WO2022085632A1 - レーザ溶接方法およびレーザ溶接装置 - Google Patents

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知道 安岡
紗世 菅
俊明 酒井
昌充 金子
孝 繁松
和行 梅野
淳 寺田
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    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/0944—Diffractive optical elements, e.g. gratings, holograms

Definitions

  • the present invention relates to a laser welding method and a laser welding apparatus.
  • Patent Document 1 A technique for laser welding a plurality of metal members such as a flat wire is known (for example, Patent Document 1).
  • one of the problems of the present invention is, for example, to obtain an improved new laser welding method and laser welding apparatus capable of suppressing the generation of voids.
  • the laser welding method of the present invention targets a laser beam including, for example, a main power region including at least one main beam and a sub power region including at least one sub beam having a power density smaller than that of the main beam.
  • a laser welding method for welding an object by irradiating the object with a laser beam which comprises a step of forming a molten pool by irradiating the object with the laser beam and a step of solidifying the molten pool.
  • the sub-beam irradiates the object so that the void formed in the molten pool escapes to the outside of the molten pool before the molten pool solidifies.
  • the number of voids in the lower half of the weld formed by solidifying the molten pool is equal to or less than the number of voids in the upper half.
  • the laser beam may be irradiated.
  • the main power region may be located inside the outer edge of the sub power region.
  • the sub-power region may include a plurality of sub-beams as the at least one sub-beam, and the main beam may be surrounded by the plurality of sub-beams.
  • the sub-power region may include one sub-beam surrounding the main power region as the at least one sub-beam.
  • the laser welding method may include a step of temporarily maintaining the molten pool in a molten state by irradiating the molten pool with the laser beam after the step of forming the molten pool.
  • the power of the laser beam in the step of temporarily maintaining the molten pool in a molten state, may be lower than in the step of forming the molten pool.
  • the power of the main beam in the step of temporarily maintaining the molten pool in a molten state, the power of the main beam may be lower than in the step of forming the molten pool.
  • the dent generated on the surface of the molten pool due to the irradiation of the laser beam in the step of temporarily maintaining the molten pool in a molten state is the laser beam in the step of forming the molten pool. It may be shallower than the dent formed on the surface of the molten pool by the irradiation of.
  • the power density of the laser beam on the surface of the molten pool is 107 [W / cm 2 ] or less. May be good.
  • the power density of the laser beam on the surface of the molten pool is 106 [W / cm 2 ] or less. May be good.
  • the main beam in the step of forming the molten pool, the main beam is irradiated, and in the step of temporarily maintaining the molten pool in a molten state, even if the irradiation of the main beam is stopped. good.
  • the wavelength of the main beam and the wavelength of the sub beam may be the same.
  • the wavelength of the main beam and the wavelength of the sub beam may be different.
  • the wavelength of the main beam may be 800 [nm] or more and 1200 [nm] or less, and the wavelength of the sub beam may be 550 [nm] or less.
  • a plurality of beams included in at least one of the main power region and the sub power region may be formed by a beam shaper.
  • the object may be swept while irradiating the object with the laser beam.
  • At least a part of the sub power region may be located behind the main power region in the sweep direction of the laser light with respect to the object.
  • the laser beam may be swept linearly.
  • the laser beam may be applied to a fixed point in the step of temporarily maintaining the molten pool in a molten state.
  • the laser beam in the step of temporarily maintaining the molten pool in a molten state, is emitted in a path curved around the center of the molten pool when viewed in the irradiation direction of the laser beam. It may be swept.
  • the object is made of any one of a copper-based metal material, an aluminum-based metal material, a nickel-based metal material, an iron-based metal material, and a titanium-based metal material. May be good.
  • the molten pool has a first end portion in a first direction of a first member made of a metal material and a second one intersecting the first direction with respect to the first member.
  • the distance of the second end portion of the second member made of a metal material adjacent to the direction along the first direction from the second end portion in the first direction is 0 or more. It may be formed so as to be hung between the second end portion arranged so as to be.
  • the member constituting the object may be a flat wire conductor.
  • the laser welding apparatus of the present invention includes, for example, a laser oscillator and an optical head that irradiates an object with laser light emitted from the laser oscillator, and the laser light includes at least one main beam and the main beam. It contains at least one sub-beam having a power density lower than that of the beam, and is irradiated so as to form a molten pool on the object. The object is irradiated so as to escape from the molten pool before solidifying.
  • the laser welding apparatus may include a sensor that detects the temperature of the molten pool and an output unit that outputs information indicating welding quality based on the detection result of the sensor.
  • the laser welding device includes a sensor that detects the temperature of the molten pool, a variable mechanism that can change the irradiation state of the laser beam, and a control unit that controls the operation of the variable mechanism based on the detection result of the sensor. , May be provided.
  • FIG. 1 is an exemplary schematic configuration diagram of the laser welding apparatus of the first embodiment.
  • FIG. 2 is an exemplary and schematic side view of the object of the laser welding method of the embodiment before welding.
  • FIG. 3 is an exemplary and schematic side view of the object of the laser welding method of the embodiment after welding.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the concept of the principle of the diffractive optical element included in the laser welding apparatus of the embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of a beam (spot) on the surface of an object of the laser welding apparatus of the embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of a beam (spot) on the surface of an object of the laser welding apparatus of the embodiment.
  • FIG. 1 is an exemplary schematic configuration diagram of the laser welding apparatus of the first embodiment.
  • FIG. 2 is an exemplary and schematic side view of the object of the laser welding method of the embodiment before welding.
  • FIG. 3 is an exemplary and schematic side view of the object of the laser welding method of the embodiment after
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of a beam (spot) on the surface of an object of the laser welding apparatus of the embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing an example of a beam (spot) on the surface of an object of the laser welding apparatus of the embodiment.
  • FIG. 9 is an exemplary and schematic side view of an object in the process of forming a molten pool by the laser welding method of the embodiment.
  • FIG. 10 is an exemplary and schematic plan view of a laser beam sweep path on an object by the laser welding method of the embodiment.
  • FIG. 11 is an exemplary schematic diagram showing changes over time in the temperature of the molten pool and the output of the laser device according to the laser welding method of the first embodiment.
  • FIG. 12 is an exemplary and schematic perspective view of a flat wire including a member as an object of the laser welding method of the embodiment.
  • FIG. 13 is an exemplary and schematic side view of the weld formed by the laser welding method of the embodiment.
  • FIG. 14 is an exemplary schematic configuration diagram of the laser welding apparatus of the second embodiment.
  • FIG. 15 is a graph showing the light absorption rate of each metal material with respect to the wavelength of the irradiated laser light.
  • FIG. 16 is an exemplary schematic diagram showing changes over time in the temperature of the molten pool and the output of the laser device according to the laser welding method of the second embodiment.
  • FIG. 17 is an exemplary and schematic side view of an object in the process of maintaining a molten pool by the laser welding method of the second embodiment.
  • FIG. 18 is a schematic plan view showing an example of the irradiation position of the laser beam on the molten pool by the laser welding method of the second embodiment.
  • FIG. 19 is a schematic plan view showing an example of a laser beam sweep path on a molten pool by the laser welding method of the second embodiment.
  • FIG. 20 is a schematic plan view showing an example of a laser beam sweep path on a molten pool by the laser welding method of the second embodiment.
  • FIG. 21 is an exemplary block diagram of the laser welding apparatus of the embodiment.
  • FIG. 22 is an exemplary flowchart showing a processing procedure for outputting inspection results by the laser welding apparatus of the embodiment.
  • FIG. 23 is an exemplary flowchart showing a processing procedure for void suppression control by the laser welding apparatus of the embodiment.
  • the direction X is represented by an arrow X
  • the direction Y is represented by an arrow Y
  • the direction Z is represented by an arrow Z.
  • Direction X, direction Y, and direction Z intersect and are orthogonal to each other.
  • the Z direction is a direction in which a plurality of members serving as the object W extend.
  • the Z direction is substantially vertically above, but may be inclined with respect to the vertically above.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of the laser welding apparatus 100 of the first embodiment.
  • the laser welding device 100 includes a laser device 110, an optical head 120, an optical fiber 130, a drive mechanism 140, a sensor 150, and a controller 200.
  • the laser welding device 100 irradiates the surface of the object W to be laser welded with the laser beam L.
  • the object W is partially melted by the energy of the laser beam L, cooled and solidified, so that the object W is welded.
  • the object W has a plurality of members, and the plurality of members are joined by laser welding.
  • the plurality of members to be the object W are, for example, a copper-based metal material such as copper or a copper alloy, an aluminum-based metal material such as aluminum or an aluminum alloy, or a nickel-based material such as nickel or a nickel alloy. It can be made of metal materials such as iron, iron-based metal materials such as iron and iron alloys, and titanium-based metal materials such as titanium and titanium alloys.
  • the plurality of members may be made of the same metal material or may be made of different metal materials from each other.
  • the plurality of members serving as the object W may or may not be conductors.
  • the laser device 110 has a laser oscillator, and as an example, it is configured to be able to output a single mode laser beam having a power of several kW.
  • the laser device 110 may be configured to have, for example, a plurality of semiconductor laser elements inside, and to output a multimode laser beam having a power of several kW as the total output of the plurality of semiconductor laser elements. ..
  • the laser device 110 may have various laser light sources such as a fiber laser, a YAG laser, and a disk laser. Further, the laser device 110 outputs, for example, a laser beam having a wavelength of 400 [nm] or more and 1200 [nm] or less.
  • the optical fiber 130 optically connects the laser device 110 and the optical head 120. In other words, the optical fiber 130 guides the laser light output from the laser device 110 to the optical head 120.
  • the optical fiber 130 is configured to propagate the single-mode laser beam.
  • the M2 beam quality of the single mode laser beam is set to 1.3 or less.
  • M 2 beam quality can also be referred to as M 2 factor.
  • the optical head 120 is an optical device for irradiating the laser beam input from the laser device 110 toward the object W.
  • the optical head 120 includes a collimating lens 121, a condenser lens 122, a mirror 123, a DOE 125 (diffractive optical element), and a galvano scanner 126.
  • the collimating lens 121, the condenser lens 122, the mirror 123, the DOE125, and the galvano scanner 126 may also be referred to as optical components.
  • the collimating lens 121 collimates the laser beam input via the optical fiber 130, respectively.
  • the collimated laser beam becomes parallel light.
  • the mirror 123 reflects the laser beam that has become parallel light by the collimated lens 121 and directs it to the galvano scanner 126.
  • a DOE 125 is provided between the mirror 123 and the galvano scanner 126. DOE125 will be described later.
  • the galvano scanner 126 has a plurality of mirrors 126a and 126b, and by controlling the angles of the plurality of mirrors 126a and 126b, the emission direction of the laser beam L from the optical head 120 is switched, thereby switching the target.
  • the irradiation position of the laser beam L can be changed on the surface of the object W.
  • the angles of the mirrors 126a and 126b are changed by, for example, a motor (not shown) controlled by the controller 200, respectively.
  • the laser beam L can be swept on the surface of the object W.
  • the condenser lens 122 collects the laser beam as parallel light coming from the galvano scanner 126 and irradiates the object W as the laser beam L (output light).
  • optical components included in the optical head 120 are not limited to these, and the optical head 120 may include other optical components.
  • the drive mechanism 140 changes the relative position of the optical head 120 with respect to the object W.
  • the drive mechanism 140 includes, for example, a rotation mechanism such as a motor, a deceleration mechanism for decelerating the rotation output of the rotation mechanism, a motion conversion mechanism for converting the rotation decelerated by the deceleration mechanism into linear motion, and the like.
  • the controller 200 can control the drive mechanism 140 so that the relative positions of the optical head 120 with respect to the object W in the X direction, the Y direction, and the Z direction change.
  • the drive mechanism 140 can change (switch) (switch) the object W to be laser welded among the plurality of objects W supported by the support mechanism (not shown).
  • the drive mechanism 140 can change the irradiation position of the laser beam L on the object W. Further, the drive mechanism 140 can be used to change the irradiation point as the irradiation direction of the laser beam with respect to the object W is changed. Further, the drive mechanism 140 can change the irradiation position while the laser beam L is irradiated on the surface of the object W. That is, the drive mechanism 140 can sweep the laser beam L on the surface of the object W.
  • the sensor 150 is a sensor that detects the temperature of the molten pool formed on the object W by irradiation with the laser beam L, and is, for example, a radiation thermometer or an infrared thermography camera.
  • the controller 200 controls the operation of the laser device 110, the drive mechanism 140, and the galvano scanner 126 based on the detection result of the sensor 150.
  • the laser device 110, the drive mechanism 140, and the galvano scanner 126 can change the irradiation state of the laser beam L irradiated from the optical head 120 to the object W, respectively. That is, the laser device 110, the drive mechanism 140, and the galvano scanner 126 are examples of variable mechanisms and can also be referred to as controlled objects by the controller 200.
  • FIG. 2 is a side view showing the state of the object W before welding.
  • the object W has two members 20 (21, 22). Both of the two members 20 are made of a metallic material.
  • Both of the two members 20 extend in the Z direction and have end portions 20a (21a, 22a) in the Z direction.
  • the end portion 20a extends so as to intersect the Z direction. That is, the end portion 20a extends in the X direction and also in the Y direction.
  • the Z direction is an example of the first direction.
  • the two members 20 are adjacent to each other in the X direction intersecting the Z direction and are arranged in the X direction.
  • a gap g is formed between the side surfaces 21b and 22b (20b) facing each other in the X direction.
  • the size of the gap g is 0 or more. That is, the two members 20 may be in contact with each other at least partially.
  • the X direction is an example of the second direction.
  • the deviation ⁇ of the end portion 21a of the member 21 with respect to the end portion 22a of the member 22 in the Z direction is 0 or more. That is, of the two members 20 having such a relative positional relationship, the end portion 21a that is at the same position as the end portion 22a in the Z direction or is displaced in the Z direction with respect to the end portion 22a is the first.
  • the end portion 22a which is an example of one end portion and is displaced in the direction opposite to the end portion 21a in the Z direction, is an example of the second end portion.
  • the member 21 having the end portion 21a is an example of the first member
  • the member 22 having the end portion 22a is an example of the second member.
  • the member 21 (first member) may also be referred to as a member relatively protruding in the Z direction
  • the member 22 (second member) may also be referred to as a member relatively retracted in the Z direction.
  • the optical head 120 irradiates the laser beam L toward the end portion 20a.
  • the irradiation direction of the laser beam L is a direction opposite to the Z direction or a direction inclined with respect to the opposite direction to the Z direction.
  • FIG. 3 is a side view showing the state of the object W after welding.
  • the welded portion 23 is a molten pool formed in a state of being hung between the two end portions 20a and cooled and solidified.
  • the molten pool which is a fluid metal material, has a shape bulging in the Z direction due to surface tension.
  • the welded portion 23 in which the molten pool is solidified also has a shape bulging in the Z direction.
  • the welded portion 23 mechanically connects the two members 21 and 22. Further, when the two members 21 and 22 are made of a conductive metal, the welded portion 23 electrically connects the two members 21 and 22.
  • the optical head 120 has a DOE 125.
  • the shape of the beam of the laser beam (hereinafter referred to as the beam shape) is formed.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the concept of the principle of DOE125.
  • the DOE 125 has, for example, a configuration in which a plurality of diffraction gratings 125a having different periods are superposed.
  • the DOE 125 can form a beam shape by bending or superimposing parallel light in a direction affected by each diffraction grating 125a.
  • DOE125 may also be referred to as a beam shaper.
  • the DOE125 divides the collimated laser beam into a plurality of beams.
  • 5 to 8 are diagrams showing an example of a beam of laser light L formed on the surface Wa of the object W, respectively.
  • the beam B1 is shown by a solid line and the beam B2 is shown by a broken line.
  • the optical head 120 can output a laser beam including a plurality of beams having various arrangements.
  • DOE125 is an example of a beam shaper.
  • DOE125 divides the laser beam into a plurality of beams.
  • the plurality of divided beams include at least one beam B1 and at least one beam B2.
  • the beam B2 is a beam having a smaller power density than the beam B1.
  • the beam B1 is an example of a main beam
  • the beam B2 is an example of a sub beam. Further, the beam B1 forms a main power region, and the beam B2 forms a sub power region.
  • one spot of the beam B1 and a spot of the beam B2 wider than the beam B1 are formed on the surface Wa.
  • the beam B1 and the outer edge B1a of the beam B1 are located inside the outer edge B2a of the beam B2.
  • the beam B1 and the beam B2 may be arranged concentrically or eccentrically. Further, the outer edge B1a may be inscribed in the outer edge B2a.
  • one spot of the beam B1 and a plurality of spots of the beam b2 surrounding the beam B1 are formed on the surface Wa.
  • the beams b2 are arranged in a substantially annular shape.
  • the beam b2 is an example of a sub-beam, and a sub-power region is formed by a plurality of beams b2.
  • one spot of the beam B1 and a plurality of spots of the beam b2 surrounding the beam B1 are formed on the surface Wa.
  • the beams b2 are arranged in a substantially quadrangular shape, that is, along the sides of a virtual quadrangle.
  • the beam b2 is an example of a sub-beam, and a sub-power region is formed by a plurality of beams b2.
  • one spot of the beam B1 and one spot of the annular beam B2 surrounding the beam B1 are formed on the surface Wa.
  • the beam B1 and the outer edge B1a of the beam B1 are located inside the inner edge B2b of the beam B2.
  • the beam B2 has an annular shape, but is not limited to this, and may have another shape such as a rectangular frame shape. Further, a part of the beam B2 may be cut off.
  • FIG. 9 is a side view of the object W in the step of forming the molten pool 23W (hereinafter referred to as a forming step) of the laser welding method.
  • the laser light L radiated to the end 21a of the member 21 is referred to as the laser light L1
  • the laser light L radiated to the end 22a of the member 22 is referred to as the laser light L2.
  • these laser beams L1 and L2 are both emitted from the same optical head 120.
  • the molten pool 23W is formed on the ends 21a and 22a in a state of being hung between the ends 21a and 22a.
  • the molten pool 23W is formed by melting the metal materials of the members 21 and 22.
  • the molten pool 23W contains the metallic material of the members 21 and 22. Further, the molten pool 23W is in a state of having fluidity.
  • a void V may be formed inside the molten pool 23W. Since the void V leads to a decrease in the welding strength due to the welded portion 23, it is preferable that the void V does not remain in the solidified state.
  • the laser beam L may be swept in the irradiated state.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of a sweep path of the laser beams L1 and L2 (L) at the ends 21a and 22a.
  • the laser beam L1 is swept linearly in the Y direction intersecting the X direction in the region A1 on the end 22a side of the center C1 in the X direction of the end 21a.
  • the laser beam L2 is swept linearly in the Y direction intersecting the X direction in the region A2 on the end 21a side of the center C2 in the X direction of the end 22a.
  • the sweeping of the laser beams L1 and L2 may be performed a plurality of times, respectively.
  • FIG. 11 is a diagram showing changes over time in the temperature of the molten pool 23W and the output of the laser beam from the laser device 110 in the welding according to the present embodiment.
  • the change with time in the laser welding in the present embodiment is shown by a solid line.
  • the change with time in laser welding when a similar welded portion 23 is obtained for the same object W by irradiation with a single beam laser beam is shown by a broken line. There is.
  • the laser device 110 starts the output at the time t0 and stops the output at the time t1.
  • the molten pool 23W is naturally cooled in a normal temperature atmosphere, and the temperature of the molten pool 23W gradually decreases accordingly.
  • the temperature Tr of the molten pool 23W drops to the melting point Tm at time ter, as shown by the broken line.
  • the temperature T1 of the molten pool 23W drops to the melting point Tm at the time te1 later than the time ter, as shown by the solid line.
  • the molten pool 23W is in a molten state at a temperature higher than the melting point Tm.
  • the temperature T1 is the temperature in the forming step of the molten pool 23W, and as an example, it is the maximum temperature in the forming step.
  • the temperature T1 of the molten pool 23W when forming the molten pool 23W that is, the temperature of the molten pool 23W in a state where the laser device 110 emits laser light.
  • T1 is higher than the temperature Tr of the molten pool 23W in the case of the prior art.
  • the laser beam L has, for example, a plurality of beams B1 and B2 as exemplified in FIGS. 5 to 7.
  • T1-Tm can be made larger than in the case of a single beam.
  • the temperature T1 of the molten pool 23W can be further increased within a range that does not affect the welding quality, and as a result, the descent time until the temperature T1 of the molten pool 23W drops to the melting point Tm.
  • the temperature drop rate after the time t1 is slower (lower) than that of the conventional technique.
  • the laser beam L has, for example, beams B1 and B2 as exemplified in FIGS. 5 to 7. That is, since the laser beam L has the beam B2 having a lower power density, it is more gradual in a wider range of the object W than in the case of a single beam in the state where the molten pool 23W is formed. It is possible to form a flexible temperature distribution. As a result, it is possible to prevent the object W from being rapidly cooled after the irradiation of the laser beam L is stopped. Therefore, according to the present embodiment, also in this respect, the descent time ⁇ t1 until the temperature T1 of the molten pool 23W drops to the melting point Tm can be made longer than in the case of a single beam.
  • Void V which is a bubble in the molten pool 23W, rises in the molten pool 23W in the molten state of the molten pool 23W, that is, in a state of having fluidity, and goes out from the molten pool 23W. Therefore, the longer the molten pool 23W is in the molten state, the more void V is discharged to the outside of the molten pool 23W, and the amount of void V remaining in the solidified welded portion 23 is reduced.
  • the descent time ⁇ t1 becomes longer than in the case of a single beam. , The molten pool 23W can be maintained in a molten state for a longer period of time. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to form the welded portion 23 having a smaller void V.
  • the beams B1 and B2 are set to the arrangement and power density as exemplified in FIGS. 5 to 7 and as described above, so that a longer time is required as compared with the case of a single beam. It was confirmed that the molten state of the molten pool 23W was obtained and the void V could be further reduced.
  • the temperature T1 of the molten pool 23W required for at least one void V to escape from the molten pool 23W to the outside of the molten pool 23W, and the descent time ⁇ t1 ( te1-) from the temperature T1 to the melting point Tm.
  • the arrangement and power density of the beams B1 and B2 can be set so as to secure t1).
  • the temperature T1 and the descent time ⁇ t1 have different values depending on the material, the heat dissipation of the environment, the atmospheric temperature, and the like.
  • FIG. 12 is a perspective view of the flat wire 10 including the member 20.
  • the member 20 is a core wire (internal conductor) of a flat wire 10 as shown in FIG.
  • the flat wire 10 has a member 20 and a coating 30 of the member 20.
  • the member 20 is made of a conductive metal material.
  • the shape of the cross section of the member 20 orthogonal to the extending direction is substantially quadrangular.
  • the coating 30 has an insulating property and is made of, for example, enamel, a synthetic resin material, or the like.
  • the coating 30 may have an enamel layer and an extruded resin layer surrounding the enamel layer.
  • the laser welding device 100 is applied to welding end portions 20a of a member 20 as a core wire of such a flat wire 10.
  • the coating 30 is removed in the vicinity of the extending ends of the two flat wire 10. Then, as shown in FIG. 2, the end portions 20a of the two members 20 arranged adjacent to each other in a posture facing the same direction (extending direction) are welded by the laser welding device 100.
  • the flat wire 10 may form a coil provided in a rotary electric machine such as a motor or a motor generator.
  • the laser welding method by the laser welding apparatus 100 of the present embodiment can be applied to welding the ends of coils adjacent to each other set on the stator core.
  • the member 20 to be the object W is not limited to the core wire of the flat wire 10, and as shown in FIG. 2, they extend in the Z direction, are adjacent to each other in the X direction, and the end portions 20a are close to each other. Any member may be used as long as it has side surfaces 20b facing each other in the X direction.
  • the member 20 may be a plate-shaped member or a wire rod.
  • FIG. 13 is an exemplary side view of the welded portion 23.
  • the irradiation condition of the laser beam L is such that the number of voids V in the lower half Rl of the welded portion 23 is equal to or less than the number of voids V in the upper half Ru of the welded portion 23.
  • the irradiation conditions of the beam B2 (secondary beam) are set.
  • the virtual plane VP passes through an intermediate position between the upper end 23a of the welded portion 23 in the vertical direction at the time of welding and solidification of the welded portion 23 and the lower end 23b in the vertical direction, and at the time of welding and solidification.
  • the upper half Ru is a portion above the virtual plane VP and is a portion opposite to the lower half Rl with respect to the virtual plane VP. Further, the lower half Rl is a portion of the welded portion 23 below the virtual plane VP and opposite to the upper half Ru with respect to the virtual plane VP.
  • the void V moves upward. Therefore, when the molten state of the molten pool 23W is maintained by irradiation with the laser beam L (beam B2), the void V generated in the lower half Rl rises and moves out of the upper half Ru or the molten pool 23W and escapes.
  • the void V that was not removed remains mainly in the upper half Ru.
  • a state is obtained in which the number of voids V in the lower half Rl is equal to or less than the number of voids V in the upper half Ru. That is, in the welded portion 23, the state in which the number of voids V in the lower half Rl is equal to or less than the number of voids V in the upper half Ru is a state in which the effect of reducing the voids V by irradiation of the beam B2 is obtained. It can be said that.
  • the required bonding strength and conductivity can be obtained by appropriately setting the laser beam L, particularly the beam B2, so that the number of voids V in the lower half Rl is equal to or less than the number of voids V in the upper half Ru. It is possible to form a welded portion 23 having a smaller number of voids V.
  • the number of voids V in the upper half Ru is 2, and the number of voids V in the lower half Rl is 0, but the number of voids V is not limited to this example.
  • the beam B2 (secondary beam) is at least among the voids V formed in the molten pool 23W before the molten pool 23W solidifies.
  • the object W is irradiated so that one void V escapes from the molten pool 23W.
  • a molten pool 23W is formed in the object W, and at least one void V among the voids V formed in the molten pool 23W is the void V.
  • the temperature of the molten pool 23W is set to change with time so that the molten pool 23W can escape to the outside.
  • the void V in the welded portion 23 can be further reduced, and the decrease in the strength of the welded portion 23 due to the void V can be suppressed.
  • FIG. 14 is a diagram showing a schematic configuration of the laser welding apparatus 100A of the second embodiment.
  • the laser welding apparatus 100A is different from the first embodiment in that the laser welding apparatus 100A includes a plurality of laser apparatus 111, 112 (110) and a sensor 150 provided in the optical head 120A. are doing.
  • the optical head 120A is different from the first embodiment in that the optical head 120A has the collimating lens 121-2, the filters 124, 127, and the mirror 128.
  • the laser devices 111 and 112 each have a laser oscillator.
  • the laser devices 111 and 112 output laser light having different wavelengths.
  • the laser device 111 outputs, for example, the first laser beam having a wavelength of 800 [nm] or more and 1200 [nm] or less.
  • the laser device 111 may also be referred to as a first laser device, and the laser oscillator included in the laser device 111 may also be referred to as a first laser oscillator.
  • the laser device 112 outputs a second laser beam having a wavelength of 550 [nm] or less.
  • the laser device 112 may also be referred to as a second laser device, and the laser oscillator included in the laser device 112 may also be referred to as a second laser oscillator.
  • the laser device 112 has a semiconductor laser (element) as a laser light source.
  • the laser device 112 may output a laser beam having a wavelength of 400 [nm] or more and 500 [nm] or less.
  • the optical head 120A With the installation of the laser device 112, the optical head 120A is provided with a filter 124.
  • the first laser beam reflected by the mirror 123 travels in the opposite direction to the Z direction and heads toward the filter 124.
  • the mirror 123 is not required in the configuration in which the first laser beam is input so as to travel in the direction opposite to the Z direction in the optical head 120A.
  • the filter 124 is, for example, a high-pass filter that transmits the first laser beam and reflects the second laser beam without transmitting it.
  • the first laser beam passes through the filter 124 and is directed to the galvano scanner 126.
  • the filter 124 reflects the second laser beam that has become parallel light by the collimated lens 121-2.
  • the second laser beam reflected by the filter 124 also goes to the galvano scanner 126.
  • the filter 127 is provided between the mirror 123 and the filter 124.
  • the filter 127 transmits the first laser beam from the mirror 123 toward the filter 124, and directs the light coming from the surface Wa of the object W (see FIGS. 5 to 7) and passing through the filter 124 toward the mirror 128. reflect.
  • the light reflected by the mirror 128 is input to the sensor 150.
  • the sensor 150 can capture an image on the surface Wa.
  • the sensor 150 is, for example, an infrared thermography camera, and can detect the temperature distribution on the surface Wa.
  • DOE125 is provided.
  • the DOE 125 is arranged between the collimating lens 121-2 and the filter 124 to form a beam of second laser light.
  • the optical head 120A may have a DOE that forms a beam of the first laser beam.
  • the laser welding apparatus 100A may be provided with the sensor 150 as in the first embodiment, instead of the sensor 150. Further, the laser welding apparatus 100 of the first embodiment may include a sensor 150 attached to the body of the optical head 120 as in the present embodiment.
  • FIG. 15 is a graph showing the light absorption rate of each metal material with respect to the wavelength of the laser light L to be irradiated.
  • the horizontal axis of the graph of FIG. 15 is the wavelength, and the vertical axis is the absorption rate.
  • FIG. 15 shows the relationship between wavelength and absorptance for aluminum (Al), copper (Cu), gold (Au), nickel (Ni), silver (Ag), tantalum (Ta), and titanium (Ti). It is shown.
  • blue or green laser light (second laser) is used rather than using a general infrared (IR) laser light (first laser light). It can be understood that the energy absorption rate is higher when light) is used. This feature is remarkable in copper (Cu), gold (Au), and the like.
  • the laser beam L having the beam B1 generated by the first laser beam from the laser device 111 and the beam B2 generated by the second laser beam from the laser device 112 is applied to the object W. Can be irradiated.
  • the first laser beam having a wavelength of 800 [nm] or more and 1200 [nm] or less is output
  • the second laser beam having a wavelength of 500 [nm] or less is output.
  • heat energy can be efficiently given to the molten pool 23W, so that the molten pool 23W is more efficiently suppressed from being locally cooled and solidified. be able to.
  • the time zone in which each of the first and second laser beams is emitted is independently controlled as described later. You may.
  • At least a part of the second laser beam may be irradiated to the rear of the sweep direction of the laser beam L with respect to the first laser beam. At this time, at least a part of the region irradiated with the first laser beam and the region irradiated with the second laser beam may overlap.
  • the controller 200 can control the operation of the laser devices 111 and 112, respectively. That is, the time zone in which the laser device 111 emits the first laser beam, that is, the beam B1 and the time zone in which the laser device 112 emits the second laser beam, that is, the beam B2 can be independently controlled. can.
  • FIG. 16 is a diagram showing changes over time in the temperature of the molten pool 23W and the output of the laser light from the laser devices 111, 112 (110) in the welding according to the present embodiment.
  • the notation of temperature is the same as that of FIG. 11 of the first embodiment.
  • the change with time of the output of the first laser beam main beam
  • the change with time of the output of the second laser beam secondary beam
  • the laser device 111 starts the output at the time t0 and stops the output at the time t2.
  • the laser device 112 starts the output at the time t0, but stops the output at the time tk that exceeds the time t2. Then, after the time tk, the molten pool 23W is naturally cooled in a normal temperature atmosphere, and the temperature of the molten pool 23W gradually decreases accordingly.
  • the laser beam L includes beams B1 and B2.
  • the molten pool 23W is formed by irradiating the object W with the laser beam L during this period. That is, in the laser welding method of the present embodiment, the step of forming the molten pool 23W is executed from the time t0 to the time t2.
  • the laser beam L does not include the beam B1 but contains only the beam B2.
  • the output of the laser beam L is lower than that between the time t0 including the beams B1 and B2 and the time t2.
  • the laser beam L is set so that the molten state of the molten pool 23W is maintained by irradiating the molten pool 23W with the laser beam L. That is, in the laser welding method of the present embodiment, the laser beam L and the beam B1 such as the shape, arrangement, power density, irradiation position, sweep path, and sweep speed of the beams B1 and B2 are formed from time t2 to time tk.
  • a step of temporarily maintaining the molten state of the molten pool 23W while suppressing the further formation and expansion of the molten pool 23W and the solidification of the molten pool 23W by appropriately setting the specifications regarding the irradiation of B2 (hereinafter, maintenance).
  • the process) is executed.
  • the maintenance process may also be referred to as an extension process.
  • FIG. 17 is a side view of the object W in the maintenance process of the laser welding method.
  • the laser beams L1 and L2 (L) are applied to the molten pool 23W. Further, even in the maintenance step, the laser beams L1 and L2 (L) can be swept while being linearly irradiated as shown in FIG. The irradiation position, the sweep path, the sweep speed, and the like may be the same as or different from those in the forming step.
  • the laser beams L1 and L2 (L) may be applied to a wider range than the forming step.
  • FIGS. 18 to 20 are plan views illustrating the irradiation position or sweep path of the laser beam L to the molten pool 23W in the maintenance step, that is, a view seen in the irradiation direction of the laser beam L.
  • FIG. 18 shows a case where the laser beam L irradiates the center C of the molten pool 23W in a plan view
  • FIG. 19 shows a case where the laser beam L is swept by a curved path around the center C.
  • FIG. Reference numeral 20 indicates a case where the laser beam L is swept by a curved path around the center C.
  • the number of laps in the sweep may be one, less than one, or two or more.
  • the laser beam L may be continuously or intermittently irradiated.
  • the laser beam L may be intermittently irradiated to the center C, and the laser beam L may be intermittently irradiated while being swept by the locus as shown in FIGS. 19 and 20. May be good. Further, the laser beam L may not be intermittently irradiated to one point as shown in FIG.
  • a dent (a dent in the opposite direction in the Z direction, hereinafter simply a dent) is formed in the region of the surface of the molten pool 23W irradiated with the laser beam L. ) Occurs.
  • the dent caused by the irradiation of the laser beam L in the maintenance step is shallower than the dent caused by the irradiation of the laser beam L in the step of forming the molten pool 23W, there is less spatter and void V. It turned out that high quality welding is possible.
  • the dent becomes deeper according to the power density. Therefore, it means that the power density on the surface of the molten pool 23W of the laser beam L in the maintenance step is preferably lower than the power density on the surface of the molten pool 23W in the step of forming the molten pool 23W.
  • the depth of such a dent can be measured in FIG. 14 by configuring the sensor 150 as a sensor for optical coherence tomography (OCT).
  • OCT optical coherence tomography
  • the dent generated in the maintenance step is shallower than the dent generated in the step of forming the molten pool 23W, or the dent is equal to or less than a predetermined value in the maintenance step.
  • the power of the laser device 110 may be controlled so as to be.
  • Table 1 shows the welding quality determination results based on the number of voids V in the welded portion 23 according to the range of the power density, which was obtained from the results of experiments on a plurality of samples having different power densities of the laser beam L. Shows. In measuring the number of voids V, those having a diameter of 100 [ ⁇ m] or more in one cross section viewed from the side surface of the sample after welding are counted.
  • ⁇ indicates that the number of voids V is 10 or less (excellent), ⁇ indicates that the number of voids V is more than 10 and 20 or less (good), and ⁇ indicates that the number of voids V is 20. When it is more and less than 30 (possible), and x indicates a case where the number of voids V is more than 30 (defective).
  • the power density Pd is preferably 107 [W / cm 2] or less, and more preferably 10 6 [ W / cm 2 ] or less. It can be presumed that this is because if the power density Pd is too large, a keyhole is formed in the molten pool 23W, and the spatter and thus the void V increase.
  • the power density Pd is preferably larger than 10 3 [W / cm 2 ], and more preferably larger than 10 4 [W / cm 2 ]. It can be presumed that if the power density Pd is too small, the molten state of the molten pool 23W cannot be sufficiently maintained, and the molten pool 23W solidifies earlier.
  • the molten pool 23W is irradiated with laser beams L1 and L2 (L) after the step of forming the molten pool 23W (forming step).
  • L laser beams L1 and L2
  • the void V in the welded portion 23 can be further reduced, and the decrease in the strength of the welded portion 23 due to the void V can be further suppressed.
  • FIG. 21 is a block diagram of the laser welding devices 100 and 100A.
  • the laser welding devices 100 and 100A include, for example, a controller 200, a storage unit 210, a sensor 150, a laser device 110, a galvano scanner 126, a drive mechanism 140, and an output unit 220.
  • the controller 200 is a computer and has a processor (circuit) such as a CPU (central processing unit) and a main storage unit such as a RAM (random access memory) and a ROM (read only memory).
  • the controller 200 is, for example, an MCU (micro controller unit).
  • the storage unit 210 has a non-volatile storage device such as an SSD (solid state drive) or an HDD (hard disk drive).
  • the controller 200 is an example of a control unit.
  • the storage unit 210 may also be referred to as an auxiliary storage device.
  • the processor operates as an irradiation control unit 201, a detection control unit 202, a determination unit 203, an output control unit 204, and a parameter change unit 205 by reading a program stored in the ROM or the storage unit 210 and executing each process. do.
  • the program may be provided as a file in an installable or executable format, recorded on a computer-readable recording medium.
  • the recording medium may also be referred to as a program product.
  • Information such as values, tables, and maps used in arithmetic processing by a program and a processor may be stored in advance in a ROM or a storage unit 210, or stored in a storage unit of a computer connected to a communication network, and the communication thereof.
  • the storage unit 210 stores the data written by the processor. Further, the arithmetic processing by the controller 200 may be executed by hardware at least in part.
  • the controller 200 may include, for example, an FPGA (field programmable gate array), an ASIC (application specific integrated circuit), or the like.
  • the output unit 220 is a device capable of outputting information indicating a determination result by voice or image, and is, for example, a monitor (display), a speaker, a buzzer, a printer, or the like. Further, the output unit 220 may be a communication unit or the like that outputs data indicating a determination result to another device other than the controller 200.
  • FIG. 22 is a flowchart of a processing procedure for outputting an inspection result.
  • the controller 200 operates as the irradiation control unit 201, and is a laser device so as to irradiate the object W with the laser beam L and weld the object W in a predetermined procedure.
  • the 110, the galvano scanner 126, and the drive mechanism 140 are controlled (S11).
  • the irradiation control unit 201 has the specifications of the beams B1 and B2 in which the descent times ⁇ t1 and ⁇ t2 required for at least one void V to be discharged from the molten pool 23W, and the maintenance time ⁇ tk.
  • the operation of at least one of the laser device 110, the galvano scanner 126, and the drive mechanism 140 is controlled so as to irradiate the object W with the laser beam L.
  • the laser device 110, the galvano scanner 126, and the drive mechanism 140 are examples of variable mechanisms that are controlled by the controller 200 in the laser welding devices 100 and 100A and can change the irradiation state of the laser beam L. ..
  • the irradiation control unit 201 and the controller 200 are examples of the control unit.
  • the controller 200 operates as the detection control unit 202 and detects the temperature of the molten pool 23W (S12).
  • the detection control unit 202 may detect, for example, the maximum temperature of the molten pool 23W, or at least one time when a predetermined time has elapsed from the irradiation start time (time t0), the molten pool 23W may be detected. The temperature may be detected.
  • the controller 200 operates as the determination unit 203, and determines whether the quality of the welded unit 23 is good or bad based on the temperature detection result (S13).
  • the determination unit 203 determines the quality from the temperature detected in S2 according to a predetermined determination criterion. For example, the determination unit 203 determines that the quality of the welded portion 23 is good when the detection temperature at a predetermined time point is equal to or higher than the threshold value corresponding to the predetermined time point, and when the detection temperature is lower than the threshold value, the determination unit 203 determines that the quality is good.
  • the quality of the welded portion 23 is determined to be defective.
  • the threshold temperature corresponding to the quality of the judgment result, the inspection timing, and the like are set in advance from the experimental results.
  • the controller 200 operates as the output control unit 204, and controls the output unit 220 so that the determination result is output in a predetermined output model (S14).
  • the controller 200 operates as the parameter changing unit 205, and changes the changeable control parameters related to the irradiation of the laser beam L according to the determination result (S15).
  • the control parameters that can be changed in S15 are, for example, the output of the laser device 110, the output time of the laser device 110, the output period of the beam B1, the output period of the beam B2, and the like.
  • the parameter changing unit 205 stores the value of the changed parameter in the storage unit 210.
  • the controller 200 reads out the control parameters stored in the storage unit 210 when performing the same laser welding from the next time onward, and lasers so as to execute the laser welding with the stored control parameters, that is, the changed control parameters. It controls controlled objects such as the device 110, the galvano scanner 126, and the drive mechanism 140.
  • FIG. 23 is a flowchart of a control processing procedure for suppressing voids.
  • the controller 200 operates as the irradiation control unit 201, and the laser device 110 is formed by irradiating the object W with the laser beam L in a predetermined procedure to form the molten pool 23W. It also controls controlled objects such as the galvano scanner 126 and the drive mechanism 140 (S21). This S21 is a step of forming the molten pool 23W.
  • the controller 200 also operates as the detection control unit 202, and detects the temperature of the molten pool 23W at a predetermined timing, for example, at a fixed time interval.
  • the controller 200 is controlled by the laser device 110, the galvano scanner 126, the drive mechanism 140, and the like so that the temperature of the molten pool 23W is maintained at a predetermined temperature or changes over time.
  • the target (variable mechanism) may be feedback-controlled.
  • the controller 200 operates as the determination unit 203, and determines whether or not a predetermined condition (first condition) is satisfied for the forming process of the molten pool 23W (S22).
  • the determination unit 203 determines that the first condition is satisfied when, for example, the time equal to or higher than the first threshold temperature continues for the first threshold time or longer based on the time course of the temperature of the molten pool 23W. ..
  • the molten pool 23W and the member 20 can be brought into a state where sufficient descent times ⁇ t1 and ⁇ t2 can be secured for the void V to escape.
  • the process of forming the molten pool 23W in S21 is continued.
  • the processing procedure is completed for the laser welding apparatus 100 of the first embodiment.
  • the process shifts to S23.
  • the controller 200 operates as an irradiation control unit 201, and a laser device is used to irradiate the object W with the laser beam L, for example, only the beam B2 to maintain the molten pool 23W in a molten state. It controls a controlled object such as the 110, the galvano scanner 126, and the drive mechanism 140 (S23).
  • This S23 is a maintenance step of the molten pool 23W.
  • the controller 200 also operates as the detection control unit 202, and detects the temperature of the molten pool 23W at a predetermined timing, for example, at a fixed time interval.
  • the controller 200 is controlled by the laser device 110, the galvano scanner 126, the drive mechanism 140, and the like so that the temperature of the molten pool 23W is maintained at a predetermined temperature or changes over time.
  • the target (variable mechanism) may be feedback-controlled.
  • the controller 200 operates as the determination unit 203, and determines whether or not a predetermined condition (second condition) is satisfied for the maintenance process of the molten pool 23W (S24).
  • the determination unit 203 determines that the second condition is satisfied when, for example, the time of the second threshold temperature or higher continues for the second threshold time or longer based on the time course of the temperature of the molten pool 23W. ..
  • the laser welding devices 100 and 100A output the sensor 150 for detecting the temperature of the molten pool 23W and the output indicating the welding quality based on the detection result by the sensor 150.
  • a unit 220 may be provided.
  • the presence or absence of void V in the welded portion 23 can be inspected relatively easily in a non-destructive manner, and the control parameters of the laser welding devices 100 and 100A are based on the judgment result of the welding quality.
  • the welding quality in laser welding from the next time onward can be improved.
  • the controller 200 is a controlled object (variable mechanism) such as a laser device 110, a galvano scanner 126, and a drive mechanism 140 based on the detection result of the sensor 150 that detects the temperature of the molten pool 23W. ) May be controlled.
  • a controlled object such as a laser device 110, a galvano scanner 126, and a drive mechanism 140 based on the detection result of the sensor 150 that detects the temperature of the molten pool 23W.
  • the formation of the molten pool 23W and the maintenance in the molten state can be performed more accurately, so that the void V can be suppressed more reliably and the generation of the void V can be suppressed.
  • Advantages such as reduction of wasteful energy consumption can be obtained.
  • the laser welding device may include a plurality of laser devices (laser light sources) that output laser light of the same wavelength.
  • laser devices laser light sources
  • known wobbling, weaving, output modulation, or the like may be performed to adjust the surface area of the molten pool.
  • the present invention can be used for a laser welding method and a laser welding apparatus.
  • Diffraction grating 126 ... Galvano scanner (variable mechanism) 126a, 126b ... Mirror 127 ... Filter 128 ... Mirror 130 ... Optical fiber 140 ... Drive mechanism (variable mechanism) 150 ... Sensor 200 ... Controller (control unit) 201 ... Irradiation control unit (control unit) 202 ... Detection control unit 203 ... Judgment unit 204 ... Output control unit 205 ... Parameter change unit 210 ... Storage unit 220 ... Output unit A1 ... Area A2 ... Area B1 ... Beam (main beam, main power area) B1a ... Outer edge B2 ... Beam (secondary beam, secondary power region) B2a ... Outer edge B2b ...

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Abstract

レーザ溶接方法は、例えば、少なくとも一つの主ビームを含む主パワー領域と、当該主ビームよりもパワー密度が小さい少なくとも一つの副ビームを含む副パワー領域と、を含むレーザ光を対象物に照射して当該対象物を溶接するレーザ溶接方法であって、対象物にレーザ光を照射することにより溶融池を形成する工程と、溶融池を固化する工程と、を有し、副ビームは、溶融池内に形成されたボイドが溶融池が固化する前に溶融池外へ抜けるように、対象物に照射される。

Description

レーザ溶接方法およびレーザ溶接装置
　本発明は、レーザ溶接方法およびレーザ溶接装置に関する。
　平角線のような複数の金属部材をレーザ溶接する技術が知られている（例えば、特許文献１）。
特許第６６７４５８８号公報
　平角線に限らず、金属部材のレーザ溶接において、溶接部内にボイドが形成されると、所要の接合強度が得られなくなる。また、外観検査によってボイドの有無を検査することは困難である。
　そこで、本発明の課題の一つは、例えば、ボイドの発生を抑制することを可能とするような、改善された新規なレーザ溶接方法およびレーザ溶接装置を得ること、である。
　本発明のレーザ溶接方法は、例えば、少なくとも一つの主ビームを含む主パワー領域と、当該主ビームよりもパワー密度が小さい少なくとも一つの副ビームを含む副パワー領域と、を含むレーザ光を対象物に照射して当該対象物を溶接するレーザ溶接方法であって、前記対象物に前記レーザ光を照射することにより溶融池を形成する工程と、前記溶融池を固化する工程と、を有し、前記副ビームは、前記溶融池内に形成されたボイドが、当該溶融池が固化する前に当該溶融池外へ抜けるように、前記対象物に照射される。
　前記レーザ溶接方法にあっては、前記溶融池を形成する工程では、当該溶融池が固化されて形成された溶接部の下側半分におけるボイドの数が上側半分におけるボイドの数以下になるよう、前記レーザ光を照射してもよい。
　前記レーザ溶接方法にあっては、前記主パワー領域は、前記副パワー領域の外縁の内側に位置してもよい。
　前記レーザ溶接方法にあっては、前記副パワー領域は、前記少なくとも一つの副ビームとして複数の副ビームを含み、前記主ビームは、前記複数の副ビームに取り囲まれていてもよい。
　前記レーザ溶接方法にあっては、前記副パワー領域は、前記少なくとも一つの副ビームとして、前記主パワー領域を取り囲む一つの副ビームを含んでもよい。
　前記レーザ溶接方法は、前記溶融池を形成する工程の後に、前記溶融池に前記レーザ光を照射することにより当該溶融池を溶融状態で一時的に維持する工程を有してもよい。
　前記レーザ溶接方法にあっては、前記溶融池を溶融状態で一時的に維持する工程では、前記溶融池を形成する工程に比べて、前記レーザ光のパワーを低くしてもよい。
　前記レーザ溶接方法にあっては、前記溶融池を溶融状態で一時的に維持する工程では、前記溶融池を形成する工程に比べて、前記主ビームのパワーを低くしてもよい。
　前記レーザ溶接方法にあっては、前記溶融池を溶融状態で一時的に維持する工程で前記レーザ光の照射によって前記溶融池の表面に生じる凹みは、前記溶融池を形成する工程で前記レーザ光の照射によって前記溶融池の表面に生じる凹みより浅くてもよい。
　前記レーザ溶接方法にあっては、前記溶融池を溶融状態で一時的に維持する工程では、前記レーザ光の前記溶融池の表面におけるパワー密度が、１０７［Ｗ／ｃｍ２］以下であってもよい。
　前記レーザ溶接方法にあっては、前記溶融池を溶融状態で一時的に維持する工程では、前記レーザ光の前記溶融池の表面におけるパワー密度が、１０６［Ｗ／ｃｍ２］以下であってもよい。
　前記レーザ溶接方法にあっては、前記溶融池を形成する工程では、前記主ビームを照射し、前記溶融池を溶融状態で一時的に維持する工程では、前記主ビームの照射を停止してもよい。
　前記レーザ溶接方法にあっては、前記溶融池を形成する工程から前記溶融池を溶融状態で一時的に維持する工程にかけて、前記主ビームの照射時間が前記副ビームの照射時間よりも短くてもよい。
　前記レーザ溶接方法にあっては、前記主ビームの波長と前記副ビームの波長とが同じであってもよい。
　前記レーザ溶接方法にあっては、前記主ビームの波長と前記副ビームの波長とが異なってもよい。
　前記レーザ溶接方法にあっては、前記主ビームの波長は８００［ｎｍ］以上かつ１２００［ｎｍ］以下であり、前記副ビームの波長は５５０［ｎｍ］以下であってもよい。
　前記レーザ溶接方法にあっては、前記主パワー領域および前記副パワー領域のうち少なくとも一方に含まれる複数のビームをビームシェイパによって形成してもよい。
　前記レーザ溶接方法にあっては、前記レーザ光を前記対象物に対して照射しながら掃引してもよい。
　前記レーザ溶接方法にあっては、前記副パワー領域の少なくとも一部は、前記主パワー領域に対して、前記対象物に対する前記レーザ光の掃引方向の後方に位置してもよい。
　前記レーザ溶接方法にあっては、前記レーザ光を直線状に掃引してもよい。
　前記レーザ溶接方法にあっては、前記溶融池を溶融状態で一時的に維持する工程では、前記レーザ光を定点に照射してもよい。
　前記レーザ溶接方法にあっては、前記溶融池を溶融状態で一時的に維持する工程では、前記レーザ光の照射方向に見た場合に前記溶融池の中心周りに曲がった経路で前記レーザ光を掃引してもよい。
　前記レーザ溶接方法にあっては、前記対象物は、銅系金属材料、アルミニウム系金属材料、ニッケル系金属材料、鉄系金属材料、およびチタン系金属材料のうちのいずれか一つで作られてもよい。
　前記レーザ溶接方法にあっては、前記溶融池は、金属材料で作られた第一部材の第一方向の第一端部と、前記第一部材に対して前記第一方向と交差した第二方向に隣接し金属材料で作られた第二部材の前記第一方向の第二端部であって前記第一端部の当該第二端部からの前記第一方向に沿った距離が０以上となるように配置された第二端部と、の間で掛け渡されるように形成されてもよい。
　前記レーザ溶接方法にあっては、前記対象物を構成する部材は、平角線の導体であってもよい。
　本発明のレーザ溶接装置は、例えば、レーザ発振器と、前記レーザ発振器から出射されたレーザ光を対象物に照射する光学ヘッドと、を備え、前記レーザ光は、少なくとも一つの主ビームと、当該主ビームよりもパワー密度が小さい少なくとも一つの副ビームと、を含み、前記対象物に溶融池を形成するように照射され、前記副ビームは、前記溶融池内に形成されたボイドが、当該溶融池が固化する前に当該溶融池外へ抜けるように、当該対象物に照射される。
　前記レーザ溶接装置は、前記溶融池の温度を検出するセンサと、前記センサの検出結果に基づいて溶接品質を示す情報を出力する出力部と、を備えてもよい。
　前記レーザ溶接装置は、前記溶融池の温度を検出するセンサと、前記レーザ光の照射状態を変更可能な可変機構と、前記センサの検出結果に基づいて前記可変機構の作動を制御する制御部と、を備えてもよい。
　本発明によれば、例えば、ボイドの発生を抑制することを可能とするような、改善された新規なレーザ溶接方法およびレーザ溶接装置を得ることができる。
図１は、第１実施形態のレーザ溶接装置の例示的な概略構成図である。 図２は、実施形態のレーザ溶接方法の対象物の溶接前における例示的かつ模式的な側面図である。 図３は、実施形態のレーザ溶接方法の対象物の溶接後における例示的かつ模式的な側面図である。 図４は、実施形態のレーザ溶接装置に含まれる回折光学素子の原理の概念を示す説明図である。 図５は、実施形態のレーザ溶接装置の対象物の表面上におけるビーム（スポット）の一例を示す模式図である。 図６は、実施形態のレーザ溶接装置の対象物の表面上におけるビーム（スポット）の一例を示す模式図である。 図７は、実施形態のレーザ溶接装置の対象物の表面上におけるビーム（スポット）の一例を示す模式図である。 図８は、実施形態のレーザ溶接装置の対象物の表面上におけるビーム（スポット）の一例を示す模式図である。 図９は、実施形態のレーザ溶接方法による溶融池の形成工程における対象物の例示的かつ模式的な側面図である。 図１０は、実施形態のレーザ溶接方法による対象物上におけるレーザ光の掃引経路の例示的かつ模式的な平面図である。 図１１は、第１実施形態のレーザ溶接方法による溶融池の温度およびレーザ装置の出力の経時変化を示す例示的な模式図である。 図１２は、実施形態のレーザ溶接方法の対象物としての部材を含む平角線の例示的かつ模式的な斜視図である。 図１３は、実施形態のレーザ溶接方法によって形成された溶接部の例示的かつ模式的な側面図である。 図１４は、第２実施形態のレーザ溶接装置の例示的な概略構成図である。 図１５は、照射するレーザ光の波長に対する各金属材料の光の吸収率を示すグラフである。 図１６は、第２実施形態のレーザ溶接方法による溶融池の温度およびレーザ装置の出力の経時変化を示す例示的な模式図である。 図１７は、第２実施形態のレーザ溶接方法による溶融池の維持工程における対象物の例示的かつ模式的な側面図である。 図１８は、第２実施形態のレーザ溶接方法による溶融池上におけるレーザ光の照射位置の一例を示す模式的な平面図である。 図１９は、第２実施形態のレーザ溶接方法による溶融池上におけるレーザ光の掃引経路の一例を示す模式的な平面図である。 図２０は、第２実施形態のレーザ溶接方法による溶融池上におけるレーザ光の掃引経路の一例を示す模式的な平面図である。 図２１は、実施形態のレーザ溶接装置の例示的なブロック図である。 図２２は、実施形態のレーザ溶接装置による検査結果を出力する処理手順を示す例示的なフローチャートである。 図２３は、実施形態のレーザ溶接装置によるボイド抑制制御の処理手順を示す例示的なフローチャートである。
　以下、本発明の例示的な実施形態が開示される。以下に示される実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および結果（効果）は、一例である。本発明は、以下の実施形態に開示される構成以外によっても実現可能である。また、本発明によれば、構成によって得られる種々の効果（派生的な効果も含む）のうち少なくとも一つを得ることが可能である。
　以下の複数の実施形態は、同様の構成要素を有している。以下では、それら同様の構成要素については、共通の符号を付与するとともに、重複する説明を省略する場合がある。
　また、各図において、方向Ｘを矢印Ｘで表し、方向Ｙを矢印Ｙで表し、方向Ｚを矢印Ｚで表している。方向Ｘ、方向Ｙ、および方向Ｚは、互いに交差するとともに直交している。Ｚ方向は、対象物Ｗとなる複数の部材が延びる方向である。なお、Ｚ方向は、略鉛直上方であるが、鉛直上方に対して傾いていてもよい。
　また、本明細書において、序数は、部品や、部位、方向等を区別するために便宜上付与されており、優先度や順番を示すものではない。
［第１実施形態］
［レーザ溶接装置の構成］
　図１は、第１実施形態のレーザ溶接装置１００の概略構成を示す図である。図１に示されるように、レーザ溶接装置１００は、レーザ装置１１０と、光学ヘッド１２０と、光ファイバ１３０と、駆動機構１４０と、センサ１５０と、コントローラ２００と、を備えている。
　レーザ溶接装置１００は、レーザ溶接の対象物Ｗの表面にレーザ光Ｌを照射する。レーザ光Ｌのエネルギによって、対象物Ｗが部分的に溶融し、冷却されて固化することにより、当該対象物Ｗが溶接される。対象物Ｗは、複数の部材を有しており、レーザ溶接によって、当該複数の部材が接合される。
　対象物Ｗとなる複数の部材は、それぞれ、例えば、銅や銅合金のような銅系の金属材料や、アルミニウムやアルミニウム合金のようなアルミニウム系の金属材料、ニッケルやニッケル合金のようなニッケル系の金属材料、鉄や鉄合金のような鉄系の金属材料、チタンやチタン合金のようなチタン系の金属材料等で、作られうる。複数の部材は、同じ金属材料で作られてもよいし、互いに異なる金属材料で作られてもよい。なお、対象物Ｗとなる複数の部材は、導体であってもよいし、導体で無くてもよい。
　レーザ装置１１０は、レーザ発振器を有しており、一例としては、数ｋＷのパワーのシングルモードのレーザ光を出力できるよう構成されている。なお、レーザ装置１１０は、例えば、内部に複数の半導体レーザ素子を有し、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構成されてもよい。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有してもよい。また、レーザ装置１１０は、例えば、４００［ｎｍ］以上かつ１２００［ｎｍ］以下の波長のレーザ光を出力する。
　光ファイバ１３０は、レーザ装置１１０と光学ヘッド１２０とを光学的に接続している。言い換えると、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光学ヘッド１２０に導く。レーザ装置１１０が、シングルモードレーザ光を出力する場合、光ファイバ１３０は、シングルモードレーザ光を伝播するよう構成される。この場合、シングルモードレーザ光のＭ２ビーム品質は、１．３以下に設定される。Ｍ２ビーム品質は、Ｍ２ファクタとも称されうる。
　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、対象物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、ミラー１２３と、ＤＯＥ１２５（diffractive　optical　element、回折光学素子）と、ガルバノスキャナ１２６と、を有している。コリメートレンズ１２１、集光レンズ１２２、ミラー１２３、ＤＯＥ１２５、およびガルバノスキャナ１２６は、光学部品とも称されうる。
　コリメートレンズ１２１は、それぞれ、光ファイバ１３０を介して入力されたレーザ光をコリメートする。コリメートされたレーザ光は、平行光になる。
　ミラー１２３は、コリメートレンズ１２１で平行光となったレーザ光を反射し、ガルバノスキャナ１２６へ向かわせる。なお、ミラー１２３とガルバノスキャナ１２６との間には、ＤＯＥ１２５が設けられている。ＤＯＥ１２５については、後述する。
　ガルバノスキャナ１２６は、複数のミラー１２６ａ，１２６ｂを有しており、当該複数のミラー１２６ａ，１２６ｂの角度を制御することで、光学ヘッド１２０からのレーザ光Ｌの出射方向を切り替え、これにより、対象物Ｗの表面上でレーザ光Ｌの照射位置を変更することができる。ミラー１２６ａ，１２６ｂの角度は、それぞれ、例えばコントローラ２００によって制御された不図示のモータによって変更される。レーザ光Ｌを照射しながら、レーザ光Ｌの出射方向を変更することにより、対象物Ｗの表面上で、レーザ光Ｌを掃引することができる。
　集光レンズ１２２は、ガルバノスキャナ１２６から到来した平行光としてのレーザ光を集光し、レーザ光Ｌ（出力光）として、対象物Ｗへ照射する。
　なお、光学ヘッド１２０が有する光学部品は、これらには限定されず、光学ヘッド１２０は、他の光学部品を有してもよい。
　駆動機構１４０は、対象物Ｗに対する光学ヘッド１２０の相対的な位置を変更する。駆動機構１４０は、例えば、モータのような回転機構や、当該回転機構の回転出力を減速する減速機構、減速機構によって減速された回転を直動に変換する運動変換機構等を、有する。コントローラ２００は、対象物Ｗに対する光学ヘッド１２０のＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向における相対位置が変化するよう、駆動機構１４０を制御することができる。駆動機構１４０は、支持機構（不図示）に支持されている複数の対象物Ｗのうち、レーザ溶接を行う対象物Ｗを変更する（切り替える）ことができる。また、駆動機構１４０は、対象物Ｗにおけるレーザ光Ｌの照射位置を変更することができる。また、駆動機構１４０は、対象物Ｗに対するレーザ光の照射方向を変更するのに伴って照射点を変更するのに利用されうる。さらに、駆動機構１４０は、レーザ光Ｌが対象物Ｗの表面上に照射されている状態で、当該照射位置を変更することができる。すなわち、駆動機構１４０は、対象物Ｗの表面上で、レーザ光Ｌを掃引することができる。
　センサ１５０は、レーザ光Ｌの照射により対象物Ｗ上に形成される溶融池の温度を検出するセンサであって、例えば、放射温度計や、赤外線サーモグラフィカメラである。
　コントローラ２００は、センサ１５０の検出結果に基づいて、レーザ装置１１０、駆動機構１４０、およびガルバノスキャナ１２６の作動を制御する。これら、レーザ装置１１０、駆動機構１４０、およびガルバノスキャナ１２６は、それぞれ、光学ヘッド１２０から対象物Ｗへ照射されるレーザ光Ｌの照射状態を変更することができる。すなわち、レーザ装置１１０、駆動機構１４０、およびガルバノスキャナ１２６は、可変機構の一例であって、コントローラ２００による被制御対象とも称されうる。
　図２は、対象物Ｗの溶接する前の状態を示す側面図である。図２に示されるように、対象物Ｗは、二つの部材２０（２１，２２）を有している。二つの部材２０は、いずれも金属材料で作られている。
　二つの部材２０は、いずれもＺ方向に延びており、Ｚ方向の端部２０ａ（２１ａ，２２ａ）を有している。端部２０ａは、Ｚ方向と交差して広がっている。すなわち、端部２０ａは、Ｘ方向に延びるとともにＹ方向に延びている。Ｚ方向は、第一方向の一例である。
　二つの部材２０は、Ｚ方向と交差したＸ方向に互いに隣接し、Ｘ方向に並んでいる。Ｘ方向において互いに面する側面２１ｂ，２２ｂ（２０ｂ）の間には、隙間ｇが形成されている。隙間ｇの大きさは、０以上である。すなわち、二つの部材２０は、少なくとも部分的に接触していてもよい。Ｘ方向は、第二方向の一例である。
　本実施形態では、部材２１の端部２１ａの、部材２２の端部２２ａに対するＺ方向のずれδを、０以上であるとする。すなわち、このような相対的な位置関係にある二つの部材２０のうち、Ｚ方向において端部２２ａと同じ位置にあるかあるいは端部２２ａに対してＺ方向にずれている端部２１ａが、第一端部の一例であり、端部２１ａに対してＺ方向の反対方向にずれている端部２２ａが、第二端部の一例である。端部２１ａを有する部材２１は第一部材の一例であり、端部２２ａを有する部材２２は第二部材の一例である。部材２１（第一部材）は、Ｚ方向に相対的に出っ張った部材とも称され、部材２２（第二部材）は、Ｚ方向に相対的に引っ込んだ部材とも称されうる。
　対象物Ｗ、すなわち二つの部材２０の溶接に際し、光学ヘッド１２０は、レーザ光Ｌを、端部２０ａに向けて照射する。レーザ光Ｌの照射方向は、Ｚ方向の反対方向か、あるいはＺ方向の反対方向に対して傾斜した方向である。
　図３は、対象物Ｗの溶接された後の状態を示す側面図である。図３に示されるように、端部２０ａに対するレーザ光Ｌの照射により、端部２０ａにおいて二つの部材２０は溶融し、二つの端部２０ａ上に掛け渡された状態の溶接部２３が形成される。溶接部２３は、二つの端部２０ａ間で掛け渡された状態に形成された溶融池が、冷却され、固化したものである。流動性を有した金属材料である溶融池は、表面張力によってＺ方向に膨らんだ形状を有している。これに伴って、当該溶融池が固化した溶接部２３もＺ方向に膨らんだ形状を有している。溶接部２３は、二つの部材２１，２２を機械的に接続する。また、二つの部材２１，２２が導電性を有する金属である場合、溶接部２３は、当該二つの部材２１，２２を電気的に接続する。
　また、上述したように、光学ヘッド１２０は、ＤＯＥ１２５を有している。レーザ光のビームの形状（以下、ビーム形状と称する）を成形する。図４は、ＤＯＥ１２５の原理の概念を示す説明図である。図４に概念的に例示されるよう、ＤＯＥ１２５は、例えば、周期の異なる複数の回折格子１２５ａが重ね合わせられた構成を有している。ＤＯＥ１２５は、平行光を、各回折格子１２５ａの影響を受けた方向に曲げたり、重ね合わせたりすることにより、ビーム形状を成形することができる。ＤＯＥ１２５は、ビームシェイパとも称されうる。
［ビーム（スポット）の形状］
　ＤＯＥ１２５は、コリメートされたレーザ光を、複数のビームに分割する。図５～８は、それぞれ、対象物Ｗの表面Ｗａ上に形成されたレーザ光Ｌのビームの一例を示す図である。なお、図５～８では、簡単のため、ビームＢ１が実線で示され、ビームＢ２が破線で示されている。なお、光学ヘッド１２０は、ＤＯＥ１２５を交換することにより、種々の配置の複数のビームを含むレーザ光を出力することができる。ＤＯＥ１２５は、ビームシェイパの一例である。
　ＤＯＥ１２５は、レーザ光を複数のビームに分割する。分割された複数のビームは、少なくとも一つのビームＢ１と、少なくとも一つのビームＢ２と、を含む。ビームＢ２は、ビームＢ１よりもパワー密度が小さいビームである。ビームＢ１は、主ビームの一例であり、ビームＢ２は、副ビームの一例である。また、ビームＢ１は、主パワー領域を形成し、ビームＢ２は、副パワー領域を形成している。
　図５の例では、表面Ｗａ上には、一つのビームＢ１のスポットと、当該ビームＢ１よりも広いビームＢ２のスポットと、が形成されている。ビームＢ１および当該ビームＢ１の外縁Ｂ１ａは、ビームＢ２の外縁Ｂ２ａの内側に位置している。なお、ビームＢ１とビームＢ２とは同心に配置されてもよいし、偏心して配置されてもよい。また、外縁Ｂ１ａは、外縁Ｂ２ａに内接してもよい。
　図６の例では、表面Ｗａ上には、一つのビームＢ１のスポットと、当該ビームＢ１を取り囲む複数のビームｂ２のスポットとが、形成されている。ビームｂ２は、略円環状に並んでいる。ビームｂ２は、副ビームの一例であり、複数のビームｂ２によって、副パワー領域が形成されている。
　図７の例では、表面Ｗａ上には、一つのビームＢ１のスポットと、当該ビームＢ１を取り囲む複数のビームｂ２のスポットとが、形成されている。ビームｂ２は、略四角形状に、すなわち仮想的な四角形の辺に沿うように配列されている。ビームｂ２は、副ビームの一例であり、複数のビームｂ２によって、副パワー領域が形成されている。
　また、図８の例では、表面Ｗａ上には、一つのビームＢ１のスポットと、当該ビームＢ１を取り囲む一つの環状のビームＢ２のスポットとが、形成されている。ビームＢ１および当該ビームＢ１の外縁Ｂ１ａは、ビームＢ２の内縁Ｂ２ｂの内側に位置している。なお、ビームＢ２は、円環状の形状を有しているが、これには限定されず、例えば、矩形枠状の形状のような、他の形状を有してもよい。また、ビームＢ２の一部が切り欠かれていてもよい。
［レーザ溶接方法］
　図９は、レーザ溶接方法の溶融池２３Ｗを形成する工程（以下、形成工程と称する）における対象物Ｗの側面図である。なお、以下では、説明の便宜上、部材２１の端部２１ａに対して照射されるレーザ光Ｌをレーザ光Ｌ１と記し、部材２２の端部２２ａに対して照射されるレーザ光Ｌをレーザ光Ｌ２と記しているが、これらレーザ光Ｌ１，Ｌ２は、いずれも同じ光学ヘッド１２０から出射されている。
　まずは、図９に示されるように、部材２１の端部２１ａに対するレーザ光Ｌ１（Ｌ）の照射、および部材２２の端部２２ａに対するレーザ光Ｌ２（Ｌ）の照射のうち少なくとも一方が行われることにより、溶融池２３Ｗが、端部２１ａ，２２ａ上に、当該端部２１ａ，２２ａ間で掛け渡された状態に、形成される。溶融池２３Ｗは、部材２１，２２の金属材料が溶融して形成されている。言い換えると、溶融池２３Ｗは、部材２１，２２の金属材料を含んでいる。また、溶融池２３Ｗは、流動性を有した状態である。
　この際、溶融池２３Ｗの内部には、ボイドＶが形成される場合がある。ボイドＶは、溶接部２３による溶接強度の低下につながるため、固化された状態では、ボイドＶが残存していないことが好ましい。
　レーザ光Ｌは、照射状態で掃引されてもよい。図１０は、端部２１ａ，２２ａにおけるレーザ光Ｌ１，Ｌ２（Ｌ）の掃引経路の一例を示す説明図である。図１０に示されるように、レーザ光Ｌ１は、例えば、端部２１ａのＸ方向の中心Ｃ１よりも端部２２ａ側の領域Ａ１において、Ｘ方向と交差するＹ方向に直線状に掃引される。また、レーザ光Ｌ２は、例えば、端部２２ａのＸ方向の中心Ｃ２よりも端部２１ａ側の領域Ａ２において、Ｘ方向と交差するＹ方向に直線状に掃引される。領域Ａ１，Ａ２において、レーザ光Ｌ１，Ｌ２の掃引は、それぞれ、複数回行われてもよい。
　このように、レーザ光Ｌ１，Ｌ２を直線状に掃引した場合、溶接部２３中のボイドＶが少なくなることが判明している。これは、流動性を有した溶融池２３Ｗ内で、流動性を有した金属材料の流れの乱れを抑制できることによるものと考えられる。また、直線状に往復掃引することにより、溶融池２３Ｗのより広い範囲に対して随時熱エネルギを与えることができ、当該２３Ｗが局所的に冷却されて固化するのを抑制することができる。
　図１１は、本実施形態による溶接における溶融池２３Ｗの温度およびレーザ装置１１０からのレーザ光の出力の経時変化を示す図である。図１１において、温度については、本実施形態でのレーザ溶接における経時変化を、実線で示している。また、比較のため、温度については、従来技術として、単一ビームのレーザ光の照射により同じ対象物Ｗに対して同様の溶接部２３を得る場合のレーザ溶接における経時変化を、破線で示している。
　図１１に示されるように、本実施形態では、レーザ装置１１０は、時刻ｔ０で出力を開始し、時刻ｔ１で出力を停止している。時刻ｔ１以降、溶融池２３Ｗは、常温雰囲気で自然に冷却され、これに伴い溶融池２３Ｗの温度は徐々に低下する。
　従来技術では、溶融池２３Ｗの温度Ｔｒは、破線で示されるように、時刻ｔｅｒで融点Ｔｍまで低下する。これに対し、本実施形態では、溶融池２３Ｗの温度Ｔ１は、実線で示されるように、時刻ｔｅｒよりも遅い時刻ｔｅ１で融点Ｔｍまで低下する。溶融池２３Ｗは、融点Ｔｍよりも高い温度において、溶融状態にある。なお、温度Ｔ１は、溶融池２３Ｗの形成工程における温度であり、一例としては、当該形成工程における最高温度である。
　図１１から明らかとなるように、本実施形態では、溶融池２３Ｗを形成する際の当該溶融池２３Ｗの温度Ｔ１、すなわちレーザ装置１１０がレーザ光を出射している状態での溶融池２３Ｗの温度Ｔ１が、従来技術の場合の溶融池２３Ｗの温度Ｔｒよりも高い。これは、上述したように、レーザ光Ｌが、例えば、図５～７に例示されるような複数のビームＢ１，Ｂ２を有することによる。すなわち、レーザ光ＬがビームＢ１，Ｂ２を有する場合、溶融池２３Ｗの温度がより高い状態になっても、溶融状態すなわち流動状態にある溶融池２３Ｗに流れの乱れや、スパッタが生じ難く、またボイドＶも生じ難い。このため、単一のビームの場合よりもレーザ光Ｌの出力を高くして溶融池２３Ｗの温度Ｔ１をより高めることができ、ひいては、溶融池２３Ｗの温度の融点Ｔｍとの温度差ΔＴ（＝Ｔ１－Ｔｍ）を、単一のビームの場合よりも大きくすることができる。したがって、本実施形態によれば、溶融池２３Ｗの温度Ｔ１を溶接品質に影響の出ない範囲でより高めることができ、これにより当該溶融池２３Ｗの温度Ｔ１が融点Ｔｍに低下するまでの降下時間Δｔ１（＝ｔｅ１－ｔ１）を、単一のビームである場合よりも長くすることができる。
　また、本実施形態では、時刻ｔ１以降の温度の降下速度が、従来技術よりも遅い（低い）。これも、レーザ光Ｌが、例えば、図５～７に例示されるようなビームＢ１，Ｂ２を有することによる。すなわち、レーザ光Ｌがよりパワー密度の小さいビームＢ２を有しているため、溶融池２３Ｗが形成されている状態で、単一のビームの場合よりも対象物Ｗのより広い範囲において、より緩やかな温度分布を形成することができる。これにより、レーザ光Ｌの照射停止後、対象物Ｗが急激に冷却されるのを抑制することができる。よって、本実施形態によれば、この点でも、溶融池２３Ｗの温度Ｔ１が融点Ｔｍに低下するまでの降下時間Δｔ１を、単一のビームである場合よりも長くすることができる。
　溶融池２３Ｗ中の気泡であるボイドＶは、溶融池２３Ｗの溶融状態、すなわち流動性を有した状態では、溶融池２３Ｗ内を上昇し、溶融池２３Ｗから外へ出る。したがって、溶融池２３Ｗが溶融状態である時間が長いほど、より多くのボイドＶが溶融池２３Ｗ外へ排出され、固化された溶接部２３中に残存するボイドＶが減ることになる。この点、上述したように、本実施形態によれば、レーザ光Ｌが、ビームＢ１，Ｂ２を有していることにより、単一のビームである場合に比べて、降下時間Δｔ１が長くなる分、より長い時間にわたって溶融池２３Ｗを溶融状態に維持することができる。したがって、本実施形態によれば、よりボイドＶの少ない溶接部２３を形成することができる。
　発明者らの鋭意研究により、ビームＢ１，Ｂ２を、図５～７に例示しかつ上述したような配置およびパワー密度に設定することにより、単一のビームである場合に比べて、より長い時間に亘って溶融池２３Ｗの溶融状態が得られ、ボイドＶをより減少できることが確認できた。
　本実施形態によれば、溶融池２３Ｗから少なくとも一つのボイドＶが溶融池２３Ｗ外へ抜けるのに必要な溶融池２３Ｗの温度Ｔ１、並びに当該温度Ｔ１から融点Ｔｍまでの降下時間Δｔ１（＝ｔｅ１－ｔ１）を確保できるよう、ビームＢ１，Ｂ２の配置およびパワー密度を設定することができる。なお、温度Ｔ１や、降下時間Δｔ１は、材質や、環境の放熱性、雰囲気温度などによって異なる値になる。
［平角線］
　図１２は、部材２０を含む平角線１０の斜視図である。部材２０は、一例として、図１２に示されるような平角線１０の芯線（内部導体）である。平角線１０は、部材２０と、部材２０の被覆３０と、を有している。部材２０は、導電性を有した金属材料で作られている。部材２０の、延び方向に対して直交する断面の形状は、略四角形状である。被覆３０は、絶縁性を有しており、例えば、エナメルや、合成樹脂材料等で作られる。被覆３０は、エナメル層と、当該エナメル層を取り囲む押出樹脂層と、を有してもよい。レーザ溶接装置１００は、このような平角線１０の芯線としての部材２０の、端部２０ａ同士の溶接に適用される。この場合、二つの平角線１０の延び方向の端部の近傍において、被覆３０が除去される。そして、図２に示されるように、同じ方向（延び方向）を向く姿勢で隣接して配置された二つの部材２０の端部２０ａが、レーザ溶接装置１００によって溶接される。
　平角線１０は、例えばモータやモータジェネレータのような回転電機に設けられるコイルを構成してもよい。本実施形態のレーザ溶接装置１００によるレーザ溶接方法は、ステータコアにセットされた互いに隣接するコイルの端部の溶接に適用することができる。
　ただし、対象物Ｗとなる部材２０は、平角線１０の芯線には限定されず、図２に示されるように、互いにＺ方向に延び、Ｘ方向に隣接し、端部２０ａが近接するとともに、互いにＸ方向に面した側面２０ｂを有した部材であればよい。部材２０は、板状の部材であってもよいし、線材であってもよい。
［溶接部に残存するボイド］
　図１３は、溶接部２３の例示的な側面図である。本実施形態では、図１３に示されるように、溶接部２３の下側半分ＲｌのボイドＶの数が溶接部２３の上側半分ＲｕのボイドＶの数以下となるよう、レーザ光Ｌの照射条件、特にビームＢ２（副ビーム）の照射条件を設定する。ここで、仮想平面ＶＰは、溶接部２３の溶接時および固化時の鉛直方向における当該溶接部２３の上端２３ａと当該鉛直方向における下端２３ｂとの間の丁度中間位置を通り、溶接時および固化時の水平方向に広がった平面とする。上側半分Ｒｕは、仮想平面ＶＰよりも上側の部位であって、仮想平面ＶＰに対して下側半分Ｒｌとは反対側の部位とする。また、下側半分Ｒｌは、溶接部２３のうち、仮想平面ＶＰよりも下側の部位であって、仮想平面ＶＰに対して上側半分Ｒｕとは反対側の部位とする。溶融池２３Ｗにおいて、ボイドＶは上方に移動する。よって、レーザ光Ｌ（ビームＢ２）の照射によって溶融池２３Ｗの溶融状態が維持されると、下側半分Ｒｌに生じたボイドＶは上昇し、上側半分Ｒｕあるいは溶融池２３Ｗ外へ移動し、抜けられなかったボイドＶが主として上側半分Ｒｕに残存する。したがって、溶接部２３において下側半分ＲｌのボイドＶの数が上側半分ＲｕのボイドＶの数以下となる状態が得られる。すなわち、溶接部２３において下側半分ＲｌのボイドＶの数が上側半分ＲｕのボイドＶの数以下となっている状態は、ビームＢ２の照射によるボイドＶの低減の効果が得られた状態であると言える。
　このように、下側半分ＲｌのボイドＶの数が上側半分ＲｕのボイドＶの数以下となるよう、レーザ光Ｌ、特にビームＢ２を適宜に設定することにより、所要の接合強度および導電率を有するとともに、ボイドＶの数がより少ない溶接部２３を形成することができる。なお、図１３の例では、上側半分ＲｕにおけるボイドＶの数が２であり、下側半分ＲｌにおけるボイドＶの数が０であるが、ボイドＶの数はこの例には限定されない。
　以上説明したように、本実施形態のレーザ溶接方法およびレーザ溶接装置１００では、ビームＢ２（副ビーム）が、溶融池２３Ｗが固化する前に当該溶融池２３Ｗ内に形成されたボイドＶのうち少なくとも一つのボイドＶが当該溶融池２３Ｗ外へ抜けるよう、対象物Ｗに照射される。また、ビームＢ１（主ビーム）およびビームＢ２（副ビーム）は、対象物Ｗに溶融池２３Ｗが形成されるとともに、当該溶融池２３Ｗ内に形成されたボイドＶのうち少なくとも一つのボイドＶが当該溶融池２３Ｗ外へ抜けるように当該溶融池２３Ｗの温度が経時変化するよう、設定される。
　よって、本実施形態によれば、溶接部２３中のボイドＶをより減らすことができ、当該ボイドＶによる溶接部２３の強度の低下を抑制することができる。
［第２実施形態］
［レーザ溶接装置の構成］
　図１４は、第２実施形態のレーザ溶接装置１００Ａの概略構成を示す図である。図１４に示されるように、レーザ溶接装置１００Ａは、複数のレーザ装置１１１，１１２（１１０）を備えるとともに光学ヘッド１２０Ａに設けられたセンサ１５０を備えている点が、上記第１実施形態と相違している。また、これらを備えることに伴い、光学ヘッド１２０Ａが、コリメートレンズ１２１－２、フィルタ１２４，１２７、およびミラー１２８を有している点も、上記第１実施形態と相違している。
　レーザ装置１１１，１１２（１１０）は、それぞれレーザ発振器を有している。本実施形態では、レーザ装置１１１，１１２は、異なる波長のレーザ光を出力する。
　レーザ装置１１１は、例えば、８００［ｎｍ］以上かつ１２００［ｎｍ］以下の波長の第一レーザ光を出力する。レーザ装置１１１は、第一レーザ装置とも称され、レーザ装置１１１が有するレーザ発振器は、第一レーザ発振器とも称されうる。
　他方、レーザ装置１１２は、５５０［ｎｍ］以下の波長の第二レーザ光を出力する。レーザ装置１１２は、第二レーザ装置とも称され、レーザ装置１１２が有するレーザ発振器は、第二レーザ発振器とも称されうる。また、一例として、レーザ装置１１２は、レーザ光源として、半導体レーザ（素子）を有する。なお、レーザ装置１１２は、４００［ｎｍ］以上かつ５００［ｎｍ］以下の波長のレーザ光を出力してもよい。
　レーザ装置１１２の設置に伴い、光学ヘッド１２０Ａには、フィルタ１２４が設けられている。ミラー１２３で反射した第一レーザ光は、Ｚ方向の反対方向に進み、フィルタ１２４へ向かう。なお、第一レーザ光が光学ヘッド１２０ＡにおいてＺ方向の反対方向へ進むように入力される構成にあっては、ミラー１２３は不要である。
　フィルタ１２４は、例えば、第一レーザ光を透過し、かつ第二レーザ光を透過せずに反射するハイパスフィルタである。第一レーザ光は、フィルタ１２４を透過してガルバノスキャナ１２６へ向かう。他方、フィルタ１２４は、コリメートレンズ１２１－２で平行光となった第二レーザ光を反射する。フィルタ１２４で反射した第二レーザ光もガルバノスキャナ１２６へ向かう。
　フィルタ１２７は、ミラー１２３とフィルタ１２４との間に設けられている。フィルタ１２７は、ミラー１２３からの第一レーザ光をフィルタ１２４へ向けて透過するとともに、対象物Ｗの表面Ｗａ（図５～７参照）から到来しフィルタ１２４を通った光をミラー１２８に向けて反射する。ミラー１２８で反射した光は、センサ１５０に入力される。このような構成により、センサ１５０は、表面Ｗａ上の画像を撮影することができる。センサ１５０は、例えば、赤外線サーモグラフィカメラであり、表面Ｗａにおける温度分布を検知することができる。
　また、本実施形態でも、ＤＯＥ１２５が設けられている。ＤＯＥ１２５は、コリメートレンズ１２１－２とフィルタ１２４との間に配置され、第二レーザ光のビームを成形する。ただし、光学ヘッド１２０Ａは、第一レーザ光のビームを成形するＤＯＥを有してもよい。
　なお、レーザ溶接装置１００Ａは、センサ１５０に替えて、上記第１実施形態のようなセンサ１５０を備えてもよい。また、第１実施形態のレーザ溶接装置１００が、本実施形態のような、光学ヘッド１２０のボディに取り付けられたセンサ１５０を備えてもよい。
［波長と光の吸収率］
　ここで、金属材料の光の吸収率について説明する。図１５は、照射するレーザ光Ｌの波長に対する各金属材料の光の吸収率を示すグラフである。図１５のグラフの横軸は波長であり、縦軸は吸収率である。図１５には、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）、タンタル（Ｔａ）、およびチタン（Ｔｉ）について、波長と吸収率との関係が示されている。
　材料によって特性が異なるものの、図１５に示されている各金属に関しては、一般的な赤外線（ＩＲ）のレーザ光（第一レーザ光）を用いるよりも、青や緑のレーザ光（第二レーザ光）を用いた方が、エネルギの吸収率がより高いことが理解できよう。この特徴は、銅（Ｃｕ）や、金（Ａｕ）等においては顕著となる。
　使用波長に対して吸収率が比較的低い対象物Ｗにレーザ光が照射された場合、大部分の光エネルギは反射され、対象物Ｗに熱としての影響を及ぼさない。そのため、十分な深さの溶融部位を得るには比較的高いパワーを与える必要がある。その場合、ビーム中心部は急激にエネルギが投入されることで、昇華が生じ、キーホールが形成される。
　他方、使用波長に対して吸収率が比較的高い対象物Ｗにレーザ光が照射された場合、投入されるエネルギの多くが対象物Ｗに吸収され、熱エネルギへと変換される。この過程において、パワー密度が低いレーザ光を照射した場合には、熱伝導型の溶融となる。
　本実施形態の光学ヘッド１２０Ａによれば、レーザ装置１１１からの第一レーザ光によるビームＢ１と、レーザ装置１１２からの第二レーザ光によるビームＢ２とを有したレーザ光Ｌを、対象物Ｗに照射することができる。
　以上から、８００［ｎｍ］以上かつ１２００［ｎｍ］以下の波長の第一レーザ光を出力し、５００［ｎｍ］以下の波長の第二レーザ光を出力するようにし、第一レーザ光で対象物Ｗを溶融した後に第二レーザ光を照射することで、溶融池２３Ｗに効率よく熱エネルギを与えることができるため、当該溶融池２３Ｗが局所的に冷却されて固化するのをより効率よく抑制することができる。なお、第一レーザ光で対象物Ｗを溶融した後に第二レーザ光を照射するために、後述するように第一、第二レーザ光のそれぞれを出射している時間帯を独立して制御してもよい。この他、第一レーザ光に対し、レーザ光Ｌの掃引方向後方に、第二レーザ光の少なくとも一部を照射するようにしてもよい。このとき、第一レーザ光が照射される領域と、第二レーザ光が照射される領域との少なくとも一部が重なるようにしてもよい。
　コントローラ２００は、レーザ装置１１１，１１２の作動をそれぞれ制御することができる。すなわち、レーザ装置１１１が第一レーザ光すなわちビームＢ１を出射している時間帯と、レーザ装置１１２が第二レーザ光すなわちビームＢ２を出射している時間帯とを、独立して制御することができる。
［レーザ溶接方法］
　図１６は、本実施形態による溶接における溶融池２３Ｗの温度およびレーザ装置１１１，１１２（１１０）からのレーザ光の出力の経時変化を示す図である。図１６において、温度についての表記は、第１実施形態の図１１と同じである。ただし、レーザ光の出力については、第一レーザ光（主ビーム）の出力の経時変化を実線で示し、第二レーザ光（副ビーム）の出力の経時変化を破線で示している。
　図１６に示されるように、本実施形態では、レーザ装置１１１は、時刻ｔ０で出力を開始し、時刻ｔ２で出力を停止している。これに対し、レーザ装置１１２は、時刻ｔ０で出力を開始するものの、時刻ｔ２を超えた時刻ｔｋで出力を停止している。そして、時刻ｔｋ以降、溶融池２３Ｗは、常温雰囲気で自然に冷却され、これに伴い溶融池２３Ｗの温度は徐々に低下する。
　時刻ｔ０から時刻ｔ２までの間、レーザ光Ｌには、ビームＢ１，Ｂ２が含まれる。この期間におけるレーザ光Ｌの対象物Ｗへの照射により、溶融池２３Ｗが形成される。すなわち、本実施形態のレーザ溶接方法においては、時刻ｔ０から時刻ｔ２までの間、溶融池２３Ｗの形成工程が実行される。
　時刻ｔ２から時刻ｔｋまでの間、レーザ光Ｌには、ビームＢ１が含まれず、ビームＢ２のみが含まれている。これにより、レーザ光Ｌの出力は、ビームＢ１，Ｂ２含む時刻ｔ０から時刻ｔ２までの間よりも低くなっている。この間、レーザ光Ｌは、当該レーザ光Ｌの溶融池２３Ｗへの照射により、溶融池２３Ｗの溶融状態が維持されるよう、設定される。すなわち、本実施形態のレーザ溶接方法においては、時刻ｔ２から時刻ｔｋまでの間、ビームＢ１，Ｂ２の形状や、配置、パワー密度、照射位置、掃引経路、掃引速度等のレーザ光ＬおよびビームＢ１，Ｂ２の照射に関するスペックの適宜な設定により、溶融池２３Ｗのさらなる形成および拡大を抑制するとともに溶融池２３Ｗの固化も抑制しながら溶融池２３Ｗの溶融状態を一時的に維持する工程（以下、維持工程と称する）が実行される。維持工程は、延長工程とも称されうる。
　図１７は、レーザ溶接方法の維持工程における対象物Ｗの側面図である。図１７に示されるように、維持工程では、レーザ光Ｌ１，Ｌ２（Ｌ）は、溶融池２３Ｗに対して照射される。また、維持工程にあっても、レーザ光Ｌ１，Ｌ２（Ｌ）は、図１０に示されるように、直線状に照射されながら掃引されうる。なお、照射位置や、掃引経路、掃引速度等は、形成工程と同じであってもよいし、異なってもよい。維持工程においては、形成工程よりもより広い範囲に対してレーザ光Ｌ１，Ｌ２（Ｌ）が照射されてもよい。
　図１６から明らかとなるように、このような維持工程を含むことにより、溶融池２３Ｗの形成工程における温度Ｔ２が融点Ｔｍに低下するまでの降下時間Δｔ２を、第１実施形態の降下時間Δｔ１よりもさらに長くすることができる。すなわち、降下時間Δｔ２は、維持工程の時間（Δｔｋ＝ｔｋ－ｔ２、維持時間）を含む分、降下時間Δｔ１よりも長くなる。
　図１８～２０は、維持工程における溶融池２３Ｗに対するレーザ光Ｌの照射位置または掃引経路を例示する平面図、すなわち、レーザ光Ｌの照射方向に見た図である。図１８は、レーザ光Ｌが溶融池２３Ｗの平面視での中心Ｃに照射された場合を示し、図１９は、レーザ光Ｌが中心Ｃ周りに湾曲した経路で掃引された場合を示し、図２０は、レーザ光Ｌが中心Ｃ周りに折れ曲がった経路で掃引された場合を示す。図１９，２０の場合にあっては、掃引における周回数は、１回であってもよいし、１回未満であってもよいし、２回以上であってもよい。これらの各場合において、溶融池２３Ｗの全体に亘ってレーザ光Ｌによる熱が伝達される（届く）という条件では、溶融状態の溶融池２３ＷからボイドＶが抜け、溶接部２３中のボイドＶが減るという効果が得られる。維持工程において、レーザ光Ｌは、連続的に照射されてもよいし、間欠的に照射されてもよい。例えば、図１８の場合に、レーザ光Ｌは中心Ｃに対して間欠的に照射されてもよいし、レーザ光Ｌは、図１９，２０のような軌跡で掃引されながら間欠的に照射されてもよい。また、レーザ光Ｌは、図１８のような１点に対して間欠的に照射されるのではなく、複数の点に対して順番に照射されてもよい。また、図１８，１９の場合のようにレーザ光Ｌが中心Ｃ周りに曲がった経路で掃引されることにより、溶融池２３Ｗにおいて乱れの少ない（層流の）旋回流が形成された場合には、浮力による移動と流体の移動とによって溶融池２３ＷからボイドＶがより一層抜けやすくなる。
　また、溶融池２３Ｗに対してレーザ光Ｌが照射されると、当該溶融池２３Ｗの表面のうちレーザ光Ｌが照射された領域に、凹み（Ｚ方向の反対方向への凹み、以下単に凹みと称する）が生じる。発明者らの鋭意研究により、維持工程においてレーザ光Ｌの照射によって生じる凹みが、溶融池２３Ｗを形成する工程においてレーザ光Ｌの照射によって生じる凹みよりも浅いと、スパッタやボイドＶの少ない、より高品質な溶接を実行可能であることが判明した。凹みは、パワー密度に応じて深くなる。したがって、維持工程におけるレーザ光Ｌの溶融池２３Ｗの表面におけるパワー密度は、当該溶融池２３Ｗを形成する工程における当該溶融池２３Ｗの表面におけるパワー密度よりも低いのが好ましいことを意味する。
　このような凹みの深さは、図１４において、センサ１５０を、光干渉断層撮影（optical　coherence　tomography、ＯＣＴ）のセンサとして構成することにより、測定することができる。図１４のレーザ溶接装置１００Ａにあっては、コントローラ２００は、維持工程において生じる凹みが、溶融池２３Ｗを形成する工程において生じる凹みよりも浅くなるよう、あるいは、維持工程において当該凹みが所定値以下となるよう、レーザ装置１１０のパワーを制御してもよい。
［パワー密度］
　発明者らの実験的な研究により、維持工程において照射されるレーザ光Ｌの溶融池２３Ｗの表面におけるパワー密度［Ｗ／ｃｍ２］は、好適な範囲があることが判明した。
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 　表１は、レーザ光Ｌのパワー密度が異なる複数のサンプルについて実験を行った結果から得られた、パワー密度の範囲に応じた溶接部２３中のボイドＶの数に基づく溶接品質の判定結果を示している。ボイドＶの数の測定においては溶接後のサンプルの側面方向から見た一断面中の直径１００［μｍ］以上のサイズのものをカウントする。判定において、◎は、ボイドＶの数が１０以下である場合（優良）、○は、ボイドＶの数が１０より多くかつ２０以下である場合（良好）、△は、ボイドＶの数が２０より多くかつ３０以下である場合（可）、また、×は、ボイドＶの数が３０より多い場合（不良）を示す。
　表１に示されるように、パワー密度Ｐｄは、１０７［Ｗ／ｃｍ２］以下であるのが好ましく、１０６［Ｗ／ｃｍ２］以下であるのがより好ましいことが判明した。これは、パワー密度Ｐｄが大き過ぎると、溶融池２３Ｗにキーホールが形成されてしまい、スパッタひいてはボイドＶが増大するからであると推定することができる。
　また、パワー密度Ｐｄは、１０３［Ｗ／ｃｍ２］より大きいのが好ましく、１０４［Ｗ／ｃｍ２］より大きいのがより好ましいことが判明した。これは、パワー密度Ｐｄが小さ過ぎると、溶融池２３Ｗの溶融状態を十分に維持できなくなり、当該溶融池２３Ｗがより早期に凝固してしまうからであると推定することができる。
　以上説明したように、本実施形態のレーザ溶接方法およびレーザ溶接装置１００Ａによれば、溶融池２３Ｗを形成する工程（形成工程）の後に、溶融池２３Ｗにレーザ光Ｌ１，Ｌ２（Ｌ）を照射することにより当該溶融池２３Ｗを溶融状態で一時的に維持する工程（維持工程）を実行することができる。
　よって、本実施形態によれば、溶接部２３中のボイドＶをより一層減らすことができ、当該ボイドＶによる溶接部２３の強度の低下をより一層抑制することができる。
　また、本実施形態によっても、維持工程による効果として、溶接部２３において下側半分ＲｌのボイドＶの数が上側半分ＲｕのボイドＶの数以下となる状態が得られる。
［第３実施形態］
［レーザ溶接装置のブロック図および処理手順］
　図２１は、レーザ溶接装置１００，１００Ａのブロック図である。レーザ溶接装置１００，１００Ａは、例えば、コントローラ２００と、記憶部２１０と、センサ１５０と、レーザ装置１１０と、ガルバノスキャナ１２６と、駆動機構１４０と、出力部２２０と、を備えている。
　コントローラ２００は、コンピュータであって、ＣＰＵ（central　processing　unit）のようなプロセッサ（回路）や、ＲＡＭ（random　access　memory）、ＲＯＭ（read　only　memory）のような主記憶部を有している。コントローラ２００は、例えばＭＣＵ（micro　controller　unit）である。記憶部２１０は、例えばＳＳＤ（solid　state　drive）やＨＤＤ（hard　disk　drive）のような不揮発性の記憶装置を有している。コントローラ２００は、制御部の一例である。また、記憶部２１０は、補助記憶装置とも称されうる。
　プロセッサは、ＲＯＭや記憶部２１０に記憶されたプログラムを読み出して各処理を実行することにより、照射制御部２０１、検出制御部２０２、判定部２０３、出力制御部２０４、およびパラメータ変更部２０５として作動する。プログラムは、それぞれインストール可能な形式または実行可能な形式のファイルで、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供されうる。記録媒体は、プログラムプロダクトとも称されうる。プログラムおよびプロセッサによる演算処理で用いられる値や、テーブル、マップ等の情報は、ＲＯＭや記憶部２１０に予め記憶されてもよいし、通信ネットワークに接続されたコンピュータの記憶部に記憶され、当該通信ネットワーク経由でダウンロードされることによって記憶部２１０に記憶されてもよい。記憶部２１０は、プロセッサによって書き込まれたデータを記憶する。また、コントローラ２００による演算処理は、少なくとも部分的に、ハードウエアによって実行されてもよい。この場合、コントローラ２００には、例えば、ＦＰＧＡ（field　programmable　gate　array）や、ＡＳＩＣ（application　specific　integrated　circuit）等が含まれてもよい。
　出力部２２０は、音声または画像により判定結果を示す情報を出力することができる装置であって、例えば、モニター（ディスプレイ）や、スピーカ、ブザー、プリンタ等である。また、出力部２２０は、判定結果を示すデータをコントローラ２００外の他の機器へ出力する通信部等であってもよい。
［検査結果の出力手順］
　図２２は、検査結果を出力する処理手順のフローチャートである。図２２に示されるように、まず、コントローラ２００は、照射制御部２０１として作動し、所定の手順で対象物Ｗに対してレーザ光Ｌを照射して当該対象物Ｗを溶接するよう、レーザ装置１１０、ガルバノスキャナ１２６、および駆動機構１４０を制御する（Ｓ１１）。このＳ１１において、照射制御部２０１は、上述したように、少なくとも一つのボイドＶが溶融池２３Ｗから排出されるのに要する降下時間Δｔ１，Δｔ２が生じるビームＢ１，Ｂ２のスペック、ならびに維持時間Δｔｋで、対象物Ｗにレーザ光Ｌを照射するよう、レーザ装置１１０、ガルバノスキャナ１２６、および駆動機構１４０のうち少なくとも一つの作動を制御する。レーザ装置１１０、ガルバノスキャナ１２６、および駆動機構１４０は、レーザ溶接装置１００，１００Ａにおけるコントローラ２００による被制御対象であるとともに、レーザ光Ｌの照射状態を変更することが可能な可変機構の一例である。照射制御部２０１およびコントローラ２００は、制御部の一例である。
　次に、コントローラ２００は、検出制御部２０２として作動し、溶融池２３Ｗの温度を検出する（Ｓ１２）。このＳ１２において、検出制御部２０２は、例えば、溶融池２３Ｗの最高温度を検出してもよいし、照射開始時刻（時刻ｔ０）から所定の時間が経過した少なくとも一つの時刻において、溶融池２３Ｗの温度を検出してもよい。
　次に、コントローラ２００は、判定部２０３として作動し、温度の検出結果に基づいて、溶接部２３の品質の良否を判定する（Ｓ１３）。このＳ１３において、判定部２０３は、Ｓ２において検出された温度から、所定の判定基準にしたがって品質の良否を判定する。例えば、判定部２０３は、所定時点での検出温度が当該所定時点に対応した閾値以上であったときは、溶接部２３の品質を良と判定し、検出温度が閾値未満であったときは、溶接部２３の品質を不良と判定する。判定結果の良否に対応した閾値温度や、当該検査タイミング等は、実験結果から予め設定されている。
　次に、コントローラ２００は、出力制御部２０４として作動し、判定結果を所定の出力型式で出力するよう、出力部２２０を制御する（Ｓ１４）。
　次に、コントローラ２００は、パラメータ変更部２０５として作動し、判定結果に応じて、レーザ光Ｌの照射に関する変更可能な制御パラメータを変更する（Ｓ１５）。このＳ１５における変更可能な制御パラメータは、例えば、レーザ装置１１０の出力や、レーザ装置１１０による出力時間、ビームＢ１の出力期間、ビームＢ２の出力期間等である。パラメータ変更部２０５は、変更したパラメータの値を記憶部２１０に記憶する。コントローラ２００は、次回以降の同様のレーザ溶接を実行する際に、記憶部２１０に記憶された制御パラメータを読み出し、当該記憶されている、すなわち変更された制御パラメータでレーザ溶接を実行するよう、レーザ装置１１０や、ガルバノスキャナ１２６、駆動機構１４０などの被制御対象を制御する。
［ボイド抑制制御の処理手順］
　図２３は、ボイドを抑制する制御の処理手順のフローチャートである。図２３に示されるように、まず、コントローラ２００は、照射制御部２０１として作動し、所定の手順で対象物Ｗに対してレーザ光Ｌを照射して溶融池２３Ｗを形成するよう、レーザ装置１１０や、ガルバノスキャナ１２６、駆動機構１４０などの被制御対象を制御する（Ｓ２１）。このＳ２１は、溶融池２３Ｗの形成工程である。このＳ２１において、コントローラ２００は、検出制御部２０２としても作動しており、所定のタイミングで、例えば、一定の時間間隔で、溶融池２３Ｗの温度を検出している。
　また、Ｓ２１において、コントローラ２００は、溶融池２３Ｗの温度が所定の温度で維持されたりあるいは所定の経時変化で推移したりするよう、レーザ装置１１０や、ガルバノスキャナ１２６、駆動機構１４０などの被制御対象（可変機構）をフィードバック制御してもよい。
　次に、コントローラ２００は、判定部２０３として作動し、溶融池２３Ｗの形成工程について所定の条件（第一条件）が満たされたか否かを判定する（Ｓ２２）。このＳ２２において、判定部２０３は、例えば、溶融池２３Ｗの温度の経時変化に基づいて、第一閾値温度以上の時間が第一閾値時間以上継続した場合に、第一条件が満たされたと判定する。これにより、溶融池２３Ｗおよび部材２０を、ボイドＶが抜けるのに十分な降下時間Δｔ１，Δｔ２を確保できる状態にすることができる。
　第一条件が満たされていない場合（Ｓ２２でＮｏ）、Ｓ２１の溶融池２３Ｗの形成工程が継続される。第一条件が満たされた場合（Ｓ２２でＹｅｓ）、第１実施形態のレーザ溶接装置１００に対しては、処理手順が終了する。第２実施形態のレーザ溶接装置１００Ａに対しては、Ｓ２３に移行する。
　Ｓ２３において、コントローラ２００は、照射制御部２０１として作動し、所定の手順で対象物Ｗに対してレーザ光Ｌ、例えばビームＢ２のみを照射して溶融池２３Ｗを溶融状態で維持するよう、レーザ装置１１０や、ガルバノスキャナ１２６、駆動機構１４０などの被制御対象を制御する（Ｓ２３）。このＳ２３は、溶融池２３Ｗの維持工程である。このＳ２３において、コントローラ２００は、検出制御部２０２としても作動しており、所定のタイミングで、例えば、一定の時間間隔で、溶融池２３Ｗの温度を検出している。
　また、Ｓ２３において、コントローラ２００は、溶融池２３Ｗの温度が所定の温度で維持されたりあるいは所定の経時変化で推移したりするよう、レーザ装置１１０や、ガルバノスキャナ１２６、駆動機構１４０などの被制御対象（可変機構）をフィードバック制御してもよい。
　次に、コントローラ２００は、判定部２０３として作動し、溶融池２３Ｗの維持工程について所定の条件（第二条件）が満たされたか否かを判定する（Ｓ２４）。このＳ２４において、判定部２０３は、例えば、溶融池２３Ｗの温度の経時変化に基づいて、第二閾値温度以上の時間が第二閾値時間以上継続した場合に、第二条件が満たされたと判定する。これにより、ボイドＶが抜けるのに十分な維持時間Δｔｋひいては降下時間Δｔ２を確保することができる。
　第二条件が満たされていない場合（Ｓ２４でＮｏ）、Ｓ２３の溶融池２３Ｗの維持工程が継続される。第二条件が満たされた場合（Ｓ２４でＹｅｓ）、処理手順が終了する。
　以上、説明したように、本実施形態のように、レーザ溶接装置１００，１００Ａは、溶融池２３Ｗの温度を検出するセンサ１５０と、センサ１５０による検出結果に基づく溶接品質を示す情報を出力する出力部２２０と、を備えてもよい。
　このような構成および制御によれば、溶接部２３のボイドＶの有無を非破壊で比較的容易に検査することができるとともに、溶接品質の判定結果に基づいてレーザ溶接装置１００，１００Ａの制御パラメータを変更することにより、次回以降のレーザ溶接における溶接品質を向上することができる。
　また、本実施形態のように、コントローラ２００は、溶融池２３Ｗの温度を検出するセンサ１５０の検出結果に基づいて、レーザ装置１１０や、ガルバノスキャナ１２６、駆動機構１４０などの被制御対象（可変機構）の作動を制御してもよい。
　このような構成および制御によれば、溶融池２３Ｗの形成および溶融状態での維持をより精度良く実行することができるので、ボイドＶをより確実に抑制できたり、ボイドＶの発生を抑制しながら無駄なエネルギ消費を低減できたりといった利点が得られる。
　以上、本発明の実施形態が例示されたが、上記実施形態は一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。また、各構成や、形状、等のスペック（構造や、種類、方向、型式、大きさ、長さ、幅、厚さ、高さ、数、配置、位置、材質等）は、適宜に変更して実施することができる。
　例えば、レーザ溶接装置は、同じ波長のレーザ光を出力する複数のレーザ装置（レーザ光源）を備えてもよい。
　また、例えば、レーザ光の照射に際し、公知のウォブリングや、ウィービング、出力変調等が行われ、溶融池の表面積が調節されてもよい。
　本発明は、レーザ溶接方法およびレーザ溶接装置に利用することができる。
１０…平角線
２０…部材
２０ａ…端部
２０ｂ…側面
２１…部材（第一部材）
２１ａ…端部（第一端部）
２１ｂ…側面
２２…部材（第二部材）
２２ａ…端部（第二端部）
２２ｂ…側面
２３…溶接部
２３Ｗ…溶融池
２３ａ…上端
２３ｂ…下端
３０…被覆
１００，１００Ａ…レーザ溶接装置
１１０，１１１，１１２…レーザ装置（レーザ発振器、可変機構）
１２０，１２０Ａ…光学ヘッド
１２１，１２１－１，１２１－２…コリメートレンズ
１２２…集光レンズ
１２３…ミラー
１２４…フィルタ
１２５…ＤＯＥ
１２５ａ…回折格子
１２６…ガルバノスキャナ（可変機構）
１２６ａ，１２６ｂ…ミラー
１２７…フィルタ
１２８…ミラー
１３０…光ファイバ
１４０…駆動機構（可変機構）
１５０…センサ
２００…コントローラ（制御部）
２０１…照射制御部（制御部）
２０２…検出制御部
２０３…判定部
２０４…出力制御部
２０５…パラメータ変更部
２１０…記憶部
２２０…出力部
Ａ１…領域
Ａ２…領域
Ｂ１…ビーム（主ビーム、主パワー領域）
Ｂ１ａ…外縁
Ｂ２…ビーム（副ビーム、副パワー領域）
Ｂ２ａ…外縁
Ｂ２ｂ…内縁
ｂ２…ビーム
Ｃ…中心
Ｃ１…中心
Ｃ２…中心
ｇ…隙間
Ｌ，Ｌ１，Ｌ２…レーザ光
Ｐｄ…パワー密度
Ｒｕ…上側半分
Ｒｌ…下側半分
ｔ０，ｔ１，ｔ２，ｔｅ１，ｔｅｒ，ｔｋ…時刻
Ｔ１，Ｔ２，Ｔｒ…温度
Ｔｍ…融点
Ｖ…ボイド
ＶＰ…仮想平面
Ｗ…対象物
Ｗａ…表面
Ｘ…方向（第二方向）
Ｙ…方向（第三方向）
Ｚ…方向（第一方向）
δ…ずれ
Δｔ１，Δｔ２…降下時間
Δｔｋ…維持時間
ΔＴ…温度差

Claims (28)

  1. 　少なくとも一つの主ビームを含む主パワー領域と、当該主ビームよりもパワー密度が小さい少なくとも一つの副ビームを含む副パワー領域と、を含むレーザ光を対象物に照射して当該対象物を溶接するレーザ溶接方法であって、
    　前記対象物に前記レーザ光を照射することにより溶融池を形成する工程と、
    　前記溶融池を固化する工程と、
    　を有し、
    　前記副ビームは、前記溶融池内に形成されたボイドが、当該溶融池が固化する前に当該溶融池外へ抜けるように、前記対象物に照射される、レーザ溶接方法。
  2. 　前記溶融池を形成する工程では、当該溶融池が固化されて形成された溶接部の下側半分におけるボイドの数が上側半分におけるボイドの数以下になるよう、前記レーザ光を照射する請求項１に記載のレーザ溶接方法。
  3. 　前記主パワー領域は、前記副パワー領域の外縁の内側に位置している、請求項１に記載のレーザ溶接方法。
  4. 　前記副パワー領域は、前記少なくとも一つの副ビームとして複数の副ビームを含み、
    　前記主ビームは、前記複数の副ビームに取り囲まれている、請求項１に記載のレーザ溶接方法。
  5. 　前記副パワー領域は、前記少なくとも一つの副ビームとして、前記主パワー領域を取り囲む一つの副ビームを含む、請求項１に記載のレーザ溶接方法。
  6. 　前記溶融池を形成する工程の後に、前記溶融池に前記レーザ光を照射することにより当該溶融池を溶融状態で一時的に維持する工程を有した、請求項１～５のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
  7. 　前記溶融池を溶融状態で一時的に維持する工程では、前記溶融池を形成する工程に比べて、前記レーザ光のパワーを低くする、請求項６に記載のレーザ溶接方法。
  8. 　前記溶融池を溶融状態で一時的に維持する工程では、前記溶融池を形成する工程に比べて、前記主ビームのパワーを低くする、請求項６または７に記載のレーザ溶接方法。
  9. 　前記溶融池を溶融状態で一時的に維持する工程で前記レーザ光の照射によって前記溶融池の表面に生じる凹みは、前記溶融池を形成する工程で前記レーザ光の照射によって前記溶融池の表面に生じる凹みよりも浅い、請求項６～８のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
  10. 　前記溶融池を溶融状態で一時的に維持する工程では、前記レーザ光の前記溶融池の表面におけるパワー密度が、１０７［Ｗ／ｃｍ２］以下である、請求項６～９のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
  11. 　前記溶融池を溶融状態で一時的に維持する工程では、前記レーザ光の前記溶融池の表面におけるパワー密度が、１０６［Ｗ／ｃｍ２］以下である、請求項１０に記載のレーザ溶接方法。
  12. 　前記溶融池を形成する工程では、前記主ビームを照射し、
    　前記溶融池を溶融状態で一時的に維持する工程では、前記主ビームの照射を停止する、請求項６～１１のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
  13. 　前記溶融池を形成する工程から前記溶融池を溶融状態で一時的に維持する工程にかけて、前記主ビームの照射時間が前記副ビームの照射時間よりも短い、請求項６～１２のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
  14. 　前記主ビームの波長と前記副ビームの波長とが同じである、請求項１～１３のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
  15. 　前記主ビームの波長と前記副ビームの波長とが異なる、請求項１～１４のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
  16. 　前記主ビームの波長は８００［ｎｍ］以上かつ１２００［ｎｍ］以下であり、前記副ビームの波長は５５０［ｎｍ］以下である、請求項１５に記載のレーザ溶接方法。
  17. 　前記主パワー領域および前記副パワー領域のうち少なくとも一方に含まれる複数のビームをビームシェイパによって形成する、請求項１～１６のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
  18. 　前記レーザ光を前記対象物に対して照射しながら掃引する、請求項１～１７のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
  19. 　前記副パワー領域の少なくとも一部は、前記主パワー領域に対して、前記対象物に対する前記レーザ光の掃引方向の後方に位置する、請求項１８に記載のレーザ溶接方法。
  20. 　前記レーザ光を直線状に掃引する、請求項１８または１９に記載のレーザ溶接方法。
  21. 　前記溶融池を溶融状態で一時的に維持する工程では、前記レーザ光を定点に照射する、請求項１８～２０のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
  22. 　前記溶融池を溶融状態で一時的に維持する工程では、前記レーザ光の照射方向に見た場合に前記溶融池の中心周りに曲がった経路で前記レーザ光を掃引する、請求項１８～２１のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
  23. 　前記対象物は、銅系金属材料、アルミニウム系金属材料、ニッケル系金属材料、鉄系金属材料、およびチタン系金属材料のうちのいずれか一つで作られた、請求項１～２２のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
  24. 　前記溶融池は、金属材料で作られた第一部材の第一方向の第一端部と、前記第一部材に対して前記第一方向と交差した第二方向に隣接し金属材料で作られた第二部材の前記第一方向の第二端部であって前記第一端部の当該第二端部からの前記第一方向に沿った距離が０以上となるように配置された第二端部と、の間で掛け渡されるように形成される、請求項１～２３のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
  25. 　前記対象物を構成する部材は、平角線の導体である、請求項２４に記載のレーザ溶接方法。
  26. 　レーザ発振器と、
    　前記レーザ発振器から出射されたレーザ光を対象物に照射する光学ヘッドと、
    　を備え、
    　前記レーザ光は、少なくとも一つの主ビームと、当該主ビームよりもパワー密度が小さい少なくとも一つの副ビームと、を含み、前記対象物に溶融池を形成するように照射され、
    　前記副ビームは、前記溶融池内に形成されたボイドが、当該溶融池が固化する前に当該溶融池外へ抜けるように、前記対象物に照射される、レーザ溶接装置。
  27. 　前記溶融池の温度を検出するセンサと、
    　前記センサの検出結果に基づいて溶接品質を示す情報を出力する出力部と、
    　を備えた、請求項２６に記載のレーザ溶接装置。
  28. 　前記溶融池の温度を検出するセンサと、
    　前記レーザ光の照射状態を変更可能な可変機構と、
    　前記センサの検出結果に基づいて前記可変機構の作動を制御する制御部と、
    　を備えた、請求項２６または２７に記載のレーザ溶接装置。
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