CN113084344A - 激光焊接方法 - Google Patents

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CN113084344A CN202110415757.7A CN202110415757A CN113084344A CN 113084344 A CN113084344 A CN 113084344A CN 202110415757 A CN202110415757 A CN 202110415757A CN 113084344 A CN113084344 A CN 113084344A
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laser
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藤原润司
川本笃宽
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Abstract

本公开的激光焊接方法具有第1工序和第2工序。在第1工序中，配置第1加工物(11a)的第1端部，以使第1加工物(11a)的第1端部重叠在第2加工物(11b)的第2端部上来形成角接接头。第2工序中，对形成角接接头的第1端部从上方照射激光光束(10)。进而在第1工序中，进行配置，以使第1端部相对于第2加工物(11b)突出。

Description

激光焊接方法
本申请是申请日为2015年4月8日、申请号为201580019475.8、发明名称为“激光焊接方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本公开涉及以角接接头或端接接头这样的接头形状来焊接2个加工物的激光焊接方法，特别涉及2个加工物之间存在间隙的情况下的激光焊接方法。
背景技术
角接接头或端接接头这样的使2个加工物的端面彼此紧邻的焊接接头一般通过熔化电极式的电弧焊接加工，不面向激光焊接。其理由在于，在激光焊接中不提供用于填埋2个加工物之间的间隙的熔融金属。另外，在提供填充焊丝的激光焊接中虽然能提供填埋间隙的熔融金属，但需要填充焊丝以及用于提供填充焊丝的设备，另外需要控制填充焊丝的提供位置和提供量。与此相对，在专利文献1中记载了不使用填充焊丝来焊接端接接头的激光焊接方法。
图11是表示现有的激光焊接方法的侧视图，(a)是激光焊接前的加工物的侧视图，(b)是激光焊接后的加工物的侧视图。如图11(a)所示那样，在形成镀层101a的基板101上配置形成了镀层102a的盖板102。这时配置为盖板102的凸缘102b的端部从基板101的端部突出。然后，通过在凸缘102b的突出的部分进行激光焊接，来如图11的(b)所示那样将基板101和盖板102激光焊接。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开昭54-050450号公报
发明内容
但现有的激光焊接方法在将2个加工物重叠的端接接头中，从正侧方对上方的盖板102的端部和下方的基板101的端部照射激光光束。然后，使上方的盖板102的突出的端部熔融，熔融金属因重力而垂下，从而与下方的基板101接合。为此，熔融金属不能充分流入基板101与盖板102之间的间隙，接合变得不充分。
本公开提供一种熔融金属充分地流入形成角接接头或端接接头这样的接头形状的2个加工物的间隙从而能提高接合强度的激光焊接方法。
为了解决上述课题，本公开的激光焊接方法具有第1工序和第2工序。在第1工序中，配置第1加工物的第1端部，以使第1加工物的第1端部重叠在第2加工物的第2端部上来形成角接接头。在第2工序中，对形成角接接头的第1端部从上方照射激光光束。进而在第1工序中，进行配置以使第1端部相对于第2加工物突出。
另外，本公开的另外激光焊接方法具有第1工序和第2工序。在第1工序中，配置第1加工物的第1边缘，以使将第1加工物的第1边缘并排在第2加工物的第2边缘的旁边来形成端接接头。在第2工序中，对形成端接接头的第1边缘从上方照射激光光束。进而在第1工序中，进行配置以使第1边缘的端部向第2边缘的上方突出。
如以上那样，根据本公开的激光焊接方法，熔融金属充分流入到形成角接接头或端接接头这样的接头形状的2个加工物的间隙，从而能提高接合强度。
附图说明
图1是表示实施方式1中的激光焊接装置的概略构成的图。
图2是表示实施方式1的激光焊接方法的侧视图，(a)是激光焊接前的加工物的侧视图，(b)是激光焊接后的加工物的侧视图。
图3是表示实施方式1的变形例1的激光焊接方法的侧视图，(a)是激光焊接前的加工物的侧视图，(b)是激光焊接后的加工物的侧视图。
图4是表示实施方式1的变形例2的激光焊接方法的侧视图，(a)是激光焊接前的加工物的侧视图，(b)是激光焊接后的加工物的侧视图。
图5是表示实施方式1的激光焊接方法中的相对于间隙的突出长度的适用范围的图。
图6是表示实施方式1的激光焊接方法中的相对于间隙的突出长度的适用范围的图。
图7是表示实施方式2的激光焊接方法的侧视图，(a)是激光焊接前的加工物的侧视图，(b)是激光焊接后的加工物的侧视图。
图8是表示实施方式2的变形例的激光焊接方法的侧视图，(a)是激光焊接前的加工物的侧视图，(b)是激光焊接后的加工物的侧视图。
图9是本公开中表示使激光光束10摆动的激光焊接方法的侧视图，(a)是激光焊接前的加工物的侧视图，(b)是激光焊接后的加工物的侧视图。
图10是本公开中表示使激光光束10散焦的激光焊接方法的侧视图，(a)是激光焊接前的加工物的侧视图，(b)是激光焊接后的加工物的侧视图。
图11是表示现有的激光焊接方法的侧视图，(a)是激光焊接前的加工物的侧视图，(b)是激光焊接后的加工物的侧视图。
标号的说明
1 激光焊接装置
2 激光振荡器
3 机器人
4 机器人控制器
5 激光照射头
6 传输光纤
7 焊接条件设定部
8 机器人控制部
9 激光输出控制部
10 激光光束
11、11a～11d 加工物
101 基板
101a 镀层
102 盖板
102a 镀层
102b 凸缘
具体实施方式
(实施方式1)
使用图1～图6来说明本公开的实施方式1。图1是表示本实施方式中的激光焊接装置1的概略构成的图。图2是表示本实施方式的激光焊接方法的侧视图，(a)是激光焊接前的加工物11的侧视图，(b)是激光焊接后的加工物11的侧视图。图3是表示本实施方式的变形例1的激光焊接方法的侧视图，(a)是激光焊接前的加工物11的侧视图，(b)是激光焊接后的加工物11的侧视图。图4是表示本实施方式的变形例2的激光焊接方法的侧视图，(a)是激光焊接前的加工物11的侧视图，(b)是激光焊接后的加工物11的侧视图。图5以及图6是表示本实施方式的激光焊接方法中的相对于间隙的突出长度的适用范围的图。
如图1所示那样，激光焊接装置1具有激光振荡器2、机器人3、机器人控制器4、激光照射头5和传输光纤6。进而，机器人控制器4具有焊接条件设定部7、机器人控制部8和激光输出控制部9。机器人控制器4控制激光振荡器2的激光振荡、机器人3的动作和激光照射头5的动作等。
激光振荡器2使输出的激光光束入射到传输光纤6。传输光纤6将入射的激光光束引导到激光照射头5。激光照射头5将由传输光纤6引导的激光光束10照射到加工物11。另外，在本实施方式中，将进行接合的加工物11a以及加工物11b汇总来作为加工物11。
对激光照射头5传输依赖于激光振荡器2以及传输光纤6的束径的激光光束10。激光照射头5安装在机器人3的前端，通过机器人3的动作而移动。作为激光照射头5，例如有使用电流镜的激光照射头。
机器人控制器4具有焊接条件设定部7、机器人控制部8和激光输出控制部9。焊接条件设定部7设定激光焊接的条件，进行向其他构成要素的指令。机器人控制部8按照来自焊接条件设定部7的指令，基于在焊接条件设定部7设定的激光焊接的条件、预先示教的动作程序等来控制机器人3和激光照射头5的动作。激光输出控制部9基于在焊接条件设定部7设定的激光焊接的条件来控制激光振荡器2的激光输出。
激光焊接装置1将通过位于激光照射头5的内部的聚光透镜(未图示)而聚光的激光光束10照射到加工物11a以及加工物11b的接头部分，来进行激光焊接。在本实施方式中，加工物11a和加工物11b是相同材料，例如是镀锌钢板。
接下来使用图2～图5来说明本实施方式中的激光焊接方法。在本实施方式中，加工物11的接头形状是角接接头。
如图2(a)所示那样，首先配置加工物11a(第1加工物)的端部(第1端部)，以使加工物11a(第1加工物)的端部(第1端部)重叠在加工物11b(第2加工物)的端部(第2端部)上而形成角接接头。这时配置为加工物11a的端部相对于加工物11b突出。具体地，配置为加工物11a的端部位于加工物11b的上表面的延长线的更上方。将这时的从加工物11b的上表面的延长线到加工物11a的端的长度设为突出长度。另外，将加工物11a的端部当中比加工物11b的上表面的延长线突出的部分的体积设为突出体积。
接下来，对加工物11a的端部从上方用激光照射头5照射激光光束10，来熔融加工物11a的端部，如图2(b)所示那样，将加工物11a和加工物11b以角接接头接合。另外，加工物11b的端部也因激光光束10以及熔融的加工物11a的热而熔融。若将从角接接头起加工物11a所延伸的方向设为基准方向(0度)，则加工物11b向从基准方向顺时针转动了90度的方向延伸。另外，激光光束10从基准方向顺时针转动了225度的方向(逆时针转动135度的方向)向加工物11a照射。
进一步具体地说明熔融的机制。通过对加工物11a的端部照射激光光束10而加工物11a的端部熔融，该熔融金属因自重而垂下，将加工物11a与加工物11b之间的间隙填充。由此，在加工物11a与加工物11b之间有间隙的情况下，也不会在角接接头的焊接部位开孔，能进行基于合适的激光焊接的接合。另外，使加工物11a的端从加工物11b的上表面的延长线突出的突出体积优选是能填埋加工物11a与加工物11b之间的间隙的体积。即，使加工物11a的端从加工物11b的上表面的延长线突出的突出体积优选大于间隙的体积。但由于位于加工物11b的上表面的延长线之下的加工物11a的一部分熔融，因此未必突出体积大于间隙的体积。
另外，如图2(a)以及(b)所示那样，在本实施方式中，激光光束10的照射方向是铅垂方向向下，加工物11a配置为从角接接头向右下约45度的方向延伸，加工物11b配置为从角接接头向左下约45度的方向延伸。即，加工物11a和加工物11b左右对称地配置。但并不限于此，也可以稍微顺时针倾斜，以使得加工物11a的突出部位于间隙的铅垂方向上侧。即，可以进行配置，以使得加工物11a从角接接头向比右下约45度的方向更进一步朝向铅垂方向向下的方向延伸，加工物11b从角接接头向比左下约45度的方向更进一步向左的方向延伸。由此，加工物11a的突出部更加位于间隙的正上方，熔融金属变得易于向间隙流入。此外，也可以反过来，稍微逆时针倾斜，以使得加工物11a的突出部位于间隙的左侧上方。即，可以进行配置，使得加工物11a从角接接头向比右下约45度的方向更进一步向右的方向延伸，加工物11b从角接接头向比左下约45度的方向更进一步朝向铅垂方向向下的方向延伸。由此，即使间隙较大，加工物11a的突出部的熔融金属也能可靠地与加工物11b接触。
(变形例1)
图3(a)表示使图2(a)所示的加工物11a的端部朝向上方、即与激光光束10的照射方向的铅垂方向向下相反的铅垂方向向上折弯的激光焊接前的状态。如此地，加工物11a的突出部更加位于间隙的正上方，熔融金属变得易于向间隙流入。如图3(b)所示那样，与图2(b)的情况同样，对突出的加工物11a的端部照射激光光束10而使其熔融，熔融金属因自重而垂下，将加工物11a与加工物11b之间的间隙填充。由此，在加工物11a与加工物11b之间有间隙的情况下，也不会在角接接头的焊接部位开孔，能进行基于合适的激光焊接的接合。
(变形例2)
图4(a)表示使图2(a)所示的加工物11a的端部向左侧、即加工物11b一方折弯的激光焊接前的状态。如此，即使间隙较大，加工物11a的突出部的熔融金属也能可靠地与加工物11b接触。如图4(b)所示那样，与图2(b)的情况同样，对突出的加工物11a的端部照射激光光束10而使其熔融，熔融金属因自重而垂下，将加工物11a与加工物11b之间的间隙填充。由此，在加工物11a与加工物11b之间有间隙的情况下，也不会在角接接头的焊接部位开孔，能进行基于合适的激光焊接的接合。
(激光焊接方法的结果的验证)
另外，为了进行上述那样良好的焊接，需要适合的焊接条件。以下说明其一例。
图5和图6表示在图2(a)以及(b)所示的激光焊接中，相对于加工物11a与加工物11b之间的间隙的从加工物11b的上表面的延长线突出的加工物11a的端的突出长度的适用范围。图5是加工物11a以及加工物11b的板厚t均为0.8mm的情况。图6是加工物11a以及加工物11b的板厚t均为1.2mm的情况。
在图5以及图6中，横轴是加工物11a与加工物11b之间的间隙的长度，纵轴是从加工物11b的上表面的延长线突出的加工物11a的端的突出长度。另外，将各条件下的激光焊接的结果用圆圈(○)、黑三角(▲)、白三角(Δ)和叉(×)的印记来示出。另外，圆圈(○)表示焊道良好，黑三角(▲)表示是凸焊道，白三角(Δ)表示部分形成穿孔，叉(×)表示整体形成穿孔。
如图5所示那样，在突出长度为0.3mm到0.4mm时，间隙为0mm到0.4mm，能得到良好的结果(○)。另外，在突出长度为0.1mm到0.2mm时，由于用于填埋间隙的熔融金属量不足，因此若间隙变大，就会发生部分穿孔(Δ)或穿孔(×)。另外，在突出长度为0.5mm到0.7mm时，若间隙较小，则熔融金属量过多而成为凸焊道(▲)，焊道外观变差，若间隙变大，则会发生部分穿孔(Δ)或穿孔(×)。
如图6所示那样，在突出长度为0.4mm到0.6mm时，间隙为0mm到0.5mm，能得到良好的结果(○)。另外，在突出长度为0.1mm到0.3mm时，由于用于填埋间隙的熔融金属量不足，因此发生部分穿孔(Δ)或穿孔(×)。在突出长度为0.7mm以上时，若间隙较小，则熔融金属量过多而成为凸焊道(▲)，焊道外观变差，若间隙变大，则会发生部分穿孔(Δ)。
从图5以及图6可知，通过将突出长度设为突出的加工物(本实施方式中为加工物11a)的板厚的1/3～1/2，从而能应对大范围的间隙。
(实施方式2)
接下来，使用图7以及图8来说明实施方式2中的激光焊接方法。图7是表示本实施方式的激光焊接方法的侧视图，(a)是激光焊接前的加工物11的侧视图，(b)是激光焊接后的加工物11的侧视图。图8是表示本实施方式的变形例的激光焊接方法的侧视图，(a)是激光焊接前的加工物11的侧视图，(b)是激光焊接后的加工物11的侧视图。另外，在本实施方式中也使用图1所示的实施方式1所用的激光焊接装置1。另外，在本实施方式中，加工物11的接头形状是端接接头。
如图7(a)所示那样，首先对加工物11c(第1加工物)的边缘(第1边缘)进行配置，以使将加工物11c(第1加工物)的边缘(第1边缘)与加工物11d(第2加工物)的边缘(第2边缘)并排来形成端接接头。加工物11c的边缘的端部朝向加工物11d以约45度折弯。并且加工物11c的边缘的端部配置为向加工物11d的边缘的上方突出。具体地，加工物11c的边缘的端部配置得位于比加工物11d的边缘的侧面的延长线进一步靠加工物11d侧的位置。将这时的从加工物11d的边缘的侧面的延长线到加工物11c的边缘的端的长度设为突出长度。另外，将加工物11c的边缘的端部当中比加工物11d的侧面的延长线更突出的部分的体积设为突出体积。
接下来对加工物11c的边缘的端部从上方用激光照射头5照射激光光束10，来熔融加工物11c的边缘的端部，如图7(b)所示那样，使加工物11c和加工物11d以端接接头来接合。另外，加工物11d的边缘也因激光光束10以及熔融了的加工物11c的边缘的端部的热而熔融。
与实施方式1同样，通过对加工物11c的边缘的端部照射激光光束10，从而加工物11c的边缘的端部熔融，该熔融金属因自重而垂下，对加工物11c填充边缘与加工物11d的边缘之间的间隙。由此，在加工物11c的边缘与加工物11d的边缘之间有间隙的情况下，也不会在端接接头的焊接部位开孔，能进行基于合适的激光焊接的接合。另外，优选使加工物11c的边缘的端从加工物11d的边缘的侧面的延长线突出的突出体积是能填埋加工物11c的边缘与加工物11d的边缘之间的间隙且能得到合适的强度的体积。即，优选使加工物11c的边缘的端从加工物11d的边缘的侧面的延长线突出的突出体积大于要填埋的间隙的体积。但由于位于加工物11d的边缘的侧面的延长线的右方的加工物11c的边缘的一部分被熔融，因此未必突出体积非要大于要填埋的间隙的体积。
在图7(a)以及(b)所示的激光焊接中，加工物11c和加工物11d载置在与朝向铅垂方向向下的激光光束10的照射方向垂直的面(水平面)。但并不限于此，加工物11c以及加工物11d也可以左右的某一者倾斜。即，也可以向使加工物11d上升那样的右下倾斜。由此，加工物11c的突出部更加位于间隙的正上方，熔融金属易于向间隙流入。或者也可以反过来，向使加工物11d下降那样的左下倾斜。由此，即使间隙较大，加工物11c的边缘的突出部的熔融金属也能可靠地与加工物11d的边缘接触。
另外，加工物11c的边缘的端部的折弯角度并不限于45度，只要是熔融金属能因自重而垂下的30度以上即可，折弯角度的上限设为90度即可。
(变形例)
图8(a)表示使图7(a)所示的加工物11c的边缘的端部向加工物11d的边缘一侧折弯90度的激光焊接前的状态。如此，即使间隙较大，加工物11c的边缘的突出部的熔融金属也能可靠地与加工物11d的边缘接触。如图8(b)所示那样，与图7的(b)的情况同样，对突出的加工物11c的边缘的端部照射激光光束10而使其熔融，熔融金属因自重而垂下，填充加工物11c的边缘与加工物11d的边缘之间的间隙。由此，在加工物11c的边缘与加工物11d的边缘之间有间隙的情况下，也不会在端接接头的焊接部位开孔，能进行基于合适的激光焊接的接合。
另外，在上述中，将加工物11c的边缘的端部的折弯角度设为30度以上90度以下，但变形例的90度能最稳定地进行合适的激光焊接。
另外，使加工物11c的边缘的端从加工物11d的边缘的侧面的延长线突出的突出长度适合是将加工物11c的边缘与加工物11d的边缘之间的间隙的长度和加工物11d的边缘的厚度加起来的长度。
通过将加工物11c的边缘的端部做出折弯的形状，能应对加工物11c的边缘与加工物11d的边缘之间的间隙，间隙越大则效果越高。
进而，使用图9以及图10来说明对实施方式1以及实施方式2这两方扩大激光光束10的照射范围的激光焊接方法。图9是本公开中表示使激光光束10摆动的激光焊接方法的侧视图，(a)是激光焊接前的加工物11的侧视图，(b)是激光焊接后的加工物11的侧视图。图10是本公开中表示使激光光束10散焦的激光焊接方法的侧视图，(a)是激光焊接前的加工物11的侧视图，(b)是激光焊接后的加工物11的侧视图。
例如在实施方式1所示的角接接头中加工物11的板厚较厚的情况下，或在需要间隙、位置偏离等的焊接裕度的情况下，可以如图9的(a)以及(b)所示那样，一边使激光光束10摆动一边进行激光焊接。或者也可以如图10(a)以及(b)所示那样，使激光光束10散焦，扩大激光光束的束径来进行激光焊接。进而，也可以并用摆动和散焦来进行激光焊接。如此，通过扩大激光光束10的照射范围来在大范围熔融加工物11，从而在加工物11的板厚较厚的情况下，或者在需要间隙、位置偏离等的焊接裕度等情况下，也能进行焊道外观良好的激光焊接。
另外，关于实施方式2所示的端接接头，与实施方式1所示的角接接头的情况同样，也能通过使激光光束10摆动或散焦、或者并用摆动和散焦来扩大激光光束10的束径，从而进行焊道外观良好的激光焊接。
产业上的利用可能性
如以上那样，根据本公开的激光焊接方法，熔融金属充分流入形成角接接头或端接接头这样的接头形状的2个加工物的间隙，从而能提高接合强度，在产业上有用。

Claims (7)

1.一种激光焊接方法，包括：
第1工序，进行配置，以使第1加工物和第2加工物呈左右对称地配置为“ハ”字状，将所述第1加工物的第1端部重叠在所述第2加工物的第2端部上来形成角接接头；和
第2工序，对形成所述角接接头的所述第1端部从铅垂方向的上方照射激光光束来熔融所述第1加工物的第1端部，使所述第2加工物的所述第2端部也因激光光束以及熔融的第1加工物的热而被熔融，从而将所述第1加工物和所述第2加工物接合，
在所述第1工序中，进行配置以使所述第1端部相对于所述第2加工物突出。
2.根据权利要求1所述的激光焊接方法，其中，
在所述角接接头中的所述第1加工物与所述第2加工物之间形成间隙，
所述第1端部相对于所述第2加工物突出的体积大于所述间隙的体积。
3.根据权利要求1或2所述的激光焊接方法，其中，
所述第1端部是相对于所述第1加工物在上方朝向与激光光束的照射方向相反的铅垂方向向上地弯曲的形状。
4.根据权利要求1或2所述的激光焊接方法，其中，
所述第1加工物的所述第1端部相对于所述第2加工物突出的距离是所述第1加工物的板厚的1/3以上且1/2以下。
5.根据权利要求1或2所述的激光焊接方法，其中，
所述第1加工物和所述第2加工物在所述角接接头的铅垂方向的下方呈90度的角度地配置在左右对称的方向上。
6.根据权利要求1或2所述的激光焊接方法，其中，
在所述第2工序中，使所述激光光束摆动。
7.根据权利要求1或2所述的激光焊接方法，其中，
在所述第2工序中，使所述激光光束散焦。
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