激光焊接方法
【專利摘要】本發(fā)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，使第一加工物與第二加工物在第一加工區(qū)域中重疊。在第二工序中，在第一加工區(qū)域內(nèi)，一邊使激光沿旋渦狀的軌道移動，一邊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過激光的照射而熔融并形成液相部分。并且在第二工序中，為了不使激光再次向液相部分照射而使激光移動。
【專利說明】
激光焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種對搭接接頭的加工物呈旋渦狀照射激光的激光焊接方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]在通過激光的照射對加工物進行搭接焊的激光焊接方法中，為了提高加工物間的間隙余量，大多使用通過將激光向加工物的寬范圍照射來擴寬熔融池而填埋間隙的激光焊接方法。然而，若將激光向加工物的寬范圍照射，則在熔融池的內(nèi)部產(chǎn)生氣泡，從而焊接部分的強度顯著降低。因此，提出了多個將在熔融池的內(nèi)部產(chǎn)生的氣泡除去的方法。
[0003]專利文獻1中記載了一種通過向熔融池照射激光來攪拌熔融池而除去氣泡的方法。另外，專利文獻2中記載了一種通過再熔融而使凝固后的熔融金屬內(nèi)的氣孔消失的方法。另外，專利文獻3中記載了一種使在激光照射工序中的激光束的輸出低的初期、以及激光束的輸出高的中期產(chǎn)生的氣泡在激光束的輸出低的后期排出的方法。
[0004]在先技術(shù)文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻1:日本特開昭61-202788號公報 [〇〇〇7] 專利文獻2:日本特開2005-246440號公報 [〇〇〇8] 專利文獻3:日本特開2008-126298號公報
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]然而，以往的激光焊接方法除了原本的激光焊接工序，還進行除去氣泡的工序。因此，處理時間與除去氣泡的工序相應(yīng)地變長。并且，在以往的激光焊接方法中，對加工物給予所需以上的熱量，因此激光焊接具有的低線能量所帶來的低應(yīng)變這一效果受到阻礙。
[0010]對此，本發(fā)明提供一種抑制激光焊接工序中的氣泡的產(chǎn)生并獲得良好的焊接狀態(tài)的激光焊接方法。
[0011]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)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，使第一加工物與第二加工物在第一加工區(qū)域中重疊。在第二工序中，在第一加工區(qū)域內(nèi)，一邊使激光沿旋渦狀的軌道移動，一邊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過激光的照射而熔融并形成液相部分。并且在第二工序中，使激光移動，以便不使激光向液相部分照射。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的激光焊接方法，能夠抑制氣泡的產(chǎn)生而得到良好的焊接狀態(tài)?！靖綀D說明】
[0013]圖1是示出實施方式的使用了振鏡掃描器的激光焊接系統(tǒng)的圖。
[0014]圖2是示出實施方式的使用了機器人的激光焊接系統(tǒng)的圖。
[0015]圖3示出比較例1的激光焊接的結(jié)果，(a)是上表面的平面圖，(b)是下表面的平面圖。
[0016]圖4是示出比較例1的激光焊接的原理的剖視圖。[〇〇17]圖5示出比較例1的激光焊接的狀態(tài)，(a)是俯視圖，(b)是剖視圖。
[0018]圖6示出比較例2的激光焊接的結(jié)果，(a)是上表面的平面圖，(b)是下表面的平面圖。
[0019]圖7是示出比較例2的激光焊接的原理的剖視圖。
[0020]圖8示出比較例2的激光焊接的狀態(tài)，(a)是俯視圖，(b)是剖視圖。
[0021]圖9示出實施例1的激光焊接的結(jié)果，(a)是上表面的平面圖，(b)是下表面的平面圖。[〇〇22]圖10是示出實施例1的激光焊接的原理的剖視圖。
[0023]圖11示出實施例1的激光焊接的狀態(tài)，(a)是俯視圖，(b)是剖視圖。
[0024]圖12是示出實施例2的激光焊接的狀態(tài)的俯視圖。
[0025]圖13是示出實施例3的激光焊接的狀態(tài)的俯視圖。
[0026]圖14是示出實施例4的激光焊接的狀態(tài)的俯視圖。
[0027]圖15是示出實施方式中的激光的軌道的間隔與焊接不良產(chǎn)生之間的關(guān)系的圖?！揪唧w實施方式】 [〇〇28](實施方式)[〇〇29]利用圖1至圖14來說明本實施方式。
[0030]首先，利用圖1和圖2對用于實施本實施方式的激光焊接方法的激光焊接系統(tǒng)進行說明。需要說明的是，圖1是本實施方式的使用了振鏡掃描器(Galvano SCanner)2的激光焊接系統(tǒng)10。圖2是本實施方式的使用了機器人8的激光焊接系統(tǒng)20。
[0031]在圖1中，激光焊接系統(tǒng)10具有激光振蕩器1、振鏡掃描器2以及掃描器控制裝置5。 激光振蕩器1產(chǎn)生激光23。振鏡掃描器2具有兩個振鏡3、兩個振鏡電機4、以及F9透鏡6。振鏡 3使激光23的軌道二維變化。兩個振鏡電機4使各自所連接的振鏡3旋轉(zhuǎn)。另外，兩個振鏡電機4由掃描器控制裝置5控制。F0透鏡6使激光23在加工物的焊接部位成像。
[0032]如圖1所示，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，激光焊接系統(tǒng)10通過振鏡掃描器2而向加工物的焊接部位照射激光23。激光焊接系統(tǒng)10從第一金屬板30側(cè)向重疊第一金屬板30 (第一加工物)與第二金屬板31 (第二加工物)而成的加工物照射激光23,由此對第一金屬板30與第二金屬板 31進行焊接。[〇〇33]在圖2中，激光焊接系統(tǒng)20具有激光振蕩器1、焊接頭7、機器人8以及機器人控制裝置9。激光振蕩器1產(chǎn)生激光23。焊接頭7使激光23在加工物的焊接部位成像。機器人8在前端安裝有焊接頭7并使焊接頭7移動。機器人控制裝置9對機器人8的動作、焊接頭7的動作進行控制。需要說明的是，當(dāng)使激光23的照射位置在加工物上移動時，通過機器人8進行較大移動，并且通過焊接頭7進行較小移動。[〇〇34]如圖2所示，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，激光焊接系統(tǒng)20通過焊接頭7以及機器人8而向加工物的焊接部位照射激光23。激光焊接系統(tǒng)20從第一金屬板30側(cè)向重疊第一金屬板30與第二金屬板31而成的加工物照射激光23,由此對第一金屬板30與第二金屬板31進行焊接。
[0035]也可以在圖1所示的激光焊接系統(tǒng)10的F0透鏡6的前后的任一方進一步配置旋轉(zhuǎn)的多個棱鏡，使激光23的照射位置變更(移動)。另外，也可以在圖2所示的激光焊接系統(tǒng)20的焊接頭7內(nèi)部配置旋轉(zhuǎn)的多個棱鏡，使激光23的照射位置變更(移動)。通過使棱鏡旋轉(zhuǎn)， 能夠使激光23的照射位置旋轉(zhuǎn)移動，并且通過使旋轉(zhuǎn)半徑變化，能夠使激光23的照射位置呈螺旋狀(旋渦狀)移動。
[0036]在此，關(guān)于激光焊接方法，針對加工物的熔深狀態(tài)根據(jù)激光23的輸出、焊接速度而變化這點，以下示出本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)的比較例1以及比較例2。需要說明的是，以下示出的比較例1以及比較例2能夠通過圖1、圖2所示的激光焊接系統(tǒng)10、20來進行。[〇〇37]本發(fā)明人通過第一焊接條件(比較例1)、第二焊接條件(比較例2)、第三焊接條件 (實施例1)這三個焊接條件來進行螺旋軌道(旋渦狀)的激光焊接，并對焊接結(jié)果進行了觀察。
[0038]需要說明的是，第一焊接條件(比較例1)以不足3m/min的比較低的焊接速度向熔融池內(nèi)照射比較高的輸出的激光，從而進行小孔式激光焊接。第二焊接條件(比較例2)以不足3m/min的比較低的焊接速度向熔融池內(nèi)照射比較低的輸出的激光，從而進行熱傳導(dǎo)式激光焊接。第三焊接條件(實施例)以3m/min以上的比較高的焊接速度向熔融池的外側(cè)且熔融池的前方照射比較高的輸出的激光，從而進行小孔式激光焊接。
[0039](比較例1)
[0040]首先，利用圖3?圖5對比較例1進行說明。圖3示出本比較例的激光焊接的結(jié)果， (a)是上表面的平面圖，(b)是下表面的平面圖。圖4是示出本比較例的激光焊接的原理的剖視圖。圖5示出本比較例的激光焊接的狀態(tài)，(a)是俯視圖，(b)是剖視圖。[〇〇41]圖3示出對重疊的加工物在圓形的加工區(qū)域內(nèi)通過第一焊接條件來進行螺旋軌道的激光焊接的情況下的、加工物的上表面和下表面的焊接狀態(tài)(加工結(jié)果)，(a)是上表面的平面圖，(b)是下表面的平面圖。需要說明的是，上表面是指供激光照射一側(cè)的面，例如，在圖1中為第一金屬板30中的振鏡掃描器2側(cè)的面，在圖2中為第一金屬板30中的焊接頭7側(cè)的面。
[0042]如圖3的(a)和(b)所示，在以第一焊接條件進行激光焊接的情況下，最終，氣泡在凝固點處破裂，在加工物的上表面和下表面這兩方上開孔。[〇〇43]以下，利用圖4以及圖5對比較例1的激光焊接的原理進行探討。
[0044]第一焊接條件是向熔融池照射激光23的小孔式激光焊接。如圖4所示，在本比較例的激光焊接中產(chǎn)生小孔21。由此，朝向加工物的能量吸收率高，能夠得到充分的熔深量。然而，由于焊接速度小于3m/min而比較慢，因此激光23在使焊接方向24的前方即小孔21的前壁25(粗實線部分)的第一金屬板30、第二金屬板31熔融之后，進一步使之氣化。由此，從小孔21的前壁25產(chǎn)生大量的金屬蒸氣26。金屬蒸氣26從在焊接方向24的后方形成的熔融池22 的小孔21的后壁27(粗虛線部分)進入熔融池22內(nèi)，成為氣泡28。然后該氣泡28作為孔隙而殘留在再凝固層29內(nèi)。
[0045]以下，利用圖5的(a)以及(b)進一步說明氣泡28的運動。圖5的(b)是圖5的(a)的 5b-5b剖視圖。如圖5的(a)所示，通過第一焊接條件將激光23呈螺旋狀向加工物照射。從開始點52開始激光23的照射，沿著由粗線表示的軌道51使激光23移動，并在結(jié)束點53處結(jié)束激光23的照射。需要說明的是，軌道51以一邊描繪圓弧一邊從激光焊接的開始點52逐漸離開的方式直至結(jié)束點53為止連續(xù)地變化。
[0046]基于第一焊接條件的激光焊接為小孔式激光焊接，因此第一金屬板30與第二金屬板31這兩方均得到充分的熔深，能夠通過熔融池22(熔液)來填埋圖4所示的第一金屬板30 與第二金屬板31之間的間隙32。然而，在熔融池22的內(nèi)部產(chǎn)生的氣泡28凝固時，如圖5的(a) 以及(b)所示，氣泡28最終在成為凝固點的熔融池22的中心的表面附近(上表面以及下表面)匯集。因此，作為加工物的焊接結(jié)果，熔融池22的中心因氣泡28而空洞化，表面膨脹而凝固，或者由于匯集的氣泡28破裂而在表面上產(chǎn)生孔33(凹部)。通過基于氣泡28的空洞、孔 33,第一金屬板30與第二金屬板31之間的接合面積變小，無法得到充分的接合強度。[〇〇47](比較例2)
[0048]以下，利用圖6?圖8對比較例2進行說明。圖6示出本比較例的激光焊接的結(jié)果， (a)是上表面的平面圖，(b)是下表面的平面圖。圖7是示出本比較例的激光焊接的原理的剖視圖。圖8示出本比較例的激光焊接的狀態(tài)，(a)是俯視圖，(b)是剖視圖。需要說明的是，對與圖3?5相同的結(jié)構(gòu)采用相同的附圖標(biāo)記，并省略說明。
[0049]圖6示出在圓形的加工區(qū)域內(nèi)通過第二焊接條件對重疊的加工物進行螺旋軌道的激光焊接的情況下的、加工物的上表面和下表面的焊接狀態(tài)(加工結(jié)果)，(a)是上表面的平面圖，(b)是下表面的平面圖。
[0050]如圖6的(a)和(b)所示，在以第二焊接條件進行激光焊接的情況下，加工物的上表面熔融，但下表面的熔融不充分。
[0051]以下，利用圖7以及圖8對比較例2的激光焊接的原理進行探討。[〇〇52]第二焊接條件是向熔融池照射激光23的熱傳導(dǎo)式激光焊接。如圖7所示，在本變形例的激光焊接中，激光23的功率密度低，無法形成較深的小孔，因此不產(chǎn)生氣泡28。然而，由于沒有較深的小孔，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，利用圖8的(a)以及(b)進行具體說明。圖8的(b)是圖8的(a)的8b_8b線的剖視圖。如圖8的(a)所示，通過第二焊接條件將激光23呈螺旋狀向加工物照射。從開始點52開始激光23的照射，沿著由粗線表示的軌道51使激光23移動，并在結(jié)束點53處結(jié)束激光23的照射。[〇〇54]基于第二焊接條件的激光焊接為熱傳導(dǎo)式激光焊接，因此，雖位于供激光23照射的一側(cè)即上側(cè)的第一金屬板30熔融，但位于下側(cè)的第二金屬板31的熔融不充分，熔深形狀為碗型。因而，無法對圖7所示的第一金屬板30與第二金屬板31之間的間隙32進行填埋，第一金屬板30與第二金屬板31之間的接合面積小，因此無法得到充分的接合強度。
[0055](實施例1)
[0056]以下，相對于比較例1以及比較例2,利用圖9?11對用于實施本發(fā)明的實施例1進行說明。圖9示出本實施例的激光焊接的結(jié)果，(a)是上表面的平面圖，(b)是下表面的平面圖。圖10是示出本實施例的激光焊接的原理的剖視圖。圖11示出本實施例的激光焊接的狀態(tài)，(a)是俯視圖，(b)是剖視圖。需要說明的是，有時對與圖3?5相同的結(jié)構(gòu)采用相同的附圖標(biāo)記，并省略說明。[〇〇57]圖9示出通過第三焊接條件對重疊的加工物進行螺旋軌道的激光焊接的情況下的、加工物的上表面和下表面的焊接狀態(tài)(加工結(jié)果)，(a)是上表面的平面圖，(b)是下表面的平面圖。[〇〇58]如圖9的(a)和(b)所示，在以第三焊接條件進行激光焊接的情況下，加工物的上表面以及下表面熔融，且未觀察到孔、空洞，得到良好的焊接結(jié)果。
[0059]以下，利用圖10以及圖11對本實施例的激光焊接的原理進行探討，并對本實施例的激光焊接方法進行說明。
[0060]第三焊接條件是向熔融池22的外側(cè)且熔融池22的前方照射激光23的小孔式激光焊接。首先，以使加工區(qū)域(第一加工區(qū)域)重疊的方式將第一金屬板30(第一加工物)與第二金屬板31(第二加工物)重合而準(zhǔn)備加工物(第一工序)。此時，在加工區(qū)域中，在第一金屬板30與第二金屬板31之間形成有間隙32。但是，并不一定形成該間隙32。另外，在本實施例中加工區(qū)域為圓形，但不限于此，也可以是三角形、四邊形等多邊形。
[0061]接下來，向加工物的加工區(qū)域照射激光23,通過激光焊接來接合第一金屬板30與第二金屬板31。此時，使激光23在加工區(qū)域內(nèi)呈螺旋狀(旋渦狀)移動(第二工序)。如圖10所示，在本實施例的激光焊接中產(chǎn)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，焊接速度為3m/min以上而比較快，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僅使焊接方向24的前方即小孔 21的前壁25(粗實線部)的第一金屬板30以及第二金屬板31熔融，從而使熔融金屬的氣化得以抑制。換言之，激光23朝向未熔融部分34移動，以不向熔融池22照射激光23的方式移動。 由此，金屬蒸氣26的產(chǎn)生受到抑制，金屬蒸氣26也不會從在焊接方向24的后方形成的熔融池22的小孔21的后壁27(粗虛線部分)進入熔融池22內(nèi)。因而，在熔融池22冷卻并固化而成的再凝固層29內(nèi)不存在孔隙。
[0062]接下來，利用圖10、圖11的(a)以及(b)進一步具體說明本實施例的原理以及激光焊接工序。圖11的(b)是圖11的(a)的llb-llb線的剖視圖。如圖11的(a)所示，通過第三焊接條件將激光23呈螺旋狀向加工物照射。具體而言，如圖10所示，從第一金屬板30的上方向第一金屬板30以及第二金屬板31的未恪融部分34照射激光23。如圖11的(a)所不，從開始點52 開始激光23的照射，沿著以粗線示出的軌道51使激光23移動，并在結(jié)束點53處結(jié)束激光23 的照射。開始點52例如為加工區(qū)域的中心。而且，再凝固層29形成在與加工區(qū)域大致一致的區(qū)域內(nèi)，在加工區(qū)域的周邊存在未熔融部分34。開始點52為軌道51的內(nèi)側(cè)的端部，結(jié)束點53 為軌道51的外側(cè)的端部。[〇〇63]基于第三焊接條件的激光焊接為小孔式激光焊接，因此第一金屬板30與第二金屬板31這兩方均得到充分的熔深。另外，如圖10所示，若存在第一金屬板30與第二金屬板31之間的間隙32，則能夠由熔融池22的熔融金屬填埋間隙32。另外，由于在熔融池22的內(nèi)部不產(chǎn)生氣泡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)附近不產(chǎn)生空洞、 孔。因而，第一金屬板30與第二金屬板31之間的接合面積大，得到充分的接合強度。
[0064]根據(jù)比較例1、2以及實施例1那樣的焊接條件和焊接結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，作為得到良好的焊接狀態(tài)的焊接條件，優(yōu)選第三焊接條件。在第三焊接條件下，始終不向熔融池22 而是向金屬板(加工物)的未熔融部分34照射激光23,并且以成為小孔式激光焊接的功率密度來照射激光23。由此，在再凝固層29內(nèi)不會產(chǎn)生空洞或孔33。本發(fā)明是利用這樣的激光的能量、激光照射位置以及焊接速度的關(guān)系而完成的。需要說明的是，上述激光23的功率密度由激光23的能量與激光23的束徑的組合決定。
[0065]進一步，舉出具體的焊接條件對實施例1的激光焊接方法進行說明。實施例1的激光焊接方法例如能夠通過圖1、圖2所示的激光焊接系統(tǒng)來進行。
[0066]本實施例的激光焊接方法對作為板厚t為0.8mm的軟鋼的第一金屬板30與第二金屬板31重疊而成的加工物從第一金屬板30側(cè)呈螺旋狀照射激光23而進行焊接。激光23的加工物上的光束的直徑(以下稱為束徑)為0.5?0.7mm。在此，激光23的移動方向并非朝向通過激光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，能夠抑制熔融池22的熔融金屬的氣化。此時，激光23在加工物上的束徑尤為重要。激光23的軌道51的間隔至少優(yōu)選為激光23的束徑以上，使得激光23不會向加工物的相同部位照射。由此，不會向通過照射一次激光23而形成的熔融金屬再次照射激光23。另外，激光23的軌道51 的間隔優(yōu)選為激光23的束徑的2倍以下。由此，也能夠通過余熱使未照射激光23的區(qū)域進行熔融，不會使加工區(qū)域的加工物熔融而造成損失。
[0067]并且，一邊使激光23呈螺旋狀高速移動，一邊照射激光23而進行激光焊接。在本實施例中，例如優(yōu)選以3m/min以上的焊接速度進行。通過該焊接速度，能夠使第一金屬板30以及第二金屬板31這雙方充分地熔融，并且能夠在使熔融金屬氣化之前使激光23移動。需要說明的是，優(yōu)選焊接速度即激光23的移動速度與激光23的能量為成比例的關(guān)系。由此，在單位距離上供給的熱量成為恒定。而且，在本實施例中，即使在第一金屬板30與第二金屬板31 之間存在間隙32的情況下，也能夠使間隙32由熔融池22(熔液)充滿，能夠提高間隙32的余量。[〇〇68]在此，對重合的第一金屬板30與第二金屬板31之間的間隙32進行說明。若在第一金屬板30與第二金屬板31之間存在間隙32,則與不存在間隙32的情況相比，從第一金屬板 30向第二金屬板31的熱傳導(dǎo)減少，第一金屬板30變得容易熔化。如比較例1那樣，這是容易從第一金屬板30的恪融金屬產(chǎn)生金屬蒸氣26的狀態(tài)。因此，優(yōu)選使存在間隙32的情況下的焊接速度比不存在間隙32的情況下的焊接速度更快，且存在間隙32的情況下的激光23的輸出比不存在間隙32的情況下的激光23的輸出更高。準(zhǔn)備所述的加工物的工序?qū)⒁栽诩庸^(qū)域(第一加工區(qū)域)中形成間隙的方式重疊第一金屬板30(第一加工物)與第二金屬板31(第二加工物)的工序設(shè)為第一工序。另外，將以在加工區(qū)域(第二加工區(qū)域)中不形成間隙的方式、即以接觸的方式重疊第一金屬板30(第三加工物)與第二金屬板31(第四加工物)的工序作為第三工序。而且，將向通過第一工序準(zhǔn)備的加工物進行激光照射的工序作為第二工序， 將向通過第三工序準(zhǔn)備的加工物進行激光照射的工序作為第四工序。[〇〇69]通過這樣，即使在第一金屬板30與第二金屬板31之間存在間隙32的情況下，也能夠與不存在間隙32的情況同樣地實現(xiàn)良好的激光焊接。需要說明的是，在第一金屬板30與第二金屬板31之間存在間隙32的情況和不存在間隙32的情況下的焊接條件例如通過實驗等而預(yù)先求得即可。
[0070](實施例2)[〇〇71]以下，利用圖12對用于實施本發(fā)明的實施例2進行說明。圖12是示出本實施例的激光焊接的狀態(tài)的俯視圖。需要說明的是，對于與圖11的(a)相同的結(jié)構(gòu)采用相同的附圖標(biāo)記，并省略說明。
[0072]對激光23的螺旋狀的軌道51而言，若相鄰的軌道51的間隔為等間隔，則越靠近熔融池22的中心的部分，溫度越高。因此，熔融池22容易變大，成為激光23容易向熔融池22照射的狀態(tài)。為了避免這種情況，本實施例的激光焊接方法如圖13所示，在從內(nèi)側(cè)朝向外側(cè)呈螺旋狀照射激光23而進行焊接的情況下，將進行激光23的螺旋狀的照射的照射開始位置作為第二開始點54。第二開始點54位于比實施例1中的開始點52(加工區(qū)域的中心)向外側(cè)分離的位置。需要說明的是，第二開始點54的位置例如為與加工區(qū)域的中心分離超過激光23 的束徑的一半(束徑的半徑)的位置。需要說明的是，未照射激光23的加工區(qū)域的中心附近因來自周圍的熔融池22的余熱而熔融。
[0073](實施例3)
[0074]以下，利用圖13對用于實施本發(fā)明的實施例3進行說明。圖13是示出本實施例的激光焊接的狀態(tài)的俯視圖。需要說明的是，對于與圖11的(a)相同的結(jié)構(gòu)采用相同的附圖標(biāo)記，并省略說明。
[0075]對激光23的螺旋狀的軌道51而言，若相鄰的軌道51的間隔為等間隔，則越靠近熔融池22的中心的部分，溫度越高。因此，熔融池22容易變大，從而成為激光23容易向熔融池 22照射的狀態(tài)。為了避免這種情況，本實施例的激光焊接方法如圖13所示，以越靠螺旋狀的外側(cè)，相鄰的軌道51的間隔越大的方式將激光23向加工物照射。這樣，以隨著向加工區(qū)域的外側(cè)行進而激光23的軌道51不通過熔融池22的方式，一邊增大與內(nèi)側(cè)的軌道51之間的間隔，一邊呈螺旋狀照射激光23。需要說明的是，增大相鄰的激光23的軌道51彼此的間隔所造成的未熔融部分34的熔融通過余熱來進行。另外，為了防止因激光23的軌道51重復(fù)而使激光23通過熔融池22的情況，使激光23的束徑小于相鄰的激光23的軌道51彼此的間隔。
[0076](實施例4)
[0077]以下，利用圖14對用于實施本發(fā)明的實施例4進行說明。圖14是示出本實施例的激光焊接的狀態(tài)的俯視圖。需要說明的是，對于與圖11的(a)相同的結(jié)構(gòu)采用相同的附圖標(biāo)記，并省略說明。
[0078]對激光23的螺旋狀的軌道51而言，若相鄰的軌道51的間隔為等間隔，則越靠近熔融池22的中心的部分，溫度越高。因此，熔融池22容易變大，從而成為激光23容易向熔融池 22照射的狀態(tài)。為了避免這種情況，本實施例的激光焊接方法如圖14所示，將螺旋狀的激光 23的照射起始位置設(shè)為開始點52,將結(jié)束位置設(shè)為結(jié)束點53。即，從外側(cè)朝向內(nèi)側(cè)將激光23 呈螺旋狀向加工物照射而進行激光焊接。需要說明的是，開始點52是螺旋狀的激光23照射的加工區(qū)域的外側(cè)附近。這樣，從因熱傳導(dǎo)而散熱良好的加工區(qū)域的外緣部開始激光焊接， 朝向加工區(qū)域的中心進行焊接，由此能夠在激光焊接的開始時，對熱量集中在照射有激光 23的部分而成為高溫的情況進行抑制。即，能夠防止未照射激光23的部分因熱傳導(dǎo)而過度熔融的情況。需要說明的是，在實施例1?3中，使螺旋狀的激光23的移動方向為從內(nèi)側(cè)向外側(cè)，但也可以為從外側(cè)向內(nèi)側(cè)。
[0079]如以上的實施例1?4那樣，本實施方式的激光焊接方法為，向加工物的未熔融部分照射激光23。因而，能夠與加工物的板厚無關(guān)地得到良好的焊接狀態(tài)。需要說明的是，用于將激光23向加工物的未熔融部分照射的螺旋狀的軌道例如通過實驗等而預(yù)先確定即可。
[0080]另外，在本實施方式的激光焊接方法中，對激光23的螺旋狀的軌道51而言，若相鄰的軌道51的間隔為等間隔，則越靠近熔融池22的中心的部分，溫度越高。因此，熔融池22容易變大，從而成為激光23容易向熔融池22內(nèi)照射的狀態(tài)。因而，在實施例1?4中，優(yōu)選以越接近螺旋狀的軌道51的外側(cè)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過余熱來進行。另外，在實施例1?4中，優(yōu)選以越接近螺旋狀的外側(cè)而激光23的輸出越低的方式照射激光23。降低激光23的輸出而引起的未熔融部分的熔融通過余熱來進行。
[0081]如以上那樣，本實施方式的激光焊接方法為，通過激光23對上下重疊的兩片以上的金屬板進行激光焊接，并且在激光焊接時主要抑制從小孔后壁產(chǎn)生的氣泡。因此，本實施方式的激光焊接方法始終向加工物的固相部分照射激光23,對加工物進行激光焊接。另外， 以成為小孔式激光焊接的方式設(shè)定激光焊接時的激光的輸出。另外，以使激光23不會向擴大的熔融池22再次照射的方式設(shè)定激光焊接時的焊接速度。
[0082]根據(jù)這樣的本實施方式的激光焊接方法，能夠與板厚無關(guān)地始終得到良好的焊接狀態(tài)。
[0083]另外，在本實施方式中，沿螺旋狀的軌道照射激光23的情況下的相鄰的軌道51彼此的間隔優(yōu)選為激光23的束徑以上且是激光23的束徑的2倍以下。以下示出其理由。
[0084]在圖15中示出本發(fā)明人進行的實驗結(jié)果。圖15是示出激光23的相鄰的軌道51的間隔與焊接不良(凹坑/因空洞而產(chǎn)生的突起)產(chǎn)生之間的關(guān)系的圖。在板厚t為0.8mm的軟鋼的搭接焊中，將束徑為0.5?0.7mm的激光23沿螺旋狀的軌道照射，并沿不同的軌道間隔進行激光焊接。激光23的強度分布在束徑附近呈縮頂型(Top Hat Type)。激光焊接痕的直徑為與大約6 V t相當(dāng)?shù)?.4mm。[〇〇85]在焊接速度為3m/min的情況下為了始終成為貫通焊接而將焊接輸出在1.5? 3.0kW之間調(diào)整來進行焊接，。其結(jié)果是，在軌道間隔除以照射直徑而成的值為1倍至2倍的范圍內(nèi)，能夠得到良好的激光焊接痕。
[0086]但是，在激光23的強度分布不是縮頂型而是高斯型的情況下，激光的束徑的外緣部無助于焊接，因此即使采用束徑以下的軌道間隔(上述倍率為1倍以下)也能夠得到良好的激光焊接痕。
[0087]另外，本實施方式的激光焊接方法為，以使加工物的上表面與下表面的激光焊接痕不成為線狀而成為面狀的方式進行焊接。
[0088]另外，本實施方式的激光焊接方法將在激光焊接中需要考慮熱影響的尺寸的激光焊接痕作為對象。例如，在將搭接焊的板厚的合計的一半設(shè)為T的情況下，激光焊接痕的直徑為6 VT以下。
[0089]在此，例示對各種板厚的金屬板進行搭接焊的情況下的各參數(shù)。需要說明的是，在激光焊接中，根據(jù)板厚確定出不發(fā)生熔落的臨界的激光的輸出、和用于得到充分的接合強度的加工區(qū)域的大小。需要說明的是，激光的束徑的直徑為0.5mm?0.7mm。
[0090]例如，若采用鐵且板厚為0.6mm的加工物，則激光的輸出優(yōu)選為2.80kW，加工區(qū)域的半徑優(yōu)選為1.55mm。在該條件下，優(yōu)選旋轉(zhuǎn)速度(焊接速度)為10.0m/min，且螺旋的旋轉(zhuǎn)數(shù)為兩次。
[0091]另外，例如，若采用鐵且板厚為0.8mm的加工物，則激光的輸出優(yōu)選為3.30kW，加工區(qū)域的半徑優(yōu)選為1.79mm。在該條件下，優(yōu)選旋轉(zhuǎn)速度為8.7m/min，且螺旋的旋轉(zhuǎn)數(shù)為兩次。[〇〇92]另外，例如，若采用鐵且板厚為1.0mm的加工物，則激光的輸出優(yōu)選為3.55kW，加工區(qū)域的半徑優(yōu)選為2.0 0 mm。在該條件下，優(yōu)選旋轉(zhuǎn)速度為7.4 m / m i n，且螺旋的旋轉(zhuǎn)數(shù)為三次。[〇〇93]另外，例如，若采用鐵且板厚為1.2mm的加工物，則激光的輸出優(yōu)選為3.65kW，加工區(qū)域的半徑優(yōu)選為2.19mm。在該條件下，優(yōu)選旋轉(zhuǎn)速度為6.3m/min，且螺旋的旋轉(zhuǎn)數(shù)為三次。
[0094]另外，例如，若采用鐵且板厚為1.6mm的加工物，則激光的輸出優(yōu)選為3.65kW，加工區(qū)域的半徑優(yōu)選為2.53mm。在該條件下，優(yōu)選旋轉(zhuǎn)速度為4.4m/min，且螺旋的旋轉(zhuǎn)數(shù)為四次。
[0095]這樣，板厚越厚，所需的激光的輸出越大，但激光振蕩器也存在極限，因此能夠通過焊接速度來進行調(diào)節(jié)。另外，為了發(fā)揮本發(fā)明的效果，焊接速度為3m/min以上。并且，板厚越厚，為了得到充分的接合強度而優(yōu)選加工區(qū)域的半徑越大，另外，加工區(qū)域的半徑越大， 螺旋的旋轉(zhuǎn)數(shù)越多。
[0096]需要說明的是，在本實施方式中，示出了重疊兩片金屬板而進行激光焊接的例子， 但也能夠在重疊三片以上的金屬板進行激光焊接時應(yīng)用。[〇〇97]另外，螺旋的形狀除了圓弧狀以外，也可以采用四邊、三角等多邊形狀、一部分切除的不連續(xù)的圓弧狀等各種形狀。
[0098]另外，螺旋狀的激光23的照射可以從加工區(qū)域的中心或內(nèi)側(cè)朝向外側(cè)進行，也可以從加工區(qū)域的外側(cè)朝向中心或內(nèi)側(cè)進行。
[0099]另外，在本實施方式中，示出了為了得到良好的焊接結(jié)果而適當(dāng)設(shè)置激光23的焊接速度、激光23的旋轉(zhuǎn)間隔、以及激光23的輸出等的例子。需要說明的是，上述的應(yīng)對可以全部實施，或者也可以從全部之中選擇多個等進行適當(dāng)組合來實施。
[0100]工業(yè)上的可利用性
[0101]根據(jù)本發(fā)明，能夠抑制氣泡的產(chǎn)生而實現(xiàn)良好的焊接狀態(tài)，作為重疊加工物進行激光焊接的激光焊接方法在工業(yè)上有用。
[0102]附圖標(biāo)記說明
[0103]1激光振蕩器
[0104]2振鏡掃描器
[0105]3 振鏡[〇1〇6]4振鏡電機[〇1〇7]5掃描器控制裝置
[0108]6 F9 透鏡
[0109]7焊接頭[〇11〇]8機器人
[0111]9機器人控制裝置
[0112]10激光焊接系統(tǒng)
[0113]20激光焊接系統(tǒng)
[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金屬蒸氣
[0120]28 氣泡
[0121]29再凝固層
[0122]30第一金屬板
[0123]31第二金屬板
[0124]32 間隙
[0125]33 孔
[0126]34未熔融部分
[0127]51 軌道
[0128]52開始點
[0129]53結(jié)束點
[0130]54第二開始點
【主權(quán)項】
1.一種激光焊接方法，其中，所述激光焊接方法具備:第一工序，在該第一工序中，使第一加工物與第二加工物在第一加工區(qū)域內(nèi)重疊；以及 第二工序，在該第二工序中，在所述第一加工區(qū)域內(nèi)，一邊使激光沿旋渦狀的軌道移 動，一邊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過所述激光的照射而熔融并形成液相部分， 使所述激光移動，以便不使所述激光向所述液相部分照射。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光焊接方法，其中，所述旋渦狀的軌道中，在徑向上相鄰的軌道的間隔為所述激光的束徑以上且為所述激 光的所述束徑的2倍以下。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光焊接方法，其中，所述旋渦狀的軌道的內(nèi)側(cè)的端部與所述第一加工區(qū)域的中心不同。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光焊接方法，其中，所述旋渦狀的軌道的內(nèi)側(cè)的端部與所述第一加工區(qū)域的中心之間的距離大于所述激 光的照射徑的半徑。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的激光焊接方法，其中，所述旋渦狀的軌道中，越靠近外側(cè)，在徑向上相鄰的軌道的間隔越長。6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的激光焊接方法，其中，在所述第二工序中，越靠近所述旋渦狀的軌道的外側(cè)，所述激光的移動速度越快。7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的激光焊接方法，其中，越靠近所述旋渦狀的軌道的外側(cè)，所述激光的輸出越低。8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的激光焊接方法，其中，在所述第二工序中，所述激光從所述旋渦狀的軌道的內(nèi)側(cè)朝向外側(cè)移動。9.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的激光焊接方法，其中，在所述第二工序中，所述激光從所述旋渦狀的軌道的外側(cè)朝向內(nèi)側(cè)移動。10.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的激光焊接方法，其中，所述激光焊接方法具備:第三工序，在該第三工序中，使第三加工物與第四加工物在第二加工區(qū)域內(nèi)重疊；以及 第四工序，在該第四工序中，在所述第二加工區(qū)域內(nèi)，一邊使激光沿旋渦狀的軌道移 動，一邊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過所述激光的照射而熔融并形成液相部分，使所述激光移動，以便不使所述激光再次向所述液相部分照射，在所述第一加工區(qū)域中，在所述第一加工物與所述第二加工物之間存在間隙，在所述第二加工區(qū)域中，所述第三加工物與所述第四加工物接觸，所述第二工序中的所述激光的第一移動速度比所述第四工序中的所述激光的第二移 動速度快，所述第二工序中的所述激光的第一輸出比所述第四工序中的所述激光的第二輸出高。
【文檔編號】B23K26/244GK106029291SQ201580010143
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2015年2月23日
【發(fā)明人】中川龍幸, 向井康士, 川本篤寬, 藤原潤司, 松岡范幸
【申請人】松下知識產(chǎn)權(quán)經(jīng)營株式會社