JP3012175B2 - 水中レーザ溶接装置 - Google Patents

水中レーザ溶接装置

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JP3012175B2
JP3012175B2 JP7161190A JP16119095A JP3012175B2 JP 3012175 B2 JP3012175 B2 JP 3012175B2 JP 7161190 A JP7161190 A JP 7161190A JP 16119095 A JP16119095 A JP 16119095A JP 3012175 B2 JP3012175 B2 JP 3012175B2
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桂 大脇
祐孝 金澤
和之 土屋
末美 平田
昭浩 西見
圭之介 前田
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石川島播磨重工業株式会社
石川島システムテクノロジー株式会社
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    • B23K26/1462Nozzles; Features related to nozzles
    • B23K26/1464Supply to, or discharge from, nozzles of media, e.g. gas, powder, wire
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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、水中レーザ溶接装置に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】水中に没しているワーク(被溶接材)を
レーザ溶接する技術としては、例えば特願平3−189
752号(特開平5−31591号公報)等が既に提案
されており、ここに開示されている水中レーザ溶接装置
では、下部を開口したチャンバ状のドライ化装置により
水中に没しているワークの溶接部全域を包囲し、前記ド
ライ化装置内の水をアルゴンガス等の注入により排除し
て空洞を形成し、前記ドライ化装置内に位置調整可能に
装備されているレーザ照射光学系に光ファイバを介して
導いたレーザ光を前記ワークに向け照射して溶接作業を
行うようになっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た如き従来の水中レーザ溶接装置では、複雑且つ大型の
ドライ化装置が必要となる為に構造が肥大化し、複雑な
構造物内や狭隘箇所に対するアクセス性及び操作性が悪
いという不具合があった。
【0004】本発明は上述の実情に鑑みてなしたもの
で、複雑且つ大型のドライ化装置を必要とすることなく
溶接部の局所的な排水を行い得る水中レーザ溶接装置を
提供することによって、複雑な構造物内や狭隘箇所に対
するアクセス性及び操作性を向上することを目的として
いる。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、YAGレーザ
発振器から発振されるレーザ光を光ファイバを介して水
中の加工ヘッドに導き、該加工ヘッド内の光学レンズ系
を介して集光したレーザ光を前記加工ヘッド先端から水
中のワークに向け照射して溶接作業を行う水中レーザ溶
接装置であって、ワイヤ送給装置から送給される溶接用
ワイヤをレーザスポットに案内する為のワイヤ送給ノズ
ルに、ガス供給源から供給されるシールドガスを導入し
得るよう構成したことを特徴とするものである。
【0006】更に、前記加工ヘッドの先端にレーザスポ
ット付近まで延びる先細り形状のノズル部を形成し、該
ノズル部内にもガス供給源から供給されるシールドガス
を導入し得るよう構成することも可能であり、このよう
にした場合には、ワイヤ送給ノズル先端の外周部におけ
るワーク側に、前記ワイヤ送給ノズル内に導入されたシ
ールドガスの一部を抜き出す複数の散気孔を開口してお
くと良い。
【0007】
【作用】従って本発明では、YAGレーザ発振器から発
振されるレーザ光を光ファイバを介して水中の加工ヘッ
ドに導き、該加工ヘッド内の光学レンズ系を介して集光
したレーザ光を前記加工ヘッド先端から水中のワークに
向け照射して溶接作業を行う際に、ガス供給源から供給
されるシールドガスをワイヤ送給ノズルに導入すると、
該ワイヤ送給ノズルの先端からシールドガスがレーザス
ポットに向け噴射され、ワークの溶接部周囲が前記シー
ルドガスにより局所的に強制排水されて溶接可能な状態
となり、また、溶接用ワイヤは前記ワイヤ送給ノズルの
先端からシールドガスによりドライ状態に保持されてレ
ーザスポットに送給される。
【0008】更に、前記加工ヘッドの先端に、レーザス
ポット付近まで延びる先細り形状のノズル部を形成し、
該ノズル部内にもガス供給源から供給されるシールドガ
スを導入し得るよう構成した場合には、ワイヤ送給ノズ
ルの先端から噴射されるシールドガスと、加工ヘッドの
ノズル部から噴射されるシールドガスとの相乗作用によ
りワークの溶接部周囲の強制排水が一層確実に行われる
ことになり、溶接用ワイヤのドライ状態も一層確実に保
持されることになる。
【0009】また、前述の如く加工ヘッドのノズル部か
らもシールドガスを噴射するようにした場合に、ワイヤ
送給ノズル先端の外周部におけるワーク側に、前記ワイ
ヤ送給ノズル内に導入されたシールドガスの一部を抜き
出す複数の散気孔を開口しておけば、ワイヤ送給ノズル
の先端から噴射されるシールドガスの流れに対し、加工
ヘッドのノズル部から噴射されるシールドガスが側方か
ら衝突する力が緩和され、両者の流れが合流する際の乱
流化が抑制される。
【0010】
【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照しつつ説明
する。
【0011】図1及び図2は本発明の一実施例を示すも
のであり、水1を貯留した金属製の大型容器2の底部に
貫通配置した配管3をワークとして前記大型容器2の底
部に隅肉溶接する場合を例示しており、前記配管3の実
質的な溶接作業を行う為の加工ヘッド4が、支持ロッド
5により水中に吊り降ろされた多関節マニピュレータ6
により支持され、前記支持ロッド5は、大型容器2の上
部に架設した門型クレーン7により三軸方向(上下、前
後、左右の互いに直角な三方向)に移動可能に支持され
ており、この門型クレーン7による支持ロッド5の移動
と前記多関節マニピュレータ6による操作とによって、
前記加工ヘッド4が所定の溶接方向(配管3の円周方
向)に移動されるようになっている。
【0012】前記加工ヘッド4の基端には、水1の外に
配置されたYAGレーザ発振器8から導いた光ファイバ
9が接続されており、前記YAGレーザ発振器8から発
振されるレーザ光10が光ファイバ9を介して伝送され
るようになっている。
【0013】前記加工ヘッド4内には、複数枚の集光レ
ンズ11からなる光学レンズ系12が保持されており、
前記光ファイバ9により加工ヘッド4まで伝送されたレ
ーザ光10が、前記光学レンズ系12を介し集光されて
加工ヘッド4の先端から前記配管3の溶接部に向け照射
されるようになっている。
【0014】また、前記加工ヘッド4の側部には、ワイ
ヤ送給ノズル13が取付具14を介して装着されてお
り、該ワイヤ送給ノズル13の基端には、水1の外に配
置されたワイヤ送給装置17から導いたワイヤコンジッ
ト16が接続されており、前記ワイヤ送給装置17から
送給される溶接用ワイヤ18が、前記ワイヤコンジット
16内を挿通してワイヤ送給ノズル13の先端から前記
レーザ光10のレーザスポット19に向け案内されるよ
うにしてある。
【0015】更に、前記ワイヤ送給装置17とワイヤコ
ンジット16の基端とを接続するコンジットコネクタ2
0には、水1の外に配置されたシールドガスボンベ21
(ガス供給源)から導いたガス供給管22が接続されて
おり、前記シールドガスボンベ21から供給されるシー
ルドガス23(アルゴンガス等の不活性ガス)が、前記
ワイヤコンジット16内を流れてワイヤ送給ノズル13
の先端から噴射されるようになっている。
【0016】尚、図中24は前記ガス供給管22のシー
ルドガスボンベ21側に備えた電磁弁である。
【0017】而して、YAGレーザ発振器8から発振さ
れるレーザ光10を光ファイバ9を介して水中の加工ヘ
ッド4に導き、該加工ヘッド4内の光学レンズ系12を
介して集光したレーザ光10を前記加工ヘッド4先端か
ら水中の配管3の溶接部に向け照射して溶接作業を行う
際に、電磁弁24を開けてシールドガスボンベ21から
シールドガス23をワイヤ送給ノズル13に導入する
と、該ワイヤ送給ノズル13の先端からシールドガス2
3がレーザスポット19に向け噴射され、配管3の溶接
部周囲が前記シールドガス23により局所的に強制排水
されて溶接可能な状態となり、また、溶接用ワイヤ18
は前記ワイヤ送給ノズル13の先端からシールドガス2
3によりドライ状態に保持されてレーザスポット19に
送給されることになる。
【0018】従って上記実施例によれば、複雑且つ大型
のドライ化装置を必要とすることなく、配管3の溶接部
に近接しているワイヤ送給ノズル13の先端からシール
ドガス23を噴射して前記溶接部の局所的な排水を行う
ことができるので、複雑な構造物内や狭隘箇所に対する
アクセス性及び操作性を著しく向上することができる。
【0019】また、ワイヤ送給ノズル13の先端から繰
り出されるワイヤ18をシールドガス23により確実に
ドライ状態に保持することができるので、溶接欠陥の少
ない高品質の溶接を行うことができる。
【0020】図3は図2に示した加工ヘッド4の変形例
を示すもので、加工ヘッド4の先端位置に、該加工ヘッ
ド4の長手方向に対しレーザ光10を略直角に屈曲反射
する反射鏡28を装備した例であり、このようにした場
合には、複雑な構造物内や狭隘箇所に対するアクセス性
及び操作性を一層向上することができる。
【0021】図4は本発明の別の実施例を示すもので、
加工ヘッド4の先端に、レーザスポット19付近まで延
びる先細り形状のノズル部25を形成し、該ノズル部2
5の側部に開口した供給口26に、前記ガス供給管22
を途中から分岐して接続し、前記ノズル部内にもシール
ドガス23を導入し得るよう構成したものである。
【0022】この実施例の場合には、ワイヤ送給ノズル
13の先端から噴射されるシールドガス23と、加工ヘ
ッド4のノズル部25から噴射されるシールドガス23
との相乗作用により配管3の溶接部周囲の強制排水が一
層確実に行われることになり、溶接用ワイヤ18のドラ
イ状態も一層確実に保持されることになる。
【0023】また、図5及び図6は本発明の更に別の実
施例を示すもので、先の実施例の如く加工ヘッド4のノ
ズル部25からもシールドガス23を噴射するようにし
た場合に、ワイヤ送給ノズル13先端の外周部における
配管3の溶接部側に、前記ワイヤ送給ノズル13内に導
入されたシールドガス23の一部を抜き出す複数の散気
孔27を開口したものである。
【0024】このように散気孔27を開口しておけば、
ワイヤ送給ノズル13の先端から噴射されるシールドガ
ス23の流れに対し、加工ヘッド4のノズル部25から
噴射されるシールドガス23の側方から衝突する力が緩
和されるので、両者の流れが合流する際の乱流化を大幅
に抑制することが可能となり、安定したドーム状のシー
ルドガス雰囲気を良好に形成することができる。
【0025】尚、本発明の水中レーザ溶接装置は、上述
の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨
を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは
勿論である。
【0026】
【発明の効果】上記した本発明の水中レーザ溶接装置に
よれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【0027】(I)複雑且つ大型のドライ化装置を必要
とすることなく、溶接部に近接しているワイヤ送給ノズ
ルの先端からシールドガスを噴射して前記溶接部の局所
的な排水を行うことができるので、複雑な構造物内や狭
隘箇所に対するアクセス性及び操作性を著しく向上する
ことができる。
【0028】(II)ワイヤ送給ノズルの先端から繰り
出されるワイヤをシールドガスにより確実にドライ状態
に保持することができるので、溶接欠陥の少ない高品質
の溶接を行うことができる。
【0029】(III)加工ヘッドの先端に、レーザス
ポット付近まで延びる先細り形状のノズル部を形成し、
該ノズル部内にもガス供給源から供給されるシールドガ
スを導入し得るよう構成した場合には、ワイヤ送給ノズ
ルの先端から噴射されるシールドガスと、加工ヘッドの
ノズル部から噴射されるシールドガスとの相乗作用によ
りワークの溶接部周囲の強制排水を一層確実に行うこと
ができ、溶接用ワイヤのドライ状態も一層確実に保持す
ることができる。
【0030】(IV)加工ヘッドのノズル部からもシー
ルドガスを噴射するようにした場合に、ワイヤ送給ノズ
ル先端の外周部におけるワーク側に、前記ワイヤ送給ノ
ズル内に導入されたシールドガスの一部を抜き出す複数
の散気孔を開口しておけば、ワイヤ送給ノズルの先端か
ら噴射されるシールドガスの流れに対し、加工ヘッドの
ノズル部から噴射されるシールドガスが側方から衝突す
る力を緩和することができるので、両者の流れが合流す
る際の乱流化を大幅に抑制することができ、安定したド
ーム状のシールドガス雰囲気を良好に形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す概略図である。
【図2】図1の加工ヘッドの断面図である。
【図3】図2の加工ヘッドの変形例を示す断面図であ
る。
【図4】本発明の別の実施例を示す断面図である。
【図5】本発明の更に別の実施例を示す断面図である。
【図6】図5のVI−VI方向の矢視図である。
【符号の説明】
1 水 3 配管(ワーク) 4 加工ヘッド 8 YAGレーザ発振器 9 光ファイバ 10 レーザ光 12 光学レンズ系 13 ワイヤ送給ノズル 17 ワイヤ送給装置 18 溶接用ワイヤ 19 レーザスポット 21 シールドガスボンベ(ガス供給源) 23 シールドガス 25 ノズル部 27 散気孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金澤 祐孝 東京都江東区豊洲三丁目1番15号 石川 島播磨重工業株式会社 東二テクニカル センター内 (72)発明者 土屋 和之 神奈川県横浜市磯子区新中原町1番地 石川島播磨重工業株式会社 技術研究所 内 (72)発明者 平田 末美 神奈川県横浜市磯子区新中原町1番地 石川島播磨重工業株式会社 技術研究所 内 (72)発明者 西見 昭浩 東京都江東区豊洲三丁目1番15号 石川 島播磨重工業株式会社 東二テクニカル センター内 (72)発明者 前田 圭之介 東京都江東区豊洲三丁目1番15号 石川 島播磨重工業株式会社 東二テクニカル センター内 (56)参考文献 特開 昭59−87994(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 26/00 - 26/12

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 YAGレーザ発振器から発振されるレー
    ザ光を光ファイバを介して水中の加工ヘッドに導き、該
    加工ヘッド内の光学レンズ系を介して集光したレーザ光
    を前記加工ヘッド先端から水中のワークに向け照射して
    溶接作業を行う水中レーザ溶接装置であって、ワイヤ送
    給装置から送給される溶接用ワイヤをレーザスポットに
    案内する為のワイヤ送給ノズルに、ガス供給源から供給
    されるシールドガスを導入し得るよう構成したことを特
    徴とする水中レーザ溶接装置。
  2. 【請求項2】 加工ヘッドの先端にレーザスポット付近
    まで延びる先細り形状のノズル部を形成し、該ノズル部
    内にもガス供給源から供給されるシールドガスを導入し
    得るよう構成したことを特徴とする請求項1に記載の水
    中レーザ溶接装置。
  3. 【請求項3】 ワイヤ送給ノズル先端の外周部における
    ワーク側に、前記ワイヤ送給ノズル内に導入されたシー
    ルドガスの一部を抜き出す複数の散気孔を開口したこと
    を特徴とする請求項2に記載の水中レーザ溶接装置。
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