JP2005138126A - Welding system - Google Patents

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JP2005138126A JP2003375342A JP2003375342A JP2005138126A JP 2005138126 A JP2005138126 A JP 2005138126A JP 2003375342 A JP2003375342 A JP 2003375342A JP 2003375342 A JP2003375342 A JP 2003375342A JP 2005138126 A JP2005138126 A JP 2005138126A
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Eiji Sakashita
英司 坂下
Takashi Akaha
崇 赤羽
Masanari Watanabe
眞生 渡辺
Shuho Tsubota
秀峰 坪田
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a welding system capable of efficiently and automatically performing welding of high quality by controlling the penetration at high accuracy even when a thin-walled member is welded. <P>SOLUTION: A welding unit 11 including a welding head 16 is mounted on a positioning device 21 so as to be integrally moved to the welding position. The welding head 16 forms a uniform profile over the entire irradiation part in a weld part 14 so that the weld part 14 of a member 12 to be welded is welded in a partially-welded state. The predetermined welding is performed by a control device based on positional information on the weld part 14 detected by a position detection sensor 20, and a welding wire 17 is released in the direction opposite to the weld part 14 via a slide mechanism 19 when the welding is completed. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は溶接システムに関し、レーザ溶接等の高密度エネルギー溶接で薄肉部材の溶接、特に多点溶接を行う場合に適用して有用なものである。   The present invention relates to a welding system, and is useful when applied to thin-walled member welding, particularly multi-point welding, by high-density energy welding such as laser welding.

例えば多数の蒸気配管を束ねる場合、スポット溶接が用いられる。すなわち、図９に示すように、先ず多数の蒸気配管１を整列させ、その上にこれを束ねるためのバンド２を載置するとともに、蒸気配管１とバンド２の端縁との接点を溶接部３としてスポット溶接を行っている。かかるスポット溶接は通常ＴＩＧ溶接により手作業で行っている。   For example, when a large number of steam pipes are bundled, spot welding is used. That is, as shown in FIG. 9, first, a number of steam pipes 1 are aligned, and a band 2 for bundling them is placed thereon, and the contact between the steam pipe 1 and the edge of the band 2 is connected to the welded portion. 3 is spot welding. Such spot welding is usually performed manually by TIG welding.

なお、レーザ溶接に関する従来公知の技術としては、次の特許文献１を挙げることができる。   In addition, the following patent document 1 can be mentioned as a conventionally well-known technique regarding laser welding.

特開２００２−１８５８２号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-18582

上述の如き従来技術に係る溶接は、手動ＴＩＧ溶接にて施工していたが、作業者により、また同一作業者であっても溶接品質にバラツキを生じ易く、溶接品質の安定化と信頼性の向上が求められていた。また、溶接作業の作業効率の改善も求められていた。ちなみに、蒸気配管１のスポット溶接においては、溶接点の数が数百点に及ぶ場合もあり、この溶接点の数が増えれば増えるほど、溶接作業の効率が問題となる。   Welding according to the prior art as described above has been performed by manual TIG welding, but even with the same operator, the welding quality is likely to vary, and the welding quality is stabilized and reliable. There was a need for improvement. In addition, improvement in work efficiency of welding work has been demanded. Incidentally, in spot welding of the steam pipe 1, the number of welding points may reach several hundreds, and as the number of welding points increases, the efficiency of the welding operation becomes a problem.

そこで、所定の溶接作業の自動化を図り得る自動溶接システムの提案が待望されている。かかる自動化に当たっては、被溶接部材を貫通しないように手当てすることが肝要である。特に被溶接部材が薄肉配管等の薄肉部材である場合には高精度の部分溶け込み溶接が求められる。また、このためには、溶接作業の終了に当たり、溶加材である溶接ワイヤの引き込みタイミングが問題となり、この引き込みをタイムリー且つ迅速に行う必要がある。さらに、被溶接部材の溶接位置を自動検出する位置検出手段も必要になる。   Therefore, a proposal of an automatic welding system that can automate a predetermined welding operation is awaited. In such automation, it is important to take care not to penetrate the member to be welded. In particular, when the member to be welded is a thin member such as a thin pipe, high-precision partial penetration welding is required. For this reason, when the welding operation is completed, the timing of drawing in the welding wire as the filler material becomes a problem, and this drawing needs to be performed in a timely and prompt manner. Furthermore, position detection means for automatically detecting the welding position of the member to be welded is also required.

本発明は、上記従来技術に鑑み、薄肉部材であってもその溶け込み深さを高精度に制御して高品質の溶接を効率よく自動的に行い得る溶接システムを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a welding system capable of automatically and efficiently performing high-quality welding by controlling the penetration depth with high accuracy even for a thin-walled member in view of the above prior art.

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。   The configuration of the present invention that achieves the above object is characterized by the following points.

１） 被溶接部材の溶接部における照射部の全域に亘って均一なプロファイルを形成するように構成した溶接ヘッド、前記溶接部に溶加材である溶接ワイヤを供給するワイヤ供給手段及びこのワイヤ供給手段を前記溶接部に対してその反対方向にスライドさせるスライド機構を含む溶接ユニットと、
この溶接ユニットを被溶接部材の溶接部に位置決めする位置決め手段と、
溶接の終了時に前記スライド機構を駆動して前記溶接ワイヤを前記溶接部に対してその反対方向に逃がす制御手段とを有すること。
２） 上記１）に記載する溶接システムにおいて、
溶接ヘッドは、被溶接部材の溶接部位が焦点以外のデフォーカス位置となるようなデフォーカス光学系を有すること。
３） 上記１）に記載する溶接システムにおいて、
溶接ヘッドは、被溶接部材の溶接部位の形状がある程度の広がりを有するよう均質化光学系を有すること。
４） 上記１）乃至３）に記載する何れか一つの溶接システムにおいて、
制御手段は、溶接の終期部分の一定期間、溶接ヘッドに供給する溶接パワーが漸減するように制御すること。
５） 上記１）乃至４）に記載する何れか一つの溶接システムにおいて、
被溶接部材の溶接部の位置を検出する位置検出手段を有すること。
６） 上記５）に記載する溶接システムにおいて、
位置検出手段は、被溶接部材の溶接位置が一定の規則性をもって繰り返される場合においてその規則性を制御手段に記憶しておき、この制御手段の制御により最初は広い範囲の走査を行って溶接位置を検出するとともに、二回目以降は前記規則性に基づきより狭い範囲に絞った走査を行って溶接位置を検出するように構成したこと。
７） 上記１）乃至６）の何れか一つに記載する溶接システムにおいて、
上記制御手段は、被溶接部材の相互の溶接部を避けた位置まで溶接ヘッドを移動して溶接を終了するように制御すること。
８） 上記１）乃至７）の何れか一つに記載する溶接システムにおいて、
被溶接部材の裏面に冷却液又は冷却ガスを供給する冷却手段を有すること。
９） 上記１）乃至８）の何れか一つに記載する溶接システムにおいて、
上記溶接ユニットは、さらに溶接部に酸化防止ガスを噴射するためのガス供給手段を有すること。 1) A welding head configured to form a uniform profile over the entire area of the irradiated portion of the welded portion of the member to be welded, wire supply means for supplying a welding wire as a filler material to the welded portion, and the wire supply A welding unit including a slide mechanism for sliding means in the opposite direction relative to the weld;
Positioning means for positioning the welding unit at the welded portion of the member to be welded;
Control means for driving the slide mechanism at the end of welding to release the welding wire in the opposite direction with respect to the welded portion.
2) In the welding system described in 1) above,
The welding head has a defocus optical system in which the welded part of the member to be welded is at a defocus position other than the focal point.
3) In the welding system described in 1) above,
The welding head has a homogenizing optical system so that the shape of the welded part of the member to be welded has a certain extent.
4) In any one welding system described in 1) to 3) above,
The control means shall control so that the welding power supplied to the welding head gradually decreases for a certain period of the final part of welding.
5) In any one welding system described in the above 1) to 4),
It has position detecting means for detecting the position of the welded part of the member to be welded.
6) In the welding system described in 5) above,
When the welding position of the member to be welded is repeated with a certain regularity, the position detection means stores the regularity in the control means, and initially performs a wide range of scanning by the control of the control means to perform the welding position. In addition, the welding position is detected by performing scanning narrowed to a narrower range based on the regularity after the second time.
7) In the welding system according to any one of 1) to 6) above,
The said control means controls to move a welding head to the position which avoided the mutual welding part of the to-be-welded member, and complete | finishes welding.
8) In the welding system according to any one of 1) to 7) above,
Having cooling means for supplying a coolant or a cooling gas to the back surface of the member to be welded.
9) In the welding system according to any one of 1) to 8) above,
The welding unit further has a gas supply means for injecting an antioxidant gas to the weld.

上記構成の本発明によれば、次の様な効果を得る。   According to the present invention configured as described above, the following effects are obtained.

請求項１に記載する発明は、上記１）に記載する通りの構成を有するので、位置決め手段により溶接ユニットを被溶接部材の溶接部に位置決めしながら自動的に所定の溶接作業を行うことができる。この際、溶接ヘッドは照射部の全域に亘り均一なプロファイルを形成することができ高精度の部分溶け込みを実現して自動溶接に伴う再現性の高い高品質の溶接を行うことができる。さらに、溶接の終了に際してはスライド機構を駆動させて溶接ワイヤのタイムリー且つ迅速な引き込みを行うことができるので、自動送給する溶接ワイヤが溶接部に衝突してそのまま溶着するという不都合を未然に防止し得る。
請求項２に記載する発明は、上記２）に記載する通りの構成を有するので、デフォーカス位置で照射域の全域に亘る均一なプロファイルを有するレーザ光等とすることができ、このレーザ光等で薄肉部材であっても良好に所定の部分溶け込みを実現し得る。
請求項３に記載する発明は、上記３）に記載する通りの構成を有するので、カライドスコープ等の均質化光学系である程度広げられたレーザ光等を形成することができ、このレーザ光等で薄肉部材であっても良好に所定の部分溶け込みを実現し得る。
請求項４に記載する発明は、上記４）に記載する通りの構成を有するので、溶接ワイヤの送給の停止後の被溶接部材の過剰溶融や、溶接欠陥の発生を防止し得る。
請求項５に記載する発明は、上記５）に記載する通りの構成を有するので、溶接部の位置を自動的に検出し、位置決め手段を介して溶接ユニットを移動することにより溶接ヘッドを所定の溶接位置に自動的に占位させることができる。
請求項６に記載する発明は、上記６）に記載する通りの構成を有するので、溶接位置を検出するための走査範囲を最小限度に抑えることができ、この検出作業を高効率で行うことができる。
請求項７に記載する発明は、上記７）に記載する通りの構成を有するので、応力が集中する溶接部を避けて、溶接作業を終了することができる。ちなみに、溶接終了部分には、キーホール等の窪みを発生することがあり、この窪みが応力集中部に形成されると、この部分の強度の低下を招来するが、かかる低下を回避して十分な強度の溶接部を形成することができる。
請求項８に記載する発明は、上記８）に記載する通りの構成を有するので、被溶接部材が薄肉部材であってもこの薄肉部材の貫通を防止して容易に高精度に部分溶け込み溶接を行うことができる。
請求項９に記載する発明は、上記９）に記載する通りの構成を有するので、溶接部の酸化を防止することにより、被溶接部材が薄肉部材であってもこの薄肉部材の貫通を防止して容易に高精度に部分溶け込み溶接を行うことができる。ちなみに、溶融金属は酸化により溶け込み深さが増加する。 Since the invention described in claim 1 has the configuration as described in 1) above, a predetermined welding operation can be automatically performed while positioning the welding unit on the welded portion of the member to be welded by the positioning means. . At this time, the welding head can form a uniform profile over the entire area of the irradiated portion, realize high-precision partial penetration, and perform high-quality welding with high reproducibility associated with automatic welding. Furthermore, since the welding mechanism can be driven in a timely and quick manner at the end of welding, there is an inconvenience that the automatically fed welding wire collides with the weld and welds as it is. Can be prevented.
Since the invention described in claim 2 has the configuration as described in 2) above, it is possible to obtain a laser beam having a uniform profile over the entire irradiation area at the defocus position. Thus, even if it is a thin-walled member, the predetermined partial melting can be realized satisfactorily.
Since the invention described in claim 3 has the configuration as described in 3) above, it is possible to form a laser beam or the like spread to some extent by a homogenizing optical system such as a kaleidoscope. Thus, even if it is a thin-walled member, the predetermined partial melting can be realized satisfactorily.
Since the invention described in claim 4 has the configuration as described in 4) above, it is possible to prevent overmelting of the welded member after welding wire feeding stops and occurrence of welding defects.
Since the invention described in claim 5 has the configuration as described in 5) above, the position of the welding portion is automatically detected, and the welding head is moved to a predetermined position by moving the welding unit via the positioning means. It can be automatically occupied at the welding position.
Since the invention described in claim 6 has the configuration as described in 6) above, the scanning range for detecting the welding position can be minimized, and this detection operation can be performed with high efficiency. it can.
Since the invention described in claim 7 has the configuration as described in 7) above, the welding operation can be completed while avoiding the welded portion where the stress is concentrated. By the way, there may be a depression such as a keyhole at the end of welding, and if this depression is formed in the stress concentration part, it will cause a decrease in the strength of this part. A weld with high strength can be formed.
Since the invention described in claim 8 has the configuration as described in 8) above, even if the member to be welded is a thin member, the penetration of the thin member is prevented and partial penetration welding is easily performed with high accuracy. It can be carried out.
Since the invention described in claim 9 has the configuration as described in 9) above, by preventing oxidation of the welded portion, even if the member to be welded is a thin member, the penetration of the thin member is prevented. Therefore, partial penetration welding can be easily performed with high accuracy. Incidentally, the penetration depth of molten metal increases due to oxidation.

図１は本発明の実施の形態に係る溶接システムにおける溶接ユニットを概念的に示す説明図、図２はそのブロック線図である。両図に示すように、溶接ユニット１１は、被溶接部材１２、１３の相互の接合部である溶接部１４に向けてレーザビーム１５を照射して所定の溶接を行う溶接ヘッド１６、前記溶接部１４に溶加材である溶接ワイヤ（フィラワイヤ）１７を供給するワイヤ供給部１８、このワイヤ供給部１８を前記溶接部１４に対してその反対方向にスライドさせるスライド機構１９及び溶接部１４の位置を検出する位置検出センサ２０を有する。当該溶接ユニット１１を形成する各部は位置決め装置２１に搭載されており、溶接位置に一体となって移動するように構成してある。   FIG. 1 is an explanatory diagram conceptually showing a welding unit in a welding system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram thereof. As shown in both drawings, the welding unit 11 includes a welding head 16 that performs predetermined welding by irradiating a laser beam 15 toward a welding portion 14 that is a joint portion between the members to be welded 12 and 13. The position of the wire supply part 18 which supplies the welding wire (filler wire) 17 which is a filler material to 14, the slide mechanism 19 which slides this wire supply part 18 with respect to the said welding part 14, and the welding part 14 is shown. It has a position detection sensor 20 for detection. Each part forming the welding unit 11 is mounted on the positioning device 21 and is configured to move integrally with the welding position.

本形態における溶接ヘッド１６は、レーザ溶接ヘッドであり、レーザ発振器２２で発生したレーザ光を光ファイバで導入するとともに光学系を介して溶接部１４に照射している。このとき、この溶接ヘッド１６は薄肉部材である被溶接部材１２の溶接部１４が部分溶け込み状態で溶接されるよう前記溶接部１４における照射部の全域に亘って均一なプロファイルを形成するように構成してある。すなわち、本形態におけるレーザ光の照射部におけるプロファイル２４は図３（ａ）に示すような形状となる。ちなみに、従来技術に係るレーザ光のプロファイル２５は図３（ｂ）に示すような形状となる。   The welding head 16 in this embodiment is a laser welding head, which introduces laser light generated by the laser oscillator 22 through an optical fiber and irradiates the welded portion 14 via an optical system. At this time, the welding head 16 is configured to form a uniform profile over the entire area of the irradiated portion in the welded portion 14 so that the welded portion 14 of the welded member 12, which is a thin-walled member, is welded in a partially melted state. It is. That is, the profile 24 in the laser light irradiation portion in this embodiment has a shape as shown in FIG. Incidentally, the profile 25 of the laser beam according to the prior art has a shape as shown in FIG.

本形態は、レーザ溶接の場合であるが、同様の溶接装置として電子ビーム溶接装置及びプラズマ溶接装置等が考えられる。すなわち、高密度エネルギー溶接装置であれば同様に用いることができ、レーザ溶接の場合と同様の効果を得る。したがって、レーザ発振器２２は、より一般的には高密度エネルギー供給装置ということになる。   Although this form is a case of laser welding, an electron beam welding apparatus, a plasma welding apparatus, etc. can be considered as a similar welding apparatus. That is, if it is a high-density energy welding apparatus, it can be used similarly and the same effect as the case of laser welding is acquired. Therefore, the laser oscillator 22 is more generally a high-density energy supply device.

制御装置２３は、当該溶接システムの全体的な制御を行う。具体的には、位置検出センサ２０との間で必要な情報の授受を行って位置決め装置２１の駆動を制御することにより溶接ユニット１１を所定の溶接位置に移動する。同時にレーザ発振器２２との間でも情報の授受を行ってレーザ光の発振・停止を制御するとともに、ワイヤ供給部１８を制御して溶接部１４に対する溶接ワイヤ１７の供給を制御する。さらに、溶接の終了時にスライド機構１９を駆動して溶接ワイヤ１７を溶接部１４に対してその反対方向に逃がすように制御する。   The control device 23 performs overall control of the welding system. Specifically, the welding unit 11 is moved to a predetermined welding position by exchanging necessary information with the position detection sensor 20 and controlling the driving of the positioning device 21. At the same time, information is exchanged with the laser oscillator 22 to control the oscillation and stoppage of the laser beam, and the wire supply unit 18 is controlled to control the supply of the welding wire 17 to the welding unit 14. Further, at the end of welding, the slide mechanism 19 is driven to control the welding wire 17 to escape from the welding portion 14 in the opposite direction.

上記実施の形態に係る溶接システムをさらに具体化した実施例を、さらに図３乃至図８を追加して詳細に説明する。   An example in which the welding system according to the above embodiment is further embodied will be described in detail with reference to FIGS.

溶接ユニット１１の構成要素であるワイヤ供給部１８は内蔵する供給モータの駆動により溶接ワイヤ１７を溶接部１４に向けて連続的に供給する。スライド機構１９はワイヤ供給部１８と一体となっており、溶接の終了時点でワイヤ供給部１８を溶接ワイヤ１７の供給方向とは逆方向に移動させる。このスライド機構１９にはクイックレスポンスが要求されるので、引き込み専用のエアスライダ又は溶接ワイヤ１７の供給モータとは別の引き込み専用のモータで構成する。ただ、溶接ワイヤ１７の供給モータにサーボモータを用いることにより、ワイヤ供給部１８及びスライド機構１９の機能を一体化することができるので、かかるサーボモータを使用した一体構造のものを排除するものではない。   The wire supply unit 18 which is a constituent element of the welding unit 11 continuously supplies the welding wire 17 toward the welding unit 14 by driving a built-in supply motor. The slide mechanism 19 is integrated with the wire supply unit 18 and moves the wire supply unit 18 in the direction opposite to the supply direction of the welding wire 17 at the end of welding. Since the slide mechanism 19 requires a quick response, the slide mechanism 19 is constituted by a pull-in air slider or a pull-in motor different from the supply motor for the welding wire 17. However, since the functions of the wire supply unit 18 and the slide mechanism 19 can be integrated by using a servo motor as the supply motor for the welding wire 17, it is not possible to eliminate an integrated structure using such a servo motor. Absent.

同様に溶接ユニット１１の構成要素である溶接ヘッド１６はデフォーカス光学系又はカライドスコープで好適に形成し得る均質化光学系を有している。   Similarly, the welding head 16 which is a component of the welding unit 11 has a homogenizing optical system that can be suitably formed by a defocus optical system or a kaleidoscope.

図４に示すように、デフォーカス光学系を備えた場合のレーザビーム２６はその照射位置が焦点以外のデフォーカス位置となるので、前記照射位置ではプロファイル２６ａのような照射部の全域である程度の広がりを有する均一なプロファイルとなる。すなわち、その分レーザ光のエネルギーが広い範囲に分散される。ちなみに、焦点位置ではプロファイル２６ｂのようにエネルギー密度が大きい鋭く尖った形状となる。   As shown in FIG. 4, since the irradiation position of the laser beam 26 with the defocus optical system is a defocus position other than the focal point, the irradiation position has a certain amount of light over the entire irradiation portion such as the profile 26a. A uniform profile with a spread. That is, the energy of the laser beam is dispersed in a wide range accordingly. Incidentally, at the focal position, a sharp pointed shape with a large energy density is obtained as in the profile 26b.

図５に示すように、均質化光学系を備えた場合のレーザビーム２９はカライドスコープ２７を介して均質化した後、集光レンズ２８で集光するので、その照射位置ではプロファイル２９ａのような照射部の全域である程度の広がりを有する均一なプロファイルとなる。   As shown in FIG. 5, the laser beam 29 provided with the homogenizing optical system is homogenized via the kaleidoscope 27 and then condensed by the condensing lens 28, so that the irradiation position is like a profile 29a. It becomes a uniform profile having a certain extent over the entire area of the irradiated portion.

この結果、被溶接部材１２が薄肉パイプのような薄肉部材であっても良好に所定の部分溶け込み溶接を実現し得る。すなわち、被溶接部１２を溶接部１４が貫通してしまうような不都合を未然に防止し得る。   As a result, even if the member 12 to be welded is a thin member such as a thin pipe, the predetermined partial penetration welding can be satisfactorily realized. That is, it is possible to prevent inconvenience that the welded portion 14 penetrates the welded portion 12.

このとき、別途冷却手段（図示せず。）を備えて被溶接部材１２の裏面に冷却液又は冷却ガスを供給するように構成しても良い。例えば、薄肉の被溶接部材１２が管路の場合には、この管路中に冷却液又は冷却ガスを流通させれば良い。   At this time, a separate cooling means (not shown) may be provided to supply the coolant or the cooling gas to the back surface of the member to be welded 12. For example, when the thin member 12 to be welded is a pipe line, a coolant or a cooling gas may be circulated in the pipe line.

このように、冷却手段を具備する場合には被溶接部材１２が薄肉部材であってもこの薄肉部材の貫通を防止して容易に高精度の部分溶け込み溶接を実現できる。   Thus, when the cooling means is provided, even if the member 12 to be welded is a thin member, the penetration of the thin member can be prevented and high-precision partial penetration welding can be easily realized.

同様のことは、ガス供給手段（図示せず。）を備えて溶接部１４に酸化防止ガスを噴射するように構成しても良い。具体的には、レーザ照射部近傍にＡｒ等の気体を２０乃至８０ｌ／ｍｉｎ程度供給することによりシールドする。   The same thing may be comprised so that an antioxidant gas may be injected to the welding part 14 by providing a gas supply means (not shown). Specifically, shielding is performed by supplying a gas such as Ar in the vicinity of the laser irradiation portion at a rate of 20 to 80 l / min.

このようにシールドした場合には、溶接部１４の酸化を防止することにより、被溶接部材１２が薄肉部材であってもこの薄肉部材の貫通を防止して容易に高精度に部分溶け込み溶接を行うことができる。ちなみに、溶融金属は酸化により溶け込み深さが増加する。   When shielded in this way, by preventing oxidation of the welded portion 14, even if the member to be welded 12 is a thin member, the penetration of the thin member is prevented and partial penetration welding is easily performed with high accuracy. be able to. Incidentally, the penetration depth of molten metal increases due to oxidation.

上述の溶接ユニット１１を搭載してこれを所定の位置に位置決め移動する位置決め装置２１は、ＸＹテーブル及びロボットアーム等で好適に構成することができる。   The positioning device 21 that mounts the above-described welding unit 11 and positions and moves the welding unit 11 to a predetermined position can be suitably configured with an XY table, a robot arm, and the like.

制御装置２３は、レーザ発振器２２に対してその発振制御を行うとともに、位置決め装置２１の移動位置の制御、ワイヤ供給部１８による溶接ワイヤ１７の供給制御、スライド機構１９の駆動制御、位置検出センサ２０の制御とともに検出情報の取り込み等を行う。   The control device 23 performs oscillation control on the laser oscillator 22, controls the movement position of the positioning device 21, controls supply of the welding wire 17 by the wire supply unit 18, controls drive of the slide mechanism 19, and position detection sensor 20. Incorporation of detection information and the like are performed.

溶接に際しては溶接ワイヤ（フィラワイヤ）１７を用いるが、母材／ワイヤを所望の深さまで溶融させる入熱条件は無限に存在する。このうち、本実施例で対象とする溶接には、高出力−短時間溶接の組み合わせよりも、むしろ低出力−長時間側の条件を用いることで溶け込み深さを安定化する。溶接ワイヤ１７の添加に際してはレーザ照射に先立って溶接ワイヤ１７を溶接部１４に接触させておくとともに、溶接ワイヤ１７にレーザ光が照射されるようにセットする。これにより、レーザ照射開始直後には、先ず溶接ワイヤ１７が溶融し、残りのエネルギー及び溶接ワイヤ１７の溶融熱により被溶接部材１２、１３が加熱されて溶接が進行する。このことにより、薄肉部材が急激に溶融することを防止し得る。ここで、溶接ワイヤ１７はレーザ照射終了の０．５乃至１．０ｓｅｃ程度前に送給を停止すると同時にスライド機構１９を駆動し、溶接ワイヤ１７の送給方向と逆方向に引き込むことにより溶接ワイヤ１７と溶接部１４との溶着を防止する。これに連動してレーザ発振波形を、図６に示すように、スロープダウン３０させることにより、溶接ワイヤ１７の停止後の被溶接部材１２等の過剰溶融や溶接欠陥の発生を防止する。ここで、溶接条件に応じてスロープダウン３０の傾斜角θを適宜選定することにより良好な溶接品質を確保することができる。かかる一連の動作を行わせるため、制御装置２３がレーザ発振器２２、ワイヤ供給部１８及びスライド機構１９の動作を制御する。   A welding wire (filler wire) 17 is used for welding, but there are infinite heat input conditions for melting the base material / wire to a desired depth. Among these, the welding depth used in this embodiment stabilizes the penetration depth by using the conditions of the low output-long-time side rather than the combination of high-power-short-time welding. When the welding wire 17 is added, the welding wire 17 is set in contact with the welded part 14 prior to laser irradiation so that the welding wire 17 is irradiated with laser light. As a result, immediately after the start of laser irradiation, the welding wire 17 is first melted, and the welded members 12 and 13 are heated by the remaining energy and the heat of fusion of the welding wire 17 so that welding proceeds. This can prevent the thin member from melting rapidly. Here, the welding wire 17 stops feeding about 0.5 to 1.0 seconds before the end of laser irradiation, and at the same time, drives the slide mechanism 19 and pulls the welding wire 17 in the direction opposite to the feeding direction of the welding wire 17. The welding of 17 and the welded portion 14 is prevented. In conjunction with this, the laser oscillation waveform is sloped down 30 as shown in FIG. 6, thereby preventing overmelting of the member 12 to be welded after the welding wire 17 is stopped and occurrence of welding defects. Here, good welding quality can be secured by appropriately selecting the inclination angle θ of the slope down 30 according to the welding conditions. In order to perform such a series of operations, the control device 23 controls the operations of the laser oscillator 22, the wire supply unit 18, and the slide mechanism 19.

位置検出センサ２０は、被溶接部材１２、１３の形状をセンシングし、溶接部１４の位置情報を制御装置２３に送出する。被溶接部材１２、１３の形状のセンシングには、ＣＣＤカメラ等の画像を利用するもの、当該位置検出センサ２０と被溶接部材１２、１３の溶接部１４との距離をレーザ測距計等で検出してこの距離により３次元／２次元の形状を得るもの等、種々の方式が考えられる。ただ、狙い位置（溶接部１４の位置）を１００μｍ程度の精度で設定可能な方式であることが好ましい。   The position detection sensor 20 senses the shape of the members to be welded 12 and 13 and sends the position information of the welded portion 14 to the control device 23. For sensing the shape of the members to be welded 12 and 13, using a CCD camera or the like, the distance between the position detection sensor 20 and the welded portion 14 of the members to be welded 12 and 13 is detected by a laser range finder or the like. Various methods such as a method of obtaining a three-dimensional / two-dimensional shape by this distance can be considered. However, it is preferable that the target position (the position of the welded portion 14) can be set with an accuracy of about 100 μm.

かかる位置検出センサ２０によるセンシング対象の溶接位置が一定の規則性をもって繰り返される場合には、別途その規則性を制御装置２３に記憶しておくことにより、より合理的なセンシングを行うことができる。さらに詳言すると、図７に示すように、同形の蒸気配管１を多数束ねてバンド２で一体化するためのスポット溶接を行う場合、溶接点３は一定の距離を隔てて繰り返す位置にある。そこで、制御装置２３の制御により最初は広い範囲の走査を行って溶接点３を検出するとともに、二回目以降は前記規則性に基づきより狭い範囲に絞った走査を行って溶接点３を検出する。このときの第一回目、第二回目及び第三回目の走査範囲を図中にI、II、IIIの符号で示す。   When the welding position to be sensed by the position detection sensor 20 is repeated with a certain regularity, more rational sensing can be performed by separately storing the regularity in the control device 23. More specifically, as shown in FIG. 7, when spot welding for bundling a large number of identical steam pipes 1 and integrating them with the band 2 is performed, the welding point 3 is at a position where it is repeated at a certain distance. Therefore, under the control of the control device 23, first, a wide range of scanning is performed to detect the welding point 3, and after the second time, scanning is performed to a narrower range based on the regularity to detect the welding point 3. . The first, second and third scanning ranges at this time are indicated by symbols I, II and III in the figure.

本実施例における制御装置２３は、被溶接部材の相互の溶接部を避けた位置まで溶接ヘッドを移動して溶接を終了するように制御する。具体的には、図８（ａ）に示すように、
多数の蒸気配管１を束ねてバンド２で一体化するためのスポット溶接を行う場合、溶接の終了時点で形成されるキーホールである溶接点３のビードの窪み３ａが、蒸気配管１とバンド２との交点位置を避けて形成されるように溶接ヘッド１６の位置を制御する。これは、制御装置２３で位置決め装置２１の位置を制御することにより実現し得る。 The control device 23 in the present embodiment controls to move the welding head to a position avoiding the mutual welded portions of the members to be welded to end the welding. Specifically, as shown in FIG.
When spot welding for bundling a large number of steam pipes 1 and integrating them with the band 2 is performed, the depression 3a of the bead at the welding point 3 which is a keyhole formed at the end of welding is connected to the steam pipe 1 and the band 2 The position of the welding head 16 is controlled so that it is formed so as to avoid the position of the intersection with the head. This can be realized by controlling the position of the positioning device 21 with the control device 23.

このように、溶接部３を避けた位置まで溶接ヘッド１６を移動して溶接を終了するように制御することで相対的に溶接強度が劣る窪み３ａ部分を応力が集中する前記交点位置を避けた位置にもってくることができる。   In this way, by controlling the welding head 16 to move to a position avoiding the welded portion 3 and to end the welding, the intersection point where stress is concentrated on the recess 3a portion having relatively poor welding strength is avoided. You can bring it to a position.

一般に、被溶接部材の接合部は、二つの部材が重なる部分であるので応力が集中するが、かかる応力集中部を避けて溶接を終了し、レーザ溶接等の場合、必然的に形成されるキーホールである窪みが前記応力集中部を避けて形成されるようにすることで全体的な溶接強度の向上に資することができる。図８（ｂ）は図８（ａ）に対応する溶接を従来方式で実施した場合を示す。同図に示すように、この場合の窪み３ｂは、溶接部３のビートの中心、すなわち応力集中部に重なる形で形成されており、この部分で溶接強度が劣る構造となっている。   In general, the stress is concentrated at the joint part of the member to be welded because it is a part where two members overlap, but the key is inevitably formed in the case of laser welding, etc., where welding is terminated avoiding the stress concentration part. It is possible to contribute to the improvement of the overall welding strength by forming the dent that is a hole while avoiding the stress concentration portion. FIG.8 (b) shows the case where the welding corresponding to Fig.8 (a) was implemented by the conventional system. As shown in the figure, the depression 3b in this case is formed so as to overlap the center of the beat of the welded portion 3, that is, the stress concentration portion, and the weld strength is inferior at this portion.

なお、本発明に係る自動溶接は隅肉形状のスポット溶接に限るものでは勿論なく、継ぎ手形状は重ね、突き合わせ、隅肉の各形状の何れでも良い。また、薄板貫通溶接において裏板を高精度に制御する場合にも適用できるため、部分溶け込み溶接に限る必要もない。   The automatic welding according to the present invention is not limited to fillet-shaped spot welding, and the joint shape may be any of overlapping, butting and fillet shapes. Moreover, since it can apply also when controlling a backplate with high precision in thin plate penetration welding, it is not necessary to restrict to partial penetration welding.

本発明は、高精度に溶接溶け込み深さを制御しながら薄板構造物の溶接を行う用途、例えば多数の蒸気配管を束ねるためのスポット溶接等に適用して有用なものである。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful when applied to an application in which a thin plate structure is welded while controlling the welding penetration depth with high accuracy, for example, spot welding for bundling a large number of steam pipes.

本発明の実施の形態に係る溶接システムにおける溶接ユニットを概念的に説明図である。It is an explanatory view notionally a welding unit in a welding system concerning an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態に係る溶接システムを示すブロック線図である。It is a block diagram which shows the welding system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るレーザ光のプロファイル（ａ）を従来技術に係るレーザ光のプロファイル（ｂ）との比較において示す波形図である。It is a wave form diagram shown in comparison with the profile (b) of the laser beam concerning the prior art of the profile (a) of the laser beam concerning an embodiment of the invention. デフォーカスによりレーザ光のプロファイルの平滑化を図る場合の様子を概念的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows notionally the mode in the case of aiming at the smoothing of the profile of a laser beam by defocusing. カライドスコープによりレーザ光のプロファイルの平滑化を図る場合の様子を概念的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows notionally the mode in the case of aiming at the smoothing of the profile of a laser beam with a kaleidoscope. レーザ発振波形にスロープダウン部を設けた場合のその波形を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the waveform at the time of providing a slope down part in a laser oscillation waveform. 被溶接部材の溶接位置の検出に際しての走査範囲を概念的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows notionally the scanning range at the time of the detection of the welding position of a to-be-welded member. 溶接部を避けて溶接を終了した場合の窪み（ａ）を溶接部で溶接を終了した場合の窪み（ｂ）との比較において示す説明図である。It is explanatory drawing shown in comparison with the hollow (b) at the time of complete | finishing the hollow (a) at the time of ending welding at a weld part, avoiding a weld part. 薄肉配管をバンドで一体化するためのスポット溶接の様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the mode of the spot welding for integrating thin wall piping with a band.

符号の説明Explanation of symbols

１ 蒸気配管
２ バンド
３ 溶接部
３ａ、３ｂ 窪み
１１ 溶接ユニット
１２、１３ 被溶接部材
１４ 溶接部
１５ レーザビーム
１６ 溶接ヘッド
１７ 溶接ワイヤ
１８ ワイヤ供給部
１９ スライド機構
２０ 位置検出センサ
２１ 位置決め装置
２２ レーザ発振器
２３ 制御装置
２４ 均質ビームのプロファイル
２５ 通常ビームのプロファイル
２６ レーザビーム
２６ａ、２６ｂ レーザビームのプロファイル
２７ カライドスコープ
２８ レンズ
２９ レーザビーム
３０ スロープダウン部
I、II、III 走査範囲

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Steam piping 2 Band 3 Welding part 3a, 3b Indentation 11 Welding unit 12, 13 To-be-welded member 14 Welding part 15 Laser beam 16 Welding head 17 Welding wire 18 Wire supply part 19 Slide mechanism 20 Position detection sensor 21 Positioning device 22 Laser oscillator 23 Controller 24 Homogeneous beam profile 25 Normal beam profile 26 Laser beam 26a, 26b Laser beam profile 27 Callide scope 28 Lens 29 Laser beam 30 Slope down section
I, II, III scan range

Claims (9)

被溶接部材の溶接部における照射部の全域に亘って均一なプロファイルを形成するように構成した溶接ヘッド、前記溶接部に溶加材である溶接ワイヤを供給するワイヤ供給手段及びこのワイヤ供給手段を前記溶接部に対してその反対方向にスライドさせるスライド機構を含む溶接ユニットと、
この溶接ユニットを被溶接部材の溶接部に位置決めする位置決め手段と、
溶接の終了時に前記スライド機構を駆動して前記溶接ワイヤを前記溶接部に対してその反対方向に逃がす制御手段とを有することを特徴とする溶接システム。 A welding head configured to form a uniform profile over the entire irradiated portion of a welded portion of a member to be welded, wire supply means for supplying a welding wire as a filler material to the welded portion, and the wire supply means A welding unit including a slide mechanism that slides in the opposite direction with respect to the weld;
Positioning means for positioning the welding unit at the welded portion of the member to be welded;
And a control means for driving the slide mechanism at the end of welding to release the welding wire in the opposite direction with respect to the welded portion. 請求項１に記載する溶接システムにおいて、
溶接ヘッドは、被溶接部材の溶接部位が焦点以外のデフォーカス位置となるようなデフォーカス光学系を有することを特徴とする溶接システム。 The welding system according to claim 1,
A welding system, wherein the welding head has a defocus optical system in which a welded portion of a member to be welded has a defocus position other than the focal point. 請求項１に記載する溶接システムにおいて、
溶接ヘッドは、被溶接部材の溶接部位の形状がある程度の広がりを有するよう均質化光学系を有することを特徴とする溶接システム。 The welding system according to claim 1,
The welding system, wherein the welding head has a homogenizing optical system so that the shape of the welded portion of the member to be welded has a certain extent. 請求項１乃至請求項３に記載する何れか一つの溶接システムにおいて、
制御手段は、溶接の終期部分の一定期間、溶接ヘッドに供給する溶接パワーが漸減するように制御することを特徴とする溶接システム。 The welding system according to any one of claims 1 to 3,
The control means controls so that the welding power supplied to the welding head gradually decreases for a certain period of the end portion of welding. 請求項１乃至請求項４に記載する何れか一つの溶接システムにおいて、
被溶接部材の溶接部の位置を検出する位置検出手段を有することを特徴とする溶接システム。 The welding system according to any one of claims 1 to 4,
A welding system comprising position detection means for detecting a position of a welded portion of a member to be welded. 請求項５に記載する溶接システムにおいて、
位置検出手段は、被溶接部材の溶接位置が一定の規則性をもって繰り返される場合においてその規則性を制御手段に記憶しておき、この制御手段の制御により最初は広い範囲の走査を行って溶接位置を検出するとともに、二回目以降は前記規則性に基づきより狭い範囲に絞った走査を行って溶接位置を検出するように構成したことを特徴とする溶接システム。 The welding system according to claim 5,
The position detecting means stores the regularity in the control means when the welding position of the member to be welded is repeated with a certain regularity, and initially performs a wide range of scanning by the control of the control means to perform the welding position. And a welding system which detects the welding position by performing scanning narrowed to a narrower range based on the regularity after the second time. 請求項１乃至請求項６の何れか一つに記載する溶接システムにおいて、
上記制御手段は、被溶接部材の相互の溶接部を避けた位置まで溶接ヘッドを移動して溶接を終了するように制御することを特徴とする溶接システム。 The welding system according to any one of claims 1 to 6,
The said control means is a welding system characterized by controlling to move a welding head to the position which avoided the mutual welding part of the to-be-welded member, and complete | finishes welding. 請求項１乃至請求項７の何れか一つに記載する溶接システムにおいて、
被溶接部材の裏面に冷却液又は冷却ガスを供給する冷却手段を有することを特徴とする溶接システム。 The welding system according to any one of claims 1 to 7,
A welding system comprising cooling means for supplying a coolant or a cooling gas to a back surface of a member to be welded. 請求項１乃至請求項８の何れか一つに記載する溶接システムにおいて、
上記溶接ユニットは、さらに溶接部に酸化防止ガスを噴射するためのガス供給手段を有することを特徴とする溶接システム。

The welding system according to any one of claims 1 to 8,
The welding system further includes gas supply means for injecting an antioxidant gas to the welded portion.

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