JP2003071579A - レーザ溶接装置 - Google Patents
レーザ溶接装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 円筒部材及び円柱部材のレーザ溶接に際し、
溶融金属の垂れ落ちを生起することなく健全な溶接ビー
ドを得るレーザ溶接装置を提供する。 【解決手段】被溶接部材１である円筒部材乃至円柱部材
を軸回りに回転させながらその突き合わせ部溶接を行う
レーザ溶接装置において、被溶接部材１の回転方向に関
し、この被溶接部材１の頂部よりも上流側にレーザ溶接
ヘッド２を配設して、この部分に照射するレーザビーム
３で溶融された溶融金属が被溶接部材１の回転に伴い被
溶接部材１の頂部近傍で凝固するようにした。
溶融金属の垂れ落ちを生起することなく健全な溶接ビー
ドを得るレーザ溶接装置を提供する。 【解決手段】被溶接部材１である円筒部材乃至円柱部材
を軸回りに回転させながらその突き合わせ部溶接を行う
レーザ溶接装置において、被溶接部材１の回転方向に関
し、この被溶接部材１の頂部よりも上流側にレーザ溶接
ヘッド２を配設して、この部分に照射するレーザビーム
３で溶融された溶融金属が被溶接部材１の回転に伴い被
溶接部材１の頂部近傍で凝固するようにした。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はレーザ溶接装置に関
し、特に厚肉円筒及び円筒部材の溶接に適用して有用な
ものである。 【０００２】 【従来の技術】レーザ溶接装置によりパイプ等の円筒部
材を突合せ溶接する場合、図５に示すように、その溶接
ヘッド０１を、この場合の被溶接部材０２である円筒部
材の頂部の上方に配設し、この位置から垂直下方にレー
ザビーム０３を照射して溶接部位を溶融するとともに、
この溶接作業の進行に伴い被溶接部材０２を回転させて
いる。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】上述の如く被溶接部材
０２の頂部の上方に溶接ヘッド０１を配設して溶接を行
う場合、頂部で溶けた溶融金属が、被溶接部材０２の回
転に伴い十分固化せず垂れ落ちて健全な溶接ビードが得
られないという不都合を生起する場合がある。特に、大
出力レーザ溶接装置を用いた、深溶け込み溶接（例えば
１０ｍｍ程度）を行う場合に顕著な問題となる。また、
この種のキーホール溶接では、円筒部材を一回転させた
場合の溶接の重なり部であるクレータ部にアンダーカッ
ト及び亀裂等の欠陥を生起し易いという問題もある。 【０００４】本発明は、上記従来技術に鑑み、円筒部材
及び円柱部材のレーザ溶接に際し、溶融金属の垂れ落ち
を生起することなく健全な溶接ビードを得るとともに、
クレータ部における溶接欠陥の発生も除去し得るレーザ
溶接装置を提供することを目的とする。 【０００５】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の構成は次の点を特徴とする。 【０００６】１） 被溶接部材である円筒部材乃至円柱
部材を軸回りに回転させながら所定位置に配設したレー
ザ溶接ヘッドで、その突き合わせ部にレーザビームを照
射してこの突き合わせ部を溶接するように構成したレー
ザ溶接装置において、前記被溶接部材の頂部近傍に溶接
凝固点が形成されるように、前記被溶接部材の回転方向
に関し、この被溶接部材の頂部よりも上流側に配設した
レーザ溶接ヘッドを有すること。 【０００７】２） 被溶接部材である円筒部材乃至円柱
部材を軸回りに回転させながら所定位置に配設したレー
ザ溶接ヘッドで、その突き合わせ部にレーザビームを照
射してこの突き合わせ部を溶接するように構成したレー
ザ溶接装置において、前記被溶接部材の回転方向に関
し、前記レーザ溶接ヘッドの下流側に配設するととも
に、分流した溶接用のシールドガスの一部を前記突き合
わせ部に向けて噴射する冷却ノズルを有すること。 【０００８】３） 被溶接部材である円筒部材乃至円柱
部材を軸回りに回転させながら所定位置に配設したレー
ザ溶接ヘッドで、その突き合わせ部にレーザビームを照
射してこの突き合わせ部を溶接するように構成したレー
ザ溶接装置において、前記被溶接部材の頂部近傍に溶接
凝固点が形成されるように、前記被溶接部材の回転方向
に関し、この被溶接部材の頂部よりも上流側に配設した
レーザ溶接ヘッドと、前記被溶接部材の回転方向に関
し、前記レーザ溶接ヘッドの下流側に配設するととも
に、分流した溶接用のシールドガスの一部を前記突き合
わせ部に向けて噴射する冷却ノズルとを有すること。 【０００９】４） 被溶接部材である円筒部材乃至円柱
部材を軸回りに回転させながら所定位置に配設したレー
ザ溶接ヘッドで、その突き合わせ部にレーザビームを照
射してこの突き合わせ部を溶接するように構成したレー
ザ溶接装置において、被溶接部材の一回転に伴う溶接の
終了時点の近傍で、この終了時点に向けて、前記レーザ
ビームの出力を漸減するとともに、キーホールを残さな
いように前記出力の時間軸に沿う傾きが、さらに緩やか
になるように調整するレーザ発振器の制御手段を有する
こと。 【００１０】５） 上記１）乃至３）の何れか一つに記
載するレーザ溶接装置において、被溶接部材の一回転に
伴う溶接の終了時点の近傍で、この終了時点に向けて、
前記レーザビームの出力を漸減するとともに、キーホー
ルを残さないように前記出力の時間軸に沿う傾きが、さ
らに緩やかになるように調整するレーザ発振器の制御手
段を有すること。 【００１１】 【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づき詳細に説明する。 【００１２】図１は本発明の実施の形態に係るレーザ溶
接装置を示すブロック線図である。同図に示すように、
本形態に係るレーザ溶接装置は、円筒部材乃至円柱部材
を被溶接部材１とするもので、この被溶接部材１をその
軸回りに回転させながら所定位置に配設したレーザ溶接
ヘッド２で、その突き合わせ部にレーザビーム３を照射
してこの突き合わせ部を溶接するものである。ここで、
被溶接部材１は回転駆動部４で回転される。 【００１３】レーザ溶接ヘッド２は、光ファイバ５を介
して伝送するレーザ光を光学系２ａを介して集光し、レ
ーザビーム３として被溶接部材１の突き合わせ溶接部に
照射するとともに、溶接部の酸化を防止するシールドガ
スを、シールドガスノズル２ｂを介して溶接部に向け噴
射するように構成してある。 【００１４】本形態におけるレーザ溶接ヘッド２は、図
２（ａ）に特にこの部分を抽出して模式的に示すよう
に、被溶接部材１の頂部近傍に溶接凝固点が形成される
ように、前記被溶接部材１の回転方向（本形態では図中
に矢印で示すように時計方向）に関し、被溶接部材１の
頂部よりも上流側に配設してある。すなわち、レーザ溶
接ヘッド２は、被溶接部材１の垂直方向の中心線ｌに対
して反時計方向に、例えば１０°乃至２０°偏位した位
置に配設してある。このように配設することで、被溶接
部材１の頂部よりも先行する位置でレーザビーム３の照
射により溶融した溶融金属が被溶接部材１の回転に伴い
頂部に至る間に冷却されて頂部近傍で丁度凝固する。こ
のことにより溶融金属の垂れ落ちを防止して健全な溶接
ビードを形成することができる。 【００１５】溶接部の良好な溶け込み、すなわち十分に
深い溶け込みを得るためには、レーザビーム３を被溶接
部材１の頂部に照射するようレーザ溶接ヘッド２を配設
するのが望ましい。この点に鑑み、従来技術においては
レーザ溶接ヘッド２を被溶接部材１の頂部の上方に配設
していたのであるが、この場合には溶融金属の垂れ落ち
による溶接ビードの不良を生起するという問題がある。
このように、溶接部の良好な溶け込みを実現するための
要件と、溶融金属の垂れ落ちを防止するための要件と
は、相反する要件となっている。そこで、レーザ溶接ヘ
ッド２の中心線ｌに対する角度θは、前述の如き両要件
の調和を考慮して適宜決定する。この角度θの決定の際
の要素としては、被溶接部材１の回転速度、溶け込み深
さ、レーザビーム３の強度等が考えられる。 【００１６】図２（ａ）に示す場合は、溶接ワイヤを必
要としない場合（例えば、突き合わせ部がＩ開先である
場合）であるが、溶接ワイヤが必要な場合（例えば、突
き合わせ部がＵ開先である場合）がある。この場合に
は、図２（ｂ）に示すように、溶接ワイヤ１３をレーザ
溶接ヘッド２よりもさらに先行する位置に配設して、被
溶接部材１の回転方向に関し、上流側からレーザビーム
３の照射位置に供給する。 【００１７】冷却ノズル６は、被溶接部材１の回転方向
に関し、レーザ溶接ヘッド２の下流側に配設するととも
に、分流した溶接用のシールドガスの一部を被溶接部材
１の突き合わせ部に向けて噴射するものである。本形態
において、シールドガスは、シールドガス供給部７から
管路８を介してレーザ溶接ヘッド２に供給されるが、同
時に管路８から分岐する分岐管９を介してその一部が冷
却ノズル６にも供給される。この結果、冷却ノズル６か
らは、溶接部の冷却ガスとして機能するシールドガスが
溶接部に供給され、レーザビーム３の照射により溶融し
た溶融金属をレーザヘッド２の下流側で冷却することが
できる。 【００１８】制御部１０は、当該レーザ溶接装置の各
部、すなわち回転駆動部４、シールドガス供給部７及び
レーザ発振器１１等の所定の制御を行うものである。さ
らに詳言すると、回転駆動部４は、センサ１２が検出す
る被溶接部材１の回転速度の情報を処理して、予め設定
した回転速度で被溶接部材１を回転移動するように制御
される。シールドガス供給部７は、予め設定した流量の
シールドガスを供給するように制御される。レーザ発振
器１１は、予め設定した強度のレーザ光を出射するよう
に制御される。ここで、被溶接部材１の回転速度、シー
ルドガスの供給量及びレーザ光の強度等は、制御部１０
に設定されるが、被溶接部材１の大きさ、溶け込み深さ
等の溶接条件を考慮して決定する。ここで、溶接の進行
に伴い、この場合の溶融池の様子を画像情報として取り
込み、この画像情報を処理することにより、最適な溶接
がなされるよう逐次前記各制御量を補正するようにして
も勿論良い。 【００１９】本形態に係る制御部１０は、被溶接部材１
の一回転に伴う溶接の終了時点の近傍で、この終了時点
に向けて、前記レーザビームの出力を漸減するととも
に、キーホールを残さないようにレーザ発振器１１の出
力の時間軸に沿う傾きを調整するようになっている。す
なわち、レーザ溶接は、レーザビーム３の照射によりキ
ーホールを形成して行う溶接であるため、円筒乃至円柱
部材である被溶接部材１の突合せ溶接に際しては、被溶
接部材１を一回転させた溶接の終了時点近傍では溶接ビ
ードの重なり部（クレータ部）にキーホールが残らない
ような処理を行う必要がある。このキーホールが残った
場合、これが溶接欠陥となるからである。そこで、円筒
乃至円柱部材である被溶接部材１の突合せ溶接に際して
は、レーザ発振器１１のレーザ出力特性に３つのモード
を持たせている。図３に示すような、立ち上がり部ａ、
定常部ｂ、スロープダウン部ｃであり、溶接の開始に伴
い速やかに出力を定常値まで立ち上げ（立ち上がり部
ａ）、その後一定の出力で溶接作業を進行させ（定常部
ｂ）、溶接の終了時点近傍で出力を漸減する（スロープ
ダウン部ｃ）ことによりキーホールを閉じて溶接を終了
する。 【００２０】ところが、従来のスロープダウン部ｃにお
ける出力は同一傾斜で漸減するようになっていたので、
溶接の最後にキーホールが残る場合があった。そこで、
本形態では、スロープダウン部ｃにおいてレーザビーム
３の出力を漸減するとともに、上述の如くキーホールを
残さないようさらにレーザ発振器１１の出力の時間軸に
沿う傾きを調整する。すなわち、例えば図４（ａ）に区
間ｄ１として示すように、キーホールが閉じる限界付近
のレーザ出力（これはレーザ光のパワー密度；Ｗ／ｃｍ
2 に依存する。）特性の傾斜をさらに緩やかにして自然
にキーホールが閉じるように制御する。この制御は、溶
け込み深さ（レーザ出力と溶接速度）に応じて設定した
傾斜特性に基づいて行う。 【００２１】図４（ａ）に示す特性は、レーザ発振器１
１から出力されるレーザ光が連続波（ＣＷ波）の場合で
あるが、これがパルス波（ＰＷ波）である場合は、図４
（ｂ）に区間ｄ２として示すような特性で制御する。す
なわち、同図に示すように、キーホールが閉じる限界付
近のレーザ出力のパルス波形を細かいピッチで、例えば
直前のパルス出力との差がΔＰ１からΔＰ２（＜ΔＰ
１）になるように制御し、キーホール閉塞時に溶接金属
内部に欠陥を発生させないように制御する。なお、ここ
で、パルス波形に関しては図４（ｂ）に示すものに限る
必要はない。例えば、パルス波形と連続波とを複合した
波形、連続波にパルス波を重畳した波形等が考えられ
る。 【００２２】上述の如き本形態に係るレーザ溶接装置に
よれば、被溶接部材１の頂部よりも若干先行する位置に
レーザ溶接ビーム３を照射しており、同時に溶融金属に
対して冷却ガスを噴射しているので、被溶接部材１がそ
の回転に伴い頂部近傍に至った時点では良好に凝固した
状態とすることができる。この結果、健全な溶接ビード
を形成することができる。また、溶接終了時点の近傍で
は、レーザ出力をキーホールが閉じる限界付近のレーザ
出力に迄、絞り込むようにしたので、クレータ部におけ
るキーホールの発生を防止することができる。 【００２３】なお、上記実施の形態では、レーザ溶接ヘ
ッド２を、被溶接部材１の回転方向に関しその頂部より
も先行する位置に配設し、同時に冷却ノズル６による溶
接部の冷却も行うように構成したが、必ずしもこのよう
に構成する必要はない。何れか、一方のみの構成を採用
するだけても、溶接条件によっては溶融金属の垂れ落ち
を防止することができる。ただ、上記実施の形態の如く
構成することにより、深溶け込み溶接を行う場合であっ
ても溶融金属の垂れ落ちを防止して十分健全な溶接ビー
ドを形成することができる。 【００２４】 【発明の効果】以上実施の形態とともに具体的に説明し
た通り、〔請求項１〕に記載する発明は、被溶接部材で
ある円筒部材乃至円柱部材を軸回りに回転させながら所
定位置に配設したレーザ溶接ヘッドで、その突き合わせ
部にレーザビームを照射してこの突き合わせ部を溶接す
るように構成したレーザ溶接装置において、前記被溶接
部材の頂部近傍に溶接凝固点が形成されるように、前記
被溶接部材の回転方向に関し、この被溶接部材の頂部よ
りも上流側に配設したレーザ溶接ヘッドを有するので、
レーザビームの照射により溶融した溶融金属が被溶接部
材の頂部近傍に至る間に良好に凝固する。この結果、こ
れよりさらに被溶接部材が回転しても溶融金属が垂れ落
ちることはなく健全な溶接ビードを形成することができ
る。 【００２５】〔請求項２〕に記載する発明は、被溶接部
材である円筒部材乃至円柱部材を軸回りに回転させなが
ら所定位置に配設したレーザ溶接ヘッドで、その突き合
わせ部にレーザビームを照射してこの突き合わせ部を溶
接するように構成したレーザ溶接装置において、前記被
溶接部材の回転方向に関し、前記レーザ溶接ヘッドの下
流側に配設するとともに、分流した溶接用のシールドガ
スの一部を前記突き合わせ部に向けて噴射する冷却ノズ
ルを有するので、レーザビームの照射により溶融した溶
融金属が冷却ガスの噴射により冷却されるので、速やか
に凝固する。この結果、これよりさらに被溶接部材が回
転しても溶融金属が垂れ落ちることはなく健全な溶接ビ
ードを形成することができる。 【００２６】〔請求項３〕に記載する発明は、被溶接部
材である円筒部材乃至円柱部材を軸回りに回転させなが
ら所定位置に配設したレーザ溶接ヘッドで、その突き合
わせ部にレーザビームを照射してこの突き合わせ部を溶
接するように構成したレーザ溶接装置において、前記被
溶接部材の頂部近傍に溶接凝固点が形成されるように、
前記被溶接部材の回転方向に関し、この被溶接部材の頂
部よりも上流側に配設したレーザ溶接ヘッドと、前記被
溶接部材の回転方向に関し、前記レーザ溶接ヘッドの下
流側に配設するとともに、分流した溶接用のシールドガ
スの一部を前記突き合わせ部に向けて噴射する冷却ノズ
ルとを有するので、〔請求項１〕及び〔請求項２〕に記
載する発明の作用・効果を重畳した作用・効果が得ら
れ、最も健全な溶接ビードを形成した溶接を行うことが
できる。 【００２７】〔請求項４〕に記載する発明は、被溶接部
材である円筒部材乃至円柱部材を軸回りに回転させなが
ら所定位置に配設したレーザ溶接ヘッドで、その突き合
わせ部にレーザビームを照射してこの突き合わせ部を溶
接するように構成したレーザ溶接装置において、被溶接
部材の一回転に伴う溶接の終了時点の近傍で、この終了
時点に向けて、前記レーザビームの出力を漸減するとと
もに、キーホールを残さないように前記出力の時間軸に
沿う傾きが、さらに緩やかになるように調整するレーザ
発振器の制御手段を有するので、キーホールが閉じる寸
前の出力とすることができ、これによりクレータ部にお
けるキーホールの発生を除去し得る。すなわち、クレー
タ部の溶接欠陥を除去し得る。 【００２８】〔請求項５〕に記載する発明は、〔請求項
１〕乃至〔請求項３〕の何れか一つに記載するレーザ溶
接装置において、被溶接部材の一回転に伴う溶接の終了
時点の近傍で、この終了時点に向けて、前記レーザビー
ムの出力を漸減するとともに、キーホールを残さないよ
うに前記出力の時間軸に沿う傾きが、さらに緩やかにな
るように調整するレーザ発振器の制御手段を有するの
で、〔請求項１〕乃至〔請求項３〕の作用・効果に加
え、〔請求項４〕に記載する発明の作用・効果も得るこ
とができる。
し、特に厚肉円筒及び円筒部材の溶接に適用して有用な
ものである。 【０００２】 【従来の技術】レーザ溶接装置によりパイプ等の円筒部
材を突合せ溶接する場合、図５に示すように、その溶接
ヘッド０１を、この場合の被溶接部材０２である円筒部
材の頂部の上方に配設し、この位置から垂直下方にレー
ザビーム０３を照射して溶接部位を溶融するとともに、
この溶接作業の進行に伴い被溶接部材０２を回転させて
いる。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】上述の如く被溶接部材
０２の頂部の上方に溶接ヘッド０１を配設して溶接を行
う場合、頂部で溶けた溶融金属が、被溶接部材０２の回
転に伴い十分固化せず垂れ落ちて健全な溶接ビードが得
られないという不都合を生起する場合がある。特に、大
出力レーザ溶接装置を用いた、深溶け込み溶接（例えば
１０ｍｍ程度）を行う場合に顕著な問題となる。また、
この種のキーホール溶接では、円筒部材を一回転させた
場合の溶接の重なり部であるクレータ部にアンダーカッ
ト及び亀裂等の欠陥を生起し易いという問題もある。 【０００４】本発明は、上記従来技術に鑑み、円筒部材
及び円柱部材のレーザ溶接に際し、溶融金属の垂れ落ち
を生起することなく健全な溶接ビードを得るとともに、
クレータ部における溶接欠陥の発生も除去し得るレーザ
溶接装置を提供することを目的とする。 【０００５】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の構成は次の点を特徴とする。 【０００６】１） 被溶接部材である円筒部材乃至円柱
部材を軸回りに回転させながら所定位置に配設したレー
ザ溶接ヘッドで、その突き合わせ部にレーザビームを照
射してこの突き合わせ部を溶接するように構成したレー
ザ溶接装置において、前記被溶接部材の頂部近傍に溶接
凝固点が形成されるように、前記被溶接部材の回転方向
に関し、この被溶接部材の頂部よりも上流側に配設した
レーザ溶接ヘッドを有すること。 【０００７】２） 被溶接部材である円筒部材乃至円柱
部材を軸回りに回転させながら所定位置に配設したレー
ザ溶接ヘッドで、その突き合わせ部にレーザビームを照
射してこの突き合わせ部を溶接するように構成したレー
ザ溶接装置において、前記被溶接部材の回転方向に関
し、前記レーザ溶接ヘッドの下流側に配設するととも
に、分流した溶接用のシールドガスの一部を前記突き合
わせ部に向けて噴射する冷却ノズルを有すること。 【０００８】３） 被溶接部材である円筒部材乃至円柱
部材を軸回りに回転させながら所定位置に配設したレー
ザ溶接ヘッドで、その突き合わせ部にレーザビームを照
射してこの突き合わせ部を溶接するように構成したレー
ザ溶接装置において、前記被溶接部材の頂部近傍に溶接
凝固点が形成されるように、前記被溶接部材の回転方向
に関し、この被溶接部材の頂部よりも上流側に配設した
レーザ溶接ヘッドと、前記被溶接部材の回転方向に関
し、前記レーザ溶接ヘッドの下流側に配設するととも
に、分流した溶接用のシールドガスの一部を前記突き合
わせ部に向けて噴射する冷却ノズルとを有すること。 【０００９】４） 被溶接部材である円筒部材乃至円柱
部材を軸回りに回転させながら所定位置に配設したレー
ザ溶接ヘッドで、その突き合わせ部にレーザビームを照
射してこの突き合わせ部を溶接するように構成したレー
ザ溶接装置において、被溶接部材の一回転に伴う溶接の
終了時点の近傍で、この終了時点に向けて、前記レーザ
ビームの出力を漸減するとともに、キーホールを残さな
いように前記出力の時間軸に沿う傾きが、さらに緩やか
になるように調整するレーザ発振器の制御手段を有する
こと。 【００１０】５） 上記１）乃至３）の何れか一つに記
載するレーザ溶接装置において、被溶接部材の一回転に
伴う溶接の終了時点の近傍で、この終了時点に向けて、
前記レーザビームの出力を漸減するとともに、キーホー
ルを残さないように前記出力の時間軸に沿う傾きが、さ
らに緩やかになるように調整するレーザ発振器の制御手
段を有すること。 【００１１】 【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づき詳細に説明する。 【００１２】図１は本発明の実施の形態に係るレーザ溶
接装置を示すブロック線図である。同図に示すように、
本形態に係るレーザ溶接装置は、円筒部材乃至円柱部材
を被溶接部材１とするもので、この被溶接部材１をその
軸回りに回転させながら所定位置に配設したレーザ溶接
ヘッド２で、その突き合わせ部にレーザビーム３を照射
してこの突き合わせ部を溶接するものである。ここで、
被溶接部材１は回転駆動部４で回転される。 【００１３】レーザ溶接ヘッド２は、光ファイバ５を介
して伝送するレーザ光を光学系２ａを介して集光し、レ
ーザビーム３として被溶接部材１の突き合わせ溶接部に
照射するとともに、溶接部の酸化を防止するシールドガ
スを、シールドガスノズル２ｂを介して溶接部に向け噴
射するように構成してある。 【００１４】本形態におけるレーザ溶接ヘッド２は、図
２（ａ）に特にこの部分を抽出して模式的に示すよう
に、被溶接部材１の頂部近傍に溶接凝固点が形成される
ように、前記被溶接部材１の回転方向（本形態では図中
に矢印で示すように時計方向）に関し、被溶接部材１の
頂部よりも上流側に配設してある。すなわち、レーザ溶
接ヘッド２は、被溶接部材１の垂直方向の中心線ｌに対
して反時計方向に、例えば１０°乃至２０°偏位した位
置に配設してある。このように配設することで、被溶接
部材１の頂部よりも先行する位置でレーザビーム３の照
射により溶融した溶融金属が被溶接部材１の回転に伴い
頂部に至る間に冷却されて頂部近傍で丁度凝固する。こ
のことにより溶融金属の垂れ落ちを防止して健全な溶接
ビードを形成することができる。 【００１５】溶接部の良好な溶け込み、すなわち十分に
深い溶け込みを得るためには、レーザビーム３を被溶接
部材１の頂部に照射するようレーザ溶接ヘッド２を配設
するのが望ましい。この点に鑑み、従来技術においては
レーザ溶接ヘッド２を被溶接部材１の頂部の上方に配設
していたのであるが、この場合には溶融金属の垂れ落ち
による溶接ビードの不良を生起するという問題がある。
このように、溶接部の良好な溶け込みを実現するための
要件と、溶融金属の垂れ落ちを防止するための要件と
は、相反する要件となっている。そこで、レーザ溶接ヘ
ッド２の中心線ｌに対する角度θは、前述の如き両要件
の調和を考慮して適宜決定する。この角度θの決定の際
の要素としては、被溶接部材１の回転速度、溶け込み深
さ、レーザビーム３の強度等が考えられる。 【００１６】図２（ａ）に示す場合は、溶接ワイヤを必
要としない場合（例えば、突き合わせ部がＩ開先である
場合）であるが、溶接ワイヤが必要な場合（例えば、突
き合わせ部がＵ開先である場合）がある。この場合に
は、図２（ｂ）に示すように、溶接ワイヤ１３をレーザ
溶接ヘッド２よりもさらに先行する位置に配設して、被
溶接部材１の回転方向に関し、上流側からレーザビーム
３の照射位置に供給する。 【００１７】冷却ノズル６は、被溶接部材１の回転方向
に関し、レーザ溶接ヘッド２の下流側に配設するととも
に、分流した溶接用のシールドガスの一部を被溶接部材
１の突き合わせ部に向けて噴射するものである。本形態
において、シールドガスは、シールドガス供給部７から
管路８を介してレーザ溶接ヘッド２に供給されるが、同
時に管路８から分岐する分岐管９を介してその一部が冷
却ノズル６にも供給される。この結果、冷却ノズル６か
らは、溶接部の冷却ガスとして機能するシールドガスが
溶接部に供給され、レーザビーム３の照射により溶融し
た溶融金属をレーザヘッド２の下流側で冷却することが
できる。 【００１８】制御部１０は、当該レーザ溶接装置の各
部、すなわち回転駆動部４、シールドガス供給部７及び
レーザ発振器１１等の所定の制御を行うものである。さ
らに詳言すると、回転駆動部４は、センサ１２が検出す
る被溶接部材１の回転速度の情報を処理して、予め設定
した回転速度で被溶接部材１を回転移動するように制御
される。シールドガス供給部７は、予め設定した流量の
シールドガスを供給するように制御される。レーザ発振
器１１は、予め設定した強度のレーザ光を出射するよう
に制御される。ここで、被溶接部材１の回転速度、シー
ルドガスの供給量及びレーザ光の強度等は、制御部１０
に設定されるが、被溶接部材１の大きさ、溶け込み深さ
等の溶接条件を考慮して決定する。ここで、溶接の進行
に伴い、この場合の溶融池の様子を画像情報として取り
込み、この画像情報を処理することにより、最適な溶接
がなされるよう逐次前記各制御量を補正するようにして
も勿論良い。 【００１９】本形態に係る制御部１０は、被溶接部材１
の一回転に伴う溶接の終了時点の近傍で、この終了時点
に向けて、前記レーザビームの出力を漸減するととも
に、キーホールを残さないようにレーザ発振器１１の出
力の時間軸に沿う傾きを調整するようになっている。す
なわち、レーザ溶接は、レーザビーム３の照射によりキ
ーホールを形成して行う溶接であるため、円筒乃至円柱
部材である被溶接部材１の突合せ溶接に際しては、被溶
接部材１を一回転させた溶接の終了時点近傍では溶接ビ
ードの重なり部（クレータ部）にキーホールが残らない
ような処理を行う必要がある。このキーホールが残った
場合、これが溶接欠陥となるからである。そこで、円筒
乃至円柱部材である被溶接部材１の突合せ溶接に際して
は、レーザ発振器１１のレーザ出力特性に３つのモード
を持たせている。図３に示すような、立ち上がり部ａ、
定常部ｂ、スロープダウン部ｃであり、溶接の開始に伴
い速やかに出力を定常値まで立ち上げ（立ち上がり部
ａ）、その後一定の出力で溶接作業を進行させ（定常部
ｂ）、溶接の終了時点近傍で出力を漸減する（スロープ
ダウン部ｃ）ことによりキーホールを閉じて溶接を終了
する。 【００２０】ところが、従来のスロープダウン部ｃにお
ける出力は同一傾斜で漸減するようになっていたので、
溶接の最後にキーホールが残る場合があった。そこで、
本形態では、スロープダウン部ｃにおいてレーザビーム
３の出力を漸減するとともに、上述の如くキーホールを
残さないようさらにレーザ発振器１１の出力の時間軸に
沿う傾きを調整する。すなわち、例えば図４（ａ）に区
間ｄ１として示すように、キーホールが閉じる限界付近
のレーザ出力（これはレーザ光のパワー密度；Ｗ／ｃｍ
2 に依存する。）特性の傾斜をさらに緩やかにして自然
にキーホールが閉じるように制御する。この制御は、溶
け込み深さ（レーザ出力と溶接速度）に応じて設定した
傾斜特性に基づいて行う。 【００２１】図４（ａ）に示す特性は、レーザ発振器１
１から出力されるレーザ光が連続波（ＣＷ波）の場合で
あるが、これがパルス波（ＰＷ波）である場合は、図４
（ｂ）に区間ｄ２として示すような特性で制御する。す
なわち、同図に示すように、キーホールが閉じる限界付
近のレーザ出力のパルス波形を細かいピッチで、例えば
直前のパルス出力との差がΔＰ１からΔＰ２（＜ΔＰ
１）になるように制御し、キーホール閉塞時に溶接金属
内部に欠陥を発生させないように制御する。なお、ここ
で、パルス波形に関しては図４（ｂ）に示すものに限る
必要はない。例えば、パルス波形と連続波とを複合した
波形、連続波にパルス波を重畳した波形等が考えられ
る。 【００２２】上述の如き本形態に係るレーザ溶接装置に
よれば、被溶接部材１の頂部よりも若干先行する位置に
レーザ溶接ビーム３を照射しており、同時に溶融金属に
対して冷却ガスを噴射しているので、被溶接部材１がそ
の回転に伴い頂部近傍に至った時点では良好に凝固した
状態とすることができる。この結果、健全な溶接ビード
を形成することができる。また、溶接終了時点の近傍で
は、レーザ出力をキーホールが閉じる限界付近のレーザ
出力に迄、絞り込むようにしたので、クレータ部におけ
るキーホールの発生を防止することができる。 【００２３】なお、上記実施の形態では、レーザ溶接ヘ
ッド２を、被溶接部材１の回転方向に関しその頂部より
も先行する位置に配設し、同時に冷却ノズル６による溶
接部の冷却も行うように構成したが、必ずしもこのよう
に構成する必要はない。何れか、一方のみの構成を採用
するだけても、溶接条件によっては溶融金属の垂れ落ち
を防止することができる。ただ、上記実施の形態の如く
構成することにより、深溶け込み溶接を行う場合であっ
ても溶融金属の垂れ落ちを防止して十分健全な溶接ビー
ドを形成することができる。 【００２４】 【発明の効果】以上実施の形態とともに具体的に説明し
た通り、〔請求項１〕に記載する発明は、被溶接部材で
ある円筒部材乃至円柱部材を軸回りに回転させながら所
定位置に配設したレーザ溶接ヘッドで、その突き合わせ
部にレーザビームを照射してこの突き合わせ部を溶接す
るように構成したレーザ溶接装置において、前記被溶接
部材の頂部近傍に溶接凝固点が形成されるように、前記
被溶接部材の回転方向に関し、この被溶接部材の頂部よ
りも上流側に配設したレーザ溶接ヘッドを有するので、
レーザビームの照射により溶融した溶融金属が被溶接部
材の頂部近傍に至る間に良好に凝固する。この結果、こ
れよりさらに被溶接部材が回転しても溶融金属が垂れ落
ちることはなく健全な溶接ビードを形成することができ
る。 【００２５】〔請求項２〕に記載する発明は、被溶接部
材である円筒部材乃至円柱部材を軸回りに回転させなが
ら所定位置に配設したレーザ溶接ヘッドで、その突き合
わせ部にレーザビームを照射してこの突き合わせ部を溶
接するように構成したレーザ溶接装置において、前記被
溶接部材の回転方向に関し、前記レーザ溶接ヘッドの下
流側に配設するとともに、分流した溶接用のシールドガ
スの一部を前記突き合わせ部に向けて噴射する冷却ノズ
ルを有するので、レーザビームの照射により溶融した溶
融金属が冷却ガスの噴射により冷却されるので、速やか
に凝固する。この結果、これよりさらに被溶接部材が回
転しても溶融金属が垂れ落ちることはなく健全な溶接ビ
ードを形成することができる。 【００２６】〔請求項３〕に記載する発明は、被溶接部
材である円筒部材乃至円柱部材を軸回りに回転させなが
ら所定位置に配設したレーザ溶接ヘッドで、その突き合
わせ部にレーザビームを照射してこの突き合わせ部を溶
接するように構成したレーザ溶接装置において、前記被
溶接部材の頂部近傍に溶接凝固点が形成されるように、
前記被溶接部材の回転方向に関し、この被溶接部材の頂
部よりも上流側に配設したレーザ溶接ヘッドと、前記被
溶接部材の回転方向に関し、前記レーザ溶接ヘッドの下
流側に配設するとともに、分流した溶接用のシールドガ
スの一部を前記突き合わせ部に向けて噴射する冷却ノズ
ルとを有するので、〔請求項１〕及び〔請求項２〕に記
載する発明の作用・効果を重畳した作用・効果が得ら
れ、最も健全な溶接ビードを形成した溶接を行うことが
できる。 【００２７】〔請求項４〕に記載する発明は、被溶接部
材である円筒部材乃至円柱部材を軸回りに回転させなが
ら所定位置に配設したレーザ溶接ヘッドで、その突き合
わせ部にレーザビームを照射してこの突き合わせ部を溶
接するように構成したレーザ溶接装置において、被溶接
部材の一回転に伴う溶接の終了時点の近傍で、この終了
時点に向けて、前記レーザビームの出力を漸減するとと
もに、キーホールを残さないように前記出力の時間軸に
沿う傾きが、さらに緩やかになるように調整するレーザ
発振器の制御手段を有するので、キーホールが閉じる寸
前の出力とすることができ、これによりクレータ部にお
けるキーホールの発生を除去し得る。すなわち、クレー
タ部の溶接欠陥を除去し得る。 【００２８】〔請求項５〕に記載する発明は、〔請求項
１〕乃至〔請求項３〕の何れか一つに記載するレーザ溶
接装置において、被溶接部材の一回転に伴う溶接の終了
時点の近傍で、この終了時点に向けて、前記レーザビー
ムの出力を漸減するとともに、キーホールを残さないよ
うに前記出力の時間軸に沿う傾きが、さらに緩やかにな
るように調整するレーザ発振器の制御手段を有するの
で、〔請求項１〕乃至〔請求項３〕の作用・効果に加
え、〔請求項４〕に記載する発明の作用・効果も得るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るレーザ溶接装置を示
すブロック線図である。 【図２】図１の被溶接部材及びレーザ溶接ヘッド部分を
抽出して示す説明図である。 【図３】当該溶接時のレーザ光の出力特性を示す特性図
である。 【図４】スロープダウンコントロール時における本形態
に係るレーザ光の出力特性を示す特性図である。 【図５】従来技術に係る被溶接部材及びレーザ溶接ヘッ
ド部分を抽出して示す説明図である。 【符号の説明】 １ 被溶接部材 ２ レーザ溶接ヘッド ３ レーザビーム ６ 冷却ノズル
すブロック線図である。 【図２】図１の被溶接部材及びレーザ溶接ヘッド部分を
抽出して示す説明図である。 【図３】当該溶接時のレーザ光の出力特性を示す特性図
である。 【図４】スロープダウンコントロール時における本形態
に係るレーザ光の出力特性を示す特性図である。 【図５】従来技術に係る被溶接部材及びレーザ溶接ヘッ
ド部分を抽出して示す説明図である。 【符号の説明】 １ 被溶接部材 ２ レーザ溶接ヘッド ３ レーザビーム ６ 冷却ノズル
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フロントページの続き
(72)発明者 石出 孝
兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号
三菱重工業株式会社高砂研究所内
(72)発明者 広田 法秀
兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号
三菱重工業株式会社高砂製作所内
(72)発明者 西山 賢
兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号
三菱重工業株式会社高砂製作所内
(72)発明者 稲葉 清文
兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号
三菱重工業株式会社高砂製作所内
(72)発明者 坂口 忠和
兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号
三菱重工業株式会社高砂製作所内
Ｆターム(参考） 4E068 BE00 BG02 CA02 CB06 CH08
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 被溶接部材である円筒部材乃至円柱部材
を軸回りに回転させながら所定位置に配設したレーザ溶
接ヘッドで、その突き合わせ部にレーザビームを照射し
てこの突き合わせ部を溶接するように構成したレーザ溶
接装置において、 前記被溶接部材の頂部近傍に溶接凝固点が形成されるよ
うに、前記被溶接部材の回転方向に関し、この被溶接部
材の頂部よりも上流側に配設したレーザ溶接ヘッドを有
することを特徴とするレーザ溶接装置。 【請求項２】 被溶接部材である円筒部材乃至円柱部材
を軸回りに回転させながら所定位置に配設したレーザ溶
接ヘッドで、その突き合わせ部にレーザビームを照射し
てこの突き合わせ部を溶接するように構成したレーザ溶
接装置において、 前記被溶接部材の回転方向に関し、前記レーザ溶接ヘッ
ドの下流側に配設するとともに、分流した溶接用のシー
ルドガスの一部を前記突き合わせ部に向けて噴射する冷
却ノズルを有することを特徴とするレーザ溶接装置。 【請求項３】 被溶接部材である円筒部材乃至円柱部材
を軸回りに回転させながら所定位置に配設したレーザ溶
接ヘッドで、その突き合わせ部にレーザビームを照射し
てこの突き合わせ部を溶接するように構成したレーザ溶
接装置において、 前記被溶接部材の頂部近傍に溶接凝固点が形成されるよ
うに、前記被溶接部材の回転方向に関し、この被溶接部
材の頂部よりも上流側に配設したレーザ溶接ヘッドと、 前記被溶接部材の回転方向に関し、前記レーザ溶接ヘッ
ドの下流側に配設するとともに、分流した溶接用のシー
ルドガスの一部を前記突き合わせ部に向けて噴射する冷
却ノズルとを有することを特徴とするレーザ溶接装置。 【請求項４】 被溶接部材である円筒部材乃至円柱部材
を軸回りに回転させながら所定位置に配設したレーザ溶
接ヘッドで、その突き合わせ部にレーザビームを照射し
てこの突き合わせ部を溶接するように構成したレーザ溶
接装置において、 被溶接部材の一回転に伴う溶接の終了時点の近傍で、こ
の終了時点に向けて、前記レーザビームの出力を漸減す
るとともに、キーホールを残さないように前記出力の時
間軸に沿う傾きが、さらに緩やかになるように調整する
レーザ発振器の制御手段を有することを特徴とするレー
ザ溶接装置。 【請求項５】 〔請求項１〕乃至〔請求項３〕の何れか
一つに記載するレーザ溶接装置において、 被溶接部材の一回転に伴う溶接の終了時点の近傍で、こ
の終了時点に向けて、前記レーザビームの出力を漸減す
るとともに、キーホールを残さないように前記出力の時
間軸に沿う傾きが、さらに緩やかになるように調整する
レーザ発振器の制御手段を有することを特徴とするレー
ザ溶接装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001261113A JP3716198B2 (ja) | 2001-08-30 | 2001-08-30 | レーザ溶接装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001261113A JP3716198B2 (ja) | 2001-08-30 | 2001-08-30 | レーザ溶接装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003071579A true JP2003071579A (ja) | 2003-03-11 |
| JP3716198B2 JP3716198B2 (ja) | 2005-11-16 |
Family
ID=19088206
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001261113A Expired - Lifetime JP3716198B2 (ja) | 2001-08-30 | 2001-08-30 | レーザ溶接装置 |
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| Country | Link |
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007313544A (ja) * | 2006-05-26 | 2007-12-06 | Pioneer Electronic Corp | ビーム溶接装置、及びビーム溶接方法 |
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| CN103394815A (zh) * | 2013-08-14 | 2013-11-20 | 哈尔滨工业大学 | 一种环缝激光-gma复合焊接的方法 |
| JP2017524531A (ja) * | 2014-05-16 | 2017-08-31 | マーレ インターナショナル ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングＭＡＨＬＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＧｍｂＨ | 内燃エンジン用ピストンの製造方法およびその方法によって製造されたピストン |
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| WO2022158025A1 (ja) * | 2021-01-20 | 2022-07-28 | 日立Astemo株式会社 | ２部品の接合物及びその製造方法 |
-
2001
- 2001-08-30 JP JP2001261113A patent/JP3716198B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007313544A (ja) * | 2006-05-26 | 2007-12-06 | Pioneer Electronic Corp | ビーム溶接装置、及びビーム溶接方法 |
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| JP2017524531A (ja) * | 2014-05-16 | 2017-08-31 | マーレ インターナショナル ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングＭＡＨＬＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＧｍｂＨ | 内燃エンジン用ピストンの製造方法およびその方法によって製造されたピストン |
| US10174710B2 (en) | 2014-05-16 | 2019-01-08 | Mahle International Gmbh | Method for producing a piston for an internal combustion engine and piston produced by means of said method |
| WO2022158025A1 (ja) * | 2021-01-20 | 2022-07-28 | 日立Astemo株式会社 | ２部品の接合物及びその製造方法 |
| JP7502476B2 (ja) | 2021-01-20 | 2024-06-18 | 日立Astemo株式会社 | ２部品の接合物及びその製造方法 |
| CN113814562A (zh) * | 2021-10-13 | 2021-12-21 | 宜宾上交大新材料研究中心 | 激光焊接方法 |
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