JPH0970682A - レーザ溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レ−ザビ−ムのパワ−密度変化の原因となる
熱レンズ効果を発生させるウインドウを使用せず、ビ−
ム伝送路を清浄に保ち、且つ溶接部のシ−ルドを確実に
行えるレ−ザ溶接装置を提供する。 【解決手段】（Ａ）レ−ザ発振器１０で発生したレ−ザ
ビ−ム１を伝送するビ−ム伝送路３内を清浄空気９で充
填させるための、前記ビ−ム伝送路３に設けられた空気
供給口８と、（Ｂ）集光鏡２からのレ−ザビ−ム１が通
過するように前記ビ−ム伝送路３に設けられた開口部１
８を有し、（Ｃ）前記開口部１８と溶接部４との間にあ
って、前記開口部１８からの前記清浄空気９が逃げるた
めの隙間３０を有して設けられ、（Ｄ）前記溶接部４に
対してシ−ルドガス７を吹き付けるためのシ−ルドガス
供給部６、１５を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は集光鏡を用いるレ−
ザ溶接装置、特にレ−ザビ−ムのパワ−密度変化を少な
くしたレ−ザ溶接装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】レ−ザ溶接装置はそのエネルギ密度が高
く、溶接変形が少なくかつ高品質の溶接部が得ら、大気
中での作業が可能であり、鉄鋼材料やアルミニュウム等
の非鉄金属の溶接に適用される。

【０００３】この種の従来のレ−ザ溶接装置は、図９に
示すように、レ−ザ発振器１０で発生したレ−ザビ−ム
１をビ−ム伝送路３を通じて集光鏡２に導き、被溶接物
の溶接部４に集光させ、その熱エネルギにより、溶接を
行うものである。ところで粉塵等が前記ビ−ム伝送路３
内に侵入し、前記集光鏡２の汚染によりビ−ム反射率が
低下しないように、清浄空気９を供給し、前記ビ−ム伝
送路３内の内圧を高く保持している。一方、前記溶接部
４からのヒュ−ム等の侵入による前記集光鏡２の汚染を
防止し、かつ前記溶接部４を大気から隔離するためのシ
−ルドガス７を供給するためにＡｒやＨｅ等の不活性ガ
スをシ−ルドガス供給口１３より入れて、センタ−ノズ
ル１４の先端から前記溶接部４に吹きつけられる。

【０００４】この前記シ−ルドガス７に空気が混入する
と、空孔等の溶接欠陥が発生する。このため、前記ビ−
ム伝送路３内の空気とシ−ルドガスの混入を防止する手
段とし、図９に示すように、前記ビ−ム伝送路３内の発
振器１０側を清浄空気９で満たし、また前記集光鏡２側
にシ−ルドガス７を供給するための仕切りとして通常ウ
インドウ１２と呼ばれる平レンズが配置されている。他
に、集光鏡２を有するレ−ザ溶接装置にはレ−ザ発振器
１０内のレ−ザガスの気密を保ち、レ−ザ発振器１０か
らのレ−ザビ−ムを取り出すためのレ−ザ発振器内ウイ
ンドウ１１がレ−ザ発振器内部の出口に設置されてい
る。これらウインドウはレ−ザビ−ムの光路に影響を与
えない、即ち集光性のない状態となっている。

【０００５】

【発明を解決しようとする課題】しかしながら、ウイン
ドウ１１、１２をレ−ザビ−ム１が透過する際に、エネ
ルギの一部が前記ウインドウ１１、１２に吸収される。
このため前記ウインドウ１１、１２が熱変形し、いわゆ
る熱レンズ効果が生じ、集光鏡２の焦点距離が短くなる
現象が発生し、溶接部４のレ−ザビ−ムのパワ−密度が
変化する。前記ウインドウ１１、１２からの放熱は前記
ウインドウ１１、１２の外周枠の金属部への熱伝導によ
るのみで、外周枠への水冷ジャケットの設置も、熱レン
ズ効果を抑制することが困難であった。このような熱レ
ンズ効果が溶接時に発生すると、溶接中に溶け込み深さ
や溶け込み形状が変化し、安定した溶接状態が得られな
くなるという問題が生ずる。

【０００６】また長時間の連続溶接の場合、溶接部４付
近ではレ−ザ誘起プラズマが発生し、センタ−ノズル１
４は高温に曝し続けられるため、前記ノズル１４の溶
融、溶け落ちが発生し、シ−ルド状態が変化して安定し
た溶接状態が得られなくなるという問題があった。

【０００７】そこで本発明のうち請求項１記載の発明
は、レ−ザビ−ムのパワ−密度変化の原因となる熱レン
ズ効果を発生させるウインドウを使用せず、ビ−ム伝送
路を清浄に保ち、且つ溶接部のシ−ルドを確実に行える
レ−ザ溶接装置を提供することを目的としたものであ
る。

【０００８】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明の目的に加えて、シ−ルドガス供給部による溶接部の
大気との隔離性をさらに向上させるレ−ザ溶接装置を提
供することを目的としたものである。

【０００９】請求項３記載の発明は、請求項２記載の発
明の目的に加えて、請求項２記載のシ−ルドガス供給部
における第１ノズルにより生じる随伴流を防止し、溶接
部への空気の巻き込みを阻止するレ−ザ溶接装置を提供
することを目的としたものである。

【００１０】請求項４記載の発明は、請求項２又は請求
項３記載の発明の目的に加えて、シ−ルドガス供給部の
ノズルの溶融、溶け落ちを防止するための、シ−ルドガ
ス供給部の下端を冷却することができるレ−ザ溶接装置
を提供することを目的としたものである。

【００１１】請求項５記載の発明は、請求項１の発明の
目的に加えて、溶接部から飛散するスッパタ等の集光鏡
への侵入を防止することができるレ−ザ溶接装置を提供
することを目的としたものである。

【００１２】請求項６記載の発明は、請求項１の発明の
目的と同様に、レ−ザビ−ムのパワ−密度変化の原因と
なる熱レンズ効果を発生させるウインドウを使用せず、
ビ−ム伝送路内を清浄に保ちながら、溶接部のシ−ルド
を行えるレ−ザ溶接装置を提供することを目的としたも
のである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ためには、ビ−ム伝送路３内の清浄度と溶接部４の大気
からの隔離性を保持し、ウインドウ１１、１２の熱レン
ズ効果を防止する手段を講じればよい。このため、図９
のレ−ザ溶接装置のレ−ザビ−ム照射中における溶接部
４でのパワ−密度変化及び集光鏡２の焦点位置の移動状
況におよぼすウインドウ１１、１２の影響を詳細に調査
した。この結果、レ−ザ発振器内ウインドウ１１は熱レ
ンズ効果にほとんど影響を与えず、空気とシ−ルドガス
を仕切っているビ−ム伝送路３内のウインドウ１２のみ
が、熱レンズ効果に大きな影響を与えることを確認し、
前記ビ−ム伝送路３内のウインドウ１２の熱レンズ効果
を防止すればよいことが判明した。本発明はこの様な知
見を基に完成したものである。

【００１４】本発明のうち請求項１記載の発明は、
（Ａ）レ−ザ発振器１０で発生したレ−ザビ−ム１を伝
送するビ−ム伝送路３内を清浄空気９で充填させるため
の、前記ビ−ム伝送路３に設けられた空気供給口８と、
（Ｂ）集光鏡２からのレ−ザビ−ム１が通過するように
前記ビ−ム伝送路３に設けられた開口部１８を有し、
（Ｃ）前記開口部１８と溶接部４との間にあって、前記
開口部１８からの前記清浄空気９が逃げるための隙間３
０を有して設けられ、（Ｄ）前記溶接部４に対してシ−
ルドガス７を吹き付けるためのシ−ルドガス供給部６を
備えてなることを特徴とするものである。

【００１５】すなわち、本発明のレ−ザ溶接装置はレ−
ザ発振器１０から溶接部４までのレ−ザビ−ム光路内に
ウインドウを配置しない構造となり、前記ビ−ム伝送路
３内を清浄空気９で充填させた状態にして開口部１８を
設け、この開口部１８から集光されたレ−ザビ−ムに対
して、別途のシ−ルドガス供給部６、１５によって前記
溶接部４に対してシ−ルドガス７を吹きつける構造とな
る。

【００１６】さらに詳細に説明する。（イ）本発明のレ
−ザ溶接装置はビ−ム伝送路内にウインドウを配置しな
い構造にすることによって、前記ウインドウの熱レンズ
効果は発生しないようになる。（ロ）前記ビ−ム伝送路
内を清浄空気で充填させるため、前記ビ−ム伝送路に空
気供給口を設け、集光鏡からのレ−ザビ−ムが通過する
ように前記ビ−ム伝送路に開口部を設け、前記開口部か
らの前記清浄空気を逃がす構造にすることによって、粉
塵や溶接時に発生するヒュ−ム等の前記ビ−ム伝送路内
への侵入が防止できるようになる。（ハ）溶接部に対し
てシ−ルドガスを吹きつけシ−ルドガス供給部を備える
ことによって、前記溶接部を大気から隔離することが出
来るようになる。

【００１７】また請求項２記載の発明は、請求項１記載
の発明の構成のうち、シ−ルドガス供給部１５に、集光
鏡２で集光されたレ−ザビ−ムが通過する中心通路３１
と、この中心通路３１の下端から溶接部４に向かう第１
ノズル１６を設けることを特徴とするものである。この
第１ノズル１６を設けることによって、前記溶接部４へ
周りからシ−ルドガスを吹きつける構造となり、前記溶
接部４の大気との隔離性をさらに向上させるようにな
る。

【００１８】また請求項３記載の発明は、請求項２記載
の発明の構成に加えて、集光鏡２で集光されたレ−ザビ
−ム１が通過する中心通路３１に、前記第１ノズル１６
に逆方向に吹き出すと第２ノズル１７が設けることを特
徴とするものである。前記第２ノズル１７を設けること
によって、前記第１ノズル１６より生ずる随伴流を防止
することにより、溶接部４への空気の巻き込みを防止出
来るようになる。

【００１９】また請求項４記載の発明は、請求項２又は
請求項３記載の発明の構成に加えて、シ−ルドガス供給
部１５の下端に冷却するための水冷部３２を設けること
を特徴とするものである。この水冷部３２を設けること
によって、溶接部４で発生したレ−ザ誘起プラズマによ
る前記シ−ルドガス供給部１５のノズルの溶融、溶け落
ちが発生を防止出来るようになり、安定した溶接状態が
得られるようになる。

【００２０】また請求項５記載の発明は、請求項１記載
の発明の構成に加えて、シ−ルドガス供給部１５と開口
部１８との間の隙間３０にエア−カ−テンを形成するた
めの吹き出し手段２０を設けられることを特徴とするも
のである。前記エア−カ−テンを形成するための吹き出
し手段２０を設けることによって、質量が大きくかつ飛
散速度の速いスパッタの侵入を防止出来るようになる。

【００２１】また請求項６記載の発明は、（Ａ）レ−ザ
発振器１０で発生したレ−ザビ−ム１を伝送するビ−ム
伝送路３内をシ−ルドガス７で充填させるため、前記ビ
−ム伝送路３に設けられたシ−ルドガス供給口１３と、
（Ｂ）集光鏡２からのレ−ザビ−ム１が通過するように
覆うとともに、溶接部４に対しシ−ルドガス７を導くた
め前記ビ−ム伝送路３に接続されたセンタ−ノズル１４
を備えてなることを特徴とするものである。レ−ザ発振
器１０から溶接部４までのレ−ザビ−ム光路内にウイン
ドウを配置しない構造であり、前記ビ−ム伝送路３内を
シ−ルドガス７で充填させた状態で、前記溶接部４に対
して前記シ−ルドガス７を吹きつける構造となる。これ
らによって、前記ウインドウの熱レンズ効果の発生防
止、粉塵や溶接時に発生するヒュ−ム等の前記ビ−ム伝
送路内への侵入防止、前記溶接部を大気から隔離するこ
とが出来るようになる。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図１ない
し図８を用いて説明する。本発明に係わるレ−ザ溶接装
置は図１に示すように、（Ａ）レ−ザ発振器１０と、
（Ｂ）このレ−ザ発振器１０で発生したレ−ザビ−ム１
を伝送するビ−ム伝送路３と、（Ｃ）このビ−ム伝送路
３の端に設けられ、前記レ−ザビ−ム１を反射して被溶
接物の溶接部４に集光させる集光鏡２と、（Ｄ）この集
光鏡２からのレ−ザビ−ムが通過するよう、前記ビ−ム
伝送路３に設けられた開口部１８と、（Ｅ）前記ビ−ム
伝送路３内を清浄空気で充填させるため、前記ビ−ム伝
送路３に設けられた空気供給口８と、（Ｆ）前記開口部
１８と前記溶接部４との間であって、前記開口部１８か
らの前記清浄空気が逃げるための隙間３０を有して設け
られ、（Ｇ）前記溶接部４に対しシ−ルドガスを吹き付
けるためのシ−ルドガスノズル６とを備えてなってい
る。

【００２３】（Ａ）レ−ザ発振器１０は公知のものであ
り、ウインドウ１１から平行なレ−ザビ−ム１を発す
る。（Ｂ）ビ−ム伝送路３はこのレ−ザビ−ム１を集光
鏡２へ導く筒形状で、外部の粉塵等がビ−ム伝送路３内
へ侵入させないように清浄空気が充填された状態で、レ
−ザビ−ム光路内にウインドウを配置しない構造となっ
ている。（Ｃ）集光鏡２は前記ビ−ム伝送路３の端を塞
ぐように設けられ、斜め配置の放物面状の反射鏡で、前
記レ−ザビ−ム１を約９０°方向転換させて反射して被
溶接物の溶接部４にレ−ザビ−ム１を集光させる構造と
なっている。この集光鏡２は銅やアルミニュウム等の熱
伝導率の良い材料で製作され、背面側から水冷されてい
る。（Ｄ）開口部１８は前記集光鏡２からのレ−ザビ−
ムが通過するように前記ビ−ム伝送路３の下側に円形状
の開口として設けられている。前記ビ−ム伝送路３の内
部の清浄度を保つために、この開口部１８から清浄空気
が排出されている。（Ｅ）空気供給口８は前記ビ−ム伝
送路３の前記レ−ザ発振器１０付近に設けられ、前記ビ
−ム伝送路３内の清浄度を高めるために、空気圧縮機等
から供給される清浄空気の導入口である。（Ｆ）前記開
口部１８と前記溶接部４との間に設けられた隙間３０は
前記開口部１８から排出される前記清浄空気をレ−ザ溶
接装置の系外へ導くもので、前記溶接部４に発生するヒ
ュ−ム等を合わせて系外へ導かれる。（Ｇ）シ−ルドガ
スノズル６は前記溶接部４を大気から隔離するために、
シ−ルドガスとして使用されるＡｒやＨｅ等の不活性ガ
スを前記溶接部４に吹き付ける構造になっている。吹き
付け方法は一方向だけでなく、溶接部の周囲に吹き付け
る構造にすることができる。なお、ＡｒやＨｅ等の不活
性ガスはボンベ又は液体ガスの気化器等から供給され
る。

【００２４】以上述べた構造のようなレ−ザ溶接装置は
以下のように作動する。 （イ）レ−ザビ−ムが通過する光路内はレ−ザ発振器１
０から溶接部４までの間にウインドウを配置しない構造
になっている。ウインドウを使用しないので、前記ウイ
ンドウの熱レンズ効果による溶接中の焦点位置の移動は
発生しない。この結果、溶接部のレ−ザビ−ムのパワ−
密度変化は生ぜず、溶接部の溶け込み量の変化がなく、
溶け込み不足等による溶接欠陥の発生がなく、品質の安
定した溶接部材が得られている。（ロ）また清浄空気を
空気供給口８からビ−ム伝送路３内部に供給し、集光鏡
２下開口部１８から排出する構造になっている。清浄空
気はビ−ム伝送路３内に充填され、外部の粉塵等がビ−
ム伝送路３内への侵入防止を図ると共に、ビ−ム伝送路
３内の清浄度を高める。ビ−ム伝送路３内で発生する粉
塵も、清浄空気により、集光鏡２下開口部１８から排出
される。さらに前記開口部１８と前記溶接部４との間に
設けられた隙間３０は排出された清浄空気をレ−ザ溶接
装置の系外へ導くもので、溶接部に発生するヒュ−ム等
を合わせて系外へ導かれる。このように、ビ−ム伝送路
３内の清浄度がを高められることにより、レ−ザ発振器
１０で発振されたレ−ザビ−ム１は途中での粉塵等によ
る減衰はなく集光鏡に達し、集光鏡でレ−ザビ−ムを被
溶接物の溶接部へ集光させられる。さらに、ヒュウ−ム
等が前記ビ−ム伝送路３に侵入による前記集光鏡２の汚
染が防止され、前記集光鏡２の反射率が変化しない。こ
の結果、溶接部のレ−ザビ−ムのパワ−密度変化は生ぜ
ず、溶接部の溶け込み量の変化がなく、連続して、安定
した溶接状態が得られている。（ハ）さらに、シ−ルド
ガスをシ−ルドガスノズル６から溶接部４に向けて吹き
つける構造になっている。前記シ−ルドガスとして用い
られるＡｒやＨｅ等の不活性ガスは前記溶接部４を大気
から隔離し、溶接部の酸化、空気の混入による空孔等の
溶接欠陥発生を防止している。特に、アルミニュウム等
の活性な金属にはシ−ルドガスは不可欠で、溶接部の外
観変色、表面の滑らかさの改善にも、大きく寄与してい
る。さらに、ＡｒやＨｅ等の不活性ガスは溶接部でのレ
−ザ誘起プラズマの発生低減を制御する機能を果たし、
プラズマにより高温に曝し続けられた前記シ−ルドガス
ノズル６の下端の溶融、溶け落ちの発生を防止にも寄与
している。この結果、溶接欠陥の発生がなく、品質のよ
い溶接部材が得られている。

【００２５】また大気からの隔離性を向上させるため、
図２に示すように環状シ−ルドガスノズル１５を用いる
ことが好ましい。この環状シ−ルドガスノズル１５に、
集光鏡２で集光されたレ−ザビ−ムが通過する中心通路
３１と、この中心通路３１の下端から溶接部４に向かう
第１ノズル１６を設置する。この第１ノズル１６を設置
することによって、前記溶接部４へ周りから均一にシ−
ルドガス７を吹きつける構造となり、前記溶接部４の大
気との隔離性がさらに向上するようになっている。前記
第１ノズル１６のガス吹き出し口の形状は図３に示すよ
うに連続した円周状のスリットでも良く、また図４に示
すように小さな穴が円周状に配置されたものでもよい。

【００２６】ところで、前記第１ノズル１６により中心
通路３１に空気の随伴流が生じる。この随伴流を防止す
るため、図５に示すように環状シ−ルドガスノズル１５
の内側（レ−ザビ−ムの通路側）に前記第１ノズル１６
と逆方向に吹き出す第２ノズル１７を設け、シ−ルドガ
ス７を吹き出させる。前記第２ノズル１７を設置するこ
とによって、前記第１ノズル１６により生じる空気の随
伴流を相殺し、環状シ−ルドガスノズル１５の中心通路
３１の下側からの溶接部４への空気の巻き込みを阻止し
ている。

【００２７】また、第１ノズル１６は溶接部４に近づけ
る程、大気との隔離効果は確実となる。その反面、シ−
ルドガス供給部１５の溶融、溶け落ちが生じる恐れがあ
る。この溶融、溶け落ち防止のため、図６に示すよう
に、シ−ルはドガス供給部１５の下端に冷却するための
水冷部３２を設けることが好ましい。この水冷部３２を
設けることによって、溶接部４で発生したレ−ザ誘起プ
ラズマにより高温に曝し続けられた前記シ−ルドガス供
給部１５の下端の溶融、溶け落ちの発生を防止出来、第
１ノズル１６の寿命も向上し、安定した溶接状態が得ら
れている。

【００２８】また、溶接部４と開口部１８までの距離が
短い場合、溶接時に発生する、質量が大きくかつ飛散速
度の速いスパッタが集光鏡２まで侵入することがある。
この侵入防止のため、図７に示すように、溶接部４から
集光鏡２に向かって飛散するスッパタ２３をエア−カ−
テンノズル２０から吹き出される高速の空気（エア−カ
−テン）により吹き飛ばすことが好ましい。このエア−
カ−テンにより、集光鏡の汚染は大幅に低減され、集光
鏡の反射率が安定し、長時間安定した溶接状態を得られ
るようになった。

【００２９】本発明に係わる他のレ−ザ溶接装置は図８
に示すように、（Ａ）レ−ザ発振器１０と、（Ｂ）この
レ−ザ発振器１０で発生したレ−ザビ−ム１を伝送する
ビ−ム伝送路３と、（Ｃ）このビ−ム伝送路３の端に設
けられ、前記レ−ザビ−ム１を反射して被溶接物の溶接
部４に集光させる集光鏡２と、（Ｄ）この集光鏡２から
のレ−ザビ−ムが通過するよう覆うとともに、前記溶接
部４に対しシ−ルドガスを吹き付けるため前記ビ−ム伝
送路３に接続されたセンタ−ノズル１４と、（Ｅ）前記
ビ−ム伝送路３内をシ−ルドガスで充填させるためとと
もに、前記シ−ルドガスを前記センタ−ノズル１４に導
くために前記ビ−ム伝送路３に設けられたシ−ルドガス
供給口１３とを備えてなっている。

【００３０】図１と異なる部分は（Ｄ）のセンタ−ノズ
ルがビ−ム伝送路と接続された構造と、（Ｅ）のシ−ル
ドガス供給口がビ−ム伝送路内設けられた構造である。
（Ｄ）のセンタ−ノズル１４は集光鏡２からのレ−ザビ
−ムが通過するよう覆うとともにビ−ム伝送路３に接続
された構造である。さらに、前記センタ−ノズル１４は
シ−ルドガスとして使用されるＡｒやＨｅ等の不活性ガ
スを前記溶接部４に吹き付け、溶接部４を大気から隔離
する構造になっている。シ−ルドガスの噴射方向はレ−
ザビ−ムの照射と同じ方向となっており、溶接部に発生
するヒュウムやスパッタ等のビ−ム伝送路への侵入を防
止する構造になっている。（Ｅ）のシ−ルドガス供給口
１３は前記ビ−ム伝送路３の前記レ−ザ発振器１０付近
に設けられ、前記ビ−ム伝送路３内の清浄度を高めると
ともに、前記シ−ルドガスを前記センタ−ノズル１４に
導くためのシ−ルドガスの導入口である。なお、シ−ル
ドガスとして使用されるＡｒやＨｅ等の不活性ガスはボ
ンベ又は液体ガスの気化器等から供給される。

【００３１】以上述べた構造のようなレ−ザ溶接装置は
以下のように作動する。 （イ）図１と同様に、レ−ザビ−ムが通過する光路内は
レ−ザ発振器１０から溶接部４までのレ−ザビ−ム光
路内にウインドウを配置しない構造になっている。ウイ
ンドウを使用しないので、前記ウインドウの熱レンズ効
果による溶接中の焦点位置の移動が発生しない。この結
果、溶接部のレ−ザビ−ムのパワ−密度変化は生ぜず、
溶接部の溶け込み量の変化がなく、溶け込み不足等によ
る溶接欠陥の発生がなく、品質の安定した溶接部材が得
られている。（ロ）またシ−ルドガスをシ−ルドガス供
給口１３からビ−ム伝送路３内部に供給し、センタ−ノ
ズル１４から溶接部４に向けて吹きつける構造になって
いる。シ−ルドガスを前記ビ−ム伝送路３内に充填さ
せ、外部の粉塵等が前記ビ−ム伝送路３内へ侵入防止を
図ると共に、前記ビ−ム伝送路３内の清浄度を高める。
前記ビ−ム伝送路３内で発生する粉塵も、シ−ルドガス
により前記センタ−ノズル１４から排出される。さら
に、シ−ルドガスをセンタ−ノズル１４から溶接部４に
向けて吹きつける構造になっている。シ−ルドガスの噴
射方向はレ−ザビ−ムの照射と同じ方向となり、前記溶
接部４に発生するヒュウム等の前記ビ−ム伝送路３への
侵入を防止出来る。このように、ビ−ム伝送路内の清浄
度がを高められることにより、レ−ザ発振器で発振され
たレ−ザビ−ムは途中での粉塵等による減衰はなく集光
鏡に達し、集光鏡でレ−ザビ−ムを被溶接物の溶接部へ
集光させられる。さらに、ヒュウ−ム等がビ−ム伝送路
に侵入による集光鏡の汚染が防止され、集光鏡の反射率
が変化しない。シ−ルドガスとして用いられるＡｒやＨ
ｅ等の不活性ガスは溶接部を大気から隔離し、溶接部の
酸化、空気の混入による空孔等の溶接欠陥発生を防止し
ている。特に、アルミニュウム等の活性な金属にはシ−
ルドガスは不可欠で、溶接部の外観変色、表面の滑らか
さの改善にも、大きく寄与している。さらに、ＡｒやＨ
ｅ等の不活性ガスは溶接部でのレ−ザ誘起プラズマの発
生低減を制御する機能を果たし、プラズマにより高温に
曝し続けられたセンタ−ノズルの下端の溶融、溶け落ち
の発生を防止にも寄与している。この結果、溶接部のレ
−ザビ−ムのパワ−密度変化は生ぜず、溶接部の溶け込
み量の変化がなく、連続して、安定した溶接状態が得ら
れている。

【００３２】

【実施例１】本発明の実施例を図１を用いて説明する。
本実施例に係わるレ−ザ溶接装置は、図１に示すよう
に、レ−ザビ−ム１はレ−ザ発振器１０からビ−ム伝送
路３を通り、集光鏡２により溶接部４に集光される。前
記ビ−ム伝送路３内の前記集光鏡２の汚染を防止するた
め、前記レ−ザ発振器１０近傍の空気供給口８から清浄
空気が供給され、前記集光鏡２下の開口部１８への溶接
部４からのヒュ−ムの侵入を防止するように排出され
る。シル−ドガスとしてＡｒガスを３０ｌ／分供給し、
レザ−出力を３ｋＷとして、焦点位置におけるレ−ザビ
−ムのパワ−密度を測定した。

【００３３】その結果、図９に示すウインドウ１２を設
置した従来法では、ビ−ム照射開始時２．８ｘ１０⁶ Ｗ
／ｃｍ² から照射１分後に１．０ｘ１０⁶ Ｗ／ｃｍ² の
パワ−密度の低下が生じた。本発明ではビ−ム照射１分
後においても２．８ｘ１０⁶Ｗ／ｃｍ² のままであり、
レ−ザビ−ムのパワ−密度の変化は全く生じなった。ま
た焦点距離の変化量は従来装置で２ｍｍ程度であったも
のが、本発明では焦点位置の移動は認められなった。さ
らに板厚３ｍｍ、溶接長５００ｍｍのステンレス鋼（Ｓ
ＵＳ３０４）板について、レザ−出力を３ｋＷ、溶接速
度１ｍ／分で溶接を行ったところ図９に示す従来法では
溶接開始時は貫通溶接であったのが、溶接後半では部分
溶け込み溶接に変化した。一方、本発明では溶接部全長
に渡って安定した貫通溶接を得ることができた。

【００３４】

【実施例２】本実施例は図１に示すレ−ザ溶接装置に、
溶接部のシ−ルドガスノズル６に図６に示す水冷機構を
有する環状シ−ルドガスノズル１５を用い、溶接部へシ
−ルドガスを吹き出す第１ノズル１６と、前記環状シル
−ドガスノズル１５の内側（レ−ザビ−ムの通路側）に
逆方向へのガス吹き出す第２ノズル１７を設け、溶接試
験を行った。シル−ドガスとしてＨｅガスを４０ｌ／
分、冷却水を１ｌ／分供給し、前記の実施例１と同様に
板厚３ｍｍ、溶接長５００ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＳ
３０４）板について、レザ−出力を３ｋＷ、溶接速度１
ｍ／分で溶接を行った。この結果、図９に示す従来法で
は、溶接開始時の貫通溶接から、溶接後半では部分溶け
込み溶接に変化していたのに対し、本発明では溶接部全
長に渡って安定した貫通溶接であり、表面変色の少ない
溶接部を得ることができた。

【００３５】

【実施例３】本実施例は図１に示すレ−ザ溶接装置に、
溶接部のシ−ルドガスノズル６に図７に示す環状シ−ル
ドガスノズル１５を用い、さらに環状シ−ルドガスノズ
ルと集光鏡との間にエア−カ−テンを形成するノズル２
０を配置し、溶接試験を行った。シル−ドガスとしてＡ
ｒガスを３０ｌ／分供給し、板厚３ｍｍ、溶接長５００
ｍｍのアルミ鋼（Ａ５０５２）板について、レザ−出力
を３ｋＷ、溶接速度１．５ｍ／分とし、エア−カ−テン
ノズル２０から３００ｌ／分の空気を吹き出し、エア−
カ−テンを形成して溶接を行った。

【００３６】この結果、図９に示す従来法では溶接開始
時の貫通溶接から、溶接後半では部分溶け込み溶接に変
化していたものが、本発明では溶接部全長に渡って安定
した貫通溶接を得ることができた。また図９に示す従来
法では溶接中のスパッタにより集光鏡が汚染し、溶接部
へのレ−ザパワ−の集光鏡の反射率が、延べ溶接長さ１
０ｍの時点で、初期の９５％に低下したのに対し、エア
−カ−テンノズルを配置した本発明は１０ｍ溶接後でも
レ−ザパワ−の集光鏡の反射率の低下は認められなっ
た。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項１記載の発明はレ−ザ発振器から溶接部までのレ−ザ
ビ−ム光路内にウインドウを配置しない構造となり、前
記ビ−ム伝送路内を清浄空気で充填させた状態で、前記
溶接部に対してシ−ルドガスを吹きつける構造となる。
これらにより、ウインドウの熱レンズ効果の発生防止、
粉塵や溶接時に発生するヒュ−ム等のビ−ム伝送路内へ
の侵入防止及び溶接部を大気から隔離することを可能と
するものである。

【００３８】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明の効果に加え、溶接部の大気との隔離性をさらに向上
させるものである。請求項３記載の発明は、請求項２記
載の発明の効果に加えて、シ−ルドガスによる溶接部へ
の空気の巻き込みを防止することを可能とするものであ
る。請求項４記載の発明は、請求項２又は請求項３記載
の発明の効果に加えて、溶接部で発生したレ−ザ誘起プ
ラズマによるシ−ルドガス供給部のノズルの溶融、溶け
落ちを防止することを可能とするものである。請求項５
記載の発明は、請求項１記載の発明の効果に加えて、質
量が大きくかつ飛散速度の速いスパッタのビ−ム伝送路
への侵入を防止することを可能とするものである。

【００３９】また請求項６記載の発明は、レ−ザ発振器
から溶接部までのレ−ザビ−ム光路内にウインドウを配
置しない構造であり、前記ビ−ム伝送路内をシ−ルドガ
スで充填させた状態で、前記溶接部に対して前記シ−ル
ドガスを吹きつける構造となる。これらにより、ウイン
ドウの熱レンズ効果の発生防止、粉塵や溶接時に発生す
るヒュ−ム等のビ−ム伝送路内への侵入防止および、溶
接部を大気から隔離することを可能とするものである。

【００４０】以上本発明により、ウインドウの熱レンズ
効果の発生防止、粉塵や溶接時に発生するヒュ−ム等の
ビ−ム伝送路内への侵入防止及び溶接部を大気から隔離
することを可能としたことにより、溶接欠陥の発生及び
溶け込み変化がなく、安定して品質のよい溶接部材を得
ることが出来るようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレ−ザ溶接装置の構成図である。

【図２】レ−ザ溶接装置の好ましいシ−ルドガス供給部
の構成図である。

【図３】図２のＡ−Ａ' 断面を示すものであり、ガス吹
き出し口の断面図である。

【図４】図２のＡ−Ａ' 断面を示すものであり、ガス吹
き出し口の断面図である。

【図５】レ−ザ溶接装置の更に好ましいシ─ルドガス供
給部の構成図である。

【図６】レ−ザ溶接装置の更に好ましいシ─ルドガス供
給部の構成図である。

【図７】レ−ザ溶接装置の更に好ましいレ−ザ照射部の
構成図である。

【図８】本発明の他のレ−ザ溶接装置の構成図である。

【図９】従来例のレ−ザ溶接装置の構成図である。

【符号の説明】

１ レ−ザビ−ム ２ 集光鏡 ３ ビ−ム伝送路 ４ 溶接部 ５ 被溶接材 ６ シ−ルドガスノズル ７ シ−ルドガスの流れを示す矢印 ８ 空気供給口 ９ 空気の流れを示す矢印 １０ レ−ザ発振器 １１ レ−ザ発振器内ウインドウ １２ ウインドウ １３ シ−ルドガス供給口 １４ センタ−ノズル １５ 環状シ−ルドガスノズル １６ 第１ノズル １７ 第２ノズル（逆方向ガス吹き出し口） １８ 開口部 １９ 冷却水の流れを示す矢印 ２０ エア−カ−テンノズル ２１ エア−カ−テン用空気の流れを示す矢印 ２２ エア−カ−テン空気の流れを示す矢印 ２３ スッパタの流れを示す矢印 ２４ 冷却水供給口 ２５ 冷却水排出口 ３０ 隙間 ３１ 中心通路 ３２ 水冷部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レ−ザ発振器１０と、 このレ−ザ発振器１０で発生したレ−ザビ−ム１を伝送
   するビ−ム伝送路３と、このビ−ム伝送路３の端に設け
   られ、前記レ−ザビ−ム１を反射して被溶接物の溶接部
   ４に集光させる集光鏡２と、 この集光鏡２からのレ−ザビ−ムが通過するよう、前記
   ビ−ム伝送路３に設けられた開口部１８と、 前記ビ−ム伝送路３内を清浄空気で充填させるため、前
   記ビ−ム伝送路３に設けられた空気供給口８と、 前記開口部１８と前記溶接部４との間であって、前記開
   口部１８からの前記清浄空気が逃げるための隙間３０を
   有して設けられ、前記溶接部４に対しシ−ルドガスを吹
   き付けるためのシ−ルドガス供給部６、１５と、 を備えてなることを特徴とするレ−ザ溶接装置。
2. 【請求項２】 前記シ−ルドガス供給部６、１５は、前
   記集光鏡２で集光されたレ−ザビ−ムが通過する中心通
   路３１と、この中心通路３１の下端から前記溶接部４に
   向かう第１ノズル１６が設けられてなることを特徴とす
   る請求項１記載のレ−ザ溶接装置。
3. 【請求項３】 前記第１ノズル１６により中心通路３１
   に生じる随伴流を防止するため、前記中心通路３１に設
   けられ、前記第１ノズル１６と逆方向に吹き出す第２ノ
   ズル１７が設けられたことを特徴とする請求項２記載の
   レ−ザ溶接装置。
4. 【請求項４】 前記シ−ルドガス供給部１５の下端を冷
   却するための水冷部３２が設けられたことを特徴とする
   請求項２又は請求項３記載のレ−ザ溶接装置。
5. 【請求項５】 前記シ−ルドガス供給部１５と前記開口
   部１８との間の隙間３０にエア−カ−テンを形成するた
   めの吹き出し手段２０が設けられたことを特徴とする請
   求項１記載のレ−ザ溶接装置。
6. 【請求項６】 レ−ザ発振器１０と、 このレ−ザ発振器１０で発生したレ−ザビ−ム１を伝送
   するビ−ム伝送路３と、このビ−ム伝送路３の端に設け
   られ、前記レ−ザビ−ム１を反射して被溶接物の溶接部
   ４に集光させる集光鏡２と、 この集光鏡２からのレ−ザビ−ム１が通過するように覆
   うとともに、前記溶接部４に対しシ−ルドガスを吹き付
   けるため前記ビ−ム伝送路３に接続されたセンタ−ノズ
   ル１４と、 前記ビ−ム伝送路３内をシ−ルドガスで充填させるため
   とともに、前記シ−ルドガスを前記センタ−ノズル１４
   に導くために前記ビ−ム伝送路３に設けられたシ−ルド
   ガス供給口１３と、 を備えてなることを特徴とするレ−ザ溶接装置。