CN112589266B - 部件的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种部件的制造方法，其利用沿着焊接线照射激光而实施焊接的激光焊接，来制造使多个母材彼此熔接而形成的部件。该部件的制造方法包括：在开始实施沿着焊接线的焊接之前，在焊接线起始地点的附近，使激光的照射位置至少在第1地点和第2地点之间反复移动，并在反复移动的过程中提高激光的输出功率，其中，第1地点是所述起始地点，第2地点是与第1地点不同的地点。

Description

部件的制造方法

技术领域

本公开涉及利用激光焊接制造部件的制造方法。

背景技术

在激光焊接中，越提高对母材进行照射的激光的输出功率，越容易产生焊接飞溅。焊接飞溅是指因对母材照射高能量密度的激光而从母材表面中的局部变成高温的熔融部分向周围飞溅的熔融物。若飞溅的熔融物作为异物附着在母材等上，则有可能造成制得的部件的品质下降。

作为抑制焊接飞溅产生的方法，在日本特开2017-164811号公报中记载有以下方法：在焊接的起始位置以不产生焊接飞溅的输出功率开始照射激光，开始照射激光后不进行激光扫描，而是逐渐增大激光的输出功率以使熔深处在规定的熔深范围内。

发明内容

然而，由于日本特开2017-164811号公报中记载的方法是以为了不产生焊接飞溅而缓慢提高激光的输出功率为前提，因此该方法不能满足为了缩短焊接工序的循环而在短时间内提高到大输出功率的要求。

本公开的一个方面提供一种利用激光焊接制造部件的制造方法，该方法既能够抑制焊接飞溅的产生，又能够在短时间内提高输出功率。

解决问题的技术方案

本公开的一个方面是一种部件的制造方法，该部件的制造方法利用沿着焊接线照射激光而实施焊接的激光焊接，来制造使多个母材彼此熔接而形成的部件。该部件的制造方法进一步包括：在开始实施沿着焊接线的焊接之前，在焊接线的起始地点的附近，使激光的照射位置至少在第1地点和第2地点之间反复移动，并在反复移动的过程中提高激光的输出功率，其中，第1地点是起始地点，第2地点是与第1地点不同的地点。

根据上述构成，既能够抑制焊接飞溅的产生，又能够在短时间内提高输出功率。

在本公开的一个方面中，部件的制造方法可以包括：在开始实施沿着焊接线的焊接之前，在起始地点的附近，使激光的照射位置至少在第1地点和第2地点之间反复移动，并在反复移动的过程中提高激光的输出功率，由此，在起始地点形成初期熔池；以及从形成有初期熔池的起始地点起沿着焊接线照射激光。

在本公开的一个方面中，部件的制造方法可以包括：在开始实施沿着焊接线的焊接之前，在起始地点的附近，使激光的照射位置至少在第1地点和第2地点之间反复移动，并在反复移动的过程中将激光的输出功率提高到沿着焊接线的焊接的目标输出功率。

在本公开的一个方面中，第2地点处的激光的照射光斑与第1地点处的激光的照射光斑可以至少有部分重合。根据上述构成，易于确保所希望的熔深。

在本公开的一个方面中，可以以往返的方式使激光的照射位置在第1地点和第2地点这两个地点之间进行移动。

在本公开的一个方面中，穿过第1地点和第2地点的直线可以与焊接线在第1地点处的切线相交。根据上述构成，熔融物易于从初期熔池流向焊接线，从而可提高焊接品质。

在本公开的一个方面中，穿过第1地点和第2地点的直线可以与焊接线在第1地点处的切线正交。根据上述构成，熔融物更易于从初期熔池流向焊接线。

在本公开的一个方面中，激光可以为光纤激光。由于能量密度高的光纤激光有容易产生焊接飞溅的倾向，因此，上述利用激光焊接制造部件的制造方法对于使用光纤激光作为激光的方法尤其有效。

附图说明

图1A是从部件的侧面观察到的对利用激光焊接制造部件的制造方法进行说明的图。

图1B是从母材的表面观察到的对利用激光焊接制造部件的制造方法进行说明的图。

图2A是对初期熔池的形成方法进行说明的图。

图2B是对初期熔池的形成方法进行说明的图。

图2C是对初期熔池的形成方法进行说明的图。

图2D是对初期熔池的形成方法进行说明的图。

图2E是对初期熔池的形成方法进行说明的图。

图3是对激光的初期输出功率的设定方法进行说明的图。

图4A是示出提高激光输出功率的方法的变形例的图。

图4B是示出提高激光输出功率的方法的变形例的图。

图5A是示出激光往返的方法的变形例的图。

图5B是示出激光往返的方法的变形例的图。

图5C是示出激光往返的方法的变形例的图。

附图标记说明：

1、2…母材；3…激光；4…汽车构件；L…焊接线；M…延长线；

S…照射光斑；WP₀…初期熔池；X1…第1地点(起始地点)；

X2…第2地点

具体实施方式

以下参照附图对本公开的示例性实施方式进行说明。

[1.部件的制造方法]

在部件的制造方法中，通过激光焊接来制造使多个母材彼此熔接而形成的部件。具体而言，如图1A所示，向叠置在一起的两张呈平板状的母材1和母材2照射激光3，由此使母材1的表面和母材2的表面彼此熔接，从而制造出汽车构件4，汽车构件4的局部具有使两张母材1和母材2叠置在一起的结构。作为一例，使用不锈钢作为母材1和母材2。

如图1B所示，沿着焊接线L照射激光来实施激光焊接。具体而言，从焊接线L的起始地点X1起以使激光从焊接线L上通过的方式扫描激光。焊接线L是指预定实施焊接的线，焊接线L的起始地点X1是指焊接线L上的开始进行焊接的地点。作为一例，焊接线L具有从起始地点X1起呈直线形延伸的形状。

此外，作为一例，使用光纤激光作为激光。

在开始实施沿焊接线L的焊接之前，首先在起始地点X1处形成初期熔池WP0。熔池是指母材中的由于激光的照射而熔融的部分，初期熔池WP0是指在起始地点X1处形成的熔池。下文对初期熔池WP0的形成方法进行详细叙述。

然后，从形成有初期熔池WP0的起始地点X1起沿着焊接线L以目标输出功率PT照射激光。具体而言，从起始地点X1起朝着焊接线L的未图示的结束地点向焊接线L上照射激光。

在起始地点X1的附近，使激光的照射位置以往返的方式在起始地点X1(下文称为“第1地点X1”)和不同于第1地点X1的第2地点X2这两个地点之间移动，并在反复移动的过程中，将激光的输出功率P从低于目标输出功率PT的初期输出功率P0阶段性地提高到上述目标输出功率PT，由此形成初期熔池WP0。具体而言，通过以下方法来形成初期熔池WP0。

首先，如图2A所示，对安装有激光的照射部的焊接头的位置进行设置以向第1地点X1照射激光。在该阶段尚未开始对母材照射激光。此外，图2A示出的图表示激光的输出功率P与时间的关系，图中的箭头示出在初期熔池WP0的形成方法中当前所处的阶段。以下的图2B～2E也以同样的方式进行图示。

接下来，如图2B所示，将激光的输出功率提高到初期输出功率P0，并开始对母材照射激光。此时，如图2B的照射光斑S所示，激光照射到第1地点X1。

然后，如图2C所示，保持激光的输出功率P为初期输出功率P0的状态，而将激光的照射位置从第1地点X1移动到第2地点X2。

第2地点X2是起始地点X1(第1地点X1)附近的地点，具体而言，第2地点X2是距离起始地点X1较近的地点，以在起始地点X1处形成具有所希望的大小的初期熔池WP0。在此所述的初期熔池WP0的大小包括初期熔池WP0在母材表面上的面积以及熔深这两者。此外，熔深是指在母材上形成的熔池的于激光照射方向上的距母材表面的深度。

此外，如图1B所示，第2地点X2不在焊接线L的延长线M上，而是处在偏离该延长线M的位置。即，穿过第1地点X1和第2地点X2的直线与焊接线L及其延长线M相交，换言之，与焊接线L在第1地点X1处的切线相交。作为一例，穿过第1地点X1和第2地点X2的直线与焊接线L及其延长线M正交。

接下来，如图2D所示，保持激光的照射位置为第2地点X2的状态，而将激光的输出功率P相对于初期输出功率P0提高规定的输出幅值ΔP。

然后，如图2E所示，保持激光的输出功率P为初期输出功率P0+ΔP的状态，将激光的照射位置从第2地点X2移动到第1地点X1。

并且，反复进行上述第1地点X1和第2地点X2这两个地点之间的移动、以及将激光的输出功率P提高输出幅值ΔP，直到输出功率P达到上述目标输出功率PT为止。当输出功率P达到上述目标输出功率PT时，在起始地点X1(第1地点X1)形成有所希望的初期熔池WP0，并且能够从形成有初期熔池WP0的起始地点X1起开始实施沿焊接线L的焊接。

上述初期输出功率P0、第1地点X1和第2地点X2的移动距离ΔX、以及第1地点X1和第2地点X2之间的移动次数n可以根据上述目标输出功率PT、欲形成的初期熔池WP0的大小、从照射开始起直至达到目标输出功率PT为止的目标到达时间T、母材的材质及厚度、以及激光的种类等进行调整。

下文对初期输出功率P0、移动距离ΔX、以及移动次数n的设定方法的一个示例进行说明。

首先，将在目标到达时间T达到的所希望的初期熔池WP0的熔深以及所希望的目标输出功率PT设置为粗略的目标。

然后，设定移动距离ΔX。在此，若移动距离ΔX过大，则在目标到达时间T内难以获得所希望的熔深。

作为一例，优选移动距离ΔX小于或等于激光的光束直径。此外，光束直径是指在母材上的激光光束的直径。如图1B所示，若移动距离ΔX小于或等于光束直径，则第1地点X1处的激光的照射光斑S1与第2地点X2处的激光的照射光斑S2会有部分重合，从而易于确保所希望的熔深。作为移动距离ΔX的基准，例如相对于数μm以上且数十mm以下的光束直径约为数百nm以上且数mm以下。

移动次数n无特别限定，例如，可以将第1地点X1和第2地点X2之间的移动速度VX设定成与焊接速度为等同的程度，也就是设定成与沿着焊接线L实施焊接时的激光的移动速度VL为等同的程度。即，若设定了上述移动速度VX，则可以通过用移动速度VX和目标到达时间T的乘积除以移动距离ΔX而自然地推导出移动次数n。作为移动次数的基准，例如约为数十次以上且数千次以下。

初期输出功率P0为小于目标输出功率PT的值，可适当加以设定。不过，若初期输出功率P0过大，则可能产生焊接飞溅。此外，若初期输出功率P0过小，则难以在目标到达时间T内获得所希望的熔深。作为初期输出功率P0，优选设定为不产生焊接飞溅的输出功率，具体而言，优选设定为在实施上述初期熔池WP0的形成方法时不产生焊接飞溅的输出功率。

可以通过以下方式获取初期输出功率P0的适当值，即：按照上述设定的目标到达时间T、移动距离ΔX、移动次数n等条件，实地执行上述初期熔池WP0的形成方法，并且确认是否能够获得所希望的熔深、以及是否会产生焊接飞溅。

例如，在以一定的范围设定了目标到达时间T的情况下，将在上述设定条件下对初期输出功率P0的值进行各种变更时的试验结果示于图3。此外，在本试验中，通过观察熔池是否贯穿到母材背面来判断是否达到所希望的熔深。如图3所示，在初期输出功率P0比较高的区域A中产生了焊接飞溅。另外，在初期输出功率P0比较低而目标到达时间T比较短的区域B中未产生贯穿。另一方面，在初期输出功率P0比较低且目标到达时间T比较长的区域C中，未产生焊接飞溅而产生了贯穿。出于安全的角度，可以从上述区域C的适当值中将相对较低的值设定为初期输出功率P0。

可以按照以上记载的方式来设定初期输出功率P0、移动距离ΔX、以及移动次数n。此外，若设定了移动次数n以及初期输出功率P0，则用从目标输出功率PT中减去初期输出功率P0而得到的差值除以移动次数n，由此自然地推导出上述输出幅值ΔP。

[2.效果]

根据以上详述的实施方式可以获得以下效果。

(2a)在上述实施方式中，在开始实施沿着焊接线L的焊接之前，在焊接线L的起始地点X1(第1地点X1)的附近，使激光的照射位置至少在第1地点X1和不同于第1地点X1的第2地点X2之间进行反复移动，并在反复移动的过程中提高激光的输出功率。根据上述构成，与在起始地点X1不移动激光的照射位置而迅速提高激光的输出功率的情况相比，能够抑制起始地点X1处的热集中，从而能够抑制熔融部分的温度急剧上升。因此，可抑制熔融物的急剧汽化，并抑制焊接飞溅的产生。此外，与为了抑制焊接飞溅的产生而在起始地点X1不移动激光的照射位置而缓慢提高激光的输出功率的情况相比，能够在短时间内提高输出功率。

(2b)在上述实施方式中，第2地点X2处的激光的照射光斑S2与第1地点X1处的激光的照射光斑S1至少有部分重合。根据上述构成，易于确保所希望的熔深。

(2c)在上述实施方式中，穿过第1地点X1和第2地点X2的直线与焊接线L及其延长线M相交。换言之，穿过第1地点X1和第2地点X2的直线与焊接线L在第1地点X1处的切线相交。根据上述构成，与第2地点X2在焊接线L的延长线M上的情况也就是穿过第1地点X1和第2地点X2的直线与焊接线L在第1地点X1处的切线不相交的情况相比，初期熔池WP0形成在靠近焊接线L处。因此，熔融物易于从初期熔池WP0流向焊接线L，从而可提高焊接品质。特别是在上述实施方式中，由于穿过第1地点X1和第2地点X2的直线与焊接线L及其延长线M正交，因此，熔融物更易于从初期熔池WP0流向焊接线L。

(2d)在上述实施方式中，激光为光纤激光。光纤激光与用于焊接的其他激光、例如YAG激光等相比，集光性优异，并且对焊接点施加的能量密度较高。因此，使用光纤激光作为激光的焊接具有比其他的激光焊接易于产生焊接飞溅的倾向。上述实施方式的利用激光焊接制造部件的制造方法可抑制焊接飞溅的产生，因此该方法对于使用光纤激光作为激光的焊接尤其有效。

[3.其他实施方式]

本公开不限于上述实施方式，可以以各种方式加以实施。

(3a)在上述实施方式中，阶段性地提高了激光的输出功率，不过输出功率的提高方法不限于此。例如图4A所示，可以直线式地提高输出功率。此外，在上述实施方式中，以固定的输出幅值来提高激光的输出功率，不过输出幅值也可以不同。例如图4B所示，可以将提高激光的输出功率的工序分为两个阶段，并使后半阶段的输出幅值大于前半阶段的输出幅值。

(3b)在上述实施方式中，以往返的方式使激光的照射位置在第1地点X1和第2地点X2这两个地点之间移动，不过激光的照射位置的移动方法不限于此。例如图5A所示，可以使激光在三个地点之间移动，或者如图5B所示，可以使激光在四个地点之间移动。此外，如图5C所示，可以使激光以从焊接线L的起始地点即第1地点X1起描画弧线并通过第2地点X2然后再返回第1地点X1的方式而进行移动。在图5C所示的情况下，由于激光平滑地移动，因此与图5A以及图5B所示的情况相比，不易产生从初期熔池WP0飞溅熔融物的情况。此外，如图5A～5C所示的上述情况下的第2地点X2是指激光的照射位置所经由的路径中距第1地点X1最远的点。

(3c)在上述实施方式中，第2地点X2处在使得穿过第1地点X1和第2地点X2的直线与焊接线L及其延长线M正交的位置处，不过第2地点X2的位置不限于此。例如，第2地点X2可以在焊接线L的延长线M上，第2地点X2也可以处在使得穿过第1地点X1和第2地点X2的直线与焊接线L及其延长线M以任意的角度相交的位置处。

(3d)在上述实施方式中，焊接线L呈直线状，不过焊接线L的形状不限于此。例如，焊接线L可以呈曲线状。此外，在上述实施方式中，由于焊接线L呈直线状，因此焊接线L在第1地点X1处的切线与焊接线L及其延长线M是相同的意思。

(3e)沿着焊接线L照射的激光的输出功率在焊接线L上不必为固定的输出功率，可以在焊接线L上以改变激光的输出功率的方式照射激光。即，上述目标输出功率PT是焊接开始时的激光的目标输出功率。

(3f)在上述实施方式中，从第1地点X1开始移动激光的照射位置以形成初期熔池WP0，不过激光照射位置的开始移动位置不限于此。例如，可以从上述第2地点X2开始移动激光的照射位置。

(3g)在上述实施方式中，第1地点X1和第2地点X2之间的移动速度VX与焊接速度VL为等同的程度，不过两者可以不同。

(3h)在上述实施方式中，激光为光纤激光，不过激光的种类不限于此。例如，激光可以是CO2激光、YAG激光、半导体激光、激光二极管抽运固体激光(包括盘式激光)等。

(3i)在上述实施方式中，母材是不锈钢，不过母材的材质不限于此。例如，母材的材质除了上述不锈钢以外，还可以是镀铝钢、镀铜钢、钢铁、铝、铝合金、铜、铜合金等。

(3j)在上述实施方式中，通过对彼此叠置的母材的表面实施穿透焊接而形成了所谓的搭接接头，不过利用激光焊接形成的结构不限于此。例如，利用激光焊接形成的结构可以是对接接头、角接接头、端接接头、通过穿透焊接形成的T形接头、通过角焊接形成的T形接头、通过角焊接形成的搭接接头等。此外，在上述实施方式中，对母材垂直地照射激光而实施了焊接，不过照射激光的角度等不限于此。上述实施方式的方法可以适用于各种焊接方法。

(3k)上述实施方式中制造了汽车构件4。所制造的汽车构件4例如可以是仪表板加强件等。此外，所制造的部件不限于汽车构件4，例如也可以是家电部件等。

(3l)可由多个构成元素分担上述实施方式中的一个构成元素所具有的功能，或可将多个构成元素所具有的功能统合于一个构成元素。并且，可省略上述实施方式的构成的一部分。此外，可以将上述实施方式的构成的至少一部分添加到上述其他实施方式的构成中，或将上述实施方式的构成的至少一部分与上述其他实施方式的构成进行置换等。

Claims (8)

1.一种部件的制造方法，其利用沿着焊接线照射激光而实施焊接的激光焊接，来制造使多个母材彼此熔接而形成的部件，所述部件的制造方法的特征在于，进一步包括：

在开始实施沿着所述焊接线的焊接之前，在所述焊接线的起始地点的附近，使所述激光的照射位置至少在第1地点和第2地点之间反复移动，并在反复移动的过程中使所述激光的输出功率从开始照射时的初期功率逐渐提高，其中，所述第1地点是所述起始地点，所述第2地点是与所述第1地点不同的地点。

2.根据权利要求1所述的部件的制造方法，其特征在于，包括：

在开始实施沿着所述焊接线的焊接之前，在所述起始地点的附近，使所述激光的照射位置至少在所述第1地点和所述第2地点之间反复移动，并在反复移动的过程中使所述激光的输出功率从开始照射时的初期功率逐渐提高，由此，在所述起始地点形成初期熔池；以及

从形成有所述初期熔池的所述起始地点起沿着所述焊接线照射所述激光。

3.根据权利要求1或2所述的部件的制造方法，其特征在于，包括：

在开始实施沿着所述焊接线的焊接之前，在所述起始地点的附近，使所述激光的照射位置至少在所述第1地点和所述第2地点之间反复移动，并在反复移动的过程中将所述激光的输出功率从开始照射时的初期功率逐渐提高到沿着所述焊接线的焊接的目标输出功率。

4.根据权利要求1或2所述的部件的制造方法，其特征在于，

所述第2地点处的所述激光的照射光斑与所述第1地点处的所述激光的照射光斑至少有部分重合。

5.根据权利要求1或2所述的部件的制造方法，其特征在于，

以往返的方式使所述激光的照射位置在所述第1地点和所述第2地点这两个地点之间进行移动。

6.根据权利要求1或2所述的部件的制造方法，其特征在于，

穿过所述第1地点和所述第2地点的直线与所述焊接线在所述第1地点处的切线相交。

7.根据权利要求1或2所述的部件的制造方法，其特征在于，

穿过所述第1地点和所述第2地点的直线与所述焊接线在所述第1地点处的切线正交。

8.根据权利要求1或2所述的部件的制造方法，其特征在于，

所述激光为光纤激光。

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