JPS60216989A - レ−ザビ−ム加工装置 - Google Patents
レ−ザビ−ム加工装置Info
- Publication number
- JPS60216989A JPS60216989A JP59071295A JP7129584A JPS60216989A JP S60216989 A JPS60216989 A JP S60216989A JP 59071295 A JP59071295 A JP 59071295A JP 7129584 A JP7129584 A JP 7129584A JP S60216989 A JPS60216989 A JP S60216989A
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- Japan
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- laser beam
- nozzle
- assist gas
- arc discharge
- annular electrode
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/346—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding
- B23K26/348—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding in combination with arc heating, e.g. TIG [tungsten inert gas], MIG [metal inert gas] or plasma welding
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明は、高エネルギー密度の得られるレーザビーム
を用いて加工する装置において、従来装置よりもはるか
に効率良く加工を実施できるレーザビーム加工装置に関
するものである。
を用いて加工する装置において、従来装置よりもはるか
に効率良く加工を実施できるレーザビーム加工装置に関
するものである。
従来この棟の装置として第１図に示すものがあった。第
１図は従来のレーザビーム加工装置を示す横断面図で図
において（１１はレーザ発振器、（２）はレーザ発振器
（１）から出射されたレーザビーム、（３１はレーザビ
ームを加工部へ棉〈ためにレーザビームを折シ曲（ヂる
ベンドミラー、（４）はレーザビームを加工の目的にあ
ったエネルギー密度に集光する集光光学系で、この場合
集光レンズである。（５１は集光光学系（４１の下部に
設けられ、レーザビーム（２）とアシストガスを被加工
物（７１に導くノズルで、この場合、ノズル（５１には
加工の目的にかなった様々な種類のアシストガスを供給
するだめのアシストガス供給口が設けられ、また、ノズ
ル（５）は円筒状でレーザビーム（２１と同軸である。
１図は従来のレーザビーム加工装置を示す横断面図で図
において（１１はレーザ発振器、（２）はレーザ発振器
（１）から出射されたレーザビーム、（３１はレーザビ
ームを加工部へ棉〈ためにレーザビームを折シ曲（ヂる
ベンドミラー、（４）はレーザビームを加工の目的にあ
ったエネルギー密度に集光する集光光学系で、この場合
集光レンズである。（５１は集光光学系（４１の下部に
設けられ、レーザビーム（２）とアシストガスを被加工
物（７１に導くノズルで、この場合、ノズル（５１には
加工の目的にかなった様々な種類のアシストガスを供給
するだめのアシストガス供給口が設けられ、また、ノズ
ル（５）は円筒状でレーザビーム（２１と同軸である。
次に動作について説明する。レーザ発ｊｆｆ、ｆｉｌｌ
よシ出射されたレーザビーム（２）はペンドミラー（３
１ニより折り曲げられ、折り曲げられたレーザビーム（
２１は集光光学系（４１により１０’ 〜１０８Ｗ／ｃ
ｒｌという市エネルギー密度のスボヮＨＣ集光され、被
加工物（７１表面に照射され、切断、溶接、熱処理など
の加工を施す。その際、アシストガスが、アシストガス
供給口＋６１よシノズル（５）に供給され、集光された
レーザビームと同軸状で被加工物（７１表面に供給され
る。アシストガスとしては切断においては０２ガスを用
い、 ｏ２ガスと被加工物の酸化反応熱ｐ発生。
よシ出射されたレーザビーム（２）はペンドミラー（３
１ニより折り曲げられ、折り曲げられたレーザビーム（
２１は集光光学系（４１により１０’ 〜１０８Ｗ／ｃ
ｒｌという市エネルギー密度のスボヮＨＣ集光され、被
加工物（７１表面に照射され、切断、溶接、熱処理など
の加工を施す。その際、アシストガスが、アシストガス
供給口＋６１よシノズル（５）に供給され、集光された
レーザビームと同軸状で被加工物（７１表面に供給され
る。アシストガスとしては切断においては０２ガスを用
い、 ｏ２ガスと被加工物の酸化反応熱ｐ発生。
溶融した材料の除去全行う。また溶接、熱処理では、
Ａｒガスを用いて被加工物表面の大気による酸化からの
保護がなされる。以上のように、レーザ加工では集光さ
れたレーザビームのもっ高エネ／Ｌ／ギー密度を利用し
て被加工物全蒸発、溶融もしくは高速加熱することによ
り、各種の加工を誦効率で実現できる特徴を有している
。
Ａｒガスを用いて被加工物表面の大気による酸化からの
保護がなされる。以上のように、レーザ加工では集光さ
れたレーザビームのもっ高エネ／Ｌ／ギー密度を利用し
て被加工物全蒸発、溶融もしくは高速加熱することによ
り、各種の加工を誦効率で実現できる特徴を有している
。
しかるに、各種材料に対するレーザビームの吸収率は、
使用するレーザビームの波長に著しく依存する。第２図
は鏡面加工された各種材料の各波長の光に対する反射率
を示したものであるが、特に遠赤外の波長１Ｏ９６μｍ
ｆ有するＣＯ２レーザビームに対しては反射率が極めて
大きい。
使用するレーザビームの波長に著しく依存する。第２図
は鏡面加工された各種材料の各波長の光に対する反射率
を示したものであるが、特に遠赤外の波長１Ｏ９６μｍ
ｆ有するＣＯ２レーザビームに対しては反射率が極めて
大きい。
従って、現在加工用として使用できる出力１１１α囲（
約２０ＫＷが上限）のＣＯ２レーザを用いた場合鉄鋼の
ような比較的低い反射率の材料（反射率は鏡面にした場
合約９０％、凹凸ケ有する実際の加＝Ｅ面に対−しては
６０％程度）に対しては、高能率の加工が実現できるも
のの１反射率の高いアルミニウム、銅など（凹凸を有す
る加工面でも９０ｑ６程度の高反射率を示す。）ではほ
とんど加工を実現できず、Ｃｏ２レーザビームの加工へ
の適用範囲を著しく １ｆｒｌＪ約するという欠点があ
った。
約２０ＫＷが上限）のＣＯ２レーザを用いた場合鉄鋼の
ような比較的低い反射率の材料（反射率は鏡面にした場
合約９０％、凹凸ケ有する実際の加＝Ｅ面に対−しては
６０％程度）に対しては、高能率の加工が実現できるも
のの１反射率の高いアルミニウム、銅など（凹凸を有す
る加工面でも９０ｑ６程度の高反射率を示す。）ではほ
とんど加工を実現できず、Ｃｏ２レーザビームの加工へ
の適用範囲を著しく １ｆｒｌＪ約するという欠点があ
った。
この発明は上記のような従来のものの欠点を除去するた
めになされたもので、ノズルの先端にレーザビームと同
軸の環状電極を設け、この環状電極と被加工物間に電圧
を印加し１両者間にアーク放電全発生させることにより
、レーザビームを効率よく吸収できるプラズマを発生さ
せて、高反射率の材料も、容易に高効率でレーザ加工で
きる装置を提供しようとするものである。
めになされたもので、ノズルの先端にレーザビームと同
軸の環状電極を設け、この環状電極と被加工物間に電圧
を印加し１両者間にアーク放電全発生させることにより
、レーザビームを効率よく吸収できるプラズマを発生さ
せて、高反射率の材料も、容易に高効率でレーザ加工で
きる装置を提供しようとするものである。
以下、この発明の一実施例ヲ（図について説明する。第
３図はこの発明の一実施例によるレーザビーム加工装置
を示す横ｋｉｉ’ Ｎｔｉ図である。図において。
３図はこの発明の一実施例によるレーザビーム加工装置
を示す横ｋｉｉ’ Ｎｔｉ図である。図において。
（２ａ）は集光光学系（４）により集光された集光レー
ザビーム、（８１はレーデビームと同軸円筒状の電気絶
縁材料により構成されたノズル（５）の先端に設（Ｙら
れ、レーザビームと同軸の環状電極である。（９）は環
状電極（８１と被加工物（７１間に電圧全印加し１両者
間にアーク放電を発生させるアーク放電・電源である。
ザビーム、（８１はレーデビームと同軸円筒状の電気絶
縁材料により構成されたノズル（５）の先端に設（Ｙら
れ、レーザビームと同軸の環状電極である。（９）は環
状電極（８１と被加工物（７１間に電圧全印加し１両者
間にアーク放電を発生させるアーク放電・電源である。
次に、この発明の一実施例の動作について説明する。
レーザ発振器（１）より出射されたレーザビーム（２１
はペンドミラー（３；により折り曲げられ折り曲（デら
れたレーザビーム（２１は集光光学系（４）によシ集光
され。
はペンドミラー（３；により折り曲げられ折り曲（デら
れたレーザビーム（２１は集光光学系（４）によシ集光
され。
高エネルギー密度のスポットに集光され、被加工物（７
）の表面に照射される。一方レーザビーム（２１の出射
と同時に、アーク放電電源（９）によりレーザビームと
同軸の環状電極（８１と被加工物（７１間に電圧が印加
され、アシストガス供給口（６）から尋人されたアシス
トガスの作用とあいまって、環状電極（８１と被加工物
（７１の間にアークが発生する。アシストガスは、この
アークによシ高温に加熱され、一部は解離（７て集光レ
ーザビーム（２ａ） ？取り巻く形で高′湛のガスプラ
ズマｕＵｌとなって被加工物（７１の表面に。
）の表面に照射される。一方レーザビーム（２１の出射
と同時に、アーク放電電源（９）によりレーザビームと
同軸の環状電極（８１と被加工物（７１間に電圧が印加
され、アシストガス供給口（６）から尋人されたアシス
トガスの作用とあいまって、環状電極（８１と被加工物
（７１の間にアークが発生する。アシストガスは、この
アークによシ高温に加熱され、一部は解離（７て集光レ
ーザビーム（２ａ） ？取り巻く形で高′湛のガスプラ
ズマｕＵｌとなって被加工物（７１の表面に。
Ｖ−Ｖビームと同時に噴射される。
このように、高エネルギー密度の集光レーザビーム（２
ａ）とこの集光レーザビーム（２ａ）ｉ収り巻くように
形成された高淵ガスプラズマ叫とを、被加工物＋７１の
同一部位に同時に照射するように構成したため、以下の
ような多大な実用的効果が確認された。
ａ）とこの集光レーザビーム（２ａ）ｉ収り巻くように
形成された高淵ガスプラズマ叫とを、被加工物＋７１の
同一部位に同時に照射するように構成したため、以下の
ような多大な実用的効果が確認された。
（１１高温のガスプラズマ（ＩＵｉはレーザビームの吸
収率が著しく篩いうえ、ガスプラズマ（１０１が加工表
面に接触しており、ガスプラズマから被加工物（７１表
面への熱伝達が艮いため、Ａノ、Ｃｕなど反＃：ｌ率が
極めて大き〈従来の装置では加工できなかった材料も、
レーザビームのガスプラズマへの吸収、茜温ガスプラズ
マから材料表面への熱移送というプロセスにより効率よ
く加工できる。
収率が著しく篩いうえ、ガスプラズマ（１０１が加工表
面に接触しており、ガスプラズマから被加工物（７１表
面への熱伝達が艮いため、Ａノ、Ｃｕなど反＃：ｌ率が
極めて大き〈従来の装置では加工できなかった材料も、
レーザビームのガスプラズマへの吸収、茜温ガスプラズ
マから材料表面への熱移送というプロセスにより効率よ
く加工できる。
（２１アーク放電により材料が加熱されるため、母材温
度があがり、溶接切断などの加工の効率が上昇する。
度があがり、溶接切断などの加工の効率が上昇する。
（３１従来の装置では常温もしくはボンベから取出す際
の断熱膨張により低温に冷えたアシストガスを用いて加
工していたのに対してアーク放電により高温に加熱され
たアシストガスを用いること７５Ｚできるため、加工部
位がガスで冷却されること力；なくなるため切断・溶接
等の加工効率が上昇する。
の断熱膨張により低温に冷えたアシストガスを用いて加
工していたのに対してアーク放電により高温に加熱され
たアシストガスを用いること７５Ｚできるため、加工部
位がガスで冷却されること力；なくなるため切断・溶接
等の加工効率が上昇する。
（４）環状電極（８１をレーザビームと同軸円環状に形
成したのでプラズマの分布はレーザビームと同軸の分布
をしており、その他レーザビームを、もしくは被加工物
（７１ヲどの方向に動かしても異方性力；生じず、良質
の加工をあらゆる方向で実現できる。
成したのでプラズマの分布はレーザビームと同軸の分布
をしており、その他レーザビームを、もしくは被加工物
（７１ヲどの方向に動かしても異方性力；生じず、良質
の加工をあらゆる方向で実現できる。
なお上記実施例に用いたアーク放電電源（９１としては
、溶接用高周波スタータ付直流電源など７５玉最適であ
るが、比較的小出力のレーザビーム音用いて低歪の神密
溶接などを実施する場合には、アーク放電により過剰の
加熱全防止するため、］（ルス電源を用いてもよい。
、溶接用高周波スタータ付直流電源など７５玉最適であ
るが、比較的小出力のレーザビーム音用いて低歪の神密
溶接などを実施する場合には、アーク放電により過剰の
加熱全防止するため、］（ルス電源を用いてもよい。
また、上記実施例では、アシストガス供給口（６１を有
するノズルを用いたが、アシストガス供給口をノズル以
外の場所に設けたものに対しても同様の構成とすること
により、ガスプラズマ＋ｉｔ生さ′せて加工効率を向上
させることができる。
するノズルを用いたが、アシストガス供給口をノズル以
外の場所に設けたものに対しても同様の構成とすること
により、ガスプラズマ＋ｉｔ生さ′せて加工効率を向上
させることができる。
以上のように、この発明によれば、ノズルの先端にレー
ザビームと同軸の環状電極ケ設け、この環状電極と被加
工物間に電圧を印加し１両者間にアーク放電全発生させ
たので、ノズルよりレーザビームと共に噴射されるアシ
ストガスが高幅のプラズマ状になり、集光レーザビーム
を取シ巻いて供給されるため、加工の効率を著しく向上
させ。
ザビームと同軸の環状電極ケ設け、この環状電極と被加
工物間に電圧を印加し１両者間にアーク放電全発生させ
たので、ノズルよりレーザビームと共に噴射されるアシ
ストガスが高幅のプラズマ状になり、集光レーザビーム
を取シ巻いて供給されるため、加工の効率を著しく向上
させ。
Ａｌ、 Ｃｕ などの高反射率の材料も加工できる効果
がある。
がある。
第１図は従来のレーザビーム加工装置？示す横断面図、
第２図は各種材料のレーザビームに対する反射率を示す
特性図、第３図はこの発明の一実施例によるレーザビー
ム加工装置を示す横断面図である。 （１１・・・レーザ発振器、（２１・・・レーザビーム
、（４１・・・集光光学系、（５）・・・ノズル、（６
１・・・アシストガス供給口。 （７１・・・被加工物、（８）・・・環状電極、（９）
・・・アーク放電電源 なお１図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人大岩増雄 第 ２Ｆ４ 運 表ｊｊ＋ｙｌ
第２図は各種材料のレーザビームに対する反射率を示す
特性図、第３図はこの発明の一実施例によるレーザビー
ム加工装置を示す横断面図である。 （１１・・・レーザ発振器、（２１・・・レーザビーム
、（４１・・・集光光学系、（５）・・・ノズル、（６
１・・・アシストガス供給口。 （７１・・・被加工物、（８）・・・環状電極、（９）
・・・アーク放電電源 なお１図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人大岩増雄 第 ２Ｆ４ 運 表ｊｊ＋ｙｌ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１１レーザ発振器、このレーザ発振器から出射された
レーザビームを集光する集光光学系、上記レーザビーム
とアシストガス？被加工物に導くノズル、このノズルの
先端に設けられ、上記レーザビームと同軸の環状電極、
及びこの環状電極と被加工物間に電圧を印加し２両者間
にアーク放電を発生させるアーク放電電源を備えたレー
ザビーム加工装置。 （２１ノズルはアシストガス供給口を有し、かつレーザ
ビームと同軸であることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載のレーザビーム加工装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59071295A JPS60216989A (ja) | 1984-04-10 | 1984-04-10 | レ−ザビ−ム加工装置 |
| US06/721,628 US4689466A (en) | 1984-04-10 | 1985-04-10 | Laser-beam operated machining apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59071295A JPS60216989A (ja) | 1984-04-10 | 1984-04-10 | レ−ザビ−ム加工装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60216989A true JPS60216989A (ja) | 1985-10-30 |
Family
ID=13456537
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59071295A Pending JPS60216989A (ja) | 1984-04-10 | 1984-04-10 | レ−ザビ−ム加工装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4689466A (ja) |
| JP (1) | JPS60216989A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09296280A (ja) * | 1996-04-30 | 1997-11-18 | Agency Of Ind Science & Technol | 金属表面処理方法 |
| CN108188513A (zh) * | 2018-01-02 | 2018-06-22 | 青岛理工大学 | 一种用于激光电化学复合加工的双刃环形电极 |
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| US5705785A (en) * | 1994-12-30 | 1998-01-06 | Plasma-Laser Technologies Ltd | Combined laser and plasma arc welding torch |
| US5700989A (en) * | 1994-12-30 | 1997-12-23 | Dykhno; Igor S. | Combined laser and plasma arc welding torch |
| JP3392683B2 (ja) * | 1997-02-10 | 2003-03-31 | 三菱重工業株式会社 | レーザ加工ヘッド |
| US6191386B1 (en) * | 1999-04-22 | 2001-02-20 | The Ohio State University | Method and apparatus for initiating, directing and constricting electrical discharge arcs |
| FR2813031B1 (fr) * | 2000-08-21 | 2003-01-24 | Air Liquide | Procede et installation de soudage hybride laser-arc utilisant un laser a diodes de puissance |
| FR2829414B1 (fr) * | 2001-09-13 | 2003-10-31 | Air Liquide | Procede de soudage hybride laser-arc avec ajustage des debits de gaz |
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| DE102004061571A1 (de) * | 2004-12-21 | 2006-07-06 | Linde Ag | Verfahren zum Laserstrahlschweißen von Aluminium und Aluminiumlegierungen |
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| US8546720B2 (en) | 2011-04-13 | 2013-10-01 | General Electric Company | Hybrid welding apparatus and system and method of welding |
| US8890030B2 (en) | 2012-08-30 | 2014-11-18 | General Electric Company | Hybrid welding apparatuses, systems and methods |
| US20140065320A1 (en) * | 2012-08-30 | 2014-03-06 | Dechao Lin | Hybrid coating systems and methods |
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| US10981248B2 (en) | 2013-11-22 | 2021-04-20 | General Electric Company | Hybrid welding apparatuses, systems and methods for spatially offset components |
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-
1984
- 1984-04-10 JP JP59071295A patent/JPS60216989A/ja active Pending
-
1985
- 1985-04-10 US US06/721,628 patent/US4689466A/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4689466A (en) | 1987-08-25 |
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