レーザ溶接方法とレーザ溶接装置
【課題】被溶接物の溶接位置にレーザ溶接とワイヤを送給して行うアーク溶接とを同時に行いながら、前記溶接位置にフィラーを供給するレーザ溶接方法において、前記被溶接物の表面における前記フィラーの狙い位置と同じ位置にレーザビームを照射すると共に、前記フィラーの中心軸と前記レーザビームの光軸とのなす角度を４５度以下にするレーザ溶接方法とレーザ溶接装置に関する。
【解決手段】被溶接物１の溶接位置に供給するフィラー７が前記被溶接物１の表面における狙い位置Ａと同じ位置にレーザビーム２を前記フィラー７に照射しながら入射すると共に、前記フィラー７の中心軸と前記レーザビーム２の光軸のなす角度を４５度以下にすることによって溶着速度を上げると共に、溶融金属のギャップに対するブリッジ能力を高め、継手溶接では広い許容ギャップを得ることができる。
【解決手段】被溶接物１の溶接位置に供給するフィラー７が前記被溶接物１の表面における狙い位置Ａと同じ位置にレーザビーム２を前記フィラー７に照射しながら入射すると共に、前記フィラー７の中心軸と前記レーザビーム２の光軸のなす角度を４５度以下にすることによって溶着速度を上げると共に、溶融金属のギャップに対するブリッジ能力を高め、継手溶接では広い許容ギャップを得ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被溶接物にレーザ溶接とアーク溶接とを同時に行うレーザ溶接方法とレーザ溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザ溶接は高速溶接が行える方法として使用されているが、被溶接物にギャップがあると、レーザビームがギャップから抜けてしまい溶接ができなくなってしまう場合がある。この欠点を補うために、レーザ溶接と消耗電極式アーク溶接を複合するレーザ溶接方法が提案されている。しかし、アーク溶接に使用するワイヤの溶着速度は溶接電流と独立に調整できず、その適用範囲は限定されている。この問題点を解決するために、本発明の発明者は、レーザ溶接とアーク溶接の溶接位置にフィラーを新たに送給する方法を提案し、溶着速度と溶接電流の個別調整を図っている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
図９は本発明の発明者が従来から提案したレーザ溶接方法の構成を示す模式図である。１は被溶接物、２はレーザビーム、３はワイヤ、４は前記ワイヤ３と前記被溶接物１との間に発生したアーク、５は前記ワイヤ３が溶融して形成した溶滴、６は前記レーザビーム２と前記アーク４とが前記被溶接物１に形成した溶融池、７は前記被溶接物１の溶接位置に送給するフィラー、８は前記溶融池６が凝固して形成したビードである。
【０００４】
図１０は、本発明の発明者の提案したレーザ溶接方法の溶着速度と溶接電流の個別調整の原理を説明する模式図である。ＭＲＡは、レーザ溶接と消耗電極式アーク溶接を複合するレーザ溶接法の溶着速度を示す溶融曲線である。ＭＲＨは、前記フィラー７の溶着速度を示す溶融曲線ＭＲＦと溶融曲線ＭＲＡの和を示す溶融曲線である。目標の溶着速度をＶＷ０とすると、レーザ溶接と消耗電極式アーク溶接を複合するレーザ溶接法でＶＷ０を実現するには、Ｉ０の溶接電流が必要であるが、本発明の発明者が提案したレーザ溶接方法では、必要な溶接電流はＩ０より低いＩＨになる。なお、溶融曲線ＭＲＦを調整すれば、溶接電流ＩＨはＩ０とは無関係に広い範囲に調整できる。
【０００５】
本発明者の従来から提案したレーザ溶接方法では、フィラーを使用することによって溶着速度をアーク電流と個別に調整することができる。文献資料１に示す通り、例えば、軟鋼の溶接では溶融金属を前記フィラーの先端に集中させることによって溶融金属の母材に対する濡れ性を改善し、良好なビードを形成させることができ、継手の溶接では許容ギャップを拡大する効果がある。しかし、薄板鋼板の重ねすみ肉継手では、板厚１．２ｍｍのような薄い板には有効であるが、板厚が厚くなると、上板ボンド部付近にアンダーカットが発生してしまうことが見られた。したがって、厚いにも対応できるよう、溶融金属のギャップに対するブリッジ能力を更に高めることが要求される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１０／０２１０９４号
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】王、西村、片山、水谷、フィラー併用ハイブリッド溶接法、第７３回レーザ加工学会講演論文集、（２０１０年）、第９９‐１０７頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の技術の問題点に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、被溶接物の溶接位置にレーザ溶接とワイヤを送給して行うアーク溶接とを同時に行いながら、前記溶接位置にフィラーを供給するレーザ溶接方法において、前記被溶接物の表面における前記フィラーの狙い位置と同じ位置にレーザビームを照射すると共に、前記フィラーの中心軸と前記レーザビームの光軸とのなす角度を４５度以下にするレーザ溶接方法レーザ溶接装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため本発明は、被溶接物の溶接位置にレーザビームを照射するレーザ発生手段と、前記溶接位置にワイヤを送給するワイヤ送給手段と、前記ワイヤ送給手段を制御しながら前記ワイヤと前記被溶接物にアーク溶接のための電力を送給するアーク発生手段と、前記溶接位置にフィラーを送給するフィラー送給手段と、前記レーザ発生手段と前記アーク発生手段とを制御する制御手段とを備え、前記被溶接物の表面における前記フィラーの狙い位置と同じ位置にレーザビームを照射すると共に、前記フィラーの中心軸と前記レーザビームの光軸とのなす角度を４５度以下にするレーザ溶接装置である。
【００１０】
また、本発明は、被溶接物表面でのレーザビームの直径としては、フィラーの直径の０．７から１．３倍とするレーザ溶接方法とレーザ溶接装置である。
【００１１】
また、本発明は、デフォーカスでレーザビームの直径を調整する場合には、被溶接物の表面をレーザビームの焦点よりレーザビームの入射側に配置するレーザ溶接方法とレーザ溶接装置である。
【００１２】
また、本発明は、溶接の進行方向から、ワイヤ、レーザビーム、フィラーの順、または、フィラー、レーザビーム、ワイヤの順に配置し溶接を行うレーザ溶接方法とレーザ溶接装置である。
【００１３】
また、本発明は、ワイヤの被溶接物の表面における狙い位置とレーザビームの照射位置との間隔をワイヤ径の１から５倍とするレーザ溶接方法とレーザ溶接装置である。
【００１４】
また、本発明は、フィラーに電流を供給する加熱手段を設けると共に、被溶接物または溶融池と前記フィラーを接触させ、前記フィラーに電流を流すことによって前記フィラーを加熱しながら溶接を行うレーザ溶接方法とレーザ溶接装置である。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように本発明は、被溶接物の溶接位置にレーザ溶接とワイヤを送給して行うアーク溶接とを同時に行いながら、前記溶接位置にフィラーを供給するレーザ溶接方法において、前記被溶接物の表面における前記フィラーの狙い位置と同じ位置にレーザビームを照射すると共に、前記フィラーの中心軸と前記レーザビームの光軸とのなす角度を４５度以下にすることによって溶着速度を上げると共に、溶融金属のギャップに対するブリッジ能力を高め、継手溶接では広い許容ギャップを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１におけるレーザ溶接装置において、レーザビームとフィラーとのインタラクションの構成を示す模式図
【図２】レーザビームとフィラーとの角度とフィラー溶着速度との関係の実測例（軟鋼）を示すグラフ
【図３】高速ビデオで撮影したフィラーの溶融状況（軟鋼）を示す写真
【図４】軟鋼薄板（板厚１．６ｍｍ）の重ねすみ肉溶接のビード外観と断面形状の様子を示す写真
【図５】高速ビデオで撮影したフィラーの溶融状況（図６と対応する）を示す写真
【図６】デフォーカスによって焦点位置を変えた場合のレーザビームの直径と良好なビード外観が得られる最大フィラー溶着速度の関係の実測例（軟鋼）を示すグラフ
【図７】本発明の実施の形態２におけるレーザ溶接装置の構成を示す模式図
【図８】レーザビームをフィラーに照射する際の模式図およびフィラー電流と本発明のレーザ装置で得られる溶着速度の模式図
【図９】従来のレーザ溶接方法の構成を示す模式図
【図１０】従来のレーザ溶接方法の溶着速度と溶接電流の独立調整の原理を説明するグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるレーザ溶接装置において、レーザビーム２とフィラー７とのインタラクションを示す模式図である。なお、図９と図１０に示した内容と同様の構成および動作と作用効果を奏するところには同一符号を付して詳細な説明を省略し、異なるところを中心に説明する。
【００１８】
７ａは、前記フィラー７を送給するトーチに取り付けられるチップである。Ａは、前記レーザビーム２と前記フィラー７の被溶接物１の表面における狙い点である。ａａ'はフィラー７の中心軸で、ｂｂ'はレーザビーム２の光軸である。両者の被溶接物１の表面における狙い点を同一の位置に示しているが、これは、前記レーザビーム２と前記フィラー７のインタラクション長さを確保するのにもっとも有効なためである。
【００１９】
実際の溶接では、溶接開始の前には、前記中心軸ａａ'と前記光軸ｂｂ'とを前記被溶接物１の表面の同一点（Ａ点）に合わせるが、溶接が始まると、前記フィラー７の微細な変動や巻き癖などによって前記フィラー７の狙い点が前記レーザビーム２の狙い点からわずかにずれる可能性がある。その最大のずれ長さは前記フィラー７の送給速度の大小にもよるが、前記フィラー７の直径の五分の一以下にすることが望ましい。
【００２０】
Ｓは前記レーザビーム２と前記フィラー７とのインタラクション面積であり、ＬＦＬはインタラクション長さを示す。実施の溶接では、高速ビデオなどの手段を使用してもこのインタラクション面積もしくはインタラクション長さを捕らえ直接に観察することが難しい。以下の説明では、便宜上、高速ビデオなどの手段で直接に観測できる、前記フィラー７の溶融領域をインタラクション領域とし、その面積または長さのことをそれぞれインタラクション面積とインタラクション長さとする。
【００２１】
図示の通り、使用する前記レーザビーム２の広がり角度、レーザ出力と前記フィラー７の直径とが一定で、なおかつ両者の狙い点が同一のＡ点であれば、前記インタラクション面積Ｓと前記インタラクション長さＬＦＬを決定するのは、前記フィラー７の中心線と前記レーザビーム２の光軸とのなす角度αＦＬとなる。前記角度αＦＬが小さければ小さいほど、前記インタラクション長さＬＦＬが長くなる。インタラクション長さＬＦＬが長いと、前記レーザビーム２が前記フィラー７に照射する時間が長くなるので、前記フィラー７がより溶融しやすくなる。なお、インタラクション長さＬＦＬが長いと、前記フィラー７の先端を溶融池と接触させた場合には、フィラー先端に溶融金属が集まりやすくなり、ギャップがあっても溶融金属のギャップに対するブリッジ能力が増加するので、継手溶接の場合には許容ギャップを拡大する効果が得られる。
【００２２】
一例として、軟鋼で計測した前記レーザビーム２と前記フィラー７との角度とフィラー溶着速度との関係および、高速ビデオで撮影した前記フィラー７の溶融状況をそれぞれ図２と図３に示す。前記レーザビーム２と前記フィラー７の角度を４０°以下にすると、５０°の時と比べフィラー溶着速度が２５％以上上がることが見られた。これは、図３に示したように、前記レーザビーム２と前記フィラー７とのインタラクション長さＬＦＬが１．７〜１．８倍まで増加し、前記フィラー７が溶融しやすくなったためである。
【００２３】
以上に示した通り、レーザビーム２とフィラー７の角度αＦＬを小さくすることによって両者のインタラクション長さＬＦＬを長くすることができる。この長さＬＦＬが長いと、継手溶接、例えば重ねすみ肉継手の溶接を行う際の溶融金属のブリッジ能力を更に高めることができ、許容ギャップを拡大することができる。
【００２４】
一例として、板厚１．６ｍｍの軟鋼薄板の重ねすみ肉溶接を行う際の許容ギャップを示すビード外観と断面形状を図４に示し、高速ビデオで撮影した前記フィラー７の溶融状況を図５に示す。図示の通り、前記レーザビーム２と前記フィラー７の角度が２０°の場合のインタラクション長さＬＦＬが長く、許容ギャップが広いことがわかった。図では、前記レーザビーム２と前記フィラー７の角度を２０°としているが、実際の溶接では様々な変動要素を考慮すると、４５°以下にすることが望ましい。
【００２５】
以上のように本発明の実施の形態１におけるレーザ溶接装置よれば、被溶接物の表面におけるフィラーの狙い位置と同じ位置にレーザビームを照射すると共に、前記フィラーの中心軸と前記レーザビームの光軸とのなす角度を４５度以下にすることによって、溶着速度を上げることができ、継手溶接では広い許容ギャップを得ることができる。
【００２６】
以上に示した本発明の実施の形態１においては、レーザビーム２の直径として、フィラー７の直径の０．７から１．３倍とすることによって同様の効果を得ることができる。なお、デフォーカスでレーザビーム２の直径を調整する場合には、被溶接物１の表面を前記レーザビーム２の焦点より前記レーザビーム２の入射側に配置することによって同様の効果を得ることができる。
【００２７】
その理由については、図６を参照しつつ説明する。図６は、デフォーカスによって焦点位置を変えた場合のレーザビーム２の直径と良好なビード外観が得られる最大フィラー溶着速度の関係を示す。デフォーカスで焦点を被加工物１の内部または上方のいずれにした場合にも、前記レーザビーム２の直径と前記フィラー７の直径とをほぼ同程度にした時に最大のフィラー溶着速度が得られた。
【００２８】
なお、前記レーザビーム２の直径を前記フィラー７の直径と同程度にした場合には、焦点位置を前記被加工物１の内部に位置したほうがより高いフィラー溶着速度が得られた。実際の溶接では、様々な変動要素を考慮すると、前記レーザビーム２の直径として、前記フィラー７の直径の０．７〜１．３倍とするのが望ましい。
【００２９】
（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２におけるレーザ溶接装置の構成を示す模式図である。なお、図１、図９と図１０に示した内容と同様の構成および動作と作用効果を奏するところには同一符号を付して詳細な説明を省略し、異なるところを中心に説明する。
【００３０】
９はレーザ発振器１０とレーザ伝送手段１１と集光光学系１２から構成されるレーザ発生手段である。１３はケーブル１４によって、ワイヤ３を通すトーチ１６に接続され、また、ケーブル１５によって被溶接物１に接続され、前記ワイヤ３と前記被溶接物１との間にアーク４を発生するための電力を送給するアーク発生手段である。１７は、前記トーチ１６を通して前記ワイヤ３を前記被溶接物１に送給するワイヤ送給手段、１８はトーチ１９を通してフィラー７を前記被溶接物１の溶接位置に送給するフィラー送給手段である。２０は、ケーブル２１とケーブル２２によってトーチ１９と前記被溶接物１に接続され、前記フィラー７に電流を供給することによって加熱する加熱手段である。２３は、前記レーザ発生手段９と前記アーク発生手段１３と前記フィラー送給手段１８と前記加熱手段２０とを制御する制御手段である。
【００３１】
前記レーザ発生手段９は、その集光光学系１２によってレーザビーム２を集光して前記被溶接物１に照射する。前記集光光学系１２は、一枚あるいは複数のレンズから構成されてもよい。前記レーザ伝送手段１１は光ファイバであってもよく、レンズによって組み合わせた伝送系であってもよい。
【００３２】
前記レーザ発振器１０は、図示していないが、外部の制御装置によってその出力値および出力タイミングを自由に制御することができる。前記アーク発生手段１３は、溶接開始時には前記ワイヤ送給手段１７を制御し、前記ワイヤ３を前記被溶接物１に向かって送給しつつ、前記ワイヤ３と前記被溶接物１の間に前記アーク４を発生するよう制御するが、溶接終了時には前記ワイヤ送給手段１７による前記ワイヤ３の送給を停止すると共に、前記アーク４を停止するよう制御する。
【００３３】
前記フィラー送給装置１８または前記ワイヤ送給装置１７は、その送給速度と送給の開始と停止とは外部の制御装置によって自由に制御することができる。
【００３４】
前記加熱手段２０は、所定の電流を供給することができ、なお、その電流値および供給タイミングは外部の制御装置より制御できる。前記加熱手段２０としては、例えば、一定値の直流電流を供給する電源であってよく、パルス状の電流を供給する電源であってもよい。ＴＩＧ電源のようなものを使用してもよい。
【００３５】
前記制御手段２３は、コンピュータを使用してもよいが、コンピュータのような演算機能を有する部品、デバイス、装置あるいはそれらの組み合わせを使用してもよい。前記制御手段２３としては、ロボットを使用してもよい。その際、詳細の説明を省略するが、前記ロボットのマニピュレータ部に前記集光光学系１２と前記トーチ１６と前記トーチ１９とを固定して使用してよい。
【００３６】
前記制御手段２３は、図示していないが、溶接開始（アークスタート、レーザ照射開始）のタイミング、ワイヤ３またはフィラー７の送給速度またはそれを変えるタイミング、フィラー７の加熱電流またはそれを変えるタイミングを制御することができる。
【００３７】
本発明の実施の形態１におけるレーザ溶接装置の動作について説明する。
【００３８】
制御手段２３は、レーザ発生手段９とアーク発生手段１３とを制御して被溶接物１の溶接位置を照射したりアーク４を発生したりして溶接を行うと同時に、前記溶接位置にフィラー７を供給するよう動作する。また、前記制御手段２３は、加熱手段２０を制御して前記フィラー７を加熱するための電流を供給する。
【００３９】
前記加熱手段２０で前記フィラー７を加熱することによって、溶着速度を更に上げる原理について、図８を参照しつつ説明する。なお、図１、図９と図１０に示した内容と同様の構成および動作と作用効果を奏するところには同一符号を付して詳細な説明を省略し、異なるところを中心に説明する。
【００４０】
図８（ａ）は、レーザビーム２がフィラー７に照射する際の模式図を示すものであり、基本構成は図９と同様であるが、アーク部分を省略している。７ａは、トーチ１９にあって、これを介して前記フィラー７に通電を行うチップである。説明を簡単にするために、前記フィラー７への給電は、前記チップ７ａの先端からすることで説明する。
【００４１】
したがって、前記フィラー７の加熱は、前記フィラー７の送給速度が一定であれば、前記フィラー７への加熱電流、すなわちフィラー電流および前記フィラー７の突出し長さＬ０の抵抗によって決まる。フィラー電流が高いほど、または突出し長さＬ０の長さが長いほど加熱効果が大きいことは言うまでもない。
【００４２】
図８（ｂ）は、フィラー電流と本発明のレーザ溶接装置で得られる溶着速度の模式図を示す。これは、図１０においてアーク電流ＩＨと対応している。図１０では、フィラー電流がないので、全体の溶着速度ＶＷ０は、フィラー７による溶着速度ＶＷＦとワイヤ３による溶着速度（図１０には示していないが、図８（ｂ）ではＶＷＡに相当する。）の和である。
【００４３】
図８において、フィラー電流ＩＦの条件で説明すると、このフィラー電流と対応する本発明の実施の形態１における溶着速度ＶＷＨは三つの部分から構成される。一つはＶＷＡで、もう一つはＶＷＦである。これは、図１０に示した従来のレーザ溶接装置と同様である。三つ目はＶＷＦＨで、これは、フィラー電流ＩＦを供給することによって増加する分である。図示の通り、前記ＶＷＡもしくはＶＷＦと無関係に、フィラー電流ＩＦのみを増加することができるので、本発明の実施の形態１における全体の溶着速度を更にＶＷＦＨ増加させることが可能である。
【００４４】
本発明のレーザ装置の構成および動作によれば、アーク電流を増加させることなく、フィラー電流を上げることによって、本発明の全体の溶着速度を増加させることが可能となる。低いアーク電流で溶着速度が増加すると、継手溶接を行う際には、ギャップがあってもそれをブリッジする能力が高まり、広い許容ギャップを実現することができる。
【００４５】
以上のように本発明の実施の形態２におけるレーザ溶接装置よれば、被溶接物の溶接位置にレーザ溶接とワイヤを送給して行うアーク溶接とを同時に行いながら、前記溶接位置にフィラーを供給するレーザ溶接方法において、前記フィラーと前記被溶接物または溶融池とを接触させ、前記フィラーに電流を流すことによって前記フィラーを加熱しながら溶接を行うことによって、溶着速度を上げることができ、継手溶接では広い許容ギャップを得ることができる。
【００４６】
以上に示した本発明の実施の形態１と形態２におけるレーザ溶接装置において、溶接の進行方向から、ワイヤ、レーザビーム、フィラーの順、または、フィラー、レーザビーム、ワイヤの順に配置し溶接を行うことによって同様の効果を得ることができる。
【００４７】
また、以上に示した本発明の実施の形態１と形態２におけるレーザ溶接装置において、ワイヤ３の被溶接物１の表面における狙い位置とレーザビーム２の照射位置（例えば、図１のＡ点）との間隔をワイヤ径の１から５倍とすることによって同様の効果を得ることができる。
【００４８】
これは、以下の理由である。前記レーザビーム２の照射位置と前記ワイヤ３の狙い位置との間隔が短すぎると、図示していないが、溶融池６に移行する溶滴５が前記レーザビーム２の直接照射を受けて、激しく蒸発したりスパッタになったりすることがある。一方、両者の間隔が長すぎると、前記レーザビーム２で形成した溶融池がアーク４で形成した溶融池が離れ、若しくは分離するので、被溶接物１を溶融する能力が低下してしまう。実際の溶接では、両者の間隔はワイヤ径の１から５倍が望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上のように本発明によれば、被溶接物の溶接位置にレーザ溶接とワイヤを送給して行うアーク溶接とを同時に行いながら、前記溶接位置にフィラーを供給するレーザ溶接方法において、前記被溶接物の表面における前記フィラーの狙い位置と同じ位置にレーザビームを照射すると共に、前記フィラーの中心軸と前記レーザビームの光軸とのなす角度を４５度以下にすることによって溶着速度を上げると共に、溶融金属のギャップに対するブリッジ能力を高め、継手溶接では広い許容ギャップを得ることのできるレーザ溶接方法とレーザ溶接装置を提供できる。
【符号の説明】
【００５０】
１ 被溶接物
２ レーザビーム
３ ワイヤ
４ アーク
５ 溶滴
６ 溶融池
７ フィラー
７ａ チップ
８ ビード
９ レーザ発生手段
１０ レーザ発振器
１１ レーザ伝送手段
１２ 集光光学系
１３ アーク発生手段
１４ ケーブル
１５ ケーブル
１６ トーチ
１７ ワイヤ送給手段
１８ フィラー送給手段
１９ トーチ
２０ 加熱手段
２１ ケーブル
２２ ケーブル
２３ 制御手段
Ａ 狙い点
Ｓ インタラクション面積
Ｉ０ 溶接電流
ＩＦ フィラー電流
ＩＨ 溶接電流
Ｌ０ 突出し長さ
ＬＦＬ インタラクション長さ
ＭＲＡ 溶融曲線
ＭＲＡ１ 溶融曲線
ＭＲＦ 溶融曲線
ＭＲＦ１ 溶融曲線
ＭＲＨ 溶融曲線
ＭＲＨ１ 溶融曲線
ＶＷ０ 溶着速度
ＶＷＡ 溶着速度
ＶＷＦ 溶着速度
ＶＷＦＨ 溶着速度
ＶＷＨ 溶着速度
αＦＬ 角度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被溶接物にレーザ溶接とアーク溶接とを同時に行うレーザ溶接方法とレーザ溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザ溶接は高速溶接が行える方法として使用されているが、被溶接物にギャップがあると、レーザビームがギャップから抜けてしまい溶接ができなくなってしまう場合がある。この欠点を補うために、レーザ溶接と消耗電極式アーク溶接を複合するレーザ溶接方法が提案されている。しかし、アーク溶接に使用するワイヤの溶着速度は溶接電流と独立に調整できず、その適用範囲は限定されている。この問題点を解決するために、本発明の発明者は、レーザ溶接とアーク溶接の溶接位置にフィラーを新たに送給する方法を提案し、溶着速度と溶接電流の個別調整を図っている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
図９は本発明の発明者が従来から提案したレーザ溶接方法の構成を示す模式図である。１は被溶接物、２はレーザビーム、３はワイヤ、４は前記ワイヤ３と前記被溶接物１との間に発生したアーク、５は前記ワイヤ３が溶融して形成した溶滴、６は前記レーザビーム２と前記アーク４とが前記被溶接物１に形成した溶融池、７は前記被溶接物１の溶接位置に送給するフィラー、８は前記溶融池６が凝固して形成したビードである。
【０００４】
図１０は、本発明の発明者の提案したレーザ溶接方法の溶着速度と溶接電流の個別調整の原理を説明する模式図である。ＭＲＡは、レーザ溶接と消耗電極式アーク溶接を複合するレーザ溶接法の溶着速度を示す溶融曲線である。ＭＲＨは、前記フィラー７の溶着速度を示す溶融曲線ＭＲＦと溶融曲線ＭＲＡの和を示す溶融曲線である。目標の溶着速度をＶＷ０とすると、レーザ溶接と消耗電極式アーク溶接を複合するレーザ溶接法でＶＷ０を実現するには、Ｉ０の溶接電流が必要であるが、本発明の発明者が提案したレーザ溶接方法では、必要な溶接電流はＩ０より低いＩＨになる。なお、溶融曲線ＭＲＦを調整すれば、溶接電流ＩＨはＩ０とは無関係に広い範囲に調整できる。
【０００５】
本発明者の従来から提案したレーザ溶接方法では、フィラーを使用することによって溶着速度をアーク電流と個別に調整することができる。文献資料１に示す通り、例えば、軟鋼の溶接では溶融金属を前記フィラーの先端に集中させることによって溶融金属の母材に対する濡れ性を改善し、良好なビードを形成させることができ、継手の溶接では許容ギャップを拡大する効果がある。しかし、薄板鋼板の重ねすみ肉継手では、板厚１．２ｍｍのような薄い板には有効であるが、板厚が厚くなると、上板ボンド部付近にアンダーカットが発生してしまうことが見られた。したがって、厚いにも対応できるよう、溶融金属のギャップに対するブリッジ能力を更に高めることが要求される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１０／０２１０９４号
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】王、西村、片山、水谷、フィラー併用ハイブリッド溶接法、第７３回レーザ加工学会講演論文集、（２０１０年）、第９９‐１０７頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の技術の問題点に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、被溶接物の溶接位置にレーザ溶接とワイヤを送給して行うアーク溶接とを同時に行いながら、前記溶接位置にフィラーを供給するレーザ溶接方法において、前記被溶接物の表面における前記フィラーの狙い位置と同じ位置にレーザビームを照射すると共に、前記フィラーの中心軸と前記レーザビームの光軸とのなす角度を４５度以下にするレーザ溶接方法レーザ溶接装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため本発明は、被溶接物の溶接位置にレーザビームを照射するレーザ発生手段と、前記溶接位置にワイヤを送給するワイヤ送給手段と、前記ワイヤ送給手段を制御しながら前記ワイヤと前記被溶接物にアーク溶接のための電力を送給するアーク発生手段と、前記溶接位置にフィラーを送給するフィラー送給手段と、前記レーザ発生手段と前記アーク発生手段とを制御する制御手段とを備え、前記被溶接物の表面における前記フィラーの狙い位置と同じ位置にレーザビームを照射すると共に、前記フィラーの中心軸と前記レーザビームの光軸とのなす角度を４５度以下にするレーザ溶接装置である。
【００１０】
また、本発明は、被溶接物表面でのレーザビームの直径としては、フィラーの直径の０．７から１．３倍とするレーザ溶接方法とレーザ溶接装置である。
【００１１】
また、本発明は、デフォーカスでレーザビームの直径を調整する場合には、被溶接物の表面をレーザビームの焦点よりレーザビームの入射側に配置するレーザ溶接方法とレーザ溶接装置である。
【００１２】
また、本発明は、溶接の進行方向から、ワイヤ、レーザビーム、フィラーの順、または、フィラー、レーザビーム、ワイヤの順に配置し溶接を行うレーザ溶接方法とレーザ溶接装置である。
【００１３】
また、本発明は、ワイヤの被溶接物の表面における狙い位置とレーザビームの照射位置との間隔をワイヤ径の１から５倍とするレーザ溶接方法とレーザ溶接装置である。
【００１４】
また、本発明は、フィラーに電流を供給する加熱手段を設けると共に、被溶接物または溶融池と前記フィラーを接触させ、前記フィラーに電流を流すことによって前記フィラーを加熱しながら溶接を行うレーザ溶接方法とレーザ溶接装置である。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように本発明は、被溶接物の溶接位置にレーザ溶接とワイヤを送給して行うアーク溶接とを同時に行いながら、前記溶接位置にフィラーを供給するレーザ溶接方法において、前記被溶接物の表面における前記フィラーの狙い位置と同じ位置にレーザビームを照射すると共に、前記フィラーの中心軸と前記レーザビームの光軸とのなす角度を４５度以下にすることによって溶着速度を上げると共に、溶融金属のギャップに対するブリッジ能力を高め、継手溶接では広い許容ギャップを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１におけるレーザ溶接装置において、レーザビームとフィラーとのインタラクションの構成を示す模式図
【図２】レーザビームとフィラーとの角度とフィラー溶着速度との関係の実測例（軟鋼）を示すグラフ
【図３】高速ビデオで撮影したフィラーの溶融状況（軟鋼）を示す写真
【図４】軟鋼薄板（板厚１．６ｍｍ）の重ねすみ肉溶接のビード外観と断面形状の様子を示す写真
【図５】高速ビデオで撮影したフィラーの溶融状況（図６と対応する）を示す写真
【図６】デフォーカスによって焦点位置を変えた場合のレーザビームの直径と良好なビード外観が得られる最大フィラー溶着速度の関係の実測例（軟鋼）を示すグラフ
【図７】本発明の実施の形態２におけるレーザ溶接装置の構成を示す模式図
【図８】レーザビームをフィラーに照射する際の模式図およびフィラー電流と本発明のレーザ装置で得られる溶着速度の模式図
【図９】従来のレーザ溶接方法の構成を示す模式図
【図１０】従来のレーザ溶接方法の溶着速度と溶接電流の独立調整の原理を説明するグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるレーザ溶接装置において、レーザビーム２とフィラー７とのインタラクションを示す模式図である。なお、図９と図１０に示した内容と同様の構成および動作と作用効果を奏するところには同一符号を付して詳細な説明を省略し、異なるところを中心に説明する。
【００１８】
７ａは、前記フィラー７を送給するトーチに取り付けられるチップである。Ａは、前記レーザビーム２と前記フィラー７の被溶接物１の表面における狙い点である。ａａ'はフィラー７の中心軸で、ｂｂ'はレーザビーム２の光軸である。両者の被溶接物１の表面における狙い点を同一の位置に示しているが、これは、前記レーザビーム２と前記フィラー７のインタラクション長さを確保するのにもっとも有効なためである。
【００１９】
実際の溶接では、溶接開始の前には、前記中心軸ａａ'と前記光軸ｂｂ'とを前記被溶接物１の表面の同一点（Ａ点）に合わせるが、溶接が始まると、前記フィラー７の微細な変動や巻き癖などによって前記フィラー７の狙い点が前記レーザビーム２の狙い点からわずかにずれる可能性がある。その最大のずれ長さは前記フィラー７の送給速度の大小にもよるが、前記フィラー７の直径の五分の一以下にすることが望ましい。
【００２０】
Ｓは前記レーザビーム２と前記フィラー７とのインタラクション面積であり、ＬＦＬはインタラクション長さを示す。実施の溶接では、高速ビデオなどの手段を使用してもこのインタラクション面積もしくはインタラクション長さを捕らえ直接に観察することが難しい。以下の説明では、便宜上、高速ビデオなどの手段で直接に観測できる、前記フィラー７の溶融領域をインタラクション領域とし、その面積または長さのことをそれぞれインタラクション面積とインタラクション長さとする。
【００２１】
図示の通り、使用する前記レーザビーム２の広がり角度、レーザ出力と前記フィラー７の直径とが一定で、なおかつ両者の狙い点が同一のＡ点であれば、前記インタラクション面積Ｓと前記インタラクション長さＬＦＬを決定するのは、前記フィラー７の中心線と前記レーザビーム２の光軸とのなす角度αＦＬとなる。前記角度αＦＬが小さければ小さいほど、前記インタラクション長さＬＦＬが長くなる。インタラクション長さＬＦＬが長いと、前記レーザビーム２が前記フィラー７に照射する時間が長くなるので、前記フィラー７がより溶融しやすくなる。なお、インタラクション長さＬＦＬが長いと、前記フィラー７の先端を溶融池と接触させた場合には、フィラー先端に溶融金属が集まりやすくなり、ギャップがあっても溶融金属のギャップに対するブリッジ能力が増加するので、継手溶接の場合には許容ギャップを拡大する効果が得られる。
【００２２】
一例として、軟鋼で計測した前記レーザビーム２と前記フィラー７との角度とフィラー溶着速度との関係および、高速ビデオで撮影した前記フィラー７の溶融状況をそれぞれ図２と図３に示す。前記レーザビーム２と前記フィラー７の角度を４０°以下にすると、５０°の時と比べフィラー溶着速度が２５％以上上がることが見られた。これは、図３に示したように、前記レーザビーム２と前記フィラー７とのインタラクション長さＬＦＬが１．７〜１．８倍まで増加し、前記フィラー７が溶融しやすくなったためである。
【００２３】
以上に示した通り、レーザビーム２とフィラー７の角度αＦＬを小さくすることによって両者のインタラクション長さＬＦＬを長くすることができる。この長さＬＦＬが長いと、継手溶接、例えば重ねすみ肉継手の溶接を行う際の溶融金属のブリッジ能力を更に高めることができ、許容ギャップを拡大することができる。
【００２４】
一例として、板厚１．６ｍｍの軟鋼薄板の重ねすみ肉溶接を行う際の許容ギャップを示すビード外観と断面形状を図４に示し、高速ビデオで撮影した前記フィラー７の溶融状況を図５に示す。図示の通り、前記レーザビーム２と前記フィラー７の角度が２０°の場合のインタラクション長さＬＦＬが長く、許容ギャップが広いことがわかった。図では、前記レーザビーム２と前記フィラー７の角度を２０°としているが、実際の溶接では様々な変動要素を考慮すると、４５°以下にすることが望ましい。
【００２５】
以上のように本発明の実施の形態１におけるレーザ溶接装置よれば、被溶接物の表面におけるフィラーの狙い位置と同じ位置にレーザビームを照射すると共に、前記フィラーの中心軸と前記レーザビームの光軸とのなす角度を４５度以下にすることによって、溶着速度を上げることができ、継手溶接では広い許容ギャップを得ることができる。
【００２６】
以上に示した本発明の実施の形態１においては、レーザビーム２の直径として、フィラー７の直径の０．７から１．３倍とすることによって同様の効果を得ることができる。なお、デフォーカスでレーザビーム２の直径を調整する場合には、被溶接物１の表面を前記レーザビーム２の焦点より前記レーザビーム２の入射側に配置することによって同様の効果を得ることができる。
【００２７】
その理由については、図６を参照しつつ説明する。図６は、デフォーカスによって焦点位置を変えた場合のレーザビーム２の直径と良好なビード外観が得られる最大フィラー溶着速度の関係を示す。デフォーカスで焦点を被加工物１の内部または上方のいずれにした場合にも、前記レーザビーム２の直径と前記フィラー７の直径とをほぼ同程度にした時に最大のフィラー溶着速度が得られた。
【００２８】
なお、前記レーザビーム２の直径を前記フィラー７の直径と同程度にした場合には、焦点位置を前記被加工物１の内部に位置したほうがより高いフィラー溶着速度が得られた。実際の溶接では、様々な変動要素を考慮すると、前記レーザビーム２の直径として、前記フィラー７の直径の０．７〜１．３倍とするのが望ましい。
【００２９】
（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２におけるレーザ溶接装置の構成を示す模式図である。なお、図１、図９と図１０に示した内容と同様の構成および動作と作用効果を奏するところには同一符号を付して詳細な説明を省略し、異なるところを中心に説明する。
【００３０】
９はレーザ発振器１０とレーザ伝送手段１１と集光光学系１２から構成されるレーザ発生手段である。１３はケーブル１４によって、ワイヤ３を通すトーチ１６に接続され、また、ケーブル１５によって被溶接物１に接続され、前記ワイヤ３と前記被溶接物１との間にアーク４を発生するための電力を送給するアーク発生手段である。１７は、前記トーチ１６を通して前記ワイヤ３を前記被溶接物１に送給するワイヤ送給手段、１８はトーチ１９を通してフィラー７を前記被溶接物１の溶接位置に送給するフィラー送給手段である。２０は、ケーブル２１とケーブル２２によってトーチ１９と前記被溶接物１に接続され、前記フィラー７に電流を供給することによって加熱する加熱手段である。２３は、前記レーザ発生手段９と前記アーク発生手段１３と前記フィラー送給手段１８と前記加熱手段２０とを制御する制御手段である。
【００３１】
前記レーザ発生手段９は、その集光光学系１２によってレーザビーム２を集光して前記被溶接物１に照射する。前記集光光学系１２は、一枚あるいは複数のレンズから構成されてもよい。前記レーザ伝送手段１１は光ファイバであってもよく、レンズによって組み合わせた伝送系であってもよい。
【００３２】
前記レーザ発振器１０は、図示していないが、外部の制御装置によってその出力値および出力タイミングを自由に制御することができる。前記アーク発生手段１３は、溶接開始時には前記ワイヤ送給手段１７を制御し、前記ワイヤ３を前記被溶接物１に向かって送給しつつ、前記ワイヤ３と前記被溶接物１の間に前記アーク４を発生するよう制御するが、溶接終了時には前記ワイヤ送給手段１７による前記ワイヤ３の送給を停止すると共に、前記アーク４を停止するよう制御する。
【００３３】
前記フィラー送給装置１８または前記ワイヤ送給装置１７は、その送給速度と送給の開始と停止とは外部の制御装置によって自由に制御することができる。
【００３４】
前記加熱手段２０は、所定の電流を供給することができ、なお、その電流値および供給タイミングは外部の制御装置より制御できる。前記加熱手段２０としては、例えば、一定値の直流電流を供給する電源であってよく、パルス状の電流を供給する電源であってもよい。ＴＩＧ電源のようなものを使用してもよい。
【００３５】
前記制御手段２３は、コンピュータを使用してもよいが、コンピュータのような演算機能を有する部品、デバイス、装置あるいはそれらの組み合わせを使用してもよい。前記制御手段２３としては、ロボットを使用してもよい。その際、詳細の説明を省略するが、前記ロボットのマニピュレータ部に前記集光光学系１２と前記トーチ１６と前記トーチ１９とを固定して使用してよい。
【００３６】
前記制御手段２３は、図示していないが、溶接開始（アークスタート、レーザ照射開始）のタイミング、ワイヤ３またはフィラー７の送給速度またはそれを変えるタイミング、フィラー７の加熱電流またはそれを変えるタイミングを制御することができる。
【００３７】
本発明の実施の形態１におけるレーザ溶接装置の動作について説明する。
【００３８】
制御手段２３は、レーザ発生手段９とアーク発生手段１３とを制御して被溶接物１の溶接位置を照射したりアーク４を発生したりして溶接を行うと同時に、前記溶接位置にフィラー７を供給するよう動作する。また、前記制御手段２３は、加熱手段２０を制御して前記フィラー７を加熱するための電流を供給する。
【００３９】
前記加熱手段２０で前記フィラー７を加熱することによって、溶着速度を更に上げる原理について、図８を参照しつつ説明する。なお、図１、図９と図１０に示した内容と同様の構成および動作と作用効果を奏するところには同一符号を付して詳細な説明を省略し、異なるところを中心に説明する。
【００４０】
図８（ａ）は、レーザビーム２がフィラー７に照射する際の模式図を示すものであり、基本構成は図９と同様であるが、アーク部分を省略している。７ａは、トーチ１９にあって、これを介して前記フィラー７に通電を行うチップである。説明を簡単にするために、前記フィラー７への給電は、前記チップ７ａの先端からすることで説明する。
【００４１】
したがって、前記フィラー７の加熱は、前記フィラー７の送給速度が一定であれば、前記フィラー７への加熱電流、すなわちフィラー電流および前記フィラー７の突出し長さＬ０の抵抗によって決まる。フィラー電流が高いほど、または突出し長さＬ０の長さが長いほど加熱効果が大きいことは言うまでもない。
【００４２】
図８（ｂ）は、フィラー電流と本発明のレーザ溶接装置で得られる溶着速度の模式図を示す。これは、図１０においてアーク電流ＩＨと対応している。図１０では、フィラー電流がないので、全体の溶着速度ＶＷ０は、フィラー７による溶着速度ＶＷＦとワイヤ３による溶着速度（図１０には示していないが、図８（ｂ）ではＶＷＡに相当する。）の和である。
【００４３】
図８において、フィラー電流ＩＦの条件で説明すると、このフィラー電流と対応する本発明の実施の形態１における溶着速度ＶＷＨは三つの部分から構成される。一つはＶＷＡで、もう一つはＶＷＦである。これは、図１０に示した従来のレーザ溶接装置と同様である。三つ目はＶＷＦＨで、これは、フィラー電流ＩＦを供給することによって増加する分である。図示の通り、前記ＶＷＡもしくはＶＷＦと無関係に、フィラー電流ＩＦのみを増加することができるので、本発明の実施の形態１における全体の溶着速度を更にＶＷＦＨ増加させることが可能である。
【００４４】
本発明のレーザ装置の構成および動作によれば、アーク電流を増加させることなく、フィラー電流を上げることによって、本発明の全体の溶着速度を増加させることが可能となる。低いアーク電流で溶着速度が増加すると、継手溶接を行う際には、ギャップがあってもそれをブリッジする能力が高まり、広い許容ギャップを実現することができる。
【００４５】
以上のように本発明の実施の形態２におけるレーザ溶接装置よれば、被溶接物の溶接位置にレーザ溶接とワイヤを送給して行うアーク溶接とを同時に行いながら、前記溶接位置にフィラーを供給するレーザ溶接方法において、前記フィラーと前記被溶接物または溶融池とを接触させ、前記フィラーに電流を流すことによって前記フィラーを加熱しながら溶接を行うことによって、溶着速度を上げることができ、継手溶接では広い許容ギャップを得ることができる。
【００４６】
以上に示した本発明の実施の形態１と形態２におけるレーザ溶接装置において、溶接の進行方向から、ワイヤ、レーザビーム、フィラーの順、または、フィラー、レーザビーム、ワイヤの順に配置し溶接を行うことによって同様の効果を得ることができる。
【００４７】
また、以上に示した本発明の実施の形態１と形態２におけるレーザ溶接装置において、ワイヤ３の被溶接物１の表面における狙い位置とレーザビーム２の照射位置（例えば、図１のＡ点）との間隔をワイヤ径の１から５倍とすることによって同様の効果を得ることができる。
【００４８】
これは、以下の理由である。前記レーザビーム２の照射位置と前記ワイヤ３の狙い位置との間隔が短すぎると、図示していないが、溶融池６に移行する溶滴５が前記レーザビーム２の直接照射を受けて、激しく蒸発したりスパッタになったりすることがある。一方、両者の間隔が長すぎると、前記レーザビーム２で形成した溶融池がアーク４で形成した溶融池が離れ、若しくは分離するので、被溶接物１を溶融する能力が低下してしまう。実際の溶接では、両者の間隔はワイヤ径の１から５倍が望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上のように本発明によれば、被溶接物の溶接位置にレーザ溶接とワイヤを送給して行うアーク溶接とを同時に行いながら、前記溶接位置にフィラーを供給するレーザ溶接方法において、前記被溶接物の表面における前記フィラーの狙い位置と同じ位置にレーザビームを照射すると共に、前記フィラーの中心軸と前記レーザビームの光軸とのなす角度を４５度以下にすることによって溶着速度を上げると共に、溶融金属のギャップに対するブリッジ能力を高め、継手溶接では広い許容ギャップを得ることのできるレーザ溶接方法とレーザ溶接装置を提供できる。
【符号の説明】
【００５０】
１ 被溶接物
２ レーザビーム
３ ワイヤ
４ アーク
５ 溶滴
６ 溶融池
７ フィラー
７ａ チップ
８ ビード
９ レーザ発生手段
１０ レーザ発振器
１１ レーザ伝送手段
１２ 集光光学系
１３ アーク発生手段
１４ ケーブル
１５ ケーブル
１６ トーチ
１７ ワイヤ送給手段
１８ フィラー送給手段
１９ トーチ
２０ 加熱手段
２１ ケーブル
２２ ケーブル
２３ 制御手段
Ａ 狙い点
Ｓ インタラクション面積
Ｉ０ 溶接電流
ＩＦ フィラー電流
ＩＨ 溶接電流
Ｌ０ 突出し長さ
ＬＦＬ インタラクション長さ
ＭＲＡ 溶融曲線
ＭＲＡ１ 溶融曲線
ＭＲＦ 溶融曲線
ＭＲＦ１ 溶融曲線
ＭＲＨ 溶融曲線
ＭＲＨ１ 溶融曲線
ＶＷ０ 溶着速度
ＶＷＡ 溶着速度
ＶＷＦ 溶着速度
ＶＷＦＨ 溶着速度
ＶＷＨ 溶着速度
αＦＬ 角度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被溶接物の溶接位置にレーザ溶接とワイヤを送給して行うアーク溶接とを同時に行いながら、前記溶接位置にフィラーを供給するレーザ溶接方法において、前記被溶接物の表面における前記フィラーの狙い位置と同じ位置にレーザビームを照射すると共に、前記フィラーの中心軸と前記レーザビームの光軸とのなす角度を４５度以下にするレーザ溶接方法。
【請求項２】
被溶接物表面でのレーザビームの直径としては、フィラーの直径の０．７から１．３倍とする請求項１記載のレーザ溶接方法。
【請求項３】
デフォーカスでレーザビームの直径を調整する場合には、被溶接物の表面をレーザビームの焦点よりレーザビームの入射側に配置する請求項１と請求項２記載のレーザ溶接方法。
【請求項４】
溶接の進行方向から、ワイヤ、レーザビーム、フィラーの順、または、フィラー、レーザビーム、ワイヤの順に配置し溶接を行う請求項１から請求項３記載のレーザ溶接方法。
【請求項５】
ワイヤの被溶接物の表面における狙い位置とレーザビームの照射位置との間隔をワイヤ径の１から５倍とする請求項１から請求項４記載のレーザ溶接方法。
【請求項６】
フィラーと被溶接物または溶融池とを接触させ、前記フィラーに電流を流すことによって前記フィラーを加熱しながら溶接を行う請求項１から請求項５記載のレーザ溶接方法。
【請求項７】
被溶接物の溶接位置にレーザビームを照射するレーザ発生手段と、前記溶接位置にワイヤを送給するワイヤ送給手段と、前記ワイヤ送給手段を制御しながら前記ワイヤと前記被溶接物にアーク溶接のための電力を送給するアーク発生手段と、前記溶接位置にフィラーを送給するフィラー送給手段と、前記レーザ発生手段と前記アーク発生手段とを制御する制御手段とを備え、前記被溶接物の表面における前記フィラーの狙い位置と同じ位置にレーザビームを照射すると共に、前記フィラーの中心軸と前記レーザビームの光軸とのなす角度を４５度以下にするレーザ溶接装置。
【請求項８】
被溶接物表面でのレーザビームの直径としては、フィラーの直径の０．７から１．３倍とする請求項７記載のレーザ溶接装置。
【請求項９】
デフォーカスでレーザビームの直径を調整する場合には、焦点が被溶接物の中に位置するよう配置する請求項７と請求項８記載のレーザ溶接装置。
【請求項１０】
溶接の進行方向から、ワイヤ、レーザビーム、フィラーの順、または、フィラー、レーザビーム、ワイヤの順に配置し溶接を行う請求項７から請求項９記載のレーザ溶接装置。
【請求項１１】
ワイヤの被溶接物の表面における狙い位置とレーザビームの照射位置との間隔をワイヤ径の１から５倍とする請求項７から請求項１０記載のレーザ溶接装置。
【請求項１２】
フィラーに電流を供給する加熱手段を設けると共に、前記フィラーと被溶接物または溶融池を接触させ、前記フィラーに電流を流すことによって前記フィラーを加熱しながら溶接を行う請求項７から請求項１１記載のレーザ溶接装置。
【請求項１】
被溶接物の溶接位置にレーザ溶接とワイヤを送給して行うアーク溶接とを同時に行いながら、前記溶接位置にフィラーを供給するレーザ溶接方法において、前記被溶接物の表面における前記フィラーの狙い位置と同じ位置にレーザビームを照射すると共に、前記フィラーの中心軸と前記レーザビームの光軸とのなす角度を４５度以下にするレーザ溶接方法。
【請求項２】
被溶接物表面でのレーザビームの直径としては、フィラーの直径の０．７から１．３倍とする請求項１記載のレーザ溶接方法。
【請求項３】
デフォーカスでレーザビームの直径を調整する場合には、被溶接物の表面をレーザビームの焦点よりレーザビームの入射側に配置する請求項１と請求項２記載のレーザ溶接方法。
【請求項４】
溶接の進行方向から、ワイヤ、レーザビーム、フィラーの順、または、フィラー、レーザビーム、ワイヤの順に配置し溶接を行う請求項１から請求項３記載のレーザ溶接方法。
【請求項５】
ワイヤの被溶接物の表面における狙い位置とレーザビームの照射位置との間隔をワイヤ径の１から５倍とする請求項１から請求項４記載のレーザ溶接方法。
【請求項６】
フィラーと被溶接物または溶融池とを接触させ、前記フィラーに電流を流すことによって前記フィラーを加熱しながら溶接を行う請求項１から請求項５記載のレーザ溶接方法。
【請求項７】
被溶接物の溶接位置にレーザビームを照射するレーザ発生手段と、前記溶接位置にワイヤを送給するワイヤ送給手段と、前記ワイヤ送給手段を制御しながら前記ワイヤと前記被溶接物にアーク溶接のための電力を送給するアーク発生手段と、前記溶接位置にフィラーを送給するフィラー送給手段と、前記レーザ発生手段と前記アーク発生手段とを制御する制御手段とを備え、前記被溶接物の表面における前記フィラーの狙い位置と同じ位置にレーザビームを照射すると共に、前記フィラーの中心軸と前記レーザビームの光軸とのなす角度を４５度以下にするレーザ溶接装置。
【請求項８】
被溶接物表面でのレーザビームの直径としては、フィラーの直径の０．７から１．３倍とする請求項７記載のレーザ溶接装置。
【請求項９】
デフォーカスでレーザビームの直径を調整する場合には、焦点が被溶接物の中に位置するよう配置する請求項７と請求項８記載のレーザ溶接装置。
【請求項１０】
溶接の進行方向から、ワイヤ、レーザビーム、フィラーの順、または、フィラー、レーザビーム、ワイヤの順に配置し溶接を行う請求項７から請求項９記載のレーザ溶接装置。
【請求項１１】
ワイヤの被溶接物の表面における狙い位置とレーザビームの照射位置との間隔をワイヤ径の１から５倍とする請求項７から請求項１０記載のレーザ溶接装置。
【請求項１２】
フィラーに電流を供給する加熱手段を設けると共に、前記フィラーと被溶接物または溶融池を接触させ、前記フィラーに電流を流すことによって前記フィラーを加熱しながら溶接を行う請求項７から請求項１１記載のレーザ溶接装置。
【図１】
【図２】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−３０２６３（Ｐ２０１２−３０２６３Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７３３６５（Ｐ２０１０−１７３３６５）
【出願日】平成２２年８月２日（２０１０．８．２）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２日（２０１０．８．２）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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