JP2008213004A - Laser welding method and laser welding apparatus - Google Patents

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Yosuke Otsuka
陽介 大塚
Naoki Kawada
直樹 河田
Tadashi Sobagaki
正 側垣
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the strain of workpieces after welding and to secure sufficient welding strength and hermetic property. <P>SOLUTION: The workpieces 10A, 10B are superposed and mounted on a movable stage 25, and in combination with irradiation of the workpieces 10A, 10B with laser beams from a laser head 27, the workpieces 10A, 10B are scanned in an arrow A direction by the movable stage 25. At this time, a first weld zone W1 penetrating while including the superposed surface 15 of the workpieces 10A, 10B is formed and thereafter, a second weld zone W2 deeper in the penetration depth than the first weld zone W1 is formed continuously with the first weld zone W1. Then, the weld zone W where the weld zones W1, W2 are alternately and continuously formed is formed by repeating formation of the weld zones W1, W2. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、レーザビームの照射によって複数の被加工物を互いに溶接するための溶接部を形成するレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置に関する。   The present invention relates to a laser welding method and a laser welding apparatus for forming a weld for welding a plurality of workpieces to each other by irradiation with a laser beam.

従来、レーザ溶接方法として、複数の被加工物を重ね合せ、レーザビームを移動しながら連続的に照射することにより、これらの被加工物を溶接するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−３２９４１２号公報 Conventionally, a laser welding method is known in which a plurality of workpieces are overlapped and these workpieces are welded by continuous irradiation while moving a laser beam (for example, Patent Document 1). reference).
JP 2005-329412 A

しかしながら、上述したようなレーザ溶接方法では、レーザビームを連続的に照射することにより被加工物への入熱が比較的大きくなり易く、溶接後において被加工物が歪むおそれがある。一方、かかる被加工物の歪みを抑制するためにレーザビームの出力を低くすることが考えられるが、この場合には、被加工物の溶け込みが不十分になり、溶接強度及び密閉性が不十分になるおそれがある。   However, in the laser welding method as described above, the heat input to the workpiece tends to be relatively large by continuously irradiating the laser beam, and the workpiece may be distorted after welding. On the other hand, it is conceivable to reduce the output of the laser beam in order to suppress the distortion of the workpiece, but in this case, the workpiece is not sufficiently melted and the welding strength and the sealing performance are insufficient. There is a risk of becoming.

そこで、本発明は、溶接後の被加工物の歪みを抑制すると共に、十分な溶接強度及び密閉性を確保することができるレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置を提供することを課題とする。   Then, this invention makes it a subject to provide the laser welding method and laser welding apparatus which can ensure sufficient welding strength and sealing performance while suppressing the distortion of the workpiece after welding.

上記課題を解決するため、本発明に係るレーザ溶接方法は、互いに重ね合わせた複数の被加工物に対し、レーザビームを照射しながら相対移動することにより、溶接部を形成するレーザ溶接方法であって、被加工物の重ね合わせ面を含んで溶け込む第１溶接部と、第１溶接部よりも溶け込み深さが深い第２溶接部と、を交互に連続するように形成することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, a laser welding method according to the present invention is a laser welding method in which a welded portion is formed by relatively moving a plurality of workpieces superimposed on each other while irradiating a laser beam. The first welded portion to be melted including the overlapped surface of the workpiece and the second welded portion having a deeper depth of penetration than the first welded portion are alternately formed. .

また、本発明に係るレーザ溶接装置は、互いに重ね合わせた複数の被加工物に対し、レーザビームを照射しながら相対移動することにより、溶接部を形成するレーザ溶接装置であって、レーザビームを被加工物に対して照射するレーザ光源と、レーザビームを被加工物に対して相対移動させる駆動手段と、レーザ光源又は駆動手段の動作を制御する制御手段を備え、制御手段は、被加工物の重ね合わせ面を含んで溶け込む第１溶接部と、第１溶接部よりも溶け込み深さが深い第２溶接部と、が交互に連続して形成されるように、レーザ光源又は駆動手段を制御することを特徴とする。   A laser welding apparatus according to the present invention is a laser welding apparatus for forming a welded portion by moving relatively while irradiating a laser beam to a plurality of workpieces superimposed on each other. A laser light source for irradiating the workpiece; a driving means for moving the laser beam relative to the workpiece; and a control means for controlling the operation of the laser light source or the driving means. The laser light source or the driving means is controlled so that the first welded portion including the overlapping surface and the second welded portion having a deeper penetration depth than the first welded portion are alternately and continuously formed. It is characterized by doing.

このような本発明によれば、被加工物の重ね合わせ面を含んで溶け込む第１溶接部と、この第１溶接部よりも溶け込み深さが深い第２溶接部とを交互に連続するように形成されるため、第１溶接部にて被加工物への入熱を低減しつつ被加工物の密閉性を確保できる共に、第２溶接部にて被加工物を十分に溶け込ませ被加工物の溶接強度を十分に確保できる。従って、本発明によれば、溶接後の被加工物の歪みを抑制することができると共に、十分な溶接強度及び密閉性を確保することが可能となる。   According to the present invention, the first welded portion that melts including the overlapped surface of the workpiece and the second welded portion that has a deeper penetration depth than the first welded portion are alternately continued. Therefore, while the heat input to the work piece can be reduced at the first welded portion, the work piece can be hermetically sealed and the work piece can be sufficiently melted at the second welded portion. The welding strength can be sufficiently secured. Therefore, according to the present invention, distortion of the workpiece after welding can be suppressed, and sufficient welding strength and sealing performance can be ensured.

また、レーザビームの出力を第１出力域と当該第１出力域よりも大きい第２出力域との間で変動しながら、レーザビームを照射することにより、出力が第１出力域にあるときに第１溶接部を形成し、出力が第２出力域にあるときに第２溶接部を形成することが好ましい。また、制御手段は、制御手段は、レーザビームの出力を第１出力域と当該第１出力域よりも大きい第２出力域との間で変動させながらレーザビームを照射させることにより、出力が第１出力域にあるときに第１溶接部を形成させ、出力が第２出力域にあるときに第２溶接部を形成させることが好ましい。これらの場合、レーザビームの出力が第１出力域にあるときには溶け込み深さを比較的浅くでき、レーザビームの出力が第２出力域にあるときには溶け込み深さを十分に深くすることができ、よって、レーザビームの出力変動に応じて第１溶接部及び第２溶接部を好適に形成することが可能となる。   Further, when the output is in the first output region by irradiating the laser beam while changing the output of the laser beam between the first output region and the second output region larger than the first output region. Preferably, the first weld is formed and the second weld is formed when the output is in the second output region. In addition, the control unit causes the laser beam to be irradiated while changing the output of the laser beam between the first output region and the second output region larger than the first output region, so that the output becomes the first. It is preferable to form the first weld when the output is in the first output region and to form the second weld when the output is in the second output region. In these cases, the penetration depth can be made relatively shallow when the laser beam output is in the first output region, and the penetration depth can be made sufficiently deep when the laser beam output is in the second output region. The first welded portion and the second welded portion can be suitably formed according to the output fluctuation of the laser beam.

また、レーザビームの被加工物に対する相対移動速度を第１速度域と当該第１速度域よりも遅い第２速度域との間で変動しながら、レーザビームを相対移動することにより、相対移動速度が第１相対速度域にあるときに第１溶接部を形成し、相対移動速度が第２相対速度域にあるときに第２溶接部を形成することが好ましい。また、制御手段は、レーザビームの被加工物に対する相対移動速度を第１速度域と当該第１速度域よりも遅い第２速度域との間で変動させながら、レーザビームを相対移動させることにより、相対移動速度が第１相対速度域にあるときに第１溶接部を形成させ、相対移動速度が第２相対速度域にあるときに第２溶接部を形成させることが好ましい。これらの場合、レーザビームの相対移動速度が第１相対速度域にあるときには溶け込み深さを比較的浅くでき、レーザビームの相対移動速度が第２相対速度域にあるときには溶け込み深さを十分に深くすることができ、よって、レーザビームの相対移動速度の変動に応じて第１溶接部及び第２溶接部を好適に形成することが可能となる。   Further, the relative movement speed of the laser beam relative to the workpiece is relatively moved by changing the relative movement speed between the first speed range and the second speed range slower than the first speed range. It is preferable to form the first weld when the is in the first relative speed range and to form the second weld when the relative movement speed is in the second relative speed range. The control means moves the laser beam relative to each other while changing the relative moving speed of the laser beam with respect to the workpiece between the first speed range and the second speed range that is slower than the first speed range. Preferably, the first weld is formed when the relative movement speed is in the first relative speed range, and the second weld is formed when the relative movement speed is in the second relative speed range. In these cases, the penetration depth can be relatively shallow when the relative movement speed of the laser beam is in the first relative velocity range, and the penetration depth is sufficiently deep when the relative movement speed of the laser beam is in the second relative velocity range. Therefore, it is possible to suitably form the first welded portion and the second welded portion in accordance with fluctuations in the relative moving speed of the laser beam.

本発明によれば、溶接後の被加工物の歪みを抑制すると共に、十分な溶接強度及び密閉性を確保することが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while suppressing the distortion of the workpiece after welding, it becomes possible to ensure sufficient welding strength and sealing performance.

以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図１は、本発明の第１実施形態に係るレーザ溶接装置を示す概略図である。図１に示すように、レーザ溶接装置１は、例えば鉄道車両構体に用いる板状部材である外板パネル及び骨部材（以下、これらを「ワーク（被加工部材）１０Ａ，１０Ｂ」と称す）を重ね溶接するためのものであり、ここでは、互いに重ねられたワーク１０Ａ，１０Ｂにワーク１０Ａ側からレーザビームを照射して、ワーク１０Ａ，１０Ｂを互いに溶接するための溶接部Ｗを形成する。なお、以下の説明においては、ワーク１０Ａ，１０Ｂにおいて照射方向から見て略中央部分に直線状の溶接部Ｗを形成する場合について例示する。   FIG. 1 is a schematic view showing a laser welding apparatus according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the laser welding apparatus 1 includes, for example, an outer plate panel and a bone member (hereinafter referred to as “workpieces (workpieces) 10 </ b> A, 10 </ b> B”) that are plate-like members used in a railway vehicle structure. In this case, the workpieces 10A and 10B overlapped with each other are irradiated with a laser beam from the workpiece 10A side to form a welded portion W for welding the workpieces 10A and 10B to each other. In addition, in the following description, the case where the linear welding part W is formed in the substantially center part seeing from the irradiation direction in the workpiece | work 10A, 10B is illustrated.

このレーザ溶接装置１は、送り装置２１と、ワーク固定装置２２と、レーザ照射装置２３と、ガス供給装置２４とを備えている。これらの各装置２１〜２４は、上位の制御部（図示しない）に接続され、この制御部から出力される動作指示情報に従って、各動作を自動で実行する。   The laser welding apparatus 1 includes a feeding device 21, a workpiece fixing device 22, a laser irradiation device 23, and a gas supply device 24. Each of these devices 21 to 24 is connected to a higher-level control unit (not shown), and automatically executes each operation according to operation instruction information output from this control unit.

送り装置２１は、ワーク１０Ａ，１０Ｂへのレーザビームの照射位置を走査させる装置であり、ワーク１０Ａ，１０Ｂを載置可能な可動ステージ（駆動手段）２５を有している。この送り装置２１は、制御部から走査開始を指示する旨の動作指示情報を受け取ると、可動ステージ２５を矢印Ａ方向に一定の速度で走査（移動）させる。これにより、可動ステージ２５に載置されたワーク１０Ａ，１０Ｂは、溶接予定領域Ｒに沿って、レーザ照射装置２３によるレーザビームの照射位置に対して相対的に移動する。つまり、送り装置２１は、レーザビームをワーク１０Ａ，１０Ｂに対して相対移動する。   The feeding device 21 is a device that scans the irradiation position of the laser beam onto the workpieces 10A and 10B, and has a movable stage (driving means) 25 on which the workpieces 10A and 10B can be placed. When the feeding device 21 receives operation instruction information for instructing the start of scanning from the control unit, the feeding device 21 scans (moves) the movable stage 25 in the direction of arrow A at a constant speed. Thereby, the workpieces 10A and 10B placed on the movable stage 25 move relative to the irradiation position of the laser beam by the laser irradiation device 23 along the planned welding region R. That is, the feeder 21 moves the laser beam relative to the workpieces 10A and 10B.

ワーク固定装置２２は、ワーク１０Ａ，１０Ｂを可動ステージ２５に固定する装置であり、長尺の押さえ板２６ａを有する加圧治具２６を複数（ここでは２つ）有している。このワーク固定装置２２は、制御部から動作開始を指示する動作指示情報を受け取ると、可動ステージ２５に載置されたワーク１０Ａ，１０Ｂの上方から長尺の加圧治具２６を下降させる。そして、長尺の押さえ板２６ａによって、溶接予定領域Ｒを挟んだワーク１０Ａ，１０Ｂの両端部分を可動ステージ２５に押し付けることにより、溶接予定領域Ｒ近傍のワーク１０Ａ，１０Ｂの密着性を向上させる。   The workpiece fixing device 22 is a device that fixes the workpieces 10A and 10B to the movable stage 25, and includes a plurality (two in this case) of pressure jigs 26 each having a long pressing plate 26a. When receiving the operation instruction information for instructing the operation start from the control unit, the workpiece fixing device 22 lowers the long pressurizing jig 26 from above the workpieces 10A and 10B placed on the movable stage 25. And the adhesiveness of the workpiece | work 10A, 10B of the welding scheduled area | region R vicinity is improved by pressing the both ends of the workpiece | work 10A, 10B which pinched | interposed the welding planned area | region R against the movable stage 25 with the elongate pressing plate 26a.

レーザ照射装置２３は、ワーク１０Ａ，１０Ｂの溶接予定領域Ｒに対して連続的にレーザビームを照射する装置であり、ワーク１０Ａ，１０Ｂの上方に配置されるレーザヘッド（レーザ光源）２７を有している。レーザ照射装置２３は、制御部から照射開始を指示する動作指示情報を受け取ると、レーザヘッド２７の先端から、ＹＡＧレーザを出射する。このレーザ照射装置２３には制御装置（制御手段）１４が接続されている。   The laser irradiation device 23 is a device that continuously irradiates a laser beam to the welding planned regions R of the workpieces 10A and 10B, and has a laser head (laser light source) 27 disposed above the workpieces 10A and 10B. ing. When receiving the operation instruction information for instructing the start of irradiation from the control unit, the laser irradiation device 23 emits a YAG laser from the tip of the laser head 27. A control device (control means) 14 is connected to the laser irradiation device 23.

制御装置１４は、可動ステージ２５及びレーザヘッド２７の動作を制御するものであり、具体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等により構成され、ＲＯＭに保持されるソフトウエアをＣＰＵで実行することにより、レーザビームのレーザ出力を変動させる。レーザ出力は、最大ピークと最小ピークとの差が比較的大きなものとされており、図２に示すようなサイン波とされている。ここでのレーザ出力は、最小ピークを含む第１出力域と、当該第１出力域よりも大きく最大ピークを含む第２出力域とが交互に連続するように変動している。なお、図中の横軸に示すワーク上のレーザビーム位置は、溶接予定領域Ｒにおいてレーザビームの照射の始点側を基準としている。   The control device 14 controls the operation of the movable stage 25 and the laser head 27. Specifically, the control device 14 includes a CPU, a ROM, a RAM, and the like, and executes software held in the ROM by the CPU. Thus, the laser output of the laser beam is changed. The laser output has a relatively large difference between the maximum peak and the minimum peak, and is a sine wave as shown in FIG. The laser output here fluctuates so that the first output region including the minimum peak and the second output region including the maximum peak larger than the first output region are alternately continued. The laser beam position on the workpiece shown on the horizontal axis in the drawing is based on the start point side of the laser beam irradiation in the planned welding region R.

図１に戻り、ガス供給装置２４は、ワーク１０Ａ，１０Ｂの溶接予定領域Ｒに対してアシストガスを供給する装置であり、ワーク１０Ａ，１０Ｂに対して約４５度傾斜するように配置された供給ノズル２８を有している。ガス供給装置２４は、レーザ照射装置２３の動作中に制御部から供給開始を指示する動作指示情報を受け取ると、所定の供給量でレーザビームの照射位置にアシストガスを供給する。アシストガスとしては、ワーク１０Ａ，１０Ｂの酸化防止及びスパッタ防止等を目的として、ヘリウムガス又はアルゴンガス等が用いられる。   Returning to FIG. 1, the gas supply device 24 is a device that supplies assist gas to the planned welding region R of the workpieces 10 </ b> A and 10 </ b> B. A nozzle 28 is provided. When the gas supply device 24 receives operation instruction information for instructing start of supply from the control unit during the operation of the laser irradiation device 23, the gas supply device 24 supplies assist gas to the irradiation position of the laser beam with a predetermined supply amount. As the assist gas, helium gas, argon gas, or the like is used for the purpose of preventing oxidation and sputtering of the workpieces 10A and 10B.

次に、説明したレーザ溶接装置１の動作について説明する。まず、ワーク１０Ａ，１０Ｂを可動ステージ２５に重ねて載置し、上方から加圧治具２６を下降させてワーク１０Ａ，１０Ｂを可動ステージ２５に固定する。   Next, the operation of the described laser welding apparatus 1 will be described. First, the workpieces 10 </ b> A and 10 </ b> B are placed on the movable stage 25, and the pressing jig 26 is lowered from above to fix the workpieces 10 </ b> A and 10 </ b> B to the movable stage 25.

続いて、制御部からワーク固定装置２２、レーザ照射装置２３、送り装置２１、及びガス供給装置２４の各装置に動作指示情報を出力し、レーザ照射、ワーク送り、及びアシストガスの供給を開始する。レーザヘッド２７からは、レーザビームをワーク１０Ａ，１０Ｂに照射し、これに併せて、可動ステージ２５により速度約１０ｍ／ｓでワーク１０Ａ，１０Ｂを矢印Ａ方向に走査する。   Subsequently, the control unit outputs operation instruction information to each of the workpiece fixing device 22, the laser irradiation device 23, the feeding device 21, and the gas supply device 24, and starts laser irradiation, workpiece feeding, and supply of assist gas. . The laser head 27 irradiates the workpieces 10A and 10B with a laser beam, and simultaneously, the workpieces 10A and 10B are scanned in the direction of arrow A by the movable stage 25 at a speed of about 10 m / s.

このとき、まず、制御装置１４によりレーザビームのレーザ出力を第１出力域とし、当該レーザビームをレーザヘッド２７から照射しながら、ワーク１０Ａ，１０Ｂを矢印Ａ方向に走査する。これにより、レーザビームのエネルギ量が比較的小さいためにワーク１０Ａ，１０Ｂが比較的浅く溶け込み、ワーク１０Ａ，１０Ｂの重ね合わせ面１５を含んで溶け込む第１溶接部Ｗ１が形成される。   At this time, first, the control device 14 sets the laser output of the laser beam as the first output region, and scans the workpieces 10A and 10B in the arrow A direction while irradiating the laser beam from the laser head 27. Thereby, since the energy amount of the laser beam is relatively small, the workpieces 10A and 10B melt relatively shallowly, and the first welded portion W1 that melts including the overlapping surface 15 of the workpieces 10A and 10B is formed.

続いて、制御装置１４によりレーザビームのレーザ出力を第１出力域より大きい第２出力域とし、当該レーザビームをレーザヘッド２７から照射しながら、ワーク１０Ａ，１０Ｂを矢印Ａ方向に走査する。これにより、レーザビームのエネルギ量が大きいためにワーク１０Ａ，１０Ｂが十分に深く溶け込み、第１溶接部Ｗ１よりも溶け込み深さが深い第２溶接部Ｗ２が当該第１溶接部Ｗ１に連続して形成される。   Subsequently, the control device 14 sets the laser output of the laser beam to a second output region larger than the first output region, and scans the workpieces 10A and 10B in the direction of arrow A while irradiating the laser beam from the laser head 27. Thereby, since the energy amount of the laser beam is large, the workpieces 10A and 10B are sufficiently deeply melted, and the second welded portion W2 having a deeper melt depth than the first welded portion W1 is continuously connected to the first welded portion W1. It is formed.

続いて、再び、制御装置１４によりレーザビームのレーザ出力を第１出力域とし、当該レーザビームをレーザヘッド２７から照射しながら、ワーク１０Ａ，１０Ｂを矢印Ａ方向に走査し、これにより、第１溶接部Ｗ１が第２溶接部Ｗ２に連続して形成される。そして、このような溶接部Ｗ１，Ｗ２，Ｗ１の形成を繰り返すことで、溶接部Ｗ１，Ｗ２が交互に連続して形成されて成る溶接部Ｗが形成されることとなる。   Subsequently, again, the control device 14 sets the laser output of the laser beam as the first output region, and scans the workpieces 10A and 10B in the direction of the arrow A while irradiating the laser beam from the laser head 27. A welded portion W1 is formed continuously with the second welded portion W2. Then, by repeating the formation of the welded portions W1, W2, and W1, a welded portion W formed by alternately and continuously forming the welded portions W1 and W2 is formed.

図３は、溶接後のワークの加工予定領域に沿った側断面図である。図３に示すように、溶接部Ｗは、ワーク１０Ａ，１０Ｂが比較的浅く溶け込んでいる第１溶接部Ｗ１と、ワーク１０Ａ，１０Ｂが十分に深く溶け込んでいる第２溶接部Ｗ２と、が交互に所定間隔（例えば約５ｍｍ）で連続するようになっている。この溶接部Ｗは、ワーク１０Ｂの上面１１から見て、図４に示すように、所定間隔で形成された略円形状の第２溶接部Ｗ２が、第１溶接部Ｗ１により連結され連続している。   FIG. 3 is a side cross-sectional view taken along a planned machining area of the workpiece after welding. As shown in FIG. 3, in the welded portion W, the first welded portion W1 in which the workpieces 10A and 10B are relatively shallowly melted and the second welded portion W2 in which the workpieces 10A and 10B are sufficiently deeply melted are alternated. In a predetermined interval (for example, about 5 mm). As shown in FIG. 4, the welded portion W is formed by connecting substantially circular second welded portions W2 formed at predetermined intervals by the first welded portion W1 as seen from the upper surface 11 of the workpiece 10B. Yes.

従って、本実施形態によれば、第１溶接部Ｗ１にてワーク１０Ａ，１０Ｂへの入熱を低減しつつワーク１０Ａ，１０Ｂの水密性や気密性等の密閉性を確保できる共に、第２溶接部Ｗ２にてワーク１０Ａ，１０Ｂを十分に溶け込ませワーク１０Ａ，１０Ｂの溶接強度を十分に確保できる。よって、溶接後のワーク１０Ａ，１０Ｂの歪みを抑制することができると共に、十分な溶接強度及び密閉性を確保することができる。   Therefore, according to the present embodiment, the first welding portion W1 can secure the sealing properties such as water tightness and air tightness of the workpieces 10A and 10B while reducing the heat input to the workpieces 10A and 10B, and the second welding. The workpieces 10A and 10B can be sufficiently melted at the portion W2 to sufficiently secure the welding strength of the workpieces 10A and 10B. Therefore, distortion of the workpieces 10A and 10B after welding can be suppressed, and sufficient welding strength and sealing performance can be ensured.

また、本実施形態では、上述したように、レーザ出力を第１出力域と当該第１出力域よりも大きい第２出力域との間で変動させながらレーザビームを照射し、レーザ出力が第１出力域にあるときに第１溶接部Ｗ１を形成し、レーザ出力が第２出力域にあるときに第２溶接部Ｗ２を形成するため、レーザビームの出力変動に応じて溶接部Ｗ１，Ｗ２を好適に形成することができ、よって、レーザ出力を調整することにより、上記効果、すなわち溶接後のワーク１０Ａ，１０Ｂの歪みを抑制すると共に十分な溶接強度及び密閉性を確保するという効果を所望に得ることができる。   Further, in the present embodiment, as described above, the laser output is irradiated while changing the laser output between the first output region and the second output region larger than the first output region, and the laser output is the first. The first weld W1 is formed when in the output region, and the second weld W2 is formed when the laser output is in the second output region. Therefore, by adjusting the laser output, the above effect, that is, the effect of suppressing distortion of the workpieces 10A and 10B after welding and ensuring sufficient welding strength and sealing performance is desired. Obtainable.

なお、本実施形態では、溶接部Ｗは、ワーク１０Ｂの下面１２に露出しない非貫通のものとなっており、ワーク１０Ｂでの溶接痕が目立たなくされている。   In the present embodiment, the welded portion W is a non-penetrating part that is not exposed on the lower surface 12 of the workpiece 10B, and the welding marks on the workpiece 10B are made inconspicuous.

次に、本発明の第２実施形態に係るレーザ溶接装置について説明する。図５に示すように、第２実施形態のレーザ溶接装置３０が上記第１実施形態のレーザ溶接装置１と異なる点は、レーザヘッド２７を有するレーザ照射装置２３（図１参照）に代えて、一定のレーザ出力でレーザビームを出射するレーザヘッド３７を有するレーザ照射装置３３を備え、制御装置１４（図１）に代えて、制御装置３４を備えた点である。   Next, a laser welding apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 5, the laser welding device 30 of the second embodiment is different from the laser welding device 1 of the first embodiment in place of the laser irradiation device 23 (see FIG. 1) having a laser head 27. A laser irradiation device 33 having a laser head 37 that emits a laser beam with a constant laser output is provided, and a control device 34 is provided instead of the control device 14 (FIG. 1).

制御装置３４は、揺動装置（揺動手段）３１を有している。この揺動装置３１は、レーザビームをワーク１０Ａ，１０Ｂに向けて集光するレンズ２９を揺動するものである。具体的には、揺動装置３１は、レンズ２９に設けられ紙面垂直方向に延在する軸Ｚを中心にして、例えば約±５°の範囲で当該レンズ２９を角速度ωで揺動し（図中の破線参照）、レーザビームのワーク１０Ａ上の照射位置を矢印Ａ方向に沿って振動させる。よって、制御装置３４は、揺動装置３１を制御し、レンズ２９を角速度ωで揺動させ、レーザビームの相対移動速度ｖを変動させる。この相対移動速度ｖは、その速度が比較的速い第１相対速度域と、第１相対速度域よりも遅く且つ略０の第２相対速度域とが交互に連続するように変動している。揺動装置３１としては、ピエゾ素子を用いたピエゾ機構、カムを用いたカム機構若しくは電磁石を用いた電磁石機構等が挙げられる。   The control device 34 has a swing device (swing means) 31. The swing device 31 swings a lens 29 that focuses the laser beam toward the workpieces 10A and 10B. Specifically, the oscillating device 31 oscillates the lens 29 at an angular velocity ω within a range of about ± 5 °, for example, about an axis Z provided in the lens 29 and extending in the direction perpendicular to the paper surface (see FIG. The laser beam irradiation position on the workpiece 10A is vibrated along the arrow A direction. Therefore, the control device 34 controls the oscillating device 31 to oscillate the lens 29 at the angular velocity ω, thereby changing the relative moving speed v of the laser beam. The relative movement speed v fluctuates so that the first relative speed range where the speed is relatively high and the second relative speed range which is slower than the first relative speed range and substantially 0 are alternately continued. Examples of the oscillating device 31 include a piezo mechanism using a piezo element, a cam mechanism using a cam, or an electromagnet mechanism using an electromagnet.

この本実施形態によれば、レーザヘッド２７からレーザビームを照射しながら可動ステージ２５でワーク１０Ａ，１０Ｂを矢印Ａ方向に走査するのに併せて、制御装置３４で以下の制御を実施する。   According to the present embodiment, the control device 34 performs the following control in conjunction with scanning the workpieces 10A and 10B in the direction of arrow A by the movable stage 25 while irradiating the laser beam from the laser head 27.

すなわち、まず、制御装置１４により揺動装置３１を制御してレンズ２９を角速度ωで揺動させ、レーザビームのワーク１０Ａ上の照射位置を振動させ、レーザビームの相対移動速度ｖを比較的速い第１相対速度域とする。そして、レーザビームを照射しながら当該第１相対速度域の相対速度でレーザビームを相対移動することにより、照射位置において実質的な照射時間が短いためにワーク１０Ａ，１０Ｂが比較的浅く溶け込み、ワーク１０Ａ，１０Ｂの重ね合わせ面１５を含んで溶け込む第１溶接部Ｗ１が形成される。   That is, first, the control device 14 controls the oscillating device 31 to oscillate the lens 29 at an angular velocity ω, oscillate the irradiation position of the laser beam on the workpiece 10A, and relatively increase the relative moving speed v of the laser beam. The first relative speed range. Then, by relatively moving the laser beam at the relative speed in the first relative speed region while irradiating the laser beam, the workpieces 10A and 10B are relatively shallowly melted because the substantial irradiation time is short at the irradiation position. A first welded portion W1 that melts including the overlapping surface 15 of 10A and 10B is formed.

続いて、制御装置１４により揺動装置３１を制御してレンズ２９を揺動させ、レーザビームのワーク１０Ａ上の照射位置を振動させ、レーザビームの照射位置の速度を走査速度Ｖの絶対値と略等しい絶対値で且つ速度の向きが逆とし、相対移動速度ｖを第１相対速度よりも遅く且つ略０の第２相対速度域の速度とする。そして、レーザビームを照射しながら当該第２相対速度域の相対速度でレーザビームを相対移動することより、照射位置において実質的な照射時間が長いためにワーク１０Ａ，１０Ｂが比較的深く溶け込み、第１溶接部Ｗ１よりも溶け込み深さが深い第２溶接部Ｗ２が当該第１溶接部Ｗ１に連続して形成される。   Subsequently, the control device 14 controls the oscillating device 31 to oscillate the lens 29, oscillates the irradiation position of the laser beam on the workpiece 10 </ b> A, and sets the velocity of the laser beam irradiation position to the absolute value of the scanning velocity V. The absolute values are substantially equal and the direction of the speed is reversed, and the relative movement speed v is set to a speed in the second relative speed range that is slower than the first relative speed and substantially zero. Then, by relatively moving the laser beam at the relative speed in the second relative speed region while irradiating the laser beam, the workpieces 10A and 10B melt relatively deeply because the substantial irradiation time is long at the irradiation position, and the first A second welded portion W2 having a deeper penetration depth than the one welded portion W1 is formed continuously with the first welded portion W1.

続いて、再び、揺動装置３１を制御してレンズ２９を角速度ωで揺動させ、レーザビームのワーク１０Ａ上の照射位置を振動させ、レーザビームの相対移動速度ｖを比較的速い第１相対速度域とし、そして、レーザビームを照射しながら当該第１相対速度域の相対速度でレーザビームを相対移動することにより、第２溶接部Ｗ１に連続して第１溶接部Ｗ１が形成される。そして、このような溶接部Ｗ１，Ｗ２，Ｗ１の形成を繰り返すことで、溶接部Ｗ１，Ｗ２が交互に連続して形成されて成る溶接部Ｗが形成されることとなる。   Subsequently, the oscillating device 31 is controlled again to oscillate the lens 29 at the angular velocity ω, oscillate the irradiation position of the laser beam on the workpiece 10A, and the relative movement speed v of the laser beam is relatively fast. The first welded portion W1 is formed continuously with the second welded portion W1 by setting the velocity region and relatively moving the laser beam at a relative speed in the first relative velocity region while irradiating the laser beam. Then, by repeating the formation of the welded portions W1, W2, and W1, a welded portion W formed by alternately and continuously forming the welded portions W1 and W2 is formed.

従って、本実施形態では、上記実施形態と同様な効果、すなわち、溶接後のワーク１０Ａ，１０Ｂの歪みを抑制することができると共に、十分な溶接強度及び密閉性を確保することができるという効果を奏する。   Therefore, in this embodiment, the same effect as the above embodiment, that is, the effect that the distortion of the workpieces 10A and 10B after welding can be suppressed and sufficient welding strength and sealing performance can be secured. Play.

また、本実施形態では、上述したように、レーザビームのワーク１０Ａ，１０Ｂに対する相対移動速度ｖを第１速度域と当該第１速度域よりも遅い第２速度域との間で変動しながら、レーザビームを相対移動するため、相対移動速度ｖの変動に応じて溶接部Ｗ１，Ｗ２を好適に形成することができる。よって、相対移動速度ｖを調整することにより、上記効果、すなわち溶接後のワーク１０Ａ，１０Ｂの歪みを抑制すると共に十分な溶接強度及び密閉性を確保するという効果を所望に得ることができる。   In the present embodiment, as described above, while the relative moving speed v of the laser beam with respect to the workpieces 10A and 10B varies between the first speed range and the second speed range that is slower than the first speed range, Since the laser beam is relatively moved, the welded portions W1 and W2 can be suitably formed according to the fluctuation of the relative moving speed v. Therefore, by adjusting the relative moving speed v, the above effect, that is, the effect of suppressing the distortion of the workpieces 10A and 10B after welding and ensuring sufficient welding strength and sealing performance can be obtained as desired.

なお、レーザビームのワーク１０Ａ，１０Ｂに対する相対移動速度ｖを第２速度域（略０）にするため、可動ステージ２５の走査を停止させる場合もあるが、この場合、可動ステージ２５の質量が重いこと、及び第１溶接部Ｗ１と第２溶接部Ｗ２との間隔が比較的小さいこと等から、イナーシャが大きくなり可動ステージ２５を精度よく停止させることが困難である。これに対し、本実施形態では、上述したように、制御装置３４が有する揺動装置３１によりレンズ２９を揺動することでレーザビームのワーク１０Ａ，１０Ｂに対する相対移動速度ｖを制御するため、相対移動速度ｖを精度よく且つ好適に０に近づけることができる。   In order to set the relative movement speed v of the laser beam to the workpieces 10A and 10B to the second speed range (substantially 0), the scanning of the movable stage 25 may be stopped. In this case, the mass of the movable stage 25 is heavy. In addition, since the distance between the first welded portion W1 and the second welded portion W2 is relatively small, the inertia is increased and it is difficult to accurately stop the movable stage 25. In contrast, in the present embodiment, as described above, the relative movement speed v of the laser beam with respect to the workpieces 10A and 10B is controlled by swinging the lens 29 by the swinging device 31 included in the control device 34. The moving speed v can be brought close to 0 accurately and preferably.

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。   The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment.

例えば、上記実施形態では、可動ステージ２５を走査してレーザビームをワーク１０Ａ，１０Ｂに対して相対移動させたが、レーザ照射装置を移動してレーザビームをワークに対して相対移動してもよい。また、上記実施形態では、揺動装置３１によりレンズ２９を揺動したが、レーザ照射装置自体を揺動してもよい。   For example, in the above embodiment, the movable stage 25 is scanned to move the laser beam relative to the workpieces 10A and 10B. However, the laser irradiation apparatus may be moved to move the laser beam relative to the workpiece. . Moreover, in the said embodiment, although the lens 29 was rock | fluctuated by the rocking | fluctuation apparatus 31, you may rock | fluctuate the laser irradiation apparatus itself.

また、上記実施形態では、照射方向視において直線状の溶接部Ｗを形成したが、曲線状の溶接部であってもよく、矩形や円形のものであっても勿論よい。   Moreover, in the said embodiment, although the linear welding part W was formed in the irradiation direction view, it may be a curved welding part, and of course may be a rectangle or a round thing.

本発明の第１実施形態に係るレーザ溶接装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the laser welding apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 図１のレーザ溶接装置におけるレーザヘッドが出射するレーザビームのレーザ出力を示す線図である。It is a diagram which shows the laser output of the laser beam which the laser head in the laser welding apparatus of FIG. 1 radiate | emits. 溶接後のワークの加工予定領域に沿った側断面図である。It is a sectional side view along the process plan area | region of the workpiece | work after welding. 図３のIV−IV線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the IV-IV line of FIG. 本発明の第２実施形態に係るレーザ溶接装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the laser welding apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１…レーザ溶接装置、１０Ａ，１０Ｂ…ワーク（被加工物）、１４，３４…制御装置（制御手段）、１５…重ね合わせ面、２５…可動ステージ（駆動手段）、２７，３７…レーザヘッド（レーザ光源）、ｖ…相対移動速度、Ｗ…溶接部、Ｗ１…第１溶接部、Ｗ２…第２溶接部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser welding apparatus, 10A, 10B ... Workpiece (workpiece), 14, 34 ... Control device (control means), 15 ... Overlapping surface, 25 ... Movable stage (drive means), 27, 37 ... Laser head ( Laser light source), v ... relative movement speed, W ... weld, W1 ... first weld, W2 ... second weld.

Claims (6)

互いに重ね合わせた複数の被加工物に対し、レーザビームを照射しながら相対移動することにより、溶接部を形成するレーザ溶接方法であって、
前記被加工物の重ね合わせ面を含んで溶け込む第１溶接部と、前記第１溶接部よりも溶け込み深さが深い第２溶接部と、を交互に連続するように形成することを特徴とするレーザ溶接方法。 A laser welding method for forming a weld by moving relative to a plurality of workpieces superimposed on each other while irradiating a laser beam,
It forms so that the 1st welding part which melts | dissolves including the overlapping surface of the said workpiece, and the 2nd welding part whose penetration depth is deeper than the said 1st welding part may continue continuously. Laser welding method. 前記レーザビームの出力を第１出力域と当該第１出力域よりも大きい第２出力域との間で変動しながら、前記レーザビームを照射することにより、
前記出力が前記第１出力域にあるときに前記第１溶接部を形成し、前記出力が前記第２出力域にあるときに前記第２溶接部を形成することを特徴とする請求項１記載のレーザ溶接方法。 By irradiating the laser beam while varying the output of the laser beam between a first output region and a second output region larger than the first output region,
The first welded portion is formed when the output is in the first output region, and the second welded portion is formed when the output is in the second output region. Laser welding method. 前記レーザビームの前記被加工物に対する相対移動速度を第１速度域と当該第１速度域よりも遅い第２速度域との間で変動しながら、前記レーザビームを相対移動することにより、
前記相対移動速度が前記第１相対速度域にあるときに前記第１溶接部を形成し、前記相対移動速度が前記第２相対速度域にあるときに前記第２溶接部を形成することを特徴とする請求項１記載のレーザ溶接方法。 By relatively moving the laser beam while changing the relative movement speed of the laser beam with respect to the workpiece between a first speed range and a second speed range that is slower than the first speed range,
The first weld is formed when the relative movement speed is in the first relative speed range, and the second weld is formed when the relative movement speed is in the second relative speed range. The laser welding method according to claim 1. 互いに重ね合わせた複数の被加工物に対し、レーザビームを照射しながら相対移動することにより、溶接部を形成するレーザ溶接装置であって、
前記レーザビームを前記被加工物に対して照射するレーザ光源と、
前記レーザビームを前記被加工物に対して相対移動する駆動手段と、
前記レーザ光源又は前記駆動手段の動作を制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、
前記被加工物の重ね合わせ面を含んで溶け込む第１溶接部と、前記第１溶接部よりも溶け込み深さが深い第２溶接部と、が交互に連続して形成されるように、前記レーザ光源又は前記駆動手段を制御することを特徴とするレーザ溶接装置。 A laser welding apparatus that forms a weld by moving relative to a plurality of workpieces superimposed on each other while irradiating a laser beam,
A laser light source for irradiating the workpiece with the laser beam;
Drive means for moving the laser beam relative to the workpiece;
Control means for controlling the operation of the laser light source or the driving means;
The control means includes
The laser beam is formed so that the first welded portion that melts including the overlapped surface of the workpiece and the second welded portion that has a deeper penetration depth than the first welded portion are alternately formed. A laser welding apparatus for controlling a light source or the driving means. 前記制御手段は、前記レーザビームの出力を第１出力域と当該第１出力域よりも大きい第２出力域との間で変動させながら前記レーザビームを照射させることにより、
前記出力が第１出力域にあるときに前記第１溶接部を形成させ、前記出力が前記第２出力域にあるときに前記第２溶接部を形成させることを特徴とする請求項５記載のレーザ溶接装置。 The control means irradiates the laser beam while changing the output of the laser beam between a first output region and a second output region larger than the first output region,
The said 1st welding part is formed when the said output exists in a 1st output area, and the said 2nd welding part is formed when the said output exists in a said 2nd output area. Laser welding equipment. 前記制御手段は、前記レーザビームの前記被加工物に対する相対移動速度を第１速度域と当該第１速度域よりも遅い第２速度域との間で変動させながら、前記レーザビームを相対移動させることにより、
前記相対移動速度が前記第１相対速度域にあるときに前記第１溶接部を形成させ、前記相対移動速度が前記第２相対速度域にあるときに前記第２溶接部を形成させることを特徴とする請求項５記載のレーザ溶接装置。 The control means relatively moves the laser beam while changing a relative moving speed of the laser beam with respect to the workpiece between a first speed range and a second speed range slower than the first speed range. By
The first weld is formed when the relative movement speed is in the first relative speed range, and the second weld is formed when the relative movement speed is in the second relative speed range. The laser welding apparatus according to claim 5.
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