JPH0839274A - レーザ溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、傾斜した溶込み形状の溶接ビード
を得ることにより、レーザ光による所望の溶接加工を実
現する。 【構成】 本発明は、複数のレーザ発振器10，11から各
々射出されたレーザ光12，13の出力を制御することによ
り、集光点でのバワー密度を変化させ、パワー密度の高
いレーザ光の照射角度に沿った溶込み形状の溶接ビード
を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数のレーザ光を集光
点で合成して溶接加工を行うレーザ溶接方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５に示すように、従来のレーザ光を合
成する方法としては、２本のレーザ光１，２を伝送する
過程で反射ミラー３及び半透過ミラー４を介して１本に
合成し、この合成したレーザ光を集光レンズ５で集光
し、被加工物６に照射する方式が行われているため、傾
斜した溶込み形状を得ることが不可能であった。従って
溶接開先が垂直でない被加工物６については、予め集光
光学系を傾斜してレーザ光を照射するか、または被加物
６を傾斜した状態で接続する方法が多く行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来方法では、集光光学系が複雑、高価になるばかりでな
く、光学部品として半透過ミラーの使用を余儀なくされ
るため、長時間に亘る安定した管理が困難である。ま
た、被加工物を傾斜する方法については、周辺設備に多
くの投資が必要となる。さらに被加工物面に対して、レ
ーザ光照射角度が鋭角（鈍角）になるため、被加工物に
対するレーザ光の反射率が高くなり、目的とする深さや
形状の溶込みが得られないケースが発生する。

【０００４】そこで、本発明は、このような従来の問題
点を解決するため、複数のレーザ光を集光点で合成し、
レーザ出力を制御することにより、傾斜した溶込み形状
を得ることが可能なレーザ溶接方法を提供する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は複数のレーザ発振器から各々射出された複
数のレーザ光を集光点で合成し、この合成したレーザ光
を被加工物に照射し、上記被加工物を溶接加工するレー
ザ溶接方法において、上記複数のレーザ光の出力を各々
制御し、上記集光点のパワー密度を変化させ、このパワ
ー密度の高いレーザ光の照射角度に沿った溶込み形状の
溶接ビードを得ることを特徴とする。

【０００６】

【作用】このように構成された本発明においては、各々
レーザ発振器から射出された複数のレーザ光を加工点で
集光して被加工物に照射すると、低い出力のレーザ光は
高い出力で形成されたキーホールの補助的なエネルギー
となって、照射角度に関係なく高い出力の溶接ビード側
に吸収され、合成された１本の溶接ビードが形成され
る。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を用
いて説明する。図１において、レーザ発振装置10，11よ
り放出されたレーザ光12，13は、反射ミラー14乃至19に
よって反射・位置決めされ、三角ミラー20の両面を経て
平行光12ａ，13ａになる。この時、三角ミラー20は、１
軸移動式のステージ（図示せず）上に設置されており、
前後方向に移動可能な構成となっているため、２本のレ
ーザー光12ａ，13ａの間隔を変えることができる。

【０００８】更に、このレーザー光12ａ，13ａは90゜下
方へ反射させるミラー21を経由し、集光光学系へ導入さ
れる。図２において、平行に位置決めされたレーザ光12
ｂ，13ｂは、集光レンズ22により集光され、被加工物23
の表面に照射されて加工が行われる。

【０００９】また、図３において、平行に位置決めされ
たレーザ光12ａ，13ａは、反射ミラー（図示せず）を経
由して水平ビーム12ｃ，13ｃとなって放物面鏡24により
集光され、被加工物25の表面に照射されて加工が行われ
る。

【００１０】レーザ溶接が行われる過程は以下の通りで
ある。 イ．微小スポット径に集光されたレーザ光が、被加工物
表面を溶融し、その一部を蒸発させる。

【００１１】ロ．蒸発した物質がレーザ光を吸収し、シ
ールドガスのプラズマを生成する。 ハ．蒸発が急激に起るため、その反力でキーホールが発
生する。 ニ．キーホールの壁面吸収効果により、キーホールの底
でパワー密度が増加し、吸収・穿孔を反復する。

【００１２】この過程が極めて短時間で行われるため、
レーザ光を照射すると同時に移動させると、キーホール
後方の溶融金属が凝固し、溶接が行われる。以上述べた
ように、レーザ溶接はキーホール壁面吸収とプラズマ吸
収により形成されるが、キーホール壁面吸収が支配的に
進行するため、パワー密度が高い方のキーホールの角度
を制御することで、溶接開先角度に合せた溶接が行え
る。

【００１３】また、本実施例において、供給するレーザ
出力にどの程度の差があれば溶接ビードが出力の高い方
へ偏るかと言うと、溶込み深さの比で７０％以下であれ
ば、この傾向が現れる。従って、高い方の出力を１ｋｗ
とした場合、低い方は０．７ｋｗ以下に設定すれば良
い。また、この傾向はレーザ出力差が大きいほど顕著に
現れ、低い方の出力が単独光ではほとんどビードが形成
されない出力であっても、高い出力が合成されると、そ
の効果は大きくなる。

【００１４】図４は結果の一例を示した図である。図４
（ａ）は単独光で得られたパワー密度の高い溶込み断面
を示し、図４（ｂ）はパワー密度の低い溶込み断面を示
し、図４（ｃ）は（ａ）及び（ｂ）に示した溶込み断面
を形成する単独光を合成して得られた溶込み断面形状を
示している。被加工物面に対してレーザ光の照射角度を
それぞれ６゜傾斜して溶接を行った結果である。図４
（ｂ）に示した単独光で得られた溶込み断面の形状は、
図４（ａ）に示した溶込み断面の形状と反対方向に傾斜
しているにもかかわらず、図４（ｃ）に示したレーザ光
を合成して得られた溶込み断面の方向に導かれているこ
とが判る。

【００１５】本発明の他の実施例としては、図２及び図
３において、被加工物または集光レーザ光を右または左
方向へ移動して溶接を行うことにより、被加工物面に対
して垂直な溶込み形状が得られる。また、この際は溶接
進行方向に対して、前方にパワー密度の高いレーザ光を
配置すると、溶込み特性の良い結果が得られる。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複数のレーザ光を集光点で合成して溶接を行うレーザ溶
接方法において、それぞれのレーザ出力を制御し、また
はレーザ光の間隔を変化することによって、傾斜角度の
異なったひとつの溶込み結果を得ることができ、所望の
溶接加工を実現できる。また、溶接表面ビード及び溶込
み幅についても、同出力の単独ビーム溶接に比較して幅
広い溶接が可能であり、溶接欠陥の防止に効果を奏す
る。更に、溶接進行方向を90゜回転して実施することに
より、被加工物面に対して垂直な溶込み形状の溶接が可
能となり、所望の溶接加工を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を適用したビーム伝送を示す
概要構成図である。

【図２】本発明の一実施例における集光レンズを用いて
２本の平行レーザ光の集光を示す断面図である。

【図３】本発明の一実施例における放物面鏡を用いて２
本の平行レーザ光の集光を示す断面図である。

【図４】それぞれ単独光で溶接した際に得られた溶込み
断面マクロ組織およびそれを合成して得られた溶込み断
面マクロ組織を示す図である。

【図５】従来方式における伝送過程でのレーザ光の合成
を示す概要構成図である。

【符号の説明】

１，２，12，12ａ，12ｂ，12ｃ，13，13ａ，13ｂ，13ｃ
…レーザ光、６，23，25…被加工物、10，11…レーザ発
振装置、14，15，16，17，18，19，21…反射ミラー、22
…集光レンズ、24…放物面鏡。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 盛一郎 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のレーザ発振器から各々射出された
   複数のレーザ光を集光点で合成し、この合成したレーザ
   光を被加工物に照射し、前記被加工物を溶接加工するレ
   ーザ溶接方法において、 前記複数のレーザ光の出力を各々制御し、前記集光点の
   パワー密度を変化させ、前記パワー密度の高いレーザ光
   の照射角度に沿った溶込み形状の溶接ビードを得ること
   を特徴とするレーザ溶接方法。
2. 【請求項２】 集光光学系に入射する前記複数のレーザ
   光の間隔を制御し、前記溶接溶込みビードの傾斜角度を
   変化させることを特徴とする請求項１記載のレーザ溶接
   方法。
3. 【請求項３】 前記複数のレーザ光の各々で得られる溶
   融断面積を合計した面積より、大きい溶融断面積の溶込
   みが得られることを特徴とする請求項１記載のレーザ溶
   接方法。
4. 【請求項４】 前記溶接ビードの溶込み形状を傾斜しな
   い場合は、溶接進行方向を90゜回転させて溶接すること
   を特徴とする請求項１記載のレーザ溶接方法。