JP7030014B2 - ハイブリッド溶接装置 - Google Patents

ハイブリッド溶接装置 Download PDF

Info

Publication number
JP7030014B2
JP7030014B2 JP2018096124A JP2018096124A JP7030014B2 JP 7030014 B2 JP7030014 B2 JP 7030014B2 JP 2018096124 A JP2018096124 A JP 2018096124A JP 2018096124 A JP2018096124 A JP 2018096124A JP 7030014 B2 JP7030014 B2 JP 7030014B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser
straightening vane
surface portion
hybrid welding
laser beam
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018096124A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2019198885A (ja
Inventor
桂 大脇
勲 川口
聡美 牧
拓樹 松尾
隆裕 秋月
直哉 澤田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IHI Inspection and Instrumentation Co Ltd
Tadano Ltd
Original Assignee
IHI Inspection and Instrumentation Co Ltd
Tadano Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IHI Inspection and Instrumentation Co Ltd, Tadano Ltd filed Critical IHI Inspection and Instrumentation Co Ltd
Priority to JP2018096124A priority Critical patent/JP7030014B2/ja
Priority to PCT/JP2019/019338 priority patent/WO2019221181A1/ja
Priority to PL19802897.9T priority patent/PL3795285T3/pl
Priority to EP19802897.9A priority patent/EP3795285B1/en
Priority to US17/056,383 priority patent/US11724337B2/en
Priority to CN201980031806.8A priority patent/CN112118931B/zh
Publication of JP2019198885A publication Critical patent/JP2019198885A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7030014B2 publication Critical patent/JP7030014B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/1462Nozzles; Features related to nozzles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/142Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor for the removal of by-products
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/346Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding
    • B23K26/348Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding in combination with arc heating, e.g. TIG [tungsten inert gas], MIG [metal inert gas] or plasma welding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/16Arc welding or cutting making use of shielding gas
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/16Arc welding or cutting making use of shielding gas
    • B23K9/173Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a consumable electrode

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Description

本発明は、ハイブリッド溶接装置に関し、特に、レーザ溶接とアーク溶接とを複合させたハイブリッド溶接装置に関する。
レーザ溶接とアーク溶接を複合させたハイブリッド溶接(いわゆる、レーザ・アークハイブリッド溶接)は、溶込み深さを深くすることができる、高速化が可能である、入熱が低く溶接変形を抑制することができる等、アーク溶接とレーザ溶接の両方の長所を併せ持つことから、大型構造物の溶接に適している。
例えば、特許文献1には、レーザ溶接ヘッドのレーザ光照射口と被溶接物とのなす空間に、レーザ光と干渉しないように被溶接物とほぼ平行な保護筒を配置して、その保護筒のなかに第1のエアシャッターを形成するとともに、第1のエアシャッターと交差しつつ保護筒の上方から溶接進行方向に向けて斜め下方を指向する空気の流れをもって第2のエアシャッターを形成することが開示されている。かかる発明では、第1のエアシャッター及び第2のエアシャッターの相乗効果によりスパッタの飛散方向を偏向させるようにしている。
特開2005-219108号公報
ところで、一般に、溶接中に、スパッタ(飛散した溶融金属の微小粒子)、プラズマ、プルーム(プラズマの気流)、ヒューム(蒸化した溶融金属)等の副次物が発生した場合には、種々の不具合を生じやすいことが知られている。例えば、スパッタ、プルーム、ヒューム等がレーザ光学系(集光レンズ、保護ガラス等)の表面に到達した場合には、その表面で冷却され固化・付着し、レーザ光学系の表面を汚損してしまう。
また、溶接中にプラズマやプルームが発生した場合には、レーザ光の吸収、屈折、散乱等が生じてレーザのエネルギー密度が減少し、溶込み深さが浅くなってしまう。また、プラズマやプルームの状態変動によって、レーザのエネルギー密度に揺らぎを生じ、溶接欠陥を生じやすくなってしまう。
特許文献1に記載された発明は、保護筒内に圧縮空気を噴射することによって第1のエアシャッターを形成し、保護筒の上方から保護筒内に斜め下方に圧縮空気を噴射することによって第2のエアシャッターを形成している。しかしながら、第1のエアシャッターの圧縮空気に第2のエアシャッターの圧縮空気を衝突させていることから、第1のエアシャッターによる圧縮空気の流れが阻害され、エアシャッターとしての機能が低下してしまうという問題がある。
また、特許文献1に記載された発明では、保護筒の側面に形成された空気取り入れ口から積極的に周囲の空気を保護筒内に取り込むようにしているが、このような空気の流れは溶接部付近において空気の流れを生じさせることとなり、プラズマやプルームの状態を大きく変動させたり、溶融池の状態を不安定にさせたりする要因となってしまうという問題がある。
本発明はかかる問題点に鑑み創案されたものであり、スパッタ、プラズマ、プルーム、ヒューム等の副次物の影響を低減し、レーザ光学系の汚損及び溶接欠陥の低減を図ることができる、ハイブリッド溶接装置を提供することを目的とする。
本発明によれば、レーザ溶接とアーク溶接とを併用して溶接するハイブリッド溶接装置において、溶接部にレーザ光を照射するレーザヘッドと、前記溶接部に溶加材を供給する溶接トーチと、を含み、前記レーザヘッドは、前記レーザ光の光路を形成するレーザノズルと、該レーザノズルの先端側に前記レーザ光と干渉しないように配置された第一整流板と、該第一整流板に沿って圧縮空気を噴射する第一エアナイフと、前記第一整流板と前記溶接部との間に前記レーザ光と干渉しないように配置された第二整流板と、該第二整流板に沿って圧縮空気を噴射する第二エアナイフと、を備え、前記第一整流板及び前記第二整流板は、前記レーザ光の光軸及び溶接方向に対して垂直な方向に長い形状を有し、前記第二整流板は、前記溶接トーチの先端を挿通可能なトーチ用開口部を備える、ことを特徴とするハイブリッド溶接装置が提供される。
前記第一エアナイフは前記第一整流板の長手方向に圧縮空気を噴射し、前記第二エアナイフは前記第二整流板の長手方向に圧縮空気を噴射するように配置されていてもよい。
前記第一整流板は、前記レーザノズル側に配置される第一平面部と、該第一平面部に対して前記溶接部側に対峙するように配置される第二平面部と、前記第一平面部及び前記第二平面部の長手方向の片側の側面を連結する連結部と、を備え、前記第一平面部及び前記第二平面部は、前記レーザ光を通過させるレーザ用開口部を有していてもよい。
前記第二整流板は、前記溶接部の上方に配置される正面部と、該正面部の長手方向の両側の側面に沿って配置された一対の側面部と、を備え、前記正面部は、前記レーザ光を通過させるレーザ用開口部と前記トーチ用開口部とを有していてもよい。
前記ハイブリッド溶接装置は、前記第一整流板と前記第二整流板とを連結するブラケットを備えていてもよい。
前記ハイブリッド溶接装置は、前記第一整流板と前記第二整流板との間に配置され、前記レーザ光の光路を形成する先端ノズルを備えていてもよい。
前記ハイブリッド溶接装置は、前記トーチ用開口部と前記溶接トーチとの隙間を埋める絶縁材を備えていてもよい。
前記ハイブリッド溶接装置は、前記レーザノズルに配置されたゲートバルブを備えていてもよい。
前記第二整流板は、前記第一整流板よりも長く形成されていてもよい。
前記第一エアナイフから噴射される圧縮空気の流量は、前記第二エアナイフから噴射される圧縮空気の流量よりも大きく設定されていてもよい。
上述した本発明に係るハイブリッド溶接装置によれば、溶接部とレーザヘッドとの間に、二層の整流板(第一整流板及び第二整流板)を配置し、これらの整流板に沿って各々に圧縮空気を流すようにしたことから、レーザ光学系に侵入するスパッタ、プルーム、ヒューム等の副次物を排除することができる。
また、溶接トーチを第二整流板に貫通させて、溶接トーチの外周を第二整流板で覆うことにより、第二エアナイフの圧縮空気が溶接トーチに衝突して生じる乱流が溶接部付近における空気に与える影響を低減することができる。したがって、溶接部付近における空気の乱れを抑制することができ、プラズマやプルームの状態を大きく変動させたり、溶融池の状態を不安定にさせたりすることがない。
その結果、本発明に係るハイブリッド溶接装置によれば、スパッタ、プラズマ、プルーム、ヒューム等の副次物の影響を低減し、レーザ光学系の汚損及び溶接欠陥の低減を図ることができる。
本発明の一実施形態に係るハイブリッド溶接装置の全体構成を示す側面図である。 図1に示したレーザヘッドを示す側面図である。 図1に示したレーザヘッドを示す上面図である。 第一整流板の構成を示す斜視図である。 第二整流板の構成を示す図であり、(A)は斜視図、(B)は溶接トーチを設置した状態におけるトーチ用開口部の正面図、である。
以下、本発明の実施形態について、図1~図5(B)を用いて説明する。ここで、図1は、本発明の一実施形態に係るハイブリッド溶接装置の全体構成を示す側面図である。図2は、図1に示したレーザヘッドを示す側面図である。図3は、図1に示したレーザヘッドを示す上面図である。なお、図2及び図3において、位置関係を明確にするために、溶接トーチを一点鎖線で仮想的に図示してある。
本発明の一実施形態に係るハイブリッド溶接装置1は、例えば、図1~図3に示したように、レーザ溶接とアーク溶接とを併用して溶接するハイブリッド溶接装置であって、溶接部Pにレーザ光Lを照射するレーザヘッド2と、溶接部Pに溶加材を供給する溶接トーチ3と、を含み、レーザヘッド2は、レーザ光Lの光路を形成するレーザノズル21と、レーザノズル21の先端側にレーザ光Lと干渉しないように配置された第一整流板22と、第一整流板22に沿って圧縮空気を噴射する第一エアナイフ23と、第一整流板22と溶接部Pとの間にレーザ光Lと干渉しないように配置された第二整流板24と、第二整流板24に沿って圧縮空気を噴射する第二エアナイフ25と、を備え、第一整流板22及び第二整流板24は、レーザ光Lの光軸及び溶接方向Wに対して垂直な方向Eに長い形状を有し、第二整流板24は、溶接トーチ3の先端を挿通可能なトーチ用開口部244を備えている。
図1に示した被溶接物4は、例えば、中空の筒形状を有する長尺の鋼構造物である。被溶接物4は、具体的には、クレーン車、高所作業車、橋梁点検車等の構成部品であるブームである。かかるブームは、近年、断面略U字形状を有する鋼材の開放側の両端部同士を突合せ溶接することによって長尺の筒形状に形成されている。なお、被溶接物4はブームや筒形状の構造物に限定されるものではない。
図1では、鋼材を上下に配置して側面部に形成される突合せ部を横向き溶接する場合を図示している。なお、本実施形態に係るハイブリッド溶接装置1は、鋼材を左右に配置して上面部に形成される突合せ部を下向き溶接する場合にも使用することができる。
図1に示したように、レーザヘッド2及び溶接トーチ3は、例えば、ロボットアーム5の先端に配置される。ロボットアーム5は、例えば、床面上を溶接方向Wに移動可能な台車6に載置されている。ロボットアーム5を制御することにより、レーザヘッド2及び溶接トーチ3の姿勢制御を行い、台車6を移動させながら被溶接物4の溶接を行う。
なお、レーザヘッド2及び溶接トーチ3を支持する構成は図示した構成に限定されるものではない。例えば、溶接方向に沿って配置されたレールにレーザヘッド2及び溶接トーチ3を姿勢制御可能に配置してもよい。
溶接トーチ3は、例えば、アーク溶接用のトーチである。溶接トーチ3は、支持部材31によってロボットアーム5の先端又はレーザヘッド2に固定される。また、図示しないが、溶接トーチ3は、溶接ワイヤ送給装置によって溶加材(溶接ワイヤ)が供給されるように構成されている。また、溶接トーチ3は、レーザ光Lの光軸に対して傾斜した角度に配置される。
また、本実施形態に係るハイブリッド溶接装置1は、レーザ溶接を先行させ、アーク溶接を後行させるように構成されているが、かかる構成に限定されるものではない。例えば、ハイブリッド溶接装置1は、アーク溶接を先行させ、レーザ溶接を後行させる構成であってもよい。
レーザヘッド2は、図1に示したように、レーザノズル21に接続される集光レンズユニット26を備えていてもよい。集光レンズユニット26は、複数のレンズを含み、照射されるレーザ光の径や焦点を調整する機能を有している。集光レンズユニット26は、光ファイバを介してレーザ発振器(図示せず)に接続されている。
図2及び図3に示したレーザヘッド2は、説明の便宜上、集光レンズユニット26の図を省略してある。レーザノズル21は、図2及び図3に示したように、略円筒形状を有している。また、レーザノズル21は、後端側に集光レンズユニット26に接続するためのフランジ211を備えている。また、レーザノズル21の先端側にはレーザ光Lの光路を遮断可能なゲートバルブ27が配置されていてもよい。なお、ゲートバルブ27は、レーザノズル21の後端側又は中間部に配置されていてもよい。
ゲートバルブ27は、レーザ光Lの照射時には光路を開放し、レーザ光Lの照射を停止した直後に光路を閉鎖するように制御される。かかるゲートバルブ27をレーザ光Lの光路中に配置することにより、レーザ光Lの照射を停止した後にレーザノズル21内に吸い込まれて集光レンズユニット26の表面に付着するプルームやヒューム等の副次物を排除することができる。なお、図2及び図3において、ゲートバルブ27の駆動ユニットについては図を省略してある。
ここで、図4は、第一整流板22の構成を示す斜視図である。第一整流板22は、例えば、LW平面(レーザ光Lの光軸と溶接方向Wとによって構成される平面)における断面が略U字形状を有している。
具体的には、図2~図4に示したように、第一整流板22は、レーザノズル21側に配置される第一平面部221と、第一平面部221に対して溶接部P側に対峙するように配置される第二平面部222と、第一平面部221及び第二平面部222の長手方向の片側の側面を連結する連結部223と、を備えている。なお、第一整流板22は、第一平面部221、第二平面部222及び連結部223を溶接して形成してもよいし、一枚の金属板を屈曲させて形成してもよい。
図4に示したように、第一平面部221は、レーザ光Lを通過させる第一レーザ用開口部224を有している。また、第二平面部222は、レーザ光Lを通過させる第二レーザ用開口部225を有している。第一レーザ用開口部224及び第二レーザ用開口部225は、同軸上に配置されている。また、第二レーザ用開口部225の径は、第一レーザ用開口部224の径よりも小さく形成されていてもよい。
また、第一レーザ用開口部224は、第一平面部221の長手方向の中央部よりも圧縮空気を噴射する側(図4の下側)に近い位置に形成されていてもよい。かかる構成により、圧縮空気の出口を溶接部Pから遠ざけることができ、第一整流板22から外部に放出された圧縮空気が溶接部P付近の空気に与える影響を低減することができる。第二レーザ用開口部225についても、第一レーザ用開口部224と同様に、第二平面部222の長手方向の中央部よりも圧縮空気を噴射する側(図4の下側)に近い位置に形成されていてもよい。
連結部223は、例えば、第一平面部221及び第二平面部222に対して垂直となるように配置されるが、かかる構成に限定されるものではない。例えば、連結部223は、外側に凸となるように湾曲した板材であってもよいし、第一平面部221及び第二平面部222の横幅の長さが一致していない場合には、斜めに配置するようにしてもよい。
また、第一整流板22は、ゲートバルブ27の筐体に接続するためのブラケット226を有していてもよい。図示しないが、ブラケット226は、レーザ光Lを通過させるレーザ用開口部を備えている。このレーザ用開口部は、第一レーザ用開口部224と一致する位置に形成されている。
また、第二レーザ用開口部225には、第一整流板22と第二整流板24との間に配置され、レーザ光Lの光路を形成する先端ノズル227が配置されていてもよい。先端ノズル227は、例えば、先端側が窄まった筒形状(円錐台筒形状等)を有している。かかる先端ノズル227を第二レーザ用開口部225に配置することにより、レーザ光Lの光路内に侵入するスパッタ、プルーム、ヒューム等を物理的に低減することができる。
また、先端ノズル227は、例えば、第二平面部222の内面に配置される支持部材228によって支持される。図示しないが、支持部材228は、レーザ光Lを通過させるレーザ用開口部を備えている。このレーザ用開口部は、第二レーザ用開口部225と一致する位置に形成されている。なお、先端ノズル227は、支持部材228を省略して第二平面部222の表面に直に接続するようにしてもよい。
第一エアナイフ23は、例えば、図2及び図3に示したように、第一整流板22を構成する第一平面部221の長手方向に沿って圧縮空気を噴射するエアノズル231と、圧縮空気を案内するガイド部材232と、を備えている。
ガイド部材232は、例えば、圧縮空気の噴射方向の両側に配置された壁部材と、レーザ光Lを通過させる開口部と、を備えている。壁部材は、第一レーザ用開口部224と干渉しない位置に配置される。かかるガイド部材232を配置することにより、圧縮空気の拡散を抑制し、第一整流板22の長手方向に圧縮空気を効率よく流すことができる。また、ガイド部材232は、支持部材228に接続され支持されていてもよい。なお、ガイド部材232は、支持部材228ではなく、第一平面部221又は第二平面部222によって支持されていてもよい。
エアノズル231は、ガイド部材232に接続されており、例えば、図2に示したように、第一整流板22の下端側から上端側に向って圧縮空気を噴射するように構成されている。また、エアノズル231は、第一整流板22を構成する第一平面部221の内面に近接した位置に配置されている。このように、第一平面部221に近接した位置から第一平面部221に対して平行に圧縮空気を噴射することにより、圧縮空気はコアンダ効果によって第一平面部221の内面に沿って吸い付くように流れることとなる。したがって、レーザ光Lの光路上に整流された圧縮空気層を形成することができ、第一レーザ用開口部224を圧縮空気で遮蔽することができる。
ここで、図5は、第二整流板24の構成を示す図であり、(A)は斜視図、(B)は溶接トーチ3を設置した状態におけるトーチ用開口部の正面図、である。第二整流板24は、例えば、LW平面における断面が略C字形状を有している。
具体的には、図2、図3及び図5(A)に示したように、第二整流板24は、溶接部Pの上方に配置される正面部241と、正面部241の長手方向の両側の側面に沿って配置された一対の側面部242と、を備えている。なお、第二整流板24は、正面部241及び側面部242を溶接して形成してもよいし、一枚の金属板を屈曲させて形成してもよい。
側面部242は、例えば、正面部241に対して垂直となるように配置されるが、かかる構成に限定されるものではない。例えば、側面部242は、正面部241に対して鋭角又は鈍角を形成するように配置してもよいし、湾曲するように配置してもよい。
図5(A)に示したように、正面部241は、レーザ光Lを通過させるレーザ用開口部243を有している。また、レーザ用開口部243は、第一整流板22の第一レーザ用開口部224及び第二レーザ用開口部225と同軸上に配置されている。また、レーザ用開口部243の径は、第二レーザ用開口部225の径よりも小さく形成されていてもよい。
また、レーザ用開口部243は、正面部241の長手方向の中央部よりも圧縮空気を噴射する側(図5(A)の下側)に近い位置に形成されていてもよい。かかる構成により、圧縮空気の出口を溶接部Pから遠ざけることができ、第二整流板24から外部に放出された圧縮空気が溶接部P付近の空気に与える影響を低減することができる。
また、第二整流板24の長手方向の長さをE2とし、第一整流板22の長手方向の長さをE1とすれば、E2>E1の関係を有するように、第一整流板22及び第二整流板24の長さを設定するようにしてもよい。このように、第二整流板24を第一整流板22よりも長く形成することにより、第二整流板24から外部に放出される圧縮空気の出口を溶接部Pからより遠ざけることができる。
また、図5(A)に示したように、正面部241には、溶接トーチ3の先端を挿通可能なトーチ用開口部244が形成されている。トーチ用開口部244は、レーザ用開口部243に近接した位置に形成される。
また、図5(B)に示したように、トーチ用開口部244に溶接トーチ3を挿通した際に形成される隙間を絶縁材245で埋めるようにしてもよい。図5(B)では、説明の便宜上、絶縁材245を灰色に塗り潰して図示してある。このようにトーチ用開口部244と溶接トーチ3との隙間を埋めることによって、この隙間から出入りする空気を遮断することができる。また、埋設材として絶縁材245を使用することにより、溶接トーチ3から第二整流板24に流れる電流を遮断することができ、短絡の発生を抑制することができる。
また、図2及び図3に示したように、第二整流板24は、第一整流板22に連結するブラケット246を備えていてもよい。ブラケット246は、例えば、支持部材228に接続される。ブラケット246は、支持部材228と一体に形成されていてもよい。また、ブラケット246は、支持部材228ではなく、第一整流板22の第二平面部222に接続されていてもよい。
第二エアナイフ25は、例えば、図2及び図3に示したように、第二整流板24を構成する正面部241の長手方向に沿って圧縮空気を噴射するエアノズル251を備えている。エアノズル251は、ブラケット246に接続されており、例えば、図2に示したように、第二整流板24の下端側から上端側に向って圧縮空気を噴射するように構成されている。
また、エアノズル251は、第二整流板24を構成する正面部241の内面に近接した位置に配置されている。このように、正面部241に近接した位置から正面部241に対して平行に圧縮空気を噴射することにより、圧縮空気はコアンダ効果によって正面部241の内面に沿って吸い付くように流れることとなる。したがって、レーザ光Lの光路上に整流された圧縮空気層を形成することができ、レーザ用開口部243を圧縮空気で遮蔽することができる。
また、第一エアナイフ23から噴射される圧縮空気の流量は、第二エアナイフ25から噴射される圧縮空気の流量よりも大きく設定されていてもよい。スパッタ、プルーム、ヒューム等は、溶接部Pから離れるほど冷却され金属粒子に固化しやすい。したがって、溶接部Pから離れた位置に配置される第一エアナイフ23まで到達した副次物は、溶接部Pに近接した位置に配置される第二エアナイフ25付近の副次物よりも運動エネルギーが高いことから、より強力な遮蔽能力が必要となる。
ところで、レーザ溶接とアーク溶接とを併用したハイブリッド溶接では、レーザ光Lの照射端部と近接した位置に溶接トーチが配置されている。したがって、溶接トーチと干渉しないように整流板を配置しようとすれば、整流板の横幅(短手方向の長さ)は狭くならざるを得ない。この場合、整流板は溶接部に近接した位置に配置されることから、整流板を回り込む空気の流れが形成され、スパッタ、プルーム、ヒューム等がレーザ光Lの照射端部に侵入しやすくなってしまう。
また、エアナイフの圧縮空気が溶接トーチと干渉する場合には乱流が形成され、その乱流によって溶接部付近の空気が乱されることとなる。この空気の乱れは、溶接部におけるプラズマやプルームの状態を大きく変動させたり、溶融池の状態を不安定にさせたりする要因となってしまう。
そこで、本実施形態に係るハイブリッド溶接装置1では、第二整流板24によって、レーザ光Lの光路だけでなく溶接トーチ3の外周も覆うことにより、第二整流板24の横幅を長く形成することができ、第二整流板24を回り込む空気の流れを低減することができる。また、溶接トーチ3の先端のみを第二整流板24から貫通させることによって、圧縮空気が溶接トーチ3と干渉して乱流が生じた場合であっても、その乱流が溶接部P付近の空気に与える影響を低減することができる。
上述した本実施形態に係るハイブリッド溶接装置1によれば、第一整流板22及び第二整流板24を配置したことによって、レーザ光学系に侵入するスパッタ、プルーム、ヒューム等の副次物を排除することができる。したがって、溶接時に生じる、スパッタ、プラズマ、プルーム、ヒューム等の副次物の影響を低減し、レーザ光学系の汚損及び溶接欠陥の低減を図ることができる。
本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。
1 ハイブリッド溶接装置
2 レーザヘッド
3 溶接トーチ
4 被溶接物
5 ロボットアーム
6 台車
21 レーザノズル
22 第一整流板
23 第一エアナイフ
24 第二整流板
25 第二エアナイフ
26 集光レンズユニット
27 ゲートバルブ
31 支持部材
211 フランジ
221 第一平面部
222 第二平面部
223 連結部
224 第一レーザ用開口部
225 第二レーザ用開口部
226 ブラケット
227 先端ノズル
228 支持部材
231 エアノズル
232 ガイド部材
241 正面部
242 側面部
243 レーザ用開口部
244 トーチ用開口部
245 絶縁材
246 ブラケット
251 エアノズル

Claims (10)

  1. レーザ溶接とアーク溶接とを併用して溶接するハイブリッド溶接装置において、
    溶接部にレーザ光を照射するレーザヘッドと、
    前記溶接部に溶加材を供給する溶接トーチと、を含み、
    前記レーザヘッドは、前記レーザ光の光路を形成するレーザノズルと、該レーザノズルの先端側に前記レーザ光と干渉しないように配置された第一整流板と、該第一整流板に沿って圧縮空気を噴射する第一エアナイフと、前記第一整流板と前記溶接部との間に前記レーザ光と干渉しないように配置された第二整流板と、該第二整流板に沿って圧縮空気を噴射する第二エアナイフと、を備え、
    前記第一整流板及び前記第二整流板は、前記レーザ光の光軸及び溶接方向に対して垂直な方向に長い形状を有し、
    前記第二整流板は、前記溶接トーチの先端を挿通可能なトーチ用開口部を備える、
    ことを特徴とするハイブリッド溶接装置。
  2. 前記第一エアナイフは前記第一整流板の長手方向に圧縮空気を噴射し、前記第二エアナイフは前記第二整流板の長手方向に圧縮空気を噴射するように配置されている、請求項1に記載のハイブリッド溶接装置。
  3. 前記第一整流板は、前記レーザノズル側に配置される第一平面部と、該第一平面部に対して前記溶接部側に対峙するように配置される第二平面部と、前記第一平面部及び前記第二平面部の長手方向の片側の側面を連結する連結部と、を備え、前記第一平面部及び前記第二平面部は、前記レーザ光を通過させるレーザ用開口部を有している、請求項1に記載のハイブリッド溶接装置。
  4. 前記第二整流板は、前記溶接部の上方に配置される正面部と、該正面部の長手方向の両側の側面に沿って配置された一対の側面部と、を備え、前記正面部は、前記レーザ光を通過させるレーザ用開口部と前記トーチ用開口部とを有している、請求項1に記載のハイブリッド溶接装置。
  5. 前記ハイブリッド溶接装置は、前記第一整流板と前記第二整流板とを連結するブラケットを備える、請求項1に記載のハイブリッド溶接装置。
  6. 前記ハイブリッド溶接装置は、前記第一整流板と前記第二整流板との間に配置され、前記レーザ光の光路を形成する先端ノズルを備える、請求項1に記載のハイブリッド溶接装置。
  7. 前記ハイブリッド溶接装置は、前記トーチ用開口部と前記溶接トーチとの隙間を埋める絶縁材を備える、請求項1に記載のハイブリッド溶接装置。
  8. 前記ハイブリッド溶接装置は、前記レーザノズルに配置されたゲートバルブを備える、請求項1に記載のハイブリッド溶接装置。
  9. 前記第二整流板は、前記第一整流板よりも長く形成されている、請求項1に記載のハイブリッド溶接装置。
  10. 前記第一エアナイフから噴射される圧縮空気の流量は、前記第二エアナイフから噴射される圧縮空気の流量よりも大きく設定されている、請求項1に記載のハイブリッド溶接装置。

JP2018096124A 2018-05-18 2018-05-18 ハイブリッド溶接装置 Active JP7030014B2 (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018096124A JP7030014B2 (ja) 2018-05-18 2018-05-18 ハイブリッド溶接装置
PCT/JP2019/019338 WO2019221181A1 (ja) 2018-05-18 2019-05-15 ハイブリッド溶接装置
PL19802897.9T PL3795285T3 (pl) 2018-05-18 2019-05-15 Urządzenie do spawania hybrydowego
EP19802897.9A EP3795285B1 (en) 2018-05-18 2019-05-15 Hybrid welding device
US17/056,383 US11724337B2 (en) 2018-05-18 2019-05-15 Hybrid welding device
CN201980031806.8A CN112118931B (zh) 2018-05-18 2019-05-15 复合焊接装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018096124A JP7030014B2 (ja) 2018-05-18 2018-05-18 ハイブリッド溶接装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019198885A JP2019198885A (ja) 2019-11-21
JP7030014B2 true JP7030014B2 (ja) 2022-03-04

Family

ID=68539963

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018096124A Active JP7030014B2 (ja) 2018-05-18 2018-05-18 ハイブリッド溶接装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11724337B2 (ja)
EP (1) EP3795285B1 (ja)
JP (1) JP7030014B2 (ja)
CN (1) CN112118931B (ja)
PL (1) PL3795285T3 (ja)
WO (1) WO2019221181A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110899980B (zh) * 2019-12-10 2021-07-27 沈阳富创精密设备股份有限公司 高密封性铝合金矩形腔体等离子弧-激光复合焊接方法
CN110961858A (zh) * 2019-12-23 2020-04-07 东方电气集团东方汽轮机有限公司 重型燃机等轴晶透平叶片精铸缺陷高频脉冲电弧修复方法
JP7387050B1 (ja) * 2023-08-09 2023-11-27 ゼオンノース株式会社 レーザ・アークハイブリッド溶接装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000263276A (ja) 1999-03-16 2000-09-26 Sekisui Chem Co Ltd レーザー加工ヘッド
JP2003200283A (ja) 2001-12-27 2003-07-15 Honda Motor Co Ltd Yagレーザとアークの複合溶接方法および装置
WO2014030325A1 (ja) 2012-08-20 2014-02-27 株式会社 東芝 溶接システムおよび溶接方法
JP2015217423A (ja) 2014-05-19 2015-12-07 日本車輌製造株式会社 複合溶接装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2829413B1 (fr) * 2001-09-11 2003-12-12 Air Liquide Torche et installation de soudage hybride laser-arc modulaires multi-procedes
JP4352920B2 (ja) * 2004-02-09 2009-10-28 日産自動車株式会社 レーザ加工ヘッドおよびレーザ加工方法
DE102005025119B4 (de) * 2004-05-27 2006-09-28 Highyag Lasertechnologie Gmbh Vorrichtung zur Standzeiterhöhung von Laser-Bearbeitungsoptiken
CN101920400B (zh) 2009-10-30 2013-05-08 北京航空航天大学 激光电弧复合焊气体保护装置及激光电弧复合焊机
JP2014240090A (ja) * 2013-05-14 2014-12-25 三菱電機株式会社 溶接ヘッドおよび溶接装置
CN103831542B (zh) * 2014-03-11 2016-02-03 哈尔滨工业大学 一种适用于大厚板窄间隙的激光电弧复合焊枪
CN204621366U (zh) * 2015-03-30 2015-09-09 中国石油天然气集团公司 一种管道全位置激光电弧复合焊焊接系统
CN104741790B (zh) * 2015-03-30 2017-01-25 中国石油天然气集团公司 一种管道全位置激光电弧复合焊焊接系统
CN106181041A (zh) * 2015-04-30 2016-12-07 中国石油天然气集团公司 激光电弧复合焊接装置及具有其的管道焊接装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000263276A (ja) 1999-03-16 2000-09-26 Sekisui Chem Co Ltd レーザー加工ヘッド
JP2003200283A (ja) 2001-12-27 2003-07-15 Honda Motor Co Ltd Yagレーザとアークの複合溶接方法および装置
WO2014030325A1 (ja) 2012-08-20 2014-02-27 株式会社 東芝 溶接システムおよび溶接方法
JP2015217423A (ja) 2014-05-19 2015-12-07 日本車輌製造株式会社 複合溶接装置

Also Published As

Publication number Publication date
US11724337B2 (en) 2023-08-15
EP3795285A1 (en) 2021-03-24
EP3795285A4 (en) 2022-03-02
US20210252636A1 (en) 2021-08-19
CN112118931B (zh) 2022-04-12
PL3795285T3 (pl) 2023-12-27
CN112118931A (zh) 2020-12-22
EP3795285B1 (en) 2023-06-28
WO2019221181A1 (ja) 2019-11-21
JP2019198885A (ja) 2019-11-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4840110B2 (ja) レーザ溶接装置およびレーザ溶接方法
JP7030014B2 (ja) ハイブリッド溶接装置
EP2886241B1 (en) Welding system and welding method
US20160354866A1 (en) Laser Processing Heads with a Cross-Jet Nozzle
CN110153554B (zh) 激光加工头
US5354964A (en) Laser torch
CN108971751B (zh) 激光焊接装置
JP6805710B2 (ja) レーザ溶接装置及びレーザ溶接方法
JP5217726B2 (ja) 溶接装置
JP2014079783A (ja) レーザ・アークハイブリッド溶接方法、ハイブリッド溶接用ヘッド、及びハイブリッド溶接装置
JP5741663B2 (ja) 鋼板のレーザ溶接方法およびその装置
US11298772B2 (en) Welding apparatus and nozzle device
JP7170952B1 (ja) 付加製造装置および加工ヘッド
JP5122986B2 (ja) 鋼板のレーザ溶接方法およびその装置
JPH091374A (ja) レーザ加工機における溶接用加工ヘッド
JP5958894B2 (ja) レーザ溶接におけるシールドガスの噴出方法
US20200361033A1 (en) Tack welding method and tack welding apparatus
US12023757B2 (en) Air management system for laser welding with airflow optimizing deflector
JP5412813B2 (ja) レーザ溶接シールド方法及びシールドガス供給ノズル及びレーザ溶接シールド装置
JP5396941B2 (ja) 金属板のレーザ溶接方法およびレーザ溶接装置
JP5692293B2 (ja) 金属板のレーザ溶接方法およびレーザ溶接装置
JP5488651B2 (ja) 鋼板のレーザ溶接方法およびその装置
JP5983345B2 (ja) 車両用ルーフのレーザロウ付け方法
JP7387050B1 (ja) レーザ・アークハイブリッド溶接装置
KR102444752B1 (ko) 레이저 용접을 위한 방법 및 장치

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210304

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210510

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220203

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220221

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7030014

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150