JP2008030083A

JP2008030083A - ガス再利用によるレーザ溶接方法及びその装置

Info

Publication number: JP2008030083A
Application number: JP2006205488A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Ukai; 久鵜飼; Norio Ogawa; 憲雄小川; Fumihiro Sugiyama; 文博杉山
Original assignee: Enshu Ltd
Current assignee: Enshu Ltd
Priority date: 2006-07-28
Filing date: 2006-07-28
Publication date: 2008-02-14

Abstract

【課題】アルゴンガス又は窒素ガス等を密閉された溶接部空間内に供給するとともに、溶接後は合理的にスパッタ・ヒュームガスを除去してアルゴンガス又は窒素ガス等を回収して再利用するようにしたレーザ溶接方法及びその装置を提供する。
【解決手段】ガス再利用によるレーザ溶接装置１００は、ガス供給部１０と、上記ガス供給部からガスＧを密閉された溶接部空間Ｓ内に供給する配管Ｐ１及び供給閉塞体１１と、上記供給閉塞体内のスパッタ・ヒュームガスＧ１をスパッタ・ヒュームコレクタ（吸引管）１４により溶接部のスパッタ・ヒュームガスＧ１を吸引し、上記吸引したスパッタ・ヒュームガス中からスパッタ・ヒュームガスＧ１を除去して新鮮な再生ガスＧ２とするスパッタ除去手段３０と、上記再生ガスＧ２を再び溶接部空Ｓ間内に供給循環させる循環管Ｐ２と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、ガス供給部からアルゴンガス又は窒素ガス等を溶接部空間内に供給して溶接するレーザ溶接方法とその装置に係り、特に、アルゴンガス又は窒素ガス等を密閉された溶接部空間内に供給しとともに、溶接後は合理的にスパッタ・ヒュームガスを除去してアルゴンガス又は窒素ガス等を回収して再利用するようにしたものに関する。

従来、レーザ溶接分野において、ガスブローで溶接部に噴射したガスをヒュームコレクタにより吸引する方法は、単独で行われていたために、噴射したガスを大気中に放出していた。これがために、ガスの無駄使いになる上に、地球大気を汚染する原因にもなつている。そこで、大気中に放出されるガスを再利用するために、例えば、炭酸ガスを用い溶接する半自動溶接機のトーチカバーに炭酸ガスの吸気口を設け使用済み炭酸ガスを回収し、回収炭酸ガスを再使用するための半自動溶接機の循環式炭酸再使用装置が提供されている。その構成は、トーチ本体３の先端部に設けられる炭酸吹き出し口付近に吸引口を設け、回収炭酸ガスをホース６ａでポンプ５、そしてタンクに蓄える。タンクに圧力調整弁と濃度測定センサーを取り付ける。また、炭酸ガスボンベ側にも圧力調整弁を取り付け、タンクからボンベ側にホースを繋ぐ、トーチ本体の溶接用スイッチと各調整弁と濃度センサーは電気制御器１１からの指令で作動し、溶接電流に合う適正量の炭酸ガスを吹き出す装置である（例えば、特許文献１参照。）。

かくして、上記半自動溶接機の循環式炭酸再使用装置によれば、従来のような炭酸ガスの吹き付け後の垂れ流しによる地球上に放散が極力減少することができ、使い捨て消費によることなく、垂れ流しに依る炭酸ガスの地球温暖化の一因を減少できる。また、炭酸ガスの再使用ができ、半自動溶接作業が炭酸濃度センサーと電気制御器により従来と代わりなくでき、なおかつ溶接性能が変わらず母材に変化が生じなく、スパッタが多く発生せず遠くに飛散することがない。また、この循環式ガス再使用装置を使うことにより、狭い室内等での溶接作業での炭酸ガスの中毒が従来方式より減少する。この循環式ガス再使用装置をガス使用して行う溶接法であるアルミＭＩＧ溶接、ステンレスＭＩＧ溶接、ＭＩＧろう付け溶接、アルゴン溶接機にも適用できる利点がある。

特開２００３−２９０９２６号公報

しかしながら、上記半自動溶接機の循環式炭酸再使用装置では、炭酸ガスは不完全ながら回収されるがスパッタは回収出来ない。炭酸ガスが噴射され、且つ回収されるが無酸素密閉空間を確保した溶接部ではなく、溶接部のガス濃度を調節管理できない。このために、ヒュームスパッタの完全除去や最適条件下での最適溶接が行えないという問題点がある。

本発明が解決しようとする課題は、従来の循環式炭酸再使用装置における問題点を解消することであり、アルゴンガス又は窒素ガス等を密閉された溶接部空間内に供給するとともに、溶接後は合理的にスパッタ・ヒュームガスを除去してアルゴンガス又は窒素ガス等を回収して再利用するようにしたレーザ溶接方法及びその装置に関する。

本発明の請求項１のガス再利用によるレーザ溶接方法は、ガス供給部からアルゴンガス又は窒素ガス等を密閉された溶接部空間内に供給し、専用のスパッタ・ヒュームコレクタにより溶接部空間内のスパッタ・ヒュームガスを吸引し、上記吸引したスパッタ・ヒュームガスはスパッタ除去手段を介してスパッタ・ヒュームガスを除去した再生ガスとし、上記再生ガスを再び溶接部空間内に供給循環させることを特徴とする。

本発明の請求項２記載のガス再利用によるレーザ溶接装置は、アルゴンガス又は窒素ガス等のガス供給部と、上記ガス供給部からアルゴンガス又は窒素ガス等を溶接部空間内に密閉する供給閉塞体と、上記供給閉塞体内のスパッタ・ヒュームガスを吸引収集する吸引管と、上記吸引したスパッタ・ヒュームガス中からスパッタ・ヒュームガスを除去して再生ガスとするスパッタ除去手段と、上記再生ガスを再び溶接部空間内に供給循環させる循環管と、を具備したことを特徴とする。

本発明のガス再利用によるレーザ溶接方法及びその装置は上記構成条件からなり、以下のように作用する。第１に、ガス再利用によるレーザ溶接方法によれば、先ず、ガス供給部からのアルゴンガス又は窒素ガス等は、密閉された溶接部空間内に供給される。これで、溶接部のガス濃度が密閉された溶接部空間により正確に確保されて良好なレーザ溶接が行われる。上記溶接で発生したスパッタとヒュームガスは、専用のスパッタ・ヒュームコレクタにより溶接部空間内から吸引して引き出される。上記吸引したスパッタ・ヒュームガスはスパッタ除去手段に送り込まれ、ここでスパッタ・ヒュームガスだけが除去された新鮮な再生ガスに処理される。上記再生ガスは、再び溶接部空間内に供給循環される。この時、ガス供給部からのアルゴンガス又は窒素ガス等の消費量を最小限に抑えた状態でのレーザ溶接の運転が行われる。

第２に、ガス再利用によるレーザ溶接装置によれば、その構成をガス供給部と、上記ガス供給部からアルゴンガス又は窒素ガス等を密閉した溶接部空間内に閉じ込める供給閉塞体と、上記供給閉塞体内のスパッタ・ヒュームガスをスパッタ・ヒュームコレクタを集める吸引管により溶接部のスパッタ・ヒュームガスを吸引し、上記吸引したスパッタ・ヒュームガス中からこれらを除去してアルゴンガス又は窒素ガス等の再生ガスとするスパッタ除去手段と、上記再生ガスを再び溶接部空間内に供給循環させる循環管と、を具備したものとしたから、上記ガス再利用によるレーザ溶接方法を確実に実行させられる。

本発明のガス再利用によるレーザ溶接方法及びその装置は、アルゴンガス又は窒素ガス等を供給閉塞体により密閉された溶接部空間内に供給してガス濃度管理を確実にしたレーザ溶接ができるとともに、使用後のスパッタ交じりのヒュームガスは除去されてレーザヘッド寿命を延ばすとともにスパッタ・ヒュームガスが除去された新鮮な再生ガスとして再利用できる。更に、アルゴンガス又は窒素ガス等の大気への放出量が最大限に抑制されて運転コストダウンをはじめ、工場内の環境や地球環境の保全ができる。

図１は本発明のガス再利用によるレーザ溶接装置１００を示し、図２はガス再利用によるレーザ溶接方法のフローチャート図である。

まず、図１のガス再利用によるレーザ溶接装置１００は、アルゴンガス又は窒素ガス等のガスＧを貯留し適量を排出するガス供給部１０と、上記ガス供給部１０からのガスＧを、密閉された溶接部空間Ｓ内に供給する配管Ｐ１と、レーザ溶接部２２の比較的狭い空間を密閉させる供給閉塞体１１とを備える。上記供給閉塞体１１は、耐熱性に富み可撓性のある薄膜状の素材を漏斗乃至はスカート状に形成し、その上端の絞部１２が溶接ヘッドＨの先端筒部Ｈ１に連結保持されている。尚、上記供給閉塞体１１の中腹には配管Ｐ１が繋がれていて、そのガスＧの流れは、斜め姿勢に配置された溶接ヘッドＨの先端筒部Ｈ１から両溶接板２０，２１の溶接部２２へ照射されるレーザ光ＬＯの方向に向けられている。また、上記供給閉塞体１１のスカート裾は、溶接板２０，２１の上面に接してガス漏れを最小限に抑制している。上記供給閉塞体１１内で溶接時に発生したスパッタＳＴとヒュームガスＧ１とは、スパッタ・ヒュームを収集する吸引管Ｐ２により吸引される。上記吸引管Ｐ２は、上記供給閉塞体１１の反配管Ｐ１側に位置するスカート裾近くに繋がれ、排出側がスパッタ除去手段３０の吸引口３０Ａに繋がれている。上記スパッタ除去手段３０は、吸引したスパッタ・ヒュームガスＧ１中からスパッタフィルタＳＦでスパッタＳＴ及びヒュームガスＧ１を除去し、新鮮なアルゴンガス又は窒素ガス等のガス濃度の高い再生ガスＧ２とする。上記再生ガスＧ２を再び溶接部空間Ｓ内に供給循環させるためには、排出口３０Ｂから循環管Ｐ３により回収して、供給閉塞体１１内に供給される。上記スパッタ除去手段３０は、内部にスパッタフィルタＳＦとスパッタ受網３１と受皿３２と送風ファン３３とを備え、その筐体上部３４には循環管Ｐ３に連接する集気体（カバー体）３５が取付けられている。また、上記循環管Ｐ３内の再生ガスＧ２の排出側は、上記供給閉塞体１１の配管Ｐ１の近傍に繋がれている。

本発明のガス再利用によるレーザ溶接装置１００は、上記のように構成されていて、図２に示すガス再利用によるレーザ溶接方法のフローチャート図のように実施される。先ず、「スタート」により、ガス供給部からのアルゴンガス又は窒素ガス等のガスＧは、密閉された溶接部空間内に供給される「ガスの供給」が第一ステップＡとして実施される。これで、ガス供給部からのアルゴンガス又は窒素ガス等のガスＧは、供給閉塞体１１で密閉された溶接部空間内に供給される。続いて、溶接部のガス濃度が密閉された溶接部空間により正確に確保されて良好な「レーザ溶接の開始」が第二ステップＢとして実施される。この溶接は終始「ガス濃度が管理」された第三ステップＣとして実施される。上記溶接中は順次に「スパッタを含んだヒュームガスの発生」の第四ステップＤ、「スパッタ・ヒュームガスの回収」の第五ステップＥ、「スパッタ・ヒュームガスの除去」の第六ステップＦ、「再生ガスの生成」の第七ステップＧ、「再生ガスを溶接部へ循環」の第八ステップＨ、「ガスの消費抑制」の第九ステップＩ、そして、「溶接終了」の第１０ステップＪとからなる。また、スパッタフィルタＳＦは、スパッタＳＴ及びヒュームガスＧ１の成分除去に有効なものが選択的に使用される。

尚、本発明は、上記実施の形態に限定されない。例えば、ガス供給部１０や供給閉塞体１１や配管Ｐ１、吸引管Ｐ２、スパッタ除去手段３０、循環管Ｐ３等の方式や部材の材質は、上記実施の形態に限定されず、適宜な部材変更・仕様変更が発明の要旨内において可能であること勿論である。これによる作用効果も変動されず、同一の作用効果がえられる。

本発明のガス再利用によるレーザ溶接装置１００とそのレーザ溶接方法の実施の形態によれば、以下の効果を奏する。まず、アルゴンガス又は窒素ガス等のガスＧを密閉された溶接部空間内に供給してガス濃度管理を確実にしたレーザ溶接ができるとともに、使用後のスパッタ交じりのヒュームガスは外部へ排出されてレーザヘッド寿命を延ばすとともにスパッタが除去された新鮮で濃度の高いアルゴンガス又は窒素ガス等の再生ガスとして再利用できる。更に、上記ガスは供給閉塞体１１により大気への放出量が最大限に抑制されるから運転コストダウンをはじめ、工場内の環境や地球環境の保全ができる。

本発明のガス再利用によるレーザ溶接装置１００は、レーザ溶接に限らず、各種レーザによる溶接や電気溶接にも適用できるし、金属加工機における無酸素加工技術にも適用できる。

本発明のガス再利用によるレーザ溶接装置の断面図である。ガス再利用によるレーザ溶接方法のフローチャート図である。

符号の説明

１０ガス供給部
１１供給閉塞体
１２絞部
２０，２１溶接板
２２溶接部
３０スパッタ除去手段
３０Ａ吸引口
３０Ｂ排出口
３１スパッタ受網
３２受皿
３３送風ファン
３４筐体上部
３５集気体
Ｇアルゴンガス又は窒素ガス等のガス
Ｇ１ヒュームガス
Ｇ２再生ガス
ＬＯレーザ光
Ｈ溶接ヘッド
Ｈ１先端筒部
Ｐ１配管
Ｐ２吸引管
Ｐ３循環管
Ｓ溶接部空間
ＳＴスパッタ

１００レーザ溶接装置

Claims

ガス供給部からアルゴンガス又は窒素ガス等を密閉された溶接部空間内に供給し、専用のスパッタ・ヒュームコレクタにより溶接部空間内のスパッタ・ヒュームガスを吸引し、上記吸引したスパッタ・ヒュームガスはスパッタ除去手段を介してスパッタ・ヒュームガスを除去した再生ガスとし、上記再生ガスを再び溶接部空間内に供給循環させることを特徴とするガス再利用によるレーザ溶接方法。
アルゴンガス又は窒素ガス等のガス供給部と、上記ガス供給部からアルゴンガス又は窒素ガス等を溶接部空間内に密閉する供給閉塞体と、上記供給閉塞体内のスパッタ・ヒュームガスを吸引収集する吸引管と、上記吸引したスパッタ・ヒュームガス中からスパッタ・ヒュームガスを除去して再生ガスとするスパッタ除去手段と、上記再生ガスを再び溶接部空間内に供給循環させる循環管と、を具備したことを特徴とするガス再利用によるレーザ溶接装置。