JP2003220480A - レーザ溶接加工機およびレーザ溶接加工方法 - Google Patents

レーザ溶接加工機およびレーザ溶接加工方法

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JP2003220480A
JP2003220480A JP2002017063A JP2002017063A JP2003220480A JP 2003220480 A JP2003220480 A JP 2003220480A JP 2002017063 A JP2002017063 A JP 2002017063A JP 2002017063 A JP2002017063 A JP 2002017063A JP 2003220480 A JP2003220480 A JP 2003220480A
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welding
laser
laser beam
ray
welding machine
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Toshiya Saito
俊弥 斎藤
Naoki Imai
尚樹 今井
Naoshi Matsumoto
直士 松本
Seiji Takahashi
誠司 高橋
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】溶接機にX線検査装置を付加することにより、
ワークを溶接機から取り降ろさずにX線検査ができ、必
要に応じて連続して補修溶接ができ、かつ、直ちに検査
できることから欠陥の生じた原因の特定がし易いレーザ
溶接加工機およびレーザ溶接加工方法を提供する。 【解決手段】 シールド室1内に設けられ、ワーク3を
載置する回転テーブル2と、回転テーブル2上のワーク
3の溶接部3aへのレーザ光発生装置7からのレーザ光
の照射位置を調節する照射位置調節装置4と、溶接加工
後の溶接継手3bにX線を照射する発生装置5と、溶接
継手3bを透過したX線を受光するセンサ6と、レーザ
光発生装置7とを有してなるものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はレーザ溶接加工機に
係り、特にX線検査装置を付加したレーザ溶接加工機お
よびレーザ溶接加工方法に関する。
【0002】
【従来の技術】レーザ溶接は、高エネルギービームを用
いた熱的溶接方法であり、溶融溶接の一種である。現
在、レーザ溶接に用いられるレーザは、COレーザと
YAGレーザの2種類である。これは溶接にはパワーの
大きいものが必要であるためである。レーザ溶接用とし
てCOレーザでは20kW程度のものがすでに実用化
されている。一方、YAGレーザでは、数百Wから2k
W級のものがレーザ溶接用に使用される。レーザ溶接
は、比較的薄板の低ひずみ高速溶接に採用される。
【0003】金属および非金属材料の溶接およびろう付
に高エネルギー密度のレーザが利用される。金属のレー
ザ溶接は、レンズまたはミラーにより集束されたレーザ
ビームが金属を溶融蒸発させ形成されるキャビティ(キ
ーホール)により特徴づけられる。図2はレーザによる
深溶け込み溶接の機構を示したものである。キーホール
の周囲は、溶融金属(溶融池)で満たされており、キー
ホールが移動するにしたがって溶融池後方の金属が凝固
し溶接が実現される。
【0004】図3に示すように、溶融断面形状を他の溶
接法と比較すると、同じ溶け込み深さに対してレーザ溶
接では、溶融幅が電子ビーム溶接より広く、プラズマ溶
接より狭くなる。したがって、溶融断面積または溶融金
属量の少ないレーザ溶接による変形は同一板厚に対して
電子ビーム溶接に比べてわずかに大きくなるが、プラズ
マ溶接に比べて小さく比較的高精度の溶接が可能であ
る。電子ビーム溶接は、真空中で行なわなければならな
いのに対し、レーザ溶接は大気中で行なえる利点があ
る。レーザ溶接は、ほとんどの金属に適用可能である
が、活性金属(たとえば、Ti、Zr等)では十分な不
活性ガスシールドが必要である。
【0005】レーザ溶接では、4〜5mm程度までの薄
板の分野にメリットが発揮される。溶接継手の形状は、
図4に示すものなどであるが、突合せ溶接の場合にはギ
ャップの程度が特に問題で、通常、ギャップgの大きさ
は板厚をtとするとg≦0.1tが目安である。
【0006】レーザ溶接継手には、アンダーカット、ア
ンダフィル、ブロホール、割れなどの欠陥が発生する場
合があり、目視だけで明らかに判別されるアンダーカッ
トやアンダフィルとは別に微細な割れやピットなどの欠
陥は、カラーチェックや磁気探傷などで検査するのが一
般的である。また、内部の欠陥に対してはX線検査が行
なわれる。
【0007】X線は、0.01−100Å程度の短波長
電磁波で、電子を高電圧で加速して陽極に衝突させた際
に発生する。X線を用いる測定法は、X線透過法、
X線分光法、X線解析法に大別される。上記の中では
X線透過法が最も広く用いられている。
【0008】X線の透過力は波長が短いほど大きい。ま
た、物体を構成する元素の原子番号が小さいほど、物体
が薄いほど、X線がよく透過する。X線透過法は、X線
の透過力の違いを利用して物体の内部構造を観察する方
法である。短波長のX線を硬い、長波長のX線を軟かい
という。タングステン管球に印加する電圧が高いほど短
波長成分が多い硬いX線が発生する。生体など軽元素か
らなる材料を調べるには軟かいX線を用いる。これに対
し、鉄板の溶接状態を検査する際には硬いX線を使用す
る。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ジェットエンジン、ガ
スタービン、宇宙開発機器部品には0.1−5mm程度
の薄い板を溶接加工するものが多い。これらは溶接によ
る変形を嫌うのでレーザ溶接が多用される。航空宇宙関
係の機器は、品質の要求が厳しいので、溶接継手につい
ても厳重な検査が必要である。
【0010】従来の検査はレーザ溶接加工中に生じるプ
ラズマや反射レーザ光の挙動をCCDカメラ等でとら
え、あらかじめ欠陥指示の有無が確認されているときの
信号データと比較することにより検査を行なう間接的な
検査方法である。
【0011】しかし、部品によってはX線透過法による
直接検査を求められる場合があり、その場合は部品の溶
接後に溶接加工機より取り降ろし、専用のX線検査装置
で検査を行なっていた。そのため、検査のための待ち時
間、取り付け、取り外しの時間がかかり、さらに、欠陥
が発見されてからの対処に時間がかかっていた。
【0012】本発明は、従来技術のかかる問題点に鑑み
案出されたもので、溶接機にX線検査装置を付加するこ
とにより、ワークを溶接加工機から取り降ろさずにX線
検査ができ、必要に応じて連続して補修溶接ができ、か
つ、直ちに検査できることから欠陥の生じた原因の特定
がし易いレーザ溶接加工機およびレーザ溶接加工方法を
提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のレーザ溶接加工機は、シールド室内に設け
られ、ワークを載置する回転テーブルと、回転テーブル
上のワークの溶接部へのレーザ光発生装置からのレーザ
光の照射位置を調節する照射位置調節装置と、溶接加工
後の溶接継手にX線を照射するX線発生装置と、溶接継
手を透過したX線を受光するセンサと、レーザ光発生装
置とを有してなるものである。
【0014】上記レーザ溶接加工機に溶接継手の外観を
撮影するテレビカメラを付加するのが好ましい。
【0015】上記レーザ光発生装置はYAGレーザ発振
器であり、上記照射位置調節装置はロボットであり、Y
AGレーザ発振器とロボットの間は光ファイバ−ケーブ
ルにより連結されているのが好ましい。
【0016】X線を受光する上記センサからの信号を映
像化処理した映像と、上記テレビカメラからの映像とを
表示するディスプレイが設けられた操作盤を付加するの
が好ましい。
【0017】また、本願請求項5記載発明のレーザ溶接
加工方法は、レーザ溶接加工機にX線検査装置を付加し
て、溶接直後の溶接継手をX線検査するものである。
【0018】次に本発明の作用を説明する。X線の散乱
光を遮蔽するため鉛板等により密閉したシールド室を形
成し、その中に、溶接しようとするワークを載置した回
転テーブルを設置する。ワークに形成された開先の一点
の溶接部にレンズ等で集束されたレーザビームを照射す
る。照射位置は、ロボット等の照射位置調節装置により
調節する。レーザビームは、金属を溶融させて、溶融金
属で満たされた溶融池を形成し、ワークが移動するにし
たがって溶融池後方の金属が凝固して溶接継手が形成さ
れる。
【0019】溶接継手の内部欠陥は、X線検査装置によ
り検査され、外観はテレビカメラにより撮影される。そ
れらの画像は操作盤に写し出されるので、オペレータは
常時監視することができる。
【0020】このように溶接加工が済んだワークを溶接
機から取り降ろすことなく、X線検査ができるので、X
線検査装置への取り付け、取り外しの手間を省くことが
できるとともに、欠陥が生じた場合の原因の特定が容易
になる。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て図面を参照しつつ説明する。図1は本発明のレーザ溶
接加工機の斜視図である。図1において、1は密閉した
シールド室で、周囲は鉛板などで覆われており、散乱し
たX線や、レーザ光などの有害な電磁波をシールする。
2はシールド室1内に設けられた回転テーブルで、図示
しない駆動装置により駆動されており、ワーク3を載置
している。ワーク3は被溶接物である。本実施例では円
板状の部材に円環状の部材を外嵌し、その当接面をレー
ザにより突合せ溶接する場合を図示している。3aは溶
接部、3bは溶接ビードを示している。4は照射位置調
節装置であり、本実施例ではロボットである。照射位置
調節装置は、ロボット4に限らず3軸直交型の門型の構
造のものでもよい。回転テーブル2の回転速度とロボッ
ト4の動きを同調させることにより、溶接線は円以外の
だ円や多角型にすることも可能である。
【0022】5は硬いX線を発生するX線発生装置であ
り、6はワーク3の溶接ビード3bを透過したX線を感
知するセンサである。6aはセンサ6からの信号を送る
ケーブルである。7はレーザ光発生装置であり、本実施
例ではYAGレーザ発信器である。8はYAGレーザ発
信器7からのレーザ光をロボット4に導く光ファイバケ
ーブルである。レーザ光発生装置は、YAGレーザ発信
器7に限らず、COレーザ発信器であってもよい。そ
の場合にはレーザ光を導くのに光ファイバケーブルは使
えず、複数の反射鏡を組み合わせて使う。照射位置調節
装置もロボット4でなく、3軸直交型の門型の構造のも
のを使用する。
【0023】9は溶接継手(ビード3b)の外観を撮影
するテレビカメラである。10は操作盤である。操作盤
10にはセンサ6からの信号を映像化処理した映像を表
示するディスプレー11とテレビカメラからの映像を表
示するディスプレー12とが設けられている。これらの
映像をオペレータが常時監視して異常を発見するように
してもよいが、操作盤10内に設けた図示しないコンピ
ュータで標準映像と比較し、異常がある場合に警報を発
するようにしてもよい。13はX線検査装置で、X線発
生装置5とセンサ6とからなる。
【0024】次に本実施形態の作用を説明する。X線の
散乱光を遮蔽するため鉛板等により密閉したシールド室
1を形成し、その中に、溶接しようとするワーク3を載
置した回転テーブル2を設置する。ワーク3に形成され
た開先の一点の溶接部3aにレンズ等で集束されたレー
ザビームを照射する。照射位置は、ロボット4により調
節する。レーザビームは、金属を溶融させて、溶融金属
で満たされた溶融池を形成し、ワーク3が移動するにし
たがって溶融池後方の金属が凝固してビード3bが形成
される。
【0025】ビード3bの内部欠陥は、X線検査装置1
3により検査され、外観はテレビカメラ9により撮影さ
れる。それらの画像は操作盤10に写し出されるので、
オペレータは常時監視することができる。
【0026】このように溶接加工が済んだワーク3を溶
接機から取り降ろすことなく、X線検査ができるので、
従来に比べてX線検査装置13への取り付け、取り外し
の手間を省くことができるとともに、欠陥が生じた場合
の原因の特定が容易になる。
【0027】本発明は、以上述べた実施形態に限定され
るものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の
変更が可能である。
【0028】
【発明の効果】以上述べたように、本発明のレーザ溶接
加工機およびレーザ溶接加工方法は、レーザ溶接加工機
にX線検査装置を組み合わせることにより、従来のよう
にワークを溶接機から取り降ろしてX線検査装置に取り
付ける必要がないので、取り付け、取り外しの手間が省
けるとともに、溶接の欠陥が発生した場合の原因の特定
が容易になり、品質の向上を図ることができるなどの優
れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のレーザ溶接加工機の斜視説明図であ
る。
【図2】レーザ溶接の機構を示した斜視説明図である。
【図3】レーザ溶接の溶融断面形状を他の溶接方法と比
較した図面である。
【図4】レーザ溶接の継手の形式を示す図である。
【符号の説明】
1 シールド室 2 回転テーブル 3 ワーク 4 ロボット 5 X線発生装置 6 センサ 7 YAGレーザ発信器 9 テレビカメラ 10 操作盤
フロントページの続き (72)発明者 松本 直士 東京都西東京市向台町三丁目5番1号 石 川島播磨重工業株式会社田無工場内 (72)発明者 高橋 誠司 東京都西東京市向台町三丁目5番1号 石 川島播磨重工業株式会社田無工場内 Fターム(参考) 2G001 AA01 BA11 CA01 DA09 GA07 KA03 LA02 4E068 BD01 CC00 CE08

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シールド室内に設けられ、ワークを載置
    する回転テーブルと、回転テーブル上のワークの溶接部
    へのレーザ光発生装置からのレーザ光の照射位置を調節
    する照射位置調節装置と、溶接加工後の溶接継手にX線
    を照射するX線発生装置と、溶接継手を透過したX線を
    受光するセンサと、レーザ光発生装置とを有してなるこ
    とを特徴とするレーザ溶接加工機。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のレーザ溶接加工機に溶接
    継手の外観を撮影するテレビカメラを付加したレーザ溶
    接加工機。
  3. 【請求項3】 上記レーザ光発生装置はYAGレーザ発
    振器であり、上記照射位置調節装置はロボットであり、
    YAGレーザ発振器とロボットの間は光ファイバ−ケー
    ブルにより連結されている請求項1または請求項2記載
    のレーザ溶接加工機。
  4. 【請求項4】 X線を受光する上記センサからの信号を
    映像化処理した映像と、上記テレビカメラからの映像と
    を表示するディスプレイが設けられた操作盤を付加した
    請求項1ないし請求項3記載のレーザ溶接加工機。
  5. 【請求項5】 レーザ溶接加工機にX線検査装置を付加
    し、溶接直後の溶接継手をX線検査するレーザ溶接加工
    方法。
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