本公開涉及用于焊接具有防腐層的部件的激光焊接工藝。

背景技術：

多種焊接工藝用于將薄金屬面板或其它類型的部件接合在一起。激光焊接是一種具有以下優(yōu)勢的焊接工藝：諸如能夠從將要被焊接的部件的一側進行焊接而不需接近將要被焊接的部件的背側(在點焊或阻焊時需要)。激光焊接還可在沒有填充焊絲的情況下(如手工惰性氣體保護(mig)焊接或鎢極惰性氣體保護(tig)焊接)執(zhí)行。激光焊接消除了焊嘴、焊條和焊槍的維護。

涂覆有鋅或鋅基涂層組分的防腐層的焊接件因涂層具有比鋼基板低的熔點而產生關于激光焊接工藝方面的問題。當在激光焊接操作期間涂層被加熱時，涂層蒸發(fā)產生煙流和氣體排放。通過在焊接區(qū)域吹動空氣來將煙流從激光路徑移除。由涂覆到以面對面的關系裝配在一起的兩個部件的區(qū)域的涂層蒸發(fā)所產生的氣體排放必須被允許從面板之間排出，否則氣體排放可通過熔化的激光焊縫向上冒泡并在焊縫中產生氣孔。

曾有人提出通過使用“駝峰效應(humpingeffect)”(其中，激光用于加熱將要被接合在一起的兩個面板之一的內表面)在面板之間設置一系列突起(protuberance)或凸塊(bump)。在面板面對面放置以使突起位于面板之間之后，激光焊縫形成在組件的一側，同時來自涂層的排氣通過在面板之間由凸塊形突起所創(chuàng)建的空隙排出。凸塊形突起的一個問題是難以一致地控制凸塊的高度。

以面對面關系布置的激光焊接面板的另一問題是焊接可能在焊縫的末端產生增多的氣孔。如果氣孔影響大于特定長度的焊縫時，則焊縫中的氣孔是不可接受的。取代點焊縫的激光焊縫通常被配置為直徑小于9mm并具有25mm的曲線長度的c形。如果產生過多的氣孔，則沒有足夠的空間來延伸c形焊縫的長度。

本公開旨在通過減少焊接氣孔來解決促進涂層進行排氣并保證焊接質量的問題，并解決關于激光焊接的其它問題。

技術實現(xiàn)要素：

根據(jù)本公開的一方面，公開一種用于將第一部件和第二部件焊接在一起的方法。首先通過在第一部件的一側上引導激光束而在第一部件上形成分隔焊道。隨后將第二部件裝配到所述第一部件的一側。隨后通過在分隔焊道附近按照局部圓形圖案引導第二激光束并形成終止于局部圓形圖案的徑向內側的焊縫端部而將第二部件焊接到第一部件。

根據(jù)本公開的另一方面，所述方法還包括：在第一部件和第二部件中的至少一個上設置涂層，并使涂層從由分隔焊道分隔的第一部件與第二部件之間排氣，其中，在裝配步驟中，在第一部件和第二部件裝配在一起時，所述涂層位于第一部件與第二部件之間。

形成分隔焊道的步驟可通過在所述第一部件的一側上朝向間隔開的位置引導第一激光束而形成間隔開的多個升高區(qū)域來執(zhí)行。將第二部件焊接到第一部件的步驟可通過在間隔開的升高區(qū)域外側按照局部圓形路徑引導第二激光束來執(zhí)行，所述焊縫端部形成在局部圓形路徑內側。

形成分隔焊道的步驟可通過在c形路徑中引導第一激光束而形成c形焊道來執(zhí)行。將第二部件焊接到第一部件的步驟可通過在c形焊道外側按照局部圓形路徑引導第二激光束來執(zhí)行，所述焊縫端部形成在c形焊道內側。

形成分隔焊道的步驟可通過按照第一c形路徑引導第一激光束而形成第一c形焊道并通過按照位于第一c形路徑的徑向外側的第二c形路徑引導第一激光束而形成第二c形焊道來執(zhí)行。將第二部件焊接到第一部件的步驟可通過按照第一c形焊道與第二c形焊道之間的局部圓形路徑引導第二激光束來執(zhí)行，所述焊縫端部形成在第一c形焊道內側。

根據(jù)本公開的另一個方面，公開了一種將第一部件與第二部件接合在一起的焊接結構。所述焊接結構包括在第一部件的一側上一體地形成的分隔焊道和將第二部件連接到第一部件的焊接焊道。焊接焊道包括部分環(huán)繞分隔焊道的局部圓形的焊縫部分和終止于局部圓形的焊縫部分的徑向內側的焊縫端部。

分隔焊道可包括間隔開的多個升高區(qū)域，并且局部圓形的焊縫部分可圍繞所述間隔開的多個升高區(qū)域延伸，所述焊縫端部在局部圓形的焊縫部分的徑向內側延伸。

分隔焊道可以是c形焊道，并且局部圓形的焊縫部分可圍繞c形焊道延伸，并且所述焊縫端部在c形焊道的徑向內側延伸。

分隔焊道可以是第一c形焊道。可設置第二c形焊道，第二c形焊道設置在第一c形焊道的徑向外側并與第一c形焊道同心。局部圓形的焊縫部分可設置在內側的第一c形焊道與外側的第二c形焊道之間并且焊縫端部可在第二c形焊道的徑向內側延伸。

下面將參照附圖描述本公開的上述方面和其它方面。

附圖說明

圖1是車門框的側向正視圖，示出了組件上的焊接位置。

圖2是車門框組件的分解透視圖。

圖3是遠程激光焊接工具的圖示局部截面視圖。

圖4是用于在面板上形成三個升高的凹窩式分隔部(dimplespacer)的編程圖。

圖5是使用圖4的編程圖形成的三個升高的凹窩式分隔部的平面圖。

圖6是示出當激光在面板上形成2mm的凹窩時單位為瓦特的激光輸出的功率的圖表。

圖7是用于在面板上形成內側c形分隔部和外側c形分隔部的編程圖。

圖8是利用圖7的編程圖在面板上形成的內側c形分隔部和外側c形分隔部的平面圖。

圖9是用于將面板接合在一起以形成組件的g形激光焊縫的編程圖。

圖10是利用圖9的編程圖在面板上形成g形激光焊縫的圖片。

圖11是疊加有用于在內面板上形成三個升高的凹窩式分隔部的編程圖的用于外面板上的g形激光焊縫的編程圖。

具體實施方式

參照附圖公開了說明的實施例。然而，應理解的是，所公開的實施例意在僅是示例，示例可以以各種和替代的形式實施。附圖無需按比例繪制；可以夸大或最小化一些特征以顯示特定部件的細節(jié)。所公開的具體結構和功能細節(jié)不應解釋為限制，而僅作為教導本領域技術人員如何實踐所公開的構思的代表性基礎。

參照圖1，部分地示出了車輛10，以示出限定車輛的車門開口14的車門框12。用于裝配車門框12的多個焊接位置16被作為示例示出。車門框的部件通常稱為“a柱”18。

參照圖2，在分解視圖中示出了車門框12的部件，以更好地表示車門框12的構成部件。液壓成型的管狀前梁20使a柱(在圖1中示出)強化。a柱18的其它部件包括車頂縱梁頂板22和擋風玻璃頂板24。液壓成型的管狀前梁20延伸到“b柱”26。

參照圖3，示出了可被用于在車輛10上形成激光焊接的遠程激光頭30。通過激光光纜接收器32從遠程位置接收激光。設置多個指示器二極管36以引導激光光束。設置滑蓋(coverslide)38用于激光光束的瞄準。z方向(豎直)上的激光束的調節(jié)由z變化線性馬達40來完成。設置x掃描鏡和y掃描鏡42以控制激光束在x方向和y方向上的移動。聚焦透鏡44將激光聚焦在要被焊接的物體上。設置聚焦光學滑蓋46以遮蓋聚焦透鏡44。橫向噴嘴48用于引導空氣橫跨激光光束的流動，以消除來自激光束路徑的任何煙流或氣流。

參照圖4，提供激光路徑曲線50a、50b和50c，以示出如何控制激光來橫貫面板52的內表面。激光路徑曲線50a、50b和50c具有約2mm的長度并且像部分側邊間隔開的三角形陣列一樣排列。

參照圖5，在面板52上示出了多個升高的凹窩(raiseddimple)54a、54b和54c。在圖6中控制升高的凹窩的高度。

參照圖6，示出了一系列功率偏移曲線56以示出如何控制激光功率以形成三個升高的凹窩54a至54c。每條功率偏移曲線56表示激光最初具有例如6000瓦特的功率尖峰，在移動1mm之后該功率減小到例如大約1000瓦特。在第二毫米中，激光輸出功率再次增大直到達到峰值(例如，6000瓦特)，隨后激光的功率輸出減小到0瓦特。這個過程重復三次，以提供具有控制高度的三個升高的凹窩54a至54c。

參照圖7，示出了用于形成內側c形分隔部和外側c形分隔部的激光路徑曲線60。在激光發(fā)出多個受控的脈沖的情況下，通過開始追隨外側c形路徑60a和內側c形路徑60b來形成同心的雙c形分隔部路徑60。激光路徑曲線60a始于外側c形的頂端并沿逆時針方向運動，直到到達外側c形的下端為止。此時，重新引導激光束以在內側c形的頂端開始追隨內側c形路徑60b，并且激光束沿逆時針方向旋轉，直到到達內側c形的下端為止。當具有雙c形分隔部62(在圖8中示出)的面板被焊接到一起時，接合焊縫形成在外側c形分隔部62a與內側c形分隔部62b之間。

參照圖8，雙c形分隔部62被表示為在被裝配的面板之一的內表面上形成。外側c形分隔部62a和內側c形分隔部62b形成雙c形分隔部62。

參照圖9，示出了用于形成g形激光焊縫66的激光路徑曲線64。在圖10中示出了將要形成在c形分隔部62a和62b內的g形激光焊縫66。末端68形成在g形激光焊縫66上。對于現(xiàn)有技術的c形激光焊縫，末端68是形成的焊縫的最后部分并趨于具有諸如增多的氣孔和焊縫咬邊的焊接缺陷。對于g形焊縫66，焊縫端部處的焊接缺陷被趕入g形激光焊縫66的末端68中，同時g形焊縫66的c形部分可具有令人滿意的焊接質量。

公開的焊接工藝所面對的問題之一是在材料層疊中使用不同的材料。例如，焊接到車身內側的外面板可以是0.7mm的低碳熱鍍鋅鐵(hdgi)。車身內側組件可包括：dp800無涂層鋼；dp800hdgi(鍍鋅高強度鋼)；dp1000(無涂層高強度鋼)；高強度低合金鋼340(hsla)；硼鋼m1a37；馬氏體鋼1100和低碳熱鍍鋅(hdg)鋼。

用于提供遠程激光30的設備包括highyag遠程掃描頭、控制激光頭的highyageps、6000瓦特激光和可編程控制器。

用于控制遠程激光30的參數(shù)包括激光功率、激光束的移動速度以及在形成升高的凹窩時和在形成g形激光焊縫時的功率斜坡進入/退出(rampin/out)。影響工藝的關鍵因素包括用于保持激光路徑清晰的煙流抑制氣流、控制凹窩的高度還有凹窩的位置。其它因素包括當兩個面板為了焊接而裝配在一起時的部件配合和遠程激光30的焦點。

煙流是在焊接期間從通過激光形成的小孔(keyhole)上方的焊池發(fā)出的等離子云。等離子云吸收激光能量并使傳遞給工件的功率減小，從而導致較小的穿透。橫向噴嘴48引導空氣或另一氣體在焊縫上流動并將煙流從激光路徑移出。然而，煙流抑制不總是必須的，煙流抑制減少不一致的能量吸收并產生更一致的焊接質量。成功的煙流抑制產生更魯棒的質量和穿透。煙流抑制的關鍵因素是從橫向噴嘴48提供穩(wěn)定的氣流。

參照圖10中示出的g形激光焊縫66，在一個示例中焊縫66的直徑為9mm，長度為25mm。如果25mm焊縫的80％是無孔的，則確定該焊縫是可以接受的。通過形成g形焊縫，焊縫的末端被設置在焊縫的局部圓形邊緣內，并且能夠被伸長以保證焊縫長度的80％是無孔的，從而得到可接受的焊縫。

為了提供升高的凹窩式分隔部，將被接合的兩個面板的內側設置有控制高度的一個或更多個凹窩，以允許鋅氣體從鍍鋅涂層中排出。為了通過激光形成升高的凹窩，快速發(fā)射激光以將表面升高約0.1mm至0.15mm。對成功排氣和防止多氣孔而言凹窩相對于接合兩個面板的后續(xù)形成的焊縫的位置是關鍵的。

參照形成內側c形分隔部62a和外側c形分隔部62b，該方法對于諸如鍍鋅的hsla340的材料是特別有利的。hsla340是比其它類型的鋼更加不穩(wěn)定的硼材料。

按照公開的方法，遠程激光焊機可用于在快節(jié)奏的加工環(huán)境中形成焊縫。必須控制夾持和沖壓質量以將整個焊接表面上的部件配合間隙保持在0.1mm與0.3mm之間，以實現(xiàn)可接受的焊接質量。諸如那些鍍鋅涂層或其它鋅基涂層的涂覆材料需要包括升高的凹窩或其它分隔部，以提供排氣路線并防止排氣經過熔化的焊縫。已發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)的電阻點焊相比，遠程激光焊接能夠在單工位循環(huán)(singlestationcycle)中執(zhí)行至少三倍多的焊接。遠程激光焊接還允許具有單側接近焊接位置的產品設計并消除由背側檢修孔(back-sideaccesshole)所產生的結構弱點。

上述實施例是具體示例，其沒有描述本公開的所有可能的形式。示出的實施例的特征可以進行組合以形成所公開的構思的進一步的實施例。說明書中使用的詞語是描述性的而不是限制性的詞語。權利要求的范圍比具體公開的實施例更寬，并且包括示出的實施例的變型。