JP2007253216A - Gas feed nozzle for laser welding and laser welding equipment - Google Patents

Gas feed nozzle for laser welding and laser welding equipment Download PDF

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Naoki Kawada
直樹 河田
Shigehiro Nagashima
茂廣 長島
Tadashi Sobagaki
正 側垣
Shunichi Iwaki
俊一 岩木
Kazuo Genji
一夫 玄地
Yosuke Otsuka
陽介 大塚
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent deterioration in the quality of a weld zone by easily forming a stable oxidation preventive atmosphere around a molten pool generated by the irradiation of laser light. <P>SOLUTION: A gas feed nozzle 3 for laser welding has a nozzle body part 3a tilted to the light axis LS of laser light L emitted to a sheet material W and injecting a shielding gas G from the oblique part thereof, and the tip 3E of the nozzle body 3a is provided on a planar face PA tilted to the standard plane SP orthogonal to the tube axis line NS of the nozzle body 3a and orthogonal to the light axis LS. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、シールドガスを噴射するレーザ溶接用ガス供給ノズル及びレーザ溶接装置に関する。   The present invention relates to a laser welding gas supply nozzle and a laser welding apparatus for injecting a shielding gas.

被溶接体にレーザ光を照射した際の溶融池の酸化を防止するため、溶融池に向けてシールドガスを噴射するガス供給ノズルを備えたレーザ溶接装置が知られている。この種のレーザ溶接装置として、溶融池を囲むシールドボックスと、シールドボックスを貫通して延在し、且つ、シールドボックスに対して可動するガス供給ノズルとを有する装置がある(特許文献1参照)。このレーザ溶接装置では、溶融池をシールドボックスによって囲むことで、溶融池の周囲に酸化防止雰囲気を形成し、且つ、ガス供給ノズルから溶融池に向けてシールドガスを噴射することで、溶融池の周囲におけるプラズマの生成を抑制する。   2. Description of the Related Art A laser welding apparatus having a gas supply nozzle that injects a shielding gas toward a molten pool in order to prevent oxidation of the molten pool when a welded body is irradiated with laser light is known. As this type of laser welding apparatus, there is an apparatus having a shield box surrounding a molten pool and a gas supply nozzle extending through the shield box and movable relative to the shield box (see Patent Document 1). . In this laser welding apparatus, the molten pool is surrounded by a shield box to form an antioxidant atmosphere around the molten pool, and the shield gas is injected from the gas supply nozzle toward the molten pool, thereby Suppresses the generation of plasma in the surroundings.

特開平7−136791号公報JP-A-7-136791

従来のレーザ溶接装置では、シールドボックスを用いなければ、溶融池の周囲に安定した酸化防止雰囲気を形成することはできなかった。そして、レーザ走査における制約や被溶接体の形状による制約などによってシールドボックスを取り付けることができない場合には、一定ガス圧の安定した酸化防止雰囲気を形成することが難しく、溶融池の酸化に起因して溶接ビードの形状不良や焼けこげなどが生じ、溶接部の品質低下につながり易かった。   In a conventional laser welding apparatus, a stable antioxidant atmosphere cannot be formed around the molten pool unless a shield box is used. If a shield box cannot be installed due to restrictions in laser scanning or restrictions on the shape of the welded object, it is difficult to form a stable antioxidant atmosphere at a constant gas pressure, which is caused by oxidation of the molten pool. As a result, the weld bead was poorly shaped and burned up, leading to poor quality welds.

本発明は、レーザ光の照射によって生じる溶融池の周囲に安定した酸化防止雰囲気を容易に形成でき、溶接部の品質低下を防止できるレーザ溶接用ガス供給ノズル及びレーザ溶接装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a laser welding gas supply nozzle and a laser welding apparatus that can easily form a stable oxidation-preventing atmosphere around a molten pool caused by laser light irradiation and can prevent deterioration in quality of a welded portion. And

本発明は、被溶接体に照射されるレーザ光の光軸に対し傾けられて、斜めからシールドガスを噴射するためのノズル本体部を有するレーザ溶接用ガス供給ノズルであって、ノズル本体部の先端は、ノズル本体部の管軸線に直交する基準面に対して傾き、且つ光軸に直交する平面上に設けられていることを特徴とする。   The present invention is a laser welding gas supply nozzle that is inclined with respect to the optical axis of a laser beam irradiated to a welded body and has a nozzle main body for injecting a shielding gas from an oblique direction. The tip is inclined with respect to a reference plane orthogonal to the tube axis of the nozzle body and is provided on a plane orthogonal to the optical axis.

このレーザ溶接用ガス供給ノズルを用いてシールドガスを噴射させると、シールドガスは、光軸に沿った方向に噴出して被溶接体に衝突し、さらに、被溶接体の表面に沿うようにして広がり、レーザ光の照射によって生じる溶融池の周囲で酸化防止雰囲気を形成する。その結果として、溶融池は大気から遮断され、溶融池における酸化が防止されて溶接ビードの形状不良や焼けこげが抑止される。特に、このレーザ溶接用ガス供給ノズルによれば、ノズル本体部の先端をレーザ光の光軸に直交させることで、溶融池の周囲に安定した酸化防止雰囲気を形成することができるため、シールドボックスを用いなくても酸化防止雰囲気を容易に形成できる。   When the shield gas is jetted using this laser welding gas supply nozzle, the shield gas is jetted in the direction along the optical axis, collides with the welded body, and further along the surface of the welded body. An anti-oxidation atmosphere is formed around the molten pool caused by spreading and laser light irradiation. As a result, the molten pool is shielded from the atmosphere, oxidation in the molten pool is prevented, and defective shape and burnt of the weld bead are suppressed. In particular, according to the laser welding gas supply nozzle, a stable antioxidant atmosphere can be formed around the molten pool by making the tip of the nozzle main body perpendicular to the optical axis of the laser beam. An oxidation-preventing atmosphere can be easily formed even without using.

また、本発明に係るレーザ溶接装置は、被溶接体にレーザ光を照射するレーザヘッドと、レーザヘッドに取り付けられ、且つレーザ光の光軸に対し傾けられて、斜めからシールドガスを噴射するためのノズル本体部を有するガス供給ノズルとを備え、ノズル本体部の先端は、ノズル本体部の管軸線に直交する基準面に対して傾き、且つ光軸に直交する平面上に設けられていることを特徴とする。   The laser welding apparatus according to the present invention is a laser head for irradiating an object to be welded with laser light, and is attached to the laser head and tilted with respect to the optical axis of the laser light to inject the shielding gas from an oblique direction. A gas supply nozzle having a nozzle main body, and the tip of the nozzle main body is provided on a plane that is inclined with respect to a reference plane orthogonal to the tube axis of the nozzle main body and orthogonal to the optical axis. It is characterized by.

このレーザ溶接装置によれば、レーザヘッドから被溶接体に向けてレーザ光が照射されるとともに、ガス供給ノズルにおけるノズル本体部の先端から被溶接体に向けてシールドガスが噴射される。シールドガスは、光軸に沿った方向に噴出して被溶接体に衝突し、被溶接体の表面に沿うように広がり、レーザ光の照射によって生じる溶融池の周囲で酸化防止雰囲気を形成する。その結果として、溶融池は大気から遮断され、溶融池における酸化が防止されて溶接ビードの形状不良や焼けこげが抑止される。特に、このレーザ溶接装置によれば、ガス供給ノズルにおけるノズル本体部の先端をレーザ光の光軸に直交させることで溶融池の周囲に安定した酸化防止雰囲気を形成することができるため、シールドボックスを用いなくても酸化防止雰囲気を容易に形成できる。   According to this laser welding apparatus, laser light is irradiated from the laser head toward the welded body, and shield gas is injected from the tip of the nozzle main body portion of the gas supply nozzle toward the welded body. The shield gas is ejected in the direction along the optical axis, collides with the welded body, spreads along the surface of the welded body, and forms an oxidation preventing atmosphere around the molten pool caused by the laser light irradiation. As a result, the molten pool is shielded from the atmosphere, oxidation in the molten pool is prevented, and defective shape and burnt of the weld bead are suppressed. In particular, according to this laser welding apparatus, a stable antioxidant atmosphere can be formed around the molten pool by making the tip of the nozzle main body of the gas supply nozzle perpendicular to the optical axis of the laser beam. An oxidation-preventing atmosphere can be easily formed even without using.

本発明によれば、レーザ光の照射によって生じる溶融池の周囲に安定した酸化防止雰囲気を容易に形成でき、溶接部の品質低下を防止する。   According to the present invention, a stable oxidation-preventing atmosphere can be easily formed around the molten pool caused by laser light irradiation, and the quality of the welded portion is prevented from being deteriorated.

以下、図面を参照して本発明に係るレーザ溶接用ガス供給ノズル及びレーザ溶接装置の好適な実施の形態について詳細に説明をする。   Hereinafter, preferred embodiments of a laser welding gas supply nozzle and a laser welding apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[第1の実施の形態]
(レーザ溶接装置)
図1〜図3に示すように、レーザ溶接装置1は、溶接用熱源としてYAG(Yttrium Aluminum Garnet)レーザを用いる溶接装置である。レーザ溶接装置1は、被溶接体としてのステンレス製の板材Wに向けてレーザ光Lを照射するレーザヘッド2と、レーザ光Lの光軸LSに対し傾けられて、斜め上方からシールドガス(通称「アシストガス」、「加工ガス」ともいう)Gを噴射するガス供給ノズル3とを備える。レーザヘッド2及びガス供給ノズル3は、二枚の板材Wが重ね合わせられた箇所における直線状の接合予定線SSに沿って移動する。
[First embodiment]
(Laser welding equipment)
As shown in FIGS. 1 to 3, the laser welding apparatus 1 is a welding apparatus that uses a YAG (Yttrium Aluminum Garnet) laser as a heat source for welding. The laser welding apparatus 1 is tilted with respect to an optical axis LS of a laser head 2 that irradiates a laser beam L toward a stainless steel plate W as an object to be welded, and a shielding gas (common name) from obliquely above. A gas supply nozzle 3 for injecting G). The laser head 2 and the gas supply nozzle 3 are moved along a straight joining line SS at a place where the two plate materials W are overlapped.

レーザヘッド2は、ケース2a内にレーザ発振部2bを備える。YAGレーザは、光励起形の個体レーザであり、レーザ発振部2bは、発振波長が1.06μmのレーザ光Lを出射する。レーザ光Lの光軸LS上には、光学ガラス製の集光レンズ2cが配置され、集光レンズ2cを透過したレーザ光Lは、極めて小さな点に集光される。   The laser head 2 includes a laser oscillation unit 2b in a case 2a. The YAG laser is an optically pumped solid laser, and the laser oscillation unit 2b emits a laser beam L having an oscillation wavelength of 1.06 μm. A condensing lens 2c made of optical glass is disposed on the optical axis LS of the laser light L, and the laser light L transmitted through the condensing lens 2c is condensed at an extremely small point.

なお、以下の説明において、レーザ光Lの光軸LSに直交し、且つレーザヘッド2の移動方向に沿った方向をX軸方向、X軸及びレーザ光Lの光軸LSに直交する方向をY軸方向、レーザ光Lの光軸LSに沿った方向をZ軸方向として説明する   In the following description, the direction perpendicular to the optical axis LS of the laser light L and along the moving direction of the laser head 2 is defined as the X-axis direction, and the direction perpendicular to the X-axis and the optical axis LS of the laser light L is defined as Y. The axial direction and the direction along the optical axis LS of the laser beam L will be described as the Z-axis direction.

レーザヘッド2のケース2aには、レーザヘッド2の進行方向に対して後方側に突き出したブラケット2dが設けられており、ブラケット2dには、第1リニアアクチュエータ4が取り付けられている。第1リニアアクチュエータ4は、サーボモータとサーボモータの出力軸に形成されたボールねじとを有し、ボールねじの回転により、ブラケット2dに対してY軸方向に直線移動する。第1リニアアクチュエータ4には、第2リニアアクチュエータ5が取り付けられている。第2リニアアクチュエータ5も第1リニアアクチュエータ4と同様のサーボモータ及びボールねじを有し、ボールねじの回転により、第1リニアアクチュエータ4に対してX軸方向に直線移動する。第2リニアアクチュエータ5には、第3リニアアクチュエータ6が取り付けられている。第3リニアアクチュエータ6は、サーボモータ及びボールねじと、サーボモータ及びボールねじを収容する筐体6aと、ボールねじの回転によって、筐体6aからZ軸方向に直線移動するロッド6bとを有する。   The case 2a of the laser head 2 is provided with a bracket 2d protruding rearward with respect to the traveling direction of the laser head 2, and the first linear actuator 4 is attached to the bracket 2d. The first linear actuator 4 has a servo motor and a ball screw formed on the output shaft of the servo motor, and linearly moves in the Y-axis direction with respect to the bracket 2d by the rotation of the ball screw. A second linear actuator 5 is attached to the first linear actuator 4. The second linear actuator 5 also has a servo motor and a ball screw similar to the first linear actuator 4, and linearly moves in the X-axis direction with respect to the first linear actuator 4 by the rotation of the ball screw. A third linear actuator 6 is attached to the second linear actuator 5. The third linear actuator 6 includes a servo motor and a ball screw, a housing 6a that houses the servo motor and the ball screw, and a rod 6b that linearly moves from the housing 6a in the Z-axis direction by the rotation of the ball screw.

ロッド6bの先端には、U字状のノズルブラケット6cが設けられている。図2に示すように、ノズルブラケット6cには、ガス供給ノズル3を挟むようにして左右一対の側壁6f,6gが設けられ、各側壁6f,6gには軸受け6d,6eが組込まれている。一対の軸受け6d,6eには、ガス供給ノズル3のノズル本体部3aから突出している一対の軸部3b,3cが支持される。軸部3b,3cは、ノズル本体部3aの基端3dの近傍に設けられると共に、レーザ光Lの光軸LSを含む平面PLに対して直交して延在する。ノズル本体部3aの管軸線NSは、光軸LSを含む平面PL上に位置し、ノズル本体部3aは、光軸LSを含む平面PL上で、回転軸線Cを中心に傾動する。   A U-shaped nozzle bracket 6c is provided at the tip of the rod 6b. As shown in FIG. 2, the nozzle bracket 6c is provided with a pair of left and right side walls 6f, 6g so as to sandwich the gas supply nozzle 3, and bearings 6d, 6e are incorporated in the side walls 6f, 6g. A pair of shaft portions 3b and 3c projecting from the nozzle main body portion 3a of the gas supply nozzle 3 are supported by the pair of bearings 6d and 6e. The shaft portions 3b and 3c are provided in the vicinity of the base end 3d of the nozzle main body portion 3a, and extend orthogonally to the plane PL including the optical axis LS of the laser light L. The tube axis NS of the nozzle body 3a is located on the plane PL including the optical axis LS, and the nozzle body 3a is tilted about the rotation axis C on the plane PL including the optical axis LS.

ノズルブラケット6cの一方の側壁6fには、傾動サーボモータ8が固定されている。傾動サーボモータ8のシャフトは、減速ギヤを介して一方の軸部3cに連結されている。傾動サーボモータ8の駆動によって軸部3b,3cが回転し、ガス供給ノズル3が傾動する。なお、前述した傾動サーボモータ8及び第1〜第3リニアアクチュエータ4〜6によってノズルアクチュエータ9が構成される。   A tilt servomotor 8 is fixed to one side wall 6f of the nozzle bracket 6c. The shaft of the tilt servomotor 8 is connected to one shaft portion 3c through a reduction gear. By driving the tilt servomotor 8, the shaft portions 3b and 3c rotate, and the gas supply nozzle 3 tilts. A nozzle actuator 9 is configured by the tilt servomotor 8 and the first to third linear actuators 4 to 6 described above.

傾動サーボモータ8には、アブソリュート型のロータリーエンコーダ11が取り付けられている。ロータリーエンコーダ11は、軸部3cの回転角度に応じて絶対的な2進コード情報を出力することで、軸部3cの回転角度を検出する。アブソリュート型のロータリーエンコーダ11を採用することで、電源を切って、再度通電しても直ちに軸部3cの回転角度を取得できる。   An absolute type rotary encoder 11 is attached to the tilt servomotor 8. The rotary encoder 11 detects the rotation angle of the shaft portion 3c by outputting absolute binary code information according to the rotation angle of the shaft portion 3c. By adopting the absolute type rotary encoder 11, the rotation angle of the shaft portion 3c can be acquired immediately even after the power is turned off and the power is turned on again.

ガス供給ノズル3のノズル本体部3aは、銅製で、且つ全長に渡って同一内径の直状管であり、層流を形成するために、内径の5倍程度の長さを有する。さらに、ノズル本体部3aには、閉塞された基端3dと、開放された先端3eとが形成されている。図1及び図3に示すように、先端3eは、管軸線NSに直交する基準面SPに対して、角度γの傾きを有するように切断されて形成される。ガス供給ノズル3の周壁には、ガス供給ノズル3内に連通する管継ぎ手部3fが設けられ、管継ぎ手部3fには、シールドガスGを供給するためのホース3gが固定されている。シールドガスGは不活性ガスであるアルゴンを含有する。圧縮されたシールドガスGは、ホース3gを介してガス供給ノズル3内に供給され、ガス供給ノズル3の先端3eから噴射される。ガス供給ノズル3は、ノズルアクチュエータ9によって可動するが、ノズル本体部3aの先端3eは、レーザ光Lに直交する平面PA(図3参照)内で保持される。   The nozzle body 3a of the gas supply nozzle 3 is made of copper and is a straight tube having the same inner diameter over the entire length, and has a length of about five times the inner diameter in order to form a laminar flow. Further, the nozzle main body 3a is formed with a closed base end 3d and an open front end 3e. As shown in FIGS. 1 and 3, the tip 3e is formed by being cut so as to have an inclination of an angle γ with respect to a reference plane SP orthogonal to the tube axis NS. A pipe joint portion 3f communicating with the gas supply nozzle 3 is provided on the peripheral wall of the gas supply nozzle 3, and a hose 3g for supplying the shield gas G is fixed to the pipe joint portion 3f. The shield gas G contains argon which is an inert gas. The compressed shield gas G is supplied into the gas supply nozzle 3 through the hose 3g, and is injected from the tip 3e of the gas supply nozzle 3. The gas supply nozzle 3 is moved by the nozzle actuator 9, but the tip 3 e of the nozzle body 3 a is held in a plane PA (see FIG. 3) orthogonal to the laser beam L.

図1及び図3に示すように、レーザヘッド2の上端部には、支柱部2eを介してマニピュレータ12の可動アーム部12aが固定されている。マニピュレータ12は、可動アーム部12aを移動させることで、レーザヘッド2をX軸方向に移動させる。板材Wを載せる溶接台13上には、二枚の板材Wが重ね合わせられた状態で載せられる。板材Wは平板であり、溶接台13上で水平方向に延在する。レーザヘッド2は、鉛直方向で、且つ二枚の板材Wが重なった箇所における直線状の接合予定線SSに向けてレーザ光Lを照射する。さらに、レーザヘッド2は、マニピュレータ12の作動によって溶接台13上で直線的に移動する。このレーザヘッド2の移動に伴い、レーザ光Lの照射部は、接合予定線SSに沿って走査される。レーザ光Lの照射によって、板材Wには溶融池Sが生じ、レーザ光Lが通過した後には、溶融池Sが固化してレーザ溶接部LJが形成される。   As shown in FIGS. 1 and 3, the movable arm portion 12 a of the manipulator 12 is fixed to the upper end portion of the laser head 2 via a support column portion 2 e. The manipulator 12 moves the laser arm 2 in the X-axis direction by moving the movable arm portion 12a. On the welding table 13 on which the plate material W is placed, the two plate materials W are placed in a state of being overlapped. The plate material W is a flat plate and extends on the welding table 13 in the horizontal direction. The laser head 2 irradiates the laser beam L toward the linear joining planned line SS in the vertical direction and at the place where the two plate materials W overlap. Further, the laser head 2 moves linearly on the welding table 13 by the operation of the manipulator 12. As the laser head 2 moves, the irradiation part of the laser light L is scanned along the planned joining line SS. By irradiation of the laser beam L, a molten pool S is generated in the plate material W, and after the laser beam L has passed, the molten pool S is solidified to form a laser weld LJ.

図3に示すように、レーザ溶接装置1は、バスを介して接続されたCPU14、ROM16及びRAM17等によって構成される主制御処理部18を有する。CPU14は、マニピュレータ12、レーザ発振部2b、第1〜第3リニアアクチュエータ4〜6の各サーボモータ、傾動サーボモータ8及びロータリーエンコーダ11に有線もしくは無線によって信号送受信可能に接続されている。CPU14は、レーザ溶接装置1全体の動作制御を行い、特に、レーザ光Lの照射強度及びレーザ走査速度を制御するレーザ走査制御部14aと、ガス供給ノズル3の可動を制御するノズル制御部14bとを有する。レーザ走査制御部14aは、レーザ発振部2bに対してレーザ光Lの照射強度を設定する照射強度設定信号及びレーザ光Lの照射開始と停止に関するON/OFF信号を出力し、さらに、マニピュレータ12に対してレーザ走査速度を設定する速度設定信号、レーザ走査開始信号及びレーザ走査停止信号を出力する。また、ノズル制御部14bは、ロータリーエンコーダ11で検出した回転角度に基づいてノズルアクチュエータ9にガス供給ノズル3を可動させる制御信号を出力し、ガス供給ノズル3のノズル本体部3aの先端3eを、光軸Lに直交する平面PA上に配置させる。なお、CPU14は、ガス供給ノズル3に供給されるシールドガスGの流路を開閉する制御弁(図示省略)にも信号送受信可能に接続されており、制御弁に対する開閉信号をも出力する。   As shown in FIG. 3, the laser welding apparatus 1 includes a main control processing unit 18 configured by a CPU 14, a ROM 16, a RAM 17, and the like connected via a bus. The CPU 14 is connected to the manipulator 12, the laser oscillation unit 2b, the servo motors of the first to third linear actuators 4 to 6, the tilt servo motor 8, and the rotary encoder 11 so that signals can be transmitted and received by wire or wirelessly. The CPU 14 controls the operation of the entire laser welding apparatus 1, and in particular, a laser scanning control unit 14 a that controls the irradiation intensity and laser scanning speed of the laser light L, and a nozzle control unit 14 b that controls the movement of the gas supply nozzle 3. Have The laser scanning control unit 14a outputs an irradiation intensity setting signal for setting the irradiation intensity of the laser light L to the laser oscillating unit 2b and an ON / OFF signal regarding the start and stop of the irradiation of the laser light L, and further to the manipulator 12 A speed setting signal for setting the laser scanning speed, a laser scanning start signal, and a laser scanning stop signal are output. Further, the nozzle control unit 14b outputs a control signal for moving the gas supply nozzle 3 to the nozzle actuator 9 based on the rotation angle detected by the rotary encoder 11, and the tip 3e of the nozzle main body 3a of the gas supply nozzle 3 is It is arranged on a plane PA orthogonal to the optical axis L. The CPU 14 is also connected to a control valve (not shown) that opens and closes the flow path of the shield gas G supplied to the gas supply nozzle 3 so that signals can be transmitted and received, and also outputs an open / close signal to the control valve.

CPU14には、操作部としてのタッチパネル19が信号送受信可能に接続されている。タッチパネル19の液晶画面上には、レーザ溶接の初期条件やレーザ溶接の開始を指示するためタッチ部が表示されている。タッチパネル19は、液晶画面上における作業者の指が触れた位置を検出し、その位置情報に基づく初期設定信号を出力する。CPU14には、タッチパネル19から出力された初期設定信号が入力され、CPU14は、初期設定信号に応じた制御を実行するために、レーザヘッド2、マニピュレータ12、ノズルアクチュエータ9に対して各種信号を出力する。   A touch panel 19 as an operation unit is connected to the CPU 14 so that signals can be transmitted and received. On the liquid crystal screen of the touch panel 19, a touch part is displayed for instructing the initial conditions of laser welding and the start of laser welding. The touch panel 19 detects a position touched by the operator's finger on the liquid crystal screen and outputs an initial setting signal based on the position information. The initial setting signal output from the touch panel 19 is input to the CPU 14, and the CPU 14 outputs various signals to the laser head 2, the manipulator 12, and the nozzle actuator 9 in order to execute control according to the initial setting signal. To do.

(レーザ溶接方法)
レーザ溶接装置1を用いたレーザ溶接方法について説明する。レーザ溶接を行う場合には、図1に示すように、レーザヘッド2から照射されるレーザ光Lの照射部を板材Wの接合予定線SSに合わせ、その照射部を、接合予定線SSに沿って所定の速度で移動させることでレーザ走査を行う。また、レーザ走査と同時に、ガス供給ノズル3からシールドガスGを噴射させる。シールドガスGは、ガス供給ノズル3の先端3eから光軸Lに沿って噴射され、板材Wの表面に衝突する。そして、シールドガスGは、板材Wの表面に衝突した後に、溶融池Sに向けて広がっていき、溶融池Sの周囲に一定ガス圧の酸化防止雰囲気SAが形成される。酸化防止雰囲気SAの形成によって溶融池Sは大気から遮断される。そして、安定した酸化防止雰囲気SAを形成しながらレーザ走査を行った場合(図5(a)参照)は、酸化防止雰囲気SAを形成せずにレーザ走査を行った場合(図5(b)参照)に比べて、溶接ビードの形状が安定し、さらに、焼けこげも抑止される。そして、ガス供給ノズル3におけるノズル本体部3aの先端3eをレーザ光Lの光軸LSに直交させることで溶融池Sの周囲に安定した酸化防止雰囲気SAを形成することができるため、シールドボックス(特許文献1参照)を用いなくても酸化防止雰囲気SAを容易に形成できる。
(Laser welding method)
A laser welding method using the laser welding apparatus 1 will be described. When performing laser welding, as shown in FIG. 1, the irradiated portion of the laser light L irradiated from the laser head 2 is aligned with the planned joining line SS of the plate material W, and the irradiated portion is aligned with the planned joining line SS. Then, laser scanning is performed by moving at a predetermined speed. Simultaneously with the laser scanning, the shield gas G is ejected from the gas supply nozzle 3. The shield gas G is injected along the optical axis L from the tip 3 e of the gas supply nozzle 3 and collides with the surface of the plate material W. The shield gas G then spreads toward the molten pool S after colliding with the surface of the plate material W, and an oxidation-preventing atmosphere SA having a constant gas pressure is formed around the molten pool S. The molten pool S is shielded from the atmosphere by the formation of the antioxidant atmosphere SA. When laser scanning is performed while forming a stable oxidation-preventing atmosphere SA (see FIG. 5A), laser scanning is performed without forming the oxidation-preventing atmosphere SA (see FIG. 5B). ), The shape of the weld bead is more stable, and burn-in is also suppressed. Since the tip 3e of the nozzle body 3a of the gas supply nozzle 3 is orthogonal to the optical axis LS of the laser light L, a stable antioxidant atmosphere SA can be formed around the molten pool S. The oxidation-preventing atmosphere SA can be easily formed without using Patent Document 1).

本発明は、上記の各実施形態に限定されない。例えば、溶接用熱源としてCOレーザを用いても良い。また、ガス供給ノズルのノズル本体部は、全長に渡って同一内径の直状管に限定されず、先端の内径が縮径していたり、流路途中にくびれをもった管であってもよい。 The present invention is not limited to the above embodiments. For example, a CO 2 laser may be used as a welding heat source. Further, the nozzle main body of the gas supply nozzle is not limited to a straight pipe having the same inner diameter over the entire length, and may be a pipe having a narrowed tip inner diameter or a constriction in the middle of the flow path. .

本発明に係るレーザ溶接装置の第1実施形態を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a first embodiment of a laser welding apparatus according to the present invention. 図1のII−II線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the II-II line of FIG. 図2のIII−III線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the III-III line of FIG. レーザ溶接装置のブロック図である。It is a block diagram of a laser welding apparatus. レーザ溶接部を示す写真であり、(a)は、酸化防止雰囲気を形成しながらレーザ走査を行ったレーザ溶接部を示す写真であり、(b)は、酸化防止雰囲気を形成せずにレーザ走査を行ったレーザ溶接部を示す写真である。It is the photograph which shows a laser welding part, (a) is a photograph which shows the laser welding part which performed laser scanning, forming an antioxidant atmosphere, (b) is a laser scanning without forming an antioxidant atmosphere It is a photograph which shows the laser welding part which performed.

符号の説明Explanation of symbols

1…レーザ溶接装置、2…レーザヘッド、3…ガス供給ノズル(レーザ溶接用ガス供給ノズル)、3a…ノズル本体部、3e…先端、W…板材(被溶接体)、L…レーザ光、LS…光軸、G…シールドガス、NS…管軸線、SP…基準面、PA…平面。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser welding apparatus, 2 ... Laser head, 3 ... Gas supply nozzle (gas supply nozzle for laser welding), 3a ... Nozzle main-body part, 3e ... Tip, W ... Plate material (to-be-welded body), L ... Laser beam, LS ... optical axis, G ... shield gas, NS ... tube axis, SP ... reference plane, PA ... plane.

Claims (2)

被溶接体に照射されるレーザ光の光軸に対し傾けられて、斜めからシールドガスを噴射するためのノズル本体部を有するレーザ溶接用ガス供給ノズルであって、
前記ノズル本体部の先端は、前記ノズル本体部の管軸線に直交する基準面に対して傾き、且つ前記光軸に直交する平面上に設けられていることを特徴とするレーザ溶接用ガス供給ノズル。
A gas supply nozzle for laser welding, which is inclined with respect to the optical axis of the laser beam irradiated to the welded body and has a nozzle body for injecting shield gas from an oblique direction,
A gas supply nozzle for laser welding, wherein a tip of the nozzle body is provided on a plane that is inclined with respect to a reference plane perpendicular to the tube axis of the nozzle body and perpendicular to the optical axis. .
被溶接体にレーザ光を照射するレーザヘッドと、
前記レーザヘッドに取り付けられ、且つ前記レーザ光の光軸に対し傾けられて、斜めからシールドガスを噴射するためのノズル本体部を有するガス供給ノズルと、を備え、
前記ノズル本体部の先端は、前記ノズル本体部の管軸線に直交する基準面に対して傾き、且つ前記光軸に直交する平面上に設けられていることを特徴とするレーザ溶接装置。
A laser head for irradiating a workpiece with laser light;
A gas supply nozzle attached to the laser head and inclined with respect to the optical axis of the laser beam, and having a nozzle body for injecting a shielding gas from an oblique direction,
The laser welding apparatus according to claim 1, wherein a tip of the nozzle main body is provided on a plane that is inclined with respect to a reference plane orthogonal to the tube axis of the nozzle main body and orthogonal to the optical axis.
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