JP3061268B1 - レーザ光とアークを用いた溶融加工装置 - Google Patents
レーザ光とアークを用いた溶融加工装置Info
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- B23K26/346—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding
- B23K26/348—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding in combination with arc heating, e.g. TIG [tungsten inert gas], MIG [metal inert gas] or plasma welding
Abstract
【要約】
【課題】レーザ光エネルギーと放電アークエネルギーの
両エネルギを有効に併用して溶融加工、接続効率を改善
するとともに、小型化及び携帯性を改善した。 【解決手段】レーザ光源２０のレーザ光を光学系１２
０，１３０を介して絞り込んでワークＷ上に集光、照射
するレーザ光系と、このレーザ光系の光軸と略同軸位置
関係で、ワークＷに対向する位置に配設され、アーク放
電のための高電圧が供給されるノズル電極１５０とを備
え、レーザ光の照射によりワークｗを溶融させた状態で
アーク放電による溶融、加工を行う。
両エネルギを有効に併用して溶融加工、接続効率を改善
するとともに、小型化及び携帯性を改善した。 【解決手段】レーザ光源２０のレーザ光を光学系１２
０，１３０を介して絞り込んでワークＷ上に集光、照射
するレーザ光系と、このレーザ光系の光軸と略同軸位置
関係で、ワークＷに対向する位置に配設され、アーク放
電のための高電圧が供給されるノズル電極１５０とを備
え、レーザ光の照射によりワークｗを溶融させた状態で
アーク放電による溶融、加工を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はレーザ光とアークを
用いた溶融加工装置に関し、特にレーザ光エネルギーと
放電アークエネルギーの両エネルギを有効に併用して溶
融加工、接続効率を改善したレーザ光とアークを用いた
溶融加工装置に関する。
用いた溶融加工装置に関し、特にレーザ光エネルギーと
放電アークエネルギーの両エネルギを有効に併用して溶
融加工、接続効率を改善したレーザ光とアークを用いた
溶融加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】金属等の加工には、アーク放電による熱
加工が従来から広く利用されてきている。一方、高密度
熱エネルギーを有するレーザ光を極めて細いビーム径に
絞って被加工物または被溶融物であるワークに照射して
溶融させることにより加工するレーザ加工技術が、その
高能率、高精度、低熱歪み特性に注目されている。
加工が従来から広く利用されてきている。一方、高密度
熱エネルギーを有するレーザ光を極めて細いビーム径に
絞って被加工物または被溶融物であるワークに照射して
溶融させることにより加工するレーザ加工技術が、その
高能率、高精度、低熱歪み特性に注目されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、かかる有用
性をもつレーザ加工方法であるにもかからわず、依然問
題も残っている。例えば、大出力のレーザ光発光のため
には、高出力レーザ光発光源が必要であり、発光用の電
源も電力からの変換効率の悪さに起因して構造の複雑
化、大型化してしまい、その応用範囲の拡大に制約を与
えている。したがって、上述のような有益性をもつにも
かかわらず、レーザ溶接加工は、他のガス、電気、アー
ク等の溶接加工と比較して、その適用範囲は薄板層の加
工に制約されている。特に、レーザ溶接加工の適用は、
継手精度が要求される分野が多く、また、加工速度を上
げるには高出力が要求され、設備コストも高額になる。
性をもつレーザ加工方法であるにもかからわず、依然問
題も残っている。例えば、大出力のレーザ光発光のため
には、高出力レーザ光発光源が必要であり、発光用の電
源も電力からの変換効率の悪さに起因して構造の複雑
化、大型化してしまい、その応用範囲の拡大に制約を与
えている。したがって、上述のような有益性をもつにも
かかわらず、レーザ溶接加工は、他のガス、電気、アー
ク等の溶接加工と比較して、その適用範囲は薄板層の加
工に制約されている。特に、レーザ溶接加工の適用は、
継手精度が要求される分野が多く、また、加工速度を上
げるには高出力が要求され、設備コストも高額になる。
【０００４】更に、上記のような問題があるため、溶融
加工装置自体が大型化してしまい、高価且つ携帯性は望
むめくもない。
加工装置自体が大型化してしまい、高価且つ携帯性は望
むめくもない。
【０００５】そこで、本発明の目的は、レーザ光エネル
ギーと放電アークエネルギーの両エネルギーを有効に併
用して溶融加工、接続効率を改善したレーザ光とアーク
を用いた溶融加工装置を提供することにある。
ギーと放電アークエネルギーの両エネルギーを有効に併
用して溶融加工、接続効率を改善したレーザ光とアーク
を用いた溶融加工装置を提供することにある。
【０００６】本発明の他の目的は、小型化且つ携帯性に
優れたレーザ光とアークを用いた溶融加工装置を提供す
ることにある。
優れたレーザ光とアークを用いた溶融加工装置を提供す
ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、本発明によるレーザ光とアークを用いた溶融加工装
置は、次のような特徴的な構成を採用している。
め、本発明によるレーザ光とアークを用いた溶融加工装
置は、次のような特徴的な構成を採用している。
【０００８】（１）外筒と、この外筒と略同軸の内筒か
ら成る本体部と、前記本体部の一端側には前記一端側を
覆い、レーザ光を導光する光ファイバを固定する開口部
を有する頂部と、前記内筒の内部に設けられ、前記光フ
ァイバからのレーザ光を絞り込んで前記本体部の他端側
に設けられた開口部からワーク上に集光、照射する光学
系と、前記本体部の他端側の開口部近傍に配設され、ア
ーク放電のための高電圧が供給される内空の逆円錐形状
のノズル電極と、前記本体部の他端側を囲繞し、先端側
の形状が前記ノズル電極形状と略相似な内空を有し、前
記本体部に取り外し可能に固定されたシールドカップ
と、前記本体部の外筒に設けられ、アルゴンガスを導入
して、前記外筒と内筒間に流し、前記ノズル電極先端側
からワーク面に噴出させるための第１の導入部と、前記
ノズル電極先端側と前記シールドカップ間に設けられ、
アルゴンガスと水素ガスの混合ガスを導入して、前記ノ
ズル電極先端側と前記シールドカップ間に流し、前記ノ
ズル電極先端側からワーク面に噴出させるための第２の
導入部と、を備え、前記レーザ光の照射により前記ワー
クを溶融させた状態で前記アーク放電による溶融、加工
を行うように構成される。
ら成る本体部と、前記本体部の一端側には前記一端側を
覆い、レーザ光を導光する光ファイバを固定する開口部
を有する頂部と、前記内筒の内部に設けられ、前記光フ
ァイバからのレーザ光を絞り込んで前記本体部の他端側
に設けられた開口部からワーク上に集光、照射する光学
系と、前記本体部の他端側の開口部近傍に配設され、ア
ーク放電のための高電圧が供給される内空の逆円錐形状
のノズル電極と、前記本体部の他端側を囲繞し、先端側
の形状が前記ノズル電極形状と略相似な内空を有し、前
記本体部に取り外し可能に固定されたシールドカップ
と、前記本体部の外筒に設けられ、アルゴンガスを導入
して、前記外筒と内筒間に流し、前記ノズル電極先端側
からワーク面に噴出させるための第１の導入部と、前記
ノズル電極先端側と前記シールドカップ間に設けられ、
アルゴンガスと水素ガスの混合ガスを導入して、前記ノ
ズル電極先端側と前記シールドカップ間に流し、前記ノ
ズル電極先端側からワーク面に噴出させるための第２の
導入部と、を備え、前記レーザ光の照射により前記ワー
クを溶融させた状態で前記アーク放電による溶融、加工
を行うように構成される。
【０００９】（２）前記ノズル電極の先端側は、タング
ステン材料から成る上記（１）のレーザ光とアークを用
いた溶融加工装置。
ステン材料から成る上記（１）のレーザ光とアークを用
いた溶融加工装置。
【００１０】（３）前記レーザ光の光源は、ＹＡＧレー
ザまたは炭酸ガスレーザである上記（１）のレーザ光と
アークを用いた溶融加工装置。
ザまたは炭酸ガスレーザである上記（１）のレーザ光と
アークを用いた溶融加工装置。
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明によるレーザ光とア
ークを用いた溶融加工装置の好適実施形態例について添
付図を参照して詳細に説明する。図１は、本発明による
レーザ光とアークを用いた溶融加工装置の一実施形態例
を示す一部断面の構成図である。また、図２には、図１
の溶融加工ユニット（トーチ部）１０の簡略化した断面
図が示されている。
ークを用いた溶融加工装置の好適実施形態例について添
付図を参照して詳細に説明する。図１は、本発明による
レーザ光とアークを用いた溶融加工装置の一実施形態例
を示す一部断面の構成図である。また、図２には、図１
の溶融加工ユニット（トーチ部）１０の簡略化した断面
図が示されている。
【００１９】レーザ発振源としてのＹＡＧレーザ２０か
ら発振されたレーザ光は、光ファイバ２１を通って後述
する溶融加工ユニット（トーチ部）１０のレーザ光導光
部に入射する。また、ガスボンベ４０からの不活性ガス
（例えば、アルゴンガスＡｒ）から成るセンターガス
は、ガスバルブ４１とセンターガスホース４２を通って
溶融加工ユニット１０の開口部１１１に導入される。同
様に、ガスボンベ５０からのシールドガス（例えば、不
活性ガスとしてのアルゴンガスＡｒ＋水素Ｈ2）は、ガ
スバルブ５１とセンターガスホース５２を通って溶融加
工ユニット１０の開口部１２１に導入される。
ら発振されたレーザ光は、光ファイバ２１を通って後述
する溶融加工ユニット（トーチ部）１０のレーザ光導光
部に入射する。また、ガスボンベ４０からの不活性ガス
（例えば、アルゴンガスＡｒ）から成るセンターガス
は、ガスバルブ４１とセンターガスホース４２を通って
溶融加工ユニット１０の開口部１１１に導入される。同
様に、ガスボンベ５０からのシールドガス（例えば、不
活性ガスとしてのアルゴンガスＡｒ＋水素Ｈ2）は、ガ
スバルブ５１とセンターガスホース５２を通って溶融加
工ユニット１０の開口部１２１に導入される。
【００２０】図２にも示すように、溶融加工ユニット１
０は、電気絶縁材から成る外筒１００と、外筒１００と
略同軸の内筒１１０を備え、レーザ光を被加工物（加工
対象物）であるワークＷ（図１参照）に導光、合焦する
レーザ光導光部と、アークによりワークを溶融、加工す
るアーク加工部とが配設されている。外筒１００上部の
頂部１０２の開口部１０１には、光ファイバ２１の先端
部が挿入される。この先端部から出射されたレーザ光
は、コリメート用のレンズ１２０と集光用のレンズ１３
０等から成る光学系によりきわめて細径のビームに絞り
込まれ、ワークＷの近傍で焦光される。これら光学系
は、内筒１１０の内壁に取り付けることができる。
０は、電気絶縁材から成る外筒１００と、外筒１００と
略同軸の内筒１１０を備え、レーザ光を被加工物（加工
対象物）であるワークＷ（図１参照）に導光、合焦する
レーザ光導光部と、アークによりワークを溶融、加工す
るアーク加工部とが配設されている。外筒１００上部の
頂部１０２の開口部１０１には、光ファイバ２１の先端
部が挿入される。この先端部から出射されたレーザ光
は、コリメート用のレンズ１２０と集光用のレンズ１３
０等から成る光学系によりきわめて細径のビームに絞り
込まれ、ワークＷの近傍で焦光される。これら光学系
は、内筒１１０の内壁に取り付けることができる。
【００２１】外筒１００の下端部には先端部径が小さい
（絞り込まれた）耐熱材から成り、断面逆円錐形状のシ
ールドカップ１６０が、ネジ部１６０Ａでネジ止め固定
されている。ネジ止め固定する理由は、耐熱性材（例え
ば、セラミック材）から成る略逆円錐形状のシールドカ
ップ１６０が高熱に晒されるため消耗が他部よりも激し
く、取り替えを容易とするためである。
（絞り込まれた）耐熱材から成り、断面逆円錐形状のシ
ールドカップ１６０が、ネジ部１６０Ａでネジ止め固定
されている。ネジ止め固定する理由は、耐熱性材（例え
ば、セラミック材）から成る略逆円錐形状のシールドカ
ップ１６０が高熱に晒されるため消耗が他部よりも激し
く、取り替えを容易とするためである。
【００２２】シールドカップ１６０の内面側には略平行
に、シールドカップ１６０と相似な略逆円錐形状のアー
ク放電用のノズル電極１５０が、ネジ止め等により固定
されている。このネジ止め固定する理由も、上記シール
ドカップ１６０と同様に、高熱に晒されるため消耗が他
部よりも激しく、取り替えを容易とするためである。ノ
ズル電極１５０は、銅材から成り、その先端部は発生し
たアークによる高熱に起因する損傷を避けるため高融点
のタングステン材等の金属から成っている。
に、シールドカップ１６０と相似な略逆円錐形状のアー
ク放電用のノズル電極１５０が、ネジ止め等により固定
されている。このネジ止め固定する理由も、上記シール
ドカップ１６０と同様に、高熱に晒されるため消耗が他
部よりも激しく、取り替えを容易とするためである。ノ
ズル電極１５０は、銅材から成り、その先端部は発生し
たアークによる高熱に起因する損傷を避けるため高融点
のタングステン材等の金属から成っている。
【００２３】内筒１１０の固定取り付け位置Ｆよりも若
干低い部位の外筒１００には、開口部１１１が形成され
ており、上述の如く、この開口部１１１にはセンターガ
スがガスバルブ４１及びガスホース４２を介して流入す
る。流入したセンターガスは、外筒１００と内筒１１０
で形成される空間路であるガスガイド通路１８０を通
り、ノズル電極１５０の内面側を通って、図示実線矢印
の如く、開口部Ｐ１から流出し、ワークＷに噴出され
る。
干低い部位の外筒１００には、開口部１１１が形成され
ており、上述の如く、この開口部１１１にはセンターガ
スがガスバルブ４１及びガスホース４２を介して流入す
る。流入したセンターガスは、外筒１００と内筒１１０
で形成される空間路であるガスガイド通路１８０を通
り、ノズル電極１５０の内面側を通って、図示実線矢印
の如く、開口部Ｐ１から流出し、ワークＷに噴出され
る。
【００２４】また、外筒１００の下方には開口部１２１
が設けられ、この開口部１２１からガスバルブ５１及び
ガスホース５２を介してシールドガスが流入し、シール
ドカップ１６０とノズル電極１５０間の空間路であるガ
スガイド通路１７０を通って、図示一点鎖線矢印の如
く、開口部Ｐ２から流出する。
が設けられ、この開口部１２１からガスバルブ５１及び
ガスホース５２を介してシールドガスが流入し、シール
ドカップ１６０とノズル電極１５０間の空間路であるガ
スガイド通路１７０を通って、図示一点鎖線矢印の如
く、開口部Ｐ２から流出する。
【００２５】定電流直流電源３０は、定電流特性直流溶
接用電源であり、その−電極は、溶融加工ユニット１０
のノズル電極１５０に接続され、＋電極は、ワークＷに
接続されて、ワークＷを加工する。
接用電源であり、その−電極は、溶融加工ユニット１０
のノズル電極１５０に接続され、＋電極は、ワークＷに
接続されて、ワークＷを加工する。
【００２６】さて、本発明の実施形態は上述のような基
本構成を有するが、その加工動作は次のとおりである。
本構成を有するが、その加工動作は次のとおりである。
【００２７】溶融加工ユニット１０の外筒１００を適当
なホルダー（移動等の制御をする駆動装置）で保持し
て、ワークＷと溶融加工ユニット１０の先端部の開口部
Ｐ１（ノズル電極部）を所定の位置関係、すなわち、ワ
ークＷが溶融加工ユニット１０の下端のレーザ光の合焦
位置になるように配設する。ここで、溶融加工ユニット
１０は、オペレータが手で保持すれば、携帯性が拡張さ
れるので有効であることは勿論である。
なホルダー（移動等の制御をする駆動装置）で保持し
て、ワークＷと溶融加工ユニット１０の先端部の開口部
Ｐ１（ノズル電極部）を所定の位置関係、すなわち、ワ
ークＷが溶融加工ユニット１０の下端のレーザ光の合焦
位置になるように配設する。ここで、溶融加工ユニット
１０は、オペレータが手で保持すれば、携帯性が拡張さ
れるので有効であることは勿論である。
【００２８】次に、ガスボンベ４０と５０からのガス
を、ガスバルブ４１と５１を適宜開放して各々適量を溶
融加工ユニット１０の開口１１１と１２１に導入する。
続いて、ＹＡＧレーザ（レーザ発振器）２０を駆動する
レーザ電源及び溶接電源としての定電流直流電源３０を
ＯＮし、電極とワークＷ間に被加工物であるワークＷに
直流電圧を印加して溶融待機状態とする。
を、ガスバルブ４１と５１を適宜開放して各々適量を溶
融加工ユニット１０の開口１１１と１２１に導入する。
続いて、ＹＡＧレーザ（レーザ発振器）２０を駆動する
レーザ電源及び溶接電源としての定電流直流電源３０を
ＯＮし、電極とワークＷ間に被加工物であるワークＷに
直流電圧を印加して溶融待機状態とする。
【００２９】図３の模式図を参照すると、溶融加工ユニ
ット１０の開口１０１を経て光ファイバ２１の先端部か
ら出射されたレーザ光は、上述の如く、レンズ１２０及
び１３０から成る光学系及び開口部Ｐ１を通って集光さ
れ、合焦位置に配設されているワークＷを照射する。こ
うしてワークＷは、レーザエネルギーにより瞬時に溶融
され、溶融されたワーク金属は金属蒸気化され、プラズ
マ化される。プラズマ化されたガスがノズル電極１５０
に達すると、既に印加されている直流電圧によりノズル
電極１５０の先端からアークが発生する。このアークの
＋極点は、周知のアーク理論から明らかなように、ワー
クＷ上の最高温部（レーザ光で溶融している部位）に誘
導され確実に位置付けられ、アークは電極先端の円周上
の一点から生ずる。
ット１０の開口１０１を経て光ファイバ２１の先端部か
ら出射されたレーザ光は、上述の如く、レンズ１２０及
び１３０から成る光学系及び開口部Ｐ１を通って集光さ
れ、合焦位置に配設されているワークＷを照射する。こ
うしてワークＷは、レーザエネルギーにより瞬時に溶融
され、溶融されたワーク金属は金属蒸気化され、プラズ
マ化される。プラズマ化されたガスがノズル電極１５０
に達すると、既に印加されている直流電圧によりノズル
電極１５０の先端からアークが発生する。このアークの
＋極点は、周知のアーク理論から明らかなように、ワー
クＷ上の最高温部（レーザ光で溶融している部位）に誘
導され確実に位置付けられ、アークは電極先端の円周上
の一点から生ずる。
【００３０】したがって、本発明では、レーザエネルギ
ーとアークエネルギーの両エネルギーがワークの一点に
集中され、より一層の高温状態が得られ、加工が確実且
つ容易となる。
ーとアークエネルギーの両エネルギーがワークの一点に
集中され、より一層の高温状態が得られ、加工が確実且
つ容易となる。
【００３１】また、ワーク金属のレーザ光エネルギーの
吸収率は、溶融温度が高いほど高くなることが実験的に
確認されているので、本発明によれば、相乗効果が得ら
れ、溶接点はきわめて早く溶融されることになり、溶接
速度を上げることができる。
吸収率は、溶融温度が高いほど高くなることが実験的に
確認されているので、本発明によれば、相乗効果が得ら
れ、溶接点はきわめて早く溶融されることになり、溶接
速度を上げることができる。
【００３２】次に、本実施形態例におけるセンターガス
及びシールドガスの効用について説明する。先ず、溶融
加工ユニット１０の開口１１１から導入されたセンター
ガスは、ガスガイド通路１８０を通り、ノズル電極１５
０先端の微小径の開口Ｐ１からワークＷに向かって噴出
される。ここで、図３に模式的に示すように、ワークＷ
は極めて高温で溶融されており、その中心部は金属蒸気
が発生して凹みや穴が生ずる。したがって、上記センタ
ーガスの噴出は、ワークＷの下部に対しての熱伝導を高
め、且つ溶融に有効である。一般に、厚板のワーク溶接
においては、上から下に貫通した穴が形成された状態か
ら、その周囲を溶かしながら溶接する方法（キーホール
溶接）が採用される。かかる方法では、蒸気ノズル先端
から噴出されるセンターガスは上記凹みや穴形成に有効
であることは明らかである。
及びシールドガスの効用について説明する。先ず、溶融
加工ユニット１０の開口１１１から導入されたセンター
ガスは、ガスガイド通路１８０を通り、ノズル電極１５
０先端の微小径の開口Ｐ１からワークＷに向かって噴出
される。ここで、図３に模式的に示すように、ワークＷ
は極めて高温で溶融されており、その中心部は金属蒸気
が発生して凹みや穴が生ずる。したがって、上記センタ
ーガスの噴出は、ワークＷの下部に対しての熱伝導を高
め、且つ溶融に有効である。一般に、厚板のワーク溶接
においては、上から下に貫通した穴が形成された状態か
ら、その周囲を溶かしながら溶接する方法（キーホール
溶接）が採用される。かかる方法では、蒸気ノズル先端
から噴出されるセンターガスは上記凹みや穴形成に有効
であることは明らかである。
【００３３】また、センターガスのワークＷへの噴出を
制御することにより、溶融点の形状を変化させて所要の
溶け込みを得ることができる。例えば、図４（Ａ）に示
すように、センターガス噴流が弱い状態では、形成され
る凹みや穴深さは浅いが、図４（Ｂ）に示すように、セ
ンターガス噴流が強い状態では、形成される凹みや穴の
深さは深くなる。
制御することにより、溶融点の形状を変化させて所要の
溶け込みを得ることができる。例えば、図４（Ａ）に示
すように、センターガス噴流が弱い状態では、形成され
る凹みや穴深さは浅いが、図４（Ｂ）に示すように、セ
ンターガス噴流が強い状態では、形成される凹みや穴の
深さは深くなる。
【００３４】更に、溶融加工ユニット１０の開口１２１
から導入されたシールドガスは、ガスガイド通路１７０
を通って微小間隙の開口Ｐ２から噴出される。ここで、
放電用ノズル電極１５０やワーク金属は、溶融温度の如
き高温度となるため、空気中の酸素や窒素により酸化や
窒化され、材質劣化を引き起こす恐れがある。しかし、
本実施形態例では、上記のようなＡｒガスとＨ2ガスの
混合ガスであるシールドガスがノズル電極１５０やワー
ク金属に噴出されているため、これら酸化や窒化を防止
できる。また、このシールドガスによりサーマルピンチ
効果が得られる。すなわち、ＡｒガスとＨ2ガスの混合
ガスのうちＨ2ガスは冷却効果をもち、放電により発生
するアーク柱の断面積が収縮され硬直性をもった状態と
なり、エネルギー密度が一段と高くなって溶接加工効率
が格段に改善される。
から導入されたシールドガスは、ガスガイド通路１７０
を通って微小間隙の開口Ｐ２から噴出される。ここで、
放電用ノズル電極１５０やワーク金属は、溶融温度の如
き高温度となるため、空気中の酸素や窒素により酸化や
窒化され、材質劣化を引き起こす恐れがある。しかし、
本実施形態例では、上記のようなＡｒガスとＨ2ガスの
混合ガスであるシールドガスがノズル電極１５０やワー
ク金属に噴出されているため、これら酸化や窒化を防止
できる。また、このシールドガスによりサーマルピンチ
効果が得られる。すなわち、ＡｒガスとＨ2ガスの混合
ガスのうちＨ2ガスは冷却効果をもち、放電により発生
するアーク柱の断面積が収縮され硬直性をもった状態と
なり、エネルギー密度が一段と高くなって溶接加工効率
が格段に改善される。
【００３５】上述実施形態では、レーザとしてＹＡＧレ
ーザを用いているが、高出力レーザであれば他のレーザ
を用いることができ、例えば、炭酸ガスレーザや半導体
レーザを用いることができる。また、不活性ガスとして
は、ヘリウムガス等の他の適当な不活性ガスをもちいる
こともできる。
ーザを用いているが、高出力レーザであれば他のレーザ
を用いることができ、例えば、炭酸ガスレーザや半導体
レーザを用いることができる。また、不活性ガスとして
は、ヘリウムガス等の他の適当な不活性ガスをもちいる
こともできる。
【００３６】以上、本発明のレーザ光とアークを用いた
溶融加工装置の好適実施形態例を説明したが、これは単
なる例示にすぎず、特定用途に応じて種々の変形変更が
可能であること勿論である。
溶融加工装置の好適実施形態例を説明したが、これは単
なる例示にすぎず、特定用途に応じて種々の変形変更が
可能であること勿論である。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によるレー
ザ光とアークを用いた溶融加工装置は、レーザ光エネル
ギーと放電アークエネルギーの両エネルギを有効に併用
しているので、溶融加工効率が著しく改善される。
ザ光とアークを用いた溶融加工装置は、レーザ光エネル
ギーと放電アークエネルギーの両エネルギを有効に併用
しているので、溶融加工効率が著しく改善される。
【００３８】また、レーザ光出射方向とアーク放電方向
を同一方向とし、溶融加工ユニット１０を同軸の外筒と
内筒から構成し、内筒の内部にレーザ光を導光してワー
クに照射し、放電用のノズル電極を内筒内下方に先端部
を開口して設けてあるので、レーザ光導光用の光学系と
ノズル電極を同一筒の内側に設置することができ、小型
化するのにきわめて有効である。
を同一方向とし、溶融加工ユニット１０を同軸の外筒と
内筒から構成し、内筒の内部にレーザ光を導光してワー
クに照射し、放電用のノズル電極を内筒内下方に先端部
を開口して設けてあるので、レーザ光導光用の光学系と
ノズル電極を同一筒の内側に設置することができ、小型
化するのにきわめて有効である。
【００３９】更に、ノズル電極先端の微小径の開口から
ワークに向かって噴出されるセンターガスの噴出により
ワークの凹みや穴制御が有効に行え、溶融点の形状を変
化させて所要の溶け込みを得ることができるだけでな
く、ノズル電極と外筒（シールドカップ）間の通路を通
って微小間隙の出口である開口から噴出されるシールド
ガスによりノズル電極やワーク金属の酸化や窒化を防止
でき、サーマルピンチ効果によって溶接加工効率を格段
に改善することができる。
ワークに向かって噴出されるセンターガスの噴出により
ワークの凹みや穴制御が有効に行え、溶融点の形状を変
化させて所要の溶け込みを得ることができるだけでな
く、ノズル電極と外筒（シールドカップ）間の通路を通
って微小間隙の出口である開口から噴出されるシールド
ガスによりノズル電極やワーク金属の酸化や窒化を防止
でき、サーマルピンチ効果によって溶接加工効率を格段
に改善することができる。
【図１】本発明によるレーザ光とアークを用いた溶融加
工装置の一実施形態の構成図である。
工装置の一実施形態の構成図である。
【図２】図１に示す溶融加工ユニット１０の簡略化した
断面図である。
断面図である。
【図３】本発明によるレーザ光とアークを用いた溶融加
工装置の動作を説明するための模式図である。
工装置の動作を説明するための模式図である。
【図４】本発明によるレーザ光とアークを用いた溶融加
工装置の動作を説明するための模式図である。
工装置の動作を説明するための模式図である。
１０ 溶融加工ユニット（トーチ部） ２０ ＹＡＧレーザ ２１ 光ファイバ ４０、５０ ガスボンベ ４１、５１ ガスバルブ ４２、５２ ガスホース １００ 外筒 １１０ 内筒 １０１ 開口部 １０２ 頂部 １１１、１２１ 開口部 １２０ コリメート用レンズ １３０ 集光用レンズ １５０ ノズル電極 １６０ シールドカップ
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 26/00 - 26/06 B23K 9/00 - 9/167
Claims (3)
- 【請求項１】外筒と、この外筒と略同軸の内筒から成る
本体部と、 前記本体部の一端側には前記一端側を覆い、レーザ光を
導光する光ファイバを固定する開口部を有する頂部と、 前記内筒の内部に設けられ、前記光ファイバからのレー
ザ光を絞り込んで前記本体部の他端側に設けられた開口
部からワーク上に集光、照射する光学系と、 前記本体部の他端側の開口部近傍に配設され、アーク放
電のための高電圧が供給される内空の逆円錐形状のノズ
ル電極と、 前記本体部の他端側を囲繞し、先端側の形状が前記ノズ
ル電極形状と略相似な内空を有し、前記本体部に取り外
し可能に固定されたシールドカップと、 前記本体部の外筒に設けられ、アルゴンガスを導入し
て、前記外筒と内筒間に流し、前記ノズル電極先端側か
らワーク面に噴出させるための第１の導入部と、 前記ノズル電極先端側と前記シールドカップ間に設けら
れ、アルゴンガスと水素ガスの混合ガスを導入して、前
記ノズル電極先端側と前記シールドカップ間に流し、前
記ノズル電極先端側からワーク面に噴出させるための第
２の導入部と、を備え、前記レーザ光の照射により前記
ワークを溶融させた状態で前記アーク放電による溶融、
加工を行うことを特徴とするレーザ光とアークを用いた
溶融加工装置。 - 【請求項２】前記ノズル電極の先端側は、タングステン
材料から成る請求項１に記載のレーザ光とアークを用い
た溶融加工装置。 - 【請求項３】前記レーザ光の光源は、ＹＡＧレーザまた
は炭酸ガスレーザである請求項１に記載のレーザ光とア
ークを用いた溶融加工装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11035428A JP3061268B1 (ja) | 1999-02-15 | 1999-02-15 | レーザ光とアークを用いた溶融加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11035428A JP3061268B1 (ja) | 1999-02-15 | 1999-02-15 | レーザ光とアークを用いた溶融加工装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP3061268B1 true JP3061268B1 (ja) | 2000-07-10 |
| JP2000233287A JP2000233287A (ja) | 2000-08-29 |
Family
ID=12441602
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11035428A Expired - Fee Related JP3061268B1 (ja) | 1999-02-15 | 1999-02-15 | レーザ光とアークを用いた溶融加工装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3061268B1 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102941391A (zh) * | 2012-08-29 | 2013-02-27 | 安徽电力股份有限公司淮南田家庵发电厂 | 一种电站大型轴类表面损坏亚激光瞬间熔堆焊工艺 |
| CN109079321A (zh) * | 2018-09-27 | 2018-12-25 | 西安中科微精光子制造科技有限公司 | 一种适用于大深径比孔激光加工的气嘴及吹气方法 |
| WO2019127905A1 (zh) * | 2017-12-30 | 2019-07-04 | 沈阳富创精密设备有限公司 | 一种激光tig复合焊接头 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2003082511A1 (fr) | 2002-04-01 | 2003-10-09 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Procede de soudage a l'arc de composite avec fil d'apport induit par laser yag et equipement de soudage |
| KR101310600B1 (ko) * | 2006-12-20 | 2013-09-23 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 휴대식 레이저 절단 및 용접 장치 |
| CN102333623B (zh) * | 2009-02-27 | 2015-01-07 | 皮可钻机公司 | 在电绝缘或半导电的基板中产生孔或孔阵列的方法及其阵列 |
| JP5413218B2 (ja) * | 2010-01-27 | 2014-02-12 | Ｊｆｅエンジニアリング株式会社 | 中空電極アーク・レーザ同軸複合溶接方法 |
-
1999
- 1999-02-15 JP JP11035428A patent/JP3061268B1/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000233287A (ja) | 2000-08-29 |
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