[发明专利]经涂覆的钢的集成预钻和激光点焊

说明书

一种激光点焊工件叠层（10）的方法包括首先在工件叠层中形成至少一个孔（74），并且然后形成激光点焊接头（86）。激光点焊接头的形成包括将焊接激光束（24）引导在工件叠层的顶表面（20）处以形成穿透到叠层中的钢水焊池（98），并且然后沿着位于环形焊接区域（90）内的束行进图案（102）相对于工件叠层的顶表面的平面使焊接激光束前进。­焊接激光束的束行进图案包围顶表面的平面上的中心区域（96），该中心区域跨越在工件叠层中形成的至少一个孔。所述工件叠层包括至少两个重叠的钢制工件，至少一个钢制工件包括锌基材料的表面涂层。­该方法可以最小化焊接接头内的孔隙。

技术领域

本公开的技术领域大体上涉及激光焊接，并且更具体地，涉及将两个或更多个重叠的钢制工件激光点焊在一起的方法，其中，至少一个钢制工件包括锌基表面涂层。

背景技术

激光点焊是一种金属连接工艺，其中，激光束被引导在金属工件叠层处，以提供能够在重叠的组成金属工件之间实现焊接接头的集中能量源。通常，两个或更多个金属工件首先相对于彼此对齐和堆叠，使得它们的接合表面重叠并面对以建立延伸通过预期焊接部位的接合界面（或多个接合界面）。然后将激光束引导向工件叠层的顶表面并撞击该顶表面。从激光束吸收能量生成的热引发金属工件的熔化，并在工件叠层内产生熔化的焊池。并且，如果激光束的功率密度足够高，则在激光束下方直接产生键孔并被熔化焊池包围。键孔是由来源于工件叠层内的金属工件的汽化金属柱，其可包括等离子体。

激光束在撞击工件叠层的顶表面时以非常短的量级产生熔化焊池。一旦产生，熔化焊池就会随着激光束继续向工件叠层输送能量而增长。熔化焊池最终增长以穿透由激光束撞击的金属工件并进入下面的金属工件或多个金属工件到与每个建立的接合界面相交的深度。通过控制激光束的各种特性，包括其功率、行进速度（如果有的话）和焦点位置，可以管理熔化焊池的总体形状和穿透深度。当熔化焊池稳定并在工件叠层中达到所需的穿透深度并且可选地沿叠层的顶表面前进时，激光束的传送中止，从而不再撞击焊接部位处的叠层。熔化焊池迅速冷却并固化（并且如果存在的话，使键孔塌缩）以形成激光点焊接头，该激光点焊接头包括或者从来源于由熔化焊池渗透的每个工件的再固化复合工件材料。激光点焊接头的再固化复合工件材料在焊接部位处自发地将重叠的工件熔焊在一起。

汽车工业对使用激光点焊来制造可安装在车辆上的部件感兴趣。在一个示例中，车门主体可以由内门板和外门板制成，所述内门板和外门板通过多个激光点焊接头连接在一起。内门板和外门板首先相对于彼此堆叠并通过夹具固定就位。然后根据编程序列将激光束按顺序引导在堆叠板周围的多个焊接部位处，以形成如前所述的多个激光点焊接头。激光点焊内和外门板-以及其他车辆部分部件，诸如用于制造罩、行李箱盖、例如车身侧面和十字构件等车身结构、承受负载结构构件等的车辆部件的过程—通常是可以快速且有效地执行的自动化过程。上述对激光点焊金属工件的需求并非汽车工业所独有；事实上，它延伸到其他可能利用激光点焊的行业，尤其包括航空、航海、铁路和建筑构造行业等。

使用激光点焊将通常用于制造实践的经涂覆的金属工件连接在一起可能带来挑战。例如，钢制工件通常包括用于防腐蚀的锌基表面涂层。锌的沸点约为906℃，而其涂覆的基部钢基板的熔点通常高于1300℃。因此，当激光点焊包括锌基表面涂层的钢制工件时，在钢制工件的表面处容易产生高压锌蒸气，并且具有破坏激光焊接过程的趋势。特别地，在钢制工件的接合界面处产生的锌蒸气受迫扩散到由激光束产生的熔化焊池中并通过该熔化焊池，除非提供替代的通过工件叠层的逸出出口。当未提供足够的逸出出口时，锌蒸气可能会在其冷却和固化时留困在熔化焊池中，这可能导致所得的焊接接头中的缺陷—诸如夹带的孔隙—这可将激光点焊接头的机械特性降低到使得接头可能被认为是不合格的程度。