JP3126789B2 - レーザ溶接装置 - Google Patents

レーザ溶接装置

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JP3126789B2 JP04016473A JP1647392A JP3126789B2 JP 3126789 B2 JP3126789 B2 JP 3126789B2 JP 04016473 A JP04016473 A JP 04016473A JP 1647392 A JP1647392 A JP 1647392A JP 3126789 B2 JP3126789 B2 JP 3126789B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、板材の突合せ部にレ
ーザ溶接を行なうレーザ溶接装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、板材の突合せ部にレーザ加工ヘッ
ドからレーザビームを照射せしめて板材にレーザ溶接を
行なうことが一般的によく知られている。
【0003】しかも、レーザヘッドからのレーザビーム
を板材状のワークの突合せ部に照射せしめて適切にレー
ザ溶接を行なうと、溶接面の表面,裏面に肉の盛上りが
発生することが知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、特にレーザ
溶接によって溶接面の裏面に発生した肉の盛上りの形
状、大きさにバラツキが生じて裏面の溶接面がきれいで
なく、かつ形状も良好でない。すなわち溶接部の品位が
悪いという問題があった。
【0005】この発明の目的は、上記問題を改善するた
め、レーザ溶接を行なった際に、板材における溶接面の
裏面に熱影響を小にして、溶接面をきれいにすると共に
形状を良好にして高品位の溶接面を得るようにしたレー
ザ溶接装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】前述のごとき従来の問題
に鑑みて、本発明は、レーザ溶接すべきワークを支持す
るための治具と、当該治具に設けられかつ前記ワークの
溶接部の下面へバックシールドガスを噴射するための噴
射開口部を備えたヒートシンクと、前記ワークの溶接す
べき突合せ線へレーザビームを照射するレーザ加工ヘッ
ドと、前記レーザ加工ヘッドの進行方向の前側に位置し
レーザ溶接時に生じたプラズマを除去すべくレーザ溶接
部へシールドガスを噴射するプラズマ除去用ノズルとを
備え、上記プラズマ除去用ノズルは、ガス供給管から供
給されたシールドガスの均一化を図るためのチャンバー
を備え、かつ前記ワークにおける溶接部の熱影響部の幅
よりも大きい幅でもってシールドガスを噴射すべく幅の
大きいスリットを前記チャンバーに連通して備えた構成
である。
【0007】
【実施例】この発明の実施例を図面に基づいて詳細に説
明する。
【0008】図1を参照するに、レーザ溶接装置1は矩
形状の治具3を備えており、この治具3上には図示省略
の板材固定用アームによって板状のワークWが位置決め
固定される。
【0009】前記治具3の上方には例えばY軸方向(図
1において前後方向)へ移動自在なレーザ加工ヘッド5
が設けられており、このレーザ加工ヘッド5の先端(下
端)にはノズル7が備えられている。レーザ加工ヘッド
5およびノズル7の構造はすでに公知であるため説明を
省略すると共に、レーザ加工ヘッド5のY軸方向への移
動は、例えば駆動モータ,ボールねじなどからなる駆動
手段によって行なわれるものである。
【0010】上記構成により、治具3上に位置決め固定
された板材Wの突合せ部WT にレーザ加工ヘッド5のノ
ズル7からレーザビームLBを照射せしめると共にレー
ザ加工ヘッド5をY軸方向すなわち突合せ線WL に沿っ
て移動せしめることによってレーザ溶接が行なわれるこ
とになる。
【0011】前記レーザ加工ヘッド5には、取付け金具
9でもってプラズマ除去用ノズル11が隣接して取付け
られている。そして、このプラズマ除去用ノズル11の
取付け状態は、例えば板材Wの表面に対してアルゴン,
窒素などのシールドガスGが例えば40〜60度からプ
ラズマPへ指向してカーテン状に噴射すべく取付けられ
ている。しかも、プラズマ除去用ノズル11はレーザ加
工ヘッド5が移動する進行方向の前側に取付けられてい
る。
【0012】前記プラズマ除去用ノズル11の一例とし
ては、図5,図6および図7を参照するに、シールドガ
スGを供給するためのガス通路13が形成されていると
共にガス通路13の一端にはガス供給管15が螺合され
ている。また、ガス通路13の他端にあって、プラズマ
除去用ノズル11内にはチャンバー17が形成されてい
る。
【0013】プラズマ除去用ノズル11の先端下部に
は、例えばほぼV字形状の溝19を有したゴムなどのシ
ール部材21を介して下部プレート23が複数のねじ2
5によって取付けられている。シール部材21に形成さ
れた溝19は前記チャンバー17に連通されている。プ
ラズマ除去用ノズル11の下部と下部プレート23との
間にはほぼV字形状の溝19を有したシール部材21が
介在されているために、図7に示されているように、プ
ラズマ除去用ノズル11の先端には溝19の厚さ分だけ
スリット27が形成されることになる。
【0014】上記構成により、図示省略のシールドガス
供給源よりシールドガスGが供給されて、ガス供給管1
5を経てチャンバー17に送られる。チャンバー17に
送られたシールドガスGは、スリット27から噴出され
てレーザ溶接時に生成されるプラズマPが除去されるこ
とになる。チャンバー17があることによってスリット
27から噴出されるシールドガスGは層流化され均一化
される。
【0015】シールドガスGによってプラズマPが除去
されると共に、シールドガスGで、図8に示されている
ように溶融部WA の周囲に形成される熱影響WB の表面
が冷却されてV字型溶接を解消し、溶接幅が狭いI型状
の溶接面となる均一なレーザ溶接とすることができる。
また、図8に示すごとく溶接面の表面に形成される肉の
盛上りWC の表面がきれいとなり、形状も良好となる。
【0016】前記スリット27の幅を図7に示すごとく
Lとし、図8に示すごとく熱影響部WB の幅をHとした
場合、L/H≧2となるように、スリット27の幅Lを
大きくとると、非常に冷却効果が高められて望ましいの
である。また、プラズマ除去ノズル11をレーザ加工ヘ
ッド5に取付ける位置は、レーザ加工ヘッド15に隣接
した外周の位置であればどの位置でも構わないが、レー
ザ加工ヘッド5が突合せ部の溶接方向の前方に設けるの
が望ましいものである。
【0017】再び、図1,図2,図3および図4を参照
するに、前記治具3にはY軸方向へ延伸した例えばU字
形状の切欠き溝29が形成されている。この切欠き溝2
9は上面および左側面が開口されているものである。し
かも、この切欠き溝29には図3に示したようなヒート
シンク31が着脱可能に係合されている。
【0018】このヒートシンク31の上面にはY軸方向
へ延伸した噴射開口部33が形成されていて、この噴射
開口部33の下部には連通路35を介してバックシール
ドガス用通路37が前記ヒートシンク31内に設けられ
ている。前記噴射開口部33,連通路35並びにバック
シールドガス用通路37の左端は開口されているもので
ある。
【0019】このバックシールドガス用通路37の左側
内周面には雌ねじが形成されていて、図3,図4に示さ
れたシールドガスホース39の先端に取付けられた雄ね
じ41が前記バックシールドガス用通路37の雌ねじに
螺合されている。さらに治具3の切欠き溝29に係合さ
れたヒートシンク31における左側の上面には板材Wの
左端に密着すべくガス洩れ防止用プレート43が図1お
よび図4に示されているように設けられている。
【0020】上記構成により、板材Wの突合せ部WT が
ヒーシンク31の上面に形成された噴射開口部33のX
軸方向における幅内に入るように板材Wを治具3上に位
置決め固定する。この状態において、レーザ加工ヘッド
5のノズル7からレーザビームLBを板材Wの突合せ部
WT に照射し、かつレーザ加工ヘッド5を板材Wの突合
せ線WL に沿って移動せしめてレーザ溶接を行なう際、
図示省略のシールドガス供給源よりシールドガスホース
39を経て、アルゴン,窒素などのシールドガスGがヒ
ートシンク31内に設けられたバックシールドガス用通
路37に供給される。このバックシールドガス用通路3
7に供給されたシールドガスGは、連通路35を経て噴
射開口部33から板材Wにおける溶接面の裏面に吹き付
けられることになる。
【0021】したがって、図8に示されているように、
溶接面の裏面に形成される肉の盛上りWD の表面がきれ
いになると共に、形状も良好となって高品位の溶接面を
得ることができる。
【0022】また、図3に示されているように、ヒート
シンク31の上面に形成される噴射開口部33の開口幅
ΔWは例えば0.5〜6mmとすることが望ましく、しか
も、0.5mm毎の開口幅を有した噴射開口部33を設け
たヒートシンク31を複数予め準備しておき、溶接され
る板材Wの厚さ,種類などのレーザ溶接条件に合ったも
のを適宜選択して治具3に形成された切欠き溝29に係
合せしめて使用することにより、高品位な溶接面を得る
ことができる。
【0023】なお、この発明は、前述した実施例に限定
されることなく、適宜の変更を行なうことにより、その
他の態様で実施し得るものである。本実施例ではレーザ
加工ヘッド5に隣接してシールドガス除去用ノズル11
を設けた例で説明したが、このシールドガス除去用ノズ
ル11を設けずにレーザ溶接を行なう場合にも対応可能
である。また、例えば、プラズマ除去用ノズル11の先
端に形成されるスリット27の態様としては長円形状,
小孔などを複数個直列に設けた形状などとすることも可
能である。
【0024】
【発明の効果】以上のごとき実施例の説明より理解され
るように、要するに本発明は、レーザ溶接すべきワーク
(W)を支持するための治具(3)と、当該治具(3)
に設けられかつ前記ワーク(W)の溶接部の下面へバッ
クシールドガスを噴射するための噴射開口部(33)を
備えたヒートシンク(31)と、前記ワーク(W)の溶
接すべき突合せ線(W)へレーザビーム(LB)を照
射するレーザ加工ヘッド(5)と、前記レーザ加工ヘッ
ド(5)の進行方向の前側に位置しレーザ溶接時に生じ
たプラズマ(P)を除去すべくレーザ溶接部へシールド
ガス(G)を噴射するプラズマ除去用ノズル(11)と
を備え、上記プラズマ除去用ノズル(11)は、ガス供
給管(15)から供給されたシールドガスの均一化を図
るためのチャンバー(17)を備え、かつ前記ワーク
(W)における溶接部の熱影響部(W)の幅(H)よ
りも大きい幅(L)でもってシールドガスを噴射すべく
幅(L)の大きいスリット(27)を前記チャンバー
(7)に連通して備えた構成である。
【0025】上記構成より明らかなように、本発明にお
いては、レーザ溶接時にワークWの溶接部の下面へバッ
クシールドガスを噴射するためのヒートシンク31を備
えた構成であるから、ワークWの下面における溶接面の
酸化防止や冷却を効果的に行うことができ溶接面を良好
に保持できることは勿論のこと、本発明においては、溶
接時に生じたプラズマを除去するためのプラズマ除去用
ノズルはチャンバー17を備えかつワークWの熱影響部
の幅Hよりも大きな幅Lのスリット27を上記チャ
ンバー17に連通して備えた構成であることにより、ガ
ス供給管15から供給されたシールドガスは前記チャン
バー17内において均一化され、前記スリット27から
は層流となって噴射されるものである。
【0026】したがって、ワークWの溶接時に生じたプ
ラズマを効果的に除去することができることは勿論のこ
と、ワーク上面の冷却を効果的に行うことができる。し
かも、シールドガスが層流であることにより溶接部の溶
湯を乱すようなことがなく良好な溶接を行うことができ
るものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明を説明する一実施例のレーザ溶接装置
の概略図である。
【図2】治具に形成された切欠き溝を示した斜視図であ
る。
【図3】治具に形成された切欠き溝に係合されるシート
シンクの斜視図である。
【図4】図1におけるIV−IV線に沿った断面図である。
【図5】プラズマ除去ノズルの分解斜視図である。
【図6】プラズマ除去ノズルの正面断面図である。
【図7】図6におけるVII −VII 線に沿った断面図であ
る。
【図8】この発明のレーザ溶接によって得られる板材に
おける溶接状態図である。
【符号の説明】 1 レーザ溶接装置 3 治具 5 レーザ加工ヘッド 7 ノズル 11 プラズマ除去用ノズル 27 スリット 29 切欠き溝 31 ヒートシンク 33 噴射開口部 37 バックシールドガス用通路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 26/00 - 26/14 B23K 37/06

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ溶接すべきワーク(W)を支持す
    るための治具(3)と、当該治具(3)に設けられかつ
    前記ワーク(W)の溶接部の下面へバックシールドガス
    を噴射するための噴射開口部(33)を備えたヒートシ
    ンク(31)と、前記ワーク(W)の溶接すべき突合せ
    線(W)へレーザビーム(LB)を照射するレーザ加
    工ヘッド(5)と、前記レーザ加工ヘッド(5)の進行
    方向の前側に位置しレーザ溶接時に生じたプラズマ
    (P)を除去すべくレーザ溶接部へシールドガス(G)
    を噴射するプラズマ除去用ノズル(11)とを備え、上
    記プラズマ除去用ノズル(11)は、ガス供給管(1
    5)から供給されたシールドガスの均一化を図るための
    チャンバー(17)を備え、かつ前記ワーク(W)にお
    ける溶接部の熱影響部(W)の幅(H)よりも大きい
    幅(L)でもってシールドガスを噴射すべく幅(L)の
    大きいスリット(27)を前記チャンバー(7)に連通
    して備えた構成であることを特徴とするレーザ溶接装
    置。
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