CN107921585A - 铝激光焊接中的热裂纹减少 - Google Patents

Abstract

激光焊接包括两个或三个叠置的铝合金工件的工件堆叠的方法涉及限制第一铝合金工件的叠置部分的自由端以防移动远离下面的第二铝合金工件来抵消热诱导的力，该热诱导的力在激光焊接期间引起一个或多个铝合金工件的平面外变形。第一铝合金工件的自由端的这种限制可以通过夹持、点焊或任何其他合适的实践来实现。通过限制第一铝合金工件的自由端，且因此当在附近的焊接区域中进行激光焊接时抑制铝合金工件的平面外变形，热裂纹的发生被最小化或者在最终的激光焊接接头中被完全消除。

Description

铝激光焊接中的热裂纹减少

技术领域

本公开的技术领域大体上涉及激光焊接，并且更具体地涉及叠置的铝合金工件的激光焊接。

背景技术

激光焊接是金属连接过程，其中激光束被引导到金属工件堆叠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彼此对准并堆叠，使得它们的接合表面在期望的焊接部位处叠置并面对。激光束然后被引导到工件堆叠的顶部表面处。从激光束吸收能量产生的热量引发金属工件的熔化，并在工件堆叠内建立熔融焊池。熔融焊池穿透由激光束冲击的金属工件并进入下面的金属工件或多个工件中。当激光束具有足够高的功率密度时，在激光束正下方的熔融焊池内形成小孔（keyhole）（被称为“小孔焊接”的过程）。小孔是在工件堆叠内从金属工件得到的汽化金属柱，并且可以包括等离子体。

小孔为将能量吸收到工件堆叠的更深处提供了通道，这进而有利于熔融焊池的更深穿透和更窄的焊池轮廓。因此，通常控制小孔以穿过每个接合界面穿透到工件堆叠中，完全地或部分地穿过最底部的金属工件。一旦激光束冲击工件堆叠的顶部表面，小孔就通常以非常短的时间（毫秒量级）形成。在小孔形成并稳定后，沿着焊接路径移动激光束一小段距离。激光束的这种移动留下紧紧跟随小孔和熔融焊池的对应行进路径的熔融工件材料的尾部。熔融工件材料的这种穿透尾部沿与激光束的向前移动相同的方向冷却并凝固，以提供将工件熔焊在一起的激光焊接接头。

许多行业使用激光焊接作为其制造实践的一部分，除了别的之外包括汽车、航空、海运，铁路和建筑物建造行业等。激光焊接是有吸引力的连接过程，因为它只需要单侧接近，可以以减小的凸缘宽度实践，并导致相对小的热影响区，其最小化热变形。在汽车行业中，例如，在制造白车身（BIW）以及在涂漆之前安装在BIW上的成品零件期间，能够使用-且实际上经常使用-激光焊接来将金属工件连接在一起。其中可以使用激光焊接的一些具体实例包括在BIW内构造和附接承载负载的主体结构，诸如轨道结构、摇杆、A柱、B柱和C柱以及底部横梁。也可以使用激光焊接的其他具体实例包括BIW内的非承载负载的附件，诸如车顶到侧板的附接，以及联接在车门、发动机盖和行李箱盖的构造中遇到的上覆凸缘。当需要时，可以采用完全和部分穿透激光焊接二者。

为了将较轻重量的材料结合到机动车辆中，且因此提高燃料经济性，已经推动将铝合金尽可能地结合到车辆平台中。叠置的铝合金工件的堆叠当然可以通过激光焊接以点焊或接缝方式连接。然而，在一些情况下，特别是当铝合金工件中的至少一个由5000或6000系列铝合金构成时，激光焊接接头可能经历热裂纹，这继而可能使接头不能达到其最大强度。当在焊接区域的熔接边界处的应变超过材料延展性时，在由激光束产生的熔融铝合金材料的凝固期间出现热裂纹。这种应变被认为会导致晶粒之间的液膜破裂并形成空腔，在该空腔中液态金属不足以回填空腔，从而引起一个或多个叠置的铝合金工件的平面外变形。当出现这样的变形时，给予正在凝固的工件材料的所得拉伸应变导致裂纹从焊接接头的根部（一个或复数个）向上扩展通过焊接接头到激光束作用在其上的工件堆叠的表面。因此需要一种激光焊接方法，该方法包括在不使用填充焊丝将材料添加到熔融铝合金焊池的情况下提供消除或者至少减少热裂纹的机会。

发明内容

公开了激光焊接工件堆叠的方法，该工件堆叠包括两个或三个叠置的铝合金工件。例如，在一个实施例中，工件堆叠可包括分别具有第一和第二接合表面的第一和第二铝合金工件，所述第一和第二接合表面彼此面对并接触以在堆叠内提供单个接合界面。在另一个实施例中，工件堆叠可以包括位于第二铝合金工件下方的额外的第三铝合金工件。在这样的实施例中，第一和第三铝合金工件分别具有第一和第四接合表面，该第一和第四接合表面面对并接触第二铝合金工件的相对的第二和第三接合表面，使得在堆叠内建立两个接合界面。当存在第三铝合金工件时，第一和第三铝合金工件可以由分开且不同的零件提供，或者可替代地，它们可以表示同一零件的不同部分，诸如当一个零件的端部部分被折叠并且包裹在另一零件的端部部分上时。

为了帮助在最后的激光焊接接头中防止出现热裂纹，第一铝合金工件（其是激光束被引导到其并首先冲击的工件）的叠置部分的自由端被限制以防移动远离相邻的下面的第二铝合金工件，以抵消导致堆叠中的一个或多个铝合金工件的平面外变形的热诱导的力。第一铝合金工件的自由端最接近工件的自由边缘被限制在所述自由边缘和焊接区域之间，在焊接区域处激光束被引导以形成激光焊接接头；也就是说，激光束被引导到第一铝合金工件处从所述限制向内与第一铝合金工件的自由边缘相距一段距离。施加到第一铝合金工件的限制可以采用多种形式。例如，在一个实施方式中，第一铝合金工件的自由端可以被夹持在相邻的下面的第二铝合金工件上。而在另一种实施方式中，第一铝合金工件的自由端可以被点焊到相邻的下面的第二铝合金工件上。当然，除了夹持和点焊之外，还可以采用用于限制第一铝合金工件的其他替代措施。

在第一铝合金工件被限制的情况下，激光焊接过程继续进行并且激光束被引导到第一铝合金工件并冲击焊接区域中的第一铝合金工件。激光束在工件堆叠内引起由熔融铝合金焊池围绕的小孔。熔融铝合金焊池完全穿透第一铝合金工件，并且进一步延伸到堆叠中，使得其穿过堆叠内的每个接合界面。在一些情况下，熔融铝合金焊池也完全穿透其他铝合金工件中的每一个，因此延伸穿过整个工件堆叠。在其他情况下，熔融铝合金焊池仅部分地穿透最底部的铝合金工件。一旦已经形成了小孔和熔融铝合金焊池，激光束就沿焊接区域内的焊缝传送。激光束的前进移动留下紧紧跟随小孔和熔融铝合金焊池的对应行进路径的熔融铝合金材料的尾部。熔融铝合金材料的尾部冷却并凝固成激光焊接接头，其将工件熔焊在一起。

附图说明

图1是描绘所公开的激光焊接方法的一个实施例的横截面图，其中工件堆叠被激光焊接并且第一铝合金工件的自由端通过夹持被限制；

图2是图1所描绘的公开的激光焊接方法的透视图；

图3是描绘所公开的激光焊接方法的另一实施例的横截面图，其中工件堆叠被激光焊接并且第一铝合金工件的自由端通过点焊被限制；

图4是图2所描绘的公开的激光方法的上述有利点的平面图；

图5是描绘所公开的激光焊接方法的实施例的横截面图，其中包括三个铝合金工件的工件堆叠被激光焊接并且第一铝合金工件的自由端被限制；

图6是在不使用所公开的激光焊接方法的实践的情况下形成的激光焊接接头的横截面显微照片；

图7是使用所公开的激光焊接方法的一个实施例形成的激光焊接接头的横截面显微照片；以及

图8是使用所公开的激光焊接方法的另一实施例形成的激光焊接接头的横截面显微照片。

具体实施方式

激光焊接包括叠置的铝合金工件的工件堆叠的所公开的方法最小化或完全防止了所产生的激光焊接接头内的热裂纹。如将参照下面描述的具体实施例进一步描述的，所公开的激光焊接方法通过限制面向激光束且首先被激光束冲击的铝合金工件的叠置部分的自由端，使得在熔融铝合金材料凝固成激光焊接接头期间，该自由端不会在平面外自由地变形和离开相邻的下面的铝合金工件来对抗热裂纹问题。以这种方式，可以获得激光焊接接头，而不会在接头稍微更易于裂纹扩展时（即，在熔融铝合金材料冷却并凝固成激光焊接接头期间），在焊接接头的根部（一个或复数个）处集中显着的拉伸应变。所公开的方法可以在不使用填充焊丝以将材料添加到熔融铝合金材料的情况下进行。

图1-2示意性地示出了所公开的方法的一个实施例，其中工件堆叠10通过激光束12进行激光焊接。工件堆叠10包括第一铝合金工件14和第二铝合金工件16，二者被布置成重叠构造。第一铝合金工件14包括第一外表面18和相对的第一接合表面20，并且第二铝合金工件14包括第二外表面22和相对的第二接合表面24。相对于激光束12源的位置，第一铝合金工件12的第一外表面18提供了工件堆叠10的顶部表面26，并且第二铝合金工件14的第二外表面22提供了工件堆叠10的相对面向的底部表面28。

第一和第二铝合金工件14,16的第一和第二接合表面20,24彼此叠置并接触，以至少通过位于工件堆叠10的重叠部分内的焊接区域32建立接合界面30。焊接区域32是工件堆叠10内的区域，其中激光束12熔化工件14,16。焊接区域32沿着激光束12行进的路径从顶部表面26延伸到底部表面28并且其宽度等于由激光束12产生的熔融铝合金焊池以及从焊池获得的所得焊接接头的最大宽度（通常在顶部表面26处），如将在下文中以更详细的细节被描述的那样。由于在焊接前预先确定了激光束12的特性（例如，功率水平、行进速度、焦点位置等）和行进路径的事实，所以在激光焊接开始之前焊接区域32的大小和位置通常是已知的。

第一和第二铝合金工件14,16中的每一个均包括由可激光焊接的铝合金组合物构成的铝合金基底，该铝合金组合物包括至少85 wt.％的铝，且更优选地至少90 wt.％的铝。包括在每个工件14,16中的铝合金基底可以是锻造金属板层、板、或挤出件、但是如果需要也可以是铸件或其他可焊接的基底，并且可以包括天然耐高温氧化物覆层或替代施用的表面覆层，诸如锌、锡或金属转化覆层。考虑到铝合金基底的厚度和可能存在的任何额外的表面覆层，第一和第二铝合金工件14,16中的每一个可以至少在焊接区域32处具有在0.3 mm至大约6.0 mm范围内的厚度，并且更具体地，从大约0.5 mm至大约3.0 mm范围内的厚度。而且尽管第一和第二铝合金工件14,16在所有相关方面可以是相同的，但是它们不需要是相同的，因为被包括在工件堆叠10中的工件14, 16可具有不同的铝合金组合物、形成技术（例如，锻造或铸造）和/或厚度。

虽然热裂纹是在激光焊接各种各样的铝合金组合物期间可能发生的焊接缺陷，但是当第一或第二铝合金工件14,16中的至少一个或甚至二者包括5000系列或6000系列锻造铝合金基底时，更令人关注。5000系列铝合金是不可热处理的铝/镁合金，其通常包含在0.2wt.％和6.2 wt.％之间的镁以及其他常见合金成分诸如铬、铜、铁、铅、锰、硅和锌。6000系列铝合金是可热处理的（通常通过沉淀硬化）铝/镁/硅合金，其通常包含在0.2 wt.％和1.5wt.％之间的镁和在0.2 wt.％和2.0 wt.％之间的硅以及其他常见合金成分诸如铋、铬、铜、铁、铅、锰、硅、锡和锌。经常在多种行业中的各种背景下经受焊接的5000系列和6000系列铝合金的一些具体示例是AA5754、AA5182、AA6111和AA6022。

激光束12被引导到工件堆叠10的顶部表面26处，顶部表面26在此由第一铝合金工件14的第一外表面18提供。激光束12（通常为近红外光纤递送的固态激光束）可以通过远程扫描光学激光头来递送，其中使用可旋转反射镜和z-聚焦透镜来实现光束引导，或者其可以通过传统的激光头来递送，其中通过相对于被焊接的工件移动激光头本身来实现光束引导。不管怎样，无论以何种方式递送，激光束12都在焊接区域32内冲击工件堆叠10的顶部表面26，并且来自集中的激光束12的热量被堆叠10吸收。激光束12的功率密度被设定得足够高，使得第一和第二铝合金工件14,16在紧邻激光束12的区域中蒸发以形成小孔34。从激光束12吸收的热量也引起第一和第二铝合金工件14,16向外并围绕小孔34的侧向融化，以建立围绕小孔34的熔融铝合金焊池36。小孔34和熔融铝合金焊池36的穿透深度可以容易地根据是否需要完全或部分穿透工件堆叠10来控制。

通过限制第一铝合金工件14的自由端38以防移动远离下面的第二铝合金工件16，促进使用激光束12在第一和第二铝合金工件14,16之间形成能够更好地抵抗热裂纹的焊接接头。如图1大体所示，第一铝合金工件14的自由端38是第一铝合金工件14的叠置部分40的终止端部，其延伸超过焊接区域32并且包括工件14的周界边缘42。通过在激光焊接期间限制第一铝合金工件14的自由端38以防移动远离下面的第二铝合金工件16，如下面将以更详细的细节描述的那样，第一和第二铝合金工件14,16不会在很大程度上在平面外热变形。换句话说，第一和第二铝合金工件14,16保持在一起，使得它们在激光焊接期间在接合界面30处不会以相对的方向卷曲分开，这继而最小化在最终形成的焊接接头的根部（一个或复数个）上的拉伸应变，热裂纹被认为是起源于所述根部。

图1-2中所示的实施例通过将第一铝合金工件14的自由端38夹持在第二铝合金工件16上来限制第一铝合金工件14以抵消平面外变形。在此，如图所示，工件堆叠的底部表面28（也是第二铝合金工件16的第二外表面22）横跨由间隙46隔开的两个支撑板44放置。工件堆叠10的底部表面28跨越间隙46并且搁置在支撑板44的互补的面朝上的表面48上。为了保持第一和第二铝合金工件14,16通过至少焊接区域32沿着它们的接合界面30对准，支撑垫片50被装配在第一铝合金工件14的悬置部分52和位于下方的支撑板44之间。一个或多个夹持件54可以在第一铝合金工件14的悬置部分52内接合工件堆叠10的顶部表面26（也是第一铝合金工件14的第一外表面18）并在第一铝合金工件14上并且在支撑垫片50上方在焊接区域32旁边施加向下的力56。一个或多个夹持件54可以是点夹具，其包括作为工件接合部分的点焊盘或旋钮，可以是线夹具，其包括作为工件接合部分的细长杆或块，或者可以是两者的一些组合。

第一铝合金工件14的叠置部分40的自由端38也由一个或多个夹持件58作用。具体地，如图所示，一个或多个夹持件58接合工件堆叠10的最接近自由端38的周界边缘42的顶部表面26（也是第一铝合金工件14的第一外表面18）。夹持件（一个或复数个）58在焊接区域32旁边在第一铝合金工件14的自由端38上施加向下的力60并且推动周界边缘42抵靠第二铝合金工件16的第二接合表面24。该向下的力60在激光焊接期间保持第一铝合金工件14的自由端38抵靠第二铝合金工件16并且由夹持件（一个或复数个）58维持至少直到焊接接头已经凝固。像之前一样，夹持件（一个或复数个）58可以是点夹具或线夹具或两者的组合。

在图2中，一个或多个夹持件58被图示为线夹具。所描绘的线夹具包括楔形夹持块，其与工件堆叠10的顶部表面26接合并且在自由端38的周界边缘42上延伸。通过拧紧螺钉或一些其他压缩机构，夹持块被顶压在顶部表面26上以施加向下的力60，且由此保持自由端38抵靠下面的第二铝合金工件16。在此应该注意的是，在图2中，为了清楚起见，线夹具被示出为仅接合自由端38的在焊接区域32旁边的一部分。在应用中，所描绘的线夹具将在整个焊接区域32旁边延伸，或者多个类似的线夹具将在焊接区域32旁边端对端布置。如果采用多个夹持工具，则若干工具不一定必须在它们的端部处紧密配合在一起；相反，只要足够的自由端38被接合使得沿着焊接区域32的整个自由端38的平面外变形被避免，相邻的工具的端部就可以被分开。

为了在周界边缘42和焊接区域32之间的距离62（图2）有限时辅助夹持自由端38，可以在第二铝合金工件16上方邻近于自由端38设置夹持支撑垫片64。夹持支撑垫片64具有与第一铝合金工件14的自由端38的高度相对应的高度，并且具有上表面66。一个或多个夹持件58因此可以接合工件堆叠10的顶部表面26（也是第一铝合金工件14的第一外表面18）和夹持支撑垫片64的上表面66并引导向下的力60作用在所述顶部表面26和所述上表面66二者上，以便更有效地将自由端38夹持在第二铝合金工件16上。图2所示的夹持块例如部分地搁置在夹持支撑垫片64上，以更好地支撑夹持块。当周界边缘42和焊接区域32之间的距离62足够大，使得一个或多个夹持件58可以容易地接近并接合自由端38时，夹持支撑垫片64的使用可能不是必需的。

在第一铝合金工件14的自由端38被夹持就位的情况下，激光束12被用于将第一和第二铝合金工件14,16熔焊在一起。如图2最佳所示，激光束12被引导到并冲击工件堆叠10的顶部表面26以形成小孔34和周围的熔融铝合金焊池36，使得焊池36穿过接合界面30，并且部分地或完全地穿过堆叠10。为了实现这一点，激光束12优选地具有在2 kW和10 kW之间的功率。然后相对于顶部表面26沿向前焊接方向68（诸如沿着图2中所描绘的线性接缝）的焊接路径移动激光束12，优选地以1.0 m/min至7.0 m/min的行进速度。在这情况下，小孔34和熔融铝合金焊池36跟随对应的行进路径并且紧随其后留下熔融铝合金材料的穿透尾部。熔融铝合金材料的穿透尾部在与激光束12的向前移动相同的方向上快速冷却并凝固，以提供由再凝固的铝合金工件材料组成的激光焊接接头70。激光焊接接头70将第一和第二铝合金工件14,16熔焊在一起。

如前所述，与冷却并凝固熔融铝合金材料的尾部成最终的激光焊接接头70相关的热力学被认为是诱导力的原因，该力否则会引起第一和第二铝合金工件14,16的平面外变形。为此原因，一个或多个夹持件58被维持在适当的位置，并在激光束12冲击工件堆叠10的顶部表面26的整个时间期间继续向第一铝合金工件14的自由端38施加向下的力60。这允许减弱可能由于凝固收缩和/或热收缩而产生的任何热诱导的力，而不对焊接接头70的根部（一个或复数个）施加应力。最后，在从工件堆叠10的顶部表面26移除激光束12，并且获得焊接接头70并使其凝固之后，释放一个或多个夹持件58。焊接接头70现在已经准备就绪，并且可能没有热裂纹焊接缺陷。

除了在图1-2中示出和描述的之外，用于限制第一铝合金工件14的自由端38抵靠第二铝合金工件16的其他替代方式当然是可能的。例如，如图3-4所示，通过借助于一个或多个焊点72将自由端38点焊到下面的第二铝合金工件14上，可以限制第一铝合金工件14的自由端38以防移动远离下面的第二铝合金工件16。焊点72可以由激光束12形成，或者它们可以是先前已经在第一和第二铝合金工件14,16之间形成的电阻焊点。除了限制技术的主要区别之外，以上关于图1-2所阐述的整个讨论在此适用，并且预期同样适用于图3-4所示的实施例。因此在图3-4中再次使用图1-2中使用的相同附图标记来表示相同的部件和类似的功能。因此，将仅更详细地描述图1-2中所示的实施例与图3-4中所示的实施例之间的主要区别。共同部件及其功能的讨论被省略。

使用一个或多个焊点72来限制第一铝合金工件14的自由端38可以通过激光束12在形成焊接接头70之前在第一和第二铝合金工件14,16的重叠部分中形成。焊点72可以在焊接区域32和自由端38的周界边缘42之间的任何位置处形成，以确保焊点72不会干扰小孔34和熔融铝合金焊池36在焊接区域32内的行进路径。例如，如图3-4所示，一个或多个焊点72可以是在第一铝合金工件14的周界边缘42和下面的第二接合表面24的相交处形成的多个圆角边焊点。这些圆角边焊点在焊接区域32旁边按照需要间隔开，以均匀地限制自由端38。并且虽然在此未示出，但是额外于或代替所描绘的圆角边焊点，一个或多个焊点72也可以在周界边缘42的内侧被形成在第一和第二铝合金工件14,16的接合表面20,24之间。

当周界边缘42和焊接区域32之间的距离62（图2）有限使得使用一个或多个夹持件56来接合自由端38呈现出实际挑战时，一个或多个焊点72尤其有用。在这种情况下，激光束12可以在准备形成激光焊接接头70时形成一个或多个焊点72，以确保第一铝合金工件14的自由端38的适当限制，并且一个或多个夹持件74可以接合第二铝合金工件16并在第二铝合金工件16和位于下方的支撑板44上施加向下的力76。激光束12然后可以转变成冲击工件堆叠10的顶部表面26，并在焊接区域32内形成焊接接头70，以将第一和第二铝合金工件14,16熔焊在一起。这里，当然，一个或多个焊点72是永久点焊接头，在已经移除激光束并且已经获得激光焊接接头70之后，这些焊点将仍然是工件堆叠10的一部分。

上述实施例结合包括两个铝合金工件的工件堆叠来说明所公开的方法。然而，所公开的方法不限于此，其还可以结合包括三个铝合金工件的工件堆叠使用，如图5所示。其中工件堆叠，用附图标记110表示，的变化被示出，除了第一和第二铝合金工件14,16之外，其还包括第三铝合金工件78。第三铝合金工件78的组合物、厚度和其他属性与如上所述的第一和第二铝合金工件14,16相同。

第三铝合金工件78位于第二铝合金工件16之下并与其接触，并且至少通过位于工件堆叠110的重叠部分内的焊接区域32与第二铝合金工件16叠置。当如此布置时，第三铝合金工件78包括第四接合表面80，其与第二铝合金工件16的第三接合表面82叠置并接触以建立通过焊接区域32的第二接合界面84。第三铝合金工件78还包括第二外表面86，其在该实施例中提供了工件堆叠10的底部表面88，该工件堆叠10的底部表面88朝向堆叠的顶部表面26（仍由第一铝合金工件14的第一外表面18提供）的相对方向。

尽管存在额外的第三铝合金工件78，第一铝合金工件14的叠置部分40的自由端38也可以以与之前相同的方式被限制以防移动远离下面的第二铝合金工件16。例如，如图5所示，可以以上述方式使用一个或多个夹持件58和/或一个或多个焊点72来限制自由端38。接下来，在自由端38已被限制之后，激光束12被引导到并冲击工件堆叠110的顶部表面26，以形成小孔34和周围的熔融铝合金焊池36，使得焊池36穿过接合界面30,84二者并且部分地或完全地穿过堆叠110。然后，相对于顶部表面26沿着焊接路径（诸如沿着与图2所描绘的相同的线性接缝）移动激光束12，以提供由再凝固的铝合金工件材料组成的激光焊接接头70。激光焊接接头70将第一、第二和第三铝合金工件14,16,78熔焊在一起。

示例

下面的示例与不应用所公开的方法的理念的常规激光焊接实践相比，展示了所公开的激光焊接方法的具体实践。现在参照图6，示出了不使用所公开的方法形成的激光焊接接头90的横截面显微照片。其中，一对叠置的2.5 mm厚的AA6013工件利用焦距直径为0.6 mm的激光束沿线性接缝被激光焊接。激光束具有7.2 kW的功率，并且聚焦在最上面的工件的顶部表面上且同时以3.5 m/min的行进速度沿着顶部表面移动。如激光焊接的工件之间的间隙92所证明的那样，最上面的铝合金工件的平面外变形导致裂纹94从接头90的根部96向上扩展到接头90的视觉上可见的顶部。当采用所公开的激光焊接方法时，在以下实施例中没有观察到这样的热裂纹。

示例1

示例1采用与图6的对照示例相同的基本条件；即，一对叠置的2.5 mm厚的AA6013工件利用焦距直径为0.6 mm的激光束沿线性接缝被激光焊接。而且，与之前一样，激光束具有7.2 kW的功率，并且聚焦在最上面的工件的顶部表面上且同时以3.5 m/min的行进速度沿着顶部表面移动。然而，在这个示例中，通过将夹板放置在发生焊接的线性接缝的旁边，最上面的工件的自由端被限制以防移动远离最下面的工件。从图7所示的横截面显微照片可以看出，形成了将两个工件熔焊在一起的激光焊接接头98。激光焊接接头98没有显示任何可观察到的热裂纹迹象。

示例2

示例2采用与图6的对照示例相同的基本条件；即，一对叠置的2.5 mm厚的AA6013工件利用焦距直径为0.6 mm的激光束沿线性接缝被激光焊接。而且，与之前一样，激光束具有7.2 kW的功率，并且聚焦在最上面的工件的顶部表面上且同时以3.5 m/min的行进速度沿着顶部表面移动。然而，在这个示例中，通过在工件之间形成两个圆角端激光焊点，最上面的工件的自由端被限制以防移动远离最下面的工件。尤其，圆角端激光焊点在叠置的工件的相对的侧处形成，其中一个焊点在激光束的行进路径的起始点之后形成并且一个焊点在激光束行进路径的终点之前形成。从图8所示的横截面显微照片可以看出，形成了将两个工件熔焊在一起的激光焊接接头100。激光焊接接头100没有显示任何可观察到的热裂纹迹象。

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；它们并不意图限制所附权利要求的范围。在所附权利要求中使用的术语中的每一个应当被赋予其普通和惯用的含义，除非在说明书中另有具体且明确地陈述。

Claims (20)

1.一种激光焊接工件堆叠的方法，所述工件堆叠包括两个或三个铝合金工件，所述方法包括：

提供工件堆叠，所述工件堆叠包括至少第一铝合金工件和下面的第二铝合金工件，所述第一铝合金工件和所述下面的第二铝合金工件叠置且彼此接触以在所述工件之间建立第一接合界面，所述第一铝合金工件提供所述工件堆叠的顶部表面；

限制所述第一铝合金工件的叠置部分的自由端以防移动远离所述下面的第二铝合金工件；

在所述工件堆叠的所述顶部表面处引导激光束以在所述工件堆叠内形成小孔和包围所述小孔的熔融铝合金焊池，所述熔融铝合金焊池至少穿过在所述第一铝合金工件和所述第二铝合金工件之间建立的所述第一接合界面；以及

沿焊接区域内的行进路径相对于所述工件堆叠的所述顶部表面传送所述激光束和相关联的所述小孔以及熔融铝合金焊池，所述焊接区域位于所述第一铝合金工件的从所述自由端向内的所述叠置部分内。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一铝合金工件具有第一外表面和第一接合表面，并且所述第二铝合金工件具有第二外表面和第二接合表面，所述第一铝合金工件的所述第一外表面提供所述工件堆叠的所述顶部表面并且所述第二铝合金工件的所述第二外表面提供所述工件堆叠的底部表面，并且其中，所述第一铝合金工件的所述第一接合表面和所述第二铝合金工件的所述第二接合表面叠置并彼此接触以建立所述第一接合界面。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述工件堆叠还包括位于所述第二铝合金工件下方的第三铝合金工件，所述第一铝合金工件具有第一外表面和第一接合表面，所述第三铝合金工件具有第二外表面和第四接合表面，并且所述第二铝合金工件具有相对的第二接合表面和第三接合表面，其中，所述第一铝合金工件的所述第一外表面提供所述工件堆叠的所述顶部表面，并且所述第三铝合金工件的所述第二外表面提供所述工件堆叠的底部表面，其中，所述第一铝合金工件的所述第一接合表面与所述第二铝合金工件的所述第二接合表面叠置并接触以建立所述第一接合界面，并且其中，所述第三铝合金工件的所述第四接合表面与所述第二铝合金工件的所述第三接合表面叠置并且接触以建立第二接合界面。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述熔融铝合金焊池穿过所述第一接合界面和所述第二接合界面二者。

5. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一铝合金工件或所述第二铝合金工件中的至少一个包括不可热处理的铝合金基底，所述不可热处理的铝合金基底包含在0.2wt.％和6.2 wt.％之间的镁。

6. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一铝合金工件或所述第二铝合金工件中的至少一个包括可热处理的铝合金基底，所述可热处理的铝合金基底包含在0.2 wt.％和1.5 wt.％之间的镁和在0.2 wt.％和2.0 wt.％之间的硅。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，限制所述第一铝合金工件的所述叠置部分的所述自由端包括将所述自由端夹持在所述第二铝合金工件上。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，夹持支撑垫片邻近于所述第一铝合金工件的所述叠置部分的所述自由端设置在所述第二铝合金工件上，并且其中，一个或多个夹持件接合所述第一铝合金工件的第一外表面和所述夹持支撑垫片的上表面并引导向下的力作用在所述第一铝合金工件的所述第一外表面和所述夹持支撑垫片的所述上表面上。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，限制所述第一铝合金工件的所述叠置部分的所述自由端包括将所述自由端点焊到所述第二铝合金工件。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，将所述自由端点焊到所述第二铝合金工件包括：

使用所述激光束在所述第一铝合金工件的所述自由端和所述下面的第二铝合金工件之间形成一个或多个焊点，之后在所述工件堆叠的所述顶部表面上引导所述激光束，并沿着所述焊接区域内的焊接路径传送所述激光束。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述激光束相对于所述工件堆叠的所述顶部表面沿着线性行进路径被传送，以在至少所述第一铝合金工件和所述第二铝合金工件之间形成线性激光焊接接头。

12.一种激光焊接工件堆叠的方法，所述工件堆叠包括两个或三个铝合金工件，所述方法包括：

提供工件堆叠，所述工件堆叠包括至少第一铝合金工件和下面的第二铝合金工件，所述第一铝合金工件和所述下面的第二铝合金工件叠置且彼此接触以在所述工件之间建立第一接合界面，所述第一铝合金工件提供所述工件堆叠的顶部表面，并且其中，所述第一铝合金工件和所述第二铝合金工件中的每一个均包括（1）不可热处理的铝合金基底，其包含在0.2 wt.％和6.2 wt.％之间的镁，或者（2）可热处理的铝合金基底，其包含在0.2 wt.％和1.5 wt.％之间的镁和在0.2 wt.％和2.0 wt.％之间的硅；

限制所述第一铝合金工件的叠置部分的自由端以防移动远离所述下面的第二铝合金工件；

在所述工件堆叠的所述顶部表面处引导激光束以在所述工件堆叠内形成小孔和包围所述小孔的熔融铝合金焊池，所述熔融铝合金焊池至少穿过在所述第一铝合金工件和所述第二铝合金工件之间建立的所述第一接合界面；以及

沿焊接区域内的行进路径相对于所述工件堆叠的所述顶部表面传送所述激光束和相关联的所述小孔以及熔融铝合金焊池，所述焊接区域位于所述第一铝合金工件的所述叠置部分内且从所述自由端的周界边缘向内隔开。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，限制所述第一铝合金工件的所述叠置部分的所述自由端包括将所述自由端夹持在所述第二铝合金工件上。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，夹持支撑垫片邻近于所述第一铝合金工件的所述叠置部分的所述自由端设置在所述第二铝合金工件上，并且其中，一个或多个夹持件接合所述第一铝合金工件的第一外表面和所述夹持支撑垫片的上表面并引导向下的力作用在所述第一铝合金工件的所述第一外表面和所述夹持支撑垫片的所述上表面上。

15.根据权利要求12所述的方法，其中，限制所述第一铝合金工件的所述叠置部分的所述自由端包括使用所述激光束在所述第一铝合金工件的所述自由端与所述下面的第二铝合金工件之间形成一个或多个焊点，之后在所述工件堆叠的顶部表面上引导所述激光束并沿着所述焊接区域内的焊接路径传送所述激光束。

16.根据权利要求12所述的方法，其中，所述工件堆叠还包括第三铝合金工件，所述第三铝合金工件与所述第二铝合金工件叠置并接触以在所述工件堆叠内建立第二接合界面，并且其中，所述熔融铝合金焊池穿过所述第一接合界面和所述第二接合界面二者。

17.一种激光焊接工件堆叠的方法，所述工件堆叠包括两个或三个铝合金工件，所述方法包括：

限制第一铝合金工件的叠置部分的自由端以防移动远离下面的第二铝合金工件，所述自由端具有周界边缘；

沿着位于所述自由端的所述周界边缘内侧的行进路径相对于所述第一铝合金工件的所述叠置部分的第一外表面传送激光束，导致熔融铝合金焊池的所述激光束的传送沿所述激光束的所述行进路径移动，从而留下熔融铝合金材料的尾部，所述熔融铝合金焊池至少穿过所述第一铝合金工件和所述第二铝合金工件的接合界面；以及

允许熔融铝合金工件材料的所述尾部凝固成包括再凝固的铝合金工件材料的激光焊接接头，所述激光焊接接头将至少所述第一铝合金工件和所述第二铝合金工件熔焊在一起；

其中，所述第一铝合金工件的所述重叠部分的所述自由端在沿着所述焊接区域内的所述行进路径传送所述激光束的整个时间期间被限制，并且直到熔融铝合金材料的所述尾部已经凝固成所述激光焊接接头才被释放。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，限制所述第一铝合金工件的所述叠置部分的所述自由端包括将所述自由端夹持在所述第二铝合金工件上。

19.根据权利要求17所述的方法，其中，限制所述第一铝合金工件的所述叠置部分的所述自由端包括使用所述激光束在所述第一铝合金工件的所述自由端与所述下面的第二铝合金工件之间形成一个或多个焊点，之后沿着所述焊接区域内的焊接路径相对于所述第一铝合金工件的所述第一外表面传送所述激光束。

20. 根据权利要求17所述的方法，其中，所述第一铝合金工件和所述第二铝合金工件中的每一个均包括（1）不可热处理的铝合金基底，其包含在0.2 wt.％和6.2 wt.％之间的镁，或者（2）可热处理的铝合金基底，其包含在0.2 wt.％和1.5 wt.％之间的镁和在0.2wt.％和2.0 wt.％之间的硅。