激光焊接方法
【专利摘要】本发明的激光焊接方法具有第一工序和第二工序。在第一工序中，使第一加工物与第二加工物在第一加工区域中重叠。在第二工序中，在第一加工区域内，一边使激光沿旋涡状的轨道移动，一边向第一加工物以及第二加工物照射激光。并且在第二工序中，第一加工物以及第二加工物通过激光的照射而熔融并形成液相部分。并且在第二工序中，为了不使激光再次向液相部分照射而使激光移动。
【专利说明】
激光焊接方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种对搭接接头的加工物呈旋涡状照射激光的激光焊接方法。【背景技术】
[0002]在通过激光的照射对加工物进行搭接焊的激光焊接方法中，为了提高加工物间的间隙余量，大多使用通过将激光向加工物的宽范围照射来扩宽熔融池而填埋间隙的激光焊接方法。然而，若将激光向加工物的宽范围照射，则在熔融池的内部产生气泡，从而焊接部分的强度显著降低。因此，提出了多个将在熔融池的内部产生的气泡除去的方法。
[0003]专利文献1中记载了一种通过向熔融池照射激光来搅拌熔融池而除去气泡的方法。另外，专利文献2中记载了一种通过再熔融而使凝固后的熔融金属内的气孔消失的方法。另外，专利文献3中记载了一种使在激光照射工序中的激光束的输出低的初期、以及激光束的输出高的中期产生的气泡在激光束的输出低的后期排出的方法。
[0004]在先技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开昭61-202788号公报 [〇〇〇7] 专利文献2:日本特开2005-246440号公报 [〇〇〇8] 专利文献3:日本特开2008-126298号公报
【发明内容】
[0009]然而，以往的激光焊接方法除了原本的激光焊接工序，还进行除去气泡的工序。因此，处理时间与除去气泡的工序相应地变长。并且，在以往的激光焊接方法中，对加工物给予所需以上的热量，因此激光焊接具有的低线能量所带来的低应变这一效果受到阻碍。
[0010]对此，本发明提供一种抑制激光焊接工序中的气泡的产生并获得良好的焊接状态的激光焊接方法。
[0011]为了解决上述技术问题，本发明的激光焊接方法具有第一工序和第二工序。在第一工序中，使第一加工物与第二加工物在第一加工区域中重叠。在第二工序中，在第一加工区域内，一边使激光沿旋涡状的轨道移动，一边向第一加工物以及第二加工物照射激光。并且在第二工序中，第一加工物以及第二加工物通过激光的照射而熔融并形成液相部分。并且在第二工序中，使激光移动，以便不使激光向液相部分照射。
[0012]根据本发明的激光焊接方法，能够抑制气泡的产生而得到良好的焊接状态。【附图说明】
[0013]图1是示出实施方式的使用了振镜扫描器的激光焊接系统的图。
[0014]图2是示出实施方式的使用了机器人的激光焊接系统的图。
[0015]图3示出比较例1的激光焊接的结果，(a)是上表面的平面图，(b)是下表面的平面图。
[0016]图4是示出比较例1的激光焊接的原理的剖视图。[〇〇17]图5示出比较例1的激光焊接的状态，(a)是俯视图，(b)是剖视图。
[0018]图6示出比较例2的激光焊接的结果，(a)是上表面的平面图，(b)是下表面的平面图。
[0019]图7是示出比较例2的激光焊接的原理的剖视图。
[0020]图8示出比较例2的激光焊接的状态，(a)是俯视图，(b)是剖视图。
[0021]图9示出实施例1的激光焊接的结果，(a)是上表面的平面图，(b)是下表面的平面图。[〇〇22]图10是示出实施例1的激光焊接的原理的剖视图。
[0023]图11示出实施例1的激光焊接的状态，(a)是俯视图，(b)是剖视图。
[0024]图12是示出实施例2的激光焊接的状态的俯视图。
[0025]图13是示出实施例3的激光焊接的状态的俯视图。
[0026]图14是示出实施例4的激光焊接的状态的俯视图。
[0027]图15是示出实施方式中的激光的轨道的间隔与焊接不良产生之间的关系的图。【具体实施方式】 [〇〇28](实施方式)[〇〇29]利用图1至图14来说明本实施方式。
[0030]首先，利用图1和图2对用于实施本实施方式的激光焊接方法的激光焊接系统进行说明。需要说明的是，图1是本实施方式的使用了振镜扫描器(Galvano SCanner)2的激光焊接系统10。图2是本实施方式的使用了机器人8的激光焊接系统20。
[0031]在图1中，激光焊接系统10具有激光振荡器1、振镜扫描器2以及扫描器控制装置5。 激光振荡器1产生激光23。振镜扫描器2具有两个振镜3、两个振镜电机4、以及F9透镜6。振镜 3使激光23的轨道二维变化。两个振镜电机4使各自所连接的振镜3旋转。另外，两个振镜电机4由扫描器控制装置5控制。F0透镜6使激光23在加工物的焊接部位成像。
[0032]如图1所示，根据上述结构，激光焊接系统10通过振镜扫描器2而向加工物的焊接部位照射激光23。激光焊接系统10从第一金属板30侧向重叠第一金属板30 (第一加工物)与第二金属板31 (第二加工物)而成的加工物照射激光23,由此对第一金属板30与第二金属板 31进行焊接。[〇〇33]在图2中，激光焊接系统20具有激光振荡器1、焊接头7、机器人8以及机器人控制装置9。激光振荡器1产生激光23。焊接头7使激光23在加工物的焊接部位成像。机器人8在前端安装有焊接头7并使焊接头7移动。机器人控制装置9对机器人8的动作、焊接头7的动作进行控制。需要说明的是，当使激光23的照射位置在加工物上移动时，通过机器人8进行较大移动，并且通过焊接头7进行较小移动。[〇〇34]如图2所示，根据上述结构，激光焊接系统20通过焊接头7以及机器人8而向加工物的焊接部位照射激光23。激光焊接系统20从第一金属板30侧向重叠第一金属板30与第二金属板31而成的加工物照射激光23,由此对第一金属板30与第二金属板31进行焊接。
[0035]也可以在图1所示的激光焊接系统10的F0透镜6的前后的任一方进一步配置旋转的多个棱镜，使激光23的照射位置变更(移动)。另外，也可以在图2所示的激光焊接系统20的焊接头7内部配置旋转的多个棱镜，使激光23的照射位置变更(移动)。通过使棱镜旋转， 能够使激光23的照射位置旋转移动，并且通过使旋转半径变化，能够使激光23的照射位置呈螺旋状(旋涡状)移动。
[0036]在此，关于激光焊接方法，针对加工物的熔深状态根据激光23的输出、焊接速度而变化这点，以下示出本发明人发现的比较例1以及比较例2。需要说明的是，以下示出的比较例1以及比较例2能够通过图1、图2所示的激光焊接系统10、20来进行。[〇〇37]本发明人通过第一焊接条件(比较例1)、第二焊接条件(比较例2)、第三焊接条件 (实施例1)这三个焊接条件来进行螺旋轨道(旋涡状)的激光焊接，并对焊接结果进行了观察。
[0038]需要说明的是，第一焊接条件(比较例1)以不足3m/min的比较低的焊接速度向熔融池内照射比较高的输出的激光，从而进行小孔式激光焊接。第二焊接条件(比较例2)以不足3m/min的比较低的焊接速度向熔融池内照射比较低的输出的激光，从而进行热传导式激光焊接。第三焊接条件(实施例)以3m/min以上的比较高的焊接速度向熔融池的外侧且熔融池的前方照射比较高的输出的激光，从而进行小孔式激光焊接。
[0039](比较例1)
[0040]首先，利用图3?图5对比较例1进行说明。图3示出本比较例的激光焊接的结果， (a)是上表面的平面图，(b)是下表面的平面图。图4是示出本比较例的激光焊接的原理的剖视图。图5示出本比较例的激光焊接的状态，(a)是俯视图，(b)是剖视图。[〇〇41]图3示出对重叠的加工物在圆形的加工区域内通过第一焊接条件来进行螺旋轨道的激光焊接的情况下的、加工物的上表面和下表面的焊接状态(加工结果)，(a)是上表面的平面图，(b)是下表面的平面图。需要说明的是，上表面是指供激光照射一侧的面，例如，在图1中为第一金属板30中的振镜扫描器2侧的面，在图2中为第一金属板30中的焊接头7侧的面。
[0042]如图3的(a)和(b)所示，在以第一焊接条件进行激光焊接的情况下，最终，气泡在凝固点处破裂，在加工物的上表面和下表面这两方上开孔。[〇〇43]以下，利用图4以及图5对比较例1的激光焊接的原理进行探讨。
[0044]第一焊接条件是向熔融池照射激光23的小孔式激光焊接。如图4所示，在本比较例的激光焊接中产生小孔21。由此，朝向加工物的能量吸收率高，能够得到充分的熔深量。然而，由于焊接速度小于3m/min而比较慢，因此激光23在使焊接方向24的前方即小孔21的前壁25(粗实线部分)的第一金属板30、第二金属板31熔融之后，进一步使之气化。由此，从小孔21的前壁25产生大量的金属蒸气26。金属蒸气26从在焊接方向24的后方形成的熔融池22 的小孔21的后壁27(粗虚线部分)进入熔融池22内，成为气泡28。然后该气泡28作为孔隙而残留在再凝固层29内。
[0045]以下，利用图5的(a)以及(b)进一步说明气泡28的运动。图5的(b)是图5的(a)的 5b-5b剖视图。如图5的(a)所示，通过第一焊接条件将激光23呈螺旋状向加工物照射。从开始点52开始激光23的照射，沿着由粗线表示的轨道51使激光23移动，并在结束点53处结束激光23的照射。需要说明的是，轨道51以一边描绘圆弧一边从激光焊接的开始点52逐渐离开的方式直至结束点53为止连续地变化。
[0046]基于第一焊接条件的激光焊接为小孔式激光焊接，因此第一金属板30与第二金属板31这两方均得到充分的熔深，能够通过熔融池22(熔液)来填埋图4所示的第一金属板30 与第二金属板31之间的间隙32。然而，在熔融池22的内部产生的气泡28凝固时，如图5的(a) 以及(b)所示，气泡28最终在成为凝固点的熔融池22的中心的表面附近(上表面以及下表面)汇集。因此，作为加工物的焊接结果，熔融池22的中心因气泡28而空洞化，表面膨胀而凝固，或者由于汇集的气泡28破裂而在表面上产生孔33(凹部)。通过基于气泡28的空洞、孔 33,第一金属板30与第二金属板31之间的接合面积变小，无法得到充分的接合强度。[〇〇47](比较例2)
[0048]以下，利用图6?图8对比较例2进行说明。图6示出本比较例的激光焊接的结果， (a)是上表面的平面图，(b)是下表面的平面图。图7是示出本比较例的激光焊接的原理的剖视图。图8示出本比较例的激光焊接的状态，(a)是俯视图，(b)是剖视图。需要说明的是，对与图3?5相同的结构采用相同的附图标记，并省略说明。
[0049]图6示出在圆形的加工区域内通过第二焊接条件对重叠的加工物进行螺旋轨道的激光焊接的情况下的、加工物的上表面和下表面的焊接状态(加工结果)，(a)是上表面的平面图，(b)是下表面的平面图。
[0050]如图6的(a)和(b)所示，在以第二焊接条件进行激光焊接的情况下，加工物的上表面熔融，但下表面的熔融不充分。
[0051]以下，利用图7以及图8对比较例2的激光焊接的原理进行探讨。[〇〇52]第二焊接条件是向熔融池照射激光23的热传导式激光焊接。如图7所示，在本变形例的激光焊接中，激光23的功率密度低，无法形成较深的小孔，因此不产生气泡28。然而，由于没有较深的小孔，因此朝向加工物的能量吸收率低，得不到充分的熔深量。[〇〇53]以下，利用图8的(a)以及(b)进行具体说明。图8的(b)是图8的(a)的8b_8b线的剖视图。如图8的(a)所示，通过第二焊接条件将激光23呈螺旋状向加工物照射。从开始点52开始激光23的照射，沿着由粗线表示的轨道51使激光23移动，并在结束点53处结束激光23的照射。[〇〇54]基于第二焊接条件的激光焊接为热传导式激光焊接，因此，虽位于供激光23照射的一侧即上侧的第一金属板30熔融，但位于下侧的第二金属板31的熔融不充分，熔深形状为碗型。因而，无法对图7所示的第一金属板30与第二金属板31之间的间隙32进行填埋，第一金属板30与第二金属板31之间的接合面积小，因此无法得到充分的接合强度。
[0055](实施例1)
[0056]以下，相对于比较例1以及比较例2,利用图9?11对用于实施本发明的实施例1进行说明。图9示出本实施例的激光焊接的结果，(a)是上表面的平面图，(b)是下表面的平面图。图10是示出本实施例的激光焊接的原理的剖视图。图11示出本实施例的激光焊接的状态，(a)是俯视图，(b)是剖视图。需要说明的是，有时对与图3?5相同的结构采用相同的附图标记，并省略说明。[〇〇57]图9示出通过第三焊接条件对重叠的加工物进行螺旋轨道的激光焊接的情况下的、加工物的上表面和下表面的焊接状态(加工结果)，(a)是上表面的平面图，(b)是下表面的平面图。[〇〇58]如图9的(a)和(b)所示，在以第三焊接条件进行激光焊接的情况下，加工物的上表面以及下表面熔融，且未观察到孔、空洞，得到良好的焊接结果。
[0059]以下，利用图10以及图11对本实施例的激光焊接的原理进行探讨，并对本实施例的激光焊接方法进行说明。
[0060]第三焊接条件是向熔融池22的外侧且熔融池22的前方照射激光23的小孔式激光焊接。首先，以使加工区域(第一加工区域)重叠的方式将第一金属板30(第一加工物)与第二金属板31(第二加工物)重合而准备加工物(第一工序)。此时，在加工区域中，在第一金属板30与第二金属板31之间形成有间隙32。但是，并不一定形成该间隙32。另外，在本实施例中加工区域为圆形，但不限于此，也可以是三角形、四边形等多边形。
[0061]接下来，向加工物的加工区域照射激光23,通过激光焊接来接合第一金属板30与第二金属板31。此时，使激光23在加工区域内呈螺旋状(旋涡状)移动(第二工序)。如图10所示，在本实施例的激光焊接中产生小孔21。由此，朝向加工物的能量吸收率高，得到充分的熔深量。并且，焊接速度为3m/min以上而比较快，向熔融池22的外部且熔融池22(液相部分) 的前方即未熔融部分34(固相部分)照射激光23。即，激光23仅使焊接方向24的前方即小孔 21的前壁25(粗实线部)的第一金属板30以及第二金属板31熔融，从而使熔融金属的气化得以抑制。换言之，激光23朝向未熔融部分34移动，以不向熔融池22照射激光23的方式移动。 由此，金属蒸气26的产生受到抑制，金属蒸气26也不会从在焊接方向24的后方形成的熔融池22的小孔21的后壁27(粗虚线部分)进入熔融池22内。因而，在熔融池22冷却并固化而成的再凝固层29内不存在孔隙。
[0062]接下来，利用图10、图11的(a)以及(b)进一步具体说明本实施例的原理以及激光焊接工序。图11的(b)是图11的(a)的llb-llb线的剖视图。如图11的(a)所示，通过第三焊接条件将激光23呈螺旋状向加工物照射。具体而言，如图10所示，从第一金属板30的上方向第一金属板30以及第二金属板31的未恪融部分34照射激光23。如图11的(a)所不，从开始点52 开始激光23的照射，沿着以粗线示出的轨道51使激光23移动，并在结束点53处结束激光23 的照射。开始点52例如为加工区域的中心。而且，再凝固层29形成在与加工区域大致一致的区域内，在加工区域的周边存在未熔融部分34。开始点52为轨道51的内侧的端部，结束点53 为轨道51的外侧的端部。[〇〇63]基于第三焊接条件的激光焊接为小孔式激光焊接，因此第一金属板30与第二金属板31这两方均得到充分的熔深。另外，如图10所示，若存在第一金属板30与第二金属板31之间的间隙32，则能够由熔融池22的熔融金属填埋间隙32。另外，由于在熔融池22的内部不产生气泡28,因此在熔融池22的中心的表面(加工物的上表面以及下表面)附近不产生空洞、 孔。因而，第一金属板30与第二金属板31之间的接合面积大，得到充分的接合强度。
[0064]根据比较例1、2以及实施例1那样的焊接条件和焊接结果，本发明人发现，作为得到良好的焊接状态的焊接条件，优选第三焊接条件。在第三焊接条件下，始终不向熔融池22 而是向金属板(加工物)的未熔融部分34照射激光23,并且以成为小孔式激光焊接的功率密度来照射激光23。由此，在再凝固层29内不会产生空洞或孔33。本发明是利用这样的激光的能量、激光照射位置以及焊接速度的关系而完成的。需要说明的是，上述激光23的功率密度由激光23的能量与激光23的束径的组合决定。
[0065]进一步，举出具体的焊接条件对实施例1的激光焊接方法进行说明。实施例1的激光焊接方法例如能够通过图1、图2所示的激光焊接系统来进行。
[0066]本实施例的激光焊接方法对作为板厚t为0.8mm的软钢的第一金属板30与第二金属板31重叠而成的加工物从第一金属板30侧呈螺旋状照射激光23而进行焊接。激光23的加工物上的光束的直径(以下称为束径)为0.5?0.7mm。在此，激光23的移动方向并非朝向通过激光23的照射形成的熔融池22即液相部分，而是朝向未熔融部分34即固相部分。由此，能够抑制熔融池22的熔融金属的气化。此时，激光23在加工物上的束径尤为重要。激光23的轨道51的间隔至少优选为激光23的束径以上，使得激光23不会向加工物的相同部位照射。由此，不会向通过照射一次激光23而形成的熔融金属再次照射激光23。另外，激光23的轨道51 的间隔优选为激光23的束径的2倍以下。由此，也能够通过余热使未照射激光23的区域进行熔融，不会使加工区域的加工物熔融而造成损失。
[0067]并且，一边使激光23呈螺旋状高速移动，一边照射激光23而进行激光焊接。在本实施例中，例如优选以3m/min以上的焊接速度进行。通过该焊接速度，能够使第一金属板30以及第二金属板31这双方充分地熔融，并且能够在使熔融金属气化之前使激光23移动。需要说明的是，优选焊接速度即激光23的移动速度与激光23的能量为成比例的关系。由此，在单位距离上供给的热量成为恒定。而且，在本实施例中，即使在第一金属板30与第二金属板31 之间存在间隙32的情况下，也能够使间隙32由熔融池22(熔液)充满，能够提高间隙32的余量。[〇〇68]在此，对重合的第一金属板30与第二金属板31之间的间隙32进行说明。若在第一金属板30与第二金属板31之间存在间隙32,则与不存在间隙32的情况相比，从第一金属板 30向第二金属板31的热传导减少，第一金属板30变得容易熔化。如比较例1那样，这是容易从第一金属板30的恪融金属产生金属蒸气26的状态。因此，优选使存在间隙32的情况下的焊接速度比不存在间隙32的情况下的焊接速度更快，且存在间隙32的情况下的激光23的输出比不存在间隙32的情况下的激光23的输出更高。准备所述的加工物的工序将以在加工区域(第一加工区域)中形成间隙的方式重叠第一金属板30(第一加工物)与第二金属板31(第二加工物)的工序设为第一工序。另外，将以在加工区域(第二加工区域)中不形成间隙的方式、即以接触的方式重叠第一金属板30(第三加工物)与第二金属板31(第四加工物)的工序作为第三工序。而且，将向通过第一工序准备的加工物进行激光照射的工序作为第二工序， 将向通过第三工序准备的加工物进行激光照射的工序作为第四工序。[〇〇69]通过这样，即使在第一金属板30与第二金属板31之间存在间隙32的情况下，也能够与不存在间隙32的情况同样地实现良好的激光焊接。需要说明的是，在第一金属板30与第二金属板31之间存在间隙32的情况和不存在间隙32的情况下的焊接条件例如通过实验等而预先求得即可。
[0070](实施例2)[〇〇71]以下，利用图12对用于实施本发明的实施例2进行说明。图12是示出本实施例的激光焊接的状态的俯视图。需要说明的是，对于与图11的(a)相同的结构采用相同的附图标记，并省略说明。
[0072]对激光23的螺旋状的轨道51而言，若相邻的轨道51的间隔为等间隔，则越靠近熔融池22的中心的部分，温度越高。因此，熔融池22容易变大，成为激光23容易向熔融池22照射的状态。为了避免这种情况，本实施例的激光焊接方法如图13所示，在从内侧朝向外侧呈螺旋状照射激光23而进行焊接的情况下，将进行激光23的螺旋状的照射的照射开始位置作为第二开始点54。第二开始点54位于比实施例1中的开始点52(加工区域的中心)向外侧分离的位置。需要说明的是，第二开始点54的位置例如为与加工区域的中心分离超过激光23 的束径的一半(束径的半径)的位置。需要说明的是，未照射激光23的加工区域的中心附近因来自周围的熔融池22的余热而熔融。
[0073](实施例3)
[0074]以下，利用图13对用于实施本发明的实施例3进行说明。图13是示出本实施例的激光焊接的状态的俯视图。需要说明的是，对于与图11的(a)相同的结构采用相同的附图标记，并省略说明。
[0075]对激光23的螺旋状的轨道51而言，若相邻的轨道51的间隔为等间隔，则越靠近熔融池22的中心的部分，温度越高。因此，熔融池22容易变大，从而成为激光23容易向熔融池 22照射的状态。为了避免这种情况，本实施例的激光焊接方法如图13所示，以越靠螺旋状的外侧，相邻的轨道51的间隔越大的方式将激光23向加工物照射。这样，以随着向加工区域的外侧行进而激光23的轨道51不通过熔融池22的方式，一边增大与内侧的轨道51之间的间隔，一边呈螺旋状照射激光23。需要说明的是，增大相邻的激光23的轨道51彼此的间隔所造成的未熔融部分34的熔融通过余热来进行。另外，为了防止因激光23的轨道51重复而使激光23通过熔融池22的情况，使激光23的束径小于相邻的激光23的轨道51彼此的间隔。
[0076](实施例4)
[0077]以下，利用图14对用于实施本发明的实施例4进行说明。图14是示出本实施例的激光焊接的状态的俯视图。需要说明的是，对于与图11的(a)相同的结构采用相同的附图标记，并省略说明。
[0078]对激光23的螺旋状的轨道51而言，若相邻的轨道51的间隔为等间隔，则越靠近熔融池22的中心的部分，温度越高。因此，熔融池22容易变大，从而成为激光23容易向熔融池 22照射的状态。为了避免这种情况，本实施例的激光焊接方法如图14所示，将螺旋状的激光 23的照射起始位置设为开始点52,将结束位置设为结束点53。即，从外侧朝向内侧将激光23 呈螺旋状向加工物照射而进行激光焊接。需要说明的是，开始点52是螺旋状的激光23照射的加工区域的外侧附近。这样，从因热传导而散热良好的加工区域的外缘部开始激光焊接， 朝向加工区域的中心进行焊接，由此能够在激光焊接的开始时，对热量集中在照射有激光 23的部分而成为高温的情况进行抑制。即，能够防止未照射激光23的部分因热传导而过度熔融的情况。需要说明的是，在实施例1?3中，使螺旋状的激光23的移动方向为从内侧向外侧，但也可以为从外侧向内侧。
[0079]如以上的实施例1?4那样，本实施方式的激光焊接方法为，向加工物的未熔融部分照射激光23。因而，能够与加工物的板厚无关地得到良好的焊接状态。需要说明的是，用于将激光23向加工物的未熔融部分照射的螺旋状的轨道例如通过实验等而预先确定即可。
[0080]另外，在本实施方式的激光焊接方法中，对激光23的螺旋状的轨道51而言，若相邻的轨道51的间隔为等间隔，则越靠近熔融池22的中心的部分，温度越高。因此，熔融池22容易变大，从而成为激光23容易向熔融池22内照射的状态。因而，在实施例1?4中，优选以越接近螺旋状的轨道51的外侧而焊接速度越高的方式照射激光23。加快焊接速度而引起的未熔融部分的熔融通过余热来进行。另外，在实施例1?4中，优选以越接近螺旋状的外侧而激光23的输出越低的方式照射激光23。降低激光23的输出而引起的未熔融部分的熔融通过余热来进行。
[0081]如以上那样，本实施方式的激光焊接方法为，通过激光23对上下重叠的两片以上的金属板进行激光焊接，并且在激光焊接时主要抑制从小孔后壁产生的气泡。因此，本实施方式的激光焊接方法始终向加工物的固相部分照射激光23,对加工物进行激光焊接。另外， 以成为小孔式激光焊接的方式设定激光焊接时的激光的输出。另外，以使激光23不会向扩大的熔融池22再次照射的方式设定激光焊接时的焊接速度。
[0082]根据这样的本实施方式的激光焊接方法，能够与板厚无关地始终得到良好的焊接状态。
[0083]另外，在本实施方式中，沿螺旋状的轨道照射激光23的情况下的相邻的轨道51彼此的间隔优选为激光23的束径以上且是激光23的束径的2倍以下。以下示出其理由。
[0084]在图15中示出本发明人进行的实验结果。图15是示出激光23的相邻的轨道51的间隔与焊接不良(凹坑/因空洞而产生的突起)产生之间的关系的图。在板厚t为0.8mm的软钢的搭接焊中，将束径为0.5?0.7mm的激光23沿螺旋状的轨道照射，并沿不同的轨道间隔进行激光焊接。激光23的强度分布在束径附近呈缩顶型(Top Hat Type)。激光焊接痕的直径为与大约6 V t相当的5.4mm。[〇〇85]在焊接速度为3m/min的情况下为了始终成为贯通焊接而将焊接输出在1.5? 3.0kW之间调整来进行焊接，。其结果是，在轨道间隔除以照射直径而成的值为1倍至2倍的范围内，能够得到良好的激光焊接痕。
[0086]但是，在激光23的强度分布不是缩顶型而是高斯型的情况下，激光的束径的外缘部无助于焊接，因此即使采用束径以下的轨道间隔(上述倍率为1倍以下)也能够得到良好的激光焊接痕。
[0087]另外，本实施方式的激光焊接方法为，以使加工物的上表面与下表面的激光焊接痕不成为线状而成为面状的方式进行焊接。
[0088]另外，本实施方式的激光焊接方法将在激光焊接中需要考虑热影响的尺寸的激光焊接痕作为对象。例如，在将搭接焊的板厚的合计的一半设为T的情况下，激光焊接痕的直径为6 VT以下。
[0089]在此，例示对各种板厚的金属板进行搭接焊的情况下的各参数。需要说明的是，在激光焊接中，根据板厚确定出不发生熔落的临界的激光的输出、和用于得到充分的接合强度的加工区域的大小。需要说明的是，激光的束径的直径为0.5mm?0.7mm。
[0090]例如，若采用铁且板厚为0.6mm的加工物，则激光的输出优选为2.80kW，加工区域的半径优选为1.55mm。在该条件下，优选旋转速度(焊接速度)为10.0m/min，且螺旋的旋转数为两次。
[0091]另外，例如，若采用铁且板厚为0.8mm的加工物，则激光的输出优选为3.30kW，加工区域的半径优选为1.79mm。在该条件下，优选旋转速度为8.7m/min，且螺旋的旋转数为两次。[〇〇92]另外，例如，若采用铁且板厚为1.0mm的加工物，则激光的输出优选为3.55kW，加工区域的半径优选为2.0 0 mm。在该条件下，优选旋转速度为7.4 m / m i n，且螺旋的旋转数为三次。[〇〇93]另外，例如，若采用铁且板厚为1.2mm的加工物，则激光的输出优选为3.65kW，加工区域的半径优选为2.19mm。在该条件下，优选旋转速度为6.3m/min，且螺旋的旋转数为三次。
[0094]另外，例如，若采用铁且板厚为1.6mm的加工物，则激光的输出优选为3.65kW，加工区域的半径优选为2.53mm。在该条件下，优选旋转速度为4.4m/min，且螺旋的旋转数为四次。
[0095]这样，板厚越厚，所需的激光的输出越大，但激光振荡器也存在极限，因此能够通过焊接速度来进行调节。另外，为了发挥本发明的效果，焊接速度为3m/min以上。并且，板厚越厚，为了得到充分的接合强度而优选加工区域的半径越大，另外，加工区域的半径越大， 螺旋的旋转数越多。
[0096]需要说明的是，在本实施方式中，示出了重叠两片金属板而进行激光焊接的例子， 但也能够在重叠三片以上的金属板进行激光焊接时应用。[〇〇97]另外，螺旋的形状除了圆弧状以外，也可以采用四边、三角等多边形状、一部分切除的不连续的圆弧状等各种形状。
[0098]另外，螺旋状的激光23的照射可以从加工区域的中心或内侧朝向外侧进行，也可以从加工区域的外侧朝向中心或内侧进行。
[0099]另外，在本实施方式中，示出了为了得到良好的焊接结果而适当设置激光23的焊接速度、激光23的旋转间隔、以及激光23的输出等的例子。需要说明的是，上述的应对可以全部实施，或者也可以从全部之中选择多个等进行适当组合来实施。
[0100]工业上的可利用性
[0101]根据本发明，能够抑制气泡的产生而实现良好的焊接状态，作为重叠加工物进行激光焊接的激光焊接方法在工业上有用。
[0102]附图标记说明
[0103]1激光振荡器
[0104]2振镜扫描器
[0105]3 振镜[〇1〇6]4振镜电机[〇1〇7]5扫描器控制装置
[0108]6 F9 透镜
[0109]7焊接头[〇11〇]8机器人
[0111]9机器人控制装置
[0112]10激光焊接系统
[0113]20激光焊接系统
[0114]21 小孔[〇115]22恪融池
[0116]23 激光[〇117]24焊接方向
[0118]25 前壁
[0119]26金属蒸气
[0120]28 气泡
[0121]29再凝固层
[0122]30第一金属板
[0123]31第二金属板
[0124]32 间隙
[0125]33 孔
[0126]34未熔融部分
[0127]51 轨道
[0128]52开始点
[0129]53结束点
[0130]54第二开始点
【主权项】
1.一种激光焊接方法，其中，所述激光焊接方法具备:第一工序，在该第一工序中，使第一加工物与第二加工物在第一加工区域内重叠；以及 第二工序，在该第二工序中，在所述第一加工区域内，一边使激光沿旋涡状的轨道移 动，一边向所述第一加工物以及所述第二加工物照射所述激光，在所述第二工序中，所述第一加工物以及所述第二加工物通过所述激光的照射而熔融并形成液相部分， 使所述激光移动，以便不使所述激光向所述液相部分照射。2.根据权利要求1所述的激光焊接方法，其中，所述旋涡状的轨道中，在径向上相邻的轨道的间隔为所述激光的束径以上且为所述激 光的所述束径的2倍以下。3.根据权利要求1或2所述的激光焊接方法，其中，所述旋涡状的轨道的内侧的端部与所述第一加工区域的中心不同。4.根据权利要求3所述的激光焊接方法，其中，所述旋涡状的轨道的内侧的端部与所述第一加工区域的中心之间的距离大于所述激 光的照射径的半径。5.根据权利要求1至4中任一项所述的激光焊接方法，其中，所述旋涡状的轨道中，越靠近外侧，在径向上相邻的轨道的间隔越长。6.根据权利要求1至5中任一项所述的激光焊接方法，其中，在所述第二工序中，越靠近所述旋涡状的轨道的外侧，所述激光的移动速度越快。7.根据权利要求1至6中任一项所述的激光焊接方法，其中，越靠近所述旋涡状的轨道的外侧，所述激光的输出越低。8.根据权利要求1至7中任一项所述的激光焊接方法，其中，在所述第二工序中，所述激光从所述旋涡状的轨道的内侧朝向外侧移动。9.根据权利要求1至7中任一项所述的激光焊接方法，其中，在所述第二工序中，所述激光从所述旋涡状的轨道的外侧朝向内侧移动。10.根据权利要求1至5中任一项所述的激光焊接方法，其中，所述激光焊接方法具备:第三工序，在该第三工序中，使第三加工物与第四加工物在第二加工区域内重叠；以及 第四工序，在该第四工序中，在所述第二加工区域内，一边使激光沿旋涡状的轨道移 动，一边向所述第三加工物以及所述第四加工物照射所述激光，在所述第四工序中，所述第三加工物以及所述第四加工物通过所述激光的照射而熔融并形成液相部分，使所述激光移动，以便不使所述激光再次向所述液相部分照射，在所述第一加工区域中，在所述第一加工物与所述第二加工物之间存在间隙，在所述第二加工区域中，所述第三加工物与所述第四加工物接触，所述第二工序中的所述激光的第一移动速度比所述第四工序中的所述激光的第二移 动速度快，所述第二工序中的所述激光的第一输出比所述第四工序中的所述激光的第二输出高。
【文档编号】B23K26/244GK106029291SQ201580010143
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2015年2月23日
【发明人】中川龙幸, 向井康士, 川本笃宽, 藤原润司, 松冈范幸
【申请人】松下知识产权经营株式会社