CN107735208A - 激光焊接重叠的金属工件 - Google Patents

Abstract

一种激光焊接包括至少两个重叠的钢工件（12,14）的工件叠层（10）的方法包括引导激光束（40）在工件叠层的顶部表面（26）处以形成由钢水焊池（58）围绕的键孔（56）。激光束沿着预定义的焊接图案被传送，所述预定义的焊接图案包括一个或多个非线性内焊接路径（66）和围绕一个或多个非线性内焊接路径的封闭的外周向焊接路径（68）。在沿着一个或多个非线性内焊接路径传送激光束期间，键孔从叠层的顶部表面完全穿透通过工件叠层到叠层的底部表面（28）。该方法在钢工件之间产生焊接接头，其不具有在它们的接合表面之间形成的有意施加的间隙。

Description

激光焊接重叠的金属工件

技术领域

本公开的技术领域一般地涉及激光焊接，并且更特别地涉及重叠的钢工件的远程激光焊接。

背景技术

激光焊接是金属接合过程，其中激光束引导在金属工件叠层处以提供能够实现部件金属工件之间的焊接接头的集中热源。通常，两个或更多个金属工件首先相对于彼此对齐和堆叠，使得它们的接合表面在期望的焊接部位处重叠并面对。然后激光束引导在工件叠层的顶部表面处。从吸收来自激光束的能量所产生的热量引发金属工件的熔化，并且在工件叠层内建立熔化的焊池。熔化的焊池穿透通过由激光束影响的金属工件并且进入下面的一个或多个金属工件。当激光束具有足够高的功率密度时，在激光束正下方的熔化的焊池内产生键孔（keyhole）（称为“键孔焊接”的过程）。键孔是源于可包括等离子体的工件叠层内的金属工件的蒸发的金属柱。

键孔为能量吸收提供了一个更深入工件叠层中的管道，这又有利于熔化的焊池的更深穿透和更窄的焊池轮廓。因此，通常控制键孔跨过每个接合界面穿透进入工件叠层中，但仅部分穿过最底部的金属工件。一旦激光束影响工件叠层的顶部表面，键孔通常就短期内（通常以毫秒）产生。在键孔形成并稳定后，激光束沿着焊接路径移动短距离。激光束的这种移动紧跟键孔和熔化的焊池的对应行进路径之后留下熔化的工件材料。此穿透熔化的工件材料在与激光束的向前移动相同的方向上冷却和固化，以提供将工件熔焊在一起的再固化工件材料的路线。

汽车工业经常使用远程激光焊接以将金属子组件接合到可安装在车辆上的成品零件中。在一个示例中，车辆门主体可由通过多个激光焊接接合在一起的内门板和外门板制成。内门板和外门板首先相对于彼此堆叠并且通常通过夹具固定就位。然后，可移动的光学激光头根据编程的顺序在堆叠的板周围的多个焊接部位处间歇地引导激光束，以形成多个激光焊接。在将要形成激光焊接的每个焊接部位处，激光束引导在堆叠的板处，并且沿着预定义的焊接路径被传送，所述预定义的焊接路径可配置成产生离散的点焊或连续的缝焊。激光焊接内门板和外门板（以及其它车辆部分部件，诸如用于制造罩、行李舱盖等的那些部件）的过程通常是可快速且有效地执行的自动化过程。

使用远程激光焊接将经涂覆的金属工件接合在一起可呈现挑战。例如，涂覆锌的钢工件包括用于防腐蚀的薄的外锌涂层。锌具有约906℃的沸点，而其涂覆的基础钢基板的熔点通常大于1300℃。因此，当涂覆锌的钢工件激光焊接在一起时，在钢工件的表面处容易产生高压锌蒸气。在堆叠的钢工件的接合表面处产生的锌蒸气被迫使扩散进入并通过由激光束产生的熔化的焊池，除非通过工件叠层提供替代的逸出出口。当没有提供足够的逸出出口时，锌蒸气可在其冷却并固化时保持捕集在熔化的焊池中，这可导致最终的焊接接头中的缺陷（诸如飞溅和孔隙），其劣化接头的机械性能到接头可被认为是未确认的程度。当钢工件的接合表面紧密配合（其间为零间隙界面）时，在激光焊接期间的钢工件表面上的锌涂层的蒸发倾向于具有最大的破坏性。

为了阻止锌蒸气扩散到熔化的焊池中，并且最终导致在钢工件（该钢工件中至少一个是涂覆锌的）之间形成的焊接接头的再固化的工件材料中存在焊接缺陷，工件通常在激光焊接发生之前用激光束刻划，以在钢工件的一个或多个接合表面上产生间隔开的突出的特征部。突出的特征部在钢工件的接合表面之间施加大约0.1-0.2毫米的间隙，这提供了在激光焊接过程期间将锌蒸气引导离开焊接部位的逸出路径。但是，这些突出的特征部的形成向整个远程激光焊接过程增加了附加的步骤，并倾向于产生底切焊接接头，尽管这是可接受的，但是并不像形成在钢工件之间的焊接接头一样是期望的，形成在钢工件之间的焊接接头不具有在它们的接合表面之间形成的有意施加的间隙以促进蒸气逸出。

发明内容

公开了一种远程激光焊接包括两个或更多个重叠的钢工件的工件叠层的方法，其中工件中的至少一个涂覆有具有沸点的锌层，并且因此在低于工件叠层中的钢工件中的每一个的熔点的温度蒸发。在焊接之前，钢工件以重叠的方式组装，使得在它们的接合表面之间形成零间隙界面。例如，在一个实施例中，工件叠层可包括分别具有第一接合表面和第二接合表面的第一钢工件和第二钢工件，所述第一接合表面和第二接合表面彼此面对并邻接以在它们的接触接合表面之间提供单个零间隙接合界面。在另一个实施例中，工件叠层可包括位于第一钢工件和第二钢工件之间的附加的第三钢工件。在这种情况下，第一钢工件和第二钢工件分别具有第一接合表面和第二接合表面，该第一接合表面和第二接合表面面对并邻接第三钢工件的相对的接合表面，使得两个零间隙接合界面形成在第一钢工件、第二钢工件和第三钢工件的接触接合界面之间。当存在第三钢工件时，第一钢工件和第二钢工件可由分离且不同的零件组成，或者替代地，它们可表示相同零件的不同部分，诸如当一个零件的边缘在其自身上往回折叠，并且在另一个零件的自由边缘上方卷边。

使用远程激光焊接过程将工件叠层中的钢工件接合在一起，其中激光束在焊接部位处引导在工件叠层的顶部表面处。激光束的功率密度足以在工件叠层中形成由钢水焊池围绕的键孔。键孔从工件叠层的顶部表面向其底部表面延伸。由于键孔的蒸气压力作用于周围的焊池并且推压该焊池，因此钢水焊池围绕但不会塌陷到键孔中。在形成键孔之后，激光束根据预定义的焊接图案沿着工件叠层的顶部表面移动。当激光束跟踪预定义的焊接图案时，其紧跟前进的激光束和键孔的对应的行进路径之后留下熔化的工件材料。该熔化的工件材料迅速冷却并且固化成再固化的工件材料路线，其在工件叠层内由热影响区域围绕，将钢工件熔合在一起。当激光束已经完成跟踪预定义的焊接图案时，在工件叠层的焊接部位处产生完成的熔化激光焊接接头。之后，激光束从工件叠层的顶部表面移除。

由激光束跟踪的焊接图案包括由外周向焊接路径封闭的一个或多个非线性内焊接路径。一个或多个非线性内焊接路径被间隔开并且轮廓构造成，使得围绕沿着一个或多个非线性内焊接路径中的每一个形成的再固化的工件材料的路线的热影响区域与沿着至少一个其它的内焊接路径或相同的内焊接路径的至少一个相邻部分形成的再固化的工件材料的路线的热影响区域重叠。例如，一个或多个非线性内焊接路径可包括多个径向间隔开且不连接的圆形焊接路径（诸如一系列同心圆形焊接路径）。在这种情况下，在通过激光束追踪多个圆形焊接路径之后，再固化的工件材料的所得圆中的每一个具有热影响区域，该热影响区域与再固化的工件材料的至少一个其它圆的热影响区域重叠。作为另一个示例，一个或多个非线性内焊接路径可包括螺旋焊接路径，该螺旋焊接路径围绕固定的内部点旋转，并且从固定的内部点向外径向扩展。在这种情况下，在通过激光束追踪螺旋焊接路径之后，在螺旋形状内再固化的工件材料的所得旋转中的每一个具有热影响区域，该热影响区域与再固化工件材料的至少一个相邻的旋转重叠。当然，除了圆和螺旋之外，一个或多个非线性内焊接路径可采取各种其它空间布置。

封闭的外周向焊接路径围绕一个或多个非线性内焊接路径，并且大致限定焊接图案的外周向。在其它选项中，封闭的外周向焊接路径可以是圆、椭圆、外摆线、外旋轮线或内摆线，其优选地具有如在外周向焊接路径上的两个点之间测量的在4 mm至15 mm范围内的直径，所述两个点彼此分开与外周向焊接路径的中心相交的最大距离。尽管封闭的外周向焊接路径优选完全封闭，但不一定必须如此。例如，外周向焊接路径可包括间歇性中断，或者可在差一点完全封闭的情况下停止。另外，封闭的外周向焊接路径可与一个或多个非线性内焊接路径互连，或者其可以是与一个或多个非线性内焊接路径间隔开并且不同的离散的焊接路径。例如，螺旋内焊接路径可无缝地过渡到外周向焊接路径，而作为另一个示例，在其它可能性中，多个径向隔开的内圆形焊接路径可以是不连接的，并且因此不同于外周向焊接路径。

当激光束沿着焊接图案被传送时，控制键孔的穿透。当激光束沿循一个或多个非线性内焊接路径时，键孔完全穿透工件叠层；也就是说，键孔从工件叠层的顶部表面延伸通过叠层的底部表面，并且穿透通过叠层内的每个重叠的钢工件。相反，当激光束沿循封闭的外周向焊接路径时，键孔不完全穿透通过工件叠层；相反，键孔部分地穿透到工件叠层中，使得其从顶部表面延伸到叠层中，但是不到达底部表面。部分穿透的键孔可穿透到层叠中足够远，使得键孔至少横过重叠的钢工件之间的一个或多个接合界面，以便继续产生将工件熔焊在一起的再固化的工件材料的路线，但是在所有场合下，键孔穿透的这种深度都不是强制性的。在激光焊接过程期间可控制激光束的功率水平、速度和/或焦点位置，使得在沿着焊接图案传送激光束的过程中，键孔以期望的深度穿透工件叠层。

在沿着一个或多个非线性内焊接路径传送激光束期间，完全穿透的键孔的移动被认为是有效的，并且有效地将锌蒸气通过键孔排出并远离工件叠层内的一个或多个零间隙接合界面。实际上，归因于一个或多个非线性内焊接路径的间隔和轮廓的重叠的热影响区域被认为是帮助锌蒸气通过键孔逸出的原因。最终，在激光束沿着一个或多个非线性内焊接路径移动时，从一个或多个接合界面提取和去除锌蒸气最小化或者完全消除了紧跟激光束之后形成的再固化的工件材料的路线内的锌蒸气的扩散和捕集。此外，在沿着封闭的外周向焊接路径传送激光束期间，部分穿透键孔的移动在激光焊接接头和叠层的相邻的周围部分之间在工件叠层的顶部表面上产生更平滑的过渡。这避免了在激光焊接接头的边界处的顶部表面上形成尖锐的冠部，该尖锐的冠部可削弱接头，促进烧穿，并且对焊接接头的可见外观产生不利影响。

可以任何期望的顺序通过激光束跟踪焊接图案的内焊接路径和外焊接路径。可首先跟踪一个或多个非线性内焊接路径，随后是封闭的外周向焊接路径。或者，替代地，可首先跟踪封闭的外周向焊接路径，随后是一个或多个非线性内焊接路径。另外，一个或多个非线性焊接路径本身可以各种方式由激光束跟踪。例如，如果焊接图案包括由圆形外周向焊接路径围绕的多个径向间隔且未连接的圆形内焊接路径，则激光束可通过跟踪最内部的圆形内焊接路径（非线性内焊接路径中的一个）开始，然后继续连续依次跟踪较大的圆形路径（其余为非线性内焊接路径），直到其跟踪最外面的圆形焊接路径（封闭的外周向焊接路径）。替代地，激光束可从最外面的圆形路径前进到最内部的圆形路径，或者其可通过以一些其它顺序跟踪几个离散的圆形路径来前进。类似地，如果焊接图案包括与圆形外周向焊接路径连接的螺旋内焊接路径，则激光束可在螺旋内焊接路径的固定的内部点处开始并且围绕该点旋转并远离该点，直到其过渡到圆形的外周向焊接路径，或者其可以圆形的外周向焊接路径开始，并且围绕并且朝向螺旋的固定的内部点旋转，直到其完成跟踪螺旋内焊接路径。

附图说明

图1是用于在包括重叠的钢工件的工件叠层内产生激光焊接接头的远程激光焊接装置的实施例的透视图；

图2是通过激光束形成在工件叠层中的键孔的剖视图；

图3是图2中所示的键孔和工件叠层的顶视图；

图3A是沿着图3中的线3A-3A截取的剖视图；

图4A至图4N示出了在重叠的钢工件之间形成激光焊接接头期间在可由激光束跟踪的工件叠层的顶部表面以及因此键孔和周围的钢水焊池中投影的各种示例性焊接图案；

图5是沿线5-5截取的如图2中所示的完全穿透的键孔和工件叠层的剖视图；

图6是从与图5相同的有利位置截取的通过散焦激光束在工件叠层中形成的部分穿透键孔的剖视图；以及

图7是根据本公开的一个或多个实施例的激光焊接接头的形成期间的均针对以秒为单位的时间（T）绘制的激光束的激光功率水平（P）、行进速度（V）和焦点位置（F）的图示。

具体实施方式

在图1-3中示出了使用远程激光焊接装置16远程激光焊接包括第一钢工件12和第二钢工件14的工件叠层10的方法。第一钢工件12包括外表面18和相对的第一接合表面20，并且第二钢工件14包括外表面22和相对的第二接合表面24。相对于远程激光焊接装置16的位置，第一钢工件12的外表面18提供工件叠层10的顶部表面26，并且第二钢工件14的外表面22提供工件叠层10的相互面对的底部表面28。相反，由于它们是叠层10中描绘的仅两个钢工件，所以第一钢工件和第二钢工件12,14的第一接合表面和第二接合表面20,24重叠并邻接以在焊接部位处提供接合界面30。接合表面20,24的重叠邻接通常在焊接部位处沿着接合界面30互补，从而提供零间隙界面，其中接合表面20,24彼此紧密面对，并且不通过由有意形成的突出特征部施加的任何间隙或空间有目的地分开。术语“零间隙界面”包括接合表面20,24之间的齐平邻接接触，以及其中接合界面20,24由于工件12,14的尺寸和形状的可接收公差或以其它方式而分开不大于80μm的距离的实例。

第一钢工件和第二钢工件12,14分别包括第一钢基板和第二钢基板32,34。钢基板32,34可由包括以下各项的各种钢中的任一种组成：低碳钢（也称为软钢）、无间隙原子（IF）钢、高强度低合金（HSLA）钢或先进的高强度钢（AHSS）（诸如双相（DP）钢）、转变诱导塑性（TRIP）钢、孪生诱导塑性（TWIP）钢、复合相（CP）钢、马氏体（MART）钢、热成形（HF）钢和压制硬化（PHS）钢。第一钢工件或第二钢工件12,14中的至少一个，优选地两个都是涂覆锌的。涂覆锌的钢工件在其主表面中的至少一个上包括锌层36。实际上，如图1中所示，第一钢基板和第二钢基板32,34的每个侧面涂覆有锌层36，锌层36又向工件12,14提供了它们的外表面18,22和它们的接合表面20,24。这些锌层36可通过例如热浸镀锌、电镀锌或镀锌扩散处理来施加，并且通常为2μm至16μm厚。考虑到钢基板32,34和锌层36两者的厚度，第一钢工件和第二钢工件12,14可具有至少在焊接部位处在0.5 mm至2.0 mm的范围内的厚度，并且它们的厚度可彼此相同或不同。

图1-3示出了远程激光焊接方法的实施例，其中工件叠层10包括具有单个零间隙接合界面30的两个重叠的钢工件12,14。当然，如前所指出的，尽管未在附图中明确示出，但是工件叠层10可包括位于第一钢工件和第二钢工件12,14之间的附加的第三钢工件（未示出）。第三钢工件可具有与上述第一钢工件和第二钢工件12,14相同的特性和特征（例如成分、厚度、涂层等）。当附加的第三钢工件存在于叠层10中时，第一钢工件和第二钢工件12,14的第一接合表面和第二接合表面20,24与第三钢工件的相对接合表面重叠并邻接，以建立两个零间隙接合界面。本领域技术人员将会知道并且认识到，包括以下涉及包括两个钢工件的工件叠层的公开内容的远程激光焊接方法可容易地适应并应用于包括三个重叠的钢工件的工件叠层，而没有过度困难。

如图1所示，远程激光焊接装置16包括扫描光学激光头38。扫描光学激光头38将激光束40（通常为近红外光纤传输的固态激光束）聚焦并且引导朝向工件叠层10的顶部表面26，其在这里由第一钢工件12的外表面18提供。扫描光学激光头38优选地安装到机器人臂（未示出），该机器人臂可快速且准确地将激光头38运送到工件叠层10上的不同的预选的焊接部位。激光束40可保持在工件叠层10的顶部表面26（外表面18）上方大约0.4米至大约1.5米的纵向距离42处，并且可具有在350μm至700μm的范围内的焦点直径。

扫描光学激光头38包括在三维处理包络线内操纵激光束40的镜44的布置。镜44的布置包括一对可倾斜的扫描镜46。可倾斜的扫描镜46中的每一个安装在电流计上。两个可倾斜的镜46可通过协调它们的移动在操作包络线的x-y平面中移动激光束40。除了可倾斜的扫描镜46之外，激光头38还包括z轴聚焦透镜48，该z轴聚焦透镜可在z方向上移动激光束40的焦点。所有这些部件46,48可以在几毫秒内快速索引，以精确地按照预期在工件叠层10处聚焦和引导激光束40以形成激光焊接接头50（从图1中的顶部示出），其自发地将第一钢工件和第二钢工件12,14熔焊在一起。并且，为了防止污垢和碎屑对光学系统以及最终的焊接接头50造成不利影响，盖玻片52可位于扫描光学激光头38的下方。盖玻片52保护可倾斜镜46和z轴聚焦透镜48不受环境影响，但是允许激光束40穿出激光头38。可结合包括例如来自HIGHYAG（总部在Kleinmachnow, Germany）的RLSK（远程激光加工头）的远程激光焊接装置16使用许多种商业上可用的扫描光学激光头。

通过相对于工件叠层10的顶部表面26沿着预定义的焊接图案传送激光束40，在第一钢工件和第二钢工件12,14之间形成焊接接头50。如图2中最佳地示出，包括焦点54（可由z-聚焦透镜48控制的位置）的激光束40在焊接部位处引导在工件叠层10的顶部表面26处。从吸收激光束40的聚焦能量而产生的热量使得第一钢工件和第二钢工件12,14在紧邻激光束40的情况下蒸发以形成键孔56。从激光束40吸收的热量也引起第一钢工件和第二钢工件12,14向外并围绕键孔56的侧向熔化，以建立围绕键孔56的钢水焊池58。

在形成键孔56及其周围的钢水焊池58之后，激光束40和键孔56在焊接部位处沿着预定义的焊接图案被传送。当激光束40和键孔56跟踪预定义的焊接图案时，钢水焊池58紧跟在前进的激光束40和对应的键孔56之后沿循并且留下熔化的工件材料。该熔化的工件材料迅速冷却并且固化成再固化的工件材料60的路线，其将第一钢工件和第二钢工件12,14熔焊在一起。图2和图3中的箭头62表示激光束40和键孔56的瞬时行进方向。另外，还如图3-3A中所示，由激光束40产生的热量影响不只是蒸发到键孔56中或熔化在其周围的第一钢工件和第二钢工件12,14的部分。事实上，由于熔化的工件材料由激光束40产生并且然后固化，再固化的工件材料60的路线在工件叠层10内由热影响区域64围绕。热影响区域64是工件叠层10中的区域，该区域不被激光束40熔化，但是当激光束40经过时被加热和冷却以永久地改变在那个区域中的第一钢工件和第二钢工件12的微观结构。

由激光束40跟踪的预定义的焊接图案的配置使得焊接接头50能够成功地将第一钢工件和第二钢工件12,14熔合在一起，在焊接部位处的其接合表面20,24之间具有零间隙接合界面30。焊接图案可采用各种不同的配置，但是通常如图3中最佳地示出的，包括一个或多个非线性内焊接路径66和围绕一个或多个非线性内焊接路径66的封闭的外周向焊接路径68。当激光束40跟踪焊接图案的内焊接路径66时，围绕沿着一个或多个非线性内焊接路径66中每一个的形成的再固化的工件材料60的路线的热影响区域64和与相同或不同的内焊接路径66相关联的热影响区域64重叠，以最终使钢水焊池58内的锌蒸气扩散和陷入最小化，如在下面进一步解释的。

一个或多个非线性内焊接路径66间隔开并且轮廓构造成，使得在激光束40跟踪非线性内焊接路径66之后，围绕沿着一个或多个非线性内焊接路径66中的每一个形成的再固化的工件材料60的路线的热影响区域64与沿着至少一个其它的内焊接路径66或相同的内焊接路径66的至少一个相邻部分形成的再固化工件材料60的路线的热影响区域64重叠。例如，图3部分地示出了由封闭的外周向焊接路径68围绕的两个相邻的非线性内焊接路径66或相同的非线性内焊接路径66的两个相邻部分。如所示，现在沿着上部内焊接路径或上部内焊接路径部分行进的激光束40已经沿着下部内焊接路径或下部内焊接路径部分被传送。围绕沿着上部内焊接路径或焊接路径部分形成的再固化的工件材料60的路线的热影响区域64由附图标记641表示，并且围绕已经沿着下部内焊接路径或焊接路径部分形成的再固化的工件材料60的路线的热影响区域64用附图标记642表示。如图3和图3A两者中所示，与两个内焊接路径或内焊接路径部分相关联的热影响区域641,642重叠。

封闭的外焊接路径68通常限定焊接图案的外周向，并且优选地具有如在外周向焊接路径68上的两个点之间测量的4 mm至15 mm范围内的直径，所述两个点彼此分开与外周向焊接路径68的中心相交的最大距离。尽管封闭的外周向焊接路径68优选地是闭合的圆或闭合的椭圆，但是其不一定必须是那些几何形状中的任一种，其也不一定必须在每种情况下都闭合。此外，封闭的外周向焊接路径68可与一个或多个非线性内焊接路径66互连（参见图4A-4F），或者其可与一个或多个非线性内焊接路径66间隔开并且不同（参见图4G-4N）。

当激光束40跟踪封闭的外周向焊接路径68时，围绕再固化的工件材料60的所得路线的热影响区域64可与围绕沿着一个或多个非线性内焊接路径66形成的再固化的工件材料60的一个或多个路线的一个或多个热影响区域64重叠，但是不需要这样做。这是因为沿着封闭的外周向焊接路径68形成的再固化的工件材料60的路线主要意味着在焊接接头50和工件叠层10的周围区域之间提供更平滑的过渡，其次要目的是以将第一钢工件和第二钢工件12,14熔合在一起。为此，沿着封闭的外周向焊接路径68形成的再固化的工件材料60的路线可但不一定必须横过接合界面30并且延伸到第二钢工件14中。

预定义的焊接图案可采用各种不同的几何配置。现在大体上参考图4A至图4N，其是如在工件叠层10的顶部表面26的xy平面中投影的焊接图案的平面图，预定义的焊接图案可包括闭合曲线图案、螺旋图案、轮盘图案或其组合。闭合曲线图案可以是包括多个径向间隔且不连接的圆形焊接路径、椭圆形焊接路径或具有类似闭合曲线的焊接路径的任何图案，这种闭合曲线的优选数量的范围从三到八。螺旋图案可以是具有单个焊接路径的任何图案，该单个焊接路径从固定内部点发出，并且随着焊接路径围绕内部点旋转时从内部点向外径向扩展。固定的内部点可位于焊接图案的中心处或附近，或者可从焊接图案的中心偏移。在其它选项之中，轮盘图案可以是包括外摆线焊接路径、外旋轮线焊接路径和/或内摆线焊接路径的任何图案。图4A至图4N示出了这些类型的焊接图案的各种示例，其包括它们的识别的非线性内焊接路径66和封闭的外周向焊接路径68。

图4A-4E中所示的焊接图案中的每一个包括单个非线性内焊接路径66，该单个非线性内焊接路径66由封闭的外周向焊接路径68围绕并与其互连。具体地，图4A-4E中所示的焊接图案中的每一个具有螺旋内焊接路径66和圆形的外周向焊接路径68。螺旋内焊接路径66围绕焊接图案的固定的内部点旋转，并且从该固定的内部点向外径向扩展，直到其转变成圆形的外周向焊接路径68。如图4A-4C中所示，螺旋内焊接路径66可连续地弯曲，可由一起构成螺旋的直线段组成，如图4D-4E中所示，或者其可以是两者的一些组合。当激光束40沿着图4A-4E中的任一个所示的螺旋内焊接路径66被传送，因此沿着内焊接路径66形成再固化的工件材料60的路线，围绕再固化的工件材料60的路线的每个旋转的热影响区域64与围绕再固化的工件材料60的路线的至少一个相邻旋转的热影响区域64重叠。

图4F中所示的焊接图案与图4A-4E中所示的焊接图案相似之处在于其包括由封闭的外周向焊接路径68围绕且与其互连的单个非线性内焊接路径66。然而，在这里，在图4F中，焊接图案包括屈曲内焊接路径66和椭圆形外周向焊接路径68。屈曲内焊接路径66从椭圆形外周向焊接路径68的一个侧面延伸到另一个侧面，并且由弯曲的和的直线段组成。并且，如前一样，当激光束40跟踪屈曲内焊接路径66，因此沿着焊接路径66形成再固化的工件材料60的路线时，围绕再固化的工件材料60的路线的每个垂直部分（图4F中垂直的）的热影响区域64与围绕再固化的工件材料60的路线的至少一个其它相邻的垂直部分的热影响区域64重叠。

图4G-4I和图4K-4M示出了焊接图案的几个实施例，其中一个或多个非线性内焊接路径66不同于封闭的外周向焊接路径68。例如，图4G-4I和图4K-4M中所示的焊接图案中的每一个包括多个径向间隔开且不连接的圆形内焊接路径66以及圆形外周向焊接路径68。圆形内焊接路径66围绕中心点同心地布置。这些离散的圆形焊接路径66可均匀地径向间隔开，或者它们可以不同的距离间隔开。另外，如所示，虽然圆形内焊接路径66和圆形外周向焊接路径68之间的这种关系不是强制性的，但是圆形外周向焊接路径68也可与圆形内焊接路径66一起围绕中心点同心地布置。当激光束40跟踪图4G-4I和图4K-4M中所示的圆形内焊接路径66中的每一个，因此沿着每一个圆形内焊接路径66形成再固化的工件材料60的路线时，围绕再固化的工件材料60中每一个圆形路线的热影响区域64与再固化的工件材料60的至少一个相邻的圆形路线的热影响区域64重叠。

图4J中所示的焊接图案与图4G-4I和图4K-4M中所示的焊接图案相似之处在于其包括与封闭的外周向焊接路径68不同的一个或多个非线性内焊接路径66。例如，图4J的焊接图案包括可围绕中心点同心地布置的多个径向间隔开且不连接的椭圆形内焊接路径66，以及椭圆形外周向焊接路径68。椭圆形内焊接路径66可均匀地径向间隔开，或者它们可间隔开不同的距离。如果需要的话，椭圆形外周向焊接路径68也可与椭圆形内焊接路径66一起围绕中心点同心地布置，但不一定是这样。并且，与之前相似，当激光束40跟踪椭圆形内焊接路径66中的每一个，因此沿着每个椭圆形内焊接路径66形成再固化的工件材料60的路线时，围绕再固化的工件材料60的每个椭圆形路线的热影响区域64与再固化的工件材料60的至少一个相邻的椭圆形路线的热影响区域64重叠。

图4N中所示的焊接图案与图4G-4M中所示的焊接图案类似之处在于其包括与封闭的外周向焊接路径68不同的一个或多个非线性内焊接路径66。然而，该焊接图案包括多个圆形内焊接路径66，其中圆形内焊接路径66中的每一个与其它圆形内焊接路径66中的至少一个，并且优选地至少两个相交。在该特定情况下，封闭的外周向焊接路径68是围绕多个圆形内焊接路径66的圆形焊接路径。再次，与之前相似，当激光束40跟踪圆形内焊接路径66中的每一个，因此沿着每个圆形内焊接路径66形成再固化的工件材料60的路线时，围绕再固化的工件材料60的每个圆形路线的热影响区域64与再固化的工件材料60的至少一个其它的圆形路线的热影响区域64重叠。实际上，在该实施例中，与圆形内焊接路径66中的每一个相关联的再固化的工件材料60的路线实际上和与至少两个其它圆形内焊接路径66相关联的再固化的工件材料60的路线相交。

现在参考图5-6，当激光束40沿着预定义的焊接图案被传送时，控制键孔56的穿透。具体地，如图5中所示，当激光束40沿着一个或多个非线性内焊接路径66被传送时，保持完全穿透工件叠层10的键孔56—意指键孔56从工件叠层10的顶部表面26（在本实施例中也是表面18）延伸穿过工件叠层10的底部表面28（在本实施例中也是表面22）。另一方面，如图6中所示，当激光束40沿着封闭的外周向焊接路径68被传送时，保持部分穿透工件叠层10的键孔56—意指键孔56从工件叠层10的顶部表面26延伸到叠层10中，但是不到达工件叠层10的底部表面28。当沿着封闭的外周向焊接路径68传送部分穿透的键孔56时，键孔56不一定必须穿透到叠层10中足够远，使得其以图6中所示的方式横过接合界面30。实际上，在激光束40正在跟踪封闭的外周向焊接路径68的至少一些时间或甚至全部时间期间，部分穿透的键孔56可仅从工件叠层10的顶部表面26部分地延伸到接合界面30，因此穿透进入第一钢工件12而不是第二钢工件14中。

在沿着（1）一个或多个非线性内焊接路径66和（2）封闭的外周向焊接路径68传送激光束40期间获得的不同水平的键孔穿透对最终焊接接头50贡献了不同的但是互补的结构属性。激光束40和完全穿透的键孔56沿着一个或多个非线性内焊接路径66的传送沿着一个或多个焊接路径66形成再固化的工件材料60的路线，使得再固化的工件材料横过接合界面30，并且将钢工件12,14熔焊在一起。完全穿透的键孔56还提供了管道，锌蒸气可通过该管道从接合界面30排出，使得尽管接合界面30是零间隙界面，但是沿着一个或多个非线性内焊接路径66形成的再固化的工件材料60的一个或多个路线不包含归因于锌蒸气在钢水焊池58内的扩散和陷入的足够的焊接缺陷。此外，除了完全穿透的键孔56之外，从一个或多个非线性焊接路径66的轮廓和间隔得到的重叠的热影响区域64被认为进一步减少了存在于零间隙接合界面32处的锌层36的潜在的不利影响。

不受理论束缚，来自围绕再固化的工件材料60的每个路线产生热影响区域64的激光束40的热量被认为去除包括在一个或多个热影响区域64内的第一钢工件和第二钢工件12,14上的可蒸发锌中的一些或全部。可蒸发的锌的去除可通过蒸发、热辅助反应或一些其它中和机理发生。因此，当激光束40沿着一个或多个非线性内焊接路径66前进时，来自激光束40的热量输入发出远离完全穿透的键孔56和周围的钢水焊池58，并且进入先前产生的热影响区域64的至少一部分中，其中相比于热影响区域64外部的区域，可蒸发的锌不充足。认为这种易蒸发锌的局部减少使得完全穿透的键孔56更容易将足够的锌蒸气从接合界面30排出，使得焊接缺陷（诸如孔隙和飞溅）不包含在再固化的工件材料60的路线内达到不可接受的程度。

例如，具体参考图4G，假定当追踪焊接图案时，激光束40从最内部的圆形内焊接路径66前进到最外部的圆形内焊接路径66。因此，激光束40首先沿着最内部的圆形内焊接路径66被传送，以产生再固化的工件材料60的对应的圆形路线和周围的热影响区域64。接下来，激光束40沿着紧邻最内部的圆形内焊接路径66周围的下一个圆形内焊接路径66被传送。当这发生时，来自激光束40的热量输入沿着并通过热影响区域64的部分被推动，该热影响区域64的部分围绕与最内部的圆形内焊接路径66相关联的再固化的工件材料60的路线，这稍后引起重叠的热影响区域64，如图3-3A中总体上所描绘的。来自激光束40和先前形成的热影响区域64的热量输入的相同的相互作用继续，直到激光束40已经跟踪最外部和最后的圆形内焊接路径66。最后，在激光束40已经沿着所有的圆形内焊接路径66被传送之后，再固化的工件材料60的几个所得的圆形路线将具有源于锌蒸气的最小的（如果有的话）焊接缺陷，所述锌蒸气由于存在于通过前进激光束40的热量输入侵入的热影响区域64中存在的可蒸发锌的减少量导致。

激光束40和部分穿透的键孔56沿着封闭的外周向焊接路径68的传送用作不同的目的。尽管在激光束40跟踪外周向焊接路径68的一段时间或所有时间内，部分穿透的键孔56横过接合界面30是可接受的，因此在最小的焊接缺陷的情况下产生将第一钢工件和第二钢工件12,14熔焊在一起的再固化的工件材料60的路线，这不是其唯一的目标。而是，部分穿透的键孔56沿着封闭的外周向焊接路径68被传送，使得较浅的部分穿透的键孔56和围绕键孔56的较宽的钢水焊池58（与完全穿透的键孔56相比）可在激光焊接接头50和激光焊接接头50外面的叠层10的相邻周围部分之间的工件叠层10的顶部表面26上产生更平滑的过渡。更平滑过渡的产生避免了在工件叠层10的顶部表面26处围绕激光焊接接头50的边界形成尖锐的冠部。在这里避免尖锐的冠部是优选的，因为其可容易受到应力并因此削弱接头50，促进烧穿，并且不利地影响焊接接头50的可见外观。

可通过各种激光焊接工艺参数来控制键孔56的穿透深度，所述激光焊接工艺参数包括激光束40的功率水平，激光束40的焦点54相对于工件叠层10的顶部表面26的位置（即，焦点位置），以及激光束40相对于工件叠层10的行进速度。通常，通过增加激光束40的功率水平，通过使焦点54朝向工件叠层10的顶部表面26（沿着图1所表示的-Z方向）移动来聚焦激光束，减小激光束40的行进速度，或其组合，可增加键孔56的穿透。相反地，通过降低激光束40的功率水平，通过移动焦点54远离工件叠层10的顶部表面26以增加焦点54和顶部表面26之间的距离来散焦激光束40，增加激光束40的行进速度，或其组合，可减少键孔56的穿透。通过这些工艺参数和可调整它们的许多方式，当激光束40沿着焊接图案被传送时，键孔56可容易地在完全穿透56和部分穿透56之间过渡，并且反之亦然。

在优选的实施例中，为了产生并保持完全穿透的键孔56，激光束40的焦点位置设定为使得其焦点54位于工件叠层10的顶部表面26处。这种情况下的焦距为零。在本文使用的术语“焦距”是指焦点54和工件叠层10的顶部表面26之间的距离，其中顶部表面26下方的距离是负距离（即，焦距<0），并且顶部表面26上方的距离是正距离（即，焦距>0）。然而，当期望部分穿透的键孔56时，激光束40的焦点位置优选地设定为使得其焦点54位于工件叠层10的顶部表面26上方，从而产生正焦距。可用来支撑部分穿透的键孔56的焦距通常位于工件叠层10的顶部表面26上方10 mm至30 mm之间的任何位置。

在每种情况下，无论键孔56是完全或部分地穿透工件叠层10，激光束40的功率水平和行进速度可选择为补充激光束40的焦点位置，以便实现处于期望的穿透深度的稳定的键孔56。虽然所采用的精确功率水平和行进速度取决于包括第一钢工件和第二钢工件12,14的厚度和钢成分的各种因素，但是当激光束40的焦距为零并且期望完全穿透的键孔56时，激光束40的功率水平和行进速度通常分别在2.25 kW至2.95 kW和3.5 m/min至6.0 m/min的范围内。另一方面，当激光束40的焦距大于零（诸如在10 mm至30 mm之间），并且期望部分穿透的键孔56时，激光束40的功率水平和行进速度通常分别在2.35 kW至3.05 kW和4.0 m/min至6.5 m/min的范围内。

图7示出了当激光束40沿着一个或多个非线性内焊接路径66和根据本公开配置的焊接图案的封闭的外周向焊接路径68被传送时可如何调整激光束40的功率水平（P）、行进速度（V）和焦点位置（F）的代表性示例。在该示例中，一个或多个非线性内焊接路径66构成螺旋内焊接路径，并且封闭的外周向焊接路径68构成围绕螺旋内焊接路径且与该螺旋内焊接路径互连的圆形外周向焊接路径。使用完全穿透的键孔56在T = 0.00秒和T = 0.45秒之间沿着螺旋内焊接路径传送激光束40，然后使用部分穿透的键孔56在T = 0.45秒和T =0.72秒之间沿着圆形外周向焊接路径传送激光束40。

首先，在T = 0.00秒时，激光束40引导在工件叠层10的顶部表面26上的固定的内部点处。通过设定激光束40的功率水平P和焦点位置，在固定的内部点处产生完全穿透的键孔56，以便实现启动和支撑完全穿透的键孔56所需的必需的功率密度。大多数情况下，根据工件叠层10的顶部表面26的反射率以及第一钢工件和第二钢工件12,14的特定厚度和钢成分设定激光束40的功率水平P。焦点位置F被设置为使得激光束40的焦点54位于顶部表面26处，以便将由激光束40传送的功率集中深入到工件叠层10中。当激光束40的焦点54如此定位时，工件叠层10的顶部表面26与焦点54之间的焦距为零。

一旦完全穿透的键孔56形成并稳定，则激光束40沿着螺旋内焊接路径被传送。而且，事实上，如图7中总体上所示（在T = 0.05秒和T = 0.20秒之间），一旦完全穿透的键孔56形成并且移动，则激光束40的功率水平P渐增地减小，并且激光束40的行进速度V渐增地增加，因为保持键孔56所需的功率密度比产生该键孔所需的功率密度小。在T = 0.20秒时，功率水平P降低并且行进速度V增加到保持一致的值直到T = 0.45秒。功率水平P和行进速度V会聚到它们的恒定值有几个原因：（1）帮助抑制飞溅并且确保激光束40在远程激光焊接过程期间不使第一钢工件和第二钢工件12,14过热，并且永久地熔化掉钢工件12,14的任何部分；并且（2）以能够通过键孔56高效且有效地将在零间隙接合界面30处产生的锌蒸气排出的行进速度传送激光束40。

最终，激光束40结束跟踪螺旋内焊接路径并且转变成跟踪圆形外周向焊接路径。在T = 0.45秒时，在图7中发生向圆形外周向焊接路径的转变。此时，在T = 0.45秒和T =0.50秒之间，将完全穿透的键孔56修改为部分穿透的键孔56，并且沿着圆形的外周向焊接路径传送后者。在这里，在该示例中，为了引起部分穿透的键孔56，激光束40散焦，使得焦点54从工件叠层10的顶部表面26（焦距 = 0）重新定位到工件叠层10的顶部表面26上方的距离（焦距> 0）。以这种方式散焦激光束40将由激光束40传送的功率扩展到更宽的区域上方，这又降低了激光束40的功率密度，从而减小了键孔穿透深度。激光束40的功率水平P和行进速度V也可在激光束40散焦的同时增加，以帮助支撑和保持部分穿透的键孔56以及加速激光束40的传送。

应当指出的是，激光束40沿一个或多个非线性内焊接路径66和封闭的外周向焊接路径68被传送的顺序可变化。例如，激光束40可首先沿着一个或多个非线性内焊接路径66并且然后沿着外周向焊接路径68被传送。然而，在另一个示例中，激光束40可首先沿着外周向焊接路径68并且然后沿着一个或多个非线性内焊接路径66被传送。另外，在焊接图案包括多个非线性内焊接路径66的实施例中，激光束40可以任何顺序或者以其它顺序沿着内焊接路径66被传送，所述任何顺序包括从最内部内焊接路径66到最外部内焊接路径66，从最外部的内焊接路径66到最内部的内焊接路径66。另外，在其它实施例中，激光束40可沿着一个或多个非线性内焊接路径66中的一些被传送，然后可沿着封闭的外周向焊接路径68被传送，并且最终可沿着其余的一个或多个非线性内焊接路径66被传送，以完成焊接图案。

以上对优选示例性实施例和具体示例的描述本质上仅仅是描述性的；它们并不旨在限制所附的权利要求书的范围。除非在说明书中以其它方式具体且明确地陈述，否则所附权利要求书中使用的术语中的每一个应该被赋予其普通和惯用的含义。

Claims (20)

1.一种远程激光焊接包括至少两个重叠的钢工件的工件叠层的方法，所述方法包括：

提供包括两个或三个重叠的钢工件的工件叠层，所述工件叠层包括提供所述叠层的顶部表面的第一钢工件和提供所述叠层的底部表面的第二钢工件，其中在由所述第一钢工件和所述第二钢工件提供的所述顶部表面和所述底部表面之间的所述工件叠层中的每个接合界面是零间隙界面，并且其中在所述工件叠层中的所述两个或三个钢工件中的至少一个是涂覆锌的钢工件；

使激光束引导在所述工件叠层的所述顶部表面处以形成从所述工件叠层的顶部表面延伸到所述工件叠层中的键孔，所述键孔由钢水焊池围绕；以及

沿着包括一个或多个非线性内焊接路径和围绕所述一个或多个非线性内焊接路径的封闭的外周向焊接路径的预定义的焊接图案相对于所述工件叠层的所述顶部表面传送所述激光束，所述键孔在沿着所述一个或多个非线性内焊接路径传送时完全穿透所述工件叠层，并且在沿着所述封闭的外周向焊接路径传送时部分穿透所述工件叠层，沿着所述一个或多个非线性的内焊接路径传送所述激光束和所述键孔沿着将所述两个或三个钢工件熔焊在一起的所述一个或多个非线性内焊接路径中的每一个留下再固化的工件材料的路线。

2.根据权利要求1所述的方法，其中沿着所述一个或多个非线性内焊接路径中的每一个形成的再固化的工件材料的所述路线在所述工件叠层内由热影响区域围绕，并且其中所述一个或多个非线性焊接路径被间隔开并且轮廓构造成，使得围绕沿着每个非线性内焊接路径形成的再固化的工件材料的路线的所述热影响区域与沿着至少一个其它的非线性内焊接路径或相同的非线性内焊接路径的至少一个相邻部分形成的再固化的工件材料的所述路线的所述热影响区域重叠。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一钢工件具有外表面和第一接合表面，并且所述第二钢工件具有外表面和第二接合表面，所述第一钢工件的所述外表面提供所述工件叠层的所述顶部表面，并且所述第二钢工件的所述外表面提供所述工件叠层的所述底部表面，并且其中所述第一钢工件和所述第二钢工件的所述第一接合表面和所述第二接合表面彼此重叠并邻接以建立零间隙接合界面，所述第一钢工件或所述第二钢工件中的至少一个是涂覆锌的钢工件。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一钢工件具有外表面和第一接合表面，并且所述第二钢工件具有外表面和第二接合表面，所述第一钢工件的所述外表面提供所述工件叠层的所述顶部表面，并且所述第二钢工件的所述外表面提供所述工件叠层的所述底部表面，并且其中所述工件叠层包括位于所述第一钢工件和所述第二钢工件之间的第三钢工件，所述第三钢工件具有相对的接合表面，所述接合表面中一个与所述第一钢工件的所述第一接合表面重叠并邻接以建立零间隙接合界面，并且所述接合表面中另一个邻接所述第二钢工件的所述第二接合表面以建立另一个零间隙接合界面。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述工件叠层中的所述钢工件中的每一个是涂覆锌的钢工件。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个非线性内焊接路径包括多个径向间隔和不连接的圆形或椭圆形焊接路径。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个非线性内焊接路径包括螺旋焊接路径，所述螺旋焊接路径围绕固定的内部点旋转并且从所述固定的内部点径向向外扩展。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述封闭的外周向焊接路径互连到所述一个或多个非线性内焊接路径。

9. 根据权利要求1所述的方法，其还包括：

当所述激光束沿着所述一个或多个非线性内焊接路径被传送时，将所述激光束的焦点定位在所述工件叠层的所述顶部表面处或下方，使得所述键孔通过所述工件叠层的所述底部表面从所述工件叠层的所述顶部表面完全穿透通过所述工件叠层；以及

当激光束沿着所述封闭的外周向焊接路径传送时，将所述激光束的所述焦点定位在所述工件叠层的所述顶部表面上方一定距离处，使得所述键孔从所述工件叠层的所述顶部表面部分穿透通过所述工件叠层，但没有到达所述工件叠层的所述底部表面。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述激光束首先沿着一个或多个非线性焊接路径被传送，并且然后沿着所述封闭的外周向焊接路径被传送，所述方法还包括：

在激光束沿着所述一个或多个非线性内焊接路径被传送之后使所述激光束散焦，以将所述激光束的所述焦点定位在所述工件叠层的所述顶部表面上方一定距离处，以将键孔从完全穿透所述工件叠层修改为部分穿透所述工件叠层。

11. 根据权利要求10所述的方法，其还包括：

当所述激光束正沿着所述封闭的外周向焊接路径被传送，并且所述激光束的所述焦点定位在所述工件叠层的所述顶部表面上方一定距离处时，增加所述激光束的功率水平；以及

当所述激光束正沿着所述封闭的外周向焊接路径被传送，并且所述激光束的所述焦点定位在所述工件叠层的所述顶部表面上方一定距离处时，增加所述激光束相对于所述工件叠层的所述顶部表面的行进速度；

其中在所述激光束沿着所述封闭的外周向焊接路径传送期间的所述激光束的功率水平和所述激光束的所述行进速度相对于在所述激光束沿着所述一个或多个非线性内焊接路径传送期间的所述激光束的功率水平和所述激光束的行进速度增加。

12.一种远程激光焊接包括至少两个重叠的钢工件的工件叠层的方法，所述方法包括：

提供包括两个或三个重叠的钢工件的工件叠层，所述工件叠层包括提供所述叠层的顶部表面的第一钢工件和提供所述叠层的底部表面的第二钢工件，其中在由所述第一钢工件和所述第二钢工件提供的所述顶部表面和所述底部表面之间的所述工件叠层中的每个接合界面是零间隙界面，并且其中在所述工件叠层中的所述两个或三个钢工件中的至少一个是涂覆锌的钢工件；

使激光束引导在所述工件叠层的所述顶部表面处以形成从所述工件叠层的顶部表面延伸到所述工件叠层中的键孔，所述键孔由钢水焊池围绕；以及

沿着包括一个或多个非线性内焊接路径和围绕所述一个或多个非线性内焊接路径的封闭的外周向焊接路径的预定义的焊接图案相对于所述工件叠层的所述顶部表面传送所述激光束，所述键孔在沿着所述一个或多个非线性内焊接路径被传送时完全穿透所述工件叠层，所述激光束和完全穿透的键孔沿着所述一个或多个非线性的内焊接路径的所述传送沿着将所述两个或三个钢工件熔焊在一起的所述一个或多个非线性内焊接路径中的每一个留下再固化的工件材料的路线，并且其中沿着所述一个或多个非线性内焊接路径中的每一个形成的再固化的工件材料的所述路线在所述工件叠层内由热影响区域围绕，所述热影响区域与沿着至少一个其它的非线性内焊接路径或相同的非线性内焊接路径的至少一个相邻部分形成的再固化的工件材料的所述路线的所述热影响区域重叠。

13.根据权利要求12所述的方法，其中在沿着所述封闭的外周向焊接路径传送所述激光束期间，所述键孔部分地穿透所述工件叠层，使得所述键孔从所述工件叠层的所述顶部表面延伸到所述叠层中，但是没有到达所述工件叠层的所述底部表面。

14. 根据权利要求13所述的方法，其还包括：

当所述激光束沿着所述一个或多个非线性内焊接路径被传送时，将所述激光束的焦点定位在所述工件叠层的所述顶部表面处或下方，使得所述键孔通过所述工件叠层的所述底部表面从所述工件叠层的所述顶部表面完全穿透通过所述工件叠层；以及

当激光束沿着所述封闭的外周向焊接路径传送时，将所述激光束的所述焦点定位在所述工件叠层的所述顶部表面上方一定距离处，使得所述键孔从所述工件叠层的所述顶部表面部分穿透通过所述工件叠层，但没有到达所述工件叠层的所述底部表面。

15.根据权利要求13所述的方法，其中所述激光束具有相对于所述工件叠层的所述顶部表面的功率水平和行进速度，并且其中相比于当所述激光束沿着所述一个或多个非线性内焊接路径被传送时，当所述激光束沿着所述封闭的外周向焊接路径被传送时，所述激光束的功率水平和行进速度更大。

16.根据权利要求12所述的方法，其中所述工件叠层仅包括所述第一钢工件和所述第二钢工件，使得在所述第一钢工件和所述第二钢工件之间的所述工件叠层内建立单个零间隙接合界面，或者其中所述工件叠层包括位于所述第一钢工件和所述第二钢工件之间的附加的第三钢工件，使得在所述第一钢工件和第三钢工件之间以及在所述第二钢工件和所述第三钢工件之间的所述工件叠层内建立零间隙接合界面。

17.根据权利要求12所述的方法，其中所述一个或多个非线性内焊接路径包括多个径向间隔和不连接的圆形或椭圆形焊接路径。

18.根据权利要求12所述的方法，其中所述一个或多个非线性内焊接路径包括螺旋焊接路径，所述螺旋焊接路径围绕固定的内部点旋转并且从所述固定的内部点径向向外扩展。

19.一种远程激光焊接包括至少两个重叠的钢工件的工件叠层的方法，所述方法包括：

提供包括两个或三个重叠的钢工件的工件叠层，所述工件叠层包括提供所述叠层的顶部表面的第一钢工件和提供所述叠层的底部表面的第二钢工件，其中在由所述第一钢工件和所述第二钢工件提供的所述顶部表面和所述底部表面之间的所述工件叠层中的每个接合界面是零间隙界面，并且其中在所述工件叠层中的所述两个或三个钢工件中的至少一个是涂覆锌的钢工件；

使激光束引导在所述工件叠层的所述顶部表面处以形成从所述工件叠层的所述顶部表面延伸到所述工件叠层中的键孔，所述键孔由钢水焊池围绕；

使所述键孔完全穿透通过所述工件叠层，使得所述键孔从工件叠层的所述顶部表面延伸穿过所述工件叠层的所述底部表面，并且当所述键孔完全穿透所述工件叠层时，沿着一个或多个非线性内焊接路径相对于所述工件叠层的顶部表面传送所述激光束和所述键孔；以及

使所述键孔部分穿透通过所述工件叠层，使得所述键孔从所述工件叠层的所述顶部表面延伸，但是不到达所述工件叠层的所述底部表面，并且当所述键孔部分穿透所述工件叠层时，沿着围绕所述一个或多个非线性内焊接路径的封闭的外周向焊接路径相对于所述工件叠层的所述顶部表面传送所述激光束和所述键孔。

20.根据权利要求19所述的方法，其中沿着所述一个或多个非线性内焊接路径传送所述激光束和所述键孔沿着将所述两个或三个钢工件熔焊在一起的所述一个或多个非线性内焊接路径中的每一个留下再固化的工件材料的路线，沿着所述一个或多个非线性内焊接路径中的每一个形成的再固化的工件材料的所述路线在所述工件叠层内由热影响区域围绕，所述热影响区域与沿着至少一个其它非线性内焊接路径或相同的非线性内焊接路径的至少一个相邻部分形成的再固化工件材料的路线的热影响区域重叠。