激光焊接装置和激光焊接方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及激光焊接装置和激光焊接方法，更具体地，涉及在将保护气体供应到焊接部分的同时执行焊接的激光焊接装置和激光焊接方法。
【背景技术】
[0002]激光焊接是用激光束作为热源执行焊接的焊接方法。在两个金属板被堆叠和焊接的情况下，这两个金属板彼此叠置并且随后用激光束进行扫描。因此，用激光束照射的部分被加热，使得两个金属板被熔化。两个金属板的熔化物质被混合并且随后被固化，从而将两个金属板接合成堆叠状态。这时候，待形成的焊珠(bead)的截面形状根据供应到焊接部分的保护气体而变化。
[0003]日本未审查专利申请公开号2004-130360公开了一种涉及使用惰性气体和氧气的混合气体作为保护气体的激光焊接装置的技术。
【发明内容】
[0004]正如“【背景技术】”部分中描述的，在在将保护气体供应到焊接部分的同时通过将激光束照射到焊接部分上来执行焊接的激光焊接装置中，待形成的焊珠(bead)的截面形状根据供应到焊接部分的保护气体而变化。例如，当使用惰性气体作为保护气体时，焊珠具有葡萄酒杯形状(wine-cup shape)的截面(参见图2)。当使用惰性气体和氧气的混合气体作为保护气体时，焊珠具有平底杯形状(tumbler shape)的截面(参见图3)。
[0005]在如上面描述将保护气体供应到焊接部分的同时执行焊接的情况下，可以通过控制保护气体的类型或馈送量来调整待形成的焊珠的截面形状。然而，如果保护气体的馈送量在焊接期间变化，则在焊接部分处发生待形成的焊珠的截面形状的变化，这引起发生焊接故障的问题。
[0006]鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种能够抑制发送待形成的焊珠的截面形状变化的激光焊接装置和激光焊接方法。
[0007]本发明的第一示例方面是一种通过将激光束照射到焊接部分上来执行焊接的激光焊接装置，该激光焊接装置包括:保护气体供应单元，其将保护气体供应到焊接部分；气体馈送量控制单元，其控制从保护气体供应单元供应的保护气体的流量；光强度测量单元，其测量从焊接部分发射的等离子光的光强度；以及变化率计算单元，其计算由光强度测量单元测量的光强度的变化率。气体馈送量控制单元根据所计算的光强度的变化率来控制供应到焊接部分的保护气体的流量。
[0008]本发明的第二示例方面是一种在将保护气体供应到焊接部分的同时通过将激光束照射到焊接部分上来执行焊接的激光焊接方法，该激光焊接方法包括:测量从焊接部分发射的等离子光的光强度；计算所测量的光强度的变化率；以及根据所计算的光强度的变化率来控制供应到焊接部分的保护气体的流量。
[0009]在根据本发明的示例方面的激光焊接装置和激光焊接方法中，测量从焊接部分发射的等离子光的光强度；计算所测量的光强度的变化率；以及根据光强度的变化率来控制供应到焊接部分的保护气体的流量。因此，可以执行反馈控制，使得在实时监控保护气体的供应状态的同时，可以以适当的馈送量供应保护气体。因此，可以抑制保护气体的馈送量的变化，并且可以抑制在焊接部分处发生待形成的焊珠的截面形状变化。
[0010]根据本发明，可以提供一种能够抑制发生待形成的焊珠的截面形状变化的焊接装置和激光焊接方法。
[0011]根据本文下面仅作为说明给出并且因此不应被视为对本发明的限制的详细描述和附图将更全面地理解本发明的以上的和其他的目的、特征和优点。
【附图说明】
[0012]图1是示出了根据示例实施方式的激光焊接装置的图；
[0013]图2是示出了在焊接部分处待形成的焊珠的形状(葡萄酒杯形状)的截面图；
[0014]图3是示出了在焊接部分处待形成的焊珠的形状(平底杯形状)的截面图；
[0015]图4是示出了从焊接部分发射的等离子光的光强度的曲线图；
[0016]图5是示出了从焊接部分发射的等离子光的光强度的曲线图；
[0017]图6是示出了根据示例实施方式的激光焊接装置的控制流程的流程图(当待形成的焊珠的形状是葡萄酒杯形状时)；
[0018]图7是示出了从焊接部分发射的等离子光的光强度(如上图所示)以及示出了光强度的时间导数的曲线图(如下图所示)；
[0019]图8是示出了根据示例实施方式的激光焊接装置的控制流程的流程图(当待形成的焊珠的形状是平底杯形状时)；以及
[0020]图9是示出了从焊接部分发射的等离子光的光强度(如上图所示)以及示出了光强度的时间导数的曲线图(如下图所示)。
【具体实施方式】
[0021]下面将参照附图描述本发明的示例实施方式。
[0022]图1示出了根据本发明的示例实施方式的激光焊接装置I。如图1所示，激光焊接装置I包括激光源10、主体部分11、光强度测量单元12、变化率计算单元13、气体馈送量控制单元14、保护气体供应单元15以及喷嘴16和17。
[0023]激光源10是产生激光束的设备。例如，二氧化碳气体激光或YAG (钇铝石榴石)激光可以被用作激光束。由激光源10产生的激光束穿过主体部分11并且被引导向焊接构件18的表面。
[0024]当激光束21照射在焊接构件18的表面上时，焊接构件18被焊接。例如，如图2和图3所示，焊接构件18是由彼此堆叠的两个金属板31和32形成的构件。当激光束照射到两个堆叠金属板31和32的焊接部分35上时，激光束穿过上金属板31，并且下金属板32的顶表面被熔化，从而产生熔池(与此后待形成的焊珠41和42中的每个的形状相对应)，熔池是两个金属板31和32的熔化物质的混合物。此后，熔池冷却并且固化，从而将两个金属板31和32接合在一起。这时候，在焊接部分35处均形成焊珠41和42。在焊接期间，从焊接部分35 (熔池)发射等离子光22。
[0025]在焊接两个金属板31和32的情况下，用激光束21扫描焊接构件18的表面。例如，在其中主体部分11(激光束21)被固定并且其上放置有焊接构件18的台(未示出)可移动的结构中，可以用激光束21扫描焊接构件18的表面。替选地，在其上放置有焊接构件18的台(未示出)被固定并且主体部分11 (激光束21)可移动的结构中，可以用激光束21扫描焊接构件18的表面。值得注意的是，主体部分11 (激光束21)和焊接构件18 二者可以被可移动地布置。
[0026]图1中所示的光强度测量单元12测量从焊接部分35发射的等离子光22的光强度。例如，光电二极管可以被用作光强度测量单元12。可以用CCD(电荷耦合器件)图像传感器观察等离子光22的光强度。由光强度测量单元12测量的光强度被供应到变化率计算单元13。
[0027]变化率计算单元13计算由光强度测量单元12测量的光强度的变化率。例如，变化率计算单元13对光强度的时间函数进行时间求导(参见图7的上图)，从而使得可以计算光强度的变化率(参见图7的下图)。
[0028]气体馈送量控制单元14控制保护气体供应单元15。保护气体供应单元15将保护气体供应到焊接构件18的焊接部分35。例如，诸如氮气、氩气或氦气的惰性气体可以被用作保护气体。使用惰性气体作为保护气体可以抑制焊接部分(焊珠)的氧化。惰性气体和氧气的混合气体也可以被用作保护气体。
[0029]保护气体供应单元15通过导管26将惰性气体供应到喷嘴16。此外，保护气体供应单元15通过导管27将氧气供应到喷嘴17。保护气体供应单元15调整供应到喷嘴16的惰性气体的流量以及供应到喷嘴17的氧气的流量，从而使得可以调整包括在保护气体中的惰性气体和氧气之间的比例。
[0030]例如，如图2所示，当焊珠41具有葡萄酒杯形状的截面时，仅使用惰性气体(或该气体可以包括少量氧气)作为保护气体。在这种情况下，可以防止焊珠41被氧化。此外，可以增加熔池(对应于焊