JP7593355B2 - Laser welding method and laser welding apparatus - Google Patents
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Description
本開示は、レーザ溶接方法およびレーザ溶接装置に関する。 This disclosure relates to a laser welding method and a laser welding apparatus.
従来、レーザ光を照射して金属板同士を溶接する溶接方法がある(例えば、特許文献1)。特許文献1の方法では、第2工程におけるレーザ照射により、溶融池にキーホールが形成される。そして、キーホールから金属蒸気が排出されるため、ブローホールなどの欠陥の発生が低減される。
Conventionally, there is a welding method in which metal plates are welded together by irradiating them with a laser beam (for example, see Patent Document 1). In the method of
特許文献1の方法では、例えば第2工程において、2回のレーザ照射が行われる。1回目のレーザ照射と2回目のレーザ照射とでは溶接半径などの照射条件が異なる。ここで、1回目のレーザ照射の後、2回目のレーザ照射が行われるまでにレーザ照射が中断されると、溶融池の湯流れが急激に変化する場合がある。そして、溶融池の湯流れが急激に変化すると、スパッタが発生し、溶接品質が低下するおそれがある。
In the method of
本開示は、以下の形態として実現することが可能である。 This disclosure can be realized in the following forms:
(1)本開示の一形態によれば、レーザ溶接方法が提供される。このレーザ溶接方法は、重ねられた複数の金属対象物の被照射面に向けて照射するレーザ光を走査して前記複数の金属対象物同士を溶接するレーザ溶接方法であって、前記レーザ光のレーザ出力と、走査速度と、集光径と、を条件として含む照射条件の各々の設定値を設定する設定工程と、前記照射条件を第1照射条件に設定した前記レーザ光を走査して前記被照射面に溶融池を形成する第1工程と、前記第1工程の後に、前記照射条件を前記第1照射条件とは異なる第2照射条件に設定した前記レーザ光を前記溶融池の範囲内に走査する第2工程と、前記第1工程と、前記第2工程との間に行われる接続工程であって、前記第1照射条件と前記第2照射条件とで前記設定値が異なる前記条件について、前記第1照射条件の前記設定値と、前記第2照射条件の前記設定値との間の値を前記設定値とする前記照射条件に設定した前記レーザ光を、前記第1工程の走査終了位置から前記第2工程の走査開始位置に向けて走査する接続工程と、を備える。この形態によれば、接続工程にて、第1工程の走査終了位置から第2工程の走査開始位置に向けて継続してレーザ照射が行われ、かつ、接続工程では、第1工程の照射条件と第2工程の照射条件とを補完する照射条件が用いられるため、湯流れの急激な変化が抑制され、溶接品質の低下を抑制することができる。
(2)上記形態のレーザ溶接方法であって、前記第2照射条件の前記レーザ出力の前記設定値は、前記第1照射条件の前記レーザ出力の前記設定値よりも小さく、前記第2照射条件の前記走査速度の前記設定値は、前記第1照射条件の前記走査速度の前記設定値よりも大きくてもよい。この形態によれば、第2工程では、第1工程よりも小さなレーザ出力と設定することにより、適切にキーホールを形成し、第1工程よりも大きな走査速度で走査することにより、第1工程で形成された溶融池を撹拌することができる。そして、溶融池を撹拌することにより、溶融池から金属蒸気を排出し易くすることができ、溶接品質を向上させることができる。
(3)上記形態のレーザ溶接方法であって、前記接続工程は、第1接続工程であり、さらに、前記第2工程の後に、前記照射条件を前記第2照射条件とは異なる第3照射条件に設定した前記レーザ光を前記溶融池の外周に走査して前記溶融池を拡張する第3工程と、前記第2工程と、前記第3工程との間に行われる第2接続工程であって、前記第2照射条件と前記第3照射条件とで前記設定値が異なる前記条件について、前記第2照射条件の前記設定値と、前記第3照射条件の前記設定値との間の値を前記設定値とする前記照射条件に設定した前記レーザ光を、前記第2工程の走査終了位置から前記第3工程の走査開始位置に向けて走査する第2接続工程と、を備え、前記第3照射条件の前記レーザ出力の前記設定値は、前記第2照射条件の前記レーザ出力の前記設定値よりも大きく、前記レーザ光は、走査により描かれる走査パターンの中心に対して同一方向に回るように走査され、前記第2接続工程の走査開始位置から前記第2接続工程の走査終了位置までの前記中心を基準とする回転角度は、前記第1接続工程の走査開始位置から前記第1接続工程の走査終了位置までの前記回転角度よりも小さくてもよい。この形態によれば、レーザ出力を次第に上昇させる第2接続工程については、レーザ出力を次第に下降させる第1接続工程に対して小さな回転角度に設定することができる。これにより、第2接続工程における、第3工程におけるレーザ出力よりも小さなレーザ出力で走査する区間を短くし、溶融状態を安定させ、溶接品質を向上させることができる。
(4)上記形態のレーザ溶接方法であって、前記接続工程における前記照射条件の前記設定値は、前記第1照射条件と前記第2照射条件とで前記設定値が異なる前記条件について、前記第1工程の走査終了位置から前記第2工程の走査開始位置に向かうにつれ、前記第1照射条件の前記設定値から前記第2照射条件の前記設定値まで減少または増加するように変化してもよい。この形態によれば、条件を緩やかに変化させることができるため、湯流れの急激な変化をさらに抑制することができる。
(5)上記形態のレーザ溶接方法であって、前記接続工程における前記照射条件の前記設定値は、前記第1照射条件の前記設定値と、前記第2照射条件の前記設定値とを線形補完して得られる値としてもよい。この形態によれば、接続工程における照射条件の設定値の算出負荷を軽減することができる。
(6)上記形態のレーザ溶接方法であって、前記複数の金属対象物の各々は、メッキ層を有する金属板であってもよい。この形態によれば、メッキ層を形成する金属板に上記形態のレーザ溶接方法を適用することにより、メッキ層を形成する金属の金属蒸気を好適に排出して、溶接品質を向上させることができる。
本開示は、レーザ溶接方法以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、レーザ溶接装置、レーザ溶接装置の製造方法やレーザ溶接装置の制御方法、その制御方法を実現するコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した一時的でない記録媒体等の形態で実現することができる。
(1) According to one embodiment of the present disclosure, there is provided a laser welding method for welding a plurality of overlapping metal objects together by scanning a laser beam irradiated toward irradiated surfaces of the plurality of overlapping metal objects, the laser welding method including a setting step of setting each set value of irradiation conditions including a laser output, a scanning speed, and a focused beam diameter of the laser beam, a first step of scanning the laser beam with the irradiation conditions set to first irradiation conditions to form a molten pool on the irradiated surface, a second step of scanning the laser beam within a range of the molten pool after the first step, the irradiation conditions set to second irradiation conditions different from the first irradiation conditions, and a connecting step between the first step and the second step, in which the laser beam set to the irradiation conditions with a set value between the set value of the first irradiation condition and the set value of the second irradiation condition is scanned from a scanning end position of the first step to a scanning start position of the second step for the conditions with different set values between the first irradiation condition and the second irradiation condition. According to this embodiment, in the connection process, laser irradiation is continuously performed from the scanning end position of the first process to the scanning start position of the second process, and in the connection process, irradiation conditions that complement the irradiation conditions of the first process and the irradiation conditions of the second process are used, so that sudden changes in the flow of molten metal are suppressed and deterioration of welding quality is suppressed.
(2) In the laser welding method of the above aspect, the set value of the laser power in the second irradiation condition may be smaller than the set value of the laser power in the first irradiation condition, and the set value of the scanning speed in the second irradiation condition may be larger than the set value of the scanning speed in the first irradiation condition. According to this aspect, in the second step, a keyhole can be appropriately formed by setting a laser power smaller than that in the first step, and the molten pool formed in the first step can be stirred by scanning at a scanning speed higher than that in the first step. Furthermore, stirring the molten pool makes it easier to discharge metal vapor from the molten pool, thereby improving welding quality.
(3) In the laser welding method of the above aspect, the connecting step is a first connecting step, and further includes a third step, which is performed after the second step, of scanning the laser beam, in which the irradiation conditions are set to third irradiation conditions different from the second irradiation conditions, around the outer periphery of the molten pool to expand the molten pool, and a second connecting step, which is performed between the second step and the third step, in which, for the conditions in which the setting values differ between the second irradiation conditions and the third irradiation conditions, the laser beam is set to the irradiation conditions in which the setting value is a value between the setting value of the second irradiation condition and the setting value of the third irradiation condition. and a second connecting step of scanning the laser beam from the scanning end position of the second step to the scanning start position of the third step, the set value of the laser output of the third irradiation condition being greater than the set value of the laser output of the second irradiation condition, the laser beam being scanned so as to rotate in the same direction with respect to the center of the scanning pattern drawn by the scanning, and a rotation angle based on the center from the scanning start position of the second connecting step to the scanning end position of the second connecting step being smaller than the rotation angle from the scanning start position of the first connecting step to the scanning end position of the first connecting step. According to this embodiment, the second connecting step in which the laser output is gradually increased can be set to a smaller rotation angle than the first connecting step in which the laser output is gradually decreased. This shortens the section in the second connecting step in which the laser output is scanned with a smaller laser output than the laser output in the third step, stabilizing the melted state and improving the welding quality.
(4) In the laser welding method of the above aspect, the set value of the irradiation condition in the connecting step may be changed so as to decrease or increase from the set value of the first irradiation condition to the set value of the second irradiation condition as moving from the scanning end position of the first step to the scanning start position of the second step, for the condition in which the set value differs between the first irradiation condition and the second irradiation condition. According to this aspect, the condition can be changed gradually, so that a sudden change in the molten metal flow can be further suppressed.
(5) In the laser welding method according to the above aspect, the set value of the irradiation condition in the connecting step may be a value obtained by linearly complementing the set value of the first irradiation condition and the set value of the second irradiation condition. According to this aspect, it is possible to reduce a calculation load of the set value of the irradiation condition in the connecting step.
(6) In the laser welding method of the above aspect, each of the plurality of metal objects may be a metal plate having a plating layer. According to this aspect, by applying the laser welding method of the above aspect to a metal plate on which a plating layer is formed, metal vapor of the metal forming the plating layer can be suitably discharged, thereby improving welding quality.
The present disclosure may be realized in various forms other than the laser welding method, for example, in the form of a laser welding device, a manufacturing method for a laser welding device, a control method for a laser welding device, a computer program for implementing the control method, a non-transitory recording medium on which the computer program is recorded, etc.
A.実施形態:
A1.レーザ溶接装置:
図1は、レーザ溶接方法を実現するレーザ溶接工程の手順を示すフローチャートである。図2は、レーザ溶接工程においてレーザ光LBを照射するために用いられるレーザ溶接装置100の構成を示す概略図である。図2に示すように、レーザ溶接装置100は、重ねられた複数の金属対象物としての重ねられた第1金属対象物Waと第2金属対象物Wbとにレーザ光LBを照射する。本実施形態では、第1金属対象物Waと第2金属対象物Wbとのそれぞれは、メッキ層としての亜鉛メッキ層を有する鋼板である。第1金属対象物Waと第2金属対象物Wbとを合わせて金属対象物Wとも呼ぶ。金属対象物Wにレーザ光LBが照射されることにより、第1金属対象物Waと第2金属対象物Wbとが溶接される。なお、本レーザ溶接方法は、亜鉛メッキ層を有する鋼板だけでなく、鋼板などのその他の金属板、板形状以外の金属品にも適用することができる。
A. Embodiments:
A1. Laser welding equipment:
FIG. 1 is a flow chart showing the procedure of the laser welding process for realizing the laser welding method. FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a
レーザ溶接装置100は、レーザ発振器10と、レーザ照射部としてのレーザスキャナ20と、制御部60とを備える。レーザスキャナ20は、図示しないロボットアームの先端に取り付けられている。そして、レーザスキャナ20は、ロボットアームにより金属対象物Wの目標溶接位置に移動される。
The
レーザ発振器10は、レーザ光LBを発振する。レーザ発振器10とレーザスキャナ20とは、光ファイバケーブル11を介して接続されている。レーザスキャナ20は、コリメートレンズ30と、ダイクロイックミラー40と、第1の反射ミラー21と、回折光学素子(DOE)22と、Zレンズ駆動ユニット23と、第2の反射ミラー25と、集光レンズ26と、ガルバノスキャナユニット27と、保護ガラス28とを備える。
The
レーザ発振器10より出射されたレーザ光LBは、光ファイバケーブル11を介してレーザスキャナ20の内部に進入する。そして、レーザ光LBは、コリメートレンズ30により、平行状態に調整される。その後、レーザ光LBは、ダイクロイックミラー40および第1の反射ミラー21により反射され、DOE22に至る。
The laser light LB emitted from the
DOE22は、レーザ光LBの照射パターンを調整する。具体的には、DOE22は、入射したレーザ光LBを、その入射したときとは異なるパワー密度分布形状を持つレーザ光LBとして放射する。
The
DOE22により調整されたレーザ光LBは、Zレンズ駆動ユニット23に内蔵されたZレンズ24に到達する。Zレンズ駆動ユニット23は、Zレンズ24の光軸方向における位置を移動させるための移動機構と、移動機構を駆動するドライバとを有している。そして、Zレンズ24の光軸方向における位置が移動することにより、レーザスキャナ20から照射されるレーザ光LBの焦点位置が変更される。
The laser light LB adjusted by the DOE 22 reaches the
その後、レーザ光LBは、第2の反射ミラー25により反射され、集光レンズ26を介してガルバノスキャナユニット27に入射する。ガルバノスキャナユニット27は、レーザ光LBを反射するミラーと、ミラーの角度を変更する変更機構と、変更機構を駆動するドライバとを有している。そして、ガルバノスキャナユニット27は、内蔵するミラーの角度を変更することにより、金属対象物Wの被照射面WSにおけるレーザ光LBの照射位置を変更する。ガルバノスキャナユニット27から出射されたレーザ光LBは、保護ガラス28を介して、金属対象物Wの被照射面WSに照射される。
The laser light LB is then reflected by the second reflecting
制御部60は、CPUと、メモリと、を有するコンピュータとして構成されている。メモリには、レーザ溶接工程を実行するためのプログラムが記憶されている。制御部60は、メモリに記憶されたプログラムを実行することにより、レーザ発振器10と、レーザスキャナ20とを制御する。具体的には、制御部60は、レーザ発振器10にレーザ光LBの出力値を指令する。また、制御部60は、ガルバノスキャナユニット27に対して、被照射面WSにおけるレーザ光LBの照射位置をXY座標で指令する。また、制御部60は、Zレンズ駆動ユニット23に対して、焦点位置を、予め定められた基準焦点位置F0を基準としてレーザスキャナ20に近づく方向をプラス、レーザスキャナ20から遠ざかる方向をマイナスとする距離で指令する。被照射面WSの位置と、基準焦点位置F0とが一致するように金属対象物Wが配置された場合、焦点位置が基準焦点位置F0からずれることにより、被照射面WSにおけるレーザ光LBのほぼ円形である照射範囲の直径が大きくなる。なお、レーザスキャナ20は、照射するレーザ光LBの照射面であるXY平面における照射位置と、照射方向をZ軸方向した場合のZ軸方向における焦点位置とが変更可能であるため、3Dスキャナとも呼ばれる。
The
制御部60は、後述する照射条件の各々の設定値を設定する設定部61を有する。設定部61は、メモリに記憶されたプログラムを実行することにより実現される。
The
レーザ溶接工程では、照射されるレーザ光LBの照射条件が設定される。照射条件には、レーザ出力と、走査速度と、焦点径としての焦点位置との各条件が含まれる。また、レーザが照射される各工程では、予め設定された走査パターンに沿ってレーザ光LBが走査される。 In the laser welding process, the irradiation conditions of the irradiated laser light LB are set. The irradiation conditions include the laser output, the scanning speed, and the focal position as the focal diameter. In each process in which the laser is irradiated, the laser light LB is scanned according to a preset scanning pattern.
A2.レーザ溶接方法の概要:
図3は、レーザ溶接方法の概要を説明する図であり、レーザ光LBが照射される各工程において、レーザ光LBの走査により描かれる主な走査パターンが描かれている。図4は、金属対象物Wにレーザ光LBが照射された場合の金属対象物Wの断面の様子を示す模式図である。図3に示すように、本実施形態では、互いに同じ中心CPを有する円形の走査パターンに沿って、同一方向としての同一の回転方向にレーザ光LBが走査される。本実施形態において、回転方向は、矢印に示す反時計回りの方向である。円形の走査パターンの場合、走査パターンは、走査パターンの中心である中心CPのXY座標系における座標と、走査半径Rとで規定される。以下の説明では、図3に示す互いに直交するX軸およびY軸を用いる。なお、走査パターンに沿ってレーザ光LBを走査することにより溶接する方法は、LSW(Laser Screw Welding)とも呼ばれる。
A2. Overview of laser welding method:
FIG. 3 is a diagram for explaining an outline of the laser welding method, and shows the main scanning patterns drawn by scanning the laser light LB in each process of irradiating the laser light LB. FIG. 4 is a schematic diagram showing the state of a cross section of a metal object W when the metal object W is irradiated with the laser light LB. As shown in FIG. 3, in this embodiment, the laser light LB is scanned in the same rotation direction as the same direction along a circular scanning pattern having the same center CP. In this embodiment, the rotation direction is the counterclockwise direction shown by the arrow. In the case of a circular scanning pattern, the scanning pattern is defined by the coordinates in the XY coordinate system of the center CP, which is the center of the scanning pattern, and the scanning radius R. In the following description, the mutually orthogonal X-axis and Y-axis shown in FIG. 3 are used. The method of welding by scanning the laser light LB along the scanning pattern is also called LSW (Laser Screw Welding).
本実施形態に係るレーザ溶接方法では、金属を溶融させて溶融池MP(図4)を形成させるための第1パスと、第1パスの後に溶融池MPを撹拌させるための第2パスとが組み合わせて行われる。具体的に、第2パスでは、溶融池MPの周方向に、複数周、回るようにレーザ光LBが走査される。 In the laser welding method according to this embodiment, a first pass for melting the metal to form a molten pool MP (Figure 4) is performed in combination with a second pass for stirring the molten pool MP after the first pass. Specifically, in the second pass, the laser light LB is scanned around the circumferential direction of the molten pool MP, making multiple revolutions.
図4に示すように、第1パスにてレーザ光LBが金属対象物Wに照射されると、金属が溶融し、溶融池MPが形成される。また、レーザ光LBの焦点位置付近では、レーザ光LBから供給される高いエネルギーにより金属が蒸発する。そして、金属蒸気の圧力によりキーホールKHと呼ばれる穴がレーザ光LBの焦点位置付近に形成される。なお、金属蒸気は、溶融池MPの内部にも含まれる。溶融池MPの内部に含まれる金属蒸気は、キーホールKHから抜け易い。そこで、第2パスを行うことにより、キーホールKHを溶融池MPの全域にわたって継続して形成させる。これにより、溶融池MPの内部に含まれる金属蒸気を効率よく外部へ排出することができ、例えば溶接強度などの溶接品質を向上させることができる。 As shown in FIG. 4, when the laser beam LB is irradiated onto the metal object W in the first pass, the metal melts and a molten pool MP is formed. In addition, near the focal position of the laser beam LB, the metal evaporates due to the high energy supplied from the laser beam LB. Then, a hole called a keyhole KH is formed near the focal position of the laser beam LB due to the pressure of the metal vapor. The metal vapor is also contained inside the molten pool MP. The metal vapor contained inside the molten pool MP easily escapes through the keyhole KH. Therefore, by performing the second pass, the keyhole KH is continuously formed throughout the entire molten pool MP. This allows the metal vapor contained inside the molten pool MP to be efficiently discharged to the outside, improving the welding quality, such as the weld strength.
ここで、発明者らは、第1パスと第2パスとの間で、レーザ照射が中断されると、レーザ照射中止によるキーホールKHの消滅とレーザ照射再開による発生とにより、溶融池MPの湯流れが急激に変化することに着目した。溶融池MPの湯流れが急激に変化すると、スパッタが発生し、溶接品質が低下するおそれがある。詳述すると、図4の線LNの紙面左側にて示すように、キーホールKH内の金属蒸気が被照射面WSに向かう方向に移動するのに伴い、周囲の溶融金属に矢印で例示するような対流が発生する。対流により溶融金属が押し出される力が溶融金属の表面張力を超えると、スパッタ原子STが溶融池MPから飛び出す。スパッタが発生すると、溶融金属の体積が減少するため、溶接品質が低下するおそれがある。スパッタは、溶融池MPの湯流れが急激に変化した場合に生じ易くなる。溶融池MPの湯流れが急激に変化すると、溶融金属が波立つからである。 Here, the inventors have noticed that when the laser irradiation is interrupted between the first and second passes, the melt flow in the molten pool MP changes suddenly due to the disappearance of the keyhole KH due to the interruption of the laser irradiation and the appearance of the keyhole KH due to the resumption of the laser irradiation. If the melt flow in the molten pool MP changes suddenly, spattering occurs, and the welding quality may deteriorate. In detail, as shown on the left side of the paper of the line LN in FIG. 4, as the metal vapor in the keyhole KH moves in the direction toward the irradiated surface WS, convection occurs in the surrounding molten metal as shown by the arrows. When the force pushing out the molten metal by the convection exceeds the surface tension of the molten metal, sputter atoms ST fly out of the molten pool MP. When spattering occurs, the volume of the molten metal decreases, and there is a risk of deteriorating the welding quality. Spattering is likely to occur when the melt flow in the molten pool MP changes suddenly. This is because the molten metal ripples when the melt flow in the molten pool MP changes suddenly.
そこで、本実施形態に係るレーザ溶接方法では、第1パスと第2パスとの間に接続パスが行われる。後に詳述するように、接続パスでは、第1パスの走査終了位置から第2パスの走査開始位置まで、好適な条件に設定されたレーザ光LBの走査が行われる。これにより、溶融池MPの湯流れの急激な変化が抑制され、溶接品質を向上させることができる。 Therefore, in the laser welding method according to this embodiment, a connection pass is performed between the first and second passes. As will be described in detail later, in the connection pass, the laser light LB is scanned under suitable conditions from the end position of the first pass to the start position of the second pass. This suppresses sudden changes in the molten metal flow in the molten pool MP, improving the welding quality.
本実施形態では、上記の第1パスと第2パスとからなるパスの組が2回行われる。具体的には、図3に示すように、まず、第1組SET1をなす、第1パスである第1走査パターンLP1に沿った走査と第2パスである第2走査パターンLP2とに沿った走査とが順に行われる。その後、第2組SET2をなす、第1パスである第3走査パターンLP3に沿った走査と第2パスである第4走査パターンLP4に沿った走査とが順に行われる。第2組SET2の走査では、第1組SET1が行われることにより形成された溶融池MPを拡張するようにレーザ光LBの走査が行われる。具体的には、第2組SET2の第3走査パターンLP3と第4走査パターンLP4とのそれぞれの走査半径は、第1組SET1の第1走査パターンLP1と第2走査パターンLP2とのそれぞれの走査半径のいずれよりも大きく設定されている。このように、第1組SET1と第2組SET2とを順に行うことにより、目標の溶接面積を有する溶接について、溶接品質を向上させることができる。 In this embodiment, a set of passes consisting of the first pass and the second pass is performed twice. Specifically, as shown in FIG. 3, first, scanning along the first scanning pattern LP1, which is the first pass, and scanning along the second scanning pattern LP2, which is the second pass, which constitute the first set SET1, are performed in sequence. Then, scanning along the third scanning pattern LP3, which is the first pass, and scanning along the fourth scanning pattern LP4, which is the second pass, which constitute the second set SET2, are performed in sequence. In the scanning of the second set SET2, the laser light LB is scanned so as to expand the molten pool MP formed by performing the first set SET1. Specifically, the scanning radii of the third scanning pattern LP3 and the fourth scanning pattern LP4 of the second set SET2 are set to be larger than the scanning radii of the first scanning pattern LP1 and the second scanning pattern LP2 of the first set SET1. In this way, by performing the first set SET1 and the second set SET2 in sequence, the welding quality can be improved for welding with the target welding area.
なお、亜鉛は沸点が低いため蒸気になり易い。そして、亜鉛蒸気は、他の金属蒸気に比べて、キーホールKHから排出されにくい。このため、本実施形態のように、金属対象物Wが亜鉛メッキされた鋼板である場合には、キーホールKHを継続して形成させるための第2パスの実行が強く求められる。 Since zinc has a low boiling point, it easily turns into vapor. Furthermore, zinc vapor is more difficult to expel from the keyhole KH than other metal vapors. For this reason, when the metal object W is a zinc-plated steel plate, as in this embodiment, it is strongly recommended to perform a second pass to continue forming the keyhole KH.
A3.レーザ溶接工程:
図5は、レーザ溶接工程にて順次描かれる走査パターンを説明する図である。図6は、レーザ光LBが走査される各工程における条件の設定値を一覧にした表である。図7は、レーザ溶接工程におけるレーザ出力の変化を示す図である。図7の横軸は時間であり、縦軸はレーザ出力である。図8は、レーザ溶接工程における走査速度の変化を示す図である。図8の横軸は時間であり、縦軸は走査速度である。図1に示すように、設定工程P5において、設定部61により、各工程における、レーザ出力と、走査速度と、焦点位置との各条件の各々の設定値が設定される。上記のように、焦点位置が設定されることにより、被照射面WSにおけるレーザ光LBの照射範囲の直径である集光径が設定される。また、本実施形態では、設定工程P5において、各工程における走査パターンについても設定される。第1工程P10における照射条件を第1照射条件とも呼ぶ。第2工程P20における照射条件を第2照射条件とも呼ぶ。第3工程P30における照射条件を第3照射条件とも呼ぶ。
A3. Laser welding process:
FIG. 5 is a diagram for explaining the scanning patterns drawn sequentially in the laser welding process. FIG. 6 is a table listing the set values of the conditions in each process in which the laser light LB is scanned. FIG. 7 is a diagram showing the change in the laser output in the laser welding process. The horizontal axis of FIG. 7 is time, and the vertical axis is laser output. FIG. 8 is a diagram showing the change in the scanning speed in the laser welding process. The horizontal axis of FIG. 8 is time, and the vertical axis is scanning speed. As shown in FIG. 1, in the setting process P5, the setting
具体的には、図6に示すように、走査開始位置としての開始位置SP、走査終了位置としての終了位置EP、回転角度、走査半径R、レーザ出力、走査速度、焦点位置の各条件の設定値が設定される。図3に示すように、回転角度は、中心CPから-Y方向に向かう基準線RLを0度として、反時計回りの角度で規定される角度である。例えば、図5に示すように、第1工程P10における回転角度が370度と設定された場合、レーザ光LBは、中心CP回りに360度、つまり1周走査された後、さらに10度走査される。 Specifically, as shown in FIG. 6, the setting values for each condition are set: start position SP as the scanning start position, end position EP as the scanning end position, rotation angle, scanning radius R, laser output, scanning speed, and focal position. As shown in FIG. 3, the rotation angle is an angle defined as a counterclockwise angle with a reference line RL from the center CP toward the -Y direction as 0 degrees. For example, as shown in FIG. 5, if the rotation angle in the first process P10 is set to 370 degrees, the laser light LB is scanned 360 degrees around the center CP, that is, one revolution, and then scanned another 10 degrees.
開始位置SPと終了位置EPとは、回転角度と同様に、基準線RLに対する中心CPを中心とする角度で表される。具体的には、基準線RLと、開始位置と中心CPとを結ぶ直線との回転方向回りの角度で表される。例えば、第1工程P10の終了位置EPは、0度の開始位置SPから1周走査された後さらに10度走査されるため、10度と設定される。なお、理解のため、図6では、終了位置EPと第1接続工程P15以降の開始位置SPとを示しているが、実際に設定値の入力が要求される条件は、第1工程P10の開始位置SPと、レーザ光LBの走査が行われる各工程の回転角度である。第1工程P10における開始位置SPと、各工程の回転角度が決定されると、第1工程P10より後の各工程の開始位置SPと、各工程の終了位置EPとは一義に決定されるからである。 The start position SP and end position EP are expressed as angles around the center CP with respect to the reference line RL, just like the rotation angle. Specifically, they are expressed as angles around the rotation direction between the reference line RL and the straight line connecting the start position and the center CP. For example, the end position EP of the first process P10 is set to 10 degrees because it is scanned 10 degrees after one revolution from the start position SP of 0 degrees. For the sake of understanding, FIG. 6 shows the end position EP and the start position SP after the first connection process P15, but the conditions that actually require input of the setting value are the start position SP of the first process P10 and the rotation angle of each process in which the laser light LB is scanned. This is because when the start position SP in the first process P10 and the rotation angle of each process are determined, the start position SP of each process after the first process P10 and the end position EP of each process are uniquely determined.
図1に示す第1工程P10と、第3工程P30とは、第1パスである。第2工程P20と、第4工程P40とは、第2パスである。第1接続工程P15と、第2接続工程P25と、第3接続工程P35とは、接続パスである。また、第1工程P10と、第2工程P20とは、第1組SET1である。第3工程P30と、第4工程P40とは、第2組SET2である。 The first process P10 and the third process P30 shown in FIG. 1 are the first path. The second process P20 and the fourth process P40 are the second path. The first connection process P15, the second connection process P25, and the third connection process P35 are connection paths. In addition, the first process P10 and the second process P20 are the first set SET1. The third process P30 and the fourth process P40 are the second set SET2.
上記したように、第1パスと第2パスでは、走査パターンが異なる。第1パスと第2パスとでは、走査パターン以外に、レーザ出力、走査速度、焦点位置、回転角度も異なる。図7に示すように、第1パスでは、レーザ出力が第2パスのレーザ出力よりも大きく設定される。図8に示すように、第1パスでは、走査速度が第2パスの走査速度よりも小さく設定される。図6に示すように、第1パスでは、焦点位置がゼロ、つまり、焦点と被照射面WSとが一致するように設定される。これにより、レーザ光LBの走査により金属対象物Wに供給されるエネルギーは大きくなるため、効率的に金属を溶融することができる。一方、第2パスでは、金属対象物Wに供給されるエネルギーが第1パスよりも小さくなるように、レーザ出力と、焦点位置とが設定される。これにより、第1パスにより形成された溶融池MPに適切にキーホールKHを継続して形成させることができる。また、第2パスでは、走査速度が第1パスの走査速度よりも大きく設定される。そして、第2パスでは、回転角度が第1パスの回転角度よりも大きく設定される。これにより、溶融池MPを撹拌し、キーホールKHを溶融池MPの全域に継続して形成することができる。 As described above, the first pass and the second pass have different scanning patterns. In addition to the scanning patterns, the first pass and the second pass also have different laser power, scanning speed, focal position, and rotation angle. As shown in FIG. 7, in the first pass, the laser power is set to be greater than that of the second pass. As shown in FIG. 8, in the first pass, the scanning speed is set to be smaller than that of the second pass. As shown in FIG. 6, in the first pass, the focal position is set to zero, that is, the focal position is set to coincide with the irradiated surface WS. As a result, the energy supplied to the metal object W by the scanning of the laser light LB is increased, so that the metal can be melted efficiently. On the other hand, in the second pass, the laser power and the focal position are set so that the energy supplied to the metal object W is smaller than that of the first pass. As a result, the keyhole KH can be appropriately and continuously formed in the molten pool MP formed by the first pass. In addition, in the second pass, the scanning speed is set to be greater than that of the first pass. And, in the second pass, the rotation angle is set to be greater than that of the first pass. This allows the molten pool MP to be stirred and the keyhole KH to be continuously formed throughout the entire molten pool MP.
図1に示す第1工程P10にて、レーザ溶接装置100を用いて、金属対象物Wの被照射面WSに向けてレーザ光LBが走査され、被照射面WSに溶融池MPが形成される。具体的には、図5に示すように、開始位置SPから終了位置EPまで、第1走査パターンLP1に沿ってレーザ光LBが走査される。
In the first step P10 shown in FIG. 1, the
図1に示す第1接続工程P15にて、レーザ光LBが、第1工程P10の終了位置EPから第2工程の開始位置SPに向けて第1接続走査パターンLPC1(図5)に沿って走査される。また、第1接続工程P15の照射条件は、第1工程P10と第2工程P20とで設定値が異なる条件について、第1工程P10の設定値と第2工程P20の設定値との間の値を設定値とする照射条件である。具体的には、第1工程P10と第2工程P20とでは、走査半径と、レーザ出力と、走査速度と、焦点位置とが異なる。よって、第1接続工程P15は、走査半径と、レーザ出力と、走査速度と、焦点位置とのそれぞれについて、第1工程P10の設定値と第2工程P20の設定値との間の値を設定値とする照射条件に設定されている。これにより、第1工程P10から第2工程P20に向けて、各条件について緩やかに変化させることができる。このため、キーホールKHは、第1工程P10の後、第2工程P20まで継続して形成されるとともに、湯流れの急激な変化が抑制される。よって、溶接品質を向上させることができる。なお、第1工程P10の終了位置EPから第2工程の開始位置SPに向けて走査するとは、第1工程P10の終了位置EPから第2工程の開始位置SPまで、走査半径Rが、第1工程P10の走査半径Rと第2工程の走査半径Rとの間の値をとるように走査することをいう。 In the first connection step P15 shown in FIG. 1, the laser light LB is scanned along the first connection scanning pattern LPC1 (FIG. 5) from the end position EP of the first step P10 to the start position SP of the second step. In addition, the irradiation conditions of the first connection step P15 are irradiation conditions in which the set values of the first step P10 and the second step P20 are set to values between the set values of the first step P10 and the set values of the second step P20 for conditions in which the set values are different between the first step P10 and the second step P20. Specifically, the first step P10 and the second step P20 have different scanning radius, laser output, scanning speed, and focal position. Therefore, the first connection step P15 is set to irradiation conditions in which the set values of the scanning radius, laser output, scanning speed, and focal position are between the set values of the first step P10 and the set values of the second step P20. This allows each condition to be gradually changed from the first step P10 to the second step P20. Therefore, the keyhole KH continues to be formed from the first step P10 to the second step P20, and a sudden change in the molten metal flow is suppressed. This improves the welding quality. Note that scanning from the end position EP of the first step P10 to the start position SP of the second step means scanning from the end position EP of the first step P10 to the start position SP of the second step so that the scanning radius R is a value between the scanning radius R of the first step P10 and the scanning radius R of the second step.
具体的に、図7を用いてレーザ出力について説明すると、第2工程P20のレーザ出力の設定値である設定値lw2は、第1工程P10のレーザ出力の設定値である設定値lw1よりも小さい。よって、第1接続工程P15では、レーザ出力の値が、設定値lw1から設定値lw2まで時間経過につれて値が次第に減少するように設定される。本実施形態では、線形補完により算出された値が用いられる。これにより、設定値を算出する負荷を軽減することができる。走査半径と、走査速度と、焦点位置と、走査半径Rと、についても同様である。 Specifically, referring to FIG. 7, the laser output is explained. The setting value lw2 of the laser output in the second process P20 is smaller than the setting value lw1 of the laser output in the first process P10. Therefore, in the first connection process P15, the laser output value is set so that it gradually decreases from the setting value lw1 to the setting value lw2 over time. In this embodiment, a value calculated by linear interpolation is used. This reduces the load of calculating the setting value. The same applies to the scanning radius, scanning speed, focal position, and scanning radius R.
第1接続工程P15における開始位置SPから終了位置EPまでの走査に要する走査時間は、図6に示す回転角度により定まる。接続パスにおける回転角度は、大きい方が好ましい。回転角度が大きいほど、各条件の設定値の時間に対する変化の割合を示す変化率は小さくなるため、湯流れの急激な変化を抑制する効果が向上するからである。本実施形態において、第1接続工程P15の回転角度は90度である。図5の第1接続工程P15にて示すように、開始位置SPから終了位置EPに向けて、中心CP回りに90度回るように走査される。開始位置SPから終了位置EPに向かうにつれ、次第にレーザ出力は小さく、走査速度は大きく、集光径が大きくなるように走査される。 The scanning time required for scanning from the start position SP to the end position EP in the first connection process P15 is determined by the rotation angle shown in FIG. 6. The larger the rotation angle in the connection path, the smaller the change rate, which indicates the rate of change of the set value of each condition over time, and the better the effect of suppressing sudden changes in the flow of the molten metal. In this embodiment, the rotation angle of the first connection process P15 is 90 degrees. As shown in the first connection process P15 in FIG. 5, scanning is performed by rotating 90 degrees around the center CP from the start position SP to the end position EP. As it moves from the start position SP to the end position EP, the laser output gradually decreases, the scanning speed increases, and the focused diameter increases.
図1に示す第2工程P20にて、照射条件が第1工程P10とは異なる値に設定されたレーザ光LBが溶融池MPの範囲内に走査される。図6に示すように、回転角度は2735度であるので、第1接続工程P15の終了位置EPを開始位置SPとして、7周以上走査される。これにより、溶融池MPが撹拌されて、溶融池MP内の金属蒸気をキーホールKHから排出することができる。 In the second process P20 shown in FIG. 1, the laser light LB, whose irradiation conditions are set to values different from those in the first process P10, is scanned within the range of the molten pool MP. As shown in FIG. 6, the rotation angle is 2735 degrees, so the end position EP of the first connection process P15 is set as the start position SP, and the laser light LB is scanned seven or more times. This stirs the molten pool MP, allowing the metal vapor in the molten pool MP to be discharged from the keyhole KH.
図1に示す第2接続工程P25にて、レーザ光LBが、第2工程P20の終了位置EPから第3工程P30の開始位置SPに向けて第2接続走査パターンLPC2(図5)に沿って走査される。また、第1接続工程P15と同様に、第2接続工程P25の照射条件は、第2工程P20と第3工程P30とで設定値が異なる条件について、第2工程P20の設定値と第2工程P20の設定値との間の値を設定値とする照射条件である。 In the second connection process P25 shown in FIG. 1, the laser light LB scans along the second connection scan pattern LPC2 (FIG. 5) from the end position EP of the second process P20 to the start position SP of the third process P30. Similarly to the first connection process P15, the irradiation conditions of the second connection process P25 are irradiation conditions in which the setting value is a value between the setting value of the second process P20 and the setting value of the second process P20 for conditions in which the setting values are different between the second process P20 and the third process P30.
図6に示すように、第2接続工程P25の回転角度は、第1接続工程P15の回転角度よりも小さい角度である45度に設定されている。第2接続工程P25は、第2パスと次の第1パスとの間に行われる接続パスである点が、第1パスと第2パスとの間に行われる接続パスである第1接続工程P15とは異なる。第2接続工程P25の次の第3工程P30は、既に形成された溶融池MPの周辺の金属をさらに溶融させるための工程である。このため、第3工程P30では、第2工程P20よりもレーザ出力が大きく設定されている。そして、第2接続工程P25では、レーザ出力が時間経過に伴い次第に大きくなるように設定される。ここで、第2接続工程P25では、回転角度が大きいほど、第3工程におけるレーザ出力よりも小さなレーザ出力で照射する区間が長くなる。小さいレーザ出力のレーザ光LBが溶融していない金属に照射される区間が長くなると、溶融状態が不安定になり易い。そこで、第2接続工程P25では、第1接続工程P15よりも回転角度が小さく設定されている。回転角度が小さく設定されていることにより、小さいレーザ出力のレーザ光LBが溶融していない金属に照射される区間を短くし、溶融状態を安定させ、溶接品質を向上させることができる。 As shown in FIG. 6, the rotation angle of the second connection step P25 is set to 45 degrees, which is an angle smaller than the rotation angle of the first connection step P15. The second connection step P25 is a connection pass performed between the second pass and the next first pass, which is different from the first connection step P15, which is a connection pass performed between the first pass and the second pass. The third step P30, which follows the second connection step P25, is a step for further melting the metal around the already formed molten pool MP. For this reason, the third step P30 is set to have a larger laser output than the second step P20. And, in the second connection step P25, the laser output is set to gradually increase over time. Here, in the second connection step P25, the larger the rotation angle, the longer the section irradiated with a laser output smaller than the laser output in the third step. If the section irradiated with the laser light LB with a small laser output to the unmolten metal becomes longer, the melting state is likely to become unstable. Therefore, in the second connection step P25, the rotation angle is set smaller than in the first connection step P15. By setting the rotation angle smaller, the section in which the laser light LB with a small laser output is irradiated to the unmolten metal is shortened, the molten state is stabilized, and the welding quality is improved.
図1に示す第3工程P30では、溶融池MPの外周にレーザ光LBが走査されて、既に形成されている溶融池MPが拡張される。図7に示すように、本実施形態では、第3工程P30のレーザ出力は、第1工程P10のレーザ出力と同じ値に設定される。また、図8に示すように、本実施形態では、第3工程P30の走査速度は、第1工程P10の走査速度の値よりやや大きい値に設定される。 In the third process P30 shown in FIG. 1, the laser beam LB is scanned around the outer periphery of the molten pool MP, expanding the already formed molten pool MP. As shown in FIG. 7, in this embodiment, the laser output in the third process P30 is set to the same value as the laser output in the first process P10. Also, as shown in FIG. 8, in this embodiment, the scanning speed in the third process P30 is set to a value slightly higher than the scanning speed in the first process P10.
図1に示す第3接続工程P35にて、レーザ光LBが、第3工程P30の終了位置EPから第4工程の開始位置SPに向けて第3接続走査パターンLPC3(図5)に沿って走査される。また、第1接続工程P15と同様に、第3接続工程P35の照射条件は、第3工程P30と第4工程P40とで設定値が異なる条件について、第3工程P30の設定値と第4工程P40の設定値との間の値を設定値とする照射条件である。 In the third connection process P35 shown in FIG. 1, the laser light LB scans along the third connection scanning pattern LPC3 (FIG. 5) from the end position EP of the third process P30 to the start position SP of the fourth process. Similarly to the first connection process P15, the irradiation conditions of the third connection process P35 are irradiation conditions in which the setting value is a value between the setting value of the third process P30 and the setting value of the fourth process P40 for conditions in which the setting values are different between the third process P30 and the fourth process P40.
図1に示す第4工程P40にて、第2工程P20と同様に、レーザ光LBが溶融池MPの範囲内に走査される。図6に示すように、回転角度は1800度であるので、第3接続工程P35の終了位置EPを開始位置SPとして、中心CP回りに5周走査される。これにより、溶融池MPが撹拌されて、溶融池MP内の金属蒸気をキーホールKHから排出することができる。第4工程P40を終えると、本レーザ溶接工程は終了する。 In the fourth step P40 shown in FIG. 1, the laser light LB is scanned within the range of the molten pool MP, similar to the second step P20. As shown in FIG. 6, the rotation angle is 1800 degrees, so the end position EP of the third connection step P35 is set as the start position SP, and the laser light LB is scanned five times around the center CP. This stirs the molten pool MP, allowing the metal vapor in the molten pool MP to be discharged from the keyhole KH. When the fourth step P40 is completed, this laser welding process ends.
以上、説明した実施形態によれば、レーザ溶接工程において、被照射面WSに溶融池MPを形成する第1工程P10と、第1接続工程P15と、レーザ光LBを溶融池MPの範囲内に走査する第2工程P20とが順に行われる。第1接続工程P15では、第1工程P10の終了位置EPから第2工程P20の開始位置SPに向けてレーザ光LBが走査される。そして、第1接続工程P15における照射条件の設定値は、第1工程P10における照射条件の設定値と、第2工程P20における照射条件の設定値との間の値である。よって、第1接続工程P15では、第1工程P10の走査終了位置から第2工程P20の走査開始位置に向けて継続してレーザ光LBの照射が行われ、かつ、第1工程P10の照射条件と第2工程P20の照射条件とを補完する照射条件が用いられるため、湯流れの急激な変化が抑制され、溶接品質の低下を抑制することができる。また、本実施形態によれば、レーザ照射が行われる各工程について、レーザ照射の開始時と終了時とに、次第にレーザ出力を大きくまたは小さくする制御を行う場合よりも、工程時間を短縮することができる。例えば、第1工程P10の後、レーザ出力を一度ゼロにして、ゼロから第2工程P20の設定値まで上昇させるよりも、第1工程P10の設定値から第2工程P20の設定値まで次第に下降させる方が、時間が短いからである。 According to the embodiment described above, in the laser welding process, the first process P10 of forming a molten pool MP on the irradiated surface WS, the first connection process P15, and the second process P20 of scanning the laser light LB within the range of the molten pool MP are performed in sequence. In the first connection process P15, the laser light LB is scanned from the end position EP of the first process P10 to the start position SP of the second process P20. The set value of the irradiation condition in the first connection process P15 is a value between the set value of the irradiation condition in the first process P10 and the set value of the irradiation condition in the second process P20. Therefore, in the first connection process P15, the laser light LB is continuously irradiated from the scanning end position of the first process P10 to the scanning start position of the second process P20, and irradiation conditions that complement the irradiation conditions of the first process P10 and the second process P20 are used, so that a sudden change in the molten metal flow is suppressed and a deterioration in welding quality can be suppressed. Furthermore, according to this embodiment, the process time can be shortened compared to when the laser output is gradually increased or decreased at the start and end of each process in which laser irradiation is performed. For example, it takes less time to gradually decrease the laser output from the set value of the first process P10 to the set value of the second process P20 than to set the laser output to zero once after the first process P10 and then increase it from zero to the set value of the second process P20.
また、第2工程P20におけるレーザ出力の設定値は、第1工程P10におけるレーザ出力の設定値よりも小さい。そして、第2工程P20における走査速度の設定値は、第1工程P10における走査速度の設定値よりも大きい。これにより、第2工程P20では、第1工程P10により形成された溶融池MPに適切にキーホールKHを形成し、キーホールKHが形成される位置を早く移動させることにより、溶融池MPを撹拌することができる。よって、キーホールKHから金属蒸気を排出して溶接品質を向上させることができる。 The laser output setting value in the second process P20 is smaller than the laser output setting value in the first process P10. The scanning speed setting value in the second process P20 is larger than the scanning speed setting value in the first process P10. As a result, in the second process P20, a keyhole KH is appropriately formed in the molten pool MP formed in the first process P10, and the position where the keyhole KH is formed is moved quickly, thereby stirring the molten pool MP. Therefore, metal vapor can be discharged from the keyhole KH to improve welding quality.
また、レーザ溶接工程において、第2工程P20の後、第2接続工程P25と、第3工程とが順に行われる。第3工程P30におけるレーザ出力は、第2工程P20におけるレーザ出力よりも大きい。第2接続工程P25における回転角度は、第1接続工程P15における回転角度よりも小さい。これにより、第2接続工程P25にて、第3工程P30におけるレーザ出力よりも小さなレーザ出力で照射する区間を短くし、溶融状態を安定させ、溶接品質を向上させることができる。 In addition, in the laser welding process, after the second process P20, the second connection process P25 and the third process are performed in that order. The laser output in the third process P30 is greater than the laser output in the second process P20. The rotation angle in the second connection process P25 is smaller than the rotation angle in the first connection process P15. This shortens the section in the second connection process P25 where the laser output is smaller than the laser output in the third process P30, stabilizing the molten state and improving the welding quality.
また、第1接続工程P15における照射条件の設定値lw2は、第1工程P10の終了位置EPから第2工程P20の開始位置SPに向かうにつれ、第1工程P10における照射条件の設定値から第2工程P20における照射条件の設定値まで減少または増加するように変化する。これにより、第1接続工程P15において、設定値を緩やかに変化させることができるため、湯流れの急激な変化をさらに抑制することができる。また、第1接続工程P15における照射条件の設定値は、第1工程P10における照射条件の設定値と、第2工程における照射条件の設定値とを線形補完して得られる値である。これにより、第1接続工程P15についての設定値の算出負荷を軽減することができる。また、第1金属対象物Waと第2金属対象物Wbとの各々は、亜鉛メッキ層を有する鋼板である。蒸気が発生し易く、蒸気が抜けにくい亜鉛を有する金属板に対して本実施形態に係るレーザ溶接方法を用いることにより、キーホールKHを適切に形成することにより、亜鉛蒸気を効率的に排出して、溶接品質を向上させることができる。 In addition, the set value lw2 of the irradiation conditions in the first connection step P15 changes so as to decrease or increase from the set value of the irradiation conditions in the first step P10 to the set value of the irradiation conditions in the second step P20 as it moves from the end position EP of the first step P10 to the start position SP of the second step P20. As a result, the set value can be changed gradually in the first connection step P15, so that a sudden change in the molten metal flow can be further suppressed. In addition, the set value of the irradiation conditions in the first connection step P15 is a value obtained by linearly complementing the set value of the irradiation conditions in the first step P10 and the set value of the irradiation conditions in the second step. This makes it possible to reduce the calculation load of the set value for the first connection step P15. In addition, each of the first metal object Wa and the second metal object Wb is a steel plate having a zinc plating layer. By using the laser welding method according to this embodiment for a metal plate having zinc, which is prone to generate steam and does not easily release steam, the zinc vapor can be efficiently discharged by appropriately forming a keyhole KH, thereby improving the welding quality.
B.他の実施形態:
(B1)上記実施形態では、3Dスキャナであるレーザスキャナ20を用いて、レーザ光LBの走査が行われる。この形態とは別に、走査機能を有さないレーザスキャナをロボットアームにて移動させることにより、レーザ光LBを走査してもよい。
B. Other embodiments:
(B1) In the above embodiment, scanning with the laser light LB is performed using the
(B2)上記実施形態の接続パスでは、線形補完により、各条件の設定値が算出される。この形態とは別に、多項式補完により、各条件の設定値を算出してもよい。算出方法に拘わらず、接続パスの設定条件の値が、第1パスの設定条件と第2パスの設定条件との間の値に設定されることにより、湯流れの急激な変化を抑制することができる。 (B2) In the connection path of the above embodiment, the setting value of each condition is calculated by linear interpolation. Alternatively, the setting value of each condition may be calculated by polynomial interpolation. Regardless of the calculation method, the value of the setting condition of the connection path is set to a value between the setting condition of the first path and the setting condition of the second path, thereby suppressing sudden changes in the flow of the molten metal.
(B3)上記実施形態の走査パターンは、円形である。走査パターンは、円形に限られず、四角などのその他の図形でもよい。 (B3) The scanning pattern in the above embodiment is circular. The scanning pattern is not limited to a circle and may be other shapes such as a square.
(B4)上記実施形態では、第1パスと第2パスとの組が2組行われる。第1パスと第2パスとの組が行われる回数は、2回に限られず、1回でも3回以上でもよい。目標の溶接面積を用いて、回数を決定するとよい。 (B4) In the above embodiment, two sets of a first pass and a second pass are performed. The number of times that a set of a first pass and a second pass is performed is not limited to two, but may be one or three or more times. The number of times may be determined using the target welding area.
(B5)上記実施形態では、第1パスと第2パスとでは、レーザ出力と、走査速度と、集光径と、走査半径とのいずれもが異なる。この場合に限られず、レーザ出力と、走査速度と、集光径と、走査半径とのうち、少なくともいずれか一つが異なる場合についても、本レーザ溶接方法を適用することにより、湯流れの急激な変化を抑制することができる。 (B5) In the above embodiment, the laser output, scanning speed, focusing diameter, and scanning radius are all different between the first and second passes. This is not limited to the above case, but the present laser welding method can be applied to cases where at least one of the laser output, scanning speed, focusing diameter, and scanning radius is different, thereby suppressing abrupt changes in the flow of molten metal.
(B6)上記実施形態では、接続パスの設定値は、第1パスの終了位置から第2パスの開始位置に向かうにつれ、第1パスの照射条件の設定値から第2パスの照射条件の設定値まで減少または増加するように変化する。この形態とは別に、接続パスの設定値は、ステップ状に変化してもよい。少なくとも、接続パスの設定値が、第1パスの設定値と第2パスの設定値との間の値に設定されることにより、湯流れの急激な変化を抑制することができる。 (B6) In the above embodiment, the setting value of the connection path changes so as to decrease or increase from the setting value of the irradiation conditions of the first pass to the setting value of the irradiation conditions of the second pass as it moves from the end position of the first pass to the start position of the second pass. In addition to this form, the setting value of the connection path may change in a step-like manner. At least by setting the setting value of the connection path to a value between the setting value of the first pass and the setting value of the second pass, it is possible to suppress a sudden change in the flow of the molten metal.
本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and can be realized in various configurations without departing from the spirit of the present disclosure. For example, the technical features of the embodiments corresponding to the technical features in each form described in the Summary of the Invention column can be replaced or combined as appropriate to solve some or all of the above-described problems or to achieve some or all of the above-described effects. Furthermore, if a technical feature is not described as essential in this specification, it can be deleted as appropriate.
10…レーザ発振器、11…光ファイバケーブル、20…レーザスキャナ、21…第1の反射ミラー、23…Zレンズ駆動ユニット、24…Zレンズ、25…第2の反射ミラー、26…集光レンズ、27…ガルバノスキャナユニット、28…保護ガラス、30…コリメートレンズ、40…ダイクロイックミラー、60…制御部、61…設定部、100…レーザ溶接装置、CP…中心、EP…終了位置、F0…基準焦点位置、KH…キーホール、LB…レーザ光、LN…線、LP1…第1走査パターン、LP2…第2走査パターン、LP3…第3走査パターン、LP4…第4走査パターン、LPC1…第1接続走査パターン、LPC2…第2接続走査パターン、LPC3…第3接続走査パターン、MP…溶融池、P5…設定工程、P10…第1工程、P15…第1接続工程、P20…第2工程、P25…第2接続工程、P30…第3工程、P35…第3接続工程、P40…第4工程、R…走査半径、RL…基準線、SET1…第1組、SET2…第2組、SP…開始位置、ST…スパッタ原子、W…金属対象物、WS…被照射面、Wa…第1金属対象物、Wb…第2金属対象物 10...laser oscillator, 11...optical fiber cable, 20...laser scanner, 21...first reflecting mirror, 23...Z lens drive unit, 24...Z lens, 25...second reflecting mirror, 26...condensing lens, 27...galvano scanner unit, 28...protective glass, 30...collimating lens, 40...dichroic mirror, 60...control unit, 61...setting unit, 100...laser welding device, CP...center, EP...end position, F0...reference focal position, KH...keyhole, LB...laser light, LN...line, LP1...first scanning pattern, LP2...second scanning pattern, LP3 ...Third scanning pattern, LP4...Fourth scanning pattern, LPC1...First connection scanning pattern, LPC2...Second connection scanning pattern, LPC3...Third connection scanning pattern, MP...Molten pool, P5...Setting step, P10...First step, P15...First connection step, P20...Second step, P25...Second connection step, P30...Third step, P35...Third connection step, P40...Fourth step, R...Scanning radius, RL...Reference line, SET1...First set, SET2...Second set, SP...Start position, ST...Sputtered atoms, W...Metal object, WS...Irradiated surface, Wa...First metal object, Wb...Second metal object
Claims (7)
前記レーザ光のレーザ出力と、走査速度と、集光径と、を条件として含む照射条件の各々の設定値を設定する設定工程と、
前記照射条件を第1照射条件に設定した前記レーザ光を走査して前記被照射面に溶融池を形成する第1工程と、
前記第1工程の後に、前記照射条件を前記第1照射条件とは異なる第2照射条件に設定した前記レーザ光を前記溶融池の範囲内に走査する第2工程と、
前記第1工程と、前記第2工程との間に行われる接続工程であって、前記第1照射条件と前記第2照射条件とで前記設定値が異なる前記条件について、前記第1照射条件の前記設定値と、前記第2照射条件の前記設定値との間の値を前記設定値とする前記照射条件に設定した前記レーザ光を、前記第1工程の走査終了位置から前記第2工程の走査開始位置に向けて走査する接続工程と、を備える、レーザ溶接方法。 1. A laser welding method for welding a plurality of stacked metal objects together by scanning a laser beam irradiated onto irradiated surfaces of the plurality of stacked metal objects, the method comprising the steps of:
A setting step of setting each of the setting values of the irradiation conditions including the laser output, the scanning speed, and the focused diameter of the laser light;
a first step of scanning the laser light, the irradiation conditions of which are set to first irradiation conditions, to form a molten pool on the irradiated surface;
a second step of scanning the laser beam within the range of the molten pool after the first step, the second step being performed while the irradiation conditions are set to second irradiation conditions different from the first irradiation conditions;
a connecting step performed between the first step and the second step, in which the laser light is set to an irradiation condition whose setting value is a value between the setting value of the first irradiation condition and the setting value of the second irradiation condition for the conditions whose setting values are different between the first irradiation condition and the second irradiation condition, and the laser light is scanned from a scanning end position of the first step toward a scanning start position of the second step.
前記第2照射条件の前記レーザ出力の前記設定値は、前記第1照射条件の前記レーザ出力の前記設定値よりも小さく、
前記第2照射条件の前記走査速度の前記設定値は、前記第1照射条件の前記走査速度の前記設定値よりも大きい、レーザ溶接方法。 2. The laser welding method according to claim 1,
the set value of the laser output of the second irradiation condition is smaller than the set value of the laser output of the first irradiation condition,
A laser welding method, wherein the set value of the scanning speed of the second irradiation condition is greater than the set value of the scanning speed of the first irradiation condition.
前記接続工程は、第1接続工程であり、さらに、
前記第2工程の後に、前記照射条件を前記第2照射条件とは異なる第3照射条件に設定した前記レーザ光を前記溶融池の外周に走査して前記溶融池を拡張する第3工程と、
前記第2工程と、前記第3工程との間に行われる第2接続工程であって、前記第2照射条件と前記第3照射条件とで前記設定値が異なる前記条件について、前記第2照射条件の前記設定値と、前記第3照射条件の前記設定値との間の値を前記設定値とする前記照射条件に設定した前記レーザ光を、前記第2工程の走査終了位置から前記第3工程の走査開始位置に向けて走査する第2接続工程と、を備え、
前記第3照射条件の前記レーザ出力の前記設定値は、前記第2照射条件の前記レーザ出力の前記設定値よりも大きく、
前記レーザ光は、走査により描かれる走査パターンの中心に対して同一方向に回るように走査され、
前記第2接続工程の走査開始位置から前記第2接続工程の走査終了位置までの前記中心を基準とする回転角度は、前記第1接続工程の走査開始位置から前記第1接続工程の走査終了位置までの前記回転角度よりも小さい、レーザ溶接方法。 3. The laser welding method according to claim 2,
The connecting step is a first connecting step,
a third step of expanding the molten pool by scanning the laser beam around an outer periphery of the molten pool, the third step being performed after the second step, in which the irradiation conditions are set to third irradiation conditions different from the second irradiation conditions;
a second connection step performed between the second step and the third step, the second connection step being for scanning the laser light from a scanning end position of the second step toward a scanning start position of the third step with the laser light set to an irradiation condition having a setting value between the setting value of the second irradiation condition and the setting value of the third irradiation condition, for the condition having different setting values between the second irradiation condition and the third irradiation condition;
the set value of the laser output of the third irradiation condition is greater than the set value of the laser output of the second irradiation condition,
The laser light is scanned so as to rotate in the same direction with respect to the center of the scanning pattern drawn by the scanning,
A laser welding method, wherein a rotation angle based on the center from the scanning start position of the second connecting process to the scanning end position of the second connecting process is smaller than the rotation angle from the scanning start position of the first connecting process to the scanning end position of the first connecting process.
前記接続工程における前記照射条件の前記設定値は、前記第1照射条件と前記第2照射条件とで前記設定値が異なる前記条件について、前記第1工程の走査終了位置から前記第2工程の走査開始位置に向かうにつれ、前記第1照射条件の前記設定値から前記第2照射条件の前記設定値まで減少または増加するように変化する、レーザ溶接方法。 4. The laser welding method according to claim 1,
a laser welding method in which the set value of the irradiation condition in the connection process changes so as to decrease or increase from the set value of the first irradiation condition to the set value of the second irradiation condition as moving from the scanning end position of the first process to the scanning start position of the second process, for the conditions in which the set values differ between the first irradiation condition and the second irradiation condition.
前記接続工程における前記照射条件の前記設定値は、前記第1照射条件の前記設定値と、前記第2照射条件の前記設定値とを線形補完して得られる値である、レーザ溶接方法。 4. The laser welding method according to claim 1,
A laser welding method, wherein the set value of the irradiation condition in the connecting step is a value obtained by linearly complementing the set value of the first irradiation condition and the set value of the second irradiation condition.
前記複数の金属対象物の各々は、メッキ層を有する金属板である、レーザ溶接方法。 4. The laser welding method according to claim 1,
A laser welding method, wherein each of the plurality of metal objects is a metal plate having a plating layer.
前記レーザ光を照射するレーザ照射部と、
前記レーザ光のレーザ出力と、走査速度と、集光径と、を条件として含む照射条件の各々の設定値を設定する設定部と、
前記レーザ照射部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記照射条件が第1照射条件に設定された前記レーザ光を走査して前記被照射面に溶融池を形成する第1工程と、
前記第1工程の後に、前記照射条件が前記第1照射条件とは異なる第2照射条件に設定された前記レーザ光を前記溶融池の範囲内に走査する第2工程と、
前記第1工程と、前記第2工程との間に行われる接続工程であって、前記第1照射条件と前記第2照射条件とで前記設定値が異なる前記条件について、前記第1照射条件の前記設定値と、前記第2照射条件の前記設定値との間の値を前記設定値とする前記照射条件に設定された前記レーザ光を、前記第1工程の走査終了位置から前記第2工程の走査開始位置に向けて走査する接続工程と、を前記レーザ照射部に実行させる、レーザ溶接装置。 A laser welding device that scans a laser beam to be irradiated onto an irradiated surface of a plurality of stacked metal objects, and welds the objects,
a laser irradiation unit that irradiates the laser light;
A setting unit that sets the respective setting values of the irradiation conditions including the laser output, the scanning speed, and the focused diameter of the laser light;
A control unit that controls the laser irradiation unit,
The control unit is
a first step of scanning the laser light, the irradiation conditions of which are set to first irradiation conditions, to form a molten pool on the irradiated surface;
a second step of scanning the laser beam within the range of the molten pool after the first step, the second irradiation condition being set to a second irradiation condition different from the first irradiation condition;
a connecting process performed between the first process and the second process, in which, for the conditions in which the setting values differ between the first irradiation condition and the second irradiation condition, the laser light is set to the irradiation condition whose setting value is a value between the setting value of the first irradiation condition and the setting value of the second irradiation condition, and the connecting process is performed from a scanning end position of the first process to a scanning start position of the second process, the laser light being set to the irradiation condition whose setting value is a value between the setting value of the first irradiation condition and the setting value of the second irradiation condition.
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