JP2009202227A - Laser beam welding apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ溶接の技術に関する。 The present invention relates to a laser welding technique.
従来、レーザ溶接をする際には被溶接物近傍の酸化防止をするために、不活性ガス（Ａｒ、Ｎ２、Ｈｅ等）を溶接部付近に吹きつけながら溶接を行っている（シールドガス）。
また、レーザ溶接をするとき、レーザ光照射により被溶接物から金属蒸気が発生しプラズマ化するため、このプラズマにより被溶接物へのレーザ吸収率が低下し溶接能力を低下させてしまう。そこでプラズマを除去するために溶接部に不活性ガスを吹き付けている（サイドガス）。
Conventionally, when laser welding is performed, in order to prevent oxidation in the vicinity of the workpiece, welding is performed while blowing an inert gas (Ar, N2, He, etc.) near the weld (shield gas).
Further, when laser welding is performed, metal vapor is generated from the workpiece by laser light irradiation and is turned into plasma, and this plasma lowers the laser absorptivity of the workpiece and lowers the welding ability. Then, in order to remove plasma, the inert gas is sprayed on the welding part (side gas).
しかしながら、銅（Ｃｕ）のようにレーザの吸収率の低い材料（Ｃｕ：約１０％）にレーザ溶接を行う場合、レーザを連続的にパルス照射する必要がある。つまり連続的にレーザをパルス照射することで被溶接物が始めの照射で溶け出している最中に、次のレーザをパルス照射することで深い溶け込みを発生させて溶接している。 However, when laser welding is performed on a material having a low laser absorptivity (Cu: about 10%) such as copper (Cu), it is necessary to continuously pulse the laser. That is, welding is performed by generating a deep penetration by irradiating the next laser pulse while the workpiece is melted by the first irradiation by continuously irradiating the laser pulse.
ところが不活性ガスを供給する方法では、溶接箇所の温度が高いため、溶接箇所に常温の不活性ガスが吹き付けられると、溶接部が冷却され浅い溶け込みとなり、安定した溶接強度が保てないという問題がある。 However, in the method of supplying the inert gas, since the temperature of the welded part is high, when the inert gas at normal temperature is sprayed on the welded part, the welded part is cooled and becomes a shallow penetration, and a stable welding strength cannot be maintained. There is.
また、不活性ガスの供給を止めてしまうと、溶接部が黒ずんでしまい外観品質問題や溶接強度（溶接欠陥）への問題が発生する。
関連技術として特許文献１〜４などが開示されている。
Patent documents 1-4 etc. are indicated as related art.
開示の技術は上記のような実情に鑑みてなされたものであり、溶け込み深さ、溶接強度を安定的に確保するレーザ溶接装置を提供することを目的とする。 The disclosed technique has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a laser welding apparatus that stably secures the penetration depth and the welding strength.
開示した態様のひとつである吸収率の低い被溶接物にレーザ溶接をするレーザ溶接装置であって、前記被溶接物にレーザを照射するときに用いる開口部と、不活性ガスを供給するための前記開口部を備える加工ヘッドと、供給もとより送られてくる不活性ガスを予め設定した温度に加熱して前記シールドガス供給配管に加熱した不活性ガスを供給するガス加熱器と、前記加工ヘッドに接続され、前記加熱した不活性ガスを前記加工ヘッドに供給するシールドガス供給配管と、前記シールドガス供給配管から分岐し、前記開口部と前記被溶接物付近に前記加熱した不活性ガスを供給するサイドガス供給配管と、を備える構成である。 A laser welding apparatus for performing laser welding on a workpiece having a low absorptance, which is one of the disclosed modes, for supplying an inert gas and an opening used when irradiating the workpiece with a laser. A machining head having the opening, a gas heater for heating the inert gas sent from the supply source to a preset temperature and supplying the inert gas heated to the shield gas supply pipe, and the machining head A shield gas supply pipe connected to supply the heated inert gas to the processing head, and branched from the shield gas supply pipe, and the heated inert gas is supplied in the vicinity of the opening and the work piece. And a side gas supply pipe.
また、前記シールドガス供給配管及び前記サイドガス供給配管に前記加熱した不活性ガスの流量、気圧を調整するバルブを設ける。
開示した他の態様のである吸収率の低い被溶接物にレーザ溶接をするレーザ溶接装置であって、前記被溶接物にレーザを照射するときに用いる開口部を備える加工ヘッドと、前記不活性ガスを排出する排出開口部および攪拌用気体を供給する攪拌開口部とを有し、供給元より不活性ガス供給配管を通して送られる前記不活性ガスを収める不活性ガスケースと、から成り、前記不活性ガスケースには、前記加工ヘッドと前記被溶接物を収納し、前記攪拌開口部から前記攪拌用の気体が供給され、前記排出開口部から前記不活性ガスが排出されることにより、溶接部分周辺の前記不活性ガスを攪拌する構成である。
The shield gas supply pipe and the side gas supply pipe are provided with valves for adjusting the flow rate and pressure of the heated inert gas.
A laser welding apparatus for performing laser welding on a workpiece having a low absorptance according to another disclosed aspect, wherein the machining head includes an opening used when irradiating the workpiece with a laser, and the inert gas. And an inert gas case for containing the inert gas sent from the supply source through an inert gas supply pipe. The gas case accommodates the processing head and the work piece, the stirring gas is supplied from the stirring opening, and the inert gas is discharged from the discharge opening, thereby surrounding the welded portion. The inert gas is stirred.
また、前記攪拌開口部から供給する気体は前記不活性ガスである。
また、前記攪拌開口部から気体を供給する期間は、少なくとも前記被溶接物にレーザ溶接を実施している期間である。
The gas supplied from the stirring opening is the inert gas.
The period during which gas is supplied from the stirring opening is a period during which laser welding is performed on at least the workpiece.
上記構成により、溶接部へ加熱した状態の不活性ガスを供給することができる。また、不活性ガスの加熱することにより溶接中の熱を冷やすことなく、溶け込み深さ、溶接強度への影響をなくし、且つ溶接部の酸化防止を図れる。 By the said structure, the inert gas of the state heated to the welding part can be supplied. In addition, by heating the inert gas, it is possible to eliminate the influence on the penetration depth and the welding strength without cooling the heat during welding and to prevent oxidation of the welded portion.
開示の構成により、溶接中の被溶接物の溶接部付近の金属蒸気プラズマを除去し且つ溶接部の酸化防止ができるので、レーザ溶接の溶け込み深さ、溶接強度を安定的に確保することができる。 With the disclosed configuration, the metal vapor plasma in the vicinity of the welded part of the workpiece being welded can be removed and oxidation of the welded part can be prevented, so that the penetration depth and welding strength of laser welding can be stably secured. .
（実施例１）
以下図面に基づいて、本発明の実施形態について詳細を説明する。
図１にレーザ溶接装置の不活性ガス供給ブロックの図を示す。不活性ガス供給ブロック１は、加工ヘッド２、シールドガス供給配管３、サイドガス供給配管４、ガス加熱器５、不活性ガス元配管６、シールドガス調整バルブ７、サイドガス調整バルブ８、不活性ガス元調整バルブ９などから構成される。
Example 1
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a diagram of an inert gas supply block of the laser welding apparatus. The inert gas supply block 1 includes a machining head 2, a shield gas supply pipe 3, a side gas supply pipe 4, a gas heater 5, an inert gas source pipe 6, a shield gas adjustment valve 7, a side gas adjustment valve 8, and an inert gas. The gas source adjustment valve 9 is configured.
加工ヘッド２は、例えば円錐台をしており両底面に開口部を有する。図１の加工ヘッド１の底面１８の上方に配設されたレーザ用光源（不図示）からパルス照射されるレーザ１３が、底面１８の開口部を抜けて加工ヘッド１の下方の底面１９の開口部を通過した後、被溶接物１１の溶接部１２に到達する構造である。 The processing head 2 has a truncated cone, for example, and has openings on both bottoms. A laser 13 irradiated with a pulse from a laser light source (not shown) disposed above the bottom surface 18 of the processing head 1 in FIG. 1 passes through the opening of the bottom surface 18 and opens on the bottom surface 19 below the processing head 1. The structure reaches the welded portion 12 of the work piece 11 after passing through the portion.
ここで、レーザ１３の光源として用いるレーザは、低出力のレーザなどでもよく、例えばＹＡＧレーザなどである。
また、加工ヘッド１の側面１０にはシールドガス供給配管３が接続され、シールドガス供給配管３を介して不活性ガス１４’（Ａｒ、Ｎ２、Ｈｅ等）が供給される。
Here, the laser used as the light source of the laser 13 may be a low-power laser, for example, a YAG laser.
A shield gas supply pipe 3 is connected to the side surface 10 of the machining head 1, and an inert gas 14 ′ (Ar, N 2, He, etc.) is supplied through the shield gas supply pipe 3.
シールドガス供給配管３は、ガス加熱器５により加熱された不活性ガス１４を加工ヘッド２およびサイドガス供給配管４に供給する配管である。例えば、図１に示しようにシールドガス調整バルブ７を設けて流量を調整してもよい。なお、不活性ガス１４’は不活性ガス１４をシールドガス調整バルブ７により調整したものである。 The shield gas supply pipe 3 is a pipe that supplies the inert gas 14 heated by the gas heater 5 to the machining head 2 and the side gas supply pipe 4. For example, the flow rate may be adjusted by providing a shield gas adjustment valve 7 as shown in FIG. The inert gas 14 ′ is prepared by adjusting the inert gas 14 with the shield gas adjusting valve 7.
サイドガス供給配管４は、シールドガス供給配管３から分岐して加工ヘッド２の底面１９と溶接部１２付近に加熱した不活性ガス１５を吹き掛ける構成である。例えば、図１に示しようにサイドガス調整バルブ８を設けて流量を調整してもよい。なお、不活性ガス１５は不活性ガス１４をサイドガス調整バルブ８により調整したものである。 The side gas supply pipe 4 is branched from the shield gas supply pipe 3 and sprays a heated inert gas 15 on the bottom surface 19 of the machining head 2 and the vicinity of the welded portion 12. For example, the flow rate may be adjusted by providing a side gas adjustment valve 8 as shown in FIG. The inert gas 15 is prepared by adjusting the inert gas 14 with the side gas adjusting valve 8.
ガス加熱器５は、不活性ガス供給元から送られてくる常温の不活性ガス１６（または１６’）を加熱して不活性ガス１４をシールドガス供給配管３に供給する。例えば、ガス加熱器５は配管にヒータを巻き加熱する。このときのヒータの温度は、不活性ガス１４’、１５が溶接部１２を冷やさない程度に加熱できればよい。 The gas heater 5 heats the inert gas 16 (or 16 ′) at room temperature sent from the inert gas supply source and supplies the inert gas 14 to the shield gas supply pipe 3. For example, the gas heater 5 heats a pipe with a heater. The temperature of the heater at this time may be such that the inert gases 14 ′ and 15 can be heated to such an extent that the welded portion 12 is not cooled.
不活性ガス元配管６は、不活性ガス供給元より送られてくる不活性ガス１６をガス加熱器５に供給する。例えば、不活性ガス元調整バルブ９を用いて流量、気圧を調整してもよい。なお、不活性ガス１６’は不活性ガス１６を不活性ガス元調整バルブ９により調整したものである。 The inert gas source pipe 6 supplies the gas heater 5 with the inert gas 16 sent from the inert gas supply source. For example, the flow rate and the atmospheric pressure may be adjusted using the inert gas source adjustment valve 9. The inert gas 16 ′ is prepared by adjusting the inert gas 16 with the inert gas source adjusting valve 9.
次に、レーザ溶接装置の不活性ガス供給ブロックの動作について説明する。
不活性ガス供給元より常温の不活性ガス１６（または調整された不活性ガス１６’）を供給する。ここで不活性ガス１６は不活性ガスボンベをレギュレーターと接続し、制御することで不活性ガス供給元より不活性ガス供給ブロック１に送り込む。
Next, the operation of the inert gas supply block of the laser welding apparatus will be described.
Normal temperature inert gas 16 (or adjusted inert gas 16 ') is supplied from an inert gas supply source. Here, the inert gas 16 is sent to the inert gas supply block 1 from an inert gas supply source by connecting an inert gas cylinder with a regulator and controlling it.
不活性ガス１６’が不活性ガス元配管６を通じてガス加熱器５へ流入させる。
ガス加熱器５により常温の不活性ガス１６’が目的の温度まで加熱される。
加熱された不活性ガス１４はシールドガス供給配管３、サイドガス供給配管４に供給され、シールドガス調整バルブ7、サイドガス調整バルブ８に各設定された流量により制御され、加熱された不活性ガス１４’、１５が溶接部１２近傍へ吹き付けられる。
The inert gas 16 ′ flows into the gas heater 5 through the inert gas source pipe 6.
A normal temperature inert gas 16 ′ is heated by the gas heater 5 to a target temperature.
The heated inert gas 14 is supplied to the shield gas supply pipe 3 and the side gas supply pipe 4, and is controlled by the flow rates set in the shield gas adjustment valve 7 and the side gas adjustment valve 8, respectively. 14 'and 15 are sprayed to the welding part 12 vicinity.
上記構成により、レーザを連続でパルス照射する際に、不活性ガスを加熱することで溶接部の熱を冷却することなくレーザを照射することが可能になるため、溶け込み深さ、溶接強度への影響をなくすことができる。
（実施例２）
図２に実施例２のレーザ溶接装置の不活性ガス供給ブロックの図を示す。不活性ガス供給ブロック２１は、加工ヘッド２２、不活性ガスケース２３、不活性ガス供給配管２４、などから構成される。さらに、不活性ガス２５を攪拌するための攪拌開口部３２、排出開口部３３を不活性ガスケース２３に設けた構成である。
With the above configuration, when the laser is continuously pulsed, it is possible to irradiate the laser without cooling the heat of the welded part by heating the inert gas. The influence can be eliminated.
(Example 2)
FIG. 2 shows a diagram of an inert gas supply block of the laser welding apparatus of the second embodiment. The inert gas supply block 21 includes a processing head 22, an inert gas case 23, an inert gas supply pipe 24, and the like. Further, the inert gas case 23 is provided with a stirring opening 32 and a discharge opening 33 for stirring the inert gas 25.
加工ヘッド２２は、例えば円錐台をしており両底面に開口部を有する。図１の加工ヘッド１の底面２６の上方に配設されたレーザ用光源（不図示）からパルス照射されるレーザ１３が、底面２６の開口部を抜けて加工ヘッド２２の下方の底面２７の開口部を通過した後、被溶接物１１の溶接部１２に到達する構造である。 The processing head 22 has a truncated cone, for example, and has openings on both bottom surfaces. A laser 13 irradiated with a pulse from a laser light source (not shown) disposed above the bottom surface 26 of the processing head 1 in FIG. 1 passes through the opening of the bottom surface 26 and opens on the bottom surface 27 below the processing head 22. The structure reaches the welded portion 12 of the work piece 11 after passing through the portion.
ここで、レーザ１３の光源として用いるレーザは、低出力のレーザなどでもよく、例えばＹＡＧレーザなどである。
また、加工ヘッド２２は不活性ガスケース２３内に挿入し、不活性ガスケース２３内にある不活性ガス２５中で溶接をする。このように被溶接物１１を不活性ガス雰囲気内に配置して溶接することで溶接中の酸化を防止する。
Here, the laser used as the light source of the laser 13 may be a low-power laser, for example, a YAG laser.
Further, the machining head 22 is inserted into the inert gas case 23 and welded in the inert gas 25 in the inert gas case 23. Thus, the to-be-welded object 11 is arrange | positioned in an inert gas atmosphere, and it welds by preventing the oxidation in welding.
不活性ガス供給配管２４は、不活性ガス供給元に接続されており、不活性ガスケース２３に不活性ガス２５を供給する。
次に、レーザ溶接装置の不活性ガス供給ブロックの動作について説明する。
The inert gas supply pipe 24 is connected to an inert gas supply source, and supplies the inert gas 25 to the inert gas case 23.
Next, the operation of the inert gas supply block of the laser welding apparatus will be described.
不活性ガス供給元より常温の不活性ガス２５（または調整された不活性ガス）を不活性ガスケース２３に供給する。
不活性ガス２５は、不活性ガス供給配管２４を通じて不活性ガスケース２３へ流入させる。
A normal temperature inert gas 25 (or adjusted inert gas) is supplied to the inert gas case 23 from an inert gas supply source.
The inert gas 25 flows into the inert gas case 23 through the inert gas supply pipe 24.
攪拌は、図２の破線矢印方向（攪拌開口部３２から排出開口部３３）に攪拌用不活性ガス３４を供給するなどして少なくとも溶接部分周辺の不活性ガス２５を攪拌する。
また、排出開口部３３から不活性ガス２５を予め設定した量だけ排出する。そして排出した量または予め設定した不活性ガス２５を新たに不活性ガス供給配管２４から不活性ガスケース２３へ供給する。
For stirring, at least the inert gas 25 around the welded portion is stirred by supplying the stirring inert gas 34 in the direction of the broken line arrow in FIG. 2 (from the stirring opening 32 to the discharge opening 33).
Further, the inert gas 25 is discharged from the discharge opening 33 by a preset amount. Then, the discharged amount or the preset inert gas 25 is newly supplied from the inert gas supply pipe 24 to the inert gas case 23.
なお、攪拌開口部３２から気体を供給する期間は、少なくとも被溶接物にレーザ溶接を実施している期間であることが望ましい。
なお、攪拌開口部３２から供給する攪拌用不活性ガス３４を加熱してから供給してもよい。
In addition, it is preferable that the period during which the gas is supplied from the stirring opening 32 is a period in which laser welding is performed on at least the workpiece.
The stirring inert gas 34 supplied from the stirring opening 32 may be supplied after heating.
また、攪拌開口部３２と排出開口部３３をともに不活性ガスの排出口とし、不活性ガス供給配管２４から供給される不活性ガス２５の流量、気圧、風向を調整して攪拌を行ってもよい。 Further, both the stirring opening 32 and the discharge opening 33 may be used as inert gas outlets, and stirring may be performed by adjusting the flow rate, pressure, and wind direction of the inert gas 25 supplied from the inert gas supply pipe 24. Good.
上記構成により、レーザを連続でパルス照射する際に金属蒸気プラズマを除去し、酸化防止ができる。また、不活性ガス２５、攪拌用不活性ガス３４を加熱することで溶接部の熱を冷却することなくレーザを照射することが可能になるため、溶け込み深さ、溶接強度への影響をなくすことができる。 With the above configuration, the metal vapor plasma can be removed and oxidation can be prevented when the laser is continuously pulsed. Further, by heating the inert gas 25 and the stirring inert gas 34, it becomes possible to irradiate the laser without cooling the heat of the welded portion, thereby eliminating the influence on the penetration depth and welding strength. Can do.
また、実施例１で説明したガス加熱器５を用いて不活性ガス２５を加熱してから不活性ガスケース２３に供給してもよい。さらに、不活性ガスケース２３自体を加熱して不活性ガス２５を加熱してもよい。 Alternatively, the inert gas 25 may be heated using the gas heater 5 described in the first embodiment and then supplied to the inert gas case 23. Further, the inert gas case 23 itself may be heated to heat the inert gas 25.
なお、常温の不活性ガス２５を加熱する場合には目的の温度まで加熱される。
上記構成により、レーザを連続でパルス照射する際に金属蒸気プラズマを除去し、酸化防止ができる。また、不活性ガス２５を加熱することで溶接部の熱を冷却することなくレーザを照射することが可能になるため、溶け込み深さ、溶接強度への影響をなくすことができる。
In addition, when heating the normal temperature inert gas 25, it heats to the target temperature.
With the above configuration, the metal vapor plasma can be removed and oxidation can be prevented when the laser is continuously pulsed. Moreover, since it becomes possible to irradiate a laser without cooling the heat of a welding part by heating the inert gas 25, the influence on the penetration depth and welding strength can be eliminated.
また、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various improvements and modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
１ 不活性ガス供給ブロック、
２ 加工ヘッド、
３ シールドガス供給配管、
４ サイドガス供給配管、
５ ガス加熱器、
６ 不活性ガス元配管、
７ シールドガス調整バルブ、
８ サイドガス調整バルブ、
９ 不活性ガス元調整バルブ、
１０ 側面、
１１ 被溶接物、
１２ 溶接部、
１３ レーザ、
１４ 不活性ガス、
１５ 不活性ガス、
１６ 不活性ガス、
１８ 底面、
１９ 底面、
２１ 不活性ガス供給ブロック、
２２ 加工ヘッド、
２３ 不活性ガスケース、
２４ 不活性ガス供給配管、
２５ 不活性ガス、
２６ 底面、
２７ 底面、
３１ 不活性ガス供給ブロック、
３２ 攪拌開口部、
３３ 排出開口部、
３４ 攪拌用不活性ガス、
1 inert gas supply block,
2 processing head,
3 Shield gas supply piping,
4 Side gas supply piping,
5 Gas heater,
6 Inert gas source piping,
7 Shield gas adjustment valve,
8 Side gas adjustment valve,
9 Inert gas source adjustment valve,
10 sides,
11 Workpiece,
12 welds,
13 laser,
14 inert gas,
15 inert gas,
16 inert gas,
18 Bottom,
19 Bottom,
21 Inert gas supply block,
22 processing head,
23 Inert gas case,
24 inert gas supply piping,
25 inert gas,
26 Bottom,
27 Bottom,
31 Inert gas supply block,
32 stirring opening,
33 discharge opening,
34 inert gas for stirring,
Claims (5)
前記被溶接物にレーザを照射するときに用いる開口部と、不活性ガスを供給するための前記開口部を備える加工ヘッドと、
前記加工ヘッドに接続され、加熱した不活性ガスを前記加工ヘッドに供給するシールドガス供給配管と、
供給元より送られてくる前記不活性ガスを予め設定した温度に加熱して前記シールドガス供給配管に前記加熱した不活性ガスを供給するガス加熱器と、
前記シールドガス供給配管から分岐し、前記開口部と前記被溶接物付近に前記加熱した不活性ガスを供給するサイドガス供給配管と、
を備えることを特徴とするレーザ溶接装置。 A laser welding apparatus for performing laser welding on a work piece having a low absorption rate,
An opening used when irradiating the workpiece with a laser, and a processing head including the opening for supplying an inert gas;
A shield gas supply pipe connected to the processing head and supplying a heated inert gas to the processing head;
A gas heater for heating the inert gas sent from a supply source to a preset temperature and supplying the heated inert gas to the shield gas supply pipe;
A side gas supply pipe that branches off from the shield gas supply pipe and supplies the heated inert gas in the vicinity of the opening and the work piece;
A laser welding apparatus comprising:
前記被溶接物にレーザを照射するときに用いる開口部を備える加工ヘッドと、
前記不活性ガスを排出する排出開口部および攪拌用気体を供給する攪拌開口部とを有し、供給元より不活性ガス供給配管を通して送られる前記不活性ガスを収める不活性ガスケースと、から成り、
前記不活性ガスケースには、前記加工ヘッドと前記被溶接物を収納し、
前記攪拌開口部から前記攪拌用の気体が供給され、前記排出開口部から前記不活性ガスが排出されることにより、溶接部分周辺の前記不活性ガスを攪拌することを特徴とするレーザ溶接装置。 A laser welding apparatus for performing laser welding on a work piece having a low absorption rate,
A machining head having an opening used when irradiating the workpiece with a laser;
An inert gas case having a discharge opening for discharging the inert gas and a stirring opening for supplying a stirring gas, and containing the inert gas sent through an inert gas supply pipe from a supply source. ,
In the inert gas case, the processing head and the workpiece are stored,
The laser welding apparatus, wherein the stirring gas is supplied from the stirring opening and the inert gas is discharged from the discharge opening, whereby the inert gas around the welded portion is stirred.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20110510 |