專利名稱：復合焊接方法和復合焊接裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及對被焊接物進行激光束照射和電弧焊接的復合焊接方法和復合焊接裝置O
背景技術：
激光焊接因為能量密度高、高速所以能夠進行熱影響部窄的焊接，但是在被焊 接物有間隙(gap)時，有可能激光束從該間隙穿過而不能進行焊接。為了克服該問題， 大多提出與消耗電極方式的電弧焊接并用的復合焊接方法。作為一例，圖13示出現(xiàn)有的復合焊接裝置的模塊結構圖。激光產生部1由激光 振蕩器2、激光傳送部3和集光光學系統(tǒng)4構成。集光光學系統(tǒng)4使激光束5照射到被焊 接物6的焊接位置。激光傳送部3采用光纖或透鏡的組合構造等。集光光學系統(tǒng)4由一 枚或多枚透鏡構成。焊絲7由焊絲輸送部8通過焊炬9輸送到被焊接物6的焊接位置。 電弧產生部10對焊絲輸送部8進行控制。而且，電弧產生部10通過焊炬9將焊絲7向 被焊接物6的焊接位置輸送，并進行控制以在焊絲7和被焊接物6之間產生或停止焊接電 弧11?？刂撇?2控制激光產生部1和電弧產生部10。雖然未進行圖示，但激光振蕩器 2輸出預先設定的規(guī)定的輸出值。此外，激光振蕩器2接收由控制部12設定的輸出值的 信號，并輸出該大小的激光束。而且，電弧產生部10與激光產生部1同樣地，由控制部 12來控制其輸出。對如上所述構成的現(xiàn)有復合焊接裝置的動作進行說明。在焊接開始時，雖然未 進行圖示，但是收到了焊接開始命令的控制部12向激光產生部1發(fā)送激光焊接的開始信 號，開始照射激光束5。與此同時，向電弧產生部10發(fā)送電弧焊接的開始信號，開始電 弧放電，由此來開始焊接。在焊接結束時，收到了焊接結束命令的控制部12向激光產生 部1發(fā)送激光焊接結束信號，結束照射激光束5。與此同時，向電弧產生部10發(fā)送電弧 焊接結束信號，結束電弧放電，由此來結束焊接。此外，對于以上所示的復合焊接方法，提出了多種改良。例如，在專利文獻1 中公開了如下的技術通過將激光照射和電弧放電的間隔設置為規(guī)定間隔，以使電弧與 激光不相互干擾，由此提高被焊接物的熔融速度。此外，在非專利文獻1中，在上述那 樣的情況下，激光束不與焊絲直接相關，焊接電流大致為電弧焊接的焊接電流。因此， 公開了熔池的大小也大致由電弧焊接的熔池的大小來決定的技術。此外，在專利文獻2中，公開了通過對焊絲直接照射激光束，使電弧電流減 少，并且使基于電弧焊接的熔池的大小減小的技術。另外，在專利文獻3中公開了如下 的技術在電弧焊接中使用脈沖電弧焊接，通過根據(jù)被焊接物的照射點處的激光/焊絲 間距離來控制脈沖電弧焊接的脈沖頻率，從而實現(xiàn)上述間隙裕度的提高。但是，在現(xiàn)有技術中，沒有提出具備了上述各種優(yōu)點的復合焊接方法以及復合 焊接裝置。即，在現(xiàn)有技術中，不能使焊絲熔融所需的電弧能量或電弧電流減小，使由 焊接電弧形成的熔池的大小減小。而且，不能防止伴隨焊絲端熔滴的激烈蒸發(fā)的濺射產生。而且，不能對焊接位置投入高激光輸出來獲得高焊接速度。專利文獻1 特開2002-346777號公報專利文獻2 特開2008-93718號公報專利文獻3 特開2008-229631號公報非專利文獻1:片山聖二、內海憐、水谷正海、王靜波、藤井孝治、TAS 二 y Λ合金Θ Y A G > —廿‘M I G 7" -J 卜·、溶接 :耔If 6溶込 特性i水。口夕于4 防止機構、軽金屬溶接、44、3(2006)(片山圣二、內海憐、水谷正海、王靜波、藤井 孝治、鋁合金的YAG激光· MIG混合焊接中的熔入特性和孔隙度的防 止機構、輕金屬焊 接、44、3(2006))

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種復合焊接方法和復合焊接裝置，能夠使焊絲的熔融所需的電弧 能量或電弧電流減小、使由焊接電弧形成的熔池的大小減小，并且能夠防止伴隨焊絲端 熔滴的激烈蒸發(fā)的濺射產生，另外能夠通過對焊接位置投入高的激光輸出來獲得高焊接 速度。本發(fā)明提供一種復合焊接方法，對被焊接物的焊接位置照射第一激光束和第二 激光束的同時向焊接位置輸送焊絲從而在與被焊接物之間進行電弧焊接，具有如下結 構按照第一激光束的光軸和焊絲的中心軸相交的方式經由焊絲對被焊接物的第一照射 點照射第一激光束，對從焊絲的中心軸與被焊接物相交的目標點離開了規(guī)定距離的被焊 接物的第二照射點照射第二激光束，第一照射點、目標點和第二照射點位于被焊接物的 焊接線上。根據(jù)這樣的結構，能夠使焊絲的熔融所需的電弧能量或電弧電流減小、使由焊 接電弧形成的熔池的大小減小。而且能夠防止伴隨焊絲端熔滴的激烈蒸發(fā)的濺射產生。 而且能夠通過由第二激光束對焊接位置投入高的激光輸出從而獲得高的焊接速度。


圖1是表示本發(fā)明的實施方式1中的復合焊接裝置的示意圖。圖2是表示該實施方式1中的復合焊接方法的激光照射位置和焊絲目標位置的相 互關系的示意圖。圖3是表示該實施方式中的焊接電弧和第一激光束和第二激光束的動作時序的 圖。圖4是表示本發(fā)明的實施方式2中的復合焊接方法的激光照射位置和焊絲目標位 置的相互關系的示意圖。圖5是表示本發(fā)明的實施方式3中的復合焊接裝置的示意圖。圖6是表示該實施方式中的焊接電弧和第一激光束和第二激光束的其他動作時 序的圖。圖7是表示本發(fā)明的激光傳送部和集光光學系統(tǒng)的結構的示意圖。圖8是表示本發(fā)明的實施方式4中的復合焊接裝置的結構的示意圖。圖9A是表示該復合焊接裝置中的第一激光束和焊絲的配置的示意圖。
圖9B是表示該復合焊接裝置中的焊絲端熔滴的示意圖。圖10是表示該復合焊接裝置中的第一激光束的傳播狀態(tài)的示意圖。圖IlA是表示該復合焊接裝置中的濺射產生的狀態(tài)變化的圖。
圖IlB是表示該復合焊接裝置中的濺射產生的狀態(tài)變化的圖。圖IlC是表示該復合焊接裝置中的濺射產生的狀態(tài)變化的圖。圖IlD是表示該復合焊接裝置中的濺射產生的狀態(tài)變化的圖。圖IlE是表示該復合焊接裝置中的濺射產生的狀態(tài)變化的圖。圖IlF是表示該復合焊接裝置中的濺射產生的狀態(tài)變化的圖。圖12是表示該復合焊接裝置中的改變激光輸出時的焊縫外觀的圖。圖13是表示現(xiàn)有復合焊接裝置的結構的模塊圖。符號說明6被焊接物7 輝絲8焊絲輸送部9 焊炬9a供電芯片10電弧產生部11焊接電弧15 熔池17控制部13第一激光束14第二激光束16電流檢測部20焊絲端熔滴100激光產生部101，114激光振蕩器115激光輸出設定部102，102A，102B 激光傳送部103集光光學系統(tǒng)103A, 103B集光光學部件113脈沖電弧產生部115激光輸出設定部Il6運算部117最大功率密度設定部118顯示部119脈沖電弧
具體實施例方式(實施方式1)
圖1是表 示本發(fā)明的實施方式1中的復合焊接裝置的示意圖。在圖1中，激光 產生部100由激光振蕩器101、激光傳送部102和集光光學系統(tǒng)103構成。激光產生部 100對被焊接物6的焊接位置照射第一激光束13以及第二激光束14。集光光學系統(tǒng)103 將第一激光束13以及第二激光束14在被焊接物6的焊接位置進行集光。激光傳送部102 采用光纖或透鏡的組合構造等。集光光學系統(tǒng)103由一枚或多枚透鏡構成。焊絲7由焊 絲輸送部8通過焊炬9被輸送到被焊接物6的焊接位置。電弧產生部10控制焊絲輸送部 8。而且，電弧產生部10通過焊炬9將焊絲7向被焊接物6的焊接位置輸送，并進行控 制使在焊絲7和被焊接物6之間產生或停止焊接電弧11?？刂撇?7控制激光產生部100 和電弧產生部10?？刂撇?7可以采用計算機或具有運算功能的裝置或機器人等。雖然 未圖示，但激光振蕩器2輸出預先設定的規(guī)定輸出值。此外，激光振蕩器2接收由控制 部17設定的輸出值的信號，并將其輸出。而且，電弧產生部10與激光產生部100同樣 地由控制部17來控制其輸出。如圖1所示，本實施方式的復合焊接裝置與圖13所示的 現(xiàn)有復合焊接裝置的不同點是對于本實施方式，激光振蕩器101產生第一激光束13以 及第二激光束14，集光光學系統(tǒng)103將第一激光束13以及第二激光束14照射到被焊接物 6的焊接位置，控制部17對這些進行控制。圖2是表示本實施方式中的復合焊接方法的激光照射位置和焊絲目標位置的相 互關系的示意圖。圖2中上下并排地示出從側面觀察的示意圖和從上面觀察的示意圖。 供電芯片9a安裝在焊炬9的前端，對焊絲7提供電力。第一激光束13照射被焊接物6 的表面的第一照射位置A。S卩，被焊接物6的表面的第一照射位置A位于第一激光束13 的光軸aa’上。第二激光束14照射被焊接物6的表面的第二照射位置B。S卩，被焊接 物6的表面的第二照射位置B位于第二激光束14的光軸bb’上。焊絲7向被焊接物6 的目標位置C輸送。即，被焊接物6的表面的目標位置C位于焊絲7的中心CC’上。 第一激光束13與焊絲7相交地照射第一照射位置A。S卩，焊絲7的激光照射位置D和被 焊接物6的表面的第一照射位置A位于第一激光束13的光軸aa’上。此外，被焊接物 6的表面的目標位置C和焊絲7的激光照射位置D位于焊絲7的中心軸cc’上。在本實 施方式中，按照成為這種位置關系的方式配置激光振蕩器101、集光光學系統(tǒng)103或者焊 炬9。焊接在粗箭頭方向上沿被焊接物6的表面的焊接線M1M2來進行。另外，在圖2 中焊接線M1M2是直線，但也可以根據(jù)焊接位置而是曲線。即，第一照射位置A、第二 照射位置B、目標位置C以這樣的次序位于焊接線M1M2上。但是，第一照射位置A、 目標位置C和第二照射位置B成為直線的方式較為實用。通過基于第一激光束13、第二 激光束14以及焊絲7的焊接，在被焊接物6的表面的焊接位置形成熔池15。因此，熔池 15形成在焊接線M1M2上。Ll是表示第一照射位置A與目標位置C的在被焊接物6的 表面的距離的激光/電弧間距離。L2是表示第二照射位置B與目標位置C的在被焊接物 6的表面的距離的激光/電弧間距離。即，第二激光束14照射從焊絲7的目標位置C離 開規(guī)定距離L2的第二照射位置B。在本實施方式中，參照圖3說明焊接開始時和焊接結束時的動作。圖3是表示 本實施方式中的復合焊接方法的焊接電弧11和第一激光束13和第二激光束14的動作時 序的圖。在焊接開始時，如信號P2所示，在tl時刻使第二激光束14的輸出為ON。之 后，在經過Atl期間后的t2時刻，如信號PA所示，使焊接電弧11的輸出為ON。之后，在經過At2期間后的t3時刻，如信號Pl所示，使第一激光束13的輸出為ON。即，從 開始第二激光束14的照射后再經過規(guī)定期間Atl之后，使焊接電弧11產生。之后，經 過規(guī)定期間Δ 2之后照射第一激光束13。其理由如下。在第二激光束14的照射開始之后到焊接電弧11產生為止的Atl期間，被焊接 物6的焊接位置由第二激光束14來加熱，激光激發(fā)等離子體或羽流(plume)產生。激光 激發(fā)等離子體或者羽流能夠使之后的焊接電弧11的開始變得容易。另一方面，在焊接電 弧11產生之后到第一激光束13照射為止的At2期間，第一激光束13不碰到焊絲7，是 用于使焊接電弧11產生的期間。這是因為，假設開始第一激光束13的照射后使焊接電 弧11產生的情況下，向被焊接物6提供的焊絲7在與被焊接物6接觸從而產生焊接電弧 11之前受到第一激光束13的直接照射而熔融，有可能不能正常地使電弧焊接開始。對焊接結束時的動作進行說明。在t4時刻，如信號PI、P2所示，同時結束第 一激光束13和第二激光束14的照射。之后，在經過了期間At3后的t5，如信號PA所 示，結束焊接電弧11。這是，通常在使焊接結束時，需要停止焊炬9來進行弧坑(crater) 處理的操作。但是，若在焊炬9停止的狀態(tài)下使第一激光束13和第二激光束14比焊接 電弧11更長地照射，則被焊接物6中的熔深增加過多，因此有可能產生燒穿。因此，通 過設置Δ 3的期間，能夠不產生燒穿，進行基于焊接電弧11的弧坑處理。但是，在上述說明中，不特別規(guī)定對焊絲7照射的第一激光束13。但是，為了 防止焊絲7過多地吸收第一激光束13的能量而蒸發(fā)，優(yōu)選將第一激光束13的輸出值設定 為規(guī)定的容許值以下，即設定為在焊絲7的頂端形成的熔滴吸收第一激光束13的能量也 不會激烈地蒸發(fā)。實際上，決定焊絲7吸收第一激光束13而蒸發(fā)的是，在焊絲7表面的 激光照射位置D上的第一激光束的功率密度?？紤]此情況，第一激光束13的輸出值，通 過將焊絲7的激光照射位置D處的第一激光束13的功率密度設定在規(guī)定的容許值以下， 從而能夠防止焊絲7頂端的熔滴的激烈蒸發(fā)。此外，在實際焊接作業(yè)中，可以直接管理 的是被焊接物6的表面上所照射的第一激光束13的功率密度?？紤]此情況，若決定了第 一激光束13和焊絲7的配置關系，則第一激光束13的輸出值將被焊接物6的第一照射位 置A處的第一激光束13的功率密度設定在規(guī)定的容許值以下，從而能夠防止焊絲7頂端 的熔滴的激烈蒸發(fā)。如以上所說明的那樣，通過按照第一激光束13的光軸aa’與焊絲7的中心軸 cc，相交的方式配置激光振蕩器101以及焊炬9，由此能夠通過對焊絲7直接照射第一激 光束13。據(jù)此，能夠使焊絲7的熔融所需的電弧能量或電弧電流減小，能夠使由焊接電 弧11形成的熔池13的大小減小。對于如此地限制第一激光束13的輸出值的情況，后面 敘述。因為第二激光束14沒有直接地照射焊絲7，所以其輸出值不受來 自焊絲7的限 制。因此，可以根據(jù)焊接的被焊接物6的材質或板厚、需要的焊接速度、或者需要的焊 縫形狀，來設定第二激光束14的輸出。例如，通過較高地設定第二激光束14的輸出值， 能夠以高速或深的熔入來進行焊接。如上所述根據(jù)本實施方式，能夠使焊絲7的熔融所需的電弧能量或電弧電流減 小，并且能夠使由焊接電弧形成的熔池15的大小減小。與此同時，能夠防止與焊絲7端 部的熔滴的激烈蒸發(fā)相伴隨的濺射產生。而且，通過第二激光束14對焊接位置投入高激光輸出，能夠獲得高的焊接速度。(實施方式2)圖4是表示本發(fā)明的實施方式2中的復合焊接方法的激光照射位置和焊絲目標位 置的相互關系的示意圖。圖4也與圖2同樣地上下排列地示出從側面觀察的示意圖和從 上面觀察的示意圖。在圖4中，與圖2所示的實施方式1相比較，僅第二激光束14的照 射方向和照射位置不同，除此之外，與圖2同樣。S卩，在本實施方式中，第二激光束14 的第二照射位置B從焊絲7的目標位置C離開規(guī)定距離L2。另外，按目標位置C、第一 照射位置A和第二照射位置B的順序，形成直線。目標位置C、第一照射位置A和第二 照射位置B按該順序從焊接方向的目的地向起源在焊接線M1M2上排列。在本實施方式 中，也是這三個位置位于直線狀的方式比較實用。另外，在本實施方式中，使第一激光束13的第一照射點A和第二激光束14的第 二照射點B為不同的位置。但是，也可以使第一激光束13的第一照射位置A和第二激 光束14的第二照射位置B為同一照射位置。在該情況下，第二激光束14的第二照射位 置B和焊絲7的目標位置C之間離開規(guī)定距離Li。 S卩，激光/電弧間距離Ll與L2相等。如上所述在本實施方式中，也能夠使焊絲7的熔融所需的電弧能量或電弧電流 減小，能夠使由焊接電弧形成的熔池15的大小減小。與此同時，能夠防止伴隨焊絲7端 部的熔滴的激烈蒸發(fā)的濺射產生。而且，通過第二激光束14對焊接位置投入高的激光輸 出，能夠獲得高的焊接速度。(實施方式3)圖5是表示本發(fā)明的實施方式3中的復合焊接裝置的示意圖。本實施方式的焊 接裝置基本上具有與圖1所示的實施方式1同樣的結構。在圖5中，激光產生部100由 激光振蕩器101、激光傳送部102和集光光學系統(tǒng)103構成。激光產生部100對被焊接 物6的焊接位置照射第一激光束13和第二激光束14。電弧產生部10與被焊接物6之間 連接的電流檢測部16在焊接電弧11產生時檢測在焊絲7和被焊接物6之間流過的電流的 時序?？刂撇?7輸入電流檢測部16的輸出信號，從而控制激光產生部100或電弧產生 部10。電流檢測部16也可以組裝到電弧產生部10中。此外，作為電流檢測部16，可 以使用霍爾元件等檢測部，也可以使用分流器(shunt)。對本實施方式的動作進行說明。首先，說明不使用電流檢測部16時的動作。在 該情況下，因為是與實施方式1同樣的動作，所以參照圖3進行說明。在焊接開始時， 雖然沒有進行圖示，但是接收到焊接起動信號之后控制部17在tl時刻控制激光產生部 100，如信號P2所示，僅輸出第二激光束14。之后，在經過了規(guī)定期間Atl之后的t2 時刻，控制電弧產生部10，如信號PA所示，通過焊絲輸送部8將焊絲7向被焊接物6輸 送，使焊絲7與被焊接物6之間產生焊接電弧11。之后，在經過了規(guī)定期間At2之后的 t3時刻，再次控制激光產生部100，如信號Pl所示，照射第一激光束13。在焊接結束 時，雖然沒有進行圖示，但是接收焊接結束信號之后控制部17在t4時刻控制激光產生部 100，如信號PI、P2所示，結束第一激光束13和第二激光束14的照射的雙方。之后， 在經過了期間At3的t5時刻，如信號PA所示，控制電弧產生部10從而結束焊接電弧。下面，參照圖6說明使用電流檢測部16時的動作。圖6是表示該實施方式中的焊接電弧、第一激光束和第二激光束的其他動作時序的圖。在焊接開始時，雖然未圖 示，但接收焊接開始信號之后控制部17在t2時刻控制電弧產生部10，利用焊絲輸送部8 將焊絲7向被焊接物6輸送，如信號PA所示，使焊絲7和被焊接物6之間產生焊接電弧 11。此時，在電流檢測部16中檢測到在焊絲7和被焊接物6之間流過電流之后，立刻向 控制部17輸出電流檢測信號?？刂撇?7接收電流檢測信號之后控制激光產生部100， 如信號P2所示，立刻輸出第二激光束14。之后，在經過了期間At2的t3時刻，控制部 17控制激光產生部100，如信號Pl所示，照射第一激光束13。焊接結束時的動作與利 用圖3已說明的內容同樣。如此，即使在圖6所示那樣的時序進行焊接，也能夠獲得與 圖3同樣的效果。這里，如在實施方式1 3說明的 那樣，對輸出兩個激光束的激光產生部100進 行說明。在圖1、圖5，作為激光產生部100的最簡單的結構，從激光振蕩器101輸出兩 個激光束，通過能夠傳送兩個激光束的激光傳送部102向集光光學系統(tǒng)103傳送。在集 光光學系統(tǒng)103中，集聚兩個激光束之后分別作為第一激光束13和第二激光束14向被焊 接物6照射。另外，第一激光束13和第二激光束14的被焊接物6上的第一以及第二照 射位置A和B的間隔，能夠通過從傳送部102導入集光光學系統(tǒng)103的兩個激光束的間 隔來進行調整。參照圖7來說明此情況。圖7是表示本發(fā)明的激光傳送部和集光光學系統(tǒng)的結 構的示意圖。激光傳送部102由分別傳送從激光振蕩器101產生的第一以及第二兩個激 光束13、14的第一以及第二激光傳送部102A和102B構成。第一以及第二激光傳送部 102A、102B被配置為隔開激光傳送部間隔L0。集光光學系統(tǒng)103由配置在激光傳送部 102側的集光光學部件103A和配置在被焊接物6側的集光光學部件103B構成。集光光 學部件103A使從激光傳送部102A、102B傳送來的第一以及第二兩個激光束13、14平 行。集光光學部件103B分別將成為平行的第一以及第二兩個激光束13、14集聚到第一 以及第二照射位置A、B。激光傳送部102A、102B例如是光纖。集光光學部件103A、 103B例如是焦距相同或不同的凸透鏡。如圖7所示，通過調整激光傳送部間隔L0，能夠 調整第一以及第二兩個激光束13、14的在被焊接物6的表面上的第一以及第二照射位置 A、B的間隔L1+L2。例如，第一激光束13和第二激光束14相對于被焊接物6的表面 垂直時，L0 = L1+L2。這里，如已經說明的那樣，Ll是第一激光束13在被焊接物6的 表面上的第一照射位置A與焊絲7在被焊接物6的表面上的目標位置C之間的間隔。L2 是第二激光束14在被焊接物6的表面上的第二照射位置B與焊絲7在被焊接物6的表面 上的目標位置C的間隔。在第一以及第二激光束13、14與被焊接物6的表面不垂直時， 若知道L1+L2，則可以計算出激光傳送部間隔L0。但是，作為激光產生部100的另外的結構，也可以使用兩個在圖13示出的現(xiàn)有 復合焊接裝置中所使用的激光產生部1，將從兩個激光產生部產生的兩個激光束分別作為 第一激光束13和第二激光束14來使用。在以上所示的實施方式1 3中，使用電弧焊接以及電弧產生部10進行了說 明，但是也可以代替電弧焊接而使用脈沖電弧焊接或者脈沖MIG電弧焊接，代替電弧產 生部10而使用脈沖電弧產生部。由此，在獲得與各實施方式同樣的效果的同時，能夠減 少焊接時產生的濺射。
此外，在實施方 式1 3中，關于被焊接物6以及焊絲7的材質沒有特別指定， 但被焊接物和焊絲可以都采用鋁合金。(實施方式4)在本實施方式中，具體地說明實施方式1 3中的第一激光束13的輸出值的限 制。在本實施方式中，對于將第一激光束13的焊絲7的照射位置D處的功率密度限制在 功率密度容許值以下的情況進行說明。圖8是表示本發(fā)明的實施方式4中的復合焊接裝置的結構的示意圖。對于與實 施方式1 3所示的內容同樣的結構以及動作，附加同一符號從而省略詳細的說明，以不 同的地方為中心進行說明。在圖8中，在本實施方式中，代替圖1的電弧產生部10而使用脈沖電弧產生部 113，代替激光振蕩器101而使用激光振蕩器114。此外，增加了由激光輸出設定部115、 最大功率密度設定部117、運算部116和顯示部118構成的輸出運算部130。激光輸出設 定部115設定激光振蕩器114的激光輸出值。最大功率密度設定部117設定第一激光束 的規(guī)定位置處的功率密度容許值。運算部116利用后述的參數(shù)來運算激光振蕩器114的 激光輸出值。顯示部118顯示由運算部116運算出的激光輸出值。雖然未圖示，但是脈沖電弧產生部113輸出由脈沖電流、基礎(base)電流和脈 沖寬度和基礎寬度構成的脈沖狀焊接電力，在焊絲7和被焊接物6之間產生脈沖電弧119 的同時進行脈沖電弧焊接。使用脈沖電弧產生部113的理由是通過脈沖電弧可以不在 一個脈沖下使一個熔滴與熔池接觸，而準確地使其移動到被焊接物6的焊接位置、能夠 更加有效地防止濺射的產生。雖然未圖示，但是激光振蕩器114在來自運算部116的信號不連續(xù)的情況下，直 接輸出激光輸出設定部115設定的輸出設定值PS。此外，在來自運算部116的信號連續(xù) 的情況下，優(yōu)先輸出從運算部116輸入的輸出運算值PC。在以上的結構中，控制部17可以兼作激光輸出設定部115。該情況下，構成為 將控制部17的信號輸入到運算部116中。如在實施方式1 3說明的那樣，從激光振蕩器114向被焊接物6照射第一激光 束13以及第二激光束14。但是，如在實施方式1 3說明的那樣，因為第二激光束14 不直接地照射焊絲7，所以其輸出值不受來自焊絲7的限制。因此，在本實施方式中，對 第一激光束13的輸出值的運算控制進行說明。在說明運算部116的運算方法和動作原理之前，為了說明運算時所需的參數(shù) 等，對于第一激光束13和焊絲7的配置，參照圖9A、圖9B來進行說明。此外，參照圖 10說明第一激光束13的照射方向的傳播。圖9A是表示第一激光束13和焊絲7的配置 的示意圖。圖9B是表示焊絲端熔滴的示意圖。圖10是從側面觀察第一激光束13的向 被焊接物6表面的照射方向的傳播狀態(tài)的示意圖。在圖10中，左側表示光軸aa’的照 射源，右側表示照射目的地。以下，與實施方式1 3相同的符號具有與實施方式1 3相同的意思。在圖9A、圖10中，F(xiàn)1是第一激光束13的光軸aa’與被焊接物6的交 點即第一照射點(照射位置A)。在圖9A中，F(xiàn)2是第一激光束13的光軸aa’與焊絲7 的中心軸cc’的交點即照射點(激光照射位置D)。F3是焊絲7的中心軸CC’與被焊接 物6的交點即目標點(目標位置C)。Ll是表示照射位置F1和目標位置F3的距離的激光/焊絲間距離。α L是表示光軸aa’相對被焊接物6的傾斜的激光傾斜角度。α w是表 示中心軸cc’相對被焊接物6的傾斜的焊絲傾斜角度。如圖9B所示，焊絲7接受第一 激光束13的照射或者脈沖電弧119的加熱，在其頂端形成焊絲端熔滴20。在圖10中， Ftl是通過集光光學系統(tǒng)103集聚第一激光束13時所得的焦點。Z與光軸aa’ 一致，取 焦點Ftl為原點，取第一激光束13的傳播方向(照射目的地方向)為正方向的坐標軸或者 其坐標值。φο是表示焦點Ftl (或坐標軸Z的原點)處的第一激光束13的直徑的集光徑。 φ(Ζ):是任意坐標值Z處的第一激光束13的直徑。已知光束徑φ(Ζ}在集光徑Cp0和坐標值 Z之間具有(數(shù)式1)所示的關系。
權利要求
1.一種復合焊接方法，對被焊接物的焊接位置照射第一激光束和第二激光束，并且 向所述焊接位置輸送焊絲從而在與所述被焊接物之間進行電弧焊接，其特征在于，按照所述第一激光束的光軸與所述焊絲的中心軸相交的方式，經由所述焊絲對所述 被焊接物的第一照射位置照射所述第一激光束，對從所述焊絲的中心軸與所述被焊接物相交的目標位置離開規(guī)定距離的所述被焊接 物的第二照射位置照射所述第二激光束，所述第一照射位置、所述第二照射位置和所述目標位置位于所述被焊接物的焊接線上。
2.根據(jù)權利要求1所述的復合焊接方法，其特征在于， 所述第一激光束的輸出值被設定為規(guī)定的容許值以下。
3.根據(jù)權利要求1所述的復合焊接方法，其特征在于，設定所述第一激光束的輸出值，使得所述被焊接物的所述第一照射位置處的所述第 一激光束的功率密度為規(guī)定的容許值以下。
4.根據(jù)權利要求1所述的復合焊接方法，其特征在于，設定所述第一激光束的輸出值，使得所述第一激光束的光軸與所述焊絲的中心軸相 交的所述焊絲的照射位置處的所述第一激光束的功率密度為規(guī)定的容許值以下。
5.根據(jù)權利要求1所述的復合焊接方法，其特征在于，照射所述第二激光束經過規(guī)定時間之后在所述焊絲和所述被焊接物之間使電弧產 生，檢測到產生了所述電弧之后照射所述第一激光束。
6.根據(jù)權利要求1所述的復合焊接方法，其特征在于，在所述焊絲和所述被焊接物之間使電弧產生，在檢測到產生了所述電弧之后一起照 射所述第一激光束和所述第二激光束。
7.根據(jù)權利要求1所述的復合焊接方法，其特征在于，所述目標位置與所述第一照射位置相比更位于所述焊接位置的前進方向，所述第二 照射位置與所述目標位置相比更位于在所述焊接位置的前進方向上離開了所述規(guī)定距離 的位置。
8.根據(jù)權利要求1所述的復合焊接方法，其特征在于，所述目標位置與所述第一照射位置相比更位于所述焊接位置的前進方向，所述第二 照射位置與所述目標位置相比更位于在所述焊接位置的前進方向的相反方向上離開了所 述規(guī)定距離的位置。
9.根據(jù)權利要求1所述的復合焊接方法，其特征在于， 僅所述第一激光束的光軸與所述焊絲的中心軸相交。
10.根據(jù)權利要求1所述的復合焊接方法，其特征在于， 所述電弧焊接是脈沖MIG電弧焊接。
11.根據(jù)權利要求1所述的復合焊接方法，其特征在于， 所述被焊接物以及所述焊絲都是鋁合金。
12.根據(jù)權利要求2所述的復合焊接方法，其特征在于，所述規(guī)定值根據(jù)所述焊絲的材質和所述焊絲的輸送速度來決定。
13.根據(jù)權利要求11所述的復合焊接方法，其特征在于，所述規(guī)定值根據(jù)所述鋁合金的所述焊絲中所含的鎂的量來決定。
14.根據(jù)權利要求4所述的復合焊接方法，其特征在于，所述規(guī)定值在所述焊絲由5000系的鋁合金構成時，被設定為使得所述第一激光束的 功率密度為0.5 3kW/mm2的范圍。
15.根據(jù)權利要求4所述的復合焊接方法，其特征在于，所述規(guī)定值在所述焊絲由4000系的鋁合金構成時，被設定為使得所述第一激光束的 功率密度為0.5 5kW/mm2的范圍。
16.—種復合焊接裝置，具備激光產生部，其對被焊接物的焊接位置照射第一激光束以及第二激光束； 焊絲輸送部，其經由焊炬向所述焊接位置輸送焊絲；電弧產生部，其提供用于對所述焊絲以及所述被焊接物進行電弧焊接的電力；以及 控制部，其控制所述激光產生部以及所述電弧產生部， 所述激光產生部被配置為按照所述第一激光束的光軸和所述焊絲的中心軸相交的方式，所述第一激光束經由 所述焊絲照射所述被焊接物的第一照射位置；所述第二激光束照射從所述焊絲的中心軸與所述被焊接物相交的目標位置離開了規(guī) 定距離的所述被焊接物的第二照射位置；所述第一照射位置、所述第二照射位置和所述目標位置位于所述被焊接物的焊接線上。
17.根據(jù)權利要求16所述的復合焊接裝置，其特征在于，所述控制部將所述第一激光束的輸出值設定為規(guī)定的容許值以下。
18.根據(jù)權利要求16所述的復合焊接裝置，其特征在于，所述控制部設定所述第一激光束的輸出值，使得所述被焊接物的所述第一照射位置 處的所述第一激光束的功率密度為規(guī)定的容許值以下。
19.根據(jù)權利要求16所述的復合焊接裝置，其特征在于，所述控制部設定所述第一激光束的輸出值，使得所述第一激光束的光軸和所述焊絲 的中心軸相交的所述焊絲的照射位置處的所述第一激光束的功率密度為規(guī)定的容許值以 下。
20.根據(jù)權利要求16所述的復合焊接裝置，其特征在于，所述控制部，在照射所述第二激光束經過了規(guī)定時間之后在所述焊絲和所述被焊接 物之間使電弧產生，在檢測到產生了所述電弧之后照射所述第一激光束。
21.根據(jù)權利要求16所述的復合焊接裝置，其特征在于，所述控制部，在所述焊絲和所述被焊接物之間使電弧產生，在檢測到產生了所述電 弧之后一起照射所述第一激光束和所述第二激光束。
22.根據(jù)權利要求16所述的復合焊接裝置，其特征在于，所述目標位置與所述第一照射位置相比更位于所述焊接位置的前進方向，所述第二 照射位置與所述目標位置相比更位于在所述焊接位置的前進方向上離開了所述規(guī)定距離 的位置。
23.根據(jù)權利要求16所述的復合焊接裝置，其特征在于，所述目標位置與所述第一照射位置相比位于所述焊接位置的前進方向，所述第二照 射位置與所述第一照射位置相比位于在所述焊接位置的前進方向的相反方向上離開了所 述規(guī)定距離的位置。
24.根據(jù)權利要求16所述的復合焊接裝置，其特征在于，所述激光產生部配置為，僅所述第一激光束的光軸與所述焊絲的中心軸相交。
25.根據(jù)權利要求16所述的復合焊接裝置，其特征在于， 所述電弧焊接是脈沖MIG電弧焊接。
26.根據(jù)權利要求16所述的復合焊接裝置，其特征在于， 所述被焊接物以及所述焊絲都是鋁合金。
27.根據(jù)權利要求17所述的復合焊接裝置，其特征在于，所述規(guī)定值根據(jù)所述焊絲的材質和所述焊絲的輸送速度來決定。
28.根據(jù)權利要求19所述的復合焊接裝置，其特征在于，所述規(guī)定值根據(jù)所述鋁合金的所述焊絲中所含的鎂的量來決定。
29.根據(jù)權利要求19所述的復合焊接裝置，其特征在于，所述規(guī)定值在所述焊絲由5000系的鋁合金構成時，被設定為使得所述第一激光束的 功率密度為0.5 3kW/mm2的范圍。
30.根據(jù)權利要求19所述的復合焊接裝置，其特征在于，所述規(guī)定值在所述焊絲由4000系的鋁合金構成時，被設定為使得所述第一激光束的 功率密度為0.5 5kW/mm2的范圍。
31.—種復合焊接裝置，具備激光產生部，其對被焊接物的焊接位置照射第一激光束以及第二激光束； 焊絲輸送部，其經由焊炬向所述焊接位置輸送焊絲；脈沖電弧產生部，其提供用于對所述焊絲以及所述被焊接物進行電弧焊接的電力； 控制部，其控制所述激光產生部以及所述脈沖電弧產生部； 激光輸出設定部，其設定所述激光產生部中的所述第一激光束的輸出； 最大功率密度設定部，其設定所述第一激光束的規(guī)定位置處的最大功率密度容許 值；以及運算部，其運算所述第一激光束的功率密度運算值， 所述激光產生部被配置為按照所述第一激光束的光軸和所述焊絲的中心軸相交的方式，所述第一激光束經由 所述焊絲照射所述被焊接物的第一照射位置；所述第二激光束照射從所述焊絲的中心軸與所述被焊接物相交的目標位置離開了規(guī) 定距離的所述被焊接物的第二照射位置；所述第一照射位置、所述第二照射位置和所述目標位置位于所述被焊接物的焊接線上，所述運算部利用參數(shù)進行運算，所述參數(shù)由所述激光輸出設定部設定的輸出設定 值、所述最大功率密度設定部設定的功率密度容許值、集聚所述第一激光束時的焦點處 的集光徑、以所述第一激光束的焦點為原點且以所述第一激光束的傳播方向的光軸以坐 標軸的任意坐標值的光束徑、所述第一激光束照射所述被焊接物的第一照射點時的散焦量、所述被焊接物的表面上的所述第一激光束的第一照射點到所述焊絲的目標點的激光/ 焊絲間距離、所述第一激光束的光軸相對所述被焊接物的表面的激光傾斜角度、及所述 焊絲的中心軸相對于所述被焊接物的表面的焊絲傾斜角度構成，當根據(jù)所述參數(shù)計算出 的、所述第一激光束的光軸和所述焊絲的中心軸相交的激光照射點處的所述功率密度運 算值超過所述功率密度容許值時，利用所述功率密度容許值和所述參數(shù)來運算輸出運算 值并向所述激光產生部輸出，由此，使所述第一激光束的光軸和所述焊絲的中心軸相交的交點處的所述第一激光 束的功率密度成為所述功率密度容許值以下從而進行焊接。
全文摘要
使第一激光束(13)與焊絲(7)相交從而照射被焊接物(6)的第一照射位置，對從焊絲(7)的目標位置離開了規(guī)定距離的第二照射位置照射第二激光束(14)，按照第一照射位置、第二照射位置和目標位置位于被焊接物(6)的焊接線上的方式，照射第一激光束(13)和第二激光束(14)的同時在焊絲(7)和被焊接物(6)之間進行電弧焊接，從而能夠不使熔池變大、防止濺射產生、以較高速度進行焊接。
文檔編號B23K26/00GK102015193SQ20088012882
公開日2011年4月13日 申請日期2008年11月27日 優(yōu)先權日2008年11月27日
發(fā)明者王靜波, 西村仁志 申請人:松下電器產業(yè)株式會社