JPH07136791A - アシストガス利用のレーザ溶接装置 - Google Patents

アシストガス利用のレーザ溶接装置

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JPH07136791A
JPH07136791A JP5309851A JP30985193A JPH07136791A JP H07136791 A JPH07136791 A JP H07136791A JP 5309851 A JP5309851 A JP 5309851A JP 30985193 A JP30985193 A JP 30985193A JP H07136791 A JPH07136791 A JP H07136791A
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JP
Japan
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assist gas
laser
gas nozzle
laser beam
shield box
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Withdrawn
Application number
JP5309851A
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English (en)
Inventor
Mitsuaki Yamamoto
光昭 山本
Yoshiaki Shimokusu
善昭 下楠
Yasuto Nishiu
康人 西宇
Takashi Ishide
孝 石出
Masahiko Mega
雅彦 妻鹿
Haruo Shirata
春雄 白田
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.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザ照射部におけるプラズマの生成を抑え
て、溶接能力を改善するとともに、不活性ガスシールド
中でも、ポロシティの生成を抑えることができ、レーザ
ビーム照射位置とアシストガス吹き付け位置とを完全に
一致させて溶接能力が大きくかつ溶接品質を高めるこ
と。 【構成】 アシストガス吹きつけノズル4を有するレー
ザ溶接装置において、頂板がレーザ加工ヘッド2の下部
に気密かつ貫通的に固着され内部にシールドガスを導入
して加工対象物8との間に供給された酸化防止ガス雰囲
気を形成する下端開口のシールドボックス3と、上記シ
ールドボックス3の頂板を気密かつ可動的に斜めに貫通
し、下端がレーザ光の照射点を指向するアシストガス吹
き付け用アシストガスノズル4と、上記加工ヘッド2又
は上記シールドボックス3に付設され上記アシストガス
ノズル4を三次元的に移動可能に支持するアシストガス
ノズルの可動支持機構5とを具えたこと。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ溶接用アシスト
ガスノズル付加工装置,その調整用計測装置及び両者を
利用した溶接方法に関する。
【0002】
【従来の技術】レーザ溶接においては、従来、図6縦断
面図に示すように、レーザ光1を加工対象に集光して照
射し、その際、溶融部の酸化を防ぐため、シールドボッ
クス3中に不活性ガスなどを供給して行っている。ガス
の供給系は、レーザ光路と同軸に流すものと、シールド
ボックス3内に供給するものの通常2系統に大別され
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
のアシストガス利用レーザでは、レーザ照射部にはレー
ザプラズマが発生し、これがレーザ光を吸収,屈折する
ことにより、十分な溶接能力が得られないことがある。
また、シールドガスに不活性ガスを用いた場合、ガス巻
き込みによるポロシティ発生が生じやすい。さらに、ま
た、レーザ溶接部には、加工後に盛り上がりが生ずるの
で、アシストガスノズルはワーク面に密着させることは
できず、適当な距離だけ浮かせた形で使用することにな
る。その結果、ガスの流れは目に見えないため、ビーム
照射位置とアシストガスの吹き付け点を正確に合わせる
ことは困難である。
【0004】本発明はこのような事情に鑑みて提案され
たもので、レーザ照射部におけるプラズマの生成を抑え
て、溶接能力を改善するとともに、不活性ガスシールド
中でも、ポロシティの生成を抑えることができ、レーザ
ビーム照射位置とアシストガス吹き付け位置とを完全に
一致させて溶接能力が大きくかつ溶接品質の高いアシス
トガス利用のレーザ溶接装置及びその使用方法を提供す
ることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】そのために請求項1の発
明は、アシストガス吹きつけノズルを有するレーザ溶接
装置において、頂板がレーザ加工ヘッドの下部に気密か
つ貫通的に固着され内部にシールドガスを導入して加工
対象物との間に供給された酸化防止ガス雰囲気を形成す
る下端開口のシールドボックスと、上記シールドボック
スの頂板を気密かつ可動的に貫通し、下端がレーザ光の
照射点を指向するアシストガス吹き付け用アシストガス
ノズルと、上記加工ヘッド又は上記シールドボックスに
付設され上記アシストガスノズルを移動可能に支持する
アシストガスノズルの可動支持機構とを具えたことを特
徴とする。
【0006】請求項2の発明は、請求項1において、レ
ーザ光としてHe−Neレーザ光を使用し、測定台の頂
板に穿設され、上方から照射するレーザ光を透過し、こ
れを上記頂板の下方へ導くレーザ光導入用微細孔と、上
記微細孔の下端に付設された光センサーと、上記微細孔
の孔壁に付設され同微細孔中のシールドガスの圧力を検
出する圧力センサーと、上記光センサー,上記圧力セン
サーの検出圧力を示す表示手段とを具えたことを特徴と
する。
【0007】請求項3の発明は、請求項2において、そ
の可動支持機構によりそのアシストガスノズルの位置を
調節し、光センサーの出力の最大値と圧力センサーの出
力の最大値とが一致する位置に上記アシストガスノズル
をセットしたのち、He−Neレーザ光の代わりにCO
2 レーザ光をセットした装置全体を測定台から外し対象
物上に置いてレーザ加工を行うことを特徴とする。
【0008】
【作用】本発明のレーザ溶接装置は、図1に示すよう
に、アシストガスノズル4とシールドボックス3をそれ
ぞれ独立して、加工ヘッド部2に装着することにより、
シールドボックス3の移動に関係なく、ビーム照射点に
対するアシストガス吹き付け位置を調整することが可能
となる。また、アシストガスノズル4とシールドボック
ス3の間には、アシストガスノズル4の調整スペース分
に追従できる可撓性シール部7を有しており、アシスト
ガスノズルの調整によりシールド雰囲気を損なうことは
ない。ビーム照射位置とガス吹き付け位置を正確に合わ
せるためには、測定台の頂板の微細透孔11(図2)の
後方に光センサー12と圧力センサー13を設けた専用
計測装置を用い、まず、加工ヘッド部のX−Y軸を移動
させて、He−Neレーザを微細透孔11に合わせ(H
e−NeとCO2 レーザは事前に同一光路となるよう調
整している)、微細透孔11の直下に位置する光センサ
ー12の出力が最大になるように微調整を行う。この上
で、加工ヘッド2上にあり、X−Y軸に従属している
X′−Y′軸を移動させて、アシストガスノズル4を移
動し、微細透孔11に直結されている圧力センサー13
の出力が最大となるように調整すれば、調整の難しいビ
ーム照射点とアシストガスの吹き付け位置を容易に合わ
せることが可能となるからアシストガスの効果を安定す
ることができる。
【0009】
【実施例】本発明の一実施例を図面について説明する
と、図1はその全体縦断面図、図2は図1のレーザ照射
部を示す部分拡大図、図3は図2においてビーム照射点
とアシストガス吹き付け位置とが一致した状態を示す同
じく縦断面図、図4は本発明による溶接速度と溶け込み
深さとの関係を示す線図、図5はアシストガス使用時の
ポロシティ低減効果を示す線図である。
【0010】上図において、図6と同一の符号はそれぞ
れ同図と同一の部材を示し、まず、図1においてアシス
トガスノズル4は、レーザ光1と連動して動く加工ヘッ
ド2の下部後端に後方へ突設された水平アームに付設さ
れたX′,Y′,Z′軸調整機構5に保持されている。
【0011】次に、図2に示すように、加工ヘッド2を
シールドボックス3とともに、測定台10に載せて、シ
ールドボックス3と測定台10の上端間の距離Aを変化
すると、ビーム照射点とアシストガス吹き付け位置の関
係は、変化するが、Aを一定とした上で、まず、加工ヘ
ッド2をX,Y軸方向へ移動することにより、CO2
ーザ光と同じ光軸を持つHe−Neレーザ光を使って、
微細透孔11に合わせ微細透孔11を透過してきた光の
強度に比例して出力を発生する。光センサー12の出力
が出力装置14で最大となるように微調整する。
【0012】これで、レーザビーム照射点は、微細透孔
11の中心に合っているので、その上で、図3に示すよ
うに加工ヘッド部2に保持されているXY軸に従属して
いるX′,Y′軸を移動することによって、アシストガ
スノズル4を移動し、圧力センサー13の出力指示値も
最大となるように調整する。この手段により、どのよう
なケースでもビーム照射点とアシストガス吹き付け位置
を容易に合わせることが可能である。
【0013】これは、CO2 レーザ光は赤外光であるの
で、オペレータの目には見えないが、He−Neレーザ
光は赤色光であり目に見えるので、これを使用してアシ
ストガスの吹き付け点を溶接時のCO2 レーザ光の照射
点に正確に一致させることができることによる。このよ
うにして、可視のHe−Neレーザ光によって位置を調
整することで、CO2 レーザ光の場合の位置を知ること
ができ、結果的にCO2 レーザ光とガス吹付装置とを合
わせることになる。
【0014】このように測定台上で位置合わせを正確に
行った後、装置全体を測定台から外して、これを加工対
象物上にセットし、He−Neレーザ光の代わりにレー
ザ光を使ってレーザ加工を施すのである。その際、アシ
ストガスの効果について述べると、図4は溶け込み深さ
に及ぼす効果を示し、低速度の通常のプラズマが顕著と
なっている条件域では、アシストガス利用により溶け込
み深さの増加効果が見られる。
【0015】これに対して、ポロシティ低減への効果を
示したのもが図5であり、ビーム照射点とガス吹き付け
位置を正確に合わせた場合には、ポロシティ低減効果が
顕著である。合わせ裕度は、この場合、約1mmであ
り、前述のような位置調整装置の有用性を裏付けるもの
である。なお、図中6はZ′は軸調整ネジ、9は溶接
部、10は測定台を示す。
【0016】
【発明の効果】このような本発明によれば、位置調整機
構をもつアシストガスノズルを有する加工ヘッドと、ビ
ーム照射点とアシストガス吹き付け位置を正確に合わせ
るための計測装置を併用することによって、従来方法よ
りも深溶け込みでポロシティのないレーザ溶接部と得る
ことができる。
【0017】要するに請求項1の発明によれば、アシス
トガス吹きつけノズルを有するレーザ溶接装置におい
て、頂板がレーザ加工ヘッドの下部に気密かつ貫通的に
固着され内部にシールドガスを導入して加工対象物との
間に供給された酸化防止ガス雰囲気を形成する下端開口
のシールドボックスと、上記シールドボックスの頂板を
気密かつ可動的に貫通し、下端がレーザ光の照射点を指
向するアシストガス吹き付け用アシストガスノズルと、
上記加工ヘッド又は上記シールドボックスに付設され上
記アシストガスノズルを移動可能に支持するアシストガ
スノズルの可動支持機構とを具えたことにより、レーザ
照射部におけるプラズマの生成を抑えて、溶接能力を改
善するとともに、不活性ガスシールド中でも、ポロシテ
ィの生成を抑えることができ、レーザビーム照射位置と
アシストガス吹き付け位置とを完全に一致させて、溶接
能力が大きくかつ溶接品質を高めるアシストガス利用の
レーザ溶接装置を得るから、本発明は産業上極めて有益
なものである。
【0018】請求項2の発明によれば、請求項1におい
て、レーザ光としてHe−Neレーザ光を使用し、測定
台の頂板に穿設され、上方から照射するレーザ光を透過
し、これを上記頂板の下方へ導くレーザ光導入用微細孔
と、上記微細孔の下端に付設された光センサーと、上記
微細孔の孔壁に付設され同微細孔中のシールドガスの圧
力を検出する圧力センサーと、上記光センサー,上記圧
力センサーの検出圧力を示す表示手段とを具えたことに
より、レーザ照射部におけるプラズマの生成を抑えて、
溶接能力を改善するとともに、不活性ガスシールド中で
も、ポロシティの生成を抑えることができ、レーザビー
ム照射位置とアシストガス吹き付け位置とを完全に一致
させて溶接能力が大きくかつ溶接品質を高めるアシスト
ガスノズルの位置調整装置を得るから、本発明は産業上
極めて有益なものである。
【0019】請求項3の発明によれば、請求項2におい
て、その可動支持機構によりそのアシストガスノズルの
位置を調節し、光センサーの出力の最大値と圧力センサ
ーの出力の最大値とが一致する位置に上記アシストガス
ノズルをセットしたのち、He−Neレーザ光の代わり
にCO2 レーザ光をセットした装置全体を測定台から外
し対象物上に置いてレーザ加工を行うことにより、レー
ザ照射部におけるプラズマの生成を抑えて、溶接能力を
改善するとともに、不活性ガスシールド中でも、ポロシ
ティの生成を抑えることができ、レーザビーム照射位置
とアシストガス吹き付け位置とを完全に一致させて溶接
能力が大きくかつ溶接品質を高めるアシストガスノズル
付レーザ溶接装置の使用方法を得るから、本発明は産業
上極めて有益なものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す溶接装置の全体縦断面
図である。
【図2】図1において、ビーム照射点とアシストガス吹
き付け位置とを一致させる要領を示す縦断面図である。
【図3】図2において、ビーム照射点とアシストガス吹
き付け位置とが一致した状態を示す同じく縦断面図であ
る。
【図4】本発明装置による溶け込み深さ増大効果を示す
線図である。
【図5】本発明装置によるポロシティ低減効果を示す線
図である。
【図6】従来のレーザ装置を示す縦断面図である。
【符号の説明】
1 レーザ光 2 加工ヘッド 3 シールドボックス 4 アシストガスノズル 5 X′,Y′,Z′軸調整機構 6 Z′軸調整ネジ 7 可撓性シール部 8 被溶接物 9 溶接部 10 測定台 11 微細透孔 12 光センサー 13 圧力センサー 14 出力装置 15 酸素ボンベ 16 ミラーボックス
フロントページの続き (72)発明者 石出 孝 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 妻鹿 雅彦 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 白田 春雄 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂研究所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アシストガス吹きつけノズルを有するレ
    ーザ溶接装置において、頂板がレーザ加工ヘッドの下部
    に気密かつ貫通的に固着され内部にシールドガスを導入
    して加工対象物との間に供給された酸化防止ガス雰囲気
    を形成する下端開口のシールドボックスと、上記シール
    ドボックスの頂板を気密かつ可動的に貫通し、下端がレ
    ーザ光の照射点を指向するアシストガス吹き付け用アシ
    ストガスノズルと、上記加工ヘッド又は上記シールドボ
    ックスに付設され上記アシストガスノズルを移動可能に
    支持するアシストガスノズルの可動支持機構とを具えた
    ことを特徴とするアシストガスノズル付きレーザ溶接装
    置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、レーザ光としてHe
    −Neレーザ光を使用し、測定台の頂板に穿設され、上
    方から照射するレーザ光を透過し、これを上記頂板の下
    方へ導くレーザ光導入用微細孔と、上記微細孔の下端に
    付設された光センサーと、上記微細孔の孔壁に付設され
    同微細孔中のシールドガスの圧力を検出する圧力センサ
    ーと、上記光センサー,上記圧力センサーの検出圧力を
    示す表示手段とを具えたことを特徴とするアシストガス
    ノズル付きレーザ装置のアシストガスノズルの位置調節
    装置。
  3. 【請求項3】 請求項2において、その可動支持機構に
    よりそのアシストガスノズルの位置を調節し、光センサ
    ーの出力の最大値と圧力センサーの出力の最大値とが一
    致する位置に上記アシストガスノズルをセットしたの
    ち、He−Neレーザ光の代わりにCO2 レーザ光をセ
    ットした装置全体を測定台から外し対象物上に置いてレ
    ーザ加工を行うことを特徴とするアシストガスノズル付
    きレーザ装置の使用方法。
JP5309851A 1993-11-16 1993-11-16 アシストガス利用のレーザ溶接装置 Withdrawn JPH07136791A (ja)

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Effective date: 20010130