JPH05228681A - レーザ溶接法およびこれに使用する冷却ヘッド - Google Patents
レーザ溶接法およびこれに使用する冷却ヘッドInfo
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- JPH05228681A JPH05228681A JP4072394A JP7239492A JPH05228681A JP H05228681 A JPH05228681 A JP H05228681A JP 4072394 A JP4072394 A JP 4072394A JP 7239492 A JP7239492 A JP 7239492A JP H05228681 A JPH05228681 A JP H05228681A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 プラズマの発生を抑えて、溶け込み深さを増
大させる。シールドガスとしてＡｒを使用し、溶接コス
トを下げる。 【構成】 トーチ１から被溶接材２の被溶接部２ａに向
けて、レーザービームＢを照射すると共に、第１のシー
ルドガスＧ１を噴射する。トーチ１と被溶接材２との間
の冷却ヘッド３を配する。冷却ヘッド３は、レーザービ
ームＢを通過させるビーム通過孔３ａを有し、ノズル３
ｄおよび３ｅから被溶接材３へ向けて第２のシールドガ
スＧ２を噴射する。被溶接部２ａから吹き上げる金属蒸
気を冷却ヘッド３で冷却し、ビーム通過孔２ａを通って
冷却ヘッド３の上方へ噴出した金属蒸気を、第１のシー
ルドガスＧ１で冷却する。
大させる。シールドガスとしてＡｒを使用し、溶接コス
トを下げる。 【構成】 トーチ１から被溶接材２の被溶接部２ａに向
けて、レーザービームＢを照射すると共に、第１のシー
ルドガスＧ１を噴射する。トーチ１と被溶接材２との間
の冷却ヘッド３を配する。冷却ヘッド３は、レーザービ
ームＢを通過させるビーム通過孔３ａを有し、ノズル３
ｄおよび３ｅから被溶接材３へ向けて第２のシールドガ
スＧ２を噴射する。被溶接部２ａから吹き上げる金属蒸
気を冷却ヘッド３で冷却し、ビーム通過孔２ａを通って
冷却ヘッド３の上方へ噴出した金属蒸気を、第１のシー
ルドガスＧ１で冷却する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、金属材料の溶融接合に
使用されるレーザ溶接法に関する。
使用されるレーザ溶接法に関する。
【０００２】金属材料の溶融溶接法の１つとして、レー
ザビームを利用したレーザ溶接法がある。これは、コヒ
ーレントな高エネルギ密度の光熱源を利用した溶接であ
るため、高速で低入熱、深溶込みの高品質継手が得られ
るという特徴を有している。レーザ溶接での溶接プロセ
スは次のように説明される。
ザビームを利用したレーザ溶接法がある。これは、コヒ
ーレントな高エネルギ密度の光熱源を利用した溶接であ
るため、高速で低入熱、深溶込みの高品質継手が得られ
るという特徴を有している。レーザ溶接での溶接プロセ
スは次のように説明される。
【０００３】レーザ発振器で発振されたレーザビーム
は、集光レンズまたは集光ミラーで集光されることによ
り、高エネルギ密度のビームとなって被溶接部に照射さ
れる。この際、被溶接部は瞬時に加熱、溶融され、同時
に激しい蒸発を伴う。この蒸発の反力が溶融池を下方に
押し込み、レーザビーム照射点にキーホールと呼ばれる
狭く深い孔を形成する。キーホールが形成されると、そ
こに照射されたレーザビームは、キーホール壁面に当た
って多重反射を繰り返し、高エネルギ密度を保持したま
までキーホール底部に達する。このように、レーザ溶接
においては被溶接材内部に直接高密度の入熱が与えられ
るため、深くて幅が狭い低入熱の高品質継手が得られ
る。
は、集光レンズまたは集光ミラーで集光されることによ
り、高エネルギ密度のビームとなって被溶接部に照射さ
れる。この際、被溶接部は瞬時に加熱、溶融され、同時
に激しい蒸発を伴う。この蒸発の反力が溶融池を下方に
押し込み、レーザビーム照射点にキーホールと呼ばれる
狭く深い孔を形成する。キーホールが形成されると、そ
こに照射されたレーザビームは、キーホール壁面に当た
って多重反射を繰り返し、高エネルギ密度を保持したま
までキーホール底部に達する。このように、レーザ溶接
においては被溶接材内部に直接高密度の入熱が与えられ
るため、深くて幅が狭い低入熱の高品質継手が得られ
る。
【０００４】しかしながら、レーザ溶接には、以下に述
べるようなプラズマに起因する問題が存在する。レーザ
溶接において、溶接時に発生する金属蒸気は、溶接部上
方に噴出してレーザビームを吸収し、金属プラズマを形
成する。プラズマは、レーザの吸収率が高いため、一度
プラズマが形成されると、レーザをさらに吸収しながら
大きく成長する。このようにして形成されたプラズマ
が、レーザを吸収したり散乱させるため、大きなエネル
ギの損失を伴う。
べるようなプラズマに起因する問題が存在する。レーザ
溶接において、溶接時に発生する金属蒸気は、溶接部上
方に噴出してレーザビームを吸収し、金属プラズマを形
成する。プラズマは、レーザの吸収率が高いため、一度
プラズマが形成されると、レーザをさらに吸収しながら
大きく成長する。このようにして形成されたプラズマ
が、レーザを吸収したり散乱させるため、大きなエネル
ギの損失を伴う。
【０００５】また、溶接時には、通常、溶接部の酸化お
よび窒化を防止する目的で、Ａｒを溶接部のシールドガ
スとして用いている。Ａｒの電離電圧はあまり大きくな
いため、入熱密度が特に大きいような溶接条件において
は、シールドガスもプラズマ化し、さらに大きなプラズ
マを形成するため、エネルギの損失もさらに大きくな
り、溶け込み深さが大きく減少する。このように、レー
ザ溶接時に発生するプラズマは、大きなエネルギ損失を
伴い、溶け込み深さの低下をもたらすため、実用上の大
きな問題点となっている。
よび窒化を防止する目的で、Ａｒを溶接部のシールドガ
スとして用いている。Ａｒの電離電圧はあまり大きくな
いため、入熱密度が特に大きいような溶接条件において
は、シールドガスもプラズマ化し、さらに大きなプラズ
マを形成するため、エネルギの損失もさらに大きくな
り、溶け込み深さが大きく減少する。このように、レー
ザ溶接時に発生するプラズマは、大きなエネルギ損失を
伴い、溶け込み深さの低下をもたらすため、実用上の大
きな問題点となっている。
【０００６】プラズマの発生量を左右する因子として
は、シールドガスの電離電圧、シールドガスの冷却能力
があげられる。シールドガスに電離電圧が大きいガスを
使用すると、シールドガスがプラズマ化しにくいため、
プラズマは余り大きく成長できなくなる。また、シール
ドガスの冷却能力が高い場合、シールドガスが金属プラ
ズマの熱エネルギを効率よく吸収するため、プラズマの
成長は抑制される。Ｈｅは、電離電圧が高く、熱伝導率
も大きいため、プラズマの成長を抑制するのに大きな効
果がある。また、Ｈｅは、Ａｒと同様に不活性ガスであ
り、溶接部の汚染を防ぐためのシールドガスとして使用
することが可能である。
は、シールドガスの電離電圧、シールドガスの冷却能力
があげられる。シールドガスに電離電圧が大きいガスを
使用すると、シールドガスがプラズマ化しにくいため、
プラズマは余り大きく成長できなくなる。また、シール
ドガスの冷却能力が高い場合、シールドガスが金属プラ
ズマの熱エネルギを効率よく吸収するため、プラズマの
成長は抑制される。Ｈｅは、電離電圧が高く、熱伝導率
も大きいため、プラズマの成長を抑制するのに大きな効
果がある。また、Ｈｅは、Ａｒと同様に不活性ガスであ
り、溶接部の汚染を防ぐためのシールドガスとして使用
することが可能である。
【０００７】このようなことから、Ａｒの代わりにＨｅ
を、シールドガスに用いてプラズマを抑制する方法が考
えられる。しかし、Ｈｅは非常に高価なガスであるた
め、Ｈｅガス単独で用いることはコスト的に不利であ
る。そこで、ＨｅとＡｒの混合ガスで代用させる方法
が、特開昭６１−２３２０８６号公報により提案されて
いる。
を、シールドガスに用いてプラズマを抑制する方法が考
えられる。しかし、Ｈｅは非常に高価なガスであるた
め、Ｈｅガス単独で用いることはコスト的に不利であ
る。そこで、ＨｅとＡｒの混合ガスで代用させる方法
が、特開昭６１−２３２０８６号公報により提案されて
いる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法で
は、Ｈｅの混合割合を３０％未満にするとプラズマの成
長を抑制する作用が失われるため、Ｈｅの混合割合を３
０％以上に保つ必要がある。従って、この方法を用いた
場合にも、溶接コストの大幅アップは避けられず、特殊
な用途以外には実用化は困難である。一方、発生したプ
ラズマをサイドガスと呼ばれる側方から吹き付ける高速
のＡｒガスによって吹き飛ばす方法も提案されている
が、吹き付け角度、位置、流速等に対する非常に高精度
な制御が要求されるため、実用化は難しい。
は、Ｈｅの混合割合を３０％未満にするとプラズマの成
長を抑制する作用が失われるため、Ｈｅの混合割合を３
０％以上に保つ必要がある。従って、この方法を用いた
場合にも、溶接コストの大幅アップは避けられず、特殊
な用途以外には実用化は困難である。一方、発生したプ
ラズマをサイドガスと呼ばれる側方から吹き付ける高速
のＡｒガスによって吹き飛ばす方法も提案されている
が、吹き付け角度、位置、流速等に対する非常に高精度
な制御が要求されるため、実用化は難しい。
【０００９】本発明の目的は、シールドガスとしてＨｅ
を使用したりサイドガスを併用することなく、安価なＡ
ｒガスを用いるのみでプラズマの成長を抑え得て、溶け
込み深さを大きくできるレーザ溶接法を提供することに
ある。本発明の他の目的は、プラズマの成長を抑えるに
特に有効な冷却ヘッドを提供することにある。
を使用したりサイドガスを併用することなく、安価なＡ
ｒガスを用いるのみでプラズマの成長を抑え得て、溶け
込み深さを大きくできるレーザ溶接法を提供することに
ある。本発明の他の目的は、プラズマの成長を抑えるに
特に有効な冷却ヘッドを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】レーザ溶接において溶け
込み深さが減少する原因は、前述したように、溶接部直
上に発生するプラズマが、レーザービームを吸収したり
散乱させることにある。プラズマは、その物理的性質
上、高温高圧であるほどエネルギを吸収して成長し易く
なり、逆に、冷却するか、あるいは密度を低くしてやる
と、プラズマ状態を維持できなくなり、消失する。
込み深さが減少する原因は、前述したように、溶接部直
上に発生するプラズマが、レーザービームを吸収したり
散乱させることにある。プラズマは、その物理的性質
上、高温高圧であるほどエネルギを吸収して成長し易く
なり、逆に、冷却するか、あるいは密度を低くしてやる
と、プラズマ状態を維持できなくなり、消失する。
【００１１】本発明者らは、このようなプラズマの物理
的性質に着目し、プラズマを冷却させる方法、プラズマ
を拡散させて密度を低下させる方法を見出すべく実験、
研究を行った。その結果、溶接部直上に発生するプラズ
マを、通水冷却された水冷銅板等の冷却ヘッドで冷却す
れば、これを消失させ得ること、溶接部に向けてシール
ドガスを噴射する経路の途中で、外周側へ放射状に広が
る外向きのガス流れを形成すれば、プラズマを縮小させ
得ることを知見した。
的性質に着目し、プラズマを冷却させる方法、プラズマ
を拡散させて密度を低下させる方法を見出すべく実験、
研究を行った。その結果、溶接部直上に発生するプラズ
マを、通水冷却された水冷銅板等の冷却ヘッドで冷却す
れば、これを消失させ得ること、溶接部に向けてシール
ドガスを噴射する経路の途中で、外周側へ放射状に広が
る外向きのガス流れを形成すれば、プラズマを縮小させ
得ることを知見した。
【００１２】本発明のレーザ溶接法は、かかる知見に基
づいて開発されたもので、集光されたレーザビームを被
溶接材の被溶接部に照射するレーザ溶接法において、被
溶接部に照射されるレーザビームを通過させる直径1.８
ｍｍ未満のビーム通過孔が設けられた冷却ヘッドを、被
溶接材からの距離が2.２ｍｍ未満の位置に保持して溶接
を行ない、その溶接中、冷却ヘッドのビーム入射側から
レーザビームに沿って第１のシールドガスを噴射すると
共に、冷却ヘッドから被溶接部へ向けて第２のシールド
ガスを噴射することを特徴とする。
づいて開発されたもので、集光されたレーザビームを被
溶接材の被溶接部に照射するレーザ溶接法において、被
溶接部に照射されるレーザビームを通過させる直径1.８
ｍｍ未満のビーム通過孔が設けられた冷却ヘッドを、被
溶接材からの距離が2.２ｍｍ未満の位置に保持して溶接
を行ない、その溶接中、冷却ヘッドのビーム入射側から
レーザビームに沿って第１のシールドガスを噴射すると
共に、冷却ヘッドから被溶接部へ向けて第２のシールド
ガスを噴射することを特徴とする。
【００１３】また、本発明の冷却ヘッドは、内部を冷却
液が流通する高熱伝導性の金属板材からなり、該板材に
両面間を通過するビーム通過孔を設けると共に、板材中
にシールドガスを導入するガス路を設け、該ガス路の出
口を、板材の一方の面のビーム通過孔周囲および溶接部
対向位置に開口させたことを特徴とする。
液が流通する高熱伝導性の金属板材からなり、該板材に
両面間を通過するビーム通過孔を設けると共に、板材中
にシールドガスを導入するガス路を設け、該ガス路の出
口を、板材の一方の面のビーム通過孔周囲および溶接部
対向位置に開口させたことを特徴とする。
【００１４】
【作用】図１は本発明のレーザ溶接法の一実施態様を模
式的に示す側面図である。
式的に示す側面図である。
【００１５】トーチ１からは、下方の被溶接材２の被溶
接部２ａに向けて、集光されたレーザビームＢが照射さ
れると共に、第１のシールドガスＧ１としてのＡｒが噴
出される。トーチ１と被溶接材２との間には、銅板から
なる冷却ヘッド３が保持されている。
接部２ａに向けて、集光されたレーザビームＢが照射さ
れると共に、第１のシールドガスＧ１としてのＡｒが噴
出される。トーチ１と被溶接材２との間には、銅板から
なる冷却ヘッド３が保持されている。
【００１６】冷却ヘッド３は、図２および図３に示すよ
うに、上下面を貫通した円形のビーム通過孔３ａを有す
る。冷却ヘッド３には、ビーム通過孔３ａを半周にわた
って包囲するＵ字状の通水路３ｂが設けられると共に、
通水路３ｂに包囲された形でガス路３ｃが設けられてい
る。ガス路３ｃの先端部は、ビーム通過孔３ａを包囲す
る四角形に形成され、角コーナ部が冷却ヘッド３の下面
に開口して４つの下向きノズル３ｄを形成している。ま
た、ガス路３ｃの先端部近傍には、溶接部２ｂに対向す
る第２のノズル３ｅが設けられている。
うに、上下面を貫通した円形のビーム通過孔３ａを有す
る。冷却ヘッド３には、ビーム通過孔３ａを半周にわた
って包囲するＵ字状の通水路３ｂが設けられると共に、
通水路３ｂに包囲された形でガス路３ｃが設けられてい
る。ガス路３ｃの先端部は、ビーム通過孔３ａを包囲す
る四角形に形成され、角コーナ部が冷却ヘッド３の下面
に開口して４つの下向きノズル３ｄを形成している。ま
た、ガス路３ｃの先端部近傍には、溶接部２ｂに対向す
る第２のノズル３ｅが設けられている。
【００１７】なお、通水路３ｂ並びにノズル３ｄおよび
３ｅの配置は図示例に限るものでなく、例えば通水路３
ｂは複数系路を、レーザ貫通孔３ａを包囲するノズル３
ｄはレーザ貫通孔を中心とする同心円周上に５個以上
を、また溶接部２ｂに対向するノズル３ｅは前記円周上
以外に２個以上を、それぞれ設けるようにしてもよいこ
とは言うまでもない。
３ｅの配置は図示例に限るものでなく、例えば通水路３
ｂは複数系路を、レーザ貫通孔３ａを包囲するノズル３
ｄはレーザ貫通孔を中心とする同心円周上に５個以上
を、また溶接部２ｂに対向するノズル３ｅは前記円周上
以外に２個以上を、それぞれ設けるようにしてもよいこ
とは言うまでもない。
【００１８】溶接の際には、冷却ヘッド３のビーム通過
孔３ａの中心をレーザビームＢのビーム軸に一致させ、
ビーム通過孔３ａを通して被溶接材２の被溶接部２ａに
レーザビームＢを照射する。また、冷却ヘッド３の通水
路３ｂには冷却水を流通させ、ガス路３ｃには、第２の
シールドガスＧ２としてのＡｒを導入する。
孔３ａの中心をレーザビームＢのビーム軸に一致させ、
ビーム通過孔３ａを通して被溶接材２の被溶接部２ａに
レーザビームＢを照射する。また、冷却ヘッド３の通水
路３ｂには冷却水を流通させ、ガス路３ｃには、第２の
シールドガスＧ２としてのＡｒを導入する。
【００１９】被溶接部２ａへのレーザビームＢの照射に
より、その金属が溶融および蒸発して、金属蒸気が上方
へ爆発的に噴出する。しかし、水冷銅板からなる冷却ヘ
ッド３によって、この金属蒸気が冷却されエネルギを失
うため、プラズマは生じない。
より、その金属が溶融および蒸発して、金属蒸気が上方
へ爆発的に噴出する。しかし、水冷銅板からなる冷却ヘ
ッド３によって、この金属蒸気が冷却されエネルギを失
うため、プラズマは生じない。
【００２０】また、トーチ１から噴出された第１のシー
ルドガスＧ１は、冷却ヘッド３の上面にあたって周囲に
広がり、外向きのガス流を形成する。溶接中には、金属
の蒸発量が突発的に増え、金属蒸気がビーム通過孔３ａ
を通って冷却ヘッド３の上方に噴出する場合があるが、
その場合も、噴出蒸気のエネルギが、外向きのガス流に
よって奪い去られるため、プラズマは生じない。
ルドガスＧ１は、冷却ヘッド３の上面にあたって周囲に
広がり、外向きのガス流を形成する。溶接中には、金属
の蒸発量が突発的に増え、金属蒸気がビーム通過孔３ａ
を通って冷却ヘッド３の上方に噴出する場合があるが、
その場合も、噴出蒸気のエネルギが、外向きのガス流に
よって奪い去られるため、プラズマは生じない。
【００２１】これらの相乗りより、シールドガスＧ１お
よびＧ２としてＡｒを使用し、また、サイドガスを併用
していないにもかかわらず、レーザービームＢは、エネ
ルギーの損失なしに被溶接部２ａに照射され、溶け込み
深さは従来法に比べて大幅に増大する。ここで、シール
ドガスＧ１は、光学系を保護する機能も有する。シール
ドガスＧ２は、冷却ヘッド３の複数のノズル３ｄからレ
ーザービームＢを包囲するように被溶接材２へ噴射され
て、溶接部の酸化および窒化等の汚染を防ぐ。また、第
２のノズル３ｅは、高速溶接時に溶融池が後方に長く延
在する場合でも充分なシールド性を保証する。
よびＧ２としてＡｒを使用し、また、サイドガスを併用
していないにもかかわらず、レーザービームＢは、エネ
ルギーの損失なしに被溶接部２ａに照射され、溶け込み
深さは従来法に比べて大幅に増大する。ここで、シール
ドガスＧ１は、光学系を保護する機能も有する。シール
ドガスＧ２は、冷却ヘッド３の複数のノズル３ｄからレ
ーザービームＢを包囲するように被溶接材２へ噴射され
て、溶接部の酸化および窒化等の汚染を防ぐ。また、第
２のノズル３ｅは、高速溶接時に溶融池が後方に長く延
在する場合でも充分なシールド性を保証する。
【００２２】このように、本発明のレーザ溶接法は、Ｈ
ｅおよびサイドガスなしで、プラズマの発生を抑える作
用がある。ただし、レーザ通過孔の直径ａが大きすぎた
り、被溶接材から冷却ヘッドまでの距離ｂが大きすぎる
と、プラズマを冷却する能力が低くなるため、プラズマ
が発生し、溶け込み深さが減少する。従って、ａとｂに
は適正値が存在する。
ｅおよびサイドガスなしで、プラズマの発生を抑える作
用がある。ただし、レーザ通過孔の直径ａが大きすぎた
り、被溶接材から冷却ヘッドまでの距離ｂが大きすぎる
と、プラズマを冷却する能力が低くなるため、プラズマ
が発生し、溶け込み深さが減少する。従って、ａとｂに
は適正値が存在する。
【００２３】図４は、焦点距離２５４ｍｍの集光ミラー
を用いて、レーザ出力５ｋＷ、溶接速度１ｍ／ｍｉｎ、
ｂ＝１ｍｍとして溶接を行った場合の、溶け込み深さと
レーザ通過孔の直径ａとの関係を調査した結果を示す。
図４から明らかなように、ａの値が1.８ｍｍ以上になる
と、急激に溶け込みが浅くなる。図５は、溶け込み深さ
に及ぼすｂ値の影響の調査結果を示す。ここでレーザ通
過孔の直径ａは１ｍｍとし、他の条件は図４の場合と同
一条件とした。図５から明らかなように、ｂ値が2.２ｍ
ｍ以上で急激に溶け込み深さが減少している。集光ミラ
ーの焦点距離、レーザ出力、溶接速度を変化させても同
様の結果が得られた。以上の結果から、ａの適正値は1.
８ｍｍ未満、ｂの適正値は2.２ｍｍ未満となることが明
らかである。
を用いて、レーザ出力５ｋＷ、溶接速度１ｍ／ｍｉｎ、
ｂ＝１ｍｍとして溶接を行った場合の、溶け込み深さと
レーザ通過孔の直径ａとの関係を調査した結果を示す。
図４から明らかなように、ａの値が1.８ｍｍ以上になる
と、急激に溶け込みが浅くなる。図５は、溶け込み深さ
に及ぼすｂ値の影響の調査結果を示す。ここでレーザ通
過孔の直径ａは１ｍｍとし、他の条件は図４の場合と同
一条件とした。図５から明らかなように、ｂ値が2.２ｍ
ｍ以上で急激に溶け込み深さが減少している。集光ミラ
ーの焦点距離、レーザ出力、溶接速度を変化させても同
様の結果が得られた。以上の結果から、ａの適正値は1.
８ｍｍ未満、ｂの適正値は2.２ｍｍ未満となることが明
らかである。
【００２４】冷却ヘッドの材質は、熱伝導率が大きい金
属が良く、この点から銅が最も望ましいが、ステンレス
鋼、真ちゅう等も使用できる。
属が良く、この点から銅が最も望ましいが、ステンレス
鋼、真ちゅう等も使用できる。
【００２５】冷却ヘッドの大きさは、ビーム通過孔の中
心から溶接進行方向および左右両方向にそれぞれ１２ｍ
ｍ以上、溶接進行方向とは逆方向に２０ｍｍ以上（平面
積：約７７０ｍｍ2 以上）の大きさを確保するのが望ま
しい。その理由は、これより小さい場合にはシールドガ
スＧ１およびＧ２のガス流れに乱れが生じ、溶接部の保
護（シールド）が充分にできなくなるおそれがあるから
である。なお、大きさの上限は何ら制限するものではな
い。しかし、あまり大きいと、溶接部分等を観察等する
必要がある場合にそれが困難になるから、その大きさは
溶接進行方向および左右両方向にそれぞれ２０ｍｍ、溶
接進行方向とは逆方向に３０ｍｍ（平面積：約２０００
ｍｍ2 ）程度とするのが良い。
心から溶接進行方向および左右両方向にそれぞれ１２ｍ
ｍ以上、溶接進行方向とは逆方向に２０ｍｍ以上（平面
積：約７７０ｍｍ2 以上）の大きさを確保するのが望ま
しい。その理由は、これより小さい場合にはシールドガ
スＧ１およびＧ２のガス流れに乱れが生じ、溶接部の保
護（シールド）が充分にできなくなるおそれがあるから
である。なお、大きさの上限は何ら制限するものではな
い。しかし、あまり大きいと、溶接部分等を観察等する
必要がある場合にそれが困難になるから、その大きさは
溶接進行方向および左右両方向にそれぞれ２０ｍｍ、溶
接進行方向とは逆方向に３０ｍｍ（平面積：約２０００
ｍｍ2 ）程度とするのが良い。
【００２６】また、シールドガスＧ１およびＧ２の流量
としては、それぞれ１０リットル／ｍｉｎ以上とするの
が望ましい。その理由は、流量が１０リットル／分より
少ない場合には、シールドガスＧ１にあっては溶接時に
発生するプラズマを充分に拡散・消失させ得ないおそれ
があるからであり、またシールドガスＧ２にあっては溶
接部分を充分に保護（シールド）し得ないおそれがある
からである。なお、何れのガスＧ１およびＧ２も、その
流量の上限は何ら制限するものではない。
としては、それぞれ１０リットル／ｍｉｎ以上とするの
が望ましい。その理由は、流量が１０リットル／分より
少ない場合には、シールドガスＧ１にあっては溶接時に
発生するプラズマを充分に拡散・消失させ得ないおそれ
があるからであり、またシールドガスＧ２にあっては溶
接部分を充分に保護（シールド）し得ないおそれがある
からである。なお、何れのガスＧ１およびＧ２も、その
流量の上限は何ら制限するものではない。
【００２７】
【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。
【００２８】表１に示す化学組成の鋼板をレーザ溶接す
るにあたり、図２および図３に示す冷却ヘッドを使用し
た。冷却ヘッドの仕様および使用条件を表２に示す。レ
ーザ溶接は、定格出力５ｋＷの炭酸ガスレーザ発振器を
使用し、出力を５ｋＷ、焦点を鋼板表面に設定して実施
した。溶接速度を変化させたときの溶け込み深さを、冷
却ヘッドを使用しない従来法の場合と比較して図６に示
す。本発明の実施により、溶け込み深さが1.２〜1.５倍
に向上した。レーザ出力を変化させても、５ｋＷの場合
と同様の効果が得られた。
るにあたり、図２および図３に示す冷却ヘッドを使用し
た。冷却ヘッドの仕様および使用条件を表２に示す。レ
ーザ溶接は、定格出力５ｋＷの炭酸ガスレーザ発振器を
使用し、出力を５ｋＷ、焦点を鋼板表面に設定して実施
した。溶接速度を変化させたときの溶け込み深さを、冷
却ヘッドを使用しない従来法の場合と比較して図６に示
す。本発明の実施により、溶け込み深さが1.２〜1.５倍
に向上した。レーザ出力を変化させても、５ｋＷの場合
と同様の効果が得られた。
【００２９】
【表１】
【００３０】
【表２】
【００３１】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のレーザ溶接法は、プラズマの発生を抑えて、大幅な溶
け込み深さの増大を達成し得る。しかも、Ｈｅを使用す
る必要がないので、溶接コストは従来と実質的に変わら
ず、更に、サイドガスを使わないので、複雑な制御機構
を必要としない。
のレーザ溶接法は、プラズマの発生を抑えて、大幅な溶
け込み深さの増大を達成し得る。しかも、Ｈｅを使用す
る必要がないので、溶接コストは従来と実質的に変わら
ず、更に、サイドガスを使わないので、複雑な制御機構
を必要としない。
【００３２】また、本発明の冷却ヘッドは、内部を冷却
液が流通する高熱伝導性の金属板材からなるので、溶接
部直上に生じるプラズマを充分に冷却でき、且つ、ビー
ム入側から噴射される第１のシールドガスをその入側面
で外向きのガス流に効果的に整流する。ビーム通過孔の
周囲から第２のシールドガスを噴出するので、溶接部の
汚染を充分に防止し、溶融地が後方へ長く延在する場合
も、溶接部対向位置に設けたガス出口からの第２のシー
ルドガスにより充分なシールド性を確保する。
液が流通する高熱伝導性の金属板材からなるので、溶接
部直上に生じるプラズマを充分に冷却でき、且つ、ビー
ム入側から噴射される第１のシールドガスをその入側面
で外向きのガス流に効果的に整流する。ビーム通過孔の
周囲から第２のシールドガスを噴出するので、溶接部の
汚染を充分に防止し、溶融地が後方へ長く延在する場合
も、溶接部対向位置に設けたガス出口からの第２のシー
ルドガスにより充分なシールド性を確保する。
【図１】本発明のレーザ溶接法の一実施態様を模式的に
示す側面図である。
示す側面図である。
【図２】本発明の冷却ヘッドの一例を示す平面図であ
る。
る。
【図３】図２の冷却ヘッドの縦断側面図である。
【図４】レーザ通過孔の直径と溶け込み深さとの関係を
示す図表である。
示す図表である。
【図５】被溶接材から冷却ヘッドまでの距離と溶け込み
深さとの関係を示す図表である。
深さとの関係を示す図表である。
【図６】溶接速度と溶け込みとの関係を、本発明法およ
び従来法について示す図表である。
び従来法について示す図表である。
１ トーチ ２ 被溶接材 ２ａ 被溶接部 ２ｂ 溶接部 ３ 冷却ヘッド ３ａ ビーム通過孔 ３ｂ 通水路 ３ｃ ガス路 ３ｄ，３ｂ ノズル Ｂ レーザービーム Ｇ１，Ｇ２ シールドガス
Claims (2)
- 【請求項１】 集光されたレーザビームを被溶接材の被
溶接部に照射するレーザ溶接法において、被溶接部に照
射されるレーザビームを通過させる直径1.８ｍｍ未満の
ビーム通過孔が設けられた冷却ヘッドを、被溶接材から
の距離が2.２ｍｍ未満の位置に保持して溶接を行ない、
その溶接中、冷却ヘッドのビーム入射側からレーザビー
ムに沿って第１のシールドガスを噴射すると共に、冷却
ヘッドから被溶接部へ向けて第２のシールドガスを噴射
することを特徴とするレーザ溶接法。 - 【請求項２】 内部を冷却液が流通する高熱伝導性の金
属板材からなり、該板材に両面間を通過するビーム通過
孔を設けると共に、板材中にシールドガスを導入するガ
ス路を設け、該ガス路の出口を、板材の一方の面のビー
ム通過孔周囲および溶接部対向位置に開口させたことを
特徴とする冷却ヘッド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4072394A JP2638379B2 (ja) | 1992-02-21 | 1992-02-21 | レーザ溶接法およびこれに使用する冷却ヘッド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4072394A JP2638379B2 (ja) | 1992-02-21 | 1992-02-21 | レーザ溶接法およびこれに使用する冷却ヘッド |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05228681A true JPH05228681A (ja) | 1993-09-07 |
| JP2638379B2 JP2638379B2 (ja) | 1997-08-06 |
Family
ID=13488014
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4072394A Expired - Fee Related JP2638379B2 (ja) | 1992-02-21 | 1992-02-21 | レーザ溶接法およびこれに使用する冷却ヘッド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2638379B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6204475B1 (en) | 1999-01-04 | 2001-03-20 | Fanuc Limited | Laser machining apparatus with transverse gas flow |
| JP2004001043A (ja) * | 2002-05-31 | 2004-01-08 | Hitachi Zosen Corp | レーザ加工時のヒューム除去方法及び装置 |
| US20080237206A1 (en) * | 2003-04-03 | 2008-10-02 | Exitech Limited | Method for laser micromachining |
| JP2009006350A (ja) * | 2007-06-27 | 2009-01-15 | Sony Corp | レーザ加工装置とその加工方法、デブリ回収機構とその回収方法、並びに表示パネルの製造方法 |
| CN102601526A (zh) * | 2012-02-20 | 2012-07-25 | 南京航空航天大学 | 体压缩法控制等离子体的固定激光深熔焊接喷嘴及其控制方法 |
| CN104668771A (zh) * | 2015-02-25 | 2015-06-03 | 昆山宝锦激光拼焊有限公司 | 一种焊接头镜片保护装置 |
| JP2015526298A (ja) * | 2012-08-31 | 2015-09-10 | ポスコ | レーザ溶接方法及びこれを用いたレーザ溶接部材 |
| CN109070460A (zh) * | 2016-05-12 | 2018-12-21 | 惠普发展公司，有限责任合伙企业 | 将冷却气流传送到打印头的导管 |
| CN117300172A (zh) * | 2023-09-28 | 2023-12-29 | 西安交通大学 | 一种输出头保护套及金属增材制造的激光器防蒸镀系统 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03151186A (ja) * | 1989-11-02 | 1991-06-27 | Hitachi Cable Ltd | 加工用レーザ光伝装置 |
-
1992
- 1992-02-21 JP JP4072394A patent/JP2638379B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03151186A (ja) * | 1989-11-02 | 1991-06-27 | Hitachi Cable Ltd | 加工用レーザ光伝装置 |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6204475B1 (en) | 1999-01-04 | 2001-03-20 | Fanuc Limited | Laser machining apparatus with transverse gas flow |
| JP2004001043A (ja) * | 2002-05-31 | 2004-01-08 | Hitachi Zosen Corp | レーザ加工時のヒューム除去方法及び装置 |
| US20080237206A1 (en) * | 2003-04-03 | 2008-10-02 | Exitech Limited | Method for laser micromachining |
| US8263901B2 (en) * | 2003-04-03 | 2012-09-11 | Oerlikon Solar Ag, Truebbach | Method for laser micromachining |
| JP2009006350A (ja) * | 2007-06-27 | 2009-01-15 | Sony Corp | レーザ加工装置とその加工方法、デブリ回収機構とその回収方法、並びに表示パネルの製造方法 |
| US8283596B2 (en) | 2007-06-27 | 2012-10-09 | Sony Corporation | Laser processing apparatus and laser processing method, debris collection mechanism and debris collection method, and method for producing display panel |
| CN102601526A (zh) * | 2012-02-20 | 2012-07-25 | 南京航空航天大学 | 体压缩法控制等离子体的固定激光深熔焊接喷嘴及其控制方法 |
| JP2015526298A (ja) * | 2012-08-31 | 2015-09-10 | ポスコ | レーザ溶接方法及びこれを用いたレーザ溶接部材 |
| CN104668771A (zh) * | 2015-02-25 | 2015-06-03 | 昆山宝锦激光拼焊有限公司 | 一种焊接头镜片保护装置 |
| CN109070460A (zh) * | 2016-05-12 | 2018-12-21 | 惠普发展公司，有限责任合伙企业 | 将冷却气流传送到打印头的导管 |
| CN117300172A (zh) * | 2023-09-28 | 2023-12-29 | 西安交通大学 | 一种输出头保护套及金属增材制造的激光器防蒸镀系统 |
| CN117300172B (zh) * | 2023-09-28 | 2026-04-21 | 西安交通大学 | 一种输出头保护套及金属增材制造的激光器防蒸镀系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2638379B2 (ja) | 1997-08-06 |
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