JPS6253272B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 産業上の利用分野 本発明はレーザ溶接方法に係り、特に最適の溶
接条件を得ることができるレーザ溶接方法に関す
る。

従来の技術 近年レーザ光線の利用が発達し、特に炭酸ガス
レーザにより大出力発振器開発により重機械工業
にも多いに採用されてきている。その中で溶接作
業に使用される例をみると、数KWの出力を有す
るレーザ発振器によつて数mmの板厚の鉄板を溶接
している。レーザ溶接は、高エネルギー密度を有
する熱源を用いているため、溶接歪も少なく溶接
速度も速い等の利点を有する。

重機械工業における溶接作業にレーザを用いる
場合、対象ワークの形状が大きく溶接箇所も連続
溶接、断続溶接等種々であるため、レーザ光を対
象ワークの溶接線にそつて移動させる必要があ
る。

次に従来の溶接方法を示す。第１図は、２方向
の移動が可能な伝送機構を有する従来のレージ溶
接方法を行うための装置を示すものである。

レーザ発振器１から発振されたレーザ光２は、
２本の支柱３，３′で支持されるビーム４上を左
右に移動し内部にレーザ光２を直角に変化させる
ミラー５を有するＸ軸伝送機構６を通り、レーザ
光２を集光するレンズ７を有し上下に移動する機
構を有するＺ軸伝送機構８を通つて溶接対象ワー
ク９に照射されるようになつている。そして、例
えば第２図に示すように溶接対象ワーク９ａ，９
ｂに断続溶接１０ａ，１０ｂ，１０ｃを行なう場
合、従来のレーザ溶接方法によれば第１図に示す
Ｚ軸伝送機構８の焦点距離d₀を最適に設定固定
し、Ｘ軸伝送機構６を左右に移動させ、さらにレ
ーザ発振器１の内部にあるシヤツタ１１によつて
レーザ光２を開閉することにより溶接を行なつて
いる。

以上のような従来のレーザ溶接方法において、
Ｘ、Ｚ軸伝送機構６，８は、図示しないNC装置
等により駆動されるが、スタート時および停止時
には一定の速度に達するのに加速時間、減速時間
が必要となる。また断続溶接時にはシヤツタ１１
が開閉するが、シヤツタ１１は電磁機械的構造の
ためシヤツタ１１の動作遅れが生じる。一方溶接
箇所の始端、終端は溶接対象ワーク９計板厚、レ
ーザ発振出力等によつて最適な出力を与える必要
がある。

発明が解決しようとする問題点 ところで、第２図に示す溶接対象ワーク９のl₁
側からl₆側に断続溶接する場合、Ｘ軸伝送機構６
の速度はl₁からl₆に移動する間に第３図に示すよ
うに変化する。またl₂，l₄，l₆の点ではシヤツタ
１１を閉じ、l₁，l₃，l₅の点ではシヤツタ１１を
開く。このような動作を行なわせれば、エネルギ
ー密度（レーザ出力／面積・時間）は第４図に示
すように変化する。したがつて、溶接条件が種々
変化して溶接品質が最良とならない。レーザ溶接
方法は他の溶接法と異なり、溶接速度が数ｍ／
minから10m／minと他の溶接速度の10倍程度速
くなり、伝送機構６，８の加減速、シヤツタ１１
の動作時間等の遅れが大幅に影響を与える。特
に、溶接対象ワーク９の溶接スタート点が他の部
材により予めＸ軸伝送機構６をスタートさせてお
くことができない場合には第４図に示すようにl₁
近傍で大幅にエネルギ密度が上昇して溶接不能に
なつてしまう。

本発明はかかる従来の難点を解決するためにな
されたもので、その目的とするところは、溶接の
始端、終端での溶接条件を最適にすることができ
るレーザ溶接方法を提供するにある。

発明の構成 問題点を解決するための手段 本発明は、レーザ光を集光して溶接対象ワーク
に照射するレンズを、固定した溶接対象ワークに
沿つてスタートさせ、加速状態、略一定速度状態
および減速状態を経て停止させるレーザ溶接方法
であつて、レンズの溶接ワークに対する位置を、
スタート時にはレンズの焦点距離より大きい値と
なる位置に設定し、加速状態時にはレンズの焦点
の位置に達するよう徐々に近づけ、略一定速度状
態で溶接する時にはレンズの焦点の位置に保ち、
減速状態時にはレンズの焦点距離より大きくなる
ように遠ざけたことを特徴としている。

作 用 本発明によればシヤツタを用いることなく、溶
接の始端および終端での溶接を最適に行うことが
できる。

実施例 以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。第５図および第６図は本発明によるレーザ溶
接方法の一実施例を示す図である。

第５図は第１図に示すレーザ溶接方法を行うた
めの装置のＸ軸伝送機構６およびＺ軸伝送機構８
を駆動する制御回路を示すもので、Ｘ軸、Ｚ軸の
移動距離、速度、シヤツタ開閉を指令する指令装
置１５から出力されるＸ軸位置指令Ｒ_XP，Ｘ軸速
度指令Ｒ_XSおよびＺ軸位置指令Ｒ_ZP，ｚ軸速度指
令Ｒ_ZSは、演算サーボ回路１６，１６′にそれぞ
れ入力され、Ｘ軸駆動モータＸ_MおよびＺ軸駆動
モータＺ_Mを回転させるようになつている。各駆
動モータＸ_M，Ｚ_Mの回転数、速度を検出する検出
機Ｘ_S，Ｚ_Sの信号Ｆ_X，Ｆ_Zは、前記指令装置１５
にフイードバツクされて各指令Ｒ_XP，Ｒ_XS，Ｒ_Z
Ｐ，Ｒ_ZSを変化させるようになつている。

次に、以上のような構成からなる装置によつて
行うレーザ溶接方法について説明する。

第２図に示す溶接箇所を、レンズ７と対象ワー
ク９との距離を焦点距離d₀に合わせてシヤツタ１
１の開閉で溶接する場合、第５図のＺ軸位置指令
Ｒ_ZPは一定、Ｚ軸速度指令Ｒ_ZSは零に指令され
る。このため、シヤツタ１１の動作遅れによる溶
接の不具合が生じる。したがつて、Ｘ軸移動に伴
なつてＺ軸の位置、速度を変化させることによつ
て動作遅れの補正を行なえば最良の溶接が得られ
る。レーザ光２は、Ｚ軸伝送機構８内のレンズ７
で集光させているため、溶接対象ワーク９との距
離が変化すれば、溶接対象ワーク９に当たるエネ
ルギ密度は大幅に変化する。

本発明によるレーザ溶接方法は、上記の原理を
応用したものである。

第６図にＺ軸距離、Ｘ軸速度およびエネルギ密
度と、Ｘ軸距離との関係を示す。スタート時のl₁
の点ではＸ軸の速度が遅いため、第６図ａに示す
ようにレンズ７をＺ軸の距離、すなわちレンズ７
と対象ワーク９との距離がd₁となるように位置さ
せておき（d₁＞d₀）、またシヤツタ１１を開いて
おく。Ｘ軸の移動に伴ないＺ軸の距離を焦点距離
d₀に近付け、Ｘ軸速度が一定値になつたときはレ
ンズ７の位置をＺ軸距離が焦点d₀となるよう一定
に保つ。l₂の溶接完了時点ではＸ軸の速度をやや
落し、Ｚ軸の距離を大幅に大きく（d₂＞d₁）す
る。これは、溶接終端のビード形成を良好にする
クレータ処理をしていることになる。Ｚ軸の距離
がd₂となれば、シヤツタを閉じることなく溶接対
象ワーク９へのエネルギ密度は第６図ｃに示すよ
うに微小となる。l₃の溶接再開始点では、レンズ
７の位置を再度Ｚ軸の距離がd₂から焦点距離d₀に
なるよう近付ける。l₄，l₅でも同様な動作を行な
わせ、l₆からＺ軸の距離が焦点距離d₀から大きく
なるようレンズ７の位置を遠ざける。そして、Ｘ
軸速度が０となつて停止するとシヤツタ１１が閉
じる。

以上のような構成からなるレーザ溶接方法は、
指令装置１５でＸ軸指令値Ｒ_XS，Ｒ_XP，Ｆ_xの値
に応じてＺ軸指令値Ｒ_ZS，Ｒ_ZPを指令することに
よつて行なわれる。また、被溶接ワーク９のうち
l₁からl₂、l₃からl₄、およびl₅からl₆は溶接が行な
われる溶接箇所となり、l₂からl₃およびl₄からl₅は
溶接されない被溶接箇所となる。このため、l₁か
らl₆までは全体として継続溶接が行なわれる。

以上説明したように本実施例によれば、シヤツ
タの開閉をなくしＺ軸の移動距離をＸ軸の移動お
よび溶接箇所の指令に合わせて協調動作させるこ
とにより、同一溶接箇所は第６図ｃに示すように
同一エネルギ密度を与えることができ、さらに溶
接開始時のエネルギ密度の変化および溶接終了時
のクレータ処理、さらには非溶接箇所への余熱
等、材料の質、板厚条件等によつて変化する溶接
条件をＺ軸の焦点距離の変化のみによつてエネル
ギ密度の大きさを一定にも大小にも変化させるこ
とができ、最適の溶接条件を得ることができる。
また、機械的部材で構成されるシヤツタの動作不
安定、耐久性の向上にも大いに寄与できる。

なお、本実施例では断続溶接について説明した
が、被溶接ワーク９のうちl₁からl₆まで連続的に
溶接してもよい。

発明の効果 以上本発明によれば、溶接始端および終端での
溶接を最適に行うことができる。また、シヤツタ
の開閉を行うことなく溶接することができるの
で、シヤツタの耐久性の向上を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のレーザ溶接方法を行う装置を示
す概略図、第２図は断続溶接を行う溶接対象ワー
クの概要図、第３図はＸ軸伝送機構の距離、速度
特性を示す図、第４図は従来の溶接対象ワークに
対するエネルギ密度を示す図、第５図は本発明に
よるレーザ溶接方法を行う装置の伝装機構を駆動
する制御ブロツク図、第６図ａ〜ｃは本発明によ
るレーザ溶接方法による特性を示す図である。 １…レーザ発振器、２…レーザ光、６…Ｘ軸伝
送機構、８…Ｚ軸伝送機構、９…溶接対象ワー
ク、１１…シヤツタ、１５…指令装置、１６，１
６′…演算サーボ回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ レーザ光を集光して溶接対象ワークに照射す
   るレンズを、固定した溶接対象ワークに沿つてス
   タートさせ、加速状態、略一定速度状態および減
   速状態を経て停止させるレーザ溶接方法におい
   て、レンズの溶接ワークに対する位置を、スター
   ト時にはレンズの焦点距離より大きい値となる位
   置に設定し、加速状態時にはレンズの焦点の位置
   に達するよう徐々に近づけ、略一定速度状態で溶
   接する時にはレンズの焦点の位置に保ち、減速状
   態時にはレンズの焦点距離より大きくなるように
   遠ざけたことを特徴するレーザ溶接方法。 ２ 断続溶接する場合は、略一定速度状態で溶接
   箇所に対してはレンズの位置をレンズの焦点距離
   の位置に保ち、略一定速度状態で非溶接箇所に対
   してはレンズの位置をレンズの焦点の位置から遠
   ざけたことを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載のレーザ溶接方法。