JP3392072B2 - Arc induction welding method and apparatus using laser light - Google Patents
Arc induction welding method and apparatus using laser lightInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、狭開先内をアーク
溶接するレーザ光によるアーク誘導溶接方法及び装置に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser light arc induction welding method and apparatus for arc welding in a narrow groove.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ＴＩＧ（ｔｕｎｇｕｓｔｅｎ ｉｎｅｒ
ｔ ｇａｓ）溶接、ＭＩＧ（ｍｅｔａｌ ｉｎｅｒｔ
ｇａｓ）溶接、Ｃ０2溶接、ＭＡＧ（ｍｅｔａｌ ａｃ
ｔｉｖｅ ｇａｓ）溶接等を用いる溶接の場合は、図１
５に示すように、トーチ１を移動することによりウィー
ビングを行い、フィラー電極３と被加工物である母材２
との間に発生するアーク放電４により溶接を行う。さら
に、狭開先溶接を行う場合、トーチ１を開先内に挿入し
溶接するが、トーチ１をウィービングすることが出来な
いために、例えば、特開平５−１４６８７７号公報に記
載されているような方法により溶接が行われる。2. Description of the Related Art TIG (tungusten inner)
t gas) welding, MIG (metal inlet)
gas) welding, C0 2 welding, MAG (metal ac
In the case of welding using, for example, the case of "Tive gas" welding,
As shown in FIG. 5, weaving is performed by moving the torch 1, and the filler electrode 3 and the base material 2 that is the workpiece are processed.
Welding is performed by the arc discharge 4 generated between and. Furthermore, when performing narrow groove welding, the torch 1 is inserted into the groove and then welded. However, since the torch 1 cannot be weaved, it is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-146877. Welding is performed by various methods.
【０００３】つまり、図１６に示すように、フィラー屈
曲ギア６により送給されるワイヤーを屈曲させて、開先
内の母材２間に溶接ビードを形成して溶接を行う。な
お、８は裏あて用治具である。また、図１７に示すよう
に、偏心したチップをモータ９及びベルト１０により回
転させ、フィラー供給ホース１１から供給されるフィラ
ーを回転させながら行う事により放電４の方向を制御す
る方法等がある。That is, as shown in FIG. 16, the wire fed by the filler bending gear 6 is bent to form a welding bead between the base materials 2 in the groove to perform welding. In addition, 8 is a backing jig. Further, as shown in FIG. 17, there is a method of controlling the direction of the discharge 4 by rotating an eccentric tip by a motor 9 and a belt 10 and rotating a filler supplied from a filler supply hose 11.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術にあっては、狭開先溶接の場合にアーク放電電極
（フィラー電極）３が母材２の側壁に接近すると、図１
８及び図１９に示すように、電極３と母材２の側壁との
間にアーク放電が発生し、溶接が安定して出来ない等の
問題が発生する。なお、５はアーク放電によるプラズマ
である。However, in the above-mentioned prior art, when the arc discharge electrode (filler electrode) 3 approaches the side wall of the base material 2 in the case of narrow groove welding, as shown in FIG.
As shown in FIG. 8 and FIG. 19, arc discharge occurs between the electrode 3 and the side wall of the base material 2, which causes a problem that welding cannot be stably performed. In addition, 5 is plasma by arc discharge.
【０００５】また、他のアーク溶接の場合でも、屈曲ワ
イヤ方式、偏心トーチ回転方式等いずれも溶接位置に正
確に誘導するものでないため、アーク放電の位置がワー
ク形状や電界の影響で溶接予定位置とは違う場所に放電
し安定した溶接が出来ない等の問題がある。Further, even in the case of other arc welding, neither the bending wire method nor the eccentric torch rotation method can accurately guide the welding position to the welding position. There is a problem that stable welding cannot be performed due to discharge to a place different from.
【０００６】また、アーク放電を狭開先内で正確に移動
できないため、図１８に示すＡ部が未溶着部となり、溶
接欠陥となってしまう等の問題がある。Further, since the arc discharge cannot be moved accurately within the narrow groove, there is a problem that the portion A shown in FIG. 18 becomes a non-welded portion and a welding defect occurs.
【０００７】つまり、図２０に示すように、電極３と母
材２の側壁との距離αが、電極３と母材２の開先底部と
の距離βより小の関係の場合は、アーク溶接時に、アー
ク放電プラズマ５が側壁に発生してしまう。そのため、
図２１に示すように、開先側壁は溶着金属３０により溶
着されるが、開先底部が未溶着部３１となってしまう。That is, as shown in FIG. 20, when the distance α between the electrode 3 and the side wall of the base material 2 is smaller than the distance β between the electrode 3 and the groove bottom of the base material 2, arc welding is performed. At times, arc discharge plasma 5 is generated on the side wall. for that reason,
As shown in FIG. 21, the groove side wall is welded by the weld metal 30, but the groove bottom becomes an unwelded portion 31.
【０００８】開先底部に未溶着部を発生させないように
するためには、開先角を４５度から９０度程度まで拡張
することが考えられるが、このようにすると、溶着すべ
き部分が膨大となり、溶接時間が長くなってしまう。さ
らに、溶融するフィラー材も大量に消費しなければなら
ず、溶接コストが増加してしまう。In order to prevent an unwelded portion from being generated at the bottom of the groove, it is conceivable to expand the groove angle from about 45 degrees to about 90 degrees. In this case, the portion to be welded is enormous. Therefore, the welding time becomes long. In addition, a large amount of molten filler material must be consumed, which increases welding cost.
【０００９】他の方法としては、溶着作業後、裏面から
未溶着部をガウジングし、再度、裏面から溶接すること
が考えられる。しかしながら、この方法では、ガウジン
グや再度の溶接に時間が必要であり、コストも増加して
しまう。さらに、裏面からのガウジング自体が困難であ
る場合も考えられる。As another method, it is conceivable that after the welding work, the unwelded portion is gouged from the back surface, and the back surface is welded again. However, this method requires time for gouging and re-welding, resulting in increased cost. Further, it may be difficult to gouging itself from the back surface.
【００１０】従来の技術において、レーザ光によりアー
クを誘導する例が、特開昭６２−２６３８６９号公報に
記載されているが、必ずしも確実に正確な位置にアーク
を誘導するに十分なものではない。つまり、レーザ光に
より、アークが所望の部分に発生した後、発生したアー
クによるプラズマが作用し、図２０に示した現象が起こ
るからである。In the prior art, an example of inducing an arc with a laser beam is described in Japanese Patent Laid-Open No. 62-263869, but it is not always sufficient to surely guide the arc to an accurate position. . That is, after the arc is generated in a desired portion by the laser light, plasma generated by the generated arc acts and the phenomenon shown in FIG. 20 occurs.
【００１１】また、溶接学会全国大会講演概要、第６０
集（’９７−４）の「ＣＯ2レーザによるアークの揺
動」に記載されているように、ＴＩＧアークのレーザ誘
導により高速の表面処理を行ったものがある。しかし、
この場合、ＴＩＧの電極とワークとのギャップが広く、
移動速度が高速であり、ＴＩＧアーク単体で溶接できる
領域ではなく、ＴＩＧアークの指向性が母材付近で失わ
れる領域である。そのため、ＴＩＧアークの正確な誘導
は困難である。Also, the outline of the lecture of the National Conference of the Welding Society, No. 60
As described in "Arc Swing by CO 2 Laser" in Collection ('97 -4), there is one that has been subjected to high-speed surface treatment by laser induction of a TIG arc. But,
In this case, the gap between the TIG electrode and the work is wide,
It is a region where the moving speed is high and the TIG arc alone can be welded, but the region where the directivity of the TIG arc is lost near the base metal. Therefore, it is difficult to accurately guide the TIG arc.
【００１２】本発明の目的は、上記問題点を鑑み、安定
したアーク溶接を狭開先内の底部及び角部の位置に正確
に行う事が可能であり、かつ、アーク放電を安定化する
事ができるレーザによるアーク誘導溶接方法及び装置を
実現することである。In view of the above problems, an object of the present invention is to enable stable arc welding to be accurately performed at the positions of the bottom and corners in a narrow groove, and to stabilize the arc discharge. It is an object of the present invention to realize a method and an apparatus for arc induction welding by a laser that can perform the above.
【００１３】[0013]
【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）開先内の溶接予定位置にアークを誘導し、溶接す
るアーク誘導溶接方法において、（ａ）開先内の溶接予
定位置にレーザを継続して照射し、（ｂ）上記レーザの
照射によって継続して生起されるプラズマに誘導させ
て、アーク電極と上記溶接予定位置との間にアークを放
電させ、上記レーザの継続照射期間中に周期的に電圧値
が変化するアーク放電電圧を、上記アーク電極と溶接予
定位置との間に印加して、アーク放電によって生起され
るプラズマを消失若しくは低下させ、上記アークを上記
レーザ照射によって生起されているプラズマに誘引させ
る。In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows. (1) induce arc welding planned location in the GMA, the arc induction welding method of welding, irradiated continuously with the laser in welding planned location in the GMA (a), (b) of the laser
Induced by the plasma that is continuously generated by irradiation
Arc between the arc electrode and the welding position
Voltage is periodically applied during the continuous irradiation period of the laser.
Change the arc discharge voltage with the arc electrode
Applied between a fixed position and caused by arc discharge
Plasma is extinguished or reduced, and the arc
Attracted to the plasma generated by laser irradiation
It
【００１４】（２）好ましくは、上記（１）において、
上記周期的に変化するアーク放電電圧は、交流電圧であ
る。
（３）また、好ましくは、上記（１）において、上記周
期的に変化するアーク放電電圧は、パルス状電圧であ
る。
（４）また、好ましくは、上記（３）において、上記パ
ルス状電圧のパルス間隔は、０．１ｍｓ以上である。
（５）また、好ましくは、上記（１）において、上記レ
ーザを上記溶接予定位置に対して揺動する。( 2) Preferably, in the above (1),
The cyclically changing arc discharge voltage is an AC voltage. ( 3 ) Further, preferably, in the above ( 1 ), the periodically changing arc discharge voltage is a pulsed voltage. ( 4 ) Further, preferably, in the above ( 3 ), the pulse interval of the pulsed voltage is 0.1 ms or more. ( 5 ) Further, preferably, in the above (1), the laser is swung with respect to the welding planned position.
【００１５】（６）開先内の溶接予定位置にアークを誘
導し、溶接するアーク誘導溶接装置において、上記開先
内の溶接予定位置にアークを放電させるアーク電極と、
上記アーク電極と上記溶接予定位置との間に電圧を印加
する電圧印加手段と、上記溶接予定位置にレーザを照射
するレーザ照射手段と、上記レーザ照射手段へのレーザ
の照射出力を制御する制御信号を上記レーザ照射手段に
出力するとともに、上記レーザの照射によって継続して
生起されるプラズマに誘導させて、アーク電極と上記溶
接予定位置との間にアークを放電させ、上記アーク電極
と溶接予定位置との間に印加されるアーク放電電圧値
を、上記レーザの継続照射期間中に周期的に変化させる
制御信号を上記電圧印加手段に出力する制御手段とを備
え、上記レーザの継続照射期間中に、アーク放電によっ
て生起されるプラズマを消失若しくは低下させ、上記ア
ークを上記レーザ照射によって生起されているプラズマ
に誘引させる。 ( 6 ) In an arc induction welding apparatus for inducing and welding an arc to a planned welding position in a groove, an arc electrode for discharging an arc to the planned welding position in the groove,
A voltage applying means for applying a voltage between the arc electrode and the welding planned position, the laser irradiating means for irradiating a laser beam to the welding planned position control for controlling the irradiation injection force of the laser to said laser irradiation means a signal to said laser irradiation means
As well as out force, it continued by the irradiation of the laser
Induced by the generated plasma, the arc electrode and above melting
The arc is discharged between the planned contact position and the above arc electrode.
Arc voltage value applied between the welding position and the welding position
Is periodically changed during the continuous irradiation period of the laser.
A control means for outputting a control signal to the voltage applying means is provided, and during the continuous irradiation period of the laser, by the arc discharge,
The plasma generated by the
Generated by the above laser irradiation
To attract to.
【００１６】（７）好ましくは、上記（６）において、
上記制御手段は、上記アーク電極と上記溶接予定位置と
の間にパルス状のアーク放電電圧を印加するように、上
記アーク電極と上記溶接予定位置とに接続されるアーク
電源を制御する手段を有する。
（８）また、好ましくは、上記（７）において、上記パ
ルス状電圧のパルス間隔は、０．１ｍｓ以上である。( 7 ) Preferably, in the above ( 6 ),
The control means has means for controlling an arc power source connected to the arc electrode and the welding planned position so as to apply a pulsed arc discharge voltage between the arc electrode and the welding planned position. . ( 8 ) Further, in the above ( 7 ), preferably, the pulse interval of the pulsed voltage is 0.1 ms or more.
【００１７】（９）また、好ましくは、上記（６）にお
いて、上記制御手段は、上記アーク電極と上記溶接予定
位置との間に交流電圧のアーク放電電圧を印加するよう
に、上記アーク電極と上記溶接予定位置とに接続される
アーク電源を制御する手段を有する。
（１０）また、好ましくは、上記（６）、（７）、
（８）又は（９）において、上記レーザを上記溶接予定
位置に対して揺動させる手段を備える。( 9 ) Further, in the above ( 6 ), preferably, the control means is configured to apply an arc discharge voltage of an alternating voltage between the arc electrode and the welding planned position so as to apply the arc electrode to the arc electrode. It has means for controlling an arc power source connected to the welding planned position. ( 10 ) Further, preferably, the above (6), (7),
In (8) or (9) , a means for swinging the laser with respect to the planned welding position is provided.
【００１８】アーク電圧を、パルス状又は交流とするた
め、レーザ光に誘導されて、このレーザ光の照射位置に
アーク放電の発生が開始された後、アーク放電によるプ
ラズマでアークがレーザ光の照射位置とは異なる位置に
誘導される前に、アーク放電電圧が低下され、アーク放
電によるプラズマが消失又は弱められる。そして、アー
ク放電によるプラズマが消失した後、アーク電圧が上昇
され、レーザ光の照射位置でのアーク溶接が継続され
る。Since the arc voltage is pulsed or alternating, the laser light is induced to start the arc discharge at the laser light irradiation position, and then the arc discharges the laser light to the arc by the plasma. The arc discharge voltage is reduced and the plasma due to the arc discharge is extinguished or weakened before being induced to a position different from the position. Then, after the plasma due to the arc discharge disappears, the arc voltage is increased and the arc welding is continued at the laser light irradiation position.
【００１９】[0019]
【発明の実施の形態】まず、本発明の原理について説明
する。図１は、ＴＩＧ溶接の場合におけるレーザ光によ
るアーク放電の誘導を説明する図である。図１におい
て、溶接用トーチ１はＴＩＧ溶接用のトーチであり、放
電電極１２には、母材２に接続された母材電極１４によ
り、母材２との間に交流もしくはパルス状の電圧が印加
されている。First, the principle of the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram for explaining induction of arc discharge by laser light in the case of TIG welding. In FIG. 1, a welding torch 1 is a TIG welding torch, and an AC or pulse voltage is applied to the discharge electrode 12 by the base material electrode 14 connected to the base material 2. Is being applied.
【００２０】また、トーチ１からはアルゴンガスが噴射
されている。このとき、母材２の溶接予定位置にレーザ
１６集光レンズ１５を介して照射すると、照射されたレ
ーザ１６によりプラズマ１３が溶接母材２の上記予定位
置に発生させられる。Argon gas is jetted from the torch 1. At this time, when the welding target position of the base material 2 is irradiated through the laser 16 condenser lens 15, the plasma 16 is generated by the irradiated laser 16 at the predetermined position of the welding base material 2.
【００２１】プラズマ１３は、導電性が外部雰囲気より
高く、電極１２と母材２との電位差により、電極１２が
マイナスの場合はプラズマ１３の方向にアーク放電し、
レーザ照射位置に誘導される。電極１２がプラスの場合
はレーザ照射点からアーク放電し、プラズマ１３の領域
を通って電極１２に放電する。The plasma 13 has a higher conductivity than the external atmosphere, and due to the potential difference between the electrode 12 and the base material 2, when the electrode 12 is negative, arc discharge occurs in the direction of the plasma 13,
It is guided to the laser irradiation position. When the electrode 12 is positive, arc discharge occurs from the laser irradiation point, and discharges to the electrode 12 through the region of plasma 13.
【００２２】電極１２と母材２との間に印加されるので
電圧が交流の場合は、電極１２と母材２の極性が交互に
変化するため、上記の現象が交互に発生し、放電され
る。このとき、母材２がマイナスの場合に、レーザスポ
ットを起点にアーク放電が発生するが、これはレーザ照
射により母材２が局所的に加熱され、熱電子が放出され
やすい状態になっているためである。また、このアーク
放電は、レーザ１６によりプラズマ１３が発生させられ
ているため、母材２の状態や電極１２の状態に関わらず
安定したアーク放電を可能にする。Since the voltage is applied between the electrode 12 and the base material 2, when the voltage is alternating current, the polarities of the electrode 12 and the base material 2 are alternately changed. It At this time, when the base material 2 is negative, arc discharge is generated from the laser spot as a starting point. This is a state in which the base material 2 is locally heated by laser irradiation, and thermoelectrons are easily emitted. This is because. In addition, since the plasma 16 is generated by the laser 16, this arc discharge enables stable arc discharge regardless of the state of the base material 2 and the state of the electrode 12.
【００２３】図２及び図３は、従来の技術におけるレー
ザ誘導溶接の原理を説明する図であり、図４及び図５
は、本発明の原理を説明する図である。図２の（ａ）、
図３の（ａ）において、アークの出力が一定電圧である
場合、レーザ１６によりプラズマ１３が発生した後、ア
ーク電極３と母材２との間の電圧によりアーク放電の発
生が開始される。FIGS. 2 and 3 are views for explaining the principle of laser induction welding in the prior art, and FIGS.
FIG. 3 is a diagram illustrating the principle of the present invention. 2 (a),
In FIG. 3A, when the arc output has a constant voltage, plasma 13 is generated by the laser 16 and then arc discharge is started by the voltage between the arc electrode 3 and the base material 2.
【００２４】その後、図２の（ｂ）、図３の（ｂ）に示
すように、アーク放電により周囲にプラズマ５が発生す
る。これにより、レーザ１６によるプラズマ１３のアー
ク誘導効果が薄れる。このため、図２の（ｃ）、図３の
（ｃ）に示すように、アーク放電が、電極３と母材２と
の間の近い位置に移動してしまい、所望の部分への溶接
が困難となる。After that, as shown in FIGS. 2B and 3B, plasma 5 is generated in the surroundings by arc discharge. As a result, the arc induction effect of the plasma 13 by the laser 16 is weakened. Therefore, as shown in (c) of FIG. 2 and (c) of FIG. 3, the arc discharge moves to a close position between the electrode 3 and the base material 2, and welding to a desired portion is performed. It will be difficult.
【００２５】これに対して、本発明においては、図４及
び図５に示すように、アーク放電電圧をパルス状もしく
は、交流にすることにより、アーク放電の誘導幅を正確
に広げることができ、かつ、安定して誘導できるように
なる。On the other hand, in the present invention, as shown in FIGS. 4 and 5, the induction width of the arc discharge can be accurately widened by making the arc discharge voltage pulsed or alternating. Moreover, it becomes possible to stably guide.
【００２６】これは、図４の（ａ）、図５の（ａ）に示
すように、初期状態において、アーク放電によるプラズ
マ５は発生しておらず、この状態では、アーク放電はレ
ーザ１６によりプラズマ１３が発生しているレーザ１６
照射位置に誘導されている。As shown in FIGS. 4A and 5A, the plasma 5 due to arc discharge is not generated in the initial state. In this state, the arc discharge is generated by the laser 16. Laser 16 generating plasma 13
It is guided to the irradiation position.
【００２７】その後、図４の（ｂ）、図５の（ｂ）に示
すように、アーク放電によりプラズマ５が発生し溶接が
始まる。そして、パルス状に放電電圧が印加されるた
め、放電電圧が下がり、プラズマ５の発生が弱められ
る。その後、図４の（ｃ）、図５の（ｃ）に示すよう
に、アーク電圧を上げることにより、レーザ１６の照射
位置に放電４を誘導することが可能となる。この現象は
アーク電圧が交流の場合も同様である。After that, as shown in FIGS. 4 (b) and 5 (b), plasma 5 is generated by arc discharge and welding is started. Then, since the discharge voltage is applied in a pulse shape, the discharge voltage is lowered and the generation of the plasma 5 is weakened. After that, as shown in FIGS. 4C and 5C, by increasing the arc voltage, it becomes possible to induce the discharge 4 to the irradiation position of the laser 16. This phenomenon is the same when the arc voltage is alternating current.
【００２８】このように、本発明においては、アーク放
電電圧を、パルス状又は交流とするため、レーザ光に誘
導されて、このレーザ光の照射位置にアーク放電の発生
が開始された後、アーク放電によるプラズマでアークが
レーザ光の照射位置とは異なる位置に誘導される前に、
アーク放電電圧が低下され、アーク放電によるプラズマ
が消失又は弱められる。そして、アーク放電によるプラ
ズマが消失又は弱められた後、アーク電圧が上昇され、
レーザ光の照射位置でのアーク溶接が継続される。As described above, in the present invention, since the arc discharge voltage is pulsed or alternating current, the arc discharge is initiated at the laser light irradiation position by the laser light and then the arc discharge is started. Before the arc is guided to a position different from the irradiation position of the laser light by the plasma generated by the discharge,
The arc discharge voltage is lowered and the plasma due to the arc discharge is extinguished or weakened. Then, after the plasma due to the arc discharge is extinguished or weakened, the arc voltage is increased,
Arc welding is continued at the laser light irradiation position.
【００２９】したがって、図６及び図７に示すように、
狭開先の底部を溶接する場合には、この底部にレーザ光
１６を照射して、アーク放電を誘導し、その後、アーク
によるプラズマが電極３と側壁との間に発生し、アーク
が電極３と側壁との間に発生する前に、アーク放電電圧
を低下するように構成すれば、狭開先底部を溶着金属１
９により確実に溶接することができる。Therefore, as shown in FIG. 6 and FIG.
When welding the bottom of the narrow groove, laser light 16 is applied to the bottom to induce arc discharge, and then plasma due to the arc is generated between the electrode 3 and the side wall, and the arc is generated by the electrode 3. If it is configured so that the arc discharge voltage is reduced before it occurs between the metal and the side wall,
9 enables reliable welding.
【００３０】本発明によるレーザ光によるアーク誘導溶
接方法を実施する場合には、図８、図９、図１０に示す
ように、レーザ１６の照射位置にアーク放電を誘導し、
電極３とワーク（母材）２との間にアーク放電を発生さ
せ、狭開先溶接を行う。さらに、開先内でレーザ１６の
スポットを揺動（ウェービング）させる事により、アー
クを開先内で誘導する事ができ、安定して狭開先内の底
部に向けアーク放電を発生させることができる。When the arc induction welding method using laser light according to the present invention is carried out, as shown in FIGS. 8, 9 and 10, arc discharge is induced at the irradiation position of the laser 16,
Arc discharge is generated between the electrode 3 and the work (base material) 2 to perform narrow groove welding. Further, by oscillating (waving) the spot of the laser 16 in the groove, an arc can be guided in the groove, and arc discharge can be stably generated toward the bottom of the narrow groove. it can.
【００３１】ここで、レーザスポットの移動方法は、レ
ーザ光１６自体を移動させる方法の他に、図１１に示す
ように、レンズ１５を移動する方法がある。また、図１
２に示すように、レーザ光１６をミラー１７に反射させ
て、反射させたレーザ光１６を集光レンズ１５を介して
母材２に照射させ、ミラー１７を回動させ、レーザ光１
６を移動させる方法がある。Here, as a method of moving the laser spot, there is a method of moving the lens 15 as shown in FIG. 11 in addition to the method of moving the laser beam 16 itself. Also, FIG.
As shown in FIG. 2, the laser beam 16 is reflected by the mirror 17, the reflected laser beam 16 is applied to the base material 2 through the condenser lens 15, the mirror 17 is rotated, and the laser beam 1 is reflected.
There is a method to move 6.
【００３２】また、図１３に示すように、集光レンズ１
５の上部にヴェッジ基板１８を配置し、このヴェッジ基
板１８を回転させることでレーザ光１６を移動する方法
がある。Further, as shown in FIG. 13, the condenser lens 1
There is a method of arranging a wedge substrate 18 on the upper part of 5 and moving the laser beam 16 by rotating the wedge substrate 18.
【００３３】上述のような方法により、レーザ光１６の
照射位置を開先内で移動することで、側壁に放電するこ
となしに安定して開先底部のアーク溶接が可能となる。
また、これにより、図１５、図１６及び図１７に示した
ように、ワイヤーを屈曲させたり、電極３を移動させた
りする必要無しに、かつ、ワーク２の形状に影響を受け
ること無く、安定して正確にアーク溶接を行うことが可
能となる。By moving the irradiation position of the laser beam 16 within the groove by the method as described above, it is possible to stably perform arc welding on the bottom of the groove without discharging the side wall.
Further, as a result, as shown in FIG. 15, FIG. 16 and FIG. 17, it is possible to stabilize the wire 2 without the need to bend the wire or move the electrode 3 and without being affected by the shape of the work 2. The arc welding can be performed accurately.
【００３４】つまり、本発明によれば、安定したアーク
溶接を狭開先内の底部及び角部の位置に正確に行う事が
可能であり、かつ、アーク放電を安定化する事ができる
レーザ光によるアーク誘導溶接方法を実現することがで
きる。That is, according to the present invention, it is possible to perform stable arc welding accurately at the positions of the bottom and corners in the narrow groove, and to stabilize the arc discharge. The arc induction welding method can be realized.
【００３５】図１４は、本発明のレーザ光によるアーク
誘導溶接方法を実施するためのアーク誘導溶接装置の概
略構成図である。図１４において、アーク電源２９から
のアーク電圧は、電極ケーブル２３を介して溶接用トー
チ１に供給されるとともに、電極ケーブル２４を介して
テーブル２２上に配置されたワーク２に供給される。ま
た、レーザ電源２７に接続されたレーザ発振器２６から
発生されるレーザ光１６は、光ファイバー２１及び集光
ユニット１９を介してワーク２に照射される。FIG. 14 is a schematic configuration diagram of an arc induction welding apparatus for carrying out the laser light arc induction welding method of the present invention. In FIG. 14, the arc voltage from the arc power source 29 is supplied to the welding torch 1 via the electrode cable 23, and is also supplied to the work 2 arranged on the table 22 via the electrode cable 24. Further, the laser light 16 generated from the laser oscillator 26 connected to the laser power source 27 is applied to the work 2 via the optical fiber 21 and the condensing unit 19.
【００３６】集光ユニット１９は、必要に応じてオシレ
ートユニット２０により移動され、レーザ光１６がワー
ク２上で移動される。The condensing unit 19 is moved by the oscillating unit 20 as necessary, and the laser light 16 is moved on the work 2.
【００３７】これらトーチ１、集光ユニット１９、オシ
レートユニット２０は、溶接用ロボット２５に取り付け
られている。そして、コントロールユニット２８によ
り、オシレートユニット２０、テーブル２２、ロボット
２５、レーザ電源２７、アーク電源２９の動作が制御さ
れる。The torch 1, the light collecting unit 19 and the oscillating unit 20 are attached to a welding robot 25. Then, the control unit 28 controls the operations of the oscillating unit 20, the table 22, the robot 25, the laser power source 27, and the arc power source 29.
【００３８】つまり、コントロールユニット２８によ
り、上述した本発明のレーザ光によるアーク誘導溶接方
法が実行される。まず、コントロールユニット２８は、
ロボット２５を動作せるとともに、テーブル２２を移動
させてレーザ光１６がワーク２の所望の位置に照射され
る位置にワーク２を移動させる。続いて、コントロール
ユニット２８は、アーク電源２９を制御してトーチ１の
電極とワーク２との間に、パルス状又は交流電圧のアー
ク放電電圧の印加を開始させる。That is, the control unit 28 executes the above-described arc induction welding method using laser light of the present invention. First, the control unit 28
The robot 25 is operated and the table 22 is moved to move the work 2 to a position where the laser light 16 is irradiated to a desired position on the work 2. Then, the control unit 28 controls the arc power supply 29 to start the application of a pulsed or AC arc discharge voltage between the electrode of the torch 1 and the work 2.
【００３９】次に、コントロールユニット２８は、レー
ザ電源２７を制御して、レーザ発振器２６からのレーザ
光１６をワーク２に照射させる。この場合、コントロー
ルユニット２８は、オシレートユニット２０を動作さ
せ、レーザ光１６のウェービングを行う。そして、コン
トロールユニット２０は、ロボット２５、テーブル２２
の動作を制御して、ワーク２を所望の溶接線に沿って溶
接させる。Next, the control unit 28 controls the laser power source 27 to irradiate the work 2 with the laser beam 16 from the laser oscillator 26. In this case, the control unit 28 operates the oscillating unit 20 to waving the laser light 16. Then, the control unit 20 includes the robot 25 and the table 22.
Is controlled to weld the work 2 along a desired welding line.
【００４０】上述した本発明によれば、安定したアーク
溶接を狭開先内の底部及び角部の位置に正確に行う事が
可能であり、かつ、アーク放電を安定化する事ができる
レーザ光によるアーク誘導溶接装置を実現することがで
きる。According to the present invention described above, stable arc welding can be accurately performed at the positions of the bottom and corners in the narrow groove, and the laser light that can stabilize the arc discharge. The arc induction welding device can be realized.
【００４１】なお、パルス状のアーク放電電圧のパルス
間隔は、アーク放電プラズマが消失若しくは弱くなるの
に必要な時間、例えば、約コンマ数ｍｓ以上であればよ
い。The pulse interval of the pulsed arc discharge voltage may be a time required for the arc discharge plasma to disappear or weaken, for example, about a comma number ms or more.
【００４２】[0042]
【発明の効果】本発明によれば、安定したアーク溶接を
狭開先内の底部及び角部の位置に正確に行う事が可能で
あり、かつ、アーク放電を安定化する事ができるレーザ
によるアーク誘導溶接方法及び装置を実現することがで
きる。According to the present invention, it is possible to perform stable arc welding accurately at the positions of the bottom and corners in a narrow groove, and by using a laser that can stabilize the arc discharge. An arc induction welding method and apparatus can be realized.
【図１】ＴＩＧ溶接の場合におけるレーザ光によるアー
ク放電の誘導を説明する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating induction of arc discharge by laser light in the case of TIG welding.
【図２】従来の技術におけるレーザ誘導溶接の原理を説
明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the principle of laser induction welding in the conventional technique.
【図３】従来の技術におけるレーザ誘導溶接の原理を説
明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating the principle of laser induction welding in the conventional technique.
【図４】本発明の原理を説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating the principle of the present invention.
【図５】本発明の原理を説明する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating the principle of the present invention.
【図６】本発明により狭開先の底部の溶接を行っている
状態の説明図である。FIG. 6 is an explanatory view showing a state where the bottom portion of the narrow groove is welded according to the present invention.
【図７】本発明により狭開先の底部の溶接を行った状態
を示す図である。FIG. 7 is a view showing a state in which the bottom portion of the narrow groove is welded according to the present invention.
【図８】狭開先の場合において、本発明におけるレーザ
の誘導作用によりウェービングをする様子を示す図であ
る。FIG. 8 is a diagram showing how to perform waving by the guiding action of the laser in the present invention in the case of a narrow groove.
【図９】狭開先の場合において、本発明におけるレーザ
の誘導作用によりウェービングをする様子を示す図であ
る。FIG. 9 is a diagram showing how waving is performed by the guiding action of the laser in the present invention in the case of a narrow groove.
【図１０】狭開先の場合において、本発明におけるレー
ザの誘導作用によりウェービングをする様子を示す図で
ある。FIG. 10 is a diagram showing how waving is performed by the guiding action of the laser in the present invention in the case of a narrow groove.
【図１１】レーザスポットを移動する場合の一例を示す
図である。FIG. 11 is a diagram showing an example of moving a laser spot.
【図１２】レーザスポットを移動する場合の他の例を示
す図である。FIG. 12 is a diagram showing another example of moving a laser spot.
【図１３】レーザスポットを移動する場合のさらに他の
例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing still another example of moving a laser spot.
【図１４】本発明の一実施形態であるレーザアーク誘導
溶接装置の概略構成図である。FIG. 14 is a schematic configuration diagram of a laser arc induction welding apparatus that is an embodiment of the present invention.
【図１５】従来において、ＭＡＧ溶接を行う場合のウェ
ービングのようすを示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a conventional way of waving when MAG welding is performed.
【図１６】従来において、狭開先溶接を行う場合の屈曲
ワイヤーを用いたウェービングのようすを示す図であ
る。FIG. 16 is a view showing a conventional waving method using a bending wire when performing narrow groove welding.
【図１７】従来において、狭開先溶接を行う場合のトー
チ回転方式を用いたウェービングのようすを示す図であ
る。FIG. 17 is a diagram showing a conventional waving method using a torch rotation method when performing narrow groove welding.
【図１８】従来技術において、図１６に示した狭開先の
溶接を行う場合において、アーク放電が側壁に発生する
状態を示す図である。FIG. 18 is a diagram showing a state in which arc discharge is generated on the side wall when performing the welding of the narrow groove shown in FIG. 16 in the conventional technique.
【図１９】従来技術において、図１７に示した狭開先の
溶接を行う場合において、アーク放電が側壁に発生する
状態を示す図である。FIG. 19 is a diagram showing a state in which arc discharge is generated on a side wall when performing the welding of the narrow groove shown in FIG. 17 in the conventional technique.
【図２０】従来技術において、狭開先の溶接を行う場合
において、アーク放電が側壁に発生する状態を示す図で
ある。FIG. 20 is a diagram showing a state in which arc discharge is generated on a side wall when performing welding with a narrow groove in the prior art.
【図２１】従来技術において、狭開先の溶接を行う場合
において、狭開先底部が溶接されていない状態の説明図
である。FIG. 21 is an explanatory diagram of a state in which a narrow groove bottom portion is not welded when narrow groove welding is performed in the conventional technique.
１ 溶接用トーチ ２ 母材（ワーク） ３ フィラー電極 ４ アーク放電 ５ アーク放電によるプラズマ ６ フィラー屈曲用ギア ７ 溶接ビード ８ 裏あて用治具 ９ モータ １０ ベルト １１ フィラー送給ホース １２ 放電電極 １３ レーザによるプラズマ １４ 母材電極 １５ 集光レンズ １６ レーザ光 １７ ミラー １８ ヴェッジ基板 １９ 溶着金属 ２０ オシレートユニット ２１ 光ファイバー ２２ テーブル ２３、２４ 電極ケーブル ２５ ロボット ２６ レーザ発振器 ２７ レーザ電源 ２８ コントロールユニット ２９ アーク電源 1 welding torch 2 Base material (work) 3 Filler electrode 4 arc discharge 5 Plasma by arc discharge 6 Filler bending gear 7 Weld beads 8 Backing jig 9 motors 10 belts 11 Filler feeding hose 12 discharge electrodes 13 Plasma by laser 14 Base material electrode 15 Condensing lens 16 laser light 17 mirror 18 wedge board 19 Weld metal 20 oscillating units 21 optical fiber 22 tables 23, 24 electrode cable 25 robots 26 Laser oscillator 27 Laser power supply 28 Control unit 29 Arc power supply
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 光 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 株式会社 土浦工場内 (72)発明者 高谷 透 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 株式会社 土浦工場内 (56)参考文献 特開2000−107880（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−272577（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−216972（ＪＰ，Ａ) 特表 平11−509477（ＪＰ，Ａ) 米国特許5006688（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 9/09 B23K 9/073 B23K 9/167 B23K 9/173 B23K 26/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hikaru Yamamoto 650 Kazutachi-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Tsuchiura factory (72) Inventor Toru Takaya 650 Jinmachi-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Tsuchiura Plant (56) Reference JP 2000-107880 (JP, A) JP 10-272577 (JP, A) JP 10-216972 (JP, A) JP 11-509477 (JP, A) ) U.S. Pat. No. 5,006,688 (US, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) B23K 9/09 B23K 9/073 B23K 9/167 B23K 9/173 B23K 26/00
Claims (10)
溶接するアーク誘導溶接方法において、 （ａ）開先内の溶接予定位置にレーザを継続して照射
し、 （ｂ）上記レーザの照射によって継続して生起されるプ
ラズマに誘導させて、アーク電極と上記溶接予定位置と
の間にアークを放電させ、上記レーザの継続照射期間中
に周期的に電圧値が変化するアーク放電電圧を、上記ア
ーク電極と溶接予定位置との間に印加して、アーク放電
によって生起されるプラズマを消失若しくは低下させ、
上記アークを上記レーザ照射によって生起されているプ
ラズマに誘引させることを特徴とするレーザによるアー
ク誘導溶接方法。1. An arc is guided to a planned welding position in a groove,
In the arc induction welding method for welding, (a) the laser is continuously irradiated to the planned welding position in the groove, and (b) the laser is continuously generated by the laser irradiation.
Induce it to the plasma and the arc electrode and the planned welding position.
Arc during the continuous irradiation of the laser
The arc discharge voltage whose voltage value changes periodically
Arc discharge between the arc electrode and the planned welding position.
Extinguish or reduce the plasma generated by
The arc is generated by the laser irradiation.
An arc induction welding method using a laser, which is characterized in that it is induced by a plasma .
て、上記周期的に変化するアーク放電電圧は、交流電圧
であることを特徴とするレーザによるアーク誘導溶接方
法。2. A arc induction welding method according to claim 1, wherein an arc discharge voltage changes the periodic an arc induction welding how <br/> method by a laser, characterized in that an alternating voltage.
て、上記周期的に変化するアーク放電電圧は、パルス状
電圧であることを特徴とするレーザによるアーク誘導溶
接方法。3. The arc induction welding method according to claim 1, wherein the periodically changing arc discharge voltage is a pulse voltage.
て、上記パルス状電圧のパルス間隔は、０．１ｍｓ以上
であることを特徴とするレーザによるアーク誘導溶接方
法。4. The arc induction welding method according to claim 3, wherein the pulse interval of the pulsed voltage is 0.1 ms or more.
て、上記レーザを上記溶接予定位置に対して揺動するこ
とを特徴とするレーザによるアーク誘導溶接方法。5. The arc induction welding method according to claim 1, wherein the laser is swung with respect to the planned welding position.
溶接するアーク誘導溶接装置において、 上記開先内の溶接予定位置にアークを放電させるアーク
電極と、 上記アーク電極と上記溶接予定位置との間に電圧を印加
する電圧印加手段と、 上記溶接予定位置にレーザを照射するレーザ照射手段
と、 上記レーザ照射手段へのレーザの照射出力を制御する制
御信号を上記レーザ照射手段に出力するとともに、上記
レーザの照射によって継続して生起されるプラズマに誘
導させて、アーク電極と上記溶接予定位置との間にアー
クを放電させ、上記アーク電極と溶接予定位置との間に
印加されるアーク放電電圧値を、上記レーザの継続照射
期間中に周期的に変化させる制御信号を上記電圧印加手
段に出力する制御手段と、 を備え、上記レーザの継続照射期間中に、アーク放電に
よって生起されるプラズマを消失若しくは低下させ、上
記アークを上記レーザ照射によって生起されているプラ
ズマに誘引させることを特徴とするレーザによるアーク
誘導溶接装置。6. An arc is guided to a planned welding position in the groove,
In an arc induction welding apparatus for welding, an arc electrode for discharging an arc to a planned welding position in the groove, a voltage applying means for applying a voltage between the arc electrode and the planned welding position, and the planned welding position laser irradiating means for irradiating a laser beam to, control for controlling the irradiation injection force of the laser to said laser irradiation means
A control signal as well as the force output to said laser irradiation means, the
Induced by the plasma continuously generated by laser irradiation
Guide the arc electrode between the arc electrode and the planned welding position.
Between the arc electrode and the planned welding position.
Continuous irradiation of the above-mentioned laser with the applied arc discharge voltage value
The control signal that changes periodically during the period is applied to the voltage
Control means for outputting to the stage, and during the continuous irradiation period of the laser, arc discharge
Therefore, the generated plasma is extinguished or lowered, and
The arc is generated by the laser irradiation described above.
Laser arc induction welding device characterized by attracting to a Zuma .
て、上記制御手段は、上記アーク電極と上記溶接予定位
置との間にパルス状のアーク放電電圧を印加するよう
に、上記アーク電極と上記溶接予定位置とに接続される
アーク電源を制御する手段を有することを特徴とするレ
ーザによるアーク誘導溶接装置。7. The arc induction welding apparatus according to claim 6, wherein the control means applies the pulsed arc discharge voltage between the arc electrode and the planned welding position so as to apply the arc electrode and the arc electrode. An arc induction welding device using a laser, comprising means for controlling an arc power source connected to a welding planned position.
て、上記パルス状電圧のパルス間隔は、０．１ｍｓ以上
であることを特徴とするレーザによるアーク誘導溶接装
置。8. The arc induction welding apparatus according to claim 7, wherein the pulse interval of the pulsed voltage is 0.1 ms or more.
て、上記制御手段は、上記アーク電極と上記溶接予定位
置との間に交流電圧のアーク放電電圧を印加するよう
に、上記アーク電極と上記溶接予定位置とに接続される
アーク電源を制御する手段を有することを特徴とするレ
ーザによるアーク誘導溶接装置。9. The arc induction welding device according to claim 6, wherein the control means applies the arc discharge voltage of an alternating voltage between the arc electrode and the planned welding position, and the arc electrode and the arc electrode. An arc induction welding device using a laser, comprising means for controlling an arc power source connected to a welding planned position.
か一項記載のアーク誘導溶接装置において、上記レーザ
を上記溶接予定位置に対して揺動させる手段を備えるこ
とを特徴とするレーザによるアーク誘導溶接装置。10. The arc induction welding apparatus according to claim 6, further comprising means for swinging the laser with respect to the planned welding position. Laser arc induction welding equipment.
Priority Applications (7)
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