JP2002113588A - レ−ザ／交流プラズマ複合の加工装置 - Google Patents
レ−ザ／交流プラズマ複合の加工装置Info
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- JP2002113588A JP2002113588A JP2000305219A JP2000305219A JP2002113588A JP 2002113588 A JP2002113588 A JP 2002113588A JP 2000305219 A JP2000305219 A JP 2000305219A JP 2000305219 A JP2000305219 A JP 2000305219A JP 2002113588 A JP2002113588 A JP 2002113588A
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- B23K26/348—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding in combination with arc heating, e.g. TIG [tungsten inert gas], MIG [metal inert gas] or plasma welding
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 アルミ加工能率が高く、しかもプラズマ発生
が安定するレ−ザ／移行式交流プラズマ複合の加工装置
を提供する。 【解決手段】 ＹＡＧレ−ザ光束２１の光軸２２が貫通
するノズル２を有するノズル部材１；これを支持しノズ
ル２に向かうレ−ザ光束２１の透過空間の一部を囲む絶
縁部材６，８；尖った先端を有する中実棒状の電極１
８；これを、それが光軸２２に対して傾斜しかつ光軸２
２より退避した位置からノズル２に指向する姿勢および
位置に保持する、絶縁部材６，８に結合された電極支持
部材１２，１４；レーザ光束２１を放射するレーザヘッ
ド１７に電極支持部材１２，１４を結合する部材１６；
および、電極１８と加工対象材ＯＢ１の間に、移行式交
流プラズマアークを生成する交流電源ＰＳｍ；を備える
ＹＡＧレ−ザ／移行式交流プラズマ複合の溶接装置。
が安定するレ−ザ／移行式交流プラズマ複合の加工装置
を提供する。 【解決手段】 ＹＡＧレ−ザ光束２１の光軸２２が貫通
するノズル２を有するノズル部材１；これを支持しノズ
ル２に向かうレ−ザ光束２１の透過空間の一部を囲む絶
縁部材６，８；尖った先端を有する中実棒状の電極１
８；これを、それが光軸２２に対して傾斜しかつ光軸２
２より退避した位置からノズル２に指向する姿勢および
位置に保持する、絶縁部材６，８に結合された電極支持
部材１２，１４；レーザ光束２１を放射するレーザヘッ
ド１７に電極支持部材１２，１４を結合する部材１６；
および、電極１８と加工対象材ＯＢ１の間に、移行式交
流プラズマアークを生成する交流電源ＰＳｍ；を備える
ＹＡＧレ−ザ／移行式交流プラズマ複合の溶接装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、溶接，切断，穴開
け，加熱，溶融等の加工を行なうレ−ザ加工装置に関
し、特に、レーザとプラズマを複合した加工装置に関す
る。
け，加熱，溶融等の加工を行なうレ−ザ加工装置に関
し、特に、レーザとプラズマを複合した加工装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】例えばレーザ溶接は、低歪，高速溶接が
可能であるが、レーザ光はスポット径が小さいことから
突合わせ溶接においてギャップ裕度が少なく、溶接材の
高い突合わせ精度が要求される。特開平２−５２１８３
号公報には、突合わせ精度が粗くてもＣＯ2レーザによ
る突合わせ溶接を実現するために、ＣＯ2レーザの照射
に先行して付き合わせ部をプラズマ溶接するプラズマア
ーク併用のレーザ溶接方法が開示されている。
可能であるが、レーザ光はスポット径が小さいことから
突合わせ溶接においてギャップ裕度が少なく、溶接材の
高い突合わせ精度が要求される。特開平２−５２１８３
号公報には、突合わせ精度が粗くてもＣＯ2レーザによ
る突合わせ溶接を実現するために、ＣＯ2レーザの照射
に先行して付き合わせ部をプラズマ溶接するプラズマア
ーク併用のレーザ溶接方法が開示されている。
【０００３】この方法によれば、ギャップ裕度が大きく
なりレーザ突合わせ溶接の品質が向上する。しかし、レ
ーザ溶接の能率は、あまり向上しない。ここで能率と
は、レーザパワーに対する、溶接対象材の厚み×溶接速
度、である。
なりレーザ突合わせ溶接の品質が向上する。しかし、レ
ーザ溶接の能率は、あまり向上しない。ここで能率と
は、レーザパワーに対する、溶接対象材の厚み×溶接速
度、である。
【０００４】特開平１０−１８０４７９号公報には、レ
ーザトーチの先端部に、プラズマ発生用のリング状又は
円錐筒状のプラズマ電極とノズル部材を備えて、レーザ
光を該プラズマ電極の中央の開口に通して、溶接対象材
の同一点に同時にプラズマジェットとレーザ光を照射す
る溶接トーチが開示されている。プラズマジェットの中
心を通って収束するレーザ光が、プラズマジェットにそ
れを絞るように作用して、溶接対象材に作用するプラズ
マジェット密度（エネルギ密度）が高くなって溶接能率
が向上する、と説明されている。
ーザトーチの先端部に、プラズマ発生用のリング状又は
円錐筒状のプラズマ電極とノズル部材を備えて、レーザ
光を該プラズマ電極の中央の開口に通して、溶接対象材
の同一点に同時にプラズマジェットとレーザ光を照射す
る溶接トーチが開示されている。プラズマジェットの中
心を通って収束するレーザ光が、プラズマジェットにそ
れを絞るように作用して、溶接対象材に作用するプラズ
マジェット密度（エネルギ密度）が高くなって溶接能率
が向上する、と説明されている。
【０００５】しかしながら、リング状又は筒状のプラズ
マ電極は、一周の全点でアークを発生することができる
が、アークが一点に留まってそこが消耗して電極形状が
乱れて放電特性が不安定になりやすいと考えられる。つ
まり、プラズマ電極の安定動作時間が短いと推察され
る。
マ電極は、一周の全点でアークを発生することができる
が、アークが一点に留まってそこが消耗して電極形状が
乱れて放電特性が不安定になりやすいと考えられる。つ
まり、プラズマ電極の安定動作時間が短いと推察され
る。
【０００６】特開平１０−２１６９７９号公報には、レ
ーザトーチの先端部に、下端のノズルに連なる円錐状の
空間を形成し、そこにリング状又は円錐筒状の陰極電極
と陽極電極を上下に設けて、それらの間にプラズマアー
ク電流を流す、非移行式プラズマ併用のレーザ加工ヘッ
ドが開示されている。しかしながらこれにおいても、ア
ークが一点に留まってそこが消耗して電極形状が乱れて
放電特性が不安定になりやすいと考えられる。つまり、
プラズマ電極の安定動作時間が短いと推察される。ま
た、非移行式プラズマ発生であるので、ヘッドと溶接対
象材との距離裕度が非常に小さいと考えられる。
ーザトーチの先端部に、下端のノズルに連なる円錐状の
空間を形成し、そこにリング状又は円錐筒状の陰極電極
と陽極電極を上下に設けて、それらの間にプラズマアー
ク電流を流す、非移行式プラズマ併用のレーザ加工ヘッ
ドが開示されている。しかしながらこれにおいても、ア
ークが一点に留まってそこが消耗して電極形状が乱れて
放電特性が不安定になりやすいと考えられる。つまり、
プラズマ電極の安定動作時間が短いと推察される。ま
た、非移行式プラズマ発生であるので、ヘッドと溶接対
象材との距離裕度が非常に小さいと考えられる。
【０００７】特開平５−６９１６５号公報には、レーザ
トーチの先端部に、ＴＩＧ溶接用の筒状電極を備えて、
レーザ光を該電極の中央の開口に通して、溶接対象材に
照射するレーザ併用のＴＩＧ溶接トーチが開示されてい
る。これにおいても、アークが一点に留まってそこが消
耗して電極形状が乱れて放電特性が不安定になりやすい
と考えられる。
トーチの先端部に、ＴＩＧ溶接用の筒状電極を備えて、
レーザ光を該電極の中央の開口に通して、溶接対象材に
照射するレーザ併用のＴＩＧ溶接トーチが開示されてい
る。これにおいても、アークが一点に留まってそこが消
耗して電極形状が乱れて放電特性が不安定になりやすい
と考えられる。
【０００８】特開平９−１２２９５０号公報には、レー
ザ光の集光用レンズ群の光軸位置にＴＩＧ溶接電極を配
置した複合溶接ヘッドが開示されている。このＴＩＧ溶
接電極は丸鉛筆の中実棒状の電極であり、その下端の尖
端にＴＩＧアークが集中し、アークが安定であると推察
される。しかしＴＩＧ下端部がトーチ外に露出し、電極
の尖端直下にレーザ光が収束するので、溶接ヒュームに
よってレーザがさえぎられ、溶接能率の改善は低いと推
察される。
ザ光の集光用レンズ群の光軸位置にＴＩＧ溶接電極を配
置した複合溶接ヘッドが開示されている。このＴＩＧ溶
接電極は丸鉛筆の中実棒状の電極であり、その下端の尖
端にＴＩＧアークが集中し、アークが安定であると推察
される。しかしＴＩＧ下端部がトーチ外に露出し、電極
の尖端直下にレーザ光が収束するので、溶接ヒュームに
よってレーザがさえぎられ、溶接能率の改善は低いと推
察される。
【０００９】ところで、アルミへのＹＡＧレーザ溶接
は、ブローホールの発生，表面でのレーザ光の反射等の
問題がある。すなわち、反射光の戻り光によりレーザ加
工ヘッドのレンズ系，光ファイバの破損が起こる場合が
ある。極端な例ではあるが、ＹＡＧレーザロッドまで破
損する場合がある。これを避けるため、加工ヘッドを傾
けて直接反射光が加工ヘッド内に戻るのを防いでいる。
しかし、加工ヘッドを傾けることによって、アルミ表面
でのレーザ光の反射量が増え、有効にレーザ光エネルギ
を与えられない。また、アルミ表面の酸化皮膜は融点が
高いので、高速溶接が困難である。
は、ブローホールの発生，表面でのレーザ光の反射等の
問題がある。すなわち、反射光の戻り光によりレーザ加
工ヘッドのレンズ系，光ファイバの破損が起こる場合が
ある。極端な例ではあるが、ＹＡＧレーザロッドまで破
損する場合がある。これを避けるため、加工ヘッドを傾
けて直接反射光が加工ヘッド内に戻るのを防いでいる。
しかし、加工ヘッドを傾けることによって、アルミ表面
でのレーザ光の反射量が増え、有効にレーザ光エネルギ
を与えられない。また、アルミ表面の酸化皮膜は融点が
高いので、高速溶接が困難である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、アルミに対
するレーザ加工の上述の問題点を改善することを第１の
目的とし、加工能率が高く、しかもプラズマ発生が安定
するレ−ザ／プラズマ複合の加工装置を提供することを
第２の目的とし、小出力のＹＡＧレーザで高出力のＹＡ
Ｇレーザと同等の加工性能を得ることを第３の目的とす
る。
するレーザ加工の上述の問題点を改善することを第１の
目的とし、加工能率が高く、しかもプラズマ発生が安定
するレ−ザ／プラズマ複合の加工装置を提供することを
第２の目的とし、小出力のＹＡＧレーザで高出力のＹＡ
Ｇレーザと同等の加工性能を得ることを第３の目的とす
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】（１）レ−ザ光束(21)の
光軸(22)が貫通するノズル(2)を有するノズル部材(1)；
該ノズル部材(1)を支持し前記ノズル(2)に向かうレ−ザ
光束(21)の透過空間の一部を囲む絶縁部材(6,8)；中実
棒状のプラズマ電極(18)；該プラズマ電極(18)を、それ
が前記光軸(22)に対して傾斜しかつ該光軸(22)より退避
した位置から前記ノズル(2)に指向する姿勢および位置
に保持する、前記絶縁部材(6,8)に結合された電極支持
部材(12,14)；前記レーザ光束(21)を放射するレーザヘ
ッド(17)に前記電極支持部材(12,14)を結合する手段(1
6)；前記ノズル部材(1)とプラズマ電極(18)との間にパ
イロットプラズマを発生するためのパイロット電源(HF,
PSp)；および、前記プラズマ電極(18)と加工対象材(OB
1)との間に、移行式交流プラズマアークを生成する交流
電源(PSm)；を備えるレ−ザ／交流プラズマ複合の加工
装置。
光軸(22)が貫通するノズル(2)を有するノズル部材(1)；
該ノズル部材(1)を支持し前記ノズル(2)に向かうレ−ザ
光束(21)の透過空間の一部を囲む絶縁部材(6,8)；中実
棒状のプラズマ電極(18)；該プラズマ電極(18)を、それ
が前記光軸(22)に対して傾斜しかつ該光軸(22)より退避
した位置から前記ノズル(2)に指向する姿勢および位置
に保持する、前記絶縁部材(6,8)に結合された電極支持
部材(12,14)；前記レーザ光束(21)を放射するレーザヘ
ッド(17)に前記電極支持部材(12,14)を結合する手段(1
6)；前記ノズル部材(1)とプラズマ電極(18)との間にパ
イロットプラズマを発生するためのパイロット電源(HF,
PSp)；および、前記プラズマ電極(18)と加工対象材(OB
1)との間に、移行式交流プラズマアークを生成する交流
電源(PSm)；を備えるレ−ザ／交流プラズマ複合の加工
装置。
【００１２】なお、理解を容易にするためにカッコ内に
は、図面に示し後述する実施例の対応要素又は対応事項
の符号を、参考までに付記した。以下も同様である。
は、図面に示し後述する実施例の対応要素又は対応事項
の符号を、参考までに付記した。以下も同様である。
【００１３】これによれば、ノズル(2)を通って収束す
るレーザ光が、プラズマ電極下部に発生するプラズマジ
ェットを通過してそれに作用し、溶接対象材に作用する
プラズマジェット密度（エネルギ密度）が高くなって溶
接能率が向上する。プラズマ電極(18)が尖った先端を有
する中実棒状であるので、プラズマアークが該尖った先
端に集中してそこに留まり、安定する。従って、プラズ
マ照射の安定動作時間が長い。プラズマジェットがヒュ
ームを排斥するので、それらによるエネルギの遮断が少
なく、この点からも、溶接能率が向上する。
るレーザ光が、プラズマ電極下部に発生するプラズマジ
ェットを通過してそれに作用し、溶接対象材に作用する
プラズマジェット密度（エネルギ密度）が高くなって溶
接能率が向上する。プラズマ電極(18)が尖った先端を有
する中実棒状であるので、プラズマアークが該尖った先
端に集中してそこに留まり、安定する。従って、プラズ
マ照射の安定動作時間が長い。プラズマジェットがヒュ
ームを排斥するので、それらによるエネルギの遮断が少
なく、この点からも、溶接能率が向上する。
【００１４】交流プラズマアークは、正極，逆極性アー
クが交互に短い周期で切換りそれぞれ加工対象材すなわ
ち母材に移行するものであり、逆極性アークが母材表面
に陰極点を形成し、母材例えばアルミの表面の酸化皮膜
（アルミナ）を溶融除去する。この結果、アルミ表面は
梨地状に荒れてレーザ光は乱反射し、直接反射光がヘッ
ド内に戻ることが無くなる。梨地状になったアルミ表面
は、レーザ光の吸収率が向上する。アルミのレーザ溶接
の場合、エネルギ集中度が高く、高速深溶け込み溶接が
可能であるが、熱伝導度が高いため溶融池の凝固が早
く、シールドガスがトラップされやすくブローホールが
発生しやすい。交流プラズマを付加したＹＡＧレーザで
は、プラズマによって形成された溶融池は、レーザによ
る溶融池より大きく、プラズマの溶融池攪拌によってガ
スが抜けやすく、ブローホールが起きにくい。レーザ光
はスポット径が小さいことから突合わせ溶接においてギ
ャップ裕度が少なく、アルミ溶接においては特に、溶融
池の凝固が早く、密着した突合わせが必要であって被溶
接材の切断および溶接部拘束方法がシビアに要求される
が、プラズマ溶接との複合にする事によりギャップ裕度
が緩和される。
クが交互に短い周期で切換りそれぞれ加工対象材すなわ
ち母材に移行するものであり、逆極性アークが母材表面
に陰極点を形成し、母材例えばアルミの表面の酸化皮膜
（アルミナ）を溶融除去する。この結果、アルミ表面は
梨地状に荒れてレーザ光は乱反射し、直接反射光がヘッ
ド内に戻ることが無くなる。梨地状になったアルミ表面
は、レーザ光の吸収率が向上する。アルミのレーザ溶接
の場合、エネルギ集中度が高く、高速深溶け込み溶接が
可能であるが、熱伝導度が高いため溶融池の凝固が早
く、シールドガスがトラップされやすくブローホールが
発生しやすい。交流プラズマを付加したＹＡＧレーザで
は、プラズマによって形成された溶融池は、レーザによ
る溶融池より大きく、プラズマの溶融池攪拌によってガ
スが抜けやすく、ブローホールが起きにくい。レーザ光
はスポット径が小さいことから突合わせ溶接においてギ
ャップ裕度が少なく、アルミ溶接においては特に、溶融
池の凝固が早く、密着した突合わせが必要であって被溶
接材の切断および溶接部拘束方法がシビアに要求される
が、プラズマ溶接との複合にする事によりギャップ裕度
が緩和される。
【００１５】
【発明の実施の形態】（２）前記ノズル部材(1)の、ノ
ズル(2)が開いた内面は、該ノズル(2)を中心としそれを
底とする円錐面(3)であり；前記絶縁部材(6,8)は、レ−
ザ光束(21)の透過空間を囲む内周面に、周に沿う方向に
開いたプラズマガス流路(9)を有する。
ズル(2)が開いた内面は、該ノズル(2)を中心としそれを
底とする円錐面(3)であり；前記絶縁部材(6,8)は、レ−
ザ光束(21)の透過空間を囲む内周面に、周に沿う方向に
開いたプラズマガス流路(9)を有する。
【００１６】これによれば、プラズマガス流路(9)から
吹込まれたプラズマガスが旋回しながら円錐面(3)に沿
って小径の旋回に収束し電極(18)のアークで電離されて
ノズル２からプラズマジェットになって出る。光軸を中
心にしたサイクロン状に旋回するので、プラズマジェッ
ト噴射の方向安定性が高い。
吹込まれたプラズマガスが旋回しながら円錐面(3)に沿
って小径の旋回に収束し電極(18)のアークで電離されて
ノズル２からプラズマジェットになって出る。光軸を中
心にしたサイクロン状に旋回するので、プラズマジェッ
ト噴射の方向安定性が高い。
【００１７】（３）前記電極支持部材(12,14)の、前記
レーザ光束(21)を通すための開口は、前記絶縁部材(6,
8)の前記内周面よりも小径である。これにより、電極支
持部材(12,14)が、プラズマガスの旋回流の、レーザ光
源に戻る方向の移動がさえぎられ、旋回収束の力が強
い。
レーザ光束(21)を通すための開口は、前記絶縁部材(6,
8)の前記内周面よりも小径である。これにより、電極支
持部材(12,14)が、プラズマガスの旋回流の、レーザ光
源に戻る方向の移動がさえぎられ、旋回収束の力が強
い。
【００１８】（４）前記ノズル部材(1)の、ノズル(2)が
開いた内面(3)は、該ノズルを中心としそれを底とする
円錐面であり；前記レーザヘッド(17)が、プラズマガス
注入ポート(24)を有する；上記（１）のレ−ザ／交流プ
ラズマ複合の加工装置。これによれば、レーザヘッド(1
7)の軸流となってプラズマガスが流下してノズル(2)に
至り、ノズル(2)から噴出する。プラズマガス供給流路
を簡単に構成できる。
開いた内面(3)は、該ノズルを中心としそれを底とする
円錐面であり；前記レーザヘッド(17)が、プラズマガス
注入ポート(24)を有する；上記（１）のレ−ザ／交流プ
ラズマ複合の加工装置。これによれば、レーザヘッド(1
7)の軸流となってプラズマガスが流下してノズル(2)に
至り、ノズル(2)から噴出する。プラズマガス供給流路
を簡単に構成できる。
【００１９】（５）前記レーザヘッド(17)の内部から、
電極支持部材(12)の前記レーザ光束を通すための開口(1
3)に伸び、該開口部で最小径であって、その内部をレー
ザ光束が通過し、外部を前記プラズマガス注入ポート(2
4)から注入されたプラズマガスが流下する裁頭円錐筒(2
5)；を有する上記（４）のレ−ザ／交流プラズマ複合の
加工装置。これによれば、電極支持部材(12)の開口(13)
に沿って流下するプラズマガスの流速が高く、プラズマ
ガスによる電極支持部材(12)の冷却効果が高い。
電極支持部材(12)の前記レーザ光束を通すための開口(1
3)に伸び、該開口部で最小径であって、その内部をレー
ザ光束が通過し、外部を前記プラズマガス注入ポート(2
4)から注入されたプラズマガスが流下する裁頭円錐筒(2
5)；を有する上記（４）のレ−ザ／交流プラズマ複合の
加工装置。これによれば、電極支持部材(12)の開口(13)
に沿って流下するプラズマガスの流速が高く、プラズマ
ガスによる電極支持部材(12)の冷却効果が高い。
【００２０】（６）前記裁頭円錐筒(25)の下端部におい
てその外を流下するプラズマガスの流れを前記プラズマ
電極(18)の先端部に沿う方向に矯正する部材(26)；を有
する上記（５）記載のレ−ザ／交流プラズマ複合の加工
装置。これによれば、ノズル(2)に向けて流下するプラ
ズマガスが、電極(18)の下端部に沿うように部材(26)に
よって矯正され、プラズマガス流が電極(18)の下端部に
集中する。
てその外を流下するプラズマガスの流れを前記プラズマ
電極(18)の先端部に沿う方向に矯正する部材(26)；を有
する上記（５）記載のレ−ザ／交流プラズマ複合の加工
装置。これによれば、ノズル(2)に向けて流下するプラ
ズマガスが、電極(18)の下端部に沿うように部材(26)に
よって矯正され、プラズマガス流が電極(18)の下端部に
集中する。
【００２１】（７）レーザはＹＡＧレーザである。ＹＡ
Ｇレーザは金属材料の光吸収率がＣＯ2レーザの数倍で
あるので、効率の良い溶接が可能である。また、波長が
ＣＯ2レーザの１／１０であるので、溶接時に発生する
プラズマの影響を受けにくい。ＹＡＧレーザはフレキシ
ブルな光フアイバで伝送できるので、ハンドリングが容
易で多関節ロボットの利用も可能である。また、１００
ｍ程度までの離れた場所への伝送が可能である。一方、
ＹＡＧレーザは、イニシャルコストが高いので、自動車
生産ラインのように複数台の設備を導入する場合には、
設備費が膨大なものとなるが、レーザ光を時間分割（タ
イムシェアリング）、空間分割（パワーシェアリング）
で、複数の加工ステーションに分配伝送して加工に用い
ることができ、高い利用効率を得られる。
Ｇレーザは金属材料の光吸収率がＣＯ2レーザの数倍で
あるので、効率の良い溶接が可能である。また、波長が
ＣＯ2レーザの１／１０であるので、溶接時に発生する
プラズマの影響を受けにくい。ＹＡＧレーザはフレキシ
ブルな光フアイバで伝送できるので、ハンドリングが容
易で多関節ロボットの利用も可能である。また、１００
ｍ程度までの離れた場所への伝送が可能である。一方、
ＹＡＧレーザは、イニシャルコストが高いので、自動車
生産ラインのように複数台の設備を導入する場合には、
設備費が膨大なものとなるが、レーザ光を時間分割（タ
イムシェアリング）、空間分割（パワーシェアリング）
で、複数の加工ステーションに分配伝送して加工に用い
ることができ、高い利用効率を得られる。
【００２２】本発明の他の目的および特徴は、図面を参
照した以下の実施例の説明より明らかになろう。
照した以下の実施例の説明より明らかになろう。
【００２３】
【実施例】−第１実施例− 図１に本発明の第１実施例の主要部を示す。ＹＡＧレー
ザヘッド１７のＹＡＧレーザ光束２１の光軸２２を中心
としたノズル２を有するノズル部材１の外フランジが、
図示しない複数のねじ（光軸２２を中心に９０度ピッチ
で分布する４本）によってノズル受け６に固着されてい
る。ノズル部材１の小径円柱は、ノズル受け６の丸穴に
挿入されて円柱外周面がＯリング７を圧縮している。ま
た、前記図示しない複数のねじ止めにより、ノズル部材
１の外フランジがＯリング５を圧縮している。ノズル部
材１の小径円柱の首部にはリング状の冷却水流路４があ
り、この流路４が、Ｏリング５と７で気密にシールされ
ている。なお、ノズル受け６には、この流路４に冷却水
を供給するための注入ポートおよび流路４から冷却水を
排水するための排出ポートがあるが、それらの図示は省
略した。
ザヘッド１７のＹＡＧレーザ光束２１の光軸２２を中心
としたノズル２を有するノズル部材１の外フランジが、
図示しない複数のねじ（光軸２２を中心に９０度ピッチ
で分布する４本）によってノズル受け６に固着されてい
る。ノズル部材１の小径円柱は、ノズル受け６の丸穴に
挿入されて円柱外周面がＯリング７を圧縮している。ま
た、前記図示しない複数のねじ止めにより、ノズル部材
１の外フランジがＯリング５を圧縮している。ノズル部
材１の小径円柱の首部にはリング状の冷却水流路４があ
り、この流路４が、Ｏリング５と７で気密にシールされ
ている。なお、ノズル受け６には、この流路４に冷却水
を供給するための注入ポートおよび流路４から冷却水を
排水するための排出ポートがあるが、それらの図示は省
略した。
【００２４】ノズル部材１の小径円柱の内端面には、ノ
ズル２を底としそれに連続する円錐面３があり、これが
円錐空間を規定している。
ズル２を底としそれに連続する円錐面３があり、これが
円錐空間を規定している。
【００２５】ノズル受け６の内側の端面にはリング状の
溝が刻まれており、そこに略小径リング状のプラズマガ
ス口８が嵌め込まれ、その半径方向外方に略大径リング
状のガスケット１０があって、ガス口８の外周面との間
にリング状のプラズマガス通流空間２３を区画してい
る。ガス口８には、その外周面と内周面に開き内周面の
接線方向にガス口８を貫通する複数のプラズマガス注入
ノズル９が開けられている。ガスケット１０には、プラ
ズマガス通流空間２３に連通するプラズマガス注入ポー
ト１１がある。
溝が刻まれており、そこに略小径リング状のプラズマガ
ス口８が嵌め込まれ、その半径方向外方に略大径リング
状のガスケット１０があって、ガス口８の外周面との間
にリング状のプラズマガス通流空間２３を区画してい
る。ガス口８には、その外周面と内周面に開き内周面の
接線方向にガス口８を貫通する複数のプラズマガス注入
ノズル９が開けられている。ガスケット１０には、プラ
ズマガス通流空間２３に連通するプラズマガス注入ポー
ト１１がある。
【００２６】プラズマガス口８およびガスケット１０の
上に、電極ホルダ１２があり、その中心穴１３の直径は
ガス口８の内周面の直径より小さく、したがって電極ホ
ルダ１２は、ガス口８の内空間の庇となり、プラズマガ
ス注入ノズル９からガス口８の内空間に入って旋回する
プラズマガスの上方への放散を抑え旋回力を強くする。
上に、電極ホルダ１２があり、その中心穴１３の直径は
ガス口８の内周面の直径より小さく、したがって電極ホ
ルダ１２は、ガス口８の内空間の庇となり、プラズマガ
ス注入ノズル９からガス口８の内空間に入って旋回する
プラズマガスの上方への放散を抑え旋回力を強くする。
【００２７】電極ホルダ１２には図に示すように、尖っ
た先端を有する中実棒状（丸鉛筆状）のプラズマ電極１
８を、それが光軸（トーチ軸）２２に対して傾斜しかつ
光軸２２より退避した位置からノズル２に指向する姿勢
に受け入れる通し穴があり、その穴をプラズマ電極１８
が貫通している。電極ホルダ１２にはその外周面から通
し穴に至るねじ穴があり、このねじ穴にねじ込まれた留
めねじ１９の締めつけによって、プラズマ電極１８が電
極ホルダ１２に固定されている。２０はロックナットで
ある。
た先端を有する中実棒状（丸鉛筆状）のプラズマ電極１
８を、それが光軸（トーチ軸）２２に対して傾斜しかつ
光軸２２より退避した位置からノズル２に指向する姿勢
に受け入れる通し穴があり、その穴をプラズマ電極１８
が貫通している。電極ホルダ１２にはその外周面から通
し穴に至るねじ穴があり、このねじ穴にねじ込まれた留
めねじ１９の締めつけによって、プラズマ電極１８が電
極ホルダ１２に固定されている。２０はロックナットで
ある。
【００２８】電極ホルダ１２には絶縁台１４が載せられ
ている。絶縁台１４，電極ホルダ１２，ブラケット１０
およびノズル受け６は、それらを貫通しノズル受け６に
ねじ込まれた複数個のボルト１５（光軸２２を中心に１
２０度ピッチで分布する３本）で一体に固着されてい
る。
ている。絶縁台１４，電極ホルダ１２，ブラケット１０
およびノズル受け６は、それらを貫通しノズル受け６に
ねじ込まれた複数個のボルト１５（光軸２２を中心に１
２０度ピッチで分布する３本）で一体に固着されてい
る。
【００２９】ＹＡＧレーザヘッド１７の下端外周の雄ね
じに、フランジ付き雌ねじ筒１６がねじ結合しており、
この雌ねじ筒１６に、そのフランジのねじ通し穴を貫通
し絶縁台１４にねじ込まれた複数のねじ（光軸２２を中
心に１２０度ピッチで分布する３本）で、絶縁台１４が
固着されている。
じに、フランジ付き雌ねじ筒１６がねじ結合しており、
この雌ねじ筒１６に、そのフランジのねじ通し穴を貫通
し絶縁台１４にねじ込まれた複数のねじ（光軸２２を中
心に１２０度ピッチで分布する３本）で、絶縁台１４が
固着されている。
【００３０】この実施例では、プラズマ電極１８の尖つ
た先端にアーク放電の電界を集中させ、電極の先端部以
外への電解集中を避けるように、電極ホルダ１２を導電
体（銅製）とし、これに伴って、電極ホルダ１２の絶縁
のために、ノズル受け６，プラズマガス口８，ガスケッ
ト１０および台１４を絶縁体（セラミック）とした。ノ
ズル部材１は導電体（銅製）である。
た先端にアーク放電の電界を集中させ、電極の先端部以
外への電解集中を避けるように、電極ホルダ１２を導電
体（銅製）とし、これに伴って、電極ホルダ１２の絶縁
のために、ノズル受け６，プラズマガス口８，ガスケッ
ト１０および台１４を絶縁体（セラミック）とした。ノ
ズル部材１は導電体（銅製）である。
【００３１】プラズマ電極１８とノズル部材１には、パ
イロット電源ＰＳｐ，高周波高電圧のトリガ回路ＨＦお
よびパイロットスイッチＳＷｐを含むパイロット電源回
路が接続されており、プラズマ電極１８と突合わせ溶接
対象材ＯＢ１には、移行式交流プラズマ電源ＰＳｍおよ
びメインスイッチＳＷｍを含むメインプラズマ電源回路
が接続されている。
イロット電源ＰＳｐ，高周波高電圧のトリガ回路ＨＦお
よびパイロットスイッチＳＷｐを含むパイロット電源回
路が接続されており、プラズマ電極１８と突合わせ溶接
対象材ＯＢ１には、移行式交流プラズマ電源ＰＳｍおよ
びメインスイッチＳＷｍを含むメインプラズマ電源回路
が接続されている。
【００３２】冷却水およびプラズマガスの供給を開始
し、必要に応じてレーザヘッド１７においてもレーザ集
束のためのレンズをパージするガスの供給を開始し、パ
イロットスイッチＳＷｐをオンにしそしてトリガ回路Ｈ
Ｆを駆動してノズル部材１／プラズマ電極１８間に電気
放電をトリガする。これによりパイロットプラズマが着
火すると、トリガ回路ＨＦはオフにしてメインスイッチ
ＳＷｍをオンにする。これにより溶接対象材ＯＢ１／プ
ラズマ電極１８間に移行式交流プラズマアークが発生
し、プラズマ溶接動作状態になる。ここでＹＡＧレーザ
光束２１の射出を開始すると、レ−ザ／プラズマ複合
の、高能率の突合わせ溶接動作状態になる。
し、必要に応じてレーザヘッド１７においてもレーザ集
束のためのレンズをパージするガスの供給を開始し、パ
イロットスイッチＳＷｐをオンにしそしてトリガ回路Ｈ
Ｆを駆動してノズル部材１／プラズマ電極１８間に電気
放電をトリガする。これによりパイロットプラズマが着
火すると、トリガ回路ＨＦはオフにしてメインスイッチ
ＳＷｍをオンにする。これにより溶接対象材ＯＢ１／プ
ラズマ電極１８間に移行式交流プラズマアークが発生
し、プラズマ溶接動作状態になる。ここでＹＡＧレーザ
光束２１の射出を開始すると、レ−ザ／プラズマ複合
の、高能率の突合わせ溶接動作状態になる。
【００３３】−第２実施例− 図２に本発明の第２実施例の主要部を示す。この第２実
施例では、第１実施例のプラズマガスの旋回注入のため
の、プラズマガス口８，ガス注入ノズル９およびガス注
入ポート１１を省略し、かわりに、ＹＡＧレーザヘッド
１７にプラズマガス注入ポート２４を設けてそこからヘ
ッド１７内にプラズマガスを供給する。その他の構造
は、第１実施例と同様である。この第２実施例では、ヘ
ッド１７に入ったプラズマガスは、ノズル２に向かう軸
流となってヘッド１７を流下してノズル２から外に噴出
する。この過程で、ノズル２と電極１８下端の間のアー
クで電離されてプラズマとなる。
施例では、第１実施例のプラズマガスの旋回注入のため
の、プラズマガス口８，ガス注入ノズル９およびガス注
入ポート１１を省略し、かわりに、ＹＡＧレーザヘッド
１７にプラズマガス注入ポート２４を設けてそこからヘ
ッド１７内にプラズマガスを供給する。その他の構造
は、第１実施例と同様である。この第２実施例では、ヘ
ッド１７に入ったプラズマガスは、ノズル２に向かう軸
流となってヘッド１７を流下してノズル２から外に噴出
する。この過程で、ノズル２と電極１８下端の間のアー
クで電離されてプラズマとなる。
【００３４】−第３実施例− 図３に本発明の第３実施例の主要部を示す。この第３実
施例では、第２実施例にガス流路区画用の裁頭円錐筒２
５を加えてレーザ光束を覆って、ヘッド１７内かつ裁頭
円錐筒２５の外の空間を通して、プラズマガスをノズル
受け６の内空間に供給するようにした。絶縁台１４内
に、半円形の平板リング半体である邪魔板２６があり、
この邪魔板２６が、プラズマガス流を電極１８の周りに
集中させるために、裁頭円錐筒２５の外の、中心穴１３
の右半分を閉じている。その他の構造は、第２実施例と
同様である。
施例では、第２実施例にガス流路区画用の裁頭円錐筒２
５を加えてレーザ光束を覆って、ヘッド１７内かつ裁頭
円錐筒２５の外の空間を通して、プラズマガスをノズル
受け６の内空間に供給するようにした。絶縁台１４内
に、半円形の平板リング半体である邪魔板２６があり、
この邪魔板２６が、プラズマガス流を電極１８の周りに
集中させるために、裁頭円錐筒２５の外の、中心穴１３
の右半分を閉じている。その他の構造は、第２実施例と
同様である。
【図１】 本発明の第１実施例の主要部を示す縦断面図
である。
である。
【図２】 本発明の第２実施例の主要部を示す縦断面図
である。
である。
【図３】 本発明の第３実施例の主要部を示す縦断面図
である。
である。
１：ノズル部材 ２：ノズル ３：円錐面 ４：冷却水流路 ５：Ｏリング ６：ノズル受け ７：Ｏリング ８：プラズマガス口 ９：ガス注入ノズル １０：ガスケット １１：ガス注入ポート １３：中心穴 １４：絶縁台 １５：ボルト １６：雌ねじ筒 １７：ＹＡＧレーザヘッド １８：プラズマ電極 １９：留めねじ ２０：ロックナット ２１：ＹＡＧレーザ光束 ２２：光軸 ２３：ガス通流空間 ２４：ガス注入ポート ２５：裁頭円錐筒 ２６：邪魔板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 衣 袋 順 一 千葉県習志野市東習志野７丁目６番１号 日鐵溶接工業株式会社機器・オプト事業部 内 Ｆターム(参考） 4E001 AA03 BB12 CB01 DE03 4E068 BC01 CD15 CH01 DB04
Claims (7)
- 【請求項１】レ−ザ光束の光軸が貫通するノズルを有す
るノズル部材；該ノズル部材を支持し前記ノズルに向か
うレ−ザ光束の透過空間の一部を囲む絶縁部材；中実棒
状のプラズマ電極；該プラズマ電極を、それが前記光軸
に対して傾斜しかつ該光軸より退避した位置から前記ノ
ズルに指向する姿勢および位置に保持する、前記絶縁部
材に結合された電極支持部材；前記レーザ光束を放射す
るレーザヘッドに前記電極支持部材を結合する手段；前
記ノズル部材とプラズマ電極との間にパイロットプラズ
マを発生するためのパイロット電源；および、 前記プラズマ電極と加工対象材との間に、移行式交流プ
ラズマアークを生成する交流電源；を備えるレ−ザ／交
流プラズマ複合の加工装置。 - 【請求項２】前記ノズル部材の、ノズルが開いた内面
は、該ノズルを中心としそれを底とする円錐面であり；
前記絶縁部材は、レ−ザ光束の透過空間を囲む内周面
に、周に沿う方向に開いたプラズマガス流路を有する；
請求項１記載のレ−ザ／交流プラズマ複合の加工装置。 - 【請求項３】前記電極支持部材の、前記レーザ光束を通
すための開口は、前記絶縁部材の前記内周面よりも小径
である、請求項２記載のレ−ザ／交流プラズマ複合の加
工装置。 - 【請求項４】前記ノズル部材の、ノズルが開いた内面
は、該ノズルを中心としそれを底とする円錐面であり；
前記レーザヘッドが、プラズマガス注入ポートを有す
る；請求項１記載のレ−ザ／交流プラズマ複合の加工装
置。 - 【請求項５】前記レーザヘッドの内部から、電極支持部
材の前記レーザ光束を通すための開口に伸び、該開口部
で最小径であって、その内部をレーザ光束が通過し、外
部を前記プラズマガス注入ポートから注入されたプラズ
マガスが流下する裁頭円錐筒；を有する請求項４記載の
レ−ザ／交流プラズマ複合の加工装置。 - 【請求項６】前記裁頭円錐筒の下端部においてその外を
流下するプラズマガスの流れを前記プラズマ電極の先端
部に沿う方向に矯正する部材；を有する請求項５記載の
レ−ザ／交流プラズマ複合の加工装置。 - 【請求項７】レーザはＹＡＧレーザである、請求項１，
請求項２，請求項３，請求項４，請求項５又は請求項６
記載のレ−ザ／交流プラズマ複合の加工装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000305219A JP3768394B2 (ja) | 2000-10-04 | 2000-10-04 | レ−ザ／プラズマ複合の加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000305219A JP3768394B2 (ja) | 2000-10-04 | 2000-10-04 | レ−ザ／プラズマ複合の加工装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002113588A true JP2002113588A (ja) | 2002-04-16 |
| JP3768394B2 JP3768394B2 (ja) | 2006-04-19 |
Family
ID=18786119
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000305219A Expired - Fee Related JP3768394B2 (ja) | 2000-10-04 | 2000-10-04 | レ−ザ／プラズマ複合の加工装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3768394B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7759603B2 (en) | 2004-12-15 | 2010-07-20 | Fronius International Gmbh | Method and device for combined laser-arc welding with control of laser unit according to welding torch |
| CN105618933A (zh) * | 2016-02-19 | 2016-06-01 | 广东省焊接技术研究所（广东省中乌研究院） | 一种高效高质的激光-微弧等离子复合焊接方法 |
| WO2017178580A1 (de) * | 2016-04-14 | 2017-10-19 | Plasmatreat Gmbh | Vorrichtung zur bearbeitung einer oberfläche eines werkstücks mit einem laserstrahl und verfahren zum betrieb der vorrichtung |
| US10265800B2 (en) | 2014-10-08 | 2019-04-23 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Welding apparatus and nozzle device |
| WO2021008487A1 (zh) * | 2019-07-15 | 2021-01-21 | 成都智见复合科技有限公司 | 一种激光和光电弧复合焊接的焊炬 |
| CN113732507A (zh) * | 2021-09-14 | 2021-12-03 | 哈尔滨工业大学（威海） | 一种驱除激光等离子体的激光-电弧复合焊保护气体吹送装置 |
-
2000
- 2000-10-04 JP JP2000305219A patent/JP3768394B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7759603B2 (en) | 2004-12-15 | 2010-07-20 | Fronius International Gmbh | Method and device for combined laser-arc welding with control of laser unit according to welding torch |
| US10265800B2 (en) | 2014-10-08 | 2019-04-23 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Welding apparatus and nozzle device |
| CN105618933A (zh) * | 2016-02-19 | 2016-06-01 | 广东省焊接技术研究所（广东省中乌研究院） | 一种高效高质的激光-微弧等离子复合焊接方法 |
| WO2017178580A1 (de) * | 2016-04-14 | 2017-10-19 | Plasmatreat Gmbh | Vorrichtung zur bearbeitung einer oberfläche eines werkstücks mit einem laserstrahl und verfahren zum betrieb der vorrichtung |
| CN109070276A (zh) * | 2016-04-14 | 2018-12-21 | 等离子体处理有限公司 | 用于借助激光束加工工件表面的设备以及设备的运行方法 |
| CN109070276B (zh) * | 2016-04-14 | 2021-10-12 | 等离子体处理有限公司 | 用于借助激光束加工工件表面的设备以及设备的运行方法 |
| US11731216B2 (en) | 2016-04-14 | 2023-08-22 | Plasmatreat Gmbh | Device for working a surface of a workpiece by means of a laser beam and method for operating the device |
| WO2021008487A1 (zh) * | 2019-07-15 | 2021-01-21 | 成都智见复合科技有限公司 | 一种激光和光电弧复合焊接的焊炬 |
| CN113732507A (zh) * | 2021-09-14 | 2021-12-03 | 哈尔滨工业大学（威海） | 一种驱除激光等离子体的激光-电弧复合焊保护气体吹送装置 |
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|---|---|
| JP3768394B2 (ja) | 2006-04-19 |
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