JP5141034B2 - Laser processing apparatus and laser processing method - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ光により溶接、孔開け、切断などの加工を行うレーザ加工装置、特に長焦点のレーザ光を溶接部位から離れた所から照射して加工を行うレーザ加工装置およびレーザ加工方法に関するものである。 The present invention relates to a laser processing apparatus that performs processing such as welding, drilling, and cutting with a laser beam, and more particularly to a laser processing apparatus and a laser processing method that perform processing by irradiating a laser beam with a long focal point from a position away from a welding site. Is.
量産工程で使用されるレーザ溶接設備は、例えば溶接母機として多自由度の溶接ロボットを用い、その溶接ロボットの先端にレーザ加工ヘッド(溶接トーチ)を持たせる一方、光ファイバーケーブルで伝達可能なYAGレーザ等を用いて加工ヘッドから溶接部位に対しレーザ光を照射するようにしたものが主流を占めている。しかし、例えば溶接ポイントが広範囲に点在する場合には加工ヘッドの移動に時間がかかるほか、狭い溝等のように加工ヘッドが干渉するような部位の溶接には対応できないことになる。 The laser welding equipment used in the mass production process uses, for example, a multi-degree-of-freedom welding robot as a welding mother machine, and a laser processing head (welding torch) is provided at the tip of the welding robot, while a YAG laser that can be transmitted by an optical fiber cable The mainstream is that the laser beam is irradiated from the machining head to the welded part using a laser beam or the like. However, for example, when welding points are scattered over a wide range, it takes time to move the machining head, and it is not possible to cope with welding at a site where the machining head interferes, such as a narrow groove.
そこで、近年に至り、長焦点のレーザ光(レーザビーム)を溶接部位から離れた所から照射して溶接を行う、リモートレーザ(スキャナーレーザ)溶接法と称される技術が注目されている(下記特許文献1参照)。このリモートレーザ溶接法では、レーザ光を光偏向光学系に通して走査することにより、レーザ光を瞬時に次の溶接点まで移動させて次なる溶接を施すことが可能になるとともに、溶接点ごとに焦点距離の調整を行うことも可能になる。 Therefore, in recent years, a technique called a remote laser (scanner laser) welding method, in which welding is performed by irradiating with a long-focus laser beam (laser beam) from a position away from the welding site, has attracted attention (see below). Patent Document 1). In this remote laser welding method, by scanning the laser beam through the optical deflection optical system, it is possible to move the laser beam instantaneously to the next welding point and perform the next welding. It is also possible to adjust the focal length.
しかしながら、リモートレーザ溶接法では長焦点のレーザ光を取り扱うため、次のような課題がある。すなわち、治具で部品を位置決めした状態でレーザ溶接する際に、溶接部の裏側からレーザ光が漏れる。そして、この漏れたレーザ光が、治具のゲージ・ポストや、部品を固定する為の空圧機器(エアシリンダー、エアホース)などの周辺機器や、その機器に付随するセンサや、信号ケーブルなどの付帯部品に当たり、それらを損傷させることがある。しかも、長焦点のレーザ光は、焦点から大きく離れてもパワー密度があまり低下しない。溶接点の裏側から漏れたレーザ光についても同様であり、焦点から大きく離れてもパワー密度が高く保たれている為、上述したような周辺の治具や機器等を大きく損傷させることが多く起こる。 However, since the remote laser welding method handles a long-focus laser beam, there are the following problems. That is, when laser welding is performed in a state where components are positioned with a jig, laser light leaks from the back side of the welded portion. This leaked laser light is used to detect peripheral devices such as jig gauge posts and pneumatic equipment (air cylinders, air hoses) for fixing parts, sensors attached to the equipment, signal cables, etc. It may hit accessory parts and damage them. In addition, the power density of the long-focus laser beam does not decrease so much even if it is far away from the focus. The same applies to laser light leaking from the back side of the welding point. Since the power density is kept high even when it is far away from the focal point, the above-mentioned peripheral jigs and devices are often greatly damaged. .
一方、レーザヘッドからのレーザビームを板材の突合せ部に照射せしめてレーザ溶接を行うと、溶接面の表面、裏面に肉の盛り上がりが発生することが知られている。そこで、レーザ加工ヘッドに隣接して設けられたプラズマ除去用ノズルからシールドガスを板材の突合せ部の裏面に噴射せしめることにより、レーザ溶接時に生成されるプラズマを除去し、高品位な溶接面とする方法が提案されている(下記特許文献2参照)。
On the other hand, it is known that when laser welding is performed by irradiating a butt portion of a plate material with a laser beam from a laser head, bulging of the meat occurs on the front and back surfaces of the weld surface. Therefore, the plasma generated at the time of laser welding is removed by spraying a shield gas from the plasma removal nozzle provided adjacent to the laser processing head onto the back surface of the butt portion of the plate material, thereby obtaining a high-quality weld surface. A method has been proposed (see
しかし、特許文献2の従来技術は、平面を直線状に溶接するときに主に用いられるバックシールドの方法であり、線状に溶接する部位の裏側に直線状の溝を溶接ワークと密着させるように設け、その溝にシールドガスを流すものである。従って、特許文献2では、直線状以外の二次元的形状の照射加工軌跡、特に丸形やC字状の溶接軌跡に溶接しようとする場合には適応しにくい、という課題がある。
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、レーザ光が加工部位の裏側から漏れることにより周辺の治具や機器等が損傷されるのを防止したレーザ加工装置およびレーザ加工方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and its purpose is to prevent peripheral jigs and equipment from being damaged due to leakage of laser light from the back side of the processing site. Another object of the present invention is to provide a laser processing apparatus and a laser processing method.
また本発明の他の目的は、レーザ光による照射加工軌跡が二次元的形状のものである場合にも、ワークの加工部位の裏面を効率よくシールドガスで覆い、高品位のレーザ加工面を得ることができるレーザ加工装置およびレーザ加工方法を提供することにある。 Another object of the present invention is to efficiently cover the back surface of the workpiece processing portion with a shielding gas even when the irradiation processing locus by the laser beam has a two-dimensional shape, thereby obtaining a high-quality laser processing surface. An object of the present invention is to provide a laser processing apparatus and a laser processing method.
かかる目的を達成するために、本発明は、ワークの加工部位に長焦点のレーザビームを照射して所定のレーザ加工を施すレーザ加工装置において、前記ワークの加工部位の裏側に、漏れたレーザ光を遮断する為の遮光板を設けたことを特徴とする。本発明のレーザ加工装置では、前記遮光板に前記ワークに向かう側壁を設け、前記遮光板と前記側壁とにより前記ワークの加工部位の裏面を囲むシールドガス供給室を形成することが好ましい。 In order to achieve the above object, the present invention provides a laser processing apparatus for performing predetermined laser processing by irradiating a workpiece processing site with a long-focus laser beam, and leaking laser light on the back side of the workpiece processing site. It is characterized in that a light shielding plate is provided for shielding the light. In the laser processing apparatus of the present invention, it is preferable that a side wall directed to the workpiece is provided on the light shielding plate, and a shield gas supply chamber is formed by the light shielding plate and the side wall to surround the back surface of the workpiece processing site.
また本発明は、ワークの加工部位に長焦点のレーザ光を照射して所定のレーザ加工を施すレーザ加工方法において、前記ワークの加工部位の裏側に遮光板を設けて、溶接部位の裏面側から漏れたレーザ光を遮断することを特徴とする。本発明のレーザ加工方法では、前記遮光板に前記ワークに向かう側壁を設け、これにより形成されるシールドガス供給室内に不活性ガスを供給し、前記ワークの加工部位の裏面を不活性ガスで覆いながらレーザ加工することが好ましい。 According to the present invention, in the laser processing method for performing predetermined laser processing by irradiating a long-focus laser beam to a workpiece processing site, a light shielding plate is provided on the back side of the workpiece processing site, and from the back side of the welding site. It is characterized by blocking the leaked laser beam. In the laser processing method of the present invention, the light shielding plate is provided with a side wall directed to the workpiece, an inert gas is supplied into a shield gas supply chamber formed thereby, and the back surface of the processing portion of the workpiece is covered with the inert gas. However, it is preferable to perform laser processing.
本発明のレーザ加工装置およびレーザ加工方法では、加工部位において、裏側にレーザ光が漏れた場合でも遮光板で遮断される為、治具のゲージ・ポストや周辺機器等に照射しなくなり、これらを損傷することがなくなる。この効果は、溶接、孔開け、切断といった、いずれのレーザ加工を行う場合でも得ることができる。 In the laser processing apparatus and the laser processing method of the present invention, even if the laser beam leaks to the back side at the processing site, it is blocked by the light shielding plate, so that it does not irradiate the gauge post or peripheral device of the jig. It will not be damaged. This effect can be obtained in any laser processing such as welding, drilling, and cutting.
また本発明のレーザ加工装置およびレーザ加工方法では、遮光板と側壁によりシールドガス供給室を形成し、この内部に不活性ガスを供給して離散させないようにワークの加工部位の裏面を覆うため、シールドガスによるシールド効果を高めることができる。すなわち、本発明によれば、シールドガスの雰囲気の濃度ムラがなくなり、レーザ加工品質が向上する。例えば溶接の場合には、ビード裏表面に酸化皮膜が付きにくくなり、溶接品質が向上する。また本発明では、遮光板と側壁により囲いを設けているので、単に噴射ノズルからシールドガスを供給する形態に比べ、シールドガスの流量を低減することができる。 Further, in the laser processing apparatus and the laser processing method of the present invention, a shield gas supply chamber is formed by the light shielding plate and the side wall, and in order to cover the back surface of the workpiece processing part so as not to be dispersed by supplying an inert gas therein, The shielding effect by the shielding gas can be enhanced. That is, according to the present invention, the concentration unevenness in the atmosphere of the shielding gas is eliminated, and the laser processing quality is improved. For example, in the case of welding, it becomes difficult to attach an oxide film on the back surface of the bead, and the welding quality is improved. In the present invention, since the enclosure is provided by the light shielding plate and the side wall, the flow rate of the shielding gas can be reduced as compared with the case where the shielding gas is simply supplied from the injection nozzle.
さらに、本発明のレーザ加工装置およびレーザ加工方法では、遮光板と側壁から成る囲いにより加工部位の裏側を覆っているため、加工部位の裏側からのスパッタの飛散を無くすことができる。また少ない不活性ガスの流量で、ワーク裏面における溶接ビード部の酸化を防止できるため、防錆を目的とした塗装の密着性を悪化させることなく、効率よくレーザ溶接を実施することができる。 Furthermore, in the laser processing apparatus and the laser processing method of the present invention, since the back side of the processing site is covered by the enclosure composed of the light shielding plate and the side wall, it is possible to eliminate spatter scattering from the back side of the processing site. Further, since the welding bead portion on the back surface of the workpiece can be prevented from being oxidized with a small inert gas flow rate, laser welding can be performed efficiently without deteriorating the adhesion of the coating for the purpose of rust prevention.
以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[第1の実施形態]
本発明の第1の実施形態に係るレーザ溶接装置を図1に示す。
[First Embodiment]
A laser welding apparatus according to the first embodiment of the present invention is shown in FIG.
図1に示すように、レーザ溶接設備として、YAGレーザのレーザ発振器1と、6軸のモータにより駆動されるロボットハンド2と、その先端に装着された光学ヘッド3と、を備えており、光学ヘッド3が光ファイバーケーブルにてレーザ発振器1と接続され、光学ヘッド3から長焦点のレーザビーム5を出射させる構造となっている。また、光学ヘッド3の内部には、レーザビーム5の出射方向を偏向する光偏向光学系4(スキャナ)が設けられており、これによりレーザビーム5が所定の溶接軌跡に沿って走査されて溶接パターンが描かれる構成になっている。
なおレーザの種類は、ここではYAGレーザを用いているが、炭酸ガスレーザであってもよい。また、アシストガスとして、ArあるいはHeなどの不活性ガス39を用いることもできる。また、基本となる溶接法として、ここではレーザビーム5を瞬時に移動することができるリモートレーザ溶接法を前提に以下説明するが、長焦点のレーザ光5Aを扱うレーザ加工装置であれば本発明の効果が得られるため、必ずしもリモートレーザ溶接法に限定されない。
As shown in FIG. 1, the laser welding equipment includes a
The type of laser used here is a YAG laser, but it may be a carbon dioxide laser. An
またレーザ溶接設備は、ワーク6としての二枚の鋼板7a、7bを隙間ができるように重ね合わせてクランプするクランプ手段8を備えている。
The laser welding equipment also includes clamping means 8 that clamps the two
このクランプ手段8は、図2から分かるように、下側のゲージ・ポスト9と、揺動可能な上側のクランプ部材10と、このクランプ部材10を駆動するエアシリンダ11とで構成される。上側のクランプ部材10と下側のゲージ・ポスト9は上下方向から互い向き合うように内側に彎曲し、それぞれの角部で互いに交差し、軸12で揺動自在に連結されている。すなわち、上側のクランプ部材10には下端近傍に耳部13を有し、この耳部13がゲージ・ポスト9の上段角部に軸12により枢着されている。またエアシリンダ11は、ゲージ・ポスト9の中腹に軸14により枢着され、そのエアシリンダ11のピストンロッド15の後端が、上側のクランプ部材10の後端に軸16により枢着されている。エアシリンダ11にはエアホース17および信号ケーブル18が接続されており、エアホース17を通して内部に供給されるエアにより、エアシリンダ11のピストンが操作される。
As can be seen from FIG. 2, the clamp means 8 includes a
かかる構造により、エアシリンダ11を作動させると、ピストンロッド15が押し出されて、上側のクランプ部材10が軸16の周りに回動し、そのクランプ部材10の先端が下がって、下側のゲージ・ポスト9との間でワーク6を挟持する。
With this structure, when the
このようにしてクランプされたワーク6の二枚の鋼板7a、7bにレーザビーム5が照射されてレーザ溶接がなされる。このレーザ溶接の一つ一つは、溶接開始点から溶接終了点に至るループ状でかつ溶接開始点と溶接終了点とが重ならない溶接軌跡に沿ってなされる。ループ状でかつ溶接開始点と溶接終了点とが重ならない溶接軌跡の例は、C字状、S字状、丸型などの溶接軌跡であり、これによりC型、S型、丸型などの溶接ビードが形成される。溶接開始点と溶接終了点とを重ねないのは、重ねると溶融して孔が開く場合があるからである。そして、このような溶接ビードを形成するに際し、溶接軌跡のC字状などのパターンの溶接面内での向きを、当該溶接軌跡の溶接開始点が鋼板7a、7b間の隙間の小さい方から始まるように設定する。このように設定すると、溶接軌跡の溶接開始点を鋼板7a、7b間の隙間の大きい方から始まるように設定した場合に比べ、より隙間の広い鋼板7a、7b間の溶接ができるようになるからである。
Laser welding is performed by irradiating the two
ところで、リモートレーザ溶接には焦点距離の長いレンズが使用され、光学ヘッド3から出射されるレーザビーム5は、例えば焦点距離が600〜1000mmと長い。このため図3に比較例として示すように、溶接部の裏側からレーザ光5Aが漏れる。レーザ光5Aが漏れた場合、治具のゲージ・ポスト9や周辺機器を照射して損傷を与える。
By the way, a lens having a long focal length is used for remote laser welding, and the
この問題の解決手段としては、周辺機器などを防護用部材で被覆することも考えられるが、このようにすると、それらの周辺機器などをメンテナンスする際の操作性が悪くなる、という問題が生じる。 As a means for solving this problem, it is conceivable to cover peripheral devices with a protective member. However, in this case, there arises a problem that the operability when maintaining these peripheral devices is deteriorated.
そこで、この実施形態では、レーザビーム5の照射方向に見て、ワーク6としての二枚の鋼板7a、7bの背面側に、すなわち溶接部位の裏側に、漏れたレーザ光5Aを遮断するための遮光板20を設ける。このように遮光板20を設けることにより、溶接部位の裏側から漏れたレーザ光5Aが、治具のゲージ・ポスト9や周辺機器に照射されなくなり、それらが損傷される不都合を回避することができる。
Therefore, in this embodiment, the
この遮光板20は、ワーク6の裏面より離間して設けられる。これは、レーザ光5Aの焦点より離間させて、遮光板20の入熱密度を低減させるためである。
The
[遮光板20の形態]
図4〜図7に、本発明の遮光板20の形態を示す。
[Shape of light shielding plate 20]
The form of the light-shielding
図4は、平坦な表面21を持つ遮光板20の例を示す。遮光板20の遮光面には、レーザ光5Aの熱の吸収効率が少なくとも鉄よりも低い金属材料を用いる。例えば銅(レーザ波長1.06μm、常温で吸収効率0.05)やアルミニウム(レーザ波長1.06μm、常温で吸収効率0.06)等を用いる。このようにすると、遮光板20に照射されたレーザ光5Aを吸収し難くなるため、遮光板20のレーザ光5Aからの損傷が受け難くなり、遮光板20の寿命を延ばすことができる。
FIG. 4 shows an example of the
遮光板20の表面は、凸面状または凹面状に彎曲させることにより、光の発散領域を大きくすることができる。
The light divergence region can be enlarged by bending the surface of the
図5は凸面状の表面22を有する遮光板20の形態を示す。凸面状の表面22は、ここでは凸球面状に形成されている。このようにすると、平坦な表面21を持つ図4の遮光板20に比べ光の発散領域が大きくなるため、遮光板20に照射されたパワー密度の高いレーザ光5Aを効率よく発散させることができ、治具がダメージを受け難いパワー密度に低下させることができる。この作用効果は、上記遮光板20の表面を凹球面状などの凹面状に彎曲させた場合にも得ることができる。
FIG. 5 shows a configuration of the
遮光板20の表面は、上記凸面状または凹面状の表面に、更に凹凸を形成することにより、遮光板20に照射されたパワー密度の高いレーザ光5Aを乱反射させることができる。
The surface of the
図6は、遮光板20の上記凸面状の表面22、正確には凸球面状の表面に、曲率半径の小さい凸球面状の多数の突起23を設けることにより、凹凸を付した例を示したものである。このような多数の突起23を設けると、遮光板20に照射されたパワー密度の高いレーザ光5Aを、より効率良く発散させることができる。
FIG. 6 shows an example in which the
図7は、遮光板20の上記凸面状の表面22に曲率半径の小さい凹球面状の多数の凹所24を設けることにより、凹凸を付した例を示したものである。このように多数の凹所24を設けた場合も、図6と同様に、効率良くレーザ光5Aを発散させることができる。
FIG. 7 shows an example in which the
[第2の実施形態]
本発明の第2の実施形態を図8に示す。これは遮光板20の表面を鏡面に仕上げ、且つ遮光板20を傾けて、入射光を矢印で示すように、反射光25として影響のない方向に反射させるようにした例である。影響のない方向に反射させるとは、例えば治具の構成物のない方向に入射光を反射させることである。かかる構成によれば、溶接点の裏側から漏れたレーザ光5Aが治具や治具の構成物に照射されるのを避けることができる。
[Second Embodiment]
A second embodiment of the present invention is shown in FIG. This is an example in which the surface of the
[第3の実施形態]
本発明の第3の実施形態を図9に示す。これは、鏡面に仕上げた遮光板20の表面で反射された光を受光し吸収する水冷式のレーザ光吸収器26を配設した例である。このレーザ光吸収器26は、内部に設けた冷却パイプ27を通過する冷却水により、強制的に熱が排出される構造となっている。従って、複数箇所の溶接部位に各々設けた遮光板20の入射角と反射角を調整して、各々の遮光板20から反射された光(反射光25)を、このレーザ光吸収器26に集めることにより、溶接点の裏側から漏れたレーザ光5Aを、より効率的に、無害なレベルまで低下させることができる。
[Third Embodiment]
A third embodiment of the present invention is shown in FIG. This is an example in which a water-cooled
[第4の実施形態]
図10に、異常検知手段により自動的に安全管理を行う本発明の第4の実施形態を示す。
[Fourth Embodiment]
FIG. 10 shows a fourth embodiment of the present invention in which safety management is automatically performed by the abnormality detection means.
この実施形態では、治具31に保持されたワーク6の複数箇所をレーザ溶接する例を示している。この複数箇所の溶接部位の背後に、各々鏡面仕上げの遮光板20が設けられる。この各遮光板20の入射角と反射角を適切に調整することにより、それらの遮光板20で反射された光を、共通の一つのレーザ光吸収器26に集める。また、異常検知手段の一構成要素として、温度センサやフォトダイオードなどの検知器をレーザ光吸収器26に配設し、レーザ光吸収器26で受光する光の強度を測定する。この測定値を、ケーブル28を通して制御盤29内の制御装置30に導く。この制御装置30には、異常検知手段の一構成要素であり、ハード的にまたはソフト的に異常判断手段を構築しておく。そして、この異常判断手段において、レーザ光吸収器26で受光する光の強度が所定値より高い場合には、異常と判断して、異常信号を出力し、生産ラインを停止させる。
In this embodiment, the example which laser-welds the several location of the workpiece |
かかる異常検知手段を設けることにより、溶接品質または設備の異常状態をいち早く察知し、異常状態を迅速に回避することができる。 By providing such an abnormality detection means, it is possible to quickly detect an abnormal state of welding quality or equipment, and to quickly avoid the abnormal state.
[第5の実施形態]
図11に、溶接部位の裏面をシールドガスで覆うようにした本発明の第5の実施形態を示す。この実施形態においても、ワーク6の溶接部位の裏側に、漏れたレーザ光5Aを遮断する為の遮光板20が、ワーク6の裏面より離間して設けられている。32はレーザビーム5に対し固定側のストールであり、上端に位置決め用のゲージ・ポスト9が設けられている。33は割出し位置決め用の検知センサであり、この検知センサ33からは信号ケーブル34が引き出され、ストール32の内側を引き回されている。
[Fifth Embodiment]
FIG. 11 shows a fifth embodiment of the present invention in which the back surface of the welded part is covered with a shielding gas. Also in this embodiment, a
上述したように、遮光板20は、溶接部位の裏側から漏れたレーザ光5A、つまり裏抜けしたレーザ光5Aを遮光する働きをするが、その際に発熱を伴う。従って、この遮光板20に発生する熱を除去することが好ましい。また、上記溶接部位の裏面および表面に形成される溶接ビードは、表面に酸化皮膜ができないようにして、良好な形状とすることが好ましい。
As described above, the
この手段として、ノズルから直接溶接部位の裏面にシールドガスを吹き付けて、バックシールドすることが考えられる。しかし、このバックシールド方法では、シールドガスがノズル周辺の空気を巻き込みながら溶接部に到達するため、溶接部位の裏面をシールドガスで覆いきることが難しい。つまり、シールドガスが周囲の空気を巻き込むので、シールド効果が失われる。 As this means, it is conceivable to perform a back shield by spraying a shield gas directly from the nozzle to the back surface of the welding site. However, in this back shield method, since the shield gas reaches the welded part while entraining the air around the nozzle, it is difficult to cover the back surface of the welded part with the shield gas. That is, since the shielding gas entrains the surrounding air, the shielding effect is lost.
そこで、この第5の実施形態では、図11に示すように、上記遮光板20にワーク6に向かう側壁35を設け、この側壁35と上記遮光板20とにより、ワーク6の加工部位の裏面を囲む形状と大きさのシールドガス供給室36を形成する。
Therefore, in the fifth embodiment, as shown in FIG. 11, the
上記側壁35は、この実施形態の場合、レーザ光5Aの熱の吸収効率が鉄よりも低い銅やアルミニウム等の金属材料を用いて、図12(a)に示すように、遮光板20に一体的に形成した円形の環状部材35aから成る。この環状部材35aの径は、環状部材35aを上方から見たとき、溶接部位をカバーする大きさ、すなわち当該環状部材35aの円内に、レーザビーム5が描くC字状などのパターンの溶接軌跡37が入る大きさに設定される。そして、ワーク6における一の溶接部位の溶接が行われると、次の溶接部位の溶接のため、ワーク6または光学ヘッド3の光偏向光学系4が相対的に移動され、レーザ照射予定位置にセットされる。その際、クランプ手段8側を移動させる方式の場合は、遮光板20および側壁35もクランプ手段8と一緒に移動される。
In this embodiment, the
なお、図12(a)は、環状部材35aの円内にC字状の溶接軌跡37が一つ入る形態の場合を示しているが、溶接軌跡37の形状や数はこれに限定されるものではない。すなわち、溶接軌跡37のC字状などのパターンは、環状部材35aの円内に単体として存在してもよいし、複数個存在してもよい。
FIG. 12A shows a case where one C-shaped
上記シールドガス供給室36の側壁35を形成する環状部材35aには、内部と連通する接続口にシールドガス管38が設けられ、配管を通して、アルゴン、ヘリウム、窒素などの不活性ガス39の図示してないガス供給源に接続されている。シールドガス管38よりシールドガス供給室36内に導入された不活性ガス39は、図12(b)に示すように、遮光板20、側壁35、およびワーク裏面で囲まれて離散が防止される。このため、ワーク6の溶接部位に対応する裏面が不活性ガス39から成るシールドガスで十分に覆われる。
The
よって、ノズルから直接に溶接部位の裏面にシールドガスを吹き付ける場合に比べ、溶接部位の裏面に対するシールドガスの十分なシールド効果が得られる。すなわち、シールドガスの雰囲気の濃度のムラがなくなるため、ビード裏表面に酸化皮膜が付き難くなり、溶接品質が向上する。また、シールドガスの流量を低減することができるという効果が得られる。さらにスパッタをシールドガス供給室36に受けて、溶接部位の裏側から周囲への拡散を防止することができるという効果が得られる。
Therefore, a sufficient shielding effect of the shielding gas with respect to the back surface of the welded part can be obtained as compared with the case where the shield gas is blown directly onto the back surface of the welded part from the nozzle. That is, since there is no uneven concentration of the shielding gas atmosphere, it is difficult for an oxide film to adhere to the back surface of the bead, and the welding quality is improved. Moreover, the effect that the flow volume of shielding gas can be reduced is acquired. Furthermore, the effect that sputtering can be received in the shield
また、シールドガス供給室36は遮光板20を利用して設置しているため、シールドガス供給室36の底面を専用の部材で形成する必要が無い。また、ワーク6の裏面が、上記シールドガス供給室36の上面を形成する要素として働く点も、シールドガスによるシールド効果を高める上で有利となる。
Further, since the shield
上記において、シールドガス供給室36における側壁35とワーク6の裏面との間には、少なからず隙間dが存在する。このためシールドガス管38からシールドガス供給室36内に導入された不活性ガス39は、シールドガス供給室36内を充満してワーク6の溶接部位の裏面を覆った後、ワーク6の裏面との間の隙間dから、外部へ流出する。よって遮光板20上に不活性ガス39が流れることから、遮光板20の熱が除去され、遮光板20が冷却される。
In the above description, there is at least a gap d between the
図13は、上記シールドガス供給室36の側壁35をワーク6の裏面より隙間Dだけ積極的に離間させた形態を示している。このように、ワーク6の裏面との間に、隙間Dを形成することで、側壁35をレーザ光5Aの焦点から遠ざけることができる。また、溶接ワークとの間の隙間Dからシールドガスを逃がすことができるので、遮光板20を冷却する効果が得られる。
FIG. 13 shows a form in which the
上記ワーク6の裏面と側壁35間の隙間Dは、具体的には3mm〜10mmであり、開口部の単位面積当たり、つまり1mm平方当たり、毎分5リットルから15リットルの割合でシールドガスが漏洩する大きさに設定される。従って、ワーク6の裏面との隙間Dから、毎分5リットルから15リットルのシールドガスを漏らしながら溶接を行うことになる。
The gap D between the back surface and the
上記漏洩するシールドガスの流量を毎分5〜15リットルとしたのは、シールドガスの流量が毎分5リットル未満であると、溶接部位のガス圧が不足して酸化皮膜が生じてしまうからであり、毎分15リットルを超えると溶接部位の表面が乱れてスパッタの発生が顕著になるからである。よって、上記範囲にシールドガスの漏洩量を設定することにより、溶接部位に安定した濃度の雰囲気を供給することができ、安定した品質を確保することができる。また、雰囲気の圧力により、シールドガスが溶接部位を突き抜けることを防ぐことができる。 The reason why the leaking shielding gas flow rate is set to 5 to 15 liters per minute is that if the shielding gas flow rate is less than 5 liters per minute, the gas pressure at the welded portion is insufficient and an oxide film is formed. This is because if the surface area exceeds 15 liters per minute, the surface of the welded part is disturbed and the occurrence of spatter becomes significant. Therefore, by setting the leakage amount of the shielding gas within the above range, an atmosphere having a stable concentration can be supplied to the welded portion, and stable quality can be ensured. In addition, the shielding gas can be prevented from penetrating through the welding site due to atmospheric pressure.
[第6の実施形態]
図14に、第6の実施形態を示す。これはシールドガス供給室36の底面の遮光板20を傾斜面20aとして形成し、側壁35の最下部にスパッタ40を落下させる開口41を設けた例である。開口41はスリットや穴などの任意の形で設けることができる。図14ではスリットにより開口41を形成した例を示している。
[Sixth Embodiment]
FIG. 14 shows a sixth embodiment. This is an example in which the
この形態によれば、スパッタ40をシールドガス供給室36に受けて周囲への拡散を防止することができるだけでなく、スパッタ40が傾斜面20a上を滑り降り、下部の開口41からシールドガス覆いの外部へ落下するため、シールドガス供給室36の内部にスパッタ40が堆積するのを防ぐことができる。
According to this embodiment, not only can the
図15に変形例を示す。これはシールドガス供給室36の底面の遮光板20を、図中に底面部20bとして示すように、先細の載頭円錐形に形成し、その最下部にスパッタ40を落下させる開口42を設けた例である。図15(a)の例では、上記底面部20bの上端が、同じく先細の載頭円錐形に形成した側壁部35bと同じ傾斜で連続しており、全体として、同一角度の連続した傾斜面43が形成されている。しかし、上記底面部20bと側壁部35bとは同じ傾斜角で連続している必要はなく、図15(b)に示すように、傾斜した底面部20bを傾斜していない上記側壁35(環状部材35a)に連続させた形態とすることもできる。
FIG. 15 shows a modification. In this case, the
[第7の実施形態]
図16に第7の実施形態を示す。これは上記シールドガス供給室36の側壁35の接続口35b35cに、シールドガス供給室36に連通するシールドガス管38を、着脱自在に取り付けた構成のものである。着脱自在に取り付ける方法として、ここでは側壁35の環状部材35aに設けられた接続口35b35cにネジ部を形成する一方、シールドガス管38の先端部にネジ部44を設け、このシールドガス管38のネジ部44を上記接続口のネジ部44に螺入させることで、側壁35にシールドガス管38をねじ込み式に取り付けている。
[Seventh Embodiment]
FIG. 16 shows a seventh embodiment. In this configuration, a
このようにシールドガス管38を着脱自在に構成することで、遮光板20や側壁35の清掃時や破損時における取り替え時間を短縮することができる。
By configuring the
上記実施形態では、レーザ溶接の場合を例にして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、レーザ光5Aによる溶接、孔開けまたは切断と言ったレーザ加工一般に適用することができる。
In the above embodiment, the case of laser welding has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to general laser processing such as welding, drilling, or cutting with a
[第8の実施形態]
上記第5の実施形態(図11〜図13)では、シールドガス供給室36の内部に不活性ガス39を供給して、不活性ガス39によりワーク6の加工部位の裏面を覆うが、不活性ガス39の圧力が高まると溶接ビードに穴(ポロシティ)が発生する虞がある。この問題は、シールドガス供給室36を形作っている遮光板20および側壁35からなる上部が解放された筒状の容器45(以下、単に容器状ノズル45と称する)の完全な密閉を行わないこと、すなわちワーク6の加工部位の裏面と容器状ノズル45の側壁35の頂部との間に若干の隙間D(図13参照)を設けることで解消される。
[Eighth Embodiment]
In the fifth embodiment (FIGS. 11 to 13), the
しかし、新たな問題として、このような隙間Dを設けた場合、当該隙間Dから酸素が流入するのを阻止する必要がある。このため、隙間Dから不活性ガス39を絶えず噴き出させていなければならず、ガスのコストが過剰にかかってしまう。
However, as a new problem, when such a gap D is provided, it is necessary to prevent oxygen from flowing from the gap D. For this reason, the
以下に述べる第8の実施形態(図17〜図21)、および第9の実施形態(図23〜図25)は、上記の問題を解決し、不活性ガス39の流量を低減してコストを低減させる手段を提供するものである。
The eighth embodiment (FIGS. 17 to 21) and the ninth embodiment (FIGS. 23 to 25) to be described below solve the above-described problem, reduce the flow rate of the
このうち第8の実施形態は、必要最小限の期間だけ、容器状ノズル45をワーク6との間で密閉状態に置き、この密閉状態の間に、容器状ノズル45内へ不活性ガス39を流入させて、溶接部の裏面を不活性ガス雰囲気で覆いつつ溶接を実施するものである。
Among these, in the eighth embodiment, the container-
この実施形態の場合、可能な限り容器状ノズル45をワーク6に対して密閉状態にしておくことが望まれる。しかし、実際には、ワーク6と容器状ノズル45間の距離を、全ての溶接部において一定に制御することが難しく、このため、外乱によって容器状ノズル45との間にズレが生じてしまった場合、溶接品質を保つことが難しい、という問題が明らかとなった。
In the case of this embodiment, it is desirable to keep the container-
そこで、第8の実施形態では、図17に示すように、シールドガス供給室36を形成する容器状ノズル45の解放端部、つまり側壁35の頂部に、密着機構46を設けて、鋼板7a、7bからなるワーク6の裏面に対して密着し得る構造にする。そして、必要最小限の期間だけ、上記容器状ノズル45をワーク6との間で密閉状態に置き、この密閉状態の容器状ノズル45内へ不活性ガス39を流入させるようにする。
Therefore, in the eighth embodiment, as shown in FIG. 17, a
図18は、容器状ノズル45の拡大断面図である。容器状ノズル45の頂部(側壁35の頂部)に設けられる密着機構46は、鋼板7a、7bからなるワーク6の裏面に対して容器状ノズル45を隙間無く密着させるための、弾性率の高い材質、例えばゴムからなる弾性体47と、この弾性体47を支持する形で側壁35の頂部との間に設けられ、弾性体47を常時軸方向外側に弾性的に付勢する、例えばバネからなる付勢部材48と、から構成される。
FIG. 18 is an enlarged cross-sectional view of the container-
弾性体47は、側壁35の頂部より上側に位置する密着用部分47aと、側壁35の頂部から外周囲にかけて垂れ下がるスカート部分47bとを有する。密着用部分47aは側壁35の頂部の領域および側壁35の頂部から半径方向外側の領域にかけて延在しており、またスカート部分47bはこの密着用部分47aから断面逆L字状に垂下する形で設けられている。
The
上記弾性体47のスカート部分47bの長さは、非圧縮状態にある付勢部材48を側方において被った後、さらに側壁35の外周囲に達する長さで、設けられている。このため、弾性体47のスカート部分47bは、付勢部材48との関係では、付勢部材48を当該スカート部分47bの内周側に収納して、安定した状態に保持する役目をする。また弾性体47のスカート部分47bは、側壁35との関係では、側壁35の外周囲に嵌装されていることから、弾性体47の姿勢を安定化させる役目をする。さらに弾性体47のスカート部分47bは、側壁35の外周囲に摺動可能に嵌装されていることから、弾性体47が軸方向に移動する際のガイドの役目も果たす。
The length of the
容器状ノズル45の側壁35の外周囲には、非圧縮状態にある付勢部材48のスカート部分47bの下端より軸方向下側に隙間gだけ離れた位置において、周方向に走る環状突起49が設けられている。
On the outer periphery of the
図19(a)はワーク6を容器状ノズル45の上部に設置する直前の状態を示したもので、弾性体47は、その密着用部分47aがワーク6から離れた状態にあり、またスカート部分47bが側壁35の環状突起49から離れた状態にある。すなわち、弾性体47および付勢部材48は、共に上下がフリーな伸長状態にある。
FIG. 19A shows a state immediately before the
このように、弾性体47がワーク6と当接する前の非作用時においては、弾性体47のスカート部分47bが環状突起49より上側に離れている状態となっている。
As described above, when the
付勢部材48を弾性体47と比較すると、付勢部材48は弾性体47の弾性率よりも低弾性率となっており、弾性体47より柔らかく変形しやく構成されている。そして、この付勢部材48の軸方向長さを、弾性体47の密着用部分47aの厚さと同程度にして、ワーク6からの反力を効率的に吸収できるようにしてある。このため、容器状ノズル45がワーク6に押された際、付勢部材48が弾性体47よりも先に弾性的に収縮し、この付勢部材48の上部に位置する弾性体47が、容器状ノズル45の底部(遮光板20)の側に移動する。
When the urging
したがって、ワーク6と容器状ノズル45間に、容器状ノズル45自体が傾いたような相対的位置ズレが生じた場合、ワーク6に遠い側の側壁35では付勢部材48が弱く圧縮され、またワーク6に近い側の側壁35では付勢部材48が強く圧縮される関係となる。すなわち、上記位置ズレが付勢部材48の弾性的な反発作用により吸収され、弾性部材は依然として密着状態に維持される。
Therefore, when a relative positional shift occurs between the
図19(b)は容器状ノズル45の上部にワーク6を設置した直後の状態を示す。
FIG. 19B shows a state immediately after the
この図19(b)では、弾性体47はワーク6に密着して下方に押されており、容器状ノズル45に対し側壁35の頂部に近づく方向に移動している。したがって、弾性体47は容器状ノズル45に対する相対的位置が縮まり、元の自由位置(図19(a))から沈み込んだ状態にある。そして、弾性体47のスカート部分47bが、容器状ノズル45の側壁35の環状突起49に当接した状態になっている。
In FIG. 19B, the
この状態になるまでの過程として、まずワーク6が設置されてワーク6と容器状ノズル45の相対的距離が縮まる。これにより、付勢部材48が上下方向の長さが弾性的に短くなり短縮状態になる。これに伴い、弾性体47のスカート部分47bが、容器状ノズル45の側壁35の外周囲に設けられた環状突起49に近づいて当接し、環状突起49から押し上げ方向の反発力を受ける。これにより、弾性体47は上下両方向から押圧され、ワーク6と密に接触する。
As a process up to this state, the
図20は、上記密着機構46を備えた容器状ノズル45を使用した溶接方法を示したタイムチャートである。図21は、この実施形態で使用した容器状ノズル45の外観を示したもので、内径がD1で軸方向長さがL1の底のある円筒状の容器からなり、容器の底部には不活性ガス39の供給口45aが設けられ、これにシールドガス管38が接続されている。
FIG. 20 is a time chart showing a welding method using the container-
この第8の実施形態では、上記のような構造の容器状ノズル45を使用すると共に、空気よりも比重の大きいシールドガスとして、アルゴンガスを使用する。そして、この容器状ノズル45をワーク6の裏面に密着させるタイミングを、図20に示すように制御する。
In the eighth embodiment, the container-
まず、容器状ノズル45内の空気とアルゴンを置換するため、時刻t1〜t2(図20の区間a)において、アルゴンガスを、容器状ノズル45のほぼ容積分だけ、容器状ノズル45内に流入させる。アルゴンガスは空気よりも比重が大きいシールドガスであるため、容器状ノズル45内のシールドガス供給室36に滞留する。
First, in order to replace the air in the container-
ここで、アルゴンガスを流入させる区間aの時間長さは、容器状ノズル45の容積と単位時間当たりに流す流量によって異なる。本実施形態では、容器状ノズル45として、内径D1がφ8〜27mm、長さLが45mmの円筒形状の容器(図21)を用いるが、この容積の容器状ノズル45内を満たすためには、0.002〜0.026リットルのアルゴンガスが必要である。そこで、アルゴンガスの開放弁を開くと直ぐに容器状ノズル45へアルゴンガスが到達する設備であると仮定したとき、1リットル/minの流量で2秒間(2S)だけアルゴンガスを流入させる制御をする。
Here, the time length of the section a into which the argon gas is introduced varies depending on the volume of the container-
次に、時刻t2〜t3(図20の区間b)において、ワーク6の鋼板7a、7bを冶具に設置し、ワーク6の鋼板7a、7bをシールドガス供給室36上に位置させる。このとき、容器状ノズル45に取付けてある弾性体47のゴムがワーク6に接触し、背後から付勢部材48によりワーク6に向けて押圧される。容器状ノズル45は、付勢部材48であるバネの反発力、及び弾性体47であるゴムの弾性力によって、鋼板7bの溶接部位の裏面に隙間無く密着する。なお、容器状ノズル45とワーク6との間の相対距離が縮まると、図19の(b)の状態に至る。
Next, at time t <b> 2 to t <b> 3 (section b in FIG. 20), the
次に、時刻t3〜t5(図20の区間c)において、上記の密着状態下で、容器状ノズル45内に僅かにアルゴンガスを流入させ、この状態を必要最小限の短時間だけ維持する。この区間cでは、アルゴンガスの流入が続けられているので、ワーク6の鋼板7bの溶接部位の裏面がアルゴンガスで良好にシールドされる。
Next, at time t3 to t5 (section c in FIG. 20), argon gas is slightly allowed to flow into the container-
このシールド状態(図20の区間c)下において、時刻t4〜t5で示す所要時間だけレーザ光5Aを出力し、レーザ溶接を行う(図20の区間d)。
Under this shield state (section c in FIG. 20), the
このようにすれば、容器状ノズル45へのアルゴンガスの供給量を抑え、僅かな流量で溶接ビード部の酸化を抑制することができる。本実施形態の具体例として、内径D1が27mmの容器状ノズル45において、2リットル/minの流量で、レーザ溶接中も含め図20の区間cとして1秒間(1S)だけ、アルゴンガスを流入させ、かつレーザ溶接時間(図20の区間d)を0.3秒として実施したところ、溶接ビード部の酸化を良好に抑制することができた。
If it does in this way, supply_amount | feed_rate of argon gas to the container-
図22は、比較例として、ワーク6の鋼板7a、7bを設置後、容器状ノズル45へ連続して不活性ガス39を流しておき、その状態下でレーザ溶接を行う場合を示したものである。この図22と図21との比較から、本実施形態(図21)による溶接方法の方が、僅かな流量の流入を行うだけで済み、経済的であることが分かる。
FIG. 22 shows a case where, as a comparative example, after the
この第8の実施形態によれば、次のような利点が得られる。弾性体47及び付勢部材48の働きによって、容器状ノズル45はワーク6に隙間無く密着することができる。これにより、不活性ガス39の漏れを低減することが可能となる。加えて、容器状ノズル45は完全に裏面の溶接ビードを覆う形で密閉することができるため、一度ノズル内に不活性ガス39を満たしてしまえば、溶接ビードの酸化抑制を、極僅かな流量で達成することが可能である。また、極僅かな流量で酸化抑制が図られるため、容器状ノズル45内の圧力は過剰に高まらず、これを原因としたポロシティの発生を抑制することが可能である。加えて、ワーク6の鋼板7bと容器状ノズル45間の距離は、弾性体47と付勢部材48により、常に距離0mm(隙間なしの状態)として均一に保つことができる。これにより、外乱によって容器状ノズル45の設置箇所にズレが生じても、僅かな調整で溶接品質を復元することが可能となる。
According to the eighth embodiment, the following advantages can be obtained. By the action of the
[第9の実施形態]
第9実施形態は、必要最小限の期間だけ、容器状ノズル45をワーク6に対して密閉状態に置き、容器状ノズル45内のガス圧が一定以上に高くならないように調整しつつ、容器状ノズル45内へシールドガスを流入させて、溶接部の裏面をシールドガス雰囲気で覆い溶接を実施するものである。
[Ninth Embodiment]
In the ninth embodiment, the container-
図23は、この実施形態で用いる容器状ノズル45の構造を示す。この容器状ノズル45が図18のものと異なる点は、側壁35に細孔51を有する円筒部材52が設けられ、この細孔51より、容器状ノズル45内に不活性ガス39が充満して、容器状ノズル45内のガス圧が予め定められた圧力域に達すると、不活性ガス39を外部へ流出させる圧力調整機構50が構成されている点である。
FIG. 23 shows the structure of the container-
このように容器状ノズル45の側壁35に細孔51を設けることで、ある一定の圧力下でのみ、シールドガス供給室36内の不活性ガス39が外部に流出する圧力調整機構50を構成すると、外部からシールドガス供給室36内に空気が入り込む不都合を防止し、また、シールドガス供給室36内のガス圧力が高まらないうちにシールドガス供給室36から不活性ガス39が外部に漏れ出す不都合をなくすことができる。
By providing the
図24は、上記圧力調整機構50を備えた容器状ノズル45を使用した溶接方法を示したタイムチャートである。図25は、この第9の実施形態で使用した容器状ノズル45の外観を示したもので、容器状ノズル45の側壁35の底部に近い所には、不活性ガス39の供給口45aが設けられ、これにシールドガス管38が接続されている。また、この供給口45aの近傍においてシールドガス管38には、逆流防止弁53が、図26に断面で示すように設けられている。容器状ノズル45の内径D1および軸方向長さL1は、図21のものと同じである。また図25には示してないが、容器状ノズル45の先端部には、弾性体47および付勢部材48からなる密着機構46が図23に示すように設けられている。なお、逆流防止弁53を設置する場所は、シールドガス管38に限定されるものではなく、供給口45aや配管の途中に設けることができる。ただし、供給口45aの近傍に設けることが好ましい。
FIG. 24 is a time chart showing a welding method using the container-
第9の実施形態では、上記のような構造の容器状ノズル45を使用すると共に、不活性ガス39としてアルゴンガスを使用する。そして、この容器状ノズル45をワーク6の裏面に密着させて、図24に示すように不活性ガス39の流入を制御する。
In the ninth embodiment, the container-
まず、図24の時刻t1〜t2(図24の区間a)において、ワーク6を冶具に設置する。このとき、容器状ノズル45の開口端部は、そこに取り付けられている弾性体47のゴムとこれをワーク6に向けて押圧する付勢部材48のバネとの働きにより、ワーク6の裏面に隙間無く密着する。
First, the
次に、容器状ノズル45内をアルゴンガスで満たすため、時刻t2〜t3(図24の区間b)において、アルゴンガスを容器状ノズル45の容積分すなわちシールドガス供給室36の容積分だけ流入させる。このとき、容器状ノズル45内には空気があるため容器状ノズル45内の圧力は高まって行く。供給口45aからシールドガス管38への逆流は、逆流防止弁53の働きにより生じない。したがって、容器状ノズル内に不活性ガスを満たすことが容易になる。また、ススやスパッタ40を伴う気体がシールドガス管38側へ逆流することを防ぐことで、シールドガス管38における詰まりを抑制することができる。
Next, in order to fill the inside of the container-
容器状ノズル45内の圧力が、ある一定の圧力値に達すると、圧力調整機構50として側壁35に設けた細孔51から不活性ガス39が外部へ抜ける。これによりシールドガス供給室36は不活性ガス39で満たされると共に、一定の圧力値、すなわち溶接ビードの酸化が抑制される圧力値に維持される。
When the pressure in the container-
次に、時刻t3〜t5(図24の区間c)において、上記の密着状態下で、容器状ノズル45内に僅かに不活性ガス39を流入させる。この際にも、容器状ノズル45内の圧力が過剰に高まったときには、圧力調整機構50による減圧が行われ、上記一定の圧力値に維持される。この不活性ガス39を流入させる状態を必要最小限の短時間だけ保持する。区間cでは、このように不活性ガス39の流入を続けているので、ワーク6の鋼板7bの溶接部位の裏面は、不活性ガス39で良好にシールドされる。
Next, at time t3 to t5 (section c in FIG. 24), the
このシールド状態(図24の区間c)下において、時刻t4〜t5で示す所要時間だけレーザ光5Aを出力し、レーザ溶接を行う(図24の区間d)。
Under this shield state (section c in FIG. 24), the
このようにすれば、容器状ノズル45内の過剰な圧力によるポロシティの発生を抑え、かつ、容器状ノズル45へのアルゴンガスの供給量を抑えて、僅かな流量で溶接ビード部の酸化を抑制することができる。したがって、溶接ビード部の溶接品質の劣化を防ぐことが可能である。
In this way, generation of porosity due to excessive pressure in the container-
本実施形態の具体例として、内径D1が27mmの容器状ノズル45において、圧力調整機構50の細孔51を直径0.5mmとし、2リットル/minの流量で、図24の区間bとして2秒間(2S)だけアルゴンガスを流入させて容器状ノズル45内を満たした。また、2リットル/minの流量で、レーザ溶接中も含め図24の区間cとして1秒間(1S)だけ、アルゴンガスを流入させ、圧力を0.1〜0.25MPaに維持した状態で、レーザ溶接時間(図24の区間d)を0.3秒として実施したところ、溶接ビード部の酸化を良好に抑制することができた。
As a specific example of this embodiment, in a container-
この実施形態では圧力調整機構50として側壁35に細孔51を設けたが、圧力調整機構50は細孔による構成に限られるものではなく、たとえば圧力検査装置によって、密閉状態にある容器状ノズル内のガス圧が溶接ビード部へのポロシティの発生を招くのを抑制する機構を設けてもよい。
In this embodiment, the
上述した第8の実施形態と第9の実施形態は、ともにシールドガス供給室36に不活性ガス39を流入させつつレーザ溶接を実施するものであるが、ワーク6をシールドガス供給室36上に設置する期間については不活性ガス39を流入させる必要はなく、レーザ光を出力する溶接実施期間だけ不活性ガス39を流入させれば足りる。このため、シールドガス供給室36に不活性ガス39を流入させておく期間が短くて済むことになり、不活性ガス39の流量が低減して溶接コストを低減させることができる。
In both the eighth embodiment and the ninth embodiment described above, laser welding is performed while flowing the
[第10の実施形態]
容器状ノズル45は上記構造のものに限定されない。図27および図28に、不活性ガス39を溶接ビードへ供給するのに効果的な容器状ノズル45の形状を挙げる。
[Tenth embodiment]
The container-
このうちの一つを図27に第10の実施形態として示す。この図27の実施形態では、シールドガス供給室36の底面の遮光板20を、図中に底面部20bとして示すように、横断面が半円状で先細の載頭円錐形に形成し、その最下部にススやスパッタ40(図15参照)を落下させる開口42を設けている。さらに、この開口42の下端には、外周囲に雄ネジ54aを切った円筒部材54が同軸的に設けられ、この円筒部材54に、内周に雌ネジ55aを切ったキャップ状の収納容器55が被せられ、着脱自在に螺着されている。なお、円筒部材54の上部には、鍔状に段差部54cが形成され、キャップ状の収納容器55を螺着させる際のストッパーとして機能する構成になっている。
One of them is shown as a tenth embodiment in FIG. In the embodiment of FIG. 27, the
このようにキャップ状の収納容器55を被せた構成にすると、ススやスパッタ40などの塵埃は、図28(a)に示すように円筒部材54の中空部54bを通って、収納容器55の中にゴミ56として溜まることになる。そこで、図28(b)に示すように収納容器55を円筒部材54から取り外せば、簡単に収納容器55内のゴミ56を除去することができる。また、キャップ状の収納容器55として形成して開口42を閉鎖する構成としているので、ススとスパッタ40を簡便に除去するために容器状ノズルの底部に開口42を設けても、開口42から不活性ガスが漏れ出ることを防止することができる。
When the cap-shaped
シールドガス供給室36の底面の遮光板20を円錐部にする効果は2つあり、第1は、ススやスパッタ40などなどの塵埃が、滑り落ち易くなり、底部のスス溜りとしての収納容器55に落ち込み易くなる効果であり、第2は、不活性ガス39が円錐の稜線部ないし斜面に沿って案内され、上部へ流れ易くなる効果である。
There are two effects of making the
[第11の実施形態]
第11の実施形態として、図29に不活性ガス39を溶接ビードへ供給するのに効果的な容器状ノズル45の形状を示す。これは、容器状ノズル45のシールドガス供給室36の上部に、多数の細い径の貫通孔58を均等にあけた上面部57を形成した例である。
[Eleventh embodiment]
As an eleventh embodiment, FIG. 29 shows the shape of a container-
上記の多数の細い貫通孔58は、不活性ガス39の流れをワーク6の方向に向かうように整流する役目を果たす。すなわち、不活性ガス39は、この多数の細い貫通孔58を通ることによって流れが均一になり、仮に容器状ノズル45とワーク6の間に隙間が空いてしまった場合でも、単なる円筒状の容器状ノズルの場合よりも、酸化抑制効果が得られる。
The numerous thin through
本発明は、レーザビームによる溶接、孔開けまたは切断と言ったレーザ加工一般に適用することができる。 The present invention can be generally applied to laser processing such as welding, drilling or cutting with a laser beam.
1 レーザ発振器
2 ロボットハンド
3 光学ヘッド
4 光偏向光学系
5 レーザビーム
5A レーザ光
6 ワーク
7a、7b 鋼板
8 クランプ手段
9 ゲージ・ポスト
10 クランプ部材
11 エアシリンダ
12 軸
13 耳部
14 軸
15 ピストンロッド
16 軸
17 エアホース
18 信号ケーブル
20 遮光板、
21 平坦な表面、
22 凸面状の表面、
23 突起、
24 凹所、
25 反射光、
26 レーザ光吸収器、
27 冷却パイプ、
28 ケーブル、
29 制御盤、
30 制御装置、
31 治具、
32 ストール、
33 検知センサ、
34 信号ケーブル、
35 側壁、
35a 環状部材、
35b 側壁部、
35c 接続口、
36 シールドガス供給室、
37 溶接軌跡、
38 シールドガス管、
39 不活性ガス、
40 スパッタ、
41 開口、
42 開口、
43 傾斜面、
44 ネジ部、
45 容器状ノズル、
45a 供給口、
46 密着機構、
47 弾性体、
47a 密着用部分、
47b スカート部分、
48 付勢部材、
49 環状突起、
50 圧力調整機構、
51 細孔、
52 円筒部材、
53 逆流防止弁、
54 円筒部材、
54a 雄ネジ、
55 収納容器、
55a 雌ネジ
56 ゴミ、
57 上面部、
58 貫通孔。
DESCRIPTION OF
21 flat surface,
22 convex surface,
23 protrusions,
24 recess,
25 Reflected light,
26 laser light absorber,
27 Cooling pipe,
28 cables,
29 Control panel,
30 control device,
31 jig,
32 stalls,
33 detection sensor,
34 Signal cable,
35 side walls,
35a annular member,
35b side wall,
35c connection port,
36 Shield gas supply room,
37 Welding locus,
38 Shield gas pipe,
39 Inert gas,
40 spatter,
41 opening,
42 opening,
43 Inclined surface,
44 Screw part,
45 Container nozzle,
45a supply port,
46 Adhesion mechanism,
47 elastic body,
47a adhesion part,
47b Skirt part,
48 biasing member,
49 annular projection,
50 pressure adjustment mechanism,
51 pores,
52 cylindrical member,
53 Check valve,
54 cylindrical member,
54a male thread,
55 storage container,
57 upper surface,
58 Through hole.
Claims (33)
前記ワークの加工部位の裏側に、漏れたレーザ光を遮断する為の遮光板を設け、
前記遮光板の遮光面を、熱の吸収効率が少なくとも鉄よりも低い金属材料で構成したことを特徴とするレーザ加工装置。 In a laser processing apparatus that performs predetermined laser processing by irradiating a long-focus laser beam on a processing portion of a workpiece,
On the back side of the processing part of the workpiece, a light shielding plate for blocking the leaked laser light is provided ,
A laser processing apparatus, wherein the light shielding surface of the light shielding plate is made of a metal material having a heat absorption efficiency lower than that of iron .
前記ワークの加工部位の裏側に、漏れたレーザ光を遮断する為の遮光板を設け、
前記遮光板の表面を凸面状に形成したことを特徴とするレーザ加工装置。 In a laser processing apparatus that performs predetermined laser processing by irradiating a long-focus laser beam on a processing portion of a workpiece,
On the back side of the processing part of the workpiece, a light shielding plate for blocking the leaked laser light is provided,
The light shielding plate, wherein a, Relais chromatography The processing device that is formed in convex surfaces of the.
前記ワークの加工部位の裏側に、漏れたレーザ光を遮断する為の遮光板を設け、
前記遮光板の表面を凹面状に形成したことを特徴とするレーザ加工装置。 In a laser processing apparatus that performs predetermined laser processing by irradiating a long-focus laser beam on a processing portion of a workpiece,
On the back side of the processing part of the workpiece, a light shielding plate for blocking the leaked laser light is provided,
The light shielding plate, wherein a, Relais chromatography The processing apparatus that the surface is formed in a concave.
前記ワークの加工部位の裏側に遮光板を設けて、溶接部位の裏面側から漏れたレーザ光を遮断し、Provide a light-shielding plate on the back side of the processing part of the workpiece, to block the laser light leaked from the back side of the welding part
前記遮光板の材料として、熱の吸収効率が少なくとも鉄よりも低い金属材料を用いることを特徴とするレーザ加工方法。A laser processing method, wherein a metal material having a heat absorption efficiency lower than that of iron is used as a material of the light shielding plate.
壁の頂部にワークに対する密着機構を設けたシールドガス供給室の内部に、空気よりも比
重の大きいシールドガスを、ほぼ容積分だけ流入させて滞留させる工程と、
次いでワークを前記シールドガス供給室上に位置させて、前記側壁の先端を前記密着機
構を介してワークの裏面に密着させ、前記シールドガス供給室を密閉状態にする工程と、
前記密閉状態のシールドガス供給室内へシールドガスを流入させつつレーザ光を照射す
る工程と、を有する、ことを特徴とする請求項30に記載のレーザ加工方法。 A side wall facing the workpiece is provided on the light shielding plate to form a shield gas supply chamber, and the side
Compared to air, the shield gas supply chamber has a work adhesion mechanism at the top of the wall.
A process in which a heavy shielding gas is allowed to flow and stay approximately by volume; and
Next, the workpiece is positioned on the shield gas supply chamber, and the tip of the side wall is placed on the contact machine.
Close contact with the back surface of the workpiece through the structure, and sealing the shield gas supply chamber;
Laser light is irradiated while shielding gas flows into the sealed shielding gas supply chamber.
Laser processing method of claim 30 that has a step, and characterized in that.
前記密閉状態の前記シールドガス供給室内へ不活性ガスをほぼ容積分だけ流入させて不活性ガスで満たす工程と、
前記不活性ガスで満たされたシールドガス供給室内へ不活性ガスを流入させると共に、前記圧力調整機構により内部のガス圧を一定に維持しつつ、ワークにレーザ光を照射する工程と、を有する、ことを特徴とする請求項26または27に記載のレーザ加工方法。 A shield gas supply provided with a pressure adjusting mechanism for stabilizing the internal gas pressure while providing a shield gas supply chamber at the top of the side wall by providing a side wall facing the workpiece on the light shielding plate. A work is positioned on the open end side of the chamber, the tip of the side wall is brought into close contact with the back surface of the work via the contact mechanism, and the shield gas supply chamber is sealed,
Filling an inert gas into the sealed gas supply chamber in the sealed state by flowing an inert gas substantially by a volume; and
Irradiating the workpiece with laser light while allowing the inert gas to flow into the shield gas supply chamber filled with the inert gas and maintaining a constant internal gas pressure by the pressure adjusting mechanism, The laser processing method according to claim 26 or 27 , wherein:
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