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JP2023173547A - Laser arc hybrid welding apparatus - Google Patents

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JP2023173547A
JP2023173547A JP2022085877A JP2022085877A JP2023173547A JP 2023173547 A JP2023173547 A JP 2023173547A JP 2022085877 A JP2022085877 A JP 2022085877A JP 2022085877 A JP2022085877 A JP 2022085877A JP 2023173547 A JP2023173547 A JP 2023173547A
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Japan
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laser
welding
torch
arc
welding wire
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JP2022085877A
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Japanese (ja)
Inventor
智也 浅山
Tomoya Asayama
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Daihen Corp
Original Assignee
Daihen Corp
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Publication date
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Abstract

To provide a laser arc hybrid welding apparatus capable of efficiently preheating a weld wire and suppressing complication of a construction of the apparatus.SOLUTION: A laser arc hybrid welding apparatus 1 includes: a welding torch 10 for welding a parent material 2 by generating arch 25 between the parent material 2 and a weld wire 20; and a laser torch 40 radiating a first laser 51 toward an area separated in a travelling direction of welding rather than an area in which the welding torch 10 generates the arc 25 in the parent material 2, and radiating a second laser 52 toward the weld wire 20. An area to which the first laser 51 is radiated by the laser torch 40 is welded by the welding torch 10.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、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 device.

従来の溶接装置としては、溶接対象となる母材の溶接領域に対して、溶接速度に応じた供給速度で溶接ワイヤを供給し、その溶接ワイヤを溶融させることにより溶接を行なう溶接装置がある。 As a conventional welding apparatus, there is a welding apparatus that performs welding by supplying a welding wire to a welding area of a base material to be welded at a supply speed corresponding to a welding speed and melting the welding wire.

溶接ワイヤを供給するワイヤ供給装置を備えた従来の溶接装置としては、レーザ照射装置と非消耗電極による電気アーク溶接機とを用いて溶接を行なう場合に、レーザと電気アークとで得られた共通溶融池内に予熱された溶接ワイヤを供給するハイブリッド溶接システムがあった(特許文献1)。 Conventional welding equipment equipped with a wire supply device that supplies welding wire has a common property between laser and electric arc when welding is performed using a laser irradiation device and an electric arc welding machine with non-consumable electrodes. There has been a hybrid welding system that supplies a preheated welding wire into a molten pool (Patent Document 1).

このようなハイブリッド溶接システムでは、高速溶接に対応して高速で溶接ワイヤを溶融させることなどの目的で、溶接ワイヤを予熱して供給することが行なわれる。溶接ワイヤの予熱は、溶接ワイヤの金属の電気抵抗値を利用した抵抗加熱で加熱しているものと考えられる。 In such a hybrid welding system, welding wire is preheated and supplied in order to melt the welding wire at high speed in order to correspond to high-speed welding. It is thought that the welding wire is preheated by resistance heating using the electrical resistance value of the metal of the welding wire.

なお、レーザ照射を溶接に用いる従来の溶接装置としては、例えば、フィラー金属レーザビームおよび溶接レーザビームの2つのレーザビームを用いる溶接装置がある(特許文献2)。 As a conventional welding device that uses laser irradiation for welding, for example, there is a welding device that uses two laser beams, a filler metal laser beam and a welding laser beam (Patent Document 2).

特表2015-526295号公報Special Publication No. 2015-526295 特表2018-537288号公報Special table 2018-537288 publication

しかし、特許文献1に記載されたような従来の溶接装置においては、溶接ワイヤが抵抗発熱により予熱される構成であるので、次のような問題があった。 However, in the conventional welding apparatus as described in Patent Document 1, the welding wire is preheated by resistance heat generation, so there are the following problems.

特許文献1の溶接装置では、例えばアルミニウムなど電気抵抗値が低い金属を用いる溶接ワイヤについては十分に予熱することができないという問題があった。また、特許文献1の溶接装置では、電源装置として、溶接をするための溶接電源装置に加え、予熱をするための予熱電源装置を備える必要があり、溶接装置の構成が複雑化するという問題があった。 The welding apparatus of Patent Document 1 has a problem in that it is not possible to sufficiently preheat a welding wire using a metal with a low electrical resistance value, such as aluminum. In addition, the welding device of Patent Document 1 requires a preheating power source device for preheating in addition to a welding power source device for welding, resulting in a problem that the configuration of the welding device becomes complicated. there were.

本開示は、溶接ワイヤを効率的に予熱することができ、装置の構成の複雑化を抑制することができるレーザアークハイブリッド溶接装置を提供することを目的とする。 An object of the present disclosure is to provide a laser-arc hybrid welding device that can efficiently preheat a welding wire and suppress the complexity of the configuration of the device.

本開示は、レーザアークハイブリッド溶接装置に関する。レーザアークハイブリッド溶接装置は、母材と溶接ワイヤとの間にアークを発生させて母材を溶接する溶接トーチと、母材において溶接トーチがアークを発生させる領域よりも溶接の進行方向に離隔した領域に向けて第1レーザを照射し、溶接ワイヤに向けて第2レーザを照射するレーザトーチとを備え、レーザトーチにより第1レーザが照射された領域を溶接トーチにより溶接する。 The present disclosure relates to a laser-arc hybrid welding device. Laser-arc hybrid welding equipment includes a welding torch that welds the base metal by generating an arc between the base metal and the welding wire, and a welding torch that welds the base metal by generating an arc between the base metal and the welding wire. The welding torch includes a laser torch that irradiates a region with a first laser beam and a welding wire with a second laser beam, and welds the region irradiated with the first laser beam with the laser torch.

本開示のレーザアークハイブリッド溶接装置によれば、溶接トーチがアークを発生させる領域よりも溶接の進行方向に離隔した領域に向けて第1レーザを照射し、溶接ワイヤに向けて第2レーザを照射するので、溶接ワイヤに直接的に照射される第2レーザによって溶接ワイヤを効率的に予熱することができ、装置の構成の複雑化を抑制することができる。 According to the laser-arc hybrid welding device of the present disclosure, the welding torch irradiates the first laser toward an area that is more distant in the welding progress direction than the area where the arc is generated, and the second laser irradiates toward the welding wire. Therefore, the welding wire can be efficiently preheated by the second laser beam that is directly irradiated onto the welding wire, and it is possible to suppress the complexity of the configuration of the device.

実施の形態1に係るレーザアークハイブリッド溶接装置の構成を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing the configuration of a laser arc hybrid welding apparatus according to a first embodiment. 実施の形態1に係るレーザアークハイブリッド溶接装置におけるレーザの照射部分の構成を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a laser irradiation part in the laser arc hybrid welding apparatus according to the first embodiment. 実施の形態1に係るレーザアークハイブリッド溶接装置によって母材が溶接されている状態を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing a state in which base metals are welded by the laser arc hybrid welding device according to the first embodiment. 実施の形態2に係るレーザアークハイブリッド溶接装置におけるレーザの照射部分の構成を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a laser irradiation part in a laser arc hybrid welding device according to a second embodiment.

以下、本発明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。以下では、複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成を適宜組み合わせることは出願当初から予定されている。なお、図中同一また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。 Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. Although a plurality of embodiments will be described below, it has been planned from the beginning of the application to appropriately combine the configurations described in each embodiment. In addition, the same reference numerals are attached to the same or corresponding parts in the drawings, and the description thereof will not be repeated.

[実施の形態1]
図1は、実施の形態1に係るレーザアークハイブリッド溶接装置1の構成を示す概略図である。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a laser arc hybrid welding apparatus 1 according to the first embodiment.

図1に示すように、実施の形態1に係る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。 As shown in FIG. 1, a laser arc hybrid welding device 1 according to the first embodiment includes a welding torch 10, a welding power supply device 30, a laser torch 40, and a laser oscillation device 60.

レーザアークハイブリッド溶接装置1は、金属同士の接合に使用される。レーザアークハイブリッド溶接装置1によって、接合される母材2の一方と他方とが、突き合わせ溶接継手または重ね隅肉溶接継手などにより被接合部3において接合される。 The laser arc hybrid welding device 1 is used for joining metals together. By the laser arc hybrid welding apparatus 1, one and the other of the base materials 2 to be joined are joined at the welded part 3 by a butt weld joint, a lap fillet weld joint, or the like.

母材2は、例えば、亜鉛めっき鋼板により構成されている。なお、母材2は、亜鉛めっき鋼板に限定されず、アルミニウム、マグネシウムもしくはチタン、またはこれらの合金などの金属によって構成されてもよい。 The base material 2 is made of, for example, a galvanized steel plate. Note that the base material 2 is not limited to a galvanized steel plate, and may be made of metal such as aluminum, magnesium, titanium, or an alloy thereof.

溶接トーチ10および溶接電源装置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、母材2に向けて、消耗電極である溶接ワイヤ20、および、図示しないシールドガスを供給する。溶接トーチ10は、溶接時に消耗する溶接ワイヤ20を補うために、溶接速度に応じた速度で溶接ワイヤ20を送り出すワイヤ供給部と、シールドガスを供給するガス供給部とを含む。 Welding torch 10 and welding power supply device 30 are devices for performing arc welding. The welding torch 10 supplies a welding wire 20, which is a consumable electrode, and a shielding gas (not shown) toward the base material 2. Welding torch 10 includes a wire supply section that feeds out welding wire 20 at a speed corresponding to the welding speed and a gas supply section that supplies shielding gas to compensate for welding wire 20 that is consumed during welding.

溶接電源装置30は、アーク溶接を行なうための溶接電圧および溶接電流を生成し、生成された溶接電圧およ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の送り速度を制御する。 Welding power supply device 30 generates a welding voltage and welding current for performing arc welding, and outputs the generated welding voltage and welding current to welding torch 10. Further, the welding power supply device 30 controls the feeding speed of the welding wire 20 in the welding torch 10.

溶接トーチ10は、溶接電源装置30から溶接電圧および溶接電流の供給を受け、溶接ワイヤ20の先端部と母材2における被接合部3との間にアーク25を発生させて被接合部3を溶接する。 The welding torch 10 receives welding voltage and welding current from the welding power supply device 30, generates an arc 25 between the tip of the welding wire 20 and the welded part 3 of the base metal 2, and welds the welded part 3. Weld.

溶接トーチ10による溶接中においては、溶接ワイヤ20が消耗するので、ワイヤ供給部から溶接ワイヤ20が送り出され、送り出された溶接ワイヤ20の先端と母材2との間にアーク25が発生する。さらに、溶接トーチ10による溶接中においては、ガス供給部から供給されるアルゴンガスまたは炭酸ガスなどのシールドガスが母材2に向けて供給される。このように、溶接トーチ10による溶接では、シールドガスがアーク25の周辺に供給されることにより、母材2の溶融金属が空気と反応することが防がれる。 During welding with the welding torch 10, the welding wire 20 is consumed, so the welding wire 20 is fed out from the wire supply section, and an arc 25 is generated between the tip of the fed out welding wire 20 and the base metal 2. Furthermore, during welding by the welding torch 10, a shielding gas such as argon gas or carbon dioxide gas supplied from the gas supply section is supplied toward the base material 2. In this way, in welding with the welding torch 10, the shielding gas is supplied around the arc 25, thereby preventing the molten metal of the base material 2 from reacting with air.

レーザトーチ40は、レーザアークハイブリッド溶接装置1に少なくとも1つ設けられている。実施の形態1において、レーザトーチ40は、レーザアークハイブリッド溶接装置1に1つ設けられている。 At least one laser torch 40 is provided in the laser arc hybrid welding device 1 . In the first embodiment, one laser torch 40 is provided in the laser arc hybrid welding device 1 .

レーザトーチ40およびレーザ発振装置60は、第1レーザ51および第2レーザ52を照射するための機器である。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、母材2の被接合部3に向けて第1レーザ51を照射し、溶接トーチ10の溶接ワイヤ20に向けて第2レーザ52を照射する。 The laser torch 40 and the laser oscillation device 60 are devices for irradiating the first laser 51 and the second laser 52. The laser torch 40 receives laser light from the laser oscillator 60, emits a first laser 51 toward the welded part 3 of the base material 2, and emits a second laser 52 toward the welding wire 20 of the welding torch 10. irradiate.

このように、レーザトーチ40は、母材2において溶接トーチ10がアーク25を発生させる領域よりも溶接の進行方向(DR1)に離隔した領域に向けて第1レーザ51を照射し、溶接ワイヤ20に向けて第2レーザ52を照射する。 In this way, the laser torch 40 irradiates the welding wire 20 with the first laser 51 toward a region of the base metal 2 that is farther away in the welding direction (DR1) than the region where the welding torch 10 generates the arc 25. The second laser 52 is irradiated toward the target.

レーザトーチ40は、母材2の被接合部3に向けて第1レーザ51を照射することにより、被接合部3を加熱して溶融させる。レーザトーチ40は、溶接ワイヤ20に向けて第2レーザ52を照射することに応じて溶接ワイヤ20を加熱することにより溶接ワイヤ20を予熱する。 The laser torch 40 heats and melts the welded part 3 by irradiating the first laser 51 toward the welded part 3 of the base material 2 . Laser torch 40 preheats welding wire 20 by heating welding wire 20 in response to irradiating second laser 52 toward welding wire 20 .

レーザアークハイブリッド溶接装置1では、第1レーザ51を第1母材4と第2母材5との被接合部3に照射して第1母材4および第2母材5を溶融させつつ、第2レーザ52の照射により予熱された溶接ワイヤ20と、被接合部3との間にアーク25を発生させることにより、第1母材4と第2母材5とを接合する溶接が行なわれる。このように、レーザアークハイブリッド溶接装置1では、レーザトーチ40により第1レーザ51が照射されて溶融した領域を溶接トーチ10により溶接する。 In the laser-arc hybrid welding device 1, the first laser 51 is irradiated to the welded part 3 of the first base material 4 and the second base material 5 to melt the first base material 4 and the second base material 5, and Welding is performed to join the first base material 4 and the second base material 5 by generating an arc 25 between the welding wire 20, which has been preheated by irradiation with the second laser 52, and the part to be welded 3. . In this way, in the laser arc hybrid welding device 1, the welding torch 10 welds the region that is irradiated with the first laser 51 by the laser torch 40 and melted.

図2は、実施の形態1に係るレーザアークハイブリッド溶接装置1におけるレーザの照射部分の構成を示す概略図である。図2においては、発明の理解を容易にするために、アーク溶接に係る構成については図示していない。 FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a laser irradiation part in the laser arc hybrid welding apparatus 1 according to the first embodiment. In FIG. 2, a configuration related to arc welding is not illustrated in order to facilitate understanding of the invention.

図2に示すように、実施の形態1に係るレーザトーチ40は、レーザを所望のビームパターンに加工する回折光学素子(DOE:Diffractive Optical Element)41を含む。回折光学素子41は、レーザの分岐、レーザが照射される照射領域の形状の調整、および、レーザの照射範囲の広さの調整などをする機能を有する。レーザトーチ40には、レーザの照射範囲の広さの調整などをするレンズが設けられてもよい。 As shown in FIG. 2, the laser torch 40 according to the first embodiment includes a diffractive optical element (DOE) 41 that processes the laser into a desired beam pattern. The diffractive optical element 41 has functions such as branching the laser beam, adjusting the shape of the irradiation area to which the laser beam is irradiated, and adjusting the width of the laser irradiation range. The laser torch 40 may be provided with a lens for adjusting the width of the laser irradiation range.

回折光学素子41は、レーザ発振装置60から出力されたレーザ光が通過するようにレーザトーチ40に配置される。回折光学素子41を通過したレーザ光は、第1レーザ51および第2レーザ52の2つのレーザ光に分岐される。 The diffractive optical element 41 is arranged on the laser torch 40 so that the laser beam output from the laser oscillation device 60 passes therethrough. The laser beam that has passed through the diffractive optical element 41 is branched into two laser beams, a first laser 51 and a second laser 52.

第1レーザ51は、レーザトーチ40から、母材2を構成する第1母材4と第2母材5との被接合部3に向けて照射され、被接合部3の表面において円形状の第1照射領域71を形成する。第1レーザ51は、円形状の第1照射領域71が縮小されるように母材2に向かってフォーカスされる。第1レーザ51のフォーカスは、回折光学素子41により行なってもよく、レンズを用いて行なってもよい。 The first laser 51 is irradiated from the laser torch 40 toward the welded portion 3 of the first base material 4 and the second base material 5 that constitute the base material 2, and is emitted from a circular laser beam on the surface of the welded portion 3. 1 irradiation area 71 is formed. The first laser 51 is focused toward the base material 2 so that the circular first irradiation area 71 is reduced. Focusing of the first laser 51 may be performed using the diffractive optical element 41 or may be performed using a lens.

なお、第1レーザ51は、母材2に向かってフォーカスされるものであればよく、第1照射領域71は、円形状に限らず、状楕円形状または矩形状などのその他の形状であってもよい。 Note that the first laser 51 only needs to be focused toward the base material 2, and the first irradiation area 71 is not limited to a circular shape, but may have other shapes such as an elliptical shape or a rectangular shape. Good too.

第2レーザ52は、レーザトーチ40から、母材2の上方に位置する溶接ワイヤ20に向けて照射され、矩形状の第2照射領域72を形成する。第2レーザ52は、図1に示す溶接トーチ10を平面視した場合に少なくとも溶接ワイヤ20の延在方向に照射範囲が拡大されるように溶接ワイヤ20に向かってデフォーカスされる。第2レーザ52のデフォーカスは、回折光学素子41により行なってもよく、レンズを用いて行なってもよい。 The second laser 52 is irradiated from the laser torch 40 toward the welding wire 20 located above the base material 2 to form a rectangular second irradiation area 72 . The second laser 52 is defocused toward the welding wire 20 so that the irradiation range is expanded at least in the extending direction of the welding wire 20 when the welding torch 10 shown in FIG. 1 is viewed from above. Defocusing of the second laser 52 may be performed using the diffractive optical element 41 or may be performed using a lens.

第1レーザ51はフォーカスされ、第2レーザ52はデフォーカスされるので、第2レーザ52の方が、第2レーザ52の方が、第1レーザ51よりも照射範囲が拡大される。 Since the first laser 51 is focused and the second laser 52 is defocused, the irradiation range of the second laser 52 is expanded more than that of the first laser 51.

なお、第2レーザ52は、溶接ワイヤ20を照射できるものであり、溶接ワイヤ20に向かってデフォーカスされるものであればよく、第1照射領域71は、矩形状に限らず、円形状または楕円形状などのその他の形状であってもよい。また、第2レーザ52の照射範囲の拡大方向は、溶接ワイヤ20の延在方向と溶接ワイヤ20の幅方向との両方向であってもよい。つまり、第2レーザ52の照射範囲の拡大方向は、少なくとも溶接ワイヤ20の延在方向であればよい。 The second laser 52 may be any laser that can irradiate the welding wire 20 and be defocused toward the welding wire 20, and the first irradiation area 71 is not limited to a rectangular shape but may be circular or Other shapes such as an elliptical shape may also be used. Further, the direction in which the irradiation range of the second laser 52 is expanded may be both in the extending direction of the welding wire 20 and in the width direction of the welding wire 20. That is, the direction in which the irradiation range of the second laser 52 is expanded may be at least in the direction in which the welding wire 20 extends.

第1レーザ51および第2レーザ52の出力は、回折光学素子41によって任意に設定することができる。例えば、第1レーザ51の出力と、第2レーザ52の出力とは、同じであってもよく、異なってもよい。第2レーザ52の出力は、溶接ワイヤ20の材質により異なるようにしてもよい。 The outputs of the first laser 51 and the second laser 52 can be arbitrarily set by the diffractive optical element 41. For example, the output of the first laser 51 and the output of the second laser 52 may be the same or different. The output of the second laser 52 may vary depending on the material of the welding wire 20.

図3は、実施の形態1に係るレーザアークハイブリッド溶接装置1によって母材2が溶接されている状態を示す平面図である。 FIG. 3 is a plan view showing a state in which the base metal 2 is welded by the laser arc hybrid welding apparatus 1 according to the first embodiment.

図3に示すように、アーク25が発生させられる溶接ワイヤ20は、第2レーザ52が照射されることにより予熱される。第2レーザ52は、図1に示す溶接トーチ10を平面視した場合に溶接ワイヤ20の延在方向に照射範囲が拡大されるようにデフォーカスされる。これにより、溶接ワイヤ20は、第2レーザ52が直接的に照射されるとともに、溶接ワイヤ20の長さ方向の広範囲にわたって第2レーザ52が照射されるので、効率良く加熱されて予熱される。このように予熱された溶接ワイヤ20からアーク25が発生することにより、溶接ワイヤ20が溶融しやすくなる。 As shown in FIG. 3, the welding wire 20 on which the arc 25 is generated is preheated by being irradiated with the second laser 52. The second laser 52 is defocused so that the irradiation range is expanded in the extending direction of the welding wire 20 when the welding torch 10 shown in FIG. 1 is viewed from above. Thereby, the welding wire 20 is irradiated directly with the second laser 52 and is irradiated with the second laser 52 over a wide range in the length direction of the welding wire 20, so that the welding wire 20 is efficiently heated and preheated. As the arc 25 is generated from the preheated welding wire 20 in this manner, the welding wire 20 is easily melted.

図3に示すように、第1母材4および第2母材5では、被接合部3に対して、溶接進行方向(DR1方向)に沿って第2レーザ52の照射による溶融、および、アーク25による溶接が行なわれる。これにより、被接合部3では、溶接進行方向(DR1方向)に沿って溶融池90が形成されつつ、第1母材4と第2母材5とが接合される。溶融池90は、溶接の進行方向に直交する方向(DR2方向)に略一定の幅で形成される。 As shown in FIG. 3, in the first base material 4 and the second base material 5, the welded part 3 is melted by irradiation with the second laser 52 along the welding progress direction (DR1 direction), and arc Welding according to No. 25 is performed. As a result, in the welded portion 3, the first base material 4 and the second base material 5 are joined while a molten pool 90 is formed along the welding progress direction (DR1 direction). The molten pool 90 is formed with a substantially constant width in a direction (DR2 direction) perpendicular to the welding progress direction.

母材2を溶接する際に、第1レーザ51の照射位置である第1照射領域71、アーク25の発生位置、および、第2レーザ52の照射位置である第2照射領域72は、溶接進行方向(DR1方向)においてこの順に並んでいる。アーク溶接に先行して第1レーザ51で第1母材4および第2母材5を溶融させることによって、アーク溶接を安定化させることができる。なお、溶接進行方向(DR1方向)における第1レーザ51の第1照射領域71とアーク25との距離は、例えば、2mm以上3mm以下である。 When welding the base metal 2, the first irradiation area 71, which is the irradiation position of the first laser 51, the generation position of the arc 25, and the second irradiation area 72, which is the irradiation position of the second laser 52, are They are arranged in this order in the direction (DR1 direction). By melting the first base material 4 and the second base material 5 with the first laser 51 prior to arc welding, arc welding can be stabilized. Note that the distance between the first irradiation area 71 of the first laser 51 and the arc 25 in the welding progress direction (DR1 direction) is, for example, 2 mm or more and 3 mm or less.

レーザアークハイブリッド溶接装置1では、レーザトーチ40が、第1レーザ51を第1母材4および第2母材5の被接合部3に照射して第1母材4および第2母材5を溶融させることに加えて、第2レーザ52を溶接ワイヤ20に照射して溶接ワイヤ20を予熱するので、溶接ワイヤ20を予熱するための予熱電源装置を備える必要がない。 In the laser arc hybrid welding device 1, the laser torch 40 irradiates the welded parts 3 of the first base material 4 and the second base material 5 with a first laser 51 to melt the first base material 4 and the second base material 5. In addition, since the welding wire 20 is preheated by irradiating the welding wire 20 with the second laser 52, there is no need to provide a preheating power supply device for preheating the welding wire 20.

以上に説明した構成のレーザアークハイブリッド溶接装置1では、レーザトーチ40から第2レーザ52を溶接ワイヤ20に照射して溶接ワイヤ20を予熱するので、溶接ワイヤ20に直接的に照射される第2レーザによって溶接ワイヤ20を効率的に予熱することができ、さらに、予熱電源装置を新たに備える場合と比べて、装置の構成の複雑化を抑制することができる。また、レーザアークハイブリッド溶接装置1では、第2レーザによって溶接ワイヤを効率的に予熱することができるので、例えば高速溶接をする場合に、溶接速度に対応して溶接ワイヤ20を容易に溶融させることができ、溶接速度に対応した速度で溶接ワイヤ20を供給することができる。そして、このように溶接速度に対応した速度で溶接ワイヤ20を供給することができるので、溶接トーチ10を用いたアーク溶接を安定して実行することができる。また、このように安定した溶接が実行できることにより、高速溶接におけるロバスト性を向上させることができる。 In the laser arc hybrid welding device 1 having the configuration described above, the welding wire 20 is irradiated with the second laser 52 from the laser torch 40 to preheat the welding wire 20, so the second laser 52 is irradiated directly onto the welding wire 20. This allows the welding wire 20 to be efficiently preheated, and furthermore, it is possible to suppress the complexity of the device configuration compared to the case where a preheating power supply device is newly provided. Further, in the laser-arc hybrid welding device 1, the welding wire can be efficiently preheated by the second laser, so when performing high-speed welding, for example, the welding wire 20 can be easily melted in accordance with the welding speed. The welding wire 20 can be supplied at a speed corresponding to the welding speed. Since the welding wire 20 can be supplied at a speed corresponding to the welding speed in this way, arc welding using the welding torch 10 can be performed stably. Moreover, by being able to perform stable welding in this way, robustness in high-speed welding can be improved.

実施の形態1のレーザアークハイブリッド溶接装置1では、以下のような溶接条件で母材2を溶接した場合に、以下のような溶接結果が得られた。 In the laser arc hybrid welding apparatus 1 of the first embodiment, when the base metal 2 was welded under the following welding conditions, the following welding results were obtained.

レーザトーチ40による第1レーザ51の照射形状を直径0.2mmのスポット径として第1レーザ51を母材2の表面に照射可能とした。また、レーザトーチ40による第2レーザ52の照射形状を直径2mmのスポット径として第2レーザ52を溶接ワイヤ20に照射可能とした。溶接トーチ10による溶接は、溶接ワイヤ20として直径1.6mmのA4043ワイヤを送り出す制御をする短絡移行溶接法で行なった。このような溶接条件において、第2レーザ52を溶接ワイヤ20に照射しないことにより溶接ワイヤ20を予熱せずに溶接をした場合は、150Aの溶接電流に対して5m/minのワイヤ送給速度で溶接を行なうことができた。これに対し、第2レーザ52を2KWのレーザ出力で溶接ワイヤ20に照射して溶接ワイヤ20を予熱しながら溶接をした場合は、150Aの溶接電流に対して13m/minのワイヤ送給速度で溶接を行なうことができた。これにより、第2レーザ52で溶接ワイヤ20を予熱した場合には、第2レーザ52で溶接ワイヤ20を予熱しない場合と比べて、ワイヤ送給速度を8m/min向上させることができた。 The irradiation shape of the first laser 51 by the laser torch 40 was set to a spot diameter of 0.2 mm so that the first laser 51 could be irradiated onto the surface of the base material 2. Further, the irradiation shape of the second laser 52 by the laser torch 40 was set to have a spot diameter of 2 mm so that the welding wire 20 could be irradiated with the second laser 52 . Welding using the welding torch 10 was performed by a short-circuit transition welding method in which an A4043 wire with a diameter of 1.6 mm was controlled to be sent out as the welding wire 20. Under such welding conditions, if welding is performed without preheating the welding wire 20 by not irradiating the welding wire 20 with the second laser 52, welding is performed at a wire feeding speed of 5 m/min for a welding current of 150 A. I was able to do some welding. On the other hand, when welding is performed while preheating the welding wire 20 by irradiating the welding wire 20 with the second laser 52 at a laser output of 2KW, the wire feeding speed is 13m/min for a welding current of 150A. I was able to do some welding. As a result, when the welding wire 20 was preheated by the second laser 52, the wire feeding speed could be increased by 8 m/min compared to the case where the welding wire 20 was not preheated by the second laser 52.

[実施の形態2]
実施の形態2では、実施の形態1で説明したレーザトーチ40の代わりに、第1レーザ51を照射する第1レーザトーチ421と、第2レーザ52を照射する第2レーザトーチ422とを含むレーザトーチ42を備えるレーザアークハイブリッド溶接装置1Aについて説明する。
[Embodiment 2]
In the second embodiment, instead of the laser torch 40 described in the first embodiment, a laser torch 42 including a first laser torch 421 that emits a first laser 51 and a second laser torch 422 that emits a second laser 52 is provided. The laser arc hybrid welding device 1A will be explained.

図4は、実施の形態2に係るレーザアークハイブリッド溶接装置1Aにおけるレーザの照射部分の構成を示す概略図である。なお、図4においては、発明の理解を容易にするため、アーク溶接に係る構成については図示していない。 FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of a laser irradiation part in a laser arc hybrid welding apparatus 1A according to the second embodiment. Note that, in FIG. 4, the configuration related to arc welding is not illustrated in order to facilitate understanding of the invention.

図4に示すように、レーザアークハイブリッド溶接装置1Aは、第1レーザ発振装置61と、第2レーザ発振装置62と、レーザトーチ42とを備える。レーザトーチ42は、第1レーザトーチ421と、第2レーザトーチ422との2つのレーザトーチを含む。 As shown in FIG. 4, the laser arc hybrid welding device 1A includes a first laser oscillation device 61, a second laser oscillation device 62, and a laser torch 42. The laser torch 42 includes two laser torches, a first laser torch 421 and a second laser torch 422.

第1レーザ発振装置61からレーザ光が出力され、第1レーザトーチ421を通過することにより、第1レーザ51が母材2に照射される。また、第2レーザ発振装置62からレーザ光が出力され、第2レーザトーチ422を通過することにより、第2レーザ52が溶接ワイヤ20に照射される。 Laser light is output from the first laser oscillation device 61 and passes through the first laser torch 421, whereby the base material 2 is irradiated with the first laser 51. Further, a laser beam is output from the second laser oscillation device 62 and passes through the second laser torch 422, so that the welding wire 20 is irradiated with the second laser 52.

第1レーザトーチ421は、第1回折光学素子43を含む。第1回折光学素子43は、第1レーザ発振装置61から出力されたレーザ光が通過して、第1レーザ51として出力されるように第1レーザトーチ421に配置される。第1レーザ51は、第1回折光学素子43から母材2に向かって、実施の形態1と同様にフォーカスされる態様で照射される。なお、第1レーザトーチ421は、第1回折光学素子43の代わりに、第1レーザ51をフォーカスすることが可能なレンズを備えてもよい。 The first laser torch 421 includes a first diffractive optical element 43 . The first diffractive optical element 43 is arranged on the first laser torch 421 so that the laser beam output from the first laser oscillation device 61 passes therethrough and is output as the first laser 51 . The first laser 51 is irradiated from the first diffractive optical element 43 toward the base material 2 in a focused manner as in the first embodiment. Note that the first laser torch 421 may include a lens capable of focusing the first laser 51 instead of the first diffractive optical element 43.

第2レーザトーチ422は、第2回折光学素子44を含む。第2回折光学素子44は、第2レーザ発振装置62から出力されたレーザ光が通過して、第2レーザ52として出力されるように第2レーザトーチ422に配置される。第2レーザ52は、第2回折光学素子44から溶接ワイヤ20に向かって、実施の形態1と同様にデフォーカスされる態様で照射される。なお、第2レーザトーチ422は、第2回折光学素子44の代わりに、第1レーザ51をデフォーカスすることが可能なレンズを備えてもよい。 The second laser torch 422 includes a second diffractive optical element 44 . The second diffractive optical element 44 is arranged on the second laser torch 422 so that the laser light output from the second laser oscillation device 62 passes therethrough and is output as the second laser 52 . The second laser 52 is irradiated from the second diffractive optical element 44 toward the welding wire 20 in a defocused manner as in the first embodiment. Note that the second laser torch 422 may include a lens capable of defocusing the first laser 51 instead of the second diffractive optical element 44.

このような実施の形態2のレーザアークハイブリッド溶接装置1Aにおいては、実施の形態1のレーザアークハイブリッド溶接装置1で得られる効果と同様の効果を得ることができる。 In such a laser arc hybrid welding apparatus 1A of the second embodiment, the same effects as those obtained with the laser arc hybrid welding apparatus 1 of the first embodiment can be obtained.

次に、以上に説明した実施の形態1,2のレーザアークハイブリッド溶接装置1,1Aにより得られる主な効果をまとめて説明する。 Next, the main effects obtained by the laser arc hybrid welding apparatuses 1 and 1A of the first and second embodiments described above will be summarized.

以上に説明した実施の形態1,2のレーザアークハイブリッド溶接装置1,1Aによれば、図1および図4に示すように、レーザトーチ40,42から第2レーザ52を溶接ワイヤ20に照射して溶接ワイヤ20を予熱することにより、溶接ワイヤに直接的に照射される第2レーザによって溶接ワイヤ20を効率的に予熱することができ、さらに、装置の構成の複雑化を抑制することができる。 According to the laser-arc hybrid welding devices 1 and 1A of the first and second embodiments described above, as shown in FIGS. 1 and 4, the welding wire 20 is irradiated with the second laser 52 from the laser torches 40 and 42. By preheating the welding wire 20, the welding wire 20 can be efficiently preheated by the second laser beam directly irradiated to the welding wire, and furthermore, the complexity of the configuration of the device can be suppressed.

さらに、実施の形態1,2のレーザアークハイブリッド溶接装置1,1Aによれば、レーザトーチ40,42において、図3に示すように、第1レーザ51の照射範囲よりも第2レーザ52の照射範囲を拡大したことにより、溶接ワイヤ20をより効率的に予熱することができる。 Furthermore, according to the laser arc hybrid welding apparatuses 1 and 1A of the first and second embodiments, in the laser torches 40 and 42, as shown in FIG. By enlarging the welding wire 20, it is possible to preheat the welding wire 20 more efficiently.

さらに、実施の形態1,2のレーザアークハイブリッド溶接装置1,1Aによれば、図3に示すように、レーザトーチ40,42は、溶接トーチ10を平面視した場合において、第2レーザ52の照射範囲を少なくとも溶接ワイヤの延在方向に拡大するので、溶接ワイヤ20をより一層効率的に予熱することができる。 Furthermore, according to the laser arc hybrid welding apparatuses 1 and 1A of the first and second embodiments, as shown in FIG. Since the range is expanded at least in the extending direction of the welding wire, the welding wire 20 can be preheated even more efficiently.

さらに、実施の形態1のレーザアークハイブリッド溶接装置1によれば、図2に示すように、レーザトーチ40は、レーザ光を第1レーザ51と第2レーザ52とに分岐し、第1レーザと第2レーザとを照射する光学回折素子を含むので、1つのレーザ発振装置60から出力されるレーザに基づき、第1レーザ51と第2レーザ52という2種類のレーザを照射することができる。 Furthermore, according to the laser arc hybrid welding apparatus 1 of the first embodiment, as shown in FIG. 2, the laser torch 40 branches the laser beam into the first laser 51 and the second laser 52, and Since it includes an optical diffraction element that irradiates two lasers, it is possible to irradiate two types of lasers, the first laser 51 and the second laser 52, based on the laser output from one laser oscillation device 60.

さらに、実施の形態2のレーザアークハイブリッド溶接装置1Aによれば、図4に示すように、レーザトーチ42は、第1レーザ51を照射する第1レーザトーチ421と、第2レーザ52を照射する第2レーザトーチ422とを含むので、第1レーザトーチ421と第2レーザトーチ422という2つのレーザ発振装置から2種類のレーザを照射することができる。 Furthermore, according to the laser arc hybrid welding apparatus 1A of the second embodiment, as shown in FIG. Since the laser torch 422 is included, two types of lasers can be emitted from two laser oscillation devices, the first laser torch 421 and the second laser torch 422.

今回開示された実施の形態は、すべ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および範囲内でのすべ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 illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the claims rather than the description of the embodiments described above, and it is intended that all changes within the meaning and range equivalent to the claims are included.

10 溶接トーチ、40,42 レーザトーチ、20 溶接ワイヤ、41 回折光学素子、1,1A レーザアークハイブリッド溶接装置、421 第1レーザトーチ、422 第2レーザトーチ。 Reference Signs List 10 Welding Torch, 40, 42 Laser Torch, 20 Welding Wire, 41 Diffractive Optical Element, 1, 1A Laser Arc Hybrid Welding Device, 421 First Laser Torch, 422 Second Laser Torch.

Claims (5)

母材と溶接ワイヤとの間にアークを発生させて前記母材を溶接する溶接トーチと、
前記母材において前記溶接トーチがアークを発生させる領域よりも溶接の進行方向に離隔した領域に向けて第1レーザを照射し、前記溶接ワイヤに向けて第2レーザを照射するレーザトーチとを備え、
前記レーザトーチにより第1レーザが照射された領域を前記溶接トーチにより溶接する、レーザアークハイブリッド溶接装置。
a welding torch that generates an arc between a base metal and a welding wire to weld the base metal;
a laser torch that irradiates a first laser toward a region in the base metal that is more distant in the welding progress direction than the region where the welding torch generates an arc, and irradiates a second laser toward the welding wire;
A laser-arc hybrid welding device that welds, with the welding torch, a region irradiated with a first laser beam by the laser torch.
前記レーザトーチは、前記第1レーザの照射範囲よりも前記第2レーザの照射範囲を拡大する、請求項1に記載のレーザアークハイブリッド溶接装置。 The laser-arc hybrid welding apparatus according to claim 1, wherein the laser torch expands the irradiation range of the second laser than the irradiation range of the first laser. 前記レーザトーチは、前記溶接トーチを平面視した場合において、前記第2レーザの照射範囲を少なくとも前記溶接ワイヤの延在方向に拡大する、請求項2に記載のレーザアークハイブリッド溶接装置。 The laser-arc hybrid welding device according to claim 2, wherein the laser torch expands the irradiation range of the second laser at least in the extending direction of the welding wire when the welding torch is viewed from above. 前記レーザトーチは、レーザ光を前記第1レーザと前記第2レーザとに分岐し、前記第1レーザと前記第2レーザとを照射する光学回折素子を含む、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のレーザアークハイブリッド溶接装置。 Any one of claims 1 to 3, wherein the laser torch includes an optical diffraction element that branches the laser beam into the first laser and the second laser and irradiates the first laser and the second laser. The laser arc hybrid welding device according to item 1. 前記レーザトーチは、前記第1レーザを照射する第1レーザトーチと前記第2レーザを照射する第2レーザトーチとを含む、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のレーザアークハイブリッド溶接装置。
The laser arc hybrid welding apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the laser torch includes a first laser torch that irradiates the first laser and a second laser torch that irradiates the second laser.
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