JPH05131282A - レーザ溶接方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来のレーザ溶接に発生した母材のアンダー
カットや強度不足を解消すると共、レーザ溶接の走査に
関係のないレーザ溶接方法及び装置を提供する。 【構成】 レーザ光によりワークに溶接を行なう際、ワ
ークの突合せ面に対してワークを押付けながら、前記突
合せ面をレーザ溶接することを特徴とするものである。
このため、一方のワークと他方のワークの突合せ面に、
双方のワークを押付ける押圧装置２３を備え、この押圧
装置２３によって押付けられた前記突合せ面における溶
接線Ｐ上を、レーザ光が高速走査する偏光器Ａを有する
レーザ加工ヘッドとを備えたことを特徴とし、前記偏光
器Ａはレーザ光が直線的に照射され音響光学偏光器Ｂで
あることを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば帯鋸刃などのワ
ークにおける突合せ面にレーザ溶接を行なうレーザ溶接
方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、高出力レーザを用いて母材を溶か
して行なうレーザ溶接は、ビード幅が狭く深い溶込みが
得られ、熱影響層が薄いので溶接部の機械的強度が高い
ことから広範囲に亘って使用されてきた。

【０００３】このレーザ光を利用して例えばループ状に
作成する帯鋸刃を溶接するには、帯鋸刃の両端を突合せ
面とし、この突合せ面を溶接線としてレーザ溶接機のベ
ット部に固定し、前記溶接線の上方にレーザ加工ヘッド
を配設し、前記溶接線に沿ってレーザ加工ヘッドを走行
させるか、もしくはベット部を移動させてレーザ溶接を
行なっていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のレーザ溶接では、帯鋸刃の母材を溶かして溶着
するために、母材の一部が溶込み溶接ビーム部の厚さが
母材の板厚に対して減少してアンダーカットを生じ、母
材の強度が不足して作業中に鋸刃が切断されるという危
険性があった。

【０００５】それに加えて、溶接線に沿ってレーザ加工
ヘッドを走行させたり、またはベット部を移動させると
いうことは、機械系の最高速度や加減速時間に左右さ
れ、溶接の開始点及び終了点でのへこみや熱影響等を受
け、材料の溶接部全域を均一にする溶接ビードを得るこ
とが困難であった。

【０００６】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、この目的とするところは、材料の表面と裏面の溶融
部を盛り上ったビードとし、ブローホール等を押し出し
た溶融欠陥の少ない溶接面を得ると共に、平坦に研磨し
た後は母材と同じ板厚でアンダーカットのない平面を得
ることのできるレーザ溶接方法及び装置を提供するもの
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のレーザ溶接方法は、レーザ光によりワーク
に溶接を行なう際、ワークの突合せ面に対してワークを
押付けながら、前記突合せ面にレーザ溶接を行なうこと
を特徴とするものである。

【０００８】また、この発明のレーザ溶接装置は、一方
のワークと、他方のワークとの突合せ面を押圧する押圧
装置と、この押圧装置によって押付けられた前記突合せ
面における溶接線上を、レーザ光が高速走査する偏光器
を有するレーザ加工ヘッドとを備えるか、前記溶接線上
をレーザ光が直線的に照射される偏光器を有するレーザ
加工ヘッドを備えたことを特徴とするものである。

【０００９】

【作用】上記構成からなるレーザ溶接方法及び装置は、
一方のワークと他方のワークとの突合せ面を密接に互に
押し付け合うようにしてレーザ光を照射するもので、溶
融部に常に盛り上ったビードとすることができる。この
盛り上ったビードは研磨仕上げにより母材と同じ板厚に
仕上げることができる。

【００１０】それにレーザ光は偏光器を有するレーザ加
工ヘッドを用いているので、機械系の移動と異なり機械
系に左右されることのない均一な溶接を行なうことがで
きる。

【００１１】

【実施例】以下本発明の一実施例を図１ないし図３によ
って説明する。

【００１２】図１において、レーザ溶接機１の上部に
は、上方より垂設された角筒状のハウジングからなるレ
ーザ加工ヘッド３が設けてあって、このレーザ加工ヘッ
ド３の下部には直角方向に突出されたヘッドハウジング
５が設けてある。このヘッドハウジング５も中空状に形
成されており、ヘッドハウジング５の下部には下方向に
左右側から傾斜部をもって絞られており、下端面には開
放口が備えられている。

【００１３】前記レーザ加工ヘッド３の内部で前記ヘッ
ドハウジング５を設けた方向に向って、レーザを屈折す
るためのＸ軸ミラー７が設けてあり、このＸ軸ミラー７
はＸ軸スキャナーモータ９を介して微調整可能に設けて
ある。

【００１４】前記Ｘ軸ミラー７によって屈折されたレー
ザ光の光軸上には集光レンズ１１が、図示していない焦
点補正機構とＺ軸用スキャナーモータとを備えて設けて
ある。この集光レンズ１１の前方で前記ヘッドハウジン
グ５の内部には、前記集光レンズ１１で集光されたレー
ザ光を直角方向に屈折させ、前記開放口より下方に照射
するためのＹ軸ミラー１３が設けてある。

【００１５】このＹ軸ミラー１３の中央部にはＹ軸ミラ
ー１３を回動させる支軸１５が設けてある。この支軸１
５にはＹ軸用スキャナーモータ１７が取付けてあって、
Ｙ軸ミラー１３を回動させレーザ光を下方に向けて直線
的に走査させる偏光器Ａを形成してある。

【００１６】上記したレーザ溶接機１の溶接用レーザ光
は、図示しないレーザ発振器からのレーザ光を、レーザ
加工ヘッド３内のＸ軸ミラー７に照射し、このＸ軸ミラ
ー７によって屈折させて集光レンズ１１によって集光さ
せてレーサビーム光となし、偏光器ＡをなすＹ軸ミラー
１３によって走査させて直線上を走行させるように構成
したものである。このＹ軸方向への走査に伴なう焦点の
移動補正は、前記集光レンズ１１に設けたＺ軸用スキャ
ナーモータによって行ない、所定幅に亘っては常にレー
ザビーム光の焦点が正確に結ばれるようになっている。

【００１７】この所定幅に亘って焦点を結ぶ走査面には
ワークとなす板材Ｗが配設される。この板材Ｗは所定の
厚さと幅とを有するもので、厚さ方向はレーザビーム光
の強さにより制約を受け、幅方向は集光レンズ１１の焦
点範囲による制約を受けることは云うまでもないところ
である。

【００１８】この板材Ｗはその突合せ溶接線Ｐを前記走
査線に合わせてその左右側にはそれぞれ上下２段からな
るローラ１９Ａと１９Ｂ、および２１Ａと２１Ｂとより
なる押圧装置２３によって支持されている。この押圧装
置２３の前記ローラ１９Ａと１９Ｂ、およびローラ２１
Ａと２１Ｂとには、それぞれ弾性体のベルト２５が襷掛
けに設けてあって、上下のローラ１９Ａと１９Ｂ；２１
Ａと２１Ｂをいずれも内方向に引寄せ且つ反対方向に回
転させるようにしてある。そのため、この上下のローラ
１９Ａと１９Ｂ、およびローラ２１Ａと２２Ｂとの間に
挾まれた板材Ｗは、例えばローラ１９Ａと２１Ａとの間
側に押し込まれるように送られ、左右からそれぞれ挟持
され押し込まれた板材Ｗの突合せ面は、中間部（走査線
の位置）で接合された状態で支持される。この突合せ面
に前記レーザビーム光を照射走査させることにより、板
材Ｗの突合せ面は左右側から押圧された状態で溶接され
るので、溶融部は図２に示すような盛り上ったビートＢ
となり、且つブローホールのない溶接面となる。

【００１９】したがって、この溶接面をグラインダー等
で平坦に研磨することにより、溶接面は板材Ｗの板厚を
損ねることなく且つ両端部にアンダーカットのない溶接
面を形成することができる。

【００２０】図３には上記したレーザ溶接機１の制御装
置の一例が示されている。図３において、板材Ｗに照射
されるレーザビーム光を走査するＹ軸ミラー１３を回動
させるＹ軸用スキャナーモータ１７はＹ軸用サーボアン
プ２７に接続されている。また、Ｘ軸ミラー７を調整す
るＸ軸用スキャナーモータ９にはＸ軸用サーボアンプ２
９が、Ｚ軸となる集光レンズ１１を調整するＺ軸用スキ
ャナーモータ３１にはＺ軸用サーボアンプ３３が接続さ
れている。これらの各サーボアンプ２７，２９，３３は
インタフェース３５を介して、一方はディジタルジェネ
レータ３７を通してコンピュータ３９へ接続され、他方
はダイレクトにコンピュータ３９へ接続されている。レ
ーザ発振器４１にインタフェース３５からの回線が接続
されており、これらの制御は全てコンピュータ３９によ
って行なわれる。このコンピュータ３９へ情報入力はキ
ーボード４３を介して行なわれるものである。

【００２１】上記したレーザ溶接機１はレーザビーム光
をＹ軸ミラー１３の回動による偏光器Ａによって走査さ
れるものであるが、このＹ軸ミラー１３を振動させるこ
とによってレーザビーム光を振動子として用いる偏光器
としても同様な効果を得ることができる。

【００２２】これら上述した偏光器以外に音響光学偏光
器によるものもある。この音響光学偏光器Ｂは、超音波
媒体中に生じた回折格子でのブラック回折現象を用いた
もので、超音波媒体に所定角度よりレーザビーム光を照
射し、一方、前記超音波媒体に超音波の周波数を鋸歯状
に入力することによって、前記レーザビーム光は超音波
の伝搬方向と平行な方向にのみ回折するというシリンド
リカルレンズ効果を有する。このシリンドリカルレンズ
効果と等価ななシリンドリカルレンズを配置することに
よってレーザビーム光を走査させる。

【００２３】以上説明した各種偏光器を用いたレーザ溶
接機は、機械系によるレーザ加工ヘッドの走行、もしく
はベット部の走行による走査と異なり、高速走査が行な
える形式のものである。これら偏光器による走査系のレ
ーザ加工ヘッドを備え、その走査線上に板材Ｗの突合せ
面（溶接線Ｐ）を設置し、突合せされる左右の板材を図
１に示したローラ１９Ａと１９Ｂ、およびローラ２１Ａ
と２１Ｂからなる押圧装置２３で挟持し、ベルト２５を
介して各ローラを作動させることにより、図２に示した
溶融部の盛り上ったビードＢを形成させることができ
る。

【００２４】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れるものではなく、適宜の偏光を行なうことによって、
その他の態様で実施し得るものである。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
特許請求の範囲に記載されたとおりの構成であるから、
レーザ溶接機のレーザビーム光の走査によって板材の溶
接ビード部に盛り上り、母材の強度を損なうことなくブ
ローホール等を押し出し、溶融欠陥の少ない溶接面を得
らる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例で、レーザ溶接機の主要部の
斜視図である。

【図２】図１のレーザ溶接機による加工品の平面図であ
る。

【図３】図１のレーザ溶接機における制御装置の構成ブ
ロック図である。

【符号の説明】

１ レーザ溶接機 ５ ヘッドハウジング ２３ 押圧装置 Ａ 偏光器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光によりワークに溶接を行なう
   際、ワークの突合せ面に対してワークを押付けながら、
   前記突合せ面にレーザ溶接を行なうことを特徴とするレ
   ーザ溶接方法。
2. 【請求項２】 一方のワークと、他方のワークとの突合
   せ面を押圧する押圧装置と、この押圧装置によって押付
   けられた前記突合せ面における溶接線上をレーザ光を高
   速走査する偏光器を有するレーザ加工ヘッドと、を備え
   たことを特徴とするレーザ溶接装置。
3. 【請求項３】 一方のワークと、他方のワークとの突合
   せ面を押圧する押圧装置と、この押圧装置によって押付
   けられた前記突合せ面における溶接線上を、レーザ光が
   直線的に照射される偏光器を有するレーザ加工ヘッド
   と、を備えたことを特徴とするレーザ溶接装置。