CN110234460B - 激光焊接方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种激光焊接方法，该方法不会由于进行多次反复激光辐照而成为辐照能量密度非常高的状态，因此工件不会产生开孔等不良状况。为达成该目的，本发明的特征在于，在多个工件重合的状态下对工件辐照激光束由此来焊接工件，在该激光焊接方法中，当沿一定的焊接线以折返的方式辐照激光束时，在辐照的起始端部(A)和终端部(A”)通过使辐照位置错开而能够分散辐照能量。另外，本发明的特征在于，当沿一定的焊接线在同一方向多次辐照激光束时，在辐照的起始端部彼此之间和/或终端部彼此之间通过使辐照位置错开而能够分散辐照能量。

Description

激光焊接方法
技术领域
本发明涉及一种激光焊接方法，其通过在多个工件重合的状态下对工件辐照激光束而对工件进行焊接。
背景技术
例如，已知如下技术：如图5和图6所示，在燃料电池单元中，对相互重合的阳极隔板(第1工件)11和阴极隔板(第2工件)12的外周部及歧管13周围进行激光焊接(该激光焊接形成的焊接部用符号L1表示)，由此形成焊接密封部(焊接密封线)14。在图5的平面图中，用虚线表示焊接密封部14，用实线表示由垫片15构成的橡胶密封部(橡胶密封线)16。另外，在图6的剖面图中，附图标记17表示氢通道，附图标记18表示氧通道，附图标记19表示冷却水通道。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-183970号公报
另外，还已知如下技术：如图7和图8所示，通过对一对隔板(第1工件和第2工件)11、12进行激光焊接而形成焊接密封部14，并且同样通过激光焊接(该激光焊接形成的焊接部用符号L2表示)将附属部件(第3工件)20接合于该激光焊接了的一对隔板11、12上。虽然在图7和图8中将附属部件20描述为电压监视用部件，但是部件种类没有特别限定，例如，也可以是如图9所示的隔板之间定位用的部件等。
在像这样通过将一对隔板11、12激光焊接从而形成焊接密封部14、并且同样通过激光焊接将附属部件20接合于激光焊接了的一对隔板11、12的情况下，后者的隔板11、12与附属部件20的焊接部L2由于有3个部件11、12，20而总厚度t2增加(一对隔板11、12的厚度为t1，t1＜t2)，因此与一对隔板11、12之间的焊接部L1相比需要以更高的能量密度(热输入)进行焊接。关于隔板11、12与附属部件20间的焊接部L2，为了使品质稳定而优选对3个部件11、12、20进行贯通焊接，但是不希望在3个部件11、12、20出现开孔等状况。
作为如上所述通过将一对隔板11、12激光焊接从而形成焊接密封部14、并且同样通过激光焊接将附属部件20接合于激光焊接了的一对隔板11、12的方法，有下述方法：准备多个不同输出功率的激光辐照装置，并将焊接一对隔板11、12的工序和将一对隔板11、12与附属部件20进行焊接的工序作为不同工序依次进行。
例如是下述这样的方法：准备500w小输出功率的辐照装置和750w大输出功率的辐照装置(均未图示)，首先如图10(A)所示，用500w小输出功率的辐照装置对一对隔板11、12在焊接部L1进行焊接，之后如图10(B)所示，用750w大输出功率的辐照装置对一对隔板11、12与附属部件20在焊接部L2进行焊接。
但是，通过该方法，工时增加，且设备费用高，因此存在导致成本增大的缺陷。
发明内容
发明所要解决的技术问题
另外，作为不将附属部件20的焊接作为另外的工序的方法，用同一激光辐照装置在同一工序内进行一对隔板11、12的焊接和一对隔板11、12与附属部件20的焊接，在对后者的一对隔板11、12与附属部件20进行焊接时，只要通过对附属部件20的焊接部L2沿一定的焊接线以折返的方式进行激光辐照来增加与板厚增量对应的能量密度，就能够贯通焊接3个部件11、12、20。
在此，所谓对附属部件20的焊接部L2沿一定的焊接线以折返的方式进行激光辐照是指，例如图11所示，在附属部件20的焊接部L2，沿着从A点到B点的一定的焊接线辐照激光时，以A点作为辐照的起始端部，从A点一直辐照到B点(箭头a)，接下来在B点折回，从B点一直辐照到A点(箭头b)，以A点作为辐照的终端部，实际上是沿着一定的焊接线进行2次(1个往返)辐照。
但是，该情况下，在激光辐照的起始端部(开始部)和终端部(末端部)，均会由于机械控制的情况等而经常成为能量密度(热输入)比其他部分高的状态，由此成为焊透量过多的状态。因此如图所示，当辐照的起始端部和终端部在平面上重合而设置于同一位置(A点)时，成为受辐照的能量密度非常高的状态，其结果是可能产生开孔等不良状况。
鉴于以上情况，本发明的目的是提供一种激光焊接方法，该方法不会由于进行多次反复激光辐照而成为辐照能量密度非常高的状态，由此在工件上不会产生开孔等不良状况。
用于解决问题的技术手段
为达成上述目的，本发明的激光焊接方法的特征在于，在多个工件重合的状态下对所述工件辐照激光束，由此来焊接所述工件，在该激光焊接方法中，当沿一定的焊接线多次辐照激光束时，在辐照的端部通过使辐照位置错开而能够分散辐照能量。
另外，本发明的激光焊接方法的特征在于，在多个工件重合的状态下对所述工件辐照激光束，由此来焊接所述工件，在该激光焊接方法中，当沿一定的焊接线以折返的方式辐照激光束时，在辐照的起始端部和终端部通过使辐照位置错开而能够分散辐照能量。
作为实施方式，其特征在于，用同一辐照设备在同一工序内进行第1辐照和第2辐照，所述第1辐照是，为了焊接第1工件与第2工件而辐照激光束；所述第2辐照是，为了将第3工件焊接于通过所述第1辐照焊接了的第1工件和第2工件而辐照激光束；在进行所述第2辐照时，沿一定的焊接线以折返的方式辐照激光束，此时在辐照的起始端部和终端部通过使辐照位置错开而能够分散辐照能量。
另外，本发明的激光焊接方法的特征在于，在多个工件重合的状态下对所述工件辐照激光束，由此来焊接所述工件，在该激光焊接方法中，当沿一定的焊接线在同一方向多次辐照激光束时，在辐照的起始端部彼此之间和/或终端部彼此之间通过使辐照位置错开而能够分散辐照能量。
作为实施方式，其特征在于，用同一辐照设备在同一工序内进行第1辐照和第2辐照，所述第1辐照是，为了焊接第1工件与第2工件而辐照激光束；所述第2辐照是，为了将第3工件焊接于通过所述第1辐照焊接了的第1工件和第2工件而辐照激光束；在进行所述第2辐照时，沿一定的焊接线在同一方向多次辐照激光束，此时在辐照的起始端部彼此之间和/或终端部彼此之间通过使辐照位置错开而能够分散辐照能量。
另外，特征还在于，所述第1工件和第2工件是燃料电池用隔板，所述第3工件是附设于所述燃料电池用隔板的附属部件。
发明效果
在本发明中，当沿一定的焊接线多次辐照激光束时，在辐照的端部通过使辐照位置错开而能够分散辐照能量，因此在辐照的端部不会成为辐照能量密度非常高的状态。由此，能够防止因为进行多次反复激光辐照而成为辐照能量密度非常高的状态从而产生开孔等不良状况。
附图说明
图1是表示在本发明的实施例的激光焊接方法中作为工件的燃料电池构成要素的一例的平面图；
图2是该激光焊接方法的工序说明图；
图3是该激光焊接方法中的激光辐照位置的说明图；
图4是本发明的其他实施例的激光焊接方法中的激光辐照位置的说明图；
图5是表示在现有例的激光焊接方法中作为工件的燃料电池单元的一例的平面图；
图6是该燃料电池单元的主要部分剖视图，是图5中D-D线放大剖视图；
图7是表示在现有例的激光焊接方法中作为工件的燃料电池构成要素的一例的平面图；
图8是该燃料电池构成要素的主要部分剖视图，是图7中E-E线放大剖视图；
图9是表示在现有例的激光焊接方法中作为工件的燃料电池构成要素的其他例子的平面图；
图10是现有例的激光焊接方法的工序说明图；
图11是其他现有例的激光焊接方法中的激光辐照位置的说明图。
具体实施方式
本发明中，包括以下的实施方式。
(1)通过焊接阳极隔板和阴极隔板形成密封线部，在形成有密封线部的焊接隔板上通过焊接而接合另外的部件(附属部件)。密封线部的焊接和另外的部件的焊接在同一工序(同一设备)中实施，在将另外的部件焊接于隔板时，在同一焊接线上进行多次激光辐照。当在同一焊接线进行多次激光辐照时，使焊接开始部及末端部的焊接线错开。
(2)在密封线部的焊接和另外的部件的焊接在同一工序(同一设备)中实施的情况下，当将另外的部件焊接于隔板时，在同一焊接线进行多次激光辐照的情况下，使激光辐照的开始部及末端部的焊接线以不重合的方式错开。由此，能够避免开始部及末端部受辐照的能量密度(热输入)过度，从而能够作为应对产生开孔等不良状况的对策。
(3)根据本发明，由于密封线部的焊接和另外的部件的焊接在同一工序中实施，因此工时减少，设备数量减少，能够期待成本的降低。由于避免了焊接开始部和末端部的能量密度(热输入)的集中，因此不会产生开孔的不良状况，质量稳定。
(实施例)
接着，根据附图来说明本发明的实施例。
如图1和图2所示，该实施例的激光焊接方法是将作为其工件(焊接对象)的一对燃料电池用隔板11、12通过激光焊接相接合的方法，即，通过对相互重合的阳极隔板(第1工件)11和阴极隔板(第2工件)12的外周部与歧管13的周围进行激光焊接(该激光焊接形成的焊接部用符号L1表示)从而形成焊接密封部(焊接密封线)14，且用同样的激光焊接(该激光焊接形成的焊接部用符号L2表示)将附属部件(第3工件)20接合于激光焊接了的一对隔板11、12。作为附属部件20，描述了电压监视用部件，但是部件种类没有特别限定，例如，也可以是如上述图9所示的隔板之间定位用的部件等。在图1的平面图中，焊接密封部14用虚线表示，由垫片15构成的橡胶密封部(橡胶密封线)16用实线表示。
另外，在该实施例的激光焊接方法中，作为相对于隔板11、12的焊接不将附属部件20的焊接作为另外的工序的方法，用同一激光辐照装置(没有图示)在同一工序中进行一对隔板11、12的焊接和一对隔板11、12与附属部件20的焊接。
步骤如下所示。
<隔板11、12的焊接>
即，首先，如图2(A)所示，将一对隔板11、12重合，对隔板11、12辐照激光束(第1辐照)，形成隔板11、12的焊接部L1，即焊接密封部14。
<隔板11、12与附属部件20的焊接>
其次，如图2(B)(C)所示，在焊接了的一对隔板11、12上重合附属部件20，对该隔板11、12及附属部件20辐照激光束(第2辐照)，形成附属部件20的焊接部L2。在焊接该隔板11、12与附属部件20时，沿一定的焊接线以折返的方式对附属部件20的焊接部L2进行激光辐照。在此，沿一定的焊接线以折返的方式对附属部件20的焊接部L2进行激光辐照是指，沿一定的焊接线进行2次(1个往返)的辐照，但是如上所述，辐照的起始端部和终端部在平面上重合而设定于同一位置时，会成为受辐照的能量密度非常高的状态，有可能产生开孔等不良状况。
因此，在本发明的实施例中，当沿一定的焊接线进行多次激光束辐照时，在辐照的端部通过使辐照位置错开而能够分散辐照能量，具体来说，当沿一定的焊接线以折返的方式辐照激光束时，在辐照的起始端部与终端部通过使辐照位置错开而能够分散辐照能量。具体的步骤如下所示。
第2辐照的第1次扫描(去程扫描，图2(B))
如图3(A)所示，在附属部件20的焊接部L2，沿从A点到B点的一定的焊接线辐照激光时，将A点作为辐照的起始端部，从A点辐照到B点(箭头a)。
第2辐照的第2次扫描(回程扫描，图2(C))
继续如该图所示，在B点折返并从B点朝向A点进行辐照(箭头b)，但是，在即将到达A点(跟前)的A'点(分支部)处改变辐照的方向，由此设定了焊接线的分支线(箭头c)，将与A点相近但是不同于A点位置的A”点作为辐照的终端部。
由此，根据该步骤，能够沿一定的焊接线以折返的方式对附属部件20的焊接部L2进行激光辐照，且在沿一定的焊接线以折返的方式进行激光束辐照时，通过在辐照的起始端部(A点)和终端部(A”点)使辐照位置错开来分散辐照能量，因此在辐照的起始端部和终端部不会成为辐照能量密度非常高的状态。由此，按照本发明所期待的目的，能够防止因为进行多次反复激光辐照而成为辐照能量密度非常高的状态从而产生开孔等不良状况。
此外，若不仅在辐照的起始端部和终端部，在辐照的折返部(B点)也存在担心辐照能量密度过高的情况，则可以如图3(B)所示，使焊接线在辐照的折返部(B点)以U字形或大致U字形反转。
另外，还假定了不是如上述实施例那样沿一定的焊接线以折返的方式辐照激光束，而是沿一定的焊接线在同一方向上多次辐照激光束，在这种情况下，在辐照的起始端部彼此之间或/和终端部彼此之间通过使辐照位置错开，能够分散辐照能量。具体的步骤如下所示。
第2辐照的第1次扫描
如图4所示，当在附属部件20的焊接部L2，沿一定的焊接线辐照激光时，将A点作为辐照的起始端部，将B点作为辐射的终端部(箭头a)。
第2辐照的第2次扫描
继续如该图所示，进行第2次扫描，但是此时，将与A点相近但不同于A点位置的A'点作为辐照的起始端部，将与B点相近但不同于B点位置的B'点作为辐照的终端部(箭头a')。第1次扫描的辐照线和第2次扫描的辐照线在与A点及A'点相近但不同于A点及A'点位置的A”点之后重合，在与B点及B'点相近但不同于B点及B'点位置的B”点之后分支。
由此，根据该步骤，能够沿一定的焊接线对附属部件20的焊接部L2进行多次激光辐照，且在沿一定的焊接线多次辐照激光束时，在辐照的起始端部彼此之间(A点和A'点)及终端部彼此之间(B点和B'点)通过使辐照位置错开来分散辐照能量，因此不会在辐照的起始端部彼此之间和终端部彼此之间成为辐照能量密度非常高的状态。由此，按着本发明所期待的目的，能够防止因为进行多次反复的激光辐照而成为辐照能量密度非常高的状态从而产生开孔等不良状况。
附图标记的说明
11、12 隔板(第1工件和第2工件)
13 歧管
14 焊接密封部
15 垫片
16 橡胶密封部
17 氢通道
18 氧通道
19 冷却水通道
20 附属部件(第3工件)
L1 隔板的焊接部
L2 附属部件的焊接部

Claims (3)

1.一种激光焊接方法，其特征在于,
在多个工件重合的状态下对所述工件辐照激光束，由此来焊接所述工件，
当沿一定的焊接线以折返的方式辐照激光束时，在辐照的起始端部和终端部通过使辐照位置错开，并且在辐照的折返部使所述焊接线呈U字形反转，而能够分散辐照能量。
2.根据权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，
用同一辐照设备在同一工序内进行第1辐照和第2辐照，
所述第1辐照是，为了焊接第1工件与第2工件而辐照激光束；
所述第2辐照是，为了将第3工件焊接于通过所述第1辐照焊接了的第1工件和第2工件而辐照激光束；
在进行所述第2辐照时，沿一定的焊接线以折返的方式辐照激光束。
3.根据权利要求2所述的激光焊接方法，其特征在于，
所述第1工件和第2工件是燃料电池用隔板，
所述第3工件是附设于所述燃料电池用隔板的附属部件。
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