CN106457465A - 用于对预涂覆片状金属板工件进行激光焊接的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种用于激光焊接预涂覆片状金属板的方法，该方法包括：将两个预涂覆片状金属板在工位处装载成使得板的待被焊接在一起的边缘彼此抵靠。每个板均具有钢基底和预涂覆层，该预涂覆层包括金属间合金层和金属合金层。在单个操作行程中，用散焦激光束照射每个板的与彼此抵靠的边缘相邻的区域，从而将位于每个板的所述区域内的预涂覆层材料熔融。在单个操作行程期间，使用气体流来将熔融的预涂覆材料吹出两个板的被照射区域。在没有将两个板从工位移除的情况下，使用聚焦激光束来将板激光焊接在一起。

Description

用于对预涂覆片状金属板工件进行激光焊接的方法和系统

技术领域

本发明总体上涉及用于制造片状金属部件的方法和系统，比如例如用在机动车和其他组件中的部件。更具体地，本发明涉及用于对预涂覆片状金属板进行激光焊接以形成对焊坯件或用于将片材成形部件等接合在一起的方法和系统。

背景技术

机动车行业面临着下述持续挑战：改善其生产的机动车的安全性和抗碰撞能力，同时提高燃油效率以满足或超过法定最低标准。实现这两个目标的一种方式依赖于具有优异的机械强度、高的抗冲击性等的重量较轻的材料的使用。以这种方式，在不牺牲用以在碰撞事件中吸收冲击能量的能力的情况下，可以减小车辆的总重量以实现提高的燃料效率。这种策略被广泛用于生产机动车辆的防侵入部件、结构部件或安全部件，比如例如保险杠、门加强件、B柱加强件和车顶加强件。

例如，“对焊坯件”是通过将具有不同组分和/或不同厚度的两种或更多种的钢坯件接合在一起、优选地通过将具有不同组分和/或不同厚度的两种或更多种的钢坯件激光焊接而形成的。在焊接坯件已被冷压之后，得到具有在部件自身内变化的机械强度、可压性和冲击吸收的性能的部件。因此，可以在部件内的不同位置处提供不同的机械性能，而不需要对整个部件施加不必要的或昂贵的成本。例如，通过将具有高机械强度的第一钢坯件和具有相对较低机械强度的第二钢坯件接合在一起，可以得到B柱。在冲击期间，变形集中在B柱的由第二钢坯件形成的部分内，使得冲击的能量以期望的方式被安全地吸收。

为了避免在焊接坯件的热成型期间提供受控的炉气氛以及提供抗腐蚀性的需要，通常使用带涂层的片状金属材料——比如例如具有铝-硅预涂覆层的硼钢——来制造这种坯件。不幸地，激光焊接这种预涂覆片状金属材料的方法导致预涂覆材料中的一些预涂覆材料被转移到在焊接操作期间产生的熔融区域中。焊接坯件的随后奥氏体化和淬火导致来自预涂覆层材料的金属元素与钢片材的铁或其他元素变成合金，从而在焊接接头中形成脆性的金属间化合物。在随后的机械装载时，这些金属间化合物往往是在静态或动态条件下开始破裂的部位。因此，由于焊接和随后的合金化和奥氏体化所造成的这些金属间化合物的存在，热处理后的焊接接头的总体变形能力显著地降低。

在美国专利8,614,008中，Canourgues等人指出，需要消除上述金属间化合物——即，在激光焊接期间可能被熔融的初始表面金属涂层——的来源。然而，简单地消除将来的焊接接头的两侧的预涂覆区域在焊接操作之后使焊接接头的两侧的区域不再具有任何表面金属预涂覆层。这是由于预涂覆层被去除的区域的宽度必须至少等于在焊接期间被熔融的区域的宽度以使得不促进金属间区域的随后的形成。Canourgues等人指出，实际上，被去除的预涂覆层的宽度必须远大于该最小量，以允许在组装操作期间熔融区域的宽度的波动。不幸地，在进一步的合金化和奥氏体化热处理期间，在位于焊缝邻近处的未涂覆区域内产生氧化物层和脱碳。此外，这些未涂覆且因此未受保护的区域在部件投入使用时趋向于发生腐蚀。

Canourgues等人继续公开他们的惊人发现：仅消除预涂覆层的一部分对于解决上述腐蚀问题而言仍是有效的。具体地，他们的解决方案涉及：去除整个厚度的金属合金层，同时将与钢基底接触的在下层(underlying)的金属间合金层留在原位。Canourgues等人强调金属合金层的精确去除包括：测量在去除过程期间暴露的表面的发射率或反射率；以及当测量值与参考值之差超过临界阈值时停止去除。由于金属间合金层在金属合金层的去除期间保持不受干扰，因此金属合金层被去除的区域的宽度可以比焊缝的一半宽度大20％至40％。在焊接过程期间，金属合金层不会被熔融到焊池中，并且因此不会沿焊接接头形成金属间区域。焊接接头的两侧的未受干扰的金属间合金层在部件投入使用时提供防腐蚀保护，但不会显著地影响金属间化合物在焊接接头中的形成。

由Canourgues等人公开的解决方案是优良的并且实现了防腐蚀的牢固焊接接头，但该解决方案实际上也是很难实施的。具体地，通过保持在下层的金属间合金不受干扰且同时机械刷涂或激光烧蚀来实现金属合金层的精确去除是非常困难的。此外，该过程是耗时且费力的，这是由于焊接坯件的每个部分必须单独处理：将焊接坯件的一部分放置在第一工位中以经受金属合金层的去除；将焊接坯件的一部分移动至第二工位并且相对于焊接坯件的另一部分定位；并且随后最终将分开的部分在第二工位中焊接在一起。当然，操作用于去除金属合金层及用于焊接处理的分开的工位使占地面积使用需求增大，并且需要双倍的激光源和激光光学组件等。这是必然的情况，因为使用脉冲波激光器来去除金属合金层并且使用连续波激光器来执行激光焊接。具体地，Canourgues等人描述了高密度能量束的使用，这使得预涂覆层的表面蒸发并排出。

当然，脆性的金属间化合物在焊接接头中的形成是在其他应用中——比如例如在片材形成的带涂层的部件的焊接期间——也遇到的问题。在这种情况下，预涂覆铝-硅钢片材进行热成形以产生具有期望形状的部件。可以执行随后的焊接步骤，比如例如将成形部件接合至机加工部件或者将成形部件的两个边缘接合在一起。不幸地，涂层材料在焊接接头中形成不期望的金属间化合物，这可能导致严重的开裂并且引起与以上参照对焊坯件已经描述的问题相同类型的问题。

克服现有技术的上述限制和缺点中的至少一些限制和缺点将是有益的。

发明内容

根据本发明的至少一个实施方式的方面，所公开的是一种用于激光焊接的方法，该方法包括：将第一工件在工位处相对于第二工件布置成使得第一工件和第二工件沿着界面彼此抵靠，第一工件和第二工件中的至少一者包括钢基底和预涂覆层，该预涂覆层包括与在下层的钢基底接触的金属间合金层、以及与中间金属合金层接触的金属合金层；使散焦激光束沿着第一工件与第二工件之间的界面进行扫描，从而将位于与界面紧邻的区域内的预涂覆层材料熔融；在散焦激光束的扫描期间并且在熔融的材料重新凝固之前，将气体流引导朝向熔融的材料，该气体流提供足够的力以将熔融的材料吹离第一工件和第二工件中的所述至少一者的在下层的钢基底；以及在没有将第一工件和第二工件从所述工位转移至另一工位的情况下，使聚焦激光束沿着界面进行扫描以形成激光焊接接头。

根据本发明的至少一个实施方式的方面，所公开的是一种用于激光焊接的系统，该系统包括：支承件，该支承件用于将第一工件相对于第二工件以预定的取向保持，使得第一工件沿着界面抵靠第二工件，第一工件和第二工件中的至少一者包括钢基底，在该钢基底上形成有预涂覆层；至少一个激光光学组件，所述至少一个激光光学组件与激光源光连通；至少一个致动器，所述至少一个致动器用于使所述至少一个激光光学组件相对于支承件相对地移动；以及导管，该导管与气体源连通，以将气体流引导朝向沿着第一工件与第二工件之间的界面的预定部位，其中，在使用期间，所述至少一个致动器使所述至少一个激光光学组件相对于支承件移动，使得所述至少一个激光光学组件使散焦激光束沿着界面进行扫描以将位于与该界面紧邻的区域内的预涂覆层材料熔融，并且使得所述至少一个激光光学组件随后使聚焦激光束沿着该界面进行扫描以形成激光焊接接头，并且其中，沿着该界面的所述预定部位是在扫描方向上位于散焦激光束后面的部位，并且气体流提供足够的力以在使聚焦激光束进行扫描以形成激光焊接接头之前将预涂覆层的熔融材料吹离第一工件和第二工件中的所述至少一者的在下层的钢基底。

根据本发明的至少一个实施方式的方面，所公开的是一种用于激光焊接预涂覆片状金属板以形成对焊坯件的方法，该方法包括：将第一预涂覆片状金属板在工位处相对于第二预涂覆片状金属板布置成使得第一板的边缘和第二板的边缘彼此抵靠并且限定界面，每个板均包括钢基底和预涂覆层，该预涂覆层包括与钢基底接触的金属间合金层、以及与金属间合金层接触的金属合金层；使散焦激光束沿着第一板与第二板之间的界面进行扫描，从而对板的与该界面相邻的相接表面区域进行加热并且将位于该相接表面区域中的每个相接表面区域内的预涂覆层材料熔融；在扫描期间，将气体流引导朝向熔融的材料，该气体流提供足够的力以将熔融的材料吹出相接的表面区域；以及在没有将第一板和第二板从所述工位转移至另一工位的情况下，使聚焦激光束沿着界面进行扫描以形成激光焊接接头。

根据本发明的至少一个实施方式的方面，所公开的是一种用于激光焊接预涂覆片状金属板以形成对焊坯件的系统，该系统包括：支承件，该支承件用于将第一工件相对于第二工件以预定的取向保持，使得第一板的边缘和第二板的边缘彼此抵靠并且限定界面；至少一个激光光学组件，所述至少一个激光光学组件与激光源光连通；至少一个致动器，所述至少一个致动器用于使所述至少一个激光光学组件相对于支承件相对地移动；以及导管，该导管与气体源连通，以将气体流引导朝向沿着第一工件与第二工件之间的界面的预定部位，其中，在使用期间，所述至少一个致动器使所述至少一个激光光学组件相对于支承件移动，使得所述至少一个激光光学组件使散焦激光束沿着界面进行扫描以将位于与该界面相邻的相接表面区域内的至少一些预涂覆层材料熔融，并且使得所述至少一个激光光学组件使聚焦激光束沿着该界面进行扫描以形成激光焊接接头，并且其中，沿着该界面的所述预定部位是在扫描方向上位于散焦激光束后面的部位，并且气体流提供足够的力以将预涂覆层的熔融材料吹出相接的表面区域。

根据本发明的至少一个实施方式的方面，所公开的是一种用于激光焊接预涂覆片状金属板以形成对焊坯件的方法，该方法包括：将两个预涂覆片状金属板在工位处装载成使得板的待被焊接在一起的边缘彼此抵靠，每个板均包括钢基底和预涂覆层，该预涂覆层包括与钢基底接触的金属间合金层、以及与中间金属合金层接触的金属合金层；在单个操作行程中，用散焦激光束照射每个板的与彼此抵靠的边缘相邻的区域，从而将预涂覆层的位于每个板的所述区域内的材料熔融；在单个操作行程期间，将气体流引导朝向预涂覆层的熔融材料，该气体流提供足够的力以将熔融的预涂覆材料吹出两个板中的被照射区域；以及在没有将两个板从所述工位转移的情况下，使用聚焦激光束将板激光焊接在一起。

附图说明

现在将仅通过示例的方式并参照附图对本发明进行描述，其中，贯穿若干附图，相似的附图标记表示相似的元件。应当理解的是，附图不一定按比例绘制。在某些情形下，已经省略了对本公开的理解而言不必要或使其他细节难以察觉的细节。

图1是示出了在被对焊在一起之前的具有不同厚度的两个预涂覆片状金属板的简化侧视图。

图2是示出了根据本发明的实施方式的图1的在预涂覆材料的去除期间预涂覆片状金属板的简化侧视图。

图3是示出了根据本发明的实施方式的图1的在预涂覆材料的去除期间预涂覆片状金属板的简化立体图。

图4是示出了图1的在继预涂覆材料的去除之后的激光焊接期间预涂覆片状金属板的简化侧视图。

图5是示出了图1的在继预涂覆材料的去除之后的激光焊接期间预涂覆片状金属板的简化立体图。

图6是示出了根据本发明的实施方式的用以同时实现预涂覆材料的去除以及激光焊接的分束器的使用的简化立体图。

图7是示出了根据本发明的实施方式的用以同时实现预涂覆材料的去除以及激光焊接的分开的激光头的使用的简化立体图。

图8是示出了根据本发明的实施方式的用以去除预涂覆材料的双束激光器的使用的简化俯视图。

图9是示出了根据本发明的实施方式的用以去除预涂覆材料的双束激光器的使用的简化立体图。

图10A至图10D示出了根据本发明的实施方式的用于将所形成的部件接合至机加工部件的方法中的各个步骤。

具体实施方式

呈现以下描述来使本领域技术人员能够做出并使用本发明，并且以下描述是在特定应用及其要求的环境下提供的。具体地，根据形成对焊坯件的具体应用来描述本发明，但是应当理解的是，还可以设想其他应用，比如例如焊接带涂层的片材成形部件。此外，所公开的实施方式的各种改型对于本领域技术人员而言将是明显的，并且在不背离本发明的范围的情况下，本文定义的一般原理可以应用于其他实施方式和应用。因此，本发明不意在限于所公开的实施方式，而是意在符合与本文所公开的原理和特征一致的最宽范围。此外，应当理解的是，本文所使用的措辞和术语是出于描述的目的并且不应被认为是限制性的。本文使用的“包括”，“包含”或“具有”及其变型意味着包括其后列出的项目及其等同物以及附加项目。

现在将在具体示例的环境下对用于激光焊接预涂覆工件的方法和系统进行描述，在该具体示例中，两个预涂覆片状金属板被对焊在一起以形成对焊坯件。图1是示出了在被对焊在一起之前的具有不同厚度的两个预涂覆片状金属板的简化侧视图。更具体地，钢基底102比钢基底104相对更薄。每个基底102和104在所述每个基底的每个侧部上具有预涂覆层106。预涂覆层106以已知的方式——比如例如通过在熔融铝浴或熔融铝合金浴中对基底102和104进行浸涂(dip-coating)——形成。可选地，预涂覆层106使用另一合适的材料形成，比如例如通过在熔融锌浴或熔融锌合金浴中对基底102和104进行浸涂而形成。这两个板布置成使得：板的待被焊接在一起的边缘彼此抵靠并且限定界面108。

为了简单起见，预涂覆层106在附图中被描绘为单层。然而，实际上，预涂覆层106包括与钢基底102或104接触的金属间合金层、以及与该金属间合金层接触的金属合金层。预涂覆层106通常具有比在下层的钢基底102或104的熔融温度低得多的熔融温度。例如，与钢基底的约1500℃的熔融温度相比，铝-硅合金涂层的熔融温度低于600℃。在以下附图中以及在相应的文本中，公开了用于由预涂覆片状金属板形成对焊坯件的各种方法和相关系统。该方法利用了上文所指出的较大熔融温度差的优点。在所述方法中的每个方法中，使用连续波激光器来将待焊接的区域内的预涂覆材料局部地去除并形成激光焊接接头。在每种情况下，高压气体流通过提供足够的力来将来自待焊接的区域内的预涂覆层的熔融材料去除而被用于协助预涂覆材料的去除。

现在参照图2，所示出的是图1的在预涂覆材料106的局部去除期间预涂覆片状金属板的简化侧视图。激光光学组件200经由光纤接收来自连续波激光源的激光，该连续波激光源统称为激光源204，并且激光光学组件200朝向板的位于界面108的两侧的相接表面区域发射散焦激光束206。作为示例，激光光学组件200包括至少一个透镜，并且激光源204的光纤是单芯光纤或多芯光纤束(bundle)。散焦激光束206将预涂覆层106的位于相接表面区域内的材料熔融，但不会使熔融的材料蒸发及排出。更确切地，使用导管202来将气体流引导至熔融的材料处，从而通过足够的力将熔融的材料吹出相接的表面区域。导管202与高压气体源(未示出)流体连通。

另外参照图3，散焦激光束206沿着界面108在由附图中的框箭头指示的方向上扫描。导管202跟随在激光束206的后面沿扫描方向行进，使得气体流被引导朝向在散焦激光束206后面紧接着形成的熔融材料。以这种方式，气体流在熔融的材料重新凝固之前将该熔融的材料吹出相接的表面区域。替代性地，板沿与所指示的扫描方向相反的方向移动，并且激光光学组件200和导管202保持静止。应当理解的是，如图3中所描绘的，板并非被机械地接合在一起，而是仅仅布置并保持在固定装置或另一合适的支承件中。更具体地，在预涂覆层106的去除期间以及在随后的激光焊接期间，每个板均相对于另一板定位并且牢固地保持就位。

现在参照图4，所示出的是图1的在继相接表面区域内的预涂覆材料的去除之后的激光焊接期间预涂覆片状金属板的简化侧视图。在图4中，用于去除预涂覆材料的相同的激光光学组件200和激光源204还用于在基底102与104之间形成激光焊接接头400。为了提高清晰度，导管202未在图4中示出。

另外参照图5，在于第一操作行程期间将预涂覆层106的来自板的相接表面区域的材料已经去除之后，在第二操作行程期间形成激光焊接接头400。激光光学组件200可以在用于形成激光焊接接头400的第二操作行程期间以及在用于将预涂覆层106的来自板的相接表面区域的材料去除的第一操作行程期间沿相同的方向扫描。可选地，激光光学器件沿相反的方向(相对于板)扫描以用于形成激光焊接接头400以及用于将预涂覆层106的材料去除。

现在参照图6，所示出的是示出了根据本发明的实施方式的用以同时实现预涂覆材料的去除以及激光焊接的分束器600的使用的简化立体图。在单个操作行程期间，散焦激光束206和聚焦激光束208沿着界面108在由附图中的框箭头指示的扫描方向上进行扫描。导管202将气体流引导朝向通过散焦激光束206熔融的预涂覆层106的材料，并且提供足够的力以将熔融的材料吹出与界面108相邻的相接表面区域。导管202与高压气体源(未示出)流体连通。分束器206用来朝向界面108发射聚焦激光束208，以在基底102与104之间形成激光焊接接头400。具体地，聚焦激光束被引导朝向沿着界面108的下述区域：熔融的材料已经从该区域被吹出。使用单个激光源204(即，连续波激光源和输送光纤)来产生聚焦激光束208和散焦激光束206两者。

图7是示出了用以在单个操作行程中实现预涂覆材料的去除并执行激光焊接的分开的激光光学组件200a和200b的使用的简化立体图。具体地，第一激光光学组件200a经由第一光纤接收来自统称为第一激光源204a的第一连续波激光源的激光，并且第一激光光学组件200a朝向板的位于界面108的两侧的相接表面区域发射散焦激光束206。散焦激光束206将预涂覆层106的位于相接的表面区域内的材料熔融，但不会使熔融的材料蒸发及排出。更确切地，使用导管202来将气体流引导在熔融的材料处，从而通过足够的力将熔融的材料吹出相接的表面区域。导管202与高压气体源(未示出)流体连通。尾随在第一激光光学组件200a后面沿扫描方向行进的第二激光光学组件200b经由第二光纤接收来自统称为第二激光源204b的第二连续波激光源的激光，并且第二激光光学组件200b朝向界面108发射聚焦激光束208以在板之间形成激光焊接接头400。具体地，聚焦激光束被引导朝向沿着界面108的下述区域：熔融的材料已经从该区域被吹出。分别使用分开的激光源204a和204b来产生散焦激光束206和聚焦激光束208。

图8和图9示出了可选的实施方式，在该可选的实施方式中，激光束是使用光学器件成形的以实现预涂覆层的去除。在图8和图9中示出的具体且非限制性的示例中，使用激光束光学器件来产生成形的双光束激光光斑。图8是示出了第一预涂覆板800和第二预涂覆板802的简化俯视图，第一预涂覆板800和第二预涂覆板802并排地布置以在其间限定界面804。在图8中示出的具体且非限制性示例中，使用双光束光学器件来产生成形的激光光斑806，该成形的激光光斑806沿着板800与802之间的界面804进行扫描，从而将区域808内的预涂覆材料去除。图9是示出了第一板800和第二板802并且示出了形成成形的激光束902的双光束光学器件900的简化立体图，成形的激光束902产生成形的激光光斑806。在图8和图中9示出的示例中，板800和802的钢基底904和906分别具有大致相同的厚度，并且板800和802中的每个板上的预涂覆层908也具有大致相同的厚度。当处理具有待通过激光焊接被接合在一起且厚度不同的基底的板时，这种类型的束成形也是有益的。

以上参照图2至图9描述的方法是在单个工位中实施的。工位包括诸如例如固定装置之类的支承件，以用于在预涂覆层的材料的去除期间以及在激光焊接期间保持板组件。由于单一的结构(set-up)，因此用于去除预涂覆材料的激光束路径和用于激光焊接的激光束路径非常严密地匹配。因此，能够将被移除的预涂覆层的材料所处的相接区域的有效宽度设定为对于焊接而言最佳的值。以这种方式，完全保护性的预涂覆层邻近于激光焊接接头400保持完整，并且同时激光焊接接头不会因金属间区域的形成而弱化。可以使用布置成沿着板中的一个板的自由边缘滚动的未示出的辊组件来确保散焦激光束的加热点的精确定位。加热点处的温度可以基于散焦激光束的红外发射来进行监测，并且所得到的温度数据可以用于对激光源功率进行控制以在确保基底材料保持固态的同时仅将预涂覆层的期望部分熔融。

在以上参照图2至图9描述的方法中，在与界面108——激光焊接接头400沿着该界面108形成——相邻的区域内的整个预涂覆层106被去除。因此，金属合金层和金属间合金层被去除，并且在下层的钢基底102和104被暴露。可选地，在与界面108相邻的区域内，金属间合金层保持不受干扰或仅部分地被去除，并且金属合金层被完全去除。还可选地，金属合金层、金属间合金层以及此外相对较小量的钢基底102和104被去除。如果被接合的板具有不同的厚度，则较小量的钢基底的去除不会影响焊接。

当然，如上所述的方法和系统也可用于激光焊接其他应用中的预涂覆工件。例如，铝-硅预涂覆钢片材可以进行热成型以产生具有期望形状的第一工件，第一工件随后利用基本上如上所述的方法和系统通过激光焊接被接合至诸如机加工部件之类的第二工件。在该后一种应用中，仅需要从第一工件去除预涂覆层材料，这是因为第二工件不具有预涂覆层。替代性地，片材成形工件的一个边缘接合至同一片材成形工件的另一边缘或者接合至另一片材成形工件的边缘，在这种情况下，需要沿着两个相接合的边缘去除预涂覆材料。

现在参照图10A至图10D，所示出的是根据实施方式的用于将成形部件接合至机加工部件的方法。图10A示出了具有中央开口1002的成形部件1000。作为具体且非限制性的示例，成形部件1000为齿轮部件中的轮毂。例如，成形部件1000是由铝-硅预涂覆的硼钢片材坯件——比如——制造的。随后，坯件被加热成高于坯件的奥氏体化温度并且通过工具形成为其最终形状，随后进行快速淬火。

图10A中还示出了具有中央突出部1006的机加工部件1004，该中央突出部1006形成在机加工部件1004的一个端部处。如图10B中所示，突出部1006定形并定尺寸成接纳在成形部件1000的中央开口1002内，在此之后，成形部件1000和机加工部件1004将通过激光焊接接合在一起。不幸地，如前所述，硅-铝涂层可能在焊接中引起严重的开裂。

现在参照图10C，成形部件1000和机加工部件1004被示出为处于组装状态，使得突出部1006接纳在中央开口1002内。图10C示出了围绕成形部件1000的中央开口1002的周缘将硅-铝涂层从成形部件1000的表面局部去除的步骤。具体地，激光光学组件1010经由光纤接收来自统称为激光源1012的连续波激光源的激光，并且激光光学组件1010朝向成形部件1000的下述区域发射散焦激光束1014：该区域紧邻于成形部件1000与机加工部件1004之间的界面。由于机加工部件不具有硅-铝涂层，因此散焦的激光束可以仅被引导到成形部件1000上。作为示例，激光光学组件1010包括至少一个透镜，并且激光源1012的光纤是单芯光纤或多芯光纤束。散焦激光束1014将硅-铝涂层的与所述界面相邻——即，围绕中央开口1002的周缘——的材料熔融，但不会使熔融的材料蒸发和排出。更确切地，使用导管1016来将气体流引导朝向熔融的材料，并且从而在被熔融的材料重新凝固之前通过足够的力将熔融的材料吹离成形部件1000的在下层的钢基底。导管1016与高压气体源(未示出)流体连通。应当理解的是，如图10C中所描绘的，部件不是机械地接合在一起，而是仅仅布置并保持在固定装置或另一合适的支承件中。更具体地，在硅-铝涂层的去除期间和在随后的激光焊接期间，每个部件均相对于另一部件定位并牢固地保持就位。如图10D中所示，用于去除硅-铝涂层材料的相同的激光光学组件1010和激光源1012还用于沿着焊接线引导聚焦激光束1018，以在成形部件1000与加工部件1004之间形成激光焊接接头1020。为了提高清晰度，导管1016未在图10D中示出。

在于第一操作行程期间将铝-硅涂层的材料已经去除之后，在于第二操作行程期间形成激光焊接接头1020。激光光学组件1010可以在用于形成激光焊接接头1020的第二操作行程期间和在用于将铝-硅涂层的材料去除的第一操作行程期间沿相同的方向进行扫描。可选地，激光光学器件1010沿相反的方向扫描以用于形成激光焊接接头1020以及用于将铝-硅涂层的材料去除。

尽管本文已经描述并示出了若干发明实施方式，但是本领域普通技术人员将容易地想到用于执行本文所描述的功能以及/或者获得结果和/或一个或更多个优点的多种其他装置和/或结构，并且这些变型和/或改型中的每一者均被认为在本文所描述的实施方式的发明范围内。更一般地，本领域技术人员将容易领会的是，本文所描述的所有参数、尺寸、材料和构型意在是示例性的，并且实际的参数、尺寸、材料和/或构型将取决于具体应用或使用本发明教示的应用。本领域技术人员将认识到或者能够仅使用常规试验来确定本文所描述的特定发明实施方式的许多等同物。因此，应当理解的是，前述实施方式仅通过示例的方式给出，并且在所附权利要求及其等同物的范围内，本发明实施方式可以以不同于具体描述及要求保护的其他方式实施。本公开的发明实施方式涉及本文所描述的每个单独的特征、系统、制品、材料、配套元件和/或方法。此外，如果这些特征、系统、制品、材料、配套元件和/或方法不互相矛盾，则两个或更多个这些特征、系统、制品、材料、配套元件和/或方法的任意组合包括在本公开的发明范围内。

本文所限定并使用的所有定义应当理解为优先于字典定义和/或所限定术语的普通含义。除非有明确的相反指示，否则本文在说明书和权利要求中使用的不定冠词“一(a)”和“一个(an)”应当被理解为意指“至少一个”。如本文在说明书和权利要求中使用的短语“和/或”应当被理解为意指这样结合的元件——即，在一些情况下结合地存在并且在其他情况下分开地存在的元件——中的“任一者或两者”。

用“和/或”列出的多个元件应当以相同的方式解释，即，这样结合的元件中的“一个或更多个”。除了由“和/或”项具体标识的元件以外，可以可选地存在其他元件，而无论与具体标识的那些元件相关还是不相关。因此，作为非限制性示例，当结合开放式语言措词——比如“包括”——使用时，对“A和/或B”的引用可以指的是下述各者：在一个实施方式中仅A(可选地包括除了B以外的元件)；在另一实施方式中，仅B(可选地包括除A以外的元件)；在又一实施方式中，A和B两者(可选地包括其他元件)，等等。

如本文在说明书和权利要求中所使用的，“或”应当理解为具有与如以上限定的“和/或”相同的含义。例如，当将列表中的项目分开时，“或”或“和/或”应当被解释为是包括性的，即包括许多元件或元件列表中的至少一个元件，但也包括多于一个元件，并且可选地包括其他的未列出项目。仅明确地指示相反含义的术语——比如“…中的仅一个”或“…中的恰好一个”或者“由…组成”在权利要求中使用时将指的是包括许多元件或元件列表中的恰好一个元件。一般来说，仅当在前面有排他性术语比如“任一”、“…中的一个”、“…中的仅一个”或“…中的恰好一个”时，如本文所使用的术语“或”才应当被解释为指示排他性替代形式(即，“一者或另一者而不是两者”)。当在权利要求中使用时，“基本上由…组成”应当具有其在专利法领域中使用的普通含义。

如本文在说明书和权利要求中所使用的，涉及一个或更多个元件的列表的短语“至少一个”应当被理解为意指选自元件列表中的任意一个或更多个元件的至少一个元件，但不一定包括元件列表内具体列出的每个或各个元件中的至少一个元件，并且不排除元件列表中的元件的任何组合。该定义还允许可以可选地存在除短语“至少一个”所指的元件列表内具体标识的元件以外的元件，而不论与具体标识的那些元件是相关还是不相关。因此，作为非限制性的示例，“A和B中的至少一个”(或者等同地，“A或B中的至少一个”或者等同地，“A和/或B中的至少一个”)可以指的是下述各者：在一个实施方式中，至少一个，可选地包括多于一个A但不存在B(并且可选地包括除B以外的元件)；在另一个实施方式中，至少一个，可选地包括多于一个B但不存在A(并且可选地包括除A以外的元件)；在又一实施方式中，可选地包括多于一个A的至少一个，以及可选地包括多于一个B的至少一个(并且可选地包括其他元件)，等等。

还应当理解的是，除非有明确的相反指示，否则在本文所要求的包括多于一个步骤或动作的任何方法中，该方法的步骤或动作的顺序不一定限于所给出的方法的步骤或动作的顺序。

数值范围包括限定范围的端点值。例如，“介于1100℃与1200℃之间”包括1100℃和1200℃两者、以及1100℃与1200℃之间的所有温度值。

在权利要求中以及在以上说明书中，所有过渡性短语比如“包含(comprising)”、“包括(including)”、“承载有(carring)”、“具有(having)”、“含有(containing)”、“涉及(involving)”、“持有(holding)”、“包含有(composed of)”等应理解为开放式的，即，意味着包括但不限于。仅过渡性短语“由…组成”和“基本上由…组成”应当分别是闭式的或半闭式的过渡性短语。

已经出于说明的目的呈现了本发明的若干种方法和实施方式的前述描述。前述说明并非意在穷尽的或者将本发明限制于所公开的精确的步骤和/或形式，并且显然，根据上述教示，可以进行许多改型和变型。本发明的范围和所有等同物意在由所附权利要求限定。

Claims (29)

1.一种用于激光焊接的方法，包括：

将第一工件在工位处相对于第二工件布置成使得所述第一工件和所述第二工件沿着界面彼此抵靠，所述第一工件和所述第二工件中的至少一者包括钢基底和预涂覆层，所述预涂覆层包括：金属间合金层，所述金属合金层与在下层的所述钢基底接触；以及金属合金层，所述金属合金层与所述金属间合金层接触；

使散焦激光束沿着所述第一工件与所述第二工件之间的所述界面进行扫描，从而将所述预涂覆层的位于与所述界面紧邻的区域内的材料熔融；

在所述散焦激光束的扫描期间并且在熔融的所述材料重新凝固之前，将气体流引导朝向熔融的所述材料，所述气体流提供足够的力以将熔融的所述材料吹离所述第一工件和所述第二工件中的所述至少一者的在下层的所述钢基底；以及

在没有将所述第一工件和所述第二工件从所述工位转移至另一工位的情况下，使聚焦激光束沿着所述界面进行扫描以形成激光焊接接头。

2.根据权利要求1所述的方法，包括：仅使用一个激光源来将所述预涂覆层的所述材料熔融以及形成所述激光焊接接头。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，

将所述预涂覆层的所述材料熔融以及形成所述激光焊接部是在单个操作行程中执行的。

4.根据权利要求3所述的方法，包括：使用分束器来将源激光束分开以形成所述散焦激光束和所述聚焦激光束。

5.根据权利要求3所述的方法，包括：使用第一激光源来形成所述散焦激光束，并且使用第二激光源来形成所述聚焦激光束。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，

将所述预涂覆层的所述材料熔融是在第一操作行程中执行的，并且形成所述激光焊接部是在第二操作行程中执行的。

7.根据权利要求6所述的方法，包括：仅使用一个激光源来将所述预涂覆层的所述材料熔融以及形成所述激光焊接接头。

8.根据权利要求6所述的方法，包括：使用第一激光源来形成所述散焦激光束，并且使用第二激光源来形成所述聚焦激光束。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，

熔融的所述材料由熔融的金属合金材料组成。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，

熔融的所述材料由熔融的金属合金材料和熔融的金属间合金层材料组成。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，

熔融的所述材料由熔融的金属合金材料、熔融的金属间合金层材料和来自所述钢基底的熔融材料组成。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，

使所述散焦激光束进行扫描包括：使用光束成形光学器件来使所述散焦激光束成形。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，

所述光束成形光学器件是双束光学器件。

14.根据权利要求1所述的方法，其中，

所述第一工件和所述第二工件中的仅一者包括所述预涂覆材料。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，

所述第一工件和所述第二工件中的所述一者是片材成形部件。

16.根据权利要求1所述的方法，其中，

所述第一工件和所述第二工件两者均包括所述预涂覆材料。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，

所述第一工件和所述第二工件是预涂覆片状金属板，所述预涂覆片状金属板用于被焊接在一起以形成对焊坯件。

18.根据权利要求1所述的方法，其中，

所述预涂覆层的所述材料在其内被熔融的所述区域的尺寸与所述激光焊接接头的尺寸大致相同。

19.一种用于激光焊接的系统，包括：

支承件，所述支承件用于将第一工件相对于第二工件以预定的取向保持，使得所述第一工件沿着界面抵靠所述第二工件，所述第一工件和所述第二工件中的至少一者包括其上形成有预涂覆层的钢基底；

至少一个激光光学组件，所述至少一个激光光学组件与激光源光连通；

至少一个致动器，所述至少一个致动器用于使所述至少一个激光光学组件相对于所述支承件相对地移动；以及

导管，所述导管与气体源连通，以用于朝向沿着所述第一工件与所述第二工件之间的所述界面的预定部位引导气体流，

其中，在使用期间，所述至少一个致动器使所述至少一个激光光学组件相对于所述支承件移动，使得所述至少一个激光光学组件使散焦激光束沿着所述界面进行扫描以将所述预涂覆层的与所述界面紧邻的区域内的材料熔融，并且使得所述至少一个激光光学组件随后使聚焦激光束沿着所述界面进行扫描以形成激光焊接接头，并且

其中，沿着所述界面的所述预定部位是在扫描方向上位于所述散焦激光束后面的部位，并且所述气体流提供足够的力以在使所述聚焦激光束进行扫描以形成所述激光焊接接头之前将所述预涂覆层的熔融的所述材料吹离所述第一工件和所述第二工件中的所述至少一者的在下层的所述钢基底。

20.根据权利要求19所述的系统，其中，

所述至少一个激光光学组件由一个激光光学组件组成。

21.根据权利要求20所述的系统，其中，

所述一个激光光学组件包括用于形成所述散焦激光束和所述聚焦激光束的分束器。

22.根据权利要求19所述的系统，其中，

所述至少一个激光光学组件由用以形成所述散焦激光束的第一激光光学组件以及用以形成所述聚焦激光束的第二激光光学组件组成。

23.根据权利要求19所述的系统，其中，

所述至少一个激光光学组件包括光束成形光学器件。

24.根据权利要求23所述的系统，其中，

所述光束成形光学器件是双束光学器件。

25.根据权利要求19所述的系统，其中，

所述第一工件和所述第二工件中的仅一者包括所述预涂覆材料。

26.根据权利要求25所述的系统，其中，

所述第一工件和所述第二工件中的所述一者是片材成形部件。

27.根据权利要求19所述的系统，其中，

所述第一工件和所述第二工件两者均包括所述预涂覆材料。

28.根据权利要求27所述的系统，其中，

所述第一工件和所述第二工件是预涂覆片状金属板，所述预涂覆片状金属板用于被焊接在一起以形成对焊坯件。

29.根据权利要求19所述的系统，其中，

所述预涂覆层的所述材料在其内被熔融的所述区域的尺寸与所述激光焊接接头的尺寸大致相同。