CN108290245A - 增强型结构部件 - Google Patents

Abstract

描述了用于制造增强型结构部件的方法和工具。该方法包括：提供具有钢基体(15)和金属涂层(15)的结构部件。该方法还包括选择该结构部件的增强区，导引第一激光束(30)，以烧蚀该增强区的涂层的至少一部分，将增强材料局部地沉积在经烧蚀的增强区上，以在该结构部件的第一侧上创建局部增强件，其中将材料局部地沉积在该增强区上包括将增强材料(45)供应到该经烧蚀的增强区，且使用第二激光束(35)大体上同时地施加激光加热，以熔化该经烧蚀的增强区的钢基体的一部分以及该增强材料，从而使熔化的增强材料与该钢基体的熔化部分混合。本公开内容还涉及使用这样的方法所获得的增强型部件。

Description

增强型结构部件

本申请要求享有于2015年12月18日提交的欧洲专利申请EP15382642.5的权益。

本公开内容涉及用于制造增强型结构部件的方法，且涉及通过这些方法所获得的结构部件。

背景技术

例如汽车工业中对减轻重量的需求已导致对于轻质材料、制造工艺和工具的开发和实施。对乘员安全的日渐关注也导致对于碰撞期间改善车辆的整体性同时还改善能量吸收的材料的使用。从这个意义上说，为了满足轻质构造的标准，常常采用由高强度钢以及超高强度钢(UHSS)制成的车辆零件。

需要满足重量目标和安全要求的典型的车辆部件包括结构元件和/或安全元件，诸如门横梁、保险杠横梁、横向/侧向构件、A/B柱加强件和腰梁增强件。

例如，被称为热成型模具淬火(Hot Forming Die Quenching，HFDQ)的工艺使用硼钢片来创建具有超高强度钢(UHSS)性能的冲压部件，该超高强度钢具有至少1000MPa、优选地约1500MPa或高达2000MPa或更大的拉伸强度。强度的增大允许使用更薄规格的材料，与常规冷冲压低碳钢部件相比，更薄规格的材料导致重量节省。

在典型的车辆部件的设计阶段期间所执行的仿真可以识别成型部件的需要增强的点或区(zone)(因为使用更轻且更薄的金属片和坯料)，以增大强度和/或刚度。替代地，可以进行重新设计以操纵变形。

从这个意义上说，存在若干个程序，通过所述若干个程序能够增强或软化一个部件的一些区域，以通过减小部件的厚度来使应力重新分布且节省重量。这些已知的用于增强部件的程序例如是在任何成型工艺之前添加经焊接的增强件的程序。这样的增强件可以是“拼缝件”，其中可以使用若干个坯料的部分或完全重叠，或者是可以被“边缘到边缘”焊接的不同厚度的坯料或板，即，拼焊坯料(TWB)。因此，理论上可以用最少的材料和最小的厚度(重量)来实现结构机械要求。

然而，在这些方法的一些中，涉及另一些制造工艺。例如，当超高强度钢(例如，Usibor 1500)被热成型时，可能出现一些可焊性问题，这是由于通常被用来防止遭受腐蚀和氧化损害的铝-硅(AlSi)涂层的存在。为了克服这些问题，已知的是，通过激光烧蚀来移除靠近焊接间隙的区域中的涂层的一部分。然而，这代表车辆部件的制造工艺中的一个附加步骤。

此外，当经焊接的增强件(拼缝件)被添加到坯料时，发生坯料的部分或完全重叠。这些区域是潜在的腐蚀起始点，原因是重叠的区域保持在下面且不接收例如腐蚀涂层。

此外，根据被成型的部件，可能存在不能够使用经焊接的增强件或使用经焊接的增强件至少是繁琐的区域，例如，具有高度改变的区域或拐角。通常使用点焊(spotwelding)来焊接拼缝件，点焊需要最小的空间来分布点。此外，拼缝件需要最小的尺寸以便被容易地焊接。这可能涉及额外的重量，因为增强件需要具有最小的尺寸以便被焊接，而不是具有所要求的区域进行增强所需的正确尺寸(最小的)。

文献EP2907603描述了一种用于生产局部增强型金属片的方法，该局部增强型金属片具有设置在多个侧中的至少一个中的至少一个局部金属增强件。

上文提及的问题和/或挑战不是汽车工业或对于在该工业中使用的材料和工艺独有的。代替地，在以减轻重量为目标的任何工业中都可能遭遇这些挑战。当减轻重量是一个目标时，部件不断地变得更薄，因此这可能导致对增强件的需求增加。

本公开内容的目的是提供改进的制造增强型结构部件的方法。

发明内容

提出了将使用第一激光束激光烧蚀钢部件的涂层与将增强材料沉积在该钢部件的经烧蚀表面上、使用第二激光束来熔化和混合该钢部件的一部分与该增强材料进行组合。这允许该增强材料在该经烧蚀表面上更好的粘附和熔合(dilution)。出于本公开内容的目的，术语“烧蚀”用于表示涂层的至少部分消除。

在第一方面，提供了一种用于制造增强型钢结构部件的方法。所述方法包括提供具有钢基体和金属涂层的先前成型的结构部件。所述方法还包括选择所述先前成型的钢结构部件的增强区，选择所述增强区中的第一方向，沿着所述第一方向导引第一激光束，以烧蚀所述增强区的涂层的至少一部分，以及将增强材料局部地沉积在经烧蚀的增强区上，从而在所述结构部件的第一侧上创建局部增强件。将材料局部地沉积在所述增强区上包括将增强材料供应到经烧蚀的增强区，且使用第二激光束沿着所述第一方向大体上同时地施加激光加热，以熔化所述经烧蚀的增强区的钢基体的一部分以及所述增强材料，从而将熔化的增强材料与所述钢基体的熔化部分混合。

根据此方面，在先前成型的钢部件中进行局部增强处理，以在该部件上创建例如肋状物或增强件。在沉积材料之前移除涂层的至少一部分允许更好地熔合或熔化沉积在经烧蚀的增强区的钢基体上的增强(或金属填料)材料。因此，所述增强材料与所述增强区的钢基体混合且更好地熔合，这导致所述增强区中的均匀增强。所创建的肋状物或增强件可以在所述部件的特定区域(需要增强的点或区)中提供刚度。这样，需要增强的区可以被更好地强化和/或变形可以被更好地重定向。此外，当所述增强材料在经烧蚀区中熔化时，熔化的材料填充所有的经烧蚀区域，且在所述增强区的边界处没有保留间隙。因而，可以避免经烧蚀的钢基体的局部腐蚀。在烧蚀和将材料局部地沉积在经烧蚀的增强区上之间的时间优选地应被缩短。优选地，使所述激光束协同地(in unison)移动，以使得所述第一激光束可以烧蚀所述增强区的涂层的至少一部分，且所述第二激光束可以在涂层已被烧蚀之后不久加热所述增强区。经烧蚀的区域的腐蚀因此被减少或可以被完全避免。通过使用局部化增强，最终的部件的体积和厚度可以被优化，从而减小其重量。使用此方法，可以将广泛变化的增强件“写”或“绘制”到已经成型的坯料上。

激光加热与增强(金属填料)材料的使用可以允许形成非常特定和精确的几何形状，即增强件可以被定制，具有多种形状或设计，诸如，围绕孔的圆、彼此相交以形成网格的直线、间断线或虚线以及大或小图形等。因此，所创建的增强件的机械性能可以取决于用金属填料材料和激光加热工艺沿着选定的方向所绘制的几何形状，且取决于先前经烧蚀的增强区。

因此，所述方法非常通用，且可以实现大体上任何期望的几何形状。复杂的几何形状(诸如，拐角)或具有高度改变的区域也可能被增强。因此，可以实现局部化的强度增强，即，具有可以优化(减小)最终的增强型部件的重量的特定和精确的几何形状的增强件。发明人已经发现，在具有约0.7mm至约5mm的厚度的成型部件中，使用包层(cladding)以用于在成型部件中创建局部增强件产生了特别良好的结果。

在一些实施例中，所述第一激光束可以包括单个斑点激光束。这可以允许在尺寸上与所述第一激光束的斑点的尺寸相对类似的增强区。它可以用在要求局部增强的区域(例如，在螺钉孔周围)，以对结构中断部或不连续部负责。

在一些实施例中，所述第一激光束可以包括双斑点激光束。这两个斑点可以被布置成大体上垂直于所述第一方向。当要求在比单个激光束的斑点的尺寸更宽的增强区中进行烧蚀时，可以使用此配置。因此，烧蚀区域可以大体上在这两个激光束斑点的外边缘之间延伸。这两个激光束斑点可以以某一距离并排布置，以允许它们之间的区域中的加热效果来烧蚀涂层。

在一些实施例中，所述第一激光束的这两个斑点可以均等地分布在所述增强区中，即均质地或均匀地分布在所述增强区中。将所述斑点放得太近可能导致中间区域过热，而将它们间隔得太远可能使该增强区的某个区域未被烧蚀。因此，所述第一激光束的这两个斑点可以被分布在所述增强区中，以完全烧蚀所述增强区而没有区域被过度加热。在一些实施例中，期望的增强区可以是一对踪迹。在此情况下，第一斑点可以烧蚀第一踪迹，而另一斑点可以烧蚀第二踪迹。

在一些实施例中，所述第二激光束可以包括双斑点激光束。在一些实施例中，这样的两个斑点可以被布置成大体上垂直于所述第一方向。替代地，这样的两个斑点可以被布置成大体上平行于所述第一方向。

在一些实施例中，所述增强(金属填料)材料可以包括以粉末气体流形式提供的金属粉末，或作为金属线提供的固体金属。粉末形式或线形式的增强材料可以是不锈钢AlSi316L，例如市售的。该粉末可以具有以下按重量百分比计的组成：0％-0.03％的碳、2.0％-3.0％的钼、10％-14％的镍、1.0％-2.0％的锰、16％-18％的铬、0.0％-1.0％的硅，且其余为铁和杂质。替代地，可以使用431L HC，例如％。此粉末具有以下按重量百分比计的组分：70％-80％的铁、10％-20％的铬、1.0％-9.99％的镍、1％-10％的硅、1％-10％的锰，且其余为杂质。也可以将这些增强材料组合。例如，包括按重量计的35％的ALSI316L和按重量计的65％的431L HC的增强材料表现出良好的延展性和强度。

另一些实施例可以使用3533-10，如进一步例如市售的。该粉末具有以下按重量百分比计的组分：2.1％的碳、1.2％的硅、28％的铬、11.5％的镍、5.5％的钼、1％的锰，且其余为铁和杂质。

发现在这些组分中存在镍产生良好的耐腐蚀性，且促进奥氏体形成。铬和硅的添加有助于耐腐蚀性，而钼有助于增加硬度。在替代实施例中，也可以使用其他不锈钢，甚至UHSS。在一些实施例中，该粉末可以纳入任何根据情况所提供的不同(例如，更高)机械特性的成分。使用所述第二激光束，上文所提及的增强材料可易于熔化、熔合且与经烧蚀区的钢基体的一部分混合。

在一些实施例中，所述方法还可以包括还包括用所述金属填料材料和所述激光加热在所述结构部件的第一侧上绘制特定几何形状。因此，所述增强区可以对应于待被绘制的形状，且可以沿着对应的增强区选择路径。所述第一方向然后可以对应于沿着所选定的路径的方向。所述部件的增强区和/或特定几何形状可以是先前根据所述部件的碰撞仿真来限定的。这样，特定几何形状可以被创建为该碰撞中所涉及的变形能量的函数。在一些实施例中，所述增强区或所述特定几何形状的厚度还可以取决于用来形成所述部件的坯料的厚度。在另一些实施例中，可以限定所述增强区，以补偿由例如螺钉所需的孔导致的强度损失。在这些情况下，所述增强区可以围绕所述部件中设置的孔。在更多实施例中，所述增强区可以被限定在设置有铰链或钩(例如，保险杠的拖钩)的那些区域处。

在一些实施例中，所述方法还可以包括向所述结构部件的、与所述第一侧相对的第二侧上的区域提供冷却。这样的冷却可以在正沉积所述增强材料时进行，或在已经将所述增强材料沉积在所选定的增强区中之后进行。向所述结构部件的一个相对侧上的区域提供冷却保证热影响区域也实现足够高的冷却速率，从而大体上获得马氏体微观结构或者至少显著地减少在最终的增强型部件中形成铁素体基质微观结构。此外，提供冷却可以减少热影响区域，因为这些区域并未达到可对微观结构造成不利影响的高温度。

在一些实施例中，所述金属涂层可以是铝层或铝合金层或者锌层或锌合金层。

在一些实施例中，所述钢基体可以包括硼钢。汽车工业中所使用的硼钢的一个实施例是22MnB5钢。下文按重量百分比计概述了22MnB5的组分(其余为铁(Fe)和杂质)：

C	Si	Mn	P	S
					0.20–0.25	0.15–0.35	1.10–1.35	<0.025	<0.008
Cr	Ti	B	N
					0.15–0.30	0.02–0.05	0.002–0.004	<0.009

具有类似化学组分的若干22MnB5钢是市售的。然而，22MnB5钢的每种成分的确切的量可能从一个制造商到另一制造商略有不同。1500P是由Arcelor制造的市售22MnB5钢的一个实施例。下文按重量百分比计概述了的组分(其余为铁(Fe)和杂质)：

C	Si	Mn	P	S	Cr	Ti	B	N
									0.24	0.27	1.14	0.015	0.001	0.17	0.036	0.003	0.004

在其他实施例中，22MnB5可以含有约0.23％的C、0.22％的Si和0.16％的Cr。该材料还可以以不同比例包括Mn、Al、Ti、B、N、Ni。

也可以在汽车工业中使用UHSS的多种其他钢组分。特别地，EP2735620A1中所描述的钢组分可以被认为是合适的。可以具体参考EP2735620的表1和第0016-0021段，以及具体参考第0067-0079段的考虑。在一些实施例中，UHSS可以含有约0.22％的C、1.2％的Si和2.2％的Mn。

任何这些组分(诸如的22MnB5钢和之前提及或提到的其他组分)的钢可以被供应有涂层，以防止腐蚀和氧化损害。此涂层可以是例如铝-硅(AlSi)涂层或主要包括锌或锌合金的涂层。

拼缝件坯料和拼焊坯料也可以被用在其他工业中或在其他工业中有用。

1500P以铁素体-珠光体相(ferritic-perlitic phase)来供应。它是以均质模式分布的细晶粒结构。机械性能与此结构相关。在加热、热冲压工艺以及随后的淬火之后，创建了马氏体微观结构。结果，最大强度和屈服强度显著增加。类似的工艺可以适用于任何其他钢组分。

在一些实施例中，所述先前成型的结构部件可以是通过热成型模具淬火获得的。

在另一方面，公开了一种用于增强先前成型的钢结构部件的工具。所述工具可以包括成像设备，以选择具有金属涂层的所述先前成型的结构部件的一个或多个增强区。所述工具还可以包括一个或多个激光头。所述一个或多个激光头可以包括激光束源，以生成第一激光束和第二激光束。在一些实施例中，所述激光束源可以包括：第一激光束源，以生成所述第一激光束，以及第二激光束源，以生成所述第二激光束。所述一个或多个激光头可以被配置为以距所述第一激光束的一个或多个斑点2mm和50mm之间的距离将第二激光束的斑点引导在结构部件上。所述工具还可以包括增强(金属填料)材料沉积器。此外，所述工具可以包括控制器，所述控制器被联接到所述成像设备、所述一个或多个激光头和所述增强材料沉积器。所述控制器可以被配置为基于从所述成像设备所接收的数据来选择第一方向、沿着所述第一方向导引所述第一激光束以烧蚀所述增强区的涂层的至少一部分、指示所述增强材料沉积器将增强材料局部地沉积在经烧蚀的增强区上，以及沿着所述第一方向导引所述第二激光束以施加激光加热，从而熔化经烧蚀区上的所述增强材料。这两个激光束的斑点之间的距离可以取决于多种因素。例如，可能需要在沉积进行之前移除经烧蚀的涂层。因此，该距离可以是使得沉积的材料不会作为经烧蚀的材料移除的一部分而被意外地移除。换句话说，在烧蚀区域中进行增强材料的沉积很久之前，需要充分完成或进行任何使涂层从烧蚀区的移除。此外，所述增强材料的任何沉积优选地在从经烧蚀区移除涂层之后足够靠近地进行，以便减少或避免经烧蚀区域的腐蚀。因此，可以优选协同地导引所述第一激光束和第二激光束。用来移除经烧蚀的材料的一种方式可以是通过供鼓风系统。然而，如果不需要进行进一步移除(例如，因为烧蚀工艺推动经烧蚀的涂层离开所述增强区)，则这两个斑点之间的距离可以相对近。

在一些实施例中，所述第一激光源和第二激光源可以被包括在单个激光头内。这允许这两个激光束在整个烧蚀和熔化工艺期间被精确地对准，这进而允许较高速度的增强。由于所述第一激光源和第二激光源可以被包括在单个激光头内，所以可以使两个激光器协同地移动，即，遵循相同的踪迹移动。替代地，位于单个激光头内的这两个激光束可以起源于单个激光源，即，单个激光头可以生成所述第一激光束和第二激光束。

在一些实施例中，所述第一激光源可以被包括在第一激光头内，且所述第二激光源可以被包括在第二激光头内。所述第一激光头和第二激光头可以被布置成协同地可移动。使用两个激光头允许分立控制多个斑点的移动特性。例如，负责烧蚀斑点(在双斑点束的情况下，多个斑点)的激光头可以在该头于所述第一方向上移动时，使斑点在第二方向上移位，以例如执行对经烧蚀区域的扫除，以移除任何烧蚀残留物。第二头然后将仅提供所述第二激光束沿着所述第一方向的移动。

在又一方面，公开了一种能够通过根据在本文中描述的先前方面的方法所获得的产品。所得到的产品可以展示改进的特性，因为所述增强材料可以被均质地熔合在经烧蚀区域上，且粘附到经烧蚀区域，因为经烧蚀区域已经由烧蚀激光预先加热，且这两个工艺(烧蚀和材料沉积)在时间和空间上不分离，而是在允许经烧蚀区域冷却之前被相继地执行。

在一些实施例中，所获得的产品实现的局部增强可以具有0.2mm的最小厚度。该最小厚度确保在增强区中提供所述部件的增大的机械强度。在一个实施例中，所述增强件的厚度(即，相对于所述部件增大的厚度)可以是从0.2mm到10mm、特别地从0.2mm到6mm，且更特别地从0.2mm到2mm。

本公开内容的实施例可以在已经以多种方式(包括例如热冲压、轧制成型以及液压成型)成型的部件中使用。本公开内容的实施例可以在不同材料的部件中且特别是不同钢的部件中使用。

附图说明

下面将参考附图来描述本公开内容的非限制性实施例，其中：

图1示出了制造增强型钢结构部件的一个实施例。

图2示出了增强型钢结构部件的一个实施例；

图3是根据一个实施例的增强操作的俯视图；

图4示出了根据一个实施例的用于对先前成型的钢结构部件的增强区12进行增强的工具；

图5a-图5d示出了可以通过一种大体上如上文中所描述的方法获得的不同的特定增强件几何形状的实施例；

图6和图7各自示出了通过任何大体上如上文中所描述的方法制造的增强型部件的一个实施例；

图8是根据一个实施例的制造增强型钢结构部件的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了制造增强型钢结构部件的一个实施例。先前成型的钢结构部件10可以包括钢基体15和涂层15(例如，铝或铝合金或者锌或锌合金的涂层)。激光头25可以包括第一激光源27和第二激光源29。第一激光源27可以生成第一激光束30，该第一激光束30可以用来烧蚀涂层20的一部分。第一激光束30可以由第一激光源27导引，该第一激光源27可以是个体激光头，或可以形成能够在第一激光源27和第二激光源29之间共用的激光头的一部分。第一激光源27可以是脉冲激光器，例如，具有450W的标称能量、递送具有42mJ的脉冲能量的70nsec脉冲的Q开关激光器。

激光头25可以相对于先前成型的钢结构部件10在第一方向5上相对地移位，以便将第一激光束30施加到涂层20。第一方向5可以是沿着可能要求增强的路径的方向。因此，烧蚀可以仅在先前成型的钢结构部件10的、可能要求增强的选定增强区中进行。然后，可以使用材料沉积器40将材料45局部地沉积在经烧蚀的增强区上，以在该结构部件上创建局部增强件。

材料沉积器40可以提供例如呈固体线的形式或呈粉末的形式的增强材料45。通过使用由第二激光源29所生成的第二激光束35，该增强材料可以被加热且被熔化在经烧蚀的增强区中。材料沉积器40能够与激光头25协同地移动。

材料沉积器40可以是单个增强件施加器50的一部分，该增强件施加器50可以包括材料沉积器40和激光头25，或它可以是分立的但与激光头配置25同步，以使得它们能够一前一后地移动。材料沉积器40可以是提供气体粉末流的气体粉末喷嘴。该气体粉末喷嘴可以与第二激光源29同轴地布置，以使得气体粉末流和激光束可以大体上垂直于将要形成有增强件的部件的表面。因此，可以在施加第二激光束的同时，将气体粉末流供给到增强区。在替代实施例中，可以相对于该部件以一角度供给气体粉末流。在这些实施例中的一些中，也可以相对于激光束以一角度供给气体粉末流，或气体粉末流可以如在先前的实施例中那样相对于激光束同轴地布置。替代地，可以使用固体线来提供该增强材料。

随着增强操作沿着第一方向前进，在增强区中已经被加热且被熔化的增强材料会开始冷却，且凝固在经烧蚀的增强区上。因此，凝固的增强材料可以覆盖整个经烧蚀的区域，从而使未受保护的边界区域中的腐蚀区最小化。

该第一激光源的功率应足以至少使具有典型厚度(即，在0.7mm-5mm的范围内)的先前成型的部件的涂层熔化。

该第二激光源可以具有足以至少使遍及将要形成有增强件的整个区的增强材料(粉末或线)熔化的功率。

在一些实施例中，熔化可以包括使用具有2kW和16kW之间的功率、可选地2kW和10kW之间的功率的激光来熔化。

通过增大激光器的功率，该工艺的总速度可以增加。

可选地，可以使用Nd-YAG(掺钕钇铝石榴石)激光器。这些激光器是市售的，且构成一种被证实的技术。此类型的激光器也可以具有足以使成型部件的外表面(涂层)熔化的功率，且允许使激光器的焦点的宽度变化，因此允许使增强区的宽度变化。减小“斑点”的尺寸使能量密度增大，而增大斑点的尺寸使得能够加速烧蚀工艺。可以非常有效地控制斑点，且用此类型的激光器可以进行多种类型的烧蚀。此类型的激光器还可以具有足以使经烧蚀区上的增强材料熔化的功率。然而，烧蚀该涂层所要求的功率可以不同于熔化增强材料所要求的功率。因此，两个这样的激光器可能是必需的，或每个斑点具有变化功率的双源激光器可能是必需的。

在一个替代实施例中，可以使用具有足够功率的CO₂激光器或二极管激光器。

图2A示出了根据参考图1所讨论的工艺制造的增强型钢结构部件的一个实施例。增强型部件200可以包括钢基体15、涂层20和增强件60。增强件60可以被大体上沉积在涂层20的经烧蚀区域中、被熔化并且与钢基体15的一部分混合。如图2中所示出的，该增强件可以在经烧蚀的涂层区中直接与钢基体粘附并且与钢基体熔合，且部分地粘附到涂层20的一侧，大体上不使经烧蚀的钢基体区域暴露。当与在下文中参考图2B和图2C讨论的两种替代增强工艺进行比较时，将解释使用上文的工艺进行增强的部件或产品的益处。

图2B示出了一种增强型钢结构部件，其中在没有对涂层的先前烧蚀的情况下添加增强材料。钢部件10可以以与参考图1讨论的部件类似的方式具有钢基体15和涂层20。可以通过激光加热将粉末或线形式的增强材料60沉积在钢部件10上，且有效地沉积在涂层上。尽管用此工艺所提供的增强件在某些情况下会是足够的，但是正如在图2B中所示出的，增强材料60的至少一部分(用字母u指示)可能在被加热时未与钢基体15熔合以及混合，而是保持或变成部分地熔合在涂层中。这会导致不均质，因此当与参考图2A讨论的增强型钢结构部件比较时，导致受影响的区域处增强型钢结构部件10的性能较差。

图2C示出了一种增强型钢结构部件，其中涂层的一部分首先已经被激光烧蚀，随后不锈钢部件被附接在经烧蚀区域中。由于钢部件的尺寸可能不与经烧蚀区域的尺寸100％对应，因此该钢基体的经烧蚀区域的边界区域(用字母b指示)可能易于腐蚀，因为该钢基体不是不锈钢，即，涂层20提供防氧化保护。用参考图2A所讨论的产品可以避免这样的情形，因为沉积的增强材料在熔化时可以流动并且覆盖所有经烧蚀区域，且不使得边界区域暴露且不是的边界区域易于氧化或腐蚀。

图3A是根据一个实施例的增强操作的俯视图。在具有涂层的先前成型的钢结构部件10上选择增强区12。包括双斑点激光束的第一激光束30沿着第一方向5可移动。该双斑点激光束可以沿着操作路径烧蚀增强区12。然后，第二激光束35可以加热沉积在经烧蚀区中的增强材料(未示出)且使其熔融。取决于该增强区，该激光束可以提供单个椭圆形或矩形斑点或双斑点。该斑点的尺寸可以是使得至少覆盖该增强区的、期望使增强材料熔合的区域。图3B是使用具有用于烧蚀的单个矩形斑点的第一激光束30的示例增强操作的俯视图。如图3A和图3B中所示出的，该第一激光束的斑点的尺寸可以显著小于该第二激光束的小尺寸。因此，该第一激光源的功率可以显著低于该第二激光源的功率。该第一激光源的功率可以是约450W，而该第二激光源的功率可以在2kW和16kW之间、可选地在2kW和10kW之间。

图4示出了根据一个实施例的用于增强先前成型的钢结构部件的增强区12的工具。第一光纤可以向光束成形器24提供第一光学信号，且第二光纤可以向光束成形器24提供第二光学信号。光束成形器24然后可以向激光头配置25提供所述光学信号。激光头配置25可以生成第一激光束30，以用于烧蚀增强区12的涂层。激光头配置25还可以生成第二激光束35，以用于加热和熔化经烧蚀的增强区上的增强材料(未示出)。该工具沿着第一方向5可移动。因此，可以沿着选定的增强区的路径生成增强型钢结构部件。成像设备70(例如，摄像机)可以用来选择该增强区。控制器80可以被联接到该成像设备和激光头配置25，以接收来自该成像设备的信息，且将激光束导引在所选定的增强区上。

图5A-图5D示出了可以用大体上如上文中所描述的方法获得的特定增强几何形状的不同实施例。如上文提及的，使用激光来熔化增强材料(粉末或固体线)可以允许形成几乎任何期望的几何形状，例如具有不同曲率、不同尺寸(长度、宽度和高度)或甚至具有限定网格的交叉线的几何形状。这些方法相当通用。在不需要增强件的区内不提供额外的材料，因此该部件的最终重量可以被优化。

例如，图5A和图5C示出了不同的分立的已知形状，诸如矩形、正方形、圆环、半环和十字形以及其他可能性。图5B示出了各自限定大体上正弦曲线形式的曲线，且图5D示出了彼此交叉以限定网格的直线。

已经发现，最小厚度为0.2mm的局部增强件产生了良好的结果，同时使最终的增强部件的重量优化。该最小厚度可以用例如仅一次材料(例如粉末或线)沉积来获得。此外，每次激光曝光和材料沉积可能涉及约1mm的最大厚度。在一些实施例中，该局部增强件可以具有约0.2mm和约6mm之间的厚度。这可以通过重复沉积材料或通过减慢该工艺来实现。

此外，在更多实施例中，该局部增强件可以具有在约0.2mm和约2mm之间的厚度。在所有这些实施例中，通过每次材料沉积和激光曝光，该局部增强件的宽度通常可以在约1mm到约10mm之间。

图6和图7示出了通过任何大体上如本文中所描述的方法获得的不同的增强型部件。在图6的实施例中，示意性地例示了B柱8。在图7的实施例中，示意性地例示了棒9，例如横向/侧向构件。部件8和9都可以例如通过HFDQ工艺来成型。在替代实施例中，也可以预见使部件成型的其他方式，诸如，冷成型、液压成型或轧制成型。可以通过烧蚀涂层且沉积增强材料同时施加第二激光束以熔化增强材料来添加增强件64和65。增强件64和65被设计成例如引导拉伸并且增加部件的刚度(刚性)。例如，可以施加增强件64，以便在诸如拐角、端部分的区域中发生撞击的情况下提高强度，并且增强件65可以被施加，从而为例如在制造时制作有的孔的部件增加强度，以使得该部件的整体强度不受该孔的存在的影响。通常在部件中，在需要承受大部分负载的那些区域中可能需要增强件，例如，在B柱中，这些区域是拐角。

图8是根据一个实施例的制造增强型钢结构部件的方法的流程图。在第一块81中，提供先前成型的钢结构部件。该先前成型的钢结构部件可以具有例如铝或铝合金的涂层。在块82中，可以选择该先前成型的钢结构部件的增强区。在块83中，可以选择该增强区中的第一方向。然后，在块84中，可以沿着第一方向导引第一激光束，以烧蚀该增强区的涂层的一部分。在块85中，可以将材料局部地沉积在经烧蚀的增强区上，以在该结构部件的第一侧上创建局部增强件。在块86中，可以使用第二激光束沿着第一方向大体上同时地施加激光加热，以熔化增强(金属填料)材料且创建增强件。可以使该第一激光束和该第二激光束协同地移动。在块87中，可以使该增强型部件冷却，或允许冷却到使得该增强材料可以粘附到经烧蚀的钢基体。

尽管本文仅公开了数个实施例，但是这些实施例的其他替代、修改、用途和/或等同物也是可能的。此外，所描述的实施例的所有可能的组合也被涵盖。因此，本公开内容的范围不应由具体实施例限制，而应仅通过对所附权利要求的合理解读来确定。

Claims (15)

1.用于制造增强型钢结构部件的方法，所述方法包括：

提供具有钢基体和金属涂层的先前成型的钢结构部件；

选择所述先前成型的钢结构部件的增强区；

选择所述增强区中的第一方向；

沿着所述第一方向导引第一激光束，以烧蚀所述增强区的涂层的一部分；

将材料局部地沉积在经烧蚀的增强区上，以在所述结构部件的第一侧上创建局部增强件，其中将材料局部地沉积在所述增强区上包括将增强材料供应到所述经烧蚀的增强区，且与所述第一激光束协同地使用第二激光束沿着所述第一方向大体上同时地施加激光加热，以熔化所述经烧蚀的增强区的钢基体的一部分以及所述增强材料，从而使熔化的增强材料与所述钢基体的熔化部分混合。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一激光束包括单个斑点激光束。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一激光束和/或所述第二激光束包括双斑点激光束，其中这两个斑点被布置成大体上垂直于所述第一方向。

4.根据权利要求3所述的方法，其中这两个斑点均等地分布在所述增强区中。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中所述增强材料包括以粉末气体流形式提供的金属粉末。

6.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中所述增强材料包括作为金属线提供的固体金属。

7.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，还包括用所述增强材料和所述激光加热在所述结构部件的第一侧上绘制具体几何形状。

8.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，还包括向所述结构部件的、与所述第一侧相对的第二侧上的区域提供冷却。

9.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述金属涂层为铝层或铝合金层或者锌层或锌合金层。

10.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述钢基体由硼钢制成，可选地由22MnB5钢制成。

11.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述先前成型的结构部件是通过热成型模具淬火获得的。

12.用于增强先前成型的钢结构部件的工具，包括：

成像设备，以选择具有金属涂层的先前成型的结构部件的增强区；

激光头配置，包括：

激光束源，以生成第一激光束和第二激光束；

所述激光头配置被配置为以距所述第一激光束的斑点2mm和50mm之间的距离引导第二激光束的斑点；

增强材料沉积器；

控制器，所述控制器被联接到所述成像设备、所述激光头配置和所述增强材料沉积器，所述控制器被配置为：

基于从所述成像设备接收的数据来选择第一方向；沿着所述第一方向导引所述第一激光束，以烧蚀所述增强区的金属涂层的一部分；

指示所述增强材料沉积器将金属填料材料局部地沉积在经烧蚀的增强区上；

与所述第一激光束协同地沿着所述第一方向导引所述第二激光束，以施加激光加热，从而熔化所述金属填料材料且创建增强件。

13.根据权利要求12所述的工具，其中所述激光束源包括：第一激光源，以生成第一激光束；以及第二激光源，以生成第二激光束；其中所述第一激光源和第二激光源被包含在单个激光头内。

14.根据权利要求12所述的工具，其中所述激光束源包括：第一激光源，以生成第一激光束；以及第二激光源，以生成第二激光束；其中所述第一激光源被包含在第一激光头内，且所述第二激光源被包含在第二激光头内，所述第一激光头和第二激光头被布置成能够协同地移动。

15.一种能够通过根据权利要求1至11中的任一项所述的方法获得的产品。