Ｚｎ含有物質被覆材料の溶接方法及びレーザ・アークハイブリッド溶接装置
【課題】Ｚｎ含有物質被覆溶接母材をレーザ・アークハイブリッド溶接する場合に、Ｚｎ含有物質がレーザ・アークハイブリッド溶接に影響を及ぼすことが抑制されるＺｎ含有物質被覆材料の溶接方法及びレーザ・アークハイブリッド溶接装置を提供すること。
【解決手段】溶接トーチ１１と、ワイヤ送給部１２と、電源部１３と、レーザトーチ２３と、レーザ発振器２１と、前記レーザ発振器２１で生成されたレーザ光を前記レーザトーチ２３に伝送するレーザ光伝送手段２２と、を備えたレーザ・アークハイブリッド溶接装置１であって、前記溶接母材Ｗのビード形成予定部Ｂの光反射率を測定する光反射率測定手段２７を有し、前記溶接トーチ１１及びレーザトーチ２３が通過する前に前記光反射率に基づいてビード形成予定部ＢのＺｎ含有物質の残留量を確認するように構成されていることを特徴とする。
【解決手段】溶接トーチ１１と、ワイヤ送給部１２と、電源部１３と、レーザトーチ２３と、レーザ発振器２１と、前記レーザ発振器２１で生成されたレーザ光を前記レーザトーチ２３に伝送するレーザ光伝送手段２２と、を備えたレーザ・アークハイブリッド溶接装置１であって、前記溶接母材Ｗのビード形成予定部Ｂの光反射率を測定する光反射率測定手段２７を有し、前記溶接トーチ１１及びレーザトーチ２３が通過する前に前記光反射率に基づいてビード形成予定部ＢのＺｎ含有物質の残留量を確認するように構成されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、Ｚｎ（亜鉛）含有物質で被覆された溶接母材をレーザ・アークハイブリッド溶接する際にＺｎの影響が抑制可能なＺｎ含有物質被覆材料の溶接方法及びレーザ・アークハイブリッド溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、例えば、屋外で風雨に曝される橋梁、船舶等の構造物では組み立て前に無機Ｚｎリッチプライマー（以下、Ｚｎリッチプライマーという）等の防錆材が塗布され、自動車用材料等ではＺｎめっきを施したＺｎめっき鋼板が広く用いられている。
このように、錆が発生しやすい環境で用いられる鋼板は、プライマー又はめっき等の手段によって鋼板の表面をＺｎ含有物質（金属Ｚｎの場合を含む）により被覆することが一般的に行なわれ、溶接する場合に溶接部のＺｎ含有物質被覆を除去して溶接することが行なわれている。
【０００３】
一方、高密度の熱エネルギ源であるために熱影響部が狭く、高品質・高効率の溶接が可能とされるレーザ溶接の利点と、消耗電極方式とすることにより広いギャップ裕度を得ることが可能であるというアーク溶接の利点とを同時に得ることが可能な溶接法として、溶接対象物の溶接部にアーク溶接によって溶融池を形成し、この溶融池にレーザ溶接のレーザ光を照射して溶接するレーザ・アークハイブリッド溶接に関する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２３８２８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記Ｚｎ被覆された溶接母材を溶接する場合、Ｚｎ含有物質被覆を除去して溶接するものの、Ｚｎ含有物質を構成するＺｎは鋼板に比較して融点が低いためにＺｎ含有物質が残留していると溶接母材の溶融部からＺｎガスが蒸発し、このＺｎガスが溶融した溶接母材に巻き込まれてポロシティが形成されることにより溶接品質が低下するという問題がある。
【０００６】
このようなＺｎガスによる影響は、アーク溶接ではあまり大きく現れないが、レーザ・アークハイブリッド溶接ではレーザ光を溶接ワイヤの先端近傍に照射することが必要とされるため、Ｚｎガスの影響で視認性が低下するとレーザ光が溶接部分に到達し難くなる等、レーザ・アークハイブリッド溶接ではＺｎ含有物質の影響が顕著に現れる。
そのため、Ｚｎ含有物質被覆を除去してレーザ・アークハイブリッド溶接する場合に、溶接母材のＺｎ含有物質被覆がレーザ・アークハイブリッド溶接に適する程度に除去されているかを確認したいという技術的要請があった。
【０００７】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、Ｚｎ含有物質被覆溶接母材をレーザ・アークハイブリッド溶接する場合に、Ｚｎ含有物質がレーザ・アークハイブリッド溶接に影響を及ぼすことが抑制されるＺｎ含有物質被覆材料の溶接方法及びレーザ・アークハイブリッド溶接装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に記載の発明は、Ｚｎ（亜鉛）含有物質で被覆された溶接母材をレーザ・アークハイブリッド溶接するためのＺｎ含有物質被覆材料の溶接方法であって、前記溶接母材のビード形成予定部に被覆されたＺｎ含有物質を除去し、前記Ｚｎ含有物質を除去したビード形成予定部に残留する残留Ｚｎ含有物質を、前記ビード形成予定部表面の光反射率に基づいて光反射率測定手段で測定し、前記残留Ｚｎ含有物質の残留量が許容範囲内であった場合にレーザ・アークハイブリッド溶接をすることを特徴とする。
【０００９】
この発明に係るＺｎ含有物質被覆材料の溶接方法によれば、Ｚｎ含有物質を除去したビード形成予定部に残留する残留Ｚｎ含有物質を、前記ビード形成予定部表面の光反射率に基づいて光反射率測定手段により測定するのでビード形成予定部のＺｎ含有物質が充分に除去されてレーザ・アークハイブリッド溶接に適するかどうかが確認可能となり、残留Ｚｎ含有物質が所定の許容範囲内である場合にレーザ・アークハイブリッド溶接をするので良好なビードが形成され溶接品質を向上することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項1に記載のＺｎ含有物質被覆材料の溶接方法であって、前記光反射率測定手段は、前記ビード形成予定部表面に光を照射し、該照射した光が前記ビード形成予定部表面で反射された反射光を前記表面に沿う方向に拡大した反射光分布画像を取得し、前記反射光分布画像を、前記Ｚｎ含有物質と前記溶接母材をなす金属の光反射率の違いに基づいて前記ビード形成予定部表面におけるＺｎ含有物質の分布に変換し、
前記Ｚｎ含有物質の分布に基づいて前記Ｚｎ含有物質の残留量を取得するように構成され、前記Ｚｎ含有物質の残留量の許容範囲が、所定の許容値以下であることを特徴とする。
【００１１】
この発明に係るＺｎ含有物質被覆材料の溶接方法によれば、ビード形成予定部表面に照射した光の反射光から反射光分布画像を取得し、Ｚｎ含有物質と溶接母材をなす金属の光反射率の違いに基づいて反射光分布画像をＺｎ含有物質の分布に変換してＺｎ含有物質の残留量を算出するので、容易かつ正確にＺｎ含有物質の残留量を得ることができる。
また、Ｚｎ含有物質の残留量が、所定の許容値以下である場合に溶接をするので良好なビードを形成することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、溶接母材との間にアークを発生させる溶接トーチと、前記溶接トーチに溶接ワイヤを送給するワイヤ送給部と、前記溶接トーチに溶接電力を供給する電源部と、レーザトーチと、レーザ発振器と、前記レーザ発振器で生成されたレーザ光を前記レーザトーチに伝送するレーザ光伝送手段と、を備えたレーザ・アークハイブリッド溶接装置であって、前記溶接母材のビード形成予定部表面の光反射率を測定する光反射率測定手段を有し、前記溶接トーチ及びレーザトーチが通過する前に前記光反射率を測定するように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
この発明に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置によれば、溶接トーチ及びレーザトーチが通過する前に、溶接母材のビード形成予定部表面の光反射率に基づいてＺｎ含有物質の残留量を測定するので、ビード形成予定部のＺｎ含有物質の残留量がレーザ・アークハイブリッド溶接に適するかどうかが確認可能とされる。
その結果、Ｚｎ含有物質被覆材料のレーザ・アークハイブリッド溶接において、良好なビードが形成して溶接品質を向上することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のレーザ・アークハイブリッド溶接装置であって、前記光反射率測定手段は、前記ビード形成予定部表面に光を照射する光照射部と、該照射した光が前記ビード形成予定部表面で反射された反射光を前記表面に沿う方向に拡大する撮像部と、制御部とを備え、前記制御部は、前記撮像部で撮像した反射光分布画像から、前記Ｚｎ含有物質と前記溶接母材を構成する金属の光反射率の違いに基づいて前記ビード形成予定部表面におけるＺｎ含有物質の分布を取得し、前記Ｚｎ含有物質の分布が、前記Ｚｎ含有物質の残留量に関して許容範囲である場合に溶接するように構成されていることを特徴とする。
【００１５】
この発明に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置によれば、ビード形成予定部表面に照射した光の反射光から取得した反射光分布画像に基づいてＺｎ含有物質の分布に変換し、Ｚｎ含有物質の分布が、Ｚｎ含有物質の残留量に関して許容範囲である場合に溶接するので良好なビードを形成することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るＺｎ含有物質被覆材料の溶接方法及びレーザ・アークハイブリッド溶接装置によれば、Ｚｎ含有物質被覆溶接母材をレーザ・アークハイブリッド溶接する場合に、Ｚｎ含有物質がレーザ・アークハイブリッド溶接に影響を及ぼすことが抑制される。その結果、良好なビードを形成して溶接品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る反射光検出器の概略構成を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置の信号処理部の概略を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置の制御フローの一例を示す図である。
【図５】第１の参考例に係るレーザ・アークハイブリッド溶接の概略を示す図である。
【図６】第１の参考例に係るレーザ・アークハイブリッド溶接におけるＺｎ含有物質の残留の確認手順の概略を示す図である。
【図７】第２の参考例に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置の概略構成を示す図である。
【図８】第２の参考例に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置の信号処理部の概略を示す図である。
【図９】第２の参考例に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置の制御フローの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、図１、図２、図３、図４を参照し、この発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置の一例を示す概略図であり、符号１はレーザ・アークハイブリッド溶接装置を示している。
レーザ・アークハイブリッド溶接装置１は、図１に示すように、ＭＩＧ溶接機１０と、レーザ溶接機２０と、光反射率測定手段とを備え、溶接に先立ってビード形成予定部Ｂの光反射率をリアルタイムに測定してＭＩＧ溶接機１０及びレーザ溶接機２０を制御するように構成されている。
【００１９】
また、溶接母材Ｗは、例えば、図１に示すように、２つの鋼板により構成されており、少なくとも２つの鋼板のうち一方の表面には、例えば、Ｚｎリッチプライマーが塗布（被覆）される等のＺｎ含有物質による被覆が施されている。
なお、溶接に先立ってビード形成予定部ＢのＺｎリッチプライマーは、例えば、グラインダー等の研削手段により除去されるようになっている。
【００２０】
ＭＩＧ溶接機１０は、溶接母材Ｗの溶接部との間にアークを形成して熱エネルギを発生する溶接トーチ１１と、溶接トーチ１１に溶接ワイヤＭを送給するワイヤ送給部１２と、溶接トーチ１１に溶接電力を供給する電源部１３とを備えている。
【００２１】
溶接トーチ１１には、例えば、図示しないホースを経由してアルゴンガス等の不活性ガスが供給されるとともに、溶接ワイヤ送給部１２から溶接ワイヤＭが供給され、供給された溶接ワイヤＭは溶接トーチ１１のノズル先端から突出し、電源部１３により電圧が印加されると溶接ワイヤＭと溶接母材Ｗとの間にアークが形成されて溶接ワイヤＭ及び溶接母材Ｗが溶融接合されるようになっている。
【００２２】
溶接ワイヤ送給部１２は、例えば、溶接ワイヤＭが巻回されたリール部と、ワイヤガイド管と、繰出ローラとを有する周知の溶接ワイヤ送給部が適用可能である。
【００２３】
レーザ溶接機２０は、レーザ発振器２１と、レーザ伝送用ファーバー２２と、レーザトーチ２３とを備え、レーザ発振器２１で発振、生成されたレーザ光がレーザ伝送用ファーバー２２を経由してレーザトーチ２３から照射されるようになっている。
【００２４】
光反射率測定手段は、反射光検出器２７と信号処理部（制御部）４０とを有し、ビード形成予定部Ｂ表面の光反射率に基づく反射光分布画像からＺｎ含有物質の分布を取得し、Ｚｎ含有物質の分布によってＺｎ含有物質の残留量をリアルタイムに確認しつつＭＩＧ溶接機１０及びレーザ溶接機２０を制御するように構成されている
【００２５】
反射光検出器２７は、図２に示すように、青色光照射部（光照射部）２７Ａと、ＣＣＤカメラ（撮像部）２７Ｂと、テレセントリックレンズ２７Ｃとを備えており、青色光照射部２７Ａからビード形成予定部Ｂに照射した青色光の反射光を、ＣＣＤカメラ２７Ｂがテレセントリックレンズ２７Ｃを介して撮像し、対象エリアにおける拡大された青色反射光の分布画像を得ることができるようになっている。なお、青色光照射部２７Ａは、照射光の偏りを抑制するために青色光源がテレセントリックレンズ２７Ｃの周囲に環状に配置されていることが好適である。
【００２６】
信号処理部４０は、例えば、図３に示すように、入力部４１と、メモリ４２と、演算部４３と、ハードディスク装置４４と、画像処理部４５と、出力部４６と、これら相互のデータ等を通信するための通信線４７とを備え、ハードディスク装置４４にはデータベース４４Ａが格納されている。
【００２７】
入力部４１は、例えば、図示しないキーボード等のデータ入力機器を有して演算部４３に設定等を出力するとともに、反射光検出器２７のＣＣＤカメラ２７Ｂに接続され、ＣＣＤカメラ２７Ｂ等が出力した信号を演算部４３に出力するようになっている。
【００２８】
演算部４３は、例えば、メモリ４２のＲＯＭに格納されたプログラムを読み込んでプログラムを実行することにより、出力部４６を介して反射光検出器２７に撮像を指示する信号を出力し、入力部４１から入力され画像処理部４５において数値化（例えば、閾値による２値化）された撮像信号を解析するとともにデータベース４４Ａに参照して撮像エリア内のＺｎ含有物質の分布を算出してメモリ４２に格納するようになっている。
【００２９】
また、メモリ４２に格納したＺｎ含有物質の分布が、設定された許容範囲であるかどうかを判断して、許容範囲である場合には出力部４６を介してＭＩＧ溶接機１０、レーザ溶接機２０を作動する信号を出力し、許容範囲でない場合には、出力部４６を介してＭＩＧ溶接機１０、レーザ溶接機２０を停止する信号を出力するようになっている。
なお、データベース４４Ａには、反射光検出器２７により得られた反射光分布を、Ｚｎ含有物質と溶接母材をなす金属との光反射率の差に基づいて算出するための、反射光分布とＺｎ含有物質の分布との対応を示すデータが格納されている。
【００３０】
反射光検出器２７の青色光照射部２７Ａ及びＣＣＤカメラ２７Ｂの光軸は、溶接トーチ１１及びレーザトーチ２１の進行方向前方側のビード形成予定部Ｂを撮像するように向けられており、撮像したビード形成予定部Ｂの画像を信号処理部４０に伝送するようになっている。
【００３１】
次に、図４を参照して、レーザ・アークハイブリッド溶接装置１の作用について説明する。
なお、レーザ・アークハイブリッド溶接に先立ってビード形成予定部はグラインダー等で研磨されて、Ｚｎ含有物質被覆が除去されている。
１）まず、レーザ・アークハイブリッド溶接装置１を起動すると、信号処理部４０において溶接母材に溶接をするべきビード形成予定部があるかどうかを判断する。（Ｓ１１）。
このＳ１１における判断は、例えば、ビード形成部Ｂを示す座標と、現在位置の座標とを比較して行なわれ、溶接するべきビード形成部Ｂがない場合には、溶接を開始せずに制御の終了に移行する。
ビード形成部Ｂがある場合には、Ｓ１２に移行する。
２）演算部４３が、反射光検出器２７に撮像を指示する信号を出力し、青色光照射部２７Ａが青色光を照射するとともにその反射光をＣＣＤカメラ２７Ｂにより撮像して、その画像が信号処理部４０に送られる。（Ｓ１２）。
ＣＣＤカメラ２７Ｂによる撮像は、溶接トーチ１１及びレーザトーチ２３の移動方向前方側を撮像するようになっている。
３）信号処理部４０は、ＣＣＤカメラ２７Ｂからの画像を解析して、ビード形成予定部Ｂの撮像エリア内の反射光の分布を算出する。（Ｓ１３）
４）算出された光反射率が許容範囲内であるかどうかを判断する。（Ｓ１４）。
光反射率が許容範囲内の場合には、出力部４６を介してＭＩＧ溶接機１０、レーザ溶接機２０を作動する信号を出力してこれらトーチを移動させて溶接し、光反射率が許容範囲を超えている場合には出力部４６を介してＭＩＧ溶接機１０、レーザ溶接機２０を停止する信号を出力する。
５）レーザ・アークハイブリッド溶接において、ＭＩＧ溶接１０は、溶接ワイヤ送給部１２から供給される溶接ワイヤＭが溶接トーチ１１から送り出され、溶接ワイヤＭと溶接母材Ｗとの間でアークを形成して溶接ワイヤＭ及び溶接母材が溶融されることにより行なわれ、レーザ溶接は、レーザ発振器２１で発振、生成されたレーザ光がレーザ伝送用ファーバー２２を経由してレーザトーチ２３に伝送されレーザトーチ２３から溶接母材Ｗの溶接部に照射することにより行なわれる。このレーザ光は、溶融池の底面部近傍において溶接ワイヤＭに照射される。
６）ビード形成予定部Ｂの光反射率が許容範囲内の場合には、カウンタＣＴＲにより反射光検出器２７による反射率の検出周期を調整する。（Ｓ１５）。
カウンタＣＴＲにより撮像周期を調整した後は、Ｓ１１に移行してビード形成予定部Ｂがある場合には、溶接を継続し、光反射率が許容範囲を超えるかビード形成予定部Ｂの溶接が終了するまで制御が継続される。
【００３２】
一実施形態に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置１によれば、溶接トーチ１１及びレーザトーチ２３が通過する前に溶接母材Ｗのビード形成予定部Ｂの反射光の分布によってＺｎ含有物質の残留量を確認するように構成されているので、ビード形成予定部Ｂがレーザ・アークハイブリッド溶接に適しているかどうかが容易に確認可能とされる。
その結果、レーザ・アークハイブリッド溶接によりＺｎ含有物質が被覆された溶接母材Ｗに良好なビードを形成して溶接品質を向上することができる。
なお、Ｚｎ含有物質の残留量が２９％以下の範囲で良好なビードを形成することができることが確認された。
また、ビード形成予定部Ｂの光反射率が許容範囲を超えている場合には、ＭＩＧ溶接機１０及びレーザ溶接機２０が作動しないので溶接における品質低下が抑制される。
【００３３】
次に、図５、図６を参照し、この発明の第１の参考例について説明する。
図５は、第１の参考例に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置の一例を示す概略図であり、符号１Ａはレーザ・アークハイブリッド溶接装置を示している。
レーザ・アークハイブリッド溶接装置１Ａは、ビード形成予定部Ｂ表面の光反射率に代えてビード形成予定部Ｂ表面の表面粗さを手動で測定することによってＺｎリッチプライマーの残留状況を確認する場合の例を示すものである。レーザ・アークハイブリッド溶接装置１Ａが一実施形態に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置１と異なっているのは、レーザ・アークハイブリッド溶接装置１Ａが光反射率測定手段を備えていない点であり、その他はレーザ・アークハイブリッド溶接装置１と同様であるため、図１と同じ符号を付して説明を省略する。
【００３４】
次に、図６を参照して、第１の参考例に係る溶接において、Ｚｎ含有物質の残留がレーザ・アークハイブリッド溶接に適する程度かどうかを確認する方法について説明する。
１）まず、レーザ・アークハイブリッド溶接に先立ってビード形成予定部ＢのＺｎリッチプライマーをグラインダー等で研磨して除去する。（手順１）
２）次に、ビード形成予定部Ｂの表面粗さを測定する。（手順２）
測定に際しては、例えば、ビード形成予定部Ｂのうち予め定めた代表位置を触針式の粗さ計（ＪＩＳ Ｂ ０６５１−１９７６）測定する。なお、代表位置に代えて、ビード形成予定部Ｂのうち表面粗さが許容範囲から最も外れている部分を目視で決定して測定する。なお、最も外れている部分に代えて、許容範囲かどうか確認する部分を複数個所、目視により抽出して測定してもよい。
３）ビード形成予定部Ｂの表面粗さが許容公差の範囲内かどうか判断する。（手順３）
４）ビード形成予定部Ｂの表面粗さが許容範囲内である場合にはレーザ・アークハイブリッド溶接を開始する。（手順４）
５）ビード形成予定部Ｂの表面粗さが許容範囲を超えている場合には、手順１に戻って、Ｚｎリッチプライマーを再度除去する。
【００３５】
第１の参考例に係るレーザ・アークハイブリッド溶接方法によれば、溶接に先立ってビード形成予定部Ｂの表面粗さを測定し、Ｚｎリッチプライマーの残留状況を確認してからレーザ・アークハイブリッド溶接を行なうので、Ｚｎリッチプライマーに含まれるＺｎの影響を受けることが抑制される。
その結果、良好なビードが形成されてＺｎ含有物質を被覆した溶接母材におけるレーザ・アークハイブリッド溶接の品質を向上することができる。
【００３６】
次に、図７、図８、図９を参照し、この発明の第２の参考例について説明する。
第２の参考例に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置１Ｂが一実施形態に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置１と異なるのは、レーザ・アークハイブリッド溶接装置１Ｂが光反射率測定手段に代えて表面粗さ測定手段を備え、表面粗さ測定手段がＣＣＤカメラ２５と信号処理部（制御部）３０とを有し、溶接に先立ってビード形成予定部Ｂの表面粗さをリアルタイムに測定してＭＩＧ溶接機１０及びレーザ溶接機２０を制御するように構成されている点であり、その他はレーザ・アークハイブリッド溶接装置１と同様であるため、図１と同じ符号を付して説明を省略する。
【００３７】
信号処理部３０は、例えば、図８に示すように、入力部３１と、メモリ３２と、演算部３３と、ハードディスク装置３４と、画像処理部３５と、出力部３６と、これら相互のデータ等を通信するための通信線３７とを備え、ハードディスク装置３４にはデータベース３４Ａが格納されている。
【００３８】
入力部３１は、例えば、図示しないキーボード等のデータ入力機器を有して演算部３３に設定等を出力するとともに、ＣＣＤカメラ２５に接続され、これらが出力した信号を演算部３３に出力するようになっている。
【００３９】
演算部３３は、例えば、メモリ３２のＲＯＭに格納されたプログラムを読み込んでプログラムを実行することにより、出力部３６を介してＣＣＤカメラ２５に撮像を指示する信号を出力し、入力部３１から入力され画像処理部３５において数値化されたＣＣＤカメラ２５の撮像信号画像信号を解析するとともにデータベース３４Ａに参照して撮像エリア内の表面粗さを算出してメモリ３２に格納するようになっている。
【００４０】
また、メモリ３２に格納した表面粗さが、設定された許容範囲であるかどうかを判断して、許容範囲である場合には出力部３６を介してＭＩＧ溶接機１０、レーザ溶接機２０を作動する信号を出力し、許容範囲でない場合には、出力部３６を介してＭＩＧ溶接機１０、レーザ溶接機２０を停止する信号を出力するようになっている。
なお、データベース３４Ａには、ＣＣＤカメラ２５が撮像した撮像画像と表面粗さとを対応するデータがＣＣＤカメラの特性に応じて数値化して格納されている。
【００４１】
ＣＣＤカメラ２５は、溶接トーチ１１及びレーザトーチ２１の進行方向前方側のビード形成予定部Ｂを撮像するように向けられており、撮像したビード形成予定部Ｂの画像を信号処理部３０に伝送するようになっている。
【００４２】
次に、図９を参照して、レーザ・アークハイブリッド溶接装置１Ｂの作用について説明する。なお、ビード形成予定部は、レーザ・アークハイブリッド溶接に先立ってグラインダー等で研磨されて、Ｚｎ含有物質被覆が除去されている。
１）まず、レーザ・アークハイブリッド溶接装置１Ｂを起動すると、信号処理部３０において溶接母材に溶接をするべきビード形成予定部があるかどうかを判断する。（Ｓ２１）。
このＳ２１における判断は、例えば、ビード形成部Ｂを示す座標と、現在位置の座標とを比較して行なわれ、溶接するべきビード形成部Ｂがない場合には、溶接を開始せずに制御の終了に移行する。
ビード形成部Ｂがある場合には、Ｓ２２に移行する。
２）ＣＣＤカメラ２５によりビード形成予定部Ｂが撮像され、その画像が信号処理部３０に送られる。（Ｓ２２）。
ＣＣＤカメラ２５による撮像は、溶接トーチ１１及びレーザトーチ２３の移動方向前方側を撮像するようになっている。
３）信号処理部３０は、ＣＣＤカメラ２５からの画像を解析して、ビード形成予定部Ｂの表面粗さを算出する。（Ｓ２３）
４）算出された表面粗さが許容範囲内であるかどうかを判断する。（Ｓ２４）。
表面粗さが許容範囲内の場合には、出力部３６を介してＭＩＧ溶接機１０、レーザ溶接機２０を作動する信号を出力して溶接トーチ１１及びレーザトーチ２３を移動して溶接し、表面粗さが許容範囲を超えている場合には出力部３６を介してＭＩＧ溶接機１０、レーザ溶接機２０を停止する信号を出力する。
５）レーザ・アークハイブリッド溶接において、ＭＩＧ溶接１０は、溶接ワイヤ送給部１２から供給される溶接ワイヤＭが溶接トーチ１１から送り出され、溶接ワイヤＭと溶接母材Ｗとの間でアークを形成して溶接ワイヤＭ及び溶接母材が溶融されることにより行なわれ、レーザ溶接は、レーザ発振器２１で発振、生成されたレーザ光がレーザ伝送用ファーバー２２を経由してレーザトーチ２３に伝送されレーザトーチ２３から溶接母材Ｗの溶接部に照射することにより行なわれる。このレーザ光は、溶融池の底面部近傍において溶接ワイヤＭに照射される。
６）ビード形成予定部Ｂの表面粗さが許容範囲内の場合には、カウンタＣＴＲによりＣＣＤカメラ２５による撮像周期を調整する。（Ｓ２５）。
カウンタＣＴＲにより撮像周期を調整した後は、Ｓ２１に移行してビード形成予定部Ｂがある場合には、溶接を継続し、表面粗さが許容範囲を超えるかビード形成予定部Ｂの溶接が終了するまで制御が継続される。
【００４３】
第２の参考例に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置１Ｂによれば、溶接トーチ１１及びレーザトーチ２３が通過する前に溶接母材Ｗのビード形成予定部Ｂの表面粗さをＣＣＤカメラの画像をもとに測定するように構成されているので、ビード形成予定部ＢのＺｎ含有物質がレーザ・アークハイブリッド溶接に適する程度になっているかどうかが確認可能とされる。
その結果、レーザ・アークハイブリッド溶接によりＺｎ含有物質が被覆された溶接母材Ｗに良好なビードを形成して溶接品質を向上することができる。
また、ビード形成予定部Ｂの表面粗さが許容範囲を超えている場合には、ＭＩＧ溶接機１０及びレーザ溶接機２０が作動しないので溶接における品質低下が抑制される。
【００４４】
なお、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更をすることが可能である。
例えば、上記実施の形態においては、溶接母材Ｗが、表面にＺｎリッチプライマーが塗布された鋼板である場合について説明したが、例えば、Ｚｎめっきを施したＺｎめっき鋼板、その他周知のＺｎ含有物質を被覆した溶接母材に適用することができる。
【００４５】
また、上記実施の形態においては、溶接母材Ｗに被覆されたＺｎ含有物質をグラインダー等の研削手段により除去する場合について説明したが、例えば、ショットブラスト、サンドブラスト、電解研磨工法、化学的除去方法等、他の周知の除去方法を用いてＺｎ含有物質を除去してもよい。
【００４６】
また、上記第１の参考例においては、青色光照射部（光照射部）２７Ａと、ＣＣＤカメラ（撮像部）２７Ｂと、テレセントリックレンズ２７Ｃとを有する反射光検出器２７によって検出したビード形成予定部Ｂの表面の光反射率に基づいてビード形成予定部Ｂの残留Ｚｎ含有物質の分布を測定する場合について説明したが、かかる構成以外の光反射率測定手段を用いてビード形成予定部Ｂの残留Ｚｎ含有量を測定してもよい。
【００４７】
また、第１参考例においては、触針式の粗さ計を用いて測定する場合について説明したが、例えば、光波干渉式粗さ測定器（ＪＩＳ Ｂ ０６５２−１９７３）等を用いて表面粗さを測定してＺｎ含有物質の分布を取得してもよいし、又は触針式の粗さ計、光波干渉式粗さ測定器の原理を応用した表面粗さ測定手段により表面粗さを測定してＭＩＧ溶接機１０及びレーザ溶接機２０の動作を制御する構成としてもよい。
【００４８】
また、一実施形態においては、ビード形成予定部のＺｎ含有物質の残留状態の確認をオンラインにて行なう場合について説明したが、例えば、他の周知の光反射率測定手段を用いてオフラインにてＺｎ含有物質の残留状態を確認してレーザ・アークハイブリッド溶接装置１の溶接に適用するようにしてもよい。
【００４９】
また、一実施形態においては、青色光を用いてビード形成予定部Ｂの反射率を測定する場合について説明したが、Ｚｎ含有物質と母材Ｗを構成する金属の反射率の差異を検出可能な他の色の光を用いて測定してもよいことはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
この発明に係るＺｎ含有物質被覆材料の溶接方法及びレーザ・アークハイブリッド溶接装置によれば、Ｚｎ含有物質被覆溶接母材をレーザ・アークハイブリッド溶接する場合に、安定したビードを形成することができるので、産業上利用可能である。
【符号の説明】
【００５１】
Ｗ 溶接母材
Ｂ ビード形成予定部
Ｍ 溶接ワイヤ
１ レーザ・アークハイブリッド溶接装置
１１ 溶接トーチ
１２ 溶接ワイヤ送給部
２３ レーザトーチ
２７ 反射光検出器（光反射率測定手段）
２７Ａ 青色光照射部（光照射部）
２７Ｂ ＣＣＤカメラ（撮像部）
３０、４０ 信号処理部（制御部）
【技術分野】
【０００１】
この発明は、Ｚｎ（亜鉛）含有物質で被覆された溶接母材をレーザ・アークハイブリッド溶接する際にＺｎの影響が抑制可能なＺｎ含有物質被覆材料の溶接方法及びレーザ・アークハイブリッド溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、例えば、屋外で風雨に曝される橋梁、船舶等の構造物では組み立て前に無機Ｚｎリッチプライマー（以下、Ｚｎリッチプライマーという）等の防錆材が塗布され、自動車用材料等ではＺｎめっきを施したＺｎめっき鋼板が広く用いられている。
このように、錆が発生しやすい環境で用いられる鋼板は、プライマー又はめっき等の手段によって鋼板の表面をＺｎ含有物質（金属Ｚｎの場合を含む）により被覆することが一般的に行なわれ、溶接する場合に溶接部のＺｎ含有物質被覆を除去して溶接することが行なわれている。
【０００３】
一方、高密度の熱エネルギ源であるために熱影響部が狭く、高品質・高効率の溶接が可能とされるレーザ溶接の利点と、消耗電極方式とすることにより広いギャップ裕度を得ることが可能であるというアーク溶接の利点とを同時に得ることが可能な溶接法として、溶接対象物の溶接部にアーク溶接によって溶融池を形成し、この溶融池にレーザ溶接のレーザ光を照射して溶接するレーザ・アークハイブリッド溶接に関する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２３８２８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記Ｚｎ被覆された溶接母材を溶接する場合、Ｚｎ含有物質被覆を除去して溶接するものの、Ｚｎ含有物質を構成するＺｎは鋼板に比較して融点が低いためにＺｎ含有物質が残留していると溶接母材の溶融部からＺｎガスが蒸発し、このＺｎガスが溶融した溶接母材に巻き込まれてポロシティが形成されることにより溶接品質が低下するという問題がある。
【０００６】
このようなＺｎガスによる影響は、アーク溶接ではあまり大きく現れないが、レーザ・アークハイブリッド溶接ではレーザ光を溶接ワイヤの先端近傍に照射することが必要とされるため、Ｚｎガスの影響で視認性が低下するとレーザ光が溶接部分に到達し難くなる等、レーザ・アークハイブリッド溶接ではＺｎ含有物質の影響が顕著に現れる。
そのため、Ｚｎ含有物質被覆を除去してレーザ・アークハイブリッド溶接する場合に、溶接母材のＺｎ含有物質被覆がレーザ・アークハイブリッド溶接に適する程度に除去されているかを確認したいという技術的要請があった。
【０００７】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、Ｚｎ含有物質被覆溶接母材をレーザ・アークハイブリッド溶接する場合に、Ｚｎ含有物質がレーザ・アークハイブリッド溶接に影響を及ぼすことが抑制されるＺｎ含有物質被覆材料の溶接方法及びレーザ・アークハイブリッド溶接装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に記載の発明は、Ｚｎ（亜鉛）含有物質で被覆された溶接母材をレーザ・アークハイブリッド溶接するためのＺｎ含有物質被覆材料の溶接方法であって、前記溶接母材のビード形成予定部に被覆されたＺｎ含有物質を除去し、前記Ｚｎ含有物質を除去したビード形成予定部に残留する残留Ｚｎ含有物質を、前記ビード形成予定部表面の光反射率に基づいて光反射率測定手段で測定し、前記残留Ｚｎ含有物質の残留量が許容範囲内であった場合にレーザ・アークハイブリッド溶接をすることを特徴とする。
【０００９】
この発明に係るＺｎ含有物質被覆材料の溶接方法によれば、Ｚｎ含有物質を除去したビード形成予定部に残留する残留Ｚｎ含有物質を、前記ビード形成予定部表面の光反射率に基づいて光反射率測定手段により測定するのでビード形成予定部のＺｎ含有物質が充分に除去されてレーザ・アークハイブリッド溶接に適するかどうかが確認可能となり、残留Ｚｎ含有物質が所定の許容範囲内である場合にレーザ・アークハイブリッド溶接をするので良好なビードが形成され溶接品質を向上することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項1に記載のＺｎ含有物質被覆材料の溶接方法であって、前記光反射率測定手段は、前記ビード形成予定部表面に光を照射し、該照射した光が前記ビード形成予定部表面で反射された反射光を前記表面に沿う方向に拡大した反射光分布画像を取得し、前記反射光分布画像を、前記Ｚｎ含有物質と前記溶接母材をなす金属の光反射率の違いに基づいて前記ビード形成予定部表面におけるＺｎ含有物質の分布に変換し、
前記Ｚｎ含有物質の分布に基づいて前記Ｚｎ含有物質の残留量を取得するように構成され、前記Ｚｎ含有物質の残留量の許容範囲が、所定の許容値以下であることを特徴とする。
【００１１】
この発明に係るＺｎ含有物質被覆材料の溶接方法によれば、ビード形成予定部表面に照射した光の反射光から反射光分布画像を取得し、Ｚｎ含有物質と溶接母材をなす金属の光反射率の違いに基づいて反射光分布画像をＺｎ含有物質の分布に変換してＺｎ含有物質の残留量を算出するので、容易かつ正確にＺｎ含有物質の残留量を得ることができる。
また、Ｚｎ含有物質の残留量が、所定の許容値以下である場合に溶接をするので良好なビードを形成することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、溶接母材との間にアークを発生させる溶接トーチと、前記溶接トーチに溶接ワイヤを送給するワイヤ送給部と、前記溶接トーチに溶接電力を供給する電源部と、レーザトーチと、レーザ発振器と、前記レーザ発振器で生成されたレーザ光を前記レーザトーチに伝送するレーザ光伝送手段と、を備えたレーザ・アークハイブリッド溶接装置であって、前記溶接母材のビード形成予定部表面の光反射率を測定する光反射率測定手段を有し、前記溶接トーチ及びレーザトーチが通過する前に前記光反射率を測定するように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
この発明に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置によれば、溶接トーチ及びレーザトーチが通過する前に、溶接母材のビード形成予定部表面の光反射率に基づいてＺｎ含有物質の残留量を測定するので、ビード形成予定部のＺｎ含有物質の残留量がレーザ・アークハイブリッド溶接に適するかどうかが確認可能とされる。
その結果、Ｚｎ含有物質被覆材料のレーザ・アークハイブリッド溶接において、良好なビードが形成して溶接品質を向上することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のレーザ・アークハイブリッド溶接装置であって、前記光反射率測定手段は、前記ビード形成予定部表面に光を照射する光照射部と、該照射した光が前記ビード形成予定部表面で反射された反射光を前記表面に沿う方向に拡大する撮像部と、制御部とを備え、前記制御部は、前記撮像部で撮像した反射光分布画像から、前記Ｚｎ含有物質と前記溶接母材を構成する金属の光反射率の違いに基づいて前記ビード形成予定部表面におけるＺｎ含有物質の分布を取得し、前記Ｚｎ含有物質の分布が、前記Ｚｎ含有物質の残留量に関して許容範囲である場合に溶接するように構成されていることを特徴とする。
【００１５】
この発明に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置によれば、ビード形成予定部表面に照射した光の反射光から取得した反射光分布画像に基づいてＺｎ含有物質の分布に変換し、Ｚｎ含有物質の分布が、Ｚｎ含有物質の残留量に関して許容範囲である場合に溶接するので良好なビードを形成することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るＺｎ含有物質被覆材料の溶接方法及びレーザ・アークハイブリッド溶接装置によれば、Ｚｎ含有物質被覆溶接母材をレーザ・アークハイブリッド溶接する場合に、Ｚｎ含有物質がレーザ・アークハイブリッド溶接に影響を及ぼすことが抑制される。その結果、良好なビードを形成して溶接品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る反射光検出器の概略構成を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置の信号処理部の概略を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置の制御フローの一例を示す図である。
【図５】第１の参考例に係るレーザ・アークハイブリッド溶接の概略を示す図である。
【図６】第１の参考例に係るレーザ・アークハイブリッド溶接におけるＺｎ含有物質の残留の確認手順の概略を示す図である。
【図７】第２の参考例に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置の概略構成を示す図である。
【図８】第２の参考例に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置の信号処理部の概略を示す図である。
【図９】第２の参考例に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置の制御フローの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、図１、図２、図３、図４を参照し、この発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置の一例を示す概略図であり、符号１はレーザ・アークハイブリッド溶接装置を示している。
レーザ・アークハイブリッド溶接装置１は、図１に示すように、ＭＩＧ溶接機１０と、レーザ溶接機２０と、光反射率測定手段とを備え、溶接に先立ってビード形成予定部Ｂの光反射率をリアルタイムに測定してＭＩＧ溶接機１０及びレーザ溶接機２０を制御するように構成されている。
【００１９】
また、溶接母材Ｗは、例えば、図１に示すように、２つの鋼板により構成されており、少なくとも２つの鋼板のうち一方の表面には、例えば、Ｚｎリッチプライマーが塗布（被覆）される等のＺｎ含有物質による被覆が施されている。
なお、溶接に先立ってビード形成予定部ＢのＺｎリッチプライマーは、例えば、グラインダー等の研削手段により除去されるようになっている。
【００２０】
ＭＩＧ溶接機１０は、溶接母材Ｗの溶接部との間にアークを形成して熱エネルギを発生する溶接トーチ１１と、溶接トーチ１１に溶接ワイヤＭを送給するワイヤ送給部１２と、溶接トーチ１１に溶接電力を供給する電源部１３とを備えている。
【００２１】
溶接トーチ１１には、例えば、図示しないホースを経由してアルゴンガス等の不活性ガスが供給されるとともに、溶接ワイヤ送給部１２から溶接ワイヤＭが供給され、供給された溶接ワイヤＭは溶接トーチ１１のノズル先端から突出し、電源部１３により電圧が印加されると溶接ワイヤＭと溶接母材Ｗとの間にアークが形成されて溶接ワイヤＭ及び溶接母材Ｗが溶融接合されるようになっている。
【００２２】
溶接ワイヤ送給部１２は、例えば、溶接ワイヤＭが巻回されたリール部と、ワイヤガイド管と、繰出ローラとを有する周知の溶接ワイヤ送給部が適用可能である。
【００２３】
レーザ溶接機２０は、レーザ発振器２１と、レーザ伝送用ファーバー２２と、レーザトーチ２３とを備え、レーザ発振器２１で発振、生成されたレーザ光がレーザ伝送用ファーバー２２を経由してレーザトーチ２３から照射されるようになっている。
【００２４】
光反射率測定手段は、反射光検出器２７と信号処理部（制御部）４０とを有し、ビード形成予定部Ｂ表面の光反射率に基づく反射光分布画像からＺｎ含有物質の分布を取得し、Ｚｎ含有物質の分布によってＺｎ含有物質の残留量をリアルタイムに確認しつつＭＩＧ溶接機１０及びレーザ溶接機２０を制御するように構成されている
【００２５】
反射光検出器２７は、図２に示すように、青色光照射部（光照射部）２７Ａと、ＣＣＤカメラ（撮像部）２７Ｂと、テレセントリックレンズ２７Ｃとを備えており、青色光照射部２７Ａからビード形成予定部Ｂに照射した青色光の反射光を、ＣＣＤカメラ２７Ｂがテレセントリックレンズ２７Ｃを介して撮像し、対象エリアにおける拡大された青色反射光の分布画像を得ることができるようになっている。なお、青色光照射部２７Ａは、照射光の偏りを抑制するために青色光源がテレセントリックレンズ２７Ｃの周囲に環状に配置されていることが好適である。
【００２６】
信号処理部４０は、例えば、図３に示すように、入力部４１と、メモリ４２と、演算部４３と、ハードディスク装置４４と、画像処理部４５と、出力部４６と、これら相互のデータ等を通信するための通信線４７とを備え、ハードディスク装置４４にはデータベース４４Ａが格納されている。
【００２７】
入力部４１は、例えば、図示しないキーボード等のデータ入力機器を有して演算部４３に設定等を出力するとともに、反射光検出器２７のＣＣＤカメラ２７Ｂに接続され、ＣＣＤカメラ２７Ｂ等が出力した信号を演算部４３に出力するようになっている。
【００２８】
演算部４３は、例えば、メモリ４２のＲＯＭに格納されたプログラムを読み込んでプログラムを実行することにより、出力部４６を介して反射光検出器２７に撮像を指示する信号を出力し、入力部４１から入力され画像処理部４５において数値化（例えば、閾値による２値化）された撮像信号を解析するとともにデータベース４４Ａに参照して撮像エリア内のＺｎ含有物質の分布を算出してメモリ４２に格納するようになっている。
【００２９】
また、メモリ４２に格納したＺｎ含有物質の分布が、設定された許容範囲であるかどうかを判断して、許容範囲である場合には出力部４６を介してＭＩＧ溶接機１０、レーザ溶接機２０を作動する信号を出力し、許容範囲でない場合には、出力部４６を介してＭＩＧ溶接機１０、レーザ溶接機２０を停止する信号を出力するようになっている。
なお、データベース４４Ａには、反射光検出器２７により得られた反射光分布を、Ｚｎ含有物質と溶接母材をなす金属との光反射率の差に基づいて算出するための、反射光分布とＺｎ含有物質の分布との対応を示すデータが格納されている。
【００３０】
反射光検出器２７の青色光照射部２７Ａ及びＣＣＤカメラ２７Ｂの光軸は、溶接トーチ１１及びレーザトーチ２１の進行方向前方側のビード形成予定部Ｂを撮像するように向けられており、撮像したビード形成予定部Ｂの画像を信号処理部４０に伝送するようになっている。
【００３１】
次に、図４を参照して、レーザ・アークハイブリッド溶接装置１の作用について説明する。
なお、レーザ・アークハイブリッド溶接に先立ってビード形成予定部はグラインダー等で研磨されて、Ｚｎ含有物質被覆が除去されている。
１）まず、レーザ・アークハイブリッド溶接装置１を起動すると、信号処理部４０において溶接母材に溶接をするべきビード形成予定部があるかどうかを判断する。（Ｓ１１）。
このＳ１１における判断は、例えば、ビード形成部Ｂを示す座標と、現在位置の座標とを比較して行なわれ、溶接するべきビード形成部Ｂがない場合には、溶接を開始せずに制御の終了に移行する。
ビード形成部Ｂがある場合には、Ｓ１２に移行する。
２）演算部４３が、反射光検出器２７に撮像を指示する信号を出力し、青色光照射部２７Ａが青色光を照射するとともにその反射光をＣＣＤカメラ２７Ｂにより撮像して、その画像が信号処理部４０に送られる。（Ｓ１２）。
ＣＣＤカメラ２７Ｂによる撮像は、溶接トーチ１１及びレーザトーチ２３の移動方向前方側を撮像するようになっている。
３）信号処理部４０は、ＣＣＤカメラ２７Ｂからの画像を解析して、ビード形成予定部Ｂの撮像エリア内の反射光の分布を算出する。（Ｓ１３）
４）算出された光反射率が許容範囲内であるかどうかを判断する。（Ｓ１４）。
光反射率が許容範囲内の場合には、出力部４６を介してＭＩＧ溶接機１０、レーザ溶接機２０を作動する信号を出力してこれらトーチを移動させて溶接し、光反射率が許容範囲を超えている場合には出力部４６を介してＭＩＧ溶接機１０、レーザ溶接機２０を停止する信号を出力する。
５）レーザ・アークハイブリッド溶接において、ＭＩＧ溶接１０は、溶接ワイヤ送給部１２から供給される溶接ワイヤＭが溶接トーチ１１から送り出され、溶接ワイヤＭと溶接母材Ｗとの間でアークを形成して溶接ワイヤＭ及び溶接母材が溶融されることにより行なわれ、レーザ溶接は、レーザ発振器２１で発振、生成されたレーザ光がレーザ伝送用ファーバー２２を経由してレーザトーチ２３に伝送されレーザトーチ２３から溶接母材Ｗの溶接部に照射することにより行なわれる。このレーザ光は、溶融池の底面部近傍において溶接ワイヤＭに照射される。
６）ビード形成予定部Ｂの光反射率が許容範囲内の場合には、カウンタＣＴＲにより反射光検出器２７による反射率の検出周期を調整する。（Ｓ１５）。
カウンタＣＴＲにより撮像周期を調整した後は、Ｓ１１に移行してビード形成予定部Ｂがある場合には、溶接を継続し、光反射率が許容範囲を超えるかビード形成予定部Ｂの溶接が終了するまで制御が継続される。
【００３２】
一実施形態に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置１によれば、溶接トーチ１１及びレーザトーチ２３が通過する前に溶接母材Ｗのビード形成予定部Ｂの反射光の分布によってＺｎ含有物質の残留量を確認するように構成されているので、ビード形成予定部Ｂがレーザ・アークハイブリッド溶接に適しているかどうかが容易に確認可能とされる。
その結果、レーザ・アークハイブリッド溶接によりＺｎ含有物質が被覆された溶接母材Ｗに良好なビードを形成して溶接品質を向上することができる。
なお、Ｚｎ含有物質の残留量が２９％以下の範囲で良好なビードを形成することができることが確認された。
また、ビード形成予定部Ｂの光反射率が許容範囲を超えている場合には、ＭＩＧ溶接機１０及びレーザ溶接機２０が作動しないので溶接における品質低下が抑制される。
【００３３】
次に、図５、図６を参照し、この発明の第１の参考例について説明する。
図５は、第１の参考例に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置の一例を示す概略図であり、符号１Ａはレーザ・アークハイブリッド溶接装置を示している。
レーザ・アークハイブリッド溶接装置１Ａは、ビード形成予定部Ｂ表面の光反射率に代えてビード形成予定部Ｂ表面の表面粗さを手動で測定することによってＺｎリッチプライマーの残留状況を確認する場合の例を示すものである。レーザ・アークハイブリッド溶接装置１Ａが一実施形態に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置１と異なっているのは、レーザ・アークハイブリッド溶接装置１Ａが光反射率測定手段を備えていない点であり、その他はレーザ・アークハイブリッド溶接装置１と同様であるため、図１と同じ符号を付して説明を省略する。
【００３４】
次に、図６を参照して、第１の参考例に係る溶接において、Ｚｎ含有物質の残留がレーザ・アークハイブリッド溶接に適する程度かどうかを確認する方法について説明する。
１）まず、レーザ・アークハイブリッド溶接に先立ってビード形成予定部ＢのＺｎリッチプライマーをグラインダー等で研磨して除去する。（手順１）
２）次に、ビード形成予定部Ｂの表面粗さを測定する。（手順２）
測定に際しては、例えば、ビード形成予定部Ｂのうち予め定めた代表位置を触針式の粗さ計（ＪＩＳ Ｂ ０６５１−１９７６）測定する。なお、代表位置に代えて、ビード形成予定部Ｂのうち表面粗さが許容範囲から最も外れている部分を目視で決定して測定する。なお、最も外れている部分に代えて、許容範囲かどうか確認する部分を複数個所、目視により抽出して測定してもよい。
３）ビード形成予定部Ｂの表面粗さが許容公差の範囲内かどうか判断する。（手順３）
４）ビード形成予定部Ｂの表面粗さが許容範囲内である場合にはレーザ・アークハイブリッド溶接を開始する。（手順４）
５）ビード形成予定部Ｂの表面粗さが許容範囲を超えている場合には、手順１に戻って、Ｚｎリッチプライマーを再度除去する。
【００３５】
第１の参考例に係るレーザ・アークハイブリッド溶接方法によれば、溶接に先立ってビード形成予定部Ｂの表面粗さを測定し、Ｚｎリッチプライマーの残留状況を確認してからレーザ・アークハイブリッド溶接を行なうので、Ｚｎリッチプライマーに含まれるＺｎの影響を受けることが抑制される。
その結果、良好なビードが形成されてＺｎ含有物質を被覆した溶接母材におけるレーザ・アークハイブリッド溶接の品質を向上することができる。
【００３６】
次に、図７、図８、図９を参照し、この発明の第２の参考例について説明する。
第２の参考例に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置１Ｂが一実施形態に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置１と異なるのは、レーザ・アークハイブリッド溶接装置１Ｂが光反射率測定手段に代えて表面粗さ測定手段を備え、表面粗さ測定手段がＣＣＤカメラ２５と信号処理部（制御部）３０とを有し、溶接に先立ってビード形成予定部Ｂの表面粗さをリアルタイムに測定してＭＩＧ溶接機１０及びレーザ溶接機２０を制御するように構成されている点であり、その他はレーザ・アークハイブリッド溶接装置１と同様であるため、図１と同じ符号を付して説明を省略する。
【００３７】
信号処理部３０は、例えば、図８に示すように、入力部３１と、メモリ３２と、演算部３３と、ハードディスク装置３４と、画像処理部３５と、出力部３６と、これら相互のデータ等を通信するための通信線３７とを備え、ハードディスク装置３４にはデータベース３４Ａが格納されている。
【００３８】
入力部３１は、例えば、図示しないキーボード等のデータ入力機器を有して演算部３３に設定等を出力するとともに、ＣＣＤカメラ２５に接続され、これらが出力した信号を演算部３３に出力するようになっている。
【００３９】
演算部３３は、例えば、メモリ３２のＲＯＭに格納されたプログラムを読み込んでプログラムを実行することにより、出力部３６を介してＣＣＤカメラ２５に撮像を指示する信号を出力し、入力部３１から入力され画像処理部３５において数値化されたＣＣＤカメラ２５の撮像信号画像信号を解析するとともにデータベース３４Ａに参照して撮像エリア内の表面粗さを算出してメモリ３２に格納するようになっている。
【００４０】
また、メモリ３２に格納した表面粗さが、設定された許容範囲であるかどうかを判断して、許容範囲である場合には出力部３６を介してＭＩＧ溶接機１０、レーザ溶接機２０を作動する信号を出力し、許容範囲でない場合には、出力部３６を介してＭＩＧ溶接機１０、レーザ溶接機２０を停止する信号を出力するようになっている。
なお、データベース３４Ａには、ＣＣＤカメラ２５が撮像した撮像画像と表面粗さとを対応するデータがＣＣＤカメラの特性に応じて数値化して格納されている。
【００４１】
ＣＣＤカメラ２５は、溶接トーチ１１及びレーザトーチ２１の進行方向前方側のビード形成予定部Ｂを撮像するように向けられており、撮像したビード形成予定部Ｂの画像を信号処理部３０に伝送するようになっている。
【００４２】
次に、図９を参照して、レーザ・アークハイブリッド溶接装置１Ｂの作用について説明する。なお、ビード形成予定部は、レーザ・アークハイブリッド溶接に先立ってグラインダー等で研磨されて、Ｚｎ含有物質被覆が除去されている。
１）まず、レーザ・アークハイブリッド溶接装置１Ｂを起動すると、信号処理部３０において溶接母材に溶接をするべきビード形成予定部があるかどうかを判断する。（Ｓ２１）。
このＳ２１における判断は、例えば、ビード形成部Ｂを示す座標と、現在位置の座標とを比較して行なわれ、溶接するべきビード形成部Ｂがない場合には、溶接を開始せずに制御の終了に移行する。
ビード形成部Ｂがある場合には、Ｓ２２に移行する。
２）ＣＣＤカメラ２５によりビード形成予定部Ｂが撮像され、その画像が信号処理部３０に送られる。（Ｓ２２）。
ＣＣＤカメラ２５による撮像は、溶接トーチ１１及びレーザトーチ２３の移動方向前方側を撮像するようになっている。
３）信号処理部３０は、ＣＣＤカメラ２５からの画像を解析して、ビード形成予定部Ｂの表面粗さを算出する。（Ｓ２３）
４）算出された表面粗さが許容範囲内であるかどうかを判断する。（Ｓ２４）。
表面粗さが許容範囲内の場合には、出力部３６を介してＭＩＧ溶接機１０、レーザ溶接機２０を作動する信号を出力して溶接トーチ１１及びレーザトーチ２３を移動して溶接し、表面粗さが許容範囲を超えている場合には出力部３６を介してＭＩＧ溶接機１０、レーザ溶接機２０を停止する信号を出力する。
５）レーザ・アークハイブリッド溶接において、ＭＩＧ溶接１０は、溶接ワイヤ送給部１２から供給される溶接ワイヤＭが溶接トーチ１１から送り出され、溶接ワイヤＭと溶接母材Ｗとの間でアークを形成して溶接ワイヤＭ及び溶接母材が溶融されることにより行なわれ、レーザ溶接は、レーザ発振器２１で発振、生成されたレーザ光がレーザ伝送用ファーバー２２を経由してレーザトーチ２３に伝送されレーザトーチ２３から溶接母材Ｗの溶接部に照射することにより行なわれる。このレーザ光は、溶融池の底面部近傍において溶接ワイヤＭに照射される。
６）ビード形成予定部Ｂの表面粗さが許容範囲内の場合には、カウンタＣＴＲによりＣＣＤカメラ２５による撮像周期を調整する。（Ｓ２５）。
カウンタＣＴＲにより撮像周期を調整した後は、Ｓ２１に移行してビード形成予定部Ｂがある場合には、溶接を継続し、表面粗さが許容範囲を超えるかビード形成予定部Ｂの溶接が終了するまで制御が継続される。
【００４３】
第２の参考例に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置１Ｂによれば、溶接トーチ１１及びレーザトーチ２３が通過する前に溶接母材Ｗのビード形成予定部Ｂの表面粗さをＣＣＤカメラの画像をもとに測定するように構成されているので、ビード形成予定部ＢのＺｎ含有物質がレーザ・アークハイブリッド溶接に適する程度になっているかどうかが確認可能とされる。
その結果、レーザ・アークハイブリッド溶接によりＺｎ含有物質が被覆された溶接母材Ｗに良好なビードを形成して溶接品質を向上することができる。
また、ビード形成予定部Ｂの表面粗さが許容範囲を超えている場合には、ＭＩＧ溶接機１０及びレーザ溶接機２０が作動しないので溶接における品質低下が抑制される。
【００４４】
なお、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更をすることが可能である。
例えば、上記実施の形態においては、溶接母材Ｗが、表面にＺｎリッチプライマーが塗布された鋼板である場合について説明したが、例えば、Ｚｎめっきを施したＺｎめっき鋼板、その他周知のＺｎ含有物質を被覆した溶接母材に適用することができる。
【００４５】
また、上記実施の形態においては、溶接母材Ｗに被覆されたＺｎ含有物質をグラインダー等の研削手段により除去する場合について説明したが、例えば、ショットブラスト、サンドブラスト、電解研磨工法、化学的除去方法等、他の周知の除去方法を用いてＺｎ含有物質を除去してもよい。
【００４６】
また、上記第１の参考例においては、青色光照射部（光照射部）２７Ａと、ＣＣＤカメラ（撮像部）２７Ｂと、テレセントリックレンズ２７Ｃとを有する反射光検出器２７によって検出したビード形成予定部Ｂの表面の光反射率に基づいてビード形成予定部Ｂの残留Ｚｎ含有物質の分布を測定する場合について説明したが、かかる構成以外の光反射率測定手段を用いてビード形成予定部Ｂの残留Ｚｎ含有量を測定してもよい。
【００４７】
また、第１参考例においては、触針式の粗さ計を用いて測定する場合について説明したが、例えば、光波干渉式粗さ測定器（ＪＩＳ Ｂ ０６５２−１９７３）等を用いて表面粗さを測定してＺｎ含有物質の分布を取得してもよいし、又は触針式の粗さ計、光波干渉式粗さ測定器の原理を応用した表面粗さ測定手段により表面粗さを測定してＭＩＧ溶接機１０及びレーザ溶接機２０の動作を制御する構成としてもよい。
【００４８】
また、一実施形態においては、ビード形成予定部のＺｎ含有物質の残留状態の確認をオンラインにて行なう場合について説明したが、例えば、他の周知の光反射率測定手段を用いてオフラインにてＺｎ含有物質の残留状態を確認してレーザ・アークハイブリッド溶接装置１の溶接に適用するようにしてもよい。
【００４９】
また、一実施形態においては、青色光を用いてビード形成予定部Ｂの反射率を測定する場合について説明したが、Ｚｎ含有物質と母材Ｗを構成する金属の反射率の差異を検出可能な他の色の光を用いて測定してもよいことはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
この発明に係るＺｎ含有物質被覆材料の溶接方法及びレーザ・アークハイブリッド溶接装置によれば、Ｚｎ含有物質被覆溶接母材をレーザ・アークハイブリッド溶接する場合に、安定したビードを形成することができるので、産業上利用可能である。
【符号の説明】
【００５１】
Ｗ 溶接母材
Ｂ ビード形成予定部
Ｍ 溶接ワイヤ
１ レーザ・アークハイブリッド溶接装置
１１ 溶接トーチ
１２ 溶接ワイヤ送給部
２３ レーザトーチ
２７ 反射光検出器（光反射率測定手段）
２７Ａ 青色光照射部（光照射部）
２７Ｂ ＣＣＤカメラ（撮像部）
３０、４０ 信号処理部（制御部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｚｎ（亜鉛）含有物質で被覆された溶接母材をレーザ・アークハイブリッド溶接するためのＺｎ含有物質被覆材料の溶接方法であって、
前記溶接母材のビード形成予定部に被覆されたＺｎ含有物質を除去し、
前記Ｚｎ含有物質を除去したビード形成予定部に残留する残留Ｚｎ含有物質を、前記ビード形成予定部表面の光反射率に基づいて光反射率測定手段で測定し、
前記残留Ｚｎ含有物質の残留量が許容範囲内であった場合にレーザ・アークハイブリッド溶接をすることを特徴とするＺｎ含有物質被覆材料の溶接方法。
【請求項２】
前記光反射率測定手段は、
前記ビード形成予定部表面に光を照射し、
該照射した光が前記ビード形成予定部表面で反射された反射光を前記表面に沿う方向に拡大した反射光分布画像を取得し、
前記反射光分布画像を、前記Ｚｎ含有物質と前記溶接母材をなす金属の光反射率の違いに基づいて前記ビード形成予定部表面におけるＺｎ含有物質の分布に変換し、
前記Ｚｎ含有物質の分布に基づいて前記Ｚｎ含有物質の残留量を取得するように構成され、
前記Ｚｎ含有物質の残留量の許容範囲が、所定の許容値以下であることを特徴とする請求項1に記載のＺｎ含有物質被覆材料の溶接方法。
【請求項３】
溶接母材との間にアークを発生させる溶接トーチと、
前記溶接トーチに溶接ワイヤを送給するワイヤ送給部と、
前記溶接トーチに溶接電力を供給する電源部と、
レーザトーチと、
レーザ発振器と、
前記レーザ発振器で生成されたレーザ光を前記レーザトーチに伝送するレーザ光伝送手段と、を備えたレーザ・アークハイブリッド溶接装置であって、
前記溶接母材のビード形成予定部表面の光反射率を測定する光反射率測定手段を有し、
前記溶接トーチ及びレーザトーチが通過する前に前記光反射率を測定するように構成されていることを特徴とするレーザ・アークハイブリッド溶接装置。
【請求項４】
前記光反射率測定手段は、
前記ビード形成予定部表面に光を照射する光照射部と、
該照射した光が前記ビード形成予定部表面で反射された反射光を前記表面に沿う方向に拡大する撮像部と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記撮像部で撮像した反射光分布画像から、前記Ｚｎ含有物質と前記溶接母材を構成する金属の光反射率の違いに基づいて前記ビード形成予定部表面におけるＺｎ含有物質の分布を取得し、
前記Ｚｎ含有物質の分布が、前記Ｚｎ含有物質の残留量に関して許容範囲である場合に溶接するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載のレーザ・アークハイブリッド溶接装置。
【請求項１】
Ｚｎ（亜鉛）含有物質で被覆された溶接母材をレーザ・アークハイブリッド溶接するためのＺｎ含有物質被覆材料の溶接方法であって、
前記溶接母材のビード形成予定部に被覆されたＺｎ含有物質を除去し、
前記Ｚｎ含有物質を除去したビード形成予定部に残留する残留Ｚｎ含有物質を、前記ビード形成予定部表面の光反射率に基づいて光反射率測定手段で測定し、
前記残留Ｚｎ含有物質の残留量が許容範囲内であった場合にレーザ・アークハイブリッド溶接をすることを特徴とするＺｎ含有物質被覆材料の溶接方法。
【請求項２】
前記光反射率測定手段は、
前記ビード形成予定部表面に光を照射し、
該照射した光が前記ビード形成予定部表面で反射された反射光を前記表面に沿う方向に拡大した反射光分布画像を取得し、
前記反射光分布画像を、前記Ｚｎ含有物質と前記溶接母材をなす金属の光反射率の違いに基づいて前記ビード形成予定部表面におけるＺｎ含有物質の分布に変換し、
前記Ｚｎ含有物質の分布に基づいて前記Ｚｎ含有物質の残留量を取得するように構成され、
前記Ｚｎ含有物質の残留量の許容範囲が、所定の許容値以下であることを特徴とする請求項1に記載のＺｎ含有物質被覆材料の溶接方法。
【請求項３】
溶接母材との間にアークを発生させる溶接トーチと、
前記溶接トーチに溶接ワイヤを送給するワイヤ送給部と、
前記溶接トーチに溶接電力を供給する電源部と、
レーザトーチと、
レーザ発振器と、
前記レーザ発振器で生成されたレーザ光を前記レーザトーチに伝送するレーザ光伝送手段と、を備えたレーザ・アークハイブリッド溶接装置であって、
前記溶接母材のビード形成予定部表面の光反射率を測定する光反射率測定手段を有し、
前記溶接トーチ及びレーザトーチが通過する前に前記光反射率を測定するように構成されていることを特徴とするレーザ・アークハイブリッド溶接装置。
【請求項４】
前記光反射率測定手段は、
前記ビード形成予定部表面に光を照射する光照射部と、
該照射した光が前記ビード形成予定部表面で反射された反射光を前記表面に沿う方向に拡大する撮像部と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記撮像部で撮像した反射光分布画像から、前記Ｚｎ含有物質と前記溶接母材を構成する金属の光反射率の違いに基づいて前記ビード形成予定部表面におけるＺｎ含有物質の分布を取得し、
前記Ｚｎ含有物質の分布が、前記Ｚｎ含有物質の残留量に関して許容範囲である場合に溶接するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載のレーザ・アークハイブリッド溶接装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−２４０６５９（Ｐ２０１０−２４０６５９Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８９０３３（Ｐ２００９−８９０３３）
【出願日】平成２１年４月１日（２００９．４．１）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月１日（２００９．４．１）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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