(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＹＡＧレーザ発振器から発振されるレーザ光を光ファイバを介して水中の加工ヘッドに導き、該加工ヘッド内の光学レンズ系を介して集光したレーザ光を前記加工ヘッド先端から水中のワークに向け照射して溶接作業を行う水中レーザ溶接装置であって、前記加工ヘッドの先端側にレーザスポット付近まで延び且つ先端中央にノズル口を開口したノズル部を形成すると共に、該ノズル部のノズル口周囲にシールドガスに対し旋回力を付与し得るよう前記ノズル口を中心とする円周方向に傾斜した複数のシールドガス補助噴出孔を開口し、前記ノズル部内及び各シールドガス補助噴出孔の基端側にシールドガスを導入し得るよう構成したことを特徴とする水中レーザ溶接装置。
【請求項２】
ノズル部内と各シールドガス補助噴出孔の基端側とに対しシールドガスを夫々別系統で導入し得るよう構成したことを特徴とする請求項１に記載の水中レーザ溶接装置。
【請求項３】
ノズル部の基端側から先端側に向けて末広がりとなるスカート形状を有し且つ前記ノズル部の先端で各シールドガス補助噴出孔を取り囲むよう環状に開口する水噴出口を前記ノズル部に穿設し、前記水噴出口の基端側に水を導入し得るよう構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の水中レーザ溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、水中レーザ溶接装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水中に没しているワーク（被溶接材）をレーザ溶接する技術としては、例えば特願平３−１８９７５２号（特開平５−３１５９１号公報）等が既に提案されており、ここに開示されている水中レーザ溶接装置では、下部を開口したチャンバ状のドライ化装置により水中に没しているワークの溶接部全域を包囲し、前記ドライ化装置内の水をアルゴンガス等の注入により排除して空洞を形成し、前記ドライ化装置内に位置調整可能に装備されているレーザ照射光学系に光ファイバを介して導いたレーザ光を前記ワークに向け照射して溶接作業を行うようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した如き従来の水中レーザ溶接装置では、複雑且つ大型のドライ化装置が必要となる為に構造が肥大化し、複雑な構造物内や狭隘箇所に対するアクセス性及び操作性が悪いという不具合があった。
【０００４】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、複雑且つ大型のドライ化装置を必要とすることなく溶接部の局所的な排水を行い得る水中レーザ溶接装置を提供することによって、複雑な構造物内や狭隘箇所に対するアクセス性及び操作性を向上することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ＹＡＧレーザ発振器から発振されるレーザ光を光ファイバを介して水中の加工ヘッドに導き、該加工ヘッド内の光学レンズ系を介して集光したレーザ光を前記加工ヘッド先端から水中のワークに向け照射して溶接作業を行う水中レーザ溶接装置であって、前記加工ヘッドの先端側にレーザスポット付近まで延び且つ先端中央にノズル口を開口したノズル部を形成すると共に、該ノズル部のノズル口周囲にシールドガスに対し旋回力を付与し得るよう前記ノズル口を中心とする円周方向に傾斜した複数のシールドガス補助噴出孔を開口し、前記ノズル部内及び各シールドガス補助噴出孔の基端側にシールドガスを導入し得るよう構成したことを特徴とするものである。
【０００６】
また、本発明においては、ノズル部内と各シールドガス補助噴出孔の基端側とに対しシールドガスを夫々別系統で導入し得るよう構成することが好ましい。
【０００７】
更に、ノズル部の基端側から先端側に向けて末広がりとなるスカート形状を有し且つ前記ノズル部の先端で各シールドガス補助噴出孔を取り囲むよう環状に開口する水噴出口を前記ノズル部に穿設し、前記水噴出口の基端側に水を導入し得るよう構成することも可能である。
【０００８】
【作用】
従って、本発明では、ノズル部内及び各シールドガス補助噴出孔の基端側にシールドガスを導入すると、ノズル部先端のノズル口から噴射されるメインのシールドガスの周囲に、各シールドガス補助噴出孔から円周方向に噴射されたシールドガスにより旋回流が形成されるので、このようなシールドガスの旋回流によりワークの溶接部周囲が局所的に効率良く強制排水されてドーム状の良好なシールドガス雰囲気が形成される。
【０００９】
更に、ノズル部内と各シールドガス補助噴出孔の基端側とに対しシールドガスを夫々別系統で導入し得るよう構成した場合には、ノズル口と各シールドガス補助噴出孔とから夫々噴射されるシールドガスの流量や圧力を別個に調整することが可能となる。
【００１０】
また、ノズル部の基端側から先端側に向けて末広がりとなるスカート形状を有し且つ前記ノズル部の先端で各シールドガス補助噴出孔を取り囲むよう環状に開口する水噴出口を前記ノズル部に穿設し、前記水噴出口の基端側に水を導入し得るよう構成した場合には、シールドガスが前記ノズル部のノズル口及び該ノズル口周囲の各シールドガス補助噴出孔からワークの溶接部に向け噴射されることになり、しかも、前記ノズル口及び各シールドガス補助噴出孔から噴射されるシールドガスを包囲する如く水噴出口の先端から円筒状に噴射されることになるので、この円筒状に噴射された水で包囲されるシールドガスによりワークの溶接部周囲が局所的に効率良く強制排水されてドーム状の良好なシールドガス雰囲気が形成される。
【００１１】
【実施例】
以下本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。
【００１２】
図１〜図３は本発明の第一実施例を示すものであり、水１を貯留した金属製の大型容器２の底部に貫通配置した配管３をワークとして前記大型容器２の底部に隅肉溶接する場合を例示しており、前記配管３の実質的な溶接作業を行う為の加工ヘッド４が、支持ロッド５により水中に吊り降ろされた多関節マニピュレータ６により支持され、前記支持ロッド５は、大型容器２の上部に架設した門型クレーン７により三軸方向（上下、前後、左右の互いに直角な三方向）に移動可能に支持されており、この門型クレーン７による支持ロッド５の移動と前記多関節マニピュレータ６による操作とによって、前記加工ヘッド４が所定の溶接方向（配管３の円周方向）に移動されるようになっている。
【００１３】
前記加工ヘッド４の基端には、水１の外に配置されたＹＡＧレーザ発振器８から導いた光ファイバ９が接続されており、前記ＹＡＧレーザ発振器８から発振されるレーザ光１０が光ファイバ９を介して伝送されるようになっている。
【００１４】
前記加工ヘッド４内には、複数枚の集光レンズ１１からなる光学レンズ系１２が保持されており、前記光ファイバ９により加工ヘッド４まで伝送されたレーザ光１０が、前記光学レンズ系１２を介し集光されて加工ヘッド４の先端から前記配管３の溶接部に向け照射されるようになっている。
【００１５】
また、前記加工ヘッド４のケーシング１３の先端は、レーザスポット１４付近まで延びる先細り形状のノズル部１５として形成されており、該ノズル部１５を含む加工ヘッド４のケーシング１３には、加工ヘッド４の基端から前記ノズル部１５の先端まで貫通するワイヤ送給ノズル１６が穿設され、該ワイヤ送給ノズル１６の基端には、水１の外に配置されたワイヤ送給装置１９から導いたワイヤコンジット１８が接続されており、前記ワイヤ送給装置１９から送給される溶接用ワイヤ２０が、前記ワイヤコンジット１８内に挿通されてワイヤ送給ノズル１６の先端から前記レーザ光１０のレーザスポット１４に向け案内されるようにしてある。
【００１６】
ここで、前記加工ヘッド４のノズル部１５は、ワイヤ送給ノズル１６を通してレーザスポット１４に案内される溶接用ワイヤ２０が、レーザ光１０の軸心に対し適切な挿入角度θで案内されるような適切な先細り形状を付しておくと良い。
【００１７】
更に、前記加工ヘッド４のケーシング１３におけるワイヤ送給ノズル１６とは円周方向に異なる位相に、加工ヘッド４の基端からノズル部１５付近まで延びて該ノズル部１５内に貫通するガス流路２１が穿設されており、該ガス流路２１の基端には、水１の外に配置されたシールドガスボンベ２２から導いたガス供給管２３が接続されており、前記シールドガスボンベ２２から供給されるシールドガス２４（アルゴンガス等の不活性ガス）が、前記ガス供給管２３内を流れてガス流路２１からノズル部１５内に導入し該ノズル部１５の先端から配管３の溶接部に向け噴射されるようになっている。
【００１８】
ここで、ノズル部１５のノズル口２８周囲には、シールドガス２４に対し旋回力を付与し得るよう前記ノズル口２８を中心とする円周方向に傾斜した複数のシールドガス補助噴出孔２９（図３参照）が開口されており、各シールドガス補助噴出孔２９の基端側には、シールドガス２４を別系統で導入し得るようにしてある（図２参照）。
【００１９】
尚、図中２６は前記ガス供給管のシールドガスボンベ２２側に備えた電磁弁である。
【００２０】
而して、電磁弁２６を開けてシールドガスボンベ２２からシールドガス２４をガス供給管２３に導入すると共に、各シールドガス補助噴出孔２９へも別系統でシールドガス２４を導入すると、ノズル部１５先端のノズル口２８から噴射されるメインのシールドガス２４の周囲に、各シールドガス補助噴出孔２９から円周方向に噴射されたシールドガス２４により旋回流が形成されるので、このようなシールドガス２４の旋回流により配管３の溶接部周囲が局所的に効率良く強制排水されてドーム状の良好なシールドガス雰囲気が形成される。
【００２１】
特に、本実施例の如く、ノズル部１５先端のノズル口２８から噴射されるシールドガス２４と、各シールドガス補助噴出孔２９から噴射されるシールドガス２４とを別系統とした場合には、ノズル口２８と各シールドガス補助噴出孔２９とから夫々噴射されるシールドガス２４の流量や圧力を別個に調整することが可能となる。
【００２２】
次いで、ワイヤ送給装置１９から送給される溶接用ワイヤ２０をワイヤコンジット１８を介して加工ヘッド４のワイヤ送給ノズル１６に導き、該ワイヤ送給ノズル１６の先端から前記配管３の溶接部に対し溶接用ワイヤ２０を随時送給すると共に、ＹＡＧレーザ発振器８から発振されるレーザ光１０を光ファイバ９を介して水中の加工ヘッド４に導き、該加工ヘッド４内の光学レンズ系１２を介して集光したレーザ光１０を前記加工ヘッド４先端から水中の配管３の溶接部に向け照射して溶接作業を行う。
【００２３】
従って、上記実施例によれば、複雑且つ大型のドライ化装置を必要とすることなく、加工ヘッド４のノズル部１５先端のノズル口２８からシールドガス２４の旋回流を噴射して前記溶接部の局所的な排水を効率良く行うことができるので、複雑な構造物内や狭隘箇所に対するアクセス性及び操作性を著しく向上することができる。
【００２４】
図４及び図５は本発明の第二実施例を示すもので、前述した第一実施例と略同様に構成した加工ヘッド４の先端に、レーザスポット１４付近まで延びるフラットボトム形状のノズル部２７が形成されており、該ノズル部２７を含む加工ヘッド４のケーシング１３には、加工ヘッド４の基端から前記ノズル部２７の先端まで貫通するワイヤ送給ノズル１６が穿設され、ワイヤ送給装置１９からワイヤコンジット１８を介して送給される溶接用ワイヤ２０が、ワイヤ送給ノズル１６の先端からレーザ光１０のレーザスポット１４に向け案内されるようにしてある。
【００２５】
ここで、前記ワイヤ送給ノズル１６には、該ワイヤ送給ノズル１６を通してレーザスポット１４に案内される溶接用ワイヤ２０が、レーザ光１０の軸心に対し適切な挿入角度θで案内されるよう適切な屈曲形状を付しておく。
【００２６】
更に、前記加工ヘッド４のケーシング１３におけるワイヤ送給ノズル１６とは円周方向に異なる位相に、加工ヘッド４の基端からノズル部２７付近まで延びて該ノズル部２７内に貫通するガス流路２１が穿設されており、該ガス流路２１の基端には、水１の外に配置されたシールドガスボンベ２２から導いたガス供給管２３が接続されており、前記シールドガスボンベ２２から供給されるシールドガス２４（アルゴンガス等の不活性ガス）が、前記ガス供給管２３内を流れてガス流路２１からノズル部２７内に導入されるようになっている。
【００２７】
また、前記ノズル部２７の先端中央に開口するノズル口２８の周囲には、前記ノズル部２７内に連通する複数のシールドガス補助噴出孔２９が開口されており、各シールドガス補助噴出孔２９は前記ノズル部２７の基端側から先端側に向けて互いに末広がり状に且つノズル口２８を中心とする円周方向に傾斜させた状態で配置されるようになっている。
【００２８】
ここで、前記ワイヤ送給ノズル１６は、各シールドガス補助噴出孔２９の間を通すことにより干渉が生じないようにしてある。
【００２９】
更に、前記ノズル部２７には、該ノズル部２７の基端側から先端側に向けて末広がりとなるスカート形状を有し且つ前記ノズル部２７の先端で各シールドガス補助噴出孔２９を取り囲むよう環状に開口する水噴出口３０が穿設され、前記ノズル部２７の基端側外周部における周方向複数箇所には、水１の外の適当な水源から図示しないポンプを介して導いた水供給管３１が接続されており、前記水源から送給される水１’が、前記各水供給管３１内を流れて前記水噴出口３０の基端側に導入されるようになっている。
【００３０】
尚、図中３２は水噴出口３０の基端側に環状に形成されたマニホールドである。
【００３１】
而して、この実施例の場合には、電磁弁２６を開けてシールドガスボンベ２２からシールドガス２４をガス供給管２３に導入すると、該ガス供給管２３に導入されたシールドガス２４は、前記加工ヘッド４のガス流路２１を通してノズル部２７内に供給され、該ノズル部２７のノズル口２８及び該ノズル口２８周囲の各シールドガス補助噴出孔２９から配管３の溶接部に向け噴射されることになり、しかも、水１の外の適当な水源から図示しないポンプを駆動して水１’を各水供給管３１に導入すると、該各水供給管３１に導入された水１’は、水噴出口３０の基端側に導入されて先端側へと流れ、前記ノズル口２８及び各シールドガス補助噴出孔２９から噴射されるシールドガス２４を包囲する如く前記ノズル部２７の先端から円筒状に噴射されることになるので、この円筒状に噴射された水１’で包囲されるシールドガス２４により配管３の溶接部周囲が局所的に効率良く強制排水されてドーム状の良好なシールドガス雰囲気が形成される。
【００３２】
従って、この実施例の場合においても、複雑且つ大型のドライ化装置を必要とすることなく、溶接部の局所的な排水を効率良く行うことができるので、複雑な構造物内や狭隘箇所に対するアクセス性及び操作性を著しく向上することができ、しかも、各シールドガス補助噴出孔２９をシールドガス２４に対し旋回力を付与し得るようノズル口２８を中心とする円周方向に傾斜しているので、水噴出口３０から円筒状に噴射された水１’で包囲されるシールドガス２４に対し旋回力を付与してシールドガス２４の旋回流を形成することができ、配管３の溶接部周囲を更に効率良く強制排水することができる。
【００３３】
尚、本発明の水中レーザ溶接装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、溶接用ワイヤを導く為のワイヤ送給ノズルやシールドガスを導く為のガス流路は、必ずしも加工ヘッドのケーシングに穿設する必要はなく、加工ヘッドの外部に付属させるようにしても良いこと、また、水噴射口から噴射する為の水は、ワークが没している周囲の水をフィルタ等を介して取り込んで利用するようにしても良いこと、その他、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。
【００３４】
【発明の効果】
上記した本発明の水中レーザ溶接装置によれば、複雑且つ大型のドライ化装置を必要とすることなく、溶接部の局所的な排水を効率良く行うことができるので、複雑な構造物内や狭隘箇所に対するアクセス性及び操作性を著しく向上す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】本発明の第一実施例を示す全体概略図である。
【図２】図１の加工ヘッドの断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ方向の矢視図である。
【図４】本発明の第二実施例を示す断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ方向の矢視図である。
【符号の説明】
１          水
１’        水
３          配管（ワーク）
４          加工ヘッド
８          ＹＡＧレーザ発振器
９          光ファイバ
１０          レーザ光
１２          光学レンズ系
１４          レーザスポット
１５          ノズル部
２４          シールドガス
２７          ノズル部
２８          ノズル口
２９          シールドガス補助噴出孔
３０          水噴出口
【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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