JPH10137965A - Ｙａｇレーザ合成方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の低出力パルスレーザビームを合成して
高出力レーザビームとし、且つこの高出力レーザビーム
を溶接に最適なビームモードに調整することができるＹ
ＡＧレーザ合成方法及びその装置を提供する。 【解決手段】 パルス変調した連続発振レーザビームａ
とパルス発振レーザビームｂとを、光ファイバー１，２
によってそれぞれファイバーｔｏファイバーのレーザビ
ーム合成器７へ伝送しこのレーザビーム合成器７で合成
して他の一本の光ファイバー５に入射することにより、
１本の高出力レーザビームｃにすると共に、パルス変調
した連続発振レーザビームａのベース出力部分ａ₁ に、
パルス発振レーザビームｂの高密度のパルスピークを設
定するように完全同期させることにより、前記１本の高
出力レーザビームｃの出力波形を、あたかも連続したよ
うな一定出力波形とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＹＡＧレーザ合成方
法及びその装置に関し、特に複数の低出力ＹＡＧレーザ
ビームを合成した高出力ＹＡＧレーザビームによって、
厚肉のボイラチューブの突合せ溶接等を行うＹＡＧレー
ザ合成溶接機に適用して有用なものである。

【０００２】

【従来の技術】図３は従来のＹＡＧレーザ合成溶接機の
構成図、図４は従来のＹＡＧレーザ合成方法の一例を示
す説明図である。

【０００３】図３に示すように、従来のＹＡＧレーザ合
成溶接機では、ＹＡＧレーザビームであるａ系レーザビ
ームとｂ系レーザビームとを、ａ系入射ファイバー０１
とｂ系入射ファイバー０２とによりそれぞれ伝送してレ
ーザビーム合成器兼用の出射光学レンズ系０３へ入射す
ると共に、この出射光学レンズ系０３によって両レーザ
ビームを合成し、この合成レーザビーム０６をワーク０
４の溶接部へ照射して溶接を行う。

【０００４】この場合、ａ系レーザビームはパルス変調
した連続発振レーザビームであって、図４（ａ）に示す
ような出力波形を有しており、ｂ系レーザビームはパル
ス発振レーザビームであって、図４（ｂ）に示すような
出力波形を有している。そして、これらのａ系レーザビ
ームとｂ系レーザビームとを合成して、図４（ｃ）に示
すような出力波形を有する合成レーザビーム０６とす
る。なお、両者のレーザビームは、完全に同期されてい
ないため、多少のタイムラグを生じている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
のＹＡＧレーザ合成溶接機おける合成方法では、次のよ
うな問題点がある。

【０００６】 両入射ファイバー０１，０２から入射
されたレーザビームをレーザビーム合成器兼用の出射光
学レンズ系０３によって合成する方法ではビーム軸が完
全な同軸ではないこと及びレーザビームが同期制御され
ていないことから、溶融プールの対流の乱れを生じ易く
良好な溶接性が得られない。 また、パルス波形によるレーザビームの間欠状態に
より溶接欠陥を生じ易いという問題が、特にパルスレー
ザを使用する場合に起こり易いという欠点がある。

【０００７】従って本発明は上記従来技術に鑑み、複数
の低出力パルスレーザビームを合成して高出力レーザビ
ームとし、且つこの高出力レーザビームを溶接に最適な
ビームモードに調整することができるＹＡＧレーザ合成
方法及びその装置を提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明のＹＡＧレーザ合成方法は、低出力のＹＡＧレーザビ
ームを合成して高出力のＹＡＧレーザビームを得るＹＡ
Ｇレーザ合成方法であって、複数の低出力パルスレーザ
ビームを、複数の光ファイバーによってそれぞれレーザ
ビーム合成器へ伝送しこのレーザビーム合成器で合成し
て他の一本の光ファイバーに入射することにより、１本
の高出力レーザビームにすると共に、前記複数の低出力
パルスレーザビームの出力波形は高密度で繰り返すパル
ス波形であって且つ位相を相互に順次ずらしたパルス波
形モードとして、前記１本の高出力レーザビームの出力
波形を、あたかも連続したような波形とすることを特徴
とする。

【０００９】また、本発明のＹＡＧレーザ合成装置は、
低出力のＹＡＧレーザビームを合成して高出力のＹＡＧ
レーザビームを得るＹＡＧレーザ合成装置であって、複
数の低出力パルスレーザビームを、複数の光ファイバー
によってそれぞれレーザビーム合成器へ伝送しこのレー
ザビーム合成器で合成して他の一本の光ファイバーに入
射することにより、１本の高出力レーザビームにすると
共に、前記複数の低出力パルスレーザビームの出力波形
は高密度で繰り返すパルス波形であって且つ位相を相互
に順次ずらしたパルス波形モードとして、前記１本の高
出力レーザビームの出力波形を、あたかも連続したよう
な波形とするよう構成したことを特徴とする。

【００１０】従って、本発明のＹＡＧレーザ合成方法及
びその装置の作用は、次の通りである。

【００１１】 光ファイバーから光ファイバーへの伝
送によるレーザビームの合成方法であるため、合成した
高出力レーザビームの特性はシングルレーザと同じよう
にガウシアンモードのエネルギー密度分布が得られ易
く、従って、この高出力レーザビームでワークを溶接す
る場合（出射光学レンズ系でビームを絞る）、ワークへ
の熱エネルギーの投入も均一で安定し、溶接性が良好と
なる。 複数の低出力パルスレーザビームを同期制御するこ
とで、出力波形の乱れが生じにくく、溶接性が安定す
る。 複数の低出力パルスレーザビームの出力波形は高密
度で繰り返すパルス波形であって且つ位相を相互に順次
ずらしたパルス波形モードとして、１本の高出力レーザ
ビームの出力波形をあたかも連続したような波形とする
ことにより、即ち前記複数の低出力パルスレーザビーム
のピーク出力が連続したような状態とすることにより、
出力の高い通常の連続発振レーザと同じ良好な溶接性が
得られる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき詳細に説明する。

【００１３】図１は本発明の実施の形態に係るＹＡＧレ
ーザ合成溶接機の構成図、図２は本発明の実施の形態に
係るＹＡＧレーザ合成方法の一例を示す説明図である。

【００１４】図１に示すように、本実施の形態に係るＹ
ＡＧレーザ合成溶接機は、２本の光ファイバー１，２に
よってそれぞれ伝送する低出力ＹＡＧレーザビームを、
ファイバーｔｏファイバーのレーザビーム合成器７によ
り合成し他の１本の光ファイバー５に入射することによ
って、１本の高出力レーザビームとし、更に、この高出
力レーザビームを出射光学レンズ系３で絞り、ワーク４
の溶接部に照射して溶接を行うよう構成されている。

【００１５】詳述すると、一方の光ファイバー（φ０．
８ｍｍ）１によって伝送されるパルス変調した連続発振
レーザビームａと、他方の光ファイバー（φ０．８ｍ
ｍ）２によって伝送されるパルス発振レーザビームｂと
を、互いに直交するようにして、レーザビーム合成器７
に入射するように構成されている。

【００１６】レーザビーム合成器７では、一方のレーザ
ビームａを、レンズ７ａを介して合成レンズ７ｂに投入
すると共に、他方のレーザビームｂを、レンズ７ｃを介
し更にミラー７ｄで反射して同一の合成レンズ７ｂに投
入し、この合成レンズ７ｂにより両レーザビームａ，ｂ
を合成して、光ファイバー１，２よりも太い他の１本の
光ファイバー（φ１．６ｍｍ）５に入射する。これによ
って、最終的に１本の高出力レーザビームｃとする。

【００１７】そしてこのとき、図２（ａ）に示すよう
に、連続発振レーザを約３０〜１００Hzの矩形波パルス
変調し（レーザビームａ）、このパルスに同期して、図
２（ｂ）に示すように、パルス発振レーザを０．５ｍｓ
ｅｃ以下のパルス幅で同一ピーク出力として（レーザビ
ームｂ）合成し、この合成レーザビーム（高出力レーザ
ビームｃ）の出力波形が、図２（ｃ）に示すように、あ
たかも連続する一定出力波形となるように制御する。例
えば、パルスレーザ特有の最大ピーク出力が数１０ｋＷ
の合成出力とし、且つ連続的な出力波形とする。

【００１８】即ち、図２（ｃ）示すように、パルス変調
した連続発振レーザビームａのベース出力部分ａ₁ に、
パルス発振レーザビームｂの高密度のパルスピークを設
定するように完全同期させる。これにより、レーザビー
ムａのピーク出力と、レーザビームｂの高密度のピーク
出力とが連続したような状態となる。

【００１９】更に、図１に示すように、出射光学レンズ
系３では、１本の高出力レーザビームｃのビームを絞り
（レーザビームｃ’）、これをワーク４の溶接部へ照射
する。

【００２０】以上のことから、本実施の形態によれば、
次のような作用効果を奏する。

【００２１】 光ファイバー１，２から光ファイバー
５への伝送によるレーザビームの合成方法であるため、
合成した高出力レーザビームｃの特性はシングルレーザ
と同じようにガウシアンモードのエネルギー密度分布が
得られ易く、従って、この高出力レーザビームｃによっ
てワーク４を溶接すれば、ワーク４への熱エネルギーの
投入も均一で安定し、溶接性が良好となる。 レーザビームａ，ｂを同期制御することで、出力波
形の乱れが生じにくく、溶接性が安定する。 １本の高出力レーザビームｃの出力波形をあたかも
連続したような波形とすることにより、即ちレーザビー
ムａ，ｂのピーク出力が連続したような状態とすること
により、出力の高い通常の連続発振レーザと同じ良好な
溶接性が得られる。

【００２２】従って、厚肉のボイラチューブ等のワーク
４に対し、溶接時に問題となる瞬間的な蒸発現象を制御
しながら、深溶込み溶接が可能となり、溶接性も良好と
なる。

【００２３】

【発明の効果】以上、発明の実施の形態と共に具体的に
説明したように本発明のＹＡＧレーザ合成方法及びその
装置によれば、通常パルス発振レーザのみでは溶接はで
きないとされているが、本発明によって合成した１本の
高出力レーザビームを用いて溶接を行えば、溶接時に問
題となる瞬間的な蒸発現象を制御しながら、深溶込み溶
接が可能となり、その溶接性も良好となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るＹＡＧレーザ合成溶
接機の構成図である。

【図２】本発明の実施の形態に係るＹＡＧレーザ合成方
法の一例を示す説明図である。

【図３】従来のＹＡＧレーザ合成溶接機の構成図であ
る。

【図４】従来のＹＡＧレーザ合成方法の一例を示す説明
図である。

【符号の説明】

１，２，５ 光ファイバー ３ 出射光学レンズ系 ４ ワーク ７ レーザビーム合成器 ７ａ，７ｃ レンズ ７ｂ 合成レンズ ７ｄ ミラー

フロントページの続き (72)発明者 郷田 穂積 長崎県長崎市深堀町五丁目717番１号 三 菱重工業株式会社長崎研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 低出力のＹＡＧレーザビームを合成して
   高出力のＹＡＧレーザビームを得るＹＡＧレーザ合成方
   法であって、 複数の低出力パルスレーザビームを、複数の光ファイバ
   ーによってそれぞれレーザビーム合成器へ伝送しこのレ
   ーザビーム合成器で合成して他の一本の光ファイバーに
   入射することにより、１本の高出力レーザビームにする
   と共に、前記複数の低出力パルスレーザビームの出力波
   形は高密度で繰り返すパルス波形であって且つ位相を相
   互に順次ずらしたパルス波形モードとして、前記１本の
   高出力レーザビームの出力波形を、あたかも連続したよ
   うな波形とすることを特徴とするＹＡＧレーザ合成方
   法。
2. 【請求項２】 低出力のＹＡＧレーザビームを合成して
   高出力のＹＡＧレーザビームを得るＹＡＧレーザ合成装
   置であって、 複数の低出力パルスレーザビームを、複数の光ファイバ
   ーによってそれぞれレーザビーム合成器へ伝送しこのレ
   ーザビーム合成器で合成して他の一本の光ファイバーに
   入射することにより、１本の高出力レーザビームにする
   と共に、前記複数の低出力パルスレーザビームの出力波
   形は高密度で繰り返すパルス波形であって且つ位相を相
   互に順次ずらしたパルス波形モードとして、前記１本の
   高出力レーザビームの出力波形を、あたかも連続したよ
   うな波形とするよう構成したことを特徴とするＹＡＧレ
   ーザ合成装置。