JPH07256478A - レーザ溶接ヘッド - Google Patents
レーザ溶接ヘッドInfo
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- JPH07256478A JPH07256478A JP7028243A JP2824395A JPH07256478A JP H07256478 A JPH07256478 A JP H07256478A JP 7028243 A JP7028243 A JP 7028243A JP 2824395 A JP2824395 A JP 2824395A JP H07256478 A JPH07256478 A JP H07256478A
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
-
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- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
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- B23K26/1462—Nozzles; Features related to nozzles
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- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 溶接ノズルを用いる従来の周知の解決法の欠
陥をなくして所定の要件に応えるレーザ溶接ヘッドを提
供する。 【構成】 非常に小さな出口直径ｄを有するノズル１０
を備え、焦点距離１５０ｍｍのＣＯ2 レーザ・ビーム６
の場合にはｄは２．５ｍｍであり、ノズル１０は円錐内
面１１を有し、その頂点での半角は前記のレーザ・ビー
ム６の場合に１５度であり、またその表面状態もＲａ
０．８と良好であり、出口ゾーンはノズル出口直径ｄの
２倍近い半径ｒの棚部を有する。
陥をなくして所定の要件に応えるレーザ溶接ヘッドを提
供する。 【構成】 非常に小さな出口直径ｄを有するノズル１０
を備え、焦点距離１５０ｍｍのＣＯ2 レーザ・ビーム６
の場合にはｄは２．５ｍｍであり、ノズル１０は円錐内
面１１を有し、その頂点での半角は前記のレーザ・ビー
ム６の場合に１５度であり、またその表面状態もＲａ
０．８と良好であり、出口ゾーンはノズル出口直径ｄの
２倍近い半径ｒの棚部を有する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、改良された機能を有す
る溶接ノズルを備えたレーザ溶接ヘッドに関する。
る溶接ノズルを備えたレーザ溶接ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザ溶接装置において、前記のノズル
を貫くレーザ・ビームを囲む、溶接されるゾーンの中
に、溶融浴に直角に補助ガスを導くことを特に役割とす
る、溶接ノズルを使用することは、それ自体周知であ
る。使用されるガスは、例えばアルゴンなどの中性ガス
である。
を貫くレーザ・ビームを囲む、溶接されるゾーンの中
に、溶融浴に直角に補助ガスを導くことを特に役割とす
る、溶接ノズルを使用することは、それ自体周知であ
る。使用されるガスは、例えばアルゴンなどの中性ガス
である。
【０００３】ガス取入口と連結されたこの種のノズルの
例は、欧州特許ＥＰ−Ａ第０３３０５６５号、米国特許
ＵＳ−Ａ第４８０４８１５号、及び同第４９５２７７０
号に開示されている。従来の周知のこれらの装置では多
くの場合、補足装置を付加する必要があった。すなわ
ち、欧州特許第０３３０５６５号は、作業ゾーンをカバ
ーし適切にノズルを囲むエジェクタを用意している。一
般にレーザ溶接は、溶融浴の表面においてプラズマの形
成を伴う。このプラズマは、これが安定しない場合は溶
接を著しく阻害し、したがって最終製品の品質が損わ
れ、特にその再現性が影響を受ける。さらに、プラズマ
はレーザ・ビームを遮蔽し、そのためプロセスの容量が
制限される。したがって、溶接装置に、溶融浴の上にあ
り送風によってプラズマを抑える働きをする「プラズマ
除け」と呼ばれるシステムがしばしば付加されている。
欧州特許第０４７４５５７号は、厳密な意味での溶接ノ
ズルの外側で作業ゾーンの近くに配置されたこの種のガ
ス吹付けシステムの実施例を示している。この場合、要
求される品質が高い応用例では、溶接ノズルにより溶融
浴の上にガスを吹き付けて良好な結果を得ることは、明
らかに不可能であることが判明している。
例は、欧州特許ＥＰ−Ａ第０３３０５６５号、米国特許
ＵＳ−Ａ第４８０４８１５号、及び同第４９５２７７０
号に開示されている。従来の周知のこれらの装置では多
くの場合、補足装置を付加する必要があった。すなわ
ち、欧州特許第０３３０５６５号は、作業ゾーンをカバ
ーし適切にノズルを囲むエジェクタを用意している。一
般にレーザ溶接は、溶融浴の表面においてプラズマの形
成を伴う。このプラズマは、これが安定しない場合は溶
接を著しく阻害し、したがって最終製品の品質が損わ
れ、特にその再現性が影響を受ける。さらに、プラズマ
はレーザ・ビームを遮蔽し、そのためプロセスの容量が
制限される。したがって、溶接装置に、溶融浴の上にあ
り送風によってプラズマを抑える働きをする「プラズマ
除け」と呼ばれるシステムがしばしば付加されている。
欧州特許第０４７４５５７号は、厳密な意味での溶接ノ
ズルの外側で作業ゾーンの近くに配置されたこの種のガ
ス吹付けシステムの実施例を示している。この場合、要
求される品質が高い応用例では、溶接ノズルにより溶融
浴の上にガスを吹き付けて良好な結果を得ることは、明
らかに不可能であることが判明している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、プラズマ除け
システムの利用は、溶接しようとするゾーンへの近づき
易さに関して、特に溶接を実施するために同一平面内で
方向を変えなければならない場合（例えば単一平面内に
おいて方形切片を溶接する場合）には、不都合なことが
多い。
システムの利用は、溶接しようとするゾーンへの近づき
易さに関して、特に溶接を実施するために同一平面内で
方向を変えなければならない場合（例えば単一平面内に
おいて方形切片を溶接する場合）には、不都合なことが
多い。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、溶接ノズルを
用いる従来の周知の解決法の欠陥をなくして満足できる
形で上記の条件に応えるレーザ溶接ヘッドであって、出
口直径ｄが非常に小さくて、１５０ｍｍという長い焦点
距離のＣＯ2 レーザ・ビームの場合には２．５ｍｍであ
り、円錐状内面の半角ａが頂点で１５度であり、出口ゾ
ーンがノズル出口直径ｄの２倍近い半径ｒの棚部、すな
わちレーザ・ビームの場合には出口直径２．５ｍｍに対
して４ｍｍ径の棚部を有し、内面はＲａ０．８の良好な
状態であることを特徴とするレーザ溶接ヘッドを対象と
する。
用いる従来の周知の解決法の欠陥をなくして満足できる
形で上記の条件に応えるレーザ溶接ヘッドであって、出
口直径ｄが非常に小さくて、１５０ｍｍという長い焦点
距離のＣＯ2 レーザ・ビームの場合には２．５ｍｍであ
り、円錐状内面の半角ａが頂点で１５度であり、出口ゾ
ーンがノズル出口直径ｄの２倍近い半径ｒの棚部、すな
わちレーザ・ビームの場合には出口直径２．５ｍｍに対
して４ｍｍ径の棚部を有し、内面はＲａ０．８の良好な
状態であることを特徴とするレーザ溶接ヘッドを対象と
する。
【０００６】溶接ヘッドをその上部で平レンズによって
閉じ、保護ガスを前記のレンズの下とそのすぐ近傍に注
入すると有利である。
閉じ、保護ガスを前記のレンズの下とそのすぐ近傍に注
入すると有利である。
【０００７】本発明のその他の特徴と利点は、添付の図
面を参照しながら本発明の実施例に関する以下の説明を
読むことによって、さらによく理解されよう。
面を参照しながら本発明の実施例に関する以下の説明を
読むことによって、さらによく理解されよう。
【０００８】
【実施例】本発明による、図１に概略図で示したレーザ
溶接ヘッド１は、従来通り、本体２と取付け用上部フラ
ンジ３を有する。この本体２上には、周知のように反射
鏡４と集束鏡５が取り付けられ、集束鏡５は、上部フラ
ンジ３上に設けられた穴７を通って溶接ヘッド中を貫通
するようにレーザ・ビーム６を導く。
溶接ヘッド１は、従来通り、本体２と取付け用上部フラ
ンジ３を有する。この本体２上には、周知のように反射
鏡４と集束鏡５が取り付けられ、集束鏡５は、上部フラ
ンジ３上に設けられた穴７を通って溶接ヘッド中を貫通
するようにレーザ・ビーム６を導く。
【０００９】本発明によれば、注目すべきことに、平レ
ンズまたは窓８は、上部フランジ３の穴７の内部で、窓
８を貫くレーザ・ビーム６の進路上に取り付けられ、取
入口９が前記の本体２上に、前記の窓８の下のそのすぐ
近傍に設けられ、中性ガス、例えばアルゴンの供給源に
連結されている。
ンズまたは窓８は、上部フランジ３の穴７の内部で、窓
８を貫くレーザ・ビーム６の進路上に取り付けられ、取
入口９が前記の本体２上に、前記の窓８の下のそのすぐ
近傍に設けられ、中性ガス、例えばアルゴンの供給源に
連結されている。
【００１０】最後に、本体２は、レーザ・ビーム６の出
口を囲みその内面が本発明による特定の形状を有する、
溶接ノズル１０を担持する。内面１１の全体の形状は円
錐形であり、出口の直径はかなり小さく、出口ゾーンは
棚部を有し、この棚部の半径は出口の直径の約２倍に相
当する。図面に示した実施例では、予想される溶接の応
用例に適合した使用されるレーザ・ビームの特徴を考慮
して、ノズル１０の出口直径ｄは２．５ｍｍであり、一
方、出口ゾーンの半径ｒは４mmであり、内面１１の円錐
頂点での半角は５度である。ノズル１０の円錐形内面１
１の基部１２は、流れの中における乱流の発生を防止す
る棚部Ｒによって、本体２の内面に連結されている。今
説明している実施例では、使用されるレーザ・ビーム
は、図１において溶接しようとするゾーンの上の焦点Ｓ
で示すように、焦点距離ｌを有し、この数値は１５０ｍ
ｍであり、使用されるレーザ源はＣＯ2 源である。
口を囲みその内面が本発明による特定の形状を有する、
溶接ノズル１０を担持する。内面１１の全体の形状は円
錐形であり、出口の直径はかなり小さく、出口ゾーンは
棚部を有し、この棚部の半径は出口の直径の約２倍に相
当する。図面に示した実施例では、予想される溶接の応
用例に適合した使用されるレーザ・ビームの特徴を考慮
して、ノズル１０の出口直径ｄは２．５ｍｍであり、一
方、出口ゾーンの半径ｒは４mmであり、内面１１の円錐
頂点での半角は５度である。ノズル１０の円錐形内面１
１の基部１２は、流れの中における乱流の発生を防止す
る棚部Ｒによって、本体２の内面に連結されている。今
説明している実施例では、使用されるレーザ・ビーム
は、図１において溶接しようとするゾーンの上の焦点Ｓ
で示すように、焦点距離ｌを有し、この数値は１５０ｍ
ｍであり、使用されるレーザ源はＣＯ2 源である。
【００１１】いずれにせよ、ノズルの出口の直径ｄはか
なり小さく、その値は使用されるレーザ・ビーム、特に
その直径に応じて決まる。棚部を有するノズル出口ゾー
ンの半径ｒは、ノズル出口の直径ｄの２倍近くに決定さ
れる。ノズルの内部円錐頂点の半角の値も同様に、使用
されるレーザ・ビームに応じて決まる。図面に示した実
施例の場合における上記の数値は、航空用エンジン部
品、特に案内羽根の段や固定子の構造アーム、特にター
ボジェット・エンジンのブロワーの構造アームなど、固
定子の要素の溶接を意図する応用例に合ったそれ自体既
知の特性を示すレーザ・ビームについて、実験的に決定
されたものである。
なり小さく、その値は使用されるレーザ・ビーム、特に
その直径に応じて決まる。棚部を有するノズル出口ゾー
ンの半径ｒは、ノズル出口の直径ｄの２倍近くに決定さ
れる。ノズルの内部円錐頂点の半角の値も同様に、使用
されるレーザ・ビームに応じて決まる。図面に示した実
施例の場合における上記の数値は、航空用エンジン部
品、特に案内羽根の段や固定子の構造アーム、特にター
ボジェット・エンジンのブロワーの構造アームなど、固
定子の要素の溶接を意図する応用例に合ったそれ自体既
知の特性を示すレーザ・ビームについて、実験的に決定
されたものである。
【００１２】前記のレーザ溶接ヘッドは特に、高い品質
と欠陥に関する品質管理とを必要とする、あらゆる種類
の突合せ溶接またはＴ継手向けのものである。
と欠陥に関する品質管理とを必要とする、あらゆる種類
の突合せ溶接またはＴ継手向けのものである。
【００１３】溶接において満足な結果を得ることは、図
面を参照して説明した本発明による装置によって保証さ
れる。溶融浴に直角に補助ガスを導入する効率が、特に
多数のパラメータを制御することによって向上する。ノ
ズル１０の内面１１の円錐形状とノズル出口の形状によ
ってガスの方向制御が保証され、ガス流が、最小の乱流
レベルでノズルの幾何軸Ａに平行に射出できるようにな
る。ガス供給圧の選定と溶接ヘッド内面の形状決定によ
って、溶接ヘッド内部の圧力に依存するガス流出速度の
制御が可能になる。その重要な効果は、再現性のある結
果で溶接の品質を保証するための不可欠な条件である、
溶融浴の表面に発生するプラズマの安定性が得られるこ
とである。この効果は、ノズル出口の直径ｄを小さく
し、ガス流におけるあらゆる乱流をなくすことによって
得られる。ガス噴射が安定すること、及び特に乱流がな
いことは、ノズルの内面形状とその品質、すなわちノズ
ル１０の内面１１の良好な表面状態によるものである。
すなわち、上記の実施例では、少なくとも０．８という
良好な値Ｒａの表面状態が得られている。
面を参照して説明した本発明による装置によって保証さ
れる。溶融浴に直角に補助ガスを導入する効率が、特に
多数のパラメータを制御することによって向上する。ノ
ズル１０の内面１１の円錐形状とノズル出口の形状によ
ってガスの方向制御が保証され、ガス流が、最小の乱流
レベルでノズルの幾何軸Ａに平行に射出できるようにな
る。ガス供給圧の選定と溶接ヘッド内面の形状決定によ
って、溶接ヘッド内部の圧力に依存するガス流出速度の
制御が可能になる。その重要な効果は、再現性のある結
果で溶接の品質を保証するための不可欠な条件である、
溶融浴の表面に発生するプラズマの安定性が得られるこ
とである。この効果は、ノズル出口の直径ｄを小さく
し、ガス流におけるあらゆる乱流をなくすことによって
得られる。ガス噴射が安定すること、及び特に乱流がな
いことは、ノズルの内面形状とその品質、すなわちノズ
ル１０の内面１１の良好な表面状態によるものである。
すなわち、上記の実施例では、少なくとも０．８という
良好な値Ｒａの表面状態が得られている。
【００１４】同様に、本発明によるノズルによって得ら
れる重要な利点は、従来の周知のある種の装置における
と同様に、「プラズマ除け」と呼ばれるシステムの使用
を必要とせずに、溶融浴のプラズマが非常に高い信頼度
で安定化することである。したがって、溶接しようとす
るゾーンへの良好な近づき易さが保証され、本発明によ
る溶接ヘッドにより順応性に富む工業的な利用が可能に
なる。
れる重要な利点は、従来の周知のある種の装置における
と同様に、「プラズマ除け」と呼ばれるシステムの使用
を必要とせずに、溶融浴のプラズマが非常に高い信頼度
で安定化することである。したがって、溶接しようとす
るゾーンへの良好な近づき易さが保証され、本発明によ
る溶接ヘッドにより順応性に富む工業的な利用が可能に
なる。
【００１５】また、ノズル１０の出口の直径ｄが小さく
なっているため、溶融金属のはねかえりと溶融浴から発
生する煙霧の上昇に対する、溶接ヘッドの鏡の効果的な
保護が容易になる。また平レンズまたは窓８を使用し、
窓８のすぐ下にガス注入装置が配置されているため、ノ
ズル出口で乱れのない流れを得る助けとなる。その上、
本体２の上部にガス取入口９が配置されているために、
流れの品質が改善される。
なっているため、溶融金属のはねかえりと溶融浴から発
生する煙霧の上昇に対する、溶接ヘッドの鏡の効果的な
保護が容易になる。また平レンズまたは窓８を使用し、
窓８のすぐ下にガス注入装置が配置されているため、ノ
ズル出口で乱れのない流れを得る助けとなる。その上、
本体２の上部にガス取入口９が配置されているために、
流れの品質が改善される。
【００１６】航空用エンジン部品の製作における得られ
る溶着ビードの再現性のある品質が、本発明による装置
の利点を示している。さらに、これらの装置は、種々の
レーザ溶接装置、特に異なる種類のレーザ・ビーム源を
利用する方法によるレーザ溶接装置に適用され、特にＣ
Ｏ2 レーザ源及びＹＡＧレーザ源を用いる溶接方法に適
用される。
る溶着ビードの再現性のある品質が、本発明による装置
の利点を示している。さらに、これらの装置は、種々の
レーザ溶接装置、特に異なる種類のレーザ・ビーム源を
利用する方法によるレーザ溶接装置に適用され、特にＣ
Ｏ2 レーザ源及びＹＡＧレーザ源を用いる溶接方法に適
用される。
【図１】本発明によるレーザ溶接ヘッドのレーザ・ビー
ムの幾何軸を含む平面で切った概略断面図である。
ムの幾何軸を含む平面で切った概略断面図である。
【図２】前記のレーザ溶接ヘッドの一部をなす本発明に
よる溶接ノズルを拡大した、図１に示すものと同様の図
である。
よる溶接ノズルを拡大した、図１に示すものと同様の図
である。
１ レーザ溶接ヘッド ２ 本体 ３ 取付け用上部フランジ ４ 反射鏡 ５ 集束鏡 ６ レーザ・ビーム ７ 穴 ８ 平レンズ、窓 ９ 取入口 １０ 溶接ノズル １１ 円錐状内面 １２ 基部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジヤン−イブ・ロルー フランス国、94320・チアイス、アブニ ユ・ドウ・ラ・レピユブリク・７ (72)発明者 ジエラール・ルイ・ザノリン フランス国、91490・オンシー・シユル・ エコール、シユマン・ドユ・クロ・ドユ・ プリユワー・26
Claims (2)
- 【請求項１】 溶接しようとする領域にレーザ・ビーム
が到達する位置に出口を有する溶接ノズル１０を備える
レーザ溶接ヘッドにおいて、前記ノズル１０が１５０ｍ
ｍという長い焦点距離ｌのＣＯ2 レーザ・ビーム６の場
合に、２．５ｍｍという非常に小さな出口直径ｄを有
し、頂点での半角が前記レーザ・ビーム６の場合に１５
度である円錐内面１１と、前記レーザ・ビーム６の場合
に半径４ｍｍというノズル出口直径ｄの２倍近い半径ｒ
の棚部を有する出口ゾーンとを備え、前記ノズル１０の
内面１１が少なくともＲａ０．８という良好な表面状態
を有することを特徴とするレーザ溶接ヘッド。 - 【請求項２】 前記ザ・ビーム６の入口が平レンズまた
は窓８によって閉じられ、保護ガス取入口９が前記窓８
の下のそのすぐ近傍に位置することを特徴とする請求項
１に記載のレーザ溶接ヘッド。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9401733A FR2716133B1 (fr) | 1994-02-16 | 1994-02-16 | Tête de soudage au laser à buse améliorée. |
| FR9401733 | 1994-02-16 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07256478A true JPH07256478A (ja) | 1995-10-09 |
Family
ID=9460122
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7028243A Pending JPH07256478A (ja) | 1994-02-16 | 1995-02-16 | レーザ溶接ヘッド |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0668121A1 (ja) |
| JP (1) | JPH07256478A (ja) |
| CA (1) | CA2142425A1 (ja) |
| FR (1) | FR2716133B1 (ja) |
| IL (1) | IL112629A0 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7307237B2 (en) * | 2005-12-29 | 2007-12-11 | Honeywell International, Inc. | Hand-held laser welding wand nozzle assembly including laser and feeder extension tips |
| US7906744B2 (en) * | 2003-07-22 | 2011-03-15 | Kuka Systems Gmbh | Method and device for the laser machining of workpieces |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103567636B (zh) * | 2013-09-22 | 2015-12-02 | 北京工业大学 | 一种同轴激光焊接工作头 |
| JP6810110B2 (ja) * | 2018-08-24 | 2021-01-06 | ファナック株式会社 | 加工条件調整装置及び機械学習装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| DE4006511A1 (de) * | 1990-03-02 | 1991-09-05 | Krupp Gmbh | Einrichtung zum zufuehren pulverfoermiger zusatzwerkstoffe in den bereich einer schweissstelle |
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1994
- 1994-02-16 FR FR9401733A patent/FR2716133B1/fr not_active Expired - Fee Related
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1995
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| FR2716133B1 (fr) | 1996-04-05 |
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| EP0668121A1 (fr) | 1995-08-23 |
| IL112629A0 (en) | 1995-05-26 |
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