CN112368104A - 焊接方法以及焊接装置 - Google Patents

Abstract

在焊接方法中，将重叠多片金属箔而成的加工对象配置于由多条光束构成的激光所照射的区域，以在所述加工对象的表面上的规定区域内所述激光的多条光束彼此的中心不重叠的方式将所述多条光束位置分散地对所述表面进行照射，对被照射部分的所述加工对象进行熔融并进行焊接，将所述多条光束分别设定为具有不会在所述金属箔开孔的功率密度，并且，在设定所述多条光束的功率密度的同时以分散照射位置的方式进行照射，以通过所述多条光束而形成贯穿所述加工对象的熔池。

Description

焊接方法以及焊接装置

技术领域

本发明涉及焊接方法以及焊接装置。

背景技术

作为对由金属材料构成的加工对象进行焊接的方法之一，已知有激光焊接。激光焊接是指，对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。在被激光照射的焊接部分形成有被称为熔池的熔融了的金属材料的积液，然后，通过熔池固化来进行焊接。

另一方面，将金属箔重叠并焊接而成的产物被用于各种技术领域中。例如，将铜箔重叠并焊接而成的产物被用作锂离子电池的电极。对于金属箔的重叠焊接(搭接焊接)，广泛要求品质稳定的焊接技术。作为与金属箔的重叠焊接相关的技术，例如有专利文献1所公开的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014-136242号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在使用激光焊接来对金属箔进行重叠焊接的情况下，由于金属箔非常薄，因此存在若激光的功率密度过高，则会在金属箔产生孔洞、破损等，从而造成允许程度以上的损伤的情况。另一方面，若激光的功率密度过低，则存在激光的能量达不到重叠的金属箔的最下层，焊接工艺没有进展的情况。这些现象成为使焊接的品质降低的原因。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供能够实现更高品质的重叠焊接的焊接方法以及焊接装置。

用于解决课题的方案

为了解决上述的课题并达成目的，在本发明的一方案的焊接方法中，将重叠多片金属箔而成的加工对象配置于由多条光束构成的激光的所照射的区域，以在所述加工对象的表面上的规定区域内所述激光的多条光束彼此的中心不重叠的方式将所述多条光束位置分散地对所述表面进行照射，对被照射部分的所述加工对象进行熔融并进行焊接，将所述多条光束分别设定为具有不会在所述金属箔开孔的功率密度，并且，在设定所述多条光束的功率密度的同时以分散照射位置的方式进行照射，以通过所述多条光束而形成贯穿所述加工对象的熔池。

在本发明的一方案的焊接方法中，根据所述加工对象的特性，设定所述多条光束的数量、峰值功率、照射位置的配置、以及所述规定区域的形状中的至少一项。

在本发明的一方案的焊接方法中，一边朝向所述加工对象照射所述激光一边使所述激光与所述加工对象相对地移动，从而在所述加工对象上扫描所述激光。

在本发明的一方案的焊接方法中，所述金属箔含有铜。

在本发明的一方案的焊接方法中，通过能够将激光分割为多条光束的光束整形器，生成向所述加工对象照射的所述多条光束。

在本发明的一方案的焊接方法中，所述光束整形器是衍射光学元件。

在本发明的一方案的焊接方法中，所述加工对象的每单位厚度(μm)、单位焊接长度(mm)的向所述加工对象照射的所述激光的能量(J/(μm＊mm))为0.02以上且1.67以下。

在本发明的一方案的焊接方法中，所述加工对象的每单位厚度(μm)、单位焊接长度(mm)的向所述加工对象照射的所述激光的能量(J/(μm＊mm))为0.04以上且1.46以下。

对于本发明的一方案的焊接装置，所述焊接装置具备：激光装置；以及光学头，其朝向加工对象照射从所述激光装置输出的激光，对被照射部分的所述加工对象进行熔融并进行焊接，所述加工对象通过重叠多片金属箔而构成，向所述加工对象照射的激光由多条光束构成，且以在所述加工对象的表面上的规定区域内所述多条光束彼此的中心不重叠的方式位置分散地对所述表面进行照射，将所述多条光束分别设定为具有不会在所述金属箔开孔的功率密度，并且，在设定所述多条光束的功率密度的同时以分散照射位置的方式进行照射，以通过所述多条光束而形成贯穿所述加工对象的熔池。

对于本发明的一方案的焊接装置，根据所述加工对象的特性，设定所述多条光束的数量、峰值功率、照射位置的配置、以及所述规定区域的形状中的至少一项。

对于本发明的一方案的焊接装置，所述光学头构成为能够使所述多条光束与所述加工对象相对地移动，且在所述加工对象上扫描所述多条光束的同时进行所述熔融并进行焊接。

对于本发明的一方案的焊接装置，所述金属箔含有铜。

对于本发明的一方案的焊接装置，所述焊接装置还具备光束整形器，所述光束整形器能够将激光分割为多条光束，而生成向所述加工对象照射的所述多条光束。

对于本发明的一方案的焊接装置，所述光束整形器是衍射光学元件。

对于本发明的一方案的焊接装置，所述加工对象的每单位厚度(μm)、单位焊接长度(mm)的向所述加工对象照射的所述激光的能量(J/(μm＊mm))为0.02以上且1.67以下。

对于本发明的一方案的焊接装置，所述加工对象的每单位厚度(μm)、单位焊接长度(mm)的向所述加工对象照射的所述激光的能量(J/(μm＊mm))为0.04以上且1.46以下。

发明效果

根据本发明，起到能够实现更高品质的焊接这样的效果。

附图说明

图1是示出实施方式1的激光焊接装置的概要结构的示意图。

图2是对衍射光学元件进行说明的示意图。

图3是对多条光束进行说明的示意图。

图4A是对于激光的状态和与其对应的加工对象的熔融状态进行说明的示意图。

图4B是对于激光的状态和与其对应的加工对象的熔融状态进行说明的示意图。

图4C是对于激光的状态和与其对应的加工对象的熔融状态进行说明的示意图。

图4D是对于激光的状态和与其对应的加工对象的熔融状态进行说明的示意图。

图5是示出实施例1的重叠焊接后的铜箔的表面以及背面的照片的图。

图6是示出图5的截面的照片的图。

图7是示出实施例2的重叠焊接后的铜箔的表面以及背面的照片的图。

图8是图7的局部放大图。

图9是示出图7的截面的照片的图。

图10A是对衍射光学元件将激光分割为多条光束的例子进行说明的示意图。

图10B是对衍射光学元件将激光分割为多条光束的例子进行说明的示意图。

图10C是对衍射光学元件将激光分割为多条光束的例子进行说明的示意图。

图10D是对衍射光学元件将激光分割为多条光束的例子进行说明的示意图。

图10E是对衍射光学元件将激光分割为多条光束的例子进行说明的示意图。

图10F是对衍射光学元件将激光分割为多条光束的例子进行说明的示意图。

图10G是对衍射光学元件将激光分割为多条光束的例子进行说明的示意图。

图10H是对衍射光学元件将激光分割为多条光束的例子进行说明的示意图。

图11是示出实施方式2的激光焊接装置的概要结构的示意图。

图12是示出实施方式3的激光焊接装置的概要结构的示意图。

图13是示出实施方式4的激光焊接装置的概要结构的示意图。

图14是示出实施方式5的激光焊接装置的概要结构的示意图。

图15是示出实施方式6的激光焊接装置的概要结构的示意图。

图16A是示出光纤的结构例的图。

图16B是示出光纤的结构例的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。需要说明的是，本发明并不受以下说明的实施方式限定。另外，在附图的记载中，对相同或者对应的要素适当标注相同的附图标记。

(实施方式1)

图1是示出实施方式1的激光焊接装置的概要结构的示意图。激光焊接装置100具备激光装置110、光学头120、连接激光装置110与光学头120的光纤130、以及固定装置140。加工对象W是通过重叠多片金属箔而构成的。各金属箔的厚度例如为2μm～20μm，但并没有特别限定。另外，金属箔的片数例如为10～100，但并没有特别限定。金属箔含有铜、铝，但金属箔的材料并没有特别限定。

激光装置110例如构成为能够输出几kW的功率的激光。例如，激光装置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而能够输出几kW的功率的多模的激光。另外，激光装置110也可以具备光纤激光器、YAG激光器、盘式激光器等各种激光源。光纤130对从激光装置110输出的激光进行导波，而使其向光学头120输入。固定装置140是从表面侧以及背面侧夹着加工对象W来进行固定的装置。在此，表面侧是指被激光照射的主表面的一侧。固定装置140设置有孔洞、槽等开口，以使得在加工对象中预定照射激光的部位和其周围露出。优选固定装置140能够以尽可能地使在金属箔之间没有间隙的方式固定加工对象W。

光学头120是用于将从激光装置110输入的激光朝向加工对象W照射的光学装置。光学头120具备校准透镜121和聚光透镜122。校准透镜121是用于使输入的激光成为平行光的光学系统。聚光透镜122是用于对平行光化后的激光进行聚光，并作为激光L向加工对象W照射的光学系统。

为了在加工对象W上一边进行激光L的照射一边扫描激光L，光学头120构成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，也可以将来自光学头120的激光L的照射位置固定，并使得加工对象W被保持成能够相对于固定的激光L移动。

光学头120具备配置于校准透镜121与聚光透镜122之间的、作为光束整形器的一例的衍射光学元件123。这里所说的衍射光学元件123如图2中概念性地示出的那样，将周期不同的多个衍射光栅123a构成为一体。衍射光学元件123能够将输入的激光向受到各衍射光栅的影响的方向弯曲或重合，从而将光束形状成型。在本实施方式中，衍射光学元件123配置于校准透镜121与聚光透镜122之间，但也可以将其设置在比校准透镜121靠光纤130侧、比聚光透镜122靠加工对象W侧。

衍射光学元件123将从校准透镜121输入的激光分割为多条光束。具体而言，衍射光学元件123对激光进行分割，以使得光学头120能够以在加工对象W的表面上的规定区域内多条光束彼此的中心不重叠的方式将多条光束位置分散地对该表面进行照射。

图3是对多条光束进行说明的示意图。激光L包含被衍射光学元件123分割的多条光束B。表示光束B的圆的直径为光束直径。圆形的区域A是加工对象W的表面上的规定区域，多条(在本实施方式中为16条)光束B以在区域A内位置分散而使彼此的中心不重叠的状态照射于加工对象W的区域A。在本实施方式1中，具体而言，光束B在区域A内被配置为直径D的环状。区域A为与光束B配置的外轮廓的形状相当的形状。各光束B在其光束截面的径向上具有高斯形状的功率分布。但是，光束B的功率分布并不限定于高斯形状。需要说明的是，本说明书中的高斯形状不限于准确地成为高斯形状的形状，也包括近似为高斯形状的形状。

需要说明的是，光束B的光束直径定义为包含峰值且强度为峰值强度的1/e²以上的区域的直径。在非圆形的光束的情况下，在本说明书中，将与扫描方向垂直的方向上的、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。

在使用激光焊接装置100进行焊接的情况下，首先，将加工对象W配置于激光L所照射的区域。接着，一边向加工对象W照射包含被衍射光学元件123分割的多条光束B在内的激光L，一边使激光L与加工对象W相对地移动而进行激光L的扫描，同时对照射了激光L的部分的加工对象W进行熔融并进行焊接。

在此，对在焊接时照射于加工对象W的表面的激光使加工对象W熔融的状态进行说明。在此，参照图4A～4D，针对四个情况对激光的状态和与其对应的加工对象的熔融状态进行说明。需要说明的是，在图4A～4D中，白色的箭头示意性地表示由激光引起的热传递。

如图4A所示，用于焊接的激光LA的功率分布为高斯分布，但考虑其峰值功率较低，峰值处的功率密度较低的情况。这样的激光LA例如能够通过使激光处于散焦的状态并对加工对象W照射来实现。散焦是指，使由光学头的聚光透镜实现的激光的聚光位置从加工对象W的表面位置错开。在该情况下，当向加工对象W的表面照射激光LA时，在加工对象W形成有熔池P，但不形成键孔。然而，对于该情况，由于激光LA的功率密度较低，因此存在熔池P不怎么扩展，焊接工艺没有进展的情况。然而，若为使熔池P适当地扩展而调整散焦的状态以使得峰值功率变高，则容易发生焊接不良。另外，若处于这样的散焦的状态，则由激光LA给予的能量中的无助于焊接的能量变多，从而效率低下。因此，使高斯分布的激光即使处于散焦的状态也适当地进行焊接是十分困难的。

相对于此，若设为图4B那样的激光L，则即使各光束具有高斯分布那样的单峰型的功率分布，其峰值功率也相对较低。其结果是，能够实现不形成键孔的、所谓的热传导型焊接。并且，各光束的功率密度比图4A的情况高。因此，与图4A的情况相比，熔池P扩展，能够较容易地成为使熔池P到达加工对象W的背面W1的状态。在此，背面W1是与照射激光L的表面相反一侧的面。其结果是，能够对加工对象W实现更高品质的重叠焊接。需要说明的是，在设为图4B那样的激光L的情况下，也存在由于各光束而形成键孔的情况，但只要将激光L设定为使形成的键孔较浅且分散在多个部位，则其结果是，热传导型焊接成为主导。

另一方面，如图4C所示，在用于焊接的激光LB的功率分布为峰值功率较高的高斯分布的情况下，峰值处的功率密度较高。在该情况下，如图4C所示，当向加工对象W的表面照射激光LB时，在加工对象W形成有熔池P和键孔KH，从而所谓的键孔型焊接成为主导。在键孔型焊接的情况下，存在加工对象W的构成材料急剧地蒸发、或成为溅射物并飞散的情况。其结果是，构成加工对象W的金属箔的质量丧失，因此存在金属箔开孔或破损，从而焊接不良的情况。另外，若键孔KH到达加工对象W的背面W1附近，则金属箔由于熔融金属变少而破损，焊接变得困难。

需要说明的是，在图4D中，示出使用在激光L的光束所形成的圆的中心还具有光束的形状的激光LC的情况。在图4D中，在加工对象W形成有熔池P和键孔KH。例如，在加工对象W的厚度较厚等情况下，也可以通过中心的光束而形成适当大小的键孔KH来确保熔池P的深度(熔入深度)，同时通过其周围的光束来使加工对象W的金属箔熔融。由此，能够实现金属箔不会破损的焊接。

为了实现图4B那样的成为热传导型焊接的状态、或图4D那样的虽然形成有键孔KH但热传导型焊接成为主导的状态，优选将光束B分别设定为具有不会在构成加工对象W的各金属箔开孔的功率密度。并且，优选在设定光束B的功率密度的同时以分散其照射位置的方式进行照射，以通过光束B而形成贯穿加工对象W至背面W1的熔池。但是，优选以熔融金属不会从背面W1侧滴下的方式设定光束B的功率密度、照射位置等。

而且，优选根据加工对象W的特性(金属箔的材质、厚度、重叠的片数等)来设定多条光束B的数量、峰值功率以及照射位置的配置、或设定区域A的形状。通过设定这些项目中的至少一个，能够实现更高品质的重叠焊接，但通过适当组合地设定两个以上，能够无偏差且稳定地实现品质进一步提升的重叠焊接。

(实施例1)

将20张厚度8μm的铜箔重叠从而构成加工对象，并对其照射激光来进行激光焊接。从激光装置输出的激光具有高斯分布，其波长为1070nm。激光的功率设为600W、700W、或800W。然后，使用衍射光学元件将该激光如图3所示那样分割为呈直径466μm的环状排列的16条光束，并对加工对象进行照射。激光对加工对象的扫描速度设为3mm/s、5mm/s、或10mm/s。

图5是示出实施例1的重叠焊接后的铜箔的表面以及背面的照片的图。图6是示出图5的截面的照片的图。图5、6示出将激光的功率设为700W，将扫描速度设为5mm/s的情况。如图5、6所示，能够实现在表面以及背面没有孔洞、破损的高品质的重叠焊接。

(实施例2)

将50张厚度8μm的铜箔重叠而构成加工对象，并对其照射激光来进行激光焊接。从激光装置输出的激光具有高斯分布，其波长为1070nm。激光的功率设为1000W。然后，利用衍射光学元件将该激光分割为图4D那样的呈直径466μm的环状排列的16条光束、以及配置在其中心的1条光束，并对加工对象进行照射。中心的光束的功率与16条环状的光束的功率的合计之比设为5：5。激光对加工对象的扫描速度设为5mm/s。

图7是示出实施例2的重叠焊接后的铜箔的表面以及背面的照片的图。图8是图7的局部放大图，其放大示出焊缝。图9是示出图7的截面的照片的图。如图7、8、9所示，能够实现在表面以及背面没有孔洞、破损的高品质的重叠焊接。

同样地，在适当组合上述的激光的功率与扫描速度而成的条件下，确认到能够实现品质较高的重叠焊接。例如，确认到为了品质较高的重叠焊接，优选在提高扫描速度的情况下提高激光的功率，在降低扫描速度的情况下降低激光的功率，使每单位时间向加工对象投入的激光的能量处于适当的范围。

(激光的分割)

对于激光的分割的方案，并不限定于图3所示的方案。图10A～图10H是对衍射光学元件123将激光分割为多条光束的例子进行说明的示意图。需要说明的是，扫描方向SD朝向纸面上方。在图10A所示的例子中，与图4D的情况同样地，向加工对象W照射的激光L1分别包含高斯形状的17条光束B1。光束B1在加工对象W的表面上的规定区域即圆形的区域A1内，呈环状配置有16条，1条配置于环的中心，并向区域A1照射。中心的光束B1的功率与16条环状的光束B1的功率的合计之比例如为1：9。在图10B所示的例子中，向加工对象W照射的激光L2分别包含高斯形状的9条光束B2，在加工对象W的表面上的规定区域即四边形状的区域A2内呈四边形状配置，并向区域A2照射。在图10C所示的例子中，向加工对象W照射的激光L3分别包含高斯形状的6条光束B3，在加工对象W的表面上的规定区域即三角形状的区域A3内呈三角形状配置，并向区域A3照射。

在图10D所示的例子中，向加工对象W照射的激光L4分别包含高斯形状的21条光束B4。这些光束B4在加工对象W的表面上的规定区域即圆形的区域A4内，12条在最外周配置为第一环状，8条在第一环状的内周侧配置为第二环状，1条配置于环的中心，并向区域A4照射。在图10E所示的例子中，向加工对象W照射的激光L5分别包含高斯形状的13条光束B5。这些光束B5在加工对象W的表面上的规定区域即圆形的区域A5内，8条在最外周配置为第一环状，4条在第一环状的内周侧配置为第二环状，1条配置于环的中心，并向区域A5照射。需要说明的是，有时成为第一环状的光束B5与成为第二环状的光束B5重叠。

在图10F所示的例子中，向加工对象W照射的激光L6分别包含高斯形状的20条光束B6。各光束B6被光束组G1和光束组G2中的任一个所包含。光束组G1呈顶部朝向扫描方向SD的山型的形状，光束组G2位于光束组G1的后方且呈直线。光束组G1、G2配置在加工对象W的表面上的规定区域即三角形状的区域A6内，并向区域A6照射。

在图10G所示的例子中，向加工对象W照射的激光L7分别包含高斯形状的13条光束B7。光束B7呈与图6(g)的光束组G1同样的山型的形状。光束B7配置在加工对象W的表面上的规定区域即三角形状的区域A7内，并向区域A7照射。

在图10H所示的例子中，激光L8包含17条光束B8。16条光束B8位于以1条光束B8为中心而形成大致环形状或大致八边形的位置。另外，17条光束B8在定义了矩阵M的情况下，配置成对该矩形的栅格进行填充。光束即可以像这样配置成对栅格进行填充，也可以更自由地配置。

在图10A～10H的任一图中，规定区域是与分散配置的多条光束所形成的形状的外轮廓相当的形状。

另外，在图3、图10A、10D、10E、10H中，多条光束各向同性地配置，因此具有即使任意变更扫描方向，对加工对象W的熔融特性也不会发生变化的效果。

图10A～10H所示的例子能够通过适当设计构成衍射光学元件123的衍射光栅的特性来实现。

(其他实施例)

作为其他实施例，将各种条件组合来进行焊接。首先，将20张厚度8μm的铜箔重叠而构成第一加工对象。然后，将50张厚度8μm的铜箔重叠而构成第二加工对象。对它们照射激光来进行激光焊接。从激光装置输出的激光具有高斯分布，其波长为1070nm。对于第一加工对象，激光的功率设为600W、700W、或800W，对于第二加工对象，激光的功率设为1000W、1300W、或1500W。然后，利用衍射光学元件将该激光分割为图10A所示那样的呈直径600μm的环状排列的16条光束和配置在其中心的1条光束，并对加工对象进行照射。中心的光束的功率与16条环状的光束的功率的合计之比对于第一加工对象设为1：9，对于第二加工对象设为5：5。激光对加工对象的扫描速度对于第一加工对象设为3mm/s、5mm/s、或10mm/s，对于第二加工对象设为3mm/s、5mm/s、10mm/s、20mm/s、30mm/s、60mm/s、或100mm/s。然后，根据激光的扫描方向上的长度即焊接长度1(mm)、激光的功率p(W)、扫描速度v(mm/s)、以及由铜箔的厚度和片数算出的加工对象的厚度d(μm)，计算出每单位焊接长度(mm)、单位厚度(μm)的向加工对象照射的激光的能量(投入能量)E＝(1/v)＊(p/d)(J/(μm＊mm))。需要说明的是，在本实施例中，焊接长度1设为10mm。

表1示出在其他实施例中，每单位焊接长度(mm)、单位厚度(μm)的投入能量与焊接结果的关系。需要说明的是，在焊接结果中，符号“A”表示在焊接长度全长的范围内为良好的焊接状态，符号“B”表示在焊接长度的2/3以上的范围内为良好的焊接状态，符号“C”表示在焊接长度的2/3以下的范围内为良好的焊接状态。需要说明的是，对于在铜箔上开孔且孔洞贯穿铜箔的情况、虽然不至于贯穿但存在孔洞等在表面能看到缺陷的情况、在背面没有焊接痕的情况即存在未被焊接的金属箔的情况等情况，判断为焊接状态不良好。如表1所示，确认到每单位焊接长度(mm)、单位厚度(μm)的投入能量优选为0.02(J/(μm＊mm))以上且1.67(J/(μm＊mm))以下，更优选为0.04(J/(μm＊mm))以上且1.46以下(J/(μm＊mm))。

【表1】

(表1)

(实施方式2)

图11是示出实施方式2的激光焊接装置的概要结构的示意图。激光焊接装置200对加工对象W照射激光L来进行加工对象W的焊接。激光焊接装置200通过与激光焊接装置100同样的作用原理来实现焊接。因此，以下仅进行激光焊接装置200的装置结构的说明。

激光焊接装置200具备激光装置210、光学头220、光纤230以及固定装置240。

激光装置210与激光装置110同样地构成，例如构成为能够输出几kW的功率的激光。光纤230对从激光装置210输出的激光进行导波，使其向光学头220输入。固定装置240固定加工对象W。

光学头220是与光学头120同样地用于将从激光装置210输入的激光朝向加工对象W照射的光学装置。光学头220具备校准透镜221和聚光透镜222。

并且，光学头220具有配置于聚光透镜222与加工对象W之间的电扫描仪。电扫描仪是通过控制两块反射镜224a、224b的角度，从而能够在不使光学头220移动的情况下使激光L的照射位置移动并扫描激光L的装置。在激光焊接装置200中具备反射镜226，以便将从聚光透镜222射出的激光L向电扫描仪引导。另外，电扫描仪的反射镜224a、224b分别通过马达225a、225b来变更角度。马达225a、225b由未图示的驱动器驱动。

光学头220具备配置于校准透镜221与聚光透镜222之间的作为光束整形器的衍射光学元件223。衍射光学元件223与衍射光学元件123同样地，将从校准透镜221输入的激光分割为峰值功率相等的多条光束。具体而言，衍射光学元件223对激光进行分割，以使得光学头220能够以在加工对象W的表面上的规定区域内多条光束彼此的中心不重叠的方式使多条光束位置分散地对该表面进行照射。需要说明的是，衍射光学元件223被设计为将激光例如像图3、图10A～10G那样分割为多条光束。由此，激光焊接装置200能够对加工对象W更高品质地进行重叠焊接。需要说明的是，与实施方式1同样地，衍射光学元件223配置于校准透镜221与聚光透镜222之间，但也可以将其设置在比校准透镜221靠光纤230侧、比聚光透镜222靠加工对象W侧。

(实施方式3)

图12是示出实施方式3的激光焊接装置的概要结构的示意图。激光焊接装置300对加工对象W照射激光L来进行加工对象W的焊接。激光焊接装置300通过与激光焊接装置100、200同样的作用原理来实现焊接。光学头320以外的要素(激光装置310、光纤330以及固定装置340)的结构与激光焊接装置100、200的对应的要素相同。因此，以下仅进行光学头320的装置结构的说明。

光学头320是与光学头120、220同样地用于将从激光装置310输入的激光朝向加工对象W照射的光学装置。光学头320具备校准透镜321和聚光透镜322。

并且，光学头320具有配置于校准透镜321与聚光透镜322之间的电扫描仪。电扫描仪的反射镜324a、324b分别通过马达325a、325b来变更角度。马达325a、325b由未图示的驱动器驱动。在光学头320中，在与光学头220不同的位置设置电扫描仪。但与光学头220同样地，通过控制两片反射镜324a、324b的角度，从而能够在不使光学头320移动的情况下使激光L的照射位置移动并扫描激光L。

光学头320具备配置于校准透镜321与聚光透镜322之间的作为光束整形器的衍射光学元件323。衍射光学元件323与衍射光学元件123、223同样地将从校准透镜321输入的激光分割为峰值功率相等的多条光束。具体而言，衍射光学元件323对激光进行分割，以使得光学头320能够以在加工对象W的表面上的规定区域内多条光束彼此的中心不重叠的方式将多条光束位置分散地对该表面进行照射。需要说明的是，衍射光学元件323被设计为将激光例如像图3、图10A～10G那样分割为多条光束。由此，激光焊接装置300能够对加工对象W更高品质地进行重叠焊接。需要说明的是，与实施方式1同样地，衍射光学元件323配置于校准透镜321与聚光透镜322之间，但也可以将其设置在比校准透镜321靠光纤330侧、比聚光透镜322靠加工对象W侧。

(实施方式4)

图13是示出实施方式4的激光焊接装置的概要结构的示意图。激光焊接装置400对加工对象W照射激光来进行加工对象W的焊接。激光焊接装置400通过与激光焊接装置100同样的作用原理来实现焊接方法。因此，以下仅进行激光焊接装置400的装置结构的说明。

激光焊接装置400具备输出激光的多个激光装置、向加工对象W照射激光的光学头420、以及将从激光装置输出的激光向光学头420引导的多条光纤。需要说明的是，在附图中，示出了多个激光装置中的两个激光装置411、412，且示出了多条光纤中的光纤431、432。

激光装置411与激光装置110同样地构成，例如构成为能够输出几kW的多模的激光L11。激光装置412与激光装置110同样地构成，而构成为能够分别输出作为多模的多个激光的激光L12，例如是几kW的输出。其他激光装置也与激光装置110同样地构成。

光纤431、432将激光L11、L12分别向光学头420引导。对于其他光纤也是同样的。多条光纤也可以置换为多芯光纤。

光学头420是用于将由包括激光装置411、412在内的多个激光装置引导的各激光L11、L12等激光朝向加工对象W照射的光学装置。光学头420具备用于激光L11的校准透镜421a和聚光透镜422a、用于激光L12的校准透镜421b和聚光透镜422b、以及用于其他激光的校准透镜和聚光透镜。校准透镜421a、421b等校准透镜分别是用于将由光纤431、432等引导的激光暂时平行光化的光学系统，聚光透镜422a、422b等聚光透镜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。需要说明的是，校准透镜和聚光透镜也可以分别由多块透镜构成，以将多个激光平行光化或聚光。

光学头420向加工对象W照射包含激光L11、L12的多个激光。即，朝向加工对象W照射的激光由多条光束构成。优选将各光束设定为具有不会在构成加工对象W的各金属箔开孔的功率密度。并且，优选在设定光束的功率密度的同时以分散其照射位置的方式进行照射，以通过光束而形成贯穿加工对象W至背面的熔池。但是，优选以熔融金属不会从加工对象的背面侧滴下的方式设定光束的功率密度、照射位置等。

根据激光焊接装置400，能够实现图3、10A～10H所例示的配置。需要说明的是，光束的数量也可以适当增减。

(实施方式5)

图12是示出实施方式5的激光焊接装置的概要结构的示意图。激光焊接装置500对加工对象W照射激光来进行加工对象W的焊接。激光焊接装置500通过与激光焊接装置100同样的作用原理来实现焊接方法。因此，以下仅进行激光焊接装置500的装置结构的说明。

激光焊接装置500具备输出激光的激光装置510、向加工对象W照射激光的光学头520、以及将从激光装置510输出的激光向光学头520引导的多条光纤。需要说明的是，在附图中，示出了多条光纤中的光纤531、533、534。

激光装置510与激光装置110同样地构成，例如构成为能够输出几kW的多模的激光。激光装置510用于输出向加工对象W照射的多个激光。为此，在将从激光装置510输出的激光向光学头520引导的光纤中，在光纤531与包括光纤533、534的多条光纤之间设置分支单元532。激光装置510构成为在将从激光装置510输出的激光分支为多个激光后，将其向光学头520引导。

包括光纤531、533的多条光纤分别将激光向光学头520引导。多条光纤也可以置换为多芯光纤。

光学头520是用于向加工对象W照射由通过分支单元532分支且由包括光纤531、533的多条光纤引导的、包含激光L11、L12的多个激光的光学装置。为此，光学头520具备用于激光L11的校准透镜521a和聚光透镜522a、用于激光L12的校准透镜521b和聚光透镜522b、以及用于其他激光的校准透镜和聚光透镜。校准透镜521a、521等分别是将由光纤533、534等引导的激光暂时平行光化的光学系统，聚光透镜522a、522b等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。需要说明的是，校准透镜和聚光透镜也可以分别由多块透镜构成，以将多个激光平行光化或聚光。

光学头520向加工对象W照射包含激光L11、L12的多个激光。即，朝向加工对象W照射的激光由多条光束构成。并且，优选在设定光束的功率密度的同时以分散其照射位置的方式进行照射，以通过光束而形成贯穿加工对象W至背面的熔池。但是，优选以熔融金属不会从加工对象的背面侧滴下的方式设定光束的功率密度、照射位置等。

根据激光焊接装置500，能够实现图3、10A～10H所例示的配置。需要说明的是，对于附图中所示的例子，光束的数量也可以适当增减。

(实施方式6)

图15是示出实施方式6的激光焊接装置的概要结构的示意图。激光焊接装置600对加工对象W照射激光L来进行加工对象W的焊接。激光焊接装置600通过与激光焊接装置100同样的作用原理来实现焊接方法。因此，以下仅进行激光焊接装置600的装置结构的说明。

激光焊接装置600具备输出激光的多个激光装置、向加工对象W照射激光的光学头620、以及将从多个激光装置输出的激光向光学头620引导的多条光纤。需要说明的是，在附图中，示出了多个激光装置中的激光装置611、612，且示出了多条光纤中的光纤631、632、635。

激光装置611与激光装置110同样地构成，例如构成为能够输出几kW的多模的激光。激光装置612与激光装置110同样地构成，例如构成为是即kW的输出，且能够分别输出多模的多个激光。其他激光装置也与激光装置110同样地构成。

在激光焊接装置600中，从包括激光装置611、612在内的多个激光装置输出的激光在向光学头620引导前耦合。为此，在将从包括激光装置611、612在内的多个激光装置输出的激光向光学头620引导的包括光纤631、632在内的多条光纤与光纤635之间设置有耦合部634。从包括激光装置611、612的多个激光装置输出的激光在光纤635中并列地进行导波。

在此，参照图15A、15B对光纤631(以及632)以及光纤635的结构例进行说明。如图15A所示，光纤631(以及632)是一般的光纤。即，光纤631(以及632)是在一个纤芯区域Co的周围形成有折射率比纤芯区域Co低的包层Cl的光纤。需要说明的是，在激光装置611、612以外的激光装置与耦合部634之间设置的其他光纤也与光纤631同样地是一般的光纤。另一方面，如图15B所示，光纤635是多芯光纤。即，光纤635具有多个纤芯区域，在该多个纤芯区域的周围形成有折射率比纤芯区域低的包层Cl。需要说明的是，在附图中，示出了两个纤芯区域Co1、Co2。而且，纤芯区域Co2包括多个纤芯区域。并且，在耦合部634中，与多个激光装置分别连接的光纤的纤芯区域和光纤635的纤芯区域分别耦合。从多个激光装置输出的各激光由纤芯区域Co2的多个纤芯区域分别导波。

回到图15的参照。光学头620是用于向加工对象W照射通过耦合部634而耦合的激光L的光学装置。为此，光学头620在内部具备包括校准透镜621的多块校准透镜、以及包括聚光透镜622的多块聚光透镜。

在激光焊接装置600中，虽然光学头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，但从各激光装置输出的激光在被向光学头620引导前耦合。由此，朝向加工对象W照射的激光L由多条光束构成。并且，优选在设定光束的功率密度的同时以分散其照射位置的方式进行照射，以通过光束而形成贯穿加工对象W至背面的熔池。但是，优选以熔融金属不会从加工对象的背面侧滴下的方式设定光束的功率密度、照射位置等。

根据激光焊接装置600，能够实现图3、10A～10H所例示的配置。需要说明的是，光束的数量也可以适当增减。

需要说明的是，在上述实施方式中，衍射光学元件将激光分割为峰值功率相等的多条光束。但是，多条光束的峰值功率也可以不相等。即，只要不包含具有突出到使金属箔产生孔洞、破损等的程度的峰值的光束即可。另外，各光束的功率分布并不限定于高斯形状，也可以是其他单峰型的形状。

另外，在对加工对象W扫描激光L的情况下，也可以通过公知的抖动、摆动进行扫描。

需要说明的是，在上述实施方式中，加工对象仅由多片金属箔构成，但也可以重叠多片金属箔，并在其上重叠厚度为100μm以上的金属板，从而构成加工对象。金属板例如含有铜、铝。

另外，所使用的激光并不限定于多模，也可以使用单模的激光。

另外，在上述中，关于将激光对加工对象进行扫描的情况进行了说明。但是，通过多条光束构成激光，将多条光束分别设定为具有不会在金属箔开孔的功率密度，并且在设定多条光束的功率密度的同时以分散照射位置的方式进行照射，以通过多条光束形成贯穿加工对象的熔池，这在例如像点焊那样不对加工对象扫描激光的焊接的情况下也是有效的。

另外，本发明并不受上述实施方式限定。适当组合上述的各实施方式的构成要素而构成的实施方式也包括在本发明中。另外，本领域技术人员能够容易地导出进一步的效果、变形例。因此，本发明的更宽泛的方案并不限于上述的实施方式，能够进行各种变更。

工业实用性

本发明适合应用于金属箔的重叠焊接。

附图标记说明

100、200、300 激光焊接装置

110、210、310 激光装置

120、220、320 光学头

121、221、321 校准透镜

122、222、322 聚光透镜

123、223、323 衍射光学元件

123a 衍射光栅

130、230、330 光纤

140、240、340 固定装置

224a、224b、226、324a、324b 反射镜

225a、225b、325a、325b 马达

A、A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7 区域

B、B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8 光束

G1、G2 光束组

L、L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8 激光

P 熔池

SD 扫描方向

W 加工对象

W1 背面。

Claims (16)

1.一种焊接方法，其中，

将重叠多片金属箔而成的加工对象配置于由多条光束构成的激光所照射的区域，

以在所述加工对象的表面上的规定区域内所述激光的多条光束彼此的中心不重叠的方式将所述多条光束位置分散地对所述表面进行照射，

对被照射部分的所述加工对象进行熔融并进行焊接，

将所述多条光束分别设定为具有不会在所述金属箔开孔的功率密度，并且，在设定所述多条光束的功率密度的同时以分散照射位置的方式进行照射，以通过所述多条光束而形成贯穿所述加工对象的熔池。

2.根据权利要求1所述的焊接方法，其中，

根据所述加工对象的特性，设定所述多条光束的数量、峰值功率、照射位置的配置、以及所述规定区域的形状中的至少一项。

3.根据权利要求1或2所述的焊接方法，其中，

一边朝向所述加工对象照射所述激光一边使所述激光与所述加工对象相对地移动，从而在所述加工对象上扫描所述激光。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的焊接方法，其中，

所述金属箔含有铜。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的焊接方法，其中，

通过能够将激光分割为多条光束的光束整形器，生成向所述加工对象照射的所述多条光束。

6.根据权利要求5所述的焊接方法，其中，

所述光束整形器是衍射光学元件。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的焊接方法，其中，

所述加工对象的每单位厚度(μm)、单位焊接长度(mm)的向所述加工对象照射的所述激光的能量(J/(μm＊mm))为0.02以上且1.67以下。

8.根据权利要求1～6中任一项所述的焊接方法，其中，

所述加工对象的每单位厚度(μm)、单位焊接长度(mm)的向所述加工对象照射的所述激光的能量(J/(μm＊mm))为0.04以上且1.46以下。

9.一种焊接装置，其中，

所述焊接装置具备：

激光装置；以及

光学头，其朝向加工对象照射从所述激光装置输出的激光，对被照射部分的所述加工对象进行熔融并进行焊接，

所述加工对象通过重叠多片金属箔而构成，

向所述加工对象照射的激光由多条光束构成，且以在所述加工对象的表面上的规定区域内所述多条光束彼此的中心不重叠的方式位置分散地对所述表面进行照射，

将所述多条光束分别设定为具有不会在所述金属箔开孔的功率密度，并且，在设定所述多条光束的功率密度的同时以分散照射位置的方式进行照射，以通过所述多条光束而形成贯穿所述加工对象的熔池。

10.根据权利要求9所述的焊接装置，其中，

根据所述加工对象的特性，设定所述多条光束的数量、峰值功率、照射位置的配置、以及所述规定区域的形状中的至少一项。

11.根据权利要求9或10所述的焊接装置，其中，

所述光学头构成为能够使所述多条光束与所述加工对象相对地移动，且在所述加工对象上扫描所述多条光束的同时进行所述熔融并进行焊接。

12.根据权利要求9～11中任一项所述的焊接装置，其中，

所述金属箔含有铜。

13.根据权利要求9～12中任一项所述的焊接装置，其中，

所述焊接装置还具备光束整形器，所述光束整形器能够将激光分割为多条光束，而生成向所述加工对象照射的所述多条光束。

14.根据权利要求13所述的焊接装置，其中，

所述光束整形器是衍射光学元件。

15.根据权利要求9～14中任一项所述的焊接装置，其中，

所述加工对象的每单位厚度(μm)、单位焊接长度(mm)的向所述加工对象照射的所述激光的能量(J/(μm＊mm))为0.02以上且1.67以下。

16.根据权利要求9～14中任一项所述的焊接装置，其中，

所述加工对象的每单位厚度(μm)、单位焊接长度(mm)的向所述加工对象照射的所述激光的能量(J/(μm＊mm))为0.04以上且1.46以下。

Images