JP3726379B2 - 水中レーザ溶接トーチ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、水中レーザ溶接トーチに関するものである。より詳しくは、少ないシールドガスで効果的にシールド領域を形成させ得るようにした水中レーザ溶接トーチに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
水中レーザ溶接トーチは、図7・図8に示すように、筒状のトーチ本体1の内部に、シールドガス通過孔2を有するレンズ支持部材3を用いてレンズ4を取付け、地上の図示しないレーザ発振器から発振されたレーザ光5をトーチ本体1へ導き、トーチ本体1内部のレンズ4で集光させた後、トーチ本体1先端の開口6から溶接材7へと照射させ、溶接材7を溶融させつつ必要に応じて溶加材8を盛込ませるなどして肉盛や溶接などを行わせるようにしたものである。
【0003】
この際、溶接材7の溶融部9を周囲の水10から保護するため、トーチ本体1へ供給したシールドガス11を、レンズ支持部材3に形成したシールドガス通過孔2及びトーチ本体1先端の開口6を介して溶融部9の周囲へ噴射させるようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の水中レーザ溶接トーチには、以下のような問題があった。
【0005】
即ち、水中レーザ溶接トーチを横向きにして使用した場合、トーチ本体1先端の開口6から溶接材7へ噴射されたシールドガス11は、浮力の影響により噴射と同時に、図に示すように、上方へ浮上してしまうため、十分なシールド領域12を確保することができなくなり、溶融部9に水10が侵入して溶接品質が低下される原因となっていた。
【0006】
これに対し、シールドガス11の噴射流量を増加させてシールド領域12の拡大を図ることが考えられるが、このようにした場合、多量のシールドガス11によって溶融部9にブローホールやアンダカットなどと呼ばれる溶接欠陥を引き起こしてしまうおそれがあり、しかも、高価なシールドガス11を多量に使用しなければならなくなるという問題や、多量のシールドガス11を流すためにトーチ本体1の寸法やシールドガス11の供給系統を大型化しなければならなくなるという問題があり、実用上無理がある。
【0007】
本発明は、上述の実情に鑑み、少ないシールドガスで効果的にシールド領域を形成させ得るようにした水中レーザ溶接トーチを提供することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では以下の手段を用いた。
【0009】
即ち、水13中に横向きに配置され、先端の漸縮部14に溶接材15へ向けてシールドガス16を噴射可能で且つレーザ光17を照射可能な開口18を有する筒状のトーチ本体19を設け、トーチ本体19先端の漸縮部14内部に、漸縮部14の内面との間にアシスト用シールドガス通路27となる周方向及び軸線方向に均等な間隙を形成する先細り円筒状の流路形成部材28を同心状に配設し、トーチ本体19先端と流路形成部材28との間にアシスト用シールドガス通路27を閉塞するアシスト用シールドガス流量調整部材30を取付け、アシスト用シールドガス流量調整部材30の上半部に、アシスト用シールドガス34をトーチ本体19先端の漸縮部14に沿い下方へ向けて噴射させるガス通過促進用孔31を形成し、又、アシスト用シールドガス流量調整部材30の下半部に、少量のアシスト用シールドガス34をトーチ本体19先端の漸縮部14に沿い上方へ向けて噴射させるガス通過規制用孔32を形成したことを特徴とする水中レーザ溶接トーチにかかるものである。
【0010】
この場合において、アシスト用シールドガス流量調整部材30に形成するガス通過促進用孔31とガス通過規制用孔32を、上半部のガス通過促進用孔31は数が多く成り下半部のガス通過規制用孔32は数が少なく成るようにしても良い。
【0011】
又、アシスト用シールドガス流量調整部材30に形成するガス通過促進用孔31とガス通過規制用孔32を、上半部のガス通過促進用孔31は孔径が大きく成り下半部のガス通過規制用孔32は孔径が小さく成るようにしても良い。
【0012】
又、アシスト用シールドガス流量調整部材30に形成するガス通過促進用孔31とガス通過規制用孔32を、上側のガス通過促進用孔31から下側のガス通過規制用孔32へと位置が低くなるに従い孔径が順次小さく成るようにしても良い。
【0013】
更に、アシスト用シールドガス流量調整部材30を着脱可能に取付けても良い。
【0014】
又、第二の発明は、水13中に横向きに配置され、先端の漸縮部14に溶接材15へ向けてシールドガス16を噴射可能で且つレーザ光17を照射可能な開口18を有する筒状のトーチ本体19を設け、トーチ本体19先端の漸縮部14に、先細り円筒状の流路形成部材28をトーチ本体19の漸縮部14の軸線に対して下方へ偏心配置させて、漸縮部14の内面との間に上方が広く成り下方が狭く成るアシスト用シールドガス通路27を形成したことを特徴とする水中レーザ溶接トーチにかかるものである。
【0015】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【0016】
トーチ本体19先端の漸縮部14内部に、漸縮部14の内面との間にアシスト用シールドガス通路27となる周方向及び軸線方向に均等な間隙を形成する先細り円筒状の流路形成部材28を支持部材29を介して同心状に配設し、トーチ本体19先端と流路形成部材28との間にアシスト用シールドガス通路27を閉塞するリング状をしたアシスト用シールドガス流量調整部材30を取付け、アシスト用シールドガス流量調整部材30の上半部にガス通過促進用孔31を形成し、又、アシスト用シールドガス流量調整部材30の下半部にガス通過規制用孔32を形成して、トーチ本体19へ供給されるシールドガス16の一部を、アシスト用シールドガス34としてアシスト用シールドガス通路27へ導き、アシスト用シールドガス通路27先端のアシスト用シールドガス流量調整部材30に形成した上半部のガス通過促進用孔31及び下半部のガス通過規制用孔32から噴射させるようにする。
【0017】
すると、アシスト用シールドガス流量調整部材30上半部のガス通過促進用孔31からは比較的多量のアシスト用シールドガス34がトーチ本体19先端の漸縮部14に沿い下方へ向けて噴射され、アシスト用シールドガス流量調整部材30下半部のガス通過規制用孔32からは少量のアシスト用シールドガス34がトーチ本体19先端の漸縮部14に沿い上方へ向けて噴射されることとなるので、トーチ本体19先端の開口18の中央から噴射されるシールドガス16の流れが全体として下方へ抑え込まれる形となる。
【0018】
これにより、トーチ本体19先端の開口18から溶接材15へ噴射されたシールドガス16が、浮力の影響により噴射と同時に、上方へ浮上してしまうことが防止され、全体として少ない量のシールドガス16で十分なシールド領域26を確保することが可能となり、溶融部24に水13が侵入することを防止して溶接品質を高めることが可能となる。
【0019】
又、本発明によれば、シールドガス16の一部をアシスト用シールドガス34として利用するようにしているため、シールドガス16の噴射流量を増加させてシールド領域26の拡大を図るのと異なるので、多量のシールドガス16によって溶融部24にブローホールやアンダカットなどと呼ばれる溶接欠陥を引き起こしてしまうことがない。しかも、高価なシールドガス16の使用量を抑えられるので、トーチ本体19の寸法やシールドガス16の供給系統を大型化しなければならなくなるという問題もない。更に、アシスト用シールドガス34の供給系統を特別に設ける必要もない。
【0020】
更に、場合に応じて、孔径が同じで上半部のガス通過促進用孔31は数が多く成り下半部のガス通過規制用孔32は数が少なく成るアシスト用シールドガス流量調整部材30や、上半部のガス通過促進用孔31は孔径が大きく成り下半部のガス通過規制用孔32は孔径が小さく成るアシスト用シールドガス流量調整部材30や、上側のガス通過促進用孔31から下側のガス通過規制用孔32へと位置が低くなるに従い孔径が順次小さく成るアシスト用シールドガス流量調整部材30の中から最適なものを選択・交換して使い分けるようにすることができる。
【0021】
加えて、アシスト用シールドガス流量調整部材30を取外してしまえば、通常の下向き水中レーザ溶接トーチ23として使うことも可能となる。
【0022】
又、第二の発明では、トーチ本体19の先端の漸縮部14にアシスト用シールドガス流量調整部材30を取付ける代りに、先細り円筒状の流路形成部材28をトーチ本体19の漸縮部14の軸線に対して下方へ偏心配置させて、漸縮部14の内面との間に上方が広く成り下方が狭く成るアシスト用シールドガス通路27を形成するようにしている。
【0023】
このようにしても、アシスト用シールドガス通路27上半部から比較的多量のアシスト用シールドガス34がトーチ本体19先端の漸縮部14に沿い下方へ向けて噴射され、アシスト用シールドガス通路27下半部から少量のアシスト用シールドガス34がトーチ本体19先端の漸縮部14に沿い上方へ向けて噴射されることとなるので、トーチ本体19先端の開口18の中央から噴射されるシールドガス16の流れを全体として下方へ抑え込ませることができる。
【0024】
これにより、トーチ本体19先端の開口18から溶接材15へ噴射されたシールドガス16が、浮力の影響により噴射と同時に、上方へ浮上してしまうことが防止され、全体として少ない量のシールドガス16で十分なシールド領域26を確保することが可能となり、溶融部24に水13が侵入することを防止して溶接品質を高めることが可能となる。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図示例と共に説明する。
【0026】
図1〜図4は、本発明の第一の実施の形態である。
【0027】
水13中に横向きに配置され、先端の漸縮部14に溶接材15へ向けてシールドガス16を噴射可能で且つレーザ光17を照射可能な開口18を有する筒状のトーチ本体19を設け、トーチ本体19の内部に、シールドガス通過孔20を有するレンズ支持部材21を用いてレーザ光17を集光可能なレンズ22を取付けることにより、水中レーザ溶接トーチ23を構成する。
【0028】
尚、図中、25は溶接材15の溶融部24へ供給される溶加材、26はトーチ本体19先端の開口18から噴射されたシールドガス16によって形成されるシールド領域である。
【0029】
そして、本発明では、トーチ本体19先端の漸縮部14内部に、漸縮部14の内面との間にアシスト用シールドガス通路27となる周方向及び軸線方向に均等な間隙を形成する先細り円筒状の流路形成部材28を支持部材29を介して同心状に配設し、トーチ本体19先端と流路形成部材28との間にアシスト用シールドガス通路27を閉塞するリング状をしたアシスト用シールドガス流量調整部材30を取付け、アシスト用シールドガス流量調整部材30の上半部にガス通過促進用孔31を形成し、又、アシスト用シールドガス流量調整部材30の下半部にガス通過規制用孔32を形成する。
【0030】
尚、34はアシスト用シールドガス通路27を通るアシスト用シールドガスである。
【0031】
ここで、アシスト用シールドガス流量調整部材30に形成するガス通過促進用孔31とガス通過規制用孔32は、例えば、図2に示すように、孔径が同じで上半部のガス通過促進用孔31は数が多く成り下半部のガス通過規制用孔32は数が少なく成るようにしても、図3に示すように、上半部のガス通過促進用孔31は孔径が大きく成り下半部のガス通過規制用孔32は孔径が小さく成るようにしても、図4に示すように、上側のガス通過促進用孔31から下側のガス通過規制用孔32へと位置が低くなるに従い孔径が順次小さく成るようにしても良い。
【0032】
尚、アシスト用シールドガス流量調整部材30は、トーチ本体19先端の内面に形成したネジ部33に交換可能に螺着することにより取付けさせるようにしても良い。
【0033】
又、トーチ本体19先端に流路形成部材28を支持する支持部材29は、トーチ本体19の周方向に対し複数取付けるようにする(図6参照)。
【0034】
次に、作動について説明する。
【0035】
地上の図示しないレーザ発振器から発振されたレーザ光17をトーチ本体19へ導き、トーチ本体19内部のレンズ22で集光させた後、トーチ本体19先端の開口18から溶接材15へと照射させ、溶接材15を溶融させつつ必要に応じて溶加材25を盛込ませるなどして肉盛や溶接などを行わせるようにする。
【0036】
この際、溶接材15の溶融部24を周囲の水13から保護するため、トーチ本体19へ供給したシールドガス16を、レンズ支持部材21に形成したシールドガス通過孔20及びトーチ本体19先端の開口18を介して溶融部24の周囲へ噴射させるようにする。
【0037】
しかし、水中レーザ溶接トーチ23を横向きにして使用した場合、トーチ本体19先端の開口18から溶接材15へ噴射されたシールドガス16は、浮力の影響により噴射と同時に、上方へ浮上してしまうため、十分なシールド領域26を確保することができなくなり、溶融部24に水13が侵入して溶接品質を低下させる原因となる。
【0038】
これに対し、シールドガス16の噴射流量を増加させてシールド領域26の拡大を図ることが考えられるが、このようにした場合、多量のシールドガス16によって溶融部24にブローホールやアンダカットなどと呼ばれる溶接欠陥を引き起こしてしまうおそれがあり、しかも、高価なシールドガス16を多量に使用しなければならなくなるという問題や、多量のシールドガス16を流すためにトーチ本体19の寸法やシールドガス16の供給系統を大型化しなければならなくなるという問題があり、実用上無理がある。
【0039】
そこで本発明では、トーチ本体19先端の漸縮部14内部に、漸縮部14の内面との間にアシスト用シールドガス通路27となる周方向及び軸線方向に均等な間隙を形成する先細り円筒状の流路形成部材28を支持部材29を介して同心状に配設し、トーチ本体19先端と流路形成部材28との間にアシスト用シールドガス通路27を閉塞するリング状をしたアシスト用シールドガス流量調整部材30を取付け、アシスト用シールドガス流量調整部材30の上半部にガス通過促進用孔31を形成し、又、アシスト用シールドガス流量調整部材30の下半部にガス通過規制用孔32を形成して、トーチ本体19へ供給されるシールドガス16の一部を、アシスト用シールドガス34としてアシスト用シールドガス通路27へ導き、アシスト用シールドガス通路27先端のアシスト用シールドガス流量調整部材30に形成した上半部のガス通過促進用孔31及び下半部のガス通過規制用孔32から噴射させるようにする。
【0040】
すると、アシスト用シールドガス流量調整部材30上半部のガス通過促進用孔31からは比較的多量のアシスト用シールドガス34がトーチ本体19先端の漸縮部14に沿い下方へ向けて噴射され、アシスト用シールドガス流量調整部材30下半部のガス通過規制用孔32からは少量のアシスト用シールドガス34がトーチ本体19先端の漸縮部14に沿い上方へ向けて噴射されることとなるので、トーチ本体19先端の開口18の中央から噴射されるシールドガス16の流れが全体として下方へ抑え込まれる形となる。
【0041】
これにより、トーチ本体19先端の開口18から溶接材15へ噴射されたシールドガス16が、浮力の影響により噴射と同時に、上方へ浮上してしまうことが防止され、全体として少ない量のシールドガス16で十分なシールド領域26を確保することが可能となり、溶融部24に水13が侵入することを防止して溶接品質を高めることが可能となる。
【0042】
又、本発明によれば、シールドガス16の一部をアシスト用シールドガス34として利用するようにしているため、シールドガス16の噴射流量を増加させてシールド領域26の拡大を図るのと異なるので、多量のシールドガス16によって溶融部24にブローホールやアンダカットなどと呼ばれる溶接欠陥を引き起こしてしまうことがない。しかも、高価なシールドガス16の使用量を抑えられるので、トーチ本体19の寸法やシールドガス16の供給系統を大型化しなければならなくなるという問題もない。更に、アシスト用シールドガス34の供給系統を特別に設ける必要もない。
【0043】
更に、場合に応じて、図2に示すように、孔径が同じで上半部のガス通過促進用孔31は数が多く成り下半部のガス通過規制用孔32は数が少なく成るアシスト用シールドガス流量調整部材30や、図3に示すように、上半部のガス通過促進用孔31は孔径が大きく成り下半部のガス通過規制用孔32は孔径が小さく成るアシスト用シールドガス流量調整部材30や、図4に示すように、上側のガス通過促進用孔31から下側のガス通過規制用孔32へと位置が低くなるに従い孔径が順次小さく成るアシスト用シールドガス流量調整部材30の中から最適なものを選択・交換して使い分けるようにすることができる。
【0044】
加えて、アシスト用シールドガス流量調整部材30を取外してしまえば、通常の下向き水中レーザ溶接トーチ23として使うことも可能となる。
【0045】
図5・図6は、本発明の第二の実施の形態であり、トーチ本体19の先端の漸縮部14にアシスト用シールドガス流量調整部材30を取付ける代りに、先細り円筒状の流路形成部材28をトーチ本体19の漸縮部14の軸線に対して下方へ偏心配置させて、漸縮部14の内面との間に上方が広く成り下方が狭く成るアシスト用シールドガス通路27を形成するようにしたものである。
【0046】
このようにしても、アシスト用シールドガス通路27上半部から比較的多量のアシスト用シールドガス34がトーチ本体19先端の漸縮部14に沿い下方へ向けて噴射され、アシスト用シールドガス通路27下半部から少量のアシスト用シールドガス34がトーチ本体19先端の漸縮部14に沿い上方へ向けて噴射されることとなるので、トーチ本体19先端の開口18の中央から噴射されるシールドガス16の流れを下方へ抑え込ませることができる。
【0047】
これにより、トーチ本体19先端の開口18から溶接材15へ噴射されたシールドガス16が、浮力の影響により噴射と同時に、上方へ浮上してしまうことが防止され、全体として少ない量のシールドガス16で十分なシールド領域26を確保することが可能となり、溶融部24に水13が侵入することを防止して溶接品質を高めることが可能となる。
【0048】
上記以外については、前記実施の形態と同様の構成を備えており、同様の作用・効果を得ることができる。
【0049】
尚、本発明は、上述の実施の形態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。
【0050】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の水中レーザ溶接トーチによれば、少ないシールドガスで効果的にシールド領域を形成させることができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施の形態の概略側方断面図である。
【図2】図1をII−II方向から見たガス通過促進用孔とガス通過規制用孔の状態を示す図である。
【図3】図2と同様のガス通過促進用孔とガス通過規制用孔の状態を示す図である。
【図4】図2と同様のガス通過促進用孔とガス通過規制用孔の状態を示す図である。
【図5】本発明の第二の実施の形態の概略側方断面図である。
【図6】図5をVI−VI方向から見た図である。
【図7】従来例の概略側方断面図である。
【図8】図7をVIII−VIII方向から見た図である。
【符号の説明】
13 水
14 漸縮部
15 溶接材
16 シールドガス
17 レーザ光
18 開口
19 トーチ本体
27 アシスト用シールドガス通路
28 流路形成部材
30 アシスト用シールドガス流量調整部材
31 ガス通過促進用孔
32 ガス通過規制用孔
34 アシスト用シールドガス
Claims (6)
- 水(13)中に横向きに配置され、先端の漸縮部(14)に溶接材(15)へ向けてシールドガス(16)を噴射可能で且つレーザ光(17)を照射可能な開口(18)を有する筒状のトーチ本体(19)を設け、トーチ本体(19)先端の漸縮部(14)内部に、漸縮部(14)の内面との間にアシスト用シールドガス通路(27)となる周方向及び軸線方向に均等な間隙を形成する先細り円筒状の流路形成部材(28)を同心状に配設し、トーチ本体(19)先端と流路形成部材(28)との間にアシスト用シールドガス通路(27)を閉塞するアシスト用シールドガス流量調整部材(30)を取付け、アシスト用シールドガス流量調整部材(30)の上半部に、アシスト用シールドガス(34)をトーチ本体(19)先端の漸縮部(14)に沿い下方へ向けて噴射させるガス通過促進用孔(31)を形成し、又、アシスト用シールドガス流量調整部材(30)の下半部に、少量のアシスト用シールドガス(34)をトーチ本体(19)先端の漸縮部(14)に沿い上方へ向けて噴射させるガス通過規制用孔(32)を形成したことを特徴とする水中レーザ溶接トーチ。
- アシスト用シールドガス流量調整部材(30)に形成するガス通過促進用孔(31)とガス通過規制用孔(32)を、上半部のガス通過促進用孔(31)は数が多く成り下半部のガス通過規制用孔(32)は数が少なく成るようにした請求項1記載の水中レーザ溶接トーチ。
- アシスト用シールドガス流量調整部材(30)に形成するガス通過促進用孔(31)とガス通過規制用孔(32)を、上半部のガス通過促進用孔(31)は孔径が大きく成り下半部のガス通過規制用孔(32)は孔径が小さく成るようにした請求項1記載の水中レーザ溶接トーチ。
- アシスト用シールドガス流量調整部材(30)に形成するガス通過促進用孔(31)とガス通過規制用孔(32)を、上側のガス通過促進用孔(31)から下側のガス通過規制用孔(32)へと位置が低くなるに従い孔径が順次小さく成るようにした請求項1記載の水中レーザ溶接トーチ。
- アシスト用シールドガス流量調整部材(30)を着脱可能に取付けた請求項1〜4いずれか記載の水中レーザ溶接トーチ。
- 水(13)中に横向きに配置され、先端の漸縮部(14)に溶接材(15)へ向けてシールドガス(16)を噴射可能で且つレーザ光(17)を照射可能な開口(18)を有する筒状のトーチ本体(19)を設け、トーチ本体(19)先端の漸縮部(14)に、先細り円筒状の流路形成部材(28)をトーチ本体(19)の漸縮部(14)の軸線に対して下方へ偏心配置させて、漸縮部(14)の内面との間に上方が広く成り下方が狭く成るアシスト用シールドガス通路(27)を形成したことを特徴とする水中レーザ溶接トーチ。
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