[发明专利]用于端侧激光焊接的方法

说明书

本发明涉及一种用于端侧激光焊接两个相互固定的接合法兰的接头(2，2.1)的方法，所述两个接合法兰属于由钢材制成的接合配件(1，1.1)，其中至少一个接合法兰配备有金属涂层，所述金属涂层具有处于钢材的熔化温度以下的蒸发温度，实施所述方法的方式是，两个接合配件(1，1.1)的接合法兰(1，1.1)在激光焊接的过程中以一个夹角相互固定，所述夹角朝背离激光加载的接头侧的方向打开，由此，在接合法兰(3，3.1)之间提供沿热量导入的方向扩大的除气缝隙(5)，通过所述除气缝隙导出涂层材料(8，8.1)的由于热量导入而形成的蒸发产物。

本发明涉及一种用于端侧激光焊接两个相互固定的接合法兰的接头的方法，所述两个相互固定的接合法兰属于由钢材制成的两个接合配件，其中至少一个接合法兰配备有金属涂层，该金属涂层具有处于钢材的熔化温度以下的蒸发温度。

存在多种应用情况，其中，金属部件的以其平坦侧相互固定的接合法兰在其接头(接合法兰的彼此平行延伸的端侧)上从端侧相互焊接。在许多情况下，为此使用激光焊接。接合配件的接合法兰可以是按照接头的纵向延伸方向的相互邻接的端部区域，例如板材工件的端部区域或专门为形成这种工件的接合法兰折弯的或卷边的区域。为了进行端侧焊接，接合法兰以适合的方式相靠地固定，例如借助适合的夹紧装置，更确切地说，直至实施焊接为止。

从文献DE102013107228B3中已知两个接合配件的接合法兰的端侧的激光焊接，其中，接合配件是钢板件。从该文献已知的激光焊接方法规定，给焊接的中央区域输入更少的能量并且给与之邻接的位于接头内部的边缘区域输入更高的能量。为了可以在期望的接头宽度上进行焊接，焊接激光束横向于进给方向来回振荡。对于这种在先已知的方法，也利用该焊接激光束运动来引入在焊接的横截面上需要的不同的能量导入，更确切地说或者方式为：在焊接的边缘区域中延长激光束的停留时间和/或提高激光束的能量，在该边缘区域中，焊接应当通过较高的能量输入进行。由此实现的是，可以将边缘区域中的焊接区相对深地引入接头中。

在焊接钢板部件时主要在车身区域会出现问题是，板件配备有金属涂层。此处该金属涂层可以是防腐涂层，例如锌涂层。通常这种锌涂层设计成热浸镀锌或电解镀锌。在接合这种板部件时产生的问题是，金属涂层的熔点和蒸发温度显著低于钢材的熔化温度。这产生的后果是，在熔焊两个工件时，其中，至少一个接合配件是具有位于钢材的熔化温度之上的蒸发温度的金属涂层，如同这例如在锌涂层中的情况，涂层材料由于为熔焊所必要的热量输入爆炸性地自发蒸发。在锌涂层时它也称作锌除气。结果是增加了飞溅，其中，熔化的焊池的部分也被引出并且导致焊缝中的孔隙率增加。该孔隙率可以通过蒸发的锌不受阻碍地除气来解释。此外，由于焊接过程产生在焊缝中的内应力。结合给出的扩散可能性，剩余的液态锌可能由于所谓的“液态金属脆化”(LME)使焊缝变脆。因此，这种焊缝通常不能满足对被焊接的部件提出的其它强度要求，尤其当涉及振动或动态载荷时，因为由于材料脆化增加了开裂的风险。

对于由文献DE102013107228B3已知的焊接工艺，在熔焊镀锌金属板时遵循在接合配件的接合法兰之间的缝隙尺寸。该缝隙尺寸不允许过大，也不允许过小。为了维持在接头的长度上的缝隙尺寸，相应对夹紧装置提出较高的要求。此外，在该方法中不可避免的是，一部分激光能量丢失，更确切地说穿过接合配件之间的缝隙的那部分激光束丢失。

文献WO2016/169791A1公开一种方法，通过这种方法，两个这种接合配件在其接合法兰的区域内可以通过端侧的激光焊接相互焊接，同时减少了锌除气的问题。对于该预先已知的方法，通过激光束以80Hz到1000Hz之间的频率横向于进给方向振荡保持焊池更长时间是液态的。此外，通过激光束振荡将一定的动力引入焊池。两个措施有助于通过焊池进行受控的除气过程。但随着增大的板厚所需的焊接深度也增加。由此，正好当存在两个锌涂层的接合配件时越来越难以完全地或受控地进行除气过程，因为锌经过了越来越远的路程直到表面。即使通过该方法可以将接合配件在端侧激光焊接，其中至少一个部件具有带有处于钢材的熔化温度以下的蒸发温度的涂层，尤其是进给速度也受横向于进给方向必要的激光振荡限制。在批量生产时必须相应地给激光焊接过程提供更多的时间。