レーザ溶接装置
【課題】 本発明は、パウダの溶着率が高く、高品質の溶接を行うレーザ溶接装置を提供する。
【解決手段】 レーザ光７の集光部分の近傍にパウダ状の溶融物を供給するための供給用出口５を前記レーザ光軸を略中心として複数有するチップ４と被加工物６の間隔ＷＤを５ｍｍから１０ｍｍ、パウダ噴射孔５の直径Ａを０．６ｍｍから１．０ｍｍ、パウダ噴射孔５の数を８から１６、レーザ集光径Ｂを２ｍｍから４ｍｍ、レーザエネルギー密度を２００W／ｍｍ２から１０００W／ｍｍ２、パウダ送給量を３０ｇ／分から６０ｇ／分に設定する。
【解決手段】 レーザ光７の集光部分の近傍にパウダ状の溶融物を供給するための供給用出口５を前記レーザ光軸を略中心として複数有するチップ４と被加工物６の間隔ＷＤを５ｍｍから１０ｍｍ、パウダ噴射孔５の直径Ａを０．６ｍｍから１．０ｍｍ、パウダ噴射孔５の数を８から１６、レーザ集光径Ｂを２ｍｍから４ｍｍ、レーザエネルギー密度を２００W／ｍｍ２から１０００W／ｍｍ２、パウダ送給量を３０ｇ／分から６０ｇ／分に設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属材料の溶接において、溶加材としてパウダ状の溶融物（以下パウダ）を用いたレーザ溶接装置（以下、パウダレーザ溶接装置）に関する。
【背景技術】
【０００２】
パウダレーザ溶接装置としては、レーザ光照射ノズルの外周に、これと同軸にパウダの噴射ノズルを設け、被加工物に対するレーザ光の照射点の溶融域の近傍へ、前記噴射ノズルからパウダを噴射して溶接を行うものがあった（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平４−８４６８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記従来の装置においては、溶接に寄与しないパウダの多くが被加工物の周囲に飛散すると共に、この飛散したパウダにより加工性能が低下したり、レーザ光の光学部品に付着したり、疵が付くという課題を有していた。
【０００４】
本発明は、上記従来の課題を改善するものであり、パウダの溶着率を高めることができるパウダレーザ溶接装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために本発明のレーザ溶接装置は、レーザ光を集光する集光手段と、前記集光手段を保持するヘッドと、前記レーザ光の集光部分の近傍にパウダを供給するための供給用出口を前記レーザ光軸を略中心として複数有する供給手段を備え、
被加工物と前記供給用出口の距離を５ｍｍから１０ｍｍ、前記供給手段のパウダの供給用出口径を０．６ｍｍから１．０ｍｍ、前記供給手段のパウダの供給用出口数を８から１６、前記被加工物に対する前記ヘッドの倒れ角を０°から２５°、前記パウダが供給される部分のレーザ集光径を２ｍｍから４ｍｍ、前記レーザのエネルギー密度を２００W／ｍｍ２から１０００W／ｍｍ２、前記供給手段のパウダの供給量を３０ｇ／分から６０ｇ／分としたことにより、溶接に寄与しないパウダを減らすことができる。
【発明の効果】
【０００６】
以上のように本発明では、パウダの被加工物への溶着率が高く、高品質の溶接を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
（実施の形態）
以下、本発明実施の形態について、図１、図２を用いて説明する。
【０００８】
図１、図２において、１はレーザヘッド、このレーザヘッド１の内部はレーザ光７を通す空間を設けており、この空間にレーザ光７を被加工物６へ集光するレンズなどの集光光学素子２を配置している。
【０００９】
そして、レーザヘッド１の外周には、このレーザヘッド１と同軸上にパウダ送給外筒３を設けており、前記レーザ光７の集光部分の近傍にパウダを供給するための供給用出口となる複数のパウダ噴射孔５をレーザ光軸を略中心として複数配置したチップ４を前記パウダ送給外筒３に繋げている。
【００１０】
なお、８は前記パウダ噴射孔５から被溶接物６へ噴出するパウダの流れである。
【００１１】
パウダ送給外筒３はパウダ供給管１３を介してパウダ供給装置９と接続していて、パウダホッパー１０内のパウダをパウダ供給装置９から供給している。
【００１２】
このパウダ供給装置９にはキャリアガス配管１１を接続しており、キャリアガスをパウダの供給に使用している。
【００１３】
また、パウダ供給装置９にはシールド用不活性ガス配管１２を接続しており、シールド用不活性ガス供給管１４でレーザヘッド１にシールド用不活性ガスを供給している。
【００１４】
以上のように構成された溶接装置について説明する。
【００１５】
レーザヘッド１には図では示していないがレーザ発振器からレーザ光７が供給され、集光光学素子２により集光されたレーザ光７が被加工物６に集光照射される。
【００１６】
レーザヘッド１にはシールドガス用不活性ガス供給管１４によってシールド用不活性ガスが供給されており、溶接部のシールドに用いられ、パウダ供給装置９により、シールド用不活性ガス管１２から送られるシールドガスの制御を行う。
【００１７】
パウダ供給装置９はパウダホッパー１０から落下するパウダを、内蔵される回転円板上に受け、これをキャリアガス配管１１から供給されるガスの圧力により、パウダ供給管１３からパウダ送給外筒３へ供給するように構成している。
【００１８】
パウダ供給装置９は前述の回転円板の回転数を制御し、金属粉末の供給量を調整すると共に、キャリアガス配管１１から送られるキャリアガスの制御を行う。
【００１９】
そしてパウダ送給外筒３に供給されたパウダがチップ４に設けたパウダ噴射孔５から溶融部位に噴射され溶接が行われる。
【００２０】
次に本発明の各条件について説明する。パウダ噴射孔５から噴射されたパウダは拡がりながら被加工物６の溶融部位に供給される。そのためチップ４と被加工物６の間隔ＷＤが狭くなるほどパウダ噴射孔５と被加工物６の距離が短くなるため、パウダの拡がりが小さくパウダを効率的に被加工物６の溶融部位に供給することができる。しかし間隔ＷＤを狭くすると被加工物６からのレーザ光７の反射光がチップ４に及ぼす影響が大きくなり、チップ４が反射光により破損する可能性があるので、間隔ＷＤは５ｍｍから１０ｍｍとする。
【００２１】
パウダ噴射孔５の直径Ａは小さいほど噴射されるパウダの収束性は良くなり、パウダを効率的に被加工物６の溶融部位に供給することができる。しかし直径Ａを小さくするとパウダの送給性が悪化し、溶融部位へのパウダの供給が不安定となり、健全な溶接を得ることができないので、直径Ａは０．６ｍｍから１．０ｍｍとする。
【００２２】
パウダ噴射孔５の数は噴射するパウダの均一性を考えると数が多いほど有利である。しかしパウダ噴射孔５の数が増えるとパウダの噴射力が弱まり溶融部位へのパウダの供給が不安定となり、健全な溶接を得ることができないので、パウダ噴射孔５の数は８から１６個とする。
【００２３】
被加工物６に対するレーザヘッド１の倒れ角Ｃは溶融部位に供給されるパウダの均一性を考えると倒れ角Ｃが小さいほど有利であるので、倒れ角Ｃは０°から２５°とする。
【００２４】
レーザ集光径Ｂは大きくなるほど被加工物６上の加熱部位は大きくなり、加熱部位上にパウダを供給しやすくなる。しかしレーザ集光径Ｂが大きくなるとエネルギー密度が低下するためパウダが溶融しにくくなるので、レーザ集光径Ｂは２ｍｍから４ｍｍとする。
【００２５】
レーザエネルギー密度は大きいほどパウダは溶融しやすくなる。しかしレーザエネルギー密度が大きくなると被加工物６に対する熱影響が大きくなり欠損する可能性があるので、レーザエネルギー密度は２００Ｗ／ｍ2から１０００Ｗ／ｍ2とする。
【００２６】
パウダ供給量を多くすると被加工物６の溶融池が大きくなり、溶融池にパウダを供給しやすくなる。しかしパウダ供給量を多くしすぎるとパウダを溶融するためのエネルギーが不足し、溶融しきれないパウダが出てくるので、パウダ供給量は３０ｇ／分から６０ｇ／分とする。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明のレーザ溶接装置は、パウダの被加工物への溶着率が高く、高品質の溶接を行うことができ、パウダを用いたレーザ溶接装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明のレーザ溶接装置の実施の形態における全体構成図
【図２】本発明のレーザ溶接装置の実施の形態における要部構成図
【符号の説明】
【００２９】
１ レーザヘッド
２ 集光光学素子
３ パウダ送給外筒
４ チップ
５ パウダ噴射孔
６ 被加工物
７ レーザ光
８ パウダの流れ
９ パウダ供給装置
１０ パウダホッパー
１１ キャリアガス配管
１２ シールド用不活性ガス配管
１３ パウダ末供給管
１４ シールド用不活性ガス供給管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属材料の溶接において、溶加材としてパウダ状の溶融物（以下パウダ）を用いたレーザ溶接装置（以下、パウダレーザ溶接装置）に関する。
【背景技術】
【０００２】
パウダレーザ溶接装置としては、レーザ光照射ノズルの外周に、これと同軸にパウダの噴射ノズルを設け、被加工物に対するレーザ光の照射点の溶融域の近傍へ、前記噴射ノズルからパウダを噴射して溶接を行うものがあった（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平４−８４６８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記従来の装置においては、溶接に寄与しないパウダの多くが被加工物の周囲に飛散すると共に、この飛散したパウダにより加工性能が低下したり、レーザ光の光学部品に付着したり、疵が付くという課題を有していた。
【０００４】
本発明は、上記従来の課題を改善するものであり、パウダの溶着率を高めることができるパウダレーザ溶接装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために本発明のレーザ溶接装置は、レーザ光を集光する集光手段と、前記集光手段を保持するヘッドと、前記レーザ光の集光部分の近傍にパウダを供給するための供給用出口を前記レーザ光軸を略中心として複数有する供給手段を備え、
被加工物と前記供給用出口の距離を５ｍｍから１０ｍｍ、前記供給手段のパウダの供給用出口径を０．６ｍｍから１．０ｍｍ、前記供給手段のパウダの供給用出口数を８から１６、前記被加工物に対する前記ヘッドの倒れ角を０°から２５°、前記パウダが供給される部分のレーザ集光径を２ｍｍから４ｍｍ、前記レーザのエネルギー密度を２００W／ｍｍ２から１０００W／ｍｍ２、前記供給手段のパウダの供給量を３０ｇ／分から６０ｇ／分としたことにより、溶接に寄与しないパウダを減らすことができる。
【発明の効果】
【０００６】
以上のように本発明では、パウダの被加工物への溶着率が高く、高品質の溶接を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
（実施の形態）
以下、本発明実施の形態について、図１、図２を用いて説明する。
【０００８】
図１、図２において、１はレーザヘッド、このレーザヘッド１の内部はレーザ光７を通す空間を設けており、この空間にレーザ光７を被加工物６へ集光するレンズなどの集光光学素子２を配置している。
【０００９】
そして、レーザヘッド１の外周には、このレーザヘッド１と同軸上にパウダ送給外筒３を設けており、前記レーザ光７の集光部分の近傍にパウダを供給するための供給用出口となる複数のパウダ噴射孔５をレーザ光軸を略中心として複数配置したチップ４を前記パウダ送給外筒３に繋げている。
【００１０】
なお、８は前記パウダ噴射孔５から被溶接物６へ噴出するパウダの流れである。
【００１１】
パウダ送給外筒３はパウダ供給管１３を介してパウダ供給装置９と接続していて、パウダホッパー１０内のパウダをパウダ供給装置９から供給している。
【００１２】
このパウダ供給装置９にはキャリアガス配管１１を接続しており、キャリアガスをパウダの供給に使用している。
【００１３】
また、パウダ供給装置９にはシールド用不活性ガス配管１２を接続しており、シールド用不活性ガス供給管１４でレーザヘッド１にシールド用不活性ガスを供給している。
【００１４】
以上のように構成された溶接装置について説明する。
【００１５】
レーザヘッド１には図では示していないがレーザ発振器からレーザ光７が供給され、集光光学素子２により集光されたレーザ光７が被加工物６に集光照射される。
【００１６】
レーザヘッド１にはシールドガス用不活性ガス供給管１４によってシールド用不活性ガスが供給されており、溶接部のシールドに用いられ、パウダ供給装置９により、シールド用不活性ガス管１２から送られるシールドガスの制御を行う。
【００１７】
パウダ供給装置９はパウダホッパー１０から落下するパウダを、内蔵される回転円板上に受け、これをキャリアガス配管１１から供給されるガスの圧力により、パウダ供給管１３からパウダ送給外筒３へ供給するように構成している。
【００１８】
パウダ供給装置９は前述の回転円板の回転数を制御し、金属粉末の供給量を調整すると共に、キャリアガス配管１１から送られるキャリアガスの制御を行う。
【００１９】
そしてパウダ送給外筒３に供給されたパウダがチップ４に設けたパウダ噴射孔５から溶融部位に噴射され溶接が行われる。
【００２０】
次に本発明の各条件について説明する。パウダ噴射孔５から噴射されたパウダは拡がりながら被加工物６の溶融部位に供給される。そのためチップ４と被加工物６の間隔ＷＤが狭くなるほどパウダ噴射孔５と被加工物６の距離が短くなるため、パウダの拡がりが小さくパウダを効率的に被加工物６の溶融部位に供給することができる。しかし間隔ＷＤを狭くすると被加工物６からのレーザ光７の反射光がチップ４に及ぼす影響が大きくなり、チップ４が反射光により破損する可能性があるので、間隔ＷＤは５ｍｍから１０ｍｍとする。
【００２１】
パウダ噴射孔５の直径Ａは小さいほど噴射されるパウダの収束性は良くなり、パウダを効率的に被加工物６の溶融部位に供給することができる。しかし直径Ａを小さくするとパウダの送給性が悪化し、溶融部位へのパウダの供給が不安定となり、健全な溶接を得ることができないので、直径Ａは０．６ｍｍから１．０ｍｍとする。
【００２２】
パウダ噴射孔５の数は噴射するパウダの均一性を考えると数が多いほど有利である。しかしパウダ噴射孔５の数が増えるとパウダの噴射力が弱まり溶融部位へのパウダの供給が不安定となり、健全な溶接を得ることができないので、パウダ噴射孔５の数は８から１６個とする。
【００２３】
被加工物６に対するレーザヘッド１の倒れ角Ｃは溶融部位に供給されるパウダの均一性を考えると倒れ角Ｃが小さいほど有利であるので、倒れ角Ｃは０°から２５°とする。
【００２４】
レーザ集光径Ｂは大きくなるほど被加工物６上の加熱部位は大きくなり、加熱部位上にパウダを供給しやすくなる。しかしレーザ集光径Ｂが大きくなるとエネルギー密度が低下するためパウダが溶融しにくくなるので、レーザ集光径Ｂは２ｍｍから４ｍｍとする。
【００２５】
レーザエネルギー密度は大きいほどパウダは溶融しやすくなる。しかしレーザエネルギー密度が大きくなると被加工物６に対する熱影響が大きくなり欠損する可能性があるので、レーザエネルギー密度は２００Ｗ／ｍ2から１０００Ｗ／ｍ2とする。
【００２６】
パウダ供給量を多くすると被加工物６の溶融池が大きくなり、溶融池にパウダを供給しやすくなる。しかしパウダ供給量を多くしすぎるとパウダを溶融するためのエネルギーが不足し、溶融しきれないパウダが出てくるので、パウダ供給量は３０ｇ／分から６０ｇ／分とする。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明のレーザ溶接装置は、パウダの被加工物への溶着率が高く、高品質の溶接を行うことができ、パウダを用いたレーザ溶接装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明のレーザ溶接装置の実施の形態における全体構成図
【図２】本発明のレーザ溶接装置の実施の形態における要部構成図
【符号の説明】
【００２９】
１ レーザヘッド
２ 集光光学素子
３ パウダ送給外筒
４ チップ
５ パウダ噴射孔
６ 被加工物
７ レーザ光
８ パウダの流れ
９ パウダ供給装置
１０ パウダホッパー
１１ キャリアガス配管
１２ シールド用不活性ガス配管
１３ パウダ末供給管
１４ シールド用不活性ガス供給管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を集光する集光手段と、前記集光手段を保持するヘッドと、前記レーザ光の集光部分の近傍にパウダ状の溶融物を供給するための供給用出口を前記レーザ光軸を略中心として複数有する供給手段を備え、
被加工物と前記供給用出口の距離を５ｍｍから１０ｍｍ、前記供給手段のパウダ状の溶融物の供給用出口径を０．６ｍｍから１．０ｍｍ、前記供給手段のパウダ状の溶融物の供給用出口数を８から１６、前記被加工物に対する前記ヘッドの倒れ角を０°から２５°、前記パウダ状の溶融物が供給される部分のレーザ集光径を２ｍｍから４ｍｍ、前記レーザのエネルギー密度を２００W／ｍｍ２から１０００W／ｍｍ２、前記供給手段のパウダ状の溶融物の供給量を３０ｇ／分から６０ｇ／分としたレーザ溶接装置。
【請求項１】
レーザ光を集光する集光手段と、前記集光手段を保持するヘッドと、前記レーザ光の集光部分の近傍にパウダ状の溶融物を供給するための供給用出口を前記レーザ光軸を略中心として複数有する供給手段を備え、
被加工物と前記供給用出口の距離を５ｍｍから１０ｍｍ、前記供給手段のパウダ状の溶融物の供給用出口径を０．６ｍｍから１．０ｍｍ、前記供給手段のパウダ状の溶融物の供給用出口数を８から１６、前記被加工物に対する前記ヘッドの倒れ角を０°から２５°、前記パウダ状の溶融物が供給される部分のレーザ集光径を２ｍｍから４ｍｍ、前記レーザのエネルギー密度を２００W／ｍｍ２から１０００W／ｍｍ２、前記供給手段のパウダ状の溶融物の供給量を３０ｇ／分から６０ｇ／分としたレーザ溶接装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００７−２１６２３５（Ｐ２００７−２１６２３５Ａ）
【公開日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３６３０９（Ｐ２００６−３６３０９）
【出願日】平成１８年２月１４日（２００６．２．１４）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月１４日（２００６．２．１４）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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