雷射焊接裝置以及雷射焊接方法與流程

2023-12-02 06:54:13 2

本發明涉及雷射焊接裝置以及雷射焊接方法。

背景技術：

將第1部件與第2部件對接。焊接對接的部位。一直以來，廣泛進行通過這種焊接將兩個部件一體化的作業。

對於焊接，近年來使用能量密度高的雷射束。

已知通過該雷射束將曲面彼此焊接的技術(例如，參照專利文獻1)。

基於圖9來說明專利文獻1的技術。

如圖9所示，將2個鋼管101、101在圖面表背方向上對接。通過圓環狀的導軌102包圍鋼管101。在該導軌102上能夠移動地安裝加工頭103。在加工頭103上以朝向鋼管101的中心105的方式安裝有雷射槍104。一邊使加工頭103沿著導軌102移動一邊從雷射槍104照射雷射束，執行雷射焊接。

該雷射束以直角向曲面照射，因此熔深良好，能夠實施優質的焊接。

加工頭103是移動的。另一方面，雷射振蕩器106是不移動的。因此，雷射振蕩器106和加工頭103經由包含第1～第3接頭107、108、109的雷射傳送裝置110而相連。

由於需要第1～第3接頭107、108、109，從而專利文獻1的雷射焊接裝置變得複雜且大型。其結果是，焊接設備的設置費用增加。

由於構造複雜，因此構成部件的數量增加，伴隨部件更換而產生的維護費用高漲。

為了追求加工費用的降低，期望即使作為焊接曲面的裝置也能夠成為簡單的構造且小型的雷射焊接裝置。

在先技術文獻

專利文獻

專利文獻1:日本特開平11－776號公報

技術實現要素：

本發明的課題在於，提供一種雷射焊接裝置，即使作為焊接曲面的裝置，也能夠成為簡單的構造且小型的裝置。

技術方案1的發明為一種雷射焊接裝置，具有：工件固定部，其將多個工件以使第2工件的曲面與第1工件的曲面接觸的方式重疊，並在該狀態下約束所述工件，並且該工件固定部約束使曲面彼此抵接的狀態下的多個工件；雷射照射機構，其向所述工件的焊接部位照射雷射束；移動機構，其使所述雷射照射機構以直線移動；和控制部，其對所述雷射照射機構及所述移動機構進行控制，在所述雷射焊接裝置中，

所述雷射照射機構是具有使所述雷射束的聚光點描繪圓的功能的機構，

所述控制部以通過將所述移動機構的移動和基於所述雷射照射機構進行的聚光點的圓周運動合成來使所述聚光點描繪螺旋的方式進行控制，並且以使該螺旋的中心軸沿著所述曲面的方式進行控制。

技術方案2的發明為一種雷射焊接方法，其使用如技術方案1所述的雷射焊接裝置來實施，在該雷射焊接方法中，優選為，

所述控制部在所述雷射束至少從所述曲面的頂點通過時使所述雷射束與從所述頂點通過的切線正交，並在從所述曲面的頂點離開的焊接部位使所述雷射束向所述曲面的曲率中心傾斜。

發明效果

在技術方案1的發明中，使雷射束的聚光點描繪螺旋，且使該螺旋的中心軸沿著曲面。在工件中的從曲面的頂點離開的部位上，螺旋會彼此重疊。由此，半凝固部再次熔融，該再次熔融部成為半凝固部，該半凝固部又再次熔融，通過像這樣進行重複，熔融深度變大。因此，即使是曲面的端部也能得到充分的熔融深度。

根據本發明，儘管焊接部位位於曲面，但也能夠使雷射照射機構以直線移動。由於是直線移動，因此移動機構變得簡單且小型。因此，通過本發明，能夠提供一種雷射焊接裝置，即使作為焊接曲面的裝置，也能夠成為簡單的構造且小型的裝置。

在技術方案2的發明中，控制部在雷射束從曲面的頂點通過時使雷射束與從頂點通過的切線正交，且在從曲面的頂點離開的焊接部位使雷射束向曲面的曲率中心傾斜。雷射照射機構具有若在固定範圍內則使雷射束傾斜的功能。巧妙地利用該功能，在從曲面的頂點離開的焊接部位使雷射束向曲面的曲率中心傾斜。通過該傾斜，能夠減輕螺旋彼此的重疊，從而能夠提高生產率。

附圖說明

圖1是本發明的雷射焊接裝置的基本結構圖。

圖2是雷射照射機構的原理圖。

圖3是表示雷射束的聚光點的軌跡的圖。

圖4是表示雷射束的聚光點的軌跡的圖。

圖5是雷射束從曲面的頂點通過時的作用說明圖。

圖6是雷射束從曲面的頂點離開時的作用說明圖。

圖7是說明優選的雷射束的照射方法的圖。

圖8是將比較例與實施例進行對比來說明的圖。

圖9是說明以往的雷射焊接裝置的原理的圖。

具體實施方式

以下基於附圖來說明本發明的實施方式。

實施例

如圖1所示，雷射焊接裝置10具有：約束並固定工件11、12的工件固定部20；向工件11、12照射雷射束31的雷射照射機構30；使該雷射照射機構30以直線移動的移動機構40；和對雷射照射機構30及移動機構40進行控制的控制部50。以下，說明各構成要素的構造的一例。

工件11、12例如由筒狀的第1工件11、和插入於該第1工件11的筒狀的第2工件12構成。第2工件12的曲面與第1工件11的曲面重疊。

本發明用於將曲面彼此接合，焊接部位13呈圓弧狀。從這樣的焊接部位13通過的平面14在本例中與圖面的面一致。

將從該平面14通過且從曲面的頂點15通過的切線16(包括與切線16平行的線。)設定為x軸。將與該x軸正交且向圖面內側延伸的軸設定為y軸。該y軸是沿後述的焊接線的寬度方向延伸的軸。

工件固定部20例如由支承工件11、12的支承臺21、和將工件11、12向支承臺21約束並將其固定的夾具22構成。夾具22由夾具氣缸23驅動。

移動機構40是使雷射照射機構30沿著x軸以直線移動的機構。移動機構40例如由沿x軸延伸的導軌41、由該導軌41支承且對雷射照射機構30進行支承的滑塊42、和使該滑塊42沿x軸移動的移動氣缸43構成。

移動機構40在將工件11、12載置於工件固定部20或從工件固定部20取下時，向待機位置移動以避免與工件11、12發生幹涉。移動機構40優選為機械臂。

如圖2所示，雷射照射機構30由雷射振蕩器32、將從該雷射振蕩器32發射的雷射束31反射的反射鏡33、使該反射鏡33繞x軸旋轉的馬達34、使由反射鏡33反射的雷射束31收束的透鏡37、使該透鏡37沿透鏡37的軸移動的透鏡驅動器36、和收納這些構成要素的殼體38構成。通過透鏡37來確定雷射束31的聚光點(焦點)39。

通過反射鏡33使雷射束31沿y軸移動。另外，通過使透鏡36相對於反射鏡33移動，而使雷射束31的聚光點39沿z軸移動。以使聚光點39描繪圓的方式來合成y軸移動和z軸移動。

在描繪圓的基礎上，使雷射照射機構30沿x軸移動。如圖3所示，聚光點39的圓周運動成為螺旋運動。在本例中，為了易於理解，將螺旋的中心軸39B設為了直線。通過精細地控制雷射照射機構30向x軸方向的移動速度、照射角度、反射鏡33及透鏡37的動作，螺旋運動描繪圓弧。

因此，在本發明中，如圖4的(a)所示，使螺旋的中心軸39B與第1工件11的外周面相匹配或大致匹配。圖4的(b)是俯視圖，聚光點39所描繪的螺旋在中央粗，並且越接近兩端(90°、－90°)變得越密且多個螺旋相重合。

接下來，敘述由以上結構構成的雷射焊接裝置10的作用。

如圖5的(a)所示，從沿著x軸移動過程中的雷射照射機構30照射的雷射束31到達曲面的頂點15。

如圖5的(a)的b－b向視圖即圖5的(b)所示，雷射束的聚光點39描繪使U字連續那樣的軌跡(俯視軌跡)。

其結果是，如圖5的(a)的c部放大圖即圖5的(c)所示，形成貫穿第1工件11且達到至第2工件12的板厚中途的、深度為d1的熔敷金屬(bead，焊道)52。

當雷射照射機構30沿著x軸移動到從曲面的頂點15離開的位置時，如圖6的(a)所示，雷射束31到達至從曲率中心53開始打開45°的點。如圖6的(b)所示，雷射束的聚光點39描繪螺旋軌跡。

通常，在雷射束31連續地前進的情況下，在最前方生成被稱為鍵孔(keyhole)的熔融部(熔池)。在緊接該熔融部之後形成半凝固部，在該半凝固部之後生成凝固部(與熔敷金屬相當)。

如圖6的(b)那樣，當雷射束的聚光點39一邊描繪螺旋軌跡一邊重疊時，半凝固部通過雷射束31而再次熔融。

即，如圖6的(c)所示，通過最初的熔融形成深度d2，通過再次熔融追加了深度d3，其結果是，形成(d2+d3)的深度的熔敷金屬52。該熔敷金屬52貫穿第1工件11併到達第2工件12的中途。

如圖4的(b)所示，雷射束越接近曲面的端部，螺旋的重疊越增加。其結果是，即使在曲面的端部也形成充分深度的熔敷金屬。

其中，若考慮以往的焊接法使雷射束朝向工件的曲率中心的情況，則也推薦如下所述的焊接法。

即，如圖7所示，當雷射束31從曲面的頂點15通過時，使雷射束31與從頂點15通過的切線16正交。當雷射束31通過從曲面的頂點15離開的焊接部位時，使雷射束31向曲面的曲率中心53以5°～15°的傾斜角傾斜。由此，能夠進一步提高曲面的端部處的焊接品質。

本發明方法能夠適用於各種用途。接下來說明其一例。

如圖8的(a)所示，準備平板的一部分以圓弧狀彎曲的第1衝壓品56、平板的一部分以圓弧狀彎曲的第2衝壓品57、和管58。通過第1衝壓品56的圓弧和第2衝壓品57的圓弧來夾持管58。對第1衝壓品56和第2衝壓品57進行焊接。將管58焊接於第1衝壓品56。

以往，如圖8的(b)的比較例所示，在對第1衝壓品56和第2衝壓品57進行焊接時，使雷射照射機構101以直線移動。另一方面，在將管58焊接於第1衝壓品56時，雷射照射機構101以描繪圓弧的方式移動，以使雷射束102指向管58的中心103。

雷射照射機構101的位置控制很麻煩。

相對於此，在圖8的(c)所示的實施例中，通過使雷射照射機構30以直線移動，無論是直線部還是圓弧部均能夠一併進行焊接。其結果是，雷射照射機構30的位置控制變得格外輕鬆。

此外，關於工件，在實施例中重疊了兩片，但也可以重疊三片以上。另外，本發明也能夠適用於對接焊。

另外，關於工件的材質，原則上設為碳鋼，但也可以是不鏽鋼、鈦合金、鋁合金或其他任意的材質。

另外，工件不限定於正圓的筒或管，也可以是在衝壓品等上局部地形成的圓弧部。

工業實用性

本發明適合用於焊接曲面的雷射焊接。

附圖標記說明

10：雷射焊接裝置，11：工件(第1工件)，12：工件(第2工件)，13：焊接部位，14：平面，15：頂點，16：切線，20：工件固定部，30：雷射照射機構，31：雷射束，39：雷射束的聚光點，39B：螺旋的中心軸，40：移動機構，50：控制部，52：熔敷金屬，53：曲率中心。