申請/專利權人：株式會社英知一

申請日：2017-01-11

公開（公告）日：2023-09-15

公開（公告）號：CN107427962B

主分類號：B23K26/244

分類號：B23K26/244;B23K26/00;B23K26/21

優先權：["20160112 JP 2016-003251"]

專利狀態碼：有效-授權

法律狀態：2023.09.15#授權;2018.12.21#實質審查的生效;2017.12.01#公開

摘要：本發明課題在于，在對于多個重疊的工件在一側表面的從焊接開始端到焊接終端部的掃描區間照射激光進行焊接的激光疊焊方法中，防止在激光掃描的焊接終端部易發生的凝固裂紋，提高重疊工件的接合強度。本發明的激光疊焊方法對于多個重疊的工件10，11，在一側表面10a的從焊接開始端S到焊接終端部E的直線掃描區間，通過使得激光L掃描，直線狀照射，進行焊接，若來到到達焊接終端部E一定時間前的激光輸出控制位置，則控制使得在到達焊接終端部E前逐漸降低照射激光的輸出，接著，若到達焊接終端部E，則繞著該終端部的工件的厚度方向軸線轉動掃描，使得熔融金屬的熔融部分圓形狀地流動。

主權項：1.一種激光疊焊方法，對于多個重疊的工件，在焊接部位重合的狀態下載置在焊接器具上，作為直線掃描工序，從一側表面的焊接開始端以一定的激光輸出且一定的掃描速度進行直線掃描，照射激光L，若激光照射位置來到到達焊接終端部一定時間前的激光輸出控制位置，則控制使得在到達焊接終端部前隨著向著焊接終端部逐漸降低照射激光的輸出，接著，作為轉動掃描工序，若到達焊接終端部E，則使激光繞著該終端部的工件的厚度方向軸線轉動掃描，使得熔融金屬的熔融部分圓形狀地流動，從而進行焊接，其特征在于:通過使得在上述焊接終端部的激光的轉動掃描以比到達上述焊接終端部前的直線狀照射激光的掃描速度低的低速度、且比直線狀照射激光輸出低的低輸出進行，每單位時間供給焊接終端部的激光被照射部位的激光的能量密度增大，在直線掃描與轉動掃描之間不停止激光照射。

全文數據：激光疊焊方法技術領域[0001]本發明涉及激光疊焊方法laserlapweldingmethod，其對于多個重疊工件的一側表面的從焊接開始端到終端部的焊接掃描區間照射激光，進行焊接。背景技術[0002]—般，在這種激光搭接焊接中，例如，如圖7所示，使得激光頭4對二塊重疊的鋼板制工件1、2的一側表面3直線掃描，照射激光L，局部熔融一側工件1的金屬，該熔融金屬5a通過板間隙d熔敷在另一側工件2,通過凝固使得工件1、2焊接。此時，照射在一側表面3激光L的照射直徑設定為最小的聚光直徑聚焦狀態），使得激光能量的輸出效率良好，通過焊接開始端、從該開始端到焊接終端部的中途、以及焊接終端部，上述最小的聚光直徑大致相同，由此，將激光輸出維持為一定，該激光的能量密度成為最大。[0003]但是，在以往的激光搭接焊接中，從焊接開始端到終端部之間，若使得激光輸出維持為所設定區間一定，則例如圖8所示，在焊接終端部的一側表面3產生縮孔6,因該原因，工件1、2的接合強度降低。這樣在工件1、2的焊接終端部產生縮孔6是由于以下原因：一邊將局部連續照射激光L而熔融的金屬5a攆到焊接掃描方向前方的縮孔6內一邊焊接，攆到縮孔6內的熔融金屬5a從周邊順序冷卻凝固。另一方面，由于不能從前方充分地向縮孔6內供給熔融金屬5a，直到焊接終端部，因此，完全填埋縮孔6內的材料不足，若熔融的金屬材料5a—邊從周邊順序冷卻凝固一邊收縮，則在其中央部分的厚度方向發生縮孔6,有的場合成為貫通孔。[0004]于是，以往，采用以下焊接方法：當激光到達焊接終端部時，并不立刻停止激光照射，而是如專利文獻1記載那樣，使得激光輸出隨著向著焊接終端部E逐漸降低。若這樣在焊道5的焊接終端部，使得激光輸出逐漸降低，則熔入深度逐漸變淺，因此，焊接終端部中的開孔發生頻度確實減少。[0005]【專利文獻1】日本特開2007-313544號公報[0006]但是，在上述以往的激光搭接焊接中，即使焊接終端部中的開孔發生頻度減少，如圖9㈧所示，焊道5的熔融的金屬5a依然冷卻，沿著焊接掃描方向X細長地凝固，當該熔融的金屬5a凝固時，在工件1的表面上的焊接終端部發生比較深的凹縮孔6,并且，在縮孔6,如圖9B所示，在靠近與另一側工件2的板間隙d處，發生產生深的龜裂（內部龜裂r的凝固裂縫，存在因該凝固裂縫原因使得重疊工件1、2的接合強度降低的課題。發明內容[0007]本發明的目的在于，在對于多個重疊工件的一側表面的從焊接開始端到焊接終端部的掃描區間照射激光進行焊接的激光疊焊方法中，防止在激光掃描的焊接終端部易發生的凝固裂縫，提高疊合工件的接合強度。[0008]為此，本發明人經過多次研究試驗得知對于多個重疊工件的一側表面照射激光進行搭接焊接時在焊接終端部易發生凝固裂縫的發生機理。即，凝固裂縫例如圖6A所示，若在焊接終端部停止一側表面3的激光照射，結束激光搭接焊接，則如圖6⑻所示，焊道5的熔融金屬5a—邊順序從周圍冷卻，開始凝固，一邊收縮，發生拉伸應力P，如圖6⑹所示，在該焊道5的中央部分，沿著掃描方向X，形成俯視為細長的縮孔6,隨著熔融金屬5a的凝固直線狀前進，拉伸應力P增強，于是，因強的拉伸應力P，熔融金屬5a逐漸變薄，出現凹部，如圖6〇所示，縮孔6從初始底淺的凹槽狀變形為底深的銳角的V形槽形狀，拉伸應力P集中在呈V形槽形狀的縮孔6,因該原因，在焊接終端部，從深凹為V形槽形狀的縮孔6在掃描方向產生長的龜裂r，引起凝固裂縫。[0009]于是，本發明人得知，若如上所述直線掃描，激光照射位置來到焊接終端部，則不停止激光照射，在該終端部繞著工件的厚度方向軸線Q作俯視為圓形的一定時間轉動掃描，使得熔融金屬的熔融部分圓形狀地攪拌混合，使得熔融金屬開始凝固時產生的拉伸應力均一化，由此，能阻止熔融金屬凝固為向著直線的激光掃描方向的線狀而導致拉伸應力集中在凹槽狀的縮孔，能防止在焊接終端部從凹成V形槽形狀的縮孔產生龜裂引起凝固裂縫。即，得知通過利用因熔融金屬凝固時產生的拉伸應力為原因引起的凝固裂縫的現象，能解決上述以往技術的課題，完成本發明。[0010]S卩，權利要求1涉及的發明例如以下所示的圖示實施形態，涉及一種激光疊焊方法，對于多個重疊的工件10、11，在一側表面IOa的從焊接開始端S到焊接終端部E的直線掃描區間，通過使得激光L掃描，直線狀照射，進行焊接，其特征在于，若來到到達焊接終端部E一定時間前的激光輸出控制位置，則控制使得在到達焊接終端部E前逐漸降低照射激光的輸出，接著，若到達焊接終端部E，則繞著該終端部的工件的厚度方向軸線轉動掃描，使得熔融金屬的熔融部分圓形狀地流動。[0011]權利要求2記載的發明系在權利要求1記載的激光疊焊方法中，其特征在于，例如以下所示的圖示實施形態，若激光照射位置來到上述激光輸出控制位置，則控制使得直線狀地掃描，照射激光L的掃描速度逐漸為高速，在到達焊接終端部E前逐漸降低照射激光的能量密度。[0012]權利要求3記載的發明系在權利要求1記載的激光疊焊方法中，其特征在于，例如以下所示的圖示實施形態，使得在上述焊接終端部的激光的轉動掃描以比到達上述焊接終端部前的直線狀照射激光的掃描速度低的低速度、且比直線狀照射激光輸出低的低輸出進行。[0013]下面說明本發明的效果：[0014]根據權利要求1記載的發明，激光直線掃描，若激光照射位置來到將要到達焊接終端部前的輸出控制位置，則控制使得在到達焊接終端部前逐漸降低照射激光的輸出，進行焊接，因此，其焊接部位的焊透深度逐漸變淺，因此，能使得在焊接終端部發生貫通孔的頻度減少，由此，能提高重疊工件的接合強度。接著，若這樣直線掃描，激光照射位置到達焊接終端部，則不停止激光照射，繞著工件厚度方向軸線，以俯視為圓形地轉動掃描一定時間，使得熔融金屬的熔融部分圓形地流動，因此，當該熔融部分在焊接終端部開始凝固時，通過繞著重疊工件的厚度方向軸線圓形地轉動掃描，使得金屬的熔融部分流動，攪拌混合，使得熔融金屬凝固時產生的拉伸應力均一化，能阻止熔融金屬凝固為向著直線的激光掃描方向的線狀而導致拉伸應力集中在縮孔，能有效地防止在焊接終端部從深凹成V槽形狀的縮孔產生龜裂引起凝固裂縫。[0015]根據權利要求2記載的發明，若激光照射位置來到將要到達焊接終端部前的激光輸出控制位置，則控制使得直線狀地照射激光的掃描速度逐漸為高速，進行激光掃描，每單位時間供給到激光被照射部位的能量減少，結果，激光輸出逐漸降低，能得到同樣的效果。即，若直線掃描，激光照射位置來到將要到達焊接終端部前的輸出控制位置，則控制在到達焊接終端部前使得照射激光的能量密度逐漸減少，進行焊接，因此，其焊接部位的焊透深度逐漸變淺，因此，能使得在焊接終端部發生貫通孔的頻度減少，由此，能提高重疊工件的接合強度。[0016]根據權利要求3記載的發明，通過使得在焊接終端部的激光的轉動掃描以比到達焊接終端部前的直線狀照射激光的掃描速度低的低速度、且比直線狀照射激光輸出低的低輸出進行，每單位時間供給焊接終端部的激光被照射部位的能量增大，因此，結果，熔融金屬的熔融部分更有效地圓形地流動，使得熔融金屬凝固時產生的拉伸應力有效地均一化，其結果，能抑制在焊接終端部熔融的金屬凝固為線狀而導致拉伸應力集中在縮孔，能防止在焊接終端部從凹下的縮孔產生龜裂引起凝固裂縫。附圖說明[0017]圖1是說明本發明涉及的激光疊焊方法的從焊接開始端到焊接終端部的焊接加工處理的模式圖。[0018]圖2是表示實施本發明的激光焊接裝置的結構的側面圖。[0019]圖3是使用本發明方法制造的汽車用鋼板制框架的外觀立體圖。[0020]圖4表示在焊接終端部發生的焊道的平面形狀，（B是表示在焊接終端部發生的縮孔狀態的線G-G截面的顯微鏡照片。[0021]圖5是說明本發明涉及的激光疊焊方法的從焊接開始步驟到焊接結束步驟的焊接處理的流程圖。[0022]圖6是分階段地說明焊接終端部的凝固裂縫發生機理的模式圖。[0023]圖7是說明以往的重疊工件的激光焊接方法的模式圖。[0024]圖8是說明在以往的重疊工件的激光焊接方法中在焊接終端部發生縮孔狀態的模式圖。[0025]圖9㈧表示在以往的激光焊接方法中在焊接終端部產生的凝固裂縫的平面形狀，⑻是表示在以往的激光焊接方法中在焊接終端部發生的凝固裂縫狀態的線D-D截面的顯微鏡照片。[0026]圖中符號意義如下：[0027]A—直線掃描工序[0028]B—旋轉掃描工序[0029]C一控制裝置[0030]E—焊接終端部[0031]F一鋼板制框架[0032]L一激光[0033]H—激光焊接頭[0034]P—拉伸應力[0035]S—焊接開始端[0036]X—掃描方向[0037]6—縮孔[0038]10、11—工件具體實施方式[0039]下面，參照圖1?圖6詳細說明用于實施本發明的形態。與上述以往技術例子相同的部件，標以相同符號說明。[0040]本發明的實施形態涉及的激光疊焊方法如圖1所示從焊接開始端S到終端部E的焊接加工處理那樣，對于重疊工件1〇、11，在一側表面IOa的從焊接開始端S到焊接終端部E的一定的直線掃描區間，使得激光掃描，直線狀照射，進行焊接，若來到將要到達焊接終端部E前的激光輸出控制位置，則控制使得在到達焊接終端部E前逐漸降低照射激光的輸出，接著，設定為繞著焊接終端部E的工件的厚度方向軸線轉動掃描，使得熔融金屬的熔融部分流動為圓形狀。[0041]在本實施形態中，可以是在焊接部位具有互相重合的板狀部的工件，即使雙方全體不是平板的板狀體，即使某一方是板狀體或雙方都在局部具有重合的板狀部的工件，也能采用。又，在本實施形態中，采用板狀的工件1〇、11兩塊重合焊接的形態，但是，也可以采用板狀的工件三塊重合焊接的實施形態。[0042]于是，在圖示實施形態中，如圖2所示，使用激光焊接裝置實施本發明的激光疊焊方法，如圖3所示，在重疊工件的截面檐形框架部件10上焊接另一面板部件11，例如，設為制造汽車用車體的鋼板制框架F。設有控制裝置C以及在基于預先修正重疊工件間的焊接位置的偏移而得到的焊接位置數據進行焊接的焊接工序中使用的焊接頭H。[0043]在圖示實施形態中，使用本發明的激光疊焊方法制造的鋼板制框架F使用薄鋼板，如圖2所示，框架部件10由截面呈“二”形狀的框架本體13以及從框架本體13的幅板縱壁部）14的兩側緣彎曲延伸的凸緣15構成，壓力成形為截面檐型，在該框架部件10的凸緣15，將與該凸緣對向接合的面板部件11焊接在R圓角停止位置12附近，進行制造。[0044]在圖不實施形態中，使用于重疊工件10、11的鋼板板厚在0.6mm?3mm范圍內，激光L的輸出設定為2kW?6kW的范圍內，激光焊接頭H的焊接掃描速度根據工件10、11的板厚等不同，當激光輸出為2kW、焊接開始端S的工件10表面IOa的激光照射直徑為0.6mm、以及工件10、11的板厚為0.7mm場合，激光焊接頭H的焊接掃描速度設定為2mmin。[0045]在此，激光焊接裝置設有焊接機械手R，以及驅動控制焊接機械手R的控制裝置C。焊接機械手R通過使得激光焊接頭H的焊槍從離開焊接位置的隔開位置射出激光L的遙控激光焊接方式進行焊接。在圖2中，符號16表示焊接機械手R的支持裝置，符號17表示機械手臂。[0046]控制裝置C構成為電氣控制激光焊接裝置整體，與將焊接部件定位保持在所設定的載置位置的焊接器具電連接，通過機械手控制器，驅動控制伺服電機，使得激光焊接頭H動作，同時，控制光源的激光振蕩器，從激光照射部射出線激光，實行搭接焊接。[0047]使用上述構成的激光焊接裝置，在壓力成形為截面檐形的框架部件10的凸緣15，在R圓角停止位置附近，搭接焊接與凸緣15重疊接合的另一面板部件11，制造鋼板制框架F，關于上述激光疊焊方法，參照圖1、圖4、以及圖5,說明如下：[0048]1第一焊道pass:直線掃描工序A[0049]首先，本實施形態涉及的激光搭接焊接使得截面檐形的框架部件10的凸緣15與另一面板部件11接合，在厚度方向上下重合狀態下，定位設置在焊接器具上的所設定的載置位置后，使得激光L對一側表面IOa掃描，從上方照射步驟SI。這時，激光從焊接開始端S以一定的激光輸出、且一定的掃描速度直線狀地開始掃描，在一定的直線掃描區間直線狀照射激光，直到焊接終端部E步驟S2。[0050]此后，控制裝置C檢測開始激光照射后經過所設定時間激光照射位置是否來到將到達焊接終端部E前的一定的輸出控制位置步驟S3。即，若激光直線掃描照射的位置來到將到達焊接終端部E前、例如0.1秒前的激光輸出控制位置，則控制使得照射激光的輸出隨著向著焊接終端部E逐漸降低步驟S4。例如，激光輸出控制位置位于從焊接開始端S到焊接終端部E的中途部位，將激光L的照射直徑設定為使得在焊接終端部的激光照射直徑比在激光輸出控制位置的激光照射直徑大，使得激光輸出隨著從激光輸出控制位置向著焊接終端部E逐漸降低，各焊接部位的焊透深度逐漸變淺，因此，能使得在焊接終端部E發生貫通孔的頻度減少，由此，能提高重疊工件10、11的接合強度。[0051]再有，在本實施形態中，若激光照射位置來到將到達焊接終端部E前的激光輸出控制位置，則通過使得直線狀照射的激光掃描速度逐漸高速，進行激光掃描，每單位時間照射在激光照射位置的激光的能量密度減少，結果，激光輸出逐漸降低，能得到同樣的效果。[0052]在本實施形態中，通過并用使得激光輸出連續地或階梯地降低的下降或衰減，能得到更良好形狀的焊道。[0053]2第二焊道:轉動掃描工序B[0054]接著，在本實施形態中，經過直線掃描工序A后，若直線掃描激光照射位置來到焊接終端部E步驟S5，則控制裝置C不停止激光照射，繞著厚度方向軸線以俯視圖為圓形轉動掃描一定時間（例如，〇.19秒），使得熔融金屬的熔融部分流動為圓形步驟S6。然后，結束激光焊接步驟S7。[0055]在本實施形態中，經過直線掃描工序A后，若直線掃描激光照射位置來到焊接終端部E，則不停止激光照射，繞著工件厚度方向軸線以俯視圖為圓形轉動掃描一定時間，使得熔融金屬的熔融部分流動為圓形，因此，即使該熔融部分開始冷卻凝固，通過繞著重疊工件的厚度方向軸線圓形地轉動掃描，使得金屬的熔融部分流動，攪拌混合，使得熔融金屬凝固時產生的拉伸應力均一化，能阻止熔融金屬凝固為向著直線的激光掃描方向的線狀而導致拉伸應力集中在縮孔，能有效地防止在焊接終端部從深凹成V槽形狀的縮孔產生龜裂引起凝固裂縫。[0056]在本實施形態中，在該轉動掃描工序B中，優選使得在焊接終端部E的激光的轉動掃描以比到達焊接終端部E前的直線狀照射激光的掃描速度低的低速度、且比直線狀照射激光輸出低的低輸出進行。因此，根據本實施形態，通過使得在焊接終端部E的激光的轉動掃描以比到達焊接終端部前的直線狀照射激光的掃描速度低的低速度、且比直線狀照射激光輸出低的低輸出進行，每單位時間供給焊接終端部的激光被照射部位的激光的能量密度增大，因此，結果，熔融金屬的熔融部分更有效地流動為圓形，使得熔融金屬凝固時產生的拉伸應力有效地均一化，其結果，能抑制在焊接終端部熔融的金屬凝固為線狀而導致拉伸應力集中在縮孔，能防止在焊接終端部從凹下的縮孔產生龜裂引起凝固裂縫。[0057]在圖示例中，在轉動掃描工序B中，激光的轉動掃描方向在圖1中為逆時鐘方向，但是，只要在焊接終端部E繞著工件的厚度方向軸線轉動掃描，使得熔融金屬的熔融部分圓形狀地流動，也可以朝相反的時鐘方向轉動掃描，不管轉動掃描的方向。

權利要求：1.一種激光疊焊方法，對于多個重疊的工件，在一側表面的從焊接開始端到焊接終端部的直線掃描區間，通過使得激光L掃描，直線狀照射，進行焊接，其特征在于：若來到到達焊接終端部一定時間前的激光輸出控制位置，則控制使得在到達焊接終端部前逐漸降低照射激光的輸出，接著，若到達焊接終端部E，則繞著該終端部的工件的厚度方向軸線轉動掃描，使得熔融金屬的熔融部分圓形狀地流動。2.根據權利要求1中記載的激光疊焊方法，其特征在于：若上述激光照射位置來到上述激光輸出控制位置，則控制使得直線狀地掃描，照射激光L的掃描速度逐漸為高速，在到達焊接終端部前逐漸降低照射激光的能量密度。3.根據權利要求1或2中記載的激光疊焊方法，其特征在于：使得在上述焊接終端部的激光的轉動掃描以比到達上述焊接終端部前的直線狀照射激光的掃描速度低的低速度、且比直線狀照射激光輸出低的低輸出進行。

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