JPH09182983A - Irradiating device for laser beam welding - Google Patents

Irradiating device for laser beam welding

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JPH09182983A
JPH09182983A JP7352659A JP35265995A JPH09182983A JP H09182983 A JPH09182983 A JP H09182983A JP 7352659 A JP7352659 A JP 7352659A JP 35265995 A JP35265995 A JP 35265995A JP H09182983 A JPH09182983 A JP H09182983A
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laser
irradiator
welding
laser welding
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Kozo Yasuda
耕三 安田
Hideki Okado
英毅 尾角
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Kawasaki Heavy Industries Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an irradiating device for welding which can be inserted for use in an extremely narrow groove, which cools the optical fiber so as to prevent damage due to overheating and which enables laser welding in all postures. SOLUTION: The device is provided with an optical fiber 1 for introducing a laser beam, sheath body 2 for storing the optical fiber, and a filler mechanism 3; the device is so structured that the optical fiber is cooled by an assist gas 6 injected through a hole 24 formed along the optical fiber and between the sheath body and the optical fiber, and that the tiller mechanism feeds a tiller wire 7 into the luminous flux of the laser beam 5 emitted through the optical fiber.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバー導光
式の大出力レーザを扱うことが可能な小型のレーザ溶接
用照射器に関し、特に、狭開先溶接を可能とする極微小
なレーザ溶接用照射器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a small-sized laser welding irradiator capable of handling a high-power laser of an optical fiber light guide type, and more particularly to an ultra-fine laser welding capable of performing narrow groove welding. Irradiator.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、厚板等の狭開先溶接方法として、
不活性ガス雰囲気中でタングステン電極と母材との間に
アークを発生させ、アーク内に溶接棒を挿入して溶接す
るTIG溶接(Tungsten Inert Gas Welding)があった。
しかし、TIG溶接では溶接ヘッドが大きい上溶接部分
に近づけて溶接する必要から開先角度を十分大きく取ら
なければならない。さらに、装置のサイズが大きくまた
電源装置を溶接トーチ付近に設置する必要があるため取
り扱いが煩雑である。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method of welding a narrow groove for a thick plate or the like,
There has been TIG welding (Tungsten Inert Gas Welding) in which an arc is generated between a tungsten electrode and a base material in an inert gas atmosphere, and a welding rod is inserted into the arc to perform welding.
However, in TIG welding, the welding angle must be set sufficiently large because the welding head needs to be welded close to the large upper welding portion. Furthermore, the size of the device is large and the power supply device needs to be installed near the welding torch, which makes the handling complicated.

【0003】近年、レーザ発振器やレンズ等の伝送光学
系の性能が著しく向上し、例えばコア径0.2〜0.8
mmの細くて柔軟な光ファイバーを用いることができる
などビームハンドリング光学系の簡略化が可能となり、
集光光学系においても加工点における集光スポットが微
細化したため、光ファイバーを用いたフレキシビリティ
の高い溶接システムを構築して高出力レーザ溶接が行わ
れるようになってきた。
In recent years, the performance of transmission optical systems such as laser oscillators and lenses has been remarkably improved.
The beam handling optical system can be simplified, for example, by using a thin and flexible optical fiber of mm.
Also in the condensing optical system, since the condensing spot at the processing point has been miniaturized, a high-flexibility welding system using an optical fiber has been constructed to perform high-power laser welding.

【0004】パイプラインの敷設や狭隘箇所では全姿勢
での溶接が必要であり、これを可能とするためにはフレ
キシブルな引き回しができるファイバー導光式レーザが
有利である。このような狭開先レーザ溶接方法が、例え
ば特開昭62−220293号公報や特開平4−157
077号公報にも開示されている。
Welding in all postures is required at the laying of pipelines and at narrow places, and in order to make this possible, a fiber-guided laser that can be flexibly routed is advantageous. Such a narrow groove laser welding method is disclosed in, for example, JP-A-62-220293 and JP-A-4-157.
No. 077 also discloses it.

【0005】しかし、これら狭開先レーザ溶接に用いる
集光光学系では、光ファイバーから出射されたレーザを
十分拡幅した上で大口径レンズで集束して、ファイバー
出射光をよく絞り集束点を小さくするように構成するこ
とが普通であった。このような構成では、収差を小さく
する必要からレンズを複数用いた組合せレンズ方式とす
るため加工ヘッド部の径は大きくならざるを得なかっ
た。また、レーザによるフィラーワイヤを用いた積層溶
接では、レンズにより集束されたレーザビームが開先に
よって蹴られないようにするため開先の開き角度をビー
ムの広がり角に合わせるのが普通であり、狭く深い開先
に対応して開先角度を小さくするために長焦点の加工レ
ンズを用いていた。この場合は加工ヘッドが大きくなる
うえ、狭開先に対応するため溶接対象から離す必要があ
り、狭隘箇所での溶接は難しい。
However, in the condensing optical system used for the narrow groove laser welding, the laser beam emitted from the optical fiber is sufficiently widened and then focused by a large-diameter lens so that the light beam emitted from the fiber is well condensed and the focusing point is reduced. It was usual to configure as follows. In such a configuration, since it is necessary to reduce aberrations, a combination lens system using a plurality of lenses has to be used to increase the diameter of the processing head. In addition, in laminated welding using a filler wire with a laser, it is common to adjust the opening angle of the groove to the divergence angle of the beam in order to prevent the laser beam focused by the lens from being kicked by the groove. A long-focus processed lens is used to reduce the groove angle corresponding to a deep groove. In this case, the processing head becomes large, and it is necessary to separate it from the welding target in order to cope with a narrow groove, and it is difficult to weld at a narrow place.

【0006】図11は、従来のレーザ溶接用ヘッドの例
を示す図面である。図中上端に固定された光ファイバー
の端面からレーザ光が一定の広がり角をもって出射す
る。適当な大きさに広がったレーザ光を組合せレンズか
らなる集光光学系で集光する。最終段レンズは軸方向に
位置変更ができるようになっていて、若干は集光点位置
を調整することができる。設計例として、1.3kWの
YAGレーザを使用したレーザ溶接用ヘッドについて、
集光光学部分の径が約100mm、長さが300mm程
度のものが得られている。
FIG. 11 shows an example of a conventional laser welding head. Laser light is emitted from the end face of the optical fiber fixed to the upper end in the figure with a certain spread angle. The laser light spread to an appropriate size is condensed by a condensing optical system including a combination lens. The position of the last-stage lens can be changed in the axial direction, and the position of the focal point can be adjusted slightly. As a design example, for a laser welding head using a 1.3 kW YAG laser,
A light collecting optical part having a diameter of about 100 mm and a length of about 300 mm is obtained.

【0007】集光レンズ部を出たレーザ光は集束しなが
ら溶接母材の突き合わせ部に設けた開先部分に貫入す
る。開先部分の幅が小さいとレーザ光の周縁部が開先の
縁の部分で反射してしまい内部に到達しない。そこで開
先幅を集束角を有するレーザ光が収まるようにするた
め、板厚にもよるが普通は幅15mm程度は必要とさ
れ、広い開先幅内に溶接材を充填することによる歪みも
問題となることがあった。このように、従来の溶接トー
チシステムではトーチサイズが大きく、しかも全姿勢の
厚板溶接は難しいという問題があった。
[0007] The laser light that has exited the condenser lens portion penetrates into a groove provided at the butted portion of the welding base material while converging. If the width of the groove is small, the peripheral edge of the laser beam is reflected by the edge of the groove and does not reach the inside. Therefore, in order to allow the laser beam having a converging angle to fall within the groove width, the width is usually required to be about 15 mm, depending on the plate thickness, and distortion due to filling the welding material into the wide groove width is also a problem. Was sometimes As described above, the conventional welding torch system has a problem that the torch size is large and it is difficult to weld a thick plate in all postures.

【0008】大出力のレーザ溶接ならば厚板の溶接が可
能となるが、姿勢が立向き上向き等になると溶接金属が
垂れ落ちてしまうため全姿勢の溶接は難しい。ちなみ
に、鋼の溶接において表面張力で溶融金属を支えられる
のは板厚約10mm以下とされている。厚板の全姿勢溶
接を実現するためには1パスあたりの溶接金属の量はせ
いぜい3mm程度でなければならないから、厚板を溶接
するためには多層盛り溶接が必要である。通常のアーク
溶接ではこれを実現するために溶着量を少なくして垂れ
落ちない状態で積層溶接を実施している。
[0008] High-power laser welding makes it possible to weld a thick plate, but if the posture is upright or upward, the weld metal drips and it is difficult to weld in all positions. Incidentally, the thickness of the plate capable of supporting the molten metal by surface tension in steel welding is about 10 mm or less. In order to realize full-position welding of a thick plate, the amount of weld metal per pass must be at most about 3 mm, so that multi-layer welding is required to weld a thick plate. In ordinary arc welding, in order to realize this, the amount of welding is reduced and the lamination welding is performed in a state in which no dripping occurs.

【0009】また、先に述べたように、開先内で積層溶
接等をする場合は、開先角がレーザ光の集束角度より狭
いとレーザビームの周縁部が開先の縁で蹴られて開先部
の奥までレーザ光のエネルギーが十分到達しないため、
開先角をレーザ光の集束角度より大きくする必要があ
り、開先幅を小さくすることができず、狭開先加工に限
度があった。また、加工に必要な水準のエネルギー密度
を有する有効部分を長くするためには光線の広がりを小
さくする必要があり、光ファイバーの出射端からレンズ
までの距離を大きくとらなければならなかった。
Further, as described above, when performing lamination welding or the like in a groove, if the groove angle is smaller than the focusing angle of the laser beam, the periphery of the laser beam is kicked by the edge of the groove. Because the energy of the laser beam does not reach the depth of the groove,
It was necessary to make the groove angle larger than the convergence angle of the laser beam, so that the groove width could not be reduced, and there was a limit to narrow groove processing. Further, in order to lengthen the effective portion having the energy density required for processing, it is necessary to reduce the spread of the light beam, and the distance from the exit end of the optical fiber to the lens must be increased.

【0010】さらに、集光系として石英系のレンズを使
用すると冷却が困難であるため、輻射熱を受けて過熱す
ることによるコーティング破損、レンズそのものの破壊
等の不具合を生ずる。また、熱による歪みが光学系に不
具合を生じさせる。
Further, if a quartz lens is used as the light condensing system, it is difficult to cool the lens, so that radiant heat may cause overheating and damage to the coating and damage to the lens itself. In addition, distortion due to heat causes problems in the optical system.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明が解決
しようとする課題は、狭開先内に挿入して使用すること
ができるサイズの小さいレーザ溶接用照射器を提供する
ことにより、質のよい溶接ができ、極く狭い開先を用い
たレーザ溶接が全姿勢で可能となるようなファイバー導
光式レーザ溶接用照射器を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a small size laser welding irradiator which can be used by being inserted into a narrow groove. An object of the present invention is to provide a fiber-guided laser welding irradiator capable of performing good welding and enabling laser welding using an extremely narrow groove in all positions.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のレーザ溶接用照射器は、レーザ光を導く光
ファイバーと、光ファイバーを収納する鞘体と、フィラ
ー供給機構を備え、鞘体と光ファイバーとの間に光ファ
イバーに沿って形成された孔を通って補助ガスを噴出さ
せるとともに、フィラー供給機構が光ファイバーから放
出されるレーザの光束内にフィラーワイヤを給送するよ
うに構成したことを特徴とする。また、本発明のレーザ
溶接用照射器は、鞘体の先端が光ファイバーの先端より
突出していて、光ファイバーから射出するレーザ光の一
部が鞘体の内壁で反射して集束しレーザ光のエネルギー
が遠方まで到達するようにしてもよい。
In order to solve the above problems, a laser welding irradiator of the present invention comprises an optical fiber for guiding a laser beam, a sheath for accommodating the optical fiber, and a filler supply mechanism. The auxiliary gas is ejected through a hole formed along the optical fiber with the optical fiber, and the filler supply mechanism is configured to feed the filler wire into the light flux of the laser emitted from the optical fiber. And Further, in the laser welding irradiator of the present invention, the tip of the sheath body is projected from the tip of the optical fiber, and a part of the laser light emitted from the optical fiber is reflected by the inner wall of the sheath body to be focused and energy of the laser light is You may make it reach a distant place.

【0013】さらに、本発明のレーザ溶接用照射器は、
光ファイバーの先端部に短焦点距離のマイクロレンズを
備えて、鞘体がマイクロレンズをも覆い、フィラー供給
機構がフィラーワイヤの先端をマイクロレンズにより集
光されたレーザ光束中に供給するように構成してもよ
い。上記マイクロレンズに代えて屈折率分布型レンズを
用いてもよい。また、マイクロレンズに代えて中心軸が
レーザ光軸と直交した円筒レンズを用い、円筒レンズに
より線状に変換されたレーザビームの長手軸方向にフィ
ラーワイヤを供給するようにしてもよい。
Further, the laser welding irradiator of the present invention is
A microlens with a short focal length is provided at the tip of the optical fiber, the sheath also covers the microlens, and the filler supply mechanism supplies the tip of the filler wire into the laser beam condensed by the microlens. You may. A gradient index lens may be used instead of the micro lens. Further, a cylindrical lens whose central axis is orthogonal to the laser optical axis may be used instead of the microlens, and the filler wire may be supplied in the longitudinal axis direction of the laser beam linearly converted by the cylindrical lens.

【0014】さらに、本発明のレーザ溶接用照射器は、
フィラーワイヤ先端と鞘体の先端との間に横方向から保
護ガスを吹き付けるガスノズルをさらに備え、鞘体とガ
スノズルとフィラーワイヤが一列に並ぶように構成した
ものであってよい。また、本発明のレーザ溶接用照射器
は、鞘体を押し出す機構を有し、光ファイバーから放出
されるレーザ光により鞘体自体が溶融して対象母材と融
着するようにしたものであってよい。
Further, the irradiator for laser welding of the present invention comprises:
A gas nozzle for spraying a protective gas from the lateral direction between the tip of the filler wire and the tip of the sheath may further be provided, and the sheath, the gas nozzle, and the filler wire may be arranged in a line. Further, the laser welding irradiator of the present invention has a mechanism for extruding the sheath, so that the sheath itself is melted by laser light emitted from the optical fiber and fused with the target base material. Good.

【0015】さらにまた、上記レーザ光を導く第1の光
ファイバーの他に第2の光ファイバーを少なくとも1本
有し、第2光ファイバーから照射されるレーザ光を用い
て溶接対象母材の表面を予熱し、第1光ファイバーから
照射されるレーザ光を用いてフィラーワイヤを溶融して
溶接部分に充填するように構成してもよい。さらに、フ
ァイバー先端を溶接部分に向けた監視用光ファイバーを
備えてもよい。
Furthermore, at least one second optical fiber is provided in addition to the first optical fiber for guiding the laser light, and the surface of the base material to be welded is preheated using the laser light emitted from the second optical fiber. Alternatively, the filler wire may be melted using laser light emitted from the first optical fiber to fill the welded portion. Further, a monitoring optical fiber having the fiber tip directed toward the welding portion may be provided.

【0016】また、本発明の移動機構は、全姿勢にわた
って回転する回転ジグを備え、回転ジグに上記のレーザ
溶接用照射器を搭載することにより、レーザ光の照射を
全方向にわたって可能としたものである。なお、本発明
のレーザ溶接用照射器は、光ファイバーの母材が石英で
あって、ヨウ素レーザのレーザ光を利用することが好ま
しい。
Further, the moving mechanism of the present invention is provided with a rotating jig that rotates in all postures, and by mounting the laser welding irradiator on the rotating jig, it is possible to irradiate laser light in all directions. It is. In the laser welding irradiator of the present invention, it is preferable that the base material of the optical fiber is quartz and that the laser light of an iodine laser is used.

【0017】本発明のレーザ溶接用照射器によれば、光
ファイバーと鞘体とフィラー供給機構を備え、光ファイ
バーに沿って形成された孔を通って補助ガスを噴出させ
るとともに、フィラー供給機構がレーザの光束内にフィ
ラーワイヤ先端部を給送するようになっている。溶接母
材やフィラーワイヤがレーザエネルギーにより溶融して
発する放射によりレーザ溶接用照射器は加熱されて昇温
しようとするが、溶接母材の表面を保護して溶接を助け
るための補助ガスが光ファイバーに沿って流れるため、
光ファイバーは補助ガスにより冷却され昇温を免れる。
また、鞘体と光ファイバーの間は補助ガスが通るだけの
空間があればよいので鞘体の径は光ファイバーの外径よ
り僅かに大きければよく、仕上がり外径は例えば2.5
mm程度と極めて細くなる。したがって狭い開先でも照
射器本体をその開先内に挿入して溶接することができる
ため、従来技術におけるような開先角の制約がなく、ま
た例えば4mm程度の極めて狭い開先に適用することが
できる。
According to the laser welding irradiator of the present invention, an optical fiber, a sheath, and a filler supply mechanism are provided, an auxiliary gas is jetted through a hole formed along the optical fiber, and the filler supply mechanism is provided with a laser beam. The tip of the filler wire is fed into the light beam. The laser welding irradiator is heated by the radiation emitted when the welding base metal and filler wire are melted by the laser energy and tries to raise the temperature.However, an auxiliary gas is used to protect the surface of the welding base metal and to assist welding and to assist the welding. Because it flows along
The optical fiber is cooled by the auxiliary gas to avoid the temperature rise.
Further, since it is sufficient that there is a space between the sheath and the optical fiber for allowing the auxiliary gas to pass, the diameter of the sheath may be slightly larger than the outer diameter of the optical fiber, and the finished outer diameter is, for example, 2.5.
mm and extremely thin. Therefore, even if the groove is narrow, the irradiator body can be inserted into the groove and welded, so that there is no restriction on the groove angle as in the prior art, and the present invention is applied to an extremely narrow groove of, for example, about 4 mm. Can be.

【0018】さらに、フィラーワイヤは光ファイバー先
端から放出されるレーザビーム中に挿入されてレーザ光
のエネルギーにより溶融して溶接母材と融合する。この
ときフィラーワイヤと照射器先端との間にプラズマが発
生するが、光ファイバーの周囲から吹き出す補助ガスが
プラズマを吹き飛ばすため、プラズマ化した粒子が照射
器の端面に付着して光ファイバー先端の表面を汚すこと
がない。このように、加工中にアルゴンArやヘリウム
He、あるいは窒素N2などの不活性ガスを溶接ヘッド
部に流通させることにより、レンズ等を含むヘッドを冷
却するとともに、被加工物とヘッドの間に発生するプラ
ズマ状の金属粒子を吹き飛ばして溶融物がヘッド部に付
着するのを防ぎ、光学系を保護するシールド機能を果た
す。
Further, the filler wire is inserted into the laser beam emitted from the tip of the optical fiber, melted by the energy of the laser light, and fused with the welding base material. At this time, plasma is generated between the filler wire and the tip of the irradiator, but the auxiliary gas blown from the periphery of the optical fiber blows off the plasma, so that the particles converted into plasma adhere to the end face of the irradiator and stain the surface of the tip of the optical fiber. Nothing. In this way, by flowing an inert gas such as argon Ar, helium He, or nitrogen N 2 through the welding head during processing, the head including the lens and the like can be cooled, and at the same time, between the workpiece and the head. The generated plasma-like metal particles are blown away to prevent the melt from adhering to the head portion, and perform a shielding function to protect the optical system.

【0019】また、本発明第2実施例のレーザ溶接用照
射器は、鞘体の先端が光ファイバーの先端より突出して
いるため、光ファイバーから射出するレーザ光の一部が
鞘体の内壁で反射する。この反射光は光ファイバーの前
方で再び集束して放散するので、反射光に関しては放射
面が前方に進出したと同じ効果が生じる。この反射光は
鞘体の開口を通って直接放出されるレーザ光と合体する
から、レーザビームのエネルギー密度は実質的に高くな
り、レーザ光のエネルギーをより遠方まで到達させる効
果を有する。従って、この第2実施例のレーザ溶接用照
射器では、フィラーワイヤとの距離、すなわち溶接母材
との距離を離しても十分溶接が可能である。
Further, in the laser welding irradiator of the second embodiment of the present invention, since the tip of the sheath body projects from the tip of the optical fiber, a part of the laser light emitted from the optical fiber is reflected by the inner wall of the sheath body. . This reflected light is refocused and diverged in front of the optical fiber, so that the reflected light has the same effect as if the radiation surface had advanced forward. Since this reflected light is combined with the laser light emitted directly through the opening of the sheath body, the energy density of the laser beam becomes substantially high, which has the effect of making the energy of the laser light reach farther. Therefore, in the laser welding irradiator of the second embodiment, sufficient welding is possible even if the distance from the filler wire, that is, the distance from the welding base material is increased.

【0020】本発明の第3実施例のレーザ溶接用照射器
は、光ファイバーの先端部に短焦点距離のマイクロレン
ズを備えるから、鞘体内部の光ファイバー端面から放射
されるレーザ光は一旦焦点付近に集光されて再び拡散す
る。従って、レーザ光の放射面が前方に進出したと同じ
効果が生じ、レーザ光のエネルギーが溶接に使用できる
水準にある範囲がより遠方まで広がるためフィラーワイ
ヤをより遠くに挿入することができるから、フィラーワ
イヤの溶融に伴って発生するプラズマの影響を避けるこ
とが容易になる。なお、光ファイバーに沿って送風され
てきた補助ガスはマイクロレンズを囲む鞘体の内壁に開
けられた溝孔から噴射するようにすることができる。
Since the laser welding irradiator of the third embodiment of the present invention is provided with a microlens having a short focal length at the tip of the optical fiber, the laser light emitted from the end face of the optical fiber inside the sheath is once near the focal point. It is collected and diffused again. Therefore, the same effect as when the emission surface of the laser light has advanced to the front occurs, since the range in which the energy of the laser light can be used for welding spreads farther, it is possible to insert the filler wire further away. It becomes easy to avoid the influence of plasma generated due to the melting of the filler wire. The auxiliary gas blown along the optical fiber can be injected from a slot formed in the inner wall of the sheath surrounding the microlens.

【0021】また、マイクロレンズが屈折率分布型レン
ズであれば、極小型の照射器が構成できるばかりでな
く、レンズの製造と組立が容易で製造工程の簡略化がで
きるため経済的に照射器を製造することが可能となる。
また、光ファイバーの先端部に中心軸がレーザ光軸と直
交した円筒レンズを取り付ける場合は、レーザ光は円筒
レンズの中心軸に垂直の方向に拡散されるから、照射範
囲が長円形になり、その照射範囲の長軸方向にフィラー
ワイヤを供給しながら溶接を進めることによって、溶接
母材とフィラーワイヤを十分予熱し適切な温度になって
から融合させて良質な溶接をすることができる。
If the microlens is a gradient index lens, not only can a very small irradiator be constructed, but also the manufacture and assembly of the lens can be facilitated and the manufacturing process can be simplified, so that the irradiator is economically economical. Can be manufactured.
Further, when a cylindrical lens whose central axis is orthogonal to the laser optical axis is attached to the tip of the optical fiber, the laser light is diffused in a direction perpendicular to the central axis of the cylindrical lens, so that the irradiation range becomes an elliptical shape. By advancing the welding while supplying the filler wire in the long axis direction of the irradiation range, the welding base material and the filler wire can be sufficiently preheated and fused at an appropriate temperature to perform high-quality welding.

【0022】さらに、フィラーワイヤ先端と鞘体の先端
との間に横方向から保護ガスを吹き付けるガスノズルを
さらに備え、鞘体とガスノズルとフィラーワイヤが一列
に並ぶように構成したレーザ溶接用照射器は、ガスノズ
ルから噴出するガスが鞘体先端とフィラーワイヤの間に
発生するプラズマを垂直方向から確実に吹き飛ばすの
で、鞘体先端部にある光ファイバー端面やレンズ表面を
飛散粒子で汚すことを防ぐことができる。
The laser welding irradiator further includes a gas nozzle for blowing a protective gas from the lateral direction between the tip of the filler wire and the tip of the sheath, and the sheath, the gas nozzle, and the filler wire are arranged in a line. Since the gas ejected from the gas nozzle blows out the plasma generated between the sheath tip and the filler wire reliably from the vertical direction, it is possible to prevent the end face of the optical fiber and the lens surface at the tip of the sheath from being contaminated with flying particles. .

【0023】また、鞘体を押し出す機構を有し、光ファ
イバーから放出されるレーザ光により鞘体自体が溶融し
て対象母材と融着するようにしたものは、鞘体が消耗部
材を形成するためヘッドのサイズがさらに小さくなり極
く狭い部分に挿入して溶接ができる。さらに、溶接用の
レーザ光を導く第1の光ファイバーの他に予熱するため
の第2の光ファイバーを備えるものは、第2光ファイバ
ーからのレーザ光で溶接対象母材を予熱して母材表面を
予め軽く溶融することにより表面の濡れ性を向上させる
ので、溶融されたフィラー金属が材料表面によくなじん
で、母材との未溶融部がない良好な溶接部を形成する。
Further, in a device having a mechanism for extruding the sheath, wherein the sheath itself is melted by laser light emitted from the optical fiber and fused with the target base material, the sheath forms a consumable member. Therefore, the size of the head is further reduced, and welding can be performed by inserting the head into an extremely narrow portion. Further, in the apparatus having a second optical fiber for preheating in addition to the first optical fiber for guiding the laser light for welding, the base material to be welded is preheated with the laser light from the second optical fiber to pre-form the surface of the base material. Since the wettability of the surface is improved by light melting, the molten filler metal fits well into the surface of the material and forms a good weld having no unmelted portion with the base material.

【0024】ファイバー先端を溶接部分に向けた監視用
光ファイバーを備えたものは、照射器のサイズをあまり
変えずに、溶接中にモニター等を介して遠隔で溶接部分
を監視し、対象位置を確認したり溶融して発光する状態
を観察して溶接状況を把握するために使用することがで
きる。また、全姿勢にわたって回転する回転ジグを備
え、回転ジグに上記のレーザ溶接用照射器を搭載した本
発明の移動機構によれば、レーザ光の照射を全方向にわ
たって可能とするため、パイプラインの敷設や狭隘箇所
における溶接が実現できる。
The one provided with the monitoring optical fiber with the fiber tip directed to the welded portion can monitor the welded portion remotely via a monitor or the like during welding and check the target position without changing the size of the irradiator so much. It can be used to grasp the state of welding by observing the state of light emission due to dripping or melting. In addition, according to the moving mechanism of the present invention, which includes a rotating jig that rotates in all postures and mounts the laser welding irradiator on the rotating jig, the laser beam can be irradiated in all directions. Laying and welding in narrow places can be realized.

【0025】なお、レーザ溶接用照射器において、光フ
ァイバーの母材を石英としたものは、石英が波長が1.
315μmのヨウ素レーザ光をよく透過するため高出力
のヨウ素レーザを溶接に利用することにより強力なエネ
ルギーを発生するレーザ溶接用ヘッドを得ることができ
る。さらに、ヨウ素レーザは石英系の光ファイバーによ
り長距離伝送が可能であるから、レーザ加工装置毎にレ
ーザ発生装置を備える代わりに、加工工場の一隅に大型
のヨウ素レーザ発生装置を設置して、これを始点とする
光ファイバー網を工場内に張り巡らし、光分配器を介し
て各加工位置に設けた本発明のレーザ加工ヘッドにレー
ザエネルギーを分配する方式を用いることにより、工場
内の各所で大出力のレーザエネルギーを使用するレーザ
加工を可能とすることができる。
In the laser welding irradiator in which the base material of the optical fiber is quartz, the quartz has a wavelength of 1.
Since a 315 μm iodine laser beam is well transmitted, a high-power iodine laser can be used for welding to obtain a laser welding head that generates strong energy. Furthermore, since iodine lasers can be transmitted over long distances using a quartz-based optical fiber, instead of having a laser generator for each laser processing device, a large iodine laser generator is installed in one corner of the processing plant and installed. By using a method in which an optical fiber network as a starting point is set up in the factory and laser energy is distributed to the laser processing head of the present invention provided at each processing position via an optical distributor, a large output is obtained at various points in the factory. Laser processing using laser energy can be enabled.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】本発明のレーザ溶接用照射器は、
レーザ装置で発生する強力なレーザ光を導く光ファイバ
ーと、光ファイバーを収納し光ファイバーに沿った通路
となる孔を設けた鞘体と、母材を溶接するための消耗部
材であるフィラーワイヤを所定の割合で供給するフィラ
ー供給機構を備え、照射器外の補助ガスホールダーから
供給される不活性ガス等の補助ガスを鞘体と光ファイバ
ーの間の孔を通って鞘体の先端から噴出させることによ
り溶接母材表面を包みその酸化を防いで良好な溶接を確
保するとともに、輻射熱により昇温する光ファイバーの
冷却を図る。同時に、フィラー供給機構が光ファイバー
から放出されるレーザの光束内にフィラーワイヤ先端を
給送することにより、レーザエネルギーでフィラーワイ
ヤを溶融して溶接母材を溶着させて溶接する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An irradiator for laser welding according to the present invention comprises:
A predetermined ratio of an optical fiber that guides a powerful laser beam generated by the laser device, a sheath body that houses the optical fiber and has a hole that forms a passage along the optical fiber, and a filler wire that is a consumable member for welding the base material is used. And a filler supply mechanism for supplying the gas through the hole between the sheath and the optical fiber, and ejecting an auxiliary gas such as an inert gas supplied from an auxiliary gas holder outside the irradiator. While wrapping the surface of the material and preventing its oxidation, it ensures good welding and also cools the optical fiber, which is heated by radiant heat. At the same time, the filler supply mechanism feeds the tip of the filler wire into the light beam of the laser emitted from the optical fiber, so that the filler wire is melted by the laser energy and the welding base material is welded and welded.

【0027】本発明のレーザ溶接用照射器では、鞘体が
光ファイバーを納めさらに補助ガスが流通する孔を設け
るだけの径を有すればよく、光ファイバーより僅かに太
い、例えば外径2.5mmとすることが可能である。な
お、先端部にレンズ系を備えるものでも、そのレンズ系
として径の小さいものを選ぶことにより約4mmの外径
に仕上げることが可能である。本発明のレーザ溶接用照
射器は上記のように先端部が極めて細いため、開先幅を
これより僅かに広く形成し、照射器先端を開先中に挿入
してその底部に積層溶接を施すようにすることができ
る。
In the irradiator for laser welding of the present invention, the sheath only needs to have a diameter enough to accommodate the optical fiber and to provide a hole through which the auxiliary gas flows, and it is slightly thicker than the optical fiber, for example, an outer diameter of 2.5 mm. It is possible to It should be noted that even a lens system provided with a lens system at the tip can be finished to an outer diameter of about 4 mm by selecting a lens system having a small diameter. Since the tip of the laser welding irradiator of the present invention is extremely narrow as described above, the groove width is formed slightly larger than this, and the tip of the irradiator is inserted into the groove to perform lamination welding on its bottom. You can do so.

【0028】このように細い照射器を開先中に挿入して
溶接する方法では、遠方から集束してくるレーザ光の一
部が開先に蹴られないようにするため開先角をレーザ光
束の集束角度に合わせる必要がなく、開先の幅も照射器
先端部の幅より僅かに広ければ十分である。例えば先端
部外径2.5mmのレーザ溶接用照射器に対しては、熱
に起因する横収縮による寄り代を考慮しても開先幅を4
mm程度にすることができる。また、外径4mmのレー
ザ溶接用照射器に対しては開先幅を6mm程度にでき
る。開先幅を狭くできれば、溶接による過大な入熱によ
って母材強度が低下したり溶接歪みにより寸法精度が低
下することを抑制する効果が大きい。
In the method of welding by inserting a thin irradiator into a groove as described above, the groove angle is set so that a part of the laser beam converged from a distance is not kicked by the groove. It is not necessary to adjust the convergence angle, and it is sufficient that the width of the groove is slightly larger than the width of the tip of the irradiator. For example, for a laser welding irradiator with a tip outer diameter of 2.5 mm, the groove width is set to 4 even if the offset due to lateral shrinkage due to heat is considered.
mm. The groove width can be set to about 6 mm for a laser welding irradiator having an outer diameter of 4 mm. If the groove width can be reduced, the effect of suppressing a decrease in base material strength due to excessive heat input by welding and a decrease in dimensional accuracy due to welding distortion is great.

【0029】また、フィラーワイヤを光ファイバー先端
面やレンズ等の光学系の前面付近で溶融するとプラズマ
化した粒子が表面に付着して不具合を生じさせる場合が
ある。これを防ぐためレーザ光のエネルギーを減少させ
ないでフィラーワイヤの溶融を照射器端部から離れた位
置で行わせるようにすることもできる。さらに、鞘体を
母材と同じ金属で形成してレーザ光で溶融して母材の溶
接に使用し消耗した分をフィラー送給装置で補給するよ
うにすると、照射器先端部には鞘体外部にフィラー送給
装置を別途設ける必要がなく、開先中に挿入する照射器
先端部は光ファイバーの鞘体だけとなるため、狭開先内
で照射器の姿勢を自由に変更して溶接することができる
ようになり、全姿勢溶接が容易になる。以下、図面に基
づき実施例を用いて本発明のレーザ溶接用照射器を説明
する。
If the filler wire is melted near the front surface of an optical system such as an optical fiber or a lens, plasma-generated particles may adhere to the surface and cause a problem. To prevent this, the filler wire can be melted at a position away from the end of the irradiator without reducing the energy of the laser beam. Furthermore, when the sheath is formed of the same metal as the base material, melted by laser light, used for welding the base material, and the depleted portion is supplied by a filler feeding device, a sheath body is provided at the tip of the irradiator. There is no need to separately provide a filler feeder outside, and the tip of the irradiator to be inserted into the groove is only the sheath of the optical fiber. Therefore, the posture of the irradiator can be freely changed within the narrow groove for welding. And all-position welding is facilitated. Hereinafter, an irradiation device for laser welding according to the present invention will be described using embodiments with reference to the drawings.

【0030】[0030]

【実施例1】図1は、本発明の第1の実施例の使用状況
を示す一部断面図である。図1(a)はその正面図、図
1(b)は側面図である。光ファイバー1は、強いエネ
ルギーを発生することができるYAGレーザやヨウ素レ
ーザなどの図外のレーザ装置からレーザ光を導いて、先
端部から所定の広がり角をもってレーザ光5を放射す
る。
Embodiment 1 FIG. 1 is a partial sectional view showing a use state of a first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a front view, and FIG. 1B is a side view. The optical fiber 1 guides a laser beam from a laser device (not shown) such as a YAG laser or an iodine laser capable of generating strong energy, and emits the laser beam 5 with a predetermined spread angle from its tip.

【0031】鞘体2は外径が約2.5mmで、内壁に複
数の縦梁22が設けられており、光ファイバー1を中心
軸に保持して損傷から保護すると共に、縦梁の間に形成
される縦溝24には図外のガス供給装置から供給される
窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガス6を流すよう
にする。縦梁22はスペーサとして光ファイバー1と筒
状の鞘体2の間に挿入してもよいが、ブローチ加工等に
より鞘体2内壁に形成してもよい。
The sheath 2 has an outer diameter of about 2.5 mm, and is provided with a plurality of vertical beams 22 on the inner wall. The optical fiber 1 is held on the central axis to protect the optical fiber 1 from damage, and is formed between the vertical beams. The inert gas 6 such as nitrogen, argon, and helium supplied from a gas supply device (not shown) is caused to flow through the vertical groove 24. The vertical beam 22 may be inserted between the optical fiber 1 and the cylindrical sheath 2 as a spacer, or may be formed on the inner wall of the sheath 2 by broaching or the like.

【0032】フィラー供給装置3はフィラーガイド管3
2と送りローラ34を備えている。フィラーガイド管3
2は滑らかな曲線を描いて先端が鞘体2の先端部前方に
位置するように突設されていて送りローラ34から送給
されるフィラーワイヤ7の先端をレーザ光5の光束内に
挿入する。フィラーガイド管32はレーザ光による損傷
を避けるためレーザ光の光束外に留まるように配置され
ている。
The filler supply device 3 includes a filler guide tube 3
2 and a feed roller 34. Filler guide tube 3
Reference numeral 2 denotes a smooth curve, and the projection is provided so that the tip is located in front of the tip of the sheath 2, and the tip of the filler wire 7 fed from the feed roller 34 is inserted into the light beam of the laser beam 5. . The filler guide tube 32 is arranged so as to stay outside the light beam of the laser light in order to avoid damage by the laser light.

【0033】図1は、本実施例のレーザ溶接用照射器を
用いた狭開先溶接法により、厚板4を突き合わせ溶接し
ている状態を示している。開先42は幅約4mmで最奥
部には既に何層か積層された溶接層44が形成されてい
る。光ファイバー1から放射されるレーザ光5は母材4
の表面を照射して加熱する。レーザ光5はまたフィラー
ガイド管32先端から供給されるフィラーワイヤ7の先
端部分を照射して溶融し、加熱された母材4表面に馴染
ませて広げてさらに1層の溶接層44を積層する。レー
ザ光5は光ファイバー1から放射されたままであり、か
なり大きな角度で放散するが、フィラーワイヤ7や溶接
母材4までの距離が短いためこれらを溶融するのに十分
なエネルギーを有する。
FIG. 1 shows a state in which a thick plate 4 is butt-welded by a narrow groove welding method using the laser welding irradiator of the present embodiment. The groove 42 has a width of about 4 mm, and a weld layer 44 having several layers already formed is formed at the innermost part. The laser beam 5 emitted from the optical fiber 1
Irradiate and heat the surface of. The laser beam 5 also irradiates and melts the tip of the filler wire 7 supplied from the tip of the filler guide tube 32, adapts to the surface of the heated base material 4, spreads it, and further laminates a single welding layer 44. . The laser beam 5 remains emitted from the optical fiber 1 and dissipates at a considerably large angle, but has sufficient energy to melt them because the distance to the filler wire 7 and the welding base material 4 is short.

【0034】フィラーワイヤ7は母材4と同じ材質のワ
イヤで、消耗するにつれて送りローラ34により供給さ
れる。光ファイバー1は母材が石英等からなるため熱の
不良導体であるので、極めて近接して行われる溶接作業
に伴って受ける輻射熱を逃がして温度を最適に保持する
ことが難しい。そこで、溶接母材表面部分に吹き付けて
表面を保護する補助ガスの作用を有する不活性ガス6を
光ファイバー1に沿って流すことにより、光ファイバー
1を冷却する。このように溶接に必要なシールドガスを
冷却ガスとして用いているため、溶接中は光ファイバー
1を常時冷却することになり、照射器の保護効果があ
る。
The filler wire 7 is a wire of the same material as the base material 4 and is supplied by a feed roller 34 as it is consumed. Since the base material of the optical fiber 1 is made of quartz or the like and is a poor conductor of heat, it is difficult to release the radiant heat received due to the welding operation performed very close to maintain the temperature optimally. Therefore, the optical fiber 1 is cooled by flowing an inert gas 6 having a function of an auxiliary gas for protecting the surface by spraying the surface of the welding base material along the optical fiber 1. Since the shielding gas necessary for welding is used as the cooling gas in this manner, the optical fiber 1 is constantly cooled during welding, and thus has an effect of protecting the irradiator.

【0035】また、消耗部材7や母材4がレーザ光5に
より溶融するとプラズマが発生し、これが光ファイバー
1表面に付着し粒子が析出すると端面が汚れてレーザ光
の放射能率が低下し、またこの部分でレーザ光が吸収さ
れ石英ファイバーを焼損してしまう。不活性ガス6は光
ファイバー1先端から噴出してこのプラズマを吹き飛ば
してファイバー端面が曇るのを防止する機能も果たす。
なお図面では、フィラーワイヤ7と反対の方向に照射器
を移動して溶接する場合を表現しているが、逆にフィラ
ーワイヤ7が供給される方向に溶接を進めるようにして
使用してもよい。
When the consumable member 7 and the base material 4 are melted by the laser beam 5, plasma is generated. When the plasma adheres to the surface of the optical fiber 1 and particles are deposited, the end face becomes dirty and the radiation efficiency of the laser beam decreases. The laser light is absorbed in the portion and the quartz fiber is burned. The inert gas 6 also ejects from the tip of the optical fiber 1 and blows off this plasma to also prevent the end face of the fiber from becoming cloudy.
In the drawings, the case where the irradiator is moved in the direction opposite to the filler wire 7 to perform welding is expressed. However, the welding may be performed in such a manner that the welding proceeds in the direction in which the filler wire 7 is supplied. .

【0036】[0036]

【実施例2】図2は、本発明のレーザ溶接用照射器の第
2の実施例を示す一部断面図である。以下の図面におい
ては、それぞれ既出の図中に表されている要素と同じ機
能を有する要素には同じ参照番号を付して説明を簡略化
する。本発明のレーザ溶接用照射器の第2実施例におい
ては、光ファイバー1の先端が鞘体2の先端から引き込
まれており、鞘体2の先端部内壁26はレーザ光が反射
する物質で被覆されている。
Embodiment 2 FIG. 2 is a partial sectional view showing a second embodiment of the laser welding irradiator according to the present invention. In the following drawings, elements having the same functions as the elements shown in the above-mentioned figures will be denoted by the same reference numerals, and the description will be simplified. In the second embodiment of the laser welding irradiator according to the present invention, the tip of the optical fiber 1 is pulled in from the tip of the sheath 2, and the inner wall 26 at the tip of the sheath 2 is coated with a substance that reflects laser light. ing.

【0037】このため、光ファイバー1から放射される
レーザ光5の周縁部分は鞘体内壁26で反射して集束
し、再び放散する。すなわちレーザ光5の放射位置が前
進したと同様の効果が生ずるため、第1実施例のレーザ
溶接用照射器と比較すると鞘体先端とフィラーワイヤ7
や溶接母材4との距離を大きく取ることができる。した
がって、照射器の受ける輻射も少なくなり、また光学系
がフィラーワイヤ7等から発生するプラズマに汚されに
くくなるので、冷却用および光学系保護用のガス吹き付
けが弱くてもよい。なお、内壁にレーザ光反射物質を被
覆した鞘体2として、例えば溶融温度の低いアルミ棒に
レーザ光の反射率が高い金や銀を蒸着し、その上から構
造部材として強度の高いニッケルを電着して、最後にア
ルミを化学的に溶かして得られるパイプを用いることが
できる。
For this reason, the peripheral portion of the laser beam 5 emitted from the optical fiber 1 is reflected by the inner wall 26 of the sheath, converges, and is radiated again. That is, since the same effect as when the radiation position of the laser beam 5 is advanced is produced, compared to the laser welding irradiator of the first embodiment, the tip of the sheath and the filler wire 7 are provided.
And the distance from the welding base material 4 can be increased. Therefore, the radiation received by the irradiator is reduced, and the optical system is less likely to be contaminated by the plasma generated from the filler wire 7 and the like, so that the gas blowing for cooling and for protecting the optical system may be weak. In addition, as the sheath 2 having an inner wall coated with a laser light reflecting material, for example, gold or silver having a high laser light reflectance is vapor-deposited on an aluminum rod having a low melting temperature, and nickel having a high strength is applied as a structural member thereon. And finally, a pipe obtained by chemically dissolving aluminum can be used.

【0038】[0038]

【実施例3】図3は、本発明のレーザ溶接用照射器の第
3の実施例を示す一部断面図である。図4は図3のIV
−IV面における断面図である。第3実施例のレーザ溶
接用照射器が第1実施例のものと異なるところは、鞘体
2先端部に短焦点距離のマイクロレンズ10を組み込ん
だところである。短焦点距離のマイクロレンズ10は光
ファイバー1から放射されるレーザ光5を集束して溶接
位置より前で焦点を結ばせる。フィラー供給装置3はフ
ィラーワイヤ7の先端を上記焦点より遠方に挿入する。
レーザ光5は上記焦点に一旦集束するので、第2実施例
のレーザ溶接用照射器と同様にレーザ光5の放射位置が
前進したと同様の効果が生じる。したがって、鞘体2先
端とフィラーワイヤ7や溶接母材4との距離を大きく取
ることができ、照射器の受ける輻射も少なく、また光学
系がフィラーワイヤ7等から発生するプラズマに汚され
にくくなるので、冷却用および光学系保護用のガス吹き
付けが弱くてもよい。
Embodiment 3 FIG. 3 is a partial sectional view showing a third embodiment of the laser welding irradiator according to the present invention. FIG. 4 shows the IV of FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view taken along plane IV. The laser welding irradiator of the third embodiment differs from that of the first embodiment in that a microlens 10 having a short focal length is incorporated at the tip of the sheath 2. The microlens 10 having a short focal length focuses the laser beam 5 emitted from the optical fiber 1 and focuses the laser beam 5 before the welding position. The filler supply device 3 inserts the tip of the filler wire 7 farther from the focal point.
Since the laser light 5 is once focused on the focal point, the same effect as when the radiation position of the laser light 5 is advanced is produced as in the laser welding irradiator of the second embodiment. Therefore, the distance between the tip of the sheath 2 and the filler wire 7 or the welding base material 4 can be increased, the radiation received by the irradiator is small, and the optical system is not easily polluted by the plasma generated from the filler wire 7 and the like. Therefore, the gas blowing for cooling and for protecting the optical system may be weak.

【0039】なお、図4に見るように鞘体2先端部内壁
はブローチ加工により軸方向に溝24が形成されてお
り、マイクロレンズ10が溝の山22に差し込み固定さ
れ、溝から不活性ガス6が噴出する構造になっている。
鞘体2に加工して溝24を形成する代わりに、不活性ガ
ス6の通路を有しマイクロレンズ10を鞘体2の中心軸
位置に固定するような保持具を鞘体とマイクロレンズの
間に挟み込んでもよい。このような構造では、鞘体外径
を4mmに抑えることができるから、寄り代を考慮して
も開先幅6mm程度まで対応することができる。
As shown in FIG. 4, a groove 24 is formed in the inner wall of the distal end portion of the sheath body 2 in the axial direction by broaching, and the microlens 10 is inserted into the groove peak 22 and fixed. 6 is ejected.
Instead of processing the sheath 2 to form the groove 24, a holder having an inert gas 6 passage and fixing the microlens 10 at the center axis position of the sheath 2 is provided between the sheath and the microlens. May be interposed. In such a structure, the outer diameter of the sheath body can be suppressed to 4 mm, so that the groove width can be reduced to about 6 mm even if the offset is considered.

【0040】[0040]

【実施例4】図5は、本発明のレーザ溶接用照射器の第
4の実施例を示す一部断面図である。第4実施例のレー
ザ溶接用照射器が第3実施例のものと異なるところは、
鞘体2先端部に短焦点距離マイクロレンズを組み込む代
わりに屈折率分布型レンズ12を組み込むところにあ
る。鞘体2の内壁には、レンズとの間に不活性ガスを同
軸に流すための流路24を有する。小型の屈折率分布型
レンズ12を用いれば、鞘体2外径が3mm程度になる
極小型の照射器が構成できるばかりでなく、レンズの製
造と組立が容易で製造工程の簡略化ができるため経済的
に照射器を製造することが可能となる。第4実施例のレ
ーザ溶接用照射器は、開先幅4mm程度まで対応するこ
とができる。
Embodiment 4 FIG. 5 is a partial sectional view showing a fourth embodiment of the laser welding irradiator according to the present invention. The difference between the laser welding irradiator of the fourth embodiment and that of the third embodiment is that:
Instead of incorporating a short focal length microlens at the tip of the sheath 2, a gradient index lens 12 is incorporated. The inner wall of the sheath 2 has a flow path 24 for coaxially flowing an inert gas with the lens. The use of the small refractive index distribution type lens 12 not only enables the construction of an extremely small irradiator whose outer diameter of the sheath 2 is about 3 mm, but also facilitates the manufacture and assembly of the lens and simplifies the manufacturing process. The irradiator can be manufactured economically. The laser welding irradiator of the fourth embodiment can handle up to a groove width of about 4 mm.

【0041】[0041]

【実施例5】図6は、本発明のレーザ溶接用照射器の第
5の実施例を示す一部断面図である。図7は図6のVI
I−VIIから見た矢視図である。第5実施例のレーザ
溶接用照射器が第3実施例のものと異なるところは、鞘
体2先端部に短焦点距離マイクロレンズを組み込む代わ
りに円筒レンズ14を組み込むところにある。円筒レン
ズ14は円筒軸がレーザ光5の光軸と直交するようにセ
ットされている。レーザ光5が円筒レンズ14に当たる
とレーザは円筒軸に直交する方向に拡幅し、レーザ光束
5の断面は極めて長い長軸を有する楕円形になる。フィ
ラー供給装置3はフィラーワイヤ7をレーザ光束5断面
の長手軸方向から給送するように構成されている。
Embodiment 5 FIG. 6 is a partial sectional view showing a fifth embodiment of the laser welding irradiator of the present invention. FIG. 7 shows VI of FIG.
It is the arrow line view seen from I-VII. The laser irradiation irradiator of the fifth embodiment differs from that of the third embodiment in that a cylindrical lens 14 is incorporated in the distal end portion of the sheath 2 instead of incorporating a short focal length microlens. The cylindrical lens 14 is set so that the cylindrical axis is orthogonal to the optical axis of the laser beam 5. When the laser beam 5 hits the cylindrical lens 14, the laser beam expands in the direction orthogonal to the cylindrical axis, and the cross section of the laser beam 5 becomes an ellipse having an extremely long major axis. The filler supply device 3 is configured to supply the filler wire 7 from the longitudinal axis direction of the cross section of the laser beam 5.

【0042】第5実施例のレーザ溶接用照射器はレーザ
光束5断面の長手軸方向に長くそれと直交する方向に細
い形状に構成されている。レーザ溶接用照射器を狭い狭
開先に挿入し開先に沿って移動しながら溶接すると、レ
ーザ光束5の長軸方向に伸びた部分が予め熱した溶接母
材の部分にレーザ光5で溶融されたフィラーワイヤ7が
当たるため、母材4と積層する消耗材料44の馴染みが
よくなり溶接の質が向上する効果がある。
The laser welding irradiator of the fifth embodiment is formed in a shape that is long in the longitudinal axis direction of the cross section of the laser beam 5 and narrow in the direction perpendicular thereto. When a laser welding irradiator is inserted into a narrow narrow groove and welded while moving along the groove, the portion extending in the long axis direction of the laser beam 5 is melted by the laser beam 5 into the pre-heated base metal portion. Since the applied filler wire 7 hits, the familiarity of the consumable material 44 to be laminated with the base material 4 is improved, and the quality of welding is improved.

【0043】[0043]

【実施例6】図8は、本発明のレーザ溶接用照射器の第
6の実施例を示す一部断面図である。第6実施例のレー
ザ溶接用照射器が第1実施例と異なる点は、鞘体2自体
を消耗部材で形成したところである。本実施例のレーザ
溶接用照射器は、鞘体2を押し出す機構26を有し、光
ファイバー1から放出されるレーザ光5により鞘体2自
体が溶融して対象母材4と融着するようにしたものであ
る。光ファイバー1の先端部分には、鞘体2との摩擦が
少なく保護ガス6が流通する孔24が開いた治具28が
取り付けられていて、光ファイバー1を鞘体2の中心軸
位置に保持するようになっている。
Embodiment 6 FIG. 8 is a partial sectional view showing a sixth embodiment of the laser welding irradiator of the present invention. The laser welding irradiator of the sixth embodiment differs from that of the first embodiment in that the sheath 2 itself is formed of a consumable member. The irradiator for laser welding according to the present embodiment has a mechanism 26 for pushing out the sheath 2, so that the sheath 2 itself is melted by the laser light 5 emitted from the optical fiber 1 and fused with the target base material 4. It was done. A jig 28 having a hole 24 through which the protective gas 6 flows with little friction with the sheath 2 is attached to the tip of the optical fiber 1 so that the optical fiber 1 is held at the center axis position of the sheath 2. It has become.

【0044】溶接に当たっては、鞘体2は消耗されるに
従って押し出し機構26により押し出され、消耗しきる
とレーザ溶接用照射器の先端側から新たな鞘体2をセッ
トして溶接を継続する。鞘体2は溶接母材4と同じ材料
で形成することができる。このように構成されたレーザ
溶接用照射器は、鞘体2が消耗部材を形成するためヘッ
ドのサイズがさらに小さくなり極く狭い部分に挿入して
溶接ができる。
In welding, the sheath 2 is pushed out by the pushing mechanism 26 as it is consumed, and when it is completely consumed, a new sheath 2 is set from the tip side of the laser welding irradiator to continue welding. The sheath 2 can be formed of the same material as the welding base material 4. In the laser welding irradiator thus configured, since the sheath 2 forms a consumable member, the size of the head is further reduced, and welding can be performed by inserting the head into an extremely narrow portion.

【0045】[0045]

【実施例7】図9は、本発明のレーザ溶接用照射器の第
7の実施例を示す斜視図である。第7実施例のレーザ溶
接用照射器は、上記各実施例として示した鞘体2の先端
とフィラーワイヤ7先端との間に横方向から保護ガスを
吹き付けるガスノズル16をさらに備え、鞘体2とガス
ノズル16とフィラー供給装置3が一列に並ぶように配
置したものである。筐体18はこれらの位置関係を固定
し、図外の溶接装置本体から供給されるレーザ光や補助
ガスあるいはフィラーワイヤを溶接部分に中継するため
のものである。
Seventh Embodiment FIG. 9 is a perspective view showing a seventh embodiment of the laser welding irradiator according to the present invention. The laser welding irradiator of the seventh embodiment further includes a gas nozzle 16 for blowing a protective gas from the lateral direction between the tip of the sheath 2 and the tip of the filler wire 7 shown in each of the above embodiments. The gas nozzle 16 and the filler supply device 3 are arranged in a line. The housing 18 fixes these positional relationships and relays the laser light, auxiliary gas, or filler wire supplied from a welding apparatus main body (not shown) to the welding portion.

【0046】このように構成されたレーザ溶接用照射器
は、ガスノズル16から噴出する補助ガスが鞘体2先端
とフィラーワイヤ7の間に発生するプラズマを垂直方向
から確実に吹き飛ばし、鞘体2先端部にある光ファイバ
ー1端面やレンズ10等の光学系の表面を飛散粒子で汚
すことを防ぐ。また、構成部品のそれぞれは極く細く、
これらが一列に並んでいるため、狭い開先42内に先端
部分を挿入して溶接母材4を溶接することができる。
In the laser welding irradiator configured as described above, the auxiliary gas ejected from the gas nozzle 16 reliably blows off the plasma generated between the tip of the sheath 2 and the filler wire 7 from the vertical direction. To prevent the end surface of the optical fiber 1 and the surface of the optical system such as the lens 10 from being contaminated by scattering particles. Also, each of the components is extremely thin,
Since these are arranged in a line, the welding base material 4 can be welded by inserting the tip into the narrow groove 42.

【0047】[0047]

【実施例8】図10は、本発明のレーザ溶接用照射器の
第8の実施例を示す一部断面図である。第8実施例のレ
ーザ溶接用照射器は、上記レーザ光を導く第1の光ファ
イバー1の他に第2の光ファイバー11を有し、監視用
光ファイバー81先端を溶接部分に向け、光信号を伝送
して遠隔地にあるモニタで表示することができる光ファ
イバー監視装置8を備えている。なお、図中61は補助
ガスの供給配管で、補助ガスは筐体18内で第1光ファ
イバー1の鞘体2や第2光ファイバー11の鞘体21に
分配される。
[Embodiment 8] FIG. 10 is a partial sectional view showing an eighth embodiment of the laser welding irradiator of the present invention. The laser welding irradiator of the eighth embodiment has a second optical fiber 11 in addition to the first optical fiber 1 for guiding the laser light, and transmits an optical signal with the tip of the monitoring optical fiber 81 directed to the welding portion. And an optical fiber monitoring device 8 that can be displayed on a monitor at a remote location. In the figure, reference numeral 61 denotes an auxiliary gas supply pipe. The auxiliary gas is distributed to the sheath 2 of the first optical fiber 1 and the sheath 21 of the second optical fiber 11 in the housing 18.

【0048】第2光ファイバー11から照射されるレー
ザ光51を用いて溶接対象母材4の表面を予熱して母材
表面を予め軽く溶融することにより表面の濡れ性を向上
させ、その上で第1光ファイバー1から照射されるレー
ザ光5を用いてフィラーワイヤ7を溶融して溶接部分に
充填する。従って、溶融されたフィラー金属が材料表面
によくなじんで、母材との未溶融部がない良好な溶接部
を形成する。また、遠隔のモニターにより溶接中の溶接
部分を監視し、対象位置を確認したり溶融して発光する
状態を観察して溶接状況を把握することができる。上記
の要素を一列に配置して筐体18に組み込めば照射器の
幅を広げる必要がなく、狭い開先内の溶接が可能であ
る。
The surface of the base metal 4 to be welded is preheated by using the laser light 51 irradiated from the second optical fiber 11 to melt the base material lightly in advance, thereby improving the surface wettability. (1) The filler wire 7 is melted using the laser beam 5 emitted from the optical fiber 1 and filled in the welded portion. Therefore, the molten filler metal fits well into the surface of the material, and forms a good weld having no unmelted portion with the base material. In addition, the welding portion being welded can be monitored by a remote monitor, and the welding position can be grasped by confirming the target position and observing the state of melting and light emission. If the above elements are arranged in a line and incorporated into the housing 18, it is not necessary to increase the width of the irradiator, and welding within a narrow groove is possible.

【0049】なお、本発明のレーザ溶接用照射器は、光
ファイバーの母材を石英とすることができる。石英は波
長が1.315μmのヨウ素レーザ光をよく透過するた
め、光ファイバーの母材を石英としたレーザ溶接用照射
器は、高出力のヨウ素レーザを利用することにより強力
なエネルギーを発生するレーザ溶接用ヘッドとなる。さ
らに、ヨウ素レーザは石英系の光ファイバーにより長距
離伝送が可能であるから、加工工場の一隅に大型のヨウ
素レーザ発生装置を設置して、これを始点とする光ファ
イバー網を工場内に張り巡らし、光分配器を介して各溶
接位置に設けた本発明のレーザ溶接用照射器にレーザエ
ネルギーを分配するシステムとすることができる。この
ようなシステムでは、工場内の各所で大出力のレーザエ
ネルギーを使用するレーザ溶接を可能とすることができ
る。
In the laser welding irradiator of the present invention, the base material of the optical fiber can be quartz. Since quartz transmits iodine laser light with a wavelength of 1.315 μm well, the laser welding irradiator using quartz as the base material of the optical fiber uses a high-output iodine laser to generate powerful energy. Head. Furthermore, since the iodine laser can be transmitted over long distances using a quartz optical fiber, a large iodine laser generator is installed at one corner of the processing plant, and an optical fiber network starting from this is set up inside the factory, A system for distributing laser energy to the laser welding irradiator of the present invention provided at each welding position via a distributor can be provided. In such a system, laser welding using high-power laser energy can be performed at various points in a factory.

【0050】また、本発明のレーザ溶接用照射器は移動
機構に搭載されて自動的にあるいは遠隔操作により移動
しながら溶接作業を行う。移動機構は、全姿勢にわたっ
て回転する回転ジグを備え、レーザ溶接用照射器はこの
回転ジグに搭載されている。このような移動機構により
レーザ光の照射を全方向にわたって可能としたため、パ
イプラインの敷設や狭隘箇所における溶接が実現でき、
また大型の構造物や厚板の溶接が可能となった。
Further, the laser welding irradiator of the present invention is mounted on a moving mechanism and performs a welding operation while moving automatically or by remote control. The moving mechanism includes a rotary jig that rotates in all the postures, and the laser welding irradiator is mounted on the rotary jig. Since laser light irradiation is possible in all directions with such a moving mechanism, it is possible to lay pipelines and weld in narrow places,
In addition, large structures and thick plates can be welded.

【0051】[0051]

【発明の効果】以上、説明した通り、本発明のレーザ溶
接用照射器は細い光ファイバーより僅かに太い部品を用
いて極めて薄型に仕上がるため、狭開先内に挿入してレ
ーザ溶接を行うことができる。さらにレーザ溶接のため
の補助ガスを光ファイバに沿って搬送するので、レーザ
溶接用照射器が溶接部分の近くに配置されても光ファイ
バーが過熱して破損することがない。本発明のレーザ溶
接用照射器は全姿勢で溶接作業ができるから、これを用
いればパイプライン敷設や大型構造物の構築が可能であ
る。
As described above, since the laser welding irradiator of the present invention is made extremely thin using a part slightly thicker than a thin optical fiber, it can be inserted into a narrow groove to perform laser welding. it can. Further, since the auxiliary gas for laser welding is transported along the optical fiber, the optical fiber is not overheated and damaged even if the laser welding irradiator is arranged near the welded portion. Since the laser welding irradiator of the present invention can perform welding work in all postures, it can be used to lay a pipeline or construct a large structure.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施例の使用状況を示す一部断
面図である。図1(a)は正面図、図1(b)は側面図
である。
FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a use state of a first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a front view, and FIG. 1B is a side view.

【図2】本発明の第2の実施例を示す一部断面図であ
る。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施例を示す一部断面図であ
る。
FIG. 3 is a partial sectional view showing a third embodiment of the present invention.

【図4】図3のIV−IV断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV of FIG. 3;

【図5】本発明の第4の実施例を示す一部断面図であ
る。
FIG. 5 is a partial sectional view showing a fourth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第5の実施例を示す一部断面図であ
る。
FIG. 6 is a partial sectional view showing a fifth embodiment of the present invention.

【図7】図6のVII−VII矢視図である。FIG. 7 is a view taken along the line VII-VII in FIG. 6;

【図8】本発明の第6の実施例を示す一部断面図であ
る。
FIG. 8 is a partial sectional view showing a sixth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第7の実施例を示す斜視図である。FIG. 9 is a perspective view showing a seventh embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第8の実施例を示す一部断面図であ
る。
FIG. 10 is a partial sectional view showing an eighth embodiment of the present invention.

【図11】従来のレーザ溶接ヘッドの使用例を示す図面
である。
FIG. 11 is a view showing an example of use of a conventional laser welding head.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光ファイバー 2 鞘体 3 フィラー給送装置 4 溶接母材 5 レーザ光 6 保護ガス 7 フィラーワイヤ 10 マイクロレンズ 44 積層された溶接層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical fiber 2 Sheath body 3 Filler feeding device 4 Welding base material 5 Laser light 6 Protective gas 7 Filler wire 10 Microlens 44 Laminated welding layer

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザ光を導く光ファイバーと、光ファ
イバーを収納する鞘体と、フィラー供給機構を備え、鞘
体と光ファイバーとの間に光ファイバーに沿って形成さ
れた孔を通って補助ガスを噴出させるとともに、フィラ
ー供給機構が光ファイバーから放出されるレーザの光束
内にフィラーワイヤを給送するように構成したレーザ溶
接用照射器。
1. An optical fiber for guiding a laser beam, a sheath for accommodating the optical fiber, and a filler supply mechanism are provided, and an auxiliary gas is ejected through a hole formed along the optical fiber between the sheath and the optical fiber. At the same time, the irradiator for laser welding is configured so that the filler supply mechanism feeds the filler wire into the light flux of the laser emitted from the optical fiber.
【請求項2】 請求項1記載のレーザ溶接用照射器であ
って、 前記鞘体の先端が前記光ファイバーの先端より突出して
いて、該光ファイバーから射出するレーザ光の一部が該
鞘体先端部の内壁で反射して集束しレーザ光のエネルギ
ーが遠方まで到達するようにしたレーザ溶接用照射器。
2. The irradiator for laser welding according to claim 1, wherein a tip of the sheath body projects from a tip of the optical fiber, and a part of laser light emitted from the optical fiber is a tip portion of the sheath body. A laser welding irradiator that is reflected by the inner wall of the laser and focused so that the energy of the laser light reaches far.
【請求項3】 請求項1記載のレーザ溶接用照射器であ
って、 さらに、前記光ファイバーの先端部に短焦点距離のマイ
クロレンズを備えて、前記鞘体が該マイクロレンズをも
覆い、前記フィラー供給機構がフィラーワイヤの先端を
前記マイクロレンズにより集光されたレーザ光束中に供
給することを特徴とするレーザ溶接用照射器。
3. The laser welding irradiator according to claim 1, further comprising a microlens having a short focal length at a tip portion of the optical fiber, the sheath also covering the microlens, and the filler. An irradiator for laser welding, wherein a supply mechanism supplies the tip of the filler wire into the laser light flux condensed by the microlens.
【請求項4】 請求項3記載のレーザ溶接用照射器にお
いて、 前記マイクロレンズに代えて屈折率分布型レンズを用い
ることを特徴とするレーザ溶接用照射器。
4. The laser welding irradiator according to claim 3, wherein a gradient index lens is used in place of the microlens.
【請求項5】 請求項3記載のレーザ溶接用照射器にお
いて、 前記マイクロレンズに代えて中心軸がレーザ光軸と直交
するように配置した円筒レンズを用い、該円筒レンズに
より線状に変換されたレーザビームの軸方向にフィラー
ワイヤを供給することを特徴とするレーザ溶接用照射
器。
5. The laser welding irradiator according to claim 3, wherein a cylindrical lens arranged so that its central axis is orthogonal to the laser optical axis is used instead of the microlens, and is converted into a linear shape by the cylindrical lens. An irradiator for laser welding, characterized in that a filler wire is supplied in the axial direction of the laser beam.
【請求項6】 請求項1ないし5のいずれかに記載のレ
ーザ溶接用照射器であって、 さらにフィラーワイヤ先端と前記鞘体の先端との間に横
方向から保護ガスを吹き付けるガスノズルを備え、前記
鞘体と前記ガスノズルとフィラーワイヤが一列に並ぶよ
うに構成したレーザ溶接用照射器。
6. The irradiator for laser welding according to claim 1, further comprising a gas nozzle for spraying a protective gas laterally between the tip of the filler wire and the tip of the sheath body. A laser welding irradiator configured such that the sheath body, the gas nozzle, and the filler wire are arranged in a line.
【請求項7】 請求項1または2に記載のレーザ溶接用
照射器であって、 さらに前記鞘体を押し出す機構を有し、前記光ファイバ
ーから放出されるレーザ光により該鞘体が溶融して溶接
対象母材と融着するようにしたレーザ溶接用照射器。
7. The irradiator for laser welding according to claim 1, further comprising a mechanism for pushing out the sheath body, the sheath body being melted and welded by laser light emitted from the optical fiber. Laser welding irradiator designed to be fused with the target base material.
【請求項8】 請求項1ないし7のいずれかに記載のレ
ーザ溶接用照射器であって、 さらに、レーザ光を導く第2の光ファイバーを少なくと
も1本有し、該第2光ファイバーから照射されるレーザ
光を用いて溶接部の材料表面を予熱し、前記初めの光フ
ァイバーから照射されるレーザ光を用いてフィラーワイ
ヤを溶融して溶接部分に充填するレーザ溶接用照射器。
8. The laser welding irradiator according to claim 1, further comprising at least one second optical fiber for guiding laser light, and the laser light is irradiated from the second optical fiber. A laser welding irradiator that preheats the material surface of the welded portion with laser light and melts the filler wire with the laser light emitted from the first optical fiber to fill the welded portion.
【請求項9】 請求項1ないし8のいずれかに記載のレ
ーザ溶接用照射器であって、 さらに、ファイバー先端を溶接部分に向けた監視用光フ
ァイバーを備えることを特徴とするレーザ溶接用照射
器。
9. The laser welding irradiator according to any one of claims 1 to 8, further comprising a monitoring optical fiber having a fiber tip directed to a welded portion. .
【請求項10】 全姿勢にわたって回転する回転ジグを
備え、該回転ジグに請求項1ないし9のいずれかに記載
のレーザ溶接用照射器を搭載して、レーザ光の照射を全
方向にわたって可能とした移動機構。
10. A rotary jig that rotates in all orientations is provided, and the laser welding irradiator according to claim 1 is mounted on the rotary jig to enable irradiation of laser light in all directions. Moving mechanism.
【請求項11】 請求項1ないし9のいずれかに記載の
レーザ溶接用照射器であって、 前記光ファイバーの母材が石英であって、前記レーザ光
としてヨウ素レーザにより生成されるものを利用するこ
とを特徴とするレーザ溶接用照射器。
11. The laser welding irradiator according to claim 1, wherein a base material of the optical fiber is quartz, and the laser light generated by an iodine laser is used. An irradiator for laser welding, which is characterized in that
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