JP2012024777A

JP2012024777A - レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置

Info

Publication number: JP2012024777A
Application number: JP2010162664A
Authority: JP
Inventors: Ikuyasu Ono; 育康小野; Shogo Tagawa; 省吾田川; Kazuhiro Iwata; 和浩岩田; Junichi Saito; 準一齋藤; Hiroyuki Kato; 博之加藤
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 2010-07-20
Filing date: 2010-07-20
Publication date: 2012-02-09

Abstract

【課題】ワークの加工部位に対し、フィラーを安定して供給する。
【解決手段】ワークの加工部位にフィラーを供給してレーザ溶接を行うレーザ溶接方法であって、レーザ加工ヘッド５を備えるロボット１の基端部にフィラーワイヤ１１を巻き付けたリール１７を設け、このリール１７からフィラーワイヤ１１を引き出して送り出すフィラー送り機構１９と、このフィラー送り機構１９から送り出されたフィラーワイヤ１１を引っ張ってワークＷの加工部位に供給するフィラー供給機構２１とを、互いに同期させて作動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワークの加工部位にフィラーを供給しつつレーザ溶接を行うレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置に関する。

レーザ溶接加工において、フィラーを供給しつつ溶接作業を行う場合があり（下記特許文献１参照）、その際、ワークの加工部位に対して安定してフィラーを供給することが必要とされる。

特開２００３−２９０９４８号公報

レーザ溶接加工において、フィラーを供給しつつ溶接作業を行う際には、ワークの加工部位に対して安定してフィラーを供給することが、溶接品質を高める上で必要とされている。

そこで、本発明は、ワークの加工部位に対し、フィラーを安定して供給することを目的としている。

本発明は、ワークの加工部位にフィラーを供給してレーザ溶接を行うレーザ溶接方法であって、前記フィラーを収容するフィラー収容部を設け、このフィラー収容部からフィラーを引き出しつつ送り出すフィラー送り機構と、このフィラー送り機構から送り出されたフィラーを引っ張りつつ前記ワークの加工部位に供給するフィラー供給機構とを、互いに同期させて作動させることを特徴とする。

本発明によれば、フィラー送り機構とフィラー供給機構とを、互いに同期させて作動させることで、ワークの加工部位に対し、フィラーを安定して供給することができ、溶接品質を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係わるレーザ加工装置の全体構成図である。図１のレーザ加工装置によるワークに対する溶接作業を示す作用説明図である。図２の溶接作業におけるレーザ光のＯＮ、ＯＦＦ状態と、フィラーワイヤの供給速度と、ロボットの作動状態との関係を示す説明図である。図１のレーザ加工装置による屈曲部を備えるワークに対する溶接作業を示す作用説明図である。図５の溶接作業におけるロボット速度と、レーザ光の出射と、フィラーワイヤの供給速度との関係を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１に示すように、ロボット１のアーム３の先端には、レーザ加工ヘッド５を取り付けてある。レーザ加工ヘッド５には、図示しないレーザ発振器から発振されて伝送用光ファイバ７内に入光したレーザ光９が供給され、その後ワークＷに向けて照射される。なお、レーザ加工ヘッド５内には、伝送用光ファイバ７の出射端から出射したレーザ光を平行光にコリメートするコリメートレンズや、コリメートされたレーザ光をワークＷの加工部位に集光させる集光レンズや、レーザ光を適宜方向に変換すべく反射させるミラーなどの光学系部品を設けている。

また、レーザ加工ヘッド５の先端付近には、フィラーワイヤ１１をワークＷの加工部位に向けて送り出すノズル１３を取り付け、ノズル１３の後端に接続したチューブ１５内にフィラーワイヤ１１を移動可能に挿入している。なお、チューブ１５の内面は、フィラーワイヤ１１に対して滑りやすい材質としているが、チューブ１５の内径を、フィラーワイヤ１１の外径より大きくすることで、フィラーワイヤ１１の移動をよりスムーズなものとしている。

上記したフィラーワイヤ１１は、ロボット１の基端部付近に設置してあるフィラー収容部としてのリール１７に巻き付けることで収容してあり、リール１７の近傍には、フィラーワイヤ１１を送り出すフィラー送り機構１９を設置している。フィラー送り機構１９は、一対のローラ２０を図示しないサーボモータで回転駆動することで、フィラーワイヤ１１をリール１７から引き出して前方に送り出す。

また、アーム３の先端部近傍には、上記フィラー送り機構１９から送り出されたフィラーワイヤ１１を引っ張ってワークＷの加工部位に供給するフィラー供給機構２１を設置している。フィラー供給機構２１は、一対のローラ２２を図示しないサーボモータで回転駆動し、フィラー供給機構２１から供給されるフィラーワイヤ１１は前記したチューブ１５内に入り込んでノズル１３に達する。

なお、フィラー供給機構２１は、アーム３の先端に回動可能に連結されているヘッド支持アームの基端部など、レーザ加工ヘッド５により近い位置に取り付けてもよい。

ここで、本実施形態では、フィラー送り機構１９とフィラー供給機構２１の前記図示しない各サーボモータを互いに同期させて作動させる同期手段としてのコントローラ２３を設けている。フィラー送り機構１９とフィラー供給機構２１とを同期させて作動させることで、フィラー供給機構２１がフィラーワイヤ１１を引っ張る際の抵抗が軽減し、フィラーワイヤ１１のノズル１３への送り出しがスムーズになる。その結果、フィラーワイヤ１１は、チューブ１５内での撓み（弛み）が抑制されて安定してワークＷの加工部位へ供給されることになり、溶接品質が向上する。

例えば、図２に示すような２枚の板状のワークＷ１，Ｗ２の端部同士を突き合わせて矢印Ａ方向に沿って溶接を行う場合には、始端部Ｂにおいてロボット１（レーザ加工ヘッド５）を停止させた状態でパルス溶接を行って始端部Ｂを仮止めし、その後レーザ光の照射を停止して冷却期間を設ける。冷却期間の後は、矢印Ａに沿ってレーザ光を連続照射してレーザ溶接を実施する。なお、矢印Ａに沿った連続溶接時にはレーザ光をパルス光としてもよい。また、終端部Ｃでも始端部Ｂと同様にロボット１（レーザ加工ヘッド５）を停止させた状態でパルス溶接を行う。

このような始端部Ｂから始まる直線状の連続溶接作業は、前記したようにフィラー送り機構１９とフィラー供給機構２１とを同期作動させてフィラーワイヤ１１を安定して供給することで可能となり、その際の溶接品質をより向上させることが可能となる。

図３は、上記図２における溶接作業でのレーザ光９のＯＮ、ＯＦＦ状態と、フィラーワイヤ１１の供給速度と、ロボット１（レーザ加工ヘッド５）の作動状態との関係を示している。これによれば、時間ｔ１でレーザ光を出射（ＯＮ）すると同時にフィラーワイヤ１１を供給し、その後時間ｔ４までは、フィラーワイヤ１１の供給速度を段階的に上昇させる。

フィラーワイヤ１１の供給速度が定常速度よりも低い時間ｔ３でロボット１（レーザ加工ヘッド５）の移動を開始し、時間ｔ４以降は、フィラーワイヤ１１の供給速度を定常速度にすると同時に、ロボット１（レーザ加工ヘッド５）の移動も定常速度とする。

上記時間ｔ１からｔ４までが図２における始端部Ｂの加工に対応しており、その後時間ｔ５までが矢印Ａに沿った連続溶接に相当する。なお、図３では冷却期間を省略している。

終端部Ｃでは、フィラーワイヤ１１の供給速度を、時間ｔ５から段階的に低下させて、時間ｔ８でフィラーワイヤ１１の供給を停止するとともに、レーザ光９の出射も停止する。ロボット１（レーザ加工ヘッド５）は、時間ｔ５で移動速度を低下させ、フィラーワイヤ１１の供給速度が定常速度よりも低い時間ｔ６で移動を停止させる。

上記時間ｔ５からｔ８までが図２における終端部Ｃの加工に対応しており、その後時間ｔ９まではフィラー送り機構１９とフィラー供給機構２１とを逆方向に作動させて、フィラーワイヤ１１を一定量引き込んで切断する。

このように、始端部Ｂ及び終端部Ｃをパルス溶接することで、入熱量を抑えることができ、母材の溶け落ちを抑制することができる。また、矢印Ａに沿った連続溶接を行うことで、母材を効率よく溶融させることができる。

図４に示す溶接作業例では、９０度屈曲する部位Ｄを含むワークＷに対してレーザ溶接を行っている。この場合には、図５に示すように、図２の溶接作業例と同様に、溶接作業を開始するワークＷの始端部では、レーザ光９をパルス光として出射し、その時間Ｔ１の間にフィラーワイヤ１１の送り速度を徐々に上昇させた後、一定時間定速状態としてから徐々に低下させる。その後、時間Ｔ２の間はレーザ光９の出射を停止して冷却期間を設ける。

溶接作業開始のワークＷの端部では、熱が逃げにくく母材の溶け落ちが発生する恐れがあるので、上記したＴ１秒間にて溶け落ちしない条件で肉盛りを行う。

時間Ｔ２経過後は、ロボット１（レーザ加工ヘッド５）の移動と、レーザ光９の出射と、フィラーワイヤ１１の供給とを、同期させて開始する。ただし、ロボット１（レーザ加工ヘッド５）の移動開始に対して、レーザ光９の出射及びフィラーワイヤ１１の供給開始は、適宜前後できるようにする。

ロボット１（レーザ加工ヘッド５）の移動と、レーザ光９の出射と、フィラーワイヤ１１の供給とが、それぞれ定常状態となって本溶接が開始され、その途中で図４に示す９０度屈曲する部位Ｄに達すると、これらの速度や出力を同期により一旦低下させる。つまり、屈曲する部位Ｄでは、レーザ加工ヘッド５の先端の移動速度が低下するが、それに合わせてレーザ光９の出力を低下させるとともに、フィラーワイヤ１１の供給速度も低下させる。

これにより、屈曲する部位Ｄでのフィラーワイヤ１１の供給量過多を抑制して、レーザ加工ヘッド５の先端の移動速度に対応した適正な供給量とする。また、レーザ光９については、フィラーワイヤ１１の適正供給量に対応した出力となる。以上によって、屈曲する部位Ｄを備えるワークＷに対する溶接品質を高めることができる。

溶接作業終了時には、ロボット１（レーザ加工ヘッド５）の移動とフィラーワイヤ１１の供給とを停止させ、その際フィラーワイヤ１１については、ロボット１（レーザ加工ヘッド５）が停止する直前に、図３の例と同様に、フィラー送り機構１９とフィラー供給機構２１とを逆方向に作動させて、フィラーワイヤ１１を一定量引き込んで切断する。レーザ光９は、フィラー送り機構１９及びフィラー供給機構２１の逆回転作動の停止に合わせて出射を停止する。

上記図４、図５に示したような溶接作業についても、前記したようにフィラー送り機構１９とフィラー供給機構２１とを同期作動させてフィラーワイヤ１１を安定して供給することで可能となり、その際の溶接品質をより向上させることが可能となる。

１ロボット
５レーザ加工ヘッド
１１フィラーワイヤ
１７リール（フィラー収容部）
１９フィラー送り機構
２１フィラー供給機構
２３コントローラ（同期手段）
Ｗワーク

Claims

ワークの加工部位にフィラーを供給してレーザ溶接を行うレーザ溶接方法であって、前記フィラーを収容するフィラー収容部を設け、このフィラー収容部からフィラーを引き出しつつ送り出すフィラー送り機構と、このフィラー送り機構から送り出されたフィラーを引っ張りつつ前記ワークの加工部位に供給するフィラー供給機構とを、互いに同期させて作動させることを特徴とするレーザ溶接方法。
ワークの加工部位にフィラーを供給してレーザ溶接を行うレーザ溶接装置であって、前記フィラーを収容するフィラー収容部を設け、このフィラー収容部からフィラーを引き出しつつ送り出すフィラー送り機構と、このフィラー送り機構から送り出されたフィラーを引っ張りつつ前記ワークの加工部位に供給するフィラー供給機構と、前記フィラー送り機構と前記フィラー供給機構とを、互いに同期させて作動させる同期手段と、を有することを特徴とするレーザ溶接装置。