激光熔接方法技术

本发明专利技术提供了一种激光熔接方法，该激光熔接方法包括：将激光束投射到位于多个金属工件上的照射区域上，使得当通过激光熔接使工件接合时形成熔接部，熔接部由多个熔核形成，并且照射区域中的每个照射区域均形成有熔核中的每个熔核。熔核是通过将激光束顺序地投射到分别与熔核相对应的照射区域上而顺序地形成的。激光束被投射到照射区域中的每个照射区域上，使得随着熔核被顺序地形成，减少从投射到照射区域中的每个照射区域上的激光束到工件的热输入量。

【技术实现步骤摘要】
激光熔接方法
本专利技术涉及适于通过使用激光束进行熔接而使多个工件接合的激光熔接方法。
技术介绍
激光熔接方法作为用于在多个金属工件堆叠或抵接的状态下使这些工件接合的方法已被广泛地使用。通过激光熔接方法进行熔接具有以下优势：较小的加工变形、高速熔接的能力、较小的余热影响部等。作为这种技术，例如，日本专利申请公报No.2013-132686(JP2013-132686A)提出了一种用于使由堆叠的多个金属板形成的工件接合的激光熔接方法。此处，为了使工件接合，激光束被投射到工件上，使得形成了由多个熔核构成的熔接部，从而接合工件W1。更具体地，如图10A中示出的，激光束被投射到形状相同并且位于闭合曲线D上的照射区域P1至照射区域P3上，使得熔核中的每个熔核均沿着为虚拟闭合曲线D的圆周形成。可以通过采用这种激光熔接方法来提高工件的熔接可靠性。如在JP2013-132686A中所指出的，当形成包括熔核N1至熔核N3的熔接部Y时，熔核N1、熔核N2、熔核N3是顺序地形成的。然而，随着熔核N1、熔核N2、熔核N3被顺序地形成，熔核的尺寸趋向于按照熔核N1至熔核N3的顺序增大，如图10B所示。于是，存在无法获得稳定形状的熔接部Y的情况。特别地，这种现象在大量熔核邻近彼此顺序地形成或试图以高速顺序地形成多个熔核的情况中更加明显。
技术实现思路
本专利技术提供了一种激光熔接方法，该激光熔接方法可以在通过将激光束投射到工件上来顺序地形成熔核从而形成包括多个熔核的熔接部的情况下抑制熔核的尺寸的波动并且使工件的熔接稳定。作为认真研究的结果，本专利技术人已得到以下发现。在当多个熔核顺序地形成时用于形成熔核的相同条件应用至熔核中的每个熔核的情况下，由激光束输入至照射区域中的每个照射区域的总热量(总热输入量)是相同的，例如，如图10C中示出的。例如，如图10A所示，认为当熔核N1至熔核N3按照照射区域P1至照射区域P3的次序而顺序地形成时，随后形成的熔核(例如，熔核N2)受到当先前形成熔核时(例如，当熔核N1形成时)输入的激光束的热影响。换言之，当激光束被投射到照射区域P2上以形成熔核N2时，如图10D中示出的，增加了通过在先前形成熔核N1时投射的激光束而引起的工件中的余热。类似地，当激光束被投射到照射区域P3上以形成熔核N3时，增加了通过在先前形成熔核N1、N2时投射的激光束而引起的工件中的余热。结果，发现后续的熔核的尺寸依次增大。本专利技术基于由本专利技术人的这种新发现。本专利技术的第一方面涉及激光熔接方法。该激光熔接方法包括：将激光束投射到多个金属工件中的每个金属工件的照射区域上，使得当通过激光熔接使工件接合时形成熔接部，熔接部由多个熔核形成，并且照射区域分别形成有熔核。于是，熔核是通过将激光束顺序地投射到分别与熔核相对应的照射区域上而顺序地形成的。激光束被投射到照射区域中的每个照射区域上，使得随着熔核被顺序地形成，减少从形成熔核所需的激光束到工件的热输入量。根据本专利技术的以上方面，多个金属工件通过激光熔接而接合。此时，激光束被投射到位于工件中的至少一个工件的表面上的照射区域中的每个照射区域上，使得由多个熔核形成熔接部——工件的一部分在该熔接部中熔化。更具体地，当形成由多个熔核形成的熔接部时，激光束被间歇地投射，使得熔核通过激光束的照射而顺序地形成。此时，在熔核形成期间激光束的输入热在下一个熔核形成时残余在工件中。因此，在本专利技术中，考虑了这种余热，并且激光束被投射到照射区域中的每个照射区域上，使得随着熔核被顺序地形成，减少从投射到照射区域中的每个照射区域上的激光束到工件的热输入量(用于形成熔核中每个熔核所需的热输入量)。因此，在当多个熔核被顺序地形成时由激光束在前一个熔核形成期间引起的在工件中的余热量被加至用于形成下一个熔核的照射区域中的情况下，来自激光的随后热输入量小于来自激光的先前热输入量。由此，可以使照射区域中的总热量彼此接近。以这种方式，抑制了这些熔核的尺寸的波动，并且由此可以使工件的熔接稳定。此外，在本专利技术的以上方面中，在前一个熔核形成期间由激光束引起的在工件中的余热量被有效地用于形成下一个熔核。由此，可以抑制激光束过多地照射到工件上。在以上方面中，激光束可以被投射成使得多个熔核沿着虚拟闭合曲线形成。根据此方面，多个熔核是通过将激光束顺序地投射到沿着虚拟闭合曲线的多个照射区域上来形成的。由此，与虚拟闭合曲线内的整个区域被熔化的情况相比，可以通过使用较少的热量来获得处于稳定形状的熔接部。此外，激光束被投射成使得熔核沿着闭合曲线彼此间隔开。接着，激光束可以被投射成使得在两个相邻熔核之间的闭合曲线上进一步形成熔核。根据此方面，激光束被投射成使得熔核沿着闭合曲线彼此间隔开。接着，激光束被投射到照射区域上，从而在两个相邻的熔核之间形成熔核。此时，通过散热减少了这些照射区域中的每个照射区域中的余热量。以这种方式，与熔核以连续的方式顺序地形成在闭合曲线上的情况相比，可以容易地形成具有相同尺寸的熔核。此外，投射激光束以形成熔核的过程被设定为第一激光束照射过程。激光束的照射还包括第二激光束照射过程，该第二激光束照射过程是在第一激光束照射过程之后并且在熔核被固化之前执行的，并且在该第二激光束照射过程中，将激光束投射到处于熔化状态的熔核上，以延迟沿从熔核的周缘朝向熔核的中心的方向固化的进程。根据此方面，在第一激光束照射过程中，熔核(熔池)——在照射区域中的工件在熔核(熔池)中熔化——是通过将第一激光束投射到照射区域上而形成的。此时，处于熔化状态的熔核(熔池)中的热比起从其从中心消散更易于从其周缘消散。因此，固化从熔核的周缘开始并且朝向中心进行。从熔核的中心的固化开始至完成其固化的固化速度(即，冷却速度)高于熔核的周缘的固化速度(冷却速度)。结果，熔核的中心的固化收缩是在被熔核的液相流动补偿之前完成的。这可能导致从固化的熔核的中心或其附近开始的裂纹的产生和伸展。鉴于以上描述，在本专利技术的以上方面中，在第二激光束照射过程中将第二激光束投射到处于熔化状态的该熔核上。因此，延迟了沿从熔核的周缘朝向处于熔化状态的熔核的中心的方向的固化的进程。以这种方式，通过液相流动补偿了在处于熔化状态的熔核的中心处的固化收缩。由此，可以抑制在熔核的中心附近产生裂纹。此外，抑制了从处于熔化状态的熔核的周缘至中心的固化速度(冷却速度)的波动，并且由此使处于熔化状态的熔核可以固化成具有更均匀的结构。应当指出的是，“处于熔化状态的熔核的中心”是指处于熔化状态的熔核的最后被固化的部分。例如，当熔核是圆形的熔核时，熔核的中心是指圆的中心的附近。根据本专利技术的以上方面，即使当通过投射激光束来顺序地形成熔核从而形成包括多个熔核的熔接部时，仍可以抑制这些熔核的尺寸的波动并且由此可以使工件的熔接稳定。附图说明以下将参照附图对本专利技术的示例性实施方式的特征、优势以及技术和工业意义进行描述，在附图中相同的附图标记指示相同的元件，并且其中：图1A是用于执行根据本专利技术的第一实施方式至第三实施方式的激光熔接方法的熔接装置的一个示例的示意图并且是熔接状态的沿横向方向的视图；图1B是用于执行根据本专利技术的第一实施方式至第三实施方式的激光熔接方法的熔接装置的一个示例的示意图并且是熔接状态的沿正面方向的视图；图2A至图2D是根本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光熔接方法，其特征在于包括：将激光束(L1)投射到位于多个金属工件(W1、W2)上的照射区域(P1、P2、P3)上，使得当通过激光熔接使所述工件接合时形成熔接部(Y)，所述熔接部由多个熔核(N1、N2、N3)形成，并且所述照射区域分别形成有所述熔核，其中，所述熔核是通过将所述激光束顺序地投射到分别与所述熔核相对应的所述照射区域上而顺序地形成的，并且所述激光束被投射到所述照射区域中的每个照射区域上，使得随着所述熔核被顺序地形成，减少从投射到所述照射区域中的每个照射区域上的所述激光束到所述工件的热输入量。

【技术特征摘要】
2014.05.22 JP 2014-1060611.一种激光熔接方法，其特征在于包括：将激光束(L1)投射到位于多个金属工件(W1、W2)上的照射区域(P1、P2、P3)上，使得当通过激光熔接使所述工件接合时形成熔接部(Y)，所述熔接部由多个熔核(N1、N2、N3)形成，并且所述照射区域分别形成有所述熔核，其中，所述熔核是通过将所述激光束顺序地投射到分别与所述熔核相对应的所述照射区域上而顺序地形成的，并且所述激光束被投射到所述照射区域中的每个照射区域上，使得随着所述熔核被顺序地形成，减少从投射到所述照射区域中的每个照射区域上的所述激光束到所述工件的热输入量，其中，投射所述激光束包括用于形成所述熔核的第一激光束照射过程，并且投射所述激光束还包括第二激光束照射过程，所述第二激光束照射过程是在所述第一激光束照射过程与所述熔核的固化之间执行的，并且在所述第二激光束照射过程中将所述激光束投射到处于熔化状态的所述熔核上，以延迟沿从所述熔核的周缘朝向所述熔核的中心的方向的固化的进程。2.根据权利要求1所述的激光熔接方法，其特征在于，所述激光束被投射成使得所述多个熔核沿着虚拟的闭合曲线而形成。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：久田幸平，日置亨，牧野润一郎，尾楠和幸，中田征宏，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP