激光熔接方法和熔接結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種通過使用激光束和熔接結(jié)構(gòu)而有利于熔接多個工件的激光熔接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]例如，兩塊金屬板的工件被堆疊或抵接且被激光束照射以進(jìn)行激光熔接。為了通過激光熔接增加可靠性和強(qiáng)度，例如，在日本特許公報N0.3-80596中提出了如下激光熔接方法的技術(shù):當(dāng)熔接工件時，在多個金屬工件的表面的一部分被設(shè)定為熔接區(qū)域的情況下，將激光束投射到熔接區(qū)域上。
[0003]在該技術(shù)中，激光束被投射(掃描)成環(huán)繞熔接區(qū)域的中心。通過這種方式，可以通過將均勻的熱量施加至較寬的范圍而使工件熔化在一起。因此，可以增加由激光束熔接的熔接部的可靠性。
[0004]然而，在如日本特許公報N0.3-80596中所描述的那樣通過投射激光束使工件的一部分被熔化的情況下，熱量更有可能從已被熔化的熔化部(熔池)的周圍而不是熔化部的中心散發(fā)，因而熔化部的固化從熔化部的周圍開始并且朝向熔化部的中心進(jìn)行。此時，從熔化部的中心的固化開始至固化完成的固化速率(S卩，冷卻速率)比熔化部的周圍的固化速率(冷卻速率)更高。
[0005]因此，存在下述情況，即:在熔接部的中心處的固化收縮通過液相流補(bǔ)償之前完成了熔接部的中心處的固化收縮以及由此引起從熔化部固化了的熔接部(固化部)的中心或其附近開始的裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展。該裂紋從熔接部(固化部)的中心擴(kuò)展并且因而難以預(yù)測其斷裂模式。尤其當(dāng)使用由鋁制成的工件時，這種現(xiàn)象是顯著的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了能夠減少熔化部固化了的固化部中的裂紋的激光熔接方法和熔接結(jié)構(gòu)。
[0007]本發(fā)明的第一方面涉及一種激光熔接方法。該激光熔接方法包括:當(dāng)多個金屬工件被熔接時，以所述工件的一部分設(shè)定為熔接區(qū)域，通過將第一激光束投射到所述熔接區(qū)域上而形成熔化部，在所述熔化部中，所述熔接區(qū)域內(nèi)的所述工件熔化；以及在所述熔化部被固化的同時或者在所述熔化部固化了的固化部形成之后，投射第二激光束，使得所述第二激光束從與所述熔化部或所述固化部的中心偏離的照射開始位置朝向所述中心環(huán)繞所述中心，或者使得所述第二激光束從包括所述熔化部或所述固化部的中心及其周圍的照射開始區(qū)域聚焦至所述中心。
[0008]根據(jù)以上方面，在第一激光束的照射中，第一激光束投射到熔接區(qū)域上，以形成熔化部(熔池)，在該熔化部(熔池)中，熔接區(qū)域中的工件被熔化。在第二激光束的照射中，在第二激光束被投射直到熔化部被固化為止的情況下，當(dāng)?shù)诙す馐鴱呐c熔化部的中心偏離的照射開始位置朝向所述中心環(huán)繞所述中心時，可以延遲熔化部的中心的固化。類似地，同樣當(dāng)?shù)诙す馐鴱陌ㄈ刍康闹行募捌渲車恼丈溟_始區(qū)域聚焦至中心時，可以延遲熔化部的中心的固化。因此，液體伴隨熔化部的中心的固化收縮而流動，并且因而可以抑制熔化部的中心附近的裂紋的產(chǎn)生。
[0009]同時，在第二激光束的照射中，在形成熔化部固化了的固化部之后第二激光束從與固化部的中心偏離的照射開始位置朝向所述中心環(huán)繞所述中心的情況下，被照射部分再次熔化，并且因而可以對從固化部的中心朝向固化部的周緣形成的裂紋進(jìn)行密封。類似地，同樣當(dāng)?shù)诙す馐鴱陌ü袒康闹行募捌渲車恼丈溟_始區(qū)域聚焦至中心時，可以對從固化部的中心朝向固化部的周緣形成的裂紋進(jìn)行密封。
[0010]此處，本發(fā)明中的“熔化部的中心”指的是在熔化部的固化從其周圍開始時熔化部的最后被固化的部分?！肮袒康闹行摹敝傅氖窃谌刍康墓袒瘡钠渲車_始時，固化前的熔化部的最后被固化的部分。
[0011]當(dāng)?shù)诙す馐渡渲钡饺刍勘还袒癁橹箷r，第二激光束投射到熔化部的熔化部分上。同時，當(dāng)在形成熔化部固化了的固化部之后投射第二激光束時，第二激光束投射到固化部上。這是因?yàn)槿刍勘煌耆袒?br>[0012]此處，在以上方面中，所述第二激光束被投射，直至所述熔化部被固化為止。在所述第二激光束的照射中，所述第二激光束伴隨著沿從所述熔化部的周緣朝向所述熔化部的中心的方向的固化進(jìn)程被投射到所述熔化部上。這樣，沿從所述熔化部的周緣朝向所述熔化部的中心的方向的固化進(jìn)程可以被延遲。
[0013]根據(jù)以上方面，相關(guān)于第一激光束照射之后熔化部的從其周緣朝向中心的固化的進(jìn)展，用第二激光束照射熔化部。因此，熔化部被第二激光束加熱，并且可以延遲沿從熔化部的周緣朝向熔化部的中心的方向的固化的進(jìn)展。通過這種方式，液體伴隨熔化部的固化收縮而流動，并且因而可以抑制熔化部的中心附近的裂紋的產(chǎn)生。
[0014]此處，在以上方面中，在第二激光束的照射中，照射開始位置可以位于熔化部的周緣上。在這種情況下，除了上述效果之外，還可以抑制從熔化部的周緣到熔化部的中心的固化速率(冷卻速率)的波動，并且因而熔化部可以被固化為具有更均勻的結(jié)構(gòu)。類似地，照射開始區(qū)域可以是被熔化部的周緣圍繞的區(qū)域。同樣，在這種情況下，熔化部可以被固化為具有從熔化部的周緣到熔化部的中心的更均勻的結(jié)構(gòu)。
[0015]此外，在以上方面中，在第二激光束的照射中，照射開始位置可以位于熔化部的周緣與熔化部的中心之間。在這種情況下，可以延遲熔化部的至少中心及其周圍的固化的進(jìn)展。因此，除了上述效果之外，還可以使中心及其周邊處的固化速率(冷卻速率)更接近熔化部的周圍附近的固化速率(冷卻速率)。類似地，照射開始區(qū)域可以是下述區(qū)域，即:所述區(qū)域的周緣位于所述熔化部的周緣與所述熔化部的中心之間并且所述區(qū)域包括所述中心。熔化部可以被固化為具有從熔化部的周緣到熔化部的中心的均勻的結(jié)構(gòu)。
[0016]在以上方面中，在第二激光束的照射中，所述第二激光束可以與所述固化進(jìn)程相結(jié)合地被投射成使得柱狀晶體結(jié)構(gòu)從所述熔化部的周緣生長至所述熔化部的中心。在任一方面的情況下，都可以使從熔化部的周緣到熔化部的中心設(shè)置的任何部分處的固化速率更接近彼此。因而，熔化部固化了的固化部(熔接部)從固化部的周緣至固化部的中心由柱狀晶體結(jié)構(gòu)形成，并且在柱狀晶體結(jié)構(gòu)中，柱狀晶體沿從固化部的周緣朝向固化部的中心的方向延伸。因此，在固化部的柱狀晶體結(jié)構(gòu)中，即使當(dāng)產(chǎn)生從中心開始的裂紋時，仍可以減小裂紋的擴(kuò)展。這是因?yàn)橹鶢罹w中的每個柱狀晶體的從固化部的周緣至固化部的中心的生長是間歇性的。
[0017]在以上方面中，在所述第一激光束的照射之后且在所述第二激光束的照射之前的時間段中，在柱狀晶體結(jié)構(gòu)與所述固化進(jìn)程相結(jié)合地從所述熔化部的周緣朝向所述熔化部的中心生長為圍繞所述熔化部的中心并且然后在完成了所述柱狀晶體結(jié)構(gòu)的生長之后開始等軸晶體結(jié)構(gòu)的生長之后，可以開始第二激光束照射。在所述第二激光束照射過程中，所述第二激光束可以被投射成使得所述等軸晶體結(jié)構(gòu)保留為圍繞所述熔化部的中心，并且使得所述柱狀晶體結(jié)構(gòu)從所述等軸晶體結(jié)構(gòu)生長至所述熔化部的中心。
[0018]根據(jù)以上方面，熔化部固化了的固化部(熔接部)包括:由柱狀晶體結(jié)構(gòu)形成的第一柱狀晶體區(qū)域，在該柱狀晶體結(jié)構(gòu)中，柱狀晶體從固化部的周緣沿從固化部的周緣朝向固化部的中心的方向延伸；由等軸晶體結(jié)構(gòu)形成的等軸晶體區(qū)域，該等軸晶體結(jié)構(gòu)形成為從第一柱狀晶體區(qū)域圍繞固化部的中心；以及第二柱狀晶體區(qū)域，該第二柱狀晶體區(qū)域從等軸晶體區(qū)域至固化部的中心由柱狀晶體結(jié)構(gòu)形成，并且在柱狀晶體結(jié)構(gòu)中，柱狀晶體朝向固化部的中心延伸。通過這種方式，即使當(dāng)在固化期間在第二柱狀晶體區(qū)域的柱狀晶體結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生從中心開始的裂紋時，仍可以減小裂紋的擴(kuò)展。這是因?yàn)橹鶢罹w的生長是間歇性的。另外，即使當(dāng)裂紋進(jìn)一步延伸時，通過等軸晶體區(qū)域的等軸晶體結(jié)構(gòu)仍可以阻止該裂紋。因此，可以抑制裂紋的擴(kuò)展。
[0019]另外，在上述方面中，描述了第二激光束被投射直到熔化部固化為止的情況。同時，下面將對在形成熔化部固化了的固化部之后投射第二激光束的情況的方面進(jìn)行描述。
[0020]在以上方面中，在第二激光束照射的中，第二激光束投射到熔化部固化了的固化部上，以使固化部再次熔化。在這種情況下，包括固化部的中心及其附近的區(qū)域的周緣上的位置可以被設(shè)定為照射開始位置，使得包括固化部的中心及其附近并且通過第二激光束的照射被再次熔化的區(qū)域被固化的冷卻速率比包括熔化部的中心及其附近的區(qū)域在第一激光束的照射之后被固化的冷卻速率更慢。根據(jù)這方面，在固化部的中心及其附近很可能產(chǎn)生裂紋。然而，從照射開始位置至固化部的中心的區(qū)域被再次熔化，并且因而可以對形成在固化部的中心及其附近的裂紋進(jìn)行密封。
[0021]被固化部的中心以及其附近的區(qū)域的周緣圍繞的區(qū)域可以設(shè)定為照射開始區(qū)域，并且第二激光束可以投射到其上。在這種情況下，由于照射開始區(qū)域中的被照射部分被再次熔化，因此可以預(yù)期相同的效果，并且因而可以對從固化部的中心朝向固化部的周緣形成的裂紋進(jìn)行密封。
[0022]在以上方面中，固化部可以包括:等軸晶體區(qū)域，該等軸晶體區(qū)域以包括固化部的中心的方式形成有等軸晶體結(jié)構(gòu)；以及柱狀晶體區(qū)域，該柱狀晶體區(qū)域以從固化部的周緣朝向等軸晶體區(qū)域圍繞等軸晶體區(qū)域的方式形成有柱狀晶體結(jié)構(gòu)。第二激光束可以投射成使得等軸晶體區(qū)域的等軸晶體結(jié)構(gòu)變?yōu)橹鶢罹w結(jié)構(gòu)。
[0023]根據(jù)以上方面，通過第二激光束的照射，整個等軸晶體結(jié)構(gòu)以包括固化部的中心的方式變?yōu)橹鶢罹w結(jié)構(gòu)。因而，固化部從固化部的周緣至固化部的中心由柱狀晶體結(jié)構(gòu)形成，并且在柱狀晶體結(jié)構(gòu)中，柱狀晶體沿從固化部的周緣朝向固化部的中心的方向延伸。因此，在固化部的柱狀晶體結(jié)構(gòu)中，即使當(dāng)產(chǎn)生從中心開始的裂紋時，仍可以減小裂紋的擴(kuò)展。這是因?yàn)橹鶢罹w中的每個柱狀晶體的從固化部的周緣至固化部的中心的生長是間歇性的。
[0024]另外，在以上方面中，固化部可以包括:等軸晶體區(qū)