JPH0318070Y2

JPH0318070Y2 -

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Publication number: JPH0318070Y2
Application number: JP1985019672U
Authority: JP
Priority date: 1985-02-14
Filing date: 1985-02-14
Publication date: 1991-04-16
Also published as: JPS61138490U

Description

【考案の詳細な説明】（産業上の利用分野）本考案はレーザ光を用いた溶接装置に関する。

（従来の技術）レーザ溶接に際しては、被溶接物を大気から遮
断し、溶接部の酸化、窒化等を防止する目的と、
被溶接物のレーザ照射点上方に発生するプラズマ
を除去することを目的として各種の方法でアルゴ
ン、ヘリウム等のシールドガスの送給が行われて
いる。その送給方式には、第３図に示すようにレ
ーザ光１′と共にシールドガス２′を供給する同軸
型ノズル３′が用いられている。

（考案が解決しようとする問題点）しかし、深溝を構成する被溶接物の内部をレー
ザ溶接する場合において、第４図に示すように溝
巾に対して溝深さが深くなると、上記同軸型ノズ
ル３′を深溝内部に入れることができない場合が
あり、その場合、溶接部Ｍから同軸型ノズル３′
までの距離Ｌは大きくならざるを得なかつた。こ
のため、同軸型ノズル３′から供給されるシール
ドガス２′は、その流速が不足し、被溶接物Ｗの
レーザ照射点上方に生ずるプラズマによるレーザ
光吸収が大きくなり、溶接ビードの溶込深さが減
少することとなつていた。第５図は、溶接ビード
の溶込深さと、溶接部Ｍから同軸型ノズル３′ま
での距離Ｌとの関係を示すもので、この関係は下
記溶接条件の下で測定された。

レーザ出力：CO₂レーザ光 3kw 集光レンズへの入射口径約30mm 集光レンズ：5″レンズシールドガス：アルゴンガス（100／min ２Kg／cm²）溶接速度：1.5ｍ／min この結果、溶接部Ｍから同軸型ノズル３′まで
の距離ＬがＬ＝40mmで、溶込深さはほとんど０と
なることが理解される。

このように、同軸型ノズル３′によるシールド
ガス２′の供給では、深溝内部のレーザ溶接を確
実に行うことができなかつた。

本考案は上記実情に鑑みてなされたもので、そ
の目的は、所定の溶込み深さを確保して、深溝内
部におけるレーザ溶接を確実に行うことにある。

（問題点を解決するための手段）かかる目的を達成するために本考案にあつては
レーザ光線を出射する照射ノズルを取り付けた加
工ヘツド本体の一側面にプラズマ除去ノズルとシ
ールドガスノズルとを同一平面内に併設し、該プ
ラズマ除去ノズルの噴出方向をレーザ光線の中心
光線に対して傾斜させるとともにその噴出指向を
レーザ光線が集光する加工点から外れた方向と
し、一方前記シールドガスノズルの噴出方向をレ
ーザ光線の中心光線に対して直交させるとともに
その噴出位置はレーザ光線が集光する加工点の直
上であり、かつ、前記プラズマ除去ノズルの噴出
方向とレーザ光の中心光との交点よりも下に位置
していることを特徴とするものである。

（作用）本考案はこのように構成したので、プラズマ除
去ノズルとシールドガスノズルは加工ヘツド本体
の一側面の同一平面内に設けられ、かつ、シール
ドガスノズルの噴出位置が加工点に近接している
ことから、被溶接物の深溝内部にレーザ光線照射
ノズルが入らなくてもその溶接が可能である。ま
た、シールドガスノズルの噴出方向はレーザ光の
中心光線に対して直交し、かつ、加工点に近接し
てシールドガスが噴出されるので、被溶接物の溶
接部分をシールして溶接部の酸化および窒化の防
止、溶接部の直上にプラズマを形成しそのプラズ
マの熱により溶接部表面のならし、および溶融池
の安定化の機能を有し、一方プラズマ除去ノズル
は中心光線に対して傾斜し、かつ、その噴射指向
が加工点からずれていてシールドガスノズルより
も上方にシールドガスを噴出するので、溶接部と
レーザ光線照射ノズルとの間に発生するプラズマ
を除去するとともに溶融池を乱さないという機能
を有する。このような機能を有するシールドガス
ノズルとプラズマ除去ノズルとの有機的な関係に
より少ないシールドガスにより溶接不良のない溶
接が達成される。

（実施例）以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明す
る。

第１図、第２図において、１は本考案に係る溶
接装置の加工ヘツド本体で、該加工ヘツド本体１
は上下方向に延びる筒状形状をしている。この加
工ヘツド本体１の一端側（図中、上方側）にはレ
ーザ光線（図示略）が設けられており、加工ヘツ
ド本体１の他端側（図中、下方側）にはレーザ光
線照射ノズルとしての照射ノズル２が螺合されて
いる。照射ノズル２とレーザ光源との間における
加工ヘツド本体１内部には集光レンズ３が設けら
れており、この集光レンズ３によりレーザ光源か
らのレーザ光４は照射ノズル２外の被溶接物Ｗの
加工点P₁で集光される。また、加工ヘツド本体
１には、ガス供給管５が、集光レンズ３と照射ノ
ズル２との間において接続されており、このガス
供給管５を介してガス、例えば乾燥空気、アルゴ
ン（Ar）、窒素（N₂）等が加工ヘツド本体１内
部に供給される。このため、そのガスは照射ノズ
ル２から外部へ噴出されることになり、そのガス
により、溶接中、スパツタ、金属蒸気等の照射ノ
ズル２先端口からの侵入が防がれ、集光レンズ３
が保護される。

加工ヘツド本体１の側壁にはシールドガスユニ
ツト６がねじ締め等の手段で位置決め可能に装着
されており、このシールドガスユニツト６には、
シールドガス供給口７と、第１のガス供給ノズル
としてのシールドガスノズル８と、第２のガス供
給ノズルとしてのプラズマ除去ノズル９とが接続
されている。この二つのシールドガスノズル８と
プラズマ除去ノズル９とは第２図に示すようにレ
ーザ光４の中心光線４ａを含む同一平面内に設け
られている。シールドガス供給口７にはホース１
０を介してシールドガス供給源（図示略）が接続
されており、シールドガスとしてアルゴンガスが
シールドガスユニツト６に供給される。シールド
ガスノズル８は、下方に向つて延びており、該シ
ールドガスノズル８は２個所において屈曲され
て、その先端部は水平になつている。そのシール
ドガスノズル８の先端部開口は前記レーザ光４に
臨んでおり、このシールドガスノズル８からのガ
ス供給方向ｘは、レーザ光４の中心光線４ａに対
して直交している。その交差点P₂は、本実施例
においては、シールドガスノズル８の先端から６
mm、加工点P₁から４mm上方に設定されている。
プラズマ除去ノズル９はシールドガスノズル８よ
り照射ノズル２側に隣接して設けられており、該
プラズマ除去ノズル９もまた下方に向つて延びて
いる。このプラズマ除去ノズル９は、途中屈曲さ
れており、その先端部は、本実施例においては水
平方向に対して45゜の角度をもつて傾斜していて、
この傾斜角度は30゜以上あれば効率良く所定の効
果をあげることができる。プラズマ除去ノズル９
の先端部開口は前記レーザ光４に臨んでおり、プ
ラズマ除去ノズル９からのガス供給方向ｙはレー
ザ光４の中心光線４ａと45゜の角度をもつて交差
しており、シールガスの噴射方向は加工点Ｐ１か
らずれた位置であつてその交差点Ｐ３は前記加工
点P₁から10mm上方の位置に設定されている。こ
れらシールドガスノズル及びプラズマ除去ノズル
９には内径２mm、外径3.6mmの銅管が使用されて
いる。

したがつて、上記溶接装置にあつては、被溶接
物Ｗがオートマチツクトランスミツシヨンの部品
のように深溝を構成するようなものであつても、
シールドガスノズル８とプラズマ除去ノズル９と
を、その深溝１１内部に入れることができ、両ノ
ズル８，９を、深溝１１内部に入れられた状態
で、深溝１１が延びる方向（第１図中、左右方
向）、すなわち溶接方向に被溶接物Ｗに対して相
対変位させることができる。

そして、深溝１１内部における溶接に際して、
シールドガスノズル８からのシールドガスは、被
溶接物Ｗにおける加工点P₁の直上のみにプラズ
マを発生させ、且つ加工点P₁周辺をシールドす
る一方、プラズマ除去ノズル９からのシールドガ
スは、加工点P₁上方のプラズマを除去する。こ
のとき、シールドガスノズル８からのシールドガ
スは被溶接物Ｗの溶接面に対して平行に流れ、プ
ラズマ除去ノズル９からのシールドガスは加工点
P₁に向つて流れないことから、溶融池が各シー
ルドガスにより乱されることはない。

このため、従来の技術で述べた溶接条件と同じ
条件の下で被溶接物Ｗの溶接を行つたが、溶接ビ
ード内部においては、ブローホールの発生なく、
高エネルギ密度特有の深溶け込みが得られ、溶接
ビード表面においては、該ビードが盛上ることも
なく均質化され、そのビード表面には酸化物等の
厚膜のスラグの付着はなかつた。しかも、溶接中
においては、スパツタの発生は極めて少なかつ
た。

（考案の効果）本考案は以上述べたように、深溝内部のレーザ
溶接において、プラズマによるレーザ光の吸収を
抑制することができ、しかも溶接部における酸
化、窒化を抑制することができることから、溶込
み深さを極めて深くすることができて、深溝内部
におけるレーザ溶接を確実に行うことができると
共に、溶接ビード表面に酸化物等のスラグが発生
することを防止することができる。

さらに、溶接部の直上部にのみ発生させるプラ
ズマの熱により溶接部表面をならすことができる
ことから、溶接ビード表面を盛上りの少ない均一
なものとすることができる。

さらにまた、溶接部の溶融池がシールドガスに
より乱されないことから、スパツタの発生を極力
抑えることができる。

加えて、シールドガスの全供給量を極めて少な
くすることができることから、高価なシールドガ
スの消費額の低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る溶接装置を示す縦断面
図、第２図は第１図の−線断面図、第３図は
従来の技術に係る同軸型ノズルを示す縦断面図、
第４図は深溝内部における溶接を行う状態を示す
説明図、第５図は、溶接部における溶込深さと、
溶接部からノズルまでの距離との関係を示す図で
ある。２……レーザ光照射ノズル、４……レーザ光、
８……シールドガスノズル、９……プラズマ除去
ノズル、ｘ，ｙ……ガス供給方向、P₂，P₃……
交差点。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

レーザ光線を出射する照射ノズルを取り付けた
加工ヘツド本体の一側面にプラズマ除去ノズルと
シールドガスノズルとを同一平面内に併設し、該
プラズマ除去ノズルの噴出方向をレーザ光線の中
心光線に対して傾斜させるとともにその噴出指向
をレーザ光線が集光する加工点から外れた方向と
し、一方前記シールドガスノズルの噴出方向をレ
ーザ光線の中心光線に対して直交させるとともに
その噴出位置はレーザ光線が集光する加工点の直
上であり、かつ、前記プラズマ除去ノズルの噴出
方向とレーザ光の中心光との交点よりも下に位置
していることを特徴とする溶接装置。