JP2623993B2 - Laser processing head - Google Patents
Laser processing headInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明はレーザ加工ヘッドに係
り、特に亜鉛メッキなど表面処理された鋼板を安定に溶
接するためのレーザ溶接用加工ヘッドに関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser processing head, and more particularly, to a laser processing head for stably welding a steel plate having been subjected to surface treatment such as galvanization.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、レーザビームを集光、高密度化
し、金属あるいは非金属加工に応用することが盛んに行
なわれており、特に低歪溶接、高速溶接を特徴とする接
合手段として、レーザ溶接の適用が高まりつつある。一
方、製品に要求される品質も高まり、それに伴って溶接
される材料の変化も著しい。例えば、自動車産業では耐
腐食性の向上を図るため、亜鉛メッキなどの表面処理鋼
板が積極的に使用されつつある。しかし、溶接加工から
見た場合、溶接時に表面処理材が燃焼し、ブローホール
などの溶接欠陥を発生することがよく知られている。こ
の溶接欠陥の解決手段として、一般的なアーク溶接の分
野では、消耗電極であるワイヤの組成を変えるなどの工
夫が払われているが、いまだ完全な決め手にはなり得て
いない。又、レーザ溶接の場合は特に重ね継ぎ手につい
て溶接欠陥の解消が課題であるが、この課題を解決する
のに従来においては次の様な工夫が払われている。即
ち、図7はレーザによる従来の重ね溶接を示す断面図
で、一対の板材1,2に所定の間隙gを確保して加工ヘ
ッド3により溶接する状態を示す図である。この様にし
て溶接することにより、燃焼した亜鉛層のガスは、間隙
gに侵入しさらに周辺へと拡散されるため、融合した金
属中には残留せず溶接欠陥を発生させないことになる。2. Description of the Related Art In recent years, laser beams have been focused and densified, and their application to metal or non-metal processing has been actively carried out. Particularly, as a joining means characterized by low distortion welding and high speed welding, a laser beam is used. The application of welding is increasing. On the other hand, the quality required for products is also increasing, and accordingly, changes in the materials to be welded are remarkable. For example, in the automotive industry, surface-treated steel sheets such as galvanized steel sheets are being actively used in order to improve corrosion resistance. However, from the viewpoint of welding, it is well known that the surface treatment material burns at the time of welding and generates welding defects such as blow holes. As a means for solving this welding defect, in the general field of arc welding, various measures such as changing the composition of a wire serving as a consumable electrode have been taken, but they have not yet become a decisive factor. Further, in the case of laser welding, it is an issue to eliminate welding defects particularly in the case of a lap joint. To solve this issue, conventionally, the following measures have been taken. That is, FIG. 7 is a cross-sectional view showing a conventional lap welding using a laser, showing a state where a predetermined gap g is secured between a pair of plate materials 1 and 2 and welding is performed by the processing head 3. By welding in this manner, the gas of the burned zinc layer enters the gap g and is further diffused to the periphery, so that it does not remain in the fused metal and does not generate welding defects.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】従来、レーザでの溶接
は上記のようになされているが、溶接される物の大き
さ、形状などにより必ずしも間隙gを均一に確保するこ
とは容易ではなく、実用性に欠ける問題点があった。Conventionally, laser welding has been performed as described above. However, it is not always easy to ensure a uniform gap g depending on the size and shape of the object to be welded. There was a problem of lack of practicality.
【0004】この発明は上記の問題点を解決するために
なされたもので、安定な表面処理鋼板などのレーザ加工
を可能にするレーザ加工ヘッドの提供を目的とする。[0004] The present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to provide a laser processing head capable of performing stable laser processing of a surface-treated steel sheet or the like.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】この発明の第1の発明に
係るレーザ加工ヘッドは、レーザ光を案内する第1のノ
ズルと、上記第1のノズルの外周に所望間隙を介在して
配設される第2のノズルと、上記第1のノズルの内部と
上記間隙間を連通する小孔と、上記加工ガスを上記小孔
を通して上記間隙へ流入する分と上記第1のノズルの先
端へ流入する分とに分離する加工ガス分離手段と、上記
間隙に通気性素材フィルターを備えたものである。According to a first aspect of the present invention, there is provided a laser processing head having a first nozzle for guiding a laser beam, and a desired gap interposed on the outer periphery of the first nozzle. A second nozzle, a small hole communicating the inside of the first nozzle with the gap, and an amount of the processing gas flowing into the gap through the small hole and into the tip of the first nozzle. Processing gas separation means for separating the
The air-permeable material filter is provided in the gap .
【0006】また、第2の発明に係るレーザ加工ヘッド
は、加工ガス分離手段と小孔との間に通気性素材のフィ
ルター手段を介在させたものである。The laser processing head according to the second aspect of the present invention is such that a filter means of a gas permeable material is interposed between the processing gas separating means and the small holes.
【0007】[0007]
【0008】更にまた、第3の発明に係わるレーザ加工
ヘッドは、レーザ光を案内する第1のノズルと、上記第
1のノズルの外周に所望間隙を介在して配設される第2
のノズルと、上記間隙に上記加工ガスを供給する加工ガ
ス供給手段と、上記第1のノズルの先端部に位置し、着
脱自在に装着される通気性素材のフィルター手段を備え
たものである。Further, a laser processing head according to a third aspect of the present invention includes a first nozzle for guiding a laser beam, and a second nozzle disposed around a periphery of the first nozzle with a desired gap.
Nozzle, processing gas supply means for supplying the processing gas to the gap, and a filter means of a breathable material which is located at the tip of the first nozzle and is detachably mounted.
【0009】[0009]
【作用】この発明における加工ヘッドは、集光されたレ
ーザ光を案内するノズルの周囲に、均一な流速を有する
シールドガスを供給し、例えば燃焼した亜鉛層のガスと
溶融金属との反応を緩和する。The working head according to the present invention supplies a shielding gas having a uniform flow velocity around a nozzle for guiding a focused laser beam, for example, to mitigate a reaction between a burned zinc layer gas and a molten metal. I do.
【0010】また、シールドガスの流通路に配設された
通気性素材のフィルター手段が、供給されたシールドガ
スの流れを均一な状態に制御する。[0010] In addition, a filter means made of a gas-permeable material provided in the flow path of the shield gas controls the flow of the supplied shield gas to a uniform state.
【0011】[0011]
【実施例】実施例1. 図1はこの発明の第1の実施例を示すレーザ溶接用加工
ヘッドの構成を示す断面図である。図において、3は集
光光学部品10(図では放物面鏡で表示した)を保持す
るヘッド本体、11はヘッド本体3に係合すると共に、
集光されたレーザビーム12を案内する第1のノズル、
13は第1のノズル11の斜面14に放射状に加工され
た複数の小孔、15は第1のノズル11の斜面内部で小
孔13より若干下部で、段部16に接合された所定長さ
を有する筒状体、17は第1のノズル11の外周にねじ
18にて固定され、第1のノズル11の外周とで円錐状
の所望間隙を形成する第2のノズル、30は第1のノズ
ル11の斜面14および筒状体15の外周で形成される
間隙に介在する通気性素材のフィルターである。[Embodiment 1] FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a laser welding working head according to a first embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 3 denotes a head main body that holds a condensing optical component 10 (indicated by a parabolic mirror in the figure), 11 engages with the head main body 3, and
A first nozzle for guiding the focused laser beam 12,
13 is a plurality of small holes radially machined on the slope 14 of the first nozzle 11, 15 is a predetermined length joined to the step 16 slightly below the small hole 13 inside the slope of the first nozzle 11. Is fixed to the outer periphery of the first nozzle 11 with screws 18, and the second nozzle , which forms a desired conical gap with the outer periphery of the first nozzle 11 , 30 is the first nozzle . Noz
Formed on the slope 14 of the nozzle 11 and the outer periphery of the cylindrical body 15.
It is a filter of a breathable material interposed in the gap .
【0012】以上のように構成されたレーザ溶接用加工
ヘッドにおいて、溶接時には第1のノズル11の先端に
生ずるプラズマ蒸気を排除するため、ヘッド本体3にア
ルゴンガスあるいはヘリウムガスを加工ガスとして供給
することが衆知である。ヘッド本体3に供給された加工
ガスは、筒状体15により分離され大部分が第1のノズ
ル11に案内されて溶接金属に噴射される。残りの加工
ガスは、フィルター30にて乱れのない流れとなって複
数の小孔13を介して第2のノズル17へ供給され、第
1のノズル14の外周から層流状態で放出される。In the laser welding processing head configured as described above, argon gas or helium gas is supplied as a processing gas to the head body 3 in order to eliminate plasma vapor generated at the tip of the first nozzle 11 during welding. That is known. The processing gas supplied to the head main body 3 is separated by the cylindrical body 15 and most of the processing gas is guided to the first nozzle 11 and injected into the weld metal. The remaining processing gas is supplied to the second nozzle 17 through the plurality of small holes 13 as a flow without disturbance in the filter 30 , and the laminar flow is generated from the outer periphery of the first nozzle 14. in it is released.
【0013】実施例2. 図2はこの発明の第2の実施例を示すレーザ溶接用加工
ヘッドの構成を示す断面図である。図において20〜2
2は第2のノズル17の内部斜面に形成される段部、2
3〜25は段部20〜22の夫々に装着され、内外径が
各々異なるリング状の金網である。なお、その他の構成
については前記第1の実施例と同様であり、同一符号を
付して説明を省略する。Embodiment 2 FIG. FIG. 2 is a sectional view showing a configuration of a laser welding working head according to a second embodiment of the present invention. In the figure, 20-2
2 is a step formed on the inner slope of the second nozzle 17;
Reference numerals 3 to 25 denote ring-shaped wire meshes which are mounted on the step portions 20 to 22, respectively, and have different inner and outer diameters. The other configuration is the same as that of the first embodiment, and the same reference numerals are given and the description is omitted.
【0014】以上のように構成されたレーザ溶接用加工
ヘッドにおいて、筒状体15により分離された加工ガス
がリング状の金網23〜25にて整流され、前記第1の
実施例と同様に加工物の加工部に作用する。In the processing head for laser welding configured as described above, the processing gas separated by the cylindrical body 15 is rectified by the ring-shaped wire meshes 23 to 25, and processed in the same manner as in the first embodiment. Acts on the processed part of the object.
【0015】実施例3. 図3はこの発明の第3の実施例を示すレーザ溶接用加工
ヘッドの構成を示す断面図である。図において、40は
第1のノズル11の先端に形成されたねじ部41により
固定されるチップ部材で、図4にその斜視図を示すよう
に、放射状に形成された支持片42を有している。43
は図5にその斜視図を示す網状構成体で、耐熱性の素材
で構成されると共に、チップ部材40と第2のノズル1
7の間に支持されている。また、44は第1のノズル1
1と第2のノズル17により形成される間隙に介在され
るフィルター手段、45はシールドガスを上記間隙に供
給する管である。なお、上記フィルター手段44は、図
6にその斜視図を示すように略円錐状に構成されてお
り、金属を発泡化して気体を通す性質を有した板状の素
材を扇状に切断し、曲面体に形成することにより製作さ
れている。この図6においては、複数の素材を組み合わ
せたものを示しているが、一体成形してもよいことは言
うまでもない。Embodiment 3 FIG. FIG. 3 is a sectional view showing a configuration of a laser welding working head according to a third embodiment of the present invention. In the figure, 40 is a tip member which is fixed by the screw portion 41 formed at the tip of the first nozzle 11, as shown in a perspective view thereof in FIG. 4, a support piece 42 which is formed radially I have. 43
5 is a net-like structure whose perspective view is shown in FIG. 5, which is made of a heat-resistant material, and has a tip member 40 and a second nozzle 1.
7 supported. 44 is the first nozzle 1
Filter means 45 interposed in the gap formed by the first and second nozzles 17 is a pipe for supplying a shielding gas to the gap. Note that the filter means 44 is
6 is formed in a substantially conical shape as shown in a perspective view, and is manufactured by cutting a plate-shaped material having a property of foaming metal and allowing gas to pass through into a fan shape and forming a curved surface body. I have. In this FIG. 6 shows a combination of plural materials, may of course be formed integrally.
【0016】以上、この発明の各実施例について図示説
明したが、この発明はこれに限定されるものでなく、趣
旨を逸脱しない範囲で諸種の設計的変更が可能であり、
又、この発明による加工ヘッドはレーザ溶接ロボットを
含む自動溶接装置すべてに利用できることは言うまでも
ない。Although the embodiments of the present invention have been illustrated and described above, the present invention is not limited to these embodiments, and various design changes can be made without departing from the gist of the present invention.
Needless to say, the processing head according to the present invention can be used for all automatic welding apparatuses including a laser welding robot.
【0017】[0017]
【発明の効果】以上説明したように、この発明によるレ
ーザ加工ヘッドによれば、分流手段とフィルターを用い
て加工ガスの一部を乱れのないシールドガスとして分流
し溶接部周囲を覆う結果、例えば亜鉛メッキ鋼板を溶接
する際発生する亜鉛ガスが巻き込む空気と、溶接金属と
の反応現象が緩和され、欠陥のない溶接部が得られ、加
工ガスの一部をシールドガスとして流用するのに、シー
ルドガス用の供給口をあらためて設ける必要はなく、加
工ヘッドの構造が簡略化される利点を持つ。As described above, according to the laser processing head of the present invention, the flow dividing means and the filter are used.
Divert part of the process gas as a shielding gas undisturbed Te
Results welded portion covering the periphery, and air involving for example zinc gas generated when welding galvanized steel, is relaxed reaction phenomenon between the weld metal, weld free from defects is obtained, a portion of the process gas It is not necessary to newly provide a supply port for the shield gas to divert the gas as the shield gas, and there is an advantage that the structure of the processing head is simplified.
【0018】また、この発明の別の発明によれば、空気
との遮断が主目的であるシールドガスの通路に通気性素
材のフィルター手段を設けたので、加工ガスの乱れを抑
制し、均一な流速による層流状態のガスシールド性能が
得られる。According to another aspect of the present invention, a filter means of a gas permeable material is provided in a passage of a shielding gas whose main purpose is to block air, so that turbulence of a processing gas is suppressed and uniformity is achieved. Gas shield performance in a laminar flow state by the flow velocity can be obtained.
【0019】また、溶接時にはいわゆる溶融金属がスパ
ッタとして飛散することがある、がそのスパッタがフィ
ルター手段に付着して目づまりを生じ、そのためシール
ドガスの流量が不均一になり初期の効果が得られなくな
る。このため、適時、フィルター手段を交換する必要が
生じるが、この発明の別の発明によればこのフィルター
手段の交換が極めて容易となる利点がある。Further, during welding, so-called molten metal may be scattered as spatter, but the spatter adheres to the filter means and causes clogging, so that the flow rate of the shielding gas becomes uneven and the initial effect cannot be obtained. . Therefore, timely, it becomes necessary to replace the filter means, there is another advantage that replacement of the filter unit is facilitated by extremely According to the invention of the present invention.
【図1】第1の発明の一実施例によるレーザ溶接用加工
ヘッドの構成を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a machining head configuration for laser welding according to an embodiment of the first invention.
【図2】第2の発明の一実施例によるレーザ溶接用加工
ヘッドの構成を示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing a configuration of a processing head for laser welding according to an embodiment of the second invention.
【図3】第3の発明の一実施例によるレーザ溶接用加工
ヘッドの構成を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of a working head for laser welding according to an embodiment of the third invention .
【図4】第3の発明に使用されるチップ部材を示す斜視
図である。FIG. 4 is a perspective view showing a tip member used in the third invention .
【図5】第3の発明に使用されるフィルター手段を示す
斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing a filter means used in the third invention .
【図6】第3の発明に使用されるフィルター手段の他の
例を示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing another example of the filter means used in the third invention .
【図7】レーザによる従来の重ね溶接状態を示す図であ
る。FIG. 7 is a diagram showing a conventional lap welding state using a laser.
3は加工ヘッド本体、10は集光光学部品、11は第1
のノズル、12はレーザビーム、13は小孔、15は筒
状体、17は第2のノズル、20は段部、21は段部、
22は段部、23は金網、24は金網、25は金網、3
0はフィルター、40はチップ部材、43はフィルタ
ー、44はフィルターである。3 is a processing head body, 10 is a condensing optical component, 11 is a first
Nozzle, 12 is a laser beam, 13 is a small hole, 15 is a cylindrical body, 17 is a second nozzle, 20 is a step, 21 is a step,
22 is a step, 23 is a wire mesh, 24 is a wire mesh, 25 is a wire mesh, 3
0 is a filter, 40 is a chip member, 43 is a filter
And 44, a filter .
Claims (3)
照射すると共に、上記加工物の加工部へ加工ガスを供給
して上記加工物を加工するレーザ加工ヘッドにおいて、
上記レーザ光を案内する第1のノズルと、上記第1のノ
ズルの外周に所望間隙を介在して配設される第2のノズ
ルと、上記第1のノズルの内部と上記間隙間を連通する
小孔と、上記第1のノズル内に設けられ上記加工ガスを
上記小孔を通して上記間隙へ流入する分と上記第1のノ
ズルの先端へ流入する分とに分離する加工ガス分離手段
と、上記間隙に介在される通気性素材のフィルター手段
を具備するレーザ加工ヘッド。1. A laser processing head for processing a workpiece by irradiating a laser beam focused by a focusing means to a workpiece and supplying a processing gas to a processing section of the workpiece.
A first nozzle that guides the laser light, a second nozzle that is disposed on the outer periphery of the first nozzle with a desired gap interposed therebetween, and communicates with the inside of the first nozzle and the gap. A processing gas separating means provided in the first nozzle for separating the processing gas into the gap through the small hole into the gap and the processing gas into the tip of the first nozzle; A laser processing head including a filter means of a gas permeable material interposed in a gap.
照射すると共に、上記加工物の加工部へ加工ガスを供給
して上記加工物を加工するレーザ加工ヘッドにおいて、
上記レーザ光を案内する第1のノズルと、上記第1のノ
ズルの外周に所望間隙を介在して配設される第2のノズ
ルと、上記第1のノズルの内部と上記間隙間を連通する
小孔と、上記第1のノズル内に設けられ上記加工ガスを
上記小孔を通して上記間隙へ流入する分と上記第1のノ
ズルの先端へ流入する分とに分離する加工ガス分離手段
と、上記加工ガス分離手段と上記小孔との間に介在され
る通気性素材のフィルター手段を具備するレーザ加工ヘ
ッド。2. A laser processing head for irradiating a laser beam condensed by a light condensing means to a workpiece and supplying a processing gas to a processing portion of the workpiece to process the workpiece.
A first nozzle that guides the laser light, a second nozzle that is disposed on the outer periphery of the first nozzle with a desired gap interposed therebetween, and communicates with the inside of the first nozzle and the gap. A processing gas separating means provided in the first nozzle for separating the processing gas into the gap through the small hole into the gap and the processing gas into the tip of the first nozzle; A laser processing head comprising a gas-permeable material filter means interposed between a processing gas separating means and the small hole.
照射すると共に、上記加工物の加工部へ加工ガスを供給
して上記加工物を加工するレーザ加工ヘッドにおいて、
上記レーザ光を案内する第1のノズルと、上記第1ノズ
ルの外周に所望間隙を介在して配設される第2のノズル
と、上記間隙に上記加工ガスを供給する加工ガス供給手
段と、上記第1のノズルの先端部に位置し、着脱自在に
装備される通気性素材のフィルター手段を具備するレー
ザ加工ヘッド。3. A laser processing head for irradiating a laser beam condensed by a light condensing means to a workpiece and supplying a processing gas to a processing section of the workpiece to process the workpiece.
A first nozzle that guides the laser light, a second nozzle that is disposed on the outer periphery of the first nozzle with a desired gap interposed therebetween, and a processing gas supply unit that supplies the processing gas to the gap. A laser processing head which is provided at an end of the first nozzle and is provided with a filter means of a breathable material which is detachably provided.
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JP3034333A JP2623993B2 (en) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | Laser processing head |
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JPH04313485A JPH04313485A (en) | 1992-11-05 |
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- 1991-02-28 JP JP3034333A patent/JP2623993B2/en not_active Expired - Lifetime
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