激光焊接方法
阅读：387发布：2020-05-12
专利汇可以提供激光焊接方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供能够抑制熔融金属的“焊穿”且使接合区域的面积增大而充分确保金属板彼此的接合强度的 激光 焊接 方法。在朝向重叠的多张金属板的表面照射激光进行焊接的 激光焊接 方法中，使激光扫描的轨迹从在金属板上预先设定的接合区域中的内侧的圆环状的扫描轨迹向外侧的圆环状的扫描轨迹依次变更，设置在变更该激光扫描的轨迹时使激光向金属板的表面的照射暂时停止的照射间隔。由此，每次变更激光扫描的轨迹，能够使通过在此之前的激光的照射而熔融的金属的 温度 降低，提高其 粘度 ，即使接合区域的面积变大也能够抑制熔融金属的“焊穿”，也能够充分确保金属板彼此的接合强度。，下面是激光焊接方法专利的具体信息内容。
1.一种激光焊接方法，朝向重叠的多张金属板的表面照射激光，一边扫描该激光的照射位置一边熔融所述各金属板，通过所述激光的扫描来搅拌由金属板的熔融金属形成的熔池而使所述金属板彼此接合，其特征在于，
使所述激光扫描的轨迹从在所述金属板上预先设定的接合区域中的内侧的环状的扫描轨迹向外侧的环状的扫描轨迹依次变更，设置在变更该激光扫描的轨迹时使所述激光向所述金属板的表面的照射暂时停止的照射间隔。
2.根据权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，
所述各环状的扫描轨迹分别是以所述接合区域的中央部为中心的同心圆形状。
3.根据权利要求1或2所述的激光焊接方法，其特征在于，
在沿着所述环状的扫描轨迹进行具有所述照射间隔地实施的全部的激光的照射的情况下，向所述接合区域中最内侧的环状的扫描轨迹照射的激光的输出设定为大于向其他的环状的扫描轨迹照射的激光的输出。
4.根据权利要求1或2所述的激光焊接方法，其特征在于，
在向所述接合区域中最内侧的环状的扫描轨迹照射激光之前向所述接合区域的中央部的一点照射激光的情况下，该激光的输出设定为大于向所述各环状的扫描轨迹照射的激光的输出。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的激光焊接方法，其特征在于，
所述激光扫描的轨迹变更的环状的扫描轨迹越为外侧，则所述照射间隔的时间设定得越长。
激光焊接方法
技术领域
背景技术
[0002] 以往，作为将重叠的多张金属板彼此接合(焊接)的方法已知激光焊接。在专利文献1中公开了如下内容，即，关于重叠的两张金属板的激光焊接，通过朝向金属板的表面照射激光，将这些金属板熔融形成熔池，向该熔池照射激光使该熔池内的熔融金属流动。由此，能够确保金属板彼此的接合强度。
[0003] 现有技术文献
[0004] 专利文献
[0005] 专利文献1：日本特开2012-228715号公报
发明内容
[0006] 发明要解决的技术问题
[0007] 但是，在金属板彼此之间产生的间隙(板隙)大的情况下，为了在各金属板上使熔融金属交联，需要该熔融金属的量大。在该情况下，可能发生被激光照射一侧的金属板(在金属板在上下方向上重叠的情况下，为上板)的熔融金属朝向另一侧的金属板(在金属板在上下方向上重叠的情况下，为下板)落下的被称为“焊穿(Burn through)”的焊接缺陷。尤其，若为了充分确保金属板彼此的接合强度，要使金属板的接合区域的面积(在俯视金属板下，熔融金属固化的部分的面积)变大，则熔融金属的量变多，随之易于发生“焊穿”，结果不能充分确保接合强度。
[0008] 图15示出在以往的激光焊接中接合区域的面积变大的情况的激光照射中的状态，图15的(a)是表示金属板的接合区域的剖面及激光的图，图15的(b)是金属板的俯视图。在该图15中示出，在以金属板(上板a及下板b)彼此之间产生的间隙大的状态进行激光焊接的情况下(用点划线表示激光)，上板a的熔融金属c垂落到下板b侧的状态。若在这样的状况继续照射激光，则如图16(表示激光照射结束后的状态的与图15相当的图)所示，具有熔融金属c脱离上板a而发生“焊穿”的可能性。也就是说，在图16中，在用虚线的圆包围的部分，在上板a与下板b之间，熔融金属c不交联，不能充分确保接合强度。
[0009] 如以上所述，在目前的技术中，难以抑制熔融金属的“焊穿”并使接合区域的面积变大来充分确保金属板彼此的接合强度。
[0010] 本发明是鉴于这一点而提出的，其目的在于提供能够抑制熔融金属的“焊穿”并使接合区域的面积变大而充分确保金属板彼此的接合强度的激光焊接方法。
[0011] 用于解决技术问题的技术方案
[0012] 用于达到所述目的的本发明的解决技术方案以如下的激光焊接方法为前提，即，朝向重叠的多张金属板的表面照射激光，一边扫描该激光的照射位置一边熔融所述各金属板，通过所述激光的扫描搅拌由各金属板的熔融金属形成的熔池，使所述金属板彼此接合。并且，该激光焊接方法的特征在于，使所述激光扫描的轨迹从在所述金属板上预先设定的接合区域中的内侧的环状的扫描轨迹向外侧的环状的扫描轨迹依次变更，设置在变更该激光扫描的轨迹时使所述激光向所述金属板的表面的照射暂时停止的照射间隔。
[0013] 根据该特定技术特征，在通过激光焊接接合重叠的多张金属板时，首先，使激光沿着在金属板上预先设定的接合区域中的内侧的环状的扫描轨迹扫描(照射)，使该扫描轨迹的周边的金属(金属材料)熔融，通过激光的扫描来搅拌由该熔融金属形成的熔池。然后，在将激光扫描的轨迹向外侧的环状的扫描轨迹变更时，使激光向金属板的表面的照射暂时性地停止。也就是说，在经过了照射间隔(激光向金属板的表面的照射的暂时停止时间)之后，开始进行沿着所述外侧的环状的扫描轨迹的激光的扫描(照射)。由此，使该外侧的环状的扫描轨迹的周边的金属材料熔融，通过激光的扫描，搅拌由该熔融金属形成的熔池。通过反复进行这样的动作，在每次变更激光扫描的轨迹时，都能够设置针对通过在此之前的激光的照射而熔融的金属的冷却时间，能够通过该熔融金属的温度降低，提高其粘度。因此，通过激光扫描的轨迹被变更之后的激光的照射而熔融的金属的质量(粘度变低的熔融金属的质量)变小，能够抑制熔融金属的“焊穿”。也就是说，即使接合区域的面积大也能够抑制“焊穿”，能够抑制熔融金属的“焊穿”且使接合区域的面积变大而充分确保金属板彼此的接合强度。
[0014] 另外，优选所述各环状的扫描轨迹分别是以所述接合区域的中央部为中心的同心圆形状。
[0015] 在该情况下，激光沿着同心圆形状的各扫描轨迹依次扫描。并且，在变更该扫描轨迹时，使激光向金属板的表面的照射暂时停止。由此，能够抑制熔融金属的“焊穿”，并且能够实现圆形且面积大的接合区域。
[0016] 优选在沿着所述环状的扫描轨迹进行具有所述照射间隔地实施的全部的激光的照射的情况下，向所述接合区域中最内侧的环状的扫描轨迹照射的激光的输出设定为大于向其他的环状的扫描轨迹照射的激光的输出。
[0017] 在沿着环状的扫描轨迹进行具有照射间隔地实施的全部激光的照射的情况下，在向接合区域的最内侧的环状的扫描轨迹照射激光时，接合区域的金属材料还没有熔融，所以为了使金属材料熔融，与向其他的环状的扫描轨迹照射激光的情况(在内侧的环状的扫描轨迹中，金属材料已经熔融的情况)相比，需要多的热输入量。鉴于这一点，在本解决技术方案中，将向最内侧的环状的扫描轨迹照射的激光的输出设定为大于向其他的环状的扫描轨迹照射的激光的输出，有效地使最内侧的环状的扫描轨迹的周边的金属材料进行熔融，缩短激光焊接需要的时间。
[0018] 另外，优选在向所述接合区域中最内侧的环状的扫描轨迹照射激光之前向所述接合区域的中央部的一点照射激光的情况下，该激光的输出设定为大于向所述各环状的扫描轨迹照射的激光的输出。
[0019] 在向接合区域的最内侧的环状的扫描轨迹照射激光之前向接合区域的中央部的一点照射激光的情况下，在向该接合区域的中央部的一点照射激光时，接合区域的金属材料还没有熔融，所以为了使金属材料熔融，需要多的热输入量。鉴于这一点，在本解决技术方案中，将在向接合区域的中央部的一点照射激光时的激光的输出设定为大于向环状的扫描轨迹照射的激光的输出，有效地使接合区域的中央部的金属材料熔融，缩短激光焊接需要的时间。
[0020] 优选所述激光扫描的轨迹变更的环状的扫描轨迹越为外侧，则所述照射间隔的时间设定得越长。
[0021] 在激光扫描的轨迹从接合区域中的内侧的环状的扫描轨迹向外侧的环状的扫描轨迹依次变更的情况下，即使设置所述照射间隔，也会在熔融金属未完全固化的情况下实施下一次激光的照射(激光沿着外侧的环状的扫描轨迹的照射)。也就是说，在金属板蓄积有热的状态下进行下一次激光的照射。并且，具有在激光的照射在越外侧的环状的扫描轨迹彼此之间变更的情况下，该热的蓄积量越多的趋势。本解决技术方案鉴于这一点，激光扫描的轨迹变更的环状的扫描轨迹越为外侧，则照射间隔的时间设定得越长，由此促进熔融金属的固化(使粘度变低)。由此，能够可靠地抑制熔融金属的“焊穿”。
[0022] 发明的效果
[0023] 在本发明中，在朝向重叠的多张金属板的表面照射激光的激光焊接中，使激光扫描的轨迹从在金属板上预先设定的接合区域中的内侧的环状的扫描轨迹向外侧的环状的扫描轨迹依次变更，设置有在变更该激光扫描的轨迹时使激光向金属板的表面的照射暂时停止的照射间隔。由此，在每次变更激光扫描的轨迹时，能够设置针对通过在此之前的激光的照射而熔融的金属的冷却时间，能够通过该熔融金属的温度降低，提高其粘度。其结果，即使接合区域的面积变大也能够抑制熔融金属的“焊穿”，能够充分确保金属板彼此的接合强度。附图说明
[0024] 图1是表示在实施方式的激光焊接中使用的激光焊接装置的概略结构图。
[0025] 图2示出第1激光照射工序，图2的(a)是表示俯视金属板及激光的扫描轨迹的图，图2的(b)是表示金属板的接合区域的剖面及激光的图。
[0026] 图3是第2激光照射工序中的相当于图2的图。
[0027] 图4是第3激光照射工序中的相当于图2的图。
[0028] 图5是第4激光照射工序中的相当于图2的图。
[0029] 图6是第5激光照射工序中的相当于图2的图。
[0030] 图7是示出激光照射工序中的激光输出的变化的图。
[0031] 图8是示出通过实施方式的激光焊接方法焊接两张金属板的情况下的实验结果的金属板的接合区域的剖视图。
[0032] 图9是示出通过以往的激光焊接方法焊接两张金属板的情况下的实验结果的金属板的接合区域的剖视图。
[0033] 图10是示出通过实施方式的激光焊接方法焊接3张金属板的情况下的实验结果的金属板的接合区域的剖视图。
[0034] 图11是示出通过以往的激光焊接方法焊接3张金属板的情况下的实验结果的金属板的接合区域的剖视图。
[0035] 图12是示出变形例1中的激光照射工序中的激光输出的变化的图。
[0036] 图13是示出变形例2中的激光照射工序中的激光输出的变化的图。
[0037] 图14的(a)是接合区域为接近的两处的情况下的金属板的俯视图，图14的(b)是接合区域为接近的三处的情况下的金属板的俯视图。
[0038] 图15示出现有技术的激光照射中的状态，图15的(a)是表示金属板的接合区域的剖面及激光的图，图15的(b)是金属板的俯视图。
[0039] 图16是示出现有技术的激光照射结束后的状态的相当于图15的图。
[0040] 标号说明
[0041] 1 激光焊接装置
[0042] 2 激光振荡器
[0043] 3 激光扫描仪
[0044] W 工件
[0045] W1 上板(金属板)
[0046] W2 下板(金属板)
[0047] F 熔融金属
[0048] P 熔池
具体实施方式
[0049] 下面，基于附图说明本发明的实施方式。在本实施方式中，对通过在汽车车体的制造工序中使用的激光焊接装置实施的激光焊接方法应用本发明的情况进行说明。
[0050] -激光焊接装置的概略结构-
[0053] 激光扫描仪3使经由光线电缆21引导来的激光向两张铝合金的板材(铝类金属板，下面也有仅称为金属板的情况)W1、W2重叠而成的工件W照射(参照图1的点划线)。在激光扫描仪3的内部容置有未图示的透镜组和多个反射镜31(在图1中，仅示出一个反射镜31)。作为透镜组具备用于将激光形成为平行光的准直透镜、使激光在工件W的加工点(工件W上的规定的激光照射位置)以连接焦点的方式会聚的聚光透镜等。另外，各反射镜31构成为能够分别以转动轴32为中心转动。具体地说，所述转动轴32与扫描马达33连结，通过转动轴32随着该扫描马达33的动作进行的转动，各反射镜31转动。并且，通过这些反射镜31的转动而扫描激光，能够使激光的照射位置在工件W的规定范围内移动。由此，能够在不使激光扫描仪3本身移动的情况下移动激光的照射位置。各反射镜31例如能够使用检流计反射镜(Galvanometer mirror)构成。
[0054] 本实施方式的激光焊接是激光螺旋焊接(LSW)。也就是说，使激光沿着工件W的焊接部分(接合区域)中的规定的扫描轨迹扫描，通过使该焊接部分熔融，来进行焊接。通过所述各反射镜31进行该激光的扫描。该激光的扫描的详细内容后面叙述。
[0055] 焊接机器人4构成为能使激光扫描仪3移动。该焊接机器人4由多关节机器人构成。具体地说，本实施方式的焊接机器人4具备基座41、容置于该基座41的内部的旋转机构(省略图示)、关节42、43、44及臂45、46、47。能够通过旋转机构的旋转动作及各关节42、43、44上的臂45、46、47的摆动动作，使激光扫描仪3向任意方向移动。
[0056] 在机器人控制器5中预先通过离线示教(offline teaching)存储有用于使激光扫描仪3朝向焊接对象位置移动的信息(各关节42、43、44的转动角度量等信息)。并且，在车体被搬运到车体制造线上的焊接工序位置时，焊接机器人4按照来自机器人控制器5的控制信号，基于所述信息进行动作，从而激光扫描仪3与焊接对象位置相对，从该激光扫描仪3朝向焊接对象位置照射激光，由此依次进行激光焊接。
[0057] 另外，所述机器人控制器5具备输出用于使工件W上的激光照射位置移动的控制信号的激光扫描控制部51。该激光扫描控制部51向所述扫描马达33输出控制信号。扫描马达33按照该控制信号进行动作，由此各反射镜31以转动轴32为中心转动而扫描激光，工件W上的激光照射位置移动。关于该工件W上的激光照射位置的移动(扫描)后面叙述。
[0058] -焊接方法-
[0059] 接着，针对作为本实施方式的特征的焊接方法(激光焊接方法)进行说明。在本实施方式中，说明对在铅垂方向上重叠的两张金属板W1、W2进行重叠焊接的情况，是从上方对该金属板W1、W2的重叠部分照射从所述激光扫描仪3出射的激光的情况。因此，下面将上侧的金属板称为上板W1，将下侧的金属板称为下板W2。
[0060] 通过在预先设置于上板W1上的接合区域中扫描所述激光而进行本实施方式的激光焊接。具体地说，预先规定以接合区域的中央部为中心的同心圆形状的多个(在本实施方式中5个)扫描轨迹(圆环状的扫描轨迹；在本发明中所说的环状的扫描轨迹)，将激光扫描的轨迹从这些圆环状的扫描轨迹中的内侧的圆环状的扫描轨迹向外侧的圆环状的扫描轨迹依次变更。此外，所述接合区域设定为具有规定的外径尺寸的圆形区域，该外径尺寸考虑车体的刚性等预先规定为在金属板W1、W2彼此之间获得期望的接合强度的尺寸。
[0061] 另外，作为各圆环状的扫描轨迹形成为以接合区域的中央部为中心的5个同心圆形状，使激光从规定在最内侧的第1扫描轨迹SC1(参照图2)向规定在最外侧的第5扫描轨迹SC5(参照图6)依次扫描。并且，设置有在对该激光扫描的轨迹进行变更时使激光向上板W1的表面的照射暂时停止的照射间隔。通过设置该照射间隔，能够设置针对通过激光的照射而熔融的金属的冷却时间，通过该熔融金属的温度降低，能够提高熔融金属的粘度。另外，通过设置所述照射间隔，在熔融金属的温度降低后，进行下一激光的照射(激光沿着外侧的圆环状的扫描轨迹进行照射)，所以能够将熔融金属中的单位体积的热输入量抑制得低，从而能够抑制飞溅(熔融金属的飞散)，能够抑制在上板W1及下板W2中交联的熔融金属的厚度减少。
[0062] 在此，作为使激光向上板W1的表面的照射暂时停止的动作列举暂时停止从激光振荡器2输出激光。另外，沿着各扫描轨迹SC1～SC5照射的激光的焦点位置可以是激光贯通上板W1的位置，也可以是不贯通上板W1的位置(上板W1的表面位置)。
[0063] 下面，具体说明激光照射工序。图2～图6示出各激光照射工序，各图的(a)示出工件W的俯视图及激光的扫描轨迹，各图的(b)示出工件W的接合区域的剖面及激光(激光的扫描位置移动到图中的最右侧的状态及移动到最左侧的状态)。
[0064] 如这些图所示，关于本实施方式的激光焊接，进行从第1激光照射工序到第5激光照射工序5个阶段的激光的照射(激光的扫描)，形成期望的外径尺寸的接合区域。
[0065] 作为该情况的激光的扫描轨迹(同心圆形状的扫描轨迹)，外径尺寸以从第1激光照射工序到第5激光照射工序的顺序逐渐变大。另外，各激光照射工序中的激光的输出为相互相同的值。图7示出该激光照射工序中的激光的输出的变化。该图7中的时间t1是第1激光照射工序的时间，时间t2是第2激光照射工序的时间，时间t3是第3激光照射工序的时间，时间t4是第4激光照射工序的时间，时间t5是第5激光照射工序的时间。如该图7所示，在各激光照射工序彼此之间设有激光的输出为零的时间，也就是说设有所述照射间隔。
[0066] -各激光照射工序-
[0067] 下面，说明各激光照射工序。
[0068] 图2示出第1激光照射工序(第一次激光照射工序)。该第1激光照射工序中的激光的扫描轨迹(第1扫描轨迹SC1)的径向尺寸最小(比其他激光照射工序中的激光的扫描轨迹SC2～SC5的径向尺寸小)，由此，上板W1及下板W2上的金属材料的熔融部分的径向尺寸最小。也就是说，熔融金属F的体积小。在该第1激光照射工序中，激光沿着第1扫描轨迹SC1照射，并且激光沿着该第1扫描轨迹SC1旋转(绕圈)多次。该激光的旋转次数(绕圈数)以得到在上板W1及下板W2上熔融金属F交联的熔融金属F的体积的方式通过实验求得。
[0069] 这样在使激光沿着第1扫描轨迹SC1旋转多次的第1激光照射工序中，在所述第1扫描轨迹SC1及其周边部，上板W1及下板W2熔融，由该熔融金属F形成熔池P。并且，通过激光的扫描，所述熔池P内的熔融金属F被搅拌而流动。也就是说，熔融金属F在熔池P内被搅和。此时，熔池P通过熔融金属F向周向流动而形成为研钵形状。同时，在熔池P中，发生熔融金属F的波动。该熔融金属F发生波动的熔池P因熔融金属F的表面张力而汇集，形成没有空孔或分离珠(separated bead)的接合部，由此，上板W1和下板W2焊接为一体。这样在熔池P中，通过激光的扫描，熔融金属F一边流动一边产生波动，所以熔池P充分地熔融且搅拌混合，良好得排出气泡。另外，熔池P通过激光的扫描一边流动一边起伏，所以熔池P被充分地搅拌混合，元素充分扩散而抑制偏析，并且温度均一，从而能够抑制组织不均匀。
[0070] 图3示出第2激光照射工序(第2次激光照射工序)。在图3中标注斜线的部分表示在所述第1激光照射工序中熔融的金属固化而成的接合区域。在所述第1激光照射工序结束后具有照射间隔地实施的第2激光照射工序中的激光的扫描轨迹(第2扫描轨迹SC2)的径向尺寸，比所述第1扫描轨迹SC1的径向尺寸大。因此，在该第2激光照射工序中的上板W1及下板W2的金属材料的熔融部分的径向尺寸，比在第1激光照射工序中的上板W1及下板W2上的金属材料的熔融部分的径向尺寸大。在该第2激光照射工序中，激光沿着该第2扫描轨迹SC2照射，并且激光沿着该第2扫描轨迹SC2旋转(绕圈)多次。该激光的旋转次数(绕圈数)以作为在上板W1及下板W2上新交联的熔融金属F得到规定的体积的方式通过实验求得。
[0071] 在该第2激光照射工序中，也与前述的第1激光照射工序的情况同样地，在所述第2扫描轨迹SC2及其周边部，上板W1及下板W2熔融，由该熔融金属F形成熔池P。并且，通过激光的扫描，所述熔池P内的熔融金属F被搅拌而流动。也就是说，在熔池P内，熔融金属F被搅和。并且，在熔池P中，通过激光的扫描，熔融金属F一边流动一边产生波动，所以良好地从熔池P排出气泡。另外，在熔池P中，元素充分扩散而抑制偏析，并且温度均一，从而能够抑制组织不均匀。
[0072] 图4示出第3激光照射工序(第3次激光照射工序)。另外，图5示出第4激光照射工序(第4次激光照射工序)。另外，图6示出第5激光照射工序(第5次(最后一次)激光照射工序)。在这些图中，标注有斜线的部分也表示在前工序中熔融的金属固化而成的接合区域。在这些激光照射工序中，在前工序结束后具有照射间隔地实施的该激光照射工序中的激光的扫描轨迹(第3扫描轨迹SC3、第4扫描轨迹SC4、第5扫描轨迹SC5)的径向尺寸比前工序中的扫描轨迹的径向尺寸大。因此，各激光照射工序中的上板W1及下板W2上的金属材料的熔融部分的径向尺寸比前工序中的上板W1及下板W2上的金属材料的熔融部分的径向尺寸大。并且，在这些激光照射工序中，激光沿着激光照射工序的激光的扫描轨迹(第3扫描轨迹SC3、第4扫描轨迹SC4、第5扫描轨迹SC5)照射，并且激光沿着该扫描轨迹旋转(绕圈)多次。该激光的旋转次数(绕圈数)以作为在上板W1及下板W2上新交联的熔融金属F得到规定的体积的方式通过实验求得。
[0073] 在上述的从第3激光照射工序到第5激光照射工序的各工序中，与前述的第1激光照射工序的情况同样，在所述扫描轨迹SC3、SC4、SC5及其周边部，上板W1及下板W2熔融，由该熔融金属F形成熔池P。并且，通过激光的扫描，所述熔池P内的熔融金属F被搅拌而流动。由此，良好地从熔池P排出气泡。另外，在熔池P中，元素充分扩散而抑制偏析，并且温度均一，从而能够抑制组织变得不均匀。
[0074] 对以上的各激光照射工序各自的焊接条件进行具体地说明。作为该焊接条件列举激光的扫描轨迹的径向尺寸、扫描速度、激光的输出、照射间隔时间等。此外，下面的焊接条件的具体数值示出上板W1及下板W2各自的板厚尺寸为1.0mm，板隙为0.8mm的情况的例子。
[0075] 在本实施方式中，激光的扫描轨迹的径向尺寸以从第1激光照射工序向第5激光照射工序各扫描轨迹SC1～SC5的径向尺寸等间隔地扩大的方式设定。作为一个例子，第1激光照射工序中的第1扫描轨迹SC1的径向尺寸为0.4mm，第2激光照射工序中的第2扫描轨迹SC2的径向尺寸为0.8mm，第3激光照射工序中的第3扫描轨迹SC3的径向尺寸为1.2mm，第4激光照射工序中的第4扫描轨迹SC4的径向尺寸为1.6mm，第5激光照射工序中的第5扫描轨迹SC5的径向尺寸为2.0mm。这些值并不限于此。
[0076] 另外，扫描速度从第1激光照射工序到第5激光照射工序为同一速度。作为一个例子，设定为20m/min。该值也不限于此。另外，也可以使各激光照射工序中的扫描速度相互不同。
[0077] 另外，如前所述，激光的输出从第1激光照射工序到第5激光照射工序为同一输出。作为一个例子设定为4000W。该值也不限于此。
[0078] 另外，在各激光照射工序彼此之间设定的照射间隔时间分别为同一时间。该照射间隔时间设定为在激光照射工序结束后到由在该激光照射工序中熔融的金属形成的研钵形状的熔池P稳定为止的时间。作为一个例子设定为0.05秒。该值也不限于此。
[0079] 以这样设定的焊接条件依次进行前述的第1激光照射工序到第5激光照射工序，在接合区域，上板W1和下板W2接合为一体。
[0080] -实施方式的效果-
[0081] 如以上说明的，在本实施方式中，通过反复进行前述的激光照射工序(具有照射间隔的第1激光照射工序到第5激光照射工序)，能够在每次变更激光扫描的轨迹时都设置针对通过在此之前的激光的照射而熔融的金属的冷却时间，该熔融金属F的温度降低，由此能够提高熔融金属F的粘度。因此，通过激光扫描的轨迹被变更后的激光的照射而熔融的金属的质量(粘度变低的熔融金属F的质量)变小，能够抑制熔融金属F脱离上板W1的“焊穿”这一焊接缺陷的发生。也就是说，即使接合区域的面积大，也能够抑制“焊穿”，抑制熔融金属F的“焊穿”，并且能够使接合区域的面积变大而充分确保金属板W1、W2彼此的接合强度。
[0082] 另外，通过设置所述照射间隔，在熔融金属F温度降低之后，进行下一激光的照射(激光沿着外侧的圆环状的扫描轨迹进行照射)，所以能够将熔融金属F中的单位体积的热输入量抑制得低，能够抑制飞溅，能够抑制在上板W1及下板W2上交联的熔融金属F的厚度减少。由此，也能够抑制熔融金属F脱离上板W1，能够充分确保金属板W1、W2彼此的接合强度。
[0083] -实验例-
[0084] 接着，对为了确认前述的效果而进行的实验例进行说明。
[0085] 首先，作为第1实验例，对通过所述实施方式的激光焊接方法焊接两张金属板的情况和通过以往的激光焊接方法焊接两张金属板的情况各自的接合区域的剖面进行比较。
[0086] 图8是示出通过实施方式的激光焊接方法焊接两张金属板W1、W2的情况下的实验结果的金属板W1、W2的接合区域的剖视图。图9是示出通过以往的激光焊接方法焊接两张金属板W1、W2的情况下的实验结果的金属板W1、W2的接合区域的剖视图。
[0087] 在图9所示的利用以往的激光焊接方法的剖视图中，熔融金属f脱离上板w1发生“焊穿”，在该“焊穿”的发生部分，在上板w1与下板w2之间，熔融金属f不交联，不能充分确保接合强度。
[0088] 相对于此，在图8所示的利用实施方式的激光焊接方法的剖视图中，没有发生“焊穿”，在整个接合区域，在上板W1与下板W2之间，熔融金属F交联，能够充分确保接合强度。
[0089] 尤其是，为了获得所述效果，优选图中的区域A(熔融金属F、f的与上板W1、w1交联的部分)的剖面积大，并且区域B(是形成在下板W2、w2侧的凹部，该凹部越大，熔融金属F、f的厚度越大)的剖面积小。计测上述的剖面积的结果，利用实施方式的激光焊接方法，确保区域A的剖面积为区域B的剖面积的2倍左右。相对于此，利用以往的激光焊接方法，仅确保区域A的剖面积为区域B的剖面积的90％左右。
[0090] 作为第2实验例，对通过所述实施方式的激光焊接方法焊接3张金属板的情况和通过以往的激光焊接方法焊接3张金属板的情况各自的接合区域的剖面进行比较。
[0091] 图10是表示通过实施方式的激光焊接方法焊接3张金属板W1、W2、W3的情况的实验结果的金属板W1、W2、W3的接合区域的剖视图。图11是表示通过以往的激光焊接方法焊接3张金属板w1、w2、w3的情况的实验结果的金属板w1、w2、w3的接合区域的剖视图。
[0092] 在图11所示的利用以往的激光焊接方法的剖视图中，熔融金属f脱离上板w1发生“焊穿”，在该“焊穿”的发生部分，在上板w1与中间板w3之间，熔融金属f不交联，不能充分确保接合强度。
[0093] 相对于此，在图10所示的利用实施方式的激光焊接方法的剖视图中，没有发生“焊穿”，在整个接合区域，在上板W1与中间板W3之间，熔融金属F交联，能够充分确保接合强度。
[0094] 尤其是，为了得到如前所述的所述效果，优选在图中的区域A的剖面积大并且区域B的剖面积小。计测这些剖面积的结果，利用实施方式的激光焊接方法，确保区域A的剖面积为区域B的剖面积的2.5倍左右。相对于此，利用以往的激光焊接方法，仅确保区域A的剖面积为区域B的剖面积的90％左右。
[0095] (变形例1)
[0096] 接着，说明变形例1。本变形例是激光照射工序中的激光的输出变化的变形例。其他构成及焊接方法与所述实施方式同样，在此仅说明激光的输出变化。
[0097] 图12是示出本变形例中的激光照射工序中的激光输出的变化的图。该图12中的时间t1是第1激光照射工序的时间，时间t2是第2激光照射工序的时间，时间t3是第3激光照射工序的时间，时间t4是第4激光照射工序的时间，时间t5是第5激光照射工序的时间。
[0098] 在所述实施方式中，从第1激光照射工序到第5激光照射工序，使激光的输出为同一输出(参照图7)。相对于此，在本变形例中，将第1激光照射工序中的激光的输出设定为比其他激光照射工序(第2激光照射工序到第5激光照射工序)中的激光的输出大。也就是说，将在接合区域中向最内侧的圆环状的扫描轨迹照射的激光的输出比向其他圆环状的扫描轨迹照射的激光的输出大。基于实验或模拟设定第1激光照射工序中的激光的输出与其他激光照射工序中的激光的输出之间的关系(例如激光的输出比)。例如，第1激光照射工序中的激光的输出设定为比其他激光照射工序中的激光的输出高20％。该值不限于此。
[0099] 在接合区域中向最内侧的第1扫描轨迹SC1照射激光时，接合区域的金属材料还没有熔融，所以为了使接合区域的金属材料熔融，与向其他扫描轨迹SC2～SC5照射激光的情况(在内侧的圆环状的扫描轨迹，金属材料已经熔融的情况)相比，需要多的热输入量。鉴于这一点，在本变形例中，将向最内侧的第1扫描轨迹SC1照射的激光的输出设定为比向其他扫描轨迹SC2～SC5照射的激光的输出大，有效地使第1扫描轨迹SC1的周边的金属材料熔融，缩短激光焊接需要的时间。在该情况下，不仅抑制熔融金属F的“焊穿”且能够使接合区域的面积变大而充分确保金属板W1、W2彼此的接合强度，而且对于一个接合区域能够缩短激光焊接所需的时间(节拍时间)。
[0100] (变形例2)
[0101] 接着，说明变形例2。本变形例也是激光照射工序中的激光的输出变化的变形例。其他构成及焊接方法与所述实施方式同样，所以在此仅说明激光的输出变化。
[0102] 图13是示出本变形例的激光照射工序中的激光输出的变化的图。该图13中的时间t1是第1激光照射工序的时间，时间t2是第2激光照射工序的时间，时间t3是第3激光照射工序的时间，时间t4是第4激光照射工序的时间，时间t5使第5激光照射工序的时间。
[0103] 在所述实施方式中，从第1激光照射工序到第5激光照射工序，照射间隔时间为同一时间(参照图7)。相对于此，在本变形例中，将照射间隔时间设定为随着激光照射工序进行而逐渐变长。也就是说，激光扫描的轨迹变更的圆环状的扫描轨迹越为外侧，则将照射间隔时间设定得越长。基于实验或模拟设定各照射间隔时间的比。例如，每次变更激光扫描的轨迹，就将照射间隔时间各延长20％。该值不限定于此。
[0104] 在将激光扫描的轨迹从接合区域中的内侧的圆环状的扫描轨迹向外侧的圆环状的扫描轨迹依次变更的情况下，即使设置所述照射间隔，也在熔融金属F没有完全固化的情况下实施下一激光的照射(激光沿着外侧的圆环状的扫描轨迹照射)。也就是说，在金属板W1、W2中蓄积有热的状态下进行下一激光的照射。并且，该热的蓄积量具有在激光的照射在越外侧的圆环状的扫描轨迹彼此之间变更的情况下而越多的趋势。关于本变形例，鉴于这一点，激光扫描的轨迹变更的圆环状的扫描轨迹越处于外侧，则将照射间隔的时间设定得越长，从而促进熔融金属F的固化(使粘度变低)。由此，可靠地抑制熔融金属F的“焊穿”。
[0105] (变形例3)
[0106] 接着，说明变形例3。本变形例的对接合区域的激光的照射方式与所述实施方式不同。其他构成及焊接方法与所述实施方式同样，因此在此仅说明激光的照射方式。
[0107] 在所述实施方式中，作为激光焊接方法，仅进行第1激光照射工序到第5激光照射工序这5个工序。在本变形例中，作为第1激光照射工序的前工序，进行向接合区域的中央部的一点照射激光的初始激光照射工序。也就是说，不使激光的照射位置进行扫描，而将该照射位置固定于一点，仅使金属板W1、W2的接合区域的中央部熔融。
[0108] 并且，在进行这样的初始激光照射工序的情况下，将该初始激光照射工序中的激光的输出设定得比其他激光照射工序(第1激光照射工序到第5激光照射工序)中的激光的输出高。基于实验或模拟，设定初始激光照射工序中的激光的输出与其他激光照射工序中的激光的输出之间的关系(例如激光的输出比)。例如，初始激光照射工序中的激光的输出设定为比其他激光照射工序中的激光的输出高20％。该值不限于此。
[0109] 在所述初始激光照射工序中，在向接合区域的中央部的一点照射激光时，接合区域的金属材料还没有熔融，所以为了使接合区域的金属材料熔融需要多的热输入量。鉴于这一点，在本变形例中，将向接合区域的中央部的一点照射激光时的激光的输出设定为比向圆环状的扫描轨迹照射的激光的输出大，能够有效地使接合区域的中央部的金属材料熔融，使激光焊接需要的时间缩短。在该情况下，抑制熔融金属F的“焊穿”且使接合区域的面积而充分确保金属板W1、W2彼此的接合强度，对于一个接合区域还能够缩短激光焊接所需的时间(节拍时间)。
[0110] (变形例4)
[0111] 接着，说明变形例4。关于本变形例，将所述实施方式的激光焊接方法中的接合区域配置于相互接近的位置。
[0112] 图14的(a)是所述接合区域为接近的两处的情况下的工件W的俯视图，图14的(b)是接合区域为接近的三处的情况下的工件W的俯视图。在任何情况下，作为各接合区域的激光焊接方法都进行与所述实施方式同样的激光焊接方法。
[0113] 另外，作为各接合区域的激光焊接方法可以应用所述各变形例中的任一个。
[0114] -其他实施方式-
[0116] 例如，在所述实施方式及所述各变形例中，对将本发明应用于通过在汽车车体的制造工序中使用的激光焊接装置1实施的激光焊接方法的情况进行了说明，但是本发明也能够应用于其他构件的激光焊接。
[0117] 另外，在所述实施方式及所述各变形例中，对作为用于将两张铝制板材彼此焊接的激光焊接方法应用本发明的情况进行了。本发明不限于此，也能够用作用于将3张以上的板材彼此焊接的激光焊接方法。另外，作为能够应用本发明的激光焊接方法的板材的材料不限于铝，也可以是铁、镁、钛、铜等。另外，也能够应用于不同种金属彼此的焊接。
[0118] 另外，在所述实施方式及所述各变形例中，对在铅垂方向上重叠的金属板W1、W2的重叠焊接的情况进行了说明。也就是说，对激光从工件W的上侧照射的情况进行了说明。本发明不限于此，也能够应用于对在水平方向上重叠的金属板进行重叠焊接的情况。也就是说，也能够应用于激光从水平方向向工件照射的情况。
[0119] 另外，在所述实施方式及所述各变形例中，进行从第1激光照射工序到第5激光照射工序的5次激光照射工序(沿着圆环状的扫描轨迹的激光照射工序)。本发明不限于此，激光照射工序可以为4次以下，也可以为6次以上。
[0120] 本申请要求基于2018年4月25日在日本申请的专利申请2018-83609号的优先权。通过参考这个而将其全部内容结合到本申请。
[0121] 【工业实用性】
[0122] 本发明能够适用于通过激光对铝类金属板进行重叠焊接的激光焊接方法。
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