JP2018187659A - Laser welding method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser welding method capable of restraining a change in mechanical strength corresponding to a part of a welding part.SOLUTION: An orbit (LP10) of a continuously emitted laser beam (L1) includes a plurality of loop-like wires (LP1) disposed along a boundary (W3) between mutually butted plate-like bodies (W1 and W2), and a wire connection (LP2) for connecting neighboring loop-like wires (LP1). The loop-like wires (LP1) extends so as to pass from the loop starting point (LP0) of one plate-like body (W1)through the other plate-like body (W2) and return to the loop starting point (LP0) of the plate-like body (W1). The wire connection (LP2) connects neighboring loop-like wires (LP1) by connecting the loop starting points (LP0) of the one plate-like body (W1). The laser beam (L1) is emitted toward the boundary (W3) of the mutually butted plate-like bodies (W1 and W2) from above the one plate-like body (W1).SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、レーザ溶接方法に関する。   The present invention relates to a laser welding method.

互いに突き合わせた一対の板状体同士に、レーザを照射して溶接する溶接方法がある。特許文献1に開示の溶接方法では、一方の板状体と他方の板状体とを行き来するよう、溶接方向に移動する回転中心を周回する螺旋形状を有する軌跡に沿って、レーザを照射して溶接する。   There is a welding method in which a pair of plate-like bodies that are abutted with each other are welded by irradiation with laser. In the welding method disclosed in Patent Document 1, a laser is irradiated along a trajectory having a spiral shape that goes around a rotation center moving in the welding direction so as to move back and forth between one plate-like body and the other plate-like body. And weld.

国際公開第2016/194322号International Publication No. 2016/194322

本発明者等は、以下の課題を見出した。
このような溶接方法を用いて溶接した場合、他方の板状体の溶接深さが、一方の板状体の溶接深さよりも浅くなることがある。そのため、溶接部の他方の板状体側の部位における機械的強度が、溶接部の一方の板状体側の部位における機械的強度と比較して小さくなることがあった。
The present inventors have found the following problems.
When welding is performed using such a welding method, the welding depth of the other plate-like body may be shallower than the welding depth of one plate-like body. Therefore, the mechanical strength at the site on the other plate-like body side of the welded portion may be smaller than the mechanical strength at the site on the one plate-like body side of the welded portion.

一具体例を用いて説明する。図11に示すように、箔W93を板状体W91、板状体W92の間に挟み込ませたまま板状体W91と板状体W92とを突き合わせつつ、レーザ光L91を箔W93の上方から鉛直方向に照射する。引き続き、溶接方向である紙面奥行方向(ここで、Y軸マイナス側)に移動する回転中心を周回する螺旋形状を有する軌跡に沿って、レーザ光L91を照射する。この照射によって、箔W93、板状体W91、及び板状体W92の一部が溶解し、溶接部W94が形成する。溶接部W94の板状体W92側の溶接深さD92は、溶接部W94の板状体W91側の溶接深さD91よりも浅くなることがある。この一因として、板状体W91におけるレーザ光L91の軌跡は、板状体W92におけるレーザ光L91の軌跡と比較して長いことから、レーザ光L91によって板状体W91側に与えられる照射熱が、板状体W92側に与えられるそれよりも大きいことが考えられる。   This will be described using a specific example. As shown in FIG. 11, while the foil W93 is sandwiched between the plate-like body W91 and the plate-like body W92, the plate-like body W91 and the plate-like body W92 are brought into contact with each other, and the laser beam L91 is vertically applied from above the foil W93. Irradiate in the direction. Subsequently, the laser beam L91 is irradiated along a trajectory having a spiral shape that goes around the rotation center moving in the paper depth direction (here, the Y axis minus side) which is the welding direction. By this irradiation, a part of the foil W93, the plate-like body W91, and the plate-like body W92 is melted and a welded portion W94 is formed. The weld depth D92 on the plate-like body W92 side of the welded portion W94 may be shallower than the weld depth D91 on the plate-like body W91 side of the welded portion W94. As one reason for this, since the locus of the laser beam L91 in the plate-like body W91 is longer than the locus of the laser beam L91 in the plate-like body W92, the irradiation heat given to the plate-like body W91 side by the laser beam L91 is large. It may be larger than that given to the plate-like body W92.

本発明は、溶接部の部位に応じた機械的強度の変化を抑制するものとする。   The present invention suppresses a change in mechanical strength according to the site of the weld.

本発明に係るレーザ溶接方法は、
軌道に沿うようにレーザ光を連続して照射して溶接するレーザ溶接方法であって、
前記軌道は、突き合わせた板状体同士(例えば、板状体W1、W2)の境界部に沿って並んで配置させた複数のループ状線と、隣接するループ状線同士を結ぶ結線とを含み、
前記ループ状線は、一方の板状体(例えば、板状体W1)のループ開始点から他方の板状体(例えば、板状体W2)を通って前記一方の板状体の前記ループ開始点に戻るように延び、
前記結線は、前記一方の板状体のループ開始点同士を結ぶことによって、隣接するループ状線同士を結び、
前記一方の板状体の上方に配置したレーザ発振器から、前記突き合わせた板状体同士の境界部に向けて、前記レーザ光を照射する。
このような構成によれば、レーザ光を、一方の板状体側から他方の板状体側に向かって進行するよう照射することができる。これによって、レーザの軌道の単位長さ当たりの、レーザ照射による他方の板状体への入熱量を、一方の板状体への入熱量よりも高めることができる。そのため、他方の板状体の溶接深さが、一方の板状体の溶接深さよりも浅くなり難くなるため、他方の板状体の溶接強度が、一方の板状体の溶接強度と比較して小さくなることを抑制することができる。すなわち、溶接部の部位に応じた機械的強度の変化を抑制することができる。
The laser welding method according to the present invention includes:
A laser welding method for welding by continuously irradiating a laser beam along a track,
The track includes a plurality of loop-like lines arranged side by side along a boundary portion between the plate-like bodies that are abutted (for example, the plate-like bodies W1 and W2) and a connection that connects the adjacent loop-like lines. ,
The loop-like line starts from the loop start point of one plate-like body (for example, plate-like body W1) through the other plate-like body (for example, plate-like body W2) and starts the loop of the one plate-like body. Extending back to the point,
The connection is made by connecting adjacent loop-shaped lines by connecting the loop start points of the one plate-shaped body,
The laser beam is emitted from a laser oscillator disposed above the one plate-like body toward a boundary portion between the plate-like bodies that are butted together.
According to such a configuration, the laser beam can be irradiated so as to travel from one plate-like body side toward the other plate-like body side. As a result, the amount of heat input to the other plate-like body by laser irradiation per unit length of the laser trajectory can be made higher than the amount of heat input to one plate-like body. Therefore, the welding depth of the other plate-like body is less likely to be shallower than the welding depth of one plate-like body, so that the welding strength of the other plate-like body is compared with the welding strength of one plate-like body. Can be suppressed. That is, it is possible to suppress a change in mechanical strength according to the site of the weld.

本発明に係るレーザ溶接方法は、溶接部の部位に応じた機械的強度の変化を抑制することができる。   The laser welding method according to the present invention can suppress a change in mechanical strength according to the site of the weld.

実施の形態1に係る溶接装置の構成を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing a configuration of a welding apparatus according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る溶接方法を示す模式図である。3 is a schematic diagram showing a welding method according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る溶接方法を示す模式図である。3 is a schematic diagram showing a welding method according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る溶接方法を示す模式図である。3 is a schematic diagram showing a welding method according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る溶接方法の一具体例を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing a specific example of a welding method according to the first embodiment. 経過時間に対するプラズマ光強度を示すグラフである。It is a graph which shows the plasma light intensity with respect to elapsed time. 溶接部断面の一具体例を示す写真である。It is a photograph which shows one specific example of a welding part cross section. 照射角度に対する最大溶接深さを示すグラフである。It is a graph which shows the maximum welding depth with respect to an irradiation angle. 修正後の照射角度を求めるための溶接方法を示す概略図である。It is the schematic which shows the welding method for calculating | requiring the irradiation angle after correction | amendment. 修正後の照射角度でレーザ光を照射する溶接方法を示す概略図である。It is the schematic which shows the welding method which irradiates a laser beam with the irradiation angle after correction. レーザ光を照射する溶接方法を示す概略図である。It is the schematic which shows the welding method which irradiates a laser beam.

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。   Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments. In addition, for clarity of explanation, the following description and drawings are simplified as appropriate.

(実施の形態1)
図1〜図4を参照して実施の形態1に係る溶接方法について説明する。図1は、実施の形態1に係る溶接装置の構成を示す概略図である。図2〜図4は、実施の形態1に係る溶接方法を示す模式図である。図1〜4、7、9〜11では、左手系XYZ三次元座標が規定されている。また、図4、9〜11では、ハッチングを適宜省略した。図4は、図に示す被溶接物W10の一部位の断面を示す。
(Embodiment 1)
The welding method according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the welding apparatus according to the first embodiment. 2 to 4 are schematic diagrams illustrating a welding method according to the first embodiment. 1-4, 7, and 9-11, the left-handed system XYZ three-dimensional coordinate is prescribed | regulated. In FIGS. 4 and 9 to 11, hatching is appropriately omitted. FIG. 4 shows a cross section of a portion of the work piece W10 shown in the drawing.

(レーザ溶接装置の一具体例)
実施の形態1に係るレーザ溶接方法1は、図1に示すレーザ溶接装置100を利用して実施することができる。図1に示すように、レーザ溶接装置100は、制御系10と、多関節ロボット20と、NC機30と、溶接ヘッド40とを備える。
(One specific example of laser welding equipment)
The laser welding method 1 according to Embodiment 1 can be performed using the laser welding apparatus 100 shown in FIG. As shown in FIG. 1, the laser welding apparatus 100 includes a control system 10, an articulated robot 20, an NC machine 30, and a welding head 40.

制御系10は、レーザ・ヘッド制御部11と、レーザ発振器12と、プラズマ光・熱放射光記録演算部13と、品質記録部14と、多関節ロボットの制御部15と、NC機の制御部16とを含む。   The control system 10 includes a laser / head control unit 11, a laser oscillator 12, a plasma / thermal radiation recording operation unit 13, a quality recording unit 14, an articulated robot control unit 15, and an NC machine control unit. 16 and the like.

レーザ・ヘッド制御部11は、溶接ヘッド40から信号を受信し、レーザ発振の開始又は停止や、発振させるレーザ光の強度について指令する信号をレーザ発振器12に送る。レーザ発振器12は、レーザ・ヘッド制御部11からの信号を受けて、レーザ光を発振させて、光ファイバ12aを介して溶接ヘッド40に供給する。プラズマ光・熱放射光記録演算部13は、プラズマ光・熱放射光についての信号を溶接ヘッド40から受け取って、所定のプログラムに基づいて演算する。品質記録部14は、プラズマ光・熱放射光記録演算部13が演算した結果を示す信号を受けて、その演算結果を記録する。この演算結果として、プラズマ光・熱放射光の光強度の波形や、溶接部の品質等が挙げられる。多関節ロボットの制御部15、及びNC機の制御部16の少なくとも一方は、プラズマ光・熱放射光記録演算部13の演算結果を示す信号を受けて、この受けた演算結果に基づいて、多関節ロボット20、及びNC機30の少なくとも一方を制御する。   The laser head controller 11 receives a signal from the welding head 40, and sends a signal to the laser oscillator 12 to instruct the start or stop of laser oscillation and the intensity of laser light to be oscillated. The laser oscillator 12 receives a signal from the laser head controller 11, oscillates a laser beam, and supplies the laser beam to the welding head 40 via the optical fiber 12 a. The plasma light / thermal radiation light recording calculation unit 13 receives a signal about the plasma light / thermal radiation light from the welding head 40 and calculates based on a predetermined program. The quality recording unit 14 receives a signal indicating the result calculated by the plasma light / thermal radiation light recording calculation unit 13 and records the calculation result. As the calculation result, the waveform of the light intensity of the plasma light and the heat radiation light, the quality of the welded portion, and the like can be mentioned. At least one of the control unit 15 of the multi-joint robot and the control unit 16 of the NC machine receives a signal indicating the calculation result of the plasma light / thermal radiation light recording calculation unit 13, and based on the received calculation result, At least one of the joint robot 20 and the NC machine 30 is controlled.

多関節ロボット20は、本体21と、アーム22、23とを備える。本体21は、アーム22をサーボモータ等の駆動部(図示略)を介して鉛直線(図1では、Z軸)回りに回動可能に支持する。アーム22は、サーボモータ等の駆動部(図示略)を介してアーム23と回動可能に接続されており、アーム23は、その先端に溶接ヘッド40を支持する。多関節ロボット20は、本体21と、アーム22、23とを回転駆動させることによって、溶接ヘッド40を所定の三次元空間内において移動させつつ、溶接ヘッド40に所定の姿勢をとらせることができる。   The articulated robot 20 includes a main body 21 and arms 22 and 23. The main body 21 supports the arm 22 so as to be rotatable around a vertical line (Z axis in FIG. 1) via a drive unit (not shown) such as a servo motor. The arm 22 is pivotally connected to the arm 23 via a drive unit (not shown) such as a servo motor, and the arm 23 supports the welding head 40 at the tip thereof. The articulated robot 20 can rotate the main body 21 and the arms 22 and 23 to cause the welding head 40 to take a predetermined posture while moving the welding head 40 in a predetermined three-dimensional space. .

NC機30は、被溶接物W10を支持する支持面31を備え、支持面31を軸Y30(図1では、Y軸に相当)回りに回転して、所定の姿勢をとるように固定することができる。NC機30は、支持面31を軸Y30方向に移動させることができる。   The NC machine 30 includes a support surface 31 that supports the workpiece W10, and the support surface 31 is rotated around an axis Y30 (corresponding to the Y axis in FIG. 1) and fixed in a predetermined posture. Can do. The NC machine 30 can move the support surface 31 in the direction of the axis Y30.

溶接ヘッド40は、レーザ出射口41と、ハーフミラー42と、反射ミラー43と、透過板44と、反射ミラー45と、受光センサ46とを含む。レーザ出射口41と、ハーフミラー42と、反射ミラー43と、透過板44と、反射ミラー45と、受光センサ46とは、例えば、溶接ヘッド40等の内部の所定の位置に固定されている。受光センサ46は、例えば、フォトダイオードセンサである。溶接ヘッド40は、透過板44を所定の姿勢をとりつつ所定の軸回りに回転させることができる。溶接ヘッド40は、例えば、レーザ光L1を透過板44から軸Y30に向けて照射する。レーザ光L1の光軸と、鉛直線Z1(図4参照)との成す照射角度θ1は、例えば、0〜90°の範囲内である。レーザ光L1は、そのまま延長すると、軸Y30と交差する。レーザ光L1の光軸と、X軸との成す照射角度θ2は、例えば、0〜90°の範囲内である。ここでは、軸Y30は、溶接線に相当する。   The welding head 40 includes a laser emission port 41, a half mirror 42, a reflection mirror 43, a transmission plate 44, a reflection mirror 45, and a light receiving sensor 46. The laser emission port 41, the half mirror 42, the reflection mirror 43, the transmission plate 44, the reflection mirror 45, and the light receiving sensor 46 are fixed at predetermined positions inside the welding head 40, for example. The light receiving sensor 46 is, for example, a photodiode sensor. The welding head 40 can rotate the transmission plate 44 around a predetermined axis while taking a predetermined posture. For example, the welding head 40 irradiates the laser beam L1 from the transmission plate 44 toward the axis Y30. The irradiation angle θ1 formed by the optical axis of the laser beam L1 and the vertical line Z1 (see FIG. 4) is, for example, in the range of 0 to 90 °. When the laser beam L1 is extended as it is, it intersects the axis Y30. The irradiation angle θ2 formed by the optical axis of the laser beam L1 and the X axis is, for example, in the range of 0 to 90 °. Here, the axis Y30 corresponds to a weld line.

ここで、レーザ光L1、及び、溶融部W4(図4参照。)又はその近傍から発する反射光L2の経路について説明する。   Here, the paths of the laser light L1 and the reflected light L2 emitted from the melting portion W4 (see FIG. 4) or the vicinity thereof will be described.

まず、レーザ発振器12は、図示しない電源から電力を供給されて、レーザ光を発振し、光ファイバ12aを介してレーザ出射口41からハーフミラー42に出射する。ハーフミラー42は、この出射されたレーザ光の少なくとも一部を反射して、反射ミラー43に入射させる。反射ミラー43が、この入射させられたレーザ光を反射し、透過板44を通過させて、板状体W1の上方から、突き合わせた被溶接物W10の板状体W1、W2同士の境界部、又は箔W3に入射させる。被溶接物W10はレーザ光L1を受けて、反射光L2が溶融部W4又はその近傍から発する。反射光L2は、プラズマ光、及び熱放射光の少なくとも一方を含む。   First, the laser oscillator 12 is supplied with electric power from a power source (not shown), oscillates laser light, and emits the laser light from the laser emission port 41 to the half mirror 42 via the optical fiber 12a. The half mirror 42 reflects at least part of the emitted laser light and makes it incident on the reflection mirror 43. The reflection mirror 43 reflects the incident laser beam, passes through the transmission plate 44, and from above the plate-like body W1, the boundary portion between the plate-like bodies W1 and W2 of the workpiece W10 butted together, Alternatively, the light is incident on the foil W3. The workpiece W10 receives the laser light L1, and the reflected light L2 is emitted from the melted part W4 or the vicinity thereof. The reflected light L2 includes at least one of plasma light and heat radiation light.

反射光L2の少なくとも一部は、透過板44を通過して、反射ミラー43に入射する。反射ミラー43は、入射した反射光L2の少なくとも一部を反射して、ハーフミラー42を通過させて、さらに、反射ミラー45に入射させる。反射ミラー45は、入射した反射光L2の少なくとも一部を反射して、受光センサ46に入射させる。受光センサ46は、反射光L2を受光し、反射光L2の強度を電圧信号に変換する。プラズマ光・熱放射光記録演算部13は、通信ケーブル等を介して、受光センサ46が変換した信号を受信する。   At least a part of the reflected light L <b> 2 passes through the transmission plate 44 and enters the reflection mirror 43. The reflection mirror 43 reflects at least a part of the incident reflected light L 2, passes through the half mirror 42, and further enters the reflection mirror 45. The reflection mirror 45 reflects at least a part of the incident reflected light L <b> 2 and makes it incident on the light receiving sensor 46. The light receiving sensor 46 receives the reflected light L2, and converts the intensity of the reflected light L2 into a voltage signal. The plasma light / thermal radiation light recording calculation unit 13 receives the signal converted by the light receiving sensor 46 via a communication cable or the like.

(レーザ溶接方法1)
図2に示すように、実施の形態1に係るレーザ溶接方法1では、まず、被溶接物W10を所定位置に固定する。被溶接物W10は、板状体W1、W2と、箔W3とを備える。被溶接物W10は、箔W3を板状体W1と板状体W2との間に挟み込ませたまま、板状体W1、W2同士を突き合わせることによって、形成される。図2に示す一例では、箔W3が、板状体W1、W2の境界部に位置する。板状体W1、W2の主面は、水平面(図2では、XY平面)に略平行である。板状体W1の上方に配置したレーザ発振器12から、突き合わせた板状体W1、W2同士の境界部に向けて、レーザ光L1を照射する。レーザ光L1と鉛直線Z1との成す照射角度θは、0°を超えて、90°未満の範囲内である。
(Laser welding method 1)
As shown in FIG. 2, in the laser welding method 1 according to the first embodiment, first, the workpiece W10 is fixed at a predetermined position. The work piece W10 includes plate-like bodies W1 and W2 and a foil W3. The workpiece W10 is formed by abutting the plate bodies W1 and W2 with the foil W3 sandwiched between the plate body W1 and the plate body W2. In the example shown in FIG. 2, the foil W3 is located at the boundary between the plate-like bodies W1 and W2. The main surfaces of the plate-like bodies W1 and W2 are substantially parallel to a horizontal plane (XY plane in FIG. 2). The laser beam L1 is irradiated from the laser oscillator 12 disposed above the plate-like body W1 toward the boundary between the plate-like bodies W1 and W2 that are abutted. The irradiation angle θ formed by the laser beam L1 and the vertical line Z1 is in the range of more than 0 ° and less than 90 °.

図3に示すように、引き続き、軌道LP10に沿うようにレーザ光L1を連続して照射して溶接する。このような軌道LP10に沿って行われる溶接は、ウォブリング溶接とも呼ばれる。軌道LP10は、溶接方向に移動する回転中心を周回する螺旋形状を有する。具体的には、軌道LP10は、突き合わせた板状体W1、W2同士の境界部に沿って並んで配置させた複数のループ状線LP1と、隣接するループ状線LP1同士を結ぶ結線LP2とを含む。言い換えると、軌道LP10は、溶接方向に移動する回転中心を周回する螺旋形状を有する一本の線である。なお、図3では、分かり易くするため結線LP2は、破線として示した。ループ状線LP1は、板状体W1のループ開始点LP0から板状体W2を通って板状体W1のループ開始点LP0に戻るように延びる。結線LP2は、板状体W1のループ開始点LP0同士を結ぶことによって、隣接するループ状線LP1同士を結ぶ。図3に示す一例において、レーザ光L1が照射する板状体W1、W2の部位は、少なくとも、Y軸マイナス側からY軸プラス側に向かって、互いに隣接する4つのループ状線LP1と、この4つのループ状線LP1を結ぶ結線LP2とに倣って移動する。   As shown in FIG. 3, the laser beam L1 is continuously irradiated and welded along the track LP10. Such welding performed along the track LP10 is also referred to as wobbling welding. The track LP10 has a spiral shape that goes around a rotation center that moves in the welding direction. Specifically, the track LP10 includes a plurality of loop-like lines LP1 arranged side by side along the boundary between the butted plate-like bodies W1 and W2, and a connection LP2 connecting the adjacent loop-like lines LP1. Including. In other words, the track LP10 is a single line having a spiral shape that goes around a rotation center that moves in the welding direction. In FIG. 3, the connection line LP2 is shown as a broken line for easy understanding. The loop line LP1 extends so as to return from the loop start point LP0 of the plate-like body W1 to the loop start point LP0 of the plate-like body W1 through the plate-like body W2. The connection LP2 connects adjacent loop lines LP1 by connecting the loop start points LP0 of the plate-like body W1. In the example shown in FIG. 3, the portions of the plate-like bodies W1 and W2 irradiated with the laser light L1 are at least four loop-like lines LP1 adjacent to each other from the Y-axis minus side to the Y-axis plus side. It moves following the connection line LP2 connecting the four loop lines LP1.

このようなレーザ溶接方法によれば、レーザ光L1を、一方の板状体W1側から他方の板状体W2側に向かって進行するよう照射することができる。これによって、レーザ光L1の軌道LP10の単位長さ当たりの、レーザ照射による他方の板状体W2への入熱量を、一方の板状体W1への入熱量よりも高めることができる。そのため、溶融部W4が凝固して形成される溶接部における他方の板状体W2の溶接深さが、一方の板状体W1の溶接深さよりも浅くなり難くなる。よって、溶接部における他方の板状体W2側の溶接強度が、溶接部における一方の板状体W1の溶接強度と比較して小さくなることを抑制することができる。すなわち、溶接部の部位に応じた機械的強度の変化を抑制することができる。   According to such a laser welding method, the laser beam L1 can be irradiated so as to travel from one plate-like body W1 side toward the other plate-like body W2. Thereby, the amount of heat input to the other plate-like body W2 by the laser irradiation per unit length of the track LP10 of the laser light L1 can be made higher than the amount of heat input to the one plate-like body W1. Therefore, the welding depth of the other plate-like body W2 in the welded portion formed by solidifying the melted portion W4 is less likely to be shallower than the welding depth of the one plate-like body W1. Therefore, it can suppress that the welding strength by the side of the other plate-shaped body W2 in a welding part becomes small compared with the welding strength of one plate-shaped body W1 in a welding part. That is, it is possible to suppress a change in mechanical strength according to the site of the weld.

(レーザ溶接方法2)
溶接中にレーザ光L1を照射した部位から反射する反射光L2をモニタリングすることによって、溶融部W4の状態を検知し、フィードバックして照射角度を制御するところを除いて、上記したレーザ溶接方法1と同じ構成を備えるレーザ溶接方法2がある。このようなレーザ溶接方法2について、図5〜図7を用いて説明する。図5は、実施の形態1に係る溶接方法の一具体例を示すフローチャートである。図6は、経過時間に対するプラズマ光強度を示すグラフである。図7は、溶接部断面の一具体例を示す写真である。
(Laser welding method 2)
By monitoring the reflected light L2 reflected from the portion irradiated with the laser beam L1 during welding, the laser welding method 1 described above is used except that the state of the melted portion W4 is detected and fed back to control the irradiation angle. There is a laser welding method 2 having the same configuration as the above. Such a laser welding method 2 will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a flowchart showing a specific example of the welding method according to the first embodiment. FIG. 6 is a graph showing the plasma light intensity with respect to the elapsed time. FIG. 7 is a photograph showing a specific example of a cross section of the weld.

レーザ溶接方法1と同様に、レーザ溶接を行う。溶接中において、溶接予定の溶接ビードをその長手方向にm区間に区切って、第1区間から第m区間の溶接品質を区間ごとに判定する。ここで、m、nは自然数である。具体的には、第n区間について判定を行うことを決定する(判定区間決定ステップST1)。本ステップST1では、開始時には第1区間について判定を行うことを決定する。   Similarly to the laser welding method 1, laser welding is performed. During welding, a welding bead to be welded is divided into m sections in the longitudinal direction, and the welding quality from the first section to the m-th section is determined for each section. Here, m and n are natural numbers. Specifically, it is determined that the determination is performed for the nth section (determination section determination step ST1). In step ST1, it is determined that the determination is performed for the first section at the start.

続いて、溶接ビード全体を検査したか否かを判定する(溶接ビード全体検査完了確認ステップST2)。具体的には、判定区間決定ステップST1において決定した判定を行う予定のn区間が、m区間未満か否かを確認する。この確認したn区間が、m区間未満であれば、溶接ビード全体を検査していないと判定し、m区間以上であれば、溶接ビード全体を検査したと判定する。   Subsequently, it is determined whether or not the entire weld bead has been inspected (weld bead overall inspection completion confirmation step ST2). Specifically, it is confirmed whether or not the n section scheduled to be determined in the determination section determination step ST1 is less than the m section. If the confirmed n section is less than the m section, it is determined that the entire weld bead is not inspected, and if it is equal to or greater than the m section, it is determined that the entire weld bead is inspected.

続いて、第n区間目の反射光の光強度を計算する(n区間光強度計算ステップST3)。第n区間における時間に対する反射光のプラズマ光強度の一例を、図6に示す。ここで、反射光は、プラズマ光の他、熱放射光も含んでもよい。   Subsequently, the light intensity of the reflected light in the n-th section is calculated (n-section light intensity calculation step ST3). An example of the plasma light intensity of the reflected light with respect to time in the n-th section is shown in FIG. Here, the reflected light may include heat radiation light in addition to plasma light.

続いて、反射光の光強度の振幅A1が定数A0より小さいか否かを判定する(振幅判定ステップST4)。経過時間におけるプラズマ光強度の波形の一例を、図6に示す。この経過時間は、第n区間目に相当する。   Subsequently, it is determined whether or not the amplitude A1 of the light intensity of the reflected light is smaller than a constant A0 (amplitude determination step ST4). An example of the waveform of the plasma light intensity at the elapsed time is shown in FIG. This elapsed time corresponds to the nth section.

図6に示す波形OK1のように、プラズマ光強度の波形の振幅が定数A0より小さいと判定された場合(振幅判定ステップST4:YES)、当該区間である第n区間は、溶接の品質が良好であり、合格と判定される(品質合格確認ステップST51)。判定区間決定ステップST1に戻り(ステップST61)、第n区間の次の第n+1区間を判定する。   When it is determined that the amplitude of the plasma light intensity waveform is smaller than the constant A0 as in the waveform OK1 shown in FIG. 6 (amplitude determination step ST4: YES), the nth section, which is the section, has good welding quality. And is determined to be acceptable (quality acceptance confirmation step ST51). Returning to the determination section determination step ST1 (step ST61), the next n + 1 section after the nth section is determined.

一方、図6に示す波形NG1のように、プラズマ光強度の波形が定数A0より小さくないと判定された場合(振幅判定ステップST4:NO)、当該区間である第n区間は、溶接の品質が不良であり、不合格と判定される(品質不合格確認ステップST52)。続いて、判定した第1区間から第n区間までの不合格率を計算して、計算した不合格率がB1%よりも小さいか否かを判定する(品質合格率確認ステップST62)。B1は、予め決められた0以上100以下の数値である。   On the other hand, when it is determined that the waveform of the plasma light intensity is not smaller than the constant A0 (amplitude determination step ST4: NO) as in the waveform NG1 shown in FIG. 6, the welding quality is high in the nth section, which is the section. It is defective and is determined to be rejected (quality reject confirmation step ST52). Subsequently, the failure rate from the determined first interval to the n-th interval is calculated, and it is determined whether or not the calculated failure rate is smaller than B1% (quality pass rate confirmation step ST62). B1 is a predetermined numerical value of 0 or more and 100 or less.

不合格率がB1%よりも小さい場合(品質合格率確認ステップST62:YES)、照射角度を調整する(照射角度調整ステップST71)。なお、照射角度調整ステップST71の一具体例は、後述する。第n区間の次の第n+1区間を判定するため、判定区間決定ステップST1に戻る(ステップST61)。   When the rejection rate is smaller than B1% (quality acceptance rate confirmation step ST62: YES), the irradiation angle is adjusted (irradiation angle adjustment step ST71). A specific example of the irradiation angle adjustment step ST71 will be described later. In order to determine the n + 1th section next to the nth section, the process returns to the determination section determination step ST1 (step ST61).

一方、不合格率がB1%よりも小さくなり、つまり、B1%以上である場合(品質合格率確認ステップST62:NO)、溶接ビード全体が、不合格と判定し(溶接ビード全体不合格確認ステップST72)、溶接を終了する。   On the other hand, if the rejection rate is smaller than B1%, that is, B1% or more (quality acceptance rate confirmation step ST62: NO), the entire weld bead is determined to be unacceptable (entire weld bead failure confirmation step). ST72), welding is terminated.

さて、ステップST61から、判定区間決定ステップST1に戻った後、上記した第n区間の判定と同様に、第n+1区間を判定する。上記したように、溶接ビード全体検査完了確認ステップST2、n区間光強度計算ステップST3、振幅判定ステップST4、ステップST61等の各ステップを繰り返す。これを繰り返すと、判定区間決定ステップST1において決定した判定を行う予定のn区間が、m区間に到達するため、溶接ビード全体を検査したと判定する(溶接ビード全体検査完了確認ステップST2:NO)。そして、溶接ビード全体が合格と判定し(溶接ビード全体合格確認ステップST31)、溶接を終了する。   Now, after returning from step ST61 to determination section determination step ST1, the n + 1th section is determined in the same manner as the determination of the nth section described above. As described above, the steps such as the welding bead overall inspection completion confirmation step ST2, the n-section light intensity calculation step ST3, the amplitude determination step ST4, and the step ST61 are repeated. When this is repeated, it is determined that the entire weld bead has been inspected since the n section scheduled to be determined in the determination section determination step ST1 reaches the m section (weld bead overall inspection completion confirmation step ST2: NO). . And it determines with the whole weld bead having passed (welding bead whole pass confirmation step ST31), and welding is complete | finished.

(照射角度調整ステップST71の一具体例)
次に、図6〜図9を用いて、上記した照射角度調整ステップST71(図5参照)の一具体例について説明する。
(Specific example of irradiation angle adjustment step ST71)
Next, a specific example of the irradiation angle adjustment step ST71 (see FIG. 5) will be described with reference to FIGS.

照射角度調整ステップST71の一具体例では、図6に示す波形NG1のように、波形のプラズマ光強度の振幅A1が定数A0以上である。図7に示すように、予め、所定の範囲の振幅A1と、板状体W1、W2の最大溶接深さD1、D2の差分ΔD12との関係を、板状体W1、W2の溶接部断面を観察した写真に基づいて求めておく。レーザ出力、操作速度、周波数等の溶接条件を一定にして、所定の範囲の振幅A1と、板状体W1、W2の最大溶接深さD1、D2の差分ΔD12との関係を求めるとよい。振幅A1が大きくなると、板状体W1、W2の最大溶接深さD1、D2が大きくなる傾向にある。図7に示す一例では、振幅A1であれば、板状体W1の一具体例である板1の最大溶接深さD1は0.296mm、板状体W2の一具体例である板2の最大溶接深さD2は0.240mm、その差分ΔD1は0.056mmである。なお、この図7に示す一例では、溶接条件は、レーザ出力750W、操作速度40mm/sec、周波数500Hzとした。   In a specific example of the irradiation angle adjustment step ST71, the amplitude A1 of the waveform plasma light intensity is equal to or greater than a constant A0, as in the waveform NG1 shown in FIG. As shown in FIG. 7, the relationship between the amplitude A1 in a predetermined range and the difference ΔD12 between the maximum welding depths D1 and D2 of the plate-like bodies W1 and W2 is shown in advance as the cross-section of the welded portions of the plate-like bodies W1 and W2. Find it based on the observed photos. It is preferable to obtain a relationship between the amplitude A1 within a predetermined range and the difference ΔD12 between the maximum welding depths D1 and D2 of the plate-like bodies W1 and W2 while fixing welding conditions such as laser output, operation speed, and frequency. When the amplitude A1 increases, the maximum welding depths D1 and D2 of the plate-like bodies W1 and W2 tend to increase. In the example shown in FIG. 7, if the amplitude is A1, the maximum welding depth D1 of the plate 1 that is a specific example of the plate-like body W1 is 0.296 mm, and the maximum welding of the plate 2 that is a specific example of the plate-like body W2. The depth D2 is 0.240 mm, and the difference ΔD1 is 0.056 mm. In the example shown in FIG. 7, the welding conditions were a laser output of 750 W, an operation speed of 40 mm / sec, and a frequency of 500 Hz.

ここで、以下の関係式1に基づいて、差分ΔD1をDy[mm]に代入し、修正後の照射角度θx[°]を求める。
Dy=0.0252×θx (…関係式1)
C1=0.0252[mm/°]
関係式1の係数C1は、0.0252としたが、溶接条件に応じて変更してもよい。
差分ΔD1は0.056mmである場合、関係式1を用いると、修正後の照射角度θxは、2.22°と求めることができる。
Here, based on the following relational expression 1, the difference ΔD1 is substituted into Dy [mm] to obtain the corrected irradiation angle θx [°].
Dy = 0.0252 × θx (... Relational expression 1)
C1 = 0.0252 [mm / °]
The coefficient C1 of the relational expression 1 is 0.0252, but may be changed according to welding conditions.
When the difference ΔD1 is 0.056 mm, using the relational expression 1, the corrected irradiation angle θx can be obtained as 2.22 °.

上記した関係式1を求める方法について説明する。
図9に示すように、略直線状に延びる軌道(図9では、Y軸マイナス側、言い換えると、紙面奥側)に沿ってレーザ光を連続照射して溶接するところを除いて、レーザ溶接方法1と同じ溶接方法を用いて、溶接条件の照射角度θを所定の範囲、0°以上5°以下の4つの水準として、板状体W1、W2の一具体例にそれぞれ相当する板1、2(図示略)を溶接する。溶接後に、溶接部の断面組織写真を観察して、板1の最大溶接深さD21と、板2の最大溶接深さD22とを測定した。さらに、最大溶接深さD21、D22との差分ΔD2を算出し、得られた最大溶接深さD21、D22と、差分ΔD2とを図8に示した。最小二乗法等を用いて、上記した関係式1を求めることができる。
A method for obtaining the above relational expression 1 will be described.
As shown in FIG. 9, a laser welding method except that welding is performed by continuously irradiating laser light along a track extending substantially linearly (in FIG. 9, the Y-axis minus side, in other words, the back side of the paper). 1 and 2 with the irradiation angle θ of the welding conditions in a predetermined range and four levels of 0 ° or more and 5 ° or less, respectively, corresponding to one specific example of the plate-like bodies W1 and W2. (Not shown) is welded. After welding, the cross-sectional structure photograph of the welded portion was observed, and the maximum weld depth D21 of the plate 1 and the maximum weld depth D22 of the plate 2 were measured. Further, the difference ΔD2 between the maximum welding depths D21 and D22 is calculated, and the obtained maximum welding depths D21 and D22 and the difference ΔD2 are shown in FIG. The relational expression 1 described above can be obtained using a least square method or the like.

図8に示すように、差分ΔD1は0.056mmであるため、関係式1に基づいて照射角度θが2.22°であることを求めることができる。   As shown in FIG. 8, since the difference ΔD1 is 0.056 mm, it can be determined that the irradiation angle θ is 2.22 ° based on the relational expression 1.

ここで、溶接条件の照射角度θを2.22°とし、上記したレーザ溶接方法2を用いて溶接を行った。すると、図10に示すように、板状体W1の最大溶接深さD31、板状体W2の最大溶接深さD32が殆ど同じになった。   Here, welding was performed using the laser welding method 2 described above with the irradiation angle θ of the welding conditions set to 2.22 °. Then, as shown in FIG. 10, the maximum welding depth D31 of the plate-like body W1 and the maximum welding depth D32 of the plate-like body W2 were almost the same.

以上、上記したレーザ溶接方法2の一具体例において、溶融部W34が凝固し、溶接部(図示略)が形成する。当該溶接部における板状体W1側の溶接強度が、当該溶接部における板状体W2側の溶接強度と比較して小さくなることを抑制することができる。すなわち、溶接部の部位に応じた機械的強度の変化を抑制することができる。   As described above, in one specific example of the laser welding method 2 described above, the melted portion W34 is solidified to form a welded portion (not shown). It can suppress that the welding strength by the side of the plate-shaped body W1 in the said welding part becomes small compared with the welding strength by the side of the plate-shaped body W2 in the said welding part. That is, it is possible to suppress a change in mechanical strength according to the site of the weld.

さらに、溶接中に、溶融部W34から反射される反射光L2に基づいて、照射角度θを制御するため、区間ごとに適切な照射角度θでレーザ光L1を溶融部W34に照射することができ、区間ごとに板状体W1、W2同士の最大溶接深さD31、D32の変化を抑制することができる。   Furthermore, since the irradiation angle θ is controlled based on the reflected light L2 reflected from the melting portion W34 during welding, the laser beam L1 can be irradiated to the melting portion W34 at an appropriate irradiation angle θ for each section. The change of the maximum welding depths D31 and D32 between the plate-like bodies W1 and W2 can be suppressed for each section.

上記したレーザ溶接方法1、2を用いて、ケースの蓋と箱とを接合することができる。この接合したケースは、車両用電池を保持したまま、車両に搭載することができる。このケースの蓋と箱との接合部近傍における部位は、具体的には、金属材料からなり、より具体的には、純Al又はAl合金からなる。   The lid of the case and the box can be joined using the laser welding methods 1 and 2 described above. The joined case can be mounted on the vehicle while holding the vehicle battery. The part of the case near the joint between the lid and the box is specifically made of a metal material, more specifically pure Al or an Al alloy.

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上記したレーザ溶接方法1では、板状体W1、W2に間に箔3を挟みこませたが、箔3を挟みこませることなく、板状体W1、W2同士を直接突き合わせた状態で、溶接を行なってもよい。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. For example, in the laser welding method 1 described above, the foil 3 is sandwiched between the plate-like bodies W1 and W2, but the plate-like bodies W1 and W2 are in direct contact with each other without sandwiching the foil 3 therebetween. , Welding may be performed.

L1 レーザ光
LP10 軌道
LP0 ループ開始点 LP1 ループ状線
LP2 結線
W10 被溶接物
W1 板状体 W2 板状体
W3 箔
L1 laser light
LP10 Orbit LP0 Loop start point LP1 Loop line LP2 Connection W10 Workpiece W1 Plate body W2 Plate body W3 Foil

Claims (1)

軌道に沿うようにレーザ光を連続して照射して溶接するレーザ溶接方法であって、
前記軌道は、突き合わせた板状体同士の境界部に沿って並んで配置させた複数のループ状線と、隣接するループ状線同士を結ぶ結線とを含み、
前記ループ状線は、一方の板状体のループ開始点から他方の板状体を通って前記一方の板状体の前記ループ開始点に戻るように延び、
前記結線は、前記一方の板状体のループ開始点同士を結ぶことによって、隣接するループ状線同士を結び、
前記一方の板状体の上方から、前記突き合わせた板状体同士の境界部に向けて、前記レーザ光を照射する、
レーザ溶接方法。
A laser welding method for welding by continuously irradiating a laser beam along a track,
The trajectory includes a plurality of loop-like lines arranged side by side along the boundary between the butted plate-like bodies, and a connection line connecting adjacent loop-like lines,
The loop-like line extends from the loop start point of one plate-like body to the loop start point of the one plate-like body through the other plate-like body,
The connection is made by connecting adjacent loop-shaped lines by connecting the loop start points of the one plate-shaped body,
Irradiating the laser beam from above the one plate-like body toward the boundary between the plate-like bodies that have been butted together,
Laser welding method.
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