JPH04167987A - レーザ溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、レーザ溶接装置に係り、鋼板の溶接、特にＺ
ｎメツキ鋼板、ジンクプライマ塗付鋼板等の表面処理鋼
板の溶接、或いはアルミ材及び表面処理アルミ材の溶接
に適するレーザ溶接装置に関する。

（従来の技術及び解決しようとする課題）従来、−船釣
な突き合わせレーザー溶接法は第１図に示す要領で行わ
れている。すなわち、レーザ光９を球面レンズ３によっ
てＱ、３ｍ１１φ程度に絞り込み、これをワーク（母材
）１．２を突き合わせた溶接部１ｏに照射し、溶接部１
０を溶融させて接合する方法である。

しかし、この方法では、溶接部に目違いがあると溶は落
ちが生じたり、レーザ照射によって溶接部の化学組成が
変化するため、溶接強度が低下するなどの欠点がある。

そこで、これを解消するために、第２図に示すように、
溶接部に溶接ワイヤ８を挿入して溶は落ちや化学組成変
化を防ぐ方法が採用されることが多い。

しかし、このような方法によっても、第３図に示すよう
に、溶接ワイヤ自体に巻きぐせがあるため、溶接のため
にレーザ光を照射する幅は２〜５１程度必要となる。溶
接ワイヤの巻きぐせを解消できたとしても、ワイヤの直
径は１〜２■φあるので、０．３■φの集光スポット１
１では溶接ワイヤを十分に溶かすことができないので、
照射幅は広くとらなければならない。

照射幅を広くとる方法としては、以下のような方法があ
る。

まず、第４図に示すように、可動ミラー１２によってレ
ーザ光９をスキャンする方法があるが、可動機構を要し
、更に、球面レンズ３として特性の良いフラットフィー
ルドレンズを使用しなければならない等の制約がある。

また、第５図に示すように、固定ミラー１３とレンズ３
を同時に平行移動装置１４で振動させる方法もあるが、
装置が大がかりになる等の欠点がある。

更には、これらの第４図及び第５図に示すようなビーム
スキャンによる方法では、溶接速度を速くしようとする
と、当然スキャン周波数を上げねばならないが、高速の
スキャンを実現する方法は一般に高価になるという問題
がある。

可動部を用いないで、照射幅を広くとる別の方法として
は、第６図に示すように、球面レンズ３の焦点Ｆから離
れた位置にワーク１．２を置く方法（デイ・フォーカス
）があるが、照射幅の２乗に比例して照射光強度が低下
するため、集光スポット１１において溶接に必要なエネ
ルギーが得られない等の欠点がある。

上述の如く、溶接ワイヤを挿入しなからレーザ溶接する
方法では、レーザの照射幅を広くとる必要があるが、こ
の場合、 （１）焦点位置をずらすことなく、高い照射光強度で溶
接するためには、ビームをスキャンしなければならない
が、スキャン機構が大がかりになったり、構成部品が高
価になる。

（２）　　ビームをスキャンしないで球面レンズによっ
て照射幅を広くとるためには、焦点から離した位置にワ
ークを置かねばならないが、照射幅の２乗に比例して照
射光強度が低くなるために溶接に必要なエネルギーが得
られない。

本発明は、上記の溶接ワイヤを挿入しなからレーザ溶接
する場合の問題点を解決して、溶接に必要な照射光強度
を確保しながら簡単に照射幅を広くとることを可能にす
るレーザ溶接装置を提供することを目的とするものであ
る。

（課題を解決するための手段） 前記課題を解決するため、本発明者等は、溶接ワイヤを
挿入しなからレーザ溶接する際に用いる光学系について
鋭意研究を重ねた結果、ここに本発明をなしたものであ
る。

すなわち、本発明は、溶接ワイヤを挿入しながらレーザ
ビームにより溶接する装置において、レーザビーム系に
、非点収差を故意に発生させる光学系を設けて第１無線
及び第２無線を作り、第１無線又は第２無線を溶接部に
位置させる構成にしたことを特徴とするレーザ溶接装置
を要旨とするものである。

以下に本発明を更に詳細に説明する。

（作用） 本発明は、上述のとおり、非点収差を故意に発生させる
光学系をレーザビーム系に設けることにより、フラット
フィールドレンズや高速スキャニング部品などの高価な
構成部品や、大がかりな可動機構を用いることなく、簡
単な機構で、溶接に必要な照射光強度を確保しつつ、ワ
イヤの巻きぐせや太さの影響なしに高速の溶接を可能に
するものである。

これは、本発明で用いる非点収差が発生している光学系
の場合、第７図に示すように、その第１焦点Ｆ工又は第
２焦点Ｆ２では一般に細長い焦点ができ、無線上ではそ
の長手方向の長さ（照射幅）の１乗にのみ比例して照射
光強度が変化するために、必要な照射光強度を確保しな
がら照射幅を任意に広くとることができるためである。

したがって、レーザ溶接に際しては、照射幅に応じて、
第１無線又は第２無線のいずれかを適宜選択して溶接部
に位置させればよい。

非点収差を故意に発生させる光学系としては、種々の態
様が可能である。凹又は凸シリンドリカルレンズ、球面
レンズなどのレンズや、放物面鏡、シリンドリカルミラ
ーなどのミラーの１個又は複数個を単独で或いは組み合
わせて、第１無線、第２無線を作ることができる。

勿論、レーザビーム溶接装置の他の構成については特に
限定されない。また、突き合わせ溶接以外に他の継手形
状の溶接にも適用できる。

本発明のレーザ溶接装置は、各種の被溶接材の溶接に適
用できるが、特にＺｎメツキ鋼板、ジンクプライマ塗付
鋼板等の表面処理鋼板の溶接、或いはアルミ材及び表面
処理アルミ材の溶接に適している。

（実施例） 次に本発明の実施例を示す。

実施例１− 本例は、第８図に示すように、レーザ光９を最初に球面
レンズ３で絞り、次に凸シリンドリカルレンズ４で絞り
、第１無線Ｆ１と第２無線Ｆ、を作る構成である。その
第２無線Ｆ２に垂直にワーク１．２の溶接部１０を配置
する。そして、この溶接部］０と第２無線Ｆ２の交点に
溶接ワイヤ８を挿入し、ワークを移動させながら溶接す
る。

なお、第９図は第８図を六方向から、また第１０図はＢ
方向から見た図である。また、第１１図は無線の形を表
わしており、Ｑｌは無線長さ、Ｑ２は無線幅である。

第８図において、レーザビーム径を５０鳳■φ、球面レ
ンズ３の焦点距離ｆ１を１２７■、凸シリンドリカルレ
ンズ４の焦点距離ｆ２を３００腫膳、３と４の間隔ｄを
６Ｃ）＋ｍとすると、第２無線Ｆ２は凸シリンドリカル
レンズからＬ＝６７ｔ＋＋＋の位置にできる。この時、
第２無線Ｆ２の長さＱｌは約５ｍｍ、幅Ｑ２は約５０μ
−程度となる。レーザとして５ＫｗのＣＯ２レーザーな
どを用いると、照射光強度は約２０ＧＷ／ｍ２となる。

この光強度の下では、Ｚｎメツキ鋼板などを１５０〜３
００ｃｓ＋／■ｉｎの高速で溶接することが可能である
。

大嵐叢主 第１２図の光学系は、凸シリンドリカルレンズに代えて
凹シリンドリカルレンズ５を用いた非点収差光学系であ
る。

第１３図の光学系は、凸シリンドリカルレンズ４を２枚
用いた非点収差光学系である。

第１４図の光学系は球面レンズ３を傾けた非点収差光学
系である。

第１５図の光学系は、放物面鏡７とシリンドリカルミラ
ー６を用いた非点収差光学系である。

これらのいずれの非点収差光学系も、実施例１と同様、
第１無線Ｆ工と第２無線Ｆ２を作ることができ、任意の
照射光強度及び照射幅が得られる。

（発明の効果） 以上詳述したように１本発明によれば、簡単な構成で溶
接に必要な照射光強度を確保しながら照射幅を広くとる
ことができる。したがって、スキャン機構などの可動部
に伴う高価で複雑な構成は必要とせず、高速で良好な溶
接が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は突き合わせレーザ溶接の要領を説明する図で、
（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図であり、第２図及び第
３図は溶接ワイヤを挿入しなからレーザ溶接する要領を
説明する図で、それぞれ（ａ）は平面図、（ｂ）は断面
図であり、 第４図及び第５図はレーザビームをスキャンする方法を
説明する図、 第６図（ａ）、（ｂ）はデイ・フォーカスを説明する図
、 第７図は非点収差光学系を説明する図、第８図は非点収
差光学系の一例を説明する斜視図で、第９図は第８図の
六方向から見た図、第１０図は第８図のＢ方向から見た
図であり、第１１図は無線の形状及び寸法を説明する図
、第１２図〜第１５図はそれぞれ非点収差光学系の異な
る例を説明する図で、それぞれ（ａ）は移動方向から見
た図、（ｂ）は移動方向に直角な方向から見た図である
。 １、２・・ワーク、３・・・球面レンズ、４・・凸シリ
ンドリカルレンズ、５・凹シリンドリカルレンズ、６・
・・シリンドリカルミラー、７　・放物面鏡、８・・・
溶接ワイヤ、９・・・レーザ光、１０・・溶接部、Ｆ□
・・・第１無線、Ｆ２　第２無線。 特許出願人　　株式会社神戸製鋼所 代理人弁理士　中　　村　　　尚 ＄祖 ＜＝＝＝コ 第３図 ］Ｏ 第４図　　第５図 第６図 ］０ 第７図 区　　　　砿 〉 第１２図 （Ｇ）　　　　　　（ｂ） （Ｇ）　　　　　　（ｂ） 第１４図 （Ｇ）　　　　（ｂ） 第１５ （Ｇ） （ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 溶接ワイヤを挿入しながらレーザビームにより溶接する
   装置において、レーザビーム系に、非点収差を故意に発
   生させる光学系を設けて第１無線及び第２無線を作り、
   第１無線又は第２無線を溶接部に位置させる構成にした
   ことを特徴とするレーザ溶接装置。