JP2003088962A - 電子ビーム溶接装置及び溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】溶接線と電子ビーム発生源との位置合せを行な
う際に、被溶接物の熱変形を抑制することができる電子
ビーム溶接装置を実現する。 【解決手段】電子ビームのビームスポットと可視レーザ
発振器６から発振されるレーザビーム１３のレーザスポ
ットとをレーザ光反射鏡８を調節して共にＰ点に合わせ
る。反射鏡８の調整確認にはＣＣＤカメラ１０を使用し
てビームスポットを目視で確認し反射鏡８の反射角度等
を調整し固定する。次に、被溶接物３の溶接開始位置と
レーザビームスポット１３とが一致するように、Ｘ−Ｙ
−θテーブル４を移動し、溶接線検出及び位置合せを行
なう。上述のようにして、溶接線検出及び位置合わせが
終了すると被溶接物３の溶接が開始される。可視レーザ
光は、電子ビームと異なりエネルギが非常に小さく集光
せずに使用するため被溶接物３に照射したとしても被溶
接物３の熱変形が起きない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子ビーム溶接装
置及び溶接方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子ビーム溶接装置の従来技術として
は、例えば、特開平３−６０８７９号公報に記載された
技術がある。

【０００３】この公報に記載された技術は、電子ビーム
溶接を行うときの電子ビーム照射位置を検出する際、電
子ビーム溶接装置から発振された電子ビームが、溶接予
定位置を横切って走査したときに、被溶接物からの反射
電子あるいは二次電子が焦点位置と対応して変化するこ
とを利用して、溶接線と電子銃との位置関係を把握する
技術である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術にあっては、被溶接物に電子ビームを照射し
て、溶接予定位置と電子銃との位置関係を調整するた
め、被溶接物が電子ビームのエネルギにより熱変形する
可能性があった。

【０００５】最近では、被溶接対象物として、厚さ寸法
がより小さい薄板も、電子ビーム溶接することが予定さ
れているので、位置関係の調節に余分なエネルギーを被
溶接物に与えると、変形が顕著に現れ、良質な溶接が困
難となる。

【０００６】本発明の目的は、溶接線と電子ビーム発生
源との位置合せを行なう際に、被溶接物の熱変形を抑制
することができる電子ビーム溶接装置及び溶接方法を実
現することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は次のように構成される。 （１）電子ビーム発生部と、電子ビームにより溶接され
る被溶接物を支持する移動可能な支持台とを有する電子
ビーム溶接装置において、上記支持台上に可視レーザを
照射する可視レーザ発振手段と、上記支持台上から反射
された可視レーザが入射される撮像手段とを備え、上記
撮像手段から得られる画像に基づいて、被溶接物と電子
ビーム発生部との位置関係を調整する。

【０００８】（２）好ましくは、上記（１）において、
可視レーザ発振手段は、可視レーザ発生部と、この可視
レーザ発生部からの可視レーザを反射して、上記支持台
を照射させる反射鏡とを有し、この反射鏡の位置を調整
して、可視レーザと電子ビームとの位置関係を調整した
後に、被溶接物と電子ビーム発生部との位置関係を調整
する。

【０００９】（３）電子ビーム発生部と、電子ビームに
より溶接される被溶接物を支持する移動可能な支持台と
を有する電子ビーム溶接装置により被溶接物を溶接する
電子ビーム溶接方法おいて、上記支持台上に可視レーザ
を照射し、上記支持台上から反射された可視レーザを撮
像手段に入射し、上記撮像手段から得られる画像に基づ
いて、被溶接物と電子ビーム発生部との位置関係を調整
し、調整後の位置関係から電子ビームを被溶接物に照射
して溶接する。

【００１０】（４）好ましくは、上記（３）において、
可視レーザは、可視レーザ発生部からの可視レーザを反
射鏡により反射して、上記支持台を照射し、上記反射鏡
の位置を調整して、可視レーザと電子ビームとの位置関
係を調整した後に、被溶接物と電子ビーム発生部との位
置関係を調整する。

【００１１】可視レーザ光は、電子ビームと異なりエネ
ルギが非常に小さく、集光せずに使用するため、被溶接
物に照射したとしても、被溶接物の熱変形が起きない。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態で
ある電子ビーム溶接装置の概略構成図である。

【００１３】図１において、１は電子ビーム発生部であ
り、この電子ビーム発生部１の先端には、電子ビーム発
生部を溶接スパッタから保護するシールドノズル２が取
り付けられている。

【００１４】また、被溶接物３は、Ｘ−Ｙ−θ（回転
軸）テーブル（移動可能な支持台）４上に支持され、こ
れら被溶接物３、Ｘ−Ｙ−θテーブル４及びシールドノ
ズル２は、チャンバ５内に配置されている。

【００１５】図１に示す電子ビーム発生部１の左側であ
って、チャンバ５外に、可視レーザ発振器６と、レーザ
光反射鏡８と、このレーザ光反射鏡８を覆う反射鏡ボッ
クス９とが配置されている。また、発振器６のレーザ発
振側にはピンホール７が形成されている。

【００１６】そして、レーザ発振器６からのレーザビー
ム１３は、ピンホール７を通過して、反射鏡８で反射さ
れ、チャンバ５に形成されたビーム透過窓（図示せず）
を通過して被溶接物３に照射される。

【００１７】一方、図１に示す電子ビーム発生部１の右
側には、電子ビーム発生部１から放射される電子ビーム
のビームスポット及びレーザ発振器６からのレーザ光の
スポットを確認するＣＣＤカメラ（撮像手段）１０と、
反射鏡１１と、反射鏡ボックス１２とが配置されてい
る。

【００１８】そして、被溶接物３から反射されたレーザ
ビーム１３が、チャンバ５に形成されたビーム透過窓
（図示せず）を通過して反射鏡１１によって反射され
る。反射鏡１１により反射されたレーザビーム１３は、
ＣＣＤカメラ１０に入射されるように構成されている。

【００１９】本発明の一実施形態における電子ビーム溶
接装置は上記のように構成されており、以下にその動作
について図２、図３及び図４を用いて説明する。

【００２０】図２及び図３において、電子ビーム発生装
置から放出される電子ビームを被溶接物３の溶接予定線
に精度よく合わせる方法として、まず、電子ビームのビ
ームスポットと可視レーザ発振器６から発振されるレー
ザビーム１３のレーザスポットとを共にＰ点に合わせ
る。

【００２１】電子ビームのビームスポットとレーザスポ
ットとを一致させる方法としては、被溶接物３とは異な
る別の材料を準備してセッティング材料１５として用
い、電子ビームのビームスポットとレーザ光１３のレー
ザスポットを同一点Ｐにレーザ光反射鏡８を調節して調
整する。

【００２２】ピンホール７は、レーザ光１３のビーム径
を小さくし精度よく同一点に合せるのに使用する。

【００２３】また、反射鏡８の調整確認には、ＣＣＤカ
メラ１０を使用してビームスポットを目視で確認し、反
射鏡８の反射角度等を調整し、調整後、その角度又は位
置に固定する。

【００２４】電子ビーム発生装置と可視レーザ発振器６
とは、一体となっており、電子ビームとレーザ光とのビ
ームスポットを合せることで電子ビームをレーザ光で疑
似的に表現することができる。

【００２５】そして、セッティング材料として用いた材
料１５を被溶接物３に置き換え、レーザ発振器６からの
レーザ光を使用し、被溶接物３に照射する。この被溶接
物３から反射されたレーザ光１３は、反射鏡１１を介し
てＣＣＤカメラ１０に入射される。

【００２６】ＣＣＤカメラ１０による目視確認で、図２
に示すように、被溶接物３の溶接予定線１４の溶接開始
位置とレーザビームスポット１３とが一致するように、
Ｘ−Ｙ−θテーブル４を移動し、溶接線検出及び位置合
せを行なう。

【００２７】上述のようにして、溶接線検出及び位置合
わせが終了すると、被溶接物３の溶接が、図４に示すよ
うな状態で開始される。

【００２８】電子ビーム発生部１では、加速された一定
方向に流れる電子の集まりの束（電子ビーム）を発生さ
せ、ビーム強度制御装置（図示せず）で電子ビームの強
度が制御される。

【００２９】次に、電磁レンズで電子を集束することに
より、高いエネルギ密度を得る。同時にビームの位置制
御装置で被溶接物３の溶接線１４に対して位置と焦点と
をあわせる。

【００３０】シールドノズル２は、電子ビームの軌道に
平行に取り付けられ、電子ビーム発生部１を保護してい
る。

【００３１】被溶接物３が配置される、Ｘ−Ｙ−θ（回
転軸）テーブル４は、３６０度回転可能なターンテーブ
ルとなっており、溶接線１４に沿ってビームスポット１
３が移動するように、Ｘ−Ｙ−θテーブル４が自動的に
移動され、溶接処理が行われる。

【００３２】被溶接物３上では、電子の持っている運動
エネルギの大部分が熱エネルギに変換されて被溶接物３
が溶接される。

【００３３】このようにして、被溶接物３の溶接処理が
終了される。

【００３４】以上のように、本発明の一実施形態によれ
ば、電子ビームによる被溶接物の溶接に先立って、レー
ザ光を用いて、被溶接物と電子ビーム発生部１との位置
関係を調整するように構成される。

【００３５】ここで、電子ビームは真空中でしか走査で
きないため、電子ビーム発生部１から電子ビームを発生
させる場合、一度、チャンバ５内を真空状態としなけれ
ばならない。このため、電子ビームにより被溶接物３と
電子ビーム発生部１との位置合わせを行う場合、チャン
バ５内を真空状態とした状態では、操作者が被溶接物３
に接近することができない。

【００３６】操作者が被溶接物３に接近して電子ビーム
発生部１との位置合わせを行う場合には、チャンバ５内
の真空状態を解除する必要がある。

【００３７】それに対して、レーザ光は電子ビームと異
なり大気中でも発振可能である。そのため、レーザ光に
よる位置合わせ作業中でもチャンバ５内を真空状態とす
る必要が無く、被溶接物３に操作者が近づいて目視で溶
接線検出及び位置合せを行なうことが出来る。

【００３８】また、レーザ光によれば、大気中で位置合
わせの段取りと溶接線検出及び位置合せを行なうことが
出来るため、被溶接物３の位置調整が容易にでき、溶接
線に対する電子ビーム発生部１の位置精度が向上する。

【００３９】また、可視レーザ光は、電子ビームと異な
りエネルギが非常に小さく、集光せずに使用するため、
被溶接物３に照射したとしても、被溶接物３の熱変形が
起きない。

【００４０】さらに、溶接を行なうためにチャンバ５内
を排気すると、電子ビーム溶接装置のチャンバ５内は暗
闇となるが、可視レーザ光を使用すれば、暗闇でもビー
ムスポットにより、溶接線を確認することができる。

【００４１】なお、上述した例は、操作者がレーザ光を
確認して、テーブル４の位置等を調整するように構成し
たが、ＣＣＤカメラ１０から得られる画像を自動的に認
識して、テーブル４の位置、角度を自動的に調整するこ
とも可能である。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、電子ビーム溶接におけ
る溶接線検出及び位置合せを行なう際に、被溶接物の熱
変形を抑制することが可能な電子ビーム溶接装置及び溶
接方法を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である可視レーザ発振器を
備えた電子ビーム溶接装置の概略構成図である。

【図２】本発明の一実施形態である電子ビーム溶接装置
の位置合わせの説明図である。

【図３】本発明の一実施形態である電子ビーム溶接装置
の位置合わせの説明図である。

【図４】本発明の一実施形態である電子ビーム溶接装置
の溶接動作の説明図である。

【符号の説明】

１ 電子ビーム発生部 ２ シールドノズル ３ 被溶接物 ４ Ｘ−Ｙ−θテーブル ５ チャンバ ６ 可視レーザ発振器 ７ ピンホール ８、１１ レーザ光反射鏡 ９、１２ 反射鏡ボックス １０ ＣＣＤカメラ １３ ビームスポット １４ 溶接線 １５ セッティング材料

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石井 秀亮 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所火力・水力事業部内 Ｆターム(参考） 4E066 AB08 BC08

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子ビーム発生部と、電子ビームにより溶
   接される被溶接物を支持する移動可能な支持台とを有す
   る電子ビーム溶接装置において、 上記支持台上に可視レーザを照射する可視レーザ発振手
   段と、 上記支持台上から反射された可視レーザが入射される撮
   像手段と、 を備え、上記撮像手段から得られる画像に基づいて、被
   溶接物と電子ビーム発生部との位置関係を調整すること
   を特徴とする電子ビーム溶接装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の電子ビーム溶接装置におい
   て、可視レーザ発振手段は、可視レーザ発生部と、この
   可視レーザ発生部からの可視レーザを反射して、上記支
   持台を照射させる反射鏡とを有し、この反射鏡の位置を
   調整して、可視レーザと電子ビームとの位置関係を調整
   した後に、被溶接物と電子ビーム発生部との位置関係を
   調整することを特徴とする電子ビーム溶接装置。
3. 【請求項３】電子ビーム発生部と、電子ビームにより溶
   接される被溶接物を支持する移動可能な支持台とを有す
   る電子ビーム溶接装置により被溶接物を溶接する電子ビ
   ーム溶接方法おいて、 上記支持台上に可視レーザを照射し、 上記支持台上から反射された可視レーザを撮像手段に入
   射し、 上記撮像手段から得られる画像に基づいて、被溶接物と
   電子ビーム発生部との位置関係を調整し、 調整後の位置関係から電子ビームを被溶接物に照射して
   溶接することを特徴とする電子ビーム溶接方法。
4. 【請求項４】請求項３記載の電子ビーム溶接方法におい
   て、可視レーザは、可視レーザ発生部からの可視レーザ
   を反射鏡により反射して、上記支持台を照射し、上記反
   射鏡の位置を調整して、可視レーザと電子ビームとの位
   置関係を調整した後に、被溶接物と電子ビーム発生部と
   の位置関係を調整することを特徴とする電子ビーム溶接
   方法。