[0001] 本发明涉及焊接方法，并且更具体地，涉及使用诸如激光束、电子束或离子束的高能束的焊接方法。

[0002] 一种广泛使用的用于将彼此堆叠的多个金属板结合在一起的焊接方法是一种通过激光焊接的焊接方法，因为该方法提供了以下优势：诸如几乎没有加工变形、能够进行高速焊接以及很少的部分受到余热影响。

[0003] 未经审查的日本专利申请公开第2011-062575号公开了一种对彼此堆叠的两个金属板进行激光焊接的方法，在该方法中，沿闭合曲线形成多个熔核以满足熔核直径/间距≥0.5。

[0004] 在未经审查的日本专利申请公开第2011-062575号中，存在以下问题：被焊接物体因焊接过程期间的热畸变或残余应力而发生变形。为了解决在焊接过程期间被焊接物体的变形，已知一种在执行主焊之前在点焊部分或其附近处执行点焊的方法。

[0005] 本发明的发明人已经发现以下问题。当执行主焊以使得主焊部分叠在点焊部分上时，在主焊过程期间会失去通过点焊部分抑制被焊接物体的变形的效果，这最终导致被焊接物体的变形。另一方面，当对点焊部分附近进行主焊并且即使在完成主焊之后点焊部分仍然存在时，强度低的点焊部分会在完成主焊之后剥离。虽然即使在点焊部分剥离时也没有问题，但是在点焊部分剥离时会发生异常噪声。

[0006] 考虑到上述论述做出本发明，并且本发明旨在抑制在执行主焊之后被焊接物体的变形以及在执行主焊之后点焊部分的剥离。

[0007] 根据本发明的焊接方法是一种用高能束照射被焊接物体并且执行焊接的焊接方法，其中被焊接物体包括彼此堆叠的多个金属板，该方法包括以下过程：沿被焊接物体的被焊接部分上的虚拟闭合曲线形成多个点焊熔核；以及形成多个主焊熔核使得主焊熔核叠在多个点焊熔核中的各个点焊熔核上。

[0008] 在根据本发明的焊接方法中，沿被焊接部分上的虚拟闭合曲线设置多个点焊熔核。因此，即使在主焊熔核被形成为使得主焊熔核叠在点焊熔核上时，也能够由于存在其他点焊熔核以及已经形成的主焊熔核而抑制被焊接物体的变形。此外，多个主焊熔核被形成为使得多个主焊熔核叠在多个点焊熔核中的各个点焊熔核上。因此，在执行主焊之后没有点焊熔核剩下。即使有点焊熔核剩下，被形成为叠在点焊熔核上的主焊熔核也防止余留的点焊熔核剥离。因此，能够抑制在执行主焊时被焊接物体的变形以及在执行主焊之后点焊部分的剥离。

[0009] 此外，在根据本发明的焊接方法中，优选的是，多个主焊熔核被形成为使得多个主焊熔核包围多个点焊熔核中的各个点焊熔核。由于在完成主焊之后没有点焊部分剩下，所以能够充分防止在执行主焊之后点焊部分剥离。

[0010] 此外，在根据本发明的焊接方法中，优选地使用激光束作为高能束。

[0011] 根据本发明，能够抑制在执行主焊之后被焊接物体的变形以及在执行主焊之后点焊部分的剥离。

[0012] 将根据附图以及下文中给出的详细描述更全面地理解本发明的上述和其他目的、特征以及优势，其中仅通过图示方式给出附图，因而附图将不被认为对本发明进行限制。

[0013] 图1是示出执行根据第一实施方式的焊接方法的激光焊接设备的一个示例的侧视图；

[0014] 图2是用于描述激光焊接设备的基本操作的平面图；

[0015] 图3A至图3D是用于描述激光焊接设备的基本操作的横截面图；

[0016] 图4A至图4D是用于描述根据第一实施方式的焊接方法的图；

[0017] 图5A至图5C是用于描述根据第一实施方式的焊接方法的图；

[0018] 图6是被焊接部分41的放大平面图；

[0019] 图7是沿图6的线VII-VII截取的横截面图；

[0020] 图8A至图8D是用于描述根据第二实施方式的焊接方法的图；以及[0021] 图9是根据示例的被焊接物体100的平面图。

[0022] 在下文中，参考附图，将描述本发明的具体实施方式。然而，本发明不限于以下实施方式。为了清晰描述，酌情简化以下描述和附图。

[0023] (第一实施方式)

[0024] 首先，参考图1至图3D，将描述执行根据第一实施方式的焊接方法的激光焊接设备。图1是示出执行根据第一实施方式的焊接方法的激光焊接设备的一个示例的侧视图。图2是用于描述激光焊接设备的基本操作的平面图。图3A至图3D是用于描述激光焊接设备的基本操作的横截面图。

[0025] 为了方便，尤其为了在附图中说明各部件之间的位置关系，图示出了在图1至图3D中示出的右手xyz坐标系。在附图中，xy平面形成水平面，z轴方向为垂直方向，其中z轴上的正方向为垂直向上的方向。

[0026] 如图1中所示，激光焊接设备1包括激光振荡器10、扫描装置11以及驱动源12。

[0027] 激光振荡器10生成激光束。使用光缆13将生成的激光束导向到扫描装置11。激光束例如可以为二氧化碳激光器、YAG激光器或者光纤激光器。

[0028] 扫描装置11在图2中示出的扫描范围18内扫描经由光缆13从激光振荡器10导出的激光束16，并且将激光束16发射到金属板31，该金属板31是被焊接物体。以这种方式，形成了被焊接部分40，在该被焊接部分40中彼此堆叠的两个金属板31和32被结合在一起。

[0029] 扫描装置11包括均能够绕一个旋转轴旋转的反射镜14和15。例如，反射镜14沿x轴方向扫描激光束16，并且反射镜15沿y轴方向扫描激光束16。反射镜14和15例如可以由电流镜(galvano mirrors)组成。

[0030] 例如，扫描装置11可以被诸如自动机械(robot)的驱动源12沿期望方向(x轴方向、y轴方向以及z轴方向)移动。

[0031] 虽然扫描装置11由图1中的两个反射镜14和15组成，但是该扫描装置11也可以由能够沿两个轴方向旋转的一个反射镜组成。

[0032] 接下来参考图2以及图3A至图3D，将描述激光焊接设备1的基本操作。图2以及图3A至图3D举例说明了将两个金属板31和32作为被焊接物体而焊接或结合在一起的情况。虽然在图3A至图3D中作为被焊接物体的两个金属板31和32被布置成使得它们彼此分开，但是两个金属板31和32也可以被布置成使得它们彼此接触。

[0033] 如图2的平面图所示，当金属板31和32被焊接在一起时，扫描装置11沿箭头示出的焊接方向移动。焊接方向是金属板31和32被焊接在一起的方向。换句话说，焊接方向是形成图3A至图3D中示出的被焊接部分41和42的方向。此时，激光束16的扫描范围18在扫描装置11移动时移动。扫描装置11可以沿焊接方向以恒定速度(即连续地)移动或者沿焊接方向以分段方式(即不连续地)移动。

[0034] 此外，如图3A所示，当金属板31和32被焊接在一起时，扫描装置11用激光束16照射被焊接部分41。扫描装置11继续沿焊接方向移动。因此，如图3B和3C所示，扫描装置11扫描激光束16，并且使得被焊接部分41被激光束16照射。从被焊接部分41的焊接开始到被焊接部分41的焊接结束，扫描装置11的移动速度被设置成使得被焊接部分41落入扫描装置11的扫描范围18内的速度。

[0035] 此后，如图3D所示，扫描装置11将激光束16发射到下一被焊接部分42。以这种方式，激光焊接设备1能够通过以下方式来焊接金属板31和32的预定部分：在由驱动源12移动扫描装置11的同时由扫描装置11扫描激光束16。当使用上述焊接方式时，被焊接部分41和42(图1中的被焊接部分40)变成分开的。当然，作为被焊接物体的多个金属板的数量可以为三个或更多个。

[0036] 接下来参考图4A至图4D以及图5A至图5C，将描述根据该实施方式的焊接方法。图4A至图4D以及图5A至图5C是用于描述根据第一实施方式的焊接方法的图。能够使用上述激光焊接设备1来执行根据该实施方式的焊接方法。图4A至图4D均示出了用激光束16照射金属板31的平面图。此外，在图5A至图5C中，在图4B中示出的被焊接部分41的主焊过程进一步被分成若干个过程。在图4A至图4D中，仅示出了扫描装置11的扫描范围18，而省略了扫描装置11。在图5A至图5C中，仅示出了被焊接部分41。

[0037] 根据该实施方式的焊接方法是以下激光焊接方法：在移动扫描装置11的同时，其中该扫描装置11扫描从激光振荡器10导出的激光束16，通过将由扫描装置11扫描的激光束16发射到作为被焊接物体的多个金属板31和32来焊接多个金属板31和32。

[0038] 如图4A所示，首先，用激光束16照射被焊接部分41以执行点焊。具体地，在被焊接部分41中形成多个点焊熔核(tack weld nugget)41a。在图4A示出的示例中，形成了三个点焊熔核41a。可以以任何顺序形成三个点焊熔核41a。这同样适用于其他被焊接部分。术语“点焊”意思是临时焊接，以抑制金属板31和32因主焊过程期间的热畸变或残余应力而发生变形。点焊中的结合力小于主焊中的结合力。

[0039] 接下来，用激光束16照射被焊接部分42以执行点焊。也就是说，在被焊接部分42中形成三个点焊熔核42a。

[0040] 接下来，如图4B所示，用激光束16照射被焊接部分41以执行主焊。具体地，多个主焊熔核(main weld nugget)41b被形成为使得主焊熔核41b叠在多个点焊熔核41a中的各个点焊熔核上。在图4B示出的示例中，三个主焊熔核41b被形成为使得主焊熔核41b叠在三个点焊熔核41a中的各个点焊熔核上。术语“主焊”意思是进行焊接以使金属板31和32彼此可靠地结合。例如，在主焊过程中发射激光束16的时间比在点焊过程中发射激光束16的时间长。

[0041] 现在参考图5A至图5C，将进一步详细地描述图4B中示出的被焊接部分41的主焊过程。

[0042] 如图5A所示，当对被焊接部分41进行主焊时，第一主焊熔核41b被形成为使得第一主焊熔核41b叠在第一点焊熔核41a上。在图5A示出的示例中，第一主焊熔核41b被形成为使得第一主焊熔核41b叠在位于图5A中示出的被焊接部分41中的下部的左侧上的点焊熔核41a上。在主焊过程中，当形成第一主焊熔核41b时，失去了通过虚线示出的第一点焊熔核
41a抑制被焊接物体的变形的效果。然而，由于剩余的两个点焊熔核41a的存在，在形成第一主焊熔核41b时能够抑制被焊接物体的变形。

[0043] 接下来，如图5B所示，第二主焊熔核41b被形成为使得第二主焊熔核41b叠在第二点焊熔核41a上。在图5B示出的示例中，第二主焊熔核41b被形成为使得第二主焊熔核41b叠在位于图5B中示出的被焊接部分41中的下部的右侧上的点焊熔核41a上。在主焊过程中，当形成第二主焊熔核41b时，失去了通过虚线示出的第二点焊熔核41a抑制被焊接物体的变形的效果。然而，由于剩余的一个点焊熔核41a的存在，在形成第二主焊熔核41b时能够抑制被焊接物体的变形。当作为被焊接物体的金属板31和32的热导率(heat conductivity)像铝合金板的热导率一样高时，第一主焊熔核41b快速固化，从而能够获得通过第一主焊熔核41b抑制被焊接物体的变形的增强效果。

[0044] 现在如图5C所示，第三主焊熔核41b被形成为使得第三主焊熔核41b叠在第三点焊熔核41a上。在图5C示出的示例中，第三主焊熔核41b被形成为使得第三主焊熔核41b叠在位于图5C示出的被焊接部分41中的上部中的点焊熔核41a上。在主焊过程中，当形成第三主焊熔核41b时，失去了通过虚线示出的第三点焊熔核41a抑制被焊接物体的变形的效果。然而，由于第一和第二主焊熔核41b的存在，在形成第三主焊熔核41b时能够抑制被焊接物体的变形。

[0045] 可以以任何顺序形成三个主焊熔核41b。

[0046] 如上所述，沿被焊接部分41中的虚拟闭合曲线设置多个点焊熔核41a。因此，即使在主焊熔核41b被形成为使得主焊熔核41b叠在一个焊点熔核41a上时，也能够由于其他点焊熔核41a和已经形成的主焊熔核41b的存在而抑制被焊接物体的变形。

[0047] 此外，多个主焊熔核41b被形成为使得各个主焊熔核41b叠在各个点焊熔核41a上。如图5A至图5C所示，当各个主焊熔核41b包围各个点焊熔核41a时，在完成主焊之后不余留点焊熔核41a。因此，不会发生在完成主焊之后点焊部分的剥离。

[0048] 另一方面，即使在点焊熔核41a的一部分延伸超过被形成为叠在点焊熔核41a上的主焊熔核41b，并且该部分在主焊之后余留时，也可以通过被形成为叠在点焊熔核41a上的主焊熔核41b来抑制余留的点焊熔核的剥离。通过使经过点焊熔核41a的中心的闭合曲线在经过主焊熔核41b的中心的闭合曲线之内，能够进一步抑制在主焊过程之后点焊部分的剥离。

[0049] 如上所述，在根据该实施方式的焊接方法中，能够抑制在执行主焊时被焊接物体的变形，并且抑制在执行主焊之后点焊部分的剥离。

[0050] 返回来参考图4A至图4C，将继续进行对根据该实施方式的焊接方法的描述。

[0051] 接下来，如图4C所示，用激光束16照射被焊接部分43以进行点焊。也就是说，在被焊接部分43中形成三个点焊熔核43a。

[0052] 之后，如图4D所示，扫描装置11使得被焊接部分42被激光束16照射以进行主焊。也就是说，三个主焊熔核42b被形成为使得主焊熔核42b叠在三个点焊熔核42a中的各个点焊熔核上。

[0053] 通过重复相似的操作，能够焊接金属板31和32。

[0054] 参考图6和图7，将描述被焊接部分41的详细构造，该被焊接部分41包括被形成为叠在多个点焊熔核41a中的各个点焊熔核上的多个主焊熔核41b。图6是被焊接部分41的放大平面图。图7是沿图6的直线VII-VII取得的横截面图。

[0055] 如图6所示，在根据该实施方式的焊接方法中，沿虚拟闭合曲线形成多个点焊熔核41a，该虚拟闭合曲线由示出了被焊接部分41的交替的一长两短虚线示出。之后，多个主焊熔核41b被形成为使得主焊熔核41b叠在各个点焊熔核41a上。

[0056] 在图6示出的示例中，沿具有直径为D的圆形形状的虚拟曲线(即被焊接部分41)以等间隔形成具有直径为Da的圆形形状的三个点焊熔核41a，然后形成具有直径为Db的圆形形状的三个主焊熔核41b，使得主焊熔核41b叠在各个点焊熔核41a上。在形成主焊熔核41b之后没有点焊熔核41a剩下。因此，点焊熔核41a由虚线示出。

[0057] 不特别限制点焊熔核41a的数量和主焊熔核41b的数量。此外，主焊熔核41b的数量与点焊熔核41a的数量可以不同，并且主焊熔核41b的数量可以大于点焊熔核41a的数量。也就是说，不必在形成主焊熔核41b的所有位置处形成点焊熔核41a。

[0058] 此外，点焊熔核41a和主焊熔核41b的形状不限于圆形形状，并且例如可以是椭圆形或多边形。

[0059] 此外，布置有点焊熔核41a和主焊熔核41b的虚拟闭合曲线(在图6中由示出了被焊接部分41的交替的一长两短虚线示出的虚拟闭合曲线)的形状不限于圆形形状，并且例如可以是椭圆形、具有期望形状的曲线或者多边形。

[0060] 此外，虽然如图6所示点焊熔核41a的直径Da通常小于主焊熔核41b的直径，但是点焊熔核41a的直径Da可以大于主焊熔核41b的直径。随着点焊熔核41a的直径Da变得更小，能够减少在形成点焊熔核41a时的热畸变。此外，能够减少点焊时间，这提高了生产效率和能量效率。另一方面，在主焊过程中抑制被焊接物体的变形的效果变差了。

[0061] 当点焊熔核41a的直径Da大于主焊熔核41b的直径Db时，点焊熔核41a的一部分延伸超过被形成为叠在点焊熔核41a上的主焊熔核41b，并且该部分在主焊之后余留。即使在这样的情况下，也可以通过被形成为叠在点焊熔核41a上的主焊熔核41b来抑制余留的点焊熔核的剥离。

[0062] 关于诸如剥离强度的强度特性而言，主焊熔核41b的直径Db相对于间隔p优选地满足1/2

[0063] 当Db/p≤1/2时，主焊熔核41b的直径Db相对于间隔p来说小，所以主焊熔核41b彼此分开。因此，关于强度特性而言，当在多个主焊熔核41b彼此不影响的情况下施加超过每个单个主焊熔核41b的强度的载荷时，每个主焊熔核41b单独地断裂。因此，强度变成低于具有直径(D+Db)的圆41c所包围的一个熔核的强度。

[0064] 此外，当1焊缝(多个主焊熔核41b)与基材(金属板31和32)之间的边界一起发生断裂。也就是说，强度变成等于具有直径(D+Db)的圆41c所包围的一个熔核的强度。

[0065] 另一方面，当1/2

[0066] 此外，如图4A至图4D所示，优选的是，对被焊接部分进行主焊，同时保持其两侧上的被焊接部分固定。具体地，如图4C所示，当对被焊接部分42进行主焊时，例如，优选地首先对位于扫描范围18中焊接方向的下游侧的被焊接部分43进行点焊。通过在对被焊接部分进行主焊的同时保持位于其两侧上的被焊接部分固定，可以在执行主焊时有效地抑制金属板31和32变形或位移。

[0067] 此外，如图4A至图4D所示，优选的是，在移动扫描装置11的同时在扫描范围18中执行点焊和主焊。在金属板31和32被焊接时扫描装置11经过焊根的次数变为一次，从而提高了生产率。

[0068] 可替选地，可以在所有被焊接部分(被焊接部分41、42等)中形成点焊熔核(点焊熔核41a、42a等)之后接连地形成主焊熔核(主焊熔核41b、42b等)。然而，在这种情况下，扫描装置11经过焊根的次数变为两次，并且生产率变低。

[0069] 如上所述，在根据该实施方式的焊接方法中，在被焊接部分中沿虚拟闭合曲线设置多个点焊熔核。因此，即使在主焊熔核被形成为使得主焊熔核叠在点焊熔核上时，也可以通过其他点焊熔核以及已经形成的主焊熔核的存在来抑制被焊接物体的变形。

[0070] 此外，多个主焊熔核被形成为使得主焊熔核叠在多个点焊熔核中的各个点焊熔核上。因此，在完成主焊之后没有点焊熔核剩下。即使有点焊熔核剩下，形成为叠在点焊熔核上的主焊熔核也防止余留的点焊熔核剥离。

[0071] 因此，能够抑制在执行主焊时被焊接物体的变形以及在执行主焊之后点焊部分的剥离。

[0072] (第二实施方式)

[0073] 接下来，参考图8A至图8D，将描述根据第二实施方式的焊接方法。

[0074] 在第一实施方式中，如图4A至图4D所示，在对以下一部分进行点焊的同时焊接被焊接物体：该部分相对于要被主焊的部分在焊接方向的下游。另一方面，在第二实施方式中，参考图8A至图8D，将描述在对以下两部分进行点焊的同时焊接被焊接物体的情况：该两部分相对于要被主焊的部分在焊接方向的下游。

[0075] 如图8A所示，用激光束16照射被焊接部分41、42和43中的每个以执行点焊。也就是说，在被焊接部分41中形成三个点焊熔核41a，在被焊接部分42中形成三个点焊熔核42a，以及在被焊接部分43中形成三个点焊熔核43a。不具体地限制对被焊接部分41、42和43进行点焊的顺序。

[0076] 接下来，如图8B所示，用激光束16照射被焊接部分41以执行主焊。也就是说，三个主焊熔核41b被形成为使得主焊熔核41b叠在三个点焊熔核41a中的各个点焊熔核上。

[0077] 接下来，如图8C所示，用激光束16照射被焊接部分44以执行点焊。也就是说，在被焊接部分44中形成三个点焊熔核44a。

[0078] 之后，如图8D所示，用激光束16照射被焊接部分42以执行主焊。也就是说，三个主焊熔核42b被形成为使得主焊熔核42b叠在三个点焊熔核42a中的各个点焊熔核上。

[0079] 通过重复相似的操作，能够焊接金属板31和32。

[0080] 在根据图8A至图8D中示出的该实施方式的焊接方法中，相对于要被主焊的部分，点焊在焊接方向的下游上的两个部分。因此，与根据图4A至图4D中示出的第一实施方式的焊接方法相比，以该焊接方法能够更有效地抑制金属板31和32的变形或位移。

[0081] 虽然在根据该实施方式的焊接方法中相对于要被主焊的部分来点焊在焊接方向的下游上的两个部分，但是要被点焊的部分的数量可以为三个或更多个。

[0082] [示例]

[0083] 接下来参考图9，将描述本发明的示例。图9是根据该示例的被焊接物体100的平面图。

[0084] 使用根据第一实施方式的焊接方法来焊接被焊接物体100。在该示例中，使用彼此堆叠的两个框架形的6000系列铝合金板作为被焊接物体100。各个铝合金板的厚度为1.2mm和0.9mm。使用光纤激光器作为激光焊接设备1的激光振荡器10。

[0085] 如图9所示，被焊接物体100中的被焊接部分101的数量为20。此时，如参考图4A至图4D所描述的，在移动扫描装置11的同时在扫描范围18中执行被焊接物体100的点焊和主焊。也就是说，在该示例中，在焊接被焊接物体100时，扫描装置11经过图9中箭头所示出的焊根的次数为一次。

[0086] 如图6中的放大视图所示，在被焊接部分101中的每个中形成具有圆形形状的三个点焊熔核以及具有圆形形状的三个主焊熔核。点焊熔核的直径Da约为1mm。此外，主焊熔核的直径Db约为5mm。

[0087] 在该示例中，如图5A至图5C所示，在被焊接部分101中的每个中接连地形成三个主焊熔核，使得三个主焊熔核叠在三个点焊熔核上，并且三个主焊熔核包围三个点焊熔核。因此，在完成主焊之后没有点焊熔核剩下，这意味着在执行主焊之后在点焊部分中不发生剥离。

[0088] 此外，如参考图5A至图5C所描述的，由于三个点焊熔核被设置在被焊接部分101中的每个中，所以在形成主焊熔核时，由于其他点焊熔核以及已经形成的主焊熔核的存在，可以抑制被焊接物体的变形。

[0089] 总之，在该示例中，能够抑制在执行主焊时被焊接物体的变形以及在执行主焊之后点焊部分的剥离。

[0090] 本发明不限于上述实施方式，并且可以在不偏离本发明的精神的情况下适当地改变。

[0091] 例如，被焊接部分的熔核可以具有期望形状。熔核例如可以为C型、O型或者直线型。

[0092] 此外，根据本发明的焊接方法能够被广泛应用于使用诸如激光束、电子束和离子束的高能束的焊接(例如，混合激光-电弧焊接、电子束焊接)。

[0093] 此外，可以使用多种扫描装置来执行点焊和主焊。由于在这种情况下使用了多个激光束，所以能够增大焊接速度。

[0094] 此外，虽然根据本发明的焊接方法尤其适用于铝合金板，在执行焊接时铝合金板往往很容易变形，但是该焊接方法也适用于钢板或者其他金属板。

[0095] 根据如此描述的本发明，显而易见的是，可以以许多方式改变本发明的实施方式。这样的变化不被视为偏离本发明的精神和范围，并且对于本领域技术人员来说显而易见的所有这样的修改都旨在包括在所附权利要求书的范围内。