JP2638379B2 - Laser welding method and cooling head used therefor - Google Patents
Laser welding method and cooling head used thereforInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、金属材料の溶融接合に
使用されるレーザ溶接法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser welding method used for fusion joining metal materials.
【0002】金属材料の溶融溶接法の1つとして、レー
ザビームを利用したレーザ溶接法がある。これは、コヒ
ーレントな高エネルギ密度の光熱源を利用した溶接であ
るため、高速で低入熱、深溶込みの高品質継手が得られ
るという特徴を有している。レーザ溶接での溶接プロセ
スは次のように説明される。[0002] As one of the fusion welding methods for metal materials, there is a laser welding method using a laser beam. Since this is welding using a coherent high-energy-density light heat source, a high-quality joint with high speed, low heat input, and deep penetration can be obtained. The welding process in laser welding is described as follows.
【0003】レーザ発振器で発振されたレーザビーム
は、集光レンズまたは集光ミラーで集光されることによ
り、高エネルギ密度のビームとなって被溶接部に照射さ
れる。この際、被溶接部は瞬時に加熱、溶融され、同時
に激しい蒸発を伴う。この蒸発の反力が溶融池を下方に
押し込み、レーザビーム照射点にキーホールと呼ばれる
狭く深い孔を形成する。キーホールが形成されると、そ
こに照射されたレーザビームは、キーホール壁面に当た
って多重反射を繰り返し、高エネルギ密度を保持したま
までキーホール底部に達する。このように、レーザ溶接
においては被溶接材内部に直接高密度の入熱が与えられ
るため、深くて幅が狭い低入熱の高品質継手が得られ
る。[0003] A laser beam oscillated by a laser oscillator is condensed by a condenser lens or a condenser mirror, and is applied to a portion to be welded as a high energy density beam. At this time, the to-be-welded part is instantaneously heated and melted, and at the same time accompanied by severe evaporation. The reaction force of this evaporation pushes the molten pool downward, and forms a narrow and deep hole called a keyhole at the laser beam irradiation point. When the keyhole is formed, the laser beam applied to the keyhole repeatedly hits the wall of the keyhole and repeatedly reaches the bottom of the keyhole while maintaining a high energy density. As described above, since high-density heat input is directly applied to the inside of the material to be welded in laser welding, a high-quality joint having low heat input that is deep and narrow is obtained.
【0004】しかしながら、レーザ溶接には、以下に述
べるようなプラズマに起因する問題が存在する。レーザ
溶接において、溶接時に発生する金属蒸気は、溶接部上
方に噴出してレーザビームを吸収し、金属プラズマを形
成する。プラズマは、レーザの吸収率が高いため、一度
プラズマが形成されると、レーザをさらに吸収しながら
大きく成長する。このようにして形成されたプラズマ
が、レーザを吸収したり散乱させるため、大きなエネル
ギの損失を伴う。[0004] However, laser welding has a problem caused by plasma as described below. In laser welding, metal vapor generated at the time of welding blows out above a welded part and absorbs a laser beam to form metal plasma. Since the plasma has a high laser absorptivity, once the plasma is formed, it grows larger while further absorbing the laser. The plasma thus formed absorbs and scatters the laser, resulting in a large energy loss.
【0005】また、溶接時には、通常、溶接部の酸化お
よび窒化を防止する目的で、Arを溶接部のシールドガ
スとして用いている。Arの電離電圧はあまり大きくな
いため、入熱密度が特に大きいような溶接条件において
は、シールドガスもプラズマ化し、さらに大きなプラズ
マを形成するため、エネルギの損失もさらに大きくな
り、溶け込み深さが大きく減少する。このように、レー
ザ溶接時に発生するプラズマは、大きなエネルギ損失を
伴い、溶け込み深さの低下をもたらすため、実用上の大
きな問題点となっている。[0005] During welding, Ar is usually used as a shielding gas for the welded portion in order to prevent oxidation and nitridation of the welded portion. Since the ionization voltage of Ar is not so large, under welding conditions in which the heat input density is particularly large, the shield gas is also turned into plasma and a larger plasma is formed, so that the energy loss is further increased and the penetration depth is increased. Decrease. As described above, the plasma generated at the time of laser welding involves a large energy loss and lowers the penetration depth, which is a serious problem in practical use.
【0006】プラズマの発生量を左右する因子として
は、シールドガスの電離電圧、シールドガスの冷却能力
があげられる。シールドガスに電離電圧が大きいガスを
使用すると、シールドガスがプラズマ化しにくいため、
プラズマは余り大きく成長できなくなる。また、シール
ドガスの冷却能力が高い場合、シールドガスが金属プラ
ズマの熱エネルギを効率よく吸収するため、プラズマの
成長は抑制される。Heは、電離電圧が高く、熱伝導率
も大きいため、プラズマの成長を抑制するのに大きな効
果がある。また、Heは、Arと同様に不活性ガスであ
り、溶接部の汚染を防ぐためのシールドガスとして使用
することが可能である。Factors that affect the amount of plasma generated include the ionization voltage of the shielding gas and the cooling capacity of the shielding gas. If a gas with a high ionization voltage is used as the shielding gas, the shielding gas is difficult to turn into plasma.
The plasma cannot grow too large. Further, when the cooling capacity of the shielding gas is high, the shielding gas efficiently absorbs the thermal energy of the metal plasma, so that the plasma growth is suppressed. Since He has a high ionization voltage and a large thermal conductivity, it has a great effect in suppressing the growth of plasma. He is an inert gas like Ar, and can be used as a shielding gas for preventing contamination of a welded portion.
【0007】このようなことから、Arの代わりにHe
を、シールドガスに用いてプラズマを抑制する方法が考
えられる。しかし、Heは非常に高価なガスであるた
め、Heガス単独で用いることはコスト的に不利であ
る。そこで、HeとArの混合ガスで代用させる方法
が、特開昭61−232086号公報により提案されて
いる。For these reasons, He is used instead of Ar.
Is used as a shielding gas to suppress plasma. However, since He is a very expensive gas, it is disadvantageous in terms of cost to use He gas alone. Therefore, a method of substituting a mixed gas of He and Ar has been proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 61-232320.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法で
は、Heの混合割合を30%未満にするとプラズマの成
長を抑制する作用が失われるため、Heの混合割合を3
0%以上に保つ必要がある。従って、この方法を用いた
場合にも、溶接コストの大幅アップは避けられず、特殊
な用途以外には実用化は困難である。一方、発生したプ
ラズマをサイドガスと呼ばれる側方から吹き付ける高速
のArガスによって吹き飛ばす方法も提案されている
が、吹き付け角度、位置、流速等に対する非常に高精度
な制御が要求されるため、実用化は難しい。However, in this method, if the mixing ratio of He is less than 30%, the effect of suppressing the plasma growth is lost, so that the mixing ratio of He is 3%.
It must be kept at 0% or more. Therefore, even when this method is used, a significant increase in welding cost is unavoidable, and it is difficult to put it to practical use except for special applications. On the other hand, a method has been proposed in which generated plasma is blown off by a high-speed Ar gas that is blown from a side called a side gas. Is difficult.
【0009】本発明の目的は、シールドガスとしてHe
を使用したりサイドガスを併用することなく、安価なA
rガスを用いるのみでプラズマの成長を抑え得て、溶け
込み深さを大きくできるレーザ溶接法を提供することに
ある。本発明の他の目的は、プラズマの成長を抑えるに
特に有効な冷却ヘッドを提供することにある。An object of the present invention is to use He as a shielding gas.
Inexpensive A without the use of
An object of the present invention is to provide a laser welding method that can suppress the growth of plasma only by using r gas and can increase the penetration depth. Another object of the present invention is to provide a cooling head that is particularly effective in suppressing plasma growth.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】レーザ溶接において溶け
込み深さが減少する原因は、前述したように、溶接部直
上に発生するプラズマが、レーザービームを吸収したり
散乱させることにある。プラズマは、その物理的性質
上、高温高圧であるほどエネルギを吸収して成長し易く
なり、逆に、冷却するか、あるいは密度を低くしてやる
と、プラズマ状態を維持できなくなり、消失する。The cause of the decrease in the penetration depth in laser welding is, as described above, that the plasma generated immediately above the welded portion absorbs or scatters the laser beam. Due to its physical properties, plasma is more likely to grow by absorbing energy at higher temperatures and pressures. Conversely, when cooled or reduced in density, the plasma state cannot be maintained and disappears.
【0011】本発明者らは、このようなプラズマの物理
的性質に着目し、プラズマを冷却させる方法、プラズマ
を拡散させて密度を低下させる方法を見出すべく実験、
研究を行った。その結果、溶接部直上に発生するプラズ
マを、通水冷却された水冷銅板等の冷却ヘッドで冷却す
れば、これを消失させ得ること、溶接部に向けてシール
ドガスを噴射する経路の途中で、外周側へ放射状に広が
る外向きのガス流れを形成すれば、プラズマを縮小させ
得ることを知見した。The present inventors have paid attention to such physical properties of plasma, and have conducted experiments to find a method of cooling plasma and a method of diffusing plasma to reduce the density.
Researched. As a result, if the plasma generated immediately above the weld is cooled by a cooling head such as a water-cooled copper plate that has been passed through and cooled, this can be eliminated, and in the middle of the path of injecting the shielding gas toward the weld, It has been found that the plasma can be reduced by forming an outward gas flow radially spreading toward the outer peripheral side.
【0012】本発明のレーザ溶接法は、かかる知見に基
づいて開発されたもので、集光されたレーザビームをト
ーチから被溶接材の被溶接部に照射するレーザ溶接法に
おいて、強制冷却され、且つ被溶接部に照射されるレー
ザビームを通過させる直径1.8mm未満のビーム通過
孔が設けられた冷却ヘッドを、前記トーチと被溶接材と
の間で且つ被溶接材からの距離が2.2mm未満の位置
に保持して溶接を行い、その溶接中、前記トーチから冷
却ヘッドへ向けて第1のシールドガスを噴射すると共
に、冷却ヘッドから被溶接材へ向けて第2のシールドガ
スを噴射することを特徴とする。The laser welding method of the present invention has been developed on the basis of such knowledge, and uses a focused laser beam as a light source .
In the laser welding method of irradiating a welded part of a material to be welded from a workpiece, a cooling head which is forcibly cooled and provided with a beam passage hole having a diameter of less than 1.8 mm for passing a laser beam irradiated to the welded part is provided. With the torch and the material to be welded.
Distance and from the material to be welded between the performs welding to hold the position of less than 2.2 mm, during the welding, cold from the torch
A first shielding gas is injected toward the cooling head, and a second shielding gas is injected from the cooling head toward the workpiece.
【0013】また、本発明の冷却ヘッドは、内部を冷却
液が流通する高熱伝導性の金属板材からなり、該板材に
両面間を貫通するビーム通過孔を設けると共に、板材中
にシールドガスを導入するガス路を設け、該ガス路の出
口を、板材の一方の面のビーム通過孔周囲に開口させた
ことを特徴とする。Further, the cooling head of the present invention is made of a metal plate having a high thermal conductivity through which a cooling liquid flows, in which a beam passage hole penetrating between both surfaces is provided, and a shielding gas is introduced into the plate. A gas path is provided, and an outlet of the gas path is opened around the beam passage hole on one surface of the plate material.
【0014】[0014]
【作用】図1は本発明のレーザ溶接法の一実施態様を模
式的に示す側面図である。FIG. 1 is a side view schematically showing one embodiment of the laser welding method of the present invention.
【0015】トーチ1からは、下方の被溶接材2の被溶
接部2aに向けて、集光されたレーザビームBが照射さ
れると共に、第1のシールドガスG1としてのArが噴
出される。トーチ1と被溶接材2との間には、銅板から
なる冷却ヘッド3が保持されている。The torch 1 irradiates a focused laser beam B toward a welded portion 2a of a workpiece 2 below, and also ejects Ar as a first shield gas G1. A cooling head 3 made of a copper plate is held between the torch 1 and the workpiece 2.
【0016】冷却ヘッド3は、図2および図3に示すよ
うに、上下面を貫通した円形のビーム通過孔3aを有す
る。冷却ヘッド3には、ビーム通過孔3aを半周にわた
って包囲するU字状の通水路3bが設けられると共に、
通水路3bに包囲された形でガス路3cが設けられてい
る。ガス路3cの先端部は、ビーム通過孔3aを包囲す
る四角形に形成され、角コーナ部が冷却ヘッド3の下面
に開口して4つの下向きノズル3dを形成している。ま
た、ガス路3cの先端部近傍には、溶接部2bに対向す
る第2のノズル3eが設けられている。As shown in FIGS. 2 and 3, the cooling head 3 has a circular beam passage hole 3a penetrating the upper and lower surfaces. The cooling head 3 is provided with a U-shaped water passage 3b surrounding the beam passage hole 3a over a half circumference,
A gas passage 3c is provided so as to be surrounded by the water passage 3b. The distal end of the gas passage 3c is formed in a quadrangle surrounding the beam passage hole 3a, and the corners are opened on the lower surface of the cooling head 3 to form four downward nozzles 3d. In addition, a second nozzle 3e facing the welded portion 2b is provided near the tip of the gas passage 3c.
【0017】なお、通水路3b並びにノズル3dおよび
3eの配置は図示例に限るものでなく、例えば通水路3
bは複数系路を、レーザ貫通孔3aを包囲するノズル3
dはレーザ貫通孔を中心とする同心円周上に5個以上
を、また溶接部2bに対向するノズル3eは前記円周上
以外に2個以上を、それぞれ設けるようにしてもよいこ
とは言うまでもない。The arrangement of the water passage 3b and the nozzles 3d and 3e is not limited to the illustrated example.
b denotes a plurality of paths, a nozzle 3 surrounding the laser through hole 3a.
Needless to say, five or more nozzles d may be provided on a concentric circle centered on the laser through hole, and two or more nozzles 3e opposed to the welding part 2b may be provided other than on the circumference. .
【0018】溶接の際には、冷却ヘッド3のビーム通過
孔3aの中心をレーザビームBのビーム軸に一致させ、
ビーム通過孔3aを通して被溶接材2の被溶接部2aに
レーザビームBを照射する。また、冷却ヘッド3の通水
路3bには冷却水を流通させ、ガス路3cには、第2の
シールドガスG2としてのArを導入する。At the time of welding, the center of the beam passage hole 3a of the cooling head 3 is made to coincide with the beam axis of the laser beam B,
The laser beam B is applied to the welded portion 2a of the workpiece 2 through the beam passage hole 3a. Cooling water is circulated through the water passage 3b of the cooling head 3, and Ar as the second shield gas G2 is introduced into the gas passage 3c.
【0019】被溶接部2aへのレーザビームBの照射に
より、その金属が溶融および蒸発して、金属蒸気が上方
へ爆発的に噴出する。しかし、水冷銅板からなる冷却ヘ
ッド3によって、この金属蒸気が冷却されエネルギを失
うため、プラズマは生じない。By irradiating the laser beam B to the welded portion 2a, the metal is melted and evaporated, and metal vapor explosively blows upward. However, since the metal vapor is cooled by the cooling head 3 made of a water-cooled copper plate and loses energy, no plasma is generated.
【0020】また、トーチ1から噴出された第1のシー
ルドガスG1は、冷却ヘッド3の上面にあたって周囲に
広がり、外向きのガス流を形成する。溶接中には、金属
の蒸発量が突発的に増え、金属蒸気がビーム通過孔3a
を通って冷却ヘッド3の上方に噴出する場合があるが、
その場合も、噴出蒸気のエネルギが、外向きのガス流に
よって奪い去られるため、プラズマは生じない。Further, the first shield gas G1 ejected from the torch 1 spreads around the upper surface of the cooling head 3 and forms an outward gas flow. During welding, the amount of evaporation of the metal suddenly increases, and the metal vapor passes through the beam passage hole 3a.
May blow out above the cooling head 3 through the
Also in this case, no plasma is generated because the energy of the ejected steam is taken away by the outward gas flow.
【0021】これらの相乗りより、シールドガスG1お
よびG2としてArを使用し、また、サイドガスを併用
していないにもかかわらず、レーザービームBは、エネ
ルギーの損失なしに被溶接部2aに照射され、溶け込み
深さは従来法に比べて大幅に増大する。ここで、シール
ドガスG1は、光学系を保護する機能も有する。シール
ドガスG2は、冷却ヘッド3の複数のノズル3dからレ
ーザービームBを包囲するように被溶接材2へ噴射され
て、溶接部の酸化および窒化等の汚染を防ぐ。また、第
2のノズル3eは、高速溶接時に溶融池が後方に長く延
在する場合でも充分なシールド性を保証する。From these synergies, the laser beam B is applied to the welded portion 2a without loss of energy even though Ar is used as the shielding gas G1 and G2 and the side gas is not used together. The penetration depth is greatly increased as compared with the conventional method. Here, the shield gas G1 also has a function of protecting the optical system. The shielding gas G2 is injected from the plurality of nozzles 3d of the cooling head 3 to the workpiece 2 so as to surround the laser beam B, thereby preventing contamination such as oxidation and nitriding of the welded portion. Also, the second nozzle 3e guarantees sufficient shielding properties even when the molten pool extends rearward during high-speed welding.
【0022】このように、本発明のレーザ溶接法は、H
eおよびサイドガスなしで、プラズマの発生を抑える作
用がある。ただし、レーザ通過孔の直径aが大きすぎた
り、被溶接材から冷却ヘッドまでの距離bが大きすぎる
と、プラズマを冷却する能力が低くなるため、プラズマ
が発生し、溶け込み深さが減少する。従って、aとbに
は適正値が存在する。As described above, the laser welding method of the present invention
The effect of suppressing the generation of plasma is obtained without e and the side gas. However, if the diameter a of the laser passage hole is too large, or if the distance b from the workpiece to the cooling head is too large, the ability to cool the plasma is reduced, so that plasma is generated and the penetration depth is reduced. Therefore, there are appropriate values for a and b.
【0023】図4は、焦点距離254mmの集光ミラー
を用いて、レーザ出力5kW、溶接速度1m/min、
b=1mmとして溶接を行った場合の、溶け込み深さと
レーザ通過孔の直径aとの関係を調査した結果を示す。
図4から明らかなように、aの値が1.8mm以上になる
と、急激に溶け込みが浅くなる。図5は、溶け込み深さ
に及ぼすb値の影響の調査結果を示す。ここでレーザ通
過孔の直径aは1mmとし、他の条件は図4の場合と同
一条件とした。図5から明らかなように、b値が2.2m
m以上で急激に溶け込み深さが減少している。集光ミラ
ーの焦点距離、レーザ出力、溶接速度を変化させても同
様の結果が得られた。以上の結果から、aの適正値は1.
8mm未満、bの適正値は2.2mm未満となることが明
らかである。FIG. 4 shows a laser output of 5 kW, a welding speed of 1 m / min, and a condensing mirror having a focal length of 254 mm.
The result of investigating the relationship between the penetration depth and the diameter a of the laser passage hole when welding is performed with b = 1 mm is shown.
As is clear from FIG. 4, when the value of a becomes 1.8 mm or more, the penetration becomes sharply shallow. FIG. 5 shows the results of an investigation on the effect of the b value on the penetration depth. Here, the diameter a of the laser passage hole was 1 mm, and the other conditions were the same as those in FIG. As is clear from FIG. 5, the b value is 2.2 m.
The penetration depth is sharply reduced at m or more. Similar results were obtained by changing the focal length of the condenser mirror, the laser output, and the welding speed. From the above results, the appropriate value of a is 1.
It is clear that the appropriate value of b is less than 8 mm and the appropriate value of b is less than 2.2 mm.
【0024】冷却ヘッドの材質は、熱伝導率が大きい金
属が良く、この点から銅が最も望ましいが、ステンレス
鋼、真ちゅう等も使用できる。The material of the cooling head is preferably a metal having a high thermal conductivity, and copper is most preferable from this point, but stainless steel, brass and the like can also be used.
【0025】冷却ヘッドの大きさは、ビーム通過孔の中
心から溶接進行方向および左右両方向にそれぞれ12m
m以上、溶接進行方向とは逆方向に20mm以上(平面
積:約770mm2 以上)の大きさを確保するのが望ま
しい。その理由は、これより小さい場合にはシールドガ
スG1およびG2のガス流れに乱れが生じ、溶接部の保
護(シールド)が充分にできなくなるおそれがあるから
である。なお、大きさの上限は何ら制限するものではな
い。しかし、あまり大きいと、溶接部分等を観察等する
必要がある場合にそれが困難になるから、その大きさは
溶接進行方向および左右両方向にそれぞれ20mm、溶
接進行方向とは逆方向に30mm(平面積:約2000
mm2 )程度とするのが良い。The size of the cooling head is 12 m from the center of the beam passage hole in the welding progress direction and in both the left and right directions.
It is desirable to secure a size of 20 mm or more (plane area: about 770 mm 2 or more) in the direction opposite to the welding progress direction. The reason is that if the diameter is smaller than this, the gas flows of the shield gases G1 and G2 may be disturbed, and the protection (shielding) of the welded portion may not be sufficiently performed. The upper limit of the size is not limited at all. However, if it is too large, it becomes difficult when it is necessary to observe the welded portion, etc., so that the size is 20 mm in both the welding direction and the left and right directions, and 30 mm (flat) in the direction opposite to the welding direction. Area: about 2000
mm 2 ).
【0026】また、シールドガスG1およびG2の流量
としては、それぞれ10リットル/min以上とするの
が望ましい。その理由は、流量が10リットル/分より
少ない場合には、シールドガスG1にあっては溶接時に
発生するプラズマを充分に拡散・消失させ得ないおそれ
があるからであり、またシールドガスG2にあっては溶
接部分を充分に保護(シールド)し得ないおそれがある
からである。なお、何れのガスG1およびG2も、その
流量の上限は何ら制限するものではない。It is desirable that the flow rates of the shield gases G1 and G2 are respectively 10 liter / min or more. The reason for this is that if the flow rate is less than 10 liters / minute, the plasma generated during welding may not be sufficiently diffused / dissipated with the shielding gas G1, and the shielding gas G2 may not be sufficient. Otherwise, the welded portion may not be sufficiently protected (shielded). The upper limit of the flow rate of any of the gases G1 and G2 is not limited at all.
【0027】[0027]
【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。Embodiments of the present invention will be described below.
【0028】表1に示す化学組成の鋼板をレーザ溶接す
るにあたり、図2および図3に示す冷却ヘッドを使用し
た。冷却ヘッドの仕様および使用条件を表2に示す。レ
ーザ溶接は、定格出力5kWの炭酸ガスレーザ発振器を
使用し、出力を5kW、焦点を鋼板表面に設定して実施
した。溶接速度を変化させたときの溶け込み深さを、冷
却ヘッドを使用しない従来法の場合と比較して図6に示
す。本発明の実施により、溶け込み深さが1.2〜1.5倍
に向上した。レーザ出力を変化させても、5kWの場合
と同様の効果が得られた。In laser welding a steel sheet having the chemical composition shown in Table 1, a cooling head shown in FIGS. 2 and 3 was used. Table 2 shows the specifications and operating conditions of the cooling head. Laser welding was performed using a carbon dioxide laser oscillator with a rated output of 5 kW, setting the output to 5 kW and setting the focus on the surface of the steel plate. FIG. 6 shows the penetration depth when the welding speed was changed, in comparison with the case of the conventional method without using a cooling head. By the practice of the present invention, the penetration depth was improved by 1.2 to 1.5 times. Even when the laser output was changed, the same effect as in the case of 5 kW was obtained.
【0029】[0029]
【表1】 [Table 1]
【0030】[0030]
【表2】 [Table 2]
【0031】[0031]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のレーザ溶接法は、プラズマの発生を抑えて、大幅な溶
け込み深さの増大を達成し得る。しかも、Heを使用す
る必要がないので、溶接コストは従来と実質的に変わら
ず、更に、サイドガスを使わないので、複雑な制御機構
を必要としない。As is clear from the above description, the laser welding method of the present invention can suppress the generation of plasma and achieve a great increase in the penetration depth. In addition, since there is no need to use He, the welding cost is substantially the same as in the past, and since no side gas is used, no complicated control mechanism is required.
【0032】また、本発明の冷却ヘッドは、内部を冷却
液が流通する高熱伝導性の金属板材からなるので、溶接
部直上に生じるプラズマを充分に冷却でき、且つ、ビー
ム入側から噴射される第1のシールドガスをその入側面
で外向きのガス流に効果的に整流する。ビーム通過孔の
周囲から第2のシールドガスを噴出するので、溶接部の
汚染を充分に防止し、溶融地が後方へ長く延在する場合
も、溶接部対向位置に設けたガス出口からの第2のシー
ルドガスにより充分なシールド性を確保する。Further, since the cooling head of the present invention is made of a metal plate having a high thermal conductivity through which a cooling liquid flows, the plasma generated immediately above the welded portion can be sufficiently cooled, and is injected from the beam entrance side. The first shield gas is effectively rectified on its entry side into an outward gas flow. Since the second shield gas is ejected from around the beam passage hole, contamination of the welded portion is sufficiently prevented, and even when the molten land extends long backward, the second shield gas is discharged from the gas outlet provided at the position opposed to the welded portion. Sufficient shielding is ensured by the shielding gas of 2.
【図1】本発明のレーザ溶接法の一実施態様を模式的に
示す側面図である。FIG. 1 is a side view schematically showing one embodiment of the laser welding method of the present invention.
【図2】本発明の冷却ヘッドの一例を示す平面図であ
る。FIG. 2 is a plan view showing an example of a cooling head of the present invention.
【図3】図2の冷却ヘッドの縦断側面図である。FIG. 3 is a vertical sectional side view of the cooling head of FIG. 2;
【図4】レーザ通過孔の直径と溶け込み深さとの関係を
示す図表である。FIG. 4 is a table showing a relationship between a diameter of a laser passage hole and a penetration depth.
【図5】被溶接材から冷却ヘッドまでの距離と溶け込み
深さとの関係を示す図表である。FIG. 5 is a table showing a relationship between a distance from a workpiece to a cooling head and a penetration depth.
【図6】溶接速度と溶け込みとの関係を、本発明法およ
び従来法について示す図表である。FIG. 6 is a table showing the relationship between welding speed and penetration for the method of the present invention and the conventional method.
1 トーチ 2 被溶接材 2a 被溶接部 2b 溶接部 3 冷却ヘッド 3a ビーム通過孔 3b 通水路 3c ガス路 3d,3b ノズル B レーザービーム G1,G2 シールドガス Reference Signs List 1 torch 2 material to be welded 2a welded portion 2b welded portion 3 cooling head 3a beam passage hole 3b water passage 3c gas passage 3d, 3b nozzle B laser beam G1, G2 shielding gas
Claims (2)
溶接材の被溶接部に照射するレーザ溶接法において、強
制冷却され、且つ被溶接部に照射されるレーザビームを
通過させる直径1.8mm未満のビーム通過孔が設けら
れた冷却ヘッドを、前記トーチと被溶接材との間で且つ
被溶接材からの距離が2.2mm未満の位置に保持して
溶接を行い、その溶接中、前記トーチから冷却ヘッドへ
向けて第1のシールドガスを噴射すると共に、冷却ヘッ
ドから被溶接材へ向けて第2のシールドガスを噴射する
ことを特徴とするレーザ溶接法。1. A laser welding method of irradiating the welded portion of the workpieces a focused laser beam from the torch, strong
A cooling head provided with a beam passage hole having a diameter of less than 1.8 mm, which is controlled to be cooled and allows a laser beam irradiated to a portion to be welded to pass, is provided between the torch and the material to be welded. Welding is performed with the distance from the welding material being less than 2.2 mm, and during the welding, from the torch to the cooling head
Laser welding, characterized in that with injecting a first shield gas toward injects a second shield gas toward the cooling head to workpieces.
属板材からなり、該板材に両面間を貫通するビーム通過
孔を設けると共に、板材中にシールドガスを導入するガ
ス路を設け、該ガス路の出口を、板材の一方の面のビー
ム通過孔周囲に開口させたことを特徴とする冷却ヘッ
ド。2. A high heat conductive metal plate through which a cooling liquid flows, wherein a beam passage hole penetrating between both surfaces is provided in the plate, and a gas path for introducing a shielding gas into the plate is provided. A cooling head, wherein an outlet of a gas passage is opened around a beam passage hole on one surface of a plate material.
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