(57)【要約】  【課題】  被溶接物にレーザビームを照射しながら第１ワイヤを送給し前記被溶接物との間でアーク溶接を行う際、前記レーザビームと前記アーク溶接で形成した溶融池に少なくとも１本の第２ワイヤを供給する複合溶接方法と複合溶接装置に関する。  【解決手段】  被溶接物２の溶接位置にレーザビーム１を照射しながら前記溶接位置に第１ワイヤ１２を送給して前記被溶接物２との間でアーク溶接を同時に行う複合溶接方法において、前記レーザビーム１と前記アーク溶接で形成した溶融池１４に少なくとも１本の第２ワイヤ１３を供給することによって、アーク電流を上げることなく、溶着量を上げることができる。  【選択図】  図１
2010064086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被溶接物の溶接位置にレーザビームを照射しながら前記溶接位置に第１ワイヤを送給して前記被溶接物との間でアーク溶接を同時に行う複合溶接方法において、
前記レーザビームと前記アーク溶接で形成した溶融池に少なくとも１本の第２ワイヤを供給する複合溶接方法。
【請求項２】
溶接方向に対し、前記レーザビームの照射が前で前記第１ワイヤを前記レーザビームの後ろに配置し、前記少なくとも１本の第２ワイヤを前記レーザビームの前方方向から供給する請求項１記載の複合溶接方法。
【請求項３】
溶接方向に対し、前記レーザビームの照射が前で前記第１ワイヤを前記レーザビームの後ろに配置し、前記少なくとも１本の第２ワイヤを前記レーザビームと前記第１ワイヤとの間から供給する請求項１記載の複合溶接方法。
【請求項４】
溶接方向に対し、前記レーザビームの照射が前で前記第１ワイヤを前記レーザビームの後ろに配置し、前記少なくとも１本の第２ワイヤを前記第１ワイヤの後方方向から供給する請求項１記載の複合溶接方法。
【請求項５】
溶接方向に対し、前記第１ワイヤが前で前記レーザビームの照射を前記第１ワイヤの後ろに配置し、前記少なくとも１本の第２ワイヤを前記第１ワイヤの前方方向から供給する請求項１記載の複合溶接方法。
【請求項６】
溶接方向に対し、前記第１ワイヤが前で前記レーザビームの照射を前記第１ワイヤの後ろに配置し、前記少なくとも１本の第２ワイヤを前記第１ワイヤと前記レーザビームとの間から供給する請求項１記載の複合溶接方法。
【請求項７】
溶接方向に対し、前記第１ワイヤが前で前記レーザビームの照射を前記第１ワイヤの後ろに配置し、前記少なくとも１本の第２ワイヤがレーザ照射の後方方向から供給する請求項１記載の複合溶接方法。
【請求項８】
前記レーザビームの光軸と前記第１ワイヤの中心軸と前記第２ワイヤの中心軸とがそれぞれ異なる軸芯である請求項１から請求項７の何れかに記載の複合溶接方法。
【請求項９】
前記第１ワイヤと前記第２ワイヤとの内、どちらか一方の中心軸を前記レーザビームの光軸と同軸に配置する請求項１から請求項７の何れかに記載の複合溶接方法。
【請求項１０】
前記アーク溶接に用いるシールドガスは、前記少なくとも１本の第２ワイヤを送給する第２トーチに取り付けた第２ノズルと前記第１ワイヤを送給する第１トーチに取り付けた第１ノズルとの少なくとも一つから供給する請求項１から請求項９の何れかに記載の複合溶接方法。
【請求項１１】
前記第１ノズルと前記第２ノズルとから供給するシールドガスの組成を異なるものにする請求項１０記載の複合溶接方法。
【請求項１２】
前記シールドガスは、前記少なくとも１本の第２ワイヤと前記第１ワイヤとを同時に送給する複合トーチに取り付けた複合ノズルから供給する請求項１から請求項８の何れかに記載の複合溶接方法。
【請求項１３】
前記第１ノズルと前記第２ノズルとから供給するシールドガスを溶接部位に応じて前記シールドガスの供給と停止を独立に行う請求項１０または請求項１１記載の複合溶接方法。
【請求項１４】
前記シールドガスを停止、または再開する際に前記レーザビームの照射条件と前記アーク溶接の条件との少なくとも一つを変化する請求項１３記載の複合溶接方法。
【請求項１５】
前記第１ワイヤと前記第２ワイヤとを同一の材質とする請求項１から請求項１４の何れかに記載の複合溶接方法。
【請求項１６】
前記第１ワイヤと前記少なくとも１本の第２ワイヤとは、同一の主成分を持つ、異なる材質のものとする請求項１から請求項１４の何れかに記載の複合溶接方法。
【請求項１７】
前記被溶接物と前記第１ワイヤと前記第２ワイヤとして、その主成分をアルミニウムとする請求項１から請求項４の何れか、または請求項８から請求項１６の何れかに記載した複合溶接方法。
【請求項１８】
前記被溶接物と前記第１ワイヤと前記第２ワイヤとして、その主成分を鉄とする請求項１または請求項５から請求項１６の何れかに記載の複合溶接方法。
【請求項１９】
溶接部位により、前記第２ワイヤの少なくとも１本を停止する請求項１から１８の何れかに記載の複合溶接方法。
【請求項２０】
前記第２ワイヤの少なくとも１本を停止、あるいは再開する際には、前記レーザビームの照射条件と前記アーク溶接の条件と前記第２ワイヤの稼働している少なくとも１本の送給速度との少なくとも一つを変える請求項１から請求項１８の何れかに記載の複合溶接方法。
【請求項２１】
溶接部位により、前記レーザビームの照射と前記アーク溶接のどちらかを停止する請求項１から請求項１８の何れかに記載の複合溶接方法。
【請求項２２】
前記レーザビームの照射と前記アーク溶接のどちらかを停止、あるいは再開する際には、前記レーザビームの照射条件と前記第１ワイヤの送給速度と前記第２ワイヤの少なくとも１本の送給速度との少なくとも一つを変える請求項１から請求項１８の何れかに記載の複合溶接方法。
【請求項２３】
溶接部位により、前記第２ワイヤの少なくとも１本の送給速度と溶接速度との少なくとも一つを変える請求項１から請求項１８の何れかに記載の複合溶接方法。
【請求項２４】
前記第２ワイヤの少なくとも１本の送給速度と溶接速度との少なくとも一つを変える際には、前記レーザビームの照射条件と前記アーク溶接の条件との少なくとも一つを変える請求項１から請求項１８の何れかに記載の複合溶接方法。
【請求項２５】
前記第２ワイヤと前記レーザビームの照射と前記アーク溶接との停止、再開、またはその条件変更は、センサからの入力信号に応じて行う請求項１９から２４の何れかに記載の複合溶接方法。
【請求項２６】
前記レーザビームの照射の代わりに、プラズマアークを使用する請求項１から請求項２５の何れかに記載の複合溶接方法。
【請求項２７】
前記アーク溶接として、パルスアーク溶接を用いる請求項１から請求項２６の何れかに記載の複合溶接方法。
【請求項２８】
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、第１トーチを介して前記溶接位置に第１ワイヤを送給する第１ワイヤ送給手段と、前記第１ワイヤと前記被溶接物にアーク溶接のための電力を供給するアーク発生手段と、少なくとも１本の第２トーチを介して前記溶接位置に少なくとも１本の第２ワイヤを送給する少なくとも１つの第２ワイヤ送給手段と、前記レーザ発生手段と前記アーク発生手段と少なくとも１つの前記第２ワイヤ送給手段とを制御する制御手段とを備え、
前記第１ワイヤと前記被溶接物との間に形成した前記アーク溶接と前記レーザビームとで形成した溶融池に前記少なくとも１本の第２ワイヤを供給する供給する複合溶接装置。
【請求項２９】
溶接方向に対し、前記レーザビームの照射が前で前記第１ワイヤを前記レーザビームの後ろに配置し、前記少なくとも１本の第２ワイヤを前記レーザビームの前方方向から供給する請求項２８記載の複合溶接装置。
【請求項３０】
溶接方向に対し、前記レーザビームの照射が前で前記第１ワイヤを前記レーザビームの後ろに配置し、前記少なくとも１本の第２ワイヤを前記レーザビームと前記第１ワイヤとの間から供給する請求項２８記載の複合溶接装置。
【請求項３１】
溶接方向に対し、前記レーザビームの照射が前で前記第１ワイヤを前記レーザビームの後ろに配置し、前記少なくとも１本の第２ワイヤを前記第１ワイヤの後方方向から供給する請求項２８記載の複合溶接装置。
【請求項３２】
溶接方向に対し、前記第１ワイヤが前で前記レーザビームの照射を前記第１ワイヤの後ろに配置し、前記少なくとも１本の第２ワイヤを前記第１ワイヤの前方方向から供給する請求項２８記載の複合溶接装置。
【請求項３３】
溶接方向に対し、前記第１ワイヤが前で前記レーザビームの照射を前記第１ワイヤの後ろに配置し、前記少なくとも１本の第２ワイヤを前記第１ワイヤと前記レーザビームとの間から供給する請求項２８記載の複合溶接装置。
【請求項３４】
溶接方向に対し、前記第１ワイヤが前で前記レーザビームの照射を前記第１ワイヤの後ろに配置し、前記少なくとも１本の第２ワイヤが前記レーザ照射の後方方向から供給する請求項２８記載の複合溶接装置。
【請求項３５】
前記レーザビームの光軸と前記第１ワイヤの中心軸と前記第２ワイヤの中心軸とがそれぞれ異なる軸芯である請求項２８から請求項３４の何れかに記載の複合溶接装置。
【請求項３６】
前記第１ワイヤと前記第２ワイヤとの内、どちらか一方の中心軸を前記レーザビームの光軸と同軸に配置する請求項２８から請求項３４の何れかに記載の複合溶接装置。
【請求項３７】
シールドガスは、前記少なくとも１本の第２ワイヤを送給する第２トーチに取り付けた第２ノズルと前記第１ワイヤを送給する第１トーチに取り付けた第１ノズルとの少なくとも一つから供給する請求項２８から請求項３６の何れかに記載の複合溶接装置。
【請求項３８】
前記第１ノズルと前記第２ノズルとから供給するシールドガスの組成を異なるものにする請求項３７記載の複合溶接装置。
【請求項３９】
シールドガスは、前記少なくとも１本の第２ワイヤと前記第１ワイヤとを同時に送給する複合トーチに取り付けた複合ノズルから供給する請求項２８から請求項３５の何れかに記載の複合溶接装置。
【請求項４０】
前記第１ノズルと前記第２ノズルとから供給するシールドガスを溶接部位に応じて前記シールドガスの供給と停止を独立に行う請求項３７または請求項３８記載の複合溶接装置。
【請求項４１】
シールドガスを停止、または再開する際に前記レーザビームの照射条件と前記アーク溶接の条件との少なくとも一つを変化する請求項４０記載の複合溶接装置。
【請求項４２】
前記第１ワイヤと前記第２ワイヤとを同一の材質とする請求項２８から請求項４１の何れかに記載の複合溶接装置。
【請求項４３】
前記第１ワイヤと前記少なくとも１本の第２ワイヤとは、同一の主成分を持つ、異なる材質のものとする請求項２８から請求項４１の何れかに記載の複合溶接装置。
【請求項４４】
前記被溶接物と前記第１ワイヤと前記第２ワイヤとして、その主成分をアルミニウムとした請求項２８から請求項３１の何れか、または請求項３５から請求項４３の何れかに記載の複合溶接装置。
【請求項４５】
前記被溶接物と前記第１ワイヤと前記第２ワイヤとして、その主成分を鉄とした請求項２８、または請求項３２から請求項４３の何れかに記載の複合溶接装置。
【請求項４６】
溶接部位により、前記第２ワイヤの少なくとも１本を停止する請求項２８から４５の何れかに記載の複合溶接装置。
【請求項４７】
前記第２ワイヤの少なくとも１本を停止、あるいは再開する際には、前記レーザビームの照射条件と前記アーク溶接の条件と前記第２ワイヤの稼働している少なくとも１本の送給速度との少なくとも一つを変える請求項２８から請求項４５の何れかに記載の複合溶接装置。
【請求項４８】
溶接部位により、前記レーザビームの照射と前記アーク溶接のどちらかを停止する請求項２８から請求項４５の何れかに記載の複合溶接装置。
【請求項４９】
前記レーザビームの照射と前記アーク溶接のどちらかを停止、あるいは再開する際には、前記レーザビームの照射条件と前記第１ワイヤの送給速度と前記第２ワイヤの少なくとも１本の送給速度との少なくとも一つを変える請求項２８から請求項４５の何れかに記載の複合溶接装置。
【請求項５０】
溶接部位により、前記第２ワイヤの少なくとも１本の送給速度と溶接速度との少なくとも一つを変える請求項２８から請求項４５の何れかに記載の複合溶接装置。
【請求項５１】
前記第２ワイヤの少なくとも１本の送給速度と溶接速度との少なくとも一つを変える際には、前記レーザビームの照射条件と前記アーク溶接の条件との少なくとも一つを変える請求項２８から請求項４５の何れかに記載の複合溶接装置。
【請求項５２】
前記第２ワイヤと前記レーザビームの照射と前記アーク溶接との停止、再開、またはその条件変更は、センサからの入力信号に応じて行う請求項４６から５１の何れかに記載の複合溶接装置。
【請求項５３】
前記レーザビームの照射の代わりに、プラズマアークを使用する請求項２８から請求項５２の何れかに記載の複合溶接装置。
【請求項５４】
前記アーク溶接としてパルスアーク溶接を用いる請求項２８から請求項５３の何れかに記載の複合溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被溶接物にレーザビームの照射とアーク溶接を行う複合溶接方法と複合溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザ溶接はエネルギー密度が高いため、高速で熱影響部の狭い溶接を行うことが可能である。しかし、被溶接物にギャップがあると、レーザビームがそのギャップから抜けてしまい、溶接ができなくなる恐れがあった。
【０００３】
この問題を克服するために、フィラーワイヤを使用したレーザ溶接方法が従来からあり（例えば、非特許文献１参照）、また、非消耗電極方式または消耗電極方式のアーク溶接と併用する複合溶接方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。非消耗電極方式のアーク溶接（ＴＩＧ溶接）と併用する複合溶接方法では、フィラーワイヤを添加してＴＩＧ電極であるタングステン電極を振動しながら良好な溶接部を得る方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。しかし、ＴＩＧ溶接を使用する場合は、通常、その電極として融点の高いタングステン電極を使用するが、溶接中にそのタングステン電極が焼損または消耗し、アーク不安定をきたすと共に、消耗したタングステン電極が溶接金属に混入し、溶接継手部の性能劣化を招いてしまう恐れがあった。
【０００４】
前記非消耗電極方式のアーク溶接を使用する複合溶接方法に対して、消耗電極方式のアーク溶接を使用する複合溶接方法が提案され（特許文献３参照）、タングステン電極を使用することなく、ワイヤを溶接部に添加することが可能であり、深溶け込みの溶接を行うことができる。高速加工および溶融幅の改善の視点から、消耗電極方式のアーク溶接を使用する複合溶接方法では、更に、レーザビーム照射位置に対して溶接加工進行方向前方と後方にアーク溶接の電極を配置する方法が提案されている（特許文献４参照）。この場合レーザビーム照射位置の前方と後方とに配置させるアーク溶接は、その電極がいずれもＭＩＧ電極（ワイヤ）であるが、前記ワイヤの送給速度とＭＩＧ溶接のアーク電流とを独立に調整することができない（非特許文献２参照）。通常、ワイヤ送給速度を高くすると、アーク電流も同時に高くなってしまう。そのため、例えば、ギャップ付の薄板の溶接では高い溶着金属量を必要とする場合には、高いワイヤ送給速度をのみ要するが、アーク電流も同時に高くなってしまうので、溶落ちが発生してしまう恐れがあった。
【０００５】
図９は、従来のレーザ溶接および複合溶接による突合せ溶接のイメージを示す模式図である。図９（ａ）はレーザ溶接の場合である。１はレーザビーム、２は被溶接物、３は前記被溶接物の突合せ面間にあるギャップである。４は、前記レーザビーム１を用い、前記被溶接物２同士の溶接を行う際に得られたビードである。前記ギャップ３が狭い時または溶接速度の遅い時には、前記ビード４は良好なものとなるが、例えば、前記ギャップ３が広い、または溶接速度が速い場合には、前記レーザビーム１が前記ギャップ３から抜けてしまい、また溶着金属の量が減少し、前記ビード４に溶落ち５を形成してしまう恐れがあった。図９（ｂ）は、消耗電極方式のアーク溶接を使用した複合溶接の場合である。６はワイヤ、７は前記ワイヤ６と被溶接物２との間に形成したアークで、８は前記ワイヤ６が溶融して形成した溶滴である。９は前記レーザビーム１と前記アーク７によって前記被溶接物２の突合せ部に形成した溶融池、１０は前記溶融池９が凝固して形成したビードである。複合溶接では（図（ｂ））、前記ワイヤ６が添加できるため、前記レーザ溶接の場合（図（ａ））と比較して許容するギャップ３が広くなるが、前記ギャップ３が広すぎた時また溶接速度が速すぎた時には、前記ビード１０が不連続となり、その中心部に溶落ち１１を形成してしまう恐れがあった。この場合、前記ギャップ３を埋めるのに必要な量の前記ワイヤ６の送給量を増やしても、同様に溶落ちが発生してしまう恐れがあった。これは、通常のアーク溶接では前記ワイヤ６を単独に増やすことができなく、アーク電流も同時に増加してしまい、前記被溶接物２に対する入熱が増加すると共に、前記溶融池９のサイズが大きくなり、前記溶融池９の周辺部から発生した表面張力のみによって前記溶融池９を保持できなくなるためである。その結果、前記溶落ち１１が発生するわけである。
【非特許文献１】池田正幸、藤岡知夫、堀池靖浩、丸尾大、吉川省吾編、レーザプロセス技術ハンドブック、１９９２年、朝倉書店、第１４９頁
【非特許文献２】黄地尚義著、溶接・接合プロセスの基礎、１９９６年、産報出版、第１２８頁
【特許文献１】特開昭５３−１３７０４４号公報
【特許文献２】特開２００２−１７８１７７号公報
【特許文献３】特公昭６０−８９１６号公報
【特許文献４】特開２００１−２４６４８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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、レーザ照射とアーク溶接で形成した溶融池に少なくとも１本のワイヤを供給することによってアーク電流を上げることなく、溶着量を上げることのできる複合溶接方法と複合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】
【０００７】
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しながら前記溶接位置に第１ワイヤを送給して前記被溶接物との間でアーク溶接を同時に行う複合溶接方法において、
前記レーザビームと前記アーク溶接で形成した溶融池に少なくとも１本の第２ワイヤを供給する複合溶接方法
または、溶接方向に対し、レーザビームの照射が前で第１ワイヤを前記レーザビームの後ろに配置し、少なくとも１本の第２ワイヤを前記レーザビームの前方方向、前記レーザビームと前記第１ワイヤとの間、または前記第１ワイヤの後方方向から供給する複合溶接方法および複合溶接装置、
または、溶接方向に対し、第１ワイヤが前でレーザビームの照射を前記第１ワイヤの後ろに配置し、少なくとも１本の第２ワイヤを前記第１ワイヤの前方方向、前記第１ワイヤと前記レーザビームとの間、またはレーザ照射の後方方向から供給する複合溶接方法および複合溶接装置、
または、レーザビームの光軸と第１ワイヤの中心軸と第２ワイヤの中心軸とがそれぞれ異なる軸芯、または第１ワイヤと第２ワイヤとの内、どちらか一方の中心軸をレーザビームの光軸と同軸に配置する複合溶接方法および複合溶接装置、
または、シールドガスは、少なくとも１本の第２ワイヤを送給する第２トーチに取り付けた第２ノズルと第１ワイヤを送給する第１トーチに取り付けた第１ノズルとの少なくとも一つから供給する、または第１ノズルと第２ノズルとから供給するシールドガスの組成を異なるものにする複合溶接方法および複合溶接装置、
または、シールドガスは、少なくとも１本の第２ワイヤと第１ワイヤとを同時に送給する複合トーチに取り付けた複合ノズルから供給する複合溶接方法および複合溶接装置、
または、第１ノズルと第２ノズルとから供給するシールドガスを溶接部位に応じて前記シールドガスの供給と停止を独立に行うが、シールドガスを停止、または再開する際にレーザビームの照射条件とアーク溶接の条件との少なくとも一つを変化する複合溶接方法および複合溶接装置、
または、第１ワイヤと第２ワイヤとを同一の材質とする、または第１ワイヤと少なくとも１本の第２ワイヤとは、同一の主成分を持つ、異なる材質のものとする複合溶接方法および複合溶接装置、
または、被溶接物と第１ワイヤと第２ワイヤとはその主成分はアルミニウム、またはその主成分は鉄である溶接方法および複合溶接装置、
または、溶接部位により、第２ワイヤの少なくとも１本を停止するが、第２ワイヤの少なくとも１本を停止、あるいは再開する際には、レーザビームの照射条件とアーク溶接の条件と第２ワイヤの稼働している少なくとも１本の送給速度との少なくとも一つを変える複合溶接方法および複合溶接装置、
または、溶接部位により、レーザビームの照射とアーク溶接のどちらかを停止するが、レーザビームの照射とアーク溶接のどちらかを停止、あるいは再開する際には、レーザビームの照射条件と第１ワイヤの送給速度と第２ワイヤの少なくとも１本の送給速度との少なくとも一つを変える複合溶接方法および複合溶接装置、
または、溶接部位により、第２ワイヤの少なくとも１本の送給速度と溶接速度との少なくとも一つを変えるが、第２ワイヤの少なくとも１本の送給速度と溶接速度との少なくとも一つを変える際には、レーザビームの照射条件とアーク溶接の条件との少なくとも一つを変える複合溶接方法および複合溶接装置、
または、第２ワイヤとレーザビームの照射とアーク溶接との停止、再開、またはその条件変更は、センサからの入力信号に応じて行う複合溶接方法および複合溶接装置、
または、レーザビームの照射の代わりに、プラズマアークを使用する複合溶接方法および複合溶接装置、
または、アーク溶接は、パルスアーク溶接である複合溶接方法および複合溶接装置、
または、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、第１トーチを介して前記溶接位置に第１ワイヤを送給する第１ワイヤ送給手段と、前記第１ワイヤと前記被溶接物にアーク溶接のための電力を供給するアーク発生手段と、第２トーチを介して前記溶接位置に第２ワイヤを送給する第２ワイヤ送給手段と、前記レーザ発生手段と前記アーク発生手段と前記第２ワイヤ送給手段とを制御する制御手段とを備え、
前記第１ワイヤと前記被溶接物との間に形成したアーク溶接と前記レーザビームとで形成した溶融池に第２ワイヤを供給する供給する複合溶接装置である。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように本発明は、被溶接物の溶接位置にレーザビームを照射しながら前記溶接位置に第１ワイヤを送給して前記被溶接物との間でアーク溶接を同時に行う複合溶接方法において、前記レーザビームと前記アーク溶接とで形成した溶融池に少なくとも１本の第２ワイヤを供給することによってアーク電流を上げることなく、溶着量を上げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における複合溶接方法の構成を示す模式図である。なお、図９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。
【００１０】
図１では、説明のために、図９（ｂ）におけるワイヤ６を第１ワイヤ１２と表記するが、同様のものである。１３は、被溶接物２の突合せ部の溶接位置にレーザビーム１を照射しながら前記溶接位置に第１ワイヤ１２を送給して前記被溶接物２との間でアーク７を発生してアーク溶接を同時に行う際に、前記レーザビーム１と前記アーク７で形成した溶融池１４に供給する第２ワイヤである。１５は、前記溶融池１４が凝固して形成したビードである。図において、前記第２ワイヤ１２を１本と示したが、前記溶融池１４に供給した場合には溶融さえ可能であれば、１本以上でもよい。
【００１１】
図１に示した複合溶接方法の原理について、図２を参照しつつ説明する。図２は、消耗電極式アーク溶接方法と本発明の実施の形態における複合溶接法方法の溶着量とアーク電流の関係を示す模式図である。図２（ａ）では、ＭＲＡは消耗電極式のアーク溶接方法におけるアーク電流とワイヤを溶融した時に得られる溶着量の関係を示す溶融曲線である。前記溶融曲線ＭＲＡによると、溶着量ＶＷ０と対応するアーク電流はＩ０である。したがって、前記図１における前記ギャップ３が広い時に、溶着量ＶＷ０を溶着量ＶＷ１に上げ、前記ギャップ３を埋めようすると、前記アーク電流Ｉ０がアーク電流Ｉ１までに上昇してしまう。その結果、溶融池１４の大きさが増加し、前記溶融池１４にかかるアーク力も増加してしまうので、溶落ちがかえって発生しやすくなる恐れがあった。一方、図２（ｂ）では、ＭＲＷは前記溶融池１４に供給される前記第２ワイヤ１３から得られる溶着量を示す溶融曲線であり、前記第２ワイヤ１３の送給速度が一定であれば、アーク電流と無関係に一定の溶着量ＶＷＷを得ることが可能である。したがって、複合溶接の溶融曲線ＭＲＨとしては、前記溶融曲線ＭＲＡと前記溶融曲線ＭＲＷをたすことによって得ることが可能である。なお、前記アーク電流を変えることなく、前記第２ワイヤ１３の送給速度（溶融量ＶＷＷと対応する）のみを変更することによって、全体の溶着量を変えることが可能である。例えば、前記図１における前記ギャップ３が広い時には、前記第２ワイヤ１３による溶着量がＶＷＷになるよう供給すると、溶着量ＶＷ０を溶着量ＶＷ１にするために、アーク電流Ｉ０をかえって下げる必要があり、図示の通り、前記アーク電流Ｉ０をアーク電流Ｉ２に下げる必要がある。すなわち、図１に示す複合溶接を使用すると、アーク電流を上げることなく、溶着量のみを上げることが可能であり、その結果、前記ギャップ３が広くても良好なビードを得ることが可能である。
【００１２】
以上のように本発明の実施の形態によれば、被溶接物の溶接位置にレーザビームを照射しながら前記溶接位置に第１ワイヤを送給して前記被溶接物との間でアーク溶接を同時に行う複合溶接方法において、前記レーザビームと前記アーク溶接で形成した溶融池に少なくとも１本の第２ワイヤを供給することによってアーク電流を上げることなく、溶着量を上げることができる。
【００１３】
以上の説明では、第２ワイヤ１３として１本をもって図示したが、言うまでもなく、１本以上でもよい。
【００１４】
また、以上の説明では、溶接方向に対し、レーザビーム１の照射が前で第１ワイヤ１２を前記レーザビーム１の後ろに配置し、第２ワイヤ１３を前記第１ワイヤの後方方向から供給する配置で説明したが（図１参照）、前記レーザビーム１の照射が前で前記第１ワイヤ１２を前記レーザビーム１の後ろに配置し、前記第２ワイヤ１３を前記レーザビーム１と前記第１ワイヤ１２との間から供給してもよい（図３（ａ）参照）。また、前記レーザビーム１の照射が前で前記第１ワイヤ１２を前記レーザビーム１の後ろに配置し、第２ワイヤ１３を前記レーザビーム１の前方方向から供給してもよい（図３（ｂ）参照）。
【００１５】
また、溶接方向に対し、第１ワイヤ１２が前でレーザビーム１の照射を前記第１ワイヤ１２の後ろに配置し、第２ワイヤ１３を前記レーザビーム１の後方方向から供給してもよい（図４（ａ）参照）。また、前記第１ワイヤ１２が前で前記レーザビーム１の照射を前記第１ワイヤ１２の後ろに配置し、第２ワイヤ１３を前記第１ワイヤ１２と前記レーザビーム１との間から供給してもよい（図４（ｂ）参照）。更に、前記第１ワイヤ１２が前で前記レーザビーム１の照射を前記第１ワイヤ１２の後ろに配置し、前記第２ワイヤ１３が前記レーザビーム１の後方方向から供給してもよい（図４（ｃ）参照）。
【００１６】
また、以上の説明では、図示していないが、レーザビーム１の光軸と第１ワイヤ１２の中心軸と第２ワイヤ１３の中心軸とがそれぞれ異なる軸芯で説明したが（図１、図３と図４参照）、前記第１ワイヤ１２と前記第２ワイヤ１３との内、どちらか一方の中心軸を前記レーザビーム１の光軸と同軸に配置してもよい。
【００１７】
また、以上の説明では、シールドガスの供給については言及しなかったが、前記シールドガスは、図示していないが、第２ワイヤ１３を送給する第２トーチに取り付けた第２ノズルと第１ワイヤ１２を送給する第１トーチに取り付けた第１ノズルとの少なくとも一つから供給してもよい。なお、前記第１ノズルと前記第２ノズルとから供給するシールドガスの組成を異なるものにしてもよい。言うまでもなく、前記第１ノズルと前記第２ノズルとから供給するシールドガスを溶接部位に応じて前記シールドガスの供給と停止を独立に行ってもよい。シールドガスを停止、または再開する際に前記レーザビーム１の照射条件とアーク溶接の条件との少なくとも一つを変えてもよい。または、シールドガスは、前記第２ワイヤ１３と前記第１ワイヤ１２とを同時に送給する複合トーチに取り付けた複合ノズルから供給してもよい。その内容については、図５を参照しつつ説明する。図５は、第１ワイヤと第２ワイヤとの供給方法を説明する模式図である。図５（ａ）〜図５（ｄ）は、図３と図４において、図示していないが、第１ワイヤと第２ワイヤとを同時に送給する複合トーチによって送給される際に、前記複合トーチの先端に取り付けた複合ノズル１６のイメージ図を示す。図において、シールドガスは前記複合ノズル１６によって供給される。言うまでもなく、前記複合トーチでは前記第１ワイヤ１２と前記第２ワイヤ１３とに対して同じ速度で送給してもよいが、異なった速度で送給してもよい。
【００１８】
また、以上の説明では、第１ワイヤ１２と第２ワイヤ１３との材質について言及しなかったが、前記第１ワイヤ１２と前記第２ワイヤ１３とを同一の材質としてよいが、同一の主成分を持つ、異なる材質のものとしてもよい。言うまでもなく、前記第１ワイヤ１２と前記第２ワイヤと前記被溶接物２とは、その主成分はアルミニウムであってもよく、鉄であってもよい。
【００１９】
また、以上の説明では、溶接部位について言及しなかったが、溶接部位により、前記第２ワイヤ１３が複数本の場合、その少なくとも１本を停止してもよい。なお、前記第２ワイヤ１３の少なくとも１本を停止、あるいは再開する際には、レーザビーム１の照射条件とアーク溶接の条件と前記第２ワイヤ１３の稼働している少なくとも１本の送給速度との少なくとも一つを変えてもよい。また、溶接部位により、前記レーザビーム１の照射とアーク溶接のどちらかを停止してもよい。なお、前記レーザビーム１の照射とアーク溶接のどちらかを停止、あるいは再開する際には、前記レーザビーム１の照射条件と前記第１ワイヤ１２の送給速度と前記第２ワイヤ１３の少なくとも１本の送給速度との少なくとも一つを変えてもよい。更に、溶接部位により、前記第２ワイヤ１３の少なくとも１本の送給速度と溶接速度との少なくとも一つを変えてもよい。なお、前記第２ワイヤ１３の少なくとも１本の送給速度と溶接速度との少なくとも一つを変える際には、前記レーザビーム１の照射条件とアーク溶接の条件との少なくとも一つを変えてもよい。
【００２０】
また、以上の説明では、レーザビーム１の照射をもって説明したが、前記レーザビーム１の代わりに、ここでその詳細な図示による説明を省略するが、プラズマアークを使用してもよい。
【００２１】
また、以上の説明では、アーク溶接はパルスアーク溶接であってもよい。
【００２２】
（実施の形態２）
図６は本発明の実施の形態２における複合溶接方法の構成を示す模式図である。なお、図１〜図５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。
【００２３】
図６は本発明の実施の形態２における複合溶接装置の構成を示すブロック図である。１７はレーザ発生手段で、レーザ発振器１８とレーザ伝送手段１９と集光光学系２０からなり、レーザビーム１を被溶接物２の溶接位置に照射する。前記レーザ伝送手段１９は、光ファイバーであってもよく、レンズによって組み合わせた伝送系であってもよい。前記集光光学系２０は、一枚あるいは複数のレンズから構成されてもよい。１２は第１ワイヤで、第１ワイヤ送給手段２１によって第１トーチ２２を通して前記被溶接物２の溶接位置に送給される。２５はアーク発生手段で、ケーブル２６とケーブル２７とによってそれぞれ前記第１トーチ２２と前記被溶接物２とに接続してその給電を行うものであり、溶接開始時には前記第１ワイヤ送給手段２１を制御し、前記第１トーチ２２を通して前記第１ワイヤ１２を前記被溶接物２の溶接位置に向かって送給しつつ、前記第１ワイヤ１２と前記被溶接物２の間にアーク７を発生するよう制御するが、溶接終了時には前記第１ワイヤ送給手段２１による前記第１ワイヤ１２の送給を停止すると共に、前記アーク７を停止するよう制御する。１３は第２ワイヤで、第２ワイヤ送給手段２３によって第２トーチ２４を通して、図示していないが、前記レーザビーム１と前記アーク７とによって前記被溶接物２の溶接位置に形成した溶融池に送給される。２８は制御手段で、図示していないが、外部から溶接開始または溶接終了の命令を受けてから、前記レーザ発生手段１７から発生するレーザビーム１の照射開始とその終了と、前記アーク発生手段２５から発生するアーク７の放電開始とその終了と、前記第２送給手段２３から送給される前記第２ワイヤ１３の送給開始とその停止とを制御する。前記制御手段２８は、コンピュータを使用して構成してもよいが、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２８としては、ロボットを使用してもよい。詳細の説明を省略するが、ロボットを使用する際には、前記ロボットのマニピュレータ部分に前記集光光学系２０と前記第１トーチ２２と前記第２トーチ２４とを固定して使用してもよい。前記レーザ発振器１８は、図示していないが、予め設定した所定の出力値を出力するが、前記制御手段２８で設定した出力値の信号を受け、それを出力してもよい。前記アーク発生手段２５は、前記レーザ発生手段１７と同様に、前記制御手段２８によってその出力を制御することができる。また、前記第２ワイヤ送給手段２３は、前記制御手段２８によってその送給速度および送給の開始と停止を制御することができる。
【００２４】
図６に示した構成の複合溶接装置の動作について説明する。溶接開始時には、図示していないが、溶接開始命令を受けた制御手段２８は、レーザ発生手段１７にレーザ溶接の開始信号を送りレーザビーム１の照射を開始すると共に、アーク発生手段２５にアーク溶接の開始信号を送ってアーク放電を開始し、また第２ワイヤ送給手段２３にワイヤ送給の開始信号を送るよう動作する。溶接終了時には、溶接終了命令を受けた前記制御手段２８は、前記レーザ発生手段１７にレーザ溶接終了信号を送り前記レーザビーム１の照射を終了すると共に、前記アーク発生手段２５にアーク溶接終了信号を送ってアーク放電を終了し、また前記第２ワイヤ送給手段２３にワイヤ送給の終了信号を送ることによって溶接を終了するよう動作する。
【００２５】
以上の説明では、レーザビーム１と第１ワイヤ１２と第２ワイヤ１３との配置については言及しなかったが、それは図１〜図５に示した配置が適用するものである。
【００２６】
以上のように本発明の実施の形態によれば、被溶接物の溶接位置にレーザビームを照射しながら前記溶接位置に第１ワイヤを送給して前記被溶接物との間でアーク溶接を同時に行う複合溶接方法において、前記レーザビームと前記アーク溶接で形成した溶融池に第２ワイヤを供給することによってアーク電流を上げることなく、溶着量を上げることができる。
【００２７】
以上の説明では、第２ワイヤ１３として１本をもって図示したが、言うまでもなく、１本以上でもよい。その時、それぞれの前記第２ワイヤ１３を供給するために、それぞれのワイヤ送給手段とトーチを設けるのは、言うまでもない。
【００２８】
（実施の形態３）
図７は本発明の実施の形態３における複合溶接方法の構成を示す模式図である。図７は、図６において、制御手段２８の代わりに溶接位置近傍Ａの様子をセンシングするセンシング手段２９からの信号を入力信号とする制御手段３０を使用したものである。前記制御手段は、前記センシング手段２９の信号を受け、それに基づいてレーザ発生手段１７とアーク発生手段２５と第２ワイヤ送給手段２３を制御する。なお、図６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。
【００２９】
図７に示したセンシング手段２９の動作について、図８を参照しつつ説明する。図８は、センシング手段２９の配置を示す模式図である。前記センシング手段２９は、センサユニット３１と光ビーム３２から構成される。前記センサユニット３１は、図示していないが、その発光部からは被溶接物２の突合せ部の任意の箇所に対して前記突合せ部の垂直方向を示す垂直方向ａａ’に長く伸びた形の光ビーム３２を照射すると共に、その受光部からは前記光ビーム３２が前記被溶接物２に当たった場合の照射位置形状をキャッチし、それを測定する機能を備える。なお、前記センサユニット３１は、前記照射位置形状に基づき前記被溶接物２の突合せ面における隙間であるギャップを算出し、前記ギャップ信号を制御手段３０に出力する。以上の説明では、前記光ビーム３２を前記垂直方向ａａ’に長く伸びた形のものとして説明したが、言うまでもなく、それは前記センサユニット３１から発生して前記垂直方向ａａ’に沿って高速にスキャンするスポット状のビームであってもよい。その際、前記センサユニット３１は、前記スポット状のビームが前記被溶接物２に当たった場合の照射位置の軌跡によって前記被溶接物２の突合せ部のギャップを計測してもよい。
【００３０】
制御手段３０の動作について説明する。実際の溶接では、被溶接物２の突合せ面においてギャップが存在し、なお、前記ギャップが場所によって変動する場合がある。したがって、良好な溶接ビードを得るためには、前記ギャップに応じて溶接条件を変える必要がある。前記制御手段３０は、図６において説明した制御手段２８の持つ機能以外に、前記センシング手段２９から入力したギャップ信号に基づき、第２ワイヤ１３とレーザビーム１の照射とアーク溶接との停止、再開、またはその条件変更を行うことによって、一定の溶接ビードが得られるよう動作する。但し、図８に示したように、光ビーム３２の照射位置を示す垂直方向ａａ’は厳密には前記溶融池１４が形成される位置と一致しないが、その距離は予め前記制御手段３０に入力されてもよい。
【００３１】
以上のように本発明の実施の形態によれば、被溶接物の溶接位置にレーザビームを照射しながら前記溶接位置に第１ワイヤを送給して前記被溶接物との間でアーク溶接を同時に行う複合溶接方法において、前記レーザビームと前記アーク溶接で形成した溶融池に第２ワイヤを供給することによってアーク電流を上げることなく、溶着量を上げると共に、被溶接物にギャップがあっても良好な溶接ビードを得ることができる。
【００３２】
以上の本発明の実施の形態１から形態３の説明では、図１〜図８に示した通り、ギャップ３を持った被溶接物２の突合せ溶接を例にして説明したが、前記突合せ以外の継手においても同様に、本発明の実施の形態における複合溶接方法を使用すればアーク電流を上げることなく、溶着量を上げることが可能であり、また、被溶接物にギャップがあっても良好な溶接ビードを得ることができる。
【００３３】
また、以上の説明では、溶接方向に対し、レーザビームの照射と第１ワイヤと第２ワイヤの順と、レーザビームの照射と第２ワイヤと第１ワイヤの順と、第１ワイヤとレーザビームの照射と第２ワイヤの順と、第１ワイヤと第２ワイヤとレーザビームの照射の順と、第２ワイヤとレーザビームの照射と第１ワイヤの順と、第２ワイヤと第１ワイヤとレーザビームの順とで配置するよう構成したが、言うまでもなく、詳細の図示を省略するが、前記配置を溶接方向と垂直する方向において行ってもよい。
【００３４】
また、以上の説明では、第１ワイヤ１２と第２ワイヤ１３とのワイヤ径については言及しなかったが、言うまでも泣く、両者は同じでもよく、異なってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
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ビームを照射しながら前記溶接位置に第１ワイヤを送給して前記被溶接物との間でアーク溶接を同時に行う複合溶接方法において、前記レーザビームと前記アーク溶接で形成した溶融池に少なくとも１本の第２ワイヤを供給することによってアーク電流を上げることなく、溶着量を上げることのできる複合溶接方法と複合溶接装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態１における複合溶接方法の構成を示す模式図
【図２】消耗電極式アーク溶接方法と本発明の実施の形態における複合溶接法方法の溶着量とアーク電流の関係を示す模式図
【図３】第２ワイヤの供給位置を説明する模式図
【図４】第２ワイヤの供給位置を説明する模式図
【図５】第１ワイヤと第２ワイヤとの供給方法を説明する模式図
【図６】本発明の実施の形態２における複合溶接方法の構成を示す模式図
【図７】本発明の実施の形態３における複合溶接方法の構成を示す模式図
【図８】センシング手段の配置を示す模式図
【図９】従来のレーザ溶接および複合溶接による突合せ溶接のイメージを示す模式図
【符号の説明】
【００３７】
１          レーザビーム
２          被溶接物
３          ギャップ
４          ビード
５          溶落ち
６          ワイヤ
７          アーク
８          溶滴
９          溶融池
１０        ビード
１１        溶落ち
１２        第１ワイヤ
１３        第２ワイヤ
１４        溶融池
１５        ビード
１６        複合ノズル
１７        レーザ発生手段
１８        レーザ発振器
１９        レーザ伝送手段
２０        集光光学系
２１        第１ワイヤ送給手段
２２        第１トーチ
２３        第２ワイヤ送給手段
２４        第２トーチ
２５        アーク発生手段
２６        ケーブル
２７        ケーブル
２８        制御手段
２９        センシング手段
３０        制御手段
３１        センサユニット
３２        光ビーム
ａａ’      垂直方向
Ａ          溶接位置近傍
ＭＲＡ        溶融曲線
ＭＲＷ        溶融曲線
ＭＲＨ        溶融曲線
ＶＷ０         溶着量
ＶＷ１         溶着量
ＶＷＷ         溶着量
Ｉ０           アーク電流
Ｉ１           アーク電流
Ｉ２           アーク電流
【図１】
2010064086.tif 000003
【図２】
2010064086.tif 000004
【図３】
2010064086.tif 000005
【図４】
2010064086.tif 000006
【図５】
2010064086.tif 000007
【図６】
2010064086.tif 000008
【図７】
2010064086.tif 000009
【図８】
2010064086.tif 000010
【図９】
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