CN117921305A - 一种界面表面制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组装车辆部件的方法、一种用于组装车辆部件的系统以及一种车辆部件组件。由钢片材形成板坯，其中，钢片材包括表面上的涂层。自板坯的第一界面表面移除该涂层，并且在移除该涂层之前或之后冲压该板坯。第一动态界面表面相对于第二界面表面设置，并与其热接合在一起形成接头。

Description

一种界面表面制备方法

背景技术

各种涂层用于保护车辆组件中使用的钢免受腐蚀和氧化。这种涂层的两个示例包括热浸镀锌涂层和铝硅涂层，其中热浸镀锌涂层施加于金属片材。热浸镀锌在钢片材上设置锌层，其在锌层与钢的界面附近与钢中的铁结合。涂层保护投入使用的钢基免受腐蚀，并增强在冲压或其它制造期间的耐磨损性。铝硅涂层在钢的表面设置铝层和硅层。铝硅涂层用于冲压硬化钢上，从而，除了提供耐腐蚀性之外，还保护钢在热冲压过程中不被氧化。然而，当涂层存在于正在焊接或钎焊的钢表面中的一面或两面上时，(一层或多层)涂层将杂质引入焊接接头中，并可能对接头的机械性能造成负面影响。

因此，虽然当前涂层技术满足了它们期望的目的，但是仍有提供一种确保坚固的接头完整性的方法和系统的空间，其中，在焊接或钎焊之前的组装工艺中，移除涂层。

发明内容

根据几个方面，本公开针对一种组装车辆部件的方法。该方法包括：由钢片材形成板坯，其中，钢片材包括表面上的涂层。方法还包括：自板坯的第一界面表面移除涂层，并且在移除涂层之前或之后冲压板坯。方法还包括：相对于第二界面表面设置第一界面表面；以及将第一界面表面热接合至第二界面表面以形成接头。

在上述实施例中，涂层是热浸镀锌(HDG)涂层、铝硅(AlSi)涂层、电镀锌层(EG)、热浸镀锌退火(HDGA)涂层、锌铝镁(ZnAlMg)涂层和铝锌(AlZn)涂层中的一种。

在上述实施例的另一实施例中，切割板坯包括液压切割板坯、机械切割板坯或激光切割板坯中的至少一种。

在上述实施例的另一实施例中，该方法还包括：通过以下方式中的至少一种自第一界面表面移除涂层：激光烧蚀和机械磨损。

在上述实施例的另一实施例中，该方法还包括：通过机械磨损自第一界面表面移除涂层，其中，机械磨损包括用研磨机磨损涂层。

在上述实施例的另一实施例中，研磨机包括以下项中的一种：钢丝刷和磨料。

在上述任意实施例中，使用以下工艺中的至少一种将第一界面表面与第二界面表面热接合在一起：激光焊接和激光钎焊。

在上述实施例的另一实施例中，自第一界面表面移除涂层之前，冲压板坯。可替代地，自第一界面表面移除涂层之后，冲压板坯。

在上述实施例的另一实施例中，板坯包括至少两个件，并且形成板坯还包括：将该至少两个件激光焊接在一起以形成板坯。

在上述实施例中，激光焊接使用激光器，并且移除涂层使用的是激光焊接板坯的至少两个件中所使用的激光器。

在上述任意实施例中，该方法还包括：在形成板坯之前展开钢片材。

在上述实施例的另一实施例中，该方法还包括：在形成板坯之前展开钢片材，其中，涂层包括热浸镀锌涂层；移除涂层之后冲压板坯；以及通过将第一界面表面与第二界面表面激光钎焊在一起，来将第一界面表面热接合至第二界面表面。

在上述实施例的另一实施例中，该方法还包括：在形成板坯的同时，通过激光烧蚀或机械磨损自第一界面表面移除涂层。

在上述实施例的另一实施例中，该方法包括：在形成板坯之前展开钢片材，涂层包括铝硅涂层。该方法还包括：激光焊接钢片材的至少两个件以形成板坯；以及在激光焊接钢片材的件以形成板坯的同时，自第一界面表面移除涂层。该方法还包括：在移除涂层之后，冲压板坯；以及通过激光焊接将第一界面表面热接合至第二界面表面。

在上述实施例的另一实施例中，该方法还包括：在形成板坯之前展开钢片材，其中，涂层包括铝硅涂层；在移除涂层之前，通过热冲压来冲压板坯；在移除涂层之前，修整板坯；以及通过激光焊接将第一界面表面热接合至第二界面表面。

在上述实施例中，该方法包括：在热冲压板坯之后以及移除涂层之前，修整板坯。

在上述实施例的另一实施例中，该方法包括通过以下工艺中的至少一种自第一界面移除涂层：激光烧蚀和机械磨损。

根据几个方面，本公开还涉及一种用于组装车辆部件的系统。该系统包括：用于从钢片材切割板坯的切割机，钢片材包括表面上的涂层；用于在第一界面表面自板坯移除涂层的涂层移除器；用于将第一界面表面热接合至第二界面表面的激光接合器；以及用于在使用涂层移除器移除涂层之前或之后进行冲压板坯的冲压机。

根据几个方面，本公开涉及一种车辆部件组件。该车辆部件组件包括第一钢片材，其包括布置在第一钢片材表面上的涂层，第一钢片材限定第一界面表面，其中，在第一界面表面处移除涂层；并且其中，将第一钢片材冲压成车辆部件的构造，以及在第一界面表面与第二界面表面之间形成的接头。第二界面表面在第二钢片材或第一钢片材中的一个上。

附图说明

从详细描述和附图将更全面地理解本公开，其中：

图1示出了根据本公开的实施例包括车架的车辆。

图2A至图2F示出了通过激光焊接和激光钎焊工艺形成的多个接头，包括：

图2A示出了边缘接头；

图2B示出了对接接头；

图2C示出了搭接接头；

图2D示出了斜接接头；

图2E示出了角接接头；以及

图2F示出了接头。

图3包括示出根据本公开实施例的一种形成车辆组件的一般方法的流程图；

图4包括示出根据本公开实施例的一种形成车辆组件的方法的流程图；

图5包括示出根据本公开实施例的形成车辆组件的另一种方法的流程图；以及

图6包括根据本公开实施例的一种用于组装车辆部件的系统的示意图。

具体实施方式

以下描述本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制本公开、应用或用途。此外，无意受到前述介绍、发明内容或以下详细说明中提出的任何明示或暗示的理论的约束。应当理解，在整个附图中，对应附图标记指示相似或对应元件和特征。

如本文所使用的，术语“车辆”不限于汽车。虽然本文主要结合汽车描述了本技术，但是该技术不限于汽车。这些构思能够用于各种应用，诸如，与摩托车、轻便摩托车、机车、航空器、海用船舶、或其它车辆相关的各种应用，以及用于其它结构部件或非结构部件，其中，涂层施加于钢以在冲压钢板坯的组装过程中保护钢，但是涂层可能会妨碍接合工艺，从而弱化一个或多个冲压和组装板坯之间形成的接头。

本公开针对一种组装车辆部件的方法，包括：在制造和组装工艺期间涂覆钢板坯的界面表面制备。涂层包括，例如，热浸镀锌(Hot Dipped Galvanized，HDG)涂层、铝硅(AlSi)涂层、电镀锌层(electrogalvanized，EG)、热浸镀锌退火(Hot DippedGalvannealed，HDGA)涂层、锌铝镁(ZnAlMg)涂层、铝锌(AlZn)涂层或者其它涂层，其可能由于引入杂质、孔隙度或外观缺陷，不利于接合工艺和接头完整性。在制造过程中以及组装之后，这些涂层保护钢免受腐蚀、不被氧化或同时免受腐蚀和氧化。然而，涂层妨碍冲压板坯的接合，从而弱化接头。在组装工艺中制备接头界面表面，在界面表面移除涂层，减少了热接合时杂质的形成，杂质是由涂层在界面引入到下方钢中的。

热接合工艺可以包括，例如，激光焊接和激光钎焊。在激光焊接过程中，利用激光束将冲压钢板坯接合在一起，这为熔化冲压板坯，从而在焊缝处将冲压板坯接合在一起，提供了集中热源。如果没有自正在接合的板坯表面中的一面或两面移除涂层，涂层熔化或蒸发并扩散至接头界面内，这可能降低或改变接头的机械完整性。蒸发还可能导致孔隙度或外观缺陷。可以使用包括对接焊缝、填料搭接焊缝、搭接焊逢、T形焊接焊逢、角接焊缝和边缘焊接的激光焊接，来形成多个接头。在激光钎焊过程中，通过熔化流入接头的填充材料，诸如，焊剂或粗锌，将两个或更多个冲压钢板坯接合在一起。如果正在接合的表面的一面或两面包括涂层时，熔化填充材料还可能熔化涂层；涂层的组分可能扩散到该填充材料内，从而降低接头的机械完整性。可以使用包括对接接头、搭接接头、角接接头和斜接接头的钎焊，来形成多个接头。

图1示出了包括多个部件(诸如，车身骨架102)的车辆100的非限制性实施例，该多个部件由一个或多个冲压钢板坯组装在一起，可以在组装工艺中激光焊接或激光钎焊该冲压钢板坯。组装工艺在本文中理解为包括一系列步骤的工艺以及参考这种工艺生产的(一个或多个)部件；在包括一系列步骤的工艺中，形成或添加零件或材料，以形成车辆部件。形成车身骨架102的几个件104包括，例如，A柱106、B柱108、地板110和车顶112，并且这几个件104可以由接合在一起以形成车身骨架102的一个或多个板坯冲压形成。多个部件在一个或多个界面表面热接合在一起，如图2A至图2F所示，以在界面处形成接头。界面表面是形成接头一部分的那些表面。在这些方面中，至少一个界面表面包括存在于表面上的涂层。该涂层在形成板坯之后且形成接头之前被移除。除了上述说明的件之外，在形成板坯的同时，本文中的组装工艺还可以用于由包括涂层的至少一个件形成的许多其它组件。

现在参考图2A至图2F，其示出了可能用于本文所述的热结合工艺中的多个接头。图2A示出了边缘接头200，其将两个堆叠的片材202、204在每个片材202、204的端部206、208处接合在一起。在所述实施例中，涂覆第一片材202，且不涂覆第二片材204。片材202、204还包括主表面210、212、214、216。第一片材202的端部206设置第一界面表面，并且第二片材204的端部208设置第二界面表面；第一界面表面和第二界面表面结合在一起，以形成接头。图2B示出了对接接头220，其将两个相邻的涂覆片材222、224在片材222、224的相邻端部226、228处接合在一起。相邻端部226、228设置界面表面。图2C示出了搭接接头230，其将搭接的涂覆片材232、234接合在一起。在区域236、238中设置界面表面，其中，涂层被移除。区域236、238位于片材的主表面242、244上。图2D示出了斜接接头250，其将相邻的涂覆片材252、254在搭接的相邻端部256、258处接合在一起，相邻端部256、258设置了界面表面。从搭接的相邻端部256、258移除涂层。图2E示出了角接接头260，其中，第一未涂覆片材262以与第二涂覆片材264成90°的方式设置，并且第一片材262的端部266在第二片材264的端部269附近的区域268内与第二片材264接触。第一片材262的端部266设置第一界面表面，并且第二片材264的区域268设置第二界面表面。第一片材262的端部266接触的第二片材264的区域268在第二片材264的主表面267上。图2F示出T形接头270，其中，第一涂覆片材272以与第二未涂覆片材274成90°的方式设置，并且第二片材274的端部278在第一片材272的中部279附近的区域276内与第一片材272接触。第二片材274的端部278设置第一界面表面，并且第二片材274接触的第一片材272的区域276设置第二界面表面。第二片材274的端部278接触的第一片材272的区域276在第一片材272的主表面282上。

以片材的形式提供用于本文所述的部件和方法中的钢，其可由卷料(coil)展开。在实施例中，钢包括碳钢。碳钢包括铁与碳以及其它合金元素(包括锰、硅和铜)的合金，其中碳占钢总重量的0.0001-0.5wt.％(weight percent，重量百分比)。在可替代实施例中，钢包括铁素体级不锈钢，诸如，镀铝409。镀铝409包括铁和铬以及其它合金元素的合金，其中铬占钢总重量的10-25wt.％，碳占钢总重量的0.03-1.0wt.％，并且其它合金元素包括锰、磷、硫、硅、铜、镍、铬、钼、锡、钒、铌、钛、铝和氮中的至少一种。在另一方面中，钢包括硼钢。硼钢包括铁与硼以及其它合金元素的合金，其中硼占钢总重量的0.0003-0.004wt.％，并且其它合金元素是诸如，碳、锰、磷、硫和硅。应当理解，在另一可替代实施例中，可以使用其它形式的钢，包括，例如，合金钢和先进高强度钢。

用于形成多个界面表面中的至少一个的钢在至少一个主表面上包括涂层。在实施例中，涂层包括至少一个元素组分，当该元素组分存在于形成接头的钢或存在于形成接头的钎焊填充材料中时，降低接头的机械性能。在实施例中，涂层是热浸镀锌涂层。热浸镀锌在钢上设置锌层，其在锌层与钢的界面附近与钢中的铁结合。涂层保护钢基免受腐蚀，并增强了耐磨损性。在可替代实施例中，涂层是热浸镀锌退火(HDGA)涂层，其中，在施加锌层之后，对钢进行退火。在附加可替代实施例中，涂层是铝硅涂层。铝硅涂层在钢的表面上设置铝层和硅层。铝硅涂层用于热成形钢上，从而在热冲压过程中保护钢不被氧化，并且还提供耐腐蚀性。在另一可替代实施例中，涂层是锌铝镁(ZnAlMg)涂层，其可能展现出比热浸镀锌涂层更高的耐腐蚀性。在另一附加实施例中，涂层是铝锌(AlZn)涂层，其提供防腐和防锈保护。在又一实施例中，涂层包括电镀锌层，其中，通过电镀将纯锌施加于钢片材上。

图3示出了车辆部件的组装方法300。从框302开始，由钢片材形成板坯。钢的主表面包括涂层，诸如，上述热浸镀锌涂层或铝硅涂层。通过包括液压、机械和激光工艺(诸如，水射流切割、剪切、冲孔或激光切割)的工艺，从钢片材上切割下钢，以提供初始形状，该初始形状之后将通过冲压形成为期望的构造，从而形成板坯。在实施例中，在冲孔或激光切割之前或之后，将多件切割后的钢激光焊接在一起，以提供板坯。在框304，在框306的自界面表面移除涂层之前(如所示)或之后(如本文进一步描述的)，冲压该板坯。冲压工艺包括冷冲压或热冲压中的至少一种。在框306，在界面表面，自板坯移除涂层。通过激光烧蚀和机械磨损移除涂层。通过激光促进激光烧蚀，而机械磨损包括使用研磨机。研磨机包括，例如，展现出比涂层更高硬度的钢丝刷或磨料。磨料可以与粘结剂结合在一起，或涂覆在基板上。然后，由研磨机磨损涂层，直至移除涂层。在框308，板坯的界面表面，即，原始板坯或第一板坯，相对于第一板坯或第二板坯中的一个板坯的第二面表面设置。可以涂覆或不涂覆该第二板坯。如果涂覆，则也自第二界面表面移除涂层。在框310，第一界面表面与第二界面表面热结合在一起。此外，在实施例中，在框312可以修整板坯。在实施例中，在冲压工艺之后，通过液压、机械或激光切割装置(诸如，水射流、液压或机械压力机、液压或机械剪切机)或通过使用激光，来促进修整。当修整板坯时，在板坯修整之后移除涂层。可以存在各种夹具，用于在组装操作中将部件保持在适当的位置，还用于通过组装操作的各个步骤移动部件。

图4示出了组装车辆部件的方法400的实施例。在框402，钢片材从卷材展开。在框404，钢片材形成为板坯，诸如，单片板坯或激光焊接板坯，激光焊接板坯包括激光焊接在一起以形成单个板坯的多个件，如上所述。在框406，通过激光烧蚀或机械磨损，自板坯的界面表面移除涂层。在框408，通过冷冲压工艺或热冲压工艺中的一种或多种冲压板坯。在框410，板坯(即，第一板坯)的界面表面(第一界面表面)相对于该第一板坯或第二板坯的第二界面表面设置。在框412，通过激光焊接或激光钎焊，将第一界面表面与第二界面表面热结合在一起。在实施例中，使用这个工艺来形成包括热浸镀锌涂层的部件。在框408冲压板坯之前，在框406自板坯的界面表面移除涂层。然后，在框412，使用激光钎焊将板坯的界面表面或两个板坯接合在一起。

图5示出了组装车辆部件的方法500的实施例。在框502，钢片材从卷材展开。在框504，切割钢片材以形成板坯，诸如，单片板坯或激光焊接板坯，激光焊接板坯包括激光焊接在一起以形成单个板坯的多个件，如上所述。在框506，通过冷冲压工艺或热冲压工艺中的一种或多种冲压板坯。在框508，通过激光烧蚀或机械磨损，自板坯的界面表面移除涂层。在框510，板坯(即，第一板坯)的界面表面(第一界面表面)相对于该第一板坯或第二板坯的第二界面表面设置。在框512，通过激光焊接或激光钎焊，将第一界面表面与第二界面表面热结合在一起。在实施例中，使用这个工艺来形成包括铝硅涂层的部件。在框506，在移除铝硅涂层之前，冲压板坯。另外，如图3所示，在框312冲压之后，在框508移除涂层之前，修整该板坯。在框512，在将板坯(即，第一板坯)的界面表面相对于第二板坯的另一个第二界面表面或该第一板坯的第二界面表面设置之后，使用激光钎焊热接合该冲压后的板坯。

本文还提供了一种用于组装车辆部件的系统，如图6所示。系统600包括用于切割板坯的切割机602。在一些方面中，切割机包括机械、液压或激光切割或修整装置中的至少一个。在一些方面中，可以设置激光焊机604用于在切割之后，将多件板坯接合在一起。系统还包括：涂层移除器606，其中，涂层移除器606包括用于经由激光烧蚀移除钢上的涂层的激光器和用于通过机械磨损移除涂层的研磨机中的至少一个。应当理解，在一些方面中，激光切割机602或激光焊机604用于形成钢板坯。涂层移除器606可以使用与用于切割或焊接板坯的激光器相同的激光器来移除涂层，因此，涂层移除器606和切割机602或激光焊机604可以集成为单个系统。系统还包括冲压机608。冲压机608可以包括冷冲压机或热冲压机，这取决于正在形成的钢的组分。可替代地，可以使用临氢重整装置。如图所示，冲压机608可以位于涂层移除器606之前或之后。系统600还包括激光接合器610，诸如，激光焊机或用于钎焊的激光器和钎焊填料送料器。激光接合器610将板坯与组件中的其它部件接合在一起。在上述实施例中，系统还包括卷材展开机612，其位于切割机602之前，并用于支撑并展开钢卷材。再者，系统的各个零件之间可以存在多个夹具，以便通过装配线移动板坯和部件。

本文所述方法提供多个优点。例如，本文所述方法允许在新应用(包括车辆顶盖)中使用各种涂层，诸如，热浸镀锌钢和铝硅涂覆钢。此外，在一些方面中，使用激光烧蚀和机械磨损提供了激光焊接板坯应用的“直接替代”方案，这是由于可以通过用于焊接过程中的激光器来烧蚀板坯。另外，在一些方面中，在热冲压之后移除铝硅涂层，有助于降低冲压工艺引起的氧化。其他优点包括减少涂层引入的焊接污染。在一些实施例中，消除涂层引入的焊接污染。该类污染可能弱化冲压硬化钢材的激光焊缝。除了增强焊接完整之外，本文提供的方法还增强了由热浸镀锌涂覆材料制造的零件的焊缝性能稳健性，以用于组装期间后续的激光钎焊和激光焊接工艺。本文提供的方法的其它优点包括能够在使用激光钎焊制备的部件中使用任何类型的涂层，诸如，热浸镀锌钢，这比其它材料更加廉价且使用更广泛。此外，本文所述工艺为在接合热浸镀锌钢中使用稳健性不够充分且相对昂贵的三焦激光光学头提供了可选方案。

本公开的描述本质上仅仅是示例性的，并且不偏离本公开主旨的变化旨在包括在本公开的范围内。这些变化不被视为脱离本公开的精神和范围。

Claims (10)

1.一种组装车辆部件的方法，包括：

由钢片材形成板坯，其中，所述钢片材包括表面上的涂层；

自所述板坯的第一界面表面移除所述涂层；

在移除所述涂层之前或之后冲压所述板坯；

将所述第一界面表面相对于第二界面表面设置；以及

将所述第一界面表面热接合至所述第二界面表面以形成接头。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述涂层是热浸镀锌(HDG)涂层、铝硅(AlSi)涂层、电镀锌层(EG)、热浸镀锌退火(HDGA)涂层、锌铝镁(ZnAlMg)涂层和铝锌(AlZn)涂层中的一种。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，切割所述板坯包括以下方式中的至少一种：液压切割所述板坯，机械切割所述板坯，以及激光切割所述板坯。

4.根据权利要求3所述的方法，所述方法还包括：通过以下方式中的至少一种移除所述涂层：激光烧蚀和机械磨损。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，通过机械磨损移除所述涂层，其中，机械磨损包括用研磨机磨损所述涂层。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述研磨机包括以下项中的至少一种：钢丝刷和磨料。

7.根据权利要求4所述的方法，其中，使用以下工艺的至少一种将所述第一界面表面与所述第二界面表面热接合在一起：激光焊接和激光钎焊。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，在移除所述涂层之前，冲压所述板坯。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，在移除所述涂层之后，冲压所述板坯。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述板坯包括至少两个件，并且形成板坯还包括：将所述至少两个件激光焊接在一起以形成所述板坯。