JP2000107880A - Laser-guided arc welding equipment and its welding method - Google Patents
Laser-guided arc welding equipment and its welding methodInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザビームとア
ーク放電とを併用する溶接技術に係り、特にレーザビー
ムの集束スポットにアーク放電を誘導して深い溶け込み
と低入熱の溶接を可能とし、これにより厚肉材料を対象
とする場合や高い溶接精度が要求される場合、溶接点が
複雑な形状を有する場合、熱的特性に劣る材料を対象と
する場合、あるいは高融点の材料を対象とする場合等の
特殊な溶接に好適に対応することができるレーザ誘導ア
ーク溶接装置および同溶接方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a welding technique using a laser beam and an arc discharge in combination, and more particularly, to an arc discharge at a focused spot of a laser beam to enable deep penetration and low heat input welding. This can be used for thick materials, when high welding accuracy is required, when welding points have complex shapes, when materials with poor thermal characteristics are used, or when materials with high melting points are used. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a laser-induced arc welding apparatus and a welding method capable of suitably coping with special welding such as when welding is performed.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、鉄鋼その他各種金属の溶接方法と
して、アーク溶接方法、電子ビーム溶接方法、レーザ溶
接方法等が知られている。また、最近ではアークとレー
ザとを組合せたレーザ・アーク複合溶接方法が開発され
つつある。2. Description of the Related Art Conventionally, arc welding, electron beam welding, laser welding, and the like have been known as methods for welding steel and other various metals. Recently, a laser-arc combined welding method combining an arc and a laser has been developed.
【０００３】図１６は、難溶接金属等に適用されるＴＩ
Ｇ溶接装置の構成および溶接状態を示している。FIG. 16 shows a TI applied to a difficult-to-weld metal or the like.
3 shows a configuration and a welding state of a G welding device.
【０００４】このＴＩＧ溶接装置は、タングステン等の
高融点金属からなる電極１をフード２で囲んだトーチ３
と、電極１への直流または交流の電流供給およびその制
御等を行うためのアーク電源４と、高周波電源５および
電源制御器６と、溶接対象母材７にシールドガス８を吹
付けるための図示しないシールドガス供給系とを備え、
溶加棒９を添加しながら溶接対象母材７と電極１との間
にアーク放電プラズマ１０を発生させ、そのエネルギに
よって溶接対象母材７を溶融して溶接を行うようになっ
ている。In this TIG welding apparatus, a torch 3 in which an electrode 1 made of a refractory metal such as tungsten is surrounded by a hood 2 is provided.
And an arc power supply 4 for supplying DC or AC current to the electrode 1 and controlling the same, a high-frequency power supply 5 and a power supply controller 6, and an illustration for spraying a shielding gas 8 onto a base metal 7 to be welded. And a shielding gas supply system that does not
An arc discharge plasma 10 is generated between the base metal 7 to be welded and the electrode 1 while adding the filler rod 9 and the energy is used to melt the base metal 7 to be welded to perform welding.
【０００５】また、図１７は、従来の電子ビーム溶接装
置の構成および溶接状態を示している。FIG. 17 shows a configuration and a welding state of a conventional electron beam welding apparatus.
【０００６】この電子ビーム溶接装置は、電子の放出源
となる陰極１１、グリッド１２および陽極１３を有する
電子銃１４と、そこから加速して放出される電子ビーム
１５を集束するための集束レンズ１６と、軌道変更用の
偏向コイル１７と、溶接対象母材１８を母材移動装置１
９とともに設置する真空チェンバ２０等を備え、入射す
る電子ビーム１５のエネルギによって溶接対象母材１８
を溶湯して溶接を行うようになっている。The electron beam welding apparatus comprises an electron gun 14 having a cathode 11, a grid 12, and an anode 13 as an electron emission source, and a focusing lens 16 for focusing an electron beam 15 accelerated and emitted therefrom. And the deflection coil 17 for changing the trajectory and the base metal 18 to be welded to the base metal moving device 1
A vacuum chamber 20 and the like installed together with the base material 9 and the base material 18 to be welded by the energy of the incident electron beam 15.
Is melted and welded.
【０００７】また、図１８および図１９は、従来のレー
ザ溶接装置の例として、固体レーザ装置２１および連続
大出力用ガスレーザ装置（ＣＯ2 レーザ装置）２２の構
成をそれぞれ示している。FIGS. 18 and 19 show the configurations of a solid-state laser device 21 and a continuous high-output gas laser device (CO 2 laser device) 22, respectively, as examples of conventional laser welding devices.
【０００８】固体レーザ装置２１は、レーザ駆動電源２
３、トリガ電極２４、フラッシュランプ２５、楕円筒２
６、レーザロッド２７および共振器ミラー２８，２９等
からなる光源３０と、それより発振したレーザビーム３
１を溶接対象母材３２まで伝送して集束および照射する
ための反射ミラー３３および集束レンズ３４等からなる
光学系３５を備えた構成とされている。The solid-state laser device 21 includes a laser drive power source 2
3, trigger electrode 24, flash lamp 25, elliptical cylinder 2
6, a light source 30 including a laser rod 27 and resonator mirrors 28 and 29, and a laser beam 3 oscillated therefrom.
An optical system 35 including a reflecting mirror 33 for converging and irradiating 1 to the base material 32 to be welded and a converging lens 34 and the like is provided.
【０００９】また、ＣＯ2 レーザ装置２２は、トリガー
電源３６、レーザ放電管３７、陽極３８、陰極３９、共
振器ミラー４０ａ，４０ｂ、ガス送風管４１、熱交換器
４２、循環ポンプ４３等からなる光源４４と、それより
発振したレーザビーム４５を溶接対象母材４６まで伝送
して集束および照射するための反射ミラー４７および集
束レンズ４８等ならなる光学系４９を備えた構成とされ
ている。The CO 2 laser device 22 includes a trigger power supply 36, a laser discharge tube 37, an anode 38, a cathode 39, resonator mirrors 40a and 40b, a gas blower tube 41, a heat exchanger 42, a circulation pump 43, and the like. A light source 44 and an optical system 49 such as a reflecting mirror 47 and a focusing lens 48 for transmitting a laser beam 45 oscillated therefrom to a base metal 46 to be focused and radiated are provided.
【００１０】このように構成されたレーザ溶接装置２
１，２２においては、それぞれ入射するレーザビーム３
１，４５のエネルギによって溶接対象母材３２，４６を
溶融して溶接を行うようになっている。[0010] The laser welding apparatus 2 thus configured
In FIGS. 1 and 22, the incident laser beam 3
The base materials 32, 46 to be welded are melted by the energy of 1, 45 to perform welding.
【００１１】さらに、図２０および図２１は、最近開発
され、報告例のあるアーク放電とレーザビームとを単純
に組合せる方式のレーザ・アーク複合溶接装置の構成お
よび作用を示している。Further, FIGS. 20 and 21 show the construction and operation of a laser-arc combined welding apparatus of a type which is recently developed and reported and which simply combines an arc discharge and a laser beam.
【００１２】この図２０に示したレーザ・アーク複合溶
接装置は、タングステンなどの高融点金属を電極５０と
したフード５１付きのトーチ５２と、直流または交流の
電流を供給するための電源５３と、溶接対象母材５４に
シールドガス５５を吹付けるためのガスボンベ５６、減
圧弁７５、流量調整弁５８等を有するシールドガス供給
系５９と、レーザ装置６０およびそれを駆動するレーザ
駆動電源６１と、レーザビーム６２を溶接対象母材５４
まで伝送し、集束して照射するためのミラー６３，６４
およびレンズ６５等の光学系６６とを備えた構成とされ
ている。The laser-arc combined welding apparatus shown in FIG. 20 comprises a torch 52 with a hood 51 having a high melting point metal such as tungsten as an electrode 50, a power supply 53 for supplying a DC or AC current, and A gas cylinder 56 for spraying a shielding gas 55 onto the base metal 54 to be welded, a shielding gas supply system 59 having a pressure reducing valve 75, a flow regulating valve 58, and the like; a laser device 60; a laser driving power source 61 for driving the laser device 60; Beam 62 is welded to base metal 54
Mirrors 63 and 64 for transmitting the light to
And an optical system 66 such as a lens 65.
【００１３】このように構成されたレーザ・アーク複合
溶接装置においては、アーク放電プラズマ６７のエネル
ギと、レーザプラズマ６８のエネルギとを合せて溶接対
象母材５４に入力し、これを溶融して溶接を行うように
なっている。そして、この場合には図２１に示すよう
に、アーク電流をパルス的に供給しつつ、レーザ強度を
一定として連続的にレーザプラズマを発生させるように
なっている。In the laser-arc combined welding apparatus constructed as described above, the energy of the arc discharge plasma 67 and the energy of the laser plasma 68 are input to the base material 54 to be welded, melted and welded. It is supposed to do. In this case, as shown in FIG. 21, a laser plasma is continuously generated with a constant laser intensity while supplying an arc current in a pulsed manner.
【００１４】[0014]
【発明が解決しようとする課題】図１６に示した従来の
アーク溶接装置においては、アーク−電気変換効率が高
く、非常に簡単な装置構成で溶接施工できるという長所
を有しているが、アークの到達点の位置制御精度が悪い
ことから、隅肉溶接や開先溶接等の高位置精度を要求す
るような対象については溶接不良が生じ易く、また材料
表面の広い範囲に入熱されるため、深い溶け込み溶接が
困難であるという短所を有していた。The conventional arc welding apparatus shown in FIG. 16 has the advantages that the arc-electric conversion efficiency is high and welding can be performed with a very simple apparatus configuration. Since the position control accuracy of the arrival point of the target is poor, welding defects are likely to occur for objects requiring high position accuracy such as fillet welding and groove welding, and heat is input to a wide range of the material surface, It has the disadvantage that deep penetration welding is difficult.
【００１５】また、図１７に示した従来の電子ビーム溶
接では、高い溶接位置制御精度と深い溶け込み深さを実
現できるものの、溶接施工対象物を真空チャンバ内に置
かなければならないことから、その大きさが制限される
とともに、施工時間および装置コストがアーク溶接の場
合に比べて格段に大きくなる難点があった。Further, in the conventional electron beam welding shown in FIG. 17, although high welding position control accuracy and a deep penetration depth can be realized, the object to be welded must be placed in a vacuum chamber. However, there is a problem that the working time and the equipment cost are significantly larger than those in the case of arc welding.
【００１６】また、図１８および図１９に示した従来の
レーザ溶接装置では、微小領域に集束できるレーザビー
ムを熱源として溶接対象母材に入熱することから、上述
したような従来のアーク溶接の溶接位置の制御精度が低
いという短所をカバーすることが可能となるが、その反
面で溶接用の高出力レーザ装置の構成が大掛りとなり、
電気効率の低さからその駆動用電源も大容量のものが必
要となり、併せて装置コストがアーク溶接装置に比べて
格段に高くなる難点がある。さらには、高エネルギのレ
ーザビームの反射および散逸を防止するための設備等が
必要となり、総じて大型で非常に複雑なシステム構成と
なる難点もあり、そのため汎用性が低いものとなってい
る。Further, in the conventional laser welding apparatus shown in FIGS. 18 and 19, a laser beam which can be focused on a minute area inputs heat to a base material to be welded as a heat source. It is possible to cover the disadvantage that the control accuracy of the welding position is low, but on the other hand, the configuration of the high-power laser device for welding becomes large,
Due to the low electric efficiency, a large-capacity drive power source is required, and the apparatus cost is significantly higher than that of the arc welding apparatus. Further, equipment and the like for preventing reflection and dissipation of a high-energy laser beam are required, and there is a disadvantage that the system configuration is generally large and very complicated, so that the versatility is low.
【００１７】さらに、図２０に示した従来のレーザ・ア
ーク複合溶接装置では、レーザ溶接に対してアークのエ
ネルギを補充することにより、レーザ装置の規模を小さ
くすることが可能となるが、ある程度高い出力性能を有
するレーザビームを扱わねばならないことから、溶接ヘ
ッド周りの構造が複雑化するなどの弊害が大きくなり、
実用面での改善は小さいものに止まっている。Further, in the conventional laser-arc combined welding apparatus shown in FIG. 20, the size of the laser apparatus can be reduced by supplementing the energy of the arc to the laser welding, but it is somewhat high. Since a laser beam with output performance must be handled, the adverse effects such as the complexity of the structure around the welding head increase,
Practical improvements have been small.
【００１８】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、高い溶接性能、簡便な装置構成、良好な操
作性、および低コスト化の推進等が図れる溶接装置およ
び溶接方法を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a welding apparatus and a welding method that can achieve high welding performance, a simple apparatus configuration, good operability, and low cost. The purpose is to:
【００１９】[0019]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１の発明では、短パルス状のレーザビームを
発振するレーザ装置および前記レーザビームを溶接対象
母材に集束して照射する伝送光学系を有するレーザ照射
手段と、前記レーザビームの集束スポットに大電流を入
射して前記溶接対象部材の溶融および溶接を行うアーク
溶接手段と、このアーク溶接手段から出力される電流
を、前記レーザ照射手段から出力されるレーザビームと
同期した長パルス波として立上らせるパルス電流制御手
段とを備えたことを特徴とするレーザ誘導アーク溶接装
置を提供する。According to the first aspect of the present invention, there is provided a laser device for oscillating a short-pulse laser beam, and the laser beam is focused and irradiated on a base material to be welded. Laser irradiation means having a transmission optical system, arc welding means for applying a large current to the focused spot of the laser beam to melt and weld the member to be welded, and current output from the arc welding means, There is provided a laser-induced arc welding apparatus comprising: a pulse current control means for rising as a long pulse wave synchronized with a laser beam output from a laser irradiation means.
【００２０】請求項２の発明では、請求項１記載のレー
ザ誘導アーク溶接装置において、パルス電流制御手段
は、パルス電流の立上るタイミングを調整するタイミン
グ調整器と、前記パルス電流を矩形波に成形するパルス
成形回路ユニットとを備えたことを特徴とするレーザ誘
導アーク溶接装置を提供する。According to a second aspect of the present invention, in the laser induction arc welding apparatus according to the first aspect, the pulse current control means adjusts a rising timing of the pulse current, and shapes the pulse current into a rectangular wave. A laser-induced arc welding apparatus, comprising:
【００２１】請求項３の発明では、請求項２記載のレー
ザ誘導アーク溶接装置において、パルス成形回路ユニッ
トは、大容量のコンデンサを有する低インピーダンスパ
ルス成形回路と、小容量のコンデンサを有する高インピ
ーダンスパルス成形回路とを備えたことを特徴とするレ
ーザ誘導アーク溶接装置を提供する。According to a third aspect of the present invention, in the laser induction arc welding apparatus according to the second aspect, the pulse forming circuit unit includes a low impedance pulse forming circuit having a large capacity capacitor and a high impedance pulse forming circuit having a small capacity capacitor. A laser-induced arc welding apparatus comprising a forming circuit.
【００２２】請求項４の発明では、請求項３記載のパル
ス成形回路に加え、アーク溶接手段のトーチと溶接対象
母材との間にパルス電流の立上り補償用のコンデンサを
接続したことを特徴とするレーザ誘導アーク溶接装置を
提供する。According to a fourth aspect of the present invention, in addition to the pulse shaping circuit of the third aspect, a capacitor for compensating a rising of a pulse current is connected between the torch of the arc welding means and the base metal to be welded. To provide a laser induced arc welding apparatus.
【００２３】請求項５の発明では、請求項１から４まで
のいずれかに記載のレーザ誘導アーク溶接装置におい
て、パルス電流制御手段は、アーク溶接手段から出力さ
れるパルス電流への注入エネルギを調整するエネルギ注
入調整手段を備えたことを特徴とするレーザ誘導アーク
溶接装置を提供する。According to a fifth aspect of the present invention, in the laser induction arc welding apparatus according to any one of the first to fourth aspects, the pulse current control means adjusts the energy injected into the pulse current output from the arc welding means. And a laser-induced arc welding apparatus comprising:
【００２４】請求項６の発明では、請求項２から５まで
のいずれかに記載のレーザ誘導アーク溶接装置におい
て、パルス成形回路ユニットは、インピーダンス整合用
抵抗として、可変抵抗を備えたことを特徴とするレーザ
誘導アーク溶接装置を提供する。According to a sixth aspect of the present invention, in the laser induction arc welding apparatus according to any one of the second to fifth aspects, the pulse forming circuit unit has a variable resistor as an impedance matching resistor. To provide a laser induced arc welding apparatus.
【００２５】請求項７の発明では、請求項６記載のレー
ザ誘導アーク溶接装置において、アーク溶接手段から出
力されるアーク電流の波形を検出する電流検出器と、こ
の電流検出器の検出値に基づいて、電流パルスの反射成
分を減少させる方向に可変抵抗のフィードバック制御を
行う抵抗値フィードバック制御器を備えたことを特徴と
するレーザ誘導アーク溶接装置を提供する。According to a seventh aspect of the present invention, in the laser induction arc welding apparatus according to the sixth aspect, a current detector for detecting a waveform of an arc current output from the arc welding means, and a current detector based on a detection value of the current detector. And a resistance feedback controller for performing feedback control of the variable resistance in a direction to reduce the reflection component of the current pulse.
【００２６】請求項８の発明では、請求項２から７まで
のいずれかに記載のレーザ誘導アーク溶接装置におい
て、パルス成形回路ユニットは、溶接対象母材を陽極ま
たは陰極に切替える極性反転器を備えたことを特徴とす
るレーザ誘導アーク溶接装置を提供する。According to an eighth aspect of the present invention, in the laser induction arc welding apparatus according to any one of the second to seventh aspects, the pulse forming circuit unit includes a polarity inverter for switching the base material to be welded to an anode or a cathode. The present invention provides a laser-induced arc welding apparatus characterized in that:
【００２７】請求項９の発明では、請求項１から８まで
のいずれかに記載のレーザ誘導アーク溶接装置におい
て、レーザ照射手段は、レーザビームの波長、エネル
ギ、パルス幅、繰返し周波数、ビーム径、集束度または
集束距離を可変とするレーザビーム可変手段を備えたこ
とを特徴とするレーザ誘導アーク溶接装置を提供する。According to a ninth aspect of the present invention, in the laser induction arc welding apparatus according to any one of the first to eighth aspects, the laser irradiating means includes a laser beam wavelength, energy, pulse width, repetition frequency, beam diameter, A laser-induced arc welding apparatus comprising a laser beam varying means for varying a convergence degree or a convergence distance.
【００２８】請求項１０の発明では、請求項１から９ま
でのいずれかに記載のレーザ誘導アーク溶接装置におい
て、レーザ照射手段の光学系を構成する集束レンズは、
アーク溶接手段の電極を囲むフードに配設したことを特
徴とするレーザ誘導アーク溶接装置を提供する。According to a tenth aspect of the present invention, in the laser induction arc welding apparatus according to any one of the first to ninth aspects, the focusing lens constituting the optical system of the laser irradiation means is:
Provided is a laser-induced arc welding apparatus, which is provided in a hood surrounding an electrode of an arc welding means.
【００２９】請求項１１の発明では、請求項１から１０
までのいずれかに記載のレーザ誘導アーク溶接装置にお
いて、レーザビームの集束度を監視する監視装置と、こ
の監視装置からのレーザビーム集束度に基づいてレーザ
駆動電源、アークエネルギ注入用電源およびトーチ駆動
機構を制御する制御装置とを備えたことを特徴とするレ
ーザ誘導アーク溶接装置を提供する。According to the eleventh aspect of the present invention, the first to tenth aspects are provided.
A monitoring device for monitoring the degree of convergence of a laser beam, a laser driving power source, an arc energy injection power source, and a torch driving device based on the laser beam convergence degree from the monitoring device. And a control device for controlling the mechanism.
【００３０】請求項１２の発明では、レーザ装置から溶
接対象となる母材表面に短パルスのレーザビームを入射
するとともに、そのレーザパルスに同期した矩形パルス
電流をアーク溶接用のトーチと前記母材のレーザビーム
照射スポットとの間に供給し、これによって前記母材の
表面に生成されたレーザプラズマにアーク放電を誘導し
て集束させ、そのエネルギによって母材を溶融させて溶
接を行うことを特徴とするレーザ誘導アーク溶接方法を
提供する。According to a twelfth aspect of the present invention, a short-pulse laser beam is incident on the surface of a base material to be welded from a laser device, and a rectangular pulse current synchronized with the laser pulse is supplied to the torch for arc welding and the base material. The laser beam is supplied between the laser beam irradiation spot and the laser beam generated on the surface of the base material, thereby inducing and converging an arc discharge, and the energy is used to melt the base material to perform welding. To provide a laser induced arc welding method.
【００３１】請求項１３の発明では、上記請求項１２記
載のレーザ誘導アーク溶接方法において、供給するパル
ス電流を数十ｎｓ〜数百ｎｓの高速立上りで数μｓ〜数
十ｍｓの長い時間幅を持ち、かつ電流が０アンペアとな
る点をよぎるリンギングの無い矩形パルス形状とするこ
とを特徴とするレーザ誘導アーク溶接方法を提供する。According to a thirteenth aspect of the present invention, in the laser-induced arc welding method according to the twelfth aspect, the pulse current to be supplied has a long time width of several μs to several tens ms with a high-speed rise of several tens to several hundreds of ns. The present invention provides a laser-induced arc welding method characterized by having a rectangular pulse shape having no ringing across a point where the current is 0 ampere.
【００３２】請求項１４の発明では、請求項１２または
１３記載のレーザ誘導アーク溶接方法において、矩形パ
ルス形状の電流パルスを形成するときに、インピーダン
スと充電電圧とが異なる複数のパルス成形回路を組合せ
たパルス成形回路ユニットを適用することを特徴とする
レーザ誘導アーク溶接方法を提供する。According to a fourteenth aspect of the present invention, in the laser-induced arc welding method according to the twelfth or thirteenth aspect, when forming a current pulse having a rectangular pulse shape, a plurality of pulse shaping circuits having different impedances and charging voltages are combined. The present invention provides a laser-induced arc welding method characterized by applying a pulse forming circuit unit.
【００３３】請求項１５の発明では、請求項１２または
１４までのいずれかに記載のレーザ誘導アーク溶接方法
において、矩形パルス形状の電流パルスを形成するとき
に、トーチと母材との間に電流立上りを補償するコンデ
ンサを使用することを特徴とするレーザ誘導アーク溶接
方法を提供する。According to a fifteenth aspect of the present invention, in the laser-induced arc welding method according to any one of the twelfth and fourteenth aspects, when forming a rectangular current pulse, a current is applied between the torch and the base material. A laser-induced arc welding method using a capacitor for compensating rise is provided.
【００３４】請求項１６の発明では、請求項１２または
１５までのいずれかに記載のレーザ誘導アーク溶接方法
において、矩形パルス形状の電流パルスを形成するとき
に、インピーダンスと充電電圧とが異なる複数のパルス
成形回路を組合せたパルス成形回路ユニットを適用し、
そのうち１つ以上のパルス成形回路の段数変化、各パル
ス成形回路の充電電圧の変化および供給パルスの繰返し
周波数の変化のいずれか、または複数を併用することに
よって、アーク電力の調整を行うことを特徴とするレー
ザ誘導アーク溶接方法を提供する。According to a sixteenth aspect of the present invention, in the laser-induced arc welding method according to any one of the twelfth and fifteenth aspects, when forming a current pulse having a rectangular pulse shape, a plurality of pulses having different impedances and different charging voltages are formed. Apply a pulse shaping circuit unit combining a pulse shaping circuit,
The arc power is adjusted by using one or more of a change in the number of stages of one or more pulse shaping circuits, a change in the charging voltage of each pulse shaping circuit, and a change in the repetition frequency of the supply pulse. To provide a laser induced arc welding method.
【００３５】請求項１７の発明では、請求項１２または
１６までのいずれかに記載のレーザ誘導アーク溶接方法
において、矩形パルス形状の電流パルスを形成するとき
に、各パルス成形回路のインピーダンス整合用抵抗とし
て可変抵抗を適用することを特徴とするレーザ誘導アー
ク溶接方法を提供する。According to a seventeenth aspect of the present invention, in the laser induced arc welding method according to any one of the twelfth and sixteenth aspects, when forming a current pulse having a rectangular pulse shape, the impedance matching resistor of each pulse shaping circuit is formed. The present invention provides a laser-induced arc welding method characterized in that a variable resistance is applied.
【００３６】請求項１８の発明では、請求項１２または
１７までのいずれかに記載のレーザ誘導アーク溶接方法
において、矩形パルス形状の電流パルスを形成するとき
に、アーク電流の波形信号に基づいて、その反射成分が
最も少なくなるようにパルス成形回路のインピーダンス
整合用抵抗をフィードバック制御することを特徴とする
レーザ誘導アーク溶接方法を提供する。According to the eighteenth aspect of the present invention, in the laser-induced arc welding method according to any one of the twelfth aspect or the seventeenth aspect, when forming a rectangular current pulse, the method comprises the steps of: A laser-induced arc welding method characterized by feedback-controlling the impedance matching resistance of a pulse shaping circuit so that the reflection component is minimized.
【００３７】請求項１９の発明では、請求項１２または
１８までのいずれかに記載のレーザ誘導アーク溶接方法
において、矩形パルス形状の電流パルスを形成するとき
に、各パルス成形回路の充電を正負可逆とし、溶接対象
母材を陽極または陰極のいずれかの極に設定することを
特徴とするレーザ誘導アーク溶接方法を提供する。According to a nineteenth aspect of the present invention, in the laser-induced arc welding method according to any one of the twelfth and eighteenth aspects, when forming a current pulse having a rectangular pulse shape, charging of each pulse shaping circuit is reversible. The present invention provides a laser-induced arc welding method characterized in that the base material to be welded is set to either the anode or the cathode.
【００３８】請求項２０の発明では、請求項１２または
１９までのいずれかに記載のレーザ誘導アーク溶接方法
において、入射するパルスレーザの波長、エネルギ、パ
ルス幅、繰返し周波数、ビーム径、集束度または集束距
離を、対象母材の材質または形状に応じて設定すること
を特徴とするレーザ誘導アーク溶接方法を提供する。請
求項２１の発明では、請求項１２または２０までのいず
れかに記載のレーザ誘導アーク溶接方法において、電極
を囲むフードに設けた集束用レンズを使用して、レーザ
ビームを前記フードの内側から出射させることを特徴と
するレーザ誘導アーク溶接方法を提供する。According to a twentieth aspect of the present invention, in the laser-induced arc welding method according to any one of the twelfth and nineteenth aspects, the wavelength, energy, pulse width, repetition frequency, beam diameter, degree of convergence, A laser-induced arc welding method is provided, wherein a focusing distance is set according to the material or shape of a target base material. According to a twenty-first aspect of the present invention, in the laser-induced arc welding method according to the twelfth or twelfth aspect, a laser beam is emitted from the inside of the hood using a focusing lens provided on the hood surrounding the electrode. A laser-induced arc welding method is provided.
【００３９】請求項２２の発明では、請求項１２または
２１までのいずれかに記載のレーザ誘導アーク溶接方法
において、レーザビームが集束する溶接施工点をモニタ
しながら、溶接制御を行うことを特徴とするレーザ誘導
アーク溶接方法を提供する。According to a twenty-second aspect of the present invention, in the laser-induced arc welding method according to any one of the twelfth and twenty-first aspects, the welding control is performed while monitoring a welding point where the laser beam is focused. To provide a laser induced arc welding method.
【００４０】請求項２３の発明では、請求項１２または
２２までのいずれかに記載のレーザ誘導アーク溶接方法
において、順次に供給するアーク電流のパルス間のアー
ク放電プラズマが消弧したタイミングで溶接状態のモニ
タ、次の溶接点までのトーチの移動、およびレーザ集束
点の調整を行うことを特徴とするレーザ誘導アーク溶接
方法を提供する。According to a twenty-third aspect of the present invention, in the laser-induced arc welding method according to the twelfth aspect or the twelfth aspect, the welding state is performed at a timing when the arc discharge plasma between the pulses of the arc current sequentially supplied is extinguished. A laser-guided arc welding method, characterized in that the laser torch is moved to the next welding point, and the laser focusing point is adjusted.
【００４１】上記構成のレーザ誘導アーク溶接方法およ
び装置によれば、低エネルギのパルスレーザをビームを
母材の溶接目標個所に集束して照射することで、そこに
レーザプラズマを発生させ、レーザに同期して入力する
パルス電流で高エネルギのアーク放電がこのレーザプラ
ズマに正確に誘導・集束して注入され、このエネルギに
よって母材を溶融させ、溶接を施すことが可能となる。According to the laser-induced arc welding method and apparatus having the above-described configuration, a low-energy pulse laser is focused on a welding target portion of the base material and irradiated therewith, thereby generating laser plasma there. A high-energy arc discharge is accurately guided, focused, and injected into the laser plasma by a pulse current input in synchronism, so that the base material can be melted and welded by this energy.
【００４２】[0042]
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るレーザ誘導ア
ーク溶接方法および装置の実施形態について、図面を参
照して説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a laser-induced arc welding method and apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００４３】第１実施形態（図１，図２） 図１は本発明の第１実施形態によるレーザ誘導アーク溶
接装置を示す構成図であり、図２は作用説明図である。 First Embodiment (FIGS. 1 and 2) FIG. 1 is a structural view showing a laser-induced arc welding apparatus according to a first embodiment of the present invention, and FIG.
【００４４】図１に示すように、本実施形態のレーザ誘
導アーク溶接装置は大別して、レーザ照射手段７０と、
アーク溶接手段７１とを備えている。レーザ照射手段７
０は、小出力の短パルスレーザビームを発振するための
レーザ装置７２およびそれを駆動するレーザ駆動電源７
３と、レーザビーム７４を溶接対象母材７５まで伝送
し、集束して照射するためのミラー７６，７７および集
束レンズ７８等の光学系７９とを有している。As shown in FIG. 1, the laser-induced arc welding apparatus according to the present embodiment is roughly divided into a laser irradiation means 70,
And arc welding means 71. Laser irradiation means 7
Numeral 0 denotes a laser device 72 for oscillating a short-pulse laser beam with a small output and a laser drive power source
3 and an optical system 79 such as mirrors 76 and 77 and a converging lens 78 for transmitting the laser beam 74 to the base metal 75 to be welded and converging and irradiating the same.
【００４５】一方、アーク溶接手段７１は、タングステ
ン等の高融点金属を電極８０としたフード８１付きのト
ーチ８２と、直流の大電流を供給するためのＤＣ電源８
３と、溶接対象母材７５にシールドガス８４を吹付ける
ためのガスボンベ８５、減圧弁８６、流量調整弁８７等
を融するシールドガス供給系８８とを備えている。On the other hand, the arc welding means 71 includes a torch 82 with a hood 81 using a high melting point metal such as tungsten as an electrode 80, and a DC power supply 8 for supplying a large direct current.
3 and a shielding gas supply system 88 for blowing a shielding gas 84 to the base metal 75 to be welded, a pressure reducing valve 86, a flow regulating valve 87, and the like.
【００４６】このものにおいて、本実施形態では、アー
ク溶接手段７１から出力される電流を、レーザ照射手段
７０から出力されるレーザパルスと同期した長パルス波
として立上らせるパルス電流制御手段８９が設けられて
いる。In this embodiment, in this embodiment, the pulse current control means 89 for raising the current output from the arc welding means 71 as a long pulse wave synchronized with the laser pulse output from the laser irradiation means 70 is provided. Is provided.
【００４７】このパルス電流制御手段８９は、パルス電
流の立上るタイミングを調整するタイミング調整器９０
と、そのパルス電流を矩形波に成形するパルス成形回路
ユニット９１とからなっている。The pulse current control means 89 includes a timing adjuster 90 for adjusting the rising timing of the pulse current.
And a pulse shaping circuit unit 91 for shaping the pulse current into a rectangular wave.
【００４８】図２は、レーザ照射手段７０から出力され
るレーザビームの短パルス波形と、タイミング調整器９
０およびパルス成形回路ユニット９１によって制御され
るアーク溶接手段７１の長パルス電流波形とを示してい
る。この図２に示すように、レーザパルスは数十ｎｓ以
下の極めて短いパルス幅に設定されるとともに、アーク
電流は、レーザパルス消滅後に１μｓ以下の短時間で立
上り、パルス幅が数μｓ〜数十μｓとなるように設定さ
れている。FIG. 2 shows the short pulse waveform of the laser beam output from the laser irradiation means 70 and the timing adjuster 9.
5 shows a long pulse current waveform of the arc welding means 71 controlled by the pulse forming circuit unit 91 and 0. As shown in FIG. 2, the laser pulse is set to an extremely short pulse width of several tens ns or less, and the arc current rises in a short time of 1 μs or less after the disappearance of the laser pulse, and the pulse width becomes several μs to several tens of ns. μs.
【００４９】次に作用を説明する。Next, the operation will be described.
【００５０】溶接時には、アルゴンガスなどのシールド
ガス８４が、ガスボンベ８５から減圧弁８６および流量
調整弁８７を通してトーチ８２のフード８１に供給さ
れ、母材７５に吹付けられる。この状態で、レーザ駆動
用電源７３によって駆動されるレーザ装置７２からパル
スレーザビーム７４が出射され、パルスレーザビーム７
４が光学系７９を通して、集束レンズ７８によって母材
７５に集束されて照射され、レーザプラズマ９２が発生
する。At the time of welding, a shielding gas 84 such as an argon gas is supplied from a gas cylinder 85 to a hood 81 of a torch 82 through a pressure reducing valve 86 and a flow rate adjusting valve 87, and is sprayed on a base material 75. In this state, the pulse laser beam 74 is emitted from the laser device 72 driven by the laser driving power source 73, and the pulse laser beam 7
The laser beam 4 is focused and irradiated on the base material 75 by the focusing lens 78 through the optical system 79, and a laser plasma 92 is generated.
【００５１】一方、タイミング調整器９０によってレー
ザパルスと同期したタイミング調整が行われるととも
に、パルス成型回路ユニット９１によってパルス成形が
行われて、ＤＣ電源８３から電極８０と母材７５との間
にパルス電流が供給され、アーク放電プラズマ９３が生
成される。On the other hand, the timing is adjusted by the timing adjuster 90 in synchronization with the laser pulse, and the pulse is formed by the pulse forming circuit unit 91, and the pulse is supplied between the electrode 80 and the base material 75 from the DC power supply 83. An electric current is supplied, and an arc discharge plasma 93 is generated.
【００５２】このように、溶接対象母材７５に入射され
たパルスレーザビーム７４によって照射点にレーザプラ
ズマ９２が生成し、これによってアーク放電プラズマ９
３の到達点と到達領域（面積）とがコントロールされ
る。このとき、入射されるパルスレーザとアーク放電電
流との関係は、図２に示したように、数十ｎｓ以下の極
めて短いパルス幅のレーザパルスの入射と同時に、これ
によって数μ〜数十ｍｓの長いパルス幅のアーク電流が
誘導される関係となる。As described above, the laser plasma 92 is generated at the irradiation point by the pulsed laser beam 74 incident on the base metal 75 to be welded, and thereby the arc discharge plasma 9 is generated.
3 and the reach area (area) is controlled. At this time, the relationship between the incident pulse laser and the arc discharge current is, as shown in FIG. 2, simultaneously with the incidence of a laser pulse having an extremely short pulse width of several tens ns or less, and thereby, several μs to several tens ms. , An arc current having a long pulse width is induced.
【００５３】したがって、本実施形態によれば、パルス
レーザの集束スポット径（概ね数１００μｍ）に相当す
る精度でアークの到達点を制御することができるので、
従来のアーク溶接に比べて格段に溶接精度向上が図ら
れ、かつアークの入熱領域もこのスポット径程度になる
ため、深い溶け込みが可能となる。しかも、アークの誘
導および集束に必要なレーザエネルギは非常に小さく、
通常アークエネルギの１／１０００以下でも充分であ
る。したがって、材料を溶融させるための入熱エネルギ
の殆どがアークによって供給されることになるので、レ
ーザ装置７２としては小出力（数Ｗ）の小型のものが適
用でき、通常のアーク溶接装置と比較して装置規模は特
に変わらず、コンパクトな構成とすることができる。Therefore, according to the present embodiment, the arrival point of the arc can be controlled with an accuracy corresponding to the focused spot diameter of the pulse laser (approximately several hundred μm).
Compared to conventional arc welding, the welding accuracy is remarkably improved, and the heat input area of the arc is also about this spot diameter, so that deep penetration is possible. In addition, the laser energy required to guide and focus the arc is very small,
Usually, 1/1000 or less of the arc energy is sufficient. Therefore, since most of the heat input energy for melting the material is supplied by the arc, a small laser device 72 having a small output (several W) can be used as the laser device 72 and compared with a normal arc welding device. Thus, the apparatus scale is not particularly changed, and a compact configuration can be achieved.
【００５４】以上の第１実施形態の作用について、図３
（Ａ）〜（Ｃ）を参照してさらに詳しく説明する。The operation of the first embodiment is described with reference to FIG.
This will be described in more detail with reference to (A) to (C).
【００５５】図３（Ａ）は本実施形態による好ましいア
ーク電流の立上りを示し、図３（Ｂ）は立上りの遅い比
較例１を示し、図３（Ｃ）はリンギングがある比較例２
を示す。FIG. 3A shows a preferred rise of the arc current according to the present embodiment, FIG. 3B shows Comparative Example 1 with a slow rise, and FIG. 3C shows Comparative Example 2 with ringing.
Is shown.
【００５６】上述したように、本実施形態においては、
供給するパルス電流を１μｓ以下の高速立上りで数μｓ
〜数十ｍｓの長い時間幅を持つ設定としてある。これに
より、図３（Ａ）に示すように、電流が０アンペアとな
る点をよぎるリンギングの無い矩形パルス形状にするこ
とをねらっている。これにより、アーク放電プラズマと
して、良好な誘導性と集束性とが得られる。As described above, in this embodiment,
The pulse current to be supplied is several μs at a high-speed rise of 1 μs or less.
It is set to have a long time width of up to several tens of ms. As a result, as shown in FIG. 3A, it is intended to form a rectangular pulse shape without ringing that crosses a point where the current becomes 0 amperes. Thereby, good inductivity and good convergence can be obtained as arc discharge plasma.
【００５７】これに対し、一般に、立上りの遅い電流パ
ルス、概ね数１００ｎｓ以上のパルスを供給した場合に
は、図３（Ｂ）に示すように、アークの誘導性と集束性
とが低下し、アーク放電プラズマは拡散した状態とな
る。また、電流０アンペアの点をよぎるリンギングのあ
る電流波形で供給した場合には、図３（Ｃ）に示すよう
に、アークの不安定性が発生する。このような図３
（Ｂ），（Ｃ）の場合には、母材への入熱範囲が拡大す
ることによって深い溶け込みができなくなるので、本実
施形態では、図３（Ａ）に示すように、リンギングの無
いパルス形状に設定して電流パルスを供給することで、
拡散および不安定性を回避し、良好なパルス誘導アーク
溶接を施すことが可能となるものである。このような作
用は、以下の各実施形態の具体的な手段によって、さら
に確実に実現することができる。On the other hand, in general, when a current pulse having a slow rise time, that is, a pulse of about several hundred ns or more is supplied, as shown in FIG. 3 (B), the arc inductivity and convergence are reduced. The arc discharge plasma is in a diffused state. Further, when the current is supplied with a ringing current waveform crossing the point of 0 ampere of current, arc instability occurs as shown in FIG. 3 (C). FIG. 3
In the case of (B) and (C), the deep heat penetration becomes impossible due to the expansion of the heat input range to the base material. Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. By setting the shape and supplying the current pulse,
Diffusion and instability can be avoided, and good pulsed arc welding can be performed. Such an operation can be more reliably realized by specific means of the following embodiments.
【００５８】第２実施形態（図４，図５） 図４は、本発明に係るレーザ誘導アーク溶接装置の第２
実施形態の全体構成を示し、図５はパルス成形回路ユニ
ットの要部となる回路構成を示している。 Second Embodiment (FIGS. 4 and 5) FIG. 4 shows a second embodiment of the laser-induced arc welding apparatus according to the present invention.
FIG. 5 shows an overall configuration of the embodiment, and FIG. 5 shows a circuit configuration as a main part of a pulse shaping circuit unit.
【００５９】上述した図３（Ａ）に示したような、高速
立上りで長い時間幅を持つ矩形のパルス電流出力を、１
つのパルス成形回路でつくり出すことは困難であるた
め、本実施形態では図４に示すように、パルス成形回路
ユニット９１を、インピーダンスと充電電圧の異なる複
数のパルス成形回路、即ち、高インピーダンスパルス成
形回路９１ａと低インピーダンスパルス成形回路９１ｂ
とを備えた構成としている。このような組合せ構成を適
用することにより、目的とする好ましい電流パルス形状
を得るようにしている。As shown in FIG. 3A, a rectangular pulse current output having a fast rising and a long time width is set to 1
Since it is difficult to create the pulse shaping circuit with one pulse shaping circuit, in this embodiment, as shown in FIG. 91a and low impedance pulse shaping circuit 91b
And a configuration including: By applying such a combination configuration, a desired and desirable current pulse shape is obtained.
【００６０】具体的には、図４に示ように、電力注入用
として、低インピーダンスパルス成形回路９１ｂを備
え、これは大容量のコンデンサで構成し、電圧１００〜
２００Ｖの低電圧のＤＣ電源８３ｂで充電するようにし
ている。そして、レーザプラズマ（レーザ誘導アーク）
９２が用じたときに、数μｓ〜数１０ｍｓの時間幅の電
流パルスをアーク電流として供給し、コンデンサに充電
されるエネルギの殆どをアーク放電プラズマ９３に注入
する。但し、この低インピーダンスパルス成形回路９１
ｂ単独では、その供給電流の立上りを速くすることはで
きないので、立上り補償用（あるいはレーザ誘導用）と
して、小さな容量のコンデンサで構成した高インピーダ
ンスパルス成形回路９１ａを備え、これを電圧数ｋＶの
高電圧のＤＣ電源８３ａで充電するようにしている。More specifically, as shown in FIG. 4, a low-impedance pulse shaping circuit 91b is provided for power injection, which is composed of a large-capacity capacitor and has a voltage of 100 to
The battery is charged by a low-voltage DC power supply 83b of 200V. And laser plasma (laser induced arc)
When used by 92, a current pulse having a time width of several μs to several tens ms is supplied as an arc current, and most of the energy charged in the capacitor is injected into the arc discharge plasma 93. However, this low impedance pulse shaping circuit 91
b alone cannot speed up the rise of the supply current. Therefore, a high impedance pulse shaping circuit 91a composed of a small-capacity capacitor is provided for rising compensation (or for laser induction). The battery is charged by a high-voltage DC power supply 83a.
【００６１】なお、各パルス成形回路９１ａ，９１ｂは
図５に示すように、コンデンサ９４、コイル９５、スイ
ッチ９６および抵抗９７により構成される。Each of the pulse shaping circuits 91a and 91b comprises a capacitor 94, a coil 95, a switch 96 and a resistor 97, as shown in FIG.
【００６２】このような構成により、レーザ誘導アーク
の発生に合せて立上りが速く、数百ｎｓ〜数十μｓの電
流パルス幅を出力し、上述した電力注入用パルスと重畳
させ、目的とする速い立上りで長い時間幅を持つ矩形パ
ルス電流をアークに供給することができ、前述した効果
を十分に発揮することが可能となる。With such a configuration, the rising speed is fast in accordance with the generation of the laser-induced arc, a current pulse width of several hundred ns to several tens μs is output, and the current pulse width is superimposed on the above-described power injection pulse. A rectangular pulse current having a long time width at the rise can be supplied to the arc, and the above-described effects can be sufficiently exhibited.
【００６３】第３実施形態（図６） 図６は、本発明に係るレーザ誘導アーク溶接装置の第３
実施形態の構成を示している。 Third Embodiment (FIG. 6) FIG. 6 shows a third embodiment of the laser-induced arc welding apparatus according to the present invention.
1 shows a configuration of an embodiment.
【００６４】上述した第２実施形態においては、目的と
する矩形パルス電流出力をつくり出すことは可能である
が、これに加えて本実施形態では図６に示すように、負
荷（アーク）となる電極８０と溶接対象母材７５との間
にも、立上り補償用のコンデンサ９８が並列に接続して
ある。In the above-described second embodiment, it is possible to produce a desired rectangular pulse current output, but in addition to this, in this embodiment, as shown in FIG. A capacitor 98 for rising compensation is also connected in parallel between 80 and the base metal 75 to be welded.
【００６５】このような構成により、第２実施形態で示
した立上り補償用の各パルス成形回路９１ａ，９１ｂだ
けを設けた場合よりも、さらに電流の立上りを高速にす
ることが可能となり、これによってレーザビームによる
アークの誘導特性を一層良好にすることが可能となる。With such a configuration, it is possible to make the current rise faster than in the case where only the pulse forming circuits 91a and 91b for rising compensation shown in the second embodiment are provided. It is possible to further improve the induction characteristics of the arc by the laser beam.
【００６６】第４実施形態（図７） 図７は、本発明に係るレーザ誘導アーク溶接装置の第４
実施形態の構成を示している。 Fourth Embodiment (FIG. 7) FIG. 7 shows a fourth embodiment of the laser-induced arc welding apparatus according to the present invention.
1 shows a configuration of an embodiment.
【００６７】前述した各実施形態のパルス成形回路ユニ
ット９１においては、アークへのエネルギ供給の殆ど
を、アーク放電プラズマのインピーダンスと最も整合性
のよいパルス成形回路９１ｂの初期充電エネルギが負担
することになる。In the pulse shaping circuit unit 91 of each of the above-described embodiments, most of the energy supply to the arc is performed by the initial charging energy of the pulse shaping circuit 91b having the best matching with the impedance of the arc discharge plasma. Become.
【００６８】そこで、本実施形態では、図７に示すよう
に、アークへのエネルギ注入調整手段として、パルス成
形回路９１ｂの段数を切り替える段数切替え器９９を設
けることにより、パルス当たりの充電エネルギを段階的
に変更できるようにしている。Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 7, a stage number switcher 99 for switching the stage number of the pulse shaping circuit 91b is provided as an energy injection adjusting means for the arc, so that the charging energy per pulse can be reduced. That can be changed.
【００６９】このような構成によれば、溶接条件または
溶接状態に応じてアークへのエネルギ注入量を任意に設
定および調整することが可能となり、種々の溶接条件に
良好に対応することができるようになる。According to such a configuration, it is possible to arbitrarily set and adjust the amount of energy injected into the arc in accordance with the welding conditions or welding conditions, so that it is possible to appropriately cope with various welding conditions. become.
【００７０】なお、アークへのエネルギ注入調整手段と
しては、段階切替え器９９に代えて、図示しないが、レ
ーザの繰返し周波数およびパルス成形回路の充電電圧を
変更する構成としてもよい。このような構成によって
も、前記同様の作用を得ることができる。As the means for adjusting the energy injection into the arc, instead of the step switch 99, a configuration may be employed in which the repetition frequency of the laser and the charging voltage of the pulse shaping circuit are changed, although not shown. With such a configuration, the same operation as described above can be obtained.
【００７１】第５実施形態（図８） 図８は、本発明に係るレーザ誘導アーク溶接装置の第５
実施形態の構成を示している。 Fifth Embodiment (FIG. 8) FIG. 8 shows a fifth embodiment of the laser-induced arc welding apparatus according to the present invention.
1 shows a configuration of an embodiment.
【００７２】本実施形態では、矩形パルス形状の電流パ
ルスを出力するパルス回路構成において、アークと最も
近いインピーダンスを持つアークエネルギ注入用のパル
ス成形回路９１ｂのインピーダンス整合用抵抗として、
可変抵抗１００を適用している。In the present embodiment, in a pulse circuit configuration for outputting a current pulse in a rectangular pulse shape, the impedance matching resistor of the arc energy injection pulse shaping circuit 91b having the closest impedance to the arc is used.
The variable resistor 100 is applied.
【００７３】このような構成によれば、アークのインピ
ーダンスが変動したとき、整合条件が最も良好になるよ
うにエネルギ注入用パルス成形回路９１ｂの抵抗値を設
定することができ、それによりアーク電流のリンギング
の発生を抑制するようになる。したがって、図３（Ａ）
に示した良好なアークの誘導性を確実に保持することが
可能となる。According to such a configuration, when the impedance of the arc fluctuates, the resistance value of the energy injection pulse shaping circuit 91b can be set so that the matching condition becomes the best, whereby the arc current can be reduced. The occurrence of ringing is suppressed. Therefore, FIG.
It is possible to reliably maintain the good arc inductivity shown in FIG.
【００７４】第６実施形態（図９，図１０） 図９は、本発明に係るレーザ誘導アーク溶接装置の第６
実施形態の構成を示し、図１０は作用を示している。 Sixth Embodiment (FIGS. 9 and 10) FIG. 9 shows a sixth embodiment of the laser-induced arc welding apparatus according to the present invention.
FIG. 10 shows the configuration of the embodiment, and FIG. 10 shows the operation.
【００７５】請求項７の発明では、第５実施形態の構成
に加え、アーク溶接手段から出力されるアーク電流の波
形を検出する電流検出器１０１と、この電流検出器１０
１の検出値に基づいて、電流パルスの反射成分を減少さ
せる方向に可変抵抗１００のフィードバック制御を行う
抵抗値フィードバック制御器１０２とを備えている。According to a seventh aspect of the present invention, in addition to the configuration of the fifth embodiment, a current detector 101 for detecting a waveform of an arc current output from an arc welding means,
And a resistance feedback controller for performing feedback control of the variable resistor in a direction to reduce the reflection component of the current pulse based on the detection value of “1”.
【００７６】そして、矩形パルス形状の電流パルスを形
成するときに、アーク電流波形信号に基づいて、その反
射成分が最も少なくなるように、パルス成形回路のイン
ピーダンス整合用抵抗をフィードバック制御するように
している。When a current pulse having a rectangular pulse shape is formed, the impedance matching resistor of the pulse shaping circuit is feedback-controlled based on the arc current waveform signal so that the reflection component is minimized. I have.
【００７７】このような構成によれば、電流検出器１０
１によって測定したアーク放電電流を波形から最もイン
ピーダンス整合が良好になるように、可変抵抗１００の
抵抗値を自動的にフィードバック制御するので（図１０
の（ａ）、例えば図１０の（ｂ），（ｃ）に示すよう
に、アーク放電のインピーダンスが電極間距離の変動、
あるいは溶接対象母材７５の溶融等によって変化しても
（図１０の（ｂ）ではインピーダンスがアーク抵抗より
も小さい場合、同図の（ｃ）ではインピーダンスがアー
ク抵抗よりも大きい場合をそれぞれ示している）、これ
を電流が０アンペアとなるまでに要する時間で判定し、
抵抗値を制御することにより、リンギングの無い波形で
アーク電流を供給することができる。これによって、図
３（Ａ）に示した良好なアーク誘導を、自動的に保持す
ることが可能となる。According to such a configuration, the current detector 10
Since the resistance value of the variable resistor 100 is automatically feedback-controlled so that the impedance matching obtained from the waveform of the arc discharge current obtained in FIG.
(A), for example, as shown in FIGS. 10 (b) and (c), the impedance of the arc discharge varies with the distance between the electrodes,
Alternatively, even if the impedance changes due to melting of the base metal 75 to be welded (FIG. 10B shows a case where the impedance is smaller than the arc resistance, and FIG. 10C shows a case where the impedance is larger than the arc resistance, respectively). This is determined by the time required for the current to reach 0 amps,
By controlling the resistance value, the arc current can be supplied in a waveform without ringing. This makes it possible to automatically maintain the good arc guidance shown in FIG.
【００７８】第７実施形態（図１１） 図１１は、本発明に係るレーザ誘導アーク溶接装置の第
７実施形態の構成を示している。 Seventh Embodiment (FIG. 11) FIG. 11 shows the configuration of a laser-induced arc welding apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.
【００７９】本実施形態では、パルス成形回路ユニット
９１の各パルス成形回路９１ａ，９１ｂが、溶接対象母
材７５を陽極または陰極に切替える極性反転器１０３を
備えた構成としてある。In this embodiment, each of the pulse forming circuits 91a and 91b of the pulse forming circuit unit 91 is provided with a polarity inverter 103 for switching the base material 75 to be welded to an anode or a cathode.
【００８０】そして、矩形パルス形状の電流パルスを形
成するときに、各パルス成形回路９１ａ，９１ｂの充電
を正負可逆とし、溶接対象母材７５を陽極または陰極の
いずれかの極に設定することができるようになってい
る。When a current pulse having a rectangular pulse shape is formed, the charging of each of the pulse forming circuits 91a and 91b is reversible between positive and negative, and the base metal 75 to be welded is set to either the anode or the cathode. I can do it.
【００８１】このような構成によれば、溶接対象母材７
５を必要に応じて陽極または陰極のいずれか任意に設定
できるので、例えば大電流のアークを必要とする場合に
は、溶接対象母材７５を陽極にするとともに、トーチ８
２を陰極に設定し、これにより、電極８０の熱負荷を小
さくして、電極８０の寿命を拡大することができる。According to such a configuration, the base metal 7 to be welded is
5 can be arbitrarily set to either the anode or the cathode as needed. For example, when a large current arc is required, the base metal 75 to be welded is used as the anode, and the torch 8 is used.
2 is set as the cathode, whereby the heat load on the electrode 80 can be reduced and the life of the electrode 80 can be extended.
【００８２】また、溶接対象母材７５の溶融部にできる
酸化膜をスパッタによって除去し、クリーンな溶接面仕
上げを要求する場合には、上記と逆の極性に設定して熱
負荷を大きくすればよい。In the case where an oxide film formed on the molten portion of the base metal 75 to be welded is removed by spattering and a clean welding surface finish is required, the polarity may be set to the opposite polarity to increase the thermal load. Good.
【００８３】以上のように、極性を任意に設定すること
によって、対象とする溶接の形態に適した条件で、図３
（Ａ）に示した良好なレーザ誘導アーク溶接の効果を発
揮することができる。As described above, by arbitrarily setting the polarity, the condition shown in FIG.
The good effect of laser induced arc welding shown in (A) can be exhibited.
【００８４】第８実施形態（図１２） 図１２は、本発明に係るレーザ誘導アーク溶接装置の第
８実施形態の構成を示している。 Eighth Embodiment (FIG. 12) FIG. 12 shows the configuration of an eighth embodiment of the laser-induced arc welding apparatus according to the present invention.
【００８５】本実施形態では、レーザ照射手段７０が、
レーザビーム７４の波長、エネルギ、パルス幅、繰返し
周波数、ビーム径、集束度または集束距離を可変とする
レーザビーム可変手段１０４を備えた構成としてある。In this embodiment, the laser irradiation means 70
A configuration is provided with laser beam varying means 104 for varying the wavelength, energy, pulse width, repetition frequency, beam diameter, convergence degree or convergence distance of the laser beam 74.
【００８６】そして、入射するパルスレーザの波長、エ
ネルギー、パルス幅、繰返し周波数、ビーム径、集束
度、集束距離を、対象母材の材質、形状によって自由に
設定できるようになっている。The wavelength, energy, pulse width, repetition frequency, beam diameter, degree of convergence, and convergence distance of the incident pulse laser can be freely set according to the material and shape of the target base material.
【００８７】図１２においては、レーザビーム可変手段
１０４として、例えばレーザビーム装置７２の出射部に
波長変換器１０４ａを備え、使用する波長を選定できる
ようにしている。さらに、レーザ装置７２は、出射レー
ザのエネルギ、パルス幅、および繰返し周波数が任意に
できるものとしている。また、出射レーザビーム７４は
溶接対象母材７５へ伝送して集束させる光学系７９にお
いて、集束レンズ７９の手前にビーム径および集束度を
任意に設定できるビーム径・集束度調整器１０４ｂを備
えている。In FIG. 12, as the laser beam varying means 104, for example, a wavelength converter 104a is provided at the emission part of the laser beam device 72 so that the wavelength to be used can be selected. Further, the laser device 72 can arbitrarily adjust the energy, pulse width, and repetition frequency of the emitted laser. In the optical system 79 for transmitting and focusing the emitted laser beam 74 to the base metal 75 to be welded, a beam diameter / convergence degree adjuster 104b capable of arbitrarily setting the beam diameter and the degree of convergence is provided before the focusing lens 79. I have.
【００８８】このような構成によれば、溶接対象母材７
５の材質や形状によって種々のレーザビーム条件を選定
することができ、これにより図３（Ａ）に示したレーザ
誘導アーク溶接の効果を発揮するための範囲を拡大する
ことが可能となる。According to such a configuration, the base material 7 to be welded is
Various laser beam conditions can be selected depending on the material and shape of No. 5, thereby making it possible to expand the range for exhibiting the effect of the laser induced arc welding shown in FIG.
【００８９】第９実施形態（図１３） 図１３は、本発明に係るレーザ誘導アーク溶接装置の第
９実施形態の部分構成を示している。 Ninth Embodiment (FIG. 13) FIG. 13 shows a partial configuration of a ninth embodiment of the laser-induced arc welding apparatus according to the present invention.
【００９０】本実施形態では、レーザ照射手段７０の伝
送光学系７９を構成する集束レンズ７８を、アーク溶接
手段７１の電極８０を囲むフード８１の上部に配設して
ある。In this embodiment, the focusing lens 78 constituting the transmission optical system 79 of the laser irradiation means 70 is disposed above the hood 81 surrounding the electrode 80 of the arc welding means 71.
【００９１】そして、この集束レンズ７８を使用して、
レーザビーム７４をフード８１の内側から出射するよう
になっている。Then, using this focusing lens 78,
The laser beam 74 is emitted from the inside of the hood 81.
【００９２】このような構成によれば、レーザビーム７
４とアーク放電パスとの開き角θが小さくなり、溶接対
象母材７５の表面におけるレーザビーム７４をより小さ
なスポットに集束することができ、その結果、図３
（Ａ）に示したレーザ誘導アーク溶接の効果を発揮する
上で、必要となるレーザ出力を低減することができ、よ
りコンパクトな装置構成とすることが可能となる。According to such a configuration, the laser beam 7
3 becomes smaller, the laser beam 74 on the surface of the base metal 75 to be welded can be focused to a smaller spot, and as a result, FIG.
In order to exhibit the effect of laser-induced arc welding shown in (A), the required laser output can be reduced, and a more compact device configuration can be achieved.
【００９３】また、これと併せて、レーザビーム７４の
集束のための集束レンズ７８等の光学系要素をシールド
ガス８４の流れの吹付け位置よりも上流部位に配置し、
シールドガス８４によるガスカーテンの外側に配置する
ことができるので、溶接対象母材７５の蒸気によってこ
れらが汚れることを防止することができる。At the same time, an optical system element such as a converging lens 78 for converging the laser beam 74 is disposed upstream of the position where the flow of the shield gas 84 is blown.
Since they can be arranged outside the gas curtain by the shield gas 84, they can be prevented from being contaminated by the vapor of the base metal 75 to be welded.
【００９４】したがって、本実施形態によれば、レーザ
誘導アーク溶接の効果を、より一層確実に得ることが可
能となる。Therefore, according to the present embodiment, the effect of laser-induced arc welding can be more reliably obtained.
【００９５】第１０実施形態（図１４） 図１４は、本発明に係るレーザ誘導アーク溶接装置の第
１０実施形態の構成を示している。 Tenth Embodiment (FIG. 14) FIG. 14 shows the configuration of a laser-induced arc welding apparatus according to a tenth embodiment of the present invention.
【００９６】本実施形態では、図１２に示した第８実施
形態に加えて、レーザビーム７４の集束度を監視する監
視装置１０５と、この監視装置１０５からのレーザビー
ム集束度に基づいてレーザ駆動電源７３、アークエネル
ギ注入用電源８３ａ，８３ｂおよびトーチ駆動機構１０
６を制御する制御装置１０７とを備えている。In the present embodiment, in addition to the eighth embodiment shown in FIG. 12, a monitoring device 105 for monitoring the degree of convergence of the laser beam 74, and a laser drive based on the degree of convergence of the laser beam from the monitoring device 105 Power supply 73, power supplies 83a and 83b for arc energy injection, and torch drive mechanism 10
And a control device 107 for controlling the control device 6.
【００９７】そして、レーザビーム７４が集束する溶接
施工点を監視しながら、溶接制御を行うようになってい
る。The welding control is performed while monitoring the welding point where the laser beam 74 converges.
【００９８】具体的には、監視装置１０５として、レー
ザビーム７４の集束点（溶接施工点）を視取するための
ＣＣＤカメラ１０５ａと、このＣＣＤカメラ１０５ａに
接続されたＣＲＴ等のモニタ１０５ｂとを備え、レーザ
ビーム７４の集束度および母材溶融状態についての監視
信号を制御装置（システム制御器）１０７に出力するよ
うにしてある。このシステム制御器１０７からの制御信
号をレーザ駆動電源７３、アークエネルギ注入用電源８
３ａ，８３ｂ、およびトーチ駆動機構（モータ）１０６
に出力し、これらを制御するようになっている。More specifically, as the monitoring device 105, a CCD camera 105a for observing the convergence point (welding work point) of the laser beam 74, and a monitor 105b such as a CRT connected to the CCD camera 105a. In addition, a monitoring signal regarding the degree of convergence of the laser beam 74 and the molten state of the base material is output to the control device (system controller) 107. The control signal from the system controller 107 is transmitted to the laser drive power supply 73 and the arc energy injection power supply 8.
3a, 83b, and torch drive mechanism (motor) 106
, And these are controlled.
【００９９】このような構成によれば、簡便な操作によ
ってレーザ誘導アーク溶接の効果を自動的に得ることが
可能となる。According to such a configuration, the effect of laser induced arc welding can be automatically obtained by a simple operation.
【０１００】第１１実施形態（図１５） 本実施形態は、供給するアーク電流のパルス−パルス間
のアーク放電プラズマが消弧したタイミングで、溶接状
態のモニタ、次の溶接点までのトーチの移動、およびレ
ーザ集束点の調整を行う自動溶接方法についてのもので
ある。 Eleventh Embodiment (FIG. 15) This embodiment monitors the welding condition and moves the torch to the next welding point at the timing when the arc discharge plasma between the pulses of the supplied arc current is extinguished. , And an automatic welding method for adjusting a laser focusing point.
【０１０１】図１５（Ａ）は、この方法を示すタイムチ
ャートであり、同図（Ｂ）はその手順を示すフローチャ
ートである。同図（Ｃ），（Ｄ）は作用を具体的に示す
模式図である。装置構成としては、図１４に示した第１
０実施形態が適用できる。FIG. 15A is a time chart showing this method, and FIG. 15B is a flowchart showing the procedure. FIGS. 3C and 3D are schematic diagrams specifically showing the operation. As the device configuration, the first device shown in FIG.
Embodiment 0 is applicable.
【０１０２】本実施形態では、図１５（Ａ）に示すよう
に、供給するアーク電流のパルス（Ｐ1 ）−パルス（Ｐ
2 ）間のアーク放電プラズマの消弧したタイミング（例
えば１００ｍｓ以内）で溶接状態のモニタ、次の溶接点
までのトーチの移動、およびレーザ集束点の調整を行
う。即ち、第１のパルスＰ1 の点弧時間Ｔ1 が終了した
後、次のパルスＰ2 が立上るまでの時間Ｔ2 に、図１５
（Ｂ）に示したモニタ（ステップ１０１）および制御
（ステップ１０２）を行う。In the present embodiment, as shown in FIG. 15A, the pulse (P 1 ) -pulse (P
At 2 ), the welding state is monitored, the torch is moved to the next welding point, and the laser focusing point is adjusted at the timing when the arc discharge plasma is extinguished (for example, within 100 ms). That is, after the arc time T 1 point of the first pulse P 1 is ended, the time T 2 of the until the next pulse P 2 rises, 15
The monitor (step 101) and the control (step 102) shown in FIG.
【０１０３】点弧中は、図１５（Ｃ）に示すようにアー
ク放電プラズマが発生しており、消弧中は、図１５
（Ｄ）に示すようにアーク放電プラズマ２が消滅してい
るので、この図（１５（Ｄ）に示す消弧期間中にＣＣＤ
カメラ１０５ａおよびモニタ１０５ｂによる監視を行
う、これに基づいて上記の制御を行うようにする。During the ignition, an arc discharge plasma is generated as shown in FIG. 15 (C).
Since the arc discharge plasma 2 has been extinguished as shown in (D), during the arc extinguishing period shown in FIG.
Monitoring is performed by the camera 105a and the monitor 105b, and the above-described control is performed based on the monitoring.
【０１０４】これによって、レーザビームの反射、アー
ク放電プラズマからの発光などの外乱を避けて溶接点の
画像を得ることができ、制御信号に対する放電ノイズに
よる影響を避けることができる。したがって、良好なレ
ーザ誘導アーク溶接とともに、トーチ移動、集束点調整
等を確実に行うことができる。As a result, an image of the welding point can be obtained while avoiding disturbances such as laser beam reflection and light emission from arc discharge plasma, and the influence of discharge noise on the control signal can be avoided. Therefore, it is possible to reliably perform the torch movement, the focusing point adjustment, and the like, in addition to the favorable laser induced arc welding.
【０１０５】[0105]
【発明の効果】以上で説明したように、本発明に係るレ
ーザ誘導アーク溶接装置および同溶接方法によれば、低
エネルギのパルスレーザによって高エネルギのアーク放
電をレーザの照射点に正確に誘導して集束することがで
き、これにより、従来のアーク溶接装置の規模に比較し
て小型のレーザ装置を備えるだけで、大幅なサイズの増
加を伴うことなく、極めて高い溶接位置制御を可能と
し、同時に、レーザの集束スポット相当の狭い領域にア
ークエネルギを集束することができる。したがって、溶
接部の深い溶け込みを可能とすると同時に、低コスト化
が図れるようになる等の優れた効果が奏される。As described above, according to the laser-induced arc welding apparatus and the welding method according to the present invention, a high-energy arc discharge is accurately guided to a laser irradiation point by a low-energy pulse laser. This makes it possible to achieve extremely high welding position control without a significant increase in size by merely providing a laser device that is smaller than the size of a conventional arc welding device, and at the same time, In addition, the arc energy can be focused on a narrow area corresponding to the focused spot of the laser. Therefore, excellent effects such as enabling deep penetration of the welded portion and cost reduction can be achieved.
【図１】本発明の第１実施形態によるレーザ誘導アーク
溶接装置を示す構成図。FIG. 1 is a configuration diagram showing a laser induced arc welding apparatus according to a first embodiment of the present invention.
【図２】前記第１実施形態の作用説明図。FIG. 2 is an operation explanatory view of the first embodiment.
【図３】（Ａ）は前記第１実施形態の効果を示す説明
図、（Ｂ），（Ｃ）は比較例を示す説明図。FIG. 3A is an explanatory diagram showing the effect of the first embodiment, and FIGS. 3B and 3C are explanatory diagrams showing a comparative example.
【図４】本発明の第２実施形態によるレーザ誘導アーク
溶接装置を示す構成図。FIG. 4 is a configuration diagram showing a laser induced arc welding device according to a second embodiment of the present invention.
【図５】図４に示したパルス成形回路の回路構成を示す
図。FIG. 5 is a diagram showing a circuit configuration of the pulse shaping circuit shown in FIG. 4;
【図６】本発明の第３実施形態によるレーザ誘導アーク
溶接装置を示す構成図。FIG. 6 is a configuration diagram showing a laser induced arc welding device according to a third embodiment of the present invention.
【図７】本発明の第２実施形態によるレーザ誘導アーク
溶接装置を示す構成図。FIG. 7 is a configuration diagram showing a laser-induced arc welding apparatus according to a second embodiment of the present invention.
【図８】本発明の第２実施形態によるレーザ誘導アーク
溶接装置を示す構成図。FIG. 8 is a configuration diagram showing a laser induced arc welding device according to a second embodiment of the present invention.
【図９】本発明の第２実施形態によるレーザ誘導アーク
溶接装置を示す構成図。FIG. 9 is a configuration diagram showing a laser-induced arc welding device according to a second embodiment of the present invention.
【図１０】図９の作用説明図。FIG. 10 is an operation explanatory view of FIG. 9;
【図１１】本発明の第７実施形態によるレーザ誘導アー
ク溶接装置を示す構成図。FIG. 11 is a configuration diagram showing a laser-induced arc welding device according to a seventh embodiment of the present invention.
【図１２】本発明の第８実施形態によるレーザ誘導アー
ク溶接装置を示す構成図。FIG. 12 is a configuration diagram showing a laser-induced arc welding apparatus according to an eighth embodiment of the present invention.
【図１３】本発明の第９実施形態によるレーザ誘導アー
ク溶接装置を示す構成図。FIG. 13 is a configuration diagram showing a laser-induced arc welding device according to a ninth embodiment of the present invention.
【図１４】本発明の第１０実施形態によるレーザ誘導ア
ーク溶接装置を示す構成図。FIG. 14 is a configuration diagram showing a laser-induced arc welding device according to a tenth embodiment of the present invention.
【図１５】本発明の第１１実施形態を示すもので、
（Ａ）はレーザ誘導アーク溶接方法を説明するためのタ
イムチャート、（Ｂ）は同じくフローチャート、
（Ｃ），（Ｄ）は作用を説明するための模式図。FIG. 15 shows an eleventh embodiment of the present invention,
(A) is a time chart for explaining a laser-induced arc welding method, (B) is a flowchart,
(C), (D) is a schematic diagram for demonstrating an effect | action.
【図１６】従来のアーク溶接装置を示す説明図。FIG. 16 is an explanatory view showing a conventional arc welding apparatus.
【図１７】従来の電子ビーム溶接装置を示す説明図。FIG. 17 is an explanatory view showing a conventional electron beam welding apparatus.
【図１８】従来のレーザ溶接装置の一例を示す説明図。FIG. 18 is an explanatory view showing an example of a conventional laser welding apparatus.
【図１９】従来のレーザ溶接装置の他の例を示す説明
図。FIG. 19 is an explanatory view showing another example of a conventional laser welding apparatus.
【図２０】従来のレーザ・アーク複合溶接装置を示す説
明図。FIG. 20 is an explanatory view showing a conventional laser-arc combined welding apparatus.
【図２１】図２０の作用説明図。FIG. 21 is an operation explanatory view of FIG. 20;
７０ レーザ照射手段 ７１ アーク溶接手段 ７２ レーザ装置 ７３ レーザ駆動電源 ７４ レーザビーム ７５ 溶接対象母材 ７６，７７ ミラー ７８ 集束レンズ ７９ 光学系 ８０ 電極 ８１ フード８１ ８２ トーチ ８３ ＤＣ電源 ８３ｂ ＤＣ電源 ８４ シールドガス ８５ ガスボンベ ８６ 減圧弁 ８７ 流量調整弁 ８８ シールドガス供給系 ８９ パルス電流制御手段 ９０ タイミング調整器 ９１ パルス成形回路ユニット ９１ａ，９１ｂ パルス成形回路 ９２ レーザプラズマ ９３ アーク放電プラズマ ９４ コンデンサ ９５ コイル ９６ スイッチ ９７ 抵抗 ９８ コンデンサ ９９ 段数切替え器 １００ 可変抵抗 １０１ 電流検出器 １０２ 抵抗値フィードバック制御器 １０３ 極性反転器 １０４ レーザビーム可変手段 １０４ａ 波長変換器 １０４ｂ ビーム径・集束度調整器 １０５ 監視装置 １０５ａ ＣＣＤカメラ １０５ｂ モニタ １０６ トーチ駆動機構 １０７ 制御装置 Reference Signs List 70 laser irradiation means 71 arc welding means 72 laser device 73 laser drive power supply 74 laser beam 75 welding target base material 76, 77 mirror 78 focusing lens 79 optical system 80 electrode 81 hood 81 82 torch 83 DC power supply 83b DC power supply 84 shielding gas 85 Gas cylinder 86 Pressure reducing valve 87 Flow rate adjusting valve 88 Shield gas supply system 89 Pulse current control means 90 Timing adjuster 91 Pulse forming circuit unit 91a, 91b Pulse forming circuit 92 Laser plasma 93 Arc discharge plasma 94 Capacitor 95 Coil 96 Switch 97 Resistance 98 Capacitor 99 Stage number switcher 100 Variable resistor 101 Current detector 102 Resistance value feedback controller 103 Polarity inverter 104 Laser beam variable means 104a Wavelength converter 104b Beam diameter and degree of focusing regulator 105 monitoring device 105a CCD camera 105b monitors 106 torch driving mechanism 107 controller
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｍ 9/00 Ｈ０２Ｍ 9/00 Ｂ (72)発明者 佐野 雄二 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 馬場 洋介 東京都府中市晴見町二丁目24番地の１ 東 芝エフエーシステムエンジニアリング株式 会社内 Ｆターム(参考） 4E068 BC01 CA11 CA17 CC02 CD01 4E082 AA20 EA02 EB13 EF07 EF14 EF15 5H790 BA02 BA03 BB08 BB11 CC01 DD04 DD06 EB06 KK00 KK07──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H02M 9/00 H02M 9/00 B (72) Inventor Yuji Sano 8 Shinsugita-cho Isogo-ku Isogo-ku Yokohama-shi, Kanagawa (72) Inventor Yosuke Baba 2-24-24 Harumi-cho, Fuchu-shi, Tokyo Toshiba FA System Engineering Co., Ltd. F-term (reference) 4E068 BC01 CA11 CA17 CC02 CD01 4E082 AA20 EA02 EB13 EF07 EF14 EF15 5H790 BA02 BA03 BB08 BB11 CC01 DD04 DD06 EB06 KK00 KK07
Claims (23)
ーザ装置および前記レーザビームを溶接対象母材に集束
して照射する伝送光学系を有するレーザ照射手段と、前
記レーザビームの集束スポットに大電流を入射して前記
溶接対象部材の溶融および溶接を行うアーク溶接手段
と、このアーク溶接手段から出力される電流を、前記レ
ーザ照射手段から出力されるレーザビームと同期した長
パルス波として立上らせるパルス電流制御手段とを備え
たことを特徴とするレーザ誘導アーク溶接装置。1. A laser device for oscillating a short-pulse laser beam, a laser irradiating means having a transmission optical system for focusing and irradiating the laser beam onto a base material to be welded, and a large current applied to a focused spot of the laser beam. And an arc welding means for melting and welding the member to be welded, and a current output from the arc welding means rising as a long pulse wave synchronized with a laser beam output from the laser irradiation means. And a pulse current control means for causing the laser-induced arc welding to be performed.
置において、パルス電流制御手段は、パルス電流の立上
るタイミングを調整するタイミング調整器と、前記パル
ス電流を矩形波に成形するパルス成形回路ユニットとを
備えたことを特徴とするレーザ誘導アーク溶接装置。2. A laser induction arc welding apparatus according to claim 1, wherein the pulse current control means adjusts a timing at which the pulse current rises, and a pulse forming circuit unit which shapes the pulse current into a rectangular wave. A laser-induced arc welding apparatus comprising:
置において、パルス成形回路ユニットは、大容量のコン
デンサを有する低インピーダンスパルス成形回路と、小
容量のコンデンサを有する高インピーダンスパルス成形
回路とを備えたことを特徴とするレーザ誘導アーク溶接
装置。3. The laser-induced arc welding apparatus according to claim 2, wherein the pulse shaping circuit unit includes a low impedance pulse shaping circuit having a large-capacity capacitor and a high impedance pulse shaping circuit having a small-capacity capacitor. Laser-induced arc welding apparatus.
アーク溶接手段のトーチと溶接対象母材との間にパルス
電流の立上り補償用のコンデンサを接続したことを特徴
とするレーザ誘導アーク溶接装置。4. The pulse shaping circuit according to claim 3,
A laser-induced arc welding apparatus characterized in that a capacitor for compensating the rise of a pulse current is connected between a torch of an arc welding means and a base material to be welded.
レーザ誘導アーク溶接装置において、パルス電流制御手
段は、アーク溶接手段から出力されるパルス電流への注
入エネルギを調整するエネルギ注入調整手段を備えたこ
とを特徴とするレーザ誘導アーク溶接装置。5. The laser-induced arc welding apparatus according to claim 1, wherein the pulse current control means adjusts energy injected into a pulse current output from the arc welding means. A laser-induced arc welding apparatus comprising:
レーザ誘導アーク溶接装置において、パルス成形回路ユ
ニットは、インピーダンス整合用抵抗として、可変抵抗
を備えたことを特徴とするレーザ誘導アーク溶接装置。6. The laser-induced arc welding apparatus according to claim 2, wherein the pulse forming circuit unit has a variable resistor as a resistance for impedance matching. apparatus.
置において、アーク溶接手段から出力されるアーク電流
の波形を検出する電流検出器と、この電流検出器の検出
値に基づいて、電流パルスの反射成分を減少させる方向
に可変抵抗のフィードバック制御を行う抵抗値フィード
バック制御器を備えたことを特徴とするレーザ誘導アー
ク溶接装置。7. A laser induced arc welding apparatus according to claim 6, wherein a current detector for detecting a waveform of an arc current outputted from the arc welding means, and a current pulse of the current pulse is detected based on a detected value of the current detector. A laser-induced arc welding apparatus comprising a resistance value feedback controller for performing feedback control of a variable resistance in a direction to reduce a reflection component.
レーザ誘導アーク溶接装置において、パルス成形回路ユ
ニットは、溶接対象母材を陽極または陰極に切替える極
性反転器を備えたことを特徴とするレーザ誘導アーク溶
接装置。8. The laser-induced arc welding apparatus according to claim 2, wherein the pulse forming circuit unit includes a polarity inverter for switching a base material to be welded to an anode or a cathode. Laser induction arc welding equipment.
レーザ誘導アーク溶接装置において、レーザ照射手段
は、レーザビームの波長、エネルギ、パルス幅、繰返し
周波数、ビーム径、集束度または集束距離を可変とする
レーザビーム可変手段を備えたことを特徴とするレーザ
誘導アーク溶接装置。9. The laser-induced arc welding apparatus according to claim 1, wherein the laser irradiation means includes a laser beam wavelength, energy, pulse width, repetition frequency, beam diameter, convergence degree, or convergence distance. A laser-induced arc welding apparatus comprising a laser beam varying means for varying the laser beam.
のレーザ誘導アーク溶接装置において、レーザ照射手段
の光学系を構成する集束レンズは、アーク溶接手段の電
極を囲むフードに配設したことを特徴とするレーザ誘導
アーク溶接装置。10. The laser-guided arc welding apparatus according to claim 1, wherein the focusing lens constituting the optical system of the laser irradiation means is disposed on a hood surrounding the electrode of the arc welding means. A laser-induced arc welding apparatus characterized by the above-mentioned.
載のレーザ誘導アーク溶接装置において、レーザビーム
の集束度を監視する監視装置と、この監視装置からのレ
ーザビーム集束度に基づいてレーザ駆動電源、アークエ
ネルギ注入用電源およびトーチ駆動機構を制御する制御
装置とを備えたことを特徴とするレーザ誘導アーク溶接
装置。11. A laser guided arc welding apparatus according to claim 1, wherein a monitoring device monitors a degree of convergence of the laser beam, and a laser drive is performed based on the degree of convergence of the laser beam from the monitoring device. A laser-induced arc welding apparatus comprising a power supply, a power supply for arc energy injection, and a control device for controlling a torch drive mechanism.
面に短パルスのレーザビームを入射するとともに、その
レーザパルスに同期した矩形パルス電流をアーク溶接用
のトーチと前記母材のレーザビーム照射スポットとの間
に供給し、これによって前記母材の表面に生成されたレ
ーザプラズマにアーク放電を誘導して集束させ、そのエ
ネルギによって母材を溶融させて溶接を行うことを特徴
とするレーザ誘導アーク溶接方法。12. A laser beam of a short pulse is incident on a surface of a base material to be welded from a laser device, and a rectangular pulse current synchronized with the laser pulse is supplied to a torch for arc welding and a laser beam irradiation spot of the base material. A laser-induced arc that induces an arc discharge in the laser plasma generated on the surface of the base material to thereby focus the laser plasma, and melts the base material by the energy to perform welding. Welding method.
ク溶接方法において、供給するパルス電流を数十ｎｓ〜
数百ｎｓの高速立上りで数μｓ〜数十ｍｓの長い時間幅
を持ち、かつ電流が０アンペアとなる点をよぎるリンギ
ングの無い矩形パルス形状とすることを特徴とするレー
ザ誘導アーク溶接方法。13. The laser-induced arc welding method according to claim 12, wherein the supplied pulse current is several tens ns or more.
A laser-induced arc welding method having a rectangular pulse shape having a long time width of several μs to several tens ms at a high-speed rise of several hundred ns and having no ringing across a point where the current becomes 0 amperes.
導アーク溶接方法において、矩形パルス形状の電流パル
スを形成するときに、インピーダンスと充電電圧とが異
なる複数のパルス成形回路を組合せたパルス成形回路ユ
ニットを適用することを特徴とするレーザ誘導アーク溶
接方法。14. A pulse forming circuit unit according to claim 12, wherein a plurality of pulse forming circuits having different impedances and charging voltages are combined when forming a current pulse having a rectangular pulse shape. A laser-induced arc welding method characterized by applying:
に記載のレーザ誘導アーク溶接方法において、矩形パル
ス形状の電流パルスを形成するときに、トーチと母材と
の間に電流立上りを補償するコンデンサを使用すること
を特徴とするレーザ誘導アーク溶接方法。15. A capacitor for compensating a rise in current between a torch and a base material in forming a current pulse having a rectangular pulse shape in the laser induction arc welding method according to claim 12. A laser-induced arc welding method characterized by using:
に記載のレーザ誘導アーク溶接方法において、矩形パル
ス形状の電流パルスを形成するときに、インピーダンス
と充電電圧とが異なる複数のパルス成形回路を組合せた
パルス成形回路ユニットを適用し、そのうち１つ以上の
パルス成形回路の段数変化、各パルス成形回路の充電電
圧の変化および供給パルスの繰返し周波数の変化のいず
れか、または複数を併用することによって、アーク電力
の調整を行うことを特徴とするレーザ誘導アーク溶接方
法。16. The laser induced arc welding method according to claim 12, wherein a plurality of pulse shaping circuits having different impedances and charging voltages are combined when forming a current pulse having a rectangular pulse shape. By applying a pulse shaping circuit unit, and changing one or more of the pulse shaping circuits, changing the charging voltage of each pulse shaping circuit and changing the repetition frequency of the supply pulse, or a combination thereof, A laser-induced arc welding method comprising adjusting an arc power.
に記載のレーザ誘導アーク溶接方法において、矩形パル
ス形状の電流パルスを形成するときに、各パルス成形回
路のインピーダンス整合用抵抗として可変抵抗を適用す
ることを特徴とするレーザ誘導アーク溶接方法。17. The laser-induced arc welding method according to claim 12, wherein a variable resistor is applied as an impedance matching resistor of each pulse forming circuit when forming a current pulse having a rectangular pulse shape. A laser-induced arc welding method.
に記載のレーザ誘導アーク溶接方法において、矩形パル
ス形状の電流パルスを形成するときに、アーク電流の形
信号に基づいて、その反射成分が最も少なくなるように
パルス成形回路のインピーダンス整合用抵抗をフィード
バック制御することを特徴とするレーザ誘導アーク溶接
方法。18. The laser-induced arc welding method according to claim 12, wherein when a current pulse having a rectangular pulse shape is formed, a reflection component of the current pulse is most reduced based on an arc current shape signal. A laser-induced arc welding method comprising feedback-controlling the impedance matching resistance of a pulse shaping circuit so as to reduce the number.
に記載のレーザ誘導アーク溶接方法において、矩形パル
ス形状の電流パルスを形成するときに、各パルス成形回
路の充電を正負可逆とし、溶接対象母材を陽極または陰
極のいずれかの極に設定することを特徴とするレーザ誘
導アーク溶接方法。19. The laser-induced arc welding method according to claim 12, wherein when forming a rectangular pulse-shaped current pulse, charging of each pulse forming circuit is made reversible, and the welding target mother is formed. A laser-induced arc welding method, wherein a material is set to one of an anode and a cathode.
に記載のレーザ誘導アーク溶接方法において、入射する
パルスレーザの波長、エネルギ、パルス幅、繰返し周波
数、ビーム径、集束度または集束距離を、対象母材の材
質または形状に応じて設定することを特徴とするレーザ
誘導アーク溶接方法。20. The laser-induced arc welding method according to claim 12, wherein a wavelength, an energy, a pulse width, a repetition frequency, a beam diameter, a degree of convergence, or a convergence distance of an incident pulse laser are set as targets. A laser induced arc welding method characterized by setting according to the material or shape of a base material.
に記載のレーザ誘導アーク溶接方法において、電極を囲
むフードに設けた集束用レンズを使用して、レーザビー
ムを前記フードの内側から出射させることを特徴とする
レーザ誘導アーク溶接方法。21. The laser-induced arc welding method according to claim 12, wherein the laser beam is emitted from the inside of the hood using a focusing lens provided on the hood surrounding the electrode. A laser-induced arc welding method characterized by the above-mentioned.
に記載のレーザ誘導アーク溶接方法において、レーザビ
ームが集束する溶接施工点をモニタしながら、溶接制御
を行うことを特徴とするレーザ誘導アーク溶接方法。22. The laser-induced arc welding method according to claim 12, wherein welding control is performed while monitoring a welding point at which the laser beam is focused. Method.
に記載のレーザ誘導アーク溶接方法において、順次に供
給するアーク電流のパルス間のアーク放電プラズマが消
弧したタイミングで溶接状態のモニタ、次の溶接点まで
のトーチの移動、およびレーザ集束点の調整を行うこと
を特徴とするレーザ誘導アーク溶接方法。23. The laser-induced arc welding method according to claim 12, wherein the welding state is monitored at a timing when the arc discharge plasma is extinguished between pulses of the arc current to be sequentially supplied. A laser-induced arc welding method characterized by moving a torch to a welding point and adjusting a laser focusing point.
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