KR20220137131A - 용접 방법 및 용접 장치 - Google Patents

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도모미치 야스오카
다카시 가야하라
다카시 시게마츠
도시아키 사카이
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후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤
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Abstract

용접 방법에 있어서는, 예를 들면, 금속을 포함하는 가공 대상을 향해 레이저광을 조사하고, 조사된 부분의 가공 대상을 용융하여 용접을 행한다. 레이저광은, 주 파워 영역과, 적어도 하나의 부 파워 영역에 의해 구성되며, 주 파워 영역의 파워는, 각각의 부 파워 영역의 파워 이상이고, 주 파워 영역의 파워와, 적어도 하나의 부 파워 영역의 파워의 합계와의 파워비가, 144:1에서 1:1까지의 범위 내에 있다.

Description

용접 방법 및 용접 장치
본 발명은, 용접 방법 및 용접 장치에 관한 것이다.
금속 재료로 이루어지는 가공 대상을 용접하는 방법의 하나로서, 레이저 용접이 알려져 있다. 레이저 용접이란, 레이저광을 가공 대상의 용접해야 할 부분에 조사하고, 레이저광의 에너지로 당해 부분을 용융시키는 용접 방법이다. 레이저광이 조사된 부분에는, 용융지(溶融池)라고 불리는 용융된 금속 재료의 액 고임이 형성되고, 그 후, 용융지가 고화(固化)됨으로써 용접이 행해진다.
또한, 레이저광을 가공 대상에 조사할 때에는, 그 목적에 따라, 레이저광의 프로파일이 성형되는 경우도 있다. 예를 들면, 레이저광을 가공 대상의 절단에 이용하는 경우에, 레이저광의 프로파일을 성형하는 기술이 알려져 있다(예를 들면 특허 문헌 1 참조).
일본공표특허 특표2010-508149호 공보
그런데, 용접 시에는, 이 용융지로부터는 스퍼터라고 불리는 비산물이 발생하는 것이 알려져 있다. 이 스퍼터는, 용해 금속이 비산한 것이며, 그 발생을 줄이는 것은 가공 결함을 막는데 있어서 중요하다. 스퍼터는, 용해 금속이 비산한 것인 점에서, 스퍼터가 발생하면 용접 개소에 있어서의 금속 재료가 감소해버리는 것이 되기도 한다. 즉, 스퍼터의 발생이 많아지면, 용접 개소의 금속 재료가 부족해져버려, 강도 불량 등을 야기하는 것이 되기도 한다. 또한, 발생한 스퍼터는, 용접 개소의 주변에 부착되는 것이 되지만, 이것이 나중에 박리되어, 전기 회로 등에 부착되면, 전기 회로에 이상을 초래해버린다. 따라서, 전기 회로용의 부품에 대하여 용접을 행하는 것은 곤란한 경우가 있다.
또한, 이 종류의 용접에 있어서도, 당연히, 소요의 용접 강도가 얻어지는 것이, 중요하다.
따라서, 본 발명의 과제의 하나는, 예를 들면, 스퍼터를 억제하면서, 소요의 용접 강도를 얻는 것이 가능한, 신규인 용접 방법 및 용접 장치를 얻는 것이다.
본 발명의 용접 방법에 있어서는, 예를 들면, 금속을 포함하는 가공 대상을 향해 레이저광을 조사하고, 조사된 부분의 상기 가공 대상을 용융하여 용접을 행한다. 상기 레이저광은, 주(主) 파워 영역과, 적어도 하나의 부(副) 파워 영역에 의해 구성되고, 상기 주 파워 영역의 파워는, 각각의 상기 부 파워 영역의 파워 이상이며, 상기 주 파워 영역의 파워와, 상기 적어도 하나의 부 파워 영역의 파워의 합계와의 파워비가, 144:1에서 1:1까지의 범위 내에 있다.
상기 용접 방법에서는, 상기 레이저광과 상기 가공 대상이 상대적으로 이동한다.
상기 용접 방법에서는, 예를 들면, 상기 레이저광과 상기 가공 대상의 상대적인 이동에 의해 당해 가공 대상에 형성되는 용접흔의 소인(掃引) 방향에 대하여 직교하는 폭에 대한 상기 용접흔의 깊이의 애스펙트비를 0.8 이상으로 한다.
상기 용접 방법에서는, 예를 들면, 상기 레이저광과 상기 가공 대상의 상대적인 이동 속도가, 2[m/min] 이상 30[m/min] 이하이다.
상기 용접 방법에서는, 예를 들면, 상기 상대적인 이동 속도가, 2[m/min] 이상 20[m/min] 이하이다.
상기 용접 방법에서는, 예를 들면, 상기 상대적인 이동 속도가, 5[m/min] 이상 10[m/min] 이하이다.
또한, 본 발명의 용접 장치는, 예를 들면, 레이저 발진기와, 레이저 발진기로부터 발진된 광을 수취하여 레이저광을 생성하고, 상기 생성된 레이저광을 가공 대상을 향해 조사하여 조사된 부분의 상기 가공 대상을 용융하여 용접을 행하는 광학 헤드에 의해 구성되며, 상기 레이저광은, 주 파워 영역과, 적어도 하나의 부 파워 영역으로 구성되고, 상기 주 파워 영역의 파워는, 각각의 상기 부 파워 영역의 파워 이상이며, 상기 주 파워 영역의 파워와, 상기 적어도 하나의 부 파워 영역의 파워의 합계와의 파워비가, 144:1에서 1:1까지의 범위 내에 있다.
상기 용접 장치에서는, 상기 레이저광과 상기 가공 대상이 상대적으로 이동한다.
본 발명에 의하면, 스퍼터의 발생을 억제할 수 있음과 함께, 소요의 용접 강도를 얻을 수 있다.
도 1은, 제 1 실시 형태의 레이저 용접 장치의 예시적인 개략 구성도이다.
도 2는, 제 1 실시 형태의 레이저 용접 장치에 포함되는 회절 광학 소자의 원리의 개념을 나타내는 설명도이다.
도 3은, 제 1 실시 형태의 레이저 용접 장치로부터 조사된 레이저광의 가공 대상의 표면 상에 있어서의 빔(스폿)의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 4는, 제 1 실시 형태의 레이저 용접 장치로부터 조사된 레이저광의 가공 대상의 표면 상에 있어서의 빔(스폿)의 다른 일례를 나타내는 모식도이다.
도 5는, 제 1 실시 형태의 레이저 용접 장치로부터 조사된 레이저광에 의해 가공 대상에 형성된 용접흔을 나타내는 예시적 또한 모식적인 단면도이다.
도 6은, 제 2 실시 형태의 레이저 용접 장치의 예시적인 개략 구성도이다.
도 7은, 제 3 실시 형태의 레이저 용접 장치의 예시적인 개략 구성도이다.
도 8은, 제 4 실시 형태와 관련된 레이저 용접 장치의 개략 구성을 나타내는 모식도이다.
도 9는, 제 5 실시 형태와 관련된 레이저 용접 장치의 개략 구성을 나타내는 모식도이다.
도 10은, 제 6 실시 형태와 관련된 레이저 용접 장치의 개략 구성을 나타내는 모식도이다.
도 11은, 광 파이버의 구성예를 나타내는 도이다.
도 12는, 광 파이버의 구성예를 나타내는 도이다.
도 13은, 실시 형태의 레이저 용접 장치로부터 조사된 레이저광의 가공 대상의 표면 상에 있어서의 빔(스폿)의 변형예를 나타내는 모식도이다.
이하, 본 발명의 예시적인 실시 형태가 개시된다. 이하에 나타나는 실시 형태의 구성, 및 당해 구성에 의해 초래되는 작용 및 결과(효과)는, 일례이다. 본 발명은, 이하의 실시 형태에 개시되는 구성 이외에 의해서도 실현 가능하다. 또한, 본 발명에 의하면, 구성에 의해 얻어지는 다양한 효과(파생적인 효과도 포함함) 중 적어도 하나를 얻는 것이 가능하다.
이하에 나타나는 실시 형태는, 동일한 구성을 구비하고 있다. 따라서, 각 실시 형태의 구성에 의하면, 당해 동일한 구성에 의거하는 동일한 작용 및 효과가 얻어진다. 또한, 이하에서는, 그들 동일한 구성에는 동일한 부호가 부여됨과 함께, 중복하는 설명이 생략되는 경우가 있다.
또한, 각 도면에 있어서, 방향 X를 화살표 X로 나타내고, 방향 Y를 화살표 Y로 나타내며, 방향 Z를 화살표 Z로 나타내고 있다. 방향 X, 방향 Y, 및 방향 Z는, 서로 교차함과 함께 직교하고 있다. Z 방향은, 가공 대상(W)의 표면(Wa)(가공면)의 법선 방향이다.
[제 1 실시 형태]
[레이저 용접 장치의 구성]
도 1은, 제 1 실시 형태의 레이저 용접 장치의 개략 구성을 나타내는 도이다. 레이저 용접 장치(100)는, 레이저 장치(110)와, 광학 헤드(120)와, 레이저 장치(110)와 광학 헤드(120)를 접속하는 광 파이버(130)를 구비하고 있다. 레이저 용접 장치(100)는, 용접 장치의 일례이다.
레이저 용접 장치(100)의 가공 대상(W)은, 예를 들면, 철계의 금속 재료나, 알루미늄계의 금속 재료, 구리계의 금속 재료 등으로 만들어질 수 있다. 또한, 가공 대상(W)은, 예를 들면, 판상(板狀)의 형상을 가지고, 가공 대상(W)의 두께는, 예를 들면, 1[㎜] 이상, 10[㎜] 이하이지만, 이에 한정되지 않는다. 또한, 가공 대상(W)은, 복수의 부재가 중첩된 것이다. 복수의 부재의 수나, 각 부재의 두께는, 다양하게 변경할 수 있다.
레이저 장치(110)는, 레이저 발진기를 구비하고 있으며, 일례로서는, 수kW의 파워의 레이저광을 출력할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 레이저 장치(110)는, 예를 들면, 내부에 복수의 반도체 레이저 소자를 구비하고, 당해 복수의 반도체 레이저 소자의 합계의 출력으로서 수kW의 파워의 레이저광을 출력할 수 있도록 구성되어도 된다. 또한, 레이저 장치(110)는, 파이버 레이저, YAG 레이저, 디스크 레이저 등 다양한 레이저 광원을 구비해도 되고, 그 레이저광은, 싱글 모드여도 멀티 모드여도 된다. 또한, 레이저 장치(110)는, 파이버 레이저, YAG 레이저, 디스크 레이저 등 다양한 레이저 광원을 구비해도 된다.
광 파이버(130)는, 레이저 장치(110)로부터 출력된 레이저광을 광학 헤드(120)로 유도한다.
광학 헤드(120)는, 레이저 장치(110)로부터 입력된 레이저광을, 가공 대상(W)을 향해 조사하기 위한 광학 장치이다. 광학 헤드(120)는, 콜리메이트 렌즈(121)와, 집광 렌즈(122)와, DOE(123)(diffractive optical element, 회절 광학 소자)를 구비하고 있다. 콜리메이트 렌즈(121), 집광 렌즈(122), 및 DOE(123)는, 광학 부품이라고도 칭해질 수 있다.
광학 헤드(120)는, 가공 대상(W) 상에서 레이저광(L)의 조사를 행하면서 레이저광(L)을 소인하기 위해, 가공 대상(W)과의 상대 위치를 변경 가능하게 구성되어 있다. 광학 헤드(120)와 가공 대상(W)과의 상대 이동은, 광학 헤드(120)의 이동, 가공 대상(W)의 이동, 또는 광학 헤드(120) 및 가공 대상(W)의 쌍방의 이동에 의해, 실현될 수 있다.
콜리메이트 렌즈(121)는, 입력된 레이저광을 콜리메이트한다. 콜리메이트된 레이저광은, 평행광이 된다. 또한, 집광 렌즈(122)는, 평행광으로서의 레이저광을 집광하고, 레이저광(L)(출력광)으로서, 가공 대상(W)에 조사한다.
DOE(123)는, 콜리메이트 렌즈(121)와 집광 렌즈(122)와의 사이에 배치되며, 레이저광의 빔의 형상(이하, 빔 형상이라고 칭함)을 성형한다. 도 2에 개념적으로 예시되는, DOE(123)는, 예를 들면, 주기가 상이한 복수의 회절 격자(123a)가 중첩된 구성을 구비하고 있다. DOE(123)는, 평행광을, 각 회절 격자(123a)의 영향을 받은 방향으로 구부리거나, 중첩하거나 함으로써, 빔 형상을 성형할 수 있다. DOE(123)는, 빔 셰이퍼(beam shaper)라고도 칭해질 수 있다.
[빔(스폿)의 형상]
DOE(123)는, 콜리메이트 렌즈(121)로부터 입력된 레이저광을, 복수의 빔으로 분할한다. 도 3은, 가공 대상(W)의 표면(Wa) 상에 형성된 레이저광(L)의 빔(스폿)의 일례를 나타내는 도이며, 도 4는, 가공 대상(W)의 표면(Wa) 상에 형성된 레이저광(L')의 빔(스폿)의 일례를 나타내는 도이다. 또한, 도 3, 4 중의 화살표(SD)는, 빔의 가공 대상(W)의 표면(Wa) 상에서의 소인 방향을 나타내고 있다. DOE(123)를 교환함으로써, 광학 헤드(120)는 레이저광(L) 및 레이저광(L')의 쌍방을 출력할 수 있다.
DOE(123)는, 표면(Wa) 상에, 하나의 주 빔(B1)의 스폿과, 적어도 하나의 부 빔(B2)의 스폿이 형성되도록, 레이저광을 분할한다. 도 3의 예에서는, DOE(123)에 의한 빔의 성형에 의해, 표면(Wa) 상에는, 하나의 주 빔(B1)의 스폿과, 당해 주 빔(B1)의 스폿의 주위에, 원환(圓環) 형상으로 나열된 복수의 부 빔(B2)의 스폿이 형성되어 있다. 또한, 도 4의 예에서는, DOE(123)에 의한 빔의 성형에 의해, 표면(Wa) 상에는, 하나의 주 빔(B1)의 스폿과, 당해 주 빔(B1)의 스폿을 둘러싸는 원환 형상의 하나의 부 빔(B2)의 스폿이 형성된다. 주 빔(B1)이 조사되는 영역은, 주 파워 영역의 일례이며, 부 빔(B2)이 조사되는 영역은, 부 파워 영역의 일례이다.
또한, DOE(123)는, 표면(Wa) 상에 있어서, 어느 부 빔(B2)의 스폿의 적어도 일부가, 소인 방향(SD)에 있어서 주 빔(B1)의 스폿의 전방에 위치하도록, 빔을 성형한다. 구체적으로는, 어느 부 빔(B2)이, 주 빔(B1)의 전단(前端)(B1f)을 지나 소인 방향(SD)과 직교하는 가상 직선(VL)보다 소인 방향(SD)의 전방의 영역(A) 내에, 적어도 부분적으로, 위치하고 있으면 된다.
주 빔(B1) 및 부 빔(B2)은, 그 빔 단면의 직경 방향에 있어서, 예를 들면 가우시안 형상의 파워 분포를 가진다. 각 빔의 빔 직경은, 그 빔의 피크를 포함하고, 피크 강도의 1/e2 이상의 강도의 영역의 직경으로서 정의한다. 원형이 아닌 빔의 경우에는, 본 명세서에 있어서는 빔의 중심 부근을 지나는 긴 쪽의 축(예를 들면 장축) 혹은 긴 쪽의 축(장축)에 수직 방향의 짧은 쪽의 축(예를 들면 단축)에 있어서의, 피크 강도의 1/e2 이상의 강도가 되는 영역의 길이를 빔 직경이라고 정의한다. 또한, 각 빔의 파워는, 그 빔의 피크를 포함하고, 피크 강도의 1/e2 이상의 강도의 영역에서의 파워이다. 레이저 장치(110)나, 광 파이버(130), 콜리메이트 렌즈(121), 집광 렌즈(122), 및 DOE(123)의 적절한 설계 혹은 조정에 의해, 상기 서술한 바와 같은 주 빔(B1) 및 부 빔(B2)을 포함하는 레이저광(L)을 형성할 수 있다.
[용접 방법]
레이저 용접 장치(100)를 이용한 용접에 있어서는, 먼저, 가공 대상(W)이, 레이저광(L)이 조사되는 영역에 세팅된다. 그리고, DOE(123)에 의해 분할된 주 빔(B1) 및 부 빔(B2)을 포함하는 레이저광(L)이 가공 대상(W)에 조사되고 있는 상태에서, 레이저광(L)과 가공 대상(W)이 상대적으로 이동한다. 이에 따라, 레이저광(L)이 표면(Wa) 상에 조사되면서 당해 표면(Wa) 상을 소인 방향(SD)으로 이동한다(소인한다). 레이저광(L)이 조사된 부분은, 용융되고, 그 후, 온도의 저하에 따라 응고됨으로써, 가공 대상(W)이 용접된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 일례로서, 소인 방향(SD)은, X방향이지만, 소인 방향(SD)은, Z방향과 교차하고 있으면 되고, X방향에는 한정되지 않는다.
발명자들의 실험적인 연구로부터, 레이저광(L)에 있어서, 부 빔(B2)의 적어도 일부의 영역을, 주 빔(B1)에 대하여 소인 방향(SD)에 있어서의 전방에 위치함으로써, 스퍼터의 발생을 억제할 수 있는 것이 확인되고 있다. 이것은, 예를 들면, 주 빔(B1)이 도래하기 전에 부 빔(B2)에 의해 가공 대상(W)을 미리 가열해 둠으로써, 부 빔(B2) 및 주 빔(B1)에 의해 형성되는 가공 대상(W)의 용융지가 보다 안정화되기 때문이라고 추정할 수 있다.
[실험 결과]
도 5는, 가공 대상(W)의 소인 방향(SD)과 직교하는 단면을 나타내는 모식도이다. 발명자들은, 단면에 발생하는 용접흔(Wm)의 애스펙트비에 착목했다. 애스펙트비(d/w)는, 용접흔(Wm)의 소인 방향(SD)과 직교하는 폭(w)에 대한 용접흔(Wm)의 깊이(d)라고 정의된다. 용접흔(Wm)은, 용융 또한 응고(예를 들면 일 방향 응고)가 발생한, 소위 용접 금속이라고 불리는 영역이며, 그 주위의 열 영향 영역(Ah)을 포함하지 않는 것으로 한다. 또한, 폭(w)은, 표면(Wa)에 있어서의 폭으로 하고, 깊이(d)는, 표면(Wa)으로부터 용접흔(Wm)의 선단(Wmt)까지의 깊이로 한다. 또한, 폭(w)은, JIS 핸드북 40-1 용접 I(기본), 4.1.6 용접 설계, 11605 「용접 폭」에 준거하고, 깊이(d)는, JIS 핸드북 40-1 용접 I(기본), 4.1.6 용접 설계, 11619 「용입」에 준거한다. 애스펙트비(d/w)가 작으면, 폭(w)에 대한 충분한 깊이(d)가 얻어지지 않는 데다가 열 영향 영역(Ah)이 커져버려, 소요의 용접 강도가 얻어지기 어려워진다고 생각된다.
발명자들은, 이하의 표 1에 나타나는 복수의 조건에 대해, 레이저 용접 장치(100)를 이용하여, 가공 대상(W)에 대하여, 실제로, 도 3의 빔 형상을 가진 레이저광(L)을 조사하여 레이저 용접을 실행하고, 가공 대상(W)의 단면에 있어서의 용접흔(Wm)에 있어서의 애스펙트비(d/w)를 측정했다.
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당해 실험에서는, 주 빔(B1)의 파워와, 부 빔(B2)의 파워의 합계와의 비(이하 파워비라고 칭함)가, 3:7, 5:5(=1:1), 7:3, 및 9:1인 경우의 각각에 대해, 표면(Wa)과 레이저광(L)과의 상대적인 이동 속도(이하, 소인 속도라고 칭함)가, 30[m/min], 20[m/min], 10[m/min], 5[m/min], 2[m/min], 1[m/min], 0.5[m/min]인 경우의 애스펙트비가, 측정되었다.
레이저 장치(110)로부터 출력되는 레이저광의 파장은 1070[nm]으로 설정되고, 파워는 6[kW]으로 설정되며, 파워비가 상이한 각 경우에 있어서, 주 빔(B1)의 파워와 복수의 부 빔(B2)의 파워와의 총합은, 동일하게 설정되었다. 주 빔(B1)의 중심에 대하여 부 빔(B2)이 나열되는 원주의 반경(R)(빔 반경)은, 300[㎛]으로 설정되었다.
또한, 가공 대상(W)으로서는, 10[㎜]의 두께의 1매의 스테인리스강(SUS304)이 이용되었다. 또한, 두께 방향(TD)(Z방향)으로 겹쳐진 가공 대상(W)이 서로 밀착하고 있는 경우, 애스펙트비는, 가공 대상(W)의 두께 및 매수에는 대략 의존하지 않는 것이라고 추정할 수 있다. 바꿔 말하면, 가공 대상(W)이 두께 방향(TD)으로 서로 밀착하여 복수매 겹쳐진 동일 재료의 판재인 경우에도, 가공 대상(W)이 1매의 판재인 본 실험의 경우와 동일한 결과가 얻어진다고, 추정할 수 있다.
표 1에서는, 행마다 소인 속도가 상이하며, 열마다 파워비가 상이하다. 매트릭스 상의 각 점의 수치는, 당해 각 점이 속하는 행의 소인 속도로, 당해 각 점이 속하는 열의 파워비로 실험이 행해진 경우의, 애스펙트비를 나타내고 있다. 또한, 우열(右列)의 수치는, 참고예로서, DOE(123)가 없고 가공 대상(W)에 조사된 레이저광이 단일인 빔(스폿)을 가지는 경우에 있어서의, 소인 속도마다의 애스펙트비를 나타내고 있다.
표 1의 실험으로부터, 이하의 (1)~(5)의 지견이 얻어졌다.
(1) 파워비가, 5:5, 7:3, 또는 9:1인 경우에는, 애스펙트비가 0.8 이상이 되고, 실용적으로 문제가 없는 용접 강도가 얻어졌다. 파워비가, 3:7인 경우에는, 애스펙트비가 0.8 미만이 되는 경우가 있었다.
(2) 소인 속도가 2[m/min] 이상 30[m/min] 이하인 실용적인 범위에 있어서, 파워비가, 5:5, 7:3, 또는 9:1인 경우에는, 각 소인 속도에 있어서, 파워비가 3:7인 경우보다, 보다 큰 애스펙트비가 얻어졌다. 즉, 보다 높은 용접 강도가 얻어졌다.
(3) 파워비가 5:5인 경우, 파워비가 7:3인 경우, 파워비가 9:1인 경우의 각각에 있어서, 소인 속도가 2[m/min]에서 20[m/min]까지의 범위 내인 경우의 애스펙트비는, 소인 속도가 30[m/min]인 경우에서의 애스펙트비보다, 컸다. 즉, 보다 높은 용접 강도가 얻어졌다.
(4) 파워비가 5:5인 경우, 파워비가 7:3인 경우, 파워비가 9:1인 경우의 각각에 있어서, 애스펙트비가 최대값, 즉, 용접 강도가 최대가 되는 소인 속도는, 소인 속도가 5[m/min]에서 10[m/min]까지의 범위 내에 존재하고 있었다.
(5) 표 1에는 나타나 있지 않지만, 참고예의 경우, 파워비가, 5:5, 7:3, 또는 9:1인 경우보다 스퍼터가 많아, 주 빔(B1)과 적어도 하나의 부 빔(B2)을 포함하는 레이저광(L)에 의한 메리트가 얻어지지 않았다.
또한, 도 3의 빔 형상에 있어서는, 레이저광(L)은, 16개의 부 빔(B2)이 포함되어 있으며, 소인 방향(SD)에 있어서 주 빔(B1)의 전방에 위치하는 부 빔(B2)은 1개이다. 따라서, 주 빔(B1)이 표면(Wa) 상의 가공 위치에 도달하기 전에, 당해 가공 위치를 가열하고 있는 것은 주로 1개의 부 빔(B2)이다. 즉, 파워비가 9:1인 경우에는, 파워비가 9:1/16=144:1의 경우와 등가이다.
표 1로부터, 주 빔과 1 또는 복수의 부 빔의 합계와의 파워비는, 9:1~1:1의 범위로 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 높은 애스펙트비를 적절하게 실현할 수 있다.
또한, 표 1로부터, 소인 속도는, 2[m/min] 이상 20[m/min] 이하로 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 애스펙트비를 1.1 이상으로 할 수 있다.
또한, 표 1로부터, 소인 속도는, 5[m/min] 이상 10[m/min] 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 이 경우, 애스펙트비를 1.6 이상으로 할 수 있다.
이것은, 소인 속도가 지나치게 빠르면, 심부(深部)까지 충분한 입열(入熱)이 얻어지지 않기 때문에 깊이(d)가 작아지고, 반대로 소인 속도가 너무 느리면, 표면(Wa)에 있어서의 입열이 커져 폭(w)이 커지기 때문이라고 생각된다.
이상, 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 예를 들면, 주 빔(B1)(주 파워 영역)의 파워와, 적어도 하나의 부 빔(B2)(부 파워 영역)의 파워의 합계와의 비가, 144:1에서 1:1까지의 범위 내로 설정된다.
이와 같은 용접 방법 및 용접 장치에 의하면, 스퍼터의 발생을 억제하면서, 소요의 용접 강도를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 예를 들면, 용접흔(Wm)의 애스펙트비(d/w)를 0.8 이상이 되도록, 소인 속도(레이저광(L)과 가공 대상(W)(표면(Wa))과의 상대적인 이동 속도), 파워비 등의 용접의 모든 조건을 설정한다.
이와 같은 용접 방법 및 용접 장치에 의하면, 스퍼터의 발생을 억제하면서, 소요의 용접 강도를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 예를 들면, 소인 속도가, 2[m/min] 이상 20[m/min] 이하이다.
또한, 본 실시 형태에서는, 예를 들면, 소인 속도가, 5[m/min] 이상 10[m/min] 이하이다.
이와 같은 용접 방법 및 용접 장치에 의하면, 스퍼터의 발생을 억제하면서, 보다 높은 용접 강도를 얻을 수 있다.
[제 2 실시 형태]
도 6은, 제 2 실시 형태의 레이저 용접 장치의 개략 구성을 나타내는 도이다. 레이저 용접 장치(200)는, 가공 대상(W1)에 레이저광(L)을 조사하여 가공 대상(W1)의 용접을 행한다. 가공 대상(W1)은, 2매의 판상의 금속 부재(W11, W12)를 중첩하여 구성되어 있다. 레이저 용접 장치(200)는, 레이저 용접 장치(100)와 마찬가지의 작용 원리에 의해 용접을 실현하는 것이다. 따라서, 이하에서는, 레이저 용접 장치(200)의 장치 구성의 설명만을 행한다.
레이저 용접 장치(200)는, 레이저 장치(210)와, 광학 헤드(220)와, 광 파이버(230)를 구비하고 있다.
레이저 장치(210)는, 레이저 발진기를 구비하고 있으며, 레이저 장치(110)와 마찬가지로 구성되어 있고, 예를 들면 수kW의 파워의 레이저광을 출력할 수 있도록 구성되어 있다. 광 파이버(230)는, 레이저 장치(210)로부터 출력된 레이저광을 도파하여, 광학 헤드(220)에 입력시킨다.
광학 헤드(220)는, 광학 헤드(120)와 마찬가지로, 레이저 장치(210)로부터 입력된 레이저광을, 가공 대상(W1)을 향해 조사하기 위한 광학 장치이다. 광학 헤드(220)는, 콜리메이트 렌즈(221)와 집광 렌즈(222)를 구비하고 있다.
또한, 광학 헤드(220)는, 집광 렌즈(222)와 가공 대상(W1)과의 사이에 배치된, 갈바노 스캐너를 가지고 있다. 갈바노 스캐너란, 2매의 미러(224a, 224b)의 각도를 제어함으로써, 광학 헤드(220)를 이동시키지 않고, 레이저광(L)의 조사 위치를 이동시켜, 레이저광(L)을 소인할 수 있는 장치이다. 레이저 용접 장치(200)에서는, 집광 렌즈(222)로부터 출사된 레이저광(L)을 갈바노 스캐너로 유도하기 위해 미러(226)를 구비하고 있다. 또한, 갈바노 스캐너 미러(224a, 224b)는, 각각 모터(225a, 225b)에 의해 각도가 변경된다.
광학 헤드(220)는, 콜리메이트 렌즈(221)와 집광 렌즈(222)와의 사이에 배치된, 빔 셰이퍼로서의 DOE(223)를 구비하고 있다. DOE(223)는, DOE(123)와 마찬가지로, 콜리메이트 렌즈(221)로부터 입력된 레이저광을 분할하고, 주 빔과 적어도 1개의 부 빔을 생성한다. 적어도 1개의 부 빔은, 주 빔에 대하여 소인 방향 전방측에 적어도 그 일부가 위치한다. 본 실시 형태에 있어서도, 파워비를, 상기 제 1 실시 형태와 마찬가지로 설정할 수 있다.
[제 3 실시 형태]
도 7은, 제 3 실시 형태의 레이저 용접 장치의 개략 구성을 나타내는 도이다. 레이저 용접 장치(300)는, 가공 대상(W2)에 레이저광(L)을 조사하여 가공 대상(W2)의 용접을 행한다. 가공 대상(W2)은, 2매의 판상의 금속 부재(W21, W22)를 맞대도록 인접시켜 구성되어 있다. 레이저 용접 장치(300)는, 레이저 발진기를 구비하고 있으며, 레이저 용접 장치(100, 200)와 마찬가지의 작용 원리에 의해 용접을 실현하는 것이다. 광학 헤드(320) 이외의 요소(레이저 장치(310) 및 광 파이버(330))의 구성은, 레이저 용접 장치(100, 200)가 대응하는 요소와 마찬가지이다. 따라서, 이하에서는, 광학 헤드(320)의 장치 구성의 설명만을 행한다.
광학 헤드(320)는, 광학 헤드(120, 220)와 마찬가지로, 레이저 장치(310)로부터 입력된 레이저광을, 가공 대상(W2)을 향해 조사하기 위한 광학 장치이다. 광학 헤드(320)는, 콜리메이트 렌즈(321)와 집광 렌즈(322)를 구비하고 있다.
또한, 광학 헤드(320)는, 콜리메이트 렌즈(321)와 집광 렌즈(322)와의 사이에 배치된, 갈바노 스캐너를 가지고 있다. 갈바노 스캐너의 미러(324a, 324b)는, 각각 모터(325a, 325b)에 의해 각도가 변경된다. 광학 헤드(320)에서는, 광학 헤드(220)와 상이한 위치에 갈바노 스캐너를 마련하고 있다. 그러나, 광학 헤드(220)와 마찬가지로, 2매의 미러(324a, 324b)의 각도를 제어함으로써, 광학 헤드(320)를 이동시키지 않고, 레이저광(L)의 조사 위치를 이동시켜, 레이저광(L)을 소인할 수 있다.
광학 헤드(320)는, 콜리메이트 렌즈(321)와 집광 렌즈(322)와의 사이에 배치된, 빔 셰이퍼로서의 DOE(323)를 구비하고 있다. DOE(323)는, DOE(123, 223)와 마찬가지로, 콜리메이트 렌즈(321)로부터 입력된 레이저광을 분할하고, 주 빔과 적어도 1개의 부 빔을 생성한다. 적어도 1개의 부 빔은, 주 빔에 대하여 소인 방향 전방측에 적어도 그 일부가 위치한다. 본 실시 형태에 있어서도, 파워비를, 상기 제 1 실시 형태와 마찬가지로 설정할 수 있다.
[제 4 실시 형태]
도 8은, 제 4 실시 형태와 관련된 레이저 용접 장치의 개략 구성을 나타내는 도이다. 레이저 용접 장치(400)는, 가공 대상(W)에 레이저광(L11, L12)을 조사하여 가공 대상(W)의 용접을 행한다. 레이저 용접 장치(400)는, 레이저 용접 장치(100)와 마찬가지의 작용 원리에 의해 용접 방법을 실현하는 것이다. 따라서, 이하에서는, 레이저 용접 장치(400)의 장치 구성의 설명만을 행한다.
레이저 용접 장치(400)는, 레이저광을 출력하는 복수의 레이저 장치(411, 412)와, 레이저광을 가공 대상(W)에 조사하는 광학 헤드(420)와, 레이저 장치(411, 412)로부터 출력된 레이저광을 광학 헤드(420)로 유도하는 광 파이버(431, 432)를 구비하고 있다.
레이저 장치(411)는, 레이저 장치(110)와 마찬가지로 구성되어 있으며, 예를 들면 수kW의 출력의 멀티 모드 또는 싱글 모드의 레이저광(L11)을 출력할 수 있도록 구성되어 있다. 레이저 장치(412)는, 레이저 장치(110)와 마찬가지로 구성되어 있으며, 예를 들면 수kW의 출력이며, 각각이 멀티 모드 또는 싱글 모드의 복수의 레이저광인 레이저광(L12)을 출력할 수 있도록 구성되어 있다.
광 파이버(431, 432)는, 레이저광(L11, L12)을 각각 광학 헤드(420)로 유도한다. 광 파이버(432)는, 복수의 레이저광인 레이저광(L12)을 유도하기 위해, 복수의 광 파이버로 구성되어 있어도 되고, 멀티 코어 파이버로 구성되어 있어도 된다.
광학 헤드(420)는, 레이저 장치(411, 412)로부터 유도된 각각의 레이저광(L11, L12)을, 가공 대상(W)을 향해 조사하기 위한 광학 장치이다. 광학 헤드(420)는, 레이저광(L11)을 위한 콜리메이트 렌즈(421a)와 집광 렌즈(422a)와, 레이저광(L12)을 위한 콜리메이트 렌즈(421b)와 집광 렌즈(422b)를 구비하고 있다. 콜리메이트 렌즈(421a, 421b)는, 각각, 광 파이버(431, 432)에 의해 유도된 레이저광을 일단 평행광화하기 위한 광학계이며, 집광 렌즈(422a, 422b)는, 평행광화된 레이저광을 가공 대상(W)에 집광시키기 위한 광학계이다. 또한, 콜리메이트 렌즈(421b)와 집광 렌즈(422b)는, 각각, 복수의 레이저광인 레이저광(L12)을 평행광화 또는 집광하기 위해, 복수의 렌즈로 구성되어 있어도 된다.
광학 헤드(420)는, 레이저광(L11, L12) 중, 레이저광(L11)을 주 빔으로 하여 가공 대상(W)에 조사하고, 레이저광(L12)을 부 빔으로 하여 가공 대상(W)에 조사한다. 즉, 가공 대상(W)을 향해 조사되는 레이저광은, 주 빔과 복수의 부 빔에 의해 구성된다. 또한, 소인하는 경우에는, 복수의 부 빔은, 주 빔에 대하여 소인 방향 전방측에 적어도 그 일부가 위치한다. 그리고, 주 빔의 파워와, 복수의 부 빔의 파워의 합계와의 비가, 9:1~5:5이다. 이에 따라, 레이저 용접 장치(400)는, 가공 대상(W)을 용접할 때의 용접 결함의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 부 빔의 배치의 방법에 따라, 144:1~5:5로 해도 된다.
레이저 용접 장치(400)에 의하면, 예를 들면 도 3, 4에 예시되는 배치를 실현할 수 있다. 또한, 도면에 나타나는 예는, 레이저광(L11, L12)을 이용하고 있지만, 그 수를 적절히 증감해도 된다.
[제 5 실시 형태]
도 9는, 제 5 실시 형태와 관련된 레이저 용접 장치의 개략 구성을 나타내는 도이다. 레이저 용접 장치(500)는, 가공 대상(W)에 레이저광(L11, L12)을 조사하여 가공 대상(W)의 용접을 행한다. 레이저 용접 장치(500)는, 레이저 용접 장치(100)와 마찬가지의 작용 원리에 의해 용접 방법을 실현하는 것이다. 따라서,이하에서는, 레이저 용접 장치(500)의 장치 구성의 설명만을 행한다.
레이저 용접 장치(500)는, 레이저광을 출력하는 레이저 장치(510)와, 레이저광을 가공 대상(W)에 조사하는 광학 헤드(520)와, 레이저 장치(510)로부터 출력된 레이저광을 광학 헤드(520)로 유도하는 광 파이버(531, 533, 534)를 구비하고 있다.
레이저 장치(510)는, 레이저 장치(110)와 마찬가지로 구성되어 있으며, 예를 들면 수kW의 출력의 멀티 모드의 레이저광을 출력할 수 있도록 구성되어 있다. 레이저 장치(510)는, 가공 대상(W)에 조사하는 레이저광(L11, L12)의 양방을 출력하기 위해 이용된다. 이 때문에, 레이저 장치(510)로부터 출력된 레이저광을 광학 헤드(520)로 유도하는 광 파이버(531, 533, 534)의 사이에는 분기 유닛(532)이 마련되어 있다. 레이저 장치(510)는, 레이저 장치(510)로부터 출력된 레이저광을 복수의 레이저광으로 분기하고 나서 광학 헤드(520)로 유도하도록 구성되어 있다.
광 파이버(531, 533)는, 레이저광(L11, L12)을 각각 광학 헤드(520)로 유도한다. 광 파이버(533)는, 복수의 레이저광인 레이저광(L12)을 유도하기 위해, 복수의 광 파이버로 구성되어 있어도 되고, 멀티 코어 파이버로 구성되어 있어도 된다.
광학 헤드(520)는, 분기 유닛(532)에 의해 분기되고, 광 파이버(531, 533)에 의해 유도된 레이저광(L11, L12)을 가공 대상(W)에 조사하기 위한 광학 장치이다. 이 때문에, 광학 헤드(520)는, 레이저광(L11)을 위한 콜리메이트 렌즈(521a)와 집광 렌즈(522a)와, 레이저광(L12)을 위한 콜리메이트 렌즈(521b)와 집광 렌즈(522b)를 구비하고 있다. 콜리메이트 렌즈(521a, 521b)는, 각각, 광 파이버(533, 534)에 의해 유도된 레이저광을 일단 평행광화하기 위한 광학계이며, 집광 렌즈(522a, 522b)는, 평행광화된 레이저광을 가공 대상(W)에 집광시키기 위한 광학계이다. 또한, 콜리메이트 렌즈(521b)와 집광 렌즈(522b)는, 각각, 복수의 레이저광인 레이저광(L12)을 평행광화 또는 집광하기 위해, 복수의 렌즈로 구성되어 있어도 된다.
광학 헤드(520)는, 레이저광(L11, L12) 중, 레이저광(L11)을 주 빔으로 하여 가공 대상(W)에 조사하고, 레이저광(L12)을 부 빔으로 하여 가공 대상(W)에 조사한다. 즉, 가공 대상(W)을 향해 조사되는 레이저광은, 주 빔과 복수의 부 빔에 의해 구성된다. 또한, 소인하는 경우에는, 복수의 부 빔은, 주 빔에 대하여 소인 방향 전방측에 적어도 그 일부가 위치한다. 그리고, 주 빔의 파워와, 복수의 부 빔의 파워의 합계와의 비가, 9:1~5:5이다. 이에 따라, 레이저 용접 장치(500)는, 가공 대상(W)을 용접할 때의 용접 결함의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 부 빔의 배치의 방법에 따라, 144:1~5:5로 해도 된다.
레이저 용접 장치(500)에 의하면, 도 3, 4에 예시되는 배치를 실현할 수 있다. 또한, 도면에 나타나는 예는, 레이저광(L11, L12)을 이용하고 있지만, 그 수를 적절히 증감해도 된다.
[제 6 실시 형태]
도 10은, 제 6 실시 형태와 관련된 레이저 용접 장치의 개략 구성을 나타내는 도이다. 레이저 용접 장치(600)는, 가공 대상(W)에 레이저광(L)을 조사하여 가공 대상(W)의 용접을 행한다. 레이저 용접 장치(600)는, 레이저 용접 장치(100)와 마찬가지의 작용 원리에 의해 용접 방법을 실현하는 것이다. 따라서, 이하에서는, 레이저 용접 장치(600)의 장치 구성의 설명만을 행한다.
레이저 용접 장치(600)는, 레이저광을 출력하는 복수의 레이저 장치(611, 612)와, 레이저광을 가공 대상(W)에 조사하는 광학 헤드(620)와, 레이저 장치(611, 612)로부터 출력된 레이저광을 광학 헤드(620)로 유도하는 광 파이버(631, 632, 635)를 구비하고 있다.
레이저 장치(611)는, 레이저 장치(110)와 마찬가지로 구성되어 있으며, 예를 들면 수kW의 출력의 멀티 모드의 레이저광을 출력할 수 있도록 구성되어 있다. 레이저 장치(612)는, 레이저 장치(110)와 마찬가지로 구성되어 있으며, 예를 들면 수kW의 출력이며, 각각이 멀티 모드 또는 싱글 모드의 복수의 레이저광을 출력할 수 있도록 구성되어 있다.
레이저 용접 장치(600)에서는, 레이저 장치(611, 612)로부터 출력된 레이저광은, 광학 헤드(620)로 유도되기 전에 결합된다. 이 때문에, 레이저 장치(611, 612)로부터 출력된 레이저광을 광학 헤드(620)로 유도하는 광 파이버(631, 632, 635)의 사이에는 결합부(634)가 마련되어 있다. 레이저 장치(611, 612)로부터 출력된 레이저광은, 광 파이버(635) 안을 병렬하여 도파되게 된다.
여기서, 도 11, 12를 참조하면서, 광 파이버(631(및 632)) 및 광 파이버(635)의 구성예를 설명한다. 도 11에 나타내는 바와 같이, 광 파이버(631(및 632)는, 통상의 광 파이버이다. 즉, 광 파이버(631(및 632)는, 1개의 코어 영역(Co)의 주위에 코어 영역(Co)보다 굴절률이 낮은 클래드(Cl)가 형성된 광 파이버이다. 한편, 도 12에 나타내는 바와 같이, 광 파이버(635)는, 멀티 코어 파이버이다. 즉, 광 파이버(635)는, 2개의 코어 영역(Co1, Co2)을 가지고, 이 2개의 코어 영역(Co1, Co2)의 주위에 코어 영역(Co1, Co2)보다 굴절률이 낮은 클래드(Cl)가 형성되어 있다. 또한, 코어 영역(Co2)은 복수의 코어 영역을 포함하고 있다. 그리고, 결합부(634)에서는, 광 파이버(631)의 코어 영역(Co)과 광 파이버(635)의 코어 영역(Co1)이 결합되고, 또한, 광 파이버(632)의 코어 영역(Co)과 광 파이버(635)의 코어 영역(Co2)이 결합되게 된다. 레이저 장치(612)로부터 출력된 복수의 레이저광의 각각은, 코어 영역(Co2)의 복수의 코어 영역의 각각에 의해 도파된다.
도 10의 참조로 되돌아간다. 광학 헤드(620)는, 결합부(634)에 의해 결합된 레이저광(L)을 가공 대상(W)에 조사하기 위한 광학 장치이다. 이 때문에, 광학 헤드(620)는, 내부에 콜리메이트 렌즈(621)와 집광 렌즈(622)를 구비하고 있다.
레이저 용접 장치(600)는, 광학 헤드(620)가 회절 광학 소자를 구비하고 있지 않고, 또한, 복수의 레이저광을 위한 독립된 광학계도 가지고 있지 않지만, 레이저 장치(611, 612)로부터 출력된 레이저광은, 광학 헤드(620)로 유도되기 전에 결합되어 있다. 이에 따라, 가공 대상(W)을 향해 조사되는 레이저광(L)은, 주 빔과 복수의 부 빔에 의해 구성된다. 또한, 소인하는 경우에는, 복수의 부 빔은, 주 빔에 대하여 소인 방향 전방측에 적어도 그 일부가 위치한다. 그리고, 주 빔의 파워와, 복수의 부 빔의 파워의 합계와의 비가, 9:1~5:5이다. 이에 따라, 레이저 용접 장치(600)는, 가공 대상(W)을 용접할 때의 용접 결함의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 부 빔의 배치의 방법에 따라, 144:1~5:5로 해도 된다.
레이저 용접 장치(600)에 의하면, 도 3, 4에 예시되는 배치를 실현할 수 있다. 또한, 도면에 나타나는 예는, 레이저 장치(611, 612)로부터 출력된 레이저광을 이용하고 있지만, 그 수를 적절히 증감해도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 분할된 주 빔과 복수의 부 빔은, 서로 겹쳐지지 않지만, 주 빔과 부 빔, 또는 부 빔끼리가 겹쳐져도 된다.
[빔(스폿)의 형상의 변형예]
도 13은, 가공 대상(W)의 표면(Wa) 상에 형성된 레이저광(L)의 빔(스폿)의 일례를 나타내는 도이다. 도 13의 예에서는, 부 빔(B2)의 전부가 주 빔(B1)의 전방에 배치되어 있다. 또한, 주 빔(B1)의 파워와, 부 빔(B2)의 파워와의 비가, 29:0.2이기 때문에, 주 빔의 파워와, 복수(5개)의 부 빔의 파워의 합계와의 비는, 29:1이다. 이와 같은 배치에 의하면, 가공 대상의 예열을 보다 효과적으로 행할 수 있어, 바람직하다.
이상, 본 발명의 실시 형태가 예시되었지만, 상기 실시 형태는 일례이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 상기 실시 형태는, 그 밖의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 다양한 생략, 치환, 조합, 변경을 행할 수 있다. 또한, 각 구성이나, 형상, 등의 스펙(구조나, 종류, 방향, 형식, 크기, 길이, 폭, 두께, 높이, 수, 배치, 위치, 재질 등)은, 적절히 변경하여 실시할 수 있다.
예를 들면, 상기 각 실시 형태에 있어서, 주 빔(주 파워 영역)의 용접 형태는, 키 홀형 용접이어도 되고, 열전도형 용접이어도 된다. 여기서 말하는 키 홀형 용접이란, 키 홀을 이용한 용접 방법이다. 한편, 열전도형 용접이란, 가공 대상의 표면에서 레이저광이 흡수되어 발생한 열을 이용하여 가공 대상을 용융시키는 용접 방법이다.
또한, 부 빔은 모두가 동일한 파워를 가지고 있어도 되고, 하나 또는 일부의 부 빔의 파워가 그 밖의 부 빔의 파워보다 높아도 된다. 또한, 복수의 부 빔이 복수의 그룹으로 분류될 수 있고, 같은 그룹 내에서는 부 빔은 대략 같은 파워이며, 그룹간에서는 부 빔은 상이한 파워여도 된다. 이 경우, 복수의 상이한 그룹으로 분류된 부 빔을 비교하면, 파워가 단계적으로 상이하다. 또한, 어느 그룹에 포함되는 부 빔은 복수에 한정되지 않고, 하나여도 된다.
또한, 가공 대상의 재질은, 스테인리스강에는 한정되지 않는다.
또한, 가공 대상은 판재에 한정되지 않고, 용접의 양태는 중첩 용접이나 맞댐 용접에도 한정되지 않는다. 따라서, 가공 대상은 용접되어야 할 적어도 2개의 부재를 겹치거나, 또는 접촉시키거나, 또는 인접시킴으로써 구성되는 것이어도 된다.
또한, 가공 대상에 대하여 레이저광을 소인하는 경우에는, 공지의 워블링이나 위빙이나 출력 변조 등에 의해 소인을 행하여, 용융지의 표면적을 조절하도록 해도 된다.
또한, 가공 대상은, 도금된 금속판과 같이 , 금속의 표면에 얇은 다른 금속의 층이 존재하는 것이어도 된다.
본 발명은, 용접 방법 및 용접 장치에 이용할 수 있다.
100, 200, 300…레이저 용접 장치(용접 장치)
110, 210, 310…레이저 장치(레이저 발진기)
120, 220, 320…광학 헤드
121, 221, 321…콜리메이트 렌즈
122, 222, 322…집광 렌즈
123, 223, 323…DOE(회절 광학 소자)
123a…회절 격자
130, 230, 330…광 파이버
224a, 224b, 226, 324a, 324b…미러
225a, 225b, 325a, 325b…모터
400…레이저 용접 장치
411, 412…레이저 장치
420…광학 헤드
421a, 421b…콜리메이트 렌즈
422a, 422b…집광 렌즈
431, 432…광 파이버
500…레이저 용접 장치
510…레이저 장치
520…광학 헤드
521a, 521b…콜리메이트 렌즈
522a, 522b…집광 렌즈
531, 534…광 파이버
532…분기 유닛
533…광 파이버
600…레이저 용접 장치
611, 612…레이저 장치
620…광학 헤드
621…콜리메이트 렌즈
622…집광 렌즈
631, 632, 635…광 파이버
634…결합부
A…(소인 방향에 있어서의 전방의) 영역
Ah…열 영향 영역
B1…주 빔(주 파워 영역)
B1f…전단
B2…부 빔(부 파워 영역)
Cl…클래드
Co, Co1, Co2…코어 영역
d…깊이
L, L', L11, L12…레이저광
R…반경
SD…소인 방향
TD…두께 방향
VL…가상 직선
W, W1, W2…가공 대상
Wa…표면
W11, W12, W21, W22…금속 부재
Wm…용접흔
Wmt…선단
w…폭
X…방향
Y…방향
Z…방향(법선 방향)

Claims (8)

  1. 금속을 포함하는 가공 대상을 향해 레이저광을 조사하고, 조사된 부분의 상기 가공 대상을 용융하여 용접을 행하며,
    상기 레이저광은, 주 파워 영역과, 적어도 하나의 부 파워 영역으로 구성되고,
    상기 주 파워 영역의 파워는, 각각의 상기 부 파워 영역의 파워 이상이며,
    상기 주 파워 영역의 파워와, 상기 적어도 하나의 부 파워 영역의 파워의 합계와의 파워비가, 144:1에서 1:1까지의 범위 내에 있는, 용접 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저광과 상기 가공 대상의 상대적인 이동에 의해 당해 가공 대상에 형성되는 용접흔의 소인 방향에 대하여 직교하는 폭에 대한 상기 용접흔의 깊이의 애스펙트비를 0.8 이상으로 하는, 용접 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 레이저광과 상기 가공 대상이 상대적으로 이동하는, 용접 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 레이저광과 상기 가공 대상의 상대적인 이동 속도가, 2[m/min] 이상 30[m/min] 이하인, 용접 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 상대적인 이동 속도가, 2[m/min] 이상 20[m/min] 이하인, 용접 방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 상대적인 이동 속도가, 5[m/min] 이상 10[m/min] 이하인, 용접 방법.
  7. 레이저 발진기와,
    레이저 발진기로부터 발진된 광을 수취하여 레이저광을 생성하고, 상기 생성된 레이저광을 가공 대상을 향해 조사하여 조사된 부분의 상기 가공 대상을 용융하여 용접을 행하는 광학 헤드로 구성되며,
    상기 레이저광은, 주 파워 영역과, 적어도 하나의 부 파워 영역으로 구성되고,
    상기 주 파워 영역의 파워는, 각각의 상기 부 파워 영역의 파워 이상이며,
    상기 주 파워 영역의 파워와, 상기 적어도 하나의 부 파워 영역의 파워의 합계와의 파워비가, 144:1에서 1:1까지의 범위 내에 있는, 용접 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 레이저광과 상기 가공 대상이 상대적으로 이동하는, 용접 장치.
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