JPH09150288A - ツィンビーム加工方法 - Google Patents

ツィンビーム加工方法

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JPH09150288A
JPH09150288A JP7310193A JP31019395A JPH09150288A JP H09150288 A JPH09150288 A JP H09150288A JP 7310193 A JP7310193 A JP 7310193A JP 31019395 A JP31019395 A JP 31019395A JP H09150288 A JPH09150288 A JP H09150288A
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welding
spot
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welding wire
lens
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Shoichi Hamada
彰一 濱田
Takashi Akaha
崇 赤羽
Takashi Ishide
孝 石出
Yoshio Hashimoto
義男 橋本
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザービームを分割して、レーザー溶接の
特徴である深い溶け込みを確実に得ることができ、且
つ、溶接ワイヤを溶融して開先内へ効率良く充填するこ
とのできるツィンビーム加工方法を提供することを目的
とする。 【解決手段】 光軸に対し軸対称な集光レンズ系3に分
割用レンズ10を光軸方向に向かって側方から挿入し、
且つ、前記集光レンズ系3にレーザー光を導いてワーク
14上に溶接スポットAを集光させると共に前記分割用
レンズ10によりレーザ光を分岐して予備スポットCを
前記ワーク上14に集光する一方、前記予備スポットC
に溶接ワイヤ11を供給することにより、前記溶接スポ
ットAにより前記ワーク14上の開先部最深部を溶融す
ると共に予備スポットCにより溶接ワイヤ11を溶融し
て前記ワーク14上の開先部に充填することを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ツィンビーム加工
方法に関する。詳しくは、溶融ワイヤを溶融するため
に、レーザー光を二つに分けて加工する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】レーザー光は、極めて指向性がよく大エ
ネルギーを有しているので、小さな点に集光することに
より、精密な溶接・切断・穿孔・表面改質処理等の加工
に利用されている。この場合、ワークの材質や加工手法
の違いに応じてパルス波レーザー光(PW)や連続波レ
ーザー光(CW)が使用される。一般的に、パルス波レ
ーザー光は、その持続時間が短いので周辺への影響をお
よぼさずに微小な孔をあけたりスポット溶接する加工に
適しており、連続波レーザー光は、つぎ目のない溶接な
どの加工に適している。
【0003】固体レーザー発振器の一種であるYAGレ
ーザー発振器は、レーザー単結晶としてNdをドープし
たYAG(イットリウム,アルミニウム,ガーネット)
結晶を用いており、波長が1.064μmのレーザー光
を、パルス波レーザー光または連続波レーザー光として
出力する。YAGレーザー光は波長が1.064μmの
赤外レーザー光であるため、光ファイバによる伝送が可
能である。この結果、YAGレーザー発振器を用いた溶
接装置では、レーザー光を光ファイバにより引き回すこ
とができ、設計や配置の自由度が大きい。
【0004】このようなレーザー溶接装置によりレーザ
ー溶接したときには、狭い溶接範囲に対して溶け込み深
さの深い溶接を行うことができる。これはレーザー光に
は非常に強い集光性があり、エネルギー密度の極めて高
い強力な集中熱源として、レーザー光が機能するからで
ある。また、開先部をレーザ溶接する場合には、溶接ワ
イヤをビーム照射点に送給して溶接ワイヤを溶融させて
いる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のレーザー溶接技術において、溶接ワイヤをレー
ザー光で溶融すると、エネルギーが表面近くで分散し
て、レーザー溶接の特徴である深い溶け込みが得られな
いという不都合がある。即ち、レーザー溶接の特質とし
ては、レーザー光を狭い範囲に集光することにより、深
い溶け込みを行えるという特質があるが、レーザー光に
より溶接ワイヤを溶融させようとすると、図4(a)に
示すように、溶接ワイヤの溶融にレーザー光のエネルギ
ーが消費されてしまい、深い位置までエネルギーが届か
ず、深い溶け込みが行えなかった。
【0006】特に、狭開先で多段階の溶接を行うために
は、先ず、レーザー光により深い溶け込みを行った後、
更に、レーザー光で溶接ワイヤを溶融して開先内を充填
しなければならず、工程数の増大を招くという問題もあ
った。また、図2に示すように、レーザー光を集光レン
ズ光学系3に導くと共に集光レンズ光学系3に分割用レ
ンズ10を挿入して、母材14上に溶接スポットAと予
熱スポットBとを設けることにより、予熱スポットBで
母材14を予熱し、溶接スポットAにより、割れのない
良好な溶接を行う技術も開発されているが(特願平7−
167298号)、この技術では、予熱スポットBは溶
接ワイヤを溶融するために用いられていなかった。
【0007】本発明は、上記従来技術に鑑みてなされた
ものであり、レーザービームを分割して、レーザー溶接
の特徴である深い溶け込みを確実に得ることができ、且
つ、溶接ワイヤを溶融して開先内へ効率良く充填するこ
とのできるツィンビーム加工方法を提供することを目的
とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成する本
発明のツィンビーム加工方法は、光軸に対し軸対称な集
光レンズ系に分割用レンズを側方から光軸方向に向かっ
て挿入し、且つ、前記集光レンズ系にレーザー光を導い
てワーク上に溶接スポットを集光させると共に前記分割
用レンズによりレーザ光を分岐して予備スポットを前記
ワーク上に集光する一方、前記予備スポットに溶接ワイ
ヤを供給することを特徴とする。更に、前記溶接スポッ
トにより前記ワーク上の開先部最深部を溶融すると共に
予備スポットにより溶接ワイヤを溶融して前記ワーク上
の開先部に充填することを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】光軸に対し軸対称な集光レンズ系
に分割用レンズを側方から光軸方向に向かって挿入し、
且つ、前記集光レンズ系にレーザー光を導いてワーク上
に溶接スポットを集光させると共に前記分割用レンズに
よりレーザ光を分岐して予備スポットを前記ワーク上に
集光する一方、前記予備スポットに溶接ワイヤを供給す
るため、前記溶接スポットによる前記ワーク上の開先部
最深部の溶融と、予備スポットによる溶接ワイヤを溶融
して前記ワーク上の開先部への充填とを、独立して同時
に行うことができる。
【0010】
【実施例】以下、本発明について、図面に示す実施例を
参照して詳細に説明する。図1に本発明の一実施例を示
す。同図に示すように、光ファイバー1の挿入された円
筒状のレンズホルダー2には、レンズ4,5,6,7,
8よりなる集光レンズ光学系3が光軸(図中一点鎖線で
示す)に沿って配列している。
【0011】これらのレンズ4〜8は、光軸に対して軸
対称であり、光ファイバー1から広がって出射したレー
ザー光を集光してワーク14へ溶接スポットAとして照
射する。溶接スポットAは、本来的な溶接を行うための
スポットであり、後述するように溶融ワイヤ11の溶融
には寄与しない。レンズホルダー2の先端面には、保護
ガラス9が装着されており、溶接による汚れが集光レン
ズ光学系3へ付着することがないようになっている。
【0012】更に、光ファイバー1と集光レンズ光学系
3との間におけるレンズホルダー2内においては、分割
用レンズ10が側方から光軸に向かって挿入されてい
る。この分割用レンズ10は、光軸から離れるに従って
屈折率が高くなる屈折率分布を有し、光ファイバー1か
ら広がって出射したレーザー光の一部がこの分割用レン
ズ10を通過する。従って、分割用レンズ10を通過し
たレーザー光は、その屈折率分布により、光軸とほぼ平
行となるように屈折し、更に集光レンズ光学系3を通過
して母材14上に予備スポットCとして照射されること
になる。
【0013】予備スポットCは後述するように溶接ワイ
ヤ11を溶融するためのスポットであり、ワーク14を
予熱するものではない。このように、分割用レンズ10
を通過して更に集光レンズ光学系3を通過するレーザー
ビーム(図中、破線を入れて示す)はワーク14上に予
備スポットCを形成するのに対し、集光レンズ10を通
過することなく集光レンズ光学系3のみを通過するレー
ザービームはワーク14上に溶接スポットAを形成する
こととなる。
【0014】溶接スポットAと予備スポットCの間隔
は、分割用レンズ10の屈折率分布に応じて変化し、ま
た、それらのエネルギーの比は分割用レンズ10の挿入
量、つまり、分割用レンズ10と光軸までの距離によっ
て変化する。本実施例では、分割用レンズ10は、集光
レンズ光学系3と光ファイバー1との間に配設されてい
るが、これに限るものではなく、集光レンズ光学系3の
各レンズ4〜8の間に配置しても良いし、更に、集光レ
ンズ光学系3とワーク14との間に配置するものであっ
ても良い。
【0015】更に、分割用レンズ10としては、二つの
レーザービームに分割することができるものであれば、
本実施例のように屈折率分布が変化するものに限らず、
例えば、レンズ厚さが光軸から離れるに従い厚くなるよ
うに変化する形状のもの、いわゆる、楔状の断面形状を
有するものでも良い。また、レンズホルダー2の側面に
は、溶接ワイヤ11を案内する溶接ワイヤ供給筒12が
取り付けられている。
【0016】この溶接ワイヤ供給筒12の上端部には、
溶接ワイヤ11を供給する溶接ワイヤ送給装置13が設
けられ、更に、その下端部から送り出される溶接ワイヤ
11が予備スポットCへ案内されるようになっている。
溶接ワイヤ11の供給速度は、開先の幅に応じた速度と
する。つまり、開先が狭ければ低速に、開先が広ければ
広いほど高速とする。
【0017】上記構成を有する本実施例のレーザー加工
ヘッドによれば、集光レンズ光学系3と分割用レンズ1
0によりレーザービームを二つに分割し、溶接スポット
Aと予備スポットCを形成している。この溶接スポット
Aは本来的なレーザー溶接のみを行い、深い溶け込みが
得られる。また、予備スポットCは、母材14を予熱す
るのではなく、溶接ワイヤ11を溶融して、開先内に充
填する。
【0018】そのため、溶接スポットAにより溶接ワイ
ヤ11の溶融をも行おうとする従来例では、そのエネル
ギーが表面近くに分散して、図4(a)に示すように、
深く溶接できないの対し、本実施例では、溶接スポット
Aは、本来的な溶接のみを行い、溶接ワイヤ11の溶融
には寄与しないため、エネルギーが表面で分散せず、図
4(b)に示すように、開先最深部まで溶融することが
できる。更に、予備スポットCは、ワーク14を予熱す
るものでなく、溶接ワイヤ11を溶融するので、開先の
幅に応じて供給される溶接ワイヤ11を確実に溶融し
て、開先内を充填することができる。
【0019】従って、広開先に限らず、狭開先であって
も、良好な溶接が得られることになる。即ち、予備スポ
ットCに分割されるエネルギーを増減することにより、
図3(a)に示す広開先の場合でも、同図(b)に示す
ように狭開先の場合でも、同図(c)に示すように開先
内に溶接ワイヤを溶融して十分に充填することが可能と
なる。
【0020】
【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明では、レーザービームを二つに分け、
本来的なレーザー溶接の特徴である深い溶け込みと溶接
ワイヤの溶融とを同時に独立して行わせるようにしたの
で、開先最深部まで確実に溶融させることができ、且
つ、溶接ワイヤを溶融して開先内に効率良く充填するこ
とが可能となった。特に、狭開先の場合には、1回のパ
スで効率良く溶接することが可能となり、工程数を削減
することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係るツィンビーム加工方法
を示す原理図である。
【図2】先願に係るツィンビーム加工方法を示す原理図
である。
【図3】多段開先の溶接を示す説明図である。
【図4】溶接ビードを示す説明図である。
【符号の説明】
1 光ファイバー 2 レンズホルダー 3 集光レンズ光学系 4,5,6,7,8 レンズ 9 保護ガラス 10 分割用レンズ 11 溶接ワイヤ 12 溶接ワイヤ供給筒 13 溶接ワイヤ送給装置 A 溶接スポット B 予熱スポット C 予備スポット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 義男 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 (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光軸に対し軸対称な集光レンズ系に分割
    用レンズを側方から光軸方向に向かって挿入し、且つ、
    前記集光レンズ系にレーザー光を導いてワーク上に溶接
    スポットを集光させると共に前記分割用レンズによりレ
    ーザ光を分岐して予備スポットを前記ワーク上に集光す
    る一方、前記予備スポットに溶接ワイヤを供給すること
    を特徴とするツィンビーム加工方法。
  2. 【請求項2】 前記溶接スポットにより前記ワーク上の
    開先部最深部を溶融すると共に予備スポットにより溶接
    ワイヤを溶融して前記ワーク上の開先部に充填すること
    を特徴とする請求項1記載のツィンビーム加工方法。
JP31019395A 1995-11-29 1995-11-29 ツィンビーム加工方法 Expired - Lifetime JP3388967B2 (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013052445A (ja) * 2012-12-10 2013-03-21 Japan Transport Engineering Co レーザ溶接方法
EP3536438B1 (en) 2015-12-18 2021-07-21 Autotech Engineering S.L. Methods for joining two blanks and blanks and products obtained

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013052445A (ja) * 2012-12-10 2013-03-21 Japan Transport Engineering Co レーザ溶接方法
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