JPH06155066A - レーザ溶接装置の加工ヘッド装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アシストガスがイオン化しないようにアシス
トガスの噴射を良好に行うレーザ溶接装置の加工ヘッド
装置を提供すること。 【構成】 溶接部にレーザビームを照射するためのレー
ザビーム通路部７、９を通るレーザビームの光軸に対し
て交差する方向へアシストガスを噴射するアシストガス
ノズルをラバールノズル１５により構成する。ラバール
ノズル１５により噴射されるアシストガスは亜音速〜超
音速の流速にて溶接部へ高速噴射される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ溶接装置の加工
ヘッド装置に関し、特にアシストガスノズルを含むレー
ザ溶接装置の加工ヘッド装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】加工ヘッド装置のレーザビーム通路部よ
りレーザビームを被溶接物の溶接部に照射することによ
り、突合せ溶接等の溶接を行うレーザ溶接装置は従来よ
り知られている。

【０００３】レーザ溶接装置によるレーザ溶接に於いて
は、レーザビームの被溶接物に対する照射に伴う被溶接
物の高温化に伴い、被溶接物のレーザビーム照射部、換
言すればレーザ溶接部の周りに高輝度のプラズマ雲が発
生し、このプラズマ雲は、レーザビームを吸収、拡散
し、レーザビームのエネルギ密度を低減させると云う悪
影響を及ぼすことが知られており。

【０００４】このため、アシストガスノズルを用いてア
ルゴンガス、窒素ガスの如き不活性ガスよりなるアシス
トガスをレーザ加工ヘッドの進行方向前方よりレーザ溶
接部に噴射し、アシストガスによりプラズマ雲を吹き飛
ばし排除し、またレーザ溶接部周辺に於けるプラズマ雲
の発生を抑制することが従来より行われている。

【０００５】このアシストガスの噴射は、プラズマ雲除
去以外に、被溶接物のレーザ溶接部に於ける溶湯の流動
を促進し、レーザ溶接部の材質の均質性および溶接ビー
ド形状の均一化を高めると云う効果と非酸化雰囲気中で
溶接を行うと云う効果も奏する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来、アシストガスの
噴射は通常のノズルによりレーザ溶接部に噴射され、こ
のアシストガスの流速が速くないため、アシストガスの
レーザビームに対する接触時間が長く、アシストガスが
イオン化する云う問題が生じる。

【０００７】またアシストガスの流速が速くないため、
上述の如き効果を得る上でレーザ溶接部に対するアシス
トガスの供給量が充分でない場合がある。

【０００８】本発明は、従来のレーザ溶接に於ける上述
の如き問題点に着目してなされたものであり、アシスト
ガスのイオン化の問題を解消し、アシストガスの噴射を
良好に行うレーザ溶接装置の加工ヘッド装置を提供する
ことを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の如き目的は、本発
明によれば、溶接部にレーザビームを照射するためのレ
ーザビーム通路部と、前記レーザビーム通路部を通るレ
ーザビームの光軸に対して交差する方向へアシストガス
を噴射するアシストガスノズルとを有し、前記アシスト
ガスノズルはラバールノズルにより構成されていること
を特徴とするレーザ溶接装置の加工ヘッド装置によって
達成される。

【００１０】

【作用】上述の如き構成によれば、アシストガスノズル
はラバールノズルにより噴射されるので、亜音速〜超音
速の流速にて溶接部へ高速噴射される。

【００１１】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。

【００１２】図１、図２は本発明によるレーザ溶接装置
の加工ヘッド装置の一実施例を示している。この図に於
いて、符号１は加工ヘッド装置を全体的に示しており、
加工ヘッド装置１はホディ３とホディ３の下底部に装着
されたアシストガスノズル部材５とを含んでいる。

【００１３】ホディ３とアシストガスノズル部材５には
上下方向に一直線状に延在するレーザビーム通路部７、
９が形成されている。またホディ３のレーザビーム通路
部７にはレーザビームＢの集光レンズ１１が取り付けら
れており、集光レンズ１１は、テーブル１３上に載置さ
れた被溶接物Ｗの溶接部Ａを焦点位置とし、図示されて
いないレーザ発生源よりのレーザビームを集束してレー
ザビーム通路部７、９を通して溶接部Ａにスポット照射
する。

【００１４】アシストガスノズル部材５にはラバールノ
ズル１５がレーザビーム通路部９へ向けて開口形成され
ている。ラバールノズル１５は、中間部にスロート１７
を有する亜音速〜超音速噴射用の中細ノズルであり、レ
ーザビーム通路部９を通るレーザビームの光軸に対して
交差、図示の実施例では実質的に直交する方向へアルゴ
ンガス、窒素ガスの如き不活性ガスよりなるアシストガ
スを亜音速〜超音速噴射する。

【００１５】ラバールノズル１５は入口部をアシストガ
ス供給通路部材１９のアシストガス供給通路２１と連通
接続され、アシストガス供給通路２１には図示されてい
ないホース等が接続され、アシストガス源よりのアシス
トガスが図示省略のホース、アシストガス供給通路１９
を経てラバールノズル１５に供給される。

【００１６】アシストガスノズル部材５のレーザビーム
通路部９を隔ててラバールノズル１５とは反対側の部
分、即ちラバールノズル１５のガス噴射前方領域（図１
の右側の領域）は、ガス流出通路２３として開口してい
る。ガス流出通路２３はラバールノズル１５より噴出さ
れるアシストガスの噴流の妨げにならないよう、このア
シストガス噴流の下流側へ向かうに従って横断面形状を
拡張されていること、即ちファンネル状に末広りである
ことが好ましく、このため図示の実施例ではガス流出通
路２３の天井面を構成するホディ３の下底面２５が傾斜
面して構成されている。

【００１７】溶接部Ａの両側には、図２に示されている
如く、一対の被溶接物クランプ部材Ｃが溶接線に沿って
配置されており、被溶接物クランプ部材Ｃは加工ヘッド
装置１の先端部（下端部）が進入する溝状通路Ｐを構成
する。

【００１８】図示例に於いては、加工ヘッド装置１は被
溶接物Ｗに対して溝状通路Ｐ内を図１にて左方へ進行
し、ラバールノズル１５によりその進行方向前側よりア
シストガスがレーザビーム通路部９を通るレーザビーム
の光軸に対して直交する方向をもって亜音速〜超音速の
流速にて溶接部へ高速噴射され、このアシストガス噴射
状態下にてレーザビームがレーザビーム通路部９より溶
接部Ａに照射され、被溶接物Ｗが図１にて左右方向の溶
接線に沿って連続的にレーザ溶接される。

【００１９】このようにアシストガスが亜音速〜超音速
の流速にて溶接部へ高速噴射されることにより、アシス
トガスのレーザビームに対する接触時間が短縮され、ア
シストガスがイオン化することが回避される。またアシ
ストガスの流速が充分に速く、レーザ溶接部に対するア
シストガスの供給量が充分になり、プラズマ雲除去等も
良好に行われるようになる。

【００２０】図３は本発明によるレーザ溶接装置の加工
ヘッド装置の他の実施例を示している。尚、図３に於い
て図１に対応する部分は図１に付した符号と同一の符号
により示されている。この実施例に於いてはアシストガ
スノズル部材５の下底部に底板部２７が設けられ、底板
部２７にはレーザビーム通過用の孔２９が形成されて
る。

【００２１】この実施例に於いては、底板部２７は、被
溶接物Ｗの既に溶接された部分を覆うカバープレートと
して作用し、ラバールノズル１５よりのアシストガスの
噴流が溶接完了部にかかることによって溶接ビートに風
紋ができることを防止する。なお、被加工物Ｗの上平面
より溶接ビ−ドが上方に突出する場合には、このビ−ド
との接触を避けるため前記ビ−ドに沿って前記底板部２
７に例えば半円筒状の盛上がり部を形成することもでき
る。

【００２２】底板部２７は、ラバールノズル１５よりの
アシストガスの噴量が被溶接物Ｗの溶接部Ａに直接到達
することを低減し、アシストガスが溶接部Ａに過剰な動
圧をもって作用することを回避する。

【００２３】アシストガスは、レーザビームの集束度が
高く、レーザエネルギーが高い領域に対して噴射される
ほどイオン化され易いから、ラバールノズル１５より噴
射されるアシストガスの噴流速度は、レーザエネルギー
が高い領域に対して噴射されるものほど高速であるよ
う、図にて上下方向に傾斜した速度分布を有していてよ
く（すなわち下方へいくほど速度が大きい）、これは例
えば図４に示されている如く、ラバールノズル１５のノ
ズル通路横断面形状の設定により実現される。

【００２４】以上に於ては、本発明を特定の実施例につ
いて詳細に説明したが、本発明は、これに限定されるも
のではなく、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能で
あることは当業者にとって明らかであろう。

【００２５】例えば、前記実施例では被加工物は固定さ
れ加工ヘッドを移動するようにしたが、加工ヘッドを固
定し被加工物を移動するようにすることもできる。

【００２６】また、ラバ−ルノズル１５、通路部９、ガ
ス流出通路２３からなるガス通路内で乱流等の発生を防
止するために、通路全体を流線形に形成することができ
る。この場合において特に前記ガス流出通路２３を流線
形にすることが望ましい。

【００２７】また、図１、図３の実施例で、レ−ザビ−
ムに照射されている溶接点において溶融金属がアシスト
ガスにより吹き飛ばされるのを防止するために、溶接点
に対してガス上流側に、例えば半円錐形状の流線形風よ
けフ−ドを設けることができる。

【００２８】さらに、上下方向に傾斜したガス速度分布
を実現するために以下のようにすることも出来る。すな
わち、複数の小ラバ−ルノズルを上下方向に整列して形
成して設け、下方のノズルほど高速でガスを噴出する。
この場合に、レ−ザビ−ムに対してガス流上流側のみ前
記複数の小ラバ−ルノズルを配設し、下流側は共通の大
ノズルとすることもできる。

【００２９】

【発明の効果】以上の説明から理解される如く、本発明
によるレーザ溶接装置の加工ヘッド装置によれば、アシ
ストガスノズルはラバールノズルにより亜音速〜超音速
の流速にて溶接部へ高速噴射されるから、アシストガス
のレーザビームに対する接触時間が短縮されてアシスト
ガスのイオン化が回避され、またレーザ溶接部に対する
アシストガスの供給量が充分になり、プラズマ雲除去等
も良好に行われるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるレーザ溶接装置の加工ヘッド装置
の一実施例を示す縦断面図である。

【図２】図１の線II−IIに沿った断面図である。

【図３】本発明によるレーザ溶接装置の加工ヘッド装置
の他の実施例を示す縦断面図である。

【図４】本発明によるレーザ溶接装置の加工ヘッド装置
にして使用されるラバールノズルのイズル通路の横断面
形状例を示す図である。

【符号の説明】

１ 加工ヘッド装置 ３ ホディ ５ アシストガスノズル部材 ７、９ レーザビーム通路部 １５ ラバールノズル １７ スロート ２３ ガス流出通路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接部にレーザビームを照射するための
   レーザビーム通路部と、前記レーザビーム通路部を通る
   レーザビームの光軸に対して交差する方向へアシストガ
   スを噴射するアシストガスノズルとを有し、前記アシス
   トガスノズルはラバールノズルを含むことを特徴とする
   レーザ溶接装置の加工ヘッド装置。