CN107708913A - 激光焊接方法、高压燃料供给泵和燃料喷射阀 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供能够确保斜向照射激光束时的有效焊接长度的激光焊接方法。在使焊接对象物(9)移动的同时使激光(4)周期性地摆动扫描而照射焊接对象物(9)的表面来进行焊接的激光焊接方法中，以控制激光(4)的输出、扫描速度和扫描轨道中的至少一项，使得焊接进行方向的左右两侧的热输入量实质上不同的方式进行焊接。

Description

激光焊接方法、高压燃料供给泵和燃料喷射阀
技术领域
本发明涉及激光焊接，特别涉及适合于汽车部件的激光焊接的激光焊接方法。
背景技术
激光焊接能够实现熔深较深的焊接，与现有的电弧焊接相比较，能够精密且高速地进行焊接，因此近年来使用量在增加。作为能够实现熔深较深的焊接的理由，由于激光与电弧焊接等相比具有高的功率密度，因此被照射激光的金属在瞬间熔化、蒸发。由于该蒸发引起的高的反作用力，熔融部被向下压，形成称为锁孔的空间。激光能够通过锁孔到达材料内部，因此能够实现熔深较深的焊接。汽车部件为复杂的结构，而且由于生产线结构的制约，大量存在不能对焊接部垂直照射激光的情况。在这样的情况下，成为斜向的激光照射，因此实际的熔深深度与有效的焊接长度不同。在这样的情况下，存在为了获得足够的有效焊接长度而需要过量的热输入量的问题。此外，在由于位置设置的差异等而目标位置发生偏移的情况下，存在有效焊接长度发生大幅变化的情况。作为针对目标位置的偏移的措施，提案有如日本特开平2-142690号公报(专利文献1)中记载的那样通过将激光左右进行摆动而使焊接宽度变大的技术。
作为其它激光焊接的例子，已知有日本特开平10-71480号公报(专利文献2)中记载的激光焊接方法。该激光焊接方法使激光束聚光于重合的镀钢板上，使激光束的光轴进行2维轨迹的扫描并同时依次移动焊接部位来进行焊接，且上述扫描的宽度对于以上述激光束的光轴的基准轴为中心的所有的方向都为上述激光束的光斑直径的0.2倍以上、10倍以下。此外，在扫描图案为圆或椭圆的情况下，使钢板上的激光束光轴的轨迹的重叠保持在一定范围内(参照摘要)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平2-142690号公报
专利文献2：日本特开平10-71480号公报
发明内容
发明所要解决的问题
专利文献1和专利文献2的焊接方法通过利用光束扫描装置使激光束相对于焊接方向向直角方向往复振荡，使用该往复振荡的激光束扩大接合部的焊缝宽度而提高拉伸强度。推断利用在对接接头中使用该焊接方法能够提高目标位置余量。但是，该焊接方法即使能够提高目标位置偏移的余量也不能帮助确保斜向照射时的有效焊接长度。
本发明的目的在于提供能够确保斜向照射激光束时的有效焊接长度的激光焊接方法。
用于解决问题的方式
本发明包括多个解决上述问题的方式，列举其一例，其特征为“在使焊接对象物移动的同时使激光周期性地摆动扫描而照射焊接对象物的表面来进行焊接的激光焊接方法中，以控制激光的输出、扫描速度和扫描轨道中的至少一项，使得焊接进行方向的左右两侧的热输入量实质上不同的方式进行焊接。”。
发明的效果
通过使用本发明的激光焊接方法，能够扩大焊接宽度，能够提高目标位置余量。此外，能够使斜向照射激光的情况下的有效焊接长度变长。
上述以外的课题、结构和效果能够通过以下的实施方式的说明而明了。
附图说明
图1是实施例1的激光焊接装置的示意图。
图2A是表示实施例1的激光的扫描轨道和熔化池的示意图。
图2B是表示实施例1的焊接部截面形状的示意图。
图3A是表示与本发明的比较例的激光的扫描轨道和熔化池的示意图。
图3B是表示与本发明的比较例的焊接部截面形状的示意图。
图4是实施例2的激光焊接装置的示意图。
图5A是表示实施例2的激光的扫描轨道和熔化池的示意图。
图5B是表示实施例2的焊接部截面形状的示意图。
图6A是表示本发明的比较例的激光的扫描轨道和熔化池的示意图。
图6B是表示本发明的比较例的焊接部截面形状的示意图。
图7是实施例3的激光焊接装置的示意图。
图8A是表示实施例3的激光的扫描轨道和熔化池的示意图。
图8B是表示实施例3的焊接部截面形状的示意图。
图9A是表示本发明的比较例的激光的扫描轨道和熔化池的示意图。
图9B是表示本发明的比较例的焊接部截面形状的示意图。
图10是实施例4的激光焊接装置的示意图。
图11A是表示实施例4的激光的扫描轨道和熔化池的示意图。
图11B是表示实施例4的焊接部截面形的示意图。
图12A是表示本发明的比较例的激光的扫描轨道和熔化池的示意图。
图12B是表示与本发明的比较例的焊接部截面形状的示意图。
图13是表示焊接条件与焊接部形状的关系调查结果的图。
图14是表示激光的扫描轨道与焊接对象物的旋转方向的关系的示意图。
图15是根据激光旋转扫描的旋转直径与热输入量之比对称焊接形状与非对称焊接形状进行分类的图。
图16是表示本发明的燃料泵的一个实施例的截面图。
图17是表示本发明的燃料喷射阀的一个实施例的截面图。
具体实施方式
以下，使用附图对本发明的实施例进行说明。
实施例1
图1是实施例1的激光焊接装置的示意图。
在图1中，1表示激光发振器，2表示激光用的光纤，3表示检流计扫描仪，4表示激光，5表示激光的旋转方向，6表示焊接对象物的旋转方向(焊接部的移动方向)，7表示保护气体喷嘴，8表示保护气体，9表示焊接对象物，10表示旋转主轴，11表示加工台，24表示控制装置。
在本实施例中，焊接对象物9为燃料泵部件，材料为304不锈钢。此外，激光4为波长约1030nm的圆盘激光。激光4的扫描轨道为圆。激光4倾斜25°进行施工。保护气体8为氮气。
在激光发振器1生成的激光4通过激光用的光纤2到达检流计扫描仪3。激光4在检流计扫描仪3聚光，照射焊接对象物9。焊接对象物9被固定于旋转主轴10，按规定的速度旋转。检流计扫描仪3在内部具有电流镜，能够通过使电流镜的角度变化来控制激光4的照射位置。焊接接头结构对接。
图2A是表示实施例1的激光的扫描轨道和熔化池的示意图。图2B是表示实施例1的焊接部截面形状的示意图。另外，图2B的焊接部截面是与焊接线12垂直的截面。
12表示焊接线，13表示低热量输入侧激光照射位置，14表示高热量输入侧激光照射位置，15表示激光扫描轨道，16表示激光扫描方向，17表示熔化池，18表示焊接部截面形状，19表示有效焊接长度(虚线部分)，20表示接合面，30表示激光4的通过圆形扫描轨道的中心O的轨迹。另外，在本实施例中，焊接接头结构为对接，因此在图2A中焊接线12与接合面20一致。
如图2A所示，激光4按以O为中心描绘半径r的圆的方式进行扫描。焊接对象物9沿旋转方向6移动，因此在激光4绕扫描轨道一周时，并不与一周前的扫描轨道重叠。绕扫描轨道一周时的激光4的照射位置相对于一周前的照射位置偏移相当于焊接对象物9的移动速度与绕扫描轨道一周所需的时间的积的距离。
通过使激光4在沿激光扫描轨道旋转的同时进行焊接，基于焊接对象物9的旋转方向的关系，能够在熔化池17形成低热量输入侧激光照射位置13和高热量输入侧激光照射位置14。
高热量输入侧激光照射位置14是因激光照射而对焊接对象物9的热输入量多的位置。在圆形的扫描轨道上，在其切线方向与焊接对象物9的移动方向平行且与该移动方向为相同朝向的一侧，激光4与焊接对象物9的相对速度变小，形成高热量输入侧激光照射位置14。此外，低热量输入侧激光照射位置13是因激光照射而对焊接对象物9的热输入量少的位置。在扫描轨道的切线方向与焊接对象物9的移动方向平行且与该移动方向为相反朝向的一侧，激光4与焊接对象物9的相对速度变大，形成低热量输入侧激光照射位置14。
使在本实施例中激光4以直径2mm的圆连续地旋转的同时进行焊接。低热量输入侧与高热量输入侧的热输入量之比为1.1倍。保护气体流量为50L/min。熔化池17内的热输入量的差影响焊接部截面形状18，在高热量输入侧激光照射位置14获得较深的熔深D14，在低热量输入侧激光照射位置13获得稍浅的熔深D13，成为非对称的焊接部截面形状。
在本实施例中，以在接合面20的部分熔深深度成为最大的方式调整激光照射位置。由此，在接合的2个部件的对接位置，成为最大的熔深深度，能够有效地确保有效焊接长度19。在本实施例中，有效焊接长度19等于熔深深度尺寸D14。
在本实施例中，为了使有效焊接长度19长，轨迹30从圆形的扫描轨道的中心O通过。轨迹30处于从接合面20偏移的位置。中心O设置在相对于接合面20的、偏移到与激光照射侧(检流计扫描仪3侧)相反的一侧(焊接对象物9b侧)的位置。因此，焊接对象物9a一侧的激光4的振荡宽度δa比焊接对象物9b一侧的激光4的振荡宽度δb小。
中心O从接合面20偏移的方向及其偏移量根据圆形的扫描轨道的半径r、激光输出(熔深深度)和激光的照射角度而变化。因而，还可能存在中心O位于接合面20上的情况。
此外，即使因为焊接部截面形状18而焊接部的宽度宽，激光照射位置左右变化，有效焊接长度19也不易发生变化，能够进行健壮性优异的焊接。
图3A是表示本发明的比较例的激光的扫描轨道和熔化池的示意图。图3B是表示本发明的比较例的焊接部截面形状的示意图。另外，图3B的焊接部截面是与焊接线12垂直的截面。
在图3A中，21表示激光照射位置。在该比较例中，不使激光4旋转，因此激光4的旋转半径r为0。在这种情况下，如图3A所示，激光4通过的轨迹30与焊接线12以及接合面20一致。
在没有激光旋转的情况下，熔化池17’的宽度与存在旋转的情况相比较窄，焊接部截面形状18’也窄而深。在本实施例的情况下，由于斜向实施焊接，所以有效焊接长度(虚线部分)19’比存在旋转的情况下短。此外，在激光照射位置21左右偏移的情况下，有效焊接长度19’容易发生变化。因而，图3A和图3B那样的焊接工艺在生产上并不优选。存在焊接熔深不足成为产品的致命缺陷的问题。此外，在图3A的比较例中，激光4所通过的轨迹30与焊接线12以及接合面20一致，不过为了使有效焊接长度19’较长，也可以在激光照射侧设定偏移的位置。但是，由于焊缝宽度窄，所以如果偏移量大则存在不能对焊接对象物表面的接合面进行焊接的问题。因此认为本实施例那样能够有效地确保有效焊接长度19且健壮性优异的焊接工艺非常有用。
本实施例是将本发明应用于对接焊接中的例子，不过焊接部接头结构并不限定于此。此外，本实施例是利用相对于基于激光旋转扫描的焊接线12、左右的相对速度不同的例子。除此以外，能够通过使激光输出变化而增大左右的热输入量的差。激光旋转扫描或激光输出变化通过由控制装置24控制检流计扫描仪3或激光发振器1来执行。
控制装置24是控制激光输出、激光扫描速度、激光扫描轨道的装置。为了实施本发明，需要使激光输出、激光扫描速度、激光扫描轨道同步地进行控制。激光旋转扫描通过由控制装置24控制检流计扫描仪3来执行。激光输出变化通过由控制装置24控制激光发振器1来执行。
控制装置24在内部具有运算激光的照射位置的功能，能够与激光的照射位置一致地使激光输出和激光扫描速度变化。此外，还能够通过事先将激光输出、激光扫描速度、激光扫描轨道程序化而同时开始，取得同步。即，也可以一边通过由控制装置24控制检流计扫描仪3进行激光旋转扫描一边通过控制装置24控制激光发振器1而使激光输出变化。能够在由于激光旋转扫描与焊接对象物9的移动方向的关系而输向焊接对象物9的热输入量变多的一侧，进一步加大激光输出而增加热输入量。或者，能够在由于激光旋转扫描与焊接对象物9的移动方向的关系而输向焊接对象物9的热输入量变少的一侧，进一步减小激光输出而减少热输入量。或者，能够在由于激光旋转扫描与焊接对象物9的移动方向的关系而输向焊接对象物9的热输入量变多的一侧，减小激光输出而减少热输入量，使左右的热输入量的差变小。或者，能够在由于激光旋转扫描与焊接对象物9的移动方向的关系而输向焊接对象物9的热输入量变少的一侧，加大激光输出而增加热输入量，使左右的热输入量的差变小。
此外，本实施例中使用的激光的种类、焊接对象物的材料、保护气体种类和激光焊接条件也并不限定于上述内容，而能够使用其它激光的种类、焊接对象物的材料、保护气体种类和激光焊接条件。
实施例2
参照图4～图6B，对本发明的实施例2进行说明。在各图中，对与实施例1相同的构成要素标注与实施例1相同的附图标记。对与实施例1相同的构成要素省略说明。
图4是实施例2的激光焊接装置的示意图。
在本实施例中，焊接对象物9A与实施例1不同。焊接对象物9A为燃料喷射部件，材料为304不锈钢。此外，激光4为波长约1030nm的圆盘激光。激光4的扫描轨道为圆。激光4从焊接对象物9的垂直方向进行照射而施工。保护气体8与实施例1同样为氮气。
焊接对象物9A固定于旋转主轴10，以规定的速度旋转。激光4的照射位置能够如实施例1中记载的那样，通过利用控制装置24操作检流计扫描仪3来控制。焊接对象物9A(9Aa、9Ab)的焊接接头为搭接焊接结构。
图5A是表示实施例2的激光的扫描轨道和熔化池的示意图。图5B是表示实施例2的焊接部截面形状的示意图。另外，图5B的焊接部截面为与旋转方向(移动方向)6垂直的截面。
在图5A和图5B中，13A表示低热量输入侧激光照射位置，14A表示高热量输入侧激光照射位置，15A表示激光扫描轨道，16A表示激光扫描方向，17A表示熔化池，18A表示焊接部截面形状，19A表示有效焊接长度(虚线部分)，20A表示接合面。
本实施例的焊接接头为搭接焊接结构。因此，能够在与通过激光4的圆形扫描轨道的中心O的轨迹30垂直且与接合面20平行的方向上获得有效焊接长度19A。
在本实施例中，激光扫描轨道15A、激光扫描方向16A和焊接对象物9A的旋转方向6与实施例1相同。通过使激光4在沿激光扫描轨道旋转的同时进行焊接，基于焊接对象物9的旋转方向的关系，与实施例1一样，能够在熔化池17形成低热量输入侧激光照射位置13和高热量输入侧激光照射位置14。
在本实施例中，使激光4以直径0.8mm的圆连续地旋转并进行焊接。低热量输入侧与高热量输入侧的热输入量之比1.2倍。此外，保护气体流量为50L/min。熔化池17A内的热输入量的差影响焊接部截面形状18A，在高热量输入侧激光照射位置14A获得较深的熔深，在低热量输入侧激光照射位置13A获得稍浅的熔深，成为非对称的焊接部截面形状。
在本实施例中，令低热量输入侧激光照射位置13A的熔深深度D13A比接合面20A深。由此，能够在焊接部截面形状18A的全宽W18A获得有效焊接长度19A。因而，有效焊接长度19A的宽度较宽，能够获得接合强度优异的焊接接头。
图6A是表示本发明的比较例的激光的扫描轨道和熔化池的示意图。图6B是表示本发明的比较例的焊接部截面形状的示意图。另外，图6B的焊接部截面为与旋转方向(移动方向)6垂直的截面。
在图6A中，21A’表示激光照射位置。在该比较例中，不使激光4旋转，因此激光4的旋转半径r为0。
在没有激光的旋转的情况下，熔化池17A’的宽度与存在旋转的情况相比较窄，焊接部截面形状18A’也窄而深。在本实施例的情况下，有效焊接长度(虚线部分)19A’比存在旋转的情况下短。在有效焊接长度19A’不够的情况下，需要采取使焊接速度变慢等措施，可能成为低效的焊接工艺。因而，认为如本实施例那样能够有效地确保有效焊接长度19A的焊接工艺非常有用。
本实施例是应用于搭接焊接的例子，不过焊接部接头结构并不限定于此。此外，本实施例是利用相对于激光旋转扫描的轨迹30左右的相对速度的差异例子。除此以外，能够如实施例1中记载的那样，通过使激光输出变化，使左右的热输入量的差增大或减少。这样的焊接工艺能够与实施例1中说明的工艺同样地实施。此外，在本实施例中使用的激光的种类、焊接对象物的材料、保护气体种类和激光焊接条件也并不限定于上述内容，而能够使用其它激光的种类、焊接对象物的材料、保护气体种类和激光焊接条件。
实施例3
参照图7～图9B，对本发明的实施例3进行说明。在各图中，对与实施例1和实施例2相同的构成要素标注与实施例1和实施例2相同的附图标记。对与实施例1和实施例2相同的构成要素省略说明。
图7是实施例3的激光焊接装置的示意图。
在本实施例中，焊接对象物9B与实施例1和实施例2不同。由于焊接对象物9B与实施例1和实施例2不同，旋转主轴10B的配置与实施例1和实施例2不同。在实施例1和实施例2，旋转主轴10B的旋转轴设置在水平方向上，与此相对，在本实施例中旋转主轴10B的旋转轴设置在铅直方向上。不过，因为旋转主轴10B的旋转轴的方向根据激光4的照射方向改变，所以还能够通过改变激光4的照射方向而将旋转主轴10B的旋转轴的方向设置在与铅直方向不同的方向上。
在本实施例中，焊接对象物9B为燃料泵部件，材料为304不锈钢。此外，激光4为波长约1030nm的圆盘激光。激光4的扫描轨道为圆。激光4倾斜10°进行施工。保护气体8与实施例1一样为氮气。
在本实施例中，焊接对象物9B(9Ba、9Bb)固定于具有配置在铅直方向上的旋转轴的旋转主轴10B，按规定的速度旋转。激光4的照射位置能够如实施例1中记载的那样，通过利用控制装置24操作检流计扫描仪3来控制。焊接接头结构为角接。
图8A是表示实施例3的激光的扫描轨道和熔化池的示意图。图8B是表示实施例3的焊接部截面形状的示意图。另外，图8B的焊接部截面是与焊接线12B垂直的截面。
在图8A和图8B中，12B表示焊接线，13B表示低热量输入侧激光照射位置，14B表示高热量输入侧激光照射位置，15B表示激光扫描轨道，16B表示激光扫描方向，17B表示熔化池，18B表示焊接部截面形状，19B表示有效焊接长度(虚线部分)，20B表示接合面。
在角焊中，使一个焊接对象物9Bb与另一个焊接对象物9Ba的平面大致垂直地抵接，焊接大致正交的二个面。在这种情况下，激光4照射至与焊接对象物9Ba的平面大致垂直地抵接的焊接对象物9Bb侧。在本实施例中也使激光4在沿激光扫描轨道旋转的同时进行焊接。具体而言，使激光4以描绘长轴的长度(长径)d1、短轴的长度(短径)d2的椭圆(d1＞d2)的方式旋转。此时，基于焊接对象物9B的旋转方向(移动方向)6的关系，在熔化池17B形成低热量输入侧激光照射位置13B和高热量输入侧激光照射位置14B。
在本实施例中，由于焊接接头结构为角接，所以在图8A中焊接线12B与接合面20B一致。此外，如图2A所示，轨迹30与焊接线12B以及接合面20B平行。另外，在本实施例中，激光4的扫描轨道为椭圆。在这种情况下，轨迹30为通过椭圆的长轴与短轴的交点OB的轨迹。
在本实施例的角焊中，以在接合面20B的部分形成较深的熔深的方式进行焊接。因此，高热量输入侧激光照射位置14B相对于低热量输入侧激光照射位置13B位于焊接对象物9Bb的与焊接对象物9Ba接合的端部一侧。该配置通过激光扫描方向16B和焊接对象物9B的旋转方向6设定。即，激光4以在焊接对象物9Bb的与焊接对象物9Ba接合的端部一侧，使得激光扫描方向16B成为与焊接对象物9B的旋转方向6相同的方向的方式，描绘椭圆轨道15B而照射至焊接对象物9B。此外，通过使激光扫描轨道15B为椭圆轨道，能够在接合面20B的附近增加热输入量。
在本实施例中，使激光4在以长径3mm、短径2mm的椭圆连续地旋转的同时进行焊接。具体而言，以在焊接进行方向上具有长径、在与焊接进行方向垂直的方向上具有短径的椭圆轨道扫描激光4。保护气体流量为50L/min。熔化池17B内的热输入量的差影响焊接部截面形状18B。在高热量输入侧激光照射位置14B获得较深的熔深，在低热量输入侧激光照射位置13B获得稍浅的熔深。焊接部截面形状18B为非对称的焊接部截面形状。
在本实施例中，低热量输入侧13B与高热量输入侧14B的热输入量之比为1.1倍。在本实施例中，通过以使得高热量输入侧激光照射位置14B成为角接侧的方式调整激光照射位置，在角接对接位置成为最大的熔深深度，能够有效地确保有效焊接长度19B。此外，即使由于焊接部截面形状18B而焊接部的宽度宽，激光照射位置左右变化，有效焊接长度19B也不易发生变化。因此，本实施例的焊接工艺能够实现健壮性优异的焊接。
在按椭圆轨道操作激光4的情况下，也可以按在焊接进行方向上具有短径、在与焊接进行方向垂直的方向上具有长径的椭圆轨道进行扫描。此外，激光4的扫描轨道也可以为圆。
图9A是表示本发明的比较例的激光的扫描轨道和熔化池的示意图。图9B是表示本发明的比较例的焊接部截面形状的示意图。另外，图9B的焊接部截面是与焊接线12B垂直的截面。
在图9A，21B’表示激光照射位置。在该比较例中，由于不使激光4旋转，所以激光4的旋转半径r为0。在这种情况下，如图9A所示，激光4通过的轨迹30与焊接线12B以及接合面20B一致。
在没有激光的旋转的情况下，熔化池17B’的宽度与存在旋转的情况相比较窄，焊接部截面形状18B’也窄而深。在本实施例的情况下，由于斜向实施焊接，所以有效焊接长度(虚线部分)19B’比存在旋转的情况下短。此外，在激光照射位置21B’左右偏移的情况下，有效焊接长度19B’容易发生变化。因而，图9A和图9B那样的焊接工艺在生产上并不优选。存在焊接熔深不足成为产品的致命缺陷的问题。因此认为本实施例那样能够有效地确保有效焊接长度19B且健壮性优异的焊接工艺非常有用。
本实施例是将本发明应用于角焊中的例子，不过焊接部接头结构并不限定于此。此外，本实施例是利用相对于基于激光旋转扫描的焊接线12B、左右的相对速度不同的例子。除此以外，能够如实施例1中记载的那样，通过使激光输出变化而使左右的热输入量的差增大或减少。此外，本实施例中使用的激光的种类、焊接对象物的材料、保护气体种类和激光焊接条件也并不限定于上述内容，而能够使用其它激光的种类、焊接对象物的材料、保护气体种类和激光焊接条件。
实施例4
参照图10～图12B，对本发明的实施例4进行说明。在各图中，对与实施例1～实施例3相同的构成要素标注与实施例1～实施例3相同的附图标记。对与实施例1～实施例3相同的构成要素省略说明。
图10是实施例4的激光焊接装置的示意图。
在本实施例中，焊接对象物9C(9Ca、9Cb)与实施例1～实施例3不同。此外，在本实施例中，使用固定夹具22代替旋转主轴10、10B。另外，23表示加工台11的移动方向。
在本实施例中，焊接对象物9C为汽车部件，材料为碳钢。此外，激光4为波长约1070nm的光纤激光。激光4的扫描轨道为圆。激光4倾斜15°进行施工。保护气体8为氩气。
焊接对象物9被固定夹具22固定，使加工台11在以规定的速度移动的同时实施焊接。激光4的照射位置能够如实施例1中记载的那样，通过利用控制装置24操作检流计扫描仪3来控制。焊接接头结构为嵌合的对接。
图11A是表示实施例4的激光的扫描轨道和熔化池的示意图。图11B是表示实施例4的焊接部截面形状的示意图。另外，图11B的焊接部截面是与焊接线12C垂直的截面。
在图11A和图11B中，12C表示焊接线，13C表示低热量输入侧激光照射位置，14C表示高热量输入侧激光照射位置，15C表示激光扫描轨道，16C表示激光扫描方向，17C表示熔化池，18C表示焊接部截面形状，19C表示有效焊接长度(虚线部分)，20C表示接合面，20Ca表示出现在激光照射面侧的接合面。
在本实施例中，焊接接头结构为嵌合的对接，因此，在图11A中焊接线12C与接合面20Ca一致。轨迹30与实施例1一样为激光4的通过圆形扫描轨道的中心O的轨迹。
使激光4在沿激光扫描轨道15C旋转的同时进行焊接。此时，基于焊接对象物9C的进行方向的关系，在熔化池17C形成低热量输入侧激光照射位置13C和高热量输入侧激光照射位置14C。
在本实施例中，使激光4在以直径1.6mm的圆连续地旋转的同时进行焊接。此外，以使得接合面20Ca位于高热量输入侧激光照射位置14C与轨迹30之间的方式调整激光4的照射位置。即，在本实施例中，将高热量输入侧14C配置在焊接对象物9Cb侧。而且，轨迹30以相对于焊接线12C从高热量输入侧14C的相反侧通过的方式配置在焊接对象物9Ca侧。在本实施例中，低热量输入侧13C与高热量输入侧14C的热输入量之比为1.1倍。
保护气体流量为50L/min。熔化池17C内的热输入量的差影响焊接部截面形状18C。在高热量输入侧激光照射位置14C获得较深的熔深，在低热量输入侧激光照射位置13C获得稍浅的熔深。焊接部截面形状18C为非对称的焊接部截面形状。
在本实施例中，通过以使得接合面20Ca位于高热量输入侧激光照射位置14C与轨迹30之间的方式调整激光照射位置，在对接位置20Ca成为最大的熔深深度。激光照射位置在轨迹30的位置被调整。轨迹30与对接位置20Ca的位置关系根据激光输出和激光扫描轨道15C的直径(或半径)改变。
此外，通过使激光4旋转，焊接宽度变宽，能够有效地确保有效焊接长度19C。此外，因为焊接部的宽度宽，所以即使激光照射位置左右变化，有效焊接长度19也不易发生变化。因此，本实施例的焊接工艺能够实现健壮性优异的焊接。
图12A是表示本发明的比较例的激光的扫描轨道和熔化池的示意图。图12B是表示本发明的比较例的焊接部截面形状的示意图。另外，图12B的焊接部截面是与焊接线12C垂直的截面。
在图12A中，21C’表示激光照射位置。在该比较例中，由于不使激光4旋转，所以激光4的旋转半径r为0。在这种情况下，如图12A所示，激光4通过的轨迹30与焊接线12C以及接合面20Ca一致。
在没有激光4的旋转的情况下，熔化池17C’的宽度与存在旋转的情况相比较窄，焊接部截面形状18C’也窄而深。在本实施例的情况下，由于焊接部的宽度窄，所以有效焊接长度(虚线部分)19C’比存在旋转的情况下短。此外，在激光照射位置21C’左右偏移的情况下，有效焊接长度19C’容易发生变化。因而，图12A和图12B那样的焊接工艺在生产上并不优选。存在焊接熔深不足成为产品的致命缺陷的问题。因此认为本实施例那样能够有效地确保有效焊接长度19C且健壮性优异的焊接工艺非常有用。
本实施例是将本发明应用于嵌合的对接焊接中的例子，不过焊接部接头结构并不限定于此。此外，本实施例是利用相对于基于激光旋转扫描的焊接线、左右的相对速度不同的例子。除此以外，能够如实施例1中记载的那样，通过使激光输出变化而使左右的热输入量的差增大或减少。此外，本实施例中使用的激光的种类、焊接对象物的材料、保护气体种类和激光焊接条件也并不限定于上述内容，而能够使用其它激光的种类、焊接对象物的材料、保护气体种类和激光焊接条件。
实施例5
使焊接条件变化来对实施例1的对接焊接部验证焊接部截面形状的非对称性的有无。图13是表示焊接条件与焊接部形状的关系调查结果的图。
图13表示焊接条件与焊接部截面形状的非对称性的有无的关系。在试验序号1～25，对激光旋转直径与热输入量的比(QRS/QAS)的各组合验证非对称性的有无。QRS表示相对速度较小的热输入量，QAS表示相对速度较大的热输入量。在具有非对称性的情况下在非对称性的栏中标注“○”，作为本发明的实施例的对象。在没有非对称性的情况下在非对称性的栏中标注“×”，不作为本发明的对象(比较例)。
通过使焊接进行方向的左右两侧的热输入量实质上不同，在焊接部截面形状产生非对称性。而且，最深的熔深位置与焊缝表面的中心一致。此处，左右方向为与焊接进行方向(轨迹30方向)垂直且与焊接对象物的表面平行的方向。
图14是表示激光的扫描轨道与焊接对象物的旋转方向的关系的示意图。
在这种情况下，基于焊接对象物的旋转方向与激光旋转扫描方向的关系，形成低热量输入侧激光照射位置13和高热量输入侧激光照射位置14。
具体而言，在圆轨道上，在激光4的移动方向与焊接对象物的移动方向成为相同方向的一侧，激光4带来的热输入量变高。此外，在激光4的移动方向与焊接对象物的移动方向成为相反方向的一侧，激光4带来的热输入量变低。热输入量的高低为低热量输入侧激光照射位置13与高热量输入侧激光照射位置14的相对关系。此外，高热量输入侧激光照射位置14的热输入量比低热量输入侧激光照射位置13与高热量输入侧激光照射位置14的中间位置的热输入量高。另一方面，低热量输入侧激光照射位置13的热输入量比低热量输入侧激光照射位置13与高热量输入侧激光照射位置14的中间位置的热输入量低。
根据该热输入量的差而形成熔深深度的不均，不过激光旋转扫描的旋转直径也会受影响。例如，在旋转直径小的情况下，热输入量的差几乎不会由于热传导而损失，因此不形成熔深深度的不均。
因此，利用旋转直径与热输入量之比(QRS/QAS)进行焊接部的对称/非对称性的分类。在图15表示其结果。图15是根据激光旋转扫描的旋转直径与热输入量之比对对称焊接形状和非对称焊接形状进行分类后的图。
可知旋转直径越大、热输入量之比越大，越容易形成非对称焊接部。从本图对形成对称的焊接部的情况下的上限求取近似曲线时，成为(1)式。
y＝-0.107ln(x)+1.11(1)
因此，在旋转直径2.5mm以下的范围内，对热输入量之比(QRS/QAS)得到(2)式的关系。
QRS/QAS>-0.107ln(旋转直径)+1.11(2)
通过以满足(2)式的关系的方式选择焊接条件，能够获得非对称的焊接部。
在本实施例中，列举激光扫描轨道为圆的情况下的例子，同样的想法在椭圆的情况下也适用。在椭圆的长径方向与焊接对象物的旋转方向(焊接进行方向)一致的情况下，以满足(3)式的关系的方式选择焊接条件。
QRS/QAS>-0.107ln(短径)+1.11(3)
此外，在椭圆的短径方向与焊接对象物的旋转方向一致的情况下，以满足(4)式的关系的方式选择焊接条件。
QRS/QAS>-0.107ln(长径)+1.11(4)
在本实施例中表示对于对接焊接部的结果，不过本关系能够不依赖于焊接部位来运用。另外，旋转直径、短径和长径的单位为“mm”。
实施例6
参照图16，对将本发明应用于高压燃料供给泵100的例子进行说明。图16是表示本发明的燃料泵的一个实施例的截面图。
高压燃料供给泵100是将由进料泵(未图示)从燃料箱汲取的燃料高压供给至燃料喷射阀的泵。高压燃料供给泵100用于装载于车辆的内燃机(发动机)。以下，将高压燃料供给泵100称为泵100进行说明。
在泵主体101形成有加压室107，在加压室107的内部插入柱塞104的上端部(前端部)。柱塞104在加压室107内进行往复运动，对燃料进行加压。
泵主体(泵壳)101具有用于固定于发动机的安装法兰102。安装法兰102通过激光焊接将整周与泵主体101焊接结合。将安装法兰102与泵主体101的焊接处301称为第一焊接部。
在泵主体101设置有吸入阀机构114和排出阀机构115。吸入阀机构114的阀主体114c通过激光焊接固定于泵主体101。将该焊接处302称为第二焊接部。在第二焊接部302，吸入阀机构114的阀主体114c的外周在整周被焊接。在排出阀机构115的下游侧设置有排出连接部116。排出连接部116通过激光焊接固定于泵主体101。将该焊接处303称为第三焊接部。在第三焊接部303，排出连接部116的外周在整周被焊接。
在泵主体101的上部安装有阻尼器盖111。阻尼器盖111通过激光焊接固定于泵主体101。将该焊接处称为304第四焊接部。第四焊接部304在整周被焊接。
在阻尼器盖111，通过激光焊接固定有吸入接头112。将该焊接处305称为第五焊接部。第五焊接部305的吸入接头112的外周在整周被焊接。
第一焊接部301、第二焊接部302和第三焊接部303的焊接接头为对接焊接结构，第一焊接部301、第二焊接部302和第三焊接部303利用实施例1的焊接工艺焊接。在第一焊接部301，与焊接对象物表面垂直地照射激光4。在第二焊接部302和第三焊接部303，从与焊接对象物表面垂直的方向倾斜θ°照射激光4。
第四焊接部304和第五焊接部305的焊接接头为搭接焊接结构，第四焊接部304和第五焊接部305利用实施例2的焊接工艺焊接。在第四焊接部304和第五焊接部305，与焊接对象物表面垂直地照射激光4。
在泵100不允许发生燃料泄漏。泵主体101、吸入阀机构114的阀主体114c、排出连接部116、阻尼器盖111和吸入接头112为构成燃料流动的燃料通路的部件。而且，第二焊接部302～第五焊接部305兼作燃料的密封部件。因此，在形成燃料流路的部件的焊接中期望充分确保有效焊接长度。此外，泵100设想在严苛的环境下使用。通过使用健壮性优异的焊接工艺，能够提高泵100的可靠性。
实施例7
参照图17，对将本发明应用于燃料喷射阀200的例子进行说明。图17是表示本发明的燃料喷射阀的一个实施例的截面图。
在燃料喷射阀200，设置有从上端部延伸至下端部设置的金属材料制的筒状体201。在筒状体201的顶端部设置有阀座部件204。在阀座部件204形成有圆锥面，在该圆锥面上构成阀座204b。
阀座部件204被插入至筒状体201的顶端侧内侧，通过激光焊接固定于筒状体201。将该焊接处306称为第六焊接部。第六焊接部306在整周从筒状体201的外周侧实施。
在阀座部件204的下端面(顶端面)安装有喷嘴板206。在喷嘴板206设置有多个燃料喷射孔207。喷嘴板206通过激光焊接固定于阀座部件204。将该焊接处307称为第七焊接部。第七焊接部307以包围形成有燃料喷射孔207的喷射孔形成区域的方式在该喷射孔形成区域的周围环绕一周。
在筒状体201收容有可动件208。在可动件208的前端固定有阀体205。阀体205由形成为球状的球阀构成。阀体205通过激光焊接固定于可动件208。将该焊接处308称为第八焊接部。在第八焊接部308，遍及可动件208的顶端部外周的整周地焊接有该可动件208。
阀体205与阀座204b联动，进行燃料通路的开闭。通过阀体205与阀座204b抵接而关闭燃料通路。此外，通过阀体205从阀座204b离开而打开燃料通路。从阀体205与阀座204b之间的燃料通路通过后的燃料从燃料喷射孔207喷出。
第六焊接部306和第七焊接部307的焊接接头为搭接焊接结构，第六焊接部306和第七焊接部307利用实施例2的焊接工艺焊接。在第六焊接部306和第七焊接部307，与焊接对象物表面垂直地照射激光4。在第七焊接部307，也可以使激光4从与焊接对象物表面垂直的方向倾斜地照射。
第八焊接部308的焊接接头为对接焊接结构或角焊结构，第八焊接部308利用实施例1或实施例3的焊接工艺焊接。在第八焊接部308，与焊接对象物表面垂直地照射激光4。或者，也可以使激光4从焊接对象物表面垂直的方向倾斜地照射至焊接对象物。
在燃料喷射阀200不允许发生燃料泄漏。筒状体201、阀座部件204和喷嘴板206是构成燃料流动的燃料通路的部件。而且，第六焊接部306和第七焊接部307兼作燃料的密封部件。因此期望充分确保有效焊接长度。此外，燃料喷射阀200设想在严苛的环境下使用。通过使用健壮性优异的焊接工艺，能够提高燃料喷射阀200的可靠性。
此外，阀体205长期与阀座204b反复冲撞。因此，第八焊接部308的阀体205与可动件208的焊接需要能够长期维持焊接部稳定的状态的可靠性。通过应用本发明的焊接工艺能够确保焊接部的可靠性。
另外，本发明并不限定于上述的各实施例，而包括各种各样的变形例。例如，上述的实施例为了将本发明说明得容易明白而进行了详细的说明，但是并不一定限定于包括所说明的所有结构。此外，能够将一个实施例的结构的一部分替换到另一个实施例的结构，此外，还能够在一个实施例的结构中加入另一个实施例的结构。此外，能够对各实施例的结构的一部分进行其它结构的追加、删除、替换。
在上述各实施例中，作为激光4的扫描轨道，使用圆轨道和椭圆轨道的任一种轨道均可。
附图标记的说明
1…激光发振器，2…激光用的光纤，3…检流计扫描仪，4…激光，5…激光的旋转方向，6、6B…焊接对象物的旋转方向，7…保护气体喷嘴，8…保护气体，9、9a、9b、9Aa、9Ab、9Ba、9Bb、9Ca、9Cb…焊接对象物，10、10B…旋转主轴，11…加工台，12、12C…焊接线，13、13A、13B、13C…低热量输入侧激光照射位置，14、14A、14B、14C…高热量输入侧激光照射位置，15、15A、15B、15C…激光扫描轨道，16、16A、16B、16C…激光扫描方向，17、17A、17B、17C…熔化池，18、18A、18B、18C…焊接部截面形状，19、19A、19B、19C…有效焊接长度，20、20A、20B、20C、20Ca…接合面，21…激光照射位置，22…固定夹具，23…加工台移动方向，30…轨迹，100…高压燃料供给泵，101…泵主体，102…安装法兰，111…阻尼器盖，112…吸入接头，114…吸入阀机构，114c…吸入阀机构114的阀主体，116…排出连接部，200…燃料喷射阀，201…筒状体，204…阀座部件，206…喷嘴板，301…第一焊接部，302…第二焊接部，303…第三焊接部，304…第四焊接部，305…第五焊接部，306…第六焊接部，307…第七焊接部，308…第八焊接部。

Claims (12)

1.一种激光焊接方法，使焊接对象物移动的同时使激光周期性地摆动扫描而照射焊接对象物的表面来进行焊接，所述激光焊接方法的特征在于：
以控制激光的输出、扫描速度和扫描轨道中的至少一者，使得焊接进行方向的左右两侧的热输入量实质上不同的方式进行焊接。
2.如权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于：
最深的熔深位置从焊缝表面的中心相对于焊接行进行方向偏移至左右方向中的任一方向。
3.如权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于：
按圆轨道扫描激光，在所述圆轨道上，使在所述激光的移动方向与焊接对象物的移动方向成为相同方向的一侧所述激光的热输入量较高，使在所述激光的移动方向与焊接对象物的移动方向成为相反方向的一侧所述激光的热输入量较低。
4.如权利要求3所述的激光焊接方法，其特征在于：
使焊接进行方向的左右两侧的高热量输入侧与低热量输入侧的热输入量之比大于-0.107ln(圆的直径)+1.11。
5.如权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于：
按椭圆轨道扫描激光，所述椭圆轨道在焊接进行方向上具有长径，在与焊接进行方向垂直的方向上具有短径。
6.如权利要求5所述的激光焊接方法，其特征在于：
使焊接进行方向的左右两侧的高热量输入侧与低热量输入侧的热输入量之比大于-0.107ln(椭圆的短径)+1.11。
7.如权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于：
按椭圆轨道扫描激光，所述椭圆轨道在焊接进行方向上具有短径，在与焊接进行方向垂直的方向上具有长径。
8.如权利要求7所述的激光焊接方法，其特征在于：
使焊接进行方向的左右两侧的高热量输入侧与低热量输入侧的热输入量之比大于-0.107ln(椭圆的长径)+1.11。
9.如权利要求3所述的激光焊接方法，其特征在于：
焊接接头为对接焊接结构或嵌合的对接焊接结构，
圆轨道的中心相对于彼此焊接的两个焊接对象物的接合面位于一个焊接对象物的表面上，
高热量输入侧相对于彼此焊接的所述两个焊接对象物的接合面位于一个焊接对象物的表面上。
10.如权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于：
焊接接头为一个焊接对象物大致垂直地与另一个焊接对象物的平面抵接而进行焊接的角焊结构，
以在所述一个焊接对象物的表面上描绘圆轨道或椭圆轨道的方式照射激光，并且以使得高热量输入侧相对于低热量输入侧位于所述另一个焊接对象物一侧的方式照射激光。
11.一种高压燃料供给泵，其特征在于，包括：
泵主体；
形成在所述泵主体的内侧的加压室；
在所述加压室内进行往复运动的柱塞；
设置于所述泵主体的、对所述加压室供给燃料的吸入阀机构；和
排出阀机构，其设置于所述泵主体，将在所述加压室加压后的燃料排出，
所述泵主体与安装于所述泵主体的构成燃料通路的部件的焊接部如下进行焊接：控制激光的输出、扫描速度和扫描轨道中的至少一者，使得在焊接进行方向的左右两侧的热输入量实质上不同，使得最深的熔深位置从焊缝表面的中心相对于焊接进行方向偏移至左右方向中的任一方向。
12.一种燃料喷射阀，其特征在于，包括：
进行燃料通路的开闭的阀座和阀体；和
具有所述阀体的可动件，
所述阀体与所述可动件的固定部如下进行焊接：控制激光的输出、扫描速度和扫描轨道中的至少一者，使得在焊接进行方向的左右两侧的热输入量实质上不同，使得最深的熔深位置从焊缝表面的中心相对于焊接进行方向偏移至左右方向中的任一方向。
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