JPH06182570A - レーザ溶接方法 - Google Patents
レーザ溶接方法Info
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- JPH06182570A JPH06182570A JP4340114A JP34011492A JPH06182570A JP H06182570 A JPH06182570 A JP H06182570A JP 4340114 A JP4340114 A JP 4340114A JP 34011492 A JP34011492 A JP 34011492A JP H06182570 A JPH06182570 A JP H06182570A
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- Japan
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- welded
- welding
- laser beam
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 加工ガスとしてエアーを使用することによ
り、長時間安定した溶接が経済的に実現できるレーザ溶
接方法を得る。 【構成】 加工ノズル２にエアー４を導入して集光レン
ズ７に異物が付着しないようにして放出し、また、レー
ザビーム３の照射部近傍にサイドノズル８を被溶接材１
に対して所定の角度θに、かつ所定距離をおいて配置
し、エアー９を吹き付け蒸気プラズマフレームおよびス
パッタを除去するようにして被溶接材１の溶接を行うこ
とを特徴としている。
り、長時間安定した溶接が経済的に実現できるレーザ溶
接方法を得る。 【構成】 加工ノズル２にエアー４を導入して集光レン
ズ７に異物が付着しないようにして放出し、また、レー
ザビーム３の照射部近傍にサイドノズル８を被溶接材１
に対して所定の角度θに、かつ所定距離をおいて配置
し、エアー９を吹き付け蒸気プラズマフレームおよびス
パッタを除去するようにして被溶接材１の溶接を行うこ
とを特徴としている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、炭酸ガスレーザなどの
レーザビームによりアルミニウムやアルミニウム合金お
よび銅や銅合金などの金属材料を溶接するレーザ溶接方
法に係り、特に、その照射部にエアーを吹き付けて溶接
を行うレーザ溶接方法に関するものである。
レーザビームによりアルミニウムやアルミニウム合金お
よび銅や銅合金などの金属材料を溶接するレーザ溶接方
法に係り、特に、その照射部にエアーを吹き付けて溶接
を行うレーザ溶接方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図５は例えば、特開昭６１−２３８４９
１号公報に示された従来のレーザ溶接方法を説明する装
置の一例を示す断面図である。一般に、被溶接材１どう
しをレーザビーム３で溶接するレーザビーム溶接機にお
いては、集光レンズ７により集光されたレーザビーム
（以下、集光レーザビームという）６が通る加工ノズル
２内にシールドガス２０が供給され、加工ノズル２の出
口で矢印２１の流れで放出され溶接部Ｐをシールドす
る。このシールドガス２０は大気による溶接部Ｐの酸化
を防止するため、溶融金属が乱れない程度の流量で供給
される。このシールドガス２０は、アルゴンガスやヘリ
ウムガスのような高価な不活性ガスが使用されるのが一
般的である。
１号公報に示された従来のレーザ溶接方法を説明する装
置の一例を示す断面図である。一般に、被溶接材１どう
しをレーザビーム３で溶接するレーザビーム溶接機にお
いては、集光レンズ７により集光されたレーザビーム
（以下、集光レーザビームという）６が通る加工ノズル
２内にシールドガス２０が供給され、加工ノズル２の出
口で矢印２１の流れで放出され溶接部Ｐをシールドす
る。このシールドガス２０は大気による溶接部Ｐの酸化
を防止するため、溶融金属が乱れない程度の流量で供給
される。このシールドガス２０は、アルゴンガスやヘリ
ウムガスのような高価な不活性ガスが使用されるのが一
般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のレ
ーザ溶接方法では、溶接部Ｐは非酸化性ガスでシールド
することを前提として加工ヘッドが構成されているの
で、溶接部Ｐへは高価なヘリウムガスやアルゴンガスが
吹き付けられることになり経済的に問題がある。また、
アルミニウム合金等の溶接ではスパッタの発生が激し
く、溶接部Ｐに対向している集光レンズ７あるいは集光
ミラー（図示せず）にスパッタが付着し溶接品質を不安
定にするとともに、これら集光部品の寿命が著しく短縮
されるという問題点があった。さらに、溶接部Ｐに対向
している加工ノズル２の先端部はプラズマフレームにさ
らされるため、加工ノズル２の寿命も短いという問題点
があった。
ーザ溶接方法では、溶接部Ｐは非酸化性ガスでシールド
することを前提として加工ヘッドが構成されているの
で、溶接部Ｐへは高価なヘリウムガスやアルゴンガスが
吹き付けられることになり経済的に問題がある。また、
アルミニウム合金等の溶接ではスパッタの発生が激し
く、溶接部Ｐに対向している集光レンズ７あるいは集光
ミラー（図示せず）にスパッタが付着し溶接品質を不安
定にするとともに、これら集光部品の寿命が著しく短縮
されるという問題点があった。さらに、溶接部Ｐに対向
している加工ノズル２の先端部はプラズマフレームにさ
らされるため、加工ノズル２の寿命も短いという問題点
があった。
【０００４】本発明は、上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、スパッタを発生しやすい被溶接
材であっても、集光レンズや集光ミラーのような光学部
品を消耗することなく安定した溶接が経済的に実現でき
るレーザ溶接方法を得ることを目的とする。
ためになされたもので、スパッタを発生しやすい被溶接
材であっても、集光レンズや集光ミラーのような光学部
品を消耗することなく安定した溶接が経済的に実現でき
るレーザ溶接方法を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に係るレーザ溶接
方法は、集光レーザビームの射出口よりエアーを放出す
ると共に、サイドノズルより斜め横方向から被溶接材の
ビーム照射部上方に向けて蒸気プラズマフレームおよび
スパッタ除去用エアーを供給しながら溶接するものであ
る。
方法は、集光レーザビームの射出口よりエアーを放出す
ると共に、サイドノズルより斜め横方向から被溶接材の
ビーム照射部上方に向けて蒸気プラズマフレームおよび
スパッタ除去用エアーを供給しながら溶接するものであ
る。
【０００６】
【作用】本発明においては、斜め横方向から吹き付けら
れる蒸気プラズマフレームおよびスパッタ除去用エアー
は、溶融池を乱すことなく溶融池から発生するスパッタ
と蒸気プラズマフレームを吹き飛ばしながら溶接が行わ
れる。
れる蒸気プラズマフレームおよびスパッタ除去用エアー
は、溶融池を乱すことなく溶融池から発生するスパッタ
と蒸気プラズマフレームを吹き飛ばしながら溶接が行わ
れる。
【０００７】
【実施例】以下、本発明を図について説明する。図１は
本発明の一実施例によるレーザ溶接方法を説明する溶接
加工ヘッド構造を示す断面図である。図１において、
１，２，３，６，７，Ｐは図５と同一のものであるので
その説明は省略する。４は前記集光レンズ７に溶接時の
ヒュームあるいは周囲のほこりなどが付着するのを防止
するためのエアー、５はこのエアー４の流れを示す矢印
である。８は被溶接材１の表面に対する角度θが２０〜
５０度の斜め横方向から被溶接材１のビーム照射部上方
５〜７０ｍｍに向けたノズル（以下サイドノズルとい
う）で、エアー９を放出する。Ｌ１は前記加工ノズル２
の先端部と被溶接材１との距離、Ｌ２は前記サイドノズ
ル８のセンタ軸とビーム照射位置から上方への垂直線と
の交点Ｑと被溶接材１との距離、Ｌ３は前記サイドノズ
ル８のセンタ軸上における前記サイドノズル８の先端部
と溶接部から上方への垂直線上の交点Ｑとの長さ、θは
前記サイドノズル８の被溶接材１の表面（この実施例で
は水平面）に対する傾斜角を表す。
本発明の一実施例によるレーザ溶接方法を説明する溶接
加工ヘッド構造を示す断面図である。図１において、
１，２，３，６，７，Ｐは図５と同一のものであるので
その説明は省略する。４は前記集光レンズ７に溶接時の
ヒュームあるいは周囲のほこりなどが付着するのを防止
するためのエアー、５はこのエアー４の流れを示す矢印
である。８は被溶接材１の表面に対する角度θが２０〜
５０度の斜め横方向から被溶接材１のビーム照射部上方
５〜７０ｍｍに向けたノズル（以下サイドノズルとい
う）で、エアー９を放出する。Ｌ１は前記加工ノズル２
の先端部と被溶接材１との距離、Ｌ２は前記サイドノズ
ル８のセンタ軸とビーム照射位置から上方への垂直線と
の交点Ｑと被溶接材１との距離、Ｌ３は前記サイドノズ
ル８のセンタ軸上における前記サイドノズル８の先端部
と溶接部から上方への垂直線上の交点Ｑとの長さ、θは
前記サイドノズル８の被溶接材１の表面（この実施例で
は水平面）に対する傾斜角を表す。
【０００８】次に、アルミ合金Ａ６０６３材，板厚３ｍ
ｍの被溶接材１を溶接する場合を例にとり動作について
説明する。各設定条件は下記のとおりとした。 レーザ …………………… 炭酸ガスレーザ 溶接出力 ………………… ４ｋＷ 溶接速度 ………………… ５ｍ／分 レンズ焦点距離 ………… １９０．５ｍｍ エアー４の流量 ………… ５０ｄｍ3 ／分 エアー９の流量 ………… １０００ｄｍ3 ／分 サイドノズル８の内径 … φ１７ｍｍ 距離Ｌ１ ………………… １００ｍｍ 距離Ｌ２ ………………… １５ｍｍ 距離Ｌ３ ………………… １００ｍｍ 角度θ …………………… ３５度
ｍの被溶接材１を溶接する場合を例にとり動作について
説明する。各設定条件は下記のとおりとした。 レーザ …………………… 炭酸ガスレーザ 溶接出力 ………………… ４ｋＷ 溶接速度 ………………… ５ｍ／分 レンズ焦点距離 ………… １９０．５ｍｍ エアー４の流量 ………… ５０ｄｍ3 ／分 エアー９の流量 ………… １０００ｄｍ3 ／分 サイドノズル８の内径 … φ１７ｍｍ 距離Ｌ１ ………………… １００ｍｍ 距離Ｌ２ ………………… １５ｍｍ 距離Ｌ３ ………………… １００ｍｍ 角度θ …………………… ３５度
【０００９】レーザビーム３は集光レンズ７により集光
レーザビーム６となり、被溶接材１に照射される。照射
部分はエアー雰囲気のため酸化し、表面に形成された酸
化膜によりエネルギー吸収率が著しく向上し、すぐに溶
融を開始する。溶融が開始されると、すぐに激しくスパ
ッタが発生するが、これはサイドノズル８から放出され
る強力なエアー９により全て吹き飛ばされる。しかし、
溶接部Ｐにはサイドノズル８から放出される強力なエア
ー９は照射されず、適度の大きさのプラズマフレームが
形成され、安定した溶融池を形成しながら溶接が進行し
ていく。溶接時に発生するヒュームはエアー４により加
工ノズル２内に入ることはなく、集光レンズ７にヒュー
ムは付着しない。
レーザビーム６となり、被溶接材１に照射される。照射
部分はエアー雰囲気のため酸化し、表面に形成された酸
化膜によりエネルギー吸収率が著しく向上し、すぐに溶
融を開始する。溶融が開始されると、すぐに激しくスパ
ッタが発生するが、これはサイドノズル８から放出され
る強力なエアー９により全て吹き飛ばされる。しかし、
溶接部Ｐにはサイドノズル８から放出される強力なエア
ー９は照射されず、適度の大きさのプラズマフレームが
形成され、安定した溶融池を形成しながら溶接が進行し
ていく。溶接時に発生するヒュームはエアー４により加
工ノズル２内に入ることはなく、集光レンズ７にヒュー
ムは付着しない。
【００１０】上記実施例のレーザ溶接方法のポイント
は、ビーム照射部におけるエアー９の流速と、ビーム照
射部から加工ノズル２までの間でスパッタを吹き飛ばす
ためのエアー９の流速にある。ビーム照射部での流速は
２０ｍ／ｓｅｃレベルとして溶湯が吹き飛ばないように
し、ビーム照射部上部から加工ノズル２までの間ではス
パッタを吹き飛ばすため、さらに大きな流速を得るよう
にする。
は、ビーム照射部におけるエアー９の流速と、ビーム照
射部から加工ノズル２までの間でスパッタを吹き飛ばす
ためのエアー９の流速にある。ビーム照射部での流速は
２０ｍ／ｓｅｃレベルとして溶湯が吹き飛ばないように
し、ビーム照射部上部から加工ノズル２までの間ではス
パッタを吹き飛ばすため、さらに大きな流速を得るよう
にする。
【００１１】図３，図４に実験により求めた溶接裕度の
一例を示す。図３は、サイドノズル８の角度θと図１，
図２における距離Ｌ２との関係を示しており、図４は同
じく距離Ｌ３とＬ２との関係を示している。これらの図
で、〇印は溶接可，×印は溶接不可を表す。図３，図４
に示されるように〇印で示される範囲、つまり溶接裕度
がかなり広いことが分かる。上記の観点から溶融池を大
きく乱すことなくスパッタを吹き飛ばすことが現実にで
きる条件を実験により求めたところ、サイドノズル８の
角度θは２０〜５０度，ビーム照射部との距離（Ｌ２）
はビーム照射部上方５〜７０ｍｍ，および加工ノズル２
の高さ（Ｌ１）を３０〜３００ｍｍに設定した。なお、
上記実施例ではレーザビーム３の集光に集光レンズ７を
使用したものを示したが、集光系には放物面鏡を使用し
てもよい。図２に放物面鏡により集光する場合の加工ヘ
ッド構造の一例を示す。
一例を示す。図３は、サイドノズル８の角度θと図１，
図２における距離Ｌ２との関係を示しており、図４は同
じく距離Ｌ３とＬ２との関係を示している。これらの図
で、〇印は溶接可，×印は溶接不可を表す。図３，図４
に示されるように〇印で示される範囲、つまり溶接裕度
がかなり広いことが分かる。上記の観点から溶融池を大
きく乱すことなくスパッタを吹き飛ばすことが現実にで
きる条件を実験により求めたところ、サイドノズル８の
角度θは２０〜５０度，ビーム照射部との距離（Ｌ２）
はビーム照射部上方５〜７０ｍｍ，および加工ノズル２
の高さ（Ｌ１）を３０〜３００ｍｍに設定した。なお、
上記実施例ではレーザビーム３の集光に集光レンズ７を
使用したものを示したが、集光系には放物面鏡を使用し
てもよい。図２に放物面鏡により集光する場合の加工ヘ
ッド構造の一例を示す。
【００１２】図２において、図１と同じ符号で表示した
ものは同一のものを示し、１０は加工ヘッド本体、１１
は前記レーザビーム３を直角方向に反射するミラー、１
２はこのミラー１１により伝送されてきたレーザビーム
３を被溶接材１に集光する放物面鏡である。この実施例
の場合も図１の実施例と同様の効果が得られる。また、
上記実施例では下向き溶接での作業を示したが、上向き
溶接を含む全姿勢で同様の効果が得られる。
ものは同一のものを示し、１０は加工ヘッド本体、１１
は前記レーザビーム３を直角方向に反射するミラー、１
２はこのミラー１１により伝送されてきたレーザビーム
３を被溶接材１に集光する放物面鏡である。この実施例
の場合も図１の実施例と同様の効果が得られる。また、
上記実施例では下向き溶接での作業を示したが、上向き
溶接を含む全姿勢で同様の効果が得られる。
【００１３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、加工ノズル内にエアーを導入し、このエアーを被溶
接材に向けて出射する集光レーザビームの射出口より放
出すると共に、サイドノズルより斜め横方向から被溶接
材のビーム照射部上方に向けて蒸気プラズマフレームお
よびスパッタ除去用エアーを放出しながら溶接するよう
にしたので、使用するガスがエアーであることから経済
的に溶接でき、しかも、溶接時に発生するスパッタはサ
イドノズルから放出するエアーにより全て吹き飛ばされ
集光系に付着することもない。従って、長時間安定した
溶接作業を実施することが可能となる。
は、加工ノズル内にエアーを導入し、このエアーを被溶
接材に向けて出射する集光レーザビームの射出口より放
出すると共に、サイドノズルより斜め横方向から被溶接
材のビーム照射部上方に向けて蒸気プラズマフレームお
よびスパッタ除去用エアーを放出しながら溶接するよう
にしたので、使用するガスがエアーであることから経済
的に溶接でき、しかも、溶接時に発生するスパッタはサ
イドノズルから放出するエアーにより全て吹き飛ばされ
集光系に付着することもない。従って、長時間安定した
溶接作業を実施することが可能となる。
【図１】本発明の一実施例に用いるレーザ溶接加工ヘッ
ド構造を示す断面図である。
ド構造を示す断面図である。
【図２】本発明の他の実施例に用いるレーザ溶接加工ヘ
ッド構造を示す断面図である。
ッド構造を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施例におけるサイドノズルの角度
θとサイドノズルセレクタ軸とビーム照射位置から上方
への垂直線との交点と被溶接材との距離Ｌ２との関係を
示す図である。
θとサイドノズルセレクタ軸とビーム照射位置から上方
への垂直線との交点と被溶接材との距離Ｌ２との関係を
示す図である。
【図４】本発明の一実施例におけるサイドノズルの軸線
上の距離Ｌ３とサイドノズルセレクタ軸とビーム照射位
置から上方への垂直線との交点と被溶接材との距離Ｌ２
の関係を示す図である。
上の距離Ｌ３とサイドノズルセレクタ軸とビーム照射位
置から上方への垂直線との交点と被溶接材との距離Ｌ２
の関係を示す図である。
【図５】従来のレーザ溶接方法に併用するレーザ溶接加
工ヘッド構造の一例を示す断面図である。
工ヘッド構造の一例を示す断面図である。
１ 被溶接材 ２ 加工ノズル ４ エアー ６ 集光レーザビーム ７ 集光レンズ ８ サイドノズル ９ 蒸気プラズマフレームおよびスパッタ除去用のエア
ー
ー
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年１０月１２日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１１】図３，図４に実験により求めた溶接裕度の
一例を示す。図３は、サイドノズル８の角度θと図１，
図２における距離Ｌ２との関係を示しており、図４は同
じく距離Ｌ３とＬ２との関係を示している。これらの図
で、〇印は溶接可，×印は溶接不可を表す。図３，図４
に示されるように〇印で示される範囲、つまり溶接裕度
がかなり広いことが分かる。上記の観点から溶融池を大
きく乱すことなくスパッタを吹き飛ばすことが現実にで
きる条件を実験により求め、サイドノズル８の角度θは
２０〜５０度，ビーム照射部との距離（Ｌ２）はビーム
照射部上方５〜７０ｍｍ，およびサイドノズル先端と交
点Ｑとの距離（Ｌ３）は３０〜３００ｍｍに設定した。
なお、上記実施例ではレーザビーム３の集光に集光レン
ズ７を使用したものを示したが、集光系には放物面鏡を
使用してもよい。図２に放物面鏡により集光する場合の
加工ヘッド構造の一例を示す。
一例を示す。図３は、サイドノズル８の角度θと図１，
図２における距離Ｌ２との関係を示しており、図４は同
じく距離Ｌ３とＬ２との関係を示している。これらの図
で、〇印は溶接可，×印は溶接不可を表す。図３，図４
に示されるように〇印で示される範囲、つまり溶接裕度
がかなり広いことが分かる。上記の観点から溶融池を大
きく乱すことなくスパッタを吹き飛ばすことが現実にで
きる条件を実験により求め、サイドノズル８の角度θは
２０〜５０度，ビーム照射部との距離（Ｌ２）はビーム
照射部上方５〜７０ｍｍ，およびサイドノズル先端と交
点Ｑとの距離（Ｌ３）は３０〜３００ｍｍに設定した。
なお、上記実施例ではレーザビーム３の集光に集光レン
ズ７を使用したものを示したが、集光系には放物面鏡を
使用してもよい。図２に放物面鏡により集光する場合の
加工ヘッド構造の一例を示す。
Claims (1)
- 【請求項１】 加工ノズル内にエアーを導入し、このエ
アーを被溶接材に向けて出射する集光レーザビームの射
出口より放出すると共に、サイドノズルより斜め横方向
から前記被溶接材のビーム照射部上方に向けて蒸気プラ
ズマフレームおよびスパッタ除去用エアーを放出しなが
ら溶接することを特徴とするレーザ溶接方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4340114A JPH06182570A (ja) | 1992-12-21 | 1992-12-21 | レーザ溶接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4340114A JPH06182570A (ja) | 1992-12-21 | 1992-12-21 | レーザ溶接方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06182570A true JPH06182570A (ja) | 1994-07-05 |
Family
ID=18333858
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4340114A Pending JPH06182570A (ja) | 1992-12-21 | 1992-12-21 | レーザ溶接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06182570A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| GB2390319A (en) * | 2002-07-03 | 2004-01-07 | Rolls Royce Plc | Method and apparatus for laser welding |
| US6770840B2 (en) | 1997-03-28 | 2004-08-03 | Nippon Steel Corporation | Method of butt-welding hot-rolled steel materials by laser beam and apparatus therefor |
| JP2007268610A (ja) * | 2006-03-09 | 2007-10-18 | Nissan Motor Co Ltd | レーザ溶接装置およびレーザ溶接方法 |
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| WO2017203862A1 (ja) * | 2016-05-23 | 2017-11-30 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | レーザ溶接装置、およびレーザ溶接方法 |
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Citations (1)
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| JPS58212888A (ja) * | 1982-06-03 | 1983-12-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | レ−ザ溶接方法 |
-
1992
- 1992-12-21 JP JP4340114A patent/JPH06182570A/ja active Pending
Patent Citations (1)
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