[发明专利]对两个相邻固定的待接合法兰的接头端面进行激光焊接的方法

说明书

本发明涉及一种对两个相邻固定的待接合法兰(3、4)的接头(5、6)端面进行激光焊接的方法，所述两个法兰属于两个由钢材料制成的待接合部件(1、2)。其中激光焊接束(8)除了朝着与所述接头(5、6)的纵向面一致的进给方向移动，还会横穿进给方向、以来回振荡的方式移动。对两个待接合部件(1、2)在其待接合法兰(3、4)的接头(5、6)上进行焊接，这两个部件中至少有一个、至少在其待接合法兰(3、4)的部分有金属涂层。激光焊接过程中导入的能量，使熔池得以形成并保持液态，至少一个待接合部件的金属涂层由于焊接而产生不同的相，各相除气过程和/或分布过程在受控条件下发生，激光焊接束的振荡频率为至少80Hz。

本发明涉及一种对两个相邻固定的待接合法兰的接头端面进行激光焊接的方法，所述两个法兰属于两个由钢材料制成的待接合部件。激光焊接束除了朝着与所述接头的纵向面一致的进给方向移动，还会横穿进给方向、以来回振荡的方式移动。此类激光焊接可应用于汽车车身元件的多种接合位置。

在众多应用中，金属元件的平坦面被固定在一起，所述金属元件的待接合法兰互相平行放置、被焊接在一起，接头为法兰端面。在许多情况中，激光焊接被用于此目的。待接合部件的待接合法兰可能是互相毗邻的端部，并且与待接合部件的纵向面一致，例如金属板工件的端部，或此类工件为形成待接合法兰而特别被弯折或压弯的部分。为了对端面进行焊接，待接合法兰以合适的方式被固定在一起，例如通过合适的夹具，直至焊接完成为止。

对两个待接合部件的端面进行激光焊接的方法，已由DE 10 2013 107 228 B公开，其中的待接合部件为钢制元件。根据这一文件公开的激光焊接方法，提供给焊接处中央部分的能量导入较少，提供给与其毗邻、位于接头内部的边缘部分的能量导入较多。为了在理想的接头宽度上进行焊接，激光焊接束会横穿进给方向、以来回振荡的方式移动。在此已公开的方法中，这种激光焊接束的移动方式，还被用于在焊接处横截面上导入所需的不同数量的能量，具体而言，在需要导入更多能量的焊接处边缘部分，延长激光束停留时间，并且/或者增加激光束能量。通过这种方式实现的结果是，焊接区域可以相对较深地嵌入接头。

如DE 10 2012 104 362 A1所述，通过将一个元件横向叠加在主进给方向上，与需产生的焊缝的纵向面一致，可以产生断续焊接的焊缝。采用这一方法时，需对待接合部件中将产生焊缝的部分进行预热，然后进行焊接，之后还有一个后加热步骤。

在前述的两个文件中，振荡的幅度可以根据待接合部件的几何特征调整，例如其厚度、材料以及/或者涂层。

若金属板元件上有金属涂层，则在焊接时会出现问题，尤其在汽车车身部分。这种涂层可能用于防腐蚀，例如镀锌涂层。通常，此类镀锌涂层是以热浸镀锌或电镀锌的方式涂覆的。为了在后续计划进行的加压淬火处理过程中减少结垢，金属板元件有时会涂覆AlSi涂层，通常是以热浸方式涂覆在待成形的半成品上。在接合有金属涂层的工件时，若涂层的熔点与金属材料的熔点差异显著，则会出现问题。有一些此类用途的镀锌涂层的熔点明显低于钢的熔点(接合温度)，而AlSi涂层的熔点则明显较高。结果是在焊接两个工件时，如果其中至少一个待接合部件有镀锌涂层，涂层会由于焊接所需的热量而或多或少地爆炸式蒸发。这种情况会涉及锌除气。结果是形成更多飞溅，并且导致已熔化的熔池被部分带走，以及焊缝中孔隙增加。就这一点而言，这样的焊缝不符合被焊元件原有的强度要求，尤其是涉及动态应力的情况。相较之下，若一个工件中至少有一个待接合部件有AlSi涂层，则在焊接过程中，将无法防止金属间相形成并积聚在焊缝线和焊缝根部。这些金属间相呈易碎的材料特性，是被焊部件在应力下失效的起始点。因此，这样的焊缝也不符合工件的强度要求。

如果一个元件需要由两个或更多个工件接合在一起组成，则只有在待接合部件接合之后，才可按需考虑涂覆镀锌涂层。以此方式生产的元件几何特征复杂，相比单个工件(尤其是尚未定型的工件，也就是仍未成形的金属板)，镀锌涂层的涂覆过程费时费力得多。进一步地，这种由多个工件组成的元件如果带有空腔，且需要在空腔内涂覆镀锌涂层，则除非采取大量额外工序，否则无法保证实现。就AlSi涂层而言，由于工件通常是通过加压淬火成形，在接合之前就需要涂覆该涂层，因而无法考虑接合后涂覆。