JP2880061B2 - Laser processing - Google Patents

Laser processing

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JP2880061B2
JP2880061B2 JP6011589A JP1158994A JP2880061B2 JP 2880061 B2 JP2880061 B2 JP 2880061B2 JP 6011589 A JP6011589 A JP 6011589A JP 1158994 A JP1158994 A JP 1158994A JP 2880061 B2 JP2880061 B2 JP 2880061B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ加工技術に関
し、特にリング状のエネルギ分布を有するレーザ光を用
いたレーザ加工技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser processing technique, and more particularly to a laser processing technique using laser light having a ring-shaped energy distribution.

【0002】[0002]

【従来の技術】レーザ光を用いると、高エネルギ密度の
スポットが形成でき、各種加工技術に利用することがで
きる。たとえば、金属板の切断、溶接等を行なうレーザ
加工技術が知られている。トレパニングヘッド等のレー
ザ照射具からレーザ光を加工対象物に照射し、切断、溶
接等の加工を行なう。
2. Description of the Related Art When a laser beam is used, a spot having a high energy density can be formed and can be used for various processing techniques. For example, a laser processing technique for performing cutting, welding, and the like of a metal plate is known. The object to be processed is irradiated with laser light from a laser irradiation tool such as a trepanning head to perform processing such as cutting and welding.

【0003】ところで、このような一般的レーザ加工技
術によっては実行することが困難な溶接がある。そのひ
とつは、薄板の重ね合わせスポット溶接である。電子機
器等においては2枚の金属薄板を重ね合わせ、スポット
溶接をすることが望まれる。
[0003] By the way, there is a welding that is difficult to perform by such a general laser processing technique. One of them is lap spot welding of thin plates. In electronic equipment and the like, it is desired that two thin metal sheets are overlapped and spot-welded.

【0004】このスポット溶接には、高い溶接強度と溶
接後裏面に溶接痕が生じないことが要求される。溶接対
象物が薄板であるため、照射レーザ光のエネルギ密度を
高く設定し過ぎると、照射部の薄板が全厚さにわたって
溶融し、溶接痕が生じるのみでなく、穴があく場合もあ
る。また、照射レーザ光のエネルギ密度が低過ぎると、
溶接部の溶け込み深さが不足し、溶接強度が低くなる。
極端な場合には、溶接が全く行なわれない。
[0004] This spot welding is required to have high welding strength and no welding marks on the back surface after welding. Since the object to be welded is a thin plate, if the energy density of the irradiation laser beam is set too high, the thin plate of the irradiated portion is melted over the entire thickness, and not only welding marks are formed but also holes may be formed. Also, if the energy density of the irradiation laser light is too low,
The penetration depth of the weld is insufficient, and the welding strength is reduced.
In extreme cases, no welding is performed.

【0005】一般的に、金属表面はレーザ光を反射する
性質を有する。しかし、反射率がいかに高くても、レー
ザ光の照射エネルギが十分高ければ、金属表面は溶融す
る。一旦溶融した金属表面は、反射率を急激に低下さ
せ、さらに大きくレーザ光を吸収する。
Generally, a metal surface has a property of reflecting laser light. However, no matter how high the reflectivity is, if the irradiation energy of the laser beam is sufficiently high, the metal surface will melt. Once melted, the metal surface sharply reduces the reflectivity and absorbs the laser light even more.

【0006】薄板の重ね合わせスポット溶接の場合、照
射するレーザ光のエネルギ密度を適切に制御しないと、
望みの溶け込み深さを得ることは困難になる。溶接対象
物が薄板の場合、このレーザ光のエネルギレベルの制御
はより一層重要となる。
In the case of overlapping spot welding of thin plates, unless the energy density of the laser beam to be irradiated is properly controlled,
It will be difficult to obtain the desired penetration depth. When the object to be welded is a thin plate, the control of the energy level of the laser beam becomes even more important.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】レーザを用いた薄板の
重ね合わせスポット溶接において、高い溶接強度と溶接
部裏面に溶接痕が生じないことを同時に実現することは
容易ではない。
It is not easy to simultaneously achieve high welding strength and no welding marks on the back surface of a welded portion in spot welding of thin plates using a laser.

【0008】本発明の目的は、加工品質に優れたレーザ
加工技術を提供することである。本発明の他の目的は、
溶け込み深さと形状の制御精度が高く、高い溶接強度と
優れた溶接部裏面形状を得ることのできるレーザ溶接方
法を提供することである。
An object of the present invention is to provide a laser processing technique excellent in processing quality. Another object of the present invention is to
It is an object of the present invention to provide a laser welding method which has high control of penetration depth and shape, and can obtain high welding strength and excellent back surface shape of a welded portion.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の一観点によれ
ば、光の進行方向に垂直な面内の光強度分布が中空部分
を含むリング状となるレーザビームを形成する工程と、
前記レーザビームの光強度の時間変化がパルス状であ
り、かつパルス前半部よりパルス後半部の方が光強度が
高くなるように波形制御する工程と、前記レーザビーム
を集光する工程と、光の進行方向に垂直な面内の光強度
分布が中空部分のない連続した形状となる位置で、被加
工物上に前記レーザビームを照射して加工を行なう工程
とを含むレーザ加工方法が提供される。本発明の他の観
点によれば、光の進行方向に垂直な面内の光強度分布が
中空部分を含むリング状となるレーザビームを形成する
工程と、前記レーザビームを集光する工程と、光の進行
方向に垂直な面内の光強度分布が中空部分のない連続し
た形状となる位置で、被加工物上に前記レーザビームを
照射して加工を行なう工程とを含み、前記被加工物が重
ね合わせ薄板であり、前記加工がスポット溶接であるレ
ーザ加工方法が提供される。
According to one aspect of the present invention, there is provided a step of forming a laser beam having a ring-shaped light intensity distribution in a plane perpendicular to a light traveling direction, including a hollow portion;
A step of controlling the waveform so that the time change of the light intensity of the laser beam is pulse-like, and the latter half of the pulse has a higher light intensity than the former half of the pulse; and Irradiating the laser beam onto a workpiece at a position where the light intensity distribution in a plane perpendicular to the traveling direction of the workpiece has a continuous shape without a hollow portion to perform processing. You. According to another aspect of the present invention, a step of forming a ring-shaped laser beam having a light intensity distribution in a plane perpendicular to a light traveling direction including a hollow portion, and a step of condensing the laser beam, Irradiating the laser beam on the workpiece at a position where the light intensity distribution in a plane perpendicular to the light traveling direction has a continuous shape without a hollow portion, and performing the processing, Is a superposed thin plate, and the processing is spot welding.

【0010】[0010]

【作用】リング状の光強度分布を有するレーザビームを
集光すると、リングの形状は次第に小さくなり、やがて
中央のレーザ光が照射されない部分は消滅する。
When a laser beam having a ring-shaped light intensity distribution is condensed, the shape of the ring gradually becomes smaller, and the central portion not irradiated with the laser beam eventually disappears.

【0011】このように、リング状のモードを持つレー
ザビームを集光し、リング状のモードでなくなった状態
でレーザ加工を行なうことにより、高い加工精度を得る
ことができる。
As described above, a laser beam having a ring-shaped mode is condensed, and laser processing is performed in a state where the laser beam is not in the ring-shaped mode, whereby high processing accuracy can be obtained.

【0012】リング状のモードが中空部分が消滅したモ
ードに変化すると、レーザ光の光強度分布が比較的広い
面積にわたって平坦にできるためと考えられる。
It is considered that when the ring-shaped mode changes to a mode in which the hollow portion disappears, the light intensity distribution of the laser beam can be made flat over a relatively large area.

【0013】[0013]

【実施例】本発明の実施例の前に、なぜ従来の技術によ
ると薄板の重ね合わせスポット溶接が困難であったかを
考察する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Prior to the embodiment of the present invention, why the conventional technique makes it difficult to perform spot welding of thin plates by overlapping is considered.

【0014】図6(A)は、レーザスポットにおける光
強度分布を概略的に示すグラフである。横軸にビームの
径方向位置Rをとり、縦軸に光強度Iをとる。光強度分
布は、図に示すようになる。
FIG. 6A is a graph schematically showing a light intensity distribution in a laser spot. The horizontal axis indicates the radial position R of the beam, and the vertical axis indicates the light intensity I. The light intensity distribution is as shown in the figure.

【0015】ビーム強度が増大すると、半値幅はあまり
変化せず、光強度のピーク高さが増大する。したがっ
て、レーザスポットの中央部においては光強度の増減の
影響を大きく受けることになる。
When the beam intensity increases, the half width does not change much, and the peak height of the light intensity increases. Therefore, the central part of the laser spot is greatly affected by the increase and decrease of the light intensity.

【0016】図6(B)は、薄板の重ね合わせ溶接にお
ける溶け込み形状を概略的に示す。薄板状の被加工物
5、7が重ね合わされ、その一部にレーザ光が照射され
てスポット溶接が行なわれたとする。溶け込み形状11
は、適切なレーザエネルギが与えられた場合の溶け込み
形状を示す。この溶け込み形状の場合は、溶接強度が高
く、溶接痕は被加工物7表面には表れない。
FIG. 6B schematically shows a penetration shape in lap welding of thin plates. It is assumed that the workpieces 5 and 7 in a thin plate shape are superimposed, and a part thereof is irradiated with laser light to perform spot welding. Penetration shape 11
Indicates a penetration shape when an appropriate laser energy is given. In the case of this penetration shape, the welding strength is high and welding marks do not appear on the surface of the workpiece 7.

【0017】ところで、レーザビームの光強度が増大
し、被加工物5、7に与えられるエネルギが増大する
と、特にビーム中央部において温度上昇が高くなり、溶
け込み形状12のように中央部では溶融部分が被加工物
7裏面に達してしまう。この状態になると、被加工物裏
面に溶接痕が生じる。
By the way, when the light intensity of the laser beam is increased and the energy given to the workpieces 5 and 7 is increased, the temperature rise is particularly high at the center of the beam, and the melted portion at the center like the penetration shape 12 Reaches the back surface of the workpiece 7. In this state, welding marks are formed on the back surface of the workpiece.

【0018】図6(C)は、レーザビームの光強度が減
少した場合を示す。被加工物5、7に与えられるエネル
ギが減少するため、溶け込み形状13は浅くなり、被加
工物5、7の境界における溶融面積は狭くなってしま
う。このため、図6(C)の場合には溶接強度が低下し
てしまう。
FIG. 6C shows a case where the light intensity of the laser beam is reduced. Since the energy given to the workpieces 5 and 7 decreases, the penetration shape 13 becomes shallow, and the fusion area at the boundary between the workpieces 5 and 7 becomes narrow. Therefore, in the case of FIG. 6C, the welding strength is reduced.

【0019】図6(A)に示す光強度分布は、レーザ光
を集光した場合にほぼ一般的に発生するものと考えられ
る。この光強度分布を用いてスポット溶接する場合、レ
ーザ出力の変動によって、図6(B)、(C)に示すよ
うな現象は避けがたいものとなる。
It is considered that the light intensity distribution shown in FIG. 6A generally occurs when laser light is focused. In the case of spot welding using this light intensity distribution, phenomena as shown in FIGS. 6B and 6C are unavoidable due to variations in laser output.

【0020】本発明者らは、レーザビームスポットの中
央部における光強度を均一化すれば、レーザの出力変動
があっても溶け込み形状を比較的安定化できるであろう
と考えた。平坦な光強度分布を実現するため、リング状
のモードのレーザビームを用いる。ただし、リング状の
モードのレーザビームをリング状のモードとして用いる
のではなく、リング状のモードが消滅した状態で用い
る。
The present inventors have thought that if the light intensity at the center of the laser beam spot is made uniform, the penetration shape can be relatively stabilized even if the output of the laser fluctuates. In order to achieve a flat light intensity distribution, a ring-shaped mode laser beam is used. However, the laser beam in the ring mode is not used as the ring mode, but used in a state where the ring mode has disappeared.

【0021】図1は、本発明の実施例によるレーザ加工
方法を概略的に示す概念図である。図1(A)は、レー
ザビームを用いて薄板の重ね合わせスポット溶接を行な
っている状態を概略的に示す。レーザビーム2は、ほぼ
平行な光束として与えられる。このレーザビーム2の中
央部にマスク3をおいてレーザビーム2の中央部分を遮
蔽する。マスク2よりも下流側では、レーザビームのエ
ネルギ分布は中空部分を有する中抜けのリング状とな
る。この状態をP1で示す。リング状のモードのレーザ
ビームを加工用レンズ4で集光する。リング状のモード
のレーザ光も、平行光束から形成されているため、レン
ズ4によって集光すればスポット状に集光する。
FIG. 1 is a conceptual view schematically showing a laser processing method according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A schematically shows a state in which a thin plate is overlapped and spot-welded using a laser beam. The laser beam 2 is provided as a substantially parallel light beam. A mask 3 is placed at the center of the laser beam 2 to block the center of the laser beam 2. On the downstream side of the mask 2, the energy distribution of the laser beam has a hollow ring shape having a hollow portion. This state is indicated by P1. The laser beam in the ring mode is focused by the processing lens 4. Since the laser light in the ring-shaped mode is also formed from a parallel light beam, if it is condensed by the lens 4, it is condensed in a spot shape.

【0022】レンズ4よりも下流側では、ビームの径は
次第に小さくなる。中央部分の径も次第に小さくなる。
ビーム径が縮小している中間段階をP2で示す。やが
て、ある程度ビーム径が縮小した段階で、リング状のモ
ードのレーザビームの光強度分布の内縁が互いに接し、
中抜け状態から中実の連続形状の状態に変化する。この
状態をP3で示す。
On the downstream side of the lens 4, the beam diameter gradually decreases. The diameter of the central part also becomes smaller gradually.
An intermediate stage in which the beam diameter is reduced is indicated by P2. Eventually, at the stage where the beam diameter has been reduced to some extent, the inner edges of the light intensity distribution of the laser beam in the ring-shaped mode come into contact with each other,
The state changes from the hollow state to a solid continuous shape state. This state is indicated by P3.

【0023】リング状のモードのレーザビームを集光
し、中空部分が消滅した位置で被加工物5、7を重ね合
わせた加工対象物にレーザ光を照射する。図1(B
1)、(B2)、(B3)は、それぞれ位置P1、P
2、P3におけるレーザ光の面内分布を示す。図1(B
1)、(B2)においては、レーザ光の分布はリング状
領域8で示され、その中央部にはレーザ光が照射しない
中空領域9が存在する。
A laser beam in a ring-shaped mode is condensed, and a laser beam is applied to a workpiece on which workpieces 5 and 7 are superimposed at a position where the hollow portion has disappeared. FIG. 1 (B
1), (B2) and (B3) correspond to the positions P1 and P, respectively.
2 shows the in-plane distribution of laser light at P3. FIG. 1 (B
In (1) and (B2), the distribution of the laser beam is indicated by a ring-shaped region 8, and a hollow region 9 not irradiated with the laser beam exists in the center of the ring-shaped region.

【0024】図1(B3)の状態になると、中空領域9
が消滅し、レーザ光が連続的に照射した円状領域8aが
発生する。図1(C1)、(C2)、(C3)は、それ
ぞれ位置P1、P2、P3におけるレーザ光の光強度分
布を概略的に示す。図1(C1)、(C2)、(C3)
において、横軸にはそれぞれ図1(B1)、(B2)、
(B3)の横方向位置に対応したX座標をとり、縦軸に
光強度Iをとる。位置P1の状態においては、リング状
のモードに対応し、比較的幅の広いリング状の光強度分
布が発生している。
When the state shown in FIG.
Disappears, and a circular area 8a continuously irradiated with laser light is generated. 1 (C1), (C2), and (C3) schematically show the light intensity distributions of the laser light at positions P1, P2, and P3, respectively. FIG. 1 (C1), (C2), (C3)
In FIG. 1, the abscissa axis represents FIGS. 1B1, B2,
The X coordinate corresponding to the horizontal position (B3) is taken, and the light intensity I is taken on the vertical axis. In the state at the position P1, a ring-shaped light intensity distribution having a relatively wide width is generated corresponding to the ring-shaped mode.

【0025】位置P2においては、レーザ光がかなり集
光され、リングの径が縮小すると共に光強度Iは増大し
ている。なお、図においては、概略的に光強度を示して
いるため、ピークの高さは忠実ではない。実際上は光強
度はさらに増大している。
At the position P2, the laser light is considerably focused, the diameter of the ring is reduced, and the light intensity I is increased. It should be noted that, in the figure, since the light intensity is schematically shown, the height of the peak is not true. In practice, the light intensity is further increasing.

【0026】集光作用が進み、位置P3よりも下流側に
おいては、もはやリング状のモードが存在せず、中実の
円状光強度分布となる。この状態においては、図1(C
3)に示すように連続した光強度分布が発生する。
The light condensing action proceeds, and no ring-shaped mode exists any more downstream of the position P3, resulting in a solid circular light intensity distribution. In this state, FIG.
A continuous light intensity distribution occurs as shown in 3).

【0027】なお、リングの内縁が接し始めた状態にお
いては、リング状のモードの本来のピーク位置の光強度
の方が中央部の光強度よりも高く、中央部が凹んだ光強
度分布となる。
When the inner edge of the ring starts to contact, the light intensity at the original peak position of the ring-shaped mode is higher than the light intensity at the central portion, and the light intensity distribution is concave at the central portion. .

【0028】集光状態が進むと、やがて中央部の光強度
分布はほぼ平坦となる。さらに、焦点位置よりも下側に
なると、中央部にほぼ平坦な光強度分布が表れ、やがて
中央部が凹み、リング状モードに復活する。
As the light condensing state progresses, the light intensity distribution at the central portion becomes almost flat. Further, below the focal position, a substantially flat light intensity distribution appears at the center, and the center is eventually dented, returning to the ring mode.

【0029】図2は、リング状のモードのレーザビーム
が外観上円形モードとなっており、レンズにより集光さ
れた状態を概略的に示す。リング状のモードの光強度分
布は左側部分10aと右側部分10bが合成され、結果
としてほぼ平坦な光強度分布10cが発生している(集
光ビームスポット径は従来の径と同様である)。この状
態において、レーザ出力が増大したとすると、光強度分
布10a、10bのピークにおいて最も著しく表れる
が、合成された光強度分布10cではそのレーザ出力の
増大による変化は少ない。
FIG. 2 schematically shows a state in which a laser beam in a ring-shaped mode has a circular mode in appearance and is converged by a lens. In the light intensity distribution of the ring-shaped mode, the left portion 10a and the right portion 10b are combined, and as a result, a substantially flat light intensity distribution 10c is generated (the focused beam spot diameter is the same as the conventional diameter). In this state, if the laser output is increased, it appears most remarkably at the peaks of the light intensity distributions 10a and 10b, but the combined light intensity distribution 10c shows little change due to the increase in the laser output.

【0030】なお、図2は直線状の断面でエネルギ強度
を示しているが、実際上は平面上のリング部分でこの現
象が生じている。図6(A)に示す従来技術による中央
部の光強度分布はレーザ出力変化に伴い、光強度分布の
中央部が大きく増減するのに比べ、図2で示す光強度分
布は円状の光強度のピークの部分が増減し、合成された
光強度では増減レベルは少なくなる。
FIG. 2 shows the energy intensity in a linear cross section, but this phenomenon actually occurs at the ring portion on a plane. The light intensity distribution in the central portion according to the prior art shown in FIG. 6A greatly changes in the central portion of the light intensity distribution with a change in the laser output, whereas the light intensity distribution shown in FIG. The peak portion of the light intensity increases / decreases, and the increase / decrease level of the combined light intensity decreases.

【0031】図3は、レーザ出力のパルス波形を示す。
図3(A)は通常のパルス発振を行なった場合のレーザ
出力のパルス波形を時間の関数として示す。パルスレー
ザが発振すると、その出力はパルスの立ち上がり部分に
おいて鋭く大きくなり、直ちに減衰してほぼ一定な値を
とる。設定パルス時間後、出力は急激に減少する。
FIG. 3 shows a pulse waveform of the laser output.
FIG. 3A shows a pulse waveform of the laser output as a function of time when normal pulse oscillation is performed. When the pulse laser oscillates, its output sharply increases at the rising edge of the pulse, and immediately attenuates to take a substantially constant value. After the set pulse time, the output sharply decreases.

【0032】本発明者らは、図1、図2に示す修正リン
グ状のモードのレーザ光と図3(A)に示すパルス波形
を用いて重ね合わせスポット溶接を行い、かなり良好な
結果を得た。
The present inventors performed superposition spot welding using the laser light in the modified ring mode shown in FIGS. 1 and 2 and the pulse waveform shown in FIG. Was.

【0033】さらに改良を行なうため、図3(B)に示
す波形のパルスを用いた。図3(B)のパルス波形にお
いては、出力が立ち上がると、ある値でまず安定化し、
やがてさらに出力を増大させ、再び高い出力で安定化す
る。このように時間制御したパルス波形を用いることに
より、重ね合わせスポット溶接においてさらに良好な結
果を得た。
For further improvement, a pulse having a waveform shown in FIG. 3B was used. In the pulse waveform of FIG. 3 (B), when the output rises, it first stabilizes at a certain value,
Eventually, the output is further increased and stabilized again at a high output. By using the pulse waveform controlled in such a manner, a better result was obtained in the overlap spot welding.

【0034】この結果は、室温から一気に溶融状態まで
昇温するよりも、予備的に加熱を行ない、被加工物の表
面温度の上昇および表面酸化物形成等により、レーザ吸
収率を上げ、その後さらに高温に加熱して溶融状態とす
る方が安定的にレーザビームが吸収され、安定な溶接結
果が得られることを表す。
The result is that, rather than raising the temperature from room temperature to the molten state at once, preheating is performed, and the laser absorption rate is increased by increasing the surface temperature of the workpiece and forming surface oxides. Heating to a high temperature to form a molten state indicates that the laser beam is more stably absorbed and a stable welding result can be obtained.

【0035】図4は、このような重ね合わせスポット溶
接において得られる溶け込み形状の代表的例を概略的に
示す。被加工物5、7が重ね合わされ、上面より修正リ
ング状モードのレーザ光を照射してスポット溶接を行な
う。
FIG. 4 schematically shows a typical example of the penetration shape obtained in such lap spot welding. The workpieces 5 and 7 are superimposed, and spot welding is performed by irradiating laser light in a modified ring mode from the upper surface.

【0036】照射するレーザ光は、ある円形面積におい
てほぼ均一なエネルギ強度を有するため、比較的広い領
域にわたって均一な溶け込みが形成され、底面が平坦で
広い溶け込み形状20が得られる。被加工物5、7の境
界において溶け込み形状20が広い面積を示すため、溶
接強度が強い。
The laser light to be irradiated has a substantially uniform energy intensity in a certain circular area, so that a uniform penetration is formed over a relatively large area, and a wide penetration shape 20 with a flat bottom surface is obtained. Since the penetration shape 20 has a large area at the boundary between the workpieces 5 and 7, the welding strength is high.

【0037】また、溶け込み形状20の底部がほぼ平坦
なため、被加工物5、7の境界において広い面積を有し
ていても溶け込み形状20は被加工物7裏面には達しな
い。したがって、被加工物7に溶接痕が生ずることがな
く、優れた外観を得ることができる。
Also, since the bottom of the penetration shape 20 is substantially flat, the penetration shape 20 does not reach the back surface of the workpiece 7 even if the boundary between the workpieces 5 and 7 has a large area. Accordingly, no weld marks are formed on the workpiece 7, and an excellent appearance can be obtained.

【0038】一例において、レーザとしてYAGレーザ
を用い、厚さ0.1mmの銅合金板と厚さ0.2mmの
積層板を重ね合わせてスポット溶接を実施した。用いた
レーザはNd:YAGレーザ装置であり、その出力は5
Wであった。また、パルスエネルギは2.75J/パル
スであり、図3(B)に示すような2段階のパルス波形
を有するものであった。このスポット溶接によって得ら
れた溶接部の金属組織写真を図5に示す。
In one example, spot welding was performed by using a YAG laser as a laser and superposing a 0.1 mm thick copper alloy plate and a 0.2 mm thick laminated plate. The laser used was a Nd: YAG laser device whose output was 5
W. The pulse energy was 2.75 J / pulse, and had a two-step pulse waveform as shown in FIG. FIG. 5 shows a photograph of the metal structure of the welded portion obtained by the spot welding.

【0039】レーザ光は上側から照射し、上側に厚さ
0.1mmの銅合金板を配置した。下側には、厚さ0.
2mmの積層板が配置されている。なお、写真には下側
の積層板は一部しか示されていない。溶け込み形状は厚
さ0.1mmの銅合金板より下部に向かって広い面積で
突出しているが、その突出高さは0.03mm以下であ
る。この溶接で高い溶接強度が得られた。また、裏面に
は溶接痕が認められなかった。
The laser beam was applied from above, and a copper alloy plate having a thickness of 0.1 mm was placed on the upper side. On the lower side, a thickness of 0.
A 2 mm laminate is arranged. The photograph shows only a part of the lower laminate. The penetration shape protrudes downward from the copper alloy plate having a thickness of 0.1 mm in a wide area, but the projection height is 0.03 mm or less. High welding strength was obtained by this welding. Also, no welding marks were observed on the back surface.

【0040】なお、リング状のモードのレーザを形成す
るため、コヒーレントなレーザビームの中央部にマスク
を配置する場合を説明したが、リングモードレーザは他
の形態によって形成することもできる。たとえば、特開
昭63−16893号公報で開示されているようなリン
グモードレーザを用いてもよい。
Although a case has been described in which a mask is arranged at the center of a coherent laser beam in order to form a ring mode laser, a ring mode laser can be formed in other forms. For example, a ring mode laser as disclosed in JP-A-63-16893 may be used.

【0041】また、プリズム、ミラー、レンズ等の光学
部品を使用し、リング状のモードに変換してもよい。ま
た、スポット溶接を行なう場合に修正リング状のモード
のレーザビームを用いる場合を説明したが、このような
修正リング状のモードのレーザビームによる加工を他の
レーザ加工に適用することもできる。均一なレーザ光強
度でレーザ加工を行ないたい場合に上述の修正リング状
のモードのレーザは有効である。また、レーザはYAG
レーザに限らず、種々のレーザを用いることができる。
The mode may be converted to a ring mode by using optical components such as a prism, a mirror, and a lens. Although the case where the laser beam in the modified ring mode is used for performing the spot welding has been described, the processing using the laser beam in the modified ring mode can be applied to other laser processing. When it is desired to perform laser processing with a uniform laser beam intensity, the laser in the above-mentioned modified ring mode is effective. The laser is YAG
Not limited to lasers, various lasers can be used.

【0042】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者
に自明であろう。
The present invention has been described in connection with the preferred embodiments.
The present invention is not limited to these. For example,
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

【0043】[0043]

【発明の効果】広い面積で比較的均一なエネルギ分布が
得られるため、広い面積で均一なレーザ加工を行なうこ
とができる。
As described above, since a relatively uniform energy distribution can be obtained over a wide area, uniform laser processing can be performed over a wide area.

【0044】スポット溶接の場合、溶け込み形状が平坦
化するため、薄板の重ね合わせスポット溶接も可能とな
る。
In the case of spot welding, since the penetration shape is flattened, it is also possible to perform spot welding in which thin plates are overlapped.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例によるレーザ加工方法を説明す
るための概略図である。
FIG. 1 is a schematic view for explaining a laser processing method according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の実施例におけるレーザ出力の変動の影響
を示す概念図である。
FIG. 2 is a conceptual diagram showing the effect of fluctuations in laser output in the embodiment of FIG.

【図3】パルスレーザ光のパルス波形を示すグラフであ
る。
FIG. 3 is a graph showing a pulse waveform of a pulse laser beam.

【図4】重ね合わせスポット溶接における溶け込み形状
を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a penetration shape in lap spot welding.

【図5】薄板の重ね合わせ溶接を行なった試料断面の金
属組織を示す顕微鏡写真である。
FIG. 5 is a micrograph showing a metal structure of a cross section of a sample obtained by performing lap welding of thin plates.

【図6】従来の技術による重ね合わせスポット溶接を説
明するためのグラフおよび断面図である。
FIG. 6 is a graph and a cross-sectional view for explaining overlap spot welding according to a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 レーザビーム 3 マスク 4 レンズ 5、7 被加工物 8 リング状領域 9 中空領域 8a 修正リング状領域 2 Laser beam 3 Mask 4 Lens 5, 7 Workpiece 8 Ring-shaped area 9 Hollow area 8a Modified ring-shaped area

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B23K 26/00 - 26/18 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) B23K 26/00-26/18

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 光の進行方向に垂直な面内の光強度分布
が中空部分を含むリング状となるレーザビームを形成す
る工程と、 前記レーザビームの光強度の時間変化がパルス状であ
り、かつパルス前半部よりパルス後半部の方が光強度が
高くなるように波形制御する工程と、 前記レーザビームを集光する工程と、 光の進行方向に垂直な面内の光強度分布が中空部分のな
い連続した形状となる位置で、被加工物上に前記レーザ
ビームを照射して加工を行なう工程とを含むレーザ加工
方法。
A step of forming a laser beam having a ring-shaped light intensity distribution in a plane perpendicular to the light traveling direction including a hollow portion; and a temporal change in the light intensity of the laser beam in a pulse shape; A step of controlling the waveform so that the latter half of the pulse has a higher light intensity than the former half of the pulse; a step of condensing the laser beam; and a light intensity distribution in a plane perpendicular to the light traveling direction. Irradiating the workpiece with the laser beam on the workpiece at a position where the workpiece has a continuous shape.
【請求項2】 光の進行方向に垂直な面内の光強度分布
が中空部分を含むリング状となるレーザビームを形成す
る工程と、 前記レーザビームを集光する工程と、 光の進行方向に垂直な面内の光強度分布が中空部分のな
い連続した形状となる位置で、被加工物上に前記レーザ
ビームを照射して加工を行なう工程とを含み、前記被加
工物が重ね合わせ薄板であり、前記加工がスポット溶接
であるレーザ加工方法。
A step of forming a ring-shaped laser beam having a light intensity distribution in a plane perpendicular to the light traveling direction including a hollow portion; a step of condensing the laser beam; Irradiating the laser beam onto the workpiece at a position where the light intensity distribution in the vertical plane has a continuous shape without a hollow portion, and performing the processing, wherein the workpiece is a laminated thin plate. A laser processing method, wherein the processing is spot welding.
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