JPH10296471A - 薄板長尺部材のレ−ザ溶接方法及び該方法に使用する装置 - Google Patents

薄板長尺部材のレ−ザ溶接方法及び該方法に使用する装置

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JPH10296471A
JPH10296471A JP9107672A JP10767297A JPH10296471A JP H10296471 A JPH10296471 A JP H10296471A JP 9107672 A JP9107672 A JP 9107672A JP 10767297 A JP10767297 A JP 10767297A JP H10296471 A JPH10296471 A JP H10296471A
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JP
Japan
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welding
laser
laser beam
detector
long member
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JP9107672A
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English (en)
Inventor
Yasuo Takagi
靖夫 高木
Katsuji Motoe
克次 本江
Hiromi Chiba
弘美 千葉
Takanori Igarashi
貴教 五十嵐
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Topy Industries Ltd
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Topy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ステンレス製薄板長尺部材のレ−ザ溶接を、目
はずれを引き起こすことなく安定して実施できる設備費
が安価なレ−ザ溶接方法及び溶接装置を提供する。 【解決手段】YAGレーザ発振機を使用したレ−ザ溶接
によって、薄板のステンレス製長尺部材を形成する方法
及び装置において、該長尺部材の溶接線を接触式検知器
で検知しながら、従来よりビ−ム径を大きくし焦点深度
の有効範囲を広げたレ−ザによって、倣い溶接する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、H形鋼のような
ステンレス製長尺部材を、倣いレ−ザ溶接によって形成
する方法及び該方法に使用する溶接装置に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来、長尺部材を溶接により形成する装
置及び方法としては、下記のものが知られていた。 (1)ア−ク溶接用接触式倣い装置 炭酸ガスをシ−ルドガスとして使用する既存のア−ク溶
接用に採用されている接触式の溶接線倣い装置である。
【0003】(2)テイ−チング方式によるNCレ−ザ
溶接方法及び装置 NC制御のできるロボット等により溶接線をテイ−チン
グし、そのテイ−チングした座標系により溶接するレ−
ザ溶接方法及び装置である。 (3)CCDカメラを用いた溶接線倣いシステム レ−ザのスリット光とCCDカメラで画像処理を施し、
溶接線を検知するシステムである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ステンレス
製薄板長尺部材を、溶接によって形成する方法及び装置
を提供しようとするものであるが、上記(1)の方法で
は、厚さ6〜8mmが限度であり、これより薄いステン
レスの場合は、熱変形するためこの方法を適用すること
は困難である。
【0005】従来のレ−ザ溶接のビ−ム径は、0.5m
m程度と細いものが一般に使用されていた。これは、熱
変形させないため、深さ方向にエネルギ−を与えて、高
速溶接しようとするためである。そのため現在まで、ビ
−ム径を細くし、高速溶接しようとする方向で研究され
てきている。
【0006】従来は、あまり長くない部材をレ−ザ溶接
していたので、上記(2)の方法のように、治工具で拘
束をし且つNC制御のロボット等を用いて溶接線をテイ
−チングの上溶接を行うことができたが、長尺部材の場
合、熱歪みによる部材変形が生じるため、テイ−チング
位置と実部材の溶接線にズレが発生し、その結果目はず
れが生じるので溶接が不可能となる。
【0007】そればかりか、この方法は、溶接毎にテイ
−チング及び治工具での拘束を行わなければならないの
で、6m以上の長尺部材を溶接する場合は、非常に厄介
な作業となる問題もある。
【0008】更に、従来のレ−ザ溶接は、2mm以下の
板厚に対して、入熱制御をするため2〜10m/分の高
速溶接を行うため、接触式検知器を用いた現状の倣いシ
ステムでは、溶接線の倣いは困難であり、そのため現実
に全く実施されていないし、このような発想も全く知ら
れていない。
【0009】一方、上記(3)のCCDカメラ等を用い
た非接触の倣い装置は、画像処理によっては完全に溶接
線を把握できないため、倣い精度は不安定である。それ
ばかりか、レ−ザスリット光や画像処理技術を使用する
ため、装置が高価且つ大型になり、台車などに設置でき
ないので、部材移動方式の溶接方法となる。これを長尺
部材を移動する設備とした場合には、全体的な溶接装置
は、非常に大型なものとなり、設備金額が莫大となる。
【0010】そのため、上記(3)の方法は、実験室レ
ベルでは行われているが、現実に工業的規模では全く実
施されていない。上記理由から明らかなように、ステン
レス製薄板長尺部材のレ−ザ溶接を、目はずれを引き起
こすことなく安定して実施できる安価な装置及び方法は
未だ知られていない。
【0011】この発明のうち請求項1に記載の発明は、
ステンレス製薄板長尺部材のレ−ザ溶接を、目はずれを
引き起こすことなく安定して実施できる設備費が安価な
レ−ザ溶接方法を提供することを目的とする。
【0012】また請求項5に記載の発明は、請求項1に
記載の発明を実施することができる安価な装置を提供す
ることを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のうち請求項1に記載の発明は、YAGレー
ザ発振機を使用したレ−ザ溶接によって、薄板のステン
レス製長尺部材を形成する方法において、該長尺部材の
溶接線を接触式検知器で検知しながら、従来よりビ−ム
径を大きくし焦点深度の有効範囲を広げたレ−ザによっ
て、倣い溶接することを特徴とする。
【0014】また、請求項6に記載の発明は、被溶接部
材である薄板のステンレス製長尺部材を載置する溶接架
台と、該長尺部材の接合部を検知するように配設した接
触式検知器と、該検知器の信号に基づいて溶接部に従来
よりビ−ム径を大きくし焦点深度の有効範囲を広げたレ
−ザを当てるレ−ザ加工ヘッドと、該レ−ザ加工ヘッド
に光フアイバ−を介して結合したYAGレ−ザ発振機
と、前記検知器及び前記レ−ザ加工ヘッドを一緒に溶接
線方向に移動させるように固定した走行台車とを具備し
たことを特徴とする。
【0015】要するに、本発明は、YAGレ−ザ発振機
のビ−ム径を小さくするという現在の技術の方向とは、
全く逆の発想をし、従来全く製作されていなかった薄板
のステンレス製長尺部材を、倣いレ−ザ溶接によって製
作し得るようにしたことを要旨とするものである。
【0016】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を説明
する。本発明で製作するステンレス製薄板長尺部材は、
長尺薄板を溶接して形成されるものであり、例えばH形
鋼、T形鋼、C、L形鋼及びコラム等が挙げられる。溶
接するそれぞれの薄板の厚さは、1〜6mmとするのが
良い。特に厚さ2〜5mmで長さ6m以上の長尺部材
は、従来法では、対応することができないので、特に効
果的である。
【0017】本発明で使用するレ−ザ発振機は、YAG
レ−ザ発振機である。YAGレ−ザは、イットリウム−
アルミニウム−ガ−ネット単結晶に、希土類元素のネオ
ジウムを添加した固体を媒体とした波長1.06μmの
近赤外線に属するレ−ザ光である。
【0018】従来使用されていたYAGレ−ザのビ−ム
径は、0.5mm程度であった。本発明では、長尺の1
〜6mm程度の薄板を溶接するので、ビ−ム径を0.7
mm〜1.0mmにするのが良い。この範囲内であれ
ば、溶接線の目はずれが起こり難くなることと、必要な
溶け込み深さが容易に得られるからである。
【0019】例えば、従来使用されていた100mmの
標準レンズに変えて、160mmの標準レンズを使用す
ると、ビ−ム径は0.7mm程度となり、焦点深度の有
効範囲を2mmと広くできる。その結果、倣い溶接によ
って、長尺の薄板が若干変形しても、溶接線の目はずれ
が起こり難くなる。ビ−ム径を1.0mmより大きくす
ると、溶接ビ−ド幅が広くなり、レーザ溶接の持つ高意
匠性が損なわれるので好ましくない。
【0020】本発明では、2〜6mm程度の長尺の薄板
を溶接するものであるが、強度上の理由から、薄板の厚
さに応じて1〜4mm程度の溶け込み深さが必要であ
る。このような溶け込み深さを得るため、溶接速度は、
300〜2000mm/分程度、好ましくは300〜1
500mm/分と、従来のレ−ザ溶接に比べて遅い速度
とするのが良い。
【0021】図2に示すように、ビ−ム径0.7mmと
したYAGレ−ザで溶接した場合は、図1に示すビ−ム
径0.5mmの従来のYAGレ−ザで溶接した場合と比
べて、ビ−ドの深さは若干浅くなるが、ビ−ドの幅が広
くなっている。また、ビ−ム径を0.7mmとしたYA
Gレ−ザを使用すると、図3に示すように、焦点深度の
有効範囲が広げられる効果も確認されている。
【0022】このことから、ビ−ム径0.7mmのYA
Gレ−ザを使用すると、溶接線から多少ずれても強固に
溶接することができるが、一般的な小ビ−ム径のYAG
レ−ザでは、溶接線からずれると、溶接できなくなるこ
とがわかる。
【0023】図4及び図5は、本発明の溶接装置の実施
例を示すものであり、溶接架台1には、長尺の被溶接部
材2が載置されている。倣い装置3を載せた走行台車9
は、溶接架台1を載置した基台4に固定されたレ−ル1
1上を、長尺の被溶接部材2と平行に走行するようにな
っている。
【0024】接触式検知器5及びレ−ザ加工ヘッド6
は、被溶接部材2の溶接線を倣うように配設され、倣い
装置3のア−ム10に固定され、走行台車3と一緒に移
動するようになっている。接触式検知器5で溶接線を検
知すると、その信号に応じてレ−ザ加工ヘッド6は、溶
接線にレ−ザを当てるように制御されている。
【0025】レ−ザ加工ヘッド6は、光フアイバ−7を
介して、YAGレ−ザ発信機(図示省略)に結合されて
いる。接触式検知器5としては、高精度(検知精度±
0.1mm)の接触式の検知器を使用するのが良く、こ
の検知器5を使用して倣い溶接すれば、倣い精度±0.
3mmとすることができる。
【0026】このように高精度の接触式検知器を使用
し、ビ−ム径0.7〜1.0mmのYAGレ−ザ発振機
を使用し、加工機移動型の台車方式を採用し、従来のレ
−ザ溶接よりも溶接速度を遅くすることによって、6m
以上の長尺薄板部材のレ−ザ溶接が初めて可能となった
ものである。
【0027】図6及び図7は、H形鋼(又はT形鋼)を
すみ肉溶接によって製作する状態を示すものであり、溶
接速度300〜2000mm/分と従来のレ−ザ溶接よ
りも遅い速度で溶接するので、1〜4mm程度の大きな
溶け込み深さ8が形成され、高強度の製品が得られる。
【0028】図8及び図9は、C、L形鋼及びコラムを
突き合わせ溶接によって製作する状態を示すものであ
り、同様に1〜4mm程度の大きな溶け込み深さ8が形
成される。図8の実施例においては、接触式検知器5
は、折曲部が突き合わせ部と平行に配置されている断面
L字形の部材12の折曲部に当接している。これは、接
触式検知器5が折曲部に当接すれば、レ−ザが突き合わ
せ部を照射するように制御して倣うものである。
【0029】本発明によれば、レ−ザのビ−ム径を従来
より大きくすることによって、熱歪みによる溶接変形に
もリアルタイムに追従し、6m以上のステンレス製薄板
長尺部材を接触式倣い方式によって製造することを初め
て可能としたものである。
【0030】このようにレ−ザ溶接を可能としたことに
よって、従来のア−ク溶接では熱変形のため製作できな
かったステンレス製薄板長尺部材の製作が可能となっ
た。また、従来のア−ク溶接では、変色や変形の問題か
ら意匠性が重要視される製品の製作は難しかったが、本
発明の方法によれば、このような製品を容易に製作する
ことができる。
【0031】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明のうち請求項
1に記載の発明によれば、従来技術では製作できないか
製作が極めて困難であり、そのため製作されたことのな
かったステンレス製薄板長尺部材を、レ−ザ溶接によっ
て容易に製作することを可能としたものであり、それ故
極めて画期的な発明である。
【0032】また、請求項6に記載の発明によれば、上
記請求項1に記載の方法を実施する装置を極めて安価に
供することができる。
【0033】
【図面の簡単な説明】
【図1】一般的な小ビ−ム径の従来のYAGレ−ザで溶
接したビ−ド形状のマクロ写真を示すものである。
【図2】本発明に使用するビ−ム径を大きくしたYAG
レ−ザで溶接したビ−ド形状のマクロ写真を示すもので
ある。
【図3】図1及び図2のビ−ドの焦点位置と溶け込み深
さとの関係を示すグラフである。
【図4】本発明の実施例を示す正面図である。
【図5】本発明の実施例を示す側面図である。
【図6】本発明の方法によってすみ肉溶接する状態を示
す側面図である。
【図7】図5A部の拡大図である。
【図8】本発明の方法によって突き合わせ溶接する状態
を示す側面図である。
【図9】図7B部の拡大図である。
【符号の説明】
2 被溶接部材 5 接触式検知器 6 レ−ザ式加工ヘッド 8 溶け込み深さ 9 走行台車
フロントページの続き (72)発明者 五十嵐 貴教 東京都千代田区四番町五番地九 トピー工 業株式会社内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】YAGレーザ発振機を使用したレ−ザ溶接
    によって、薄板のステンレス製長尺部材を形成する方法
    において、該長尺部材の溶接線を接触式検知器で検知し
    ながら、従来よりビ−ム径を大きくし焦点深度の有効範
    囲を広げたレ−ザによって、倣い溶接することを特徴と
    するレ−ザ溶接方法。
  2. 【請求項2】前記ステンレス製長尺部材の厚さが、1〜
    6mmである請求項1に記載の溶接方法。
  3. 【請求項3】前記ステンレス製長尺部材の長さが、6m
    以上である請求項1または2に記載の溶接方法。
  4. 【請求項4】前記YAGレ−ザのビ−ム径が、0.7m
    m〜1.0mmである請求項2または3に記載の溶接方
    法。
  5. 【請求項5】前記検知器と前記レ−ザを発するレ−ザ加
    工ヘッドを移動させる溶接速度が、300〜2000m
    m/分である請求項1〜4のいずれか1項に記載の溶接
    方法。
  6. 【請求項6】被溶接部材である薄板のステンレス製長尺
    部材を載置する溶接架台と、該長尺部材の接合部を検知
    するように配設した接触式検知器と、該検知器の信号に
    基づいて溶接部に従来よりビ−ム径を大きくし焦点深度
    の有効範囲を広げたレ−ザを当てるレ−ザ加工ヘッド
    と、該レ−ザ加工ヘッドに光フアイバ−を介して結合し
    たYAGレ−ザ発振機と、前記検知器及び前記レ−ザ加
    工ヘッドを一緒に溶接線方向に移動させるように固定し
    た走行台車とを具備したことを特徴とするレ−ザ溶接装
    置。
  7. 【請求項7】前記ステンレス製長尺部材の厚さが、1〜
    6mmであり、前記YAGレ−ザのビ−ム径が、0.7
    mm〜1.0mmである請求項6に記載の溶接装置。
  8. 【請求項8】前記検知器と前記レ−ザを発するレ−ザ加
    工ヘッドを移動させる速度が、300〜2000mm/
    分である請求項6または7に記載の溶接装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006075853A (ja) * 2004-09-08 2006-03-23 Sumitomo Metal Ind Ltd オーステナイト系合金鋼のレーザ溶接継手およびその製造方法
CN102218597A (zh) * 2010-04-19 2011-10-19 王耀民 现场俯仰激光加工系统
JP2018528081A (ja) * 2015-09-28 2018-09-27 トルンプフ レーザー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングTRUMPF Laser GmbH Dcb構造体の重ね溶接のためのレーザー加工機および方法

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