WO2015098463A1 - レーザ溶接方法及び装置 - Google Patents

Abstract

溶接ビード（ＷＢ）の外形形状を良好に保持し、かつフィラーワイヤ（１７）の先端部に生じる傾向にあるダマの発生を小さく抑制することのできるレーザ溶接方法及び装置。ワーク（Ｗ）の溶接位置（１９）へレーザ光（ＬＢ）を照射すると共にフィラーワイヤ（１７）を供給して溶接を行うレーザ溶接方法であって、レーザ溶接の終了時に、レーザ溶接部の形状向上とフィラーワイヤ（１７）に対するダマの発生を抑制するために、フィラーワイヤ（１７）をレーザ溶接の進行方向の前側上方向へ斜めに引っ張った状態に保持し、ワーク（Ｗ）の溶接部とフィラーワイヤ（１７）との接続部分へレーザ光（ＬＢ）を照射してフィラーワイヤ（１７）の切断を行う。フィラーワイヤ（１７）の切断を行うためのレーザ光照射位置は、フィラーワイヤ（１７）が上方に傾斜し、かつ溶接ビード（ＷＢ）から離れた位置を含む範囲である。

Description

レーザ溶接方法及び装置

　本発明は、ワークの溶接位置へレーザ光を照射すると共に上記溶接位置へフィラーワイヤを供給しつつレーザ溶接を行うレーザ溶接方法及び装置に関する。さらに詳細には、レーザ溶接の終了時における溶接ビードの外形形状の向上を図ることができると共に、レーザ溶接の終了時におけるフィラーワイヤの切断時に、フィラーワイヤの切断端面に生じる傾向にあるダマをより小さくすることができるレーザ溶接方法及び装置に関する。

　ワークのレーザ溶接を行う場合、例えば産業用ロボットなどのごとき溶接ロボットにおけるロボットアームの先端部にレーザ加工ヘッドを備えると共に、ワークの溶接位置へフィラーワイヤを供給するフィラーワイヤ供給手段を備えている。フィラーワイヤを供給しつつレーザ溶接を行う場合、レーザ溶接の終了時に、溶接ビードとフィラーワイヤとが固着した状態になる。

　上述のように、溶接ビードとフィラーワイヤが固着した場合には、カッターによってフィラーワイヤを切断することや、前記溶接ビードから離れた位置においてフィラーワイヤへレーザ光を照射して切断することが行われる。この場合、溶接ビードからフィラーワイヤの一部が突出した状態に残るので、溶接終了後にフィラーワイヤの後処理が必要であった。そこで、溶接終了時に、溶接ビードとフィラーワイヤとの溶接部へレーザ光を照射して、フィラーワイヤを切断することが提案されている（例えば、特開２０１１－６２７２８号参照）。

　特開２０１１－６２７２８号に記載の溶接方法は、ワークにレーザ光を照射して溶融池を形成し、レーザ溶接の進行方向に対して後方から前記溶融池に対してフィラーワイヤの先端部を進入するように供給するものである。そして、レーザ溶接の終了時には、レーザ加工ヘッドを僅かに後方向へ回動し、溶接ビードとフィラーワイヤとの接続部へレーザ光を照射し、フィラーワイヤを溶融した後に、フィラーワイヤを引き戻して、前記溶融池からフィラーワイヤを切り離すものである。

　したがって、フィラーワイヤの切断位置は、レーザ溶接を行った溶接ビードの先端部から僅かに後側の位置となるものであり、フィラーワイヤの切断時に溶接ビード側に僅かに残った部分を溶接ビード内に溶融することが可能である。反対に、切断されたフィラーワイヤの先端部には、レーザ切断時に溶融された金属がほぼ球形状の塊りになるダマの発生が大きくなるという問題がある。すなわち、フィラーワイヤと溶接ビードとの接続部とをレーザ光の照射によって溶融してからフィラーワイヤを戻すものであるから、溶接ビードの溶融池に悪影響を与えて溶接ビードの外形形状を悪化すると共に、フィラーワイヤに大きなダマを生じることになる。

　本発明は、前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、ワークの溶接位置へレーザ光を照射すると共にフィラーワイヤを供給して溶接を行うレーザ溶接方法であって、レーザ溶接の終了時に、レーザ溶接部の形状向上とフィラーワイヤに対するダマの発生を抑制するために、前記フィラーワイヤをレーザ溶接の進行方向の前側上方向へ斜めに引っ張った状態に保持し、溶接ビードと前記フィラーワイヤとの接続部分へレーザ光を照射して前記フィラーワイヤの切断を行うことを特徴とするものである。

　また、前記レーザ溶接方法において、前記フィラーワイヤの切断を行うためのレーザ光照射位置は、前記フィラーワイヤが上方に傾斜し、かつ溶接ビードから離れた位置を含む範囲であることを特徴とするものである。

　また、前記レーザ溶接方法において、前記フィラーワイヤの切断を行うためのレーザ光はパルスレーザであることを特徴とするものである。

　また、ロボットアームの先端部にレーザ加工ヘッドを備えると共に、上記レーザ加工ヘッドからレーザ光を照射されたワークの溶接位置へフィラーワイヤを供給するフィラーワイヤ供給手段を備え、前記ロボットアーム、レーザ加工ヘッド、フィラーワイヤ供給手段及びレーザ発振器の動作を制御する制御装置を備えたレーザ溶接装置であって、前記制御装置は、レーザ溶接の終了時に、前記フィラーワイヤ供給手段に対してフィラーワイヤの巻戻しを指令するフィラーワイヤ供給手段と、溶接ビードと前記フィラーワイヤとの接続部分へパルスレーザを照射すべく前記レーザ発振器を駆動するレーザ発振器駆動手段とを備えていることを特徴とするものである。

　本発明によれば、フィラーワイヤをレーザ溶接の進行方向の前側上方向へ斜めに引っ張った状態に保持して、溶接ビードとフィラーワイヤとの接続部分へレーザ光を照射してフィラーワイヤの切断を行うものであるから、フィラーワイヤにおいて溶接ビード側に残った僅かな部分は溶接ビードと一体に溶融でき、溶接ビードの形状を良好に保持できるものである。

　また、フィラーワイヤをレーザ溶接の進行方向の前側上方向へ斜めに引っ張った状態において、レーザ光を照射して切断するものであるから、レーザ光の照射による溶融部分は引き伸ばされる傾向にあり、ダマの発生をより小さく抑制することができるものである。

図１は、本発明の実施形態に係るレーザ溶接装置の構成を概念的、概略的に示した説明図である。 図２は、レーザ溶接状態からフィラーワイヤ切断に移行する状態を示すタイムチャートの説明図である。

　図１に概念的、概略的に示すように、本発明の実施形態に係るレーザ溶接装置１は、例えば産業用ロボットなどのごとき溶接ロボットにおけるロボットアーム３の先端部に備えられている。なお、溶接ロボットの構成は既によく知られた構成であるから、溶接ロボットの構成、作用についての詳細な説明は省略する。

　前記ロボットアーム３の先端部には、枢軸５を介してブラケット７が回動可能に備えられており、このブラケット７にはレーザ加工ヘッド９が備えられている。上記レーザ加工ヘッド９は、既によく知られているように、レーザ発振器１１から発振されたレーザ光ＬＢを集光するための集光レンズ１３を備えている。そして、前記集光レンズ１３によって集光したレーザ光をワークＷへ照射してワークＷのレーザ溶接を行うとき、ワークＷに対するレーザ光ＬＢの照射面を大きくする手段が採用されている。

　前述のように、ワークＷに対するレーザ光ＬＢの照射面を大きくする手段としては、例えば前記集光レンズ１３を光軸方向に位置調節する構成や、レーザ加工ヘッド９自体を光軸方向に位置調節する構成とすることも可能である。また、レーザ光ＬＢの光軸を偏心回動する構成とすることも可能である。すなわち、ワークＷに対するレーザ光ＬＢの照射面の大きさを変更する構成は種々の構成があり、かつ既によく知られた構成であるから、より詳細な説明は省略する。

　前記ブラケット７には、フィラーワイヤ供給手段１５から供給されるフィラーワイヤ１７を、ワークＷに対するレーザ光ＬＢの照射位置、すなわち溶接位置１９へ案内するガイドパイプ２１が備えられている。前記ガイドパイプ２１は、レーザ溶接の進行方向（矢印Ａ方向）の前側に配置してある。すなわち、前記ガイドパイプ２１は、レーザ溶接の進行方向の前側から溶接位置１９へフィラーワイヤ１７を斜めに供給するように指向してある。

　前記フィラーワイヤ供給手段１５は、フィラーワイヤ１７を巻いたホイール２３を備えていると共に、フィラーワイヤ１７の送給、戻しを行うためのピンチローラ２５及びモータ２７を備えている。したがって、前記モータ２７を正転駆動してフィラーワイヤ１７の送り出しを行うと、フィラーワイヤ１７は、ガイドパイプ２１に案内されて、溶接位置１９へ供給されることになる。

　また、前記レーザ溶接装置１は、前記溶接ロボットにおけるロボットアーム３、レーザ加工ヘッド９、レーザ発振器１１、フィラーワイヤ供給手段１５等の動作を制御するための制御装置２９を備えている。そして、上記制御装置２９はコンピュータから構成してあって、この制御装置２９には、入力手段（図示省略）から制御装置２９に入力された溶接加工プログラムに従って、前記溶接ロボット３、レーザ加工ヘッド９、レーザ発振器１１、フィラーワイヤ供給手段１５等に対して、レーザ溶接を行うための動作を指令する動作指令手段３１が備えられている。

　また、前記制御装置２９には、フィラーワイヤ供給制御手段３３が備えられている。このフィラーワイヤ供給制御手段３３は、溶接加工プログラムに従って前記動作指令手段３１からレーザ溶接終了の動作指令が出力されたときに、前記フィラーワイヤ供給手段１５におけるモータ２７の回転を停止する機能を奏するものである。そして、上記モータ２７の回転を停止して、予め設定された時間経過後に、前記モータ２７を逆回転してフィラーワイヤ１７を巻き戻すと、フィラーワイヤ１７は、予め設定された力でもってレーザ溶接の進行方向の前側上方向へ斜めに引っ張られるものである。

　既に理解されるように、ワークＷに対してレーザ光ＬＢを照射してワークＷのレーザ溶接を行うとき、溶接位置１９に対してフィラーワイヤ１７の供給を行う。そして、レーザ溶接の終了時には、前記フィラーワイヤ１７は所定の力でもってレーザ溶接の進行方向の前側上方向へ斜めに引っ張られ、張力が付与された状態にある。

　さらに、前記制御装置２９には、レーザ発振器駆動手段３５が備えられている。このレーザ発振器駆動手段３５は、前記レーザ発振器１１の発振を連続レーザやパルスレーザに制御すると共にレーザ出力の制御を行うものである。そして、前記動作指令手段３１からレーザ溶接終了の信号が入力されたときには、レーザ発振器１１からのレーザ光の出力が停止される。そして、レーザ光の出力を停止した後、所定時間経過後に、定常の溶接時と同一の高出力のパルスレーザを発振すべく前記レーザ発振器１１の駆動を制御する機能を奏するものである。

　ところで、前述のごとくレーザ溶接を終了するとき、前記レーザ発振器１１から高出力のパルスレーザが発振される前に、例えば集光レンズ１３の位置が上下に調節されて、溶接ビードＷＢとフィラーワイヤ１７との接続部分へ照射するレーザ光の照射径を拡大すべく調節されるものである。この際、前記照射径は、図１（Ｂ）に示すように、前記溶接ビードＷＢとフィラーワイヤ１７との連結した部分を含み、かつフィラーワイヤ１７がワークＷから斜め上方向に僅かに離れた部分の範囲位置をも含む範囲の径に調節されるものである。

　以上のごとき構成において、レーザ加工ヘッド９に備えた集光レンズ１３によって集光されたレーザ光ＬＢをワークＷへ照射する。そして、レーザ光ＬＢを照射した溶接位置１９へ、溶接進行方向の前側からフィラーワイヤ１７を送給することにより、ワークＷのレーザ溶接が行われることになる（図２の定常溶接参照）。そして、レーザ溶接の終了時には、レーザ発振器駆動手段３５の制御の下にレーザ発振器１１の駆動を停止し、レーザ発振を停止する。また、フィラーワイヤ供給制御手段３３の制御の下に、フィラーワイヤ１７の供給を停止する。上述のように、レーザ発振を停止し、かつフィラーワイヤ１７の供給を停止すると、フィラーワイヤ１７の先端部は、レーザ溶接終了時における溶接ビードＷＢの、溶接進行方向の端部に固着した状態にある。

　したがって、レーザ溶接の終了後にはフィラーワイヤ１７を切断する必要がある。そこで、前述のごとくレーザ溶接の終了時に、レーザ発振及びフィラーワイヤ１７の供給が停止された後、フィラーワイヤ１７の切断を行うべく、レーザ光ＬＢのワークＷに対する照射位置の照射径を拡大すべく集光レンズ１３の位置が上下に調節される。また、フィラーワイヤ１７の切断を行うべく、レーザ加工ヘッド９が切断位置（図１（Ｂ）に示す位置）へ移動される（図２の第１ステップ参照）。前述のごとくフィラーワイヤ１７の供給が停止され、かつ予め設定した所定時間経過後すなわち、レーザ加工ヘッド９が切断位置へ移動停止した後に、フィラーワイヤ供給手段３３の制御の下にモータ２７が逆回転されて、フィラーワイヤ１７は所定の力でもってレーザ溶接の進行方向の前側上方向に斜めに引っ張られた状態になる（図２の第１～第３ステップ参照）。そして、レーザ発振器１１は、フィラーワイヤ１７に充分な張力が付与された状態にあるときに、レーザ発振器駆動手段３５の制御の下に高出力のパルスレーザを発振することになる。

　したがって、前記溶接ビードＷＢの、溶接進行方向の端部とフィラーワイヤ１７との固着部を含み、フィラーワイヤ１７がワークＷから斜め上方向に離れた部分をも含む範囲に、高出力のパルスレーザのレーザ光ＬＢが照射されることになる（図１（Ｂ）参照）。よって、フィラーワイヤ１７はレーザ光ＬＢによって溶断されることになる。この際、溶接ビードＷＢ側に残った僅かな部分は溶融して溶接ビードの一部として同化されることとなり、溶接ビードの外形形状は良好な形状となるものである。ところで、フィラーワイヤ１７の溶断を行う際のパルスレーザは、定常の溶接時と同一の高出力であるから、溶接ビードの外形形状を、溶接時と同様の形状に保持することができるものである。

　前述のごとくフィラーワイヤ１７の溶断（切断）を行うとき、フィラーワイヤ１７は所定の力でもって溶接の進行方向の前側上方向に斜めに引っ張られた状態にあり、かつ高出力のパルスレーザであることにより、フィラーワイヤ１７の溶断部分が伸びる傾向にあり、フィラーワイヤ１７の先端部に生じるダマを小さく抑制できるものである。

　ところで、前述のごとく、溶接ビードとフィラーワイヤ１７の先端部との固着部分（接続部分）へパルスレーザを照射するとき、複数の適正出力のパルスレーザを適正間隔で照射することを繰り返すことにより、フィラーワイヤ１７のパルスレーザの照射位置に延びを生じさせることにより、ダマの発生をより小さく抑制することも可能である。

　以上のごとき説明から理解されるように、レーザ溶接の進行方向の前側からフィラーワイヤ１７を供給してレーザ溶接を行うとき、溶接ビードの進行方向の先端部にフィラーワイヤ１７が固着することを防止できるものである。そして、前記溶接ビードの先端部の外形形状を良好に保持できると共に、フィラーワイヤ１７の先端部に生じる傾向にあるダマの発生を小さく抑制できるものである。

Claims (4)

1.  ワークの溶接位置へレーザ光を照射すると共にフィラーワイヤを供給して溶接を行うレーザ溶接方法であって、
    レーザ溶接の終了時に、レーザ溶接部の形状向上とフィラーワイヤに対するダマの発生を抑制するために、前記フィラーワイヤをレーザ溶接の進行方向の前側上方向へ斜めに引っ張った状態に保持し、
    溶接ビードと前記フィラーワイヤとの接続部分へレーザ光を照射して前記フィラーワイヤの切断を行う
   ことを特徴とするレーザ溶接方法。
2.  請求項１に記載のレーザ溶接方法において、前記フィラーワイヤの切断を行うためのレーザ光照射位置は、前記フィラーワイヤが上方に傾斜し、かつ溶接ビードから離れた位置を含む範囲であることを特徴とするレーザ溶接方法。
3.  請求項１又は２に記載のレーザ溶接方法において、前記フィラーワイヤの切断を行うためのレーザ光はパルスレーザであることを特徴とするレーザ溶接方法。
4.  ロボットアームの先端部にレーザ加工ヘッドを備えると共に、上記レーザ加工ヘッドからレーザ光を照射されたワークの溶接位置へフィラーワイヤを供給するフィラーワイヤ供給手段を備え、前記ロボットアーム、レーザ加工ヘッド、フィラーワイヤ供給手段及びレーザ発振器の動作を制御する制御装置を備えたレーザ溶接装置であって、
    前記制御装置は、レーザ溶接の終了時に、前記フィラーワイヤ供給手段に対してフィラーワイヤの巻戻しを指令するフィラーワイヤ供給手段と、溶接ビードと前記フィラーワイヤとの接続部分へパルスレーザを照射すべく前記レーザ発振器を駆動するレーザ発振器駆動手段とを備えている
   ことを特徴とするレーザ溶接装置。

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