激光熔接方法和熔接结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种通过使用激光束和熔接结构而有利于熔接多个工件的激光熔接方法。
【背景技术】
[0002]例如，两块金属板的工件被堆叠或抵接且被激光束照射以进行激光熔接。为了通过激光熔接增加可靠性和强度，例如，在日本特许公报N0.3-80596中提出了如下激光熔接方法的技术:当熔接工件时，在多个金属工件的表面的一部分被设定为熔接区域的情况下，将激光束投射到熔接区域上。
[0003]在该技术中，激光束被投射(扫描)成环绕熔接区域的中心。通过这种方式，可以通过将均匀的热量施加至较宽的范围而使工件熔化在一起。因此，可以增加由激光束熔接的熔接部的可靠性。
[0004]然而，在如日本特许公报N0.3-80596中所描述的那样通过投射激光束使工件的一部分被熔化的情况下，热量更有可能从已被熔化的熔化部(熔池)的周围而不是熔化部的中心散发，因而熔化部的固化从熔化部的周围开始并且朝向熔化部的中心进行。此时，从熔化部的中心的固化开始至固化完成的固化速率(S卩，冷却速率)比熔化部的周围的固化速率(冷却速率)更高。
[0005]因此，存在下述情况，即:在熔接部的中心处的固化收缩通过液相流补偿之前完成了熔接部的中心处的固化收缩以及由此引起从熔化部固化了的熔接部(固化部)的中心或其附近开始的裂纹的产生和扩展。该裂纹从熔接部(固化部)的中心扩展并且因而难以预测其断裂模式。尤其当使用由铝制成的工件时，这种现象是显著的。
【发明内容】
[0006]本发明提供了能够减少熔化部固化了的固化部中的裂纹的激光熔接方法和熔接结构。
[0007]本发明的第一方面涉及一种激光熔接方法。该激光熔接方法包括:当多个金属工件被熔接时，以所述工件的一部分设定为熔接区域，通过将第一激光束投射到所述熔接区域上而形成熔化部，在所述熔化部中，所述熔接区域内的所述工件熔化；以及在所述熔化部被固化的同时或者在所述熔化部固化了的固化部形成之后，投射第二激光束，使得所述第二激光束从与所述熔化部或所述固化部的中心偏离的照射开始位置朝向所述中心环绕所述中心，或者使得所述第二激光束从包括所述熔化部或所述固化部的中心及其周围的照射开始区域聚焦至所述中心。
[0008]根据以上方面，在第一激光束的照射中，第一激光束投射到熔接区域上，以形成熔化部(熔池)，在该熔化部(熔池)中，熔接区域中的工件被熔化。在第二激光束的照射中，在第二激光束被投射直到熔化部被固化为止的情况下，当第二激光束从与熔化部的中心偏离的照射开始位置朝向所述中心环绕所述中心时，可以延迟熔化部的中心的固化。类似地，同样当第二激光束从包括熔化部的中心及其周围的照射开始区域聚焦至中心时，可以延迟熔化部的中心的固化。因此，液体伴随熔化部的中心的固化收缩而流动，并且因而可以抑制熔化部的中心附近的裂纹的产生。
[0009]同时，在第二激光束的照射中，在形成熔化部固化了的固化部之后第二激光束从与固化部的中心偏离的照射开始位置朝向所述中心环绕所述中心的情况下，被照射部分再次熔化，并且因而可以对从固化部的中心朝向固化部的周缘形成的裂纹进行密封。类似地，同样当第二激光束从包括固化部的中心及其周围的照射开始区域聚焦至中心时，可以对从固化部的中心朝向固化部的周缘形成的裂纹进行密封。
[0010]此处，本发明中的“熔化部的中心”指的是在熔化部的固化从其周围开始时熔化部的最后被固化的部分。“固化部的中心”指的是在熔化部的固化从其周围开始时，固化前的熔化部的最后被固化的部分。
[0011]当第二激光束投射直到熔化部被固化为止时，第二激光束投射到熔化部的熔化部分上。同时，当在形成熔化部固化了的固化部之后投射第二激光束时，第二激光束投射到固化部上。这是因为熔化部被完全固化。
[0012]此处，在以上方面中，所述第二激光束被投射，直至所述熔化部被固化为止。在所述第二激光束的照射中，所述第二激光束伴随着沿从所述熔化部的周缘朝向所述熔化部的中心的方向的固化进程被投射到所述熔化部上。这样，沿从所述熔化部的周缘朝向所述熔化部的中心的方向的固化进程可以被延迟。
[0013]根据以上方面，相关于第一激光束照射之后熔化部的从其周缘朝向中心的固化的进展，用第二激光束照射熔化部。因此，熔化部被第二激光束加热，并且可以延迟沿从熔化部的周缘朝向熔化部的中心的方向的固化的进展。通过这种方式，液体伴随熔化部的固化收缩而流动，并且因而可以抑制熔化部的中心附近的裂纹的产生。
[0014]此处，在以上方面中，在第二激光束的照射中，照射开始位置可以位于熔化部的周缘上。在这种情况下，除了上述效果之外，还可以抑制从熔化部的周缘到熔化部的中心的固化速率(冷却速率)的波动，并且因而熔化部可以被固化为具有更均匀的结构。类似地，照射开始区域可以是被熔化部的周缘围绕的区域。同样，在这种情况下，熔化部可以被固化为具有从熔化部的周缘到熔化部的中心的更均匀的结构。
[0015]此外，在以上方面中，在第二激光束的照射中，照射开始位置可以位于熔化部的周缘与熔化部的中心之间。在这种情况下，可以延迟熔化部的至少中心及其周围的固化的进展。因此，除了上述效果之外，还可以使中心及其周边处的固化速率(冷却速率)更接近熔化部的周围附近的固化速率(冷却速率)。类似地，照射开始区域可以是下述区域，即:所述区域的周缘位于所述熔化部的周缘与所述熔化部的中心之间并且所述区域包括所述中心。熔化部可以被固化为具有从熔化部的周缘到熔化部的中心的均匀的结构。
[0016]在以上方面中，在第二激光束的照射中，所述第二激光束可以与所述固化进程相结合地被投射成使得柱状晶体结构从所述熔化部的周缘生长至所述熔化部的中心。在任一方面的情况下，都可以使从熔化部的周缘到熔化部的中心设置的任何部分处的固化速率更接近彼此。因而，熔化部固化了的固化部(熔接部)从固化部的周缘至固化部的中心由柱状晶体结构形成，并且在柱状晶体结构中，柱状晶体沿从固化部的周缘朝向固化部的中心的方向延伸。因此，在固化部的柱状晶体结构中，即使当产生从中心开始的裂纹时，仍可以减小裂纹的扩展。这是因为柱状晶体中的每个柱状晶体的从固化部的周缘至固化部的中心的生长是间歇性的。
[0017]在以上方面中，在所述第一激光束的照射之后且在所述第二激光束的照射之前的时间段中，在柱状晶体结构与所述固化进程相结合地从所述熔化部的周缘朝向所述熔化部的中心生长为围绕所述熔化部的中心并且然后在完成了所述柱状晶体结构的生长之后开始等轴晶体结构的生长之后，可以开始第二激光束照射。在所述第二激光束照射过程中，所述第二激光束可以被投射成使得所述等轴晶体结构保留为围绕所述熔化部的中心，并且使得所述柱状晶体结构从所述等轴晶体结构生长至所述熔化部的中心。
[0018]根据以上方面，熔化部固化了的固化部(熔接部)包括:由柱状晶体结构形成的第一柱状晶体区域，在该柱状晶体结构中，柱状晶体从固化部的周缘沿从固化部的周缘朝向固化部的中心的方向延伸；由等轴晶体结构形成的等轴晶体区域，该等轴晶体结构形成为从第一柱状晶体区域围绕固化部的中心；以及第二柱状晶体区域，该第二柱状晶体区域从等轴晶体区域至固化部的中心由柱状晶体结构形成，并且在柱状晶体结构中，柱状晶体朝向固化部的中心延伸。通过这种方式，即使当在固化期间在第二柱状晶体区域的柱状晶体结构中产生从中心开始的裂纹时，仍可以减小裂纹的扩展。这是因为柱状晶体的生长是间歇性的。另外，即使当裂纹进一步延伸时，通过等轴晶体区域的等轴晶体结构仍可以阻止该裂纹。因此，可以抑制裂纹的扩展。
[0019]另外，在上述方面中，描述了第二激光束被投射直到熔化部固化为止的情况。同时，下面将对在形成熔化部固化了的固化部之后投射第二激光束的情况的方面进行描述。
[0020]在以上方面中，在第二激光束照射的中，第二激光束投射到熔化部固化了的固化部上，以使固化部再次熔化。在这种情况下，包括固化部的中心及其附近的区域的周缘上的位置可以被设定为照射开始位置，使得包括固化部的中心及其附近并且通过第二激光束的照射被再次熔化的区域被固化的冷却速率比包括熔化部的中心及其附近的区域在第一激光束的照射之后被固化的冷却速率更慢。根据这方面，在固化部的中心及其附近很可能产生裂纹。然而，从照射开始位置至固化部的中心的区域被再次熔化，并且因而可以对形成在固化部的中心及其附近的裂纹进行密封。
[0021]被固化部的中心以及其附近的区域的周缘围绕的区域可以设定为照射开始区域，并且第二激光束可以投射到其上。在这种情况下，由于照射开始区域中的被照射部分被再次熔化，因此可以预期相同的效果，并且因而可以对从固化部的中心朝向固化部的周缘形成的裂纹进行密封。
[0022]在以上方面中，固化部可以包括:等轴晶体区域，该等轴晶体区域以包括固化部的中心的方式形成有等轴晶体结构；以及柱状晶体区域，该柱状晶体区域以从固化部的周缘朝向等轴晶体区域围绕等轴晶体区域的方式形成有柱状晶体结构。第二激光束可以投射成使得等轴晶体区域的等轴晶体结构变为柱状晶体结构。
[0023]根据以上方面，通过第二激光束的照射，整个等轴晶体结构以包括固化部的中心的方式变为柱状晶体结构。因而，固化部从固化部的周缘至固化部的中心由柱状晶体结构形成，并且在柱状晶体结构中，柱状晶体沿从固化部的周缘朝向固化部的中心的方向延伸。因此，在固化部的柱状晶体结构中，即使当产生从中心开始的裂纹时，仍可以减小裂纹的扩展。这是因为柱状晶体中的每个柱状晶体的从固化部的周缘至固化部的中心的生长是间歇性的。
[0024]另外，在以上方面中，固化部可以包括:等轴晶体区