CN107433394A - 激光束局部涂覆的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种用于激光焊接片状金属工件的方法，该片状金属工件具有在其至少一个主表面上的防腐蚀预涂层并且具有相对的第一侧边缘和第二侧边缘。片状金属工件布置成使得第一侧边缘和第二侧边缘彼此相接触并且使得至少一个主表面面向外。具有第一光束光斑尺寸的激光束用于在第一侧边缘与第二侧边缘之间形成激光焊接接合部。随后，在激光焊接接合部上形成局部防腐蚀表层。为此，将具有大于第一光束光斑尺寸的第二光束光斑尺寸的激光束沿着激光焊接接合部扫掠。在所述扫掠期间，将粉末防腐蚀表层材料流朝向激光焊接接合部的正被激光束照射的部分导向。所述材料被激光束熔融，随后凝固以形成附着至激光焊接接合部的层。

Description

激光束局部涂覆的方法
技术领域
本发明总体上涉及在金属片材部件、比如汽车部件的制造中的激光焊接。更具体地，本发明涉及用于在将具有预涂的防腐蚀表层的金属片材板激光焊接在一起之后沿着激光焊接接合部(焊道)形成局部防腐蚀表层的方法和系统。
背景技术
汽车是沿着装配线批量生产的，在装配线中，组成汽车的各种系统和部件通过使用人工控制工具和/或机器人控制工具而接合在一起。通常，不同的金属片材件接合在一起以形成所需部件。例如，通过将比如两个或更多个不同成分和/或不同厚度的钢胚料通过激光焊接接合在一起而形成“拼接焊接坯料”。在焊接坯料已经被冷压之后，获得具有在部件其本身内的变化的机械强度的性能、可压性能(pressability)以及冲击收性能的部件。
为了提供更好的耐腐蚀性，常见的是使用涂覆的金属片材材料比如例如具有铝硅或锌预涂表层的硼钢制造所述坯料。遗憾的是，将预涂的金属片材板激光焊接在一起的工艺会导致形成的焊接接合部缺乏防腐蚀保护。随着时间推移，暴露于水、道路用盐等导致沿着焊接接合部的腐蚀以及伴随的焊接完整性的丧失。焊接完整性的丧失可导致金属片材板沿着焊接接合部分离，从而导致整个部件的失效。
此外，对于由硼钢——比如Usibor材料——制造的热冲压部件而言，在随后的热冲压过程中，AlSi层沿着焊接接合部的中断导致沿着焊接接合部的剥落。
现有技术的对于该问题的解决方案包括使用底涂层来覆盖焊接接合部，并且然后喷涂部件以提供相对于周围环境的物理屏障。遗憾的是，由于喷涂层与基础金属的粘结很弱，因此由喷涂层提供的防腐蚀性劣于原始涂层。此外，随着时间推移喷涂层可能被破坏，使得水、道路用盐等与底层焊接接合部相接触。其可能发生在下述情况下：例如涂层被刮伤或剥落、或喷涂起初未被适当地施用并且因而未能附着至底层材料的情况。另外，由于仅对多个部件的外部表面进行喷涂，并且因此沿着焊接接合部的面向内的表面会发生腐蚀。
因此，有益的是提供克服至少一些现有技术的上述局限和缺点的方法和系统。
发明内容
根据本发明的至少一个实施方式的一方面，公开了一种用于将金属片材板激光焊接在一起的方法，所述金属片材板分别具有防腐蚀表层预涂层，所述方法包括：将金属片材板中一者相对另一者布置成使得板中的一个板的边缘与板中的另一板的边缘相邻并相接触；使用具有第一光束光斑尺寸的激光束沿着金属片材板的相邻的边缘形成激光焊接接合部；并且在形成激光焊接接合部之后，至少在激光焊接接合部上形成局部防腐蚀表层，所述至少在激光焊接接合部上形成局部防腐蚀表层包括：将具有第二光束光斑尺寸的激光束沿着激光焊接接合部扫掠，第二光束光斑尺寸大于第一光束光斑尺寸；以及在扫掠期间，朝向激光焊接接合部的正被激光束照射的部分提供粉末防腐蚀表层材料流，其中，粉末防腐蚀表层材料被激光束熔融，并且形成附着至激光焊接接合部的层。
根据本发明的至少一个实施方式的一方面，公开了一种用于将金属零件接合在一起的方法，包括：将第一金属零件和第二金属零件在接合区域处接合在一起，第一金属部和第二金属部中的至少一者具有防腐蚀表层预涂层，并且其中，在所述接合期间在接合区域内的表层预涂层被破坏；以及在目标区域——目标区域为接合区域内和接合区域附近中的至少一者——内形成局部防腐蚀表层，所述在目标区域内形成局部防腐蚀表层包括：将具有预定的光束光斑尺寸的激光束扫掠整个目标区域；以及在所述扫掠期间，朝向目标区域的正被激光束照射的部分提供粉末防腐蚀表层材料流，其中，粉末防腐蚀表层材料被激光束熔融，并且形成附着至接合区域内的表面的层。
根据本发明的至少一个实施方式的一方面，公开了用于汽车的多件式侧面板，具有：两个金属片材板，所述两个金属片材板各自具有防腐蚀表层预涂层并且沿着激光焊接接合部被接合在一起；以及至少在激光焊接接合部上形成的局部防腐蚀表层，由此局部防腐蚀表层形成激光焊接接合部与环境大气之间的屏障。
根据本发明的至少一个实施方式的一方面，公开了用于汽车的门环(door ring)，具有：两个金属片材板，所述两个金属片材板各自具有防腐蚀表层预涂层并且沿着激光焊接接合部被接合在一起；以及至少沿着激光焊接接合部形成的局部防腐蚀表层，由此局部防腐蚀表层形成激光焊接接合部与环境大气之间的屏障。
根据本发明的至少一个实施方式的一方面，公开了用于汽车的多件式零件，具有：两个金属片材板，所述两个金属片材板各自具有防腐蚀表层预涂层并且沿着激光敢接接合部被接合在一起；并且至少在激光焊接接合部上形成的局部防腐蚀表层，由此局部防腐蚀表层形成激光焊接接合部与环境大气之间的屏障。例如，多件式零件是用于汽车的多件式车身侧部或用于汽车的多件式侧面板。
根据本发明的至少一个实施方式的一方面，公开了一种用于将预涂的金属片材板激光焊接在一起的系统，包括：支承件，该支承件用于保持第一预涂的金属片材板相对于第二预涂的金属片材板处于预定取向，使得第一板的边缘和第二板的边缘彼此相邻地布置并且在第一板的边缘与第二板的边缘之间限定结合部；激光光学组件，该激光光学组件与激光源光学连通，并且该激光光学组件能够以第一模式操作、用以将具有第一光束光斑尺寸的激光束沿着结合部扫掠，并且能够以第二模式操作、用以将具有大于第一光束光斑尺寸的第二光束光斑尺寸的激光束沿着结合部扫掠；粉末递送导管与粉末防腐蚀表层材料源连通并且具有布置用于将粉末防腐蚀表层材料流朝向结合部导向的出口端；以及至少一个致动器，用于使激光光学组件和粉末递送导管的出口端相对于支承件移动，其中，将具有第一光束光斑尺寸的激光束沿着结合部在第一通路中扫掠以在第一板与第二板之间形成激光焊接接合部，并且其中，将具有第二光束光斑尺寸的激光束沿着激光焊接接合部扫掠，并且同时粉末防腐蚀表层材料经由粉末递送导管被朝向激光焊接接合部的当前照射的部分给送，以至少在激光焊接接合部上形成局部防腐蚀表层。
根据本发明的至少一个实施方式的一方面，提供了用于激光焊接金属片材工件的方法，该金属片材工件具有设置在其至少一个主表面上的防腐蚀表层预涂层，并且具有第一侧边缘和与第一侧边缘相对的第二侧边缘，所述方法包括：将所述金属片材工件布置成使得第一侧边缘与第二侧边缘相邻并相接触，并且使得至少一个主表面面向向外；使用具有第一光束光斑尺寸的激光束在金属片材工件的第一侧边缘与第二侧边缘之间形成激光焊接接合部；以及在形成激光焊接接合部之后，至少在激光焊接接合部上形成局部防腐蚀表层，所述至少在激光焊接接合部上形成局部防腐蚀表层包括：将具有第二光束光斑尺寸的激光束沿着激光焊接接合部扫掠，第二光束光斑尺寸大于第一光束光斑尺寸；以及在所述扫掠期间，朝向激光焊接接合部的正被激光束照射的部分提供粉末防腐蚀表层材料流，其中，粉末防腐蚀表层材料首先被激光束熔融，并且然后凝固以形成附着至激光焊接接合部的层。
根据本发明的至少一个实施方式的一方面，公开了一种用于形成管状构件的方法，包括：将金属工件的相对的第一侧边缘和第二侧边缘在接合区域处接合在一起，该金属工件具有设置在其至少一个主表面上的防腐蚀表层预涂层，并且其中，在所述接合期间接合区域内的表层预涂层被破坏；以及在目标区域——该目标区域为接合区域内和接合区域附近中的至少一者——内形成局部防腐蚀表层，所述在目标区域内形成局部防腐蚀表层包括：将具有预定的光束光斑尺寸的激光束扫掠整个目标区域；以及在所述扫掠期间，朝向目标区域的正被激光束照射的部分提供粉末防腐蚀表层材料流，其中，粉末防腐蚀表层材料被激光束熔融，并且形成附着至接合区域内的表面的层。
根据本发明的至少一个实施方式的一方面，提供了管形部件，包括：金属片材工件，所述金属片材工件具有布置在其至少一个主表面上的防腐蚀表层预涂层，并且具有第一侧边缘和与该第一侧边缘相对的第二侧边缘，所述金属片材工件成形成管形并且第一侧边缘和第二侧边缘沿着激光焊接接合部接合在一起；以及至少在激光焊接接合部上形成的局部防腐蚀表层，由此局部防腐蚀表层形成位于激光焊接接合部与环境大气之间的屏障。
附图说明
现在将仅以示例的方式并且参照附图对本发明进行描述，其中，贯穿若干视图相似的附图标记表示相似的元件。应了解的是，附图未必是按比例的。在某些例子中，已经省略了对于理解公开内容不是必须的细节或者导致其他细节难以理解的细节。
图1是示出了在将两个预涂的金属片材板激光焊接在一起之后并且沿着激光焊接接合部形成局部防腐蚀表层期间的根据本发明的实施方式的系统的简化立体图。
图2A示出了在激光焊接接合部的第一侧上形成的局部防腐蚀表层。
图2B是图2A的一部分的放大视图。
图3A示出了在激光焊接接合部的与图2A中所示的第一侧相反的第二侧上形成的局部防腐蚀表层。
图3B是图3A的一部分的放大视图。
图4是沿着图1中的线A-A截取的截面图，并且示出了激光焊接接合部上的局部防腐蚀表层。
图5是示出了使用激光焊接系统形成的管形工件的简化端视图。
图6是示出了在激光焊接之前的未闭合管形工件的简化的端视图。
具体实施方式
在具体应用的上下文及其要求中提供并且呈现的以下描述能够使本领域的技术人员实施和使用本发明。对公开的实施方式的各种修改对于本领域的技术人员而言是显而易见的，并且本文中限定的一般原理可在不脱离本发明的范围的情况下应用于其他实施方式和应用。因此，本发明无意局限于所公开的实施方式，而是符合与本文中公开的原理和特征一致的最宽范围。
在以下讨论中和所附权利要求中，术语“主表面”指的是金属片材板或工件的尺寸上较大的表面中的一个表面，其沿二维方向在板的尺寸上较小的“侧边缘”之间延伸。通过具体示例，从图1中的附图标记8和9延伸的箭头直接地指向金属片材板的每个金属片材板的主表面中的一个主表面。另一方面，附图标记1和2的导引线指向金属片材板的每个金属片材板的侧边缘中的一个侧边缘。术语“侧边缘”和“边缘”可相互替换使用。明显地，矩形金属片材板或工件具有四个侧边缘以及仅两个主表面。
在以下讨论中和所附权利要求中，术语“闭合(closed)”用于指示在工件的相对的两个侧边缘已经比如通过激光焊接而接合在一起之后的工件。术语“未闭合(open)”用于指示在工件的相对的两个侧边缘比如通过激光焊接接合在一起之前的工件。为了更好地确定，矩形金属片材工件可以滚制成大致管形形式使得其相对的两个侧边缘彼此对准并且抵靠彼此对接，如图6中的示例所示。其被称作未闭合管，因为围绕管形形式的圆周存在中断，该中断允许相对的两个侧边缘中的一者相对于另一者移动。在相对的两个侧边缘之间形成激光焊接接合部(或另一类似接合部)之后，认为管形形式被闭合。如图5中的示例所示，围绕闭合管的圆周不再存在中断，然而，围绕圆周的材料成分不是统一的。当然，在闭合管中，相对的两个侧边缘中的一者不会相对于另一者移动。
现在参照图1，示出了根据本发明的实施方式的系统100的简化立体图。更具体地，示出了在将两个预涂的金属片材板8和9激光焊接在一起之后以及在沿着激光焊接接合部6形成局部防腐蚀表层7期间的系统100。板8包括基材1，该基材1具有设置在其两侧上的预涂层3。类似地，板9包括基材2，该基材2具有设置在其两侧上的预涂层3。在图1中所示的示例中，基材2比基材1相对更厚，但可选地，基材具有相同的厚度。通过具体且非限制性示例的方式，基材1和基材2由硼钢制造，并且其可以不同、例如具有不同的机械性能和/或不同的合金成分。预涂层3以已知的方式形成、比如例如通过将基材1和基材2在熔融锌或熔融铝合金的浴中浸渍涂敷而形成。应了解的是，为简单起见，预涂层3在图1中描绘为单个层。然而，实际上预涂层3包括与钢基材1或钢基材2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。通常，预涂层3的材料的熔融温度远低于底层钢基材8或9的熔融温度。例如，铝硅(AlSi)合金涂层具有低于600℃的熔融温度，与之相比钢基材的熔融温度为大约1500℃。
系统100包括激光光学组件4，该激光光学组件从激光源经由光纤(统一被称作激光源10)接收激光。激光光学组件4能够以第一模式操作、用于将具有第一光束光斑尺寸的激光束沿着位于板8和板9的相邻的边缘之间的结合部扫掠，并且还可以以第二模式操作、用于将具有第二光束光斑尺寸的激光束沿着在结合部处形成的所产生的焊接接合部扫掠，第二光束光斑尺寸大于第一光束光斑尺寸。通过示例，激光光学组件4至少包括透镜，并且激光源10的光纤是单芯光纤或多芯光纤束。
系统100还包括导管5，该导管5与未示出的粉末防腐蚀表层材料源连通，并且具有布置用于将粉末防腐蚀表层材料流11朝向激光焊接接合部6导向的出口端。可选地，导管5在其出口端处包括未示出的喷嘴，该喷嘴用于控制粉末防腐蚀表层材料的递送。未示出的支承件设置用于相对于板9保持板8从而沿着他们相邻的边缘焊接在一起。系统100还包括至少一个未示出的致动器用于使激光光学组件4相对于支承件相对移动。可选地，至少一个致动器支承该支承件和/或激光光学组件4和/或导管5的平移运动。替代性地，至少一个致动器支承激光光学组件4的至少一部分——比如例如未示出的反射元件——的旋转运动。
根据本发明的实施方式的方法以两个步骤执行，所述两个步骤包括：用于将板8和板9接合在一起的激光焊接步骤以及用于至少在板8与板9之间的焊接接合部上形成防腐蚀层的保护层形成步骤。激光焊接步骤包括使用激光光学组件4以产生具有第一光束光斑尺寸的激光束。第一光束光斑尺寸选择成使得激光束沿着板8和板9的相邻边缘产生的热足以熔融基材1和基材2的材料，从而形成焊池。当将激光束沿着板8与板9之间的结合部扫掠时，形成连续的焊接接合部6。对于本领域技术人员而言显而易见的是，焊接接合部6缺乏保护性的防腐蚀层。另外，激光焊接步骤破坏了邻近于激光焊接接合部6的预涂层3，从而暴露了底层基材1、2。激光焊接接合部6和基材1、2的暴露区域在汽车的正常运行状态下容易受到腐蚀，并且在将来某一时刻可能是部件失效的位置。
随后执行保护层形成步骤，以提高沿着激光焊接接合部6以及基材1、2的暴露区域内的耐腐蚀性。保护层形成步骤包括使用激光光学组件4以产生具有第二光束光斑尺寸的激光束，其中，第二光束光斑尺寸大于第一光束光斑尺寸。当将激光束沿着由箭头12指示的方向扫掠时，粉末防腐蚀表面材料流11被朝向激光焊接接合部6的当前被激光束照射的位置导向。第二光束光斑尺寸选择成使得激光束产生的热足以熔融粉末防腐蚀表层材料，而不熔融基材1和基材2的材料或焊接接合部6的材料。例如，当粉末防腐蚀表层材料是粉末锌时所述热达到大约400℃的温度，并且当粉末防腐蚀表层材料是粉末AlSi时所述热达到大约600℃的温度。在激光束经过之后，堆积的熔融的防腐蚀表层材料固结并且凝固，从而形成防腐蚀表层7。
可以预想到的是扫掠激光束以及递送粉末防腐蚀表层材料流的多种方式，包括使激光束倾斜以产生长形的光束光斑以优化粉末防腐蚀表层材料的熔融。在一个方案中，激光光学组件4和导管5是静止的，并且板8和板9与支承件一起沿与黑色箭头12指示的方向相反的方向移动。在替代性方案中，支承件是静止的并且激光光学组件4和导管5沿与黑色箭头12指示的方向移动。可选地，激光光学组件4不进行平移运动，而是反射元件或其他光束导向元件用于将激光光束光斑沿由黑色箭头12指示的方向扫掠，并且导管5的出口端跟随光束光斑的位置。替代性地，支承件用于使板8和板9沿与由箭头12指示的方向相反的方向移动，而激光光学组件4和导管沿由箭头12指示的方向移动。
应了解的是，以上描述的方法提供了沿着焊接接合部6的一侧的防腐蚀表层。由于激光焊接工艺导致在板8和板9的两侧上均形成焊道，因此理想的是沿着焊接接合部6的相反侧也提供防腐蚀表层。因此，应该重复保护层形成步骤以提供沿着焊接接合部6的相反侧的防腐蚀表层。或者激光光学组件4和导管5沿着焊接接合部6的相反侧重新定位，或者焊接在一起的板8和板9被“翻转”使得焊接接合部6的相反侧面向激光光学组件4和导管5。
以上描述的两步法可以在单个工作站执行，并且同一激光光学组件4和激光源10可以被控制以执行激光焊接步骤和保护层形成步骤两者。有利地，两个步骤可以在同一工作站执行，从而降低人工成本并且提高占地面积的使用率。使用以上描述的两步法产生的焊缝具有提高的耐腐蚀性，并且能够改变或调整激光焊缝的机械性能以更好的匹配被接合的材料。当然，粉末防腐蚀表层材料的使用由于未使用的粉末可能堆积在工件上和临近的工作环境中因此需要适当的安全设备和额外的清理工作。
以上描述的两步法可以与先前已经描述的其他激光焊接方法组合来执行。例如，当使用AlSi涂覆板时激光焊接步骤可以与合金元素(例如钛或镍)的添加一起执行，以在熔融池中形成具有从AlSi层进入熔融池的至少一些铝的化合物。在于2014年9月17日提交的标题为“Methods of Laser Welding Coated Steel Sheets with Addition of AlloyingElements(伴随有合金元素的添加的激光焊接涂覆钢片的方法)”美国临时专利申请62/051,573中描述了合金元素的添加，其全部内容通过参引并入本文。可选地或替代性地，根据于2014年6月19日提交的标题为“Process and System for Forming Butt-WeldedBlanks(形成对接焊接坯料的方法和系统)”的美国临时申请62/047,915中描述的方法，在执行激光焊接步骤之前，可以从板8与板9之间的目标焊接区域移除预涂层3，该申请的全部内容通过参引并入本文。
图2A示出了在激光焊接接合部的第一侧上形成的局部防腐蚀表层，并且图2B示出了图2A的一部分的放大视图。由于第二激光光束光斑尺寸大于第一激光光束光斑尺寸，因此粉末防腐蚀表层材料在焊接接合部上形成防腐蚀表层7(图2A和图2B中未示出)，并且该防腐蚀表层7与板8和板9上的预涂层3相交叠。因此，防腐蚀表层7不仅沿着焊接接合部而且在邻近焊接接合部的、预涂层3已被破坏的区域内都提供防腐蚀保护。由于在激光焊接之后形成防腐蚀表层7，因此层7覆盖邻近焊接接合部的、预涂材料已经由于下述原因而被破坏的区域：预涂材料或者直接由于激光焊接步骤、或者由于在激光焊接之前执行预激光焊接准备步骤而被破坏，比如在上述讨论的美国临时专利申请62/047,915中描述的。
图3A示出了在激光焊接接合部的与图2A中所示的第一侧相反的第二侧上形成的局部防腐蚀表层，并且图3B示出了图3A的一部分的放大视图。图3A和图3B中所示的防腐蚀表层7'与图2A和图2B中所示的防腐蚀表层7大致相同。
图4是沿着图1中的线A-A截取的截面图，并且示出了激光焊接接合部6上的局部防腐蚀表层7。如图4中所示，层7的厚度大于板8和板9中的每一者上的原始预涂层3的厚度。例如，层7的厚度高达大约0.1mm，而原始预涂层3的厚度为大约20μm。层7的厚度可以以可控的方式改变，例如以满足不同应用的具体要求。通过若干具体的且非限制性示例，层7的厚度可以通过改变粉末堆积的速率(即经由导管5提供的粉末防腐蚀表层材料的流量)和粉末防腐蚀表层材料的粒径中的一者或两者而改变。局部防腐蚀表层7可以在其开始形成之后修改。例如，对将焊接在一起的板8和板9进行后续加热——该加热可以作为单独的成型操作的一部分、或者作为上述保护层形成步骤的延伸——以获得高于防腐蚀表层材料的熔融温度但是低于基材1和2的熔融温度的温度，使得防腐蚀表层材料熔融和重新分布。以此方式，可以使得层7的厚度更均匀。另外，熔融的防腐蚀表层材料可流入无保护的区域，并且从而形成更完整的防腐蚀层。
当然，根据本发明的各种实施方式描述的方法可以修改用于与除了激光焊接之外的接合技术一起使用。特别地，铆接是用于将金属片材板接合在一起的机械紧固方法，该方法导致金属片材板上的保护层的损坏发生。以上描述的方法可以适于在第一步骤中通过铆接将金属片材板接合在一起，随后执行保护层形成步骤。在该替代实施方式中，仅在保护层形成步骤期间使用激光光学组件4。例如，激光光学组件4在待通过防腐蚀表层保护的目标区域上方扫掠激光束，同时经由导管5提供防腐蚀表层材料流。激光束的光斑尺寸被选择成熔融防腐蚀表层材料而不熔融铆钉的材料或基材1和2。
类似地，以上描述的方法可以适于将一个件围绕具有防腐蚀表层的另一个件铸造。该铸造方法会损坏另一个件上的防腐蚀层，使得部件容易受到腐蚀。因此，可以在铸造之后执行如上所述的保护层形成步骤。同样，仅在保护层形成步骤期间使用激光光学组件4。例如，激光光学组件4在待通过防腐蚀表层保护的目标区域上方扫掠激光束，同时经由导管5提供防腐蚀表层材料流。激光束的光斑尺寸被选择成熔融防腐蚀表层材料而不熔融铸件的材料或另一个件的基材。
还应了解的是，在图1中，板8和板9以用于形成对接焊接接合部的结构示出。可选地，板8和板9中的一者相对于另一者布置成形成不同类型的焊接接合部，例如比如搭接焊接接合部。
现在将参照图5和图6对另一实施方式进行讨论。通过在单个板54的相对两个侧边缘之间形成焊接接合部52而产生管50，而不是在两个单独的板8和板9之间形成对接焊接接合部。在图5和图6所示示例中，单个板54具有在其相反的两个主表面上布置的防腐蚀预涂层56；在不同的相反的主表面上的预涂层可以具有相同的或不同的成分和/或相同或不同的厚度和/或相同或不同的层数等。应了解的是，本实施方案与参照图1已经在以上讨论过的实施方式大致相似，其不同之处在于，两步法不是以将两个单独的金属片材板中的一者相对于另一者以板中的一个板的边缘与板中的另一个板的边缘相邻并且相接触的方式布置开始。而是，单个板54成形成例如如图6中所示的未闭合管结构58，使得该未闭合管结构58的相对的两个侧边缘60和62抵靠彼此对接。相对的两个侧边缘60和62随后接合在一起形成闭合管50。图5中所示的闭合管50的截面是圆形的，但是应了解的是，其他形状也是可能的。例如，在执行两个步骤的焊接/保护过程之前通过以适合的方式形成板54可以获得具有正方形、矩形或三角形截面的管。这种成品也可以被称作箱型梁。
仍参照图5，还示出了激光光学组件4，该激光光学组件4经由光纤从激光源10(共同被称作激光源10)接收激光。激光光学组件4能够以第一模式操作、用于将具有第一光束光斑尺寸的激光束沿着板54的相对的两个侧边缘60与62之间的结合部扫掠，并且能够以第二模式操作、用于将具有第二光束光斑尺寸的激光束沿着在结合部处形成的所产生的焊接接合部扫掠，第二光束光斑尺寸大于第一光束光斑尺寸。例如，激光光学组件4至少包括透镜，并且激光源10的光纤是单芯光纤或多芯光纤束。
图5中还示出了导管5，该导管5与未示出的粉末防腐蚀表层材料源相连通，并且具有布置用于将粉末防腐蚀表层材料流11朝向激光焊接接合部52导向的出口端。可选地，导管5在其出口端包括未示出的喷嘴，用于控制粉末防腐蚀表层材料的递送。未示出的支承件设置用于将板54的相对的两个侧边缘60和62保持处于对准的状态。另外，至少一个未示出的致动器设置用于使激光光学组件4相对于支承件进行相对移动。可选地，至少一个致动器支承该支承件和/或激光光学组件4和/或导管5的平移移动。替代性地，至少一个致动器支承激光光学组件4的至少一部分——比如例如未示出的反射元件——的旋转运动。
通过使用已经在上文中参照图1描述的相同的两步法形成焊接接合部52和相关的局部防腐蚀层(该局部防腐蚀层例如与局部防腐蚀表层7或7'相似)。另外，可以在单个工作站执行形成焊接接合部52和相关的局部防腐层的过程，并且可选地与包括但不限于添加合金材料的其他激光焊接技术进行组合。当未闭合管结构58的内部空间和激光光学组件4和导管5的尺寸允许时，也可以沿着焊接接合部52的内部表面形成局部防腐蚀层。
虽然以上描述中包括本发明的多个实施方式，但是应理解的是在不脱离所附权利要求的真实含义的情况下可以对本发明进行进一步修改和改变。

Claims (26)

1.一种用于激光焊接金属片材工件的方法，所述金属片材工件具有布置在其至少一个主表面上的防腐蚀表层预涂层，并且所述金属片材工件具有第一侧边缘和与所述第一侧边缘相对的第二侧边缘，所述方法包括：
将所述金属片材工件布置成使得所述第一侧边缘与所述第二侧边缘相邻并相接触，并且使得所述至少一个主表面面向外；
使用具有第一光束光斑尺寸的激光束在所述金属片材工件的所述第一侧边缘与所述第二侧边缘之间形成激光焊接接合部；以及
在形成所述激光焊接接合部之后，至少在所述激光焊接接合部上形成局部防腐蚀表层，所述至少在所述激光焊接接合部上形成局部防腐蚀表层包括：
将具有第二光束光斑尺寸的激光束沿着所述激光焊接接合部扫掠，所述第二光束光斑尺寸大于所述第一光束光斑尺寸；以及
在扫掠期间，朝向所述激光焊接接合部的被所述激光束照射的部分提供粉末防腐蚀表层材料的材料流，
其中，所述粉末防腐蚀表层材料首先被所述激光束熔融，并且然后凝固以形成附着至所述激光焊接接合部的层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述防腐蚀表层材料是锌或铝硅合金(AlSi)。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述金属片材工件包括钢基材，并且其中，所述第二光束光斑尺寸被选择成将所述粉末防腐蚀表层材料加热至低于所述钢基材的熔融温度并且高于400℃的温度。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述局部防腐蚀表层延伸超过所述激光焊接接合部的边缘，并且与所述至少一个主表面上的所述防腐蚀表层预涂层交叠。
5.根据权利要求1所述的方法，包括：
选择所述粉末防腐蚀表层材料的流量以形成具有预定厚度的所述局部防腐蚀表层；以及
在扫掠期间，以所选择的流量提供所述粉末防腐蚀表层材料。
6.根据权利要求1所述的方法，包括：
选择所述粉末防腐蚀表层材料的粒径以形成具有预定厚度的局部防腐蚀表层；以及
在扫掠期间，提供具有所选择的粒径的所述粉末防腐蚀表层材料。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述局部防腐蚀表层具有足以防止腐蚀的厚度。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，使用单个激光头产生具有所述第一光束光斑尺寸的激光束以及产生具有所述第二光束光斑尺寸的激光束。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，使用第一激光头产生具有所述第一光束光斑尺寸的激光束，并且使用第二激光头产生具有所述第二光束光斑尺寸的激光束。
10.根据权利要求1所述的方法，包括：在形成所述局部防腐蚀表层之后，将激光焊接的所述金属片材工件加热至高于所述防腐蚀表层材料的熔融温度的温度，由此该后续的加热使所述防腐蚀表层材料熔融并重新分布在更大区域上。
11.根据权利要求1所述的方法，包括：在形成所述激光焊接接合部之前，去除沿着所述金属片材工件的所述第一侧边缘和所述第二侧边缘的所述防腐蚀表层预涂层。
12.一种用于形成管状构件的方法，包括：
将金属工件的相对的第一侧边缘和第二侧边缘在接合区域处接合在一起，所述金属工件具有布置在其至少一个主表面上的防腐蚀表层预涂层，并且其中，在接合期间在所述接合区域内的所述表层预涂层被破坏；以及
在目标区域内形成局部防腐蚀表层，所述目标区域是所述接合区域内和所述接合区域附近中的至少一者，在目标区域内形成局部防腐蚀表层包括：
使具有预定的光束光斑尺寸的激光束扫掠整个所述目标区域；以及
在扫掠期间，朝向所述目标区域的被所述激光束照射的部分提供粉末防腐蚀表层材料的材料流，
其中，所述粉末防腐蚀表层材料被所述激光束熔融，并且形成附着至所述接合区域内的表面的层。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述接合包括激光焊接。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述接合包括铆接。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述接合包括使用机械紧固件的接合。
16.根据权利要求12所述的方法，其中，所述防腐蚀表层材料是锌或铝硅合金(AlSi)。
17.根据权利要求12所述的方法，其中，所述金属工件包括钢基材，并且其中，所述预定的光束光斑尺寸被选择成将所述粉末防腐蚀表层材料加热至低于所述钢基材的熔融温度并且高于400℃的温度。
18.根据权利要求12所述的方法，其中，所述目标区域延伸出所述接合区域并且与除了在接合期间被破坏的部分之外的相邻的表层预涂层交叠。
19.根据权利要求12所述的方法，包括：
选择所述粉末防腐蚀表层材料的流量以形成具有预定厚度的局部防腐蚀表层；以及
在扫掠期间，以所选择的流量提供所述粉末防腐蚀表层材料。
20.根据权利要求12所述的方法，包括：
选择所述粉末防腐蚀表层材料的粒径以形成具有预定厚度的局部防腐蚀表层；以及
在扫掠期间，提供具有所选择的粒径的所述粉末防腐蚀表层材料。
21.根据权利要求12所述的方法，包括：在形成所述局部防腐蚀表层之后，将所述金属工件加热至高于所述防腐蚀表层材料的熔融温度的温度，由此该后续的加热使所述防腐蚀表层熔融并重新分布在更大区域上。
22.根据权利要求13所述的方法，包括：在激光焊接之前，去除沿着所述金属工件的相对的所述第一侧边缘和所述第二侧边缘的所述防腐蚀表层预涂层。
23.一种管形部件，包括：
金属片材工件，所述金属片材工件具有布置在其至少一个主表面上的防腐蚀表层预涂层，并且所述金属片材工件具有第一侧边缘和与所述第一侧边缘相对的第二侧边缘，所述金属片材工件成形成管形使得所述第一侧边缘和所述第二侧边缘沿着激光焊接接合部接合在一起；以及
至少在所述激光焊接接合部上形成的局部防腐蚀表层，由此所述局部防腐蚀表层形成位于所述激光焊接接合部与环境大气之间的屏障。
24.根据权利要求23所述的管形部件，其中，所述局部防腐蚀表层是锌或铝硅合金(AlSi)。
25.根据权利要求23所述的管形部件，其中，所述局部防腐蚀表层与所述两个金属片材板中的至少一者上的所述防腐蚀表层预涂层相交叠。
26.根据权利要求23所述的管形部件，其中，所述激光焊接接合部在所述金属片材板的第一侧与所述金属片材板的同所述第一侧相对的第二侧之间延伸，并且，所述局部防腐蚀表层沿着所述第一侧和所述第二侧中的每一者形成在至少所述激光焊接接合部上。
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