JP2021186861A - Welding method, welding device and product - Google Patents

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暢康 松本
Nobuyasu Matsumoto
史香 西野
Fumika NISHINO
昌充 金子
Akimitsu Kaneko
和行 梅野
Kazuyuki Umeno
淳 寺田
Atsushi Terada
大烈 尹
Dairetsu In
知道 安岡
Tomomichi Yasuoka
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Furukawa Electric Co Ltd
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Abstract

To provide a new welding method and a welding device, which can weld a plurality of overlapped members for instance, as well as a product which is welded by the welding method or the welding device.SOLUTION: In a welding method, for instance an end part in which edges extending in a second direction crossing a first direction of a plurality of members overlapped in the first direction are lined in the first direction are irradiated with laser light emitted from a laser oscillator including fiber laser, along a third direction crossing the first direction and the second direction from the outsides of the end parts, so as to weld the edges lined adjacent to each other in the first direction to each other, where a wavelength of laser light is set to be 380[nm] or more and 1200[nm] or less. Further laser light includes for instance first laser light with wavelengths of 800 [nm] or more and 1200 [nm] or less and second laser light with wavelengths of 500 [nm] or less.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、溶接方法、溶接装置、および製品に関する。 The present invention relates to welding methods, welding devices, and products.

従来、重ねられた二つの板状の金属部材の間に冷媒を収容する収容室が設けられ、当該二つの金属部材の周縁部を溶接することにより冷媒を封止したベーパチャンバが知られている(例えば、特許文献1)。 Conventionally, there is known a vapor chamber in which a storage chamber for accommodating a refrigerant is provided between two stacked plate-shaped metal members, and the refrigerant is sealed by welding the peripheral portions of the two metal members. (For example, Patent Document 1).

特開2016−35348号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-355348

特許文献1のベーパチャンバでは、二つの板状部材は、それらの積層方向に沿って照射したレーザ光によって接合されている。このような構成にあっては、例えば、溶接部位の幅方向となる板状部材の延び方向に張り出すフランジが設けられるなどにより、金属部材ひいてはベーパチャンバが板状部材の延び方向に大きくなりやすい、という課題があった。 In the vapor chamber of Patent Document 1, two plate-shaped members are joined by a laser beam irradiated along their stacking direction. In such a configuration, for example, a flange that projects in the extending direction of the plate-shaped member in the width direction of the welded portion is provided, so that the metal member and thus the vapor chamber tends to increase in the extending direction of the plate-shaped member. There was a problem.

他方、二つの板状部材の境界に向けて当該板状部材の延びる方向に沿って照射されたレーザ光により当該二つの板状部材が溶接されたベーパチャンバにあっては、溶接部位の幅が板状部材の積層方向に広がる。この場合には、例えば、板厚が薄い場合への適用が難しかったり、板厚に合わせた溶接幅では溶接深さも短くなって所要の溶接強度が確保し難かったり、といった課題があった。 On the other hand, in a vapor chamber in which the two plate-shaped members are welded by a laser beam irradiated along the extending direction of the plate-shaped members toward the boundary between the two plate-shaped members, the width of the welded portion is wide. It spreads in the stacking direction of the plate-shaped members. In this case, for example, there are problems that it is difficult to apply to a case where the plate thickness is thin, and it is difficult to secure the required welding strength because the welding depth is short when the welding width is matched to the plate thickness.

そこで、本発明の課題の一つは、例えば、重なりあった複数の部材を溶接することが可能な、より改善された新規な溶接方法および溶接装置、ならびに当該溶接方法あるいは当該溶接装置によって溶接された製品を得ること、である。 Therefore, one of the problems of the present invention is, for example, a new improved welding method and welding device capable of welding a plurality of overlapping members, and welding by the welding method or the welding device. To get a product.

本発明の溶接方法にあっては、例えば、第一方向に重なった複数の部材の当該第一方向と交差した第二方向に延びたそれぞれの端縁が前記第一方向に並んだ端部に、当該端部の外側から前記第一方向および前記第二方向と交差した第三方向に沿って、ファイバレーザを含むレーザ発振器から出射されたレーザ光を照射することにより、前記第一方向に隣接した前記端縁同士を溶接する溶接方法であって、前記レーザ光の波長は、380[nm]以上かつ1200[nm]以下である。 In the welding method of the present invention, for example, the end edges of a plurality of members overlapping in the first direction extending in the second direction intersecting the first direction are aligned with each other in the first direction. , Adjacent to the first direction by irradiating a laser beam emitted from a laser oscillator including a fiber laser along the first direction and a third direction intersecting the second direction from the outside of the end. It is a welding method for welding the edges to each other, and the wavelength of the laser beam is 380 [nm] or more and 1200 [nm] or less.

前記溶接方法では、例えば、前記レーザ光は、800[nm]以上かつ1200[nm]以下の波長の第一レーザ光と、500[nm]以下の波長の第二レーザ光と、を含む。 In the welding method, for example, the laser beam includes a first laser beam having a wavelength of 800 [nm] or more and 1200 [nm] or less, and a second laser beam having a wavelength of 500 [nm] or less.

前記溶接方法では、例えば、前記第二レーザ光の波長は、400[nm]以上500[nm]以下である。 In the welding method, for example, the wavelength of the second laser beam is 400 [nm] or more and 500 [nm] or less.

前記溶接方法では、例えば、前記第二レーザ光を、前記第一方向に隣接する前記端縁間の境界のギャップを前記第一方向に跨ぐように照射する。 In the welding method, for example, the second laser beam is irradiated so as to straddle the gap of the boundary between the edges adjacent to the first direction in the first direction.

前記溶接方法では、例えば、前記レーザ光は、前記端部の前記第一方向および前記第二方向に延びた表面上で、前記第二方向に沿う掃引方向に掃引され、前記表面上において、前記第二レーザ光によって前記表面上に形成される第二スポットの少なくとも一部は、前記第一レーザ光によって前記表面上に形成される第一スポットよりも前記掃引方向の前方に位置している。 In the welding method, for example, the laser beam is swept in a sweeping direction along the second direction on the surface extending in the first direction and the second direction of the end portion, and the laser beam is swept on the surface. At least a part of the second spot formed on the surface by the second laser beam is located in front of the first spot formed on the surface by the first laser beam in the sweep direction.

前記溶接方法では、例えば、前記表面上において、前記第一スポットと前記第二スポットとは少なくとも部分的に重なっている。 In the welding method, for example, the first spot and the second spot overlap at least partially on the surface.

前記溶接方法では、例えば、前記表面上において、前記第二スポットの第二外縁は、前記第一スポットの第一外縁を取り囲んでいる。 In the welding method, for example, on the surface, the second outer edge of the second spot surrounds the first outer edge of the first spot.

前記溶接方法では、例えば、前記複数の部材のそれぞれは、銅系金属材料、アルミニウム系金属材料、ニッケル系金属材料、鉄系金属材料、およびチタン系金属材料のうちのいずれか一つで作られている。 In the welding method, for example, each of the plurality of members is made of any one of a copper-based metal material, an aluminum-based metal material, a nickel-based metal material, an iron-based metal material, and a titanium-based metal material. ing.

本発明の溶接装置にあっては、例えば、ファイバレーザを含むレーザ発振器と、第一方向に重なった複数の部材の当該第一方向と交差した第二方向に延びたそれぞれの端縁が前記第一方向に並んだ端部に、当該端部の外側から前記第一方向および前記第二方向と交差した第三方向に沿って、前記レーザ発振器から出射されたレーザ光を照射する光学ヘッドと、を備え、前記第一方向に隣接した前記端縁同士を溶接する溶接装置であって、前記レーザ光の波長は、380[nm]以上かつ1200[nm]以下である。 In the welding apparatus of the present invention, for example, a laser oscillator including a fiber laser and each end edge of a plurality of members overlapping in the first direction extending in the second direction intersecting the first direction are the first. An optical head that irradiates an end portion arranged in one direction with a laser beam emitted from the laser oscillator along the first direction and a third direction intersecting the second direction from the outside of the end portion. The laser beam is a welding device that welds the edges adjacent to each other in the first direction, and the wavelength of the laser beam is 380 [nm] or more and 1200 [nm] or less.

前記溶接装置は、例えば、前記レーザ光を複数のビームに分割するビームシェイパを備える。 The welding device includes, for example, a beam shaper that divides the laser beam into a plurality of beams.

前記溶接装置は、例えば、前記レーザ光が前記端部の前記第一方向および前記第二方向に延びた表面上で前記第二方向に沿った掃引方向に移動するよう前記レーザ光の出射方向を変化させるガルバノスキャナを備える。 The welding device, for example, sets the emission direction of the laser beam so that the laser beam moves in a sweeping direction along the second direction on the surface extending in the first direction and the second direction of the end portion. Equipped with a changing galvano scanner.

前記溶接装置は、例えば、前記第一方向に沿った回転軸回りに前記端部を回転する回転機構を備える。 The welding device includes, for example, a rotation mechanism that rotates the end portion around a rotation axis along the first direction.

前記溶接装置は、例えば、前記レーザ光によって前記表面上に形成されるスポットの所定位置に対するずれを検出する検出機構と、前記ずれを補正する補正機構と、を備える。 The welding device includes, for example, a detection mechanism for detecting a deviation of a spot formed on the surface of the surface by the laser beam with respect to a predetermined position, and a correction mechanism for correcting the deviation.

本発明の製品にあっては、例えば、それぞれ第二方向に延びた端縁を有し、それぞれの前記端縁が前記第二方向と交差した第一方向に並んだ状態で当該第一方向に重なった複数の部材と、前記複数の部材のうち前記第一方向に隣接した部材の前記端縁同士を溶接した溶接部と、を備え、前記溶接部は、前記第一方向に隣接した前記端縁を含む端部の前記第一方向および前記第二方向に延びた表面から前記第一方向および前記第二方向と交差した第三方向に延びた、溶接金属と、前記溶接金属の周囲に位置される熱影響部と、を有し、前記溶接金属は、第一部位と、当該第一部位よりも前記第二方向と交差した断面における結晶粒の断面積の平均値が大きい第二部位と、を有する。 The product of the present invention has, for example, edges extending in the second direction, and the edges are aligned in the first direction intersecting with the second direction in the first direction. A plurality of overlapping members and a welded portion obtained by welding the end edges of the members adjacent to the first direction among the plurality of members are provided, and the welded portion is the end adjacent to the first direction. A weld metal extending from the surface extending in the first direction and the second direction of the end including the edge in the third direction intersecting the first direction and the second direction, and a position around the weld metal. The weld metal has a heat-affected zone, and the weld metal has a first portion and a second portion having a larger average cross-sectional area of crystal grains in a cross section intersecting the second direction than the first portion. , Have.

前記製品では、例えば、前記第二部位に含まれる結晶粒の断面積の平均値は、前記第一部位に含まれる結晶粒の断面積の平均値の1.8倍以上である。 In the product, for example, the average value of the cross-sectional area of the crystal grains contained in the second portion is 1.8 times or more the average value of the cross-sectional area of the crystal grains contained in the first portion.

前記製品では、例えば、前記溶接金属は、前記第二方向に延びる。 In the product, for example, the weld metal extends in the second direction.

前記製品では、例えば、前記溶接金属の、前記第三方向の深さの前記第一方向の幅に対するアスペクト比は、1以上5以下である。 In the product, for example, the aspect ratio of the weld metal to the width of the first direction of the depth in the third direction is 1 or more and 5 or less.

前記製品では、例えば、前記アスペクト比は、1.5以上5以下である。 In the product, for example, the aspect ratio is 1.5 or more and 5 or less.

前記製品は、例えば、第一部材と、前記第一部材との間に空間を形成した状態で前記第一部材と接合された第二部材と、を備え、前記第一部材および前記第二部材が、前記複数の部材として、前記溶接部によって接合される。 The product includes, for example, a first member and a second member joined to the first member in a state where a space is formed between the first member, and the first member and the second member. Is joined by the welded portion as the plurality of members.

前記製品では、例えば、第一部材と、前記第一部材との間に空間を形成した状態で前記第一部材と第三部材を介して間接的に接合された第二部材と、を備え、前記第一部材および前記第三部材、ならびに前記第二部材および前記第三部材、のうち少なくとも一方が、前記複数の部材として、前記溶接部によって接合される。 The product includes, for example, a first member and a second member indirectly joined via the first member and the third member in a state where a space is formed between the first member. At least one of the first member and the third member, and the second member and the third member is joined as the plurality of members by the welded portion.

前記製品は、例えば、前記空間内に収容された流体媒質を備え、前記溶接部が、当該溶接部からの前記流体媒質の前記空間外への漏れを防ぐ状態で前記複数の部材を溶接する。 The product includes, for example, a fluid medium housed in the space, and the welded portion welds the plurality of members in a state where the welded portion prevents the fluid medium from leaking out of the space from the welded portion.

本発明の製品にあっては、例えば、それぞれ第二方向に延びた端縁を有し、それぞれの前記端縁が前記第二方向と交差した第一方向に並んだ状態で当該第一方向に重なった端部を構成する複数の部材と、前記複数の部材のうち前記第一方向に隣接した部材の前記端縁同士を溶接した溶接部と、を備え、前記溶接部は、前記第二方向に延びるとともに、前記端部を、前記第一方向および前記第二方向と交差した第三方向に沿って前記端部の外側から見た場合に、当該端部の前記第一方向の両端と間隔をあけて露出している。 The product of the present invention has, for example, edges extending in the second direction, and the edges are aligned in the first direction intersecting with the second direction in the first direction. A plurality of members constituting the overlapped end portion and a welded portion obtained by welding the end edges of the members adjacent to the first direction among the plurality of members are provided, and the welded portion is in the second direction. And when the end is viewed from the outside of the end along the first direction and the third direction intersecting the second direction, the end is spaced from both ends of the first direction. It is exposed after opening.

前記製品では、例えば、前記溶接部は、前記第一方向に隣接した前記端縁を含む端部の前記第一方向および前記第二方向に延びた表面から前記第一方向および前記第二方向と交差した第三方向に延びた、溶接金属と、前記溶接金属の周囲に位置される熱影響部と、を有し、前記溶接金属の、前記第三方向の深さの前記第一方向の幅に対するアスペクト比は、1以上5以下である。 In the product, for example, the weld is in the first and second directions from the surface extending in the first and second directions of the end including the edge adjacent to the first direction. It has a weld metal extending in an intersecting third direction and a heat-affected zone located around the weld metal, and the width of the weld metal in the first direction at a depth in the third direction. The aspect ratio with respect to is 1 or more and 5 or less.

前記製品では、例えば、前記アスペクト比は、1.5以上5以下である。 In the product, for example, the aspect ratio is 1.5 or more and 5 or less.

本発明によれば、例えば、重なりあった複数の部材を溶接することが可能な、より改善された新規な溶接方法および溶接装置、ならびに当該溶接方法あるいは当該溶接装置によって溶接された製品を、得ることができる。 According to the present invention, for example, a new improved welding method and welding device capable of welding a plurality of overlapping members, and a product welded by the welding method or the welding device are obtained. be able to.

図1は、第1実施形態のレーザ溶接装置の例示的な概略構成図である。FIG. 1 is an exemplary schematic configuration diagram of the laser welding apparatus of the first embodiment. 図2は、第1実施形態のレーザ溶接装置に含まれる加工対象の保持機構の一例を示す模式的な側面図である。FIG. 2 is a schematic side view showing an example of a holding mechanism for a processing target included in the laser welding apparatus of the first embodiment. 図3は、第1実施形態のレーザ溶接装置に含まれる加工対象の保持機構の一例を示す模式的な平面図である。FIG. 3 is a schematic plan view showing an example of a holding mechanism for a processing target included in the laser welding apparatus of the first embodiment. 図4は、第1実施形態のレーザ溶接装置によって加工対象の表面上に形成されるレーザ光のビーム(スポット)を示す例示的な模式図である。FIG. 4 is an exemplary schematic diagram showing a beam (spot) of laser light formed on the surface of a processing target by the laser welding apparatus of the first embodiment. 図5は、照射するレーザ光の波長に対する各金属材料の光の吸収率を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the light absorption rate of each metal material with respect to the wavelength of the irradiated laser light. 図6は、実施形態の溶接部の例示的かつ模式的な断面図である。FIG. 6 is an exemplary and schematic cross-sectional view of the welded portion of the embodiment. 図7は、実施形態の溶接部の一部を示す例示的かつ模式的な断面図である。FIG. 7 is an exemplary and schematic cross-sectional view showing a portion of the welded portion of the embodiment. 図8は、第1実施形態のレーザ溶接装置に含まれる加工対象の保持機構の一例を示す模式的な側面図である。FIG. 8 is a schematic side view showing an example of a holding mechanism for a processing target included in the laser welding apparatus of the first embodiment. 図9は、第2実施形態のレーザ溶接装置の例示的な概略構成図である。FIG. 9 is an exemplary schematic configuration diagram of the laser welding apparatus of the second embodiment. 図10は、第2実施形態のレーザ溶接装置に含まれる回折光学素子の原理の概念を示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram showing the concept of the principle of the diffractive optical element included in the laser welding apparatus of the second embodiment. 図11は、第3実施形態のレーザ溶接装置の例示的な概略構成図である。FIG. 11 is an exemplary schematic configuration diagram of the laser welding apparatus of the third embodiment. 図12は、第4実施形態のレーザ溶接装置の例示的な概略構成図である。FIG. 12 is an exemplary schematic configuration diagram of the laser welding apparatus of the fourth embodiment. 図13は、第5実施形態のレーザ溶接装置の例示的な概略構成図である。FIG. 13 is an exemplary schematic configuration diagram of the laser welding apparatus of the fifth embodiment. 図14は、第5実施形態のレーザ溶接装置によって加工対象の表面上に形成されるレーザ光のビーム(スポット)の一例を示す模式図である。FIG. 14 is a schematic view showing an example of a beam (spot) of laser light formed on the surface of a processing target by the laser welding apparatus of the fifth embodiment. 図15は、第5実施形態のレーザ溶接装置によって加工対象の表面上に形成されるレーザ光のビーム(スポット)の一例を示す模式図である。FIG. 15 is a schematic diagram showing an example of a beam (spot) of laser light formed on the surface of a processing target by the laser welding apparatus of the fifth embodiment. 図16は、第6実施形態の製品の例示的かつ模式的な斜視図である。FIG. 16 is an exemplary and schematic perspective view of the product of the sixth embodiment. 図17は、図16のXVII−XVII断面図である。FIG. 17 is a cross-sectional view taken along the line XVII-XVII of FIG. 図18は、第6実施形態の第1変形例の製品の例示的かつ模式的な断面図である。FIG. 18 is an exemplary and schematic cross-sectional view of the product of the first modification of the sixth embodiment. 図19は、第6実施形態の第2変形例の製品の例示的かつ模式的な断面図である。FIG. 19 is an exemplary and schematic cross-sectional view of the product of the second modification of the sixth embodiment. 図20は、第6実施形態の第3変形例の製品の例示的かつ模式的な断面図である。FIG. 20 is an exemplary and schematic cross-sectional view of the product of the third modification of the sixth embodiment. 図21は、第6実施形態の第4変形例の製品の例示的かつ模式的な分解斜視図である。FIG. 21 is an exemplary and schematic exploded perspective view of the product of the fourth modification of the sixth embodiment. 図22は、第6実施形態の第4変形例の製品の例示的かつ模式的な断面図である。FIG. 22 is an exemplary and schematic cross-sectional view of the product of the fourth modification of the sixth embodiment. 図23は、第7実施形態のレーザ溶接装置の例示的な概略構成図である。FIG. 23 is an exemplary schematic configuration diagram of the laser welding apparatus of the seventh embodiment.

以下、本発明の例示的な実施形態および変形例が開示される。以下に示される実施形態および変形例の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および結果(効果)は、一例である。本発明は、以下の実施形態および変形例に開示される構成以外によっても実現可能である。また、本発明によれば、構成によって得られる種々の効果(派生的な効果も含む)のうち少なくとも一つを得ることが可能である。 Hereinafter, exemplary embodiments and variations of the present invention will be disclosed. The configurations of the embodiments and modifications shown below, as well as the actions and results (effects) brought about by the configurations, are examples. The present invention can also be realized by configurations other than those disclosed in the following embodiments and modifications. Further, according to the present invention, it is possible to obtain at least one of various effects (including derivative effects) obtained by the configuration.

以下に示される実施形態および変形例は、同様の構成を備えている。よって、各実施形態および変形例の構成によれば、当該同様の構成に基づく同様の作用および効果が得られる。また、以下では、それら同様の構成には同様の符号が付与されるとともに、重複する説明が省略される場合がある。 The embodiments and modifications shown below have similar configurations. Therefore, according to the configurations of the respective embodiments and modifications, the same actions and effects based on the similar configurations can be obtained. Further, in the following, the same reference numerals are given to those similar configurations, and duplicate explanations may be omitted.

また、各図において、X方向を矢印Xで表し、Y方向を矢印Yで表し、Z方向を矢印Zで表している。X方向、Y方向、およびZ方向は、互いに交差するとともに直交している。X方向は、掃引方向SDであり、溶接部14の延び方向(長手方向)でもある。Y方向は、積層方向であり、溶接部14の幅方向(短手方向)でもある。また、Z方向は、加工対象(溶接対象)の表面Wa(加工面、溶接面)の法線方向である。 Further, in each figure, the X direction is represented by an arrow X, the Y direction is represented by an arrow Y, and the Z direction is represented by an arrow Z. The X, Y, and Z directions intersect and are orthogonal to each other. The X direction is the sweep direction SD, and is also the extension direction (longitudinal direction) of the welded portion 14. The Y direction is the stacking direction and is also the width direction (short direction) of the welded portion 14. The Z direction is the normal direction of the surface Wa (machined surface, welded surface) of the machined object (welded object).

また、本明細書において、序数は、部品や、部材、部位、レーザ光、方向等を区別するために便宜上付与されており、優先度や順番を示すものではない。 Further, in the present specification, the ordinal number is given for convenience in order to distinguish parts, members, parts, laser beams, directions, etc., and does not indicate a priority or an order.

[第1実施形態]
図1は、第1実施形態のレーザ溶接装置100の概略構成図である。図1に示されるように、レーザ溶接装置100は、レーザ装置111と、レーザ装置112と、光学ヘッド120と、光ファイバ130と、を備えている。レーザ溶接装置100は、溶接装置の一例である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the laser welding apparatus 100 of the first embodiment. As shown in FIG. 1, the laser welding apparatus 100 includes a laser apparatus 111, a laser apparatus 112, an optical head 120, and an optical fiber 130. The laser welding device 100 is an example of a welding device.

レーザ装置111,112は、それぞれ、レーザ発振器を有しており、例えば、数kWのパワーのレーザ光を出力できるよう構成されている。レーザ装置111,112は、380[nm]以上かつ1200[nm]以下の波長のレーザ光を出射する。レーザ装置111,112は、内部に、例えば、ファイバレーザや、半導体レーザ(素子)、YAGレーザ、ディスクレーザのような、レーザ光源を有している。レーザ装置111,112は、複数の光源の出力の合計として、数kWのパワーのマルチモードのレーザ光を出力できるよう構成されてもよい。 Each of the laser devices 111 and 112 has a laser oscillator, and is configured to be capable of outputting, for example, a laser beam having a power of several kW. The laser devices 111 and 112 emit laser light having a wavelength of 380 [nm] or more and 1200 [nm] or less. The laser devices 111 and 112 have a laser light source such as a fiber laser, a semiconductor laser (element), a YAG laser, and a disk laser inside. The laser devices 111 and 112 may be configured to be capable of outputting multimode laser light having a power of several kW as the total of the outputs of the plurality of light sources.

レーザ装置111は、800[nm]以上かつ1200[nm]以下の波長の第一レーザ光を出力する。レーザ装置111は、第一レーザ装置の一例である。一例として、レーザ装置111は、レーザ光源として、ファイバレーザかあるいは半導体レーザ(素子)を有する。レーザ装置111が有するレーザ発振器は、第一レーザ発振器の一例である。 The laser apparatus 111 outputs the first laser beam having a wavelength of 800 [nm] or more and 1200 [nm] or less. The laser device 111 is an example of the first laser device. As an example, the laser device 111 has a fiber laser or a semiconductor laser (element) as a laser light source. The laser oscillator included in the laser device 111 is an example of the first laser oscillator.

他方、レーザ装置112は、500[nm]以下の波長の第二レーザ光を出力する。レーザ装置112は、第二レーザ装置の一例である。一例として、レーザ装置112は、レーザ光源として、半導体レーザ(素子)を有する。レーザ装置112は、400[nm]以上500[nm]以下の波長の第二レーザ光を出力するのが好適である。レーザ装置112が有するレーザ発振器は、第二レーザ発振器の一例である。 On the other hand, the laser device 112 outputs a second laser beam having a wavelength of 500 [nm] or less. The laser device 112 is an example of a second laser device. As an example, the laser device 112 has a semiconductor laser (element) as a laser light source. The laser device 112 preferably outputs a second laser beam having a wavelength of 400 [nm] or more and 500 [nm] or less. The laser oscillator included in the laser device 112 is an example of a second laser oscillator.

光ファイバ130は、それぞれ、レーザ装置111,112から出力されたレーザ光を光学ヘッド120に導く。 The optical fiber 130 guides the laser light output from the laser devices 111 and 112 to the optical head 120, respectively.

光学ヘッド120は、レーザ装置111,112から入力されたレーザ光を、加工対象に向かって照射するための光学装置である。光学ヘッド120は、コリメートレンズ121と、集光レンズ122と、ミラー123と、フィルタ124と、を備えている。コリメートレンズ121、集光レンズ122、ミラー123、およびフィルタ124は、光学部品とも称されうる。 The optical head 120 is an optical device for irradiating the laser beam input from the laser devices 111 and 112 toward the processing target. The optical head 120 includes a collimating lens 121, a condenser lens 122, a mirror 123, and a filter 124. The collimating lens 121, the condenser lens 122, the mirror 123, and the filter 124 may also be referred to as optical components.

光学ヘッド120は、加工対象としての端部10aの表面Wa上でレーザ光Lの照射を行いながらレーザ光Lを掃引するために、加工対象との相対位置を変更可能に構成されている。光学ヘッド120と加工対象との相対移動は、光学ヘッド120の移動、加工対象の移動、または光学ヘッド120および加工対象の双方の移動により、実現されうる。 The optical head 120 is configured to be able to change its relative position to the processing target in order to sweep the laser light L while irradiating the surface Wa of the end portion 10a as the processing target with the laser light L. Relative movement between the optical head 120 and the processing target can be realized by moving the optical head 120, moving the processing target, or moving both the optical head 120 and the processing target.

なお、光学ヘッド120は、図示しないガルバノスキャナ等を有することにより、表面Wa上でレーザ光Lを掃引可能に構成されてもよい。 The optical head 120 may be configured to be able to sweep the laser beam L on the surface Wa by having a galvano scanner or the like (not shown).

コリメートレンズ121(121−1,121−2)は、それぞれ、光ファイバ130を介して入力されたレーザ光をコリメートする。コリメートされたレーザ光は、平行光になる。 The collimating lenses 121 (121-1, 121-2) collimate the laser beam input via the optical fiber 130, respectively. The collimated laser beam becomes parallel light.

ミラー123は、コリメートレンズ121−1で平行光となった第一レーザ光を反射する。ミラー123で反射した第一レーザ光は、Z方向の反対方向に進み、フィルタ124へ向かう。なお、第一レーザ光が光学ヘッド120においてZ方向の反対方向へ進むように入力される構成にあっては、ミラー123は不要である。 The mirror 123 reflects the first laser beam that has become parallel light by the collimating lens 121-1. The first laser beam reflected by the mirror 123 travels in the opposite direction to the Z direction and heads toward the filter 124. The mirror 123 is not required in the configuration in which the first laser beam is input to the optical head 120 so as to travel in the direction opposite to the Z direction.

フィルタ124は、第一レーザ光を透過し、かつ第二レーザ光を透過せずに反射するハイパスフィルタである。第一レーザ光は、フィルタ124を透過してZ方向の反対方向へ進み、集光レンズ122へ向かう。他方、フィルタ124は、コリメートレンズ121−2で平行光となった第二レーザ光を反射する。フィルタ124で反射した第二レーザ光は、Z方向の反対方向に進み、集光レンズ122へ向かう。 The filter 124 is a high-pass filter that transmits the first laser beam and reflects the second laser beam without transmitting it. The first laser beam passes through the filter 124, travels in the opposite direction in the Z direction, and heads toward the condenser lens 122. On the other hand, the filter 124 reflects the second laser beam that has become parallel light by the collimated lens 121-2. The second laser beam reflected by the filter 124 travels in the opposite direction to the Z direction and heads toward the condenser lens 122.

集光レンズ122は、平行光としての第一レーザ光および第二レーザ光を集光し、レーザ光L(出力光)として、加工対象へ照射する。 The condenser lens 122 concentrates the first laser beam and the second laser beam as parallel light, and irradiates the processing target as the laser beam L (output light).

加工対象は、第一部材11と第二部材12とがY方向に重ねられた積層体10である。積層体10は、第一部材11と、第二部材12と、当該第一部材11および第二部材12を溶接した溶接部14と、を有している。積層体10は、溶接部14によって第一部材11と第二部材12とが溶接されることにより、製品となる。第一部材11および第二部材12は、それぞれ、Y方向と交差して広がった板状の形状を有している。第一部材11および第二部材12の溶接部14によって溶接される部位は、それぞれ、X方向およびZ方向に延びている。第一部材11はおよび第二部材12は、それぞれ、板状部材とも称されうる。Y方向は、第一方向の一例である。第一部材11および第二部材12は、複数の部材の一例である。 The processing target is a laminated body 10 in which the first member 11 and the second member 12 are stacked in the Y direction. The laminated body 10 has a first member 11, a second member 12, and a welded portion 14 to which the first member 11 and the second member 12 are welded. The laminated body 10 becomes a product by welding the first member 11 and the second member 12 by the welded portion 14. The first member 11 and the second member 12 each have a plate-like shape that extends in the Y direction. The portions welded by the welded portions 14 of the first member 11 and the second member 12 extend in the X direction and the Z direction, respectively. The first member 11 and the second member 12 can also be referred to as plate-shaped members, respectively. The Y direction is an example of the first direction. The first member 11 and the second member 12 are examples of a plurality of members.

積層体10の端部10aは、端縁11a,12aを有している。端縁11aは、第一部材11の端縁11aと、第二部材12の端縁12aと、を含んでいる。端縁11a,12aは、それぞれ、X方向に延びている。端縁11a,12aは、端面とも称されうる。端縁11a,12aは、Y方向に並んでいる。端縁11a,12aは、略面一であるが、多少の段差を有してもよい。端縁11a,12aにより、光学ヘッド120と面した端部10aの表面Waが形作られている。X方向は、第二方向の一例である。 The end portion 10a of the laminated body 10 has edge edges 11a and 12a. The edge 11a includes the edge 11a of the first member 11 and the edge 12a of the second member 12. The edge edges 11a and 12a each extend in the X direction. The edge edges 11a and 12a may also be referred to as end faces. The edge edges 11a and 12a are arranged in the Y direction. The edges 11a and 12a are substantially flush with each other, but may have some steps. The edges 11a, 12a form the surface Wa of the end 10a facing the optical head 120. The X direction is an example of the second direction.

レーザ光Lは、端縁11aと端縁12aとの境界に向けて、端部10aの外側から、Z方向の反対方向に、照射される。これにより、端部10aには、表面Waから境界に沿ってZ方向の反対方向に延びる溶接部14が形成される。すなわち、溶接部14は、端縁11aと端縁12aとを接合している。また、溶接部14は、レーザ光Lの表面Waに対する掃引方向SDへの掃引により、表面Waに沿って掃引方向SD(X方向)に線状にも延びている。Z方向は、第三方向の一例である。 The laser beam L is irradiated from the outside of the end portion 10a toward the boundary between the edge 11a and the edge 12a in the opposite direction in the Z direction. As a result, the end portion 10a is formed with a welded portion 14 extending from the surface Wa along the boundary in the opposite direction in the Z direction. That is, the welded portion 14 joins the edge 11a and the edge 12a. Further, the welded portion 14 extends linearly in the sweep direction SD (X direction) along the surface Wa due to the sweep of the laser beam L with respect to the surface Wa in the sweep direction SD. The Z direction is an example of the third direction.

図2は、積層体10の保持機構150の側面図であり、図3は、保持機構150の平面図である。図2,3に示されるように、保持機構150は、押圧部材151と、支持部材152,153と、を有している。 FIG. 2 is a side view of the holding mechanism 150 of the laminated body 10, and FIG. 3 is a plan view of the holding mechanism 150. As shown in FIGS. 2 and 3, the holding mechanism 150 includes a pressing member 151 and supporting members 152 and 153.

押圧部材151は、例えば、Z方向と交差して広がる板状の部材であり、例えば、熱伝導性が比較的高い金属材料で作られる。二つの押圧部材151は、積層体10をY方向に挟むように配置される。また、支持部材152,153は、押圧部材151を、Z方向に挟むように配置され、押圧部材151を保持している。支持部材152,153は、二つの押圧部材151から積層体10に、Y方向の両側から第一部材11および第二部材12がY方向に互いに近づく力が印加されるよう、当該二つの押圧部材151を保持する。すなわち、保持機構150における押圧部材151および支持部材152,153の位置の調整により、積層体10をレーザ光Lに対して適切な位置および姿勢にセットすることができる。 The pressing member 151 is, for example, a plate-shaped member that spreads across the Z direction, and is made of, for example, a metal material having relatively high thermal conductivity. The two pressing members 151 are arranged so as to sandwich the laminated body 10 in the Y direction. Further, the support members 152 and 153 are arranged so as to sandwich the pressing member 151 in the Z direction, and hold the pressing member 151. The support members 152 and 153 are such that the two pressing members 151 apply a force to the laminated body 10 so that the first member 11 and the second member 12 approach each other in the Y direction from both sides in the Y direction. Holds 151. That is, by adjusting the positions of the pressing member 151 and the supporting members 152 and 153 in the holding mechanism 150, the laminated body 10 can be set in an appropriate position and posture with respect to the laser beam L.

また、図2に示されるように、本実施形態では、溶接部14は、積層体10をZ方向の反対方向に見た場合、すなわち端部10aの外側からZ方向に沿って見た場合に、端部10aのY方向の両側の端10a1と間隔をあけて露出しており、積層体10のY方向の両端面には到達していない。 Further, as shown in FIG. 2, in the present embodiment, the welded portion 14 is viewed in the direction opposite to the Z direction, that is, when the laminated body 10 is viewed from the outside of the end portion 10a along the Z direction. , The ends 10a are exposed at intervals from the ends 10a1 on both sides in the Y direction, and do not reach both end faces of the laminated body 10 in the Y direction.

図4は、表面Wa上に照射されたレーザ光Lのビーム(スポット)を示す模式図である。ビームB1およびビームB2のそれぞれは、そのビームの光軸方向と直交する断面の径方向において、たとえばガウシアン形状のパワー分布を有する。ただし、ビームB1およびビームB2のパワー分布はガウシアン形状に限定されない。また、図4のように各ビームB1,B2を円で表している各図において、当該ビームB1,B2を表す円の直径が、各ビームB1,B2のビーム径である。各ビームB1,B2のビーム径は、そのビームのピークを含み、ピーク強度の1/e以上の強度の領域の径として定義する。なお、図示されないが、円形でないビームの場合は、掃引方向SDと垂直方向における、ピーク強度の1/e以上の強度となる領域の長さをビーム径と定義できる。また、表面Waにおけるビーム径は、スポット径と称する。 FIG. 4 is a schematic diagram showing a beam (spot) of the laser beam L irradiated on the surface Wa. Each of the beam B1 and the beam B2 has a Gaussian-shaped power distribution in the radial direction of the cross section orthogonal to the optical axis direction of the beam. However, the power distribution of the beam B1 and the beam B2 is not limited to the Gaussian shape. Further, in each figure in which each beam B1 and B2 is represented by a circle as shown in FIG. 4, the diameter of the circle representing the beams B1 and B2 is the beam diameter of each beam B1 and B2. Beam diameter of each beam B1, B2 includes a peak of the beam is defined as the diameter of the region of 1 / e 2 or more of the intensity of the peak intensity. Although not shown, in the case of a non-circular beam, the length of a region having an intensity of 1 / e 2 or more of the peak intensity in the direction perpendicular to the sweep direction SD can be defined as the beam diameter. Further, the beam diameter on the surface Wa is referred to as a spot diameter.

図4に示されるように、本実施形態では、一例として、レーザ光Lのビームは、表面Wa上において、第一レーザ光のビームB1と第二レーザ光のビームB2とが重なり、ビームB2がビームB1よりも大きく(広く)、かつ、ビームB2の外縁B2aがビームB1の外縁B1aを取り囲むよう、形成されている。この場合、ビームB2のスポット径D2は、ビームB1のスポット径D1よりも大きい。表面Wa上において、ビームB1は、第一スポットの一例であり、ビームB2は、第二スポットの一例である。 As shown in FIG. 4, in the present embodiment, as an example, in the beam of the laser beam L, the beam B1 of the first laser beam and the beam B2 of the second laser beam overlap on the surface Wa, and the beam B2 is formed. It is larger (wider) than the beam B1 and is formed so that the outer edge B2a of the beam B2 surrounds the outer edge B1a of the beam B1. In this case, the spot diameter D2 of the beam B2 is larger than the spot diameter D1 of the beam B1. On the surface Wa, the beam B1 is an example of the first spot, and the beam B2 is an example of the second spot.

また、本実施形態では、図4に示されるように、表面Wa上において、レーザ光Lのビーム(スポット)は、中心点Cに対する点対称形状を有しているため、任意の掃引方向SDについて、スポットの形状は同じになる。よって、レーザ光Lの表面Wa上での掃引のために光学ヘッド120と加工対象とを相対的に動かす移動機構を備える場合、当該移動機構は、少なくとも相対的に並進可能な機構を有すればよく、相対的に回転可能な機構は省略できる場合がある。 Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, since the beam (spot) of the laser beam L has a point-symmetrical shape with respect to the center point C on the surface Wa, the SD in an arbitrary sweep direction is used. , The shape of the spot will be the same. Therefore, when a moving mechanism for relatively moving the optical head 120 and the processing target for sweeping the surface Wa of the laser beam L is provided, the moving mechanism should have at least a relatively translatable mechanism. Often, relatively rotatable mechanisms may be omitted.

第一部材11と第二部材12との境界Brに、端縁11a,12a同士がY方向に僅かに離間するギャップ(不図示)が存在する場合、レーザ光Lは、当該ギャップを跨ぐように照射される。一例として、レーザ溶接装置100および積層体10は、表面Waにおいて、第二レーザ光のビームB2が、Y方向に当該ギャップを跨ぐよう、セットされる。この場合には、第二レーザ光のスポットの幅(例えば、図4のスポット径D2)は、ギャップの幅よりも大きくなる。 When there is a gap (not shown) in which the end edges 11a and 12a are slightly separated from each other in the Y direction at the boundary Br between the first member 11 and the second member 12, the laser beam L so as to straddle the gap. Be irradiated. As an example, the laser welding apparatus 100 and the laminated body 10 are set so that the beam B2 of the second laser beam straddles the gap in the Y direction on the surface Wa. In this case, the width of the spot of the second laser beam (for example, the spot diameter D2 in FIG. 4) becomes larger than the width of the gap.

加工対象としての第一部材11および第二部材12は、それぞれ、熱伝導率の比較的高い金属材料で作られ得る。金属材料は、例えば、銅系金属材料や、アルミニウム系金属材料、ニッケル系金属材料、鉄系金属材料、チタン系金属材料などであり、具体的には、銅や、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、錫、ニッケル、ニッケル合金、鉄、ステンレス、チタン、チタン合金等である。第一部材11および第二部材12は、同じ材料で作られてもよいし、異なる材料で作られてもよい。 The first member 11 and the second member 12 to be processed can be made of a metal material having a relatively high thermal conductivity, respectively. The metal material is, for example, a copper-based metal material, an aluminum-based metal material, a nickel-based metal material, an iron-based metal material, a titanium-based metal material, or the like, and specifically, copper, a copper alloy, aluminum, or an aluminum alloy. , Tin, nickel, nickel alloy, iron, stainless steel, titanium, titanium alloy, etc. The first member 11 and the second member 12 may be made of the same material or may be made of different materials.

[波長と光の吸収率]
ここで、金属材料の光の吸収率について説明する。図5は、照射するレーザ光Lの波長に対する各金属材料の光の吸収率を示すグラフである。図5のグラフの横軸は波長であり、縦軸は吸収率である。図5には、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、金(Au)、ニッケル(Ni)、銀(Ag)、タンタル(Ta)、およびチタン(Ti)について、波長と吸収率との関係が示されている。
[Wavelength and light absorption rate]
Here, the light absorption rate of the metal material will be described. FIG. 5 is a graph showing the light absorption rate of each metal material with respect to the wavelength of the laser beam L to be irradiated. The horizontal axis of the graph of FIG. 5 is the wavelength, and the vertical axis is the absorption rate. FIG. 5 shows the relationship between wavelength and absorption for aluminum (Al), copper (Cu), gold (Au), nickel (Ni), silver (Ag), tantalum (Ta), and titanium (Ti). It is shown.

材料によって特性が異なるものの、図5に示されている各金属に関しては、一般的な赤外線(IR)のレーザ光(第一レーザ光)を用いるよりも、青や緑のレーザ光(第二レーザ光)を用いた方が、エネルギの吸収率がより高いことが理解できよう。この特徴は、銅(Cu)や、金(Au)等においては顕著となる。 Although the characteristics differ depending on the material, for each metal shown in FIG. 5, a blue or green laser beam (second laser) is used rather than using a general infrared (IR) laser beam (first laser beam). It can be understood that the energy absorption rate is higher when light) is used. This feature is remarkable in copper (Cu), gold (Au), and the like.

使用波長に対して吸収率が比較的低い加工対象にレーザ光が照射された場合、大部分の光エネルギは反射され、加工対象に熱としての影響を及ぼさない。そのため、十分な深さの溶融領域を得るには比較的高いパワーを与える必要がある。その場合、ビーム中心部は急激にエネルギが投入されることで、昇華が生じ、キーホールが形成される。 When a laser beam is applied to a processing target having a relatively low absorption rate with respect to the wavelength used, most of the light energy is reflected and does not affect the processing target as heat. Therefore, it is necessary to apply a relatively high power in order to obtain a melting region having a sufficient depth. In that case, energy is suddenly applied to the central part of the beam, so that sublimation occurs and a keyhole is formed.

他方、使用波長に対して吸収率が比較的高い加工対象にレーザ光が照射された場合、投入されるエネルギの多くが加工対象に吸収され、熱エネルギへと変換される。すなわち、過度なパワーを与える必要はないため、キーホールの形成を伴わず、熱伝導型の溶融となる。 On the other hand, when the laser beam is applied to a processing target having a relatively high absorption rate with respect to the wavelength used, most of the input energy is absorbed by the processing target and converted into thermal energy. That is, since it is not necessary to apply excessive power, heat conduction type melting is performed without forming keyholes.

本実施形態では、加工対象の第二レーザ光に対する吸収率が、第一レーザ光に対する吸収率よりも高くなるよう、第一レーザ光の波長、第二レーザ光の波長、および加工対象の材質が、選択される。この場合、掃引方向が図5に示される掃引方向SDである場合、レーザ光Lのスポットの掃引により、加工対象の溶接される部位(以下、被溶接部位と称する)には、まずは、第二レーザ光のビームB2の、図5におけるSDの前方に位置する領域B2fによって、第二レーザ光が照射される。その後、被溶接部位には、第一レーザ光のビームB1が照射され、その後、第二レーザ光のビームB2の、掃引方向SDの後方に位置する領域B2bによって、再度第二レーザ光が照射される。 In the present embodiment, the wavelength of the first laser beam, the wavelength of the second laser beam, and the material to be processed are set so that the absorption rate for the second laser beam to be processed is higher than the absorption rate for the first laser beam. , Is selected. In this case, when the sweep direction is the sweep direction SD shown in FIG. 5, the welded portion (hereinafter referred to as the welded portion) to be processed by the spot of the laser beam L is first subjected to the second. The second laser beam is irradiated by the region B2f of the laser beam B2 located in front of the SD in FIG. After that, the welded portion is irradiated with the beam B1 of the first laser beam, and then the second laser beam is irradiated again by the region B2b of the beam B2 of the second laser beam located behind the sweep direction SD. To.

したがって、被溶接部位には、まずは、領域B2fにおける吸収率が高い第二レーザ光の照射により、熱伝導型の溶融領域が生じる。その後、被溶接部位には、第一レーザ光の照射によって、より深いキーホール型の溶融領域が生じる。この場合、被溶接部位には、予め熱伝導型の溶融領域が形成されているため、当該熱伝導型の溶融領域が形成されない場合に比べて、より低いパワーの第一レーザ光によって所要の深さの溶融領域を形成することができる。さらにその後、被溶接部位には、領域B2bにおける吸収率が高い第二レーザ光の照射により、溶融状態が変化する。 Therefore, in the welded portion, a heat conduction type melting region is first generated by irradiation with a second laser beam having a high absorption rate in the region B2f. After that, a deeper keyhole-type melting region is generated in the welded portion by irradiation with the first laser beam. In this case, since the heat conduction type melting region is formed in advance in the welded portion, the required depth is obtained by the first laser beam having a lower power than in the case where the heat conduction type melting region is not formed. A molten region can be formed. After that, the welded portion is changed in a molten state by irradiation with a second laser beam having a high absorption rate in the region B2b.

また、発明者らの実験的な研究により、図4のようなビームのレーザ光Lの照射による溶接にあっては、例えばスパッタやブローホールのような溶接欠陥を低減できることが確認されている。これは、ビームB1が到来する前にビームB2の領域B2fによって加工対象を予め加熱しておくことにより、ビームB2およびビームB1によって形成される加工対象の溶融池がより安定化するためであると推定できる。 Further, experimental studies by the inventors have confirmed that welding defects such as spatters and blowholes can be reduced in welding by irradiation with a laser beam L as shown in FIG. This is because the molten pool of the processing target formed by the beam B2 and the beam B1 is more stabilized by preheating the processing target by the region B2f of the beam B2 before the arrival of the beam B1. Can be estimated.

[溶接方法]
レーザ溶接装置100を用いた溶接にあっては、まず、積層体10が、レーザ光Lが表面Waに照射されるよう、保持機構150にセットされる。そして、ビームB1およびビームB2を含むレーザ光Lが表面Waに照射されている状態で、レーザ光Lと積層体10(保持機構150)とが相対的に動かされる。これにより、レーザ光Lが表面Wa上に照射されながら当該表面Wa上を掃引方向SDに移動する(掃引する)。レーザ光Lが照射された部分は、溶融し、その後、温度の低下に伴って凝固することにより、第一部材11と第二部材12とが溶接され、積層体10が一体化される。
[Welding method]
In welding using the laser welding apparatus 100, first, the laminated body 10 is set in the holding mechanism 150 so that the laser beam L is irradiated on the surface Wa. Then, in a state where the surface Wa is irradiated with the laser beam L including the beam B1 and the beam B2, the laser beam L and the laminated body 10 (holding mechanism 150) are relatively moved. As a result, the laser beam L moves (sweeps) in the sweep direction SD on the surface Wa while being irradiated on the surface Wa. The portion irradiated with the laser beam L melts, and then solidifies as the temperature decreases, so that the first member 11 and the second member 12 are welded together, and the laminated body 10 is integrated.

[溶接部の断面]
図6は、加工対象Wに形成された溶接部14の断面図である。図6は、掃引方向SD(X方向)と垂直であるとともに厚さ方向(Z方向)に沿う断面図である。溶接部14は、掃引方向SD、すなわち図6の紙面と垂直な方向に、延びている。なお、図6は、厚さ2[mm]の1枚の銅板である加工対象Wに形成された溶接部14の断面を示している。Y方向に重ねられた複数枚の板状の金属材料に形成される溶接部14の形態は、図6に示される1枚の金属材料である加工対象Wに形成された溶接部14の形態と略同等であると推定できる。
[Cross section of weld]
FIG. 6 is a cross-sectional view of a welded portion 14 formed on the processing target W. FIG. 6 is a cross-sectional view perpendicular to the sweep direction SD (X direction) and along the thickness direction (Z direction). The welded portion 14 extends in the sweep direction SD, that is, in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. Note that FIG. 6 shows a cross section of the welded portion 14 formed on the processing target W, which is a single copper plate having a thickness of 2 [mm]. The form of the welded portion 14 formed of a plurality of plate-shaped metal materials stacked in the Y direction is the same as the form of the welded portion 14 formed on the processing target W which is one metal material shown in FIG. It can be estimated that they are almost equivalent.

図6に示されるように、溶接部14は、表面WaからZ方向の反対方向に延びた溶接金属14aと、当該溶接金属14aの周囲に位置される熱影響部14bと、を有している。溶接金属14aは、レーザ光Lの照射によって溶融し、その後凝固した部位である。溶接金属14aは、溶融凝固部とも称されうる。また、熱影響部14bは、加工対象の母材が熱影響を受けた部位であって、溶融はしていない部位である。 As shown in FIG. 6, the welded portion 14 has a welded metal 14a extending in the opposite direction in the Z direction from the surface Wa, and a heat-affected zone 14b located around the welded metal 14a. .. The weld metal 14a is a portion that is melted by irradiation with the laser beam L and then solidified. The weld metal 14a may also be referred to as a melt-solidified portion. Further, the heat-affected zone 14b is a portion where the base material to be processed is heat-affected and is not melted.

溶接金属14aのY方向に沿う幅は、表面Waから離れるほど狭くなっている。すなわち、溶接金属14aの断面は、Z方向の反対方向に向けて細くなるテーパ形状を有している。 The width of the weld metal 14a along the Y direction becomes narrower as the distance from the surface Wa increases. That is, the cross section of the weld metal 14a has a tapered shape that narrows in the direction opposite to the Z direction.

また、発明者らによる当該断面の詳細な分析により、溶接金属14aは、表面Waから離れた第一部位14a1と、第一部位14a1と表面Waとの間の第二部位14a2と、を含むことが判明した。 Further, according to a detailed analysis of the cross section by the inventors, the weld metal 14a includes a first portion 14a1 away from the surface Wa and a second portion 14a2 between the first portion 14a1 and the surface Wa. There was found.

第一部位14a1は、第一レーザ光の照射によるキーホール型の溶融によって得られた部位であり、第二部位14a2は、第二レーザ光のビームB2中の掃引方向SDの後方に位置する領域B2bの照射による溶融によって得られた部位である。EBSD法(electron back scattered diffraction pattern、電子線後方散乱回折)による解析により、第一部位14a1と第二部位14a2とでは、結晶粒のサイズが異なっており、具体的には、X方向(掃引方向SD)と直交する断面において、第二部位14a2の結晶粒の断面積の平均値は、第一部位14a1の結晶粒の断面積の平均値よりも大きいことが判明した。 The first portion 14a1 is a region obtained by keyhole-type melting by irradiation with the first laser beam, and the second portion 14a2 is a region located behind the sweep direction SD in the beam B2 of the second laser beam. It is a part obtained by melting by irradiation of B2b. According to the analysis by the EBSD method (electron back scattered diffraction pattern), the size of the crystal grains is different between the first site 14a1 and the second site 14a2, and specifically, the X direction (sweep direction). It was found that the average cross-sectional area of the crystal grains at the second site 14a2 was larger than the average cross-sectional area of the crystal grains at the first site 14a1 in the cross section orthogonal to SD).

発明者らは、加工対象Wに、第一レーザ光のビームB1のみが照射された場合、すなわちビームB2中の掃引方向SDの後方に位置する領域B2bの照射が無かった場合には、第二部位14a2が形成されず、第一部位14a1が表面WaからZ方向の反対方向に深く延びていることを確認した。すなわち、本実施形態にあっては、ビームB2中の掃引方向SDの後方に位置する領域B2bの照射によって、表面Waの近くに第二部位14a2が形成されるため、第一部位14a1は、当該第二部位14a2に対して表面Waとは反対側、言い換えると、表面WaからZ方向の反対方向に離れた位置に、形成されていると推定できる。 The inventors have found that when the processing target W is irradiated with only the beam B1 of the first laser beam, that is, when the region B2b located behind the sweep direction SD in the beam B2 is not irradiated, the second It was confirmed that the site 14a2 was not formed and the first site 14a1 extended deeply from the surface Wa in the opposite direction to the Z direction. That is, in the present embodiment, the second portion 14a2 is formed near the surface Wa by the irradiation of the region B2b located behind the sweep direction SD in the beam B2, so that the first portion 14a1 is the said. It can be presumed that the second portion 14a2 is formed on the opposite side of the surface Wa, in other words, at a position separated from the surface Wa in the opposite direction in the Z direction.

図7は、溶接部14の一部を示す断面図である。図7は、EBSD法によって得られた結晶粒の境界を示している。また、図7中、一例として結晶粒径が13[μm]以下の結晶粒Aは、黒色に塗られている。なお、13[μm]は、物理的特性の閾値ではなく、当該実験結果の分析のために設定した閾値である。また、図7から、結晶粒Aは、第一部位14a1には比較的多く存在し、第二部位14a2には比較的少なく存在していることが明らかである。すなわち、第二部位14a2内の結晶粒の断面積の平均値は、第一部位14a1内の結晶粒の断面積の平均値よりも大きい。発明者らは、実験的な分析により、第二部位14a2内の結晶粒の断面積の平均値は、第一部位14a1内の結晶粒の断面積の平均値の1.8倍以上であることを確認した。 FIG. 7 is a cross-sectional view showing a part of the welded portion 14. FIG. 7 shows the boundaries of the crystal grains obtained by the EBSD method. Further, in FIG. 7, as an example, the crystal grain A having a crystal grain size of 13 [μm] or less is painted black. Note that 13 [μm] is not a threshold value of physical characteristics, but a threshold value set for analysis of the experimental results. Further, from FIG. 7, it is clear that the crystal grains A are relatively abundant in the first site 14a1 and relatively few in the second site 14a2. That is, the average value of the cross-sectional areas of the crystal grains in the second site 14a2 is larger than the average value of the cross-sectional areas of the crystal grains in the first site 14a1. According to an experimental analysis, the inventors have found that the average cross-sectional area of the crystal grains in the second site 14a2 is 1.8 times or more the average cross-sectional area of the crystal grains in the first site 14a1. It was confirmed.

図7中の領域I内に示されているように、このような比較的サイズが小さい結晶粒Aは、表面WaからZ方向に離れた位置で、Z方向に細長く延びた状態で密集している。また、X方向(掃引方向SD)の位置が異なる複数箇所での分析から、結晶粒Aが密集した領域は、掃引方向SDにも延びていることが確認されている。掃引しながらの溶接であるため、掃引方向SDには結晶が同様の形態に形成されることが推定できる。 As shown in the region I in FIG. 7, such relatively small crystal grains A are densely packed in a position separated from the surface Wa in the Z direction and elongated in the Z direction. There is. Further, from the analysis at a plurality of locations where the positions in the X direction (sweep direction SD) are different, it is confirmed that the region where the crystal grains A are densely extends extends to the sweep direction SD. Since the welding is performed while sweeping, it can be presumed that crystals are formed in the same shape in the sweep direction SD.

断面における外観あるいは硬度分布等からは第一部位14a1と第二部位14a2とを判別し難い場合にあっては、図6,7のような、溶接金属14aの表面Waにおける位置および幅wbから幾何学的に定めた第一領域Z1および第二領域Z2を、それぞれ、第一部位14a1および第二部位14a2としてもよい。一例として、第一領域Z1および第二領域Z2は、掃引方向SDと直交する断面において、幅wm(Y方向における等幅)で、Z方向に延びた四角形状の領域であり、第二領域Z2は、表面WaからZ方向に深さdまでの領域とし、第一領域Z1は、深さdよりもさらに深い領域、言い換えると深さdの位置に対して表面Waとは反対側の領域とすることができる。幅wmは、例えば、溶接金属14aの表面Waでの幅wb(ビード幅の平均値)の1/3とし、第二領域Z2の深さd(高さ、厚さ)は、例えば、幅wbの1/2とすることができる。また、第一領域Z1の深さは、例えば、第二領域Z2の深さdの3倍とすることができる。発明者らは、複数サンプルに対する実験的な分析により、このような第一領域Z1および第二領域Z2の設定において、第二領域Z2における結晶粒の断面積の平均値は、第一領域Z1における結晶粒の断面積の平均値よりも大きく、かつ、1.8倍以上となっていたことを確認した。このような判別も、溶接により、溶接金属14aにおいて第一部位14a1と第二部位14a2とが形成されていることの証拠となりうる。 When it is difficult to distinguish between the first portion 14a1 and the second portion 14a2 from the appearance or hardness distribution in the cross section, geometry is performed from the position and width wb of the weld metal 14a on the surface Wa as shown in FIGS. The geographically determined first region Z1 and second region Z2 may be designated as the first region 14a1 and the second region 14a2, respectively. As an example, the first region Z1 and the second region Z2 are rectangular regions extending in the Z direction with a width wm (equal width in the Y direction) in a cross section orthogonal to the sweep direction SD, and the second region Z2. Is a region from the surface Wa to the depth d in the Z direction, and the first region Z1 is a region deeper than the depth d, in other words, a region opposite to the surface Wa with respect to the position of the depth d. can do. The width wm is, for example, 1/3 of the width wb (average value of the bead width) on the surface Wa of the weld metal 14a, and the depth d (height, thickness) of the second region Z2 is, for example, the width wb. Can be 1/2 of. Further, the depth of the first region Z1 can be, for example, three times the depth d of the second region Z2. The inventors have conducted experimental analysis on a plurality of samples, and in such a setting of the first region Z1 and the second region Z2, the average value of the cross-sectional areas of the crystal grains in the second region Z2 is in the first region Z1. It was confirmed that it was larger than the average value of the cross-sectional area of the crystal grains and was 1.8 times or more. Such discrimination can also be evidence that the first portion 14a1 and the second portion 14a2 are formed in the weld metal 14a by welding.

また、発明者らの実験的な研究により、溶接金属14aのアスペクト比、すなわち、溶接金属14aの表面Waにおける幅wbに対する深さdmの比(dm/wb)は、溶接強度の確保および溶接幅の抑制の観点から、1以上5以下であるのが好適であり、1.5以上5以下であるのがさらに好適であることが判明した。 Further, according to the experimental research by the inventors, the aspect ratio of the weld metal 14a, that is, the ratio of the depth dm to the width wb on the surface Wa of the weld metal 14a (dm / wb) is determined to ensure the welding strength and the welding width. From the viewpoint of suppressing the above, it was found that 1 or more and 5 or less is preferable, and 1.5 or more and 5 or less is more preferable.

以上、説明したように、本実施形態では、例えば、ファイバレーザを含むレーザ装置111,112(レーザ発振器)から出射されたレーザ光Lを端部10aの外側からZ方向に沿って(Z方向の反対方向に)照射することによりY方向(第一方向)に隣接した端縁11a,12aが溶接される。レーザ光Lの波長は、380[nm]以上かつ1200[nm]以下である。 As described above, in the present embodiment, for example, the laser beam L emitted from the laser devices 111, 112 (laser oscillator) including the fiber laser is emitted from the outside of the end portion 10a along the Z direction (in the Z direction). By irradiating (in the opposite direction), the edge edges 11a and 12a adjacent to the Y direction (first direction) are welded. The wavelength of the laser beam L is 380 [nm] or more and 1200 [nm] or less.

このような構成および方法によれば、例えば、溶接幅に対する溶接深さが比較的大きく所要の溶接強度を有した溶接部14が得られやすい。また、溶接時の溶融金属内部への空気の巻き込みが抑えられ、溶接欠陥を低減できる。 According to such a configuration and method, for example, it is easy to obtain a welded portion 14 having a relatively large welding depth with respect to a welding width and a required welding strength. In addition, air entrainment inside the molten metal during welding is suppressed, and welding defects can be reduced.

また、本実施形態では、レーザ光Lは、例えば、800[nm]以上かつ1200[nm]以下の波長の第一レーザ光と、500[nm]以下の波長の第二レーザ光と、を含んでいる。 Further, in the present embodiment, the laser beam L includes, for example, a first laser beam having a wavelength of 800 [nm] or more and 1200 [nm] or less, and a second laser beam having a wavelength of 500 [nm] or less. I'm out.

また、本実施形態では、例えば、第二レーザ光の波長は、400[nm]以上500[nm]以下である。 Further, in the present embodiment, for example, the wavelength of the second laser beam is 400 [nm] or more and 500 [nm] or less.

このような構成および方法によれば、例えば、よりスパッタやブローホールのような溶接欠陥の少ないより高品質な溶接部14が得られやすい。 According to such a configuration and method, it is easy to obtain a higher quality welded portion 14 having less welding defects such as spatters and blow holes.

また、本実施形態では、例えば、端縁11a,12a間の境界Brにギャップが設けられていた場合、第二レーザ光は、表面Waにおいて、当該ギャップを跨ぐように照射される。 Further, in the present embodiment, for example, when a gap is provided at the boundary Br between the edge edges 11a and 12a, the second laser beam is irradiated on the surface Wa so as to straddle the gap.

このような構成および方法によれば、例えば、金属材料における吸収率が比較的高い第二レーザ光の照射によりギャップの両側の端縁11a,12aにおいて熱伝導型の溶融領域が生じるため、溶接部14によってギャップをより確実に埋めることができ、ひいては、より接合強度の高い溶接部14が得られやすい。 According to such a configuration and method, for example, irradiation with a second laser beam having a relatively high absorptance in a metal material produces heat-conducting molten regions at the edges 11a and 12a on both sides of the gap, so that the welded portion is formed. With 14, the gap can be filled more reliably, and by extension, a welded portion 14 having higher joint strength can be easily obtained.

また、本実施形態では、例えば、表面Wa上において、第二レーザ光のビームB2(第二スポット)の少なくとも一部は、第一レーザ光のビームB1(第一スポット)よりも掃引方向SDの前方に位置している。 Further, in the present embodiment, for example, on the surface Wa, at least a part of the beam B2 (second spot) of the second laser beam has a sweep direction SD more than the beam B1 (first spot) of the first laser beam. It is located in front.

また、本実施形態では、例えば、表面Wa上において、ビームB1とビームB2とは少なくとも部分的に重なっている。 Further, in the present embodiment, for example, the beam B1 and the beam B2 partially overlap each other on the surface Wa.

また、本実施形態では、例えば、表面Wa上において、ビームB2は、ビームB1よりも広い。 Further, in the present embodiment, for example, on the surface Wa, the beam B2 is wider than the beam B1.

また、本実施形態では、例えば、表面Wa上において、ビームB2の外縁B2a(第二外縁)は、ビームB1の外縁B1a(第一外縁)を取り囲んでいる。 Further, in the present embodiment, for example, on the surface Wa, the outer edge B2a (second outer edge) of the beam B2 surrounds the outer edge B1a (first outer edge) of the beam B1.

上述したように、発明者らは、表面Wa上にこのようなビームB1,B2を形成するレーザ光Lのビームの照射による溶接にあっては、溶接欠陥を低減できることを確認した。これは、上述したように、ビームB1が到来する前にビームB2の領域B2fによって加工対象Wを予め加熱しておくことにより、ビームB2およびビームB1によって形成される加工対象Wの溶融池がより安定化するためであると推定できる。よって、このようなビームB1,B2を有したレーザ光Lによれば、例えば、より溶接欠陥の少ないより溶接品質の高い溶接を実行することができる。また、このようなビームB1,B2の設定によれば、例えば、第一レーザ光のパワーをより低くすることができるという利点も得られる。また、ビームB1とビームB2とが同軸で照射される場合にあっては、光学ヘッド120と加工対象Wとの相対的な回転が不要となるという利点も得られる。 As described above, the inventors have confirmed that welding defects can be reduced in welding by irradiation with a beam of laser light L forming such beams B1 and B2 on the surface Wa. This is because, as described above, the processing target W is preheated by the region B2f of the beam B2 before the beam B1 arrives, so that the molten pool of the processing target W formed by the beam B2 and the beam B1 is further formed. It can be presumed that this is for stabilization. Therefore, according to the laser beam L having such beams B1 and B2, for example, welding with less welding defects and higher welding quality can be performed. Further, according to such settings of the beams B1 and B2, there is an advantage that, for example, the power of the first laser beam can be further lowered. Further, when the beam B1 and the beam B2 are irradiated coaxially, there is an advantage that the relative rotation between the optical head 120 and the processing target W becomes unnecessary.

また、本実施形態では、例えば、溶接金属14aのアスペクト比は、好適には、1以上5以下であり、さらに好適には1.5以上5以下である。 Further, in the present embodiment, for example, the aspect ratio of the weld metal 14a is preferably 1 or more and 5 or less, and more preferably 1.5 or more and 5 or less.

このような構成によれば、例えば、所要の溶接強度が得られやすい上、溶接幅が大きくなり過ぎるのを抑制することができる。 According to such a configuration, for example, it is easy to obtain the required welding strength, and it is possible to prevent the welding width from becoming too large.

また、本実施形態では、例えば、加工対象は、銅系金属材料、アルミニウム系金属材料、ニッケル系金属材料、鉄系金属材料、およびチタン系金属材料のうちのいずれかで作られる。 Further, in the present embodiment, for example, the processing target is made of any one of a copper-based metal material, an aluminum-based metal material, a nickel-based metal material, an iron-based metal material, and a titanium-based metal material.

本実施形態の溶接方法による効果は、加工対象が上記材料のうちのいずれかで作られている場合に、得られる。なお、金属材料は、導電性を有してもよいし、導電性を有しなくてもよい。 The effect of the welding method of the present embodiment is obtained when the processing target is made of any of the above materials. The metal material may or may not have conductivity.

[保持機構の変形例]
図8は、保持機構150Aの別の一例を示す側面図である。保持機構150Aは、上記第1実施形態の保持機構150に替えて装備されうる。保持機構150Aは、押圧部材151Aと、ベース154と、支持部材155と、を有している。二つの押圧部材151Aは、積層体10をY方向に挟むように配置されている。二つの支持部材155は、それぞれ、Y方向に沿った回転軸Ax回りに回転可能に、押圧部材151Aを支持している。また、二つの支持部材155は、積層体10に対してY方向の両側に配置され、それぞれ、ベース154上にY方向の位置を変更可能に取り付けられている。そして、二つの支持部材155は、二つの押圧部材151から積層体10に、Y方向の両側から第一部材11および第二部材12がY方向に互いに近づく力が印加されるよう、ベース154に固定される。すなわち、保持機構150Aにおける支持部材155の位置の調整により、積層体10をレーザ光Lに対して適切な位置および姿勢にセットすることができる。また、支持部材155に対して押圧部材151Aおよび積層体10を回転軸Ax回りに回転させることにより、端部10aの表面Waに対してレーザ光Lを掃引することができる。
[Modification example of holding mechanism]
FIG. 8 is a side view showing another example of the holding mechanism 150A. The holding mechanism 150A may be equipped in place of the holding mechanism 150 of the first embodiment. The holding mechanism 150A includes a pressing member 151A, a base 154, and a support member 155. The two pressing members 151A are arranged so as to sandwich the laminated body 10 in the Y direction. Each of the two support members 155 supports the pressing member 151A so as to be rotatable around the rotation axis Ax along the Y direction. Further, the two support members 155 are arranged on both sides in the Y direction with respect to the laminated body 10, and are respectively mounted on the base 154 so that the positions in the Y direction can be changed. Then, the two support members 155 apply a force from the two pressing members 151 to the laminated body 10 so that the first member 11 and the second member 12 approach each other in the Y direction from both sides in the Y direction to the base 154. It is fixed. That is, by adjusting the position of the support member 155 in the holding mechanism 150A, the laminated body 10 can be set in an appropriate position and posture with respect to the laser beam L. Further, by rotating the pressing member 151A and the laminated body 10 with respect to the support member 155 around the rotation axis Ax, the laser beam L can be swept from the surface Wa of the end portion 10a.

[第2実施形態]
図9は、第2実施形態のレーザ溶接装置100Aの概略構成図である。本実施形態では、光学ヘッド120は、コリメートレンズ121−1とミラー123との間に、DOE125を有している。この点を除き、レーザ溶接装置100Aは、第1実施形態のレーザ溶接装置100と同様の構成を備えている。
[Second Embodiment]
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of the laser welding apparatus 100A of the second embodiment. In this embodiment, the optical head 120 has a DOE 125 between the collimating lens 121-1 and the mirror 123. Except for this point, the laser welding apparatus 100A has the same configuration as the laser welding apparatus 100 of the first embodiment.

DOE125は、第一レーザ光のビームB1の形状(以下、ビーム形状と称する)を成形する。図10に概念的に例示されるよう、DOE125は、例えば、周期の異なる複数の回折格子125aが重ね合わせられた構成を備えている。DOE125は、平行光を、各回折格子125aの影響を受けた方向に曲げたり、重ね合わせたりすることにより、ビーム形状を成形することができる。DOE125は、ビームシェイパとも称されうる。 The DOE125 forms the shape of the beam B1 of the first laser beam (hereinafter referred to as the beam shape). As conceptually illustrated in FIG. 10, the DOE 125 has, for example, a configuration in which a plurality of diffraction gratings 125a having different periods are superposed. The DOE 125 can form a beam shape by bending or superimposing parallel light in a direction affected by each diffraction grating 125a. DOE125 may also be referred to as a beam shaper.

なお、光学ヘッド120は、コリメートレンズ121−2の後段に設けられ第二レーザ光のビーム形状を調整するビームシェイパや、フィルタ124の後段に設けられ第一レーザ光および第二レーザ光のビーム形状を調整するビームシェイパ等を有してもよい。ビームシェイパによってレーザ光Lのビーム形状を適宜に整えることにより、溶接欠陥の発生をより一層抑制することができる。 The optical head 120 has a beam shaper provided after the collimating lens 121-2 to adjust the beam shape of the second laser beam, and a beam shaper provided after the filter 124 to adjust the beam shapes of the first laser beam and the second laser beam. It may have a beam shaper or the like to be adjusted. By appropriately adjusting the beam shape of the laser beam L by the beam shaper, the occurrence of welding defects can be further suppressed.

また、図9の構成にあっては、DOE125によって第二レーザ光のビーム形状と同等のビームを生成することができ、これにより、レーザ装置112を省略することができる。この場合も、溶接においてスパッタの発生を抑制することができる。 Further, in the configuration of FIG. 9, the DOE 125 can generate a beam having the same beam shape as that of the second laser beam, whereby the laser device 112 can be omitted. In this case as well, it is possible to suppress the generation of spatter in welding.

[第3実施形態]
図11は、第3実施形態のレーザ溶接装置100Bの概略構成図である。本実施形態では、光学ヘッド120は、フィルタ124と集光レンズ122との間に、ガルバノスキャナ126を有している。この点を除き、レーザ溶接装置100Bは、第1実施形態のレーザ溶接装置100と同様の構成を備えている。
[Third Embodiment]
FIG. 11 is a schematic configuration diagram of the laser welding apparatus 100B of the third embodiment. In this embodiment, the optical head 120 has a galvano scanner 126 between the filter 124 and the condenser lens 122. Except for this point, the laser welding apparatus 100B has the same configuration as the laser welding apparatus 100 of the first embodiment.

ガルバノスキャナ126は、2枚のミラー126a,126bを有しており、当該2枚のミラー126a,126bの角度を制御することで、光学ヘッド120を移動させることなく、レーザ光Lの照射位置を移動させ、レーザ光Lを掃引することができる装置である。ミラー126a,126bの角度は、それぞれ、例えば不図示のモータによって変更される。このような構成によれば、光学ヘッド120と加工対象とを相対的に移動する機構が不要になり、例えば、装置構成を小型化できるという利点が得られる。 The galvano scanner 126 has two mirrors 126a and 126b, and by controlling the angles of the two mirrors 126a and 126b, the irradiation position of the laser beam L can be set without moving the optical head 120. It is a device that can be moved to sweep the laser beam L. The angles of the mirrors 126a and 126b are changed by, for example, a motor (not shown). With such a configuration, a mechanism for relatively moving the optical head 120 and the processing target becomes unnecessary, and for example, there is an advantage that the device configuration can be miniaturized.

[第4実施形態]
図12は、第4実施形態のレーザ溶接装置100Cの概略構成図である。本実施形態では、光学ヘッド120は、コリメートレンズ121−2とフィルタ124との間に、DOE125(ビームシェイパ)を有している。この点を除き、レーザ溶接装置100Cは、第3実施形態のレーザ溶接装置100Bと同様の構成を備えている。このような構成によれば、ガルバノスキャナ126を有することによる第3実施形態と同様の効果、およびDOE125(ビームシェイパ)を有することによる第2実施形態と同様の効果を得ることができる。
[Fourth Embodiment]
FIG. 12 is a schematic configuration diagram of the laser welding apparatus 100C of the fourth embodiment. In this embodiment, the optical head 120 has a DOE125 (beam shaper) between the collimating lens 121-2 and the filter 124. Except for this point, the laser welding apparatus 100C has the same configuration as the laser welding apparatus 100B of the third embodiment. According to such a configuration, the same effect as the third embodiment by having the galvano scanner 126 and the same effect as the second embodiment by having the DOE125 (beam shaper) can be obtained.

なお、本実施形態においても、光学ヘッド120は、コリメートレンズ121−1の後段に設けられ第一レーザ光のビーム形状を調整するビームシェイパや、フィルタ124の後段に設けられ第一レーザ光および第二レーザ光のビーム形状を調整するビームシェイパ等を有してもよい。 Also in this embodiment, the optical head 120 is provided after the collimating lens 121-1 and is provided after the beam shaper for adjusting the beam shape of the first laser beam, and is provided after the filter 124 and is provided with the first laser beam and the second laser beam. It may have a beam shaper or the like that adjusts the beam shape of the laser beam.

[第5実施形態]
図13は、第5実施形態のレーザ溶接装置100Dの概略構成図である。本実施形態では、光学ヘッド120は、それぞれ別のボディ(ハウジング)によって構成された、第一レーザ光L1を照射する第一部位120−1と、第二レーザ光L2を照射する第二部位120−2と、を備えている。このような構成によっても、上記実施形態と同様の作用および効果が得られる。
[Fifth Embodiment]
FIG. 13 is a schematic configuration diagram of the laser welding apparatus 100D of the fifth embodiment. In the present embodiment, the optical head 120 has a first portion 120-1 for irradiating the first laser beam L1 and a second portion 120 for irradiating the second laser beam L2, which are configured by different bodies (housings). -2 and are provided. Even with such a configuration, the same operations and effects as those of the above embodiment can be obtained.

図14,15は、レーザ溶接装置100Dによって表面Wa上に形成されたレーザ光のビームB1,B2の例を示している。図14,15に示されるように、レーザ溶接装置100Dによれば、第一部位120−1と第二部位120−2との相対位置や姿勢の設定により、ビームB1,B2の相対位置を、任意に設定することができる。発明者らの研究により、表面Wa上において、図14,15のように、ビームB2(第二スポット)の少なくとも一部がビームB1(第一スポット)よりも掃引方向SDの前方に位置している場合、およびビームB1とビームB2とが互いに接するかあるいは少なくとも部分的に重なっている場合においては、ビームB2の予熱効果による第1実施形態と同様の効果が得られることが判明している。また、ビームB2の少なくとも一部がビームB1よりも掃引方向SDの前方に位置している場合にあっては、ビームB1とビームB2とは微少距離離間していてもよいことも判明している。なお、図14,15は、それぞれ一例に過ぎず、レーザ溶接装置100Dによって得られるビームB1,B2の配置や各ビームB1,B2のサイズは、図14,15の例には限定されない。 14 and 15 show examples of laser beam beams B1 and B2 formed on the surface Wa by the laser welding apparatus 100D. As shown in FIGS. 14 and 15, according to the laser welding apparatus 100D, the relative positions of the beams B1 and B2 are set by setting the relative positions and postures of the first portion 120-1 and the second portion 120-2. It can be set arbitrarily. According to the research by the inventors, at least a part of the beam B2 (second spot) is located in front of the beam B1 (first spot) in the sweep direction SD on the surface Wa as shown in FIGS. It has been found that the same effect as in the first embodiment due to the preheating effect of the beam B2 can be obtained when the beam B1 and the beam B2 are in contact with each other or at least partially overlap each other. It has also been found that when at least a part of the beam B2 is located in front of the beam B1 in the sweep direction SD, the beam B1 and the beam B2 may be separated by a minute distance. .. It should be noted that FIGS. 14 and 15 are merely examples, and the arrangement of the beams B1 and B2 obtained by the laser welding apparatus 100D and the sizes of the beams B1 and B2 are not limited to the examples of FIGS. 14 and 15.

[第6実施形態]
図16は、第6実施形態のベーパチャンバ10Eの斜視図であり、図17は、図16のXVII−XVII断面図である。図16に示されるように、ベーパチャンバ10Eは、扁平な四角形状かつ板状の第一部材11および第二部材12を備えている。第一部材11および第二部材12は、熱伝導性の比較的高い金属材料で作られる。また、第一部材11および第二部材12は、Y方向に重なっている。そして、ベーパチャンバ10Eでは、Y方向に重なった第一部材11および第二部材12の周縁部としての端部10aにおいて、端縁11a,12aが溶接部14によって全周溶接されている。ベーパチャンバ10Eは、製品の一例である。
[Sixth Embodiment]
16 is a perspective view of the vapor chamber 10E of the sixth embodiment, and FIG. 17 is a sectional view taken along the line XVII-XVII of FIG. As shown in FIG. 16, the vapor chamber 10E includes a flat rectangular and plate-shaped first member 11 and a second member 12. The first member 11 and the second member 12 are made of a metal material having a relatively high thermal conductivity. Further, the first member 11 and the second member 12 overlap each other in the Y direction. In the vapor chamber 10E, the edge portions 11a and 12a are welded all around by the welded portion 14 at the end portion 10a as the peripheral edge portion of the first member 11 and the second member 12 overlapping in the Y direction. The vapor chamber 10E is an example of a product.

図17に示されるように、第一部材11と第二部材12との間には、流体媒質Fの収容室10bが設けられている。収容室10bは、例えば、第二部材12に第一部材11に向けて開口した有底の凹部が設けられることにより、形成されている。凹部は、開口部とも称されうる。収容室10bは、空間の一例である。 As shown in FIG. 17, a storage chamber 10b for the fluid medium F is provided between the first member 11 and the second member 12. The storage chamber 10b is formed, for example, by providing the second member 12 with a bottomed recess that opens toward the first member 11. The recess may also be referred to as an opening. The containment chamber 10b is an example of a space.

ベーパチャンバ10Eは、高温部と低温部とに渡って設けられる。高温部は、例えば、CPU(central processing unit)のような発熱体であり、低温部は、例えば、ヒートシンクのような放熱体である。流体媒質Fは、高温部から受熱することにより液相から気相に変化するとともに、低温部へ放熱することにより気相から液相に変化する。収容室10b内の高温部と隣接する領域で気体となった流体媒質Fは、当該気体の状態で、収容室10b内を、当該収容室10b内の低温部と隣接した領域へ移動する。また、収容室10b内の低温部と隣接した領域で液体となった流体媒質Fは、収容室10b内を、毛細管現象により、収容室10b内の高温部と隣接した領域へ移動する。このような、流体媒質Fによる熱の輸送により、ベーパチャンバ10Eは、高温部の冷却機構として機能することができる。 The vapor chamber 10E is provided over a high temperature portion and a low temperature portion. The high temperature part is, for example, a heating element such as a CPU (central processing unit), and the low temperature part is a heat dissipation body such as a heat sink. The fluid medium F changes from a liquid phase to a gas phase by receiving heat from a high temperature portion, and changes from a gas phase to a liquid phase by dissipating heat to a low temperature portion. The fluid medium F, which has become a gas in the region adjacent to the high temperature portion in the accommodation chamber 10b, moves in the accommodation chamber 10b to the region adjacent to the low temperature portion in the accommodation chamber 10b in the state of the gas. Further, the fluid medium F that has become liquid in the region adjacent to the low temperature portion in the accommodation chamber 10b moves in the accommodation chamber 10b to the region adjacent to the high temperature portion in the accommodation chamber 10b due to the capillary phenomenon. Due to such heat transfer by the fluid medium F, the vapor chamber 10E can function as a cooling mechanism for the high temperature portion.

図17に示されるように、端縁11aと端縁12aとが、溶接部14によって接合されている。溶接部14は、上述した実施形態や変形例に示された溶接方法およびレーザ溶接装置100,100A〜100Dによって形成されうる。溶接部14は、上記第1実施形態の溶接部14と同様の構成を有している。第一部材11および第二部材12の周縁部としての端部10aが溶接部14によって全周溶接されることにより、収容室10b内に流体媒質Fが封止される。 As shown in FIG. 17, the edge 11a and the edge 12a are joined by the welded portion 14. The welded portion 14 can be formed by the welding method and the laser welding apparatus 100, 100A to 100D shown in the above-described embodiments and modifications. The welded portion 14 has the same configuration as the welded portion 14 of the first embodiment. The fluid medium F is sealed in the accommodation chamber 10b by welding the end portion 10a as the peripheral edge portion of the first member 11 and the second member 12 all around by the welded portion 14.

以上の本実施形態によれば、上記実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、本実施形態のベーパチャンバ10Eによれば、例えば、溶接幅に対する溶接深さが比較的大きくより高い溶接強度を有した溶接部14や、より溶接欠陥の少ないより高品質な溶接部14が得られやすい。 According to the above embodiment, the same effect as that of the above embodiment can be obtained. That is, according to the vapor chamber 10E of the present embodiment, for example, a welded portion 14 having a relatively large welding depth with respect to a welded width and having a higher welding strength, and a higher quality welded portion 14 having fewer welding defects are provided. Easy to obtain.

[第6実施形態の変形例]
図18〜22は、第6実施形態の変形例のベーパチャンバ10F〜10Iを示している。図18に示される第1変形例のベーパチャンバ10Fでは、第一部材11のフランジ11bの端縁11aと第二部材12の端縁12aとが溶接部14によって溶接されている。このベーパチャンバ10Fでも、第一部材11および第二部材12の周縁部としての端部10aが溶接部14によって全周溶接されることにより、収容室10b内に流体媒質Fが封止される。本変形例では、収容室10bを形成する凹部は、第一部材11のみに設けられている。
[Variation example of the sixth embodiment]
18 to 22 show the vapor chambers 10F to 10I of the modified example of the sixth embodiment. In the vapor chamber 10F of the first modification shown in FIG. 18, the edge 11a of the flange 11b of the first member 11 and the edge 12a of the second member 12 are welded by the welded portion 14. Also in this vapor chamber 10F, the fluid medium F is sealed in the accommodating chamber 10b by welding the end portions 10a as peripheral edges of the first member 11 and the second member 12 all around by the welded portion 14. In this modification, the recess forming the accommodation chamber 10b is provided only in the first member 11.

図19に示される第2変形例のベーパチャンバ10Gでは、第一部材11の外周面としての端縁11aと第二部材12の端縁12aとが溶接部14によって溶接されている。このベーパチャンバ10Gでも、第一部材11および第二部材12の周縁部としての端部10aが溶接部14によって全周溶接されることにより、収容室10b内に流体媒質Fが封止される。本変形例でも、収容室10bを形成する凹部は、第一部材11のみに設けられている。 In the vapor chamber 10G of the second modification shown in FIG. 19, the edge 11a as the outer peripheral surface of the first member 11 and the edge 12a of the second member 12 are welded by the welded portion 14. Also in this vapor chamber 10G, the fluid medium F is sealed in the accommodating chamber 10b by welding the end portion 10a as the peripheral edge portion of the first member 11 and the second member 12 all around by the welded portion 14. Also in this modification, the recess forming the accommodation chamber 10b is provided only in the first member 11.

図20に示される第3変形例のベーパチャンバ10Hでは、第一部材11の外周面としての端縁11aと第二部材12の外周面としての端縁12aとが溶接部14によって溶接されている。このベーパチャンバ10Hでも、第一部材11および第二部材12の周縁部としての端部10aが溶接部14によって全周溶接されることにより、収容室10b内に流体媒質Fが封止される。本変形例では、収容室10bを形成する凹部は、第一部材11および第二部材12の双方に設けられている。 In the vapor chamber 10H of the third modification shown in FIG. 20, the edge 11a as the outer peripheral surface of the first member 11 and the edge 12a as the outer peripheral surface of the second member 12 are welded by the welded portion 14. .. Also in this vapor chamber 10H, the fluid medium F is sealed in the accommodation chamber 10b by welding the end portion 10a as the peripheral edge portion of the first member 11 and the second member 12 all around by the welded portion 14. In this modification, the recesses forming the accommodation chamber 10b are provided in both the first member 11 and the second member 12.

図21は、第4変形例のベーパチャンバ10Iの分解斜視図であり、図22は、ベーパチャンバ10Iの略中心を通るY方向に沿った断面図である。本変形例では、第一部材11と第二部材12との間に、第三部材13が介在している。第三部材13は、扁平な四角形状かつ板状の部材であり、熱伝導性の比較的高い金属材料で作られる。また、第三部材13は、第一部材11および第二部材12と、Y方向に重なっている。第三部材13には、Y方向(積層方向)に貫通した貫通穴としての複数のスリット13bが設けられている。各スリット13bのY方向の両側が第一部材11および第二部材12によって塞がれることにより、ベーパチャンバ10I内に、流体媒質Fの収容室10bが形成されている。貫通穴は、開口部の一例である。なお、スリット13bに替えて第三部材13を開口しない凹部が設けられてもよいし、スリット13b(貫通穴)は一つであってもよい。 FIG. 21 is an exploded perspective view of the vapor chamber 10I of the fourth modification, and FIG. 22 is a cross-sectional view taken along the Y direction through the substantially center of the vapor chamber 10I. In this modification, the third member 13 is interposed between the first member 11 and the second member 12. The third member 13 is a flat rectangular and plate-shaped member, and is made of a metal material having relatively high thermal conductivity. Further, the third member 13 overlaps with the first member 11 and the second member 12 in the Y direction. The third member 13 is provided with a plurality of slits 13b as through holes penetrating in the Y direction (stacking direction). Since both sides of each slit 13b in the Y direction are closed by the first member 11 and the second member 12, the accommodation chamber 10b of the fluid medium F is formed in the vapor chamber 10I. The through hole is an example of an opening. In addition, instead of the slit 13b, a recess that does not open the third member 13 may be provided, or the slit 13b (through hole) may be one.

そして、ベーパチャンバ10Iでは、Y方向に重なった第一部材11および第三部材13の周縁部としての端部10aにおいて、端縁11a,13aが溶接部14によって全周溶接されている。また、Y方向に重なった第二部材12および第三部材13の周縁部としての端部10aにおいて、端縁12a,13aが溶接部14によって全周溶接されている。第三部材13は、複数の部材のうちの一つである。本変形例のベーパチャンバ10Iでも、溶接部14による全周溶接により、収容室10b内に流体媒質Fが封止される。以上の第1〜第4変形例によっても、第6実施形態と同様の効果が得られる。 In the vapor chamber 10I, the edge portions 11a and 13a are welded all around by the welded portion 14 at the end portion 10a as the peripheral edge portion of the first member 11 and the third member 13 overlapping in the Y direction. Further, at the end portion 10a as the peripheral edge portion of the second member 12 and the third member 13 overlapping in the Y direction, the edge portions 12a and 13a are welded all around by the welded portion 14. The third member 13 is one of a plurality of members. Even in the vapor chamber 10I of this modification, the fluid medium F is sealed in the accommodating chamber 10b by all-around welding by the welded portion 14. The same effect as that of the sixth embodiment can be obtained by the above-mentioned first to fourth modifications.

[第7実施形態]
図23は、第5実施形態のレーザ溶接装置100Jの概略構成図である。本実施形態のレーザ溶接装置100Jは、第2実施形態のレーザ溶接装置100Aをベースとして改変されている。レーザ溶接装置100Jは、レーザ溶接装置100Aの構成要素に加えて、制御部161、カメラ162、駆動機構163、ミラー164、およびフィルタ165を備えている。
[7th Embodiment]
FIG. 23 is a schematic configuration diagram of the laser welding apparatus 100J of the fifth embodiment. The laser welding apparatus 100J of the present embodiment is modified based on the laser welding apparatus 100A of the second embodiment. The laser welding apparatus 100J includes a control unit 161, a camera 162, a drive mechanism 163, a mirror 164, and a filter 165 in addition to the components of the laser welding apparatus 100A.

フィルタ165は、ミラー123とフィルタ124との間に設けられている。フィルタ165は、ミラー123からの第一レーザ光をフィルタ124へ向けて透過するとともに、表面Waからの光(例えば、可視光)をミラー164に向けて反射する。ミラー164で反射した光は、カメラ162に入力される。このような構成により、カメラ162は、表面Wa上の画像を撮影することができる。カメラ162による撮影画像には、例えば、端縁11a,12aの境界の画像と、レーザ光Lによるビーム(スポット)の画像とが、含まれている。すなわち、画像には、表面Wa上に形成されるレーザ光Lのスポットの、レーザ光Lが本来照射されるべき境界の位置(所定位置)に対するずれが、現れていることになる。よって、カメラ162による撮影画像は、表面Wa上に形成されるスポットの所定位置に対するずれの検出結果と言うことができ、カメラ162は、当該ずれを検出する検出機構の一例であると言うことができる。なお、撮影画像の画角におけるスポットの位置が固定している場合にあっては、撮影画像にスポットの画像は含まれている必要は無く、制御部161は、撮影画像中の端縁11a,12aの境界の画像の位置から、表面Wa上に形成されるスポットの所定位置に対するずれを検出することができる。 The filter 165 is provided between the mirror 123 and the filter 124. The filter 165 transmits the first laser light from the mirror 123 toward the filter 124 and reflects the light from the surface Wa (for example, visible light) toward the mirror 164. The light reflected by the mirror 164 is input to the camera 162. With such a configuration, the camera 162 can capture an image on the surface Wa. The image captured by the camera 162 includes, for example, an image of the boundary of the edge 11a and 12a and an image of a beam (spot) by the laser beam L. That is, the image shows a deviation of the spot of the laser beam L formed on the surface Wa with respect to the position (predetermined position) of the boundary where the laser beam L should be originally irradiated. Therefore, the image captured by the camera 162 can be said to be the detection result of the deviation of the spot formed on the surface Wa with respect to a predetermined position, and the camera 162 can be said to be an example of the detection mechanism for detecting the deviation. can. When the position of the spot at the angle of view of the captured image is fixed, the captured image does not need to include the spot image, and the control unit 161 may use the edge 11a in the captured image. From the position of the image at the boundary of 12a, it is possible to detect the deviation of the spot formed on the surface Wa with respect to a predetermined position.

制御部161は、カメラ162による撮影画像から、スポットの所定位置に対するずれを検出し、当該ずれを補正するよう、駆動機構163を制御する。駆動機構163は、制御部161からの指令(電気信号)に応じて作動するアクチュエータであり、光学ヘッド120を、Z方向と交差する方向、例えばY方向に、動かすことができる。駆動機構163は、例えば、モータのような回転機構や、当該回転機構の回転出力を減速する減速機構、減速機構によって減速された回転を直動に変換する運動変換機構等を、有することができる。この際、制御部161は、ずれが所定の閾値以内となるまで制御を実行するフィードバック制御を実行してもよい。制御部161および駆動機構163は、補正機構の一例である。このような構成により、溶接部14の所定位置に対する位置ずれを減らすことがき、ひいては、溶接部14の溶接強度をより高めることができるという、利点が得られる。 The control unit 161 detects a deviation of the spot with respect to a predetermined position from the image captured by the camera 162, and controls the drive mechanism 163 so as to correct the deviation. The drive mechanism 163 is an actuator that operates in response to a command (electrical signal) from the control unit 161 and can move the optical head 120 in a direction intersecting the Z direction, for example, in the Y direction. The drive mechanism 163 can have, for example, a rotation mechanism such as a motor, a deceleration mechanism for decelerating the rotation output of the rotation mechanism, a motion conversion mechanism for converting the rotation decelerated by the deceleration mechanism into linear motion, and the like. .. At this time, the control unit 161 may execute feedback control that executes control until the deviation is within a predetermined threshold value. The control unit 161 and the drive mechanism 163 are examples of the correction mechanism. With such a configuration, it is possible to reduce the positional deviation of the welded portion 14 with respect to a predetermined position, and by extension, it is possible to further increase the welding strength of the welded portion 14, which is an advantage.

なお、第3実施形態や第4実施形態のように、ガルバノスキャナ126を有するレーザ溶接装置100B,100Cに適用する場合、制御部161は、駆動機構163により光学ヘッド120の位置を変更するのに変えて、レーザ光Lの照射方向を変更し、ひいては表面Waにおけるスポットの位置を変更してもよい。このような構成によっても、同様の作用および効果を得ることができる。この場合、制御部161およびガルバノスキャナ126が、補正機構の一例となる。 When applied to the laser welding devices 100B and 100C having the galvano scanner 126 as in the third embodiment and the fourth embodiment, the control unit 161 changes the position of the optical head 120 by the drive mechanism 163. By changing the irradiation direction of the laser beam L, the position of the spot on the surface Wa may be changed. Similar actions and effects can be obtained with such a configuration. In this case, the control unit 161 and the galvano scanner 126 are examples of the correction mechanism.

以上、本発明の実施形態が例示されたが、上記実施形態は一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。また、各構成や、形状、等のスペック(構造や、種類、方向、型式、大きさ、長さ、幅、厚さ、高さ、数、配置、位置、材質等)は、適宜に変更して実施することができる。 Although the embodiments of the present invention have been exemplified above, the above-described embodiment is an example and is not intended to limit the scope of the invention. The above embodiment can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, combinations, and changes can be made without departing from the gist of the invention. In addition, specifications such as each configuration and shape (structure, type, direction, model, size, length, width, thickness, height, number, arrangement, position, material, etc.) are changed as appropriate. Can be carried out.

例えば、ベーパチャンバは製品の一例であって、製品は、ベーパチャンバには限定されない。 For example, the vapor chamber is an example of a product, and the product is not limited to the vapor chamber.

また、加工対象に対してレーザ光を掃引する際に、公知のウォブリングやウィービングや出力変調等により掃引を行い、溶融池の表面積を調節するようにしてもよい。 Further, when the laser beam is swept to the object to be processed, the surface area of the molten pool may be adjusted by sweeping by known wobbling, weaving, output modulation or the like.

また、加工対象は、めっき付き金属板のように、金属の表面に薄い他の金属の層が存在するものでもよい。 Further, the processing target may be one in which another thin metal layer is present on the surface of the metal, such as a plated metal plate.

10…積層体(製品)
10E〜10I…ベーパチャンバ(製品)
10a…端部
10a1…端
10b…収容室(空間)
11…第一部材
11a…端縁
11b…フランジ
12…第二部材
12a…端縁
13…第三部材
13a…端縁
13b…スリット
14…溶接部
14a…溶接金属
14a1…第一部位
14a2…第二部位
14b…熱影響部
100,100A〜100D,100J…レーザ溶接装置(溶接装置)
111…レーザ装置(第一レーザ発振器)
112…レーザ装置(第二レーザ発振器)
120…光学ヘッド
120−1…第一部位
120−2…第二部位
121,121−1,121−2…コリメートレンズ
122…集光レンズ
123…ミラー
124…フィルタ
125…DOE(回折光学素子)
125a…回折格子
126…ガルバノスキャナ(補正機構)
126a,126b…ミラー
130…光ファイバ
150,150A…保持機構
151,151A…押圧部材
152,153…支持部材
154…ベース
155…支持部材
161…制御部(補正機構)
162…カメラ(検出機構)
163…駆動機構(補正機構)
164…ミラー
165…フィルタ
A…結晶粒
Ax…回転軸
B1…ビーム(第一スポット)
B1a…外縁
B2…ビーム(第二スポット)
B2a…外縁
B2b…領域
B2f…領域
Br…境界
C…中心点
D1…スポット径(外径)
D2…スポット径(外径)
d…深さ
dm…(溶接金属の)深さ
F…流体媒質
I…領域
L…レーザ光
L1…第一レーザ光
L2…第二レーザ光
SD…掃引方向
W…加工対象
Wa…表面
wb…(溶接金属の表面での)幅
wm…(第一領域および第二領域の)幅
X…方向(第二方向)
Y…方向(第一方向、積層方向)
Z…方向(第三方向)
Z1…第一領域(第一部位)
Z2…第二領域(第二部位)
10 ... Laminated body (product)
10E-10I ... Vapor chamber (product)
10a ... end 10a1 ... end 10b ... accommodation room (space)
11 ... First member 11a ... Edge edge 11b ... Flange 12 ... Second member 12a ... Edge edge 13 ... Third member 13a ... Edge edge 13b ... Slit 14 ... Welded portion 14a ... Welded metal 14a1 ... First part 14a2 ... Second Part 14b ... Heat-affected zone 100, 100A-100D, 100J ... Laser welding equipment (welding equipment)
111 ... Laser device (first laser oscillator)
112 ... Laser device (second laser oscillator)
120 ... Optical head 120-1 ... First part 120-2 ... Second part 121, 121-1, 121-2 ... Collimating lens 122 ... Condensing lens 123 ... Mirror 124 ... Filter 125 ... DOE (diffractive optical element)
125a ... Diffraction grating 126 ... Galvano scanner (correction mechanism)
126a, 126b ... Mirror 130 ... Optical fiber 150, 150A ... Holding mechanism 151, 151A ... Pressing member 152, 153 ... Support member 154 ... Base 155 ... Support member 161 ... Control unit (correction mechanism)
162 ... Camera (detection mechanism)
163 ... Drive mechanism (correction mechanism)
164 ... Mirror 165 ... Filter A ... Crystal grain Ax ... Rotation axis B1 ... Beam (first spot)
B1a ... Outer edge B2 ... Beam (second spot)
B2a ... Outer edge B2b ... Region B2f ... Region Br ... Boundary C ... Center point D1 ... Spot diameter (outer diameter)
D2 ... Spot diameter (outer diameter)
d ... Depth dm ... Depth F (of weld metal) F ... Fluid medium I ... Region L ... Laser beam L1 ... First laser beam L2 ... Second laser beam SD ... Sweeping direction W ... Machining target Wa ... Surface wb ... ( Width wm (on the surface of the weld metal) ... Width X ... (second direction) (of the first and second regions)
Y ... direction (first direction, stacking direction)
Z ... direction (third direction)
Z1 ... First area (first part)
Z2 ... Second area (second part)

Claims (24)

第一方向に重なった複数の部材の当該第一方向と交差した第二方向に延びたそれぞれの端縁が前記第一方向に並んだ端部に、当該端部の外側から前記第一方向および前記第二方向と交差した第三方向に沿って、ファイバレーザを含むレーザ発振器から出射されたレーザ光を照射することにより、前記第一方向に隣接した前記端縁同士を溶接する溶接方法であって、
前記レーザ光の波長は、380[nm]以上かつ1200[nm]以下である、溶接方法。
The edges of the plurality of members overlapping in the first direction extending in the second direction intersecting with the first direction are aligned in the first direction, from the outside of the end to the first direction and the end. A welding method in which the edge edges adjacent to the first direction are welded to each other by irradiating a laser beam emitted from a laser oscillator including a fiber laser along a third direction intersecting the second direction. hand,
A welding method in which the wavelength of the laser beam is 380 [nm] or more and 1200 [nm] or less.
前記レーザ光は、800[nm]以上かつ1200[nm]以下の波長の第一レーザ光と、500[nm]以下の波長の第二レーザ光と、を含む、請求項1に記載の溶接方法。 The welding method according to claim 1, wherein the laser light includes a first laser light having a wavelength of 800 [nm] or more and 1200 [nm] or less, and a second laser light having a wavelength of 500 [nm] or less. .. 前記第二レーザ光の波長は、400[nm]以上500[nm]以下である、請求項2に記載の溶接方法。 The welding method according to claim 2, wherein the wavelength of the second laser beam is 400 [nm] or more and 500 [nm] or less. 前記第二レーザ光を、前記第一方向に隣接する前記端縁間の境界のギャップを前記第一方向に跨ぐように照射する、請求項2または3に記載の溶接方法。 The welding method according to claim 2 or 3, wherein the second laser beam is irradiated so as to straddle the gap of the boundary between the edges adjacent to the first direction in the first direction. 前記レーザ光は、前記端部の前記第一方向および前記第二方向に延びた表面上で、前記第二方向に沿う掃引方向に掃引され、
前記表面上において、前記第二レーザ光によって前記表面上に形成される第二スポットの少なくとも一部は、前記第一レーザ光によって前記表面上に形成される第一スポットよりも前記掃引方向の前方に位置している、請求項2〜4のうちいずれか一つに記載の溶接方法。
The laser beam is swept in a sweep direction along the second direction on the surface of the end extending in the first direction and the second direction.
On the surface, at least a part of the second spot formed on the surface by the second laser beam is in front of the first spot formed on the surface by the first laser beam in the sweep direction. The welding method according to any one of claims 2 to 4, which is located in.
前記表面上において、前記第一スポットと前記第二スポットとは少なくとも部分的に重なっている、請求項5に記載の溶接方法。 The welding method according to claim 5, wherein the first spot and the second spot overlap at least partially on the surface. 前記表面上において、前記第二スポットの第二外縁は、前記第一スポットの第一外縁を取り囲んでいる、請求項5に記載の溶接方法。 The welding method according to claim 5, wherein the second outer edge of the second spot surrounds the first outer edge of the first spot on the surface. 前記複数の部材のそれぞれは、銅系金属材料、アルミニウム系金属材料、ニッケル系金属材料、鉄系金属材料、およびチタン系金属材料のうちのいずれか一つで作られている、請求項1〜7のうちいずれか一つに記載の溶接方法。 Each of the plurality of members is made of any one of a copper-based metal material, an aluminum-based metal material, a nickel-based metal material, an iron-based metal material, and a titanium-based metal material, claim 1 to 1. The welding method according to any one of 7. ファイバレーザを含むレーザ発振器と、
第一方向に重なった複数の部材の当該第一方向と交差した第二方向に延びたそれぞれの端縁が前記第一方向に並んだ端部に、当該端部の外側から前記第一方向および前記第二方向と交差した第三方向に沿って、前記レーザ発振器から出射されたレーザ光を照射する光学ヘッドと、
を備え、前記第一方向に隣接した前記端縁同士を溶接する溶接装置であって、
前記レーザ光の波長は、380[nm]以上かつ1200[nm]以下である、溶接装置。
Laser oscillators including fiber lasers and
The edges of the plurality of members overlapping in the first direction extending in the second direction intersecting with the first direction are aligned in the first direction, from the outside of the end to the first direction and the end. An optical head that irradiates a laser beam emitted from the laser oscillator along a third direction intersecting the second direction.
A welding device that welds the edges adjacent to each other in the first direction.
A welding apparatus having a wavelength of the laser beam of 380 [nm] or more and 1200 [nm] or less.
前記レーザ光を複数のビームに分割するビームシェイパを備えた、請求項9に記載の溶接装置。 The welding apparatus according to claim 9, further comprising a beam shaper that divides the laser beam into a plurality of beams. 前記レーザ光が前記端部の前記第一方向および前記第二方向に延びた表面上で前記第二方向に沿った掃引方向に移動するよう前記レーザ光の出射方向を変化させるガルバノスキャナを備えた、請求項9または10に記載の溶接装置。 A galvano scanner is provided that changes the emission direction of the laser beam so that the laser beam moves in a sweep direction along the second direction on the surface extending in the first direction and the second direction of the end portion. , The welding apparatus according to claim 9 or 10. 前記第一方向に沿った回転軸回りに前記端部を回転する回転機構を備えた、請求項9〜11のうちいずれか一つに記載の溶接装置。 The welding apparatus according to any one of claims 9 to 11, further comprising a rotation mechanism for rotating the end portion around a rotation axis along the first direction. 前記レーザ光によって前記表面上に形成されるスポットの所定位置に対するずれを検出する検出機構と、
前記ずれを補正する補正機構と、
を備えた、請求項9〜12のうちいずれか一つに記載の溶接装置。
A detection mechanism that detects deviations of spots formed on the surface by the laser beam from a predetermined position, and
A correction mechanism that corrects the deviation and
The welding apparatus according to any one of claims 9 to 12, comprising the above.
それぞれ第二方向に延びた端縁を有し、それぞれの前記端縁が前記第二方向と交差した第一方向に並んだ状態で当該第一方向に重なった複数の部材と、
前記複数の部材のうち前記第一方向に隣接した部材の前記端縁同士を溶接した溶接部と、
を備え、
前記溶接部は、
前記第一方向に隣接した前記端縁を含む端部の前記第一方向および前記第二方向に延びた表面から前記第一方向および前記第二方向と交差した第三方向に延びた、溶接金属と、
前記溶接金属の周囲に位置される熱影響部と、
を有し、
前記溶接金属は、第一部位と、当該第一部位よりも前記第二方向と交差した断面における結晶粒の断面積の平均値が大きい第二部位と、を有した、製品。
A plurality of members each having an edge extending in the second direction and overlapping in the first direction with each edge aligned in the first direction intersecting with the second direction.
A welded portion obtained by welding the edges of the members adjacent to each other in the first direction among the plurality of members.
Equipped with
The welded part is
A weld metal extending in a third direction intersecting the first direction and the second direction from the surface extending in the first direction and the second direction of the end including the edge adjacent to the first direction. When,
The heat-affected zone located around the weld metal and
Have,
The weld metal is a product having a first portion and a second portion having a larger average cross-sectional area of crystal grains in a cross section intersecting the second direction than the first portion.
前記第二部位に含まれる結晶粒の断面積の平均値は、前記第一部位に含まれる結晶粒の断面積の平均値の1.8倍以上である、請求項14に記載の製品。 The product according to claim 14, wherein the average value of the cross-sectional areas of the crystal grains contained in the second portion is 1.8 times or more the average value of the cross-sectional areas of the crystal grains contained in the first portion. 前記溶接金属は、前記第二方向に延びた、請求項14または15に記載の製品。 The product according to claim 14 or 15, wherein the weld metal extends in the second direction. 前記溶接金属の、前記第三方向の深さの前記第一方向の幅に対するアスペクト比は、1以上5以下である、請求項14〜16のうちいずれか一つに記載の製品。 The product according to any one of claims 14 to 16, wherein the weld metal has an aspect ratio of the depth in the third direction to the width in the first direction of 1 or more and 5 or less. 前記アスペクト比は、1.5以上5以下である、請求項17に記載の製品。 The product according to claim 17, wherein the aspect ratio is 1.5 or more and 5 or less. 第一部材と、
前記第一部材との間に空間を形成した状態で前記第一部材と接合された第二部材と、
を備え、
前記第一部材および前記第二部材が、前記複数の部材として、前記溶接部によって接合された、請求項14〜18のうちいずれか一つに記載の製品。
The first member and
A second member joined to the first member with a space formed between the first member and the second member.
Equipped with
The product according to any one of claims 14 to 18, wherein the first member and the second member are joined as the plurality of members by the welded portion.
第一部材と、
前記第一部材との間に空間を形成した状態で前記第一部材と第三部材を介して間接的に接合された第二部材と、
を備え、
前記第一部材および前記第三部材、ならびに前記第二部材および前記第三部材、のうち少なくとも一方が、前記複数の部材として、前記溶接部によって接合された、請求項14〜18のうちいずれか一つに記載の製品。
The first member and
A second member indirectly joined via the first member and the third member in a state where a space is formed between the first member and the first member.
Equipped with
Any one of claims 14 to 18, wherein at least one of the first member and the third member, and the second member and the third member is joined as the plurality of members by the welded portion. The products listed in one.
前記空間内に収容された流体媒質を備え、
前記溶接部が、当該溶接部からの前記流体媒質の前記空間外への漏れを防ぐ状態で前記複数の部材を溶接した、請求項19または20に記載の製品。
A fluid medium housed in the space is provided.
The product according to claim 19 or 20, wherein the welded portion welds the plurality of members in a state where the welded portion prevents the fluid medium from leaking out of the space.
それぞれ第二方向に延びた端縁を有し、それぞれの前記端縁が前記第二方向と交差した第一方向に並んだ状態で当該第一方向に重なった端部を構成する複数の部材と、
前記複数の部材のうち前記第一方向に隣接した部材の前記端縁同士を溶接した溶接部と、
を備え、
前記溶接部は、
前記第二方向に延びるとともに、
前記端部を、前記第一方向および前記第二方向と交差した第三方向に沿って前記端部の外側から見た場合に、当該端部の前記第一方向の両端と間隔をあけて露出している、製品。
With a plurality of members each having an end edge extending in the second direction and forming an end portion overlapping in the first direction in a state where each of the end edges is arranged in the first direction intersecting with the second direction. ,
A welded portion obtained by welding the edges of the members adjacent to each other in the first direction among the plurality of members.
Equipped with
The welded part is
As well as extending in the second direction,
When the end is viewed from the outside of the end along the first direction and a third direction intersecting the second direction, the end is exposed at intervals from both ends of the first direction. The product.
前記溶接部は、
前記第一方向に隣接した前記端縁を含む端部の前記第一方向および前記第二方向に延びた表面から前記第一方向および前記第二方向と交差した第三方向に延びた、溶接金属と、
前記溶接金属の周囲に位置される熱影響部と、
を有し、
前記溶接金属の、前記第三方向の深さの前記第一方向の幅に対するアスペクト比は、1以上5以下である、請求項22に記載の製品。
The welded part is
A weld metal extending in a third direction intersecting the first direction and the second direction from the surface extending in the first direction and the second direction of the end including the edge adjacent to the first direction. When,
The heat-affected zone located around the weld metal and
Have,
22. The product according to claim 22, wherein the weld metal has an aspect ratio of the depth in the third direction to the width in the first direction of 1 or more and 5 or less.
前記アスペクト比は、1.5以上5以下である、請求項23に記載の製品。 The product according to claim 23, wherein the aspect ratio is 1.5 or more and 5 or less.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023171350A1 (en) * 2022-03-10 2023-09-14 日鉄ステンレス株式会社 Assembled slab manufacturing method, assembled slab, and clad steel sheet manufacturing method
WO2023188082A1 (en) * 2022-03-30 2023-10-05 株式会社ニコン Processing device

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