WO2019189927A1 - 溶接方法および溶接装置 - Google Patents

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welding
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laser
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諒介 西井
崇 茅原
俊明 酒井
知道 安岡
繁松　孝
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古河電気工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a welding method and a welding apparatus.
  • Laser welding is known as one of the techniques for welding a processing object made of a metal material such as iron or copper.
  • Laser welding is a welding method in which a laser beam is irradiated onto a welding portion to be processed, and the welding portion is melted by the energy of the laser beam.
  • a molten metal material pool called a molten pool is formed, and then welding is performed by solidifying the molten pool.
  • ⁇ Overlap welding may be performed in which two plate materials are overlapped to form an object to be processed and the plate materials are joined together by welding.
  • the plate material is a plated plate material in which a plating layer is formed on the surface of the base material, for example, a galvanized steel plate
  • the plating layer evaporates into a gas when the steel material is melted. This occurs when the boiling point of the plating layer is lower than the melting point of the base material.
  • the gas generated in this manner may disturb the molten pool and deteriorate the flatness of the surface of the molten pool. Such deterioration of the flatness of the surface of the molten pool causes poor welding.
  • a protrusion is formed on the first plated steel sheet, and when the first and second plated steel sheets are overlapped, the top of the protrusion is the second plated steel sheet.
  • a technique of welding the first and second plated steel sheets by irradiating the first plated steel sheet with a laser beam from the opposite side of the top of the protruding portion For example, see Patent Document 1).
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a welding method and a welding apparatus that can suppress the occurrence of poor welding during the overlap welding of plated plate materials.
  • a welding method includes a plating object on which a plating layer is formed on a surface of a base material to constitute a processing target, and the processing An object is arranged in a region irradiated with laser light, and the position of the plurality of beams is dispersed so as not to overlap each other within a predetermined region on the surface with respect to the surface of the processing target, Irradiating the plurality of beams, moving the plurality of beams and the object to be processed relatively while performing the irradiation, and sweeping the plurality of beams on the object to be processed, while processing the irradiated portion
  • the object is melted and welded, and the irradiation distance of the plurality of beams is set so that the molten pool formed on the object to be processed overlaps with each other by irradiation of the plurality of beams.
  • a gas obtained by evaporating a plating layer positioned inside the workpiece is discharged from the surface of a molten pool formed by melting the workpiece.
  • the irradiation positions of the plurality of beams are distributed and irradiated.
  • irradiation is performed with the irradiation positions of the plurality of beams being dispersed so that a welding defect caused by the gas is less than an allowable level.
  • the plurality of the plurality of beams are irradiated so that a shape formed by the predetermined region is a shape in which a width in a direction orthogonal to the sweep direction is gradually enlarged. Place the beam.
  • the plurality of beams have substantially the same peak power.
  • the plurality of beams are irradiated such that the molten pools formed on the object to be processed overlap each other by the irradiation of the plurality of beams.
  • the distance between the plurality of beams is 6 times or less the beam diameter.
  • each of the plurality of beams has a beam diameter of 600 ⁇ m or less.
  • the distance between the plurality of beams is 3600 ⁇ m or less.
  • a welding apparatus is configured to irradiate a laser device, a beam shaper that divides laser light output from the laser device into a plurality of beams, and the plurality of beams toward a processing target.
  • An optical head that melts and welds the processed object of the portion, and the processed object is configured by superimposing a plating plate material on which a plating layer is formed on a surface of a base material,
  • the plurality of beams and the object to be processed are configured to be relatively movable, and while the plurality of beams are swept on the object to be processed, the melting is performed and welding is performed.
  • the head irradiates the plurality of beams with the positions dispersed so that the centers of the plurality of beams do not overlap each other within a predetermined region on the surface to be processed. Noh such as to divide the laser beam.
  • the plurality of the plurality of beams are irradiated so that the shape of the predetermined region is a shape in which a width in a direction orthogonal to the sweep direction is gradually enlarged. Place the beam.
  • the plurality of beams have substantially the same peak power.
  • the welding apparatus irradiates the plurality of beams such that the molten pools formed on the object to be processed overlap each other by irradiation of the plurality of beams.
  • the distance between the plurality of beams is 6 times or less the beam diameter.
  • each of the plurality of beams has a beam diameter of 600 ⁇ m or less.
  • the distance between the plurality of beams is 3600 ⁇ m or less.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a laser welding apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a diffractive optical element.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a plurality of beams.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating laser light composed of a single Gaussian beam.
  • FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a state in which the laser beam of FIG. 4 melts the object to be processed.
  • FIG. 6 is a schematic diagram for explaining a state in which the laser beam in FIG. 3 melts the object to be processed.
  • FIG. 7 is a schematic diagram for explaining a molten pool formed by laser light.
  • FIG. 8 is a schematic diagram for explaining a molten pool formed by laser light.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a laser welding apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a diffractive optical element.
  • FIG. 3 is
  • FIG. 9A is a schematic diagram illustrating an example in which the diffractive optical element divides laser light into a plurality of beams.
  • FIG. 9B is a schematic diagram illustrating an example in which the diffractive optical element divides laser light into a plurality of beams.
  • FIG. 9C is a schematic diagram illustrating an example in which the diffractive optical element divides laser light into a plurality of beams.
  • FIG. 9D is a schematic diagram illustrating an example in which the diffractive optical element divides laser light into a plurality of beams.
  • FIG. 9E is a schematic diagram illustrating an example in which the diffractive optical element divides laser light into a plurality of beams.
  • FIG. 9F is a schematic diagram illustrating an example in which the diffractive optical element divides laser light into a plurality of beams.
  • FIG. 9G is a schematic diagram illustrating an example in which the diffractive optical element divides laser light into a plurality of beams.
  • FIG. 9H is a schematic diagram illustrating an example in which the diffractive optical element divides laser light into a plurality of beams.
  • FIG. 10 is a schematic diagram illustrating an example of beam overlap.
  • FIG. 11A is a view showing a photograph of the surface of a galvanized steel sheet according to a comparative example.
  • FIG. 11B is a view showing a photograph of the back surface of the galvanized steel sheet by the welding method of the comparative example.
  • FIG. 11A is a view showing a photograph of the surface of a galvanized steel sheet according to a comparative example.
  • FIG. 11B is a view showing a photograph of the back surface of the galvanized steel sheet by the welding method
  • 11C is a view showing a photograph of a cross section of a galvanized steel sheet by welding of a comparative example.
  • 12A is a view showing a photograph of the surface of a galvanized steel sheet obtained by welding in Example 1.
  • FIG. 12B is a view showing a photograph of the back surface of the galvanized steel sheet obtained by welding in Example 1.
  • FIG. 13A is a view showing a photograph of the surface of a galvanized steel sheet obtained by welding in Example 2.
  • FIG. 13B is a view showing a photograph of a cross section of the galvanized steel sheet obtained by welding in Example 2.
  • FIG. 14A is a view showing a photograph of the surface of a galvanized steel sheet obtained by welding in Example 3.
  • FIG. 14B is a view showing a photograph of a cross section of the galvanized steel sheet obtained by welding in Example 3.
  • FIG. 15A is a view showing a photograph of the surface of a galvanized steel sheet obtained by welding in Example 4.
  • FIG. 15B is a view showing a photograph of a cross section of the galvanized steel sheet obtained by welding in Example 4.
  • FIG. 16 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of the laser welding apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 17 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of the laser welding apparatus according to the third embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a laser welding apparatus according to the first embodiment.
  • the laser welding apparatus 100 includes a laser device 110, an optical head 120, and an optical fiber 130 that connects the laser device 110 and the optical head 120.
  • the processing target W is configured by superimposing two galvanized steel plates W1 and W2 which are plated plate materials.
  • the laser device 110 is configured to output laser light having a power of several kW, for example.
  • the laser device 110 may include a plurality of semiconductor laser elements, and may be configured to output multimode laser light having a power of several kW as a total output of the plurality of semiconductor laser elements.
  • the laser device 110 may include various laser light sources such as a fiber laser, a YAG laser, and a disk laser.
  • the optical fiber 130 guides the laser beam output from the laser device 110 and inputs it to the optical head 120.
  • the optical head 120 is an optical device for irradiating the processing target W with the laser light input from the laser device 110.
  • the optical head 120 includes a collimating lens 121 and a condenser lens 122.
  • the collimating lens 121 is an optical system for making input laser light into parallel light.
  • the condensing lens 122 is an optical system for condensing the collimated laser beam and irradiating the workpiece W as the laser beam L.
  • the optical head 120 is configured to be able to change the position relative to the processing target W in order to sweep the laser light L while irradiating the processing target W with the laser light L.
  • moving the optical head 120 itself, moving the processing target W, and the like are included. That is, the optical head 120 may be configured to be able to sweep the laser light L with respect to the fixed workpiece W.
  • the irradiation position of the laser beam L from the optical head 120 may be fixed, and the workpiece W may be held so as to be movable with respect to the fixed laser beam L.
  • the optical head 120 includes a diffractive optical element 123 as a beam shaper disposed between a collimator lens 121 and a condenser lens 122.
  • the diffractive optical element 123 here is one in which a plurality of diffraction gratings 123a having different periods are integrally formed as conceptually shown in FIG.
  • the diffractive optical element 123 can shape the beam shape by bending or superimposing the input laser light in the direction affected by each diffraction grating.
  • the diffractive optical element 123 splits the laser light input from the collimating lens 121 into a plurality of beams. Specifically, the diffractive optical element 123 disperses the position of the optical head 120 so that the centers of a plurality of beams do not overlap with each other within a predetermined region on the surface of the processing target W. Thus, the laser beam is divided so that a plurality of beams can be irradiated.
  • the diffractive optical element 123 is configured to divide the laser beam input from the collimator lens 121 into a plurality of beams having the same peak power will be described, but the beam powers may be different from each other. .
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a plurality of beams.
  • the laser light L includes a plurality of beams B divided by the diffractive optical element 123.
  • the diameter of the circle representing the beam B is the beam diameter.
  • the circular area A is a predetermined area on the surface of the workpiece W, and the positions of the plurality (13 in this embodiment) of the beams B are dispersed in the area A so that their centers do not overlap each other.
  • the region A of the processing target W is irradiated.
  • the region A has a shape corresponding to the shape of the outer contour of the arrangement of the beam B. Further, two adjacent beams B partially overlap each other.
  • Each beam B has, for example, a Gaussian-shaped power distribution in the radial direction of the beam cross section, as indicated by a broken line. However, when the power distributions of all the beams B are superimposed, as shown in FIG. 3, a flat-top power distribution having no protruding sharp peaks is obtained.
  • the power distribution of the beam B is not limited to a Gaussian shape.
  • the beam diameter of the beam B is defined as the diameter of a region including a peak and having an intensity of 1 / e 2 or more of the peak intensity.
  • the length of a region where the intensity is 1 / e 2 or more of the peak intensity in the direction perpendicular to the sweep direction is defined as the beam diameter.
  • the processing target W is placed in a region irradiated with the laser light L. Subsequently, the laser light L including the plurality of beams B divided by the diffractive optical element 123 is irradiated onto the processing target W, and the laser light L and the processing target W are relatively moved to sweep the laser light L. However, the workpiece W in the portion irradiated with the laser beam L is melted and welded.
  • the state where the laser beam irradiated to the surface of the workpiece W melts the workpiece W during welding will be described.
  • the laser beam irradiated on the surface of the workpiece W is a laser beam L10 composed of a single beam B
  • the single beam B is, for example, a Gaussian beam having a Gaussian-shaped power distribution in the radial direction of the beam cross section.
  • FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a state in which the laser beam L10 in FIG. 4 melts the workpiece W, and is a cross-sectional view seen from a direction perpendicular to the sweep direction SD of the laser beam L10.
  • the processing target W is configured by overlapping two galvanized steel plates W1 and W2.
  • the galvanized steel sheet W1 is obtained by forming galvanized layers W12 and W13 on both surfaces of a base steel sheet W11.
  • the galvanized steel sheet W2 is obtained by forming galvanized layers W22 and W23 on both surfaces of a steel sheet W21 as a base material.
  • the galvanized layers W13 and W22 are located inside the workpiece W.
  • the laser beam L10 melts the processing target W and a molten pool WP10 is formed.
  • the laser light L10 consists of a single beam B which is a Gaussian beam, and its power distribution has a relatively sharp peak. For this reason, when the laser beam L10 is irradiated, immediately after that, the temperature rapidly rises in a relatively narrow region of the surface of the workpiece W, melting occurs, and the molten pool WP10 is formed so as to deepen rapidly.
  • the zinc plating layers W13 and W22 sandwiched between the steel plates W11 and W21 and having a boiling point lower than the melting points of the steel plates W11 and W21 evaporate rapidly and sometimes explosively in a short time.
  • the generated gas may disturb the molten pool WP10 and deteriorate the flatness of the surface of the molten pool WP10.
  • Such deterioration of the flatness of the surface of the weld pool WP10 causes poor welding such as an abnormal shape of the weld bead.
  • the surface area of the molten pool WP10 is relatively small with respect to the amount of rapidly generated gas. Therefore, the gas may not be sufficiently discharged from the surface of the molten pool WP10 to the outside, which may cause poor welding such as bubbles remaining after the molten pool WP10 is solidified.
  • FIG. 6 is a schematic diagram for explaining a state in which the laser light L in FIG. 3 melts the workpiece W, and is a cross-sectional view seen from a direction perpendicular to the sweep direction SD of the laser light L.
  • the laser light L melts the processing target W and a molten pool WP is formed.
  • the laser light L is composed of a plurality of beams B, and each beam B is irradiated onto the region A of the processing target W in a state where the positions are dispersed in a relatively wide region A. Therefore, the diameter D of the laser light L is relatively large reflecting the dispersion of the irradiation position of the beam B.
  • the power distributions of all the beams B are superposed, as shown in FIG. 3, a flat-top power distribution having no protruding sharp peaks is obtained.
  • the irradiation positions of the plurality of beams B are dispersed so that the plurality of beams B are gradually and sufficiently discharged from the surface of the molten pool WP.
  • the irradiation positions of the plurality of beams B are distributed and irradiated so that the weld defects generated due to the gas are less than the allowable level.
  • the permissible level means that it is a permissible level based on, for example, required specifications for welding.
  • the number of beams B, peak power, and irradiation depending on the characteristics of the workpiece W material, base material thickness, plating layer thickness, etc. It is preferable to set the position arrangement or to set the shape of the region A. By setting at least one of these items, welding defects can be more effectively suppressed, but by setting two or more in appropriate combinations, welding defects can be further effectively suppressed. can do.
  • FIG. 7 and 8 are schematic diagrams for explaining the molten pool formed by the laser beam L.
  • FIG. 7 each is a case where the laser beam L10 consisting of one beam B is irradiated as shown in FIG.
  • a molten pool WP10 having a width WD is formed.
  • the separation distance between the two laser beams L10 is larger than the width WD, the molten pool WP10 formed on the workpiece W by each irradiation of the beams B does not overlap each other.
  • FIG. 8 shows a case where a laser beam L11 including two beams B is irradiated.
  • the separation distance D of the two beams B is smaller than the width WD
  • the molten pools formed on the workpiece W by irradiation of the respective beams B overlap with each other to form a molten pool WP11 wider than the width WD. Is done.
  • the broken line virtually shows the outline of the molten pool formed on the object to be processed by irradiation of each beam B.
  • the distance to which the plurality of beams B are irradiated is set so that the molten pool formed on the workpiece W overlaps with each other by irradiation with the plurality of beams B.
  • the power distribution of the beam B has a sharp shape to some extent. If the power distribution of the beam B is sharp to some extent, the depth of penetration when the workpiece W is melted can be increased, so that the occurrence of poor welding can be suppressed. Then, by making the individual beams B sharp and the molten pools overlapping each other, a deep and wide molten pool is formed, so that suitable welding is realized.
  • the beam diameter of each beam B is preferably 600 ⁇ m or less.
  • the width WB of the molten pool is, for example, about 6 times the individual beam diameter, it is preferable that the separation distance of the beams B is not more than 6 times the beam diameter. Accordingly, the distance between the beams B is preferably 3600 ⁇ m or less, for example. If the beam B has a sharp shape, power for realizing the same penetration depth can be reduced, and the processing speed can be increased. Therefore, it is possible to reduce the power consumption of the laser welding apparatus 100 and improve the processing efficiency.
  • the characteristics of the laser device 110, the optical head 120, and the optical fiber 130 to be used can be set as appropriate. For example, it can be set by setting the beam diameter of the laser beam input from the optical fiber 130 to the optical head 120 or by setting the optical system such as the diffractive optical element 123 and the collimating lenses 121 and 122.
  • the laser light L1 irradiated to the processing target W includes eight beams B1 each having a Gaussian shape, for example, and is a circular region that is a predetermined region on the surface of the processing target W. Within the area A1, the area A1 is irradiated in a ring shape. In the example shown in FIG.
  • the laser light L2 irradiated to the processing target W includes eight beams B2 each having a Gaussian shape, for example, and is a rectangular shape that is a predetermined region on the surface of the processing target W. In the region A2, the region A2 is arranged in a quadrangular shape and irradiated onto the region A2.
  • the laser light L3 irradiated to the processing target W includes six beams B3 each having a Gaussian shape, for example, and has a triangular shape that is a predetermined region on the surface of the processing target W. In the region A3, the region A3 is arranged in a triangular shape to irradiate the region A3.
  • the laser light L4 irradiated to the processing target W includes 21 beams B4 each having a Gaussian shape, for example, and is a circular shape that is a predetermined region on the surface of the processing target W. Within the region A4, the outer contour is arranged so as to be circular, and the region A4 is irradiated.
  • the laser beam L5 irradiated to the processing target W includes 13 beams B5 each having a Gaussian shape, for example, and is a circular region that is a predetermined region on the surface of the processing target W. In the area A5, 12 are arranged in a ring shape, and one is arranged in the center of the ring to irradiate the area A5.
  • the laser light L6 irradiated to the workpiece W includes 20 beams B6 each having a Gaussian shape.
  • Each beam B6 is included in either the beam group G1 or the beam group G2.
  • the beam group G1 has a mountain shape whose top is directed in the sweep direction SD, and the beam group G2 is positioned behind the beam group G1 and forms a straight line.
  • the beam groups G1 and G2 are arranged in a triangular area A6, which is a predetermined area on the surface of the workpiece W, and are irradiated onto the area A6.
  • the laser light L7 irradiated to the processing target W includes 13 beams B7 each having a Gaussian shape, for example.
  • the beam B7 has a mountain shape similar to that of the beam group G1 in FIG.
  • the beam B7 is arranged in a triangular area A7, which is a predetermined area on the surface of the workpiece W, and is irradiated onto the area A7.
  • the laser light L8 irradiated to the workpiece W includes, for example, a beam B8 having a Gaussian shape and a beam group G3.
  • the beam group G3 includes seven beams each having a Gaussian shape, for example, and is arranged at equal intervals to form a semicircular arc.
  • the beam B8 is positioned in the vicinity of the center of the semicircular arc of the beam group G3, is disposed in a region A8 that is a predetermined region on the surface of the processing target W, and is irradiated onto the region A8.
  • the predetermined region has a shape corresponding to the outer contour of the shape formed by a plurality of dispersedly arranged beams.
  • FIG. 10 is a schematic diagram for explaining an example of the overlap of the beam B6 in the beam group G1 of the laser beam L6 shown in FIG. 9F.
  • the beam group G1 has irregularities in power in the arrangement direction of the beam B6. What is necessary is just to set an arrangement
  • FIGS. 3, 9A, and 9C to 9H a plurality of beams are arranged so that the shape formed by the regions A, A1, and A3 to A8 gradually increases in width in the direction orthogonal to the sweep direction.
  • the arrangement of the beams is an arrangement with high directivity in the sweep direction, and more beams are arranged on the front side in the sweep direction. Thereby, welding can be performed efficiently.
  • FIGS. 3, 9A, 9D, and 9E since a plurality of beams are isotropically arranged, there is an effect that even if the sweep direction is arbitrarily changed, the melting characteristics with respect to the workpiece W do not change. .
  • FIGS. 9A to 9H can be realized by appropriately designing the characteristics of the diffraction grating constituting the diffractive optical element 123. Note that the powers of the plurality of beams included in each of the laser beams L1 to L8 shown in FIGS. 9A to 9H may or may not be equal.
  • Comparative example As a comparative example, two galvanized steel sheets were welded using a laser beam composed of a single beam as shown in FIG.
  • the galvanized steel sheet is obtained by applying alloying hot dip galvanizing (GA) to a steel sheet having a thickness of 1 mm.
  • the basis weight of galvanization was 45 g / m 2 on both sides.
  • a laser beam having a wavelength of 1070 nm, a power of 3000 W, and a beam diameter of 300 ⁇ m was used.
  • the sweep speed of the laser beam was 20 m / s.
  • FIG. 11A is a view showing a photograph of the surface of a galvanized steel sheet by a welding method of a comparative example.
  • FIG. 11B is a view showing a photograph of the back surface of the galvanized steel sheet by the welding method of the comparative example.
  • FIG. 11C is a view showing a photograph of a cross section of a galvanized steel sheet by a welding method of a comparative example.
  • the bead width indicated by the double arrow line was about 1800 ⁇ m. This bead width is considered to be substantially equal to the width of the molten pool.
  • a hole is formed in a portion indicated by an arrow. This is thought to be a part of the steel material scattered and opened.
  • the bead width shown by the double arrow line was about 1100 ⁇ m.
  • voids were formed in the cross section crossing the bead. Since this bead has a narrow bead width of about 1800 ⁇ m, it is considered that the void was formed because the weld pool was narrow and gas was not discharged.
  • Example 1 As Example 1, two galvanized steel sheets were welded using laser light composed of a plurality of beams as shown in FIG. 9H.
  • the galvanized steel sheet has the same characteristics as those used in Comparative Example 1.
  • As the laser beam a laser beam composed of a single beam having a wavelength of 1070 nm, a power of 3000 W, and a beam diameter of 300 ⁇ m is used as a laser beam having a shape as shown in FIG. 9H using a diffractive optical element. Is. Therefore, the beam diameters of the individual beams constituting the beam B8 and the beam group G3 are all 300 ⁇ m.
  • the diameter of the semicircular arc formed by the beam group G3 was about 700 ⁇ m.
  • the power ratio between the beam B8 and the beam group G3 is set to 1: 2.
  • the separation distance of the seven beams constituting the beam group G3 was about 180 ⁇ m.
  • the sweep speed of the laser beam was 20 m / s.
  • FIG. 12A is a view showing a photograph of the surface of the galvanized steel sheet by the welding method of Example 1.
  • FIG. 12B is a view showing a photograph of the back surface of the galvanized steel sheet by the welding method of Example 1.
  • the bead width indicated by the double arrow line was about 4200 ⁇ m. This bead width is considered to be substantially equal to the width of the molten pool. The bead width was about 6 times the diameter of the semicircular arc formed by the beam group G3, which was about 700 ⁇ m.
  • the hole was not opened.
  • the bead width shown by the double arrow line was about 4000 ⁇ m.
  • Example 2 As Example 2, two galvanized steel sheets having the same characteristics as those used in Example 1 were welded using a laser beam different from that in Example 1.
  • a laser beam a laser beam having a wavelength of 1070 nm, a power of 5500 W, and a beam diameter of 300 ⁇ m is used as a laser beam having a shape as shown in FIG. 9E using a diffractive optical element.
  • the beam diameter of the beam B5 is 300 ⁇ m.
  • the diameter of a circle formed by 12 beams B5 arranged around one central beam B5 was 600 ⁇ m.
  • the power ratio between the power of the central beam B5 and the total power of the 12 beams B5 forming a circle was set to 8: 2.
  • the separation distance of 12 beams B5 forming a circle was about 157 ⁇ m.
  • the sweep speed of the laser beam was 170 m / s.
  • FIG. 13A is a view showing a photograph of the surface of a galvanized steel sheet by the welding method of Example 2.
  • FIG. 13B is a view showing a photograph of a cross section of a galvanized steel sheet formed by the welding method of Example 3.
  • FIG. 13A although some surface roughness was seen, the hole was not opened.
  • voids were formed in the cross section crossing the bead, but the size was significantly smaller than the voids formed in Comparative Example 1, and good results were obtained.
  • Such voids are weld defects that are less than an acceptable level depending on the intended use.
  • Example 3 As Example 3, two galvanized steel sheets were welded using the same laser beam as in Example 1.
  • the galvanized steel sheet is obtained by electrogalvanizing (SECC) a steel sheet having a thickness of 1 mm.
  • SECC electrogalvanizing
  • the basis weight of galvanization was 20 g / m 2 on both sides.
  • the sweep speed of the laser beam was 20 m / s.
  • FIG. 14A is a view showing a photograph of the surface of the galvanized steel sheet by the welding method of Example 3.
  • FIG. 14B is a view showing a photograph of a cross section of a galvanized steel sheet formed by the welding method of Example 3.
  • FIG. 14A the hole was not opened like FIG. 13A. Further, as shown in FIG. 14B, no void was formed in the cross section crossing the bead, and the bead surface had a smooth shape, which was a very good welded state.
  • Example 4 As Example 4, two galvanized steel sheets were welded using the same laser light as in Examples 1 and 3.
  • the galvanized steel sheet is obtained by performing hot dip galvanization (SGCC) on a steel sheet having a thickness of 1 mm.
  • the basis weight of galvanization was 60 g / m 2 on both sides.
  • the sweep speed of the laser beam was 20 m / s.
  • FIG. 15A is a view showing a photograph of the surface of the galvanized steel sheet by the welding method of Example 4.
  • FIG. 15B is a view showing a photograph of a cross section of a galvanized steel sheet formed by the welding method of Example 4.
  • the hole was not opened like FIG. 14A. Further, as shown in FIG. 15B, no void was formed in the cross section crossing the bead, and the welded state was in good quality.
  • the two galvanized steel sheets have gaps formed at portions other than the welded portions, but there is no particular problem in practical use.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating a schematic configuration of a laser welding apparatus according to the second embodiment.
  • the laser welding apparatus 200 performs welding of the workpiece W by irradiating the workpiece W with the laser light L.
  • the laser welding apparatus 200 realizes welding by the same operation principle as the laser welding apparatus 100. Therefore, only the apparatus configuration of the laser welding apparatus 200 will be described below.
  • the laser welding apparatus 200 includes a laser apparatus 210, an optical head 220, and an optical fiber 230.
  • the laser device 210 is configured in the same manner as the laser device 110, and is configured to output laser light having a power of several kW, for example.
  • the optical fiber 230 guides the laser light output from the laser device 210 and inputs it to the optical head 220.
  • the optical head 220 is an optical device for irradiating the processing target W with the laser light input from the laser device 210, similarly to the optical head 120.
  • the optical head 220 includes a collimator lens 221 and a condenser lens 222.
  • the optical head 220 has a galvano scanner disposed between the condenser lens 222 and the processing target W.
  • the galvano scanner is an apparatus that can sweep the laser light L by moving the irradiation position of the laser light L without moving the optical head 220 by controlling the angles of the two mirrors 224a and 224b. is there.
  • the laser welding apparatus 200 includes a mirror 226 for guiding the laser light L emitted from the condenser lens 222 to the galvano scanner. The angles of the mirrors 224a and 224b of the galvano scanner are changed by motors 225a and 225b, respectively.
  • the optical head 220 includes a diffractive optical element 223 as a beam shaper disposed between the collimator lens 221 and the condenser lens 222. Similar to the diffractive optical element 123, the diffractive optical element 223 divides the laser light input from the collimator lens 221 into a plurality of beams having the same peak power. Specifically, the diffractive optical element 223 disperses the position of the optical head 220 so that the centers of the plurality of beams do not overlap with each other within a predetermined region on the surface of the processing target W. Thus, the laser beam is divided so that a plurality of beams can be irradiated.
  • the diffractive optical element 223 is designed to divide the laser light into a plurality of beams as shown in FIG. 3 and FIGS. 9A to 9H, for example. At this time, it sets to the distance which irradiates a some beam so that the molten pool formed in the process target W may mutually overlap by irradiation of each of a some beam. Thereby, the laser welding apparatus 200 can suppress the occurrence of poor welding when welding the workpiece W.
  • FIG. 17 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of the laser welding apparatus according to the third embodiment.
  • the laser welding apparatus 300 performs welding of the processing target W by irradiating the processing target W with the laser light L.
  • the laser welding apparatus 300 realizes welding by the same operation principle as the laser welding apparatuses 100 and 200.
  • the configuration of elements (laser device 310 and optical fiber 330) other than the optical head 320 is the same as the corresponding elements of the laser welding apparatuses 100 and 200. Therefore, only the apparatus configuration of the optical head 320 will be described below.
  • the optical head 320 is an optical device for irradiating the processing target W with the laser light input from the laser device 310, similarly to the optical heads 120 and 220.
  • the optical head 320 includes a collimator lens 321 and a condenser lens 322.
  • the optical head 320 has a galvano scanner disposed between the collimating lens 321 and the condenser lens 322.
  • the angles of mirrors 324a and 324b of the galvano scanner are changed by motors 325a and 325b, respectively.
  • a galvano scanner is provided at a position different from that of the optical head 220.
  • the irradiation position of the laser light L is moved and the laser light L is swept without moving the optical head 320. Can do.
  • the optical head 320 includes a diffractive optical element 323 as a beam shaper disposed between the collimating lens 321 and the condenser lens 322. Similar to the diffractive optical elements 123 and 223, the diffractive optical element 323 divides the laser light input from the collimating lens 321 into a plurality of beams having the same peak power. Specifically, the diffractive optical element 323 disperses the position of the optical head 320 so that the centers of the plurality of beams do not overlap with each other within a predetermined region on the surface of the processing target W. Thus, the laser beam is divided so that a plurality of beams can be irradiated.
  • the diffractive optical element 323 is designed to divide the laser light into a plurality of beams as shown in FIGS. 3 and 9A to 9H, for example. At this time, it sets to the distance which irradiates a some beam so that the molten pool formed in the process target W may mutually overlap by irradiation of each of a some beam. Thereby, the laser welding apparatus 300 can suppress the occurrence of poor welding when welding the workpiece W.
  • the diffractive optical element divides the laser light into a plurality of beams having the same peak power.
  • the peak powers of the plurality of beams may not be completely equal. If there are not included beams with peaks that are prominent enough to cause poor welding, the peak powers of these beams can be considered to be approximately equal.
  • the power distribution of each beam is not limited to the Gaussian shape, and may be another single-peak shape. Further, even when the peak powers of the beams are not equal, the laser beam is formed so that when the power distributions of all the beams are superimposed, a flat top shape having no protruding sharp peak as shown in FIG. 3 is obtained. May be divided and arranged.
  • the distance between the centers of the beams is, for example, 20 times or less the beam diameter.
  • the beams do not overlap each other, it is preferable that the melted regions by the respective beams overlap.
  • the melting region by the beam is a region where the object to be processed becomes hotter than the melting point due to the energy given by the beam, and the area becomes wider than the beam diameter depending on the thermal conductivity of the object to be processed.
  • the peak power of each beam may be equal, may be approximately equal, or may be different.
  • the laser light is provided with a plurality of laser light sources without dividing the laser light into a plurality of beams by the diffractive optical element, and the laser light beams output from each of the plurality of laser light sources may be used as the plurality of beams. Good.
  • the processing object W is configured by overlapping the galvanized steel sheets W1 and W2 with no gap, but the present invention is also applied to the processing object configured by overlapping the galvanized steel sheets W1 and W2 with a gap. Is applicable.
  • the plating plate material which comprises the process target W is not restricted to a galvanized steel plate, This invention is applicable with respect to the plating plate material used as the object of overlap welding.
  • the surface area of the molten pool may be increased by performing sweeping by known wobbling or weaving.
  • the wavelength tunable laser and the optical module according to the present invention are suitable for application to optical communication.

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Abstract

溶接方法は、母材の表面にめっき層が形成されためっき板材を重ね合わせて加工対象を構成し、前記加工対象を、レーザ光が照射される領域に配置し、前記加工対象の表面に対して、前記表面上の所定の領域内で複数のビームの互いの中心が重ならないように位置を分散させて、前記複数のビームを照射し、前記照射を行いながら前記複数のビームと前記加工対象とを相対的に移動させ、前記複数のビーム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い、前記複数のビームのそれぞれの照射によって、前記加工対象に形成される溶融池が互いに重なるように前記複数のビームを照射する距離に設定する。

Description

溶接方法および溶接装置
　本発明は、溶接方法および溶接装置に関する。
　鉄や銅などの金属材料からなる加工対象を溶接する手法の一つとして、レーザ溶接が知られている。レーザ溶接とは、レーザ光を加工対象の溶接部分に照射し、レーザ光のエネルギーで溶接部分を溶融させる溶接方法である。レーザ光が照射された溶接部分には、溶融池と呼ばれる溶融した金属材料の液溜りが形成され、その後、溶融池が固化することによって溶接が行われる。
　２枚の板材を重ね合わせて加工対象を構成し、溶接により板材同士を接合する、重ね合わせ溶接を行う場合がある。この場合、板材が、母材の表面にめっき層が形成されためっき板材、たとえば亜鉛めっき鋼板である場合、鋼材が溶融したときにめっき層が蒸発してガスとなる。これは、母材の融点よりもめっき層の沸点が低い場合に発生する。このように発生したガスは、溶融池を乱し、溶融池の表面の平坦性を劣化させる場合がある。このような溶融池の表面の平坦性の劣化は溶接不良の原因となる。
　上記のような溶融不良の問題を解決するために、第１のめっき鋼板に突出部を形成し、第１および第２のめっき鋼板を重ね合わせる際に、突出部の頂部を第２のめっき鋼板の表面に当接させて重ね合わせ、第１のめっき鋼板に対し突出部の頂部の反対側からレーザビームを照射して、第１および第２のめっき鋼板を溶接する技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。
特開平０７－１５５９７４号公報
　しかしながら、上述した技術では、一方のめっき鋼板に突出部を形成する加工が、追加で必要となるという問題がある。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、めっき板材の重ね合わせ溶接の際の溶接不良の発生を抑制することができる溶接方法および溶接装置を提供することにある。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る溶接方法は、母材の表面にめっき層が形成されためっき板材を重ね合わせて加工対象を構成し、前記加工対象を、レーザ光が照射される領域に配置し、前記加工対象の表面に対して、前記表面上の所定の領域内で複数のビームの互いの中心が重ならないように位置を分散させて、前記複数のビームを照射し、前記照射を行いながら前記複数のビームと前記加工対象とを相対的に移動させ、前記複数のビーム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い、前記複数のビームのそれぞれの照射によって、前記加工対象に形成される溶融池が互いに重なるように前記複数のビームを照射する距離に設定する。
　本発明の一態様に係る溶接方法は、前記複数のビームを、前記加工対象の内部に位置するめっき層が蒸発したガスが、前記加工対象を溶融して形成された溶融池の表面から排出されるように、前記複数のビームの照射位置を分散させて照射する。
　本発明の一態様に係る溶接方法は、前記ガスに起因して発生する溶接欠陥が許容程度以下となるように、前記複数のビームの照射位置を分散させて照射する。
　本発明の一態様に係る溶接方法は、前記複数のビームを照射する所定の領域の成す形状が、前記掃引の方向と直交する方向における幅が徐々に拡大する形状となるように、前記複数のビームを配置する。
　本発明の一態様に係る溶接方法は、前記複数のビームは、ピークパワーが略等しい。
　本発明の一態様に係る溶接方法は、前記複数のビームのそれぞれの照射によって前記加工対象に形成される溶融池が互いに重なるように前記複数のビームを照射する。
　本発明の一態様に係る溶接方法は、前記複数のビームの互いの離間距離がビーム径の６倍以下である。
　本発明の一態様に係る溶接方法は、前記複数のビームのそれぞれのビーム径が６００μｍ以下である。
　本発明の一態様に係る溶接方法は、前記複数のビームの互いの離間距離が３６００μｍ以下である。
　本発明の一態様に係る溶接装置は、レーザ装置と、前記レーザ装置から出力されたレーザ光を、複数のビームに分割するビームシェイパと、前記複数のビームを加工対象に向かって照射し、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、を備え、前記加工対象は、母材の表面にめっき層が形成されためっき板材を重ね合わせて構成され、前記光学ヘッドは、前記複数のビームと前記加工対象とが相対的に移動可能なように構成され、前記複数のビーム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、前記ビームシェイパは、前記光学ヘッドが、前記加工対象の表面に対して、前記表面上の所定の領域内で前記複数のビームの互いの中心が重ならないように位置を分散させて、前記複数のビームを照射可能な様に、前記レーザ光を分割する。
　本発明の一態様に係る溶接装置は、前記複数のビームを照射する所定の領域の成す形状が、前記掃引の方向と直交する方向における幅が徐々に拡大する形状となるように、前記複数のビームを配置する。
　本発明の一態様に係る溶接装置は、前記複数のビームは、ピークパワーが略等しい。
　本発明の一態様に係る溶接装置は、前記複数のビームのそれぞれの照射によって前記加工対象に形成される溶融池が互いに重なるように前記複数のビームを照射する。
　本発明の一態様に係る溶接装置は、前記複数のビームの互いの離間距離がビーム径の６倍以下である。
　本発明の一態様に係る溶接装置は、前記複数のビームのそれぞれのビーム径が６００μｍ以下である。
　本発明の一態様に係る溶接装置は、前記複数のビームの互いの離間距離が３６００μｍ以下である。
　本発明によれば、めっき板材の重ね合わせ溶接の際の溶接不良の発生を抑制することができるという効果を奏する。
図１は、実施形態１に係るレーザ溶接装置の概略構成を示す模式図である。 図２は、回折光学素子を説明する模式図である。 図３は、複数のビームを説明する模式図である。 図４は、単一のガウシアンビームからなるレーザ光を説明する模式図である。 図５は、図４のレーザ光が加工対象を溶融する状態を説明する模式図である。 図６は、図３のレーザ光が加工対象を溶融する状態を説明する模式図である。 図７は、レーザ光により形成される溶融池を説明する模式図である。 図８は、レーザ光により形成される溶融池を説明する模式図である。 図９Ａは、回折光学素子がレーザ光を複数のビームに分割する例を説明する模式図である。 図９Ｂは、回折光学素子がレーザ光を複数のビームに分割する例を説明する模式図である。 図９Ｃは、回折光学素子がレーザ光を複数のビームに分割する例を説明する模式図である。 図９Ｄは、回折光学素子がレーザ光を複数のビームに分割する例を説明する模式図である。 図９Ｅは、回折光学素子がレーザ光を複数のビームに分割する例を説明する模式図である。 図９Ｆは、回折光学素子がレーザ光を複数のビームに分割する例を説明する模式図である。 図９Ｇは、回折光学素子がレーザ光を複数のビームに分割する例を説明する模式図である。 図９Ｈは、回折光学素子がレーザ光を複数のビームに分割する例を説明する模式図である。 図１０は、ビームの重なりの例を説明する模式図である。 図１１Ａは、比較例による亜鉛めっき鋼板の表面の写真を示す図である。 図１１Ｂは、比較例の溶接方法による亜鉛めっき鋼板の裏面の写真を示す図である。 図１１Ｃは、比較例の溶接による亜鉛めっき鋼板の断面の写真を示す図である。 図１２Ａは、実施例１の溶接による亜鉛めっき鋼板の表面の写真を示す図である。 図１２Ｂは、実施例１の溶接による亜鉛めっき鋼板の裏面の写真を示す図である。 図１３Ａは、実施例２の溶接による亜鉛めっき鋼板の表面の写真を示す図である。 図１３Ｂは、実施例２の溶接による亜鉛めっき鋼板の断面の写真を示す図である。 図１４Ａは、実施例３の溶接による亜鉛めっき鋼板の表面の写真を示す図である。 図１４Ｂは、実施例３の溶接による亜鉛めっき鋼板の断面の写真を示す図である。 図１５Ａは、実施例４の溶接による亜鉛めっき鋼板の表面の写真を示す図である。 図１５Ｂは、実施例４の溶接による亜鉛めっき鋼板の断面の写真を示す図である。 図１６は、実施形態２に係るレーザ溶接装置の概略構成を示す模式図である。 図１７は、実施形態３に係るレーザ溶接装置の概略構成を示す模式図である。
　以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。
（実施形態１）
　図１は、実施形態１に係るレーザ溶接装置の概略構成を示す模式図である。レーザ溶接装置１００は、レーザ装置１１０と、光学ヘッド１２０と、レーザ装置１１０と光学ヘッド１２０とを接続する光ファイバ１３０と、を備えている。また、加工対象Ｗは、めっき板材である２枚の亜鉛めっき鋼板Ｗ１、Ｗ２を重ね合わせて構成されている。
　レーザ装置１１０は、例えば数ｋＷのパワーのレーザ光を出力できるように構成されている。例えば、レーザ装置１１０は、内部に複数の半導体レーザ素子を備え、当該複数の半導体レーザ素子の合計の出力として数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に構成することとしてもよい。また、レーザ装置１１０は、ファイバレーザ、ＹＡＧレーザ、ディスクレーザ等様々なレーザ光源を備えていてもよい。光ファイバ１３０は、レーザ装置１１０から出力されたレーザ光を導波し、光学ヘッド１２０に入力させる。
　光学ヘッド１２０は、レーザ装置１１０から入力されたレーザ光を、加工対象Ｗ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とを備えている。コリメートレンズ１２１は、入力されたレーザ光を平行光にするための光学系である。集光レンズ１２２は、平行光化されたレーザ光を集光し、レーザ光Ｌとして加工対象Ｗに照射するための光学系である。
　光学ヘッド１２０は、加工対象Ｗ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Ｗとの相対位置を変更可能に構成されている。加工対象Ｗとの相対位置を変更する方法としては、光学ヘッド１２０自身を移動することや、加工対象Ｗを移動することなどが含まれる。すなわち、光学ヘッド１２０は、レーザ光Ｌを、固定されている加工対象Ｗに対して掃引可能に構成されてもよい。または、光学ヘッド１２０からのレーザ光Ｌの照射位置は固定され、加工対象Ｗが、固定されたレーザ光Ｌに対して移動可能に保持されてもよい。
　光学ヘッド１２０は、コリメートレンズ１２１と集光レンズ１２２との間に配置された、ビームシェイパとしての回折光学素子１２３を備えている。ここでいう回折光学素子１２３は、図２に概念的に示すように、周期の異なる複数の回折格子１２３ａを一体に構成したものである。回折光学素子１２３は、入力されたレーザ光を、各回折格子の影響を受けた方向に曲げたり、重ね合わせたりして、ビーム形状を成型することができる。
　回折光学素子１２３は、コリメートレンズ１２１から入力されたレーザ光を複数のビームに分割する。具体的には、回折光学素子１２３は、光学ヘッド１２０が、加工対象Ｗの表面に対して、その表面上の所定の領域内で複数のビームの互いの中心が重ならないように位置を分散させて、複数のビームを照射可能な様に、レーザ光を分割する。なお、ここでは、回折光学素子１２３が、コリメートレンズ１２１から入力されたレーザ光をピークパワーが等しい複数のビームに分割する構成である場合を説明するが、ビームのパワーが互いに異なっていてもよい。
　図３は、複数のビームを説明する模式図である。レーザ光Ｌは、回折光学素子１２３によって分割された複数のビームＢを含んでいる。ビームＢを表す円の直径がビーム径である。円形の領域Ａは加工対象Ｗの表面上の所定の領域であり、複数（本実施形態では１３）のビームＢは、領域Ａ内で、互いの中心が重ならないように位置が分散された状態で加工対象Ｗの領域Ａに照射される。領域ＡはビームＢの配置の外輪郭の形状に相当する形状である。また、隣接する２つのビームＢは、一部が互いに重なっている。個々のビームＢは、破線で示すように、そのビーム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。しかし、全てのビームＢのパワー分布を重ね合わせると、図３に示すように、突出した鋭いピークを持たないフラットトップ状のパワー分布となる。
　なお、ビームＢのパワー分布はガウシアン形状に限定されない。また、ビームＢのビーム径は、ピークを含み、ピーク強度の１／ｅ２以上の強度の領域の径として定義する。円形でないビームの場合は、本明細書に於いては掃引方向とは垂直方向における、ピーク強度の１／ｅ２以上の強度となる領域の長さをビーム径と定義する。
　レーザ溶接装置１００を用いて溶接を行う場合、まず、加工対象Ｗを、レーザ光Ｌが照射される領域に配置する。つづいて、回折光学素子１２３によって分割された複数のビームＢを含むレーザ光Ｌを加工対象Ｗに照射しながら、レーザ光Ｌと加工対象Ｗとを相対的に移動させてレーザ光Ｌの掃引をしつつ、レーザ光Ｌが照射された部分の加工対象Ｗを溶融して溶接を行う。
　ここで、溶接の際に、加工対象Ｗの表面に照射されるレーザ光が加工対象Ｗを溶融する状態を説明する。最初に、比較のため、加工対象Ｗの表面に照射されるレーザ光が、単一のビームＢからなるレーザ光Ｌ１０である場合について説明する。上述したように、単一のビームＢは、たとえば、そのビーム断面の径方向においてガウシアン形状のパワー分布を有するガウシアンビームである。
　図５は、図４のレーザ光Ｌ１０が加工対象Ｗを溶融する状態を説明する模式図であり、レーザ光Ｌ１０の掃引方向ＳＤとは垂直の方向からみた断面図である。
　加工対象Ｗは、２枚の亜鉛めっき鋼板Ｗ１、Ｗ２を重ね合わせて構成されている。亜鉛めっき鋼板Ｗ１は、母材である鋼板Ｗ１１の両側の表面のそれぞれに亜鉛めっき層Ｗ１２、Ｗ１３が形成されたものである。亜鉛めっき鋼板Ｗ２は、母材である鋼板Ｗ２１の両側の表面のそれぞれに亜鉛めっき層Ｗ２２、Ｗ２３が形成されたものである。亜鉛めっき層Ｗ１３、Ｗ２２は加工対象Ｗの内部に位置する。
　加工対象Ｗの表面にレーザ光Ｌ１０を照射し、掃引方向ＳＤに掃引すると、レーザ光Ｌ１０は加工対象Ｗを溶融し、溶融池ＷＰ１０が形成される。ここで、レーザ光Ｌ１０はガウシアンビームである単一のビームＢからなり、そのパワー分布は比較的鋭いピークを有する。そのため、レーザ光Ｌ１０が照射されると、その直後に加工対象Ｗの表面の比較的狭い領域において温度が急激に上昇して溶融が起こり、溶融池ＷＰ１０は急激に深くなるように形成される。そのため、鋼板Ｗ１１、Ｗ２１の間に挟まれており、鋼板Ｗ１１、Ｗ２１の融点よりも沸点が低い亜鉛めっき層Ｗ１３、Ｗ２２は短時間で急激に、ときには爆発的に蒸発してガス化する。発生したガスは、溶融池ＷＰ１０を乱し、溶融池ＷＰ１０の表面の平坦性を劣化させる場合がある。このような溶融池ＷＰ１０の表面の平坦性の劣化は、溶接ビードの形状の異常化などの溶接不良の原因となる。また、比較的狭い領域において急激に溶融が起こるので、急激に発生したガスの量に対して溶融池ＷＰ１０の表面積が比較的小さい。そのため、ガスが溶融池ＷＰ１０の表面から外部に十分に排出されない場合があり、溶融池ＷＰ１０が固化した後に気泡が残留するなどの溶接不良の原因となる。
　これに対して、図６は、図３のレーザ光Ｌが加工対象Ｗを溶融する状態を説明する模式図であり、レーザ光Ｌの掃引方向ＳＤとは垂直の方向からみた断面図である。
　加工対象Ｗの表面にレーザ光Ｌを照射し、掃引方向ＳＤに掃引すると、レーザ光Ｌは加工対象Ｗを溶融し、溶融池ＷＰが形成される。ここで、レーザ光Ｌは複数のビームＢからなり、各ビームＢは比較的広い領域Ａ内で位置が分散された状態で加工対象Ｗの領域Ａに照射される。そのため、レーザ光Ｌの直径ＤはビームＢの照射位置の分散を反映して比較的大きくなる。上述したように、全てのビームＢのパワー分布を重ね合わせると、図３に示すように、突出した鋭いピークを持たないフラットトップ状のパワー分布となる。そのため、レーザ光Ｌが照射されると、加工対象Ｗの表面の比較的広い領域Ａにおいて温度が上昇して溶融が起こり、溶融池ＷＰは比較的ゆっくりと深くなるように形成される。そのため、亜鉛めっき層Ｗ１３、Ｗ２２は急激ではなく徐々に蒸発してガス化する。その結果、発生したガスが溶融池ＷＰを乱すことが少なくなり、溶融池ＷＰの表面の平坦性の劣化も少なくなる。また、比較的広い領域において溶融がゆっくりと起こる。そのため、徐々に発生したガスが比較的表面積が広い溶融池ＷＰの表面から十分に排出されるように、ガスの排出経路が確保され、溶融池ＷＰが固化した後に気泡が残留しにくくなる。その結果、溶接不良の発生を抑制することができる。
　溶接不良をより一層効果的に抑制するには、複数のビームＢを、ガスが溶融池ＷＰの表面から徐々にかつ十分に排出されるように、複数のビームＢの照射位置を分散させることが好ましい。特に、ガスに起因して発生する溶接欠陥が許容程度以下となるように、複数のビームＢの照射位置を分散させて照射することが好ましい。ここで、許容程度とは、たとえば溶接に対する要求仕様等によって許容される程度であることを意味する。
　溶接不良をより一層効果的に抑制するには、加工対象Ｗの特性（材質、母材の厚さ、めっき層の厚さ等）に応じて、複数のビームＢの数、ピークパワー、および照射位置の配置を設定したり、領域Ａの形状を設定したりすることが好ましい。これらの項目のうち少なくとも一つを設定することによって、溶接不良をより一層効果的に抑制することができるが、二つ以上を適宜組み合わせて設定することによって、溶接不良をさらに一層効果的に抑制することができる。
　加工対象Ｗに形成される溶融池についてさらに説明する。図７、８は、レーザ光Ｌにより形成される溶融池を説明する模式図である。図７では、それぞれが図４のように１つのビームＢからなるレーザ光Ｌ１０を照射した場合である。この場合、各レーザ光Ｌ１０を掃引すると幅ＷＤの溶融池ＷＰ１０がそれぞれ形成される。しかし、２つのレーザ光Ｌ１０の離間距離（ビームＢの中心同士の離間距離）が幅ＷＤよりも大きいため、ビームＢのそれぞれの照射によって加工対象Ｗに形成される溶融池ＷＰ１０は互いに重ならない。
　一方、図８では、２つのビームＢを含むレーザ光Ｌ１１を照射した場合である。この場合、２つのビームＢの離間距離Ｄは幅ＷＤよりも小さいため、それぞれのビームＢの照射によって加工対象Ｗに形成される溶融池が互いに重なり、幅ＷＤよりも幅広の溶融池ＷＰ１１が形成される。図８において破線はそれぞれのビームＢの照射によって加工対象に形成される溶融池の輪郭を仮想的に示している。このように、複数のビームＢのそれぞれの照射によって加工対象に形成される溶融池が互いに重なるように複数のビームＢを照射すると、一体として面積が広い溶融池が形成されるので、ガスの排出の上で好適であり、突沸などを抑制または防止できる。したがって、複数のビームＢのそれぞれの照射によって、加工対象Ｗに形成される溶融池が互いに重なるように複数のビームＢを照射する距離に設定する。
　また、ビームＢのパワー分布はある程度鋭い形状であることが好ましい。ビームＢのパワー分布はある程度鋭い形状であれば、加工対象Ｗを溶融する際の溶け込み深さを深くできるので、溶接不良の発生を抑制することができる。そして、個々のビームＢを鋭くし、かつ溶融池が互いに重なる状態とすることで、深く広い溶融池が形成されるので、好適な溶接が実現される。ビームＢの鋭さの指標として、ビーム径を用いると、各ビームＢのビーム径が６００μｍ以下であることが好ましい。また、溶融池の幅ＷＢは、たとえば個々のビーム径の６倍程度なので、ビームＢの互いの離間距離がビーム径の６倍以下であることが好ましい。したがって、ビームＢの互いの離間距離はたとえば３６００μｍ以下であることが好ましい。なお、ビームＢが鋭い形状であると、同じ溶け込み深さを実現するためのパワーを低減でき、かつ加工速度を速めることができる。そのため、レーザ溶接装置１００の消費電力の低減と加工効率の向上とを実現できる。
　なお、ビーム径の設計は、使用するレーザ装置１１０、光学ヘッド１２０、光ファイバ１３０の特性を適宜設定すること可能である。たとえば、光ファイバ１３０から光学ヘッド１２０に入力するレーザ光のビーム径の設定や、回折光学素子１２３やコリメートレンズ１２１、１２２等の光学系の設定によって、設定可能である。
　図９Ａ～図９Ｈは、回折光学素子１２３がレーザ光を複数のビームに分割する例を説明する模式図である。なお、掃引方向は紙面上方を向いているとする。図９Ａに示す例では、加工対象Ｗに照射されるレーザ光Ｌ１は、それぞれがたとえばガウシアン形状である８本のビームＢ１を含んでおり、加工対象Ｗの表面上の所定の領域である円形の領域Ａ１内で、リング状に配置されて領域Ａ１に照射される。図９Ｂに示す例では、加工対象Ｗに照射されるレーザ光Ｌ２は、それぞれがたとえばガウシアン形状である８本のビームＢ２を含んでおり、加工対象Ｗの表面上の所定の領域である四角形状の領域Ａ２内で、四角形状に配置されて領域Ａ２に照射される。図９Ｃに示す例では、加工対象Ｗに照射されるレーザ光Ｌ３は、それぞれがたとえばガウシアン形状である６本のビームＢ３を含んでおり、加工対象Ｗの表面上の所定の領域である三角形状の領域Ａ３内で、三角形状に配置されて領域Ａ３に照射される。
　図９Ｄに示す例では、加工対象Ｗに照射されるレーザ光Ｌ４は、それぞれがたとえばガウシアン形状である２１本のビームＢ４を含んでおり、加工対象Ｗの表面上の所定の領域である円形の領域Ａ４内で、外輪郭が円形状になるように配置されて領域Ａ４に照射される。図９Ｅに示す例では、加工対象Ｗに照射されるレーザ光Ｌ５は、それぞれがたとえばガウシアン形状である１３本のビームＢ５を含んでおり、加工対象Ｗの表面上の所定の領域である円形の領域Ａ５内で、１２本がリング状に配置され、１本がリングの中心に配置されて領域Ａ５に照射される。
　図９Ｆに示す例では、加工対象Ｗに照射されるレーザ光Ｌ６は、それぞれがガウシアン形状である２０本のビームＢ６を含んでいる。各ビームＢ６はビーム群Ｇ１とビーム群Ｇ２のいずれかに含まれる。ビーム群Ｇ１は掃引方向ＳＤに頂部が向いている山型の形状を成しており、ビーム群Ｇ２はビーム群Ｇ１の後方に位置し、直線を成している。ビーム群Ｇ１、Ｇ２は、加工対象Ｗの表面上の所定の領域である三角形状の領域Ａ６内に配置されて領域Ａ６に照射される。
　図９Ｇに示す例では、加工対象Ｗに照射されるレーザ光Ｌ７は、それぞれがたとえばガウシアン形状である１３本のビームＢ７を含んでいる。ビームＢ７は図７（ｇ）のビーム群Ｇ１と同様の山型の形状を成している。ビームＢ７は、加工対象Ｗの表面上の所定の領域である三角形状の領域Ａ７内に配置されて領域Ａ７に照射される。
　図９Ｈに示す例では、加工対象Ｗに照射されるレーザ光Ｌ８は、たとえばガウシアン形状であるビームＢ８と、ビーム群Ｇ３とを含んでいる。ビーム群Ｇ３はそれぞれがたとえばガウシアン形状である７本のビームを含んでおり、等間隔で配列されて半円弧状を成している。ビームＢ８は、ビーム群Ｇ３の半円弧の中心付近に位置し、加工対象Ｗの表面上の所定の領域である領域Ａ８内に配置されて領域Ａ８に照射される。
　図９Ａ～図９Ｈのいずれにおいても、所定の領域は、分散配置された複数のビームが成す形状の外輪郭に相当する形状である。
　図１０は、図９Ｆに示すレーザ光Ｌ６のビーム群Ｇ１におけるビームＢ６の重なりの例を説明する模式図である。図１０に示す例では、ビーム群Ｇ１は、ビームＢ６の配列方向においてパワーに凹凸がある。このような凹凸は、所望の溶接品質などに応じて許容される程度の振幅となるように配列やビーム形状などを設定すればよい。
　なお、図３、図９Ａ～図９Ｈのいずれにおいても、個々のビームのピークパワーを、図５のようにその照射直後に加工対象を急激に溶融しないように設定することが重要である。
　また、図３、図９Ａ、９Ｃ～９Ｈでは、領域Ａ、Ａ１、Ａ３～Ａ８の成す形状が、掃引方向と直交する方向における幅が徐々に拡大する形状となるように、複数のビームが配置されている。このようなビームの配置であれば、レーザ光の照射時に加工対象Ｗの溶融池ＷＰの表面積と深さとが徐々に大きくなるので、溶接不良の発生を抑制する上で効果的である。特に、図９Ｆ、９Ｇ、９Ｈでは、ビームの配置が、掃引方向に対する指向性が高い配置となっており、かつ、掃引方向の前方側により多くのビームが配置されている。これにより、効率よく溶接を行うことができる。一方、図３、図９Ａ、９Ｄ、９Ｅでは、複数のビームが等方的に配置されているので、掃引方向を任意に変更しても、加工対象Ｗに対する溶融特性が変わらないという効果がある。
　図９Ａ～９Ｈに示す例は、回折光学素子１２３を構成する回折格子の特性を適宜設計することによって実現できる。なお、図９Ａ～９Ｈに示すレーザ光Ｌ１～Ｌ８のそれぞれに含まれる複数のビームのそれぞれのパワーは等しくてもよいし、等しくなくてもよい。
（比較例）
　比較例として、図４に示すような単一のビームからなるレーザ光を用いて、２枚の亜鉛めっき鋼板の溶接を行った。亜鉛めっき鋼板は、厚さ１ｍｍの鋼板に合金化溶融亜鉛めっき（ＧＡ）を施したものである。亜鉛めっきの目付量は両面とも４５ｇ／ｍ２とした。レーザ光としては、波長が１０７０ｎｍであり、パワーが３０００Ｗであり、ビーム径が３００μｍのものを用いた。そして、レーザ光の掃引速度は２０ｍ／ｓとした。
　図１１Ａは、比較例の溶接方法による亜鉛めっき鋼板の表面の写真を示す図である。図１１Ｂは、比較例の溶接方法による亜鉛めっき鋼板の裏面の写真を示す図である。図１１Ｃは、比較例の溶接方法による亜鉛めっき鋼板の断面の写真を示す図である。図１１Ａでは、両矢線で示すビード幅が約１８００μｍであった。このビード幅は溶融池の幅と略等しいと考えられる。図１１Ａでは矢印で示す部分に穴が開いていた。これは鋼材の一部が飛び散って開いたものと考えられる。また、図１１Ｂでは、両矢線で示すビード幅が約１１００μｍであった。また、図１１Ｃに示すように、ビードを横断する断面にはボイドが形成されていた。このボイドは、ビード幅が約１８００μｍと細いことから、溶融池の幅が狭く、ガスが排出されなかったために形成されたものと考えられる。
（実施例１）
　実施例１として、図９Ｈに示すような複数のビームからなるレーザ光を用いて、２枚の亜鉛めっき鋼板の溶接を行った。亜鉛めっき鋼板は、比較例１で使用したものと同じ特性のものである。レーザ光としては、波長が１０７０ｎｍであり、パワーが３０００Ｗであり、ビーム径が３００μｍの単一のビームからなるレーザ光を、回折光学素子で用いて図９Ｈに示すような形状のレーザ光としたものである。したがってビームＢ８とビーム群Ｇ３を構成する個々のビームのビーム径は、いずれも３００μｍである。また、ビーム群Ｇ３が形成する半円弧の直径は約７００μｍとした。また、ビームＢ８のパワーとビーム群Ｇ３とのパワー比が１：２となるようにした。ビーム群Ｇ３を構成する７本のビームの離間距離は約１８０μｍとした。そして、レーザ光の掃引速度は２０ｍ／ｓとした。
　図１２Ａは、実施例１の溶接方法による亜鉛めっき鋼板の表面の写真を示す図である。図１２Ｂは、実施例１の溶接方法による亜鉛めっき鋼板の裏面の写真を示す図である。図１２Ａでは、両矢線で示すビード幅が約４２００μｍであった。このビード幅は溶融池の幅と略等しいと考えられる。またビード幅はビーム群Ｇ３が形成する半円弧の直径である約７００μｍの約６倍であった。図１２Ａでは、図１１Ａとは異なり穴が開いていなかった。また、図１２Ｂでは、両矢線で示すビード幅が約４０００μｍであった。
（実施例２）
　実施例２として、実施例１で使用したものと同じ特性の２枚の亜鉛めっき鋼板を、実施例１と異なるレーザ光を用いて、溶接を行った。レーザ光としては、波長が１０７０ｎｍであり、パワーが５５００Ｗであり、ビーム径が３００μｍの単一のビームからなるレーザ光を、回折光学素子で用いて図９Ｅに示すような形状のレーザ光としたものである。したがってビームＢ５のビーム径は、いずれも３００μｍである。また、中心の１本のビームＢ５の周囲に配置された１２本のビームＢ５が形成する円の直径は６００μｍとした。また、中心の１本のビームＢ５のパワーと円を形成する１２本のビームＢ５のパワーの合計とのパワー比が８：２となるようにした。円を形成する１２本のビームＢ５の離間距離は約１５７μｍとした。レーザ光の掃引速度は１７０ｍ／ｓとした。
　図１３Ａは、実施例２の溶接方法による亜鉛めっき鋼板の表面の写真を示す図である。図１３Ｂは、実施例３の溶接方法による亜鉛めっき鋼板の断面の写真を示す図である。図１３Ａでは、若干の表面荒れは見られるものの、穴が開いていなかった。また、図１３Ｂに示すように、ビードを横断する断面にはボイドが形成されていたが、比較例１で形成されているボイドよりも大幅にサイズが小さく、良好な結果が得られた。このようなボイドは、使用用途によっては許容程度以下の溶接欠陥である。
（実施例３）
　実施例３として、実施例１と同じレーザ光を用いて、２枚の亜鉛めっき鋼板の溶接を行った。亜鉛めっき鋼板は、厚さ１ｍｍの鋼板に電気亜鉛めっき（ＳＥＣＣ）を施したものである。亜鉛めっきの目付量は両面とも２０ｇ／ｍ２とした。レーザ光の掃引速度は２０ｍ／ｓとした。
　図１４Ａは、実施例３の溶接方法による亜鉛めっき鋼板の表面の写真を示す図である。図１４Ｂは、実施例３の溶接方法による亜鉛めっき鋼板の断面の写真を示す図である。図１４Ａでは、図１３Ａと同様に穴が開いていなかった。また、図１４Ｂに示すように、ビードを横断する断面にもボイドが形成されておらず、かつビード表面も滑らかな形状であり、きわめて良質の溶接状態であった。
（実施例４）
　実施例４として、実施例１、３と同じレーザ光を用いて、２枚の亜鉛めっき鋼板の溶接を行った。亜鉛めっき鋼板は、厚さ１ｍｍの鋼板に溶融亜鉛めっき（ＳＧＣＣ）を施したものである。亜鉛めっきの目付量は両面とも６０ｇ／ｍ２とした。レーザ光の掃引速度は２０ｍ／ｓとした。
　図１５Ａは、実施例４の溶接方法による亜鉛めっき鋼板の表面の写真を示す図である。図１５Ｂは、実施例４の溶接方法による亜鉛めっき鋼板の断面の写真を示す図である。図１５Ａでは、図１４Ａと同様に穴が開いていなかった。また、図１５Ｂに示すように、ビードを横断する断面にもボイドが形成されておらず、良質の溶接状態であった。
　なお、図１３Ｂ、１４Ｂ、１５Ｂに示すように、２枚の亜鉛めっき鋼板は、溶接箇所以外には隙間が形成されているが、実用上特に問題は無い。
（実施形態２）
　図１６は、実施形態２に係るレーザ溶接装置の概略構成を示す図である。レーザ溶接装置２００は、加工対象Ｗにレーザ光Ｌを照射して加工対象Ｗの溶接を行う。レーザ溶接装置２００は、レーザ溶接装置１００と同様の作用原理によって溶接を実現するものである。したがって、以下では、レーザ溶接装置２００の装置構成の説明のみを行う。
　レーザ溶接装置２００は、レーザ装置２１０と、光学ヘッド２２０と、光ファイバ２３０とを備えている。
　レーザ装置２１０は、レーザ装置１１０と同様に構成されており、例えば数ｋＷのパワーのレーザ光を出力できるように構成されている。光ファイバ２３０は、レーザ装置２１０から出力されたレーザ光を導波し、光学ヘッド２２０に入力させる。
　光学ヘッド２２０は、光学ヘッド１２０と同様に、レーザ装置２１０から入力されたレーザ光を、加工対象Ｗに向かって照射するための光学装置である。光学ヘッド２２０は、コリメートレンズ２２１と集光レンズ２２２とを備えている。
　さらに、光学ヘッド２２０は、集光レンズ２２２と加工対象Ｗとの間に配置された、ガルバノスキャナを有している。ガルバノスキャナとは、２枚のミラー２２４ａ，２２４ｂの角度を制御することで、光学ヘッド２２０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。レーザ溶接装置２００では、集光レンズ２２２から出射したレーザ光Ｌをガルバノスキャナへ導くためにミラー２２６を備えている。また、ガルバノスキャナのミラー２２４ａ，２２４ｂは、それぞれモータ２２５ａ，２２５ｂによって角度が変更される。
　光学ヘッド２２０は、コリメートレンズ２２１と集光レンズ２２２との間に配置された、ビームシェイパとしての回折光学素子２２３を備えている。回折光学素子２２３は、回折光学素子１２３と同様に、コリメートレンズ２２１から入力されたレーザ光を、ピークパワーが等しい複数のビームに分割する。具体的には、回折光学素子２２３は、光学ヘッド２２０が、加工対象Ｗの表面に対して、その表面上の所定の領域内で複数のビームの互いの中心が重ならないように位置を分散させて、複数のビームを照射可能な様に、レーザ光を分割する。なお、回折光学素子２２３は、レーザ光を、たとえば図３や図９Ａ～図９Ｈのように複数のビームに分割するように設計される。このとき、複数のビームのそれぞれの照射によって、加工対象Ｗに形成される溶融池が互いに重なるように複数のビームを照射する距離に設定する。これにより、レーザ溶接装置２００は、加工対象Ｗを溶接する際の溶接不良の発生を抑制することができる。
（実施形態３）
　図１７は、実施形態３に係るレーザ溶接装置の概略構成を示す模式図である。レーザ溶接装置３００は、加工対象Ｗにレーザ光Ｌを照射して加工対象Ｗの溶接を行う。レーザ溶接装置３００は、レーザ溶接装置１００、２００と同様の作用原理によって溶接を実現するものである。光学ヘッド３２０以外の要素（レーザ装置３１０および光ファイバ３３０）の構成は、レーザ溶接装置１００、２００の対応する要素と同様である。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。
　光学ヘッド３２０は、光学ヘッド１２０、２２０と同様に、レーザ装置３１０から入力されたレーザ光を、加工対象Ｗに向かって照射するための光学装置である。光学ヘッド３２０は、コリメートレンズ３２１と集光レンズ３２２とを備えている。
　さらに、光学ヘッド３２０は、コリメートレンズ３２１と集光レンズ３２２との間に配置された、ガルバノスキャナを有している。ガルバノスキャナのミラー３２４ａ，３２４ｂは、それぞれモータ３２５ａ，３２５ｂによって角度が変更される。光学ヘッド３２０では、光学ヘッド２２０と異なる位置にガルバノスキャナを設けている。しかしながら、光学ヘッド２２０と同様に、２枚のミラー３２４ａ，３２４ｂの角度を制御することで、光学ヘッド３２０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。
　光学ヘッド３２０は、コリメートレンズ３２１と集光レンズ３２２との間に配置された、ビームシェイパとしての回折光学素子３２３を備えている。回折光学素子３２３は、回折光学素子１２３、２２３と同様に、コリメートレンズ３２１から入力されたレーザ光を、ピークパワーが等しい複数のビームに分割する。具体的には、回折光学素子３２３は、光学ヘッド３２０が、加工対象Ｗの表面に対して、その表面上の所定の領域内で複数のビームの互いの中心が重ならないように位置を分散させて、複数のビームを照射可能な様に、レーザ光を分割する。なお、回折光学素子３２３は、レーザ光を、たとえば図３や図９Ａ～図９Ｈのように複数のビームに分割するように設計される。このとき、複数のビームのそれぞれの照射によって、加工対象Ｗに形成される溶融池が互いに重なるように複数のビームを照射する距離に設定する。これにより、レーザ溶接装置３００は、加工対象Ｗを溶接する際の溶接不良の発生を抑制することができる。
　なお、上記実施形態では、回折光学素子は、レーザ光を、ピークパワーが等しい複数のビームに分割する。しかしながら、複数のビームのピークパワーが完全に等しくなくてもよい。溶接不良を発生させる程度に突出したピークを持つビームが含まれていなければ、それらのビームのピークパワーは略等しいと見なせる。また、各ビームのパワー分布はガウシアン形状に限られず、他の単峰型の形状であってもよい。更に、各ビームのピークパワーが等しくない場合でも、全てのビームのパワー分布を重ね合わせた場合に、図３のような突出した鋭いピークを持たないフラットトップ状の形状となるように、レーザ光が分割され、配置されれば良い。
　また、分割したビームのうち隣接するビーム同士が重ならない場合は、そのビーム同士の中心間距離は、たとえばビーム径の２０倍以下である。また、ビーム同士が重ならない場合に、それぞれのビームによる溶融領域が重なることが好ましい。ここで、ビームによる溶融領域とは、ビームが与えるエネルギーによって加工対象が融点よりも高温となり、溶融する領域であり、加工対象の熱伝導率等に応じて、ビーム径よりも面積が広くなる場合がある。この場合、各ビームのピークパワーは、等しくてもよいし、略等しくてもよいし、異なってもよい。また、回折光学素子によってレーザ光を複数のビームに分割せずに、複数のレーザ光源を備えており、複数のレーザ光源のそれぞれから出力されたレーザ光のビームを複数のビームとして使用してもよい。
　また、加工対象Ｗは亜鉛めっき鋼板Ｗ１、Ｗ２を隙間無く重ね合わせて構成したものであるが、亜鉛めっき鋼板Ｗ１、Ｗ２の隙間を空けて重ね合わせて構成した加工対象に対しても、本発明は適用できる。また、加工対象Ｗを構成するめっき板材は亜鉛めっき鋼板に限られず、重ね合わせ溶接の対象となるめっき板材に対して本発明を適用できる。
　また、加工対象Ｗに対してレーザ光Ｌを掃引する場合には、公知のウォブリングやウィービングにより掃引を行い、溶融池の表面積を広げるようにしてもよい。
　また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各実施形態の構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
　以上のように、本発明に係る波長可変レーザおよび光モジュールは、光通信に適用して好適なものである。
１００、２００、３００　レーザ溶接装置
１１０、２１０、３１０　レーザ装置
１２０、２２０、３２０　光学ヘッド
１２１、２２１、３２１　コリメートレンズ
１２２、２２２、３２２　集光レンズ
１２３、２２３、３２３　回折光学素子
１２３ａ　回折格子
１３０、２３０、３３０　光ファイバ
２２４ａ、２２４ｂ、２２６、３２４ａ、３２４ｂ　ミラー
２２５ａ、２２５ｂ、３２５ａ、３２５ｂ　モータ
Ａ、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ７　領域
Ｂ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７　ビーム
Ｇ１、Ｇ２　ビーム群
Ｌ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７　レーザ光
Ｗ　加工対象
Ｗ１、Ｗ２　亜鉛めっき鋼板
Ｗ１１、Ｗ２１　鋼板
Ｗ１２、Ｗ１３、Ｗ２２、Ｗ２３　亜鉛めっき層

Claims (16)

  1. 　母材の表面にめっき層が形成されためっき板材を重ね合わせて加工対象を構成し、
    　前記加工対象を、レーザ光が照射される領域に配置し、
    　前記加工対象の表面に対して、前記表面上の所定の領域内で複数のビームの互いの中心が重ならないように位置を分散させて、前記複数のビームを照射し、
    　前記照射を行いながら前記複数のビームと前記加工対象とを相対的に移動させ、前記複数のビーム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い、
    　前記複数のビームのそれぞれの照射によって、前記加工対象に形成される溶融池が互いに重なるように前記複数のビームを照射する距離に設定する、
    　溶接方法。
  2. 　前記複数のビームを、前記加工対象の内部に位置するめっき層が蒸発したガスが、前記加工対象を溶融して形成された溶融池の表面から排出されるように、前記複数のビームの照射位置を分散させて照射する、
    　請求項１に記載の溶接方法。
  3. 　前記ガスに起因して発生する溶接欠陥が許容程度以下となるように、前記複数のビームの照射位置を分散させて照射する、
    　請求項２に記載の溶接方法。
  4. 　前記複数のビームを照射する所定の領域の成す形状が、前記掃引の方向と直交する方向における幅が徐々に拡大する形状となるように、前記複数のビームを配置する、
    　請求項１～３のいずれか一つに記載の溶接方法。
  5. 　前記複数のビームは、ピークパワーが略等しい、
    　請求項１～４のいずれか一つに記載の溶接方法。
  6. 　前記複数のビームのそれぞれの照射によって前記加工対象に形成される溶融池が互いに重なるように前記複数のビームを照射する、
    　請求項１～５のいずれか一つに記載の溶接方法。
  7. 　前記複数のビームの互いの離間距離がビーム径の６倍以下である、
    　請求項１～６のいずれか一つに記載の溶接方法。
  8. 　前記複数のビームのそれぞれのビーム径が６００μｍ以下である、
    　請求項１～７のいずれか一つに記載の溶接方法。
  9. 　前記複数のビームの互いの離間距離が３６００μｍ以下である、
    　請求項１～８のいずれか一つに記載の溶接方法。
  10. 　レーザ装置と、
    　前記レーザ装置から出力されたレーザ光を、複数のビームに分割するビームシェイパと、
    　前記複数のビームを加工対象に向かって照射し、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、
    　を備え、
    　前記加工対象は、母材の表面にめっき層が形成されためっき板材を重ね合わせて構成され、
    　前記光学ヘッドは、前記複数のビームと前記加工対象とが相対的に移動可能なように構成され、前記複数のビーム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、
    　前記ビームシェイパは、前記光学ヘッドが、前記加工対象の表面に対して、前記表面上の所定の領域内で前記複数のビームの互いの中心が重ならないように位置を分散させて、前記複数のビームを照射可能な様に、前記レーザ光を分割する、
    　溶接装置。
  11. 　前記複数のビームを照射する所定の領域の成す形状が、前記掃引の方向と直交する方向における幅が徐々に拡大する形状となるように、前記複数のビームを配置する、
    　請求項１０に記載の溶接装置。
  12. 　前記複数のビームは、ピークパワーが略等しい、
    　請求項１０または１１に記載の溶接装置。
  13. 　前記複数のビームの照射のそれぞれによって前記加工対象に形成される溶融池が互いに重なるように前記複数のビームを照射する、
    　請求項１０～１２のいずれか一つに記載の溶接装置。
  14. 　前記複数のビームの互いの離間距離がビーム径の６倍以下である、
    　請求項１０～１３のいずれか一つに記載の溶接装置。
  15. 　前記複数のビームのそれぞれのビーム径が６００μｍ以下である、
    　請求項１０～１４のいずれか一つに記載の溶接装置。
  16. 　前記複数のビームの互いの離間距離が３６００μｍ以下である、
    　請求項１０～１５のいずれか一つに記載の溶接装置。
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