JPH1158063A - レーザ溶接用ガスノズル - Google Patents
レーザ溶接用ガスノズルInfo
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- JPH1158063A JPH1158063A JP9222687A JP22268797A JPH1158063A JP H1158063 A JPH1158063 A JP H1158063A JP 9222687 A JP9222687 A JP 9222687A JP 22268797 A JP22268797 A JP 22268797A JP H1158063 A JPH1158063 A JP H1158063A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】溶け込みの深い、高速の、薄物の溶接に適する
レーザ溶接用ガスノズルの溶接部の溶け落ちやスパッタ
の発生を防止する保護効果を高めたノズルを提供する。 【解決手段】レーザビームと同軸にレーザ照射部に保護
ガスを吹き付ける第１の開口部を設けると共に、第１の
開口部の周囲を囲んで保護ガスを吹き付ける多数の小径
の独立の第２の開口部を配置する。
レーザ溶接用ガスノズルの溶接部の溶け落ちやスパッタ
の発生を防止する保護効果を高めたノズルを提供する。 【解決手段】レーザビームと同軸にレーザ照射部に保護
ガスを吹き付ける第１の開口部を設けると共に、第１の
開口部の周囲を囲んで保護ガスを吹き付ける多数の小径
の独立の第２の開口部を配置する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザビームを熱
源とする溶接において、レーザ照射部を効果的に外気か
ら保護することが可能なレーザ溶接用ガスノズルの構造
に関する。
源とする溶接において、レーザ照射部を効果的に外気か
ら保護することが可能なレーザ溶接用ガスノズルの構造
に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザ溶接は熱源として光エネルギーを
用いるため、大気中での溶接が可能であり、電子ビーム
溶接やアーク溶接のように被溶接物を加熱するために熱
源付近の雰囲気を制御する必要はないが、溶接部近傍の
酸化、溶接金属中への外気の混入等の影響を避ける目的
で、レーザビーム照射部に保護ガスとしてＡｒ、Ｈｅな
どの不活性ガスを吹き付けることが一般的に行われてい
る。従来は、このガスの保護効果を高めるために、特公
昭５６−３２０７７号公報、あるいは、特開昭５８−２
１２８８８号公報に示されるように、レーザビーム射出
ノズルに保護ガスを流すと共に、外周に同心円状に２重
に設けたノズルからも保護ガスを流す技術が提案されて
いる。
用いるため、大気中での溶接が可能であり、電子ビーム
溶接やアーク溶接のように被溶接物を加熱するために熱
源付近の雰囲気を制御する必要はないが、溶接部近傍の
酸化、溶接金属中への外気の混入等の影響を避ける目的
で、レーザビーム照射部に保護ガスとしてＡｒ、Ｈｅな
どの不活性ガスを吹き付けることが一般的に行われてい
る。従来は、このガスの保護効果を高めるために、特公
昭５６−３２０７７号公報、あるいは、特開昭５８−２
１２８８８号公報に示されるように、レーザビーム射出
ノズルに保護ガスを流すと共に、外周に同心円状に２重
に設けたノズルからも保護ガスを流す技術が提案されて
いる。
【０００３】しかしながら、近年、レーザ溶接装置及び
技術の進歩に伴い、より深い溶け込み、より高速のレー
ザ溶接あるいは非常に厚さの薄い金属箔の高品質のレー
ザ溶接が行われるようになり、これらの２重ノズルでも
効果的に溶接部の保護を行えない場合が増加してきた。
例えば、図４に示すようなレーザビーム１４と同軸の単
一の開口部１２のみから保護ガス１５を吹き付けるノズ
ル１１においては、溶融プールへの外気の巻き込みなど
が起こり易く、溶接部の保護効果を高めるためには、ノ
ズル径を大きくしたり、流量を増加させる必要がある。
しかし、ノズル径が大きい場合はガスの圧力分布の影響
で周辺部のガス圧力が低くなり、ガス流量を増加させな
ければ保護効果は低くなる。ガス流量を多くすると、ノ
ズル中心部のガス圧が高くなるため、薄板の溶接では溶
け落ちを生じ、深溶け込みの溶接ではスパッタ発生原因
となる。また、高価な不活性ガスを保護ガスに用いるレ
ーザ溶接では不経済になる。
技術の進歩に伴い、より深い溶け込み、より高速のレー
ザ溶接あるいは非常に厚さの薄い金属箔の高品質のレー
ザ溶接が行われるようになり、これらの２重ノズルでも
効果的に溶接部の保護を行えない場合が増加してきた。
例えば、図４に示すようなレーザビーム１４と同軸の単
一の開口部１２のみから保護ガス１５を吹き付けるノズ
ル１１においては、溶融プールへの外気の巻き込みなど
が起こり易く、溶接部の保護効果を高めるためには、ノ
ズル径を大きくしたり、流量を増加させる必要がある。
しかし、ノズル径が大きい場合はガスの圧力分布の影響
で周辺部のガス圧力が低くなり、ガス流量を増加させな
ければ保護効果は低くなる。ガス流量を多くすると、ノ
ズル中心部のガス圧が高くなるため、薄板の溶接では溶
け落ちを生じ、深溶け込みの溶接ではスパッタ発生原因
となる。また、高価な不活性ガスを保護ガスに用いるレ
ーザ溶接では不経済になる。
【０００４】図５に示すようなレーザビーム１４と同軸
の開口部１２の周囲に円環状の開口部１３を設けた二重
ノズルの場合は、円環状の開口部１３から吹き付けられ
る保護ガス１６の気体カーテン効果により単一ノズルの
場合よりも高い保護効果が期待できるが、開口部１３は
細い円環状であるためガス流量、圧力を均一に保つこと
が困難で、開口部の全方位に高い保護効果を得ることが
難しい。円環状開口部のガス流量を増加させた場合、ガ
スの流れが不均一になるため、一部はガス圧が高くなり
すぎ溶け落ちやスパッタ発生の原因となる場合が生ず
る。
の開口部１２の周囲に円環状の開口部１３を設けた二重
ノズルの場合は、円環状の開口部１３から吹き付けられ
る保護ガス１６の気体カーテン効果により単一ノズルの
場合よりも高い保護効果が期待できるが、開口部１３は
細い円環状であるためガス流量、圧力を均一に保つこと
が困難で、開口部の全方位に高い保護効果を得ることが
難しい。円環状開口部のガス流量を増加させた場合、ガ
スの流れが不均一になるため、一部はガス圧が高くなり
すぎ溶け落ちやスパッタ発生の原因となる場合が生ず
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明はレーザ溶接用
ガスノズルにおけるレーザビーム射出ノズルにシール用
保護ガスを流す技術に改善を加えたものであって、次の
課題を解決することを目的とする。 （イ）レーザビーム射出ノズルにシール用保護ガスを流
す技術において、特に、より深い溶け込み、より高速の
レーザ溶接、厚さの薄い金属箔などの溶接の場合に、溶
接プールへの外気の巻込みを効果的に防止する。
ガスノズルにおけるレーザビーム射出ノズルにシール用
保護ガスを流す技術に改善を加えたものであって、次の
課題を解決することを目的とする。 （イ）レーザビーム射出ノズルにシール用保護ガスを流
す技術において、特に、より深い溶け込み、より高速の
レーザ溶接、厚さの薄い金属箔などの溶接の場合に、溶
接プールへの外気の巻込みを効果的に防止する。
【０００６】（ロ）高価な不活性ガスを大量に消費する
ことなく、ノズルの全方位圧力分布を均一にして溶け落
ちやスパッタの発生を防止する。
ことなく、ノズルの全方位圧力分布を均一にして溶け落
ちやスパッタの発生を防止する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、かかる問題を
解決するために開発されたもので、レーザ溶接用ガスノ
ズルにおいて、レーザビームを射出し、かつレーザ照射
部に保護ガスを吹き付ける第１の開口部をレーザビーム
と同軸に設けると共に、保護ガスを吹き付ける多数の、
１個の開口面積が前記第１の開口部より小さい第２の開
口部を前記第１の開口部の周囲を囲んで配置したことを
特徴とするレーザ溶接用ガスノズルである。
解決するために開発されたもので、レーザ溶接用ガスノ
ズルにおいて、レーザビームを射出し、かつレーザ照射
部に保護ガスを吹き付ける第１の開口部をレーザビーム
と同軸に設けると共に、保護ガスを吹き付ける多数の、
１個の開口面積が前記第１の開口部より小さい第２の開
口部を前記第１の開口部の周囲を囲んで配置したことを
特徴とするレーザ溶接用ガスノズルである。
【０００８】前記第１の開口部が溶接進行方向に対して
長径を有する楕円形又は長円形断面であると、高速溶接
に適し好ましい。本発明は、以上のノズルを用いること
により、少ない流量のガスで溶接部の酸化を防止し、あ
るいは欠陥の発生を防止し、より効果的な溶接部の保護
効果を得ることができるものである。
長径を有する楕円形又は長円形断面であると、高速溶接
に適し好ましい。本発明は、以上のノズルを用いること
により、少ない流量のガスで溶接部の酸化を防止し、あ
るいは欠陥の発生を防止し、より効果的な溶接部の保護
効果を得ることができるものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下に本発明の詳細を述べる。レ
ーザ溶接中の溶接部の酸化、溶融金属への大気の巻き込
みなどを防止するために用いる保護ガスを流すためのノ
ズルは、開口部の径を大きくすれば、保護ガスの流れを
均一に保つことが難しくなる。そこで、十分な保護効果
が得られるようにガス流量を増やすと、部分的にガス圧
力が高くなりすぎ、溶け落ち、スパッタなどの欠陥発生
の原因となる。
ーザ溶接中の溶接部の酸化、溶融金属への大気の巻き込
みなどを防止するために用いる保護ガスを流すためのノ
ズルは、開口部の径を大きくすれば、保護ガスの流れを
均一に保つことが難しくなる。そこで、十分な保護効果
が得られるようにガス流量を増やすと、部分的にガス圧
力が高くなりすぎ、溶け落ち、スパッタなどの欠陥発生
の原因となる。
【００１０】発明者らは、保護ガスの流量の制御は小径
のノズルであれば比較的簡単に行えることに鑑み、レー
ザ溶接に適するノズル形状を種々検討した結果、レーザ
照射部に保護ガスを吹き付けるレーザビームと同軸の開
口部の周囲に、レーザビームと同軸の開口部よりも開口
面積が小さい開口部を多数配置した形状のノズルでは保
護効果が高くなるという結論に至った。
のノズルであれば比較的簡単に行えることに鑑み、レー
ザ溶接に適するノズル形状を種々検討した結果、レーザ
照射部に保護ガスを吹き付けるレーザビームと同軸の開
口部の周囲に、レーザビームと同軸の開口部よりも開口
面積が小さい開口部を多数配置した形状のノズルでは保
護効果が高くなるという結論に至った。
【００１１】このレーザビームと同軸の開口部の周囲に
これを取囲んで配置する多数の開口部は、各々の保護効
果を確保するために、ある程度、例えば０．８ｍｍ2 以
上の面積を有する必要がある。さらに開口部でのガスの
流れを均一に保つためには、例えば３．５ｍｍ2 以下の
面積であることが好ましい。本発明では、レーザビーム
と同軸の開口の周囲に、小径の開口部を多数配置するこ
とによって、単一ノズル又は二重ノズルに比べて少ない
流量のガスで均一な高い平均圧力のガス流れを得ること
ができ、多数の周囲の開口部による中心の開口部周囲の
ガス流量及び圧力を均一に保つことが容易にできる。
これを取囲んで配置する多数の開口部は、各々の保護効
果を確保するために、ある程度、例えば０．８ｍｍ2 以
上の面積を有する必要がある。さらに開口部でのガスの
流れを均一に保つためには、例えば３．５ｍｍ2 以下の
面積であることが好ましい。本発明では、レーザビーム
と同軸の開口の周囲に、小径の開口部を多数配置するこ
とによって、単一ノズル又は二重ノズルに比べて少ない
流量のガスで均一な高い平均圧力のガス流れを得ること
ができ、多数の周囲の開口部による中心の開口部周囲の
ガス流量及び圧力を均一に保つことが容易にできる。
【００１２】そのため、保護ガスの流量が少なくてす
み、コストを低く抑えることができ、溶け落ち、スパッ
タ等の欠陥が発生しない高い保護効果を得ることが可能
となる。また、中心のレーザビームを射出し、かつ、レ
ーザビームと同軸に保護ガスを吹き付けるための開口部
の形状は、従来円形が一般的であったが、高速溶接にお
いては、溶接方向に長径を有する楕円形あるいは水滴状
の形状とすれば周囲の開口面積が小さい開口部と共によ
り高い保護効果が得られる。
み、コストを低く抑えることができ、溶け落ち、スパッ
タ等の欠陥が発生しない高い保護効果を得ることが可能
となる。また、中心のレーザビームを射出し、かつ、レ
ーザビームと同軸に保護ガスを吹き付けるための開口部
の形状は、従来円形が一般的であったが、高速溶接にお
いては、溶接方向に長径を有する楕円形あるいは水滴状
の形状とすれば周囲の開口面積が小さい開口部と共によ
り高い保護効果が得られる。
【００１３】以下に本発明の実施例について説明する。
図１は、本発明の１実施例のノズル１の形状を示したも
のである。直径４ｍｍ（断面積１２．５６ｍｍ2 ）のレ
ーザビームと同軸の中央開口部２の周囲に直径１．２ｍ
ｍ（断面積１．１３ｍｍ2 ）の開口部３を１２個（合計
断面積１３．５６ｍｍ2 ）配置したものである。
図１は、本発明の１実施例のノズル１の形状を示したも
のである。直径４ｍｍ（断面積１２．５６ｍｍ2 ）のレ
ーザビームと同軸の中央開口部２の周囲に直径１．２ｍ
ｍ（断面積１．１３ｍｍ2 ）の開口部３を１２個（合計
断面積１３．５６ｍｍ2 ）配置したものである。
【００１４】図２も本発明の実施例の１つであり、直径
４ｍｍのレーザビームと同軸の中央開口部の周囲に扇形
の開口部４（面積１．４ｍｍ2 ）を１２個配置したノズ
ル１である。図３は、レーザビームと同軸の中央の開口
部を短径４ｍｍ、長径６．５ｍｍの楕円形とし、その周
囲に直径１．２ｍｍの円形の開口部５を１２個配置した
ノズル１であり、特に矢印６で示す長径の方向に高速溶
接するときの保護効果を高めるものである。
４ｍｍのレーザビームと同軸の中央開口部の周囲に扇形
の開口部４（面積１．４ｍｍ2 ）を１２個配置したノズ
ル１である。図３は、レーザビームと同軸の中央の開口
部を短径４ｍｍ、長径６．５ｍｍの楕円形とし、その周
囲に直径１．２ｍｍの円形の開口部５を１２個配置した
ノズル１であり、特に矢印６で示す長径の方向に高速溶
接するときの保護効果を高めるものである。
【００１５】以上の図１〜図３に示すようなノズルを用
いることによって、保護ガスとしてＡｒを用い、ステン
レス箔（ＳＵＳ３０４、厚さ０．２ｍｍ）のレーザ突き
合わせ溶接で酸化及び溶け落ちを生じない溶接が可能と
なった。また、保護ガスとしてＨｅを用いた厚板（ＳＳ
４００、厚さ１２ｍｍ）のレーザビードオンプレート溶
接で酸化及びスパッタを生じない溶接が可能となった。
いることによって、保護ガスとしてＡｒを用い、ステン
レス箔（ＳＵＳ３０４、厚さ０．２ｍｍ）のレーザ突き
合わせ溶接で酸化及び溶け落ちを生じない溶接が可能と
なった。また、保護ガスとしてＨｅを用いた厚板（ＳＳ
４００、厚さ１２ｍｍ）のレーザビードオンプレート溶
接で酸化及びスパッタを生じない溶接が可能となった。
【００１６】
【発明の効果】レーザビームを熱源とする溶接におい
て、レーザビームを射出すると同時にレーザビームと同
軸にレーザ照射部に保護ガスを吹き付ける円状あるいは
楕円状の開口部の周囲に、保護ガスを吹き付ける第２の
開口部を多数配置したレーザ溶接用ガスノズルを用いる
ことによって、溶け込みの深い、高速のレーザ溶接で、
厚さの薄い金属箔などを溶け落ちやスパッタを生じるこ
となく、従来の単一ノズルあるいは二重ノズルよりも効
果的な溶接部の保護効果を得ることが可能となった。
て、レーザビームを射出すると同時にレーザビームと同
軸にレーザ照射部に保護ガスを吹き付ける円状あるいは
楕円状の開口部の周囲に、保護ガスを吹き付ける第２の
開口部を多数配置したレーザ溶接用ガスノズルを用いる
ことによって、溶け込みの深い、高速のレーザ溶接で、
厚さの薄い金属箔などを溶け落ちやスパッタを生じるこ
となく、従来の単一ノズルあるいは二重ノズルよりも効
果的な溶接部の保護効果を得ることが可能となった。
【図１】実施例のレーザ溶接用ガスノズルの横断面図で
ある。
ある。
【図２】実施例のレーザ溶接用ガスノズルの横断面図で
ある。
ある。
【図３】実施例のレーザ溶接用ガスノズルの横断面図で
ある。
ある。
【図４】従来例のレーザ溶接用ガスノズルの（ａ）縦断
面図および（ｂ）横断面図である。
面図および（ｂ）横断面図である。
【図５】従来例のレーザ溶接用ガスノズルの（ａ）縦断
面図および（ｂ）横断面図である。
面図および（ｂ）横断面図である。
１ レーザ溶接用ガスノズル ２ レーザビームと同軸の中央開口部 ３、４、５ 中央開口部の周囲を囲む多数の開口部 ６ 矢印 １１ レーザ溶接用ガスノズル １２ レーザビームと同軸の開口部 １３ 円環状の開口部 １４ レーザビーム １５、１６ 保護ガス
Claims (2)
- 【請求項１】 レーザ溶接用ガスノズルにおいて、レー
ザビームを射出しかつ、レーザ照射部に保護ガスを吹き
付ける第１の開口部をレーザビームと同軸に設けると共
に、保護ガスを吹き付ける多数の、１個の開口面積が前
記第１の開口部より小さい第２の開口部を前記第１の開
口部の周囲を囲んで配置したことを特徴とするレーザ溶
接用ガスノズル。 - 【請求項２】 前記第１の開口部が溶接進行方向に対し
て長径を有する楕円形又は長円形断面であることを特徴
とする請求項１に記載のレーザ溶接用ガスノズル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9222687A JPH1158063A (ja) | 1997-08-19 | 1997-08-19 | レーザ溶接用ガスノズル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9222687A JPH1158063A (ja) | 1997-08-19 | 1997-08-19 | レーザ溶接用ガスノズル |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1158063A true JPH1158063A (ja) | 1999-03-02 |
Family
ID=16786347
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9222687A Withdrawn JPH1158063A (ja) | 1997-08-19 | 1997-08-19 | レーザ溶接用ガスノズル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1158063A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6545247B2 (en) | 2000-05-11 | 2003-04-08 | Hokkaido University | Laser welding apparatus, a gas shielding apparatus and a method for controlling a laser welding apparatus |
| US6667456B2 (en) | 2000-05-09 | 2003-12-23 | Hokkaido University | Laser welding method and a laser welding apparatus |
| JP2009519378A (ja) * | 2005-12-13 | 2009-05-14 | エカー グラニュラテ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー カーゲー | Ｓｎ含有耐久性材料組成物、耐久性被膜の製造方法、およびその使用 |
| DE102008037345A1 (de) | 2008-08-12 | 2010-02-25 | Andreas Trautmann | Gasdüse mit Schutzglaseinheit und Verfahren zum Schweißen/Schneiden eines Werkstücks |
| CN110102883A (zh) * | 2019-06-17 | 2019-08-09 | 南京航空航天大学 | 一种激光焊接大厚度金属零件的保护气装置及方法 |
| CN116652415A (zh) * | 2023-08-02 | 2023-08-29 | 北京斯誉达电气设备有限公司 | 一种高精度钣金型材快速切割的激光切割装置 |
-
1997
- 1997-08-19 JP JP9222687A patent/JPH1158063A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6667456B2 (en) | 2000-05-09 | 2003-12-23 | Hokkaido University | Laser welding method and a laser welding apparatus |
| US6545247B2 (en) | 2000-05-11 | 2003-04-08 | Hokkaido University | Laser welding apparatus, a gas shielding apparatus and a method for controlling a laser welding apparatus |
| JP2009519378A (ja) * | 2005-12-13 | 2009-05-14 | エカー グラニュラテ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー カーゲー | Ｓｎ含有耐久性材料組成物、耐久性被膜の製造方法、およびその使用 |
| DE102008037345A1 (de) | 2008-08-12 | 2010-02-25 | Andreas Trautmann | Gasdüse mit Schutzglaseinheit und Verfahren zum Schweißen/Schneiden eines Werkstücks |
| CN110102883A (zh) * | 2019-06-17 | 2019-08-09 | 南京航空航天大学 | 一种激光焊接大厚度金属零件的保护气装置及方法 |
| CN116652415A (zh) * | 2023-08-02 | 2023-08-29 | 北京斯誉达电气设备有限公司 | 一种高精度钣金型材快速切割的激光切割装置 |
| CN116652415B (zh) * | 2023-08-02 | 2023-09-26 | 北京斯誉达电气设备有限公司 | 一种高精度钣金型材快速切割的激光切割装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20041102 |