CN101541469A - 重叠工件的激光焊接方法 - Google Patents

重叠工件的激光焊接方法 Download PDF

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Abstract

在本重叠工件的激光焊接方法中，由于在2个重叠的工件(1、2)中，将照射在一方的工件表面(1)上的激光照射直径设定为焊接终端部的激光照射直径B为焊接始端部的激光照射直径A的约1.5倍以上，所以在焊接终端部，比以往范围广的材料被熔融，由此，该熔融的材料在焊接终端部凝固时被供给到焊接终端部的中央部分，能够使焊接终端部的凹部的深度变浅到能够保证各工件(1、2)的焊接质量的水平。

Description

重叠工件的激光焊接方法
技术领域
本发明涉及一种重叠工件的激光焊接方法，该激光焊接方法例如将多个板状的工件重叠，并向位于一端的工件表面上照射大致呈圆形的激光，由此焊接各个工件。
背景技术
一般的，如图5所示，在重叠工件的激光焊接中，例如，在2个重叠的板状工件1、2中，在一方的工件1表面的上方配置激光头3，从激光头3向一方的工件1表面照射大致呈圆形的激光4，同时使该激光头3相对于工件1、2直线地移动并焊接各工件1、2。标记4表示激光的轨迹。
并且，一方的工件1表面的激光照射直径A在焊接始端部、从焊接始端部至焊接终端部的中途、以及焊接终端部大致相同，为了提高激光能量的效率，将其设定为使激光4的能量密度最大的最小聚光直径(聚焦状态)，从而使激光4的贯通能力最大。
但是，在上述以往的激光焊接方法中，如图6(b)所示，产生了以下缺陷，即，在焊接结束后的焊接终端部，在一方的工件1表面上形成凹部5，或形成贯通一方的工件1的贯通孔等，各工件1、2的接合强度或密封性降低，不能够保证工件1、2的焊接质量。另外，标记6所表示的部分表示通过激光熔融后而凝固的部分。
在工件1、2的焊接终端部，在一方的工件1表面上形成凹部5或贯通孔的原因是，在这样的基于激光照射的焊接中，在通过激光照射形成键孔20的同时，将熔融的材料驱赶到行进方向后方的键孔20内并焊接，被驱赶到键孔20内的熔融材料依次冷却并凝固。
但是，在焊接终端部，由于没有从前方向键孔20内供给足够的材料，所以，将键孔20内部完全填埋的材料不足，当熔融的材料从四周开始冷却、凝固并收缩时，在其中央部分形成凹部5，或形成贯通孔。
另外，在专利文献1中公开了如下的镀锌钢板的重叠工件焊接方法，所述镀锌钢板的照射位置处的光束形状为具有与焊接线平行的长径和与之垂直的短径的椭圆形状。
专利文献1：日本特开2002-219590号公报
但是，在上述专利文献1的发明中，由于使光束形状形成为椭圆形状，所以与以往相比大幅减少了熔融金属的飞溅和气孔，但在焊接终端部不能够消除形成在工件表面的凹部或贯通孔等缺陷。
发明内容
鉴于以上问题点，本发明的目的是提供一种重叠工件的激光焊接方法，该方法在向位于一端的工件表面照射激光并焊接多个重叠的板状工件时，能够改善在焊接终端部的工件表面所形成的凹部或贯通孔等缺陷。
为了解决上述课题，本发明的重叠工件的激光焊接方法，其特征在于，将照射在工件表面的激光照射直径设定为焊接终端部的激光照射直径比焊接始端部的激光照射直径大。
据此，能够使在焊接终端部的工件表面形成的凹部的深度比以往大幅变浅。
另外，在以下(发明的方案)各项中，对本发明的重叠工件的激光焊接方法的各种方案及其作用进行详细说明。
下面，对本申请的可以要求专利保护的发明(以下，有时称为“可要求保护的发明”)的多个方案进行例示，并对它们进行说明。另外，各方案与权利要求相同地区分为项并为各项赋予编号，并以根据需要而引用其它项的形式进行记载。这样做的目的完全是为了便于理解可要求保护的发明，而不是将构成可要求保护的发明的构成要素的组合限定在以下各项所记载的形式。即，可要求保护的发明可以参考各项中的记载、实施方式等而进行解释，只要按照该解释，在各方案中附加其它的构成要件的方案，从各项的方案删除构成要件的方案也能够成为可要求保护的发明的一个方案。另外，在以下各项中，(1)项和(2)项分别相当于技术方案1及技术方案2，(6)项相当于技术方案3。
(1)一种重叠工件的激光焊接方法，其特征在于，将照射在上述工件表面的激光照射直径设定为焊接终端部的激光照射直径比焊接始端部的激光照射直径大。
因此，在(1)项的重叠工件的激光焊接方法中，对于工件表面的激光照射直径，以使焊接终端部的激光照射直径比焊接始端部的激光照射直径大的方式使焊接终端部的激光照射形成散焦状态，所以，在该焊接终端部，可熔融比以往范围大的材料，该熔融的材料在焊接终端部凝固时被供给到焊接终端部的中央部，因此，在焊接终端部，能够使在工件表面上形成的凹部的深度比以往浅。
(2)如(1)项记载的重叠工件的激光焊接方法，其特征在于，将从焊接始端部到焊接终端部的中途的激光照射直径设定为与焊接始端部的激光照射直径大致相同。
因此，在(2)项的重叠工件的激光焊接方法中，将从焊接始端部到焊接终端部的中途的激光照射直径设定为与焊接始端部的激光照射直径大致相同，由此，可不降低从焊接始端部到焊接终端部的中途的激光能量地、维持其贯通能力，并且可不降低各工件的结合强度。
(3)如(1)项记载的重叠工件的激光焊接方法，其特征在于，使从焊接始端部到焊接终端部的中途的激光照射直径从焊接始端向焊接终端部逐渐扩大。
因此，在(3)项的重叠工件的激光焊接方法中，通过从焊接始端部向焊接终端部逐渐扩大，可将焊接终端部的激光照射直径设定为比焊接始端部的激光照射直径大。
(4)如(1)～(3)项中的任意一项所记载的重叠工件的激光焊接方法，其特征在于，通过改变从工件表面到激光头的距离而适当地设定上述激光照射直径。
(5)如(1)～(3)项中的任意一项所记载的重叠工件的激光焊接方法，其特征在于，通过改变从工件表面到激光头内的激光聚光装置的距离而适当地设定上述激光照射直径。
因此，在(4)项和(5)项的重叠工件的激光焊接方法中，作为使焊接终端部的激光照射直径比焊接始端部的激光照射直径大，并使焊接终端部的激光照射变为散焦状态的机构，可以适当选择并采用使激光头和工件表面的距离改变的第1机构、或者使激光头内的激光聚光装置和工件表面的距离改变的第2机构中的任意一种机构。
(6)如(1)～(5)项中的任意一项所记载的重叠工件的激光焊接方法，其特征在于，将焊接终端部的激光照射直径设定为焊接始端部的激光照射直径的1.5倍以上。
因此，在(6)项的重叠工件的激光焊接方法中，能够使在焊接终端部的工件表面所形成的凹部的深度变浅到能够保证各工件的焊接质量的水平。
(7)如(1)～(6)项中的任意一项所记载的重叠工件的激光焊接方法，其特征在于，上述工件为板状，使2个或3个工件重叠并焊接。
因此，在(7)项的重叠工件的激光焊接方法中，当重叠2个或3个板状的工件并进行激光焊接时，能够使位于一端的工件表面的焊接终端部的凹部的深度变浅。
根据本发明，能够提供一种重叠工件的激光焊接方法，该方法在向位于一端的工件表面照射激光并焊接多个重叠的板状工件时，能够改善在焊接终端的工件表面所形成的凹部或贯通孔等缺陷。。
附图说明
图1是用于说明本发明的实施方式的重叠工件的激光焊接方法的示意图。
图2的图2(a)是一方的工件表面的俯视图，图2(b)是各工件的焊接结束后的纵截面图。
图3是表示设定激光照射直径的第1机构的示意图。
图4是表示设定激光照射直径的第2机构的示意图。
图5是用于说明以往的重叠工件的激光焊接方法的示意图。
图6的图6(a)是表示使用以往的重叠工件的激光焊接方法焊接各工件的状态的纵截面图，(b)是各工件的焊接结束后的纵截面图。
符号说明
1、2工件
3激光头
4激光
9激光聚光装置
A、B激光照射直径
具体实施方式
下面，基于图1～图4对本发明的最佳实施方式进行详细说明。另外，使用相同的符号对与以往例子相同的部件进行说明。
本发明的实施方式的重叠工件的激光焊接方法如图1所示，重叠2个板状的工件1、2，通过向一方的工件1表面照射大致呈圆形的激光4而焊接各工件1、2，将照射在工件1表面上的激光照射直径设定为焊接终端部的激光照射直径B比焊接始端部的激光照射直径A大。
另外，虽然本重叠工件的激光焊接方法用于重叠2个板状的工件1、2并焊接的方案，但是也可以用于重叠3个板状的工件并焊接的方案。
下面，基于图1～图4对本重叠工件的激光焊接方法进行详细说明。
如图1所示，在2个重叠的板状工件1、2之中，在一方的工件1的上方配置激光头3，该激光头3由没有图示的多关节机器人的臂部把持，能够相对于各工件1、2进行直线移动。
另外，在本实施方式中，焊接的2个板状工件1、2，其材料是汽车的车身等所使用的钢板，各自的板厚处于0.6mm～3mm范围内。并且，激光输出设定在2kW～6kW的范围内，其激光头3的移动速度(焊接速度)依赖于各工件1、2的板厚等，但在激光输出为2kW、焊接始端部的工件1表面的激光照射直径A为0.6mm以及各工件1、2的板厚分别为0.7mm的情况下，设定为2m/min。
如图3所示，在激光头3内，配置有使来自发光源11的激光4聚光的、将凸透镜8、8对置地构成的激光聚光装置9。
而且，通过使来自发光源11的激光4通过激光聚光装置9，来自激光头3的激光4大致呈圆形并且其照射直径朝向一方的工件1表面逐渐缩小地进行照射。这样，一边从激光头3向工件1表面照射激光4，一边使激光头3从焊接始端部直线移动到焊接终端部而焊接各工件1、2。
因此，为了提高激光能量的效率，焊接始端部的工件1表面的激光照射直径A为最小聚光直径(聚焦状态)、以使激光4的能量密度最大。另外，在本实施方式中，焊接始端部的激光照射直径A设定为0.6mm。
并且，从焊接始端部到焊接终端部的中途的工件1表面的激光照射直径设定为与焊接始端部的激光照射直径A大致相同。
另外，在焊接终端部，使从激光头3到工件1表面的激光照射为散焦状态。即，在本实施方式中，通过使激光头3远离工件1表面而使工件1表面的激光照射为散焦状态，焊接终端部的激光照射直径B设定为0.9mm。在本实施方式中，焊接终端部的激光照射直径B设定为焊接始端部的激光照射直径A的1.5倍以上。
这样，当将照射到工件1表面的激光照射直径设定为焊接终端部的激光照射直径B为焊接始端部的激光照射直径A的1.5倍以上时，如图2所示，在焊接终端部，比以往范围广的材料被熔融，由此，该熔融的材料在焊接终端部凝固时被供给到焊接终端部的中央部分，因此，能够使在焊接终端部的工件1表面形成的凹部5的深度与以往相比大幅变浅。
而且，在工件1、2的焊接终端部，作为使焊接终端部的激光照射直径B比焊接始端部的激光照射直径A大、并且使焊接终端部的激光照射为散焦状态的机构，采用以下说明的第1或第2机构。
第1机构是在本实施方式中采用的如图3所示使激光头3上下移动、使激光头3和一方的工件1表面的距离改变的机构。
第2机构是如图4所示使能够上下移动地配置在激光头3内的激光聚光装置9和一方的工件1表面的距离改变的机构。当然，在该第2机构中，使激光头3上下移动不是必需的。
即，该第2机构通过框体14使作为激光头3内的激光聚光装置9而构成的凸透镜对8、8一体化，该框体14的一端部通过在上下方向上延伸的直线引导件12而被引导，并且框体14的另一端部与滚珠丝杠15相螺合，滚珠丝杠15与伺服电机13的轴部相连接。而且，通过驱动伺服电机13，在激光头3内上下移动将凸透镜对8、8一体化的框体14，由此改变与一方的工件1表面的距离。
另外，在本发明的实施方式的重叠工件的激光焊接方法中，从焊接质量的观点考虑，从焊接始端部到焊接终端部的中途的工件1表面的激光照射直径设定为与焊接始端部的激光照射直径A大致相同，但是也可以从焊接始端部向焊接终端部逐渐扩大。
如上述说明，根据本发明的实施方式的重叠工件的激光焊接方法，由于在2个重叠的工件1、2中，将照射在一方的工件表面1的激光照射直径设定为焊接终端部的激光照射直径B为焊接始端部的激光照射直径A的1.5倍以上，所以在工件1表面的焊接终端部，比以往范围广的材料被熔融，由此，该熔融的材料在焊接终端部凝固时被供给到焊接终端部的中央部分，所以能够使焊接终端部的凹部5的深度变浅到能够保证各工件1、2的焊接质量的水平。
并且，在本发明的实施方式的重叠工件的激光焊接方法中，关于照射到工件1表面的激光照射直径，由于从焊接始端部到焊接终端部的中途的激光照射直径设定为与焊接始端部的激光照射直径A相同，所以能够不降低该范围内的激光能量而维持高的贯通能力，不会降低焊接质量。
而且，本重叠工件的激光焊接方法的实施能够使用现有设备而不需要新型设备，因此不需要设备投资的费用。

Claims (3)

1.一种重叠工件的激光焊接方法，其特征在于，将照射在上述工件表面的激光照射直径设定为焊接终端部的激光照射直径比焊接始端部的激光照射直径大。
2.如权利要求1所述的重叠工件的激光焊接方法，其特征在于，将从焊接始端部到焊接终端部的中途的激光照射直径设定为与焊接始端部的激光照射直径大致相同。
3.如权利要求1或权利要求2所述的重叠工件的激光焊接方法，其特征在于，将焊接终端部的激光照射直径设定为焊接始端部的激光照射直径的1.5倍以上。
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