JP5200402B2 - Laser welding apparatus and laser welding method - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ溶接装置およびレーザ溶接方法に関する。 The present invention relates to a laser welding apparatus and a laser welding method.
衝突時の圧縮荷重の設定を広い領域で容易に設定でき、重量当たりの衝突エネルギ吸収量を増大しかつ安定した圧縮荷重を発生させる車体フレーム構造が知られている(例えば、特許文献1)。具体的には、V字状断面形に曲折した2枚の板材を、曲折部同士を突き合わせて結合して、正方形の対角線となる板状中リブ部を形成し、4枚の外周部板材により正方形の外形を形成し、外周部板材と板状中リブ部との角部近傍間を連結用板材を介して連結し、それぞれレーザ溶接により結合して中空部材のフレームを形成する。連結用板材と外周部板材との結合点と角部(頂点)との間の距離を短くすることができ、角部の剛性を高め得るため、角部における圧縮変形時の座屈により生じた波形における高さを表す座屈波長が小さくなり、座屈時の荷重変動の少ない安定した衝突エネルギの吸収が可能となる、というものである。
ところで、特許文献1に開示された技術は、角部の剛性を高めるため、角部における圧縮変形時の座屈に強くなるように、外周部板材と板状中リブ部との角部近傍間を連結用板材を介して連結し、レーザ溶接によりそれぞれを結合して中空部材のフレームを形成する技術である。しかし、レーザ溶接による接合部の接合強度を向上させた圧縮耐力に強い溶接構造部材を製造する点では改善余地が残されていた。本発明は、前述した事情に鑑みてなされたもので、実験データの裏づけに基づいて、強い圧縮耐力の溶接構造部材を製造することを目的とする。
By the way, in the technique disclosed in
前記課題を解決するために、本発明に係るレーザ溶接装置では、第1の手段として、溶接ロボットを構成するレーザ溶接装置において、少なくとも材質、入熱、ねらい位置、ビームプロファイルに関する実験に裏付けられた溶け込み目標となる断面形状の見本画像をパターン化した形状見本データを記憶したデータベースと、溶接金属断面積と熱影響部断面積の和を板厚の二乗で除した値に対する圧縮耐力特性を記憶したデータベースと、前記データベースから読み出した形状見本データおよび/または圧縮耐力特性を参照して溶け込み性状を制御することにより、被溶接部材の板厚に対する溶け込み面積および/または溶け込み深さを必要最小にする制御部とを採用した。このようにして、実験データの裏づけにより熱影響部断面積を必要最小にすることで残留応力が最小になるため、被溶接部材の圧縮耐力を向上させることが可能となる。 In order to solve the above-mentioned problems, in the laser welding apparatus according to the present invention, as a first means, in the laser welding apparatus constituting the welding robot, it was supported by experiments on at least material, heat input, target position, and beam profile. A database that stores shape sample data obtained by patterning sample images of the cross-sectional shape that is the penetration target, and compression strength characteristics for values obtained by dividing the sum of the weld metal cross-sectional area and heat-affected zone cross-sectional area by the square of the plate thickness database and, by controlling the reference to penetration properties the read shape-sample data and / or compressive yield strength properties from the database, control to the minimum necessary area and / or the penetration depth penetration relative to the plate thickness of the workpiece to be welded The department was adopted. In this way, since the residual stress is minimized by minimizing the cross-sectional area of the heat affected zone by supporting the experimental data, it is possible to improve the compressive yield strength of the welded member.
第1の手段に係るレーザ溶接装置によれば、制御部が、データベースから読み出した形状見本データおよび圧縮耐力特性を参照して溶け込み性状を制御する。そのために、データベースから読み出した材質、入熱、ねらい位置、ビームプロファイルに関する制御データと、溶接金属断面積と熱影響部断面積の和を板厚の二乗で除した値に対する圧縮耐力特性データと、を用いて目標とする溶け込み形状に近づくように自動溶接する。 According to the laser welding apparatus according to the first means, the control unit controls the penetration properties with reference to the shape sample data and the compression strength characteristics read from the database. Therefore, the control data on the material, heat input, target position, beam profile read from the database, and the compressive strength characteristics data for the value obtained by dividing the sum of the weld metal cross-sectional area and the heat-affected zone cross-sectional area by the square of the plate thickness, Using automatic welding, automatic welding is performed to approach the target penetration shape.
第2の手段として、前記第1の手段に係るレーザ溶接装置において、前記制御部には、溶接前の被溶接部材の寸法を計測する三次元写真計測手段と、前記三次元写真計測手段により計測された寸法の被溶接部材に近い前記形状見本データを前記データベースから検索して参照に供する検索手段と、前記被溶接部材の溶け込み面積を必要最小限に管理する管理項目と、溶け込み深さを必要最小限に管理する管理項目と、を採用した。 As a second means, in the laser welding apparatus according to the first means, the control unit measures the three-dimensional photograph measuring means for measuring the dimension of the member to be welded before welding, and the three-dimensional photograph measuring means. Search means for searching the shape sample data close to the welded member of the specified size from the database for reference, management items for managing the penetration area of the welded member to the minimum necessary, and penetration depth are required Management items that are managed to a minimum are adopted.
第2の手段に係るレーザ溶接装置によれば、まず、三次元写真計測手段により計測された溶接前の被溶接部材の寸法に近い形状見本データを、検索手段がデータベースから検索して制御部制御項目に提供する。そして、制御部は、被溶接部材の寸法に近い形状見本データを参照すると共に、被溶接部材の溶け込み面積を必要最小限に管理する管理項目と、溶け込み深さを必要最小限に管理する管理項目と、に関してデータベースの制御データを用いて溶接ロボットを制御する。
そうすることにより、実験データに忠実で、より強い圧縮耐力の溶接構造部材を製造することが可能となる。
According to the laser welding apparatus according to the second means, first, the search means searches the database for shape sample data close to the dimension of the member to be welded measured by the three-dimensional photograph measurement means, and controls the control unit. Provide items. The control unit refers to the shape sample data close to the dimension of the member to be welded, and management items for managing the penetration area of the welded member to the minimum necessary and management items for managing the penetration depth to the minimum necessary. And the welding robot is controlled using the control data of the database.
By doing so, it becomes possible to manufacture a welded structural member that is faithful to the experimental data and has a stronger compressive strength.
第3の手段として、前記第1または第2の手段に係るレーザ溶接装置において、前記制御部にはレーザ溶接の条件として、少なくとも、レーザ出力と、溶接速度と、焦点外し距離と、シールドガスの種類と、前記シールドガスの流量と、を含む制御自在の制御項目を採用した。そうすることで、より確実に圧縮耐力の溶接構造部材を製造することが可能となる。 As a third means, in the laser welding apparatus according to the first or second means, the control unit includes at least a laser output, a welding speed, a defocus distance, and a shielding gas as laser welding conditions. Controllable control items including the type and the flow rate of the shielding gas were adopted. By doing so, it becomes possible to manufacture a welded structural member having a compression strength more reliably.
第4の手段として、溶接ロボットによるレーザ溶接方法において、溶接金属断面積と熱影響部断面積の和を板厚の二乗で除した値を必要最小にする溶け込み性状にすることにより、被溶接部材の板厚に対する溶け込み面積および/または溶け込み深さを必要最小にした溶接構造部材を製造する方法を採用した。この方法によれば、溶接変形および/または残留応力が最小になるため、被溶接部材の圧縮耐力を向上させることが可能となる。また、この方法によれば、実験の裏づけに基づいて、被溶接部材の圧縮耐力を確実に向上させることが可能となる。 As a fourth means, in a laser welding method using a welding robot , a welded member having a penetration property that minimizes a value obtained by dividing the sum of the weld metal cross-sectional area and the heat-affected zone cross-sectional area by the square of the plate thickness is provided. A method of manufacturing a welded structural member in which the penetration area and / or the penetration depth with respect to the plate thickness of the steel sheet is minimized is adopted. According to this method, since the welding deformation and / or the residual stress is minimized, it is possible to improve the compression strength of the member to be welded. Moreover, according to this method, it becomes possible to improve the compression yield strength of a to-be-welded member reliably based on experiment support.
本発明に係るレーザ溶接装置によれば、実験データの裏づけに基づき、残留応力を最小にして、強い圧縮耐力の溶接構造部材を製造することが可能となる。 According to the laser welding apparatus according to the present invention, it is possible to manufacture a welded structural member having a strong compressive strength while minimizing the residual stress on the basis of experimental data.
以下、本発明の実施形態(以下、「本実施形態」という)について図面を参照して説明する。まず、図1は、本実施形態に係るレーザ溶接装置(以下、「本装置」ともいう)Eによる圧縮耐力向上施工の手順を示すフローチャートである。 Embodiments of the present invention (hereinafter referred to as “present embodiments”) will be described below with reference to the drawings. First, FIG. 1 is a flowchart showing a procedure of a compressive strength improvement construction by a laser welding apparatus (hereinafter also referred to as “this apparatus”) E according to the present embodiment.
図1に示すレーザ溶接装置は溶接ロボットを構成しているので、本装置Eのことを適宜に溶接ロボットともいう。この溶接ロボットによって、溶接構造部材(以下、「被溶接部材」、「溶接部材」または「部材」ともいう)の製作を開始する。なお、ここでいう製作とは規格品のような同一形状の溶接構造部材をロット単位で大量生産することを意味している。 Since the laser welding apparatus shown in FIG. 1 constitutes a welding robot, this apparatus E is also referred to as a welding robot as appropriate. Production of a welded structural member (hereinafter, also referred to as “welded member”, “welded member”, or “member”) is started by the welding robot. The production here means mass production of welded structural members having the same shape as standard products in lot units.
まず、データベースDB1,DB2から読み出したデータを参照し、溶接変形および/または残留応力が最小になるように、溶接ロボットの制御部10により入熱範囲を制御する(S1)。この制御部10にはレーザ溶接の条件として、少なくとも、レーザ出力と、溶接速度と、焦点外し距離と、シールドガスの種類と、シールドガスの流量と、を含む制御自在の制御項目を備えている。なお、データベースDB1には溶け込み性状を制御するための見本に用いる形状見本データを記憶している。この形状見本データは、少なくとも部材の材質、入熱、ねらい位置、ビームプロファイルに関する実験に裏付けられたものである。
First, referring to the data read from the databases DB1 and DB2, the heat input range is controlled by the
すなわち、実験計画法に基づいて各パラメータを変化させた溶接実験における試料の断面写真を検索容易に標準化して集大成されている。図2に沿って後述するように、溶け込み目標となる断面形状に関する多数の断面写真を基礎データとして、これらの断面写真を標準的な線画にデータ変換して各部の寸法を記入し、検索符号をつける等により検索自在にパターン化した形状見本データを記憶している。 In other words, based on the experimental design method, the cross-sectional photographs of the sample in the welding experiment in which each parameter is changed are easily standardized and compiled. As will be described later with reference to FIG. 2, a large number of cross-sectional photographs relating to the cross-sectional shape that is a fusion target are used as basic data, these cross-sectional photographs are converted into standard line drawings, the dimensions of each part are entered, and search codes are entered. Shape sample data is stored in a pattern that can be searched for by attaching it.
また、データベースDB2には、図3に沿って後述するように、溶接金属断面積AW.Mと熱影響部断面積AHAZの和を板厚tの二乗で除した値に対する圧縮耐力(Ultimate strength)特性「(終局耐力特性)ともいう」を記憶している。溶接ロボットの制御部10はデータベースDB1,DB2から読み出した形状見本データおよび圧縮耐力特性を参照して溶け込み性状を制御する。その結果、被溶接部材の板厚tに対する溶接金属断面積AWMと熱影響部断面積AHAZの和(以下、「溶け込み面積」ともいう)Aを必要最小にする溶け込み性状にした溶接構造部材を、本装置Eによって製造することが可能となる。なお、図1において「熱影響部」を「HAZ」と略記した箇所がある。
In addition, the database DB2, as described below along Fig. 3, the weld metal cross sectional area A W. It stores a compression strength (Ultimate strength) characteristic “also called (ultimate strength characteristic)” for a value obtained by dividing the sum of M and the heat-affected zone sectional area A HAZ by the square of the plate thickness t. The
そして、入熱面積を確認するように施工管理する(S2)。具体的には溶接後の該当部を切断して三次元写真計測して規格仕様と照合する。この規格仕様は形状見本データの中から入熱面積に関する数値を抜き出して用いてもよい。 And construction management is performed so as to confirm the heat input area (S2). Specifically, the corresponding part after welding is cut, and a three-dimensional photograph is measured and collated with a standard specification. This standard specification may be used by extracting a numerical value relating to the heat input area from the shape sample data.
なお、制御部10は、図示せぬ三次元写真計測手段11と、形状見本データを検索する検索手段12と、形状見本データに対する三次元写真計測結果との照合手段と、を備えている。この制御部10によって、データベースDB1,DB2から形状見本データ等を検索して参照に供する(S3)。すなわち、溶接前後の被溶接部材の各部寸法を三次元写真計測手段11により計測された寸法の被溶接部材に近い形状見本データをデータベースDB1,DB2から検索して参照し、規定範囲内であるか否かによってロットの品質管理の判断を支援する(S3)。
The
そして、大量生産された1ロットから統計的手法に基づいて抜き取った試料を破壊検査して部材精度(初期形状)を確認するように施工管理する(S4)。すなわち、抜き取りによって破壊検査した結果、形状見本データの示す寸法精度に対して所定誤差範囲内であれば1ロットの全数を合格(OK)とし、高耐力部材として使用するように仕分けする(S5)。一方、抜き取り検査の結果が所定誤差範囲外であれば、1ロットの全数を不合格(NG)として、通常の設計耐力範囲で部材を使用するように仕分けする(S6)。 Then, the construction management is performed so that the sample accuracy (initial shape) is confirmed by performing a destructive inspection on the sample extracted from one mass-produced lot based on a statistical method (S4). That is, as a result of the destructive inspection by sampling, if it is within a predetermined error range with respect to the dimensional accuracy indicated by the shape sample data, the total number of one lot is accepted (OK) and is sorted for use as a high strength member (S5). . On the other hand, if the result of the sampling inspection is outside the predetermined error range, the entire number of one lot is rejected (NG), and sorting is performed so that the members are used within the normal design proof stress range (S6).
ここで破壊検査した試料を製品化することは不可能だから、商業目的においては、1ロットの全数を破壊検査する代わりに抜き取り検査して全数を推定するのである。すなわち、所定管理のもとに大量生産された1ロットは、あるバラツキの範囲内でほぼ均一な品質に製造されていると見なせるので、統計的手法に基づいて1ロットから抜き取りによる破壊検査する。その抜き取り検査の結果に応じて、ロット単位で製品を格付けして用途を決定するので、無駄なく合理的な製品仕分けが可能となる。なお、バラツキの程度を意味する標準偏差σ等のデータは、予め研究目的におけるロットの全数を破壊検査した試料に基づいて集大成されたデータをデータベースDB1,DB2から検索して参照する。 Since it is impossible to commercialize the sample subjected to the destructive inspection here, for the commercial purpose, the total number of one lot is estimated by performing a sampling inspection instead of performing the destructive inspection. That is, since one lot that is mass-produced under predetermined management can be regarded as being manufactured with almost uniform quality within a certain range of variation, a destructive inspection is performed by sampling from one lot based on a statistical method. According to the result of the sampling inspection, products are rated and determined for each lot, so that rational product sorting without waste is possible. The data such as the standard deviation σ, which means the degree of variation, is retrieved from the databases DB1 and DB2 by referring to data compiled based on samples obtained by destructively inspecting the total number of lots for research purposes.
このように製造ラインを溶接ロボットで構成するレーザ溶接装置において、被溶接部材の板厚tに対する溶接金属断面積AWMと熱影響部断面積AHAZの和Aを必要最小にする溶け込み性状の制御部10を採用した。すなわち、このような制御によって溶け込み面積Aを必要最小にすることにより溶接変形および/または残留応力が最小になるため、被溶接部材の圧縮耐力(以下、図においても「部材耐力」と略記することがある)を向上させることが可能となる。このことは、実験データの裏づけに基づいている。
In this way, in the laser welding apparatus in which the production line is constituted by a welding robot, the control of the penetration property that minimizes the sum A of the weld metal cross-sectional area AWM and the heat-affected zone cross-sectional area AHAZ with respect to the plate thickness t of the welded member.
つまり、制御部10は、被溶接部材の溶け込み面積A=AWM+AHAZを必要最小限に管理する管理項目13と、溶け込み深さδを必要最小限に管理する管理項目13と、を採用している。これら2つの管理項目13である溶け込み面積Aと溶け込み深さδの関係は、図2(a)からも明らかなように、一方の管理項目13を管理するだけでも、他方または両方を管理したことに匹敵する結果を呼ぶので、管理し易い方だけを管理するようにしても構わない。
That is, the
このように、制御部10はデータベースDB1,DB2から読み出した形状見本データおよび圧縮耐力特性を参照して溶け込み性状を制御する。その結果、本装置Eは被溶接部材の板厚tに対する溶け込み面積Aを必要最小にする溶け込み性状にした溶接構造部材を製造することが可能となる。そうすることにより、実験データに忠実で、より強い圧縮耐力の溶接構造部材を製造することが可能となる。
As described above, the
図2は本実施形態に係るレーザ溶接装置のデータベースDB1に記憶された情報であって、(a)溶接部材の溶け込み性状規定図、(b)圧縮耐力特性図である。図2(a)に示すように、溶接部材の溶け込み性状規定図として、溶け込み深さ(Depth of Penetration)δのほか、熱影響部の各部寸法( Upper Fillet size, Lower Fillet size)を、正規化または標準化することにより検索容易に規定して情報検索の便宜を図っている。 FIG. 2 is information stored in the database DB1 of the laser welding apparatus according to the present embodiment, and is (a) a penetration property definition diagram of a welding member and (b) a compression strength characteristic diagram. As shown in Fig. 2 (a), as a penetration property specification diagram for welded members, in addition to the depth of penetration (δ), the dimensions of the heat affected zone (Upper Fillet size, Lower Fillet size) are normalized. Or, by standardizing, the search is easily defined and the information search is facilitated.
詳しくは、実験計画法に基づいて多数の溶接実験した試料の断面写真である画像情報を、線画パターンおよび規定寸法からなる数値パターンに、変換して集大成し、形状見本データとして検索自在にデータベースDB1に記憶されている。そして、情報検索する際、例えば、溶け込み深さδのほか、熱影響部HAZの各部寸法または板厚tの数値等を検索キーとして、最も適する形状見本データを検索することが可能である。 Specifically, the image information, which is a cross-sectional photograph of a number of samples subjected to welding experiments based on the experimental design method, is converted into a numerical pattern consisting of a line drawing pattern and a specified dimension, and is compiled and retrievable as shape sample data in the database DB1. Is remembered. When searching for information, for example, in addition to the penetration depth δ, it is possible to search for the most suitable shape sample data using, as a search key, the dimensions of each part of the heat affected zone HAZ or the numerical value of the plate thickness t.
また、図2(b)の圧縮耐力特性図に示すように、圧縮耐力特性図の縦軸は圧縮耐力(Fmax/FY)、横軸は入熱範囲率=(AW.M + AHAZ)/t2 であり、例えば、板厚が同一ならば、幅厚比パラメータRが小さい程、圧縮耐力が大きくなることの実験データおよび/または理論計算値等によりデータベースDB2を構築している。なお、幅厚比パラメータR=0にした場合、溶接しなかったことを意味するので、入熱範囲率=0にはしないで、必要最小限を目標値に制御する。 In addition, as shown in the compression strength characteristic diagram of FIG. 2B, the vertical axis of the compression strength characteristic diagram is the compression strength (F max / F Y ), and the horizontal axis is the heat input range rate = (A W.M + A HAZ ) / t 2 , for example, if the plate thickness is the same, the database DB2 is constructed from experimental data and / or theoretical calculation values, etc., that the compression yield strength increases as the width-thickness ratio parameter R decreases. . When the width-thickness ratio parameter R = 0, it means that welding has not been performed. Therefore, the necessary minimum is controlled to the target value without setting the heat input range rate = 0.
なお、図2(b)には圧縮耐力特性図のグラフとして示したが、説明の便宜上の表示方法あり、本装置Eにおける制御用のデータとしては、必ずしも目視して直感的理解の得やすいグラフである必要はなく、数値対応データ、すなわち数値テーブルがデータベースDB1,DB2にデータ構成されていれば足りる。
AW.M :溶接金属断面積
AHAZ :熱影響部断面積
t :板厚
Although FIG. 2B shows a graph of a compression strength characteristic diagram, there is a display method for convenience of explanation, and the control data in this apparatus E is a graph that is not necessarily visually and easy to obtain intuitive understanding. It is not necessary that the data corresponding to the numerical value, that is, the numerical value table is configured in the databases DB1 and DB2.
AW. M : weld metal cross section A HAZ : heat affected zone cross section t: plate thickness
図2(b)の圧縮耐力特性グラフ上にプロットされた各プロットα,βはそれぞれ、つぎのとおりである。
プロットα:LBW レーザ溶接構造部材。
プロットβ:GMAW 従来型溶接構造部材。
すなわち、板厚が同一ならば、レーザ溶接構造部材LBWによるプロットαのほうが、入熱範囲率が小さいので、従来型溶接構造部材GMAWによるプロットβよりも、圧縮耐力が大きくなることが示されている。
The plots α and β plotted on the compression strength characteristic graph of FIG. 2B are as follows.
Plot α: LBW laser welded structural member.
Plot β: GMAW Conventional welded structural member.
That is, if the plate thickness is the same, the plot α by the laser welded structural member LBW has a smaller heat input range rate, so that the compressive yield strength is larger than the plot β by the conventional welded structural member GMAW. Yes.
図3は本実施形態に係るレーザ溶接装置による圧縮耐力特性図である。図3に示すように、圧縮耐力特性図の縦軸は圧縮耐力(Fmax/FY)、横軸は幅厚比パラメータの代表値(R)であり、理論値であるオイラー座屈耐力と、船級協会耐力曲線と、日本道路協会耐力曲線を重ねて表示している。 FIG. 3 is a compression proof stress characteristic diagram by the laser welding apparatus according to the present embodiment. As shown in FIG. 3, the vertical axis of the compressive strength characteristic diagram is the compressive strength (F max / F Y ), the horizontal axis is the representative value (R) of the width-thickness ratio parameter, and the theoretical value of Euler buckling strength and , The classification society strength curve and the Japan Road Association strength curve are superimposed.
この圧縮耐力特性図において、つぎの実験データをプロット1〜4に示している。これらは、同一の部材を同じ人が、つぎに示す各プロット1〜4別の相違点のみを変えて、溶接構造部材を製作した実験結果である。なお、プロット1,2はプロット3,4よりも1.5倍の板厚部材によるデータである。
プロット1:○ 改良型レーザ溶接構造部材
プロット2:● アーク溶接構造部材
プロット3:△ 従来型溶接構造部材
プロット4:▲ アーク溶接構造部材
In this compression strength characteristic diagram, the following experimental data are shown in
Plot 1: ○ Improved laser welding structural member Plot 2: ● Arc welding structural member Plot 3: △ Conventional welding structural member Plot 4: ▲ Arc welding structural member
このように、本発明に係るレーザ溶接装置によれば、プロット1で示すように、理論値であるオイラー座屈耐力に示される限界近くまで圧縮耐力を向上させることが確認できた。このように、実験データの裏づけに基づいた本発明に係るレーザ溶接装置によれば、残留応力を最小にして、強い圧縮耐力の溶接構造部材を製造することが可能となる。
Thus, according to the laser welding apparatus according to the present invention, as shown in
つまり、被溶接部材の溶け込み面積を必要最小限に管理する管理項目13と、溶け込み深さδを必要最小限に管理する管理項目13と、を採用している溶接ロボットの制御部10は、データベースDB1,DB2から読み出した形状見本データおよび圧縮耐力特性を参照して溶け込み性状を制御する。その結果、本装置Eは被溶接部材の板厚tに対する溶接金属断面積AW.Mと熱影響部断面積AHAZを必要最小にする溶け込み性状にした溶接構造部材を製造することが可能となる。そうすることにより、実験データに忠実で、より強い圧縮耐力の溶接構造部材を製造することが可能となる。
In other words, the
図4は本実施形態に係るレーザ溶接装置Eによる入熱パラメータ(Q/t2)[J/mm2]に対する残留応力(σR/σY)の特性図である。残留応力とは、溶接によって熱溶解した金属が収縮しながら凝固するために、母材および溶接部である金属内部に残留する応力のことである。すなわち、溶接部には母材に引っ張られる応力が残留する一方、母材には溶接部に引っ張られる応力に対抗して縮もうとする応力が残留する。 FIG. 4 is a characteristic diagram of the residual stress (σ R / σ Y ) with respect to the heat input parameter (Q / t 2 ) [J / mm 2 ] by the laser welding apparatus E according to the present embodiment. The residual stress is a stress that remains in the base metal and the metal that is the welded portion because the metal melted by welding solidifies while shrinking. That is, the stress that is pulled by the base metal remains in the welded portion, while the stress that tries to shrink against the stress that is pulled by the welded portion remains in the base material.
図5は本実施形態に係るレーザ溶接装置Eによる残留応力(σR/σY)に対する最高耐力(Fmax/FY)の特性図である。なお、図3においては最高耐力(Fmax/FY)といわずに圧縮耐力(Fmax/FY)と表記している。 FIG. 5 is a characteristic diagram of the maximum proof stress (F max / F Y ) against the residual stress (σ R / σ Y ) by the laser welding apparatus E according to the present embodiment. In FIG. 3, the maximum proof stress (F max / F Y ) is not referred to but the compressive proof stress (F max / F Y ).
図6は本実施形態に係るレーザ溶接装置Eの概念図である。図6に示すように、本実施形態に係るレーザ溶接装置Eは、主に大量生産用の溶接ロボットFを構成している。この溶接ロボットFの制御部10は、被溶接部材の板厚tに対する溶け込み面積Aおよび/または溶け込み深さδを必要最小にするように溶け込み性状を管理する。この制御部10は、溶接前の被溶接部材の寸法を計測する三次元写真計測手段11と、三次元写真計測手段11により計測された寸法の被溶接部材に近い形状見本データをデータベースDB1,DB2から検索して参照に供する検索手段12と、被溶接部材の溶け込み面積Aを必要最小限に管理するための管理項目13と、溶け込み深さを必要最小限に管理する管理項目13と、を備えて構成されている。
FIG. 6 is a conceptual diagram of a laser welding apparatus E according to this embodiment. As shown in FIG. 6, the laser welding apparatus E according to the present embodiment mainly constitutes a welding robot F for mass production. The
このように、本装置Eは溶接ロボットRで製造ライン等を構成するレーザ溶接装置Eにおいて、被溶接部材の板厚tに対し、溶接金属断面積AW.Mと熱影響部断面積AHAZに関して、下式よって規定される「溶け込み性状」を必要最小化する制御部10を採用した。
入熱範囲率(Heat input ratio)=(AW.M + AHAZ)/t2
この制御部10が溶接金属断面積AW.Mと熱影響部断面積AHAZの和Aを必要最小に管理することにより、溶接応力および/または残留応力を最小化し、溶接構造部材の圧縮耐力を向上させることが可能となる。このことは、実験データの裏づけに基づいている。
この点が本発明の本質であり、この技術思想を実現するための各種ロボット、自動化設備、制御装置類を含んだレーザ溶接装置および/または溶接方法は全て本発明に含まれると見なし得る。
As described above, the present apparatus E is a laser welding apparatus E that constitutes a production line or the like with the welding robot R, and has a weld metal cross-sectional area A W. For M and the heat-affected zone cross-sectional area A HAZ , the
Heat input ratio = (A W.M + A HAZ ) / t 2
This
This point is the essence of the present invention, and any laser welding apparatus and / or welding method including various robots, automation equipment, and control devices for realizing this technical idea can be regarded as being included in the present invention.
10…制御部
11…三次元写真計測手段
12…検索手段
14…制御項目
A…溶け込み面積
DB1,DB2…データベース
E…レーザ溶接装置(本装置)
F…溶接ロボット
t…板厚
δ…溶け込み深さ
DESCRIPTION OF
F ... Welding robot t ... Plate thickness δ ... Penetration depth
Claims (4)
少なくとも材質、入熱、ねらい位置、ビームプロファイルに関する実験に裏付けられた溶け込み目標となる断面形状の見本画像をパターン化した形状見本データを記憶したデータベースと、
溶接金属断面積と熱影響部断面積の和を板厚の二乗で除した値に対する圧縮耐力特性を記憶したデータベースと、
前記データベースから読み出した形状見本データおよび/または圧縮耐力特性を参照して溶け込み性状を制御することにより、被溶接部材の板厚に対する溶け込み面積および/または溶け込み深さを必要最小にする制御部と
を備えたことを特徴とするレーザ溶接装置。 In the laser welding apparatus constituting the welding robot,
A database storing shape sample data obtained by patterning a sample image of a cross-sectional shape to be a penetration target supported by experiments on at least material, heat input, target position, and beam profile;
A database storing compression strength characteristics for a value obtained by dividing the sum of the weld metal cross-sectional area and heat-affected zone cross-sectional area by the square of the plate thickness;
A control unit that minimizes the penetration area and / or the penetration depth with respect to the plate thickness of the member to be welded by controlling the penetration properties with reference to the shape sample data and / or compression strength characteristics read from the database ;
Laser welding apparatus comprising the.
溶接前の被溶接部材の寸法を計測する三次元写真計測手段と、 3D photo measurement means for measuring the dimensions of the welded member before welding;
前記三次元写真計測手段により計測された寸法の被溶接部材に近い前記形状見本データを前記データベースから検索して参照に供する検索手段と、 Search means for searching the shape sample data close to the member to be welded of the dimensions measured by the three-dimensional photo measuring means from the database for reference,
前記被溶接部材の溶け込み面積を必要最小限に管理する管理項目と、 Management items for managing the penetration area of the welded member to the minimum necessary,
溶け込み深さを必要最小限に管理する管理項目と、を備えたことを特徴とする請求項1に記載のレーザ溶接装置。 The laser welding apparatus according to claim 1, further comprising: a management item for managing the penetration depth to a minimum necessary.
溶接金属断面積と熱影響部断面積の和を板厚の二乗で除した値を必要最小にする溶け込み性状にすることにより、被溶接部材の板厚に対する溶け込み面積および/または溶け込み深さを必要最小にした溶接構造部材を製造することを特徴とするレーザ溶接方法。 The penetration area and / or penetration depth for the plate thickness of the member to be welded is required by using the penetration property that minimizes the sum of the weld metal cross-sectional area and heat-affected zone cross-sectional area divided by the square of the plate thickness. A laser welding method for manufacturing a welded structural member that is minimized.
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