JP6071010B2 - Welding method - Google Patents
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Description
本発明は、溶接方法に関する。より詳しくは、本発明は、ボイドの発生を抑制しながら好適に溶接することができる溶接方法に関する。 The present invention relates to a welding method. More specifically, the present invention relates to a welding method capable of suitably welding while suppressing generation of voids.
従来より、例えば、リチウムイオン二次電池、ナトリウム電池、電気二重層キャパシタおよびリチウムイオンキャパシタ等の蓄電素子は、発電を行う発電要素をケースに収容し、密閉することで構築されている。かかるケースは、典型的には、一面に開口を有するケース本体と、この開口に対応する形状の蓋部材とから構成されており、ケース本体に蓋部材を嵌め込んだのち、両者を溶接等の手法で接合することで、開口部を蓋部材で封口するようにしている。かかるケースの封口には、一般に、レーザ溶接(レーザビーム溶接ともいう。)が採用されている。かかるレーザ溶接に関する従来技術として、例えば、特許文献1および2が挙げられる。 Conventionally, for example, power storage elements such as a lithium ion secondary battery, a sodium battery, an electric double layer capacitor, and a lithium ion capacitor are constructed by housing a power generation element that generates power in a case and sealing the power generation element. Such a case is typically composed of a case main body having an opening on one surface and a lid member having a shape corresponding to the opening. After the lid member is fitted into the case main body, the two are welded or the like. By joining by a technique, the opening is sealed with a lid member. Generally, laser welding (also referred to as laser beam welding) is employed for sealing the case. For example, Patent Documents 1 and 2 are known as conventional techniques relating to such laser welding.
上記の特許文献1には、例えば、第1部材と第2部材とを突き合わせ接合するに際し、1つの低輝度レーザと2つの高輝度レーザとを重畳させた重畳レーザ光を使用することが開示されている。ここで、低輝度レーザは、第1部材と第2部材との間の隙間が光軸となるように、かつ、レーザ照射領域を大きくして照射される。また、高輝度レーザ光は、この低輝度レーザ光よりも照射領域が小さい2つの高輝度レーザを、第1部材と第2部材とにそれぞれ照射するようにしている。そして、この重畳レーザ光により溶融された第1部材の溶融物と第2部材の溶融物とで、上記の隙間を埋め、第1部材と第2部材とを接合するようにしている。 In the above-mentioned Patent Document 1, for example, when the first member and the second member are butt-joined, it is disclosed to use superimposed laser light in which one low-intensity laser and two high-intensity lasers are superimposed. ing. Here, the low-intensity laser is irradiated such that the gap between the first member and the second member becomes the optical axis and the laser irradiation region is enlarged. In addition, the high-intensity laser light irradiates the first member and the second member with two high-intensity lasers having irradiation regions smaller than those of the low-intensity laser light. The first member and the second member are joined by filling the gap with the melt of the first member and the melt of the second member melted by the superimposed laser beam.
ところで、上記の蓄電素子のケース等においては、軽量化およびコスト削減等の観点から、ケースを構成する板状の構成部材の薄板化が進められている。例えば、ケース本体と蓋部材との溶接において、ケース本体の開口部の内側に蓋部材を嵌め込み、ケースの上方からレーザ光を照射して溶接する。この場合、ケース本体については、当該ケース本体を構成する板材の側面部が、溶接の際にレーザ光が照射されるレーザ照射面に相当する。すなわち、ケース本体において、レーザ光が照射される面方向であって、かつ、ケース本体と蓋部材との界面(接合面であり得る。)に直交する方向の寸法(以下、かかる寸法を、単に、レーザ照射面の「幅」という場合がある。)は、板材の厚みに相当する。 By the way, in the case of the above-described storage element, etc., the plate-like constituent members constituting the case are being made thinner from the viewpoints of weight reduction and cost reduction. For example, in welding the case main body and the lid member, the lid member is fitted inside the opening of the case main body, and welding is performed by irradiating laser light from above the case. In this case, for the case main body, the side surface portion of the plate material constituting the case main body corresponds to a laser irradiation surface on which laser light is irradiated during welding. That is, in the case main body, a dimension in a direction perpendicular to the interface (which may be a joint surface) between the case main body and the lid member (hereinafter referred to as such dimension is simply referred to as a surface direction irradiated with laser light). , Sometimes referred to as “width” of the laser irradiation surface) corresponds to the thickness of the plate.
このようなレーザ照射面の幅の小さいケース本体と蓋部材との溶接に際し、上記特許文献1に開示される溶接方法を適用すると、ケース本体と蓋部材との溶接深部にボイド(ブローホール,ポロシティ,ポア等ともいう。)が形成されやすい。しかしながら、かかる寸法(幅)の小さいケース本体にこのようなボイドが形成されると、ケース本体を構成する板材の強度低下の影響が無視できず、十分な溶接強度が得られないという問題があった。これに対し、ボイドの形成されない低輝度レーザ光を照射して溶接を行うと、十分な溶融深さ、延いては十分な接合面深さを確保することができず、十分な溶接強度を得ることができない。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ボイドの発生を抑制することでかかるボイドに起因する溶接強度の低下を抑制し、高い溶接強度を安定して実現し得る溶接方法を提供することである。
When welding the case main body and the lid member having such a small laser irradiation surface width, if the welding method disclosed in Patent Document 1 is applied, a void (blow hole, porosity) is formed in the weld deep portion between the case main body and the lid member. , Also referred to as pores). However, when such a void is formed in the case body having such a small size (width), there is a problem that the influence of the strength reduction of the plate material constituting the case body cannot be ignored and sufficient welding strength cannot be obtained. It was. On the other hand, when welding is performed by irradiating a low-intensity laser beam that does not form voids, a sufficient melting depth, and thus a sufficient joint surface depth cannot be ensured, and sufficient welding strength is obtained. I can't.
The present invention has been made in view of the above points, and the purpose thereof is to suppress the generation of voids, thereby suppressing a decrease in welding strength due to the voids and capable of stably realizing a high welding strength. Is to provide a method.
本発明は、上記課題を解決するものとして、板状の第1部材と、板状の第2部材とをレーザ溶接する溶接方法を提供する。かかる溶接方法は、上記第1部材と上記第2部材とを、互いの幅広面が直交する方向で、かつ、上記第1部材の幅広面に対して上記第2部材の側面部が略面一となるよう、上記第1部材の側面部と上記第2部材の幅広面端部とを突き合わせること、ここで上記第2部材に対向する上記第1部材の側面部を第1接合面とし、上記第1部材に対向する上記2部材の幅広面端部を第2接合面としたとき、前記第1部材の前記第1接合面に直交する方向における寸法は、前記第2部材の前記第2接合面に直交する方向における寸法よりも大きい;上記第1部材の幅広面に、キーホールを発生させ得る強度の第1レーザ光を前記第1接合面に沿って照射し、上記第1レーザ光により溶融されてなる第1溶融池を形成すること、ここで上記第1溶融池は上記第2部材に亘って形成される;および、上記第2部材の側面部に、キーホールを発生させ得るよりも低い強度の第2レーザ光を上記第2接合面に沿って照射し、上記第2レーザ光により溶融されてなる第2溶融池を形成すること、ここで上記第2溶融池は前記第1部材に亘って形成される;を包含している。そして、上記第1溶融池と上記第2溶融池とは、互いに一体化されて溶融池を形成し、上記溶融池が凝固してなる溶接部により上記第1部材と上記第2部材とを溶接することを特徴としている。 In order to solve the above problems, the present invention provides a welding method for laser welding a plate-like first member and a plate-like second member. In this welding method, the first member and the second member are arranged in a direction in which the wide surfaces thereof are orthogonal to each other, and the side surface portion of the second member is substantially flush with the wide surface of the first member. So that the side surface portion of the first member and the wide surface end portion of the second member are abutted, and the side surface portion of the first member facing the second member is a first joint surface, When the wide surface end portion of the two members facing the first member is a second joint surface, the dimension of the first member in the direction orthogonal to the first joint surface is the second of the second member. The first laser beam is larger than the dimension in the direction perpendicular to the bonding surface; the first laser beam is irradiated along the first bonding surface with a first laser beam having an intensity capable of generating a keyhole on the wide surface of the first member. Forming a first molten pool that is melted by the first molten pool, wherein the first molten pool is A second laser beam having a lower intensity than that capable of generating a keyhole is irradiated along the second joint surface on the side surface of the second member; Forming a second molten pool that is melted by two laser beams, wherein the second molten pool is formed across the first member. The first molten pool and the second molten pool are integrated with each other to form a molten pool, and the first member and the second member are welded by a welded portion formed by solidifying the molten pool. It is characterized by doing.
かかる構成によると、比較的高強度(高輝度)の第1レーザ光により、第1部材に十分な溶け込み深さを有するキーホール型の第1溶融池を形成することができ、十分な量の溶融金属を確保することができる。また、より厚みの薄い第2部材については、比較的低強度(低輝度)の第2レーザ光により熱伝導型の第2溶融池を形成することができ、薄肉部に溶接強度の低下をもたらし得るボイドが発生するのを抑制することができる。そして、このとき、第2溶融池を第1溶融池に対して重畳させる。これにより、第1部材と第2部材との境界たる接合面に占める溶接部の割合を容易かつ安定的に増やすことができる。すなわち、例えば、第1レーザ光の軌道ずれ等により、キーホール型の第1溶融池が所定の位置からずれた場合であっても、全体として第1部材と第2部材との接合面を十分な面積の溶接部で接続することができ、溶接強度を安定して確保することができる。 According to such a configuration, the keyhole-type first molten pool having a sufficient penetration depth can be formed in the first member by the first laser beam having a relatively high intensity (high luminance), and a sufficient amount of the first molten pool can be formed. Molten metal can be secured. In addition, for the second member having a thinner thickness, a heat conduction type second molten pool can be formed by a relatively low intensity (low luminance) second laser beam, resulting in a decrease in welding strength in the thin wall portion. The generation of voids to be obtained can be suppressed. At this time, the second molten pool is superposed on the first molten pool. Thereby, the ratio of the welding part which occupies for the joint surface which is a boundary of a 1st member and a 2nd member can be increased easily and stably. That is, for example, even when the keyhole-type first molten pool is displaced from a predetermined position due to, for example, an orbital shift of the first laser beam, the entire joint surface between the first member and the second member is sufficient. It is possible to connect with a welded portion having a large area, and to ensure a stable welding strength.
ここに開示された溶接方法の好ましい一態様においては、上記第1レーザ光の出力密度I1が、5.6×106W/cm2≦I1<1.1×108W/cm2であることを特徴としている。このように、第1レーザ光の出力密度I1を概ね上記範囲とすることで、確実にキーホール型の溶融池を形成することができるとともに、過剰な強度のレーザによる溶接不良を抑制することができる。これにより、溶接強度をより一層確実に高め高品質な溶接を実現することができる。 In a preferred aspect of the welding method disclosed herein, the output density I 1 of the first laser beam is 5.6 × 10 6 W / cm 2 ≦ I 1 <1.1 × 10 8 W / cm 2. It is characterized by being. In this manner, by roughly the range output density I 1 of the first laser light, certainly it is possible to form a molten pool of keyhole type, suppressing the poor welding by laser excessive strength Can do. As a result, the welding strength can be more reliably increased and high-quality welding can be realized.
ここに開示された溶接方法の好ましい一態様においては、上記第2レーザ光の出力密度I2が、2.8×106W/cm2≦I2<5.6×106W/cm2であることを特徴としている。かかる構成によると、第2レーザ光の出力密度I2を調整することで、第2部材に十分な溶け込み深さを有する熱伝導型の溶融池を確実に形成することができる。これにより、第2部材にボイドが発生するのを確実に抑えることができる。 In a preferred aspect of the welding method disclosed herein, the output density I 2 of the second laser beam is 2.8 × 10 6 W / cm 2 ≦ I 2 <5.6 × 10 6 W / cm 2. It is characterized by being. According to this configuration, by adjusting the power density I 2 of the second laser beam, it is possible to reliably form a molten pool of the heat conduction type having a sufficient penetration depth in the second member. Thereby, it can suppress reliably that a void generate | occur | produces in the 2nd member.
ここに開示された溶接方法の好ましい一態様においては、上記第2レーザ光の出力密度I2が3.8×106W/cm2以上5.6×106W/cm2未満であるとき、上記第1レーザ光および上記第2レーザ光の走査速度を20m/分以上とすることを特徴としている。これにより、より接合強度の高い高品質な溶接を比較的高速度で実施することができる。 In a preferred aspect of the welding method disclosed herein, when the output density I 2 of the second laser beam is 3.8 × 10 6 W / cm 2 or more and less than 5.6 × 10 6 W / cm 2. The scanning speed of the first laser beam and the second laser beam is 20 m / min or more. Thereby, high quality welding with higher bonding strength can be performed at a relatively high speed.
ここに開示された溶接方法の好ましい一態様においては、上記第2レーザ光の出力密度I2が2.8×106W/cm2以上3.8×106W/cm2未満であるとき、上記第1レーザ光および上記第2レーザ光の走査速度を20m/分未満とすることを特徴としている。これにより、第2レーザ光としてより低輝度のレーザを使用する場合であっても十分な溶接熱を投入することができ、より接合強度の高い高品質な溶接を実施することができる。 In a preferable aspect of the welding method disclosed herein, when the output density I 2 of the second laser beam is 2.8 × 10 6 W / cm 2 or more and less than 3.8 × 10 6 W / cm 2. The scanning speed of the first laser light and the second laser light is less than 20 m / min. Thereby, even when a lower-intensity laser is used as the second laser light, sufficient welding heat can be input, and high-quality welding with higher joint strength can be performed.
ここに開示された溶接方法の好ましい一態様においては、上記第1レーザ光の出力密度I1と上記第2レーザ光の出力密度I2とが、I1≧5×I2を満たすことを特徴としている。かかる構成によると、上記の溶接方法における効果をより一層効率的に得ることができる。 In a preferred aspect of the welding method disclosed herein, the output density I 1 of the first laser beam and the output density I 2 of the second laser beam satisfy I 1 ≧ 5 × I 2. It is said. According to such a configuration, the effect of the above welding method can be obtained more efficiently.
ここに開示された溶接方法の好ましい一態様においては、上記第1レーザ光の照射径d1と上記第2レーザ光の照射径d2とが、d1<d2を満たすことを特徴としている。かかる構成によると、上記の溶接をより効率的に実現することができる。 In a preferred aspect of the welding method disclosed herein, the irradiation diameter d 1 of the first laser light and the irradiation diameter d 2 of the second laser light satisfy d 1 <d 2 . . According to such a configuration, the above-described welding can be realized more efficiently.
ここに開示された溶接方法の好ましい一態様においては、上記第1または第2の接合面に直交する断面における上記接合面の溶接部の深さDwと、上記第2部材の上記第2接合面に直交する方向の寸法L2とが、Dw≧L2を満たすことを特徴としている。かかる構成によると、より一層確実に、溶接強度を高めることができる。 In a preferred aspect of the welding method disclosed herein, the depth Dw of the welded portion of the joint surface in a cross section orthogonal to the first or second joint surface, and the second joint surface of the second member. The dimension L 2 in the direction orthogonal to the direction satisfies Dw ≧ L 2 . According to such a configuration, the welding strength can be increased more reliably.
他の側面において、ここに開示される発明は、板状の第1部材と、板状の第2部材とが溶接部により接合されている溶接構造を提供する。かかる溶接構造において、上記第1部材と上記第2部材との接合面に直交する方向における上記第1部材の寸法は、当該方向における上記第2部材の寸法よりも大きい。また、上記溶接部は、上記接合面を含む面において区分される第1溶接部と第2溶接部とを有している。そして、上記第1溶接部は、上記第1部材に照射されたレーザにより形成されたキーホール型の溶接部により主として構成され、かつ、上記キーホール型溶接部の先端部分を含んでいる。また、上記第2溶接部は、上記第2部材に照射されたレーザにより形成された熱伝導型の溶接部により主として構成され、かつ、上記キーホール型溶接部の先端部分を除く部位の少なくとも一部と上記熱伝導型の溶接部との少なくとも一部を含むように構成されていることを特徴としている。 In another aspect, the invention disclosed herein provides a welded structure in which a plate-like first member and a plate-like second member are joined by a welded portion. In such a welded structure, the dimension of the first member in the direction orthogonal to the joint surface between the first member and the second member is larger than the dimension of the second member in the direction. Moreover, the said weld part has a 1st weld part and a 2nd weld part divided in the surface containing the said joint surface. The first welded portion is mainly constituted by a keyhole type welded portion formed by a laser applied to the first member, and includes a tip portion of the keyhole type welded portion. Further, the second welded portion is mainly constituted by a heat conduction type welded portion formed by a laser applied to the second member, and at least one of the portions excluding the tip portion of the keyhole welded portion. It is characterized by including at least one part of a part and the said heat conduction type welding part.
かかる構成によると、2種類の特徴の異なるレーザ光を組み合わせて用い、被溶接部材に適切に適用することにより、溶接部の形状と欠陥の発生とを適切に制御することができる。これにより、例えば、ブローホール(すなわちボイドであり得る。)の形成を抑制しつつ、かつ、深い溶接深さを安定して確保することができる。延いては、溶接強度が安定して確保されている溶接構造が実現され得る。 According to such a configuration, it is possible to appropriately control the shape of the welded portion and the occurrence of defects by using a combination of two types of laser beams having different characteristics and applying them appropriately to the member to be welded. Thereby, for example, it is possible to stably secure a deep welding depth while suppressing the formation of blow holes (that may be voids). As a result, a welding structure in which the welding strength is stably secured can be realized.
ここに開示された溶接構造の好ましい一態様においては、上記接合面に直交する断面における上記接合面の溶接部の深さDwと、上記第2部材の当該断面方向の寸法L2とが、Dw≧L2を満たすことを特徴としている。かかる構成によると、より一層確実に、溶接強度が確保され得る。 In a preferred embodiment of the disclosed welded structures herein, the depth Dw of the welded portion of the joint surface in a cross section perpendicular to the junction plane, the dimensions L 2 of the cross-sectional direction of the second member, Dw It is characterized by satisfying ≧ L 2. According to this configuration, the welding strength can be ensured more reliably.
以下、ここで提案される電極について、好適な一実施形態をもとにして、適宜図面を参照しつつ、詳細に説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄(例えば、溶接機の構成や作動方法等の一般的事項等)は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。また、各図は模式的に描かれており、各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は実際の寸法関係を反映するものではない。また、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略または簡略化する。 Hereinafter, the electrode proposed here will be described in detail with reference to the drawings as appropriate based on a preferred embodiment. Note that matters other than the matters specifically mentioned in the present specification and necessary for the implementation of the present invention (for example, general matters such as the configuration and operation method of the welding machine) are the prior art in this field. It can be grasped as a design matter of those skilled in the art based on the above. Each drawing is schematically drawn, and the dimensional relationship (length, width, thickness, etc.) in each drawing does not reflect the actual dimensional relationship. Further, members / parts having the same action are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted or simplified.
図1は、本発明に係る溶接方法の一実施形態を説明するための平面図である。図2Aは、ここに開示される溶接方法により形成される溶接構造を例示した図であり、溶接進行方向Gに直交する断面における溶接構造を例示した図である。本実施形態における溶接方法では、図1に示すように、第1レーザ光1と第2レーザ光2とを使用して、板状の第1部材10と板状の第2部材20とを突き合わせ接合するようにしている。なお、本明細書において、第1部材10および第2部材20の形状に関する「板状」との表現は、上記の溶接方向Gに直交する各部材の断面が板状であることを意味するものであって、当該溶接方法に影響を及ぼす溶接部近傍(例えば、熱影響部を含む溶接部)以外の各部材の形状については何ら制限するものではない。 FIG. 1 is a plan view for explaining an embodiment of a welding method according to the present invention. FIG. 2A is a diagram illustrating a welded structure formed by the welding method disclosed herein, and is a diagram illustrating a welded structure in a cross section perpendicular to the welding progress direction G. In the welding method according to the present embodiment, as shown in FIG. 1, the plate-like first member 10 and the plate-like second member 20 are abutted using the first laser beam 1 and the second laser beam 2. I try to join them. In the present specification, the expression “plate-like” regarding the shapes of the first member 10 and the second member 20 means that the cross section of each member perpendicular to the welding direction G is plate-like. However, the shape of each member other than the vicinity of the welded portion that affects the welding method (for example, a welded portion including the heat affected zone) is not limited at all.
かかる溶接方法においては、第1部材10と第2部材20とを、互いの幅広面が直交する方向で、かつ、第1部材10の幅広面に対して第2部材20の側面部が略面一となるよう、第1部材10の側面部と第2部材20の幅広面端部とを突き合わせる。ここで第2部材20に対向する第1部材10の側面部を第1接合面12とし、第1部材10に対向する第2部材20の幅広面端部を第2接合面22とする。以下、第2部材20の接合面に直交する方向の寸法(つまり、レーザ照射面における第2部材20の幅)をL2と示す。ここで、第1部材10の第1接合面12に直交する方向における寸法は、第2部材20の第2接合面22に直交する方向における寸法L2よりも大きい。特に制限されるものではないが、このような形態の第1部材10と第2部材20とは、典型的には、第2部材20が第1部材10よりも厚みの薄い態様であり得る。 In such a welding method, the first member 10 and the second member 20 are arranged so that the wide surfaces of the first member 10 and the second member 20 are orthogonal to each other, and the side surface portion of the second member 20 is substantially surface with respect to the wide surface of the first member 10. The side surface portion of the first member 10 and the wide surface end portion of the second member 20 are abutted so as to be one. Here, the side surface portion of the first member 10 facing the second member 20 is referred to as a first joint surface 12, and the wide surface end portion of the second member 20 facing the first member 10 is referred to as a second joint surface 22. Hereinafter, the dimension in the direction perpendicular to the bonding surface of the second member 20 (i.e., the width of the second member 20 in the laser irradiated surface) of the L 2. Here, the dimension in the direction orthogonal to the first joint surface 12 of the first member 10 is larger than the dimension L 2 in the direction orthogonal to the second joint surface 22 of the second member 20. Although not particularly limited, typically, the first member 10 and the second member 20 having such a configuration may be such that the second member 20 is thinner than the first member 10.
なお、突き合わせに際しては、第1部材10と第2部材20の形状によっては、両部材を嵌め合わせることで突き合わせを実現する構成のものもある。また、第1部材10と第2部材20の形状によっては、両部材の嵌め合わせを容易にする目的等から、第1接合面12と第2接合面22との間に隙間が設けられていることがあり得る。あるいは、様々な誤差等で隙間が生じることもあり得る。なお、第1部材10と第2部材20との間の隙間を狭くしたり、解消したりする目的で、第1部材10と第2部材20とを接合面12,22の外方から両者が当接する内方に向けて押圧する場合もある。この図では、第1部材10と第2部材20との間に隙間がない例を示しているが、隙間があってもここに開示される溶接方法は同様に実施することができる。なお、第1部材10と第2部材20との間に隙間が生じる場合は、かかる隙間の中心が接合面であると仮定して、以下に説明される本発明を実施すればよい。 In addition, depending on the shape of the first member 10 and the second member 20, there is a configuration that realizes the matching by fitting both the members. Further, depending on the shapes of the first member 10 and the second member 20, a gap is provided between the first joint surface 12 and the second joint surface 22 for the purpose of facilitating the fitting of the two members. It can happen. Alternatively, a gap may occur due to various errors. For the purpose of narrowing or eliminating the gap between the first member 10 and the second member 20, both the first member 10 and the second member 20 are connected from the outside of the joining surfaces 12 and 22. There is also a case of pressing toward the inward contact. In this figure, an example in which there is no gap between the first member 10 and the second member 20 is shown, but the welding method disclosed herein can be similarly implemented even if there is a gap. In addition, when a clearance gap arises between the 1st member 10 and the 2nd member 20, what is necessary is just to implement this invention demonstrated below supposing that the center of this clearance gap is a joining surface.
[第1レーザ光]
第1レーザ光1は、第1部材10の幅広面に照射される高輝度(高出力密度)レーザ光であって、主として第1部材10を溶融するのに用いられる。かかる第1レーザ光1は、第1部材10に対してキーホールを発生させ得るレーザ強度(出力密度)を有している。出力密度の高いレーザ光により被溶接部材を溶融する場合は、溶融池ではレーザ光の照射と同時に被溶接部材の蒸発が始まり、その蒸気によって材料表面に反発力が生じて溶融池にくぼみが生じる。かかるくぼみにおいてレーザ光が乱反射を繰り返すことにより、このくぼみは急速に深まって空洞が形成される。この空洞をキーホールといい、第1レーザ光1は、かかるキーホールが形成されるような出力密度のレーザ光により構成されることが肝要である。そしてこの第1レーザ光1は、第1接合面12に沿って第1部材10のレーザ照射面(幅広面)に照射され、溶接進行方向Gに進行する。図1におけるLW1は、かかる第1レーザ光1の軌道を例示している。
[First laser beam]
The first laser beam 1 is a high-intensity (high power density) laser beam irradiated on the wide surface of the first member 10, and is mainly used to melt the first member 10. The first laser beam 1 has a laser intensity (power density) that can generate a keyhole for the first member 10. When a member to be welded is melted with a laser beam having a high output density, the welded member starts to evaporate simultaneously with the laser beam irradiation in the molten pool, and a repulsive force is generated on the material surface by the vapor, resulting in a depression in the molten pool. . The laser beam repeats irregular reflection in such a recess, so that the recess is rapidly deepened to form a cavity. This cavity is referred to as a keyhole, and it is important that the first laser beam 1 is constituted by a laser beam having an output density such that the keyhole is formed. The first laser beam 1 is irradiated on the laser irradiation surface (wide surface) of the first member 10 along the first bonding surface 12 and travels in the welding progress direction G. L W1 in FIG. 1 illustrates the trajectory of the first laser beam 1.
かかる第1レーザ光1のレーザ強度は、第1部材10の材質等にもよるため厳密には言えないものの、おおよその目安として、出力密度I1が5.6×106W/cm2≦I1<1.1×108W/cm2のレーザ光とすることができる。出力密度I1は、好ましくは10×106W/cm2以上であり、より好ましくは5.6×107W/cm2以上である。なお、出力密度I1の上限は特に制限はないが、必要以上のレーザエネルギーの投入はスパッタが発生しやすく溶接不良を招き得るために好ましくない。そのため、出力密度I1は、例えば、第1部材10を貫通しない程度の出力密度とすることができ、好ましくは10×107W/cm2以下であり、より好ましくは8×107W/cm2以下である。より好ましくは、図2Aに示される、所定の接合面深さDwを安定して確保し得る出力密度を目安として決定することができる。ここで、接合面深さDwとは、第1接合面12と第2接合面22とが付き合わされて形成される接合面12,22における、溶接部30の深さ方向(図では上下方向)の寸法である。例えば、図2Aに示される、溶接進行方向Gに直交する断面において、接合面深さDwは、第1部材10と第2部材20との界面(接合面)を含む面での溶接部30の寸法として理解することができる。かかる接合面深さDwは、溶接部30の全体を考慮した場合、第1部材10と第2部材20との界面(接合面)を含む面における溶接部30の溶接面積を反映し得る指標となり得る。 Although the laser intensity of the first laser beam 1 depends on the material of the first member 10 and the like, it cannot be strictly stated. However, as an approximate guide, the output density I 1 is 5.6 × 10 6 W / cm 2 ≦ The laser beam can be I 1 <1.1 × 10 8 W / cm 2 . The power density I 1 is preferably 10 × 10 6 W / cm 2 or more, more preferably 5.6 × 10 7 W / cm 2 or more. The upper limit of the output density I 1 is not particularly limited. However, it is not preferable to input more laser energy than necessary because sputtering is likely to occur and poor welding may be caused. Therefore, the output density I 1 can be set to an output density that does not penetrate the first member 10, for example, preferably 10 × 10 7 W / cm 2 or less, and more preferably 8 × 10 7 W / cm 2. cm 2 or less. More preferably, it can be determined with reference to an output density shown in FIG. 2A that can stably secure a predetermined joint surface depth Dw. Here, the joining surface depth Dw is the depth direction (vertical direction in the drawing) of the welded portion 30 at the joining surfaces 12 and 22 formed by attaching the first joining surface 12 and the second joining surface 22 together. It is the dimension. For example, in the cross section orthogonal to the welding progress direction G shown in FIG. 2A, the joint surface depth Dw is the surface of the welded portion 30 on the surface including the interface (joint surface) between the first member 10 and the second member 20. It can be understood as a dimension. The joint surface depth Dw is an index that can reflect the weld area of the weld portion 30 on the surface including the interface (joint surface) between the first member 10 and the second member 20 when the entire weld portion 30 is considered. obtain.
ここで、第1レーザ光1のみにより形成される溶融池の形状は、例えば図2Bに参照されるように、いわゆるキーホール型を呈している。したがって、溶接進行方向Gに直交する断面におけるビード幅と熱影響部は狭く、溶け込みが深い溶接部16’が得られる。例えば、かかる断面において、第1部材10の表面における第1溶融池14’および第1溶接部16’の寸法(例えば溶融幅とも言える。)をa1、第1部材10における第1溶融池14’および第1溶接部16’の溶融深さをb1としたとき、(b1/a1)で表される第1溶融池14’および第1溶接部16’のアスペクト比(第1アスペクト比という。)は、1を超過する値となり得る。典型的には、かかる第1アスペクト比は、1.5以上であり、より好ましくは2以上である。なお、実際には、第1部材10には、この第1レーザ光1が照射されることに加えて、第2レーザ光2による熱影響が加味される。したがって、実際の溶接時にはかかる第1アスペクト比を確認するのは困難であり得る。その場合は、例えば、図2Bに例示したように、予め、第1部材10および第2部材20と同一の素材を用い、当該第1レーザ光1を単独で照射して形成される第1溶融池14’および第1溶接部16’について、第1アスペクト比を求めることができる。 Here, the shape of the molten pool formed only by the 1st laser beam 1 is exhibiting what is called a keyhole type, as FIG. 2B refers, for example. Therefore, a weld width 16 'having a narrow bead width and a heat affected zone in a cross section perpendicular to the welding progress direction G and a deep penetration can be obtained. For example, in such a cross section, the dimensions of the first molten pool 14 ′ and the first welded portion 16 ′ on the surface of the first member 10 (for example, also referred to as the melt width) are a1, and the first molten pool 14 ′ of the first member 10 is the first molten pool 14 ′. When the melting depth of the first welded portion 16 ′ is b1, the aspect ratio of the first welded pool 14 ′ and the first welded portion 16 ′ represented by (b1 / a1) (referred to as the first aspect ratio). Can be a value exceeding 1. Typically, the first aspect ratio is 1.5 or more, more preferably 2 or more. Actually, the first member 10 is not only irradiated with the first laser beam 1 but also affected by the heat of the second laser beam 2. Therefore, it may be difficult to confirm the first aspect ratio during actual welding. In that case, for example, as illustrated in FIG. 2B, the first melt formed by using the same material as the first member 10 and the second member 20 in advance and irradiating the first laser beam 1 alone. A first aspect ratio can be determined for the pond 14 'and the first weld 16'.
[第2レーザ光]
第2レーザ光2は、第2部材20の側面部に照射される低輝度(低出力密度)レーザ光であって、主として第2部材20を溶融するとともに、第1レーザ光1による溶融を補助する目的で用いられる。かかる第2レーザ光2は、第2部材20に対してキーホールを発生させ得るよりも低いレーザ強度を有している。かかる出力密度のレーザ光を被溶接部材に照射すると、レーザ光はその表面で吸収され、吸収された光が熱に変換される。そして、かかる熱エネルギーが伝導した領域において、被溶接部材が溶融されて溶融池を形成する。この熱伝導型の溶融形態においては、キーホールは形成されない。この第2レーザ光2は、第2接合面22に沿って第2部材20のレーザ照射面(側面部)に照射され、溶接進行方向Gに進行する。図1におけるLW2は、かかる第2レーザ光2の軌道を例示している。
[Second laser beam]
The second laser beam 2 is a low-intensity (low power density) laser beam applied to the side surface of the second member 20, and mainly melts the second member 20 and assists the melting by the first laser beam 1. It is used for the purpose. The second laser beam 2 has a laser intensity lower than that capable of generating a keyhole for the second member 20. When a laser beam having such a power density is irradiated onto a member to be welded, the laser beam is absorbed on the surface, and the absorbed light is converted into heat. And in the area | region which this heat energy conducted, the to-be-welded member is fuse | melted and a molten pool is formed. In this heat conduction type molten form, no keyhole is formed. The second laser beam 2 is irradiated on the laser irradiation surface (side surface portion) of the second member 20 along the second bonding surface 22 and proceeds in the welding progress direction G. LW2 in FIG. 1 illustrates the trajectory of the second laser light 2.
このような第2レーザ光2のレーザ強度は、第2部材20の材質にもよるため一概には言えないものの、おおよその目安として、出力密度I2が、2.8×106W/cm2≦I2<5.6×106W/cm2のレーザ光とすることができる。出力密度I2は、好ましくは5.5×106W/cm2以下であり、より好ましくは4×106W/cm2以下であり得る。なお、出力密度I2の下限は特に制限はないが、第1レーザ光1による溶融を補助し得る程度の溶け込み深さが得られるレーザエネルギーが投入されるのが好ましい。したがって、第2レーザ光2のレーザ強度I2は、例えば、所定の接合面深さDwを安定して確保し得る出力密度を目安に決定することができ、好ましくは3×106W/cm2以上であり、より好ましくは3.2×106W/cm2以上である。なお、より好ましくは、例えば、図2Aに示されるように、溶接進行方向Gに直交する断面において、第2部材20に形成される溶融池24の形状がレーザ照射方向で深さ方向に凸部(図の第2溶接部26の右端部参照)を形成する程度の出力密度とすることができる。 Although the laser intensity of the second laser beam 2 depends on the material of the second member 20 and cannot be generally specified, as an approximate guide, the output density I 2 is 2.8 × 10 6 W / cm. can be 2 ≦ I 2 <laser light 5.6 × 10 6 W / cm 2 . The power density I 2 is preferably 5.5 × 10 6 W / cm 2 or less, more preferably 4 × 10 6 W / cm 2 or less. The lower limit of the output density I 2 is not particularly limited, but it is preferable to input laser energy that can provide a penetration depth that can assist melting by the first laser beam 1. Therefore, the laser intensity I 2 of the second laser beam 2, for example, can be determined to measure the output density that can stably ensure a predetermined bonding surface depth Dw, preferably 3 × 10 6 W / cm 2 or more, more preferably 3.2 × 10 6 W / cm 2 or more. More preferably, for example, as shown in FIG. 2A, in the cross section orthogonal to the welding progress direction G, the shape of the molten pool 24 formed in the second member 20 is a convex portion in the depth direction in the laser irradiation direction. The power density can be set so as to form (see the right end of the second welded portion 26 in the figure).
なお、第1レーザ光1の出力密度I1と第2レーザの出力密度I2とは、特に制限されるものではないが、例えば、I1≧5×I2を満たす関係にあるのが好ましい。出力密度がこのような関係にあることで、後述する溶接部30の形状を好適に整えることができる。第1レーザ光1の出力密度I1と第2レーザの出力密度I2とは、I1≧8×I2であるのがより好ましく、さらには、I1≧10×I2、例えばI1≧12×I2であるのがより好ましい。 Note that the power density I 1 of the first laser beam 1 and the output density I 2 of the second laser, is not particularly limited, for example, preferably in the relationship satisfying I 1 ≧ 5 × I 2 . When the power density is in such a relationship, the shape of the welded portion 30 described later can be suitably adjusted. First output density I 1 of the laser beam 1 and the output density I 2 of the second laser, more preferably from I 1 ≧ 8 × I 2, further, I 1 ≧ 10 × I 2, for example, I 1 More preferably, ≧ 12 × I 2 .
また、かかる第2レーザ光2のみにより形成される溶融池の形状は、いわゆる熱伝導型を呈している。したがって、第2部材20の表面における第2溶融池の寸法(例えば溶融幅とも言える。)をa2、第2部材20における第2溶融池の深さをb2としたとき、(b2/a2)で表される第2溶融池のアスペクト比(第2アスペクト比という。)は、1以下の値であり得る。典型的には、かかる第2アスペクト比は、0.7以下であり、より好ましくは0.5以下である。なお、実際には、第2部材20には、この第2レーザ光2が照射されるのに加え、第1レーザ光1による溶融池が形成される。そのため、実際の溶接時にはかかる第2アスペクト比を確認するのは困難であり得る。かかる場合は、図示しないが、例えば、第1アスペクト比と同様に、予め、第1部材10および第2部材20と同一の素材を用い、当該第2レーザ光2を単独で照射して形成される第2溶融池および第2溶融部について、第2アスペクト比を求めることができる。 The shape of the molten pool formed only by the second laser beam 2 is a so-called heat conduction type. Therefore, when the dimension of the second molten pool on the surface of the second member 20 (for example, it can be said to be a molten width) is a2, and the depth of the second molten pool in the second member 20 is b2, (b2 / a2) The expressed aspect ratio of the second molten pool (referred to as the second aspect ratio) may be a value of 1 or less. Typically, such second aspect ratio is 0.7 or less, more preferably 0.5 or less. In practice, the second member 20 is irradiated with the second laser beam 2 and a molten pool is formed by the first laser beam 1. Therefore, it may be difficult to confirm the second aspect ratio during actual welding. In such a case, although not shown, for example, similarly to the first aspect ratio, the same material as the first member 10 and the second member 20 is used in advance, and the second laser beam 2 is irradiated alone. The second aspect ratio can be obtained for the second molten pool and the second molten portion.
なお、上記の第1レーザ光1と第2レーザ光2とにおいて、これらの照射径については特に制限されない。例えば、第1レーザ光1の照射径は、使用するレーザ溶接装置(レーザ発振装置)の出力や光学系の精度等に応じて、キーホール型の溶接が可能となるように調整することができる。また、第2レーザ光2の照射径についても、使用するレーザ溶接装置(レーザ発振装置)の出力や光学系の精度等に応じて、熱伝導型の溶接が可能であって、第1レーザ光1による溶融を補助し得るように調整することができる。したがって、第1レーザ光1が高出力密度を実現し、第2レーザ光2が低出力密度を実現することから、典型的には、第1レーザ光1の照射径d1と第2レーザ光2の照射径d2とは、d1<d2の関係となり得る。例えば、第1レーザ光1の照射径d1と第2レーザ光2の照射径d2とが、2d1≦d2の関係となるように調整することが、両レーザのバランスが好適な例として示される。第1レーザ光1の照射径d1と第2レーザ光2の照射径d2とは、3d1≦d2であるのが好ましく、5d1≦d2であるのがさらに好ましい。なお、第2レーザ光2の照射径d2の上限については特に制限はないが、第2レーザ光2を照射する第2部材の厚みL2を考慮して決定することができる。例えば、第2レーザ光2の照射径d2は、第2部材の厚みL2よりも小さい(d2<L2)ことが望ましい。さらには、第2レーザ光2の軌道ずれを考慮すると、d2≦0.8×L2程度(例えば、0.7×L2≦d2≦0.9×L2)を目安に設定するのが好ましい。なお、第1レーザ光1と第2レーザ光2とは、熱影響部の領域(照射領域)が重畳されていても良いが、レーザ光自体が必ずしも重畳されている必要はない。第1レーザ光1と第2レーザ光2とは、好ましくは、重畳させずに単独で照射することができる。 In the first laser beam 1 and the second laser beam 2, the irradiation diameter is not particularly limited. For example, the irradiation diameter of the first laser beam 1 can be adjusted so as to enable keyhole welding according to the output of the laser welding apparatus (laser oscillation apparatus) to be used, the accuracy of the optical system, and the like. . The irradiation diameter of the second laser beam 2 can also be a heat conduction type welding according to the output of the laser welding apparatus (laser oscillation apparatus) to be used, the accuracy of the optical system, etc. It can be adjusted so that melting by 1 can be assisted. Accordingly, since the first laser beam 1 realizes a high output density and the second laser beam 2 realizes a low output density, the irradiation diameter d 1 of the first laser beam 1 and the second laser beam are typically set. The irradiation diameter d 2 of 2 can be in a relationship of d 1 <d 2 . For example, the irradiation diameter d 1 of the first laser beam 1 and the irradiation diameter d 2 of the second laser light 2, be adjusted such that the relation of 2d 1 ≦ d 2, the balance of both lasers is the preferred embodiment As shown. The irradiation diameter d 1 of the first laser beam 1 and the irradiation diameter d 2 of the second laser beam 2 is preferably from 3d 1 ≦ d 2, and even more preferably 5d 1 ≦ d 2. The upper limit of the irradiation diameter d 2 of the second laser beam 2 is not particularly limited, but can be determined in consideration of the thickness L 2 of the second member that irradiates the second laser beam 2. For example, irradiation diameter d 2 of the second laser beam 2 is smaller than the thickness L 2 of the second member (d 2 <L 2) It is desirable. Furthermore, considering the orbital shift of the second laser light 2, d 2 ≦ 0.8 × L 2 (for example, 0.7 × L 2 ≦ d 2 ≦ 0.9 × L 2 ) is set as a guide. Is preferred. Note that the first laser beam 1 and the second laser beam 2 may overlap the region (irradiation region) of the heat affected zone, but the laser beam itself does not necessarily have to be superimposed. Preferably, the first laser beam 1 and the second laser beam 2 can be irradiated alone without overlapping.
[溶接部の形成]
第1レーザ光1は、第1部材10の幅広面(表面)に、例えば、上記の接合面から所定の間隔をおいた位置に照射される。そして、第1部材10の第1接合面12に沿って、溶接進行方向Gに移動される。つまり、第1レーザ光1の光軸は、図1のLW1に示されるように、第1部材10の表面の、接合面から所定の間隔をおいた位置を、接合面に沿って移動する。また、第2レーザ光2は、第2部材20の側面部(表面)に、例えば、上記の接合面から所定の間隔をおいた位置に照射される。そして、第2部材20の第2接合面22に沿って、溶接進行方向Gに移動される。つまり、第2レーザ光2の光軸は、図1のLW2に示されるように、第2部材20の表面の、接合面から所定の間隔をおいた位置を、接合面に沿って移動する。
[Formation of welds]
The first laser beam 1 is applied to the wide surface (front surface) of the first member 10 at, for example, a position spaced from the bonding surface by a predetermined distance. Then, the first member 10 is moved in the welding progress direction G along the first joint surface 12. That is, the optical axis of the first laser beam 1 moves along the bonding surface at a predetermined distance from the bonding surface on the surface of the first member 10, as indicated by LW1 in FIG. . Further, the second laser light 2 is applied to the side surface (surface) of the second member 20 at, for example, a position spaced a predetermined distance from the joint surface. Then, the second member 20 is moved in the welding progress direction G along the second joint surface 22. That is, the optical axis of the second laser beam 2 moves along the bonding surface at a position spaced from the bonding surface on the surface of the second member 20, as indicated by LW2 in FIG. .
ここで、第1レーザ光1により第1部材10が溶融されることで、主として第1溶融池14が構成される。そしてかかる溶融池は、第2部材に亘って形成される。換言すると、第1レーザ光1により、第2部材20をも溶融するようにしている。また、第2レーザ光2により第2部材20が溶融されることで、主として第2溶融池24が構成される。そしてかかる溶融池は、第1部材に亘って形成される。換言すると、第2レーザ光2により、第1部材10をも溶融するようにしている。そして、これらの第1溶融池14と第2溶融池24とが、互いに一体化されて単一の溶融池を形成し、これが凝固することで、溶接部30を形成することができる。これにより、第1部材10と第2部材20とをかかる溶接部30により接合することができる。また、第1部材10と第2部材20との間に隙間が生じている場合でも、かかる隙間を第1溶融池14と第2溶融池24とで埋めながら、第1部材10と第2部材20とを溶接部30により接合することができる。なお、かかる溶接部30を好適に形成するためには、第1溶融池14と第2溶融池24とが互いに一体化し得るように、第1レーザ光1と第2レーザ光2との光軸を並走ないしは略併走させることが好ましい。 Here, the first molten pool 14 is mainly configured by melting the first member 10 by the first laser beam 1. Such a molten pool is formed across the second member. In other words, the second member 20 is also melted by the first laser beam 1. Further, the second molten pool 24 is mainly configured by melting the second member 20 by the second laser light 2. Such a molten pool is formed across the first member. In other words, the first member 10 is also melted by the second laser beam 2. The first molten pool 14 and the second molten pool 24 are integrated with each other to form a single molten pool, which is solidified to form the welded portion 30. Thereby, the 1st member 10 and the 2nd member 20 can be joined by this welding part 30. FIG. Further, even when a gap is generated between the first member 10 and the second member 20, the first member 10 and the second member are filled while the gap is filled with the first molten pool 14 and the second molten pool 24. 20 can be joined to each other by the welded portion 30. In order to suitably form such a welded portion 30, the optical axes of the first laser beam 1 and the second laser beam 2 so that the first molten pool 14 and the second molten pool 24 can be integrated with each other. It is preferable to run parallel or substantially parallel.
[溶接部の形状]
ここで、第1レーザ光1は、本質的には、例えば図2Bに示したとおり、キーホール型の第1溶融池14’を形成する。したがって、第1溶融池14’の接合面(溶接進行方向)に直交する断面は、先端部Tが鋭角の扇形に似た形状を含み得る。ここで、第1レーザ光1を第1接合面12により近い位置に照射することで、第1レーザ光1による接合面深さDw’をより深くとることができる。そしてかかる第1溶融池14’に、第2レーザ光2による第2溶融池24が重畳されることで、キーホール型の溶接部の対称性が乱れ、例えば図2Aに示したとおり、より深い接合面深さDwを簡便に実現することができる。
[Shape of welded part]
Here, the first laser beam 1 essentially forms a keyhole-type first molten pool 14 ′ as shown in FIG. 2B, for example. Therefore, the cross section orthogonal to the joint surface (welding progress direction) of the first molten pool 14 ′ may include a shape similar to a sector having a sharp tip T. Here, by irradiating the first laser beam 1 closer to the first bonding surface 12, the bonding surface depth Dw ′ by the first laser beam 1 can be made deeper. Then, by superimposing the second molten pool 24 by the second laser beam 2 on the first molten pool 14 ', the symmetry of the keyhole type welded portion is disturbed, for example, as shown in FIG. The joint surface depth Dw can be easily realized.
このとき、かかる第1レーザ光1による第1溶融池14’の断面形状は、先端部Tから離れるにつれて溶融深さが急激に浅くなってゆく。すなわち、溶融深さが急激に小さくなっている。また、第2部材20の領域においても、第2接合面22から離れるにつれてその深さが急に小さくなってゆく。したがって、第1レーザ光1の軌道が何らかの誤差により第1部材10のより中心側(図では左側)にずれることで、第1溶融池14’も全体として第1接合面12よりも第1部材10の中心側にずれて形成されることになる。このとき、第1溶融池14’の形状から、第1レーザ光1により形成される接合面深さDw’は著しく減少することとなり得る。 At this time, in the cross-sectional shape of the first molten pool 14 ′ by the first laser beam 1, the melting depth is abruptly decreased as the distance from the tip T is increased. That is, the melting depth is rapidly reduced. Also in the region of the second member 20, the depth suddenly decreases as the distance from the second joint surface 22 increases. Accordingly, the orbit of the first laser beam 1 is shifted to the center side (left side in the drawing) of the first member 10 due to some error, so that the first molten pool 14 ′ as a whole is also the first member than the first joint surface 12. 10 is shifted to the center side. At this time, due to the shape of the first molten pool 14 ′, the joint surface depth Dw ′ formed by the first laser beam 1 can be significantly reduced.
ここに開示される溶接方法においては、かかる第1レーザ光1による第1溶融池14’に、第2レーザ光2による第2溶融池が重畳される。これにより、例えば図2Aに示されるように、第2部材20の第2溶融池24の溶融深さは、先端部Tから離れたときの減少の度合いが緩和され得る。従って、第1レーザ光1の軌道が第1部材10のより中心側にずれた場合であっても、十分な接合面深さDwを安定して確保することができる。
また、第2レーザ光2によると熱伝導型の第2溶融池24が形成されるため、第2部材20においてはボイド等の溶接欠陥は形成され難い。これにより、第2部材20における溶接部30の強度を高く維持することができる。
In the welding method disclosed here, the second molten pool by the second laser beam 2 is superimposed on the first molten pool 14 ′ by the first laser beam 1. Thereby, for example, as shown in FIG. 2A, the degree of decrease in the melting depth of the second molten pool 24 of the second member 20 when the second member 20 is separated from the tip portion T can be relaxed. Therefore, even when the trajectory of the first laser beam 1 is shifted to the more central side of the first member 10, a sufficient joint surface depth Dw can be stably secured.
Further, according to the second laser beam 2, the heat conduction type second molten pool 24 is formed, and therefore, a weld defect such as a void is hardly formed in the second member 20. Thereby, the strength of the welded portion 30 in the second member 20 can be maintained high.
なお、第2部材20の第2接合面22に直交する幅方向の寸法L2が比較的小さい、すなわち肉薄の場合等においては、第2レーザ光2による入り熱が第2部材20に伝播し、第2接合面22とは反対側の幅広面にまで到達し得る。例えば、第2部材20の側面部のうち、第2接合面22とは反対側の端部である、第2部材20の隅角部までもが溶融される場合がある。かかる場合、更なる入り熱は、第2部材20の幅方向外側(第2接合面22とは反対側)に伝播することができないため、上記反対側の幅広面に沿って深さ方向に伝播することとなる。このような入り熱は、接合面22近傍においては接合面深さDwを増大させるとともに、上記反対側の面近傍では深さ方向に伝熱して第2溶融池24の溶融深さを変化させ得る。その結果、例えば、図2Aに示されるとおり、第2部材20の第2接合面22に直交する断面における、溶接部30の形状は特徴的なものとなり得る。例えば、溶接部30を、図2Aに示されるとおり、接合面12,22を含む面により区分けして、第1部材10側に位置する溶接部を第1溶接部16、第2部材20側に位置する溶接部を第2溶接部26とする。すると、すなわち、第2溶接部26の溶融深さは、第2接合面22から離れるに従い、一旦緩やかに浅くなっていくものの、さらに離れて反対側の面に近づくにつれて再び深さを増し(図では下側に傾斜)、深さ方向に凸(図では下に凸)な部分を含み得る。かかる特長的な第2溶接部26の形状が実現されることで、溶接部30全体の断面形状は、第1部材10におけるキーホールと、第2部材20における深さ方向への凸部とを有する。すなわち、溶接部30は接合面に平行な方向の2つの凸部により接合面を挟み、第1部材10と第2部材20とが乖離することを抑制する。したがって、接合面に直交する幅方向での接合強度はより一層強固なものとなり得る。また、第1レーザ光1の軌道が第1部材10の中心側にずれた場合であっても、溶接部30の接合面深さDwを更に安定して確保することができる。 The width dimension L 2 is relatively small perpendicular to the second joint surface 22 of the second member 20, that is, in such case the thin, enters heat by the second laser beam 2 propagates to the second member 20 Further, it can reach the wide surface opposite to the second joint surface 22. For example, in the side surface portion of the second member 20, even the corner portion of the second member 20, which is the end portion on the opposite side to the second bonding surface 22, may be melted. In such a case, further heat input cannot propagate to the outside in the width direction of the second member 20 (on the side opposite to the second joint surface 22), and therefore propagates in the depth direction along the wide surface on the opposite side. Will be. Such heat input increases the joint surface depth Dw in the vicinity of the joint surface 22 and can transfer heat in the depth direction in the vicinity of the opposite surface to change the melt depth of the second molten pool 24. . As a result, for example, as shown in FIG. 2A, the shape of the welded portion 30 in the cross section orthogonal to the second joint surface 22 of the second member 20 can be characteristic. For example, as shown in FIG. 2A, the welded portion 30 is divided by the surfaces including the joint surfaces 12 and 22, and the welded portion located on the first member 10 side is placed on the first welded portion 16 and the second member 20 side. The welded portion that is positioned is referred to as a second welded portion 26. In other words, the melting depth of the second welded portion 26 once gradually becomes shallower as the distance from the second joint surface 22 increases, but the depth increases again as the distance from the second welded portion 26 increases further toward the opposite surface (see FIG. May be inclined downward) and may be convex in the depth direction (convex downward in the figure). By realizing such a characteristic shape of the second welded portion 26, the entire cross-sectional shape of the welded portion 30 includes a keyhole in the first member 10 and a convex portion in the depth direction in the second member 20. Have. That is, the welded portion 30 sandwiches the joint surface between the two convex portions in the direction parallel to the joint surface, and suppresses the first member 10 and the second member 20 from separating. Therefore, the bonding strength in the width direction orthogonal to the bonding surface can be even stronger. Further, even when the trajectory of the first laser beam 1 is shifted to the center side of the first member 10, the joint surface depth Dw of the welded portion 30 can be more stably ensured.
以上のような第2溶接部26の特徴的な断面形状は、第2レーザ光による第2部材20への投入熱量を適切に調整することで好適に形成することができる。例えば、第2部材20に熱伝導型の第2溶融池が形成される範囲で十分な量の溶接熱を投入し、これを第2部材20の表面に沿って伝熱させることが好適な例として示される。かかる投入熱量の調製は、第2部材20の材質や幅(接合面に直交する方向の寸法)等にもよるため一概には言えないが、例えば一例として、第2部材20が幅1mm以下(例えば0.5mm以下)の肉薄部材である場合に、以下の条件を目安として溶接を実施することができる。 The characteristic cross-sectional shape of the second welded portion 26 as described above can be suitably formed by appropriately adjusting the amount of heat input to the second member 20 by the second laser light. For example, it is preferable that a sufficient amount of welding heat is input to the second member 20 in a range where the heat conduction type second molten pool is formed, and this heat is transferred along the surface of the second member 20. As shown. The preparation of the input heat amount depends on the material and width (dimension in the direction orthogonal to the joint surface) of the second member 20 and the like. However, as an example, for example, the second member 20 has a width of 1 mm or less ( For example, in the case of a thin member having a thickness of 0.5 mm or less, welding can be performed using the following conditions as a guide.
すなわち、具体的には、例えば、(1)第2レーザ光の出力密度I2が3.8×106W/cm2以上5.6×106W/cm2未満の低輝度であるときは、レーザから十分な熱量が瞬時に供給され得る。そのため、第2レーザ光の走査速度を20m/分程度以上と比較的早い速度で溶接を行うことができる。一方で、(2)第2レーザ光の出力密度I2が2.8×106W/cm2以上3.8×106W/cm2未満とさらに低輝度であるときは、レーザから十分な熱量が瞬時に供給され難い。したがって、上記の特徴的な第2溶接部26の断面形状を確実に形成するためには、第2レーザ光の走査速度を20m/分未満(好ましくは15m/分以下、例えば10m/分以下)と比較的低速にすることが好ましい。これにより、第2レーザ光の出力が低い場合であっても、上記の特徴的な第2溶接部26の断面形状を確実に形成することが可能となる。 Specifically, for example, (1) when the output density I 2 of the second laser light is low brightness of 3.8 × 10 6 W / cm 2 or more and less than 5.6 × 10 6 W / cm 2 A sufficient amount of heat can be instantaneously supplied from the laser. Therefore, welding can be performed at a relatively high speed, such as a scanning speed of the second laser light of about 20 m / min or more. On the other hand, (2) when the output density I 2 of the second laser beam is 2.8 × 10 6 W / cm 2 or more and less than 3.8 × 10 6 W / cm 2, which is even lower brightness, the laser beam is sufficient It is difficult to supply a large amount of heat instantaneously. Therefore, in order to surely form the characteristic sectional shape of the second welded portion 26, the scanning speed of the second laser beam is less than 20 m / min (preferably 15 m / min or less, for example, 10 m / min or less). It is preferable that the speed is relatively low. Thereby, even when the output of the second laser beam is low, the characteristic cross-sectional shape of the second welded portion 26 can be reliably formed.
なお、上記の第2部材20の寸法L2、すなわち第2部材20の厚みについては、第1部材10の接合面に直交する方向における寸法、すなわち第1部材10の幅広面の寸法よりも小さい限り、上記のここに開示される溶接方法の効果が得られ易いために特に制限されない。しかしながら、キーホール型の溶接部において顕著に発生する直径が0.1mm以上を超えるボイドは、溶接部30の強度低下に影響を及ぼし得る。特に寸法L2が小さく(換言すると、厚みが薄く)溶接強度の確保が困難な溶接部に対しては顕著な強度低下をもたらし得る。しかしながら、ここに開示される溶接方法は、このような寸法L2の小さい第2部材20を溶接する場合において、その効果が特に顕著に発現されるために好ましい。このように、ボイドの存在により溶接強度の低下が顕著となり得るとの観点からは、ここに開示される溶接方法では、寸法L2が、0.1mm以上であって、例えば、1mm以下、より限定的には0.5mm以下、例えば、0.4mm以下のような肉薄の第2部材20を溶接を被溶接部材とすることができる。 The dimension L 2 of the second member 20, that is, the thickness of the second member 20 is smaller than the dimension in the direction orthogonal to the bonding surface of the first member 10, that is, the dimension of the wide surface of the first member 10. As long as the effect of the welding method disclosed here is easily obtained, there is no particular limitation. However, voids with a diameter that significantly increases in the keyhole-type welded portion exceeding 0.1 mm or more can affect the strength reduction of the welded portion 30. In particular (in other words, the thickness is thin) dimension L 2 smaller can result in significant strength reduction for difficult welds secure the welding strength. However, the welding method disclosed herein, in the case of welding such dimensions L 2 smaller second member 20, preferably to its effect is particularly prominently expressed. Thus, in view of the decrease in the welding strength due to the presence of voids can become significant, in the welding method disclosed herein, the dimension L 2 is a is 0.1mm or more, for example, 1 mm or less, more In a limited manner, the thin second member 20 having a thickness of 0.5 mm or less, for example, 0.4 mm or less, can be welded.
また、上述のように、第1部材10と第2部材20とは、第1部材10に形成されたキーホール形状の溶接部を含む第1溶接部16と、第2部材20に形成された深さ方向に凸な溶接部を含む第2溶接部26とにより、機械的(構造的)にも強固な固定が実現され得る。すなわち、第1部材10と第2部材20とは、溶接部30の凝固に伴う界面での化学的な結合に加え、溶接部30の形態により機械的にも強固に結合され得る。さらに、薄肉の第2部材20についてはボイド等の溶接欠陥が溶接強度に与える影響はより一層大きくなり得るが、かかる第2部材20にはボイドが形成され難い。これにより、第1部材10と第2部材20との溶接を、より高強度で、より一層信頼性の高いものとすることができるとともに、より高強度で信頼性の高い溶接構造が提供される。 In addition, as described above, the first member 10 and the second member 20 are formed on the first welded portion 16 including the keyhole-shaped welded portion formed on the first member 10 and the second member 20. By the second welded portion 26 including the welded portion convex in the depth direction, mechanical (structural) and firm fixation can be realized. In other words, the first member 10 and the second member 20 can be mechanically and firmly bonded to each other according to the form of the welded portion 30 in addition to the chemical bond at the interface accompanying solidification of the welded portion 30. Furthermore, although the influence of welding defects such as voids on the welding strength can be further increased with respect to the thin second member 20, voids are hardly formed on the second member 20. As a result, welding between the first member 10 and the second member 20 can be made higher in strength and more reliable, and a welded structure with higher strength and high reliability is provided. .
なお、第1レーザ光1と第2レーザ光2とは、第1部材10と第2部材20との間の接合面12,22または隙間に照射されないよう制御するのが好ましい。すなわち、上記のとおり、第1レーザ光1と第2レーザ光2とは、それぞれ第1部材10の表面と第2部材20の側面に照射される。特に第1レーザ光1は、不可避的な場合を除き、第1部材10の表面に照射される。というのは、高出力強度の第1レーザ光1が第1部材10と第2部材20との間に侵入すると、かかる隙間で第1レーザ光1が反射して第1部材10と第2部材20との裏面側に容易に到達(貫通)し得る。すると、第1部材10と第2部材20の裏面側に配置されている構成部材が第1レーザ光1の照射により破損するおそれがあるためである。したがって、特に第1レーザ光1は、第1部材10の端部から所定の間隔を持った中心側に照射されるよう、制御するのが好ましい。かかる所定の間隔については、第1レーザ光1および第2レーザ光2のスポット径、使用するレーザ溶接装置等による機械的誤差、被溶接材の寸法誤差等を考慮して適宜決定することができる。 The first laser beam 1 and the second laser beam 2 are preferably controlled so as not to irradiate the bonding surfaces 12 and 22 or the gap between the first member 10 and the second member 20. That is, as described above, the first laser beam 1 and the second laser beam 2 are irradiated on the surface of the first member 10 and the side surface of the second member 20, respectively. Especially the 1st laser beam 1 is irradiated to the surface of the 1st member 10 except the case where it is unavoidable. This is because when the first laser beam 1 having a high output intensity enters between the first member 10 and the second member 20, the first laser beam 1 is reflected through the gap and the first member 10 and the second member. 20 can be easily reached (penetrated) on the back surface side. Then, it is because the component member arrange | positioned at the back surface side of the 1st member 10 and the 2nd member 20 may be damaged by irradiation of the 1st laser beam 1. FIG. Therefore, it is particularly preferable to control the first laser beam 1 so that the first laser beam 1 is irradiated from the end of the first member 10 to the center side having a predetermined interval. Such a predetermined interval can be appropriately determined in consideration of the spot diameters of the first laser beam 1 and the second laser beam 2, mechanical errors due to the laser welding apparatus used, dimensional errors of the material to be welded, and the like. .
なお、上記の接合面深さDwは、これが大きくなるほど溶接強度が高められるために好ましい。かかる接合面深さDwは、第1部材10および第2部材20の材質や寸法に加え、かかる溶接による溶接物に要求される溶接強度等に応じてその目標値を決定することができる。このような接合面深さDwの好適な値は一概には定められないものの、概ね、第2部材20の接合面に直交する方向の寸法L2と同等であるのが好ましく、あるいはL2よりも大きいことがより好ましい。接合面深さDwは第2部材20の接合面に直交する方向の寸法L2とは、例えば、Dw≧0.8×L2程度であってよく、Dw≧L2であるのが好ましく、さらにはDw≧1.2×L2であるのがより好ましい。 In addition, said joining surface depth Dw is preferable because welding strength is raised, so that this becomes large. The joint surface depth Dw can be determined as a target value in accordance with the material and dimensions of the first member 10 and the second member 20 as well as the welding strength required for the welded material by such welding. Although such a suitable value of the joining surface depth Dw is not generally determined, it is generally preferable that the joining surface depth Dw is equal to the dimension L 2 in the direction orthogonal to the joining surface of the second member 20 or from L 2 . Is preferably larger. Joint surface depth Dw is the dimension L 2 perpendicular to the joint surface of the second member 20, for example, be a Dw ≧ 0.8 × L 2 mm, is preferably from Dw ≧ L 2, Furthermore, it is more preferable that Dw ≧ 1.2 × L 2 .
[効果]
以上のように、ここに開示された溶接方法では、出力密度の高い第1レーザ光1により十分な溶け込み深さを確保するようにしている。そして、出力密度の低い第2レーザ光2により所定の接合面深さDwを安定して得られるように、溶接金属の形状を制御するようにしている。このため、多少の溶接軌道のずれが発生したり、第1部材10および第2部材20間に隙間が生じたりしている場合であっても、接合面深さDwを十分かつ安定して確保することができる。加えて、第2部材20については熱伝導型の溶融が施されるため、ボイドの発生が抑制され、かかるボイドに起因する溶接強度の低下が解消され得る。
[effect]
As described above, in the welding method disclosed herein, a sufficient penetration depth is ensured by the first laser beam 1 having a high output density. Then, the shape of the weld metal is controlled so that a predetermined joint surface depth Dw can be stably obtained by the second laser light 2 having a low output density. For this reason, even when there is a slight shift of the welding trajectory or when there is a gap between the first member 10 and the second member 20, the joint surface depth Dw is sufficiently and stably secured. can do. In addition, since heat conduction type melting is performed on the second member 20, generation of voids can be suppressed, and a decrease in welding strength due to the voids can be eliminated.
また、ここに開示された溶接方法は、特に、第2部材20として、溶接面22に垂直な方向の寸法L2のより一層小さい部材(例えば、薄肉の部材であり得る。)を採用した場合に、その効果が如何なく発揮され得る。このような寸法L2の小さい部材は、例えば、出力密度の小さい第2レーザによっても十分な溶融を得ることができ、また従来のような広範囲にわたる照射径を確保する必須がない。したがって、レーザ出力を小さくすることが可能となり、設備コストを低く抑えることが可能である。例えば、本発明者らによると、ここに開示される溶接方法により、第2部材20として、接合面に直交する方向の寸法L2が0.5mm以下(例えば、0.4mm程度)の薄板材の溶接をも、ボイドの形成を抑制して好適に行えることが確認されている。 Further, the welding method disclosed herein, in particular, as the second member 20, more smaller member of the weld surface 22 in the direction perpendicular dimension L 2 (for example, may be a thin member.) When adopting the In addition, the effect can be exerted. Such small member dimensions L 2 is, for example, can also obtain sufficient melt by a small second laser power density, nor is essential to ensure the irradiation diameter extensive as in the prior art. Therefore, the laser output can be reduced, and the equipment cost can be kept low. For example, the present According to the inventors, by welding methods disclosed herein, as the second member 20, the thin plate of the following dimension L 2 is 0.5mm perpendicular to the bonding surface (e.g., about 0.4 mm) It has been confirmed that this welding can be suitably performed while suppressing the formation of voids.
このような溶接方法により形成される溶接構造において、例えば接合面に垂直な断面における溶接部の形状は、次の特徴を有する。すなわち、(1)第1部材においては、いわゆるキーホール型の、アスペクト比の高い鋭角な溶接部が含まれる。(2)また、キーホール型の第1溶融池と、熱伝導型の第2溶融池とが重畳されることで、これによって形成される溶接部においては、キーホール型の溶接部の対称性が乱され、接合面においてより深い接合面深さDwが安定して実現されている。さらに、(3)第2部材に形成される第2溶接部は、接合面から離れるにつれて下に傾斜する形状(下に凸な形状)を含み得る。これにより、第1レーザ光1の軌道ずれが発生した場合であっても、より一層安定して接合面深さDwを確保することができる。 In the welded structure formed by such a welding method, for example, the shape of the welded portion in the cross section perpendicular to the joint surface has the following characteristics. In other words, (1) the first member includes a so-called keyhole-type acute-angle welded portion with a high aspect ratio. (2) In addition, the keyhole type first molten pool and the heat conduction type second molten pool are overlapped, and in the weld formed by this, the symmetry of the keyhole type welded portion is increased. Is disturbed, and a deeper joint surface depth Dw is stably realized at the joint surface. Furthermore, (3) the second welded portion formed on the second member may include a shape that slopes downward (a shape that protrudes downward) as the distance from the joint surface increases. Thereby, even when the orbital deviation of the first laser beam 1 occurs, the junction surface depth Dw can be secured more stably.
[その他の態様]
ここに開示される溶接方法で用いることができるレーザ光としては、そのレーザ発生機構等に因ることなく、目的に応じて各種のものを用いることができる。例えば、被溶接部材の寸法などに応じて、上記のキーホール型および熱伝導型の溶融が実現可能な各種のレーザ光を採用することができる。かかるレーザ光の種類としては、例えば、具体的には、CO2レーザ、YAGレーザ、半導体レーザ(Laser Diode;LD等ともいう。)、LD励起固体レーザ、ファイバーレーザ等であってよい。
[Other aspects]
As the laser beam that can be used in the welding method disclosed herein, various types of laser beams can be used depending on the purpose without depending on the laser generation mechanism or the like. For example, various laser beams capable of realizing the above-described keyhole type and heat conduction type melting can be employed depending on the dimensions of the member to be welded. Specific examples of such laser light may include a CO 2 laser, a YAG laser, a semiconductor laser (also referred to as a laser diode; LD), an LD-excited solid laser, a fiber laser, and the like.
また、ここに開示される溶接方法で溶接の対象たる第1部材と第2部材とについても特に制限はなく、広く一般に溶接に供されている各種の材料からなる部材を考慮することができる。かかる材料としては、例えば、金属材料やセラミックス材料、プラスチック材料等が挙げられる。特に好ましくは、金属材料からなる部材の溶接に好適に適用することができる。かかる金属材料についても特に制限はなく、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金(各種のステンレス鋼を含む。)、銅、銅合金等が代表的なものとして例示される。これら第1部材と第2部材とは、同種の材料から構成されていても良いし、異種の材料から構成されていても良い。 Moreover, there is no restriction | limiting in particular also about the 1st member and 2nd member which are the object of welding with the welding method disclosed here, The member which consists of various materials generally used for welding can be considered. Examples of such materials include metal materials, ceramic materials, and plastic materials. Especially preferably, it can apply suitably for the welding of the member which consists of metal materials. There is no restriction | limiting in particular also about this metal material, For example, aluminum, aluminum alloy, iron, iron alloy (including various stainless steels), copper, copper alloy etc. are illustrated as a representative thing. The first member and the second member may be made of the same material or different materials.
以上のように、ここに開示される溶接方法によると、例えば、相対的に厚板からなる第1部材と薄板からなる第2部材とを、溶接強度を高く維持して好適に溶接することができる。かかる溶接方法、例えば、信頼性の高い気密な封止が要求される、薄板部材の溶接を含む用途等に特に好適に適用することができる。かかる信頼性および気密性が求められる薄板部材の溶接としては、例えば、蓄電素子のケースの封缶溶接が代表的なものとして挙げられる。そこで、以下に蓄電素子のケースの封缶溶接に、ここに開示される溶接方法を適用した場合を例とし、本発明についてさらに説明する。 As described above, according to the welding method disclosed herein, for example, the first member made of a relatively thick plate and the second member made of a thin plate can be suitably welded while maintaining a high welding strength. it can. Such a welding method can be particularly suitably applied to, for example, applications including welding of thin plate members that require highly reliable and airtight sealing. A typical example of the welding of a thin plate member that requires such reliability and airtightness is canned welding of a case of a storage element. Therefore, the present invention will be further described below by taking as an example a case where the welding method disclosed herein is applied to can welding of a case of a storage element.
以下、本発明に関する実施例を説明するが、本発明をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。
(例1)
[ケース本体の溶接]
以下に説明する手順で、リチウムイオン電池100のケース130の封口処理を行った。図5は、かかるリチウムイオン電池の構成を示す部分切欠き正面図であって、図6はその上面図である。かかるケース130は、これらの図に示されるように、奥行き寸法の小さい直方体形状の角型ケースである。そして上面が開口面とされたケース本体132と、かかる開口に対応した横方向に長い略長方形状の蓋部材134とから構成されている。ケース本体132は、厚みが0.4mmのJISで規定される合金番号がA3003のアルミニウム合金から構成されている。蓋部材134は、厚みが1.4mmのJISで規定される合金番号がA1050のアルミニウム合金から構成されている。蓋部材134には、図6に示されるように、正負の外部端子142,144、注入孔146、安全弁148等が設けられている。これらの部位には製造および使用に際して外力が加わり得ることから、蓋部材134はより厚めの板材から構成されている。ケース本体132は、蓋部材134よりもやや強度が高いながらも、より薄肉で軽量化を可能とする板材から構成されている。
EXAMPLES Examples relating to the present invention will be described below, but the present invention is not intended to be limited to those shown in the examples.
(Example 1)
[Case body welding]
The sealing process of the case 130 of the lithium ion battery 100 was performed according to the procedure described below. FIG. 5 is a partially cutaway front view showing the configuration of such a lithium ion battery, and FIG. 6 is a top view thereof. As shown in these drawings, the case 130 is a rectangular parallelepiped case having a small depth dimension. The upper surface of the case body 132 includes a case main body 132 and a substantially rectangular lid member 134 that is long in the horizontal direction corresponding to the opening. The case main body 132 is made of an aluminum alloy having an alloy number A3003 defined by JIS with a thickness of 0.4 mm. The lid member 134 is made of an aluminum alloy having an alloy number A1050 defined by JIS with a thickness of 1.4 mm. As shown in FIG. 6, the lid member 134 is provided with positive and negative external terminals 142 and 144, an injection hole 146, a safety valve 148, and the like. Since an external force can be applied to these portions during manufacture and use, the lid member 134 is made of a thicker plate material. The case main body 132 is made of a plate material that is slightly thicker and lighter than the lid member 134 but that is thinner.
ケース本体132の開口の二つの短辺部には、図示しないが、蓋部材134をケース本体132の上端と面一に保持可能とする支え部がそれぞれ設けられている。蓋部材134に、リチウムイオン電池100の発電要素たる電極体120を所定の手順で取り付けた後、かかる電極体120をケース本体132に挿入するとともに、蓋部材134をケース本体132の開口部に嵌めて蓋をした。次いで、以下の溶接方法1または溶接方法2により、かかる蓋部材134を第1部材とし、またケース本体132を第2部材として、溶接することで電池ケース130を封口した。 Although not shown in the drawing, support portions that can hold the lid member 134 flush with the upper end of the case body 132 are provided on the two short sides of the opening of the case body 132. After attaching the electrode body 120 as a power generation element of the lithium ion battery 100 to the lid member 134 in a predetermined procedure, the electrode body 120 is inserted into the case main body 132 and the lid member 134 is fitted into the opening of the case main body 132. And put the lid on. Next, the battery case 130 was sealed by welding with the lid member 134 as a first member and the case body 132 as a second member by the following welding method 1 or welding method 2.
[溶接方法1]
溶接には高出力ファイバーレーザ溶接機を用い、かかる溶接機から発振されるレーザ光を光学回折素子(DOE)レンズにより分岐させることで、高出力密度レーザ光(第1レーザ光)と低出力密度レーザ光(第2レーザ光)とを発生させた。
なお、本実施形態における高出力密度レーザ光と低出力密度レーザ光の発振条件は、それぞれ下記の表1に示す5通りとした。そして、これら第1レーザ光と第2レーザ光との発振条件をそれぞれ組み合わせることで、計25通りの溶接条件で溶接を行った。
[Welding method 1]
A high power fiber laser welder is used for welding, and the laser light oscillated from the welder is branched by an optical diffraction element (DOE) lens, so that a high power density laser light (first laser light) and a low power density are obtained. Laser light (second laser light) was generated.
Note that the oscillation conditions of the high power density laser light and the low power density laser light in this embodiment are five as shown in Table 1 below. Then, by combining the oscillation conditions of the first laser beam and the second laser beam, welding was performed under a total of 25 welding conditions.
まず、上記のとおり第一部材としての蓋部材を、第2部材としてのケース本体に嵌め込み、それぞれの接合面を対向させた。そして、蓋部材の表面の端部(接合面)から0.15mmだけ中心側を溶接線LW1と設定し、かかる溶接線LW1に沿って上記の高出力密度レーザ光を連続(CW)照射した。また、同時に、ケース本体の上面、すなわちケース本体側面部材の上方端面をレーザ照射面とし、かかる表面の接合面(すなわち、ケース本体の内表面)から0.15mmだけケース本体外方側を溶接線LW2と設定し、かかる溶接線LW2に沿って上記の低出力密度レーザ光を連続(CW)溶接した。それぞれのレーザ光は、24m/分の速度で同時に併走させるようにした。このようにして、リチウムイオン二次電池のケースの上面において、蓋部材とケース本体とをその周縁部をぐるりと一周(約240mm)溶接することで封口した。 First, as described above, the lid member as the first member was fitted into the case main body as the second member, and the respective joint surfaces were opposed to each other. Then, set the end of the surface of the lid member from the (joint surface) 0.15 mm only center side and the weld line L W1, continuous the high power density laser beam along such weld line L W1 (CW) irradiation did. At the same time, the upper surface of the case body, that is, the upper end surface of the side member of the case body is used as the laser irradiation surface, and the outer side of the case body is welded by 0.15 mm from the joint surface (that is, the inner surface of the case body). LW2 was set, and the low power density laser beam was continuously (CW) welded along the weld line LW2 . Each laser beam was made to run simultaneously at a speed of 24 m / min. Thus, on the upper surface of the case of the lithium ion secondary battery, the lid member and the case main body were sealed by welding around the periphery (around 240 mm).
[溶接方法2]
溶接には高出力ファイバーレーザ溶接機を用い、かかる溶接機から発振されるレーザ光を光学回折素子(DOE)レンズにより分岐させることで、第一高出力密度レーザ光(第1レーザ光)と、第二高出力密度レーザ光(第2レーザ光)と、低出力密度レーザ光(第3レーザ光)とを発生させた。
なお、本実施形態における上記レーザ光の発振条件は以下のとおりとした。
[Welding method 2]
A high-power fiber laser welder is used for welding, and the first high-power density laser beam (first laser beam) is split by dividing the laser beam oscillated from the welder by an optical diffraction element (DOE) lens. Second high power density laser light (second laser light) and low power density laser light (third laser light) were generated.
The laser light oscillation conditions in this embodiment are as follows.
<第1レーザ光>
スポット径:φ0.04mm,
レーザ出力:800W
レーザ出力密度:6.4×107W/cm2
<First laser beam>
Spot diameter: φ0.04mm,
Laser output: 800W
Laser power density: 6.4 × 10 7 W / cm 2
<第2レーザ光>
スポット径:φ0.04mm,
レーザ出力:540W
レーザ出力密度:4.3×107W/cm2
<Second laser beam>
Spot diameter: φ0.04mm,
Laser output: 540W
Laser power density: 4.3 × 10 7 W / cm 2
<第3レーザ光>
スポット径:φ0.5mm,
レーザ出力:1000W
レーザ出力密度:5.1×105W/cm2
<Third laser beam>
Spot diameter: φ0.5mm,
Laser output: 1000W
Laser power density: 5.1 × 10 5 W / cm 2
まず、上記のとおり第一部材10としての蓋部材を、第2部材20としてのケース本体に嵌め込み、それぞれの接合面12,22を対向させた。そして、蓋部材の表面の端部(接合面12)から0.15mmだけ中心側を溶接線LW1と設定し、かかる溶接線LW1に沿って上記の第1レーザ光(第一高出力密度レーザ光)を連続(CW)照射した。また、ケース本体の上面、すなわちケース本体側面部材の上方端面をレーザ照射面とし、かかる表面の接合面(すなわち、ケース本体の内表面)から0.15mmだけケース本体外方側を溶接線LW2と設定し、かかる溶接線LW2に沿って上記の第2レーザ光(第二高出力密度レーザ光)を連続(CW)溶接した。さらに、ケース本体と蓋部材との接合面を溶接線と設定し、かかる溶接線に沿って上記の第3レーザ光(低出力密度レーザ光)を連続(CW)溶接した。なお、ケース本体と蓋部材との間に隙間が生じている場合は、両者の中間を溶接線とした。また、それぞれのレーザ光は光軸を進行方向に直交する方向で揃え、24m/分の速度で併走させるようにした。このようにして、リチウムイオン二次電池のケースの上面において、蓋部材とケース本体とをその周縁部をぐるりと一周(約240mm)溶接することで封口した。 First, as described above, the lid member as the first member 10 was fitted into the case main body as the second member 20, and the respective joining surfaces 12 and 22 were opposed to each other. Then, the center side by 0.15 mm from the end portion (joint surface 12) of the surface of the lid member is set as a weld line LW1 , and the first laser light (first high power density) along the weld line LW1 is set. Laser light) was continuously (CW) irradiated. The upper surface of the case body, that is, the upper end surface of the side member of the case body is a laser irradiation surface, and the outer side of the case body is welded line L W2 by 0.15 mm from the joint surface (that is, the inner surface of the case body) The second laser beam (second high-power density laser beam) was continuously (CW) welded along the weld line LW2 . Furthermore, the joint surface between the case body and the lid member was set as a weld line, and the third laser beam (low power density laser beam) was continuously (CW) welded along the weld line. In addition, when the clearance gap has arisen between the case main body and the cover member, the middle of both was made into the welding line. In addition, the respective laser beams were aligned in the direction orthogonal to the traveling direction, and were allowed to run at a speed of 24 m / min. Thus, on the upper surface of the case of the lithium ion secondary battery, the lid member and the case main body were sealed by welding around the periphery (around 240 mm).
[溶接品質の評価]
溶接方法1(25通り)および溶接方法2(1通り)により封口したケースの溶接部を、下記の[1]〜[6]の評価項目について評価した。そしてそれらの結果から、溶接部全体としての品質を評価した。
[Evaluation of welding quality]
The welded part of the case sealed by welding method 1 (25 types) and welding method 2 (1 type) was evaluated for the following evaluation items [1] to [6]. And the quality as the whole welded part was evaluated from those results.
[1]〜[3]溶接欠陥 溶接方法1および溶接方法2により封口したケースの溶接部に溶接欠陥(溶接割れおよびボイド)が発生しているかどうかを、非破壊X線検査装置((株)島津製作所製、マイクロフォーカスX線透過装置SMX−225CT−F)を用いて調査した。
図3に、(1)溶接方法1(溶接条件;1c×2c)および(2)溶接方法2によりケース本体に形成された溶接部の様子を示す、溶接進行方向に沿った断面像を示した。さらに、溶接方法2については、ケース本体において観察された比較的大きめのボイドを示す溶接進行方向に直交する断面観察図を図4に示した。図4において、○で囲んだ部分がボイドである。
このように溶接部の断面のX線透視画像を画像処理することにより、溶接割れの有無と、ケース本体部分でのボイド発生の状況とを調べた。
その結果を、溶接割れの有無については下記の表2の評価項目[1]の欄に示した。なお、ボイド数については、強度低下をもたらし得ると考えられる直径が0.1mm以上の大きさのボイドが確認された場合、その数を数えた。その結果から、溶接距離1mmあたりのボイド数を算出して表2の評価項目[2]の欄に、電池(ケース)1個あたりのボイド数を算出して表2の評価項目[3]の欄に示した。
[1] to [3] Welding defect Nondestructive X-ray inspection apparatus (Corporation Co., Ltd.) determines whether or not welding defects (weld cracks and voids) have occurred in the welded portion of the case sealed by welding method 1 and welding method 2. Investigation was carried out using a microfocus X-ray transmission device SMX-225CT-F manufactured by Shimadzu Corporation.
FIG. 3 shows a cross-sectional image along the welding direction, showing the state of the weld formed on the case body by (1) welding method 1 (welding conditions; 1c × 2c) and (2) welding method 2. . Further, for the welding method 2, a cross-sectional observation view orthogonal to the welding progress direction showing a relatively large void observed in the case main body is shown in FIG. In FIG. 4, the portion surrounded by ○ is a void.
Thus, the X-ray fluoroscopic image of the cross section of the welded portion was subjected to image processing, and the presence or absence of weld cracks and the state of void generation in the case main body portion were examined.
The results are shown in the column of evaluation item [1] in Table 2 below regarding the presence or absence of weld cracks. In addition, about the number of voids, when the void with the diameter of 0.1 mm or more considered that the strength reduction could be brought about was confirmed, the number was counted. From the results, the number of voids per 1 mm of welding distance is calculated, and the number of voids per battery (case) is calculated in the column of evaluation item [2] in Table 2, and the evaluation item [3] in Table 2 is calculated. Shown in the column.
[4]〜[5]溶接部形状
上記のとおり封口したケースの溶接部の数カ所を切断し、断面観察により取得した各例の溶接部断面画像をもとにして、第一部材としての蓋部材と、第2部材としてのケース本体との溶け込み形状を観察した。
その結果、蓋部材の溶け込み深さが浅かった(すなわち、キーホールが形成されなかった)場合を「浅い」、蓋部材を貫通した場合を「貫通」、良好な溶け込み形状であった場合を「○」として、表2の評価項目[4]の欄に示した。
また、ケース本体の溶け込み形状について、溶け込み深さが深くボイドが発生していた場合を「ボイド」、良好な溶け込み形状であって接合面とは反対側の面近傍で深さ方向に凸部が形成されなかった場合を「凸なし」、良好な溶け込み形状で凸部が形成された場合を「○」として、表2の評価項目[5]の欄に示した。
[4] to [5] Shape of welded portion A lid member as a first member based on the welded cross-sectional images of the respective examples obtained by cutting several portions of the welded portion of the case sealed as described above and obtained by cross-sectional observation. And the melted shape with the case main body as the second member was observed.
As a result, when the penetration depth of the lid member was shallow (that is, the keyhole was not formed), “shallow”, when penetrated through the lid member, “penetration”, and when the penetration shape was good, “○” is shown in the evaluation item [4] column of Table 2.
In addition, regarding the penetration shape of the case body, when the penetration depth is deep and voids are generated, it is `` void '', and it has a good penetration shape and has a convex part in the depth direction near the surface opposite to the joint surface. The case where the protrusion was not formed was “no protrusion”, and the case where the protrusion was formed with a good penetration shape was indicated as “◯”.
[6]レーザ出力密度比
溶接方法1および2において使用した、第1レーザ光と第2レーザ光との出力密度の比(I1/I2)を算出し、表2の評価項目[6]の欄に示した。
[総合]総合評価
上記の評価項目[1]〜[6]の結果から、各溶接条件により形成される溶接部の品質が良好であるか否かを総合的に評価した。その結果、良好であると判断された場合を「○」、特に良好であると判断された場合を「◎」、良好ではないと判断された場合を「×」として、表2の評価項目[総合]の欄に示した。この総合評価において、記号○および◎は、ここに開示される技術に求められる要件を満たしていることを意味する。
[6] Laser Output Density Ratio The output density ratio (I 1 / I 2 ) between the first laser beam and the second laser beam used in the welding methods 1 and 2 was calculated, and the evaluation item [6] in Table 2 It is shown in the column.
[Comprehensive] Comprehensive evaluation From the results of the above evaluation items [1] to [6], it was comprehensively evaluated whether or not the quality of the welded portion formed by each welding condition was good. As a result, the evaluation items in Table 2 are set as “◯” when judged good, “◎” when judged particularly good, and “×” when judged not good. It is shown in the “General” column. In this comprehensive evaluation, symbols ◯ and ◎ mean that the requirements for the technology disclosed herein are satisfied.
表2の評価項目[1]に示されるように、溶接方法1および溶接方法2のいずれの方法による溶接部においても、溶接割れ等の表面的な溶接欠陥は発見されなかった。したがって、溶接方法1および溶接方法2のいずれの方法でも、ある程度良好な溶接が行えることが確認できた。 As shown in the evaluation item [1] in Table 2, no superficial weld defects such as weld cracks were found in the welded portion by either welding method 1 or welding method 2. Therefore, it has been confirmed that the welding method 1 and the welding method 2 can be welded to a certain degree.
そこでさらに詳細な検討を行うと、溶接方法1について、本実施形態では、第1部材である蓋部材に照射した第1レーザの照射条件が1aの場合に、レーザ出力密度が弱かったために、キーホール型の溶接部が形成されていないことがわかった。第1部材にキーホール型の溶接部が形成されていないと、接合面深さDwが極端に浅くなってしまい、十分な溶接強度が得られないことが解った。逆に、第1レーザの照射条件が1eの場合は、レーザ出力密度が強すぎて、キーホールが蓋部材を貫通してしまうことがわかった。そして、第1レーザの照射条件が1b〜1dの場合には、良好なキーホールを形成した溶接が可能であることが確認された。この場合、接合面深さDwを十分に確保できることもわかった。 Therefore, when further detailed examination is performed, in the present embodiment, the laser output density is weak in the present embodiment when the irradiation condition of the first laser irradiated to the lid member as the first member is 1a. It was found that a hole-type weld was not formed. It was found that if the keyhole type welded portion is not formed on the first member, the joint surface depth Dw becomes extremely shallow, and sufficient welding strength cannot be obtained. Conversely, it was found that when the irradiation condition of the first laser is 1e, the laser output density is too strong and the keyhole penetrates the lid member. And when the irradiation conditions of the 1st laser were 1b-1d, it was confirmed that the welding which formed the favorable keyhole is possible. In this case, it was also found that the junction surface depth Dw can be sufficiently secured.
また、第2部材であるケース本体に照射した第2レーザの照射条件が2aの場合、レーザ出力密度は十分であり、熱伝導型の溶接部が形成されているのが確認された。しかしながら、ケース本体の断面外側に下に凸となる溶接形状は形成されなかった。そして、第2レーザの照射条件が2b〜2dの場合、ケース本体の断面外側に、下に凸となる特徴的な溶接形状が形成されることがわかった。この点において、第1レーザの照射条件が1b〜1dであって、第2レーザの照射条件が2aの場合に総合評価を「○」、同じく第2レーザの照射条件が2b〜2dの場合に総合評価を「◎」とした。しかしながら、第2レーザの照射条件が2eの場合は、レーザ出力密度が強すぎてキーホールのような溶接部が形成され、ボイドが多数発生してしまうことがわかった。 Moreover, when the irradiation condition of the 2nd laser irradiated to the case main body which is a 2nd member is 2a, the laser output density was enough and it was confirmed that the heat conduction type welding part is formed. However, a welded shape that protrudes downward is not formed outside the cross section of the case body. And when the irradiation conditions of the 2nd laser were 2b-2d, it turned out that the characteristic welding shape which becomes convex downward is formed in the cross section outer side of a case main body. In this respect, when the irradiation condition of the first laser is 1b to 1d and the irradiation condition of the second laser is 2a, the overall evaluation is “◯”, and similarly when the irradiation condition of the second laser is 2b to 2d The overall evaluation was “◎”. However, it was found that when the irradiation condition of the second laser was 2e, the laser output density was too strong, and a welded portion such as a keyhole was formed, causing many voids.
したがって、本実施形態では、第1レーザの照射条件は出力密度が1aよりも高く1eよりも弱い1b〜1d程度がよいことがわかった。また、第2レーザの照射条件は出力密度が2eよりも弱い2a〜2d程度、より好ましくは2b〜2d程度が良いことがわかった。このように、ここに開示される溶接方法1に従い溶接すると、より薄肉のケース本体に直径が0.1mm以上のボイドを発生させることなく溶接できることが確認できた。
これに対し、従来の溶接方法2により溶接を行うと、溶接方法1において好適であった第1レーザ照射条件が1cであっても、第2および第3レーザの条件が適切でなく、薄肉のケース本体に0.1mm以上のボイドが高頻度で発生しているのが確認された。薄肉の部材においてかかる大きなボイドが発生することは、溶接部に不測の外力が加わった場合にこのボイドでケース本体が破損し得ることを意味する。すなわち、溶接強度が低下し、溶接品質および溶接部の信頼性が損なわれる結果となった。
Therefore, in the present embodiment, it has been found that the irradiation condition of the first laser is preferably about 1b to 1d whose output density is higher than 1a and weaker than 1e. Further, it has been found that the irradiation condition of the second laser is preferably about 2a to 2d, more preferably about 2b to 2d, whose output density is weaker than 2e. Thus, when welding was performed according to the welding method 1 disclosed herein, it was confirmed that welding could be performed without generating a void having a diameter of 0.1 mm or more on a thinner case body.
On the other hand, when welding is performed by the conventional welding method 2, even if the first laser irradiation condition suitable in the welding method 1 is 1c, the conditions of the second and third lasers are not appropriate, and the thin laser beam is thin. It was confirmed that voids of 0.1 mm or more frequently occurred in the case body. Generation | occurrence | production of this big void in a thin member means that a case main body can be damaged with this void when unexpected external force is added to a welding part. That is, the welding strength was lowered, resulting in the deterioration of the welding quality and the reliability of the welded portion.
(例2)
第1レーザ光および第2レーザ光の発振条件を、それぞれ下記の表3に示す3通りとした。そして、これら第1レーザ光と第2レーザ光との発振条件をそれぞれ組み合わせることで、計9通りの溶接条件とした。また、第1および第2レーザ光は、9m/分の速度で併走させるようにし、その他の条件は上記例1の溶接方法1と同様にして、リチウムイオン電池のケースの封口溶接を行った。
また、上記例1と同様に、評価項目[1]〜[6]について溶接部を評価し、溶接部全体の品質評価を行った。その結果を、表4に示した。
(Example 2)
The oscillation conditions of the first laser beam and the second laser beam were set to three as shown in Table 3 below. A total of nine welding conditions were obtained by combining the oscillation conditions of the first laser beam and the second laser beam. The first and second laser beams were allowed to run at a speed of 9 m / min, and other conditions were the same as in the welding method 1 of Example 1 above, and sealing welding of the lithium ion battery case was performed.
Moreover, the welded part was evaluated about evaluation item [1]-[6] similarly to the said Example 1, and the quality evaluation of the whole welded part was performed. The results are shown in Table 4.
表3に示されるように、本実施形態では第1レーザ光および第2レーザ光の出力密度が上記例1に比較的してより低い範囲に設定されている。しかしながら、このように相対的に低い出力密度であっても、レーザの走査速度を低くし、被溶接部材に対して十分な入り熱を確保することで、ケース本体には下に凸の良好な溶接部を形成できることが確認された。すなわち、キーホール型の溶接部は、溶融部壁面でのレーザ光の連鎖的な反射により形成される。そのため、蓋部材については、キーホール型の溶接部を形成し得る所定のレーザ出力密度が確保される範囲であれば、第1レーザ光の出力密度は低くてもよいことが解る。一方の、熱伝導型の溶接部は、第2レーザ光の出力密度が低いと一般的な熱伝導型の溶接部が形成されるにとどまる。ここで、ケース本体の材質や形状(接合面に直交する方向の寸法,板厚)等に応じて十分に多量の熱量を投入することで、第2レーザ光の出力密度が低い場合であっても、下に凸の良好な溶接部を形成できることが確認された。具体的には、例えば、上記例1では、出力条件2a(I2:3.5×106W/cm2)であっても、レーザ走査速度を24m/分と早めにしたため、下に凸の溶接部を形成するに十分な熱量をケース本体に投入することができなかった。これに対し、例2では、レーザ走査速度を9m/分と遅くしたため、出力条件2f〜2h(I2:2.8〜3.8×106W/cm2)のいずれにおいても、十分な熱量をケース本体に投入することができ、下に凸の溶接部を形成し得ることが示された。 As shown in Table 3, in the present embodiment, the output densities of the first laser light and the second laser light are set in a relatively lower range than in Example 1. However, even with such a relatively low power density, the case body has a good downward convexity by reducing the laser scanning speed and ensuring sufficient heat input to the welded member. It was confirmed that a weld could be formed. That is, the keyhole type welded portion is formed by chain reflection of laser light on the melted portion wall surface. Therefore, it is understood that the output density of the first laser beam may be low as long as a predetermined laser output density that can form a keyhole-type weld is secured. On the other hand, when the power density of the second laser beam is low, a general heat conduction type weld is formed in the heat conduction type weld. Here, when the output density of the second laser beam is low by applying a sufficiently large amount of heat according to the material and shape of the case body (dimension in the direction orthogonal to the joint surface, plate thickness), etc. In addition, it was confirmed that a well-protruding weld having a downward convexity can be formed. Specifically, for example, in Example 1 described above, even under the output condition 2a (I 2 : 3.5 × 10 6 W / cm 2 ), the laser scanning speed is increased to 24 m / min. The amount of heat sufficient to form the welded portion could not be input to the case body. On the other hand, in Example 2, since the laser scanning speed was slowed down to 9 m / min, the output conditions 2f to 2h (I 2 : 2.8 to 3.8 × 10 6 W / cm 2 ) are sufficient. It was shown that the amount of heat can be input to the case body and a convex weld can be formed below.
本実施形態における溶射方法において、第1レーザ光および第2レーザ光の出力条件を様々に変化させることで、より高品質な溶接を行い得ることが解った。例えば、第1部材および第2部材の溶接形態や溶接線の形状等に応じて、走査速度を変化させることで、上記の出力密度の範囲において溶接部の形状を好適に調整し得ることがわかる。そして、第1部材に良好なキーホール型の溶接部を、第2部材には下に凸の良好な熱伝導型の溶接部を形成し、これらを重畳させることで、肉薄の部材であっても高強度でより高品質な溶接を実現できることが確認できた。 In the thermal spraying method according to the present embodiment, it has been found that higher quality welding can be performed by variously changing the output conditions of the first laser beam and the second laser beam. For example, it can be seen that the shape of the welded portion can be suitably adjusted within the range of the output density described above by changing the scanning speed according to the welding mode of the first member and the second member, the shape of the weld line, and the like. . Then, a good keyhole type welded part is formed on the first member, and a good heat conduction type welded part is formed on the second member. It was also confirmed that higher strength and higher quality welding could be realized.
なお、上述した実施形態では、第一溶接部材および第二溶接部材として、蓄電素子のケース本体および蓋部材を採用し、これらを溶接する例を示した。しかしながら、ここで提案される溶接方法は、かかる蓄電素子のケースの溶接のみにその用途が限定されるものではなく、各種の溶接部材の溶接に対して利用することができる。また、上述した実施形態では、第一溶接部材および第二溶接部材として、アルミニウム合金からなる部材を用いるようにしていた。しかしながら、ここで開示される溶接方法は、アルミニウム合金以外の各種の材料の溶接に利用可能である。かかる溶接部材を構成する材料としては、例えば、SUS材に代表される鉄合金、その他各種の純金属および合金を含む金属材料、セラミックス等の無機材料、プラスチック等の有機材料などを包含する。したがって、ここに開示される溶接方法は、各種の材料からなる溶接部材の突合せ溶接に好ましく用いることができる。なお、上記蓄電素子のケースにおけるケース本体のように、厚みがより薄肉化された形態の溶接部材の溶接に、特に好ましく適用することができる。 In the above-described embodiment, the case main body and the lid member of the storage element are employed as the first welding member and the second welding member, and an example of welding them is shown. However, the use of the welding method proposed here is not limited to the welding of the case of the electric storage element, and can be used for welding of various welding members. Moreover, in embodiment mentioned above, the member which consists of aluminum alloys was used as a 1st welding member and a 2nd welding member. However, the welding method disclosed here can be used for welding various materials other than aluminum alloys. Examples of the material constituting the welding member include an iron alloy typified by a SUS material, other metal materials including pure metals and alloys, inorganic materials such as ceramics, and organic materials such as plastics. Therefore, the welding method disclosed here can be preferably used for butt welding of welding members made of various materials. In addition, it can apply especially preferably to welding of the welding member of the form where thickness was made thinner like the case main body in the case of the said electrical storage element.
1 第1レーザ光
2 第2レーザ光
10 第1部材
12 第1接合面
14,14’ 第1溶融池
16,16’ 第1溶接部
20 第2部材
22 第2接合面
24 第2溶融池
26 第2溶接部
30 溶接部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st laser beam 2 2nd laser beam 10 1st member 12 1st joining surface 14, 14 '1st molten pool 16, 16' 1st welding part 20 2nd member 22 2nd joining surface 24 2nd molten pool 26 Second weld 30 Weld
Claims (8)
前記第1部材と前記第2部材とを、互いの幅広面が直交する方向で、かつ、前記第1部材の幅広面に対して前記第2部材の側面部が略面一となるよう、前記第1部材の側面部と前記第2部材の幅広面端部とを突き合わせること、ここで前記第2部材に対向する前記第1部材の側面部を第1接合面とし、前記第1部材に対向する前記第2部材の幅広面端部を第2接合面としたとき、前記第1部材の前記第1接合面に直交する方向における寸法は、前記第2部材の前記第2接合面に直交する方向における寸法よりも大きい;
前記第1部材の幅広面に、キーホールを発生させ得る強度の第1レーザ光を前記第1接合面に沿って照射し、前記第1レーザ光により溶融されてなる第1溶融池を形成すること、ここで前記第1溶融池は前記第2部材に亘って形成される;および
前記第2部材の側面部に、キーホールを発生させ得るよりも低い強度の第2レーザ光を前記第2接合面に沿って照射し、前記第2レーザ光により溶融されてなる第2溶融池を形成すること、ここで前記第2溶融池は前記第1部材に亘って形成される;
を包含し、
前記第1溶融池と前記第2溶融池とは、互いに一体化されて溶融池を形成し、前記溶融池が凝固してなる溶接部により前記第1部材と前記第2部材とを溶接する、溶接方法。 A method of laser welding a plate-like first member and a plate-like second member,
The first member and the second member are arranged so that the wide surfaces of the first member and the second member are orthogonal to each other, and the side surface of the second member is substantially flush with the wide surface of the first member. The side surface portion of the first member and the wide surface end portion of the second member are abutted with each other. Here, the side surface portion of the first member facing the second member is defined as a first joint surface, and the first member is When the wide surface end portion of the second member facing each other is the second joint surface, the dimension of the first member in the direction perpendicular to the first joint surface is perpendicular to the second joint surface of the second member. Larger than the dimension in the direction of
A first laser beam having an intensity capable of generating a keyhole is irradiated along the first joint surface on the wide surface of the first member to form a first molten pool that is melted by the first laser beam. Wherein the first molten pool is formed across the second member; and the second laser light having a lower intensity than the second laser beam capable of generating a keyhole is formed on the side surface of the second member. Irradiating along the joining surface to form a second molten pool melted by the second laser beam, wherein the second molten pool is formed across the first member;
Including
The first molten pool and the second molten pool are integrated with each other to form a molten pool, and the first member and the second member are welded by a weld portion formed by solidifying the molten pool. Welding method.
前記第1レーザ光および前記第2レーザ光の走査速度を20m/分以上とする、請求項3に記載の溶接方法。 When the output density I 2 of the second laser light is 3.8 × 10 6 W / cm 2 or more and less than 5.6 × 10 6 W / cm 2 ,
The welding method according to claim 3, wherein a scanning speed of the first laser beam and the second laser beam is set to 20 m / min or more.
前記第1レーザ光および前記第2レーザ光の走査速度を20m/分未満とする、請求項3に記載の溶接方法。 When the output density I 2 of the second laser light is 2.8 × 10 6 W / cm 2 or more and less than 3.8 × 10 6 W / cm 2 ,
The welding method according to claim 3, wherein a scanning speed of the first laser beam and the second laser beam is less than 20 m / min.
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