JP3290546B2 - Ａｌ系部材のレーザ加工法 - Google Patents
Ａｌ系部材のレーザ加工法Info
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- JP3290546B2 JP3290546B2 JP20665094A JP20665094A JP3290546B2 JP 3290546 B2 JP3290546 B2 JP 3290546B2 JP 20665094 A JP20665094 A JP 20665094A JP 20665094 A JP20665094 A JP 20665094A JP 3290546 B2 JP3290546 B2 JP 3290546B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＡｌ系部材、即ち、Ａｌ
またはＡｌ合金より構成された各種部材のレーザ加工法
に関する。このレーザ加工法にはレーザ溶接法、レーザ
穴加工法、レーザ切断法等が含まれる。
またはＡｌ合金より構成された各種部材のレーザ加工法
に関する。このレーザ加工法にはレーザ溶接法、レーザ
穴加工法、レーザ切断法等が含まれる。
【０００２】
【従来の技術】Ａｌ系部材は熱伝導率が高く、したがっ
て熱が逃げ易い上にレーザビームの反射率が高い等の理
由から局部的に溶融することが難しい、といった問題が
ある。
て熱が逃げ易い上にレーザビームの反射率が高い等の理
由から局部的に溶融することが難しい、といった問題が
ある。
【０００３】そこで従来は、例えばＡｌ系部材をレーザ
溶接するに当り、出力パワーの高いマルチモードビーム
を用い、また集光性を高めるために短焦点の集光光学系
を用いる、といった溶接法や、レーザビームの反射を防
止してビーム吸収率を高めるためにＡｌ系部材表面に吸
光膜を形成する、といった溶接法が採用されている。
溶接するに当り、出力パワーの高いマルチモードビーム
を用い、また集光性を高めるために短焦点の集光光学系
を用いる、といった溶接法や、レーザビームの反射を防
止してビーム吸収率を高めるためにＡｌ系部材表面に吸
光膜を形成する、といった溶接法が採用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前者の溶
接法の場合次のような問題がある。（ａ）出力パワーの
高いマルチモードビームを用いると、レーザ発振器を含
む設備コストおよび溶接作業コストが高くなる。（ｂ）
集光光学系が短焦点であることから、その光学系が飛散
した溶融Ａｌ、酸化物等の異物によって汚染され易く、
耐久性が乏しい。（ｃ）短焦点の集光光学系においては
焦点深度が浅くなるため溶込み深さが不十分となり易
く、またＡｌ系部材の厚さ方向におけるパワー密度分布
変化が激しくなるため溶接現象が不安定となり、その結
果、溶接部に欠陥を生じ易い。
接法の場合次のような問題がある。（ａ）出力パワーの
高いマルチモードビームを用いると、レーザ発振器を含
む設備コストおよび溶接作業コストが高くなる。（ｂ）
集光光学系が短焦点であることから、その光学系が飛散
した溶融Ａｌ、酸化物等の異物によって汚染され易く、
耐久性が乏しい。（ｃ）短焦点の集光光学系においては
焦点深度が浅くなるため溶込み深さが不十分となり易
く、またＡｌ系部材の厚さ方向におけるパワー密度分布
変化が激しくなるため溶接現象が不安定となり、その結
果、溶接部に欠陥を生じ易い。
【０００５】一方、後者の溶接法の場合、吸光膜形成コ
ストに起因して溶接作業コストが上昇し、また吸光膜の
燃焼によるガスに起因して溶接部に欠陥が生じる等の問
題がある。
ストに起因して溶接作業コストが上昇し、また吸光膜の
燃焼によるガスに起因して溶接部に欠陥が生じる等の問
題がある。
【０００６】本発明は前記に鑑み、高品質な溶接部等の
加工部を低コストで得ることのできる前記Ａｌ系部材の
レーザ加工法を提供することを目的とする。
加工部を低コストで得ることのできる前記Ａｌ系部材の
レーザ加工法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係るＡｌ系部材
のレーザ加工法は、回折型出力結合方式を採用したレー
ザ発振器からリングモードビームを出力し、次いで集光
光学系を用いて前記リングモードビームよりＡｌ系部材
において焦点を結ぶ集光ビームを形成するレーザ加工法
であって、前記レーザ発振器における出力ミラーの外径
をｄとし、また出力窓側のアパーチャ内径をＤとしたと
き、Ｍ値＝Ｄ／ｄを２．０≦Ｍ≦２．５に設定し、前記
集光光学系の焦点距離ｆを１９０．５mm≦ｆ≦３０４．
８mmに設定したことを特徴とする。
のレーザ加工法は、回折型出力結合方式を採用したレー
ザ発振器からリングモードビームを出力し、次いで集光
光学系を用いて前記リングモードビームよりＡｌ系部材
において焦点を結ぶ集光ビームを形成するレーザ加工法
であって、前記レーザ発振器における出力ミラーの外径
をｄとし、また出力窓側のアパーチャ内径をＤとしたと
き、Ｍ値＝Ｄ／ｄを２．０≦Ｍ≦２．５に設定し、前記
集光光学系の焦点距離ｆを１９０．５mm≦ｆ≦３０４．
８mmに設定したことを特徴とする。
【０００８】
【作用】前記構成のレーザ発振器を用い、そのレーザ発
振器からリングモードビームを出力させるようにする
と、そのレーザ発振器を含む設備コストおよび加工作業
コストを低減することが可能である。
振器からリングモードビームを出力させるようにする
と、そのレーザ発振器を含む設備コストおよび加工作業
コストを低減することが可能である。
【０００９】またＭ値＝Ｄ／ｄを前記のように設定する
と、Ａｌ系部材において、リングモードビームより形成
された集光ビームの焦点のパワー密度分布は、それを三
次元的に見たとき、ピーク値を持ち、且つ略円錐状をな
す第１分布部と、その第１分布部の底面側に、平均パワ
ー密度を示す小径端面側を連ねた略円錐台形をなす第２
分布部とよりなり、しかもレーザ出力が高く、またピー
ク値も高くなる。これにより高いピーク値を持つ第１分
布部のパワーによりＡｌ系部材には、先ず、局部的にビ
ーム吸収率の高い部分が生じ、その部分は急激に昇温し
て溶融するので深い溶込み深さが得られる。Ａｌ系部材
の場合、それに局部的な昇温により前記のような溶融部
分を発生させると、その後はビーム吸収率が雪崩を打っ
たように急激に上昇して溶融部分が拡張される。このビ
ーム吸収率の雪崩的上昇現象の発生には、高いレーザ出
力を持つ全体のパワーが寄与する。またリングモードビ
ームを使用すると共に集光ビームを形成する集光光学系
の焦点距離を前記のように設定してマルチモードの場合
に比べて長くするため、焦点深度が深くなる。これらに
より加工現象を安定化させると共に十分な溶込み深さを
得て高品質な加工部を効率良く得ることが可能である。
と、Ａｌ系部材において、リングモードビームより形成
された集光ビームの焦点のパワー密度分布は、それを三
次元的に見たとき、ピーク値を持ち、且つ略円錐状をな
す第１分布部と、その第１分布部の底面側に、平均パワ
ー密度を示す小径端面側を連ねた略円錐台形をなす第２
分布部とよりなり、しかもレーザ出力が高く、またピー
ク値も高くなる。これにより高いピーク値を持つ第１分
布部のパワーによりＡｌ系部材には、先ず、局部的にビ
ーム吸収率の高い部分が生じ、その部分は急激に昇温し
て溶融するので深い溶込み深さが得られる。Ａｌ系部材
の場合、それに局部的な昇温により前記のような溶融部
分を発生させると、その後はビーム吸収率が雪崩を打っ
たように急激に上昇して溶融部分が拡張される。このビ
ーム吸収率の雪崩的上昇現象の発生には、高いレーザ出
力を持つ全体のパワーが寄与する。またリングモードビ
ームを使用すると共に集光ビームを形成する集光光学系
の焦点距離を前記のように設定してマルチモードの場合
に比べて長くするため、焦点深度が深くなる。これらに
より加工現象を安定化させると共に十分な溶込み深さを
得て高品質な加工部を効率良く得ることが可能である。
【００１０】さらに集光光学系の焦点距離が比較的長い
ことから、その光学系が飛散した溶融Ａｌ等の異物によ
って汚染されにくく、これにより集光光学系の耐久性を
高めることが可能である。
ことから、その光学系が飛散した溶融Ａｌ等の異物によ
って汚染されにくく、これにより集光光学系の耐久性を
高めることが可能である。
【００１１】なお、Ｍ値がＭ＜２．０では、同一投入一
次電力においてピーク値は高くなるがレーザ出力が低く
なり、一方、Ｍ＞２．５では、同一投入一次電力におい
てレーザ出力は高くなるがピーク値が低くなる。その結
果、Ｍ＜２．０であるか、Ｍ＞２．５では加工開始直後
における局部的なビーム吸収率が低く、溶込み深さも浅
くなる。また焦点距離ｆが前記範囲を逸脱すると溶込み
深さが不十分となる。
次電力においてピーク値は高くなるがレーザ出力が低く
なり、一方、Ｍ＞２．５では、同一投入一次電力におい
てレーザ出力は高くなるがピーク値が低くなる。その結
果、Ｍ＜２．０であるか、Ｍ＞２．５では加工開始直後
における局部的なビーム吸収率が低く、溶込み深さも浅
くなる。また焦点距離ｆが前記範囲を逸脱すると溶込み
深さが不十分となる。
【００１２】
【実施例】図１はレーザ溶接装置の一例の概略を示し、
その装置はレーザ発振器１と集光光学系２を有する。レ
ーザ発振器１は回折型出力結合方式を採用した不安定形
共振器であり、一端に出力窓１1 を有する器体１2 内に
おいて、出力ミラー１3 が出力窓１1 側に配設され、一
方、全反射ミラー１4 が出力ミラー１3 に対向して配設
される。また出力窓１1 側にアパーチャ１5 を有する絞
り板１6 が、一方、全反射ミラー１4 側にアパーチャ１
7 を有する絞り板１8 がそれぞれ配設される。
その装置はレーザ発振器１と集光光学系２を有する。レ
ーザ発振器１は回折型出力結合方式を採用した不安定形
共振器であり、一端に出力窓１1 を有する器体１2 内に
おいて、出力ミラー１3 が出力窓１1 側に配設され、一
方、全反射ミラー１4 が出力ミラー１3 に対向して配設
される。また出力窓１1 側にアパーチャ１5 を有する絞
り板１6 が、一方、全反射ミラー１4 側にアパーチャ１
7 を有する絞り板１8 がそれぞれ配設される。
【００１３】この場合、出力ミラー１3 の外径をｄと
し、また出力窓１1 側の絞り板１6 におけるアパーチャ
内径をＤとしたとき、そのＭ値＝Ｄ／ｄは２．０≦Ｍ≦
２．５に設定される。このＭ値はリングモードビームＢ
1 の質を表わしている。
し、また出力窓１1 側の絞り板１6 におけるアパーチャ
内径をＤとしたとき、そのＭ値＝Ｄ／ｄは２．０≦Ｍ≦
２．５に設定される。このＭ値はリングモードビームＢ
1 の質を表わしている。
【００１４】集光光学系２はベンドミラー３と集光レン
ズ４とからなる。集光レンズ４に対向するように、Ａｌ
系部材としての２枚のＡｌ合金板５の重ね合せ部６が配
設される。この場合、集光レンズ４の代りに集光ミラー
を用いることも可能である。
ズ４とからなる。集光レンズ４に対向するように、Ａｌ
系部材としての２枚のＡｌ合金板５の重ね合せ部６が配
設される。この場合、集光レンズ４の代りに集光ミラー
を用いることも可能である。
【００１５】レーザ発振器１からは、二次元的に示すよ
うにパワー密度分布ｐがリング状をなすリングモードビ
ームＢ1 が出力される。そのリングモードビームＢ1 は
ベンドミラー３によって９０°方向を変換された後集光
レンズ４に入射し、その集光レンズ４により、重ね合せ
部６において焦点Ｆを結ぶ集光ビームＢ2 が形成され
る。
うにパワー密度分布ｐがリング状をなすリングモードビ
ームＢ1 が出力される。そのリングモードビームＢ1 は
ベンドミラー３によって９０°方向を変換された後集光
レンズ４に入射し、その集光レンズ４により、重ね合せ
部６において焦点Ｆを結ぶ集光ビームＢ2 が形成され
る。
【００１６】Ｍ値＝Ｄ／ｄを前記のように設定すると、
集光ビームＢ2 の焦点Ｆにおけるパワー密度分布Ｐは、
図１に二次元的に示すと共に図２に示すように三次元的
に見たとき、ピーク値ｍを持ち、且つ略円錐状をなす第
１分布部ａと、その第１分布部ａの底面側に、平均パワ
ー密度を示す小径端面側を連ねた略円錐台形をなす第２
分布部ｂとよりなり、しかもレーザ出力が高く、またピ
ーク値も高くなる。
集光ビームＢ2 の焦点Ｆにおけるパワー密度分布Ｐは、
図１に二次元的に示すと共に図２に示すように三次元的
に見たとき、ピーク値ｍを持ち、且つ略円錐状をなす第
１分布部ａと、その第１分布部ａの底面側に、平均パワ
ー密度を示す小径端面側を連ねた略円錐台形をなす第２
分布部ｂとよりなり、しかもレーザ出力が高く、またピ
ーク値も高くなる。
【００１７】これにより、高いピーク値ｍを持つ第１分
布部ａのパワーにより重ね合せ部６には、先ず、局部的
にビーム吸収率の高い部分が生じ、その部分は急激に昇
温して溶融するので深い溶込み深さが得られる。Ａｌ合
金板５の場合、それに局部的な昇温により前記のような
溶融部分を発生させると、その後は、図３に示すように
ビーム吸収率が雪崩を打ったように急激に上昇して溶融
部分が拡張される。このビーム吸収率の雪崩的上昇現象
の発生には、高いレーザ出力を持つ全体のパワーが寄与
する。またリングモードビームＢ1 を使用するときは、
集光ビームＢ2を形成する集光光学系２の集光レンズ４
としてマルチモードの場合に比べて焦点距離が長いもの
を用いるため焦点深度が深くなる。これらにより溶接現
象を安定化させると共に十分な溶込み深さを得て高品質
な溶接部を効率良く形成することが可能である。
布部ａのパワーにより重ね合せ部６には、先ず、局部的
にビーム吸収率の高い部分が生じ、その部分は急激に昇
温して溶融するので深い溶込み深さが得られる。Ａｌ合
金板５の場合、それに局部的な昇温により前記のような
溶融部分を発生させると、その後は、図３に示すように
ビーム吸収率が雪崩を打ったように急激に上昇して溶融
部分が拡張される。このビーム吸収率の雪崩的上昇現象
の発生には、高いレーザ出力を持つ全体のパワーが寄与
する。またリングモードビームＢ1 を使用するときは、
集光ビームＢ2を形成する集光光学系２の集光レンズ４
としてマルチモードの場合に比べて焦点距離が長いもの
を用いるため焦点深度が深くなる。これらにより溶接現
象を安定化させると共に十分な溶込み深さを得て高品質
な溶接部を効率良く形成することが可能である。
【００１８】さらに集光レンズ４の焦点距離が比較的長
いことから、集光光学系２が飛散した溶融Ａｌ等の異物
によって汚染されにくく、これにより集光光学系２の耐
久性を高めることが可能である。
いことから、集光光学系２が飛散した溶融Ａｌ等の異物
によって汚染されにくく、これにより集光光学系２の耐
久性を高めることが可能である。
【００１９】図４は、リングモードビームＢ1 より形成
された集光ビームＢ2 の焦点Ｆにおける三種のパワー密
度分布Ｐ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 を示す。これらのパワー密度分
布Ｐ 1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 は、Ｍ値＝Ｄ／ｄを変化させること
によって得られたものである。
された集光ビームＢ2 の焦点Ｆにおける三種のパワー密
度分布Ｐ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 を示す。これらのパワー密度分
布Ｐ 1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 は、Ｍ値＝Ｄ／ｄを変化させること
によって得られたものである。
【００２０】溶接条件を、使用レーザ：ＣＯ2 レーザ；
発振モード：リングモード；集光レンズの焦点距離ｆ：
２５４mm（１０インチ）；Ａｌ合金板の材質および厚
さ：ＪＩＳ ６Ｎ０１Ｓ、３mm；溶接速度：４ｍ／min
；シールドガスの種類および供給量：Ｈｅガス、３０
リットル／min 、に設定し、また前記Ｍ値＝Ｄ／ｄを変
化させてレーザ溶接を行い、Ｍ値＝Ｄ／ｄと溶込み深さ
との関係を求めたところ、図５の結果を得た。
発振モード：リングモード；集光レンズの焦点距離ｆ：
２５４mm（１０インチ）；Ａｌ合金板の材質および厚
さ：ＪＩＳ ６Ｎ０１Ｓ、３mm；溶接速度：４ｍ／min
；シールドガスの種類および供給量：Ｈｅガス、３０
リットル／min 、に設定し、また前記Ｍ値＝Ｄ／ｄを変
化させてレーザ溶接を行い、Ｍ値＝Ｄ／ｄと溶込み深さ
との関係を求めたところ、図５の結果を得た。
【００２１】図５から明らかなように、Ｍ値をＭ＝２．
２（レーザ出力５．８ｋＷ）、したがって２．０≦Ｍ≦
２．５の範囲に設定した場合の図４示のパワー密度分布
Ｐ2によれば、溶接開始直後において局部的にビーム吸
収率の高い部分を発生させることができ、また溶込み深
さも深くなる。ただし、Ｍ値がＭ＝１．８、したがっ
て、同一投入一次電力においてＭ＜２．０では、図４に
示すようにパワー密度分布Ｐ1 におけるピーク値ｍは高
くなるが、第２分布部ｂが小さいためレーザ出力は低く
なる。一方、Ｍ＝３．０、したがって、同一投入一次電
力においてＭ＞２．５では、図４に示すようにパワー密
度分布Ｐ3 における第２分布部ｂが大きいことからレー
ザ出力は高くなるがピーク値ｍは低くなる。その結果、
Ｍ＜２．０であるか、Ｍ＞２．５では、溶接開始直後に
おける局部的なビーム吸収率が低く、溶込み深さも浅く
なる。
２（レーザ出力５．８ｋＷ）、したがって２．０≦Ｍ≦
２．５の範囲に設定した場合の図４示のパワー密度分布
Ｐ2によれば、溶接開始直後において局部的にビーム吸
収率の高い部分を発生させることができ、また溶込み深
さも深くなる。ただし、Ｍ値がＭ＝１．８、したがっ
て、同一投入一次電力においてＭ＜２．０では、図４に
示すようにパワー密度分布Ｐ1 におけるピーク値ｍは高
くなるが、第２分布部ｂが小さいためレーザ出力は低く
なる。一方、Ｍ＝３．０、したがって、同一投入一次電
力においてＭ＞２．５では、図４に示すようにパワー密
度分布Ｐ3 における第２分布部ｂが大きいことからレー
ザ出力は高くなるがピーク値ｍは低くなる。その結果、
Ｍ＜２．０であるか、Ｍ＞２．５では、溶接開始直後に
おける局部的なビーム吸収率が低く、溶込み深さも浅く
なる。
【００２２】次に、溶接条件において、使用レーザ、発
振モード、Ａｌ合金板の材質および厚さ、溶接速度なら
びにシールドガスの種類および供給量を前記と同一にす
ると共にＭ値＝Ｄ／ｄをＭ＝２．２（レーザ出力５．８
ｋＷ）に設定し、また集光レンズ４の焦点距離ｆを１２
７mm（５インチ）≦ｆ≦３８１mm（１５インチ）の範囲
内で変化させて、その焦点距離ｆと溶込み深さとの関係
を求めたところ、図６の結果を得た。
振モード、Ａｌ合金板の材質および厚さ、溶接速度なら
びにシールドガスの種類および供給量を前記と同一にす
ると共にＭ値＝Ｄ／ｄをＭ＝２．２（レーザ出力５．８
ｋＷ）に設定し、また集光レンズ４の焦点距離ｆを１２
７mm（５インチ）≦ｆ≦３８１mm（１５インチ）の範囲
内で変化させて、その焦点距離ｆと溶込み深さとの関係
を求めたところ、図６の結果を得た。
【００２３】図６から明らかなように、Ａｌ合金板５の
厚さ（３mm）から十分な溶込み深さは４．５mm以上であ
り、これを満足するためには集光レンズ４の焦点距離ｆ
を１９０．５mm（７．５インチ）≦ｆ≦３０４．８mm
（１２インチ）に設定するのが良い。この場合、集光レ
ンズ４の焦点距離ｆをｆ＝２５４mm（１０インチ）に設
定すると溶込み深さが最大となる。
厚さ（３mm）から十分な溶込み深さは４．５mm以上であ
り、これを満足するためには集光レンズ４の焦点距離ｆ
を１９０．５mm（７．５インチ）≦ｆ≦３０４．８mm
（１２インチ）に設定するのが良い。この場合、集光レ
ンズ４の焦点距離ｆをｆ＝２５４mm（１０インチ）に設
定すると溶込み深さが最大となる。
【００２４】図７は、レーザ出力と溶込み深さとの関係
を示し、一方の曲線は発振モードがリングモードである
場合に、また他方の曲線は発振モードがマルチモードで
ある場合にそれぞれ該当する。溶接条件において、使用
レーザ、Ａｌ合金板の材質および厚さ、溶接速度ならび
にシールドガスの種類および供給量は前記と同一である
が、集光レンズ４の焦点距離ｆはｆ＝１２７mm（５イン
チ）に設定され、またリングモードの場合のレーザ出力
変化はＭ値の変化による。
を示し、一方の曲線は発振モードがリングモードである
場合に、また他方の曲線は発振モードがマルチモードで
ある場合にそれぞれ該当する。溶接条件において、使用
レーザ、Ａｌ合金板の材質および厚さ、溶接速度ならび
にシールドガスの種類および供給量は前記と同一である
が、集光レンズ４の焦点距離ｆはｆ＝１２７mm（５イン
チ）に設定され、またリングモードの場合のレーザ出力
変化はＭ値の変化による。
【００２５】図７から明らかなように、同一の集光レン
ズ４により集光ビームＢ2 を形成する、という条件下に
おいて、発振モードとしてリングモードを用いると、溶
込み発生に要するレーザ出力下限値が３ｋＷであるのに
対し、マルチモードを用いると、前記レーザ出力下限値
は４ｋＷであり、また同一レーザ出力における溶込み深
さはリングモードを用いた方がマルチモードを用いた場
合よりも大きい。これらのことから、発振モードとして
リングモードを用いる方が効率的であることが判る。
ズ４により集光ビームＢ2 を形成する、という条件下に
おいて、発振モードとしてリングモードを用いると、溶
込み発生に要するレーザ出力下限値が３ｋＷであるのに
対し、マルチモードを用いると、前記レーザ出力下限値
は４ｋＷであり、また同一レーザ出力における溶込み深
さはリングモードを用いた方がマルチモードを用いた場
合よりも大きい。これらのことから、発振モードとして
リングモードを用いる方が効率的であることが判る。
【００２６】図８は、溶接速度とレーザ出力との関係に
おいて、リングモードを用いた場合の溶接プロセスに関
する安定領域と、マルチモードを用いた場合の溶接プロ
セスに関する安定領域を示す。この場合のＡｌ合金板の
材質は、前記同様にＪＩＳ６Ｎ０１Ｓであり、このＡｌ
合金板はレーザビームに対する反射性が特に高い。他の
溶接条件において、使用レーザ、Ａｌ合金板の厚さなら
びにシールドガスの種類および供給量は前記と同一であ
るが、集光レンズの焦点距離ｆはｆ＝２５４mm（１０イ
ンチ）に設定され、またリングモードの場合のレーザ出
力変化はＭ値の変化による。
おいて、リングモードを用いた場合の溶接プロセスに関
する安定領域と、マルチモードを用いた場合の溶接プロ
セスに関する安定領域を示す。この場合のＡｌ合金板の
材質は、前記同様にＪＩＳ６Ｎ０１Ｓであり、このＡｌ
合金板はレーザビームに対する反射性が特に高い。他の
溶接条件において、使用レーザ、Ａｌ合金板の厚さなら
びにシールドガスの種類および供給量は前記と同一であ
るが、集光レンズの焦点距離ｆはｆ＝２５４mm（１０イ
ンチ）に設定され、またリングモードの場合のレーザ出
力変化はＭ値の変化による。
【００２７】図８から明らかなように、リングモードを
用いると、Ａｌ合金板の反射性が高いにもかかわらず、
安定領域が溶接速度およびレーザ出力について広範囲に
亘るが、マルチモードを用いると、その安定領域がレー
ザ出力が高く、且つ溶接速度が速い範囲に限定され、非
常に狭くなっていることが判る。マルチモードを用いた
場合において、前記安定領域から外れると、溶接ビード
が間欠的に不安定となり、また穴があく、といった溶接
欠陥を生じる。
用いると、Ａｌ合金板の反射性が高いにもかかわらず、
安定領域が溶接速度およびレーザ出力について広範囲に
亘るが、マルチモードを用いると、その安定領域がレー
ザ出力が高く、且つ溶接速度が速い範囲に限定され、非
常に狭くなっていることが判る。マルチモードを用いた
場合において、前記安定領域から外れると、溶接ビード
が間欠的に不安定となり、また穴があく、といった溶接
欠陥を生じる。
【００２８】この点からも発振モードとしてはリングモ
ードを用いる方が有利であると言える。
ードを用いる方が有利であると言える。
【００２９】図９はレーザ溶接装置の他例の概略を示
し、レーザ発振器１内にベンドミラーを兼ねる第２の出
力ミラー１3 を組込んだ点が主として前記例と異なる。
他の構成部分は前記例と同一であるから同一部分には同
一符号を付して詳細な説明は省略する。なお、集光光学
系２は集光レンズ４よりなる。
し、レーザ発振器１内にベンドミラーを兼ねる第２の出
力ミラー１3 を組込んだ点が主として前記例と異なる。
他の構成部分は前記例と同一であるから同一部分には同
一符号を付して詳細な説明は省略する。なお、集光光学
系２は集光レンズ４よりなる。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、前記のように特定され
た手段を用いることによりレーザ加工プロセスを安定化
させて、高品質な溶接部等の加工部を効率良く低コスト
で得ることが可能であると共に集光光学系の耐久性を向
上させることが可能なＡｌ系部材のレーザ加工法を提供
することができる。
た手段を用いることによりレーザ加工プロセスを安定化
させて、高品質な溶接部等の加工部を効率良く低コスト
で得ることが可能であると共に集光光学系の耐久性を向
上させることが可能なＡｌ系部材のレーザ加工法を提供
することができる。
【図１】レーザ溶接装置の一例の概略図である。
【図２】パワー密度分布を三次元的に表わした説明図で
ある。
ある。
【図３】重ね合せ部の温度とビーム吸収率との関係を示
すグラフである。
すグラフである。
【図４】三種の集光パワー密度分布を示す説明図であ
る。
る。
【図５】Ｍ値と溶込み深さとの関係を示すグラフであ
る。
る。
【図６】焦点距離と溶込み深さとの関係を示すグラフで
ある。
ある。
【図７】レーザ出力と溶込み深さとの関係を示すグラフ
である。
である。
【図８】溶接速度とレーザ出力との関係において、発振
モードの安定領域を示すグラフである。
モードの安定領域を示すグラフである。
【図９】レーザ溶接装置の他例の概略図である。
１ レーザ発振器 １1 出力窓 １3 出力ミラー ２ 集光光学系 ５ Ａｌ合金板（Ａｌ系部材） Ｂ1 リングモードビーム Ｂ2 集光ビーム Ｆ 焦点 Ｐ パワー密度分布 ａ，ｂ 第１，第２分布部 ｍ ピーク値
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−96383（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−263582（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−66981（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−92284（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−102560（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−138889（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 26/06 B23K 26/00 H01S 3/00
Claims (2)
- 【請求項１】 回折型出力結合方式を採用したレーザ発
振器（１）からリングモードビーム（Ｂ1 ）を出力し、
次いで集光光学系（２）を用いて前記リングモードビー
ム（Ｂ1 ）よりＡｌ系部材（５）において焦点（Ｆ）を
結ぶ集光ビーム（Ｂ2 ）を形成するレーザ加工法であっ
て、前記レーザ発振器（１）における出力ミラー
（１3 ）の外径をｄとし、また出力窓（１1 ）側のアパ
ーチャ内径をＤとしたとき、Ｍ値＝Ｄ／ｄを２．０≦Ｍ
≦２．５に設定し、前記集光光学系（２）の焦点距離ｆ
を１９０．５mm≦ｆ≦３０４．８mmに設定したことを特
徴とする、Ａｌ系部材のレーザ加工法。 - 【請求項２】 前記集光光学系（２）の焦点距離ｆはｆ
＝２５４mmである、請求項１記載のＡｌ系部材のレーザ
加工法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20665094A JP3290546B2 (ja) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | Ａｌ系部材のレーザ加工法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20665094A JP3290546B2 (ja) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | Ａｌ系部材のレーザ加工法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0866787A JPH0866787A (ja) | 1996-03-12 |
| JP3290546B2 true JP3290546B2 (ja) | 2002-06-10 |
Family
ID=16526869
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20665094A Expired - Fee Related JP3290546B2 (ja) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | Ａｌ系部材のレーザ加工法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3290546B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7420768B2 (ja) * | 2021-07-01 | 2024-01-23 | フタバ産業株式会社 | テーラードブランクの製造方法、及び自動車用部品の製造方法 |
-
1994
- 1994-08-31 JP JP20665094A patent/JP3290546B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0866787A (ja) | 1996-03-12 |
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