(57)【要約】【課題】不活性ガスの加熱することにより溶接中の被溶接物の溶接部付近を冷やすことなく、溶け込み深さ、溶接強度を安定させ、且つ溶接部の酸化防止をするレーザ溶接装置を提供する。【解決手段】吸収率の低い被溶接物にレーザ溶接をするレーザ溶接装置であって、被溶接物にレーザを照射するときに用いる開口部と、不活性ガスを供給するための開口部を備える加工ヘッドと、供給もとより送られてくる不活性ガスを予め設定した温度に加熱してシールドガス供給配管に加熱した不活性ガスを供給するガス加熱器と、加工ヘッドに接続され、加熱した不活性ガスを加工ヘッドに供給するシールドガス供給配管と、シールドガス供給配管から分岐し、開口部と被溶接物付近に加熱した不活性ガスを供給するサイドガス供給配管と、を備えるレーザ溶接装置である。【選択図】      図１
2009202227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸収率の低い被溶接物にレーザ溶接をするレーザ溶接装置であって、
前記被溶接物にレーザを照射するときに用いる開口部と、不活性ガスを供給するための前記開口部を備える加工ヘッドと、
前記加工ヘッドに接続され、加熱した不活性ガスを前記加工ヘッドに供給するシールドガス供給配管と、
供給元より送られてくる前記不活性ガスを予め設定した温度に加熱して前記シールドガス供給配管に前記加熱した不活性ガスを供給するガス加熱器と、
前記シールドガス供給配管から分岐し、前記開口部と前記被溶接物付近に前記加熱した不活性ガスを供給するサイドガス供給配管と、
を備えることを特徴とするレーザ溶接装置。
【請求項２】
前記シールドガス供給配管及び前記サイドガス供給配管に前記加熱した不活性ガスの流量、気圧を調整するバルブを設けることを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接装置。
【請求項３】
吸収率の低い被溶接物にレーザ溶接をするレーザ溶接装置であって、
前記被溶接物にレーザを照射するときに用いる開口部を備える加工ヘッドと、
前記不活性ガスを排出する排出開口部および攪拌用気体を供給する攪拌開口部とを有し、供給元より不活性ガス供給配管を通して送られる前記不活性ガスを収める不活性ガスケースと、から成り、
前記不活性ガスケースには、前記加工ヘッドと前記被溶接物を収納し、
前記攪拌開口部から前記攪拌用の気体が供給され、前記排出開口部から前記不活性ガスが排出されることにより、溶接部分周辺の前記不活性ガスを攪拌することを特徴とするレーザ溶接装置。
【請求項４】
前記攪拌開口部から供給する気体は前記不活性ガスケースであることを特徴とする請求項３に記載のレーザ溶接装置。
【請求項５】
前記攪拌開口部から気体を供給する期間は、少なくとも前記被溶接物にレーザ溶接を実施している期間であることを特徴とする請求項３に記載のレーザ溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ溶接の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ溶接をする際には被溶接物近傍の酸化防止をするために、不活性ガス（Ａｒ、Ｎ２、Ｈｅ等）を溶接部付近に吹きつけながら溶接を行っている（シールドガス）。
また、レーザ溶接をするとき、レーザ光照射により被溶接物から金属蒸気が発生しプラズマ化するため、このプラズマにより被溶接物へのレーザ吸収率が低下し溶接能力を低下させてしまう。そこでプラズマを除去するために溶接部に不活性ガスを吹き付けている（サイドガス）。
【０００３】
しかしながら、銅（Ｃｕ）のようにレーザの吸収率の低い材料（Ｃｕ：約１０％）にレーザ溶接を行う場合、レーザを連続的にパルス照射する必要がある。つまり連続的にレーザをパルス照射することで被溶接物が始めの照射で溶け出している最中に、次のレーザをパルス照射することで深い溶け込みを発生させて溶接している。
【０００４】
ところが不活性ガスを供給する方法では、溶接箇所の温度が高いため、溶接箇所に常温の不活性ガスが吹き付けられると、溶接部が冷却され浅い溶け込みとなり、安定した溶接強度が保てないという問題がある。
【０００５】
また、不活性ガスの供給を止めてしまうと、溶接部が黒ずんでしまい外観品質問題や溶接強度（溶接欠陥）への問題が発生する。
関連技術として特許文献１〜４などが開示されている。
【特許文献１】特開２００４−２３７３２７号公報
【特許文献２】特開２００１−１３８０８５号公報
【特許文献３】特開平８−１７４２５１号公報
【特許文献４】特開５−２００５７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
開示の技術は上記のような実情に鑑みてなされたものであり、溶け込み深さ、溶接強度を安定的に確保す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】
【０００７】
開示した態様のひとつである吸収率の低い被溶接物にレーザ溶接をするレーザ溶接装置であって、前記被溶接物にレーザを照射するときに用いる開口部と、不活性ガスを供給するための前記開口部を備える加工ヘッドと、供給もとより送られてくる不活性ガスを予め設定した温度に加熱して前記シールドガス供給配管に加熱した不活性ガスを供給するガス加熱器と、前記加工ヘッドに接続され、前記加熱した不活性ガスを前記加工ヘッドに供給するシールドガス供給配管と、前記シールドガス供給配管から分岐し、前記開口部と前記被溶接物付近に前記加熱した不活性ガスを供給するサイドガス供給配管と、を備える構成である。
【０００８】
また、前記シールドガス供給配管及び前記サイドガス供給配管に前記加熱した不活性ガスの流量、気圧を調整するバルブを設ける。
開示した他の態様のである吸収率の低い被溶接物にレーザ溶接をするレーザ溶接装置であって、前記被溶接物にレーザを照射するときに用いる開口部を備える加工ヘッドと、前記不活性ガスを排出する排出開口部および攪拌用気体を供給する攪拌開口部とを有し、供給元より不活性ガス供給配管を通して送られる前記不活性ガスを収める不活性ガスケースと、から成り、前記不活性ガスケースには、前記加工ヘッドと前記被溶接物を収納し、前記攪拌開口部から前記攪拌用の気体が供給され、前記排出開口部から前記不活性ガスが排出されることにより、溶接部分周辺の前記不活性ガスを攪拌する構成である。
【０００９】
また、前記攪拌開口部から供給する気体は前記不活性ガスである。
また、前記攪拌開口部から気体を供給する期間は、少なくとも前記被溶接物にレーザ溶接を実施している期間である。
【００１０】
上記構成により、溶接部へ加熱した状態の不活性ガスを供給することができる。また、不活性ガスの加熱することにより溶接中の熱を冷やすことなく、溶け込み深さ、溶接強度への影響をなくし、且つ溶接部の酸化防止を図れる。
【発明の効果】
【００１１】
開示の構成により、溶接中の被溶接物の溶接部付近の金属蒸気プラズマを除去し且つ溶接部の酸化防止ができるので、レーザ溶接の溶け込み深さ、溶接強度を安定的に確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（実施例１）
以下図面に基づいて、本発明の実施形態について詳細を説明する。
図１にレーザ溶接装置の不活性ガス供給ブロックの図を示す。不活性ガス供給ブロック１は、加工ヘッド２、シールドガス供給配管３、サイドガス供給配管４、ガス加熱器５、不活性ガス元配管６、シールドガス調整バルブ７、サイドガス調整バルブ８、不活性ガス元調整バルブ９などから構成される。
【００１３】
加工ヘッド２は、例えば円錐台をしており両底面に開口部を有する。図１の加工ヘッド１の底面１８の上方に配設されたレーザ用光源（不図示）からパルス照射されるレーザ１３が、底面１８の開口部を抜けて加工ヘッド１の下方の底面１９の開口部を通過した後、被溶接物１１の溶接部１２に到達する構造である。
【００１４】
ここで、レーザ１３の光源として用いるレーザは、低出力のレーザなどでもよく、例えばＹＡＧレーザなどである。
また、加工ヘッド１の側面１０にはシールドガス供給配管３が接続され、シールドガス供給配管３を介して不活性ガス１４’（Ａｒ、Ｎ２、Ｈｅ等）が供給される。
【００１５】
シールドガス供給配管３は、ガス加熱器５により加熱された不活性ガス１４を加工ヘッド２およびサイドガス供給配管４に供給する配管である。例えば、図１に示しようにシールドガス調整バルブ７を設けて流量を調整してもよい。なお、不活性ガス１４’は不活性ガス１４をシールドガス調整バルブ７により調整したものである。
【００１６】
サイドガス供給配管４は、シールドガス供給配管３から分岐して加工ヘッド２の底面１９と溶接部１２付近に加熱した不活性ガス１５を吹き掛ける構成である。例えば、図１に示しようにサイドガス調整バルブ８を設けて流量を調整してもよい。なお、不活性ガス１５は不活性ガス１４をサイドガス調整バルブ８により調整したものである。
【００１７】
ガス加熱器５は、不活性ガス供給元から送られてくる常温の不活性ガス１６（または１６’）を加熱して不活性ガス１４をシールドガス供給配管３に供給する。例えば、ガス加熱器５は配管にヒータを巻き加熱する。このときのヒータの温度は、不活性ガス１４’、１５が溶接部１２を冷やさない程度に加熱できればよい。
【００１８】
不活性ガス元配管６は、不活性ガス供給元より送られてくる不活性ガス１６をガス加熱器５に供給する。例えば、不活性ガス元調整バルブ９を用いて流量、気圧を調整してもよい。なお、不活性ガス１６’は不活性ガス１６を不活性ガス元調整バルブ９により調整したものである。
【００１９】
次に、レーザ溶接装置の不活性ガス供給ブロックの動作について説明する。
不活性ガス供給元より常温の不活性ガス１６（または調整された不活性ガス１６’）を供給する。ここで不活性ガス１６は不活性ガスボンベをレギュレーターと接続し、制御することで不活性ガス供給元より不活性ガス供給ブロック１に送り込む。
【００２０】
不活性ガス１６’が不活性ガス元配管６を通じてガス加熱器５へ流入させる。
ガス加熱器５により常温の不活性ガス１６’が目的の温度まで加熱される。
加熱された不活性ガス１４はシールドガス供給配管３、サイドガス供給配管４に供給され、シールドガス調整バルブ7、サイドガス調整バルブ８に各設定された流量により制御され、加熱された不活性ガス１４’、１５が溶接部１２近傍へ吹き付けられる。
【００２１】
上記構成により、レーザを連続でパルス照射する際に、不活性ガスを加熱することで溶接部の熱を冷却することなくレーザを照射することが可能になるため、溶け込み深さ、溶接強度への影響をなくすことができる。
（実施例２）
図２に実施例２のレーザ溶接装置の不活性ガス供給ブロックの図を示す。不活性ガス供給ブロック２１は、加工ヘッド２２、不活性ガスケース２３、不活性ガス供給配管２４、などから構成される。さらに、不活性ガス２５を攪拌するための攪拌開口部３２、排出開口部３３を不活性ガスケース２３に設けた構成である。
【００２２】
加工ヘッド２２は、例えば円錐台をしており両底面に開口部を有する。図１の加工ヘッド１の底面２６の上方に配設されたレーザ用光源（不図示）からパルス照射されるレーザ１３が、底面２６の開口部を抜けて加工ヘッド２２の下方の底面２７の開口部を通過した後、被溶接物１１の溶接部１２に到達する構造である。
【００２３】
ここで、レーザ１３の光源として用いるレーザは、低出力のレーザなどでもよく、例えばＹＡＧレーザなどである。
また、加工ヘッド２２は不活性ガスケース２３内に挿入し、不活性ガスケース２３内にある不活性ガス２５中で溶接をする。このように被溶接物１１を不活性ガス雰囲気内に配置して溶接することで溶接中の酸化を防止する。
【００２４】
不活性ガス供給配管２４は、不活性ガス供給元に接続されており、不活性ガスケース２３に不活性ガス２５を供給する。
次に、レーザ溶接装置の不活性ガス供給ブロックの動作について説明する。
【００２５】
不活性ガス供給元より常温の不活性ガス２５（または調整された不活性ガス）を不活性ガスケース２３に供給する。
不活性ガス２５は、不活性ガス供給配管２４を通じて不活性ガスケース２３へ流入させる。
【００２６】
攪拌は、図２の破線矢印方向（攪拌開口部３２から排出開口部３３）に攪拌用不活性ガス３４を供給するなどして少なくとも溶接部分周辺の不活性ガス２５を攪拌する。
また、排出開口部３３から不活性ガス２５を予め設定した量だけ排出する。そして排出した量または予め設定した不活性ガス２５を新たに不活性ガス供給配管２４から不活性ガスケース２３へ供給する。
【００２７】
なお、攪拌開口部３２から気体を供給する期間は、少なくとも被溶接物にレーザ溶接を実施している期間であることが望ましい。
なお、攪拌開口部３２から供給する攪拌用不活性ガス３４を加熱してから供給してもよい。
【００２８】
また、攪拌開口部３２と排出開口部３３をともに不活性ガスの排出口とし、不活性ガス供給配管２４から供給される不活性ガス２５の流量、気圧、風向を調整して攪拌を行ってもよい。
【００２９】
上記構成により、レーザを連続でパルス照射する際に金属蒸気プラズマを除去し、酸化防止ができる。また、不活性ガス２５、攪拌用不活性ガス３４を加熱することで溶接部の熱を冷却することなくレーザを照射することが可能になるため、溶け込み深さ、溶接強度への影響をなくすことができる。
【００３０】
また、実施例１で説明したガス加熱器５を用いて不活性ガス２５を加熱してから不活性ガスケース２３に供給してもよい。さらに、不活性ガスケース２３自体を加熱して不活性ガス２５を加熱してもよい。
【００３１】
なお、常温の不活性ガス２５を加熱する場合には目的の温度まで加熱される。
上記構成により、レーザを連続でパルス照射する際に金属蒸気プラズマを除去し、酸化防止ができる。また、不活性ガス２５を加熱することで溶接部の熱を冷却することなくレーザを照射することが可能になるため、溶け込み深さ、溶接強度への影響をなくすことができる。
【００３２】
また、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施例１のレーザ溶接装置の不活性ガス供給ブロックの図である。
【図２】実施例２のレーザ溶接装置の不活性ガス供給ブロックの図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  不活性ガス供給ブロック、
２  加工ヘッド、
３  シールドガス供給配管、
４  サイドガス供給配管、
５  ガス加熱器、
６  不活性ガス元配管、
７  シールドガス調整バルブ、
８  サイドガス調整バルブ、
９  不活性ガス元調整バルブ、
１０  側面、
１１  被溶接物、
１２  溶接部、
１３  レーザ、
１４  不活性ガス、
１５  不活性ガス、
１６  不活性ガス、
１８  底面、
１９  底面、
２１  不活性ガス供給ブロック、
２２  加工ヘッド、
２３  不活性ガスケース、
２４  不活性ガス供給配管、
２５  不活性ガス、
２６  底面、
２７  底面、
３１  不活性ガス供給ブロック、
３２  攪拌開口部、
３３  排出開口部、
３４  攪拌用不活性ガス、
【図１】
2009202227.tif 000003
【図２】
2009202227.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成20年3月26日(2008.3.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸収率の低い被溶接物にレーザ溶接をするレーザ溶接装置であって、
前記被溶接物にレーザを照射するときに用いる開口部と、不活性ガスを供給するための前記開口部を備える加工ヘッドと、
前記加工ヘッドに接続され、加熱した不活性ガスを前記加工ヘッドに供給するシールドガス供給配管と、
供給元より送られてくる前記不活性ガスを予め設定した温度に加熱して前記シールドガス供給配管に前記加熱した不活性ガスを供給するガス加熱器と、
前記シールドガス供給配管から分岐し、前記開口部と前記被溶接物付近に前記加熱した不活性ガスを供給するサイドガス供給配管と、
を備えることを特徴とするレーザ溶接装置。
【請求項２】
前記シールドガス供給配管及び前記サイドガス供給配管に前記加熱した不活性ガスの流量、気圧を調整するバルブを設けることを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接装置。
【請求項３】
吸収率の低い被溶接物にレーザ溶接をするレーザ溶接装置であって、
前記被溶接物にレーザを照射するときに用いる開口部を備える加工ヘッドと、
前記不活性ガスを排出する排出開口部および攪拌用気体を供給する攪拌開口部とを有し、供給元より不活性ガス供給配管を通して送られる前記不活性ガスを収める不活性ガスケースと、から成り、
前記不活性ガスケースには、前記加工ヘッドと前記被溶接物を収納し、
前記攪拌開口部から前記攪拌用の気体が供給され、前記排出開口部から前記不活性ガスが排出されることにより、溶接部分周辺の前記不活性ガスを攪拌することを特徴とするレーザ溶接装置。
【請求項４】
前記攪拌開口部から供給する気体は前記不活性ガスであることを特徴とする請求項３に記載のレーザ溶接装置。
【請求項５】
前記攪拌開口部から気体を供給する期間は、少なくとも前記被溶接物にレーザ溶接を実施している期間であることを特徴とする請求項３に記載のレーザ溶接装置。