JP3768394B2 - Laser / plasma composite processing equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接,切断,穴開け,加熱,溶融等の加工を行なうレ−ザ加工装置に関し、特に、レーザとプラズマを複合した加工装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えばレーザ溶接は、低歪,高速溶接が可能であるが、レーザ光はスポット径が小さいことから突合わせ溶接においてギャップ裕度が少なく、溶接材の高い突合わせ精度が要求される。特開平2−52183号公報には、突合わせ精度が粗くてもCO2レーザによる突合わせ溶接を実現するために、CO2レーザの照射に先行して付き合わせ部をプラズマ溶接するプラズマアーク併用のレーザ溶接方法が開示されている。
【0003】
この方法によれば、ギャップ裕度が大きくなりレーザ突合わせ溶接の品質が向上する。しかし、レーザ溶接の能率は、あまり向上しない。ここで能率とは、レーザパワーに対する、溶接対象材の厚み×溶接速度、である。
【0004】
特開平10−180479号公報には、レーザトーチの先端部に、プラズマ発生用のリング状又は円錐筒状のプラズマ電極とノズル部材を備えて、レーザ光を該プラズマ電極の中央の開口に通して、溶接対象材の同一点に同時にプラズマジェットとレーザ光を照射する溶接トーチが開示されている。プラズマジェットの中心を通って収束するレーザ光が、プラズマジェットにそれを絞るように作用して、溶接対象材に作用するプラズマジェット密度(エネルギ密度)が高くなって溶接能率が向上する、と説明されている。
【0005】
しかしながら、リング状又は筒状のプラズマ電極は、一周の全点でアークを発生することができるが、アークが一点に留まってそこが消耗して電極形状が乱れて放電特性が不安定になりやすいと考えられる。つまり、プラズマ電極の安定動作時間が短いと推察される。
【0006】
特開平10−216979号公報には、レーザトーチの先端部に、下端のノズルに連なる円錐状の空間を形成し、そこにリング状又は円錐筒状の陰極電極と陽極電極を上下に設けて、それらの間にプラズマアーク電流を流す、非移行式プラズマ併用のレーザ加工ヘッドが開示されている。しかしながらこれにおいても、アークが一点に留まってそこが消耗して電極形状が乱れて放電特性が不安定になりやすいと考えられる。つまり、プラズマ電極の安定動作時間が短いと推察される。また、非移行式プラズマ発生であるので、ヘッドと溶接対象材との距離裕度が非常に小さいと考えられる。
【0007】
特開平5−69165号公報には、レーザトーチの先端部に、TIG溶接用の筒状電極を備えて、レーザ光を該電極の中央の開口に通して、溶接対象材に照射するレーザ併用のTIG溶接トーチが開示されている。これにおいても、アークが一点に留まってそこが消耗して電極形状が乱れて放電特性が不安定になりやすいと考えられる。
【0008】
特開平9−122950号公報には、レーザ光の集光用レンズ群の光軸位置にTIG溶接電極を配置した複合溶接ヘッドが開示されている。このTIG溶接電極は丸鉛筆の中実棒状の電極であり、その下端の尖端にTIGアークが集中し、アークが安定であると推察される。しかしTIG下端部がトーチ外に露出し、電極の尖端直下にレーザ光が収束するので、溶接ヒュームによってレーザがさえぎられ、溶接能率の改善は低いと推察される。
【0009】
ところで、アルミへのYAGレーザ溶接は、ブローホールの発生,表面でのレーザ光の反射等の問題がある。すなわち、反射光の戻り光によりレーザ加工ヘッドのレンズ系,光ファイバの破損が起こる場合がある。極端な例ではあるが、YAGレーザロッドまで破損する場合がある。これを避けるため、加工ヘッドを傾けて直接反射光が加工ヘッド内に戻るのを防いでいる。しかし、加工ヘッドを傾けることによって、アルミ表面でのレーザ光の反射量が増え、有効にレーザ光エネルギを与えられない。また、アルミ表面の酸化皮膜は融点が高いので、高速溶接が困難である。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、加工能率が高く、しかもプラズマ発生が安定するレ−ザ/プラズマ複合の加工装置を提供することを第1の目的とし、小出力のYAGレーザで高出力のYAGレーザと同等の加工性能を得ることを第2の目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
(1)円周面に冷却水流路 (4) がある小径円柱が下端の外フランジから上方に突出し、前記外フランジの下端面に開きレ−ザ光束(21)の光軸(22)が貫通するノズル(2)があって、該ノズル (2) と連続しそれより大きい開口で前記小径円柱の上端面に開いた空間 (3) がある、ノズル部材(1);
丸穴を有しそこに前記小径円柱を受け入れて前記ノズル部材(1)を支持する絶縁部材(6);
尖端を有する中実棒状のプラズマ電極(18);
前記ノズル (2) に向かうレ−ザ光束 (21) が通る開口 (13) を有し、前記プラズマ電極(18)を、それが前記光軸(22)に対して傾斜しかつ該光軸(22)より退避した位置から尖端が前記空間 (3) を通して前記ノズル(2)に指向する姿勢および位置に保持する、前記絶縁部材(6)に結合された電極支持部材(12,14);
前記絶縁部材 (6) と電極支持部材 (12,14) との間にあってプラズマガスを前記ノズル部材 (1) の前記空間 (3) に供給する手段 (8 〜 11) ; および、
前記レーザ光束(21)を放射するレーザヘッド(17)に前記電極支持部材(12,14)を結合する手段(16);
を備えるレ−ザ/プラズマ複合の加工装置。
【0012】
なお、理解を容易にするためにカッコ内には、図面に示し後述する実施例の対応要素又は対応事項の符号を、参考までに付記した。以下も同様である。
【0013】
これによれば、ノズル(2)を通って収束するレーザ光が、プラズマ電極下部に発生するプラズマジェットを通過してそれに作用し、溶接対象材に作用するプラズマジェット密度(エネルギ密度)が高くなって溶接能率が向上する。プラズマ電極(18)が尖った先端を有する中実棒状であるので、プラズマアークが該尖った先端に集中してそこに留まり、安定する。従って、プラズマ照射の安定動作時間が長い。プラズマジェットがヒュームを排斥するので、それらによるエネルギの遮断が少なく、この点からも、溶接能率が向上する。
【0014】
【発明の実施の形態】
(2)前記冷却水流路 (4) は前記小径円柱の首部にある;上記(1)に記載のレ−ザ/プラズマ複合の加工装置。
【0015】
(3)前記プラズマガスを前記ノズル部材 (1) の前記空間 (3) に供給する手段 (8 〜 11) は、前記レ−ザ光束 (21) が通る開口を有し該開口の内周面に、周に沿う方向に開いたプラズマガス流路(9)を有するプラズマガス口 (8) 、を含む;上記(1)又は(2)に記載のレ−ザ/プラズマ複合の加工装置。これによれば、プラズマガス流路(9)から吹込まれたプラズマガスが旋回しながら前記ノズル部材 (1) の前記空間 (3) に入って電極(18)のアークで電離されてノズル(2)から小径の旋回流のプラズマジェットになって出る。光軸を中心にしたサイクロン状に旋回するので、プラズマジェット噴射の方向安定性が高い。
【0016】
(4)前記ノズル部材 (1) の前記空間 (3) は、前記小径円柱の上端面に開いた大きい開口から前記ノズル (2) に連なる小さい開口との間の円錐面 (3) で囲まれた;上記(3)に記載の、レ−ザ/プラズマ複合の加工装置。これによれば、プラズマガスが円錐面(3)に沿って小径の旋回に収束し電極(18)のアークで電離されてノズル2からプラズマジェットになって出る。光軸を中心にしたサイクロン状に旋回して中心に収束するので、プラズマジェット噴射の方向安定性がより高い。
【0017】
(5)前記電極支持部材(12,14)の、前記レーザ光束(21)を通すための前記開口(13)は、前記プラズマガス口 (8) の前記開口よりも小径である;上記(3)又は(4)に記載のレ−ザ/プラズマ複合の加工装置。これにより、電極支持部材(12,14)が、プラズマガスの旋回流の、レーザ光源に戻る方向の移動をさえぎるので、旋回収束の力が強い。
【0018】
(6)レーザはYAGレーザである。YAGレーザは金属材料の光吸収率がCO2レーザの数倍であるので、効率の良い溶接が可能である。また、波長がCO2レーザの1/10であるので、溶接時に発生するプラズマの影響を受けにくい。YAGレーザはフレキシブルな光フアイバで伝送できるので、ハンドリングが容易で多関節ロボットの利用も可能である。また、100m程度までの離れた場所への伝送が可能である。一方、YAGレーザは、イニシャルコストが高いので、自動車生産ラインのように複数台の設備を導入する場合には、設備費が膨大なものとなるが、レーザ光を時間分割(タイムシェアリング)、空間分割(パワーシェアリング)で、複数の加工ステーションに分配伝送して加工に用いることができ、高い利用効率を得られる。
【0019】
本発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以下の実施例の説明より明らかになろう。
【0020】
【実施例】
図1に本発明の1実施例の主要部を示す。YAGレーザヘッド17のYAGレーザ光束21の光軸22を中心としたノズル2を有するノズル部材1の外フランジが、図示しない複数のねじ(光軸22を中心に90度ピッチで分布する4本)によってノズル受け6に固着されている。ノズル部材1の小径円柱は、ノズル受け6の丸穴に挿入されて円柱外周面がOリング7を圧縮している。また、前記図示しない複数のねじ止めにより、ノズル部材1の外フランジがOリング5を圧縮している。ノズル部材1の小径円柱の首部にはリング状の冷却水流路4があり、この流路4が、Oリング5と7で気密にシールされている。なお、ノズル受け6には、この流路4に冷却水を供給するための注入ポートおよび流路4から冷却水を排水するための排出ポートがあるが、それらの図示は省略した。
【0021】
ノズル部材1の小径円柱の内端面には、ノズル2を底としそれに連続する円錐面3があり、これが円錐空間を規定している。
【0022】
ノズル受け6の内側の端面にはリング状の溝が刻まれており、そこに略小径リング状のプラズマガス口8が嵌め込まれ、その半径方向外方に略大径リング状のガスケット10があって、ガス口8の外周面との間にリング状のプラズマガス通流空間23を区画している。ガス口8には、その外周面と内周面に開き内周面の接線方向にガス口8を貫通する複数のプラズマガス注入ノズル9が開けられている。ガスケット10には、プラズマガス通流空間23に連通するプラズマガス注入ポート11がある。
【0023】
プラズマガス口8およびガスケット10の上に、電極ホルダ12があり、その中心穴13の直径はガス口8の内周面の直径より小さく、したがって電極ホルダ12は、ガス口8の内空間の庇となり、プラズマガス注入ノズル9からガス口8の内空間に入って旋回するプラズマガスの上方への放散を抑え旋回力を強くする。
【0024】
電極ホルダ12には図に示すように、尖った先端を有する中実棒状(丸鉛筆状)のプラズマ電極18を、それが光軸(トーチ軸)22に対して傾斜しかつ光軸22より退避した位置からノズル2に指向する姿勢に受け入れる通し穴があり、その穴をプラズマ電極18が貫通している。電極ホルダ12にはその外周面から通し穴に至るねじ穴があり、このねじ穴にねじ込まれた留めねじ19の締めつけによって、プラズマ電極18が電極ホルダ12に固定されている。20はロックナットである。
【0025】
電極ホルダ12には絶縁台14が載せられている。絶縁台14,電極ホルダ12,ブラケット10およびノズル受け6は、それらを貫通しノズル受け6にねじ込まれた複数個のボルト15(光軸22を中心に120度ピッチで分布する3本)で一体に固着されている。
【0026】
YAGレーザヘッド17の下端外周の雄ねじに、フランジ付き雌ねじ筒16がねじ結合しており、この雌ねじ筒16に、そのフランジのねじ通し穴を貫通し絶縁台14にねじ込まれた複数のねじ(光軸22を中心に120度ピッチで分布する3本)で、絶縁台14が固着されている。
【0027】
この実施例では、プラズマ電極18の尖つた先端にアーク放電の電界を集中させ、電極の先端部以外への電解集中を避けるように、電極ホルダ12を導電体(銅製)とし、これに伴って、電極ホルダ12の絶縁のために、ノズル受け6,プラズマガス口8,ガスケット10および台14を絶縁体(セラミック)とした。ノズル部材1は導電体(銅製)である。
【0028】
プラズマ電極18とノズル部材1には、パイロット電源PSp,高周波高電圧のトリガ回路HFおよびパイロットスイッチSWpを含むパイロット電源回路が接続されており、プラズマ電極18と突合わせ溶接対象材OB1には、移行式交流プラズマ電源PSmおよびメインスイッチSWmを含むメインプラズマ電源回路が接続されている。
【0029】
冷却水およびプラズマガスの供給を開始し、必要に応じてレーザヘッド17においてもレーザ集束のためのレンズをパージするガスの供給を開始し、パイロットスイッチSWpをオンにしそしてトリガ回路HFを駆動してノズル部材1/プラズマ電極18間に電気放電をトリガする。これによりパイロットプラズマが着火すると、トリガ回路HFはオフにしてメインスイッチSWmをオンにする。これにより溶接対象材OB1/プラズマ電極18間に移行式交流プラズマアークが発生し、プラズマ溶接動作状態になる。ここでYAGレーザ光束21の射出を開始すると、レ−ザ/プラズマ複合の、高能率の突合わせ溶接動作状態になる。
【0030】
交流プラズマアークは、正極,逆極性アークが交互に短い周期で切換りそれぞれ加工対象材すなわち母材に移行するものであり、逆極性アークが母材表面に陰極点を形成し、母材例えばアルミの表面の酸化皮膜(アルミナ)を溶融除去する。この結果、アルミ表面は梨地状に荒れてレーザ光は乱反射し、直接反射光がヘッド内に戻ることが無くなる。梨地状になったアルミ表面は、レーザ光の吸収率が向上する。アルミのレーザ溶接の場合、エネルギ集中度が高く、高速深溶け込み溶接が可能であるが、熱伝導度が高いため溶融池の凝固が早く、シールドガスがトラップされやすくブローホールが発生しやすい。上記実施例の交流プラズマを付加したYAGレーザ溶接では、プラズマによって形成された溶融池は、レーザによる溶融池より大きく、プラズマの溶融池攪拌によってガスが抜けやすく、ブローホールが起きにくい。レーザ光はスポット径が小さいことから突合わせ溶接においてギャップ裕度が少なく、アルミ溶接においては特に、溶融池の凝固が早く、密着した突合わせが必要であって被溶接材の切断および溶接部拘束方法がシビアに要求されるが、プラズマ溶接との複合にする事によりギャップ裕度が緩和される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の1実施例の主要部を示す縦断面図である。
【符号の説明】
1:ノズル部材 2:ノズル
3:円錐面 4:冷却水流路
5:Oリング 6:ノズル受け
7:Oリング 8:プラズマガス口
9:ガス注入ノズル 10:ガスケット
11:ガス注入ポート 13:中心穴
14:絶縁台 15:ボルト
16:雌ねじ筒 17:YAGレーザヘッド
18:プラズマ電極 19:留めねじ
20:ロックナット 21:YAGレーザ光束
22:光軸 23:ガス通流空間[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser processing apparatus that performs processing such as welding, cutting, drilling, heating, and melting, and more particularly, to a processing apparatus that combines laser and plasma.
[0002]
[Prior art]
For example, laser welding is capable of low distortion and high-speed welding, but since laser light has a small spot diameter, gap tolerance is small in butt welding, and high butting accuracy of the welding material is required. In Japanese Patent Laid-Open No. 2-52183, laser welding using plasma arc combined with plasma welding of an abutting portion prior to CO2 laser irradiation in order to realize butt welding with a CO2 laser even if the butt accuracy is rough. A method is disclosed.
[0003]
According to this method, the gap tolerance is increased and the quality of laser butt welding is improved. However, the efficiency of laser welding does not improve much. Here, the efficiency is the thickness of the material to be welded x the welding speed with respect to the laser power.
[0004]
JP-A-10-180479 discloses a plasma generating ring-shaped or conical cylindrical plasma electrode and a nozzle member at the tip of a laser torch, and allows laser light to pass through the central opening of the plasma electrode. A welding torch for irradiating a plasma jet and a laser beam simultaneously on the same point of a material to be welded is disclosed. The explanation is that the laser beam focused through the center of the plasma jet acts to constrict it to the plasma jet, increasing the plasma jet density (energy density) acting on the material to be welded and improving the welding efficiency. Has been.
[0005]
However, the ring-shaped or cylindrical plasma electrode can generate an arc at all points in one round, but the arc stays at one point and is consumed, and the shape of the electrode is disturbed and the discharge characteristics are likely to be unstable. it is conceivable that. That is, it is assumed that the stable operation time of the plasma electrode is short.
[0006]
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-216979, a conical space connected to a nozzle at the lower end is formed at the tip of a laser torch, and a ring-shaped or conical cylindrical cathode electrode and an anode electrode are provided on the upper and lower sides. A laser machining head using a non-transfer type plasma is disclosed in which a plasma arc current is passed between the two. However, even in this case, it is considered that the arc remains at one point and is consumed, the electrode shape is disturbed, and the discharge characteristics are likely to be unstable. That is, it is assumed that the stable operation time of the plasma electrode is short. Further, since non-transfer type plasma generation, it is considered that the distance tolerance between the head and the material to be welded is very small.
[0007]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-69165 discloses a TIG used in combination with a laser that includes a cylindrical electrode for TIG welding at the tip of a laser torch, and irradiates a welding target material with laser light through an opening in the center of the electrode. A welding torch is disclosed. Even in this case, it is considered that the arc remains at one point and is consumed, the electrode shape is disturbed, and the discharge characteristics are likely to be unstable.
[0008]
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 9-122950 discloses a composite welding head in which a TIG welding electrode is disposed at the optical axis position of a laser light condensing lens group. This TIG welding electrode is a solid rod-like electrode of a round pencil, and it is assumed that the TIG arc is concentrated at the tip of the lower end thereof and the arc is stable. However, the lower end of the TIG is exposed to the outside of the torch, and the laser beam is focused just below the tip of the electrode. Therefore, it is assumed that the laser is blocked by the welding fume and the improvement in welding efficiency is low.
[0009]
By the way, YAG laser welding to aluminum has problems such as generation of blowholes and reflection of laser light on the surface. That is, the return light of the reflected light may damage the lens system of the laser processing head and the optical fiber. Although it is an extreme example, the YAG laser rod may be damaged. In order to avoid this, the machining head is tilted to prevent direct reflected light from returning into the machining head. However, by tilting the machining head, the amount of reflection of the laser beam on the aluminum surface increases, and the laser beam energy cannot be effectively applied. In addition, since the oxide film on the aluminum surface has a high melting point, high-speed welding is difficult.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention, machining efficiency is high and plasma generation les stable - to provide a processing apparatus for The / plasma complexed with the first object, equivalent to YAG laser of a high output YAG laser of low output A second object is to obtain machining performance.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
(1) A small-diameter cylinder with a cooling water channel (4 ) on the circumferential surface protrudes upward from the outer flange at the lower end, and the optical axis (22) of the laser beam (21) opens through the lower end surface of the outer flange. A nozzle member (1) having a space (3) which is continuous with the nozzle (2) and has an opening larger than the nozzle (2) and which is open on an upper end surface of the small-diameter cylinder ;
An insulating member (6) having a round hole and receiving the small-diameter cylinder therein to support the nozzle member (1 ) ;
A solid rod-shaped plasma electrode (18) having a point ;
An opening (13) through which a laser beam (21) toward the nozzle (2) passes , and the plasma electrode (18) is inclined with respect to the optical axis (22) and the optical axis ( 22) an electrode support member (12, 14) coupled to the insulating member (6) , which is held in a posture and position in which the tip is directed to the nozzle (2 ) through the space (3) from a position retracted from the position;
Said insulating member (6) and the electrode support member (12, 14) means for supplying a plasma gas be in the space (3) of the nozzle member (1) between the (8-11); and,
Means (16) for coupling the electrode support members (12, 14) to a laser head (17) that emits the laser beam (21);
A laser / plasma composite processing apparatus.
[0012]
In addition, in order to make an understanding easy, the code | symbol of the corresponding element or the corresponding matter of the Example shown in drawing and mentioned later is added in the parenthesis for reference. The same applies to the following.
[0013]
According to this, the laser beam converged through the nozzle (2) passes through and acts on the plasma jet generated at the lower part of the plasma electrode, and the plasma jet density (energy density) acting on the material to be welded is increased. This improves welding efficiency. Since the plasma electrode (18) has a solid rod shape having a sharp tip, the plasma arc concentrates on the sharp tip and stays there and is stabilized. Therefore, the stable operation time of plasma irradiation is long. Since the plasma jet eliminates the fumes, there is little interruption of energy by them, and this also improves the welding efficiency .
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(2) The cooling water flow path (4) is at the neck of the small-diameter cylinder; the laser / plasma composite processing apparatus according to (1) above .
[0015]
(3) wherein the means for supplying to the space (3) (8-11) of the plasma gas the nozzle member (1), the Le - inner circumferential surface of the laser light beam (21) has an opening through which opening A laser gas port (8) having a plasma gas flow path (9) opened in a direction along the circumference ; the laser / plasma composite processing apparatus according to (1) or (2) above . According to this, the plasma gas blown from the plasma gas flow path (9) enters the space (3) of the nozzle member (1) while swirling and is ionized by the arc of the electrode (18), and the nozzle (2 ) from Dell become a plasma jet of the small diameter of the swirling flow. Since it turns in a cyclone around the optical axis, the direction stability of plasma jet injection is high.
[0016]
(4) The space (3 ) of the nozzle member (1 ) is surrounded by a conical surface (3) between a large opening opened at the upper end surface of the small-diameter cylinder and a small opening connected to the nozzle (2). The laser / plasma composite processing apparatus according to (3) above . According to this, the plasma gas converges on a small-diameter turn along the conical surface (3), is ionized by the arc of the electrode (18), and exits from the
[0017]
(5) the electrode supporting member (12, 14), said opening for passing the laser beam (21) (13), the smaller in diameter than the opening of the plasma gas inlet (8); the (3 Or the laser / plasma composite processing apparatus according to (4) . Accordingly, the electrode support member (12, 14) is, the swirling flow of the plasma gas, Runode shielding the moving direction of returning to the laser light source, the force of the orbiting convergence is strong.
[0018]
( 6 ) The laser is a YAG laser. Since the YAG laser has a light absorption rate of the metal material several times that of the CO2 laser, efficient welding is possible. Moreover, since the wavelength is 1/10 of the CO2 laser, it is not easily affected by plasma generated during welding. Since the YAG laser can be transmitted by a flexible optical fiber, it can be handled easily and an articulated robot can be used. Moreover, transmission to a distant place up to about 100 m is possible. On the other hand, the YAG laser has a high initial cost, so when introducing multiple facilities as in the automobile production line, the equipment cost becomes enormous. However, the laser light is time-divided (time sharing), With space division (power sharing), it can be distributed and transmitted to a plurality of processing stations and used for processing, and high utilization efficiency can be obtained.
[0019]
Other objects and features of the present invention will become apparent from the following description of embodiments with reference to the drawings.
[0020]
【Example】
FIG. 1 shows the main part of one embodiment of the present invention. The outer flange of the
[0021]
On the inner end surface of the small-diameter cylinder of the
[0022]
A ring-shaped groove is formed on the inner end face of the nozzle receiver 6, and a substantially small-diameter ring-shaped
[0023]
Above the
[0024]
As shown in the figure, the electrode holder 12 has a solid rod-shaped (round pencil-shaped)
[0025]
An insulating table 14 is placed on the electrode holder 12. The insulating
[0026]
A female screw cylinder 16 with a flange is screwed to a male screw on the outer periphery of the lower end of the
[0027]
In this embodiment, the electrode holder 12 is made of a conductor (copper) so that the electric field of the arc discharge is concentrated on the pointed tip of the
[0028]
The
[0029]
Supply of cooling water and plasma gas is started, and if necessary, supply of gas for purging the lens for laser focusing is also started in the
[0030]
In the AC plasma arc, the positive electrode and the reverse polarity arc are alternately switched in a short cycle and each shifts to the workpiece material, that is, the base material. The reverse polarity arc forms a cathode spot on the surface of the base material, and the base material, for example, aluminum The oxide film (alumina) on the surface is melted and removed. As a result, the aluminum surface is roughened in a satin state, the laser light is irregularly reflected, and the directly reflected light does not return into the head. The surface of the aluminum that has been satin-finished improves the absorption rate of laser light. In the case of laser welding of aluminum, energy concentration is high and high-speed deep penetration welding is possible. However, since the thermal conductivity is high, the molten pool is quickly solidified, and the shield gas is easily trapped and blowholes are easily generated. In the YAG laser welding to which the AC plasma is added in the above embodiment, the molten pool formed by the plasma is larger than the molten pool by the laser, and gas is easily released by stirring the plasma molten pool, so that blowholes are not easily generated. The laser beam has a small spot diameter, so there is little gap tolerance in butt welding. Especially in aluminum welding, solidification of the molten pool is fast, and close butt is required, cutting the work piece and restraining the welded part. The method is severely required, but the gap tolerance is reduced by combining with plasma welding.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a main part of one embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1: Nozzle member 2: Nozzle 3: Conical surface 4: Cooling water flow path 5: O-ring 6: Nozzle receiver 7: O-ring 8: Plasma gas port 9: Gas injection nozzle 10: Gasket 11: Gas injection port 13: Center hole 14: Insulation base 15: Bolt 16: Female screw cylinder 17: YAG laser head 18: Plasma electrode 19: Set screw 20: Lock nut 21: YAG laser beam 22: Optical axis 23: Gas flow space
Claims (6)
丸穴を有しそこに前記小径円柱を受け入れて前記ノズル部材を支持する絶縁部材;
尖端を有する中実棒状のプラズマ電極;
前記ノズルに向かうレ−ザ光束が通る開口を有し、前記プラズマ電極を、それが前記光軸に対して傾斜しかつ該光軸より退避した位置から尖端が前記空間を通して前記ノズルに指向する姿勢および位置に保持する、前記絶縁部材に結合された電極支持部材;
前記絶縁部材と電極支持部材との間にあってプラズマガスを前記ノズル部材の前記空間に供給する手段; および、
前記レーザ光束を放射するレーザヘッドに前記電極支持部材を結合する手段;
を備えるレ−ザ/プラズマ複合の加工装置。 A small-diameter cylinder having a cooling water passage on its circumferential surface protrudes upward from the outer flange at the lower end , and there is a nozzle at the lower end surface of the outer flange through which the optical axis of the laser beam passes. A nozzle member having a larger opening and an open space on an upper end surface of the small-diameter cylinder ;
An insulating member having a round hole and receiving the small diameter cylinder to support the nozzle member;
A solid rod-shaped plasma electrode having a point ;
An opening through which the laser beam toward the nozzle passes, and the plasma electrode is inclined with respect to the optical axis and the tip is directed to the nozzle through the space from a position retracted from the optical axis And an electrode support member coupled to the insulating member for holding in position;
Means for supplying a plasma gas to the space of the nozzle member between the insulating member and the electrode support member; and
Means for coupling the electrode support member to a laser head that emits the laser beam;
A laser / plasma composite processing apparatus.
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