CN110355471B - 焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种焊接方法，进行使两张金属板中的接合区域内的至少一个部位熔融而使各金属板彼此局部地接合的局部焊接。在该局部焊接的结束后，在经过规定时间后进行使所述接合区域的整体熔融而使各金属板彼此接合的主焊接。

Description

焊接方法

技术领域

本发明涉及对在重叠的多张金属板中预先设定的接合区域进行焊接的焊接方法。

背景技术

以往，作为对多张金属板彼此进行接合(焊接)的方法，已知有重叠角焊。在日本特开2015-199110中，关于两张金属板的重叠角焊，公开了在金属板彼此之间产生了间隙(以下也有时称为板隙)的情况下，通过对基于激光的照射进行的分别向各金属板的热输入量进行调整，以遍及各金属板的方式使熔融金属架桥而对各金属板彼此进行接合。

发明内容

然而，在金属板彼此之间产生的间隙(板隙)较大的情况下，为了以遍及各金属板的方式使熔融金属架桥，需要增多该熔融金属的量。即，需要根据板隙来适当选定用于获得以遍及各金属板的方式使熔融金属架桥所需的熔融金属量的焊接条件，有可能导致焊接条件的选定的繁杂化或焊接装置的结构的复杂化。

本发明提供一种即使在金属板彼此之间产生的间隙较大的情况下也能够容易对各金属板进行接合的焊接方法。

本发明的方案以对在重叠的多张金属板中预先设定的接合区域进行焊接的焊接方法为对象。并且，该焊接方法包括：进行使所述多张金属板中的所述接合区域内的至少一个部位熔融而使各金属板彼此局部地接合的局部焊接；以及在所述局部焊接的结束后，在经过规定时间后进行使所述接合区域的整体熔融而使各金属板彼此接合的主焊接。

在本发明的方案的焊接方法中，首先，进行使多张金属板中的接合区域内的至少一个部位熔融而使各金属板彼此局部地接合的局部焊接。此时，由于熔融金属凝固时的收缩而各金属板彼此之间的间隙(板隙)变小。即，所述接合区域中的板隙变小。然后，在该局部焊接的结束后，在经过规定时间后进行主焊接。在该主焊接中，使所述接合区域的整体熔融而使各金属板彼此接合。此时，通过所述局部焊接而接合区域中的板隙变小，因此即使主焊接中的熔融金属的量比较少，熔融金属也会足够地进入该板隙，熔融金属以遍及各金属板的方式架桥，从而各金属板良好地接合。如此，在本发明的方案中，主焊接的开始前的接合区域的板隙变小，因此容易选定能获得用于以遍及各金属板的方式使熔融金属架桥的熔融金属量的焊接条件。即，能够抑制焊接条件的选定的繁杂化，能够容易地进行焊接动作。

并且，也可以是，所述接合区域在沿着焊接线的方向上延伸，所述焊接线为所述各金属板彼此的分界部分，在所述局部焊接中，使在沿着所述焊接线的方向上保持有规定间隔的多个焊接部位分别熔融而使各金属板彼此局部地接合。

据此，在局部焊接的结束后，在沿着作为各金属板的分界部分的焊接线的方向的大致整体上各金属板彼此的间隔(板隙)变小。由此，在主焊接中，能够在各金属板中的接合区域的大致整体上以均等的熔融金属量来进行焊接，能够在该接合区域的大致整体上获得均等的接合强度。

并且，也可以是，在所述局部焊接中，对于所述焊接线上的多个焊接部位，从位于外侧的焊接部位到位于内侧的焊接部位依次进行焊接。

并且，也可以是，在使在沿着所述焊接线的方向上保持有等间隔尺寸的部位为焊接部位的情况下，所述局部焊接中的各焊接部位的数量被设定成在沿着所述焊接线的方向上在各金属板上每10mm一个部位的数量。在此，10mm包括严格的10mm是当然的，不过考虑技术常识，还包括大致10mm。

并且，也可以是，所述局部焊接工序中的各焊接部位处各自的焊接长度被设定成3mm。在此，3mm包括严格的3mm是当然的，不过考虑技术常识，还包括大致3mm。

并且，也可以是，作为所述局部焊接工序中的焊接时间间隔，设定成0.2秒间隔。在此，0.2秒包括严格的0.2秒是当然的，不过考虑技术常识，还包括大致0.2秒。

并且，也可以是，所述金属板为在铅垂方向上重叠的上板以及下板，上板的板厚尺寸被设定为比下板的板厚尺寸小。

所述焊接顺序、焊接点数、焊接长度、焊接时间间隔、上板的板厚尺寸这样的参数在实施局部焊接工序时会给各金属板彼此的板隙发生变化的情况中的该变化带来影响。并且，通过如前述那样设定这些参数，能够将局部焊接工序所需的时间抑制为最小必要限度，而且能够充分地减小主焊接工序的开始前的接合区域的板隙。

并且，也可以是，所述金属板为在铅垂方向上重叠的上板以及下板，在对于所述上板与所述下板的重叠角焊缝部分从上方照射激光来进行重叠角焊时，在所述主焊接中，一边使所述激光的照射位置沿着以跨越作为所述各金属板的分界部分的焊接线的方式呈圆形状或椭圆形状地绕轨迹中心的周围的轨迹移动，一边使所述轨迹中心在沿着所述焊接线的方向上移动，所述激光的照射位置的沿着所述轨迹的移动方向被规定成，在所述激光通过在沿着所述焊接线的方向上比所述激光已通过的范围靠下游侧的所述上板以及下板的未熔融部分时，在向所述上板照射所述激光后，向所述下板照射所述激光。

据此，在主焊接(重叠角焊)中向上板照射激光时，在该激光的照射位置，上板的金属材料熔融，对该上板和下板进行架桥。在该情况下，激光的热不仅留在了上板中，还向下板传递，在该激光的照射位置，上板和下板良好地焊接。并且，激光的热传递至上板以及下板两者，因此在此时的上板中激光的照射位置的周边的区域，热输入量比较少而处于金属材料的熔融未充分进行的状态。然后，通过在所述轨迹上移动的激光的照射位置经过下板并再次到达上板，在所述熔融未充分进行的上板的所述区域(上板和下板已焊接的位置的周边的区域)，由于激光的照射而金属材料完全熔融，在该激光的照射位置，上板和下板也良好焊接。

如此，在沿着呈圆形状或椭圆形状地绕所述轨迹中心的周围的轨迹移动的激光的照射位置再次到达上板时，在该上板的照射位置，在此之前未充分熔融的区域会熔融。即，没有朝向完全熔融的区域照射激光。因此，能够抑制由于朝向完全熔融的区域照射激光而以锁孔的压力将熔液(熔融金属)吹飞，能够充分地确保焊接部位(金属材料熔融之后凝固的区域)的厚度(焊道中的焊缝厚度)，能够充分地确保焊接部位处的接合强度(接缝强度)。

并且，也可以是，作为所述局部焊接中的焊接顺序，对于所述焊接线上的多个焊接部位，从位于外侧的焊接部位到位于内侧的焊接部位依次进行焊接之后，在位于最外侧的焊接部位和与该焊接部位相邻并位于内侧的焊接部位之间进行焊接。

在对于焊接线上的多个焊接部位从位于外侧的焊接部位到位于内侧的焊接部位依次进行了焊接的时刻，存在所述焊接线上的外侧的区域的板隙大于内侧的区域的板隙的倾向，不过根据上述结构，能够减小位于最外侧的焊接部位和与该焊接部位相邻并位于内侧的焊接部位之间的板隙，由此能够在各金属板的焊接区域的整体上均等地减小板隙。其结果是，即使主焊接工序中的熔融金属的量进一步减少，熔融金属也会足够地进入板隙，熔融金属以遍及各金属板的方式架桥，从而能够使各金属板良好地接合。

在本发明中，在进行了使多张金属板中的接合区域内的至少一个部位熔融而使各金属板彼此局部地接合的局部焊接之后，在经过规定时间后进行使接合区域的整体熔融而使各金属板彼此接合的主焊接。因此，在局部焊接中由于熔融金属凝固时的收缩而能够减小各金属板彼此之间的间隙(板隙)。即，能够减小主焊接的开始前的接合区域的板隙，因此容易选定能获得用于以遍及各金属板的方式使熔融金属架桥的熔融金属量的焊接条件，能够抑制该选定的繁杂化。

附图说明

本发明的实施方式的特征、优点、技术及工业意义通过参照附图如下来描述，其中相同的数字表示相同的元件，其中，

图1是表示实施方式的激光焊接装置的概略结构图。

图2是表示两张金属板重叠的状态的立体图。

图3是局部焊接工序结束后的图2对应图。

图4是局部焊接的部位的截面图。

图5是表示用于求出局部焊接工序中的焊接顺序与局部焊接工序结束后的板隙之间的关系的实验结果的图。

图6是表示用于求出局部焊接工序中的焊接点数与局部焊接工序结束后的板隙之间的关系的实验结果的图。

图7是表示用于求出局部焊接工序中的焊接长度与局部焊接工序结束后的板隙之间的关系的实验结果的图。

图8是表示用于求出局部焊接工序中的焊接时间间隔与局部焊接工序结束后的板隙之间的关系的实验结果的图。

图9是表示用于求出局部焊接工序中的焊接时间间隔与局部焊接工序结束后的板隙之间的关系的其他的实验结果的图。

图10是表示用于求出局部焊接工序中的上板的板厚尺寸与局部焊接工序结束后的板隙之间的关系的实验结果的图。

图11是用于说明主焊接工序中的激光的扫描的图2对应图。

图12是用于说明主焊接工序中的激光的照射位置的轨迹的图。

图13A是放大表示用于说明主焊接工序中的激光的照射位置的移动状态的工件的焊接部位的图。

图13B是放大表示用于说明主焊接工序中的激光的照射位置的移动状态的工件的焊接部位的图。

图13C是放大表示用于说明主焊接工序中的激光的照射位置的移动状态的工件的焊接部位的图。

图13D是放大表示用于说明主焊接工序中的激光的照射位置的移动状态的工件的焊接部位的图。

图14是主焊接工序结束后的图2对应图。

图15是变形例1中的图3对应图。

图16是变形例1中的图6对应图。

图17A是表示变形例2中的焊接部位的金属板的俯视图。

图17B是表示变形例2中的焊接部位的金属板的俯视图。

图18A是表示变形例3中的焊接部位的金属板的俯视图。

图18B是表示变形例3中的焊接部位的金属板的俯视图。

具体实施方式

以下，基于附图来说明本发明的实施方式。在本实施方式中，说明将本发明适用于通过汽车的车身的制造工序中使用的激光焊接装置来实施的激光焊接方法的情况。

激光焊接装置的概略结构

图1是表示本实施方式的激光焊接中使用的激光焊接装置1的概略结构图。如图1所示，激光焊接装置1具备激光振荡器2、激光扫描器3、焊接机器人4以及机器人控制器5。

激光振荡器2生成激光。通过激光振荡器2生成的激光经由光纤电缆21向激光扫描器3传导。作为激光，可使用例如二氧化碳激光、YAG激光、光纤激光等。

激光扫描器3将经由光纤电缆21传导的激光向两张铝合金的板材(铝系金属板；以下也有时简称为金属板)W1、W2重叠而成的工件W上照射(参照图1的点划线)。在激光扫描器3的内部收容有未图示的透镜组和多个镜子31(图1中仅示出了一个镜子31)。作为透镜组，具备用于使激光为平行光的准直透镜、使激光以在工件W的加工点(工件W上的规定的激光照射位置)聚焦的方式聚光的聚光透镜等。并且，各镜子31分别构成为能够以回转轴32为中心进行回转。具体而言，所述回转轴32与扫描电动机33连结，通过与该扫描电动机33的工作相伴的回转轴32的回转，各镜子31进行回转。并且，能够通过这些镜子31的回转而使激光扫描，使激光的照射位置在工件W的规定范围内移动。由此，不用使激光扫描器3自身移动而能够使激光的照射位置移动。各镜子31可以使用例如加尔瓦诺镜子(Galvano mirror)来构成。

焊接机器人4构成为能够使激光扫描器3移动。该焊接机器人4由多关节机器人构成。具体而言，在本实施方式的焊接机器人4中，具备基台41、收容于基台41的内部的旋转机构(图示省略)、关节42、43、44以及臂45、46、47。通过旋转机构的旋转动作以及各关节42、43、44处的臂45、46、47的摆动动作，能够使激光扫描器3向任意的方向移动。

在机器人控制器5中通过预先脱线示教而存储有用于使激光扫描器3朝向焊接对象部位移动的信息(各关节42、43、44的回转角度量等信息)。并且，在将车身搬运到车身制造线上的焊接工序部位时，按照来自机器人控制器5的控制信号，基于所述信息而焊接机器人4工作，由此使激光扫描器3与焊接对象部位相对，通过从该激光扫描器3朝向焊接对象部位照射激光，依次进行激光焊接。

并且，在所述机器人控制器5中具备激光扫描控制部51，该激光扫描控制部51输出用于使工件W上的激光照射位置移动的控制信号。该激光扫描控制部51对于所述扫描电动机33输出控制信号。按照该控制信号，扫描电动机33工作，由此各镜子31以回转轴32为中心进行回转而使激光扫描，使工件W上的激光照射位置移动。关于该工件W上的激光照射位置的移动，后文叙述。

焊接方法

接着，说明作为本实施方式的特征的焊接方法。在本实施方式中，说明进行铅垂方向上重叠的两张金属板W1、W2的重叠角焊且对于该金属板W1、W2的分界部分(重叠角焊缝部分)从上方照射由所述激光扫描器3射出的激光的情况。因此，以下，将上侧的金属板称为上板W1，将下侧的金属板称为下板W2。

图2是表示两张金属板W1、W2重叠的状态的立体图。本实施方式中的重叠角焊为沿着作为重叠的上板W1和下板W2的分界部分的焊接线L使金属材料熔融而对所述上板W1和下板W2进行焊接。具体而言，相对于上板W1的前端面(图2中的近前侧的端面)W1a的位置，使下板W2的前端面(图2中的近前侧的端面)W2a的位置稍位于近前侧，使激光在从所述上板W1的上表面W1b以及前端面W1a到下板W2的上表面W2b的规定的范围内即接合区域内扫描(使激光的聚光点扫描)而使金属材料熔融，由此对上板W1和下板W2进行焊接。

并且，作为本实施方式的焊接工序，有局部焊接工序和之后实施的主焊接工序。

局部焊接工序为向各金属板W1、W2中的包括所述焊接线L的接合区域内的至少一个部位(横跨各金属板W1、W2的部位)照射激光并使该部位熔融而使各金属板W1、W2彼此局部地接合。具体而言，如图3(局部焊接工序结束后的图2对应图；标有斜线的部分为熔融金属固化而成的焊接部位)所示，向在沿着所述焊接线L的方向上保持规定间隔的六个部位分别单个照射激光，使各部位熔融而使各金属板W1、W2彼此局部地接合。

主焊接工序为所述局部焊接工序的结束后，在该局部焊接工序中熔融的金属(熔融金属)固化之后进行的工序，通过在所述接合区域的整体上依次照射激光，使该接合区域的整体熔融而使各金属板W1、W2彼此接合。

以下，分别说明局部焊接工序以及焊接工序。

(局部焊接工序)

在局部焊接工序中，向各金属板W1、W2中的在沿着焊接线L的方向上保持规定间隔的多个部位(图3中为六个部位)分别照射激光(参照图3的点划线)，使各部位熔融而使各金属板W1、W2彼此局部地接合。

并且，在该局部焊接工序中，由于熔融金属凝固时的收缩而各金属板W1、W2彼此之间的间隙(板隙)变小。即，所述接合区域中的板隙变小。图4是局部焊接的部位的截面图。在该图4所示的截面图中，示出了上板W1的前端部分(所述前端面W1a及其周边部)以及与该上板W1的前端部分相对的下板W2的上表面W2b的一部分由于激光的照射而熔融，然后由于凝固时的收缩而上板W1的前端部分向下板W2侧弯曲的状态。通过该上板W1的前端部分的弯曲，各金属板W1、W2彼此之间的间隙(板隙；上板W1的前端面W1a的下端与下板W2的上表面W2b之间的间隔)变小。即，所述接合区域中的板隙变小。

本发明的发明者们获得了如下知识：作为在实施所述局部焊接工序时会给各金属板W1、W2彼此的板隙发生变化的情况中的该变化带来影响的参数，可列举焊接顺序、焊接点数、焊接长度、焊接时间间隔、上板W1的板厚尺寸。

在此，焊接顺序为规定于在沿着所述焊接线L的方向上保持规定间隔的位置处的多个焊接部位各自的焊接顺序。焊接点数为规定于在沿着所述焊接线L的方向上保持规定间隔的位置处的多个焊接部位的个数。焊接长度为各焊接部位处的熔融部分的沿着所述焊接线L的方向的长度尺寸。焊接时间间隔为向各焊接部位按照顺序照射激光并进行焊接时的间隔(从对于一个焊接部位的激光的照射结束起至对于下一个焊接部位的激光的照射开始为止的时间间隔)。

以下，说明为了求出这些参数与局部焊接工序结束后的各金属板W1、W2彼此的板隙之间的关系而进行的实验结果。需要说明的是，以下的实验中的激光焊接条件(激光输出、激光焦点位置等)适当设定。即，预先设定为能够在抑制飞溅的发生的范围内且在规定时间内结束局部焊接工序的激光焊接条件。

<焊接顺序与局部焊接工序结束后的板隙之间的关系>

图5是表示为了求出局部焊接工序中的焊接顺序与局部焊接工序结束后的板隙之间的关系而进行的实验结果的图。在该图5的上层所示的各金属板W1、W2中标记的数字表示多个(六个部位)焊接部位各自的焊接顺序。即，在该实验中，用三种焊接顺序进行实验。作为这三种焊接顺序中的第一焊接顺序，从图中的右侧朝向左侧以等间隔尺寸依次进行焊接。该情况下的结果(局部焊接工序结束后的板隙)用图5的下层的三角形表示。作为第二焊接顺序，从图中的中央侧(内侧)依次持续到外侧以等间隔尺寸进行焊接。该情况下的结果用图5的下层的四边形表示。作为第三焊接顺序，从图中的外侧依次持续到中央侧(内侧)以等间隔尺寸进行焊接。其结果用图5的下层的圆表示。

根据该实验，获得如下结果：在按照所述三种焊接顺序中的第三焊接顺序即从图中的外侧依次持续到中央侧以等间隔尺寸进行焊接的情况下，在该中央部分处板隙变得最小(参照图5中的测定部位C、D)。具体而言，在该测定部位C、D，板隙相对于初始板隙(局部焊接工序前的板隙；例如0.5mm)变小到40％左右。

根据以上的内容，获得如下结果：作为局部焊接工序中的焊接顺序，从外侧依次持续到中央侧进行焊接最佳。

<焊接点数与局部焊接工序结束后的板隙之间的关系>

图6是表示为了求出局部焊接工序中的焊接点数与局部焊接工序结束后的板隙之间的关系而进行的实验结果的图。在该实验中，对将焊接点数分别设定为1点、2点、3点、4点、5点、6点的情况下的局部焊接工序结束后的板隙进行测量。在焊接点数为1点的情况下，使沿着所述焊接线L的方向的大致中央部分为焊接部位。并且，在焊接点数为多点的情况下，使在沿着所述焊接线L的方向上保持等间隔尺寸的部位为焊接部位。

如图6所示，获得如下结果：焊接点数越多，局部焊接工序结束后的板隙变得越小。在该情况下，也在测定部位C、D，板隙相对于初始板隙变小到40％左右。

根据以上的内容，获得如下结果：为了减小局部焊接工序结束后的板隙，优选局部焊接工序中的焊接点数较多的情况。然而，虽然图6中未示出，但是即使将焊接点数设定为7点以上，使板隙减小的效果也几乎没有变化。因此，获得如下结果：考虑局部焊接工序所需的时间(节拍时间)时，作为焊接点数，6点合适。在该实验中，各金属板W1、W2的板宽(图2中的左右方向的板尺寸)为60mm。因此，获得如下结果：彼此相邻的焊接部位彼此的间隔尺寸为10mm左右是合适的。

<焊接长度与局部焊接工序结束后的板隙之间的关系>

图7是表示为了求出局部焊接工序中的焊接长度与局部焊接工序结束后的板隙之间的关系而进行的实验结果的图。在该实验中，对将焊接长度分别设定为2mm、3mm、6mm的情况下的局部焊接工序结束后的板隙进行测量。并且，作为焊接顺序，如前述那样从外侧依次持续到中央侧(内侧)以等间隔尺寸进行焊接。

如图7所示，获得如下结果：焊接长度越长，局部焊接工序结束后的板隙变得越小。在该情况下，在测定部位C、D，板隙相对于初始板隙变小到50％左右。

根据以上的内容，获得如下结果：为了减小局部焊接工序结束后的板隙，优选局部焊接工序中的焊接长度较长的情况。然而，在使焊接长度为6mm的情况下，在一部分的焊接部位产生了未熔敷部分。因此，获得如下结果：在所有的焊接部位可靠地熔敷的范围内尽可能长地确保焊接长度，3mm合适。

<焊接时间间隔与局部焊接工序结束后的板隙之间的关系>

图8以及图9是表示为了求出局部焊接工序中的焊接时间间隔与局部焊接工序结束后的板隙之间的关系而进行的实验结果的图。在该实验中，对将焊接时间间隔分别设定为0秒间隔、0.2秒间隔、2秒间隔的情况下的局部焊接工序结束后的板隙进行测量。并且，图8所示的是作为焊接顺序从外侧依次持续到中央侧(内侧)以等间隔尺寸进行焊接，图9所示的是作为焊接顺序从图中的右侧朝向左侧依次以等间隔尺寸进行焊接。

如图8以及图9所示，获得如下结果：焊接时间间隔越长，局部焊接工序结束后的板隙(板隙变得最小的部位处的该板隙)变得越小。根据以上的内容，获得如下结果：为了减小局部焊接工序结束后的板隙，优选焊接时间间隔较长的情况，但是考虑局部焊接工序所需的时间(节拍时间)时，能够充分地减小板隙的0.2秒间隔是合适的。

<上板的板厚尺寸与局部焊接工序结束后的板隙之间的关系>

图10是表示用于求出局部焊接工序中的上板W1的板厚尺寸与局部焊接工序结束后的板隙之间的关系的实验结果的图。在该实验中，对将上板W1的板厚尺寸设定为1.2mm的情况以及设定为1.0mm的情况下的各自的局部焊接工序结束后的板隙进行测量。并且，作为焊接顺序，如前述那样从外侧依次持续到中央侧(内侧)以等间隔尺寸进行焊接。

如图10所示，获得如下结果：与上板W1的板厚尺寸为1.2mm的情况相比，上板W1的板厚尺寸为1.0mm的情况下的局部焊接工序结束后的板隙变小。在该情况下，在测定部位C、D，板隙相对于初始板隙变小到30％左右。

根据以上的内容，获得如下结果：为了减小局部焊接工序结束后的板隙，优选上板W1的板厚尺寸较小的情况。

如以上那样，根据所述各实验的结果，获得如下结果：为了减小局部焊接工序结束后的板隙，作为局部焊接工序中的焊接顺序，优选从位于外侧的焊接部位持续到位于内侧的焊接部位依次进行焊接，作为局部焊接工序中的焊接点数，优选为6点，作为局部焊接工序中的焊接长度，优选为大致3mm，作为局部焊接工序中的焊接时间间隔，优选为大致0.2秒间隔，作为上板W1的板厚尺寸，优选尽可能小。

需要说明的是，如前述那样，在各金属板W1、W2的板宽为60mm的情况下，作为局部焊接工序中的焊接点数，6点最佳。因此，作为对该局部焊接工序中的焊接点数进行设定的概念，在使在沿着焊接线L的方向上保持等间隔尺寸的部位为焊接部位的情况下，优选设定为各金属板W1、W2的每板宽10mm一个部位的数量。并且，作为上板W1的板厚尺寸，优选在车身能够确保充分的刚性的板厚尺寸的范围内尽可能小。因此，优选通过充分确保下板W2的板厚尺寸来获得车身的刚性，减小上板W1的板厚尺寸(小于下板W2的板厚尺寸)。

(主焊接工序)

接着，说明主焊接工序。主焊接工序如前述那样为局部焊接工序的结束后，在该局部焊接工序中熔融的金属(熔融金属)固化之后进行的工序，通过在所述接合区域的整体上依次照射激光，使该接合区域的整体熔融而使各金属板W1、W2彼此接合。

并且，作为该主焊接工序中的激光的扫描(上板W1以及下板W2中的激光的照射位置的移动)，如图11中实线的箭头(激光的照射位置的轨迹)所示的那样，使激光的照射位置以跨越作为上板W1与下板W2的分界部分的焊接线L的方式沿着呈椭圆形状地绕轨迹中心旋转的轨迹移动，同时使该轨迹中心在沿着焊接线L的方向(图11中的左方向)上移动。图11中用点划线M表示将所述轨迹的中心相连的线，该点划线M与所述焊接线L平行。这种焊接方法通常称为激光摆动焊接。

具体而言，规定为如下方向：在激光通过沿着所述焊接线L的方向上比激光已通过的范围(图11中为范围X)靠下游侧(图11中为左侧)且上板W1以及下板W2的未熔融部分(未被照射激光的部分且图11中位于比点X1靠左侧处的区域)时，向上板W1照射激光之后，向下板W2照射激光。即，以一边在图11中的呈椭圆形状地绕轨迹中心的周围的轨迹上向逆时针旋转方向移动，一边该轨迹中心沿着焊接线L向左方向移动的方式扫描激光。该激光的照射位置的移动如前述那样通过如下方式进行：将来自激光扫描控制部51的控制信号向使所述各镜子31回转的扫描电动机33输出，该扫描电动机33工作而各镜子31回转。

并且，详细叙述该激光的照射位置的所述椭圆形的轨迹，在例如上板W1以及下板W2的板厚尺寸为1.0mm～1.5mm的情况下，如图12所示，将椭圆形的长轴方向(图12中的上下方向且与所述焊接线L正交的方向)的长度尺寸(振幅)A设定为2.5mm～3.5mm的范围的规定值。并且，将椭圆形的短轴方向(图12中的左右方向且与所述焊接线L平行的方向)的长度尺寸(宽度)D设定为1.0mm～2.5mm的范围的规定值。并且，将沿着焊接线L的方向的间距(使所述轨迹中的椭圆形的中心(轨迹中心)在沿着焊接线L的方向上移动时的每一转中沿着焊接线L的方向上的扫描移动量)P设定为0.8mm～1.5mm的范围的规定值。这些值并不限定于此，可根据上板W1以及下板W2的板厚尺寸等而通过实验或模拟来适当设定。

并且，说明主焊接工序中的激光的条件，激光输出设定为3000～4000W的范围的规定值。并且，沿着椭圆形的轨迹的扫描速度设定为3000～4000cm/min的范围的规定值。这些值并不限定于此，可根据上板W1以及下板W2的板厚尺寸等而通过实验或模拟来适当设定。

接着，说明主焊接工序中的金属材料的熔融状态。图13A-D是放大表示用于说明该主焊接工序中的激光的照射位置的移动状态的工件W的焊接部位的图。该图13A-D中的点S1～S4表示激光的照射位置。即，随着从图13A向图13D转移，表示激光的照射位置在点划线所示的椭圆形的轨迹上按照S1、S2、S3、S4的顺序移动。

如该图13所示，在主焊接工序中，在向上板W1与下板W2的分界部分照射激光并进行重叠角焊时，激光的照射位置如前述那样沿着以跨越作为上板W1与下板W2的分界部分的焊接线L的方式呈椭圆形状地绕轨迹中心的周围的轨迹移动，同时该轨迹中心在沿着焊接线L的方向(图13A-D中的左方向)上移动。并且，作为该激光的照射位置的移动，在图13A-D中，在呈椭圆形状地绕轨迹中心的周围的轨迹上向逆时针旋转方向移动，同时该轨迹中心沿着焊接线L向左方向移动。即，激光的照射位置的沿着轨迹的移动方向被规定成，在激光通过在沿着焊接线L的方向上比激光已通过的范围X(参照图11)靠下游侧的上板W1以及下板W2的未熔融部分时，在向上板W1照射激光之后，向下板W2照射激光。

由此，在图13A所示的激光的照射状态(照射位置S1)下，通过向上板W1照射激光，在该照射位置S1处上板W1的金属材料熔融，对该上板W1和下板W2进行架桥。在该情况下，激光的热不仅留在了上板W1中，还向下板W2传递，在该激光的照射位置处上板W1和下板W2良好地焊接。并且，激光的热传递至上板W1以及下板W2两者，因此在此时的上板W1中激光的照射位置S1的周边的区域(例如图13A中用虚线包围的区域)，热输入量比较少而处于金属材料的熔融未充分进行的状态(例如半熔融状态)。然后，如图13B所示的激光的照射状态(照射位置S2)那样，在所述轨迹上移动的激光的照射位置S2经过下板W2上之后，如图13C所示的激光的照射状态(照射位置S3)那样，激光的照射位置S3再次到达上板W1上，由此在所述熔融未充分进行的上板W1的所述区域(上板W1和下板W2已焊接的位置的周边的区域；图13C中用虚线包围的区域)，由于激光的照射而金属材料完全熔融，在该激光的照射位置处上板W1和下板W2也良好地焊接。即，达到图13D所示的激光的照射状态(照射位置S4)时，该图13D中用虚线包围的区域凝固，由此在该区域中上板W1和下板W2良好地焊接。这种动作每当激光的照射位置沿着椭圆形的轨迹旋转一圈时连续地进行，由此金属材料沿着焊接线L熔融而将上板W1与下板W2焊接。图14是主焊接工序结束后的图2对应图。

并且，在本实施方式的情况下，在向上板W1照射激光时，该上板W1的熔融金属由于重力的作用而容易流入下板W2的熔融部分，从而这些熔融金属混合。即，在使上板W1与下板W2的分界方向为铅垂方向的情况下，通过有效地利用重力而更良好地进行上板W1与下板W2的架桥，确保了焊接部位的厚度，以更高的接合强度将上板W1与下板W2焊接。

如此，在主焊接工序中，在沿着椭圆形的轨迹移动的激光的照射位置再次到达上板W1时，在该上板W1上的照射位置处，使在此之前未充分熔融的区域熔融。即，没有朝向完全熔融的区域照射激光。因此，能够抑制由于朝向完全熔融的区域照射激光而以锁孔的压力将熔液(熔融金属)吹飞，能够充分地确保焊接部位(金属材料熔融之后凝固的区域)的厚度(焊道中的焊缝厚度)，能够充分地确保焊接部位处的接合强度(接缝强度)。

实施方式的效果

如以上说明的那样，在本实施方式中，在局部焊接工序中，向多张金属板W1、W2中的接合区域内的至少一个部位照射激光，使该部位熔融而使各金属板W1、W2彼此局部地接合。并且，此时，由于熔融金属凝固时的收缩而使各金属板W1、W2彼此之间的间隙(板隙)减小。并且，在该局部焊接工序的结束后，在经过规定时间后进行主焊接工序。在该主焊接工序中，通过所述局部焊接工序而接合区域中的板隙变小，因此即使主焊接工序中的熔融金属的量比较少，熔融金属也会足够地进入该板隙，熔融金属以遍及各金属板W1、W2的方式架桥，从而各金属板W1、W2良好地接合。如此，在本实施方式中，主焊接工序的开始前的接合区域的板隙变小，因此容易选定能获得用于以遍及各金属板W1、W2的方式使熔融金属架桥的熔融金属量的焊接条件。即，能够抑制焊接条件的选定的繁杂化，能够容易地进行焊接动作。

并且，在本实施方式中，接合区域在沿着作为各金属板W1、W2的分界部分的焊接线L的方向上延伸，在所述局部焊接工序中，使在沿着所述焊接线L的方向上保持有规定间隔的多个部位分别熔融而使各金属板W1、W2彼此局部地接合。因此，在局部焊接工序的结束后，在沿着作为各金属板W1、W2的分界部分的焊接线L的方向的大致整体上各金属板W1、W2彼此的间隔(板隙)变小。由此，在主焊接工序中，能够在各金属板W1、W2中的接合区域的大致整体上以均等的熔融金属量来进行焊接，能够在该接合区域的大致整体上获得均等的接合强度。

变形例1

接着，说明变形例1。本变形例的局部焊接工序中的焊接部位以及焊接顺序与所述实施方式不同。因此，在此仅对局部焊接工序中的焊接部位以及焊接顺序进行说明。

图15是本变形例中的图3对应图。并且，图16是本变形例中的图6对应图。如这些图所示，作为本变形例中的焊接顺序，在第一个焊接部位(图16中位于最右侧的焊接部位)与第三个焊接部位之间预先设定了第七个焊接部位，并且在第二个焊接部位(图16中位于最左侧的焊接部位)与第四个焊接部位之间预先设定了第八个焊接部位。并且，在从图中的外侧依次持续到中央侧(内侧)以等间隔尺寸进行了焊接之后(从第一个焊接部位持续到第六个焊接部位依次以等间隔尺寸进行了焊接之后)，进行所述第七个焊接部位的焊接。并且，在进行了该第七个焊接部位的焊接之后，进行所述第八个焊接部位的焊接。

由此，在第七个焊接部位以及第八个焊接部位(测定部位F、A)，与如所述实施方式那样以等间隔尺寸进行六个部位的焊接的情况相比，板隙变小，由此在各金属板W1、W2的焊接区域的整体上板隙均等地变小。

其结果是，即使与所述实施方式相比主焊接工序中的熔融金属的量更少，熔融金属也会足够地进入板隙，熔融金属以遍及各金属板W1、W2的方式架桥，从而各金属板W1、W2良好地接合。

需要说明的是，为了充分获得本变形例的效果，优选在进行第七个焊接部位的焊接时，在第一个焊接部位以及第三个焊接部位处熔融金属分别未完全固化。同样，优选在进行第八个焊接部位的焊接时，在第二个焊接部位以及第四个焊接部位处熔融金属分别未完全固化。在本变形例中，考虑该情况来设定焊接时间间隔。若是例如所述实施方式中设定的0.2秒间隔，则能够实现该情况。

变形例2

接着，说明变形例2。本变形例将本发明应用于使两张金属板(上板W1以及下板W2)重叠而成的工件W重叠并进行焊接的情况。

图17A、B是表示本变形例中的焊接部位的工件W(上板W1以及下板W2)的俯视图。在本变形例的焊接工序中，首先，在局部焊接工序中，如图17A所示，将相互接近的三个部位设定为焊接部位，通过分别单个地照射激光(参照图17A的点划线)而使金属板彼此局部地焊接。作为在此使用的激光焊接方法，可列举激光螺旋焊接(LSW)。即，在工件W的焊接部位的中心位置的周围的整周上扫描激光，通过使该焊接部位熔融而进行焊接。此时，与所述实施方式的情况一样，也由于熔融金属凝固时的收缩而各金属板W1、W2彼此之间的间隙(板隙)变小。即，接合区域中的板隙变小。

然后，在主焊接工序中，如图17B所示，向将所述局部焊接工序中的焊接部位的周围包围的区域照射激光(参照图17B的点划线)，对各接合区域进行焊接。在该主焊接工序中，通过所述局部焊接工序而接合区域中的板隙变小，因此即使熔融金属的量比较少，熔融金属也会足够地进入板隙，熔融金属以遍及各金属板W1、W2的方式架桥，从而各金属板W1、W2良好地接合。

变形例3

接着，说明变形例3。本变形例也将本发明应用于使两张金属板(上板W1以及下板W2)重叠而成的工件W重叠并进行焊接的情况。

图18A、B是表示本变形例中的焊接部位的工件W(上板W1以及下板W2)的俯视图。在本变形例的焊接工序中，首先，在局部焊接工序中，如图18A所示，将六个部位的焊接部位设定为一组焊接组，在三个部位形成了焊接组。作为在此使用的激光焊接方法，也可列举激光螺旋焊接(LSW)。此时，与所述实施方式的情况一样，也由于熔融金属凝固时的收缩而各金属板W1、W2彼此之间的间隙(板隙)变小。即，各焊接组的形成区域中的板隙变小。

然后，在主焊接工序中，如图18B所示，向将所述局部焊接工序中形成的各焊接组的周围包围的区域照射激光，对各焊接组的形成区域进行焊接。在该主焊接工序中，通过所述局部焊接工序而各焊接组中的板隙变小，因此即使熔融金属的量比较少，熔融金属也会足够地进入板隙，熔融金属以遍及各金属板W1、W2的方式架桥，从而各金属板W1、W2良好地接合。

其他的实施方式

需要说明的是，本发明并不限定于所述实施方式以及所述各变形例，能够进行权利要求书的范围以及与该范围均等的范围内包含的所有的变形和应用。

例如，在所述实施方式以及所述各变形例中，说明了将本发明适用于通过汽车的车身的制造工序中使用的激光焊接装置1来实施的激光焊接方法的情况，不过本发明也能够适用于其他的部件的激光焊接。并且，取代激光焊接，通过电弧焊接也能够实现本发明。

并且，在所述实施方式中，说明了一边使主焊接工序中的激光的照射位置沿着椭圆形的轨迹移动，一边进行由两张铝系金属板构成的上板W1和下板W2的重叠角焊的情况。本发明不限于此，也可以一边使激光的照射位置沿着圆形(正圆形状)的轨迹移动一边进行重叠角焊。并且，本发明也能够适用于对三张金属板进行重叠角焊的情况。即，以跨越三张金属板的方式使激光的照射位置沿着圆形或椭圆形的轨迹移动。并且，本发明也能够适用于对钢板进行重叠角焊的情况。并且，本发明也能够适用于进行使各金属板的重叠方向为水平方向或其他的方向的重叠角焊的情况。

本发明能够适用于进行基于激光的铝系金属板的重叠角焊的激光焊接方法。

Claims (8)

1.一种焊接方法，对在重叠的多张金属板中预先设定的接合区域进行焊接，其特征在于，包括：

进行使所述多张金属板中的所述接合区域内的至少一个部位熔融而使各金属板彼此局部地接合的局部焊接；以及

在所述局部焊接结束后，在经过规定时间后进行使所述接合区域的整体熔融而使各金属板彼此接合的主焊接，

所述金属板为在铅垂方向上重叠的上板以及下板，

在对于所述上板与所述下板的重叠角焊缝部分从上方照射激光来进行焊接时，在所述主焊接中，一边使所述激光的照射位置沿着以跨越作为所述各金属板的分界部分的焊接线的方式呈圆形状或椭圆形状地绕轨迹中心的周围的轨迹移动，一边使所述轨迹中心在沿着所述焊接线的方向上移动，

所述激光的照射位置的沿着所述轨迹的移动方向被规定成，在所述激光通过在沿着所述焊接线的方向上比所述激光已通过的范围靠下游侧的所述上板以及下板的未熔融部分时，在向所述上板照射所述激光后，向所述下板照射所述激光。

2.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，

所述接合区域在沿着焊接线的方向上延伸，所述焊接线为所述各金属板彼此的分界部分，

在所述局部焊接中，使在沿着所述焊接线的方向上保持有规定间隔的多个焊接部位分别熔融而使各金属板彼此局部地接合。

3.根据权利要求2所述的焊接方法，其特征在于，

在所述局部焊接中，对于所述焊接线上的多个焊接部位，从位于外侧的焊接部位到位于内侧的焊接部位依次进行焊接。

4.根据权利要求2或3所述的焊接方法，其特征在于，

在使在沿着所述焊接线的方向上保持有等间隔尺寸的部位为焊接部位的情况下，所述局部焊接中的各焊接部位的数量被设定成使得在沿着所述焊接线的方向上彼此相邻的焊接部位的间隔为10mm的数量。

5.根据权利要求2或3所述的焊接方法，其特征在于，

所述局部焊接中的各焊接部位处各自的焊接长度在沿着所述焊接线的方向上被设定成3mm。

6.根据权利要求2或3所述的焊接方法，其特征在于，

在所述局部焊接中的从对于一个焊接部位的激光照射结束起至对于下一个焊接部位的激光照射开始为止的时间间隔即焊接时间间隔设定为0.2秒间隔。

7.根据权利要求2或3所述的焊接方法，其特征在于，

所述上板的板厚尺寸被设定为比所述下板的板厚尺寸小。

8.根据权利要求2所述的焊接方法，其特征在于，

在所述局部焊接中，在对于所述焊接线上的多个焊接部位，从位于外侧的焊接部位到位于内侧的焊接部位依次进行焊接之后，在位于最外侧的焊接部位和与所述位于最外侧的焊接部位相邻的焊接部位之间进行焊接。

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