CN105008087A - 机动车部件中的焊缝的激光金属沉积熔覆 - Google Patents

机动车部件中的焊缝的激光金属沉积熔覆 Download PDF

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Abstract

提供了一种部件，例如机动车部件。所述部件包括在焊缝处接合在一起的至少两个工件。所述焊缝具有激光金属沉积层，该激光金属沉积层含有镍和铁中的至少一种并且基本上完全不含硅酸盐岛。所述部件还包括与焊缝的激光金属沉积层的至少一部分结合的涂布、磷化或电涂的涂层。

Description

机动车部件中的焊缝的激光金属沉积熔覆
现有申请的交叉引用
本PCT专利申请要求于2012年10月24日提交的题为“Laser MetalDeposition Cladding Of Weld Seams In Automotive Parts(机动车部件中的焊缝的激光金属沉积熔覆)”的美国临时专利申请序列号No.61/718,102的权益，该申请的全部公开内容被视为本申请的公开内容的一部分，并且在此通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及钢工件之间的焊接，并且更特别地，涉及具有施加至钢工件之间的焊缝的涂层的部件。
背景技术
在机动车工业中通常使用气体保护金属极电弧焊(Gas-metal arcwelding，GMAW)(也被称为金属极惰性气体保护焊(metal inert gaswelding，MIG welding))将钢工件焊接在一起。使用GMAW来接合钢工件的常见问题是锰、硅、铁、氧和其他痕量合金的硅酸盐岛的产生。这样的硅酸盐岛会抑制在焊缝的外表面上施加涂层。例如，通过涂布、磷化、电涂(电泳涂覆)施加的涂层可能不能牢固地粘附于具有硅酸盐岛的焊缝。
一种从GMAW焊接的焊缝去除硅酸盐岛的方法是使用材料磨蚀工艺以去除硅酸盐岛。然而，这种方法需要消耗许多成本和资金。另一种方法是使用化学工艺。然而，化学工艺的成本也会很高，而且可能导致不能从焊缝充分地去除硅酸盐岛。
仍然非常需要从GMAW焊接的焊缝去除硅酸盐岛的改进的方法，并对该方法存在持续的需求。
发明内容
本发明的一个方面涉及一种部件，例如机动车部件，所述部件包括在焊缝处被接合在一起的至少两个工件。所述焊缝具有包含镍和铁中的至少一种并且基本上完全不含硅酸盐岛的激光金属沉积层。另外，所述部件包括与焊缝的激光金属沉积层的至少一部分结合的涂布、磷化或电涂的涂层。激光金属沉积层与涂布、磷化或电涂的涂层之间的结合非常牢固。因为激光金属沉积层可以基本上仅被施加至焊缝，所以焊缝与涂层之间的这种改进的结合可以以非常有效和节省成本的方式实现。在没有任何研磨或其他平滑工艺的情况下，具有激光金属沉积的焊缝的外表面还可以比其他已知焊缝显著平滑。
根据本发明的另一方面，所述激光金属沉积层包含镍。
根据本发明的又一方面，所述激光金属沉积层包含铁。
根据本发明的再一方面，所述涂层为涂布的涂层。
根据本发明的进一方面，所述涂层为磷化的涂层。
根据本发明的再进一方面，所述涂层为电涂的涂层。
本发明的另一方面是一种制造部件的方法。所述方法包括制备在焊缝处被接合在一起的至少两个钢工件的步骤。所述方法接着进行以下步骤：使用激光束将焊缝的一部分以及镍和铁中的至少一种的粉末熔融，以提供具有镍和铁中的至少一种的基本上不含硅酸盐岛的激光金属沉积层的焊缝。所述方法接着进行以下步骤：通过涂布、磷化或电涂工艺在激光金属沉积层的至少一部分上施加涂层。
本发明的又一方面包括通过气体保护金属极电弧焊工艺将至少两个工件焊接在一起的步骤。
根据本发明的再一方面，所述粉末包含镍。
根据本发明的进一方面，所述粉末包含铁。
根据本发明的又一方面，将施加涂层的步骤进一步限定为通过涂布施加所述涂层。
根据本发明的再一方面，将施加涂层的步骤进一步限定为通过磷化施加所述涂层。
根据本发明的另一方面，将施加涂层的步骤进一步限定为通过电涂施加所述涂层。
附图说明
因为当结合附图考虑时，通过参照以下具体描述，本发明变得更好理解，所以可容易地理解本发明的这些和其他特征和优点，其中：
图1是包括焊缝上的LMD层和被施加在LMD层上方的涂层的示例性机动车部件的截面图；
图2是通过焊缝被接合在一起的一对示例性工件的截面图；
图3是示出了将图2的焊缝的一部分以及镍和/或铁粉末熔融的LMD头的示意图；
图4是具有铁LMD层的焊缝的俯视图；
图5是具有镍LMD层的焊缝的俯视图；以及
图6是图5的镍LMD层的放大图。
具体实施方式
参照图1，本发明的一个方面涉及部件20例如机动车部件20，该部件20包括被焊接在一起的至少两个钢工件22、24。部件20具有这样的层(在下文中被称作“LMD层26”)：该层包含镍和/或铁并且通过激光金属沉积(LMD)工艺被施加至工件22与工件24之间的焊缝28的外表面。部件20还包括通过涂布、磷化或电涂(电泳涂装)被施加在LMD层26的顶部上的涂层30。
因为LMD层26通过LMD工艺施加，所以包含镍和/或铁的LMD层26基本上完全不含硅酸盐岛。这使得LMD层26与涂层30之间能够具有牢固的结合，从而降低了涂层30在焊缝28处从部件20脱落或以其他方式与部件20分离的风险。LMD层26还可以比典型焊缝的外表面光滑。
在图1的示例性实施方案中，工件22、24以对接接合的方式被焊接在一起。然而，LMD层26和涂层30可以被施加至任意适合类型的焊接接合的焊缝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可以是由钢制成的任意适合的机动车或非机动车工件22、24。例如，工件22、24可以是车架或底盘的件22、24并且可以具有任意适合的厚度。工件22、24可以通过任意适合的焊接工艺包括例如气体保护金属极电弧焊(GMAW)而焊接在一起。应该理解的是，如在本文中所使用的术语“钢”的使用意味着包括合金钢。
本发明的另一方面提供了一种制造部件例如图1所示的机动车部件20的方法。该示例性方法包括以下步骤：在接合处将第一钢工件22焊接至第二钢工件24以产生在第一工件22与第二工件24之间的焊缝28。第一工件22和第二工件24可以通过任意适合的焊接工艺包括例如GMAW焊接在一起，并且接合可以是任意适合类型的焊接接合。图2示出了以对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，焊缝28将第一工件22和第二工件24接合。
现在参照图3，所述方法接着进行以下步骤：使用激光束32将焊缝28的一部分以及镍和/或铁粉末34熔融，以提供具有大体平滑、基本上始终不含硅酸盐岛的LMD层26的焊缝28，LMD层26具有镍或铁。优选地，在熔融步骤期间使用保护气体36例如二氧化碳和/或氩以保护该区域免于接触可损害LMD层26的质量的大气气体。优选地，激光束32、粉末34和保护气体36全部同时从单个LMD头38射出。这个LMD头38可以相对于焊缝28移动或者焊缝28可以相对于这个LMD头38移动直到LMD层26已经被施加至焊缝28的所期望的部分为止。除其他事项外，根据通过LMD头38射出的激光束32的直径，可能需要多于一个LMD头38的通道以将LMD层26施加至焊缝28的整个外表面。LMD头38可以在纵向方向上通过多个通道沿焊缝28移动，或者LMD头38可以以Z字形图案沿着焊缝28移动，以将LMD层26施加至焊缝28的所期望的部分。可以控制激光束32的功率以调整LMD层26的厚度。图4示出了具有LMD层26的示例性焊缝28。使用激光束32(图3所示)将焊缝28的钢以及镍和/或铁粉末34熔融是有利的，这是因为可以使由LMD工艺产生的热影响区最小化。
返回参照图1，所述方法然后进行以下步骤：通过涂布、磷化和电涂在第一工件22和第二工件24上(包括在LMD层26的至少一部分上)施加涂层30。因为具有镍和/或铁的LMD层26基本上不含硅酸盐岛，所以涂层30与LMD层26之间的结合非常牢固。因为LMD层26仅被施加至焊缝28，所以这个工艺可以以非常有效和节省成本的方式实施，即，LMD层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。
如果使用镍粉末34，则所述方法可以包括以下附加步骤：在将焊缝28和粉末34熔融的步骤之前，在未添加镍粉末34的情况下使用激光束32将焊缝28预熔融并且使焊缝28冷却。这样可以产生更平滑、更一致的LMD层26。
显然，鉴于上述教导，本发明的许多修改方案和变化方案是可能的，并且这些修改方案和变化方案可以不同于所具体描述的来实施，只要在所附权利要求的范围内即可。

Claims (14)

1.一种部件，包括：
至少两个工件，所述至少两个工件在焊缝处接合在一起；
所述焊缝具有包含镍和铁中的至少一种的激光金属沉积层，所述激光金属沉积层基本上完全不含硅酸盐岛；以及
涂布、磷化或电涂的涂层，所述涂层与所述焊缝的所述基本上完全不含硅酸盐岛的激光金属沉积层的至少一部分结合。
2.根据权利要求1所述的部件，其中所述激光金属沉积层包含镍。
3.根据权利要求1所述的部件，其中所述激光金属沉积层包含铁。
4.根据权利要求1所述的部件，其中所述涂层为涂布的涂层。
5.根据权利要求1所述的部件，其中所述涂层为磷化的涂层。
6.根据权利要求1所述的部件，其中所述涂层为电涂的涂层。
7.一种制造部件的方法，包括以下步骤：
制备在焊缝处接合在一起的至少两个钢工件；
使用激光束将所述焊缝的一部分以及镍和铁中的至少一种的粉末熔融以使所述焊缝具有基本上不含硅酸盐岛的激光金属沉积层，所述激光金属沉积层具有镍和铁中的至少一种；以及
通过涂布、磷化或电涂工艺在所述激光金属沉积层的至少一部分上施加涂层。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括将所述至少两个工件焊接在一起的步骤。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述焊接步骤进一步被限定为通过气体保护金属极电弧焊工艺将所述至少两个工件焊接在一起。
10.根据权利要求7所述的方法，其中所述施加涂层的步骤进一步限定为对所述激光金属沉积层的至少一部分进行涂布。
11.根据权利要求7所述的方法，其中所述施加涂层的步骤进一步限定为对所述激光金属沉积层的至少一部分进行磷化。
12.根据权利要求7所述的方法，其中所述施加涂层的步骤进一步限定为对所述激光金属沉积层的至少一部分进行电涂。
13.根据权利要求7所述的方法，其中所述粉末为镍。
14.根据权利要求7所述的方法，其中所述粉末为铁。
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