JP7470639B2 - 溶接方法および溶接装置 - Google Patents
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Description
図1は、第1実施形態に係る溶接装置の概略構成を示す図である。図1に示すように、第1実施形態に係る溶接装置100は、加工対象Wにレーザ光Lを照射して加工対象Wを溶融させる装置の構成の一例である。図1に示すように、溶接装置100は、レーザ光を発振する発振器110と、レーザ光を加工対象Wに照射する光学ヘッド120と、発振器110で発振されたレーザ光を光学ヘッド120へ導く光ファイバ130とを備えている。加工対象Wは、溶接されるべき少なくとも2つの部材で構成されている。
図7は、第2実施形態に係る溶接装置の概略構成を示す図である。図7に示すように、第2実施形態に係る溶接装置200は、加工対象Wにレーザ光Lを照射して加工対象Wを溶融させる装置の構成の一例である。第2実施形態に係る溶接装置200は、第1実施形態に係る溶接装置と同様の作用原理によって溶接方法を実現するものである。したがって、以下では、溶接装置200の装置構成の説明のみを行う。
図8は、第3実施形態に係る溶接装置の概略構成を示す図である。図8に示すように、第3実施形態に係る溶接装置300は、加工対象Wにレーザ光Lを照射して加工対象Wを溶融させる装置の構成の一例である。第3実施形態に係る溶接装置300は、第1実施形態に係る溶接装置と同様の作用原理によって溶接方法を実現するものであり、光学ヘッド320以外の構成(発振器310および光ファイバ330)は、第2実施形態と同様である。したがって、以下では、光学ヘッド320の装置構成の説明のみを行う。
図9は、第4実施形態に係る溶接装置の概略構成を示す図である。図9に示すように、第4実施形態に係る溶接装置400は、加工対象Wにレーザ光L1,L2を照射して加工対象Wを溶融させる装置の構成の一例である。第4実施形態に係る溶接装置400は、第1実施形態に係る溶接装置と同様の作用原理によって溶接方法を実現するものである。したがって、以下では、溶接装置400の装置構成の説明のみを行う。
図10は、第5実施形態に係る溶接装置の概略構成を示す図である。図10に示すように、第5実施形態に係る溶接装置500は、加工対象Wにレーザ光L1,L2を照射して加工対象Wを溶融させる装置の構成の一例である。第5実施形態に係る溶接装置500は、第1実施形態に係る溶接装置と同様の作用によって溶接方法を実現するものである。したがって、以下では、溶接装置500の装置構成の説明のみを行う。
図11は、第6実施形態に係る溶接装置の概略構成を示す図である。図11に示すように、第6実施形態に係る溶接装置600は、加工対象Wにレーザ光Lを照射して加工対象Wを溶融させる装置の構成の一例である。第6実施形態に係る溶接装置600は、第1実施形態に係る溶接装置と同様の作用原理によって溶接方法を実現するものである。したがって、以下では、溶接装置600の装置構成の説明のみを行う。
つぎに、実験例について説明する。実験例のうち、実施例の装置構成は、第1実施形態に係る溶接装置100の構成であり、比較例の装置構成として、溶接装置100から回折光学素子123を除いた構成を用いた。なお、共通の実験条件として、発振器110の出力を3kWとし、光学ヘッド120と加工対象Wとの相対的移動速度を毎分5mとした。
110、210、310、411、412、510、611、612 発振器
120、220、320、420、520、620 光学ヘッド
121、221、321、421a、421b、521a、521b、621 コリメートレンズ
122、222、322、422a、422b、522a、522b、622 集光レンズ
123、223、323 回折光学素子
130、230、330、431、432、531、533、534、631、632、635 光ファイバ
224a、224b、226、324a、324b ミラー
225a、225b、325a、325b モータ
532 分岐ユニット
634 結合部
1501 回折格子
1502 光学素子
A1、A2 領域
B ビーム
B1 主ビーム
B2 副ビーム
BS11、BS12、BS21、BS22 底面
Cl クラッド
Co、Co1、Co2 コア
L、L1、L12、L13、L2 レーザ光
P1、P2 ピーク
PA121、PA122、PA131、PA132 パワー領域
W 加工対象
W1、W2 溶融痕
WP1、WP2 溶融池
v 矢印
Claims (33)
- レーザ光を加工対象に向かって照射しながら前記レーザ光と前記加工対象とを相対的に移動させ、前記レーザ光を前記加工対象上で掃引しつつ、照射された部分の前記加工対象を溶融して溶接を行う、
工程を含み、
前記レーザ光は主パワー領域と、前記主パワー領域の掃引方向側方に少なくともその一部がある副パワー領域とによって構成され、前記主パワー領域のパワー密度は前記副パワー領域のパワー密度以上であり、
前記主パワー領域のパワー密度は、少なくともキーホールを発生させうるパワー密度であり、
前記レーザ光は、前記主パワー領域の掃引方向側方のみに、前記主パワー領域よりもパワー密度が低い副パワー領域をさらに有する、溶接方法。 - レーザ光を加工対象に向かって照射しながら前記レーザ光と前記加工対象とを相対的に移動させ、前記レーザ光を前記加工対象上で掃引しつつ、照射された部分の前記加工対象を溶融して溶接を行う、
工程を含み、
前記レーザ光は主パワー領域と、前記主パワー領域の掃引方向側方に少なくともその一部がある副パワー領域とによって構成され、前記主パワー領域のパワー密度は前記副パワー領域のパワー密度以上であり、
前記主パワー領域のパワー密度は、少なくともキーホールを発生させうるパワー密度であり、
前記レーザ光は、前記主パワー領域の掃引方向側方および後方のみに、前記副パワー領域を有する、溶接方法。 - レーザ光を加工対象に向かって照射しながら前記レーザ光と前記加工対象とを相対的に移動させ、前記レーザ光を前記加工対象上で掃引しつつ、照射された部分の前記加工対象を溶融して溶接を行う、
工程を含み、
前記レーザ光は主パワー領域と、前記主パワー領域の掃引方向側方に少なくともその一部がある副パワー領域とによって構成され、前記主パワー領域のパワー密度は前記副パワー領域のパワー密度以上であり、
前記主パワー領域のパワー密度は、少なくともキーホールを発生させうるパワー密度であり、
前記副パワー領域は、前記主パワー領域の周囲を囲む略リング形状の一部である円弧形状を持つ、溶接方法。 - レーザ光を加工対象に向かって照射しながら前記レーザ光と前記加工対象とを相対的に移動させ、前記レーザ光を前記加工対象上で掃引しつつ、照射された部分の前記加工対象を溶融して溶接を行う、
工程を含み、
前記レーザ光は主パワー領域と、前記主パワー領域の掃引方向側方に少なくともその一部がある副パワー領域とによって構成され、前記主パワー領域のパワー密度は前記副パワー領域のパワー密度以上であり、
前記主パワー領域のパワー密度は、少なくともキーホールを発生させうるパワー密度であり、
前記レーザ光の前記副パワー領域が複数の副ビームで構成され、
前記レーザ光の前記主パワー領域が主ビームで構成され、
前記主ビームの少なくとも一部はそれぞれの前記副ビームと重ならない領域を有する、溶接方法。 - 前記レーザ光の前記主パワー領域と前記副パワー領域で溶融池が形成されている、請求項1~3のいずれか1項に記載の溶接方法。
- 前記レーザ光の前記主パワー領域と前記副パワー領域は、前記主パワー領域で形成された溶融池と、前記副パワー領域で形成された溶融池の少なくとも一部が重なる様に構成される、請求項1~3、5のいずれか1項に記載の溶接方法。
- 前記レーザ光の前記副パワー領域が複数の副ビームで構成され、
前記レーザ光の前記主パワー領域が主ビームで構成され、
前記主ビームの少なくとも一部はそれぞれの前記副ビームと重ならない領域を有する、請求項1~3、5、6のいずれか1項に記載の溶接方法。 - 前記レーザ光は、前記主パワー領域の掃引方向側方に、前記主パワー領域よりもパワー密度が低い副パワー領域をさらに有する、請求項4~7のいずれか1項に記載の溶接方法。
- 前記主パワー領域を形成するレーザ光の波長は、前記副パワー領域を形成するレーザ光の波長と同一である、請求項1~8のいずれか1項に記載の溶接方法。
- 前記主パワー領域および前記副パワー領域は、同一の発振器から出射されたレーザ光で構成される、請求項1~9のいずれか1項に記載の溶接方法。
- 前記主パワー領域および前記副パワー領域は、異なる発振器から出射されたレーザ光で構成される、請求項1~10のいずれか1項に記載の溶接方法。
- 前記主パワー領域および前記副パワー領域は、ビームシェイパによって形成される、請求項1~11のいずれか1項に記載の溶接方法。
- 前記ビームシェイパは回折光学素子である、ことを特徴とする請求項12に記載の溶接方法。
- 前記加工対象は溶接されるべき少なくとも2つの部材であり、前記加工対象をレーザ光の照射される領域に配置する工程は、前記少なくとも2つの部材を重ねる、または接触させる、または隣接させるように配置する工程である、請求項1~13のいずれか1項に記載の溶接方法。
- レーザ発振器と、
レーザ発振器から発振された光を受け取ってレーザ光を生成し、前記生成されたレーザ光を加工対象に向かって照射して照射された部分の前記加工対象を溶融して溶接を行う光学ヘッドと、
によって構成され、
前記光学ヘッドは前記レーザ光と前記加工対象とが相対的に移動可能な様に構成され、前記レーザ光を前記加工対象上で掃引しつつ、前記溶融を行なって溶接を行い、
前記レーザ光は主パワー領域と、掃引方向側方に少なくともその一部がある副パワー領域によって構成され、主パワー領域のパワー密度は副パワー領域のパワー密度以上であり、
前記レーザ光は、前記主パワー領域の掃引方向側方のみに、前記副パワー領域をさらに有する、溶接装置。 - レーザ発振器と、
レーザ発振器から発振された光を受け取ってレーザ光を生成し、前記生成されたレーザ光を加工対象に向かって照射して照射された部分の前記加工対象を溶融して溶接を行う光学ヘッドと、
によって構成され、
前記光学ヘッドは前記レーザ光と前記加工対象とが相対的に移動可能な様に構成され、前記レーザ光を前記加工対象上で掃引しつつ、前記溶融を行なって溶接を行い、
前記レーザ光は主パワー領域と、掃引方向側方に少なくともその一部がある副パワー領域によって構成され、主パワー領域のパワー密度は副パワー領域のパワー密度以上であり、
前記レーザ光は、前記主パワー領域の掃引方向側方および後方のみに、前記副パワー領域をさらに有する、溶接装置。 - レーザ発振器と、
レーザ発振器から発振された光を受け取ってレーザ光を生成し、前記生成されたレーザ光を加工対象に向かって照射して照射された部分の前記加工対象を溶融して溶接を行う光学ヘッドと、
によって構成され、
前記光学ヘッドは前記レーザ光と前記加工対象とが相対的に移動可能な様に構成され、前記レーザ光を前記加工対象上で掃引しつつ、前記溶融を行なって溶接を行い、
前記レーザ光は主パワー領域と、掃引方向側方に少なくともその一部がある副パワー領域によって構成され、主パワー領域のパワー密度は副パワー領域のパワー密度以上であり、
前記レーザ発振器は異なる2つのレーザ発振器から構成され、前記主パワー領域および前記副パワー領域は、それぞれ前記異なる2つの発振器から出射されたレーザ光で構成される、溶接装置。 - 前記レーザ光の前記主パワー領域と前記副パワー領域は、それぞれ溶融池を形成する様に構成される、請求項15または16に記載の溶接装置。
- 前記レーザ光の前記主パワー領域と前記副パワー領域は、前記主パワー領域で形成された溶融池と、前記副パワー領域で形成された溶融池の少なくとも一部が重なる様に構成される、請求項15、16、18のいずれか1項に記載の溶接装置。
- 前記レーザ発振器は異なる2つのレーザ発振器から構成され、前記主パワー領域および前記副パワー領域は、それぞれ前記異なる2つの発振器から出射されたレーザ光で構成される、請求項15、16、18、19のいずれか1項に記載の溶接装置。
- 前記レーザ光は、前記主パワー領域の掃引方向側方に、前記主パワー領域よりもパワー密度が低い副パワー領域をさらに有する、請求項17~20のいずれか1項に記載の溶接装置。
- 前記レーザ光は、前記主パワー領域の周囲に、前記主パワー領域よりもパワー密度が低い前記副パワー領域をさらに分散して有する、請求項17~20のいずれか1項に記載の溶接装置。
- 前記副パワー領域は前記主パワー領域の周囲を囲むリング形状の一部である円弧形状を持つ、請求項17~20のいずれか1項に記載の溶接装置。
- 前記主パワー領域を構成するレーザ光の波長は、前記副パワー領域を構成するレーザ光の波長と同一である、請求項15~23のいずれか1項に記載の溶接装置。
- 前記光学ヘッドは単一のレーザ発振器から発振された光から前記主パワー領域および前記副パワー領域からなる前記レーザ光を生成する、請求項15~24のいずれか1項に記載の溶接装置。
- 前記光学ヘッドは前記レーザ発振器と前記加工対象との間に配置されたビームシェイパを含み、前記ビームシェイパは前記単一のレーザ発振器から発振された光から前記主パワー領域および前記副パワー領域を形成する、請求項25に記載の溶接装置。
- 前記ビームシェイパは回折光学素子である、請求項26に記載の溶接装置。
- 前記ビームシェイパは、回転可能に設けられている、請求項26または27に記載の溶接装置。
- 前記加工対象は溶接されるべき少なくとも2つの部材である、請求項15~28のいずれか1項に記載の溶接装置。
- 前記レーザ発振器として複数のレーザ発振器を含み、
前記光学ヘッドは前記複数のレーザ発振器から出射された光を内部で合波して前記レーザ光を生成する、請求項15~29のいずれか1項に記載の溶接装置。 - 前記レーザ発振器として複数のレーザ発振器を含み、
前記複数のレーザ発振器から出射された光を内部で合波して前記光学ヘッドへ導くマルチコアファイバを、さらに備える、請求項15~29のいずれか1項に記載の溶接装置。 - 前記光学ヘッドは前記レーザ光を、固定されている前記加工対象に対して掃引可能に構成される、請求項15~31のいずれか1項に記載の溶接装置。
- 前記光学ヘッドからのレーザ光の照射位置は固定され、前記加工対象が前記固定されたレーザ光に対して移動可能に保持される、請求項15~32のいずれか1項に記載の溶接装置。
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