JP2004154813A

JP2004154813A - レーザ加工方法および装置

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Publication number: JP2004154813A
Application number: JP2002322233A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Matsuoka; 芳彦松岡; Hirofumi Shimura; 洋文志村; Shinya Sasaki; 信也佐々木; Tomoaki Nagasu; 伴章永壽
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2002-11-06
Filing date: 2002-11-06
Publication date: 2004-06-03

Abstract

【課題】深いキーホールが安定に形成されるようにして、ボロシティを発生させることなく、高速で深溶け込み溶接を可能にする。
【解決手段】レーザ光源１１、２１から出射され、整形光学手段１２、２２により加工されたレーザビーム１３、２３は、合波手段５により合波されて被加工物６上に照射される。レーザビーム１３とレーザビーム２３とは重なっており、レーザビーム１３による被加工物６上のスポット１４内にレーザビーム２３によるスポット２４は入る。レーザビーム２３の焦点深度はレーザビーム１３のそれより長く、被加工物表面近傍から所望の溶け込み深さの１／２を越える深さまで分布している。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を用いてキーホールを形成しつつ溶接を行う溶接方法とその溶接装置に関し、さらに詳しくは、キーホールを安定に維持しつつ、深溶け込みキーホール溶接を可能にする、キ−ホール溶接方法とその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ光は、集光させることで大きなエネルギーを被加工物上の小さな点や線に照射できるので、精密な溶接・切断・穿孔・表面改質などに利用されている。レーザ光を用いた溶接は、例えば、レーザ発振器からパルス波として出力されるレーザ光を適切なスポットに集光させ、被加工物に照射して実施されるものである（パルス波レーザ溶接）。パルスレーザ溶接では、１パルスの間で、被加工物に溶け込み（キーホール）が生じ、被加工物の裏側（照射面の反対側）にいわゆる裏波が得られるほどキーホールが深くなり、次いでキーホールの溶融金属が冷却固化することで、溶接される。
【０００３】
レーザ発振器の高出力化が着実に進んできており、これら高出力レーザを用いた高速・深溶け込みキーホール溶接、即ち単位時間当りの溶接加工量がより大きくかつより厚い被加工物の溶接、の実用化が待たれている。しかしながら、高速溶接の場合にはキーホールが極めて不安定になり、深溶け込みが困難であるという問題がある。パルス波レーザ溶接においてもまた連続波レーザ溶接においても、キーホールが安定に維持されないと、被加工物の内部深くに直接熱を与えることができずに深い溶け込みが得られず、厚い被加工物の溶接が困難となる。また、薄い被加工物の場合でもボロシティの発生の原因となり、溶接部の強度低下を招く問題がある。
【０００４】
キーホールの不安定化は次のように解釈されている。被加工物にレーザビームが照射されると、照射スポットにおいて局所的に溶融・蒸発し、表面から内部に至るキーホールが形成される。キーホール内壁をレーザビームが多重反射し、次第に内壁金属を熱し、溶融した金属が溶融池を形成する。溶融金属に働く重力によってキーホールが閉じられようとする一方、レーザビームによりキーホールに流れ込む溶融金属が加熱されて蒸気圧が高まり、蒸気噴流により溶融金属がキーホールから排出される。キーホールの不安定化は、キーホールへの溶融金属の流入と排出のアンバランスによって生じる。
【０００５】
キーホールを安定化させる方法として、特許文献１には、一本または二方向からの溶接用レーザビームの焦点位置を溶接深さ方向に振動させて溶接する方法が開示されている。特許文献２には、キーホールが溶融金属によって閉じる直前にパルスレーザビームを照射し、キーホールが開いている期間はパルスレーザビームの照射を停止し、溶融金属を適量に制御する方法が開示されている。特許文献３には、被加工物に裏波が得られる状態の適正キーホール深さが繰り返し得られる最小のパルス幅で溶接を行う方法が開示されている。特許文献４には、金属溶融池の固有振動数と一致した周波数でレーザ出力を周期的に変動させて溶接する方法が開示されている。
【０００６】
ところで、本発明の溶接方法は、二つのレーザビームを用いることにより、キーホールを安定に維持しつつ深い溶け込みを可能としたものであるが、焦点位置（焦点深度）の異なる複数のレーザビームを照射してレーザ加工を行うものとしては以下のものが公知となっている。特許文献５には、レーザ穴あけ加工や切断加工の際に穴や切り口の周囲にできるかえりを除去することを目的として、口径の異なる２種類のレンズを同軸上に配置してレーザビームを集光し、加工物表面で焦点を結ぶ第一のビーム成分と、加工点周囲に焦点を結ばず照射する第二のビーム成分とを生成する方法が開示されている。また、類似の技術が、特許文献６にも開示されている。
さらに、特許文献７には、レーザ加工装置のビーム集光方法として、同心円状の曲線部と平坦部からなる複数のレンズを同軸上に配置させ、互いのレンズ性能を有する曲線部を重ならないように配置することで、また、特許文献８には、厚い被加工物の切断を目的として、一枚のレンズ等光学素子を分割して、被加工物の深さ方向の同軸上に複数の焦点を結ばせる方法が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−１０７８７６号公報（第３−５頁、図１）
【特許文献２】
特開２０００−３５１０８６号公報（第３−４頁、図１）
【特許文献３】
特開２００１−２０５４６４号公報（第２−３頁、図２）
【特許文献４】
特開２００２−２２４８６７号公報（第２頁、図１−３）
【特許文献５】
特公昭５０−１８２４０号公報（第２頁右欄、第７図）
【特許文献６】
特開昭６１−１６５２９０号公報（第２頁、第１図）
【特許文献７】
特開平１−１４３７８３号公報（第２頁、第１図）
【特許文献８】
特開平７−８０６７２号公報（第３頁、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載された方法は、照射するレーザビームの焦点をキーホール内の深さ方向に振動させることで、効果的にキーホール内に流入する溶融金属を加熱し、蒸気噴流によるキーホールからの排出を促進しようとするものであるが、この手法では、照射するレーザビームの焦点をキーホール内の深さ方向に振動させるために、レーザビームをレーザ発振器から被加工物まで導く光学系と被加工物を保持するステージの両方に、またはいずれか一方に駆動機構を必要とし、装置が複雑・高価になる。
また、特許文献２ないし４に記載された手法は、いずれも過剰の溶融金属の生成がキーホールを不安定化させるものと考え、溶融金属が適量に保たれるように照射するレーザビームのエネルギーまたはパワーを制御するものである。これら方法は、パルスエネルギー、パルス幅、パルス間隔あるいは出力変調を、被加工物の種類、寸法などに合わせて精密に制御する必要があり、レーザ発振器自体に高い安定性・制御性を求めるために、装置が複雑・高価になる。
さらに、いずれの方法もキーホールの安定化には効果があるが、深溶け込み達成のための積極的方法は示されていない。
また、特許文献５ないし８に記載されたものでは、いずれも深い位置に焦点を結ぶビームの被加工物の表面でのビーム径の方が浅い位置に焦点を結ぶビームのそれよりより大きくなっている。このようなビーム構成で溶接を行う場合には、焦点位置の浅いビームによって穴が開けられることになるが、深い位置に焦点を結ぶビームのこの穴の外側を通過する部分はいわゆる“蹴られ”の状態となるため、ビームエネルギーの大半が被加工物内に入り込むことができず、効果的に深いキーホールを形成することができない。
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解決することであって、その目的は、複雑な装置を必要とせず、キーホールを安定に維持し、深溶け込みを確実に実現し、高速・深溶け込みキーホール溶接を可能にする、キーホール溶接方法およびその装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明によれば、互いに重なる第１、第２のレーザビームを被加工物に照射してキーホール溶接を行う方法において、被加工物表面での第１のレーザビームの径が第２のレーザビームの径より大きく、かつ、第２のレーザビームの焦点深度が第１のレーザビームのそれより深くにまで達することを特徴とするキーホール溶接方法、が提供される。
そして、好ましくは、第１のレーザビームの被加工物表面での直径が１００μｍ以上５ｍｍ以下になされ、第２のレーザビームの被加工物表面での直径が、第１のレーザビームのそれの１／２以下になされる。さらに好ましくは第２のレーザビームの焦点深度が被加工物表面近傍から所望の溶け込み深さの１／２を越える深さまで分布している。
【００１０】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、第１のレーザビームを出射する第１のレーザ光源と、第２のレーザビームを出射する第２のレーザ光源と、被加工物表面で第１、第２のレーザビームが重なるように合波する合波手段と、を有するキーホール溶接装置であって、被加工物表面での第１のレーザビームの径が第２のレーザビームの径より大きく、かつ、第２のレーザビームの焦点深度が第１のレーザビームのそれより深くにまで達することを特徴とするキーホール溶接装置、が提供される。
そして、好ましくは、第１のレーザ光源が、Ｎｄ：ＹＡＧレーザなどの固体レーザにより構成され、第２のレーザ光源が、ファイバレーザにより構成されている。
【００１１】
〔作用〕
上記の構成を有する本発明によれば、まず、焦点深度が浅く加工物表面での径の大きい第１のビームと焦点深度が深く加工物表面での径の小さい第２のビームとが照射されると被加工物表面の金属が溶融され一部金属が蒸発することにより、表面に溶融金属に囲まれた穴が開けられる。被加工物表面に穴が開けられた後、キーホール内部における第１のビーム成分の内部の多重反射によってのみでなく、焦点深度の深い第２のビームのエネルギー（パワー）が直接キーホール内部に投入されるので、キーホールは効果的に深さ方向に成長される。そして、キーホール周辺の溶融金属は、キーホール内部で多重反射する第１のビームと直接照射される第２のビームの両者により加熱されて溶融状態に維持され、キーホール先端部に形成される金属蒸気と溶融金属の排出がスムースに行われるので、ボロシティの発生を伴うことなく深溶け込みキーホール溶接を高速に行うことが可能になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態のレーザ溶接装置の概略構成図である。図１において、１１はパルス発振Ｎｄ：ＹＡＧレーザなどからなるレーザ光源、２１はパルス発振ファイバレーザなどからなるレーザ光源、１２、２２は、レーザ光源から出射されたレーザビーム１３、２３を整形する整形光学手段、５は二つのレーザビームをほぼ同軸に重なるように合波する合波手段、６はキーホール溶接が行われる鋼板などからなる被加工物、７は、被加工物６を保持してＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動可能でＺ軸と平行な軸およびＺ軸に垂直な軸を中心として回転可能なステージを有するテーブルである。テーブル７の可動方向、回転方向は上記のうちの一部であってもよい。レーザビーム１３、２３は被加工物６の表面でスポット１４、２４を描く。整形光学手段１２は、レーザ光源１１から出射されたレーザビームが、被加工物６表面で直径１００μｍ以上乃至５ｍｍ以下のスポット１４が得られるよう、必要に応じてビーム径の拡大、ビーム内のエネルギー分布の整形、集光などを行う。同様に、整形光学手段２２は、レーザ光源２１から出射されたレーザビームが、被加工物６表面でスポット１４の１／２以下の径のスポット２４が得られ、焦点深度が被加工物表面近傍から所望の溶け込み深さの少なくとも１／２を越える深さまで分布するよう、ビーム径の拡大、ビーム内のエネルギー分布の整形、集光などを行う。
【００１３】
キーホール溶接が有効に行われるのであれば、被加工物６表面のスポット１４とスポット２４の中心が一致していなくてもよい。スポット１４およびスポット２４の直径は、スポット内のパワー密度分布が一様であるならばその一様領域の直径、スポット内のパワー密度が一様でない場合にはスポット内の最大パワー密度の１／ｅ^２倍のパワー密度である点間距離のうちの最大値とする。
レーザ光源１１の出力は、被加工物６表面上のスポット１４内のレーザビーム１３およびレーザビーム２３によるパワー密度の面積平均値が、被加工物６の溶接に適した値になるよう調整される。
【００１４】
レーザビーム１３による被加工物６表面のスポット１４内のパワー密度分布は、一様または正規分布に限定されない。被加工物６表面上のスポット１４内のレーザビーム１３およびレーザビーム２３によるパワー密度の面積平均値が、被加工物６の溶接に適した値になるならば、レーザビーム１３による被加工物６表面のスポット１４内のパワー密度分布は、例えばドーナッツ状であってもよい。
【００１５】
レーザ光源１２の出力は、被加工物６表面上のレーザビーム２３によるスポット２４内のパワー密度の面積平均値が、被加工物６の溶接に適する値以上でアブレーション加工に適する値以下になるよう調整される。
また、本発明で用いられるレーザビーム１３および２３は、異なる波長を有していてもよい。
本発明で用いられるレーザ光源１１および２１は、適宜パルス波レーザ光源や連続波レーザ光源が選択される。すなわち、実施するレーザ溶接の種類（スポット溶接、シーム溶接など）や被加工物の種類に応じて、レーザ光源１１および２１の種類の組み合わせ（レーザ光源１１および２１ともに連続波レーザ光源、レーザ光源１１および２１ともにパルス波レーザ光源、レーザ光源１１または２１の一方が連続波レーザ光源であり、他方がパルス波レーザ光源）も適宜選択される。レーザビーム１３の被加工物６への照射と、レーザビーム２３の被加工物６への照射は、照射開始時間および照射終了時間が完全に一致せずともよい。但し、レーザビーム１３と２３の両方が被加工物６に同時に照射される時間がある必要がある。
【００１６】
レーザビーム１３の被加工物６表面でのスポット１４の直径は、次の理由で限定される。例えば、被加工物６が鉄鋼等の金属の場合、溶接に必要となるパワー密度は約１００ｋＷ／ｃｍ^２以上である。工業的に利用可能な代表的な高出力レーザは、連続波１０ｋＷ出力のＮｄ：ＹＡＧであり、このレーザを用いた場合、１００ｋＷ／ｃｍ^２のパワー密度を満足できるのは、スポット１４の直径が約５ｍｍ程度までであることを理由に、スポット１４の直径の上限を与える。
熱伝導は空間における温度勾配に従って温度の低い空間へ熱が流れる。入熱領域であるスポット１４の面積が小さいと、熱伝導によるスポット１４の外への熱の逃げが顕著となり、効果的な溶接が困難になる。レーザ溶接で一加工点で要する時間は１００μｓから１００ｍｓ程度であり、この時間領域内での微小領域への入熱と熱の拡散を検討した結果、直径１００μｍ程度以下から熱の拡散により入熱量域の温度上昇が顕著に低下することが判明したので、スポット１４の直径の下限を直径１００μｍと与えた。
【００１７】
レーザビーム２３の被加工物６表面でのスポット２４の直径、および焦点深度分布は次の理由で限定される。被加工物６に形成されるキーホールは、深溶け込みが達成された時点でおおよそ円筒形状になることが望ましいが、その形成過程では、入り口部分を底面とするおおよそ円錐形状であると想像される。形成過程のキーホールの先端部分に、確実にかつ効果的にレーザビーム２３を到達させるためには、被加工物６表面でのレーザビーム２３によるスポット２４の直径は、スポット１４の１／２以下であることが望ましい。
【００１８】
焦点深度は、焦点におけるパワー密度の８０％以上のパワー密度であるレーザビームの光軸上区間とする。被加工物６に形成されるキーホールの深さ方向への効果的な成長をレーザビーム２３によって行うために、被加工物６の表面近傍は焦点深度の開始端にある必要がある。一方、レーザビーム２３が、被加工物６の表面近傍から、少なくとも所望の溶け込み深さの半分の深さまでの焦点深度の軸上区間を有していれば、所望の溶け込み深さにおいてもレーザビーム２３が十分なパワー密度を有していると考えられること、および従来と同様のキーホール内での多重反射によっても残りのキーホールの成長が期待できることから、焦点深度の軸上区間の終了端は、少なくとも所望の溶け込み深さの半分の深さ以上であることが必要である。
【００１９】
テーブル７は、テーブル７上の被加工物６に照射されるレーザビームのスポット１４および２４が、被加工物６上を連続的に移動できるように、Ｘ、Ｙ、Ｚ、θおよびφステージ、あるいはこれらのステージの幾つかから構成される。レーザビームスポット１４および２４と、被加工物６の相対位置を連続的に変化させる手段は、テーブル７が可動であることに限定されない。同様の作用が得られるのであれば、レーザ光源１１および１２が連続的に空間を移動できる手段を有していてもよいし、あるいはレーザビーム１３および２３を合波した後の被加工物６に至る光路中にガルバノミラーなどの光路可変偏向素子を設置してもよい。
【００２０】
被加工物６上のスポット１４内におけるパワー密度がある閾値を越えると、被加工物６表面で溶融、穴開き、キーホールの生成が生じ、結果として溶接が行われる。
次に、図２を参照して、本実施の形態による加工方法について説明する。レーザ光源１１から出たレーザビーム１３は、従来のレーザ溶接と同様に被加工物６上に集光照射される。レーザビーム１３の被加工物６上のスポット１４は、レーザビーム１３の焦点である必要はなく、従来のレーザ溶接と同様に、必要に応じて被加工物６表面の手前あるいは向こう側に焦点をずらしてもよい。
【００２１】
レーザビーム２３は、小さいスポット径および長い焦点深度となるように、公知の輪帯ビームの集光などの光学的超解像手法や、公知の準無回折ビーム（ベッセルビーム）の手法を、ビーム整形光学手段２２で用いて整形される。
合波手段５により合波されたレーザビーム１３およびレーザビーム２３は、被加工物６表面にスポット１４およびスポット２４を形成する。被加工物６上のスポット１４内の（面積平均）パワー密度は、被加工物６の溶接に適した値となるよう調節されており、従来の溶接手法と同様に、照射スポットにおいて局所的に溶融・蒸発が生じ、表面から内部向かってキーホール６２が成長し始める。レーザビーム１３は、焦点深度が短いので、焦点前後でビーム径が大きく広がり、キーホールを深さ方向だけでなく、横方向にも成長させる。
【００２２】
レーザビーム２３は長い焦点深度を有しており、かつそのスポット２４径がスポット１４の１／２以下なので、キーホール内にそのパワーのほぼ全量が投入されるとともに、キーホールを深さ方向に選択的に成長させ、効果的な深溶け込みが実現される。レーザビーム１３は、キーホール内面全体に広がっており、キーホールを埋めるように流入してくる溶融金属へ選択的に照射されるものではないため、過剰に流入してくる溶融金属に対しては排出効果が薄い。これに対し、レーザビーム２３はキーホール６２の中心部に筒状に高パワー密度部分を持つので、この領域に流入してきた溶融金属６１を効果的に過熱し、金属蒸気６３の蒸気圧を高めて蒸気噴流によってこれらを排出し、キーホール６２を安定に維持する。
スポット溶接やシーム溶接など、実施される溶接の種類に応じて、テーブル７によりスポット１４および２４と被加工物６の相対位置は変化させられることは、従来のレーザ溶接加工法と同じである。
【００２３】
図３は、本発明の第２の実施の形態のレーザ溶接装置の概略構成図である。本実施の形態においては、光源としては、Ｎｄ：ＹＡＧレーザなどからなるレーザ光源３１のみが用いられる。レーザ光源３１から出射されたレーザビームは、分波手段８において、レーザビーム１３および２３に分波される。整形光学手段１２は、分波手段８において分波されたレーザビームが、被加工物６表面で直径１００μｍ以上乃至５ｍｍ以下のスポット１４が得られるよう、応じてビーム径の拡大、ビーム内のエネルギー分布の整形、集光などを行う。同様に、整形光学手段２２は、分波手段８において分波されたレーザビームが、被加工物６表面でスポット１４の１／２以下の径のスポット２４が得られ、焦点深度が被加工物表面近傍から所望の溶け込み深さの少なくとも１／２を越える深さまで分布するよう、ビーム径の拡大、ビーム内のエネルギー分布の整形、集光などを行う。
【００２４】
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜の変更が可能なものである。たとえば、使用されるレーザ光源はＮｄ：ＹＡＧレーザやファイバレーザに限定されない。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、焦点深度が深くにまで分布している方のレーザビームの被加工物表面でのスポット径を焦点深度が浅く分布している方のレーザビームのそれより小さくするものであるので、キーホールの安定性を維持しつつ効果的なキーホールの深さ方向の成長が可能になり、従来の方法よりも加工速度が向上し、ボロシティの発生を伴うことなく高速・深溶け込みキーホール溶接が可能になる。また、本発明は、レーザ発振器自体に高い安定性・制御性を求めるものではないので、複雑・高価な装置を必要とせず、ローコストでの深溶け込みキーホール溶接が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のレーザ加工装置の概略構成図。
【図２】本発明のレーザ加工方法で加工を行う際の動作を説明するための断面図。
【図３】本発明の第２の実施の形態のレーザ加工装置の概略構成図。
【符号の説明】
１１、２１、３１レーザ光源
１２、２２整形光学手段
１３、２３レーザビーム
１４、２４スポット
５合波手段
６被加工物
６１溶融金属
６２キーホール
６３金属蒸気
７テーブル
８分波手段

Claims

互いに重なる第１、第２のレーザビームを被加工物に照射してキーホール溶接を行う方法において、被加工物表面での第１のレーザビームの径が第２のレーザビームの径より大きく、かつ、第２のレーザビームの焦点深度が第１のレーザビームのそれより深くにまで達していることを特徴とするキーホール溶接方法。
第１のレーザビームの被加工物表面での直径が１００μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載のキーホール溶接方法。
第１のレーザビームの被加工物表面での直径が５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のキーホール溶接方法。
第２のレーザビームの被加工物表面での直径が、第１のレーザビームのそれの１／２以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のキーホール溶接方法。
第２のレーザビームの焦点深度が被加工物表面近傍から所望の溶け込み深さの１／２を越える深さまで分布していることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のキーホール溶接方法。
第２のレーザビーム成分の被加工物上のパワー密度の面積平均値が、被加工物の溶接に適する値以上アブレーション加工に適する値以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のキーホール溶接方法。
２つのレーザビームと被加工物との相対的移動を伴いながら溶接が行われることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のキーホール溶接方法。
２つのレーザビームが、共に連続発振レーザの出射光であるか、共にパルス発振レーザの出射光であるか、一方が連続発振レーザの出射光で他方がパルス発振レーザの出射光であるか、の内のいずれかであることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のキーホール溶接方法。
第１のレーザビームを出射する第１のレーザ光源と、第２のレーザビームを出射する第２のレーザ光源と、被加工物表面で第１、第２のレーザビームが重なるように合波する合波手段と、を有するキーホール溶接装置であって、被加工物表面での第１のレーザビームの径が第２のレーザビームの径より大きく、かつ、第２のレーザビームの焦点深度が第１のレーザビームのそれより深くにまで達することを特徴とするキーホール溶接装置。
前記第１のレーザ光源と前記合波手段との間に第１のレーザビームを整形する第１の整形光学手段が、および／または、前記第２のレーザ光源と前記合波手段との間に第２のレーザビームを整形する第２の整形光学手段が備えられていることを特徴とする請求項９に記載のキーホール溶接装置。
第１のレーザ光源が、固体レーザにより構成されていることを特徴とする請求項９または１０に記載のキーホール溶接装置。
第１のレーザ光源が、Ｎｄ：ＹＡＧレーザにより構成されていることを特徴とする請求項９または１０に記載のキーホール溶接装置。
第２のレーザ光源が、ファイバレーザにより構成されていることを特徴とする請求項９から１２のいずれかに記載のキーホール溶接装置。
レーザ光源と、前記レーザ光源が出射するレーザビームを第１、第２のレーザビームに分割する分波手段と、被加工物表面で第１、第２のレーザビームが重なるように合波する合波手段と、第１のレーザビームを整形する第１の整形光学手段と、第２のレーザビームを整形する第２の整形光学手段と、を有するキーホール溶接装置であって、被加工物表面での第１のレーザビームの径が第２のレーザビームの径より大きく、かつ、第２のレーザビームの焦点深度が第１のレーザビームのそれより深いことを特徴とするキーホール溶接装置。