激光焊接裝置和激光焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光焊接裝置和激光焊接方法，更具體地，涉及在將保護(hù)氣體供應(yīng)到焊接部分的同時(shí)執(zhí)行焊接的激光焊接裝置和激光焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]激光焊接是用激光束作為熱源執(zhí)行焊接的焊接方法。在兩個(gè)金屬板被堆疊和焊接的情況下，這兩個(gè)金屬板彼此疊置并且隨后用激光束進(jìn)行掃描。因此，用激光束照射的部分被加熱，使得兩個(gè)金屬板被熔化。兩個(gè)金屬板的熔化物質(zhì)被混合并且隨后被固化，從而將兩個(gè)金屬板接合成堆疊狀態(tài)。這時(shí)候，待形成的焊珠(bead)的截面形狀根據(jù)供應(yīng)到焊接部分的保護(hù)氣體而變化。
[0003]日本未審查專利申請(qǐng)公開號(hào)2004-130360公開了一種涉及使用惰性氣體和氧氣的混合氣體作為保護(hù)氣體的激光焊接裝置的技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]正如“【背景技術(shù)】”部分中描述的，在在將保護(hù)氣體供應(yīng)到焊接部分的同時(shí)通過將激光束照射到焊接部分上來執(zhí)行焊接的激光焊接裝置中，待形成的焊珠(bead)的截面形狀根據(jù)供應(yīng)到焊接部分的保護(hù)氣體而變化。例如，當(dāng)使用惰性氣體作為保護(hù)氣體時(shí)，焊珠具有葡萄酒杯形狀(wine-cup shape)的截面(參見圖2)。當(dāng)使用惰性氣體和氧氣的混合氣體作為保護(hù)氣體時(shí)，焊珠具有平底杯形狀(tumbler shape)的截面(參見圖3)。
[0005]在如上面描述將保護(hù)氣體供應(yīng)到焊接部分的同時(shí)執(zhí)行焊接的情況下，可以通過控制保護(hù)氣體的類型或饋送量來調(diào)整待形成的焊珠的截面形狀。然而，如果保護(hù)氣體的饋送量在焊接期間變化，則在焊接部分處發(fā)生待形成的焊珠的截面形狀的變化，這引起發(fā)生焊接故障的問題。
[0006]鑒于上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠抑制發(fā)送待形成的焊珠的截面形狀變化的激光焊接裝置和激光焊接方法。
[0007]本發(fā)明的第一示例方面是一種通過將激光束照射到焊接部分上來執(zhí)行焊接的激光焊接裝置，該激光焊接裝置包括:保護(hù)氣體供應(yīng)單元，其將保護(hù)氣體供應(yīng)到焊接部分；氣體饋送量控制單元，其控制從保護(hù)氣體供應(yīng)單元供應(yīng)的保護(hù)氣體的流量；光強(qiáng)度測(cè)量單元，其測(cè)量從焊接部分發(fā)射的等離子光的光強(qiáng)度；以及變化率計(jì)算單元，其計(jì)算由光強(qiáng)度測(cè)量單元測(cè)量的光強(qiáng)度的變化率。氣體饋送量控制單元根據(jù)所計(jì)算的光強(qiáng)度的變化率來控制供應(yīng)到焊接部分的保護(hù)氣體的流量。
[0008]本發(fā)明的第二示例方面是一種在將保護(hù)氣體供應(yīng)到焊接部分的同時(shí)通過將激光束照射到焊接部分上來執(zhí)行焊接的激光焊接方法，該激光焊接方法包括:測(cè)量從焊接部分發(fā)射的等離子光的光強(qiáng)度；計(jì)算所測(cè)量的光強(qiáng)度的變化率；以及根據(jù)所計(jì)算的光強(qiáng)度的變化率來控制供應(yīng)到焊接部分的保護(hù)氣體的流量。
[0009]在根據(jù)本發(fā)明的示例方面的激光焊接裝置和激光焊接方法中，測(cè)量從焊接部分發(fā)射的等離子光的光強(qiáng)度；計(jì)算所測(cè)量的光強(qiáng)度的變化率；以及根據(jù)光強(qiáng)度的變化率來控制供應(yīng)到焊接部分的保護(hù)氣體的流量。因此，可以執(zhí)行反饋控制，使得在實(shí)時(shí)監(jiān)控保護(hù)氣體的供應(yīng)狀態(tài)的同時(shí)，可以以適當(dāng)?shù)酿佀土抗?yīng)保護(hù)氣體。因此，可以抑制保護(hù)氣體的饋送量的變化，并且可以抑制在焊接部分處發(fā)生待形成的焊珠的截面形狀變化。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種能夠抑制發(fā)生待形成的焊珠的截面形狀變化的焊接裝置和激光焊接方法。
[0011]根據(jù)本文下面僅作為說明給出并且因此不應(yīng)被視為對(duì)本發(fā)明的限制的詳細(xì)描述和附圖將更全面地理解本發(fā)明的以上的和其他的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0012]圖1是示出了根據(jù)示例實(shí)施方式的激光焊接裝置的圖；
[0013]圖2是示出了在焊接部分處待形成的焊珠的形狀(葡萄酒杯形狀)的截面圖；
[0014]圖3是示出了在焊接部分處待形成的焊珠的形狀(平底杯形狀)的截面圖；
[0015]圖4是示出了從焊接部分發(fā)射的等離子光的光強(qiáng)度的曲線圖；
[0016]圖5是示出了從焊接部分發(fā)射的等離子光的光強(qiáng)度的曲線圖；
[0017]圖6是示出了根據(jù)示例實(shí)施方式的激光焊接裝置的控制流程的流程圖(當(dāng)待形成的焊珠的形狀是葡萄酒杯形狀時(shí))；
[0018]圖7是示出了從焊接部分發(fā)射的等離子光的光強(qiáng)度(如上圖所示)以及示出了光強(qiáng)度的時(shí)間導(dǎo)數(shù)的曲線圖(如下圖所示)；
[0019]圖8是示出了根據(jù)示例實(shí)施方式的激光焊接裝置的控制流程的流程圖(當(dāng)待形成的焊珠的形狀是平底杯形狀時(shí))；以及
[0020]圖9是示出了從焊接部分發(fā)射的等離子光的光強(qiáng)度(如上圖所示)以及示出了光強(qiáng)度的時(shí)間導(dǎo)數(shù)的曲線圖(如下圖所示)。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面將參照附圖描述本發(fā)明的示例實(shí)施方式。
[0022]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施方式的激光焊接裝置I。如圖1所示，激光焊接裝置I包括激光源10、主體部分11、光強(qiáng)度測(cè)量單元12、變化率計(jì)算單元13、氣體饋送量控制單元14、保護(hù)氣體供應(yīng)單元15以及噴嘴16和17。
[0023]激光源10是產(chǎn)生激光束的設(shè)備。例如，二氧化碳?xì)怏w激光或YAG (釔鋁石榴石)激光可以被用作激光束。由激光源10產(chǎn)生的激光束穿過主體部分11并且被引導(dǎo)向焊接構(gòu)件18的表面。
[0024]當(dāng)激光束21照射在焊接構(gòu)件18的表面上時(shí)，焊接構(gòu)件18被焊接。例如，如圖2和圖3所示，焊接構(gòu)件18是由彼此堆疊的兩個(gè)金屬板31和32形成的構(gòu)件。當(dāng)激光束照射到兩個(gè)堆疊金屬板31和32的焊接部分35上時(shí)，激光束穿過上金屬板31，并且下金屬板32的頂表面被熔化，從而產(chǎn)生熔池(與此后待形成的焊珠41和42中的每個(gè)的形狀相對(duì)應(yīng))，熔池是兩個(gè)金屬板31和32的熔化物質(zhì)的混合物。此后，熔池冷卻并且固化，從而將兩個(gè)金屬板31和32接合在一起。這時(shí)候，在焊接部分35處均形成焊珠41和42。在焊接期間，從焊接部分35 (熔池)發(fā)射等離子光22。
[0025]在焊接兩個(gè)金屬板31和32的情況下，用激光束21掃描焊接構(gòu)件18的表面。例如，在其中主體部分11(激光束21)被固定并且其上放置有焊接構(gòu)件18的臺(tái)(未示出)可移動(dòng)的結(jié)構(gòu)中，可以用激光束21掃描焊接構(gòu)件18的表面。替選地，在其上放置有焊接構(gòu)件18的臺(tái)(未示出)被固定并且主體部分11 (激光束21)可移動(dòng)的結(jié)構(gòu)中，可以用激光束21掃描焊接構(gòu)件18的表面。值得注意的是，主體部分11 (激光束21)和焊接構(gòu)件18 二者可以被可移動(dòng)地布置。
[0026]圖1中所示的光強(qiáng)度測(cè)量單元12測(cè)量從焊接部分35發(fā)射的等離子光22的光強(qiáng)度。例如，光電二極管可以被用作光強(qiáng)度測(cè)量單元12。可以用CCD(電荷耦合器件)圖像傳感器觀察等離子光22的光強(qiáng)度。由光強(qiáng)度測(cè)量單元12測(cè)量的光強(qiáng)度被供應(yīng)到變化率計(jì)算單元13。
[0027]變化率計(jì)算單元13計(jì)算由光強(qiáng)度測(cè)量單元12測(cè)量的光強(qiáng)度的變化率。例如，變化率計(jì)算單元13對(duì)光強(qiáng)度的時(shí)間函數(shù)進(jìn)行時(shí)間求導(dǎo)(參見圖7的上圖)，從而使得可以計(jì)算光強(qiáng)度的變化率(參見圖7的下圖)。
[0028]氣體饋送量控制單元14控制保護(hù)氣體供應(yīng)單元15。保護(hù)氣體供應(yīng)單元15將保護(hù)氣體供應(yīng)到焊接構(gòu)件18的焊接部分35。例如，諸如氮?dú)?、氬氣或氦氣的惰性氣體可以被用作保護(hù)氣體。使用惰性氣體作為保護(hù)氣體可以抑制焊接部分(焊珠)的氧化。惰性氣體和氧氣的混合氣體也可以被用作保護(hù)氣體。
[0029]保護(hù)氣體供應(yīng)單元15通過導(dǎo)管26將惰性氣體供應(yīng)到噴嘴16。此外，保護(hù)氣體供應(yīng)單元15通過導(dǎo)管27將氧氣供應(yīng)到噴嘴17。保護(hù)氣體供應(yīng)單元15調(diào)整供應(yīng)到噴嘴16的惰性氣體的流量以及供應(yīng)到噴嘴17的氧氣的流量，從而使得可以調(diào)整包括在保護(hù)氣體中的惰性氣體和氧氣之間的比例。
[0030]例如，如圖2所示，當(dāng)焊珠41具有葡萄酒杯形狀的截面時(shí)，僅使用惰性氣體(或該氣體可以包括少量氧氣)作為保護(hù)氣體。在這種情況下，可以防止焊珠41被氧化。此外，可以增加熔池(對(duì)應(yīng)于焊