JP6109499B2 - Laser welding apparatus and welding method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、配管等の溶接に用いられて好適なレーザ溶接装置およびその溶接方法に関するものである。   The present invention relates to a laser welding apparatus suitable for use in welding pipes and the like and a welding method thereof.

レーザ溶接は、高密度エネルギー光線であるレーザビームを光学部品により集光した後に被溶接材に照射し、被溶接材を溶融させる溶接法である。レーザ溶接は、アーク溶接などの他の溶接法と比べ、高速溶接が可能であり、かつ、その熱影響範囲が小さいという特徴を有する。   Laser welding is a welding method in which a laser beam, which is a high-density energy beam, is condensed by an optical component and then irradiated to a material to be welded to melt the material to be welded. Laser welding has characteristics that high-speed welding is possible and its heat-affected range is small compared to other welding methods such as arc welding.

レーザ溶接は、このような特徴を活かし、例えば、自動車の組み立て溶接への適用例が見られるほか、鋼板を連続処理する例えば酸洗ラインや冷間圧延ラインなどの連続ラインにおいて、途切れることなく鋼板を連続ラインへ供給するために、先行する鋼板である溶接材の端面と、後行する鋼板である溶接材の端面とを接続する、いわゆるコイル継ぎ溶接工程に適用される例が見られる。   Laser welding makes use of these characteristics, and for example, can be found applied to assembly welding of automobiles. In continuous processing such as pickling lines and cold rolling lines where steel sheets are continuously processed, steel sheets are not interrupted. In order to supply a continuous line, an example applied to a so-called coil joint welding process in which an end surface of a welding material, which is a preceding steel plate, and an end surface of a welding material, which is a subsequent steel plate, are connected.

しかし、高密度エネルギーを照射するが故に急激な金属の溶融を伴い、形成された溶融池から溶融金属が飛散することがある。これは、溶接部の品質を確保する上で問題となることがある。この飛散する溶融金属をスパッタという。   However, since the metal is irradiated with high density energy, the molten metal may be scattered from the molten pool formed due to rapid melting of the metal. This can be a problem in ensuring the quality of the weld. This scattered molten metal is called spatter.

鋼板の溶接時には貫通したレーザ光によって、鋼板下部からも激しいスパッタと共に溶融金属が排出される。この時にキーホールの下部に達するまで巻き込まれた加工シールドガスが、溶融金属と一緒に排出され得る。溶接ビードの下部に見られる気孔はレーザ溶接時のレーザ光の貫通が不十分で、裏面から排出されるに至らなかった気孔が残留したものと考えられる。   During welding of the steel plate, the molten metal is discharged from the lower portion of the steel plate with intense spatter by the penetrating laser beam. At this time, the processing shield gas that has been caught up to the bottom of the keyhole can be discharged together with the molten metal. It is considered that the pores seen in the lower part of the weld bead are insufficiently penetrated by the laser beam during laser welding, and the pores that have not been discharged from the back surface remain.

これらの気孔によるトラブルの対策について開示された文献として、下記特許文献１がある。   Patent Document 1 listed below is a document that discloses measures for troubles caused by these pores.

特許文献１には、内部溶接欠陥（割れ、気孔）のないレーザによる鋼板溶接を可能として、ガス配管、オイル配管などの施工で必要とされる溶接欠陥に非常に厳しい規格に合致する配管溶接が示されている。   In Patent Document 1, pipe welding that allows for steel plate welding by laser without internal welding defects (cracks, pores) and meets very strict standards for welding defects required in construction of gas piping, oil piping, etc. It is shown.

特開２００１−３００７５１号公報JP 2001-300751 A

しかし、特許文献１は内部溶接欠陥をなくすためにレーザ光を母材に貫通させる必要があった。レーザ光が母材を貫通する際に激しいスパッタと共に溶融金属が排出されるので、配管等の溶接時には、内周面にスパッタが付着するという問題があった。   However, in Patent Document 1, it is necessary to pass laser light through the base material in order to eliminate internal welding defects. When the laser beam penetrates the base material, the molten metal is discharged together with intense spattering. Therefore, there is a problem that spatter adheres to the inner peripheral surface when welding pipes or the like.

スパッタは、塗装欠陥などの原因になり品質に悪影響を与えるものであり、配管の場合には、レーザ溶接により発生するスパッタが配管内面に付着し、製品の付加価値を下げていた。さらに、配管内面に付着したスパッタを取り除くにも工数がかかり製品のコストを上げるなどの問題があった。   Spatter causes paint defects and adversely affects quality. In the case of piping, spatter generated by laser welding adheres to the inner surface of the piping, reducing the added value of the product. Furthermore, there is a problem that it takes man-hours to remove spatters adhering to the inner surface of the pipe, which increases the cost of the product.

また、配管のレーザ溶接の場合、配管の接合面を溶接した後に配管内周面に付着したスパッタを確認することが困難であるという問題があった。   Further, in the case of laser welding of pipes, there has been a problem that it is difficult to confirm spatter adhering to the inner peripheral surface of the pipe after welding the joint surface of the pipe.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、より簡便な構造でレーザ溶接時に管の内周側にスパッタを発生させない管のレーザ溶接装置およびその溶接方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a laser welding apparatus for a tube and a welding method thereof, which has a simpler structure and does not generate spatter on the inner peripheral side of the tube during laser welding. Objective.

上記課題を解決するために、本発明のレーザ溶接装置およびその溶接方法は以下の手段を採用する。
本発明に係るレーザ溶接装置は、水平に配置された軸線回りに回転される管体の外周側に設置され、前記管体の上端位置よりも前記管体の回転方向上流側において、前記管体の接合面にレーザ光を照射するレーザ照射部と、該レーザ照射部から照射されるレーザ光の出力を調整するレーザ光出力調整部とを備え、前記レーザ光出力調整部により、前記レーザ光により前記管体の管厚内に形成されたキーホールが該管厚内にて有底状態となるように、レーザ光の出力が調整され、前記管体の前記接合面は、一対の前記管体の端部同士が突き合わされた面であることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the laser welding apparatus and the welding method of the present invention employ the following means.
The laser welding apparatus according to the present invention is installed on the outer peripheral side of a tubular body that is rotated around an axis that is horizontally disposed, and the tubular body is located upstream of the upper end position of the tubular body in the rotational direction of the tubular body. A laser irradiation unit that irradiates the bonding surface of the laser beam with a laser beam, and a laser beam output adjustment unit that adjusts the output of the laser beam irradiated from the laser beam irradiation unit. The output of the laser beam is adjusted so that the keyhole formed in the tube thickness of the tube body is in a bottomed state in the tube thickness, and the joint surface of the tube body is a pair of the tube bodies It is the surface by which the edge parts of this were faced | matched.

レーザ光出力調整部により、レーザ光出力を（例えば下げて）調整することができる。レーザ光出力を調整することで管体を構成する金属の金属蒸発の圧力を低下させることができる。これにより、管体の管厚内に有底状のキーホールを形成することで、管体の内周面を貫通することを防ぐことができる。金属蒸発により形成されるキーホールが管体の内周側に貫通しないため、内周面にスパッタが発生するのを防ぐことができる。また、レーザ光出力を落とすことで、熱伝導により管体の内周面を溶融させることができる。これにより、内周面の裏波を形成することができる。   The laser beam output adjustment unit can adjust the laser beam output (for example, by lowering it). By adjusting the laser light output, the metal evaporation pressure of the metal constituting the tube can be reduced. Thereby, it can prevent penetrating the inner peripheral surface of a tubular body by forming a bottomed keyhole in the tubular thickness of the tubular body. Since the keyhole formed by metal evaporation does not penetrate to the inner peripheral side of the tube, it is possible to prevent spatter from occurring on the inner peripheral surface. Moreover, the inner peripheral surface of the tubular body can be melted by heat conduction by reducing the laser beam output. Thereby, the back surface of the inner peripheral surface can be formed.

さらに、本発明のレーザ溶接装置では、水平に配置された軸線回りに回転される管体の外周側に設置され、前記管体の上端位置よりも前記管体の回転方向上流側において、前記管体の接合面にレーザ光を照射するレーザ照射部と、該レーザ照射部から照射されるレーザ光の出力を調整するレーザ光出力調整部とを備え、前記レーザ照射部は、前記レーザ光の延長線が前記管体の内周面に接する位置と、該管体の外周面に接する位置との間を通過するように設けられ、前記管体の前記接合面は、一対の前記管体の端部同士が突き合わされた面であることを特徴とする。 Furthermore, in the laser welding apparatus of the present invention, the tube is installed on the outer peripheral side of a tube that is rotated around an axis arranged horizontally, and the tube is located upstream of the upper end position of the tube in the rotation direction of the tube. A laser irradiation unit configured to irradiate the joint surface of the body with a laser beam; and a laser beam output adjustment unit configured to adjust an output of the laser beam irradiated from the laser irradiation unit, wherein the laser irradiation unit is an extension of the laser beam. The wire is provided so as to pass between a position in contact with the inner peripheral surface of the tubular body and a position in contact with the outer peripheral surface of the tubular body, and the joint surface of the tubular body is an end of a pair of the tubular bodies It is the surface by which the parts were faced | matched, It is characterized by the above-mentioned.

レーザ照射部の位置は、管体の中心軸位置から離芯させ、レーザ光の延長線が管体の内周面に接する位置と、管体の外周面に接する位置との間を通過するように設けられている。これにより、レーザ光の狙い位置を内周側に貫通する可能性のある位置から離すことができる。また、レーザ光により形成されるキーホールが不安定な状態でも管体の内面に貫通することがないので、スパッタの発生を防ぐことができる。   The position of the laser irradiation unit is separated from the central axis position of the tube so that the extension line of the laser beam passes between the position where the extended line of the laser beam is in contact with the inner peripheral surface of the tube and the position where the extended surface of the tube is in contact Is provided. Thereby, the target position of the laser beam can be separated from the position where there is a possibility of penetrating the inner peripheral side. Moreover, since the keyhole formed by the laser beam does not penetrate the inner surface of the tubular body even in an unstable state, the occurrence of sputtering can be prevented.

上記発明において、前記レーザ光の前記接合面に対する照射位置を揺動させる揺動手段を備えてもよい。 In the above invention may be provided with a swinging hand stage for swinging the irradiation position with respect to the junction surface of the laser beam.

照射位置を揺動させる揺動手段により、レーザ光を揺動（オシレーション）させることができる。これにより、レーザ光のエネルギーが接合面（溶接部）の一点に集中することを防ぐことができる。したがって、レーザ光の出力や回転部の回転を落とすことなく金属蒸発の圧力を低下させることができる。   The laser beam can be oscillated (oscillated) by the oscillating means for oscillating the irradiation position. Thereby, it can prevent that the energy of a laser beam concentrates on one point of a joint surface (welding part). Therefore, the metal evaporation pressure can be reduced without reducing the output of the laser beam or the rotation of the rotating part.

さらに、本発明のレーザ溶接方法では、水平に配置された軸線回りに回転される管体の外周側に設置され、前記管体の上端位置よりも前記管体の回転方向上流側において、前記管体の接合面にレーザ光を照射するレーザ照射部と、該レーザ照射部から照射されるレーザ光の出力を調整するレーザ光出力調整部と、を備えたレーザ溶接装置を用いたレーザ溶接方法であって、前記管体の前記接合面は、一対の前記管体の端部同士が突き合わされた面であり、前記レーザ光により前記管体の管厚内に形成されたキーホールが該管厚内にて有底状態となるように、レーザ光の出力が調整されることを特徴とする。 Furthermore, in the laser welding method of the present invention, the tube is installed on the outer peripheral side of a tube that is rotated around an axis arranged horizontally, and the tube is located upstream of the upper end position of the tube in the rotation direction of the tube. A laser welding method using a laser welding apparatus comprising: a laser irradiation unit that irradiates a laser beam onto a joint surface of a body; and a laser light output adjustment unit that adjusts an output of laser light emitted from the laser irradiation unit. The joint surface of the tube body is a surface where ends of a pair of the tube bodies are abutted with each other, and a keyhole formed in the tube thickness of the tube body by the laser beam is the tube thickness. The output of the laser light is adjusted so as to be in a bottomed state inside.

レーザ光出力調整部によりレーザ光出力を調整することができる。レーザ光が調整されることにより管体の金属蒸発の圧力を下げることができる。これにより、管体の管厚内に形成されたキーホールが管厚内にて有底状態とすることができる。したがって、管体の内周面にキーホールが貫通するのを防ぐことができる。キーホールが内周面に貫通することがないので、スパッタが管体内面に付着するのを防ぐことができる。レーザ溶接を安定して行うことができるので、ＴＩＧ溶接などの溶接線が多層から構成される溶接に比べて溶接時間を短縮することができる。   The laser beam output adjustment unit can adjust the laser beam output. By adjusting the laser beam, the metal evaporation pressure of the tube can be lowered. Thereby, the keyhole formed within the tube thickness of the tube body can be in a bottomed state within the tube thickness. Therefore, it is possible to prevent the keyhole from penetrating the inner peripheral surface of the tubular body. Since the keyhole does not penetrate the inner peripheral surface, it is possible to prevent spatter from adhering to the inner surface of the tube body. Since laser welding can be performed stably, the welding time can be shortened as compared with welding in which a welding line such as TIG welding is composed of multiple layers.

さらに、本発明のレーザ溶接方法では、水平に配置された軸線回りに回転される管体の外周側に設置され、前記管体の上端位置よりも前記管体の回転方向上流側において、前記管体の接合面にレーザ光を照射するレーザ照射部と、該レーザ照射部から照射されるレーザ光の出力を調整するレーザ光出力調整部と、を備えたレーザ溶接装置を用いたレーザ溶接方法であって、前記管体の前記接合面は、一対の前記管体の端部同士が突き合わされた面であり、前記レーザ照射部によって照射された前記レーザ光の延長線が前記管体の内周面に接する位置と、該管体の外周面に接する位置との間を通過することを特徴とする。 Furthermore, in the laser welding method of the present invention, the tube is installed on the outer peripheral side of a tube that is rotated around an axis arranged horizontally, and the tube is located upstream of the upper end position of the tube in the rotation direction of the tube. A laser welding method using a laser welding apparatus comprising: a laser irradiation unit that irradiates a laser beam onto a joint surface of a body; and a laser light output adjustment unit that adjusts an output of laser light emitted from the laser irradiation unit. The joint surface of the tube body is a surface where ends of a pair of the tube bodies are abutted with each other, and an extension line of the laser light irradiated by the laser irradiation unit is an inner periphery of the tube body. It passes between the position in contact with the surface and the position in contact with the outer peripheral surface of the tubular body.

レーザ照射部の位置を管体の中心軸位置から離芯させ、レーザ光の延長線が管体の内周面に接する位置と、管体の外周面に接する位置との間を通過するように設けられることにより、レーザ光の狙い位置を内周面に貫通する可能性のある位置から離すことができる。これにより、レーザ光により形成されるキーホールが不安定な状態でも管体の内面に貫通することがないので、スパッタの発生を防ぐことができる。   The position of the laser irradiation unit is separated from the center axis position of the tube so that the extension line of the laser beam passes between the position where it is in contact with the inner peripheral surface of the tube and the position where it is in contact with the outer peripheral surface of the tube. By being provided, the target position of the laser beam can be separated from a position that may penetrate the inner peripheral surface. Thereby, since the keyhole formed by the laser beam does not penetrate the inner surface of the tube body even in an unstable state, the occurrence of sputtering can be prevented.

上記発明において、前記レーザ溶接装置は、前記レーザ光の前記接合面に対する照射位置を揺動させる揺動手段を更に備え、前記接合面の溶接時に前記レーザ光を揺動させてもよい。 In the above invention, the laser welding apparatus further comprises a rocking hand stage for swinging the irradiation position with respect to the junction surface of the laser light, it may be oscillating the laser beam during welding of the joint surface.

照射位置を揺動させる揺動手段を用いて、レーザ光を揺動（オシレーション）させることにより、レーザ光のエネルギーが管体の溶接部の一点に集中することを防ぐことができる。これにより、レーザ光の出力や回転部の回転を落とすことなく金属蒸発の圧力を低下させることができる。   By oscillating the laser beam using the oscillating means for oscillating the irradiation position, it is possible to prevent the energy of the laser beam from being concentrated on one point of the welded portion of the tube. Thereby, the pressure of metal evaporation can be reduced without dropping the output of the laser beam or the rotation of the rotating part.

本発明によれば、レーザ光出力調整部によってレーザ光出力を下げることで管体金属の金属蒸発の圧力を低下させることができる。これにより、金属蒸発により形成されるキーホールが管体の内周面に貫通しないため、管内周面にスパッタが発生するのを防ぐことができる。   According to the present invention, the pressure of metal evaporation of the tubular metal can be reduced by lowering the laser light output by the laser light output adjusting unit. Thereby, since the keyhole formed by metal evaporation does not penetrate the inner peripheral surface of the tube body, it is possible to prevent spatter from being generated on the inner peripheral surface of the tube.

本発明に係るレーザ溶接装置およびその溶接方法の第１実施形態を示した正面図である。It is the front view which showed 1st Embodiment of the laser welding apparatus which concerns on this invention, and its welding method. 本発明に係るレーザ溶接装置およびその溶接方法の第２実施形態を示した正面図である。It is the front view which showed 2nd Embodiment of the laser welding apparatus which concerns on this invention, and its welding method. 本発明に係るレーザ溶接装置およびその溶接方法の第３実施形態を示した斜視図である。It is the perspective view which showed 3rd Embodiment of the laser welding apparatus which concerns on this invention, and its welding method. 本発明に係るレーザ溶接装置およびその溶接方法の第３実施形態の変形例を示した斜視図である。It is the perspective view which showed the modification of 3rd Embodiment of the laser welding apparatus which concerns on this invention, and its welding method.

以下に、本発明に係るレーザ溶接装置およびその溶接方法の実施形態について図面を用いて説明する。   Embodiments of a laser welding apparatus and a welding method thereof according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

各実施形態にかかるレーザ溶接装置およびその溶接方法は、例えば陸用ボイラの熱交換器の伝熱管等の円管とされた管体の突き合わせ溶接に用いられる。
具体的には、円管とされた一対の管体（以下、単に「管」という）のそれぞれの端部同士が互いに突き合わされた状態で隣接されて配置される（例えば図３及び図４参照）。これらの管は、図示されない固定具などによって固定され、図示されない回転部によって管の軸線回りに同期して回転可能とされている。 The laser welding apparatus and its welding method according to each embodiment are used for butt welding of a tubular body such as a circular pipe such as a heat transfer pipe of a heat exchanger of a land boiler.
Specifically, a pair of tubular bodies (hereinafter simply referred to as “tubes”) that are formed as circular tubes are arranged adjacent to each other in a state in which the end portions are in contact with each other (see, for example, FIGS. 3 and 4). ). These tubes are fixed by a fixing tool (not shown) or the like, and can be rotated in synchronism around the axis of the tube by a rotating unit (not shown).

［第１実施形態］
図１には、第１実施形態にかかるレーザ溶接装置が示されている。同図には、一対の管が突き合わされた接合面１０において、一方の管の端面を見た正面図である。
レーザ溶接装置は、管に向けてレーザを照射するレーザ照射部５と、レーザ光の出力を調整するレーザ光出力調整部６とを備えている。
レーザ照射部５は、管の外周側にて、管同士の接合面１０に対向した状態で設けられている。レーザ照射部５によって集光されたレーザ光が接合面１０に向けて出射される。レーザ照射部５の設置位置は、管中心点Ａから離芯させた位置とする。この離芯距離（すなわち管中心点Ａとレーザ光中心軸との距離）は、例えばレーザ出力３ｋＷ，溶接速度０．７ｍ／分および管φ４５×ｔ６（材質：ＳＵＳ３０４）の溶接条件において４ｍｍとされる。
レーザ光出力調整部６は、レーザ照射部のレーザ光上流側に設けられ、図示しない制御部からの指令によってレーザ光出力の増減を行うものである。 [First Embodiment]
FIG. 1 shows a laser welding apparatus according to the first embodiment. In the same figure, it is the front view which looked at the end surface of one pipe | tube in the joint surface 10 with which a pair of pipe | tube was faced | matched.
The laser welding apparatus includes a laser irradiation unit 5 that irradiates a tube with a laser, and a laser light output adjustment unit 6 that adjusts the output of the laser light.
The laser irradiation part 5 is provided in the outer peripheral side of a pipe | tube, in the state which opposes the joint surface 10 of tubes. The laser beam condensed by the laser irradiation unit 5 is emitted toward the bonding surface 10. The installation position of the laser irradiation unit 5 is set to a position separated from the tube center point A. This decentering distance (that is, the distance between the tube center point A and the laser beam central axis) is 4 mm, for example, under the welding conditions of laser output 3 kW, welding speed 0.7 m / min, and tube φ45 × t6 (material: SUS304). The
The laser beam output adjusting unit 6 is provided on the laser beam upstream side of the laser irradiation unit, and increases or decreases the laser beam output according to a command from a control unit (not shown).

管を水平にして溶接する場合、レーザ光４を照射する位置は管の上端位置（図１において１２時の位置）よりも回転方向上流側とされている。レーザ光４が照射された管の接合面１０は、図示しない回転部によって管軸線回りに回転され、回転方向における管の上端位置で溶融金属２が固まるように回転速度が調整されて回転されている。これは、管の溶融金属２が溶融したままの状態で管の上端位置よりも回転方向下流側に位置される場合に、重力による溶融金属２の液だれが発生するのを防止するためである。   When welding the tube horizontally, the position where the laser beam 4 is irradiated is upstream of the upper end position of the tube (position at 12 o'clock in FIG. 1). The joint surface 10 of the tube irradiated with the laser beam 4 is rotated around the tube axis by a rotating unit (not shown), and the rotation speed is adjusted so that the molten metal 2 is solidified at the upper end position of the tube in the rotation direction. Yes. This is to prevent dripping of the molten metal 2 due to gravity when the molten metal 2 in the tube is located in a molten state downstream from the upper end position of the tube in a molten state. .

管を垂直にして溶接する場合、レーザ光４を照射する位置や回転方向は、回転により溶接後の位置が下方に位置して溶融金属２の液だれが発生するおそれがないので、管を水平にして溶接する場合のような条件は必要とされない。   When welding with the tube vertical, the position where the laser beam 4 is irradiated and the direction of rotation are such that the position after welding is positioned downward due to the rotation and there is no risk of dripping of the molten metal 2. Thus, the conditions as in the case of welding are not required.

次に、上記構成のレーザ溶接装置を用いた溶接方法について説明する。
まず、図示されないレーザ発振器からのレーザ光４が図示されない光路によってレーザ光出力調整部６に伝送される。レーザ光出力調整部６によって出力が調整されたレーザ光４は、レーザ照射部５によって接合面１０へと照射される。この時、溶接金属部の酸化等を防ぐために、通常はシールドガスを接合面１０へ吹付ける。シールドガスには、不活性ガスが好適に用いられ、例えば、アルゴン，ヘリウムおよび窒素などが用いられる。 Next, a welding method using the laser welding apparatus having the above configuration will be described.
First, laser light 4 from a laser oscillator (not shown) is transmitted to the laser light output adjusting unit 6 through an optical path (not shown). The laser beam 4 whose output is adjusted by the laser beam output adjusting unit 6 is irradiated onto the bonding surface 10 by the laser irradiation unit 5. At this time, in order to prevent oxidation or the like of the weld metal part, a shield gas is usually sprayed onto the joint surface 10. An inert gas is preferably used as the shield gas, and for example, argon, helium, nitrogen, or the like is used.

レーザ照射部５から接合面１０に対して照射されたレーザ光４は、管の外周面１から管の内周面７に向かって照射される。レーザ光４の熱により、管の金属を溶融金属２の状態とさせる。レーザ光出力調整部６でレーザ光４の出力を下げ、図示されない回転部による回転（矢印Ｂ）の速度を調整することで管厚内に形成されるキーホール３が有底状態となった状態で溶接される。管厚内に形成されたキーホール３の底部３ａから管の内周面７までの間は、レーザ光４が直接照射されるのではなく、レーザ光４によって発生する熱の熱伝導によって溶接される。   The laser beam 4 irradiated from the laser irradiation unit 5 to the bonding surface 10 is irradiated from the outer peripheral surface 1 of the tube toward the inner peripheral surface 7 of the tube. The metal of the tube is made into a molten metal 2 state by the heat of the laser beam 4. A state in which the keyhole 3 formed in the tube thickness is in a bottomed state by lowering the output of the laser beam 4 by the laser beam output adjusting unit 6 and adjusting the speed of rotation (arrow B) by a rotating unit (not shown). Welded with. The laser beam 4 is not directly irradiated from the bottom 3a of the keyhole 3 formed in the tube thickness to the inner peripheral surface 7 of the tube, but is welded by heat conduction of heat generated by the laser beam 4. The

以上の通り、本実施形態によれば以下の作用効果を奏する。
レーザ光出力調整部６により、レーザ光４の出力を調整し、かつ、管の回転速度を調整することで、管の金属の金属蒸発の圧力を低下させることができる。 As described above, according to the present embodiment, the following operational effects are obtained.
By adjusting the output of the laser beam 4 and adjusting the rotation speed of the tube by the laser beam output adjusting unit 6, the pressure of metal evaporation of the metal in the tube can be reduced.

金属蒸発の圧力を低下させることで、管の管厚内に有底状のキーホール３を形成することで、管の内周面７を貫通することを防ぐことができる。金属蒸発により形成されるキーホール３が、管の内周面７に貫通しないため、管の内周面７にスパッタが発生するのを防ぐことができる。また、レーザ光４の出力を落とすことで、熱伝導により管の内周面７を溶融させることができる。これにより、管の内周面７に裏波を形成することができる。   By reducing the pressure of metal evaporation, the bottomed keyhole 3 is formed in the tube thickness, so that the inner peripheral surface 7 of the tube can be prevented from penetrating. Since the keyhole 3 formed by metal evaporation does not penetrate the inner peripheral surface 7 of the tube, it is possible to prevent spatter from being generated on the inner peripheral surface 7 of the tube. Further, by reducing the output of the laser beam 4, the inner peripheral surface 7 of the tube can be melted by heat conduction. Thereby, a back wave can be formed on the inner peripheral surface 7 of the tube.

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図２を用いて説明する。
本実施形態は、第１実施形態に示したレーザ照射部５の設置位置を、さらに管中心点Ａから離芯させて、レーザ光４の延長線が管体の内周面７に接する位置Ｌ１と、管体の外周面１に接する位置Ｌ２との間を通過するように設けられている。したがって、第１実施形態と同様の構成には同一符号を付しその説明を省略する。
図２に示されているように、レーザ照射部５の設置位置は、管中心点Ａから離心させて、レーザ光４の延長線が管体の内周面７に接する位置Ｌ１と、管体の外周面１に接する位置Ｌ２との間を通過するように設けられている。離芯距離は、例えばレーザ出力３ｋＷ，溶接速度０．３ｍ／分および管φ４５×ｔ６（材質：ＳＵＳ３０４）の溶接条件において１７ｍｍとされる。 [Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the present embodiment, the installation position of the laser irradiation unit 5 shown in the first embodiment is further separated from the tube center point A, and the extended line of the laser light 4 is in contact with the inner peripheral surface 7 of the tube body L1. And a position L2 in contact with the outer peripheral surface 1 of the tubular body. Therefore, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
As shown in FIG. 2, the installation position of the laser irradiation unit 5 is separated from the tube center point A, the position L1 where the extended line of the laser beam 4 is in contact with the inner peripheral surface 7 of the tube, and the tube It is provided so that it may pass between the position L2 which touches the outer peripheral surface 1. The decentering distance is, for example, 17 mm under the welding conditions of laser output 3 kW, welding speed 0.3 m / min, and tube φ45 × t6 (material: SUS304).

本実施形態では、レーザ照射部５の設置位置は、管中心点Ａから離芯させて、レーザ光４の延長線が管体の内周面７に接する位置Ｌ１と、管体の外周面１に接する位置Ｌ２との間を通過するように設けられている。すなわち、管の内周面７にレーザ光４を貫通させない設置位置とされている。これにより、管の内周面７からレーザ光４までの距離が離されることから、管の内周面７への熱伝導が低下する。したがって、管の内周面７へ裏波を形成するために、溶接速度（矢印Ｂの方向に回転する速度）を第１実施形態よりも下げて溶接される。   In this embodiment, the installation position of the laser irradiation unit 5 is separated from the tube center point A, the position L1 where the extended line of the laser beam 4 is in contact with the inner peripheral surface 7 of the tube, and the outer peripheral surface 1 of the tube. It is provided so that it may pass between the position L2 which touches. That is, the installation position is such that the laser beam 4 does not penetrate the inner peripheral surface 7 of the tube. Thereby, since the distance from the inner peripheral surface 7 of the tube to the laser beam 4 is increased, the heat conduction to the inner peripheral surface 7 of the tube is lowered. Therefore, in order to form a back wave on the inner peripheral surface 7 of the pipe, welding is performed at a lower welding speed (speed rotating in the direction of arrow B) than in the first embodiment.

本実施形態によれば、レーザ照射部５の位置は、管中心点Ａから離芯させ、レーザ光４の延長線が管の内周面７に接する位置Ｌ１と、管体の外周面１に接する位置Ｌ２との間を通過するように設けられている。これにより、レーザ光４の狙い位置を管の内周面７にレーザ光４が貫通する可能性のある位置から離すことができる。また、レーザ光４により形成されるキーホール３が不安定な状態でも管の内周面７に貫通することがないので、スパッタの発生を防ぐことができる。   According to this embodiment, the position of the laser irradiation unit 5 is separated from the tube center point A, and the position L1 where the extended line of the laser beam 4 is in contact with the inner peripheral surface 7 of the tube and the outer peripheral surface 1 of the tube body. It is provided so as to pass between the contact position L2. Thereby, the aim position of the laser beam 4 can be separated from the position where the laser beam 4 may penetrate the inner peripheral surface 7 of the tube. Moreover, since the keyhole 3 formed by the laser beam 4 does not penetrate the inner peripheral surface 7 of the tube even in an unstable state, the occurrence of spatter can be prevented.

また、レーザ光４の熱伝導が影響する管の内周面７の面積が広くなる為、裏波の幅を広く形成することができる。   In addition, since the area of the inner peripheral surface 7 of the tube affected by the heat conduction of the laser beam 4 is increased, the width of the back wave can be increased.

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について、図３および図４を用いて説明する。
本実施形態は、第１実施形態に示したレーザ光４を図示されない揺動手段により揺動させて用いるものである。したがって、第１実施形態と同様の構成には同一符号を付しその説明を省略する。
図３に示されているように、レーザ照射部５は矢印ａおよび矢印ｂの方向に揺動手段（図示せず）により揺動（オシレーション）されている。これにより、レーザ光４も矢印ｃおよび矢印ｄの方向に揺動される。レーザ光４を揺動させる場合の溶接条件は、例えばレーザ出力４ｋＷ，溶接速度０．５ｍ／分，管φ４５×ｔ６（材質：ＳＵＳ３０４）および離芯距離４ｍｍとされる。 [Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In this embodiment, the laser beam 4 shown in the first embodiment is used by being swung by a swinging means (not shown). Therefore, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
As shown in FIG. 3, the laser irradiation unit 5 is oscillated (oscillated) by oscillating means (not shown) in the directions of arrows a and b. As a result, the laser beam 4 is also swung in the directions of the arrows c and d. The welding conditions when the laser beam 4 is oscillated are, for example, a laser output of 4 kW, a welding speed of 0.5 m / min, a tube φ45 × t6 (material: SUS304), and an off-center distance of 4 mm.

本実施形態によれば、レーザ光４が揺動手段により揺動されることで、レーザ光４のエネルギーが溶接部１１の一点に集中することを防ぐことができる。これにより、レーザ光４の出力や回転部の回転を落とすことなく金属蒸発の圧力を低下させることができる。したがって、レーザ光４が管の内周面７へと貫通することがなく、管の内周面７のスパッタの発生を防止することができる。   According to the present embodiment, the energy of the laser beam 4 can be prevented from being concentrated on one point of the welded portion 11 by the laser beam 4 being oscillated by the oscillating means. Thereby, the pressure of metal evaporation can be reduced without dropping the output of the laser beam 4 or the rotation of the rotating part. Therefore, the laser beam 4 does not penetrate to the inner peripheral surface 7 of the tube, and the occurrence of spattering on the inner peripheral surface 7 of the tube can be prevented.

また、本実施形態では、レーザ照射部５を揺動させてレーザ光４を揺動させているが、本実施形態の変形例として図４に示されるように、レーザ照射部５の替わりにミラー８を設けることとしてもよい。   Further, in the present embodiment, the laser irradiation unit 5 is oscillated to oscillate the laser beam 4, but as a modification of the present embodiment, a mirror is used instead of the laser irradiation unit 5 as shown in FIG. 8 may be provided.

レーザ照射部５から照射されたレーザ光４をミラー８に照射して、溶接部１１へと反射させている。ミラー８が矢印ａおよび矢印ｂの方向に図示されない揺動手段により、揺動されることで、レーザ光４も矢印ｃおよび矢印ｄの方向に揺動される。これにより、レーザ光４のエネルギーが溶接部１１の一点に集中されることを防ぐことができる。さらに、レーザ光４の出力や回転部の回転を落とすことなく金属蒸発の圧力を低下させることができる。これにより、レーザ光４が管の内周面７へと貫通することがなく、管の内周面７のスパッタを防止することができる。   The laser beam 4 irradiated from the laser irradiation unit 5 is irradiated to the mirror 8 and reflected to the welded part 11. The mirror 8 is oscillated by oscillating means (not shown) in the directions of arrows a and b, so that the laser beam 4 is also oscillated in the directions of arrows c and d. Thereby, it is possible to prevent the energy of the laser beam 4 from being concentrated on one point of the welded portion 11. Furthermore, the metal evaporation pressure can be reduced without reducing the output of the laser beam 4 or the rotation of the rotating part. Thereby, the laser beam 4 does not penetrate to the inner peripheral surface 7 of the tube, and the sputter of the inner peripheral surface 7 of the tube can be prevented.

１ 外周面
２ 溶融金属
３ キーホール
３ａ キーホール底部
４ レーザ光
５ レーザ照射部
６ レーザ光出力調整部
７ 内周面
８ ミラー
１０ 接合面
１１ 溶接部
Ａ 管中心点 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Outer peripheral surface 2 Molten metal 3 Keyhole 3a Keyhole bottom part 4 Laser beam 5 Laser irradiation part 6 Laser beam output adjustment part 7 Inner peripheral surface 8 Mirror 10 Joining surface 11 Welding part A Pipe center point

Claims (6)

水平に配置された軸線回りに回転される管体の外周側に設置され、前記管体の上端位置よりも前記管体の回転方向上流側において、前記管体の接合面にレーザ光を照射するレーザ照射部と、
該レーザ照射部から照射されるレーザ光の出力を調整するレーザ光出力調整部と、
を備え、
前記レーザ光出力調整部により、前記レーザ光により前記管体の管厚内に形成されたキーホールが該管厚内にて有底状態となるように、レーザ光の出力が調整され、
前記管体の前記接合面は、一対の前記管体の端部同士が突き合わされた面であることを特徴とするレーザ溶接装置。 It is installed on the outer peripheral side of a tubular body that is rotated around an axis arranged horizontally, and irradiates the joint surface of the tubular body with a laser beam on the upstream side of the upper end position of the tubular body in the rotational direction of the tubular body. A laser irradiation unit;
A laser beam output adjusting unit for adjusting the output of the laser beam irradiated from the laser irradiation unit;
With
The laser light output adjusting unit adjusts the output of the laser light so that the keyhole formed in the tube thickness of the tube body by the laser light is in a bottomed state in the tube thickness,
2. The laser welding apparatus according to claim 1, wherein the joining surface of the tubular body is a surface in which ends of the pair of tubular bodies are abutted with each other. 水平に配置された軸線回りに回転される管体の外周側に設置され、前記管体の上端位置よりも前記管体の回転方向上流側において、前記管体の接合面にレーザ光を照射するレーザ照射部と、
該レーザ照射部から照射されるレーザ光の出力を調整するレーザ光出力調整部と、
を備え、
前記レーザ照射部は、前記レーザ光の延長線が前記管体の内周面に接する位置と、該管体の外周面に接する位置との間を通過するように設けられ、
前記管体の前記接合面は、一対の前記管体の端部同士が突き合わされた面であることを特徴とするレーザ溶接装置。 It is installed on the outer peripheral side of a tubular body that is rotated around an axis arranged horizontally, and irradiates the joint surface of the tubular body with a laser beam on the upstream side of the upper end position of the tubular body in the rotational direction of the tubular body. A laser irradiation unit;
A laser beam output adjusting unit for adjusting the output of the laser beam irradiated from the laser irradiation unit;
With
The laser irradiation unit is provided so as to pass between a position where the extended line of the laser light is in contact with the inner peripheral surface of the tube body and a position in contact with the outer peripheral surface of the tube body,
2. The laser welding apparatus according to claim 1, wherein the joining surface of the tubular body is a surface in which ends of the pair of tubular bodies are abutted with each other. 前記レーザ光の前記接合面に対する照射位置を揺動させる揺動手段を更に備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ溶接装置。   3. The laser welding apparatus according to claim 1, further comprising a swinging unit that swings an irradiation position of the laser beam on the joint surface. 水平に配置された軸線回りに回転される管体の外周側に設置され、前記管体の上端位置よりも前記管体の回転方向上流側において、前記管体の接合面にレーザ光を照射するレーザ照射部と、
該レーザ照射部から照射されるレーザ光の出力を調整するレーザ光出力調整部と、を備えたレーザ溶接装置を用いたレーザ溶接方法であって、
前記管体の前記接合面は、一対の前記管体の端部同士が突き合わされた面であり、
前記レーザ光出力調整部により、前記レーザ光により前記管体の管厚内に形成されたキーホールが該管厚内にて有底状態となるように、レーザ光の出力が調整されることを特徴とするレーザ溶接方法。 It is installed on the outer peripheral side of a tubular body that is rotated around an axis arranged horizontally, and irradiates the joint surface of the tubular body with a laser beam on the upstream side of the upper end position of the tubular body in the rotational direction of the tubular body. A laser irradiation unit;
A laser beam output adjusting unit for adjusting the output of the laser beam emitted from the laser irradiation unit, and a laser welding method using a laser welding apparatus comprising:
The joint surface of the tubular body is a surface in which the ends of a pair of the tubular bodies are butted together,
The laser light output adjustment unit adjusts the output of the laser light so that a keyhole formed in the tube thickness of the tube body is in a bottomed state within the tube thickness by the laser light. A characteristic laser welding method. 水平に配置された軸線回りに回転される管体の外周側に設置され、前記管体の上端位置よりも前記管体の回転方向上流側において、前記管体の接合面にレーザ光を照射するレーザ照射部と、
該レーザ照射部から照射されるレーザ光の出力を調整するレーザ光出力調整部と、を備えたレーザ溶接装置を用いたレーザ溶接方法であって、
前記管体の前記接合面は、一対の前記管体の端部同士が突き合わされた面であり、
前記レーザ照射部によって照射された前記レーザ光の延長線が前記管体の内周面に接する位置と、該管体の外周面に接する位置との間を通過することを特徴とするレーザ溶接方法。 It is installed on the outer peripheral side of a tubular body that is rotated around an axis arranged horizontally, and irradiates the joint surface of the tubular body with a laser beam on the upstream side of the upper end position of the tubular body in the rotational direction of the tubular body. A laser irradiation unit;
A laser beam output adjusting unit for adjusting the output of the laser beam emitted from the laser irradiation unit, and a laser welding method using a laser welding apparatus comprising:
The joint surface of the tubular body is a surface in which the ends of a pair of the tubular bodies are butted together,
A laser welding method characterized in that an extended line of the laser beam irradiated by the laser irradiation section passes between a position in contact with the inner peripheral surface of the tube body and a position in contact with the outer peripheral surface of the tube body. . 前記レーザ溶接装置は、前記レーザ光の前記接合面に対する照射位置を揺動させる揺動手段を更に備え、
前記接合面の溶接時に前記レーザ光を揺動させることを特徴とする請求項４又は５に記載のレーザ溶接方法。 The laser welding apparatus further includes rocking means for rocking an irradiation position of the laser beam with respect to the joint surface,
6. The laser welding method according to claim 4, wherein the laser beam is swung during welding of the joint surface.
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