CN104822485B - 在金属板材件中形成焊接凹口的方法 - Google Patents

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Abstract

预期待焊接的金属板材件可制造成具有沿着一个或多个边缘进行定位的焊接凹口。焊接凹口(30)的特征在于，不存在某些材料成分(16、18)，以使得它们不会不可接受地污染附近的焊接处。可通过首先沿着金属板材件(12)形成消融沟槽(130)，然后沿着形成的消融沟槽将金属板材件分成两个单独的件，来创建焊接凹口，其中这两个单独的件中的至少一个包括新形成的且可焊接的边缘(28)。

Description

在金属板材件中形成焊接凹口的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2012年11月30日提交的第61/731,497号美国临时申请和于2013年3月14日提交的第61/784,184号美国临时申请的权益，这些申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开总体涉及金属板材件，更具体地，涉及涂覆有一个或多个薄材料层并且在焊接过程中使用的金属板材件。
背景技术
为了提高对腐蚀、结垢和/或其他过程的抵抗力，由高强度钢合金或可硬化钢合金制成的金属板材现在制造成具有一个或多个薄涂覆材料层，诸如铝基层和锌基层。虽然这些涂覆材料层可赋予金属板材期望的品质，但是它们的存在也会污染焊接，从而降低焊接强度、完整性等。如果涂覆的金属板材件对接焊接或搭接焊接至另一个金属板材件，则尤甚。
发明内容
根据一个实施方式，提供一种在金属板材件中形成焊接凹口的方法，该方法包括以下步骤：(a)提供具有多个材料层的金属板材件；(b)通过沿着消融路径去除多个材料层中的至少一部分，沿着金属板材件形成消融沟槽，以使消融沟槽与金属板材件的边缘间隔开；以及(c)沿着消融沟槽切割金属板材件，以形成焊接凹口。
根据另一实施方式，提供一种在金属板材件中形成焊接凹口的方法，该方法包括以下步骤：(a)提供具有多个材料层的金属板材件；(b)通过沿着消融路径去除多个材料层中的至少一部分，沿着金属板材件形成消融沟槽，其中消融沟槽由在消融沟槽的宽度两端彼此相对的表面部分地限定；以及(c)去除金属板材件的、包括在步骤(b)中形成的相对表面中的一个的一部分，以形成焊接凹口，其中焊接凹口由相对表面中的另一个部分地限定。
根据另一实施方式，提供一种在金属板材件中形成焊接凹口的方法，该方法包括以下步骤：(a)提供具有相对的第一侧和第二侧以及在第一侧和第二侧之间延伸的剪切边缘的金属板材件，其中来自涂覆材料层的、沿着第一侧的材料在剪切方向上至少部分地沿着剪切边缘朝着第二侧延伸；(b)沿着预定的修剪线位置从金属板材件去除涂覆材料层的一些；以及(c)沿着修剪线位置将金属板材件分成第一件和第二件，其中第一件包括新形成的、基本上没有来自涂覆材料层的材料的、可焊接的边缘，以及第二件包括剪切边缘。
附图说明
下文中将结合附图对优选的示例性实施方式进行描述，其中相同的附图标记指示相同的元件，并且在附图中：
图1A至1C是接合金属板材件的常规焊接接头的剖视图，其中金属板材件在焊接之前不具有在其中形成的焊接凹口；
图2是示例性金属板材件的边缘区域的立体图，该示例性金属板材件包括在其相对两侧上的焊接凹口；
图3是图2的金属板材件的一部分的剖视图；
图4是图3的金属板材件的剖视图的放大视图，示出了一些薄材料层；
图5是在金属板材件中形成消融沟槽的示例性消融过程的立体图；
图6是图5的金属板材件的剖视图；
图7是图6的金属板材件的剖视图，其中边缘区域的一部分已被去除以形成焊接凹口；
图8是图6的剖视图，示出了排出的材料从消融点射出；
图9是双束消融过程的剖视图，该双束消融过程在金属板材件中形成具有非均匀深度的消融沟槽；
图10是图9的金属板材件的剖视图，其中边缘区域的一部分已被去除以形成具有非均匀深度的焊接凹口；
图11示出了能够与图9的消融过程一同使用的重叠的激光光点以及用于该重叠的激光光点的相对应的能量分布的示例；
图12示出了能够与图9的消融过程一同使用的重叠的激光光点以及用于该重叠的激光光点的相对应的能量分布的另一示例；
图13是通过非零入射角在金属板材件中形成消融沟槽的偏移消融过程的剖视图；
图14是图13的金属板材件的剖视图，其中边缘区域的一部分已被去除以形成焊接凹口；
图15是具有与边缘区域分开地形成的消融沟槽的金属板材件的立体图；
图16是通过沿着消融沟槽切割图15的金属板材件形成的两个金属板材件的立体图，其中这两个金属板材件中的每个包括沿着新形成的边缘区域的焊接凹口。
具体实施方式
本文公开的金属板材件可制造成具有沿着一个或多个边缘定位的焊接凹口，其中焊接凹口的特征在于，不存在某些材料成分，以使得它们不会不可接受地污染附近的焊接处。例如，金属板材件可被制造为使得在沿着金属板材边缘定位的焊接凹口处减少或去除来自一个或多个涂覆材料层的材料。这进而可防止由沿着金属板材边缘形成的附近焊接接头的涂覆材料层导致的污染，从而在后续过程或者在焊接接头的使用寿命期间保持焊接接头的强度和/或耐久性。沟槽消融过程可用于以对金属板材边缘的状况相对不敏感这样的方式形成高品质的焊接凹口。
首先参照图1A至1C，示出了与制造常规的拼焊坯件10相关的一些步骤，其中常规的拼焊坯件10包括以边缘对边缘的方式激光焊接在一起的厚金属板材件12和薄金属板材件12’。根据本示例，金属板材件12、12’中的每个都具有基础材料层14和覆盖基础材料层的相对表面的多个薄材料层16、18。如本领域的技术人员所理解的那样，可发现在金属板材坯料上存在许多材料层，包括多种类型的表面处理，诸如铝基材料层和锌基材料层(例如铝化合物)的涂覆材料层、油和其他抗氧化物质、来自制造或材料处理过程的污染物以及氧化层，此处仅举几个例子。两个金属板材件一旦紧靠在一起，则使用激光束或其他焊接工具来熔融位于边缘区域20、20’中的金属板材中的一些，以使得一定量的薄材料层16、18变为嵌入所产生的焊接接头22内。除非首先进行去除，否则这些不期望的成分可能对焊接接头的整体强度和品质带来不良影响。
参照图2，示出了示例性金属板材件12，示例性金属板材件12可通过本方法形成且随后沿着边缘区域20焊接至相邻件。金属板材件12包括相对的第一侧24和第二侧26以及沿着待焊接的边缘28进行定位的边缘区域20。图2中示出的具体边缘区域20包括两个焊接凹口30、30’，其中这两个焊接凹口沿着金属板材件12的相对两侧24、26上的边缘区域延伸。每个焊接凹口30、30’都由彼此交叉或接合的第一凹口表面32和第二凹口表面34限定。虽然示出了沿着单个直线边缘区域20的、大体垂直的第一凹口表面32和第二凹口表面34，但是焊接凹口可以以多种方式配置。例如，焊接凹口可：包括一个或多个偏轴或偏移凹口表面，具有均匀的或非均匀的深度和/或宽度，在尺寸、形状、构造等方面不同于定位在同一金属板材件上的其他焊接凹口，或者作为沿着金属板材件的直线边缘、弯曲边缘、多个直线或弯曲边缘、或一些其他部分进行定位的边缘区域的一部分，仅举几个可能性。在附图中示出了这些不同的实施方式中的一些。
图3是图2中示出的金属板材件12的边缘区域20的剖视图。示出的金属板材件12包括多个材料层，该多个材料层包括基础材料层14、中间材料层16和涂覆材料层18。在本实施方式中，基础材料层14是中央或核心材料层(例如钢芯)，并且被夹在中间材料层16和涂覆材料层18之间。基础材料层14构成金属板材件12的厚度T的大部分，并且由此可显著有助于提高金属板材件的机械性能。涂覆材料层18定位在基础材料层14的相对表面上方，并且是金属板材件12的最外层。每个涂覆材料层18都相对于基础材料层14相对薄，并且可被选择为增强金属板材件的一个或多个特性(例如耐腐蚀性、硬度、重量、成型性、外观等)。还可以为使用或与后续过程(诸如热处理或互扩散过程)的兼容性选择涂覆材料层18。
在本实施方式中，每个中间材料层16都定位在基础材料层14与多个涂覆材料层18中的一个之间，并且与基础材料层14和多个涂覆材料层18中的每个相接触。中间材料层16包括与紧邻层14、18中的每个一样的至少一种成分，诸如原子元素或化学化合物。中间材料层16可以是基础材料层14与涂覆材料层18的反应产物。例如，浸涂过程可在基础材料层与涂覆材料的熔池的界面处产生化学反应，并且反应产物为中间材料层16，其中在浸涂过程中基础材料层浸泡在涂覆材料的熔池中或通过该熔池。在这种浸涂过程的一个具体示例中，基础材料层14是钢，并且涂覆材料层18为铝合金。铝合金的熔池在基础材料层的表面与基础材料层反应以形成中间材料层16，中间材料层16包括铁-铝金属间化合物(FexAly)，诸如Fe2Al5。中间材料层16可在较靠近基础材料层14的区域具有较高含量的基础材料层成分(例如铁)，并且在较靠近涂覆材料层18的区域具有较高含量的涂覆材料层成分(例如铝)。虽然在图3中示为具有恒定厚度的完美平坦层，但是如图4的放大视图中所描绘的，中间材料层16沿着其相对表面可以是不规则的。金属板材件12还可包括其他附加材料层，并不限于本文描述的具体布置。
如图3中示出的、在汽车和其他行业中形成部件所用的多层金属板材件的一个具体示例为涂覆的钢产物。在一个具体实施方式中，基础材料层14是高强度钢合金或可硬化钢合金，诸如硼钢合金或高强度低合金(HLSA)钢。对于一些材料，虽然就其重量而言强度高，但是经常要求热处理过程来获得高强度性质和/或仅能够在高温下形成。涂覆材料层18可被选择成帮助防止热处理期间的氧化，以比基础材料层14的重量轻，和/或在后续的热处理期间与金属板材件12的其他层互相扩散。在一个实施方式中，涂覆材料层18是纯铝(Al)或铝合金，诸如铝-硅(Al-Si)合金。用于涂覆材料层18的其他可能的组成包括纯锌以及锌合金或化合物(例如在底层材料进行镀锌的情况下)。在基础材料层14是钢并且涂覆材料层18包括铝的情况下，中间材料层16可包括金属间化合物形式的铁和铝，诸如FeAl、FeAl2、Fe3Al或Fe2Al5。中间材料层16还可包括来自相邻层的成分的合金。
对于基础材料层14，一些示例性材料层厚度范围为约0.5mm至约2.0mm，对于中间材料层16，一些示例性材料层厚度范围为约1μm至约15μm，对于涂覆材料层18，一些示例性材料层厚度范围为约5μm至约100μm。当然，这些范围是非限制性的，因为各个层厚度取决于所采用的材料类型和/或特定于应用的若干因素。例如，基础材料层14可以是除了钢以外的材料，诸如铝合金或者一些其他适当的材料，在这种情况下，厚度可能在上述示例性范围之外。本文描述的方法可与具有比图中示出的更多或更少的材料层的金属板材件一同使用。技术人员还将理解的是，附图未必按比例，并且层14-18的相对厚度可以不同于附图中示出的那些厚度。
再次参照图3，将对金属板材件的第一侧24上的焊接凹口30进行描述。该描述也适用于相对的第二侧26上的焊接凹口30’。焊接凹口30是金属板材件12的边缘区域20的一部分，其中一些材料已从在其他情况下均匀的叠层结构去除或省略。在将金属板材件焊接至另一件时，焊接凹口30沿着边缘28促进高品质焊接接头，并且可通过减少或消除边缘区域20中的涂覆材料层18和/或中间材料层16的配置来如此进行，使之不会变为随后的焊接接头的一部分。在涂覆材料层18包括如下的一个或多个成分的情况下，这是特别有用的，即该一个或多个成分若被包括在涂覆材料层18中，则在所产生的焊接接头中形成不连续性或者将以其他方式削弱所产生的焊接接头。在本具体实施方式中，焊接凹口30具有凹口宽度W和凹口深度D，凹口宽度W和凹口深度D中的每个沿着边缘28的长度都是相对恒定的。凹口宽度W是从边缘28至第一凹口表面32的距离，凹口深度D是从第一侧24(即涂覆材料层18的外表面)至第二凹口表面34的距离。如本具体示例所示，在焊接凹口30与金属板材件相符的情况下，凹口宽度W等于第二凹口表面34的宽度，凹口深度D等于第一凹口表面32的宽度。
焊接凹口30的尺寸可与金属板材件的厚度T相关，与待在边缘28处形成的焊接接头的预期尺寸相关，和/或与一个或多个材料层厚度相关。在一个实施方式中，凹口宽度W处于厚度T的约0.5倍至约1.5倍的范围内。在另一实施方式中，凹口宽度W处于约0.5mm至约4mm的范围内。凹口宽度W还可以为预期的焊接接头的宽度的至少二分之一。对于图3中示出的示例，凹口深度D大于涂覆材料层18的厚度且小于中间材料层16和涂覆材料层18的组合厚度，但是这不是必须的且可在一些其他示例性实施方式中有所不同。
焊接凹口30还可结合凹口表面32、34的某些特性进行描述。例如，在图3的实施方式中，第一凹口表面32包括来自中间材料层16和涂覆材料层18二者的材料。第二凹口表面34仅包括来自中间材料层16的材料，并且第一凹口表面和第二凹口表面沿着定位在或位于中间材料层中的结点或拐角36相交。因此，在本具体示例中，通过沿着边缘区域20去除整个涂覆材料层18和一部分中间材料层16，在金属板材件12中形成焊接凹口30。在其他示例中，可通过仅去除一部分涂覆材料层18，或者通过去除整个涂覆材料层18和中间材料层16以及一部分基础材料层14，形成焊接凹口。凹口表面32、34中的每个均还可包括条纹、界线、或者用于在焊接凹口位置处去除材料的其他的过程指示物类型。
现在参照图5-7，示出了用于在金属板材件12中形成焊接凹口30的示例性方法。该方法包括使用激光消融过程以沿着边缘区域20形成消融沟槽130，随后去除边缘区域的一部分138以形成焊接凹口30。如图5所示，来自激光源(未示出)的激光束102指向边缘区域20，以沿着边缘区域形成消融沟槽130。由激光束102提供的能量在消融点或激光光点104处以热能形式转移至金属板材件12，从而在消融点处熔融和/或蒸发材料以从金属板材件的一个或多个层去除材料。激光束102跟随沿着边缘区域20的路径106以形成具有期望配置和位置的沟槽130。对于包括基础材料层14、中间材料层16和涂覆材料层18的金属板材件，诸如图3中示出的金属板材件，可通过沿着消融路径106去除一些或所有涂覆材料层18、一些或所有中间材料层16和/或一些基础材料层14，形成消融沟槽130。在某些应用中，其中重要的是在所产生的焊接处如果真有则也只有极少的材料层污染，完全去除消融沟槽30的区域中的材料层16和18二者以使基础材料层14被暴露，可能是有用的。在示出的示例中，金属板材件12被示出为具有已经沿着金属板材件的相对侧26上的边缘区域形成的消融沟槽130’。应该理解的是，非激光方法可用于形成消融沟槽，例如刮削、研磨和/或用于去除材料的其他机械技术。
在本方法期间，金属板材件12可保持静止，同时激光束102沿着路径106移动。在不同的实施方式中，在激光束102保持静止的同时，金属板材件12被移动或转位。还可采用如移动激光源和金属板材件二者的其他技术。如图5所示，路径106的一些部分可以是直的或直线，而其他部分可以是波纹状的、弯曲的或曲线；不需要使消融沟槽130跟随直线路径106，相反可跟随具有其他构造的路径。任何适当的激光器或其他可比较的发光装置可用于形成消融沟槽，并且可使用多种操作或设备参数来如此进行。在一个示例中，激光源是Q开关激光器，但是反过来也可使用诸如各种纳秒、飞秒和皮秒脉冲激光的其他连续波和脉冲激光器类型。激光光点或足迹104可以是圆形、方形、矩形、椭圆形或任何其他适当的形状，随后将对这些形状进行解释。用于激光源的可选择的或可调节的操作参数的非限制性示例可包括：激光功率、脉冲频率、脉冲宽度、脉冲能量、脉冲功率、占空比、光点面积、连续的激光脉冲之间的重叠以及激光源相对于金属板材件12的速度，此处仅举几个可能性。这些操作参数的任何组合可基于应用的特定需求通过本方法进行选择和控制。
消融沟槽130形成为使得消融沟槽130与金属板材件12的开始边缘128间隔开。换句话说，根据本具体实施方式，在激光消融过程期间，激光束102不照射金属板材件的开始边缘128。当激光光点104沿着路径106移动时，激光光点104与开始边缘128间隔开距离L。可通过激光束102沿着x方向单次经过而形成沟槽130，其中激光光点104具有与期望的沟槽相同的宽度W’且在一次经过时去除期望量的材料。在其他示例中，其中激光光点104的宽度小于沟槽130的期望的宽度W’，则在离开始边缘128不同的距离处，在激光束102沿着x方向多次经过时形成沟槽。或者可在激光束沿着x方向单次经过而且在沿着x方向单次经过期间激光束沿着y方向前后移动时形成沟槽130；该技术产生了沿着y方向的多次短的经过，其中每次经过与相邻的经过沿着x方向间隔开小的距离。
所产生的消融沟槽130包括随后限定图7的最终的焊接凹口30的一个或多个表面。如图6中最佳地示出的，消融沟槽130包括第一沟槽表面132、第二沟槽表面134和第三沟槽表面136，第一沟槽表面132、第二沟槽表面134和第三沟槽表面136中的一些随后限定最终的焊接凹口30。在示出的示例中，沟槽表面132-136通常相对于彼此正交且相对于金属板材件12正交。第一沟槽表面132和第三沟槽表面136在沟槽130的宽度两端彼此相对，以及第二沟槽表面134在第一沟槽表面132和第三沟槽表面136之间延伸。沟槽表面132和136通常彼此平行且垂直于金属板材件12的平面，而第二沟槽表面134通常平行于金属板材件的平面。沟槽表面的整个尺寸、形状、方位等在很大程度上受到用于切割沟槽的激光束的属性影响。其他消融沟槽轮廓也是可能的，如下面在附加示例中描述的。
如图7所示，在形成消融沟槽130之后，从金属板材件12去除边缘区域20的一部分138，而产生焊接凹口30。第二沟槽表面134的至少一部分仍然在金属板材件12上，以变为所产生的焊接凹口30的第二凹口表面34。第一沟槽表面132变为第一焊接凹口表面32，而第三沟槽表面136与被去除部分138一起被丢弃。虽然本文区分了不同特征的表面，即沟槽表面和凹口表面，但是第一沟槽表面132变为第一焊接凹口表面32。因此，可以说，在激光消融过程期间形成第一焊接凹口表面32。同样地，在消融过程期间第二凹口表面34形成为第二沟槽表面134的一部分。当部分138被去除时，形成金属板材件12的可焊接的边缘28。
被去除部分138包括金属板材件12的开始边缘128以及第三沟槽表面136。如图7所示，被去除部分138还可包括第二沟槽表面134的一部分。任何适当的技术可用于从金属板材件12去除部分138以形成焊接凹口30和相邻的边缘28，例如通过刀片、激光器或其他切割工具进行的切割、剪切、铣削或修剪。边缘28形成在图6中示出的修剪线140或预定位置处，其中修剪线140位于消融沟槽130的第一沟槽表面132和第三沟槽表面136之间。在一个实施方式中，第三沟槽表面136和修剪线140通常位于同一位置，以使整个沟槽表面134仍然是所产生的焊接凹口30的一部分，即宽度W和W’相同。修剪线140可定位在第一沟槽表面132和第三沟槽表面136之间的任何位置，并与第一沟槽表面132间隔开最终完成的焊接凹口30的期望的宽度W。修剪线140优选地位于沟槽130的中央区域142内，该中央区域与第一沟槽表面132和第三沟槽表面136等距地间隔开且包括40％-60％的第二沟槽表面134。
通过首先在金属板材件12中形成消融沟槽130随后修剪或去除部分138而形成焊接凹口30，这样产生了新形成的可焊接的边缘28，边缘28没有来自涂覆材料层18和/或中间材料层16的材料。虽然不一定是有意的，但是金属板材件12的开始边缘128可包括来自在之前的修剪操作期间已被污染的、擦掉的和/或沿着边缘以其他方式拉动的涂覆材料层18和/或中间材料层16的材料，这在图6中最佳地示出。换句话说，涂覆材料层18和/或中间材料层16可缠绕金属板材件的拐角144，以使沿着开始边缘128的至少一部分存在涂覆材料层18和/或中间材料层16。在示出的示例中，在之前的剪切操作中形成开始边缘128，其中剪切刀片沿着向下指向的箭头所指示的方向切割材料。可在轧钢机或金属涂覆设备处执行这样的剪切操作，其中首先涂覆基础材料层14然后按照装运所期望的宽度切割或切开基础材料层14。在去除开始边缘128的过程中形成焊接凹口30，消除了任何意料不到的涂覆材料位于金属板材件的最终完成的边缘28处，其中所述任何意料不到的涂覆材料可能另外污染最终形成在该边缘处的焊接接头。
开始边缘128处的另一意料不到的涂覆材料源是激光消融过程本身。如图8所示，通过消融过程去除的材料有时可沿着边缘区域20的、包括开始边缘128处或靠近开始边缘128的一些其他部分沉积。在示出的示例中，可通过存在于激光光点104的区域的冲击波或其他快速材料膨胀射出被排除的材料146。被排除的材料146的熔融液滴可沉积在金属板材件上，与形成的沟槽130分开，而使该熔融液滴在此固化。即使在沿着开始边缘128直接形成焊接凹口30(例如在图5-6中L＝0的情况下)且被排除的材料沿着该边缘固化的消融过程中，也可存在类似的现象。由于被排除的材料146可包括来自涂覆材料层18和/或中间材料层的材料，所以被排除的材料146表示潜在的焊接接头污染。沿着上述消融沟槽130去除边缘区域20的部分138或以其他方式修剪金属板材件，可消除这种潜在的污染。技术人员将意识到如本文所述的形成焊接凹口30的其他优点。
现在参照图9-12，示出了多激光或双束消融过程的示例，其中第一激光束102与第二激光束102’在复合激光光点104”处重叠，其中在复合激光光点104”处激光的组合能量最大。在示出的示例中，复合或重叠的激光光点104”大致位于形成的沟槽130的中央，且与在两个激光光点104、104’不重叠的位置发生的材料去除相比，在复合激光光点处发生更多的材料去除；这由消融沟槽130的、在沟槽的中央要更深些的形状所证实。在示出的示例中，修剪线140的位置与复合激光光点104”的位置重合。对于形成在其宽度W上具有不恒定的或非均匀的深度D的焊接凹口30例如图10中示出的焊接凹口而言，这样的双束过程可能是有用的。例如，该过程可在复合激光光点104”处从涂覆材料层18、中间材料层16和基础材料层14去除材料，而在激光光点104、104’的非重叠部分处仅从涂覆材料层18和/或中间材料层16去除材料。消融沟槽130的、形成在复合激光光点104”处的那一部分还可用作图10的随后修剪操作的视觉指示器，其中在所述随后修剪操作中去除部分138。例如，消融沟槽130在沟槽的更深的中央部分处的不同颜色和/或轮廓可在手工修剪操作中由操作者察觉到和/或可在自动修剪操作中通过视觉系统等察觉到。
如图11和12所示，重叠的激光光点104、104’可用于调整或操纵消融位置处的激光能量分布。例如，在图11的顶部示出的圆形激光光点104、104’重叠以形成复合激光光点104”，并且在图11的图表中示出了复合激光光点的相应能量分布200。能量分布在两个激光束都存在的复合激光光点104”的区域中包括峰值或最大值202。能量分布的实际形状可根据若干因素与此处显示的不同，其中所述若干因素包括每个激光光点的各自能量分布、焦平面离每个激光光点的距离及其他因素。在本示例中，复合激光光点104”沿着金属板材件12的预期的修剪线140引导。不同于独立的激光光点104、104’为圆形的上面的示例，图12描绘了独立的激光光点104、104’为矩形形状的复合激光光点104”。除了本文所描述的激光光点或足迹，可使用具有不同尺寸、形状、配置等的激光光点或足迹来替代此处所描述的激光光点或足迹。
现在参照图13，示出了另一示例性消融过程，其中激光束102根据非零或偏移入射角α引导向边缘区域20处。如本文所使用的入射角α通常是指形成在激光束的中心轴线A与垂直于金属板材件的侧表面的线B之间的角度，该角度可以是正的或负的。在之前示出的实施方式中，入射角α为零；在图13中示出的示例性实施方式中，入射角α在大约1°与45°之间(例如约10°)，但是根据具体应用，其他角度也是可能的。非零入射角α可用于形成相对于金属板材件12的不同的材料层偏置的消融沟槽130和所产生的焊接凹口30。例如，图14中示出的所产生的焊接凹口30弯曲或倾斜。对于所产生的焊接凹口，这可具有与图9-12的双束示例相似的效果，其中可能的是，基础材料层14暴露在焊接凹口30的、最靠近最终完成的边缘28的那一部分，而不沿着焊接凹口的剩余部分暴露。换言之，非零入射角可形成在其宽度W上具有非均匀深度D的偏置消融沟槽130，其中可控制偏置焊接凹口的深度以更好地控制未来焊接接头的材料成分。
在另一实施方式中，消融沟槽130可形成为与布置了开始边缘128的边缘区域20分开。在图15和16中示出的示例中，消融沟槽130形成为与金属板材件12的边缘区域20分开，随后在修剪线140处沿着沟槽修剪或切割金属板材件，以形成两个金属板材件212和312。每个新形成的金属板材件212、312包括新形成的、待焊接的边缘228、328，每个边缘沿着每个金属板材件的、新形成的边缘区域220、320定位。在这种情况下，所产生的每个焊接凹口230、330可具有约为之前形成的消融沟槽130的宽度的一半的宽度。或者所产生的焊接凹口230、330的宽度的总和与消融沟槽130的宽度相同。图15的消融沟槽130的第一和第三表面132、136变为所产生的焊接凹口330、230的第一焊接凹口表面332、232。而且消融沟槽130的第二沟槽表面被分开以变为所产生的焊接凹口330、230的第二焊接凹口表面334、234。在之前描述的实施方式中的至少一些中，其中修剪线140定位在边缘区域120内，则金属板材件的被去除部分138实际上不可用于随后焊接到另一金属板材件，以形成焊接的坯件组件，即距离L太小且被去除部分138被丢弃。图15和16中示出的技术产生第一和第二金属板材件212、312，第一和第二金属板材件212、312中的每个具有沿着新形成的可焊接的边缘228、328定位的焊接凹口230、330。由于在形成新边缘的修剪线140处去除材料的一个或多个层之后形成可焊接的边缘228、328，所以这些边缘可以没有意料不到的污染，例如来自涂覆材料层18和/或中间材料层16的材料。
应理解的是，以上描述不是对本发明的限定，而是对本发明的一个或多个优选的示例性实施方式的描述。本发明并不限于本文公开的具体实施方式，而是仅由所附的权利要求书限定。此外，包含在上面的描述中的陈述涉及具体实施方式，并且除了在上面明确定义了术语或措辞的情况以外，不应被解释成对本发明的范围或权利要求中所使用的术语的限定上的约束。对于本领域的技术人员，所公开的实施方式的各种其他实施方式和各种变型和修改将变得显而易见。所有这样的其他实施方式、变化和修改都旨在落入所附权利要求书的范围内。
如本说明书和权利要求书中所使用的，术语“例如(for example)”、“例如(e.g.,)”、“例如(for instance)”、“如(such as)”和“像(like)”以及动词“包括(comprising)”、“具有(having)”、“包含(including)”及它们的其他动词形式中的每个在与一个或多个部件或其他项目的列表结合使用时均应被解释为开放的，即意味着该列表并不应被视为排除其他、附加的部件或项目。其他术语应被解释成使用它们最宽泛的合理含义，除非它们用在要求不同解释的上下文中。

Claims (19)

1.一种在金属板材件(12)中形成焊接凹口(30)的方法，包括以下步骤：
(a)提供具有多个材料层(14，16，18)的金属板材件；
(b)通过沿着消融路径(106)去除所述多个材料层中的不只一个材料层，沿着所述金属板材件形成消融沟槽(130)，以使所述消融沟槽与所述金属板材件的边缘(128)间隔开距离(L)；以及
(c)沿着所述消融沟槽切割所述金属板材件，以形成所述焊接凹口。
2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(b)还包括在所述金属板材件(12)的边缘区域(20)内形成所述消融沟槽(130)，以及步骤(c)还包括去除所述边缘区域的包括所述边缘(128)的一部分(138)，
其中，所述距离(L)足够小使得被去除的部分实际上不能够用于焊接至另一金属板材件来形成焊接的坯件组件，
所述方法还包括丢弃所述被去除的部分的步骤。
3.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(b)还包括与所述金属板材件(12)的边缘区域(20)分开地形成所述消融沟槽(130)，以及步骤(c)还包括将所述金属板材件切割成两个单独的金属板材件(212，312)，步骤(c)中形成的所述两个单独的金属板材件中的每个具有沿着新形成的可焊接边缘(228，328)定位的焊接凹口(230，330)，所述新形成的可焊接边缘(228，328)没有来自所述多个材料层中的所述不只一个材料层的材料。
4.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(b)还包括朝着所述金属板材件(12)引导第一激光束和第二激光束，以使所述第一激光束和所述第二激光束在复合激光光点(104”)处重叠并形成具有非均匀深度的所述消融沟槽(130)，
其中在所述复合激光光点(104”)的一部分处，凹口深度(D)最大并且基础材料层(14)的至少一部分被去除，以及
所述步骤(c)还包括沿着修剪线(140)切割所述金属板材件(12)，所述修剪线(140)对应于所述消融沟槽(130)的、通过所述复合激光光点(104”)形成的部分。
5.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(b)被执行使得所述多个材料层中的基础材料层(14)暴露在所述焊接凹口(30)的、最靠近新形成边缘(28)的一部分处，并且沿着所述焊接凹口的剩余部分不暴露。
6.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(b)还包括朝着所述金属板材件(12)以非零或偏移入射角(α)引导激光束，以形成相对于所述多个材料层(14，16，18)偏置的焊接凹口(30)。
7.一种在金属板材件中形成焊接凹口(230，330)的方法，包括以下步骤：
(a)提供具有多个材料层(14，16，18)的金属板材件；
(b)通过沿着消融路径(106)去除所述多个材料层中的不只一个材料层的至少一部分，沿着所述金属板材件形成消融沟槽(130)，其中所述消融沟槽由在所述消融沟槽的宽度(W’)两端彼此相对的表面(132，136)以及在所述相对的表面之间延伸的第三表面(134)部分地限定；以及
(c)沿着所述消融沟槽的中央区域(142)将所述金属板材件分开以形成第一金属板材件和第二金属板材件，所述第一金属板材件和所述第二金属板材件中的每个具有沿着新形成的可焊接边缘(228，328)定位的焊接凹口(230，330)，所述新形成的可焊接边缘基本上没有来自所述多个材料层中的所述至少一个材料层的材料，
其中在步骤(b)中形成的所述消融沟槽的所述相对的表面中的每个成为第一焊接凹口表面(232，332)，并且在步骤(b)中形成的所述消融沟槽的所述第三表面被分成在步骤(c)中形成的所述第一金属板材件和所述第二金属板材件上的第二焊接凹口表面(234，334)。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述消融沟槽(130)在步骤(b)中被形成为在其宽度(W’)上具有非均匀的深度(D)，并且在步骤(c)之后，每个焊接凹口(230，330)在其宽度(W)上具有非均匀的深度。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述多个材料层中的基础材料层(14)暴露在每个所述焊接凹口(230，330)的、最靠近新形成边缘(228，328)的一部分处，并且沿着所述焊接凹口的、在步骤(c)中形成的所述第一金属板材件或所述第二金属板材件中的至少一个上的剩余部分不暴露。
10.根据权利要求7所述的方法，其中步骤(b)还包括朝着所述金属板材件引导第一激光束和第二激光束，以使所述第一激光束和所述第二激光束在复合激光光点(104”)处重叠并形成具有非均匀深度的所述消融沟槽(130)。
11.根据权利要求10所述的方法，其中步骤(c)还包括沿着对应于所述消融沟槽(130)的、通过所述复合激光光点(104”)形成的部分的修剪线(140)切割所述金属板材件。
12.根据权利要求7所述的方法，其中步骤(b)还包括朝着所述金属板材件以非零或偏移入射角(α)引导激光束，以使得所述消融沟槽(130)相对于所述多个材料层(14，16，18)偏置，并且具有朝向所述边缘较大的凹口深度(D)。
13.一种在金属板材件(12)中形成焊接凹口(30)的方法，包括以下步骤：
(a)提供具有相对的第一侧和第二侧(24，26)以及在所述第一侧和所述第二侧(24，26)之间延伸的剪切边缘(128)的金属板材件，其中来自涂覆材料层的、沿着所述第一侧的材料在剪切方向上至少部分地沿着所述剪切边缘朝着所述第二侧延伸；
(b)沿着与所述剪切边缘间隔开至少距离(L)的预定的修剪线位置(140)从所述金属板材件去除所述涂覆材料层的一些；以及
(c)沿着所述修剪线位置将所述金属板材件分成第一件和第二件，其中所述第一件包括新形成的、基本上没有来自所述涂覆材料层的材料的、可焊接的边缘(28)，以及所述第二件包括所述剪切边缘，所述距离(L)足够小使得所述第二件实际上不能够用于焊接至另一金属板材件以形成焊接的坯件组件；以及
(d)丢弃所述第二件或者不使用所述第二件来形成焊接的坯件组件。
14.根据权利要求13所述的方法，其中步骤(b)还包括沿着所述修剪线位置(140)且与所述剪切边缘(128)间隔开所述距离(L)形成消融沟槽(130)，所述消融沟槽具有多个沟槽表面(132，134，136)，所述沟槽表面中的一些的至少一部分作为焊接凹口表面(32，34)仍然在步骤(c)的所述第一件上。
15.根据权利要求13所述的方法，其中步骤(b)被执行使得步骤(c)中形成的所述第一件的基础材料层(14)暴露在所述焊接凹口(30)的、最靠近新形成边缘(28)的一部分处，并且沿着所述焊接凹口的剩余部分不暴露。
16.根据权利要求13所述的方法，其中在步骤(a)中提供的所述金属板材件包括基础材料层(14)以及多个材料层，所述多个材料层包括涂覆在所述基础材料层上的涂覆材料层，以及
步骤(b)被执行使得位于所述基础材料层上的所述多个材料层全部沿着所述修剪线位置被去除。
17.根据权利要求13所述的方法，其中步骤(b)还包括朝着所述金属板材件(12)引导第一激光束和第二激光束，以使所述第一激光束和所述第二激光束在复合激光光点(104”)处重叠并形成具有非均匀深度的消融沟槽(130)。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述修剪线位置(140)对应于所述消融沟槽(130)的、通过所述复合激光光点(104”)形成的部分，以及步骤(c)还包括沿着所述修剪线位置切割所述金属板材件(12)。
19.根据权利要求13所述的方法，其中步骤(b)还包括朝着所述金属板材件(12)以非零或偏移入射角(α)引导激光束，以形成相对于所述涂覆材料层(18)偏置的焊接凹口(30)。
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