[发明专利]两种铝材坯料的激光接合方法

说明书

本发明涉及一种使用激光源，通过控制激光功率分布，来接合两种铝材坯料的方法。具体而言，该方法包括：放置第一坯料和第二坯料用于焊接；沿着焊接路径对第一坯料和第二坯料进行激光焊接，并调制激光功率分布，其中，焊接路径组合了沿着焊接方向的线性运动和大致横向于焊接方向的振动运动，其中，振动运动具有50Hz至1500Hz的频率和0.3mm至3.0mm的振幅，并且其中，在振动运动期间动态控制激光功率分布，并且其中，在最大激光功率的0％和100％之间调制功率。本发明还涉及调制激光功率分布的方法。

对相关申请数据的交叉引用

本申请要求于2019年3月5日提交的第62/814,199号美国临时申请的权益。

技术领域

本发明涉及两种铝材坯料或部件的激光接合方法。具体而言，本发明涉及铝材坯料远程激光焊接方法。

背景技术

因为铝强度高而重量小，所以在结构中，特别是在轻质结构中使用铝，是有吸引力的。铝已经普遍用于飞行器制造，并且，也正在汽车应用中获得更广泛的使用。

在这方面，上述强度高而重量小的特点是关键。由于铝明显比钢更轻，所以可增加铝材面板或部件的厚度，改进能量吸收效果，同时仍保持减重的优点。此外，特定的铝合金提供良好的成型性，因此，铝适用于装配件(例如，车门、行李箱盖)的外板和内板以及白车身(BIW)应用。

本公开自始至终所使用的“白车身”一词，可以被解释为车辆的结构框架(不包括例如底盘、发动机)，该结构框架被设计成能够承受车辆在其使用寿命中可能经受的所有负荷。该结构骨架还具有这种设计，即，在例如与其他汽车或障碍物碰撞的情况下，承受并吸收冲击。

在这个意义上，车辆(例如，汽车)的结构骨架可以包括：例如，保险杠、立柱(A柱、B柱、C柱、D柱)、防撞侧梁、门槛或边梁、铰链柱和减震器。

本公开中自始至终使用的铝合金，可被认为是主要成分为铝(Al)的金属合金。通常，形成合金的元素包括：例如，铜、镁、锰、硅、锡和锌。选择铝合金，是因为其耐腐蚀性、强度、耐久性、挤出性能等。

关于铝在汽车应用中的使用，存在一项难题，那就是坯料或部件与其他坯料或部件的接合。使用远程激光焊接来接合铝坯料或部件是已知技术。当使用远程激光焊接来连接铝坯料或铝板时，经常遇到的问题在于孔隙的存在和热裂纹的形成，这会降低最终焊接部的强度。

当气泡被困在焊缝中时，焊接部就会出现孔隙。热裂纹也称为固化裂纹，当液态焊接金属的可用供给，不足以填充正在固化的焊接金属之间的空间时，就会发生热裂纹。这些问题的发生会随着焊接速度的加快而增多，即，如果要提高工业流程的产量，那么这些问题就会更频繁地发生。

孔隙和热裂纹都会降低焊接强度，从而降低最终产品的强度。

该问题的已知解决方案，是使用适当的填充材料，即，在焊接期间，将具有特定化学组成并且通常为填充焊丝形式的填充剂添加到焊池中。然而，填充焊丝的使用增加了接合成本。

WO 2018/017926公开了用于焊接铝的激光焊接装置的系统和方法。该装置包括：激光发生器，用于产生焊接型激光功率；透镜，用于将焊接型激光功率聚焦在铝工件上的焦点处，以产生焊接熔池。该装置还包括激光扫描器，用来控制该透镜，在焊接期间、在多个维度上，移动该焊接型激光功率在铝工件上的焦点。使用激光发生器和激光扫描器进行焊接，则无需对工件添加填充金属。

WO 2016/118555涉及利用角焊缝接头连接两种金属材料的激光焊接。该方法目的在于补偿两种材料之间的几何容差。该方法包括：例如，按照“8字形”模式振动激光束，同时沿两种材料之间的对接处，侧向移动激光束。与使用非振动激光束形成的角焊缝接头相比，该角焊缝接头宽度更大，因此补偿了容差。角焊缝接头的宽度取决于激光束的振幅，而不是光束的尺寸。