JP2001150165A - レーザーアーク溶接装置及びその方法並びにレーザーアークコーティング方法 - Google Patents

レーザーアーク溶接装置及びその方法並びにレーザーアークコーティング方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】作業者の習熟度の如何にかかわらず、品質一定
の溶接部を得ることができ、自動化も可能なレーザーア
ーク溶接装置及びその方法並びにレーザーアークコーテ
ィング方法を得ること。 【解決手段】溶接トーチ４Ａの上部に反射ミラー13を収
納し、下部に集光レンズ14を収納する。溶接トーチ４Ａ
の上部の側面にウインドウ12を設け、このウインドウ12
を介して、レーザー発振器10から出射したレーザービー
ム11を溶接トーチ４Ａの内部に導き、反射ミラー13で直
角に反射させて集光レンズ14で集光する。この集光レン
ズ14で集光したレーザー光を溶接ワイヤ１の先端に照射
して、この溶接ワイヤ１を溶融させレーザープラズマ９
を生成させる。一方、アーク電源６で溶接ワイヤ１と母
材５Ａとの間に印加した電圧で発生したアークをプラズ
マ９を母材に導いて、この母材の開先部を溶融させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザーアーク溶
接装置及びその方法並びにレーザーアークコーティング
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、従来のＭＩＧ溶接(metal inert
gas welding)、ＭＡＧ溶接（metal active gas weldin
g ）に代表される電極消耗式のアーク溶接方法において
は、母材の溶融部への補充材となる電極自体にアークが
直接集中するため、高効率の溶接が可能である。
【０００３】この電極消耗式のアーク溶接方法につい
て、以下、図８の斜視図を参照して説明する。図８にお
いて、従来のＭＡＧ、ＭＩＧなどの電極消耗式のアーク
溶接方法は、スプール３の外周にコイル状に巻かれた消
耗電極としての溶接ワイヤ１をモータ２で駆動される送
給ローラ29で溶接トーチ４に所定の速度で自動的に送給
する。
【０００４】一方、溶接トーチ４の内部に同軸に収納さ
れたコンタクトチップ４ａを介して溶接ワイヤ１と母材
５Ａとの間にアーク電源６から直流電圧を印加し、さら
に、溶接トーチ４のノズル７の下端からシールドガスを
噴出させながらアーク９を発生させることによって、母
材５Ａの開先部５ａと溶接ワイヤ１を溶融させて、対象
部位を溶接するものである。
【０００５】このように構成された従来の電極消耗式の
アーク溶接装置においては、電極を兼ねた溶接ワイヤ１
を溶接添加金属とし、さらに、アークの発弧点とするこ
とによって、簡単な構成で高い効率の溶接を可能として
いる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、この電極消
耗式のアーク溶接方法においては、電極となる溶接ワイ
ヤ１がアーク９の熱で溶融して母材の溶融部に添加され
ていくので、その消耗状態によって、電極と母材間の距
離や電極の先端部の形状などが変化し、この結果、アー
クの方向や形状などが不安定となり、溶接状態を所定の
条件に維持することが困難とされている。
【０００７】また、その他、アークの状態は、自動的に
送給される溶接ワイヤ１のたわみや反りなどによっても
影響されるので、アーク９の発生の初期には溶接ワイヤ
１の送給速度と溶融量の関係を適切に維持することが難
しく、溶接開始部分の溶接部の溶接品質が低下するおそ
れがある。
【０００８】この従来の電極消耗式のアーク溶接方法が
有する課題によって、溶接部の品質仕上がり度は、溶接
士の技量に負うところが大きく、溶接の全自動化の障害
となっており、溶接の自動化と高品質化を達成するため
には、これらの課題を解決することが重要とされてき
た。
【０００９】そこで、本発明の目的は、作業者の習熟度
の如何にかかわらず、品質一定で、自動化が可能なレー
ザーアーク溶接装置およびレーザーアーク溶接方法並び
にレーザーアークコーティング方法を得ることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１に対応する発明
のレーザーアーク溶接装置は、溶接部と先端が対置し内
部に集光光学系が収納され外部から供給されたアシスト
ガスを先端から噴出する溶接トーチと、この溶接トーチ
の基端側から挿入され先端が溶接トーチの先端から突出
する溶接ワイヤと、この溶接ワイヤと溶接部に電圧を印
加しこれらの間にアークを発生させるアーク電源と、溶
接トーチに入射され集光光学系で溶接ワイヤの先端に集
光されこの先端を溶融させるレーザー光を出射するレー
ザー装置とを備えたことを特徴とする。
【００１１】このような手段によって、溶接ワイヤの先
端をレーザー光によって溶融しプラズマを発生させ、こ
のプラズマが溶接部に到達した点にアーク電源の印加で
発生したアークのエネルギーを供給する。
【００１２】請求項２に対応する発明のレーザーアーク
溶接装置は、溶接トーチの内部の集光光学系を、先端の
内周が反射面となる円錐筒状としたことを特徴とする。
この結果、レーザー光の集光部を溶接部に近ずけて、集
光点の精度を上げる。
【００１３】請求項３に対応する発明のレーザーアーク
溶接装置は、溶接トーチの先端に、レーザー光で溶融し
た溶接ワイヤから生成されたプラズマを整形するプラズ
マ整形ノズルを設けたことを特徴とする。この結果、溶
接ワイヤの溶融で発生したレーザープラズマの方向と形
状をプラズマ整形ノズルで整形して、アークエネルギー
の供給部位の精度を上げる。
【００１４】請求項４に対応する発明のレーザーアーク
溶接装置は、レーザー装置から溶接トーチに入射される
レーザーを伝送する光ファイバを設けたことを特徴とす
る。この結果、レーザー装置と溶接トーチ及び溶接部と
の間の相対位置の自由度を上げ、レイアウトの自由度を
上げる。
【００１５】請求項５に対応するレーザーアーク溶接装
置は、溶接部の溶融状態を監視する溶接モニタと、この
溶接モニタの情報が入力されレーザー装置から出射され
るレーザー光の強度及びパルスの波形並びに出射のタイ
ミングを制御するレーザー制御部を設けたことを特徴と
する。
【００１６】この結果、溶接部の溶融状態を監視する溶
接モニタからの情報に従って、レーザービームの強度、
パルスの波形とタイミングをレーザー制御部で制御し
て、溶接品質を上げる。
【００１７】請求項６に対応する発明のレーザーアーク
溶接装置は、溶接トーチの先端に絶縁筒を介して補助電
極を設け、この補助電極と溶接ワイヤとの間に予備アー
クを発生させる予備電源を接続したことを特徴とする。
【００１８】この結果、溶接ワイヤと補助電極との間に
まずアークを発生させ、次いでアーク電源で母材と溶接
ワイヤとの間に主アークを発生させて、溶接ワイヤ１の
蒸発と母材５の溶融を個別に制御する。
【００１９】請求項７に対応するレーザーアーク溶接方
法は、溶接トーチを介して先端が溶接部との間に間隔を
おいて供給される溶接ワイヤと溶接部との間に電圧を印
加してアークを発生させ溶接部を溶接するアーク溶接方
法において、レーザー発振器から出射されたレーザー光
を溶接トーチの内部の集光光学系で集光し溶接ワイヤの
先端に照射し溶融してレーザープラズマを発生させ溶接
部を溶接することを特徴とする。この結果、レーザー光
によってまず溶接ワイヤの先端を溶融してプラズマを発
生させ、このプラズマが溶接部に達した点にアークエネ
ルギーを供給する。
【００２０】請求項８に対応するレーザーアーク溶接方
法は、溶接ワイヤの先端に照射するレーザー光の照射の
タイミングを溶接ワイヤと溶接部との間の電圧の印加の
前とすることを特徴とする。この結果、レーザープラズ
マをアークの開始の引き金として、溶接ワイヤと母材と
の接触による溶接開始工程を省き、スパッタの発生も防
ぐ。
【００２１】請求項９に対応するレーザーアーク溶接方
法は、溶接トーチの先端が遊嵌する断面Ｕ字状の溝を溶
接部となる開先部に形成したことを特徴とする。この結
果、厚い溶接材の溶接部の溶接を可能とする。
【００２２】請求項１０に対応するレーザーアークコー
ティング方法は、溶接トーチを介して先端がコーティン
グ部との間に間隔をおいて供給される溶接ワイヤとコー
ティング部との間に電圧を印加してアークを発生させコ
ーティングするレーザーアークコーティング方法におい
て、溶接ワイヤを高融点材料とし、レーザー発振器から
出射されたレーザー光を溶接トーチの内部の集光光学系
で集光し高融点材料の先端に照射し溶融してレーザープ
ラズマを発生させ溶接部に高融点材料の被覆を形成する
ことを特徴とする。
【００２３】この結果、集光したレーザー光の照射で高
融点材料の溶接ワイヤを表面から溶解し、この溶解した
高融点材料の蒸気をアークに混入させて、母材の表面に
注入する。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明のレーザーアーク溶
接装置及びその方法並びにレーザーアークコーティング
方法の一実施形態を図１に基づいて説明する。図１にお
いて、従来の技術の図８で前述した電極消耗式溶接装置
と異なるところは、アーク電源の他にレーザー光源を加
えたことである。
【００２５】すなわち、従来と同様にコイル状に巻かれ
た溶接ワイヤ１を、モータ２で駆動するスプール３と送
給ローラ29で溶接トーチ４Ａに自動的に送給し、溶接ワ
イヤ１と母材５との間にアーク電源６から電圧を印加
し、さらに溶接トーチ４の内部に対して、ガスボンベ
８、開閉弁28と供給管26を介して供給するシードルガス
をノズル７の先端から噴出しながらアーク９を発生させ
る構成に加えて、レーザー発振器から出射したレーザー
ビーム11を溶接トーチ４Ａの内部にウインドウ12、反射
ミラー13の光学素子を介して溶接トーチ４Ａの内部に導
き、集光レンズ14で溶接ワイヤ１の先端部に集光させ
る。
【００２６】さらに、通常のＭＩＧ、ＭＡＧアーク溶接
では、パルス状のアーク電流を供給するので、レーザー
発振器の駆動電源15に同期パルスを送って同期をとった
動作を行わせるためのパルス同期調整器16も備える。
【００２７】このように構成された本実施の形態におい
て、溶接トーチ４Ａの内部に導かれたレーザービーム11
が溶接ワイヤ１の先端に集束され照射されることによっ
て、溶接ワイヤ１の先端が溶融してレーザープラズマ９
が生成する。
【００２８】さらに、パルス同期調整器16でレーザー光
の入射と同期してアーク電源６から電圧が印加され、レ
ーザープラズマに沿ってアーク９が発生し、レーザープ
ラズマが母材５へ到達した点にアークエネルギーが供給
され、溶接ワイヤ１の蒸気流を母材５に注入しながら母
材５の開先部（溶接部）を溶融する。
【００２９】したがって、本実施の形態によれば、アー
クの発生点となる溶接ワイヤ１の先端部の溶融形状は、
制御されたレーザー光の照射によって制御され、アーク
の形状と到達点もこのときに生じるレーザープラズマに
よって制御・案内され、母材５の溶接点とアークの入熱
領域を精度よく制御することができるので、常に安定し
た高い溶接品質を容易に得ることができる。
【００３０】また、レーザー光の照射のタイミングをア
ーク電流パルスの供給前に行うことによって、レーザー
プラズマが引き金となったアークの開始が可能となるの
で、従来のような溶接ワイヤと母材との接触による開始
方法で問題となったスパッタ（飛散溶融粒）の発生を防
ぐことができ、溶接後のスパッタを除去する付随作業を
省くことができる。なお、レーザーアークコーティング
方法については後述する。
【００３１】次に、図２は、本発明に係るレーザーアー
ク溶接装置及びその方法並びにレーザーアークコーティ
ング方法の第２の実施形態を示す図で、第１の実施形態
で示した図１に対応する図である。
【００３２】図２において、前述した第１の実施形態で
示した図１と異なるところは、溶接トーチ４Ｂの内部の
集光光学要素の構成で、他は、第１の実施の形態で示し
た図１と同一である。したがって、図１と同一要素に
は、同一符号を付して説明を省略する。
【００３３】すなわち、溶接トーチ４Ｂの内部には、反
射ミラー13の下方に対して、略円錐筒状の集光ノズル17
が同軸に収納されている。この集光ノズル17の下部の内
面は、鏡面に仕上げられている。
【００３４】このように、溶接トーチ４Ｂの内部に集光
ノズル17が収納されたレーザーアーク溶接装置において
は、溶接部に近接した集光ノズル17の集光部によって、
集光点の位置の精度が容易に上がるだけでなく、集光ノ
ズル17の下端とノズル７の下端との間から溶接部に供給
されるガスは、層流となるので、ガスの供給位置の精度
が上がる利点もある。
【００３５】次に、図３は、本発明に係るレーザーアー
ク溶接装置及びその方法並びにレーザーアークコーティ
ング方法の第３の実施形態を示す図で、前述した実施形
態で示した図１及び図２に対応する図である。
【００３６】図３において、前述した図１及び図２と異
なるところは、同じく溶接トーチの構造で、図２で示し
た溶接トーチ４Ｂに対して、プラズマ成形ノズル18が付
加されたことで、他は、図２と同一である。
【００３７】すなわち、図２で示した溶接トーチ４Ｂと
同一形状の溶接トーチ４Ｃには、セラミックで円錐台状
の筒状に製作されたプラズマ成形ノズル18の底辺側が下
端に固定されている。
【００３８】このようにプラズマ成形ノズル18が溶接ト
ーチ４Ｃの下端に垂設されたレーザーアーク溶接装置に
おいては、溶接ワイヤ１の先端部から発生するアーク及
びプラズマ９Ａは、プラズマ成形ノズル18によって方向
と形状が整形されるので、母材４への到達点の位置の精
度を上げることができ、溶接部の品質を更に上げること
ができる。
【００３９】次に図４は、本発明に係るレーザーアーク
溶接装置及びその方法並びにレーザーアークコーティン
グ方法の第４の実施形態を示す図で、前述した実施形態
で示した図１〜図３に対応し、特に図１に対応する図で
ある。
【００４０】図４において、前述した実施形態で示した
図１〜図３と異なるところは、レーザー発振器から出射
されたレーザービームの溶接トーチへの伝送路を光ファ
イバで構成したことで、他は、図１と同一である。
【００４１】すなわち、レーザー発振器10から出射され
たレーザービーム11は、入射側に集光レンズ19ａが収納
された光ファイバ入射光学系19に伝送されて、集光レン
ズ19ａで集光される。
【００４２】この集光レンズ19ａで集光されたレーザー
ビーム11は、光ファイバ入射光学系19の出射側に挿入さ
れた光ファイバ20の入射端に入射され、光ファイバ20を
介して、溶接トーチ４Ｄの上端の出射端から内部に導か
れる。
【００４３】このように光ファイバ20でレーザービーム
の伝送路を構成したレーザーアーク溶接装置において
は、レーザー発振器10及びこの出射側の伝送路と溶接ト
ーチ４Ｄの間に必要となる相対位置の設置精度とレイア
ウトの制約を光ファイバ20で緩和することができるの
で、設置作業が容易となる利点がある。
【００４４】次に、図５は、本発明に係るレーザーアー
ク溶接装置及びその方法並びにレーザーアークコーティ
ング方法の第５の実施形態を示す図で、特に、図４に対
応する図である。
【００４５】図５において、特に図４と異なるところ
は、レーザー発振器10から出射されるレーザービーム11
の強度、パルスの波形及び出射のタイミングを制御する
レーザービーム制御ユニットを駆動電源15としレーザー
発振器10の間に設けたことと、母材５Ａの溶接部の溶融
状態を監視するモニタ22を設けたことである。
【００４６】このようにレーザー制御ユニット21とモニ
タ22が加えられたレーザーアーク溶接装置においては、
溶接部の溶融状態をＣＣＤカメラ27で検出し、このＣＣ
Ｄカメラ27の画像信号が入力されたモニタ22の画像か
ら、レーザー発振器から出射されるレーザービーム11の
出力強度、パルスの波形及びタイミングをレーザー制御
ユニット21で制御することで、母材の溶融状態や溶融深
さを修正することができるので、溶接部の品質を上げる
ことができる。
【００４７】図６は、本発明に係るレーザーアーク溶接
装置及びその方法並びにレーザーアークコーティング方
法の第６の実施形態を示す図で、特に図４に対応する図
である。図６において、前述した実施形態で示した図１
から図５と異なるところは、母材の厚さが厚い場合に対
応したものである。
【００４８】すなわち、母材５Ｂの突き合わせ溶接部に
は、あらかじめ深い開先部５ｂが対称的に形成され、こ
の開先部（開先溝）５ｂには、前述した図１〜図５で示
した溶接トーチと比べて外径が小形の溶接トーチ４Ｄが
挿入されている。
【００４９】この場合には、開先部５ｂを深く形成し、
この開先部５ｂの内部に溶接トーチ４Ｄの中間部近くま
で、溶接トーチ４Ｄの先端を挿入することで、厚い母材
５Ｂを底面側から上面側まで溶接することができる。
【００５０】なお、溶接トーチ４Ｄと母材５Ｂ以外の制
御部分は、図１〜図３で述べた方法を採用してもよい。
次に、図７は、本発明に係るレーザーアーク溶接装置及
びその方法並びにレーザーアークコーティング方法の第
８の実施形態を示す図である。
【００５１】図７において、前述した実施形態で示した
図１〜図６と異なるところは、溶接トーチの下部を上下
に分断して、下端を補助電極24とし、この補助電極24と
上部の溶接トーチの間に絶縁筒23を挿入して接続し、こ
の絶縁筒23の上方の溶接ワイヤ１と下側の補助電極24に
接続される予備アーク電源25を設けたことである。
【００５２】このように補助電極24と予備アーク電源25
が設けられたレーザーアーク溶接装置においては、溶接
ワイヤ１の先端に照射されたレーザー光で発生したレー
ザープラズマによって、まず、溶接ワイヤ１の先端と補
助電極24の間に予備的なアーク９Ｂを発生させ、さら
に、母材５と溶接ワイヤ１との間に印加したアーク電源
６による電圧によって発生させたアーク９Ａで母材５を
溶融させ、溶融液の中に溶接ワイヤ１の金属蒸気を注入
していく。
【００５３】これによって、溶接ワイヤ１の蒸発と母材
５の溶融を個別に制御することができ、特に、入熱を微
妙に制御する必要がある部位に対する溶接を高精度で行
うことができ、また必要な添加量の金属を母材表面に溶
射したり、表面状態改質（粗さ、組成、粒界サイズ）を
することもできる。
【００５４】次に、本発明に係るレーザーアーク溶接装
置及びその方法並びにレーザーアークコーティング方法
の第９の実施の形態を説明する。図１〜図６で前述した
レーザーアーク溶接装置において、レーザー発振器を高
ピーク出力で短パルスのものとし、溶接ワイヤ１の材料
として、タングステン又はモリブデン或いはカーボンな
どの高融点材料を採用し、溶接ワイヤの先端部にレーザ
ー光を集光させ、高融点材料を表面から溶解させること
（アブレーション）によって、ワイヤの原子流を発生さ
せ、溶接ワイヤ１と母材５の間で発生するアーク９Ａに
混入させて、溶融した母材の表面に溶接ワイヤの原子を
注入する。
【００５５】これによって、溶接ワイヤとして高融点の
材料を用いた場合でも、この材料を母材の表面に注入し
たり、コーティングすることができる。次に、本発明に
係るレーザーアーク溶接装置及びその方法並びにレーザ
ーアークコーティング方法の第１０の実施形態を説明す
る。
【００５６】図７で示したレーザーアーク溶接装置にお
いて、レーザー発振器10を高ピーク出力で短パルスのも
のとし、溶接ワイヤ１として前述した第９の実施形態と
同様にタングステンなどの高融点の材料を採用し、ワイ
ヤの先端部にレーザー光を集光させ、高融点材料を表面
から溶解させること（アブレーション）によって、ワイ
ヤの材料の原子流を発生させ、この原子流を補助電極24
との間で発生させた予備アーク９Ｂで電離、イオン化
し、さらに補助電極24と母材５の間で発生するとアーク
９Ａに混入させて、溶融した母材表面に溶接ワイヤの原
子を注入する。
【００５７】これによって、溶接ワイヤとして難溶融性
の材料を用いた場合でも、この材料を母材の表面に注入
したり、コーティングすることが可能となり、第９の実
施形態と異なり、注入量と母材の溶融量を個別に制御し
ながら実施することができる。
【００５８】
【発明の効果】請求項１に対応する発明のレーザーアー
ク溶接装置によれば、溶接部と先端が対置し内部に集光
光学系が収納され外部から供給されたアシストガスを先
端から噴出する溶接トーチと、この溶接トーチの基端側
から挿入され先端が溶接トーチの先端から突出する溶接
ワイヤと、この溶接ワイヤと溶接部に電圧を印加しこれ
らの間にアークを発生させるアーク電源と、溶接トーチ
に入射され集光光学系で溶接ワイヤの先端に集光されこ
の先端を溶融させるレーザー光を出射するレーザー装置
とを備えることで、溶接ワイヤの先端をレーザー光によ
って溶融しプラズマを発生させ、このプラズマが溶接部
に到達した点にアーク電源の印加で発生したアークのエ
ネルギーを供給したので、作業者の習熟度如何にかかわ
らず、品質一定で、自動化も可能なレーザーアーク溶接
装置を得ることができる。
【００５９】請求項２に対応する発明のレーザーアーク
溶接装置によれば、溶接トーチの内部の集光光学系を、
先端の内周が反射面となる円錐筒状とすることで、レー
ザー光の集光部を溶接部に近ずけて、集光点の精度を上
げたので、作業者の習熟度の如何にかかわらず、品質一
定で、自動化も可能なレーザーアーク溶接装置を得るこ
とができる。
【００６０】請求項３に対応する発明のレーザーアーク
溶接装置によれば、溶接トーチの先端に、レーザー光で
溶融した溶接ワイヤから生成されたプラズマを整形する
プラズマ整形ノズルを設けることで、溶接ワイヤの溶融
で発生したレーザープラズマの方向と形状をプラズマ整
形ノズルで整形して、アークエネルギーの供給部位の精
度を上げたので、作業者の習熟度の如何にかかわらず、
品質一定で、自動化も可能なレーザーアーク溶接装置を
得ることができる。
【００６１】請求項４に対応する発明のレーザーアーク
溶接装置によれば、レーザー装置から溶接トーチに入射
されるレーザーを伝達する光ファイバを設けることで、
レーザー装置と溶接トーチ及び溶接部との間の相対位置
の自由度を上げレイアウトの自由度を上げたので、作業
者の習熟度の如何にかかわらず、品質一定で、自動化も
可能なレーザーアーク溶接装置を得ることができる。
【００６２】請求項５に対応する発明のレーザーアーク
溶接装置によれば、溶接部の溶融状態を監視する溶接モ
ニタと、この溶接モニタの情報が入力されレーザー装置
から出射されるレーザー光の強度及びパルスの波形並び
に出射のタイミングを制御するレーザー制御部を設ける
ことで、溶接部の溶融状態を監視する溶接モニタからの
情報に従ってレーザービームの強度、パルスの波形とタ
イミングをレーザー制御部で制御して、溶接品質を上げ
たので、作業者の習熟度の如何にかかわらず、品質一定
で、自動化も可能なレーザーアーク溶接装置を得ること
ができる。
【００６３】請求項６に対応する発明のレーザーアーク
溶接装置によれば、溶接トーチの先端に絶縁筒を介して
補助電極を設け、この補助電極と溶接ワイヤとの間に予
備アークを発生させる予備電源を接続することで、溶接
ワイヤと補助電極との間にまずアークを発生させ、次い
でアーク電源で母材と溶接ワイヤとの間に主アークを発
生させて、溶接ワイヤ１の蒸発と母材５の溶融を個別に
制御可能としたので、作業者の習熟度の如何にかかわら
ず、品質一定で、自動化も可能なレーザーアーク溶接装
置を得ることができる。
【００６４】請求項７に対応する発明のレーザーアーク
溶接方法によれば、溶接トーチを介して先端が溶接部と
の間に間隔をおいて供給される溶接ワイヤと溶接部との
間に電圧を印加してアークを発生させ溶接部を溶接する
アーク溶接方法において、レーザー発振器から出射され
たレーザー光を溶接トーチの内部の集光光学系で集光し
溶接ワイヤの先端に照射し溶融してレーザープラズマを
発生させ溶接部を溶接することで、レーザー光によって
まず溶接ワイヤの先端を溶融してプラズマを発生させ、
このプラズマが溶接部に達した点にアークエネルギーを
供給するようにしたので、作業者の習熟度の如何にかか
わらず、品質一定で、自動化も可能なレーザーアーク溶
接方法を得ることができる。
【００６５】請求項８に対応する発明のレーザーアーク
溶接方法によれば、溶接ワイヤの先端に照射するレーザ
ー光の照射のタイミングを溶接ワイヤと溶接部との間の
電圧の印加の前とすることで、レーザープラズマをアー
クの開始の引き金として、溶接ワイヤとの接触による溶
接開始工程を省き、スパッタの発生も防いだので、作業
者の習熟度の如何にかかわらず、品質一定で、自動化も
可能なレーザーアーク溶接方法を得ることができる。
【００６６】請求項９に対応する発明のレーザーアーク
溶接方法によれば、溶接トーチの先端が遊嵌する断面Ｕ
字状の溝を溶接部となる開先部に形成することで、厚い
溶接材の溶接部の溶接を可能としたので、作業者の習熟
度の如何にかかわらず、品質一定で、自動化も可能なレ
ーザーアーク溶接方法を得ることができる。
【００６７】請求項１０に対応するレーザーアークコー
ティング方法によれば、溶接トーチを介して先端がコー
ティング部との間に間隔をおいて供給される溶接ワイヤ
とコーティング部との間に電圧を印加してアークを発生
させコーティングするレーザーアークコーティング方法
において、溶接ワイヤを高融点材料とし、レーザー発振
器から出射されたレーザー光を溶接トーチの内部の集光
光学系で集光し高融点材料の先端に照射し溶融してレー
ザープラズマを発生させコーティング部に高融点材料の
被覆を形成することで、集光したレーザー光の照射で高
融点材料の溶接ワイヤを表面から溶解し、この溶解した
高融点材料の蒸気をアークに混入させて、母材の表面に
注入したので、作業者の習熟度の如何にかかわらず、品
質一定で、自動化も可能なレーザーアークコーティング
方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレーザーアーク溶接装置及びその方法
並びにレーザーアークコーティング方法の第１の実施の
形態を示す図。
【図２】本発明のレーザーアーク溶接装置及びその方法
並びにレーザーアークコーティング方法の第２の実施の
形態を示す図。
【図３】本発明のレーザーアーク溶接装置及びその方法
並びにレーザーアークコーティング方法の第３の実施の
形態を示す図。
【図４】本発明のレーザーアーク溶接装置及びその方法
並びにレーザーアークコーティング方法の第４の実施の
形態を示す図。
【図５】本発明のレーザーアーク溶接装置及びその方法
並びにレーザーアークコーティング方法の第５の実施の
形態を示す図。
【図６】本発明のレーザーアーク溶接装置及びその方法
並びにレーザーアークコーティング方法の第６の実施の
形態を示す図。
【図７】本発明のレーザーアーク溶接装置及びその方法
並びにレーザーアークコーティング方法の第７の実施の
形態を示す図。
【図８】従来のアーク溶接装置及びその方法の一例を示
す斜視図。
【符号の説明】
１…溶接ワイヤ、２…モータ、３…ローラ、４Ａ、４
Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、４Ｅ、４Ｆ…溶接トーチ、５Ａ、５Ｂ
…母材、６…アーク電源、７…ノズル、８…ガスボン
ベ、９…アーク、10…レーザー発振器、11…レーザービ
ーム、12…ウインドウ、13…ミラー、14…集光レンズ、
15…レーザー駆動電源、16…パルス同期調整器、17…集
光ノズル、18…プラズマ形成ノズル、19…光ファイバ入
射光学系、20…光ファイバ、21…レーザー制御ユニッ
ト、22…溶接部モニタ装置、23…絶縁筒、24…補助電
極、25…予備アーク電源、26…ガス供給管、27…ＣＣＤ
カメラ、28…開閉弁、29…送給ロール。
フロントページの続き (72)発明者 久保 克巳 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 大江 武 東京都大田区蒲田五丁目37番１号 東芝プ ラント建設株式会社内 Ｆターム(参考） 4E001 AA03 BB12 LD10 LD11 4E068 AH03 BA06 BC01 CA02 CA03 CA08 CA11 CA17 CC02 CD14 CD15 CE08

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 溶接部と先端が対置し内部に集光光学系
    が収納され外部から供給されたアシストガスを前記先端
    から噴出する溶接トーチと、この溶接トーチの基端側か
    ら挿入され先端が前記溶接トーチの先端から突出する溶
    接ワイヤと、この溶接ワイヤと前記溶接部に電圧を印加
    しこれらの間にアークを発生させるアーク電源と、前記
    溶接トーチに入射され前記集光光学系で前記溶接ワイヤ
    の先端に集光されこの先端を溶融させるレーザー光を出
    射するレーザー装置とを備えたレーザーアーク溶接装
    置。
  2. 【請求項２】 前記溶接トーチの内部の前記集光光学系
    を、先端の内周が反射面となる円錐筒状としたことを特
    徴とする請求項１記載のレーザーアーク溶接装置。
  3. 【請求項３】 前記溶接トーチの先端に、前記レーザー
    光で溶融した前記溶接ワイヤから生成されたプラズマを
    整形するプラズマ整形ノズルを設けたことを特徴とする
    請求項１又は請求項２記載のレーザーアーク溶接装置。
  4. 【請求項４】 前記レーザー装置から前記溶接トーチに
    入射される前記レーザー光を伝送する光ファイバを設け
    たことを特徴とする請求項１ないし請求項３記載のレー
    ザーアーク溶接装置。
  5. 【請求項５】 前記溶接部の溶融状態を監視する溶接モ
    ニタと、この溶接モニタの情報が入力され前記レーザー
    装置から出射される前記レーザー光の強度及びパルスの
    波形並びに出射のタイミングを制御するレーザー制御部
    を設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項４記載
    のレーザーアーク溶接装置。
  6. 【請求項６】 前記溶接トーチの先端に絶縁筒を介して
    補助電極を設け、この補助電極と前記溶接ワイヤとの間
    に予備アークを発生させる予備電源を接続したことを特
    徴とする請求項１ないし請求項５記載のレーザーアーク
    溶接装置。
  7. 【請求項７】 溶接トーチを介して先端が溶接部との間
    に間隔をおいて供給される溶接ワイヤと前記溶接部との
    間に電圧を印加してアークを発生させ前記溶接部を溶接
    するレーザーアーク溶接方法において、レーザー発振器
    から出射されたレーザー光を前記溶接トーチの内部の集
    光光学系で集光し前記溶接ワイヤの先端に照射し溶融し
    てレーザープラズマを発生させ前記溶接部を溶接するこ
    とを特徴とするレーザーアーク溶接方法。
  8. 【請求項８】 前記溶接ワイヤの先端に照射する前記レ
    ーザー光の照射のタイミングを前記溶接ワイヤと前記溶
    接部との間の電圧の印加の前とすることを特徴とする請
    求項７記載のレーザーアーク溶接方法。
  9. 【請求項９】 前記溶接トーチの先端が遊嵌する断面Ｕ
    字状の溝を溶接部となる開先部に形成したことを特徴と
    する請求項７又は請求項８記載のレーザーアーク溶接方
    法。
  10. 【請求項１０】 溶接トーチを介して先端がコーティン
    グ部との間に間隔をおいて供給される溶接ワイヤと前記
    コーティング部との間に電圧を印加してアークを発生さ
    せコーティングするレーザーアークコーティング方法に
    おいて、前記溶接ワイヤを高融点材料とし、レーザー発
    振器から出射されたレーザー光を前記溶接トーチの内部
    の集光光学系で集光し前記高融点材料の先端に照射し溶
    融してレーザープラズマを発生させ前記溶接部に前記高
    融点材料の被覆を形成するレーザーアークコーティング
    方法。
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