[发明专利]激光点焊镀层钢的方法

说明书

公开了一种激光点焊包括至少两个交叠的钢工件（12、14）的工件叠层（10）的方法，所述钢工件中的至少一个包括表面镀层（40）。本方法包括使激光光束（24）指向到所述工件叠层（10）的顶部表面（20）以形成穿透到所述叠层（10）中的钢焊接熔池（90）。然后通过增大所述激光光束（24）的辐照度同时减小所述激光光束（24）在所述工件叠层（10）的所述顶部表面（20）的平面处的投射截面区域（86）使所述钢焊接熔池（90）增长以进一步穿透到所述叠层（10）中。可以通过将所述激光光束（24）的焦点（62）移动接近所述顶部表面（20）或通过减小所述激光光束（24）的入射角（82）以便减小所述激光光束（24）的所述投射截面区域（86）的偏心率来实现所述激光光束（24）的辐照度的增大。

技术领域

本公开的技术领域大体涉及激光焊接，并且更具体地，涉及将两个或更多个交叠的钢工件激光点焊到一起的方法。

背景技术

激光点焊是一种金属连接工艺，在该工艺中使激光光束指向金属工件叠层以提供能够在交叠的成分金属工件之间产生焊接接头的集中能量源。总体上讲，首先使两个或更多个金属工件对准并相对彼此堆叠使得它们的接合面交叠并面对以建立延伸穿过预期的焊接位点的一个接合界面（或多个接合界面）。然后使激光光束指向焊接位点处的工件叠层的顶部表面并照射所述顶部表面。由从激光光束吸收的能量产生的热开始熔化金属工件并且在工件叠层中形成焊接熔池。并且，如果激光光束的能量密度足够高，则在激光光束正下方产生匙孔并且所述匙孔被焊接熔池包围。匙孔是源自金属工件叠层中的金属工件的汽化金属柱，该金属柱可能包括等离子体。

激光光束照射工件叠层的顶部表面后就立即形成焊接熔池。形成以后，焊接熔池就随着激光光束继续将能量传递给工件叠层而增长。焊接熔池最终增长到穿透被激光光束照射的金属工件并且进入下面的一件或多件金属工件直到与所建立的接合界面中的每一个相交的深度。焊接熔池的大体形状和穿透深度可以通过控制激光光束的多个特点（包括其功率和焦点位置）来控制。当焊接熔池已经稳定并且达到工件叠层中的期望穿透深度时，停止激光光束的传输使得其不再照射焊接位点处的顶部表面。焊接熔池迅速冷却并凝固（并且如果存在匙孔，则匙孔塌缩）以形成由再凝固的源自焊接熔池所穿透的每个工件的复合工件材料组成的激光点焊接头。所述点焊接头的再凝固的复合工件材料在焊接位点处将交叠的工件自体熔焊到一起。

汽车工业对使用激光焊接来制造可以安装在车辆上的零件感兴趣。在一示例中，车门本体可以由通过多个激光焊缝结合到一起内门板和外门板制造而成。首先使所述内门板和外门板相对彼此堆叠并通过夹具固定在合适位置。然后根据编程顺序按顺序地使激光光束指向堆叠板周围的多个焊接位点以形成多个如之前所描述的激光点焊接头。激光点焊内门板和外门板（以及其它车辆零件部件，比如用于生产引擎盖、后备箱盖、车体结构（比如车体侧面和横梁）、承重结构构件等的部件）的过程通常是可以迅速且高效地实施的自动过程。前述的期望用激光点焊焊接金属工件并不是汽车工业特有的；实际上，可能使用激光焊接作为结合工艺的其它产业都有这种期望，包括航空、航海、铁路和建筑建造产业等。

使用激光点焊来使经常用于制造业的镀层的金属工件结合到一起可能提出挑战。例如，钢工件经常包括薄的锌基表面镀层以用于防腐。锌具有大约为906℃的沸点，而其涂镀的基体钢基底的熔点通常大于1300℃。因此，当包括外部锌基镀层的钢工件被激光点焊时，在钢工件的表面处容易产生高压锌蒸汽并且锌蒸汽具有干扰激光焊接过程的倾向。尤其是，在钢工件的接合界面处产生的锌蒸汽被迫扩散到由激光光束形成的焊接熔池中并穿过焊接熔池，除非提供穿过工件叠层的另一逸散出口。当没有提供足够的逸散出口时，当焊接熔池冷却并凝固的时候锌蒸汽可能被截留在焊接熔池中，这可能导致得到的焊接接头中的缺陷——比如飞溅和气孔——这些缺陷可能使激光点焊接头的机械性能降低到使接头被认为不合格的程度。