(57)【要約】      （修正有）【課題】レーザ溶接の開先等の狭隘部へ対応することができるレーザ溶接装置を提供する。【解決手段】溶接ヘッド本体、及びこの溶接ヘッド本体に接続される光ファイバー２２の先端に対向するコリメートレンズ２および集光レンズ３２を備えた溶接ヘッド３１を備え、前記光ファイバー２２から出射されて前記コリメートレンズ２および集光レンズ３２を通過するレーザ１を導くレーザ通路が前記溶接ヘッド本体内に形成され、この溶接ヘッド本体内にはシールドガス７を前記溶接ヘッド本体の先端部に導くシールドガス供給部を有し、前記溶接ヘッド本体の先端に向けて縮径された円錐形のトーチ先端部３３に円筒状のシールドガス放出部３４を接続し、このシールドガス放出部３４の先端部に前記レーザ通路のレーザおよびシールドガスを放出する放出孔が形成されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ヘッド本体、及びこの溶接ヘッド本体に接続される光ファイバーの先端に対向する
コリメートレンズおよび集光レンズを備えた溶接ヘッドを備え、
前記光ファイバーから出射されて前記コリメートレンズおよび集光レンズを通過するレー
ザを導くレーザ通路が前記溶接ヘッド本体内に形成され、この溶接ヘッド本体内にはシー
ルドガスを前記溶接ヘッド本体の先端部に導くシールドガス供給部を有し、前記溶接ヘッ
ド本体の先端に向けて縮径された円錐形のトーチ先端部に円筒状のシールドガス放出部を
接続し、このシールドガス放出部の先端部に前記レーザ通路のレーザおよびシールドガス
を放出する放出孔が形成されていることを特徴とするレーザ溶接装置。
【請求項２】
前記集光レンズは、前記コリメートレンズに対して屈折率の小さいレンズが選択されて
いることを特徴とする請求項１記載のレーザ溶接装置。
【請求項３】
前記溶接ヘッド本体の先端部に溶接ワイヤーを供給する溶接ワイヤー供給部が接続されて
いることを特徴とする請求項１または請求項２記載のレーザ溶接装置。
【請求項４】
前記溶接ワイヤー供給部先端から出る溶接ワイヤーと被溶接部のなす角度が３０°以内と
なることを特徴とする請求項３記載のレーザ溶接装置。
【請求項５】
前記溶接ヘッド本体の先端部に不活性ガスであるシールドガスを保有させ溶接部を不活性
ガス雰囲気に保持するガスシール部が接続されていることを特徴とする請求項１から４の
いずれか１項記載のレーザ溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、狭隘部の溶接に適用することのできるレーザ溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは燃焼温度の高温化により燃焼効率向上を図ることができる。そのため、19
90年代は静翼入口ガス温度が1100℃のものが主流であったが、2000年代に入り1300℃、15
00℃の機種が開発されてきている。ガス温度の上昇に伴い、燃焼器、静翼などの高温部品
は、燃焼ガス側と内部の冷却ガス側の温度差に起因して熱応力によるき裂が発生しやすい
。
【０００３】
これらのき裂、酸化減肉部について、現状ではアーク溶接によって埋め戻して補修され
ている。しかしながらこれらの補修方法では、修理前にき裂、酸化部を広く除去する必要
があり、補修量の増加とともに溶接による入熱が大きくなるため翼の変形も増大するとい
う課題があった。
【０００４】
アーク溶接に対し、レーザ溶接は単位密度あたりの入熱を高めることができるため、母材
の溶融量を減らすことができ、変形の少ない溶接が可能である。
【０００５】
ここで図５にレーザ溶接装置のトーチの形状の従来例を概略断面図で示す。
【０００６】
図５（ａ）において、レーザ溶接装置２０の溶接ヘッド２１は、レーザ光１を導く光ファ
イバー２２の端部に連結される筐体３を有している。この筐体３内には光ファイバー２２
の端部の対向する位置に光ファイバー２２から出射したレーザ光１の広がりを平行光にす
るコリメートレンズ２、およびコリメートレンズ２からの平行光を集光する集光レンズ４
が配置され、このコリメートレンズ２および集光レンズ４はレンズ支持筐体２３によって
支持されている。このレンズ支持筐体２３と筐体３によって不活性ガスであるシールドガ
ス７を先端に向けて縮径された円錐形のトーチ先端部５に導くシールドガス供給部２４が
形成されている。
【０００７】
そしてこのトーチ先端部５を被溶接部６の開先２５に挿入してトーチ先端部５を図面の手
前から奥に向けて移動させ、シールドガス７を開先２５に導入してシールドガス７を放出
孔１２から均一に吹き出させてガスの使用量が効率的なガスシールを行って図５（ｂ）に
示す溶接部８を形成していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２７２７７３号公報
【特許文献２】特開平９−１０９７７号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】東芝レビューvol60，No.12，2005
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
レーザ溶接では開先幅を狭くすることで溶接金属を減らし、残留応力を減らすことができ
ることが利点の一つである。しかしながら従来の円錐形のヘッド形状ではガスは均一に吹
き出すものの、開先部である狭隘部の端部に溶接ヘッドの端部が届かず、シールドガスを
均一に吹き出させてのガスの使用量が効率的な溶接は難しく、補修溶接においてレーザ溶
接の利点を最大限利用することが難しかった。
【００１１】
本発明においては上記課題を解決するために、レーザ溶接の開先等の狭隘部へ対応する
ことができるレーザ溶接装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記実施形態に係るレーザ溶接装置は、溶接ヘッド本体、及びこの溶接ヘッド本体に接
続される光ファイバーの先端に対向するコリメートレンズおよび集光レンズを備えた溶接
ヘッドを備え、前記光ファイバーから出射されて前記コリメートレンズおよび集光レンズ
を通過するレーザを導くレーザ通路が前記溶接ヘッド本体内に形成され、この溶接ヘッド
本体内にはシールドガスを前記溶接ヘッド本体の先端部に導くシールドガス供給部を有し
、前記溶接ヘッド本体の先端に向けて縮径された円錐形のトーチ先端部に円筒状のシール
ドガス放出部を接続し、このシールドガス放出部の先端部に前記レーザ通路のレーザおよ
びシールドガスを放出する放出孔が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の実施形態に係るレーザ溶接装置によれば、ガスの使用量が効率的なガスシール
を行いつつ溶接における溶着量を少なくすることができ、その結果、溶接変形を少なくす
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態における実施例１に係るレーザ溶接ヘッドの縦断面図。
【図２】レーザ溶接ヘッドの光学系を示す説明図。
【図３】本発明ヘッドと従来ヘッドでの溶着金属の推定値を示すグラフ。
【図４】本発明の実施形態における実施例２に係るレーザ溶接ヘッドの縦断面図。
【図５】（ａ）はレーザ溶接装置のトーチの従来形状を示す概略断面図、（ｂ）は溶接部を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態について以下、図１〜４を参照しながら説明する。なお、図５と同一部
分には同一符号を付しその部分の構成の説明は省略する。
【００１６】
（実施例１）
図１に本発明の実施形態における実施例１に係るレーザ溶接ヘッドの縦断面図を示す。
【００１７】
図１において、レーザ溶接装置３０の溶接ヘッド３１は光ファイバー２２、コリメートレ
ンズ２、集光レンズ３２、シールドガス供給部２４、コリメートレンズ２および集光レン
ズ３２を支えるレンズ支持筐体２３および、ガスを収束する円錐形のトーチ先端部３３と
、この円錐形のトーチ先端部３３の先端に接続された円筒状のシールドガス放出部３４か
ら構成されている。
【００１８】
この集光レンズ３２はコリメートレンズ２に対して、屈折率の小さいレンズが選択されて
いる。ここで集光レンズ３２の焦点径は、図２に示すように加工ヘッドの入射側のコリメ
ートレンズ２の焦点距離ｆｃと、出射側の集光レンズ３２の焦点距離ｆの比で決まる。光
ファイバー２２の径をＤｆとすると加工点の焦点径ｄは次式（１）で示される。
【数１】
2017196633.tif 000003
【００１９】
式（１）で導かれる焦点距離ｆとなる屈折率の集光レンズ３２を採用することによって、
長焦点化し、トーチ先端部３３の先端に細い円筒形状のシールドガス放出部３４を接続す
ることができる。
【００２０】
本実施例では、たとえば円筒形状のシールドガス放出部３４の径を５ｍｍ、長さを２０ｍ
ｍとすると、被溶接物が１５ｍｍ以下の厚さであれば開先の幅を１０ｍｍ程度とすること
ができる。
【００２１】
ここで従来例であれば溶接ヘッド軸径がφ２０ｍｍ、溶接トーチ先端カバーの収束角が６
０°、溶接対象物の厚さが１５ｍｍである場合、レーザヘッド側の開先幅は最低で１７．
３ｍｍとする必要がある。その結果、実施例１で示した溶接ヘッドを用いた溶接に対し、
溶着量は多くなり、ひいては溶接変形は大きくなる可能性がある。
【００２２】
図３に上記の実施例１に具体的な数値で示したレーザ溶接装置と従来例に示したレーザ溶
接装置を用いた場合の溶着金属の推定量を示す。図３は従来例の溶着量を１として示して
いる。本発明では従来例に対し、溶着量を約６０％とすることができ、その結果、溶接変
形を少なくすることができる。
【００２３】
よって、本実施例１においては、ガスを収束する円錐形のトーチ先端部３３を図面の手前
から奥に向けて移動させ、シールドガス７を開先２５に導入してシールドガス７を放出孔
３５から均一に吹き出させてガスの使用量が効率的なガスシールを行いつつ、トーチ先端
部３３の先端に細い円筒形状のシールドガス放出部３４を接続したので溶接における溶着
量を少なくすることができ、その結果、溶接変形を少なくすることができる。
【００２４】
（実施例２）
図４に本発明のレーザ溶接ヘッド３０について溶接ワイヤー供給部９、ガスシール部１１
を加えた実施例を示す。なお、図４は図１において開先２５と平行な状態から見た断面図
であり、図１と同一部分には同一符号を付しその部分の構成の説明は省略する。
【００２５】
図４において、レーザ溶接装置３０を構成する溶接ヘッド３１の先端部に供給される溶接
ワイヤー１０はシールドガス放出部３４の先端部に接続された溶接ワイヤー供給部９から
被溶接部６に対して３０°以内の角度で入るように設定され、溶接部８であるレーザ照射
位置に安定的に供給することが可能となる。またシールドガス放出部３４の先端部にガス
シール部１１が接続されている。そして、溶接ヘッド３１は図中左から右に移動して、溶
接部８は溶接ヘッド３１の移動時間に応じてガスシール部１１内のシールドガス７によっ
て周辺空気からシールドされ、溶接部８の酸化が防止される。
【００２６】
よって、実施例２によれば、上記実施例１の作用効果に加えてガスシール部１１により溶
接後も不活性ガス雰囲気にできるため、溶接部を酸化させることなく多層肉盛を行うこと
ができる。
【符号の説明】
【００２７】
１レーザ光、２コリメートレンズ、３筐体、４集光レンズ、５トーチ先端部、６被溶接部
、７シールドガス、８溶接部、９溶接ワイヤー供給部、１０溶接ワイヤー、１１ガスシー
ル部、１２放出孔、２０レーザ溶接装置、２１溶接ヘッド、２２光ファイバー、２３レン
ズ支持筐体、２４シールドガス供給部、２５開先、３０レーザ溶接装置、３１溶接ヘッド
、３２集光レンズ、３３トーチ先端部、３４シールドガス放出部、３５放出孔。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2017196633.tif 000007
【図５】
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