CN105081571A - 激光熔接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种激光熔接方法，该激光熔接方法包括：将激光束投射到位于多个金属工件上的照射区域上，使得当通过激光熔接使工件接合时形成熔接部，熔接部由多个熔核形成，并且照射区域中的每个照射区域均形成有熔核中的每个熔核。熔核是通过将激光束顺序地投射到分别与熔核相对应的照射区域上而顺序地形成的。激光束被投射到照射区域中的每个照射区域上，使得随着熔核被顺序地形成，减少从投射到照射区域中的每个照射区域上的激光束到工件的热输入量。

Description

激光熔接方法

技术领域

本发明涉及适于通过使用激光束进行熔接而使多个工件接合的激光熔接方法。

背景技术

激光熔接方法作为用于在多个金属工件堆叠或抵接的状态下使这些工件接合的方法已被广泛地使用。通过激光熔接方法进行熔接具有以下优势：较小的加工变形、高速熔接的能力、较小的余热影响部等。

作为这种技术，例如，日本专利申请公报No.2013-132686(JP2013-132686A)提出了一种用于使由堆叠的多个金属板形成的工件接合的激光熔接方法。此处，为了使工件接合，激光束被投射到工件上，使得形成了由多个熔核构成的熔接部，从而接合工件W1。

更具体地，如图10A中示出的，激光束被投射到形状相同并且位于闭合曲线D上的照射区域P1至照射区域P3上，使得熔核中的每个熔核均沿着为虚拟闭合曲线D的圆周形成。可以通过采用这种激光熔接方法来提高工件的熔接可靠性。

如在JP2013-132686A中所指出的，当形成包括熔核N1至熔核N3的熔接部Y时，熔核N1、熔核N2、熔核N3是顺序地形成的。然而，随着熔核N1、熔核N2、熔核N3被顺序地形成，熔核的尺寸趋向于按照熔核N1至熔核N3的顺序增大，如图10B所示。于是，存在无法获得稳定形状的熔接部Y的情况。特别地，这种现象在大量熔核邻近彼此顺序地形成或试图以高速顺序地形成多个熔核的情况中更加明显。

发明内容

本发明提供了一种激光熔接方法，该激光熔接方法可以在通过将激光束投射到工件上来顺序地形成熔核从而形成包括多个熔核的熔接部的情况下抑制熔核的尺寸的波动并且使工件的熔接稳定。

作为认真研究的结果，本发明人已得到以下发现。在当多个熔核顺序地形成时用于形成熔核的相同条件应用至熔核中的每个熔核的情况下，由激光束输入至照射区域中的每个照射区域的总热量(总热输入量)是相同的，例如，如图10C中示出的。

例如，如图10A所示，认为当熔核N1至熔核N3按照照射区域P1至照射区域P3的次序而顺序地形成时，随后形成的熔核(例如，熔核N2)受到当先前形成熔核时(例如，当熔核N1形成时)输入的激光束的热影响。换言之，当激光束被投射到照射区域P2上以形成熔核N2时，如图10D中示出的，增加了通过在先前形成熔核N1时投射的激光束而引起的工件中的余热。类似地，当激光束被投射到照射区域P3上以形成熔核N3时，增加了通过在先前形成熔核N1、N2时投射的激光束而引起的工件中的余热。结果，发现后续的熔核的尺寸依次增大。

本发明基于由本发明人的这种新发现。本发明的第一方面涉及激光熔接方法。该激光熔接方法包括：将激光束投射到多个金属工件中的每个金属工件的照射区域上，使得当通过激光熔接使工件接合时形成熔接部，熔接部由多个熔核形成，并且照射区域分别形成有熔核。于是，熔核是通过将激光束顺序地投射到分别与熔核相对应的照射区域上而顺序地形成的。激光束被投射到照射区域中的每个照射区域上，使得随着熔核被顺序地形成，减少从形成熔核所需的激光束到工件的热输入量。

根据本发明的以上方面，多个金属工件通过激光熔接而接合。此时，激光束被投射到位于工件中的至少一个工件的表面上的照射区域中的每个照射区域上，使得由多个熔核形成熔接部——工件的一部分在该熔接部中熔化。更具体地，当形成由多个熔核形成的熔接部时，激光束被间歇地投射，使得熔核通过激光束的照射而顺序地形成。

此时，在熔核形成期间激光束的输入热在下一个熔核形成时残余在工件中。因此，在本发明中，考虑了这种余热，并且激光束被投射到照射区域中的每个照射区域上，使得随着熔核被顺序地形成，减少从投射到照射区域中的每个照射区域上的激光束到工件的热输入量(用于形成熔核中每个熔核所需的热输入量)。

因此，在当多个熔核被顺序地形成时由激光束在前一个熔核形成期间引起的在工件中的余热量被加至用于形成下一个熔核的照射区域中的情况下，来自激光的随后热输入量小于来自激光的先前热输入量。由此，可以使照射区域中的总热量彼此接近。以这种方式，抑制了这些熔核的尺寸的波动，并且由此可以使工件的熔接稳定。

此外，在本发明的以上方面中，在前一个熔核形成期间由激光束引起的在工件中的余热量被有效地用于形成下一个熔核。由此，可以抑制激光束过多地照射到工件上。

在以上方面中，激光束可以被投射成使得多个熔核沿着虚拟闭合曲线形成。根据此方面，多个熔核是通过将激光束顺序地投射到沿着虚拟闭合曲线的多个照射区域上来形成的。由此，与虚拟闭合曲线内的整个区域被熔化的情况相比，可以通过使用较少的热量来获得处于稳定形状的熔接部。

此外，激光束被投射成使得熔核沿着闭合曲线彼此间隔开。接着，激光束可以被投射成使得在两个相邻熔核之间的闭合曲线上进一步形成熔核。

根据此方面，激光束被投射成使得熔核沿着闭合曲线彼此间隔开。接着，激光束被投射到照射区域上，从而在两个相邻的熔核之间形成熔核。此时，通过散热减少了这些照射区域中的每个照射区域中的余热量。以这种方式，与熔核以连续的方式顺序地形成在闭合曲线上的情况相比，可以容易地形成具有相同尺寸的熔核。

此外，投射激光束以形成熔核的过程被设定为第一激光束照射过程。激光束的照射还包括第二激光束照射过程，该第二激光束照射过程是在第一激光束照射过程之后并且在熔核被固化之前执行的，并且在该第二激光束照射过程中，将激光束投射到处于熔化状态的熔核上，以延迟沿从熔核的周缘朝向熔核的中心的方向固化的进程。

根据此方面，在第一激光束照射过程中，熔核(熔池)——在照射区域中的工件在熔核(熔池)中熔化——是通过将第一激光束投射到照射区域上而形成的。此时，处于熔化状态的熔核(熔池)中的热比起从其从中心消散更易于从其周缘消散。因此，固化从熔核的周缘开始并且朝向中心进行。从熔核的中心的固化开始至完成其固化的固化速度(即，冷却速度)高于熔核的周缘的固化速度(冷却速度)。结果，熔核的中心的固化收缩是在被熔核的液相流动补偿之前完成的。这可能导致从固化的熔核的中心或其附近开始的裂纹的产生和伸展。

鉴于以上描述，在本发明的以上方面中，在第二激光束照射过程中将第二激光束投射到处于熔化状态的该熔核上。因此，延迟了沿从熔核的周缘朝向处于熔化状态的熔核的中心的方向的固化的进程。

以这种方式，通过液相流动补偿了在处于熔化状态的熔核的中心处的固化收缩。由此，可以抑制在熔核的中心附近产生裂纹。此外，抑制了从处于熔化状态的熔核的周缘至中心的固化速度(冷却速度)的波动，并且由此使处于熔化状态的熔核可以固化成具有更均匀的结构。应当指出的是，“处于熔化状态的熔核的中心”是指处于熔化状态的熔核的最后被固化的部分。例如，当熔核是圆形的熔核时，熔核的中心是指圆的中心的附近。

根据本发明的以上方面，即使当通过投射激光束来顺序地形成熔核从而形成包括多个熔核的熔接部时，仍可以抑制这些熔核的尺寸的波动并且由此可以使工件的熔接稳定。

附图说明

以下将参照附图对本发明的示例性实施方式的特征、优势以及技术和工业意义进行描述，在附图中相同的附图标记指示相同的元件，并且其中：

图1A是用于执行根据本发明的第一实施方式至第三实施方式的激光熔接方法的熔接装置的一个示例的示意图并且是熔接状态的沿横向方向的视图；

图1B是用于执行根据本发明的第一实施方式至第三实施方式的激光熔接方法的熔接装置的一个示例的示意图并且是熔接状态的沿正面方向的视图；

图2A至图2D是根据第一实施方式的激光熔接方法的第一激光束照射过程的一个示例的示意图，其中，图2A至图2D示出第一激光束按次序被投射到工件上；

图3A是用于说明根据第一实施方式的激光熔接方法的视图并且示出在第一激光束被投射到工件上之前工件上的虚拟闭合曲线以及第一激光束的照射区域；

图3B是用于说明根据第一实施方式的激光熔接方法的视图并且示出照射区域中的每个照射区域与对其的总热输入量之间的关系；

图3C是用于说明根据第一实施方式的激光熔接方法的视图并且示出照射区域与照射强度比之间的关系；

图3D是用于说明根据第一实施方式的激光熔接方法的视图并且示出熔核的状态；

图4A是用于说明根据第二实施方式的激光熔接方法的视图并且示出在第一激光束被投射到工件上之前工件上的虚拟闭合曲线以及第一激光束的照射区域；

图4B是用于说明根据第二实施方式的激光熔接方法的视图并且示出照射区域中的每个照射区域与对其的总热输入量之间的关系；

图4C是用于说明根据第二实施方式的激光熔接方法的视图并且示出熔核的状态；

图5A和图5B是在图2中示出的照射过程之后未执行第二激光束照射过程的情况下处于熔化状态的熔核被冷却的状态的示意图；并且示出处于熔化状态的熔核按照图5A至图5B的顺序被冷却的状态；

图6A至图6E是用于说明根据第三实施方式的激光熔接方法的第二激光束照射过程的示意图，图6A至图6D示出第二激光束按次序被投射到工件上，并且图6E示出在第二激光束的照射之后的熔核；

图7A是用于说明第三实施方式的改型示例的激光熔接方法的第二激光束照射过程的示意图并且是用于说明第二激光束的照射的视图；

图7B至图7D是用于说明根据第三实施方式的改型示例的激光熔接方法的第二激光束照射过程的示意图并且示出第二激光束按次序被投射到工件上；

图7E是用于说明根据第三实施方式的改型示例的激光熔接方法的第二激光束照射过程的示意图并且示出在第二激光束的照射之后的熔接部；

图8A和图8B是用于说明根据第三实施方式的另一个改型示例的激光熔接方法的第二激光束照射过程的示意图并且是处于熔化状态的熔核的固化的变化的视图；

图8C和图8D是用于说明根据第三实施方式的又一个改型示例的激光熔接方法的第二激光束照射过程的示意图并且示出第二激光束按次序被投射到工件上；

图8E是用于说明根据第三实施方式的再一个改型示例的激光熔接方法的第二激光束照射过程的示意图并且示出在第二激光束的照射之后的固化熔核；

图9A是用于说明根据第三实施方式的激光熔接方法的视图并且示出在第一激光束被投射到工件上之前工件上的虚拟闭合曲线以及第一激光束的照射区域；

图9B是用于说明根据第三实施方式的激光熔接方法的视图并且示出照射区域中的每个照射区域与在第一激光束照射过程和第二激光束照射过程中对其的总热输入量之间的关系；

图9C是用于说明根据第三实施方式的激光熔接方法的视图并且示出熔核的状态；

图10A是用于说明根据相关技术的激光熔接方法的视图并且示出在激光束被投射到工件上之前工件上的虚拟闭合曲线以及第一激光束的照射区域；

图10B是用于说明根据相关技术的激光熔接方法的视图并且示出熔核的状态；

图10C是用于说明根据相关技术的激光熔接方法的视图并且示出照射区域中的每个照射区域与对其的总热输入量之间的关系；以及

图10D是用于说明根据相关技术的激光熔接方法的视图并且是用于说明余热量的视图。

具体实施方式

以下将对根据本发明的某些实施方式的激光熔接方法进行描述。

[第一实施方式]

1.关于装置构型

图1是用于执行根据本发明的第一实施方式至第三实施方式的激光熔接方法的熔接装置的一个示例的示意图。图1A是熔核的熔接状态的沿横向方向的视图，并且图1B是熔核的熔接状态的沿正面方向的视图。

图1中示出的熔接装置包括作为主要部件的激光束照射部1。激光束照射部1是提供用于熔接的激光束(第一激光束或第二激光束)L1、L2并且将所选择的激光束投射到两个金属工件W1、W2上的装置，所述两个金属工件W1、W2被堆叠或布置成具有介于其间的微小间隙。

在本实施方式和第二实施方式中，仅使用了用于形成构成熔接部的每个熔核N的熔接用激光束(第一激光束L1)。在第三实施方式中，除了第一激光束L1之外，还使用了用于防止熔核N开裂的熔接用激光束(第二激光束L2)。

在第一实施方式至第三实施方式中，两个工件W1、W2被堆叠并且被熔接。然而，工件的数量不限于两个。例如，两个工件可以以下面将描述的方法经受对接熔接或角接熔接。

另外，作为工件W1、工件W2的材料，在激光熔接期间可容易地开裂的材料——比如铝合金或高碳钢——是更有效的。通过熔接在这些材料中的任何材料中很可能形成柱状晶体结构和等轴晶体结构，这将在下文进行描述，并且在熔核的中心处容易产生裂纹。然而，这种问题是可以通过执行以下将描述的第三实施方式及其改型示例中示出的激光熔接来解决的。

以下将描述的第一激光束L1或第二激光束L2通过作为光学系统的驱动镜7、驱动镜8被顺序地反射并且相对于两个工件W1、W2被投射。此处，驱动镜7、驱动镜8被驱动控制为使得入射到驱动镜7、驱动镜8上的第一激光束L1或第二激光束L2的反射方向被控制并且使得第一激光束L1或第二激光束L2被投射到期望的位置上。该激光束可以沿预先设定的轨迹(例如，圆形或螺旋形的轨迹)进行扫描，例如，如图1B中示出的。驱动镜7、驱动镜8还被驱动控制成使得例如第一激光束L1或第二激光束L2移动至以下将描述的如图3A和图4A中示出的照射区域中的每个照射区域，并且可以在照射区域中的每个照射区域沿上述预先设定的轨迹进行扫描。工件W1、工件W2是利用这种激光熔接装置100通过激光熔接来接合的。

2.关于熔核的形成

(第一激光束照射过程)

在本实施方式中，两个金属工件W1、W2是由第一激光束L1来熔接(接合)的。此时，激光束以使得形成包括多个熔核的熔接部(例如，参见图3D、图4C等，这将在以下进行描述)的方式被投射到工件中的照射区域——熔核形成在照射区域中——中的每个照射区域上。接着，使工件W1、工件W2接合。此处，首先将参照图2对用于形成熔核中的每个熔核的方法进行详细描述。

图2包括根据第一实施方式的激光熔接方法的第一激光束照射过程的一个示例的示意图，其中，图2A至图2D示出第一激光束按次序被投射到工件上。

在本实施方式中，工件的一部分设定为照射区域P，并且第一激光束L1被投射到照射区域P上。以这种方式形成了熔核N，照射区域P中的工件在该熔核N中被熔化。

更具体地，在本实施方式中，如图2A中示出的，第一激光束L1在圆周R1上扫描，使得第一激光束L1环绕照射区域P的中心移动并且使照射区域P的圆周R1中及圆周R1附近的工件熔化。

接下来，如图2B中示出的，第一激光束L1在圆周R2上扫描，圆周R2的半径大于圆周R1的半径，使得第一激光束L1环绕照射区域P的中心移动并且使照射区域P的圆周R2中及圆周R2附近的工件熔化。

此外，如图2C中示出的，第一激光束L1在圆周R3上扫描，圆周R3的半径大于圆周R2的半径，使得第一激光束L1环绕照射区域P的中心移动并且使照射区域P的圆周R3及圆周R3附近的工件熔化。最后，如图2D中示出的，第一激光束L1在圆周R4上扫描，圆周R4的半径大于圆周R3的半径，使得第一激光束L1环绕照射区域P的中心移动并且使照射区域P的圆周R4中及圆周R4附近的工件熔化。

正如所描述的，第一激光束L1环绕照射区域P的中心朝向照射区域P的周缘移动，并且该照射区域中的材料被第一激光束L1熔化。以这种方式，工件W1可以形成有当沿激光束的照射方向观察时呈圆形的熔核。

应当指出的是，图2A至图2D中示出的用于形成熔核的方法仅是一个示例。因此，用于投射第一激光束L1的方法并没有特别地限制，只要能够在热输入条件下形成多个熔核即可，这将在下文中进行描述。例如，圆形的熔核可以通过将第一激光束L1投射到相同的位置(例如，照射区域P的中心)处一定时间段而形成。另外，代替如图2A至图2C示出的那样投射第一激光束L1，第一激光束L1可以仅被投射(扫描)在图2D中示出的照射区域P的圆周R4上，从而形成环形的熔核。接着，在形成这种环形的熔核之后，第一激光束L1可以被投射成使得圆周R4内侧的区域中的工件的一部分被熔化。

3.关于熔接部(多个熔核)的形成

图3包括用于说明根据第一实施方式的激光熔接方法的视图，其中，图3A示出在第一激光束被投射到工件上之前工件上的虚拟闭合曲线以及第一激光束的照射区域，图3B示出照射区域中的每个照射区域与对其的总热输入量之间的关系，图3C示出照射区域与照射强度比之间的关系，并且图3D示出熔核的状态。

在本实施方式中，如图3D中示出的，当形成包括三个熔核N1至熔核N3的熔接部Y时，第一激光束L1被顺序地投射到分别与熔核中的每个熔核相对应的照射区域P1至照射区域P3上。以这种方式，顺序地形成了熔核N1至熔核N3。

更具体地，确定了穿过照射区域P1至照射区域P3(熔核N1至熔核N3)的圆的中心，从而设定与圆周对应的虚拟闭合曲线D的外周直径。接着，第一激光束L1遵照图2A至图2D中示出的进序按次序被投射到设定的三个(多个)照射区域P1至照射区域P3上。以这种方式，熔核N1至熔核N3按次序被顺序地形成。在本实施方式中，闭合曲线D是圆。然而，闭合曲线D的形状并没有特别地限制，只要其是闭合的曲线即可，并且闭合曲线D可以是椭圆形等。

在本实施方式中，第一激光束L1被顺序地投射到照射区域P1、照射区域P2、照射区域P3上，使得随着熔核N1至熔核N3按次序被顺序地形成(即，随着第一激光束L1按次序被投射到照射区域P1至照射区域P3上)，减少从投射到照射区域P1、照射区域P2、照射区域P3上的第一激光束L1到工件W1的热输入量，如图3B中示出的。

更具体地，如在以下表格1和图3C中示出的，为图2A至图2D中示出的圆周R1至圆周R4中的每个圆周设定了第一激光束L1扫描的圆周的半径、第一激光束L1的扫描速度以及第一激光束L1的照射强度。在本实施方式中，用于圆周R1至圆周R4的第一激光束L1的半径和扫描速度在照射区域P1至照射区域P3中的每个照射区域中是相同的。另外，第一激光束L1的照射强度被设定成减小。

例如，被投射到照射区域P2上的第一激光束L1的照射强度是通过将被投射到照射区域P1上的第一激光束L1的照射强度乘以特定比率(更具体地，减小率α＜1)来设定的。接着具有这种照射强度的第一激光束L1被投射到照射区域P2上。此外，被投射到照射区域P3上的第一激光束L1的照射强度是通过将被投射到照射区域P2上的第一激光束L1的照射强度乘以特定比率(更具体地，减小率α＜1)来设定的。接着，具有这种照射强度的第一激光束L1被投射到照射区域P3上。

正如所描述的，减小率α仅是考虑来自形成前一个熔核的余热量来设定的。以这种方式，第一激光束L1的照射强度可以按照第一激光束L1在照射区域P1中的照射强度、第一激光束L1在照射区域P2中的照射强度以及第一激光束L1在照射区域P3中的照射强度的顺序来容易地减小。结果，可以按照照射区域P1、照射区域P2以及照射区域P3的顺序来减少从投射到照射区域P1、照射区域P2以及照射区域P3上的第一激光束L1到工件W1的热输入量。

[表格1]

因此，在形成熔核N1期间来自第一激光束L1的输入热在形成下一个熔核N2时残余在工件中的情况下，通过设定减小率α——其是考虑这种余热来设定的——可以使从投射到照射区域P2上的第一激光束L1到工件的热输入量小于从投射到照射区域P1上的第一激光束L1到工件的热输入量。结果，通过使在形成这些熔核N1、熔核N2期间在照射区域P1、照射区域P2中的热量接近可以抑制熔核N1、熔核N2的尺寸的波动。

类似地，在形成熔核N1、熔核N2期间第一激光束L1的输入热在形成下一个熔核N3时残余在工件中的情况下，从投射到照射区域P3上的第一激光束L1到工件的热输入量可以小于从投射到照射区域P2上的第一激光束L1到工件的热输入量。结果，通过使在形成这些熔核N1至熔核N3期间在照射区域P1至照射区域P3中的热量接近可以抑制熔核N1至熔核N3的尺寸的波动。由此，可以使工件W1、工件W2的熔接稳定。

此外，通过有效地使用由第一激光束L1在熔核的形成期间产生并且残余在工件中的热量来形成后续的熔核。由此，可以抑制过多的激光束被投射到工件上。

应当指出的是，在上述实施方式中，在照射区域P1至照射区域P3中，用于圆周R1至圆周R4的第一激光束L1的半径和扫描速度是相同的。另外，第一激光束L1的照射强度被设定成减小。以这种方式，随着熔核N1、熔核N2以及熔核N3被顺序地形成，减少从投射到照射区域P1、照射区域P2以及照射区域P3上的第一激光束L1到工件W1的热输入量。

然而，此方法并不限于如所描述的方法。例如，如表格2中示出的，在照射区域P1至照射区域P3中，用于圆周R1至圆周R4中的每个圆周的第一激光束L1的半径和照射强度可以设定成是相同的，并且随着熔核N1至熔核N3按次序被顺序地形成(即，随着第一激光束L1按次序被投射到照射区域P1至照射区域P3上)，可以增大第一激光束L1的扫描速度。

[表格2]

换言之，如表格2中示出的，照射区域P2中的扫描速度是通过将照射区域P1中的扫描速度除以减小率(α＜1)来设定的，并且照射区域P3中的扫描速度是通过将照射区域P2中的扫描速度进一步除以减小率(α＜1)来设定的。以这种方式，随着熔核N1、熔核N2以及熔核N3被顺序地形成，可以减少从投射到照射区域P1、照射区域P2以及照射区域P3上的第一激光束L1到工件W1的热量。

[第二实施方式]

图4包括用于说明根据第二实施方式的激光熔接方法的视图，其中，图4A示出在第一激光束被投射到工件上之前工件上的虚拟闭合曲线以及第一激光束的照射区域，图4B示出照射区域中的每个照射区域与总热输入量之间的关系，并且图4C示出熔核的状态。

本实施方式与第一实施方式的不同点在于第一激光束L1如图4A所示按次序被投射到照射区域P1至照射区域P6上，从而按次序形成熔核N1至熔核N6。

在本实施方式中，如图4A中示出的，确定了穿过照射区域P1至照射区域P6(熔核N1至熔核N6)的圆的中心，并且设定了与圆周对应的闭合曲线D的外周直径。接着，第一激光束L1遵照图2A至图2D中示出的进程按次序被投射到设定的六个(多个)照射区域P1至照射区域P6上。以这种方式，熔核N1至熔核N6按次序被顺序地形成。

更具体地，如图4A和图4C中示出的，第一激光束被投射到照射区域P1至照射区域P3上以形成熔核N1至熔核N3，使得熔核N1至熔核N3沿着闭合曲线D彼此间隔开。接下来，第一激光束L1被投射到照射区域P4至照射区域P6上，使得在熔核N1至熔核N3中的两个相邻熔核之间的闭合曲线D上进一步形成熔核N4至熔核N6中的每个熔核。

换言之，第一激光束L1被投射到照射区域P4上以在熔核N1与熔核N2之间形成熔核N4。第一激光束L1被投射到照射区域P5上以在熔核N2与熔核N3之间形成熔核N5。第一激光束L1被投射到照射区域P6上以在熔核N3与熔核N1之间形成熔核N6。

与第一实施方式类似，同样在本实施方式中，如图4B中示出的，第一激光束L1也被投射成使得随着熔核N1至熔核N6按次序被顺序地形成(即，随着第一激光束L1按次序被投射到照射区域P1至照射区域P6上)，减少从投射到照射区域P1至照射区域P6上的第一激光束L1到工件W1的热输入量。用于使从投射到照射区域P1至照射区域P6上的第一激光束L1到工件W1的热输入量减少的方法与已参照第一实施方式的表格1和表格2所描述的方法相同。

根据本实施方式，第一激光束L1被投射成使得熔核N1至熔核N3沿着闭合曲线D彼此间隔开。接着，激光束被投射到照射区域P4至照射区域P6上从而在熔核N1至熔核N3中的两个相邻熔核之间形成熔核中的每个熔核。此时，在这些照射区域P4至照射区域P6中的余热量由于散热而减少。以这种方式，与熔核沿着闭合曲线D连续地形成的情况相比，可以容易地形成具有相同尺寸的熔核N1至熔核N6。

[第三实施方式]

另外，在仅执行图2中示出的第一激光束照射过程的情况下，如图5A中示出的，与热从中心C散发相比，热更易于从处于熔化状态的熔核NY的周缘S散发。因此，处于熔化状态的熔核NY的固化从周缘S开始并且以这种方式朝向中心C继续进行。

当使用上述材料时，如图5B中示出的，等轴晶体结构G2(等轴晶体区域)被形成为包括完全固化的熔核N的中心C，并且柱状晶体结构G1(柱状晶体区域)是以围绕等轴晶体结构G2(等轴晶体区域)的方式从熔核N的周缘S朝向等轴晶体区域形成的。

此处，无论等轴晶体结构和柱状晶体结构的形成如何，从处于熔化状态的熔核NY的中心C的固化开始至完全固化的固化速度(即，冷却速度)高于其周缘S的固化速度(冷却速度)。结果，处于半熔化状态的熔核的中心C的固化收缩在通过中心C处的液相流动而被补偿之前完成，并且沿着周向方向拉动结构。这可能导致从熔核N的中心或其附近开始的裂纹的产生和伸展。鉴于以上描述，在第三实施方式中，执行以下将描述的第二激光束照射过程。

4.关于第二激光束照射过程

图6包括用于说明根据第三实施方式的激光熔接方法的第二激光束照射过程的示意图，其中，图6A至图6D示出第二激光束按次序被投射到工件上，并且图6E示出在第二激光束的照射之后的熔核。

在本实施方式中，在第二激光束照射过程中，将第二激光束L2投射到熔核的熔化部分上直至处于熔化状态的熔核NY被固化为止。更具体地，第二激光束L2环绕中心C从偏离熔核N的中心C的照射开始位置朝向中心C移动，并且之后，第二激光束L2聚焦至中心C。

更具体地，如图6A中示出的，在本实施方式中，照射开始位置位于处于熔化状态的熔核NY的周缘S上。如图6A至图6D示出的，第二激光束L2被投射到处于熔化状态的熔核NY上的同时环绕中心C从该照射开始位置朝向熔核N的中心C移动。

正如所描述的，在第一激光束的照射之后，处于熔化状态的熔核NY的固化从周缘S朝向中心C进行。然而，在本实施方式中，沿从处于熔化状态的熔核NY的周缘S朝向熔核N的中心C的方向的固化的进程可以通过将第二激光束L2投射到处于熔化状态的熔核NY上来延迟。

以这种方式，抑制了从熔核N的周缘S至熔核N的中心C的固化速度(冷却速度)的波动，从而使熔核N可以固化成具有更均匀的结构。在本实施方式中，固化的熔核N可以形成有可从周缘S至中心C获得的柱状晶体结构G1，在该柱状晶体结构G1中，柱状晶体沿从熔核N的周缘S朝向熔核N的中心C的方向延伸。

结果，在熔核N的柱状晶体结构中，即使当产生从中心C开始的裂纹时，仍可以减小裂纹的伸展。这是由于柱状晶体中的每个柱状晶体从熔核N的周缘S至熔核N的中心的生长是间歇性的。

图7包括用于说明根据第三实施方式的改型示例的激光熔接方法的第二激光束照射过程的示意图，其中，图7A是用于说明第二激光束的照射的视图，其中，图7B至图7D示出第二激光束按次序被投射到工件上，并且其中，图7E是在第二激光束的照射之后的熔接部的视图。

在上述实施方式中，第二激光束L2在处于熔化状态的熔核NY上扫描。例如，如图7A中示出的，可以调整第二激光束L2的焦点的位置来调整第二激光束L2相对于工件的照射区域。在这种情况下，可以通过使第二激光束L2的聚光透镜以高速移动来调整照射区域(照射面积)。此处，第二激光束L2从作为散焦位置的位置T2(T2’)被投射至聚焦位置T1，同时激光束的输出被调整成使得其强度例如变得恒定。

更具体地，如图7B中示出的，照射开始区域被设定为由处于熔化状态的熔核NY的周缘S所围绕的区域。接着，如图7B至图7D中示出的，结合沿从处于熔化状态的熔核NY的周缘S朝向中心C的方向的固化的进程，将第二激光束聚焦到熔核NY上。以这种方式，可以使沿从处于熔化状态的熔核NY的周缘S朝向中心C的方向的固化的进程延迟，从而使柱状晶体结构G1从处于熔化状态的熔核NY的周缘S生长至处于熔化状态的熔核NY的中心C。

图8包括用于说明根据第三实施方式的另一个改型示例的激光熔接方法的第二激光束照射方法的示意图，其中，图8A和图8B示出处于熔化状态的熔核的固化的改变，其中，图8C和图8D示出第二激光束按次序被投射到工件上，并且其中，图8E是在第二激光束的照射之后固化的熔核的视图。

本改型示例与上述改型示例的不同之处在于第二激光束L2的照射开始位置和时间。

在本改型示例中，在第二激光束照射过程中，照射开始位置位于处于熔化状态的熔核NY的周缘S与中心C之间(例如，参见图8C)。此处，在本实施方式中，在第一激光束照射过程与第二激光束的照射(参见图8C)之间的时期内，如图8A和图8B中示出的，结合固化的进程，柱状晶体结构G1以围绕其中心C的方式从处于熔化状态的熔核NY的周缘S朝向中心C生长。

接下来，等轴晶体结构G2已生长至柱状晶体结构G1，如图8C中示出的，开始第二激光束照射过程。在第二激光束照射过程中，第二激光束L2被投射成使得等轴晶体结构G2保持为围绕处于熔化状态的熔核NY的中心C并且使得柱状晶体结构从等轴晶体结构G2生长至中心C。

正如所描述的，如图8E中示出的，在固化的熔核N中，由柱状晶体结构G1构成的第一柱状晶体区域是沿从固化的熔核N的周缘S朝向中心C的方向形成的。在柱状晶体结构G1中，柱状晶体从周缘S延伸。然后，由等轴晶体结构G2形成的等轴晶体区域被形成为从第一柱状晶体区域(柱状晶体结构G1)围绕熔核N的中心C。此外，由柱状晶体结构G3形成的第二柱状晶体区域从等轴晶体区域(等轴晶体结构G2)形成至熔核N的中心C。在柱状晶体结构G3中，柱状晶体朝向熔核N的中心C延伸。

因此，即使当在固化期间在第二柱状晶体区域(柱状晶体结构G3)的柱状晶体结构中产生从中心C开始的裂纹时，也可以减小裂纹的伸展。这是由于柱状晶体的生长是间歇性的。另外，即使当裂纹进一步伸展时，也可以通过等轴晶体区域的等轴晶体结构G2使这种裂纹停止。因此，可以抑制裂纹的伸展。

5.熔接部(多个熔核)的形成与第二激光束照射过程之间的关系

图9包括用于说明根据第三实施方式的激光熔接方法的视图，其中图9A是在第一激光束被投射到工件上之前工件上的虚拟闭合曲线以及第一激光束的照射区域的视图，其中图9B是照射区域中的每个照射区域与在第一激光束照射过程和第二激光束照射过程中的总热输入量之间的关系的视图，并且图9C示出熔核的状态。

与第二实施方式类似，同样在本实施方式中，如图9A和图9C中示出的，第一激光束L1也被投射到照射区域P1至照射区域P6上以按次序形成熔核N1至熔核N6。另外，第一激光束L1被投射成使得随着熔核N1至熔核N6按次序被顺序地形成，减少从投射到照射区域P1至照射区域P6上的第一激光束L1到工件W1的热输入量。因此，将不对这点做详细的描述。

如上所述，本实施方式的不同点在于提供第二激光束照射过程。在本实施方式中，在执行用于形成熔核N1至熔核N6的第一激光束照射过程之后，相对于对应的熔核N1至熔核N6来执行第二激光束照射过程。更具体地，在第一激光束被投射到第一照射区域P1上之后，第二激光束被投射到形成在该照射区域中的熔核N1上。接下来，第一激光束L1被投射到第二照射区域P2上，并且接着第二激光束被投射到形成在该照射区域中的熔核N2上。顺序地执行这个程序。应当指出的是，在本实施方式中，在熔核中的每个熔核形成之后执行第二激光束照射过程。然而，只要能够满足第三实施方式中描述的条件，也可以在所有的熔核N1至熔核N6形成之后对熔核N1至熔核N6中的每个熔核执行第二激光束照射过程。

此处，在第二激光束照射过程中照射第二激光束的目的是延迟沿朝向熔核中心的方向的固化的进程。因此，如图9B中示出的，从投射到照射区域中的每个照射区域(具体地，处于熔化状态的熔核中的每个熔核)上的第二激光束L2到工件的热输入量小于从投射到对应的照射区域中的每个照射区域上的第一激光束L1到工件的热输入量。另外，由投射到照射区域P1至照射区域P3上的第一激光束和第二激光束引起的余热量被加至来自投射到照射区域P4至照射区域P6上的第二激光束L2的热输入量。因此，来自投射到照射区域P4至照射区域P6上的第二激光束L2的热输入量可以小于来自投射到照射区域P1至照射区域P3上的第二激光束L2的热输入量。

到目前为止，已通过利用本发明的实施方式做出了详细的描述。本发明的具体构型不限于这些实施方式和示例，并且在本发明要旨的范围内所做出的设计改变包括在本发明中。

Claims (4)

1.一种激光熔接方法，其特征在于包括：

将激光束(L1)投射到位于多个金属工件(W1、W2)上的照射区域(P1、P2、P3)上，使得当通过激光熔接使所述工件接合时形成熔接部(Y)，所述熔接部由多个熔核(N1、N2、N3)形成，并且所述照射区域分别形成有所述熔核，其中，

所述熔核是通过将所述激光束顺序地投射到分别与所述熔核相对应的所述照射区域上而顺序地形成的，并且

所述激光束被投射到所述照射区域中的每个照射区域上，使得随着所述熔核被顺序地形成，减少从投射到所述照射区域中的每个照射区域上的所述激光束到所述工件的热输入量。

2.根据权利要求1所述的激光熔接方法，其特征在于，

所述激光束被投射成使得所述多个熔核沿着虚拟的闭合曲线而形成。

3.根据权利要求2所述的激光熔接方法，其特征在于，

所述激光束被投射成使得所述熔核沿着所述闭合曲线彼此间隔开，并且随后所述激光束被投射成使得在两个相邻的所述熔核之间的所述闭合曲线上进一步形成熔核。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的激光熔接方法，其特征在于，

投射所述激光束包括用于形成所述熔核的第一激光束照射过程，并且

投射所述激光束还包括第二激光束照射过程，所述第二激光束照射过程是在所述第一激光束照射过程与所述熔核的固化之间执行的，并且在所述第二激光束照射过程中将所述激光束投射到处于熔化状态的所述熔核上，以延迟沿从所述熔核的周缘朝向所述熔核的中心的方向的固化的进程。