JPS6032556B2 - レ−ザ溶接ノズル - Google Patents
レ−ザ溶接ノズルInfo
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- JPS6032556B2 JPS6032556B2 JP55017572A JP1757280A JPS6032556B2 JP S6032556 B2 JPS6032556 B2 JP S6032556B2 JP 55017572 A JP55017572 A JP 55017572A JP 1757280 A JP1757280 A JP 1757280A JP S6032556 B2 JPS6032556 B2 JP S6032556B2
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- JP
- Japan
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- welding
- gas
- plasma
- nozzle
- laser
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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
- B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
- B23K26/1462—Nozzles; Features related to nozzles
- B23K26/1464—Supply to, or discharge from, nozzles of media, e.g. gas, powder, wire
- B23K26/1476—Features inside the nozzle for feeding the fluid stream through the nozzle
-
- 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
- B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
-
- 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
- B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
- B23K26/1462—Nozzles; Features related to nozzles
- B23K26/1464—Supply to, or discharge from, nozzles of media, e.g. gas, powder, wire
- B23K26/147—Features outside the nozzle for feeding the fluid stream towards the workpiece
Landscapes
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、ガスを併用するレーザ溶接に用いる溶接ノズ
ルに関する。
ルに関する。
既知のようにレーザビームのェネルギ密度は極めて高く
、アーク溶接などに比べて１０方情以上にすることも容
易である。
、アーク溶接などに比べて１０方情以上にすることも容
易である。
数値例を挙げると酸素アセチレン炎のェネルギ密度Ｗ／
のは１ぴ程度、アンゴンアーク（２００Ａ）のそれは１
．５×１ぴ程度であるのに対し、電子ビームのそれは１
ぴ程度、連続レーザビームのそれは１ぴ、パルスレーザ
のそれは１び３にもなる。このような高ェネルギ密度の
ビームを用いると鋼材の表面焼入れ、溶接、穿孔・切断
などの加工を容易に行なうことができる。なおこれらの
焼入れ、溶接、穴あげなどは鋼材に投入するェネルギ密
度に対応しており、１．８×１びＪ／の程度なら表面焼
入れ、１．９×１ぴＪ／の程度なら溶融（熔接）、４．
９×１ぴＪ／の程度なる蒸発（穴あげ、切断）である。
つまり所定時間内の投入ェネルギ量が少ない場合は溶融
は起らず、鋼材表面の急熱急冷効果による表面焼入れが
行なわれるが、投入ェネルギ量の増大に伴なつて溶融、
蒸発となってゆく。第１図はしーザ照射による加工物表
面温Ｔｓと表面下温度Ｔｓｓの時間に対する変化を示し
たものである。
のは１ぴ程度、アンゴンアーク（２００Ａ）のそれは１
．５×１ぴ程度であるのに対し、電子ビームのそれは１
ぴ程度、連続レーザビームのそれは１ぴ、パルスレーザ
のそれは１び３にもなる。このような高ェネルギ密度の
ビームを用いると鋼材の表面焼入れ、溶接、穿孔・切断
などの加工を容易に行なうことができる。なおこれらの
焼入れ、溶接、穴あげなどは鋼材に投入するェネルギ密
度に対応しており、１．８×１びＪ／の程度なら表面焼
入れ、１．９×１ぴＪ／の程度なら溶融（熔接）、４．
９×１ぴＪ／の程度なる蒸発（穴あげ、切断）である。
つまり所定時間内の投入ェネルギ量が少ない場合は溶融
は起らず、鋼材表面の急熱急冷効果による表面焼入れが
行なわれるが、投入ェネルギ量の増大に伴なつて溶融、
蒸発となってゆく。第１図はしーザ照射による加工物表
面温Ｔｓと表面下温度Ｔｓｓの時間に対する変化を示し
たものである。
パワー密度が１ぴＷ／地以上の時約１仏Ｓで表面温Ｔｓ
は蒸発温度Ｔｖに達し、加工物の表面層が蒸発する。こ
のような短時間内では吸収された熱は殆んど上昇しない
。勿論表面層が蒸発するとその下部層が表面層になるか
ら該層が蒸発し、こうして穴あげ、切断などがなされる
。パワー密度が１ぴＷ／の以下の場合は表面温度Ｔｓが
蒸発温度に達するまでに数ｍＳｅｃを要するのでこの間
には図示の如く表面下温度Ｔｓｓも上昇し、溶解温度Ｔ
Ｍに達する。なおＴＲは室温である。この場合はしーザ
照射時間を適当にすることにより、表面下層が溶融し表
面層はまだ蒸発しない状態でレーダ照射を停止また位置
移動することにより溶接加工を行なうことができる。第
２図にレーザ溶接の概要を示す。
は蒸発温度Ｔｖに達し、加工物の表面層が蒸発する。こ
のような短時間内では吸収された熱は殆んど上昇しない
。勿論表面層が蒸発するとその下部層が表面層になるか
ら該層が蒸発し、こうして穴あげ、切断などがなされる
。パワー密度が１ぴＷ／の以下の場合は表面温度Ｔｓが
蒸発温度に達するまでに数ｍＳｅｃを要するのでこの間
には図示の如く表面下温度Ｔｓｓも上昇し、溶解温度Ｔ
Ｍに達する。なおＴＲは室温である。この場合はしーザ
照射時間を適当にすることにより、表面下層が溶融し表
面層はまだ蒸発しない状態でレーダ照射を停止また位置
移動することにより溶接加工を行なうことができる。第
２図にレーザ溶接の概要を示す。
１０，１２は突合せ溶接すべき母材で、１４はその突合
せ面である。
せ面である。
レーザビーム１６はＣ０２レーザ光源２０により突合せ
面１４の直上から該突合せ面へ投射される。し−ザや電
子ビームなどのェネルギビ−ム利用の溶接では溶接関先
は特に作らず溶接部は突合せ面１４それ自身であり、こ
の部分へ向けてビームを集東して（１６ａがその焦点）
投射する。レーザが照射された母材部分には小径の深い
孔ができ、これはキーホールと呼ばれる。レーザビーム
又は母材が移動することによってキーホールが移動し、
その周辺は溶融層となり、キーホールの移動と供に該溶
融層も移動し、かつ先に溶融した部分は凝固してゆく。
か）る現象を突合せ面１４で進行させることにより、溶
接が行なわれる。なお図の１８は溶融金属、２２はキー
ホール「 ２４は凝固した溶融金属（ビード）である。
Ｆは熔接方向を示し、ビーム１６を移動させて溶接する
場合矢印Ｆはビーム１６の移動方向を示し、母材を移動
させて溶接する場合該母材は矢印Ｆと反対方向に移動す
る。レーザ溶接を左右する要因には■レーザパワー、■
ェネルギ密度、■母材のレーザェネルギ吸収性、■母材
の熱伝導率と熱拡散率、■母村の比熱、密度、熱容量、
融解温度、融解熱などがあるが、特に上記■が問題であ
る。
面１４の直上から該突合せ面へ投射される。し−ザや電
子ビームなどのェネルギビ−ム利用の溶接では溶接関先
は特に作らず溶接部は突合せ面１４それ自身であり、こ
の部分へ向けてビームを集東して（１６ａがその焦点）
投射する。レーザが照射された母材部分には小径の深い
孔ができ、これはキーホールと呼ばれる。レーザビーム
又は母材が移動することによってキーホールが移動し、
その周辺は溶融層となり、キーホールの移動と供に該溶
融層も移動し、かつ先に溶融した部分は凝固してゆく。
か）る現象を突合せ面１４で進行させることにより、溶
接が行なわれる。なお図の１８は溶融金属、２２はキー
ホール「 ２４は凝固した溶融金属（ビード）である。
Ｆは熔接方向を示し、ビーム１６を移動させて溶接する
場合矢印Ｆはビーム１６の移動方向を示し、母材を移動
させて溶接する場合該母材は矢印Ｆと反対方向に移動す
る。レーザ溶接を左右する要因には■レーザパワー、■
ェネルギ密度、■母材のレーザェネルギ吸収性、■母材
の熱伝導率と熱拡散率、■母村の比熱、密度、熱容量、
融解温度、融解熱などがあるが、特に上記■が問題であ
る。
母材表面がレーザビームに対する反射率の大なるもので
あると、投射されたレーザは反射されてしまって熔接に
寄与しない。母材表面における反射率は多くの金属にお
いて５０％以上にもなり、この反射率を減少させて母材
のレーザェネルギ吸収率を向上させる必要がある。この
吸収率の向上には、次の方法が考えられる。■表面粗度
増大による多重反射の利用、■薄い酸化膜等による波長
吸収性の向上、■レーザブラズマの利用、第３図に示す
ようにレーザ光１６と‐同軸にアルゴン（〜），ヘリウ
ム（Ｈｅ），窒素（Ｎ２）などのガス３２を噴出する（
３０はノズルを示す）と、被加工物２６の表面より蒸発
、飛散した被加工物表面物質によりガスは瞬時に高温状
態となり、プラズマ化される。これがレーザプラズマで
ある。プラズマ３４が発生すると、レーザビームのェネ
ルギは大部分このプラズマに吸収され、被加工物２６へ
直接照射されるレーザビームは少なくなる。一方プラズ
マ３４はしーザェネルギを吸収して益々高温となり、こ
れが２次のェネルギ源となって被加工物２６を加熱する
。この効果被加工物の溶込み形状は第４図に示すように
、プラズマ３４による溶込み部Ａとしーザ光入射による
溶込み部分（キーホールが形成された部分およびその周
囲）Ｂとの合成形状となる。このように、ガスを併用し
てレーザ溶接を行なうとプラズマが発生し、レーザビー
ムのェネルギは該プラズマの吸収されて被加工物へ直接
入射するレーザヱネルギは減少するが、プラズマを通し
てェネルギが伝播されるので、ガスを使用せずにレーザ
ビームを被加工物へ直接投射して大部分を反射させてし
まう場合より、数１ぴ音のェネルギ効率が得られる。第
５図はこの関係を設明する図で、ａはガスを供給せず、
溶接速度ＶはＶ−＝２．５柳／Ｓ、ビーム径はＷ，の場
合、ｂ，ｃはガスを供給してプラズマを発生させた場合
で溶接速度はｂがＶニ２仇帆／Ｓ、ｃがＶ＝２．５側／
Ｓ、ビーム蓬ｂ，ｃとも図示のＷ２である。絹線部は溶
けた部分を示す。図から明らかなうにａでは殆んど溶け
ていないのに対し、溶接速度が同じｃでは大きく溶け、
溶接速度が約１び音のｂでも深い溶込みが得られる。尤
も、ａの場合でもビーム径を絞って高ェネルギ密度にす
るともう少し深い溶込みが得られるがｃのようにならな
い。ガスを併用してプラズマを発生させると被加工物の
加熱ェネルギ効率を高めることができるが、第４図等に
示した如く、熔込み形状がプラズマ塊の影響を受け、レ
ーザ滋後の特徴である幅の狭い、深い溶込み形状が得ら
れないという難がある。
あると、投射されたレーザは反射されてしまって熔接に
寄与しない。母材表面における反射率は多くの金属にお
いて５０％以上にもなり、この反射率を減少させて母材
のレーザェネルギ吸収率を向上させる必要がある。この
吸収率の向上には、次の方法が考えられる。■表面粗度
増大による多重反射の利用、■薄い酸化膜等による波長
吸収性の向上、■レーザブラズマの利用、第３図に示す
ようにレーザ光１６と‐同軸にアルゴン（〜），ヘリウ
ム（Ｈｅ），窒素（Ｎ２）などのガス３２を噴出する（
３０はノズルを示す）と、被加工物２６の表面より蒸発
、飛散した被加工物表面物質によりガスは瞬時に高温状
態となり、プラズマ化される。これがレーザプラズマで
ある。プラズマ３４が発生すると、レーザビームのェネ
ルギは大部分このプラズマに吸収され、被加工物２６へ
直接照射されるレーザビームは少なくなる。一方プラズ
マ３４はしーザェネルギを吸収して益々高温となり、こ
れが２次のェネルギ源となって被加工物２６を加熱する
。この効果被加工物の溶込み形状は第４図に示すように
、プラズマ３４による溶込み部Ａとしーザ光入射による
溶込み部分（キーホールが形成された部分およびその周
囲）Ｂとの合成形状となる。このように、ガスを併用し
てレーザ溶接を行なうとプラズマが発生し、レーザビー
ムのェネルギは該プラズマの吸収されて被加工物へ直接
入射するレーザヱネルギは減少するが、プラズマを通し
てェネルギが伝播されるので、ガスを使用せずにレーザ
ビームを被加工物へ直接投射して大部分を反射させてし
まう場合より、数１ぴ音のェネルギ効率が得られる。第
５図はこの関係を設明する図で、ａはガスを供給せず、
溶接速度ＶはＶ−＝２．５柳／Ｓ、ビーム径はＷ，の場
合、ｂ，ｃはガスを供給してプラズマを発生させた場合
で溶接速度はｂがＶニ２仇帆／Ｓ、ｃがＶ＝２．５側／
Ｓ、ビーム蓬ｂ，ｃとも図示のＷ２である。絹線部は溶
けた部分を示す。図から明らかなうにａでは殆んど溶け
ていないのに対し、溶接速度が同じｃでは大きく溶け、
溶接速度が約１び音のｂでも深い溶込みが得られる。尤
も、ａの場合でもビーム径を絞って高ェネルギ密度にす
るともう少し深い溶込みが得られるがｃのようにならな
い。ガスを併用してプラズマを発生させると被加工物の
加熱ェネルギ効率を高めることができるが、第４図等に
示した如く、熔込み形状がプラズマ塊の影響を受け、レ
ーザ滋後の特徴である幅の狭い、深い溶込み形状が得ら
れないという難がある。
このような観点からはプラズマの存在はむしろ有害であ
り、その影響を回避もしくは調整する必要がある。そも
そもレーザビームに対するガス流の併用は、アーク熔接
などと同様に溶接部をガスシールドするという意味も持
っており、このような目的からは使用ガスは単なるシー
ルドガスであればよい。即ち電離電圧の高いガスはプラ
ズマ化しにくいから、か）るガス（例えばＨｅ）の大量
（高流速での）使用は有効である。また第５図ｂ，ｃか
ら明らかなように溶接速度を大にすることも有効である
。また側方から高速ジェット流を吹きつけてプラズマを
分裂、崩壊させてしまうことも有効である。本発明はや
はりこのプラズマの処理に係るものであるが、該プラズ
マを母材中、所望方向へ押し付け、溶接に有効利用する
溶接ノズルを提供しようとするものである。
り、その影響を回避もしくは調整する必要がある。そも
そもレーザビームに対するガス流の併用は、アーク熔接
などと同様に溶接部をガスシールドするという意味も持
っており、このような目的からは使用ガスは単なるシー
ルドガスであればよい。即ち電離電圧の高いガスはプラ
ズマ化しにくいから、か）るガス（例えばＨｅ）の大量
（高流速での）使用は有効である。また第５図ｂ，ｃか
ら明らかなように溶接速度を大にすることも有効である
。また側方から高速ジェット流を吹きつけてプラズマを
分裂、崩壊させてしまうことも有効である。本発明はや
はりこのプラズマの処理に係るものであるが、該プラズ
マを母材中、所望方向へ押し付け、溶接に有効利用する
溶接ノズルを提供しようとするものである。
本発明の溶接ノズルはし−ザビームおよびプラズマ発生
ガスを通す穴を備えたノズル本体をホルダに回転自在に
取付け、該ノズル本体の周面には環状溝を設けかつ該ノ
ズル本体には該環状溝とノズル本体下面とを結ぶ小穴を
設け、また該環状溝の開放機面を覆う静止部材にジェッ
トガス供給穴を該環状溝に開口させて設け、発生したプ
ラズマを被溶接部へ押付ける該ジヱットガスを該供給穴
、環状溝および小穴の径路で溶接点へ向けて所定の傾斜
角で噴出させるようにしてなることを特徴とするが、先
ずその原理を第６図で説明する。この第６図に示すよう
に本発明の溶接ノズルではしーザビーム１６とプラズマ
生成用ガス３２を供給するノズル本体３０と、その斜め
方向からジェットガスの供給するノズル４０を備える。
ガスを通す穴を備えたノズル本体をホルダに回転自在に
取付け、該ノズル本体の周面には環状溝を設けかつ該ノ
ズル本体には該環状溝とノズル本体下面とを結ぶ小穴を
設け、また該環状溝の開放機面を覆う静止部材にジェッ
トガス供給穴を該環状溝に開口させて設け、発生したプ
ラズマを被溶接部へ押付ける該ジヱットガスを該供給穴
、環状溝および小穴の径路で溶接点へ向けて所定の傾斜
角で噴出させるようにしてなることを特徴とするが、先
ずその原理を第６図で説明する。この第６図に示すよう
に本発明の溶接ノズルではしーザビーム１６とプラズマ
生成用ガス３２を供給するノズル本体３０と、その斜め
方向からジェットガスの供給するノズル４０を備える。
ジェットガス４２は図示の如くレーザが投射される被加
工物２６の表面部分を狙って放出され、そしてレーザビ
ーム１６の中心線１，に対するノズル４０従ってジェッ
トガス流４２の中心線１２のなす角は第６図ｂに示すう
にＱおよび８である。即ちし−ザビームの中心線１．を
ｚ軸にとり、溶接線（前記の突合せ面１４）をｘ軸にと
ると、ジヱットガス流の中心線１２はｘ−ｚ平面におい
てｘ髄に対して角８、（ｚ軸に対しては９０ｏ−８）、
またｘ−ｙの平面においてｘ軸に対し角Ｑをなし、しか
も角Ｑは正、負に可変である。このようにすると、ジェ
ットガス流４２の速度ベクトルはｚ成分つまり被加工物
２６の厚み方向成分を持っているからプラズマ３４を被
加工物内へ押し込める作用をし、これにより深い溶け込
みが得られる。またジェットガス流４２の速度ベクトル
はｘ，ｙ成分を持っているから、ｘ成分によりプラズマ
３４はこれから溶接される母材部分側へ押し付けられ、
これによりプラズマのェネルギが母材加熱に有効に利用
されて溶接能率が向上する。またｙ成分によりプラズマ
は溶接線ｘの左側または右側へ強く又は弱く（Ｑの値に
より）押し付けられることになり、これは後述の異厚部
材の溶接に極めて有効である。更にこのように斜め方向
からジェットガス流を吹き付けると、プラズマ塊の周辺
は冷却されて単なる加熱ガスとなり、プラズマ状態であ
るのは活発なェネルギ注入が行なわれる中心部のみとな
るので小型化され、第４図のＡ部分の面積が縮小してＢ
部分に近くなり紬幅の深溶込みが得られるとともに、溶
融部ジェットガス流と相対する方向に形成させ、かつそ
の大きさを制御することができるという効果がある。ジ
ェットガス噴出するプラズマ制御ノズル４０の機能を充
分に発揮させるにはジェットガスの圧力 圧力分布、ガ
ス噴出角、およびガスの種類などを適切にする必要があ
る。
工物２６の表面部分を狙って放出され、そしてレーザビ
ーム１６の中心線１，に対するノズル４０従ってジェッ
トガス流４２の中心線１２のなす角は第６図ｂに示すう
にＱおよび８である。即ちし−ザビームの中心線１．を
ｚ軸にとり、溶接線（前記の突合せ面１４）をｘ軸にと
ると、ジヱットガス流の中心線１２はｘ−ｚ平面におい
てｘ髄に対して角８、（ｚ軸に対しては９０ｏ−８）、
またｘ−ｙの平面においてｘ軸に対し角Ｑをなし、しか
も角Ｑは正、負に可変である。このようにすると、ジェ
ットガス流４２の速度ベクトルはｚ成分つまり被加工物
２６の厚み方向成分を持っているからプラズマ３４を被
加工物内へ押し込める作用をし、これにより深い溶け込
みが得られる。またジェットガス流４２の速度ベクトル
はｘ，ｙ成分を持っているから、ｘ成分によりプラズマ
３４はこれから溶接される母材部分側へ押し付けられ、
これによりプラズマのェネルギが母材加熱に有効に利用
されて溶接能率が向上する。またｙ成分によりプラズマ
は溶接線ｘの左側または右側へ強く又は弱く（Ｑの値に
より）押し付けられることになり、これは後述の異厚部
材の溶接に極めて有効である。更にこのように斜め方向
からジェットガス流を吹き付けると、プラズマ塊の周辺
は冷却されて単なる加熱ガスとなり、プラズマ状態であ
るのは活発なェネルギ注入が行なわれる中心部のみとな
るので小型化され、第４図のＡ部分の面積が縮小してＢ
部分に近くなり紬幅の深溶込みが得られるとともに、溶
融部ジェットガス流と相対する方向に形成させ、かつそ
の大きさを制御することができるという効果がある。ジ
ェットガス噴出するプラズマ制御ノズル４０の機能を充
分に発揮させるにはジェットガスの圧力 圧力分布、ガ
ス噴出角、およびガスの種類などを適切にする必要があ
る。
ガスの種類としては〜，Ｎ２などよりは電離電圧の高い
Ｈｅが好ましい。なおＨｅの電離電圧は２４．５８８Ｖ
、〜のそれは１５．７６０ＶＮ２のそれは１４．５３Ｖ
である。なおノズル３０を通して供給するガス３２はプ
ラズマを必要最小限に発生させる為にＨｅがよく「かつ
低流速で供給するのがよい。高温状態での２原子分子の
ガスは解離のェネルギと電離のヱネルギを持ち高ェネル
ギ状態にあってプラズマ化しやすいので、ガス３２とし
てか）るガスを用いるのもよい。ガス噴出角のうちＱ‘
ま土６０ｏ程度の範囲内で、また８については３００〜
８００の範囲内で適宣選定する。なお８芋ｏｏとすると
プラズマは母材表面に沿って単に吹き飛ばされることに
なり、ガスを使用しない従ってプラズマを作らない場合
と大差なくなる。′ ジェットガスによるプラズマ制御
の効果を第７図で説明すると、第７図ａはプラズマ制御
なしの場合、ｂはプラズマ制御ありの場合である。
Ｈｅが好ましい。なおＨｅの電離電圧は２４．５８８Ｖ
、〜のそれは１５．７６０ＶＮ２のそれは１４．５３Ｖ
である。なおノズル３０を通して供給するガス３２はプ
ラズマを必要最小限に発生させる為にＨｅがよく「かつ
低流速で供給するのがよい。高温状態での２原子分子の
ガスは解離のェネルギと電離のヱネルギを持ち高ェネル
ギ状態にあってプラズマ化しやすいので、ガス３２とし
てか）るガスを用いるのもよい。ガス噴出角のうちＱ‘
ま土６０ｏ程度の範囲内で、また８については３００〜
８００の範囲内で適宣選定する。なお８芋ｏｏとすると
プラズマは母材表面に沿って単に吹き飛ばされることに
なり、ガスを使用しない従ってプラズマを作らない場合
と大差なくなる。′ ジェットガスによるプラズマ制御
の効果を第７図で説明すると、第７図ａはプラズマ制御
なしの場合、ｂはプラズマ制御ありの場合である。
網線を付して示す溶込み部はａの場合はワインカップ状
、ｂの場合はビャだる型であり、紬幅深溶込みの点で大
きく改善されることが分る。なおこの例ではジェットガ
スの噴出角Ｑ＝０，ａ＝４５ｏである。第８図は本発明
に係る溶接ノズルを示す。
、ｂの場合はビャだる型であり、紬幅深溶込みの点で大
きく改善されることが分る。なおこの例ではジェットガ
スの噴出角Ｑ＝０，ａ＝４５ｏである。第８図は本発明
に係る溶接ノズルを示す。
５０はＫＣＬレンズでレーザ光の集東、結象を行なう。
５２はしンズホルダー、５４，５６，５８はノズル本体
３０等のホルダである。このホルダ５４にはしーザ光と
同軸に噴出するプラズマ発生用ガスの供給孔５４ａを設
けてある。またノズル本体３川ましーザビームおよび前
記プラズマ発生用ガスを通す穴３０ｂを備え、そしてホ
ルダ５８に回転自在に取付けられ、その回転位置はねじ
６０により固定される。ホルダ５８の下端にはシールド
ガスノズル部材６２が固定され、このノズル部材６２の
穴にノズル本体３０が接合する。ノズル部材６２はシー
ルドガスを導入する穴６２ａおよびシールドガスを放出
する穴６２ｂ、ジェットガス導入用の穴６２ｃを備える
。この穴６２ｃにはジェットガス供給用のパイプまたは
ホース６４が挿入、連結される。ノズル本体３川ま下部
周面に環状の溝３０ａを備え、またこの溝３０ａとノズ
ル下面とを結ぶ小穴３０ｃを備える。ノズル部材６２の
穴６２ｃは溝３０ａに開○しているので、パイプ６４を
通して送給されたジェットガスは６２ｃ−３０ａ−３０
ｃの径路で熔援点Ｐを狙って噴出する。ノイズ本体３０
は回転可能であるから、該ノイズ本体３０を廻すことに
よりジェットガスの前記噴出角Ｑは任意に調整できる。
噴出角のま固定である。穴３０ｃは本例では１つである
が、複数個にしてジェットガスの分布のパターンを適当
に調整するようにしてもよい。この溶接ノズルでは、小
型軽量なノズル本体３０を回転自在として角Ｑを変え、
ジェットガス供給パイプ６４は固定部材、実施例ではノ
ズル部材６２に固定して静止させるので、角Ｑの制御が
迅速にでき、ノズル本体３０の回転をサーボモー夕によ
り行なうことにより角Ｑの自動制御が容易であり、曲線
溶接線に沿うなどを適切にかつ自動的に行なうことが可
能になる。
３０等のホルダである。このホルダ５４にはしーザ光と
同軸に噴出するプラズマ発生用ガスの供給孔５４ａを設
けてある。またノズル本体３川ましーザビームおよび前
記プラズマ発生用ガスを通す穴３０ｂを備え、そしてホ
ルダ５８に回転自在に取付けられ、その回転位置はねじ
６０により固定される。ホルダ５８の下端にはシールド
ガスノズル部材６２が固定され、このノズル部材６２の
穴にノズル本体３０が接合する。ノズル部材６２はシー
ルドガスを導入する穴６２ａおよびシールドガスを放出
する穴６２ｂ、ジェットガス導入用の穴６２ｃを備える
。この穴６２ｃにはジェットガス供給用のパイプまたは
ホース６４が挿入、連結される。ノズル本体３川ま下部
周面に環状の溝３０ａを備え、またこの溝３０ａとノズ
ル下面とを結ぶ小穴３０ｃを備える。ノズル部材６２の
穴６２ｃは溝３０ａに開○しているので、パイプ６４を
通して送給されたジェットガスは６２ｃ−３０ａ−３０
ｃの径路で熔援点Ｐを狙って噴出する。ノイズ本体３０
は回転可能であるから、該ノイズ本体３０を廻すことに
よりジェットガスの前記噴出角Ｑは任意に調整できる。
噴出角のま固定である。穴３０ｃは本例では１つである
が、複数個にしてジェットガスの分布のパターンを適当
に調整するようにしてもよい。この溶接ノズルでは、小
型軽量なノズル本体３０を回転自在として角Ｑを変え、
ジェットガス供給パイプ６４は固定部材、実施例ではノ
ズル部材６２に固定して静止させるので、角Ｑの制御が
迅速にでき、ノズル本体３０の回転をサーボモー夕によ
り行なうことにより角Ｑの自動制御が容易であり、曲線
溶接線に沿うなどを適切にかつ自動的に行なうことが可
能になる。
この溶接ヘッドで異厚溶接を行なった例を第９図に示す
。
。
鉄鋼業における製造プロセスの中で溶接加工を必要とす
る工程は多いが、例えば鋼板は熱間圧延後、酸洗、暁錨
、冷延等を行なわれ、これらを実施するには鋼板コイル
同志、またはコイルとりーダコィルを突合せ溶接するが
、該溶接がそれである。そして例えば製品コイルとりー
ダーコィルを熔接する場合、各々の厚みは６側と３肋と
いうように異厚となり、第９図に示す状態となる。通常
のレーザ溶接でこれを行なうとするとしーザビームは点
線１＆のように投射することになるが、これでは非溶接
部を溶融してしまう。これを避けるため実線１６の如く
すると突合せ面でない所を溶融することになり、いずれ
も不具合である。このような場合には本発明では前記傾
斜角Ｑを適当に選び、プラズマ３４を厚い母材１０側へ
押付けるようにする。このようにすれば溶融金属部は突
合せ面を挟んでその両側に形成されるようになり、確実
な溶接を行なうことができる。以上詳細に説明したよう
に本発明の溶接ヘッドによればレーザビームと共にガス
を供給してプラズマを発生させ、該プラズマをジェット
ガスにより溶接点の前方かつ溶接線の両側に亘る任意方
向において母材内へ押付けることができるので、母村の
ェネルギ吸収率を高め、母材熔融部の位置を調整でき、
プラズマを小型化して紬幅深溶込みを可能にするなどの
効果が得られる。またジェットガスの噴出角Ｑの変更を
、４・型軽量のノズル本体３０を回転させて行なうので
操作が容易、迅速に行なわれ、サーボ機構による自動制
御も簡単になって曲線溶接に適するなどの利点が得られ
る。
る工程は多いが、例えば鋼板は熱間圧延後、酸洗、暁錨
、冷延等を行なわれ、これらを実施するには鋼板コイル
同志、またはコイルとりーダコィルを突合せ溶接するが
、該溶接がそれである。そして例えば製品コイルとりー
ダーコィルを熔接する場合、各々の厚みは６側と３肋と
いうように異厚となり、第９図に示す状態となる。通常
のレーザ溶接でこれを行なうとするとしーザビームは点
線１＆のように投射することになるが、これでは非溶接
部を溶融してしまう。これを避けるため実線１６の如く
すると突合せ面でない所を溶融することになり、いずれ
も不具合である。このような場合には本発明では前記傾
斜角Ｑを適当に選び、プラズマ３４を厚い母材１０側へ
押付けるようにする。このようにすれば溶融金属部は突
合せ面を挟んでその両側に形成されるようになり、確実
な溶接を行なうことができる。以上詳細に説明したよう
に本発明の溶接ヘッドによればレーザビームと共にガス
を供給してプラズマを発生させ、該プラズマをジェット
ガスにより溶接点の前方かつ溶接線の両側に亘る任意方
向において母材内へ押付けることができるので、母村の
ェネルギ吸収率を高め、母材熔融部の位置を調整でき、
プラズマを小型化して紬幅深溶込みを可能にするなどの
効果が得られる。またジェットガスの噴出角Ｑの変更を
、４・型軽量のノズル本体３０を回転させて行なうので
操作が容易、迅速に行なわれ、サーボ機構による自動制
御も簡単になって曲線溶接に適するなどの利点が得られ
る。
第１図はしーザのヱネルギ密度と溶融、蒸発等の関係を
示すグラフ、第２図はしーザ溶接の説明図、第３図およ
び第４図はガスを併用するレーザ溶接の説明図、第５図
はしーザによる加熱結果の説明図、第６図ａ，ｂは本発
明の原理説明図、第７図ａ，ｂは本発明と従来法に依る
溶接結果の対比説明図、第８図は本発明の溶接ノズルの
実施例を示す断面図、第９図は該ノズルの使用例を示す
説明図である。 図面で１６はしーザビーム、３２はプラズマ発生用ガス
、３川まノズル本体、５４，５６，５８はホルダ、３０
ａは環状溝、３０ｃは４・穴、６２は静止部材、６２ｃ
はジェットガス供給穴、Ｐは溶接点である。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第９図 第８図
示すグラフ、第２図はしーザ溶接の説明図、第３図およ
び第４図はガスを併用するレーザ溶接の説明図、第５図
はしーザによる加熱結果の説明図、第６図ａ，ｂは本発
明の原理説明図、第７図ａ，ｂは本発明と従来法に依る
溶接結果の対比説明図、第８図は本発明の溶接ノズルの
実施例を示す断面図、第９図は該ノズルの使用例を示す
説明図である。 図面で１６はしーザビーム、３２はプラズマ発生用ガス
、３川まノズル本体、５４，５６，５８はホルダ、３０
ａは環状溝、３０ｃは４・穴、６２は静止部材、６２ｃ
はジェットガス供給穴、Ｐは溶接点である。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第９図 第８図
Claims (1)
- １ レーザビームおよびプラズマ発生ガスを通す穴を中
心に垂直方向に設け、かつ周面に環状溝を設け、該環状
溝と下面との間に小穴を斜めに設けたノズル本体をホー
ルダーに回転自在に取付けるとともに、ノズル本体に設
けた前記環状溝の開放端を覆うようにノズル本体の下端
に嵌合したシールドガスノズル部材に、前記環状溝にジ
ツトガスを供給するためのジエツトガス導入穴を設け、
発生したプラズマを溶接部に押付けるためのジエツトガ
スをジエツトガス導入穴、環状溝および小穴の径路で溶
接点に向け所望の傾斜角で噴出させるように構成したこ
とを特徴とするレーザ溶接ノズル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55017572A JPS6032556B2 (ja) | 1980-02-15 | 1980-02-15 | レ−ザ溶接ノズル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55017572A JPS6032556B2 (ja) | 1980-02-15 | 1980-02-15 | レ−ザ溶接ノズル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56114591A JPS56114591A (en) | 1981-09-09 |
| JPS6032556B2 true JPS6032556B2 (ja) | 1985-07-29 |
Family
ID=11947620
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55017572A Expired JPS6032556B2 (ja) | 1980-02-15 | 1980-02-15 | レ−ザ溶接ノズル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6032556B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04117171U (ja) * | 1991-03-29 | 1992-10-20 | 川崎重工業株式会社 | エンジン用エアクリーナ |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5970487A (ja) * | 1982-10-15 | 1984-04-20 | Mitsubishi Electric Corp | レ−ザ加工ノズル |
| JPS59130695A (ja) * | 1983-01-14 | 1984-07-27 | Inoue Japax Res Inc | 光加工装置 |
| CN109048088B (zh) * | 2018-08-23 | 2020-09-25 | 江苏大学 | 一种长脉冲激光与等离子体射流复合加工微孔的方法及装置 |
-
1980
- 1980-02-15 JP JP55017572A patent/JPS6032556B2/ja not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04117171U (ja) * | 1991-03-29 | 1992-10-20 | 川崎重工業株式会社 | エンジン用エアクリーナ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS56114591A (en) | 1981-09-09 |
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