JP3392071B2 - レーザによるアーク誘導方法 - Google Patents
レーザによるアーク誘導方法Info
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- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- 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
Description
ク放電の誘導に関する。
t gas)溶接、MIG(metal inert
gas)溶接、C02、MAG(metal acti
vegas)溶接等の溶接の際、アーク発生位置を移動
させる場合、一般的には図9に示すように、フィラー電
極3を有するトーチ1を、加工対象である母材2に対し
て移動することによりアークを移動させることが多い。
載された方法では、図10に示すように、送給するワイ
ヤー19をフィラー屈曲用ギヤ6により屈曲させたり、
図11に示すように、偏心したチップをモータ9により
回転させながら、フィラー送給ホース11により送給さ
れるフィラー3を用いて、アーク放電4の位置を移動
し、溶接ビート7を形成して溶接する方法等がある。
ーク溶接方法として、特開昭62−263869号公報
に記載されたものがある。
技術におけるトーチを移動させる方法や、特開平5−1
46877号公報に記載されたワイヤ屈曲や、偏心チッ
プを回転させる場合においても、対象ワークの形状や、
磁気の影響等による問題から、必ずしも正確な位置へア
ーク放電を誘導することは容易ではなかった。
ーク誘導方法である、特開昭62−263869号公報
に記載された方法は、必ずしも確実に正確な位置にアー
クを誘導するに十分ものではなかった。
であり、その目的は、安定したアーク放電を所望の位置
に正確に行うが可能であり、アーク放電位置をレーザに
より安定的に誘導し、アーク放電そのものを安定化し得
るレーザによるアーク誘導方法を実現することである。
め、本発明は次のように構成される。 (1)被加工物の表面の加工予定位置にアークを誘導す
るアーク誘導方法において、(a)被加工物の表面の加
工予定位置にレーザを継続して照射し、(b)上記レー
ザの照射によって継続して生起されるプラズマに誘導さ
せて、アーク電極と上記加工予定位置との間にアークを
放電させ、上記レーザの継続照射期間中に周期的に電圧
値が変化するアーク放電電圧を、上記アーク電極と加工
予定位置との間に印加して、アーク放電によって生起さ
れるプラズマを消失若しくは低下させ、上記アークを、
上記レーザ照射によって生起されているプラズマに誘引
させる。
との間にアーク放電が発生した後、このアーク放電によ
るプラズマが発生する。アーク放電によるプラズマが発
生すると、上記レーザ光の照射位置とは異なる位置であ
り、アーク電極と被加工物とが最短距離となる位置にア
ーク放電が発生しようとする。このとき、アーク放電電
力はパルス状であるので、アーク放電電力が減少し、ア
ーク放電によるプラズマが消失し、アーク電極と被加工
物とが最短距離となる位置でのアーク放電の発生が防止
される。次に、アーク放電電力が立ち上がったときに
は、レーザ光により発生されたプラズマに導かれて、ア
ーク電極とレーザ光の照射位置との間にアーク放電が発
生する。
上記周期的に変化するアーク放電電圧は、交流電圧であ
る。
との間にアーク放電が発生した後、このアーク放電によ
るプラズマが発生する。アーク放電によるプラズマが発
生すると、上記レーザ光の照射位置とは異なる位置であ
り、アーク電極と被加工物とが最短距離となる位置にア
ーク放電が発生しようとする。このとき、アーク放電電
力は交流であるので、アーク放電電力が減少し、アーク
放電によるプラズマが消失し、アーク電極と被加工物と
が最短距離となる位置でのアーク放電の発生が防止され
る。次に、アーク放電電力が増加したときには、レーザ
光により発生されたプラズマに導かれて、アーク電極と
レーザ光の照射位置との間にアーク放電が発生する。
いて、上記周期的に変化するアーク放電電圧は、パルス
状電圧である。 (4)また、好ましくは、上記(3)において、上記パ
ルス状電圧のパルス間隔は、0.1ms以上である。
常、アーク放電レベルが減少してから約コンマ数msで
消失する。したがって、パルス状のアーク放電電力のパ
ルスとパルスとの間隔は、0.1ms以上あればよい。
を参照して説明する。ここで、本発明の原理について説
明する。
照射によりレーザ照射部からイオン化した金属蒸気と熱
電子等からなるプルームを発生し、ほぼ絶縁状態の空中
に対し、このプルーム発生により、トーチ電極と母材の
レーザ照射部間のインピーダンスは低下する。また、母
材のレーザ照射部は加熱され、熱電子が放出されるた
め、レーザの照射部にアーク放電が誘導されるものであ
る。
誘導を例とした本発明の原理説明図である。図1におい
て、トーチ1はTIG溶接用のトーチであり、図1中の
電極12には母材2に対し交流もしくはパルス状の電圧
が印加されている。なお、14は母材電極である。ま
た、トーチ1からはアルゴンガスが噴射されている。
6を集光レンズ15を介して照射すると、図2の(a)
に示すように、母材2に照射されたレーザ16によりプ
ラズマ13が母材2の溶接予定位置に発生させられる。
プラズマ13は導電性が外部雰囲気より高く、上述した
電極12と母材2との電位差により、電極12がマイナ
スの場合はプラズマ13の方向にアーク放電4が発生
し、レーザ16の照射位置に誘導される(図2の
(b))。
からアーク放電4が発生し、プラズマ13の領域を通っ
て電極12に放電する(図2の(c))。電極12と母
材2との間に印加される電圧が交流の場合は、図3に示
すように、上記の電極12と母材2の極性が交互に変化
するため上記の現象が交互に発生し放電される。
ーザスポットを起点にアーク放電4が発生するが、これ
はレーザ照射により母材2が局所的に加熱され、熱電子
が放出されやすい状態になっているためである。
よりプラズマ13が発生させられているため、母材2の
状態や電極12の状態に関わらず安定したアーク放電4
の発生を可能にする。
63869号公報に記載された技術の場合は、作用とし
てレーザ照射により母材から発生する熱電子のみの効果
でアーク誘導をするが、レーザ電源の電圧等の条件は記
載されていない。
に、アークの出力が一定電圧である場合、レーザ16に
よりプラズマ13が発生したあと、アーク電極3と母材
2との間の電圧によりアーク放電4が発生する。
アーク放電4により、このアーク放電4の周囲にプラズ
マ5が発生する。これにより、レーザ16によるプラズ
マ13の誘導効果が薄れ、図4の(c)に示すように、
アーク放電4が、アーク電極3と母材2との距離が最も
近い位置に移動してしまう。
のように、アーク放電電圧をパルス状もしくは交流とす
ることにより、レーザ16の照射位置とアーク電極3と
の距離が大となった場合でも、図4の(c)に示すよう
なレーザ照射位置とは異なる位置にアーク放電4が発生
するという事態を回避することができ、アーク放電4の
誘導幅を広げることができる。また、アーク放電4を安
定してレーザ照射位置に誘導することができる。
状態において、アーク放電4によるプラズマ5は発生し
ておらず、この状態では、アーク放電4はレーザ16に
よりプラズマ13が発生しているレーザ16の照射位置
に誘導されるからである。
ク放電4によりプラズマ5の発生が始まる。そして、パ
ルス状にアーク放電電圧が印加されるため、電圧が下が
りプラズマ5の発生を弱めてプラズマ5を消失させた
後、再び、図2の(c)に示すように、アーク電圧を上
げることにより、また、レーザ16照射位置にアーク放
電4を誘導することが可能となる。この現象はアーク電
圧が交流の場合も同様である。このように、ある特定の
条件により、安定確実なアーク誘導が可能となる。
アークを誘導する例では、TIGアークのレーザ誘導に
より高速の表面処理を行ったものがあるが、この場合、
TIGの電極とワークとのギャップが広く、移動速度が
高速であり、TIGアークの指向性が母材付近で失われ
る可能性がある。そのため、従来技術における上記TI
Gアークの誘導では、TIGアークが母材付近で高いエ
ネルギー密度を持つ領域での誘導は難しくなる。
ように、アーク放電電圧をパルス状もしくは交流として
いるので、レーザの照射位置とアーク電極との距離が大
となった場合でも、レーザ照射位置とは異なる位置にア
ーク放電が発生するという事態を回避することができ、
アーク放電を安定してレーザ照射位置に誘導することが
できる。
放電を所望の位置に正確に行うが可能であり、アーク放
電位置をレーザにより安定的に誘導し、アーク放電その
ものを安定化し得るレーザによるアーク誘導方法を実現
することができる。
6の母材2への照射位置(レーザスポット)は、適切な
方法により、移動できるものである。つまり、レーザ光
16をファイバーで伝送し、このファイバーからのレー
ザ出射口を集光レンズ15と共に移動させる方法を採用
することができる。
うに、レーザ光16に対して、レンズ15を移動するこ
とにより母材2上のレーザスポットを移動する方法も採
用することができる。
ミラー17に照射し、このミラー17から反射したレー
ザ光を集光レンズ15を介して母材2に照射する。そし
て、ミラー17を回動させることにより、母材2上のレ
ーザスポットを移動させることができる。
ヴェッジ基板18及び集光レンズ15を介して母材2に
照射する。そして、ヴェッジ基板18を回転させる事で
レーザ光16を移動させ、母材2上のレーザスポットを
移動させることができる。
し、かつ、図6〜図8に示した方法によりレーザ光16
の母材2上の照射位置を移動することで、アーク溶接の
ウェービングを正確に安定して行うことができる。
1に示した例のように、ワイヤーを屈曲させたり、電極
3を移動させたりする必要無く、ワーク2の形状に影響
を受けずに安定して正確にアークを誘導することが可能
となる。
は、通常、アーク放電レベルが減少してから約コンマ数
msで消失する。したがって、パルス状のアーク放電電
圧のパルスとパルスとの間隔は、0.1ms以上あれば
よい。
が消失した後に、アーク放電電圧を立ち上げて、アーク
放電を再開させるときには、レーザ光によるプラズマが
アーク放電を誘導するので、アーク電極からレーザ光の
照射位置にアーク放電を発生させることができる。
もしくは交流にすることにより、レーザを母材に照射
し、アーク放電を上記レーザの照射位置に正確に誘導す
ることが可能であり、さらに、レーザにより微量のプラ
ズマを発生させておくことになるため、安定したアーク
放電を可能にすることができる。
ーク放電を所望の位置に正確に行うが可能であり、アー
ク放電位置をレーザにより安定的に誘導し、アーク放電
そのものを安定化し得るレーザによるアーク誘導方法を
実現することができる。
た本発明の原理説明図である。
説明図である。
説明図である。
一例を示す図である。
他の例を示す図である。
の、さらに他の例を示す図である。
を示す図である。
の例を示す図である。
さらに他の例を示す図である。
Claims (4)
- 【請求項1】被加工物の表面の加工予定位置にアークを
誘導するアーク誘導方法において、 (a)被加工物の表面の加工予定位置にレーザを継続し
て照射し、 (b)上記レーザの照射によって継続して生起されるプ
ラズマに誘導させて、アーク電極と上記加工予定位置と
の間にアークを放電させ、上記レーザの継続照射期間中
に周期的に電圧値が変化するアーク放電電圧を、上記ア
ーク電極と加工予定位置との間に印加して、アーク放電
によって生起されるプラズマを消失若しくは低下させ、
上記アークを、上記レーザ照射によって生起されている
プラズマに誘引させることを特徴とするレーザによるア
ーク誘導方法。 - 【請求項2】請求項1記載のアーク誘導方法において、
上記周期的に変化するアーク放電電圧は、交流電圧であ
ることを特徴とするレーザによるアーク誘導方法。 - 【請求項3】請求項1記載のアーク誘導方法において、
上記周期的に変化するアーク放電電圧は、パルス状電圧
であることを特徴とするレーザによるアーク誘導方法。 - 【請求項4】請求項3記載のアーク誘導方法において、
上記パルス状電圧のパルス間隔は、0.1ms以上であ
ることを特徴とするレーザによるアーク誘導方法。
Priority Applications (7)
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---|---|---|---|
JP06963999A JP3392071B2 (ja) | 1999-03-16 | 1999-03-16 | レーザによるアーク誘導方法 |
US09/700,408 US6596969B1 (en) | 1999-03-16 | 2000-03-15 | Method for guiding arc by laser, and arc guiding welding and device by the method |
DE60013397T DE60013397T2 (de) | 1999-03-16 | 2000-03-15 | Verfahren zu führen eines lichtbogen mittels laser, schweissung mittels lichtbogenführung und vorrichtung zur durchführung dieser schweissung |
CNB008003173A CN1193857C (zh) | 1999-03-16 | 2000-03-15 | 激光的电弧感生方法以及用此方法进行的电弧感生焊接方法与设备 |
KR10-2000-7012122A KR100468810B1 (ko) | 1999-03-16 | 2000-03-15 | 레이저에 의한 아크유도방법 및 그것을 사용한 아크유도용접 및 장치 |
EP00909642A EP1136167B1 (en) | 1999-03-16 | 2000-03-15 | Method for guiding arc by laser, and arc guiding welding and device by the method |
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Family Applications (1)
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JP06963999A Expired - Fee Related JP3392071B2 (ja) | 1999-03-16 | 1999-03-16 | レーザによるアーク誘導方法 |
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JP (1) | JP3392071B2 (ja) |
-
1999
- 1999-03-16 JP JP06963999A patent/JP3392071B2/ja not_active Expired - Fee Related
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