焊接坯件組件及方法
【專利摘要】焊接坯件組件(140)通過(guò)將分開(kāi)的金屬板材件(112、112’)的邊緣區(qū)域(120、120’)在焊接接頭(148)處焊接在一起而形成。金屬板材件中的一個(gè)或多個(gè)包括涂覆材料層(118)和焊接凹口(130、130’)，其中，涂覆材料層中的至少一些在焊接之前被從一個(gè)或多個(gè)邊緣區(qū)域去除，以使得焊接接頭基本上不包括涂覆材料層的成分?？稍诤附咏宇^形成過(guò)程中將附加材料(156、158)添加至焊池(144)中以影響所形成的焊接接頭的尺寸、形狀和/或成分，從而幫助補(bǔ)償焊接凹口的存在。
【專利說(shuō)明】焊接坯件組件及方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求以下美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的權(quán)益，并且通過(guò)引用將以下美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)并于本文:于2012年6月29日提交的第61/666，388號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)、于2012年9月17日提交的第61/701，909號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)、于2012年11月30日提交的第61/731，497號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)以及于2013年3月14日提交的第61/784，184號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本公開(kāi)大體涉及焊接坯件組件，更具體地，涉及將具有涂覆材料層的金屬板材件焊接在一起以形成焊接坯件組件。

【背景技術(shù)】
[0004]為了提高對(duì)腐蝕、結(jié)垢和/或其他過(guò)程的抵抗力，由高強(qiáng)度鋼合金或可硬化鋼合金制成的金屬板材現(xiàn)在被制造成具有一個(gè)或多個(gè)薄涂覆材料層，諸如鋁基層和鋅基層。雖然這些涂覆材料層可賦予金屬板材所期望的品質(zhì)，但是它們的存在也會(huì)污染焊接處，從而降低焊接強(qiáng)度、完整性等。如果具有涂覆材料層的金屬板材件進(jìn)行對(duì)接焊接或搭接焊接至另一金屬板材件，則尤甚。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，制作焊接坯件組件的方法包括以下步驟:(a)提供具有厚度0\)的第一金屬板材件以及具有厚度(τ2)的第二金屬板材件，第一金屬板材件和第二金屬板材件中的至少一個(gè)為具有涂覆材料層的金屬板材件并且具有帶焊接凹口的邊緣區(qū)域，其中，涂覆材料層在焊接凹口處的材料被去除；(b)在邊緣區(qū)域?qū)⒌谝唤饘侔宀募偷诙饘侔宀募O(shè)置在一起；以及(c)形成位于邊緣區(qū)域的在第一金屬板材件與第二金屬板材件之間的焊接接頭，其中，焊接接頭至少部分地位于焊接凹口中，并且包括來(lái)自于邊緣區(qū)域的材料，但是基本上不包括來(lái)自涂覆材料層的材料。
[0006]根據(jù)另一實(shí)施方式，提供了一種制造焊接坯件組件的方法，其包括以下步驟:(a)提供第一金屬板材件和第二金屬板材件，第一金屬板材件和第二金屬板材件中的至少一個(gè)是具有涂覆材料層的金屬板材件并且具有帶焊接凹口的邊緣區(qū)域，其中，涂覆材料層在焊接凹口處的材料被去除；(b)在邊緣區(qū)域?qū)⒌谝唤饘侔宀募偷诙饘侔宀募O(shè)置在一起；(c)在邊緣區(qū)域使用激光以在第一金屬板材件和第二金屬板材件之間形成焊池，焊池包括來(lái)自于邊緣區(qū)域的材料，但是基本上不包括來(lái)自于涂覆材料層的材料；以及(d)為焊池提供附加材料以影響焊接接頭形成時(shí)的尺寸、形狀和/或成分，其中，附加材料為后續(xù)熱處理過(guò)程加強(qiáng)了焊接接頭的強(qiáng)度。
[0007]根據(jù)另一實(shí)施方式，提供了焊接坯件組件，其包括:第一金屬板材件，具有沿第一邊緣區(qū)域在涂覆材料層中形成的第一焊接凹口 ；第二金屬板材件，具有沿第二邊緣區(qū)域在涂覆材料中形成的第二焊接凹口 ；以及焊接接頭，沿著第一邊緣區(qū)域和第二邊緣區(qū)域連接第一金屬板材件和第二金屬板材件的，并且基本上不包括來(lái)自于第一金屬板材件和第二金屬板材件的涂覆材料層的成分。焊接接頭位于焊接區(qū)域中，其中，焊接區(qū)域至少部分地由第一焊接凹口和第二焊接凹口的表面來(lái)限定。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]下文中將結(jié)合附圖對(duì)優(yōu)選的示例性實(shí)施方式進(jìn)行描述，其中，相同的附圖標(biāo)記指示相同的元件，在附圖中:
[0009]圖1A至圖1C是接合金屬板材件的常規(guī)焊接接頭的剖視圖，其中，金屬板材件不具有焊接前在其中形成的焊接凹口；
[0010]圖2是示例性金屬板材件的邊緣區(qū)域的立體圖，該示例性金屬板材件包括在其相對(duì)側(cè)上通過(guò)激光燒蝕形成的焊接凹口；
[0011]圖3是圖2的金屬板材件的一部分的剖視圖；
[0012]圖4是在對(duì)齊的具有焊接凹口的金屬板材件上執(zhí)行以形成焊接坯件組件的示例性焊接過(guò)程的立體圖；
[0013]圖5是在對(duì)齊的具有焊接凹口的金屬板材件上執(zhí)行的另一示例性焊接過(guò)程的立體圖，其中，附加材料以線的形式加入至焊接接頭中；
[0014]圖6是在對(duì)齊的具有焊接凹口的金屬板材件上執(zhí)行的另一示例性焊接過(guò)程的立體圖，其中，附加材料以粉末的形式加入至焊接接頭中；
[0015]圖7是在激光焊接前截取的圖4中的焊接坯件組件的剖視圖；
[0016]圖8是在激光焊接后截取的圖4中的焊接坯件組件的剖視圖；
[0017]圖9是焊接坯件組件的實(shí)施方式的剖視圖，其中，被焊接的金屬板材件具有相同厚度；以及
[0018]圖10是焊接坯件組件的實(shí)施方式的剖視圖，其中，被焊接的金屬板材件中僅有一個(gè)具有焊接凹口。

【具體實(shí)施方式】
[0019]本文公開(kāi)的焊接坯件組件可由具有沿著一個(gè)或多個(gè)待焊接邊緣進(jìn)行定位的焊接凹口的金屬板材件制成，其中，焊接凹口的特征在于不存在某些材料成分，以使得這些材料成分不會(huì)不可接受地污染附近的焊接處。例如，焊接坯件組件可由金屬板材件進(jìn)行生產(chǎn)，其中，在金屬板材件沿金屬板材邊緣進(jìn)行定位的焊接凹口處從一個(gè)或多個(gè)涂覆材料層減少或者去除材料。這轉(zhuǎn)而可防止在制造焊接坯件組件時(shí)由沿著金屬板材邊緣形成的附近焊接接頭的涂覆材料層導(dǎo)致的污染，從而在后繼過(guò)程或者在焊接接頭的使用壽命期間保持焊接接頭的強(qiáng)度和/或耐久性。
[0020]首先參照?qǐng)D1A至圖1C，圖中示出了涉及制造常規(guī)拼焊坯件10的一些步驟，其中，常規(guī)拼焊坯件10包括以邊緣對(duì)邊緣的方式激光焊接在一起的厚金屬板材件12和薄金屬板材件12’。根據(jù)本示例，金屬板材件12、12’中每個(gè)都具有基礎(chǔ)材料層14以及覆蓋基礎(chǔ)材料層的相對(duì)表面的多個(gè)薄材料層16、18。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解，可發(fā)現(xiàn)在金屬板材坯料上存在許多材料層，包括多種類型的表面處理，諸如鋁基涂覆材料層和鋅基涂覆材料層(例如，鋁化合物)的涂覆材料層、油和其他抗氧化物質(zhì)、來(lái)自制造或材料處理過(guò)程的污染物以及氧化層，此處僅舉幾個(gè)例子。兩個(gè)金屬板材件一緊靠在一起，則使用激光光束或其他焊接工具來(lái)熔化位于邊緣區(qū)域20、20’中的板材金屬中的一些，以使得一定量的薄材料層16、18變?yōu)榍度胨a(chǎn)生的焊接接頭22內(nèi)。除非首先進(jìn)行去除，否則這些不期望的成分可能對(duì)焊接接頭的整體強(qiáng)度和品質(zhì)帶來(lái)不良影響。
[0021]參照?qǐng)D2，圖中示出了示例性金屬板材件112，示例性金屬板材件112可用于形成焊接坯件組件，同時(shí)避免所產(chǎn)生的焊接接頭內(nèi)的不期望的成分。金屬板材件112被示出在激光燒蝕過(guò)程中，并可隨后沿著邊緣區(qū)域120被焊接至相鄰件上。金屬板材件112包括相對(duì)的第一側(cè)124和第二側(cè)126，并且邊緣區(qū)域120包括待焊接邊緣128。圖2所示的具體邊緣區(qū)域120包括兩個(gè)焊接凹口 130，其中，兩個(gè)焊接凹口沿著在金屬板材件的相對(duì)側(cè)124和126的邊緣區(qū)域延伸。在可見(jiàn)側(cè)124上的焊接凹口被示出為正在形成。每個(gè)焊接凹口 130都由彼此相交或接合的第一凹口表面132和第二凹口表面134限定。雖然示出了沿著單個(gè)的、直的邊緣區(qū)域120大體垂直的第一凹口表面132和第二凹口表面134，但是焊接凹口可以以多種方式進(jìn)行配置。例如，焊接凹口可以:包括一個(gè)或多個(gè)偏軸凹口表面或偏移凹口表面；具有統(tǒng)一的或不統(tǒng)一的深度和/或?qū)挾?；在尺寸、形狀和配置等方面與位于同一金屬板材件的其他焊接凹口不同；或者，為沿著金屬板材件上的直邊緣、多個(gè)直邊緣、彎曲邊緣、多個(gè)彎曲邊緣或者一些其他部分進(jìn)行定位的邊緣區(qū)域的一部分，僅舉幾個(gè)可能性。
[0022]在所示激光燒蝕過(guò)程中，從激光光源(未示出)將激光光束102導(dǎo)引在邊緣區(qū)域120處以形成焊接凹口 130。由激光光束102提供的能量在燒蝕位置或者激光光斑104處以熱能的形式傳遞給金屬板材件112，從而熔化和/或蒸發(fā)燒蝕位置的材料以從金屬板材件的一個(gè)或多個(gè)層去除材料。激光光束102遵循沿邊緣區(qū)域120的路徑106以形成具有期望配置的焊接凹口 130。對(duì)于包括下文所述的基礎(chǔ)材料層、中間材料層和涂覆材料層的金屬板材件，焊接凹口 130可通過(guò)沿邊緣區(qū)域120去除所有或一些涂覆材料層、所有或一些中間材料層和/或一些基礎(chǔ)材料層來(lái)形成。當(dāng)激光光束102沿路徑106 (在圖2中X軸線的方向上)移動(dòng)的同時(shí)，可保持金屬板材件112靜止?？商娲兀?dāng)激光光束102保持靜止的同時(shí)，可移動(dòng)或者轉(zhuǎn)位金屬板材件112,或激光光束102和金屬板材件112 二者都進(jìn)行移動(dòng)，以使得激光光束遵循所期望的路徑。如圖2所示，路徑106的一些部分可以是直的或者直線形的，而其他部分可以是波狀形的、彎曲的或者曲線形的；焊接凹口 130不一定遵循直路徑106，因?yàn)榭商娲裱渌呐渲谩．?dāng)金屬板材件在平行、垂直或者呈角度的定向的同時(shí)，可實(shí)施任何一種上述實(shí)施方式。
[0023]可使用任何合適的激光器或者其他可比較的發(fā)光裝置來(lái)形成焊接凹口，并且可使用各種操作或者設(shè)備參數(shù)來(lái)形成焊接凹口。在一個(gè)示例中，激光光源是Q開(kāi)關(guān)激光器，但是可替代地使用其他連續(xù)波或者脈沖激光器類型，諸如各種納秒激光器、飛秒激光器和皮秒脈沖激光器。所示激光光斑104是矩形的，但激光光斑或者足跡104可為任意形狀，諸如圓形、方形、橢圓形或者任何其它合適的形狀。用于激光光源的可選擇耳道或者可調(diào)節(jié)的操作參數(shù)的非限定性示例可包括:激光功率、脈沖頻率、脈沖寬度、脈沖能量、脈沖功率、占空比、光斑面積、連續(xù)激光脈沖之間的重合以及激光光源相對(duì)于金屬板材件112的速度，僅舉幾個(gè)可能性?？苫趹?yīng)用的具體需要來(lái)選擇和控制這些操作參數(shù)的任意組合。
[0024]根據(jù)焊接凹口的期望的數(shù)量、位置和/或者形狀或者其他因素，可以以任意數(shù)量的不同形式進(jìn)行激光燒蝕過(guò)程。例如，可采用第二激光光源與激光光束102相重疊或者同時(shí)從金屬板材件的不同部分去除材料，諸如在相對(duì)側(cè)126或?qū)嶋H邊緣表面128 ;激光光束可與金屬板材件形成非零入射角；金屬板材件可以以傾斜角度進(jìn)行定向以幫助控制熔化排出的材料流；可將激光光束導(dǎo)引在金屬板材件的面向上的側(cè)部或者面向下的側(cè)部；或者可在從卷連續(xù)進(jìn)給的金屬板材件上進(jìn)行燒蝕過(guò)程，僅舉幾個(gè)可能性。另外，可使用除激光燒蝕之外的處理來(lái)形成焊接凹口 130，諸如使用刮刀工具、鋼絲刷或者其他工具來(lái)從邊緣區(qū)域120選擇性地去除材料的機(jī)械切除過(guò)程。
[0025]圖3是示出來(lái)自圖2的金屬板材件112的邊緣區(qū)域120的剖視圖。所示金屬板材件112具有多個(gè)材料層，其中，包括基礎(chǔ)材料層114、中間材料層116和涂覆材料層118。在該實(shí)施方式中，基礎(chǔ)材料層114是中心材料層或者核心材料層(例如，鋼核心)，并且被夾在中間材料層116與涂覆材料層118之間。基礎(chǔ)材料層114構(gòu)成了金屬板材件112的厚度T的主要部分，從而可顯著有助于金屬板材件的機(jī)械性能。涂覆材料層118位于基礎(chǔ)材料層112的相對(duì)的表面上，并且是金屬板材件112的最外層。每個(gè)涂覆材料層118相對(duì)于基礎(chǔ)材料層114都較薄，并且可以進(jìn)行選擇以加強(qiáng)金屬板材件的一個(gè)或多個(gè)特性(例如抗腐蝕性、硬度、重量、可成形性、外觀等)。還可以為了后繼過(guò)程的使用或與后繼過(guò)程的兼容性來(lái)選擇涂覆材料層118，例如，如熱處理或者相互擴(kuò)散過(guò)程。
[0026]在該實(shí)施方式中，每個(gè)中間材料層116都位于基礎(chǔ)材料層114與涂覆材料層118中之一之間，并且與基礎(chǔ)材料層114和涂覆材料層118中之一都接觸。在一個(gè)實(shí)施方式中，中間材料層116包括與緊鄰層114、118中每個(gè)都一樣的至少一種成成分，諸如原子元素或者化學(xué)化合物。中間材料層116可為基礎(chǔ)材料層114與涂覆材料層118的反應(yīng)產(chǎn)物。例如，浸潰涂覆過(guò)程可導(dǎo)致在基礎(chǔ)材料層與熔池的界面處的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物就是中間材料層116，在浸潰涂覆過(guò)程中，基礎(chǔ)材料層浸入或通過(guò)一個(gè)涂覆材料的熔池。在這種浸潰涂覆過(guò)程的一個(gè)具體示例中，基礎(chǔ)材料層114由高強(qiáng)度鋼合金或者可硬化鋼合金制成，涂覆材料層118為鋁合金。鋁合金熔池在基礎(chǔ)材料層的表面與基礎(chǔ)材料層反應(yīng)以形成中間材料層116，中間材料層116包括諸如Fe2Al5的鐵-鋁(FexAly)金屬間化合物。中間材料層116可在更靠近基礎(chǔ)材料層114之處具有更高的基礎(chǔ)材料層成分(例如鐵)含量，并且可在更靠近涂覆材料層118之處具有更高的涂覆材料層成分(例如鋁)含量。雖然圖3所示的中間材料層是具有固定厚度的完美平面層，但是中間材料層116可沿其相對(duì)面比這里所示的更加不規(guī)則。金屬板材件112也可以包括其它的、附加的材料層，并不限于本文所述的具體設(shè)置。
[0027]如圖3所示，多層金屬板材件的一個(gè)具體示例是具有涂覆材料層的鋼產(chǎn)品，在該鋼產(chǎn)品中，基礎(chǔ)材料層114由在鋼的各種可能的組成成分中的任意一個(gè)的鋼制成，，該示例對(duì)于汽車或者其他行業(yè)中形成主體或結(jié)構(gòu)組件很有用。在一個(gè)【具體實(shí)施方式】中，基礎(chǔ)材料層114是高強(qiáng)度鋼合金或者可硬化的鋼合金，諸如硼鋼合金、雙相鋼、壓力硬化鋼(PHS)或者高強(qiáng)度低合金鋼(HSLA)。這種材料雖然對(duì)于其重量來(lái)說(shuō)強(qiáng)度較大，但仍然經(jīng)常需要熱處理過(guò)程以獲得高強(qiáng)度特性和/或者只能在高溫下形成。涂覆材料層118可進(jìn)行選擇以幫助避免熱處理過(guò)程中的氧化，可選擇為在重量上比基礎(chǔ)材料層114輕和/或者可選擇為在后續(xù)熱處理過(guò)程中與金屬板材件112的其它層相互擴(kuò)散。在一個(gè)實(shí)施方式中，涂覆材料層118為鋁合金，諸如鋁-硅(Al-Si)合金。用于涂覆材料層的其他可能的組成成分包括純鋁或者純鋅及其合金或者化合物(例如，在底層材料被電鍍的情況下)。在基礎(chǔ)材料層114為鋼并且涂覆材料層118包括鋁的情況下，中間材料層116可包括金屬間化合物的形式的鐵和招，諸如FeAl、FeAl2、Fe3Al或Fe2Al5或者其各種不同組合。中間材料層116還可包括來(lái)自相鄰層的成分的合金。
[0028]對(duì)于基礎(chǔ)材料層114，示例性材料層的厚度范圍為從約0.5mm至約2.0mm,對(duì)于中間材料層116，示例性材料層的厚度范圍為從約Ιμπι至約15μπι，對(duì)于涂覆材料層118，示例性材料層的厚度范圍為從約5μπι至約ΙΟΟμπι。在另一個(gè)示例中，對(duì)于基礎(chǔ)材料層114，材料層的厚度范圍為從約0.5_至約1_，對(duì)于中間材料層116，材料層的厚度范圍為從約5 μ m至約10 μ m，對(duì)于涂覆材料層118，材料層的厚度范圍為從約15 μ m至約50 μ m。在一個(gè)實(shí)施方式中，中間材料層116和涂覆材料層118的組合厚度范圍為從約15 μ m至約25 μ m,中間材料層為組合厚度的約20%至30%。例如，層116和層118的組合厚度可為約20 μ m，其中，中間材料層厚約4-6 μ m，涂覆材料層構(gòu)成了其余組合厚度。當(dāng)然，這些范圍是非限制性的，因?yàn)閱蝹€(gè)層的厚度取決于應(yīng)用和/或所用材料的類型的具體的多個(gè)因素。例如，基礎(chǔ)材料層114可以是鋼以外的材料，如鋁合金、鎂合金、鈦合金或者一些其他合適的材料。本文所述的方法可以與具有比附圖所示更多或者更少的材料層的金屬板材件一起使用。技術(shù)人員還可以理解的是，為附圖不一定按比例，并且層114至層118的相對(duì)厚度可與圖中所示不同。
[0029]再次參照?qǐng)D3，以下將描述金屬板材件的第一側(cè)124上的焊接凹口 130。在該示例中，該描述同樣適用于在相對(duì)的第二側(cè)126上的焊接凹口 130。焊接凹口 130是金屬板材件112的邊緣區(qū)域120的一部分，其中，已從其它方式的統(tǒng)一分層結(jié)構(gòu)中去除或者省去一些材料。當(dāng)金屬板材件被焊接至另一金屬板材件時(shí)，焊接凹口 130促成了沿邊緣128的高質(zhì)量焊接接頭，并且可通過(guò)減少或者去除成為后繼焊接接頭的一部分的涂覆材層118和/或者中間材料層116的量來(lái)達(dá)到這一效果。在涂覆材料層118包括如果包括在焊接接頭中就會(huì)在焊接接頭處形成不連續(xù)處或者減弱所產(chǎn)生的焊接接頭的一個(gè)或多個(gè)成分的情況下，焊接凹口尤其有用。焊接凹口 130具有特征凹口寬度W和凹口深度D，在該【具體實(shí)施方式】中，特征凹口寬度W和凹口深度D中每個(gè)都沿邊緣128的長(zhǎng)度保持相對(duì)恒定。凹口寬度W是從邊緣128至第一凹口表面132的距離，凹口深度D是從涂覆材料層118的外表面至第二凹口表面134的距離。在焊接凹口 130隨金屬板材件為方形時(shí)，如該具體示例所示，凹口寬度W等于第二凹口表面134的寬度，凹口深度D等于第一凹口表面132的寬度。
[0030]焊接凹口 130的尺寸可與金屬板材件的厚度T、將在邊緣128處形成的焊接接頭的期望尺寸和/或一個(gè)或多個(gè)材料層厚度相關(guān)。在一個(gè)實(shí)施方式中，凹口寬度W是厚度T的約0.5倍至約1.5倍。在另一實(shí)施方式中，凹口寬度W為約0.5mm至約4mm。凹口寬度W還可為期望焊接接頭寬度的至少一半。對(duì)于圖3所示示例，凹口深度D大于涂覆材料層118的厚度，并小于中間材料層116和涂覆材料層118的組合厚度。但是，這在一些其他示例性實(shí)施方式中不同。
[0031]焊接凹口 130還可以關(guān)于凹口表面132、134的某些特征進(jìn)行描述。例如，在圖3的實(shí)施方式中，第一凹口表面132包括來(lái)自中間材料層116和涂覆材料層118 二者的材料。第二凹口表面134僅包括來(lái)自中間材料層116的材料，并且第一凹口表面和第二凹口表面沿邊緣136相交，其中，邊緣136被定位在或者位于中間材料層中。因而，在該具體示例中，通過(guò)沿著邊緣區(qū)域120去除整個(gè)涂覆材料層118和一部分中間材料層116在金屬板材件112上形成焊接凹口 130。在其他示例中，可通過(guò)只去除涂覆材料層118的一部分或者通過(guò)去除整個(gè)涂覆材料層118和中間材料層116以及一部分基礎(chǔ)材料層114來(lái)形成焊接凹口 130。凹口表面132、134中每個(gè)都還可以包括用于去除焊接凹口處材料的過(guò)程的條紋、分界線或者其它過(guò)程類型的指示部。諸如激光燒蝕或者機(jī)械切除的燒蝕過(guò)程可以形成具有不同表面特性的凹口表面，并且本文所述的焊接坯件組件可以使用具有各種不同焊接凹口的金屬板材件。
[0032]以下參照?qǐng)D4，圖中示出了用于從兩個(gè)具有涂覆材料層的金屬板材件112、112’形成焊接坯件組件140的示例性焊接過(guò)程。為了簡(jiǎn)化下面的敘述，當(dāng)一般涉及兩個(gè)金屬板材件都具有的某些特征時(shí)，有時(shí)將省略基本數(shù)字代號(hào)，并且當(dāng)涉及金屬板材件中的具體一個(gè)的特征時(shí)，將使用基本數(shù)字代號(hào)。在所示過(guò)程中，兩個(gè)金屬板材件112的邊緣區(qū)域120對(duì)齊，其中，各自的邊緣128彼此相接觸。高功率激光光束142朝向?qū)R的邊緣區(qū)域120進(jìn)行導(dǎo)弓丨，并且在激光光斑114處照射金屬板材件112。激光光束142將能量傳遞至激光光斑144，該能量足以局部熔化來(lái)自每個(gè)金屬板材件112的材料，從而形成包括來(lái)自兩個(gè)金屬板材件的融化的材料的焊池146。隨著激光光束142沿著對(duì)齊的邊緣區(qū)域120 (在圖4的正X方向上)前進(jìn)或者向前移動(dòng)，在激光光束后面的焊池146的部分(在圖4中負(fù)X方向上)凝固以形成焊接接頭148。所得到的焊接接頭148連接兩個(gè)金屬板材件112并位于焊接坯件組件140的焊接區(qū)域150中。
[0033]焊接接頭148基本上沒(méi)有來(lái)自涂覆材料層116、118中至少一個(gè)的材料。這至少部分是由于沿邊緣區(qū)域120提供的焊接凹口 130，其中，來(lái)自于一個(gè)或多個(gè)涂覆材料層的材料已被去除。在該具體示例中，所示金屬板材件112中每個(gè)都具有不同厚度(S卩，拼焊坯件)，如圖2和圖3所示，并且被準(zhǔn)備為具有沿著各自邊緣區(qū)域120的相對(duì)側(cè)124、126形成的焊接凹口 130。以下將對(duì)該示例和焊接坯件組件的其他示例進(jìn)行更詳細(xì)的描述。還應(yīng)注意的是，雖然所示板材組件140包括單個(gè)焊接接頭148，但是焊接坯件組件可通過(guò)多個(gè)焊接接頭148由多于兩個(gè)的金屬板材件112形成。板材組件140可以可替代地或者附加地包括一個(gè)或多個(gè)曲線形的焊接接頭，其中，焊接接頭的至少一部分是曲線形的并且沿著彎曲的或者波狀形的邊緣128和/或邊緣區(qū)域120形成。
[0034]可執(zhí)行其它過(guò)程步驟來(lái)提高所得焊接接頭148的質(zhì)量，諸如通過(guò)將附加材料加入焊池146中以控制所得焊接接頭148的成分、尺寸和/或形狀。圖5示出了一個(gè)示例，其中，附加材料為隨著激光光束沿著對(duì)齊的邊緣區(qū)域120移動(dòng)而進(jìn)給至激光光斑114的金屬線158的形式。來(lái)自金屬線158的材料與來(lái)自金屬板材件112的材料一起熔化，以使得焊池146和所得焊接接頭148包括附加材料。這對(duì)于一些不期望的成分(即，沒(méi)有從涂覆材料層118和中間材料層116完全去除的殘余成分)有稀釋焊池的效果。例如，有時(shí)即使在燒蝕過(guò)程形成焊接凹口 130之后，在對(duì)齊的邊緣區(qū)域120處有時(shí)還存在殘余的涂覆材料。這可能是由于激光燒蝕過(guò)程中的飛濺或者在先前剪切操作中沿著邊緣128擦涂或者涂抹的涂覆材料。不需要的成分還可括沿著邊緣區(qū)域存在的氧化產(chǎn)物或者其他腐蝕產(chǎn)物。用合適的附加材料稀釋焊池146可以幫助驅(qū)出任何殘留的不需要的成分，殘留的成分在焊池中可具有較差的可溶性。
[0035]如圖6所示，焊接過(guò)程還可包括在所得焊接接頭148上添加保護(hù)性涂覆154或者其他附加材料?？墒┘颖Ｗo(hù)性涂覆154來(lái)在板材組件140等待金屬成形或者其他后續(xù)過(guò)程時(shí)保護(hù)焊接區(qū)域150不被氧化。保護(hù)性涂覆154可以是抗腐蝕材料，諸如抗腐蝕金屬或者有機(jī)材料(例如油、蠟或者基于聚合物的材料)。根據(jù)成分，涂覆154可以以固體或者液體的形式進(jìn)行應(yīng)用。在圖6所示的示例中，形成涂覆154的材料緊隨激光光斑144之后作為粉末材料156進(jìn)行施加，其中，來(lái)自于激光過(guò)程的殘余熱量熔化該粉末材料，以使得該粉末材料流動(dòng)并且涂覆焊接接頭148和/或焊接區(qū)域150的其他部分?？刹捎么渭?jí)加熱過(guò)程來(lái)幫助涂覆材料在焊接區(qū)域流動(dòng)，諸如額外的激光光束或者其他熱源。保護(hù)性涂覆可具有與一個(gè)或多個(gè)金屬板材件的涂覆材料層118—樣的一個(gè)或多個(gè)成分。在一個(gè)實(shí)施方式中，保護(hù)性涂覆154是鋁或者鋁合金，并且可按配方制定為用于取代之前在焊接凹口 130形成時(shí)從單個(gè)金屬板材件112去除的材料。在金屬板材件112是涂覆鋁的鋼的情況下，保護(hù)性涂覆154可在隨后的熱處理和/或熱成形過(guò)程中在焊接區(qū)域與鋼互相擴(kuò)散。在有機(jī)材料被用于形成保護(hù)性涂覆154的情況下，涂覆可在隨后的這種過(guò)程中被燒掉，或者稍后以其它方式去除。
[0036]附加材料，不論是以線、粉末或者其他形式提供，都優(yōu)選地選擇為與焊池中已包括的材料相兼容。例如，金屬線158可以由與金屬板材件112中基礎(chǔ)材料層114相同的材料制成?；蛘吒郊硬牧峡梢允嵌喾N成分的合金，這些成分中的一些或者全部還存在于金屬板材件的基礎(chǔ)材料層中。在金屬板材件是具有涂覆材料層的鋼板的情況下，附加材料152可為鋼或者另一鐵合金。在另一實(shí)施方式中，選擇附加材料，以使得最終的焊接接頭成分具有比金屬板材件中基礎(chǔ)材料層高的抗腐蝕性和抗氧化性。附加材料不一定以線的形式提供，因?yàn)楦郊硬牧峡梢员缓苋菀椎囊岳缃饘俜勰┑男问?圖6)噴射或以其他方式提供至熔化的焊池。
[0037]除了稀釋不需要的成分，引入附加材料還可以以其他方式影響焊接接頭成分。例如，可選擇附加材料來(lái)加強(qiáng)焊接接頭148的強(qiáng)度或者硬度。在一個(gè)實(shí)施方式中，基礎(chǔ)材料層116是鋼合金，并且將碳粉添加至焊池146中。在這個(gè)示例中，即使加入非常少量(例如，0.25wt%或更少)時(shí)，碳也可以提高焊接接頭148的硬度?？梢蕴砑又梁赋?46中以加強(qiáng)所形成的焊接接頭強(qiáng)度的附加材料包括鋼、鐵、硼、鉻、鎂、錳、鑰、錫、鈦、釩或者任意合金和/或其組合。根據(jù)基礎(chǔ)材料層的構(gòu)成、期望特性的加強(qiáng)或者其他因素，其它附加的材料也可以是合適的，包括藥芯和實(shí)心線。優(yōu)選地，這種材料以一個(gè)量加入，該量使得焊接接頭即使在后繼熱處理之后也具有比遠(yuǎn)離焊接接頭位置的金屬板材件更高的硬度和/或抗拉強(qiáng)度。
[0038]例如，當(dāng)焊接坯件組件在沒(méi)有加入附加材料的情況下經(jīng)歷后繼熱處理過(guò)程時(shí)，焊接接頭和基礎(chǔ)材料層的成分和微結(jié)構(gòu)可以變得幾乎一樣，以使得焊接接頭由于表面不規(guī)則和降低的厚度變成焊接坯件組件最薄弱的部分。在鋼合金的具體情況下，初步形成的焊接接頭可比遠(yuǎn)離焊接接頭的基礎(chǔ)材料層更硬、強(qiáng)度更大，但后繼諸如熱沖壓和熱成形的熱處理可以使焊接接頭奧氏體化或者以其他方式使整個(gè)焊接坯件組件鋼的微結(jié)構(gòu)更加統(tǒng)一。在用于鉻鋼的熱處理周期的非限定性示例中，焊接坯件組件可首先被加熱至奧氏體化溫度，通常為約790°C至915°C，然后快速淬火以在整個(gè)零件形成馬氏體晶粒結(jié)構(gòu)。還可以使用定制的加熱或者冷卻來(lái)影響馬氏體晶粒的形成。當(dāng)然，這僅是一個(gè)可以用于本焊接坯件組件的熱處理的示例，其他熱處理當(dāng)然也是可能的。本文使用的術(shù)語(yǔ)“熱處理(heattreatment) ”和“熱處理(heat treating) ”廣泛地包括任何類型的高溫過(guò)程(如熱沖壓)，這些過(guò)程為本領(lǐng)域公知的對(duì)高強(qiáng)度鋼合金和可硬化鋼合金(諸如鉻鋼和HSLA鋼)有用的過(guò)程。
[0039]還可使用附加材料來(lái)控制所得焊接接頭的尺寸，因?yàn)樵诳紤]可能需要替代從焊接凹口去除的材料以在整個(gè)焊接接頭達(dá)到期望的強(qiáng)度的情況下，這可能是特別有用的。如圖5和圖6所示，在過(guò)程中，該焊接凹口還可以用附加材料進(jìn)一步填充，其中，比圖4中更大的焊接凹口體積被填充，其中，圖4中沒(méi)有加入附加材料。在一個(gè)實(shí)施方式中，在形成一個(gè)或全部?jī)蓚€(gè)焊接凹口 130過(guò)程中，被填回到焊接接頭148的附加材料的單位長(zhǎng)度的體積量大于等于在焊接之前從邊緣區(qū)域120去除的材料的單位長(zhǎng)度的體積量。附加材料可導(dǎo)致焊接接頭厚度增加，例如，焊接接頭的厚度可大于或者等于相鄰的金屬板材件的厚度?\、T2中的至少一個(gè)，以使得焊接接頭的一部分延伸至金屬板材件的相鄰表面的至少一個(gè)之外。例如，如圖8至圖10所示，這可發(fā)生在上側(cè)124、下側(cè)126或者上側(cè)124和下側(cè)126 二者上。
[0040]如上所述，附加材料還可用于控制所得焊接接頭148的形狀和幾何結(jié)構(gòu)。例如，拼焊坯件有時(shí)在被激光焊接的上側(cè)(即，附圖中的側(cè)部124和124’)處具有凹形的焊接接頭。這通常是由于重力在激光焊接過(guò)程中將熔化的焊接材料向下拉，以使得所得焊接接頭148在上表面略微凹陷或凹進(jìn)。如圖8至圖10所示，附加材料的引入，具體當(dāng)由線158提供時(shí)，可用于影響或者控制該形狀，以使得焊接接頭148的兩側(cè)都呈現(xiàn)向外延伸或者凸出的焊接接頭形狀?？刂坪附咏宇^148的形狀或在厚度方向上構(gòu)建焊接接頭148不同于如有時(shí)在某些非激光焊接操作過(guò)程中進(jìn)行的、簡(jiǎn)單地加入填充材料以填充邊緣表面128與128’之間的縫隙或者空間。應(yīng)理解的是，不論是以線、粉末或者一些其他的合適的方式提供的附加材料都可用于操縱焊接接頭148并且為焊接接頭148提供形狀，除了附圖中所示的凸形之外。
[0041]圖5所示的實(shí)施方式具體適合于影響所得焊接接頭148的成分、尺寸和/或形狀，其中，附加材料以線或者棒158的形式提供至焊池146。如果使用線158來(lái)影響焊接接頭148的尺寸和/或形狀，則在激光142照射或者打擊板材件的焊接組件上的側(cè)部引入附加材料所制成的線通常很有用。在圖5中，該側(cè)部還正好是焊接組件的上側(cè)，以使得隨著焊池中熔化的材料被重力向下拉，然后，焊池通過(guò)從線158引入的附加材料填充了一些。在圖6所示的實(shí)施方式很適合于用來(lái)控制所得焊接接頭的成分，其中，描述了一個(gè)以粉末而不是線的形式將附加材料提供給焊池146的示例。如上所述，有時(shí)僅用少量的諸如碳(C)的增強(qiáng)劑就可以使焊接接頭148顯著加強(qiáng)；因而，在例如需要影響焊接接頭的成分而不必影響焊接接頭的尺寸和/或形狀時(shí)，粉末引入技術(shù)可能是最好的。然而，這并不是說(shuō)圖6的粉末引入方法不能用于控制焊接接頭的尺寸和/或形狀，只是其很適合控制焊接接頭的成分和組成。
[0042]在那些使用光纖激光或其它高能量密度激光來(lái)形成焊接接頭148的示例中，可以通過(guò)將附加材料插入或者以其他方式提供至焊接小孔中而將附加材料引入焊池146。因?yàn)楦郊硬牧喜槐丶性谄浔灰氲谋砻嫣?，所以這可以生成焊接接頭成分的更好的統(tǒng)一性。對(duì)于不均勻厚度的焊接坯件組件(如圖7和圖8所示的那些焊接坯件組件)，用附加材料來(lái)控制焊接接頭148的尺寸和/或形狀可能沒(méi)那么有效，因?yàn)閬?lái)自較厚的金屬板材件112的材料在焊池146中可被用于解決焊接接頭148的變薄或者凹度問(wèn)題。對(duì)于均勻厚度的焊接坯件組件(如圖9和圖10所示的那些焊接坯件組件)，用附加材料來(lái)控制焊接接頭148的尺寸和/或形狀可能更有效，因?yàn)樵诤赋?46沒(méi)有來(lái)自于較厚的金屬板材件的、用于操縱焊接接頭148的尺寸和/或形狀的額外的材料。如上所述，在這些示例中，優(yōu)選以線或者棒的形式提供附加材料，因?yàn)檫@種附加材料有時(shí)更適合于控制焊接接頭148的形狀和/或尺寸，。
[0043]圖7和圖8是圖4中焊接坯件組件140的剖視圖，分別隨著激光光束142在沿x方向上移動(dòng)在激光光束142前或者前面以及在激光光束142后或者后面截取。某些尺寸關(guān)系可參照這些附圖來(lái)描述。圖7示出了兩個(gè)金屬板材件112和112’的邊緣區(qū)域120，其中，邊緣區(qū)域120各自的邊緣128彼此對(duì)靠，其中，一個(gè)金屬板材件112具有厚度?\，另一金屬板材件112’具有厚度Τ2。圖7還示出了激光光束142，其包括中心軸線Α，軸線Α與垂直于金屬板材件112的平面的線B形成角度α。第一金屬板材件112在邊緣區(qū)域120的相對(duì)側(cè)部124和126上具有焊接凹口 130，焊接凹口分別具有寬度巧和^。第二金屬板材件112’在邊緣區(qū)域120’的相對(duì)側(cè)部124’和126’上包括焊接凹口 130’，其焊接凹口分別具有寬度W3和W4。每個(gè)焊接凹口 130和130’都還具有相應(yīng)的深度Di至D4。
[0044]圖8示出了兩個(gè)金屬板材件112、112’，金屬板材件112、112’在焊接接頭148處連接以形成焊接坯件組件140。為了清晰起見(jiàn)，圖8中的板材厚度(?\、Τ2)、焊接凹口寬度(Wi至胃4)，和焊接凹口深度(01至04)被省略，但是可與圖7中相同。焊接坯件組件140具有焊接區(qū)域150，焊接區(qū)域150包括焊接接頭148、熱影響區(qū)152以及沿焊接接頭148 —側(cè)或兩側(cè)的一個(gè)或多個(gè)焊接凹口表面132、132’、134、134’(可選)。焊接接頭148包括來(lái)自金屬板材件112、112’二者的材料以及任何可能已加入的附加材料，并且具有寬度W5。焊接接頭148可由焊接過(guò)程中熔化的材料和焊池146的一部分形成。來(lái)自每個(gè)金屬板材件112、112’的基礎(chǔ)材料層114、114’的材料的混合物優(yōu)選為焊接接頭148的主要成分。焊接接頭148基本上不含來(lái)自于涂覆材料層118、118’的材料，本文所用的“基本上不含(substantiallyfree) ”是指來(lái)自于涂覆材料層118、118’的材料低于焊接接頭的成分的0.5wt%,在一些情況下低于0.lwt%。根據(jù)焊接凹口 130、130’的尺寸和形狀以及諸如各種材料層的厚度的其他因素，焊接接頭148可基本上不含來(lái)自于中間材料層116、116’的材料或可以不基本上不含來(lái)自于中間材料層116、116’的材料。如果焊接接頭148基本上不含這種材料，則來(lái)自于中間材料層116、116’的材料的總量低于焊接接頭的成分的0.5wt%。然而，這不是必要的，因?yàn)楹附咏宇^148可基本上不含涂覆材料層材料，但是包括中間材料層材料。
[0045]熱影響區(qū)152可在激光焊接過(guò)程中生成，并且與焊接接頭148相鄰進(jìn)行定位。示例性熱影響區(qū)152的邊界以虛線示出，然而，這些邊界在其它實(shí)施方式中可不同。熱影響層152的成分與其所源自的基礎(chǔ)材料層114，114’大體相同。但是熱影響區(qū)152的特征在于:由于材料在焊接過(guò)程中已經(jīng)達(dá)到了轉(zhuǎn)變溫度，所以至少具有與略微不同于基礎(chǔ)材料層114的微結(jié)構(gòu)。熱影響區(qū)152的微結(jié)構(gòu)可以以多種方式不同于基礎(chǔ)材料層114，諸如平均晶粒尺寸、晶粒成分、某個(gè)固溶相和/或沉淀相的相對(duì)量、晶體結(jié)構(gòu)(例如，鐵素體對(duì)奧氏體)等。換言之，來(lái)自激光光束142的熱能使得熱影響區(qū)152的材料在焊接過(guò)程中被熱處理。焊接接頭148和熱影響區(qū)152共同具有寬度\。
[0046]在圖7和圖8所示的示例中，金屬板材件112的厚度?\大于金屬板材件112’的厚度!^(即，不均勻厚度的拼焊坯件)，雖然這不是強(qiáng)制的。具有厚部分和薄部分的焊接坯件組件對(duì)于后續(xù)形成需要一部分的強(qiáng)度高于另一部分的部件很有用。因而，可僅在需要之處使用較厚的金屬。在焊接設(shè)置中，可使第一金屬板材件112的側(cè)部126與另一金屬板材件112’的側(cè)部126’在同一平面內(nèi)大致對(duì)齊。板材厚度的不匹配造成臺(tái)階部分，以使得較厚的金屬板材件112的邊緣128在與對(duì)面邊緣128’對(duì)靠之處被暴露。在所示示例中，激光光束142的入射角大于零(α >0° )，以使得激光光束在焊接過(guò)程中沿焊接凹口表面134、134’照射邊緣128的一部分。入射角α和激光光斑144的精確位置根據(jù)多個(gè)因素變化，諸如實(shí)際厚度^和^和/或它們之間的差異程度。例如，角度α可在厚度差(T1-1g較大的情況下較大，在厚度差較小的情況下較小。在一個(gè)示例中，當(dāng)^二^時(shí)，角度α =0°，并且當(dāng)^古^時(shí)，角度α在0°至45°之間，或者甚至在5°至35°之間。
[0047]每個(gè)焊接凹口 130、130’都可單獨(dú)確定尺寸以確保來(lái)自于涂覆材料層118、118’的材料不存在于焊接接頭148中，或者焊接接頭148基本上不含來(lái)自于涂覆材料的材料。對(duì)于金屬板材件112，焊接凹口的尺寸與以下尺寸相關(guān):金屬板材件112的總厚度?\、兩個(gè)金屬板材件的相對(duì)厚度(例如T1-l或IVT2)、材料層116、118中一個(gè)或多個(gè)的厚度、焊接接頭148的期望尺寸W5、熱影響區(qū)152的期望尺寸W6、激光光斑144的尺寸和/或入射角α，僅舉幾個(gè)非限定性的可能性。
[0048]在焊接凹口尺寸與金屬板材件的總厚度相關(guān)的示例中，每個(gè)焊接凹口 130、130’都可具有寬度H W3、ff4,該寬度為形成焊接凹口的金屬板材件厚度!\、T2的約1.0倍至約2.0倍。為了說(shuō)明這一特征，考慮?\為2.0mm、T2為1.0mm的示例，這導(dǎo)致焊接凹口的尺寸Wi和W2在約2.0至4.0mm的范圍內(nèi)，W3和W4在約1.0至2.0mm的范圍內(nèi)?？蓛?yōu)選的是每個(gè)焊接凹口的寬度W都接近這些范圍的中間，以使得Wi和W2每個(gè)都是約1.5T1；并且W3和W4每個(gè)都是約1.5T2。在金屬板材件一側(cè)的焊接凹口的寬度可以與金屬板材件相對(duì)一側(cè)的焊接凹口的寬度不同。例如，金屬板材件被激光光束142照射或者打擊的側(cè)部的焊接凹口的寬度Wi和W3可比位于相對(duì)側(cè)部或者沒(méi)有激光的側(cè)部的焊接凹口的寬度W2和W4寬，以便容納更大的焊接接頭尺寸。在一個(gè)實(shí)施方式中，比率A/%和W3/W4每個(gè)都在約1.0至約2.0的范圍內(nèi)。
[0049]在焊接凹口的尺寸與焊接接頭和/或熱影響區(qū)的期望尺寸相關(guān)的示例中，在焊接坯件組件140激光焊接一側(cè)124的焊接凹口的組合厚度(Wi+Wj是焊接接頭148期望尺寸W5的約2.0至約5.0倍，或者是熱影響區(qū)152的期望尺寸W6的約1.5至約4.0倍。這可以在焊接區(qū)域50中允許足夠的空間以避免焊接過(guò)程中熔化和包含來(lái)自于涂覆材料層118、118’的材料。如果焊接凹口 130、130’未恰當(dāng)確定尺寸，則激光光束142可能導(dǎo)致來(lái)自一個(gè)或多個(gè)涂覆材料層或中間材料層的材料不期望地流入焊池中，從而破壞了焊接凹口的目的。具體是在涂覆材料層118的熔點(diǎn)低于基礎(chǔ)材料層114的熔點(diǎn)的示例中，提供具有足夠大的焊接凹口尺寸可能很有用，以使得將殘余的涂覆材料充分遠(yuǎn)離焊接接頭148和熱影響區(qū)152間隔開(kāi)。另一方面，如果焊接凹口的尺寸過(guò)大，則可在焊接凹口表面134、134’處暴露過(guò)多的非涂覆表面的區(qū)域，這可在后續(xù)熱處理過(guò)程中導(dǎo)致不期望的腐蝕、氧化等。
[0050]在焊接凹口尺寸與激光光斑尺寸相關(guān)的示例中，最窄的焊接凹口寬度H W3、ff4可為激光光斑144寬度的約0.5至約2.0倍。根據(jù)激光的類型以及使用該激光的具體應(yīng)用，激光光斑可以具有約0.5mm至約2.0mm的寬度或直徑。使用一個(gè)示例，其中，激光光斑144的寬度是1.0mm，最窄或者最小的焊接凹口寬度屬于位于焊接坯件組件的下側(cè)126’的焊接凹口 130’，焊接凹口可具有約0.5mm至約2.0mm的寬度W4。這個(gè)關(guān)系還可逆向使用，從而在已知焊接凹口寬度情況下確定合適的激光光斑的尺寸，并且，可在已知激光光斑的尺寸的情況下確定合適的焊接凹口寬度。
[0051]經(jīng)驗(yàn)證明，之前涉及焊接凹口尺寸和一個(gè)或多個(gè)參數(shù)一如金屬板材件的總厚度或者焊接接頭和/或熱影響區(qū)的期望尺寸或激光光斑的尺寸一的關(guān)系幫助確保所得焊接接頭基本上不含污染物，并且?guī)椭苊夂附咏宇^周圍有大的或者多余的焊接凹口區(qū)域。這種表面區(qū)域并不是焊接接頭的一部分并且已經(jīng)被去除了涂覆材料層118，因而，這種表面區(qū)域更容易受到腐蝕、氧化等的影響。
[0052]圖9和圖10示出了焊接坯件組件的額外實(shí)施方式，其中，焊接坯件組件可通過(guò)與圖4所示類似的焊接過(guò)程形成。圖9中的焊接坯件組件240包括金屬板材件212、212’，其中，每個(gè)金屬板材件都具有大體相同的厚度，以使得?\ = T2( S卩，厚度均勻的拼焊坯件)。例如，在期望連接具有不同特性的兩個(gè)金屬板材件(例如不同等級(jí)的鋼，以使得一部分板材組件更可成形并且另一部分更硬)或者連接來(lái)自于同一坯料的兩個(gè)金屬板材件的情況下，這樣的配置很有用，但是是以節(jié)省材料并降低浪費(fèi)的方式進(jìn)行。在所示實(shí)施方式中，金屬板材件212、212’二者都是具有涂覆材料層的金屬件，并且在焊接區(qū)域250具有焊接凹口表面232、234。上述圖7和圖8中的尺寸關(guān)系在這里也使用。雖然在這個(gè)示例中?\ = Τ2，但是Wi不一定等于W3，ff2也不一定沒(méi)有等于W4，以此類推。
[0053]圖10示出了一個(gè)實(shí)施方式，其中，焊接坯件組件340包括具有涂覆材料層的金屬板材件312以及不具有涂覆材料層的金屬板材件312’，可存在附加材料也可不存在附加材料。具有涂覆材料層的金屬板材件312具有在焊接之前沿邊緣區(qū)域形成的焊接凹口 330，以使得焊接坯件組件340在焊接區(qū)域350的一側(cè)具有焊接凹口表面332、334，但是在不具有涂覆材料層的金屬板材件312’所在的、焊接區(qū)域的另一側(cè)不包括焊接凹口表面。在近必需或需要一個(gè)具有涂覆材料層的金屬板材件的情況下，該配置可能很有用。上述與圖7和圖8相關(guān)的的尺寸關(guān)系在這里也適用。雖然在這個(gè)示例！\約等于T2，但并非總是如此。例如，具有涂覆材料層的金屬板材件312可包括強(qiáng)度更高的合金作為基礎(chǔ)材料層14，以使得可相對(duì)于不具有涂覆材料層的金屬板材件312’減小金屬板材件312的厚度。
[0054]可使用其它類型的焊接過(guò)程來(lái)代替本文所示和所述的激光焊接過(guò)程。例如，激光光束可以由常規(guī)MIG或者TIG、激光MIG或者TIG、復(fù)合焊接或者其他電弧焊設(shè)備來(lái)代替以形成焊接接頭。雖然包括沿金屬板材件邊緣區(qū)域的焊接凹口在激光焊接過(guò)程中尤其適用，但焊接凹口也可以與其他類型的焊接過(guò)程一起使用并且可因此提高焊接接頭質(zhì)量，在激光焊接過(guò)程中，焊接接頭材料的主要來(lái)源是金屬板材件本身。除了附圖所示的對(duì)接焊接配置，還可形成兩個(gè)不同金屬板材件的邊緣區(qū)域重疊的搭焊接和點(diǎn)焊接。在使用具有涂覆材料層的金屬板材件的應(yīng)用中，本文所述的焊接凹口可以沿待焊接的一個(gè)或多個(gè)邊緣形成以確保高質(zhì)量的焊接接頭。
[0055]應(yīng)理解的是，以上描述不是對(duì)本發(fā)明的限定，而是對(duì)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)優(yōu)選的示例性實(shí)施方式的描述。本發(fā)明并不限于本文中公開(kāi)的【具體實(shí)施方式】，而是僅由所附的權(quán)利要求書限定。此外，包括在前面的描述中的陳述涉及【具體實(shí)施方式】，并且除了在上面明確定義了術(shù)語(yǔ)或措辭的情況以外，不應(yīng)被解釋成對(duì)本發(fā)明的范圍或者權(quán)利要求中所使用的術(shù)語(yǔ)的限定上的約束。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，所公開(kāi)的實(shí)施方式的各種其他實(shí)施方式和各種變型和修改將變得顯而易見(jiàn)。所有這種其他實(shí)施方式、變化和修改都旨在落入所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
[0056]如本說(shuō)明書和權(quán)利要求書中所使用，術(shù)語(yǔ)“例如(for example) ”、“例如(e.g.，) ”、“例如(for instance) ”、“如(such as)”和“像(like) ” 以及動(dòng)詞“包括(comprising)”、“具有(having) ”、“包括(including)”及它們的其他動(dòng)詞形式中每個(gè)在與一個(gè)或多個(gè)部件或其他項(xiàng)目的列表結(jié)合使用時(shí)均應(yīng)被解釋為開(kāi)放的，即，意味著該列表并不應(yīng)被視為排出其他、附加的部件或項(xiàng)目。其他術(shù)語(yǔ)應(yīng)被解釋成使用它們最寬泛的合理含義，除非它們用在要求不同解釋的上下文中。
【權(quán)利要求】
1.一種制造焊接坯件組件(140)的方法，包括以下步驟: (a)提供具有厚度(T1)的第一金屬板材件(112)以及具有厚度(T2)的第二金屬板材件(112’)，所述第一金屬板材件和第二金屬板材件中至少一個(gè)是具有涂覆材料層(118)的金屬板材件并具有帶有焊接凹口(130)的邊緣區(qū)域(120)，其中，所述涂覆材料層(118)在所述焊接凹口處的材料被去除； (b)在所述邊緣區(qū)域?qū)⑺龅谝唤饘侔宀募约八龅诙饘侔宀募O(shè)置在一起；以及 (c)在所述邊緣區(qū)域在所述第一金屬板材件與所述第二金屬板材件之間形成焊接接頭(148)，其中，所述焊接接頭至少部分地位于所述焊接凹口中，并且包括來(lái)自于所述邊緣區(qū)域的材料，但基本上不包括來(lái)自所述涂覆材料層的材料。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一金屬板材件(112)與所述第二金屬板材件(112’ )中至少一個(gè)包括基礎(chǔ)材料層(114)、所述涂覆材料層(118)以及夾在所述基礎(chǔ)材料層與所述涂覆材料層之間的中間材料層(116)，并且所述第一金屬板材件(112)和所述第二金屬板材件(112’ )中至少一個(gè)具有帶有所述焊接凹口(130)的邊緣區(qū)域(120)，其中，所述涂覆材料層(118)和所述中間材料層(116) 二者在所述焊接凹口處的材料均被去除。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中,T1XT2并且較薄的第二金屬板材件(112’)是具有焊接凹口(130’ )且具有所述涂覆材料層(118)的金屬板材件，其中，所述涂覆材料層(118)在所述焊接凹口處的材料被去除，并且步驟(c)還包括形成所述焊接接頭(148)，以使得來(lái)自于較厚的第一金屬板材件(112)的熔化的材料流入所述較薄的第二金屬板材件的焊接凹口中并凝固。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，T1= T2并且所述第一金屬板材件和所述第二金屬板材件(112，112’)二者都是具有所述焊接凹口(130，130’)且具有所述涂覆材料層(118)的金屬板材件，其中，所述涂覆材料層(118)在所述焊接凹口處的材料被去除，并且步驟(c)還包括形成所述焊接接頭(148)，以使得來(lái)自于所述第一金屬板材件和所述第二金屬板材件二者的熔化的材料都流入所述第一金屬板材件和所述第二金屬板材件二者的焊接凹口中并凝固。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述焊接凹口(130)具有寬度(W)，所述寬度(W)是在其中形成所述焊接凹口的金屬板材件的厚度0\、T2)的0.5倍至1.5倍。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟(c)還包括以下步驟: 在所述邊緣區(qū)域(120)處在所述第一金屬板材件與所述第二金屬板材件(112，112’ )之間形成焊池(146)，其中，所述焊池包括來(lái)自于所述第一金屬板材件和所述第二金屬板材件的熔化的材料；以及 將附加材料(156、158)提供至所述焊池以影響所述焊接接頭(148)形成時(shí)的大小、形狀和/或成分，其中，所述附加材料被設(shè)計(jì)成在后續(xù)熱處理過(guò)程中加強(qiáng)所述焊接接頭的強(qiáng)度。
7.—種制造焊接坯件組件(140)的方法，包括以下步驟: (a)提供第一金屬板材件(112)和第二金屬板材件(112’)，所述第一金屬板材件和所述第二金屬板材件中至少一個(gè)是具有涂覆材料層(118)的金屬板材件并且具有帶有焊接凹口(130)的邊緣區(qū)域(120)，其中，所述涂覆材料(118)在所述焊接凹口處的材料被去 除； (b)在所述邊緣區(qū)域?qū)⑺龅谝唤饘侔宀募退龅诙饘侔宀募O(shè)置在一起； (C)在所述邊緣區(qū)域使用激光(142)以在所述第一金屬板材件和所述第二金屬板材件之間形成焊池(146)，所述焊池包括來(lái)自所述邊緣區(qū)域的材料，但基本上不包括來(lái)自于所述涂覆材料層的材料；以及 (d)將附加材料(156、158)提供至所述焊池以影響焊接接頭(148)形成時(shí)的大小、形狀和/或成分，其中，所述附加材料為后續(xù)熱處理過(guò)程加強(qiáng)所述焊接接頭的強(qiáng)度。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，步驟(d)還包括將所述附加材料(156、158)提供至所述焊池(144)以影響所述焊接接頭(148)形成時(shí)的大小，以這樣一種方式將所述附加材料提供至所述焊池，即，主要使得所述焊接接頭的厚度增加，而不填充所述第一金屬板材件(112)和所述第二金屬板材件(112’ )的邊緣(128、128’ )之間的縫隙，并且增加的厚度為后續(xù)熱處理過(guò)程加強(qiáng)所述焊接接頭的強(qiáng)度。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，步驟(d)還包括將所述附加材料(156、158)提供至所述焊池(144)以影響所述焊接接頭(148)形成時(shí)的形狀，以這樣一種方式將所述附加材料提供至所述焊池，即，導(dǎo)致大體凸形而不是凹形的焊接接頭，并且所述凸形為后續(xù)熱處理過(guò)程加強(qiáng)所述焊接接頭的強(qiáng)度。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，步驟(d)還包括將所述附加材料(156、158)提供至所述焊池(144)以影響所述焊接接頭(148)形成時(shí)的成分，以這樣一種方式將所述附加材料提供至所述焊池，即，使得所述附加材料與所述焊池中熔化的含量相互混合，并且為后續(xù)熱處理過(guò)程加強(qiáng)所述焊接接頭的強(qiáng)度。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，步驟(d)還包括以金屬粉末的形式將所述附加材料(156)提供至所述焊池(144)，并且所述金屬粉末在通過(guò)高能量密度的激光(142)所形成的焊接小孔被引入，以使得所述附加材料良好地分布在所述焊接接頭(148)中。
12.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述附加材料(156、158)為碳或者碳基合金，以使得所形成的焊接接頭(148)的成分具有比所述第一金屬板材件和第二金屬板材件(112、112’ )中的基礎(chǔ)材料層更高的碳含量。
13.如權(quán)利要求7所述的方法，還包括以下步驟: (e)作為熱沖壓過(guò)程的一部分對(duì)所述焊接坯件組件(140)熱處理，，其中，以這樣一種方式熱處理所述焊接坯件組件，即，使得含有所述附加材料(156、158)的焊接接頭(148)在熱沖壓過(guò)程完成后具有與所述第一金屬板材件(112)和所述第二金屬板材件(112’ )大致相同的微結(jié)構(gòu)。
14.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，步驟(c)還包括使用激光(142)來(lái)形成來(lái)自于所述第一金屬板材件(112)和所述第二金屬板材組件(112’)的熔化的材料的焊池(144)，并且允許熔化的材料至少部分地凝固；并且步驟(d)還包括將所述附加材料提供至至少部分地凝固的熔化材料以在所述焊接接頭(148)形成時(shí)在其上形成保護(hù)性涂覆(154)。
15.一種焊接坯件組件(140)，包括: 第一金屬板材件(112)，其具有在沿第一邊緣區(qū)域(120)的涂覆材料層(118)中形成的第一焊接凹口(130)； 第二金屬板材件(112’)，其具有在沿第二邊緣區(qū)域(120’ )的涂覆材料層(118)中形成的第二焊接凹口(130’ );以及 焊接接頭(148)，其沿所述第一邊緣區(qū)域和第二邊緣區(qū)域?qū)⑺龅谝唤饘侔宀募退龅诙饘侔宀募B接在一起，并且所述焊接接頭(148)基本上不包括來(lái)自于所述第一金屬板材件和所述第二金屬板材件的涂覆材料層的成分，其中，所述焊接接頭被定位在至少部分地由所述第一焊接凹口和所述第二焊接凹口的表面限定的焊接區(qū)域(150)中。
【文檔編號(hào)】B23K9/235GK104395030SQ201380034771
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2013年6月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月29日
【發(fā)明者】詹姆士·J·伊萬(wàn)蓋麗斯塔, 邁克爾·泰恩克, 詹森·E·哈夫特, 杰克·A·埃特克斯, 詹姆士·W·沃爾瑟, 安東尼·M·帕潤(rùn)特 申請(qǐng)人:夏伊洛工業(yè)公司