CN109202287A - 激光焊接方法及激光焊接装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种激光焊接方法及激光焊接装置。使激光照射位置以横跨重叠的第一金属板(W1)与第二金属板(W2)的交界线即焊接线(L)的方式、且沿着围绕轨迹中心而呈圆形或椭圆形地环绕的轨迹进行移动，并使上述轨迹中心沿着与上述焊接线(L)平行的方向进行移动。该激光照射位置的移动方向被规定为，在激光通过在与焊接线(L)平行的方向上比激光已经通过的范围(X)靠下游侧的部分即第一金属板(W1)及第二金属板(W2)的未熔融部分时，首先向第一金属板(W1)照射激光，然后向第二金属板(W2)照射激光。

Description

激光焊接方法及激光焊接装置
技术领域
本发明涉及用于进行基于激光的搭接角焊的激光焊接方法及实施该激光焊接方法的激光焊接装置。
背景技术
作为对多块金属板彼此进行接合的手法而一直采用搭接角焊。在日本特开2003-170285中，关于两块铝基金属板的搭接角焊，公开了进行激光焊接与熔化极惰性气体保护(MIG)电弧焊的复合焊接。具体而言，使分别由铝基金属板构成的上板与下板重叠，向包含上板的一部分和下板的一部分的激光照射部分照射激光二极管的激光。另外，对于被照射该激光的上述激光照射部分，从焊炬的前端送给焊丝，并且在上述激光照射部分的焊接方向上从后方产生电弧来进行焊接。由此，不会产生熔融部(在激光照射部分中金属材料发生熔融的区域)的烧穿，而得到较深的熔深，并确保良好的焊接品质。
发明内容
然而，在日本特开2003-170285的技术中，由于进行激光焊接与 MIG电弧焊的复合焊接，因此会引起焊接设备的大型化或复杂化，在实用性这一点上还有改善的余地。
本发明提供一种能够在引起焊接设备的大型化或复杂化的情况下确保良好的焊接品质的、用于进行多块金属板的搭接角焊的激光焊接方法及实施该激光焊接方法的激光焊接装置。
本发明的第一形态涉及激光焊接方法，从包含第一金属板和第二金属板在内的重叠的多块金属板的板厚方向上的第一侧向激光照射区域照射激光而进行搭接角焊，上述激光照射区域包括位于上述多块金属板的板厚方向上的上述第一侧的第一金属板的一部分和位于上述多块金属板的板厚方向上的第二侧的第二金属板的一部分。使激光照射位置以横跨上述第一金属板与上述第二金属板之间的交界线即焊接线的方式、且沿着围绕轨迹中心而呈圆形或椭圆形地环绕的轨迹进行移动，并使上述轨迹中心沿着与上述焊接线平行的方向进行移动。上述激光照射位置的沿着上述轨迹的移动方向被规定为，在上述激光通过在与上述焊接线平行的方向上比上述激光已经通过的范围靠下游侧的部分即上述第一金属板和上述第二金属板的未熔融部分时，首先向上述第一金属板照射上述激光，然后向上述第二金属板照射上述激光。
通过该结构，在从重叠的多块金属板的板厚方向上的第一侧向前期激光照射区域照射激光而进行搭接角焊时，激光照射位置以横跨上述第一金属板与上述第二金属板的交界线即焊接线的方式、且沿着围绕上述轨迹中心而呈圆形或椭圆形地环绕的上述轨迹进行移动，并使该轨迹中心沿着与焊接线平行的方向进行移动。并且，该激光照射位置的沿着上述轨迹的移动方向被规定为，在激光通过在与焊接线平行的方向上比激光已经通过的范围靠下游侧的部分即上述第一金属板和上述第二金属板的未熔融部分时，首先向位于上述第一侧的第一金属板照射激光，然后向位于上述第二侧的第二金属板照射激光。
由此，在向第一金属板照射激光时，在该激光照射位置处第一金属板的金属材料熔融，该第一金属板与第二金属板被架桥。在该情况下，激光的热量除了向第一金属板传递之外，也向第二金属板传递，在该激光照射位置处第一金属板与第二金属板被良好地焊接。另外，由于激光的热量向第一金属板及第二金属板这两方传递，因此在此时的第一金属板中，在激光照射位置的周边的区域处热量输入量比较少，金属材料的熔融处于未充分进行的状态。然后，在上述轨迹上移动的激光照射位置经由第二金属板上而再次到达第一金属板上。由此，在上述金属材料的熔融未充分进行的第一金属板的上述区域(第一金属板与第二金属板已经被焊接的位置的周边的区域)中，通过激光的照射而金属材料完全熔融，在该激光照射位置也能将第一金属板与第二金属板良好地焊接。
这样，在沿着围绕上述轨迹中心而呈圆形或椭圆形地环绕的轨迹进行移动的激光照射位置再次到达第一金属板上时，在该第一金属板上的激光照射位置处，到目前为止未充分熔融的区域的金属材料熔融。即，不向金属材料完全熔融的区域照射激光。因此，能抑制通过向金属材料完全熔融的区域照射激光而由于小孔效应的压力吹跑熔态金属 (熔融金属)，能够充分地确保焊接部位(金属材料熔融之后凝固的区域)的厚度(焊道的焊缝厚度)，能够充分地确保焊接部位的接合强度(焊接强度)。在本发明的第一形态中，仅通过这样规定激光照射位置的轨迹(移动轨迹)就能够确保良好的焊接品质，因此不需要与激光焊接并用其他焊接方法(MIG电弧焊等)，不会引起焊接设备的大型化或复杂化，能够得到高品质的搭接角焊部分(焊接接头)。
在上述第一形态的基础上，可以是上述第一金属板与上述第二金属板以上述第二金属板的前端面从上述第一金属板的前端面错开以形成阶梯形状的方式重叠。
在上述第一形态的基础上，上述第一金属板为上板，上述第二金属板为下板，上述上板及上述下板可以在铅垂方向上重叠，
可以从上方向上述激光照射部分照射上述激光，
上述激光照射位置的沿着上述轨迹的移动方向可以被规定为，在上述激光通过在与上述焊接线平行的方向上比上述激光已经通过的范围靠下游侧的部分即上述上板及上述下板的未熔融部分时，首先向上述上板照射上述激光，然后向上述下板照射上述激光。
由此，在向上板照射激光时，在激光照射位置处上板的金属材料熔融，上板与下板被架桥。由此，激光的热量除了向上板传递之外，也向下板传递。另外，该部分的上板的熔融金属通过重力的作用而容易流入下板的熔融部分，上板的熔融金属与下板的熔融金属混合。这样，在将各金属板的重叠方向设为铅垂方向的情况下，通过有效地利用重力而能更良好地进行上板与下板的架桥，能确保焊接部位(金属材料熔融之后凝固的区域)的厚度，上板与下板以更高的接合强度被焊接。
在上述第一形态的基础上，可以是上述第一金属板为下板，上述第二金属板为上板，上述上板及上述下板可以在铅垂方向上重叠，
可以从下方向上述激光照射部分照射上述激光，
上述激光照射位置的沿着上述轨迹的移动方向可以被规定为，在上述激光通过在与上述焊接线平行的方向上比上述激光已经通过的范围靠下游侧的部分即上述上板及上述下板的未熔融部分时，首先向上述下板照射上述激光，然后向上述上板照射上述激光。
在上述第一形态的基础上，上述各金属板可以由铝基金属板构成。
铝基金属板与钢板相比熔点低，因此在使激光照射位置沿着围绕上述轨迹中心而呈圆形或椭圆形地环绕的轨迹进行移动，并进行搭接角焊时，在没有特别规定沿着该轨迹的激光照射位置的移动方向的情况下，有可能向完全熔融的区域照射激光，在该情况下，会由于小孔效应的压力将熔态金属吹跑，可能无法确保充分的焊缝厚度。在第一形态中，在向第一金属板照射了激光之后，向第二金属板照射激光，因此在沿着围绕上述轨迹中心而呈圆形或椭圆形地环绕的轨迹进行移动的激光照射位置再次到达第一金属板上时，使到目前为止未充分熔融的区域(第一金属板的区域，即该第一金属板与第二金属板被焊接的位置的周边的区域)熔融，不易于产生向完全熔融的区域照射激光的状况，能够抑制由于小孔效应的压力吹跑熔态金属。其结果是，能够充分地确保焊接部位的厚度(焊缝厚度)，能够充分地确保接合部位处的接合强度。即，第一形态的激光焊接方法对于对铝基金属板进行接合的搭接角焊是有效的焊接方法。
本发明的第二形态涉及实施基于上述第一形态的激光焊接方法的搭接角焊的激光焊接装置。上述激光焊接装置包括：扫描部，构成为使上述激光照射位置进行移动；及激光扫描控制部，构成为如下地对上述扫描部进行控制，使上述激光照射位置以横跨上述焊接线的方式、且沿着围绕上述轨迹中心而呈圆形或椭圆形地环绕的上述轨迹移动，并使上述轨迹中心沿着与上述焊接线平行的方向移动，上述焊接线是位于上述多块金属板的板厚方向上的上述第一侧的上述第一金属板与位于上述多块金属板的板厚方向上的上述第二侧的上述第二金属板之间的交界线。上述激光扫描控制部构成为，使基于上述扫描部的上述激光照射位置如下地进行移动：在上述激光通过在与上述焊接线平行的方向上比上述激光已经通过的上述范围靠下游侧的部分即各上述金属板的上述未熔融部分时，首先向上述第一金属板照射上述激光，然后向上述第二金属板照射上述激光。
在通过该激光焊接装置实施的激光焊接中，也如前述那样，仅通过规定激光照射位置的轨迹(移动轨迹)就能够确保良好的焊接品质。因此，不需要与激光焊接并用其他焊接手段(MIG电弧焊等)，不会引起焊接设备的大型化或复杂化，能够得到高品质的搭接角焊部分(焊接接头)。
本发明涉及从包含第一金属板和第二金属板的重叠的多块金属板的板厚方向的第一侧向包含第一金属板的一部分和第二金属板的一部分的激光照射部照射激光而进行的搭接角焊。将激光照射位置沿着围绕上述轨迹中心而呈圆形或椭圆形地环绕的轨迹的移动方向规定为，在激光通过在与焊接线平行的方向上比激光已经通过的范围靠下游侧的部分即第一金属板和第二金属板的未熔融部分时，首先向位于上述第一侧的第一金属板照射激光，然后向位于上述第二侧的上述第二金属板照射激光。由此，激光照射位置经由位于上述第二侧的第二金属板上而再次到达位于上述第一侧的第一金属板上时，使金属材料的熔融未充分地进行的区域(位于第一侧的金属板的区域)熔融。即，不是向完全熔融的区域照射激光。因此，能抑制通过向完全熔融的区域照射激光而由于小孔效应的压力吹跑熔融金属，能够充分地确保焊接部位的厚度(焊道的焊缝厚度)，能够充分地确保焊接部位的接合强度。其结果是，不需要与激光焊接并用其他焊接手段(MIG电弧焊等)，不会引起焊接设备的大型化或复杂化，能够得到高品质的搭接角焊部分。
附图说明
上述及后述的本发明的特征及优点通过下表面的具体实施方式的说明并参照附图而明确，其中，相同的相同表示相同的部件。
图1是表示实施方式的激光焊接装置的概略结构图。
图2是在实施方式中用于说明激光照射位置如何移动的工件的立体图。
图3是用于说明激光照射位置的轨迹的图。
图4A-D是用于说明实施方式的激光焊接中的激光照射位置的移动状态的将工件的焊接部位放大表示的图。
图5是用于说明在比较例中激光照射位置如何移动的工件的立体图。
图6A-C是用于说明比较例的激光焊接中的激光照射位置的移动状态的将工件的焊接部位放大表示的图。
图7A、图7B是通过实施方式的激光焊接而得到的工件的焊接部位的剖视图。
图8A、图8B是通过比较例的激光焊接而得到的工件的焊接部位的剖视图。
具体实施方式
以下，基于附图，说明本发明的实施方式。本发明的以下说明的实施方式涉及由在机动车的车身的制造工序中使用的激光焊接装置实施的激光焊接方法。
-激光焊接装置的概略结构-
图1是表示本实施方式的激光焊接所使用的激光焊接装置1的概略结构图。如该图1所示，激光焊接装置1具备：激光振荡器2、激光扫描仪3、焊接机器人4及机器人控制器5。
激光振荡器2构成为生成激光。通过激光振荡器2生成的激光被经由光纤线缆21而向激光扫描仪3引导。作为激光，可以使用例如二氧化碳激光、YAG激光、光纤激光等。
激光扫描仪3将经由光纤线缆21而引导来的激光向两块铝合金的板材(铝基金属板)W1、W2重叠而成的工件W照射(参照图1的单点划线)。在激光扫描仪3的内部收纳有未图示的透镜组和多个反射镜31(在图1中仅示出一个反射镜31)。作为透镜组，具备使激光成为平行光的准直透镜和以使激光在工件W的加工点(工件W上的预定的激光照射位置)处聚焦的方式进行聚光的聚光透镜等。另外，各反射镜31分别能够以转动轴32为中心转动。具体而言，上述转动轴32 连接于扫描电动机33，通过与该扫描电动机33的动作相伴的转动轴 32的转动而各反射镜31转动。并且，通过上述反射镜31的转动而能够使激光照射位置在工件W的预定范围内移动。由此，能够在不使激光扫描仪3自身移动的情况下使激光照射位置移动。作为各反射镜31，可以使用例如电流镜。
焊接机器人4构成为使激光扫描仪3移动。该焊接机器人4由多关节机器人构成。具体而言，在本实施方式的结构中，具备：基台41、收纳在基台41的内部的旋转机构(省略图示)、关节42、43、44及臂45、46、47。通过旋转机构的旋转动作及各关节42、43、44处的臂 45、46、47的摆动动作而能够使激光扫描仪3向任意方向移动。
在机器人控制器5中，预先通过离线教学而存储有用于使激光扫描仪3向焊接对象部位移动的信息(各关节42、43、44的转动角度量等信息)。并且，在车身被输送至车身制造线上的焊接工序部位时，按照来自机器人控制器5的控制信号，基于上述信息使焊接机器人4 工作，由此激光扫描仪3与焊接对象部位相向，从该激光扫描仪3向焊接对象部位照射激光，由此依次进行激光焊接。
另外，在所述机器人控制器5具备构成为输出用于使工件W上的激光照射位置移动的控制信号的激光扫描控制部51。该激光扫描控制部51构成为向上述扫描电动机33输出控制信号。扫描电动机33按照该控制信号进行工作，由此各反射镜31以转动轴32为中心转动而工件W上的激光照射位置移动。关于该工件W上的激光照射位置的移动在后文叙述。
-焊接方法-
接下来，说明本实施方式的焊接方法。在本实施方式中，在进行在铅垂方向上重叠的两块铝基金属板W1、W2的搭接角焊的情况下，将由上述激光扫描仪3射出的激光从上方向包含该铝基金属板W1的一部分及铝基金属板W2的一部分的激光照射部分(后述)照射。因此，以下，将上侧的铝基金属板称为上板W1，将下侧的铝基金属板称为下板W2。即，上板W1是本发明中所说的“位于第一侧(各金属板的板厚方向上的一侧)的第一金属板”的一例，下板W2是本发明中所说的“位于第二侧(各金属板的板厚方向上的另一侧)的第二金属板”的一例。
图2是用于说明在本实施方式中激光照射位置如何移动的工件W 的立体图。另外，图3是用于说明激光照射位置的轨迹(移动轨迹) 的图。
如图2、图3所示，本实施方式的搭接角焊是在沿着重叠的上板W1与下板W2的交界线即焊接线L的区域中使金属材料熔融而对上述上板W1与下板W2进行焊接的。具体而言，使下板W2的前端面(图 2中的第一近前侧端面)W2a相对于上板W1的前端面(图2中的第二近前侧端面)W1a而位于稍靠近前侧。由此，通过上板W1和下板W2 形成阶梯形状。并且，在包含i)上板W1的上表面W1b的近前侧端部、 ii)上板W1的前端面W1a及iii)下板W2的上表面W2b的一部分的预定范围内，使激光的聚光点呈椭圆形地移动。由此，使金属材料熔融，对上板W1与下板W2进行焊接。这种焊接手法通常称为激光摆动焊接。
上板W1及下板W2上的激光照射位置如以下那样地移动。如图2 中的实线的箭头(激光照射位置的轨迹)所示，使激光照射位置以横跨重叠的上板W1与下板W2的交界线即焊接线L的方式、且沿着围绕轨迹中心而呈椭圆形地环绕的轨迹(以后，有时将该轨迹称为“椭圆形的轨迹”)进行移动，并使上述轨迹中心沿着与焊接线L平行的方向(图2中的左方向)进行移动。轨迹中心是指椭圆形的轨迹的中心。在图2中，由单点划线M表示将上述椭圆形的轨迹的上述轨迹中心连接的线，该单点划线M与上述焊接线L平行。
并且，本实施方式的特征在于上述激光照射位置的沿着上述椭圆形的轨迹的移动方向。具体而言，上述激光照射位置的移动方向被规定为，在激光通过在与上述焊接线L平行的方向上比激光已经通过的范围(图2中的范围X)靠下游侧(图2中的左侧)的部分即上板W1 及下板W2的未熔融部分(还未被照射激光，金属材料未熔化的部分，即图2中的位于比点X1靠左侧的区域)时，首先向上板W1(位于上述第一侧的第一金属板的一例)照射激光，然后向下板W2(位于上述第二侧的第二金属板的一例)照射激光。即，激光照射位置在图2中的围绕上述轨迹中心而呈椭圆形地环绕的上述轨迹上向逆时针方向进行移动，并使该轨迹中心向与焊接线L平行的左方向移动。如前所述地将来自激光扫描控制部51的控制信号向构成为使上述各反射镜31 转动的扫描电动机33输出，该扫描电动机33工作而各反射镜31转动，由此进行该激光照射位置的移动。因此，上述扫描电动机33及反射镜 31是本发明中所说的扫描部(使激光照射位置移动的扫描部)的一例。
另外，对该激光照射位置的上述椭圆形的轨迹进行详述，例如在上板W1及下板W2的板厚尺寸有1.5mm～3.0mm的情况下，如图3所示，上述轨迹的椭圆形的长轴方向(图3中的上下方向，即与上述焊接线L正交的方向)上的长度尺寸(振幅)A被设定为2.5mm～3.5mm 的范围内的预定值。另外，上述轨迹的椭圆形的短轴方向(图3中的左右方向，即与上述焊接线L平行的方向)上的宽度尺寸D被设定为 1.0mm～2.4mm的范围内的预定值。另外，与焊接线L平行的方向上的间距(上述椭圆形的轨迹中心沿着与焊接线L平行的方向的激光照射位置在每一圈中移动的移动量)P被设定为0.8mm～1.6mm的范围内的预定值。上述值不限定于此，可根据上板W1及下板W2的板厚尺寸等通过实验或模拟而适当设定。
另外，对本实施方式中的激光的条件进行说明，激光输出被设定为4000～6000W的范围内的预定值。另外，沿着椭圆形的轨迹的激光照射位置的移动速度被设定为2500～5000cm/min的范围内的预定值。上述值不限定于此，可根据上板W1及下板W2的板厚尺寸等通过实验或模拟而适当设定。
接下来，对基于激光焊接的金属材料的熔融状态进行说明。图4A-D是用于说明该激光焊接中的激光照射位置的移动状态的将工件W 的焊接部位放大表示的图。该图4A-D中的点S1～S4表示激光照射位置。即，表示随着激光焊接从图4A的状态向图4D的状态进展而激光照射位置在由单点划线所示的椭圆形的轨迹上按照S1、S2、S3、S4的顺序移动。
如该图4A-D所示，在本实施方式中，在向包含重叠的上板W1 和下板W2的一部分的激光照射部分照射激光而进行搭接角焊时，如前所述，激光照射位置以横跨上板W1与下板W2的交界线即焊接线L 的方式、且沿着围绕上述轨迹中心而呈椭圆形地环绕的轨迹进行移动，并使该轨迹中心沿着与焊接线L平行的方向(图4A-D中的左方向)进行移动。并且，在图4A-D中，该激光照射位置在围绕上述轨迹中心而呈椭圆形地环绕的上述轨迹上沿着逆时针方向进行移动，并使该轨迹中心向与焊接线L平行的左方向进行移动。即，激光照射位置的沿着上述椭圆形的轨迹的移动方向被规定为，在激光通过在与焊接线L平行的方向上比激光已经通过的范围X(参照图2)靠下游侧的部分即上板W1及下板W2的未熔融部分时，首先向上板W1照射激光，然后向下板W2照射激光。
由此，在图4A所示的激光照射状态(照射位置S1)下，向上板 W1照射激光，由此在该照射位置S1处，上板W1的金属材料熔融，该上板W1与下板W2被架桥。在该情况下，激光的热量除了向上板 W1传递以外还向下板W2传递，在该激光照射位置处上板W1与下板 W2被良好地焊接。另外，激光的热量向上板W1及下板W2这两方传递，因此在此时的上板W1中的激光照射位置S1的周边的区域(例如图4A中的虚线包围的区域)处热量输入量比较少而金属材料的熔融处于未充分进行的状态(例如半熔融状态)。然后，如图4B所示的激光照射状态(照射位置S2)那样，在上述轨迹上移动的激光照射位置经过了下板W2上的激光照射位置S2之后，如图4C所示的激光照射状态(照射位置S3)那样，激光照射位置再次到达上板W1上而与激光照射位置S3一致，由此在上述熔融未充分地进行的上板W1的上述区域(上板W1与下板W2已经被焊接的位置的周边的区域；图4C中的由虚线包围的区域)中，通过激光的照射而金属材料完全熔融，而在该激光照射位置也将上板W1与下板W2良好地焊接。即，当达到图 4D所示的激光照射状态(照射位置S4)时，在该图4D中的由虚线包围的区域处熔融的金属材料凝固，由此在该区域中将上板W1与下板 W2良好地焊接。这样的动作在激光照射位置沿着椭圆形的轨迹的每一圈中连续地进行，由此在沿着焊接线L的区域中，金属材料被熔融而上板W1与下板W2被焊接。
另外，在本实施方式的情况下，在向上板W1照射激光时，该上板W1的熔融金属通过重力的作用而容易流入下板W2的熔融部分，这些熔融金属进行混合。即，在将上板W1与下板W2的重叠方向设为铅垂方向的情况下，通过有效地利用重力而更良好地进行上板W1与下板W2的架桥，能确保焊接部位的厚度，上板W1与下板W2以更高的接合强度被焊接。
这样，在本实施方式的激光焊接方法中，在沿着椭圆形的轨迹移动的激光照射位置再次到达上板W1时，在该上板W1上的照射位置处，在到目前为止未充分熔融的区域中使金属材料熔融。即，不向金属材料已完全熔融的区域照射激光。因此，能抑制通过向已完全熔融的区域照射激光而由于小孔效应的压力吹跑熔融金属，能够充分地确保焊接部位(金属材料熔融之后凝固的区域)的厚度(焊道的焊缝厚度)，能够充分地确保焊接部位的接合强度(焊接强度)。
图5及图6A-C是示出上述轨迹上的移动方向为与本实施方式相反的方向(顺时针方向)的比较例的图，图5是用于说明比较例的激光照射位置如何移动的工件w的立体图，图6A-C是用于说明比较例的激光焊接中的激光照射位置的移动状态的将工件w的焊接部位放大表示的图。表示随着激光焊接从图6A所示的状态移向图6C所示的状态而激光照射位置在单点划线所示的椭圆形的轨迹上按照s1、s2、s3的顺序移动的情况。
如图5及图6A-C所示，在该比较例中，向包含上板w1的一部分和下板w2的一部分的激光照射部分照射激光而进行搭接角焊时，激光照射位置以横跨重叠的上板w1与下板w2的交界线即焊接线l的方式、且沿着围绕轨迹中心而呈椭圆形地环绕的轨迹进行移动，并使该轨迹中心沿着与焊接线l平行的方向(图6A-C中的左方向)进行移动。然而，比较例与上述实施例在以下的内容上不同。在图6A-C中，该激光照射位置在围绕上述轨迹中心而呈椭圆形地环绕的轨迹上沿着顺时针方向移动，并使该轨迹中心沿着焊接线l向左方向进行移动。因此，在激光通过上板w1及下板w2的未熔融部分时，向下板w2照射了激光之后，向上板w1照射激光。因此，即使从图6A所示的激光照射状态 (照射位置s1)移向图6B所示的激光照射状态(照射位置s2)而向上板w1照射了激光，上板w1也未被充分地加热，因此上板w1与下板w2成为未架桥的状态。尤其是在上板w1与下板w2之间存在间隙的情况下显著地出现。由此，激光的热量仅停留于上板w1，然后，该激光的热量的大部分被用于上板w1的熔融。因此，在该激光照射位置及其周边部的区域(例如图6B中的由虚线包围的区域)处金属材料完全熔融。然后，如图6C所示的激光照射状态(照射位置s3)那样，在上述轨迹上移动的激光照射位置在上板w1上移动，由此向上述完全熔融的金属材料照射激光，由于小孔效应的压力将熔融金属吹跑，无法充分地确保焊接部位(金属材料熔融之后凝固的区域)的厚度(焊道的焊缝厚度)，难以充分地确保该焊接部位的接合强度(焊接强度)。
与此相对，在本实施方式中，如前所述，在激光照射位置再次到达上板W1时，在该上板W1上的照射位置处，使到目前为止未充分熔融的区域熔融，能抑制通过向已完全熔融的区域照射激光而由于小孔效应的压力吹跑熔融金属。因此，能够充分地确保焊接部位的焊缝厚度，能够充分地确保该焊接部位的接合强度。这样，在本实施方式中，仅通过规定激光照射位置的轨迹(移动轨迹)就能够确保良好的焊接品质，不需要与激光焊接并用其他焊接手段(MIG电弧焊等)，不会引起焊接设备的大型化或复杂化而能够得到高品质的搭接角焊部分 (焊接接头)。
另外，上述铝基金属板比钢板的熔点低，因此在沿着上述椭圆形的轨迹使激光照射位置移动并进行搭接角焊的情况下，在没有特别规定沿着该椭圆形的轨迹的激光照射位置的移动方向的情况下，如前述的比较例那样，有可能向已完全熔融的区域照射激光，可能无法确保充分的焊缝厚度。在本实施方式中，由于如前所述规定了沿着椭圆形的轨迹的激光照射位置的移动方向，因此沿着椭圆形的轨迹移动的激光照射位置再次到达上板W1上时，使到目前为止未充分熔融的区域熔融，能够抑制由于小孔效应的压力吹跑熔融金属。即，本实施方式的激光焊接方法是对于铝基金属板的搭接角焊有效的焊接方法。
-焊接结果-
图7A、B是通过本实施方式的激光焊接而得到的工件W的焊接部位的剖视图。图7A是基于激光的金属材料的熔融区域(焊道B)到达至下板W2的下表面时的工件W的焊接部位的剖视图。是例如激光的输出设定得比较大的情况。另外，图7B是基于激光的金属材料的熔融区域(焊道B)未到达下板W2的下表面时的工件W的焊接部位的剖视图。是例如激光的输出设定得比较小的情况。
图8A、B是上述比较例的通过激光焊接得到的工件w的焊接部位的剖视图。图8A与上述图7A的情况相同地是基于激光的金属材料的熔融区域(焊道b)到达下板w2的下表面时的工件w的焊接部位的剖视图。是例如激光的输出设定得比较大的情况。另外，图8B与上述图 7B的情况相同地是基于激光的金属材料的熔融区域(焊道b)未到达下板w2的下表面时的工件w的焊接部位的剖视图。是例如激光的输出设定得比较小的情况。
在对图7A与图8A进行对比的情况下，在进行了比较例的激光焊接的工件w(图8A)中，焊缝厚度成为图中的t1，未得到充分的尺寸，可能无法充分地得到接合强度。与此相对，在进行了本实施方式的激光焊接的工件W(图7A)中，焊缝厚度的尺寸成为图中的T1，能得到充分的尺寸，也能充分地得到接合强度。在本实施方式的结构中，与比较例的结构相比，焊缝厚度增大30％左右。
相同地，在对图7B与图8B进行对比的情况下，在进行了比较例的激光焊接的工件w(图8B)中，焊缝厚度的尺寸成为图中的t2，未得到充分的尺寸，可能无法充分地得到接合强度。与此相对，在进行了本实施方式的激光焊接的工件W(图7B)中，焊缝厚度的尺寸成为图中的T2，能得到充分的尺寸，也能充分地得到接合强度。
通过上述焊接结果的验证，能够确认到根据本实施方式的焊接方法能得到高品质的搭接角焊部分(焊接接头)的情况。
-其他实施方式-
另外，本发明不限定于上述实施方式，能够进行权利要求书的范围及与该范围等同的范围内包含的全部变形或应用。
例如，在所述实施方式中，说明了作为由在机动车的车身的制造工序中使用的激光焊接装置1实施的激光焊接方法而应用了本发明的情况，但是也能够对其他部件的激光焊接应用本发明。
另外，在上述实施方式中，说明了使激光照射位置沿着椭圆形的轨迹移动，并进行由两块铝基金属板构成的上板W1和下板W2的搭接角焊的情况。但是本发明不限于此，也可以使激光照射位置沿着圆形 (正圆形状)的轨迹移动并进行搭接角焊。另外，对于对三块金属板进行搭接角焊的情况也能够应用本发明。即，使激光照射位置横跨三块金属板地沿着圆形或椭圆形的轨迹移动。另外，在对于钢板进行搭接角焊的情况下也能够应用本发明。另外，在进行使各金属板的重叠方向为水平方向或其他方向的搭接角焊的情况下也能够应用本发明。
另外，在上述实施方式中，通过使多个反射镜31转动来使激光照射位置沿着围绕轨迹中心而呈椭圆形地环绕的轨迹进行移动，并使该轨迹中心沿着与焊接线L平行的方向进行移动。本发明不限于此，也可以通过反射镜31的转动来使激光照射位置沿着围绕轨迹中心的周围而呈椭圆形地环绕的轨迹进行移动，并通过焊接机器人4的各臂45、 46、47的摆动动作来实现该轨迹中心的沿着焊接线L的移动。
本发明能够应用于通过激光进行铝基金属板的搭接角焊的激光焊接方法及实施该激光焊接方法的激光焊接装置。

Claims (6)

1.一种激光焊接方法，从包含第一金属板(W1)和第二金属板(W2)在内的重叠的多块金属板的板厚方向上的第一侧向激光照射区域照射激光而进行搭接角焊，所述激光照射区域包括位于所述多块金属板的板厚方向上的所述第一侧的第一金属板(W1)的一部分和位于所述多块金属板的板厚方向上的第二侧的第二金属板(W2)的一部分，所述激光焊接方法的特征在于，
使激光照射位置以横跨所述第一金属板(W1)与所述第二金属板(W2)之间的交界线即焊接线(L)的方式、且沿着围绕轨迹中心而呈圆形或椭圆形地环绕的轨迹进行移动，并使所述轨迹中心沿着与所述焊接线(L)平行的方向进行移动，其中，
所述激光照射位置的沿着所述轨迹的移动方向被规定为，在所述激光通过在与所述焊接线(L)平行的方向上比所述激光已经通过的范围(X)靠下游侧的部分即所述第一金属板(W1)和所述第二金属板(W2)的未熔融部分时，首先向所述第一金属板(W1)照射所述激光，然后向所述第二金属板(W2)照射所述激光。
2.根据权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，
所述第一金属板(W1)与所述第二金属板(W2)以所述第二金属板(W2)的前端面从所述第一金属板(W1)的前端面错开以形成阶梯形状的方式重叠。
3.根据权利要求1或2所述的激光焊接方法，其特征在于，
所述第一金属板(W1)为上板，所述第二金属板(W2)为下板，所述上板及所述下板在铅垂方向上重叠，
从上方对所述激光照射部分照射所述激光，
所述激光照射位置的沿着所述轨迹的移动方向被规定为，在所述激光通过在与所述焊接线(L)平行的方向上比所述激光已经通过的范围(X)靠下游侧的部分即所述上板及所述下板的未熔融部分时，首先向所述上板照射所述激光，然后向所述下板照射所述激光。
4.根据权利要求1或2所述的激光焊接方法，其特征在于，
所述第一金属板(W1)为下板，所述第二金属板(W2)为上板，所述上板及所述下板在铅垂方向上重叠，
从下方对所述激光照射部分照射所述激光，
所述激光照射位置的沿着所述轨迹的移动方向被规定为，在所述激光通过在与所述焊接线(L)平行的方向上比所述激光已经通过的范围(X)靠下游侧的部分即所述上板及所述下板的未熔融部分时，首先向所述下板照射所述激光，然后向所述上板照射所述激光。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的激光焊接方法，其特征在于，
各所述金属板由铝基金属板构成。
6.一种激光焊接装置，实施基于权利要求1～5中任一项所述的激光焊接方法的搭接角焊，所述激光焊接装置的特征在于，包括：
扫描部(31、33)，构成为使所述激光照射位置进行移动；及
激光扫描控制部(51)，构成为如下地对所述扫描部(31、33)进行控制，使所述激光照射位置以横跨所述焊接线(L)的方式、且沿着围绕所述轨迹中心而呈圆形或椭圆形地环绕的所述轨迹移动，并使所述轨迹中心沿着与所述焊接线(L)平行的方向移动，所述焊接线(L)是位于所述多块金属板的板厚方向上的所述第一侧的所述第一金属板(W1)与位于所述多块金属板的板厚方向上的所述第二侧的所述第二金属板(W2)之间的交界线，其中，
所述激光扫描控制部(51)构成为，使基于所述扫描部(31、33)的所述激光照射位置如下地进行移动：在所述激光通过在与所述焊接线(L)平行的方向上比所述激光已经通过的所述范围(X)靠下游侧的部分即各所述金属板的所述未熔融部分时，首先向所述第一金属板(W1)照射所述激光，然后向所述第二金属板(W2)照射所述激光。
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