JP3392683B2 - レーザ加工ヘッド - Google Patents
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- 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
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
- B23K26/1462—Nozzles; Features related to nozzles
- B23K26/1464—Supply to, or discharge from, nozzles of media, e.g. gas, powder, wire
- B23K26/1476—Features inside the nozzle for feeding the fluid stream through the nozzle
-
- 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
- B23K26/346—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding
- B23K26/348—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding in combination with arc heating, e.g. TIG [tungsten inert gas], MIG [metal inert gas] or plasma welding
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- Plasma & Fusion (AREA)
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はレーザ加工ヘッドに
関し、さらに詳細には鉄鋼製品等の溶接、あるいは切
断、ガウジング、溶射等の熱加工に好適なレーザ加工ヘ
ッドに関する。
関し、さらに詳細には鉄鋼製品等の溶接、あるいは切
断、ガウジング、溶射等の熱加工に好適なレーザ加工ヘ
ッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザ加工の場合、入力エネルギー密度
が１０2〜１０4kJ／s・cm2以上と高くしかも適当な光学
系を用いることにより被加工部にレーザ光を集束させる
ことができるので、きわめて高精度な加工が可能であ
る。そこで、このような機能を有するレーザ加工ヘッド
が従来から溶接をはじめ、切断、ガウジング、溶射等の
熱加工に用いられてきた。一方、プラズマ加工は、電極
間に通電してアークを発生させ、その周囲に作動ガスを
送り込むと、作動ガスはアークの熱で電離してイオンと
電子が混在した導電性のガス体であるプラズマとなる。
そして、入力エネルギー密度が（０．５〜１）×１０2k
J／s・cm2程度である。このようなプラズマを発生させ
るプラズマ加工ヘッドは溶接や切断その他の熱加工に用
いられてきた。プラズマ溶接とはプラズマアークの熱で
行う溶接で、トランスファアークを利用して行うプラズ
マアーク溶接と、ノントランスファアークによって高温
・高速の気流を発生させ、その熱で行うプラズマジェッ
ト溶接とがある。
が１０2〜１０4kJ／s・cm2以上と高くしかも適当な光学
系を用いることにより被加工部にレーザ光を集束させる
ことができるので、きわめて高精度な加工が可能であ
る。そこで、このような機能を有するレーザ加工ヘッド
が従来から溶接をはじめ、切断、ガウジング、溶射等の
熱加工に用いられてきた。一方、プラズマ加工は、電極
間に通電してアークを発生させ、その周囲に作動ガスを
送り込むと、作動ガスはアークの熱で電離してイオンと
電子が混在した導電性のガス体であるプラズマとなる。
そして、入力エネルギー密度が（０．５〜１）×１０2k
J／s・cm2程度である。このようなプラズマを発生させ
るプラズマ加工ヘッドは溶接や切断その他の熱加工に用
いられてきた。プラズマ溶接とはプラズマアークの熱で
行う溶接で、トランスファアークを利用して行うプラズ
マアーク溶接と、ノントランスファアークによって高温
・高速の気流を発生させ、その熱で行うプラズマジェッ
ト溶接とがある。
【０００３】そして、一般に、レーザ加工の場合にはレ
ーザ加工ヘッドが単体で用いられており、また、プラズ
マ加工を行うには、同じくプラズマ加工ヘッド単体で用
いられ、夫々溶接、切断、若しくはガウジング等の熱加
工を行ってきた。
ーザ加工ヘッドが単体で用いられており、また、プラズ
マ加工を行うには、同じくプラズマ加工ヘッド単体で用
いられ、夫々溶接、切断、若しくはガウジング等の熱加
工を行ってきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
のこの種のレーザ加工ヘッドやプラズマ加工ヘッドで
は、以下のような問題があった。すなわち、従来のレー
ザ加工ヘッドでレーザ溶接を行うと、開先狙い裕度（許
容誤差を含む余裕度）が狭い。また溶接部の酸化防止や
不純物の付着防止等の目的で不活性ガスを用いて溶接す
ると、溶接部にポロシティが発生した。
のこの種のレーザ加工ヘッドやプラズマ加工ヘッドで
は、以下のような問題があった。すなわち、従来のレー
ザ加工ヘッドでレーザ溶接を行うと、開先狙い裕度（許
容誤差を含む余裕度）が狭い。また溶接部の酸化防止や
不純物の付着防止等の目的で不活性ガスを用いて溶接す
ると、溶接部にポロシティが発生した。
【０００５】さらに、前記の従来のレーザ加工ヘッドを
用いて切断を行うと、レーザによる切断可能な板厚は、
例えば炭酸ガス（ＣＯ2 ）レーザでは１２mm程度、ＹＡ
Ｇ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザ
によれば４〜６mm程度であり、それ以上の板厚の鉄鋼製
品等の切断は困難であり、この点でプラズマ切断には及
ばなかった。一方、従来のプラズマ加工ヘッドにより溶
接を行うと、プラズマアークがふらついて安定性が十分
でなく、加工条件の裕度が狭く、高精度の溶接が不可能
であった。しかも１パス溶接が可能な板厚は３〜４mm程
度にすぎなかった。
用いて切断を行うと、レーザによる切断可能な板厚は、
例えば炭酸ガス（ＣＯ2 ）レーザでは１２mm程度、ＹＡ
Ｇ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザ
によれば４〜６mm程度であり、それ以上の板厚の鉄鋼製
品等の切断は困難であり、この点でプラズマ切断には及
ばなかった。一方、従来のプラズマ加工ヘッドにより溶
接を行うと、プラズマアークがふらついて安定性が十分
でなく、加工条件の裕度が狭く、高精度の溶接が不可能
であった。しかも１パス溶接が可能な板厚は３〜４mm程
度にすぎなかった。
【０００６】本発明の目的は、かかる従来の問題点を解
決するためになされたもので、集光レーザ光とプラズマ
アークとを同軸化することによって、レーザ光をプラズ
マアークの補強により広範な熱源とし、しかも高精度で
安定的、かつ能率的な加工が可能なレーザ加工ヘッドを
提供することにある。
決するためになされたもので、集光レーザ光とプラズマ
アークとを同軸化することによって、レーザ光をプラズ
マアークの補強により広範な熱源とし、しかも高精度で
安定的、かつ能率的な加工が可能なレーザ加工ヘッドを
提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、前述した技術
的課題を解決するために以下のように構成されている。
すなわち、レーザ発振器から発振されたレーザ光を反射
ミラーの下流側に集光レンズ系を介して加工位置に集束
させる光学系を備えるレーザ加工ヘッドの先端部に、プ
ラズマ加工ヘッドを前記光学系の光軸とほぼ同軸状に取
り付け、さらに前記プラズマ加工ヘッドには、プラズマ
装置に接続し、陰極ノズル側面と陽極ノズル側面との間
隔を被加工部に近づくに従い狭くした電極ノズルと、こ
の電極ノズルに接続する作動ガス供給路とを設けて、レ
ーザ光とプラズマアークとを同一被加工部に集束させて
照射可能に構成したレーザ加工ヘッドよりなり、前記光
学系の最上流側にレーザ発振器より発振されたレーザを
前記光軸に変向させる全反射ミラーを配置させるととも
に、該発振側のレーザ出射位置と、反射ミラー及び光軸
上に位置する集光光学系部に挟まれるレーザ変向空間に
ガスを流して反射ミラーと光学系の冷却を行い、且つ該
ガスによって被加工位置をシールドすることを特徴とす
る。この場合に、前記プラズマ加工ヘッドと前記光学系
との間に、保護ガラスを配置し、溶接時に生じるヒュー
ムやスパッタ等による汚れが該光学系に付着することを
防止するのがよく、又前記レーザ変向空間に流すガス
が、レンズガス供給路を介して反射ミラー取り付け面側
に設けた開口より供給されるレンズガスと、前記発振レ
ーザを反射ミラーに導くために、ミラーガス供給路を介
してレーザ加工ヘッド側面に固設されたファイバコネク
タ周囲側よりレーザ変向空間に供給されるミラーガスで
あるのがよい。以下、この発明の構成要素について更に
詳細に説明する。
的課題を解決するために以下のように構成されている。
すなわち、レーザ発振器から発振されたレーザ光を反射
ミラーの下流側に集光レンズ系を介して加工位置に集束
させる光学系を備えるレーザ加工ヘッドの先端部に、プ
ラズマ加工ヘッドを前記光学系の光軸とほぼ同軸状に取
り付け、さらに前記プラズマ加工ヘッドには、プラズマ
装置に接続し、陰極ノズル側面と陽極ノズル側面との間
隔を被加工部に近づくに従い狭くした電極ノズルと、こ
の電極ノズルに接続する作動ガス供給路とを設けて、レ
ーザ光とプラズマアークとを同一被加工部に集束させて
照射可能に構成したレーザ加工ヘッドよりなり、前記光
学系の最上流側にレーザ発振器より発振されたレーザを
前記光軸に変向させる全反射ミラーを配置させるととも
に、該発振側のレーザ出射位置と、反射ミラー及び光軸
上に位置する集光光学系部に挟まれるレーザ変向空間に
ガスを流して反射ミラーと光学系の冷却を行い、且つ該
ガスによって被加工位置をシールドすることを特徴とす
る。この場合に、前記プラズマ加工ヘッドと前記光学系
との間に、保護ガラスを配置し、溶接時に生じるヒュー
ムやスパッタ等による汚れが該光学系に付着することを
防止するのがよく、又前記レーザ変向空間に流すガス
が、レンズガス供給路を介して反射ミラー取り付け面側
に設けた開口より供給されるレンズガスと、前記発振レ
ーザを反射ミラーに導くために、ミラーガス供給路を介
してレーザ加工ヘッド側面に固設されたファイバコネク
タ周囲側よりレーザ変向空間に供給されるミラーガスで
あるのがよい。以下、この発明の構成要素について更に
詳細に説明する。
【０００８】（レーザ発振器）本発明のレーザ発振器
は、活性物質を励起してエネルギー密度の高いレーザビ
ームを得るものであるが、活性物質としてＹＡＧや炭酸
ガスを用いたＹＡＧレーザや、炭酸ガスレーザが好まし
い。その他にルビーレーザ、エキシマレーザ、その他の
ものを用いることができる。 （光学系）光学系には変向用反射ミラーと数枚の正負の
集束レンズを組み合わせた光学系を備えるものが好まし
いが、レンズ系を用いずに凹面鏡と凸面鏡の組み合わせ
だけでレーザ光を集束するようにしてもよい。
は、活性物質を励起してエネルギー密度の高いレーザビ
ームを得るものであるが、活性物質としてＹＡＧや炭酸
ガスを用いたＹＡＧレーザや、炭酸ガスレーザが好まし
い。その他にルビーレーザ、エキシマレーザ、その他の
ものを用いることができる。 （光学系）光学系には変向用反射ミラーと数枚の正負の
集束レンズを組み合わせた光学系を備えるものが好まし
いが、レンズ系を用いずに凹面鏡と凸面鏡の組み合わせ
だけでレーザ光を集束するようにしてもよい。
【０００９】（プラズマ装置）プラズマ装置には、電極
とノズルの間にアーク（主アーク）を発生させ、これを
熱源とするプラズマジェット方式が好ましい。しかし、
プラズマアーク方式を採用することもできることはもち
ろんである。 （電極ノズル）電極ノズルは前記の光学系と同軸に取付
られて、アークを発生させ、その間に送られた作動ガス
をアークの熱で電離させてイオンと電子が混在する導電
性のガス体であるプラズマにするものであり、通常タン
グステン陰極とタングステン又は銅製の陽極との組み合
わせが好ましい。しかし、これに限定されずに適宜の材
料を用いて陽極と陰極とを構成することができることは
言うまでもない。 （作動ガス）作動ガスは、上記のようにプラズマイオン
となるアルゴン、ヘリウム等の不活性ガスが好ましい。
しかし、水素、窒素、空気などのガスから適宜選択して
用いることも可能である。
とノズルの間にアーク（主アーク）を発生させ、これを
熱源とするプラズマジェット方式が好ましい。しかし、
プラズマアーク方式を採用することもできることはもち
ろんである。 （電極ノズル）電極ノズルは前記の光学系と同軸に取付
られて、アークを発生させ、その間に送られた作動ガス
をアークの熱で電離させてイオンと電子が混在する導電
性のガス体であるプラズマにするものであり、通常タン
グステン陰極とタングステン又は銅製の陽極との組み合
わせが好ましい。しかし、これに限定されずに適宜の材
料を用いて陽極と陰極とを構成することができることは
言うまでもない。 （作動ガス）作動ガスは、上記のようにプラズマイオン
となるアルゴン、ヘリウム等の不活性ガスが好ましい。
しかし、水素、窒素、空気などのガスから適宜選択して
用いることも可能である。
【００１０】
【作用】本発明のレーザ加工ヘッドを用いると、レーザ
光とプラズマジェットを同軸状で照射することによっ
て、プラズマジェットは、レーザ光によるレーザ誘起プ
ラズマの発生により安定する。そして、レーザ光はプラ
ズマジェットにより補強されて広範な熱源となり、この
結果レーザ溶接のみの場合に発生していたポロシティが
無くなり、高精度で、かつ強力な溶接、切断、ガウジン
グ等の加工が行われる。
光とプラズマジェットを同軸状で照射することによっ
て、プラズマジェットは、レーザ光によるレーザ誘起プ
ラズマの発生により安定する。そして、レーザ光はプラ
ズマジェットにより補強されて広範な熱源となり、この
結果レーザ溶接のみの場合に発生していたポロシティが
無くなり、高精度で、かつ強力な溶接、切断、ガウジン
グ等の加工が行われる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例
に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相
対的配置等は特に特定的な記載がないかぎりは、この発
明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例
にすぎない。図１には本発明の実施形態に係るレーザ加
工ヘッドが符号１０で示されており、光ファイバー２、
ファイバコネクタ３を経てレーザ発振器であるＹＡＧレ
ーザ発振器１に接続している。さらに、レーザ加工ヘッ
ド１０は光学系としての全反射ミラー４と集光レンズ５
ａ〜５ｇからなる集光レンズ光学系５を内蔵して先端部
６に開口する。さらに、この開口部の最先端には、保護
ガラス９が取り付けられている。また、前記全反射ミラ
ー４を冷却するミラーガス（アルゴンガス）供給路７
と、集光レンズ５ａ〜５ｇを冷却するレンズガス供給路
８とがレーザ加工ヘッド１０に設けられている。
適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例
に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相
対的配置等は特に特定的な記載がないかぎりは、この発
明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例
にすぎない。図１には本発明の実施形態に係るレーザ加
工ヘッドが符号１０で示されており、光ファイバー２、
ファイバコネクタ３を経てレーザ発振器であるＹＡＧレ
ーザ発振器１に接続している。さらに、レーザ加工ヘッ
ド１０は光学系としての全反射ミラー４と集光レンズ５
ａ〜５ｇからなる集光レンズ光学系５を内蔵して先端部
６に開口する。さらに、この開口部の最先端には、保護
ガラス９が取り付けられている。また、前記全反射ミラ
ー４を冷却するミラーガス（アルゴンガス）供給路７
と、集光レンズ５ａ〜５ｇを冷却するレンズガス供給路
８とがレーザ加工ヘッド１０に設けられている。
【００１２】一方、プラズマアーク発生用のプラズマ加
工ヘッド２０が、前記のレーザ加工ヘッド１０の先端部
６にこのレーザ加工ヘッド１０と同軸状に装着されてい
る。また、プラズマ加工ヘッド２０はプラズマ装置１５
に接続された陰極パワーケーブル１６と陽極パワーケー
ブル１７に接続されている。この陰極パワーケーブル１
６と陽極パワーケーブル１７は、プラズマ加工ヘッド２
０に組み込まれた絶縁体２１、２２、２３を介してタン
グステン陰極ノズル２４とタングステン陽極ノズル２５
にそれぞれ接続している。そして、タングステン陰極ノ
ズル２４とタングステン陽極ノズル２５の先端は被加工
部である母材１３の被加工位置１４に向けて開口すると
ともに、タングステン陰極ノズル２４とタングステン陽
極ノズル２５の内側面２６、２７はレーザ光１１の集束
部１２を構成し、母材１３の被加工位置１４に対向して
いる。
工ヘッド２０が、前記のレーザ加工ヘッド１０の先端部
６にこのレーザ加工ヘッド１０と同軸状に装着されてい
る。また、プラズマ加工ヘッド２０はプラズマ装置１５
に接続された陰極パワーケーブル１６と陽極パワーケー
ブル１７に接続されている。この陰極パワーケーブル１
６と陽極パワーケーブル１７は、プラズマ加工ヘッド２
０に組み込まれた絶縁体２１、２２、２３を介してタン
グステン陰極ノズル２４とタングステン陽極ノズル２５
にそれぞれ接続している。そして、タングステン陰極ノ
ズル２４とタングステン陽極ノズル２５の先端は被加工
部である母材１３の被加工位置１４に向けて開口すると
ともに、タングステン陰極ノズル２４とタングステン陽
極ノズル２５の内側面２６、２７はレーザ光１１の集束
部１２を構成し、母材１３の被加工位置１４に対向して
いる。
【００１３】また、作動ガスであるプラズマガスを供給
する作動ガス供給路１９が、タングステン陰極ノズル２
４とタングステン陽極ノズル２５の間に開口している。
次に本発明の実施の形態にかかるレーザ加工ヘッド１０
の作動状態を被加工部である母材１３の溶接を行う場合
を例にして説明する。先ず、ＹＡＧレーザ発振器１で発
生し、発振されたレーザ光１１を光ファイバー２とファ
イバコネクタ３を経てレーザ加工ヘッド１０に導く。次
いで、レーザ光１１を全反射ミラー４で屈折させ、集光
レンズ光学系５に案内する。集光レンズ光学系５の各レ
ンズ５ａ〜５ｇは、前記の屈折させたレーザ光１１を母
材１３の被加工位置１４に集束させる。
する作動ガス供給路１９が、タングステン陰極ノズル２
４とタングステン陽極ノズル２５の間に開口している。
次に本発明の実施の形態にかかるレーザ加工ヘッド１０
の作動状態を被加工部である母材１３の溶接を行う場合
を例にして説明する。先ず、ＹＡＧレーザ発振器１で発
生し、発振されたレーザ光１１を光ファイバー２とファ
イバコネクタ３を経てレーザ加工ヘッド１０に導く。次
いで、レーザ光１１を全反射ミラー４で屈折させ、集光
レンズ光学系５に案内する。集光レンズ光学系５の各レ
ンズ５ａ〜５ｇは、前記の屈折させたレーザ光１１を母
材１３の被加工位置１４に集束させる。
【００１４】一方、プラズマ加工ヘッド２０には、プラ
ズマ装置１５から陰極パワーケーブル１６と陽極パワー
ケーブル１７を経てタングステン陰極ノズル２４とタン
グステン陽極ノズル２５に給電し、両タングステン電極
ノズル２４、２５の間にプラズマアーク２８を飛ばす。
そして、それを囲むように作動ガスであるプラズマガス
（具体的にはアルゴンガス）２９を作動ガス供給路１９
から旋回流として送り込む。すると、プラズマガス２
９、プラズマアーク２８の熱で電離して、イオンと電子
が混在した導電性のガス体である高温のプラズマとな
り、タングステン陰極ノズル２４とタングステン陽極ノ
ズル２５の間から、約（２〜３）×１０4 ｋの高温プラ
ズマジェット３０が噴出する。この場合、集光レーザ光
１１とプラズマジェット３０とが母材１３の被加工位置
１４に集束して照射し、母材１３の被加工位置１４が早
期に加熱溶融されて高速度溶接がなされる。ちなみに、
本実施形態によれば、最大２ｍ／ｍｉｎまでの高速度溶
接が可能である。
ズマ装置１５から陰極パワーケーブル１６と陽極パワー
ケーブル１７を経てタングステン陰極ノズル２４とタン
グステン陽極ノズル２５に給電し、両タングステン電極
ノズル２４、２５の間にプラズマアーク２８を飛ばす。
そして、それを囲むように作動ガスであるプラズマガス
（具体的にはアルゴンガス）２９を作動ガス供給路１９
から旋回流として送り込む。すると、プラズマガス２
９、プラズマアーク２８の熱で電離して、イオンと電子
が混在した導電性のガス体である高温のプラズマとな
り、タングステン陰極ノズル２４とタングステン陽極ノ
ズル２５の間から、約（２〜３）×１０4 ｋの高温プラ
ズマジェット３０が噴出する。この場合、集光レーザ光
１１とプラズマジェット３０とが母材１３の被加工位置
１４に集束して照射し、母材１３の被加工位置１４が早
期に加熱溶融されて高速度溶接がなされる。ちなみに、
本実施形態によれば、最大２ｍ／ｍｉｎまでの高速度溶
接が可能である。
【００１５】かかる本実施形態によれば、高速度溶接を
行っても、集光されたレーザ光１１とプラズマジェット
３０とが母材１３の被加工位置１４に集束して照射する
ことにより、レーザ光１１がレーザ誘起プラズマを発生
し、このレーザ誘起プラズマがプラズマジェット３０を
集光レーザ光１１の照射部へ安定的に導くことになり、
プラズマジェット３０がふらつくことなく安定した溶接
が行われる。そして、開先狙い精度の裕度がレーザ光単
体の場合よりも大きくなる。さらに、本実施形態のレー
ザ加工装置によれば１パス溶接が可能な板厚は、従来の
プラズマ溶接では３〜４ｍｍであったのに対し、本実施
形態のＹＡＧレーザによれば１０ｍｍと大幅な深い溶け
込みが達成される。
行っても、集光されたレーザ光１１とプラズマジェット
３０とが母材１３の被加工位置１４に集束して照射する
ことにより、レーザ光１１がレーザ誘起プラズマを発生
し、このレーザ誘起プラズマがプラズマジェット３０を
集光レーザ光１１の照射部へ安定的に導くことになり、
プラズマジェット３０がふらつくことなく安定した溶接
が行われる。そして、開先狙い精度の裕度がレーザ光単
体の場合よりも大きくなる。さらに、本実施形態のレー
ザ加工装置によれば１パス溶接が可能な板厚は、従来の
プラズマ溶接では３〜４ｍｍであったのに対し、本実施
形態のＹＡＧレーザによれば１０ｍｍと大幅な深い溶け
込みが達成される。
【００１６】なお、レンズガス８とミラーガス７とは全
反射ミラー４と集光レンズ系５を冷却しつつ、溶接時の
母材１３の溶接部である被加工位置１４のシールドを行
う。そして、保護ガラス９は、集光レンズ系５よりも先
端側に位置しているので、溶接時に生じるヒュームやス
パッタ等による汚れは、保護ガラス９に付着することが
あっても、レンズ５には付着することはなく、レンズ５
を汚れから確実に防止される。また、保護ガラス９の汚
れが進行したら、クリーニングしたり交換する。さら
に、本実施の形態のレーザ加工ヘッド１０を用いて鉄鋼
製品をレーザ切断する場合には、レーザ光単体では到底
不可能であった切断速度が１０００ｍｍ／ｍｉｎで、３
０〜５０ｍｍの板厚まで高速度で切断可能となり、しか
もドロス（スラグ）の発生がプラズマジェット３０によ
り抑制されることになり、高精度の切断がなされる。
反射ミラー４と集光レンズ系５を冷却しつつ、溶接時の
母材１３の溶接部である被加工位置１４のシールドを行
う。そして、保護ガラス９は、集光レンズ系５よりも先
端側に位置しているので、溶接時に生じるヒュームやス
パッタ等による汚れは、保護ガラス９に付着することが
あっても、レンズ５には付着することはなく、レンズ５
を汚れから確実に防止される。また、保護ガラス９の汚
れが進行したら、クリーニングしたり交換する。さら
に、本実施の形態のレーザ加工ヘッド１０を用いて鉄鋼
製品をレーザ切断する場合には、レーザ光単体では到底
不可能であった切断速度が１０００ｍｍ／ｍｉｎで、３
０〜５０ｍｍの板厚まで高速度で切断可能となり、しか
もドロス（スラグ）の発生がプラズマジェット３０によ
り抑制されることになり、高精度の切断がなされる。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザ加
工ヘッドによれば、レーザ加工ヘッドの先端部に、プラ
ズマ加工ヘッドをレーザ加工ヘッドに設けた光学系と同
軸状に取り付け、レーザ光とプラズマジェットとを同一
被加工部に向けて照射することを可能としたので、レー
ザ光とプラズマアークの長所を生かせることになり、以
下のような効果を奏する。 ａ）溶接時の開先狙い精度の裕度を、通常の溶接の場合
なみに拡げることができる。 ｂ）レーザ溶接の特長の一つである高速度溶接の可能性
がレーザ溶接だけの場合よりも大幅に向上する。 ｃ）レーザ切断、レーザ溶接等の各種の熱加工を同一ヘ
ッドで実施できるうえ、加工対象に応じて加工ヘッドは
そのままとして、例えばレーザ切断、プラズマ切断等の
用途に応じて使い分けることができる。 ｄ）レーザ溶接に不活性ガスを用いても、問題となるポ
ロシティの発生を抑制することができる。 ｅ）レーザ切断では、レーザ光単体では不可能な厚板の
切断が可能となる。
工ヘッドによれば、レーザ加工ヘッドの先端部に、プラ
ズマ加工ヘッドをレーザ加工ヘッドに設けた光学系と同
軸状に取り付け、レーザ光とプラズマジェットとを同一
被加工部に向けて照射することを可能としたので、レー
ザ光とプラズマアークの長所を生かせることになり、以
下のような効果を奏する。 ａ）溶接時の開先狙い精度の裕度を、通常の溶接の場合
なみに拡げることができる。 ｂ）レーザ溶接の特長の一つである高速度溶接の可能性
がレーザ溶接だけの場合よりも大幅に向上する。 ｃ）レーザ切断、レーザ溶接等の各種の熱加工を同一ヘ
ッドで実施できるうえ、加工対象に応じて加工ヘッドは
そのままとして、例えばレーザ切断、プラズマ切断等の
用途に応じて使い分けることができる。 ｄ）レーザ溶接に不活性ガスを用いても、問題となるポ
ロシティの発生を抑制することができる。 ｅ）レーザ切断では、レーザ光単体では不可能な厚板の
切断が可能となる。
【図１】本発明の一実施形態であるレーザ加工ヘッドの
断面図である。
断面図である。
１ レーザ発振器
４ 全反射ミラー
５ レンズ光学系
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｇ 集光レン
ズ ６ レーザ加工ヘッドの先端部 １０ レーザ加工ヘッド １１ レーザ光 １３ 母材（被加工部） １４ 被加工位置 １５ プラズマ装置 １９ 作動ガス供給路 ２０ プラズマ加工ヘッド ２４ タングステン陰極ノズル（電極ノズル） ２５ タングステン陽極ノズル（電極ノズル） ２８ プラズマアーク ２９ プラズマガス ３０ プラズマジェット
ズ ６ レーザ加工ヘッドの先端部 １０ レーザ加工ヘッド １１ レーザ光 １３ 母材（被加工部） １４ 被加工位置 １５ プラズマ装置 １９ 作動ガス供給路 ２０ プラズマ加工ヘッド ２４ タングステン陰極ノズル（電極ノズル） ２５ タングステン陽極ノズル（電極ノズル） ２８ プラズマアーク ２９ プラズマガス ３０ プラズマジェット
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 清水 克祐
東京都千代田区丸の内二丁目５番１号
三菱重工業株式会社本社内
(56)参考文献 特開 昭60−154894（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−234783（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−106688（ＪＰ，Ａ)
実開 平４−26687（ＪＰ，Ｕ)
実開 昭60−151686（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B23K 26/06
B23K 10/00
B23K 26/00
B23K 28/02
Claims (4)
- 【請求項１】 レーザ発振器から発振されたレーザ光を
反射ミラーの下流側に集光レンズ系を介して加工位置に
集束させる光学系を備えるレーザ加工ヘッドの先端部
に、プラズマ加工ヘッドを前記光学系の光軸とほぼ同軸
状に取り付け、さらに前記プラズマ加工ヘッドには、プ
ラズマ装置に接続し、陰極ノズル側面と陽極ノズル側面
との間隔を被加工部に近づくに従い狭くした電極ノズル
と、この電極ノズルに接続する作動ガス供給路とを設け
て、レーザ光とプラズマアークとを同一被加工部に集束
させて照射可能に構成したことを特徴とするレーザ加工
ヘッド。 - 【請求項２】 前記光学系の最上流側にレーザ発振器よ
り発振されたレーザを前記光軸に変向させる全反射ミラ
ーを配置させるとともに、該発振側のレーザ出射位置
と、反射ミラー及び光軸上に位置する集光光学系部に挟
まれるレーザ変向空間にガスを流して反射ミラーと光学
系の冷却を行い、且つ該ガスによって被加工位置をシー
ルドすることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工ヘ
ッド。 - 【請求項３】 前記プラズマ加工ヘッドと前記光学系と
の間に、保護ガラスを配置し、溶接時に生じるヒューム
やスパッタ等による汚れが該光学系に付着することを防
止したことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工ヘッ
ド。 - 【請求項４】 前記レーザ変向空間に流すガスが、レン
ズガス供給路を介して反射ミラー取り付け面側に設けた
開口より供給されるレンズガスと、前記発振レーザを反
射ミラーに導くために、ミラーガス供給路を介してレー
ザ加工ヘッド側面に固設されたファイバコネクタ周囲側
よりレーザ変向空間に供給されるミラーガスである請求
項２記載のレーザ加工ヘッド。
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| JP03974697A JP3392683B2 (ja) | 1997-02-10 | 1997-02-10 | レーザ加工ヘッド |
| EP98114119A EP0976488A1 (en) | 1997-02-10 | 1998-07-28 | Laser machining head |
| US09/126,741 US6172323B1 (en) | 1997-02-10 | 1998-07-31 | Combined laser and plasma arc welding machine |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03974697A JP3392683B2 (ja) | 1997-02-10 | 1997-02-10 | レーザ加工ヘッド |
| EP98114119A EP0976488A1 (en) | 1997-02-10 | 1998-07-28 | Laser machining head |
| US09/126,741 US6172323B1 (en) | 1997-02-10 | 1998-07-31 | Combined laser and plasma arc welding machine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10216979A JPH10216979A (ja) | 1998-08-18 |
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Family
ID=27239123
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03974697A Expired - Fee Related JP3392683B2 (ja) | 1997-02-10 | 1997-02-10 | レーザ加工ヘッド |
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| EP (1) | EP0976488A1 (ja) |
| JP (1) | JP3392683B2 (ja) |
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| FR2813031B1 (fr) * | 2000-08-21 | 2003-01-24 | Air Liquide | Procede et installation de soudage hybride laser-arc utilisant un laser a diodes de puissance |
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| FR2829415B1 (fr) * | 2001-09-13 | 2003-10-31 | Air Liquide | Procede d'amorcage de l'arc electrique en soudage hybride laser-arc |
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| WO2013133415A1 (ja) | 2012-03-09 | 2013-09-12 | 株式会社トヨコー | レーザー照射装置、レーザー照射システム及び塗膜又は付着物除去方法 |
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| DE102021130466A1 (de) * | 2021-11-22 | 2023-05-25 | Plasmatreat Gmbh | Vorrichtung zur bearbeitung einer oberfläche eines werkstücks mit einem laserstrahl |
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| US4377735A (en) * | 1981-05-28 | 1983-03-22 | Nippon Steel Corporation | Laser working treatment process capable of controlling the form of heated portion of a steel material |
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| JPS60216989A (ja) * | 1984-04-10 | 1985-10-30 | Mitsubishi Electric Corp | レ−ザビ−ム加工装置 |
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| US5700989A (en) * | 1994-12-30 | 1997-12-23 | Dykhno; Igor S. | Combined laser and plasma arc welding torch |
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| DE19605018A1 (de) * | 1996-01-31 | 1997-08-07 | Inpro Innovations Gmbh | Verfahren zum Überwachen der Verschmutzung eines Schutzglases einer Laserschweißoptik beim Laserschweißen und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens |
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1997
- 1997-02-10 JP JP03974697A patent/JP3392683B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-07-28 EP EP98114119A patent/EP0976488A1/en not_active Ceased
- 1998-07-31 US US09/126,741 patent/US6172323B1/en not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH10216979A (ja) | 1998-08-18 |
| US6172323B1 (en) | 2001-01-09 |
| EP0976488A1 (en) | 2000-02-02 |
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