JPH04167987A - Laser beam welding apparatus - Google Patents
Laser beam welding apparatusInfo
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- JPH04167987A JPH04167987A JP2296746A JP29674690A JPH04167987A JP H04167987 A JPH04167987 A JP H04167987A JP 2296746 A JP2296746 A JP 2296746A JP 29674690 A JP29674690 A JP 29674690A JP H04167987 A JPH04167987 A JP H04167987A
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/073—Shaping the laser spot
- B23K26/0738—Shaping the laser spot into a linear shape
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、レーザ溶接装置に係り、鋼板の溶接、特にZ
nメツキ鋼板、ジンクプライマ塗付鋼板等の表面処理鋼
板の溶接、或いはアルミ材及び表面処理アルミ材の溶接
に適するレーザ溶接装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Field of Application) The present invention relates to a laser welding device, and particularly relates to a laser welding device for welding steel plates, particularly Z
The present invention relates to a laser welding device suitable for welding surface-treated steel plates such as n-plated steel plates and zinc primer coated steel plates, or welding aluminum materials and surface-treated aluminum materials.
(従来の技術及び解決しようとする課題)従来、−船釣
な突き合わせレーザー溶接法は第1図に示す要領で行わ
れている。すなわち、レーザ光9を球面レンズ3によっ
てQ、3m11φ程度に絞り込み、これをワーク(母材
)1.2を突き合わせた溶接部1oに照射し、溶接部1
0を溶融させて接合する方法である。(Prior Art and Problems to Be Solved) Conventionally, a butt laser welding method for boat fishing has been carried out as shown in FIG. That is, the laser beam 9 is narrowed down to approximately Q, 3m11φ by the spherical lens 3, and is irradiated to the welded part 1o where the workpieces (base metal) 1.2 are butted together.
This is a method of joining by melting 0.
しかし、この方法では、溶接部に目違いがあると溶は落
ちが生じたり、レーザ照射によって溶接部の化学組成が
変化するため、溶接強度が低下するなどの欠点がある。However, this method has drawbacks such as drop-off of the weld if there is a misalignment in the weld, and a decrease in weld strength due to changes in the chemical composition of the weld due to laser irradiation.
そこで、これを解消するために、第2図に示すように、
溶接部に溶接ワイヤ8を挿入して溶は落ちや化学組成変
化を防ぐ方法が採用されることが多い。Therefore, in order to solve this problem, as shown in Figure 2,
A method is often adopted in which a welding wire 8 is inserted into the welded part to prevent melt drop and chemical composition changes.
しかし、このような方法によっても、第3図に示すよう
に、溶接ワイヤ自体に巻きぐせがあるため、溶接のため
にレーザ光を照射する幅は2〜51程度必要となる。溶
接ワイヤの巻きぐせを解消できたとしても、ワイヤの直
径は1〜2■φあるので、0.3■φの集光スポット1
1では溶接ワイヤを十分に溶かすことができないので、
照射幅は広くとらなければならない。However, even with this method, as shown in FIG. 3, since the welding wire itself has curls, the width of the laser beam irradiation for welding needs to be about 2 to 51 mm. Even if the curl of the welding wire can be eliminated, the diameter of the wire is 1 to 2 mm, so the focus spot 1 is 0.3 mm.
1 cannot melt the welding wire sufficiently, so
The irradiation width must be wide.
照射幅を広くとる方法としては、以下のような方法があ
る。The following methods can be used to widen the irradiation width.
まず、第4図に示すように、可動ミラー12によってレ
ーザ光9をスキャンする方法があるが、可動機構を要し
、更に、球面レンズ3として特性の良いフラットフィー
ルドレンズを使用しなければならない等の制約がある。First, as shown in FIG. 4, there is a method of scanning the laser beam 9 with a movable mirror 12, but this requires a movable mechanism and further requires the use of a flat field lens with good characteristics as the spherical lens 3. There are restrictions.
また、第5図に示すように、固定ミラー13とレンズ3
を同時に平行移動装置14で振動させる方法もあるが、
装置が大がかりになる等の欠点がある。Further, as shown in FIG. 5, the fixed mirror 13 and the lens 3
There is also a method of vibrating at the same time using the parallel displacement device 14,
There are disadvantages such as the equipment becomes large-scale.
更には、これらの第4図及び第5図に示すようなビーム
スキャンによる方法では、溶接速度を速くしようとする
と、当然スキャン周波数を上げねばならないが、高速の
スキャンを実現する方法は一般に高価になるという問題
がある。Furthermore, in the beam scanning method shown in Figures 4 and 5, if you want to increase the welding speed, it is naturally necessary to increase the scan frequency, but methods that achieve high-speed scanning are generally expensive. There is a problem with becoming.
可動部を用いないで、照射幅を広くとる別の方法として
は、第6図に示すように、球面レンズ3の焦点Fから離
れた位置にワーク1.2を置く方法(デイ・フォーカス
)があるが、照射幅の2乗に比例して照射光強度が低下
するため、集光スポット11において溶接に必要なエネ
ルギーが得られない等の欠点がある。Another method of widening the irradiation width without using a movable part is to place the workpiece 1.2 at a position away from the focal point F of the spherical lens 3 (day focus), as shown in Figure 6. However, since the intensity of the irradiated light decreases in proportion to the square of the irradiation width, there are drawbacks such as not being able to obtain the energy necessary for welding at the condensed spot 11.
上述の如く、溶接ワイヤを挿入しなからレーザ溶接する
方法では、レーザの照射幅を広くとる必要があるが、こ
の場合、
(1)焦点位置をずらすことなく、高い照射光強度で溶
接するためには、ビームをスキャンしなければならない
が、スキャン機構が大がかりになったり、構成部品が高
価になる。As mentioned above, in the method of laser welding without inserting the welding wire, it is necessary to have a wide laser irradiation width, but in this case, (1) welding with high irradiation light intensity without shifting the focal position; To do this, the beam must be scanned, but the scanning mechanism is bulky and the components are expensive.
(2) ビームをスキャンしないで球面レンズによっ
て照射幅を広くとるためには、焦点から離した位置にワ
ークを置かねばならないが、照射幅の2乗に比例して照
射光強度が低くなるために溶接に必要なエネルギーが得
られない。(2) In order to widen the irradiation width using a spherical lens without scanning the beam, it is necessary to place the workpiece at a position away from the focal point, but the irradiation light intensity decreases in proportion to the square of the irradiation width. The energy necessary for welding cannot be obtained.
本発明は、上記の溶接ワイヤを挿入しなからレーザ溶接
する場合の問題点を解決して、溶接に必要な照射光強度
を確保しながら簡単に照射幅を広くとることを可能にす
るレーザ溶接装置を提供することを目的とするものであ
る。The present invention solves the problems described above when performing laser welding without inserting a welding wire, and enables laser welding to easily widen the irradiation width while ensuring the irradiation light intensity necessary for welding. The purpose is to provide a device.
(課題を解決するための手段)
前記課題を解決するため、本発明者等は、溶接ワイヤを
挿入しなからレーザ溶接する際に用いる光学系について
鋭意研究を重ねた結果、ここに本発明をなしたものであ
る。(Means for Solving the Problems) In order to solve the above problems, the present inventors have conducted extensive research on optical systems used when performing laser welding without inserting a welding wire, and have hereby devised the present invention. This is what was done.
すなわち、本発明は、溶接ワイヤを挿入しながらレーザ
ビームにより溶接する装置において、レーザビーム系に
、非点収差を故意に発生させる光学系を設けて第1無線
及び第2無線を作り、第1無線又は第2無線を溶接部に
位置させる構成にしたことを特徴とするレーザ溶接装置
を要旨とするものである。That is, the present invention provides an apparatus for welding with a laser beam while inserting a welding wire, in which the laser beam system is provided with an optical system that intentionally generates astigmatism to create a first radio and a second radio. The gist of the present invention is a laser welding apparatus characterized by having a configuration in which a radio or a second radio is located at a welding part.
以下に本発明を更に詳細に説明する。The present invention will be explained in more detail below.
(作用)
本発明は、上述のとおり、非点収差を故意に発生させる
光学系をレーザビーム系に設けることにより、フラット
フィールドレンズや高速スキャニング部品などの高価な
構成部品や、大がかりな可動機構を用いることなく、簡
単な機構で、溶接に必要な照射光強度を確保しつつ、ワ
イヤの巻きぐせや太さの影響なしに高速の溶接を可能に
するものである。(Function) As described above, the present invention provides an optical system that intentionally generates astigmatism in a laser beam system, thereby eliminating the need for expensive components such as flat field lenses and high-speed scanning components, and large-scale movable mechanisms. This device enables high-speed welding without being affected by the curl or thickness of the wire, while ensuring the necessary irradiation light intensity for welding with a simple mechanism.
これは、本発明で用いる非点収差が発生している光学系
の場合、第7図に示すように、その第1焦点F工又は第
2焦点F2では一般に細長い焦点ができ、無線上ではそ
の長手方向の長さ(照射幅)の1乗にのみ比例して照射
光強度が変化するために、必要な照射光強度を確保しな
がら照射幅を任意に広くとることができるためである。In the case of an optical system in which astigmatism is used in the present invention, as shown in FIG. This is because the irradiation light intensity changes only in proportion to the first power of the length in the longitudinal direction (irradiation width), so the irradiation width can be arbitrarily widened while ensuring the necessary irradiation light intensity.
したがって、レーザ溶接に際しては、照射幅に応じて、
第1無線又は第2無線のいずれかを適宜選択して溶接部
に位置させればよい。Therefore, when laser welding, depending on the irradiation width,
Either the first radio or the second radio may be appropriately selected and positioned at the welding part.
非点収差を故意に発生させる光学系としては、種々の態
様が可能である。凹又は凸シリンドリカルレンズ、球面
レンズなどのレンズや、放物面鏡、シリンドリカルミラ
ーなどのミラーの1個又は複数個を単独で或いは組み合
わせて、第1無線、第2無線を作ることができる。Various modes are possible for an optical system that intentionally generates astigmatism. The first radio and the second radio can be created by using one or more lenses such as a concave or convex cylindrical lens or a spherical lens, or mirrors such as a parabolic mirror or a cylindrical mirror, either singly or in combination.
勿論、レーザビーム溶接装置の他の構成については特に
限定されない。また、突き合わせ溶接以外に他の継手形
状の溶接にも適用できる。Of course, other configurations of the laser beam welding device are not particularly limited. In addition to butt welding, it can also be applied to welding other joint shapes.
本発明のレーザ溶接装置は、各種の被溶接材の溶接に適
用できるが、特にZnメツキ鋼板、ジンクプライマ塗付
鋼板等の表面処理鋼板の溶接、或いはアルミ材及び表面
処理アルミ材の溶接に適している。The laser welding device of the present invention can be applied to welding various materials to be welded, but is particularly suitable for welding surface-treated steel sheets such as Zn-plated steel sheets and zinc primer-coated steel sheets, or for welding aluminum materials and surface-treated aluminum materials. ing.
(実施例) 次に本発明の実施例を示す。(Example) Next, examples of the present invention will be shown.
実施例1−
本例は、第8図に示すように、レーザ光9を最初に球面
レンズ3で絞り、次に凸シリンドリカルレンズ4で絞り
、第1無線F1と第2無線F、を作る構成である。その
第2無線F2に垂直にワーク1.2の溶接部10を配置
する。そして、この溶接部]0と第2無線F2の交点に
溶接ワイヤ8を挿入し、ワークを移動させながら溶接す
る。Embodiment 1 - In this example, as shown in FIG. 8, the laser beam 9 is first focused by a spherical lens 3 and then focused by a convex cylindrical lens 4 to create a first radio F1 and a second radio F. It is. The welded portion 10 of the workpiece 1.2 is placed perpendicularly to the second radio F2. Then, a welding wire 8 is inserted into the intersection of this welding part [0] and the second radio F2, and welding is performed while moving the workpiece.
なお、第9図は第8図を六方向から、また第10図はB
方向から見た図である。また、第11図は無線の形を表
わしており、Qlは無線長さ、Q2は無線幅である。In addition, Fig. 9 shows Fig. 8 from six directions, and Fig. 10 shows B.
It is a figure seen from the direction. Further, FIG. 11 shows the shape of the radio, where Ql is the radio length and Q2 is the radio width.
第8図において、レーザビーム径を50鳳■φ、球面レ
ンズ3の焦点距離f1を127■、凸シリンドリカルレ
ンズ4の焦点距離f2を300腫膳、3と4の間隔dを
6C)+mとすると、第2無線F2は凸シリンドリカル
レンズからL=67t+++の位置にできる。この時、
第2無線F2の長さQlは約5mm、幅Q2は約50μ
−程度となる。レーザとして5KwのCO2レーザーな
どを用いると、照射光強度は約20GW/m2となる。In Fig. 8, if the laser beam diameter is 50 mm, the focal length f1 of the spherical lens 3 is 127 mm, the focal length f2 of the convex cylindrical lens 4 is 300 cm, and the distance d between 3 and 4 is 6C) + m. , the second radio F2 can be located at a position L=67t+++ from the convex cylindrical lens. At this time,
The length Ql of the second radio F2 is approximately 5 mm, and the width Q2 is approximately 50 μ.
- It will be about. If a 5Kw CO2 laser or the like is used as the laser, the intensity of the irradiated light will be about 20GW/m2.
この光強度の下では、Znメツキ鋼板などを150〜3
00cs+/■inの高速で溶接することが可能である
。Under this light intensity, Zn-plated steel plates etc.
It is possible to weld at a high speed of 00cs+/■in.
大嵐叢主
第12図の光学系は、凸シリンドリカルレンズに代えて
凹シリンドリカルレンズ5を用いた非点収差光学系であ
る。The optical system shown in FIG. 12 is an astigmatism optical system that uses a concave cylindrical lens 5 instead of a convex cylindrical lens.
第13図の光学系は、凸シリンドリカルレンズ4を2枚
用いた非点収差光学系である。The optical system shown in FIG. 13 is an astigmatism optical system using two convex cylindrical lenses 4.
第14図の光学系は球面レンズ3を傾けた非点収差光学
系である。The optical system shown in FIG. 14 is an astigmatism optical system in which the spherical lens 3 is tilted.
第15図の光学系は、放物面鏡7とシリンドリカルミラ
ー6を用いた非点収差光学系である。The optical system shown in FIG. 15 is an astigmatism optical system using a parabolic mirror 7 and a cylindrical mirror 6.
これらのいずれの非点収差光学系も、実施例1と同様、
第1無線F工と第2無線F2を作ることができ、任意の
照射光強度及び照射幅が得られる。Any of these astigmatism optical systems, as in Example 1,
The first radio F and the second radio F2 can be created, and arbitrary irradiation light intensity and irradiation width can be obtained.
(発明の効果)
以上詳述したように1本発明によれば、簡単な構成で溶
接に必要な照射光強度を確保しながら照射幅を広くとる
ことができる。したがって、スキャン機構などの可動部
に伴う高価で複雑な構成は必要とせず、高速で良好な溶
接が可能である。(Effects of the Invention) As detailed above, according to the present invention, the irradiation width can be widened while ensuring the irradiation light intensity necessary for welding with a simple configuration. Therefore, there is no need for expensive and complicated configurations associated with movable parts such as scanning mechanisms, and high-speed and good welding is possible.
第1図は突き合わせレーザ溶接の要領を説明する図で、
(a)は平面図、(b)は断面図であり、第2図及び第
3図は溶接ワイヤを挿入しなからレーザ溶接する要領を
説明する図で、それぞれ(a)は平面図、(b)は断面
図であり、
第4図及び第5図はレーザビームをスキャンする方法を
説明する図、
第6図(a)、(b)はデイ・フォーカスを説明する図
、
第7図は非点収差光学系を説明する図、第8図は非点収
差光学系の一例を説明する斜視図で、第9図は第8図の
六方向から見た図、第10図は第8図のB方向から見た
図であり、第11図は無線の形状及び寸法を説明する図
、第12図〜第15図はそれぞれ非点収差光学系の異な
る例を説明する図で、それぞれ(a)は移動方向から見
た図、(b)は移動方向に直角な方向から見た図である
。
1、2・・ワーク、3・・・球面レンズ、4・・凸シリ
ンドリカルレンズ、5・凹シリンドリカルレンズ、6・
・・シリンドリカルミラー、7 ・放物面鏡、8・・・
溶接ワイヤ、9・・・レーザ光、10・・溶接部、F□
・・・第1無線、F2 第2無線。
特許出願人 株式会社神戸製鋼所
代理人弁理士 中 村 尚
$祖
<===コ
第3図
]O
第4図 第5図
第6図
]0
第7図
区 砿
〉
第12図
(G) (b)
(G) (b)
第14図
(G) (b)
第15
(G)
(b)Figure 1 is a diagram explaining the procedure for butt laser welding.
(a) is a plan view, (b) is a sectional view, and FIGS. 2 and 3 are diagrams illustrating the procedure for laser welding without inserting a welding wire; (a) is a plan view, and ( b) is a cross-sectional view, Figures 4 and 5 are diagrams explaining the method of scanning the laser beam, Figures 6 (a) and (b) are diagrams explaining day focus, and Figure 7 is a diagram explaining the method of scanning the laser beam. 8 is a perspective view illustrating an example of an astigmatism optical system, FIG. 9 is a view seen from six directions of FIG. 8, and FIG. 10 is a diagram illustrating an example of an astigmatism optical system. FIG. 11 is a diagram for explaining the shape and dimensions of the radio, and FIGS. 12 to 15 are diagrams for explaining different examples of astigmatism optical systems. ) is a view seen from the moving direction, and (b) is a view seen from a direction perpendicular to the moving direction. 1, 2... Workpiece, 3... Spherical lens, 4... Convex cylindrical lens, 5... Concave cylindrical lens, 6...
・Cylindrical mirror, 7 ・Parabolic mirror, 8...
Welding wire, 9... Laser light, 10... Welding part, F□
...1st radio, F2 2nd radio. Patent Applicant Kobe Steel Co., Ltd. Patent Attorney Hisashi Nakamura <===ko Figure 3] O Figure 4 Figure 5 Figure 6] 0 Figure 7 Ku> Figure 12 (G) (b) (G) (b) Fig. 14 (G) (b) Fig. 15 (G) (b)
Claims (1)
装置において、レーザビーム系に、非点収差を故意に発
生させる光学系を設けて第1無線及び第2無線を作り、
第1無線又は第2無線を溶接部に位置させる構成にした
ことを特徴とするレーザ溶接装置。In an apparatus for welding with a laser beam while inserting a welding wire, an optical system that intentionally generates astigmatism is provided in the laser beam system to create a first radio and a second radio;
A laser welding device characterized in that the first radio or the second radio is located at a welding part.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2296746A JPH04167987A (en) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | Laser beam welding apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2296746A JPH04167987A (en) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | Laser beam welding apparatus |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04167987A true JPH04167987A (en) | 1992-06-16 |
Family
ID=17837577
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2296746A Pending JPH04167987A (en) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | Laser beam welding apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04167987A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7709768B2 (en) * | 2003-02-19 | 2010-05-04 | Jp Sercel Associates Inc. | System and method for cutting using a variable astigmatic focal beam spot |
| WO2015150014A1 (en) * | 2014-04-02 | 2015-10-08 | Arcam Ab | Method for fusing a workpiece |
-
1990
- 1990-10-31 JP JP2296746A patent/JPH04167987A/en active Pending
Cited By (6)
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