(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールドガス又はアシストガスなど溶接部の被覆ガスを連続して圧送可能なガス供給手段と，上記被覆ガスの流入口及び流出口とレーザー光の導入口とを備え上記流入，流出口の間に被加工物を収容する収容部材と，上記導入口から被加工物に向けてレーザービームを照射する光学手段と，被加工物に対するレーザービームの照射位置を変更する被加工物の移動手段又はレーザービームの移動手段とを有しており，
かつ前記被加工物の移動手段は，被加工物を取り付けて被加工物の軸心の方向に移動することが出来る移動体であり，
前記光学手段は、前記収容部材の外部に設けられ，前記流入口及び流出口は，前記軸心の方向において前記収容部材の相対する両端部に設けられており，
被覆ガスを上記流入口から連続圧送しつつ被加工物にレーザービームを照射するよう構成されていることを特徴とするレーザー溶接装置。
【請求項２】
シールドガス又はアシストガスなど溶接部の被覆ガスを，被加工物と被加工物を収容する収容部材との間に連続して流入させながら，上記被加工物の溶接部にレーザービームを照射する方法であって，
上記光学手段を上記収容部材の外部に設けるとともに、上記被覆ガスの流入口と流出口を上記被加工物の軸心の方向において上記収容部材の相対する両端部に設けることで，上記被覆ガスを上記被加工物の周囲に対して層状に流し，
上記収容部材の内部において、上記被加工物を上記軸心の方向に移動させて，レーザビームを照射することを特徴とするレーザービーム溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は，レーザー溶接装置及びレーザービーム溶接方法に関するものであり，特に溶接部を覆うガスの供給を適正に行い，良好な溶接を可能とするレーザー溶接装置及びレーザービーム溶接方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
レーザー溶接を行う場合には，溶接部の酸化や飛散を防いだりまた反応を促進するために，溶接部をシールドガスやアシストガスで覆いつつレーザービームが照射される（所謂ガスシールド）。そして，溶接部を覆う上記被覆ガスの供給方式には，レーザービームとは別の角度から溶接部にガスを吹きつけるサイドアシスト方式や，レーザービームの光軸とノズルの軸心とをほぼ同一方向としレーザービームと同一の方向からガスを吹きつける同軸ノズル方式等が知られている。
【０００３】
例えば，サイドアシスト方式のレーザー溶接装置においては，図４，図５に示すように，被加工物８０を回転治具９１に装着し，被加工物８０の溶接面８０１に対して直角にレーザービーム８５を照射すると共に溶接面８０１の法線に対して若干傾斜した角度のノズル９２からシールドガスを吹きつける。同図において，符号９３は，平行光を溶接面８０１に向けて集光するレンズである。
【０００４】
また，特開平６−２４６４７０号公報には，被加工物を収容する容器の壁面に集光レンズを装着して容器を密閉構造とし，内部の空気を排出した後に被覆ガスを容器内に充填して溶接を行うレーザー溶接装置が提案されている。
【０００５】
【解決しようとする課題】
しかしながら，ノズルを用いて溶接部近傍の狭い領域に被覆ガスを吹きつけるサイドアシスト方式や同軸ノズル方式では，ガスの流量や圧力の変動により，溶融金属内に周囲のガスや空気の巻き込み現象を生ずることがある。そして，溶融金属内にトラップされたガスが凝固過程で残留したり，またトラップされない場合にも表面に凹部を形成したりして，所謂ブローホール欠陥を生ずる。その結果，溶接の接合部の気密性が低下するという不具合を生ぜしめる。
【０００６】
また，溶接部におけるガス雰囲気を安定的に確保し良好な溶接加工を行うことは，レーザー溶接において追求さるべき課題となっている。
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであり，被覆ガスの雰囲気を安定的に確保しつつ欠陥の少ない溶接加工を行うことの出来るレーザー溶接装置及びレーザービーム溶接方法を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は，シールドガス又はアシストガスなど溶接部の被覆ガスを連続して圧送可能なガス供給手段と，上記被覆ガスの流入口及び流出口とレーザー光の導入口とを備え上記流入，流出口の間に被加工物を収容する収容部材と，上記導入口から被加工物に向けてレーザービームを照射する光学手段と，被加工物に対するレーザービームの照射位置を変更する被加工物の移動手段又はレーザービームの移動手段とを有しており，
かつ前記被加工物の移動手段は，被加工物を取り付けて被加工物の軸心の方向に移動することが出来る移動体であり，
前記光学手段は、前記収容部材の外部に設けられ，前記流入口及び流出口は，前記軸心の方向において前記収容部材の相対する両端部に設けられており，
被覆ガスを上記流入口から連続圧送しつつ被加工物にレーザービームを照射するよう構成されていることを特徴とするレーザー溶接装置にある。
本発明においては，被覆ガスを収容部材に連続して供給することから，内部の空気は排除され，溶接中において被加工物の周囲は被覆ガスで覆われており，かつ被覆ガスは被加工物と被加工物を収容する収容部材との間を流動して留まることがない。
【０００８】
そして，従来装置の場合のように溶接部の近傍だけにガスを集中させる必要がなく，そのために流速を大きくする必要が無くなることから，供給するガスの量（流量）が少なくて済むようになる。即ち，比較的低速度で被覆ガスを供給しても溶接部のシールドが低下することが無くなり，良好な溶接加工が可能となる。
【０００９】
また，溶接部に対してスポット状にガスを吹きつけないことから，溶融金属内にガスや空気の巻き込み現象を生ずること無く，溶融金属内にガスをトラップすることも無い。そのため，金属内にガスが完全にトラップされて残留したり，トラップされずに内部から表面にかけて連続的につながって穴あき状態となる欠陥を生じたりすることがない。
上記のように，請求項１のレーザー溶接装置によれば，被覆ガスの使用量を抑制しつつ良好に溶接加工を行うことが出来る。
【００１０】
また，流入口と流出口とを対向させることにより，ガスの流れをスムースかつ均一にすることが出来る。
また，前記被加工物の移動手段は，被加工物を軸心の方向に移動する。このように構成することにより，レーザービームの光源の位置を固定しても溶接部に照射されるレーザービームを均一とすることが出来る。
【００１１】
次に，請求項２の発明は，シールドガス又はアシストガスなど溶接部の被覆ガスを，被加工物と被加工物を収容する収容部材との間に連続して流入させながら，上記被加工物の溶接部にレーザービームを照射する方法であって，
上記光学手段を上記収容部材の外部に設けるとともに、上記被覆ガスの流入口と流出口を上記被加工物の軸心の方向において上記収容部材の相対する両端部に設けることで，上記被覆ガスを上記被加工物の周囲に対して層状に流し，
上記収容部材の内部において、上記被加工物を上記軸心の方向に移動させて，レーザビームを照射することを特徴とするレーザービーム溶接方法にある。
この場合には，溶接部に対してスポット状にガスを吹きつけないことから，溶融金属内にガスや空気の巻き込み現象を生ずることなく，金属内にガスが完全にトラップされて残留したり，トラップされずに内部から表面にかけて連続的につながって穴あき状態となる欠陥を生じたりすることがない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施形態例
本例は，図１に示すように，シールドガス８９を連続して圧送するガス供給手段２０と，シールドガス８９の流入口１１及び流出口１２とレーザー光６１の導入口１３とを備え流入，流出口１１，１２の間に被加工物８０を収容する収容部材１０と，上記導入口１３から被加工物８０に向けてレーザービームを照射する光学手段３０と，被加工物８０に対するレーザービームの照射位置を変更する被加工物８０の移動手段４０とを有しており，被覆ガス８９を流入口１１から連続圧送しつつ被加工物８０ににレーザービームを照射するレーザー溶接装置１である。
【００１３】
また，被加工物８０は，円柱面の溶接部を有しており，被加工物８０の移動手段４０は，被加工物８０を取り付けて円柱軸心を中心にして回転すると共に上記軸心の方向に移動することの出来る回転移動体である。
そして，収容部材１０の流入口１１及び流出口１２は，相対する両端部に設けられている。
【００１４】
以下，それぞれについて説明を補足する。
被加工物８０の移動手段４０は，図１に示すように，被加工物８０を把持するチャック４１と，チャック４１を回転させると共に上下方向に移動させる駆動部材４２とからなる。駆動部材４２は，モーターによりチャック４１の軸を回転駆動する。
また，ガス供給手段２０は，ガスボンベ２１と，ポンプ２２と，流入口１２に連結されたパイプ２３とからなり，シールドガス８９を収容部材１０に圧送することができる。
【００１５】
光学手段３０は，レーザー光源３１と，レーザー光源３１から放射されたレーザー光を送るファイバーケーブル３２と，ファイバーケーブル３２から放射された光を一旦発散させた後集光するレンズ群３３からなる。上記レンズ群３３は，レーザー光を平行光とするコリメートレンズ３３１（図１）と，平行光を集光する集光レンズ３３２（図２，図３）とからなる。なお，同図において，符号３４は，レーザー光源３１を励振する電源装置である。
【００１６】
収容部材１０は，図２，図３に示すように，筒型の容器の側面（円柱面）にレーザー光６１の導入口１３を設け，上下の端面に被覆ガス８９の流入口１１と流出口１２とを設けてある。そして，被覆ガス８９は図２の矢印で示すように，被加工物８０の周囲に層状の流れを形成する。
なお，流入口１１と流出口１２の配置を反対にし，被覆ガス８９を逆の方向に流すようにすることも出来る。
【００１７】
次に，本装置を用いた場合と，図４，図５に示した従来の装置を用いた場合の溶接特性に関する具体的な実験例を示す。
被加工物８０は，直径８〜９ｍｍの円柱形のＳＣＲ−４１５（クロム炭素鋼）製の部材に筒形のＳＵＳ−３０４の部材を溶接してなる部材である。そして，レーザー光源３１からは，７００Ｗのパワーを有する波長が１．０６μｍの赤外光を放射させる。
また，シールドガス８９は窒素ガスであり，収容部材１０の流入口１１の直径は，１６ｍｍとした。
【００１８】
そして，ガス８９の流量を表１の左欄に示すように変化させ，溶接の良否を測定した。表１の中欄は本例の溶接装置１の結果を示し，右欄は従来装置（図４，図５）を用いた場合の結果を示すものであり，丸印は良好な溶接加工が得られたことを示し，×印は溶接部に酸化やブローホール等の溶接不良が生じたことを示している。
【００１９】
【表１】
0003711632.tif 000002
【００２０】
表１から分かるように，本例の装置を用いることにより，従来よりも１／２から１／３の少ないガス流量により，良好な溶接加工を達成することが可能である。そして，本装置の場合には，ガス流量を過度に増やすと逆効果となることが分かる。
上記のように，本例によれば，被覆ガスの使用量を抑制しつつ欠陥の少ない溶接加工を行うことの出来るレーザー溶接装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例のレーザー溶接装置のシステム構成図。
【図２】図１の収容部材の溶接部周辺の拡大断面図。
【図３】図２のＸ−Ｘ矢視線断面図。
【図４】従来のサイドアシスト方式のレーザー溶接装置における溶接部周辺の正面断面図。
【図５】従来のサイドアシスト方式のレーザー溶接装置における溶接部周辺の平面図。
【符号の説明】
１．．．レーザー溶接装置，
１０．．．収容部材，
１１．．．流入口，
１２．．．流出口，
１３．．．導入口，
２０．．．ガス供給手段，
３０．．．光学手段，
４０．．．移動手段，
８０．．．被加工物，
８９．．．被覆ガス（シールドガス，アシストガス），
【図１】
0003711632.tif 000003
【図２】
0003711632.tif 000004
【図３】
0003711632.tif 000005
【図４】
0003711632.tif 000006
【図５】
0003711632.tif 000007