JP6525127B2 - Laser welding apparatus and laser welding method - Google Patents

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Description

本発明は、レーザ溶接装置及びレーザ溶接方法に関するものである。   The present invention relates to a laser welding apparatus and a laser welding method.

上記したレーザ光を用いたレーザ溶接では、被溶接物のレーザ光照射部分で生じる高濃度のヒューム(金属蒸気)やスパッタ(金属溶滴)によりレーザ光が遮られて、被溶接物に到達するエネルギー量に変動が生じてしまう可能性がある。その結果、被溶接物に到達するエネルギー量が少ない場合には、被溶接物のレーザ光照射部分に生じるキーホールがその内部にヒュームを残したまま塞がれてポロシティ(気泡)となって残留してしまう。   In the above-described laser welding using a laser beam, the laser beam is blocked by a high concentration of fume (metal vapor) or spatter (metal droplet) generated at the laser beam irradiated portion of the workpiece to reach the workpiece. The amount of energy may fluctuate. As a result, when the amount of energy to reach the object to be welded is small, the keyhole generated in the laser light irradiated portion of the object to be welded is blocked while leaving fumes inside and remains as porosity (air bubbles) Resulting in.

従来、ポロシティの発生を防止するための手段として、減圧下でレーザ溶接を行うレーザ溶接装置が考案されている(例えば、特許文献1参照)。
このレーザ溶接装置は、減圧容器であるチャンバーを備えており、このチャンバーに、シールドガスが供給されるシールドガス筒と、長焦点の光学系とを組み合わせて構成されている。
Heretofore, as a means for preventing the occurrence of porosity, a laser welding apparatus for performing laser welding under reduced pressure has been devised (see, for example, Patent Document 1).
The laser welding apparatus includes a chamber which is a pressure reducing container, and the chamber is configured by combining a shield gas cylinder to which a shield gas is supplied and an optical system with a long focus.

特許第5234471号公報Patent No. 5234471 gazette

上記したレーザ溶接装置では、減圧容器であるチャンバー内で溶接を行うことで、ポロシティの発生をある程度抑えることができるものの、シールドガス筒及び長焦点光学系をチャンバーに組み合わせる必要がある分だけ装置構成が複雑になってしまうという問題があり、この問題を解決することが従来の課題となっている。   In the above-described laser welding apparatus, although the generation of porosity can be suppressed to a certain extent by welding in the chamber which is a pressure reducing container, the apparatus configuration is necessary because it is necessary to combine the shield gas cylinder and the long focus optical system with the chamber. Is complicated, and solving the problem is a conventional problem.

本発明は、上記したような従来の課題を解決するためになされたもので、装置構成のシンプル化を実現したうえで、ポロシティの発生を防止することが可能なレーザ溶接装置及びレーザ溶接方法を提供することを目的としている。   The present invention has been made to solve the conventional problems as described above, and a laser welding apparatus and a laser welding method capable of preventing the occurrence of porosity after realizing simplification of the apparatus configuration. It is intended to be provided.

ここで、レーザ溶接におけるキーホールの大きさは通常口径3mm以下である。本発明者等は、大きくても口径3mm程度の部位さえ減圧すればポロシティの発生を少なく抑え得ることに着目して、局所的に負圧環境を形成するシンプルな装置構成を見出して本発明をするに至った。
すなわち、本発明の第1の態様は、レーザ光を照射するレーザヘッドを備えたレーザ溶接装置であって、前記レーザヘッドに取り付けられた前記レーザ光が通過する固定筒体と、前記レーザ光を避けて前記被溶接物のレーザ光照射部分を囲み且つ前記固定筒体の中空部に前記レーザ光に沿って移動可能に嵌合された移動筒体と、前記移動筒体に前記被溶接物方向に向かう力を常時付与する弾性体を備え、前記移動筒体には、前記被溶接物のレーザ光照射部分に負圧環境を生じさせる負圧環境発生機構が配置され、前記負圧環境発生機構は、前記レーザヘッドから照射されるレーザ光を横切る方向に窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスを噴射するノズル(望ましくはラバールノズル)及び該ノズルと前記レーザ光を挟んで対峙して該ノズルから噴射されて前記レーザ光を横切った不活性ガスを導入して拡散させるディフューザを具備し、前記負圧環境発生機構の前記ノズル及び前記ディフューザは、前記移動筒体の前記被溶接物側に位置する端部に固定されている構成としている。
Here, the size of the keyhole in laser welding is usually 3 mm or less. The present inventors have found that a simple apparatus configuration for forming a negative pressure environment locally, focusing on the fact that the occurrence of porosity can be suppressed to a low level by decompressing even a portion having a diameter of about 3 mm at most. It came to
That is, a first aspect of the present invention is a laser welding apparatus including a laser head for irradiating a laser beam, wherein the fixed cylinder through which the laser beam attached to the laser head passes, and the laser beam A moving cylindrical body surrounding a portion irradiated with the laser beam of the object to be welded and avoiding the movement of the movable cylindrical body fitted in the hollow portion of the fixed cylindrical body along the laser light, and the direction of the object to be welded to the moving cylindrical body A negative pressure environment generating mechanism for generating a negative pressure environment in the laser beam irradiated portion of the object to be welded is disposed in the movable cylinder, and the negative pressure environment generating mechanism A nozzle (preferably a Laval nozzle) for injecting an inert gas such as nitrogen gas or argon gas in a direction crossing the laser beam emitted from the laser head, and the nozzle and the nozzle with the laser beam facing each other Are al injected comprises a diffuser for diffusing by introducing an inert gas across the laser beam, the nozzle and the diffuser of the negative pressure environment generating mechanism, located in the welded object side of the moving cylinder It is set as the structure fixed to the edge part .

また、本発明の第参考態様は、前記レーザ光を避けて前記負圧環境発生機構の前記ノズル及び前記ディフューザを連結し且つ該ノズル及び該ディフューザとともに前記被溶接物のレーザ光照射部分を囲む遮蔽体を備えている構成としている。 The first reference embodiment of the present invention, the laser beam irradiated portion of the nozzle and the object to be welded together and the nozzle and the diffuser connecting the diffuser of the avoiding the laser beam vacuum environment generating mechanism It is set as the structure provided with the surrounding shielding body.

さらに、本発明の第参考態様は、前記レーザヘッドから照射されるレーザ光を覆うと共に前記被溶接物を収容する容器を備え、前記容器に前記負圧環境発生機構の前記ノズル及び前記ディフューザが固定されている構成としている。 In addition, the second reference embodiment of the present invention, comprises a container for accommodating the object to be welded to cover the laser beam emitted from the laser head, the nozzle and the said the vessel a negative pressure environment generating mechanism The diffuser is fixed.

一方、本発明に係るレーザ溶接方法は、レーザヘッドに取り付けられたレーザ光が通過する固定筒体と、前記レーザ光を避けて被溶接物の該レーザ光の照射部分を囲み且つ前記固定筒体の中空部に前記レーザ光に沿って移動可能に嵌合された移動筒体と、前記移動筒体に前記被溶接物方向に向かう力を常時付与する弾性体を備えたレーザ溶接装置を用いて、前記レーザヘッドから前記被溶接物に前記レーザ光を照射して溶接を行うに際して、前記移動筒体の前記被溶接物側に位置する端部において前記レーザヘッドから照射される前記レーザ光を挟んでノズル及びディフューザを対峙させ、前記弾性体により前記被溶接物方向に向かう力が常時付与された前記移動筒体を前記被溶接物に接触させた状態で、前記レーザヘッドから照射される前記レーザ光を横切る方向に前記ノズルから不活性ガスを噴射すると共に前記レーザ光を横切った前記不活性ガスを前記ディフューザに導入して拡散させることで、前記被溶接物のレーザ光照射部分に負圧環境を生じさせつつ前記レーザ光を前記被溶接物に照射して溶接を行う構成としている。 On the other hand, in the laser welding method according to the present invention, the fixed cylinder through which the laser beam attached to the laser head passes, and the fixed cylinder that surrounds the portion of the object to be welded that is irradiated with the laser beam while avoiding the laser beam. A laser welding apparatus comprising: a movable cylindrical body movably fitted along the laser beam in the hollow portion of the lower surface; and an elastic body which constantly applies a force in the direction of the object to be welded to the movable cylindrical body , when performing welding by irradiating the laser light to the welding subject from said laser head, across the laser beam emitted from the laser head at the end located at the welded object side of the moving cylinder in the nozzle and the diffuser is facing, with the force toward the welded object direction by the elastic body is brought into contact with the moving cylindrical body that is constantly applied to the welded object, before being emitted from the laser head By the inert gas across the laser beam is diffused and introduced into the diffuser while injecting the inert gas from the nozzle in a direction transverse to the laser beam, a negative pressure in the laser beam irradiated portion of said object to be welded The welding is performed by irradiating the workpiece with the laser beam while generating an environment.

本発明に係るレーザ溶接装置及びレーザ溶接方法において、「負圧環境」とは、90kPA以下の圧力の雰囲気を指し、ノズルからの不活性ガスの噴射速度は、ノズル及びディフューザ間を90kPA以下の圧力雰囲気にし得る速度である。
そして、本発明に係るレーザ溶接装置及びレーザ溶接方法に用いられるレーザとしては、YAGレーザやCO2レーザやファイバーレーザやディスクレーザを挙げることができるが、これらのものに限定されない。
In the laser welding apparatus and the laser welding method according to the present invention, the "negative pressure environment" refers to an atmosphere with a pressure of 90 kPA or less, and the injection velocity of the inert gas from the nozzle is a pressure of 90 kPA or less between the nozzle and the diffuser. It is the speed that can be made to the atmosphere.
Then, as the laser used in the laser welding apparatus and laser welding method according to the present invention, there may be mentioned a YAG laser or CO 2 laser or a fiber laser or disk laser, not limited to these.

本発明に係るレーザ溶接装置では、例えば、被溶接物同士を突き合わせ接合する場合、レーザヘッドから照射されるレーザ光を挟んで対峙させた負圧環境発生機構のノズル及びディフューザのうちのノズルから、レーザ光を横切る方向に不活性ガスを高速で噴射させると共に、レーザ光を横切った不活性ガスをディフューザに導入して拡散させる。   In the laser welding apparatus according to the present invention, for example, when welding objects to be welded together, the nozzle of the negative pressure environment generating mechanism and the diffuser of the negative pressure environment generating mechanism opposed to each other with the laser beam irradiated from the laser head The inert gas is ejected at a high speed in the direction crossing the laser light, and the inert gas crossing the laser light is introduced into the diffuser and diffused.

次いで、この状態で溶接を開始して、レーザ光を被溶接物同士の突き合わせ部位に照射しつつ、レーザヘッドとともに負圧環境発生機構を突き合わせ部位に沿って移動させる。   Next, welding is started in this state, and the negative pressure environment generating mechanism is moved along the butt portion together with the laser head while irradiating the butt portion between the workpieces with laser light.

この間、レーザヘッドからのレーザ光の照射による被溶接物の溶融蒸発により、被溶接物にキーホールが形成されてその内部からヒュームが噴出するが、負圧環境発生機構のノズル及びディフューザ間に高速の不活性ガスを流すことで、被溶接物間のレーザ光照射部分は負圧となっているので、キーホールから噴出するヒュームはディフューザに吸引され、この際、ヒュームとともにスパッタが噴出する場合もあるが、これもディフューザに吸引される。   During this time, a keyhole is formed in the object to be welded due to melting and evaporation of the object to be welded due to the laser beam irradiation from the laser head, and fumes are ejected from the inside, but high speed is generated between the nozzle and diffuser of the negative pressure environment generation mechanism Since the laser beam irradiated part between the objects to be welded has a negative pressure by flowing the inert gas, the fumes ejected from the keyhole are attracted to the diffuser, and at this time, spatters are ejected together with the fumes. Although there is, it is also sucked into the diffuser.

このように、本発明に係るレーザ溶接装置では、レーザ光のエネルギー量の変動をもたらす原因であるヒュームやスパッタがレーザ光を遮ることなく負圧環境発生機構のディフューザに吸引されて除去されるので、装置構成のシンプル化を図りつつ、ポロシティの発生が少なく抑えられることとなり、キーホールから不規則に跳ね上がるスパッタも除去し得るので、レーザヘッドが損傷する懸念も払拭し得ることとなる。   As described above, in the laser welding apparatus according to the present invention, the fumes and the spatters that cause the fluctuation of the energy amount of the laser light are attracted and removed by the diffuser of the negative pressure environment generation mechanism without blocking the laser light. Since the generation of the porosity can be suppressed to a low level while simplifying the structure of the apparatus, and spatter that bounces irregularly from the key hole can be removed, the concern that the laser head is damaged can be wiped out.

この際、遮蔽体でノズル及びディフューザを連結して、被溶接物のレーザ光照射部分を囲むようにすると、レーザ光照射部分に効率よく負圧環境を形成し得ることとなる。   Under the present circumstances, if a nozzle and a diffuser are connected with a shield and it is made to surround the laser beam irradiation part of a to-be-welded object, negative pressure environment can be efficiently formed in a laser beam irradiation part.

また、レーザ光を避けて被溶接物のレーザ光照射部分を囲み且つレーザ光に沿って移動可能に配置された筒体の端部を、弾性体からの被溶接物方向の力で被溶接物に軽く接触させるようにすると、被溶接物のレーザ光照射部分が周囲からほぼ隔絶された状態になり、したがって、レーザ光照射部分により一層効率よく負圧環境を形成し得ることとなる。   Further, the end portion of the cylindrical body which surrounds the laser beam irradiated portion of the object to be welded avoiding the laser beam and is movable along the laser beam is subjected to the object to be welded by the force in the direction of the object from the elastic body. When the light-emitting portion of the object to be welded is in a state of being substantially isolated from the surroundings, the negative pressure environment can be more efficiently formed by the portion irradiated with the laser beam.

さらに、レーザヘッドから照射されるレーザ光を覆う容器内に被溶接物を収容してレーザ溶接を行うようにしたうえで、被溶接物のレーザ光照射部分に負圧環境を形成するように成すと、負圧環境が良好且つ確実に維持されることとなる。   Furthermore, after the object to be welded is accommodated in a container covering the laser beam emitted from the laser head and laser welding is performed, a negative pressure environment is formed in the portion irradiated with the laser beam of the object to be welded. The negative pressure environment is well and reliably maintained.

本発明に係るレーザ溶接装置では、装置構成のシンプル化を実現しつつ、ポロシティの発生を防ぐことができるという非常に優れた効果がもたらされる。   The laser welding apparatus according to the present invention has a very excellent effect of being able to prevent the occurrence of porosity while realizing simplification of the apparatus configuration.

本発明の一参考形態に係るレーザ溶接装置を概略的に説明する模式図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram which illustrates roughly the laser welding apparatus which concerns on one reference form of this invention. 図1のレーザ溶接装置における負圧環境発生機構を示す拡大断面説明図(a)及び図2(a)のA−A線位置に基づく断面説明図(b)である。It is a section explanatory view (a) showing a negative pressure environment generating mechanism in the laser welding apparatus of FIG. 1 and a section explanatory view (b) based on the A-A line position of FIG. 2 (a). 本発明の実施形態に係るレーザ溶接装置の負圧環境発生機構を示す拡大断面説明図である。It is an expanded section explanatory view showing the negative pressure environment generating mechanism of the laser welding device concerning one embodiment of the present invention. 本発明の他参考形態に係るレーザ溶接装置の負圧環境発生機構を示す拡大断面説明図である。It is an expanded section explanatory view showing the negative pressure environment generating mechanism of the laser welding device concerning other reference forms of the present invention.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1及び図2は、本発明の一参考形態に係るレーザ溶接装置を示しており、この参考形態では、本発明に係るレーザ溶接装置を鋼板(被溶接物)同士の突き合わせ接合に用いた場合を示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on the drawings.
Figures 1 and 2 show a laser welding device according to one reference embodiment of the present invention, this reference embodiment, the case of using the laser welding apparatus according to the present invention steel sheet (object to be welded) to the butt joint between the Is shown.

図1に概略的に示すように、このレーザ溶接装置1は、レーザ発振器2と、このレーザ発振器2から供給されるレーザ光Lを内蔵した光学系3により集光して鋼板W,Wの突き合わせ部位Waに照射するレーザヘッド4と、レーザ発振器2からのレーザ光Lをレーザヘッド4へ導く光ファイバ5と、レーザヘッド4を鋼板W,Wの突き合わせ部位Waに沿って移動させると共に突き合わせ部位Waに接近離間させる駆動部6と、溶接速度,レーザ出力及びスポット径をコントロールする制御部7を備えており、この参考形態では、レーザ光Lの焦点LAが鋼板W,Wの突き合わせ部位Waの表面上に位置するように設定されている。 As schematically shown in FIG. 1, this laser welding apparatus 1 is focused by a laser oscillator 2 and an optical system 3 having a built-in laser light L supplied from the laser oscillator 2 so that the steel plates W and W are butted. The laser head 4 for irradiating the portion Wa, the optical fiber 5 for guiding the laser light L from the laser oscillator 2 to the laser head 4, and the laser head 4 are moved along the butt portion Wa of the steel plates W, W to a drive unit 6 for vehicle distance, welding speed, laser power and comprises a control unit 7 for controlling the spot diameter, in this reference embodiment, the focal LA steel plate W of the laser beam L, the surface of the butt portion Wa of W It is set to be located at the top.

また、このレーザ溶接装置1は、鋼板W,Wのレーザ光照射部分、すなわち、レーザ光Lの焦点LA付近に負圧環境を生じさせる負圧環境発生機構10を備えている。   The laser welding apparatus 1 further includes a negative pressure environment generating mechanism 10 that generates a negative pressure environment in the vicinity of the laser light irradiated portions of the steel plates W, W, that is, the focal point LA of the laser light L.

この負圧環境発生機構10は、図2(a)にも示すように、レーザヘッド4から照射されるレーザ光Lを横切る方向に窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスGを高速で噴射するノズル(好ましくはラバールノズル)11及びこのノズル11とレーザ光Lを挟んで対峙してノズル11から噴射されてレーザ光Lを横切った不活性ガスGを導入して拡散させるディフューザ12を具備しており、ノズル11及びディフューザ12は、いずれも支柱13によってレーザヘッド4に取り付けられている。   As shown in FIG. 2A, the negative pressure environment generation mechanism 10 ejects an inert gas G such as nitrogen gas or argon gas at high speed in a direction crossing the laser light L emitted from the laser head 4. There is a nozzle (preferably a Laval nozzle) 11 and a diffuser 12 for opposingly introducing the nozzle 11 with the laser beam L and injecting it from the nozzle 11 to introduce and diffuse the inert gas G across the laser beam L. The nozzle 11 and the diffuser 12 are both attached to the laser head 4 by a support 13.

この場合、負圧環境発生機構10は、図2(b)に示すように、レーザ光Lを避けてノズル11及びディフューザ12を連結する遮蔽体14,14を具備しており、この遮蔽体14,14は、ノズル11及びディフューザ12とともにレーザ光Lの焦点LA付近を囲むようになっている。   In this case, as shown in FIG. 2B, the negative pressure environment generating mechanism 10 is provided with shields 14 and 14 for connecting the nozzle 11 and the diffuser 12 while avoiding the laser beam L. This shield 14 , 14 together with the nozzle 11 and the diffuser 12 surround the focal point LA of the laser light L.

このレーザ溶接装置1によって鋼板W,Wを突き合わせ接合するに際しては、レーザヘッド4から照射されるレーザ光Lを挟んで対峙させた負圧環境発生機構10のノズル11及びディフューザ12のうちのノズル11から、レーザ光Lを横切る方向に不活性ガスGを高速で噴射させると共に、レーザ光Lを横切った不活性ガスGをディフューザ12に導入して拡散させる。   When the steel plates W, W are butt-joined by the laser welding apparatus 1, the nozzle 11 of the negative pressure environment generating mechanism 10 and the nozzle 11 of the diffuser 12 are opposed to each other with the laser beam L emitted from the laser head 4 interposed therebetween. Then, the inert gas G is ejected at high speed in the direction crossing the laser light L, and the inert gas G which has crossed the laser light L is introduced into the diffuser 12 and diffused.

次いで、この状態で溶接を開始して、レーザ光Lを鋼板W,Wの突き合わせ部位Waに照射しつつ、駆動部6によりレーザヘッド4とともに負圧環境発生機構10を鋼板W,Wの突き合わせ部位Waに沿って移動させる。   Next, welding is started in this state, and while the laser light L is irradiated to the butt portion Wa of the steel plates W, W, the negative pressure environment generating mechanism 10 is joined with the steel plates W by the drive portion 6 together with the laser head 4 Move along Wa.

この間、レーザヘッド4からのレーザ光Lの照射による鋼板Wの溶融蒸発により、鋼板WにキーホールKが形成されてその内部からヒューム(図2(a)における矢印の束)が噴出するが、負圧環境発生機構10のノズル11及びディフューザ12間に高速の不活性ガスGを流すことで、鋼板W,W間のレーザ光照射部分、すなわち、レーザ光Lの焦点LA付近は負圧となっているので、キーホールKから噴出するヒュームはディフューザ12に吸引され、この際、ヒュームとともにスパッタが噴出する場合もあるが、これもディフューザ12に吸引される。   During this time, the keyhole K is formed in the steel plate W by melting and evaporation of the steel plate W by the irradiation of the laser light L from the laser head 4 and fume (a bundle of arrows in FIG. 2A) is ejected from the inside. By flowing the inert gas G at high speed between the nozzle 11 and the diffuser 12 of the negative pressure environment generation mechanism 10, the laser light irradiated portion between the steel plates W and W, that is, the vicinity of the focal point LA of the laser light L becomes negative pressure. Therefore, the fumes ejected from the keyhole K are drawn into the diffuser 12, and at this time, spatter may be ejected together with the fumes, but this is also drawn into the diffuser 12.

このように、レーザ溶接装置1では、キーホールKで発生するヒュームやスパッタがレーザ光Lを遮ることなく負圧環境発生機構10のディフューザ12に吸引されて除去されるので、すなわち、レーザ光Lのエネルギー量の変動をもたらす原因であるヒュームやスパッタが除去されるので、装置構成のシンプル化を図ったうで、ポロシティの発生が少なく抑えられることとなる。
また、キーホールKから不規則に跳ね上がるスパッタも上記のように除去し得るので、レーザヘッド4が損傷する懸念も払拭し得ることとなる。
As described above, in the laser welding device 1, fumes and spatters generated in the keyhole K are attracted and removed by the diffuser 12 of the negative pressure environment generation mechanism 10 without blocking the laser light L, that is, the laser light L Since the fumes and spatters, which are the causes of fluctuations in the amount of energy, are removed, the occurrence of porosity can be suppressed to a low level by simplifying the apparatus configuration.
In addition, since spatters that bounce irregularly from the keyhole K can be removed as described above, the concern of damaging the laser head 4 can also be wiped out.

さらに、このレーザ溶接装置1では、遮蔽体14,14でノズル11及びディフューザ12を連結して、レーザ光Lの焦点LA付近を囲むようにしているので、レーザ光Lの焦点LA付近に効率よく負圧環境を形成し得ることとなる。   Furthermore, in the laser welding apparatus 1, the nozzle 11 and the diffuser 12 are connected by the shields 14 and 14 so as to surround the vicinity of the focal point LA of the laser light L. It will be possible to form an environment.

図3は、本発明の実施形態に係るレーザ溶接装置を示しており、この実施形態においても、本発明に係るレーザ溶接装置を鋼板(被溶接物)同士の突き合わせ接合に用いた場合を示している。 Figure 3 shows the laser welding apparatus according to an embodiment of the present invention, this embodiment shows a case of using a laser welding device according to the present invention steel sheet (object to be welded) to the butt joint between the ing.

図3に部分的に示すように、このレーザ溶接装置1Aは、レーザヘッド4に取り付けられる固定筒体23と、レーザ光Lが通過する固定筒体23の中空部23aにレーザ光Lを避けて嵌合されてレーザ光Lに沿って移動可能とした移動筒体(筒体)24と、移動筒体24の小径端部24aに嵌め込まれた圧縮コイルばね(弾性体)25を備えており、この圧縮コイルばね25は、移動筒体24に鋼板W方向に向かう力を常時付与するようになっている。   As partially shown in FIG. 3, the laser welding apparatus 1A avoids the laser light L in the fixed cylindrical body 23 attached to the laser head 4 and the hollow portion 23a of the fixed cylindrical body 23 through which the laser light L passes. The movable cylinder (cylinder) 24 fitted and movable along the laser beam L, and the compression coil spring (elastic body) 25 fitted in the small diameter end 24 a of the movable cylinder 24 The compression coil spring 25 always applies a force in the direction of the steel plate W to the movable cylindrical body 24.

この場合、移動筒体24の鋼板W,W側に位置して、レーザ光照射部分、すなわち、レーザ光Lの焦点LA付近を囲む端部に負圧環境発生機構10のノズル11及びディフューザ12を固定している。   In this case, the nozzle 11 and the diffuser 12 of the negative pressure environment generating mechanism 10 are disposed at the end of the laser light irradiation portion, that is, the end portion surrounding the focus LA of the laser light L on the steel plate W, W side of the movable cylinder 24. It is fixed.

なお、図3における符号26はストッパピンであり、固定筒体23の周壁を貫通させたストッパピン26の先端部を移動筒体24の周壁に形成した凹部24bに引っ掛けることで、移動筒体24の固定筒体23からの抜け落ちを規制している。   The reference numeral 26 in FIG. 3 is a stopper pin, and by hooking the end portion of the stopper pin 26 penetrating the peripheral wall of the fixed cylindrical body 23 into the recess 24 b formed in the peripheral wall of the movable cylindrical body 24, the movable cylindrical body 24 Of the fixed cylindrical body 23 is restricted.

また、このレーザ溶接装置1Aにおいて、移動筒体24の中空部に不活性ガスGを供給する配管や中空部を真空引きする配管を移動筒体24に接続してもよい。   Further, in the laser welding apparatus 1A, a pipe for supplying the inert gas G to the hollow portion of the movable cylindrical body 24 or a pipe for evacuating the hollow portion may be connected to the movable cylindrical body 24.

このレーザ溶接装置1Aによって鋼板W,Wを突き合わせ接合するに際しては、まず、駆動部6によりレーザヘッド4を鋼板W,Wに接近させて、圧縮コイルばね25により鋼板W方向に向かう力が常時付与された移動筒体24の鋼板W側の端部を鋼板Wに軽く接触させる。   When the steel plates W, W are butt-joined by the laser welding apparatus 1A, first, the laser head 4 is made to approach the steel plates W, W by the drive unit 6, and the force directed toward the steel plate W is always applied by the compression coil spring 25. The end on the steel plate W side of the moving cylinder 24 is brought into light contact with the steel plate W.

次いで、この移動筒体24の鋼板W側の端部に配置した負圧環境発生機構10のノズル11及びディフューザ12のうちのノズル11から、レーザ光Lを横切る方向に不活性ガスGを高速で噴射させると共に、レーザ光Lを横切った不活性ガスGをディフューザ12に導入して拡散させ、先の実施形態と同様にして溶接を開始して、レーザ光Lを鋼板W,Wの突き合わせ部位Waに照射しつつ、レーザヘッド4とともに負圧環境発生機構10を鋼板W,Wの突き合わせ部位Waに沿って移動させる。   Then, from the nozzle 11 of the negative pressure environment generation mechanism 10 disposed at the end of the movable cylindrical body 24 on the steel plate W side and the nozzle 11 of the diffuser 12, the inert gas G is traversed at high speed in the direction crossing the laser light L. At the same time as the previous embodiment, welding is started while introducing the inert gas G which has crossed the laser light L into the diffuser 12 while injecting the laser light L, and the laser light L is brought into contact with the steel sheet W The negative pressure environment generating mechanism 10 is moved along with the butted part Wa of the steel plates W, W together with the laser head 4.

この間、レーザヘッド4からのレーザ光Lの照射による鋼板Wの溶融蒸発により、鋼板WにキーホールKが形成されてその内部からヒューム(図3における矢印の束)が噴出するが、負圧環境発生機構10のノズル11及びディフューザ12間に高速の不活性ガスGを流すことで、鋼板W,W間のレーザ光照射部分、すなわち、レーザ光Lの焦点LA付近は負圧となっているので、キーホールKから噴出するヒュームはディフューザ12に吸引され、この際、ヒュームとともにスパッタが噴出する場合もあるが、これもディフューザ12に吸引される。   During this time, the keyhole K is formed in the steel plate W by melting and evaporation of the steel plate W by the irradiation of the laser light L from the laser head 4, and fumes (a bundle of arrows in FIG. 3) are ejected from the inside. By flowing the inert gas G at high speed between the nozzle 11 and the diffuser 12 of the generation mechanism 10, the laser light irradiated portion between the steel plates W and W, that is, the vicinity of the focal point LA of the laser light L has a negative pressure. The fumes ejected from the keyhole K are sucked into the diffuser 12, and at this time, spatter may be ejected together with the fumes, which is also sucked into the diffuser 12.

このように、レーザ溶接装置1Aにおいても、キーホールKで発生するヒュームやスパッタがレーザ光Lを遮ることなく負圧環境発生機構10のディフューザ12に吸引されて除去されるので、すなわち、レーザ光Lのエネルギー量の変動をもたらす原因であるヒュームやスパッタが除去されるので、装置構成のシンプル化を図ったうで、ポロシティの発生が少なく抑えられることとなる。
また、キーホールKから不規則に跳ね上がるスパッタも上記のように除去し得るので、レーザヘッド4が損傷する懸念も払拭し得ることとなる。
As described above, also in the laser welding apparatus 1A, fumes and spatters generated in the keyhole K are attracted and removed by the diffuser 12 of the negative pressure environment generating mechanism 10 without blocking the laser light L, that is, laser light Since fumes and spatters which cause the fluctuation of the amount of energy of L are removed, the occurrence of porosity can be suppressed to a low level by simplifying the device configuration.
In addition, since spatters that bounce irregularly from the keyhole K can be removed as described above, the concern of damaging the laser head 4 can also be wiped out.

さらに、このレーザ溶接装置1Aでは、溶接中において、圧縮コイルばね25からの鋼板W方向の力で移動筒体24の鋼板W側の端部を鋼板Wに軽く接触させるようにしているので、レーザ光Lの焦点LA付近が周囲からほぼ隔絶された状態になり、したがって、レーザ光Lの焦点LA付近により一層効率よく負圧環境を形成し得ることとなる。   Furthermore, in this laser welding apparatus 1A, the end portion on the steel plate W side of the movable cylindrical body 24 is lightly brought into contact with the steel plate W by the force in the steel plate W direction from the compression coil spring 25 during welding. The vicinity of the focal point LA of the light L is substantially isolated from the surroundings, and hence the vicinity of the focal point LA of the laser light L can form a negative pressure environment more efficiently.

図4は、本発明の他参考形態に係るレーザ溶接装置を示しており、この参考形態では、本発明に係るレーザ溶接装置を鋼軸(被溶接物)同士の突き合わせ接合に用いた場合を示している。 Figure 4 shows the laser welding apparatus according to another reference embodiment of the present invention, the in the reference embodiment, if the laser welding apparatus according to the present invention is used for butt joint between the steel shaft (welded object) It shows.

図4に部分的に示すように、このレーザ溶接装置1Bは、レーザヘッド4から照射されるレーザ光Lを覆うと共に鋼軸Wsを収容する容器33と、この容器33内において鋼軸Wsを回転させる駆動部36を備えており、この実施形態では、レーザ光Lの焦点LAが鋼軸Wsの突き合わせ部位の表面上に位置するように設定されていて、負圧環境発生機構10のノズル11及びディフューザ12は、容器33に対して配管15,16を介してそれぞれ固定されている。   As partially shown in FIG. 4, the laser welding apparatus 1B rotates the steel shaft Ws in the container 33, which covers the laser beam L emitted from the laser head 4 and accommodates the steel shaft Ws. In this embodiment, the focal point LA of the laser beam L is set to be located on the surface of the butted part of the steel axis Ws, and the nozzle 11 of the negative pressure environment generating mechanism 10 and the The diffuser 12 is fixed to the container 33 via the pipes 15 and 16 respectively.

なお、図4における符号34は排気用配管である。
また、このレーザ溶接装置1Bにおいて、負圧環境発生機構10のディフューザ12を介して真空引きすることで、レーザ光Lの焦点LA付近の負圧環境を維持するようにしてもよい。
Reference numeral 34 in FIG. 4 denotes an exhaust pipe.
In the laser welding apparatus 1B, the negative pressure environment in the vicinity of the focal point LA of the laser light L may be maintained by evacuating through the diffuser 12 of the negative pressure environment generating mechanism 10.

このレーザ溶接装置1Bによって鋼軸Wsを突き合わせ接合するに際しては、レーザヘッド4から照射されるレーザ光Lを挟んで対峙させた負圧環境発生機構10のノズル11及びディフューザ12のうちのノズル11に、矢印で示す不活性ガスを供給してレーザ光Lを横切る方向に高速で噴射させると共に、レーザ光Lを横切った不活性ガスをディフューザ12に導入して拡散させる。   When the steel shaft Ws is butt-joined by the laser welding apparatus 1B, the nozzle 11 of the negative pressure environment generating mechanism 10 and the nozzle 11 of the diffuser 12 face each other with the laser beam L emitted from the laser head 4 interposed therebetween. An inert gas indicated by an arrow is supplied to inject the inert gas at high speed in the direction crossing the laser light L, and the inert gas which has crossed the laser light L is introduced into the diffuser 12 and diffused.

次いで、この状態で溶接を開始して、レーザ光Lを鋼軸Wsの突き合わせ部位に照射しつつ、駆動部36により鋼軸Wsを回転させる。   Next, welding is started in this state, and the steel shaft Ws is rotated by the drive unit 36 while irradiating the butt portion of the steel shaft Ws with the laser beam L.

この間、レーザヘッド4からのレーザ光Lの照射による鋼軸Wsの溶融蒸発により、鋼軸Wsにキーホール(図4では図示せず)が形成されてその内部からヒュームが噴出するが、負圧環境発生機構10のノズル11及びディフューザ12間に高速の不活性ガスを流すことで、鋼軸Wsのレーザ光照射部分、すなわち、レーザ光Lの焦点LA付近は負圧となっているので、キーホールから噴出するヒュームはディフューザ12に吸引され、この際、ヒュームとともにスパッタが噴出する場合もあるが、これもディフューザ12に吸引される。   During this time, a keyhole (not shown in FIG. 4) is formed on the steel shaft Ws by melting and evaporation of the steel shaft Ws due to the irradiation of the laser light L from the laser head 4 and fumes are ejected from the inside. By flowing the inert gas at high speed between the nozzle 11 and the diffuser 12 of the environment generation mechanism 10, the laser light irradiated portion of the steel axis Ws, that is, the vicinity of the focal point LA of the laser light L has a negative pressure. The fumes ejected from the holes are drawn into the diffuser 12, and spatter may be ejected together with the fumes, which is also drawn into the diffuser 12.

このように、レーザ溶接装置1Bにおいても、キーホールで発生するヒュームやスパッタがレーザ光Lを遮ることなく負圧環境発生機構10のディフューザ12に吸引されて除去されるので、すなわち、レーザ光Lのエネルギー量の変動をもたらす原因であるヒュームやスパッタが除去されるので、装置構成のシンプル化を図ったうで、ポロシティの発生が少なく抑えられることとなる。
また、キーホールKから不規則に跳ね上がるスパッタも上記のように除去し得るので、レーザヘッド4が損傷する懸念も払拭し得ることとなる。
As described above, also in the laser welding apparatus 1B, fumes and spatters generated in the keyhole are sucked and removed by the diffuser 12 of the negative pressure environment generating mechanism 10 without blocking the laser light L, that is, the laser light L Since the fumes and spatters, which are the causes of fluctuations in the amount of energy, are removed, the occurrence of porosity can be suppressed to a low level by simplifying the apparatus configuration.
In addition, since spatters that bounce irregularly from the keyhole K can be removed as described above, the concern of damaging the laser head 4 can also be wiped out.

さらに、このレーザ溶接装置1Bでは、容器33内に鋼軸Wsを収容してレーザ溶接を行うようにしたうえで、レーザ光Lの焦点LA付近に負圧環境を形成するようにしているので、負圧環境が良好且つ確実に維持されることとなる。   Furthermore, in the laser welding apparatus 1B, the steel shaft Ws is accommodated in the container 33 and laser welding is performed, and a negative pressure environment is formed in the vicinity of the focal point LA of the laser light L. A negative pressure environment will be maintained well and reliably.

本発明に係るレーザ溶接装置及びレーザ溶接方法の構成は、上記した実施形態に限られるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。   The configurations of the laser welding apparatus and the laser welding method according to the present invention are not limited to the embodiments described above, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.

1A レーザ溶接装置
4 レーザヘッド
10 負圧環境発生機構
11 ノズル
12 ディフューザ
23 固定筒体
24 移動筒
25 圧縮コイルばね(弾性体
不活性ガス
L レーザ光
W 鋼材(被溶接物)
1A les over laser welding apparatus 4 laser head 10 a negative pressure environment generating mechanism 11 nozzle 12 diffuser
23 fixed cylindrical member 24 moving cylinder
25 compression coil spring (elastic body )
G inert gas L laser beam W steel material (welding object)

Claims (2)

レーザ光を照射するレーザヘッドを備えたレーザ溶接装置であって、
前記レーザヘッドに取り付けられた前記レーザ光が通過する固定筒体と、前記レーザ光を避けて前記被溶接物のレーザ光照射部分を囲み且つ前記固定筒体の中空部に前記レーザ光に沿って移動可能に嵌合された移動筒体と、前記移動筒体に前記被溶接物方向に向かう力を常時付与する弾性体を備え、
前記移動筒体には、前記被溶接物のレーザ光照射部分に負圧環境を生じさせる負圧環境発生機構が配置され、
前記負圧環境発生機構は、前記レーザヘッドから照射されるレーザ光を横切る方向に不活性ガスを噴射するノズル及び該ノズルと前記レーザ光を挟んで対峙して該ノズルから噴射されて前記レーザ光を横切った不活性ガスを導入して拡散させるディフューザを具備し
前記負圧環境発生機構の前記ノズル及び前記ディフューザは、前記移動筒体の前記被溶接物側に位置する端部に固定されているレーザ溶接装置。
A laser welding apparatus comprising a laser head for irradiating a laser beam, comprising:
A fixed cylinder through which the laser beam attached to the laser head passes, a laser beam is avoided to surround the laser beam irradiated portion of the object to be welded, and the hollow portion of the fixed cylinder is along the laser beam A movable cylindrical body movably fitted, and an elastic body which constantly applies a force in the direction of the object to be welded to the movable cylindrical body,
A negative pressure environment generating mechanism that causes a negative pressure environment to be generated in the laser light irradiated portion of the object to be welded is disposed in the moving cylinder .
The negative pressure environment generating mechanism includes a nozzle for injecting an inert gas in a direction crossing the laser beam emitted from the laser head, and the nozzle with the laser beam sandwiched between the nozzle and sprayed from the nozzle to be opposed to the laser beam by introducing an inert gas across a comprises a diffuser for diffusing,
The said nozzle of the said negative pressure environment generation | occurrence | production mechanism and the said diffuser are the laser welding apparatuses currently fixed to the edge part located in the said to-be-welded object side of the said movable cylinder .
レーザヘッドに取り付けられたレーザ光が通過する固定筒体と、前記レーザ光を避けて被溶接物の該レーザ光の照射部分を囲み且つ前記固定筒体の中空部に前記レーザ光に沿って移動可能に嵌合された移動筒体と、前記移動筒体に前記被溶接物方向に向かう力を常時付与する弾性体を備えたレーザ溶接装置を用いて、前記レーザヘッドから前記被溶接物に前記レーザ光を照射して溶接を行うに際して、
前記移動筒体の前記被溶接物側に位置する端部において前記レーザヘッドから照射される前記レーザ光を挟んでノズル及びディフューザを対峙させ、
前記弾性体により前記被溶接物方向に向かう力が常時付与された前記移動筒体を前記被溶接物に接触させた状態で、前記レーザヘッドから照射される前記レーザ光を横切る方向に前記ノズルから不活性ガスを噴射すると共に前記レーザ光を横切った前記不活性ガスを前記ディフューザに導入して拡散させることで、前記被溶接物のレーザ光照射部分に負圧環境を生じさせつつ前記レーザ光を前記被溶接物に照射して溶接を行うレーザ溶接方法。
A fixed cylinder through which a laser beam attached to a laser head passes, and the laser beam is avoided to surround the portion irradiated with the laser beam of the object to be welded and moved along the laser beam to the hollow portion of the fixed cylinder and capable mated moving cylinder body, using said laser welding apparatus having a resilient member for constantly applying a force toward the welded object direction to the moving cylinder, the said object to be welded from said laser head When welding by irradiating a laser beam,
It is facing the nozzle and the diffuser across the laser beam emitted from the laser head at the end located at the welded object side of the moving cylinder,
In a state where a force toward the welded object direction by the elastic body is brought into contact with the moving cylindrical body that is constantly applied to the welding subject, from the nozzle in a direction transverse to the laser beam emitted from the laser head the inert gas across the laser beam while injecting an inert gas that is diffused and introduced into the diffuser, the laser beam the while causing a negative pressure environment in the laser beam irradiated portion of the object to be welded The laser welding method which irradiates to the said to-be-welded object and welds.
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