[发明专利]利用激光产生的突起控制间隙的金属板部件的激光搭焊

说明书

技术领域

本发明总体上涉及激光焊接领域，更具体地涉及具有涂层的金属或金属合金的激光焊接领域，所述涂层的气化温度比待焊接的金属或金属合金的熔点低。

背景技术

远程激光束焊接在加工头中使用反射镜以操作激光束并将激光束引导至工件。这种过程能够实现了高的生产效率和灵活的生产线布局，从而使激光焊接生产更具成本效益。更具体地，在汽车车身部件的焊接方面，远程激光焊接极大地简化了加工程序。在这种部件中，搭接和对接是常见的接合构型。有利的是，激光束焊接技术具有低的总热量输入，从而使得部件产生低的变形。因此，远程激光束焊接提供了一种用于生产更轻、更紧凑的汽车车身结构的焊接技术。

为增强耐腐蚀性，涂覆有锌或锌合金的金属板在汽车车身部件中的使用增加，产生了对于容许对这些种类的板材进行接合的焊接方法的需求。激光束焊接具有低的总热量输入并因此使板上的富锌涂层产生低的变形的优点。因此，激光束焊接被认为是这种钢板在对接和搭接构型中的理想的接合技术。然而，由于与钢的熔化温度(～1550℃)相比，锌的沸点(906℃)较低，因而在搭接构型中对这些材料进行焊接的情况下会产生问题。

如果在板材之间不存在接合间隙，那么焊接过程中的锌蒸汽只能通过熔化的焊接熔池离开，而这通常会导致过多的焊缝气孔或焊接金属的完全排出。为了获得高质量的焊接，原则上存在两种解决方案以避免该问题：(1)在焊接过程中形成锌蒸汽的排出通道，或(2)除去焊道中的锌涂层。这两种方法都需要额外的工艺来实现。已经开发了在板材之间设置间隙以进行激光焊接以及除去焊点处的锌涂层的多种技术。这些方法通常需要使用辅助部件或隔离物，并且由于需要额外的设备形成间隙或去除涂层而在生产线中难以维护。这将产生大的费用并且增加生产时间。

在板材之间设置小的间隙已被证明是形成锌蒸汽排出通道的最实用的技术。然而，要维持板材之间的小的间隙，尤其是在生产线中维持板材之间的小的间隙是具有挑战性的。

PCT公开WO 99/08829公开了一种用于涂覆有锌的钢板的常规激光束焊接的方法，其中通过激光造坑(dimpling)技术在接合板中的一个上产生突起。激光造坑已被证明是产生用于在焊接位置处提供蒸汽排出间隙的凹坑的可行技术。这是一种不受焊接位置和部件形状限制的灵活的预处理过程。尽管有这些好处，但该预处理过程仍增加了焊接过程的生产成本。为了将额外的成本减到最小，该激光造坑过程需要尽可能快地执行。因此，该造坑技术因其受限制的处理速度而不能被容易地应用到远程激光束焊接过程中。

需要提供有效的解决方案或技术以在远程激光束焊接中产生间隙。

发明内容

本发明的一个目的是克服上文中所描述的问题。根据该目的，本发明提供了一种用于激光焊接第一部件与第二部件的方法，该方法包括以下步骤：以足够通过隆起效应(humping effect)在第一部件的表面上产生突起的速度移动激光束扫过第一部件的所述表面的一部分；并置所述第一部件和第二部件，使得所述第一部件和第二部件的相对表面通过所述第一部件的表面上的突起间隔开；以及通过在所述表面被所述突起间隔开的区域中扫描激光束来激光焊接第一部件和第二部件。

根据本发明的另一实施方式，第一部件和第二部件由诸如钢的金属或金属合金制成，并且其中第一部件和第二部件中至少之一涂覆有具有比该金属或金属合金的熔点低的气化温度的材料。具有低气化温度的涂层的示例有锌、氧化锌、镁和氧化镁，即这些涂层的气化温度低于所述金属或金属合金的熔点。

根据本发明的又一实施方式，突起形成基本与通过激光焊接步骤所产生的焊接图案相对应的图案，或可替代地，突起形成与通过激光焊接步骤所产生的焊接图案不相同的图案。第一部件和第二部件的激光焊接步骤能够通过在其中第一部件和第二部件的表面被突起间隔开的区域中扫描激光束来进行。产生突起的位置可离开焊接位置，只要在焊接位置处存在用于提供足够的排出通道的足够间隙尺寸即可。

根据本发明的再一实施方式，激光束由远程激光焊接头操作。

根据又一实施方式，本发明的方法还包括在激光焊接步骤之前将第一部件和第二部件彼此夹紧的步骤。

根据本发明，还提供了通过控制激光束的扫描速度或通过控制激光束的强度来控制突起的高度的方法。控制激光束的强度的步骤包括控制激光束的激光功率和束斑(beam spot)尺寸。

此外，突起在激光束的入射角能够变化到大角度时产生。