(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールドガスとして不活性ガスに炭酸ガスを容積比で８０％〜９５％混合したガスを用いることを特徴とするレーザ溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、鋼材等を接合するレーザ溶接方法、特に溶接金属内の気孔発生の防止に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高速溶接や深溶込み溶接として一般的に用いられているレーザ溶接方法は、レーザ発振装置によって発生したレーザビームを溶接トーチに導き、溶接トーチ内の集光レンズで集光して被溶接材に照射し、照射したビームエネルギで被溶接材７を加熱，溶融して接合する方法である。この被溶接材に照射されるレーザビームは集光レンズで細く絞られているため、アーク溶接の１０００倍以上の高エネルギ密度を有し、被溶接材にレーザビームを照射すると表面で激しい蒸発が生じ、その蒸気反力として被溶接材の表面に穴ができる。この穴に入ったレーザビームの反射損失は小さくなり、穴は次第に深くなり、深溶込みの溶接ができる。このレーザ溶接を行なうときに、溶接部の酸化防止や集光レンズ等にスパッタなどの飛散物が付着することを防止するために、溶接トーチの先端のノズルからシールドガスを噴出している。このシールドガスとしては不活性ガスであるアルゴンガスやヘリウムガスが一般的に使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
通常、レーザ溶接法ではアルゴンガスやヘリウムガスをシールドガスに使用し、添加材などは使用せず被溶接材のみを溶融する。また、レーザ溶接方法は電子ビーム溶接方法と同様に非常にエネルギ密度が高い溶接方法であり、溶込み幅が狭く、溶込み深さも深い。しかし、溶込みが深いことや凝固速度が速いなどの原因から溶接金属中に気孔を発生する。例えば不活性ガスとしてアルゴンガス１００％をシールドガスに使用し、板厚１２ｍｍの軟鋼板にレーザ溶接を行なった結果、図５に示すように、溶接部９に複数の気孔１０が生じた。
【０００４】
この発明はかかる短所を改善し、溶込みが深くなるとともに気孔の発生を防止し、良質な溶接部を得ることができるレーザ溶接法を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るレーザ溶接方法は、シールドガスとして不活性ガスに炭酸ガスを容積比で８０％〜９５％混合したガスを用いることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
この発明のレーザ溶接方法はシールドガスとして不活性ガスに炭酸ガスを容積比で９０％混合したガスを使用してレーザ溶接を行ない、溶融金属のレーザビームの吸収率を向上させて溶融金属の流動性を増し、気孔の発生を大幅に減少させるとともに溶込みを深くする。
【０００７】
【実施例】
図１はこの発明の一実施例のレーザ溶接装置の構成図である。図に示すように、レーザ溶接装置は、レーザ発振装置１によって発生したレーザビーム２をレンズ３やミラー４で溶接トーチ５に導き、溶接トーチ５内の集光レンズ６で集光して被溶接材７に照射し、照射したビームエネルギで被溶接材７を加熱，溶融して接合する。このレーザ溶接を行なうときに、不活性ガスに炭酸ガスを容積比で８０％〜９５％混合したガスをシールドガスとして溶接トーチ６の先端のノズル８から噴出させる。
【０００８】
このレーザ溶接にシールドガスとして不活性ガスに炭酸ガスを容積比で８０％〜９５％混合したガスを使用する理由について説明する。各種シールドガスを使用してレーザ溶接中における溶融金属内の気孔生成挙動をリアルタイムＸ線透過観察装置により観察した結果、不活性ガスをシールドガスに用いた場合には多くの気泡が発生し、溶接金属中に凝固され気孔（欠陥）となっているのに対し、１００％の炭酸ガスをシールドガスに用いた場合、溶融金属内には気泡及び気孔の発生はほとんど見られないことが確認できた。このように不活性ガスをシールドガスとして使用した場合に溶融金属内に気泡が発生するのは、被溶接材７が溶融して形成されたキーホール先端でのレーザビーム吸収率に乱れが生じ、これにより溶融金属の流動が不規則となり気孔が発生したり、溶込み深さが不安定になると考えらる。そこでアルゴンガス中に炭酸ガスを種々の割合で混合したシールドガスを使用してレーザ溶接を行なった結果、アルゴンガスに炭酸ガスを８０％未満混合したシールドガスを用いると、やはり溶接金属内に気孔が発生し良好な溶接部が得られなかった。一方、炭酸ガスを９５％を超えて混合したシールドガスを使用した場合には、溶接金属中に固溶した酸素により溶接部の靭性が低下した。そしてアルゴンガスに炭酸ガスを８０％〜９５％混合した場合は、溶接金属内に気孔は発生せず、溶接部の靭性も低下せずに良質な溶接部を得ることができた。また不活性ガスとしてヘリウムガスを使用した場合も同様な結果が得られた。
【０００９】
〔具体例１〕  被溶接材７として板厚１２ｍｍの軟鋼板を使用し、レーザ発振装置１としてＹＡＧレーザ発振器を使用し、出力３．５ｋＷのレーザを用い、被溶接材７を移動する方法で、下向姿勢，ビートオンプレート溶接を実施した。被溶接材７の移動速度は５ｍｍ／ｓｅｃで行い、アルゴンガスに炭酸ガスを９５％混合したシールドガスを流量３０Ｌ／ｍｉｎで噴出させた。この溶接後、Ｘ線検査で気孔を観察した結果、溶接部には気孔の発生が見られなかった。また、溶込みを断面マクロ試験片により観察した結果、図２に示すように、気孔の発生がない良質な溶接部９を得ることができた。
【００１０】
〔具体例２〕  被溶接材７として板厚９ｍｍの軟鋼板を使用し、具体例１と同じ条件でアルゴンガスに炭酸ガスを８０％混合したシールドガスを使用してレーザ溶接を行なった結果、図３に示すように、被溶接材７の裏面まで溶融する貫通溶接となった。また、貫通溶接となったことにも起因するが、Ｘ線検査により気孔はほとんど見られないことも確認できた。
【００１１】
〔比較例〕また、被溶接材７として板厚９ｍｍの軟鋼板を使用し、具体例２と同じ条件でシールドガスとしてアルゴンガス１００％を使用してレーザ溶接を行なった結果、図４に示すように、部分溶込み溶接となり、溶接部９に気孔１０が発生した。この結果、アルゴンガス１００％のシールドガスを使用した場合よりも、アルゴンガス中に炭酸ガスを８０％〜９５％を混入することにより溶込みが深くなることが確認できた。これはアルゴンガス中に炭酸ガスを容積比で８０％〜９５％混合したガスをシールドガスとして使用することにより、溶融金属のレーザビームの吸収率が向上し、溶融金属の流動性が増して気孔の発生を大幅に減少させるとともに溶込みが深くなるものと考えられる。
【００１２】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、レーザ溶接を行なうときにシールドガスとして不活性ガスに炭酸ガスを容積比で８０％〜９５％混合したガスを使用することにより、気孔が発生せず靭性も低下しない良質な溶接部を得ることができる。
【００１３】
また、溶接部の溶込みを深くすることができるから、レーザ溶接の適用可能範囲を拡大するとともにその構造物の品質を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例のレーザ溶接装置の構成図である。
【図２】実施例で板厚１２ｍｍの軟鋼板をレーザ溶接した溶接部の断面図である。
【図３】実施例で板厚９ｍｍの軟鋼板をレーザ溶接した溶接部の断面図である。
【図４】アルゴンガス１００％のシールドガスを使用して板厚９ｍｍの軟鋼板をレーザ溶接した溶接部の断面図である。
【図５】アルゴンガス１００％のシールドガスを使用して板厚１２ｍｍの軟鋼板をレーザ溶接した溶接部の断面図である。
【符号の説明】
１      レーザ発振装置
２      レーザビーム
５      溶接トーチ
６      集光レンズ
７      被溶接材
９      溶接部
１０    気孔
【図１】
0004036588.tif 000002
【図２】
0004036588.tif 000003
【図３】
0004036588.tif 000004
【図４】
0004036588.tif 000005
【図５】
0004036588.tif 000006