機(jī)動車部件中的焊縫的激光金屬沉積熔覆的制作方法
【專利說明】機(jī)動車部件中的焊縫的激光金屬沉積熔覆
[0001]現(xiàn)有申請的交叉引用
[0002]本PCT專利申請要求于2012年10月24日提交的題為“Laser Metal Deposit1nCladding Of Weld Seams In Automotive Parts (機(jī)動車部件中的焊縫的激光金屬沉積恪覆)”的美國臨時專利申請序列號N0.61/718，102的權(quán)益，該申請的全部公開內(nèi)容被視為本申請的公開內(nèi)容的一部分，并且在此通過引用并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及鋼工件之間的焊接，并且更特別地，涉及具有施加至鋼工件之間的焊縫的涂層的部件。
【背景技術(shù)】
[0004]在機(jī)動車工業(yè)中通常使用氣體保護(hù)金屬極電弧焊(Gas-metal arc welding，GMAff)(也被稱為金屬極惰性氣體保護(hù)焊(metal inert gas welding,MIG welding))將鋼工件焊接在一起。使用GMAW來接合鋼工件的常見問題是錳、硅、鐵、氧和其他痕量合金的硅酸鹽島的產(chǎn)生。這樣的硅酸鹽島會抑制在焊縫的外表面上施加涂層。例如，通過涂布、磷化、電涂(電泳涂覆)施加的涂層可能不能牢固地粘附于具有硅酸鹽島的焊縫。
[0005]—種從GMAW焊接的焊縫去除硅酸鹽島的方法是使用材料磨蝕工藝以去除硅酸鹽島。然而，這種方法需要消耗許多成本和資金。另一種方法是使用化學(xué)工藝。然而，化學(xué)工藝的成本也會很高，而且可能導(dǎo)致不能從焊縫充分地去除硅酸鹽島。
[0006]仍然非常需要從GMAW焊接的焊縫去除硅酸鹽島的改進(jìn)的方法，并對該方法存在持續(xù)的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的一個方面涉及一種部件，例如機(jī)動車部件，所述部件包括在焊縫處被接合在一起的至少兩個工件。所述焊縫具有包含鎳和鐵中的至少一種并且基本上完全不含硅酸鹽島的激光金屬沉積層。另外，所述部件包括與焊縫的激光金屬沉積層的至少一部分結(jié)合的涂布、磷化或電涂的涂層。激光金屬沉積層與涂布、磷化或電涂的涂層之間的結(jié)合非常牢固。因為激光金屬沉積層可以基本上僅被施加至焊縫，所以焊縫與涂層之間的這種改進(jìn)的結(jié)合可以以非常有效和節(jié)省成本的方式實現(xiàn)。在沒有任何研磨或其他平滑工藝的情況下，具有激光金屬沉積的焊縫的外表面還可以比其他已知焊縫顯著平滑。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述激光金屬沉積層包含鎳。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，所述激光金屬沉積層包含鐵。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的再一方面，所述涂層為涂布的涂層。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一方面，所述涂層為磷化的涂層。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的再進(jìn)一方面，所述涂層為電涂的涂層。
[0013]本發(fā)明的另一方面是一種制造部件的方法。所述方法包括制備在焊縫處被接合在一起的至少兩個鋼工件的步驟。所述方法接著進(jìn)行以下步驟:使用激光束將焊縫的一部分以及鎳和鐵中的至少一種的粉末熔融，以提供具有鎳和鐵中的至少一種的基本上不含硅酸鹽島的激光金屬沉積層的焊縫。所述方法接著進(jìn)行以下步驟:通過涂布、磷化或電涂工藝在激光金屬沉積層的至少一部分上施加涂層。
[0014]本發(fā)明的又一方面包括通過氣體保護(hù)金屬極電弧焊工藝將至少兩個工件焊接在一起的步驟。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的再一方面，所述粉末包含鎳。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一方面，所述粉末包含鐵。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，將施加涂層的步驟進(jìn)一步限定為通過涂布施加所述涂層。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的再一方面，將施加涂層的步驟進(jìn)一步限定為通過磷化施加所述涂層。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，將施加涂層的步驟進(jìn)一步限定為通過電涂施加所述涂層。
【附圖說明】
[0020]因為當(dāng)結(jié)合附圖考慮時，通過參照以下具體描述，本發(fā)明變得更好理解，所以可容易地理解本發(fā)明的這些和其他特征和優(yōu)點，其中:
[0021 ] 圖1是包括焊縫上的LMD層和被施加在LMD層上方的涂層的示例性機(jī)動車部件的截面圖；
[0022]圖2是通過焊縫被接合在一起的一對示例性工件的截面圖；
[0023]圖3是示出了將圖2的焊縫的一部分以及鎳和/或鐵粉末熔融的LMD頭的示意圖；
[0024]圖4是具有鐵LMD層的焊縫的俯視圖；
[0025]圖5是具有鎳LMD層的焊縫的俯視圖；以及
[0026]圖6是圖5的鎳LMD層的放大圖。
【具體實施方式】
[0027]參照圖1，本發(fā)明的一個方面涉及部件20例如機(jī)動車部件20，該部件20包括被焊接在一起的至少兩個鋼工件22、24。部件20具有這樣的層(在下文中被稱作“LMD層26”):該層包含鎳和/或鐵并且通過激光金屬沉積(LMD)工藝被施加至工件22與工件24之間的焊縫28的外表面。部件20還包括通過涂布、磷化或電涂(電泳涂裝)被施加在LMD層26的頂部上的涂層30。
[0028]因為LMD層26通過LMD工藝施加，所以包含鎳和/或鐵的LMD層26基本上完全不含硅酸鹽島。這使得LMD層26與涂層30之間能夠具有牢固的結(jié)合，從而降低了涂層30在焊縫28處從部件20脫落或以其他方式與部件20分離的風(fēng)險。LMD層26還可以比典型焊縫的外表面光滑。
[0029]在圖1的示例性實施方案中，工件22、24以對接接合的方式被焊接在一起。然而，LMD層26和涂層30可以被施加至任意適合類型的焊接接合的焊縫28的外表面，所述焊接接合包括例如端接接合、角接接合、T型接合、搭接接合等。工件22、24可以是由鋼制成的任意適合的機(jī)動車或非機(jī)動車工件22、24。例如，工件22、24可以是車架或底盤的件22、24并且可以具有任意適合的厚度。工件22、24可以通過任意適合的焊接工藝包括例如氣體保護(hù)金屬極電弧焊(GMAW)而焊接在一起。應(yīng)該理解的是，如在本文中所使用的術(shù)語“鋼”的使用意味著包括合金鋼。
[0030]本發(fā)明的另一方面提供了一種制造部件例如圖1所示的機(jī)動車部件20的方法。該示例性方法包括以下步驟:在接合處將第一鋼工件22焊接至第二鋼工件24以產(chǎn)生在第一工件22與第二工件24之間的焊縫28。第一工件22和第二工件24可以通過任意適合的焊接工藝包括例如GMAW焊接在一起，并且接合可以是任意適合類型的焊接接合。圖2示出了以對接接合方式被焊接在一起的示例性第一工件22和第二工件24，其中，焊縫28將第一工件22和第二工件24接合。
[0031]現(xiàn)在參照圖3，所述方法接著進(jìn)行以下步驟:使用激光束32將焊縫28的一部分以及鎳和/或鐵粉末34熔融，以提供具有大體平滑、基本上始終不含硅酸鹽島的LMD層26的焊縫28，LMD層26具有鎳或鐵。優(yōu)選地，在熔融步驟期間使用保護(hù)氣體36例如二氧化碳和/或氬以保護(hù)該區(qū)域免于接觸可損害LMD層26的質(zhì)量的大氣氣體。優(yōu)選地，激光束32、粉末34和保護(hù)氣體36全部同時從單個LMD頭38射出。這個LMD頭38可以相對于焊縫28移動或者焊縫28可以相對于這個LMD頭38移動直到LMD層26已經(jīng)被施加至焊縫28的所期望的部分為止。除其他事項外，根據(jù)通過LMD頭38射出的激光束32的直徑，可能需要多于一個LMD頭38的通道以將LMD層26施加至焊縫28的整個外表面。LMD頭38可以在縱向方向上通過多個通道沿焊縫28移動，或者LMD頭38可以以Z字形圖案沿著焊縫28移動，以將LMD層26施加至焊縫28的所期望的部分?？梢钥刂萍す馐?2的功率以調(diào)整LMD層26的厚度。圖4示出了具有LMD層26的示例性焊縫28。使用激光束32 (圖3所示)將焊縫28的鋼以及鎳和/或鐵粉末34熔融是有利的，這是因為可以使由LMD工藝產(chǎn)生的熱影響區(qū)最小化。
[0032]返回參照圖1，所述方法然后進(jìn)行以下步驟:通過涂布、磷化和電涂在第一工件22和第二工件24上(包括在LMD層26的至少一部分上)施加涂層30。因為具有鎳和/或鐵的LMD層26基本上不含硅酸鹽島，所以涂層30與LMD層26之間的結(jié)合非常牢固。因為LMD層26僅被施加至焊縫28，所以這個工藝可以以非常有效和節(jié)省成本的方式實施，即，LMD層26不必被施加至第一工件22和第二工件24的其他部分的外表面。
[0033]如果使用鎳粉末34，則所述方法可以包括以下附加步驟:在將焊縫28和粉末34熔融的步驟之前，在未添加鎳粉末34的情況下使用激光束32將焊縫28預(yù)熔融并且使焊縫28冷卻。這樣可以產(chǎn)生更平滑、更一致的LMD層26。
[0034]顯然，鑒于上述教導(dǎo)，本發(fā)明的許多修改方案和變化方案是可能的，并且這些修改方案和變化方案可以不同于所具體描述的來實施，只要在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)即可。
【主權(quán)項】
1.一種部件，包括: 至少兩個工件，所述至少兩個工件在焊縫處接合在一起； 所述焊縫具有包含鎳和鐵中的至少一種的激光金屬沉積層，所述激光金屬沉積層基本上完全不含硅酸鹽島；以及 涂布、磷化或電涂的涂層，所述涂層與所述焊縫的所述基本上完全不含硅酸鹽島的激光金屬沉積層的至少一部分結(jié)合。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的部件，其中所述激光金屬沉積層包含鎳。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的部件，其中所述激光金屬沉積層包含鐵。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的部件，其中所述涂層為涂布的涂層。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的部件，其中所述涂層為磷化的涂層。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的部件，其中所述涂層為電涂的涂層。7.一種制造部件的方法，包括以下步驟: 制備在焊縫處接合在一起的至少兩個鋼工件； 使用激光束將所述焊縫的一部分以及鎳和鐵中的至少一種的粉末熔融以使所述焊縫具有基本上不含硅酸鹽島的激光金屬沉積層，所述激光金屬沉積層具有鎳和鐵中的至少一種；以及 通過涂布、磷化或電涂工藝在所述激光金屬沉積層的至少一部分上施加涂層。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括將所述至少兩個工件焊接在一起的步驟。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述焊接步驟進(jìn)一步被限定為通過氣體保護(hù)金屬極電弧焊工藝將所述至少兩個工件焊接在一起。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述施加涂層的步驟進(jìn)一步限定為對所述激光金屬沉積層的至少一部分進(jìn)行涂布。11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述施加涂層的步驟進(jìn)一步限定為對所述激光金屬沉積層的至少一部分進(jìn)行磷化。12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述施加涂層的步驟進(jìn)一步限定為對所述激光金屬沉積層的至少一部分進(jìn)行電涂。13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述粉末為鎳。14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述粉末為鐵。
【專利摘要】提供了一種部件，例如機(jī)動車部件。所述部件包括在焊縫處接合在一起的至少兩個工件。所述焊縫具有激光金屬沉積層，該激光金屬沉積層含有鎳和鐵中的至少一種并且基本上完全不含硅酸鹽島。所述部件還包括與焊縫的激光金屬沉積層的至少一部分結(jié)合的涂布、磷化或電涂的涂層。
【IPC分類】B23K26/32, B23K26/24, B23K26/20
【公開號】CN105008087
【申請?zhí)枴緾N201380055251
【發(fā)明人】弗洛里安·漢施曼, 杰里米·布賴恩·馬格達(dá), 凱文·達(dá)勒·史密斯
【申請人】麥格納國際公司
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2013年10月24日
【公告號】CA2889080A1, EP2911823A1, US20150273629, WO2014066584A1, WO2014066584A8