(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水（１３）中に横向きに配置され、先端の漸縮部（１４）に溶接材（１５）へ向けてシールドガス（１６）を噴射可能で且つレーザ光（１７）を照射可能な開口（１８）を有する筒状のトーチ本体（１９）を設け、トーチ本体（１９）先端の漸縮部（１４）内部に、漸縮部（１４）の内面との間にアシスト用シールドガス通路（２７）となる周方向及び軸線方向に均等な間隙を形成する先細り円筒状の流路形成部材（２８）を同心状に配設し、トーチ本体（１９）先端と流路形成部材（２８）との間にアシスト用シールドガス通路（２７）を閉塞するアシスト用シールドガス流量調整部材（３０）を取付け、アシスト用シールドガス流量調整部材（３０）の上半部に、アシスト用シールドガス（３４）をトーチ本体（１９）先端の漸縮部（１４）に沿い下方へ向けて噴射させるガス通過促進用孔（３１）を形成し、又、アシスト用シールドガス流量調整部材（３０）の下半部に、少量のアシスト用シールドガス（３４）をトーチ本体（１９）先端の漸縮部（１４）に沿い上方へ向けて噴射させるガス通過規制用孔（３２）を形成したことを特徴とする水中レーザ溶接トーチ。
【請求項２】
アシスト用シールドガス流量調整部材（３０）に形成するガス通過促進用孔（３１）とガス通過規制用孔（３２）を、上半部のガス通過促進用孔（３１）は数が多く成り下半部のガス通過規制用孔（３２）は数が少なく成るようにした請求項１記載の水中レーザ溶接トーチ。
【請求項３】
アシスト用シールドガス流量調整部材（３０）に形成するガス通過促進用孔（３１）とガス通過規制用孔（３２）を、上半部のガス通過促進用孔（３１）は孔径が大きく成り下半部のガス通過規制用孔（３２）は孔径が小さく成るようにした請求項１記載の水中レーザ溶接トーチ。
【請求項４】
アシスト用シールドガス流量調整部材（３０）に形成するガス通過促進用孔（３１）とガス通過規制用孔（３２）を、上側のガス通過促進用孔（３１）から下側のガス通過規制用孔（３２）へと位置が低くなるに従い孔径が順次小さく成るようにした請求項１記載の水中レーザ溶接トーチ。
【請求項５】
アシスト用シールドガス流量調整部材（３０）を着脱可能に取付けた請求項１〜４いずれか記載の水中レーザ溶接トーチ。
【請求項６】
水（１３）中に横向きに配置され、先端の漸縮部（１４）に溶接材（１５）へ向けてシールドガス（１６）を噴射可能で且つレーザ光（１７）を照射可能な開口（１８）を有する筒状のトーチ本体（１９）を設け、トーチ本体（１９）先端の漸縮部（１４）に、先細り円筒状の流路形成部材（２８）をトーチ本体（１９）の漸縮部（１４）の軸線に対して下方へ偏心配置させて、漸縮部（１４）の内面との間に上方が広く成り下方が狭く成るアシスト用シールドガス通路（２７）を形成したことを特徴とする水中レーザ溶接トーチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水中レーザ溶接トーチに関するものである。より詳しくは、少ないシールドガスで効果的にシールド領域を形成させ得るようにした水中レーザ溶接トーチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水中レーザ溶接トーチは、図７・図８に示すように、筒状のトーチ本体１の内部に、シールドガス通過孔２を有するレンズ支持部材３を用いてレンズ４を取付け、地上の図示しないレーザ発振器から発振されたレーザ光５をトーチ本体１へ導き、トーチ本体１内部のレンズ４で集光させた後、トーチ本体１先端の開口６から溶接材７へと照射させ、溶接材７を溶融させつつ必要に応じて溶加材８を盛込ませるなどして肉盛や溶接などを行わせるようにしたものである。
【０００３】
この際、溶接材７の溶融部９を周囲の水１０から保護するため、トーチ本体１へ供給したシールドガス１１を、レンズ支持部材３に形成したシールドガス通過孔２及びトーチ本体１先端の開口６を介して溶融部９の周囲へ噴射させるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の水中レーザ溶接トーチには、以下のような問題があった。
【０００５】
即ち、水中レーザ溶接トーチを横向きにして使用した場合、トーチ本体１先端の開口６から溶接材７へ噴射されたシールドガス１１は、浮力の影響により噴射と同時に、図に示すように、上方へ浮上してしまうため、十分なシールド領域１２を確保することができなくなり、溶融部９に水１０が侵入して溶接品質が低下される原因となっていた。
【０００６】
これに対し、シールドガス１１の噴射流量を増加させてシールド領域１２の拡大を図ることが考えられるが、このようにした場合、多量のシールドガス１１によって溶融部９にブローホールやアンダカットなどと呼ばれる溶接欠陥を引き起こしてしまうおそれがあり、しかも、高価なシールドガス１１を多量に使用しなければならなくなるという問題や、多量のシールドガス１１を流すためにトーチ本体１の寸法やシールドガス１１の供給系統を大型化しなければならなくなるという問題があり、実用上無理がある。
【０００７】
本発明は、上述の実情に鑑み、少ないシールドガスで効果的にシールド領域を形成させ得るようにした水中レーザ溶接トーチを提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では以下の手段を用いた。
【０００９】
即ち、水１３中に横向きに配置され、先端の漸縮部１４に溶接材１５へ向けてシールドガス１６を噴射可能で且つレーザ光１７を照射可能な開口１８を有する筒状のトーチ本体１９を設け、トーチ本体１９先端の漸縮部１４内部に、漸縮部１４の内面との間にアシスト用シールドガス通路２７となる周方向及び軸線方向に均等な間隙を形成する先細り円筒状の流路形成部材２８を同心状に配設し、トーチ本体１９先端と流路形成部材２８との間にアシスト用シールドガス通路２７を閉塞するアシスト用シールドガス流量調整部材３０を取付け、アシスト用シールドガス流量調整部材３０の上半部に、アシスト用シールドガス３４をトーチ本体１９先端の漸縮部１４に沿い下方へ向けて噴射させるガス通過促進用孔３１を形成し、又、アシスト用シールドガス流量調整部材３０の下半部に、少量のアシスト用シールドガス３４をトーチ本体１９先端の漸縮部１４に沿い上方へ向けて噴射させるガス通過規制用孔３２を形成したことを特徴とする水中レーザ溶接トーチにかかるものである。
【００１０】
この場合において、アシスト用シールドガス流量調整部材３０に形成するガス通過促進用孔３１とガス通過規制用孔３２を、上半部のガス通過促進用孔３１は数が多く成り下半部のガス通過規制用孔３２は数が少なく成るようにしても良い。
【００１１】
又、アシスト用シールドガス流量調整部材３０に形成するガス通過促進用孔３１とガス通過規制用孔３２を、上半部のガス通過促進用孔３１は孔径が大きく成り下半部のガス通過規制用孔３２は孔径が小さく成るようにしても良い。
【００１２】
又、アシスト用シールドガス流量調整部材３０に形成するガス通過促進用孔３１とガス通過規制用孔３２を、上側のガス通過促進用孔３１から下側のガス通過規制用孔３２へと位置が低くなるに従い孔径が順次小さく成るようにしても良い。
【００１３】
更に、アシスト用シールドガス流量調整部材３０を着脱可能に取付けても良い。
【００１４】
又、第二の発明は、水１３中に横向きに配置され、先端の漸縮部１４に溶接材１５へ向けてシールドガス１６を噴射可能で且つレーザ光１７を照射可能な開口１８を有する筒状のトーチ本体１９を設け、トーチ本体１９先端の漸縮部１４に、先細り円筒状の流路形成部材２８をトーチ本体１９の漸縮部１４の軸線に対して下方へ偏心配置させて、漸縮部１４の内面との間に上方が広く成り下方が狭く成るアシスト用シールドガス通路２７を形成したことを特徴とする水中レーザ溶接トーチにかかるものである。
【００１５】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【００１６】
トーチ本体１９先端の漸縮部１４内部に、漸縮部１４の内面との間にアシスト用シールドガス通路２７となる周方向及び軸線方向に均等な間隙を形成する先細り円筒状の流路形成部材２８を支持部材２９を介して同心状に配設し、トーチ本体１９先端と流路形成部材２８との間にアシスト用シールドガス通路２７を閉塞するリング状をしたアシスト用シールドガス流量調整部材３０を取付け、アシスト用シールドガス流量調整部材３０の上半部にガス通過促進用孔３１を形成し、又、アシスト用シールドガス流量調整部材３０の下半部にガス通過規制用孔３２を形成して、トーチ本体１９へ供給されるシールドガス１６の一部を、アシスト用シールドガス３４としてアシスト用シールドガス通路２７へ導き、アシスト用シールドガス通路２７先端のアシスト用シールドガス流量調整部材３０に形成した上半部のガス通過促進用孔３１及び下半部のガス通過規制用孔３２から噴射させるようにする。
【００１７】
すると、アシスト用シールドガス流量調整部材３０上半部のガス通過促進用孔３１からは比較的多量のアシスト用シールドガス３４がトーチ本体１９先端の漸縮部１４に沿い下方へ向けて噴射され、アシスト用シールドガス流量調整部材３０下半部のガス通過規制用孔３２からは少量のアシスト用シールドガス３４がトーチ本体１９先端の漸縮部１４に沿い上方へ向けて噴射されることとなるので、トーチ本体１９先端の開口１８の中央から噴射されるシールドガス１６の流れが全体として下方へ抑え込まれる形となる。
【００１８】
これにより、トーチ本体１９先端の開口１８から溶接材１５へ噴射されたシールドガス１６が、浮力の影響により噴射と同時に、上方へ浮上してしまうことが防止され、全体として少ない量のシールドガス１６で十分なシールド領域２６を確保することが可能となり、溶融部２４に水１３が侵入することを防止して溶接品質を高めることが可能となる。
【００１９】
又、本発明によれば、シールドガス１６の一部をアシスト用シールドガス３４として利用するようにしているため、シールドガス１６の噴射流量を増加させてシールド領域２６の拡大を図るのと異なるので、多量のシールドガス１６によって溶融部２４にブローホールやアンダカットなどと呼ばれる溶接欠陥を引き起こしてしまうことがない。しかも、高価なシールドガス１６の使用量を抑えられるので、トーチ本体１９の寸法やシールドガス１６の供給系統を大型化しなければならなくなるという問題もない。更に、アシスト用シールドガス３４の供給系統を特別に設ける必要もない。
【００２０】
更に、場合に応じて、孔径が同じで上半部のガス通過促進用孔３１は数が多く成り下半部のガス通過規制用孔３２は数が少なく成るアシスト用シールドガス流量調整部材３０や、上半部のガス通過促進用孔３１は孔径が大きく成り下半部のガス通過規制用孔３２は孔径が小さく成るアシスト用シールドガス流量調整部材３０や、上側のガス通過促進用孔３１から下側のガス通過規制用孔３２へと位置が低くなるに従い孔径が順次小さく成るアシスト用シールドガス流量調整部材３０の中から最適なものを選択・交換して使い分けるようにすることができる。
【００２１】
加えて、アシスト用シールドガス流量調整部材３０を取外してしまえば、通常の下向き水中レーザ溶接トーチ２３として使うことも可能となる。
【００２２】
又、第二の発明では、トーチ本体１９の先端の漸縮部１４にアシスト用シールドガス流量調整部材３０を取付ける代りに、先細り円筒状の流路形成部材２８をトーチ本体１９の漸縮部１４の軸線に対して下方へ偏心配置させて、漸縮部１４の内面との間に上方が広く成り下方が狭く成るアシスト用シールドガス通路２７を形成するようにしている。
【００２３】
このようにしても、アシスト用シールドガス通路２７上半部から比較的多量のアシスト用シールドガス３４がトーチ本体１９先端の漸縮部１４に沿い下方へ向けて噴射され、アシスト用シールドガス通路２７下半部から少量のアシスト用シールドガス３４がトーチ本体１９先端の漸縮部１４に沿い上方へ向けて噴射されることとなるので、トーチ本体１９先端の開口１８の中央から噴射されるシールドガス１６の流れを全体として下方へ抑え込ませることができる。
【００２４】
これにより、トーチ本体１９先端の開口１８から溶接材１５へ噴射されたシールドガス１６が、浮力の影響により噴射と同時に、上方へ浮上してしまうことが防止され、全体として少ない量のシールドガス１６で十分なシールド領域２６を確保することが可能となり、溶融部２４に水１３が侵入することを防止して溶接品質を高めることが可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図示例と共に説明する。
【００２６】
図１〜図４は、本発明の第一の実施の形態である。
【００２７】
水１３中に横向きに配置され、先端の漸縮部１４に溶接材１５へ向けてシールドガス１６を噴射可能で且つレーザ光１７を照射可能な開口１８を有する筒状のトーチ本体１９を設け、トーチ本体１９の内部に、シールドガス通過孔２０を有するレンズ支持部材２１を用いてレーザ光１７を集光可能なレンズ２２を取付けることにより、水中レーザ溶接トーチ２３を構成する。
【００２８】
尚、図中、２５は溶接材１５の溶融部２４へ供給される溶加材、２６はトーチ本体１９先端の開口１８から噴射されたシールドガス１６によって形成されるシールド領域である。
【００２９】
そして、本発明では、トーチ本体１９先端の漸縮部１４内部に、漸縮部１４の内面との間にアシスト用シールドガス通路２７となる周方向及び軸線方向に均等な間隙を形成する先細り円筒状の流路形成部材２８を支持部材２９を介して同心状に配設し、トーチ本体１９先端と流路形成部材２８との間にアシスト用シールドガス通路２７を閉塞するリング状をしたアシスト用シールドガス流量調整部材３０を取付け、アシスト用シールドガス流量調整部材３０の上半部にガス通過促進用孔３１を形成し、又、アシスト用シールドガス流量調整部材３０の下半部にガス通過規制用孔３２を形成する。
【００３０】
尚、３４はアシスト用シールドガス通路２７を通るアシスト用シールドガスである。
【００３１】
ここで、アシスト用シールドガス流量調整部材３０に形成するガス通過促進用孔３１とガス通過規制用孔３２は、例えば、図２に示すように、孔径が同じで上半部のガス通過促進用孔３１は数が多く成り下半部のガス通過規制用孔３２は数が少なく成るようにしても、図３に示すように、上半部のガス通過促進用孔３１は孔径が大きく成り下半部のガス通過規制用孔３２は孔径が小さく成るようにしても、図４に示すように、上側のガス通過促進用孔３１から下側のガス通過規制用孔３２へと位置が低くなるに従い孔径が順次小さく成るようにしても良い。
【００３２】
尚、アシスト用シールドガス流量調整部材３０は、トーチ本体１９先端の内面に形成したネジ部３３に交換可能に螺着することにより取付けさせるようにしても良い。
【００３３】
又、トーチ本体１９先端に流路形成部材２８を支持する支持部材２９は、トーチ本体１９の周方向に対し複数取付けるようにする（図６参照）。
【００３４】
次に、作動について説明する。
【００３５】
地上の図示しないレーザ発振器から発振されたレーザ光１７をトーチ本体１９へ導き、トーチ本体１９内部のレンズ２２で集光させた後、トーチ本体１９先端の開口１８から溶接材１５へと照射させ、溶接材１５を溶融させつつ必要に応じて溶加材２５を盛込ませるなどして肉盛や溶接などを行わせるようにする。
【００３６】
この際、溶接材１５の溶融部２４を周囲の水１３から保護するため、トーチ本体１９へ供給したシールドガス１６を、レンズ支持部材２１に形成したシールドガス通過孔２０及びトーチ本体１９先端の開口１８を介して溶融部２４の周囲へ噴射させるようにする。
【００３７】
しかし、水中レーザ溶接トーチ２３を横向きにして使用した場合、トーチ本体１９先端の開口１８から溶接材１５へ噴射されたシールドガス１６は、浮力の影響により噴射と同時に、上方へ浮上してしまうため、十分なシールド領域２６を確保することができなくなり、溶融部２４に水１３が侵入して溶接品質を低下させる原因となる。
【００３８】
これに対し、シールドガス１６の噴射流量を増加させてシールド領域２６の拡大を図ることが考えられるが、このようにした場合、多量のシールドガス１６によって溶融部２４にブローホールやアンダカットなどと呼ばれる溶接欠陥を引き起こしてしまうおそれがあり、しかも、高価なシールドガス１６を多量に使用しなければならなくなるという問題や、多量のシールドガス１６を流すためにトーチ本体１９の寸法やシールドガス１６の供給系統を大型化しなければならなくなるという問題があり、実用上無理がある。
【００３９】
そこで本発明では、トーチ本体１９先端の漸縮部１４内部に、漸縮部１４の内面との間にアシスト用シールドガス通路２７となる周方向及び軸線方向に均等な間隙を形成する先細り円筒状の流路形成部材２８を支持部材２９を介して同心状に配設し、トーチ本体１９先端と流路形成部材２８との間にアシスト用シールドガス通路２７を閉塞するリング状をしたアシスト用シールドガス流量調整部材３０を取付け、アシスト用シールドガス流量調整部材３０の上半部にガス通過促進用孔３１を形成し、又、アシスト用シールドガス流量調整部材３０の下半部にガス通過規制用孔３２を形成して、トーチ本体１９へ供給されるシールドガス１６の一部を、アシスト用シールドガス３４としてアシスト用シールドガス通路２７へ導き、アシスト用シールドガス通路２７先端のアシスト用シールドガス流量調整部材３０に形成した上半部のガス通過促進用孔３１及び下半部のガス通過規制用孔３２から噴射させるようにする。
【００４０】
すると、アシスト用シールドガス流量調整部材３０上半部のガス通過促進用孔３１からは比較的多量のアシスト用シールドガス３４がトーチ本体１９先端の漸縮部１４に沿い下方へ向けて噴射され、アシスト用シールドガス流量調整部材３０下半部のガス通過規制用孔３２からは少量のアシスト用シールドガス３４がトーチ本体１９先端の漸縮部１４に沿い上方へ向けて噴射されることとなるので、トーチ本体１９先端の開口１８の中央から噴射されるシールドガス１６の流れが全体として下方へ抑え込まれる形となる。
【００４１】
これにより、トーチ本体１９先端の開口１８から溶接材１５へ噴射されたシールドガス１６が、浮力の影響により噴射と同時に、上方へ浮上してしまうことが防止され、全体として少ない量のシールドガス１６で十分なシールド領域２６を確保することが可能となり、溶融部２４に水１３が侵入することを防止して溶接品質を高めることが可能となる。
【００４２】
又、本発明によれば、シールドガス１６の一部をアシスト用シールドガス３４として利用するようにしているため、シールドガス１６の噴射流量を増加させてシールド領域２６の拡大を図るのと異なるので、多量のシールドガス１６によって溶融部２４にブローホールやアンダカットなどと呼ばれる溶接欠陥を引き起こしてしまうことがない。しかも、高価なシールドガス１６の使用量を抑えられるので、トーチ本体１９の寸法やシールドガス１６の供給系統を大型化しなければならなくなるという問題もない。更に、アシスト用シールドガス３４の供給系統を特別に設ける必要もない。
【００４３】
更に、場合に応じて、図２に示すように、孔径が同じで上半部のガス通過促進用孔３１は数が多く成り下半部のガス通過規制用孔３２は数が少なく成るアシスト用シールドガス流量調整部材３０や、図３に示すように、上半部のガス通過促進用孔３１は孔径が大きく成り下半部のガス通過規制用孔３２は孔径が小さく成るアシスト用シールドガス流量調整部材３０や、図４に示すように、上側のガス通過促進用孔３１から下側のガス通過規制用孔３２へと位置が低くなるに従い孔径が順次小さく成るアシスト用シールドガス流量調整部材３０の中から最適なものを選択・交換して使い分けるようにすることができる。
【００４４】
加えて、アシスト用シールドガス流量調整部材３０を取外してしまえば、通常の下向き水中レーザ溶接トーチ２３として使うことも可能となる。
【００４５】
図５・図６は、本発明の第二の実施の形態であり、トーチ本体１９の先端の漸縮部１４にアシスト用シールドガス流量調整部材３０を取付ける代りに、先細り円筒状の流路形成部材２８をトーチ本体１９の漸縮部１４の軸線に対して下方へ偏心配置させて、漸縮部１４の内面との間に上方が広く成り下方が狭く成るアシスト用シールドガス通路２７を形成するようにしたものである。
【００４６】
このようにしても、アシスト用シールドガス通路２７上半部から比較的多量のアシスト用シールドガス３４がトーチ本体１９先端の漸縮部１４に沿い下方へ向けて噴射され、アシスト用シールドガス通路２７下半部から少量のアシスト用シールドガス３４がトーチ本体１９先端の漸縮部１４に沿い上方へ向けて噴射されることとなるので、トーチ本体１９先端の開口１８の中央から噴射されるシールドガス１６の流れを下方へ抑え込ませることができる。
【００４７】
これにより、トーチ本体１９先端の開口１８から溶接材１５へ噴射されたシールドガス１６が、浮力の影響により噴射と同時に、上方へ浮上してしまうことが防止され、全体として少ない量のシールドガス１６で十分なシールド領域２６を確保することが可能となり、溶融部２４に水１３が侵入することを防止して溶接品質を高めることが可能となる。
【００４８】
上記以外については、前記実施の形態と同様の構成を備えており、同様の作用・効果を得ることができる。
【００４９】
尚、本発明は、上述の実施の形態にのみ限定されるものではなく、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。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の水中レーザ溶接トーチによれば、少ないシールドガスで効果的にシールド領域を形成させ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】本発明の第一の実施の形態の概略側方断面図である。
【図２】図１をＩＩ−ＩＩ方向から見たガス通過促進用孔とガス通過規制用孔の状態を示す図である。
【図３】図２と同様のガス通過促進用孔とガス通過規制用孔の状態を示す図である。
【図４】図２と同様のガス通過促進用孔とガス通過規制用孔の状態を示す図である。
【図５】本発明の第二の実施の形態の概略側方断面図である。
【図６】図５をＶＩ−ＶＩ方向から見た図である。
【図７】従来例の概略側方断面図である。
【図８】図７をＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ方向から見た図である。
【符号の説明】
１３  水
１４  漸縮部
１５  溶接材
１６  シールドガス
１７  レーザ光
１８  開口
１９  トーチ本体
２７  アシスト用シールドガス通路
２８  流路形成部材
３０  アシスト用シールドガス流量調整部材
３１  ガス通過促進用孔
３２  ガス通過規制用孔
３４  アシスト用シールドガス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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