1.本发明涉及焊接方法、激光焊接系统、金属构件、电气部件以及电子设备。
背景技术：2.作为对由金属材料构成的加工对象进行焊接的方法之一，已知有激光焊接。激光焊接是向加工对象的应进行焊接的部分照射激光并利用激光的能量使该部分熔融的焊接方法。在被照射了激光的部分形成被称为熔池的熔融了的金属材料的积液，之后通过熔池固化，从而进行焊接。
3.另外，在向加工对象照射激光时，也有时根据其目的而成形激光的轮廓。例如，已知有在将激光用于加工对象的切断的情况下成形激光的轮廓的技术(例如参照专利文献1)。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特表2010-508149号公报
技术实现要素：7.发明要解决的课题
8.另外，在焊接时，要求抑制溅射物、气孔那样的焊接缺陷。溅射物是熔融金属飞散而形成的，因此若产生该溅射物，则也导致焊接部位处的金属材料减少。即，若溅射物的产生变多，则导致焊接部位的金属材料不足，也引起强度不良等。另外，所产生的溅射物附着于焊接部位的周边，但若该溅射物之后剥离并附着于电路等，则对电路招来异常。因此，存在难以对电路用的部件进行焊接的情况。另外，气孔是在焊接部产生的大致球形的空腔，并成为焊接强度降低的原因之一。
9.于是，本发明的课题之一在于，例如得到能够更加抑制焊接缺陷的焊接方法、激光焊接系统、金属构件、电气部件以及电子设备。
10.用于解决课题的方案
11.在本发明的焊接方法中，例如为一种焊接方法，其通过将相对于加工对象相对地沿扫描方向移动的激光向所述加工对象的表面照射，从而将所述加工对象的被照射了激光的部分熔融而进行焊接，其中，所述激光包括800[nm]以上且1200[nm]以下的波长的第一激光以及550[nm]以下的波长的第二激光。
[0012]
在所述焊接方法中，也可以是，所述第二激光的波长为400[nm]以上且500[nm]以下。
[0013]
在所述焊接方法中，也可以是，所述加工对象为铜系金属材料、铝系金属材料、镍系金属材料、铁系金属材料以及钛系金属材料中的任一种。
[0014]
在所述焊接方法中，也可以是，在所述表面上，利用所述第二激光在所述表面上形成的第二光斑的至少一部分位于比利用所述第一激光在所述表面上形成的第一光斑靠所
述扫描方向的前方的位置。
[0015]
在所述焊接方法中，也可以是，在所述表面上，所述第一光斑与所述第二光斑至少局部地重叠。
[0016]
在所述焊接方法中，也可以是，在所述表面上，所述第二光斑的第二外缘包围所述第一光斑的第一外缘。
[0017]
在所述焊接方法中，也可以是，在将不照射所述第二激光而仅照射了所述第一激光的情况下在所述表面形成的焊接部的宽度设为wb，并将照射所述第一激光以及所述第二激光的情况下的所述第二光斑的外径设为d2时，以满足下式(1)的方式，
[0018]
wb-400＜d2＜wb+400
ꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0019]
设定所述第二光斑的外径。
[0020]
在所述焊接方法中，也可以是，在所述表面上，所述第二激光的功率相对于所述第一激光的功率的输出比为0.1以上且2以下。
[0021]
在所述焊接方法中，也可以是，所述激光包括多个光束。
[0022]
在所述焊接方法中，也可以是，所述多个光束由光束整形器形成。
[0023]
在所述焊接方法中，也可以是，所述表面的算术平均粗糙度为21[μm]以下。
[0024]
在所述焊接方法中，也可以是，所述激光在所述表面上的扫描速度为50[mm/s]以上。
[0025]
另外，本发明的激光焊接系统例如具备：第一激光振荡器，其振荡800[nm]以上且1200[nm]以下的波长的第一激光；第二激光振荡器，其振荡500[nm]以下的波长的第二激光；光学头，其通过将包括所述第一激光以及所述第二激光的激光向加工对象的表面照射，从而将所述加工对象的被照射了所述激光的部分熔融而进行焊接；控制部，其控制所述第一激光以及所述第二激光的激光振荡时机以及功率；以及冷却机构，其冷却所述第一激光振荡器、所述第二激光振荡器以及所述光学头，所述加工对象与所述激光以使所述激光相对于所述加工对象相对地沿扫描方向移动的方式构成为能够相对移动。
[0026]
也可以是，所述激光焊接系统具备电扫描仪，所述电扫描仪以使所述激光在所述表面上沿所述扫描方向移动的方式使所述激光的出射方向变化。
[0027]
也可以是，所述激光焊接系统具备将所述激光分割为多个光束的光束整形器。
[0028]
另外，本发明的金属构件例如为一种金属构件，其具备第一表面、该第一表面的背侧的第二表面以及沿着所述第一表面延伸的焊接部，其中，所述焊接部具有：焊接金属，其从所述第一表面朝向所述第二表面延伸；以及热影响部，其位于所述焊接金属的周围，所述焊接金属具有：第一部位，其位于相对于所述第一表面向从该第一表面朝向所述第二表面的厚度方向分离的位置；以及第二部位，其位于该第一部位与所述第一表面之间，且与所述第一部位相比与所述焊接部的延伸方向正交的截面中的晶粒的截面积的平均值较大。
[0029]
在所述金属构件中，也可以是，所述第二部位所包括的晶粒的截面积的平均值为所述第一部位所包括的晶粒的截面积的平均值的1.8倍以上。
[0030]
另外，本发明的金属构件例如为一种金属构件，其具备第一表面、该第一表面的背侧的第二表面以及沿着所述第一表面延伸的焊接部，其中，所述焊接部具有：焊接金属，其从所述第一表面朝向所述第二表面延伸；以及热影响部，其位于所述焊接金属的周围，在将第一晶界数比率表示为下式(3-1)的情况下，
[0031]
rb1＝n12/n11
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(3-1)
[0032]
在此，rb1为第一晶界数比率，n11为在与所述第一表面正交并且沿着所述焊接部的延伸方向的试验截面中，与沿着所述第一表面的规定的长度的直线试验线交叉的晶界数，n12为在所述试验截面中与在和所述第一表面正交的方向上延伸的所述规定的长度的直线试验线交叉的晶界数，所述焊接金属具有：第三部位，其位于相对于所述第一表面向从该第一表面朝向所述第二表面的厚度方向分离的位置；以及第四部位，其位于该第三部位与所述第一表面之间，且所述第一晶界数比率比所述第三部位的所述第一晶界数比率低。
[0033]
另外，本发明的金属构件例如为一种金属构件，其具备第一表面、该第一表面的背侧的第二表面以及沿着所述第一表面延伸的焊接部，其中，所述焊接部具有：焊接金属，其从所述第一表面朝向所述第二表面延伸；以及热影响部，其位于所述焊接金属的周围，在将第二晶界数比率表示为下式(3-2)的情况下，
[0034]
rb2＝max(n22/n21，n21/n22)
ꢀꢀꢀ
(3-2)
[0035]
在此，rb2为第二晶界数比率，n21为在与所述第一表面正交并且沿着所述焊接部的延伸方向的试验截面中，与在沿着所述第一表面的方向和同所述第一表面正交的方向之间的第一方向上延伸且具有规定的长度的直线试验线交叉的晶界数，n22为在所述试验截面中与在和所述第一方向正交的第二方向上延伸且具有所述规定的长度的直线试验线交叉的晶界数，max(n22/n21，n21/n22)在(n22/n21)为(n21/n22)以上的情况下设为(n22/n21)，在(n22/n21)小于(n21/n22)的情况下设为(n21/n22)，所述焊接金属具有：第三部位，其位于相对于所述第一表面向从该第一表面朝向所述第二表面的厚度方向分离的位置；以及第四部位，其位于该第三部位与所述第一表面之间，且所述第二晶界数比率比所述第三部位的所述第二晶界数比率高。
[0036]
另外，本发明的金属构件例如为一种金属构件，其具备第一表面、该第一表面的背侧的第二表面以及沿着所述第一表面延伸的焊接部，其中，所述焊接部具有：焊接金属，其从所述第一表面朝向所述第二表面延伸；以及热影响部，其位于所述焊接金属的周围，
[0037]
在将第一晶界数比率表示为下式(3-1)，
[0038]
rb1＝n12/n11
ꢀꢀꢀꢀ
(3-1)
[0039]
在此，rb1为第一晶界数比率，n11为在与所述第一表面正交并且沿着所述焊接部的延伸方向的试验截面中，与沿着所述第一表面的规定的长度的直线试验线交叉的晶界数，n12为在所述试验截面中与在和所述第一表面正交的方向上延伸的所述规定的长度的直线试验线交叉的晶界数，并且将第二晶界数比率rb2表示为下式(3-2)的情况下，
[0040]
rb2＝max(n22/n21，n21/n22)
ꢀꢀꢀꢀ
(3-2)
[0041]
在此，rb2为第二晶界数比率，n21为在与所述第一表面正交并且沿着所述焊接部的延伸方向的试验截面中，与在沿着所述第一表面的方向和同所述第一表面正交的方向之间的第一方向上延伸且具有规定的长度的直线试验线交叉的晶界数，n22为在所述试验截面中与在和所述第一方向正交的第二方向上延伸且具有所述规定的长度的直线试验线交叉的晶界数，max(n22/n21，n21/n22)在(n22/n21)为(n21/n22)以上的情况下设为(n22/n21)，在(n22/n21)小于(n21/n22)的情况下设为(n21/n22)，所述焊接金属具有：第三部位，其位于相对于所述第一表面向从该第一表面朝向所述第二表面的厚度方向分离的位置；以及第四部位，其位于该第三部位与所述第一表面之间，所述第四部位的所述第一晶界数比
率比所述第三部位的所述第一晶界数比率低并且所述第四部位的所述第二晶界数比率比所述第三部位的所述第二晶界数比率高。
[0042]
另外，也可以是，本发明的电气部件例如具有所述金属构件来作为导体。
[0043]
另外，也可以是，本发明的电子设备例如具有所述金属构件来作为导体。
[0044]
发明效果
[0045]
根据本发明，例如能够得到能够更加抑制焊接缺陷的焊接方法、激光焊接系统、金属构件、电气部件以及电子设备。
附图说明
[0046]
图1是第一实施方式的激光焊接装置的例示性的概要结构图。
[0047]
图2是示出由第一实施方式的激光焊接装置在加工对象的表面上形成的激光的光束(光斑)的例示性的示意图。
[0048]
图3是示出各金属材料对于所照射的激光的波长的光的吸收率的图表。
[0049]
图4是实施方式的焊接部的例示性且示意性的剖视图。
[0050]
图5是示出实施方式的焊接部的一部分的例示性且示意性的剖视图。
[0051]
图6是示出由第一实施方式的激光焊接装置产生的第一激光的功率密度与第二激光的功率密度的组合的焊接的实验结果的图表。
[0052]
图7是示出将由第一实施方式的激光焊接装置产生的第一激光以单体照射了的情况下的焊接部的宽度与第二光斑直径的组合的焊接的实验结果的图表。
[0053]
图8是示出由实施方式的激光焊接装置产生的第一激光的功率相对于第二激光的功率之比即输出比与溅射物抑制率的相关关系的图表。
[0054]
图9是实施方式的焊接部的例示性且示意性的剖视图，且是沿着扫描方向并且与表面正交的截面处的剖视图。
[0055]
图10是作为参考例的通过以与图9的情况相同的功率的第一激光的单独的照射从而形成的焊接部的例示性且示意性的剖视图，且是沿着扫描方向并且与表面正交的截面处的剖视图。
[0056]
图11是图9的一部分的放大图。
[0057]
图12是示出对实施方式的焊接部的截面中的一个位置应用了第一基准线的情况的说明图。
[0058]
图13是示出对实施方式的焊接部的截面中的一个位置应用了第二基准线的情况的说明图。
[0059]
图14是第二实施方式的激光焊接装置的例示性的概要结构图。
[0060]
图15是示出第二实施方式的激光焊接装置所包括的衍射光学元件的原理的概念的说明图。
[0061]
图16是第三实施方式的激光焊接装置的例示性的概要结构图。
[0062]
图17是第四实施方式的激光焊接装置的例示性的概要结构图。
[0063]
图18是第五实施方式的激光焊接系统的例示性的概要结构图。
[0064]
图19是第六实施方式的激光焊接系统的例示性的概要结构图。
[0065]
图20是第七实施方式的激光焊接装置的例示性的概要结构图。
[0066]
图21是示出由第七实施方式的激光焊接装置在加工对象的表面上形成的激光的光束(光斑)的一例的示意图。
[0067]
图22是示出由第七实施方式的激光焊接装置在加工对象的表面上形成的激光的光束(光斑)的一例的示意图。
[0068]
图23是示出由第七实施方式的激光焊接装置在加工对象的表面上形成的激光的光束(光斑)的一例的示意图。
[0069]
图24是第八实施方式的激光焊接装置的例示性的概要结构图。
[0070]
图25是第九实施方式的激光焊接装置的例示性的概要结构图。
[0071]
图26是示出由实施方式的激光焊接装置在加工对象的表面上形成的激光的光束(光斑)的一例的示意图。
[0072]
图27是实施方式的焊接部的沿着扫描方向并且与表面正交的截面处的例示性且示意性的剖视图，且是焊接部的扫描方向的前端部的剖视图。
[0073]
图28是作为参考例的通过以与图27的情况相同的功率的第一激光的单独的照射从而形成的焊接部的沿着扫描方向并且与表面正交的截面处的例示性且示意性的剖视图，且是焊接部的扫描方向的前端部的剖视图。
具体实施方式
[0074]
以下，公开本发明的例示性的实施方式。以下所示的实施方式的结构以及由该结构带来的作用以及结果(效果)为一例。本发明也能够通过以下的实施方式所公开的结构以外的结构而实现。另外，根据本发明，能够得到通过结构而得到的各种效果(也包括派生的效果)中的至少一个。
[0075]
以下所示的实施方式具备相同的结构。因而，根据各实施方式的结构，能够得到基于该相同的结构的相同的作用以及效果。另外，以下，存在对这些相同的结构标注相同的附图标记并且省略重复的说明的情况。
[0076]
另外，在各图中，由箭头x表示x方向，由箭头y表示y方向，由箭头z表示z方向。x方向、y方向以及z方向相互交叉并且正交。z方向是加工对象w的表面wa(加工面)的法线方向。
[0077]
另外，在本说明书中，序数是为了区别部件、构件、部位、激光、方向等而权宜地标注的，并不表示优先级、顺序。
[0078]
[第一实施方式]
[0079]
图1是第一实施方式的激光焊接装置100的概要结构图。如图1所示，激光焊接装置100具备激光装置111、激光装置112、光学头120以及光纤130。
[0080]
激光装置111、112分别具有激光振荡器，且作为一例，构成为能够输出几kw的功率的激光。另外，也可以是，激光装置111、112例如在内部具备多个半导体激光元件，且构成为作为该多个半导体激光元件的合计的输出而能够输出几kw的功率的多模的激光。另外，激光装置111、112也可以具备光纤激光器、yag激光器、盘式激光器等各种激光源。
[0081]
激光装置111输出800[nm]以上且1200[nm]以下的波长的第一激光。激光装置111为第一激光装置的一例。激光装置111所具有的激光振荡器为第一激光振荡器的一例。
[0082]
另一方面，激光装置112输出500[nm]以下的波长的第二激光。激光装置112为第二激光装置的一例。激光装置112优选输出400[nm]以上且500[nm]以下的波长的第二激光。激
光装置112所具有的激光振荡器为第二激光振荡器的一例。
[0083]
光纤130分别将从激光装置111、112输出的激光导向光学头120。
[0084]
光学头120是用于将从激光装置111、112输入的激光朝向加工对象w照射的光学装置。光学头120具备准直透镜121、聚光透镜122、反射镜123以及滤光器124。准直透镜121、聚光透镜122、反射镜123以及滤光器124也能够被称为光学部件。
[0085]
光学头120为了在加工对象w的表面wa上进行激光l的照射的同时扫描激光l，而构成为能够变更与加工对象w的相对位置。光学头120与加工对象w的相对移动能够通过光学头120的移动、加工对象w的移动、或光学头120以及加工对象w这两方的移动而实现。
[0086]
需要说明的是，光学头120也可以构成为通过具有未图示的电扫描仪(galvano scanner)等，而能够在表面wa上扫描激光l。
[0087]
准直透镜121(121-1、121-2)分别使经由光纤130而输入的激光准直。准直了的激光成为平行光。
[0088]
反射镜123将通过准直透镜121-1而成为平行光的第一激光反射。在反射镜123发生了反射的第一激光向z方向的相反方向前进，并朝向滤光器124。需要说明的是，在第一激光以在光学头120中向z方向的相反方向前进的方式输入的结构中，不需要反射镜123。
[0089]
滤光器124是使第一激光透过、且不使第二激光透过而是反射第二激光的高通滤光器。第一激光透过滤光器124并向z方向的相反方向前进，且去往聚光透镜122。另一方面，滤光器124将通过准直透镜121-2而成为平行光的第二激光反射。在滤光器124发生了反射的第二激光向z方向的相反方向前进，并去往聚光透镜122。
[0090]
聚光透镜122对作为平行光的第一激光以及第二激光进行聚光，并作为激光l(输出光)，向加工对象w照射。加工对象w是金属构件的一例。
[0091]
通过激光l的照射，从而在加工对象w形成焊接部14。焊接部14从表面wa朝向背面wb延伸，并且沿着表面wa在扫描方向sd上呈线状延伸。表面wa是第一表面的一例，背面wb是第二表面的一例。
[0092]
图2是示出照射到加工对象w的表面wa上的激光l的光束(光斑)的示意图。如图2所示，在表面wa上，激光l的光束形成为如下那样：第一激光的光束b1与第二激光的光束b2重叠，光束b2比光束b1大(宽广)，且光束b2的外缘b2a包围光束b1的外缘b1a。在表面wa上，光束b1为第一光斑的一例，光束b2为第二光斑的一例。
[0093]
图2所示的箭头sd表示扫描方向。如图2所示，激光l的光束具有相对于中心点c的点对称形状，因此在任意的扫描方向sd上，激光l的光束(光斑)的形状相同。因而，在为了进行激光l在表面wa上的扫描而具备使光学头120与加工对象w相对移动的移动机构的情况下，该移动机构至少具有能够相对并进的机构即可，存在可以省略能够相对旋转的机构的情况。
[0094]
加工对象w分别能够由热传导率比较高的金属材料制作。金属材料例如为铜系金属材料、铝系金属材料、镍系金属材料、铁系金属材料、钛系金属材料等，具体而言，为铜、铜合金、铝、铝合金、锡、镍、镍合金、铁、不锈钢、钛、钛合金等。加工对象w为金属构件的一例。
[0095]
[波长与光的吸收率、熔融状态]
[0096]
在此，对金属材料的光的吸收率进行说明。图3是示出各金属材料对于所照射的激光l的波长的光的吸收率的图表。图3的图表的横轴为波长，纵轴为吸收率。在图3中，对铝
(al)、铜(cu)、金(au)、镍(ni)、银(ag)、钽(ta)以及钛(ti)示出波长与吸收率的关系。
[0097]
虽然特性根据材料而不同，但是关于图3所示的各金属，能够理解出与使用通常的红外线(ir)的激光(第一激光)相比，使用蓝、绿的激光(第二激光)的情况的能量的吸收率更高。该特征在铜(cu)、金(au)等中变得显著。
[0098]
在向对于使用波长而吸收率比较低的加工对象w照射了激光的情况下，大部分的光能量被反射，不会对加工对象w带来作为热量的影响。因此，为了得到充分深度的熔融区域，需要施加比较高的功率。在该情况下，光束中心部被急剧投入能量，从而产生升华，并形成小孔(key hole)。
[0099]
另一方面，在向对于使用波长而吸收率比较高的加工对象w照射了激光的情况下，所投入的能量大多被加工对象w吸收，并转换为热能。即，无需施加过度的功率，因此不会伴有小孔的形成，而成为热传导型的熔融。
[0100]
在本实施方式中，以使加工对象w的对第二激光的吸收率比对第一激光的吸收率高的方式，选择第一激光的波长、第二激光的波长以及加工对象w的材质。在该情况下，在扫描方向为图2中的扫描方向sd1的情况下，在激光l的光斑的扫描的作用下，首先利用第二激光的光束b2的位于图2中的sd的前方的区域b2f向加工对象w的被焊接的部位(以下，称为被焊接部位)照射第二激光。之后，向被焊接部位照射第一激光的光束b1，之后利用第二激光的光束b2的位于扫描方向sd1的后方的区域b2b向被焊接部位再次照射第二激光。
[0101]
因此，在被焊接部位，首先通过区域b2f中的吸收率较高的第二激光的照射而产生热传导型的熔融区域。之后，在被焊接部位，通过第一激光的照射而产生更深的小孔型的熔融区域。在该情况下，在被焊接部位预先形成有热传导型的熔融区域，因此与未形成该热传导型的熔融区域的情况相比，能够利用更低功率的第一激光形成所需要深度的熔融区域。进而，之后，在被焊接部位，通过区域b2b中的吸收率较高的第二激光的照射而使熔融状态变化。从这样的观点出发，第二激光的波长优选设为550nm以下，更优选设为500nm以下。
[0102]
另外，通过发明人们的实验研究而确认到在利用图2那样的光束的激光l的照射进行的焊接中，能够减少焊接缺陷。能够推定为这是因为，通过在光束b1到来之前利用光束b2的区域b2f对加工对象w预先进行加热，从而由光束b2以及光束b1形成的加工对象w的熔池更稳定化。
[0103]
[焊接方法]
[0104]
在使用了激光焊接装置100的焊接中，首先，加工对象w以被激光l向加工对象w的表面wa照射的方式设置。然后，在包括光束b1以及光束b2的激光l照射到表面wa的状态下，将激光l与加工对象w相对移动。由此，激光l向表面wa上照射的同时在该表面wa上沿扫描方向sd移动(扫描)。被照射了激光l的部分熔融，之后伴随着温度的降低而凝固，从而加工对象w被焊接。
[0105]
[焊接部的截面]
[0106]
图4是形成于加工对象w的焊接部14的剖视图。图4是与扫描方向sd(x方向)垂直并且沿着厚度方向(z方向)的剖视图。焊接部14沿扫描方向sd、即与图4的纸面垂直的方向延伸。需要说明的是，图4示出在作为厚度2[mm]的一张铜板的加工对象w形成的焊接部14的截面。能够推定为，在厚度方向(z方向)上重叠的多张板状的金属材料形成的焊接部14的形态与在相同的厚度的一张金属材料形成的焊接部的形态大致同等。
[0107]
如图4所示，焊接部14具有从表面wa向z方向的相反方向延伸的焊接金属14a以及位于该焊接金属14a的周围的热影响部14b。焊接金属14a是通过激光l的照射而熔融且之后凝固而成的部位。焊接金属14a也能够被称为熔融凝固部。另外，热影响部14b是加工对象w的母材受到热影响而成的部位，且是未熔融的部位。
[0108]
焊接金属14a的沿着y方向的宽度越远离表面wa则变得越窄。即，焊接金属14a的截面具有朝向z方向的相反方向而变细的锥形状。
[0109]
另外，通过由发明人们对该截面的详细分析而判明了，焊接金属14a包括远离表面wa的第一部位14a1以及第一部位14a1与表面wa之间的第二部位14a2。
[0110]
第一部位14a1是通过由第一激光的照射产生的小孔型的熔融而得到的部位，第二部位14a2是通过由第二激光的光束b2中的位于扫描方向sd1的后方的区域b2b的照射产生的熔融而得到的部位。通过基于ebsd法(electron back scattered diffraction pattern，电子背散射衍射)的解析而判明了，在第一部位14a1与第二部位14a2中，晶粒的尺寸不同，具体而言在与x方向(扫描方向sd)正交的截面中，第二部位14a2的晶粒的截面积的平均值比第一部位14a1的晶粒的截面积的平均值大。
[0111]
发明人们确认了，在向被焊接部位仅照射了第一激光的光束b1的情况、即未进行光束b2中的位于扫描方向sd1的后方的区域b2b的照射的情况下，第二部位14a2未形成，第一部位14a1从表面wa向z方向的相反方向较深地延伸。即，在本实施方式中，能够推定为，通过光束b2中的位于扫描方向sd1的后方的区域b2b的照射，而在表面wa的附近形成第二部位14a2，因此第一部位14a1相对于该第二部位14a2而形成于与表面wa相反的一侧、换言之从表面wa向z方向的相反方向分离的位置。
[0112]
图5是示出焊接部14的一部分的剖视图。图5示出由ebsd法得到的晶粒的边界。另外，在图5中，作为一例，晶粒直径为13[μm]以下的晶粒a被涂为黑色。需要说明的是，13[μm]不是物理特性的阈值，而是为了该实验结果的分析而设定的阈值。另外，根据图5明确可知，晶粒a在第一部位14a1比较多地存在，在第二部位14a2比较少地存在。即，第二部位14a2内的晶粒的截面积的平均值比第一部位14a1内的晶粒的截面积的平均值大。发明人们通过实验的分析确认了，第二部位14a2内的晶粒的截面积的平均值为第一部位14a1内的晶粒的截面积的平均值的1.8倍以上。
[0113]
如图5中的区域i内所示，这样的尺寸比较小的晶粒a在从表面wa向z方向分离的位置以在z方向上细长地延伸的状态密集。另外，根据x方向(扫描方向sd)的位置不同的多个部位处的分析，确认了晶粒a密集的区域也沿扫描方向sd延伸。由于为扫描的同时进行的焊接，因此能够推定为在扫描方向sd上结晶形成为相同的形态。
[0114]
在根据截面中的外观或者硬度分布等难以判别第一部位14a1与第二部位14a2的情况下，也可以将图4、5那样的根据焊接金属14a在表面wa中的位置以及宽度wb在几何学上确定的第一区域z1以及第二区域z2分别设为第一部位14a1以及第二部位14a2。作为一例，第一区域z1以及第二区域z2是在与扫描方向sd正交的截面中以宽度wm(y方向上的等宽度)沿z方向延伸的四边形形状的区域，第二区域z2能够设为从表面wa起沿z方向直到深度d的区域，第一区域z1能够设为比深度d更深的区域、换言之相对于深度d的位置与表面wa相反的一侧的区域。宽度wm例如能够设为焊接金属14a在表面wa上的宽度wb(焊道宽度的平均值)的1/3，第二区域z2的深度d(高度、厚度)例如能够设为宽度wb的1/2。另外，第一区域z1
的深度例如能够设为第二区域z2的深度d的3倍。发明人们通过对多个样本的实验分析确认了，在这样的第一区域z1以及第二区域z2的设定下，第二区域z2中的晶粒的截面积的平均值比第一区域z1中的晶粒的截面积的平均值大，且成为1.8倍以上。这样的第一区域z1以及第二区域z2的晶粒的大小的关系被认为是在加工对象w中实现牢固的焊接强度的重要因素，并且这样的判别也能够成为通过焊接而在焊接金属14a中形成第一部位14a1和第二部位14a2的证据。
[0115]
另外，通过发明人们的实验研究而判明了，在基于本实施方式的激光焊接的加工对象w的厚度t(参照图1)为0.05[mm]以上且为2.0[mm]以下的情况下，能够得到相同的结果。
[0116]
[激光的功率密度]
[0117]
图6是示出加工对象w的表面wa上的第一激光的功率密度pd1与第二激光的功率密度pd2的组合的焊接的实验结果的图表。在图6中，
“○”
表示溅射物以及气孔非常少的情况(优)，
“◇”
表示溅射物以及气孔数少的情况(良)，
△
表示溅射物以及气孔少但是产生了例如能量损失大等其他一些不良状况的情况(可)。在此，作为一例，“优”表示线状的焊接部位的每单位长度(例如，1[cm])的气孔数为1个以下的情况，“良”以及“可”表示焊接部位的每单位长度的气孔数为2个以上且小于5个的情况。另外，在该实验中，第一激光的波长为1070[nm]，第一激光的输出为1.5[kw]，第二激光的波长为450[nm]，第二激光的输出为150[w]。
[0118]
根据图6，判明了在第二激光的功率密度pd2为0.16[mw/cm2]以上且1.5[mw/cm2]以下的情况下能够抑制溅射物数以及气孔数。认为这是由于，在第二激光的功率密度pd2比0.16[mw/cm2](下限值)低的情况下，由于被铜板表面吸收的光能量不足而无法充分得到预热效果，在功率密度pd2比1.5[mw/cm2](上限值)高的情况下，在第二激光器中也成为小孔型的熔融。
[0119]
[光斑直径]
[0120]
光束b1以及光束b2分别在与其光束的光轴方向正交的截面的径向上，例如具有高斯形状的功率分布。但是，光束b1以及光束b2的功率分布不于限定高斯形状。另外，如图2那样，在由圆表示各光束b1、b2的各图中，表示该光束b1、b2的圆的直径为各光束b1、b2的光束直径。各光束b1、b2的光束直径定义为包括该光束的峰值且峰值强度的1/e2以上的强度的区域的直径。需要说明的是，虽未图示，但在不为圆形的光束的情况下，能够将与扫描方向sd垂直的方向上的、成为峰值强度的1/e2以上的强度的区域的长度定义为光束直径。另外，加工对象w的表面wa上的光束直径称为光斑直径。
[0121]
图7是示出基于光束b1的单体照射时的焊接部的宽度wb(焊道宽度)与光束b2的光斑直径d2(外径，参照图2)的组合的焊接的实验结果的图。图7中的记号(
○
、
◇
、
△
)的意义以及基准与图6相同。另外，在该实验中，第一激光的波长为1070[nm]，第一激光的输出为1[kw]，第二激光的波长为450[nm]，第二激光的输出为400[w]。
[0122]
通过发明人们的实验研究而判明了，在光束b1的单体照射时的焊接部的宽度wb与光斑直径d2处于规定的关系的情况、即满足以下的式(1)的情况下，
[0123]
wb-400＜d2＜wb+400
ꢀꢀꢀ
(1)
[0124]
能够抑制溅射物数。
[0125]
进而判明了，在满足在以下的式(1a)的情况下，
[0126]
wb-50＜d2＜wb+50
ꢀꢀꢀꢀ
(1a)
[0127]
不产生能量损失的增大那样的其他不良状况，就能够抑制溅射物数。
[0128]
[由第一激光与第二激光的输出比带来的溅射物的抑制]
[0129]
图8是示出第一激光的功率(pw1)相对于第二激光的功率(pw2)之比即输出比(rp＝pw2/pw1)与溅射物抑制率的相关关系的图表。在此，溅射物抑制率rs定义为以下的式(2)。
[0130]
rs＝1-nh/nir
ꢀꢀꢀ
(2)
[0131]
在此，nh为在照射了第一激光与第二激光这两方的情况下在规定区域内产生的溅射物数，nir为在以与nh的计测时相同的功率仅照射了第一激光的情况下在规定区域内产生的溅射物数。另外，图8示出在各输出比下进行了多次实验的结果。与输出比对应的线段表示该输出比下的多个样本(至少3个样本以上)的实验结果中的溅射物抑制率的偏差的范围，口表示每个输出比的溅射物抑制率的中位数。
[0132]
如图8所示，通过发明人们的实验研究而判明了，输出比rp是0.1以上且小于0.18的情况为优选(
○
)，是0.18以上且小于0.3的情况为更优选(
◎
)，是0.3以上且2以下的情况为更进一步优选(
◎◎
)。
[0133]
[扫描速度]
[0134]
另外，发明人们以不同的扫描速度对多个样本实施实验，得到了根据扫描速度而溅射物、气孔的产生状况不同这样的见解。具体而言，判明了在溅射物、气孔的产生数减少这样的观点中，扫描速度优选为50[mm/s]以上，更优选为100[mm/s]以上。
[0135]
[空隙的抑制效果]
[0136]
另外，通过发明人们的实验研究而判明了，在由第一激光与第二激光这两方的照射进行的焊接中，与由第一激光的单独的照射进行的焊接相比，焊接部14中的空隙(气孔)的产生变少。
[0137]
图9是通过第一激光与第二激光这两方的照射而形成的焊接部14的、沿着扫描方向并且与表面wa正交的截面处的剖视图。另外，图10是作为参考例的通过以与图9的情况相同的功率的第一激光的单独的照射从而形成的焊接部14的、沿着扫描方向并且与表面wa正交的截面中的剖视图。需要说明的是，图10的例子中的第一激光的单独照射这点以外的条件设定为与图9的例子的情况相同。
[0138]
若对图9与图10进行比较则明确可知，在由第一激光与第二激光这两方的照射进行的焊接(图9)中，与由第一激光的单独的照射进行的焊接(图10)相比，焊接部14中的空隙v的产生变少。
[0139]
[由晶粒的朝向带来的部位的区别]
[0140]
图11是图9的一部分的放大图。通过发明人们的实验研究而判明了，如图11所示，在通过第一激光与第二激光这两方的照射而形成的焊接部14中，根据距表面wa的深度而晶粒的朝向(长边方向、成长方向)不同。认为这是起因于，在通过由第一激光的照射产生的小孔型的熔融而得到的第三部位14a3与通过由第二激光的光束b2中的位于扫描方向的后方的区域b2b的照射产生的熔融而得到的第四部位14a4，凝固时的晶粒的成长的状况不同。在此，第三部位14a3是位于远离表面wa的位置的部位且相当于上述的第一部位14a1的部位。另外，第四部位14a4是位于第三部位14a3与表面wa之间的部位且相当于上述的第二部位
14a2的部位。
[0141]
为了数值性地表示这样的结构，发明人们依据jis g 0551：2020的a.2：切断法，定义了表示焊接部14内的各部分中的晶粒的朝向(长边方向)的指标。
[0142]
具体而言，如图11所示，在截面的图像中，使用包括相互正交的两条直线试验线的两种第一基准线r1以及第二基准线r2。在图11中，第一基准线r1由实线表示，第二基准线r2由虚线表示。第一基准线r1具有基准圆r0的相互正交的两条直径来作为直线试验线l11、l12，一个直线试验线l11在沿着表面wa的x方向(扫描方向)上延伸，另一个直线试验线l12在与表面wa正交的z方向上延伸。另外，第二基准线r2具有与第一基准线r1相同的基准圆r0的相互正交的两条直径来作为直线试验线l21、l22，一个直线试验线l21在x方向与z方向之间的方向上延伸，另一个直线试验线l12在x方向的相反方向与z方向之间的方向、或者z方向的相反方向与x方向之间的方向上延伸。直线试验线l11与直线试验线l21之间的角度差为45
°
或135
°
，直线试验线l12与直线试验线l22之间的角度差为45
°
或135
°
。基准圆r0的直径的长度、即直线试验线l11、l12、l21、l22的长度作为一例是与200[μm]对应的长度(规定的长度的一例)，但能够根据晶粒的大小而适当设定。
[0143]
并且，在焊接部14内的各点p处，应用第一基准线r1以及第二基准线r2，并通过如下式(3-1)、(3-2)，而求出第一晶界数比率rb1以及第二晶界数比率rb2。
[0144]
rb1＝n12/n11
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3-1)
[0145]
rb2＝max(n22/n21，n21/n22)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3-2)
[0146]
在此，n11是与直线试验线l11交叉的晶粒的数量，n12是与直线试验线l12交叉的晶粒的数量。n21是与直线试验线l21交叉的晶粒的数量，n22是与直线试验线l22交叉的晶粒的数量。晶粒的数量也能够被称为晶界数。另外，在式(3-2)中，在(n22/n21)为(n21/n22)以上的情况下，max(n22/n21，n21/n22)为(n22/n21)，在(n22/n21)小于(n21/n22)的情况下，max(n22/n21，n21/n22)为(n21/n22)。在实际的测定中，在以50倍拍摄到的x-z截面的显微镜照片中，在任意的规定部位以上、例如10个部位以上进行上述的测定，并能够将其平均值分别设为rb1、rb2。需要说明的是，在焊接部14内的某点p处n11、n12、n21、n22中的任一个成为0的情况下，该点p出的晶界数也可以不用于rb1、rb2的算出。
[0147]
图12、13是示出对焊接部14的截面内的一个点p应用了第一基准线r1的情况(图12)以及应用了第二基准线r2的情况(图13)的示意性的说明图。如图12、13所示，晶粒a(晶界)与直线试验线l11、l12、l21、l22交叉的数量分别不同。在图12、13的例子中，直线试验线l21与晶粒a的角度差比较小，因此晶界数n21比其他晶界数n11、n12、n22小。因而，图12、13的例子所示的点p称为第二晶界数比率rb2比第一晶界数比率rb1高的点p。同样地，在上述的定义中，在基准圆r0内晶粒a的长边方向与x方向的角度差比较小的点p处，第一晶界数比率rb1比较高并且比第二晶界数比率rb2大。另外，在晶粒a的长边方向与x方向和z方向之间的方向(45
°
方向)的角度差比较小的点p处，第二晶界数比率rb2比较高并且比第一晶界数比率rb1大。
[0148]
通过发明人们的实验研究而判明了，第四部位14a4内的各点p处的第一晶界数比率rb1比第三部位14a3内的各点p处的第一晶界数比率rb1低。另外，判明了第四部位14a4内的各点p处的第二晶界数比率rb2比第三部位14a3内的各点p处的第二晶界数比率rb2高。另外，判明了在第三部位14a3内的各点p处，第一晶界数比率rb1比第二晶界数比率rb2高，在
第四部位14a4内的各点p处，第二晶界数比率rb2比第一晶界数比率rb1高。在焊接部14内存在这样的第一晶界数比率rb1以及第二晶界数比率rb2不同的部位被认为是在加工对象w中实现牢固的焊接强度的重要因素，并且能够成为由第一激光与第二激光这两方的照射进行了焊接的证据。
[0149]
另外，通过发明人们的实验研究而判明了，在基于本实施方式的激光焊接装置100的由第一激光与第二激光的照射进行的焊接中，即使在加工对象w的表面wa的算术平均粗糙度ra为21[μm]以下的情况，也得到良好的结果(相当于上述的“优”)。该实验在算术平均粗糙度ra为21[μm]、8[μm]以及6[μm]的各情况下实施，且均得到了良好的结果。在以往的激光焊接装置中，在表面wa例如接近镜面那样的情况下，有时在该表面wa发生激光反射，焊接变得困难或者无法进行焊接。关于该点，根据本实施方式，在表面wa中激光被更加效率良好地吸收，因此对于具有算术平均粗糙度ra为21[μm]以下、更低的8[μm]、6[μm]那样的接近镜面的表面wa的加工对象w，也能够利用更低的功率的激光执行更良好的焊接。
[0150]
如以上说明的那样，在本实施方式的焊接方法中，例如通过向表面wa以沿着该表面wa相对地使光斑移动的方式照射激光l，从而焊接加工对象w。激光l包括800[nm]以上且1200[nm]以下的波长的第一激光以及550[nm]以下的波长的第二激光。
[0151]
另外，第二激光的波长为400[nm]以上且500[nm]以下较佳。
[0152]
根据这样的方法，例如能够执行焊接缺陷更少的更高品质的焊接。
[0153]
另外，在本实施方式中，例如在表面wa上，第二激光的光束b2(第二照射区域)比第一激光的光束b1(第一照射区域)宽广，且光束b2的外缘b2a(第二外缘)包围光束b1的外缘b1a(第一外缘)。
[0154]
根据这样的方法，例如能够得到具备焊接缺陷更少的焊接品质更高的焊接部14的加工对象w。另外，例如，也能够得到能够使第一激光的功率更低、或者不需要光学头120与加工对象w的相对旋转这样的优点。
[0155]
另外，在本实施方式中，例如加工对象w由铜系金属材料、铝系金属材料、镍系金属材料、铁系金属材料以及钛系金属材料中的任一种制作。需要说明的是，金属材料既可以具有导电性也可以不具有导电性。
[0156]
由本实施方式的焊接方法带来的效果能够在加工对象w由上述材料中的任一种制作的情况下得到。
[0157]
另外，在本实施方式中，例如，在表面wa上，第二激光的光束b2(第二光斑)的至少一部分位于比第一激光的光束b1(第一光斑)靠扫描方向sd的前方的位置。
[0158]
另外，在本实施方式中，例如，在表面wa上，束b1与光束b2至少局部地重叠。
[0159]
另外，在本实施方式中，例如，在表面wa上，光束b2比光束b1宽广。
[0160]
另外，在本实施方式中，例如，在表面wa上，光束b2的外缘b2a(第二外缘)包围光束b1的外缘b1a(第一外缘)。
[0161]
另外，在本实施方式中，例如，关于光束b1的单体照射时的焊接部的宽度wb与光斑直径d2，以满足下式(1)的方式
[0162]
wb-400＜d2＜wb+400
ꢀꢀꢀ
(1)
[0163]
设定光斑直径d2。
[0164]
另外，在本实施方式中，例如，在表面wa上，第二激光的功率相对于第一激光的功
率的输出比为0.1以上且2以下。
[0165]
如上所述，发明人们确认了，由在表面wa上形成这样的光束b1、b2的激光l的光束的照射进行的焊接中，能够减少焊接缺陷。能够推定为这是由于，如上所述，通过在光束b1到来之前利用光束b2的区域b2f预先加热加工对象w，从而利用光束b2以及光束b1形成的加工对象w的熔池更稳定化。因而，根据具有这样的光束b1、b2的激光l，例如能够执行焊接缺陷更少的焊接品质更高的焊接。另外，根据这样的光束b1、b2的设定，例如也能够得到能够使第一激光的功率更低这样的优点。另外，在光束b1与光束b2在同轴上照射的情况下，也能够得到不需要光学头120与加工对象w的相对旋转这样的优点。
[0166]
另外，本实施方式的加工对象w(金属构件)的焊接金属14a具有：第一部位14a1，其位于从表面wa(第一表面)向厚度方向(z方向的相反方向)分离的位置；以及第二部位14a2，其位于该第一部位14a1与表面wa之间且与第一部位14a1相比晶粒的截面积的平均值较大。
[0167]
另外，在本实施方式中，在焊接部14的与延伸方向(x方向、扫描方向sd)正交的截面中，第二部位14a2所包括的晶粒的截面积的平均值为第一部位14a1所包括的晶粒的截面积的平均值的1.8倍以上。
[0168]
如上所述，这样的焊接部14通过将具有图2所示那样的第一激光的光束b1与第二激光的光束b2的激光l的光束向表面wa沿扫描方向sd扫描的同时照射而得到。另外，如上所述，发明人们实验性地确认了，在由图2那样的激光l的光束的照射进行的焊接中，能够减少焊接缺陷。因而，根据上述结构，例如能够得到具备焊接缺陷更少的焊接品质更高的焊接部14的加工对象w(金属构件)。另外，根据本实施方式，例如也能够得到能够使第一激光的功率更低、或者不需要光学头120与加工对象w的相对旋转这样的优点。
[0169]
作为加工对象w的金属构件能够应用于各种电气部件、具有该电气部件的电子设备。电气部件例如是端子、母线、线圈、电池的极耳那样的导体。另外，电子设备例如具有该导体，具体而言为马达、电池组、逆变器、计算机等。
[0170]
[第二实施方式]
[0171]
图14是第二实施方式的激光焊接装置100a的概要结构图。在本实施方式中，光学头120在准直透镜121-1与反射镜123之间具有doe125。除了这点以外，激光焊接装置100a具备与第一实施方式的激光焊接装置100相同的结构。
[0172]
doe125成形第一激光的光束b1的形状(以下，称为光束形状)。如图15概念性地例示的那样，doe125例如具备周期不同的多个衍射光栅125a重合而成的结构。doe125通过将平行光向受到各衍射光栅125a的影响的方向弯曲、或者重合，从而能够成形光束形状。doe125也能够被称为光束整形器。
[0173]
需要说明的是，光学头120也可以具有设置于准直透镜121-2的后段且调整第二激光的光束形状的光束整形器、设置于滤光器124的后段且调整第一激光以及第二激光的光束形状的光束整形器等。通过利用光束整形器适当整理激光l的光束形状，从而能够在焊接中更进一步抑制焊接缺陷的产生。
[0174]
[第三实施方式]
[0175]
图16是第三实施方式的激光焊接装置100b的概要结构图。在本实施方式中，光学头120在滤光器124与聚光透镜122之间具有电扫描仪126。除了这点以外，激光焊接装置100b具备与第一实施方式的激光焊接装置100相同的结构。
[0176]
电扫描仪126具有两片反射镜126a、126b，且是通过控制该两片反射镜126a、126b的角度从而不使光学头120移动就能够使激光l的照射位置移动并扫描激光l的装置。反射镜126a、126b的角度分别例如通过未图示的马达而变更。根据这样的结构，能够得到不需要使光学头120与加工对象w相对移动的机构、例如能够使装置结构小型化这样的优点。
[0177]
[第四实施方式]
[0178]
图17是第四实施方式的激光焊接装置100c的概要结构图。在本实施方式中，光学头120在准直透镜121-2与滤光器124之间具有doe125(光束整形器)。除了这点以外，激光焊接装置100c具备与第三实施方式的激光焊接装置100b相同的结构。根据这样的结构，能够得到基于具有电扫描仪126的与第三实施方式相同的效果、以及基于具有doe125(光束整形器)的与第二实施方式相同的效果。
[0179]
需要说明的是，在本实施方式中，也是光学头120也可以具有设置于准直透镜121-1的后段且调整第一激光的光束形状的光束整形器、设置于滤光器124的后段且调整第一激光以及第二激光的光束形状的光束整形器等。
[0180]
[第五实施方式]
[0181]
图18是包括第一实施方式的激光焊接装置100的激光焊接系统1000的概要结构图。需要说明的是，激光焊接系统1000也可以具备其他实施方式的激光焊接装置100a～100c以代替激光焊接装置100。
[0182]
激光焊接系统1000除了激光焊接装置100以外，还具备主电源1001、副电源1002、1003、综合控制器1004以及冷却机构1005。
[0183]
主电源1001向副电源1002、1003供给电力。另外，副电源1002向激光装置111供给电力，副电源1003向激光装置112供给电力。
[0184]
综合控制器1004控制激光装置111以及激光装置112这两方的工作。具体而言，能够控制激光装置111、112所输出的激光的功率、振荡的时机、波长，并且能够控制与扫描相关的工作、例如相对移动机构、电扫描仪126的工作。由此，能够综合且更可靠地控制激光装置111(第一激光振荡器)以及激光装置112(第二激光振荡器)。综合控制器1004为控制部的一例。
[0185]
冷却机构1005例如具备供冷却液那样的冷媒流动的配管1006。配管1006以分别通过激光装置111、112以及光学头120的方式配置。冷却机构1005能够切换在各配管1006流动的冷媒的供给与停止、或者变更流量、或者调整冷媒的温度。由此，能够冷却激光装置111、112以及光学头120，例如使激光装置111、112的工作稳定化、或者抑制光学头120的过度的温度上升。需要说明的是，冷却机构1005的工作也可以由综合控制器1004控制。
[0186]
[第六实施方式]
[0187]
图19是包括第一实施方式的激光焊接装置100的激光焊接系统1000a的概要结构图。需要说明的是，激光焊接系统1000a也可以具备其他实施方式的激光焊接装置100a～100c以代替激光焊接装置100。在本实施方式中，激光焊接系统1000a除了具备激光装置111用的控制器1004-1以及激光装置112用的控制器1004-2以代替综合控制器1004这点以外，具备与第五实施方式的激光焊接系统1000相同的结构。通过这样的结构，也能够得到与第五实施方式的激光焊接系统1000相同的效果。控制器1004-1、1004-2为控制部的一例。
[0188]
[第七实施方式]
[0189]
图20是第七实施方式的激光焊接装置100d的概要结构图。激光焊接装置100d以第一实施方式的激光焊接装置100为基础进行了改变。如图20所示，在本实施方式中，光学头120具有第一部位120-1、第二部位120-2以及第三部位120-3。第一部位120-1包括准直透镜121-1以及反射镜123。第二部位120-2包括准直透镜121-2、滤光器124以及聚光透镜122。第三部位120-3夹设于第一部位120-1与第二部位120-2之间。在反射镜123发生反射并从第一部位120-1输出的第一激光将第三部位120-3的开口部贯通，向第二部位120-2输入并向滤光器124输入。另外，第一部位120-1、第二部位120-2以及第三部位120-3分别以能够在使从第一部位120-1输出并向第二部位120-2输入的激光的光轴保持平行状态的状态下向相对于该光轴正交的方向(相对于z方向正交的方向)偏移的方式构成为能够相对滑动。具体而言，在图20的例子中，第一部位120-1与第三部位120-3构成为能够在没有相对于z方向的姿势变化的状态下向x方向或x方向的相反方向相对滑动。另外，第二部位120-2与第三部位120-3构成为能够在没有相对于z方向的姿势变化的状态下向y方向以及y方向的相反方向相对滑动。具体而言，在第一部位120-1的第一激光的出口以及第二部位120-2的第一激光的入口分别设置有沿与第一激光的光轴方向正交的方向扩展的圆环状且板状的凸缘120a。并且，在这两个凸缘120a之间夹着具有沿与第一激光的光轴方向正交的方向扩展的圆环状且板状的形状的第三部位120-3。两个凸缘120a以及第三部位120-3能够沿着各自的抵接面在没有相对于z轴的姿势变化的状态下相对滑动。在第一部位120-1与第三部位120-3之间设置有引导向x方向的相对滑动并且能够在x方向上的任意的相对位置固定的引导机构(未图示)。在第二部位120-2与第三部位120-3之间设置有引导向y方向的相对滑动并且能够在y方向上的任意的相对位置固定的引导机构(未图示)。在这样的结构中，通过两个引导机构中的滑动位置的调整，能够将向滤光器124输入并从滤光器124输出的第一激光的光轴与从滤光器124输出的第二激光的光轴向相对于这些光轴正交的方向偏移。需要说明的是，在第一部位120-1与激光装置111之间以及第二部位120-2与激光装置112之间分别由具有挠性的光纤130连接，因此即使在产生了第一部位120-1或者第二部位120-2的位置的变化的情况下，激光装置111、112也能够预先固定。
[0190]
图21～23示出利用激光焊接装置100d在加工对象w的表面wa上形成的激光的光束b1、b2的例子。如图21～23所示，根据激光焊接装置100d，能够任意地变更光束b1、b2的相对位置。通过发明人们的研究而判明了，在表面wa上如图21～23那样光束b2(第二光斑)的至少一部分位于比光束b1(第一光斑)靠扫描方向sd的前方的位置的情况、以及光束b1与光束b2彼此相接或者至少局部地重叠的情况下，能够得到基于光束b2的预热效果的与第一实施方式相同的效果。另外，也判明了，在光束b2的至少一部分位于比光束b1靠扫描方向sd的前方的位置的情况下，光束b1与光束b2也可以分开微小距离。需要说明的是，图21～23分别只不过是一例，利用激光焊接装置100d得到的光束b1、b2的配置、各光束b1、b2的尺寸并不限定于图21～23的例子。需要说明的是，光束b2位于比光束b1靠扫描方向sd的前方的位置是指，如图23所示，在表面wa上，在比通过光束b1的扫描方向sd的前端且与扫描方向sd正交的假想直线vl靠扫描方向sd的前方的区域内存在光束b2的至少一部分。
[0191]
[第八实施方式]
[0192]
图24是第八实施方式的激光焊接装置100e的概要结构图。激光焊接装置100e以第三实施方式的激光焊接装置100b为基础进行了改变。如图24所示，激光焊接装置100b具有
对准直透镜121的光轴方向上的位置进行可变设定的位置调整机构140。通过位置调整机构140，能够适当地变更加工对象w的表面wa上的光束b1、b2的尺寸(光斑直径d1、d2)。即，位置调整机构140也能够被称为光斑尺寸可变机构。需要说明的是，相同的位置调整机构140也能够对聚光透镜122应用，也可以对准直透镜121以及聚光透镜122这两方应用，还能够对其他实施方式的激光焊接装置100、100a、100c、100d、100f的准直透镜121、聚光透镜122应用。
[0193]
[第九实施方式]
[0194]
图25是第九实施方式的激光焊接装置100f的概要结构图。在本实施方式中，光学头120具备由各自分开的主体(壳体)构成的、照射第一激光l1的第一部位120-1以及照射第二激光l2的第二部位120-2。通过这样的结构，也能够得到与上述实施方式相同的作用以及效果。
[0195]
另外，图26示出利用上述的任一实施方式的激光焊接装置100、100a～100f在加工对象w的表面wa上形成的光束b1、b2的光斑的一例。如图26所示，光束b2的光斑直径也可以与光束b1的光斑直径大致同等。另外，虽未图示，但光束b2的光斑直径也可以比光束b1的光斑直径小。
[0196]
以上，例示了本发明的实施方式，但上述实施方式为一例，并不意在限定发明的范围。上述实施方式能够以其他各种方式实施，且能够在不脱离发明的主旨的范围内进行各种省略、置换、组合、变更。另外，各结构、形状等规格(构造、种类、方向、型号、大小、长度、宽度、厚度、高度、数、配置、位置、材质等)能够适当变更来实施。
[0197]
例如，在对加工对象扫描激光时，也可以是，利用公知的旋摆(wobbling)、横摆(weaving)、输出调制等进行扫描，并调节熔池的表面积。
[0198]
另外，加工对象也可以如带镀层的金属板那样在金属的表面存在较薄的其他金属的层。
[0199]
另外，第一激光的光束的中心与第二激光的光束的中心无需一定一致，也可以偏移。
[0200]
另外，第一激光的光束也可以局部地位于第二激光的光束的外侧。
[0201]
[焊接部的截面]
[0202]
图27是实施方式的焊接部14的沿着扫描方向sd并且与表面wa正交的截面处的剖视图，且是焊接部14的扫描方向sd的前端部分的剖视图。另外，图28是作为参考例的通过以与图27的情况相同的功率的第一激光的单独的照射从而形成的焊接部14的沿着扫描方向sd并且与表面wa正交的截面处的剖视图，且是焊接部14的扫描方向sd的前端部分的剖视图。
[0203]
在图27、28所示的剖视图中，通过图像处理而将熔池(焊接部14)的轮廓可视化。图27所示的在本实施方式的利用照射第一激光与第二激光的混合激光器进行的加工中形成的熔池与图28所示的通过利用仅照射第一激光的光纤激光器进行的加工而形成的熔池相比，如图27中由虚线框dl所示，在扫描方向sd的后方较长地托尾。另外，如图27所示，本实施方式的熔池(焊接部14)的前部14f向扫描方向sd的前方伸出。通过这些，从而在利用混合激光器进行的加工中形成的熔池的扫描方向sd上的长度lw1(参照图27)比在利用光纤激光器进行的加工中形成的熔池的扫描方向sd上的长度lw2(参照图28)长。即，在利用混合激光器进行的加工中，与利用光纤激光器进行的加工相比，熔池变大。能够推定为，根据本实施方
式的照射第一激光与第二激光的混合激光加工通过第二激光(蓝色激光)的照射，从而熔池扩大且内部的热对流更稳定化，并且产生小孔开口部的扩大而使蒸发时的蒸气压更容易向外逸散，因此与第一激光的单独照射相比能够得到抑制溅射物的产生并且稳定了的熔池。
[0204]
工业实用性
[0205]
本发明能够利用于焊接方法、激光焊接系统、金属构件、电气部件以及电子设备。
[0206]
附图标记说明
[0207]
14焊接部，14a焊接金属，14a1第一部位，14a2第二部位，14a3第三部位，14a4第四部位，14b热影响部，14f前部，100、100a～100f激光焊接装置，111激光装置(第一激光振荡器)，112激光装置(第二激光振荡器)，120光学头，120-1第一部位，120-2第二部位，120-3第三部位，120a凸缘，121、121-1、121-2准直透镜，122聚光透镜，123反射镜，124滤光器，125doe(衍射光学元件)，125a衍射光栅，126电扫描仪，126a、126b反射镜，130光纤，140位置调整机构，1000、1000a激光焊接系统，1001主电源，1002、1003副电源，1004综合控制器(控制部)，1004-1、1004-2控制器(控制部)，1005冷却机构，1006配管，a晶粒，b1光束(第一光斑)，b1a外缘，b2光束(第二光斑)，b2a外缘，b2b区域，b2f区域，c中心点，d1光斑直径(外径)，d2光斑直径(外径)，d深度，i区域，l激光，l1第一激光，l2第二激光，l11、l12、l21、l22直线试验线，lw1、lw2长度，n11、n12、n21、n22晶界数，p点，pd1(第一激光的)功率密度，pd2(第二激光的)功率密度，r0基准圆，r1第一基准线，r2第二基准线，sd、sd1扫描方向，t厚度，v空隙(气孔)，w加工对象，wa表面，wb背面，wb(焊接金属的表面上的)宽度，wm(第一区域以及第二区域的)宽度，x方向，y方向，z方向(厚度方向)，z1第一区域(第一部位)，z2第二区域(第二部位)。
技术特征：1.一种焊接方法，其通过将相对于加工对象相对地沿扫描方向移动的激光向所述加工对象的表面照射，从而将所述加工对象的被照射了激光的部分熔融而进行焊接，其中，所述激光包括800[nm]以上且1200[nm]以下的波长的第一激光以及550[nm]以下的波长的第二激光。2.根据权利要求1所述的焊接方法，其中，所述第二激光的波长为400[nm]以上且500[nm]以下。3.根据权利要求1或2所述的焊接方法，其中，所述加工对象为铜系金属材料、铝系金属材料、镍系金属材料、铁系金属材料以及钛系金属材料中的任一种。4.根据权利要求1～3中任一项所述的焊接方法，其中，在所述表面上，利用所述第二激光在所述表面上形成的第二光斑的至少一部分位于比利用所述第一激光在所述表面上形成的第一光斑靠所述扫描方向的前方的位置。5.根据权利要求4所述的焊接方法，其中，在所述表面上，所述第一光斑与所述第二光斑至少局部地重叠。6.根据权利要求4所述的焊接方法，其中，在所述表面上，所述第二光斑的第二外缘包围所述第一光斑的第一外缘。7.根据权利要求4～6中任一项所述的焊接方法，其中，在将不照射所述第二激光而仅照射了所述第一激光的情况下在所述表面形成的焊接部的宽度设为wb，并将照射所述第一激光以及所述第二激光的情况下的所述第二光斑的外径设为d2时，以满足下式(1)的方式，wb-400＜d2＜wb+400
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(1)设定所述第二光斑的外径。8.根据权利要求1～7中任一项所述的焊接方法，其中，在所述表面上，所述第二激光的功率相对于所述第一激光的功率的输出比为0.1以上且2以下。9.根据权利要求1～8中任一项所述的焊接方法，其中，所述激光包括多个光束。10.根据权利要求9所述的焊接方法，其中，所述多个光束由光束整形器形成。11.根据权利要求1～10中任一项所述的焊接方法，其中，所述表面的算术平均粗糙度为21[μm]以下。12.根据权利要求1～11中任一项所述的焊接方法，其中，所述激光在所述表面上的扫描速度为50[mm/s]以上。13.一种激光焊接系统，其中，所述激光焊接系统具备：第一激光振荡器，其振荡800[nm]以上且1200[nm]以下的波长的第一激光；第二激光振荡器，其振荡500[nm]以下的波长的第二激光；光学头，其通过将包括所述第一激光以及所述第二激光的激光向加工对象的表面照射，从而将所述加工对象的被照射了所述激光的部分熔融而进行焊接；
控制部，其控制所述第一激光以及所述第二激光的激光振荡时机及功率；以及冷却机构，其冷却所述第一激光振荡器、所述第二激光振荡器及所述光学头，所述加工对象与所述激光以使所述激光相对于所述加工对象相对地沿扫描方向移动的方式构成为能够相对移动。14.根据权利要求13所述的激光焊接系统，其中，所述激光焊接系统具备电扫描仪，所述电扫描仪以使所述激光在所述表面上沿所述扫描方向移动的方式使所述激光的出射方向变化。15.根据权利要求14所述的激光焊接系统，其中，所述激光焊接系统具备将所述激光分割为多个光束的光束整形器。16.一种金属构件，其具备第一表面、该第一表面的背侧的第二表面以及沿着所述第一表面延伸的焊接部，其中，所述焊接部具有：焊接金属，其从所述第一表面朝向所述第二表面延伸；以及热影响部，其位于所述焊接金属的周围，所述焊接金属具有：第一部位，其位于相对于所述第一表面向从该第一表面朝向所述第二表面的厚度方向分离的位置；以及第二部位，其位于该第一部位与所述第一表面之间，且与所述第一部位相比与所述焊接部的延伸方向正交的截面中的晶粒的截面积的平均值较大。17.根据权利要求16所述的金属构件，其中，所述第二部位所包括的晶粒的截面积的平均值为所述第一部位所包括的晶粒的截面积的平均值的1.8倍以上。18.一种金属构件，其具备第一表面、该第一表面的背侧的第二表面以及沿着所述第一表面延伸的焊接部，其中，所述焊接部具有：焊接金属，其从所述第一表面朝向所述第二表面延伸；以及热影响部，其位于所述焊接金属的周围，在将第一晶界数比率表示为下式(3-1)的情况下，rb1＝n12/n11
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(3-1)在此，rb1为第一晶界数比率，n11为在与所述第一表面正交并且沿着所述焊接部的延伸方向的试验截面中，与沿着所述第一表面的规定的长度的直线试验线交叉的晶界数，n12为在所述试验截面中与在和所述第一表面正交的方向上延伸的所述规定的长度的直线试验线交叉的晶界数，所述焊接金属具有：第三部位，其位于相对于所述第一表面向从该第一表面朝向所述第二表面的厚度方向分离的位置；以及第四部位，其位于该第三部位与所述第一表面之间，且所述第一晶界数比率比所述第三部位的所述第一晶界数比率低。19.一种金属构件，其具备第一表面、该第一表面的背侧的第二表面以及沿着所述第一表面延伸的焊接部，其中，所述焊接部具有：焊接金属，其从所述第一表面朝向所述第二表面延伸；以及
热影响部，其位于所述焊接金属的周围，在将第二晶界数比率表示为下式(3-2)的情况下，rb2＝max(n22/n21，n21/n22)
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(3-2)在此，rb2为第二晶界数比率，n21为在与所述第一表面正交并且沿着所述焊接部的延伸方向的试验截面中，与在沿着所述第一表面的方向和同所述第一表面正交的方向之间的第一方向上延伸且具有规定的长度的直线试验线交叉的晶界数，n22为在所述试验截面中与在和所述第一方向正交的第二方向上延伸且具有所述规定的长度的直线试验线交叉的晶界数，max(n22/n21，n21/n22)在(n22/n21)为(n21/n22)以上的情况下设为(n22/n21)，在(n22/n21)小于(n21/n22)的情况下设为(n21/n22)，所述焊接金属具有：第三部位，其位于相对于所述第一表面向从该第一表面朝向所述第二表面的厚度方向分离的位置；以及第四部位，其位于该第三部位与所述第一表面之间，且所述第二晶界数比率比所述第三部位的所述第二晶界数比率高。20.一种金属构件，其具备第一表面、该第一表面的背侧的第二表面以及沿着所述第一表面延伸的焊接部，其中，所述焊接部具有：焊接金属，其从所述第一表面朝向所述第二表面延伸；以及热影响部，其位于所述焊接金属的周围，在将第一晶界数比率表示为下式(3-1)，rb1＝n12/n11
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(3-1)在此，rb1为第一晶界数比率，n11为在与所述第一表面正交并且沿着所述焊接部的延伸方向的试验截面中，与沿着所述第一表面的规定的长度的直线试验线交叉的晶界数，n12为在所述试验截面中与在和所述第一表面正交的方向上延伸的所述规定的长度的直线试验线交叉的晶界数，并且将第二晶界数比率rb2表示为下式(3-2)的情况下，rb2＝max(n22/n21，n21/n22)
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(3-2)在此，rb2为第二晶界数比率，n21为在与所述第一表面正交并且沿着所述焊接部的延伸方向的试验截面中，与在沿着所述第一表面的方向和同所述第一表面正交的方向之间的第一方向上延伸且具有规定的长度的直线试验线交叉的晶界数，n22为在所述试验截面中与在和所述第一方向正交的第二方向上延伸且具有所述规定的长度的直线试验线交叉的晶界数，max(n22/n21，n21/n22)在(n22/n21)为(n21/n22)以上的情况下设为(n22/n21)，在(n22/n21)小于(n21/n22)的情况下设为(n21/n22)，所述焊接金属具有：第三部位，其位于相对于所述第一表面向从该第一表面朝向所述第二表面的厚度方向分离的位置；以及第四部位，其位于该第三部位与所述第一表面之间，所述第四部位的所述第一晶界数比率比所述第三部位的所述第一晶界数比率低并且所述第四部位的所述第二晶界数比率比所述第三部位的所述第二晶界数比率高。21.一种电气部件，其中，所述电气部件具有权利要求16～20中任一项所述的金属构件来作为导体。22.一种电子设备，其中，所述电子设备具有权利要求16～20中任一项所述的金属构件来作为导体。
技术总结一种焊接方法，其将相对于加工对象相对地沿扫描方向移动的激光向加工对象的表面照射，从而将加工对象的被照射了激光的部分熔融而进行焊接，激光包括800[nm]以上且1200[nm]以下的波长的第一激光以及550[nm]以下的波长的第二激光。第二激光的波长例如为400[nm]以上且500[nm]以下。且500[nm]以下。且500[nm]以下。
技术研发人员：松本畅康 西野史香 安冈知道 寺田淳 尹大烈 梅野和行 金子昌充
受保护的技术使用者：古河电气工业株式会社
技术研发日：2021.03.12
技术公布日：2022/11/1
