CN110402179A - 焊接方法及焊接装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种焊接方法，包括如下工序：将加工对象配置于从激光装置照射激光的区域；以及一边朝向所述加工对象照射来自所述激光装置的所述激光一边使所述激光与所述加工对象相对地移动，在所述加工对象上扫描所述激光的同时，使所照射的部分的所述加工对象熔融而进行焊接，所述激光由主光束和至少一部分位于扫描方向前方的副光束构成，主光束的功率密度为副光束的功率密度以上。

Description

焊接方法及焊接装置
技术领域
本发明涉及焊接方法及焊接装置。
背景技术
作为焊接铁、铜等金属材料的方法之一，已知有激光焊接。激光焊接是指向加工对象的焊接部分照射激光，利用激光的能量使焊接部分熔融的焊接方法。在照射了激光的焊接部分形成被称为熔池的熔融的金属材料的积液，然后，通过熔池的金属材料凝固而进行焊接。
另外，在对加工对象照射激光时，根据其目的，有时会成型激光的轮廓。例如，在将激光用于加工对象的切断的情况下，已知有对激光的轮廓成型的技术(例如参照专利文献1)。
以往，激光产生装置的输出较低，因此对反射率低(吸收率高)的金属材料的激光焊接已经实际应用，但近年来，激光产生装置的聚光性也存在提高的趋势，因此对于铜、铝等反射率高的金属材料的激光焊接也正在实用化(例如参照专利文献2～4)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2010－508149号公报
专利文献2：日本特开平7－214369号公报
专利文献3：日本特开2004－192948号公报
专利文献4：国际公开第2010/131298号
发明内容
发明要解决的课题
然而，已知在焊接时，从该熔池产生被称为飞溅的飞散物。该飞溅是熔融金属飞散而成的，减少该飞溅产生对于防止加工缺陷是重要的。产生的飞溅附着于焊接部位的周边，但若其在之后剥离，附着于电气电路等，则会导致电气电路产生异常。因此，难以对电气电路用的部件进行焊接。另外，由于飞溅是熔融金属飞散而成的，因此若产生飞溅，则焊接部位的金属材料也会减少。也就是说，若飞溅的产生增多，则焊接部位的金属材料不足，也会引起强度不良等。
另外，即使激光产生装置的输出提高，金属材料的反射率也不会改变，需要照射强度足以补偿高反射率的激光。特别是，在加工对象开始熔融时，为了补充反射率，需要照射高强度的激光，但若一旦开始熔融，则高反射率也降低，激光的强度过剩。该过剩的激光的能量引起蒸发金属的增大、熔融金属的不需要的紊乱，使产生飞溅、空隙等焊接缺陷的可能性增大。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供抑制飞溅的产生的焊接方法及焊接装置。
用于解决课题的方案
为了解决上述课题，并达到目的，本发明的一个实施方式的焊接方法包括如下工序：将加工对象配置于从激光装置照射激光的区域；以及一边朝向所述加工对象照射来自所述激光装置的所述激光一边使所述激光与所述加工对象相对地移动，所述激光在所述加工对象上扫描的同时，将所照射的部分的所述加工对象熔融而进行焊接，所述激光由主光束和至少一部分位于扫描方向前方的副光束构成，主光束的功率密度为副光束的功率密度以上。
本发明的一个实施方式的焊接方法中，所述主光束的功率密度是至少能够产生小孔的强度。
本发明的一个实施方式的焊接方法中，所述激光在所述主光束的扫描方向后方还具有功率密度比所述主光束低的副光束。
本发明的一个实施方式的焊接方法中，所述激光在所述主光束的扫描方向横向上还具有功率密度比所述主光束低的副光束。
本发明的一个实施方式的焊接方法中，所述激光在所述主光束的周围还分散有功率密度比所述主光束低的副光束。
本发明的一个实施方式的焊接方法中，所述副光束具有包围所述主光束的周围的环形状或包围所述主光束的周围的环形状的一部分的圆弧形状。
本发明的一个实施方式的焊接方法中，所述激光的所述主光束和所述副光束构成为，由所述主光束形成的熔池与由所述副光束形成的熔池的至少一部分重叠。
本发明的一个实施方式的焊接方法中，所述主光束及所述副光束中的至少形成所述副光束的激光的波长是具有比所述加工对象的红外区域的反射率低的反射率的波长。
本发明的一个实施方式的焊接方法中，形成所述主光束的激光的波长与形成所述副光束的激光的波长相同。
本发明的一个实施方式的焊接方法中，所述主光束及所述副光束是从同一振荡器射出的激光。
本发明的一个实施方式的焊接方法中，所述主光束及所述副光束是从不同的振荡器射出的激光。
本发明的一个实施方式的焊接方法中，所述主光束及所述副光束由配置于所述振荡器与所述加工对象之间的光束整形器件形成。
本发明的一个实施方式的焊接方法中，所述光束整形器件(beam shaper)是衍射光学元件。
本发明的一个实施方式的焊接方法中，所述加工对象是要焊接的至少两个构件，在将所述加工对象配置于照射激光的区域的所述工序中，将所述至少两个构件重叠、或使其接触、或使其相邻地配置。
本发明的一个实施方式的焊接方法中，所述副光束的光束直径与所述主光束的光束直径大致相等或大于所述主光束的光束直径。
本发明的一个实施方式的激光焊接装置由激光振荡器和光学头构成，所述光学头接收从激光振荡器振荡出的光，而生成激光，将生成的所述激光朝向加工对象照射，将所照射的部分的所述加工对象熔融而进行焊接，所述光学头构成为所述激光与所述加工对象能够相对地移动，所述激光在所述加工对象上扫描的同时，进行所述熔融而进行焊接，所述激光由主光束和至少一部分位于扫描方向前方的副光束构成，主光束的功率密度为副光束的功率密度以上。
本发明的一个实施方式的激光焊接装置中，所述副光束的功率密度是至少能够使所述加工对象熔融的强度。
本发明的一个实施方式的激光焊接装置中，所述激光在所述主光束的扫描方向后方还具有功率密度比所述主光束低的副光束。
本发明的一个实施方式的激光焊接装置中，所述激光在所述主光束的扫描方向横向上还具有功率密度比所述主光束低的副光束。
本发明的一个实施方式的激光焊接装置中，所述激光在所述主光束的周围还分散有功率密度比所述主光束低的副光束。
本发明的一个实施方式的激光焊接装置中，所述副光束具有包围所述主光束的周围的环形状或包围所述主光束的周围的环形状的一部分的圆弧形状。
本发明的一个实施方式的激光焊接装置中，所述激光的所述主光束和所述副光束构成为，由所述主光束形成的熔池与由所述副光束形成的熔池的至少一部分重叠。
本发明的一个实施方式的激光焊接装置中，所述主光束及所述副光束中的至少形成所述副光束的激光的波长是具有比所述加工对象的红外区域的反射率低的反射率的波长。
本发明的一个实施方式的激光焊接装置中，形成所述主光束的激光的波长与形成所述副光束的激光的波长相同。
本发明的一个实施方式的激光焊接装置中，所述光学头根据从单一的激光振荡器振荡出的光生成由所述主光束及所述副光束构成的所述激光。
本发明的一个实施方式的激光焊接装置中，所述光学头包括配置于所述激光振荡器与所述加工对象之间的光束整形器件，所述衍射光学元件根据从所述单一的激光振荡器振荡出的光形成所述主光束及所述副光束。
本发明的一个实施方式的激光焊接装置中，所述光束整形器件是衍射光学元件。
本发明的一个实施方式的激光焊接装置中，所述激光振荡器由不同的两个激光发信器构成，所述主光束及所述副光束分别是从所述不同的两个振荡器射出的激光。
本发明的一个实施方式的激光焊接装置中，所述加工对象是要焊接的至少两个构件。
本发明的一个实施方式的激光焊接装置中，所述副光束的光束直径与所述主光束的光束直径大致相等或大于所述主光束的光束直径。
本发明的一个实施方式的激光焊接装置中，所述光束整形器件以能够旋转的方式设置。
本发明的一个实施方式的激光焊接装置中，所述激光振荡器有多个，所述光学头将从所述多个振荡器射出的光在内部合波，而生成所述激光。
本发明的一个实施方式的激光焊接装置中，所述激光振荡器有多个，所述激光焊接装置还具有多芯光纤，该多芯光纤将从所述多个激光振荡器射出的光在内部合波并导向所述光学头。
本发明的一个实施方式的激光焊接装置中，所述光学头构成为能够将所述激光对固定的所述加工对象进行扫描。
本发明的一个实施方式的激光焊接装置中，来自所述光学头的激光的照射位置被固定，所述加工对象被保持为能够相对于所述固定的激光移动。
发明效果
本发明的焊接方法及焊接装置起到能够抑制飞溅的产生的效果。
附图说明
图1是表示第一实施方式的焊接装置的概要结构的图。
图2A是表示激光熔融加工对象的状况的比较的图。
图2B是表示激光熔融加工对象的状况的比较的图。
图3A是表示激光的截面形状的例子的图。
图3B是表示激光的截面形状的例子的图。
图3C是表示激光的截面形状的例子的图。
图3D是表示激光的截面形状的例子的图。
图3E是表示激光的截面形状的例子的图。
图3F是表示激光的截面形状的例子的图。
图4是表示第二实施方式的焊接装置的概要结构的图。
图5是表示第三实施方式的焊接装置的概要结构的图。
图6是表示第四实施方式的焊接装置的概要结构的图。
图7是表示第五实施方式的焊接装置的概要结构的图。
图8是表示第六实施方式的焊接装置的概要结构的图。
图9A是表示光纤的结构例的图。
图9B是表示光纤的结构例的图。
图10是表示实验所使用的激光的截面形状的图。
图11是表示激光的截面形状的例子的图。
图12是表示激光的截面形状的例子的图。
图13是关于光的波长示出代表性金属材料的反射率的曲线图。
图14A是表示激光熔融加工对象的状况的比较的图。
图14B是表示激光熔融加工对象的状况的比较的图。
图15是对衍射光学元件的概念进行说明的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式的焊接方法及焊接装置进行详细说明。需要说明的是，本发明并不限定于以下说明的实施方式。另外，附图是示意性的，需要注意各要素的尺寸的关系、各要素的比率等有时与现实不同。在附图的相互之间，有时也包含相互的尺寸的关系、比率不同的部分。
(第一实施方式)
图1是表示第一实施方式的焊接装置的概要结构的图。如图1所示，第一实施方式的焊接装置100是对加工对象W照射激光L而使加工对象W熔融的装置的结构的一例。如图1所示，焊接装置100具备振荡激光的振荡器110、向加工对象W照射激光的光学头120和将由振荡器110振荡的激光向光学头120引导的光纤130。加工对象W为应焊接的至少两个构件。
振荡器110构成为能够振荡例如几kW的输出的多模的激光。例如，振荡器110也可以构成为，在内部具备多个半导体激光元件，作为该多个半导体激光元件的合计的输出，能够振荡几kW的输出的多模的激光，也可以使用光纤激光器、YAG激光器、盘式激光器等各种激光器。
光学头120是用于将从振荡器110引导的激光L聚光为能够使加工对象W熔融的强度的功率密度，并向加工对象W照射的光学装置。因此，光学头120在内部具备准直透镜121和聚光透镜122。准直透镜121是用于将由光纤130引导的激光暂时平行光化的光学系统，聚光透镜122是用于使平行光化后的激光聚光于加工对象W的光学系统。
为了使加工对象W中的激光L的照射位置移动(扫描)，光学头120设置为能够变更与加工对象W的相对位置。作为变更与加工对象W的相对位置的方法，包括移动光学头120本身、移动加工对象W等。即，光学头120也可以构成为能够对固定的加工对象W扫描激光L、或者来自光学头120的激光L的照射位置被固定，加工对象W能够相对于固定的激光L移动。在将加工对象W配置于照射激光L的区域的工序中，将应焊接的至少两个构件重叠、或使其接触、或使其相邻地配置。
第一实施方式的光学头120在准直透镜121与聚光透镜122之间具备作为光束整形器件的衍射光学元件123。这里所说的衍射光学元件是指如图15所示的概念那样将周期不同的多个衍射光栅1501设为一体的光学元件1502。通过该衍射光学元件123的激光向受到各衍射光栅的影响的方向弯曲、重合，能够以任意的形状形成激光。在本实施方式中，衍射光学元件123用于成型激光L，使得加工对象W上的与激光L的功率密度的移动方向相关的轮廓在比功率密度高的主光束靠移动方向前方的位置具有功率密度比主光束低的副光束。需要说明的是，衍射光学元件123能够设为可旋转地设置的结构。另外，也能够设为可更换的结构。
在此，主光束或副光束的功率密度是包含峰值且在强度为峰值强度的1/e2以上的区域的功率密度。另外，主光束或副光束的光束直径是包含峰值且在强度为峰值强度的1/e2以上的区域的直径。在不是圆形的光束的情况下，在本说明书中，将与移动方向垂直的方向的、成为峰值强度的1/e2以上的强度的区域的长度定义为光束直径。副光束的光束直径可以与主光束的光束直径大致相等或大于主光束的光束直径。
加工对象W上的与激光L的功率密度的移动方向相关的轮廓在比功率密度高的主光束靠移动方向前方的位置具有功率密度比主光束低的副光束的作用如下所述。图2A、2B是表示激光熔融加工对象的状况的比较的图。
如图2A所示，在现有的激光焊接中，激光具有一个光束B，因此从照射激光的位置向移动方向(箭头v)的相反方向，形成加工对象W熔融的熔池WP作为熔融区域。另一方面，如图2B所示，在第一实施方式的焊接装置及使用该焊接装置的焊接方法中，加工对象W上的与激光的功率密度的移动方向相关的轮廓具有主光束B1和副光束B2。主光束B1的功率密度例如是至少能够产生小孔的强度。需要说明的是，关于小孔在后面详细说明。而且，在比功率密度高的主光束B1靠移动方向(箭头v)的前方的位置具有功率密度比主光束B1低的副光束B2。另外，副光束B2的功率密度是在主光束B1的存在下或单独能够使加工对象W熔融的强度。因此，在比照射主光束B1的位置靠前方的位置形成有比主光束B1熔融的深度浅的区域的熔池WP1作为熔融区域。为了方便起见，将其称为浅池区域R。
如图2B所示，主光束B1与副光束B2的激光的光束的熔融强度区域可以重叠，但并非必须重叠，只要熔池重叠即可。只要在由副光束B2形成的熔池固化之前，主光束B1形成的熔融强度区域能够到达该熔池即可。如上所述，主光束B1及副光束B2的功率密度是能够使加工对象W熔融的强度，熔融强度区域是指主光束B1或副光束B2的周围的能够使加工对象W熔融的功率密度的激光的光束的范围。
在第一实施方式的焊接装置及使用该焊接装置的焊接方法中，由于在比照射主光束B1的位置靠前方的位置存在浅池区域R，因此在主光束B1的照射位置的附近使熔池WP1稳定化。如前所述，由于飞溅是熔融金属飞散而成的，因此在主光束B1的照射位置的附近使熔池WP1稳定化会有助于抑制飞溅的产生。实际上，在后述的实验中，也确认了抑制该飞溅的产生的效果。
第一实施方式的焊接方法包括如下工序，即，将加工对象W配置于来自作为激光装置的振荡器110的激光L所照射的区域，一边将来自振荡器110的激光L朝向加工对象W照射一边使激光L与加工对象W相对移动，在加工对象W上扫描激光L的同时，熔融被照射的部分的加工对象W而进行焊接。此时，激光L由主光束B1和至少一部分位于扫描方向前方的副光束B2构成，主光束B1的功率密度为副光束B2的功率密度以上。加工对象W是要焊接的至少两个构件。在将加工对象W配置于激光L所照射的区域的工序中，将至少两个构件重叠、或接触、或使其相邻地配置。
需要说明的是，副光束B2的功率密度优选为浅池区域R比容许的孔隙(空隙状、从内部到表面开孔的凹坑形状、气孔等焊接缺陷)的直径深的功率密度。由此，作为孔隙的原因之一的、附着于加工对象W的表面的杂质流过浅池区域R而流入到主光束B1形成的熔池WP1，因此不易产生孔隙。需要说明的是，容许的孔隙的直径例如根据加工对象W的使用用途来确定。通常容许为200μm以下，优选为100μm，更优选为50μm以下，进一步优选为30μm以下，更进一步优选为20μm以下，更进一步优选为10μm以下，最优选完全不存在。
接着，参照图3A～3F，说明用于加工对象上的与激光的功率密度的移动方向相关的轮廓在比功率密度高的主光束靠移动方向前方的位置具有功率密度比主光束低的副光束的激光的截面形状的例子。图3A～3F所示的激光的截面形状的例子不是必需的结构，但为了在加工对象W的表面实现图3A～3F所例示的激光的截面形状，通过设计衍射光学元件123来实现适于实施本发明的激光的轮廓。需要说明的是，图3A～3F所例示的激光的截面形状全部以纸面上方(图中箭头v)为移动方向。
图3A是具有峰值P1且在比功率密度高的主光束B1靠移动方向前方的位置具有峰值P2，并具有一个功率密度比主光束B1低的副光束B2的例子。如图3A所示，在副光束B2的周边的能够熔融加工对象的功率密度的区域与在主光束B1的周边的能够熔融加工对象的功率密度的区域相比，优选在移动方向的正交方向上宽度较宽。因此，如图3A所示，副光束B2也可以扩展到连续的区域，而不形成为点形状。
图3B是不仅在比功率密度高的主光束B1靠移动方向前方的位置具有功率密度比主光束B1低的副光束B2，而且在主光束B1的移动方向后方的位置也具有功率密度比主光束B1低的副光束B2的例子。焊接加工不一定只是前进，有时也进行后退。因此，如图3B所示的例子那样，若在主光束B1的移动方向后方的位置也设置功率密度比主光束B1低的副光束B2，则即使不改变光学头的朝向也能够获得本发明的效果。
图3C是不仅在比功率密度高的主光束B1靠移动方向前方的位置具有功率密度比主光束B1低的副光束B2，而且在主光束B1的移动方向横向的位置也具有功率密度比主光束B1低的副光束B2的例子。焊接加工并不一定限定于沿着直线进行。因此，如图3C所示的例子那样，若在主光束B1的移动方向横向的位置也设置功率密度比主光束B1低的副光束B2，则即使在角部分的焊接时等也能够获得本发明的效果。
图3D是不仅在比功率密度高的主光束B1靠移动方向前方的位置具有功率密度比主光束B1低的副光束B2，而且在主光束B1的移动方向的后方及横向的位置也具有功率密度比主光束B1低的副光束B2的例子。也就是说，图3D所示的例子兼具图3B及3C所示的例子这两者的优点。
图3E是在主光束B1的周围分散有功率密度比主光束B1低的副光束B2的例子。在图3A～3D所示的例子中，副光束B2构成为线状，但若以某种程度接近的间隔配置副光束B2，则不一定需要副光束B2连续。这是因为，若以某种程度接近的间隔配置副光束B2，则浅池区域R相连，因此能够获得有效的效果。图3F是在主光束B1的周围呈环状具有功率密度比主光束B1低的副光束B2的例子。与图3E相反，也可以以连续一周的形式设置副光束B2。
需要说明的是，主光束B1与副光束B2之间的距离d(例如图3A所示)是主光束B1的光束直径的外缘与副光束B2的光束直径的外缘的最短距离。距离d只要在由副光束B2形成的熔池固化之前，主光束B1形成的熔融区域能够到达该熔池即可，但优选小于副光束B2的光束直径的2倍，更优选小于1倍，进一步优选小于0.5倍。
另外，主光束B1与副光束B2的功率密度也可以相等。
(第二实施方式)
图4是表示第二实施方式的焊接装置的概要结构的图。如图4所示，第二实施方式的焊接装置200是对加工对象W照射激光L而使加工对象W熔融的装置的结构的一例。第二实施方式的焊接装置200通过与第一实施方式的焊接装置相同的作用原理来实现焊接方法。因此，以下，仅对焊接装置200的装置结构进行说明。
如图4所示，焊接装置200具备振荡激光的振荡器210、向加工对象W照射激光的光学头220和将由振荡器210振荡的激光向光学头220引导的光纤230。
振荡器210构成为能够振荡例如几kW的输出的多模的激光。例如，振荡器210也可以构成为，在内部具备多个半导体激光元件，作为该多个半导体激光元件的合计的输出，能够振荡几kW的输出的多模的激光，也可以使用光纤激光器、YAG激光器、盘式激光器等各种激光器。
光学头220是用于将从振荡器210引导的激光L聚光为能够使加工对象W熔融的强度的功率密度，并向加工对象W照射的光学装置。因此，光学头220在内部具备准直透镜221和聚光透镜222。准直透镜221是用于将由光纤230引导的激光暂时平行光化的光学系统，聚光透镜222是用于使平行光化后的激光聚光于加工对象W的光学系统。
光学头220在聚光透镜222与加工对象W之间具有加尔瓦诺扫描仪(GalvanoScanner)。加尔瓦诺扫描仪是指能够通过控制两个反射镜224a、224b的角度来移动激光L的照射位置而不使光学头220移动的装置。在图4所示的例子中，为了将从聚光透镜222射出的激光L导向加尔瓦诺扫描仪而具备反射镜226。另外，加尔瓦诺扫描仪的反射镜224a、224b分别通过电动机225a、225b来变更角度。
第二实施方式的光学头220在准直透镜221与聚光透镜222之间具备衍射光学元件223。衍射光学元件223用于成型激光L，使得加工对象W上的与激光L的功率密度的移动方向相关的轮廓在比功率密度高的主光束靠移动方向前方的位置具有功率密度比主光束低的副光束，其作用与第一实施方式相同。也就是说，衍射光学元件223被设计为实现如图3A～F所例示的激光的截面形状那样的适于实施本发明的激光的轮廓。
(第三实施方式)
图5是表示第三实施方式的焊接装置的概要结构的图。如图5所示，第三实施方式的焊接装置300是对加工对象W照射激光L而使加工对象W熔融的装置的结构的一例。第三实施方式的焊接装置300通过与第一实施方式的焊接装置相同的作用原理来实现焊接方法，光学头320以外的结构(振荡器310及光纤330)与第二实施方式相同。因此，以下，仅对光学头320的装置结构进行说明。
光学头320是用于将从振荡器310引导的激光L聚光为能够使加工对象W熔融的强度的功率密度，并向加工对象W照射的光学装置。因此，光学头320在内部具备准直透镜321和聚光透镜322。准直透镜321是用于将由光纤330引导的激光暂时平行光化的光学系统，聚光透镜322是用于使平行光化后的激光聚光于加工对象W的光学系统。
光学头320在准直透镜321与聚光透镜322之间具有加尔瓦诺扫描仪。加尔瓦诺扫描仪的反射镜324a、324b分别通过电动机325a、325b来变更角度。在光学头320中，在与第二实施方式不同的位置设置加尔瓦诺扫描仪，但同样地，能够通过控制两个反射镜324a、324b的角度来移动激光L的照射位置而不使光学头320移动。
第三实施方式的光学头320在准直透镜321与聚光透镜322之间具备衍射光学元件323。衍射光学元件323用于成型激光L，使得加工对象W上的与激光L的功率密度的移动方向相关的轮廓在比功率密度高的主光束靠移动方向前方的位置具有功率密度比主光束低的副光束，其作用与第一实施方式相同。也就是说，衍射光学元件323被设计为实现如图3所例示的激光的截面形状那样的适于实施本发明的激光的轮廓。
(第四实施方式)
图6是表示第四实施方式的焊接装置的概要结构的图。如图6所示，第四实施方式的焊接装置400对加工对象W照射激光L1、L2而使加工对象W熔融的装置的结构的一例。第四实施方式的焊接装置400通过与第一实施方式的焊接装置相同的作用原理来实现焊接方法。因此，以下，仅对焊接装置400的装置结构进行说明。
如图6所示，焊接装置400具备振荡激光的多个振荡器411、412、向加工对象W照射激光的光学头420和将由振荡器411、412振荡的激光向光学头420引导的光纤431、432。
振荡器411、412构成为能够振荡例如几kW的输出的多模的激光。例如，振荡器411、412也可以构成为，在各自的内部具备多个半导体激光元件，作为该多个半导体激光元件的合计的输出，能够振荡几kW的输出的多模的激光，也可以使用光纤激光器、YAG激光器、盘式激光器等各种激光器。
光学头420是用于将从振荡器411、412引导的各自的激光L1、L2聚光为能够使加工对象W熔融的强度的功率密度，并向加工对象W照射的光学装置。因此，光学头420具备用于激光L1的准直透镜421a和聚光透镜422a、以及用于激光L2的准直透镜421b和聚光透镜422b。准直透镜421a、421b分别是用于将由光纤431、432引导的激光暂时平行光化的光学系统，聚光透镜422a、422b是用于将平行光化后的激光聚光于加工对象W的光学系统。
第四实施方式的光学头420也构成为，加工对象W上的与激光L1、L2的功率密度的移动方向相关的轮廓在比功率密度高的主光束靠移动方向前方的位置具有功率密度比主光束低的副光束。即，在光学头420对加工对象W照射的激光L1、L2中，只要将激光L1用于形成主光束，将激光L2用于形成副光束即可。需要说明的是，图中所示的例子仅使用了激光L1、L2，但能够通过适当增加其数量来实现如图3所例示的激光的截面形状那样的适于实施本发明的激光的轮廓。
(第五实施方式)
图7是表示第五实施方式的焊接装置的概要结构的图。如图7所示，第五实施方式的焊接装置500是对加工对象W照射激光L1、L2而使加工对象W熔融的装置的结构的一例。第五实施方式的焊接装置500通过与第一实施方式的焊接装置相同的作用原理来实现焊接方法。因此，以下，仅对焊接装置500的装置结构进行说明。
如图7所示，焊接装置500具备振荡激光的振荡器510、向加工对象W照射激光的光学头520和将由振荡器510振荡的激光向光学头520引导的光纤531、533、534。
在第五实施方式中，振荡器510例如是光纤激光器、YAG激光器、盘式激光器等，用于对加工对象W照射的激光L1、L2这两者进行振荡。因此，在将由振荡器510振荡的激光导向光学头520的光纤531、533、534之间设置有分支单元532，构成为将由振荡器510振荡的激光分支后而导向光学头520。
光学头520是用于将由分支单元532分支的激光L1、L2聚光为能够使加工对象W熔融的强度的功率密度，并向加工对象W照射的光学装置。因此，光学头520具备用于激光L1的准直透镜521a和聚光透镜522a、以及用于激光L2的准直透镜521b和聚光透镜522b。准直透镜521a、521b分别是用于将由光纤533、534引导的激光暂时平行光化的光学系统，聚光透镜522a、522b是用于将平行光化后的激光聚光于加工对象W的光学系统。
第五实施方式的光学头520也构成为，加工对象W上的与激光L1、L2的功率密度的移动方向相关的轮廓在比功率密度高的主光束靠移动方向前方的位置具有功率密度比主光束低的副光束。即，在光学头520对加工对象W照射的激光L1、L2中，只要将激光L1用于形成主光束，将激光L2用于形成副光束即可。需要说明的是，图中所示的例子仅使用了激光L1、L2，但能够构成为通过适当增加其数量来实现如图3所例示的激光的截面形状那样的适于实施本发明的激光的轮廓。
(第六实施方式)
图8是表示第六实施方式的焊接装置的概要结构的图。如图8所示，第六实施方式的焊接装置600是对加工对象W照射激光L而使加工对象W熔融的装置的结构的一例。第六实施方式的焊接装置600通过与第一实施方式的焊接装置相同的作用原理来实现焊接方法。因此，以下，仅对焊接装置600的装置结构进行说明。
如图8所示，焊接装置600例如具备作为光纤激光器、YAG激光器、盘式激光器等的振荡激光的多个振荡器611、612、对加工对象W照射激光的光学头620和将由振荡器611、612振荡的激光导向光学头620的光纤631、632、635。
在第六实施方式中，由振荡器611、612振荡出的激光在被导向光学头620之前耦合。因此，在将由振荡器611、612振荡的激光导向光学头620的光纤631、632、635之间设置有耦合部634，由振荡器611、612振荡出的激光在光纤635中并列地波导。
在此，参照图9A、9B对光纤631(以及632)及光纤635的结构例进行说明。如图9A所示，光纤631(以及632)是普通的光纤。即，光纤631(以及632)是在一个芯Co的周围形成有折射率比芯Co低的包层Cl的光纤。另一方面，如图9B所示，光纤635是所谓的多芯光纤。即，光纤635具有两个芯Co1、Co2，在该两个芯Co1、Co2的周围形成有折射率比芯Co1、Co2低的包层Cl。而且，在耦合部634中，光纤631的芯Co与光纤635的芯Co1耦合，另外，光纤632的芯Co与光纤635的芯Co2耦合。
返回参照图8。光学头620是用于将由耦合部634耦合的激光L聚光为能够使加工对象W熔融的强度的功率密度，并向加工对象W照射的光学装置。因此，光学头620在内部具备准直透镜621和聚光透镜622。
在本实施方式中，光学头620不具备衍射光学元件，另外，也不具有用于多个激光的独立的光学系统，但由振荡器611、612振荡出的激光在被导向光学头620之前耦合，因此构成为加工对象W上的与激光L的功率密度的移动方向相关的轮廓在比功率密度高的主峰值靠移动方向前方的位置具有功率密度比主光束低的副光束。
需要说明的是，关于本说明书的所有实施方式，主光束的焊接方式可以是小孔型焊接，也可以是导热型焊接。这里所说的小孔焊接是指使用高功率密度，利用了因加工对象W熔融时产生的金属蒸汽的压力而产生的凹陷、孔(小孔)的焊接方法。另一方面，导热型焊接是指利用在母材的表面吸收激光而产生的热量使加工对象W熔融的焊接方法。
(验证实验1)
在此，对本发明的效果的验证实验1的结果进行说明。本验证实验1中使用的装置结构是第一实施方式的焊接装置100的结构，作为现有例的装置结构，使用了从焊接装置100去除了衍射光学元件123的结构。需要说明的是，作为共同的实验条件，将振荡器110的输出设为3kW，将光学头120与加工对象W的相对移动速度设为每分钟5m，使用氮气作为保护气体。
衍射光学元件123如图10所示，由具有峰值P1的主光束B1和具有峰值P2的副光束B2形成，副光束B2被设计为，包围主光束B1的周围的环形状的一部分、即圆弧状的激光的截面形状照射到加工对象W。在由该衍射光学元件123成型的激光沿图中箭头A的方向及图中箭头B的方向这两种移动方向观察飞溅的产生。需要说明的是，在现有例的装置结构中，在图10所示的激光的截面形状中，去除了圆弧部分的激光照射到加工对象W。
即，本验证实验1在向图中箭头A的方向移动的情况下，对应于在比功率密度高的主光束B1靠移动方向前方的位置具有功率密度比主光束B1低的副光束B2的状况，在向图中箭头B的方向移动的情况下，对应于在比功率密度高的主光束B1靠移动方向后方的位置具有功率密度比主光束B1低的副光束B2的状况，在现有例的结构的情况下，对应于与仅照射主光束B1的状况。
在仅照射主光束B1的状况、以及在比功率密度高的主光束B1靠移动方向后方的位置具有功率密度比主光束B1低的副光束B2的状况中，产生较多的飞溅，与此相对，在比功率密度高的主光束B1靠移动方向前方的位置具有功率密度比主光束B1低的副光束B2的状况中，飞溅的产生显著减少，为20％左右或其以下。
从该验证实验1示出，加工对象W上的与激光L的功率密度的移动方向相关的轮廓在比功率密度高的主峰值靠移动方向前方的位置具有功率密度比主峰值低的副峰值的焊接装置及使用其的焊接方法起到抑制飞溅的产生的效果。
另外，在不使用氮气的条件下，如表1所示，确认到有效果。表1示出了四个实验。加工对象的材料为SUS304，厚度为10mm。DOE为衍射光学元件。焦点位置为主光束及副光束的焦点位置，正聚焦于表面。设定输出是从振荡器输出的激光的功率。速度为扫描速度。作为外观，实验No.3、4为优选结果。
[表1]
图11、12是表示激光的截面形状的例子的图，是在比功率密度高的主光束B1靠移动方向前方的位置具有功率密度比主光束B1低的V字状的副光束B2的例子。图11是主光束B1与副光束B2重叠的例子，图12是主光束B1与副光束B2不重叠的例子。
(金属材料的反射率)
在此，对金属材料的反射率进行说明。图13所示的曲线图是关于光的波长示出代表性金属材料的反射率的曲线图。图13所示的曲线图以横轴为波长，以纵轴为反射率，作为金属材料的例子，记载有铝、铜、金、镍、铂、银、不锈钢、钛和锡。需要说明的是，图13所示的曲线图是将NASATEC HNICALNOTE(D－5353)所记载的数据曲线化的图。
从图13所示的曲线图可以看出，与不锈钢等相比，铜和铝等的反射率高。特别是在激光焊接中通常使用的红外激光的波长区域，其差异显著。例如在1070nm附近，铜、铝的反射率为95％左右，因此加工对象仅吸收照射的激光的能量的5％左右。这意味着与不锈钢相比，照射的能量的效率变成六分之一左右。
另一方面，即使铜、铝等的反射率高，对所有波长的光的反射率也不高。特别是，铜的反射率的变化显著。如上述那样，在1070nm附近的铜的反射率为95％左右，但在黄色的波长(例如600nm)下，铜的反射率为75％左右，然后急剧减少，在紫外光的波长(例如300nm)下，铜的反射率为20％左右。因此，与使用通常的红外激光相比，使用蓝色、绿色激光的激光焊接的能量效率高。具体而言，优选使用300nm至600nm之间的波长的激光。
需要说明的是，上述波长的范围为一例，若使用具有比对象材料的红外区域的反射率低的反射率的波长的激光进行激光焊接，则从反射率的观点出发，能够进行能量的效率高的焊接。该情况下的红外区域优选为用于通常的激光焊接的红外激光的波长即1070nm。
以下说明的本发明的实施方式的焊接方法及焊接装置有效利用了上述特性。
(第七实施方式)
第七实施方式的焊接装置能够通过图1所示的第一实施方式的焊接装置100来实现。
激光振荡器110构成为能够振荡例如几kW的输出的多模的激光。例如，激光振荡器110也可以构成为，在内部具备多个半导体激光元件，作为该多个半导体激光元件的合计的输出，能够振荡几kW的输出的多模的激光。在第七实施方式中，激光振荡器110从上述观点出发，优选构成为振荡300nm至600nm之间的波长的激光。并且，更优选根据加工对象W，选择振荡该加工对象W的反射率变低的波长的激光振荡器110。
第七实施方式的光学头120在准直透镜121与聚光透镜122之间具备作为光束整形器件的衍射光学元件123。衍射光学元件123用于成型激光L，使得加工对象W上的与激光L的功率密度的扫描方向相关的轮廓具有位于比主光束靠扫描方向前方的副光束。因此，第七实施方式的焊接装置100是利用衍射光学元件123分离从同一激光振荡器110射出的激光的结构，其结果是，形成主光束及副光束这两者的光束的激光的波长相同。需要说明的是，衍射光学元件123能够设为可旋转地设置的结构。另外，也能够设为可更换地设置的结构。
加工对象W上的与激光L的功率密度的扫描方向相关的轮廓具有主光束和位于比主光束靠扫描方向前方的副光束的作用如下所述。图14A、14B是表示激光熔融加工对象的状况的比较的图。
如图14A所示，在现有的激光焊接中，激光具有一个光束B，因此从照射激光的位置起扫描方向(箭头v)前方的熔融前金属W1因激光的能量而熔融，在从照射了激光的位置向扫描方向(箭头v)的相反方向，形成有加工对象W熔融的熔池WP。然后，熔池WP再凝固而成为再凝固金属W2，对加工对象W进行焊接。
另一方面，如图14B所示，在第十一实施方式的焊接装置及使用该焊接装置的焊接方法中，加工对象W上的与激光的功率密度的扫描方向相关的轮廓具有主光束B1和副光束B2。而且，在比功率密度高的主光束B1靠扫描方向(箭头v)的前方的位置具有功率密度比主光束B1低的副光束B2。另外，副光束B2的功率密度是在主光束B1的存在下或单独能够使加工对象W熔融的强度。因此，在比照射主光束B1的位置靠前方的位置形成比主光束B1熔融的深度浅的熔池。为了方便起见，将其称为前方熔池WPf。
如图14B所示，主光束B1与副光束B2的激光的光束的熔融强度区域不一定要重叠，只要熔池重叠即可。也就是说，只要在由副光束B2形成的熔池固化之前，主光束B1形成的熔融强度区域到达前方熔池WPf即可。如上所述，主光束B1和副光束B2的功率密度是能够使加工对象W熔融的强度，熔融强度区域是指能够使主光束B1或副光束B2的周围的加工对象W熔融的功率密度的激光光束的范围。
在第十一实施方式的焊接装置及使用该焊接装置的焊接方法中，由于在比照射主光束B1的位置靠前方的位置存在前方熔池WPf，因此在主光束B1的照射位置的附近熔池WP的状态稳定化。如前所述，由于飞溅是熔融金属飞散而成的，因此在主光束B1的照射位置的附近使熔池WP的状态稳定化有助于抑制飞溅的产生。
而且，在第七实施方式的焊接装置及使用该焊接装置的焊接方法中，形成主光束B1及副光束B2中的至少副光束B2(本例中为两者)的激光的波长是具有比加工对象的红外区域的反射率低的反射率的波长，因此即使是铜、铝等在红外波长下的反射率高的金属材料，也能够高效地形成前方熔池WPf。
在第七实施方式的焊接装置及使用该焊接装置的焊接方法中，优选副光束B2的功率密度比主光束B1的功率密度低。更具体而言，副光束B2的功率密度优选为1×107W/cm2以下。副光束B2的目的是在比照射主光束B1的位置靠前方的位置形成前方熔池WPf，前方熔池WPf的作用是在主光束B1的照射位置的附近使熔池WP的状态稳定化。前方熔池WPf的深度只要是使熔池WP稳定的程度的浅的深度即可，而且，如前所述，通过将形成副光束B2的激光设为具有比加工对象的红外区域的反射率低的反射率的波长，能够降低对加工对象的反射率，因此不要求功率密度过高。若副光束的功率密度过高，则副光束本身成为发生飞溅的一个原因。另一方面，主光束的目的在于谋求使加工对象W充分熔融，可靠地焊接加工对象。考虑到这些情况，优选副光束B2的功率密度比主光束B1的功率密度低。
用于加工对象上的与激光的功率密度的扫描方向相关的轮廓具有位于比主光束靠扫描方向前方的副光束的激光的截面形状的例子如图3A～3F、11、12所示。
配置于副光束B2的激光与以焊接为目的的主光束B1相比功率密度低，因此即使副光束B2配置于目标的前方向以外，也不会阻碍原本的焊接作业。例如，将形成主光束B1的激光的强度设为1kW，将形成副光束B2的激光的强度设为300W。
需要说明的是，从上述说明的例子也可以明确，但副光束P2也可以不是峰值为一点的轮廓。这是因为，即使是在某种程度的区域(包含线状)中具有峰值的轮廓、具有峰值的点以某种程度接近的间隔配置的轮廓，也不会对形成的熔池带来实质性的影响。因此，不区别它们而称为副光束P2。
(第八实施方式)
第八实施方式的焊接装置能够通过图4所示的第二实施方式的焊接装置200来实现。
激光振荡器210构成为能够振荡例如几kW的输出的多模的激光。例如，激光振荡器210构成为在内部具备多个半导体激光元件，作为该多个半导体激光元件的合计的输出，能够振荡几kW的输出的多模的激光。激光振荡器210与第八实施方式同样地，优选构成为振荡300nm至600nm之间的波长的激光。并且，更优选根据加工对象W，选择振荡该加工对象W的反射率变低的波长的激光振荡器210。
在第八实施方式的焊接装置及使用该焊接装置的焊接方法中，主光束及副光束中的至少形成副光束(本例中为两者)的激光的波长是具有比加工对象的红外区域的反射率低的反射率的波长，因此即使是铜、铝等在红外波长下的反射率高的金属材料，也能够高效地形成前方熔池。
(第九实施方式)
第九实施方式的焊接装置能够通过图5所示的第三实施方式的焊接装置300来实现。
光学头320在准直透镜321与聚光透镜322之间具备作为光束整形器件的衍射光学元件323。衍射光学元件323用于成型激光L，使得加工对象W上的与激光L的功率密度的扫描方向相关的轮廓具有位于比主光束靠扫描方向前方的副光束。也就是说，衍射光学元件323被设计为实现如图3A～3F、11、12所例示的激光的截面形状那样的适于实施本发明的激光的轮廓。
在第九实施方式的焊接装置及使用该焊接装置的焊接方法中，主光束及副光束中的至少形成副光束(本例中为两者)的激光的波长是具有比加工对象的红外区域的反射率低的反射率的波长，因此即使是铜、铝等在红外波长下的反射率高的金属材料，也能够高效地形成前方熔池。
(第十实施方式)
第十实施方式的焊接装置能够通过图6所示的第四实施方式的焊接装置400来实现。
在第十实施方式中，激光振荡器411与激光振荡器412是不同的激光振荡器，可以振荡相同波长的激光，但也可以构成为振荡不同的激光。在该情况下，构成激光振荡器412，使得主光束及副光束中的形成副光束的激光L2的波长为300nm至600nm之间的波长。
光学头420构成为，加工对象W上的与激光L1、L2的功率密度的扫描方向相关的轮廓具有位于比主光束靠扫描方向前方的副光束。即，在光学头420对加工对象W照射的激光L1、L2中，只要将激光L1用于形成主光束，将激光L2用于形成副光束即可。需要说明的是，图中所示的例子仅使用了激光L1、L2，但能够构成为通过适当增加其数量来实现如图3A～3F、11、12所例示的激光的截面形状那样的适于实施本发明的激光的轮廓。
在第十实施方式的焊接装置及使用该焊接装置的焊接方法中，主光束及副光束中的至少形成副光束的激光的波长是具有比加工对象的红外区域的反射率低的反射率的波长，因此即使是铜、铝等在红外波长下的反射率高的金属材料，也能够高效地形成前方熔池。另一方面，形成主光束的激光L1的波长不一定必须是具有比加工对象的红外区域的反射率低的反射率的波长，因此激光振荡器411与现有产品同样地，能够使用红外波长的高输出激光振荡器。也就是说，在本实施方式中，形成副光束的激光的波长成为具有比形成主光束的激光的波长中的加工对象的反射率低的反射率的波长。即使是红外波长下的反射率高的金属材料，由于在熔融状态下反射率变低，因此激光振荡器411即使使用例如光纤激光器、YAG激光器、盘式激光器等红外波长的高输出激光振荡器，也能够将加工对象充分地熔融。
(第十一实施方式)
第十一实施方式的焊接装置能够通过图7所示的第五实施方式的焊接装置500来实现。
光学头520构成为，加工对象W上的与激光L1、L2的功率密度的扫描方向相关的轮廓具有位于比主光束靠扫描方向前方的副光束。即，在光学头520对加工对象W照射的激光L1、L2中，只要将激光L1用于形成主光束，将激光L2用于形成副光束即可。需要说明的是，图中所示的例子仅使用了激光L1、L2，但能够构成为通过适当增加其数量来实现如图3A～3F、11、12所例示的激光的截面形状那样的适于实施本发明的激光的轮廓。
在第十一实施方式的焊接装置及使用该焊接装置的焊接方法中，主光束及副光束中的至少形成副光束(本例中为两者)的激光的波长是具有比加工对象的红外区域的反射率低的反射率的波长，因此即使是铜、铝等在红外波长下的反射率高的金属材料，也能够高效地形成前方熔池。
(第十二实施方式)
第十二实施方式的焊接装置能够通过图8所示的第六实施方式的焊接装置600来实现。
在第十二实施方式中，激光振荡器611与激光振荡器612是不同的激光振荡器，可以振荡相同的波长的激光，但也可以构成为振荡不同的激光。在该情况下，构成激光振荡器612，使得主光束及副光束中的形成副光束的激光的波长为300nm至600nm之间的波长。
在第十二实施方式中，由激光振荡器611、612振荡出的激光在被导向光学头620之前耦合。因此，在将由激光振荡器611、612振荡的激光导向光学头620的光纤631、632、635之间设置有耦合部634，由激光振荡器611、612振荡出的激光在光纤635中并列地波导。
光学头620是用于将由耦合部634耦合的激光L聚光为能够使加工对象W熔融的强度的功率密度，并向加工对象W照射的光学装置。因此，光学头620在内部具备准直透镜621和聚光透镜622。
在本实施方式中，光学头620不具备光束整形器件，另外，也不具有用于多个激光的独立的光学系统，但由激光振荡器611、612振荡出的激光在导向光学头620之前耦合，因此构成为加工对象W上的与激光L的功率密度的扫描方向相关的轮廓具有位于比主光束靠扫描方向前方的副光束。
在第十二实施方式的焊接装置及使用该焊接装置的焊接方法中，主光束及副光束中的至少形成副光束的激光的波长是具有比加工对象的红外区域的反射率低的反射率的波长，因此即使是铜、铝等在红外波长下的反射率高的金属材料，也能够高效地形成前方熔池。另一方面，形成主光束的激光L1的波长不一定必须是具有比加工对象的红外区域的反射率低的反射率的波长，因此激光振荡器611与现有产品同样地，能够使用红外波长的高输出激光振荡器。也就是说，在本实施方式中，形成副光束的激光的波长成为具有比形成主光束的激光的波长中的加工对象的反射率低的反射率的波长。即使是红外波长下的反射率高的金属材料，由于在熔融状态下反射率变低，因此激光振荡器611即使使用例如光纤激光器、YAG激光器、盘式激光器等红外波长的高输出激光振荡器，也能够将加工对象充分地熔融。
关于前面举出的所有实施方式，主光束的焊接方式不仅可以使导热型焊接，也可以是小孔型焊接。
(验证实验2)
在此，对本发明的效果的验证实验2的结果进行说明。本验证实验2中使用的装置结构是第七实施方式的焊接装置的结构，是与焊接装置100相同的结构。作为比较例的第一实验条件使用了从焊接装置100去除了衍射光学元件123的结构，与本发明对应的第二实验条件具备设计为照射面形状以图10所示的轮廓向加工对象W照射激光的衍射光学元件123，但使用的激光的波长为蓝色区域。需要说明的是，作为共同的实验条件，将光学头120与加工对象W的扫描速度设为每分钟5m，使用氮气作为保护气体。需要说明的是，加工对象W采用厚度2mm的韧铜。
更详细而言，在第一实验条件中，作为激光振荡器110，使用振荡波长1070nm的多模光纤激光装置，将其以3kW的输出来使用。而且，通过不经由衍射光学元件123而对加工对象进行单斑点照射，聚光点的斑点直径为100μm，其平均功率密度为3.8×107W/cm2。
在第二实验条件中，作为激光振荡器110，使用振荡波长450nm的半导体激光装置，将其以1kW的输出来使用。使用的衍射光学元件123设计为向加工对象W照射如图10所示的照射面形状的激光。输出的分配是将1kW的输出中的300W大致均等地分配给半圆状的副光束。此时，主光束的平均功率密度为2.2×106W/cm2，副光束的平均功率密度为8.0×104W/cm2。
在上述实验条件下进行验证实验，结果获得以下的结果。
在第一实验条件中，聚光点的功率密度超过纯铜的熔融阈值，能够形成小孔而进行焊接，但同时频发飞溅、焊接缺陷。
另一方面，在第二实验条件中，尽管激光振荡器的输出为1kW，但由于铜材在波长450nm处的吸收率较高，因此能够进行焊接至所期望的深度，而且，也能够通过配置于扫描方向前方的300W的半圆状的副光束来形成前方熔池。结果是，通过由副光束形成的前方熔池的效果，从高速相机观察确认到飞溅及焊接缺陷显著减少，成为20％左右或其以下。
根据该验证实验，加工对象W上的与激光L的功率密度的移动方向相关的轮廓也具有位于比主光束靠移动方向前方的副光束，示出了该主光束及副光束中的至少形成副光束的激光的波长是具有比加工对象的红外区域的反射率低的反射率的波长的焊接装置及使用该焊接装置的焊接方法起到了抑制飞溅的产生的效果。
以上，基于实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式。将上述各实施方式的结构要素适当组合而构成的结构也包含于本发明的范畴。另外，本领域技术人员能够容易导出进一步的效果、变形例。因此，本发明的更广泛的方案并不限于上述实施方式，能够进行各种变更。
附图标记说明：
100、200、300、400、500、600 焊接装置
110、210、310、411、412、510、611、612 振荡器
120、220、320、420、520、620 光学头
121、221、321、421a、421b、521a、521b、621 准直透镜
122、222、322、422a、422b、522a、522b、622 聚光透镜
123、223、323 衍射光学元件
224a、224b、226、324a、324b 反射镜
225a、225b、325a、325b 电动机
130、230、330、431、432、531、533、534、631、632、635 光纤
532 分支单元
634 耦合部。

Claims (35)

1.一种焊接方法，其是利用激光焊接加工对象的方法，包括如下工序：
将加工对象配置于从激光装置照射激光的区域；以及
一边朝向所述加工对象照射来自所述激光装置的所述激光一边使所述激光与所述加工对象相对地移动，所述激光在所述加工对象上扫描的同时，将所照射的部分的所述加工对象熔融而进行焊接，
所述激光由主光束和至少一部分位于扫描方向前方的副光束构成，主光束的功率密度为副光束的功率密度以上。
2.根据权利要求1所述的焊接方法，其中，
所述主光束的功率密度是至少能够产生小孔的强度。
3.根据权利要求1所述的焊接方法，其中，
所述激光在所述主光束的扫描方向后方还具有功率密度比所述主光束低的副光束。
4.根据权利要求1所述的焊接方法，其中，
所述激光在所述主光束的扫描方向横向上还具有功率密度比所述主光束低的副光束。
5.根据权利要求1所述的焊接方法，其中，
所述激光在所述主光束的周围还分散有功率密度比所述主光束低的副光束。
6.根据权利要求1所述的焊接方法，其中，
所述副光束具有包围所述主光束的周围的环形状或包围所述主光束的周围的环形状的一部分的圆弧形状。
7.根据权利要求1至7中任一项所述的焊接方法，其中，
所述激光的所述主光束和所述副光束构成为，由所述主光束形成的熔池与由所述副光束形成的熔池的至少一部分重叠。
8.根据权利要求1所述的焊接方法，其中，
所述主光束及所述副光束中的至少形成所述副光束的激光的波长是具有比所述加工对象的红外区域的反射率低的反射率的波长。
9.根据权利要求8所述的焊接方法，其中，
形成所述主光束的激光的波长与形成所述副光束的激光的波长相同。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的焊接方法，其中，
所述主光束及所述副光束是从同一振荡器射出的激光。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的焊接方法，其中，
所述主光束及所述副光束是从不同的振荡器射出的激光。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的焊接方法，其中，
所述主光束及所述副光束由配置于所述振荡器与所述加工对象之间的光束整形器件形成。
13.根据权利要求12所述的焊接方法，其特征在于，
所述光束整形器件是衍射光学元件。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的焊接方法，其中，
所述加工对象是要焊接的至少两个构件，在将所述加工对象配置于照射激光的区域的所述工序中，将所述至少两个构件重叠、或使其接触、或使其相邻地配置。
15.根据权利要求1所述的焊接方法，其中，
所述副光束的光束直径与所述主光束的光束直径大致相等或大于所述主光束的光束直径。
16.一种激光焊接装置，其利用激光焊接加工对象，并由激光振荡器和光学头构成，
所述光学头接收从激光振荡器振荡出的光，而生成激光，将生成的所述激光朝向加工对象照射，将所照射的部分的所述加工对象熔融而进行焊接，
所述光学头构成为所述激光与所述加工对象能够相对地移动，所述激光在所述加工对象上扫描的同时，进行所述熔融而进行焊接，
所述激光由主光束和至少一部分位于扫描方向前方的副光束构成，主光束的功率密度为副光束的功率密度以上。
17.根据权利要求16所述的激光焊接装置，其中，
所述副光束的功率密度是至少能够使所述加工对象熔融的强度。
18.根据权利要求16所述的激光焊接装置，其中，
所述激光在所述主光束的扫描方向后方还具有功率密度比所述主光束低的副光束。
19.根据权利要求16所述的激光焊接装置，其中，
所述激光在所述主光束的扫描方向横向上还具有功率密度比所述主光束低的副光束。
20.根据权利要求16所述的激光焊接装置，其中，
所述激光在所述主光束的周围还分散有功率密度比所述主光束低的副光束。
21.根据权利要求16所述的激光焊接装置，其中，
所述副光束具有包围所述主光束的周围的环形状或包围所述主光束的周围的环形状的一部分的圆弧形状。
22.根据权利要求16至21中任一项所述的激光焊接装置，其中，
所述激光的所述主光束和所述副光束构成为，由所述主光束形成的熔池与由所述副光束形成的熔池的至少一部分重叠。
23.根据权利要求16所述的激光焊接装置，其中，
所述主光束及所述副光束中的至少形成所述副光束的激光的波长是具有比所述加工对象的红外区域的反射率低的反射率的波长。
24.根据权利要求23所述的激光焊接装置，其中，
形成所述主光束的激光的波长与形成所述副光束的激光的波长相同。
25.根据权利要求16至24中任一项所述的激光焊接装置，其中，
所述光学头根据从单一的激光振荡器振荡出的光生成由所述主光束及所述副光束构成的所述激光。
26.根据权利要求25所述的激光焊接装置，其中，
所述光学头包括配置于所述激光振荡器与所述加工对象之间的光束整形器件，所述衍射光学元件根据从所述单一的激光振荡器振荡出的光形成所述主光束及所述副光束。
27.根据权利要求26所述的激光焊接装置，其特征在于，
所述光束整形器件是衍射光学元件。
28.根据权利要求16至22中任一项所述的激光焊接装置，其中，
所述激光振荡器由不同的两个激光发信器构成，所述主光束及所述副光束分别是从所述不同的两个振荡器射出的激光。
29.根据权利要求16至28中任一项所述的激光焊接装置，其中，
所述加工对象是要焊接的至少两个构件。
30.根据权利要求16所述的激光焊接装置，其中，
所述副光束的光束直径与所述主光束的光束直径大致相等或大于所述主光束的光束直径。
31.根据权利要求26所述的激光焊接装置，其中，
所述光束整形器件以能够旋转的方式设置。
32.根据权利要求16至22中任一项所述的激光焊接装置，其中，
所述激光振荡器有多个，
所述光学头将从多个所述振荡器射出的光在内部进行合波，而生成所述激光。
33.根据权利要求16至22中任一项所述的激光焊接装置，其中，
所述激光振荡器有多个，
所述激光焊接装置还具备多芯光纤，该多芯光纤将从多个所述激光振荡器射出的光在内部合波并导向所述光学头。
34.根据权利要求16所述的激光焊接装置，其中，
所述光学头构成为能够将所述激光对固定的所述加工对象进行扫描。
35.根据权利要求16所述的激光焊接装置，其中，
来自所述光学头的激光的照射位置被固定，所述加工对象被保持为能够相对于固定的所述激光移动。
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