CN115835933A - 激光加工方法 - Google Patents

激光加工方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115835933A
CN115835933A CN202080102754.1A CN202080102754A CN115835933A CN 115835933 A CN115835933 A CN 115835933A CN 202080102754 A CN202080102754 A CN 202080102754A CN 115835933 A CN115835933 A CN 115835933A
Authority
CN
China
Prior art keywords
spot
laser
processing
ratio
workpiece
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202080102754.1A
Other languages
English (en)
Inventor
八木崇弘
加贺慎一
渡部裕二郎
奥田刚久
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Primetals Technologies Japan Ltd
Original Assignee
Primetals Technologies Japan Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Primetals Technologies Japan Ltd filed Critical Primetals Technologies Japan Ltd
Publication of CN115835933A publication Critical patent/CN115835933A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/0604—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/067—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing
    • B23K26/0676—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing into dependently operating sub-beams, e.g. an array of spots with fixed spatial relationship or for performing simultaneously identical operations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding
    • B23K26/22—Spot welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0626—Energy control of the laser beam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/067—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

激光加工方法包括如下步骤：以使排列成直线状的第一光斑、第二光斑及第三光斑依次通过被加工件的加工对象部的方式，使被加工件相对于包括所述第一光斑、所述第二光斑及所述第三光斑的多个激光光斑相对地移动，从而对所述被加工件进行加工，相对于所述第一光斑、所述第二光斑及所述第三光斑处的激光的能量的总量，所述第一光斑处的能量的比率为20％以上且30％以下，所述第二光斑处的能量的比率为20％以上且30％以下，所述第三光斑处的能量的比率为45％以上且55％以下。

Description

激光加工方法
技术领域
本公开涉及一种激光加工方法。
背景技术
已知使用将激光聚光而形成的激光光斑对金属等被加工件进行加工。
在专利文献1中公开了：由来自一根光纤的激光形成三个聚光光斑，使用这三个聚光光斑进行金属材料(被加工件)的焊接。另外，在专利文献1中记载了如下内容：在金属材料的焊接中，为了抑制由激光光斑引起的急剧加热、由冷却引起的缺陷的产生，由三个聚光光斑中的最前的聚光光斑进行预热，由下一个聚光光斑进行主加工，由最后的聚光光斑进行缓冷。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-271773号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，在炼铁生产线等中使用的激光焊接装置等激光加工装置中，谋求在维持加工品质的同时提高加工速度。但是，在利用激光光斑进行的加工中，难以在维持加工品质的同时提高加工速度。例如，若为了提高加工速度而使激光光斑处的能量密度上升，则在被加工件上形成细小而深的键孔(key hole)。在此情况下，在被加工件中，键孔与固液界面的距离变窄，容易从狭窄的熔池急剧地喷出金属蒸气，因此被认为容易发生熔融金属的飞散(溅射)(即加工品质降低)。
鉴于上述情况，本发明的至少一实施方式的目的在于，提供能够在抑制加工品质降低的同时提高加工速度的激光加工方法。
用于解决课题的方案
本发明的至少一实施方式的激光加工方法包括如下步骤：
以使排列成直线状的第一光斑、第二光斑及第三光斑依次通过被加工件的加工对象部的方式，使被加工件相对于包括所述第一光斑、所述第二光斑及所述第三光斑在内的多个激光光斑相对地移动，从而对所述被加工件进行加工，
相对于所述第一光斑、所述第二光斑及所述第三光斑处的激光的能量的总量，
所述第一光斑处的能量的比率为20％以上且30％以下，
所述第二光斑处的能量的比率为20％以上且30％以下，
所述第三光斑处的能量的比率为45％以上且55％以下。
发明效果
根据本发明的至少一实施方式，提供一种能够在抑制加工品质降低的同时提高加工速度的激光加工方法。
附图说明
图1是示出用于实施几个实施方式的激光加工方法的激光加工装置的一例的概要图。
图2是从激光的照射方向观察被加工件的加工对象部的示意图。
图3A是示出一实施方式的激光加工方法的实施过程中的被加工件的加工对象部的示意图。
图3B是示出一实施方式的激光加工方法的实施过程中的被加工件的加工对象部的示意图。
图4是示出用于实施几个实施方式的激光加工方法的激光加工装置的一例的概要图。
图5是示出用于实施几个实施方式的激光加工方法的激光加工装置的一例的概要图。
图6是示出用于实施几个实施方式的激光加工方法的激光加工装置的一例的概要图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的几个实施方式进行说明。其中，作为实施方式而记载的、或附图中所示的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等并不旨在将本发明的范围限定于此，而只不过是说明例。
(激光加工装置的结构)
首先，对用于实施几个激光加工方法的激光加工装置进行说明。图1及图4～6分别是示出用于实施几个实施方式的激光加工方法的激光加工装置的一例的概要图。如该图所示，一实施方式的激光加工装置1具备激光振荡器2、光纤4、激光照射部6、准直光学系统8、以及聚光光学系统10。激光照射部6、准直光学系统8、以及聚光光学系统10构成加工头，被收容于外壳(未图示)并被该外壳支承。
激光振荡器2例如也可以是利用光纤4作为介质的光纤激光振荡器。在光纤激光振荡器的情况下，能够得到1070nm～1080nm的波长的激光。由激光振荡器2生成的激光被向光纤4传递。需要说明的是，激光振荡器2不限定于光纤激光器。在几个实施方式中，激光振荡器2例如也可以是CO2激光振荡器或YAG激光振荡器等。
光纤4在一端侧与激光振荡器2连接，在另一端侧与激光照射部6连接。光纤4构成为从激光振荡器2向激光照射部6传递激光。
激光照射部6构成为将来自光纤4的激光朝向被加工件100照射。准直光学系统8构成为对从激光照射部6以具有扩散角的方式照射的激光进行准直、即形成该平行的激光。准直光学系统8可以包括准直透镜。聚光光学系统10构成为对通过了准直光学系统8的激光(平行的激光)进行聚光。聚光光学系统10可以包括聚光透镜。
激光加工装置1构成为，通过向被加工件100的加工对象部102照射由聚光光学系统10聚光而具有高能量密度的激光，对该被加工件100进行加工(例如焊接等)。在对被加工件100进行加工时，通过使被加工件100相对于激光加工头相对地移动来移动由来自激光加工头的激光照射形成的、被加工件100的加工位置(即，激光照射位置)，由此进行加工。被加工件100可以是合金等金属材料。
激光加工装置1构成为形成包括排列成直线状的第一光斑P1、第二光斑P2及第三光斑P3的多个激光光斑(由聚光光学系统10形成的激光的聚光光斑)。如图1及图4～图6所示，激光加工装置1可以构成为形成三个激光光斑P1～P3(参照图2)。需要说明的是，图2是从由激光照射部6照射激光的方向观察被加工件100的加工对象部102的示意图。
在图1、图4及图5所示的例示的实施方式中，激光加工装置1包括用于将从一个激光照射部6照射的激光分支为三束的激光分支部12。图1、图4及图5所示的激光分支部12设置在准直光学系统8与聚光光学系统10之间，构成为将来自准直光学系统8的平行的激光分支为三束，并向聚光光学系统10引导。
在图1所示的例示的实施方式中，激光分支部12包括在来自准直光学系统8的激光的截面内相互隔开间隔地设置的两个倾斜棱镜14A、14B。两个倾斜棱镜14A、14B在激光的截面内的位置能够调整。在此情况下，三个激光光斑P1～P3处的激光的能量的比率(能量的分配)由两个倾斜棱镜14A、14B向激光的截面内的插入量决定。另外，三个激光光斑P1～P3的光斑中心之间的距离由两个倾斜棱镜14A、14B的楔形角θ(参照图1)决定。需要说明的是，在图1中，倾斜棱镜14A、14B的楔形角θ是锐角，但倾斜棱镜14A、14B的楔形角θ也可以是钝角。
激光光斑P1～P3的直径(光斑直径)φ1～φ3由光纤4的芯径φfiber与光学系统的倍率M决定。在此，光学系统的倍率M是聚光光学系统10的焦距(Ff)与准直光学系统8的焦距(Fc)之比M＝Ff/Fc。即，上述的光斑直径能够通过变更光纤的芯径φfiber、聚光光学系统10的焦距(Ff)、准直光学系统8的焦距(Fc)或光学系统的倍率M来调节。
在图4所示的例示的实施方式中，激光分支部12包括设置在来自准直光学系统8的激光通过的区域内的一个多边棱镜15。多边棱镜15在激光的截面内的位置能够调整。在此情况下，三个激光光斑P1～P3的激光的能量的比率(能量的分配)由多边棱镜15在激光的截面内的位置决定。另外，三个激光光斑P1～P3的光斑中心之间的距离由多边棱镜15的楔形角决定。
在图5所示的例示的实施方式中，激光分支部12包括以反射来自准直光学系统8的激光的至少一部分的方式设置的反射镜16A～16D。需要说明的是，图5中的反射镜16C是反射激光的一部分而使激光的一部分透过的半反射镜。另外，聚光光学系统10包括用于分别对由反射镜16A～16D分支的三束激光进行聚光的三个聚光透镜。在此情况下，三个激光光斑P1～P3的激光的能量的比率(能量的分配)及三个激光光斑P1～P3的光斑中心之间的距离由反射镜16A～16D的设置位置及设置角度决定。
在图6所示的例示的实施方式中，由从三个激光照射部6照射的激光形成三个激光光斑P1～P3。即，图6所示的激光加工装置1包括三个激光振荡器2，从这些激光振荡器2振荡出的激光分别经由光纤4传递而从激光照射部6照射。从三个激光照射部6分别照射的三束激光分别通过准直光学系统8(准直透镜)成为平行光，通过聚光光学系统10(聚光透镜)聚光而形成三个激光光斑P1～P3。需要说明的是，准直光学系统8也可以包括与三个激光照射部6分别对应的三个准直透镜。另外，聚光光学系统10也可以包括与三个激光照射部6分别对应的三个聚光透镜。在图6所示的实施方式的情况下，三个激光光斑P1～P3的激光的能量的比率(能量的分配)由三个激光振荡器2的输出决定。另外，三个激光光斑P1～P3的光斑中心之间的距离由激光照射部6、聚光光学系统10的配置决定。
(激光加工方法)
接着，对几个实施方式的激光加工方法进行说明。几个实施方式的激光加工方法例如能够通过上述的激光加工装置1来执行。另外，几个实施方式的激光加工方法也可以使用其他激光加工装置来执行。
在几个实施方式中，以排列成直线状的第一光斑P1、第二光斑P2及第三光斑P3依次通过被加工件100的加工对象部102的方式，使被加工件100相对于上述多个激光光斑P1～P3相对地移动，从而对被加工件100进行加工(加工步骤)。在此，相对于第一光斑P1、第二光斑P2及第三光斑P3处的激光的能量的总量(100％)，第一光斑P1处的能量的比率E1为20％以上且30％以下，第二光斑P2处的能量的比率E2为20％以上且30％以下，第三光斑P3处的能量的比率E3为45％以上且55％以下。
需要说明的是，在如上述那样对被加工件100进行加工之前，预先进行激光加工装置1的调整，以使第一光斑P1～第三光斑P3处的能量的比率成为上述的范围。
在此，图3A及图3B是示出上述的实施方式的激光加工方法的实施过程中的被加工件100的加工对象部102的示意图。图3A是从由激光照射部6照射激光的方向观察被加工件100的加工对象部102的示意图，图3B是被加工件100的示意性剖视图。
通常，在利用激光光斑进行的加工中，难以在维持加工品质的同时提高加工速度。例如，若为了提高加工速度而使激光光斑处的能量密度上升，则在被加工件上形成细小而深的键孔。在此情况下，在被加工件中，键孔与固液界面的距离变窄，容易从狭窄的熔池急剧地喷出金属蒸气，因此被认为容易发生熔融金属的飞散(溅射)(即加工品质降低)。
关于这一点，在上述的实施方式中，对于第一光斑P1～第三光斑P3处的能量密度，在第一光斑P1及第二光斑P2处较小，在第三光斑P3处较大。因此，如图3A及图3B所示，首先，对加工对象部102照射第一光斑P1的激光，由此，在被加工件100的加工对象部102形成浅的键孔K1及熔池101。需要说明的是，在键孔浅的情况下，不易发生溅射。接着，对由第一光斑P1形成的熔池101照射第二光斑P2的激光，在形成浅的键孔K2的同时，键孔K2与固液界面103(熔池101与母材的界面)的距离扩大。即，如图3A所示，与由第一光斑P1形成的键孔K1的侧方(与加工方向正交的方向的侧方)的、与固液界面103的距离WI相比，由第二光斑P2形成的键孔K2的侧方的、与固液界面103的距离W2变大。接着，对如上述那样形成的比较浅而宽的熔池101照射能量密度高的第三光斑P3的激光，形成较深的键孔K3。需要说明的是，由第三光斑P3形成的键孔K3的侧方的、与固液界面103的距离W3被认为与上述的距离W2相等或在其以上。
这样，在上述的实施方式中，在利用能量密度较小的第一光斑P1及第二光斑P2在被加工件100的加工对象部102上形成浅而宽的熔池101的状态下，利用能量密度较大的第三光斑P3形成深的键孔K3，因此能够较大地确保深的键孔K3与固液界面103的距离。即，能够有效地抑制向被加工件100照射能量密度大的激光光斑(第三光斑P3)时的溅射的发生。因此，根据上述的实施方式，能够在抑制加工品质降低的同时提高加工速度。
在几个实施方式中，第一光斑P1处的能量的比率E1大于第二光斑P2处的能量的比率E2。
在上述的实施方式中，对于第一光斑P1及第二光斑P2处的能量密度，在第一光斑P1处较大，在第二光斑P2处较小。因此，能量密度较大的第一光斑P1首先通过未加热的加工对象部(被加工件)，从而能够迅速地在被加工件100的加工对象部102形成键孔及熔池。因此，能够更有效地提高加工速度。
在几个实施方式中，第一光斑P1的直径(光斑直径)φ1、第二光斑P2的直径φ2、以及第三光斑P3的直径φ3分别为0.25mm以上且0.4mm以下。
在上述的实施方式中，第一光斑P1～第三光斑P3的直径φ1～φ3分别为0.25mm以上，因此能够利用各个激光光斑P1～P3有效地加热被加工件100，容易得到被加工件100的加工所需的母材的熔融量。另外，在上述的实施方式中，第一光斑P1～第三光斑P3的直径φ1～φ3分别为0.4mm以下，因此能够有效地抑制因光斑直径大而导致的溅射的增加。因此，根据上述的实施方式，容易同时实现加工品质降低的抑制和加工速度的提高。
在几个实施方式中，多个激光光斑P1～P3中的相邻的两个激光光斑的中心之间的距离L与前述的相邻的两个激光光斑的平均光斑直径φavg之比L/φavg为2.5以上且3.5以下。即，相邻的第一光斑P1和第二光斑P2的中心之间的距离L12(参照图2)与第一光斑P1和第二光斑P2的平均光斑直径φavg(＝(φ1+φ2)/2)之比(2×L12)/(φ1+φ2)为2.5以上且3.5以下。或者，相邻的第二光斑P2和第三光斑P3的中心之间的距离L23(参照图2)与第二光斑P2和第三光斑P3的平均光斑直径φavg(＝(φ2+φ3)/2)之比(2×L23)/(φ2+φ3)为2.5以上且3.5以下。
在上述的实施方式中，上述的比L/φavg为2.5以上，相对于相邻的两个激光光斑的平均光斑直径φavg，光斑中心之间的距离L在某种程度上较大。因此，能够抑制由接近的两个激光光斑形成的键孔彼此合体而成为外观上较大的一个键孔。因此，能够有效地抑制溅射的发生。另外，在上述的实施方式中，上述的比L/φavg为3.5以下，相对于相邻的两个激光光斑的平均光斑直径φavg，光斑中心之间的距离L不会过大。因此，能够抑制由在相邻的两个激光光斑中的一方(第一光斑P1或第二光斑P2)通过被加工件100的加工对象部102之后、直到另一个激光光斑(第二光斑P2或第三光斑P3)到达为止的期间可能产生的熔融金属的冷却所导致的再凝固，能够有效地增加由激光光斑形成的键孔的周围的熔液。由此，能够有效地抑制在第三光斑P3处形成深的键孔时的溅射的发生。
在几个实施方式中，被加工件100包括一对板材，在上述的加工步骤中，进行一对板材的对接焊。
根据上述的实施方式的方法，在利用多个激光光斑P1～P3进行的一对板材的对接焊中，能够在抑制加工品质降低的同时提高加工速度。
需要说明的是，在板材彼此对接焊的情况下，若激光光斑的直径小于0.25mm，则难以得到充分满足板材彼此的间隙程度的母材熔融量。因此，在板材彼此对接焊的情况下，通过使第一光斑P1～第三光斑P3的直径φ1～φ3分别为0.25mm以上，容易充分得到母材的熔融量。由此，能够有效地抑制焊接品质的降低。
在几个实施方式中，第一光斑P1与第三光斑P3的中心之间的距离L13(参照图2)小于被加工件100的加工对象部102的厚度(例如，上述的板材的厚度)。
例如，在各激光光斑P1～P3的直径φ1～φ3分别为0.25mm、且上述的比L/φavg为2.5的情况下，被加工件100的加工对象部102的厚度为1.2mm以上。或者，在各激光光斑P1～P3的直径φ1～φ3分别为0.4mm、且上述的比L/φavg为3.5的情况下，被加工件100的加工对象部102的厚度为2.8mm以上。
根据上述的实施方式，在利用形成于长度比被加工件100的加工对象部102的厚度短的比较小的区域的多个激光光斑P1～P3进行的加工中，如上所述，能够在抑制加工品质降低的同时提高加工速度。
在几个实施方式中，在上述的加工步骤中，在第一光斑P1及第二光斑P2处，在被加工件100上形成深度比被加工件100的厚度小的键孔K1及K2，在第三光斑P3处，在被加工件100上形成贯通被加工件100的键孔K3。即，以能够形成这样的键孔K1～K3的激光输出及加工速度进行上述的加工步骤。
根据上述的实施方式，在第一光斑P1及第二光斑P2处，在被加工件100上形成深度比被加工件100的厚度小的键孔K1、K2，并且在第三光斑P3处，形成贯通被加工件100的键孔K3。因此，能够在包括形成贯通被加工件100的键孔的工序的加工(例如，基于上述的板材彼此的对接焊的贯通焊接等)中，如上所述，在抑制加工品质降低的同时提高加工速度。
实施例
使用图1所示的激光加工装置1，在表1所示的试验例1～9的试验条件下，按照上述的加工步骤，进行板厚6mm的板材彼此的对接焊。即，利用激光加工装置1形成排列成直线状的第一光斑P1、第二光斑P2及第三光斑P3，并以上述激光光斑P1～P3依次通过被加工件(板材)的加工对象部的方式，使板材相对于上述多个激光光斑P1～P3相对地移动而进行板材彼此的对接焊。表1所示的试验条件的定义如下。
光斑直径φ(mm)：第一光斑～第三光斑的直径(φ＝φ1＝φ2＝φ3)
光斑间距离L(mm)：第一光斑-第二光斑间的距离L12、及第二光斑一第三光斑间的距离L23(L＝L12＝L23)
射束能量比率E1～E3(％)：第一光斑～第三光斑各处的能量相对于第一光斑～第三光斑处的激光的能量的总量(100％)的比率
焊接速度(m/min)：板材相对于焊接方向上的激光光斑P1～P3的相对速度
另外，在进行上述的焊接后，对各试验例进行了焊接品质(加工品质)的评价。焊接品质的评价指标如下。将评价结果示于表1～表3中。(需要说明的是，表2、3所示的各试验例的试验条件与表1所记载的试验条件相同。)
溅射：通过目测观察，在溅射量少的情况下评价为“良好”，在溅射量多的情况下评价为“不良”。
焊缝(关于试验例4、5、8、9；参照表2～3)：在板材的两面中的单侧或两侧未产生填充不足(underfill)的情况下评价为“良好”，在产生填充不足的情况下评价为“不良”。
[表1]
[表1]
Figure BDA0004037241930000101
由表1可知，在射束能量比率E1为20％以上且30％以下、射束能量比率E2为20％以上且30％以下、且射束能量比率E3为45％以上且55％以下的试验例3～5、8、9中，在焊接速度为3.5m/min以上时，产生的溅射的量少，焊接品质良好。相对于此，在射束能量比率E1～E3为上述的范围外的试验例1、2、6、7中，产生的溅射的量多，焊接品质不良。由此可以确认，通过使射束能量比率E1为20％以上且30％以下、射束能量比率E2为20％以上且30％以下、且射束能量比率E3为45％以上且55％以下，容易抑制溅射的发生，因此，容易在抑制加工品质降低的同时提高加工速度。
接着，由下述表2可知，在关于“溅射”的评价结果被判定为良好的试验例4、5、8、9中的、激光光斑的光斑直径φ为0.25mm以上且0.4mm以下的范围内的试验例5中，在焊接速度为7m/min以上时，未产生填充不足，焊接品质特别良好。即，同时实现了高速的加工和良好的加工品质。
相对于此，在光斑直径φ小于0.25mm的试验例8中，在高速的加工(焊接速度为7m/min)中溅射的发生少，但产生了填充不足。考虑这是因为，由于光斑直径φ小而未能充分得到被加工件100的加工所需的母材的熔融量。另外，在光斑直径超过0.4mm的试验例9中，在高速的加工(焊接速度为7m/min)中溅射的发生少，但产生了填充不足。考虑这是因为，由于光斑直径大而容易产生溅射。需要说明的是，在光斑直径超过0.4mm的试验例4中，未产生填充不足，但加工速度停留在5m/min，未得到像试验例5那样良好的结果。由此可以确认，通过使光斑直径φ在0.25mm以上且0.4mm以下的范围内，容易同时实现加工品质降低的抑制和加工速度的提高。
[表2]
[表2]
Figure BDA0004037241930000111
接着，由下述表3可知，在关于“溅射”的评价结果被判定为良好的试验例5、8、9中的、光斑间距离L与激光光斑的光斑直径φ之比L/φ为2.5以上且3.5以下的范围内的试验例5中，在焊接速度为7m/min以上时，未产生填充不足，焊接品质特别良好。即，同时实现了高速的加工和良好的加工品质。
相对于此，在上述的比L/φ为上述的范围外的试验例8、9中，在高速的加工(焊接速度为7m/min)中溅射的发生少，但产生了填充不足。在试验例8中，通过使光斑间距离L相对于光斑直径φ相对较大，容易进行光斑间的冷却，从而不能有效地扩大熔池宽度，熔池的体积不足，因此有可能产生填充不足。在试验例9中，通过使光斑间距离L相对于光斑直径φ相对较小，键孔间的熔池变窄，键孔彼此局部相连，由此熔池被挤出而从底面侧脱落，熔液减少，因此有可能产生填充不足。由此可以确认，通过使光斑间距离L与激光光斑的光斑直径φ之比L/φ在2.5以上且3.5以下的范围内，容易同时实现加工品质降低的抑制和加工速度的提高。
[表3]
[表3]
Figure BDA0004037241930000121
以下，对几个实施方式的激光加工方法记载概要。
(1)本发明的至少一实施方式的激光加工方法包括如下步骤：
以使排列成直线状的第一光斑、第二光斑及第三光斑依次通过被加工件的加工对象部的方式，使被加工件相对于包括所述第一光斑、所述第二光斑及所述第三光斑在内的多个激光光斑相对地移动，从而对所述被加工件进行加工，
相对于所述第一光斑、所述第二光斑及所述第三光斑处的激光的能量的总量，
所述第一光斑处的能量的比率为20％以上且30％以下，
所述第二光斑处的能量的比率为20％以上且30％以下，
所述第三光斑处的能量的比率为45％以上且55％以下。
在上述(1)的方法中，对于第一光斑～第三光斑处的能量密度，在第一光斑及第二光斑处较小，在第三光斑处较大。因此，在由能量密度较小的第一光斑及第二光斑在被加工件的加工对象部形成比较浅而宽的熔池的状态下，由能量密度较大的第三光斑形成深的键孔。因此，能够较大地确保由第三光斑形成的深的键孔与固液界面的距离。即，能够有效地抑制向被加工件照射能量密度大的激光光斑(第三光斑)时的溅射的发生。因此，根据上述(1)的方法，能够在抑制加工品质降低的同时提高加工速度。
(2)在几个实施方式中，在上述(1)的方法的基础上，
所述第一光斑处的所述能量的比率大于所述第二光斑处的所述能量的比率。
根据上述(2)的方法，对于第一光斑及第二光斑处的能量密度，在第一光斑处较大，在第二光斑处较小。因此，能量密度较大的第一光斑首先通过未加热的加工对象部(被加工件)，从而能够迅速地形成键孔及熔池。因此，能够更有效地提高加工速度。
(3)在几个实施方式中，在上述(1)或(2)的方法的基础上，
所述第一光斑、所述第二光斑、所述第三光斑各自的直径为0.25mm以上且0.4mm以下。
在上述(3)的方法中，由于第一光斑～第三光斑各自的直径为0.25mm以上，因此能够利用各个激光光斑有效地加热被加工件，容易得到被加工件的加工所需的母材的熔融量。另外，在上述(3)的方法中，由于第一光斑～第三光斑各自的直径为0.4mm以下，因此能够有效地抑制因光斑直径大而导致的溅射的增加。因此，根据上述(3)的方法，容易同时实现加工品质降低的抑制和加工速度的提高。
(4)在几个实施方式中，在上述(1)至(3)中的任一方法的基础上，
所述多个激光光斑中的相邻的两个激光光斑的中心之间的距离L与所述相邻的两个激光光斑的平均光斑直径φavg之比L/φavg为2.5以上且3.5以下。
根据上述(4)的方法，上述的比L/φavg为2.5以上，相对于相邻的两个激光光斑的平均光斑直径φavg，光斑中心之间的距离L在某种程度上较大。因此，能够抑制由接近的两个激光光斑形成的键孔彼此合体而成为外观上较大的一个键孔。因此，能够有效地抑制溅射的发生。另外，根据上述(4)的方法，上述的比L/φavg为3.5以下，相对于相邻的两个激光光斑的平均光斑直径φavg，光斑中心之间的距离L不会过大。因此，能够抑制由在相邻的两个激光光斑的一方(第一光斑或第二光斑)通过被加工件的加工对象部之后、直到另一个激光光斑(第二光斑或第三光斑)到达为止的期间可能产生的熔融金属的冷却所导致的再凝固，能够有效地增加由激光光斑形成的键孔的周围的熔液。由此，能够有效地抑制利用第三光斑形成深的键孔时的溅射的发生。
(5)在几个实施方式中，在上述(1)至(4)中的任一方法的基础上，
所述第一光斑与所述第三光斑的中心之间的距离小于所述被加工件的所述加工对象部的厚度。
根据上述(5)的方法，在利用形成于长度比被加工件的加工对象部的厚度短的比较小的区域的多个激光光斑进行的加工中，如上述(1)所述，能够在抑制加工品质降低的同时提高加工速度。
(6)在几个实施方式中，在上述(1)至(5)中的任一方法的基础上，
所述被加工件包括一对板材，
在所述加工的步骤中，进行所述一对板材的对接焊。
根据上述(6)的方法，在利用多个激光光斑进行的一对板材的对接焊中，如上述(1)所述，能够在抑制加工品质降低的同时提高加工速度。
(7)在几个实施方式中，在上述(1)至(6)中的任一方法的基础上，
在所述加工的步骤中，
在所述第一光斑及所述第二光斑处，在所述被加工件形成深度比所述被加工件的厚度小的键孔，
在所述第三光斑处，在所述被加工件形成贯通所述被加工件的键孔。
根据上述(7)的方法，在第一光斑及第二光斑处，在被加工件形成深度比被加工件的厚度小的键孔，并且在第三光斑处，形成贯通被加工件的键孔。因此，能够在包括形成贯通被加工件的键孔的工序的加工(贯通焊接等)中，如上述(1)所述，在抑制加工品质降低的同时提高加工速度。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述的实施方式，还包括对上述的实施方式施加了变形的方式、将这些方式适当组合的方式。
在本说明书中，“在某一方向上”、“沿着某一方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或者“同轴”等表示相对或者绝对的配置的表述不仅表示严格意义上这样的配置，还表示以公差、或者可得到相同功能的程度的角度、距离而相对位移了的状态。
例如，“相同”、“相等”以及“均质”等表示事物相等的状态的表述不仅表示严格相等的状态，也表示存在公差、或者可得到相同功能的程度的差异的状态。
另外，在本说明书中，四边形状、圆筒形状等表示形状的表述不仅表示几何学上严格意义的四边形状、圆筒形状等形状，也表示在可得到相同效果的范围内包含凹凸部、倒角部等的形状。
另外，在本说明书中，“具备”、“包括”或者“具有”一个构成要素这样的表述不是将其他构成要素的存在排除在外的排他性表述。
附图标记说明：
1激光加工装置
2激光振荡器
4光纤
6激光照射部
8准直光学系统
10聚光光学系统
12激光分支部
14A、14B倾斜棱镜
15多边棱镜
16A～16D反射镜
100被加工件
101熔池
102加工对象部
103固液界面
K1～K3键孔
P1第一光斑(激光光斑)
P2第二光斑(激光光斑)
P3第三光斑(激光光斑)。

Claims (7)

1.一种激光加工方法，其中，
所述激光加工方法包括如下加工步骤：以使排列成直线状的第一光斑、第二光斑及第三光斑依次通过被加工件的加工对象部的方式，使被加工件相对于包括所述第一光斑、所述第二光斑及所述第三光斑在内的多个激光光斑相对地移动，从而对所述被加工件进行加工，
相对于所述第一光斑、所述第二光斑及所述第三光斑处的激光的能量的总量，
所述第一光斑处的能量的比率为20％以上且30％以下，
所述第二光斑处的能量的比率为20％以上且30％以下，
所述第三光斑处的能量的比率为45％以上且55％以下。
2.根据权利要求1所述的激光加工方法，其中，
所述第一光斑处的所述能量的比率大于所述第二光斑处的所述能量的比率。
3.根据权利要求1或2所述的激光加工方法，其中，
所述第一光斑、所述第二光斑、所述第三光斑各自的直径为0.25mm以上且0.4mm以下。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的激光加工方法，其中，
所述多个激光光斑中的相邻的两个激光光斑的中心之间的距离L与所述相邻的两个激光光斑的平均光斑直径φavg之比L/φavg为2.5以上且3.5以下。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的激光加工方法，其中，
所述第一光斑与所述第三光斑的中心之间的距离小于所述被加工件的所述加工对象部的厚度。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的激光加工方法，其中，
所述被加工件包括一对板材，
在所述加工步骤中，进行所述一对板材的对接焊。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的激光加工方法，其中，
在所述加工步骤中，
在所述第一光斑及所述第二光斑处，在所述被加工件形成深度比所述被加工件的厚度小的键孔，
在所述第三光斑处，在所述被加工件形成贯通所述被加工件的键孔。
CN202080102754.1A 2020-09-10 2020-09-10 激光加工方法 Pending CN115835933A (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2020/034367 WO2022054211A1 (ja) 2020-09-10 2020-09-10 レーザ加工方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115835933A true CN115835933A (zh) 2023-03-21

Family

ID=80631820

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080102754.1A Pending CN115835933A (zh) 2020-09-10 2020-09-10 激光加工方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20230321755A1 (zh)
EP (1) EP4183514A4 (zh)
JP (1) JP7502444B2 (zh)
KR (1) KR20230011429A (zh)
CN (1) CN115835933A (zh)
WO (1) WO2022054211A1 (zh)

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63116194U (zh) * 1987-01-22 1988-07-27
JP2000271773A (ja) 1999-03-29 2000-10-03 Sumitomo Heavy Ind Ltd レーザ出射光学系
JP2002219590A (ja) * 2001-01-26 2002-08-06 Nippon Steel Corp 亜鉛めっき鋼板の重ねレーザー溶接方法
JP4102092B2 (ja) * 2002-04-01 2008-06-18 新日本製鐵株式会社 レーザ溶接方法
US6972390B2 (en) * 2004-03-04 2005-12-06 Honeywell International, Inc. Multi-laser beam welding high strength superalloys
JP5338511B2 (ja) 2008-06-23 2013-11-13 Ｊｆｅスチール株式会社 レーザ溶接鋼管の製造方法
CN103056523A (zh) * 2012-11-29 2013-04-24 中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所 一种多光束激光焊接方法
JP2013052445A (ja) * 2012-12-10 2013-03-21 Japan Transport Engineering Co レーザ溶接方法
JP2014121715A (ja) 2012-12-20 2014-07-03 Toyota Motor Corp レーザー溶接方法
WO2020050379A1 (ja) * 2018-09-05 2020-03-12 古河電気工業株式会社 溶接方法および溶接装置
DE102018219280A1 (de) 2018-11-12 2020-05-14 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Verfahren zum spritzerfreien Schweißen, insbesondere mit einem Festkörperlaser

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230011429A (ko) 2023-01-20
WO2022054211A1 (ja) 2022-03-17
EP4183514A4 (en) 2023-09-06
JPWO2022054211A1 (zh) 2022-03-17
EP4183514A1 (en) 2023-05-24
US20230321755A1 (en) 2023-10-12
JP7502444B2 (ja) 2024-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11400548B2 (en) Methods and laser welding devices for deep welding a workpiece
EP3285956B1 (en) Laser processing apparatus and method
CN112601631B (zh) 焊接方法及焊接装置
CN102791420A (zh) 激光电弧复合焊接方法及借助该焊接方法的焊接构件的制造方法
JP2009178768A (ja) レーザ溶接方法およびレーザ溶接装置
RU2547987C1 (ru) Способ лазерной сварки
RU2636425C1 (ru) Способ лазерной сварки материалов, имеющих разные толщины
JP5954009B2 (ja) 溶接鋼管の製造方法
CN112969547A (zh) 尤其用固体激光器无飞溅地焊接的方法
US20230111969A1 (en) Laser cutting method and laser cutting apparatus
JP4357944B2 (ja) 固体レーザ加工装置およびレーザ溶接方法
JP4797659B2 (ja) レーザー溶接方法
CN115835933A (zh) 激光加工方法
JP2012236228A (ja) レーザ溶接方法およびレーザ溶接装置
JP2017173371A (ja) 光ファイバを用いたレーザ加工機用レーザ光伝送装置
JP7246922B2 (ja) 溶接装置
Salminen et al. The effect of welding parameters on keyhole and melt pool behavior during laser welding with high power fiber laser
JPH09225663A (ja) レーザーによる溶接方法
JP7294565B1 (ja) 突合せレーザビーム溶接方法
JP4998634B1 (ja) レーザ溶接方法
JP2023127037A (ja) レーザビーム照射用光学ユニット及びレーザ加工装置
CN115335177A (zh) 焊接方法及焊接装置
JP4998633B1 (ja) レーザ溶接方法
CN115703173A (zh) 用于借助激光射束切割工件的方法和激光加工设备
JPH09150288A (ja) ツィンビーム加工方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination