[发明专利]叠置的金属工件的快速远程激光焊接

说明书

一种激光焊接包括至少两个叠置的金属工件（12、14）的工件堆叠（10）的方法包括使激光束（24）相对于工件堆叠（10）的顶部表面（20）的平面从开始点（84）到终止点（86）沿着光束行进图案（78）以大于8米每分钟的高的激光束行进速度前进。两个或者更多个叠置的金属工件（12、14）可以是钢工件或者其可以是铝工件，且金属工件（12、14）中的至少一个包括表面涂覆层（40）。使激光束（24）沿着光束行进图案（78）前进形成焊接接头（76），其包括源自被熔融焊池（80）穿透的金属工件（12、14）中的每一个的重新凝固的复合工件材料，其将金属工件（12、14）熔焊在一起。相对高的激光束行进速度有助于改善焊接接头（76）的强度性能。

技术领域

本公开的技术领域大体涉及激光焊接，且更具体地，涉及将两个或者更多个叠置的金属工件远程激光焊接在一起的方法，其中，所述工件中的至少一个包括表面涂覆层。

背景技术

激光焊接是一种金属接合过程，其中激光束被引导到金属工件堆叠，以提供能够在叠置的构成金属工件之间实现焊接接头的集中能量源。一般而言，两个或者更多个金属工件首先对齐且相对于彼此堆叠，使得其接合面/搭接面叠置且面对面以在预期焊接位置内建立接合界面（或者多个接合界面）。激光束然后被引导到工件堆叠的顶部表面处。从来自激光束的能量的吸收生成的热引起金属工件的熔化，且在工件堆叠内建立熔融焊池。熔融焊池穿透通过由激光束直射的金属工件，且穿到下层一个或者复数个金属工件中至与所建立的接合界面中的每一个相交的深度。而且，如果激光束的功率密度足够高，则小孔在激光束的正下方产生，且被熔融焊池环绕。小孔是源自金属工件的气化的金属的柱，其可以包括等离子体。

一旦激光束直射工件堆叠的顶部表面，激光束在非常短的时间内创建熔融焊池。在形成熔融焊池之后，激光束可以沿着工件堆叠的顶部表面前进，这通常涉及以1.0到5.0米每分钟（m/min）的激光束行进速度沿着具有相对简单形状的光束行进图案移动激光束。激光束的这种前进使熔融焊池沿着对应路线相对于工件堆叠的顶部表面平移，且紧随前进的焊池留下熔融工件材料的尾迹。熔融工件材料的该穿透的尾迹冷却并凝固以形成激光焊接接头，其由重新凝固的复合工件材料构成。所得到的焊接接头将叠置的工件熔焊在一起。

汽车工业有兴趣使用激光焊接以从包括钢和铝工件的不同工件制造零件。在一个示例中，车辆车门本体可以从由多个激光焊焊缝接合在一起的内车门板和外车门板制作。内车门板和外车门板首先相对于彼此堆叠，且通过夹具紧固就位。激光束然后根据编程的顺序被顺序地引导到围绕堆叠的板的多个焊接位置，以形成多个激光焊接接头。在其处执行激光焊接的每个焊接位置处，激光束被引导到堆叠的板处且传输短距离，从而以包括例如圆形焊接接头、缝焊接头或者骑缝焊接头的多种构型中的一种产生焊接接头。将内车门板和外车门板（以及其他车辆零部件，诸如用于制作发动机盖、车顶、后备箱盖、承重结构构件等的那些）激光焊接在一起的过程是典型的自动过程，其能够被迅速且有效地执行。

使用激光焊接将包括表面涂覆层的工件接合在一起能够提出挑战。例如，钢工件可以包括基于锌的材料（例如锌或者锌合金）的外涂覆层以用于防腐蚀。锌具有大约906℃的沸点，而其涂覆的基底钢基板的熔点通常大于1300℃。因此，当具有基于锌的材料涂覆层的钢工件被激光焊接在一起时，可以在钢工件的表面处产生高压锌蒸气。在堆叠的钢工件的接合面处产生的锌蒸气可能被迫扩散到且通过由激光束创建的熔融焊池，除非提供替代的逃逸出口。当不提供足够的逃逸出口时，在熔融焊池冷却和凝固时，锌蒸气可以保持困在熔融焊池中，这可以在所得的焊接接头中导致缺陷-诸如孔隙-其能够将焊接接头的机械性能降级到如此程度，使得接头可以被认为是不合格的。