CN108472767B - 具有通过倾斜激光束去除涂层的用于制造预涂覆金属板的方法及相应的金属板 - Google Patents

具有通过倾斜激光束去除涂层的用于制造预涂覆金属板的方法及相应的金属板 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于制造预涂覆金属板的方法，所述预涂覆金属板用于焊接至另一预涂覆金属板，所述方法包括顺序步骤，根据所述顺序步骤：供给预涂覆金属板(1)，所述预涂覆金属板(1)包括金属基材(3)，所述金属基材(3)的至少一个表面(10)上设置有预涂层，然后从所述预涂覆金属板(1)的至少一个表面(10)上去除所述预涂层(5)的至少一部分以形成去除区域(7)，所述去除通过激光束(15)对所述预涂层(5)的冲击来进行，所述去除步骤在整个去除中包括所述激光束(15)相对于所述金属板(1)沿前进方向(A)的相对移动。在所述去除期间，所述激光束(15)相对于所述金属板(1)的表面(10)倾斜，使得所述激光束(15)在所述金属板(1)的所述表面(10)上的正交投影位于所述金属板(1)的已进行去除的区域中，并且所述激光束与所述金属板(1)的所述表面的法线方向(N)形成12°至50°的倾斜角(a)。

Description

具有通过倾斜激光束去除涂层的用于制造预涂覆金属板的方 法及相应的金属板
本发明涉及一种用于制备预涂覆金属板的方法，所述预涂覆金属板用于焊接至另一预涂覆金属板，所述方法包括以下顺序步骤：
-提供预涂覆金属板，所述预涂覆金属板包括金属基材，所述金属基材的至少一个表面上设置有预涂层，然后
-去除所述预涂覆金属板的至少一个表面上的所述预涂层的至少一部分以形成去除区域，所述去除通过激光束对所述预涂层的冲击来进行，去除步骤在去除过程中包括所述激光束相对于金属板沿前进方向的相对位移。
专利申请EP 2007545描述了一种用于由预涂覆有预涂层的金属板制造焊接坯件的方法，所述预涂层包括顶部覆盖有金属合金层的金属间化合物合金层。在该方法期间，在焊接之前，为了限制在随后的焊接期间熔化的预涂层的比例，在金属板的外围处，通过使用激光束烧蚀去除预涂层的至少一部分，同时保留金属间化合物合金层的至少一部分，以保护位于焊接接头各侧的区域不受腐蚀。
韩国公开10-1346317描述了一种方法，在该方法期间，在焊接之前去除在金属板的外围处的基于铝和硅的涂层。韩国10-1346317教导了使激光头相对于垂直线以5°至10°的角度倾斜以防止被金属板反射的光束冲击激光光学器件。韩国10-1346317没有具体指出激光头必须在哪一侧相对于激光在去除期间的位移方向倾斜。
开始于这些方法，本发明的一个目的是提供一种用于制备用于焊接至另一预涂覆金属板的预涂覆金属板的方法，使得可以获得具有令人满意的机械特性的焊接接头以减少预涂层的烧蚀持续时间。
为此，本发明涉及一种用于制备如上所述的预涂覆金属板的方法，其中，在去除期间，激光束相对于金属板的表面倾斜，使得激光束在金属板的所述表面上的正交投影位于金属板的已进行去除的区域中，并且激光束与金属板的所述表面的法线方向形成12°至50°的倾斜角。
根据所述方法的特定特征：
-预涂层为铝层、基于铝的层或铝合金层；
-预涂层为还包含硅的铝合金层；
-激光束的倾斜角为15°至45°；
-激光束的倾斜角为20°至40°；
-激光束的倾斜角为25°至40°；
-激光束的倾斜角为25°至35°；
-激光束为脉冲激光束；
-在去除步骤期间，激光头的输出镜与金属板之间的距离大于或等于150mm，特别地为150mm至250mm；
-去除在没有吹气的情况下进行；
-去除在没有抽吸的情况下进行；
-预涂层包括顶部覆盖有金属合金层的金属间化合物合金层；
-去除区域完全没有金属合金层；
-去除区域形成在金属板的下表面上；
-去除区域同时形成在金属板的下表面和上表面上；
-金属基材由钢制成；
-基材的钢以重量计包含：
0.10％≤C≤0.5％，
0.5％≤Mn≤3％，
0.1％≤Si≤1％，
0.01％≤Cr≤1％，
Ti≤0.2％，
Al≤0.1％，
S≤0.05％，
P≤0.1％，
B≤0.010％，
剩余部分为铁和来自熔炼的杂质；
-基材的钢以重量计包含：
0.15％≤C≤0.25％，
0.8％≤Mn≤1.8％，
0.1％≤Si≤0.35％，
0.01％≤Cr≤0.5％，
Ti≤0.1％，
Al≤0.1％，
S≤0.05％，
P≤0.1％，
B≤0.005％，
剩余部分为铁和来自熔炼的杂质；
-基材的钢以重量计包含：
0.040％≤C≤0.100％，
0.80％≤Mn≤2.00％，
Si≤0.30％，
S≤0.005％，
P≤0.030％，
0.010％≤Al≤0.070％，
0.015％≤Nb≤0.100％，
Ti≤0.080％，
N≤0.009％，
Cu≤0.100％，
Ni≤0.100％，
Cr≤0.100％，
Mo≤0.100％，
Ca≤0.006％，
剩余部分为铁和来自熔炼的杂质。
-所述钢的显微组织为铁素体-珠光体；
-在提供步骤期间，供给两个预涂覆金属板，并将所述两个预涂覆金属板并排布置，在两个预涂覆金属板之间留出预定间隙，然后，在去除步骤期间，从两个金属板的每一者上同时去除预涂层的至少一部分，以在所述金属板的每一者上同时形成去除区域，在去除步骤期间，激光束跨越两个金属板布置；
-去除区域位于金属板的外围处；
-去除区域不完全与金属板的边缘相邻；
-所述方法在用于形成去除区域的去除步骤之后还包括沿平面切割金属板以形成在外围处包括没有预涂层的至少一部分的区域的金属板。
本发明还涉及一种金属板，所述金属板包括金属基材，所述金属基材的至少一个表面上设置有预涂层，金属板在所述至少一个表面上包括其中预涂层已在其部分厚度上被去除的去除区域。
根据金属板的特定特征：
-在去除区域，沿着去除区域的宽度考虑的预涂层的保留在去除区域中的部分的厚度的相对变化Δ严格大于0％且小于或等于50％，所述相对变化Δ由自去除区域的边缘考虑的半宽度处的预涂层厚度和三分之一宽度处的预涂层厚度之间的差值相对半宽度处的预涂层厚度的比率限定。
-预涂层包括顶部覆盖有金属合金层的金属间化合物合金层；
-去除区域完全没有金属合金层；
-去除区域位于金属板的外围处；
-去除区域不完全与金属板的边缘相邻。
本发明还涉及一种用于制造焊接坯件的方法，其包括以下顺序步骤：
-提供至少两个金属板，所述至少两个金属板是如上所述的，其中去除区域位于金属板的外围处，或者是由其中去除区域不完全与金属板的边缘相邻的至少一个金属板通过沿去除区域切割以获得在外围处包括没有预涂层的至少一部分的区域的金属板而获得的，或者是使用前述制造方法制造的，然后
-将这两个金属板对接焊接，焊接连接在包括去除区域的边缘上形成。
根据该方法的特定特征，两个经对接焊接的金属板具有不同的厚度。
本发明还涉及一种用于制造热压部件的方法，其包括以下顺序步骤：
-提供使用如上所述的方法获得的焊接坯件，然后
-加热所述焊接坯件以赋予构成所述坯件的金属板的基材部分或完全奥氏体组织，然后
-将所述坯件热压成形以获得热压部件；
-将所述部件以能够给予所述部件目标机械特性的速度冷却。
根据该方法的特定特征，冷却速度大于所述至少两个金属板的基材的钢的或所述至少一个金属板的基材的钢的临界马氏体淬火速度。
本发明通过阅读下表面的描述将被更好地理解，该描述仅作为实例提供并且参照附图进行，其中：
-图1为初始预涂覆金属板的示意图；
-图2为使用所述制备方法获得的金属板的示意图；
-图3为根据一个替代方案的金属板的示意图；
-图4为所述制造方法的去除即烧蚀步骤的示意图；
-图5为示出处理速度随激光束的倾斜角的变化的图；
-图6为当激光束以25°至50°的角度α倾斜时在本发明的条件下获得的烧蚀区域的几何结构的横向示意图；以及
-图7为所述制造方法的去除步骤的示意性透视图。
本发明涉及一种用于制备预涂覆金属板的方法，所述预涂覆金属板用于焊接至另一部件特别是焊接至类似地制造的第二个预涂覆金属板。
根据本发明的方法包括：
-提供初始预涂覆金属板1，所述初始预涂覆金属板1包括金属基材3，所述金属基材3在至少一个表面上具有预涂层5，以及
-去除所述初始预涂覆金属板的至少一个表面10上的所述预涂层5的至少一部分。
图1示出了在根据本发明的方法的提供步骤中提供的初始预涂覆金属板1的一个实例。
在本发明的上下文中，表述“金属板”应该被广义地理解，并且特别指由带材、线轴或板材通过切割而获得的任何带材或任何物体。在图1中示出的特定情况下，该金属板1包括两个表面10和四个边缘13。然而，本发明并不限于该特定几何结构。
如在图1中示出的，预涂覆金属板1包括金属基材3，所述金属基材3在其至少一个表面上具有叠置在所述基材3上并与其接触的预涂层5。
基材3有利地为由钢制成的基材。
基材3的钢更特别地为显微组织是铁素体-珠光体的钢。
基材3有利地为用于热处理的钢，特别为可压硬化钢，并且特别为基于锰和基于硼的钢，例如22MnB5型钢。
根据一个实施方案，基材3的钢以重量计包含：
0.10％≤C≤0.5％，
0.5％≤Mn≤3％，
0.1％≤Si≤1％，
0.01％≤Cr≤1％，
Ti≤0.2％，
Al≤0.1％，
S≤0.05％，
P≤0.1％，
B≤0.010％，
剩余部分为铁和来自熔炼的杂质。
更特别地，基材3的钢以重量计包含：
0.15％≤C≤0.25％，
0.8％≤Mn≤1.8％，
0.1％≤Si≤0.35％，
0.01％≤Cr≤0.5％，
Ti≤0.1％，
Al≤0.1％，
S≤0.05％，
P≤0.1％，
B≤0.005％，
剩余部分为铁和来自熔炼的杂质。
或者，基材3的钢以重量计包含：
0.040％≤C≤0.100％，
0.80％≤Mn≤2.00％，
Si≤0.30％，
S≤0.005％，
P≤0.030％，
0.010％≤Al≤0.070％，
0.015％≤Nb≤0.100％，
Ti≤0.080％，
N≤0.009％，
Cu≤0.100％，
Ni≤0.100％，
Cr≤0.100％，
Mo≤0.100％，
Ca≤0.006％，
剩余部分为铁和来自熔炼的杂质。
作为实例，金属基材3根据期望的厚度通过热轧或者通过冷轧随后退火或者通过任何其他合适的制造方法来获得。
基材3的厚度有利地为0.5mm至4mm，并且特别地等于约1.5mm。
预涂层5是通过浸涂即通过浸入熔化金属浴中获得的层。其包括顶部覆盖有金属合金层11的与基材3接触的金属间化合物合金层9。
金属间化合物合金层9由基材3与所述浴的熔化金属之间的反应产生。该金属间化合物合金层9包含含有金属合金层11的至少一种元素和基材3的至少一种元素的金属间化合物。其厚度通常为约几微米。特别地，其平均厚度典型地为2微米至7微米。
金属合金层11具有与所述浴的熔化金属的组成非常接近的组成。其由带材在其移动通过所述浴期间从所述浴中夹带部分熔化金属而产生。其厚度使用布置在所述浴的出口处的合适控制元件，特别地使用气体射流特别是空气射流或氮气射流来控制。其例如具有19μm至33μm的平均厚度或10μm至20μm的平均厚度。
预涂层5更特别地为铝层、铝合金层或基于铝的合金层。在这种情况下，金属间化合物合金层9包含Fex-Aly型特别是Fe2Al5型的金属间化合物。
“铝合金”是指包含大于50重量％的铝的合金。
“基于铝的合金”意指其中以重量计铝是主要组分的合金。
根据一个实施方案，预涂层5为还包含硅的铝合金层。作为实例，金属合金层11以重量计包含：
8％≤Si≤11％，
2％≤Fe≤4％，
剩余部分为铝和可能的杂质。
通过浸涂获得的预涂层5的具体结构具体描述在专利申请EP2007545中。
有利地，如图1中所示，基材3在其两个表面10的每一者上设置有这样的预涂层5。
有利地，初始预涂覆金属板1由具有上述特性的预涂覆带材通过切割特别地通过剪切和激光切割来获得。
在提供步骤之后，根据本发明的方法包括去除所述初始预涂覆金属板1的至少一个表面10上的去除区域7中的所述预涂层5的至少一部分。
图2示出了在去除之后获得的金属板。
在图2中示出的实例中，去除区域7位于初始预涂覆金属板1的外围6处。
有利地，在该步骤期间，金属合金层11被完全去除。
去除预涂层5的至少一部分是有利地。实际上，在没有去除的情况下，在将预涂覆金属板焊接至另一金属板期间，预涂层5的一部分在熔化区域内被基材3稀释，该熔化区域是在焊接操作期间变成液态的区域并且在该焊接操作之后凝固同时在两个金属板之间形成连接。
然后可能出现两种现象：
-根据第一种现象，在该区域内预涂层的一部分稀释引起熔化金属中的铝含量增加，导致形成金属间化合物。这些在机械应力的情况下可能是断裂起始点。
-根据第二种现象，熔化区域中的固溶体中的α元素铝元素在热压成形之前的加热步骤期间延缓该区域中向奥氏体的转变。然后在接着热成形的冷却之后在熔化区域中不再可能获得完全淬火组织，并且焊接接头包含铁素体。然后熔化区域具有比两个相邻金属板低的硬度和机械拉伸强度。
因此，在根据本发明的制备方法的上下文中，期望减少可能进入熔化区域并且负表面地影响其机械特性的预涂层5的元素的量。
本发明的发明人观察到，对于基于铝的预涂层5，当在去除步骤结束时，预涂层5的保留部分的平均厚度至多等于约5μm时，在焊接接头的机械特性方表面获得令人满意的结果。考虑到通常在用基于铝的预涂层浸涂钢金属板期间获得的金属间化合物合金层9的平均厚度，该厚度对应于金属合金层11的完全去除和金属间化合物合金层9的可能的部分去除。
优选地，在该去除步骤期间，金属间化合物合金层9被允许至少部分地保留在去除区域7的整个表面上。有利地，在该步骤结束时，金属间化合物合金层9以至少等于1μm的厚度保留。
金属间化合物合金层11的至少一部分保留在去除区域7中是有利的。实际上，在实践中，为了考虑在焊接操作期间熔化区域的宽度的任何变化，去除区域7的宽度大于焊接期间的熔化区域的宽度。因此，在焊接操作之后，在焊接接头的任一侧上保留其中预涂层5已被至少部分去除的区域。然而基于铝的预涂层5的一个目的是在焊接接头热压成形之后保护金属板1不受腐蚀。研究表明，在去除区域7的与焊接接头相邻的这些区域中，在这些区域的整个表面上保留有金属间化合物合金层9的至少一部分使得可以赋予焊接组合件足够的防腐蚀保护。
特别地，在去除区域7中留下在区域7的所有点处厚度至少等于1μm的金属间化合物合金层以在与焊接接头相邻的区域中为焊接组合件提供令人满意的耐腐蚀性。
或者，在耐腐蚀性不太重要的情况下可以完全去除去除区域7中的金属间化合物合金层11。
根据本发明，至少部分去除预涂层5使用激光束15冲击预涂层5来进行。
图4至6以侧视图示意性地示出了使用激光束15的去除步骤。
激光束15通过激光头17射出。
去除步骤在去除过程中包括激光束15相对于金属板1沿表示为A的激光前进方向的相对位移。该前进方向由图4和6中的箭头示出。
激光束15沿前进方向A的相对位移例如对应于：
-金属板1保持固定，激光束15沿方向A的位移；或
-激光束15保持固定，金属板15沿与A相反的方向的位移；或
-激光束15沿A和金属板1沿与A相反的方向二者的位移。
作为实例，在去除步骤期间，使用具有以下特性的激光束15：
激光束15有利地具有矩形或方形截表面。
作为实例，激光束15在金属板1的待处理的表面10上产生表面积为0.4mm2至3mm2，有利地为0.7mm2至1.5mm2的焦斑。
激光器有利地为脉冲激光器，例如Q开关型激光器、脉冲光纤激光器或脉冲二极管激光器。
脉冲持续时间是纳秒级别。其特别为1纳秒至300纳秒，并且优选为10纳秒至150纳秒，还更优选为30纳秒至80纳秒。
激光束15的额定功率特别为200W至1.7KW，并且优选为400W至1.7KW。
优选地，在去除步骤期间，对应于激光头17的输出透镜与金属板1的待处理的表面10之间的距离的作业距离大于或等于150mm。
实际上，在去除步骤期间，由通过激光束15烧蚀而产生的突出部相对于正在处理的表面10突出至小于或等于100mm的高度。对于大多数突出部，该突出高度甚至小于或等于50mm。因此，大于或等于150mm的作业距离使得可以避免激光头的透镜被由通过激光束15烧蚀产生的任何突出部污染的任何风险。应注意，在位于输出透镜与正在处理的表面10之间的激光头17的元件上的突出部，特别是在旨在保护输出透镜不受突出部影响的任何保护元件上的突出部，在根据本发明的方法的上下文并不会造成问题。
有利地，该作业距离为150mm至250mm。
实际上，使用大于250mm的作业距离特别地导致显著增加去除步骤的成本，因为其在激光器的光学器件中需要使用非标准透镜特别是比通常使用的透镜大的透镜以及比当该作业距离在上述范围内时所需的透镜的数量更大数量的透镜。
优选地，该作业距离为190mm至215mm。
根据本发明，在去除步骤期间，激光束15相对于金属板1以特定方式取向。
在去除步骤期间激光束15的特定取向在图4中示意性示出。
图1至6提供有坐标系(x,y,z)以便于下文中的取向描述。如可以看到的，该坐标系的x轴沿激光束15的前进方向A取向。该坐标系的z轴沿金属板1的厚度取向，同时从基材3的半厚度开始朝向烧蚀表面即在烧蚀在金属板1的上表面10上进行的情况下向上以及当烧蚀在金属板1的下表面10上进行时向下取向。该坐标系的y轴与x轴和z轴正交，同时取向成与x、z这两个轴形成直角坐标系。
下表面10是在进行去除步骤期间向下取向的表面。上表面10是在进行去除步骤期间向上取向的表面。
如图4中所示，在去除期间，激光束15相对于金属板1的进行去除的表面10的法线N以倾斜角α倾斜，所述法线N在金属板1的已进行去除的区域中取。该角度α是激光束15的L轴与金属板1的进行去除的表面10上的法线N之间的角度，所述法线N在金属板1的已进行去除的区域中取。
该倾斜角α为锐角。锐角是指严格在0°至90°之间的角，不包括界限。
激光束15还倾斜成使得激光束15的轴在金属板1的正在处理的表面10上的正交投影位于金属板1的已进行去除的区域中。因此，激光束15沿前进方向A朝向金属板1的待处理的表面10向前发射。换句话说，所述激光束15的发射头17沿前进方向A位于激光束15对金属板1的冲击区域的后表面。
如图3和4中所示，激光束15与金属板1的表面10的沿前进方向A位于激光束15的冲击区域的下游的区域，即与金属板的剩余待处理区域形成钝角，并且与金属板的表面10的在激光束15的冲击区域的上游的区域，即与金属板的剩余待处理区域形成锐角。
应注意，激光束15的L轴完全包括在垂直于金属板1的正在处理的表面10并且包括前进方向A的平面中。
根据本发明，倾斜角α为12°至50°。
在本发明的上下文中，对于激光束15的给定倾斜角α，Vm限定为用于去除整个金属合金层11从而在其位置上留下整个金属间化合物合金层9的激光束15的前进速度。因此，对于严格大于Vm的前进速度，所述金属合金层11的一部分保留在区域7中。
本发明的发明人出乎意料的注意到，当激光束15在去除期间通过上述取向以12°至50°的倾斜角α倾斜时，速度Vm(α)比等于0°的角度α(即激光束15基本上垂直于正在处理的表面10)的速度值(由Vm(0°)表示)大至少15％。因此，如图4中所示，角度α相对于方向N来限定，方向N相对于金属板1的表面垂直。
这些结果示出在图5中，图5示出了通过本发明人进行的实验获得的比值Vm(α)/V(0°)随倾斜角α的演变，这将在下文中更详细地说明。
因此，上述取向是有利的，因为其使得可以实现激光束15的比在常规情况(其中激光束垂直于待处理的表面10取向)下允许的速度Vm大至少15％的前进速度，同时在去除品质方表面获得至少相同的品质结果。此外，这样的前进速度增加使得金属板1的处理持续时间减少，从而使得所述方法的效率提高，也使得生产成本降低。
有利地，倾斜角α为15°至45°。实际上，本发明的发明人注意到，在该倾斜角α范围内，速度Vm(α)比等于0°的角度α(即激光束15基本上垂直于金属板1的正在处理的表面10)的速度值大至少25％。该优选范围更有利，因为其允许金属板1的处理持续时间更大程度地减少。
还更有利地，倾斜角α为20°至40°。实际上，本发明的发明人注意到，在该倾斜角α范围内，速度Vm(α)比等于0°的角度α(即激光束15基本上垂直于金属板1的正在处理的表面10)的速度值大至少40％。该优选范围还更有利，因为其允许金属板1的处理持续时间甚至更大程度地减少。
这些结果也示出在图5中。
还更有利地，倾斜角α为25°至35°。实际上，如图5中所示，在该倾斜角α范围内，速度Vm(α)比等于0°的角度α(即激光束15基本上垂直于金属板1的正在处理的表面10)的速度值大至少75％。该优选范围还更有利，因为其允许金属板1的处理持续时间甚至更大程度地减少。
如图5中所示，30°至35°的倾斜角α，速度Vm(α)等于角度α等于0°的速度值的两倍。
根据一个实施方案，为了进行去除，选择约等于Vm的速度使得在去除区域7中基本上完全去除金属合金层11并且完整保留金属间化合物合金层9。
或者，选择激光束15的前进速度低于Vm，以在去除区域7的整个表面上至少部分地去除金属间化合物合金层9。在这种情况下，激光束15在上述范围内的倾斜使得对于至少相同的去除结果，可以选择严格大于垂直于待处理的表面10的激光束15的前进速度的前进速度。
在去除步骤结束时，获得如图2中示意性示出的制备金属板1’。该金属板1’具有以下特征。
该金属板1’包括金属基材3，所述金属基材3在至少一个表面10上涂覆有先前所限定的预涂层5；并且在其外围6上具有没有预涂层5的至少一部分的去除区域7。
金属板1’旨在与另一金属板并排布置，然后沿着由金属板1的位于区域7处的边缘13限定的平面对接焊接。
区域7的宽度例如为0.8mm至3mm，特别为0.8mm至2mm。其沿金属板1的至少一个边缘13延伸。
在图2中所示的实例中，金属合金层9已被从区域7完全去除，同时在区域7的整个表面上保留金属间化合物合金层11的至少一部分。更具体地，金属间化合物合金层11完整保留在区域7中。在这种情况下，已在去除步骤期间使用等于Vm的前进速度。
或者，金属合金层9在区域7中被完全去除并且金属间化合物合金层11在区域7的整个表面上被部分去除。
根据另一个替代方案，金属合金层9在区域7中被完全去除并且金属间化合物合金层11在区域7的整个表面上被完全去除。
在图2中所示的实例中，去除区域7在金属板的外围6处延伸。因此，其在紧邻金属板的边缘13的区域中延伸。在该实例中，其在边缘13的整个长度上平行于所述边缘13延伸。
根据图3中所示的一个替代方案，去除区域7位于与预涂覆金属板的边缘13不完全相邻的区域中。作为实例，其在距离金属板的边缘13预定非零距离处，在所述边缘13的整个长度上平行于所述边缘13延伸。
根据该替代方案，接着，将由此获得的金属板1”沿着垂直于金属板1”并且与去除区域7相交特别是在其中部与其相交的轴平面20切割。该切割例如通过纵切或激光切割来进行。然后获得如图2中所示的金属板1’。
作为实例，根据该替代方案，前述轴平面20穿过去除区域7的中部，并且去除区域7的宽度比将通过沿着前述轴平面20进行的焊接操作获得的熔化区域的宽度大20％至40％。有利地，沿着去除区域7的宽度考虑，选择去除区域7的宽度，使得在沿着前述轴平面20进行的焊接操作之后，在熔化区的各侧上保留至少0.1mm的去除区域7。
或者，去除区域7的宽度为0.4mm至30mm。最小值0.4mm对应于使得可以在沿轴平面20切割之后产生如下两个金属板的宽度：在所述两个金属板的每一者上具有0.2mm的非常窄的去除区域。30mm的值对应于非常适合于进行这样的去除的工业工具的去除宽度。随后的切割可以不在位于去除区域的中部的轴平面20上而是沿适于获得去除宽度比通过由本发明的条件限定的焊接操作获得的熔化区域的半宽度略大的金属板的位置进行。
当预涂覆金属板1在其各个表面上具有预涂层5时，去除步骤有利地用相应的激光烧蚀头17依次或基本上同时在其各个表面上进行。
在这种情况下，金属板1在其各个表面10上具有先前所限定的去除区域7，这些去除区域7有利地沿着金属板1’的法线N彼此表面对设置。
根据一个实施方案，上述用于制造预涂覆金属板的方法的去除步骤在没有吹气和/或没有抽吸的情况下进行。实际上，联合使用吹气和/或抽吸与上述倾斜的激光束15可能会降低所述去除方法的稳定性。特别地，抽吸和吹气沿特定方向进行，对于大于Vm(0)的烧蚀速度，即使吹风机喷嘴或抽吸喷嘴的定位小误差也可能导致至少局部缺乏烧蚀。
在本发明的上下文中，发明人进行了以下实验，这些实验使它们获得前述图5中示出的曲线。
这些实验开始于从通过在铝合金熔化浴中浸涂而预涂覆的钢带切割的金属板1，所述铝合金包含9.3％的硅和2.8％的铁，剩余部分为铝和不可避免的杂质。这些金属板在其各个表面上包括预涂层5，所述预涂层5包括顶部覆盖有Al-Si金属合金层11的与钢基材3接触的金属间化合物合金层9，所述金属间化合物合金层9主要包含Fe2Al3、Fe2Al5和FexAlySiz，厚度约等于5微米，所述Al-Si金属合金层11的平均厚度约等于24微米。
基材3以重量百分比计具有以下组成：
Figure BDA0001703260650000151
接着，使用以不同倾斜角度α取向的激光束15从金属板1的边缘13使用激光束在约1.5mm的宽度上去除金属合金层11，同时完整留下金属间化合物合金层9。
使用额定能量为1000W的以10kHz的频率传递脉冲并产生约1mm2的焦斑的脉冲光纤激光器进行去除。脉冲持续时间约等于70纳秒。
测量对应各个倾斜角α的速度Vm。
这些实验使得可以获得先前已分析的图5的曲线。
本发明人用其他组成的基材3特别是以重量％计具有以下组成的基材3获得了相似的结果：0.04％≤C≤0.1％，0.3％≤Mn≤2％，Si≤0.3％，Ti≤0.08％，0.015％≤Nb≤0.1％，Al≤0.1％，S≤0.05％，P≤0.1％，小于0.1％的Cu、Ni、Cr、Mo，剩余部分为铁和由制造产生的不可避免的杂质，
以及用如上所述的涂覆有具有上述组成的预涂层5但预涂层的总厚度为约35微米的基材3获得了相似的结果。
本发明人用Q开关型激光器也获得了相似的结果。
应注意，图5的曲线还示出了当激光束15倾斜成使得其在正在处理的表面10上的正交投影在表面10的剩余待处理区域中而不是在该表面的已处理区域中(对应于负的倾斜角α)时，无法获得通过本发明获得的有益技术效果。
不希望受到理论束缚，本发明的发明人对观察到的激光束倾斜的有益效果提出以下解释。本发明的发明人观察到，激光束15对预涂层5的冲击导致与激光束接触的预涂层爆炸。该爆炸使得在激光束15的冲击区域的垂直上方形成金属蒸气，所述金属蒸气包含来自预涂层的悬浮颗粒。当激光束15垂直于表面10的平面取向时，即当α＝0°时，其必须在较大的高度上穿过该颗粒云，并且其部分能量在与待消除的预涂层有任何有用的冲击之前消散在该云中。相反地，当激光束15以上述方式倾斜时，其并不穿过颗粒云，或者在任何情况下都较少地穿过，这使其更有效。当激光束15倾斜成使得其在正在处理的表面10上的正交投影在表面10的剩余待处理区域中而不是在该表面的已处理区域中(对应于负的倾斜角α)时，其也必须在较大的高度上穿过颗粒云，因此，与光束15垂直于待处理的表面10的平面的情况类似，其效力降低。
在进行的实验的上下文中，本发明的发明人注意到，当激光束15以25°至50°的倾斜角α倾斜时，无论激光束15的前进速度如何，通过烧蚀获得的去除区域7都具有显著的表面均匀性。
作为实例，下表示出了本发明的发明人进行的实验结果。
Figure BDA0001703260650000161
在该表中，Δ表示对于穿过去除区域7的给定横截表面垂直于金属板1’的与区域7相邻的边缘13而取的以下两个厚度之间的相对差值：
-沿除去区域7的宽度从除去区域7的边缘考虑，保留在去除区域7的三分之一宽度处的预涂层的厚度，表示为h1/3，在该实例中，所述边缘对应于金属板1的边缘13；以及
-保留在去除区域7的半宽处的预涂层的厚度，表示为h1/2。
图6示出了这些参数的示意图。
更特别地，通过应用下式来获得Δ：
Figure BDA0001703260650000162
因此，Δ构成在去除步骤结束时保留在去除区域7中的预涂层的厚度均匀性的量度。
在前文中，预涂层厚度是指在去除区域7中沿金属板1’的表面10的法线方向自基材3测量的预涂层厚度。
在上表中，
Δ≤50％意指相对差值小于或等于50％。
Δ≤70％意指相对差值小于或等于70％。
在用倾斜的光束烧蚀之后，观察到，h1/2>h1/3(或等价地：h1/2-h1/3>0)，即半宽处的涂层厚度大于移动远离该位置获得的厚度。因此，Δ>0％。
然而，本发明人进行的实验表明，当倾斜角α大于或等于25°时，无论使用的去除速度如何，在去除区域7的宽度上观察到预涂层厚度差值Δ小于或等于50％。
相反地，对于更小的倾斜角，差值Δ更大，保留在半宽度处的预涂层厚度通常是上述三分之一宽度处的预涂层厚度的至少两倍。
在实践中，应注意，预涂层的厚度h1/3随着激光束15的倾斜变化非常小。保留在烧蚀区域7中的预涂层厚度的改善的均匀性主要是由于随着激光束15的倾斜，涂层厚度h1/2减小，为了增加激光束15的倾斜，厚度h1/2接近h1/3。
因此，25°至50°的倾斜角α范围使得可以获得所述去除方法的高生产率和保留在去除区域7中的预涂层的非常良好的厚度均匀性二者。
该非常良好的均匀性是有利的。实际上，这样的均匀性使得可以使焊接接头中的铝含量最小化，同时在金属板1的紧邻焊接接头的区域中提供非常良好的耐腐蚀性，同时使保留在这些区域中的金属间化合物合金层9的厚度最大化。
如上所述，20°至40°的倾斜角α范围使得可以获得甚至更好的生产率。因此，25°至40°的倾斜角α范围使得可以获得所述去除方法的高生产率和保留在去除区域7中的预涂层的非常良好的厚度均匀性二者。
类似的结论适用于其中去除区域7与边缘13不相邻的金属板1’的情况。在这种情况下，沿去除区域7的宽度考虑，去除区域7的边缘对应于该去除区域的两个边缘中的一者。
因此，在这种情况下，根据本发明的去除方法使得可以获得如前所述的金属板1’、1”，并且对于所述金属板1’、1”，在去除区域7中，沿着去除区域7的宽度考虑，预涂层5的保留在去除区域7中的部分的厚度的相对变化Δ严格大于0％且小于或等于50％，所述相对变化Δ由自去除区域(7)的所述边缘考虑的半宽度处的预涂层厚度h1/2和三分之一宽度处的预涂层厚度h1/3之间的差值相对半宽度处的预涂层厚度h1/2的比率来限定。
本发明还涉及一种用于制造焊接坯件的方法，所述方法包括：
-提供至少两个根据上述方法制造的金属板1’；
-将这两个金属板1’对接焊接，焊接连接在包括去除区域7的边缘13上形成，在所述去除区域7中，预涂层5已被至少部分地去除，特别地，所述去除区域7没有金属合金层11。
在具有或没有填充焊丝的情况下，根据金属基材的组成和焊接接头的期望机械特性，焊接方法有利地为激光焊接法。或者，其为电弧焊接法。
金属板1’具有相同的厚度。或者，它们具有不同的厚度。
在该方法结束时，获得包括两个彼此对接焊接的预涂覆金属板的焊接坯件。
根据一个替代方案，在提供步骤期间，提供至少两个金属板1’，所述至少两个金属板1’由至少一个如前所述的金属板1”通过沿去除区域7切割以获得在外围处包括没有预涂层5的至少一部分的区域的金属板1’来获得。
本发明还涉及一种用于制造部件的方法，所述方法依次包括：
-提供使用上述方法获得的焊接坯件；
-加热所述坯件以赋予构成所述坯件的金属板的基材部分或完全奥氏体组织；
-将所述坯件热成形以获得部件；以及
-将所述部件以能够给予所述部件目标机械特性的速度冷却。
有利地，在冷却步骤期间，冷却速度大于临界马氏体淬火速度。
由此制造的部件为例如机动车辆的结构或安全部件。
根据一个未示出的实施方案，在提供步骤期间，如上所述提供两个预涂覆金属板1并将其并排布置，在两个金属板之间留出预定间隙，然后，在去除步骤期间，从两个金属板1中的每一者中同时去除预涂层5的至少一部分以在所述金属板1的每一者上同时形成去除区域7，激光束15在去除步骤期间跨越两个金属板1布置。

Claims (31)

1.一种用于制备预涂覆金属板的方法，所述预涂覆金属板用于焊接至另一预涂覆金属板，所述方法包括以下顺序步骤：
-提供初始预涂覆金属板(1)，所述初始预涂覆金属板(1)包括金属基材(3)，所述金属基材(3)的至少一个表面(10)上设置有预涂层(5)，然后
-去除所述初始预涂覆金属板(1)的至少一个表面(10)上的所述预涂层(5)的至少一部分以形成去除区域(7)，所述去除通过激光束(15)对所述预涂层(5)的冲击来进行，所述去除步骤在所述去除过程中包括所述激光束(15)相对于所述初始预涂覆金属板(1)沿前进方向(A)的相对位移，
特征在于，在所述去除期间，所述激光束(15)相对于所述初始预涂覆金属板(1)的所述表面(10)倾斜，使得所述激光束(15)在所述初始预涂覆金属板(1)的所述表面(10)上的正交投影位于所述初始预涂覆金属板(1)的已进行所述去除的区域中，以及特征在于，所述激光束(15)与所述初始预涂覆金属板(1)的所述表面(10)的法线方向(N)形成12°至50°的倾斜角(α)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述预涂层(5)为铝层、基于铝的层或铝合金层。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述预涂层(5)为还包含硅的铝合金层。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述激光束(15)的所述倾斜角(α)为15°至45°。
5.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述激光束(15)的所述倾斜角(α)为20°至40°。
6.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述激光束(15)的所述倾斜角(α)为25°至40°。
7.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述激光束(15)的所述倾斜角(α)为25°至35°。
8.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述激光束(15)为脉冲激光束。
9.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述预涂层(5)包括顶部覆盖有金属合金层(11)的金属间化合物合金层(9)。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述去除区域(7)完全没有所述金属合金层(11)。
11.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述去除区域(7)形成在所述初始预涂覆金属板(1)的下表面上。
12.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中去除区域(7)同时形成在所述初始预涂覆金属板(1)的下表面上和上表面上。
13.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述去除在没有抽吸的情况下进行。
14.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述去除在没有吹气的情况下进行。
15.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中在所述去除步骤期间，激光头(17)的输出透镜与所述初始预涂覆金属板(1)之间的距离大于或等于150mm。
16.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述金属基材(3)由钢制成。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述金属基材(3)的钢以重量计包含：
0.10％≤C≤0.5％，
0.5％≤Mn≤3％，
0.1％≤Si≤1％，
0.01％≤Cr≤1％，
Ti≤0.2％，
Al≤0.1％，
S≤0.05％，
P≤0.1％，
B≤0.010％，
剩余部分为铁和来自熔炼的杂质。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述金属基材(3)的钢以重量计包含：
0.15％≤C≤0.25％，
0.8％≤Mn≤1.8％，
0.1％≤Si≤0.35％，
0.01％≤Cr≤0.5％，
Ti≤0.1％，
Al≤0.1％，
S≤0.05％，
P≤0.1％，
B≤0.005％，
剩余部分为铁和来自熔炼的杂质。
19.根据权利要求16所述的方法，其中所述金属基材(3)的钢以重量计包含：
0.040％≤C≤0.100％，
0.80％≤Mn≤2.00％，
Si≤0.30％，
S≤0.005％，
P≤0.030％，
0.010％≤Al≤0.070％，
0.015％≤Nb≤0.100％，
Ti≤0.080％，
N≤0.009％，
Cu≤0.100％，
Ni≤0.100％，
Cr≤0.100％，
Mo≤0.100％，
Ca≤0.006％，
剩余部分为铁和来自熔炼的杂质。
20.根据权利要求16所述的方法，其中所述钢的显微组织为铁素体-珠光体。
21.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中在所述提供步骤期间，供给两个初始预涂覆金属板(1)，并将所述两个初始预涂覆金属板(1)并排布置，在所述两个初始预涂覆金属板(1)之间留出预定间隙，然后，在所述去除步骤期间，从所述两个初始预涂覆金属板(1)的每一者上同时去除所述预涂层(5)的至少一部分，以在所述初始预涂覆金属板(1)的每一者上同时形成去除区域(7)，在所述去除步骤期间，所述激光束(15)被布置成重叠所述两个初始预涂覆金属板(1)。
22.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述预涂覆金属板为第一预涂覆金属板(1’)，所述去除区域(7)位于所述初始预涂覆金属板(1)的外围(6)处。
23.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述预涂覆金属板为第二预涂覆金属板(1”)，所述去除区域(7)不完全与所述初始预涂覆金属板(1)的边缘(13)相邻。
24.根据权利要求23所述的方法，在用于形成所述去除区域(7)的所述去除步骤之后，还包括沿平面(20)切割所述第二预涂覆金属板(1”)以形成第一预涂覆金属板(1’)，所述第一预涂覆金属板(1’)在其外围处包括没有所述预涂层(5)的至少一部分的去除区域(7)。
25.一种预涂覆金属板，包括金属基材(3)，所述金属基材(3)的至少一个表面(10)上具有预涂层(5)，所述预涂覆金属板在所述至少一个表面(10)上包括其中所述预涂层(5)在所述预涂层(5)的厚度的一部分上已被去除的去除区域(7)，特征在于，在所述去除区域(7)中，沿着所述去除区域(7)的宽度考虑的所述预涂层(5)的保留在所述去除区域(7)中的部分的厚度的相对变化Δ严格大于0％且小于或等于50％，所述相对变化Δ由自所述去除区域(7)的边缘考虑的半宽度处的预涂层厚度(h1/2)和三分之一宽度处的预涂层厚度(h1/3)之间的差值相对所述半宽度处的预涂层厚度(h1/2)的比率来限定，
其中所述去除区域(7)位于所述预涂覆金属板的外围(6)处。
26.根据权利要求25所述的预涂覆金属板，其中所述预涂层(5)包括顶部覆盖有金属合金层(11)的金属间化合物合金层(9)。
27.根据权利要求26所述的预涂覆金属板，其中所述去除区域(7)完全没有所述金属合金层(11)。
28.一种用于制造焊接坯件的方法，包括以下顺序步骤：
-提供至少两个预涂覆金属板，所述至少两个预涂覆金属板是根据权利要求25或26所述的预涂覆金属板，或者是按照根据权利要求1或权利要求2所述的方法制造的预涂覆金属板，然后
-将这两个预涂覆金属板对接焊接，焊接连接在包括所述去除区域(7)的边缘(13)上形成。
29.根据权利要求28所述的方法，其中两个经对接焊接的预涂覆金属板具有不同的厚度。
30.一种用于制造热压部件的方法，包括以下顺序步骤：
-提供使用根据权利要求28所述的方法获得的焊接坯件，然后
-加热所述焊接坯件以赋予构成所述焊接坯件的初始预涂覆金属板(1)的金属基材(3)部分或完全奥氏体组织，然后
-将所述焊接坯件热压成形以获得热压部件，
-将所述热压部件以能够给予所述热压部件目标机械特性的速度冷却。
31.根据权利要求30所述的方法，其中冷却速度大于所述至少两个预涂覆金属板的金属基材(3)的钢的临界马氏体淬火速度。
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