本發(fā)明涉及激光焊接裝置以及激光焊接方法。

背景技術(shù)：

將第1部件與第2部件對(duì)接。焊接對(duì)接的部位。一直以來(lái)，廣泛進(jìn)行通過(guò)這種焊接將兩個(gè)部件一體化的作業(yè)。

對(duì)于焊接，近年來(lái)使用能量密度高的激光束。

已知通過(guò)該激光束將曲面彼此焊接的技術(shù)(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。

基于圖9來(lái)說(shuō)明專利文獻(xiàn)1的技術(shù)。

如圖9所示，將2個(gè)鋼管101、101在圖面表背方向上對(duì)接。通過(guò)圓環(huán)狀的導(dǎo)軌102包圍鋼管101。在該導(dǎo)軌102上能夠移動(dòng)地安裝加工頭103。在加工頭103上以朝向鋼管101的中心105的方式安裝有激光槍104。一邊使加工頭103沿著導(dǎo)軌102移動(dòng)一邊從激光槍104照射激光束，執(zhí)行激光焊接。

該激光束以直角向曲面照射，因此熔深良好，能夠?qū)嵤﹥?yōu)質(zhì)的焊接。

加工頭103是移動(dòng)的。另一方面，激光振蕩器106是不移動(dòng)的。因此，激光振蕩器106和加工頭103經(jīng)由包含第1～第3接頭107、108、109的激光傳送裝置110而相連。

由于需要第1～第3接頭107、108、109，從而專利文獻(xiàn)1的激光焊接裝置變得復(fù)雜且大型。其結(jié)果是，焊接設(shè)備的設(shè)置費(fèi)用增加。

由于構(gòu)造復(fù)雜，因此構(gòu)成部件的數(shù)量增加，伴隨部件更換而產(chǎn)生的維護(hù)費(fèi)用高漲。

為了追求加工費(fèi)用的降低，期望即使作為焊接曲面的裝置也能夠成為簡(jiǎn)單的構(gòu)造且小型的激光焊接裝置。

在先技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)平11－776號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的課題在于，提供一種激光焊接裝置，即使作為焊接曲面的裝置，也能夠成為簡(jiǎn)單的構(gòu)造且小型的裝置。

技術(shù)方案1的發(fā)明為一種激光焊接裝置，具有：工件固定部，其將多個(gè)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，并在該狀態(tài)下約束所述工件，并且該工件固定部約束使曲面彼此抵接的狀態(tài)下的多個(gè)工件；激光照射機(jī)構(gòu)，其向所述工件的焊接部位照射激光束；移動(dòng)機(jī)構(gòu)，其使所述激光照射機(jī)構(gòu)以直線移動(dòng)；和控制部，其對(duì)所述激光照射機(jī)構(gòu)及所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，在所述激光焊接裝置中，

所述激光照射機(jī)構(gòu)是具有使所述激光束的聚光點(diǎn)描繪圓的功能的機(jī)構(gòu)，

所述控制部以通過(guò)將所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)的移動(dòng)和基于所述激光照射機(jī)構(gòu)進(jìn)行的聚光點(diǎn)的圓周運(yùn)動(dòng)合成來(lái)使所述聚光點(diǎn)描繪螺旋的方式進(jìn)行控制，并且以使該螺旋的中心軸沿著所述曲面的方式進(jìn)行控制。

技術(shù)方案2的發(fā)明為一種激光焊接方法，其使用如技術(shù)方案1所述的激光焊接裝置來(lái)實(shí)施，在該激光焊接方法中，優(yōu)選為，

所述控制部在所述激光束至少?gòu)乃銮娴捻旤c(diǎn)通過(guò)時(shí)使所述激光束與從所述頂點(diǎn)通過(guò)的切線正交，并在從所述曲面的頂點(diǎn)離開(kāi)的焊接部位使所述激光束向所述曲面的曲率中心傾斜。

發(fā)明效果

在技術(shù)方案1的發(fā)明中，使激光束的聚光點(diǎn)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(diǎn)離開(kāi)的部位上，螺旋會(huì)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(guò)像這樣進(jìn)行重復(fù)，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(jù)本發(fā)明，盡管焊接部位位于曲面，但也能夠使激光照射機(jī)構(gòu)以直線移動(dòng)。由于是直線移動(dòng)，因此移動(dòng)機(jī)構(gòu)變得簡(jiǎn)單且小型。因此，通過(guò)本發(fā)明，能夠提供一種激光焊接裝置，即使作為焊接曲面的裝置，也能夠成為簡(jiǎn)單的構(gòu)造且小型的裝置。

在技術(shù)方案2的發(fā)明中，控制部在激光束從曲面的頂點(diǎn)通過(guò)時(shí)使激光束與從頂點(diǎn)通過(guò)的切線正交，且在從曲面的頂點(diǎn)離開(kāi)的焊接部位使激光束向曲面的曲率中心傾斜。激光照射機(jī)構(gòu)具有若在固定范圍內(nèi)則使激光束傾斜的功能。巧妙地利用該功能，在從曲面的頂點(diǎn)離開(kāi)的焊接部位使激光束向曲面的曲率中心傾斜。通過(guò)該傾斜，能夠減輕螺旋彼此的重疊，從而能夠提高生產(chǎn)率。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的激光焊接裝置的基本結(jié)構(gòu)圖。

圖2是激光照射機(jī)構(gòu)的原理圖。

圖3是表示激光束的聚光點(diǎn)的軌跡的圖。

圖4是表示激光束的聚光點(diǎn)的軌跡的圖。

圖5是激光束從曲面的頂點(diǎn)通過(guò)時(shí)的作用說(shuō)明圖。

圖6是激光束從曲面的頂點(diǎn)離開(kāi)時(shí)的作用說(shuō)明圖。

圖7是說(shuō)明優(yōu)選的激光束的照射方法的圖。

圖8是將比較例與實(shí)施例進(jìn)行對(duì)比來(lái)說(shuō)明的圖。

圖9是說(shuō)明以往的激光焊接裝置的原理的圖。

具體實(shí)施方式

以下基于附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。

實(shí)施例

如圖1所示，激光焊接裝置10具有：約束并固定工件11、12的工件固定部20；向工件11、12照射激光束31的激光照射機(jī)構(gòu)30；使該激光照射機(jī)構(gòu)30以直線移動(dòng)的移動(dòng)機(jī)構(gòu)40；和對(duì)激光照射機(jī)構(gòu)30及移動(dòng)機(jī)構(gòu)40進(jìn)行控制的控制部50。以下，說(shuō)明各構(gòu)成要素的構(gòu)造的一例。

工件11、12例如由筒狀的第1工件11、和插入于該第1工件11的筒狀的第2工件12構(gòu)成。第2工件12的曲面與第1工件11的曲面重疊。

本發(fā)明用于將曲面彼此接合，焊接部位13呈圓弧狀。從這樣的焊接部位13通過(guò)的平面14在本例中與圖面的面一致。

將從該平面14通過(guò)且從曲面的頂點(diǎn)15通過(guò)的切線16(包括與切線16平行的線。)設(shè)定為x軸。將與該x軸正交且向圖面內(nèi)側(cè)延伸的軸設(shè)定為y軸。該y軸是沿后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(tái)21、和將工件11、12向支承臺(tái)21約束并將其固定的夾具22構(gòu)成。夾具22由夾具氣缸23驅(qū)動(dòng)。

移動(dòng)機(jī)構(gòu)40是使激光照射機(jī)構(gòu)30沿著x軸以直線移動(dòng)的機(jī)構(gòu)。移動(dòng)機(jī)構(gòu)40例如由沿x軸延伸的導(dǎo)軌41、由該導(dǎo)軌41支承且對(duì)激光照射機(jī)構(gòu)30進(jìn)行支承的滑塊42、和使該滑塊42沿x軸移動(dòng)的移動(dòng)氣缸43構(gòu)成。

移動(dòng)機(jī)構(gòu)40在將工件11、12載置于工件固定部20或從工件固定部20取下時(shí)，向待機(jī)位置移動(dòng)以避免與工件11、12發(fā)生干涉。移動(dòng)機(jī)構(gòu)40優(yōu)選為機(jī)械臂。

如圖2所示，激光照射機(jī)構(gòu)30由激光振蕩器32、將從該激光振蕩器32發(fā)射的激光束31反射的反射鏡33、使該反射鏡33繞x軸旋轉(zhuǎn)的馬達(dá)34、使由反射鏡33反射的激光束31收束的透鏡37、使該透鏡37沿透鏡37的軸移動(dòng)的透鏡驅(qū)動(dòng)器36、和收納這些構(gòu)成要素的殼體38構(gòu)成。通過(guò)透鏡37來(lái)確定激光束31的聚光點(diǎn)(焦點(diǎn))39。

通過(guò)反射鏡33使激光束31沿y軸移動(dòng)。另外，通過(guò)使透鏡36相對(duì)于反射鏡33移動(dòng)，而使激光束31的聚光點(diǎn)39沿z軸移動(dòng)。以使聚光點(diǎn)39描繪圓的方式來(lái)合成y軸移動(dòng)和z軸移動(dòng)。

在描繪圓的基礎(chǔ)上，使激光照射機(jī)構(gòu)30沿x軸移動(dòng)。如圖3所示，聚光點(diǎn)39的圓周運(yùn)動(dòng)成為螺旋運(yùn)動(dòng)。在本例中，為了易于理解，將螺旋的中心軸39B設(shè)為了直線。通過(guò)精細(xì)地控制激光照射機(jī)構(gòu)30向x軸方向的移動(dòng)速度、照射角度、反射鏡33及透鏡37的動(dòng)作，螺旋運(yùn)動(dòng)描繪圓弧。

因此，在本發(fā)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(diǎn)39所描繪的螺旋在中央粗，并且越接近兩端(90°、－90°)變得越密且多個(gè)螺旋相重合。

接下來(lái)，敘述由以上結(jié)構(gòu)構(gòu)成的激光焊接裝置10的作用。

如圖5的(a)所示，從沿著x軸移動(dòng)過(guò)程中的激光照射機(jī)構(gòu)30照射的激光束31到達(dá)曲面的頂點(diǎn)15。

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

其結(jié)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(dá)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(dāng)激光照射機(jī)構(gòu)30沿著x軸移動(dòng)到從曲面的頂點(diǎn)15離開(kāi)的位置時(shí)，如圖6的(a)所示，激光束31到達(dá)至從曲率中心53開(kāi)始打開(kāi)45°的點(diǎn)。如圖6的(b)所示，激光束的聚光點(diǎn)39描繪螺旋軌跡。

通常，在激光束31連續(xù)地前進(jìn)的情況下，在最前方生成被稱為鍵孔(keyhole)的熔融部(熔池)。在緊接該熔融部之后形成半凝固部，在該半凝固部之后生成凝固部(與熔敷金屬相當(dāng))。

如圖6的(b)那樣，當(dāng)激光束的聚光點(diǎn)39一邊描繪螺旋軌跡一邊重疊時(shí)，半凝固部通過(guò)激光束31而再次熔融。

即，如圖6的(c)所示，通過(guò)最初的熔融形成深度d2，通過(guò)再次熔融追加了深度d3，其結(jié)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并到達(dá)第2工件12的中途。

如圖4的(b)所示，激光束越接近曲面的端部，螺旋的重疊越增加。其結(jié)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激光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(dāng)激光束31從曲面的頂點(diǎn)15通過(guò)時(shí)，使激光束31與從頂點(diǎn)15通過(guò)的切線16正交。當(dāng)激光束31通過(guò)從曲面的頂點(diǎn)15離開(kāi)的焊接部位時(shí)，使激光束31向曲面的曲率中心53以5°～15°的傾斜角傾斜。由此，能夠進(jìn)一步提高曲面的端部處的焊接品質(zhì)。

本發(fā)明方法能夠適用于各種用途。接下來(lái)說(shuō)明其一例。

如圖8的(a)所示，準(zhǔn)備平板的一部分以圓弧狀彎曲的第1沖壓品56、平板的一部分以圓弧狀彎曲的第2沖壓品57、和管58。通過(guò)第1沖壓品56的圓弧和第2沖壓品57的圓弧來(lái)夾持管58。對(duì)第1沖壓品56和第2沖壓品57進(jìn)行焊接。將管58焊接于第1沖壓品56。

以往，如圖8的(b)的比較例所示，在對(duì)第1沖壓品56和第2沖壓品57進(jìn)行焊接時(shí)，使激光照射機(jī)構(gòu)101以直線移動(dòng)。另一方面，在將管58焊接于第1沖壓品56時(shí)，激光照射機(jī)構(gòu)101以描繪圓弧的方式移動(dòng)，以使激光束102指向管58的中心103。

激光照射機(jī)構(gòu)101的位置控制很麻煩。

相對(duì)于此，在圖8的(c)所示的實(shí)施例中，通過(guò)使激光照射機(jī)構(gòu)30以直線移動(dòng)，無(wú)論是直線部還是圓弧部均能夠一并進(jìn)行焊接。其結(jié)果是，激光照射機(jī)構(gòu)30的位置控制變得格外輕松。

此外，關(guān)于工件，在實(shí)施例中重疊了兩片，但也可以重疊三片以上。另外，本發(fā)明也能夠適用于對(duì)接焊。

另外，關(guān)于工件的材質(zhì)，原則上設(shè)為碳鋼，但也可以是不銹鋼、鈦合金、鋁合金或其他任意的材質(zhì)。

另外，工件不限定于正圓的筒或管，也可以是在沖壓品等上局部地形成的圓弧部。

工業(yè)實(shí)用性

本發(fā)明適合用于焊接曲面的激光焊接。

附圖標(biāo)記說(shuō)明

10：激光焊接裝置，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(diǎn)，16：切線，20：工件固定部，30：激光照射機(jī)構(gòu)，31：激光束，39：激光束的聚光點(diǎn)，39B：螺旋的中心軸，40：移動(dòng)機(jī)構(gòu)，50：控制部，52：熔敷金屬，53：曲率中心。