JPS5819394B2 - レ−ザヨウセツホウホウオヨビ ソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はレーザ溶接方法及び装置に関し、特にパルスレ
ーザ光を用いて溶接するに際して溶接部の溶は込み深さ
を深くしようとするものである。

パルスレーザ光を用いた従来のレーザ溶接装置として、
第１図に示す如く、レーザ発振器１からのパルスレーザ
光を集光レンズ２によって集束して金属溶接物３Ａ及び
３Ｂの接合部に照射し、かくして接合部にスポット４を
形成して溶接するものがある。

この場合パルスレーザ光の出力波形としては。

第２図に示す様に、先ずパルスの立上り部５（時点ｔ。

−ｔｌの区間）の出力Ｐを太きくシ、これにより金属表
面を加熱して金属の表面反射率を下げ。

これに続く区間ｔ□〜ｔ２において出力Ｐを低下させた
接続部６を形成し、これにより溶融金属が蒸発しない様
にするものが用いられている。

この様にすれば、レーザ光が照射されたスポット４部分
の金属が蒸発することはなく、かくしてクレータをつく
らずに第３図Ａに示す如く溶接物３Ａ及び３Ｂを溶接部
７によって溶接できることになる。

ところで第２図の様な出力波形をもつパルスレーザ光を
用いたレーザ溶接装置に依れば、溶接部７の溶は込み深
さを深くしようとしても、ある一定値以上には深くなら
ない。

例えば第２図の持続部６の持続時間Ｔ２（二ｔ、〜ｔ２
）を長くしてもその溶は込み深さはある値で飽和してし
まう。

実際上例えば厚さ１７ｎ１１Ｌのステンレスの板の場合
、溶は込み深さは０．５ ｍｍで飽和し、持続部６の時
間Ｔ２を７Ｘ１０−３秒以上持続しても０．５ ｍｍ以
上には溶は込まない。

そこで本発明は溶接部７の溶は込み深さについてのかか
る制限を解決して溶は込み深さを一段と深くしようとす
るものである。

以下図面について本発明の一例を詳述するに。

パルスレーザ出力についての細かい測定結果によれば、
第２図の出力波形のパルスレーザを用いた場合に溶は込
み深さに飽和が生ずるのは１次の理由によることが明ら
かになった。

パルスレーザ光を例えばＹＡＧレー−チ、ガラスレーザ
、ルビレーザ等の固体レーザロッドによって発生させる
場合、レーザ光の集光スポットは、−般に知られている
様に、レーザビーム広がり角θと、集光レンズの焦点距
離ｆとに基づいて直径がｆ・θの大きさとなる。

しかるに本願発明者の実験に依れば、１つのパルスが発
生している間にレーザビーム広がり角θは経時変化をし
、パルス立上り時には小さく、５〜１ｏｘｉｏ−３秒後
には初期のビーム広がり角の数倍になることが明らかに
なった。

そしてその広がりはレーザ物質の熱的な歪み作用によっ
て生じ。

その度合はレーザ物質の種類、励起波形１強度、共振器
構成等によって決まり、一般に共振器が平面鏡や凹面鏡
の組合せ構造である場合には、θが増加する傾向がある
。

従って従来の様に接続部６の持続時間を長くしても、ス
ポット４のエネルギー密度は小さくなるので、溶は込み
深さに一定の限度が生ずると考えることができる。

以上の点を考慮して本発明においては、かかる問題点を
次の様にして解決する。

すなわち本発明に依るレーザ溶接方法においては、パル
スレーザ光としてその出力波形が第４図Ａに示す如く１
期間Ｔ□の初期立上り部１１及びこれに続く期間Ｔ２の
持続部１２に続いて１期間Ｔ３の出力増強部１３をもつ
ものを用いる。

かくすれば、レーザ光のビーム広がり角θは第４図Ｂに
示す様に順増させることができる。

しかるにレンズによって集束されたレーザ光の焦点近傍
のスポットのエネルギー密度はスポット直径の２乗に比
例する。

従って第４図Ａの様にパルスレーザ光の後半期間におい
て出力増強部１３によって出力を太きくしても、エネル
ギー密度は第４図Ｃに示ヂ如く増加することがない様に
できる。

この様な出力増強部１３を設ければ、溶融点のエネルギ
ー密度がほぼ一定になるので、金属表面からの蒸発によ
るクレータの発生を抑えることができると共に、溶融点
が内部と混り合って第３図Ｂに示す如く溶融域１４をよ
り深Ｘ進行させることができる。

尚上述においては、溶融点のエネルギー密度がほぼ一定
となる様に出力増強部１３の波形を選定したが、これに
代え、被溶接金属の飛散が激しく起らない程度にエネル
ギー密度を強める様な波形に選定しても良い。

上述の本発明に依るレーザ溶接方法は、第５図に示す如
きレーザ溶接装置によって実現できる。

この装置は被溶接物３Ａ及び３Ｂに対してパルスレーザ
光を照射するためのパルスレーザ光発生部２１と、その
励起回路部２２とを具える。

パルスレーザ光発生部２１は、レーザ発生源として固体
レーザランド２３を有し、これがフラッシュランプ２４
によってそのトリガコイル２５にトリガ信号が与えられ
たとき励起され１例えば楕円筒反射鏡等で構成された集
光鏡２６、及び共振器ミラー２７及び２８によって発振
動作をし、その発振レーザ光が集光レンズ２９を介して
被溶接物３Ａ及び３Ｂに照射する様になされている。

励起回路部２２は、初期立上りピーク部１１及び持続部
１２（第４図Ａ）を形成するための第１及び第２の充放
電コンデンサ３１及び３２と、出力増強部１３を形成す
るための第３の充放電コンデンサ３３とを有し、これら
のコンデンサ３１゜３２及び３３は溶接動作に先立って
それぞれ例えばサイリスク構成のスイッチ回路３４，３
５及び３６を通じて電圧源３７，３８及び３９によって
充電される。

第１のコンデンサ３１の出力側端は出力用ダイオード４
１を介して、一端をフラッシュランプ２４に接続された
第１の波形整形コイル４４の中点に接続され、又第２の
コンデンサ３２の出力側端が出力用ダイオード４２を介
してコイル４４の他端に接続されている。

又第３のコンデンサ３３の出力側端は例えばサイリスク
構成の出力用スイッチ４３を介して、一端をコイル４４
に接続された第２の波形整形コイル４５の他端に接続さ
れている。

ここで第２のコンデンサ３２に対応する電圧源３８の出
力電圧■２は、第１及び第３のコンデンサ３１及び３３
に対応する電圧源３７及び３９の出力電圧ｖ１及びｖ３
より小さい値に選定されている。

第５図の構成において、先ずスイッチ回路３４〜３６が
、順次又は同時に予定の時間の間導通され、従ってコン
デンサ３１〜３３に充電電圧ｖ１〜Ｖ３（Ｖ２＜Ｖｌ
、 Ｖ３ ）が与えられる。

この状態において、第４図Ａのパルスレーザ発生開始時
点ｔ。

において、フランシュトリガコイル２５に高圧パルスが
与えられる。

このとき、コンデンサ３１及び３２のうち高い充電電圧
ｖ１が与えられているコンデンサ３１がダイオード４１
及びコイル４４の一部を通じてフラッシュランプ２４に
放電される。

この場合ランプ２４に与えられる電圧の時間的変化はコ
ンデンサ３１及びコイル４４の一部で構成される放電回
路の小さい値のりアクタンスによって比較的急激に生じ
、かくしてレーザ発生部２１から送出されるパルスレー
ザの出力波形は第４図Ａの立上りピーク部１１を形成す
ることになる。

その後コンデンサ３１の放電が進んでその充電電圧が時
点ｔ１においてコンデンサ３２の充電電圧とほぼ等しく
なると、以後コンデンサ３１及び３２がそれぞれダイオ
ード４１及び４２を介して同時に放電する様になる。

しかるにコンデンサ３２及びコイル４４で構成される放
電回路のりアクタンスは、コンデンサ３１及びコイル４
４で構成される放電回路のりアクタンスより十分大きい
値に予め選定され、従ってランプ２４に与えられる電圧
の時間的変化はゆるやかに生じ、かくしてパルスレーザ
光発生部２１から送出されるパルスレーザ光の出力波形
は、第４図Ａの持続部１２を形成することになる。

その後時点ｔ２においてスイッチ回路４３を導通させて
これを通じ、更にコイル４５及び４４を順次通じてコン
デンサ３３がフラッシュランプ２４に放電される。

この場合ランプ２４に与えられる電圧の時間的変化は、
コンデンサ３３及びコイル４５及び′４４で構成される
放電回路のりアクタンスによって比較的急激に生じ、か
くしてパルスレーザ光発生部２１から送出されるパルス
レーザ光の出力波形は第４図Ａの出力増強部１３を形成
することになる。

上述の様に本発明のレーザ溶接装置に依れば、パルスレ
ーザ波形として、初期立上りピーク部１１と、その後に
生ずる出力増強部１３との２つのピーク部をもつものを
発生し得、従って第１のピーク部によって被溶接物上に
エネルギー密度の高いスポットを形成してこのスポット
部を溶融させた後に、第２のピーク部によってビーム広
がり角の増大に伴うスポット面積の拡大に見合ったレー
ザ出力の増強をすることにより溶融部の溶は込み深さを
一段と深めることができる。

尚第５図の実施例の場合、レーザ光出力に２つのピーク
部を形成させるにつき、１本のフラッシュランプの励起
電圧波形を制（財）する様にしたが。

これに代え、２本のフラッシュランプを用意して一方の
フラッシュランプをコンデンサ３１及び３２の放電を利
用して点灯させると共に、これとは別に他方のフラッシ
ュランプをコンデンサ３３の放電を利用して点灯させる
様にする等、種々の変形をし得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のレーザ溶接方法ないし装置の説明に供す
る路線図、第２図はそのパルスレーザ光の出力波形を示
す曲線図、第３図は溶は込み深さの説明に供する被溶接
物の断面図、第４図は本発明に依るレーザ溶接方法及び
装置の説明に供する曲線図、第５図は本発明に依るレー
ザ溶接装置の一例を示す路線的接続図である。 １・・・・・・レーザ発振器、２・・・・・・集光レン
ズ、３Ａ。 ３Ｂ・・・−・・被溶接物、４・・・・・・レーザ光ス
ポット、５・・・・・・立上り部、６・・・・・・持続
部、７・・・・・・溶接部、１１・・・・・・初期立上
りピーク部、１２・・・・・・持続部。 １３・・・・・・出力増強部、２１・・・・・・パルス
レーザ光発生部、２２・・・・・・励起回路部、２３・
・・・・・固体レーザロッド、２４・・・・・・フラッ
シュランプ、２５・・・・・・トリガコイル、２６・・
・・・・集光鏡、２７，２８・・・・・・共振ミラー、
２９・・・・・・集光レンズ、３１〜３３・・・・・・
充放電コンデンサ、３４〜３６・・・・・・スイッチ回
路。 ３７〜３９・・・・・・電圧源、４１，４２・・・・・
・出力ダイオード、４３・・・・・・出力スイッチ回路
、４４，４５・・・・・・波形整形コイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被溶接物をこれにパルスレーザ光を集光照射するこ
   とにより溶接するレーザ溶接方法において。 上記パルスレーザ光としてその波形が初期立上りピーク
   部と、この初期立上りピーク部の発生後に発生する出力
   増強部とを持つパルスレーザ光を用いることを特徴とす
   るレーザ溶接方法。 ２ フラッシュランプの点灯によって励起発振する固体
   レーザロッドを持ち、上記固体レーザロッドからのパル
   スレーザ光を被溶接物に集光照射するパルスレーザ光発
   生部と、上記フラッシュランプに対する励起電圧を発生
   する励起回路部とを具え、上記励起回路部は、パルスレ
   ーザ光の発生の初期において上記励起電圧の一部となる
   第１のピーク電圧を形成する第１の放電回路と、パルス
   レーザ光の後半期間に上記励起電圧の他部となる第２の
   ピーク電圧を形成する第２の放電回路とを有することを
   特徴とするレーザ溶接装置。