[发明专利]激光狭槽焊接装置以及焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用激光对厚板进行堆焊的堆焊装置以及焊接方法。

背景技术

对钢铁材料、镍基合金等厚板一般以如下方法进行焊接，在焊接部位形成槽，一边供给焊丝、焊条等焊料一边通过多焊层的堆焊来填槽，但是，由于随着板厚的增加，槽的剖面积增加，存在由焊层数的增加而导致生产效率降低、由变形、焊接扭曲的增大而导致焊接质量降低等问题。

因此，开发了使槽狭窄而降低必需的熔积(溶着)金属量的狭槽焊接方法，致力于针对热源提高电弧的定向性或使用聚焦性高的激光等来应对狭槽化。尤其是通过近年来振荡器的进步，输出、聚焦性的提高变得显著，例如在专利文献1中记载的使得在原有的电弧热源中不可能的狭槽化成为可能。

【专利文献1】日本特开平09-201687号公报

发明内容

由于在利用上述激光的狭槽焊接中能量的集中性高，因此通常较之电弧焊接，形成的焊道的宽度变小。另一方面，槽的形状以避开与激光相干涉的方式决定，由于激光从聚焦透镜以相应于透镜的焦点距离的一定聚光角度照射到槽的底部，因此随着焊接部位的板厚增加、槽变深，必需的槽的上部宽度也扩大。因此存在以下问题，即使在槽的下部每一层可进行一焊层完整的焊接，但随着在槽的上部进一步地层积，在槽的壁和焊道之间易产生熔合不良。

另外，在激光狭槽焊接中，存在以下问题，由于槽的宽度小，因此焊丝、焊条等固体焊料的进给容易在向槽侧壁方向偏移的状态下进行，向侧壁方向偏移而形成的熔积部在进行下一层焊接时成为进给焊料的障碍从而阻碍进行完整的焊接。

另外存在以下问题，在激光狭槽焊接中，由激光的照射产生的金属蒸气充满狭槽内，激光散射而使得向焊接部的热输入功率降低。本发明以解决上述原有技术的缺点作为课题。

本发明为一种激光狭槽焊接装置，一边向狭槽内进给固体焊料一边在焊接进行方向上扫描激光，在形成于上述槽底部的熔池使固体焊料和被焊接材料熔融从而进行焊接；其特征在于，上述激光狭槽焊接装置具有激光照射头和焊料控制装置；上述激光照射头，使上述槽底部的激光照射量周期性地变化；上述焊料控制装置，具有向上述熔池供给固体焊料的固体焊料供给部和检测固体焊料的前端位置的位置检测装置，并独立于上述激光照射头的动作地进行固体焊料的位置调整，使得固体焊料前端位于槽中央。

另外，上述激光照射头，使上述槽底部的上述激光的照射位置与槽底部平行地以规定振幅周期性地摆动。

另外，上述焊料控制装置，与使激光的照射位置在上述槽底部摆动的周期同步，使由上述固体焊料供给部供给的固体焊料的供给速度周期性地变化。

另外，上述激光照射头，使激光聚光点的尺寸在槽的底部在规定的尺寸范围内周期性地变化。

另外，上述焊料控制装置，与使激光聚光点的尺寸在上述槽的底部变化的周期同步，使由上述固体焊料供给部供给的固体焊料的供给速度周期性地变化。

另外，上述激光狭槽焊接装置具有包括内侧管嘴和外侧管嘴的保护气体供给装置，上述内侧管嘴将插入上述槽中的前端和激光聚光点的中心之间的距离保持为规定的间隔，并且，向上述熔池喷出保护气体，上述外侧管嘴内包上述内侧管嘴而形成双层管结构、向上述熔池的周围喷出保护气体。

另外，上述激光狭槽焊接装置具有保护气体供给装置，该保护气体供给装置的上述外侧管嘴位于槽的外部，上述外侧管嘴前端和槽上部之间的距离维持为规定的间隔。

再有，一种激光狭槽焊接方法，一边向狭槽内进给固体焊料一边在焊接进行方向上扫描激光，在形成于上述槽底部的熔池使固体焊料和被焊接材料熔融从而进行焊接；其特征在于，使上述槽底部的激光照射量周期性地变化，检测固体焊料的前端位置，并独立于上述激光照射头的动作地进行固体焊料的位置调整，使得固体焊料前端位于槽中央。

再有，使上述槽底部的上述激光的照射位置与槽底部平行地以规定振幅周期性地摆动。

再有，与使激光的照射位置在上述槽底部摆动的周期同步，使由上述固体焊料供给部供给的固体焊料的供给速度周期性地变化。

再有，使激光聚光点的尺寸在槽底部在规定的尺寸范围内周期性地变化。

再有，与使激光聚光点的尺寸在槽底部变化的周期同步，使由上述固体焊料供给部供给的固体焊料的供给速度周期性地变化。

再有，上述激光狭槽焊接方法具有以下保护气体供给方法，将插入槽中的前端和激光聚光点的中心之间的距离保持为规定的间隔，并且，向上述熔池喷出保护气体，而且向上述熔池的周围喷出保护气体。