(57)【要約】とりわけレーザー溶接、レーザー加工、あるいはレーザー肉盛りでの領域あるいは物体への流体の細い噴射の仮付溶接の方法であって、該噴射は吹きだしノズル（５）から発され、該ノズルは排出パイプ（１０）を具備し、該排出パイプが含むのは、直径が５ｍｍ以下のほぼ円形の切断面の末端部分（１１）と、流体のフラックスの流れの方向においてノズル（５）の上流の、排出パイプ（１０）の延長線上に配置される光源（３）とであり、該光源は、単色性または多色性の分散しない光ビームを作り、該光ビームは、少なくともその一つの波長が４００と７６０ナノメートルの間に含まれ、排出パイプ（１０）に対して同軸であり、そして流体の流れの方向においてパイプの内部で伝播するものであって、該パイプに沿って、物体あるいは領域あるいは光ビームを相対的に移動させるときに流体の流れが一時的に中断されて、光ビームは物体あるいは領域に照準され、そして流体の細い噴射が領域または物体に放たれる。
2006504536.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
とりわけレーザー溶接、レーザー加工、あるいはレーザー肉盛りでの領域あるいは物体への流体の細い噴射の仮付溶接の方法であって、前記噴射は吹きだしノズル（５）から発され、前記ノズルは排出パイプ（１０）を具備し、該排出パイプが含むのは、直径が５ｍｍ以下のほぼ円形の切断面の末端部分（１１）と、前記流体のフラックスの流れの方向において前記ノズル（５）の上流の、排出パイプ（１０）の延長線上に配置される光源（３）とであり、該光源は、単色性または多色性の分散しない光ビームを作り、該光ビームは、少なくともその一つの波長が４００と７６０ナノメートルの間に含まれ、排出パイプ（１０）に対して同軸であり、そして前記流体の流れの方向において前記パイプの内部で伝播するものであって、該パイプに沿って、前記物体あるいは前記領域あるいは前記光ビームを相対的に移動させるときに前記流体の流れが一時的に中断されて、前記光ビームは前記物体あるいは前記領域に照準され、そして前記流体の細い噴射が前記領域または前記物体に放たれる、仮付溶接の方法。
【請求項２】
流体がガスであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
流体が微粒子を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
流体の吹きだしノズル（５）を含み、前記ノズルは排出パイプ（１０）を具備し、該排出パイプが含むのは、直径が５ｍｍ以下のほぼ円形の切断面の末端部分（１１）と、前記流体のフラックスの流れの方向において前記ノズル（５）の上流の、排出パイプ（１０）の延長線上に配置されるレーザー光源（３）とであり、該レーザー光源は、単色性の分散しない光ビームを作り、該光ビームは、少なくともその一つの波長が４００と７６０ナノメートルの間に含まれ、排出パイプ（１０）に対して同軸であり、そして前記流体の流れの方向において前記パイプの内部で伝播するものであって、
前記ノズルの流体の供給手段を含むことを特徴とする、請求項１から３のいずれか一つに記載の装置。
【請求項５】
光源（３）が、気密の仕切り（８）により、前記流体の噴射から遮断されることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
流体の排出パイプ（１０）の末端部分の長さが、排出パイプ（１０）の末端部分（１１）の直径の五倍以上であることを特徴とする、請求項４または５に記載の装置。
【請求項７】
前記流体の噴射と前記光フラックスの同軸性を保証するための心出し手段（６）を含むことを特徴とする、請求項４から６のいずれか一つに記載の装置。
【請求項８】
請求項４から７のいずれか一つに記載の装置を少なくとも一つ含む溶接設備、加工設備、あるいは肉盛り設備。
【請求項９】
溶接ヘッド、加工ヘッド、あるいは肉盛りヘッドが、請求項４から７のいずれか一つに記載の少なくとも一つの装置が取り付けられるクレードルに連帯してつながり、前記クレードルが、前記流体の噴射を正確に照準するように、回転してあるいは平行移動して方向を変えられることを特徴とする、溶接設備、加工設備、あるいは肉盛り設備。
【請求項１０】
溶接、加工、あるいは肉盛りが、レーザービームによって行われることを特徴とする、請求項８または９に記載の設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明に関連する特定技術分野は、レーザービームによる溶接、加工、あるいは肉盛りである。
【背景技術】
【０００２】
レーザー溶接は、自動車の応用のための裸鋼板あるいは被覆された鋼板の組み立ての分野において、近年とりわけ発展した。この方法は、次のようなさまざまな仕方でガスの噴射を介入させる：
‐レーザービームに対して同軸あるいは平行したノズルは、１５から３０リットル／分の流量でガスの運搬を可能にする。このガスの役割は、液体金属および高温で固められた領域の保護を、溶融池の乱れをもたらすことなく、保証することである。
‐レーザー溶接の際にガスに与えられる別の役割は、ビームと材料の間の相互作用によって生み出されるプラズマ（金属蒸気および電離ガス）を消すことにある。このプラズマは、放射線を通さず、ビームのエネルギーを７０％まで吸収して、溶け込みを著しく減らす可能性がある。プラズマの制御は、したがって、増大した速さで溶接すること、そして溶接後のビードの外観の改善を獲得することを可能にする。この場合において、ガスは、およそ数ミリメートルの小さい直径のノズルを介して、高い流量で運ばれる。ノズルは、レーザービームを含むヘッドと連帯しているが、しかし溶接の方向においてレーザービームの後ろで縦に偏心している。ノズルは、ガスの噴射がビームの相互作用領域に一致するように傾いている。
‐さらに、被覆された鋼板のレーザー溶接の場合において、偏心しているノズルを介したガスの細い噴射の吹きだしは、液体の池の内部の金属蒸気のガス抜きについて、しかもしたがって多孔質巣の減少について、好都合な役割を果たす。
【０００３】
実験により、相互作用領域に対するガスの噴射の位置決めが、次のように正確でなければならないことが示される：
‐突合せ接合による溶接において、ガスの噴射の軸の交差は、鋼板の表面上０．５ｍｍに位置しなければならない：鋼板に近すぎると、ガスの噴射は、毛管（「ｋｅｙｈｏｌｅ  キーホール」）から来る金属蒸気の排出を乱す。離れすぎると、このガスの噴射は、プラズマの吹きだしについて力学的作用をもはやもたない。レーザー溶接におけるプラズマの制御の調整は、したがって、とりわけ難しい点である。
‐被覆によるレーザー溶接において、液体の池に圧力をかけるように、また多孔質巣の形成を減らすように、液体の池の後部にガスの噴射を放つことが可能であるが、しかしこの噴射の位置決めの精度は、一ミリメートルより優れていなければならない。
【０００４】
このように、これらのさまざまな例は、ビームに対して偏心しているノズルのガスの噴射の、非常に正確な位置決めあるいは仮付溶接が、満足できる質のレーザー溶接される継ぎ目を獲得するための決定的な構成要素であることを例証する。
【０００５】
現在、この仮付溶接は、次の手段によって実行される：
‐ガスの噴射および、そのビームに対する衝撃点を具体化する目的において、多かれ少なかれ安定した仕方で、ノズルの内部に金属線が挿入される。
‐ガスの噴射はまた、ノズルの出口への、非常に軽い構成要素（線など）の固定によっても具体化され、該構成要素は、ガスの噴射に直面してその位置を定める。
‐突合せ接合による溶接において、ビードの凝固の波の対称性が、レーザービームの移動縦軸に対するノズルの横の位置決めについての指標となることもまた、観察された。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これらの方法全ては、しかしながら、重大な不都合を呈している：これらの方法は、あまり正確ではなく、再生がほぼ不可能で、また操作者にたいへん依存しているのである。それに、これらの難点は、レーザー溶接の多くの利用者に、先に触れられたプラズマの制御のこれほどまでに有利な方法を、放棄するように至らせてしまうのである。
【０００７】
説明された要点はレーザー溶接に関するものではあるが、流体（液体、ガス、場合によっては微粒子を含む流体）の細い噴射を利用する他の技術もまた、噴射の衝撃の正確な仮付溶接を必要とする：例えば、ガス雰囲気での溶接、加工（穿孔、切り抜き）、表面処理、とりわけ肉盛りの、特定の方法が挙げられよう。
【０００８】
本発明は、先に言及された問題を解決することを目的とする。とりわけ、本発明は、とりわけレーザービームによる溶接、加工、肉盛りの操作の際に、流体の細い噴射の衝撃を、領域あるいは物体の上に、正確で再生が可能な仕方で視覚化することを可能にする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
これらの重要な目的をもって、本発明は、とりわけレーザー溶接、レーザー加工、あるいはレーザー肉盛での領域あるいは物体への、流体の細い噴射の仮付溶接の方法を対象としており、この噴射は吹きだしノズルから発され、該吹きだしノズルは排出パイプを具備し、該排出パイプが含むのは、直径が５ｍｍ以下のほぼ円形の切断面の末端部分と、流体のフラックスの流れの方向においてノズルの上流の、排出パイプの延長線上に配置される光源とであり、該光源は単色性または多色性の分散しない光ビームを作り、該光ビームは、少なくともその一つの波長が４００と７６０ナノメートルの間に含まれ、排出パイプに対して同軸であり、そして流体の流れの方向においてパイプの内部で伝播するものであって、該パイプに沿って、物体あるいは領域あるいは光ビームを相対的に移動させるときに流体の流れが一時的に中断されて、光ビームは物体あるいは領域に照準され、そして流体の細い噴射が領域または物体に放たれる。
【００１０】
本発明の特徴によると、流体はガスである。
【００１１】
別の特徴によると、流体は微粒子を含む。
【００１２】
本発明はまた、本発明にかなった方法を実施するための装置も対象としており、該装置は流体の吹きだしノズルを含み、該流体の吹きだしノズルは排出パイプを具備し、該排出パイプが含むのは、直径が５ｍｍ以下のほぼ円形の切断面の末端部分と、流体のフラックスの流れの方向においてノズルの上流の、排出パイプの延長線上に配置されるレーザー光源とであって、該レーザー光源は、単色性の分散しない光ビームを作り、該光ビームは、少なくともその一つの波長が４００と７６０ナノメートルの間に含まれ、排出パイプに対して同軸であり、そして前記流体の流れの方向においてパイプの内部で伝播するものであって、前記ノズルへの流体の供給手段を含むものである。
【００１３】
発明による装置は、有利には、次のような特徴のうち一つまたは複数を、単独であるいは組み合わせて、呈することができる：
‐光源は、気密の仕切りにより、流体の噴射から絶縁されている、
‐流体の排出パイプの末端部分の長さは、排出パイプの末端部分の直径の五倍以上である、
‐装置は、流体の噴射と光フラックスの同軸性を保証するための心出し手段を含む。
【００１４】
本発明はまた、本発明にかなった仮付溶接装置を少なくとも一つ含む、溶接設備、加工設備、あるいは肉盛り設備も対象とする。
【００１５】
好適には、この溶接設備、加工設備、あるいは肉盛り設備の、溶接ヘッド、加工ヘッド、あるいは肉盛りヘッドは、本発明にかなった少なくとも一つの装置が取り付けられるクレードルに連帯してつながっており、クレードルは、流体の噴射を正確に照準するように、回転してあるいは平行移動して方向を変えられる。
【００１６】
本発明の好適な特徴によると、溶接、加工、あるいは肉盛りは、レーザービームによって行われる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は今度は、本発明による装置を備えた吹きだしノズルを図式的に示す付属の図１を見ながら、より正確だが非制限的な仕方で記述されることになる。装置は二つの部分を含む：
‐流体のフラックスの注入を含む全体１
‐光源３を含む全体２。
【００１８】
操作者によって可視であることを目的とする、源によって発される放射線は、４００から７６０ｎｍに及ぶスペクトルの領域において、少なくとも部分的に位置づけられている。さまざまな距離に位置づけられる物体への正確な仮付溶接を獲得するために、光ビームは分散しないものであり、このことは、例えば、それ自体で既知である適応したレンズを使って獲得される。
【００１９】
被写界深度で良好な視野をともなう微小点に集中したビームを獲得するために、レーザーダイオードが光源として有益に利用される。
【００２０】
全体１への流体の注入は、配管４を介して行われる。
【００２１】
この流体は、ガス、液体、あるいは、例えば流体において懸濁液の固体微粒子のような複数の相からなることができる。つぎに、排出パイプ１０は、流体の噴射を方向づける。排出パイプのほぼ円形の末端部分１１の直径は、仮付溶接の増大した精度を獲得するために、５ミリメートル以下である。排出パイプの末端部分の長さ、すなわち流体の流れが光ビームと同軸方向に、しかも光ビームと同じ方向において行われる部分の長さは、乱流を最小にして流体の噴射の安定性を保証するために、優先的には、その直径の５倍以上である。
【００２２】
全体１および２は、それ自体で既知である適応した力学的手段によって連帯される。均衡調整手段は、ガスのビームと光のビームの完全な同軸性を保証する。このために、装置は、図１に示されるように、全体１および２が完全で再生が可能な仕方で同軸方向に一列に並べられることを保証するために、ブロック６および７を含むことができる。
【００２３】
光源３と流体の間の気密性を保証することを望む場合において、光源から出る光フラックスに光学的に透明な気密の仕切り８を配置する。この仕切りは、全体１あるいは全体２内の加工された受具の上に乗っている。例えば、トーラスの形をした継ぎ手９は、気密性を保証する。
【００２４】
記述された装置が、流体とりわけガスのビームを照準するために利用される場合において、溶接操作、加工操作、あるいは肉盛り操作の際に、上に記述された仮付溶接装置の全体は、有利には、溶接ヘッド、加工ヘッド、あるいは肉盛りヘッドに連帯してつながれるクレードル（それ自体が既知であり、図１に示されていない）の上に取り付けられる。このクレードルは、容易にそして正確な仕方で光ビームおよびガスのフラックスの方向を調整するように、平行移動してあるいは回転して方向を変えられる。
【００２５】
まず、源から来る光ビームが、流体の噴射のターゲットの領域または物体の方向におおよそ方向づけられ、流体の流れはそのとき中断される。仮付溶接の設備のクレードル‐台の平行移動または回転、あるいはまたターゲットの物体の移動の、より微妙な調整手段によって、光ビームは、ターゲットの領域または物体に非常に正確に照準される。そのあとで、流体の放出が開始されるが、その細い噴射は、このように、領域あるいは物体に正確にターゲットを定められた状態である。
【００２６】
本発明は、いくつかの利点を呈する：仮付溶接の方法および設備は、非常に細い流体の噴射の衝撃を事前に視覚化することを可能にして、ときには高くつき、またその衝撃が特定の方法を妨害する、ガスの流量の多い噴射の利用を避ける。光源の、流体のノズルのまさにその内部への統合は、仮付溶接の高い精度を保証し、また溶接の場合において、金属蒸気による汚染の場合にこの同じ源の保護を保証する。この仮付溶接の精度のおかげで、欠陥の著しい減少および、溶接設備、加工設備、あるいは肉盛り設備の効率の増大を獲得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係るノズルを備えた装置の概略図
【符号の説明】
【００２８】
１  全体
２  全体
３  光源
４  配管
５  ノズル
６  ブロック
７  ブロック
８  仕切り
９  継ぎ手
１０  排出パイプ
１１  末端部分
【図１】
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【国際調査報告】
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2006504536.tif 000005
2006504536.tif 000006
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