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JP2000052073A - Method and device for laser welding - Google Patents

Method and device for laser welding

Info

Publication number
JP2000052073A
JP2000052073A JP10224282A JP22428298A JP2000052073A JP 2000052073 A JP2000052073 A JP 2000052073A JP 10224282 A JP10224282 A JP 10224282A JP 22428298 A JP22428298 A JP 22428298A JP 2000052073 A JP2000052073 A JP 2000052073A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser
welding
workpiece
carbon dioxide
input power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10224282A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigeyuki Sakurai
茂行 桜井
Naoki Mitsuyanagi
直毅 三柳
Yoshiaki Shimomura
義昭 下村
Yasushi Minomoto
泰 美野本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Construction Machinery Co Ltd filed Critical Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority to JP10224282A priority Critical patent/JP2000052073A/en
Publication of JP2000052073A publication Critical patent/JP2000052073A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a laser welding device which can carry out a secure crater treatment in a short distance and surely reduce thermal influence and thermal distortion at a portion where a welding area is narrow and at a corner part of an acute angle. SOLUTION: A laser 6 oscillated from a YAG laser oscillator 2 is incident on a parabolic mirror 9 via a mirror 8, reflected downward by 90 deg., and condensed to a work 13. A laser 5 oscillated from a CO2 gas laser oscillator 1 is bent at 90 deg. by a mirror 7, introduced on the same shaft as an optical axis of the YAG laser 6 by the mirror 8 installed on the optical axis of the YAG laser 6 and condensed to the work 13 by the parabolic mirror 9. Since penetration depth by the mixed laser of the CO2 gas laser 5 and the YAG laser 6 is not rapidly reduced, a key hole is not rapidly vanished. Therefore, generation of craters accompanied with a rapid power reduction caused in a case of welding by only the CO2 gas laser 5 can be prevented. Additionally, compared with the case where only the CO2 gas laser 5 is used, a terminating treatment without generating the craters can be carried out in a short time and short distance.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ溶接方法及
び装置に関する。
[0001] The present invention relates to a laser welding method and apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】レーザ溶接においては、溶接部の終端部
にてレーザ照射を急激に停止すると、溶融部がキーホー
ルを埋め込む前に、冷却され凝固するため、クレータが
発生してしまう。
2. Description of the Related Art In laser welding, if laser irradiation is suddenly stopped at the end of a welded portion, the molten portion is cooled and solidified before embedding a keyhole, so that a crater is generated.

【0003】上記溶接終端部でのクレータ発生の防止と
して、従来においては、特開昭55−114490号公
報に記載されているように、溶接終端部でレーザビーム
の焦点位置をレーザー照射方向に移動させることによ
り、処理パワー密度を徐々に下げる方法がある。また、
特開昭60−216987号公報に記載されているよう
に、溶接終端部でレーザビームの焦点位置をレーザー照
射方向に移動させるとともに、レーザービームのパワー
を減少させることにより、クレータ発生の防止を図って
いた。
In order to prevent the occurrence of craters at the welding end, the focal point of the laser beam is moved in the laser irradiation direction at the welding end, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-114490. Then, there is a method of gradually lowering the processing power density. Also,
As described in JP-A-60-216987, the focus position of the laser beam is moved in the laser irradiation direction at the welding end and the power of the laser beam is reduced to prevent the occurrence of craters. I was

【0004】また、その面積が急激に狭くなる部分を有
する被溶接物をレーザ溶接する場合や、被溶接物の鋭角
なコーナ部分を連続的にレーザ溶接する場合には、狭部
又はコーナ部分は、熱の伝達による逃げ場がないため、
熱歪や熱影響があり、良好な溶接を行うことができな
い。
[0004] Further, in the case of laser welding a workpiece having a portion whose area is sharply reduced, or in the case where a sharp corner portion of the workpiece is continuously laser-welded, the narrow portion or the corner portion is reduced. , Because there is no escape by heat transfer,
Good welding cannot be performed due to thermal strain and thermal effects.

【0005】このため、上記狭部やコーナー部において
も、特開昭55−114490号公報等に記載されてい
るように、レーザビームの焦点位置をレーザー照射方向
に移動させる等の処理を行い、レーザのパワー密度を徐
々に下げて溶接を行っていた。
For this reason, even in the narrow portion and the corner portion, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-114490, a process of moving the focal position of the laser beam in the laser irradiation direction is performed. Welding was performed by gradually lowering the power density of the laser.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記特開昭
55−114490号公報に記載されているような焦点
位置を移動させる方式の場合、溶接ビード幅が太くなっ
たり、焦点位置の移動速度が早い場合には、クレータが
発生する可能性がある。
However, in the case of the method of moving the focal position described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-114490, the width of the weld bead becomes large or the moving speed of the focal position decreases. If it is early, craters may occur.

【0007】また、溶接レーザとして、炭酸ガスレーザ
を使用する場合、その反射率が高いため、その影響によ
り、突発的に溶接ビードが消滅し、溶接部分が急激に冷
却して確実なクレータ処理ができない等の問題が発生す
る。
When a carbon dioxide gas laser is used as a welding laser, the reflectance is high, so that the weld bead disappears suddenly due to the influence of the laser, and the welded portion is rapidly cooled, so that reliable crater treatment cannot be performed. And other problems occur.

【0008】また、特開昭60−216987号公報に
記載された方法でも、エネルギー減少の速度及び焦点外
し量の設定が困難であり、溶接レーザとして、炭酸ガス
レーザを使用した場合は、反射率が高いため、表面状態
の影響力から終端部の早い速度での確実なクレータ処理
が行えない。
Also, with the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-216987, it is difficult to set the speed of energy reduction and the amount of defocus, and when a carbon dioxide laser is used as a welding laser, the reflectance is low. Since it is high, reliable crater processing at a high speed at the terminal end cannot be performed due to the influence of the surface condition.

【0009】これにより、どうしても終端部での処理に
は、ある程度の溶接距離が必要となり、目的とする溶け
込み深さが終端部で確保できないという問題がある。
As a result, a certain welding distance is required for the treatment at the terminal end, and there is a problem that a desired penetration depth cannot be secured at the terminal end.

【0010】つまり、図6に示すように、炭酸ガスレー
ザのパワー(図6の横軸)による溶け込み深さ(図6の
縦軸)の変化は、あるパワー密度で急激に減少する(領
域B)。深い溶け込みを得られるキーホール溶接をする
場合、溶け込み深さが深い、図6に示す領域Cでの溶接
となる。キーホール溶接の終端部では、そのキーホール
内の気化ガスの吹き上げや、キーホールが完全に塞がる
前での金属の凝固が完成することによりクレータが発生
する。
That is, as shown in FIG. 6, the change in the penetration depth (vertical axis in FIG. 6) due to the power of the carbon dioxide laser (horizontal axis in FIG. 6) sharply decreases at a certain power density (region B). . In the case of performing keyhole welding for obtaining deep penetration, welding is performed in a region C shown in FIG. 6 where the penetration depth is deep. At the end of the keyhole welding, a crater is generated due to the blow-up of the vaporized gas in the keyhole and the solidification of the metal before the keyhole is completely closed.

【0011】これを回避するためにレーザのパワー密度
を減少させ、キーホールの深さを浅くしていくことによ
りクレータの発生を小さくすることができる。しかし、
その処理の途中に図6に示すように、溶け込み深さが急
激に減少する領域Bがあるため、急激にレーザのエネル
ギーを減少した場合、クレータが発生するおそれがあ
る。
[0011] To avoid this, the power density of the laser is reduced and the depth of the keyhole is reduced, so that the occurrence of craters can be reduced. But,
During the process, as shown in FIG. 6, there is a region B where the penetration depth is sharply reduced. Therefore, if the energy of the laser is sharply reduced, a crater may be generated.

【0012】そこで、これを回避するためには、ゆっく
りとレーザのエネルギーを減少させて、クレータ処理を
行う必要があるが、このような処理の場合には、図7に
示すように、クレータ処理の距離が大となり、距離が小
の場合と比較して溶け込み深さの浅い部分が長くなる。
したがって、目的とする溶け込み深さが終端部で確保で
きないという問題がある。
Therefore, in order to avoid this, it is necessary to perform the crater process by slowly reducing the energy of the laser. In such a process, as shown in FIG. Becomes longer, and the portion with a shallower penetration depth becomes longer than when the distance is small.
Therefore, there is a problem that the desired penetration depth cannot be secured at the end portion.

【0013】また、炭酸ガスレーザを用い溶接部の領域
が狭い場合や、鋭角なコーナを連続的に溶接する場合
も、上述したように、熱影響及び熱ひずみの面から照射
パワーを減少させることが必要となる。
[0013] Further, even when the area of the welded portion is narrow using a carbon dioxide laser or when sharp corners are continuously welded, as described above, the irradiation power can be reduced from the viewpoint of thermal influence and thermal strain. Required.

【0014】しかし、炭酸ガスレーザは、金属に対して
反射率が高いため、パワーを減少させた場合、B領域に
近い条件での溶接はできず、それほどパワーを下げるこ
とができない。また、表面状態や発振器の安定性の影響
を受け安定した溶接ができない問題がある。
However, since the carbon dioxide laser has a high reflectance with respect to metal, if the power is reduced, welding under conditions close to the region B cannot be performed, and the power cannot be reduced so much. Further, there is a problem that stable welding cannot be performed due to the influence of the surface state and the stability of the oscillator.

【0015】本発明の目的は、短距離でも確実なクレー
タ処理ができ、かつ、溶接領域が狭い部分及び鋭角なコ
ーナ部でも熱影響及び熱歪を確実に軽減できるレーザ溶
接方法及び装置を実現することである。
An object of the present invention is to realize a laser welding method and apparatus which can perform a reliable crater treatment even in a short distance and can surely reduce thermal effects and thermal distortion even in a narrow welding area and a sharp corner. That is.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、次のように構成される。 (1)被溶接物の特定の箇所でレーザの入力パワーを抑
制して、被溶接物の溶接を行うレーザ溶接方法におい
て、入力パワーと被溶接物の溶け込み深さとの関係につ
いて第1の特性を有する第1のレーザと、入力パワーと
被溶接物の溶け込み深さとの関係について上記第1の特
性とは異なる第2の特性を有し、被溶接物に対して上記
第1のレーザより吸収率が高い第2のレーザとを、被溶
接物に照射し、被溶接物の特定の箇所で上記第1のレー
ザ及び第2のレーザの入力パワーを抑制して、上記特定
の箇所における溶け込み量の急激な低下を防止する。
The present invention is configured as follows to achieve the above object. (1) In a laser welding method for welding an object to be welded while suppressing the input power of a laser at a specific portion of the object to be welded, the first characteristic of the relationship between the input power and the penetration depth of the object to be welded is as follows. A first laser having a second characteristic different from the first characteristic with respect to the relationship between the input power and the penetration depth of the workpiece, and having a higher absorptivity for the workpiece than the first laser. Is irradiated to the workpiece, and the input power of the first laser and the second laser is suppressed at a specific location of the workpiece, and the penetration amount at the specific location is reduced. Prevent sharp drops.

【0017】(2)好ましくは、上記(1)において、
上記第1のレーザは炭酸ガスレーザであり、上記第2の
レーザはYAGレーザである。
(2) Preferably, in the above (1),
The first laser is a carbon dioxide laser, and the second laser is a YAG laser.

【0018】(3)また、好ましくは、上記(2)にお
いて、被溶接物の溶接終端部で上記炭酸ガスレーザ及び
YAGレーザの入力を減少させることにより、上記溶接
終端部で発生するクレータ処理を行う。
(3) Preferably, in (2) above, the crater process generated at the welding end portion is performed by reducing the input of the carbon dioxide gas laser and the YAG laser at the welding end portion of the workpiece. .

【0019】(4)また、好ましくは、上記(2)にお
いて、被溶接物の加工予定部が溶接上流部に比較して狭
くなる領域及び鋭角なコーナを溶接する場合には、炭酸
ガスレーザ及びYAGレーザの少なくとも一方の入力パ
ワーを減少させるか若しくはパルス状の発振に変更する
ことにより、上記狭くなる領域及び鋭角なコーナでの熱
変形及び熱影響部を減少させる。
(4) Preferably, in the above (2), when welding a region where the portion to be machined of the workpiece is narrower than the upstream portion of welding and a sharp corner, the carbon dioxide laser and the YAG laser are used. By reducing the input power of at least one of the lasers or changing to a pulsed oscillation, the heat deformation and the heat affected zone in the narrowed area and the sharp corner are reduced.

【0020】(5)また、被溶接物の特定の箇所でレー
ザの入力パワーを抑制して、被溶接物の溶接を行うレー
ザ溶接装置において、入力パワーと被溶接物の溶け込み
深さとの関係について第1の特性を有する第1のレーザ
を発振する第1のレーザ発振器と、入力パワーと被溶接
物の溶け込み深さとの関係について上記第1の特性とは
異なる第2の特性を有し、被溶接物に対して上記第1の
レーザより吸収率が高い第2のレーザを発振する第2の
レーザ発振器と、上記第1のレーザと上記第2レーザと
を同一の被溶接物上に導く光学手段と、被溶接物の特定
の箇所で上記第1のレーザ及び第2のレーザの入力パワ
ーを抑制する制御手段と、を備え、上記特定の箇所にお
ける溶け込み量の急激な低下を防止する。
(5) In a laser welding apparatus for welding an object to be welded while suppressing the input power of a laser at a specific portion of the object to be welded, the relationship between the input power and the penetration depth of the object to be welded. A first laser oscillator that oscillates a first laser having a first characteristic, and a second characteristic different from the first characteristic with respect to a relationship between an input power and a penetration depth of the workpiece; A second laser oscillator that oscillates a second laser having a higher absorptivity than the first laser with respect to the workpiece, and an optical device that guides the first laser and the second laser on the same workpiece Means, and control means for suppressing the input power of the first laser and the second laser at a specific location of the work to be welded, to prevent a sharp decrease in the penetration amount at the specific location.

【0021】(6)また、好ましくは、上記(5)にお
いて、上記第1のレーザは炭酸ガスレーザであり、上記
第2のレーザはYAGレーザである。
(6) Preferably, in the above (5), the first laser is a carbon dioxide gas laser, and the second laser is a YAG laser.

【0022】(7)また、好ましくは、上記(6)にお
いて、上記制御手段は、被溶接物の溶接終端部で上記炭
酸ガスレーザ及びYAGレーザの入力を減少させること
により、上記溶接終端部で発生するクレータ処理を行
う。
(7) Preferably, in the above (6), the control means reduces the input of the carbon dioxide gas laser and the YAG laser at the welding end portion of the work to be welded, thereby generating the laser beam at the welding end portion. Crater processing.

【0023】(8)また、好ましくは、上記(6)にお
いて、上記制御手段は、被溶接物の加工予定部が溶接上
流部に比較して狭くなる領域及び鋭角なコーナを溶接す
る場合には、炭酸ガスレーザ及びYAGレーザの少なく
とも一方の入力パワーを減少させるか若しくはパルス状
の発振に変更することにより、上記狭くなる領域及び鋭
角なコーナでの熱変形及び熱影響部を減少させる。入力
パワーと被溶接物の溶け込み深さとの関係について第1
の特性を有する第1のレーザと、上記関係について上記
第1の特性とは異なる第2の特性を有し、第1のレーザ
より吸収率が高い第2のレーザとを併せて、被溶接物に
照射し、被溶接物の特定の箇所で上記第1のレーザ及び
第2のレーザの入力パワーを抑制することにより、入力
パワーに対して急激な溶け込み量が低下する特性を改善
することができる。
(8) Preferably, in the above (6), the control means is provided for welding a region where a portion to be processed of the workpiece is narrower than an upstream portion of welding and a sharp corner. By reducing the input power of at least one of the carbon dioxide gas laser and the YAG laser or by changing to a pulsed oscillation, the heat deformation and the heat affected zone in the narrowed area and the sharp corner are reduced. Relationship between input power and penetration depth of workpiece
A first laser having the following characteristics and a second laser having a second characteristic different from the first characteristic in the above relationship and having a higher absorption rate than the first laser, And the input power of the first laser and the second laser is suppressed at a specific portion of the work to be welded, whereby the characteristic that the amount of penetration sharply decreases with respect to the input power can be improved. .

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。なお、この実施形態では、被
溶接物に深い溶け込みを実現できる特性を有する炭酸ガ
スレーザと、この炭酸ガスレーザに比較して、金属に対
し吸収率の高い特性を有するYAGレーザとを同光軸上
でワーク(被溶接対象物)に照射する場合について述べ
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In this embodiment, a carbon dioxide gas laser having a characteristic capable of realizing deep penetration into a workpiece and a YAG laser having a characteristic of having a higher absorptivity for metal than this carbon dioxide laser are arranged on the same optical axis. The case of irradiating a work (weld target object) will be described.

【0025】図1は、本発明の一実施形態であるレーザ
溶接装置の概略構成図である。図1において、レーザ溶
接装置は、レーザを発振する炭酸ガスレーザ発振器1
と、YAGレーザ発振器2と、レーザ発振器1及び2
の、それぞれの発振の為に必要なパワー(電力)を供給
する炭酸ガスレーザ用電源(パワーユニット)3及びY
AGレーザ用電源(パワーユニット)4がある。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a laser welding apparatus according to one embodiment of the present invention. In FIG. 1, a laser welding apparatus includes a carbon dioxide laser 1 that oscillates a laser.
, A YAG laser oscillator 2 and laser oscillators 1 and 2
And a power supply (power unit) 3 and Y for a carbon dioxide gas laser for supplying power required for each oscillation.
There is a power supply (power unit) 4 for the AG laser.

【0026】YAGレーザ発振器2より発振されたレー
ザ6は、ミラー8を介して放物面鏡9に入射され、90
度下方に反射されて、ワーク13に集光される。炭酸ガ
スレーザ発振器1より発振されたレーザ5は、ベンディ
ングミラー7により90度曲げられ、YAGレーザ6の
光軸上に設置された、ミラー8によりYAGレーザ6の
光軸と同軸上に誘導される。ミラー8は炭酸ガスレーザ
5の反射膜とYAGレーザ6の反射防止膜とが塗布して
ある基板である。上記のようにして誘導された炭酸ガス
レーザ光5は放物面鏡9によりワーク13に集光され
る。
The laser 6 oscillated from the YAG laser oscillator 2 enters the parabolic mirror 9 via the mirror 8 and
The light is reflected downward and focused on the work 13. The laser 5 oscillated by the carbon dioxide laser 1 is bent by 90 degrees by the bending mirror 7 and guided coaxially with the optical axis of the YAG laser 6 by the mirror 8 installed on the optical axis of the YAG laser 6. The mirror 8 is a substrate on which a reflection film of the carbon dioxide laser 5 and an antireflection film of the YAG laser 6 are applied. The carbon dioxide laser beam 5 guided as described above is converged on the work 13 by the parabolic mirror 9.

【0027】上記ワーク13はXYテーブル15上に、
ワーク固定治具14により固定されており、上記XYテ
ーブル15はコントローラ16により制御される。ま
た、このコントローラ16はYAGレーザ発振器2及び
炭酸ガスレーザ発振器1及びそれぞれのパワーユニット
3及び4の動作を制御する。
The work 13 is placed on an XY table 15,
The XY table 15 is fixed by a work fixing jig 14 and is controlled by a controller 16. The controller 16 controls the operations of the YAG laser oscillator 2, the carbon dioxide laser oscillator 1, and the power units 3 and 4, respectively.

【0028】また、放物面鏡9が納められる加工ヘッド
10のレーザ出射口にはシールドガスがレーザ光路内に
入らないように、ZnSnの遮蔽平面基板12が装着さ
れている。また、シールドガスを噴射するための噴射ノ
ズル11がレーザ出射光に装着されている。上記装置に
より、炭酸ガスレーザ5、YAGレーザ6をワーク13
に照射し、XYテーブル15を移動してワーク13の溶
接を行う。
A shield plane substrate 12 made of ZnSn is attached to a laser emission port of the processing head 10 in which the parabolic mirror 9 is housed so that a shielding gas does not enter the laser beam path. Further, an injection nozzle 11 for injecting the shielding gas is mounted on the laser emission light. With the above apparatus, the carbon dioxide laser 5 and the YAG laser 6
And the XY table 15 is moved to weld the work 13.

【0029】ワーク13のレーザ溶接における終端処理
において、炭酸ガスレーザ5のパワーを、図2の(a)
に示すように、終端部から所定距離以上まで離れている
部分までは一定とし、上記所定距離から終端部に向かっ
て直線的に減少させる。
In the terminal treatment in laser welding of the work 13, the power of the carbon dioxide laser 5 is changed to that shown in FIG.
As shown in (2), the distance from the terminal portion to a portion that is at least a predetermined distance or more is constant, and linearly decreases from the predetermined distance toward the terminal portion.

【0030】また、YAGレーザ6のパワーは、炭酸ガ
スレーザ5のパワーより低く、図6に示した炭酸ガスレ
ーザ5による溶ける込み深さが急激に減少する領域B付
近から終端部に向かって、直線的に減少される。このY
AGレーザ6のパワー減少開始点は、炭酸ガスレーザ5
のパワー減少開始点より、終端部に近い位置となってい
る。
The power of the YAG laser 6 is lower than the power of the carbon dioxide laser 5, and the power of the YAG laser 6 is linearly changed from the vicinity of the region B where the penetration depth of the carbon dioxide gas laser 5 shown in FIG. Is reduced to This Y
The starting point of the power reduction of the AG laser 6 is the
The position is closer to the terminal end than the power decrease start point.

【0031】これにより、炭酸ガスレーザ5と、YAG
レーザ6とを合計した総パワーは、図2の(b)に示す
ように、炭酸ガスレーザ5のパワーが減少するととも
に、減少し始め、YAGレーザ6が減少し始めるまで、
炭酸ガスレーザ5の減少傾斜と同様な傾斜により減少す
る。そして、YAGレーザ6のパワーの減少開始ととも
に、それまでの傾斜よりも急峻な傾斜となって終端部で
そのパワーが0となる。
Thus, the carbon dioxide laser 5 and the YAG
As shown in FIG. 2B, the total power obtained by adding the laser 6 and the power of the carbon dioxide gas laser 5 starts decreasing, and until the YAG laser 6 starts decreasing, as shown in FIG.
It is decreased by the same inclination as the inclination of the carbon dioxide laser 5. Then, as the power of the YAG laser 6 starts to decrease, the inclination becomes steeper than the previous inclination, and the power becomes zero at the terminal end.

【0032】YAGレーザ6は、その波長から炭酸ガス
レーザ5に比べ金属への吸収率が高いため、パワー減少
による急激な溶け込み深さの減少は、炭酸ガスレーザ5
に比べ低い入力パワーの領域で発生する。
Since the YAG laser 6 has a higher absorptivity to metal due to its wavelength than the carbon dioxide laser 5, a sharp decrease in the penetration depth due to a decrease in power is caused by the carbon dioxide laser 5.
Occurs in the region of lower input power than

【0033】また、YAGレーザ6によるパワーによ
り、低いパワーでもキーホールが形成される。これによ
り、炭酸ガスレーザ5+YAGレーザ6のレーザによる
溶け込み深さは急激に減少すること無く、図3に示すよ
うなラインを描き、急激なキーホールの消滅が起こらな
い。
Further, a keyhole is formed by the power of the YAG laser 6 even at a low power. Thus, the penetration depth by the laser of the carbon dioxide gas laser 5 + the YAG laser 6 is not sharply reduced, but a line as shown in FIG. 3 is drawn, and the rapid disappearance of the keyhole does not occur.

【0034】このため、炭酸ガスレーザ5のみで溶接し
た場合に起こる急激なパワー減少に伴うクレータの発生
を防止でき、炭酸ガスレーザ5のみを使用した場合に比
較して、短い時間及び短い距離でクレータの発生しない
終端処理が可能となる。
For this reason, it is possible to prevent the occurrence of a crater due to a sudden decrease in power that occurs when welding is performed using only the carbon dioxide gas laser 5, and the crater can be formed in a shorter time and a shorter distance than when only the carbon dioxide laser 5 is used. Terminal processing that does not occur can be performed.

【0035】つまり、炭酸ガスレーザは、パワーが大で
溶接物に対して深いとけ込みが可能であるが、溶け込み
深さが急激に減少する領域を有するという特性(第1の
特性)を備え、YAGレーザは、炭酸ガスレーザに比較
して、パワーが小で深い溶け込みは期待できないが、溶
け込み深さが急激に減少する領域は、炭酸ガスレーザに
比較して、低い入力パワーの領域で発生するという特性
を備える。
That is, the carbon dioxide gas laser has a characteristic (first characteristic) that it has a large power and can penetrate deep into the welded material, but has a region where the penetration depth decreases sharply (first characteristic). Compared to carbon dioxide lasers, lasers have lower power and do not allow deeper penetration.However, the region where the penetration depth decreases sharply occurs in the region of lower input power than carbon dioxide lasers. Prepare.

【0036】したがって、炭酸ガスレーザとYAGレー
ザとを併せることにより、入力パワーに対して急激な溶
け込み量が低下する特性を改善することができる。
Therefore, by combining the carbon dioxide gas laser and the YAG laser, it is possible to improve the characteristic in which the amount of penetration sharply decreases with respect to the input power.

【0037】次に、溶接部の領域が狭い場合や、鋭角な
コーナを連続的に溶接する場合について、図4及び図5
を用いて説明する。図4に示すような溶接領域が狭い加
工ワーク17の場合、狭部付近に熱の伝達による逃げ場
がないため、熱歪や、熱影響が問題となる。また、図5
に示すような鋭角な溶接部19を有する加工ワーク18
の場合でも同一の問題が発生する。
Next, in the case where the area of the welded portion is narrow or the case where sharp corners are continuously welded, FIGS.
This will be described with reference to FIG. In the case of the work 17 having a narrow welding area as shown in FIG. 4, there is no escape area due to heat transmission near the narrow portion, and thus thermal strain and thermal influence become problems. FIG.
Workpiece 18 having a sharp weld 19 as shown in FIG.
The same problem occurs in the case of.

【0038】これを回避するため、従来においては、上
述したように、レーザのパワーを減少させていたが、炭
酸ガスレーザの場合はパワーが減少すると、ワークの表
面状態の影響を受け易くなる。
In order to avoid this, conventionally, the laser power is reduced as described above. However, in the case of a carbon dioxide gas laser, when the power is reduced, the work becomes more susceptible to the surface condition of the work.

【0039】本発明の一実施形態によるレーザ溶接装置
を用いて、溶接予定線20に沿って狭部を溶接するとき
には、YAGレーザ6のパワーを一定にして、炭酸ガス
レーザ5のパワーを下げることにより、ワーク17への
総入力パワーを減少させ、たとえ炭酸ガスレーザ5のB
領域付近でのパワーでも安定したレーザ溶接を確保する
ことができる。
When welding a narrow portion along the scheduled welding line 20 using the laser welding apparatus according to one embodiment of the present invention, the power of the carbon dioxide gas laser 5 is reduced while the power of the YAG laser 6 is kept constant. , The total input power to the work 17 is reduced,
Stable laser welding can be ensured even with power near the region.

【0040】また、図5に示すような鋭角での溶接でも
同一の方法を取れば、熟影響や、熱歪の少ない溶接が可
能となる。
Further, if the same method is used for welding at an acute angle as shown in FIG. 5, it is possible to perform welding with less ripening and thermal distortion.

【0041】以上のように、本発明の一実施形態によれ
ば、炭酸ガスレーザ6とYAGレーザ5とを合成して、
レーザ溶接に充分なパワーを得るとともに、入力パワー
の減少に伴う溶け込み深さの急激な減少を防止するよう
に構成したので、短距離でも確実なクレータ処理がで
き、かつ、溶接領域が狭い部分及び鋭角なコーナ部でも
熱影響及び熱歪を確実に軽減できるレーザ溶接方法及び
装置を実現することができる。
As described above, according to one embodiment of the present invention, the carbon dioxide gas laser 6 and the YAG laser 5 are synthesized,
Since it was configured to obtain sufficient power for laser welding and to prevent a sharp decrease in the penetration depth due to a decrease in input power, reliable crater processing can be performed even at short distances, and the welding area is narrow and A laser welding method and apparatus capable of reliably reducing thermal influence and thermal distortion even at sharp corners can be realized.

【0042】なお、例えばYAGレーザ6の出力を一定
とし、炭酸ガスレーザ5の出力をパルス状とし、熱影響
を少なくすることも可能である。つまり、通常の炭酸ガ
スレーザ5のみでのパルス発振での溶接は、良好なビー
ド形成ができない等の問題があったが、YAGレーザ6
により、ある程度の溶融状態を形成しておくことによ
り、熱影響の少ない炭酸ガスレーザのパルス発振での良
好なビード形成が可能である。
For example, it is possible to make the output of the YAG laser 6 constant and make the output of the carbon dioxide gas laser 5 pulse-shaped, thereby reducing the influence of heat. In other words, welding by pulse oscillation using only the ordinary carbon dioxide gas laser 5 has a problem that good beads cannot be formed.
Thus, by forming a certain degree of molten state, it is possible to form a good bead by pulse oscillation of a carbon dioxide gas laser having little thermal influence.

【0043】また、上述した例においては、炭酸ガスレ
ーザの減少に続いてYAGレーザを減少するように構成
したが、炭酸ガスレーザとYAGレーザとをほぼ同時に
減少させるように構成することもできる。
In the above-described example, the configuration is such that the YAG laser is reduced following the reduction of the carbon dioxide gas laser, but the carbon dioxide laser and the YAG laser may be reduced substantially simultaneously.

【0044】また、上述した例においては、炭酸ガスレ
ーザの補助熱源としてYAGレーザを用いたが、補助熱
源はYAGレーザに限らず、他のレーザを用いてもよ
い。例えば、ヨウ素レーザ、ガラスレーザ、半導体レー
ザ等を使用することもできる。
In the above-described example, the YAG laser is used as the auxiliary heat source of the carbon dioxide gas laser. However, the auxiliary heat source is not limited to the YAG laser, and another laser may be used. For example, an iodine laser, a glass laser, a semiconductor laser, or the like can be used.

【0045】[0045]

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているため、短距離でも確実なクレータ処理ができ、か
つ、溶接領域が狭い部分及び鋭角なコーナ部でも熱影響
及び熱歪を確実に軽減できるレーザ溶接方法及び装置を
実現することができる。
According to the present invention, as described above, the crater treatment can be performed reliably even in a short distance, and the thermal influence and the thermal distortion can be reliably achieved even in a narrow welding area and a sharp corner. Thus, it is possible to realize a laser welding method and an apparatus that can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態であるレーザ溶接装置の概
略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a laser welding apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】炭酸ガスレーザの移動距離と入力パワーとの関
係並びに炭酸ガスレーザとYAGレーザとを合計したレ
ーザの移動距離と入力パワーとの関係を示すグラフであ
る。
FIG. 2 is a graph showing a relationship between a moving distance of a carbon dioxide gas laser and an input power, and a relationship between a moving distance of a total of a carbon dioxide laser and a YAG laser and an input power.

【図3】炭酸ガスレーザとYAGレーザとを合計したレ
ーザの入力パワーと溶け込み深さとの関係を示すグラフ
である。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the input power of a laser, which is the sum of a carbon dioxide gas laser and a YAG laser, and the penetration depth;

【図4】溶接部の領域が狭い場合の形状の例を示す図で
ある。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a shape when a region of a welded portion is narrow.

【図5】溶接軌跡が鋭角のコーナを描く場合の溶接線の
例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a welding line in a case where a welding locus draws an acute angle.

【図6】炭酸ガスレーザを用いた場合の入力パワーと溶
け込み深さとの関係を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between input power and penetration depth when a carbon dioxide laser is used.

【図7】炭酸ガスレーザを用いて溶接終端部でのクレー
タ処理をした場合の溶け込み深さを示す図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a penetration depth when a crater process is performed at a welding end portion using a carbon dioxide gas laser.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 炭酸ガスレーザ発振器 2 YAGレーザ発振器 3 炭酸ガスレーザ用電源 4 YAGレーザ用電源 5 炭酸ガスレーザ 6 YAGレーザ 7 ベンディングミラー 8 基板 9 放物面鏡 10 加工ヘッド 11 ノズル 12 遮蔽平面基板 13 加工ワーク 14 ワーク固定治具 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Carbon dioxide laser oscillator 2 YAG laser oscillator 3 Power supply for carbon dioxide laser 4 Power supply for YAG laser 5 Carbon dioxide gas laser 6 YAG laser 7 Bending mirror 8 Substrate 9 Parabolic mirror 10 Processing head 11 Nozzle 12 Shielding flat substrate 13 Processing work 14 Work fixing jig Ingredient

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 下村 義昭 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 美野本 泰 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 Fターム(参考) 4E068 BA01 CA01 CD02 5F072 AA05 AB01 GG01 GG03 HH03 KK05 MM07 SS06 YY06  ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Inventor Yoshiaki Shimomura 650, Kandamachi, Tsuchiura-shi, Ibaraki Prefecture Within the Tsuchiura Plant of Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. F-term in Tsuchiura Plant (reference) 4E068 BA01 CA01 CD02 5F072 AA05 AB01 GG01 GG03 HH03 KK05 MM07 SS06 YY06

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】被溶接物の特定の箇所でレーザの入力パワ
ーを抑制して、被溶接物の溶接を行うレーザ溶接方法に
おいて、 入力パワーと被溶接物の溶け込み深さとの関係について
第1の特性を有する第1のレーザと、入力パワーと被溶
接物の溶け込み深さとの関係について上記第1の特性と
は異なる第2の特性を有し、被溶接物に対して上記第1
のレーザより吸収率が高い第2のレーザとを、被溶接物
に照射し、被溶接物の特定の箇所で上記第1のレーザ及
び第2のレーザの入力パワーを抑制して、上記特定の箇
所における溶け込み量の急激な低下を防止することを特
徴とするレーザ溶接方法。
In a laser welding method for welding a workpiece while suppressing the input power of a laser at a specific portion of the workpiece, a first relationship between the input power and a penetration depth of the workpiece is described. A first laser having a characteristic, a second characteristic different from the first characteristic with respect to a relationship between an input power and a penetration depth of an object to be welded, and a first laser with respect to the object to be welded.
A second laser having a higher absorptance than that of the laser is irradiated on the workpiece, and the input power of the first laser and the second laser is suppressed at a specific location of the workpiece. A laser welding method for preventing a sharp decrease in penetration amount at a location.
【請求項2】請求項1記載のレーザ溶接方法において、
上記第1のレーザは炭酸ガスレーザであり、上記第2の
レーザはYAGレーザであることを特徴とするレーザ溶
接方法。
2. The laser welding method according to claim 1, wherein
The first laser is a carbon dioxide laser, and the second laser is a YAG laser.
【請求項3】請求項2記載のレーザ溶接方法において、
被溶接物の溶接終端部で上記炭酸ガスレーザ及びYAG
レーザの入力を減少させることにより、上記溶接終端部
で発生するクレータ処理を行うことを特徴とするレーザ
溶接方法。
3. The laser welding method according to claim 2,
The carbon dioxide laser and YAG at the welding end of the workpiece
A laser welding method, wherein a crater process generated at the welding end portion is performed by reducing a laser input.
【請求項4】請求項2記載のレーザ溶接方法において、
被溶接物の加工予定部が溶接上流部に比較して狭くなる
領域及び鋭角なコーナを溶接する場合には、炭酸ガスレ
ーザ及びYAGレーザの少なくとも一方の入力パワーを
減少させるか若しくはパルス状の発振に変更することに
より、上記狭くなる領域及び鋭角なコーナでの熱変形及
び熱影響部を減少させることを特徴とするレーザ溶接方
法。
4. The laser welding method according to claim 2,
When welding a region where the portion to be processed of the workpiece is narrower than the upstream portion and a sharp corner, the input power of at least one of the carbon dioxide gas laser and the YAG laser is reduced or pulsed oscillation is performed. A laser welding method characterized by reducing the heat deformation and the heat affected zone in the narrowed area and the sharp corner by changing.
【請求項5】被溶接物の特定の箇所でレーザの入力パワ
ーを抑制して、被溶接物の溶接を行うレーザ溶接装置に
おいて、 入力パワーと被溶接物の溶け込み深さとの関係について
第1の特性を有する第1のレーザを発振する第1のレー
ザ発振器と、 入力パワーと被溶接物の溶け込み深さとの関係について
上記第1の特性とは異なる第2の特性を有し、被溶接物
に対して上記第1のレーザより吸収率が高い第2のレー
ザを発振する第2のレーザ発振器と、 上記第1のレーザと上記第2レーザとを同一の被溶接物
上に導く光学手段と、 被溶接物の特定の箇所で上記第1のレーザ及び第2のレ
ーザの入力パワーを抑制する制御手段と、 を備え、上記特定の箇所における溶け込み量の急激な低
下を防止することを特徴とするレーザ溶接装置。
5. A laser welding apparatus for welding an object to be welded by suppressing an input power of a laser at a specific portion of the object to be welded, wherein a relationship between the input power and a penetration depth of the object to be welded is first. A first laser oscillator that oscillates a first laser having a characteristic; and a second characteristic different from the first characteristic with respect to a relationship between input power and a penetration depth of the workpiece. On the other hand, a second laser oscillator that oscillates a second laser having an absorption rate higher than that of the first laser, an optical unit that guides the first laser and the second laser on the same workpiece, And control means for suppressing the input power of the first laser and the second laser at a specific location of the workpiece to prevent a sharp decrease in the penetration amount at the specific location. Laser welding equipment.
【請求項6】請求項5記載のレーザ溶接装置において、
上記第1のレーザは炭酸ガスレーザであり、上記第2の
レーザはYAGレーザであることを特徴とするレーザ溶
接装置。
6. The laser welding apparatus according to claim 5,
The first laser is a carbon dioxide laser, and the second laser is a YAG laser.
【請求項7】請求項6記載のレーザ溶接装置において、
上記制御手段は、被溶接物の溶接終端部で上記炭酸ガス
レーザ及びYAGレーザの入力を減少させることによ
り、上記溶接終端部で発生するクレータ処理を行うこと
を特徴とするレーザ溶接装置。
7. The laser welding apparatus according to claim 6, wherein
A laser welding apparatus, wherein the control means performs a crater process generated at the welding end portion by reducing the input of the carbon dioxide gas laser and the YAG laser at the welding end portion of the workpiece.
【請求項8】請求項6記載のレーザ溶接装置において、
上記制御手段は、被溶接物の加工予定部が溶接上流部に
比較して狭くなる領域及び鋭角なコーナを溶接する場合
には、炭酸ガスレーザ及びYAGレーザの少なくとも一
方の入力パワーを減少させるか若しくはパルス状の発振
に変更することにより、上記狭くなる領域及び鋭角なコ
ーナでの熱変形及び熱影響部を減少させることを特徴と
するレーザ溶接装置。
8. The laser welding apparatus according to claim 6, wherein
The control means reduces the input power of at least one of the carbon dioxide gas laser and the YAG laser when welding a region where the portion to be processed of the workpiece is narrower than the upstream portion and a sharp corner. A laser welding apparatus characterized by reducing the heat deformation and the heat affected zone in the narrowed area and the sharp corner by changing to the pulsed oscillation.
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