(57)【要約】  本発明は、レーザ放射を用いて材料を接合する方法に関する。レーザ放射を、加工領域に比して小さな焦点面にフォーカシングし、加工領域上の所定の強度分布を、加工領域上での焦点面の運動を介して達成するようにした。さらに本発明は、レーザ放射を用いて材料を接合する装置に関する。可動の光学的な構成素子により、レーザ放射の、加工領域に比して小さな焦点面が加工領域上で可動であり、放射源としてディスクレーザ又はファイバレーザが設けられているようにした。本発明に係る方法及び装置は、加工領域上にほぼ任意の強度分布を調節して、接合課題に適合された再現可能な溶接プロセスを達成することを可能にする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ放射を用いて材料を接合する方法において、レーザ放射を、加工領域（３０）に比して小さな焦点面（３１）にフォーカシングし、加工領域（３０）上の所定の強度分布（４０）を、加工領域（３０）上での焦点面（３１）の運動を介して達成することを特徴とする、レーザ放射を用いて材料を接合する方法。
【請求項２】
前記加工領域（３０）上の所定の強度分布（４０）を、加工領域（３０）の部分上での焦点面（３１）のそれぞれ異なる滞留時間、及び／又は加工領域（３０）内における焦点面（３１）の位置に関連したレーザ放射のそれぞれ異なる強度、及び／又は焦点面（３１）を加工領域（３０）の部分上で案内するそれぞれ異なる頻度により形成する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
１５０μｍ〜６００μｍオーダの加工領域（３０）を、１０μｍ〜１００μｍ、有利には１０μｍ〜２０μｍの焦点面（３１）により形成する、かつ／又は焦点面（３１）より少なくとも８倍大きい加工領域（３０）を形成する、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
加工領域（３０）上での焦点面（３１）の運動を、自由に設定可能な経路に沿ってかつ／又はラスタ状に行う、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
加工領域（３０）を接合線（１６）に沿って動かす、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
焦点面（３１）の運動を、レーザ放射の光路内に配置されたスキャナミラー及び／又は可動のくさび板及び／又は可動のルーフミラー及び／又は可動のレンズにより行う、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
加工領域（３０）上での焦点面（３１）の運動を、プロセスに関して略定常の強度分布（４０）が加工領域（３０）上に達成されるように迅速に行う、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
レーザ放射の焦点をレーザ放射の拡散方向に沿って調節する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
レーザ放射を形成されるキーホール（４３）の表面上にフォーカシングする、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
焦点面（３１）の大きさを調節する、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
加工領域（３０）の、加工領域（３０）の運動方向で見て前方の区分に、レーザ放射の高い強度を設定する、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
強度分布（４０）を、形成されるキーホール（４３）の、溶接課題のために最適化されたジオメトリが形成されるように調節する、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
加工領域（３０）上の強度分布（４０）を、一方の接合相手（１５．１）にレーザ放射の高い強度が作用し、他方の接合相手（１５．２）にレーザ放射の低い強度が作用するように調節する、請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
加工領域（３０）上の強度分布（４０）を、溶融池混合が適当に調節されるように調節する、請求項１から１３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１５】
強度分布（４０）を、制御回路の枠内で、加工領域（３０）内における測定された条件に基づいて調節する、請求項１から１４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１６】
加工領域（３０）内における条件として溶融池流動及び／又は接合相手（１５．１，１５．２）間のギャップ幅を考慮する、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
レーザ放射を用いて材料を接合する装置において、可動の光学的な構成素子により、レーザ放射の、加工領域（３０）に比して小さな焦点面（３１）が加工領域（３０）上で可動であり、放射源としてディスクレーザ又はファイバレーザが設けられていることを特徴とする、レーザ放射を用いて材料を接合する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景技術
本発明は、レーザ放射を用いて材料を接合する方法及び装置に関する。
【０００２】
レーザ溶接では、今日、集束されたレーザビームによって、接合したい材料、大抵の場合金属が、照射されて、加熱・溶融される。
【０００３】
照射の高い強度により、材料の少なくとも部分的な蒸発の発生が達成され得る。これにより、蒸発毛管（Ｄａｍｐｆｋａｐｉｌｌａｒｅ）、いわゆるキーホールが形成される。この方法は、キーホール溶接（Ｋｅｙｈｏｌｅｓｃｈｗｅｉｓｓｅｎ）又は深溶込み溶接（Ｔｉｅｆｓｃｈｗｅｉｓｓｅｎ）として公知である。
【０００４】
深溶込み溶接における主要な品質特徴は、形成されるキーホールの安定性である。キーホールの安定性は、プロセスの再現性、溶融池の形成、及び異なる材料の結合時又は溶加材を伴う溶接時の溶融池内の合金元素の分布に対して決定的な影響を及ぼす。
【０００５】
ＤＥ１９７５１１９５Ｃ１に記載の、レーザ放射を用いて溶接する方法では、少なくとも１つのレーザビームが用いられ、レーザ放射の強度をビーム形成により被加工材内及び被加工材の表面上で調節し、大きな強度を有する小さな領域が被加工材中に、そこに蒸発毛管を形成するために照射され、より小さな強度を有する、隣接するより大きな別の領域が被加工材の表面上で、蒸発毛管の杯状の開口が被加工材表面に形成されて、溶融物の冷却速度が減じられるように照射される。少なくとも２つのレーザビーム又は部分ビームの軸の、被加工材表面に対する位置及び／又は方向は、溶接法の実施中、温度に依存して互いに変更される。さらに、前記刊行物には、本方法を実施する装置が記載されている。この公知の装置において、レーザビーム源のレーザビームは１つのビームスプリッタに向けられ、２つの部分ビームが２つのビーム形成ユニットに向けられており、ビーム形成ユニットによって、強くフォーカシングされた一方の部分ビームが、被加工材に向けられ、第２のデフォーカシングされた部分ビームにより重畳されており、少なくとも１つの温度センサが被加工材上の温度分布を測定し、かつレーザビーム源及び／又はビーム形成ユニットを制御する制御装置に接続されており、この制御装置が、溶接法の実施中、部分ビームの軸の、被加工材表面に対する位置及び／又は方向を温度分布に基づいて変更している。
【０００６】
この方法あるいはこの装置の欠点は、強度分布を溶接課題に適合させるために、手間を要し、それにより高価な光学的な構成素子が、特に強度分布を溶接プロセス中、溶接点における測定された温度分布に依存して変更すべきであるとき、必要である点にある。強度分布は、円形又は楕円形の横断面の２つの重畳した焦点面により達成されるパターンに限定されている。
【０００７】
この方法の別の欠点は、焦点平面が、溶接工程中に変更されない固定に設定された作業平面内にある点にある。これにより、焦点平面に対して垂直な、接合課題への強度分布の適合は、不可能である。
【０００８】
本発明の課題は、加工領域における強度分布の、溶接課題に適合された調節を可能にする方法を提供することである。さらに本発明の課題は、相応の装置を提供することである。
【０００９】
発明の開示
発明の利点
本発明に係る方法の課題は、レーザ放射を、加工領域に比して小さな焦点面にフォーカシングし、加工領域上の所定の強度分布を、加工領域上での焦点面の運動を介して達成することにより解決される。本方法は、加工領域内に、焦点面の運動を予め決定するだけで、ほぼ任意に選択可能な平均的な強度分布が調節可能であることを可能にする。運動、ひいては強度分布は、適当に制御可能な、レーザビームを偏向する光学的な構成素子によって、光学的な構成素子の交換を予定する必要なしに、いつでも変更可能である。それゆえ、本方法に応じて運転される装置は、極めて迅速に溶接課題の変更に適合可能である。加工領域内の強度分布の他に、加工領域の輪郭も、焦点面の大きさ及び接合相手の熱伝導により予め決定された分解能内で自由に、予め決定可能である。
【００１０】
本発明の有利な態様では、前記加工領域上の所定の強度分布を、加工領域の部分上での焦点面のそれぞれ異なる滞留時間、及び／又は加工領域内における焦点面の位置に関連したレーザ放射のそれぞれ異なる強度、及び／又は焦点面を加工領域の部分上で案内するそれぞれ異なる頻度により形成するようにしてもよい。すべての選択肢、及び選択肢の組み合わせは、加工領域の部分毎の加えられる平均的なエネルギを可変とすることができる。例えば、焦点面は、必要とされる高い強度の領域上を、必要とされる低い強度の領域上に比べて相応に頻繁に又は低速で案内され得る。また、レーザ放射の強度は、焦点面の位置に基づいて、必要とされる高い強度の領域では相応に高く調節され、必要とされる低い強度の領域では相応に低く調節され得る。
【００１１】
１５０μｍ〜６００μｍオーダの加工領域を、１０μｍ〜１００μｍ、有利には１０μｍ〜２０μｍの焦点面により形成する、かつ／又は焦点面より少なくとも８倍大きい加工領域を形成するようにすると、今日レーザ溶接において一般的な加工領域内で、十分な分解能を有する強度分布が達成可能である。
【００１２】
加工領域内でのそれぞれ異なる強度分布は、加工領域上での焦点面の運動を、自由に設定可能な経路に沿ってかつ／又はラスタ状（ｒａｓｔｅｒｆｏｅｒｍｉｇ）に行うことにより達成可能である。経路が自由に設定可能である場合、所望の強度分布は、レーザ放射の強度及び焦点面の経路速度が一定であるとすると、運動経路の適当な選択により設定可能である。また、焦点面の運動がラスタ状に行われる場合、レーザ放射の強度又は焦点面の運動の速度が変更されなければならない。
【００１３】
接合相手間の延伸した溶接シームは、加工領域を接合線に沿って動かすことにより達成される。
【００１４】
加工領域内での焦点面の自由に選択可能かつ迅速な運動は、焦点面の運動を、レーザ放射の光路内に配置されたスキャナミラー及び／又は可動のくさび板及び／又は可動のルーフミラー及び／又は可動のレンズにより行うことにより達成可能である。
【００１５】
溶接プロセスを再現可能に実行することができるようにするためには、加工領域上での焦点面の運動を、プロセスに関して略定常の強度分布が加工領域上に達成されるように迅速に行うとよい。加工領域の点内の温度安定性は、焦点面が単位時間当たり点上を案内される頻度、及び点から又は点への熱伝導から生じる。
【００１６】
レーザ放射の焦点をレーザ放射の拡散方向に沿って調節することができるようになっていると、結合したい被加工材の深さ方向での強度分布も調節可能である。例えば深溶込み溶接の際に、三次元の強度分布が適当に実現される。
【００１７】
レーザ放射を形成されるキーホールの表面上にフォーカシングすると、特に有利である。これにより、あらゆる加工部位において最適な焦点位置で作業可能である。
【００１８】
さらに、放射方向で焦点位置を変更する可能性は、焦点面の大きさを調節することを可能にする。これにより、加工領域内における被加工材表面上での強度分布を適当に変更する別の可能性が生じる。
【００１９】
ＣＷシーム溶接（ｃｗ−Ｎａｈｔｓｃｈｗｅｉｓｓｅｎ）時、細く、深い溶接シームを形成するために、より多くのエネルギを溶接フロント（Ｓｃｈｗｅｉｓｓｆｒｏｎｔ）に加えることが有意義である。それゆえ、加工領域の、加工領域の運動方向で見て前方の区分に、レーザ放射の高い強度を設定するようになっていてもよい。
【００２０】
深溶込み溶接時、適当なキーホールの形成は、特に重要である。例えば、形成されるキーホールの適当なジオメトリによって、形成されるガス状の成分の排気を容易にすることができ、これにより、停滞及び飛散は回避可能である。それゆえ、本発明の有利な態様では、強度分布を、形成されるキーホールの、溶接課題のために最適化されたジオメトリが形成されるように調節する。このために、加工領域の平面内の強度分布及び深部の強度分布を適当に予め設定可能である。適当なキーホールを形成するために、加工領域内には、例えば高い強度の鎌状の領域が形成可能である。鎌状の領域の凸状の湾曲の頂点は、溶接方向、つまり加工領域の運動方向を指向している。
【００２１】
特に異種の材料を結合するために、加工領域上の強度分布を、一方の接合相手にレーザ放射の高い強度が作用し、他方の接合相手にレーザ放射の低い強度が作用するように調節するようになっていてもよい。異種の材料を結合する場合、両接合相手の一方を溶融だけすることは有意義である。これに対して、第２の接合相手は溶融され、かつ部分的に蒸発されなければならない。こうして、著しく異なる溶融温度及び蒸発温度を有する材料が結合される。このことは、均一な強度分布では困難である。これにより、このような従来は溶接するのが困難であった材料対偶を結合する際の新たな可能性が生じる。
【００２２】
本発明の別の有利な態様では、加工領域上の強度分布を、溶融池混合が適当に調節されるように調節するようになっていてもよい。このことは、溶融池混合が少なくとも大幅に阻止されるようにすることも意味する。溶加材を伴うシーム溶接においては、溶融池の混合が強度分布、及び強度分布により誘導される溶融池内の流動により強い影響を受けることが判っている。溶融池混合を最適化することにより、溶加材が均質に組織中に分配されたり、溶融池内の所定の領域に適当に富裕化して、そこに所定の特性を組織内に惹起したりすることが達成可能である。形成されるキーホールの適当な形状と組み合わされる、溶融池内の、適当に調節される流動方向及び流動速度により、溶接プロセスは、明らかに安定化され、シーム形状は、要求に応じて構成される。
【００２３】
強度分布を、制御回路の枠内で、加工領域内における測定された条件に基づいて調節するようになっていると、溶接パラメータは直接溶接プロセス中に適当に変更及び調節可能である。適当なセンサによって、障害が認識され、強度及び強度分布の適合により補償され得る。
【００２４】
加工領域内における条件として溶融池流動及び／又は接合相手間のギャップ幅を考慮するようになっていてもよい。適当なセンサによって、溶融池流動を検出して、適当な制御回路により加工領域上の強度分布に関して常に最適に、高い再現性及び品質を有するプロセスを達成するために調節することができる。さらに、例えば突き合わされた２つの接合相手間のギャップを認識して、強度分布を、両接合相手がギャップよりも高いビーム強度に曝されるように構成することもできる。これにより、固定の強度分布を有する従来慣用のレーザ溶接法において発生していたような、レーザビームが貫通するような事態にはならず、ギャップは閉鎖可能である。さらに、ギャップの架橋性が向上する。適当なセンサによって、加工領域は常に最適に、突き合わされたエッジのエッジ品質が不正確なものであっても、接合相手の位置に合わせて制御可能である。
【００２５】
本発明に係る装置の課題は、可動の光学的な構成素子により、レーザ放射の、加工領域に比して小さな焦点面が加工領域上で可動であり、放射源としてディスクレーザ又はファイバレーザが設けられていることにより解決される。特に可動の光学的な構成素子として使用されるスキャナミラーは、迅速な、自由にプログラミング可能な経路運動を許可する。ディスクレーザ及びファイバレーザは、その極めて高いビーム品質に基づいて、上記方法を実施するために必要とされるような極めて小さな焦点面の形成を可能にする。例えばファイバレーザにより、数μｍの直径の焦点面が達成される。
【００２６】
以下に、本発明について、図面に示した実施の形態を参照しながら詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】背景技術における第１のレーザ溶接装置の概略図である。
【図２】背景技術における第２のレーザ溶接装置の概略図である。
【図３】均一な強度分布を有する加工領域の概略図である。
【図４】不均一な強度分布を有する加工領域の概略図である。
【図５】不均一な強度分布を有する別の加工領域の概略図である。
【図６】不均一な強度分布を有する別の加工領域の概略図である。
【図７】不均一な強度分布を有する別の加工領域の概略図である。
【００２８】
発明の実施の形態
図１は、背景技術における第１のレーザ溶接装置１０の概略図である。第１の光導波路１１．１によって第１のレーザビーム１２．１が、また第２の光導波路１１．２によって第２のレーザビーム１２．２が、第１の共通のレンズ１３．１、続いて第２の共通のレンズ１３．２に供給されて、第１の接合相手１５．１及び第２の接合相手１５．２の表面上に接合線１６の領域で集束される。レーザビーム１２．１，１２．２は、接合相手１５．１，１５．２の表面上に、面内に広がるそれぞれ１つの焦点スポット１４．１，１４．２を形成する。
【００２９】
レーザビーム１２．１，１２．２により、接合相手１５．１，１５．２は、接合線１６の領域で加熱されて、溶融される。その結果、接合相手１５．１，１５．２の結合が行われる。
【００３０】
焦点スポット１４．１，１４．２は、その面状の広がりに基づいて、少なくとも部分的に重畳可能である。重畳領域には、重畳されない領域に比べて高いビーム強度が存在する。焦点スポット１４．１，１４．２の適当な重畳により、照射される加工領域内には、所望の強度分布が設定可能である。強度分布は、重畳されない領域に対する重畳される領域の位置及び比率、第１のレーザビーム１２．１と第２のレーザビーム１２．２との間のそれぞれ異なるビーム強度、及び／又はそれぞれ異なる大きさの焦点スポット１４．１，１４．２により可変である。
【００３１】
図２は、背景技術における第２のレーザ溶接装置２０の概略図である。図２において、図１と同じコンポーネントには図１と同じ符号を採用した。
【００３２】
図１に示した実施の形態とは異なり、第１のレーザビーム１２．１及び第２のレーザビーム１２．２の光路は、別個に案内される。第１のレーザビーム１２．１は、第１の上流側のレンズ２１．１及び第１の下流側のレンズ２１．３により、また第２のレーザビーム１２．２は、第２の上流側のレンズ２１．２及び第２の下流側のレンズ２１．４により、両接合相手１５．１，１５．２の表面に集束される。
【００３３】
強度分布を調節する図１で列挙した可能性に加えて、レーザビーム１２．１，１２．２のビーム軸の傾きにより、焦点スポット１４．１，１４．２のジオメトリは、略円形から楕円形まで可変であり、このことは、調節可能な強度分布のための付加的な可能性を提供する。
【００３４】
２つの焦点スポット１４．１，１４．２を備える図１及び図２に示したレーザ溶接装置１０，２０の利点は、加工領域内における調節可能な強度分布に基づいて、溶接プロセスが明らかにより再現可能に実施される点にある。例えば、深溶込み溶接時に形成されるキーホールの形状は最適化可能である。
【００３５】
上記レーザ溶接装置１０，２０の欠点は、強度分布がそのシステムに基づいて固定の作業平面、すなわちプロセス中変更されない焦点平面にある点にある。その一方で、強度の分布は、特殊光学系を使用しても、プロセス中不変であるか、可変であっても限定的であるにすぎない。
【００３６】
図３は、本発明において形成可能であるような、均一な強度分布４０を有する加工領域３０の概略図である。強度分布４０は、記入した点の密度により概略的に示されている。高い点密度は高い強度に相当する。加工領域３０内には、図示しないレーザ放射の、加工領域３０に比べて明らかに小さな焦点面３１が示されている。焦点面３１は、所定の経路運動３２に沿って加工領域３０内を運動する。
【００３７】
加工領域３０の大きさは、公知のレーザ溶接装置１０，２０において形成される重畳される焦点スポット１４．１，１４．２にほぼ相当し、典型的には１５０μｍ〜６００μｍオーダにある。これに比べて著しく小さな、例えば１５μｍオーダの焦点面３０を達成するためには、高いビーム品質を有するビーム源が必要である。本実施の形態では、ファイバレーザ又はディスクレーザが使用可能である。ファイバレーザによって数μｍ領域にある焦点面３１が達成される。
【００３８】
そのようなビーム源により加工領域３０が小さな焦点面３１により高速で走査（ａｂｒａｓｔｅｒｎ）されると、加工領域３０の、円形又は楕円形の面からも逸脱した任意のジオメトリが達成可能であり、例えば長方形、三角形又は線形の基本面を有する。焦点面３１の運動の速度又は加工領域３０の一部上での焦点面３１の滞留時間により、走査される領域上での平均的な強度がスケーリングされる。これにより、加工領域３０における出力分布を加工課題に適合させる可能性が生じる。さらに、適当な制御アルゴリズムによって、強度分布４０を溶接プロセス中常に最適に案内かつ適合する可能性が生じる。
【００３９】
本方法にとって、プロセスが加工領域３０上での準一定の強度分布４０を達成するように、焦点面３１の運動が行われることが重要である。このために、焦点面３１が十分迅速に加工領域３０上を運動する必要がある。このために、さまざまな公知の技術が考慮される。例えば、経路運動３２は、レーザ放射の光路内に設けられる、「ガルボスキャナ（Ｇａｌｖｏ−Ｓｃａｎｎｅｒ）」として知られるスキャナミラーにより実施可能である。スキャナミラーは、高速での自由にプログラミング可能な経路運動３２を許可する。さらに、レーザ穴あけの分野で「トレパニア光学系（Ｔｒｅｐａｎｉｅｒｏｐｔｉｋ）」として知られる、可動のくさび板に基づく光学系、又は別の可動な光学素子、例えばルーフミラー、ミラー又は特殊レンズに基づく光学系が、ビーム案内及びビーム偏向のために使用可能である。図４は、不均一な強度分布４０を有する加工領域３０の概略図である。加工領域３０において、焦点面３１は、自由に選択可能な経路運動３２に沿って運動する。経路運動３２は、加工領域３０内で、高い平均強度４１を有する領域と、比較的低い平均強度４２を有する領域とが形成されるように選択されている。強度分布４０はやはり、記入した点の密度により概略的に示されている。
【００４０】
強度分布４０は、接合課題に応じて自由に設定可能である。加工領域３０上での強度分布を加工中にオンラインで変更する可能性が生じる。加工領域３０の適合も、加工領域３０上の強度分布４０の適合も、溶接工程中いつでも可能である。このことは、適当なセンサにより加工領域４０内の条件、例えば温度分布、溶接池内の流動、ギャップ位置又は接合相手１５．１，１５．２のエッジ品質が検出可能であって、この測定に基づいて強度分布４０が常に最適にプロセスの周辺条件に適合可能である制御回路の構築を可能にする。このことは、溶接プロセスの安定化に寄与する。制御プロセスにより、障害は補償される。例えば、突き合わされた２つの接合相手１５．１，１５．２間のギャップが開くと、強度分布４０は、両接合相手１５．１，１５．２がギャップよりも強く照射されるように構成可能である。生じた溶融物は、公知のレーザ溶接装置１０，２０において発生するようなレーザ放射の通過なしに、ギャップを閉鎖することができる。
【００４１】
本方法において有利には、光学的な構造で種々異なる強度分布４０が実現可能であることによって、種々異なるプロセスが１つのシステムによって実施されるべきであって、パラメータが相応に、それぞれ最適な結果を達成するために変更されなければならないときに、公知のシステムに比較してかなりのコストが削減可能である。
【００４２】
さらに、適当な光学的な構造により、加工領域３０の平面内の強度分布４０だけでなく、レーザ放射の拡散方向、つまり接合相手１５．１，１５．２の深度の方向での強度分布４０も調節される。このことは、例えば、焦点位置を、適当な駆動装置によりトラッキングされるフォーカシングレンズにより、レーザ放射の拡散方向でシフトすることにより達成可能である。駆動装置として、例えばピエゾアクチュエータが使用可能である。このアッセンブリは、三次元の強度分布４０を適当に調節することを可能にする。例えば、焦点面３１を、形成されるキーホールの表面上で変向することが可能である。その結果、あらゆる加工部位にて最適な焦点位置及び適当な強度分布４０でもって作業可能である。
【００４３】
さらに、焦点位置をレーザ放射の拡散方向で動かす可能性により、焦点面３１の直径、ひいては焦点面３１内の放射照度は、プロセスにとって最適な条件を形成し、かつ保証するために変更可能である。
【００４４】
図５は、不均一な強度分布４０を有する別の加工領域３０の概略図である。強度分布４０はやはり、記入した点の密度により概略的に示されている。加工領域３０は、運動方向１８に応じて、２つの接合相手１５．１，１５．２間の接合線１６に沿って運動する。その結果、溶接シーム１７が形成される。強度分布４０は、加工領域３０上での図示しない焦点面３１の運動に基づいて、運動方向１８で見て加工領域３０における前方に、高い平均強度４１の領域が形成され、運動方向１８で見て後方、つまり後尾側と、溶接シームフランクとに、低い平均強度４２の領域が形成されているように設定されている。このような強度分布４０は、例えばＣＷシーム溶接時に、溶接フロントにより大きなエネルギを供給するために有意義である場合がある。この手段により、細くて深いシームが形成される。
【００４５】
図６は、不均一な強度分布４０を有する別の加工領域３０の概略図である。図示の要素の説明及び用語は、図５のものと同じである。図５とは異なり、図６では、一方の接合相手１５．１に高い平均強度４１の領域が形成され、他方の接合相手１５．２に低い平均強度４２の領域が形成されている。この強度分布４０は、例えば異種の材料の結合を可能にする。図示の実施の形態では、左側に示す、第１の接合相手１５．１の材料が、溶融のために高い平均強度４１を必要とする一方、右側に示す、第２の接合相手１５．２の材料は、低い平均強度４２に曝されるだけでよい。本方法は、溶融温度等、著しく異なる特性を有する異種の材料の結合を可能にする。さらに、適当に可能なエネルギ供給により、き裂の発生しやすい材料の結合も可能である。本方法によって初めて、このような材料対偶の再現可能な溶接が可能である。
【００４６】
図７は、不均一の強度分布４０を有する別の加工領域３０の概略図である。加工領域３０は円形の形状から逸脱している。高い平均強度４１の領域は鎌状に、加工領域３０において運動方向１８で見て前方に設定されている一方、加工領域３０の後側の領域には、低い平均強度４２の領域が設けられている。この強度分布４０により、円形のジオメトリから逸脱した開口を有するキーホール４３が形成される。これにより、強度分布４０の不均一な設定により、形成されるキーホール４３のジオメトリは規定されて、溶接課題に関して最適化される。図示の強度分布４０の他に任意の別の強度分布も可能である。
【００４７】
適合された強度分布４０により、溶融池内での流動方向及び流動速度並びに深溶込み溶接時に形成されるキーホール４３の形状に対して影響を及ぼすことが可能である。これにより、プロセスは明らかに安定化され、シーム形状は要求に応じて構成される。このことは、焦点平面をレーザ放射のビーム軸に沿って調節する既述の可能性によりさらに最適化される。
【００４８】
溶加材を伴ったシーム溶接において、溶融池の混合が強度分布４０、及び強度分布４０により誘導される溶融池内の流動により強く影響を受けることが判っている。強度分布４０の適合により、プロセスはこの点でもさらに最適化可能である。これにより、溶接シーム１７において、溶加材が均一に組織に分配されるか、又は適当に溶融池内の所定の領域に富裕化されて、そこで組織に所定の特性を惹起することが達成可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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