CN106660171A - 激光焊接装置以及激光焊接方法 - Google Patents

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Abstract

激光照射机构(30)包含控制部，该控制部具有使激光束(31)的聚光点(39)描绘圆的功能，并以使聚光点描绘螺旋的方式进行控制，并且以使该螺旋的中心轴沿着曲面的方式进行控制。

Description

激光焊接装置以及激光焊接方法
技术领域
本发明涉及激光焊接装置以及激光焊接方法。
背景技术
将第1部件与第2部件对接。焊接对接的部位。一直以来，广泛进行通过这种焊接将两个部件一体化的作业。
对于焊接，近年来使用能量密度高的激光束。
已知通过该激光束将曲面彼此焊接的技术(例如，参照专利文献1)。
基于图9来说明专利文献1的技术。
如图9所示，将2个钢管101、101在图面表背方向上对接。通过圆环状的导轨102包围钢管101。在该导轨102上能够移动地安装加工头103。在加工头103上以朝向钢管101的中心105的方式安装有激光枪104。一边使加工头103沿着导轨102移动一边从激光枪104照射激光束，执行激光焊接。
该激光束以直角向曲面照射，因此熔深良好，能够实施优质的焊接。
加工头103是移动的。另一方面，激光振荡器106是不移动的。因此，激光振荡器106和加工头103经由包含第1～第3接头107、108、109的激光传送装置110而相连。
由于需要第1～第3接头107、108、109，从而专利文献1的激光焊接装置变得复杂且大型。其结果是，焊接设备的设置费用增加。
由于构造复杂，因此构成部件的数量增加，伴随部件更换而产生的维护费用高涨。
为了追求加工费用的降低，期望即使作为焊接曲面的装置也能够成为简单的构造且小型的激光焊接装置。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平11－776号公报
发明内容
本发明的课题在于，提供一种激光焊接装置，即使作为焊接曲面的装置，也能够成为简单的构造且小型的装置。
技术方案1的发明为一种激光焊接装置，具有：工件固定部，其将多个工件以使第2工件的曲面与第1工件的曲面接触的方式重叠，并在该状态下约束所述工件，并且该工件固定部约束使曲面彼此抵接的状态下的多个工件；激光照射机构，其向所述工件的焊接部位照射激光束；移动机构，其使所述激光照射机构以直线移动；和控制部，其对所述激光照射机构及所述移动机构进行控制，在所述激光焊接装置中，
所述激光照射机构是具有使所述激光束的聚光点描绘圆的功能的机构，
所述控制部以通过将所述移动机构的移动和基于所述激光照射机构进行的聚光点的圆周运动合成来使所述聚光点描绘螺旋的方式进行控制，并且以使该螺旋的中心轴沿着所述曲面的方式进行控制。
技术方案2的发明为一种激光焊接方法，其使用如技术方案1所述的激光焊接装置来实施，在该激光焊接方法中，优选为，
所述控制部在所述激光束至少从所述曲面的顶点通过时使所述激光束与从所述顶点通过的切线正交，并在从所述曲面的顶点离开的焊接部位使所述激光束向所述曲面的曲率中心倾斜。
发明效果
在技术方案1的发明中，使激光束的聚光点描绘螺旋，且使该螺旋的中心轴沿着曲面。在工件中的从曲面的顶点离开的部位上，螺旋会彼此重叠。由此，半凝固部再次熔融，该再次熔融部成为半凝固部，该半凝固部又再次熔融，通过像这样进行重复，熔融深度变大。因此，即使是曲面的端部也能得到充分的熔融深度。
根据本发明，尽管焊接部位位于曲面，但也能够使激光照射机构以直线移动。由于是直线移动，因此移动机构变得简单且小型。因此，通过本发明，能够提供一种激光焊接装置，即使作为焊接曲面的装置，也能够成为简单的构造且小型的装置。
在技术方案2的发明中，控制部在激光束从曲面的顶点通过时使激光束与从顶点通过的切线正交，且在从曲面的顶点离开的焊接部位使激光束向曲面的曲率中心倾斜。激光照射机构具有若在固定范围内则使激光束倾斜的功能。巧妙地利用该功能，在从曲面的顶点离开的焊接部位使激光束向曲面的曲率中心倾斜。通过该倾斜，能够减轻螺旋彼此的重叠，从而能够提高生产率。
附图说明
图1是本发明的激光焊接装置的基本结构图。
图2是激光照射机构的原理图。
图3是表示激光束的聚光点的轨迹的图。
图4是表示激光束的聚光点的轨迹的图。
图5是激光束从曲面的顶点通过时的作用说明图。
图6是激光束从曲面的顶点离开时的作用说明图。
图7是说明优选的激光束的照射方法的图。
图8是将比较例与实施例进行对比来说明的图。
图9是说明以往的激光焊接装置的原理的图。
具体实施方式
以下基于附图来说明本发明的实施方式。
实施例
如图1所示，激光焊接装置10具有：约束并固定工件11、12的工件固定部20；向工件11、12照射激光束31的激光照射机构30；使该激光照射机构30以直线移动的移动机构40；和对激光照射机构30及移动机构40进行控制的控制部50。以下，说明各构成要素的构造的一例。
工件11、12例如由筒状的第1工件11、和插入于该第1工件11的筒状的第2工件12构成。第2工件12的曲面与第1工件11的曲面重叠。
本发明用于将曲面彼此接合，焊接部位13呈圆弧状。从这样的焊接部位13通过的平面14在本例中与图面的面一致。
将从该平面14通过且从曲面的顶点15通过的切线16(包括与切线16平行的线。)设定为x轴。将与该x轴正交且向图面内侧延伸的轴设定为y轴。该y轴是沿后述的焊接线的宽度方向延伸的轴。
工件固定部20例如由支承工件11、12的支承台21、和将工件11、12向支承台21约束并将其固定的夹具22构成。夹具22由夹具气缸23驱动。
移动机构40是使激光照射机构30沿着x轴以直线移动的机构。移动机构40例如由沿x轴延伸的导轨41、由该导轨41支承且对激光照射机构30进行支承的滑块42、和使该滑块42沿x轴移动的移动气缸43构成。
移动机构40在将工件11、12载置于工件固定部20或从工件固定部20取下时，向待机位置移动以避免与工件11、12发生干涉。移动机构40优选为机械臂。
如图2所示，激光照射机构30由激光振荡器32、将从该激光振荡器32发射的激光束31反射的反射镜33、使该反射镜33绕x轴旋转的马达34、使由反射镜33反射的激光束31收束的透镜37、使该透镜37沿透镜37的轴移动的透镜驱动器36、和收纳这些构成要素的壳体38构成。通过透镜37来确定激光束31的聚光点(焦点)39。
通过反射镜33使激光束31沿y轴移动。另外，通过使透镜36相对于反射镜33移动，而使激光束31的聚光点39沿z轴移动。以使聚光点39描绘圆的方式来合成y轴移动和z轴移动。
在描绘圆的基础上，使激光照射机构30沿x轴移动。如图3所示，聚光点39的圆周运动成为螺旋运动。在本例中，为了易于理解，将螺旋的中心轴39B设为了直线。通过精细地控制激光照射机构30向x轴方向的移动速度、照射角度、反射镜33及透镜37的动作，螺旋运动描绘圆弧。
因此，在本发明中，如图4的(a)所示，使螺旋的中心轴39B与第1工件11的外周面相匹配或大致匹配。图4的(b)是俯视图，聚光点39所描绘的螺旋在中央粗，并且越接近两端(90°、－90°)变得越密且多个螺旋相重合。
接下来，叙述由以上结构构成的激光焊接装置10的作用。
如图5的(a)所示，从沿着x轴移动过程中的激光照射机构30照射的激光束31到达曲面的顶点15。
如图5的(a)的b－b向视图即图5的(b)所示，激光束的聚光点39描绘使U字连续那样的轨迹(俯视轨迹)。
其结果是，如图5的(a)的c部放大图即图5的(c)所示，形成贯穿第1工件11且达到至第2工件12的板厚中途的、深度为d1的熔敷金属(bead，焊道)52。
当激光照射机构30沿着x轴移动到从曲面的顶点15离开的位置时，如图6的(a)所示，激光束31到达至从曲率中心53开始打开45°的点。如图6的(b)所示，激光束的聚光点39描绘螺旋轨迹。
通常，在激光束31连续地前进的情况下，在最前方生成被称为键孔(keyhole)的熔融部(熔池)。在紧接该熔融部之后形成半凝固部，在该半凝固部之后生成凝固部(与熔敷金属相当)。
如图6的(b)那样，当激光束的聚光点39一边描绘螺旋轨迹一边重叠时，半凝固部通过激光束31而再次熔融。
即，如图6的(c)所示，通过最初的熔融形成深度d2，通过再次熔融追加了深度d3，其结果是，形成(d2+d3)的深度的熔敷金属52。该熔敷金属52贯穿第1工件11并到达第2工件12的中途。
如图4的(b)所示，激光束越接近曲面的端部，螺旋的重叠越增加。其结果是，即使在曲面的端部也形成充分深度的熔敷金属。
其中，若考虑以往的焊接法使激光束朝向工件的曲率中心的情况，则也推荐如下所述的焊接法。
即，如图7所示，当激光束31从曲面的顶点15通过时，使激光束31与从顶点15通过的切线16正交。当激光束31通过从曲面的顶点15离开的焊接部位时，使激光束31向曲面的曲率中心53以5°～15°的倾斜角倾斜。由此，能够进一步提高曲面的端部处的焊接品质。
本发明方法能够适用于各种用途。接下来说明其一例。
如图8的(a)所示，准备平板的一部分以圆弧状弯曲的第1冲压品56、平板的一部分以圆弧状弯曲的第2冲压品57、和管58。通过第1冲压品56的圆弧和第2冲压品57的圆弧来夹持管58。对第1冲压品56和第2冲压品57进行焊接。将管58焊接于第1冲压品56。
以往，如图8的(b)的比较例所示，在对第1冲压品56和第2冲压品57进行焊接时，使激光照射机构101以直线移动。另一方面，在将管58焊接于第1冲压品56时，激光照射机构101以描绘圆弧的方式移动，以使激光束102指向管58的中心103。
激光照射机构101的位置控制很麻烦。
相对于此，在图8的(c)所示的实施例中，通过使激光照射机构30以直线移动，无论是直线部还是圆弧部均能够一并进行焊接。其结果是，激光照射机构30的位置控制变得格外轻松。
此外，关于工件，在实施例中重叠了两片，但也可以重叠三片以上。另外，本发明也能够适用于对接焊。
另外，关于工件的材质，原则上设为碳钢，但也可以是不锈钢、钛合金、铝合金或其他任意的材质。
另外，工件不限定于正圆的筒或管，也可以是在冲压品等上局部地形成的圆弧部。
工业实用性
本发明适合用于焊接曲面的激光焊接。
附图标记说明
10：激光焊接装置，11：工件(第1工件)，12：工件(第2工件)，13：焊接部位，14：平面，15：顶点，16：切线，20：工件固定部，30：激光照射机构，31：激光束，39：激光束的聚光点，39B：螺旋的中心轴，40：移动机构，50：控制部，52：熔敷金属，53：曲率中心。

Claims (2)

1.一种激光焊接装置，具有：
工件固定部，其将多个工件以使第2工件的曲面与第1工件的曲面接触的方式重叠，并在该状态下约束所述工件；
激光照射机构，其向所述工件的焊接部位照射激光束；
移动机构，其使所述激光照射机构以直线移动；和
控制部，其对所述激光照射机构及所述移动机构进行控制，所述激光焊接装置的特征在于，
所述激光照射机构具有使所述激光束的聚光点描绘圆的功能，
所述控制部以通过将所述移动机构的移动和基于所述激光照射机构进行的聚光点的圆周运动合成来使所述聚光点描绘螺旋的方式进行控制，并且以使该螺旋的中心轴沿着所述曲面的方式进行控制。
2.一种激光焊接方法，其使用如权利要求1所述的激光焊接装置来实施，该激光焊接方法的特征在于，
所述控制部在所述激光束从所述曲面的顶点通过时使所述激光束与从所述顶点通过的切线正交，并在从所述曲面的顶点离开的焊接部位使所述激光束向所述曲面的曲率中心倾斜。
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