DE102020112707A1

DE102020112707A1 - LASER SPOT WELDING PROCESS

Info

Publication number: DE102020112707A1
Application number: DE102020112707.3A
Authority: DE
Inventors: Tsukasa HAGIHARA; Shuhei SAWABE; Shoichi Ikeda
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2019-06-10
Filing date: 2020-05-11
Publication date: 2020-12-10
Also published as: JP7340153B2; JP2020199524A

Abstract

[Zu lösendes Problem] Die vorliegende Erfindung stellt ein Laserpunktschweißverfahren bereit, mit dem durch einen einfachen Vorgang stabil eine Verbindungsfestigkeit erreicht werden kann und eine Verkomplizierung der Steuerung sowie eine Verlängerung der Taktzeit vermieden werden können.[Lösung] Das Laserpunktschweißverfahren umfasst, während eine optische Achse (Lx) des Lasers auf eine zuvor festgelegte Region mehrerer überlappender Bleche (11, 12 und 13) gerichtet ist, das kontinuierliche Ausführen: eines ersten Schrittes des Bestrahlens der zuvor festgelegten Region mit einem defokussierten (dx) Laserstrahl (La) bei einem ersten Bestrahlungsdurchmesser (Dx); eines zweiten Schrittes des Bestrahlens der zuvor festgelegten Region mit einem Laserstrahl (Lb), der im Wesentlichen auf einen fokussierten Zustand (Do) gesteuert wird, bei einem zweiten Bestrahlungsdurchmesser (Do); und eines dritten Schrittes des Bestrahlens der zuvor festgelegten Region mit einem Laserstrahl (Lc; Lb bis Ld), während der Laserstrahl defokussiert wird, um den Bestrahlungsdurchmesser, ausgehend von dem zweiten Bestrahlungsdurchmesser (Do), allmählich oder schrittweise zu vergrößern.[Problem to be Solved] The present invention provides a laser spot welding method by which a joint strength can be stably achieved by a simple operation, and control complication and cycle time can be avoided. [Solution] The laser spot welding method includes while an optical axis (Lx) of the laser is directed to a predetermined region of a plurality of overlapping sheets (11, 12 and 13), continuously performing: a first step of irradiating the predetermined region with a defocused (dx) laser beam (La) at a first irradiation diameter (Dx); a second step of irradiating the predetermined region with a laser beam (Lb), which is controlled to substantially a focused state (Do), at a second irradiation diameter (Do); and a third step of irradiating the predetermined region with a laser beam (Lc; Lb to Ld) while defocusing the laser beam to gradually increase the irradiation diameter from the second irradiation diameter (Do).

Description

[Technisches Gebiet][Technical area]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laserpunktschweißverfahren.The present invention relates to a laser spot welding method.

[Allgemeiner Stand der Technik][General state of the art]

Laserschweißen, bei dem ein Werkstück mit einem Laser bestrahlt wird und das Material an dem bestrahlten Teil durch die Lichtenergie erwärmt und geschmolzen wird, hat den Vorteil, dass ein Hochgeschwindigkeitsschweißen berührungslos durchgeführt werden kann, und es ersetzt das Lichtbogen- und Widerstandspunktschweißen. Das Laserpunktschweißen, welches das Widerstandspunktschweißen ersetzt, scannt einen Laserstrahl kreisförmig oder spiralförmig innerhalb einer Punktregion und beseitigt dadurch Defekte wie zum Beispiel Gaslunker, um Verbindungsfestigkeit zu erreichen, wie zum Beispiel in Patentliteratur 1 beschrieben ist.Laser welding, in which a workpiece is irradiated with a laser and the material on the irradiated part is heated and melted by the light energy, has the advantage that high-speed welding can be carried out without contact, and it replaces arc and resistance spot welding. Laser spot welding, which replaces resistance spot welding, scans a laser beam circularly or spirally within a point region and thereby eliminates defects such as gas voids to achieve joint strength, as described in Patent Literature 1, for example.

Ein solches Schweißverfahren erfordert jedoch einen computerintegrierten Scannerbetrieb zum Scannen des Strahls in der Punktregion, und es gab insofern Probleme, als der Steuerungsvorgang kompliziert ist und die Taktzeit um die Zeit für das Strahl-Scannen verlängert wird.However, such a welding method requires a computer-integrated scanner operation for scanning the beam in the point region, and there have been problems in that the control process is complicated and the tact time is increased by the time for beam scanning.

[Zitierungsliste][Citation list]

[Patentliteratur][Patent literature]

[Patentliteratur 1] JP 2012-115876A [Patent Literature 1] JP 2012-115876A

[Kurzdarstellung der Erfindung][Summary of the invention]

[Durch die Erfindung zu lösende Probleme][Problems to be Solved by the Invention]

Die vorliegende Erfindung basiert auf der oben dargelegten Problematik, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Laserpunktschweißverfahrens, mit dem durch einen einfachen Vorgang eine stabile Verbindungsfestigkeit erreicht werden kann und eine Verkomplizierung der Steuerung sowie eine Verlängerung der Taktzeit vermieden werden können.The present invention is based on the problem set forth above, and an object of the present invention is to provide a laser spot welding method capable of achieving stable joint strength with a simple operation and avoiding complication of control and prolongation of the cycle time.

[Mittel zur Lösung der Probleme][Means of solving the problems]

Um die oben dargelegten Probleme zu lösen, umfasst ein Laserpunktschweißverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, während eine laseroptische Achse auf eine zuvor festgelegte Region aus mehreren überlappten Blechen gerichtet ist, das kontinuierliche Ausführen:

eines ersten Schrittes des Bestrahlens der zuvor festgelegten Region mit einem defokussierten Laserstrahl bei einem ersten Bestrahlungsdurchmesser; und
eines zweiten Schrittes des Bestrahlens der zuvor festgelegten Region mit einem Laserstrahl, der im Wesentlichen auf einen fokussierten Zustand gesteuert wird, bei einem zweiten Bestrahlungsdurchmesser; und
eines dritten Schrittes des Bestrahlens der zuvor festgelegten Region mit einem Laserstrahl, während der Laserstrahl defokussiert wird, um den Bestrahlungsdurchmesser, ausgehend von dem zweiten Bestrahlungsdurchmesser, allmählich oder schrittweise zu vergrößern.

To solve the problems set forth above, a laser spot welding method according to the present invention, while a laser optical axis is directed to a predetermined region of a plurality of overlapped sheets, comprises continuously performing:

a first step of irradiating the predetermined region with a defocused laser beam at a first irradiation diameter; and
a second step of irradiating the predetermined region with a laser beam controlled substantially to a focused state at a second irradiation diameter; and
a third step of irradiating the predetermined region with a laser beam while defocusing the laser beam to increase the irradiation diameter gradually or gradually from the second irradiation diameter.

[Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung][Advantageous Effects of the Invention]

Bei dem Laserpunktschweißverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird, wie oben beschrieben, im ersten Schritt die zuvor festgelegte Region durch den defokussierten Laserstrahl erwärmt und die bestrahlte Region vorgewärmt, wobei gleichzeitig ausgehend von dem mittigen Teil das Schmelzen beginnt; im zweiten Schritt wird die zuvor festgelegte Region mit einem Laserstrahl des fokussierten Zustandes bestrahlt, wodurch eine Schmelztiefe sichergestellt wird, während Spritzer unterdrückt werden, und außerdem werden Metalldämpfe durch ein in dem mittigen Teil ausgebildetes Schlüsselloch abgeführt; im dritten Schritt wird der Laserbestrahlungsdurchmesser allmählich oder schrittweise vergrößert, wodurch die Schmelzzone durch Wärmeleitung bis zum Punktdurchmesser vergrößert wird, und die Leistungsdichte wird allmählich oder schrittweise verringert, wodurch Blasenreste, die durch rasches Kollabieren des Schlüssellochs entstehen, nicht auftreten, und es gibt den Vorteil, dass eine gewünschte Verbindungsfestigkeit trotz eines so einfachen Vorgangs erreicht werden kann, wobei die laseroptische Achse nicht gescannt werden muss und eine Verkomplizierung der Steuerung und eine Verlängerung der Taktzeit vermieden werden können.In the laser spot welding method according to the present invention, as described above, in the first step, the predetermined region is heated by the defocused laser beam and the irradiated region is preheated, and at the same time, melting starts from the central part; in the second step, the predetermined region is irradiated with a laser beam of the in-focus state, thereby ensuring a melting depth while suppressing splash, and also exhausting metal vapors through a keyhole formed in the central part; in the third step, the laser irradiation diameter is gradually or gradually increased, thereby enlarging the melting zone by conduction to the point diameter, and the power density is gradually or gradually decreasing, thereby preventing residual bubble caused by rapid collapse of the keyhole, and there is the advantage that a desired connection strength can be achieved in spite of such a simple process, the laser-optical axis not having to be scanned and a complication of the control and an extension of the cycle time can be avoided.

FigurenlisteFigure list

[ 1 ] 1A , 1B and 1C 12 are side sectional views showing a first step, a second step and a third step in laser spot welding according to an embodiment of the present invention;
[ 2 ] 2A to 2D FIG. 13 schematically shows perspective views showing changes in a welded part in laser spot welding according to an embodiment of the present invention at the times of the first step in FIG 2A , the second step in 2 B , one half of the third step in 2C and the end of the third step in 2D demonstrate.
[ 3 ] 3 Fig. 13 is a diagram showing changes in irradiation diameter in laser spot welding according to an embodiment of the present invention.
[ 4th ] 4th Fig. 13 is a diagram showing changes in the irradiation diameter in laser spot welding according to another embodiment of the present invention.

[Modus zum Ausführen der Erfindung][Mode for carrying out the invention]

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

1A bis 1C und 2A bis 2D zeigen das Laserpunktschweißen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für drei überlappte Bleche 11, 12 und 13. Für die Bleche 11, 12 und 13 bestehen keine besonderen Einschränkungen, aber es wird angenommen, dass es sich um dünne Stahlbleche mit einer Blechdicke von jeweils 0,6 bis 2,0 mm handelt. 1A to 1C and 2A to 2D show the laser spot welding according to an embodiment of the present invention for three overlapped sheets 11 , 12th and 13th . For the sheets 11 , 12th and 13th there are no particular restrictions, but it is assumed that they are thin steel sheets with a sheet thickness of 0.6 to 2.0 mm each.

Die drei Bleche 11, 12 und 13, die einen Vorsprung (einen geprägten Abschnitt, nicht gezeigt) aufweisen, der vorher auf beliebigen der Bleche (gewöhnlich die Bleche 12 und 13 unterhalb der Lücke) durch Pressen gebildet wird, werden über den Vorsprung überlappt oder werden über einen Abstandhalter (nicht gezeigt), der zwischen die Bleche eingefügt wird, überlappt; oder sie werden erforderlichenfalls überlappt, während sie einen Spalt aufweisen, dessen Abstand durch eine Aufspannvorrichtung eingestellt wird, wie zum Beispiel eine Klemme, welche die Bleche hält, und/oder einen Spalt, der in einem Flanschabschnitt oder dergleichen eines pressgeformten Produkts durch Rückfederung gebildet wird und dessen Abstand nicht eingestellt wird.The three sheets 11 , 12th and 13th which have a protrusion (a coined portion, not shown) previously applied to any of the sheets (usually the sheets 12th and 13th below the gap) formed by pressing, are overlapped over the protrusion or are overlapped over a spacer (not shown) inserted between the sheets; or, if necessary, they are overlapped while having a gap the interval of which is adjusted by a jig such as a clamp that holds the sheets and / or a gap formed in a flange portion or the like of a press-molded product by springback and its distance is not adjusted.

Wenn das Laserpunktschweißen, wie in 1A gezeigt, in einem Zustand ausgeführt wird, in dem ein Laserbearbeitungskopf über dem Blech 11 positioniert ist, das sich auf der äußersten Fläche befindet, und in dem eine optische Achse Lx fixiert ist, wird das Blech mit einem Laserstrahl La bestrahlt, der einen Defokussierungsbetrag dx (Bestrahlungsdurchmesser Dx) aufweist (erster Schritt).When laser spot welding, as in 1A shown, is carried out in a state in which a laser processing head is located above the sheet metal 11 which is located on the outermost surface and in which an optical axis Lx is fixed, the sheet is with a laser beam La irradiates that has a defocus amount dx (Irradiation diameter Dx ) (first step).

Dieser Laserbestrahlungsdurchmesser Dx entspricht einer bestrahlten Region, die in einem Schweißschritt die maximale Fläche (minimale Leistungsdichte) oder eine Fläche nahe der maximalen Fläche aufweist; die Leistungsdichte wird verringert; und dementsprechend wird in diesem Stadium keine Schmelzzone gebildet, welche die drei Bleche 11, 12 und 13 durchdringt; und die gesamte bestrahlte Region wird durch Wärmeleitung vom äußersten Blech 11 zu den unteren Blechen 12 und 13 vorgewärmt (Ha), und das Schmelzen (Wa) wird vom mittigen Teil des Blechs 11 aus gestartet, an dem die Energieverteilung hoch ist.This laser irradiation diameter Dx corresponds to an irradiated region which has the maximum area (minimum power density) or an area close to the maximum area in a welding step; the power density is reduced; and accordingly, no melt zone is formed at this stage, which the three sheets 11 , 12th and 13th penetrates; and the entire irradiated region is conduction from the outermost sheet 11 to the lower sheets 12th and 13th preheated (Ha), and melting ( Wa ) is from the central part of the sheet 11 started off when the power distribution is high.

Anschließend wird, wie in 1B gezeigt, in dem Zustand, in dem die optische Achse Lx fixiert ist, der Fokus durch ein optisches System einer Laserschweißmaschine auf einen im Wesentlichen fokussierten Zustand (in dem der Defokussierungsbetrag do ist und der Bestrahlungsdurchmesser Do ist) gesteuert, und das Blech wird mit einem Laserstrahl Lb bestrahlt (zweiter Schritt).Then, as in 1B shown in the state where the optical axis Lx is fixed, the focus is fixed by an optical system of a laser welding machine to a substantially focused state (in which the defocus amount do is and the irradiation diameter do is) controlled, and the sheet is with a laser beam Lb irradiated (second step).

Dieser Laserbestrahlungsdurchmesser Do entspricht einer bestrahlten Region, die in einem Schweißschritt die minimale Fläche (die maximale Leistungsdichte) aufweist; aber in dem ersten Schritt davor sind die Bleche 11, 12 und 13 vorgewärmte Teile (Ha), und das geschweißte Teil Wb wird in der bestrahlten Region gebildet; und dadurch wird ein schneller Temperaturanstieg abgemildert, und das Auftreten von Spritzern wird unterdrückt. In diesem Zustand wird ein Schlüsselloch Kb, das die drei Bleche 11, 12 und 13 durchdringt, in der Mitte des geschweißten Teils Wb gebildet, Metalldämpfe werden durch das Schlüsselloch Kb abgezogen, und eine ausreichende Schmelztiefe, die das unterste Blech 13 erreicht, wird in dem geschweißten Teil Wb erhalten.This laser irradiation diameter do corresponds to an irradiated region which has the minimum area (the maximum power density) in a welding step; but in the first step before that are the sheets 11 , 12th and 13th preheated parts ( Ha ), and the welded part Wb is formed in the irradiated region; and thereby a rapid temperature rise is mitigated and the occurrence of splashes is suppressed. In this state there is a keyhole Kb that is the three metal sheets 11 , 12th and 13th penetrates, in the middle of the welded part Wb Metal fumes are formed through the keyhole Kb peeled off, and a sufficient melting depth that the bottom sheet 13th is achieved in the welded part Wb receive.

Anschließend wird, wie in 1C gezeigt, der Fokus durch das optische System der Laserschweißmaschine in einem Zustand gesteuert, in dem die optische Achse Lx fixiert ist, und der Betrag der Defokussierung wird allmählich von do auf dx erhöht, die Laserbestrahlung (Lb bis Ld) wird bei konstanter Leistung durchgeführt, während der Laserbestrahlungsdurchmesser allmählich von Do auf Dx erhöht wird, die Schmelzzone Wb wird schließlich auf Wd vergrößert, und die Laserbestrahlung La wird beendet (dritter Schritt).Then, as in 1C shown, the focus is controlled by the optical system of the laser welding machine in a state in which the optical axis Lx is fixed, and the amount of defocusing is gradually increased from do to dx, the laser irradiation ( Lb to Ld ) is carried out at constant power while the laser irradiation diameter is gradually increased from Do to Dx, the melting zone Wb is finally enlarged to Wd, and the laser irradiation La is ended (third step).

Wenn also der Laserbestrahlungsdurchmesser von dem Zustand, in dem das Schlüsselloch Kb durch die Laserbestrahlung Lb mit einer hohen Leistungsdichte in dem zweiten Schritt gebildet wurde, vergrößert wird, so wird die Leistungsdichte allmählich oder schrittweise verringert, wodurch das Schlüsselloch Kb allmählich schrumpft und verschwindet, und die verbleibende Luftblase wird unterdrückt, was durch das schnelle Kollabieren des Schlüssellochs Kb geschieht.So if the laser irradiation diameter is from the state where the keyhole Kb by the laser irradiation Lb with a high power density formed in the second step is increased, the power density is gradually or gradually decreased, thereby creating the keyhole Kb gradually shrinks and disappears, and the remaining air bubble is suppressed, which is due to the rapid collapse of the keyhole Kb happens.

Außerdem, wie in den 2B bis 2D gezeigt, nimmt bei einem solchen Prozess, bei dem der Laserbestrahlungsdurchmesser von Do auf Dx vergrößert wird, die Leistungsdichte allmählich ab; aber eine Wärmezufuhr wird durch die Laserbestrahlung fortgesetzt, und ein stabiles Schmelzen Wc in einer vorgewärmten Region Hc wird durch Wärmeübertragung von dem mittigen Teil zum peripheren Teil gefördert; und es wird ein fertiges geschweißtes Teil Wd erhalten, das dem Laserbestrahlungsdurchmesser Dx entspricht.Besides, like in the 2 B to 2D as shown, in such a process that the laser irradiation diameter is increased from Do to Dx, the power density gradually decreases; but a supply of heat is continued by the laser irradiation, and a stable melting WC in a preheated region Hc is promoted by heat transfer from the central part to the peripheral part; and it becomes a finished welded part Wd obtained that the laser irradiation diameter Dx corresponds.

Darüber hinaus werden, wenn die Oberflächenbehandlungsschicht des niedrigschmelzenden Metalls auf den Blechen 11, 12 und 13 vorhanden ist, die Metalldämpfe, die in der Schmelzzone und ihrer Peripherie erzeugt werden, unter Nutzung des Spaltes, zusammen mit der Wärmeübertragung von dem mittigen Teil zum Peripherieabschnitt, wie oben beschrieben, und der Vergrößerung des Laserbestrahlungsdurchmessers diffundiert und abgeführt.In addition, when the surface treatment layer of the low melting point metal on the sheets 11 , 12th and 13th is present, the metal vapors generated in the melting zone and its periphery are diffused and discharged using the gap, together with the heat transfer from the central part to the peripheral portion as described above and the enlargement of the laser irradiation diameter.

3 zeigt eine Änderung des Bestrahlungsdurchmessers D und die Vergrößerung der Schmelzzone beim Laserpunktschweißen der oben beschriebenen Ausführungsform, und wie veranschaulicht, erbringt das Laserpunktschweißen gemäß der vorliegenden Erfindung ein Schweißteil Wd, das eine gewünschte Verbindungsfestigkeit besitzt, während Schweißspritzer und Gaslunker vermieden werden, mit Hilfe eines einfachen Vorgangs, bei dem die laseroptische Achse Lx nicht gescannt werden muss, durch kontinuierliches Ausführen,
in einem Zustand, in dem die laseroptische Achse (Lx) auf eine zuvor festgelegte Region mehrerer überlappter Bleche (11, 12 und 13) fixiert ist:

(i) eines ersten Schrittes des Bestrahlens der zuvor festgelegten Region mit einem defokussierten Laserstrahl La bei einem ersten Bestrahlungsdurchmesser Dx, um die bestrahlten Region vorzuwärmen, und außerdem des Bildens der Schmelzzone Wa in der Mitte;
(ii) eines zweiten Schrittes des Bestrahlens der zuvor festgelegten Region mit dem Laserstrahl Lb, der auf einen im Wesentlichen fokussierten Zustand bei einem zweiten Bestrahlungsdurchmesser Do gesteuert wurde, und des Sicherstellens einer Schmelztiefe der Schmelzzone Wb durch schlüssellochartiges Tiefschweißen; und
(iii) eines dritten Schrittes des Bestrahlens der zuvor festgelegten Region mit einem Laserstrahl Lc (Lb bis Ld), während der Laserstrahl defokussiert wird, um den Bestrahlungsdurchmesser allmählich oder schrittweise von dem zweiten Bestrahlungsdurchmesser Do auf den ersten Bestrahlungsdurchmesser Dx zu vergrößern, und des Vergrößerns der Schmelzzone bis zu Wd durch Wärmeleitungsschweißen.

3 Fig. 13 shows a change in the irradiation diameter D and the enlargement of the fusion zone in the laser spot welding of the embodiment described above, and as illustrated, the laser spot welding according to the present invention yields a welded part Wd , which has a desired connection strength while avoiding weld spatter and gas cavities, with the help of a simple process in which the laser-optical axis Lx does not have to be scanned, by continuous execution,
in a state in which the laser optical axis ( Lx ) to a previously defined region of several overlapped sheets ( 11 , 12th and 13th ) is fixed:

(i) a first step of irradiating the predetermined region with a defocused laser beam La at a first irradiation diameter Dx to preheat the irradiated region and also to form the melt zone Wa in the middle;
(ii) a second step of irradiating the predetermined region with the laser beam Lb that is to a substantially focused state at a second irradiation diameter do was controlled and ensuring a melting depth of the melting zone Wb by keyhole-like deep welding; and
(iii) a third step of irradiating the predetermined region with a laser beam Lc ( Lb to Ld ), while the laser beam is defocused, by the irradiation diameter gradually or stepwise from the second irradiation diameter do on the first irradiation diameter Dx and enlarging the melt zone up to Wd by conduction welding.

In dem obigen ersten und dritten Schritt wird der erste Bestrahlungsdurchmesser Dx so defokussiert, dass er mindestens das 1,5-Fache des zweiten Bestrahlungsdurchmessers Do wird, bevorzugt mindestens das 2-Fache und besonders bevorzugt mindestens das 4-Fache; und es ist bevorzugt, dass der Einheitspunktdurchmesser des Laserpunktschweißens durch den ersten Bestrahlungsdurchmesser Dx gegeben ist. Wenn ein Vergrößerungsverhältnis des ersten Bestrahlungsdurchmessers Dx zum zweiten Bestrahlungsdurchmesser Do klein ist, so wird der Durchmesser des fertigen geschweißten Teils Wd unzureichend, und es kann kein brauchbares geschweißtes Teil erhalten werden.In the above first and third steps, the first irradiation diameter becomes Dx defocused so that it is at least 1.5 times the second irradiation diameter do is, preferably at least 2 times and particularly preferably at least 4 times; and it is preferable that the unit spot diameter of the laser spot welding is defined by the first irradiation diameter Dx given is. When an enlargement ratio of the first irradiation diameter Dx to the second irradiation diameter do is small, it will be the diameter of the finished welded part Wd insufficient, and a usable welded part cannot be obtained.

Der Bestrahlungszeitraum Ta des defokussierten Laserstrahls La in dem ersten Schritt hängt von jeder der Blechdicken und der Gesamtblechdicke der Bleche 11, 12 und 13 ab, beträgt jedoch 0,01 bis 0,1 Sekunden, bevorzugt 0,02 bis 0,05 Sekunden; oder er beträgt bevorzugt maximal 1/4 der Gesamtbestrahlungszeit Td des ersten bis dritten Schrittes und beträgt besonders bevorzugt maximal 1/8. Wenn der Bestrahlungszeitraum Ta im ersten Schritt zu kurz ist, so reichen das Vorwärmen und das Bilden der mittigen Schmelzzone nicht mehr aus, und es besteht die Möglichkeit, dass Spritzer auftreten, wenn die Laserbestrahlung La zu der Laserbestrahlung Lb des fokussierten Zustands im zweiten Schritt verschoben wurde.The irradiation period Ta of the defocused laser beam La in the first step depends on each of the sheet metal thicknesses and the total sheet metal thickness of the sheets 11 , 12th and 13th from, but is 0.01 to 0.1 seconds, preferably 0.02 to 0.05 seconds; or it is preferably a maximum of 1/4 of the total irradiation time Td of the first to third step and is particularly preferably a maximum of 1/8. If the irradiation period Ta is too short in the first step, the preheating and the formation of the central melting zone are no longer sufficient, and there is a possibility that spatter will occur when the laser irradiation La to the laser irradiation Lb of the in-focus state was moved in the second step.

Um die Wirkung des Laserpunktschweißens gemäß der Ausführungsform zu verifizieren, wurden Stahlbleche mit jeweils einer Blechdicke von t1 = 0,6 mm, t2 = 1,2 mm und t3 = 0,8 mm von der Seite der äußersten Fläche (der laserbestrahlten Seite) als die Bleche 11, 12 und 13 verwendet und wurden mit einem Laserstrahl bei einer Laserleistung von 6 kW, bei Laserbestrahlungsdurchmessern D, die zwischen Dx = 4,0 mm und Do = 1,0 mm gewechselt wurden, über eine Zeitdauer von Td = 0,4 Sekunden bestrahlt; und im Ergebnis wurde ein zufriedenstellendes Schweißteil Wb erhalten, das keine Spritzer oder Gaslunker aufwies.In order to verify the effect of laser spot welding according to the embodiment, steel sheets each having a sheet thickness of t1 = 0.6 mm, t2 = 1.2 mm and t3 = 0.8 mm from the side of the outermost surface (the laser-irradiated side) were used as the sheets 11 , 12th and 13th used and were irradiated with a laser beam at a laser power of 6 kW, with laser irradiation diameters D, which were changed between Dx = 4.0 mm and Do = 1.0 mm, for a period of Td = 0.4 seconds; and as a result, it became a satisfactory welded part Wb received that had no splashes or gas voids.

Zur Veranschaulichung wurde in der Ausführungsform im dritten Schritt der Fall gezeigt, dass die Laserbestrahlung durchgeführt wird, während der Bestrahlungsdurchmesser allmählich oder schrittweise vom zweiten Bestrahlungsdurchmesser Do auf den ersten Bestrahlungsdurchmesser Dx vergrößert wird. Aber der Bestrahlungsdurchmesser kann auch bis zu einem Bestrahlungsdurchmesser größer als der erste Bestrahlungsdurchmesser Dx vergrößert werden. Außerdem ist es, wie in der in 4 gezeigten Ausführungsform, akzeptabel, eine Laserbestrahlung Lc bei dem zweiten Bestrahlungsdurchmesser Do, wobei der Laserstrahl im Wesentlichen den fokussierten Zustand annimmt, in einer Mitte des dritten Schrittes durchzuführen. Auch in dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, dass die Geschwindigkeit, mit welcher der Laserstrahl defokussiert wird, um den Bestrahlungsdurchmesser zu vergrößern, nachdem die Laserbestrahlung Lc beim zweiten Bestrahlungsdurchmesser Do durchgeführt wurde, langsamer ist als die zum Zeitpunkt des Fokussierens des Laserstrahls.For illustration, in the embodiment, in the third step, the case was shown that the laser irradiation is carried out while the irradiation diameter is gradually or stepwise from the second irradiation diameter do on the first irradiation diameter Dx is enlarged. But the irradiation diameter can also be up to an irradiation diameter larger than the first irradiation diameter Dx be enlarged. Also, as in the in 4th embodiment shown, acceptable, a laser irradiation Lc at the second irradiation diameter do , wherein the laser beam takes substantially the focused state to perform in a middle of the third step. In this embodiment too, it is preferable that the speed at which the laser beam is defocused in order to enlarge the irradiation diameter after the laser irradiation Lc at the second time Irradiation diameter do is slower than that at the time the laser beam was focused.

Darüber hinaus wurde in den Ausführungsformen der Fall beschrieben, dass die Beträge der vorzunehmenden Defokussierung dx durch die Steuerung des laseroptischen Systems verändert werden, aber die Beträge der Defokussierung können auch durch eine mechanische vertikale Bewegung (lineare Bewegung) der Position des Laserbearbeitungskopfes verändert werden.In addition, in the embodiments, the case was described that the amounts of defocus to be performed dx can be changed by controlling the laser optical system, but the amounts of defocusing can also be changed by a mechanical vertical movement (linear movement) of the position of the laser processing head.

Darüber hinaus wurde in jeder der Ausführungsformen der Fall gezeigt, dass zwei oder drei Bleche überlappt und laserpunktgeschweißt werden, aber es können auch vier oder mehr Bleche überlappt und laserpunktgeschweißt werden. In dem Experiment wurde bestätigt, dass Bleche, die eine Gesamtblechdicke von bis zu 4,2 mm haben, geschweißt werden können, aber es wird in Betracht gezogen, dass auch Bleche, die eine größere Gesamtblechdicke haben, in Abhängigkeit von Bedingungen wie zum Beispiel der Laserleistung geschweißt werden können.In addition, in each of the embodiments, the case has been shown that two or three sheets are overlapped and laser spot welded, but four or more sheets can also be overlapped and laser spot welded. In the experiment, it was confirmed that sheets that have a total sheet thickness of up to 4.2 mm can be welded, but it is considered that sheets that have a larger total sheet thickness can also be welded, depending on conditions such as the Laser power can be welded.

Darüber hinaus wurde in jeder der Ausführungsformen der Fall gezeigt, dass das äußerste Blech 11 senkrecht von oben mit einem Laserstrahl bestrahlt wird, aber eine Bearbeitungsleistung im praktischen Bereich kann auch bis zu einem Bestrahlungswinkel von 40 Grad erreicht werden. Darüber hinaus können Bleche geschweißt werden, die nicht nur so angeordnet sind, dass sie eine horizontale Ebene bilden, sondern auch so, dass sie eine geneigte Ebene in einem frei gewählten Winkel bilden.In addition, in each of the embodiments, it was shown that the outermost sheet 11 is irradiated with a laser beam vertically from above, but a processing performance in the practical range can also be achieved up to an irradiation angle of 40 degrees. In addition, sheets can be welded that are not only arranged so that they form a horizontal plane, but also so that they form an inclined plane at a freely chosen angle.

Oben sind verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, doch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt, und es können verschiedene Abwandlungen oder Änderungen auf der Grundlage des technischen Konzepts der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden.Various embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications or changes can be made based on the technical concept of the present invention.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11, 12, 1311, 12, 13: Blechsheet
dx und dodx and do: Betrag der DefokussierungDefocus amount
La, Lb, Lc und LdLa, Lb, Lc and Ld: LaserbestrahlungLaser irradiation
LxLx: Laseroptische AchseLaser optical axis
Dx und DoDx and Do: LaserbestrahlungsdurchmesserLaser irradiation diameter
Ha, Hb and HcHa, Hb and Hc: Vorgewärmter TeilPreheated part
KbKb: Schlüssellochkeyhole
Wa, Wb und WcWa, Wb and Wc: SchmelzzoneMelting zone
WdWd: Geschweißtes TeilWelded part

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

JP 2012115876 A [0004]

Claims

A laser spot welding method comprising continuously performing the following in a state in which a laser optical axis is directed to a predetermined region of a plurality of overlapped sheets: a first step of irradiating the predetermined region with a defocused laser beam at a first irradiation diameter; and a second step of irradiating the predetermined region with a laser beam controlled substantially to a focused state at a second irradiation diameter; and a third step of irradiating the predetermined region with a laser beam while defocusing the laser beam to gradually increase the irradiation diameter from the second irradiation diameter.

Laser spot welding process according to Claim 1 wherein the first irradiation diameter is defocused to be at least twice the second irradiation diameter, and a unit point diameter is given by the first irradiation diameter.

Laser spot welding process according to Claim 1 or 2 wherein the first step comprises irradiating the predetermined region with the defocused laser beam at the first irradiation diameter for a first time period; and the first period of time is 0.01 to 0.1 seconds or a maximum of 1/4 of the total irradiation period of the first to third steps.

Laser spot welding process according to one of the Claims 1 to 3 wherein the third step completes the laser irradiation after the laser beam has been defocused to enlarge the irradiation diameter to the first irradiation diameter or to an even larger diameter.

Laser spot welding process according to one of the Claims 1 to 4th wherein the third step includes a step of irradiating the predetermined region with a laser beam at a second irradiation diameter controlled substantially to a focused state in the center.