JPH05169288A - レーザ溶接装置 - Google Patents

レーザ溶接装置

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JPH05169288A
JPH05169288A JP3331049A JP33104991A JPH05169288A JP H05169288 A JPH05169288 A JP H05169288A JP 3331049 A JP3331049 A JP 3331049A JP 33104991 A JP33104991 A JP 33104991A JP H05169288 A JPH05169288 A JP H05169288A
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JP
Japan
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laser beam
gas
welding
gas nozzle
beam irradiation
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JP3331049A
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English (en)
Inventor
Hideya Kamahori
秀也 釜堀
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 被溶接部位が傾斜している場合に、不活性ガ
スの吹き出しによる溶融金属の飛散やブローホール等の
欠陥をなくす。 【構成】 ロードホイールHの溶接部位に対しその略直
角方向から溶接ヘッド1によりレーザビームBを照射し
て溶接する。ロードホイールH上のレーザビーム照射点
Pに向けてレーザビーム照射方向と異なる方向からメイ
ンガスノズル2によりヘリウムあるいはアルゴンガスを
吹き付けて溶接に必要な金属プラズマ6の生成を促す。
補助ガスノズル3からはレーザビームBのうちロードホ
イールH上のレーザビーム照射点Pよりも上流側に向け
てメインガスノズル2よりも多量の窒素ガスを吹き付け
てガスプラズマ7を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、被溶接物にレーザ光を
照射して溶接を行うレーザ溶接装置に関する。
【0002】
【従来の技術】この種のレーザ溶接装置においては、例
えば図5に示すようにレーザ発振装置で発生したレーザ
ビーム51をベンダーミラー52を介して放物面鏡(パ
ラボリックミラー)53で集光して被溶接物Wに照射す
ることを基本としている。そして、レーザビーム51を
照射して溶接を行った場合、溶接に必要な金属プラズマ
54とは別にガスプラズマ55が生成され、このガスプ
ラズマ55がレーザビーム51を遮ってレーザビーム5
1のエネルギー密度を低下させたり、あるいは溶接部の
溶け込み深さに影響を及ぼすことから、従来は図5に示
すように横方向からガスノズル56によりレーザビーム
照射位置Pに向けて不活性ガス、例えばヘリウム(H
e)、アルゴン(Ar)、窒素(N2)ガス等を吹き付
けて溶接品質に有害なガスプラズマ55を排除するよう
にしている(例えば、特開昭58−125391号公報
および特開昭59−104289号公報参照)。
【0003】ところで、図6に示す車両用ロードホイー
ルHの製造過程においてホイールリムRとホイールディ
スクDとを溶接する場合、その円周上において少なくと
も四等分位置に所定長さにわたって溶接を施す必要があ
る。そのため、従来は生産性を考慮して図6に示すよう
にロードホイールHの軸心を通る鉛直軸線Lに対してそ
れぞれ傾斜角θとして45度の方向からレーザビーム5
1を照射してロードホイールHを所定量だけ回転させな
がら二箇所の溶接を同時に行い、その後、被溶接物であ
るロードホイールHを180度回転させて上記と同様の
動作を行うことで合計四箇所の溶接を行うようにしてい
る。
【0004】ここで、上記のように二箇所の溶接を同時
に行う際にレーザビーム51の照射方向の角度θを45
度に設定しているのは次のような理由による。つまり、
角度θの値として図7のように90度もしくは0度(1
80度)とすることも可能であるが、θ=90度の場合
にはいわゆる横向き溶接となる一方、θ=0度の場合に
は下側が上向き溶接となることから、いずれの場合にも
図8,9に示すように溶接ビード部bの溶け込み深さh
が小さくなり、その結果、同時に溶接される二箇所とも
に下向き溶接として溶接条件を同じにするにはθ=45
度が最適と判断されるためである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記のようなロードホ
イールHの溶接に際しては、ロードホイールHの回転方
向進行側での溶接部が、図10に示すように下向き溶接
と言えども傾斜面での溶接となって下から上への溶接と
なるため、溶融金属が下方に垂れやすい上にガスノズル
56からの不活性ガスの吹き出し圧力が上記の垂れを助
長することになる。その結果、溶融金属がスパッタSと
して飛散するほか、ブローホールQや溶接ビード部表面
の肌荒れ等の溶接欠陥が発生して溶接品質の向上に限界
がある。
【0006】本発明は以上のような課題に着目してなさ
れたもので、溶接品質にとって有害なガスプラズマを効
果的に排除しつつ、併せて溶融金属の飛散やブローホー
ル等の溶接欠陥の発生を防止した構造を提供することを
目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明のレーザ溶接装置
は、被溶接物に対してその略面直角方向からレーザビー
ムを照射する溶接ヘッドと、前記被溶接物上のレーザビ
ーム照射点に向けて前記レーザビーム照射方向と異なる
方向から不活性ガスを吹き付けるメインガスノズルと、
前記レーザビームのうち被溶接物上のレーザビーム照射
点よりも上流側に向けて前メインガスノズルよりも多量
の不活性ガスを吹き付ける補助ガスノズルとから構成さ
れる。
【0008】上記のメインガスノズルおよび補助ガスノ
ズルから噴き出す不活性ガスはおのずと要求される機能
が異なることから、例えばメインガスノズルから吹き出
すガスはヘリウム(He)またはアルゴン(Ar)ガス
とし、また補助ガスノズルから吹き出すガスは窒素(N
2)ガスとすることが望ましく、この場合には多量に吹
き出す窒素ガスの方が価格が安いゆえにコスト的にも有
利となる。
【0009】
【作用】この構造によると、不活性ガスの吹き出し系統
が2系統に分かれていることから、レーザビーム照射点
を指向するメインガスノズルからは要求溶け込み品質を
確保し得る最低限の流量で不活性ガスを吹き出すことで
溶融金属の飛散(スパッタの発生)やブローホール等を
抑制するとともに、良好な金属プラズマの生成を促す。
一方、補助ガスノズルからはメインガスノズルよりも多
量の不活性ガスを吹き出して有害なガスプラズマの除去
を行う。そして、補助ガスノズルはレーザビームのうち
レーザビーム照射点よりも上流側を指向しているので、
多量の不活性ガスを吹き出しても溶接品質に影響を及ぼ
すことはない。
【0010】
【実施例】図1および図2は本発明の一実施例を示す図
で、先に例示したロードホイールを溶接するためのレー
ザ溶接装置の例を示しており、同図に示すように、被溶
接物であるロードホイールHのホイールリムRとホイー
ルディスクDにはその法線方向から溶接ヘッド1により
レーザビームBが照射される。
【0011】溶接ヘッド1の近傍には、レーザビームB
の照射方向に対してほぼ直交する方向に延びるメインガ
スノズル2が設けられている。このメインガスノズル2
の先端部は所定角度αだけ略くの字状に屈曲していて後
述する補助ガスノズル3から突出しているとともに、ホ
イールリムR上のレーザビーム照射点Pを指向してお
り、その吹出口2aからレーザビーム照射点Pに向けて
ヘリウム(He)あるいはアルゴン(Ar)ガス等の不
活性ガスを吹き出すようになっている。
【0012】一方、メインガスノズル2の外周にはこれ
と同芯状に補助ガスノズル3が一体に設けられており、
その吹出口3aはレーザビームBのうちレーザビーム照
射点Pよりも上流側を指向していて、パイプ4,5を介
して導入される不活性ガス例えば窒素ガス(N2)を吹
き出すようになっている。
【0013】このように構成されたレーザ溶接装置にお
いては、ホイールリムR上にレーザビームBを照射する
とともに、ロードホイールHを必要とするビード長さに
応じて所定角度だけ低速で回転させながら溶接を行うこ
とになるのであるが、その際にメインガスノズル2から
は例えばヘリウムまたはアルゴンガスを10〜30リッ
トル/分程度の割合で吹き出す一方、補助ガスノズル3
からは例えば窒素ガスを40〜60リットル/分程度の
割合で吹き出す。なお、メインガスノズル2から吹き出
すガス吐出量は、溶接部位の溶け込み品質を確保できる
最低限の量である。
【0014】したがって、レーザビーム照射点Pではガ
スの吹出量が10〜30リットル/分程度になるので、
従来の50〜60リットル/分程度の場合に比べて不活
性ガスの吹き出しによる影響が少なくなり、良好な金属
プラズマ6の生成を促しつつ溶融金属の飛散が抑制さ
れ、併せて溶接ビード部bでのブローホールや肌荒れ等
の溶接欠陥が発生しにくくなる。一方、補助ガスノズル
3から吹き出される窒素ガスは、ノズル3自体がレーザ
ビーム照射点Pよりも上流側を指向しているので、メイ
ンガスノズル2から吹き出される不活性ガスと混合する
ことはなく、溶接に伴って発生するガスプラズマ7を溶
接部位から排除する役目をする。さらに、この窒素ガス
はメインガスノズル2からのガスの量を補足して不活性
雰囲気の拡充を図ることになる。
【0015】ここで、ガスプラズマ7の除去に用いる窒
素ガスはヘリウムあるいはアルゴンガスに比べて安価で
あることから、上記のようにレーザビーム照射点Pに向
けて吹き付けるヘリウムあるいはアルゴンガスの使用量
を最低限におさえて相対的に窒素ガスを多量に使用する
ことにより、コスト的にも有利となる。
【0016】図3の(A),(B)および図4は本発明
の他の実施例を示す図で、この実施例ではメインガスノ
ズル8の先端部を曲げることなく、補助ガスノズル9の
先端部に栓体10を装着して、溶接時にレーザビームB
のうちレーザビーム照射点Pよりも上流側を指向する吹
出口9aと、レーザビーム照射点Pの両側を指向する左
右一対の吹出口9bを形成したものである。本実施例の
場合、吹出口9aが第1実施例よりもレーザビーム照射
点Pに近い位置にあるので、ガスプラズマ発生点に近い
位置で一段と効率よくガスプラズマ7を除去できるとと
もに、吹出口9aをはさんでその両側にも吹出口9bが
あるので、レーザビーム照射点Pの両側に滞留している
ガスプラズマを確実に除去できる効果がある。
【0017】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、不活性ガ
スの吹き出し系統をメインガスノズルと補助ガスノズル
とに分け、メインガスノズルからはレーザビーム照射点
に向けて不活性ガスを吹き出す一方、補助ガスノズルか
らはレーザビームのうちレーザビーム照射点よりも上流
側に向けてメインガスノズルよりも多量の不活性ガスを
吹き出すようにしたものである。したがって、従来と同
様に溶接品質にとって有害なガスプラズマを効率よく除
去できることはもちろんのこと、レーザビーム照射点に
吹き付けられるガス量が相対的に少なくなることから、
たとえ被溶接部位が傾斜している場合でも溶融金属の飛
散を抑制できるとともに、ブローホールあるいは溶接ビ
ードの肌荒れ等の溶接欠陥の発生を少なくして溶接品質
の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す図で、車両用ロードホ
イールの溶接に適用した場合の要部断面図。
【図2】図1のa方向矢視図。
【図3】本発明の他の実施例を示す図で、(A)はその
要部断面図、(B)は同図(A)のノズルの下面図。
【図4】図3のe−e線に沿う断面図。
【図5】従来のレーザ溶接装置の一例を示す構成説明
図。
【図6】従来のレーザ溶接装置を車両用ロードホイール
の溶接に適用した場合の構成説明図。
【図7】ロードホイールとレーザビームの照射方向との
関係を示す説明図。
【図8】レーザビームの照射角度と溶接ビード部の溶け
込み深さとの関係を示すグラフ。
【図9】溶接ビード部の拡大断面図。
【図10】図6のA部拡大図。
【符号の説明】 1…溶接ヘッド 2…メインガスノズル 3…補助ガスノズル 6…金属プラズマ 7…ガスプラズマ 8…メインガスノズル 9…補助ガスノズル B…レーザビーム b…溶接ビード部 D…ホイールディスク H…ロードホイール(被溶接物) P…レーザビーム照射点 R…ホイールリム

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被溶接物に対してその略面直角方向から
    レーザビームを照射する溶接ヘッドと、 前記被溶接物上のレーザビーム照射点に向けて前記レー
    ザビーム照射方向と異なる方向から不活性ガスを吹き付
    けるメインガスノズルと、 前記レーザビームのうち被溶接物上のレーザビーム照射
    点よりも上流側に向けて前メインガスノズルよりも多量
    の不活性ガスを吹き付ける補助ガスノズル、 とを備えたことを特徴とするレーザ溶接装置。
JP3331049A 1991-12-16 1991-12-16 レーザ溶接装置 Pending JPH05169288A (ja)

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