JP2004074231A

JP2004074231A - レーザ照射アーク溶接ヘッド

Info

Publication number: JP2004074231A
Application number: JP2002238727A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Hasegawa; 長谷川　慎一; Masayuki Hirami; 平見　正行; Yuji Ueda; 上田　裕司
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2002-08-20
Filing date: 2002-08-20
Publication date: 2004-03-11

Abstract

【課題】シールドガスによるシールド性を向上させ、溶接ヘッドが大型化することがない溶接ヘッドを提供する。
【解決手段】レーザ照射アーク溶接ヘッド１４において、内側のノズル１５の先端部を先細りにし、この内側のノズル１５の外側に外側のノズル１７を設け、この外側のノズル１７がレーザ光１０と干渉する側に切欠部１７ｂを設けて、レーザ光１０がこの切欠部１７ｂを通過することによって被溶接物２への照射をしやすくする。
【選択図】　　　　図３

Description

【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又はティグ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ヘッドの改良に関する。
【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、高エネルギー密度の熱源であるので、２［ｍ／分］を超える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溶融金属量が少なくギャップを埋めながら溶接することが難しい。したがって、レーザ溶接においては、被溶接物の継手部分に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た。
【０００３】
上述したレーザ溶接の上記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又はティグ溶接とを併用する複合型のレーザ照射アーク溶接ヘッドが提案されている。この溶接ヘッドは、前述したレーザ照射によって形成される高エネルギー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溶接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レーザ照射アーク溶接ヘッドである。
【０００４】
図１は、一般的なレーザ照射アーク溶接装置を示す図であり、図２は従来技術のレーザ照射アーク溶接ヘッド１３を示す図である。図１及び図２は、ＹＡＧレーザ又は半導体レーザと消耗電極ガスシールドアーク溶接装置とを使用する場合を示している。図１において、溶接用電源装置ＰＳは、溶接ワイヤ送給装置ＷＭの溶接ワイヤ送給ロールＷＲの回転を制御して、溶接ワイヤ１が溶接トーチ４を通して送給される。また、溶接用電源装置ＰＳは、溶接トーチ４内の図２に示す給電チップ５と被溶接物２との間に電力を供給して、溶接ワイヤ１と被溶接物２との間にアーク３が発生する。また、図２に示すノズル６が給電チップ５を取囲み、このノズル６からシールドガス７が噴出される。
【０００５】
また、レーザ発振装置９から出力されたレーザ光１０は光ファイバ１１によってレーザトーチ１２に伝送され、このレーザトーチ１２内に設けられた図２に示す第１レンズＬ１によって平行光となり、第２レンズＬ２によって被溶接物２に焦点が生じるように収束され、被溶接物２に照射される。上記のレーザ光１０を照射する位置は、被溶接物２のアーク３の発生部に対し適宜な距離を持つ位置である。
尚、炭酸ガスレーザの場合は、波長が赤外線領域の１０．６［μｍ］と長いので、光ファイバ１１を使用することができない。従って、レーザ発振装置９から出力されたレーザ光１０を反射ミラーなどを用いてレーザトーチ１２に伝送する。
【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ヘッドにおいては、高速溶接の場合、アーク３と溶融金属とを大気から十分遮蔽することができないために、溶接品質が低下する。そこで、ノズル６の外側にさらにノズルを設けることが提案されている。しかし、レーザトーチ１２と溶接トーチ４との二つのトーチを使用して溶接を行うために、レーザ光１０と新たに設けられたノズルとが干渉するという問題が発生する。
そこで、レーザ光１０と新たに設けられたノズルとが干渉しないように、レーザトーチ１２と溶接トーチ４との一方又は両方のトーチを被溶接物２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１２と溶接トーチ４との相対角度θが大きくなるために溶接ヘッド１３が大型化し、通常、この溶接ヘッド１３は、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。
【０００７】
本発明は、ノズルから噴出されるシールドガスによるシールド性を向上させ、溶接ヘッドが大型化することがないレーザ照射アーク溶接ヘッドを提供することを目的としている。
【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１９とレーザトーチ１２とから成るレーザ照射アーク溶接ヘッドであって、上記消耗電極ガスシールドアーク溶接トーチ１９の先端に取り付けられた給電チップ５を取囲むノズル１５からシールドガス１６を噴出し、上記給電チップ５を通って送給される溶接ワイヤ１と被溶接物２との間にアーク３を発生させる上記消耗電極ガスシールドアーク溶接トーチ１９と、レーザ光１０を伝送経路を通してアーク３の発生部又はその周辺部に照射する上記レーザトーチ１２とから成るレーザ照射アーク溶接ヘッドにおいて、
上記ノズル１５の外側にさらにノズル１７を設け、上記内側のノズル１５と上記外側のノズル１７との間にシールドガス１８を噴出し、上記外側のノズルの先端１７ａのレーザ光１０が照射される片側に切欠部１７ｂを設け、レーザ光１０がこの切欠部１７ｂを通過することによって被溶接物２への照射をしやすくしたことを特徴とするレーザ照射アーク溶接ヘッドである。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、内側のノズル１５の先端部を先細りにしてレーザ光１０の被溶接物２への照射をしやすくした請求項１に記載のレーザ照射アーク溶接ヘッドである。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、内側のノズルの先端位置１５ａと外側のノズルの先端位置１７ａとを略一致させた請求項１又は請求項２に記載のレーザ照射アーク溶接ヘッドである。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、外側のノズル１７の先端部を先細りにした請求項２又は請求項３に記載のレーザ照射アーク溶接ヘッドである。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、内側のノズル１５から噴出するシールドガス１６の流量と、外側のノズル１７から噴出するシールドガス１８の流量とをそれぞれ独立して調整することができる請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４に記載のレーザ照射アーク溶接ヘッドである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。
図３は、本発明のレーザ照射アーク溶接ヘッド１４を示す図であり、図４は本発明の溶接トーチ１９のノズル部分を説明する図である。図４において、内側のノズル１５が給電チップ５を取囲み、この内側のノズル１５からシールドガス１６が噴出される。また、外側のノズル１７が内側のノズル１５を取囲み、外側のノズル１７がレーザ光１０と干渉する側に切欠部１７ｂを設け、この外側のノズル１７からシールドガス１８が噴出される。その他の機能は図２に示した機能と同符号を付して説明を省略する。
【００１４】
また、レーザトーチ１２と溶接トーチ１９との相対角度θを小さくして溶接を行う場合に、レーザ光１０と内側のノズルの先端１５ａとが干渉することを避けるために、内側のノズル１５の先端部を先細りにしている。また、この場合、内側のノズル１５と外側のノズル１７との間に形成される空間の断面積が一定となるように外側のノズル１７の先端部を先細りにすると、シールドガス１８によるシールド性を向上させることができる。
【００１５】
また、図４に示すように、内側のノズルの先端１５ａと外側のノズルの先端１７ａとを一致させることによって、シールドガスによるシールド性を向上させることができる。
【００１６】
また、内側のノズル１５から噴出されるシールドガス１６及び外側のノズル１８から噴出されるシールドガス１８の流量をそれぞれ独立して調節できるようにしている。
【００１７】
本発明のレーザ照射アーク溶接ヘッドは１４、上述した構造を有するために、シールドガスによる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３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、アルミニウム合金のような高いシールド性が要求される被溶接物２に対しても、シールドガス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。
【００１８】
また、本発明のレーザ照射アーク溶接ヘッド１４は、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。
【００１９】
尚、本発明を消耗電極ガスシールドアーク溶接トーチ１９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。
【００２０】
【発明の効果】
本発明のレーザ照射アーク溶接ヘッド１４は、内側のノズル１５の先端部を先細りにし、この内側のノズル１５の外側に外側のノズル１７を設け、この外側のノズル１７がレーザ光１０と干渉する側に切欠部１７ｂを設けて、レーザ光１０がこの切欠部１７ｂを通過することによって被溶接物２への照射をしやすくした。従って、シールドガスによる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３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、アルミニウム合金のような高いシールド性が要求される被溶接物２に対しても、シールドガス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。
また、本発明のレーザ照射アーク溶接ヘッド１４は、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的なレーザ照射アーク溶接装置を示す図である。
【図２】従来技術のレーザ照射アーク溶接ヘッド１３を示す図である。
【図３】本発明のレーザ照射アーク溶接ヘッド１４を示す図である。
【図４】本発明の溶接トーチ４のノズル部分を説明する図である。
【符号の説明】
１　溶接ワイヤ
２　被溶接物
３　アーク
４　（従来技術の）溶接トーチ
５　給電チップ
６　（従来技術の）ノズル
７　ノズル６に噴出されるシールドガス
９　レーザ発振装置
１０　レーザ光
１１　光ファイバ
１２　レーザトーチ
１３　（従来技術の）レーザ照射アーク溶接ヘッド
１４　（本発明の）レーザ照射アーク溶接ヘッド
１５　内側のノズル
１５ａ　内側のノズルの先端
１６　（内側のノズル１５から噴出される）シールドガス
１７　外側のノズル
１７ａ　外側のノズルの先端
１７ｂ　外側のノズルの切欠部
１８　（外側のノズル１７から噴出される）シールドガス
１９　（本発明の）溶接トーチ
Ｌ１　第１レンズ
Ｌ２　第２レンズ
ＰＳ　溶接用電源装置
ＷＭ　ワイヤ送給装置
ＷＲ　ワイヤ送給ロール
θ　レーザトーチと溶接トーチとの相対角度

Claims

消耗電極ガスシールドアーク溶接トーチとレーザトーチとから成るレーザ照射アーク溶接ヘッドであって、前記消耗電極ガスシールドアーク溶接トーチの先端に取り付けられた給電チップを取囲むノズルからシールドガスを噴出し、前記給電チップを通って送給される溶接ワイヤと被溶接物との間にアークを発生させる前記消耗電極ガスシールドアーク溶接トーチと、レーザ光を伝送経路を通してアークの発生部又はその周辺部に照射する前記レーザトーチとから成るレーザ照射アーク溶接ヘッドにおいて、前記ノズルの外側にさらにノズルを設け、前記内側のノズルと前記外側のノズルとの間からシールドガスを噴出し、前記外側のノズルの先端のレーザ光が照射される片側に切欠部を設け、レーザ光がこの切欠部を通過することによって被溶接物への照射をしやすくしたことを特徴とするレーザ照射アーク溶接ヘッド。
内側のノズルの先端部を先細りにしてレーザ光の被溶接物への照射をしやすくした請求項１に記載のレーザ照射アーク溶接ヘッド。
内側のノズルの先端位置と外側のノズルの先端位置とを略一致させた請求項１又は請求項２に記載のレーザ照射アーク溶接ヘッド。
外側のノズルの先端部を先細りにした請求項２又は請求項３に記載のレーザ照射アーク溶接ヘッド。
内側のノズルから噴出するシールドガスの流量と、外側のノズルから噴出するシールドガスの流量とをそれぞれ独立して調整することができる請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４に記載のレーザ照射アーク溶接ヘッド。