JPH0910981A - 水中レーザ溶接装置 - Google Patents

水中レーザ溶接装置

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JPH0910981A
JPH0910981A JP7161193A JP16119395A JPH0910981A JP H0910981 A JPH0910981 A JP H0910981A JP 7161193 A JP7161193 A JP 7161193A JP 16119395 A JP16119395 A JP 16119395A JP H0910981 A JPH0910981 A JP H0910981A
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桂 大脇
Yuko Kanazawa
祐孝 金澤
Keinosuke Maeda
圭之介 前田
Kazuyuki Tsuchiya
和之 土屋
Suemi Hirata
末美 平田
Akihiro Nishimi
昭浩 西見
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ISHIKAWAJIMA SYST TECHNOL KK
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 複雑且つ大型のドライ化装置を必要とするこ
となく溶接部の局所的な排水を行い得る水中レーザ溶接
装置を提供することによって、複雑な構造物内や狭隘箇
所に対するアクセス性及び操作性を向上する。 【構成】 レーザ光１０を水１中のワーク（配管３）に
向け照射して溶接作業を行う水中レーザ溶接装置におい
て、加工ヘッド４の先端側にレーザスポット１４付近ま
で延びる先細り形状のノズル部１５を形成し、該ノズル
部１５内にシールドガス２４を導入し得るよう構成し、
ノズル部１５の内周面にシールドガス２４に対し旋回力
を付与し得るよう複数条の溝部２５をノズル口２８を中
心とする渦状に刻設する。シールドガス２４は複数条の
溝部２５により旋回力を付与されてノズル部１５の先端
から噴射され、このシールドガス２４の旋回流により溶
接部周囲が局所的に効率良く強制排水される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、水中レーザ溶接装置に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】水中に没しているワーク（被溶接材）を
レーザ溶接する技術としては、例えば特願平３−１８９
７５２号（特開平５−３１５９１号公報）等が既に提案
されており、ここに開示されている水中レーザ溶接装置
では、下部を開口したチャンバ状のドライ化装置により
水中に没しているワークの溶接部全域を包囲し、前記ド
ライ化装置内の水をアルゴンガス等の注入により排除し
て空洞を形成し、前記ドライ化装置内に位置調整可能に
装備されているレーザ照射光学系に光ファイバを介して
導いたレーザ光を前記ワークに向け照射して溶接作業を
行うようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た如き従来の水中レーザ溶接装置では、複雑且つ大型の
ドライ化装置が必要となる為に構造が肥大化し、複雑な
構造物内や狭隘箇所に対するアクセス性及び操作性が悪
いという不具合があった。
【０００４】本発明は上述の実情に鑑みてなしたもの
で、複雑且つ大型のドライ化装置を必要とすることなく
溶接部の局所的な排水を行い得る水中レーザ溶接装置を
提供することによって、複雑な構造物内や狭隘箇所に対
するアクセス性及び操作性を向上することを目的として
いる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の発明は、ＹＡＧレーザ発振器から発振されるレーザ光
を光ファイバを介して水中の加工ヘッドに導き、該加工
ヘッド内の光学レンズ系を介して集光したレーザ光を前
記加工ヘッド先端から水中のワークに向け照射して溶接
作業を行う水中レーザ溶接装置であって、前記加工ヘッ
ドの先端側にレーザスポット付近まで延び且つ先端中央
にノズル口を開口した先細り形状のノズル部を形成する
と共に、該ノズル部内にシールドガスを導入し得るよう
構成し、前記ノズル部の内周面にシールドガスに対し旋
回力を付与し得るよう複数条の溝部を前記ノズル口を中
心とする渦状に刻設したことを特徴とするものである。
【０００６】また、本発明の請求項２に記載の発明は、
ＹＡＧレーザ発振器から発振されるレーザ光を光ファイ
バを介して水中の加工ヘッドに導き、該加工ヘッド内の
光学レンズ系を介して集光したレーザ光を前記加工ヘッ
ド先端から水中のワークに向け照射して溶接作業を行う
水中レーザ溶接装置であって、前記加工ヘッドの先端側
にレーザスポット付近まで延び且つ先端中央にノズル口
を開口したノズル部を形成すると共に、該ノズル部のノ
ズル口周囲に複数のシールドガス補助噴出孔を開口し、
前記ノズル部内及び各シールドガス補助噴出孔の基端側
にシールドガスを導入し得るよう構成したことを特徴と
するものである。
【０００７】更に、本発明の請求項２に記載の発明にお
いては、ノズル部内と各シールドガス補助噴出孔の基端
側とに対しシールドガスを夫々別系統で導入し得るよう
構成することが好ましく、また、各シールドガス補助噴
出孔をシールドガスに対し旋回力を付与し得るようノズ
ル口を中心とする円周方向に傾斜すると良い。
【０００８】更に、ノズル部の基端側から先端側に向け
て末広がりとなるスカート形状を有し且つ前記ノズル部
の先端で各シールドガス補助噴出孔を取り囲むよう環状
に開口する水噴出口を前記ノズル部に穿設し、前記水噴
出口の基端側に水を導入し得るよう構成することも可能
である。
【０００９】
【作用】従って本発明の請求項１に記載の発明では、Ｙ
ＡＧレーザ発振器から発振されるレーザ光を光ファイバ
を介して水中の加工ヘッドに導き、該加工ヘッド内の光
学レンズ系を介して集光したレーザ光を前記加工ヘッド
先端から水中のワークに向け照射して溶接作業を行う際
に、加工ヘッドのノズル部内にシールドガスを導入する
と、該シールドガスは前記ノズル部の内周面に渦状に刻
設されている複数条の溝部により旋回力を付与されて前
記ノズル部の先端からワークに向け噴射され、ワークの
溶接部周囲が前記シールドガスの旋回流により局所的に
効率良く強制排水されてドーム状の良好なシールドガス
雰囲気が形成される。
【００１０】また、本発明の請求項２に記載の発明で
は、ノズル部内及び各シールドガス補助噴出孔の基端側
にシールドガスを導入すると、該シールドガスは前記ノ
ズル部のノズル口及び該ノズル口周囲の各シールドガス
補助噴出孔からワークの溶接部に向け噴射されるので、
このシールドガスによりワークの溶接部周囲が局所的に
効率良く強制排水されてドーム状の良好なシールドガス
雰囲気が形成される。
【００１１】更に、本発明の請求項２に記載の発明にお
いて、ノズル部内と各シールドガス補助噴出孔の基端側
とに対しシールドガスを夫々別系統で導入し得るよう構
成した場合には、ノズル口と各シールドガス補助噴出孔
とから夫々噴射されるシールドガスの流量や圧力を別個
に調整することが可能となる。
【００１２】また、各シールドガス補助噴出孔をシール
ドガスに対し旋回力を付与し得るようノズル口を中心と
する円周方向に傾斜した場合には、水噴射口から円筒状
に噴射された水で包囲されるシールドガスが旋回力を付
与されてシールドガスの旋回流が形成されるので、ワー
クの溶接部周囲が更に効率良く強制排水される。
【００１３】更に、ノズル部の基端側から先端側に向け
て末広がりとなるスカート形状を有し且つ前記ノズル部
の先端で各シールドガス補助噴出孔を取り囲むよう環状
に開口する水噴出口を前記ノズル部に穿設し、前記水噴
出口の基端側に水を導入し得るよう構成した場合には、
シールドガスが前記ノズル部のノズル口及び該ノズル口
周囲の各シールドガス補助噴出孔からワークの溶接部に
向け噴射されることになり、しかも、前記ノズル口及び
各シールドガス補助噴出孔から噴射されるシールドガス
を包囲する如く水噴出口の先端から円筒状に噴射される
ことになるので、この円筒状に噴射された水で包囲され
るシールドガスによりワークの溶接部周囲が局所的に効
率良く強制排水されてドーム状の良好なシールドガス雰
囲気が形成される。
【００１４】
【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照しつつ説明
する。
【００１５】図１〜図３は本発明の第一実施例を示すも
のであり、水１を貯留した金属製の大型容器２の底部に
貫通配置した配管３をワークとして前記大型容器２の底
部に隅肉溶接する場合を例示しており、前記配管３の実
質的な溶接作業を行う為の加工ヘッド４が、支持ロッド
５により水中に吊り降ろされた多関節マニピュレータ６
により支持され、前記支持ロッド５は、大型容器２の上
部に架設した門型クレーン７により三軸方向（上下、前
後、左右の互いに直角な三方向）に移動可能に支持され
ており、この門型クレーン７による支持ロッド５の移動
と前記多関節マニピュレータ６による操作とによって、
前記加工ヘッド４が所定の溶接方向（配管３の円周方
向）に移動されるようになっている。
【００１６】前記加工ヘッド４の基端には、水１の外に
配置されたＹＡＧレーザ発振器８から導いた光ファイバ
９が接続されており、前記ＹＡＧレーザ発振器８から発
振されるレーザ光１０が光ファイバ９を介して伝送され
るようになっている。
【００１７】前記加工ヘッド４内には、複数枚の集光レ
ンズ１１からなる光学レンズ系１２が保持されており、
前記光ファイバ９により加工ヘッド４まで伝送されたレ
ーザ光１０が、前記光学レンズ系１２を介し集光されて
加工ヘッド４の先端から前記配管３の溶接部に向け照射
されるようになっている。
【００１８】また、前記加工ヘッド４のケーシング１３
の先端は、レーザスポット１４付近まで延びる先細り形
状のノズル部１５として形成されており、該ノズル部１
５を含む加工ヘッド４のケーシング１３には、加工ヘッ
ド４の基端から前記ノズル部１５の先端まで貫通するワ
イヤ送給ノズル１６が穿設され、該ワイヤ送給ノズル１
６の基端には、水１の外に配置されたワイヤ送給装置１
９から導いたワイヤコンジット１８が接続されており、
前記ワイヤ送給装置１９から送給される溶接用ワイヤ２
０が、前記ワイヤコンジット１８内に挿通されてワイヤ
送給ノズル１６の先端から前記レーザ光１０のレーザス
ポット１４に向け案内されるようにしてある。
【００１９】ここで、前記加工ヘッド４のノズル部１５
は、ワイヤ送給ノズル１６を通してレーザスポット１４
に案内される溶接用ワイヤ２０が、レーザ光１０の軸心
に対し適切な挿入角度θで案内されるような適切な先細
り形状を付しておくと良い。
【００２０】更に、前記加工ヘッド４のケーシング１３
におけるワイヤ送給ノズル１６とは円周方向に異なる位
相に、加工ヘッド４の基端からノズル部１５付近まで延
びて該ノズル部１５内に貫通するガス流路２１が穿設さ
れており、該ガス流路２１の基端には、水１の外に配置
されたシールドガスボンベ２２から導いたガス供給管２
３が接続されており、前記シールドガスボンベ２２から
供給されるシールドガス２４（アルゴンガス等の不活性
ガス）が、前記ガス供給管２３内を流れてガス流路２１
からノズル部１５内に導入し該ノズル部１５の先端から
配管３の溶接部に向け噴射されるようになっている。
【００２１】ここで、前記ノズル部１５の内周面には、
複数条の溝部２５がノズル部１５先端のノズル口２８を
中心とする渦状に刻設されており、該ノズル口２８先端
から配管３の溶接部に向け噴射されるシールドガス２４
に対し旋回力を付与し得るようにしてある（図３参
照）。
【００２２】尚、図中２６は前記ガス供給管のシールド
ガスボンベ２２側に備えた電磁弁である。
【００２３】而して、電磁弁２６を開けてシールドガス
ボンベ２２からシールドガス２４をガス供給管２３に導
入すると、該ガス供給管２３に導入されたシールドガス
２４は、前記加工ヘッド４のガス流路２１を通してノズ
ル部１５内に供給され、該ノズル部１５の内周面に渦状
に刻設されている複数条の溝部２５により旋回力を付与
されて前記ノズル部１５先端のノズル口２８から配管３
の溶接部に向け噴射され、配管３の溶接部周囲が前記シ
ールドガス２４の旋回流により局所的に効率良く強制排
水されてドーム状の良好なシールドガス雰囲気が形成さ
れる。
【００２４】次いで、ワイヤ送給装置１９から送給され
る溶接用ワイヤ２０をワイヤコンジット１８を介して加
工ヘッド４のワイヤ送給ノズル１６に導き、該ワイヤ送
給ノズル１６の先端から前記配管３の溶接部に対し溶接
用ワイヤ２０を随時送給すると共に、ＹＡＧレーザ発振
器８から発振されるレーザ光１０を光ファイバ９を介し
て水中の加工ヘッド４に導き、該加工ヘッド４内の光学
レンズ系１２を介して集光したレーザ光１０を前記加工
ヘッド４先端から水中の配管３の溶接部に向け照射して
溶接作業を行う。
【００２５】従って上記実施例によれば、複雑且つ大型
のドライ化装置を必要とすることなく、加工ヘッド４の
ノズル部１５先端のノズル口２８からシールドガス２４
の旋回流を噴射して前記溶接部の局所的な排水を効率良
く行うことができるので、複雑な構造物内や狭隘箇所に
対するアクセス性及び操作性を著しく向上することがで
きる。
【００２６】図４及び図５は本発明の第二実施例を示す
もので、前述した第一実施例においてノズル部１５の内
周面に溝部２５を刻設することに換えて、ノズル部１５
のノズル口２８周囲に複数のシールドガス補助噴出孔２
９を開口し、各シールドガス補助噴出孔２９の基端側に
シールドガス２４を別系統で導入し得るよう構成したも
のである。
【００２７】このようにした場合には、ノズル部１５先
端のノズル口２８から噴射されるメインのシールドガス
２４の周囲に、各シールドガス補助噴出孔２９から噴射
されるシールドガス２４を噴射することができるので、
第一実施例の場合と同様に配管３の溶接部周囲を局所的
に効率良く強制排水してドーム状の良好なシールドガス
雰囲気を形成することができる。
【００２８】特に、本実施例の如く、ノズル部１５先端
のノズル口２８から噴射されるシールドガス２４と、各
シールドガス補助噴出孔２９から噴射されるシールドガ
ス２４とを別系統とした場合には、ノズル口２８と各シ
ールドガス補助噴出孔２９とから夫々噴射されるシール
ドガス２４の流量や圧力を別個に調整することが可能と
なる。
【００２９】図６は本発明の第三実施例を示すもので、
前述した第二実施例における各シールドガス補助噴出孔
２９を、シールドガス２４に対し旋回力を付与し得るよ
うノズル口２８を中心とする円周方向に傾斜したもので
あり、このようにすれば、配管３の溶接部周囲を更に効
率良く強制排水することができる。
【００３０】図７及び図８は本発明の第四実施例を示す
もので、前述した各実施例と略同様に構成した加工ヘッ
ド４の先端に、レーザスポット１４付近まで延びるフラ
ットボトム形状のノズル部２７が形成されており、該ノ
ズル部２７を含む加工ヘッド４のケーシング１３には、
加工ヘッド４の基端から前記ノズル部２７の先端まで貫
通するワイヤ送給ノズル１６が穿設され、ワイヤ送給装
置１９からワイヤコンジット１８を介して送給される溶
接用ワイヤ２０が、ワイヤ送給ノズル１６の先端からレ
ーザ光１０のレーザスポット１４に向け案内されるよう
にしてある。
【００３１】ここで、前記ワイヤ送給ノズル１６には、
該ワイヤ送給ノズル１６を通してレーザスポット１４に
案内される溶接用ワイヤ２０が、レーザ光１０の軸心に
対し適切な挿入角度θで案内されるよう適切な屈曲形状
を付しておく。
【００３２】更に、前記加工ヘッド４のケーシング１３
におけるワイヤ送給ノズル１６とは円周方向に異なる位
相に、加工ヘッド４の基端からノズル部２７付近まで延
びて該ノズル部２７内に貫通するガス流路２１が穿設さ
れており、該ガス流路２１の基端には、水１の外に配置
されたシールドガスボンベ２２から導いたガス供給管２
３が接続されており、前記シールドガスボンベ２２から
供給されるシールドガス２４（アルゴンガス等の不活性
ガス）が、前記ガス供給管２３内を流れてガス流路２１
からノズル部２７内に導入されるようになっている。
【００３３】また、前記ノズル部２７の先端中央に開口
するノズル口２８の周囲には、前記ノズル部２７内に連
通する複数のシールドガス補助噴出孔２９が開口されて
おり、各シールドガス補助噴出孔２９は前記ノズル部２
７の基端側から先端側に向けて互いに末広がり状に配置
されるようになっている。
【００３４】ここで、前記ワイヤ送給ノズル１６は、各
シールドガス補助噴出孔２９の間を通すことにより干渉
が生じないようにしてある。
【００３５】更に、前記ノズル部２７には、該ノズル部
２７の基端側から先端側に向けて末広がりとなるスカー
ト形状を有し且つ前記ノズル部２７の先端で各シールド
ガス補助噴出孔２９を取り囲むよう環状に開口する水噴
出口３０が穿設され、前記ノズル部２７の基端側外周部
における周方向複数箇所には、水１の外の適当な水源か
ら図示しないポンプを介して導いた水供給管３１が接続
されており、前記水源から送給される水１’が、前記各
水供給管３１内を流れて前記水噴出口３０の基端側に導
入されるようになっている。
【００３６】尚、図中３２は水噴出口３０の基端側に環
状に形成されたマニホールドである。
【００３７】而して、この実施例の場合には、電磁弁２
６を開けてシールドガスボンベ２２からシールドガス２
４をガス供給管２３に導入すると、該ガス供給管２３に
導入されたシールドガス２４は、前記加工ヘッド４のガ
ス流路２１を通してノズル部２７内に供給され、該ノズ
ル部２７のノズル口２８及び該ノズル口２８周囲の各シ
ールドガス補助噴出孔２９から配管３の溶接部に向け噴
射されることになり、しかも、水１の外の適当な水源か
ら図示しないポンプを駆動して水１’を各水供給管３１
に導入すると、該各水供給管３１に導入された水１’
は、水噴出口３０の基端側に導入されて先端側へと流
れ、前記ノズル口２８及び各シールドガス補助噴出孔２
９から噴射されるシールドガス２４を包囲する如く前記
ノズル部２７の先端から円筒状に噴射されることになる
ので、この円筒状に噴射された水１’で包囲されるシー
ルドガス２４により配管３の溶接部周囲が局所的に効率
良く強制排水されてドーム状の良好なシールドガス雰囲
気が形成される。
【００３８】従って、この実施例の場合においても、複
雑且つ大型のドライ化装置を必要とすることなく、溶接
部の局所的な排水を効率良く行うことができるので、複
雑な構造物内や狭隘箇所に対するアクセス性及び操作性
を著しく向上することができる。
【００３９】更に、図９は本発明の第五実施例を示すも
ので、前述した第四実施例における各シールドガス補助
噴出孔２９を、シールドガス２４に対し旋回力を付与し
得るようノズル口２８を中心とする円周方向に傾斜した
ものである。
【００４０】このようにすれば、水噴出口３０から円筒
状に噴射された水１’で包囲されるシールドガス２４に
対し旋回力を付与してシールドガス２４の旋回流を形成
することができるので、配管３の溶接部周囲を更に効率
良く強制排水することができる。
【００４１】尚、本発明の水中レーザ溶接装置は、上述
の実施例にのみ限定されるものではなく、溶接用ワイヤ
を導く為のワイヤ送給ノズルやシールドガスを導く為の
ガス流路は、必ずしも加工ヘッドのケーシングに穿設す
る必要はなく、加工ヘッドの外部に付属させるようにし
ても良いこと、また、水噴射口から噴射する為の水は、
ワークが没している周囲の水をフィルタ等を介して取り
込んで利用するようにしても良いこと、その他、本発明
の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得る
ことは勿論である。
【００４２】
【発明の効果】上記した本発明の水中レーザ溶接装置に
よれば、複雑且つ大型のドライ化装置を必要とすること
なく、溶接部の局所的な排水を効率良く行うことができ
るので、複雑な構造物内や狭隘箇所に対するアクセス性
及び操作性を著しく向上することができるという優れた
効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施例を示す全体概略図である。
【図２】図１の加工ヘッドの断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ方向の矢視図である。
【図４】本発明の第二実施例を示す断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ方向の矢視図である。
【図６】本発明の第三実施例を示す底面図である。
【図７】本発明の第四実施例を示す断面図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ方向の矢視図であ
る。
【図９】本発明の第五実施例を示す底面図である。
【符号の説明】
１ 水 １’ 水 ３ 配管（ワーク） ４ 加工ヘッド ８ ＹＡＧレーザ発振器 ９ 光ファイバ １０ レーザ光 １２ 光学レンズ系 １４ レーザスポット １５ ノズル部 ２４ シールドガス ２５ 溝部 ２７ ノズル部 ２８ ノズル口 ２９ シールドガス補助噴出孔 ３０ 水噴出口
フロントページの続き (72)発明者 金澤 祐孝 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川島 播磨重工業株式会社東二テクニカルセンタ ー内 (72)発明者 前田 圭之介 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川島 播磨重工業株式会社東二テクニカルセンタ ー内 (72)発明者 土屋 和之 神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地 石 川島播磨重工業株式会社技術研究所内 (72)発明者 平田 末美 神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地 石 川島播磨重工業株式会社技術研究所内 (72)発明者 西見 昭浩 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川島 播磨重工業株式会社東二テクニカルセンタ ー内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ＹＡＧレーザ発振器から発振されるレー
    ザ光を光ファイバを介して水中の加工ヘッドに導き、該
    加工ヘッド内の光学レンズ系を介して集光したレーザ光
    を前記加工ヘッド先端から水中のワークに向け照射して
    溶接作業を行う水中レーザ溶接装置であって、前記加工
    ヘッドの先端側にレーザスポット付近まで延び且つ先端
    中央にノズル口を開口した先細り形状のノズル部を形成
    すると共に、該ノズル部内にシールドガスを導入し得る
    よう構成し、前記ノズル部の内周面にシールドガスに対
    し旋回力を付与し得るよう複数条の溝部を前記ノズル口
    を中心とする渦状に刻設したことを特徴とする水中レー
    ザ溶接装置。
  2. 【請求項２】 ＹＡＧレーザ発振器から発振されるレー
    ザ光を光ファイバを介して水中の加工ヘッドに導き、該
    加工ヘッド内の光学レンズ系を介して集光したレーザ光
    を前記加工ヘッド先端から水中のワークに向け照射して
    溶接作業を行う水中レーザ溶接装置であって、前記加工
    ヘッドの先端側にレーザスポット付近まで延び且つ先端
    中央にノズル口を開口したノズル部を形成すると共に、
    該ノズル部のノズル口周囲に複数のシールドガス補助噴
    出孔を開口し、前記ノズル部内及び各シールドガス補助
    噴出孔の基端側にシールドガスを導入し得るよう構成し
    たことを特徴とする水中レーザ溶接装置。
  3. 【請求項３】 ノズル部内と各シールドガス補助噴出孔
    の基端側とに対しシールドガスを夫々別系統で導入し得
    るよう構成したことを特徴とする請求項２に記載の水中
    レーザ溶接装置。
  4. 【請求項４】 各シールドガス補助噴出孔をシールドガ
    スに対し旋回力を付与し得るようノズル口を中心とする
    円周方向に傾斜したことを特徴とする請求項２又は３に
    記載の水中レーザ溶接装置。
  5. 【請求項５】 ノズル部の基端側から先端側に向けて末
    広がりとなるスカート形状を有し且つ前記ノズル部の先
    端で各シールドガス補助噴出孔を取り囲むよう環状に開
    口する水噴出口を前記ノズル部に穿設し、前記水噴出口
    の基端側に水を導入し得るよう構成したことを特徴とす
    る請求項２、３又は４に記載の水中レーザ溶接装置。
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