CN110392620B - 激光焊接包含表面氧化物涂层的轻金属工件的方法 - Google Patents

Abstract

一种将两个或更多个重叠的轻金属工件(12、14或12、150、14)激光焊接在一起的方法涉及沿着闭合曲线焊接路径(72)相对于工件叠层(10)的顶部表面(20)多次推进激光束(24)。与激光束(24)的这种推进相关联的传导热传递生长并发展更大的熔坑(76)，该熔坑穿透到工件叠层(10)中并与叠层(10)内建立的每个接合界面(34或160、162)相交。在停止激光束(24)的传输或者以其他方式从闭合曲线焊接路径(72)移除激光束(24)时，熔坑(76)凝固成由再凝固的复合工件材料(78)构成的激光焊接接头(66)。

Description

激光焊接包含表面氧化物涂层的轻金属工件的方法

技术领域

本公开的技术领域整体涉及一种用于将包括表面氧化物涂层的轻金属工件激光焊接在一起的方法，该轻金属工件为例如铝工件和镁工件。

背景技术

激光焊接是一种金属连接工艺，其中激光束被导向堆叠的金属工件的组件，以提供能够实现组成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的互补凸缘或其他结合区域首先相对于彼此对齐、配合和堆叠，使得它们的接合表面重叠并面对以建立一个或多个接合界面。激光束然后被导向由工件的重叠部分跨越的焊接区域内的工件叠层的可接近的顶部表面。从吸收来自激光束的能量产生的热量引发金属工件的熔融，并在工件叠层内建立熔融金属焊接熔池。熔融金属焊接熔池渗入叠层中，并与已建立的接合界面中的至少一个(通常是所有)相交。并且，如果激光束的功率密度足够高，则在熔融金属焊接熔池内激光束的束斑下方产生钥匙孔。钥匙孔是由金属工件产生的汽化金属的柱，其可能包括等离子体。钥匙孔是来自激光束的能量的有效吸收器，因此允许熔融工件金属深而窄地穿透到叠层中。

一旦激光束照射到工件叠层的顶部表面，就非常迅速地产生熔融金属焊接熔池和钥匙孔(如果存在的话)。在金属工件最初熔融后，激光束的束斑可以相对于工件叠层的顶部表面推进，这通常涉及沿着投射到叠层的顶部表面上的具有相对简单或复杂的几何轮廓的束行进图案移动激光束。随着激光束沿着叠层的顶部表面推进，来自焊接熔池的熔融工件金属在工件叠层内推进的束斑周围和后面流动。这种穿透的熔融工件金属紧随推进的激光束迅速冷却并凝固成再凝固的金属工件材料。一旦激光束完成对束行进图案的跟踪，激光束在工件叠层的顶部表面的传输最终停止，此时钥匙孔塌陷(如果存在的话)，并且仍然留在叠层内的任何熔融工件金属凝固。通过激光束的操作获得的集体再凝固的复合工件材料构成激光焊接接头，其将重叠的金属工件自动熔焊在一起。

许多行业使用激光焊接作为其制造实践的一部分，包括汽车、航空、海事、铁路和建筑构造等行业。激光焊接是一种有吸引力的连接工艺，因为它只需要单侧接近，可以以减小的凸缘宽度进行，并且在叠层组件中产生相对较小的热影响区，从而最小化金属工件中的热变形。例如，在汽车工业中，激光焊接可以用于将在白车身(BIW)制造期间的金属工件以及在喷漆前安装在BIW上的成品悬挂部件连接在一起。可以使用激光焊接的一些具体实例包括在BIW内建造和附接承重主体结构，例如轨道结构、摇杆、A柱、B柱和C柱以及车身底部横梁。也可以使用激光焊接的其他具体实例包括BIW内的非承重附接，例如车顶到侧面板的附接，以及门、机罩和行李箱的建造中遇到的重叠凸缘的连接。

激光焊接的实践可能对某些类型的金属工件提出挑战。例如，当工件叠层中包括的金属工件是包括表面氧化物涂层的轻质金属工件(这通常是铝工件和镁工件的情况)时，焊接性能可能会受到影响。当然，可见于铝工件和镁工件上的表面氧化物涂层通常是天然难熔氧化物涂层，其为热绝缘和电绝缘的，并且具有机械韧性。因为表面氧化物涂层难以分解，并且是不良的热传导体，所以至少在激光焊接过程开始时，它可以抑制向下面的块状铝或镁中的热传递的速率。另外，当表面氧化物涂层被激光束加热到高温时，表面氧化物涂层和来自周围紧邻处的湿气可能是氢的来源。氢在熔融铝和熔融镁中都具有相对高的溶解度。为此，靠近熔融工件材料的氢的局部产生，以及熔融工件材料中氧化物涂层碎片本身的存在，可导致最终凝固的激光焊接接头中的多孔性。

发明内容

将两个或更多个轻金属工件激光焊接在一起的方法的实施例可以包括几个步骤。第一，激光束被导向工件叠层的顶部表面，该工件叠层包括两个或更多个重叠的轻金属工件。更具体地说，工件叠层至少包括在焊接区域内重叠的第一轻金属工件和第二轻金属工件。第一轻金属工件提供工件叠层的顶部表面，第二轻金属工件提供工件叠层的底部表面，并且工件叠层内的每对相邻重叠的轻金属工件在两者间建立接合界面。第二，激光束的束斑相对于工件叠层的顶部表面推进，使得束斑以8m/min或更高的束行进速度沿着闭合曲线焊接路径推进多次。激光束束斑的这种推进使熔坑（melt puddle）生长并发展，该熔坑从工件叠层的顶部表面上的闭合曲线焊接路径向内和向下延伸。熔坑从顶部表面朝向底部表面穿透工件叠层，并与工件叠层的焊接区域内建立的每个接合界面相交。第三，熔坑被允许凝固成由再凝固的复合工件材料构成的激光焊接接头。激光焊接接头在焊接区域内将两个或更多个重叠的轻金属工件熔焊在一起。

在所公开的激光焊接方法的某些实践中，工件叠层可以包括两个重叠的轻金属工件，或者它可以包括三个重叠的轻金属工件。例如，在两个工件的叠层中，第一轻金属工件具有外部外表面和第一接合表面，并且第二轻金属工件具有外部外表面和第二接合表面。第一轻金属工件的外部外表面提供工件叠层的顶部表面，并且第二轻金属工件的外部外表面提供工件叠层的底部表面。并且，因此，第一和第二轻金属工件的第一和第二接合表面重叠并面对以建立接合界面。

作为另一个示例，在三个工件的叠层中，第一轻金属工件具有外部外表面和第一接合表面，并且第二轻金属工件具有外部外表面和第二接合表面。第一轻金属工件的外部外表面提供工件叠层的顶部表面，并且第二轻金属工件的外部外表面提供工件叠层的底部表面。此外，工件叠层还包括位于第一和第二轻金属工件之间的第三轻金属工件。第三轻金属工件具有相对的第三和第四接合表面。为此，第三接合表面重叠并面对第一轻金属工件的第一接合表面以建立第一接合界面，并且第四接合表面重叠并面对第二轻金属工件的第二接合表面以建立第二接合界面。

可以进一步限定将轻金属工件激光焊接在一起的方法的前述实施例。当然，两个或更多个重叠的轻金属工件中的每一个都可以是铝工件或镁工件。此外，闭合曲线焊接路径可以是圆形焊接路径，其直径在例如从4mm至12mm的范围内。此外，激光束的束斑可以完全沿着闭合曲线焊接路径推进从四次到八十次的任何次数，无论闭合曲线焊接路径是圆形焊接路径、椭圆形焊接路径还是一些其他焊接路径。并且，在这样做时，激光束可以以从8m/min到120m/min的范围内的束行进速度沿着闭合曲线焊接路径推进。导向至工件叠层的顶部表面并沿着闭合曲线焊接路径推进的激光束可以是固态激光束，其移动由远程激光焊接设备控制和执行。

在实践将轻金属工件激光焊接在一起的方法的前述实施例的一些实例中，特别是当闭合曲线焊接路径是某一尺寸或更大时，在激光焊接接头中可能会出现从接头的顶部表面向下延伸的中心凹口。这可能是由于沿着闭合曲线焊接路径重复推进激光束的束斑所引起的搅拌效应以及随后熔坑的快速凝固而发生的。为了消耗和消除这种类型的中心凹口，激光焊接方法的实施例可以进一步并且可选地要求再传输激光束，并且沿着包含在闭合曲线焊接路径内的次级束行进图案相对于激光焊接接头的顶部表面推进激光束的束斑。激光束沿着次级束行进图案的推进导致激光焊接接头的一部分重新熔融，从而填充并消耗先前限定的中心凹口。在一个特定实施方式中，次级束行进图案可以是第二闭合曲线焊接路径，并且激光束的束斑可以以8m/min或更高的束行进速度沿着第二闭合曲线焊接路径推进多次。第二闭合曲线焊接路径可以例如是直径在从0.5mm至6.0mm的范围内的第二圆形焊接路径。

将两个或更多个轻金属工件激光焊接在一起的方法的另一个实施例可以包括几个步骤。第一，提供工件叠层，该工件叠层包括重叠以限定焊接区域的两个或更多个轻金属工件。工件叠层的焊接区域具有顶部表面和底部表面，并进一步在工件叠层中包括的每对相邻轻金属工件之间建立接合界面。工件叠层中的两个或更多个轻金属工件全部都是铝工件或镁工件。第二，激光束被导向工件叠层的顶部表面，以产生钥匙孔和围绕钥匙孔的熔融金属焊接熔池。钥匙孔和周围的熔融金属焊接熔池中的每一个都从工件叠层的顶部表面朝向底部表面穿透到工件叠层中。第三，激光束的束斑相对于工件叠层的顶部表面推进，使得束斑以8m/min或更高的束行进速度沿着闭合曲线焊接路径推进多次，以生长和发展从闭合曲线焊接路径向内和向下延伸的熔坑。熔坑从顶部表面朝向底部表面穿透工件叠层，并与叠层的焊接区域内建立的每个接合界面相交。第四，激光束的传输停止，以允许熔坑凝固成由再凝固的复合工件材料构成的激光焊接接头。激光焊接接头在焊接区域内将两个或更多个重叠的轻金属工件熔焊在一起，并进一步限定从接头的顶部表面向下延伸到焊接接头中的中心凹口。第五，激光束被再传输，并且其束斑沿着包含在闭合曲线焊接路径内的次级束行进图案相对于激光焊接接头的顶部表面推进。激光束沿着次级束行进图案的推进将激光焊接接头的一部分熔融并消耗中心凹口。

可以进一步限定将轻金属工件激光焊接在一起的方法的前述实施例。例如，工件叠层可以包括两个或三个重叠的轻金属工件。此外，闭合曲线焊接路径可以是直径在4mm至12mm范围内的圆形焊接路径。在这种情况下，将轻金属工件激光焊接在一起的方法的前述实施例可以采用第二圆形焊接路径作为次级束行进图案。第二圆形焊接路径可以具有在0.5mm至6mm的范围内的直径，并且激光束可以沿着第二圆形路径推进多次，以便熔融激光焊接接头的一部分并消耗中心凹口。

将两个或三个轻金属工件激光焊接在一起的方法的另一个实施例可以包括几个步骤。第一，提供工件叠层，该工件叠层包括重叠以限定焊接区域的两个或三个轻金属工件。工件叠层的焊接区域具有顶部表面和底部表面，并进一步在工件叠层中包括的每对相邻轻金属工件之间建立接合界面。工件叠层中的两个或更多个轻金属工件全部都是铝工件或镁工件。第二，形成激光焊接接头，其将两个或三个重叠的轻金属工件熔焊在一起。激光焊接接头的形成包括操作远程激光焊接设备的扫描光学激光头，以将激光束导向工件叠层的顶部表面，并且另外，相对于工件叠层的顶部表面推进激光束的束斑，使得束斑以8m/min至120m/min的束行进速度沿着闭合曲线焊接路径推进多次。激光束束斑的这种推进生长并发展熔坑，该熔坑从工件叠层的顶部表面上的闭合曲线焊接路径向内和向下延伸。

可以进一步限定将轻金属工件激光焊接在一起的方法的前述实施例。实际上，闭合曲线焊接路径可以是直径在从4mm到12mm的范围内的圆形焊接路径，并且激光束的束斑可以完全沿着圆形焊接路径推进从4次到80次的任何次数。此外，在一些实施方式中，激光束的束斑也可以相对于激光焊接接头的顶部表面沿着包含在闭合曲线焊接路径内的次级束行进图案推进，以便熔融激光焊接接头的一部分，并消耗和消除焊接接头内限定的中心凹口。次级束行进图案可以由一个或多个焊接路径构成，其限定的区域是由工件叠层的顶部表面上闭合曲线焊接路径限定的区域的50%或更小。

附图说明

图1是工件叠层的总体图示，该工件叠层包括两个重叠的轻金属工件以及远程激光焊接设备，该远程激光焊接设备可以执行所公开的激光焊接方法；

图1A是图1所描绘的激光束的放大图，示出了激光束的焦点和纵向轴线；

图2是根据本公开的一个实施例的工件叠层的顶部表面和图1中描绘的激光束以及投射到工件叠层的顶部表面上的几个闭合曲线焊接路径的平面图，并且其中激光束在激光焊接接头的形成期间沿着至少最大和最外面的闭合曲线焊接路径重复推进，该激光焊接接头将工件叠层内重叠的轻金属工件熔焊在一起；

图3是沿剖面线3-3截取的图2中描绘的工件叠层的剖视图，示出了由激光束产生的熔融金属焊接熔池和钥匙孔，并且其中熔融金属焊接熔池和钥匙孔从顶部表面朝向底部表面穿透到工件叠层中；

图4是工件叠层熔化的顶部表面的平面图，描绘了由于与激光束沿着闭合曲线焊接路径推进多次相关联的热传导而从闭合曲线焊接路径向内和向下形成的较大熔坑；

图5是沿着线5-5截取的图4中描绘的工件叠层的剖视图，示出了熔坑，其中熔坑从顶部表面朝向底部表面穿透到工件叠层中；

图6是工件叠层和激光焊接接头的剖视图，该激光焊接接头已经通过沿着闭合曲线焊接路径重复推进激光束而形成，该闭合曲线焊接路径基本上对应于正在形成的激光焊接接头的圆周，如图2-5所示，并且其中激光焊接接头将两个重叠的轻金属工件熔焊在一起；

图7是工件叠层和激光焊接接头的剖视图，该激光焊接接头已经通过沿着闭合曲线焊接路径重复推进激光束而形成，该闭合曲线焊接路径基本上对应于正在形成的激光焊接接头的圆周，如图2-5所示，并且其中激光焊接接头将两个重叠的轻金属工件熔焊在一起，并且还包括从激光焊接接头的顶部表面向下延伸的中心凹口；

图8是从与图3相同的有利位置截取的工件叠层的剖视图，示出了由激光束产生的熔融金属焊接熔池和钥匙孔，并且其中熔融金属焊接熔池和钥匙孔从顶部表面朝向底部表面穿透到工件叠层中，尽管这里工件叠层包括三个重叠的轻金属工件，而不是如图3所描绘的两个；和

图9是工件叠层和激光焊接接头的剖视图，该激光焊接接头已经通过沿着闭合曲线焊接路径重复推进激光束而形成，如图2和图8所示，并且其中激光焊接接头将三个重叠的轻金属工件熔焊在一起。

具体实施方式

激光焊接两个或更多个堆叠的轻金属工件的所公开的方法涉及沿着闭合曲线焊接路径相对于工件叠层的顶部表面多次推进激光束，特别是激光束的束斑，直到形成具有令人满意的穿透的熔池，该熔池随后凝固成激光焊接接头。由激光束跟踪的闭合曲线焊接路径可以是围绕其圆周具有恒定直径的圆形焊接路径，或者可以是椭圆形焊接路径，其具有在其圆周上的两个最远点之间延伸的大直径和在其圆周上的两个最近点之间延伸的小直径。由闭合曲线焊接路径限定的区域大部分对应于所得激光焊接接头的区域。激光束可以以至少8m/min，并且更具体地在8m/min和120m/min之间的相对较快的行进速度沿着闭合曲线路径推进多次。通过以这种方式执行激光焊接方法，可以在激光束和工件叠层之间实现更有效的热传递速率，并且所得激光焊接接头更有可能具有最小的孔隙率(如果有的话)。

形成激光焊接接头所需的闭合曲线焊接路径的重复跟踪可以由远程激光焊接设备或常规激光焊接设备来执行，例如其中固定激光头由高速数控机床承载的设备。根据被连接的轻金属工件的特性和希望实现的激光焊接模式(传导、钥匙孔等)，用于形成激光焊接接头的激光束可以是固态激光束或气体激光束。可以使用的一些著名的固态激光器是光纤激光器、盘激光器、直接二极管激光器和Nd:YAG激光器，并且可以使用的著名的气体激光器是CO₂激光器，尽管当然可以使用其他类型的激光器。在下面更详细地描述的所公开的方法的优选实施方式中，包括具有可倾斜反射镜和z轴聚焦透镜的扫描光学激光头的远程激光焊接设备被用于实施所公开的激光焊接方法，尽管当然可以使用具有与远程激光焊接设备相当的功能的其他类型的激光焊接设备。

将两个或更多个轻金属工件激光焊接在一起的所公开的方法可以在各种工件叠层构型上执行。例如，所公开的方法可以与包括两个重叠轻金属工件的“2T”工件叠层(图1、图3和图5-7)结合使用，或者可以与包括三个重叠轻金属工件的“3T”工件叠层(图8-9)结合使用。此外，在一些情况下，所公开的方法可以与包括四个重叠轻金属工件的“4T”工件叠层(未示出)结合使用。工件叠层中包括的两个或更多个轻金属工件可以都是铝工件或都是镁工件，并且它们不必与叠层中的其他工件具有相同的组成(在相同的基体金属类别中)或具有相同的厚度。无论工件叠层是包括两个重叠的轻金属工件还是多于两个重叠的轻金属工件，所公开的方法都以基本相同的方式执行以获得相同的结果。通过调整所用激光束的特性，可以容易地适应工件叠层构型的任何差异。

现在总体参考图1，示出了工件叠层10，其中叠层10包括重叠以限定焊接区域16的至少第一轻金属工件12和第二轻金属工件14。还示出了可以执行所公开的工件接合方法的远程激光焊接设备18。在焊接区域16的范围内，第一轻金属工件12和第二轻金属工件14分别提供工件叠层10的顶部表面20和底部表面22。工件叠层10的顶部表面20可供远程激光焊接设备18使用，并且可被从远程激光焊接设备18发出的激光束24接近。并且因为进行激光焊接只需要单侧接近，所以不需要工件叠层10的底部表面22以相同的方式变得可接近。本文使用的术语“顶部表面”和“底部表面”是相对的名称，其标识更接近并面向远程激光焊接设备18的叠层10的表面(顶部表面)和面向相反方向的叠层10的表面(底部表面)。

工件叠层10可以仅包括第一轻金属工件12和第二轻金属工件14，如图1、图3和图5-7所示。在这些情况下，并且如图3最佳所示，第一轻金属工件12包括外部外表面26和第一接合表面28，并且第二轻金属工件14包括外部外表面30和第二接合表面32。第一轻金属工件12的外部外表面26提供工件叠层10的顶部表面20，并且第二轻金属工件14的外部外表面30提供叠层10的相背对的底部表面22。并且，因为两个轻金属工件12、14是工件叠层10中存在的仅有工件，所以第一轻金属工件12的第一接合表面28和第二轻金属工件14的第二接合表面32在焊接区域16内重叠并面对以建立接合界面34。在其它实施例(其中一个在下面结合图8-9进行描述)中，工件叠层10可以包括设置在第一轻金属工件12和第二轻金属工件14之间的附加的第三轻金属工件，以为叠层10提供三个而不是两个轻金属工件。

术语“接合界面”在本公开中广泛使用，并且旨在涵盖可以适应激光焊接的实践的第一轻金属工件12和第二轻金属工件14的相面对的第一接合表面28和第二接合表面32之间的宽范围的重叠关系。例如，接合表面28、32可以通过直接或间接接触来建立接合界面34。当接合表面28、32物理邻接并且没有被落在正常组装公差范围之外的分立的居间材料层或间隙分开时，接合表面28、32彼此直接接触。当接合表面28、32被诸如密封剂或粘合剂的分立的居间材料层分开(因此不会经历作为直接接触的典型的界面邻接类型)，但是它们足够接近从而可以进行激光焊接时，接合表面28、32间接接触。作为另一示例，接合表面28、32可以通过被施加的间隙分开来建立接合界面34。这种间隙可以通过激光刻划、机械造窝或其他方式在接合表面28、32中的一个或两个上产生突出特征而施加在接合表面28、32之间。突出特征保持接合表面28、32之间的间歇接触点，间歇接触点保持表面28、32在接触点之外和周围间隔开多达1.0mm。

仍然参考图3，第一轻金属工件12包括第一轻金属基体层36，并且第二轻金属工件14包括第二轻金属基体层38。第一轻金属基体层36和第二轻金属基体层38都可以由铝或镁构成；也就是说，第一轻金属基体层36和第二轻金属基体层38都由铝构成或者都由镁构成。第一轻金属基体层36或第二轻金属基体层38中的至少一个，通常两个基体层36、38，包括表面氧化物涂层40。出于各种原因，包括腐蚀保护、强度增强和/或改善加工，以及其他原因，表面氧化物涂层40可以应用在轻金属基体层36、38中的一个或两个上，并且表面氧化物涂层40的组成主要基于下面的轻金属基体层36、38的组成。考虑到轻金属基体层36、38及其表面氧化物涂层40的厚度，至少在焊接区域16内，第一轻金属工件12的厚度121和第二轻金属工件14的厚度141中的每一个优选地在0.4mm至6.0mm的范围内。第一轻金属工件12的厚度121和第二轻金属工件14的厚度141可以彼此相同或不同。

轻金属基体层36、38可以采用落入广泛引用的铝和镁的基体金属组中的多种金属形式和组成中的任何一种。例如，如果由铝构成，轻金属基体层36、38(目前称为第一铝基体层36和第二铝基体层38)中的每一个可以分别由非合金铝或包含至少85重量%铝的铝合金构成。可以构成第一铝基体层36和/或第二铝基体层38的一些著名的铝合金是铝镁合金、铝硅合金、铝镁硅合金或铝锌合金。另外，铝基体层36、38中的每一个可以以锻造或铸造的形式单独提供。例如，铝基体层36、38中的每一个可以由4xxx、5xxx、6xxx或7xxx系列锻造铝合金薄板层、挤出件、锻件或其他加工制品或者由4xx.x、5xx.x或7xx.x系列铝合金铸件构成。可用作第一铝基体层36和/或第二铝基体层38的一些更具体种类的铝合金包括AA5182和AA5754铝镁合金、AA6011和AA6022铝镁硅合金、AA7003和AA7055铝锌合金以及Al-10Si-Mg铝压铸合金。第一铝基体层36和/或第二铝基体层38可以在各种回火（temper）下使用，包括退火(O)、应变硬化(H)和固溶热处理(T)。

如果第一轻金属基体层36和第二轻金属基体层38由镁构成，则轻金属基体层36、38(目前称为第一镁基体层36和第二镁基体层38)中的每一个可以分别由非合金镁或包含至少85重量%镁的镁合金构成。可以构成第一镁基体层36和/或第二镁基体层38的一些著名的镁合金是镁锌合金、镁铝合金、镁铝锌合金、镁铝硅合金和镁稀土合金。另外，镁基体层36、38中的每一个可以以锻造(薄板、挤出件、锻件或其他加工制品)或铸造形式单独提供。可用作第一镁基体层36和/或第二镁基体层38的镁合金的一些具体示例包括但不限于AZ91D压铸或锻造(挤出或薄板)镁合金、AZ31B压铸或挤出(挤出或薄板)镁合金以及AM60B压铸镁合金。第一镁基体层36和/或第二镁基体层38可以在各种回火下使用，包括退火(O)、应变硬化(H)和固溶热处理(T)。

存在于轻金属基体层36、38中的一个或两个(不论轻金属基体层36、38是由铝还是镁构成)上的表面氧化物涂层40可以是天然难熔氧化物涂层，当基体层36、38的新鲜金属暴露于大气时，该涂层被动形成。根据轻金属基体层是由铝还是镁构成，这种天然难熔氧化物涂层可以由氧化铝化合物或氧化镁化合物(以及可能的氢氧化镁化合物)构成。表面氧化物涂层40的厚度通常在1nm至50nm之间的任何位置，尽管也可以采用其他厚度，特别是如果采用寻求生长表面氧化物涂层40的附加处理技术，例如阳极氧化。例如，当下面的轻金属基体层由铝或镁构成时，被动形成的难熔氧化物涂层通常具有从2nm至10nm的范围内的厚度。这种表面氧化物涂层40在机械上是坚韧的，并且电绝缘和热绝缘。

重新参考图1，远程激光焊接设备18包括扫描光学激光头42。一般来说，扫描光学激光头42将激光束24的传输导向工件叠层10的顶部表面20(也是第一轻金属工件12的外部外表面26)。导向的激光束24具有束斑44，如图1A所示，束斑44是激光束24在沿着叠层10的顶部表面20定向的平面上的截面区域。扫描光学激光头42优选地安装到机械臂(未示出)，机械臂可以快速程序化演替的方式将激光头42快速且准确地运送到焊接区域16内的许多不同预选位置。与扫描光学激光头42结合使用的激光束24优选地为固态激光束，其以在电磁波谱的近红外范围内(通常被认为是700nm至1400nm)的波长操作。另外，激光束24具有功率水平能力，如果需要，在激光焊接接头形成期间，该功率水平能力可以获得足以在工件叠层10内产生钥匙孔的功率密度。在重叠的轻金属工件12、14内产生钥匙孔所需的功率密度通常在0.5-1.5MW/cm²的范围内。

可以与远程激光焊接设备18结合使用的合适的固态激光束的一些示例包括光纤激光束、盘式激光束和直接二极管激光束。优选的光纤激光束是二极管泵浦激光束，其中激光增益介质是掺杂有稀土元素(例如铒、镱、钕、镝、镨、铥等)的光纤。优选的盘式激光束是二极管泵浦激光束，其中增益介质是掺杂有稀土元素(例如，涂覆有反射表面的掺镱钇铝石榴石(Yb:YAG)晶体)并安装到散热器的薄激光晶体盘。并且优选的直接二极管激光束是从多个二极管获得的组合激光束(例如，波长组合)，其中增益介质是多个半导体，例如基于铝砷化镓(AlGaAS)或铟砷化镓(InGaAS)的半导体。可以产生这些类型的激光中的每一种以及其他变型的激光发生器是可商购获得的。当然可以使用这里没有具体提到的其他固态激光束。

扫描光学激光头42包括反射镜46的布置，反射镜46可以操纵激光束24，从而在至少部分地跨越焊接区域16的操作包络48内沿着工件叠层10的顶部表面20传送束斑44。这里，如图1所示，由于激光束24在平面内的位置由三维坐标系的“x”和“y”坐标来标识，所以由操作包络48跨越的顶部表面20的部分被标记为x-y平面。除了反射镜46的布置之外，扫描光学激光头42还包括z轴聚焦透镜50，其可以沿着激光束24的纵向轴线54移动激光束24的焦点52(图1A)，从而在垂直于图1中建立的三维坐标系中的x-y平面定向的z方向上改变焦点52的位置。此外，为了防止灰尘和碎屑不利地影响光学系统部件和激光束24的完整性，盖滑动件56可以位于扫描光学激光头42下方。盖滑动件56保护反射镜46的布置和z轴聚焦透镜50免受周围环境的影响，同时允许激光束24在没有显著中断的情况下从扫描光学激光头42射出。

反射镜46的布置和z轴聚焦透镜50在远程激光焊接设备18的操作期间协作，以决定激光束24及其束斑44在操作包络48内的期望移动以及焦点52沿着光束24的纵向轴线54的位置。更具体地，反射镜46的布置包括一对可倾斜的扫描反射镜58。每个可倾斜扫描反射镜58安装在检流计60上。两个可倾斜的扫描反射镜58可以通过由检流计60执行的精确协调的倾斜运动，将束斑44的位置移动到操作包络48的x-y平面中的任何位置，从而改变激光束24照射工件叠层10的顶部表面20的点。同时，z轴聚焦透镜50控制激光束24的焦点52的位置，以便有助于以正确的功率密度管理激光束24，并在瞬间和随时间推移获得期望的热输入。所有这些光学部件50、58可以在几毫秒或更短的时间内快速转位，以便在控制焦点52的位置的同时，沿着下面更全面描述的闭合曲线焊接路径相对于工件叠层10的顶部表面20的x-y平面推进激光束24的束斑44。

远程激光焊接区别于其他传统形式激光焊接的特征是激光束24的焦点长度。这里，如图1中最佳所示，激光束24具有焦点长度62，该焦点长度62被测量为焦点52和最后的可倾斜扫描反射镜58之间的距离，该最后的可倾斜扫描反射镜在激光束24离开扫描光学激光头42之前拦截并反射激光束24。激光束24的焦点长度62优选地在0.4米至2.0米的范围内，焦点52的直径通常在100μm至700μm的范围内任何位置。焦点长度以及焦距64可以容易地调节。本文所用术语“焦距”是指激光束24的焦点52和工件叠层10的顶部表面20之间沿着束24的纵向轴线54的距离，如图1A最佳所示。因此，当焦点52定位在叠层10的顶部表面20处时，激光束24的焦距64为零。同样，当焦点52定位在顶部表面20上方时，焦距为正距离值(+)，而当焦点52定位在顶部表面20下方时，焦距为负距离值(-)。

在当前公开的激光焊接方法中，现在参考图1-7，通过用激光束24以特定方式瞬时熔融轻金属工件12、14的部分，在工件叠层10中形成激光焊接接头66。为了形成激光焊接接头66，激光束24由扫描光学激光头42导向焊接区域16内的预定焊接位置处工件叠层的顶部表面20。激光束24对叠层10的顶部表面20的最终照射在叠层10内产生熔融金属焊接熔池68，如图2-3所示，该焊接熔池68从顶部表面20朝向底部表面22穿透到叠层10中，并且最初可以与第一轻金属工件12和第二轻金属工件14之间建立的接合界面34相交，或者可以不相交。事实上，在图3所示的2T叠层中，熔融金属焊接熔池68可以部分或完全穿透工件叠层10。如图所示，完全穿透的熔融金属焊接熔池68完全穿透工件叠层10并突破叠层10的底部表面22，而部分穿透的熔融金属焊接熔池68穿透到顶部表面20和底部表面22之间的某个中间深度，因此不延伸到或突破叠层10的底部表面22。

此外，激光束24优选地具有足以汽化束斑44正下方的工件叠层10的功率密度。这种汽化作用产生钥匙孔70(也在图2-5中描绘)，钥匙孔70是汽化工件金属的柱，其经常包含等离子体。钥匙孔70形成在熔融金属焊接熔池68内，并施加足以防止周围熔融金属焊接熔池68向内塌陷的指向外的蒸气压力。并且，像熔融金属焊接熔池68一样，钥匙孔70也从顶部表面20朝向底部表面22穿透到工件叠层10中，并且最初可以与第一轻金属工件12和第二轻金属工件14之间建立的接合界面34相交，或者可以不相交。钥匙孔70为第一激光束24’提供了将能量向下传送到工件叠层10中的管道，从而有助于熔融金属焊接熔池68相对较深而窄地穿透到工件叠层10中。钥匙孔70可以与熔融金属焊接熔池68一起完全(如图所示)或部分穿透工件叠层10。

在形成熔融金属焊接熔池68和优选地钥匙孔70时，激光束24和特别地其束斑44在操作包络48的x-y平面中相对于工件叠层10的顶部表面20在向前方向74上沿着闭合曲线焊接路径72推进多次，如图2所示。闭合曲线焊接路径72可以是圆形焊接路径，如图2所示，在这种情况下，焊接路径的直径721围绕其圆周是恒定的。然而，在另一个实施例中，闭合曲线焊接路径72可以采用另一种几何形状来代替圆形焊接路径，包括例如椭圆形焊接路径，其具有在其圆周上的两个最远点之间延伸的大直径和在其圆周上的两个最近点之间延伸的小直径。但是不管其轮廓如何，当从工件叠层10的顶部表面20观察时，闭合曲线焊接路径72的尺寸设计成基本上对应于激光焊接接头66的期望圆周；换句话说，由闭合曲线焊接路径72限定的区域基本上等同于最终形成的激光焊接接头66的区域。为此，如果闭合曲线焊接路径72形状是圆形的，其直径721优选地在4mm至12mm的范围内。

激光束24可以沿着闭合曲线焊接路径72推进多次，如前所述，闭合曲线焊接路径72基本上对应于正在形成的激光焊接接头66的期望圆周。也就是说，激光束24沿着闭合曲线焊接路径72推进不止一次，这意味着激光束24有效地一次又一次地跟踪相同的焊接路径达预定数量的完整焊道。激光束24可以以至少8m/min(米/分钟)、更优选地在10m/min和50m/min之间的束行进速度沿着闭合曲线焊接路径72推进。如上所述，通过精确控制扫描光学激光头42内可倾斜扫描反射镜58的协调移动来管理激光束24以这样的行进速度沿着闭合曲线焊接路径72的推进。通过以明显快于激光焊接期间常规实现的束行进速度(即1m/min至5m/min)的这种相对较高的速度沿着闭合曲线焊接路径72重复推进激光束24，激光焊接接头66的结构完整性被认为受到积极影响，这将在下面进一步解释。

激光束24的束斑44沿着闭合曲线焊接路径72的重复推进导致熔融金属焊接熔池68(以及钥匙孔70，如果存在的话)沿着工件叠层10内的类似路线相应地平移，如图4所示。同时，被工件叠层10吸收的激光束24的能量产生热量，该热量又通过从闭合曲线焊接路径72径向向内和向下朝向工件叠层10的底部表面22传导而传递。如图4-5所示，随着激光束24继续跟踪闭合曲线焊接路径72，这种传导性热传递使第一轻金属工件12和第二轻金属工件14在闭合曲线焊接路径72以内和以下的部分熔融，以生长和发展熔坑76，熔坑76最终包围闭合曲线焊接路径72内的整个区域。激光束24需要沿着同一闭合曲线焊接路径72推进以发展较大熔坑76的次数可以根据轻金属工件12、14的组成、工件12、14的厚度121、141以及激光焊接接头66的期望尺寸而变化。然而，在许多情况下，激光束24可以完全沿着闭合曲线焊接路径72推进从4次至80次或者更窄地8次至30次的任何次数。

熔坑76生长成与两个轻金属工件12、14之间建立的接合界面34相交，同时如图所示完全穿透工件叠层10，或者仅部分穿透叠层10。熔坑76的向内生长和由激光束24沿着闭合曲线焊接路径72的重复和相对快速的推进在生长的熔坑76中引起的搅拌效应不仅导致向工件叠层10中的有效和高效的热传递，而且这些动作还配合以将源自顶部表面20、接合界面34和可能地甚至底部表面22的表面氧化物涂层碎片朝向熔坑76的中心推送或驱动。并且，除了朝向熔坑76的中心推送或驱动之外，被诱捕的表面氧化物涂层碎片有上升到熔坑76顶部的趋势，熔坑76顶部是位于最靠近工件叠层10的顶部表面20处的熔坑76的暴露表面。一旦激光束24的束斑44由于熔坑76的令人满意的生长和穿透已经完成对闭合曲线焊接路径72的重复跟踪，激光束24的传输就停止，或者将激光束24以其他方式从闭合曲线焊接路径72中移除。能量和热传递的最终停止允许熔坑76快速冷却和凝固成再凝固的复合工件材料78，如图6所示。

从激光束24获得的集体再凝固的复合工件材料78构成激光焊接接头66，根据前面的熔坑76是完全还是部分穿透叠层10，激光焊接接头66可以完全延伸穿过或部分延伸到工件叠层10中，并且可以被热影响区(HAZ)包围。激光焊接接头66因此从叠层10的顶部表面20朝向底部表面22延伸到工件叠层10中，同时与接合界面34相交，以便将轻金属工件12、14自动熔焊在一起。包括激光焊接接头66的再凝固复合工件材料78的组成取决于第一轻金属工件12和第二轻金属工件14的组成。此外，如图6中以代表性方式并且不一定按比例示出的，在激光束24沿着闭合曲线焊接路径72重复推进期间上升到熔坑76顶部的表面氧化物涂层碎片可以作为膜或其他聚集物80停留在激光焊接接头66的顶部表面82上。这些表面氧化物涂层碎片向激光焊接接头66的顶部表面82的迁移(并因此向激光焊接接头66的内部之外的迁移，否则它们可能会停留在内部)显著减少，并且甚至可以完全消除激光焊接接头66内的孔隙形成。

在所公开的激光焊接方法的一些实施例中，特别是当闭合曲线焊接路径72的直径721为6.5mm或更大时，由于沿着闭合曲线焊接路径72重复推进激光束24所引起的搅拌效应和熔坑76的快速凝固，在激光焊接接头66中可能出现从接头66的顶部表面82向下延伸的中心凹口84，如图7所示。中心凹口84的存在通常不会不利地影响激光焊接接头66的机械性能(例如拉伸强度、交叉拉伸强度等)。相反，在大多数情况下，中心凹口84仅仅有损于激光焊接接头66的外观，并且可能产生劣质焊接接头的错误感觉。在中心凹口84保留在激光焊接接头66中的那些情况下，在激光束24完成其沿着闭合曲线焊接路径72的重复推进之后，激光束24可以被再传输，并且其束斑44沿着次级束行进图案86推进，如图2所示，次级束行进图案86被投射到激光焊接接头66的顶部表面82上。激光束24沿着次级束行进图案86的推进熔融了激光焊接接头66的中心部分，并因此消耗了中心凹口84，从而使得接头66的顶部表面82在视觉上更吸引人。

次级束行进图案86由一个或多个焊接路径88组成，焊接路径88横跨中心凹口84并且完全位于闭合曲线焊接路径72内。一个或多个焊接路径88限定优选地为闭合曲线焊接路径72限定的区域的50%或更小的区域，并且可以采用多种几何构型中的任何一种。例如，在一个特定实施例中，次级束行进图案86的一个或多个焊接路径88可以是第二闭合曲线焊接路径90，例如图2所描绘的圆形焊接路径或椭圆形焊接路径。像以前一样，形成次级束行进图案86的圆形焊接路径具有围绕其圆周恒定的直径901。并且，虽然次级束行进图案86的圆形焊接路径的直径901可以根据激光焊接接头66的尺寸而变化，但是在许多情况下，圆形焊接路径的直径901优选地在0.5mm至6.0mm的范围内。当圆形焊接路径被用作次级焊接图案86时，如图2所示，激光束24可以以优选地在8m/min和120m/min之间或者更窄地在10m/min和60m/min之间的束行进速度沿着焊接路径推进多次，例如在两次和三十次之间。

除了图2所示的第二闭合曲线焊接路径90(例如，圆形焊接路径或椭圆形焊接路径)之外，次级束行进图案86可以采用一个或多个焊接路径88的其他布置。实际上，仅举几个例子，次级束行进图案86可以包括单个螺旋焊接路径、一系列同心圆形焊接路径、一系列椭圆形焊接路径、具有螺旋、圆形或椭圆形形状的波状焊接路径、或者星形或三叶草形焊接路径。PCT/CN2016/102669、PCT/CN2016/083112、PCT/CN2015/094003、PCT/CN2015/099569和PCT/CN2015/088563中示出和描述了一个或多个焊接路径88的这些类型的替代布置中的一些的具体实施方式。如果一个或多个焊接路径88的这些替代布置中的任何一个被用作次级束行进图案86，焊接路径88可以覆盖激光焊接接头66的顶部表面82上与上述具有0.5mm至6.0mm的优选直径901的第二闭合曲线焊接路径90相似尺寸的区域。激光束24也可以沿着一个或多个焊接路径88的任何前述替代布置以束行进速度推进一次或几次，该速度优选地在8m/min和120m/min之间，或者更窄地在10m/min和60m/min之间。

如上所述，在所公开的激光焊接方法的实践过程中，激光束24沿着闭合曲线焊接路径72推进多次，这产生了具有最小孔隙率(如果有的话)的激光焊接接头66，然后可以可选地过渡到包含在先前跟踪的闭合曲线焊接路径72中的次级焊接图案86并沿着该次级焊接图案推进，以消除有时形成的中心凹口84。除了适用于至少闭合曲线焊接路径72的相对较快的束行进速度之外，执行这种激光焊接方法所需的操作激光束24的特性可以由本领域技术人员容易地确定。当然，激光束24在沿着闭合曲线焊接路径72重复推进期间可以具有从1kW至50kW的范围内的功率水平和在-30mm和+30mm之间的焦点位置(相对于工件叠层10的顶部表面20)，并且如果次级束行进图案86形成激光焊接方法的一部分，则在沿着次级束行进图案86推进期间可以进一步具有从0.5kW至20kW的范围内的功率水平和在-50mm和+50mm之间的焦点位置。

图1、图3和图5-7示出了工件叠层10的一个实施例，其包括建立单个接合界面34的两个重叠的轻金属工件12、14。当然，如图8-9所示，所公开的激光焊接方法也可以在工件叠层10上实施，该工件叠层10包括位于第一轻金属工件12和第二轻金属工件14之间的具有厚度151的附加第三轻金属工件150。第三轻金属工件150(如果存在的话)包括第三轻金属基体层152，其也可以涂覆有表面氧化物涂层40(如图所示)。第三轻金属工件150在许多一般方面类似于第一轻金属工件12和第二轻金属工件14，因此，上述第一轻金属工件12和第二轻金属工件14的描述(特别是轻金属基体层的组成、它们可能的表面氧化物涂层和工件厚度)完全适用于第三轻金属工件150。在该实施例中，工件叠层10的焊接区域16现在由所有第一轻金属工件12、第二轻金属工件14和第三轻金属工件150的公共重叠程度来限定。

作为以重叠方式堆叠第一轻金属工件12、第二轻金属工件14和第三轻金属工件150以提供工件叠层10的结果，并且如图8中最佳所示，第三轻金属工件40具有两个接合表面：第三接合表面156和第四接合表面158。第三接合表面156与第一轻金属工件12的第一接合表面28重叠并面对，并且第四接合表面158与第二轻金属工件14的第二接合表面32重叠并面对。在焊接区域16内，第一轻金属工件12和第三轻金属工件150的面对的第一接合表面28和第三接合表面156建立第一接合界面160，第二轻金属工件14和第三轻金属工件150的面对的第二接合表面32和第四接合表面158建立第二接合界面162。这些接合界面160、162与上面参照图1、图3和图5-7中所示2T叠层描述的接合界面34是相同类型并包含相同属性。因此，在该实施例中，侧翼第一轻金属工件12和第二轻金属工件14的外部外表面26、30仍然在相反方向上彼此背离，并且构成工件叠层10的顶部表面20和底部表面22。

所公开的激光焊接方法以与上述相同的一般方式实施；也就是说，激光束24沿着闭合曲线焊接路径72推进多次，优选地以大于8m/min或者更窄地在10m/min和50m/min之间的束行进速度完成四个和八十个之间的完整焊道，这导致熔融金属焊接熔池68和钥匙孔70(如果存在的话)在叠层10内相应地平移，如图2和图7所描绘。与激光束24沿着闭合曲线焊接路径72的这种推进相关联的向内和向下的传导性热传递生长并发展熔坑76，熔坑76在这里与轻金属工件12、14、150之间建立的第一接合界面160和第二接合界面162中的每一个相交，同时如图所示完全穿透工件叠层10，或者仅部分穿透叠层10。激光束24的传输的最终停止导致熔坑76冷却并凝固成再凝固的复合工件材料78，其共同构成激光焊接接头66，如图8所示。激光束24然后可以可选地沿着包含在先前跟踪的闭合曲线焊接路径72内的次级焊接图案84推进，以消除可能根据闭合曲线焊接路径72的尺寸形成的中心凹口82。

优选示例性实施例和具体示例的上述描述本质上仅仅是描述性的；它们并非意图限制所附权利要求的范围。除非说明书中另外具体而无歧义地说明，否则所附权利要求中使用的每一个术语都应被赋予其普通和习惯的含义。

Claims (20)

1.一种将两个或更多个包括表面氧化物涂层的轻金属工件激光焊接在一起的方法，所述方法包括：

将激光束导向包括两个或更多个重叠的轻金属工件的工件叠层的顶部表面，所述工件叠层包括在焊接区域内重叠的至少第一轻金属工件和第二轻金属工件，所述第一轻金属工件提供所述工件叠层的所述顶部表面，所述第二轻金属工件提供所述工件叠层的底部表面，并且其中所述工件叠层内的每对相邻的重叠轻金属工件在两者间建立接合界面；

相对于所述工件叠层的所述顶部表面推进所述激光束的束斑，使得所述束斑以8m/min或更高的束行进速度沿着闭合曲线焊接路径推进多次，以生长和发展从所述工件叠层的所述顶部表面上的所述闭合曲线焊接路径向内和向下延伸的熔坑，所述熔坑从所述工件叠层的所述顶部表面朝向所述底部表面穿透所述工件叠层，并与所述工件叠层的所述焊接区域内建立的每个接合界面相交，

允许所述熔坑凝固成由再凝固的复合工件材料构成的激光焊接接头，所述激光焊接接头在所述焊接区域内将所述两个或更多个重叠的轻金属工件熔焊在一起。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一轻金属工件具有外部外表面和第一接合表面，并且所述第二轻金属工件具有外部外表面和第二接合表面，所述第一轻金属工件的所述外部外表面提供所述工件叠层的所述顶部表面，并且所述第二轻金属工件的所述外部外表面提供所述工件叠层的所述底部表面，并且其中，所述第一和第二轻金属工件的所述第一和第二接合表面重叠并面对以建立接合界面。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一轻金属工件具有外部外表面和第一接合表面，并且所述第二轻金属工件具有外部外表面和第二接合表面，所述第一轻金属工件的所述外部外表面提供所述工件叠层的所述顶部表面，所述第二轻金属工件的所述外部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和第二轻金属工件之间的第三轻金属工件，所述第三轻金属工件具有相对的第三和第四接合表面，所述第三接合表面重叠并面对所述第一轻金属工件的所述第一接合表面以建立第一接合界面，并且所述第四接合表面重叠并面对所述第二轻金属工件的所述第二接合表面以建立第二接合界面。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述两个或更多个重叠的轻金属工件中的每一个都是铝工件。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述两个或更多个重叠的轻金属工件中的每一个都是镁工件。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述闭合曲线焊接路径是圆形焊接路径。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述圆形焊接路径的直径在从4mm至12mm的范围内。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述激光束的所述束斑完全沿着所述闭合曲线焊接路径推进从四次到八十次的任何次数。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述激光束以从10m/min至50m/min的束行进速度沿着所述闭合曲线焊接路径推进。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述激光束是固态激光束，并且其中，沿着所述闭合曲线焊接路径多次推进激光束由远程激光焊接设备执行。

11.根据权利要求1所述的方法，还包括：

再传输所述激光束，并沿着包含在所述闭合曲线焊接路径内的次级束行进图案相对于所述激光焊接接头的顶部表面推进所述激光束的所述束斑，以便熔融所述激光焊接接头的一部分并消耗限定在所述激光焊接接头内的中心凹口。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述次级束行进图案包括第二闭合曲线焊接路径，并且其中，所述激光束的所述束斑以8m/min或更高的束行进速度沿着所述第二闭合曲线焊接路径推进多次。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第二闭合曲线焊接路径是第二圆形焊接路径，并且所述第二圆形焊接路径的直径在从0.5mm至6.0mm的范围内。

14.一种将两个或更多个包括表面氧化物涂层的轻金属工件激光焊接在一起的方法，所述方法包括：

提供工件叠层，所述工件叠层包括重叠以限定焊接区域的两个或更多个轻金属工件，所述工件叠层的所述焊接区域具有顶部表面和底部表面，并且进一步在所述工件叠层中包括的每对相邻的轻金属工件之间建立接合界面，并且其中，所述工件叠层中的所述两个或更多个轻金属工件全部都是铝工件或镁工件；

将激光束导向所述工件叠层的所述顶部表面，以产生钥匙孔和围绕所述钥匙孔的熔融金属焊接熔池，所述钥匙孔和所述熔融金属焊接熔池中的每一个从所述叠层的所述顶部表面朝向所述叠层的所述底部表面穿透所述工件叠层；

相对于所述工件叠层的所述顶部表面推进所述激光束的束斑，使得所述束斑以从8m/min至120m/min的束行进速度沿着闭合曲线焊接路径推进多次，以生长和发展从所述工件叠层的所述顶部表面上的所述闭合曲线焊接路径向内和向下延伸的熔坑，所述熔坑从所述工件叠层的所述顶部表面朝向所述底部表面穿透所述工件叠层，并与所述工件叠层的所述焊接区域内建立的每个接合界面相交；

停止所述激光束的传输，以允许所述熔坑凝固成由再凝固的复合工件材料构成的激光焊接接头，所述激光焊接接头在所述焊接区域内将所述两个或更多个重叠的轻金属工件熔焊在一起，并且其中，所述激光焊接接头进一步限定从所述激光焊接接头的顶部表面向下延伸到所述激光焊接接头中的中心凹口；和

再传输所述激光束，并沿着包含在所述闭合曲线焊接路径内的次级束行进图案相对于所述激光焊接接头的所述顶部表面推进所述激光束的所述束斑，以便熔融所述激光焊接接头的一部分并消耗所述中心凹口。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述工件叠层包括两个或三个重叠的轻金属工件。

16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述闭合曲线焊接路径是直径在从4mm至12mm的范围内的圆形焊接路径。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述次级束行进图案包括直径在从0.5mm至6.0mm范围内的第二圆形焊接路径，并且其中，所述激光束的所述束斑沿着所述第二圆形焊接路径推进多次。

18.一种将两个或三个包括表面氧化物涂层的轻金属工件激光焊接在一起的方法，所述方法包括：

提供工件叠层，所述工件叠层包括重叠以限定焊接区域的两个或三个轻金属工件，所述工件叠层的所述焊接区域具有顶部表面和底部表面，并且进一步在所述工件叠层中包括的每对相邻轻金属工件之间建立接合界面，并且其中，所述工件叠层中的所述两个或三个轻金属工件全部都是铝工件或镁工件；

形成激光焊接接头，所述激光焊接接头将所述两个或三个重叠的轻金属工件熔焊在一起，其中，形成所述激光焊接接头包括操作远程激光焊接设备的扫描光学激光头，以将激光束导向所述工件叠层的所述顶部表面，和此外，以相对于所述工件叠层的所述顶部表面推进所述激光束的束斑，使得所述束斑以从8m/min至120m/min的范围内的束行进速度沿着闭合曲线焊接路径推进多次，以在所述工件叠层的所述顶部表面上生长和发展从所述闭合曲线焊接路径向内和向下延伸的熔坑。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述闭合曲线焊接路径是直径在从4mm到12mm的范围内的圆形焊接路径，并且其中，所述激光束的所述束斑完全沿着所述闭合曲线焊接路径推进从4次到80次的任何次数。

20.根据权利要求18所述的方法，还包括：

沿着包含在所述闭合曲线焊接路径内的次级束行进图案相对于所述激光焊接接头的顶部表面推进所述激光束的所述束斑，以便熔融所述激光焊接接头的一部分并消耗限定在所述激光焊接接头内的中心凹口，并且其中，所述次级束行进图案由一个或多个焊接路径构成，所述一个或多个焊接路径限定的区域是由所述工件叠层的所述顶部表面上所述闭合曲线焊接路径限定的区域的50%或更小。

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