JP2005074473A - Laser beam welding equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ溶接装置に関し、特に被溶接部材としての円筒部材と該円筒部材の少なくとも一方の開口を封止する封止部材とを回転自在に支持してその軸回りに回転させながら、円筒部材と封止部材との溶接部に、レーザ光を照射すると共にシールドガスを噴射してレーザ溶接するレーザ溶接装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a laser welding apparatus, and in particular, a cylindrical member as a member to be welded and a sealing member that seals at least one opening of the cylindrical member so as to be rotatable and rotated around an axis thereof. The present invention relates to a laser welding apparatus that performs laser welding by irradiating a welding portion between a member and a sealing member with laser light and injecting a shielding gas.
レーザ溶接装置を用い、薄肉の円筒部材の開口部に封止部材を突き合わせて該円筒部材の軸回りに回転させながら両者の突き合わせ部をレーザ溶接する際において、円筒部材が熱膨張係数が大きい材質(例えば、アルミニウムやアルミニウム合金など)の場合、溶接される両者の突き合わせ部において、溶接による熱で円筒部材が熱膨張して熱歪が生じる。このため、特に溶接される両者の突き合わせ部の周方向後半において、無理な応力がかかって円筒部材の溶接部にクラックが発生する虞があった。 A material with a large thermal expansion coefficient when a laser welding device is used to laser weld the butted portion of the cylindrical member while a sealing member is butted against the opening of the thin-walled cylindrical member and rotated around the axis of the cylindrical member In the case of (for example, aluminum or aluminum alloy), the cylindrical member thermally expands due to heat generated by welding at the abutting portion between the two to be welded, resulting in thermal distortion. For this reason, there is a possibility that cracks may occur in the welded portion of the cylindrical member due to excessive stress applied particularly in the second half in the circumferential direction of the butted portions of the two welded portions.
このため、レーザ溶接装置を用い、薄肉の円筒部材の開口部に封止部材を突き合わせて該円筒部材の軸回りに回転させながら両者の突き合わせ部を溶接する際において、従来より、円筒部材の回転方向に対してレーザ溶接ヘッドの下流側に、分流した溶接用のシールドガスの一部を噴射する冷却ノズルを設け、レーザ光の照射で溶融した溶融金属をレーザ溶接ヘッドの下流側で冷却するようにしたレーザ溶接装置が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
ところで、上記特許文献1に開示されているレーザ溶接装置では、冷却用気体として溶接用のシールドガス(例えばHe)を使用しているので、高価なシールドガスの使用量が増加することにより、コストが高くなるという問題があった。
By the way, in the laser welding apparatus disclosed in
そこで本発明は、コスト高を招くことなく、円筒部材の熱膨張によって生じる熱歪を抑えて溶接部にクラックが発生することを防止することができるレーザ溶接装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a laser welding apparatus that can prevent thermal cracks caused by thermal expansion of a cylindrical member and prevent cracks from occurring in a welded part without incurring high costs.
上記目的を達成するために本発明は、被溶接部材としての円筒部材と該円筒部材の少なくとも一方の開口を封止する封止部材とを回転自在に支持してその軸回りに回転させながら、前記円筒部材と前記封止部材との溶接部に、レーザ溶接ヘッドからレーザ光を照射すると共にシールドガスノズルからシールドガスを噴射してレーザ溶接するレーザ溶接装置であって、前記円筒部材の回転方向に対して前記溶接部のレーザ照射される溶接位置の下流側に、エア供給手段から供給されるエアを噴射するエアノズルを備え、前記エアノズルは、前記溶接部のレーザ照射される溶接位置周囲の前記シールドガス雰囲気に干渉しないようにして、前記溶接部の前記円筒部材の接線方向に向けてエアを噴射するように配置されていることを特徴としている。 In order to achieve the above object, the present invention supports a cylindrical member as a member to be welded and a sealing member that seals at least one opening of the cylindrical member in a rotatable manner and rotates it around its axis. A laser welding apparatus for performing laser welding by irradiating a laser beam from a laser welding head to a welding portion between the cylindrical member and the sealing member and injecting a shielding gas from a shielding gas nozzle, in the rotation direction of the cylindrical member In contrast, an air nozzle that injects air supplied from an air supply unit is provided downstream of the welding position of the welded portion that is irradiated with laser, and the air nozzle is shielded around the welded position of the welded portion that is irradiated with laser. It is characterized by being arranged to inject air toward the tangential direction of the cylindrical member of the welded part so as not to interfere with the gas atmosphere.
また、前記エアノズルのエアが噴出される先端側を、前記円筒部材の軸方向に対して該円筒部材側に向けて傾斜させていることを特徴としている。 Further, the front end side of the air nozzle from which the air is ejected is inclined toward the cylindrical member side with respect to the axial direction of the cylindrical member.
(作用)
請求項1に記載の発明によれば、円筒部材の回転方向に対して溶接部のレーザ照射される溶接位置の下流側に設けたエアノズルから、溶接部のレーザ照射される溶接位置周囲のシールドガス雰囲気に干渉しないようにして、溶接部の前記円筒部材の接線方向に向けてエアを噴射することにより、レーザ溶接した直後の溶接部に吹付けられたエアによって空冷することができるので、コスト高を招くことなく、円筒部材の溶接部での熱膨張による熱歪を低減してクラックの発生を防止することができる。
(Function)
According to the first aspect of the present invention, the shielding gas around the welding position where the laser beam of the welded part is irradiated from the air nozzle provided on the downstream side of the welding position where the laser beam of the welded part is irradiated with respect to the rotation direction of the cylindrical member. By injecting air toward the tangential direction of the cylindrical member of the welded part so as not to interfere with the atmosphere, air can be cooled by the air blown to the welded part immediately after laser welding. Without incurring cracks, it is possible to reduce thermal strain due to thermal expansion at the welded portion of the cylindrical member and prevent occurrence of cracks.
また、請求項2に記載の発明によれば、エアノズルのエアが噴出される先端側を、円筒部材の軸方向に対して該円筒部材側に向けて傾斜させたことにより、エアノズルから噴出すエアを、レーザ溶接した直後の溶接部及びその円筒部材側付近に吹付けることができるので、溶接部の円筒部材側付近においても熱膨張による熱歪を低減することができる。 According to the second aspect of the present invention, the air ejected from the air nozzle is formed by inclining the tip side from which the air from the air nozzle is ejected toward the cylindrical member with respect to the axial direction of the cylindrical member. Can be sprayed on the welded part immediately after laser welding and the vicinity of the cylindrical member side of the welded part, so that thermal strain due to thermal expansion can be reduced also in the vicinity of the cylindrical member side of the welded part.
本発明によれば、円筒部材の回転方向に対して溶接部のレーザ照射される溶接位置の下流側に設けたエアノズルから、溶接部のレーザ照射される位置周囲のシールドガス雰囲気に干渉しないようにして、溶接部の円筒部材の接線方向に向けてエアを噴射することにより、コスト高を招くことなく、円筒部材の溶接部での熱膨張による熱歪を低減してクラックの発生を防止することができる。 According to the present invention, the air nozzle provided on the downstream side of the welding position where the laser beam of the welded part is irradiated with respect to the rotation direction of the cylindrical member is prevented from interfering with the shield gas atmosphere around the laser irradiated position of the welded part. In addition, by injecting air toward the tangential direction of the cylindrical member of the welded part, it is possible to reduce the thermal strain due to thermal expansion at the welded part of the cylindrical member and prevent the occurrence of cracks without incurring high costs. Can do.
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiments.
〈実施の形態1〉
図1は、本発明の実施の形態1に係るレーザ溶接装置を示す概略構成図である。図1に示すように、本実施の形態に係るレーザ溶接装置1は、レーザ溶接ヘッド2、レーザ発信器3、シールドガスとしてのHe(ヘリウム)をレーザ溶接ヘッド2に供給すシールドガス供給部4、被溶接部材としての円筒ケース5及びその開口部を封止する封止蓋6との突き合わせ部(溶接部)近傍にエアを噴射するエアノズル7、エアノズル7にエアを供給するエア供給部8、及びレーザ発信器3、シールドガス供給部4、エア供給部8、円筒ケース5をその軸回りに回転駆動するモータ9等を制御する制御部10を備えている。
<
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a laser welding apparatus according to
レーザ溶接ヘッド2は、レーザ光が出射される先端側が鉛直下方に向くように設置されており、その下方には支持部材(不図示)により水平状態で回転自在に支持された円筒ケース5と封止蓋6との突き合わせ部(溶接部)11(図2参照)が位置している。円筒ケース5と封止蓋6は、駆動力伝達系(不図示)を介して連結されているモータ9の駆動によって時計回り(右回り)に所定の回転速度で回転される。
The
円筒ケース5は、本実施の形態では電気自動車やハイブリッドカーなどで使用される蓄電手段としてのキャパシタのアルミニウム合金からなる薄肉状のケースであり、一端側が開口して他端側が閉じられている。この円筒ケース5内には、不図示の正極板、負極板、複数のセルなどが配置されている。円筒ケース5の開口を封止する封止蓋6はアルミニウム合金からなり、円筒ケース5の開口に突き合わされる封止面は、円筒状ケース5の開口の外径と同じ径に形成されている。
The
レーザ発信器3は、本実施の形態ではYACレーザ光を出力し、光ファイバー12を介して伝送され、レーザ溶接ヘッド2内の集光光学系(不図示)で集光されて、円筒状ケース5と封止蓋6との突き合わせ部11の溶接位置に照射される。
In the present embodiment, the
シールドガス供給部4は、シールドガス(本実施の形態ではHe)を、供給管13を通してレーザ溶接ヘッド2の外周に設けたシールドガスノズル14の先端から突き合わせ部11の溶接位置周囲に吹付ける。
The shield
エア供給部8から供給されるエアを噴射するエアノズル7は、円筒ケース5の回転方向に対して、レーザ溶接ヘッド2からレーザ光Lが照射される突き合わせ部11の溶接位置の下流側で、かつシールドガスノズル14から突き合わせ部11の溶接位置に噴射されるシールドガス雰囲気の外側近傍に位置するようにして設置されている。
The
エアノズル7の位置について更に詳細に説明すると、図3に示すように、エアノズル7のエアが噴出す先端部は円筒ケース5の表面に近接し、かつエアの噴出し方向が円筒ケース5の接線方向となるように設置されている。本実施の形態では、エアノズル7の先端側は、水平状態に設置された円筒ケース5の中心を通る鉛直軸に対して所定の角度θ1(本実施の形態では約14°)に傾けて設置されており、円筒ケース5の接線方向に向けてエアを噴射するようにしている。
The position of the
更に、図2に示すように、エアノズル7の先端側が、水平に設置された円筒ケース5の軸方向に対して円筒ケース5側に所定の角度θ2(本実施の形態では約60°)に傾けて設置されており、円筒ケース5と封止蓋6との突き合わせ部11付近から円筒ケース5側に向けてエアを噴射するようにしている。
Further, as shown in FIG. 2, the front end side of the
次に、上記した本実施の形態に係るレーザ溶接装置1によるレーザ溶接動作について説明する。
Next, the laser welding operation by the
図1に示すように、水平に設置された被溶接部材としてのキャパシタの円筒ケース5の開口部とこの開口部を封止する封止蓋6との突き合わせ部11をレーザ溶接する際において、円筒ケース5と封止蓋6とを突き合わせた状態で、制御部10の制御によってモータ9を駆動し、駆動力伝達系(不図示)を介して回転自在に支持された円筒ケース5と封止蓋6を時計回り(右回り)に所定の回転速度で回転させる。
As shown in FIG. 1, when laser welding is performed on a butted
そして、レーザ発信器3から出力されるレーザ光(本実施の形態ではYACレーザ光)を光ファイバー12を介してレーザ溶接ヘッド2に伝送し、レーザ溶接ヘッド2内の集光光学系(不図示)で集光して、所定の回転速度で回転している円筒ケース5と封止蓋6との突き合わせ部11の溶接位置にレーザ光Lを照射し、突き合わせ部11の全周にわたってレーザ溶接を行う。
Then, laser light (YAC laser light in the present embodiment) output from the
この際、シールドガス供給部4から供給管13を通してシールドガスノズル14内にシールドガス(本実施の形態ではHe)を供給して、シールドガスノズル14の先端からシールドガスを突き合わせ部11の溶接位置周囲に噴射し、溶接部分の酸化等を防止する。
At this time, the shield gas (He in this embodiment) is supplied from the shield
そして、上述した溶接時において、エア供給部8から供給されるエアをエアノズル7の先端から円筒ケース5の接線方向に向けて噴射し、円筒ケース5の回転方向に対してレーザ溶接ヘッド2から突き合わせ部11にレーザ光Lを照射する溶接位置の下流側を冷却する。また、図2に示すように、エアノズル7の先端側を、円筒ケース5の軸方向に対して円筒ケース5側に所定の角度θ2(本実施の形態では約60°)に傾けているので、エアノズル7から噴出すエアは、円筒ケース5の接線方向で突き合わせ部11及びその円筒ケース5側付近に吹付けられる。
During the above-described welding, the air supplied from the air supply unit 8 is jetted from the tip of the
このように、エアノズル7から噴射されるエアによってレーザ溶接された直後の高温になっている突き合わせ部11及びその円筒ケース5側付近の温度上昇を大幅に抑えることができる。
In this way, the temperature rise in the vicinity of the butted
よって、コスト高を招くことなく、円筒ケース5の突き合わせ部11近傍での熱膨張による熱歪を低減してクラックの発生を防止することができるので、突き合わせ部11の全周にわたって良好なレーザ溶接を行うことができる。
Therefore, since the thermal strain due to thermal expansion in the vicinity of the
また、エアノズル7を、円筒ケース5の回転方向に対して、レーザ溶接ヘッド2からレーザ光Lが照射される突き合わせ部11の溶接位置の下流側で、かつシールドガスノズル14から突き合わせ部11の溶接位置に噴射されるシールドガス雰囲気の外側近傍に位置するようにして設置したことにより、噴射されるエアが、溶接位置近傍に噴射されるシールドガス雰囲気を乱すことはなく、高品質な溶接を行うことができる。
Further, the
〈実施の形態2〉
実施の形態1では、エアノズル7の先端側を円筒ケース5の中心を通る鉛直軸に対して所定の角度θ1に傾けて、円筒ケース5の接線方向に向けてエアを噴射するようにしていたが、図4に示すように、エアノズル7の先端側を円筒ケース5に対して鉛直方向上方から水平方向までの範囲の任意の位置において、円筒ケース5の接線方向に向けてエアを噴射するようにしてもよい。なお、本実施の形態においても、図2に示したように、エアノズル7の先端側が、水平に設置された円筒ケース5の軸方向に対して円筒ケース5側に所定の角度θ2に傾けて設置されている。他の構成は実施の形態1と同様であり、重複する説明は省略する。
<
In the first embodiment, the front end side of the
本実施の形態においても、実施の形態1と同様に、エアノズル7から噴射されるエアにより、コスト高を招くことなく、円筒ケース5の突き合わせ部11近傍での熱膨張による熱歪を低減してクラックの発生を防止することができるので、突き合わせ部11の全周にわたって良好なレーザ溶接を行うことができる。
Also in the present embodiment, as in the first embodiment, the air jetted from the
また、実施の形態1と同様に、エアノズル7から噴射されるエアが、溶接位置近傍に噴射されるシールドガス雰囲気を乱すことはなく、高品質な溶接を行うことができる。
Further, as in the first embodiment, the air injected from the
〈実施の形態3〉
本実施の形態では、図5に示すように、先端近傍を折り曲げたエアノズル7の先端側を、レーザ溶接ヘッド2から突き合わせ部11にレーザ光Lを照射する溶接位置の下流側で、シールドガスノズル14から突き合わせ部11に噴射されるシールドガス雰囲気の周囲近傍に位置するようにして設置して、レーザ溶接ヘッド2からレーザ照射される突き合わせ部11の溶接位置周囲に形成されるシールドガス雰囲気の周囲近傍から、円筒ケース5の接線方向に向けてエアを噴射するようにした。
<
In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the
なお、本実施の形態においても、図3に示したように、エアノズル7の先端側が、水平に設置された円筒ケース5の軸方向に対して円筒ケース5側に所定の角度θ2に傾けて設置されている。他の構成は実施の形態1と同様であり、重複する説明は省略する。
Also in the present embodiment, as shown in FIG. 3, the tip side of the
本実施の形態においても、実施の形態1と同様に、エアノズル7から噴射されるエアにより、コスト高を招くことなく、円筒ケース5の突き合わせ部11近傍での熱膨張による熱歪を低減してクラックの発生を防止することができるので、突き合わせ部11の全周にわたって良好なレーザ溶接を行うことができる。
Also in the present embodiment, as in the first embodiment, the air jetted from the
また、実施の形態1と同様に、エアノズル7から噴射されるエアが、溶接位置近傍に噴射されるシールドガス雰囲気を乱すことはなく、高品質な溶接を行うことができる。
Further, as in the first embodiment, the air injected from the
なお、上述した各実施の形態では、被溶接部材としてキャパシタの円筒ケース5の開口部とこの開口部を封止する封止蓋6との突き合わせ部11をレーザ溶接する場合であったが、これに限定されることはなく、各種の円筒部材の開口とこの開口を封止する封止部材との溶接においても同様に本発明を適用することができる。
In each of the embodiments described above, the
1 レーザ溶接装置
2 レーザ溶接ヘッド
3 レーザ発信器
4 シールドガス供給部
5 円筒ケース(円筒部材)
6 封止蓋(封止部材)
7 エアノズル
8 エア供給部(エア供給手段)
9 モータ
10 制御部
11 突き合わせ部(溶接部)
14 シールドガスノズル
DESCRIPTION OF
6 Sealing lid (sealing member)
7 Air nozzle 8 Air supply part (Air supply means)
9
14 Shield gas nozzle
Claims (2)
前記円筒部材の回転方向に対して前記溶接部のレーザ照射される溶接位置の下流側に、エア供給手段から供給されるエアを噴射するエアノズルを備え、
前記エアノズルは、前記溶接部のレーザ照射される溶接位置周囲の前記シールドガス雰囲気に干渉しないようにして、前記溶接部の前記円筒部材の接線方向に向けてエアを噴射するように配置されている、
ことを特徴とするレーザ溶接装置。 While the cylindrical member as the member to be welded and the sealing member for sealing at least one opening of the cylindrical member are rotatably supported and rotated around the axis, the cylindrical member and the sealing member are welded. A laser welding apparatus for irradiating a laser beam from a laser welding head to the part and injecting a shield gas from a shield gas nozzle to perform laser welding,
An air nozzle that injects air supplied from an air supply means on the downstream side of the welding position where the laser beam of the welding portion is irradiated with respect to the rotation direction of the cylindrical member;
The air nozzle is arranged so as to inject air toward the tangential direction of the cylindrical member of the welded part so as not to interfere with the shielding gas atmosphere around the welding position where the laser beam of the welded part is irradiated. ,
A laser welding apparatus characterized by that.
ことを特徴とする請求項1に記載のレーザ溶接装置。
The front end side from which the air of the air nozzle is ejected is inclined toward the cylindrical member side with respect to the axial direction of the cylindrical member.
The laser welding apparatus according to claim 1.
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