JP2014128832A - Apparatus and method for laser welding - Google Patents

Apparatus and method for laser welding Download PDF

Info

Publication number
JP2014128832A
JP2014128832A JP2013217324A JP2013217324A JP2014128832A JP 2014128832 A JP2014128832 A JP 2014128832A JP 2013217324 A JP2013217324 A JP 2013217324A JP 2013217324 A JP2013217324 A JP 2013217324A JP 2014128832 A JP2014128832 A JP 2014128832A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
welding
laser
laser welding
chamber
window
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2013217324A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Fukuda
健 福田
Wataru Kono
渉 河野
Toshio Oonawa
登史男 大縄
Masaki Tamura
雅貴 田村
Shota Araki
翔太 荒木
Tatsuaki Uchida
竜朗 内田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2013217324A priority Critical patent/JP2014128832A/en
Publication of JP2014128832A publication Critical patent/JP2014128832A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem of laser welding executed in a reduced-pressure environment that welding plume severely rising right upward adheres to machinery present over the execution part and disturbs stable laser welding for long a time.SOLUTION: In a laser welding apparatus, the inside pressure of a welding chamber 20 composed of a housing 21 is reduced to a pressure lower than the atmospheric pressure, and a to-be-welded object 1 is irradiated with a laser beam 3 in the reduced-pressure atmosphere to execute welding. An aerodynamic window is created with an ultrasonic gas flow in the laser beam irradiation port 12 of the welding chamber 20 to retain a differential pressure between the atmosphere and the welding chamber 20, and the housing 21 and the to-be-welded object 1 are moved relatively.

Description

本発明は、減圧環境下で行なうレーザー溶接装置およびレーザー溶接方法に関する。   The present invention relates to a laser welding apparatus and a laser welding method performed under a reduced pressure environment.

レーザー溶接工法は、アーク溶接工法と比べて被溶接物に対して非接触での溶接施工が可能であるということや高エネルギー密度のビームを集中させることができるので深い溶け込みが得られるという利点がある。また、アーク溶接に比べて低入熱量で深い溶け込みが得られるために被溶接物の変形量が小さく、被溶接物に与える熱影響も小さいという利点もある。レーザー溶接工法は、このような利点を有するために産業機器の製造現場で適用が拡大している。例えば、電力機器、造船、自動車分野を代表に、多くの分野で適用が進んでいる。   Compared with the arc welding method, the laser welding method has the advantage that non-contact welding can be applied to the work piece and that a high energy density beam can be concentrated, resulting in deep penetration. is there. Further, since deep penetration can be obtained with a low heat input as compared with arc welding, there is an advantage that the deformation amount of the workpiece is small and the thermal influence on the workpiece is small. Since the laser welding method has such advantages, its application is expanding at the manufacturing site of industrial equipment. For example, application is progressing in many fields, represented by the electric power equipment, shipbuilding, and automobile fields.

レーザー溶接は、施工雰囲気によって常圧環境下(大気圧環境下ともいう)にて行われる工法と、減圧環境下で行われる工法とに大別することができる。通常は、常圧環境下でシールドガスを吹きつけながら行うレーザー溶接工法が一般的である。   Laser welding can be broadly classified into a construction method performed under a normal pressure environment (also referred to as an atmospheric pressure environment) and a construction method performed under a reduced pressure environment, depending on the construction atmosphere. Usually, a laser welding method is generally performed while spraying a shielding gas under a normal pressure environment.

減圧環境下でのレーザー溶接は、常圧環境下でのレーザー溶接に比較して、同じ入熱量で溶接施工したときに、より深い溶け込み深さが得られる利点がある。その要因の一つとして、減圧環境下では、溶け込み深さの増大に寄与する金属蒸気からなるキーホールの生成が、減圧雰囲気による金属の蒸気圧の低下によって促進されることが挙げられる。また、もう一つの要因として、常圧雰囲気と比較してレーザー光の屈折によるレーザー光の散乱量の低下がある。   Laser welding under a reduced pressure environment has an advantage that a deeper penetration depth can be obtained when welding is performed with the same heat input as compared with laser welding under a normal pressure environment. One of the factors is that, under a reduced pressure environment, generation of keyholes made of metal vapor that contributes to an increase in the penetration depth is promoted by a decrease in the vapor pressure of the metal due to the reduced pressure atmosphere. Another factor is a decrease in the amount of scattered laser light due to refraction of the laser light as compared to an atmospheric pressure atmosphere.

一般にレーザー光は透過する施工雰囲気中に大きな密度差があった場合、レーザー光の屈折が生じて、結果的に加工点に到達するエネルギーが減少する。したがって、溶接部から施工雰囲気のガス中に伝わる熱量が増加すると、局所的に施工雰囲気中のガスの密度差が大きくなる部分が生じ、施工雰囲気中のガス中のレーザー光の屈折が大きくなる部分が生じやすい。   In general, when there is a large density difference in the construction atmosphere in which laser light is transmitted, the laser light is refracted, resulting in a decrease in energy reaching the processing point. Therefore, when the amount of heat transferred from the welded part to the gas in the construction atmosphere increases, a part where the density difference of the gas in the construction atmosphere increases locally, and the part where the refraction of laser light in the gas in the construction atmosphere increases Is likely to occur.

しかしながら、減圧環境下では、そもそも施工雰囲気中のガスが少ないため、雰囲気ガスの密度差が小さくなり、レーザー光の屈折が起きにくくなり、加工点に到達するレーザー光のエネルギーが増加する。これらの要因によって溶け込み深さの増加の効果が得られる減圧環境でのレーザー溶接であるが、常圧環境での溶接施工と異なり、雰囲気圧力が低いために溶接プルームが真上に勢い良く上昇し、これによって一般に固体材料からなるレーザー光の照射窓が汚れ、長時間の連続的な溶接施工が難しいという課題がある。   However, under a reduced pressure environment, since the gas in the construction atmosphere is small in the first place, the density difference between the atmosphere gases becomes small, the laser light is hardly refracted, and the energy of the laser light reaching the processing point increases. Laser welding in a reduced pressure environment that can increase the penetration depth due to these factors, but unlike welding in a normal pressure environment, the welding plume rises vigorously right above because the atmospheric pressure is low. As a result, there is a problem that a laser beam irradiation window generally made of a solid material becomes dirty, and long-time continuous welding is difficult.

この課題に対し、幾つか改善技術が提案されている。第1の改善技術として、溶接チャンバーと対向するレーザー光照射窓に、内面に突起形状部を設けた円筒状ノズルを設け、この円筒状ノズル内に下方向へ向かうガスを流し、このガス流によって溶接プルームの上昇を防止し、溶接プルームによる悪影響を軽減するようにした技術がある。   Several improvement techniques have been proposed for this problem. As a first improvement technique, a cylindrical nozzle having a projection-shaped portion on the inner surface is provided in a laser beam irradiation window facing the welding chamber, and a gas flowing downward is flowed into the cylindrical nozzle. There is a technology that prevents the rise of the welding plume and reduces the adverse effects of the welding plume.

この技術は、比較的溶接プルームの発生量が少ない、即ち、入熱量が小さいレーザーパワー条件の下ではある程度有効と考えられる。
また、第2の改善技術として、溶接チャンバーの天井中央部に空気力学的窓(空力窓;AerodynamicWindow)を生成するようにした技術がある。
This technique is considered to be effective to some extent under laser power conditions where a relatively small amount of welding plume is generated, that is, a heat input is small.
As a second improvement technique, there is a technique in which an aerodynamic window (aerodynamic window) is generated in the center of the ceiling of the welding chamber.

この空力窓は、溶接チャンバーの天井中央部に対して、上部ノズルおよび下部ノズルを有する上部真空室を設け、さらに、上部ノズルの上部真空室側から大気側に圧縮ガスを噴出する下部エゼクターを設けるとともに、上部ノズルのさらに上部に圧縮ガスを噴出する上部エゼクターを設けるように構成されている。   This aerodynamic window is provided with an upper vacuum chamber having an upper nozzle and a lower nozzle at the center of the ceiling of the welding chamber, and further, a lower ejector for ejecting compressed gas from the upper vacuum chamber side of the upper nozzle to the atmosphere side is provided. At the same time, an upper ejector for ejecting compressed gas is provided further above the upper nozzle.

特開平7−68397号公報JP-A-7-68397 特開2011−240365号公報JP 2011-240365 A 特公平2−42308号公報Japanese Examined Patent Publication No. 2-42308

しかしながら、上述した第1の改善技術では、溶け込み深さの増大を狙った入熱量が大きい条件の場合、大量に発生する溶接プルームを十分に排出することができず、溶接トーチや光学機器等に溶接プルームが付着し、長時間にわたる連続的な溶接施工ができない恐れがある。   However, in the first improvement technique described above, when the amount of heat input aiming at an increase in the penetration depth is large, the welding plume that is generated in large quantities cannot be discharged sufficiently, so that the welding torch, optical instrument, etc. There is a possibility that welding plume may adhere and continuous welding work for a long time cannot be performed.

また、上述した第2の改善技術の場合、空力窓は、真空溶接チャンバーの天井中央部に上部ノズルおよび下部ノズルを有する上部真空室を設け、さらに、上部ノズルの上部真空室側から大気側に向けて圧縮ガスを噴出する下部エゼクターを設けるとともに、上部ノズルのさらに上部に圧縮ガスを噴出する上部エゼクターを設けるようにした複雑な構成であるばかりでなく、構造的に大気と真空溶接チャンバーとの圧力差を維持できないと考えられている。もし、空力窓で大気と真空溶接チャンバーとの圧力差を維持できない場合、レーザー光が散乱し溶接品質の悪影響を及ぼすことが懸念される。   In the case of the second improvement technique described above, the aerodynamic window is provided with an upper vacuum chamber having an upper nozzle and a lower nozzle in the center of the ceiling of the vacuum welding chamber, and further from the upper vacuum chamber side of the upper nozzle to the atmosphere side. The lower ejector that ejects the compressed gas toward the upper nozzle and the upper ejector that ejects the compressed gas to the upper part of the upper nozzle are not only complicated, but also structurally the atmosphere and the vacuum welding chamber It is thought that the pressure difference cannot be maintained. If the pressure difference between the atmosphere and the vacuum welding chamber cannot be maintained by the aerodynamic window, there is a concern that the laser light is scattered and adversely affects the welding quality.

さらに、上述した第1および第2の改善技術のいずれも、溶接チャンバーには被溶接物を搬入搬出するための搬入搬出口を特に設けていないために、被溶接物を溶接チャンバー内部へ搬入したり、溶接後に搬出したりするのに時間がかかり、溶接作業の能率が悪いという課題がある。   Furthermore, since both the first and second improvement techniques described above are not particularly provided with a carry-in / out port for carrying in / out the work piece in the welding chamber, the work piece is carried into the welding chamber. Or it takes time to carry it out after welding, and there is a problem that the efficiency of welding work is poor.

そこで、本発明の目的は、空力窓を改善することによって、大気圧と減圧環境を構成する溶接チャンバー内の圧力との差圧を維持するとともに、溶接チャンバー内の溶接プルームを確実に排出して連続的に長時間のレーザー溶接の施工を実現できるようにしたレーザー溶接装置およびレーザー溶接方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to improve the aerodynamic window, thereby maintaining the differential pressure between the atmospheric pressure and the pressure in the welding chamber constituting the reduced pressure environment, and reliably discharging the welding plume in the welding chamber. It is an object of the present invention to provide a laser welding apparatus and a laser welding method capable of continuously performing laser welding for a long time.

また、本発明の他の目的は、空力窓を改善することによって、大気圧と減圧環境を構成する溶接チャンバー内の圧力との差圧を維持して、溶接チャンバー内の溶接プルームを確実に排出して連続的に長時間のレーザー溶接の施工を実現できるようにするとともに、溶接チャンバーに被溶接物の搬入搬出用の開口部を設けることにより、溶接作業の能率を向上させるようにしたレーザー溶接装置およびレーザー溶接方法を提供することにある。   Another object of the present invention is to improve the aerodynamic window to maintain the differential pressure between the atmospheric pressure and the pressure in the welding chamber that constitutes the reduced pressure environment, and to reliably discharge the welding plume in the welding chamber. Laser welding is designed to improve the efficiency of welding work by providing an opening for loading and unloading workpieces in the welding chamber, while enabling continuous laser welding work for a long time. It is to provide an apparatus and a laser welding method.

上記の目的を達成するために、本発明のレーザー溶接装置は、筒形状に形成され、レーザー光照射窓を除いて一方の端部が閉塞され、かつ、他方の端部である開放端部にシール部材を取付けて被溶接物あるいは溶接作業床に当接することにより溶接チャンバーを形成する筐体と、前記レーザー光照射窓の上部位置に固定され、超音速ガス流によって自由渦形空力窓を生成し、当該自由渦形空力窓により前記溶接チャンバー内部と大気との間を空気力学的に仕切る空力窓生成装置と、前記空力窓生成装置の上部位置に設置されたレーザー加工ヘッドと、前記溶接チャンバー内を大気圧よりも減圧環境状態にする減圧装置と、前記筐体および前記被溶接物を相対的に移動させる装置と、を備えたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, the laser welding apparatus of the present invention is formed in a cylindrical shape, one end is closed except for the laser light irradiation window, and the other end is an open end. A casing that forms a welding chamber by attaching a seal member to a work piece or welding work floor and a top position of the laser light irradiation window are fixed, and a free vortex aerodynamic window is generated by supersonic gas flow An aerodynamic window generating device that aerodynamically partitions the inside of the welding chamber and the atmosphere by the free vortex aerodynamic window, a laser processing head installed at an upper position of the aerodynamic window generating device, and the welding chamber It is characterized by comprising: a decompression device that places the interior in a decompressed environment state from atmospheric pressure; and a device that relatively moves the casing and the workpiece.

また、本発明のレーザー溶接装置は、請求項1において、前記筐体が前記溶接チャンバー内部に前記被溶接物および当該被溶接物を載置する加工テーブルを収容するとともに、側壁部に前記被溶接物および加工テーブルの搬入搬出口と、当該搬入搬出口を開閉する閉鎖装置とを設け、さらに、前記開放端部が前記シール材を介して溶接作業床に当接し固定されることを特徴とする。   The laser welding apparatus according to the present invention is the laser welding apparatus according to claim 1, wherein the casing houses the workpiece to be welded and a work table on which the workpiece to be welded is placed inside the welding chamber, and the side to be welded is the workpiece. A loading / unloading port for the workpiece and the processing table, and a closing device for opening and closing the loading / unloading port, and the open end is in contact with and fixed to the welding work floor via the sealing material. .

本発明によれば、減圧環境の溶接チャンバーのレーザー光の照射口に設けた空力窓生成装置のノズルからディフューザへ流れる超音速ガス流で空力窓を生成することによって、溶接施工部から激しく上昇する溶接プルームを超音速ガス流に乗せて確実に排出すると同時に、大気圧および減圧環境の溶接チャンバー間の差圧保持を行うことができるため、減圧環境下で安定した深い溶け込み深さが得られるレーザー溶接施工を、長時間連続で安定して行うことができる。   According to the present invention, the aerodynamic window is generated by the supersonic gas flow flowing from the nozzle of the aerodynamic window generating device provided at the laser beam irradiation port of the welding chamber in a decompression environment to the violently rising from the welding portion. A laser that provides a stable and deep penetration depth in a reduced pressure environment because the welding plume can be reliably ejected by supersonic gas flow and at the same time maintain the differential pressure between the welding chambers in atmospheric and reduced pressure environments. Welding can be performed stably for a long time.

さらに、本発明によれば、溶接チャンバーに被溶接物の搬入搬出口を設け、この搬入搬出口を閉鎖装置で開閉するようにしたので、溶接作業の能率を向上させることができる。   Furthermore, according to the present invention, since the carry-in / out port for the workpiece is provided in the welding chamber and the carry-in / out port is opened and closed by the closing device, the efficiency of the welding operation can be improved.

本発明の実施形態1に係るレーザー溶接装置の主要部を示す図であり、図1(a)は図1(b)をa−a線で切断し、矢視方向に見た断面図、図1(b)は図1(a)をb−b線で切断し、矢視方向に見た断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows the principal part of the laser welding apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention, FIG.1 (a) is sectional drawing which cut | disconnected FIG.1 (b) by the aa line and looked at the arrow direction, figure 1 (b) is a cross-sectional view of FIG. 1 (a) taken along line bb and viewed in the direction of the arrows. 空力窓の原理説明図。The principle explanatory drawing of an aerodynamic window. 超音速ガス流の発生開始時点からレーザー光の照射時点までのタイミングを示す図。The figure which shows the timing from the generation start time of a supersonic gas flow to the irradiation time of a laser beam. 本発明の実施形態2に係るレーザー溶接装置を概念的に示す斜視図。The perspective view which shows notionally the laser welding apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention. 図4のレーザー溶接装置の主要部を切断して示す断面図。Sectional drawing which cut | disconnects and shows the principal part of the laser welding apparatus of FIG. 被溶接物の搬入搬出口の構成例を示す図であり、図6(a)は図6(b)をa−a矢視方向に見た正面図、図6(b)は図6(a)をb−b線で切断した断面図である。It is a figure which shows the structural example of the carrying in / out opening of a to-be-welded object, FIG.6 (a) is the front view which looked at FIG.6 (b) in the aa arrow direction, FIG.6 (b) is FIG. Is a cross-sectional view taken along line bb. 被溶接物の準備段階から搬出時点までのタイミングを示す図。The figure which shows the timing from the preparation stage of a to-be-welded object to carrying out.

以下、本発明に係るレーザー溶接装置および溶接方法の実施形態について、図を参照して説明する。なお、各図において、共通する部品には同一符号を付与して重複する説明は適宜省略する。   Hereinafter, embodiments of a laser welding apparatus and a welding method according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to a common component and the overlapping description is abbreviate | omitted suitably.

[実施形態1]
(構成)
図1は本発明の実施形態1に係るレーザー溶接装置を構成する溶接チャンバーのレーザー光照射窓の上部に空力窓生成装置を設置した様子を示す模式図であり、図1(a)は図1(b)をa−a線で切断し、矢視方向に見た平断面図、図1(b)は図1(a)をb−b線で切断し、矢視方向に見た側断面図である。なお、レーザー溶接装置はレーザー光線を発生させるレーザー発振器、レーザー光線を導く光路、伝送されてきたレーザー光線を適切なサイズに集光し焦点を調整する集光光学系で構成されたレーザー加工ヘッド(溶接トーチともいう)、このレーザー加工ヘッドあるいは被溶接物を駆動する駆動系、溶接チャンバー、シールドガス配管系統などで構成されるが、図1(a)、(b)では発明に直接関係しないレーザー発振器、光路および駆動系については省略している。図2は空力窓生成装置の原理の説明図である。
なお、本実施形態1のレーザー溶接装置には、炭酸ガスレーザー、YAGレーザー、ファイバレーザーなどを適用することができる。
[Embodiment 1]
(Constitution)
FIG. 1 is a schematic view showing a state in which an aerodynamic window generator is installed on the upper part of a laser beam irradiation window of a welding chamber constituting a laser welding apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line aa and viewed in the direction of the arrow, and FIG. 1B is a side cross-sectional view taken along the line bb of FIG. 1A and viewed in the direction of the arrow. FIG. The laser welding device is a laser processing head (also called a welding torch) that is composed of a laser oscillator that generates a laser beam, an optical path that guides the laser beam, and a condensing optical system that focuses the transmitted laser beam to an appropriate size and adjusts the focal point. The laser processing head or the driving system for driving the workpiece, a welding chamber, a shield gas piping system, etc., are shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b). The driving system is omitted. FIG. 2 is an explanatory diagram of the principle of the aerodynamic window generator.
Note that a carbon dioxide laser, a YAG laser, a fiber laser, or the like can be applied to the laser welding apparatus of the first embodiment.

図1(a)、(b)において、本実施形態1に係るレーザー溶接装置は、減圧環境下で被溶接物1をレーザー光3で溶接することができるように、被溶接物1を収容する溶接チャンバー20を構成する筐体21の天井部22にレーザー光照射窓23を設け、さらにこの筐体21の天井部22の上部外側にレーザー光照射路12を有する空力窓生成装置10を載置している。   1A and 1B, the laser welding apparatus according to the first embodiment accommodates the workpiece 1 so that the workpiece 1 can be welded with the laser beam 3 under a reduced pressure environment. The laser beam irradiation window 23 is provided on the ceiling portion 22 of the casing 21 that constitutes the welding chamber 20, and the aerodynamic window generator 10 having the laser beam irradiation path 12 is placed outside the upper portion of the ceiling portion 22 of the casing 21. doing.

またさらに、空力窓生成装置10の上部には、被溶接物1に向けてレーザー光3を照射するレーザー加工ヘッド(溶接トーチ)5を適当な支持部材6を介して固定している。このレーザー加工ヘッド5から照射されるレーザー光3の光軸は、レーザー光照射路12およびレーザー光照射窓23のほぼ中心部を通るように調整されている。   Furthermore, a laser processing head (welding torch) 5 that irradiates the laser beam 3 toward the workpiece 1 is fixed to the upper part of the aerodynamic window generator 10 via an appropriate support member 6. The optical axis of the laser beam 3 irradiated from the laser processing head 5 is adjusted so as to pass through the substantially central part of the laser beam irradiation path 12 and the laser beam irradiation window 23.

以下、本実施形態1のレーザー溶接装置を構成する主要部品について、順次説明する。
先ず、空力窓生成装置10から説明する。
本実施形態で説明する空力窓生成装置10とは、超音速ガス流13によって自由渦式空力窓(超音速自由渦型空力窓ともいうが、以下、空力窓と略称する)11を生成する装置を指す。
Hereinafter, main parts constituting the laser welding apparatus of the first embodiment will be sequentially described.
First, the aerodynamic window generator 10 will be described.
The aerodynamic window generator 10 described in the present embodiment is an apparatus that generates a free vortex type aerodynamic window (also referred to as a supersonic free vortex type aerodynamic window, hereinafter abbreviated as an aerodynamic window) 11 by a supersonic gas flow 13. Point to.

空力窓11は従来の光学ガラス窓に替わって設置されたもので、後述するようにノズルからディフューザに向って円弧状に流れる超音速ガス流13によって空気力学的にレーザー光照射路12の入口を大気から仕切り、大気圧と溶接チャンバー内部圧力との差圧を保持するようにしたものである。この空力窓生成装置10内のレーザー光照射路12の圧力分布は、空力窓11の下側から筐体21の天井部22のレーザー光照射窓23に向かって徐々に減少するような圧力分布となっている。   The aerodynamic window 11 is installed in place of the conventional optical glass window. As will be described later, the entrance of the laser light irradiation path 12 is aerodynamically formed by a supersonic gas flow 13 flowing in an arc shape from the nozzle toward the diffuser. It is partitioned from the atmosphere to maintain the differential pressure between atmospheric pressure and welding chamber internal pressure. The pressure distribution of the laser beam irradiation path 12 in the aerodynamic window generator 10 is such that the pressure distribution gradually decreases from the lower side of the aerodynamic window 11 toward the laser beam irradiation window 23 of the ceiling portion 22 of the housing 21. It has become.

レーザー光照射路12およびレーザー光照射窓23の開口面積は、溶接時にレーザー光3との干渉が生じないように、10×10mm〜40×40mm程度の大きさの正方形または矩形あるいは円形に形成されている。 The opening area of the laser irradiation path 12 and the laser beam irradiation window 23, as interference with the laser beam 3 is not generated at the time of welding, the 10 × 10mm 2 ~40 × 40mm 2 a size of approximately square or rectangular or circular Is formed.

そして、本実施形態1に係る空力窓生成装置10は、レーザー光照射路12の両側にノズル構成体14およびディフューザ構成体15を前記レーザー光照射路12の開口面積に対応する寸法分だけ離間して配置し、さらにこれらノズル構成体14およびディフューザ構成体15の側面を閉塞板16、17で気密に閉塞して構成されている。   Then, the aerodynamic window generator 10 according to the first embodiment separates the nozzle structure 14 and the diffuser structure 15 on both sides of the laser light irradiation path 12 by a dimension corresponding to the opening area of the laser light irradiation path 12. Furthermore, the side surfaces of the nozzle structure 14 and the diffuser structure 15 are hermetically closed with closing plates 16 and 17.

以下、空力窓生成装置10を構成する各部品について詳細に説明する。
ノズル構成体14は、レーザー光通過路12の開口面積に対応した10〜40mm程度の厚み(図1(a)における紙面の上下方法)と、この厚みの2〜3倍程度寸法の幅(図1(a)における紙面の左右方法)および高さ(図1(a)における紙面の前後方法)を有する四角いブロック状の金属材料で形成されている。
Hereinafter, each part which comprises the aerodynamic window production | generation apparatus 10 is demonstrated in detail.
The nozzle structure 14 has a thickness of about 10 to 40 mm corresponding to the opening area of the laser beam passage 12 (up and down method on the paper surface in FIG. 1A) and a width of about 2 to 3 times the thickness (see FIG. 1). 1 (a) is a rectangular block-shaped metal material having a left-right method on the paper surface) and a height (a front-back method on the paper surface in FIG. 1A).

そして、このノズル構成体14は前記閉塞板16、17に面する平面部のほぼ中央位置に溜気槽14aを刳り貫いて形成するとともに、この溜気槽14aから上部の隅部に向かって連続するスロート部14bおよびノズル14cを刳り貫いて形成している。ノズル14cは図2で示すように、スロート部14bに連通する入口側から出口側に向かって幅が徐々に拡がる非対称形状に形成されている。すなわち、ノズル14cの内側壁のうち、内側出口端部14c1および外側出口端部14c2付近での曲面形状がほぼ円弧状に形成され、内側出口端部14c1付近での曲率半径が、外側出口端部14c2付近の曲率半径よりも小径に形成されている。   The nozzle structure 14 is formed by penetrating the air reservoir 14a at substantially the center position of the flat portion facing the blocking plates 16 and 17, and continuously from the air reservoir 14a toward the upper corner. The throat portion 14b and the nozzle 14c are formed so as to penetrate through. As shown in FIG. 2, the nozzle 14 c is formed in an asymmetric shape in which the width gradually increases from the inlet side communicating with the throat portion 14 b toward the outlet side. That is, of the inner wall of the nozzle 14c, the curved surface shape in the vicinity of the inner outlet end portion 14c1 and the outer outlet end portion 14c2 is formed in a substantially arc shape, and the radius of curvature near the inner outlet end portion 14c1 is the outer outlet end portion. It is formed smaller than the radius of curvature near 14c2.

また、ノズル構成体14は、スロート部14bの背後側に溜気槽14aを外部に連通させるための連通孔14dを設けている。この連通孔14dはガス供給管18を介して窒素ガスや乾燥空気等の高圧ガス供給源(図1中、ガスボンベと表記)19に接続されるように構成されている。   Further, the nozzle structure 14 is provided with a communication hole 14d for allowing the air reservoir 14a to communicate with the outside on the back side of the throat portion 14b. This communication hole 14d is configured to be connected to a high-pressure gas supply source (indicated as a gas cylinder in FIG. 1) 19 through a gas supply pipe 18 such as nitrogen gas or dry air.

前述した非対称形状のノズル14cの出口端部は、図2で拡大して示すように、レーザー光照射路12の中心線上の所定の中心点Oからノズル構成体14の上部隅部に向かって伸びる直線H上に位置するようになっている。すなわち、直線H上にノズル14cの内側出口端部14c1と外側出口端部14c2とが位置するように形成されている。   The exit end of the asymmetrical nozzle 14c described above extends from a predetermined center point O on the center line of the laser beam irradiation path 12 toward the upper corner of the nozzle structure 14 as shown in an enlarged view in FIG. It is located on the straight line H. That is, the inner outlet end portion 14c1 and the outer outlet end portion 14c2 of the nozzle 14c are formed on the straight line H.

一方、ディフューザ構成体15は、前述したノズル構成体14と同じ厚みの四角いブロック状の金属材料で形成されており、前記ノズル14cに対向した位置にディフューザ15aを形成している。   On the other hand, the diffuser structure 15 is formed of a rectangular block-shaped metal material having the same thickness as the nozzle structure 14, and the diffuser 15a is formed at a position facing the nozzle 14c.

すなわち、ディフューザ15aは、前記ノズル14cの内側出口端部14c1に対向した位置に内側壁15a1の内側入口端部を、また、前記ノズル14cの外側出口端部14c2に対向した位置に外側壁15a2の外側入口端部を有するように形成されている。このディフューザ15aの出口は下向きに形成されている。図2中、Δθは直線Hと中心点Oからディフューザ15aの内側壁15a1の内側入口端部を結ぶ直線との為す空力窓11の中心角である。
なお、このディフューザ15aの内側壁15a1、外側壁15a2は、ガス流の剥離を防ぐように機械加工されている。
That is, the diffuser 15a has an inner inlet end of the inner wall 15a1 at a position facing the inner outlet end 14c1 of the nozzle 14c, and an outer wall 15a2 at a position facing the outer outlet end 14c2 of the nozzle 14c. It is formed to have an outer inlet end. The outlet of the diffuser 15a is formed downward. In FIG. 2, Δθ is the central angle of the aerodynamic window 11 between the straight line H and the straight line connecting the center point O and the inner entrance end of the inner wall 15a1 of the diffuser 15a.
The inner wall 15a1 and the outer wall 15a2 of the diffuser 15a are machined so as to prevent separation of the gas flow.

次に、図2を参照してノズル14cおよびディフューザ15aで生成する空力窓11の原理について説明する。
図1の高圧ガス供給源19から供給された窒素または乾燥空気等の高圧ガスは、溜気槽14aに一旦溜められたあと、スロート部14bにて超音速に加速され、ノズル14cから超音速ガス流13となって噴出される。この超音速ガス流13は、流速が半径Rに反比例するような自由渦流れとなってディフューザ15aへ流れ込むことによりレーザー光照射路12の入口に空力窓11を生成する。このとき、中心点Oからノズル14cの内側出口端部14c1までの半径をR1、臨界音速を基準としたマッハ数をM1とし、同様にノズル14cの外側出口端部14c2までの半径をR2、臨界音速を基準としたマッハ数をM2とすると、自由渦流れはRとMの積が一定となり、R1×M1=R2×M2なる関係が成立する。
Next, the principle of the aerodynamic window 11 generated by the nozzle 14c and the diffuser 15a will be described with reference to FIG.
A high-pressure gas such as nitrogen or dry air supplied from the high-pressure gas supply source 19 of FIG. 1 is temporarily stored in the reservoir tank 14a, then accelerated to supersonic speed in the throat section 14b, and supersonic gas from the nozzle 14c. It becomes a stream 13 and is ejected. The supersonic gas flow 13 forms a free vortex flow in which the flow velocity is inversely proportional to the radius R and flows into the diffuser 15a, thereby generating an aerodynamic window 11 at the entrance of the laser beam irradiation path 12. At this time, the radius from the center point O to the inner outlet end 14c1 of the nozzle 14c is R1, the Mach number based on the critical sonic velocity is M1, and similarly the radius from the central point O to the outer outlet end 14c2 is R2. If the Mach number based on the speed of sound is M2, the free vortex flow has a constant product of R and M, and the relationship R1 × M1 = R2 × M2 is established.

図1(a)、(b)に戻って、溶接チャンバー20を構成する筐体21について説明する。
筐体21は、全体形状が四角い筒形状になっており、一方の端部は中心部に位置するレーザー光照射窓23を除いた部分を天井部22によって閉塞され、他方の端部は開放端部24として形成されている。そして、この筐体21の天井部22の外側上部には、前述した空力窓生成装置10が載置固定されている。そして、この筐体21は、アルミ合金や銅合金等の金属材料によって製作され、溶接施工中に溶接チャンバー20内部が高温でかつ負圧になっても、機械的および熱的に耐え得るようにしてある。
Returning to FIGS. 1A and 1B, the casing 21 constituting the welding chamber 20 will be described.
The casing 21 has a square cylindrical shape as a whole, one end is closed by the ceiling 22 except for the laser light irradiation window 23 located at the center, and the other end is an open end. The portion 24 is formed. The above-described aerodynamic window generator 10 is mounted and fixed on the outer upper portion of the ceiling portion 22 of the casing 21. And this housing | casing 21 is manufactured with metal materials, such as an aluminum alloy and a copper alloy, and even if the inside of the welding chamber 20 becomes high temperature and a negative pressure during welding construction, it can endure mechanically and thermally. It is.

一方、筐体21の開放端部24には、その全周囲に亘ってシール部材25を取付けており、筐体21を被溶接物1の上に載置したとき、筐体21や筐体21に搭載される部品の重量によってシール部材25が押し潰されて被溶接物1に密着し、気密性を保持できるようにしてある。   On the other hand, a seal member 25 is attached to the open end 24 of the casing 21 over the entire periphery. When the casing 21 is placed on the workpiece 1, the casing 21 and the casing 21 are mounted. The seal member 25 is crushed by the weight of the components mounted on it and is brought into close contact with the workpiece 1 so that the airtightness can be maintained.

なお、シール部25に求められる性能としては、被溶接物1と筐体21とが相対的に移動しながら溶接する場合には接触部の摺動性、溶接入熱による被溶接物1の加熱による耐熱性、大気圧と減圧部の圧力保持性能がある。シール部25の材料や構造は、溶接条件や溶接チャンバー20のサイズ、形状等によって最適なものがあり、比較的入熱量が低い場合にはシール性の高い耐熱ゴムや合成樹脂材、比較的入熱が大きい場合にはシール性を備えた金属材料、および金属材料から成るブラシ材料などが考えられる。   In addition, as performance required for the seal portion 25, when welding the workpiece 1 and the casing 21 while moving relatively, the contact portion is slidable, and the workpiece 1 is heated by welding heat input. Heat resistance, atmospheric pressure and pressure holding performance of the decompression section. The material and structure of the seal portion 25 may be optimal depending on the welding conditions and the size and shape of the welding chamber 20. When the heat input is relatively low, heat-resistant rubber or synthetic resin material having a high sealing performance, When the heat is high, a metal material having a sealing property, a brush material made of a metal material, and the like are conceivable.

さらに、筐体21は、減圧環境状態の溶接チャンバー20を形成するために、内部が吸引管30を介して図示しない真空ポンプと連通されるようになっている。またさらに、被溶接物1の溶接施工部2周辺にシールドガス(例えば、アルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガス等)を吹付けるためのシールドガス供給管40を設けている。なお、吸引管30の本数や真空ポンプの個数、シールドガス供給管40の個数や位置は、施工条件や施工対象物によって適切に選択する。   Further, the inside of the housing 21 is communicated with a vacuum pump (not shown) through the suction pipe 30 in order to form the welding chamber 20 in a reduced pressure environment state. Furthermore, a shield gas supply pipe 40 for spraying a shield gas (for example, argon gas, helium gas, nitrogen gas, etc.) is provided around the welding portion 2 of the work piece 1. The number of suction pipes 30, the number of vacuum pumps, and the number and position of shield gas supply pipes 40 are appropriately selected depending on the construction conditions and the construction object.

(作用)
次に、図1〜図3を参照して本実施形態1の作用を説明する。
レーザー溶接が行われる前の時刻t1において、先ず、空力窓生成装置10を稼働させる。すなわち、非対称型ノズル14cから噴出させた超音速ガス流13をディフューザ15aに送り込む。これにより、レーザー光照射路12の上部に空力窓11が生成され、これによって溶接チャンバー20内部は大気側から隔離される。なお、減圧環境下でのレーザー溶接を行なう場合、減圧による溶け込み深さの増大効果を十分に得るためには、溶接施工部2付近の圧力を10kPa以下にすることが望ましい。従って、空力窓11の圧力保持性能としては大気圧と10kPa以上の差圧保持能力があることが望ましい。
(Function)
Next, the operation of the first embodiment will be described with reference to FIGS.
At time t1 before laser welding is performed, first, the aerodynamic window generator 10 is operated. That is, the supersonic gas flow 13 ejected from the asymmetric nozzle 14c is sent to the diffuser 15a. Thereby, the aerodynamic window 11 is produced | generated by the upper part of the laser beam irradiation path 12, and, thereby, the inside of the welding chamber 20 is isolated from the atmosphere side. In addition, when performing laser welding under a reduced pressure environment, in order to sufficiently obtain the effect of increasing the penetration depth due to the reduced pressure, it is desirable that the pressure in the vicinity of the welding portion 2 is 10 kPa or less. Therefore, it is desirable that the pressure holding performance of the aerodynamic window 11 has a differential pressure holding capability of atmospheric pressure and 10 kPa or more.

空力窓11の生成後、時刻t2になってシールドガス供給管40から溶接施工部2にシールドガスを吹付け、ほぼこれと同時期に図示しない真空ポンプを稼働させて溶接チャンバー20内を減圧し始める。   After generation of the aerodynamic window 11, at time t 2, the shielding gas is blown from the shielding gas supply pipe 40 to the welding work section 2, and a vacuum pump (not shown) is operated almost at the same time to depressurize the inside of the welding chamber 20. start.

時刻t3になると、溶接チャンバー20内は真空ポンプによって10kPa以下の減圧環境になり、レーザー溶接施工の準備が整う。この時点以降に図示しないレーザー発振器の稼働により、図示しない集光系から照射されたレーザー光3は、生成された空力窓11を通過してレーザー光照射路12内に入り、さらにレーザー光照射窓23から溶接チャンバー20内に入って被溶接物1の溶接施工部2に照射され、レーザー溶接を行う。   At time t3, the inside of the welding chamber 20 is in a reduced pressure environment of 10 kPa or less by a vacuum pump, and preparation for laser welding construction is completed. The laser light 3 irradiated from the light collecting system (not shown) by the operation of the laser oscillator (not shown) after this time passes through the generated aerodynamic window 11 and enters the laser light irradiation path 12, and further, the laser light irradiation window 23 enters the welding chamber 20 and is irradiated to the welding portion 2 of the workpiece 1 to perform laser welding.

このレーザー溶接時に溶接施工部2から真上方向に溶接プルーム4が急速に上昇するが、上昇した溶接プルーム4は、空力窓11を生成する超音速ガス流13の流れに乗ってディフューザ15aから外部へ排出されるために、空力窓生成装置10のさらに上方に位置する図示しない溶接トーチや光学機器への損傷を回避できる。この結果、減圧環境下でも連続的に長時間のレーザー溶接施工を行なうことが可能となる。   During this laser welding, the welding plume 4 rapidly rises upward from the welding portion 2, but the elevated welding plume 4 rides on the flow of the supersonic gas flow 13 that generates the aerodynamic window 11 and is externally connected from the diffuser 15 a. Therefore, it is possible to avoid damage to a welding torch and an optical device (not shown) located further above the aerodynamic window generator 10. As a result, it becomes possible to perform laser welding for a long time continuously even under a reduced pressure environment.

図1に示す実施形態1では、筐体21の開口部に設けたシール部25で大気圧と溶接チャンバー20との差圧を保持しながら図示しない駆動装置によって溶接チャンバー20と被溶接物1とが相対的に可動することで、溶接を進行することができる。   In the first embodiment shown in FIG. 1, the welding chamber 20 and the workpiece 1 are connected to each other by a driving device (not shown) while maintaining the differential pressure between the atmospheric pressure and the welding chamber 20 with the seal portion 25 provided in the opening of the housing 21. Can move relatively, so that welding can proceed.

(効果)
以上のように構成したレーザー溶接装置を用いてレーザー溶接の施工を行なうと、減圧環境下で真上に激しく立ち上る溶接プルーム4は、ノズル14cからディフューザ15aへ流れる超音速ガス流13によって排出されるために、溶接施工部2の上方にある溶接トーチや光学機器等の機器類の損傷を防ぐことができる。また、超音速ガス流13を差圧保持能力のある自由渦型の円弧状の流れにして空力窓11を生成するようにしたので、大気圧と溶接チャンバー20内の負圧との差圧を保持することができ、減圧環境下で安定した長時間のレーザー溶接施工が可能となる。
(effect)
When laser welding is performed using the laser welding apparatus configured as described above, the welding plume 4 that rises violently in a reduced pressure environment is discharged by the supersonic gas flow 13 flowing from the nozzle 14c to the diffuser 15a. Therefore, it is possible to prevent damage to equipment such as a welding torch and optical equipment above the welding construction portion 2. Further, since the aerodynamic window 11 is generated by making the supersonic gas flow 13 into a free vortex type arc-shaped flow capable of holding a differential pressure, the differential pressure between the atmospheric pressure and the negative pressure in the welding chamber 20 is set. The laser welding can be held for a long time stably in a reduced pressure environment.

(変形例)
被溶接物1が比較的小型である場合には、固定型の溶接チャンバー20の中に被溶接物1全体を収容して被溶接物1を移動させながらレーザー溶接を施工するようにしてもよい。この場合、シール部25は摺動接触機能を考慮する必要性はないので、溶接チャンバー20の底面は筐体21と一体構造となっていることが望ましい。
(Modification)
When the work piece 1 is relatively small, the entire work piece 1 may be accommodated in a fixed welding chamber 20 and laser welding may be performed while moving the work piece 1. . In this case, since the seal portion 25 does not need to consider the sliding contact function, it is desirable that the bottom surface of the welding chamber 20 has an integral structure with the housing 21.

(実施形態2)
図4は本発明の実施形態2に係るレーザー溶接装置を概念的に示す斜視図であり、図5は図4のレーザー溶接装置の主要部を切断して示す断面図、図6は被溶接物の搬入搬出口の構成例を示す図であり、図6(a)は図6(b)をa−a矢視方向に見た正面図、図6(b)は図6(a)をb−b線で切断した断面図、図7は被溶接物の準備段階から搬出時点までのタイミングを示す図である。
(Embodiment 2)
4 is a perspective view conceptually showing a laser welding apparatus according to Embodiment 2 of the present invention, FIG. 5 is a cross-sectional view showing a main part of the laser welding apparatus in FIG. 4, and FIG. FIG. 6A is a front view of FIG. 6B viewed in the direction of arrow aa, and FIG. 6B is a view of FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line -b, and FIG. 7 is a diagram showing timing from the preparation stage of the workpiece to the time of unloading.

(構成)
以下、図4乃至図6を参照して、本発明の実施形態2の主要部の構成について説明する。
図4および図5において、本実施形態2は、実施形態1のように筐体21で被溶接物1の表面を部分的に覆って溶接チャンバー20を形成する替わりに、筐体21と同様な形状に形成された筐体21Aを溶接作業床50上に固定して溶接チャンバー20を形成し、この溶接チャンバー20内に被溶接物1を載置した加工テーブル60を移動可能に収容するようにしたものである。
(Constitution)
Hereinafter, with reference to FIG. 4 thru | or FIG. 6, the structure of the principal part of Embodiment 2 of this invention is demonstrated.
4 and 5, the second embodiment is similar to the case 21 in place of forming the welding chamber 20 by partially covering the surface of the workpiece 1 with the housing 21 as in the first embodiment. The casing 21A formed in a shape is fixed on the welding work floor 50 to form the welding chamber 20, and the processing table 60 on which the workpiece 1 is placed is movably accommodated in the welding chamber 20. It is a thing.

このように本実施形態2の筐体21Aは、溶接チャンバー20内に加工テーブル60とともに被溶接物1を収容する関係上、筐体21Aを構成する4面の側壁部のうち、任意の対向する2面に対し、搬入搬出口70および70と、この搬入搬出口70、70をそれぞれ気密に閉鎖するドアー等の閉鎖装置80、80とを設けている。以下、搬入搬出口70、70および閉鎖装置80、80を特定して説明する必要がないときは、単に搬入搬出口70、閉鎖装置80と称する。 As described above, the casing 21A of the second embodiment is arbitrarily opposed to the four side wall portions constituting the casing 21A because the workpiece 1 is accommodated together with the processing table 60 in the welding chamber 20. to two surfaces, the carrying port 70 1 and 70 2 is provided with a closure device 80 1, 80 2 of the door or the like for closing the loading opening 70 1, 70 2 in an airtight manner, respectively. If there is no necessity for explaining identify the loading opening 70 1, 70 2 and the closing device 80 1, 80 2, simply carrying port 70, it referred to as the closure device 80.

一方、溶接作業床50には、前述した搬入搬出口70に接続される搬入搬出路にコンベアー等移送装置のレール90を設けている。
前述した加工テーブル60は図示しない駆動システムからの指令によって溶接チャンバー20内をx軸およびy軸方向に移動することができるようになっている。
On the other hand, the welding work floor 50 is provided with a rail 90 of a transfer device such as a conveyor in a loading / unloading path connected to the loading / unloading outlet 70 described above.
The processing table 60 described above can be moved in the x-axis and y-axis directions in the welding chamber 20 by a command from a drive system (not shown).

なお、溶接作業床50は、被溶接物1を載置する加工テーブル60がx−y面上を移動している最中に、基準面である被溶接物1の載置面が変動しないように、例えば定盤のように硬度の高い金属によって表面が平坦に形成されている。   In the welding work floor 50, the mounting surface of the workpiece 1 that is the reference surface does not change while the processing table 60 on which the workpiece 1 is mounted is moving on the xy plane. Furthermore, the surface is formed flat with a metal having high hardness, such as a surface plate.

さらに、溶接作業床50の表面には、筐体21Aの開放端部24に当接する部位に環状のシール溝51を設けており、この環状シール溝51内にゴム等のシール材52を嵌め込むようにしている。このため、筐体21Aの開放端部24を作業床50に設けたシール溝51に位置合わせして載置すると、図5のように筐体21Aおよびその他の部品の重量によりシール材52が押し潰されて開放端部24と密着し、溶接チャンバー20は高度に密閉された状態になる。   Further, an annular seal groove 51 is provided on the surface of the welding work floor 50 at a portion that contacts the open end 24 of the housing 21 </ b> A, and a sealing material 52 such as rubber is fitted into the annular seal groove 51. I am trying. Therefore, when the open end 24 of the housing 21A is positioned and placed in the seal groove 51 provided on the work floor 50, the seal material 52 is pushed by the weight of the housing 21A and other components as shown in FIG. The welding chamber 20 is crushed and in close contact with the open end 24, and the welding chamber 20 is highly sealed.

次に、図6(a)、(b)を参照して搬入搬出口70および閉鎖装置80の一例について説明する。
図6(a)、(b)の場合、筐体21Aの側壁部に設けた搬入搬出口70に対して、これよりも一回り大きく構成された引き戸型の閉鎖装置80を上下動することにより、搬入搬出口70の開閉を行うようにしたものである。
Next, an example of the carry-in / out port 70 and the closing device 80 will be described with reference to FIGS.
In the case of FIGS. 6A and 6B, the sliding door type closing device 80 configured to be slightly larger than the carry-in / out port 70 provided on the side wall portion of the housing 21A is moved up and down. The loading / unloading exit 70 is opened and closed.

図6の場合、閉鎖装置80が図示の実線位置にあるとき、溶接チャンバー20内を負圧にすると、閉鎖装置80はパッキング80Pを介して筐体21Aの側壁部に押し付けられるので、溶接チャンバー20内が密閉状態になる。   In the case of FIG. 6, when the inside of the welding chamber 20 is set to a negative pressure when the closing device 80 is in the solid line position shown in the figure, the closing device 80 is pressed against the side wall portion of the housing 21A via the packing 80P. The inside is sealed.

また、図6の例では、搬入搬出口70を境にしてレール90が内部レール90と外部レール90とに分断しているので、被溶接物1の搬入搬出の際、図示しない産業用ロボット等を使用して被溶接物1と加工テーブル60とを一緒に吊り上げて外部レール90から内部レール90へ、あるいは内部レール90から外部レール90へ移送する必要がある。 In the example of FIG. 6, the rail 90 is divided into the inner rail 90 i and the outer rail 90 o with the carry-in / out port 70 as a boundary. to inner rail 90 i from the outer rail 90 o by lifting by using the robot or the like together with the processing table 60 and the weld object 1, or it is necessary to transfer from the inner rail 90 i to the outer rail 90 o.

(作用)
次に、図7のタイムチャートを参照して本実施形態の作用を説明する。
(a)まず、時刻t1で溶接チャンバー20の外で産業用ロボットを用いて被溶接物1を加工テーブル60上に載置する。その後、加工テーブル60はこの状態でレール90上を筐体21Aの一方の搬入搬出口70まで移送される。
(Function)
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to the time chart of FIG.
(A) First, the workpiece 1 is placed on the processing table 60 using an industrial robot outside the welding chamber 20 at time t1. Thereafter, the processing table 60 is transferred to the rail 90 on to the carrying port 70 1 of one of the housing 21A in this state.

(b)時刻t2になると、筐体21Aに設けた、一方の搬入搬出口70の閉鎖装置80を開放する。なお、他方の搬入搬出口70の閉鎖装置80は閉じたままにしておく。 (B) At time t2, it provided in the housing 21A, to open the closing device 80 1 of one of the carrying port 70 1. Incidentally, the closure device 80 2 in the other carrying port 70 2 leave closed.

(c)時刻t3で搬入作業を開始する。すなわち、産業用ロボットを用いて被溶接物1を載置した加工テーブル60を持ち上げ、搬入搬出口70から溶接チャンバー20内に搬入する。この搬入作業は時刻t4で終了する。搬入作業の終了後、加工テーブル60を所定の溶接位置、あるいはその近傍へ移動する。時刻t4から僅かに遅れて時刻t5で搬入口70の閉鎖装置80を閉鎖する。 (C) The carry-in work is started at time t3. That is, lifting the work table 60 mounted with the object to be welded 1 using industrial robot is carried into the welding chamber 20 from the carry-out port 70 1. This carrying-in work is completed at time t4. After the carry-in operation is completed, the processing table 60 is moved to a predetermined welding position or the vicinity thereof. The closing device 80 of the carry-in entrance 70 is closed at time t5 with a slight delay from time t4.

(d)次に、時刻t6で空力窓生成装置10を稼働させ、超音速ガス流によって空力窓11を生成する。すなわち、非対称型ノズル14cから超音速ガス流13を噴出させてディフューザ15aに送り込み、レーザー光照射路12の上部に空力窓11を生成する。この空力窓11によって溶接チャンバー20内部は大気側から隔離される。なお、減圧環境下でのレーザー溶接を行なう場合、減圧による溶け込み深さの増大効果を十分に得るためには、溶接施工部2付近の圧力を10kPa以下にすることが望ましい。従って、空力窓11の圧力保持性能としては大気圧と10kPa以上の差圧保持能力があることが望ましい。 (D) Next, the aerodynamic window generator 10 is operated at time t6, and the aerodynamic window 11 is generated by the supersonic gas flow. That is, the supersonic gas flow 13 is ejected from the asymmetric nozzle 14 c and sent to the diffuser 15 a to generate the aerodynamic window 11 in the upper part of the laser beam irradiation path 12. The aerodynamic window 11 isolates the inside of the welding chamber 20 from the atmosphere side. In addition, when performing laser welding under a reduced pressure environment, in order to sufficiently obtain the effect of increasing the penetration depth due to the reduced pressure, it is desirable that the pressure in the vicinity of the welding portion 2 is 10 kPa or less. Therefore, it is desirable that the pressure holding performance of the aerodynamic window 11 has a differential pressure holding capability of atmospheric pressure and 10 kPa or more.

(e)空力窓11が生成された後の時刻t7になると、真空ポンプによる吸引を行なって溶接チャンバー20内を減圧し始める。既に閉鎖している閉鎖装置80は、溶接チャンバー20内が減圧されると、筐体21Aの側壁部の搬入搬出口70の周縁部にパッキング80Pを介して押し付けられる。これにより、溶接チャンバー20内は負圧でかつ密閉状態になる。 (E) At time t7 after the aerodynamic window 11 is generated, suction inside the welding chamber 20 is started to be reduced by suction with a vacuum pump. When the inside of the welding chamber 20 is depressurized, the closing device 80 that has already been closed is pressed against the peripheral portion of the carry-in / out port 70 on the side wall portion of the housing 21A via the packing 80P. Thereby, the inside of the welding chamber 20 is in a sealed state with a negative pressure.

(f)真空ポンプによる吸引とほぼ同時期の時刻t7で溶接施工部にシールドガスを吹付ける。
(g)時刻t8になって、溶接チャンバー20内が予め設定した10kPa以下の減圧環境になると、レーザー溶接施工の準備が整うのでレーザー加工ヘッド5からレーザー光3の照射を開始する。
(F) A shielding gas is sprayed on the welding work part at time t7 substantially at the same time as the suction by the vacuum pump.
(G) At time t8, when the inside of the welding chamber 20 becomes a preset reduced pressure environment of 10 kPa or less, preparation for laser welding is ready, so irradiation of the laser beam 3 from the laser processing head 5 is started.

レーザー加工ヘッド5から照射されたレーザー光3は、空力窓11を通過してレーザー光照射路12内に入り、さらにレーザー光照射窓23から溶接チャンバー20内に入って被溶接物1の溶接施工部2に照射される。被溶接物1を載置した加工テーブル60は溶接チャンバー20内でX−Y面上を予めプログラムされたとおりに移動し、溶接施工部2のレーザー溶接が行われる。   The laser beam 3 irradiated from the laser processing head 5 passes through the aerodynamic window 11 and enters the laser beam irradiation path 12, and further enters the welding chamber 20 through the laser beam irradiation window 23 and welds the work 1 to be welded. Part 2 is irradiated. The processing table 60 on which the workpiece 1 is placed moves in the welding chamber 20 on the XY plane as programmed in advance, and laser welding of the welding work part 2 is performed.

このレーザー溶接施工時に発生した溶接プルーム4は、空力窓11を生成する超音速ガス流13によってディフューザ15aを経て外部に排出されるので、空力窓生成装置10のさらに上方に位置するレーザー加工ヘッド5の損傷を回避することができ、減圧環境下でも連続的に長時間のレーザー溶接施工を行なうことが可能となる。   The welding plume 4 generated at the time of laser welding is discharged to the outside through the diffuser 15 a by the supersonic gas flow 13 that generates the aerodynamic window 11, so that the laser processing head 5 positioned further above the aerodynamic window generating device 10. Damage can be avoided, and laser welding can be performed continuously for a long time even in a reduced pressure environment.

時刻t9でレーザー溶接作業が終了すると、レーザー光3の照射を止める。
その後、時刻t10で真空ポンプによる吸引およびシールドガスの供給を止め、さらに時刻t11で超音速ガス流を止める。
When the laser welding operation is completed at time t9, the irradiation of the laser beam 3 is stopped.
Thereafter, the suction by the vacuum pump and the supply of the shielding gas are stopped at time t10, and the supersonic gas flow is stopped at time t11.

なお、レーザー光3の照射を止めた時刻t9よりも後であれば、真空ポンプによる吸引終了のタイミング、シールドガス供給終了のタイミング、および超音速ガス流終了のタイミングは、必ずしも図7(d)〜(f)の通りにしなくてもよく、同時終了あるいは相前後して終了するようにしてもよい。   In addition, if it is after the time t9 when the irradiation of the laser beam 3 is stopped, the timing of the end of suction by the vacuum pump, the timing of the end of supply of the shield gas, and the timing of the end of supersonic gas flow are not necessarily shown in FIG. It is not necessary to follow the steps (f) to (f).

(h)その後、時刻t12で閉鎖装置80を開放し、時刻t13になると前述した産業用ロボットを使用して被溶接物1および加工テーブル60を搬入搬出口70から搬出する。 (H) Then, opening the closing device 80 1 in time t12, the use of industrial robots described above and at time t13 unloading the object to be welded 1 and the machining table 60 from the carry-out port 70 1.

なお、以上の説明では、筐体21の対向する側壁部に、合計2箇所の搬入搬出口70、70および閉鎖装置80、80を設けたが、搬入搬出口は1箇所でも良く、また、搬入搬出口を搬入口と搬出口とを分けても良い。 In the above description, the side wall portion facing the housing 21, a total of two positions carrying entrance 70 1, 70 2 and the closing device 80 1, 80 2 Although provided, carrying port may be in one place Further, the carry-in / out port may be divided into a carry-in port and a carry-out port.

(効果)
以上述べたように、実施形態2によれば、実施形態1の奏する作用効果に加えて、溶接チャンバーを構成する筐体の側壁部に被溶接物の搬入搬出口を設け、この搬入搬出口を閉鎖装置で開閉するようにしたので、溶接作業の能率を向上させることができるという特徴を奏することができる。
(effect)
As described above, according to the second embodiment, in addition to the operational effects of the first embodiment, a carry-in / out port for an object to be welded is provided on the side wall portion of the casing constituting the welding chamber. Since the opening / closing operation is performed by the closing device, it is possible to improve the efficiency of the welding operation.

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態はその他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるも
のである。
As mentioned above, although several embodiment of this invention was described, these embodiment was shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1…被溶接物、2…溶接施工部、3…レーザー光、4…溶接プルーム、5…レーザー加工ヘッド、6…支持部材、10…空力窓生成装置、11…空力窓、12…レーザー光照射路、13…超音速ガス流、14…ノズル構成体、14a…溜気槽、14b…スロート部、14c…非対称型ノズル、14d…連通孔、15…ディフューザ構成体、15a…ディフューザ、16、17…閉塞板、18…ガス供給管、19…ガス供給源、20…溶接チャンバー、21、21A…筐体、22…天井部、23…レーザー光照射窓、24…開放端部、25…シール部、30…真空ポンプ吸引管、40…シールドガス供給管、50…溶接作業床、51…シール溝、52…シール材、60…加工テーブル、70(70、70)…搬入搬出口、80(80、80)…閉鎖装置(ドアー)、90…移送装置のレール。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... To-be-welded object, 2 ... Welding construction part, 3 ... Laser beam, 4 ... Welding plume, 5 ... Laser processing head, 6 ... Support member, 10 ... Aerodynamic window production | generation apparatus, 11 ... Aerodynamic window, 12 ... Laser beam irradiation 13: Supersonic gas flow, 14 ... Nozzle structure, 14a ... Reservoir tank, 14b ... Throat section, 14c ... Asymmetric nozzle, 14d ... Communication hole, 15 ... Diffuser structure, 15a ... Diffuser, 16, 17 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Blocking plate, 18 ... Gas supply pipe, 19 ... Gas supply source, 20 ... Welding chamber, 21, 21A ... Housing, 22 ... Ceiling part, 23 ... Laser light irradiation window, 24 ... Open end part, 25 ... Seal part 30 ... Vacuum pump suction pipe, 40 ... Shield gas supply pipe, 50 ... Welding work floor, 51 ... Seal groove, 52 ... Sealing material, 60 ... Processing table, 70 (70 1 , 70 2 ) ... Loading / unloading outlet, 80 (80 1 80 2) ... closure device (door), rails 90 ... transfer device.

Claims (8)

筒形状に形成され、レーザー光照射窓を除いて一方の端部が閉塞され、かつ、他方の端部である開放端部にシール部材を取付けて被溶接物あるいは溶接作業床に当接することにより溶接チャンバーを形成する筐体と、
前記レーザー光照射窓の上部位置に固定され、超音速ガス流によって自由渦形空力窓を生成し、当該自由渦形空力窓により前記溶接チャンバー内部と大気との間を空気力学的に仕切る空力窓生成装置と、
前記空力窓生成装置の上部位置に設置されたレーザー加工ヘッドと、
前記溶接チャンバー内を大気圧よりも減圧環境状態にする減圧装置と、
前記筐体および前記被溶接物を相対的に移動させる装置と、
を備えたレーザー溶接装置。
Formed in a cylindrical shape, with one end closed except for the laser light irradiation window, and by attaching a seal member to the open end that is the other end and contacting the work piece or welding work floor A housing forming a welding chamber;
An aerodynamic window that is fixed at the upper position of the laser light irradiation window, generates a free vortex aerodynamic window by a supersonic gas flow, and aerodynamically partitions the inside of the welding chamber and the atmosphere by the free vortex aerodynamic window. A generating device;
A laser processing head installed at an upper position of the aerodynamic window generator;
A decompression device for bringing the inside of the welding chamber into a decompressed environment state from atmospheric pressure;
An apparatus for relatively moving the casing and the work piece;
Laser welding equipment equipped with.
溜気槽、スロート部およびノズルを形成した厚板状のノズル構成体と、ディフューザを有する厚板状のディフューザ構成体とを有して前記空力窓生成装置を構成したことを特徴とする請求項1記載のレーザー溶接装置。   The aerodynamic window generator is configured to include a thick plate-like nozzle structure having a reservoir, a throat portion, and a nozzle, and a thick plate-shaped diffuser structure having a diffuser. The laser welding apparatus according to 1. 前記筐体は、前記シール部材を介して前記被溶接物の上に気密にかつ、摺動可能に載置されたことを特徴する請求項1または2記載のレーザー溶接装置。   3. The laser welding apparatus according to claim 1, wherein the casing is air-tightly and slidably mounted on the workpiece through the seal member. 前記筐体は、前記溶接チャンバー内部に前記被溶接物および当該被溶接物を載置する加工テーブルを収容するとともに、側壁部に前記被溶接物および加工テーブルの搬入搬出口と、当該搬入搬出口を開閉する閉鎖装置とを設け、さらに、前記開放端部が前記シール材を介して溶接作業床に当接し固定されることを特徴とする請求項1または2記載のレーザー溶接装置。   The housing accommodates the workpiece to be welded and a processing table on which the workpiece to be welded is placed in the welding chamber, and a carry-in / out port for the work to be welded and the processing table on a side wall portion, and the carry-in / out port. 3. The laser welding apparatus according to claim 1, further comprising: a closing device that opens and closes, and further, the open end portion is in contact with and fixed to the welding work floor via the sealing material. 前記シール材をゴム材料、樹脂材料、金属シール材のいずれかまたはこれらの組み合わせで構成したことを特徴とする請求項3または4記載のレーザー溶接装置。   The laser welding apparatus according to claim 3 or 4, wherein the sealing material is made of any one of rubber materials, resin materials, metal sealing materials, or a combination thereof. 請求項1ないし5のいずれか1項に記載のレーザー溶接装置を用いて溶接施工することを特徴とするレーザー溶接方法。   A laser welding method, wherein welding is performed using the laser welding apparatus according to any one of claims 1 to 5. 前記溶接チャンバー内部にレーザー溶接用のシールドガスを供給しながら溶接施工することを特徴とする請求項6記載のレーザー溶接方法。   The laser welding method according to claim 6, wherein welding is performed while supplying a shielding gas for laser welding into the welding chamber. 溶接チャンバー内の圧力を10kPa以下に減圧した状態を保持しながらレーザー溶接施工することを特徴とする請求項6または7記載のレーザー溶接方法。   8. The laser welding method according to claim 6, wherein laser welding is performed while maintaining a state in which the pressure in the welding chamber is reduced to 10 kPa or less.
JP2013217324A 2012-11-28 2013-10-18 Apparatus and method for laser welding Pending JP2014128832A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013217324A JP2014128832A (en) 2012-11-28 2013-10-18 Apparatus and method for laser welding

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012259847 2012-11-28
JP2012259847 2012-11-28
JP2013217324A JP2014128832A (en) 2012-11-28 2013-10-18 Apparatus and method for laser welding

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014128832A true JP2014128832A (en) 2014-07-10

Family

ID=51407721

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013217324A Pending JP2014128832A (en) 2012-11-28 2013-10-18 Apparatus and method for laser welding

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2014128832A (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160118933A (en) 2015-04-02 2016-10-12 가부시끼가이샤 도시바 Laser welding head
JP2017056468A (en) * 2015-09-15 2017-03-23 株式会社リコー Processing device and processing system
JP2019501781A (en) * 2015-11-06 2019-01-24 アイピージー フォトニクス コーポレーション Modular laser processing housing and system
JP2019076911A (en) * 2017-10-20 2019-05-23 株式会社Ihi Laser welding device and laser welding method
JP2020093265A (en) * 2018-12-10 2020-06-18 浜松ホトニクス株式会社 Laser beam machining device
CN112122778A (en) * 2020-09-24 2020-12-25 松山湖材料实验室 Laser processing slag removal system, method, computer device and readable storage medium
JP7250241B1 (en) 2022-09-02 2023-04-03 一般社団法人日本パルスレーザー振興協会 LASER PROCESSING RECOVERY DEVICE, LASER PROCESSING SYSTEM AND LASER PROCESSING METHOD

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62144889A (en) * 1984-04-06 1987-06-29 Yoshiaki Arata Vacuum laser beam welding method
JPH0242308B2 (en) * 1986-01-18 1990-09-21
JPH0768397A (en) * 1993-08-31 1995-03-14 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Method for decompression laser beam machining
JPH07312450A (en) * 1994-05-17 1995-11-28 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Aerodynamic window
JPH08228036A (en) * 1995-02-21 1996-09-03 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Aerodynamics window for laser oscillator
JP2007090368A (en) * 2005-09-27 2007-04-12 Pioneer Electronic Corp Apparatus and method for laser welding
JP2011240365A (en) * 2010-05-18 2011-12-01 Osaka Univ Laser welding device and laser welding method

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62144889A (en) * 1984-04-06 1987-06-29 Yoshiaki Arata Vacuum laser beam welding method
JPH0242308B2 (en) * 1986-01-18 1990-09-21
JPH0768397A (en) * 1993-08-31 1995-03-14 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Method for decompression laser beam machining
JPH07312450A (en) * 1994-05-17 1995-11-28 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Aerodynamic window
JPH08228036A (en) * 1995-02-21 1996-09-03 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Aerodynamics window for laser oscillator
JP2007090368A (en) * 2005-09-27 2007-04-12 Pioneer Electronic Corp Apparatus and method for laser welding
JP2011240365A (en) * 2010-05-18 2011-12-01 Osaka Univ Laser welding device and laser welding method

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160118933A (en) 2015-04-02 2016-10-12 가부시끼가이샤 도시바 Laser welding head
US10245679B2 (en) 2015-04-02 2019-04-02 Kabushiki Kaisha Toshiba Laser welding head
JP2017056468A (en) * 2015-09-15 2017-03-23 株式会社リコー Processing device and processing system
JP2019501781A (en) * 2015-11-06 2019-01-24 アイピージー フォトニクス コーポレーション Modular laser processing housing and system
JP2019076911A (en) * 2017-10-20 2019-05-23 株式会社Ihi Laser welding device and laser welding method
JP2020093265A (en) * 2018-12-10 2020-06-18 浜松ホトニクス株式会社 Laser beam machining device
JP7181780B2 (en) 2018-12-10 2022-12-01 浜松ホトニクス株式会社 Laser processing equipment
CN112122778A (en) * 2020-09-24 2020-12-25 松山湖材料实验室 Laser processing slag removal system, method, computer device and readable storage medium
JP7250241B1 (en) 2022-09-02 2023-04-03 一般社団法人日本パルスレーザー振興協会 LASER PROCESSING RECOVERY DEVICE, LASER PROCESSING SYSTEM AND LASER PROCESSING METHOD
JP2024035581A (en) * 2022-09-02 2024-03-14 一般社団法人日本パルスレーザー振興協会 Collection device for laser processing, laser processing system, and laser processing method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2014128832A (en) Apparatus and method for laser welding
US11203798B2 (en) Laser shock peening apparatus for surface of workpiece, and laser shock peening method
JP5234471B2 (en) Laser welding apparatus and laser welding method
US10456863B2 (en) Suction method, suction device, laser processing method, and laser processing device
TWI666434B (en) In-chamber fluid handling system and methods handling fluids using the same
CN102990233B (en) Gas protecting clamp device for welding sheet by laser light at high speed
EP2340143B1 (en) Inert gas cover system for laser welding with a base and wall having an opening
US20200261975A1 (en) Additive manufacturing nozzle and additive manufacturing device
TWI714484B (en) Lamination molding apparatus
JP2016120506A (en) Laser welding method
US20170239750A1 (en) Laser welding metal workpieces
JP6167055B2 (en) Laser nozzle, laser processing apparatus, and laser processing method
US10434574B2 (en) Laminating and shaping apparatus
US10335899B2 (en) Cross jet laser welding nozzle
TWI613028B (en) Laser treatment device and laser scrap removal device
Yang et al. Vacuum-assisted laser welding of zinc-coated steels in a gap-free lap joint configuration
JP2014050877A (en) Laser weld apparatus and laser weld method
JP2017131904A (en) Atmosphere control laser processing head and atmosphere control laser processing method
US11292086B2 (en) Thermo-concept for a machine tool
CN210413043U (en) Air curtain and coaxial protective gas device
KR20130070392A (en) A jig drive of laser welding
CA3026030A1 (en) Laser processing device
JP2019130556A (en) Laser welding device
JP4123390B2 (en) Hybrid machining apparatus and hybrid machining method
TWI752161B (en) Laser processing apparatus and method

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160215

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20161202

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20161206

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20170106

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20170606