JP2003311456A - Laser beam irradiating arc welding head - Google Patents

Laser beam irradiating arc welding head

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JP2003311456A
JP2003311456A JP2002117381A JP2002117381A JP2003311456A JP 2003311456 A JP2003311456 A JP 2003311456A JP 2002117381 A JP2002117381 A JP 2002117381A JP 2002117381 A JP2002117381 A JP 2002117381A JP 2003311456 A JP2003311456 A JP 2003311456A
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welding
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arc welding
welding head
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Japanese (ja)
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Naoyoshi Tomita
直良 冨田
Shinichi Hasegawa
慎一 長谷川
Yuji Ueda
裕司 上田
Tetsuya Yasufuku
哲彌 安福
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Daihen Corp
Original Assignee
Daihen Corp
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/346Working 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
    • B23K26/348Working 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

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a welding head which needs no large sized structure, which shows less energy loss of a laser beam, and which has improved shielding performance of a welding head by a shielding gas. <P>SOLUTION: In the laser beam irradiating arc welding head, N pieces of semiconductor laser stacks LD3 are arranged around a nozzle 21 mounted on the tip end of a welding torch 15 and, by N pieces of condensing lens optical systems, laser beams are each converged near the intersection between a wire 14 fed from the welding torch and an aimed welding position on an object to be welded. In addition, the welding head is equipped with a head nozzle 36. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、消耗電極ガスシー
ルドアーク溶接のアーク発生部又はその周辺部の被溶接
物表面にレーザ光を照射することによって高速溶接を行
うレーザ照射アーク溶接装置のレーザ照射アーク溶接ヘ
ッドの改良に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to laser irradiation of a laser irradiation arc welding apparatus for performing high-speed welding by irradiating a surface of an object to be welded at an arc generation portion or its peripheral portion of consumable electrode gas shielded arc welding. Regarding improvement of an arc welding head.

【0002】[0002]

【従来の技術】炭酸ガスレーザ、YAGレーザ、半導体
レーザ等を利用したレーザ溶接は、高エネルギ密度の熱
源であるので、2[m/分]を超え8[m/分]程度ま
での高速溶接が可能である。しかし、このレーザ溶接で
は、重ね継手、突き合わせ継手等への溶接においてその
継手部分にギャップがある場合には、レーザ照射部のビ
ームスポットが小さいためにギャップのある継手部分の
両端を溶融することができず溶接をすることができな
い。したがって、レーザ溶接においては、被溶接物の継
手部分をギャップがない状態にする必要があるために、
実用上の適用範囲は非常に限定されている。
2. Description of the Related Art Laser welding using a carbon dioxide gas laser, a YAG laser, a semiconductor laser, etc. is a heat source with a high energy density, so that high-speed welding exceeding 2 [m / min] to about 8 [m / min] is possible. It is possible. However, in this laser welding, when there is a gap in the joint portion in welding to a lap joint, a butt joint, etc., the beam spot of the laser irradiation portion is small, so both ends of the joint portion with the gap can be melted. You can't do welding. Therefore, in laser welding, it is necessary to make the joint part of the work piece have no gap,
The practical application range is very limited.

【0003】上述したレーザ溶接の問題点を解決する1
つの方法として、レーザ照射と消耗電極ガスシールドア
ーク溶接とを併用する複合型のレーザ照射アーク溶接装
置が提案されている。この溶接方法は、前述したレーザ
照射によって形成される高エネルギ密度の熱源による高
速溶接性を確保した上で、アークによって形成される広
がりのある熱源によって継手部分を幅広く溶融すると共
にワイヤをギャップ部分に充填することによって、ギャ
ップのある継手部分に対しても良好な高速溶接を行うこ
とができる。以下、このレーザ照射アーク溶接装置の一
例を説明する。なお、これ以降の説明では、溶接速度が
2[m/分]以上の場合を高速溶接ということにする。
Solving the above problems of laser welding 1
As one method, a composite type laser irradiation arc welding apparatus that uses laser irradiation and consumable electrode gas shield arc welding together has been proposed. This welding method ensures high-speed weldability by the high-energy-density heat source formed by laser irradiation described above, and then melts the joint widely with the expansive heat source formed by the arc, and the wire to the gap portion. By filling, good high-speed welding can be performed even on a joint portion having a gap. Hereinafter, an example of this laser irradiation arc welding device will be described. In the following description, the case where the welding speed is 2 [m / min] or more is referred to as high speed welding.

【0004】図1は、従来技術のレーザ照射アーク溶接
装置を示す図である。以下、同図を参照して説明する。
YAGレーザ又は半導体レーザのレーザ発振器1から出
力されたレーザ光2は第1レンズ3によって収束されて
光ファイバ4に出力される。そして、光ファイバ4によ
って伝送されたレーザ光2は、レーザトーチ5内に設け
られたミラー6によって90[度]曲げられ、反射して
広がったレーザ光2が第2レンズ7によって平行光にな
り、加工レンズ8によって被溶接物9の表面に焦点が生
じるように収束され、カバーガラス10を通して被溶接
物9に照射される。
FIG. 1 is a diagram showing a conventional laser irradiation arc welding apparatus. Hereinafter, description will be given with reference to FIG.
The laser light 2 output from the laser oscillator 1 of a YAG laser or a semiconductor laser is converged by the first lens 3 and output to the optical fiber 4. Then, the laser light 2 transmitted by the optical fiber 4 is bent 90 [degree] by the mirror 6 provided in the laser torch 5, and the laser light 2 that is reflected and spread becomes parallel light by the second lens 7, It is converged by the processing lens 8 so that a focus is generated on the surface of the object to be welded 9, and the object to be welded 9 is irradiated through the cover glass 10.

【0005】溶接用電源装置11は、ワイヤ送給装置1
2のワイヤ送給ロール13の回転を制御してワイヤ14
を溶接トーチ15を通して送給すると共に、ワイヤ14
と被溶接物9との間にアーク16を発生させるための溶
接電圧及び溶接電流を出力する。上記のレーザ光2を照
射する位置は、被溶接物9のアーク16の発生部又はそ
の周辺部であればよく、溶接方向を基準としてアーク1
6の発生部の前方、後方、右横又は左横のいずれの位置
でもよい。
The welding power source device 11 is a wire feeding device 1.
The wire 14 is controlled by controlling the rotation of the wire feeding roll 13
Is fed through the welding torch 15 and the wire 14
The welding voltage and welding current for generating the arc 16 between the welding target 9 and the workpiece 9 are output. The position of irradiating the laser beam 2 may be a position where the arc 16 of the workpiece 9 is generated or a peripheral part thereof, and the arc 1 is set on the basis of the welding direction.
It may be located at the front, the rear, the right side, or the left side of the generating portion of 6.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術のレ
ーザ照射アーク溶接装置においては、レーザトーチ5と
溶接トーチ15との二つのトーチを使用して溶接を行う
ために、それぞれのトーチが干渉しないように、一方又
は両方のトーチを被溶接物9に対して傾斜させて設ける
必要がある。その結果、レーザトーチ5と溶接トーチ1
5とから成る溶接ヘッドが大型化し、通常、図示してい
ない溶接ロボットのマニピュレータ先端に装着されてい
るので、溶接方向が制限され、溶接ロボットの操作性が
悪くなる。また、レーザトーチ5が先行して溶接トーチ
15が後行して溶接を行うので、レーザトーチ5と溶接
トーチ15との位置を一定に定めてマニピュレータを操
作する必要がある。例えば、溶接線が90[度]程度曲
がる場合には、溶接トーチ15を大きく回転させる必要
があり、マニピュレータのティーチング作業が複雑にな
る。また、レーザ発振器1から出力されるレーザ光2を
集光してファイバ4に入射してレーザ光2を伝送してい
るので、レーザ光2をファイバ4に入射するときとファ
イバ4からレーザ光2が出射するときにレーザ光2のエ
ネルギ損失が発生する。
In the above-described laser irradiation arc welding apparatus of the prior art, since welding is performed using two torches, the laser torch 5 and the welding torch 15, the respective torches do not interfere with each other. In addition, it is necessary to provide one or both torches inclined with respect to the workpiece 9. As a result, laser torch 5 and welding torch 1
Since the welding head composed of 5 and 5 is enlarged and is usually attached to the tip of a manipulator of a welding robot (not shown), the welding direction is limited and the operability of the welding robot is deteriorated. Further, since the laser torch 5 precedes and the welding torch 15 follows and performs welding, it is necessary to operate the manipulator with the positions of the laser torch 5 and the welding torch 15 being fixed. For example, when the welding line bends about 90 [degrees], the welding torch 15 needs to be largely rotated, which complicates the teaching operation of the manipulator. Further, since the laser light 2 output from the laser oscillator 1 is collected and incident on the fiber 4 to transmit the laser light 2, the laser light 2 is transmitted to the fiber 4 when the laser light 2 is incident on the fiber 4. When the laser beam is emitted, energy loss of the laser beam 2 occurs.

【0007】また、アルミニウム又はアルミニウム合金
(以下、アルミという)を被溶接物9として溶接する場
合、アルミの表面に存在する酸化皮膜を除去するクリー
ニング作用を行うために、軟鋼の溶接と比較して、広い
範囲をシールドする必要がある。しかし、図1に示した
従来技術のレーザ照射アーク溶接装置では、シールドガ
スがアークと溶融金属とを十分に大気から遮蔽できる構
造ではないので、アルミを被溶接物として溶接する場
合、広い範囲をシールドすることができない。従って、
アルミを被溶接物として溶接する場合、シールドガスが
アークと溶融金属とを空気から十分に遮蔽することがで
きないために、溶融金属が空気を巻き込み、ブローホー
ル等の気孔欠陥が発生するなど、溶接の品質を低下させ
るという問題点があった。
When aluminum or aluminum alloy (hereinafter referred to as "aluminum") is welded as the object 9 to be welded, in order to perform a cleaning action for removing an oxide film existing on the surface of the aluminum, compared with welding of mild steel. , Need to shield a wide range. However, the conventional laser irradiation arc welding apparatus shown in FIG. 1 does not have a structure in which the shield gas can sufficiently shield the arc and the molten metal from the atmosphere. You can't shield. Therefore,
When welding aluminum as an object to be welded, because the shielding gas cannot sufficiently shield the arc and molten metal from the air, the molten metal entrains air and causes porosity defects such as blow holes. There was a problem that the quality of the.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、消耗電極ガスシールドアーク溶接トーチ15から送
給されるワイヤ14と被溶接物9との間に電力を供給し
てアーク16を発生させ、複数の半導体レーザで構成さ
れた半導体レーザスタックLD1〜LDNから出力されたレー
ザ光2を上記アーク16の発生部又はその周辺部にそれ
ぞれ照射するレーザ照射アーク溶接ヘッドにおいて、上
記消耗電極ガスシールドアーク溶接トーチ15の先端に
装着されたノズル21の周囲に配設されたN個(Nは1以
上の整数)の半導体レーザスタックLD1〜LDNと、上記N
個の半導体レーザスタックLD1〜LDNから出力されるそれ
ぞれのレーザ光2を集光して、ワイヤの送給方向と被溶
接物とが交差する溶接狙い位置付近をレーザ集光点とす
るN個の集光レンズ光学系とを備えたレーザ照射アーク
溶接ヘッドである。
According to a first aspect of the present invention, an electric power is supplied between a wire 14 fed from a consumable electrode gas shielded arc welding torch 15 and a work 9 to form an arc 16. In the laser irradiation arc welding head, which generates and irradiates the laser beam 2 output from the semiconductor laser stacks LD1 to LDN composed of a plurality of semiconductor lasers to the generation portion of the arc 16 or its peripheral portion, the consumable electrode gas N (N is an integer of 1 or more) semiconductor laser stacks LD1 to LDN arranged around a nozzle 21 attached to the tip of the shield arc welding torch 15, and the above N
Each laser beam 2 output from each of the semiconductor laser stacks LD1 to LDN is condensed, and N laser condensing points are set near the welding target position where the wire feeding direction and the workpiece are intersected. A laser irradiation arc welding head having a condenser lens optical system.

【0009】請求項2に記載の発明は、N個の半導体レ
ーザスタックLD1〜LDNのそれぞれの発光点における光軸
が被溶接物9の溶接狙い位置方向となるように上記N個
の半導体レーザスタックLD1〜LDNを配設した請求項1に
記載のレーザ照射アーク溶接ヘッドである。
According to a second aspect of the invention, the N semiconductor laser stacks LD1 to LDN are arranged such that the optical axes of the respective light emitting points are in the welding target position direction of the workpiece 9. The laser irradiation arc welding head according to claim 1, wherein LD1 to LDN are provided.

【0010】請求項3に記載の発明は、自由端側に半径
方向に貫通し、ノズル21に供給されるシールドガス2
2と同じシールドガス38が供給される噴出口23aが形
成され、上記ノズル21の周囲にさらに設けられたノズ
ル23を備えた請求項1又は2に記載のレーザ照射アー
ク溶接ヘッドである。
According to a third aspect of the present invention, the shield gas 2 which penetrates the free end side in the radial direction and is supplied to the nozzle 21 is provided.
The laser irradiation arc welding head according to claim 1 or 2, further comprising a nozzle 23 which is provided with a nozzle 23a to which the same shield gas 38 as that of No. 2 is supplied and which is further provided around the nozzle 21.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】発明の実施の形態を図面を参照し
て説明する。図2は、本発明のレーザ照射アーク溶接ヘ
ッド37の部分断面図であり、図3は、本発明のレーザ
照射アーク溶接ヘッド37の平面図である。図2におい
て、レーザ照射アーク溶接ヘッド37の中心には、溶接
トーチ15が配置されている。溶接トーチ15のチップ
ボディ17の先端に給電チップ18が装着され、側面に
シールドガス噴出口を設けた絶縁材からなるオリフィス
19をチップボディ17のシールドガス噴出口の周囲に
設け、絶縁材からなる絶縁ブッシュ20をチップボディ
17の周囲に配設し、第1ノズル21が給電チップ18
を囲繞している。図示を省略したガスボンベから供給さ
れたシールドガス22がチップボディ17のシールドガ
ス噴出口を通り、オリフィス19のシールドガス噴出口
を通り、第1ノズル21の先端から噴出されて、溶融池
を空気から遮蔽する。給電チップ18は、給電チップ1
8のワイヤ挿通孔にワイヤ14を挿通することによって
ワイヤ14を案内し、かつ、溶接用電源装置11から供
給された電力がチップボディ17を通じて給電チップ1
8に供給されて、ワイヤ14が給電チップ18と内接す
ることによってワイヤ14に電力が供給される。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 2 is a partial cross-sectional view of the laser irradiation arc welding head 37 of the present invention, and FIG. 3 is a plan view of the laser irradiation arc welding head 37 of the present invention. In FIG. 2, the welding torch 15 is arranged at the center of the laser irradiation arc welding head 37. A feed tip 18 is attached to the tip of a tip body 17 of the welding torch 15, and an orifice 19 made of an insulating material provided with a shield gas jet on the side surface is provided around the shield gas jet of the tip body 17 and made of an insulating material. The insulating bush 20 is arranged around the tip body 17, and the first nozzle 21 is connected to the power supply tip 18
Is surrounded by. The shield gas 22 supplied from a gas cylinder (not shown) passes through the shield gas jet port of the tip body 17, the shield gas jet port of the orifice 19, and is jetted from the tip of the first nozzle 21 to blow the molten pool from the air. Shield. The feeding chip 18 is the feeding chip 1
The wire 14 is guided by inserting the wire 14 into the wire insertion hole 8 and the power supplied from the welding power source device 11 is supplied through the chip body 17 to the power feeding tip 1
8 and the wire 14 is inscribed in the power feed tip 18 to supply power to the wire 14.

【0012】オリフィス19は、溶融池から飛散するス
パッタからチップボディ17を保護している。また、オ
リフィス19を設けない場合は、シールドガス22がチ
ップボディ17のシールドガス噴出口から第1ノズル2
1の内面に噴出されるためにシールドガス22の流れが
安定しないが、オリフィス19を設けた場合は、チップ
ボディ17のシールドガス噴出口から噴出されたシール
ドガス22が、さらに、オリフィス19のシールドガス
噴出口を通過することにより流速の分布が均一になるの
で流れが安定する。
The orifice 19 protects the tip body 17 from the spatter scattered from the molten pool. When the orifice 19 is not provided, the shield gas 22 flows from the shield gas ejection port of the tip body 17 to the first nozzle 2
Although the flow of the shield gas 22 is not stable because it is jetted to the inner surface of No. 1, when the orifice 19 is provided, the shield gas 22 jetted from the shield gas jet port of the tip body 17 is further shielded at the orifice 19. By passing through the gas ejection port, the flow velocity becomes uniform and the flow becomes stable.

【0013】また、第1ノズル21の周囲には、第2ノ
ズル23が設けられていて、上述した第1ノズル21に
供給されるシールドガス22と同じシールドガス38が
供給される。また、この第2ノズル23の自由端側に半
径方向に貫通する噴出口23aが設けられていて、シール
ドガス38が、噴出口23a及び第2ノズル23の先端か
ら噴出される。この第2ノズル23に供給されるシール
ドガス38は、第1ノズル21から噴出されるシールド
ガス22の純度が低下することを防ぐと共に、溶接トー
チ15の給電チップ18の先端付近を外部の大気からシ
ールドし、さらに、後述するクロスエア35によって第
1ノズル21から噴出されるシールドガス22が乱れる
ことを防止している。
A second nozzle 23 is provided around the first nozzle 21, and the same shield gas 38 as the shield gas 22 supplied to the first nozzle 21 is supplied. A jet port 23a penetrating in the radial direction is provided on the free end side of the second nozzle 23, and the shield gas 38 is jetted from the jet port 23a and the tip of the second nozzle 23. The shield gas 38 supplied to the second nozzle 23 prevents the purity of the shield gas 22 ejected from the first nozzle 21 from being lowered, and the vicinity of the tip of the power supply tip 18 of the welding torch 15 from the outside atmosphere. It shields and further prevents the shield gas 22 ejected from the first nozzle 21 from being disturbed by the cross air 35 described later.

【0014】次に、図3に示すように、溶接トーチの先
端に装着された第2ノズル23の周囲には、半導体レー
ザを並べたバーを縦に積み重ねた構成である半導体レー
ザスタックLD1乃至LD8が放射状に配設されている。半導
体レーザスタックLD1乃至LD8の上部には、図2に示す冷
水装置であるチラー24から冷水が供給されてチラー2
4に戻すための冷水入り口25と冷水出口26とがそれ
ぞれ設けられている。また、半導体レーザスタックLD1
乃至LD8には、図2に示す半導体レーザ用電源装置27
から電力が供給されるための電極28がそれぞれ設けら
れている。尚、図2において、半導体レーザスタックLD
7についてチラー24及び半導体レーザ用電源装置27
との接続を示し、半導体レーザスタックLD3のチラー及
び半導体レーザ用電源装置との接続を省略している。
Next, as shown in FIG. 3, semiconductor laser stacks LD1 to LD8 each having a structure in which bars, in which semiconductor lasers are arranged, are vertically stacked around the second nozzle 23 attached to the tip of the welding torch. Are arranged radially. Cold water is supplied to the upper portions of the semiconductor laser stacks LD1 to LD8 from a chiller 24 which is a chiller device shown in FIG.
A cold water inlet 25 and a cold water outlet 26 for returning to No. 4 are provided respectively. In addition, the semiconductor laser stack LD1
Through LD8, the semiconductor laser power supply device 27 shown in FIG.
Electrodes 28 for supplying electric power from each are provided. In FIG. 2, the semiconductor laser stack LD
About 7 Chiller 24 and semiconductor laser power supply 27
The connection with the chiller of the semiconductor laser stack LD3 and the semiconductor laser power supply device is omitted.

【0015】図2に示すように、半導体レーザスタック
LD1〜LD8の下部には、下記に説明する集光レンズ光学系
が配設されている。まず、半導体レーザスタックLD1〜L
D8から出力されたレーザ光2は、マイクロレンズ29に
よって平行光線にされ、この平行光線の方向がプリズム
レンズ30によって変更され、シリンドリカルレンズ3
1とフォーカスレンズ32とによって、プロテクション
ウインドウ33を通過して溶接トーチ15から送給され
るワイヤ14が被溶接物9の溶接狙い位置と交差する付
近をレーザ集光点するようにレーザ光2が集束される。
プロテクションウインドウ33は溶接時のヒューム及び
スパッタが上記の集光レンズ光学系に付着することを防
止するために設けている。
As shown in FIG. 2, a semiconductor laser stack
A condenser lens optical system described below is arranged below the LD1 to LD8. First, semiconductor laser stacks LD1 to L
The laser light 2 output from D8 is converted into parallel rays by the microlens 29, the direction of the parallel rays is changed by the prism lens 30, and the cylindrical lens 3
The laser beam 2 passes through the protection window 33 and is fed from the welding torch 15 by the focus lens 32 and the focus lens 32 so that the laser beam 2 is focused in the vicinity where the wire 14 crossing the welding target position of the workpiece 9 is intersected. Be focused.
The protection window 33 is provided to prevent fume and spatter from adhering to the condenser lens optical system during welding.

【0016】クロスエア噴出口34から噴出されたクロ
スエア35は、プロテクションウインドウ33の面に平
行に噴射されて、ヘッドノズル36のクロスエア排出口
36aから排出される。この結果、アーク溶接によって発
生する金属蒸気が集光レンズ光学系に付着して汚損する
ことを防止している。また、溶接中に、溶滴及び溶融池
の一部がスパッタとして周囲に飛散した場合も、このス
パッタが集光レンズ光学系に付着して汚損することを防
止している。
The cross air 35 ejected from the cross air ejection port 34 is ejected in parallel with the surface of the protection window 33, and the cross air ejection port of the head nozzle 36 is ejected.
Emitted from 36a. As a result, the metal vapor generated by the arc welding is prevented from adhering to and contaminating the condenser lens optical system. Further, even when a droplet and a part of the molten pool scatter as spatter during welding, the spatter is prevented from adhering to and contaminating the condenser lens optical system.

【0017】図3において、8個の半導体レーザスタッ
クLD1〜LD8を示しているが、半導体レーザスタックは8
個に限定されるものではない。この半導体レーザスタッ
クの数を変更することによって、レーザ光2の集光特性
を変更することができる。これによって、アーク溶接の
安定化を図ることができる。
In FIG. 3, eight semiconductor laser stacks LD1 to LD8 are shown, but eight semiconductor laser stacks are provided.
It is not limited to individual pieces. By changing the number of the semiconductor laser stacks, the condensing characteristic of the laser light 2 can be changed. This can stabilize the arc welding.

【0018】本発明のレーザ照射アーク溶接ヘッド37
は、上述した構造を有するために、従来技術の溶接ヘッ
ドのように大型化することがないので、溶接ロボットの
マニピュレータ先端に装着された場合、溶接方向が制限
されることがなく、溶接ロボットの操作性が悪くなるこ
とがない。また、マニピュレータのティーチング作業が
複雑になることがない。
The laser irradiation arc welding head 37 of the present invention
Since it has the above-mentioned structure, it does not become large-sized like the welding head of the prior art. Therefore, when it is attached to the tip of the manipulator of the welding robot, the welding direction is not limited, and Operability does not deteriorate. Further, the teaching work of the manipulator does not become complicated.

【0019】また、従来技術の溶接ヘッドのようにレー
ザ発振器1から出力されるレーザ光2を集光してファイ
バ4に入射してレーザ光2を伝送していないので、レー
ザ光2のエネルギ損失が少ない。
Further, unlike the welding head of the prior art, since the laser beam 2 output from the laser oscillator 1 is not focused and incident on the fiber 4 to transmit the laser beam 2, the energy loss of the laser beam 2 is caused. Less is.

【0020】本発明のレーザ照射アーク溶接ヘッド37
は、ヘッドノズル36を設けているので、シールドガス
による溶接ヘッド37のシールド性が向上して、溶接速
度が速い溶接の場合に対しても、アーク16と溶融金属
とを大気から遮蔽できるようになるため、溶接品質が向
上する。また、アルミのような高いシールド性が要求さ
れる被溶接物9に対しても、シールドガス22が溶融池
を大気から十分に遮蔽することができるために、溶融金
属が大気を巻き込むことがなく、ブローホール等の気孔
欠陥が発生するなどの溶接の品質を低下させるという問
題が発生しない。
The laser irradiation arc welding head 37 of the present invention
Since the head nozzle 36 is provided, the shielding property of the welding head 37 by the shield gas is improved so that the arc 16 and the molten metal can be shielded from the atmosphere even in the case of welding at a high welding speed. Therefore, the welding quality is improved. Further, since the shield gas 22 can sufficiently shield the molten pool from the atmosphere even with respect to the object 9 to be welded, such as aluminum, which is required to have a high shielding property, the molten metal does not involve the atmosphere. There is no problem of degrading the quality of welding such as generation of pore defects such as blowholes.

【0021】尚、図2に示した半導体レーザスタックLD1
〜LD8は、溶接トーチ15のワイヤ送給軸と平行に配設
している。この代わりに、半導体レーザスタックLD1〜L
D8のそれぞれの発光点における光軸を被溶接物9の溶接
狙い位置方向となるように、半導体レーザスタックLD1
〜LD8を配設することによって、プリズム30を省略す
ることができる。
The semiconductor laser stack LD1 shown in FIG.
LD8 are arranged in parallel with the wire feed axis of the welding torch 15. Instead of this, semiconductor laser stacks LD1 to L
The semiconductor laser stack LD1 is arranged so that the optical axes of the respective light emitting points of D8 are directed toward the welding target position of the workpiece 9.
By disposing LD8 to LD8, the prism 30 can be omitted.

【0022】尚、本発明を消耗電極ガスシールドアーク
溶接トーチに適用した実施の形態を説明したが、ティグ
溶接トーチにも適用できる。
Although the embodiment in which the present invention is applied to the consumable electrode gas shield arc welding torch has been described, the present invention can also be applied to the TIG welding torch.

【0023】[0023]

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。本
発明のレーザ照射アーク溶接ヘッドは、溶接トーチの先
端に装着されたノズルの周囲にN個の半導体レーザスタ
ックを配設し、N個の集光レンズ光学系によって、溶接
トーチから送給されるワイヤが被溶接物の溶接狙い位置
と交差する付近にそれぞれのレーザ光を集光している。
この結果、従来技術の溶接ヘッドのように大型化するこ
とがないので、溶接ロボットのマニピュレータ先端に装
着された場合、溶接方向が制限されることがなく、溶接
ロボットの操作性が悪くなることがない。また、マニピ
ュレータのティーチング作業が複雑になることがない。
Since the present invention is constructed as described above, it has the following effects. The laser irradiation arc welding head of the present invention has N semiconductor laser stacks arranged around a nozzle attached to the tip of the welding torch, and is fed from the welding torch by N focusing lens optical systems. Each laser beam is focused in the vicinity where the wire intersects the welding target position of the workpiece.
As a result, since the welding head of the related art does not become large in size, when mounted on the tip of the manipulator of the welding robot, the welding direction is not restricted, and the operability of the welding robot may deteriorate. Absent. Further, the teaching work of the manipulator does not become complicated.

【0024】また、従来技術の溶接ヘッドのようにレー
ザ発振器から出力されるレーザ光を集光してファイバに
入射してレーザ光を伝送していないので、レーザ光のエ
ネルギ損失が少ない。
Further, unlike the welding head of the prior art, since the laser light output from the laser oscillator is not focused and incident on the fiber to transmit the laser light, the energy loss of the laser light is small.

【0025】また、レーザ照射アーク溶接ヘッドにヘッ
ドノズルを設けているので、シールドガスによる溶接ヘ
ッドのシールド性が向上して、溶接速度が速い溶接の場
合に対しても、アークと溶融金属とを大気から遮蔽でき
るようになるため、溶接品質が向上する。また、アルミ
のような高いシールド性が要求される被溶接物に対して
も、シールドガスがアークと溶融金属とを大気から十分
に遮蔽することができるために、溶融金属が大気を巻き
込むことがなく、ブローホール等の気孔欠陥が発生する
などの溶接の品質を低下させるという問題が発生しな
い。
Further, since the laser irradiation arc welding head is provided with the head nozzle, the shielding property of the welding head by the shield gas is improved, and the arc and the molten metal can be separated even in the case of welding at a high welding speed. Since it becomes possible to shield from the atmosphere, the welding quality is improved. In addition, since the shielding gas can sufficiently shield the arc and the molten metal from the atmosphere even for an object to be welded, such as aluminum, which is required to have a high shielding property, the molten metal may be involved in the atmosphere. In addition, there is no problem of degrading the quality of welding such as generation of pore defects such as blowholes.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】従来技術のレーザ照射アーク溶接装置を示す図
である。
FIG. 1 is a diagram showing a prior art laser irradiation arc welding apparatus.

【図2】本発明のレーザ照射アーク溶接ヘッドの部分断
面図である。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the laser irradiation arc welding head of the present invention.

【図3】本発明のレーザ照射アーク溶接ヘッドの平面図
である。
FIG. 3 is a plan view of a laser irradiation arc welding head of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 レーザ発振器 2 レーザ光 3 第1レンズ 4 光ファイバ 5 レーザトーチ 6 ミラー 7 第2レンズ 8 加工レンズ 9 被溶接物 10 カバーガラス 11 溶接用電源装置 12 ワイヤ送給装置 13 ワイヤ送給ロール 14 ワイヤ 15 溶接トーチ 16 アーク 17 チップボディ 18 給電チップ 19 オリフィス 20 絶縁ブッシュ 21 第1ノズル 22 シールドガス 23 第2ノズル 24 チラー 25 冷水入り口 26 冷水出口 27 半導体レーザ用電源装置 28 電極 29 マイクロレンズ 30 プリズムレンズ 31 シリンドリカルレンズ 32 フォーカスレンズ 33 プロテクションウインドウ 34 クロスエア噴出口 35 クロスエア 36 ヘッドノズル 36a クロスエア排出口 37 レーザ照射アーク溶接ヘッド 38 第2ノズル23のシールドガス噴出口 LD1〜LD8 半導体レーザスタック 1 Laser oscillator 2 laser light 3 First lens 4 optical fiber 5 laser torch 6 mirror 7 Second lens 8 Processing lens 9 Workpiece to be welded 10 cover glass 11 Welding power supply 12 wire feeder 13 Wire feeding roll 14 wires 15 welding torch 16 arc 17 chip body 18 Power supply chip 19 Orifice 20 insulating bush 21 first nozzle 22 Shield gas 23 Second nozzle 24 chillers 25 Cold water entrance 26 Cold water outlet 27 Semiconductor laser power supply device 28 electrodes 29 micro lens 30 prism lens 31 Cylindrical lens 32 focus lens 33 Protection window 34 Cross Air Jet 35 Cross Air 36 head nozzle 36a Cross air outlet 37 Laser irradiation arc welding head 38 Shield gas ejection port of the second nozzle 23 LD1 to LD8 Laser diode stack

フロントページの続き (72)発明者 安福 哲彌 大阪府大阪市淀川区田川2丁目1番11号 株式会社ダイヘン内 Fターム(参考) 4E001 AA03 BB12 DF09 LH02 MB10 NA01 4E068 AA01 BC01 CA01 CA08 CD02 CD15 CH08 CJ01 Continued front page    (72) Inventor Tetsuya Anfuku             2-11-1, Tagawa, Yodogawa-ku, Osaka-shi, Osaka             Daihen Co., Ltd. F-term (reference) 4E001 AA03 BB12 DF09 LH02 MB10                       NA01                 4E068 AA01 BC01 CA01 CA08 CD02                       CD15 CH08 CJ01

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 消耗電極ガスシールドアーク溶接トーチ
から送給されるワイヤと被溶接物との間に電力を供給し
てアークを発生させ、複数の半導体レーザで構成された
半導体レーザスタックから出力されたレーザ光を前記ア
ークの発生部又はその周辺部にそれぞれ照射するレーザ
照射アーク溶接ヘッドにおいて、前記消耗電極ガスシー
ルドアーク溶接トーチの先端に装着されたノズルの周囲
に配設されたN個(Nは1以上の整数)の半導体レーザス
タックと、前記N個の半導体レーザスタックから出力さ
れるそれぞれのレーザ光を集光して、ワイヤの送給方向
と被溶接物とが交差する溶接狙い位置付近をレーザ集光
点とするN個の集光レンズ光学系とを備えたレーザ照射
アーク溶接ヘッド。
1. A consumable electrode gas shielded arc welding torch supplies electric power between a wire and an object to be welded to generate an arc, which is output from a semiconductor laser stack composed of a plurality of semiconductor lasers. In a laser irradiation arc welding head that respectively irradiates the laser generation part or its peripheral part with the laser generation part, N (N) arranged around the nozzle attached to the tip of the consumable electrode gas shielded arc welding torch. Is an integer greater than or equal to 1) and the respective laser beams output from the N semiconductor laser stacks are condensed, and the vicinity of the welding target position where the wire feeding direction and the workpiece are intersected Laser irradiation arc welding head equipped with N condensing lens optics with the laser condensing point as.
【請求項2】 N個の半導体レーザスタックのそれぞれ
の発光点における光軸が被溶接物の溶接狙い位置方向と
なるように前記N個の半導体レーザスタックを配設した
請求項1に記載のレーザ照射アーク溶接ヘッド。
2. The laser according to claim 1, wherein the N semiconductor laser stacks are arranged such that the optical axes of the light emitting points of the N semiconductor laser stacks are in the welding target position direction of the workpiece. Irradiation arc welding head.
【請求項3】 自由端側に半径方向に貫通する噴出口が
形成され、ノズルに供給されるシールドガスと同じシー
ルドガスが供給される前記ノズルの周囲にさらに設けら
れたノズルを備えた請求項1又は2に記載のレーザ照射
アーク溶接ヘッド。
3. A nozzle further comprising a nozzle, which is formed on the free end side in the radial direction, and which is provided around the nozzle to which the same shield gas as the shield gas supplied to the nozzle is supplied. The laser irradiation arc welding head according to 1 or 2.
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