CN101612692B - 间隙控制装置和激光搭焊方法 - Google Patents

Abstract

提供一种间隙控制装置，构造为供适合于将物体彼此焊接在一起的激光焊接装置使用。激光引导，构造为将激光束引导到聚焦位置。间隙保持器，构造为在馈送方向朝向聚焦位置馈送物体，并且在至少一部分聚焦位置处在物体之间形成预定间隙。加压部，构造为在馈送方向上离开聚焦位置预定距离的加压位置按压物体材料。

Description

间隙控制装置和激光搭焊方法

本申请对2008年6月24日提交的日本专利申请No.2008-164375要求优先权，该在先申请的全部内容通过引用被结合在本文中。

技术领域

本发明涉及激光焊接的技术领域，更具体地，涉及激光搭焊(laser lap welding)的技术领域。

背景技术

激光加工是一种将激光束聚焦到具有高能量密度的非常小的斑点(spot)并且加工物体的技术。激光加工包括切割、钻孔、焊接、热处理等等。激光焊接包括对接焊(butt welding)，边缘焊接(edge welding)和搭焊，对接焊使得两个物体彼此抵靠并且平行于抵靠面执行焊接，边缘焊接平行于边缘接头的端面执行焊接，而搭焊使得物体重叠并且垂直于搭接面执行焊接。

专利文献1揭示了一种通过使用加压辊挤压重叠的物体来消除物体之间的间隙，并且将激光束聚焦到该加压位置以改善焊接质量的方法。

专利文献2揭示了一种在重叠的边缘形成毛边(burrs)并且在由毛边形成间隙的同时执行边缘焊接，以保证焊接质量的方法。

专利文献3揭示了一种围绕着中间装配件的外周缠绕板，然后在该中间装配件的整个外周上执行激光焊接，以容易地形成车辆用消声器的方法。

专利文献1：日本专利公布No.2004-090054A

专利文献2：日本专利公布No.2005-052868A

专利文献3：日本专利公布No.2003-138935A

焊接质量与形成在物体的小孔(keyhole)有关。具体地，其中从物体的前表面到物体的后表面形成小孔的穿透焊接的焊接质量，受前表面焊缝宽度、穿透深度、后表面焊缝宽 度、该表面焊缝宽度和穿透深度之间的比例(高宽比)、惰性气体的效果、以及物体表面或者物体的镀层上杂质的性质的影响。

在专利文献1中，在加压位置执行搭焊以消除间隙，从而使穿透加工稳定。然而，如果物体彼此紧密接触从而完全地消除间隙，金属表面上的附着物(油，金属粉末，等等)蒸发且膨胀，这导致例如针孔等的焊接缺陷。也就是说，如果该间隙被完全消除，产生由杂质影响所引起针孔(气泡、疏松和砂眼)或者溅射(下沉)。结果，导致焊接不良，例如疲劳强度的降低、密封性能的劣化或者外表缺陷。出于这个原因，需要在例如镀锌钢板的焊接中形成间隙，从而不会产生例如穿透不良或者填充不足的焊接不良。

在专利文献2中，执行的不是搭焊而是边缘焊接，同时由毛边形成间隙，以减少例如气泡或者下沉的焊接不良。然而，这个方法需要复杂的机构用于形成毛边并且不能应用于搭焊。进一步，在边缘焊接中，很难保证与搭接穿透焊接相同的强度。

在专利文献3中，为了制造具有圆形或者椭圆截面的圆柱状构件，围绕着中间装配件的外周缠绕板，然后在中间装配件的整个外周上执行激光焊接。因此，可以容易地制造圆柱状构件。然而，如果在围绕着外圆缠绕的板之间形成间隙，很难使穿透加工稳定。另一方面，如果不在板之间形成间隙，会产生例如针孔的缺陷。

例如，如果在不生锈的片材之间形成过大的间隙(板厚度0.7[毫米]的50％或更多)，仅仅上侧片材被焊穿，从而没有获得穿透焊接，并且形成孔。因此，执行目视检查和用于在焊接之后检查密封性能的泄漏试验变得不可欠缺。如果在这些试验中认为密封性能有任何问题，在后处理中应该执行焊接等处理。

如上所述，在相关领域中，不可能在搭焊处理中使穿透加工稳定的同时抑制针孔的产生。也就是说，很难同时保证焊接的强度和密封性能并且保证好的产量。进一步，不可能容易地制造圆柱状构件，同时对于搭焊的物体维持强度并且保证高的密封性能。

发明内容

因此，本发明的至少一个实施例的目的在于提供一种间隙控制装置，其被配置为供激光搭焊装置使用；以及一种激光焊接方法，该方法同时保证激光搭焊的强度和密封性能，并且降低焊接不良的概率。

为了达到上述目的，根据本发明的至少一个实施例的一个方面，提供一种配置为供适于将物体彼此焊接到一起的激光焊接装置使用的间隙控制装置，该间隙控制装置包含：激光引导，构造为将激光束引导到聚焦位置；间隙保持器，构造为在馈送方向上朝聚焦位置馈送物体，并且在至少一部分聚焦位置处在物体之间形成预定间隙；以及加压部，构造为在馈送方向上离开聚焦位置预定距离的加压位置处挤压物体，其中所述间隙保持器包括第一支撑和第二支撑，其中所述第一支撑构造为绕着作为一个物体的底座的旋转轴沿着馈送方向旋转，所述第二支撑构造为将作为另一个物体的片状物层叠在所述底座的外周上，并且其中所述加压部包括加压辊和加压框架，该加压辊构造为跟随所述被旋转的底座旋转，该加压框架构造为可旋转地支撑所述加压辊并且朝向所述加压位置压所述加压辊的外周。根据本发明的至少一个实施例的另一个方面，提供一种用于将物体彼此焊接到一起的激光搭焊，包含：在至少一部分聚焦位置处在物体之间形成预定间隙；朝向聚焦位置喷射保护气体；将激光束照射到聚焦位置；相对于聚焦位置馈送物体，从而激光束在与物体的馈送方向相反的方向上前进；在馈送方向上离开聚焦位置预定距离的加压位置处挤压物体；相对于物体与激光束前进到底，从而将物体缝焊彼此到一起，其中一个物体是底座而另一个物体是片状物；其中片状物层叠在底座的外周上，在形成过程中在所述聚焦位置所述片状物和底座之间具有间隙；其中所述底座在馈送过程中绕着所述底座的旋转轴旋转；其中所述片状物在前进过程中围绕着所述底座缠绕预定次；并且其中所述激光焊接方法进一步包含沿着馈送方向点焊所述片状物的端部。

如果解释在每个权利要求中描述的术语的含义，并且参照说明书和附图的描述认识到根据每个权利要求的发明，根据每个权利要求的发明相对于相关技术具有以下优点。

根据本发明的至少一个实施例，间隙控制装置朝向聚焦位置引导激光束，同时在至少一部分聚焦位置(激光焦点)处形成预定间隙，并且在加压位置挤压。因为物体之间形成的间隙在聚焦位置被调节到预定间隙，并且控制为朝向加压位置减小，可以在物体上执行熔化，同时将表面的杂质或者保护气体排出到外部，从而抑制不良焊接的发生。进一步，通过在馈送方向上离开聚焦位置预定距离的加压位置挤压物体，可以实现与缝焊相同的密封性能。通过点压物体，可以保持由物体形成的产品的好的外观，并且增加产品的强度。此外，通过在聚焦位置执行激光焊接并且在加压位置挤压，可能以高产量稳定地制造具有高密封性能的产品，在聚焦位置处物体之间形成预定间隙。 

附图说明

通过参照附图对本发明的示范实施例的详细描述，本发明的上述和其他的方面将变得更加明显，其中：

图1(A)，1(B)，和1(C)是说明根据本发明的第一实施例的结构示例的示意性视图；

图2(A)，2(B)，和2(C)是显示根据第一实施例的焊接试验的结果的照片；

图3是说明根据第一实施例的间隙控制装置的侧视图；

图4是沿着图3的线A-A的截面图；；

图5(A)，5(B)，5(C)，和5(D)是说明根据第一实施例的搭焊中的处理的示意性视图；

图6是说明根据第一实施例的间隙控制装置的透视图；

图7(A)是说明根据第一实施例的缝焊加压单元的透视图；

图7(B)是说明根据第一实施例的点焊加压单元的透视图；

图8是说明根据第一实施例的间隙控制装置的部分正视图；

图9(A)是显示合格产品的示例的照片，以及图9(B)是显示根据第一实施例的存在间隙的焊接不良的示例的照片；

图10是说明配置为供根据第一实施例的容器使用的间隙控制装置的示意性视图；

图11是说明配置为供根据第一实施例的容器使用的间隙控制装置的示意性视图；

图12是说明根据第一实施例的应用于燃料罐的凸缘的搭焊中的处理的示意性视图；以及

图13是根据本发明的第二实施例的激光焊接中的处理的流程图。

具体实施方式

接下来，将参照附图对本发明的示例性实施例进行描述。第一实施例对应于配置来供激光搭焊装置使用的间隙控制装置100，且第二实施例对应于图13中说明的激光焊接方法。

[第一实施例] 1.加压搭焊 1.1焊接间隙t和聚焦加载点距离(Focusing Load Point Distance)x参照图1(A)，根据第一实施例的间隙控制装置100包括激光机构10、间隙保持单元 12及加压单元14，该激光机构10将激光束B引导到聚焦位置S，该间隙保持单元12在馈送方向U上朝向聚焦位置S馈送物体并且在位于部分或者全部聚焦位置S处的物体之间形成预定的焊接间隙t，该加压单元14将一个物体重叠在另一个物体上并且在加载点P挤压物体。加载点P在物体的馈送方向上与聚焦位置S隔开聚焦加载点距离x。 

激光机构10通过光学系统对由激光振荡器产生的相干光(coherent light)进行聚焦，并且将该激光束B照射到聚焦位置S。这里的激光器可以使用例如YAG激光器的固体激光器或者例如CO2激光器的气体激光器。该光学系统在CO2激光器的情况下可以使用镜反射，并且在YAG激光器的情况下可以使用光纤。激光器机构10包括控制器激光振荡器或者光学系统的平面或者立体位置的机器人。 

激光束B聚焦在聚焦位置S，并且对物体中的一个施加高能量。激光束B被吸收到物体内，且熔化该物体的一部分。聚焦位置S对应于具有一定面积，而不是点的激光光斑。在物体熔化之后，通过相对于物体移动聚焦位置S，物体的熔化部分的温度下降为大气温度，从而熔化部分被固化。焊接是通过加热、挤压，或者它们的结合使得两个或更多构件结合为一体的操作，以使得彼此联接的构件在其之间具有连续性。在激光焊接中，使用通过聚焦激光束B而产生的热量熔化物体，然后物体的熔化部分被固化，以使得在物体之间具有连续性，从而使物体彼此固定。 

物体为要被彼此联接的两个或更多金属制品。例如，不锈钢可以被用作金属制品。在这里，用于搭焊的不变形的物体被称为基材20，并且用于搭焊的变形的物体被称为片材26或者折叠面27。在图1(A)显示的示例中，基材20是圆柱形金属制品，而片材26是将要围绕着基材20缠绕的金属片。在图1(B)显示的示例中，基材20是水平设置的金属制品，而片材26是将要被重叠在基材20上的金属片。片材支撑28沿馈送方向U馈送片材26。 

在部分或者全部聚焦位置S，间隙保持单元12通过支撑基材20和片材26而在基材20和片材26之间形成焊接间隙t。也就是说，间隙t可以形成在所有激光光斑处。而且，间隙t可以形成在部分激光光斑处，且物体在其他激光光斑处彼此紧密接触。间隙保持单 元12包括基材支撑24和片材支撑28。基材支撑使作为其中一个将要被焊接的物体的基材20沿着馈送方向U绕基材20的旋转轴22旋转。片材支撑28使作为将要被焊接的另一个物体的片材26重叠在基材20的外周上。在图1(A)和1(B)显示的示例中，间隙保持单元12通过利用以基材20或者片材26的旋转轴作为中心的圆的圆周来形成焊接间隙t。在图1(C)显示的示例中，间隙保持单元通过使用间隙量规(gap gauge)形成焊接间隙t。在图10和11显示的示例中，间隙保持单元通过预先折叠部分片材26而形成焊接间隙t。参照图1(A)，基材支撑24支撑基材20，以使得基材能够绕着旋转轴22顺时针方向(沿着馈送方向U)旋转。片材支撑28支撑并且馈送片材，并且通过张力辊40而在基材20和片材26之间形成焊接间隙t。在图1(B)显示的示例中，基材支撑24(未显示)支撑基材20，并且张力辊40从上方朝基材20馈送片材26，以形成焊接间隙t。在图1(C)显示的示例中，焊接间隙t由间隙量规41而不是张力辊40形成。也就是说，间隙保持单元12包括间隙量规41，该间隙量规41沿着馈送方向U布置在聚焦位置S前方(图1(C)中聚焦位置S的左侧)的基材20和片材26之间，以在基材20和片材26之间形成间隙。间隙量规41、聚焦位置5和加载点P以这样的顺序沿着馈送方向U布置。焊接间隙t是片材26与基材20接触的表面的接触表面(后表面)与激光束B的照射方向相交的点和基材26的表面与激光束B的照射方向相交的点之间的距离。基材26与激光束B相交的点被称为焦点，在图1(A)中由T1表示，在图1(B)中由T2表示，和在图1(C)中由T3表示。 

聚焦位置S是片材26的表面上的位置。激光束B的照射方向上的焦点位置可以根据物体的厚度而确定。由激光束B引起的能量穿透片材26，穿过焊接间隙t，并且穿透基材20。总的来说，惰性气体(保护气体、氩气或者氦气)，或者侧向气体(side gas)在激光焊接中被喷射到聚焦位置S。在图1(A)显示的示例中，喷气管44喷射保护气体，并且从保护激光束13的照射位置不受大气影响。以保护气体角度θ喷射该保护气体。保护气体角度θ是在保护气体的喷射方向与垂直于激光束B的照射方向的直线之间形成的角度。较好地，保护气体角度在15°到30°的范围内。用于吹走产生的等离子(plasma)的侧向气体可以被喷射到聚焦位置S，并且图1(A)和图1(B)显示的保护气体根据其喷射角θ也起侧向气体的作用。 

在该实施例中，通过将激光束B照射到焊接间隙t存在的位置，可以将存在于物体之间的保护气体排到外部，并且可以防止由于基材20和片材26之间存在保护气体而引起的焊接质量劣化。在基材20及/或片材26镀锌的情况下，焊接质量的劣化可能由镀层的挥发而导致。然而，在该实施例中因为在焊接间隙t存在的位置执行激光焊接，可以抑制由于诸如镀层粒子的杂质的影响而导致的焊接质量的劣化。 

加压单元14在加载点P挤压基材20和片材26。加载点P在馈送方向U(与焊接方向相反的方向)上离开聚焦位置S预定距离。加载点P被限定在片材26和基材20在焊接期间大致彼此重叠的平面上。较好地，加载点P定位在平行于焊接线的直线上，而不在焊接线或者焊缝料18上。也就是说，加载点P沿着焊缝18定位在不与焊缝18重叠的位置。进一步，挤压可以在点上通过辊等类似物执行。在馈送方向U上聚焦位置S和加载点P之间的距离被称为聚焦加载点距离x。聚焦加载点距离x确切的说是，聚焦位置S和垂直于焊接方向并且穿过加载点P的直线与平行于焊缝18上的焊接线的直线的交点之间的距离。换句话说，聚焦加载点距离x是馈送方向U上聚焦位置S和加载点P之间的距离。随着焊缝18和小孔16在与焊接方向相反的方向(图1(A)和1(B)中的馈送方向U)上前进，聚焦位置S处的焊接间隙t被减少并且在加载点P变成0。通过在形成小孔16的同时顺序地使焊接间隙t减少到零，可以将保护气体或者镀层的杂质排出到大气并且可以实现高质量的焊接。在安装根据本实施例的间隙控制装置的空间中，加载点P和加压辊30的位置可以被固定，并且发射激光束B的激光器机构10的位置可以是可变的。在这种情况下，通过固定加载点P和移动激光器机构10的位置，聚焦加载点距离x是可变的。例如，在图1(A)和图1(B)显示的示例中，可以通过驱动激光器机构10来调整聚焦加载点距离x，以使得激光束B的位置在图1(A)和图1(B)中水平地移动。进一步地，可以通过调整间隙保持单元12的位置来调整焊接间隙t。 

聚焦加载点距离x可以根据物体(图1(A)中的片材26和基材28)的馈送速度被预先设置。在图10显示的示例中，馈送速度能够限定为聚焦位置S和物体(折叠面27和基材面)之间的相对速度。 例如，在使用3[千瓦]输出的CO2激光器将两个具有0.7[毫米]的厚度的片材焊接至具有1.5[毫米]的厚度的基材20的示例中，馈送速度被设定在1到6[m/min]的范围内，聚焦加载点距离x被设定在3到7[mm]的范围内，且焊接间隙t被设定在0.05到0.3[毫米]的范围内。较好地，馈送速度被设定在2到3[m/min]的范围内，聚焦加载点距离x设定在5[毫米]以内，且焊接间隙t设定在0.3[毫米]以内。通常地，为了提高焊接速度(馈送速度)，要求增大激光输出。这还依赖于激光的波长或者特性。此外，如图1(C)所示，在间隙量规41被插入基材20和片材26之间的示例中，当量规间隙z被设定为0.5[毫米]时，沿着图1(C)的法线方向以3[m/min]的焊接速度(馈送速度)馈送物体，聚焦加载点距离x被设定为3[毫米]且除聚焦位置S以外的其他部分的焊接间隙被设定为大约0[毫米]，从而部分地形成非常小的间隙，可以令人满意地执行穿透焊接。该焊接实验的结果在图2(A)中显示。此外，当焊接间隙被设定为0.2[毫米]且聚焦加载点距离x被设定为5[毫米]时，可以令人满意地执行穿透焊接。该焊接实验的结果在图2(B)中显示。另一方面，当焊接间隙被设定为0.4[毫米]且聚焦加载点距离x被设定为7[毫米]时，可以执行穿透焊接，但是会出现未充满的情况。进一步地，当焊接间隙被设定为0.4[毫米]且聚焦加载点距离x被设定为10[毫米]，不能完成渗透焊接。该焊接实验的结果在图2(C)中显示。根据各种的试验结果，为了在固化之前执行挤压，优选在激光束照射到聚焦位置S大约0.1[秒]之后在加载点P执行挤压。也就是说，聚焦加载点距离x可以被设定成使物体从聚焦位置S到加载点P被馈送大约0.1[秒]，以令人满意地执行穿透焊接。进一步地，可以根据焊接半径R预先设定聚焦加载点距离x和焊接间隙t。为了使焊接间隙朝向加载点P顺序地减少到大约0，可以通过沿着直线馈送其中一个物体，并且沿着弧线(圆周)馈送另一个物体而使得物体重叠。在这种情况下，焊接半径R能够被解释为弧线的弯曲半径，并且可以根据该弧线的弯曲半径预先设定聚焦加载点距离x与焊接间隙t之间的关系。在图1(A)显示的示例中，焊接半径R是旋转的圆柱形基材的半径R1，而图1(B)中显示的示例中，焊接半径R是重叠在片材26的馈送路径上的圆的半径R2。当馈送路径与加压辊30结合时，焊接半径R可以是加压辊30的半径R。在图10和11显示的示例中，如下所述，焊接半径R可以是与折叠面27接触的球面的焊接半径R。 进一步，焊接半径R可以不符合完美的圆或者球面，而是椭圆，并且可以通过弯曲部分的半径来限定。 

物体的圆与激光束B之间的交点被称为基材聚焦位置T(x，y)。如果通过使用R表示x和y的绝对值，聚焦加载点距离x和焊接间隙t可以通过以下表达式限定：x²+y²＝R²y＝R-tt＝R-(R² x²)^-2

在图1(A)显示的示例中，基材聚焦位置T₁(x₁，y₁)定位在圆柱形基材20的外周上，并且通过以下表达式表示：x₁ ²+y₁ ²＝R₁ ²y₁＝R₁-tt＝R₁-(R₁ ²-x₁ ²)^-2

在图1(B)显示的示例中，基材聚焦位置T₂(x₂，y₂)定位在圆柱形片材26的重叠表面上，并且通过以下表达式表示：x₂ ²+y₂ ²＝R₂ ²y₂＝R₂-tt＝R₂-(R₂ ²-x₂ ²)^-2

^*1.1.焊接间隙t和聚焦加载点距离x的效果可以通过如上所述那样设定加载点P与激光束B的聚焦位置S之间的位置关系来控制物体之间的间隙，并且抑制由附着物的挥发或者喷射所引起针孔的产生。也就是说，如果在焊接间隙t形成的同时照射激光束B，可以在物体的镀层、表面的杂质、或者保护气体被排出到外部的同时执行熔化。因此可以抑制不良焊接的发生。进一步地，通过在对应于聚焦加载点距离x的加载点P处执行挤压，可以实现与缝焊相同的密封性能，以通过点压来保持由物体形成的产品的良好外观，并且提高产品的强度。此外，通过在对应于聚焦加载点距离x和焊接间隙t的加载点P执行挤压，可以高产量稳定地制 造具有高密封性能的产品。在本实施例中，通过控制焊接间隙t以使得焊接间隙朝向加载点P这样减小，可以独立地保证强度和焊接质量。 

1.2.缠绕加压焊接参照图3，加压单元14包括加压辊30和加压框架32，加压辊30绕着回转轴主体31旋转从而跟随基材20的旋转，加压框架32支撑加压辊30从而允许加压辊被旋转并且朝向加载点P挤压加压辊30的外周。加压辊30在位于加压辊30的外周上的点处接触片材26，并且在加载点P挤压片材26和基材20。进一步地，加压辊30被旋转从而跟随通过基材20的支撑和基材在馈送方向上的旋转，该基材20的支撑由基材支撑24执行。加压辊30可以被称为轮。 

加压框架32包括加压辊保持部34和加压辊旋转部36，该加压辊保持部34保持加压辊30从而允许加压辊被旋转，该加压辊旋转部分36通过使得加压辊保持部分34和加压辊30作为单个主体旋转而朝向加载点P移动加压辊30的外周。进一步地，在图3显示的示例中，设置防止松动辊42，以防止焊接过的片材26的松动。 

图4是沿着图3的线A-A的剖视图，显示了加载点P处的截面。参照图4，通过一对激光束B1和B2在圆柱形构件的两端同时执行激光焊接。在该实施例中，布置一对(左、右)加压辊30以在基材20的两端执行焊接。也就是说，加压单元14包括左加压辊30A和右加压辊30B，左加压辊30A绕着回转轴主体31A旋转，而右加压辊30B绕着回转轴主体31B旋转。如图4所示，为了保证激光束B的照射和保护气体的喷射所需要的空间，加压辊30A和30B可以朝向将要被焊接的物体内部倾斜。 

如图4所示，基材20包括形成在左右端并且平行于片材26的厚部20A，和在基材20的侧面上形成为圆形的盘部20B。片材26围绕着基材20缠绕若干次。在图4显示的示例中，在截面图中，片材围绕着基材缠绕两次。 

从激光器机构10照射的激光束B1和B2在聚焦位置S向物体施加高能量密度。因此，在被照射的金属表面上产生高压金属蒸气。此外，在熔化的金属中形成小孔16。小孔16吸收激光束B1和B2的能量，并且向周围传热。重叠的两个片材26和基材20的厚部20A及20B被热量熔化，并且小孔16穿透片材到达厚部的后表面。然后，一对加压辊30A和30B挤压在加载点P熔化的物体。作为熔化部的小孔16在于加载点P被挤压后固化。在该实施例中，通过在冷却过程中执行挤压来矫正间隙，同时杂质等类似物在如上所述的加热过程中通过焊接间隙t被引导到小孔16的外部。因此，在固化的过程中没有间隙。因为通过使用激光束B的快速加热处理、间隙校正处理和快速冷却处理执行焊接，可以令人满意地执行高熔点材料之间的焊接，或者具有不同传热系数的不同金属之间的焊接。 

本实施例对应于重叠穿透焊接。在图4显示的示例中，穿透深度L是通过片材26的厚度加上基材20的厚部20A的厚度而获得的。穿透深度L与表面焊缝宽度W₁或者后表面焊缝宽度W₂的比例(纵横比L/W₁)与焊接质量有关，并且确定激光焊接的性能。小孔16变成焊缝18且焊缝18的宽度是表面焊缝宽度W₁。进一步，由加压辊30形成的挤压凹痕19保留在片材的表面上。在图5(A)到5(D)中说明了用于通过激光焊接制造圆柱形产品的过程。如图5(A)到5(D)所示，通过围绕着基材20缠绕片材26若干次来制造圆柱形构件。同时，基材20的中空部分未显示。如图5(A)所示，片材26被设在基材20的厚部20A上，该片材26在对应于片的长边50的方向上的长度对应于基材20的外周的数倍。接着，使片的短边52的两端与基材20的两端结合，以使得片材26重叠在基材20的厚部20A上。进一步地，照射激光束B1和B2并且通过例如加压辊30的加压单元14执行挤压。在旋转基材20并且沿着馈送方向U(与焊接方向相反的方向)馈送片材26的同时，执行激光焊接。焊缝18通过照射激光束B1和B2而形成，并且由挤压形成挤压凹痕19。 

如图5(B)所示，基材20被旋转并且片材26被馈送，从而在围绕着基材20缠绕片材26的同时执行激光焊接。在图5(C)显示的状态中，片材26围绕着基材20缠绕一次，并且片材26被进一步围绕着被缠绕的片材26缠绕。对应于第二或者更迟的缠绕，焊接过的部分在激光焊接中被进一步熔化、挤压和固化。 

如图5(D)所示，在完成若干次缠绕之后，在片材26的对应于片的短边52的端52A的焊点54处执行点焊。在本实施例中，因为通过加压辊30校正焊接间隙t，并且连续在加载点P执行挤压，因此密封性能非常好。因为片材被缠绕若干次，可以容易地并且稳定地保证圆柱形构件的气密，即使不在片材26的端部52A执行密封焊接。当圆柱形构件被安装时，因为片材26的端部52A不干涉其他的构件，通过容易地执行点焊而可以将在焊点54固定片材。例如，即使点焊不在焊点54执行，通过本实施例制造的圆柱形构件也能够保证气密。因此，即使在浸水试验(water immersion test)的情况下，圆柱形构件中的气体也不泄漏到外部。 

^*1.2.缠绕焊接的效果如上所述，如果激光束B被聚焦在形成焊接间隙t的点处，可以在保护气体、物体表面上的镀层、杂质被释放的同时执行穿透焊接，并且可以抑制针孔的产生。此外，如果在激光束B聚焦之后、焊接部分固化之前，加压辊30挤压加载点P，焊接间隙t被消除。因此，可能以高产量稳定地保证很高的密封性能。例如，存在通过使用指状金属板挤压焊接点附近的部分来校正间隙的机构。然而，因为加压面积宽广，需要大的力来施加充以通过板的部分变形来校正间隙的挤压。进一步地，以及产生由加工产品的变形或者旋转中心的偏心所引起的缠绕故障。在这方面，即使间隙校正力(例如，大约100[kgf])是常数，因为在本实施例中通过加压辊(轮)30校正焊接间隙t，与使用金属板进行挤压的情况下相比，在加压辊30情况下加压可以变成4.5倍。进一步地，因为加压辊30在执行挤压的同时被旋转以跟随基材20的旋转，可以改善形状精度并且保持良好的外观。缠绕和点焊在多个位置被执行。与其后在整个外周上执行激光焊接的方法相比，在密封性能方面几乎不产生故障。例如，不需要执行浸水试验，并且可以使用利用波(光、声等)的非接触检验。同时，根据相关技术中的方法，如果在密封性能方面产生故障，在后加工中识别泄漏位置、执行电弧焊并且需要检验密封性能。根据本实施例，可能以高产量制造一种产品，该产品具有高于预定水平的密封性能，并且能以低成本改进制造过程。此外，因为与在缠绕后在整个外周上执行激光焊接的方法相比，焊接质量被改善，缠绕圈数可以被降低。因此，可以减少产品的重量和生产成本。 

1.3.间隙控制装置的详述下面将参照图6到9(B)描述间隙控制装置的示例，该间隙控制装置用来通过激光焊接制造回气管(muffler)的消音器(silencer)。参照图6，间隙控制装置包括与消音器两端对应的两个激光器机构10，在激光焊接该两端期间在加载点P执行挤压的缝焊加压单元60(参见图7(A))，和当在片材26的端部52A执行点焊时执行挤压的点焊加压单元70(参见图7(B))。 

激光器机构10包括照射激光束B1和B2的焊枪(welding torch)80、在焊接期间防止飞溅物附着的空气幕82和焊枪驱动部件84，该焊枪驱动部件84通过在其垂直线平行于激光束B的照射方向的平面上沿X和Y轴驱动该焊枪80来控制聚焦位置S。当在消音器的两端执行缝焊时，一对激光器机构10同时照射激光束B1和B2。因此产生焊缝18。如果片材26的缠绕焊接完成，激光器机构被从片材26的端部52A驱动到焊点54的位置，并且在图6(和图5(A)到5(D))中显示的示例中的三个位置执行点焊。 

如图6和7(A)所示，缝焊加压单元60包括缝加压旋转体62、缝加压框架64、缝加压辊保持部66和缝加压辊支撑68。缝焊加压单元60通过旋转缝加压旋转体62在加载点P将片材26压靠在加压辊30A和30B上，该加载点P与聚焦位置S隔开聚焦加载点距离x。因此，形成挤压凹痕19。 

同样地，如图6和7(B)所示，点焊加压单元70也包括点加压旋转体72、点加压框架74、点加压辊保持部76和点加压辊支撑78。点焊加压单元70通过旋转点加压辊保持部76而将片材26压靠在加压辊30C，30D，和30E上。通过挤压调整片材26的端部52A的间隙。 

参照图7(A)，缝加压辊支撑68包括旋转轴构件68A、倾斜构件68B和连接构件68C，旋转轴构件68A保持加压辊30B的旋转轴并且支撑该加压辊，倾斜构件68B以与加压辊30B的倾斜角相对应的角度支撑旋转轴构件68A的，连接构件68C将倾斜构件68B连接至缝加压辊保持部66。 

使缝加压框架64的端部连接到缝加压旋转体62的外周表面，并且缝加压框架的另一端的下表面联接到缝加压辊保持部66的上表面。在长度方向上，缝加压辊支撑68与基材20的两端具有大致相同的长度，并且加压辊80A和80B的侧面和缝加压辊支撑68被支撑在与加载点P对应的位置。每个构件可以被螺纹固定。进一步，如果缝加压辊保持部66和缝加压辊支撑68被可拆卸地设置，可以根据加载点P的位置来执行调整。 

缝加压辊保持部66通过保持支撑加压辊30B的连接构件68C和支撑加压辊30A的连接构件68C来保持两个用于缝焊的加压辊30A和30B。根据缝加压旋转体62的旋转，缝加压框架64与缝加压辊保持部66一起作为单个主体被上下移动。出于这个原因，如果缝加压旋转体62通过电机或类似物(未显示)沿着附图中的顺时针方向旋转，缝加压框架64和缝加压辊保持部66被向下移动，从而将压靠在片材26上，该加压辊30A和30B绕着旋转轴以与倾斜构件68B的倾斜对应的倾斜角旋转。 

参照图7(B)，点焊加压单元70包括可旋转设置的点加压旋转体72；安装在点加压旋转体72的外周上的点加压框架74，该点加压框架74根据加压旋转体的旋转而上下移动，并且支撑点焊加压单元70的其他部分；联接到点加压框架74的上表面的点加压辊保持部76；和与点加压辊保持部76一起作为单个主体上下移动并且使加压辊30C、30D和30E上下移动的点加压辊支撑78。 

点加压辊支撑78包括回转轴构件78A、倾斜构件78B和连接构件78C，类似于缝加压辊支撑68。进一步，点加压辊保持部76包括设置在点加压框架74的上表面上的平坦构件76A，从平坦构件76A的上表面直立并且支撑保持构件76C的直立构件76B，和与直立构件76B一起作为单个主体上下移动并且保持点加压辊支撑78的保持构件76C。 

因为缝加压辊保持部66在馈送方向U上定位在点加压辊保持部76的保持构件76C前侧，点加压辊支撑78的连接构件78C在馈送方向U上比缝加压辊支撑68的连接构件68C更短。 

因为如图6和7所示彼此独立，缝焊加压单元60和点焊加压单元70没有干涉地被操 作，并且被布置为不会妨碍激光器机构的驱动。 

参照图8，间隙控制装置包括设置在将要被缝焊的两个位置和将要被点焊的三个位置处的独立的喷气管44A，44B，44C，44D和44E。 

图9(A)显示合格产品的截面。即使由间隙接住一些污垢，穿透焊接被执行并且保证了高密封性能。图9(B)显示在相关技术中制造的有缺陷的产品的截面。存在未填满(焊缝的凹陷)，并且执行未穿透焊接。 

^*1.3.间隙控制装置的具体效果图6到8显示的间隙控制装置具有使得缝焊加压单元60和点焊加压单元70彼此独立并且通过缝加压框架64或者点加压框架74执行挤压的机构。因此，可以通过两个焊枪80以高速和高质量制造回气管的消音器，同时保证两个激光器机构10的移动空间。进一步，如果在焊接间隙t被校正的同时通过加压轮30A和30B执行焊接时控制加载点P和聚焦位置S(激光照射点)之间的位置关系，可以提供在片材26(上板)和基材20或者缠绕片材26(下板)处几何地形成需要的焊接间隙t的焊接方式，并且执行焊接。因为加压辊30和基材20的圆彼此接触且被旋转，作为次要效果，可以获得具有高圆度(形状精度)的回气管的消音器。进一步，因为通过焊枪80的控制器实现控制间隙的基本逻辑，可以根据工件的形状(直径上的差异)将焊枪80移动到最佳照射点。 

1.4.折叠加压焊接接下来将要描述被用于不缠绕片材26而是缠绕边缘(凸缘)的搭焊S的实施例的示例。在该示例(折叠加压焊接)中，一个边缘被折叠并且折叠部分被加压辊30挤压，以变得平坦同时在激光束B的照射期间保证焊接间隙t。不折叠的物体(下部)被称为基材20，而基材20的边缘被称为基材面21。进一步，重叠的上部25的边缘被称为折叠面27。折叠面27在上部25的边缘处被折叠，其沿着与焊接方向大致正交的方向被重叠在基材面21上。 

在图10和11显示的示例中，间隙保持单元12包括基材支撑24和包括调整辊45的折叠面引导29。基材支撑24支撑为一个物体的、具有基材面21的基材20(下部件)。折叠面引导29朝向基材面21引导上部25的折叠面27，并且形成焊接间隙t。进一步，加压单元14包括加压辊30和按压辊46。按压辊46通过从与激光机构10相反的侧加压基材面21而在下侧支撑折叠面27和是边缘的基材面21。在照射由折叠面引导29引导的激光束B后，折叠面27加载点P介于加压辊30和压力辊46之间并被挤压，加载点P离开聚焦加载点距离x。 

如图10所示，上部25的边缘被预先地折叠，以使得上部的边缘和作为下部的基材20的基材面21之间形成间隙。折叠的边缘由调整辊45引导，以使得由折叠上部的边缘而形成的间隙变成预定的焊接间隙t。进一步，如图11所示，在折叠面27被折叠的部分，张力辊40可以作为折叠面引导29的一部分引导29A的折叠面27。 

如图11所示，在按压辊46和加压辊30之间执行加载点P处的挤压。聚焦加载点距离x是通过将附图中的x₁加x₂获得的值。在图1显示的示例中，从加载点P朝向焊接间隙t的开放方向是与焊接方向相同的方向。然而，在图10和11中显示的折叠压力焊接中，通过折叠折叠面27形成的开放方向是与焊接方向正交的方向。在这方面，在图10和11显示的示例中，调整辊45布置为靠近上部25的侧面，而加压辊30被布置在上部的外侧以偏离x₂。因此，当图3(B)与沿焊接半径R2圆周的间隙的调整相比，在折叠压力焊接中沿着焊接半径R的球面的外周在两维空间内控制焊接间隙t。也就是说，镀锌或者保护气体在焊接方向上被释放，并且也在与焊接方向正交的方向上被释放。进一步，由于这样地配置，从上部的侧面朝向基材面21重叠折叠面27，并且可以将折叠面27重叠，使得间隙在加压辊30的加载点P被完全地消除。 

图12是显示折叠加压焊接被用于燃料罐的示例的透视图，该燃料罐用于例如汽车的可移动物体。通过在作为下部的基材20上重叠上部25，并且在折叠面27和形成边缘的基材面21处执行搭焊来制造该燃料罐。因为产品是燃料罐，激光焊接的密封性能是重要的。在图12显示的示例中，焊接从附图中的右内侧开始执行，激光束B被照射到在附图中的 激光束B位置，并且在加载点P完成加压，以使得焊缝18和挤压凹痕19被形成。而且，朝向附图中的左侧执行焊接。 

在焊接方向上的相对位移可以通过在固定激光机构10和加压辊30的位置的同时移动燃料罐来实现，激光机构10可以作为单元被移动，并且燃料罐和激光机构两者可以被移动。同时移动燃料罐和激光机构例如是其中在激光器机构10被驱动的同时焊接线性部分，且在燃料罐被旋转的同时焊接非线性部分的方法。进一步，调整辊45和按压辊46设置有压靠物体的侧面并且根据相对位移旋转的球面，并且该球面可以用来确定相对位置。 

^*1.4.折叠加压焊接的效果如上所述，已经重叠的一个边缘被预先折叠，间隙保持单元12引导该边缘以使得通过折叠该边缘形成的间隙在聚焦位置S成为焊接间隙t，并且加压辊30加压折叠面27以使得焊接间隙t依次减少并且在加载点P被消除。因此，可以改善密封性能，并且保证硬度和强度而不变形。进一步，可能以高产量稳定地制造产品，其不会与设计强度或者假设状态(例如，使用有限元法等模拟的结果)不同。 

[第二实施例] 2.1.激光搭焊方法第二实施例是通过使用根据第一实施例的间隙控制装置的重叠激光焊接来制造各种产品的方法。如图13所示，在激光搭焊方法中，首先，在激光束B的照射方向上重叠物体且在激光束B的一部分或者全部聚焦位置S形成预定的焊接间隙t(步骤S1)。在图1(A)显示的示例中，片材26被重叠在基材20上。在图10显示的示例中，折叠面27被重叠在基材面21上。然后，朝向聚焦位置S喷射保护气体，并且开始照射激光束B(步骤S2)。通过激光束B的照射在物体形成小孔16，熔化部分穿透该物体。 

接着，移动物体和聚焦位置S的相对位置，以使得激光束B沿着焊接方向行进(步骤S3)。例如，在图1(A)显示的示例中，通过沿着附图中的顺时针方向旋转基材20，停止 的激光束B在焊接方向上相对地行进。进一步，当移动相对位置时，在加载点P挤压片材和基材的重叠的表面，加载点P在焊接方向上与聚焦位置S隔开聚焦加载点距离x(步骤S4)。此外，相对位置行进到焊接线的另一端，从而在片材和基材上执行缝焊(步骤S5)。 

^*2.1.激光搭焊的效果可以通过激光搭焊制造圆柱形构件(图1(A)和5(A)到5(D))、板(图1(B))、回气管消音器(图6等等)、容器(图10等等)和燃料罐(图12)。可以通过抑制不良焊缝来稳定且显著地改善每个产品的密封性能。进一步，因为在通过加压辊执行挤压后执行固化，可以稳定地保证满足设计要求的外观和强度。此外，可以通过穿透焊接和在相对偏移的加载点连续挤压，获得极为类似于例如上述模拟的预测的制造。 

2.2.缠绕焊接方法在片材的缠绕焊接中，搭焊是非常有效的。再参照图5(A)到5(D)和13，片材26如图5(A)所示那样重叠在圆柱形基材20的外周上(步骤S1)。此后，当相对位置移动时，基材20如图5(B)所示那样绕着圆柱形基材20的旋转轴22旋转(步骤S2)。此外，如图5(C)所示，通过重叠片材26并且旋转基材20，围绕着基材25缠绕片材预定次(步骤S3到S5)。进一步，如图5(D)所示，在焊接线的端部，在基材的焊点54执行点焊，并且沿着平行于旋转轴的方向在片材26的端部52A围绕着基材缠绕片材(步骤S6)。 

^*2.1.激光缠绕焊接的效果在图5(A)到5(D)和13中显示的激光缠绕焊接，可以获得上述的各种效果。具体地，如果通过基材20的旋转和加压辊30的旋转执行挤压，同时保证焊接质量，可以获得产品的好的外观。已经显示和参考本发明的特定实施例描述了本发明，本领域技术人员能够理解可以进行各种的形式和细节的变化而不会脱离如本发明后附权利要求所限定的精神和范围。 

Claims (6)

1.一种间隙控制装置，该间隙控制装置构造为供适合于将物体彼此焊接在一起的激光焊接装置使用，其特征在于，该间隙控制装置包含：

激光引导，该激光引导构造为将激光束引导到聚焦位置；

间隙保持器，该间隙保持器构造为沿着馈送方向朝向所述聚焦位置馈送物体并且在至少一部分所述聚焦位置处在所述物体之间形成预定间隙；和

加压部，构造为在馈送方向上离开所述聚焦位置预定距离的加压位置压物体，

其中所述间隙保持器包括第一支撑和第二支撑，其中所述第一支撑构造为绕着作为一个物体的底座的旋转轴沿着馈送方向旋转，所述第二支撑构造为将作为另一个物体的片状物层叠在所述底座的外周上，并且

其中所述加压部包括加压辊和加压框架，该加压辊构造为跟随所述被旋转的底座旋转，该加压框架构造为可旋转地支撑所述加压辊并且朝向所述加压位置压所述加压辊的外周。

2.如权利要求1所述的间隙控制装置，其特征在于，其中根据物体的馈送速度预先设定所述预定距离。

3.如权利要求2所述的间隙控制装置，其中预先设定所述预定距离以便用0.1秒将物体从所述聚焦位置馈送到所述加压位置。

4.如权利要求1所述的间隙控制装置，其特征在于，其中当所述片状物被沿着直线而所述底座被沿着弧形从所述聚焦位置馈送到所述加压位置时，根据该弧形的弯曲半径预先设定所述预定距离与所述预定间隙之间的关系。

5.如权利要求4所述的间隙控制装置，其特征在于，其中所述关系满足以下等式：

t＝R-(R²-x²)^-2

t是预定间隙，x是预定距离，而R是所述弧形的弯曲半径。

6.一种用于将物体彼此焊接到一起的激光搭焊方法，包含：

在至少一部分聚焦位置处在物体之间形成预定间隙；

朝向所述聚焦位置喷射保护气体；

将激光束照射到所述聚焦位置；

相对于所述聚焦位置馈送物体，从而激光束在与物体的馈送方向相反的方向上前进；

在加压位置压物体，该加压位置在馈送方向上离所述聚焦位置为预定距离；且

相对于物体使激光束前进到底，从而将物体彼此缝焊到一起，

其中一个物体是底座而另一个物体是片状物；

其中片状物层叠在底座的外周上，在形成过程中在所述聚焦位置所述片状物和底座之间具有间隙；

其中所述底座在馈送过程中绕着所述底座的旋转轴旋转；

其中所述片状物在前进过程中围绕着所述底座缠绕预定次；并且

其中所述激光焊接方法进一步包含沿着馈送方向点焊所述片状物的端部。

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