[發明專利]激光點焊鍍層鋼的方法

有效

• 申請號: 201680079368.9
• 申請日: 2016-01-18
• 公開（公告）號: CN108463308B
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發明（設計）人: D.楊;W.陶;L.孫
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: B23K26/22
• 分類號: B23K26/22
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 吳超;鄧雪萌

公開了一種激光點焊包括至少兩個交疊的鋼工件（12、14）的工件疊層（10）的方法，所述鋼工件中的至少一個包括表面鍍層（40）。本方法包括使激光光束（24）指向到所述工件疊層（10）的頂部表面（20）以形成穿透到所述疊層（10）中的鋼焊接熔池（90）。然后通過增大所述激光光束（24）的輻照度同時減小所述激光光束（24）在所述工件疊層（10）的所述頂部表面（20）的平面處的投射截面區域（86）使所述鋼焊接熔池（90）增長以進一步穿透到所述疊層（10）中?？梢酝ㄟ^將所述激光光束（24）的焦點（62）移動接近所述頂部表面（20）或通過減小所述激光光束（24）的入射角（82）以便減小所述激光光束（24）的所述投射截面區域（86）的偏心率來實現所述激光光束（24）的輻照度的增大。

技術領域

本公開的技術領域大體涉及激光焊接，并且更具體地，涉及將兩個或更多個交疊的鋼工件激光點焊到一起的方法。

背景技術

激光點焊是一種金屬連接工藝，在該工藝中使激光光束指向金屬工件疊層以提供能夠在交疊的成分金屬工件之間產生焊接接頭的集中能量源?？傮w上講，首先使兩個或更多個金屬工件對準并相對彼此堆疊使得它們的接合面交疊并面對以建立延伸穿過預期的焊接位點的一個接合界面（或多個接合界面）。然后使激光光束指向焊接位點處的工件疊層的頂部表面并照射所述頂部表面。由從激光光束吸收的能量產生的熱開始熔化金屬工件并且在工件疊層中形成焊接熔池。并且，如果激光光束的能量密度足夠高，則在激光光束正下方產生匙孔并且所述匙孔被焊接熔池包圍。匙孔是源自金屬工件疊層中的金屬工件的汽化金屬柱，該金屬柱可能包括等離子體。

激光光束照射工件疊層的頂部表面后就立即形成焊接熔池。形成以后，焊接熔池就隨著激光光束繼續將能量傳遞給工件疊層而增長。焊接熔池最終增長到穿透被激光光束照射的金屬工件并且進入下面的一件或多件金屬工件直到與所建立的接合界面中的每一個相交的深度。焊接熔池的大體形狀和穿透深度可以通過控制激光光束的多個特點（包括其功率和焦點位置）來控制。當焊接熔池已經穩定并且達到工件疊層中的期望穿透深度時，停止激光光束的傳輸使得其不再照射焊接位點處的頂部表面。焊接熔池迅速冷卻并凝固（并且如果存在匙孔，則匙孔塌縮）以形成由再凝固的源自焊接熔池所穿透的每個工件的復合工件材料組成的激光點焊接頭。所述點焊接頭的再凝固的復合工件材料在焊接位點處將交疊的工件自體熔焊到一起。

汽車工業對使用激光焊接來制造可以安裝在車輛上的零件感興趣。在一示例中，車門本體可以由通過多個激光焊縫結合到一起內門板和外門板制造而成。首先使所述內門板和外門板相對彼此堆疊并通過夾具固定在合適位置。然后根據編程順序按順序地使激光光束指向堆疊板周圍的多個焊接位點以形成多個如之前所描述的激光點焊接頭。激光點焊內門板和外門板（以及其它車輛零件部件，比如用于生產引擎蓋、后備箱蓋、車體結構（比如車體側面和橫梁）、承重結構構件等的部件）的過程通常是可以迅速且高效地實施的自動過程。前述的期望用激光點焊焊接金屬工件并不是汽車工業特有的；實際上，可能使用激光焊接作為結合工藝的其它產業都有這種期望，包括航空、航海、鐵路和建筑建造產業等。

使用激光點焊來使經常用于制造業的鍍層的金屬工件結合到一起可能提出挑戰。例如，鋼工件經常包括薄的鋅基表面鍍層以用于防腐。鋅具有大約為906℃的沸點，而其涂鍍的基體鋼基底的熔點通常大于1300℃。因此，當包括外部鋅基鍍層的鋼工件被激光點焊時，在鋼工件的表面處容易產生高壓鋅蒸汽并且鋅蒸汽具有干擾激光焊接過程的傾向。尤其是，在鋼工件的接合界面處產生的鋅蒸汽被迫擴散到由激光光束形成的焊接熔池中并穿過焊接熔池，除非提供穿過工件疊層的另一逸散出口。當沒有提供足夠的逸散出口時，當焊接熔池冷卻并凝固的時候鋅蒸汽可能被截留在焊接熔池中，這可能導致得到的焊接接頭中的缺陷——比如飛濺和氣孔——這些缺陷可能使激光點焊接頭的機械性能降低到使接頭被認為不合格的程度。