激光焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一邊使激光以螺旋狀進(jìn)行掃描一邊將激光照射于加工物的激光焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]激光焊接通過(guò)將激光照射于欲接合的兩個(gè)加工物的接合部，從而利用激光的能量使照射部的加工物熔融并接合。激光焊接由于不進(jìn)行與加工物的物理接觸，因而能夠高速地進(jìn)行焊接。另外，激光焊接由于激光的能量密度高，因此能夠?qū)⒁驘嵩斐傻挠绊懴拗频郊庸の锏妮^窄范圍內(nèi)來(lái)進(jìn)行焊接。
[0003]另一方面，在激光焊接中，成為被焊接的區(qū)域的焊道的寬度窄。因此，激光的瞄準(zhǔn)偏差的裕度窄，要求加工物中的激光的照射部的精度。在加工物中的激光的照射部的精度差的情況下，容易產(chǎn)生因激光的瞄準(zhǔn)偏差引起的熔合不良。與此對(duì)應(yīng)地，已知有以下的方法。
[0004]例如，在專(zhuān)利文獻(xiàn)I中記載有預(yù)先在加工物上形成V形坡口槽、并向該V型坡口槽照射激光的激光焊接方法。另外，在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中記載有使激光以螺旋狀進(jìn)行掃描的激光焊接方法。另外，在專(zhuān)利文獻(xiàn)3中記載有使激光以描繪圓或橢圓的軌跡的方式進(jìn)行旋轉(zhuǎn)掃描的激光焊接方法。
[0005]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0007]專(zhuān)利文獻(xiàn)I:日本特開(kāi)昭61-169184號(hào)公報(bào)
[0008]專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)昭54-116356號(hào)公報(bào)
[0009]專(zhuān)利文獻(xiàn)3:日本特開(kāi)平8-192286號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]但是，在專(zhuān)利文獻(xiàn)I所記載的激光焊接方法中，需要預(yù)先對(duì)加工物進(jìn)行坡口加工，工時(shí)增加。另外，有時(shí)會(huì)由于加工物的關(guān)系而無(wú)法進(jìn)行坡口加工。在專(zhuān)利文獻(xiàn)2和專(zhuān)利文獻(xiàn)3所記載的激光焊接方法中，加工物的熔解部分相對(duì)于被照射激光的區(qū)域的中心線變得左右非對(duì)稱(chēng)。因此，照射激光的瞄準(zhǔn)偏差的裕度也變得左右非對(duì)稱(chēng)。另外，由于加工物工件的熔解部分為左右非對(duì)稱(chēng)，因此在能量供給過(guò)剩的區(qū)域中容易發(fā)生加工物的燒穿。
[0011 ]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本公開(kāi)的一方案的激光焊接方法包括沿著加工物的焊接部位而以螺旋狀照射激光的工序。螺旋狀通過(guò)將使激光以圓形形狀移動(dòng)的圓形軌道與使激光在沿著焊接部位的行進(jìn)方向上移動(dòng)的移動(dòng)軌道組合而得到。另外，圓形軌道中以具有行進(jìn)方向上的分量的方式移動(dòng)的激光的第一能量大于圓形軌道中以具有與行進(jìn)方向相反的方向上的分量的方式移動(dòng)的激光的第二能量。
[0012]另外，本公開(kāi)的另一方案的激光焊接方法包括沿著加工物的焊接部位而以螺旋狀照射激光的工序。螺旋狀通過(guò)將使激光以圓形形狀移動(dòng)的圓形軌道與使激光在沿著焊接部位的行進(jìn)方向上移動(dòng)的移動(dòng)軌道組合而得到。另外，圓形軌道中的行進(jìn)方向上的激光的第三能量大于圓形軌道中的與行進(jìn)方向相反的方向上的激光的第四能量。
[0013]另外，本公開(kāi)的另一方案的激光焊接方法包括沿著加工物的焊接部位而以螺旋狀照射激光的工序。螺旋狀通過(guò)將使激光以圓形形狀移動(dòng)的圓形軌道與使激光在沿著焊接部位的行進(jìn)方向上移動(dòng)的移動(dòng)軌道組合而得到。另外，圓形軌道中的行進(jìn)方向上的激光的第三能量小于圓形軌道中的與行進(jìn)方向相反的方向上的激光的第四能量。
[0014]在本公開(kāi)的激光焊接方法中，加工物的熔解部分相對(duì)于被照射激光的區(qū)域的中心線變得左右均等。因此，照射激光的瞄準(zhǔn)偏差的裕度也變得左右均等。另外，由于加工物的熔解部分為左右均等，因此能夠抑制加工物的燒穿。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是示出實(shí)施方式I?5中的激光焊接裝置的概要結(jié)構(gòu)的圖。
[0016]圖2是示出實(shí)施方式I?5中的以螺旋狀照射激光后的軌跡的圖。
[0017]圖3是示出實(shí)施方式I中的激光的圓形軌道處的能量的圖。
[0018]圖4是示出實(shí)施方式I中的、激光的能量相對(duì)于坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)角Θ以矩形形狀變化的波形的圖表。
[0019]圖5是示出實(shí)施方式I中的、激光的能量相對(duì)于坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)角Θ以梯形形狀變化的波形的圖表。
[0020]圖6是示出實(shí)施方式I中的、激光的能量相對(duì)于坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)角Θ以山形變化的波形的圖表。
[0021]圖7是示出實(shí)施方式I中的、激光的能量相對(duì)于坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)角Θ的將脈沖波與連續(xù)波組合而成的波形的圖表。
[0022]圖8是示出實(shí)施方式I中的、激光的能量相對(duì)于坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)角Θ的脈沖占空比變化的波形的圖表。
[0023]圖9是示出實(shí)施方式I中的、激光的旋轉(zhuǎn)速度相對(duì)于坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)角Θ以矩形形狀變化的波形的圖表。
[0024]圖10是示出實(shí)施方式I中的、激光的旋轉(zhuǎn)速度相對(duì)于坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)角Θ以梯形形狀變化的波形的圖表。
[0025]圖11足示出實(shí)施方式I中的、激光8的旋轉(zhuǎn)速度相對(duì)于坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)角Θ以山形變化的波形的圖表。
[0026]圖12是示出實(shí)施方式2中的激光的圓形軌道處的能量的圖。
[0027]圖13是示出實(shí)施方式2中的、激光的能量相對(duì)于坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)角Θ以矩形形狀變化的波形的圖表。
[0028]圖14是示出實(shí)施方式2中的、激光的能量相對(duì)于坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)角Θ以梯形形狀變化的波形的圖表。
[0029]圖15是示出實(shí)施方式2中的、激光的能量相對(duì)于坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)角Θ以山形變化的波形的圖表。
[0030]圖16是示出實(shí)施方式2中的、激光的能量相對(duì)于坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)角Θ的將脈沖波與連續(xù)波組合而成的波形的圖表。
[0031]圖17是示出實(shí)施方式2中的、激光的能量相對(duì)于坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)角Θ的脈沖的占空比變化的波形的圖表。
[0032]圖18是示出實(shí)施方式2中的、激光的旋轉(zhuǎn)速度相對(duì)于坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)角Θ以矩形形狀變化的波形的圖表。
[0033]圖19是示出實(shí)施方式2中的、激光的旋轉(zhuǎn)速度相對(duì)于坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)角Θ以梯形形狀變化的波形的圖表。
[0034]圖20是示出實(shí)施方式2中的、激光的旋轉(zhuǎn)速度相對(duì)于坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)角Θ以山形變化的波形的圖表。
[0035]圖21是示出實(shí)施方式I?5中的以螺旋狀照射激光后的軌跡的圖。
[0036]圖22是示出實(shí)施方式3中的激光的圓形軌道處的能量的圖。
[0037]圖23是示出實(shí)施方式4中的激光的圓形軌道處的能量的圖。
[0038]圖24是示出實(shí)施方式5中的激光的圓形軌道處的能量的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039](實(shí)施方式I)
[0040]使用圖1對(duì)本實(shí)施方式中的激光焊接裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。圖1是示出本實(shí)施方式中的激光焊接裝置I的概要結(jié)構(gòu)的圖。
[0041]在圖1中，激光焊接裝置I具有控制部2、激光振蕩器3、光纖4、激光照射頭5、以及機(jī)械手6。
[0042]在激光焊接裝置I中，控制部2與激光振蕩器3、激光照射頭5、以及機(jī)械手6連接，對(duì)激光振蕩器3、激光照射頭5、以及機(jī)械手6的動(dòng)作進(jìn)行控制。需要說(shuō)明的是，控制部2具有對(duì)激光振蕩器3所輸出的激光的能量進(jìn)行切換的輸出切換部7。激光振蕩器3基于來(lái)自控制部2的指令而輸出激光8。光纖4與激光振蕩器3以及激光照射頭5連接，將激光8從激光振蕩器3傳送至激光照射頭5。激光照射頭5安裝在機(jī)械手6的臂部的前端，并基于來(lái)自控制部2的指令，將激光8照射于加工物9。機(jī)械手6基于來(lái)自控制部2的指令而使激光照射頭5移動(dòng)。
[0043]接著，使用圖1來(lái)說(shuō)明進(jìn)行激光焊接時(shí)的激光焊接裝置I的動(dòng)作。從激光振蕩器3輸出的激光8通過(guò)光纖4而進(jìn)入激光照射頭5。激光照射頭5利用設(shè)于內(nèi)部的透鏡(未圖示)，使激光8聚集并照射于加工物9。此外，激光照射頭5通過(guò)使設(shè)于內(nèi)部的棱鏡(未圖示)旋轉(zhuǎn)，而能夠使激光8以形成圓形軌道的方式進(jìn)行旋轉(zhuǎn)移動(dòng)。
[0044]另外，利用機(jī)械手6使激光照射頭5移動(dòng)。由此，能夠使激光8的照射位置在加工物9的焊接區(qū)域中移動(dòng)。這樣，通過(guò)控制部2對(duì)激光振蕩器3、激光照射頭5、以及機(jī)械手6同時(shí)進(jìn)行控制，由此能夠使激光8的照射位置在加工物9中以螺旋狀移動(dòng)。需要說(shuō)明的是，在本實(shí)施方式中，利用激光照射頭5以及機(jī)械手6使激光8的照射位置移動(dòng)，但只要能夠以螺旋狀的軌道來(lái)變更激光照射位置，則即便使用電流掃描儀等也能夠進(jìn)行本公開(kāi)的激光焊接方法。
[0045]接著，使用圖2，對(duì)以螺旋狀將激光8照射于加工物9的激光焊接進(jìn)行說(shuō)明。圖2是示出本實(shí)施方式中的、以螺旋狀照射激光8后的軌跡的圖。
[0046]首先，對(duì)以螺旋狀將激光8照射于加工物9的方法進(jìn)行說(shuō)明。激光焊接裝置I的激光照射頭5能夠使激光8以圓形形狀移動(dòng)。即，能夠使激光8以描繪“圓形軌道”的方式移動(dòng)。在圖2中，使激光8以半徑為R的圓形形狀移動(dòng)且右旋地(順時(shí)針)移動(dòng)。另外，將激光8的圓形形狀的移動(dòng)速度設(shè)為r(m/min)。
[0047]此外，激光焊接裝置I的機(jī)械手6能夠使激光8沿著焊接部位以直線狀或曲線狀移動(dòng)。即，能夠使激光8以描繪“移動(dòng)軌道”的方式沿焊接行進(jìn)方向移動(dòng)。在圖2中，使激光8的照射位置沿著直線狀的中央線21向上移動(dòng)。另外，將該激光8的直線狀的移動(dòng)速度設(shè)為v(m/min) ο
[0048]而且，通過(guò)同時(shí)進(jìn)行該圓形軌道和移動(dòng)軌道，由此如圖2所示，能夠使激光8