JP7105912B2 - LASER WELDING METHOD AND LAMINATED BODY - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ溶接方法及び積層体に関する。 The present invention relates to a laser welding method and laminate.
複数の金属板をスポット状に溶接する場合、レーザ溶接装置を用いたレーザスポット溶接が行われている。レーザスポット溶接は、レーザ光により複数の金属板を溶融させた後、冷却することで、複数の金属板を溶接する(例えば、特許文献1)。 When welding a plurality of metal plates in a spot shape, laser spot welding using a laser welding apparatus is performed. In laser spot welding, a plurality of metal plates are welded by melting a plurality of metal plates with a laser beam and then cooling them (for example, Patent Document 1).
特許文献1では、金属板における外形がほぼ円形の溶接対象部の外周よりも内側の領域内に、溶接対象部の全域を予熱可能な第1溶接パターンとなるように金属板が融点以上となる高エネルギー密度のレーザ光を照射して溶接し、次に、溶接対象部の外周部に沿った環状の第2溶接パターンとなるようにレーザ光を照射して溶接することで、第1溶接パターン溶接時に低融点金属メッキを蒸発させ、第2溶接パターン加工時の溶融金属量を増加させている。 In Patent Document 1, the metal plate has a melting point or higher so that a first welding pattern capable of preheating the entire welding target is formed in a region inside the outer periphery of the welding target with a substantially circular outer shape in the metal plate. Weld by irradiating a laser beam with a high energy density, and then irradiate and weld the laser beam so as to form a second annular welding pattern along the outer periphery of the part to be welded, thereby forming a first welding pattern. The low-melting-point metal plating is evaporated during welding to increase the amount of molten metal during processing of the second welding pattern.
特許文献1のように、溶接部により、その内部空間が密閉された場合、密閉された空間内の空気が、溶接時に熱せられて膨張して溶接部を加圧して、溶接部を破損させてしまうことがある。また、特許文献1では、溶接部の内側部分に、上方に突出したエッジが発生し、溶接後の積層体の外観性や塗装性が悪く、品質が低かった。 As in Patent Document 1, when the internal space is sealed by the weld, the air in the sealed space is heated during welding and expands to pressurize the weld and damage the weld. I can put it away. In addition, in Patent Document 1, an edge protruding upward was generated in the inner part of the welded portion, and the appearance and paintability of the laminated body after welding were poor, and the quality was low.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、溶接部の破損を防止し、溶接後の積層体の品質を向上することができるレーザ溶接方法及び積層体を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a laser welding method and a laminate that can prevent damage to the welded portion and improve the quality of the welded laminate. and
本発明のレーザ溶接方法は、複数の金属板を重ねて構成された積層体にレーザ光を照射して接合するレーザ溶接方法であって、前記レーザ光を、前記積層体を溶融可能に出力調整された状態で、前記積層体の所定部分を囲むように延び、且つ、少なくとも一部が開放された外周経路に沿って照射する第1工程と、前記第1工程の後に行われ、前記レーザ光を、前記積層体の最上層の前記金属板を貫通させずに溶融するように出力調整された状態で、前記外周経路の内周部分に沿って照射する第2工程と、を備えることを特徴とする。 A laser welding method of the present invention is a laser welding method for irradiating a laser beam to join a laminate formed by stacking a plurality of metal plates, wherein the output of the laser beam is adjusted so that the laminate can be melted. a first step of irradiating along an outer peripheral path extending so as to surround a predetermined portion of the laminated body and having at least a portion thereof opened in the state of the laser beam; and a second step of irradiating along the inner peripheral portion of the outer peripheral path in a state in which the output is adjusted so as to melt without penetrating the metal plate of the uppermost layer of the laminate. and
本発明のレーザ溶接方法によれば、レーザ光を、積層体を溶融可能に出力調整された状態で、積層体の所定部分を囲むように延び、且つ、少なくとも一部が開放された外周経路に沿って照射する第1工程を有するので、積層体の各金属板の間(隙間)の空気を、上記開放された部分から排出することができる。これにより、積層体が溶接された部分の内側で、積層体の各金属板の隙間の空気が熱膨張して溶接部を破損することがない。 According to the laser welding method of the present invention, the laser beam is directed so as to surround a predetermined portion of the laminate in a state in which the output is adjusted so that the laminate can be melted, and is directed to an outer peripheral path that is at least partially open. Since it has the first step of irradiating along the line, the air between the metal plates (gap) of the laminate can be discharged from the opened portion. As a result, inside the welded portion of the laminate, the air in the gap between the metal plates of the laminate does not thermally expand and damage the welded portion.
また、第1工程の後に、レーザ光を、積層体の最上層の金属板を貫通させずに溶融するように出力調整された状態で、外周経路の内周部分に沿って照射する第2工程を有するので、第1工程で溶接された溶接部の内周部に発生したエッジを、第2工程で照射されるレーザ光により溶融させることができる。これにより、エッジがあるものに比べて、溶接後の積層体の外観性や塗装性を向上し、品質を向上することができる。 Further, after the first step, a second step of irradiating the laser light along the inner peripheral portion of the outer peripheral path in a state in which the output is adjusted so as to melt the metal plate of the uppermost layer of the laminate without penetrating it. Therefore, the edge generated in the inner peripheral portion of the welded portion welded in the first step can be melted by the laser beam irradiated in the second step. As a result, the appearance and paintability of the welded laminate can be improved, and the quality can be improved, compared to those with edges.
また、前記第2工程では、前記外周経路の内周部分に沿って延びる第1経路、及び前記第1経路とは逆向きで前記外周経路の内周部分に沿って延びる第2経路で前記レーザ光を照射することが好ましい。 Further, in the second step, the laser beam is emitted through a first path extending along an inner peripheral portion of the outer peripheral path and a second path extending along an inner peripheral portion of the outer peripheral path in a direction opposite to the first path. Irradiation with light is preferred.
この構成によれば、より一層、溶接後の積層体の外観性や塗装性を向上し、品質を向上することができる。 According to this configuration, the appearance and paintability of the laminated body after welding can be further improved, and the quality can be further improved.
本発明の積層体は、複数の金属板が重ねられて構成され、レーザ溶接された積層体であって、前記複数の金属板のうちの最下層の前記金属板の下面では、前記レーザ溶接された溶接部分は、前記最下層の金属板の所定部分を囲むように延び、且つ、少なくとも一部が開放された形状で形成され、前記複数の金属板のうちの最上層の前記金属板の上面では、前記溶接部分は、窪んだ形状で形成されていることを特徴とする。 A laminate of the present invention is a laminate formed by stacking a plurality of metal plates and laser-welded, wherein the lower surface of the lowermost metal plate among the plurality of metal plates is laser-welded. The welded portion extends so as to surround a predetermined portion of the lowermost metal plate, and is formed in a shape in which at least a portion is open, and is formed on the upper surface of the uppermost metal plate among the plurality of metal plates. In the above, the welded portion is formed in a recessed shape.
本発明の積層体によれば、複数の金属板のうちの最上層の金属板の上面では、溶接部分は、窪んだ形状で形成されているので、溶接部分に上方に突出したエッジは形成されておらず、エッジがあるものに比べて、溶接後の積層体の外観性や塗装性を向上し、品質を向上することができる。 According to the laminate of the present invention, on the upper surface of the uppermost metal plate among the plurality of metal plates, the welded portion is formed in a recessed shape, so that the welded portion does not have an edge protruding upward. It is possible to improve the appearance and paintability of the laminated body after welding and improve the quality compared to those with edges.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に示すように、本実施形態のレーザ溶接方法を実行するレーザ溶接装置10は、レーザ光Lを照射するレーザ照射部11と、このレーザ照射部11の駆動を制御するレーザ制御部12とを備える。レーザ溶接装置10は、車両に用いられる第1金属板W1及び第2金属板W2からなる積層体15を接合する。積層体15は、支持治具(図示せず)に載せられ、支持治具とクランパ(図示せず)とにより挟持された状態でレーザ溶接装置10により接合される。なお、図1では、レーザ溶接装置10と、積層体15とを概略的に図示している。
As shown in FIG. 1, a
レーザ照射部11は、レーザ発振器11aを備える。また、レーザ照射部11は、例えば、レーザ発振器11aからのレーザ光をX軸方向に走査するX軸ガルバノミラーと、X軸ガルバノミラーで走査されたレーザ光をY軸方向に走査するY軸ガルバノミラーと、集光レンズとを備える。また、レーザ照射部11は、X軸ガルバノミラーを回転させるX軸モータと、Y軸ガルバノミラーを回転させるY軸モータと、制御用ドライバ(いずれも図示せず)とを有する周知のガルバノスキャナ11bとを備える。なお、ガルバノスキャナ11bの構造は適宜変更可能である。
The
ガルバノスキャナ11bは、制御用ドライバにより回転角度制御されたX軸モータ及びY軸モータにより、X軸ガルバノミラー及びY軸ガルバノミラーを適切な角度に回転させることでレーザ光を狙った位置に照射させる。
The
レーザ照射部11は、ロボット17の第1アーム17aに取り付けられている。ロボット17は、例えば、多軸多関節型のロボットであり、先端から順に第1~第4アーム17a~17dが設けられている。ロボット17は、各アーム17a~17dを駆動する複数のモータ(図示せず)が設けられ、ロボット制御装置18により駆動が制御される。なお、ロボット17の根元部は、地面もしくは、地面に固定された台座(図示せず)等に支持される。
The
ロボット制御装置18は、ロボット17の複数のモータを駆動することで、各アーム17a~17dを駆動して、アーム17aに取り付けられたレーザ照射部11の位置及び向きを制御し、レーザ照射部11を、積層体15の接合部の部分に移動させる。
By driving a plurality of motors of the
[金属板溶接]
次に、レーザ溶接装置10による第1,第2金属板W1,W2のレーザ溶接方法について説明する。[Metal plate welding]
Next, a laser welding method for the first and second metal plates W1 and W2 by the
まず、図1に示すように、ロボット制御装置18は、ロボット17の複数のモータを駆動することで、各アーム17a~17dを駆動して、レーザ照射部11を、支持治具とクランパとにより挟持された積層体15の上面(第1金属板W1の上面)から略同一距離を保つように制御する(以下、同一距離制御と称する)。
First, as shown in FIG. 1, the robot controller 18 drives a plurality of motors of the
そして、ロボット制御装置18は、上記した同一距離制御を行いながら、各アーム17a~17dを駆動して、レーザ照射部11を、例えば図1~図5における右方向に一定速度で移動させる。
Then, the robot control device 18 drives each of the
図2及び図3に示すように、レーザ制御部12は、図2及び図3における右方向に一定速度で移動されるレーザ照射部11のレーザ発振器11a及びガルバノスキャナ11bを作動させて、積層体15の第1金属板W1及び第2金属板W2を溶融可能に出力(エネルギー)調整された第1状態のレーザ光Lを、照射させる(第1工程)。この第1工程では、レーザ制御部12は第1状態のレーザ光Lを、積層体15の所定部分15aを囲むように延び、且つ、少なくとも一部が開放された略円弧状の外周経路ORに沿って照射させる(第1工程)。なお、外周経路ORの矢印は、経路の移動方向を示す。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
本実施形態では、レーザ照射部11を、図1~図5における右方向に一定速度で移動させながら、第1状態のレーザ光Lを外周経路ORに沿って照射させる。外周経路ORは、経路の方向が図2及び図3における左向きの部分があり、この部分では、右方向に移動するレーザ照射部11から外周経路ORまでの距離が遠くなり、第1状態のレーザ光Lの照射方向も変化させる必要がある。これに対応するように、レーザ制御部12は、ガルバノスキャナ11bを作動させて、X軸ガルバノミラー及びY軸ガルバノミラーの走査方向を変えて、第1状態のレーザ光Lの照射方向を変化させることで、第1状態のレーザ光Lを外周経路ORに沿って照射させるように制御する。
In this embodiment, the laser beam L in the first state is emitted along the outer circumference path OR while moving the
これにより、第1状態のレーザ光Lが外周経路ORに沿って照射され、所定部分15aを囲うような外周経路ORの形状のビード25(図2及び図4におけるハッチングされた部分)が形成され、積層体15が接合される。
As a result, the laser beam L in the first state is irradiated along the outer peripheral path OR, and a bead 25 (the hatched portion in FIGS. 2 and 4) is formed in the shape of the outer peripheral path OR so as to surround the
次に、図4及び図5に示すように、レーザ制御部12は、図4及び図5における右方向に一定速度で移動されるレーザ照射部11のレーザ発振器11a及びガルバノスキャナ11bを作動させて、積層体15の最上層の第1金属板W1を貫通させずに溶融するように出力調整された第2状態のレーザ光Lを、照射させる(第2工程)。この第2工程では、レーザ制御部12は第2状態のレーザ光Lを、外周経路ORの内周部分に沿って延びる第1経路R1、及び第1経路R1とは逆向きで外周経路ORの内周部分に沿って延びる第2経路R2で照射させる。
Next, as shown in FIGS. 4 and 5, the
第1状態のレーザ光Lの照射方向の制御と同様に、右方向に移動するレーザ照射部11から第1経路R1及び第2経路R2までの距離が変化した場合にも、レーザ制御部12は、ガルバノスキャナ11bを作動させて、X軸ガルバノミラー及びY軸ガルバノミラーの走査方向を変えて、第2状態のレーザ光Lの照射方向を変化させることで、第2状態のレーザ光Lを第1経路R1及び第2経路R2に沿って照射させるように制御する。
Similarly to the control of the irradiation direction of the laser beam L in the first state, even when the distance from the
これにより、第1金属板W1の表面であって第2状態のレーザ光Lが照射された部分(図4において薄墨が施された部分)は、溶融されて窪んだ窪み形状Dとなる。なお、第2状態のレーザ光の照射範囲は、少なくも第1経路R1を含めばよく、さらに、外周経路ORと第1経路R1とは、連続させてもよく、隙間を空けてもよい。 As a result, the portion of the surface of the first metal plate W1 irradiated with the laser beam L in the second state (the portion marked with thin ink in FIG. 4) is melted to form a hollow shape D. The irradiation range of the laser beam in the second state should include at least the first route R1, and the outer peripheral route OR and the first route R1 may be continuous or spaced apart.
本実施形態では、ビード25が形成された部分(第1金属板W1と第2金属板W2とが溶接された部分)は、一部が開放された略円弧状(外周経路OR)であるので、第1金属板W1と第2金属板W2との隙間の空気を、上記開放された部分から排出することができる。これにより、第1金属板W1と第2金属板W2とが溶接された部分の内側で、第1金属板W1と第2金属板W2との隙間の空気が熱膨張してビード25を破損することがない。
In the present embodiment, the portion where the
第1状態のレーザ光Lを、外周経路ORに沿って照射させると、ビード25の内周部に上方に突出したエッジEが発生する。なお、図3では、エッジEを誇張して描いている。
When the laser beam L in the first state is irradiated along the outer path OR, an edge E projecting upward is generated on the inner peripheral portion of the
本実施形態では、外周経路OR(ビード25)の内周部分に沿って延びる第1経路R1で第2状態のレーザ光Lを照射させる(第2工程)。第2状態のレーザ光Lは、積層体15の最上層の第1金属板W1を貫通させずに溶融するように出力調整されている。 In the present embodiment, the laser light L in the second state is irradiated along the first route R1 extending along the inner peripheral portion of the outer peripheral route OR (bead 25) (second step). The output of the laser beam L in the second state is adjusted so as to melt without penetrating the first metal plate W1 of the uppermost layer of the laminate 15 .
図4に示すように、ビード25(ハッチングされた部分)の内周部は、第2状態のレーザ光Lが照射された部分(図4において薄墨が施された部分)に重なっている。したがって、図5に示すように、第2状態のレーザ光Lにより、ビード25の内周部に形成された上記エッジEを溶融させることができ、さらに、新たなエッジを発生させることがない。これにより、溶接後の積層体15の外観性や塗装性を向上し、品質を向上することができる。
As shown in FIG. 4, the inner peripheral portion of the bead 25 (the hatched portion) overlaps the portion irradiated with the laser beam L in the second state (the shaded portion in FIG. 4). Therefore, as shown in FIG. 5, the laser beam L in the second state melts the edge E formed on the inner peripheral portion of the
また、本出願人の鋭意検討の結果、第1状態のレーザ光Lを、外周経路ORに沿って照射させると、外周経路OR(ビード25)の最終部分に凹みC(図3参照)が発生することが分かった。本実施形態では、第2状態のレーザ光Lにより、第1金属板W1の表面(外周経路ORの内周部分表面)が溶融されて、上記凹みCに流れるので、凹みCの一部を埋めることができる(図5参照)。これにより、積層体15の外観性及び塗装性を向上し、品質を向上することができる。 Further, as a result of diligent studies by the present applicant, when the laser beam L in the first state is irradiated along the outer peripheral path OR, a recess C (see FIG. 3) is generated in the final portion of the outer peripheral path OR (bead 25). I found out to do. In this embodiment, the laser beam L in the second state melts the surface of the first metal plate W1 (the surface of the inner peripheral portion of the outer peripheral path OR) and flows into the recess C, filling a part of the recess C. (See Figure 5). As a result, the appearance and paintability of the laminate 15 can be improved, and the quality can be improved.
ロボット制御装置18により駆動された各アーム17a~17dにより、レーザ照射部11を、図1~図5における右方向に一定速度で移動させながら、レーザ制御部12は、積層体15における所定間隔で上記第1工程及び第2工程を行うように制御を行う。これにより、図1に示すように、積層体15は、所定間隔でスポット溶接され、強固に接合される。
While the
なお、上記実施形態では、外周経路ORを略円弧状に形成しているが、一部が開放された外周経路であればよく、多角形や楕円形状でもよい。 In the above-described embodiment, the outer circumference path OR is formed in a substantially arc shape, but any outer circumference path that is partially open may be used, such as a polygonal or elliptical shape.
上記実施形態では、第2状態のレーザ光を、第1経路R1及び第2経路R2で照射させているが、少なくも第1経路R1で照射させればよい。さらに、外周経路ORと第1経路R1とは、連続させてもよく、隙間を空けてもよい。 In the above-described embodiment, the laser beam in the second state is irradiated through the first route R1 and the second route R2, but it is sufficient to irradiate the laser light through at least the first route R1. Further, the outer circumference route OR and the first route R1 may be continuous or may be spaced apart.
また、上記実施形態に示した構成要素は必ずしも全てが必須なものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。 Moreover, all of the components shown in the above embodiments are not necessarily essential, and can be appropriately selected without departing from the gist of the present invention.
10…レーザ溶接装置、15…積層体、L…レーザ光、OR…外周経路、R1…第1経路、R2…第2経路、W1…第1金属板、W2…第2金属板
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記レーザ光を、前記積層体を溶融可能に出力調整された状態で、前記積層体の所定部分を囲むように延び、且つ、少なくとも一部が開放された外周経路に沿って前記レーザ光の照射位置が前記外周経路の一端から他端に連続移動するように照射する第1工程と、
前記第1工程の後に行われ、前記レーザ光を、前記積層体の最上層の前記金属板を貫通させずに溶融するように出力調整された状態で、前記レーザ光の照射位置が、ターン方向内側に隙間を空けることなく前記外周経路の前記他端から前記外周経路の内周側にUターンするUターン経路と、当該Uターン経路に連続するとともに、前記外周経路の内周部分と部分的に重なりつつ前記外周経路の内周側に形成されている内周経路とを、前記外周経路とは逆回りで連続照射する第2工程と、
を備えることを特徴とするレーザ溶接方法。 A laser welding method for joining by irradiating a laser beam to a laminate configured by stacking a plurality of metal plates,
Irradiation of the laser beam along an outer peripheral path that extends to surround a predetermined portion of the laminate and is at least partially open while the output of the laser beam is adjusted so that the laminate can be melted. a first step of irradiating such that the position continuously moves from one end of the outer peripheral path to the other end ;
After the first step, the output of the laser beam is adjusted so that the metal plate of the uppermost layer of the laminate is melted without penetrating it, and the irradiation position of the laser beam is in the turn direction. a U-turn path that makes a U-turn from the other end of the outer peripheral path to the inner peripheral side of the outer peripheral path without leaving a gap inside; a second step of continuously irradiating an inner peripheral path formed on the inner peripheral side of the outer peripheral path while overlapping with the outer peripheral path in a direction opposite to the outer peripheral path ;
A laser welding method comprising:
前記第2工程では、前記内周経路としての第1経路、及び前記第1経路を照射した後の照射経路であって前記第1経路とは逆向きで前記第1経路の内周部分に沿って延びる第2経路で前記レーザ光を照射することを特徴とするレーザ溶接方法。 In the laser welding method according to claim 1,
In the second step, a first route as the inner peripheral route , and an irradiation route after irradiating the first route, which is opposite to the first route and along the inner peripheral portion of the first route A laser welding method, characterized in that the laser beam is radiated through a second path extending in a vertical direction.
前記レーザ溶接された溶接部分は、前記積層体を貫通しているとともに、前記積層体の上面視で前記積層体の上面の所定部分を囲むように延び、且つ、少なくとも一部が開放された形状で形成され、
前記積層体の上面では、前記溶接部分に沿って窪みが形成され、
前記積層体の上面視で、前記窪みは、前記溶接部分の一方の端部において前記溶接部分の全体と重なりつつ、前記溶接部分の内周側に張り出しており、また、前記溶接部分において前記一方の端部以外の部位では前記溶接部分の内周縁と部分的に重なりつつ前記溶接部分の内周に沿って延在していることを特徴とする積層体。 A laminate formed by stacking a plurality of metal plates and laser-welded,
The laser-welded welded portion penetrates the laminate, extends to surround a predetermined portion of the upper surface of the laminate when viewed from the top of the laminate , and is at least partially open. is formed by
a depression is formed on the top surface of the laminate along the welded portion;
In a top view of the laminate, the recess overlaps the entire welded portion at one end of the welded portion and protrudes toward the inner peripheral side of the welded portion. and extending along the inner periphery of the welded portion while partially overlapping the inner peripheral edge of the welded portion at a portion other than the end of the welded portion .
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