JPH06668A - レーザ溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 機械的な做い機構により、レーザ照射位置を
溶接目標位置に高精度に一致させる。 【構成】 溶接ヘッド４０をそのトーチ４１が溶接位置
出側の鉛直軸を中心として回転するように構成する。溶
接位置の入側に可動ベース５１を設ける。可動ベース５
１に被溶接材１０の突き合わせ部に係合する複数の係合
子５２，５２を取り付ける。可動ベース５１上にトーチ
４１の側へ延長するアーム５７を設け、これをトーチ４
１に連結する。突き合わせ部の側方への移動に対して、
可動ベース５１およびアーム５７が平行移動し、突き合
わせ部の直上にトーチ４１が位置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ溶接製管等に使
用されるレーザ溶接装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ溶接は、レーザ光を直径0.１ｍｍ
以下の細いビームに集光して被溶接部に照射することに
より、被溶接部を溶融接合する。この溶接法は高速で低
入熱、深溶込み、低歪の溶接が可能であり、溶接製管等
に使用されている。

【０００３】ところで、レーザ溶接では、レーザビーム
が極めて細いため、照射位置が僅かにずれても溶接不良
が発生し、そのずれの許容量は±0.３ｍｍ程度とされて
いる。一方、レーザ溶接製管では、コイルからラインへ
連続的に供給される帯材を管状に連続的にフォーミング
し、その突き合わせ部を両側からアプセットして上方か
らレーザにより溶接するわけであるが、フォーミング不
良部、コイル継ぎ部等にあっては突き合わせ部が側方へ
大きくずれ、ビームの偏位許容量をしばしば超える。そ
のため、溶接ヘッドの做い機構が必要となり、一般には
機械的な做い機構が使用されている。

【０００４】図８は従来の機械的な倣い機構を備えたレ
ーザ製管溶接装置の構成および動作を示す模式図であ
る。

【０００５】鋼帯を管状にフォーミングして得た成形管
１０は、一対のスクイズロール１１により両側からアプ
セットされ、アプセット点の僅かに手前で突き合わせ部
をレーザ溶接される。溶接装置は、集光ミラー等を内蔵
した溶接ヘッド６０を具備している。溶接ヘッド６０は
逆錘状のトーチ６１を溶接位置に上方から対向させ、溶
接位置の出側に設けた鉛直軸６２の回りをトーチ６１が
水平方向に旋回するようになっている。溶接ヘッド６０
の入側には、做いローラ７０が設けられている。做いロ
ーラ７０は、溶接前の突き合わせ部の隙間に係合し、そ
の支持部材７１が水平方向に回動自在な状態で溶接ヘッ
ド６０に取り付けられている。

【０００６】機械的な做い機構以外では、ＣＣＤ等のシ
ームセンサを用いた電気的なものが特公平３−５６１５
０号公報に開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図８に示すような機械
的な做い機構では、突き合わせ部が側方へ偏位した場合
に偏位の方向に做いローラ７０が移動し、その移動方向
にトーチ６１が鉛直軸６２を中心として旋回する。従っ
て、一応は突き合わせ部の偏位にレーザ照射位置が追従
する。

【０００８】しかし、厳密には、同図に示すように、做
いローラ７０と溶接ヘッド６０の旋回中心をつなぐ線上
にレーザ照射点Ｏが位置し、做いローラ７０から旋回中
心までの距離をＡ、レーザ照射点Ｏから旋回中心までの
距離をＢ、突き合わせ部の偏位量をＣとすれば、レーザ
照射点Ｏは、突き合わせ部上の溶接目標位置Ｏ′に対し
て、Ｃ−Ｂ・Ｃ／ＡのずれΔＣを生じる。従って、突き
合わせ部の偏位量が大きくなれば、レーザ照射位置のず
れがその許容量を超え、溶接不良を招く。

【０００９】一方、特公平３−５６１５０号公報に開示
されるような電気的な做い機構の場合は、溶接部周辺で
の粉塵、油、水、高周波等の影響、更には溶接部より生
じるスパッタ、ヒューム、熱等により、故障および誤動
作を招くおそれがある。

【００１０】本発明の目的は、レーザ照射位置を溶接目
標位置へ高精度に誘導し、しかも故障および誤動作が少
ないレーザ溶接装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のレーザ溶接装置
は、被溶接部を突き合わせて移動する被溶接材の突き合
わせ部を上方からレーザにより連続溶接するレーザ溶接
装置であって、溶接位置にトーチを対向させ、該トーチ
が溶接位置の出側に位置する鉛直軸を中心として水平方
向に自在に旋回する溶接ヘッドと、前記溶接位置の入側
に配備され、水平方向に移動自在とされた可動ベース
に、突き合わせ部の隙間に係合する係合子を突き合わせ
部に沿って複数設けると共に、前記可動ベース上から係
合子の配設線に沿って溶接ヘッドの側にアームを延出さ
せ、該アームの先端部をヘッドのトーチの回転を拘束し
ないように該トーチに連結したトーチ誘導手段とを具備
することを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明のレーザ溶接装置に具備されるトーチ誘
導手段においては、水平方向に移動自在な可動ベース
に、突き合わせ部の隙間に係合する係合子が突き合わせ
部に沿って複数設けられているので、可動ベースが突き
合わせ部の偏位の方向にその偏位量だけ平行移動する。
そのため、係合子の配設線に沿って設けたアームの先端
部も突き合わせ部の偏位の方向にその偏位量だけ平行移
動する。従って、アームの先端部に連結された溶接ヘッ
ドのトーチは、突き合わせ部の偏位に関係なく常に突き
合わせ部上に位置する。

【００１３】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。図１は本
発明を実施したレーザ溶接装置の一例についてその全体
構造を示す側面図、図２は同レーザ溶接装置の正面図で
ある。

【００１４】本実施例は、製管に使用されるレーザ溶接
装置である。被溶接材は、鋼帯を管状にフォーミングし
て得た成形管１０であり、その突き合わせ部を上に向け
て管軸方向に水平移動し、移動途中に一対のスクイズロ
ール１１，１１により突き合わせ部を衝合され、衝合中
心の手前で衝合部に上方からレーザビームを照射される
ことにより、突き合わせ部を溶接される。

【００１５】溶接装置は、図示しないレーザ発振器を具
備しており、レーザ発振器より発振させたレーザ光は水
平伝送ミラー部２０から、鉛直な伝送管３０を介して溶
接ヘッド４０に導かれる。溶接ヘッド４０は、後述する
トーチ誘導手段５０と共に、成形管１０の進行方向およ
び鉛直方向に位置調節される。

【００１６】図３は同レーザ溶接装置の主要部を拡大し
て示す側面図、図４は同主要部の平面図、図５は図３の
Ａ−Ａ線矢視図、図６は図４のＢ−Ｂ線矢視図、図７は
同レーザ溶接装置の做い動作を説明するための模式図で
ある。

【００１７】溶接ヘッド４０は、溶接位置に対向する逆
錘状のトーチ４１を有し、伝送管３０より導かれたレー
ザビームＢをミラー４２で反射しミラー４３で集光反射
してトーチ４１から出射する。この溶射ヘッド４０は、
溶接位置の出側に鉛直に設けられた伝送管３０の中心軸
の回りをトーチ４１が回転するよう、旋回自在に支持さ
れている。トーチ４１は、その入側に配備されたトーチ
誘導手段５０によって、成形管１０の突き合わせ部上に
位置合わせされる。この位置合わせのために、トーチ４
１の上端部外周面には半円状のガイド溝４４が全周にわ
たって設けられている。

【００１８】トーチ誘導手段５０は、溶接ヘッド４０に
対して、鉛直水平の両方向に移動可能とされた可動ベー
ス５１を有する。可動ベース５１には、前後一対の係合
子５２，５２が取り付けられている。係合子５２，５２
は、成形管１０の進行方向に直角な水平軸に回転自在に
支持されたローラであり、外周部が回転刃の如く尖って
溶接前の突き合わせ部の隙間に係合するようになってい
る。

【００１９】可動ベース５１上には、アーム支持軸５３
が立設されている。アーム支持軸５３は、前後に傾動す
るように下端部を軸支されるともに、支持部材５４によ
り回転を拘束されないように支持されている。支持部材
５４は、反トーチ側に配設されたガイド機構５５に連結
されている。

【００２０】ガイド機構５５は、第１ガイド５５ａによ
り支持部材５３を成形管１０の進行方向に直角な水平方
向に案内し、一対のスプリング５５ｂ，５５ｂにより中
立位置に保持する。また、フレーム５５ｃに取り付けた
第２ガイド５５ｄにより、第１ガイド５５ａを鉛直方向
に案内し、スプリング５５ｅにより第１ガイド５５ａを
下方へ押圧する。

【００２１】ガイド機構５５により、係合子５２，５２
は、成形管１０の突き合わせ部の上下動、間隔変動、両
側への移動および傾きに追従し、これらの動きに可動ベ
ース５１を追従させる。このとき、支持部材５４は、ア
ーム支持軸５３が傾かないようにこれを支持する。支持
部材５４には、溶接部から発生するスパッタが可動ベー
ス５１や係合子５２に付着するのを防ぐために、スパッ
タ遮蔽板５９がトーチ４１に面して取り付けられてい
る。

【００２２】アーム支持軸５３の上端部にはブラケット
５６が相対回転のないように取り付けられている。ブラ
ケット５６は、トーチ側に延出するアーム５７の基端部
を水平な支持軸により回転自在に支持している。アーム
５７の先端部は、トーチ４１のガイド溝４４に両側から
係合しており、その係合部５８，５８は、成形管１０の
進行方向に延び、ガイド溝４４にて水平に支持されると
共に、溶接ヘッド４０の旋回に伴うトーチ４１の回転を
阻害しないようになっている。また、係合部５８，５８
の中間位置を通る鉛直面が、係合子５２，５２の延長線
と交差するようになっている。

【００２３】本実施例においては、係合部５８，５８の
中間位置を通る鉛直面が、係合子５２，５２の延長線と
交差することにより、係合子５２，５２の延長線上にト
ーチ４１の中心線、即ちレーザ照射点が位置する。

【００２４】スクイズロール１１の入側において、成形
管１０が上下すると、係合子５２，５２が上下し、可動
ベース５１、アーム支持軸５３およびブラケット５６が
上下する。しかし、ブラケット５６に軸支されたアーム
５７は、成形管１０の進行方向に若干移動するだけで、
高さが変わらず、傾きも生じない。成形管１０の突き合
わせ部の間隔が変化した場合も、係合子５２，５２が上
下するが、アーム５７の高さは変わらず、傾きも生じな
い。従って、係合子５２，５２の上下動はレーザ照射位
置に影響を与えない。

【００２５】図７（Ｂ）に示すように、成形管１０の突
き合わせ部が側方へ移動すると、これに追従して係合子
５２，５２が側方へ移動し、これにアーム支持軸５３、
ブラケット５６およびアーム５７が追従する。アーム５
７が側方へ移動すると、アーム５７によりトーチ４１が
側方へ押され、溶接ヘッド４０が伝送管３０の中心軸を
中心として水平方向に旋回する。これにより、レーザ照
射点Ｏは係合子５２，５２の延長線上に位置し続け、そ
の延長線上に突き合わせ部があるので、突き合わせ部に
対して位置ずれを生じない。

【００２６】成形管１０の突き合わせ部が水平線に対し
て前後に傾斜した場合は、可動ベース５１は傾斜する
が、可動ベース５１に軸支された支持軸５３は傾斜しな
い。従って、その傾斜はビーム照射位置に影響を与えな
い。

【００２７】図７（Ｃ）に示すように、突き合わせ部が
水平方向に傾斜した場合は、支持軸５３を中心に可動ベ
ース５１が回転し、支持軸５３およびアーム５７が回転
する。これにより、溶接ヘッド４０が旋回し、係合子５
２，５２の延長線上にレーザ照射点Ｏが位置し続け、そ
の延長線上にある突き合わせ部に対して位置ずれを生じ
ない。

【００２８】このように、本実施例は、成形管１０の突
き合わせ部の偏位に関係なく、常に突き合わせ部にレー
ザ照射点Ｏを位置させる。従って、ビーム照射位置のず
れを許容量以下に抑えることができ、溶接不良が防止さ
れる。また、ヘッド誘導手段５０にスパッタ遮蔽板５９
を取り付けているので、スパッタによって係合子５２，
５２等の動作不良が生じるのを防止できる。

【００２９】表１は、表２の材料を溶接製管するにあた
って生じる溶接不良を、本発明溶接装置と従来の機械的
な做い機構をもつ溶接装置とで比較したものである。本
発明溶接装置の使用により溶接不良が皆無となる。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】なお、係合子５２，５２は上記実施例では
回転ローラとしているが、ピンタイプのものでもよい。

【００３３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のレーザ溶接装置は、機械式であるので、故障および誤
動作が少ない。また、機械式であるにもかかわらず、突
き合わせ部に係合する係合子を突き合わせ部に沿って複
数設け、係合子の配設線上にトーチを誘導するので、そ
の配設線上に位置する突き合わせ部にレーザを正確に照
射できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施したレーザ溶接装置の一例につい
てその全体構造を示す側面図である。

【図２】同レーザ溶接装置の正面図である。

【図３】同レーザ溶接装置の主要部を拡大して示す側面
図である。

【図４】同主要部の平面図である。

【図５】図３のＡ−Ａ線矢視図である。

【図６】図４のＢ−Ｂ線矢視図である。

【図７】同レーザ溶接装置の做い動作を説明するための
模式図である。

【図８】従来の機械的な倣い機構を備えたレーザ製管溶
接装置の構成および動作を示す模式図である。

【符号の説明】

１０ 成形管（被溶接物） １１ スクイズロール ４０ 溶接ヘッド ４１ トーチ ５０ トーチ誘導手段 ５１ 可動ベース ５２ 係合子 ５７ アーム

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被溶接部を突き合わせて移動する被溶接
   材の突き合わせ部を上方からレーザにより連続溶接する
   レーザ溶接装置であって、 溶接位置にトーチを対向させ、該トーチが溶接位置の出
   側に位置する鉛直軸を中心として水平方向に自在に旋回
   する溶接ヘッドと、 前記溶接位置の入側に配備され、水平方向に移動自在と
   された可動ベースに、突き合わせ部の隙間に係合する係
   合子を突き合わせ部に沿って複数設けると共に、前記可
   動ベース上から係合子の配設線に沿って溶接ヘッドの側
   にアームを延出させ、該アームの先端部をヘッドのトー
   チの回転を拘束しないように該トーチに連結したトーチ
   誘導手段とを具備することを特徴とするレーザ溶接装
   置。
2. 【請求項２】 前記トーチ誘導手段に、溶接ヘッドに面
   してスパッタ遮蔽板を取り付けたことを特徴とする請求
   項１に記載のレーザ溶接装置。