JP2914770B2 - レーザービームによる、突合せ状態に誘導されたストリップの連続溶接方法およびその装置 - Google Patents

レーザービームによる、突合せ状態に誘導されたストリップの連続溶接方法およびその装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザービームを用い
て、充てん材無く突合せ状態に誘導されたストリップ
(シート)を連続溶接するための方法に関する。
【0002】本発明は同様に、ストリップの走行方向に
対し垂直に対を成して露出され、しかも溶接すべき継手
縁部に衝突する固定レーザービームが通る空隙をストリ
ップの突き合わせゾーン内にて形成するような締めつけ
ローラを、溶接すべきストリップの両側に有する、固定
レーザービームを用いて継手縁部にて突合わせ状態に誘
導されたストリップ(シート)を連続溶接するための装
置にも関する。
【0003】
【従来の技術】このような方法及び装置はすでに知られ
ている(ドイツ特許明細書 3723611A1号)。レーザービ
ームを用いて充てん材無くストリップを溶接できるよう
にするためには、ストリップの継手縁部は、継手縁部内
の不可避的な波形を考慮に入れて 0.1mmという最大空隙
幅が得られるように、できるだけ互いに近づけなければ
ならない。
【0004】空隙幅がさらに大きい場合、継手縁部を利
用する材料は、溶接中に充てん材無しで空隙を満たすこ
とはむずかしい。
【0005】しかしながら実際には、ストリップの継手
の間の空隙を充分小さく保つのは困難であることがわか
った。この困難の原因が、溶接中にストリップ内に発生
する熱応力である。たとえストリップが締めつけられて
も、ストリップに熱応力が加わるとローラ間の空隙幅は
増大するのである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】連続溶接の間、互いに
溶接すべきストリップの継手縁部間の空隙を、この空隙
を満たすいかなる充てん材も必要としない小さな幅に保
つことができる連続溶接方法及び装置を提供すること
が、本発明の目的である。
【0007】
【課題を解決するための手段】この課題は、本発明に基
づく方法において、ストリップはその走行方向において
溶接焦点のすぐ下流にある溶接ゾーン内で冷却されるこ
と、又この冷却強度はこの方向を基準として溶接焦点の
すぐ上流にあるストリップの継手縁部により形成される
空隙の幅に応じて、その幅が一定の与えられた許容誤差
値内にとどまるような形で制御されることによって解決
される。
【0008】この課題は、ストリップが走行する方向に
おいて溶接プロセスのすぐ上流に配置された測定装置、
この測定装置はストリップの継手縁部により形成された
空隙の幅方向の実測値を測定する、を有する制御装置な
らびに前記走行方向において溶接焦点より下流に配置さ
れ溶接ゾーン内でストリップに作用する冷却装置が含ま
れており、この冷却装置の冷却強度は、この測定装置か
ら送り出された実際の空隙幅に応じて、その空隙幅が一
定の与えられた許容誤差内にあるように調整されている
ことを特徴とする本発明の装置により解決される。
【0009】本発明においては、溶接されたゾーン内の
ストリップの制御された冷却強度は、溶接焦点の上流に
ある継手縁部が、溶接されたゾーン内の高い温度により
ひき起こされる重大な熱応力のために離隔したり溶接さ
れたゾーン内の過度の冷却のために互いの上に重なり合
うことがないようにする。冷却強度の制御の結果、空隙
幅は継手縁部の充てん材無しの溶接にとって許容可能と
考えられる誤差内にとどまることになる。
【0010】本発明の方法の特徴に従うと、冷却はスト
リップの両側で行なわれる。気体冷媒、たとえば空気が
適切な冷却材である。本発明のもう1つの特徴として、
吹きつけられた気体冷媒が溶接焦点の上にあるプラズマ
に対し不利な影響を与えないようにするため、前記気体
冷媒の噴流は、溶接焦点から離れるように方向づけされ
る。冷媒の流速制御によって気体冷媒の冷却強度の制御
に関し満足のいく結果が達成された。
【0011】本発明の第1の実施態様によると、測定装
置には、ストリップの片側に配置されたエミッタとスト
リップの反対側に配置された放射線レシーバが含まれて
いる。適当なエミッタはレーザーであり、適当な放射線
レシーバはダイオードラインカメラである。
【0012】冷却装置が気体冷媒のための吹き出しノズ
ルを有する場合、溶接焦点のすぐ近くにおいてその吹き
込み方向は溶接焦点から離れるように方向づけされなく
てはならない。
【0013】できるかぎり溶接焦点近くに達するため
に、この吹き出しノズルは狭い鼻端部によって締めつけ
ローラーの間の空隙内に延びることができる。この空隙
の外側でストリップは、さらに広い部域にわたり適切に
冷却される。このような理由から、この場所では吹き出
しノズルをプレート状の形体で作ることができる。高い
冷却強度を達成するために都合の良い特徴はこのプレー
ト状要素が両側に傾斜した側面を有することである。こ
うして吹きつけられた冷媒は容易に流出することができ
る。
【0014】本発明について以下で、図面を参照しなが
ら詳しく説明する。
【0015】
【実施例】本発明に基づいて突合せ状態に誘導されたス
トリップを溶接するために、ドイツ特許明細書 3723611
A1号により知られている装置を用いることができる。こ
の装置は、互いに溶接すべき2枚のストリップ1,2の
各々に1対の締めつけローラー3,4を有しており、こ
れらのローラーはストリップ1,2をその間で締めつ
け、一平面内で相接するストリップを、継手縁部間の距
離をできるかぎり小さくしながら溶接場所に送り込む。
隣接する上下の締めつけローラー3,4は相互に近接し
た位置で配置されている。上部締めつけローラー4の空
隙内には、保護用ガスが送入され、かつストリップ1,
2の継手縁部で焦点合せされたレーザービーム6が導入
される1本のノズル5が配置されている。レーザービー
ム6の溶接焦点の上方に、レンズ形のプラズマ7が形成
され、その内側に高温が生じて、ストリップ1,2の継
手縁部が互いに溶接され、かつこの溶接によって残りの
空隙が充填される。
【0016】図1及び2に示されているように、ストリ
ップ1,2の走行方向Lには、ストリップ1,2の継手
縁部により形成された空隙の幅を測定するための測定装
置が配置されている。測定装置は、ストリップ1,2の
片側にあるエミッタ(レーザー)8とストリップ1,2
のもう一方の側に配置されたダイオードラインカメラの
形をしたレシーバ9から成る。エミッタ8は締めつけロ
ーラ4の外側に配置されその射線は隙間どりされた上部
締めつけローラー4を通して導かれているが、一方放射
線レシーバ9は中空の下部締めつけローラ3の内側に収
納されている。測定場所と溶接焦点の間の距離は1セン
チ未満である。
【0017】ストリップ1,2の走行方向Lにおいてレ
ーザービーム6の下流でストリップ1,2の上下には、
気体冷媒、たとえば冷却空気を吹き込む吹き込みノズル
の形をした冷却装置10, 11が配置されている。
【0018】測定装置8,9から送り出される空隙幅の
実測値に応じて、コンピュータ13は必要とされる値と
実測値の差を決定し、それに従ってバルブ12を作動さ
せ、かくしてノズル10, 11に供給される冷却空気の量
を変化させることによりストリップ1,2上の冷却強度
は空隙幅が一定の与えられた許容誤差値内にとどまるよ
うに制御されることになる。
【0019】図1に概略的に示されている吹き出しノズ
ル10, 11は好ましくは図5に示されている形をとる。
これらのノズルは、ノズルアパーチャ15が上面に具備
された鼻端部14ならびに、この鼻端部14と相接し、
同様に図4に示されているようにノズル穴18を伴って
形成され両側で傾斜する1枚のプレート17が上面に配
置されている中空部材16から成り、かゝる吹き出しノ
ズルはその鼻端部14により隣接する締めつけローラー
3,4の間の空隙内へ少しの距離だけ延び、一方中空部
材16はこの空隙の外側に配置されている。図4はま
た、ノズル穴15,18から相互溶接されたストリップ
1,2へ向かって導かれる噴流の方向も示している。鼻
端部14のゾーン内では、吹き込まれる噴流はストリッ
プ1,2に対して溶接場所から離れた方向に一定の傾き
をもって方向づけられているが、一方中空部材16のゾ
ーン内ではこれらの噴流はストリップ1,2に対し垂直
に方向づけられる。
【0020】当然のことながらこの方法及び装置はスト
リップといった細長く平坦な材料の溶接に限られるわけ
ではなく、シートの溶接も含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】ストリップの連続溶接用の装置を概略的に示す
図である。
【図2】ストリップの溶接のための装置の概略的側面図
である。
【図3】図2に示されている装置の拡大詳細図である。
【図4】図1に示されている装置の冷却装置の吹き込み
ノズルの横面図である。
【図5】図4に示されている装置の冷却装置の吹き込み
ノズルの斜視図である。
【符号の説明】
1,2…ストリップ(シート) 3,4…締めつけローラー 6…固定レーザービーム 8…エミッタ 9…レシーバ 10, 11…冷却装置 12, 13…制御装置 14…鼻端部 16〜18…プレート状要素
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハンス シャッフハイム ドイツ連邦共和国,デー−4224 ヒュン クセ,アム リンクバール 21 (72)発明者 ハインリッヒ シュミッツ ドイツ連邦共和国,デー−4220 ディン スラーケン,フリートリッヒ−ヘベル− シュトラーセ 6 (72)発明者 マンフレット ツァイメス ドイツ連邦共和国,デー−4010 ヒルデ ン,ケルナー シュトラーセ 55 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B23K 26/00 - 26/18

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザービーム(6) を用いて充てん剤無
    しで突合せ状態に誘導されたストリップ(シート)(1,
    2) を連続溶接するための方法において、ストリップ(1,
    2) はその走行方向(L) 内の溶接焦点の直ぐ下流にある
    溶接のゾーン内で冷却され、この冷却の強度は、方向
    (L) を基準として溶接焦点のすぐ上流にあるストリップ
    (1,2) の継手縁部により形成された空隙の幅に応じて、
    その幅が一定の与えられた許容誤差の値の中にとどまる
    ような形で制御されていることを特徴とする連続溶接方
    法。
  2. 【請求項2】 ストリップ(1,2) の両側で冷却が行なわ
    れる請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 使用される冷媒が気体冷媒、特に空気で
    ある請求項1又は2記載の方法。
  4. 【請求項4】 吹きつけられる気体冷媒の噴流が溶接焦
    点から離れるように方向づけれている請求項1,2ま
    たは3記載の方法。
  5. 【請求項5】 吹きつけられる気体冷媒の冷却強度がそ
    の流速を介して制御される請求項3又は4記載の方法。
  6. 【請求項6】 固定されたレーザービーム(6) を用いて
    その継手縁部で突合せ状態に誘導されたストリップ(シ
    ート)(1,2) を連続溶接するための装置において、溶接
    すべきストリップ(1,2) の両側には、このストリップが
    走行する方向(L) に対し垂直に対を成して形成され、し
    かも溶接すべき継手縁部上に衝突する固定レーザービー
    ム(6) が通る空隙をストリップ(1,2) の突き合わせゾー
    ン内にて形成するような締付け用ローラ(3,4) がついて
    いる装置であって、ストリップ(1,2) の継手縁部により
    形成された空隙の幅方向の値を測定するところの、
    ストリップが走行する方向(L) において溶接プロセスの
    すぐ上流に配置された測定装置(8,9) を有する制御装置
    (12,13) 、ならびに前記方向(L) において溶接焦点より
    下流に配置され溶接ゾーン内でストリップ(1,2) に作用
    する冷却装置(10,11) が含まれていること、およびこの
    冷却装置の冷却強度はこの測定装置(8,9)から送り出さ
    れた実空隙幅に応じて、の空隙幅が一定の与えられ
    た許容誤差値内にあるように調整されていることを特徴
    とする連続溶接装置。
  7. 【請求項7】 測定装置(8,9) には、ストリップの片側
    に配置されたエミッタ(8) とその反対側に配置された放
    射線レシーバ(9) が含まれている請求項6記載の装置。
  8. 【請求項8】 エミッタ(8) がレーザーである請求項7
    記載の装置。
  9. 【請求項9】 放射線レシーバ(9) がダイオードライン
    カメラである請求項6又は7記載の装置。
  10. 【請求項10】 冷却装置(10,11) がストリップの両側
    に配置されている請求項6,7,8または9記載の装
    置。
  11. 【請求項11】 冷却装置(10,11) は気体冷媒のための
    吹き出しノズルを有する請求項10記載の装置。
  12. 【請求項12】 吹き出しノズル(10,11) の吹き込み方
    向は溶接焦点のすぐ近くに、この溶接焦点から離れるよ
    うに方向づけた噴流成分を有する請求項11記載の
    装置。
  13. 【請求項13】 吹き出しノズル(10,11) が狭い鼻端部
    (14)により締めつけローラ(3,4) の間の空隙内に突出し
    ている請求項11または12記載の装置。
  14. 【請求項14】 締めつけローラ(3,4) の間の空隙の外
    側で、吹き出しノズル(10,11) がプレート状要素(16〜
    18) の形をとる請求項11, 12または13記載の装置。
  15. 【請求項15】 プレート状要素(16〜18) が両側に傾
    斜した側面を有する請求項14記載の装置。
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