JP3385361B2 - レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置 - Google Patents
レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置Info
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- B23K26/21—Bonding by welding
- B23K26/24—Seam welding
- B23K26/26—Seam welding of rectilinear seams
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、レーザ溶接方法
及びレーザ溶接装置に関し、特に、被溶接体全体をガス
シールドせずに高品質・高精度レーザ溶接が可能な小型
のレーザ溶接ヘッドを用いるレーザ溶接方法及びレーザ
溶接装置に関する。
及びレーザ溶接装置に関し、特に、被溶接体全体をガス
シールドせずに高品質・高精度レーザ溶接が可能な小型
のレーザ溶接ヘッドを用いるレーザ溶接方法及びレーザ
溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近、大出力レーザ溶接技術の進歩に伴
い、とりわけ、マクロ溶接には大出力ＣＯ2 レーザ溶接
が、精密溶接にはＹＡＧレーザ溶接が多く用いられる傾
向を示している。その理由として、この種のレーザ溶接
は、他の溶接、例えばＴＩＧ溶接やＭＩＧ溶接との比較
にて、（１）溶込み比（溶接深さ／溶融ビード幅）が高
く、加工ひずみが少ない、（２）高速溶接が可能で、残
留熱影響部が少なく、結晶粒が粗大化せず、高品質の溶
接継手を得ることが可能、（３）レーザ光に対し透明な
窓をもつ特殊雰囲気の密閉容器内での溶接が可能、
（４）異種金属の溶接及び金属と非金属との溶接が可
能、などの利点を有し、また、電子ビーム溶接との対比
では、（５）加工物の磁場の影響を受けず、磁性材料に
も溶接が可能、（６）真空室が不要、Ｘ線遮断が不必
要、などの有利な特徴を有しているからである。
い、とりわけ、マクロ溶接には大出力ＣＯ2 レーザ溶接
が、精密溶接にはＹＡＧレーザ溶接が多く用いられる傾
向を示している。その理由として、この種のレーザ溶接
は、他の溶接、例えばＴＩＧ溶接やＭＩＧ溶接との比較
にて、（１）溶込み比（溶接深さ／溶融ビード幅）が高
く、加工ひずみが少ない、（２）高速溶接が可能で、残
留熱影響部が少なく、結晶粒が粗大化せず、高品質の溶
接継手を得ることが可能、（３）レーザ光に対し透明な
窓をもつ特殊雰囲気の密閉容器内での溶接が可能、
（４）異種金属の溶接及び金属と非金属との溶接が可
能、などの利点を有し、また、電子ビーム溶接との対比
では、（５）加工物の磁場の影響を受けず、磁性材料に
も溶接が可能、（６）真空室が不要、Ｘ線遮断が不必
要、などの有利な特徴を有しているからである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】その一方で、レーザ溶
接は、溶接時に溶融する金属とその周囲の気体とが化学
反応を起こし、なかでも空気中の酸素による酸化反応は
ビードの品質を著しく損なう不利も合わせ有する。そこ
で、レーザ溶接ヘッドに同軸ノズルを設け、そこから溶
接部に向け集束レーザ光を照射すると同時に、スパッタ
の飛散を抑止し酸化を防止するシールドガス、例えば、
Ａｒガス、Ｈｅガスなどを同軸ノズルから吹き付ける方
法が実用に供されている。
接は、溶接時に溶融する金属とその周囲の気体とが化学
反応を起こし、なかでも空気中の酸素による酸化反応は
ビードの品質を著しく損なう不利も合わせ有する。そこ
で、レーザ溶接ヘッドに同軸ノズルを設け、そこから溶
接部に向け集束レーザ光を照射すると同時に、スパッタ
の飛散を抑止し酸化を防止するシールドガス、例えば、
Ａｒガス、Ｈｅガスなどを同軸ノズルから吹き付ける方
法が実用に供されている。
【０００４】しかし、上記の方法によるシールドガス吹
き付けでは酸化防止乃至化学反応防止は不十分な場合が
多い。不十分な酸化防止乃至不十分な化学反応防止によ
り生じる酸化反応乃至化学反応は、異物を生成し、生成
した異物の一部が溶融部内に入り込んで溶接部の欠陥と
なり、溶接部の品質を損なう不具合をもたらす。
き付けでは酸化防止乃至化学反応防止は不十分な場合が
多い。不十分な酸化防止乃至不十分な化学反応防止によ
り生じる酸化反応乃至化学反応は、異物を生成し、生成
した異物の一部が溶融部内に入り込んで溶接部の欠陥と
なり、溶接部の品質を損なう不具合をもたらす。
【０００５】そこで、完全な酸化防止乃至化学反応防止
を図るためには、筐体内に溶接すべき加工物を収容し、
筐体内の空気を排気した後、筐体内に酸化防止用（化学
反応防止用）シールドガスを充満させたシールドガス雰
囲気中でレーザ溶接を行うことが余儀なくされている。
そのため、酸化などの化学反応を生じ易い被溶接体のレ
ーザ溶接は大型の設備が必要となり、結局、レーザ溶接
ヘッド周囲の装置は大型で複雑となる問題がある。
を図るためには、筐体内に溶接すべき加工物を収容し、
筐体内の空気を排気した後、筐体内に酸化防止用（化学
反応防止用）シールドガスを充満させたシールドガス雰
囲気中でレーザ溶接を行うことが余儀なくされている。
そのため、酸化などの化学反応を生じ易い被溶接体のレ
ーザ溶接は大型の設備が必要となり、結局、レーザ溶接
ヘッド周囲の装置は大型で複雑となる問題がある。
【０００６】その他にも、上記のような雰囲気内でのレ
ーザ溶接ではビード内部に相当量のシールドガスが封じ
込められ、この溶接部をもつ加工体を、１０-5Ｐａ以下
の超高真空中又は１０-9Ｐａ以下の極高真空中で使用す
る場合、ビードは封じ込めたガスを徐々に放出し、設定
した超高真空圧力乃至極高真空圧力を高める不都合が生
じる。
ーザ溶接ではビード内部に相当量のシールドガスが封じ
込められ、この溶接部をもつ加工体を、１０-5Ｐａ以下
の超高真空中又は１０-9Ｐａ以下の極高真空中で使用す
る場合、ビードは封じ込めたガスを徐々に放出し、設定
した超高真空圧力乃至極高真空圧力を高める不都合が生
じる。
【０００７】従って、この発明の請求項１〜６に記載し
た発明は、上述した問題や不具合・不都合を解決して前
述したレーザ溶接の利点・特徴を十分に発揮させること
にあり、すなわち、レーザ溶接ヘッド周りに大型装置や
余分なスペースを必要とせず、集束レーザ光を照射する
溶接加工部のみを、周囲の外気から完全に遮断すると共
に外気を混入させずシールドガス雰囲気のみに保持し
て、溶接部の酸化反応などの化学反応を完全に阻止し、
超高真空中乃至極高真空中で使用可能な程度までビード
からのガス放出（outgassing) 量を減少させるレーザ溶
接方法を提供し、この発明の請求項７〜９に記載した発
明は、この溶接方法を実施することが可能なレーザ溶接
装置を提供することを目的とする。
た発明は、上述した問題や不具合・不都合を解決して前
述したレーザ溶接の利点・特徴を十分に発揮させること
にあり、すなわち、レーザ溶接ヘッド周りに大型装置や
余分なスペースを必要とせず、集束レーザ光を照射する
溶接加工部のみを、周囲の外気から完全に遮断すると共
に外気を混入させずシールドガス雰囲気のみに保持し
て、溶接部の酸化反応などの化学反応を完全に阻止し、
超高真空中乃至極高真空中で使用可能な程度までビード
からのガス放出（outgassing) 量を減少させるレーザ溶
接方法を提供し、この発明の請求項７〜９に記載した発
明は、この溶接方法を実施することが可能なレーザ溶接
装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の請求項１に記載した発明は、２個以上の
被溶接体の溶接部に対し集束レーザ光を照射し、併せて
照射レーザ光と同軸状のノズルを介し溶接部に向け加圧
イナートガスを柱状に噴射して、２個以上の被溶接体を
溶接するに当り、同軸状ノズルの外周側に別途設ける１
個以上のノズルから、上記柱状イナートガスを内包する
筒状の加圧ガスを溶融部周囲に吹き付け、この吹き付け
により、溶融部をその周りの外気からシールドすること
を特徴とするレーザ溶接方法である。
め、この発明の請求項１に記載した発明は、２個以上の
被溶接体の溶接部に対し集束レーザ光を照射し、併せて
照射レーザ光と同軸状のノズルを介し溶接部に向け加圧
イナートガスを柱状に噴射して、２個以上の被溶接体を
溶接するに当り、同軸状ノズルの外周側に別途設ける１
個以上のノズルから、上記柱状イナートガスを内包する
筒状の加圧ガスを溶融部周囲に吹き付け、この吹き付け
により、溶融部をその周りの外気からシールドすること
を特徴とするレーザ溶接方法である。
【０００９】請求項１に記載した発明に関し、請求項２
に記載した発明のように、内側の別途ノズルの外周側に
設ける筒状の負圧ノズルから、溶融部とその近傍とに存
在するガスを吸引排出するのが有効である。
に記載した発明のように、内側の別途ノズルの外周側に
設ける筒状の負圧ノズルから、溶融部とその近傍とに存
在するガスを吸引排出するのが有効である。
【００１０】また、請求項１、２に記載した発明に関
し、請求項３に記載した発明のように、柱状の加圧イナ
ートガスの吹き付け軸線と、筒状の加圧シールドガスの
吹き付け軸線と、筒状の負圧ノズル開口部の軸線とを同
軸上に揃え、ガスの吹き付けとガスの吸引とを併行す
る。
し、請求項３に記載した発明のように、柱状の加圧イナ
ートガスの吹き付け軸線と、筒状の加圧シールドガスの
吹き付け軸線と、筒状の負圧ノズル開口部の軸線とを同
軸上に揃え、ガスの吹き付けとガスの吸引とを併行す
る。
【００１１】また、請求項１〜３に記載した発明に関
し、請求項４に記載した発明のように、二つの筒状シー
ルドガス吹き出し間で負圧ノズル開口部からガスを吸引
し、請求項１〜４に記載した発明に関し、請求項５に記
載した発明のように、柱状イナートガスを円柱形状と
し、筒状シールドガスを円筒形状としてそれぞれのガス
を吹き付ける。
し、請求項４に記載した発明のように、二つの筒状シー
ルドガス吹き出し間で負圧ノズル開口部からガスを吸引
し、請求項１〜４に記載した発明に関し、請求項５に記
載した発明のように、柱状イナートガスを円柱形状と
し、筒状シールドガスを円筒形状としてそれぞれのガス
を吹き付ける。
【００１２】また、請求項１〜５に記載した発明に関
し、請求項６に記載した発明のように、各ノズル噴出口
における各ガスの圧力につき、柱状イナートガスを最大
圧力Ｐ 1 とし、最内側筒状シールドガスの圧力Ｐ2 を、
最大圧力Ｐ1 より小さく、かつ、外側で隣合う筒状シー
ルドガスの圧力Ｐ3 以上とするのが適合する。
し、請求項６に記載した発明のように、各ノズル噴出口
における各ガスの圧力につき、柱状イナートガスを最大
圧力Ｐ 1 とし、最内側筒状シールドガスの圧力Ｐ2 を、
最大圧力Ｐ1 より小さく、かつ、外側で隣合う筒状シー
ルドガスの圧力Ｐ3 以上とするのが適合する。
【００１３】前述のレーザ溶接方法を実現する一つの装
置として、請求項７に記載した発明は、レーザ光の集束
光学系手段と、その前方に位置するノズル部とを有し、
ノズル部は、２個以上の被溶接体の溶接部に向けての集
束レーザ光照射口と、柱状イナートガス噴射口との同軸
ノズルを有するレーザ溶接ヘッドを備えるレーザ溶接装
置において、ノズル部は、上記同軸ノズルを取り巻く外
周側に、溶接部に向け加圧シールドガスを筒状に吹き付
ける１個以上の別途ノズルを有することを特徴とするレ
ーザ溶接装置である。
置として、請求項７に記載した発明は、レーザ光の集束
光学系手段と、その前方に位置するノズル部とを有し、
ノズル部は、２個以上の被溶接体の溶接部に向けての集
束レーザ光照射口と、柱状イナートガス噴射口との同軸
ノズルを有するレーザ溶接ヘッドを備えるレーザ溶接装
置において、ノズル部は、上記同軸ノズルを取り巻く外
周側に、溶接部に向け加圧シールドガスを筒状に吹き付
ける１個以上の別途ノズルを有することを特徴とするレ
ーザ溶接装置である。
【００１４】請求項７に記載した発明に関し、請求項８
に記載した発明のように、ノズル部は、最内側の別途ノ
ズルの外周側に筒状の負圧ノズルを有し、請求項７、８
に記載した発明に関し、請求項９に記載した発明のよう
に、ノズル部は、同軸ノズルの軸線を中心軸線として隔
壁にて仕切る、円筒形状の別途ノズル及び円筒形状の負
圧ノズルを有する。
に記載した発明のように、ノズル部は、最内側の別途ノ
ズルの外周側に筒状の負圧ノズルを有し、請求項７、８
に記載した発明に関し、請求項９に記載した発明のよう
に、ノズル部は、同軸ノズルの軸線を中心軸線として隔
壁にて仕切る、円筒形状の別途ノズル及び円筒形状の負
圧ノズルを有する。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
１〜図４に基づき説明する。図１は、この発明のレーザ
溶接装置の溶接ヘッド要部の簡略図解による斜視図であ
り、図２は、図１に示す溶接ヘッドのノズル部の断面図
であり、図３は、図２に示すIII − III線に沿うノズル
部の正面図であり、図４は、この発明による別のノズル
部の断面図である。
１〜図４に基づき説明する。図１は、この発明のレーザ
溶接装置の溶接ヘッド要部の簡略図解による斜視図であ
り、図２は、図１に示す溶接ヘッドのノズル部の断面図
であり、図３は、図２に示すIII − III線に沿うノズル
部の正面図であり、図４は、この発明による別のノズル
部の断面図である。
【００１６】図１において、レーザ溶接装置（図示省
略）のレーザ溶接ヘッド１は、集束光学系手段としての
集光レンズ２とノズル部３とを有する。図１〜図４にお
いて、矢印ｙ方向に進行するレーザ光４は、集光レンズ
２を経て、２個以上、図示例は２個の被溶接体５（５-
1、５-2）の溶接部５b 表面乃至その近傍にて集光スポ
ット４spを形成する。図示例の被溶接体５-1、５-2は突
合せ溶接の例であり、この場合の溶接部（ビード）５b
は溶接線Ｘに沿う。なお、集束光学系手段にはミラー系
光学部品を適用しても良い。
略）のレーザ溶接ヘッド１は、集束光学系手段としての
集光レンズ２とノズル部３とを有する。図１〜図４にお
いて、矢印ｙ方向に進行するレーザ光４は、集光レンズ
２を経て、２個以上、図示例は２個の被溶接体５（５-
1、５-2）の溶接部５b 表面乃至その近傍にて集光スポ
ット４spを形成する。図示例の被溶接体５-1、５-2は突
合せ溶接の例であり、この場合の溶接部（ビード）５b
は溶接線Ｘに沿う。なお、集束光学系手段にはミラー系
光学部品を適用しても良い。
【００１７】ノズル部３はその中央部に同軸ノズル６を
有する。同軸ノズル６は、被溶接体５-1、５-2の溶接部
５b に向けての集束レーザ光照射口と、柱状の加圧イナ
ートガス噴射口とを兼ね、集束レーザ光の軸線Ｙ1 と噴
射口の軸線Ｙとを事実上一致させる。
有する。同軸ノズル６は、被溶接体５-1、５-2の溶接部
５b に向けての集束レーザ光照射口と、柱状の加圧イナ
ートガス噴射口とを兼ね、集束レーザ光の軸線Ｙ1 と噴
射口の軸線Ｙとを事実上一致させる。
【００１８】ここに、ノズル部３は、同軸ノズル６を取
り巻くその外周側に１個以上の別途ノズル７を有するも
のとする。別途ノズル７は、溶接部５b に向け加圧シー
ルドガスを筒状に吹き付けるためのノズルである。図
２、３に示す溶接ノズル３は１個の別途ノズル７-1を有
し、図４に示す溶接ノズル３は２個の別途ノズル７-1、
７-2を有する。
り巻くその外周側に１個以上の別途ノズル７を有するも
のとする。別途ノズル７は、溶接部５b に向け加圧シー
ルドガスを筒状に吹き付けるためのノズルである。図
２、３に示す溶接ノズル３は１個の別途ノズル７-1を有
し、図４に示す溶接ノズル３は２個の別途ノズル７-1、
７-2を有する。
【００１９】以上述べたレーザ溶接装置のレーザ溶接ヘ
ッド１は、以下述べる方法に従い溶接を実行する。すな
わち、溶接開始から溶接完了の間にわたり、レーザ溶接
装置が備える発振器、例えばＣＯ2 レーザ発振器、ＹＡ
Ｇレーザ発振器（いずれも図示省略）などから発振する
レーザ光４は、レーザ溶接ヘッド１内の集光レンズ２を
介して集束させ、集束レーザ光４f は照射口を兼ねる同
軸ノズル６を通過して被溶接体５-1、５-2の溶接部５b
（溶接線Ｘ）に照射し、溶接部５b に溶融部を形成す
る。このとき、図示例の集光スポット４spは溶接部５b
表面から僅か上方に位置させる。
ッド１は、以下述べる方法に従い溶接を実行する。すな
わち、溶接開始から溶接完了の間にわたり、レーザ溶接
装置が備える発振器、例えばＣＯ2 レーザ発振器、ＹＡ
Ｇレーザ発振器（いずれも図示省略）などから発振する
レーザ光４は、レーザ溶接ヘッド１内の集光レンズ２を
介して集束させ、集束レーザ光４f は照射口を兼ねる同
軸ノズル６を通過して被溶接体５-1、５-2の溶接部５b
（溶接線Ｘ）に照射し、溶接部５b に溶融部を形成す
る。このとき、図示例の集光スポット４spは溶接部５b
表面から僅か上方に位置させる。
【００２０】この照射と同時に、所定のゲージ圧ｐ1 に
調整した加圧イナートガスＩg1を溶融部に向け柱状とし
て矢印方向に噴射する。この噴射と同時に、別途ノズル
７-1、７-2から所定のゲージ圧ｐ2 、ｐ3 に調整した筒
状の加圧シールドガスＩg2、Ｉg3を矢印方向の層流とし
て溶融部周囲に吹き付ける。
調整した加圧イナートガスＩg1を溶融部に向け柱状とし
て矢印方向に噴射する。この噴射と同時に、別途ノズル
７-1、７-2から所定のゲージ圧ｐ2 、ｐ3 に調整した筒
状の加圧シールドガスＩg2、Ｉg3を矢印方向の層流とし
て溶融部周囲に吹き付ける。
【００２１】このとき、図２及び図４に示すように、筒
状シールドガスＩg2、Ｉg3は柱状イナートガスＩg1を内
包する。柱状ガスＩg1及び筒状ガスＩg2、Ｉg3は定常流
とするのが適合する。なお、図２及び図４では、説明の
便宜上、溶接ノズル３の噴射口から溶接部５b に噴き当
たるまでの柱状ガスＩg1及び筒状ガスＩg2、Ｉg3を細い
実線で示す。加圧ガスＩg1〜Ｉg3は同一ガスを圧力調整
バルブで所定ゲージの圧力ｐ1 ＞ｐ2 ≧ｐ3 に調整す
る。
状シールドガスＩg2、Ｉg3は柱状イナートガスＩg1を内
包する。柱状ガスＩg1及び筒状ガスＩg2、Ｉg3は定常流
とするのが適合する。なお、図２及び図４では、説明の
便宜上、溶接ノズル３の噴射口から溶接部５b に噴き当
たるまでの柱状ガスＩg1及び筒状ガスＩg2、Ｉg3を細い
実線で示す。加圧ガスＩg1〜Ｉg3は同一ガスを圧力調整
バルブで所定ゲージの圧力ｐ1 ＞ｐ2 ≧ｐ3 に調整す
る。
【００２２】溶接ノズル３の噴射口から吹き付ける筒状
シールドガスＩg2乃至Ｉg2、Ｉg3は、柱状イナートガス
Ｉg1との協同で、外気の侵入に対し溶接溶融部周りに強
力なバリアを形成して溶融部を外気からシールドするこ
とができ、かつ、溶融部及びその近傍に吹き当たったガ
スＩg1、Ｉg2乃至Ｉg1〜Ｉg3は周囲に放散するので、溶
融部の化学反応、なかでも酸化反応を生じさせる気体を
皆無とすることができる。
シールドガスＩg2乃至Ｉg2、Ｉg3は、柱状イナートガス
Ｉg1との協同で、外気の侵入に対し溶接溶融部周りに強
力なバリアを形成して溶融部を外気からシールドするこ
とができ、かつ、溶融部及びその近傍に吹き当たったガ
スＩg1、Ｉg2乃至Ｉg1〜Ｉg3は周囲に放散するので、溶
融部の化学反応、なかでも酸化反応を生じさせる気体を
皆無とすることができる。
【００２３】その結果、（１）溶接部５b 、図示例では
ビード５b には酸化物や他の化学反応物が存在せず、さ
らに、スパッタの形成を阻止することができるので高品
質の溶接部５b を得ることができ、（２）僅かなスペー
ス内のノズル部３による局所シールドであるからレーザ
溶接ヘッド１を極めて小型化することができ、大掛かり
な別途装置を必要とせずに低コストで済み、（３）小型
の被溶接体に高精度・高品質の溶接が可能となる。
ビード５b には酸化物や他の化学反応物が存在せず、さ
らに、スパッタの形成を阻止することができるので高品
質の溶接部５b を得ることができ、（２）僅かなスペー
ス内のノズル部３による局所シールドであるからレーザ
溶接ヘッド１を極めて小型化することができ、大掛かり
な別途装置を必要とせずに低コストで済み、（３）小型
の被溶接体に高精度・高品質の溶接が可能となる。
【００２４】また、ノズル部３は、別途ノズル７のうち
最内側の別途ノズル７-1の外周側に負圧ｐの筒状ノズル
８を有する。この負圧ノズル８から、ガスＩg1、Ｉg2乃
至Ｉg1〜Ｉg3の吹き付けと同時に、溶融部とその近傍に
存在するガス、主としてイナートガス、従としてシール
ドガス及びその他の気体を吸引し、排気する。図２及び
図４では、ガス吸引部Ｖq を筒状で代表して細い実線で
示す。
最内側の別途ノズル７-1の外周側に負圧ｐの筒状ノズル
８を有する。この負圧ノズル８から、ガスＩg1、Ｉg2乃
至Ｉg1〜Ｉg3の吹き付けと同時に、溶融部とその近傍に
存在するガス、主としてイナートガス、従としてシール
ドガス及びその他の気体を吸引し、排気する。図２及び
図４では、ガス吸引部Ｖq を筒状で代表して細い実線で
示す。
【００２５】この負圧ノズル８のガス吸引をガスＩg1、
Ｉg2乃至Ｉg1〜Ｉg3の吹き付けに付加することで、溶融
部周辺のガスの流れは円滑になり、外気からのシールド
性は一層高度となる。それにも増して、溶融部周辺のガ
スの乱気流状態が抑止されて、溶融部内へのガスの混入
・拡散を防止することができるのが特異な効果と言え
る。
Ｉg2乃至Ｉg1〜Ｉg3の吹き付けに付加することで、溶融
部周辺のガスの流れは円滑になり、外気からのシールド
性は一層高度となる。それにも増して、溶融部周辺のガ
スの乱気流状態が抑止されて、溶融部内へのガスの混入
・拡散を防止することができるのが特異な効果と言え
る。
【００２６】負圧ノズル８は、同軸ノズル６の周囲であ
ればいずれの箇所に設けても良い。しかし、図２〜図４
に示すように、最内側の別途ノズル７-1の外周側のノズ
ル部３に負圧ノズル８を設けるのが有利である。また、
ノズル部３が２個の別途ノズル７-1、７-2を有する場合
は、別途ノズル７-1とその外周に位置する別途ノズル７
-2との間に負圧ノズル８を設けるのが有利である。この
後者の負圧ノズル８の配設は、特に、ガスシールド性に
優れる。前者タイプ、後者タイプのいずれを選択するか
は要求ガスシールド性レベルで決めればよい。
ればいずれの箇所に設けても良い。しかし、図２〜図４
に示すように、最内側の別途ノズル７-1の外周側のノズ
ル部３に負圧ノズル８を設けるのが有利である。また、
ノズル部３が２個の別途ノズル７-1、７-2を有する場合
は、別途ノズル７-1とその外周に位置する別途ノズル７
-2との間に負圧ノズル８を設けるのが有利である。この
後者の負圧ノズル８の配設は、特に、ガスシールド性に
優れる。前者タイプ、後者タイプのいずれを選択するか
は要求ガスシールド性レベルで決めればよい。
【００２７】上記に組合わせて、柱状イナートガスＩg1
の吹き付け軸線と、筒状シールドガスＩg2、Ｉg3軸線
と、負圧ノズル８の開口部の軸線とを同じ軸線Ｙ上に揃
え、ガスＩg1、Ｉg2乃至Ｉg1〜Ｉg3の吹き付けとガス吸
引とを併行実施する。これに合わせ、同軸ノズル６の噴
出口、別途ノズル７-1、７-2それぞれの噴出口及び負圧
ノズル８の開口部それぞれの軸線も軸線Ｙ上に位置させ
る。これにより偏りのないガスシールドを得ることがで
きる。
の吹き付け軸線と、筒状シールドガスＩg2、Ｉg3軸線
と、負圧ノズル８の開口部の軸線とを同じ軸線Ｙ上に揃
え、ガスＩg1、Ｉg2乃至Ｉg1〜Ｉg3の吹き付けとガス吸
引とを併行実施する。これに合わせ、同軸ノズル６の噴
出口、別途ノズル７-1、７-2それぞれの噴出口及び負圧
ノズル８の開口部それぞれの軸線も軸線Ｙ上に位置させ
る。これにより偏りのないガスシールドを得ることがで
きる。
【００２８】また、偏りのないガスシールドを得るた
め、実際上、別途ノズル７-1、７-2と負圧ノズル８とは
いずれも、これらの少なくとも噴出口部分が円筒形状を
有するものとしてノズル部３を構成する。各ノズル間は
軸線Ｙを中心軸線として隔壁にて仕切る。この場合、柱
状イナートガスＩg1は円柱形状で、筒状シールドガスＩ
g2、Ｉg3は円筒形状でそれぞれガスを溶接部５b （溶接
線Ｘ）に吹き付ける。ガスＩg1、Ｉg2、Ｉg3には、既知
のＮ2 ガス、Ａｒガス、Ｈｅガスなどの不活性ガスを適
用する。
め、実際上、別途ノズル７-1、７-2と負圧ノズル８とは
いずれも、これらの少なくとも噴出口部分が円筒形状を
有するものとしてノズル部３を構成する。各ノズル間は
軸線Ｙを中心軸線として隔壁にて仕切る。この場合、柱
状イナートガスＩg1は円柱形状で、筒状シールドガスＩ
g2、Ｉg3は円筒形状でそれぞれガスを溶接部５b （溶接
線Ｘ）に吹き付ける。ガスＩg1、Ｉg2、Ｉg3には、既知
のＮ2 ガス、Ａｒガス、Ｈｅガスなどの不活性ガスを適
用する。
【００２９】最後に、各ノズル６、７-1、７-2、８噴出
口における各ガスＩg1〜Ｉg3の圧力（ゲージ圧）につ
き、柱状イナートガスＩg1を最大圧力Ｐ1 とし、最内側
筒状シールドガスＩg2の圧力Ｐ2 を、最大圧力Ｐ1 より
小さく、かつ、外側で隣合う筒状シールドガスＩg3の圧
力Ｐ3 以上とする。この圧力（ゲージ圧）関係を満たす
ことが、溶接の際の有効なガスシールド効果を得ること
に寄与する。図１に示す突合せ溶接では、溶接線Ｘに沿
って被溶接体５を矢印ｖ方向に高速で移動させる。
口における各ガスＩg1〜Ｉg3の圧力（ゲージ圧）につ
き、柱状イナートガスＩg1を最大圧力Ｐ1 とし、最内側
筒状シールドガスＩg2の圧力Ｐ2 を、最大圧力Ｐ1 より
小さく、かつ、外側で隣合う筒状シールドガスＩg3の圧
力Ｐ3 以上とする。この圧力（ゲージ圧）関係を満たす
ことが、溶接の際の有効なガスシールド効果を得ること
に寄与する。図１に示す突合せ溶接では、溶接線Ｘに沿
って被溶接体５を矢印ｖ方向に高速で移動させる。
【００３０】以上はビード５b を形成する溶接を例示し
て説明したが、このレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置
は、図示省略の複数個のレーザ溶接ヘッド１を適用して
高精度・高品質の同時多点式スポット溶接にも適用する
ことができる。また、レーザ光４のパワー密度を高低で
調整することにより、重ね合せ溶接、深溶込み溶接のい
ずれにも適用自在である。
て説明したが、このレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置
は、図示省略の複数個のレーザ溶接ヘッド１を適用して
高精度・高品質の同時多点式スポット溶接にも適用する
ことができる。また、レーザ光４のパワー密度を高低で
調整することにより、重ね合せ溶接、深溶込み溶接のい
ずれにも適用自在である。
【００３１】以上述べたレーザ溶接方法及びレーザ溶接
装置による溶接製品は、１０-5Ｐａ以下の超高真空容器
又は１０-9Ｐａ以下の極高真空容器、モット散乱（Mott
scatterig) 検出器及び超高真空中又は極高真空中で使
用する小型超精密機器などに有利に適用することができ
る。
装置による溶接製品は、１０-5Ｐａ以下の超高真空容器
又は１０-9Ｐａ以下の極高真空容器、モット散乱（Mott
scatterig) 検出器及び超高真空中又は極高真空中で使
用する小型超精密機器などに有利に適用することができ
る。
【００３２】
【発明の効果】この発明の請求項１〜９に記載した発明
によれば、余分な装置や広いスペースを必要とせず、簡
単・小型なレーザ溶接ヘッドにより、溶接部を周囲の外
気から完全に遮断すると共に外気を混入させずイナート
ガス雰囲気のみに保持して、溶接部の酸化反応などの化
学反応を完全に阻止し、超高真空中乃至極高真空中で使
用可能な程度までビードからのガス放出量を減少させる
レーザ溶接方法を提供し、このレーザ溶接方法を実施す
ることが可能なレーザ溶接装置を提供することができ
る。
によれば、余分な装置や広いスペースを必要とせず、簡
単・小型なレーザ溶接ヘッドにより、溶接部を周囲の外
気から完全に遮断すると共に外気を混入させずイナート
ガス雰囲気のみに保持して、溶接部の酸化反応などの化
学反応を完全に阻止し、超高真空中乃至極高真空中で使
用可能な程度までビードからのガス放出量を減少させる
レーザ溶接方法を提供し、このレーザ溶接方法を実施す
ることが可能なレーザ溶接装置を提供することができ
る。
【図１】 この発明のレーザ溶接装置の溶接ヘッド要部
の簡略図解による斜視図である。
の簡略図解による斜視図である。
【図２】 図１に示す溶接ヘッドのノズル部の断面図で
ある。
ある。
【図３】 図２に示すIII − III線に沿うノズル部の正
面図である。
面図である。
【図４】 この発明による別のノズル部の断面図であ
る。
る。
１ レーザ溶接ヘッド
２ 集光レンズ
３ ノズル部
４ レーザ光
４sp 集光スポット
５、５-1、５-2 被溶接体
５b 溶接部（ビード）
６ 同軸ノズル
７、７-1、７-2 別途ノズル
８ 負圧ノズル
Ｘ 溶接線
Ｙ1 集束レーザ光の軸線
Ｙ ノズル軸線
Ｉg1 柱状加圧イナートガス
Ｉg2、Ｉg3 筒状加圧シールドガス
Ｖq ガス吸引部
ｐ1 、ｐ2 、ｐ3 ガスのゲージ圧
ｐ 負圧
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 上田 映介
北海道上磯郡上磯町字追分３丁目２−２
株式会社菅製作所内
(72)発明者 上遠野 久夫
北海道札幌市手稲区曙２条４−２−29
株式会社産鋼スチール内
(72)発明者 武藤 征一
北海道札幌市白石区本郷通13丁目南４−
１ ムトウ建設工業株式会社内
(56)参考文献 特開 平11−789（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−130791（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−99292（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−76785（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−58063（ＪＰ，Ａ)
特開 昭56−151191（ＪＰ，Ａ)
実開 昭62−29888（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B23K 26/00 - 26/42
Claims (9)
- 【請求項１】 ２個以上の被溶接体の溶接部に対し集束
レーザ光を照射し、併せて照射レーザ光と同軸状のノズ
ルを介し溶接部に向け加圧イナートガスを柱状に噴射し
て、２個以上の被溶接体を溶接するに当り、 同軸状ノズルの外周側に別途設ける１個以上のノズルか
ら、上記柱状イナートガスを内包する筒状の加圧ガスを
溶融部周囲に吹き付け、 この吹き付けにより、溶融部をその周りの外気からシー
ルドすることを特徴とするレーザ溶接方法。 - 【請求項２】 内側の別途ノズルの外周側に設ける筒状
の負圧ノズルから、溶融部とその近傍とに存在するガス
を吸引排出する請求項１に記載したレーザ溶接方法。 - 【請求項３】 柱状の加圧イナートガスの吹き付け軸線
と、筒状の加圧シールドガスの吹き付け軸線と、筒状の
負圧ノズル開口部の軸線とを同軸上に揃え、ガスの吹き
付けとガスの吸引とを併行する請求項１又は２に記載し
たレーザ溶接方法。 - 【請求項４】 二つの筒状シールドガス吹き出し間で負
圧ノズル開口部からガスを吸引する請求項１〜３のいず
れか一項に記載したレーザ溶接方法。 - 【請求項５】 柱状イナートガスを円柱形状とし、筒状
シールドガスを円筒形状としてそれぞれのガスを吹き付
ける１〜４のいずれか一項に記載したレーザ溶接方法。 - 【請求項６】 各ノズル噴出口における各ガスの圧力に
つき、柱状イナートガスを最大圧力（Ｐ1 ）とし、最内
側筒状シールドガスの圧力（Ｐ2 ）を、最大圧力（Ｐ
1 ）より小さく、かつ、外側で隣合う筒状シールドガス
の圧力（Ｐ3 ）以上とする請求項１〜５のいずれか一項
に記載したレーザ溶接方法。 - 【請求項７】 レーザ光の集束光学系手段と、その前方
に位置するノズル部とを有し、ノズル部は、２個以上の
被溶接体の溶接部に向けての集束レーザ光照射口と、柱
状イナートガス噴射口との同軸ノズルを有するレーザ溶
接ヘッドを備えるレーザ溶接装置において、 ノズル部は、上記同軸ノズルを取り巻く外周側に、溶接
部に向け加圧シールドガスを筒状に吹き付ける１個以上
の別途ノズルを有することを特徴とするレーザ溶接装
置。 - 【請求項８】 ノズル部は、内側の別途ノズルの外周側
に筒状の負圧ノズルを有する請求項７に記載したレーザ
溶接装置。 - 【請求項９】 ノズル部は、同軸ノズルの軸線を中心軸
線として隔壁にて仕切る、円筒形状の別途ノズル及び円
筒形状の負圧ノズルを有する請求項７又は８に記載した
レーザ溶接装置。
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|---|---|---|---|
| JP2000135559A JP3385361B2 (ja) | 2000-05-09 | 2000-05-09 | レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置 |
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| EP01110451A EP1153696A3 (en) | 2000-05-09 | 2001-04-27 | A laser welding method and a laser welding apparatus |
| KR10-2001-0024887A KR100445836B1 (ko) | 2000-05-09 | 2001-05-08 | 레이저 용접 방법 및 레이저 용접 장치 |
| US09/850,839 US6667456B2 (en) | 2000-05-09 | 2001-05-08 | Laser welding method and a laser welding apparatus |
| CNB011177152A CN1181947C (zh) | 2000-05-09 | 2001-05-09 | 激光焊接方法和激光焊接装置 |
| HK02104052.5A HK1043080B (zh) | 2000-05-09 | 2002-05-31 | 激光焊接方法和激光焊接裝置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000135559A JP3385361B2 (ja) | 2000-05-09 | 2000-05-09 | レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001314985A JP2001314985A (ja) | 2001-11-13 |
| JP3385361B2 true JP3385361B2 (ja) | 2003-03-10 |
Family
ID=18643620
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000135559A Expired - Lifetime JP3385361B2 (ja) | 2000-05-09 | 2000-05-09 | レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置 |
Country Status (6)
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|---|---|
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| EP (2) | EP1584406A3 (ja) |
| JP (1) | JP3385361B2 (ja) |
| KR (1) | KR100445836B1 (ja) |
| CN (1) | CN1181947C (ja) |
| HK (1) | HK1043080B (ja) |
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