JP2006218497A - Laser welding method for plate material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、板厚の異なる2枚の板材を突き合わせ、この突き合わせ線に沿ってレーザービームを照射しつつ移動させて溶接を行い、良好な溶接ビードを形成するレーザー溶接方法に関するものである。 The present invention relates to a laser welding method in which two plate materials having different plate thicknesses are butted and welded by irradiating a laser beam along the butting line to form a good weld bead.
近年、板厚の異なる金属板を事前に突き合わせてレーザー溶接で接合し、その金属板をプレス成形等の組成加工による二次加工にて所望の形状に成形する技術の適用が、自動車用部品等で一般化しつつある、板厚の異なる(異厚)の金属板を接合し、一板の金属板(ブランク)としてプレス成形を行えば、部品の部分的な補強や軽量化を促すことができる。 In recent years, it has been applied to technology for forming metal plates with different thicknesses in advance by joining them together by laser welding and forming the metal plates into a desired shape by secondary processing by composition processing such as press molding. If metal plates with different thicknesses (different thickness) are being joined together and press-molded as a single metal plate (blank), partial reinforcement and weight reduction of the parts can be promoted. .
異なる板厚の金属板のレーザー突合せ溶接方法としては、図1の板材のレーザー突き合わせ溶接全体図に示すように、厚い金属板2と薄い金属板3とを突き合わせ、突き合わせ位置にレーザートーチ4からレーザービームを照射5して溶接ビード6を形成する溶接を行っており、突き合わせ位置にレーザービームを性格に照射するため、溶接前の突き合わせ位置を検知し、溶接位置と突き合わせ位置とのずれ量を演算し、このずれ量を解消する方向へ溶接ヘッドを移動させるレーザー溶接装置がある(例えば、特許文献1参照)。
As a method of laser butt welding of metal plates having different thicknesses, as shown in the overall view of laser butt welding of the plate material in FIG. 1, a thick metal plate 2 and a thin metal plate 3 are butted, and laser is applied from the
ところが、板厚の異なる金属板をレーザービームを照射して突き合わせ溶接する場合に、図2(a)の突き合わせ位置にレーザービームを照射する場合の溶接断面図に示すように、レーザービーム1の照射位置を厚い金属板2及び薄い金属板3の突き合わせ部7と一致させて照射して溶接すると、図1(b)の溶接結果に示すように、溶接された金属板2、3の溶接ビード6は、薄板側の金属板3の溶融量よりも厚板側の金属板の溶融量が少なくなる。このため、溶接部に厚板側の金属板に鋭い段差8が形成されることとなる。鋭い段差が溶接部に形成されると、溶接継手強度が低くなると共に、プレス成形時にプレス型とのかじりが発生し、成形性を劣化させるという問題を生じる。
However, when metal plates having different thicknesses are butt-welded by irradiating a laser beam, irradiation with the laser beam 1 is performed as shown in the welding cross-sectional view in the case of irradiating the butt position in FIG. When the irradiation is performed with the position being matched with the butted portion 7 of the thick metal plate 2 and the thin metal plate 3, as shown in the welding result of FIG. 1B, the
このような問題を解決するために、レーザービームの集光レンズを光軸に対して所定量傾け、板厚の大きい金属板に照射されるレーザービームのエネルギー密度を、板厚の小さい金属板に照射されるレーザービームのエネルギー密度より大きくして、両金属板に照射されるレーザービームのエネルギー密度より大きくして、両金属板が等しく溶融できるようにした突き合わせレーザー溶接方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。 In order to solve such problems, the laser beam condenser lens is tilted by a predetermined amount with respect to the optical axis, and the energy density of the laser beam irradiated to the metal plate having a large thickness is changed to the metal plate having a small thickness. A butt laser welding method has been proposed in which the energy density of the laser beam is larger than the energy density of the laser beam irradiated to both metal plates so that both metal plates can be melted equally ( For example, see Patent Document 2).
しかしながら、この溶接方法を自動車のボデー等に用いられる薄鋼板の突き合わせ溶接へ適用した場合に、厚板側と薄板側とに照射するレーザービームのエネルギー密度分布の制御が困難のため、両金属板を等しく溶融させることができないという問題が生じる。 However, when this welding method is applied to butt welding of thin steel plates used in automobile bodies, etc., it is difficult to control the energy density distribution of the laser beam irradiated to the thick plate side and the thin plate side, so both metal plates The problem arises that they cannot be melted equally.
この問題を解決するため、板厚の異なる金属板を突き合わせ、該金属板の突き合わせ部にレーザービームを照射して突き合わせ溶接を行う異板厚素材のレーザー溶接方法として、レーザービームの照射位置を金属板の板厚の差に応じて突き合わせ部から厚板側に移動させることを特徴とする異板厚素材のレーザー溶接方法が提案されている(例えば、特許文献3参照)。 In order to solve this problem, as a laser welding method for different thickness materials in which metal plates having different thicknesses are butted and a butted portion of the metal plate is irradiated with a laser beam to perform butt welding, the irradiation position of the laser beam is set to metal. There has been proposed a laser welding method for different plate thickness materials, characterized in that the plate is moved from the butted portion toward the thick plate according to the difference in plate thickness (see, for example, Patent Document 3).
ところが、これまで提案されている従来の板厚の異なる金属板のレーザー溶接方法では突合せ部の板端面同士の隙間(ギャップ)によって生じる問題が解決されていない。即ち、溶接に用いる金属板は、一般にせん断加工により切り出しているが、切り出した板材は、端面はわずかながら湾曲しており、このような板材の突き合わせ溶接では、図2(a)に示すように、溶接前の突き合わせ部分に板端面同士の隙間9が生じることが避けられない。
However, the conventional laser welding methods for metal plates having different plate thicknesses that have been proposed have not solved the problem caused by the gaps between the plate end surfaces of the butt portion. That is, the metal plate used for welding is generally cut out by a shearing process, but the cut plate has a slightly curved end surface. In such a butt welding of the plate, as shown in FIG. In addition, it is inevitable that a
突き合わせギャップが存在すると、溶接ビード6の下面に凹み10が形成され、継手強度が低下すると共に、プレス成形時に金型かじりの問題が生じる。即ち、溶接ビードは溶融された材料が冷えて固まって形成されるが、突き合わせ部にギャップが存在すると、このギャップを埋めるに十分な溶融材料がなく、他からこのギャップを埋める材料を供給しない限り溶接ビード下面が凹んでしまう。さらに、隙間が広い部分ではレーザービームが突き抜け、突き抜けたビーム11によって溶接のエネルギー効率が悪化するという問題が生じる。
When the butt gap exists, a
また、突き合わせレーザー溶接によるテーラードブランク等の溶接金属板の製造では、製造コストの低減が要求される。このため、高速溶接を志向するが、ある速度以上の高速溶接条件下では相対的にレーザーによる溶接熱源が不足するために十分なビードが形成されず不完全溶接の状態となる。 Further, in the production of a welded metal plate such as a tailored blank by butt laser welding, a reduction in production cost is required. For this reason, high-speed welding is intended. However, under a high-speed welding condition at a certain speed or higher, a welding heat source by a laser is relatively insufficient, so that a sufficient bead is not formed, resulting in an incomplete welding state.
したがって、高速溶接時には高出力のレーザーが必要で、電力代が嵩むという問題があった。一方、省電力を志向し低出力のレーザーを用いた場合には生産性を上げることができず、コスト低減に寄与できないという問題があった。例えば、炭酸ガスレーザーの発振効率は投入電力の10%であり、残りの90%のエネルギーは熱交換器を通じて大気に放散されるため、一般的なテーラードブランク装置向けの6kWのレーザー発信機では約140kWもの膨大な電力を消費する。 Therefore, there is a problem that a high-power laser is required at high-speed welding, and the power cost increases. On the other hand, when a low-power laser is used in order to save power, there is a problem that productivity cannot be increased and cost cannot be reduced. For example, the oscillation efficiency of a carbon dioxide laser is 10% of the input power, and the remaining 90% of the energy is dissipated to the atmosphere through a heat exchanger. Therefore, a 6 kW laser transmitter for a general tailored blank device is about It consumes a huge amount of power of 140 kW.
板厚の異なる2枚の金属板を片方の面が同一となるように突合せ、表面のずれた側からレーザービームを照射する場合、溶接ビード上面の鋭利的段差は、既存技術で解決可能であったが、プレス成形時に応力集中を生じさせ割れを発生させる原因となるビード下面に形成される凹みを無くす技術は未だ解決されていない問題である。 When two metal plates with different plate thicknesses are butted so that one surface is the same, and a laser beam is irradiated from the side where the surface has shifted, the sharp step on the upper surface of the weld bead can be solved with existing technology. However, the technique of eliminating the dent formed on the lower surface of the bead, which causes stress concentration during press molding and causes cracking, is an unsolved problem.
また、隙間がある突き合わせ部分にレーザービームを照射しても、エネルギーその隙間を突き抜けてしまい無駄になるため、溶接のエネルギー効率が悪化し、したがって、より高いレーザーエネルギーが必要になるなどの問題があった。さらに、製造コストの低減を図ることが要求されている。 In addition, even if a laser beam is irradiated on the butted part where there is a gap, the energy penetrates the gap and is wasted, so the energy efficiency of the welding deteriorates, and therefore higher laser energy is required. there were. Furthermore, it is required to reduce the manufacturing cost.
そこで、本発明は板厚が異なる金属板を突き合せてレーザー溶接する際に、溶接ビードの下面に形成される凹みを無くし、かつ突き合わせ部分に隙間があっても溶接エネルギーロスを生じることなく、かつ、低消費電力、高生産性で成型のよいテーラードブランク材を溶接することができるレーザー突き合わせ溶接方法を提供することを課題とするものである。 Therefore, the present invention eliminates the dent formed on the lower surface of the weld bead when the metal plates with different plate thicknesses are butted and laser-welded, and does not cause a welding energy loss even if there is a gap in the butted portion, And it aims at providing the laser butt-welding method which can weld the tailored blank material with low power consumption, high productivity, and good shaping | molding.
本発明者は、上記問題を解決すべく鋭意研究し、その結果、板厚の異なる2枚の金属板をレーザー突き合わせ溶接する場合に、全てのレーザー光を厚い側の金属板のみに照射し、かつ溶接速度変更することにより上記問題が解決できることを知見した。 The present inventor has eagerly studied to solve the above problem, and as a result, when two metal plates having different thicknesses are laser butt welded, all the laser beams are irradiated only on the thick metal plate, And it discovered that the said problem could be solved by changing welding speed.
本発明は、上記知見に基づいて完成したもので、本発明の要旨は次のとおりである。 The present invention has been completed based on the above findings, and the gist of the present invention is as follows.
(1)互いに板厚の異なる2枚の板材の片方の表面を相互にずらした状態で突き合わせ、この突き合わせ線に沿って前記片方の表面が相互にずれた側にレーザー光を照射しつつレーザー光と板材を相対的に移動させて溶接するレーザー溶接方法において、全てのレーザー光を厚い側の板材に照射と共に、溶接中に溶接速度を変更することを特徴とするレーザー溶接方法。 (1) The surfaces of two plates having different plate thicknesses are butted against each other, and the laser beam is irradiated while irradiating the laser beam on the side where the surfaces of the other sides are displaced from each other along the abutting line. In the laser welding method of welding by moving the plate and the plate relative to each other, all the laser light is irradiated to the plate on the thick side, and the welding speed is changed during welding.
(2)突き合わせ線を画像処理にて検出する装置とレーザー照射位置を制御する手段とによって、予め設定したずらし量を実現するように、レーザー照射位置を制御することを特徴とする上記(1)に記載のレーザー溶接方法。 (2) The laser irradiation position is controlled by the apparatus for detecting the butt line by image processing and the means for controlling the laser irradiation position so as to realize a preset shift amount (1) The laser welding method described in 1.
(3)溶接始終端部の溶接速度を遅くすることを特徴とする請求項1または2記載のレーザー溶接方法。 (3) The laser welding method according to claim 1 or 2, wherein the welding speed at the welding start / end portion is lowered.
本発明によれば、板厚の異なる金属板同士のレーザー突き合わせ溶接において、低消費電力、高生産性でもって、溶接ビード部の鋭い段差や、ビード裏面の凹みのない滑らかな溶接ビード形状を得ることができ、その結果、従来のような継手部の強度の低下やプレス成形時の金型のかじりのない成型性の良い溶接金属板(ブランク)を得ることができる。 According to the present invention, in laser butt welding of metal plates having different plate thicknesses, a smooth weld bead shape without a sharp step in the weld bead portion or a dent on the back surface of the bead is obtained with low power consumption and high productivity. As a result, it is possible to obtain a weld metal plate (blank) having good formability, which is free from a decrease in strength of the joint portion as in the prior art and galling of the mold during press molding.
以下、本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.
図3は、異なる板厚の金属板を突き合せてレーザー突合せ溶接する際に、レーザービームを厚い金属板のみに照射する本発明例を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing an example of the present invention in which only a thick metal plate is irradiated with a laser beam when metal plates having different thicknesses are butted and laser butt-welded.
板材にレーザービームを照射すると、その照射部分のみならず、周りの材料の照射部分からの熱伝導を受けて、溶融することで溶接ビードが形成される。 When the plate material is irradiated with a laser beam, a weld bead is formed by melting by receiving heat conduction from not only the irradiated portion but also the irradiated portion of the surrounding material.
一般的に溶接ビードの幅は、レーザービームの照射位置での幅の2倍から3倍状態のものとなる。 In general, the width of the weld bead is two to three times the width at the laser beam irradiation position.
図3に示すように、板厚の異なる2枚の金属板を片方の面(溶接時に裏側となる面)が同一となるように突合せ、表面がずれた高い側となる。板厚の厚い方の金属板2にレーザービーム1を照射し、その照射位置が、エッジ部分も溶融される範囲内であれば、厚い方の溶融された材料が、重力と表面張力により薄い方の金属板3に架橋し、溶接することができる。このとき、突合せ表面の段差部分も溶融するため、形成された溶接ビードは、その表面が非常に滑らかなものとなり、鋭い段差がない12状態となる。 As shown in FIG. 3, two metal plates with different plate thicknesses are butted so that one side (the side that becomes the back side during welding) is the same, and the surface is shifted to the higher side. If the metal plate 2 with the larger thickness is irradiated with the laser beam 1 and the irradiation position is within the range where the edge portion is also melted, the thicker melted material is thinner due to gravity and surface tension. The metal plate 3 can be cross-linked and welded. At this time, since the stepped portion of the butt surface is also melted, the formed weld bead has a very smooth surface and is in a 12 state without sharp steps.
また、突き合わせ部分に隙間があるときでも、その部分に照射されるビームはないため、100%レーザービームエネルギーを溶接する金属板に投入することが可能である。 Further, even when there is a gap in the abutting portion, there is no beam irradiated to that portion, so it is possible to put 100% laser beam energy into the metal plate to be welded.
このため、溶接ビード6幅の範囲で、厚い金属板2の表面から、薄い金属板3の表面まで滑らかな直線状にビード表面が形成される。つまり、突き合わせ部分の鋭利な段差部分が溶融し滑らかな直線となることで流れ出した溶融金属が突き合わせ部分の空隙を埋める。この場合、溶接ビーム照射を厚手側材料に投入することで、よりビード表面の傾斜が緩やかになり、多くの空隙を埋める材料がもたらされるため、ビード裏面形状の凹みが減少し、凹みなし13状態となる。レーザービームの焦点は、レーザービームの出力によって異なるが、通常直径約0.2〜0.3mmの集光径となるので、レーザービームの照射を板厚の厚い方の金属板のみにするためには、レーザービーム照射の焦点の中心位置が、厚い金属板の突き合わせ位置(エッジ)から0.1mm以上離れた距離の位置とする必要がある。
For this reason, the bead surface is formed in a smooth linear shape from the surface of the thick metal plate 2 to the surface of the thin metal plate 3 within the range of the width of the
また、ビーム照射位置が厚板上で、突き合わせ位置から遠ざかりすぎると、ついには端面が溶融しなくなり溶接できなくなる。このため、突き合わせ位置から0.4mm以内とすることが好ましい。 Also, if the beam irradiation position is too far from the butting position on the thick plate, the end face will eventually not melt and welding will not be possible. For this reason, it is preferable to be within 0.4 mm from the butting position.
また、突合せた金属板の板厚差が、あまりに大きな板厚差であると滑らかな直線状の溶接ビード表面を形成することが困難となるので、板厚差を4mm以下とすることが好ましい。さらに好ましくは2mm以下である。 In addition, if the difference in plate thickness between the butt metal plates is too large, it becomes difficult to form a smooth linear weld bead surface. Therefore, the plate thickness difference is preferably 4 mm or less. More preferably, it is 2 mm or less.
溶接すべき金属板の板厚が厚くなると、板厚差を大きくしても溶接時の溶融金属量が多くなるので、板厚差が大きくても滑らかな直接状の溶接ビード表面を形成することが可能となり、また、溶接ビード裏面の凹みのない溶接ビードを得ることが可能となる。ただ、レーザー突合せ溶接に適用する金属板は、0.6〜6mm程度の薄鋼板が実用的に用いられている。 If the plate thickness of the metal plate to be welded is increased, the amount of molten metal during welding increases even if the plate thickness difference is increased, so a smooth direct weld bead surface should be formed even if the plate thickness difference is large. In addition, it is possible to obtain a weld bead having no dent on the back surface of the weld bead. However, as a metal plate applied to laser butt welding, a thin steel plate of about 0.6 to 6 mm is practically used.
レーザー溶接速度は、レーザー出力にもよるが、溶接速度が速いと表面ビード幅が広くなって、表面ビードは小さくなるので、5〜8m/minが好ましい。 The laser welding speed depends on the laser output, but if the welding speed is high, the surface bead width becomes wide and the surface bead becomes small, so 5-8 m / min is preferable.
レーザー溶接速度を選択することで、良好な溶接継手強度が得られ、溶接金属板(ブランク材)をプレス成形して製品とする場合に、割れ等が発生せず、良好な強度を有するプレス成型品を得ることができる。 By selecting the laser welding speed, good weld joint strength can be obtained, and when a weld metal plate (blank material) is press-molded into a product, cracks do not occur and the press mold has good strength. Goods can be obtained.
ビーム照射位置の端面からの距離を一定に保ち、良好な品質のビードを得るために、溶接線上流で突き合わせ位置を光切断法で検知し、それに応じて予め設定したシフト値へ、レーザーヘッドをオフセットして制御する。 In order to maintain a constant distance from the end face of the beam irradiation position and obtain a good quality bead, the butt position is detected by the optical cutting method upstream of the welding line, and the laser head is moved to a preset shift value accordingly. Control with offset.
図4は、本発明でのレーザー照射位置を制御する方法の例を示す図である。 FIG. 4 is a diagram showing an example of a method for controlling the laser irradiation position in the present invention.
レーザー照射位置を制御するには、図4に示すように、まず、溶接する突き合わせ線(ギャップ位置)を画像処理にて検出するキャップ位置検出装置14によって、突き合わせ線を検出する。次いで、溶接線に沿って移動するレーザーヘッド15からレーザービームが照射されるが、その照射位置を、レーザーヘッド駆動装置16を作動させて厚い金属板2側に予め設定したずらし量だけシフトさせる。 In order to control the laser irradiation position, as shown in FIG. 4, first, a butt line is detected by a cap position detection device 14 that detects a butt line (gap position) to be welded by image processing. Next, a laser beam is irradiated from the laser head 15 that moves along the weld line. The irradiation position is shifted by a preset shift amount toward the thick metal plate 2 by operating the laser head driving device 16.
即ち、検出した突き合わせ線位置及び予め設定したずらし量を演算装置に入力し、演算装置からの出力によりレーザーヘッド駆動装置を作動させ、レーザーヘッドを所定量シフトさせ、レーザー照射位置を制御するものである。 That is, the detected butt line position and a preset shift amount are input to the arithmetic device, the laser head driving device is operated by the output from the arithmetic device, the laser head is shifted by a predetermined amount, and the laser irradiation position is controlled. is there.
また、溶接金属板(テーラードブランク)の製造コストを低減するためには、溶接速度を上げて生産性を向上させることや、できるだけ低いレーザーパワー消費量での溶接を行うことが必要である。 Moreover, in order to reduce the manufacturing cost of a welded metal plate (tailored blank), it is necessary to increase the welding speed to improve productivity and to perform welding with the lowest possible laser power consumption.
テーラードブランク等の溶接金属板は、溶接後プレス成形を施されているため成型性が求められる。特に、溶接部近傍においては板厚の薄い低強度側の材料に歪が集中するため割れ易く、この部分が成型性のネックとなることが多い。 Since welded metal plates such as tailored blanks are subjected to press forming after welding, formability is required. In particular, in the vicinity of the welded portion, strain concentrates on the low-strength material with a small plate thickness, so that it easily breaks, and this portion often becomes a formability neck.
つまり、プレス加工時に溶接始終端部から割れが発生しやすい。これは溶接始終端部では、プレス加工時に歪が短軸引っ張りとなるために、塑性加工歪限界が小さいためである。 That is, cracks are likely to occur from the welding start / end portion during press working. This is because the plastic working strain limit is small at the welding start / end portion because the strain becomes short-axis tensile during press working.
一方、溶接ビード部に沿って観察すると一部においては加工性は溶接始終端部ほどは必要でなく、それよりむしろ、経済性を重視した製造方法をとるほうがよい場所がある。つまり溶接線において、その成型性を重視する領域と経済性を重視する領域に分けて溶接パラメーターを最適に制御して成型性及び経済性を両立させようとするものである。 On the other hand, when observed along the weld bead portion, in some cases, workability is not required as much as the welding start / end portion, and there are places where it is better to adopt a manufacturing method that emphasizes economics. In other words, in the weld line, an attempt is made to balance the formability and the economy by optimally controlling the welding parameters by dividing the area into which the formability is important and the area where the economy is important.
しかし、溶接パラメーターと成型性の関係については明らかではないため、先ず溶接速度と成型性の関係について調査した。板厚1.4mmと0.7mmの軟鋼板を6kWの炭酸ガスレーザーを用いて突合せ溶接した。ビームの狙い位置は突き合わせ線から±0.15mmの範囲にセットした。成型性はエリクセン試験にて判定した。図6にその溶接速度と成型性結果を示す。この結果から溶接速度を下げることにより成型性が向上することが判明した。すなわち、溶接線のうち、成型性優先領域においては溶接速度を下げて経済性を犠牲にしつつも成型性を確保しつつ、高い成型性の不要な経済性優先領域においては溶接速度を上げて溶接することで、成型性と経済性を両立できる。溶接速度を下げると成型性が向上するメカニズムは溶接速度を下げることによって溶接ビードの断面積を増加させるからであると考えた。溶接ビード部分は溶接熱により焼入れされた状態のため、母材に比して、著しく硬度が上がり変形しにくくなっているためこの部分が大きいと溶接部近傍の低強度側材料の変形を拘束する度合いが大きくなり、結果として低強度側材料の破断が置きがたくなって成型性が向上するものであると考えられる。 However, since the relationship between welding parameters and formability is not clear, the relationship between welding speed and formability was first investigated. Mild steel sheets having thicknesses of 1.4 mm and 0.7 mm were butt welded using a 6 kW carbon dioxide laser. The target position of the beam was set within a range of ± 0.15 mm from the butt line. Formability was determined by the Eriksen test. FIG. 6 shows the welding speed and formability results. From this result, it was found that formability was improved by lowering the welding speed. That is, among the weld lines, in the formability priority area, the welding speed is lowered to ensure the formability while sacrificing the economy, while in the economical priority area where high formability is unnecessary, the welding speed is increased and welding is performed. By doing so, both moldability and economy can be achieved. The mechanism by which the formability improves when the welding speed is lowered is thought to be because the cross-sectional area of the weld bead is increased by lowering the welding speed. Since the weld bead is hardened by welding heat, its hardness is significantly higher than that of the base metal, making it difficult to deform. If this part is large, deformation of the low-strength side material near the weld is constrained. It is considered that the degree is increased, and as a result, breakage of the low-strength side material is difficult to place and the moldability is improved.
そこで、本発明では溶接中に溶接速度を変更し、図7に示すように溶接始終端部の成型性優先領域では溶接速度を下げて成型性を確保し、高い成型性の不要な経済性優先領域においては溶接速度を上げて溶接することで成型性と経済性を両立させるようにした。 Therefore, in the present invention, the welding speed is changed during welding, and as shown in FIG. 7, in the formability priority region of the welding start / end portion, the welding speed is lowered to ensure the formability, and the high-formability unnecessary economical priority is given. In the area, the welding speed was increased to achieve both formability and economy.
溶接速度の変更は、成型性に影響がある溶接始終端部の70mm以下の範囲を成型性優先領域として、経済優先領域での溶接速度の85%以下とすることが好ましい。 The welding speed is preferably changed to 85% or less of the welding speed in the economic priority area, with the range of 70 mm or less of the welding start / end portion having an influence on the moldability as the moldability priority area.
以上のように、本発明によれば突き合わせ段差を解消し、溶接ビード裏面の凹みを解消することで、プレス成型時に金型かじりを防止すると共に、溶接ビードへの応力集中を緩和し、良好なプレス成型品を得ることができる。 As described above, according to the present invention, the butt level difference is eliminated, and the dent on the back surface of the weld bead is eliminated, thereby preventing mold galling during press molding and reducing the stress concentration on the weld bead. A press-molded product can be obtained.
以下本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples.
本発明実施例では、炭酸ガスレーザーを用いて鋼板の突き合わせ接合を行った。炭酸ガスレーザートーチは、2組の反射ミラーを用いており、このうちの一つが凹面ミラーでレーザービームの集光を行う。このレーザートーチはサーボモータで旋回し、レーザー照射位置を変更できる。このレーザートーチの溶接上流側に突き合わせエッジ検出装置があり、この装置はスリットレーザー光を突き合わせ部に照射し、その映像をカメラで撮影したものを画像処理し自動で突き合わせ位置を検出することができる。この検出したエッジ位置を元に、ビーム照射位置が常に厚い方の板に照射されるように前記レーザートーチを駆動して時々刻々制御している。 In the examples of the present invention, butt joining of steel plates was performed using a carbon dioxide laser. The carbon dioxide laser torch uses two sets of reflecting mirrors, one of which condenses the laser beam with a concave mirror. This laser torch can be rotated by a servo motor to change the laser irradiation position. There is a butt edge detection device on the upstream side of the welding of this laser torch. This device irradiates the slit laser beam to the butt portion, and can automatically detect the butt position by processing the image taken by the camera. . Based on the detected edge position, the laser torch is driven and controlled from time to time so that the beam irradiation position is always applied to the thicker plate.
実施例では加工点出力6kWの炭酸ガスレーザーを用いた。このときビーム集光径は0.25mmであった。板厚1.4mmと0.7mmのものを組み合わせた。 In the examples, a carbon dioxide laser with a processing point output of 6 kW was used. At this time, the beam condensing diameter was 0.25 mm. Plate thicknesses of 1.4 mm and 0.7 mm were combined.
このときビームねらい位置を突き合わせ線位置から厚い板側に動かした条件で溶接し、厚板側へのビームシフト量を種々変えて実験を行った。 At this time, welding was performed under the condition that the beam aiming position was moved from the butt line position to the thick plate side, and the experiment was performed with various beam shift amounts to the thick plate side.
また、溶接速度は、溶接始終端部50mmにおいて溶接速度を毎分8mとし、ほかの部分は溶接速度を毎分10mとして、溶接長1mの溶接実験を行った。 Also, the welding speed was 8 m / min at the welding start / end portion 50 mm, and the welding speed was 10 m / min for the other portions, and a welding experiment with a welding length of 1 m was performed.
この場合の1枚あたりの溶接時間は7.5秒で、溶接中の消費エネルギーは450kJであった。 In this case, the welding time per sheet was 7.5 seconds, and the energy consumption during welding was 450 kJ.
その溶接結果は表1に示すとおりであった。 The welding results were as shown in Table 1.
○印は、鋭い段差が生じず滑らかなビードが形成された場合で、×印は、溶接ビードの溶け込みが不充分で鋭い段差が生じた場合で、そして△印は鋭い段差が一部生じた場合である。その溶接試験の結果を図5に示す(図5のa〜dは、表1のa〜dに対応している)。 ○ mark shows a case where a smooth bead is formed without a sharp step, X mark shows a case where the weld bead is not sufficiently melted and a sharp step occurs, and Δ mark shows a part of the sharp step. Is the case. The result of the welding test is shown in FIG. 5 (ad in FIG. 5 corresponds to ad in Table 1).
上記結果より、ビーム照射シフト量は0.15mmが段差の滑らかさと裏面ビードの形状の両方の観点から最も良好であり、ビーム径を考慮すると、レーザービームは厚い板側を照射していることが分る。また、溶接速度を変更したことで約18%の消費エネルギーを低減できた。 From the above results, the beam irradiation shift amount is 0.15 mm, which is the best from the viewpoints of both the smoothness of the step and the shape of the back bead, and considering the beam diameter, the laser beam irradiates the thick plate side. I understand. In addition, the energy consumption was reduced by approximately 18% by changing the welding speed.
このような方法で製造した板をプレス成型したところ、金型へのかじりや板破断もなく良好なプレス成品を得ることができた。 When a plate produced by such a method was press-molded, a good press product could be obtained without galling into the mold and without breaking the plate.
1 レーザービーム
2 厚い金属板
3 薄い金属板
4 レーザートーチ
5 ビーム照射
6 溶接ビード
7 突き合わせ部
8 鋭い段差
9 隙間
10 凹み
11 突き抜けたビーム
12 鋭い段差なし
13 凹みなし
14 キャップ位置検出装置
15 レーザーヘッド
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser beam 2 Thick metal plate 3
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