[go: up one dir, main page]

JP2002103077A - 水中レーザ補修溶接装置および水中レーザ補修方法 - Google Patents

水中レーザ補修溶接装置および水中レーザ補修方法

Info

Publication number
JP2002103077A
JP2002103077A JP2000295818A JP2000295818A JP2002103077A JP 2002103077 A JP2002103077 A JP 2002103077A JP 2000295818 A JP2000295818 A JP 2000295818A JP 2000295818 A JP2000295818 A JP 2000295818A JP 2002103077 A JP2002103077 A JP 2002103077A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
welding
laser repair
underwater laser
underwater
processing head
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2000295818A
Other languages
English (en)
Other versions
JP4155489B2 (ja
Inventor
Masaki Tamura
雅貴 田村
Seiichiro Kimura
盛一郎 木村
Yuuichi Motoyoshi
裕一 元良
Hidenori Takahashi
英則 高橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2000295818A priority Critical patent/JP4155489B2/ja
Priority to EP01122593A priority patent/EP1199127B1/en
Priority to DE60133072T priority patent/DE60133072T2/de
Priority to US09/965,122 priority patent/US6946618B2/en
Publication of JP2002103077A publication Critical patent/JP2002103077A/ja
Priority to US10/763,336 priority patent/US7759601B2/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4155489B2 publication Critical patent/JP4155489B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • B23K26/14—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
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • 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
    • B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • 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
    • B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • B23K26/032—Observing, e.g. monitoring, the workpiece using optical means
    • 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
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0648—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising lenses
    • 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
    • B23K26/0665—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by beam condensation on the workpiece, e.g. for focusing
    • 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
    • B23K26/12—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure
    • B23K26/1224—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure in vacuum
    • 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
    • B23K26/12—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure
    • B23K26/123—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure in an atmosphere of particular gases
    • 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
    • B23K26/14—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

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】ワーク上の溶接個所における気体環境を安定的
に形成し、また、溶接ワイヤを円滑に安定的に供給して
高品質の水中レーザ補修溶接を行うことのできる水中レ
ーザ補修溶接装置および水中レーザ補修方法を提供す
る。 【解決手段】レーザ発振器およびシールドガス供給源に
接続され水中に浸漬された被補修物６の部材面上に移動
可能に設置される加工ヘッド１を備え、この加工ヘッド
１は、溶接ワイヤ８の供給源20および供給系21，22，23
と、レーザ光５を集束し前記部材面上の溶接個所31に照
射する光学系３と、シールドガス10、レーザ光５および
溶接ワイヤ８の出口において前記部材面とのあいだに気
体環境を形成するノズル29とを備えた構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、原子炉の構造物な
どの部材に欠陥が発生した場合に、健全性回復のために
レーザ光を用いて水中で補修溶接をおこなう水中レーザ
補修溶接装置および水中レーザ補修方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、原子炉の構造物などの部材に欠陥
が発生した場合には、その部材全体を交換するか、ある
いは補強金具の設置などの方法が取られている。また、
欠陥自体の補修方法としては、ＹＡＧ溶接が検討されて
おり、とくに原子炉内の水を抜かずに補修する方法が要
求されることが多い。
【０００３】このような欠陥は、早期に補修することが
必要であり、グラインダー等によって欠陥を完全に除去
した後に肉盛り等の補修溶接を行うことが望ましい。ま
た、原子炉の構造物などにおいて欠陥の成長を抑制する
には環境雰囲気と隔離させることが最低限の条件である
ため、構造欠陥が確認できれば、構造物表面の開口欠陥
の封止も有効な手段となる。上記欠陥の補修を目的とし
水中で行うレーザ光を用いた補修溶接の技術は、特開平
９−10977号公報、特開平10−180476号公報等に開示さ
れている。
【０００４】図８に、従来の水中レーザ溶接装置の例を
示す。すなわち、円筒状の加工ヘッド１内には、複数枚
のレンズ２からなる光学系３が保持されており、光ファ
イバ４により加工ヘッド１まで伝送されたレーザ光５
が、光学系３によって集光されて加工ヘッド１の先端か
ら配管等のワーク（被補修物）６の溶接部に向け照射さ
れるようになっている。
【０００５】また、加工ヘッド１のケーシング先端を、
レーザスポット付近まで延びる先細り形状のノズル７と
して形成し、溶接ワイヤ８をレーザスポットに案内する
ワイヤ供給路９と、ガス供給源から供給されるシールド
ガス10を前記ノズル７内に供給するためのガス流路11と
をおのおの穿設している。
【０００６】そして、外部のＹＡＧレーザ発振器によっ
て発振された前記レーザ光５を、前記光ファイバ４を介
して水12中の前記加工ヘッド１に導き、この加工ヘッド
１内の光学系３を介して集光したレーザ光５を加工ヘッ
ド１先端から水12中のワーク６の溶接部に向けて照射し
て溶接作業を行う際に、加工ヘッド１の外部にあるワイ
ヤ供給装置から供給される溶接ワイヤが加工ヘッド１の
ケーシングに穿設されたワイヤ供給路９を通してレーザ
スポットに案内される。
【０００７】また、外部のガスボンベから供給されるシ
ールドガス10が、加工ヘッド１のケーシングに穿設され
たガス流路11を通してノズル７内に供給され、ノズル７
の先端からレーザスポットに向け噴射され、ワーク６の
溶接部周囲がシールドガス10により局所的に強制排水さ
れて溶接可能な状態とされる。また、溶接ワイヤ８はシ
ールドガス10によりドライ状態に保持される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の水
中レーザ溶接装置においては、レーザスポットに溶接ワ
イヤ８を供給するための供給装置が加工ヘッド１から遠
く離れた位置にある。そのため、溶接ワイヤ８がワイヤ
供給路９との摩擦で送りにくくなり、溶接ワイヤ８の供
給速度を上げることが困難になる。さらに、溶接ワイヤ
８がつまれば、溶接ワイヤ８の供給装置の近くで溶接ワ
イヤ８が座屈するおそれが高く、溶接ワイヤ８の安定供
給が難しい。
【０００９】さらに、この従来の装置では、水12中で溶
接施行するため、シールドガス10を連続的に供給しなが
ら、溶接個所の近傍で局所的に水を排出して気体環境13
を形成する。しかし、シールドガス10が気泡13ａを形成
して、水中に放出されるとき、気泡13ａに見合う体積だ
け水12が浸入するため、加工ヘッド１の先端のノズル７
の形状が鋭角でその内外径差が小さいと、気体環境13を
保持することが困難になる。とくに、横向きの姿勢で
は、気体環境13形成が困難である。
【００１０】また、従来の装置では、レーザ光５がワー
ク６に対して垂直に照射されるため、ワーク６からの反
射光により、光学系３を構成するレンズ２や光ファイバ
４を破壊するおそれが高い。
【００１１】また、ノズル７の端面とワーク６との間の
距離、すなわちノズルギャップは、気体環境13の形成と
溶接ビードの形成に影響を及ぼすが、ワーク６の凹凸に
合わせてノズル７端面を上下させて、ノズルギャップを
一定にするための機構がなく、水中レーザ補修溶接性が
安定しない一因となっている。さらに、従来の装置で
は、水12中での溶接施行であり溶接個所の確認が難し
い。
【００１２】本発明はかかる従来の事情に対処してなさ
れたものであり、ワーク上の溶接個所における気体環境
を安定的に形成し、また、溶接ワイヤを円滑に安定的に
供給して高品質の水中レーザ補修溶接を行うことのでき
る水中レーザ補修溶接装置および水中レーザ補修方法を
提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明の水中レーザ補修溶接装置は、レー
ザ発振器およびシールドガス供給源に接続され水中に浸
漬された被補修物の部材面上に移動可能に設置される加
工ヘッドを備え、この加工ヘッドは、溶接ワイヤの供給
源および供給系と、レーザ光を集束し前記部材面上の溶
接個所に照射する光学系と、シールドガス、レーザ光お
よび溶接ワイヤの出口において前記部材面とのあいだに
気体環境を形成するノズルとを備えた構成とする。この
構成の水中レーザ補修溶接装置を用いることにより、溶
接ワイヤの供給に不安定さがなく、安定した水中レーザ
補修溶接ができる。
【００１４】請求項２の発明は、請求項１の発明の水中
レーザ補修溶接装置において、ノズルは中心孔を有し、
内外径差1.5ｍｍ以上の円盤状である構成とする。この
構成の水中レーザ補修溶接装置を用いることにより、水
中において溶接個所近傍のみ局所的に安定して気体環境
を形成させることができ、安定した水中レーザ補修溶接
ができる。
【００１５】請求項３の発明は、ノズルは、被補修物の
部材面に対向する端面に三角形または矩形または円形の
円周溝を有する構成とする。この構成の水中レーザ補修
溶接装置を用いることにより、水中において溶接個所近
傍のみ局所的に安定して気体環境を形成させることがで
き、安定した水中レーザ補修溶接ができる。
【００１６】請求項４の発明は、ノズルの中心孔内部に
溶接ワイヤを導くワイヤチップを備えた構成とする。こ
の構成の水中レーザ補修溶接装置を用いることにより、
水中において局所的に形成させた気体環境に溶接ワイヤ
を供給することができ、安定した水中レーザ補修溶接が
できる。
【００１７】請求項５の発明は、請求項１の発明の水中
レーザ補修溶接装置において、光学系はレーザ光を被補
修物の部材面に対して斜めに照射する構成とする。この
構成の水中レーザ補修溶接装置を用いることにより、ワ
ークから加工ヘッド内部へのレーザ反射光を回避するこ
とができ、光学系の損傷を防いで安定した水中レーザ補
修溶接ができる。
【００１８】請求項６の発明は、請求項１の発明の水中
レーザ補修溶接装置において、レーザ発振器から加工ヘ
ッドへレーザ光を導く光ファイバの後方端面、または光
学系の集光レンズの後方に小さい内径を有するブッシュ
を設けた構成とする。この構成の水中レーザ補修溶接装
置を用いることにより、ワークから加工ヘッド内部への
レーザ反射光を回避することができ、光学系の損傷を防
いで安定した水中レーザ補修溶接ができる。
【００１９】請求項７の発明は、請求項１の発明の水中
レーザ補修溶接装置において、シールドガスは、光ファ
イバーを包囲するカバーの中を通してシールドガス供給
源から加工ヘッドに供給される構成とする。この構成の
水中レーザ補修溶接装置を用いることにより、シールド
ガスの安定供給ができ、安定した水中レーザ補修溶接が
できる。
【００２０】請求項８の発明は、請求項１の発明の水中
レーザ補修溶接装置において、光学系を構成するコリメ
ータレンズと集光レンズの間にダイクロイックミラーを
設け、このダイクロイックミラーの後方に撮像装置を設
けた構成とする。この構成の水中レーザ補修溶接装置を
用いることにより、ＣＣＤカメラ等の撮像装置により溶
接個所の状態を確認しながら水中レーザ補修溶接ができ
る。
【００２１】請求項９の発明は、請求項１の発明の水中
レーザ補修溶接装置において、加工ヘッドは、直交３軸
駆動または直交３軸及び回転２軸駆動の加工機によって
支持され変位駆動される構成とする。この構成の水中レ
ーザ補修溶接装置を用いることにより、加工ヘッドの位
置決めと移動ができ、安定した水中レーザ補修溶接が可
能である。
【００２２】請求項10の発明は、加工ヘッドは、被補修
物の部材面上を転動する倣いローラを備え、ばね機構を
介して加工機に取付けられている構成とする。この構成
の水中レーザ補修溶接装置を用いることにより、ノズル
と被補修物の部材表面とのギャップを一定にでき、安定
した水中レーザ補修溶接ができる。
【００２３】請求項11の発明は、水中に浸漬された被補
修物の部材表面のスラグを機械的に研磨除去する第１の
工程と、レーザ光を用いて前記部材表面の酸化皮膜を除
去する第２の工程と、前記部材表面にたいして水中レー
ザ補修溶接をおこなう第３の工程とを備えた構成とす
る。この方法を用いることにより、ワーク表面の状態に
よらず、安定した水中レーザ補修溶接をおこなうことが
できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下に本発明の第１の実施の形態
の水中レーザ補修溶接装置を図１を参照して説明する。
すなわち、加工ヘッド１の内部には、光ファイバ４と、
複数枚のコリメータレンズ15と集光レンズ16および屈折
ミラー17からなる光学系３と、溶接ワイヤ８を供給する
ワイヤ供給装置14とを備えている。
【００２５】光学系３は、光ファイバ４から出たレーザ
光５を、複数枚のコリメータレンズ15により平行光にし
て伝送し、溶接個所近傍で集光レンズ16により集光し、
最後に屈折ミラー17で屈折して、ワーク６表面にレーザ
光５を照射する。
【００２６】レーザ光５はワーク６に対して垂直にでは
なく、10°〜20°で傾けて照射し、反射光19が加工ヘッ
ド１内部に入ってくるのを回避する。さらに、光ファイ
バ４の後方端面、もしくは集光レンズ16の後方に細い内
径のブッシュ18を設け、上と同様に、反射光19が加工ヘ
ッド１内部に入らないようにする。
【００２７】溶接ワイヤ８を供給するワイヤ供給装置14
は、リール20、圧着ローラ21、小型モータ22、ワイヤ供
給パイプ23、ワイヤチップ24からなる。加工ヘッド１の
後方部に設けた小型モータ22で駆動された圧着ローラ21
により、溶接ワイヤ８をワイヤ供給パイプ23に送り出
し、このワイヤ供給パイプ23にろう付け接続されたワイ
ヤチップ24から溶接個所31に供給する。
【００２８】このような構成の本実施の形態の水中レー
ザ補修溶接装置においては、ワイヤ供給装置14が加工ヘ
ッド１内にあり溶接個所31に近いため、溶接ワイヤ８を
滑らかに供給することができる。また、ワイヤ供給パイ
プ23とワイヤチップ24はろう付けにより接続されてお
り、溶接ワイヤ８を水でぬらすことなく溶接個所31に供
給することができる。さらに、ワイヤチップ24をノズル
孔25の内部に入れることにより、溶接ワイヤ８をシール
ドガス10によって乾燥されたドライな状態で溶接個所31
に供給することができる。
【００２９】また、加工ヘッド１の後方部に倣いローラ
26を取り付け、かつ加工ヘッド１と加工機27とをばね機
構28を介して結合する。例えば、ワーク６に大きな凹凸
があるような場合、倣いローラ26がワーク６面に接触す
ることにより、ワーク６表面の凹凸に合わせてばね機構
28が伸びたり縮んだりして、加工ヘッド１全体が左右に
移動する。この機構により、ノズル29の端面とワーク６
の距離、すなわちノズルギャップを一定にする。ノズル
ギャップは、気体環境形成と溶接ビード形成に影響を及
ぼすため、これを一定に保つことにより、安定した水中
レーザ補修溶接を施すことができる。
【００３０】加工ヘッド１の先端には、上記のように円
盤状のノズル29が取り付けられているが、図２に、ノズ
ル29をワーク６側から見た端面の図を示す。図２（ａ）
に示すように、ノズル29の中央にはノズル孔25がある。
ノズル29の内外径差33が大きいほど、気体環境13形成の
安定化に効果がある。とくに、内外径差33が1.5ｍｍ以
上で顕著である。
【００３１】また、図２（ｂ）に示すように、ノズル29
の端面に、溝34を加工してもよい。溝34の断面形状は、
矩形、くさび形、半円等のいずれであってもよく、この
溝34により、気泡13ａ放出にともなう水12の進入に対す
る抵抗となり、気体環境13形成の安定化に効果がある。
【００３２】本実施の形態の水中レーザ補修溶接装置の
全体の構成を図３に示す。すなわち、本装置は、（ＹＡ
Ｇレーザ）発振器35、加工機27および加工ヘッド１を主
たる構成要素とする。まず、発振器35は、ガスボンベ32
とともにワーク６の外部の大気中に設置される。発振器
35から出射されたＹＡＧレーザ光を伝えるため、加工ヘ
ッド１まで光ファイバ４で結ばれている。ここで、光フ
ァイバ４の保護カバー30を利用して、シールドガス10を
加工ヘッド１まで送る。この機構により、シールドガス
10用に別途チューブを設ける必要がない。
【００３３】加工機27は、例えば円筒状のワーク６上部
に設けられた梁36に中心軸を支持された回転装置37と、
前記中心軸から半径方向に移動する水平方向スライダ38
と、この水平方向スライダ38の先端から鉛直下向きに移
動する鉛直方向スライダ39で構成され、鉛直方向スライ
ダ39の下端に加工ヘッド１が取り付けられる。この機構
により、加工ヘッド１を溶接個所31に大まかに位置決め
する。鉛直方向スライダ39の下端では、吸着パッド40に
よりスライダ39をワーク６に固定し、マジックハンド41
により加工ヘッド１の最終的な位置決めをし、２軸スラ
イダ42により加工ヘッド１を移動しながら加工を行な
う。
【００３４】ここで、水中レーザ補修溶接の加工条件の
一例を図４に示す。すなわち、ＹＡＧレーザ発振器を用
い、波長1.06μｍ、出力0.5〜4.0ｋＷ、加工速度0.1〜
５ｍ／ｍｉｎ、溶接ワイヤ直径0.4〜1.0ｍｍ、ワイヤ供
給速度0.5〜８ｍ／ｍｉｎの範囲で行なうと、安定した
水中レーザ補修溶接ができる。
【００３５】さらに、図５に、水中レーザ補修溶接施工
の前処理の工程を示す。稼働中の原子炉内の構造物を対
象としているため、ワーク表面にスラグや酸化皮膜が付
着しているおそれが高い。安定した水中レーザ補修溶接
を行なうには、施工部位近辺のスラグ除去、酸化皮膜除
去が不可避である。施工手順としては、ワイヤブラシま
たはグラインダにより、まずスラグ除去をおこなう。次
に、レーザ光を用いた酸化皮膜除去を行なう。これら２
つの工程も水中でおこなう。以上の前処理により、安定
した水中レーザ補修溶接を行なうことができる。
【００３６】このように本発明の第１の実施の形態の水
中レーザ補修溶接装置においては、（ＹＡＧレーザ）発
振器35から発振されるレーザ光５を光ファイバ４を通し
て水12中の加工ヘッド１に導き、加工ヘッド１内の光学
系３を通して集光したレーザ光５をワーク６表面に照射
する。加工ヘッド１は、光ファイバ４から出たレーザ光
５を集光するための複数枚のコリメータレンズ15と集光
レンズ16および屈折ミラー17からなる光学系３と、溶接
ワイヤ８を供給するワイヤ供給装置14とを備えている。
【００３７】レーザ光５はワーク６に対して傾けて照射
され、光ファイバ４の後方端面または集光レンズ16後方
に細い内径のブッシュ18を設けている。ワイヤ供給装置
14では、小型モータ22で駆動される圧着ローラ21によ
り、溶接ワイヤ８をワイヤ供給パイプ23に送り出し、ワ
イヤチップ24から溶接個所31に供給する。ワイヤ供給パ
イプ23とワイヤチップ24はろう付けにより接続されてい
る。また、ワイヤチップ24はノズルの中心孔25に挿入さ
れている。
【００３８】さらに、加工ヘッド１の後方部に倣いロー
ラ26を取り付け、かつ加工ヘッド１と加工機27とをばね
機構28を介して結合してある。加工ヘッド１の先端に
は、円盤状のノズル29が取り付けられ、その内外径差33
は1.5ｍｍ程度である。また、ノズル29の端面に矩形、
三角、円形等の断面形状を持つ溝34を設けてある。そし
て光ファイバ４の保護カバー30を利用して、シールドガ
ス10を供給する。
【００３９】したがって、加工ヘッド１にワイヤ供給装
置14と光学系３を一体化して内蔵しているため、複雑か
つ大型のドライ化装置を用いることなく、溶接個所31に
気体環境13を形成し安定した水中レーザ補修溶接をおこ
なうことができる。また、レーザ光５をワーク６に対し
て傾け、かつ光ファイバ４の後方端面または集光レンズ
16後方に小さい内径のブッシュ18を設けているので、ワ
ーク６からの反射光19による光学系３の破損を回避する
ことができる。
【００４０】ワイヤ供給装置14では、小型モータ22で駆
動する圧着ローラ21により、溶接ワイヤ８をワイヤ供給
パイプ23に送り出し、ワイヤチップ24から溶接個所31に
供給するため、溶接ワイヤ８を送給する距離を短くする
ことができ、溶接ワイヤ８を安定して供給できる。ワイ
ヤ供給パイプ23とワイヤチップ24はろう付けにより接続
され、かつワイヤチップ24はノズル孔25に挿入されてい
るので、溶接ワイヤ８をドライな状態で溶接個所31に供
給することができる。
【００４１】また、加工ヘッド１の後方に倣いローラ26
を取り付け、かつ加工ヘッド１と加工機27とをばね機構
28を介して結合してあるので、ワーク６に大きな凹凸が
あるような場合、倣いローラ26がワーク６面に接触する
ことにより、ワーク６表面の凹凸に合わせてばね機構28
が伸縮して、加工ヘッド１全体が左右に移動する。この
機構により、ノズル29の端面とワーク６の距離、すなわ
ちノズルギャップを一定に保つことができる。ノズルギ
ャップは、溶接個所31の気体環境13形成と溶接ビード形
成に影響を及ぼすため、これを一定に保つことにより、
安定した水中レーザ補修溶接を実施することができる。
【００４２】また、加工ヘッド１の先端には、円盤状の
ノズル29を取り付け、その端面に矩形、三角、円形等の
断面形状を持つ溝34を設けた構成であるので、溶接個所
における気体環境形成を安定化することができる。
【００４３】以上のように、本発明の第１の実施の形態
の水中レーザ補修溶接装置によれば、縦向きあるいは傾
斜した部材表面に対して溶接個所31における気体環境形
成と溶接ワイヤ８の供給を安定化することにより、安定
した水中レーザ補修溶接を行なうことができる。
【００４４】図６は、本発明の第２の実施の形態の水中
レーザ補修溶接装置を示す断面図である。加工ヘッド１
を構成する要素は、第１の実施の形態とほとんど同じで
ある。ただし、屈折ミラー17を用いず、レーザ光５を曲
げないため、下向き姿勢での施工に適する。
【００４５】図７は、本発明の第３の実施の形態の水中
レーザ補修溶接装置を示す断面図である。加工ヘッド１
における光学系３において、コリメータレンズ15と集光
レンズ16の間に、レーザ光を透過し可視光を反射するダ
イクロイックミラー43を45°に傾けた状態で設置し、こ
のダイクロイックミラー43の後方に集光レンズ44と耐放
射線性のＣＣＤカメラ45を取り付ける。このような構成
とすることにより、施工前及び施工中の溶接個所31の状
態を観察することができる。とくに、施工前の溶接個所
の観察は、最終的な位置決めの精度向上に有効である。
【００４６】
【発明の効果】本発明の水中レーザ補修溶接装置によれ
ば、ワーク上の溶接個所における気体環境が安定して形
成され、また溶接ワイヤが円滑に安定して供給されるの
で、高品質の水中レーザ補修溶接を行なうことができ
る。また本発明の水中レーザ補修方法によれば、さらに
ワークの表面状態によって影響されることなく安定した
水中レーザ補修溶接を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の水中レーザ補修溶
接装置を示し、（ａ）は加工ヘッドの断面図、（ｂ）は
加工ヘッド先端の詳細図。
【図２】本発明の第１の実施の形態の水中レーザ補修溶
接装置におけるノズルの端面を示す図。
【図３】本発明の第１の実施の形態の水中レーザ補修溶
接装置全体を示し、（ａ）は全体構成を示す図、（ｂ）
は加工ヘッドの支持のための構成を示す図。
【図４】本発明の第１の実施の形態の水中レーザ補修溶
接装置による加工条件の一例を示す表。
【図５】本発明の水中レーザ補修方法を示す工程図。
【図６】本発明の第２の実施の形態の水中レーザ補修溶
接装置を示し、（ａ）は加工ヘッドの断面図、（ｂ）は
加工ヘッド先端の詳細図。
【図７】本発明の第３の実施の形態の水中レーザ補修溶
接装置を示し、（ａ）は加工ヘッドの断面図、（ｂ）は
観察のための構成を示す断面図。
【図８】従来の水中レーザ溶接装置の加工ヘッドを示す
断面図。
【符号の説明】
１…加工ヘッド、２…レンズ、３…光学系、４…光ファ
イバ、５…レーザ光、６…ワーク、７…ノズル、８…溶
接ワイヤ、９…ワイヤ供給路、10…シールドガス、11…
ガス流路、12…水、13…気体環境、13ａ…気泡、14…ワ
イヤ供給装置、15…コリメータレンズ、16…集光レン
ズ、17…屈折ミラー、18…ブッシュ、19…反射光、20…
リール、21…圧着ローラ、22…小型モータ、23…ワイヤ
供給パイプ、24…ワイヤチップ、25…ノズル孔、26…倣
いローラ、27…加工機、28…ばね機構、29…ノズル、30
…保護カバー、31…溶接個所、32…ガスボンベ、33…内
外径差、34…溝、35…発振器、36…梁、37…回転装置、
38…水平方向スライダ、39…鉛直方向スライダ、40…吸
着パッド、41…マジックハンド、42…２軸スライダ、43
…ダイクロイックミラー、44…集光レンズ、45…ＣＣＤ
カメラ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 元良 裕一 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 高橋 英則 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 Ｆターム(参考） 4E068 BA00 BA06 CC02 CD15 CE05 CE08 CH02 CJ00 CJ01 CJ07

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レーザ発振器およびシールドガス供給源
    に接続され水中に浸漬された被補修物の部材面上に移動
    可能に設置される加工ヘッドを備え、この加工ヘッド
    は、溶接ワイヤの供給源および供給系と、レーザ光を集
    束し前記部材面上の溶接個所に照射する光学系と、シー
    ルドガス、レーザ光および溶接ワイヤの出口において前
    記部材面とのあいだに気体環境を形成するノズルとを備
    えたことを特徴とする水中レーザ補修溶接装置。
  2. 【請求項２】 ノズルは中心孔を有し、内外径差1.5ｍ
    ｍ以上の円盤状であることを特徴とする請求項１記載の
    水中レーザ補修溶接装置。
  3. 【請求項３】 ノズルは、被補修物の部材面に対向する
    端面に三角形または矩形または円形の円周溝を有するこ
    とを特徴とする請求項２記載の水中レーザ補修溶接装
    置。
  4. 【請求項４】 ノズルの中心孔内部に溶接ワイヤを導く
    ワイヤチップを備えたことを特徴とする請求項２記載の
    水中レーザ補修溶接装置。
  5. 【請求項５】 光学系はレーザ光を被補修物の部材面に
    対して斜めに照射することを特徴とする請求項１記載の
    水中レーザ補修溶接装置。
  6. 【請求項６】 レーザ発振器から加工ヘッドへレーザ光
    を導く光ファイバの後方端面、または光学系の集光レン
    ズの後方に小さい内径を有するブッシュを設けたことを
    特徴とする請求項１記載の水中レーザ補修溶接装置。
  7. 【請求項７】 シールドガスは、光ファイバーを包囲す
    るカバーの中を通してシールドガス供給源から加工ヘッ
    ドに供給されることを特徴とする請求項１記載の水中レ
    ーザ補修溶接装置。
  8. 【請求項８】 光学系を構成するコリメータレンズと集
    光レンズの間にダイクロイックミラーを設け、このダイ
    クロイックミラーの後方に撮像装置を設けたことを特徴
    とする請求項１記載の水中レーザ補修溶接装置。
  9. 【請求項９】 加工ヘッドは、直交３軸駆動または直交
    ３軸及び回転２軸駆動の加工機によって支持され変位駆
    動されることを特徴とする請求項１記載の水中レーザ補
    修溶接装置。
  10. 【請求項１０】 加工ヘッドは、被補修物の部材面上を
    転動する倣いローラを備え、ばね機構を介して加工機に
    取付けられていることを特徴とする請求項９記載の水中
    レーザ補修溶接装置。
  11. 【請求項１１】 水中に浸漬された被補修物の部材表面
    のスラグを機械的に研磨除去する第１の工程と、レーザ
    光を用いて前記部材表面の酸化皮膜を除去する第２の工
    程と、前記部材表面にたいして水中レーザ補修溶接をお
    こなう第３の工程とを備えたことを特徴とする水中レー
    ザ補修方法。
JP2000295818A 2000-09-28 2000-09-28 水中レーザ補修溶接装置 Expired - Fee Related JP4155489B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000295818A JP4155489B2 (ja) 2000-09-28 2000-09-28 水中レーザ補修溶接装置
EP01122593A EP1199127B1 (en) 2000-09-28 2001-09-26 Underwater laser processing apparatus and underwater laser processing method
DE60133072T DE60133072T2 (de) 2000-09-28 2001-09-26 Unterwasservorrichtung und Unterwasserverfahren zur Laserbehandlung
US09/965,122 US6946618B2 (en) 2000-09-28 2001-09-28 Underwater laser processing apparatus and underwater laser processing method
US10/763,336 US7759601B2 (en) 2000-09-28 2004-01-26 Underwater laser processing apparatus and underwater laser processing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000295818A JP4155489B2 (ja) 2000-09-28 2000-09-28 水中レーザ補修溶接装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002103077A true JP2002103077A (ja) 2002-04-09
JP4155489B2 JP4155489B2 (ja) 2008-09-24

Family

ID=18778187

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000295818A Expired - Fee Related JP4155489B2 (ja) 2000-09-28 2000-09-28 水中レーザ補修溶接装置

Country Status (4)

Country Link
US (2) US6946618B2 (ja)
EP (1) EP1199127B1 (ja)
JP (1) JP4155489B2 (ja)
DE (1) DE60133072T2 (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005227218A (ja) * 2004-02-16 2005-08-25 Toshiba Corp 炉内保全・補修装置
JP2006175575A (ja) * 2004-12-24 2006-07-06 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 欠損部の再生方法及び装置
WO2007099996A1 (ja) * 2006-02-28 2007-09-07 Kabushiki Kaisha Toshiba 水中補修溶接方法
WO2009128231A1 (ja) 2008-04-14 2009-10-22 株式会社 東芝 レーザ溶接装置およびレーザ溶接方法
WO2013022031A1 (ja) * 2011-08-09 2013-02-14 株式会社 アマダ レーザ加工ヘッド

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2826893B1 (fr) * 2001-07-05 2003-09-19 Snecma Moteurs Appareil de soudage par faisceau laser miniaturise
US7030337B2 (en) * 2003-12-19 2006-04-18 Honeywell International, Inc. Hand-held laser welding wand having removable filler media delivery extension tips
FR2876933B1 (fr) * 2004-10-25 2008-05-09 Snecma Moteurs Sa Buse pour tete de percage ou d'usinage par faisceau laser
US7835221B2 (en) 2006-07-06 2010-11-16 Westerngeco L.L.C. Optical methods and systems in marine seismic surveying
EP1886757B1 (en) * 2006-08-07 2009-07-01 LVD Company NV Arrangement and method for the on-line monitoring of the quality of a laser process exerted on a workpiece using a heat detection camera and a tilted mirror
US7611421B2 (en) * 2007-02-08 2009-11-03 Samuel Brewer Golf club handgrip elevation apparatus
US7676327B2 (en) 2007-04-26 2010-03-09 Westerngeco L.L.C. Method for optimal wave field separation
US9207347B2 (en) * 2008-07-05 2015-12-08 Westerngeco L.L.C. Determining the structure of a towed seismic spread element
JP5767900B2 (ja) * 2011-08-24 2015-08-26 株式会社東芝 水中溶接装置及び方法
US10307864B2 (en) * 2013-12-13 2019-06-04 Avonisys Ag Methods and systems to keep a work piece surface free from liquid accumulation while performing liquid-jet guided laser based material processing
US11344975B2 (en) * 2015-04-09 2022-05-31 Siemens Energy, Inc. Optically conductive filler for laser processing
US10307803B2 (en) * 2016-07-20 2019-06-04 The United States Of America As Represented By Secretary Of The Navy Transmission window cleanliness for directed energy devices
KR102075731B1 (ko) * 2018-09-27 2020-02-10 한국기계연구원 레이저 제염 시스템

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3632955A (en) * 1967-08-31 1972-01-04 Western Electric Co Simultaneous multiple lead bonding
US4151393A (en) * 1978-02-13 1979-04-24 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Laser pile cutter
EP0287032B1 (en) * 1987-04-13 1996-02-28 Nec Corporation Optical alignment system
DE4402000C2 (de) * 1994-01-25 1996-04-11 Fraunhofer Ges Forschung Düsenanordnung für das Laserstrahlschneiden
DE4433675A1 (de) * 1994-09-21 1996-03-28 Fraunhofer Ges Forschung Kompakter Laserbearbeitungskopf zur Lasermaterialbearbeitung
JP3119090B2 (ja) * 1994-10-05 2000-12-18 株式会社日立製作所 水中レーザ加工装置及びその装置を用いた水中施工方法
CA2168413C (en) * 1995-01-31 2000-04-18 Kouki Okazaki Underwater laser processing method and apparatus
DE19519725C2 (de) * 1995-05-30 1997-07-03 Geesthacht Gkss Forschung Vorrichtung zum Schweißen und/oder Behandeln von Werkstücken mittels Laserlicht im Wasser
JP3621753B2 (ja) 1995-06-27 2005-02-16 石川島播磨重工業株式会社 水中レーザ溶接装置
JP3619286B2 (ja) * 1995-06-27 2005-02-09 石川島播磨重工業株式会社 水中レーザ溶接装置
TW320586B (ja) * 1995-11-24 1997-11-21 Hitachi Ltd
US6060686A (en) * 1996-10-15 2000-05-09 General Electric Company Underwater laser welding nozzle
JPH10180478A (ja) 1996-12-25 1998-07-07 Miyota Co Ltd 溶接方法及び表面実装型部品
JPH10180476A (ja) 1996-12-26 1998-07-07 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 水中レーザトーチ
JP2000153382A (ja) * 1998-11-16 2000-06-06 Toshiba Corp レーザ加工装置
JP3385361B2 (ja) * 2000-05-09 2003-03-10 北海道大学長 レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005227218A (ja) * 2004-02-16 2005-08-25 Toshiba Corp 炉内保全・補修装置
JP2006175575A (ja) * 2004-12-24 2006-07-06 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 欠損部の再生方法及び装置
JP4585305B2 (ja) * 2004-12-24 2010-11-24 三菱重工業株式会社 欠損部の再生方法及び装置
WO2007099996A1 (ja) * 2006-02-28 2007-09-07 Kabushiki Kaisha Toshiba 水中補修溶接方法
JP2007229757A (ja) * 2006-02-28 2007-09-13 Toshiba Corp 水中補修溶接方法
WO2009128231A1 (ja) 2008-04-14 2009-10-22 株式会社 東芝 レーザ溶接装置およびレーザ溶接方法
US8445810B2 (en) 2008-04-14 2013-05-21 Kabushiki Kaisha Toshiba Laser welding apparatus
WO2013022031A1 (ja) * 2011-08-09 2013-02-14 株式会社 アマダ レーザ加工ヘッド
JP2013052440A (ja) * 2011-08-09 2013-03-21 Amada Co Ltd レーザ加工ヘッド

Also Published As

Publication number Publication date
DE60133072T2 (de) 2009-02-26
EP1199127A3 (en) 2003-10-29
US6946618B2 (en) 2005-09-20
EP1199127B1 (en) 2008-03-05
JP4155489B2 (ja) 2008-09-24
DE60133072D1 (de) 2008-04-17
US20040149707A1 (en) 2004-08-05
EP1199127A2 (en) 2002-04-24
US20020036190A1 (en) 2002-03-28
US7759601B2 (en) 2010-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2002103077A (ja) 水中レーザ補修溶接装置および水中レーザ補修方法
JP3268248B2 (ja) 複合溶接ヘッド
JP4490608B2 (ja) 構造物の補修方法
KR100448333B1 (ko) 레이저 용접 장치 및 레이저 용접용 가스 차폐 장치
JP2003154483A (ja) 亀裂自動補修方法及びその装置
KR20150086374A (ko) 가공장치 및 가공방법
JP2006140341A (ja) ウエーハの分割方法
JP2006095563A (ja) 高密度エネルギービームによるバリ除去方法およびバリ除去装置
JP2020044574A (ja) レーザ加工装置
JP6932437B2 (ja) レーザ加工装置の光軸確認方法
JP2000317666A (ja) レーザ溶接装置
CN110744213A (zh) 焊接激光头保护镜片污染的原位监控装置及方法
JP6951040B2 (ja) レーザ加工装置及びレーザ加工方法
JPH06182570A (ja) レーザ溶接方法
JPS59141392A (ja) ビ−ム溶接装置のスポツト位置調節装置
JP4363933B2 (ja) 水中レーザ補修溶接装置及び水中レーザ補修溶接方法
JP2003266189A (ja) 溶接装置、溶接方法、および溶接された被溶接物を有する物品の製造方法
JPH11179570A (ja) 水中レーザ溶接部可視化装置
JP2003220480A (ja) レーザ溶接加工機およびレーザ溶接加工方法
JP3342363B2 (ja) レーザ切断装置
JP2007216269A (ja) レーザ加工機
JPS609606A (ja) レ−ザ切「くず」切断バイト
JPH0239356B2 (ja)
JP3711632B2 (ja) レーザー溶接装置及びレーザービーム溶接方法
JP5463104B2 (ja) レーザ溶接装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050822

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20070216

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070816

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20070821

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20071012

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080702

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20080704

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110718

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110718

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120718

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130718

Year of fee payment: 5

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees