係る発明の特徴を最もよく表す図である。後述する図５と同じなので、説明は図５で後述する。
【００１２】
【実施例】
本発明は、アルミニウムの薄板の重ねすみ肉溶接をするためのレーザ照射と交流ミグパルスアーク溶接とを併用する複合型のレーザ併用交流ミグパルスアーク溶接方法である。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ー密度の熱源による高速溶接性を確保した上で、アーク８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６ａを幅広く溶融すると共にワイヤ４を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度で重ねすみ肉溶接を行うことができる。以下、このレーザ併用交流ミグパルスアーク溶接方法を説明する。なお、これ以降の説明では、溶接速度が２［ｍ／分］以上の場合を高速溶接ということにする。
【００１３】
図５は、本発明のレーザ併用交流ミグパルスアーク溶接方法を実施する装置を示す図である。以下、同図を参照して説明する。同図は、ＹＡＧレーザ又は半導体レーザと交流ミグアーク溶接装置を使用する場合を示している。同図において、図２及び図３に示す機能と同機能に同符号を付して、説明を省略する。
【００１４】
発明者の実験によれば、適切な溶接条件は次のとおりである。
図６は、本発明のレーザ併用交流ミグパルスアーク溶接方法におけるワイヤの前進角θ１等を説明するための図である。同図において、溶接線を含んだ被溶接物６、７の表面に直交する平面内で、被溶接物６、７の表面の垂直線とワイヤの送給方向とが形成する前進角θ１が１０［度］乃至２０［度］であり、被溶接物６、７の表面の垂直線とレーザ光１０とが形成する後退角θ２が１５［度］乃至４０［度］である。
また、ワイヤ４とレーザ光１０との先端間距離Ｄ１は、０［ｍｍ］乃至３［ｍｍ］である。
【００１５】
図７は、本発明のレーザ併用交流ミグパルスアーク溶接方法におけるワイヤの狙い角γ１等を説明するための図である。説明を容易にするために、溶接線に直交した平面上に、ワイヤ４の送給方向とレーザ光の照射方向とを投影した場合について説明する。同図において、溶接線に直交しワイヤ送給方向を含む平面内で、被溶接物６、７の表面の垂直線１５とワイヤ４の送給方向とが形成する角度であるワイヤの狙い角γ１が５［度］乃至２０［度］であり、溶接線に直交しレーザ光の照射方向を含む平面内で、被溶接物６、７の表面の垂直線１６とレーザ光１０とが形成する角度であるレーザ光の狙い角γ２が５［度］乃至２０［度］である。
また、被溶接物の上板６の下端部が下板７の表面に重なる継手線上又は直角方向に離れたワイヤ４の先端４ａの位置であるワイヤの狙い位置Ly1が−２［ｍｍ］乃至２［ｍｍ］であり、継手線に照射するレーザ光のスポット位置である狙い位置Ly2が上記継手線からスポット直径Ｄだけ上板６と離れた位置乃至継手線からスポット直径の１／２Ｄ重なる位置である。
【００１６】
上記の溶接条件において、図７に示すワイヤの狙い角γ1およびレーザ光の狙い角γ2が５［度］よりも小さい角度では、レーザ光１０とアーク８との狙い位置を継手部分６ａに合わせることが容易ではないために、狙い位置が上板６側によると、下板７への溶け込みが不足し、狙い位置が下板７側によると、下板７が溶け落ちる場合がある。また、２０［度］よりも大きい角度では、アーク８が安定しない。したがって、ワイヤの狙い角γ1およびレーザ光の狙い角γ2は５［度］乃至２０［度］が好ましい。
【００１７】
図８は、ワイヤの狙い位置Ly1「ｍｍ」(横軸)とレーザ光とワイヤとの先端間距離Ｄ１「ｍｍ」（縦軸）との関係において、溶接良好不良の境界を示す図である。この溶接不良とは、溶け込み不良及び溶け落ちが発生する状態をいい、溶接良好とは、溶接不良を発生しない状態をいう。
同図において、レーザ光の狙い位置Ly2は０［ｍｍ］、即ち、レーザ光の狙い位置Ly2は継手部分６ａであり、溶接速度は４［ｍ／分］である。また、図８及び後述する図９と図１１とに示す溶接良好不良との境界を明確にするための共通の溶接条件は、アルミニウムＡ５０５２の被溶接物の下板６及び上板７の厚さが１．５［ｍｍ］で、直径が１．２［ｍｍ］でアルミニウムＡ５３５６のワイヤ４を使用して重ねすみ肉継手のすみ肉溶接を行った。また、レーザ溶接機の出力が１．５［ｋｗ］で、焦点位置でのレーザ光のスポット直径１［ｍｍ］のレーザ光を、焦点位置をずらして照射する部分のレーザ光１０のスポット直径が２［ｍｍ］の場合であり、また、交流ミグパルスアーク溶接機の溶接電流が１３５［Ａ］の交流パルス電流で、溶接電圧が１７［Ｖ］である。溶接速度が４［ｍ／分］の場合である。また、図８及び図９において、被溶接物の上板６と下板７のギャップが無い状態で溶接をしている。
【００１８】
図８に示すように、溶接線上のワイヤ４の先端位置とレーザ光１０のスポット位置との先端間距離（以下、レーザ光とワイヤとの先端間距離という）Ｄ１が、３［ｍｍ］を超えると、レーザ光１０が照射された部分にアーク８が引き寄せられる力が弱くなり、溶け込みの深さが浅くなる。したがって、レーザ光とワイヤとの先端間距離Ｄ１は、０［ｍｍ］乃至３［ｍｍ］が好ましい。
また、ワイヤの狙い位置Ly1が−２［ｍｍ］乃至２［ｍｍ］の範囲を超えると、アーク８が継手部分６ａから離れるために適切な溶接を行うことができない。
【００１９】
図９は、レーザ光の狙い位置Ly2「ｍｍ」(横軸)とレーザ光とワイヤとの先端間距離Ｄ１「ｍｍ」（縦軸）との関係において溶接良好不良の境界を示す図である。同図において、ワイヤの狙い位置Ly1は０［ｍｍ］、即ち、ワイヤの狙い位置Ly1は継手部分６ａである。
同図に示すように、レーザ光の狙い位置Ly2が−２［ｍｍ］乃至１［ｍｍ］の範囲を超えると、レーザ光が継手部分６ａから離れることになり、適切な溶接を行うことができない。さらに、ワイヤの狙い位置Ly1と異なり、レーザ光の狙い位置Ly2が２［ｍｍ］になると、レーザ光１０が照射された部分にアーク８が引き寄せられて、アーク８が継手部分６ａから離れ、下板７への溶け込みが不足し、適切な溶接を行うことができない。
【００２０】
この結果、ワイヤの狙い位置Ly1とレーザ光の狙い位置Ly2とが継手部分６ａから上板６側により過ぎると、図４に示すように、下板７の溶け込み量が不足して、継手の強度が不足する。また、ワイヤの狙い位置Ly1とレーザ光の狙い位置Ly2とが継手部分６ａから下板７側に下がり過ぎると、図１０に示すように、継手部分６ａを溶接することができない。図１０は、ワイヤの狙い位置Ly1とレーザ光の狙い位置Ly2とが継手部分６ａから下板７側に下がり過ぎたときの溶接ビード形状を示す図である。
したがって、ワイヤの狙い位置Ly1が−２［ｍｍ］乃至２［ｍｍ］で、レーザ光の狙い位置Ly2が−２［ｍｍ］乃至１［ｍｍ］において、下板７の溶け込みが十分な溶接を行うことができる。
被溶接物６、７に照射されるレーザ光１０のスポット直径をＤ［ｍｍ］としたときに、レーザ光の狙い位置Ly2が−Ｄ［ｍｍ］乃至Ｄ／２［ｍｍ］の範囲になる。
【００２１】
図１１は、本発明のレーザ併用交流ミグパルスアーク溶接方法を実施したときの溶接速度［ｍ／分］（横軸）と被溶接物のギャップ長Ｇ１［ｍｍ］（縦軸）との関係を示す図であり、さらに、従来技術と比較している。同図において、レーザ光とワイヤとの先端間距離Ｄ１は２［ｍｍ］で、ワイヤの狙い角γ１とレーザ光の狙い角γ２とは１０［度］で、ワイヤの前進角θ１が１５［度］でレーザ光の後退角が３０［度］において、ワイヤの狙い位置Ly1及びレーザ光の狙い位置Ly2を変化させている。
同図に示すように、従来技術の交流ミグパルスアーク溶接を単独で行う場合及びレーザ溶接を単独で行う場合と比較して、本発明のレーザ併用交流ミグパルスアーク溶接方法は、図１２に示すようにギャップＧ１を有する被溶接物６、７を高速溶接する場合において、かなり広いギャップ長に対しても適切な溶接を行うことができる。図１２は、本発明のギャップを有する被溶接物を溶接する場合に、適切な溶接が行われたときの溶接ビード１４の形状を示す図である。
【００２２】
【発明の効果】
本発明はレーザ照射と交流ミグパルスアーク溶接とを併用する複合型のレーザ併用交流ミグパルスアーク溶接方法であって、ワイヤの狙い位置Ly1及びレーザ光の狙い位置Ly2を変化させることによって、従来技術の交流ミグパルスアーク溶接を単独で行う場合及びレーザ溶接を単独で行う場合と比較して、ギャップＧ１を有する被溶接物６、７を高速度で重ねすみ肉溶接を行う場合において、かなり広いギャップ長に対しても適切な溶接を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本出願に係る発明の特徴を最もよく表す図である。
【図２】従来技術の交流ミグパルスアーク溶接を説明する図である。
【図３】従来技術のレーザ溶接を説明する図である。
【図４】交流ミグパルスアーク溶接によって、重ねすみ肉継手の２［ｍ／分］を超える高速度で溶接を行ったときの溶接ビード１４の形状を示す図である。
【図５】本発明のレーザ併用交流ミグパルスアーク溶接方法を実施する装置を示す図である。
【図６】本発明のレーザ併用交流ミグパルスアーク溶接方法におけるワイヤの前進角θ１等を説明するための図である。
【図７】本発明のレーザ併用交流ミグパルスアーク溶接方法におけるワイヤの狙い角γ１等を説明するための図である。
【図８】ワイヤの狙い位置Ly1「ｍｍ」(横軸)とレーザ光とワイヤとの先端間距離Ｄ１「ｍｍ」（縦軸）との関係において溶接良好不良の境界を示す図である。
【図９】レーザ光の狙い位置Ly2「ｍｍ」(横軸)とレーザ光とワイヤとの先端間距離Ｄ１「ｍｍ」（縦軸）との関係において溶接良好不良の境界を示す図である。
【図１０】ワイヤの狙い位置Ly1とレーザ光の狙い位置Ly2とが継手部分６ａから下板７側により過ぎたときの、溶接ビード形状を示す図である。
【図１１】本発明のレーザ併用交流ミグパルスアーク溶接方法を実施したときの溶接速度［ｍ／分］（横軸）と被溶接物のギャップ長Ｇ１［ｍｍ］（縦軸）との関係を示す図である。
【図１２】本発明のギャップを有する被溶接物を溶接する場合に、適切な溶接が行われたときの溶接ビード１４の形状を示す図である。
【符号の説明】
１  溶接電源装置
２  ワイヤ送給装置
３  ワイヤ送給ロール
４  ワイヤ
４ａ  ワイヤ４の先端
５  溶接トーチ
６  （被溶接物の）上板
６ａ  継手部分
７  （被溶接物の）下板
８  アーク
９  レーザ発振装置
１０  レーザ光
１１  光ファイバ
１２  レーザトーチ
１３  加工レンズ
１４  溶接ビード
１５  被溶接物６、７の表面の垂直線
１６  被溶接物６、７の表面の垂直線
Ｄ  被溶接物６、７に照射されるレーザ光１０のスポット直径
Ｄ１  レーザ光とワイヤとの先端間距離
Ly1  ワイヤの狙い位置
Ly2  レーザ光の狙い位置
θ１  ワイヤの前進角
θ２  レーザ光の後退角
γ１  ワイヤの狙い角
γ２  レーザ光の狙い角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0004153218.tif 000009
【図９】
0004153218.tif 000010
【図１０】
0004153218.tif 000011
【図１１】
0004153218.tif 000012
【図１２】
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