DE19948895A1 - Laserschweisseinrichtung - Google Patents

Abstract

Eine Laserschweißeinrichtung (10) gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf: einen Laserausgangsmechanismus (1) zum Aufbringen eines Schweißlaserstrahls von seinem Ausgangsende auf eine Schweißposition eines zu schweißenden Gegenstands; und mehrere Düsenstrahldüsen zum Ausblasen eines Schutzgases auf die Schweißposition, damit eine Oxidation der Schweißposition verhindert wird, wobei die Düsenstrahldüsen in einem gleichen Winkelabstand auf einem einzigen Umfang (H) um den Schweißlaserstrahl herum angeordnet sind. Dies ermöglicht die Durchführung eines Schweißvorgangs mit ausreichender Tiefe und Breite.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laserschweißeinrichtung, und insbesondere eine Laserschweißeinrichtung zum Schweißen unter Schutzgasatmosphäre.

Fig. 13 zeigt eine herkömmliche Laserschweißeinrichtung 100. Die Laserschweißeinrichtung 100 weist einen Laserausgangsmechanismus 101 zum Aussenden eines Schweißlaserstrahls A von seinem Ausgangsende 101a auf. Dieser Laserausgangsmechanismus 100 weist ein Optiksystem (nicht gezeigt) zur Einstellung eines Brennpunkts des Schweißlaserstrahls A in der Laserabstrahlrichtung auf. Das Bezugszeichen 101b bezeichnet eine transparente Schutzplatte zum Schützen des Optiksystems gegen Spritzer beim Schweißen.

Weiterhin diese Laserschweißeinrichtung 100 eine Düseneinheit 102 zum Aussprühen eines Düsenstrahls eines Schutzgases C auf, um die Oxidation eines zu schweißenden Gegenstands B beim Schweißen zu verhindern. Diese Gasdüsenstrahleinheit 102 ist ein zylindrisches Teil, in welches der Laserausgangsmechanismus 101 eingeführt ist. Das Schutzgas C wird so ausgesprüht, daß es durch einen Raum zwischen der Innenwand der Gasdüsenstrahleinheit 102 und dem Laserausgangsmechanismus 101 hindurchgeht, in der gleichen Richtung wie jener der Abstrahlung des Laserstrahls A.

Wenn die Laserschweißeinrichtung 100 mit dem voranstehend geschilderten Aufbau den Schweißlaserstrahl A auf einen zu schweißenden Gegenstand B aufbringt, wird ein Metallplasma D erzeugt. Gleichzeitig wird das Schutzgas C als Düsenstrahl ausgesprüht, so daß das Schweißen des Gegenstands B isoliert gegenüber dem atmosphärischen Sauerstoff durchgeführt wird.

Fig. 14 zeigt eine weitere herkömmliche Laserschweißeinrichtung 100A. Diese Laserschweißeinrichtung 100A verwendet statt der zylindrischen Gasdüsenstrahleinheit 102 eine Düsenstrahldüse 102A zum Sprühen des Schutzgases C in einer Richtung zur Schweißposition hin. Das Schutzgas C wird als Düsenstrahl annähernd in Vertikalrichtung in Bezug auf das Aussenden des Laserstrahls A aufgebracht.

Fig. 15 zeigt eine weitere herkömmliche Laserschweißeinrichtung 100B. Im Vergleich zur Laserschweißeinrichtung 100A weist diese Laserschweißeinrichtung 100B auf: einen Laserausgangsmechanismus 1015, der keine Schutzplatte 101b aufweist; und eine Luftdüse 103B zum Sprühen von Druckluft zur Ausgangsspitze des Laserausgangsmechanismus 101B hin. Diese Luftdüse 103B schützt das Ausgangsende des Laserausgangsmechanismus 101B gegen Spritzer.

Bei den voranstehend geschilderten, herkömmlichen Laserschweißeinrichtungen wird das Schutzgas C so ausgeblasen, daß es das Metallplasma D wegbläst, welches während dem Laserschweißen erzeugt wird, nämlich aus der Schweißposition. Die Auswirkungen auf den Schweißbereich wurden hierbei nicht berücksichtigt.

Bei der Laserschweißeinrichtung 100 wird nämlich der Schweißlaserstrahl A zusammen mit dem Schutzgas C aufgebracht, und das an der Schweißposition erzeugte Metallplasma D wird gestört, wie dies in Fig. 13 gezeigt ist. Darüber hinaus wird in den anderen Laserschweißeinrichtungen das Schutzgas C von einer Richtung aus aufgebracht, und daher wird das Metallplasma D nach stromabwärts gedrückt, so daß es nicht an der Schweißposition bleiben kann.

Als nächstes wird die Beziehung zwischen dem Metallplasma und dem Laserschweißen erläutert. Es wurde bislang angenommen, daß das beim Laserschweißen erzeugte Plasma das Transmissionsvermögen des Schweißlaserstrahls verringert, wodurch ein wirksamer Durchgang der Laserenergie an einen zu schweißenden Gegenstand verhindert wird. Versuchsergebnisse haben jedoch gezeigt, daß dann, wenn das Metallplasma durch das Schutzgas bewegt wird, die Schmelzfähigkeit des zu schweißenden Metalls verringert wird.

Die Fig. 16 und 17 zeigen Versuchsdaten, nämlich der Unterschied zwischen der Schmelzmenge, wenn das Schutzgas zugeführt wird, und der Schmelzmenge ohne Schutzgaszuführung. Bei dem Versuch wurde eine Metallprobe aus Aluminium dem Schweißlaserstrahl ausgesetzt, während die Energiedichte pro Schweißeinheitslänge geändert wurde, mit und ohne eingesetztes Schutzgas. Die Breite und Tiefe beim Schmelzvorgang wurden gemessen. Hierbei wurde das Schutzgas aus derselben Richtung ausgeblasen wie bei der voranstehend geschilderten, herkömmlichen Laserschweißeinrichtung 100. Die Menge an Schutzgas betrug 20 Liter, und der Düsendurchmesser betrug 5 mm.

In Fig. 16 ist auf der Horizontalachse die Energiedichte pro Schweißeinheitslänge aufgetragen, und auf der Vertikalachse die Änderung der Schweißtiefe, die durch die Energiedichteänderung hervorgerufen wird.

In Fig. 17 ist auf der Horizontalachse die Energiedichte pro Schweißeinheitslänge aufgetragen, und auf der Vertikalachse die Änderung des Schweißbereichs (der Schweißtiefe), die durch die Energiedichteänderung hervorgerufen wird.

In beiden Fig. 16 und 17 gibt die durchgezogene Linie jene Werte an, die unter Einsatz von Schutzgas erhalten wurden, und gibt die gestrichelte Linie die Werte ohne Schutzgas an.

Fig. 16 zeigt, daß die Schmelztiefe vergrößert wird, wenn kein Schutzgas zugeführt wird. Fig. 17 zeigt, daß die Schmelzbreite geringfügig vergrößert wird, wenn kein Schutzgas zuführt wird.

Bei den herkömmlichen Beispielen wird daher das Metallplasmawachstum beeinträchtigt, so daß keine ausreichende Schweißtiefe und Schweißbreite und eine ausreichende Schweißfestigkeit erzielt werden können.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Bereitstellung einer Laserschweißeinrichtung, welche einen ausreichend tiefen und breiten Schweißvorgang durchführen kann, selbst wenn in ausreichender Menge Schutzgas zugeführt wird.

Die Laserschweißeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf: eine Laserausgangsmechanismus zum Aufbringen eines Schweißlaserstrahls von dem Ausgangsende des Mechanismus auf eine Schweißposition eines zu schweißenden Gegenstands; und mehrere Düsenstrahldüsen zum Ausblasen von Schutzgas auf die Schweißposition, damit eine Oxidation der Schweißposition verhindert wird, wobei die Düsenstrahldüsen in einem gleichen Winkelintervall auf einem einzigen Umfang um den Schweißlaserstrahl herum vorgesehen sind.

Bei dieser Anordnung wird das Schweißen so durchgeführt, daß ein Schweißlaserstrahl in Richtung auf den Brennpunkt des Laserausgangsmechanismus ausgesandt wird, und gleichzeitig hiermit Schutzgas zur Schweißposition geblasen wird. Hierbei sind die Düsenstrahldüsen in einem identischen Winkelintervall auf einem einzigen Umfang um den Schweißlaserstrahl herum vorgesehen. Die Schweißposition ist daher der gleichen Windstärke aus unterschiedlichen Richtungen ausgesetzt, und die Windeinflüsse gleichen sich gegenseitig aus. Daher kann das Schweißen mit einem stabilen Metallplasma durchgeführt werden.

Gemäß einer weiteren Zielrichtung der vorliegenden Erfindung ist jede der Düsenstrahldüsen so eingestellt, daß ihre Ausblasrichtung in einem Schnittwinkel von 70 bis 90° zur Richtung der Abstrahlung des Schweißlaserstrahls verläuft.

Gemäß einer weiteren Zielrichtung der vorliegenden Erfindung weist die Einrichtung weiterhin einen Düsenstrahlrichtungseinstellmechanismus auf, damit der Schnittwinkel eingestellt werden kann, der durch die Abstrahlrichtung des Schweißlaserstrahls und die Ausblasrichtung der Düsenstrahldüse festgelegt wird.

Durch Verwendung dieses Düsenstrahlrichtungseinstellmechanismus können die Düsenstrahldüsen so eingestellt werden, daß ein stabiles Metallplasma erhalten wird.

Gemäß einer weiteren Zielrichtung der vorliegenden Erfindung weist die Laserschweißeinrichtung weiterhin einen Laserhalterungsmechanismus auf, um den Laserausgangsmechanismus zu haltern, und den Laserausgangsmechanismus zu dem zu schweißenden Gegenstand hin oder von diesem weg zu bewegen, wobei der Düsenstrahlrichtungseinstellmechanismus die Düsenstrahldüsen haltert, die in Hin- und Herrichtung entlang derselben Richtung bewegt werden wie der Laserhalterungsmechanismus.

Mit dieser Anordnung ermöglicht es der Laserhalterungsmechanismus, daß die Position des Brennpunktes in Richtung der Tiefe der Schweißposition entsprechend der Dicke des zu schweißenden Gegenstands eingestellt werden kann. Gleichzeitig können die Änderungen der Entfernung von den Düsenstrahldüsen zu der Schweißposition durch den Düsenstrahlrichtungseinstellmechanismus eingestellt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:

Fig. 1 eine Vorderansicht (teilweise weggeschnitten) einer Laserschweißeinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines Teils der ersten Ausführungsform an der Linie X-X in Fig. 1;

Fig. 3 eine Düsenstrahldüse, gesehen von der Ausblasseite her;

Fig. 4 ein weiteres Beispiel für die Düsenstrahldüse, gesehen von der Ausblasseite her;

Fig. 5 eine Anordnung aus zwei Düsenstrahldüsen;

Fig. 6 eine Beziehung zwischen den Ausblasrichtungen des Schutzgases aus den Düsenstrahldüsen und einer Vorschubrichtung des zu schweißenden Gegenstands;

Fig. 7 eine Beziehung zwischen der Ausblasrichtung des Schutzgases aus den Düsenstrahldüsen und der Abstrahlrichtung des Schweißlaserstrahls;

Fig. 8 die Ausblasrichtung des Schutzgases aus den Düsenstrahldüsen sowie das durch das Schutzgas beeinflußte Metallplasma;

Fig. 9 eine Vorderansicht (teilweise weggeschnitten) einer Laserschweißeinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Vorliegenden Erfindung;

Fig. 10 eine Ansicht von unten der in Fig. 9 gezeigten Laserschweißeinrichtung;

Fig. 11 die Ausblasrichtungen des Schutzgases aus Düsenstrahldüsen und deren Einfluß auf das Metallplasma;

Fig. 12 ein weiteres Beispiel für Düsenstrahldüsen und deren Anordnung;

Fig. 13 eine herkömmliche Schweißeinrichtung;

Fig. 14 eine weitere herkömmliche Schweißeinrichtung;

Fig. 15 eine weitere herkömmliche Schweißeinrichtung;

Fig. 16 die Schweißtiefe in einem Metallprobenstück, wenn Schutzgas zugeführt bzw. nicht zugeführt wird; und

Fig. 17 die Schweißfläche in einem Metallprobenstück, wenn Schutzgas zugeführt bzw. nicht zugeführt wird.

Als nächstes erfolgt die Beschreibung einer Laserschweißeinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 8.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, weist diese Laserschweißeinrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform einen Laserausgangsmechanismus 11 zum Aussenden von seinem Ausgangsende 11 eines Schweißlaserstrahls A zu einer Schweißposition E eines zu schweißenden Gegenstands B auf. Der Schweißlaserstrahl A ist auf dem Punkt F fokussiert.

Weiterhin weist die Laserschweißeinrichtung 10 zwei Düsenstrahldüsen 2 auf, um ein Schutzgas C zum Schützen des zu schweißenden Gegenstands E gegen Oxidation auszusenden; und eine Bewegungsstufe 7 zum Haltern des Gegenstands B und für den Vorschub des Gegenstands B in der Richtung entlang der Schweißposition E.

Die Laserschweißeinrichtung 1 weist auf: einen Laseroszillator 12; ein Strahlsammeloptiksystem zum Fokussieren des Schweißlaserstrahls A im Brennpunkt F; und ein zylindrisches Gestell 14, welches den Laseroszillator 12 und das Strahlsammeloptiksystem 13 enthält. Der Schweißlaser ist ein YAG-Laser. Normalerweise ist der Brennpunkt F des Schweißlaserstrahls A auf die Nähe der Schweißposition E eingestellt.

Das zylindrische Gestell 14 verjüngt sich, wobei sein Durchmesser nach unten hin abnimmt. Der Schweißlaserstrahl A wird von dem Ausgangsende 11 zum unteren Ende abgestrahlt. Zwei Fenster 14a, 14a als Abschneideabschnitte sind in dem zylindrischen Gestell 14 zwischen dem Ausgangsende 11 und dem Strahlsammeloptiksystem 13 vorgesehen. Diese Fenster liegen einander gegenüber, und schließen sandwichartig die Zentrumsachse des zylindrischen Gestells 14 ein.

Eines der Fenster 14a weist eine Optiksystemschutzeinheit 3 auf. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, weist diese Optiksystemschutzeinheit 3 auf: eine Luftdüse 32, die einen schlitzförmigen Ausblasausgang 32a zum Ausblasen von Druckluft durch ein Rohr 31 aufweist; eine Montageeinheit zum Montieren der Luftdüse 32 mit ihrem Ausblasausgang 32a, der in der Nähe eines der Fenster 14a angeordnet ist.

Der Ausblasausgang 32a der Luftdüse 32 weist die Form eines horizontalen Schlitzes mit einer Breite von 0,5 mm auf. Die Druckluft G, die von hier aus ausgeblasen wird, bewegt sich in Horizontalrichtung durch die beiden Fenster. Hierbei dient die Druckluft G als filmförmiger Luftvorhang, um Staub von außen, beispielsweise Spritzer von der Schweißposition, abzuschirmen, und das Strahlsammeloptiksystem 13 zu schützen.

Oben auf dem zylindrischen Gestell 14 ist ein faltenbalgförmiger Deckel 15 vorgesehen. Innerhalb dieses Deckels 15 befindet sich ein Laserhalterungsmechanismus 4 zum Bewegen des Laserausgangsmechanismus 4 zu dem zu schweißenden Gegenstand b und von diesem weg (in Fig. 1 nach oben bzw. unten). Genauer gesagt wird der Laserhalterungsmechanismus 4 durch einen Zahnstangen-Ritzelmechanismus und eine Kugelumlaufspindel gebildet, um eine Hin- und Herbewegung hervorzurufen.

Durch diesen Laserhalterungsmechanismus 4 kann der Laserausgangsmechanismus 1 angehoben oder abgesenkt werden, um die Position des Brennpunktes F einzustellen. Es ist daher möglich, den Brennpunkt auf eine bevorzugte Tiefe einzustellen, entsprechend dem Material und der Dicke des zu schweißenden Gegenstands B.

Als nächstes werden zwei Düsenstrahldüsen 2 erläutert. Diese Düsenstrahldüsen 2 werden über Schläuche 21 mit einem Schutzgas C mit gleichem Druck versorgt, so daß das Schutzgas C aus den Ausblasausgängen 22 in Richtung auf den zu schweißenden Gegenstand E abgestrahlt wird.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, weist jeder der Ausblasausgänge 22 eine Kreisform auf, und ist mit einer Stromplatte 13 versehen, die aus dünnen Platten besteht, die zu einem Gitter zusammengesetzt sind.

Dieser Ausblasausgang 22 muß nicht kreisförmig sein, sondern kann auch rechteckig sein, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist.

Das Schutzgas C kann Stickstoff, Argongas, Heliumgas oder ein anderes Inertgas sein.

Die Düsenstrahldüsen 2 werden jeweils durch einen von zwei Düsenstrahlrichtungseinstellmechanismen 5 gehaltert. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, kann der Düsenstrahlrichtungseinstellmechanismus 5 die Düsenstrahldüsen 2 auf einem Kreis um den Schweißlaserstrahl A als Zentrum herum anordnen, in einem Winkel von 180° (also 360°, geteilt durch 2).

Entsprechend den Düsenstrahldüsen 2 sind die voranstehend geschilderten Düsenstrahlrichtungseinstellmechanismen 5 ebenfalls auf einem Kreis um den Schweißlaserstrahl A als Zentrum herum angeordnet, in einem Winkel von 180° zueinander. Jeder der Düsenstrahlrichtungseinstellmechanismen 5 weist daher auf: einen langen Arm 51 mit der Form einer runden Stange, dessen oberes Ende drehbar an dem zylindrischen Gestell angebracht ist; ein Verbindungsteil 52, das mit dem langen Arm 51 so im Eingriff steht, daß das Verbindungsteil entlang dem langen Arm 51 gleiten kann; und einen kurzen Arm 53, der drehbar an dem Verbindungsteil 52 angebracht ist, wobei die Drehachse des langen Arms 51 parallel zur Drehachse des kurzen Arms verläuft.

Die langen Arme sind symmetrisch in Bezug auf die Abstrahlrichtung des Schweißlaserstrahls A angeordnet, und an dem oberen Abschnitt des zylindrischen Gestells 14 angebracht, und ihre Drehachsen verlaufen horizontal (also vertikal zur Papieroberfläche). Jeder der langen Arme 51 dreht sich in der Vertikalebene (also der Papieroberfläche), welche die Spur des Schweißlaserstrahls A enthält. Es wird darauf hingewiesen, daß eine Drehwelle des langen Arms 51 mit einem Teil aus Gummi oder einem anderen elastischen Material umgeben ist, damit eine Reibung zwischen dem langen Arm 51 und dem zylindrischen Gestell 14 hervorgerufen wird, damit die Drehung nicht hervorgerufen wird, ohne daß eine vorbestimmte äußere Kraft einwirkt.

Der lange Arm ist in das voranstehend geschilderte Verbindungsteil 52 eingeführt, welches zylinderförmig ist. Das Verbindungsteil weist einen Befestigungsbolzen 52a zur Befestigung des Verbindungsteils an einer ausgewählten Position des langen Arms 51 auf. Dieser Befestigungsbolzen 52a steht in Eingriff mit einer Führungsnut (nicht dargestellt), die in Längsrichtung des langen Arms verläuft. Hierdurch wird eine Drehung des Verbindungsteils 52 um den langen Arm 51 herum verhindert.

Bei dem kurzen Arm 53 ist ein Ende mit dem Verbindungsteil 52 über eine Drehwelle verbunden, die parallel zur Drehwelle des langen Arms 51 verläuft. Bei dem anderen Ende des kurzen Arms 53 ist eine Düsenstrahldüse 2 vorgesehen, um das Schutzgas C in Längsrichtung des kurzen Arms 53 auszublasen.

Der Düsenstrahlrichtungseinstellmechanismus 5 mit dem voranstehend geschilderten Aufbau kann die Düsenstrahldüse 2 auf jede Position innerhalb des Bereiches des langen Arms 51 plus des kurzen Arms 53 einstellen, auf einer einzigen Ebene, welche die Spur des Schweißlaserstrahls A enthält. Die Düsenstrahldüsen 2 können in jeder Richtung auf der einzigen Ebene eingestellt werden.

Daher kann der Düsenstrahlrichtungseinstellmechanismus 5 die Düsenstrahldüsen 2 hin- und herbewegen, in derselben Richtung wie jener, in welcher die Hin- und Herbewegung des Laserausgangsmechanismus 1 durch den Laserhalterungsmechanismus 4 erfolgt.

Weiterhin weist die Bewegungsstufe 7 einen Tisch 71 auf, auf welchen ein zu schweißender Gegenstand B aufgesetzt wird. Der Tisch 71 weist eine Befestigungseinheit mit einer Klemmvorrichtung auf. Der Tisch 71 ist auf Führungsschienen 73 gehaltert, um den Gegenstand B entlang der Schweißposition E vorzuschieben. Der Tisch 71 steht daher so im Eingriff mit den Führungsschienen 73, daß er sich bewegen kann. Weiterhin ist eine Bewegungserzeugungseinheit (nicht gezeigt) zum Bewegen des Tisches 71 vorgesehen. Der zu schweißende Gegenstand B wird daher mit konstanter Geschwindigkeit entlang der Schweißposition E vorgeschoben. Es wird darauf hingewiesen, daß der zu schweißende Gegenstand B auf dem Tisch 71 befestigt ist, so daß die Vorschubrichtung mit der Schweißposition E übereinstimmt.

Wie in Fig. 6 gezeigt ist es vorzuziehen, daß die Vorschubrichtung I des zu schweißenden Gegenstands B auf der Bewegungsstufe 7 vertikal jene Linie schneidet, welche die Düsenstrahldüsen 2 verbindet, die von den Düsenstrahlrichtungseinstellmechanismen 5 gehaltert werden. Die Düsenstrahlrichtungseinstellmechanismen sind symmetrisch in Bezug auf die Vorschubrichtung angeordnet.

Als nächstes erfolgt eine Beschreibung des Betriebsablaufs der Laserschweißeinrichtung 10 mit dem voranstehend geschilderten Aufbau. Bei der Laserschweißeinrichtung 10 stellt vor dem Schweißen des Gegenstands B der Laserhalterungsmechanismus 4 den Brennpunkt F ein, und stellt jeder der Düsenstrahlrichtungseinstellmechanismen 5 die Position und die Düsenstrahlrichtung der Düsenstrahldüse ein.

Zuerst wird der Laserausgangsmechanismus 1 so angehoben oder abgesenkt durch den Laserhalterungsmechanismus 4, daß der Brennpunkt F entsprechend der Dicke und dem Material des zu schweißenden Gegenstands B eingestellt wird.

Weiterhin halten die Düsenstrahlrichtungseinstellmechanismen 5 die Düsenstrahldüsen 2 symmetrisch in Bezug auf die Spur des Schweißlaserstrahls A, und etwas höher (weiter oben in Fig. 1) als die Schweißposition E. Hierbei weist jeder der Düsenstrahlrichtungseinstellmechanismen den gleichen Drehwinkel des langen Arms 51 und des kurzen Arms 53 auf, und die gleiche Anordnung des Verbindungsteils 52, so daß die Düsenstrahlrichtung der Düsenstrahldüsen die Schweißlaserstrahlrichtung im gleichen Winkel J schneidet (Fig. 7). Dieser Winkel J liegt vorzugsweise im Bereich von 60 bis 90°, besonders bevorzugt zwischen 70 und 90°. Daher sind die Düsenstrahldüsen auf die Schweißposition E gerichtet.

Nach Beendigung der Einstellung der Düsenstrahldüsen wird das Schutzgas C zur Schweißposition E hin geblasen. Die Optiksystemschutzeinheit beginnt mit dem Ausblasen der Druckluft G, und dann wird mit der Abstrahlung des Schweißlaserstrahls A begonnen, und wird der Vorschub des zu schweißenden Gegenstands auf der Bewegungsstufe begonnen. Wenn die Schweißposition vollständig geschweißt ist, werden die Abstrahlung des Schweißlaserstrahls A und das Ausblasen des Schutzgases C abgeschaltet, womit der Schweißvorgang fertig ist.

Da die Düsenstrahldüsen 2 im gleichen Winkel auf dem Umfang H um den Schweißlaserstrahl A herum angeordnet sind (Fig. 5), erzeugt das Schutzgas, das aus diesen Positionen ausgeblasen wird, die gleiche Windstärke während des Schweißens, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist. Die in beide Richtungen wirkenden Windstärken werden kompensiert, und ein Bereich K mit statischen Druck wird an der Schweißposition E ausgebildet. Darüber hinaus erzeugt der Schweißlaserstrahl A ein Metallplasma D in diesem Bereich mit statischen Druck. Das Metallplasma D kann den Schweißvorgang unter stabilen Bedingungen durchführen.

Bei der Laserschweißeinrichtung 10 ist es daher beim Schweißen möglich, das stabile Wachstum des Metallplasmas D zu fördern, wodurch eine ausreichende Schweißtiefe und Schweißbreite sichergestellt werden. Dies erhöht die Schweißintensität.

Weiterhin kann bei der Laserschweißeinrichtung 10 entsprechend der Brennpunkteinstellung des Laserhalterungsmechanismus 4, durch die Düsenstrahlrichtungseinstellmechanismen 5 eine Einstellung der Positionen und Richtungen der Düsenstrahldüsen 2 erfolgen. Daher kann das Schutzgas C im bevorzugten Zustand für verschiedene Arten von Materialien oder Dicken des zu schweißenden Gegenstands B ausgeblasen werden. Dies ermöglicht es, die Schweißintensität zu erhöhen.

Nunmehr erfolgt die Beschreibung einer Laserschweißeinrichtung 10A gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 9 gezeigt ist, verwendet die zweite Ausführungsform drei der Düsenstrahldüsen 2A. Es erfolgt nur eine Erläuterung der Unterschiede gegenüber der ersten Ausführungsform, und gleiche Bauteile werden durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet.

Bei dieser Laserschweißeinrichtung 10A sind die Düsenstrahldüsen 2A direkt an dem zylindrischen Gestell befestigt, ohne daß die Düsenstrahlrichtungseinstellmechanismen 5 vorgesehen sind. Die Düsenstrahldüsen 2A sind als Hohlrohre ausgebildet, bei denen ein Ende an der Oberseite des zylindrischen Gestells 14 befestigt ist, und mit einem Schlauch 21A verbunden ist, damit Schutzgas unter gleichem, konstantem Druck zugeführt werden kann.

Die anderen Enden der Düsenstrahldüsen 2A erstrecken sich bis in die Nähe der Schweißposition E und weisen einen Ausblasausgang 22A für das Schutzgas C auf.

Fig. 10 ist eine Ansicht von unten der Laserschweißeinrichtung 10A, gesehen in Fig. 9 von unten aus. In Fig. 10 sind das Fenster 14a des zylindrischen Gestells 14 und die Optiksystemschutzeinheit 3 weggelassen. Wie aus Fig. 10 hervorgeht, sind die Düsenstrahldüsen 2A im gleichen Winkel (120°) angeordnet. Jede Düse weist ihren Ausblasausgang 22A auf, der in Radialrichtung zeigt, und weist die gleiche Entfernung vom Ausblasausgang 22A zum Schweißlaserstrahl A auf.

Weiterhin ist die Ausblasrichtung jeder der Düsenstrahldüsen 22A auf 80°(J in Fig. 7) in Bezug auf die Strahlabstrahlrichtung des Schweißlaserstrahls A eingestellt. Dieser Winkel J kann auf andere Werte eingestellt werden, im Bereich von 70 bis 90°.

Wie aus Fig. 11 hervorgeht, sind bei der Laserschweißeinrichtung 10A die Düsenstrahldüsen 2a im gleichen Winkelintervall auf dem Umfang H um den Schweißlaserstrahl A herum angeordnet. Wenn das Schutzgas C gleichzeitig von diesen Positionen ausgeblasen wird, ist die Schweißposition E einer gleichförmigen Windstärke ausgesetzt, und gleichen sich alle diese Windstärken so aus, daß ein statischer Bereich H an der Schweißposition hervorgerufen wird. Das Metallplasma D, das in diesem statischen Bereich erzeugt wird, kann einen stabilen Schweißvorgang durchführen.

Wie bei der Laserschweißeinrichtung 10 fördert die Laserschweißeinrichtung 10A ein stabiles Wachstum des Metallplasmas D, wodurch eine ausreichende Schweißtiefe und Schweißbreite sichergestellt werden. Dies ermöglicht es, die Schweißintensität zu erhöhen.

Hierbei müssen die Düsenstrahldüsen 2A nicht von der Oberseite des zylindrischen Gestells 14 ausgehen. Es ist beispielsweise möglich, wie in Fig. 12 gezeigt ist, drei Befestigungseinheiten 8B nach Art einer Stütze in der Nähe des Ausgangsendes 11 des zylindrischen Gestells 14 vorzusehen, die in Radialrichtung in gleichen Winkelabständen verlaufen. Die Düsenstrahldüsen 2B in Form gerader Zylinder sind am Ende der Spitze der drei Befestigungseinheiten 8B angebracht. Hierbei werden die Richtung der Düsenstrahldüsen 2 und die Position des Ausblasausgangs 22B vorzugsweise ebenso eingestellt wie bei den voranstehend geschilderten Düsenstrahldüsen 2A und den Ausblasausgängen 22A.

Auch mit dieser Anordnung ist es möglich, die Auswirkungen ebenso zu vergrößern wie bei der Anordnung mit den Düsenstrahldüsen 2A. Die Düsenstrahldüsen 2B können kürzer ausgebildet werden als die Düsenstrahldüsen 2A. Dies erhöht die Steifigkeit, wodurch eine Ablenkung der Düsenstrahldüsen 2B während des Ausblasens des Schutzgases unterdrückt wird, wodurch die Schweißintensität mit höherer Verläßlichkeit erhöht wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind mehrere Düsenstrahldüsen in gleichen Winkelabständen auf einem einzigen Umfang angeordnet. Während eines Schweißvorgangs wird das Schutzgas gleichzeitig aus den so angeordneten Düsenstrahldüsen ausgeblasen. Daher ist die Schweißposition gleichen Windstärken aus unterschiedlichen Richtungen ausgesetzt, die sich gegenseitig ausgleichen, wodurch ein Bereich mit statischem Druck an der Schweißposition erzeugt wird. Das Metallplasma wird in diesem Bereich mit statischem Druck erzeugt, und der Schweißvorgang kann mit dem Metallplasma in stabilem Zustand durchgeführt werden.

Die vorliegende Erfindung fördert ein stabiles Wachstum des Metallplasmas, wodurch eine ausreichende Schweißtiefe und Schweißbreite sichergestellt werden, was es ermöglicht, die Schweißintensität zu erhöhen.

Weiterhin kann bei jener Anordnung, bei welcher die Düsenstrahlrichtungseinstellmechanismen vorgesehen sind, entsprechend der Brennpunkteinstellung durch den Laserhalterungsmechanismus jede der Düsenstrahldüsen bezüglich ihrer Position und Richtung eingestellt werden, so daß das Schutzgas geeignet eingesetzt wird, entsprechend dem Material oder der Dicke des zu schweißenden Gegenstands. Dies erhöht die Schweißintensität.

Die Erfindung läßt sich in anderen Ausführungsformen verwirklichen, ohne vom Wesen oder den wesentlichen Eigenschaften der Erfindung abzuweichen. Die vorliegenden Ausführungsformen sollen daher in jeglicher Hinsicht als Beispiele verstanden werden, nicht jedoch einschränkend, wobei sich der Umfang der Erfindung aus der Gesamtheit der vorliegenden Anmeldeunterlagen ergibt und von den beigefügten Patentansprüchen umfaßt sein soll, unter Berücksichtigung von Äquivalenten.

Die gesamte Offenbarung der japanischen Patentanmeldung Nr. A10-289309 (am 12. Oktober 1998 eingereicht), einschließlich deren Beschreibung, Patentansprüchen, Zeichnungen und Zusammenfassung, wird durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung eingeschlossen.

Claims (9)

1. Laserschweißeinrichtung, welche aufweist:
einen Laserausgangsmechanismus zum Aufbringen eines Schweißlaserstrahls von dem Ausgangsende des Mechanismus auf eine Schweißposition eines zu schweißenden Gegenstands; und
mehrere Düsenstrahldüsen zum Ausblasen eines Schutzgases auf die Schweißposition, um eine Oxidation der Schweißposition zu verhindern,
wobei die Düsenstrahldüsen in einem gleichen Winkelabstand auf einem einzigen Umfang um den Schweißlaserstrahl herum angeordnet sind.

2. Laserschweißeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei der Düsenstrahldüsen vorgesehen sind.

3. Laserschweißeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenstrahldüsen einen Ausblasausgang aufweisen, der mit einem Gitter zur Vergleichmäßigung der Strömung versehen ist.

4. Laserschweißeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenstrahldüsen einen Ausblasausgang aufweisen, der mit einem Gitter zur Vergleichmäßigung der Strömung versehen ist.

5. Laserschweißeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Düsenstrahldüsen so eingestellt ist, daß ihre Ausblasrichtung in einem Schnittwinkel von 70 bis 90° in Bezug auf die Abstrahlrichtung des Schweißlaserstrahls liegt.

6. Laserschweißeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung weiterhin einen Düsenstrahlrichtungseinstellmechanismus zur Einstellung des Schnittwinkels aufweist, der durch die Abstrahlrichtung des Schweißlaserstrahls und die Ausblasrichtung der Düsenstrahldüse festgelegt wird.

7. Laserschweißeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung einen Laserhalterungsmechanismus zum Haltern des Laserausgangsmechanismus und zum Bewegen des Laserausgangsmechanismus zu dem zu schweißenden Gegenstand oder von diesem weg aufweist, wobei der Düsenstrahlrichtungseinstellmechanismus die Düsenstrahldüsen so haltert, daß sie entlang derselben Richtung wie der Laserhalterungsmechanismus hin- und herbewegt werden können.

8. Laserschweißeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung weiterhin einen Optiksystemschutzmechanismus aufweist, zur Ausbildung eines filmförmigen Luftvorhangs zwischen einem Laseroszillator und dem Ausgangsende.

9. Laserschweißeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgas zumindest entweder Argongas, Stickstoffgas oder Heliumgas ist.