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公開番号2025099070
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-03
出願番号2023215433
出願日2023-12-21
発明の名称レーザ溶接装置、およびレーザ溶接方法
出願人株式会社東芝
代理人弁理士法人iX
主分類B23K 26/00 20140101AFI20250626BHJP(工作機械;他に分類されない金属加工)
要約【課題】溶接部の内部の状態を容易に知ることができるレーザ溶接装置、およびレーザ溶接方法を提供することである。
【解決手段】実施形態に係るレーザ溶接装置は、部材の溶接位置にレーザ光を照射するレーザ照射部と、前記部材の溶接位置にシールドガスを供給するシールドガス供給部と、前記レーザ光が前記部材の溶接位置に照射されることで形成された溶融池の画像を撮影する撮影部と、撮影された前記溶融池の画像に基づいて、前記溶融池が硬化することで形成された溶接部の内部の状態を推定するコントローラと、を備えている。前記コントローラは、前記溶融池の表面の輝度の変化量の分散、前記溶融池の表面におけるスパッタの数、および、前記溶融池の表面における気泡の数、の少なくともいずれかに基づいて、前記溶接部の内部の状態を推定する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
部材の溶接位置にレーザ光を照射するレーザ照射部と、
前記部材の溶接位置にシールドガスを供給するシールドガス供給部と、
前記レーザ光が前記部材の溶接位置に照射されることで形成された溶融池の画像を撮影する撮影部と、
撮影された前記溶融池の画像に基づいて、前記溶融池が硬化することで形成された溶接部の内部の状態を推定するコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、前記溶融池の表面の輝度の変化量の分散、前記溶融池の表面におけるスパッタの数、および、前記溶融池の表面における気泡の数、の少なくともいずれかに基づいて、前記溶接部の内部の状態を推定するレーザ溶接装置。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記コントローラは、推定された前記溶接部の内部の状態に基づいて、前記溶接部の不良判定を行い、前記溶接部に不良があると判定した場合には、前記レーザ照射部を制御して、不良があると判定された前記溶接部に前記レーザ光を照射して前記溶接部を溶融する請求項１記載のレーザ溶接装置。
【請求項３】
前記シールドガス供給部は、前記シールドガスの供給位置、前記シールドガスの供給範囲、前記シールドガスの圧力、前記シールドガスの流量、および前記シールドガスの種類、の少なくともいずれかを調整可能であり、
前記コントローラは、推定された前記溶接部の内部の状態に基づいて、前記溶接部の不良判定を行い、前記溶接部に不良があると判定した場合には、前記シールドガス供給部を制御して、前記調整を行い、前記シールドガスによる、前記部材の溶接位置におけるシールドの適正化を実行する請求項１または２に記載のレーザ溶接装置。
【請求項４】
前記コントローラは、前記溶接部を溶融する際に、溶融された前記溶接部が前記部材に到達するようにする請求項２記載のレーザ溶接装置。
【請求項５】
シールドガスが供給されている、部材の溶接位置にレーザ光を照射する工程と、
前記レーザ光が照射されることで形成された溶融池の画像を撮影する工程と、
撮影された前記溶融池の画像に基づいて、前記溶融池が硬化することで形成された溶接部の内部の状態を推定する工程と、
を備え、
前記溶接部の内部の状態を推定する工程において、前記溶融池の表面の輝度の変化量の分散、前記溶融池の表面におけるスパッタの数、および、前記溶融池の表面における気泡の数、の少なくともいずれかに基づいて、前記溶接部の内部の状態を推定するレーザ溶接方法。
【請求項６】
推定された前記溶接部の内部の状態に基づいて、前記溶接部の不良判定を行う工程と、
前記溶接部の不良判定を行う工程において、不良があると判定された場合には、不良があると判定された前記溶接部に前記レーザ光を照射して前記溶接部を溶融する工程と、
をさらに備えた請求項５記載のレーザ溶接方法。
【請求項７】
推定された前記溶接部の内部の状態に基づいて、前記溶接部の不良判定を行う工程と、
前記溶接部の不良判定を行う工程において、不良があると判定された場合には、前記シールドガスの供給位置、前記シールドガスの供給範囲、前記シールドガスの圧力、前記シールドガスの流量、および前記シールドガスの種類、の少なくともいずれかを調整して、前記シールドガスによる、前記部材の溶接位置におけるシールドの適正化を実行する工程と、
をさらに備えた請求項５または６に記載のレーザ溶接方法。
【請求項８】
前記溶接部を溶融する工程において、溶融された前記溶接部が前記部材に到達するようにする請求項６記載のレーザ溶接方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、レーザ溶接装置、およびレーザ溶接方法に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば、２つの部材を並べて、一方の部材の端部と、これに隣接する他方の部材の端部とにレーザ光を照射して、２つの部材の端部同士を溶接する場合がある。
【０００３】
ここで、部材の溶接位置には、窒素ガスなどのシールドガスが供給されて、部材の溶接位置がシールドされる。ところが、環境にある気体（例えば、空気）がシールドガスに混入して、レーザ光が照射されることで形成された溶融池に巻き込まれる場合がある。溶融池に気体が巻き込まれると、溶接部の内部にブローホールが発生する場合がある。ブローホールが溶接部の内部にあると、溶接部の実質的な断面積が減少することになるので、溶接部の引張強度が低下したり、溶接部の引張強度がばらついたりする。この場合、溶接部の内部の状態を確認するために、Ｘ線を用いた測定や、溶接部の切断などを行えば、手間と時間がかかるという新たな問題が生じる。
【０００４】
また、溶接部の欠陥を検出する技術として、ＣＣＤカメラなどを用いて溶接部の外観寸法を測定する技術が提案されている。しかしながら、溶接部の外観寸法を測定しても、溶接部の内部の状態を知ることはできない。
【０００５】
そこで、溶接部の内部の状態を容易に知ることができる技術の開発が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２００８－２４６５３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、溶接部の内部の状態を容易に知ることができるレーザ溶接装置、およびレーザ溶接方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態に係るレーザ溶接装置は、部材の溶接位置にレーザ光を照射するレーザ照射部と、前記部材の溶接位置にシールドガスを供給するシールドガス供給部と、前記レーザ光が前記部材の溶接位置に照射されることで形成された溶融池の画像を撮影する撮影部と、撮影された前記溶融池の画像に基づいて、前記溶融池が硬化することで形成された溶接部の内部の状態を推定するコントローラと、を備えている。前記コントローラは、前記溶融池の表面の輝度の変化量の分散、前記溶融池の表面におけるスパッタの数、および、前記溶融池の表面における気泡の数、の少なくともいずれかに基づいて、前記溶接部の内部の状態を推定する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本実施の形態に係るレーザ溶接装置を例示するための模式図である。
２つの線状部材の端部のレーザ溶接を例示するための模式図である。
（ａ）、（ｂ）は、ブローホールを例示するための写真である。
シールドガスに混入した空気の割合と、ブローホールの発生数との関係を例示するためのグラフである。
ブローホールの発生を確認する方法を例示するための写真である。
溶融池の表面の輝度を例示するための写真である。
溶融池の表面の輝度の変化量を例示するためのグラフである。
輝度の変化量の分散と、ブローホールの数との間の関係を例示するためのグラフである。
スパッタを例示するための写真である。
スパッタの数と、ブローホールの数との間の関係を例示するためのグラフである。
気泡の数と、ブローホールの数との間の関係を例示するためのグラフである。
リワークされた溶接部の断面を例示するための写真である。
リワークの効果を例示するためのグラフである。
リワークを行う際のレーザ光の照射位置の移動経路を例示するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
（【００１１】以降は省略されています）

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