JP2020131204A - Laser-arc hybrid welding device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、レーザ及びアークを用いたレーザ・アークハイブリッド溶接装置に関する。 The present disclosure relates to a laser-arc hybrid welding apparatus using a laser and an arc.
特開2005−40806号公報(特許文献1)は、被溶接材の少なくとも一方が亜鉛メッキ鋼板でありかつ継手部にギャップを有する溶接継手を、アーク発生部にレーザを照射しながら溶接するレーザ照射アーク溶接方法を開示する。この溶接方法では、レーザの照射部がデフォーカスになるように設定される。これにより、亜鉛メッキを幅広く除去して溶融池に亜鉛ガスが混入するのを防止することによりブローホール及びピットの発生を抑制するとともに、溶融金属がギャップ全体に十分に充填される(特許文献1参照)。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-40806 (Patent Document 1) uses laser irradiation to weld a welded joint in which at least one of the materials to be welded is a galvanized steel plate and has a gap in the joint portion while irradiating the arc generating portion with a laser. The arc welding method is disclosed. In this welding method, the laser irradiation portion is set to be defocused. As a result, zinc plating is widely removed to prevent zinc gas from entering the molten pool, thereby suppressing the generation of blow holes and pits, and the molten metal is sufficiently filled in the entire gap (Patent Document 1). reference).
接合部への単位面積あたりの入熱量(以下、単に「入熱量」と称する場合がある。)が多いと、溶接中に生成される溶融池の温度(溶融温度)が高くなり、溶融池の深さ(溶込深さ)も深くなる。このため、溶融池の凝固速度が遅くなり、その結果、溶接に伴ない生成される金属間化合物(たとえば、アルミニウム板と鋼板との溶接時に生成されるアルミニウムと鉄との合金等)の生成量が多くなる。金属間化合物は、母材自体に比べて脆いため、金属間化合物の生成量が多くなると、接合強度が低下する。 If the amount of heat input per unit area to the joint (hereinafter, may be simply referred to as "heat input amount") is large, the temperature of the molten pool (melting temperature) generated during welding becomes high, and the molten pool The depth (penetration depth) also increases. As a result, the solidification rate of the molten pool slows down, and as a result, the amount of intermetallic compounds produced during welding (for example, an alloy of aluminum and iron produced during welding of an aluminum plate and a steel plate) is produced. Will increase. Since the intermetallic compound is more brittle than the base metal itself, the bonding strength decreases as the amount of the intermetallic compound produced increases.
レーザは、通常、照射領域におけるレーザの照射エネルギ密度を最大にするために、照射領域においてフォーカスが合うように調整される。しかしながら、この場合、接合部における入熱量が多くなることにより、上記の問題が発生する可能性がある。一方、入熱量が減少すると、溶接ビードと母材との接合面積が減少し、その結果、接合強度が低下する可能性がある。接合面積の減少による接合強度の低下は、溶接ビード幅を大きくすることで解消可能である。 The laser is usually adjusted to be in focus in the irradiation area in order to maximize the irradiation energy density of the laser in the irradiation area. However, in this case, the above problem may occur due to an increase in the amount of heat input at the joint. On the other hand, when the amount of heat input decreases, the joint area between the weld bead and the base metal decreases, and as a result, the joint strength may decrease. The decrease in joint strength due to the decrease in joint area can be eliminated by increasing the weld bead width.
特許文献1に記載の溶接手法は、レーザの焦点をデフォーカスしているので、接合部における入熱量を抑制可能である。しかしながら、照射領域における照射エネルギ密度分布は、通常、照射領域の中央部においてエネルギ強度が最大であり、中央部から遠ざかるに従って強度が低下するので、上記の溶接手法では、中央部から離れた部位において入熱量が不足し、接合強度が不足する可能性がある。中央部から離れた部位において入熱量を確保しようとすれば、中央部における入熱量が増加するため、上述した金属間化合物の生成量増加を招く。
Since the welding method described in
本開示は、かかる問題を解決するためになされたものであり、本開示の目的は、接合部への単位面積あたりの入熱量を抑制しつつ広い溶接ビード幅を形成して接合強度を確保可能なレーザ・アークハイブリッド溶接装置を提供することである。 The present disclosure has been made in order to solve such a problem, and an object of the present disclosure is to be able to form a wide weld bead width while suppressing the amount of heat input to the joint portion per unit area to secure the joint strength. To provide a laser-arc hybrid welding device.
本開示のレーザ・アークハイブリッド溶接装置は、レーザ及びアークを用いたレーザ・アークハイブリッド溶接装置であって、接合部に向けてレーザを照射するように構成されたレーザトーチと、接合部との間にアークを発生させるように構成された溶接トーチとを備える。レーザトーチは、レーザが照射される照射領域におけるレーザの照射エネルギ密度分布を調整するように構成された調整機構を含む。調整機構は、レーザトーチに調整機構が設けられない場合に比べて照射領域の面積を拡大するように構成される。調整機構によって調整される照射エネルギ密度の分布は、照射領域の中央部における照射エネルギ密度以上の照射エネルギ密度を有する部位が中央部以外に存在する分布プロフィールを有する。 The laser-arc hybrid welding apparatus of the present disclosure is a laser-arc hybrid welding apparatus using a laser and an arc, and is between a laser torch configured to irradiate a laser toward a junction and the junction. It is equipped with a welding torch configured to generate an arc. The laser torch includes an adjustment mechanism configured to adjust the irradiation energy density distribution of the laser in the irradiation region where the laser is irradiated. The adjustment mechanism is configured to expand the area of the irradiation area as compared with the case where the laser torch is not provided with the adjustment mechanism. The distribution of the irradiation energy density adjusted by the adjusting mechanism has a distribution profile in which a portion having an irradiation energy density equal to or higher than the irradiation energy density in the central portion of the irradiation region exists outside the central portion.
この溶接装置によれば、上記の調整機構を設けることによって、レーザ照射領域の面積が拡大される。そして、その照射領域における照射エネルギ密度分布が上記のような分布プロフィールを有するので、照射領域の中央部における入熱量を抑制しつつ、中央部以外の部位における入熱量を高めることができる。したがって、接合部への単位面積あたりの入熱量を抑制しつつ広い溶接ビード幅を形成することが可能となる。その結果、接合強度を確保することができる。 According to this welding apparatus, the area of the laser irradiation region is expanded by providing the above adjustment mechanism. Since the irradiation energy density distribution in the irradiation region has the above distribution profile, it is possible to increase the amount of heat input in the portion other than the central portion while suppressing the amount of heat input in the central portion of the irradiation region. Therefore, it is possible to form a wide weld bead width while suppressing the amount of heat input to the joint portion per unit area. As a result, the joint strength can be ensured.
調整機構によって調整される照射エネルギ密度分布は、照射領域において均一であってもよい。 The irradiation energy density distribution adjusted by the adjusting mechanism may be uniform in the irradiation region.
この溶接装置によれば、生成される金属間化合物が一部に集中することのない、品質の高い溶接ビードを形成することができる。 According to this welding apparatus, it is possible to form a high-quality welding bead in which the produced intermetallic compound is not concentrated in a part.
調整機構によって調整される照射エネルギ密度分布は、照射領域の中央部における照射エネルギ密度以上の照射エネルギ密度を有する部位が中央部の周囲に環状に形成された分布プロフィールを有してもよい。 The irradiation energy density distribution adjusted by the adjusting mechanism may have a distribution profile in which a portion having an irradiation energy density equal to or higher than the irradiation energy density in the central portion of the irradiation region is formed in a ring around the central portion.
この溶接装置によれば、照射領域の中央部における照射エネルギ密度を抑制しつつ、中央部の周囲における照射エネルギ密度を高めることができる。したがって、照射領域の中央部における入熱量を抑制しつつ広い溶接ビード幅を形成することが可能となる。その結果、接合強度を確保することができる。 According to this welding apparatus, it is possible to increase the irradiation energy density around the central portion while suppressing the irradiation energy density in the central portion of the irradiation region. Therefore, it is possible to form a wide welding bead width while suppressing the amount of heat input in the central portion of the irradiation region. As a result, the joint strength can be ensured.
調整機構は、照射エネルギ密度分布が上記の分布プロフィールを有するように構成された回折光学素子(DOE:Diffractive Optical Element)を含んでもよい。 The adjusting mechanism may include a Diffractive Optical Element (DOE) configured such that the irradiation energy density distribution has the above distribution profile.
この溶接装置によれば、上記のような回折光学素子を設けるだけで、上記の分布プロフィールを有する照射エネルギ密度分布を照射領域に容易に形成することができる。 According to this welding apparatus, an irradiation energy density distribution having the above distribution profile can be easily formed in the irradiation region only by providing the above-mentioned diffractive optical element.
調整機構は、照射エネルギ密度分布が上記の分布プロフィールを有するように、照射領域においてレーザを走査するように構成されたレーザスキャン装置を含んでもよい。 The adjustment mechanism may include a laser scanning apparatus configured to scan the laser in the irradiation region so that the irradiation energy density distribution has the above distribution profile.
この溶接装置によれば、レーザスキャン装置を用いて、上記の分布プロフィールを有する照射エネルギ密度分布を照射領域に形成するので、上記の照射エネルギ密度分布を形成する際の自由度が高い。 According to this welding device, since the irradiation energy density distribution having the above distribution profile is formed in the irradiation region by using the laser scanning device, the degree of freedom in forming the above irradiation energy density distribution is high.
本開示のレーザ・アークハイブリッド溶接装置によれば、接合部への単位面積あたりの入熱量を抑制しつつ広い溶接ビード幅を形成して接合強度を確保することができる。 According to the laser-arc hybrid welding apparatus of the present disclosure, it is possible to form a wide welding bead width and secure the joint strength while suppressing the amount of heat input to the joint portion per unit area.
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts in the drawings are designated by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
[実施の形態1]
図1は、本開示の実施の形態1に従うレーザ・アークハイブリッド溶接装置の全体構成を示す図である。図1を参照して、レーザ・アークハイブリッド溶接装置1は、溶接トーチ10と、溶接ワイヤ20と、溶接電源装置30と、レーザトーチ40と、レーザ発振装置60とを備える。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a laser-arc hybrid welding apparatus according to the first embodiment of the present disclosure. With reference to FIG. 1, the laser-arc
このレーザ・アークハイブリッド溶接装置1は、金属同士の接合に用いられ、特に、異材接合の溶接に用いることができる。たとえば、A1050等のアルミニウム板と、GI材やGA材等の溶融亜鉛メッキ鋼板との溶接に、このレーザ・アークハイブリッド溶接装置1を用いることができる。レーザ・アークハイブリッド溶接装置1によって、非溶接材70の一方と他方とが、たとえば、重ね隅肉溶接継手やフレア溶接継手等によって接合される。
This laser-arc
溶接トーチ10及び溶接電源装置30は、アーク溶接を行なうための機器である。溶接トーチ10は、非溶接材70の接合部に向けて、溶接ワイヤ20及び図示しないシールドガスを供給する。溶接トーチ10は、溶接電源装置30から溶接電流の供給を受け、溶接ワイヤ20の先端と非溶接材70の接合部との間にアーク25を発生させるとともに、溶接部に向けてシールドガス(アルゴンガスや炭酸ガス等)を供給する。
The
溶接電源装置30は、アーク溶接を行なうための溶接電圧及び溶接電流を生成し、生成された溶接電圧及び溶接電流を溶接トーチ10へ出力する。また、溶接電源装置30は、溶接トーチ10における溶接ワイヤ20の送り速度も制御する。
The welding
レーザトーチ40及びレーザ発振装置60は、レーザによる溶接を行なうための機器である。レーザトーチ40は、レーザ発振装置60からレーザ光の供給を受け、非溶接材70の接合部に向けてレーザを照射する。
The
本開示に従うレーザ・アークハイブリッド溶接装置では、レーザトーチは、非溶接材70においてレーザが照射される照射領域におけるレーザの照射エネルギ密度の分布を調整する調整機構を含む。本実施の形態1では、調整機構は、レーザトーチ40に調整機構が設けられない場合に比べてレーザの照射領域の面積を拡大し、かつ、照射領域における照射エネルギ密度分布が略均一となるように、照射領域における照射エネルギ密度分布を調整する。そして、本実施の形態1では、そのような調整機構として、レーザトーチ40にDOEが設けられる。レーザトーチ40の構成については、後ほど説明する。
In the laser-arc hybrid welding apparatus according to the present disclosure, the laser torch includes an adjusting mechanism for adjusting the distribution of the laser irradiation energy density in the irradiation region where the laser is irradiated in the
上記のような調整機構が設けられることにより、接合部への入熱量を抑制しつつ広いビード幅を形成することが可能となる。その結果、接合部の接合強度を確保することができる。以下、この点について詳しく説明する。 By providing the adjustment mechanism as described above, it is possible to form a wide bead width while suppressing the amount of heat input to the joint portion. As a result, the joint strength of the joint can be ensured. This point will be described in detail below.
上述のように、接合部への入熱量(単位面積あたりの入熱量)が多いと、溶融池の凝固速度が遅くなることにより、溶接に伴なって生成される金属間化合物の生成量が多くなる。たとえば、アルミニウム板と亜鉛メッキ鋼板との溶接を行なう場合、溶接によりアルミニウムと鉄との合金(FeAl、Fe3Al、Fe2Al5、FeAl3等)である金属間化合物が接合部に生成され、接合部への入熱量が多いほどその生成量が多くなる。このような金属間化合物は、母材に比べて脆いため、金属間化合物の生成量が多くなると、接合強度が低下する。 As described above, when the amount of heat input to the joint (the amount of heat input per unit area) is large, the solidification rate of the molten pool slows down, resulting in a large amount of intermetallic compounds produced during welding. Become. For example, when welding an aluminum plate and a zinc-plated steel plate, the welding produces an intermetallic compound that is an alloy of aluminum and iron (FeAl, Fe 3 Al, Fe 2 Al 5 , FeAl 3, etc.) at the joint. , The larger the amount of heat input to the joint, the larger the amount of heat generated. Since such an intermetallic compound is more brittle than the base metal, the bonding strength decreases as the amount of the intermetallic compound produced increases.
レーザは、通常、照射領域における照射エネルギ密度(単位面積あたりの照射エネルギ量)を高めて効果的に部材を溶融するために、照射領域においてフォーカスが合うように焦点が調整される。しかしながら、この場合、照射領域において照射エネルギ密度が最高となる照射領域中央部の入熱量が多くなり、上述のように、金属間化合物の生成量が増加することにより接合強度が低下する可能性がある。 The laser is usually focused so that it is in focus in the irradiation region in order to increase the irradiation energy density (irradiation energy amount per unit area) in the irradiation region and effectively melt the member. However, in this case, the amount of heat input in the central portion of the irradiation region where the irradiation energy density is the highest in the irradiation region increases, and as described above, the bond strength may decrease due to the increase in the amount of the intermetallic compound produced. is there.
そこで、金属間化合物の生成量を抑制するために入熱量を減少させることが考えられるが、入熱量が減少すると、溶接ビードと母材との接合面積が減少し、その結果、接合強度が低下する可能性がある。接合面積の減少による接合強度の低下は、溶接ビード幅を大きくすることで解消可能である。 Therefore, it is conceivable to reduce the amount of heat input in order to suppress the amount of intermetallic compounds produced. However, when the amount of heat input is reduced, the bonding area between the weld bead and the base metal decreases, and as a result, the bonding strength decreases. there's a possibility that. The decrease in joint strength due to the decrease in joint area can be eliminated by increasing the weld bead width.
照射領域中央部の入熱量を抑制するために、レーザの焦点をデフォーカスすることが考えられる。しかしながら、レーザの照射領域における照射エネルギ密度分布は、通常、照射領域中央部においてエネルギ強度が最大であり、中央部から遠ざかるに従って強度が低下するため、レーザをデフォーカスすると、中央部から離れた部位(照射領域周辺部)における入熱量も抑制される。このため、溶接ビード幅を十分に拡大することができない。このように、レーザをデフォーカスしても、照射領域中央部の入熱量を抑制しつつ溶接ビード幅を拡大することはできない。 It is conceivable to defocus the laser focus in order to suppress the amount of heat input in the central part of the irradiation region. However, the irradiation energy density distribution in the irradiation region of the laser usually has the maximum energy intensity in the central portion of the irradiation region, and the intensity decreases as the distance from the central portion increases. Therefore, when the laser is defocused, the portion away from the central portion. The amount of heat input in (the peripheral part of the irradiation region) is also suppressed. Therefore, the width of the weld bead cannot be sufficiently increased. As described above, even if the laser is defocused, the welding bead width cannot be expanded while suppressing the amount of heat input in the central portion of the irradiation region.
そこで、本実施の形態1に従うレーザ・アークハイブリッド溶接装置1では、レーザの照射領域におけるレーザの照射エネルギ密度分布を調整する調整機構がレーザトーチ40に設けられる。そして、この調整機構によって、調整機構が設けられない場合に比べて照射領域の面積を拡大するとともに、照射領域における照射エネルギ密度分布が均一となるように照射エネルギ密度分布が調整される。なお、均一とは、厳密に一様である必要はなく、たとえば、任意の2点における照射エネルギ密度の差が、照射領域における照射エネルギ密度の平均値の数%以内である場合も、照射エネルギ密度分布が均一であるとする。
Therefore, in the laser-arc
このような調整機構が設けられることにより、照射領域の中央部における入熱量を抑制しつつ、広いビード幅を形成することができる。その結果、接合部の接合強度を確保することができる。 By providing such an adjusting mechanism, it is possible to form a wide bead width while suppressing the amount of heat input in the central portion of the irradiation region. As a result, the joint strength of the joint can be ensured.
図2は、実施の形態1におけるレーザトーチ40の構成を概略的に示す図である。図2を参照して、レーザトーチ40は、回折光学素子(以下「DOE」と称する。)41と、レンズ42とを含む。レーザ発振装置60から出力されたレーザ光は、DOE41及びレンズ42を通過し、非溶接材70の照射領域80に照射される。
FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of the
DOE41は、上記の調整機構に相当するものであり、レーザ発振装置60から受けるレーザ光を、回折現象を利用して所望のビームパターンに加工する。具体的には、DOE41は、レーザ発振装置60から受ける入射光を幾何学的に分散し、入射光よりも広幅のビームパターンに加工する。たとえば、図3に示されるように、DOE41は、レーザ発振装置60から受ける入射光を複数のビーム43に分散して出力する。なお、この例では、DOE41は、放射状(円形状)にレーザ光を分散させているが、たとえば行列状(長方形或いは正方形)にレーザ光を分散させてもよい。
The
レンズ42は、DOE41によって加工されたレーザ光を集光して、非溶接材70に向けて出力する。このようなDOE41が設けられることによって、非溶接材70上の照射領域80におけるレーザの照射エネルギ密度分布は、照射領域80において均一となる。
The
図4は、照射領域80におけるレーザの照射エネルギ密度分布を示す図である。図4を参照して、線k1は、レーザトーチ40にDOE41が設けられた本実施の形態1における、照射エネルギ密度分布を示す。線k2は、比較例として、DOE41が設けられない場合の照射エネルギ密度分布を示す。また、線k3は、比較例として、DOE41が設けられない場合であって、かつ、レンズ42によりレーザの焦点をデフォーカスした場合の照射エネルギ密度分布を示す。
FIG. 4 is a diagram showing the irradiation energy density distribution of the laser in the
DOE41が設けられない場合の照射エネルギ密度の分布プロフィール(線k2)については、レンズ42によりレーザのフォーカスが合わされているので、照射領域の中央部Cにおいて鋭いピークを有する。なお、この場合の中央部Cにおけるエネルギ密度をE1とする。
Regarding the distribution profile (line k2) of the irradiation energy density when the
レーザをデフォーカスした場合の照射エネルギ密度の分布プロフィール(線k3)については、デフォーカスされていることにより、照射領域の中央部Cにおけるピーク高さはE2(E2<E1)に抑えられている。しかしながら、照射領域において、中央部Cから遠ざかるに従って照射エネルギ密度が低下する。このため、中央部Cから離れた部位の入熱量が不足し、溶接ビード幅を十分に拡大できないために接合強度が不足する可能性がある。 Regarding the distribution profile (line k3) of the irradiation energy density when the laser is defocused, the peak height in the central portion C of the irradiation region is suppressed to E2 (E2 <E1) due to the defocusing. .. However, in the irradiation region, the irradiation energy density decreases as the distance from the central portion C increases. For this reason, the amount of heat input at the portion away from the central portion C is insufficient, and the weld bead width cannot be sufficiently expanded, so that the joint strength may be insufficient.
これらに対して、本実施の形態1における照射エネルギ密度の分布プロフィール(線k1)は、レーザトーチ40にDOE41が設けられることによって、照射領域80において略均一に調整されている。これにより、照射領域80において、中央部Cにおける照射エネルギ密度を抑制しつつ、中央部Cから離れた部位(たとえば中央部CからA1よりも遠い部位)においても、中央部Cと略同等の照射エネルギ密度Ec1を有する。このような照射エネルギ密度の分布プロフィールにより、照射領域80の中央部Cにおける入熱量を抑制しつつ広い溶接ビード幅を形成することができる。その結果、接合部の接合強度を確保することができる。
On the other hand, the distribution profile (line k1) of the irradiation energy density in the first embodiment is adjusted substantially uniformly in the
図5は、重ね継手のすみ肉溶接における接合部の断面の一例を示す図である。図5を参照して、この例では、非溶接材70は、GI材71と、GI材71上に重ねられたアルミニウム板72とを含む。実線で示される溶接ビード73は、本実施の形態1に従うレーザ・アークハイブリッド溶接装置1(以下、単に「溶接装置1」と称する場合がある。)を用いてすみ肉溶接を行なった場合の溶接ビードである。一方、比較例として点線で示される溶接ビード75は、DOE41が設けられていないレーザ・アークハイブリッド溶接装置(以下、「従来タイプの溶接装置」と称する。)を用いてすみ肉溶接を行なった場合の溶接ビードである。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a cross section of a joint portion in fillet welding of a lap joint. With reference to FIG. 5, in this example, the
従来タイプの溶接装置によって溶接が行なわれる場合は、レーザの照射領域が狭く(なお、レーザの照射領域が狭いとアークの幅も狭くなる)、かつ、照射領域中央部の照射エネルギ密度が高いために(図4の線k2)、母材への溶込深さが深く、かつ、母材(GI材71)との接触部位76が狭い溶接ビード75が形成される。
When welding is performed by a conventional type welding device, the laser irradiation area is narrow (the arc width is also narrow if the laser irradiation area is narrow), and the irradiation energy density in the central part of the irradiation area is high. (Line k2 in FIG. 4), a
これに対して、溶接装置1によって溶接が行なわれる場合は、レーザ照射領域が広く(レーザの照射領域が広いとアークの幅も広くなる)、かつ、照射領域中央部の照射エネルギ密度を抑えつつ照射領域において照射エネルギ密度が均一化されているために(図4の線k1)、母材への溶込深さが抑制され、かつ、母材との接触部位74が上記の接触部位76に対して広い溶接ビード73が形成される。
On the other hand, when welding is performed by the
このように、溶接ビード75に対して、母材への溶込深さが浅く、かつ、母材との接触部位が大きい溶接ビード73が生成される際の凝固速度は、溶接ビード75が生成される際の凝固速度よりも速い。したがって、溶接ビード75における金属間化合物の生成量は、溶接ビード73における金属間化合物の生成量よりも少ない。また、溶接ビード73と母材(GI材71)との接触部位74は、溶接ビード75と母材との接触部位76よりも大きい。以上により、溶接ビード75による接合強度は、溶接ビード73による接合強度よりも高いものとなる。
As described above, the
以上のように、この実施の形態1によれば、DOE41が設けられることにより、照射領域80の中央部における入熱量を抑制しつつ、広い溶接ビード幅を形成することができる。その結果、接合部の接合強度を確保することができる。
As described above, according to the first embodiment, by providing the
また、この実施の形態1によれば、DOE41により、照射領域80における照射エネルギ密度の分布が均一に調整されるので、生成される金属間化合物が一部に集中することのない、品質の高い溶接ビードを形成することができる。
Further, according to the first embodiment, since the distribution of the irradiation energy density in the
また、この実施の形態1によれば、調整機構としてDOE41を設けるだけで、均一に調整された分布プロフィールを有する照射エネルギ密度分布を照射領域80に容易に形成することができる。
Further, according to the first embodiment, the irradiation energy density distribution having a uniformly adjusted distribution profile can be easily formed in the
[実施の形態2]
実施の形態1では、DOE41によって、非溶接材70上の照射領域80の面積を拡大し、かつ、照射領域80におけるレーザの照射エネルギ密度分布が均一となるようにした。この実施の形態2では、DOEに代えて、非溶接材70に照射されるレーザを非溶接材70上で走査可能なレーザスキャン装置がレーザトーチに設けられ、レーザスキャン装置によりレーザを走査することによって、実施の形態1と同様の照射領域が形成される。
[Embodiment 2]
In the first embodiment, the
実施の形態2におけるレーザ・アークハイブリッド溶接装置の全体構成は、図1に示したレーザ・アークハイブリッド溶接装置1と同じである。
The overall configuration of the laser-arc hybrid welding apparatus according to the second embodiment is the same as that of the laser-arc
図6は、実施の形態2におけるレーザトーチの構成を概略的に示す図である。図6を参照して、このレーザトーチ40Aは、図2に示したレーザトーチ40において、DOE41に代えて、スキャンミラー44と、光軸制御装置45とを含む。
FIG. 6 is a diagram schematically showing the configuration of the laser torch according to the second embodiment. With reference to FIG. 6, the
スキャンミラー44及び光軸制御装置45は、本開示における調整機構に相当するものであり、非溶接材70上でレーザを走査可能なレーザスキャン装置を構成する。スキャンミラー44は、レーザ発振装置60から受けるレーザ光を反射してレンズ42へ出力する。スキャンミラー44は、光軸制御装置45によって向きを変更可能に構成されており、レンズ42を通じて照射されるレーザ光の照射位置81を変更することができる。スキャンミラー44は、たとえば、照射位置81をX方向に変更可能なXスキャンミラーと、照射位置81をY方向に変更可能なYスキャンミラーとを含む。
The
光軸制御装置45は、スキャンミラー44の角度を変更する駆動装置と、駆動装置を制御することによってレーザ光の照射位置81を調整する制御装置とを含む(いずれも図示せず)。駆動装置は、たとえば、Xスキャンミラーを回転駆動するX軸モータと、Yスキャンミラーを回転駆動するY軸モータとによって構成される。
The optical
このような構成により、非溶接材70上でレーザを走査することによって、非溶接材70上に、図2に示した照射領域80と同等の照射領域82を形成することができる。なお、レーザの走査位置とともに、レーザの出力及び走査速度を適宜調整することによって、照射領域82における照射エネルギ密度の分布プロフィールを図4の線k1のように調整することが可能である。
With such a configuration, by scanning the laser on the
以上のように、この実施の形態2によっても、実施の形態1と同様の効果が得られる。また、この実施の形態2によれば、スキャンミラー44及び光軸制御装置45(レーザスキャン装置)を用いて、所望の分布プロフィールを有する照射エネルギ密度分布を照射領域に形成するので、照射エネルギ密度分布を形成する際の自由度が高い。
As described above, the same effect as that of the first embodiment can be obtained by the second embodiment. Further, according to the second embodiment, since the irradiation energy density distribution having a desired distribution profile is formed in the irradiation region by using the
なお、上記の各実施の形態では、DOE41、或いはスキャンミラー44及び光軸制御装置45(レーザスキャン装置)によって、照射領域における照射エネルギ密度分布が均一に調整されるものとしたが、照射エネルギ密度は、照射領域において必ずしも均一でなくてもよい。
In each of the above embodiments, the irradiation energy density distribution in the irradiation region is uniformly adjusted by the
たとえば、図7に示されるように、レーザの照射領域におけるレーザの照射エネルギ密度の分布は、照射領域の中央部Cを中心とする環状であってもよい。或いは、特に図示しないが、中央部Cから遠ざかるに従って照射エネルギ密度が高くなるような、すり鉢形状の分布プロフィールであってもよい。照射エネルギ密度の分布は、中央部Cにおける照射エネルギ密度以上の照射エネルギ密度を有する部位が中央部C以外に存在する分布プロフィールを有するものであればよい。このような分布プロフィールにより、中央部Cにおける照射エネルギ密度を抑制しつつ、中央部C以外の部位のエネルギ密度を高めることができる。したがって、照射領域中央部の入熱量を抑制しつつ広い溶接ビード幅を形成することが可能となる。 For example, as shown in FIG. 7, the distribution of the laser irradiation energy density in the laser irradiation region may be an annular shape centered on the central portion C of the irradiation region. Alternatively, although not particularly shown, a mortar-shaped distribution profile may be used in which the irradiation energy density increases as the distance from the central portion C increases. The distribution of the irradiation energy density may have a distribution profile in which a portion having an irradiation energy density equal to or higher than the irradiation energy density in the central portion C exists in a region other than the central portion C. With such a distribution profile, it is possible to increase the energy density of the portion other than the central portion C while suppressing the irradiation energy density in the central portion C. Therefore, it is possible to form a wide welding bead width while suppressing the amount of heat input in the central portion of the irradiation region.
今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed this time should be considered to be exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the description of the embodiment described above, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
1 レーザ・アークハイブリッド溶接装置、10 溶接トーチ、20 溶接ワイヤ、30 溶接電源装置、40,40A レーザトーチ、41 DOE、42 レンズ、44 スキャンミラー、45 光軸制御装置、60 レーザ発振装置、70 非溶接材、73,75 溶接ビード、80,82 照射領域。 1 Laser / arc hybrid welding equipment, 10 welding torch, 20 welding wire, 30 welding power supply equipment, 40, 40A laser torch, 41 DOE, 42 lenses, 44 scan mirror, 45 optical axis control equipment, 60 laser oscillator, 70 non-welding Material, 73,75 weld beads, 80,82 irradiation area.
Claims (5)
接合部に向けてレーザを照射するように構成されたレーザトーチと、
前記接合部との間にアークを発生させるように構成された溶接トーチとを備え、
前記レーザトーチは、レーザが照射される照射領域におけるレーザの照射エネルギ密度の分布を調整するように構成された調整機構を含み、
前記調整機構は、前記レーザトーチに前記調整機構が設けられない場合に比べて前記照射領域の面積を拡大するように構成されており、
前記調整機構によって調整される前記照射エネルギ密度の分布は、前記照射領域の中央部における照射エネルギ密度以上の照射エネルギ密度を有する部位が前記中央部以外に存在する分布プロフィールを有する、レーザ・アークハイブリッド溶接装置。 A laser-arc hybrid welding system that uses a laser and an arc.
A laser torch configured to irradiate the laser towards the junction,
A welding torch configured to generate an arc with the joint is provided.
The laser torch includes an adjustment mechanism configured to adjust the distribution of the laser irradiation energy density in the irradiation region irradiated with the laser.
The adjustment mechanism is configured to expand the area of the irradiation region as compared with the case where the adjustment mechanism is not provided on the laser torch.
The distribution of the irradiation energy density adjusted by the adjustment mechanism is a laser arc hybrid having a distribution profile in which a portion having an irradiation energy density equal to or higher than the irradiation energy density in the central portion of the irradiation region exists outside the central portion. Welding equipment.
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