CN106041307A - 焊接方法 - Google Patents

Abstract

一种根据本发明的焊接方法是通过将高能量束发射至包括多个交叠的金属板的焊接对象上来执行焊接的焊接方法。该焊接方法包括：在焊接对象上的焊接点(41)处形成预焊核(41a)；以及在焊接点(41)处，在保留预焊核(41a)的情况下，沿包围预焊核(41a)的虚拟闭合曲线来形成多个最终焊核(41b)。

Description

焊接方法

技术领域

本发明涉及一种焊接方法。更具体地，本发明涉及一种使用高能量束比如激光束、电子束或离子束的焊接方法。

背景技术

作为一种用于将多个交叠的金属板接合在一起的焊接方法，通过激光焊接的焊接方法被广泛使用，这是因为该焊接方法提供了若干优点，例如，存在很小的处理应力，可以进行高速焊接，以及很少的部分受残余热量的影响。

例如，发明人的日本专利申请公开第2013-132686号(JP 2013-132686A)描述了一种用于在由圆形成的虚拟闭合曲线上以恒定间距p形成多个熔核(nugget)的激光焊接方法。通过适当地指定间距p和直径d，实现了以下强度，该强度等于或大于与闭合曲线具有大约相同的直径尺寸的圆形或环形焊缝的强度。

采用JP 2013-132686 A中所描述的技术，当熔核的直径变得相对较大时，例如，在焊接期间可能发生由于残余应力而引起的变形或热变形。在焊接期间抑制这样的变形的一种已知方式是：首先执行预焊接，然后在预焊缝上或预焊缝附近执行最终焊接。

然而，当在预焊缝的顶部上执行最终焊接时，在执行最终焊接时预焊缝的变形抑制作用会消失，并且因此，最后可能终究会发生变形。另一方面，如果在预焊缝附近执行最终焊接并且甚至在最终焊接之后保留预焊缝，则在执行最终焊接之后，不牢固的预焊缝可能会脱落。虽然预焊缝的脱落在强度方面不会造成问题，但是当预焊缝脱落时可能会产生异常噪声。

采用日本专利申请公开第2009-241116号(JP 2009-241116 A)中所描述的焊接方法，通过以下方式来形成连续焊缝：首先，沿预定的接合线对交叠的金属材料进行点焊；然后，沿点焊缝进行激光焊接。JP2009-241116 A指出点焊排除了在执行激光焊接时对用于暂时固定的夹具或临时固定件的需要。也就是说，点焊缝还充当用于在激光焊接时抑制要焊接的对象的变形的预焊缝。

采用JP 2009-241116 A中所描述的技术，与预焊缝对应的点焊缝从与最终焊缝对应的通过激光焊接的连续焊缝突出。此处，在强导电性的铝合金板等的情况下，例如，预焊缝比最终焊缝更不牢固。因此，当如JP2009-241116 A中所描述的那样预焊缝从最终焊缝突出时，在执行最终焊接之后，不牢固的预焊缝可能由于某种原因而脱落。虽然预焊缝的脱落在强度方面不会造成问题，但是当预焊缝脱落时可能会产生异常噪声。

发明内容

本发明的第一方面既抑制在执行最终焊接时的焊接对象的变形，又抑制在最终焊接之后的预焊缝的脱落。

本发明的第一方面涉及通过将高能量束发射至包括多个交叠的金属板的焊接对象上来执行焊接的焊接方法。该焊接方法包括：在焊接对象上的焊接点处形成预焊核；以及在焊接点处，在保留预焊核的情况下，沿包围预焊核的虚拟闭合曲线来形成多个最终焊核。

在根据本发明的第一方面的焊接方法中，在焊接点处，在保留预焊核的情况下，沿包围预焊核的虚拟闭合曲线来形成多个最终焊核。也就是说，因为保留了预焊核，所以甚至在最终焊接期间仍能够保持预焊核的变形抑制作用。此外，因为已经保留的预焊核被最终焊核围绕，所以能够抑制在最终焊接之后的预焊核的脱落。也就是说，既能够抑制在最终焊接期间的焊接对象的变形，又能够抑制在最终焊接之后的预焊缝的脱落。

本发明的第二方面同样抑制在最终焊接之后的预焊缝的脱落。

本发明的第二方面涉及通过将高能量束发射至包括多个交叠的金属板的焊接对象上来执行焊接的焊接方法。该焊接方法包括：通过点焊在焊接对象上的焊接点处形成预焊核；以及在焊接点处，在保留预焊核的情况下，通过沿包围预焊核的虚拟闭合曲线发射高能量束来形成多个最终焊核。

在根据本发明的第二方面的焊接方法中，通过以下方式来形成多个最终焊核：在焊接点处，在保留通过点焊形成的预焊核的情况下，沿包围预焊核的虚拟闭合曲线来发射高能量束。因此，预焊核被最终焊核围绕，所以能够抑制在最终焊接之后的预焊核的脱落。

在根据本发明的第一方面和第二方面的焊接方法中，可以使得预焊核的尺寸小于多个最终焊核中的每个最终焊核的尺寸。因此，能够减少在形成预焊核时的热变形。

而且，在根据本发明的第一方面和第二方面的焊接方法中，可以以彼此分隔开的方式形成预焊核和多个最终焊核。因此，能够更有效地抑制在最终焊接时的焊接对象的变形。

此外，在根据本发明的第一方面和第二方面的焊接方法中，可以将激光束用作高能量束。

此外，在根据本发明的第一方面和第二方面的焊接方法中，虚拟闭合曲线可以与最终焊核的外接圆对应。

此外，在根据本发明的第一方面和第二方面的焊接方法中，虚拟闭合曲线可以与焊接点对应。

此外，在根据本发明的第一方面和第二方面的焊接方法中，预焊核和最终焊核可以具有圆形形状，并且预焊核的尺寸可以是预焊核的直径，并且最终焊核的尺寸可以是最终焊核的直径。

此外，在根据本发明的第一方面和第二方面的焊接方法中，预焊核和最终焊核可以具有椭圆形形状，并且预焊核的尺寸可以是预焊核的长轴长度，最终焊核的尺寸可以是最终焊核的长轴长度。

此外，在根据本发明的第一方面和第二方面的焊接方法中，预焊核和最终焊核可以具有椭圆形形状，并且预焊核的尺寸可以是预焊核的长轴长度与预焊核的短轴长度的平均值，最终焊核的尺寸可以是最终焊核的长轴长度与最终焊核的短轴长度的平均值。

根据本发明的第一方面，既能够抑制在执行最终焊接时的焊接对象的变形，又能够抑制在最终焊接之后的预焊缝的脱落。

根据本发明的第二方面，能够抑制在最终焊接之后的预焊缝的脱落。

附图说明

下面将参照附图对本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术意义和工业意义进行描述，在附图中用相同的附图标记表示相同的元件，并且在附图中：

图1是用于实施根据本发明的第一示例实施方式的焊接方法的激光焊接装置的一个示例的侧视图；

图2是示出了激光焊接装置的基本操作的平面图；

图3A是示出了激光焊接装置的基本操作的截面图；

图3B是示出了激光焊接装置的基本操作的截面图；

图3C是示出了激光焊接装置的基本操作的截面图；

图3D是示出了激光焊接装置的基本操作的截面图；

图4A是示出了根据第一示例实施方式的焊接方法的图；

图4B是示出了根据第一示例实施方式的焊接方法的图；

图4C是示出了根据第一示例实施方式的焊接方法的图；

图4D是示出了根据第一示例实施方式的焊接方法的图；

图5是焊接点的放大平面图；

图6是沿图5中的线VI-VI获取的截面图；

图7A是示出了根据本发明的第二示例实施方式的焊接方法的图；

图7B是示出了根据第二示例实施方式的焊接方法的图；

图7C是示出了根据第二示例实施方式的焊接方法的图；

图7D是示出了根据第二示例实施方式的焊接方法的图；

图8是根据第二示例实施方式的焊接对象的平面图；

图9是用于实施根据本发明的第三示例实施方式的焊接方法的激光焊接装置的一个示例的侧视图；

图10是示出了激光焊接装置的基本操作的平面图；

图11A是示出了根据第三示例实施方式的焊接方法的平面图；

图11B是示出了根据第三示例实施方式的焊接方法的图；

图12是焊接点的放大平面图；

图13是沿图12中的线V-V获取的截面图；

图14是根据第三示例实施方式的焊接对象的平面图；以及

图15是根据比较示例的焊接对象的平面图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图对已经应用本发明的具体示例实施方式进行详细地描述。然而，本发明不限于这些示例实施方式。此外，为了清楚起见，根据需要简化了描述和附图。

(第一示例实施方式)首先，将参照图1至图3对用于实施根据本发明的第一示例实施方式的焊接方法的激光焊接装置进行描述。图1是用于实施根据第一示例实施方式的焊接方法的激光焊接装置的一个示例的侧视图。图2是示出了激光焊接装置的基本操作的平面图。图3是示出了激光焊接装置的基本操作的截面图。

图1至图3中所示的右手xyz坐标系和其他附图用于描述的目的，以便示出构成元件的位置关系，并且在附图中彼此对应。通常，xy平面是水平平面，而z轴正方向是竖直向上的方向。

如图1所示，激光焊接装置1包括激光振荡器10、扫描部11和驱动源12。激光振荡器10生成激光束。所生成的激光束使用光纤线缆13引导至扫描部11。例如，可以使用二氧化碳激光、YAG激光或光纤激光作为激光束。

扫描部11将经由光纤线缆13从激光振荡器10引导的激光束16提供在图2所示的提供区域18中，并且将激光束16发射至作为焊接对象的金属板31上。因此，形成了在两个交叠的金属板31与金属板32之间延伸的焊接点40。

扫描部11包括各自能够绕单个枢转轴枢转的镜14和镜15。例如，镜14提供沿x轴方向的激光束16，而镜15沿y轴方向扫描激光束16。例如，可以使用检流计反射镜来形成镜14和镜15。

例如，扫描部11能够通过驱动源12例如机器人沿适当的方向(x轴方向、y轴方向和z轴方向)移动。在图1中，扫描部11由两个镜即镜14和镜15形成，但是扫描部11还可以由能够沿两个轴向方向枢转的单个镜形成。

接着，将参照图2和图3来描述激光焊接装置1的基本操作。图2和图3是示出了通过焊接将作为焊接对象的两个金属板即金属板31和金属板32接合在一起的情况的图。图3是示出了作为焊接对象的两个金属板即金属板31和金属板32被布置成稍微分开的情况的图，但是两个金属板即金属板31和金属板32也可以被布置成彼此接触。

如图2的平面图中所示，当焊接金属板31和金属板32时，扫描部11沿由箭头所示的焊接方向移动。此处，焊接方向是对金属板31和金属板32进行焊接的方向。换言之，焊接方向是形成图3所示的焊接点41和焊接点42的方向。此时，激光束16的提供区域18随着扫描部11的移动而移动。扫描部11可以沿焊接方向以恒定的速度(即，连续地)移动，或者可以以步进的方式(即，非连续地)移动。

此外，如图3A所示，当焊接金属板31和金属板32时，扫描部11将激光束发射至焊接点41处。扫描部11继续沿焊接方向移动。因此，如图3B和图3C所示，扫描部11将激光束16提供成使得激光束16被发射至焊接点41处。扫描部11的移动速度被设置成以下速度，该速度使得：从开始焊接焊接点41到完成焊接焊接点41，焊接点41均落在扫描部11的提供区域18内。

然后，如图3D所示，扫描部11将激光束16发射至下一个焊接点42处。在这种方式下，激光焊接装置1能够在使用驱动源12移动扫描部11的同时，使用扫描部11来提供激光束16并且对金属板31和金属板32的预定点进行焊接。当使用上述焊接方法时，焊接点41(图1中的焊接点40)是离散的。当然，作为焊接对象的多个金属板的数量还可以是三个或更多个。

接着，将参照图4对根据该示例实施方式的焊接方法进行描述。图4是示出了根据第一示例实施方式的焊接方法的图。可以使用上述激光焊接装置1来实施根据该示例实施方式的焊接方法。图4A至图4D是激光束16被发射至其上的金属板31的平面图。在图4中，仅示出了扫描部11的提供区域18；未示出扫描部11。

根据该示例实施方式的焊接方法是下述激光焊接方法，该激光焊接方法通过在使提供从激光振荡器10引导的激光束16的扫描部11移动的同时，将由扫描部11提供的激光束16发射至作为焊接对象的多个金属板31和金属板32上来将多个金属板31和金属板32焊接在一起。

如图4A所示，通过将激光束16发射至焊接点41处来执行预焊接。更具体地，在焊接点41处形成预焊核41a。然后，通过将激光束16发射至焊接点42处来执行预焊接。也就是说，在焊接点42处形成预焊核42a。此处，预焊缝是用于抑制金属板31和金属板32在最终焊接期间由于残余应力和热变形而发生变形的临时焊缝。预焊缝比最终焊缝具有更弱的接合强度。

接着，如图4B所示，通过将激光束16发射至焊接点41处来执行最终焊接。更具体地，围绕预焊核41a形成多个最终焊核41b。在该附图的示例中，围绕预焊核41a形成三个最终焊核41b。此处，最终焊接是用于将金属板31和金属板32强有力地接合在一起的焊接。例如，在最终焊接时的激光束16的发射时间比在预焊接时的激光束16的发射时间长。随后将对包括预焊核41a和多个最终焊核41b的焊接点41的具体结构进行描述。

接着，如图4C所示，通过将激光束16发射至焊接点43处来执行预焊接。也就是说，在焊接点43处形成预焊核43a。然后，扫描部11通过将激光束16发射至焊接点42处来执行最终焊接。也就是说，围绕预焊核42a形成多个最终焊核42b。此后，能够通过重复该操作将金属板31和金属板32焊接在一起。

在此处，将参照图5和图6来对包括预焊核41a和多个最终焊核41b的焊接点41的具体结构进行描述。图5是焊接点41的放大平面图。此外，图6是沿图5中的线VI-VI获取的截面图。

如图5所示，使用根据该示例实施方式的焊接方法，首先，在由指示焊接点41的交替的长划线和双点划线所示的虚拟闭合曲线内形成预焊核41a，然后，在保留预焊核41a的情况下，沿包围预焊核41a的虚拟闭合曲线来形成多个最终焊核41b。因此，最终焊接之后保留的预焊核41a被沿包围预焊核41a的虚拟闭合曲线形成的最终焊核41b围绕。

也就是说，因为保留了预焊核41a，所以甚至在最终焊接期间仍能够保持预焊核41a的变形抑制作用。此外，因为已经保留的预焊核41a被最终焊核41b围绕，所以能够抑制在最终焊接之后的预焊核41a的脱落。因此，既能够抑制在最终焊接期间焊接对象的变形，又能够抑制在最终焊接之后预焊缝的脱落。

在图5的示例中，在具有直径D的圆形虚拟曲线(即，焊接点41)的中心形成具有直径Da的单个圆形预焊核41a。在围绕该预焊核41a的等距的间隔处形成三个圆形最终焊核41b，这三个圆形最终焊核41b分别具有直径Db并且内接在虚拟曲线(即，焊接点41)中。

从最终焊接期间的变形抑制作用的角度出发，如图5所示，预焊核41a优选地被形成为与最终焊核41b分离。然而，预焊核41a的一部分与最终焊核41b的一部分也可以彼此交叠。

预焊核41a的数量和最终焊核41b的数量是任意数量。此外，例如，预焊核41a和最终焊核41b的形状不限于圆形，并且还可以是椭圆形的或多边形。此外，包围预焊核41a的虚拟闭合曲线不限于是圆形的，并且还可以是椭圆形的或是适当的曲线或多边形的。此外，在图5所示的示例中，包围预焊核41a的虚拟闭合曲线外接于最终焊核41b，但是该虚拟闭合曲线还可以穿过最终焊核41b的中心，或者内接在最终焊核41b中。

如图5所示，预焊核41a的尺寸(例如，直径)Da优选地小于最终焊核41b中的每个最终焊核的尺寸(例如，直径)Db。这使得能够减少在形成预焊核41a时的热变形。此外，更小尺寸Da的预焊核41a的确会导致最终焊接时的变形抑制作用减弱，而且更小尺寸Da的预焊核41a还使得能够缩短预焊接时间，这提高了生产效率和能量效率。

鉴于强度特性比如脱落强度，优选的是，使得最终焊核41b的尺寸Db与相邻的最终焊核41b之间的距离即间距p相比满足1/2＜Db/p≤1。最终焊核41b的尺寸Db是当最终焊核41b具有圆形形状时的直径。另一方面，例如，当最终焊核41b具有椭圆形形状时，尺寸Db可以是长轴长度，或者尺寸Db可以是长轴长度与短轴长度的平均值。

当Db/p≤1/2时，最终焊核41b的尺寸Db与间距p相比较小，所以最终焊核41b彼此分隔开。因此，多个最终焊核41b在其强度特性方面互不影响，所以当施加超过单个最终焊核41b的强度的负载时，最终焊核41b将单独地断裂。因此，每个最终焊核41b的强度特性比由具有直径D的虚拟曲线(即，焊接点41)所围绕的单个熔核的强度特性弱。

此外，当1＜Db/p时，最终焊核41b的尺寸Db对于间距p而言过大，并且具有尺寸Db的相邻的最终焊核41b彼此交叠。因此，多个最终焊核41b变成单个熔核并且沿熔融部分与基础材料之间的边界同时断裂。也就是说，当1＜Db/p时，强度特性将等效于由具有直径D的虚拟曲线(即，焊接点41)所围绕的单个熔核的强度特性。

另一方面，当1/2＜Db/p≤1时，相邻的最终焊核41b适当地彼此分隔开。也就是说，基础材料(即，金属板31和金属板32)处于相邻的最终焊核41b之间，因此，抑制了最终焊核41b变成单个熔核并断裂。此外，还抑制最终焊核41b单独地断裂。因此，当1/2＜Db/p≤1时，能够获得超过由具有直径D的虚拟曲线(即，焊接点41)围绕的单个熔核的强度特性的强度特性。

此外，如图4所示，当最终焊接某个焊接点时，优选的是，在位于其两侧的焊接点被限制的情况下执行最终焊接。更具体地，如图4C所示，当对焊接点42进行最终焊接时，例如，首先优选地对位于提供区域18内沿焊接方向的下游侧的焊接点43进行预焊接。在以这种方式限制这些焊接点的情况下对位于两侧的焊接点进行最终焊接使得能够更有效地抑制在执行最终焊接时金属板31和金属板32的变形和位置偏移。

此外，如图4所示，在移动扫描部11的同时，在提供区域18内优选地实施预焊接和最终焊接。因此，当焊接金属板31和金属板32时，扫描部11将仅一次通过焊接路径，这提高了生产率。

可替选地，虽然生产率将没有这么好，但是扫描部11也可以两次通过焊接路径。也就是说，首先，可以在所有焊接点(即，焊接点41和焊接点42等)处形成预焊核(即，预焊核41a和42a等)，然后，随后可以形成最终焊核(即，最终焊核41b和42b等)。

如上所述，采用根据该示例实施方式的焊接方法，在虚拟闭合曲线内形成预焊核之后，在保留预焊核的情况下，沿包围预焊核的虚拟闭合曲线来形成多个最终焊核。因此，最终焊接之后所保留的预焊核被沿包围预焊核的虚拟闭合曲线形成的最终焊核围绕。

也就是说，因为保留了预焊核，所以甚至在最终焊接期间仍能够保持预焊核的变形抑制作用。此外，因为所保留的预焊核被最终焊核围绕，所以能够抑制在最终焊接之后的预焊核的脱落。因此，既能够抑制在最终焊接期间的焊接对象的变形，又能够抑制在最终焊接之后的预焊缝的脱落。

(第二示例实施方式)接着，将参照图7对根据本发明的第二示例实施方式的焊接方法进行描述。在第一示例实施方式中，如图4所示，在下述情况下将焊接对象焊接在一起：在要执行最终焊接的焊接点的沿焊接方向的下游侧的一个位置处执行预焊接。相比之下，在第二示例实施方式中，如图7所示，在下述情况下将焊接对象焊接在一起：在要执行最终焊接的焊接点的沿焊接方向的下游侧的两个位置处执行预焊接。

如图7A所示，通过将激光束16发射至焊接点41、42和43中的每个焊接点处来执行预焊接。也就是说，在焊接点41、42和43处形成预焊核41a、42a和43a。对焊接点41、42和43进行预焊接的顺序不受特定限制并且可以是任意顺序。然而，当连续执行预焊接时，按照41、42和43的顺序执行预焊接是更高效的。

接着，如图7B所示，通过将激光束16发射至焊接点41处来执行最终焊接。也就是说，围绕预焊核41a形成多个最终焊核41b。

接着，如图7C所示，通过将激光束16发射至焊接点44处来执行预焊接。也就是说，在焊接点44处形成预焊核44a。然后，如图7D所示，通过将激光束16发射至焊接点42处来执行最终焊接。也就是说，围绕预焊核42a形成多个最终焊核42b。此后，能够通过重复该操作将金属板31和金属板32焊接在一起。

采用根据图7所示的该示例实施方式的焊接方法，在要执行最终焊接的位置的沿焊接方向的下游侧的两个位置处执行预焊接。因此，与根据图4所示的第一示例实施方式的焊接方法的情况相比，甚至能够更有效地抑制金属板31和金属板32的变形和位置偏离。采用根据该示例实施方式的焊接方法，在要执行最终焊接的位置的下游侧的两个位置处执行预焊接，但是还可以在两个或更多个位置处执行预焊接。

接着，将参照图8来描述本发明的示例。图8是根据该示例的焊接对象100A的平面图。使用根据第一示例实施方式的焊接方法来对焊接对象100A进行焊接。在该示例中，焊接对象100A由两个交叠的框架形6000系列铝合金板组成。一个铝合金板的厚度为1.2mm，而另一个铝合金板的厚度为0.9mm。将光纤激光器用于激光焊接装置1的激光振荡器10。

如图8所示，在焊接对象100A上存在20个焊接点101A。此时，如参照图4所描述的，在移动扫描部11的同时，在提供区域18内对焊接对象100A执行预焊接和最终焊接。也就是说，在该示例中，在对焊接对象100A进行焊接时，扫描部11通过由图8中的箭头所指示的焊接路径。

此外，在每个焊接点101A处，如图5所放大示出的那样形成一个圆形预焊核和三个圆形最终焊核。预焊核的直径Da为大约1mm。此外，最终焊核的直径Db为大约5mm。包围预焊核的虚拟闭合曲线即最终焊核的外接圆的直径D为大约11mm。

在该示例中，在每个焊接点101A处，如图5所示，围绕一个预焊核形成三个最终焊核41b。也就是说，因为保留了预焊核，所以甚至在最终焊接期间仍能够保持预焊核的变形抑制作用，因此能够抑制在最终焊接期间的焊接对象的变形。此外，因为预焊核被最终焊核围绕，所以能够抑制在最终焊接之后的预焊核的脱落。也就是说，既能够抑制在最终焊接期间的焊接对象的变形，又能够抑制在最终焊接之后的预焊缝的脱落。

本发明不限于前述的示例实施方式。也就是说，在本发明的范围内可以做出适当的修改。例如，焊接点处的熔核的形状是任意形状，即，例如，熔核可以是任意适当的形状，比如C形、O形或线形。此外，根据本发明的焊接方法可以广泛地应用于使用高能量束例如激光束、电子束或离子束的焊接(例如，激光电弧复合焊接或电子束焊接)。此外，可以使用多个扫描部来执行预焊接和最终焊接。在这种情况下，使用多个激光束，因此，焊接速度能够更快。此外，根据本发明的焊接方法特别适于在焊接期间容易变形的铝合金板，但是该焊接方法还可以应用于其他金属板例如钢板。

(第三示例实施方式)首先，将参照图9和图10对用于实施根据本发明的第三示例实施方式的焊接方法的激光焊接装置进行描述。图9是用于实施根据第三示例实施方式的焊接方法的激光焊接装置的一个示例的侧视图。图10是示出了该激光焊接装置的基本操作的平面图。

图9和图10所示的右手xyz坐标系用于描述的目的，以便示出构成元件的位置关系，并且在附图中彼此对应。通常，xy平面是水平平面，而z轴正方向是竖直向上的方向。

如图9所示，激光焊接装置101包括激光振荡器110、扫描部111和驱动源112。激光振荡器110生成激光束。所生成的激光束使用光纤线缆113被引导至扫描部111。例如，可以使用二氧化碳激光、YAG激光或光纤激光作为激光束。

扫描部111提供经由光纤线缆113从激光振荡器110引导的激光束116，并且将激光束116按照141至144的顺序发射至作为焊接对象的金属板131上的四个焊接点141至144处。因此，形成了在两个交叠的金属板131与132之间延伸的最终焊核。如图9和图10所示，分别在焊接点141至144处预先通过点焊来形成预焊核141a至144a。图9是示出了通过将激光束116发射至形成有预焊核141a的焊接点141处来形成最终焊核141b的方式的图。焊接点的位置和数量不受特定限制并且可以适当地被确定。

扫描部111包括各自能够绕单个枢转轴枢转的镜114和镜115。例如，镜114提供沿x轴方向的激光束116，而镜115提供沿y轴方向的激光束116。例如，可以使用检流计反射镜来形成镜114和镜115。也就是说，扫描部111能够将激光束16提供到金属板131的表面上的预定提供区域上。

此外，例如，扫描部111能够通过驱动源112比如机器人沿适当的方向(x轴方向、y轴方向和z轴方向)移动。在图9中，扫描部111由两个镜即镜114和镜115形成，但是扫描部111还可以由能够沿两个轴向方向枢转的单个镜形成。

接着，将参照图9和图10来描述激光焊接装置101的基本操作。附图中的示例示出了通过焊接将作为焊接对象的两个金属板即金属板131和金属板132接合在一起的情况的图。图9是示出了作为焊接对象的两个金属板131和金属板132被布置成稍微分开的情况的图，但是两个金属板131和金属板132还可以被布置成彼此接触。

如上所述，分别在焊接点141至144处预先通过点焊来形成预焊核141a至144a。此处，在强导电的铝合金板等的情况下，难以通过点焊获得足够的接合强度，因此，需要特殊的装置来获得足够的接合强度。另一方面，在预焊接的情况下，不需要很大的接合强度。因此，当对强导电的铝合金板等进行预焊接时能够使用常用的(例如，钢板)点焊装置。使用点焊使得能够比在激光焊接的情况下更快地进行预焊接，因此，提高了生产率。

如图10中的平面图所示，当焊接金属板131和金属板132时，扫描部111沿由箭头指示的焊接方向移动。此处，焊接方向是对金属板131和金属板132进行焊接的方向。换言之，焊接方向是形成图10所示的焊接点141和焊接点142的方向，并且在附图中的示例中是x轴正方向。扫描部111可以沿焊接方向以恒定的速度(即，连续地)移动，或者可以以步进的方式(即，非连续地)移动。

如图9所示，当焊接金属板131和金属板132时，扫描部111将激光束116发射至形成有预焊核141a的焊接点141处。因此，在焊接点141处形成最终焊核141b。然后，扫描部111在移动的同时将激光束116发射至下一个焊接点142处。因此，在焊接点142处形成未示出的最终焊核。还可以以类似的方式在焊接点143和焊接点144处形成最终焊核。

以这种方式，激光焊接装置101能够在使用驱动源112移动扫描部111的同时使用扫描部111提供激光束116来对金属板131和金属板132的预预置进行焊接。当使用上述焊接方法时，焊接点141至焊接点144是离散的。当然，作为焊接对象的多个金属板的数量还可以是三个或更多个。

接着，将参照图11对根据该示例实施方式的焊接方法进行描述。图11是示出了根据第三示例实施方式的焊接方法的图，并且是焊接点141的平面图。根据该示例实施方式的焊接方法是下述激光焊接方法，该激光焊接方法通过在使提供从激光振荡器110引导的激光束116的扫描部111移动的同时，将由扫描部111提供的激光束116发射至作为焊接对象的多个金属板131和金属板132上来将多个金属板131和金属板132焊接在一起。

此处，在通过激光焊接执行最终焊接之前通过点焊来对金属板131和金属板132进行预焊接。更具体地，如图11A所示，在焊接点141处通过点焊来形成预焊核141a。此处，预焊缝是用于抑制金属板131和金属板132在最终焊接期间由于残余应力和热变形而发生变形的临时焊缝。预焊缝比最终焊缝具有更弱的接合强度。

接着，如图11B所示，在保留预焊核141a的情况下，通过发射激光束在焊接点141处执行最终焊接。更具体地，沿包围预焊核141a的虚拟闭合曲线形成多个最终焊核141b。在附图的示例中，沿包围焊接点141的虚拟闭合曲线(即，指示焊接点141的交替的长划线和双点划线)形成三个最终焊核141b。此处，最终焊接是用于将金属板131和金属板132强有力地接合在一起的焊接。形成多个最终焊核141b的顺序可以是任意顺序。

此处，将参照图12和图13对包括预焊核141a和多个最终焊核141b的焊接点141的具体结构进行描述。图12是焊接点141的放大平面图，而图13是沿图12中的线V-V获取的截面图。

如图12所示，采用根据该示例实施方式的焊接方法，通过沿包围预焊核141a的虚拟闭合曲线(即，指示焊接点141的交替的长划线和双点划线)进行激光焊接来形成多个最终焊核141b。因此，预焊核141a被最终焊核141b围绕，因此，能够抑制在最终焊接之后预焊核141a的脱落。此外，因为保留了预焊核141a，所以在最终焊接期间也能够保持预焊核141a的变形抑制作用。

在图12所示的示例中，在具有直径D的圆形虚拟曲线(即，指示焊接点141的交替的长划线和双点划线)的中心形成具有直径Da的一个圆形预焊核141a。在围绕该预焊核141a的等距离间隔处形成三个圆形最终焊核141b，这三个圆形最终焊核141b分别具有直径Db并且内接于虚拟曲线(即，指示焊接点141的交替的长划线和双点划线)。

从最终焊接期间的变形抑制作用的角度出发，如图12所示，预焊核141a优选地被形成为与最终焊核141b分离。然而，预焊核141a的一部分与最终焊核141b的一部分也可以彼此交叠。

此外，预焊核141a的数量和最终焊核141b的数量是任意数量。此外，例如，预焊核141a和最终焊核141b的形状不限于是圆形的，并且还可以是椭圆形或多边形的。而且，包围预焊核141a的虚拟闭合曲线不限于是圆形的，并且还可以是椭圆形的或适当的曲线或多边形的。此外，在图12所示的示例中，包围预焊核141a的虚拟闭合曲线与最终焊核141b外接，但是该虚拟闭合曲线还可以穿过最终焊核141b的中心，或者内接于最终焊核141b中。

如图12所示，预焊核141a的尺寸(例如，直径)Da优选地小于最终焊核141b中的每个最终焊核的尺寸(例如，直径)Db。这使得能够减少在形成预焊核141a时的热变形。此外，更小尺寸Da的预焊核141a使得能够缩短预焊接时间，这提高了生产效率和能量效率。然而，最终焊接时的变形抑制作用的确会减弱。

鉴于强度特性比如脱落强度，优选的是，使得最终焊核141b的尺寸Db与相邻的最终焊核141b之间的距离、即间距p相比满足1/2＜Db/p≤1。最终焊核141b的尺寸Db是当最终焊核141b具有圆形形状时的直径。另一方面，例如，当最终焊核141b具有椭圆形形状时，尺寸Db可以是长轴长度，或者尺寸Db可以是长轴长度与短轴长度的平均值。

当Db/p≤1/2时，最终焊核141b的尺寸Db与间距p相比较小，所以最终焊核141b彼此分隔开。因此，多个最终焊核141b在其强度特性方面互不影响，所以当施加超过单个最终焊核141b的强度的负载时，最终焊核141b将单独地断裂。因此，每个最终焊核141b的强度特性比由具有直径D的虚拟曲线(即，焊接点141)所围绕的单个熔核的强度特性弱。

此外，当1＜Db/p时，最终焊核141b的尺寸Db对于间距p而言太大，并且具有尺寸Db的相邻的最终焊核141b彼此交叠。因此，多个最终焊核141b变成单个熔核并且沿熔融部分与基础材料之间的边界同时断裂。也就是说，当1＜Db/p时，强度特性将等效于由具有直径D的虚拟曲线(即，焊接点141)所围绕的单个熔核的强度特性。

另一方面，当1/2＜Db/p≤1时，相邻的最终焊核141b适当地彼此分隔开。也就是说，基础材料(即，金属板131和金属板132)处于相邻的最终焊核141b之间，因此，抑制了最终焊核141b变成单个熔核并断裂。此外，还抑制最终焊核141b单独地断裂。因此，当1/2＜Db/p≤1时，能够获得超过由具有直径D的虚拟曲线(即，焊接点141)围绕的单个熔核的强度特性的强度特性。

正如上所述，在该示例实施方式中，首先，通过在焊接点处进行点焊来形成预焊核，然后，在保留预焊核的情况下，通过沿包围预焊核的虚拟闭合曲线发射高能量束来形成多个最终焊核。因此，最终焊接之后所保留的预焊核被最终焊核围绕。从而，能够抑制在最终焊接之后预焊核的脱落。

接着，将参照将要描述的图14和图15来描述本发明的示例。图14是根据该示例的焊接对象1100的平面图，而图15是根据比较示例的焊接对象1110的平面图。使用根据第三示例实施方式的焊接方法来对焊接对象1100进行焊接。在该示例中，焊接对象1100由两个交叠的框架形6000系列铝合金板组成。一个铝合金板的厚度为1.2mm，而另一个铝合金板的厚度为0.9mm。使用铜合金焊头来进行点焊。焊接条件为1960N的压力、14kA的焊接电流和8个周期的激励时间。光纤激光器用于激光焊接装置101的激光振荡器110。

如图14所示，在根据该示例的焊接对象1100上存在有20个焊接点1101。在焊接点1101中的由阴影线所示的10个焊接点中的每个焊接点处，如图12中所放大示出的，通过点焊来形成一个圆形预焊核，并且通过激光焊接来形成三个圆形最终焊核。在另外10个焊接点1101b中的每个焊接点处，仅形成三个最终焊核；不形成预焊核。预焊核的直径Da为大约1mm至3mm。此外，最终焊核的直径Db为大约4mm。最终焊核的外接圆的直径D为大约11mm。

另一方面，如图15所示，在根据比较示例的焊接对象1110上也存在20个焊接点1111。在这些焊接点1111中的每个焊接点处，正如在上述示例中那样形成三个最终焊核，但是不通过点焊来形成预焊核。替代预焊接，使用10个夹具1112来限制焊接对象1110。其中，夹具1112b中的四个夹具能够被设置在不同于焊接点1111的位置处，而夹具1112a中的六个夹具需要被设置在焊接点1111处。因此，在该比较示例中，沿由附图中的箭头所指示的焊接路径对焊接对象1110进行两次激光焊接。第一次，对焊接点1111中的14个焊接点进行激光焊接。第二次，对被夹具1112a遮住的6个焊接点1111进行激光焊接。

相比之下，在该示例的情况下，通过点焊来执行预，因此，能够通过沿焊接路径进行一次激光焊接来对焊接对象1100进行焊接。因此，与使用夹具的比较示例相比，在该示例中，生产效率可以提高更多。此外，在该示例中，在每个焊接点1101处，如图12所示，围绕单个预焊核形成三个最终焊核141b中。因此，在该示例中，能够抑制在最终焊接之后的预焊核的脱落，并且同时能够抑制在最终焊接期间的变形。

(其他示例实施方式)本发明不限于前述示例实施方式。也就是说，在本发明的范围内可以进行适当的修改。例如，最终焊接点处的熔核的形状是任意形状，即，例如，熔核可以是任意适当的形状，比如C形、O形或线形。此外，根据本发明的焊接方法可以广泛地应用于使用高能量束比如激光束、电子束或离子束的焊接(例如，激光电弧复合焊接或电子束焊接)。此外，根据本发明的焊接方法特别适于在焊接期间易于发生变形的铝合金板，但是该焊接方法还可以应用于其他金属板比如钢板。

Claims (11)

1.一种焊接方法，所述焊接方法通过将高能量束发射至包括多个交叠的金属板的焊接对象上来执行焊接，所述焊接方法的特征在于包括：

在所述焊接对象上的焊接点处形成预焊核；以及

在所述焊接点处，在保留所述预焊核的情况下，沿包围所述预焊核的虚拟闭合曲线形成多个最终焊核。

2.根据权利要求1所述的焊接方法，其中，

通过点焊在所述焊接对象上的所述焊接点处形成所述预焊核；以及

通过以下方式来形成所述多个最终焊核：在所述焊接点处，在保留所述预焊核的情况下，沿包围所述预焊核的所述虚拟闭合曲线发射所述高能量束。

3.根据权利要求1或2所述的焊接方法，其中，

使得所述预焊核的尺寸小于所述多个最终焊核中的每个焊核的尺寸。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的焊接方法，其中，

使得所述预焊核的尺寸小于所述最终焊核中的一个焊核的尺寸。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的焊接方法，其中，

所述预焊核和所述多个最终焊核形成为彼此分隔开。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的焊接方法，其中，

使用激光束作为所述高能量束。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的焊接方法，其中，

所述虚拟闭合曲线与所述最终焊核的外接圆对应。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的焊接方法，其中，

所述虚拟闭合曲线与所述焊接点对应。

9.根据权利要求3或4所述的焊接方法，其中，

所述预焊核和所述最终焊核具有圆形形状；以及

所述预焊核的尺寸是所述预焊核的直径，并且所述最终焊核的尺寸是所述最终焊核的直径。

10.根据权利要求3或4所述的焊接方法，其中，

所述预焊核和所述最终焊核具有椭圆形形状；以及

所述预焊核的尺寸是所述预焊核的长轴长度，并且所述最终焊核的尺寸是所述最终焊核的长轴长度。

11.根据权利要求3或4所述的焊接方法，其中，

所述预焊核和所述最终焊核具有椭圆形形状；以及

所述预焊核的尺寸是所述预焊核的长轴长度与所述预焊核的短轴长度的平均值，并且所述最终焊核的尺寸是所述最终焊核的长轴长度与所述最终焊核的短轴长度的平均值。