MX2014014281A - Pieza de metal en lamina que tiene muesca para soldadura y metodo para formarla. - Google Patents

Abstract

Una pieza de metal en lámina (12) incluye una capa de material base (14) y una o más capas de material intermedia y de recubrimiento (16, 18), junto con una muesca para soldadura (30) formada a lo largo de una región de borde (20) de la pieza. Por lo menos una porción de las capas de material de recubrimiento e intermedia se remueve de la muesca para soldadura de modo que ciertos constituyentes de tales capas no afectan la integridad de una junta para soldadura cercana (22) cuando se forma subsecuentemente a lo largo de la región de borde. Se pueden utilizar varios métodos de ablación, incluyendo la ablación por láser para formar la muesca para soldadura.

Description

PIEZA DE METAL EN LÁMINA QUE TIENE MUESCA PARA SOLDADURA Y METODO PARA FORMARLA Campo Teenico La presente descripción se relaciona generalmente a piezas de metal en lámina y, más particularmente, a piezas de metal en lámina que se recubren con una o más capas de material delgadas y se utilizan en procesos de soldadura.

Antecedentes En un esfuerzo para mejorar la resistencia a la corrosión, incrustación y/u otros procesos, el metal en lámina hecho de aleaciones de acero de alta resistencia o endurecióles ahora está siendo hecho con una o más capas de material de recubrimiento delgadas, tales como capas a base de aluminio y de zinc. Aunque estas capas de material de recubrimiento pueden impartir cualidades deseables al metal en lámina, su presencia puede contaminar las soldaduras, para de esta manera reducir la resistencia de la soldadura, integridad, etc. Esto es particularmente real si la pieza de metal en lámina recubierta está siendo soldada a tope o soldada sobrepuesta a otra pieza de metal en lámina.

Breve Descripción De acuerdo con una o más modalidades, una pieza de metal en lámina para uso en un proceso de soldadura incluye una capa de material base, una capa de material de recubrimiento y una capa de material intermedia. La capa de material intermedia se ubica entre la capa de material base y la capa de material de recubrimiento e incluye un compuesto intermetálico que tiene por lo menos un constituyente de cada una de la capa de material base y la capa de material de recubrimiento. La pieza de metal en lámina incluye una región de borde ubicada a lo largo de un borde de la pieza de metal en lámina que va a ser soldada. La región de borde incluye una muesca o hendidura para soldadura definida por lo menos parcialmente por una superficie de muesca para soldadura que incluye material de tanto la capa de material de recubrimiento como la capa de material intermedia.

De acuerdo con una o más de otras modalidades, un método para formar una muesca para soldadura en una pieza de metal en lámina comprende las etapas de: (a) proporcionar una pieza de metal en lámina que tiene una pluralidad de capas de material en una región de borde; (b) dirigir un haz de láser hacia la región de borde de la pieza de metal en lámina; y (c) remover el material de por lo menos una de la pluralidad dé capas de material en la región de borde de la pieza de metal en lámina con el haz de láser de modo que se forma una muesca para soldadura donde el material removido no está presente por más tiempo.

Dibujos Modalidades ejemplares preferidas serán descritas después en la presente en conjunción con los dibujos adjuntos, en donde designaciones semejantes denotan elementos similares y en donde: Las FIGS.1A-C son vistas de sección transversal de una junta de soldadura convencional que une piezas de metal en lámina que no tuvieron muescas para soldadura formadas en las mismas antes de la soldadura; La FIG.2 es una vista en perspectiva de una región de borde de una pieza de metal en lámina ejemplar, que incluye muescas para soldadura sobre lados opuestos de la pieza de metal en lámina; La FIG. 3 es una vista en sección transversal de una porción de la pieza de metal en lámina de la FIG.2, que muestra capas de recubrimiento, capas de material intermedias y muescas para soldadura sobre los lados opuestos de la pieza de metal en lámina; La FIG.4 es una vista agrandada de una porción de la FIG. 3, que muestra superficies irregulares entre las capas de material; La FIG. 5 es una vista de sección transversal de una pieza de metal en lámina ejemplar que incluye una muesca para soldadura, donde la capa de material de recubrimiento y la capa de material intermedia son removidas; La FIG. 6 es una vista en sección transversal de otra pieza de metal en lámina ejemplar que incluye una muesca para soldadura, donde la capa de material de recubrimiento, la capa de material intermedia y una porción de la capa de material base son removidas; La FIG. 7 es una vista en sección transversal de otra pieza de metal en lámina ejemplar que incluye una muesca para soldadura fuera del eje; La FIG. 8 es una vista en sección transversal de otra pieza de metal en lámina ejemplar que incluye una muesca para soldadura fuera del eje diferente; La FIG. 9 es una vista de sección transversal de otra pieza de metal en lámina ejemplar que incluye una muesca para soldadura con una profundidad no uniforme; La FIG. 10 es una vista en sección transversal de otra pieza de metal en lámina ejemplar que incluye una muesca para soldadura diferente con una profundidad no uniforme; La FIG. 11 es una vista en sección transversal de otra pieza de metal en lámina ejemplar que incluye una muesca para soldadura con una profundidad no uniforme y múltiples superficies de intersección; La FIG. 12 es una vista en perspectiva de un proceso de ablación por láser ejemplar para formar una muesca para soldadura; La FIG.13 es una vista en perspectiva agrandada de una pieza de metal en lámina ejemplar con una muesca para soldadura formada mediante la ablación por láser; La FIG.14 es una vista en perspectiva agrandada de otra pieza de metal en lámina ejemplar con una muesca para soldadura formada mediante la ablación por láser mediante un láser diferente; La FIG.15 es una vista en perspectiva agrandada de otra pieza de metal en lámina ejemplar que tiene una muesca para soldadura formada mediante un proceso de ablación mecánico; La FIG. 16 es una vista en perspectiva de un proceso de ablación de doble-haz de láser ejemplar; La FIG.17 es una vista en sección transversal del proceso de ablación por láser de la FIG.16; La FIG. 18 es una vista de sección transversal de otro proceso de ablación por láser ejemplar, donde el punto de láser es más reducido que el ancho de la muesca para soldadura deseada; La FIG.19 es una vista en perspectiva agrandada de una muesca para soldadura que se puede formar mediante el proceso de ablación por láser de la FIG.18; La FIG.20 es una vista en perspectiva agrandada de una muesca para soldadura que también se puede formar mediante el proceso de ablación por láser de la FIG.18; La FIG. 21 es una vista en perspectiva de otro proceso de ablación por láser ejemplar, donde el proceso forma una muesca para soldadura utilizando un láser con un ángulo de incidencia no de cero; La FIG.22 es una vista de sección transversal del proceso de ablación por láser de la FIG.21, donde el proceso forma una muesca para soldadura desalineada sobre un solo lado de la pieza de metal en lámina; La FIG. 23 es una vista de sección transversal agrandada de una región de borde de la pieza de metal en lámina de la FIG. 21 antes de la formación de la muesca para soldadura desalineada; La FIG. 24 es una vista en perspectiva de otro proceso de ablación por láser ejemplar que es realizado sobre una pieza de metal en lámina, donde el proceso utiliza múltiples lásers para formar una muesca para soldadura; La FIG.25 es una vista en sección transversal del proceso de ablación por láser de la FIG.24, donde el proceso forma una muesca para soldadura con múltiples lásers no sobrepuestos; La FIG.26 es otra vista en sección transversal del proceso de ablación por láser de la FIG.24, donde el proceso forma una muesca para soldadura con múltiples lásers sobrepuestos; La FIG. 27 ilustra puntos o espacios para láser sobrepuestos que se pueden utilizar con el proceso de ablación por láser de la FIG. 26 y una distribución de energía correspondiente; La FIG. 28 ilustra puntos o espacios para láser sobrepuestos que se pueden utilizar con el proceso de ablación por láser de la FIG. 26 y otra distribución de energía correspondiente; y La FIG. 29 es una vista en perspectiva de otro proceso de ablación por láser ejemplar que es realizado sobre una pieza de metal en lámina que proviene de un rollo de metal, donde el proceso utiliza múltiples lásers para formar muescas para soldadura sobre los lados opuestos de la pieza de metal en lámina.

Descripción Detallada Las piezas de metal en lámina descritas en la presente se pueden hacer con muescas para soldadura ubicadas a lo largo de uno o más bordes, donde las muescas para soldadura se caracterizan por la ausencia de ciertos constituyentes de material de modo que no contaminan inaceptablemente las soldaduras cercanas. Por ejemplo, una pieza de metal en lámina se puede producir de modo que el material de una o más capas de material de recubrimiento se reduce o se remueve en una muesca para soldadura ubicada a lo largo del borde de metal en lámina. Esto, a su vez, puede prevenir la contaminación por las capas de material de recubrimiento de una junta de soldadura cercana formada a lo largo del borde de metal en lámina y de esta manera preservar la resistencia y/o durabilidad de la junta para soldadura en procesos subsecuentes o durante su vida de servicio.

Volviendo primero a las FIGS. 1A-C, se muestran algunas de las etapas involucrados con la fabricación de una preforma soldada a la medida convencional 10 que incluye piezas de metal en lámina gruesas y delgadas 12, 12' soldadas con láser conjuntamente en un aspecto de borde a borde. De acuerdo con este ejemplo, cada una de las piezas de metal en lámina 12, 12' tiene una capa de material base 14 y múltiples capas de material delgada 16, 18 que cubre las superficies opuestas de la capa de material base. Como es apreciado por aquellos expertos en la téenica, hay numerosas capas de material que se podrían ser encontradas en el material de metal en lámina, incluyendo varios tipos de tratamientos superficiales, capas de material de recubrimiento tales como capas de material a base de aluminio y de zinc, aceites y otras sustancias de prevención de oxidación, contaminantes de los procesos de fabricación o del manejo del material, y capas de oxidación, por mencionar unas cuantas. Una vez que las dos piezas de metal en lámina se llevan conjuntamente a tope, un haz de láser u otra herramienta de soldadura se utiliza para fundir algo del metal en lámina ubicado en las regiones de borde 20, 20' de modo que una cierta cantidad de las capas de material delgadas 16, 18 llega a ser incrustada dentro de la junta de soldadura resultante 22. A menos que primero se remuevan, estos constituyentes indeseados podrían tener un impacto negativo sobre la resistencia total y la calidad de la junta de soldadura.

Con referencia a la FIG.2, se muestra una pieza de metal en lámina 12 ejemplar que se puede soldar a una pieza adyacente a lo largo de la región de borde 20. La pieza de metal en lámina 12 incluye primero y segundo lados opuestos 24, 26 y la región de borde 20 se ubica a lo largo de un borde 28 de la pieza de metal en lámina que se va a ser soldada. La región de borde particular 20 mostrada en la FIG. 2 incluye dos muescas para soldadura 30, 30', donde las dos muescas para soldadura se extienden a lo largo de la región de borde sobre los lados opuestos 24, 26 de la pieza de metal en lámina 12. Cada muesca para soldadura 30, 30' se define por la primera superficie de muesca 32 y una segunda superficie de muesca 34 que se intersectan o se unen entre si. Aunque mostrado con la primera y segunda superficies de muesca generalmente perpendiculares 32, 34 a lo largo de una sola región de borde recto 20, las muescas para soldadura se pueden configurar de numerosas maneras. Por ejemplo, una muesca para soldadura puede incluir una o más superficies de muesca fuera del eje(s), tener diferentes dimensiones que otra muesca para soldadura de la misma pieza de metal en lámina, ser formada como parte de una región de borde diferente que otra muesca para soldadura y/o ser formada como parte de una región de borde ubicada a lo largo de un borde contorneado de la pieza de metal en lámina, por citar varias posibilidades. Algunas de estas modalidades diferentes se ilustran en los dibujos.

La FIG. 3 es una sección transversal de la región de borde 20 de la pieza de metal en lámina 12 de la FIG.2. La pieza de metal en lámina ilustrada 12 incluye múltiples capas de material, incluyendo la capa de material base 14, las capas de material intermedio 16 y las capas de material de recubrimiento 18. En esta modalidad, la capa de material base 14 es la capa de material central o de núcleo (por ejemplo, un núcleo de acero) y está intercalada entre las capas de material intermedia 16 y las capas de material de recubrimiento 18. La capa de material base 14 constituye la mayor parte del espesor T de la pieza de metal en lámina 12 y de esta manera pueden contribuir significativamente a las propiedades mecánicas de la pieza de metal en lámina. Las capas de material de recubrimiento 18 se ubican sobre las superficies opuestas de la capa de material base 14 y son las capas más exteriores de la pieza de metal en lámina 12. Cada capa de material de recubrimiento 18 es relativamente delgada con respecto a la capa de material base 14 y se puede seleccionar para aumentar una o más características de la pieza de metal en lámina (por ejemplo, resistencia a la corrosión, dureza, peso, capacidad de formación, apariencia, etc.). La capa de material de recubrimiento 18 también se puede seleccionar para el uso o compatibilidad con procesos subsecuentes, tales como procesos de tratamiento con calor o interdifusión, por ejemplo.

Cada capa intermedia 16 se ubica entre la capa de material base 14 y una de las capas de material de recubrimiento 18, y está en contacto con cada uno en esta modalidad. En una modalidad, la capa de material intermedia 16 incluye por lo menos un constituyente en común con cada una de las capas inmediatamente adyacentes 14, 18, tal como un elemento atómico o compuesto químico. La capa de material intermedia 16 puede ser un producto de reacción de las capas de material base y de recubrimiento 14, 18. Por ejemplo, un proceso de recubrimiento por inmersión, en el cual la capa de material base se sumerge o pasa a través de un baño fundido del material de capa de recubrimiento, puede dar por resultado una reacción química en la interface de la capa de material base y el baño fundido, y el producto de reacción es la capa intermedia 16. En un ejemplo especifico de tal proceso de recubrimiento por inmersión, la capa de material base 14 se hace de una aleación de acero de alta resistencia o endurecióle y la capa de material de recubrimiento 18 es una aleación de aluminio. El baño fundido de la aleación de aluminio reacciona con la capa de material base en su superficie para formar la capa de material intermedia 16, que incluye compuestos intermetálicos de hierro-aluminio (FexAly) tal como Fe2Als. La capa intermedia puede tener un contenido más alto del constituyente de capa de material base (por ejemplo, hierro) más cerca de la capa de material base 14 y un contenido más alto del constituyente de capa material de recubrimiento (por ejemplo, aluminio) más cercana a la capa de material de recubrimiento 18.

Aunque mostrado en la FIG. 3 como una capa perfectamente plana con un espesor constante, la capa de material intermedia 16 puede ser irregular a lo largo de sus superficies opuestas como se representa en la vista agrandada de la FIG. 4. También se debe entender que la capa de material intermedia 16 no es necesariamente uniforme en composición por toda esta, ni es necesariamente un producto de reacción de la capa de material base y la capa de material de recubrimiento. La capa de material intermedia 16 por si misma puede incluir más de una capa de material, puede ser una mezcla no homogénea de diferentes materiales, o puede tener un gradiente de composición a través de su espesor, por mencionar unos cuantos ejemplos. En otro ejemplo, la capa intermedia incluye una capa de óxido continua o discontinua, tal como un óxido de la capa de material base 14 que puede formarse con la exposición de la capa de material base al medio ambiente (por ejemplo, óxidos de aluminio, óxidos de hierro, etc.). La pieza de metal en lámina 12 puede incluir también otras capas de material adicionales.

Un ejemplo especifico de una pieza de metal en lámina de multi-capas útil para formar la carrocería y componentes estructurales en la industria automotriz y otras industrias, tal como aquella mostrada en la FIG. 3, es un producto de acero recubierto en el cual la capa de material base 14 se hace a partir de acero en cualquiera de sus diversas composiciones posibles. En una modalidad particular, la capa de material base 14 es una aleación de acero de alta resistencia o endurecible tal como una aleación de acero con boro, acero de fase doble, acero endurecido con prensa (PHS) o un acero de baja aleación de alta resistencia (HLSA). Tales materiales, mientras que fuertes para su peso, frecuentemente requieren procesos de tratamiento con calor para alcanzar las propiedades de alta resistencia y/o solamente se pueden formar en altas temperaturas. La capa de material de recubrimiento 18 se puede seleccionada para ayudar a prevenir la oxidación durante el tratamiento con calor, para ser más ligera en peso que la capa de material base 14, y/o interdifundirse con las otras capas de la pieza de metal en lámina 12 durante el tratamiento con calor subsecuente. En una modalidad, la capa de material de recubrimiento 18 es una aleación de aluminio (Al), tal como un aleación de Al-silicona (Al-Si). Otras composiciones posibles para la capa de material de recubrimiento 18 incluyen aluminio o zinc puro y sus aleaciones o compuestos (por ejemplo, donde se galvaniza el material implícito). Donde la capa de material base 14 es acero y la capa de material de recubrimiento 18 comprende aluminio, la capa de material intermedia 16 puede incluir hierro y aluminio en la forma de compuestos intermetálicos tales como FeAl, FeAl2, Fe3Al, Fe2ls o varias combinaciones de los mismos. La capa de material intermedia 16 también puede incluir una aleación de los constituyentes de las capas adyacentes.

Los espesores de la capa de material ejemplar varían de aproximadamente 0.5 mm a aproximadamente 2.0 mm para la capa de material base 14, de aproximadamente 1 mm a aproximadamente 15 pm para la capa intermedia 16 y de aproximadamente 5 pm a aproximadamente 100 p para la capa de material de recubrimiento 18. Los espesores de la capa de material preferidos varían de aproximadamente 0.5 mm a aproximadamente 1.0 mm para la capa de material base 14, de aproximadamente 5 pm a aproximadamente 10 pm para la capa intermedia 16, y de aproximadamente 15 pm a aproximadamente 50 pm para la capa de material de recubrimiento 18. En una modalidad, el espesor combinado de las capas de material intermedia y de recubrimiento 16, 18 está en un intervalo de aproximadamente 15 pm a aproximadamente 25 mm, y la capa de material intermedia es de aproximadamente 20-30% de los espesores combinados. Por ejemplo, el espesor combinado de las capas 16, 18 puede ser aproximadamente 20 pm, donde la capa de material intermedia es de aproximadamente 4-6 pm de espesor, y la capa de material de recubrimiento constituye el resto del espesor combinado. Por supuesto, estos intervalos no son limitantes, ya que los espesores de capa individuales dependen de varios factores específicos a la aplicación y/o los tipos de materiales empleados. Por ejemplo, la capa de material base 14 puede ser un material diferente en el acero, tales como aleaciones de aluminio, magnesio, titanio u otros materiales adecuados. Las muescas para soldadura descritas en la presente se pueden utilizar con más o menos capas de material que las mostradas en las figuras. Las personas expertas también apreciarán que las figuras no están necesariamente a escala y que los espesores relativos de las capas 14 a 18 pueden diferir de aquellas ilustradas en los dibujos.

Con referencia nuevamente a la FTG. 3, la muesca para soldadura 30 sobre el primer lado 24 de la pieza de metal en lámina será descrita. Esta descripción aplica a la muesca para soldadura 30' sobre el segundo lado opuesto 26 también, en este ejemplo. La muesca para soldadura 30 es una porción de la región de borde 20 de la pieza de metal en lámina 12, donde algo de material se ha removido u omitido de la estructura en capas de otra manera uniforme. La muesca para soldadura 30 promueve una junta de soldadura de alta calidad a lo largo del borde 28 cuando la pieza de metal en lámina se soldé a otra pieza, y de esta manera se puede hacer por la vía de una configuración que reduce o elimina la cantidad de la capa de material de recubrimiento 18 y/o la capa de material intermedia 16 que llega a ser parte de una junta de soldadura subsecuente. La muesca para soldadura es particularmente útil donde la capa de material de recubrimiento 18 incluye uno o más constituyentes que forman discontinuidades en o de otra manera debilitarían la junta de soldadura resultante si se incluye en la misma. La muesca para soldadura 30 tiene un ancho de muesca característico W y profundidad de muesca D, cada uno que es relativamente constante a lo largo de la longitud del borde 28 en esta modalidad particular. El ancho de muesca W es la distancia desde el borde 28 a la primera superficie de muesca 32, y la profundidad de muesca D es la distancia desde la superficie exterior de la capa de material de recubrimiento 18 a la segunda superficie de muesca 34. Donde la muesca de soldadura 30 es cuadrada con la pieza de metal en lámina, como se muestra en este ejemplo particular, el ancho de muesca W es igual al ancho de la segunda superficie de muesca 34, y la profundidad de muesca D es igual al ancho de la primera superficie de muesca 32.

Las dimensiones de la muesca para soldadura 30 se puede relacionar al espesor T de la pieza de metal en lámina, al tamaño propuesto de la junta de soldadura que es formada en el borde 28, y/o a uno o más espesores de capa de material. En una modalidad, el ancho de muesca W está en un intervalo de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 1.5 veces el espesor T. En otra modalidad, el ancho de muesca W está en un intervalo de aproximadamente 0.5 mm a aproximadamente 4 mm. El ancho de muesca W también puede ser por lo menos la mitad del ancho de la junta de soldadura propuesta. La profundidad de muesca D para el ejemplo mostrado en la FIG.3 es mayor que el espesor de la capa de material de recubrimiento 18 y menor que el espesor combinado de las capas de material intermedia y de recubrimiento 16, 18. Pero esto difiere en algunas de las otras modalidades ejemplares.

La muesca para soldadura 30 también se puede describir con relación a ciertas características de las superficies de muesca 32, 34. Por ejemplo, en la modalidad de la FIG. 3, la primera superficie de muesca 32 incluye material de tanto la capa de material intermedia 16 como que la capa de material de recubrimiento 18. La segunda superficie de muesca 34 incluye material de la capa de material intermedia 16 únicamente, y la primera y segunda superficie de muesca se intersecta a lo largo de un borde que es ubicado o colocado en la capa de material intermedia. De esta manera, en este ejemplo particular, la muesca para soldadura 30 se forma en la pieza de metal en lámina 12 al remover la capa de material de recubrimiento completa 18 y una porción de la capa de material intermedia 16 a lo largo de región de borde 20. Cada una de las superficies de muesca 32, 34 también puede incluir estrías, líneas de testigo, u otros indicadores del tipo de proceso utilizado para remover el material en la ubicación de la muesca para soldadura. Los procesos de ablación tal como la ablación por láser o la ablación mecánica pueden formar superficies de muesca con diferentes características de superficie y se describen subsecuentemente en detalle adicional.

La FIG.5 muestra otro ejemplo de una muesca para soldadura 30, donde la primera y segunda superficie de muesca 32, 34 se intersectan a lo largo de un borde que es ubicado en la interface entre la capa de material de base 14 y la capa de material intermedia 16. La primera superficie de muesca 32 incluye material de tanto la capa de material intermedia 16 como la capa de material de recubrimiento 18, y la segunda superficie de muesca 34 incluye material de la capa de material base 14 únicamente. En este ejemplo, la muesca para soldadura 30 se forma en la pieza de metal en lámina 12 al remover la capa de material de recubrimiento 18 y la capa de material intermedia 16 en la región de borde 20.

La FIG.6 ilustra una muesca para soldadura 30 con la primera y segunda superficies de muesca 32, 34 que se intersectan entre sí a lo largo de un borde que es ubicado en la capa de material base 14. La primera superficie de muesca 32 incluye material de la capa de material base 14, la capa de material intermedia 16, y la capa de material de recubrimiento 18, mientras que la segunda superficie de muesca 34 incluye material de la capa de material base 14 únicamente. En este ejemplo, la muesca para soldadura 30 se forma en la pieza de metal en lámina 12 al remover la capa de material de recubrimiento 18, la capa de material intermedia 16 y una porción del espesor de la capa de material base 14 en la región de borde 20.

La FIG. 7 muestra otra modalidad de la pieza de metal en lámina 12, donde la muesca para soldadura 30 está fuera del eje. En otras palabras, por lo menos una superficie de muesca (en este caso ambas superficies de muesca 32, 34) no está perpendicular ni paralela con la superficie más exterior de la capa de material de recubrimiento 18. Las superficies de muesca 32, 34 pueden ser perpendiculares entre si como es mostrado y forman los ángulos a y b respectivos con la superficie más exterior de la capa de material de recubrimiento 18. El ángulo b es menor que 90° en este ejemplo (90° -a), pero podría ser más grande que o igual a 90°. En el ejemplo de la FIG.7, la primera superficie de muesca 32 incluye el material de la capa de material intermedia 16 y la capa de material de recubrimiento 18, mientras que la segunda superficie de muesca 34 incluye material de la capa de material base 14 y la capa de material intermedia 16. Las superficies de muesca 32, 34 se intersectan entre sí a lo largo de un borde 36 en la capa de material intermedia 16. Esta muesca para soldadura 30 se puede formar en la pieza de metal en lámina 12 al remover la capa de material de recubrimiento 18, una porción del espesor de la capa de material intermedia 16, y una porción del espesor de la capa de material base 14 en la región de borde 20.

La FIG. 8 muestra una pieza de metal en lámina de acuerdo con otra modalidad, donde la muesca para soldadura 30 está en la forma de una superficie biselada o en ángulo y es definida por la superficie de muesca 32. La superficie de muesca 32 es plana (es decir, generalmente plana, no necesariamente plana de manera perfecta) e incluye material de todas las capas de material base, intermedias de recubrimiento 14-18, e intersecta el borde 28 de la pieza de metal en lámina 12 a lo largo de un borde ubicado en la capa de material base 14. En otra modalidad, la muesca para soldadura similar a bisel 30 incluye material de la capa de material intermedia 16 y la capa de material de recubrimiento 18 únicamente, pero no de la capa de material base 14, para de esta manera intersectar el borde 28 en la capa intermedia 16 o en la interface entre la capa de material de base 14 y la capa intermedia 16.

La FIG. 9 muestra una pieza de metal en lámina de acuerdo con otra modalidad, donde la muesca para soldadura 30 se define por una superficie de muesca curva o contorneada 32. La superficie de muesca 32 mostrada aquí incluye material de todas las capas de material base, intermedia y de recubrimiento 14-18, e intersecta el borde 28 de la pieza de metal en lámina 12 a lo largo de un borde ubicado en la capa de material base 14. La profundidad D de la muesca para soldadura 30 es variable y se ilustra como que es medido en su valor máximo en este ejemplo particular, el cual está en el borde 28 de la pieza de metal en lámina 12. En otra modalidad, la muesca para soldadura contorneada 30 incluye material de la capa de material intermedia 16 y la capa de material de recubrimiento 18 únicamente, pero no de la capa de material base 14, para de esta manera intersectar el borde 28 en la capa intermedia 16 o en la interface entre la capa de material base 14 y la capa intermedia 16.

La FIG.10 muestra una pieza de metal en lámina de acuerdo con otra modalidad, donde la muesca para soldadura 30 se define por una superficie de muesca contorneada 32 que es diferente de aquella de la FIG.9. La superficie de muesca 32 mostrada aquí incluye material de todas las capas de material base, intermedia y de recubrimiento 14-18, e intersecta el borde 28 de la pieza de metal en lámina 12 a lo largo de un borde ubicado en la capa de material base 14. La profundidad D de la muesca para soldadura 30 es variable y se ilustra como que es medida en su valor máximo en este ejemplo particular, el cual está en la capa de material base 14 y espaciado lejos del borde 28 de la pieza de metal lámina 12 en este ejemplo particular.

La FIG. 11 muestra otra modalidad de la pieza de metal en lámina 12, donde la muesca para soldadura 30 se define por una primera superficie de muesca 32, una segunda superficie de muesca 34 y una tercera superficie de muesca 38. Esta modalidad tiene primera y segunda superficies de muesca 32, 34, como es descrito en lo anterior y mostrado en la FIG. 3, que se intersecta a lo largo de un borde ubicado en la capa de material intermedia 16. La tercera superficie de muesca 38 es una superficie de muesca contorneada que intersecta la segunda superficie de muesca 34 a lo largo de un borde 40 ubicado en la capa de material intermedia 16 en un extremo, y el borde 28 de la pieza de metal en lámina 12 en el otro extremo. La tercera superficie de muesca 38 incluye material de la capa de material base 14 y la capa de material intermedia 16, en este ejemplo. La profundidad de la muesca para soldadura 30 a lo largo de la segunda y/o tercera superficies de muesca 34, 38 puede variar de aquella mostrada en la FIG. 11, como puede ser el ancho de la segunda y/o tercera superficie de muesca. Las personas expertas apreciarán la amplia variedad de combinaciones de conformación de superficie de muesca, anchos y profundidades que son posibles.

Las FIGS. 7-11 colectivamente muestran varias modalidades de piezas de metal en lámina con muescas para soldadura 30 en donde cada una tiene una profundidad no uniforme. En otras palabras, en estos ejemplos, la profundidad de cada muesca para soldadura 30 varia a través de la una o más superficie de muesca para soldadura dependiendo de que tanto desde el borde 28 de la pieza de metal en lámina, se mide la profundidad. En la mayoría de estas modalidades, con la excepción de aquella mostrada en la FIG. 10, la profundidad promedio de la muesca para soldadura es más grande hacia el borde del metal en lámina. Estos tipos de muescas para soldadura se pueden formar mediante procesos de ablación en los cuales una herramienta de ablación hace múltiples pasos a lo largo de diferentes porciones de la región de borde 20, o donde la herramienta de ablación se configurado para remover diferentes cantidades de material a partir de la pieza de metal en lámina como una función de la distancia del borde 28.

Con referencia ahora a la FIG.12, se muestra un proceso ejemplar para formar una muesca para soldadura en una pieza de metal en lámina. El proceso particular mostrado esquemáticamente en la figura es un proceso ablación por láser en el cual una fuente de luz de láser 100 emite un haz de luz de láser 102 dirigido en la región de borde 20 de la pieza de metal en lámina 12. La energía proporcionada por el haz de luz láser 102 se transfiere a la pieza 12 en la forma de energía térmica en un sitio de ablación 104, fundiendo y/o vaporizando el material en un punto focal para removerlo de la pieza de metal en lámina 12. La herramienta de ablación, ya sea un haz de luz de láser o una herramienta mecánica tal como un raspador o cepillo de alambre, sigue una ruta 106 a lo largo de la región de borde 20 para formar una muesca para soldadura 30 de la configuración deseada. Algunas porciones de la ruta 106 pueden ser rectilíneas como se muestra en la figura, y otras porciones pueden contorneadas o curvilínea. Por ejemplo, la muesca para soldadura 130 mostrada en la FIG. 12 es contorneada para seguir la conformación del borde 128. No es necesario para la muesca para soldadura 30 seguir una ruta recta 106, ya que las rutas que tienen otras configuraciones pueden ser seguidas en cambio. Para piezas de metal en lámina que incluyen capas de material base, intermedia y de recubrimiento 14, 16, 18, tal como aquella mostrada en la FIG.3, la muesca para soldadura 30 se puede formar al remover todo o algo de la capa de material de recubrimiento 18, todo o algo de la capa de material intermedia 16, y/o algo de la capa de material base 14 a lo largo de la región de borde 20.

En esta y en otras modalidades donde se emplea la ablación por láser, la pieza de metal en lámina 12 se puede mantener estacionaria mientras que la fuente de láser 100 mueve el haz de láser 102 a lo largo de la ruta 106, como es indicado por la flecha en la FIG. 12. En una modalidad diferente, la pieza de metal en lámina 12 se mueve o se indexan mientras que la fuente de láser 100 permanece estacionaria. Otras téenicas, tal como el movimiento tanto la fuente de láser como la pieza de metal en lámina, también se pueden emplear. Cualquier láser adecuado u otro dispositivo de emisión de luz comparable 100 se pueden utilizar para formar las muescas para soldadura, y se puede hacer de tal manera utilizando una variedad de parámetros de operación o del equipo. En un ejemplo, la fuente de láser 100 es un láser conmutado de Q, pero otros tipos de láser de ondas y pulsados continuos se puede utilizar también tales como varios lásers pulsados de nanosegundos, femtosegundo y picosegundos. El punto o espacio de láser 104 pueden ser redondo, cuadrado, rectangular, elíptico o cualquier otra conformación adecuada, algunos ejemplos de los cuales se describen subsecuentemente. Ejemplos no limitantes de los parámetros de operación seleccionables o ajustables para la fuente de láser 100 incluyen: la potencia de láser, frecuencia de pulso, ancho del impulso, energía de pulso, potencia del pulso, ciclo de servicio, área del punto, la sobre posición entre los pulsos de láser sucesivos y la velocidad de fuente de láser 100 con relación a la pieza de metal en lámina 12, por citar unas cuantas posibilidades. Cualquier combinación de estos parámetros de operación se puede seleccionar y controlar por el presente método en base a las necesidades particulares de la aplicación. Varios ejemplos de procesos de ablación por láser se describen en detalle enseguida adicionalmente.

Las FIGS.13-15 muestran piezas de metal en lámina 12 ejemplares con superficies que incluyen marcas de proceso o lineas de testigo características del proceso particular utilizado para formar las muescas para soldadura 30. La FIG. 13 es un ejemplo de la posible apariencia de la superficie de muesca para soldadura 32, 34 y/o borde 28 cuando la muesca para soldadura 30 se forma medíante un proceso de ablación por láser. La superficie de muesca para soldadura ilustradas 32, 34 cada un incluyen líneas visibles o marcas 42. Las marcas 42 están generalmente paralelas con la dirección y y uniformemente espaciadas entre sí a lo largo de la dirección x. Cada marca individual indica la ubicación de un borde de haz de luz de láser durante el procesamiento, donde la conformación del haz de luz de láser es cuadrada o rectangular y el haz de luz de láser se proporciona como un haz impulsado antes que un haz continuo. Por ejemplo, el haz de luz de láser puede tener dimensiones en las direcciones x y de L y W, respectivamente, y ser dirigido en la región de borde en el sitio de ablación 104 para remover el material con un cierto número de pulsos de láser. La fuente de luz luego puede ser indexada por ½ L para remover más material, de modo que las marcas 42 son evidentes cada ½ L a lo largo de la dirección x como es mostrado. El ejemplo de la FIG.13 incluye marcas ablación similar a lo largo del borde 28.

El haz de luz de láser se puede conformar de otra manera (por ejemplo, redondo, ovalado, etc.) y sitios de ablación sucesivos pueden tener más o menos sobreposición. Por ejemplo, la FIG. 14 muestra las marcas circulares 44, cada una con una longitud L igual al diámetro de un haz de luz láser rondo. En este ejemplo, las marcas sucesivas 44 se sobreponen por ½ del diámetro del haz, y la primera superficie de muesca 32 tiene una conformación festoneada.

La FIG.15 es un ejemplo de una apariencia posible de las superficies de muesca para soldadura 32, 34 y/o borde 28 cuando la muesca para soldadura 30 se forma mediante un proceso de ablación mecánico. Las superficies de muesca para soldadura 32, 34 ilustradas cada una incluyen lineas visibles o marcas 46. Las marcas 46 están generalmente paralelas con la dirección x en esta modalidad y están espaciadas aleatoriamente entre si en la dirección y. Estas marcas se pueden producir mediante irregularidades en una herramienta de raspado o mediante alambres individuales de un cepillo de alambre que abrasiona las superficies. Orientadas como es mostrado, las marcas 46 pueden resultar de una herramienta de raspado que raspa en la dirección x o un cepillo de alambre que gira alrededor de un eje en la dirección y. Las marcas 46, sin embargo, pueden estar en otras orientaciones también, tal como en la dirección y, diagonalmente en el plano x-y o aleatoriamente.

Con referencia ahora a la FIG.16, se muestra otro método ejemplar para formar una muesca para soldadura 30 en una pieza de metal en lámina 12 utilizando un proceso de ablación por láser. En este método, el primero y segundo haces de láser 102, 102' se dirigen en la región de borde 20 desde la primera y segunda fuentes de láser 100, 100' ubicadas en lados opuestos 24, 26 de la pieza de metal en lámina con el fin de formar las muescas para soldadura 30, 30'. Este tipo de arreglo de multi-láser permite al presente método remover simultáneamente el material de una o más capas de material sobre los lados opuestos de la región de borde 20, que puede acortar el tiempo de proceso comparado con el uso de una sola fuente de láser. Además, un arreglo de multi-láser puede ofrecer la selección mejorada y/o control de los parámetros de operación para cada lado de la pieza de metal en lámina 12, como dos diferentes tipos de fuentes de láser o el mismo tipo de fuente de láser programado con diferentes parámetros de operación que pueden ser adaptados a la medida a cada lado. Esto puede ser útil, por ejemplo, donde las capas de material en un lado de la pieza de metal en lámina 12 tienen una diferente composición o espesor que aquellas en el otro lado del metal en lámina. Aunque mostrados directamente enfrentados entre sí en la FIG.16, las fuentes de láser 100, 100' se pueden desalinear o poner en ángulo alejadas entre sí para evitar una fuente de láser que inadvertidamente choca o daña la otra fuente de láser. En otro ejemplo, las fuentes de láser 100, 100' se ubican en los mismos lados o los lados opuestos de la pieza de metal en lámina 12, pero están espaciados entre sí de modo que dirigen sus respectivos haces de láser hacia diferentes regiones de borde de la misma pieza de metal en lámina 12. Por ejemplo, un haz de láser se puede dirigir en la región de borde superior 20, mientras que el otro haz de láser se dirige a la región de borde lateral 120.

La FIG. 17 es una vista de sección transversal de una porción del arreglo de multi-láser de la FIG.16, donde los dos haces de láser 102, 102' se dirigen en la región de borde 20 desde lados opuestos de la pieza de metal en lámina 12 para formar muescas para soldadura 30, 30' con una profundidad D y ancho W. Aunque mostrado aquí con los mismos haces de láser en tamaño, puntos y muescas para soldadura en lados opuestos de la pieza de metal en lámina 12 generalmente opuestos entre sí a través del espesor de la pieza de metal en lámina, sus tamaños, conformaciones respectivas, etc. pueden ser independientes. Por ejemplo, es posible para el haz de láser 102 producir una muesca para soldadura 30 que es diferente en términos de tamaño, conformación, profundidad, patrón, etc. que la muesca para soldadura 30' que se forma mediante el haz de láser 102'. Los sitios de ablación opuestos en los lados opuestos de la pieza de metal en lámina 12 pueden ser imágenes especulares entre si o pueden variar dependiendo de las necesidades particulares de la aplicación. En el ejemplo particular mostrado en la FIG. 17, el haz de láser 102 genera un punto o espacio para láser 104 que tiene el mismo ancho W como la muesca para soldadura deseada 30. De esta manera, el método es capaz de crear la muesca para soldadura 30 con un solo paso del haz de láser 102 a lo largo de la longitud de la región de borde 20. Esto es diferente que el ejemplo mostrado en la FIG.18, donde haz de láser 102 genera un punto de láser 104 que tiene un ancho más pequeño o más reducido que el ancho de muesca para soldadura W deseado. En este caso, el haz de láser 102 debe hacer múltiples pasos con el fin de ajustar el ancho más amplio W de la muesca para soldadura, y de esta manera se puede hacer de acuerdo con varias téenicas diferentes.

De acuerdo con una técnica potencial, el haz de láser 102 hace múltiples pasos a lo largo de la longitud completa de la región de borde 20 (múltiples pasos en la dirección del eje x), donde cada pase es indexado a una nueva posición del eje y con el fin de ajustar el punto de láser reducido 104. Tal técnica puede dar por resultado una muesca para soldadura con un patrón de ablación 108, como se ilustra en la FIG.19. Esta téenica también puede ser útil donde se desea formar una muesca para soldadura con una profundidad no constante o no uniforme, como es descrito en algunos de los ejemplos anteriormente. Por ejemplo, el haz de láser 102 puede remover más material de la región de borde 20 (es decir, crear una profundidad D más grande) durante un primer paso que se rastrea a lo largo del borde 28 de la pieza de metal en lámina que durante un segundo paso que se ubica más hacia adentro y alejado adicionalmente del borde 28. Los parámetros de operación de la fuente de láser 102 podrían ser controlados o manipulados con el fin de realizar esto. Una técnica diferente involucra el haz de láser 102 que se mueve a lo largo del ancho de la región de borde 20 (en la dirección del eje y) antes de avanzar a la siguiente posición a lo largo de la longitud de la región de borde (la dirección del eje x). Este tipo de técnica de atrás hacia delante puede crear una muesca para soldadura con un patrón de ablación 110 similar al mostrado en la FIG. 20 y da por resultado únicamente un solo paso a lo largo de la longitud de la región de borde 20 (dirección del eje x).

Volviendo ahora a las FIGS.21-23, se muestra un proceso de ablación por láser ejemplar donde el haz de láser 102 se dirige a la región de borde 20 de acuerdo con un ángulo de incidencia a no cero. El ángulo de incidencia a, como se utiliza en la presente, se refiere al ángulo que es formado entre un eje central A del haz de láser y una línea B que está normal a las superficies mayores de la pieza de metal en lámina. El ángulo de incidencia a puede ser positivo o negativo. En las modalidades de las FIGS. 12 y 16, el ángulo de incidencia a es cero, y en la modalidad ejemplar mostrada en las FIGS.21 y 22, el ángulo de incidencia a está entre aproximadamente 15° y 75° (por ejemplo, aproximadamente 25°). Otros ángulos son ciertamente posibles, dependiendo de la aplicación particular. Un ángulo de incidencia a no de cero se puede utilizar para formar una muesca para soldadura 30 que está desalineada con respecto a las diferentes capas de material de la pieza de metal en lámina 12, tal como aquel mostrado en la FIG. 22 donde la muesca para soldadura se desvía o se inclina. Otros ejemplos de muescas para soldadura fuera del eje que se pueden formar utilizando un haz de láser en un ángulo de incidencia no cero se muestran en las FIGS.7 y 8. Un ángulo de incidencia a no de cero también se puede utilizar para remover simultáneamente el material de más de una superficie de la pieza de metal en lámina 12 con un solo láser, tal como desde la superficie de borde 28 y desde la superficie lateral o mayor 24 al mismo tiempo. En otras palabras, el haz de láser 102 se dirige a la región de borde 20 de acuerdo con un ángulo de incidencia a tal que se simultáneamente impacta más de una superficie de la pieza de metal en lámina 12.

El impacto de láser de multi-superficie puede ser particularmente útil cuando se utiliza con piezas de metal en lámina recubiertas que se han cortado o cizallado después del proceso de recubrimiento, tal como cuando rollos de metal en lámina recubiertos se cortan en preformas individuales o se ranuran a lo ancho. Con referencia a la vista agrandada de la FIG. 23, las capas de material intermedio y/o recubrimiento 16, 18 puede llegar a ser embarradas o jaladas sobre el borde 28 cuando el metal en lámina se corta en preformas individuales tal que el material de las capas 16, 18 por lo menos parcialmente se envuelve alrededor de la esquina o borde 112. Esto puede particularmente real si el corte o equipo de cizallado es debilitado o de otra manera gastado. En la FIG.23, la flecha dirigida indica la dirección del corte. La remoción de las capas de material embarrado de tanto la superficie de borde 28 como la superficie lateral 24 además puede mejorar una junta de soldadura subsecuente en la región de borde 20, ya que ambas superficies podrían contaminar potencialmente una soldadura cercana. Un solo láser alineado de acuerdo con el ángulo de incidencia a no de cero, como es descrito en lo anterior, o múltiples lásers dirigidos a la misma región de borde, como es descrito enseguida, se podría utilizar para remover el material de las capas de material intermedia y/o de recubrimiento 16, 18 que han llegado a ser embarradas o de otra manera jaladas de la superficie del borde 28. Es posible para el método utilizar el borde longitudinal o en esquina 112 de la pieza de metal en lámina 12 como una característica de guía al alinear el haz de láser 102 tal que su eje central A impacta la pieza de metal en lámina en o dentro de una cierta distancia del borde longitudinal 112 (por ejemplo, dentro de la mitad del ancho de punto de láser). También se pueden utilizar otras téenicas de alineación y de guía.

Las FIGS.24 y 25 ilustran otro proceso de ablación por láser ejemplar. En esta modalidad, el primero y segundo haces de láser 102, 102' se dirigen en la región de borde 20 de acuerdo con diferentes ángulos de incidencia. El haz de láser 102 se muestra aquí impactando la región de borde 20 en un ángulo de incidencia que es aproximadamente cero (normal a la superficie lateral), mientras que el haz de láser 102' impacta la región de borde de acuerdo con un ángulo de incidencia a no de cero entre aproximadamente 15° - 75° (por ejemplo, aproximadamente 45°). Es posible para los haces de láser 102, 102' que sean encapsulados o dirigidos al mismo punto de láser o sitio de ablación, o se podría dirigir en sitios de ablación separados 104, 104' que están espaciados entre sí a lo largo del eje x, como es mostrado. Una razón potencial para espaciar los hace de láser es para permitir que el material sea quitado o expulsado por el primer haz de láser 102 para tener tiempo para por lo menos parcialmente solidificar o reaccionar antes de ser impactado y vaporizado por el segundo haz de láser 102'. En la modalidad mostrada en las FIGS.24 y 25, el primer haz de láser 102 se mueve a lo largo de la región de borde 20 (dirección del eje x) y remueve el material principalmente de la superficie lateral 24 de la pieza de metal en lámina, mientras que el segundo haz de láser 102' sigue detrás y remueve el material de la superficie de borde 28. La formación resultante — es decir, las áreas fuera de las muescas formadas por ambos láser 102, 102'-- constituye la muesca para soldadura 30 y mejora la capacidad saldable de la pieza de metal en lámina 12 al remover el material de una o más capas de material en el sitio futuro de una junta de soldadura potencial.

La vista de sección transversal agrandada de la FIG. 25 muestra la región de borde 20 después de que el primer haz de láser 102 ha removido el material de la superficie lateral 24, pero antes de que el segundo haz de láser 102' ha removido el material de la superficie de borde 28. En esta etapa, el material fundido alcanzado por el primer haz de láser 102 puede fluir o salpicar lejos de la muesca para soldadura 30 debido a la expansión térmica rápida en el sitio de ablación. Este material fundido se puede depositar cerca de y formar una protuberancia resolidificada o parcialmente resolidificada 114. Si el protuberancia 114 incluye material de las capas de material 16, 18, entonces cualquier junta de soldadura subsecuentemente formada a lo largo de la región de borde 20 podría llegar a ser contaminada o comprometida. El segundo haz de láser 102' puede ser dirigido con cualquier ángulo de incidencia a adecuado, cero o no de cero, en la protuberancia 114 con el fin de removerlo de la región de borde 20. En otra modalidad, el segundo haz de láser 102' se reemplaza con una herramienta de ablación mecánica tal como un raspador o cepillo de alambre para la remoción de la protuberancia u otro material a lo largo de la superficie de borde 28. La herramienta de ablación mecánica puede seguir detrás del primer haz de láser 102 en la misma instalación como es mostrado, o podría ser utilizado en una operación completamente separada. Un ejemplo no limitante de una herramienta de ablación mecánica adecuada es la herramienta raspadora descrita en la Patente de los Estados Unidos No.7,971,303 de Prasad y colaboradores, los contenido completos de la cual se incorporan en la presente por referencia.

Volviendo ahora a las FIGS.26-28, se muestra otro ejemplo de un proceso de ablación de multi-láser o de haz doble, donde el primero y segundo haces de láser 102, 102' se sobreponen en un punto de láser compuesto 116 donde la energía combinada de los láser es más grande. En el ejemplo ilustrado, el punto de láser compuesto 116 se dirige a la región de borde 20 de la pieza de metal en lámina 12 de modo que el punto de láser compuesto por lo menos parcialmente cubre el borde longitudinal o esquina 112 y de modo que la mayor remoción de material se presenta en esta área general. Esto se demuestra por la conformación de la muesca para soldadura 30, que tiene una profundidad no uniforme que es más grande en el área cerca del borde 28, similar en configuración con la muesca para soldadura ilustrada anteriormente en la FIG.11.

Los puntos de láser sobrepuestos 104, 104' se puede utilizar para ajustar o manipular la distribución de energía de láser en el sitio de ablación, como se muestra en las FIGS. 27 y 28. Por ejemplo, los puntos de láser redondos 104, 104' mostrados en la parte superior de la FIG. 27 se sobreponen para formar el punto de láser compuesto 116, y una distribución de energía correspondiente 200 ejemplar a través de los puntos de láser sobrepuestos 104, 104' se muestra en el diagrama en el fondo de la FIG.27. La distribución de energía 200 incluye un pico o máximo 202 en la región del punto de láser compuesto 116 donde están presentes ambos haces de láser. La conformación real de la distribución de energía puede variar de aquella mostrada aquí dependiendo de varios factores, incluyendo las distribuciones de energía individuales de cada punto de láser, la distancia del plano focal de cada punto de láser, y otros factores. Los haces de láser 102, 102' pueden emanar de fuentes de láser que son co-ubicadas entre si y pueden extenderse hacia el sitio de ablación en una manera generalmente paralela (es decir, los dos haces de láser pueden tener ángulos de incidencia a que están dentro de 10° entre si). Esto es un poco diferente que la modalidad ilustrada en la FIG. 24, donde los haces de láser se originan de fuentes de láser que están espaciadas en la dirección del eje x (no co-situado ubicada) y que se extienden hacia el sitio de ablación en una manera generalmente no paralela. Como se mencionó previamente, es posible para el método utilizar el borde longitudinal 112 de la pieza de metal en lámina como una característica de guía cuando los haces de láser se mueven a lo largo de la longitud de la región de borde 20 (en la dirección del eje x).

Este tipo de proceso de multi-láser o de doble-haz puede ser útil donde es deseable formar una muesca para soldadura 30 con una profundidad D no constante o no uniforme a través de su ancho W, tal como la muesca para soldadura ilustrada en las FIGS.9-11 y 26. Por ejemplo, este proceso puede remover material de la capa de material de recubrimiento 18, la capa de material intermedia 16 y la capa de material base 14 en el punto de láser compuesto 116, mientras que únicamente remueven material de la capa de material de recubrimiento 18 y/o la capa de material intermedia 16 en las porciones no sobrepuestas de los puntos de láser 104, 104'. Los puntos de láser sobrepuestos se pueden utilizar en conjunción con otras modalidades previamente descritas también. Por ejemplo, el segundo haz de láser 102' puede ser dirigido en la pieza de metal en lámina 12 de acuerdo con un ángulo de incidencia no de cero. La FIG. 28 representa un punto de láser compuesto 116 donde los puntos de láser individuales 104, 104' son rectangulares en conformación, como es opuesto al ejemplo previo donde son circulares. Los puntos o espacios de láser que tienen diferentes tamaños, conformaciones, configuraciones, etc. se pueden utilizar en lugar de o además de aquellos descritos en la presente.

La FIG.29 ilustra otra modalidad de un proceso de ablación por láser, donde la pieza de metal en lámina 12 se proporciona a partir de un rollo y se alimenta en una dirección de la máquina (indicada por la flecha dirigida no numeradas) más allá de una pluralidad de fuentes de láser 100, 100'. Cada una de las fuentes de láser 100, 100' emite un haz de láser hacia una ubicación diferente sobre la región de borde 20, y puede de esta manera desde un lado diferente y/o en un ángulo de incidencia a diferente que los otros láser. En este ejemplo particular, los primeros dos haces de láser encontrados por la pieza de metal en lámina a medida que se mueve en la dirección de la máquina puede remover el material principalmente de las dos superficies laterales 24, 26 de la pieza de metal en lámina, mientras que los siguientes dos haces de láser en ángulo pueden remover las protuberancia resolidificadas (por ejemplo, porción 114 de la FIG. 25) u otras formaciones de material del borde 28. Las ablaciones resultantes en la región de borde 20 conjuntamente constituyen las muescas para soldadura 30, 30'. El proceso ilustrado puede ser útil para alimentar el metal en lámina 12, completar con las muescas para soldadura 30, 30', directamente a los procesos corriente abajo donde puede ser cortado, cizallado y/o unido con otras piezas de metal en lámina a lo largo de la región de borde 20.

Una característica potencial que se puede utilizar con cualquiera de las modalidades previamente descritas involucra el monitoreo de las condiciones del proceso y los parámetros de operación cambiantes en respuesta a las mismas. El presente método puede emplear una característica de retroalimentación de bucle cerrado que automáticamente ajusta ciertos parámetros de operación con el fin de tener en cuenta las variaciones o cambios en las condiciones del proceso monitorizadas, o se puede utilizar un proceso iterativo en el cual ciertos parámetros de operación son incrementadamente o de otra manera cambiados, para citar dos posibilidades. Por ejemplo, un proceso de ablación por láser se puede configurar para monitorear una característica de la pieza de metal en lámina 12, tal como la capacidad de absorción o reflectividad del material en el sitio de la ablación o el punto de láser 104. Cuando la capacidad de absorción o reflectividad cambia o se desvia por una cantidad dada — por ejemplo, cuando el haz de láser encuentra una nueva capa de material -- el método puede ajustar a un parámetro de operación de láser, tal como la frecuencia de pulso y/o el ancho de pulso. Este procedimiento dinámico puede ser útil donde las diversas capas de material de la pieza de metal en lámina 12 cada una tiene diferentes parámetros de operación óptimos que pueden ser ajustados por el presente método. Por ejemplo, una cierta frecuencia de impulso y/o ancho de pulso puede ser más efectivo para remover la capa de material de recubrimiento 18 que lo que es para remover la capa de material intermedia 16 o la capa de material base 14. Al monitorear las condiciones del proceso y al cambiar los parámetros de operación por consiguiente, el presente método puede ser capaz de detectar cuando un haz de láser 102 alcanza una nueva capa de material e implementar los parámetros de operación óptimos para esa capa en respuesta a lo mismo.

Otra téenica potencial que se puede utilizar con cualquiera de las modalidades previamente descritas involucra arreglar la pieza de metal en lámina en una orientación generalmente vertical durante el proceso de ablación por láser, como es ilustrado en las FIGS.12, 16, 21 y 24. Debido a la orientación vertical, la gravedad puede causar que cualquier material fundido cerca del sitio de la ablación fluya en una dirección deseada. Por ejemplo, es deseable tener al flujo de material fundido que fluya desde el borde 28 de la pieza de metal en lámina, que es donde una junta de soldadura subsecuentemente formada es probable que sea localizada, entonces se puede utilizar una orientación vertical similar a aquella de las figuras referidas. Esto reduce la probabilidad de que el material de recubrimiento fundido que fluye hacia el borde 28 y que solidifique ahi, donde podría ser problemático en procesos de soldadura subsecuentes a lo largo de ese borde. La pieza de metal en lámina no necesita ser perfectamente vertical, sin embargo. En algunos casos, puede ser suficiente que la pieza de metal en lámina sea orientada de modo que la región de borde 20 desde el cual está siendo removido el material se ubique más cerca que el resto de la pieza de metal en lámina. Donde una muesca para soldadura está siendo formada en solamente un lado de la pieza de metal en lámina a la vez, la pieza de metal en lámina 12 se puede orientar de modo que el lado del cual el material está siendo removido está enfrentando hacia abajo durante el proceso de ablación por láser de modo que cualquier material fundido en exceso gotea o fluye lejos de la región de borde 20.

Otra téenica útil para ayudar a prevenir a que el material fundido solidifique a lo largo del borde 28 de la pieza de metal en lámina que es soldada es proporcionar un chorro de alta velocidad 118 de aire (ver la FIG.16) u otro fluido (por ejemplo nitrógeno o un gas inerte) en la ubicación del punto de láser o sitio de ablación 104 para soplar el material fundido lejos del borde. En la FIG.16, el chorro 118 de aire se ubica más allá de las superficies de la pieza de metal en lámina de modo que el aire fluye en una dirección hacia el borde 28 (en la dirección y hacia abajo) para soplar el material fundido hacia la porción todavía recubierta de la pieza de metal en lámina. Un chorro 118 de aire alternativamente o adicionalmente puede ser dirigido a lo largo de la muesca para soldadura en la dirección del movimiento del láser (en la dirección x horizontal de la FIG. 16). En una modalidad, una pluralidad de chorros 118 se dirige a lo largo de la región de borde para ayudar a prevenir que el material fundido solidifique a lo largo del borde de la pieza de metal en lámina. Los chorros individuales se pueden dirigir todos en la misma dirección o en diferentes direcciones con respecto entre sí. Algunas de las téenicas precedentes se pueden utilizar con las piezas de metal en lámina arregladas en orientaciones horizontales también.

En otro proceso ilustrativo que utiliza un haz de láser para remover una o más capas de material de recubrimiento de la pieza de metal en lámina a lo largo de una región de borde de la pieza de metal en lámina, el proceso también incluye el corte con láser de la pieza de metal en lámina. El corte con láser emplea un láser de acción relativamente alta, usualmente en un modo continuo antes que en un modo de energía pulsada, para separar una pieza de metal en lámina en dos o más piezas individuales. En un proceso de corte por láser, el haz de láser suministra suficiente energía a la pieza de metal en lámina en la ubicación deseada de la separación para fundir y/o vaporizar la capa de material base. Un chorro de aire de alta velocidad u otro fluido puede seguir el haz de láser para soplar el material fundido lejos de la pieza de metal en lámina y efectivamente separarla en dos piezas de metal en lámina individuales con bordes recientemente formados y regiones de borde. Este proceso se ha encontrado que da por resultado un borde (elemento 28 en las figuras) y/o en esquina longitudinal (por ejemplo, ubicado en el número de referencia 112 en las FIGS.22 y 23) que está sustancialmente libre de cualquier material de la capa de material de recubrimiento y/o la capa de material intermedia. Las juntas de soldadura subsecuentemente formadas a lo largo de los bordes producidos en un proceso de corte por láser algunas veces exhiben resistencia notablemente mejorada sobre las juntas de soldadura formadas a lo largo de bordes mecánicamente cizallados. El corte con láser de esta manera se puede considerar una forma de un proceso de ablación por láser útil para prevenir a los constituyentes indeseados de la inclusión en las juntas de soldadura cercanas y subsecuentemente formadas, y es un proceso que simultáneamente corta el metal en lámina en las preformas individuales u otras piezas mientras que se remueven una o más capas del material de recubrimiento.

Se va a entender que la descripción anterior no es una definición de la invención, sino es una descripción de una o más modalidades ejemplares preferidas de la invención. La invención no está limitada a la modalidad (es) particular descrita en la presente, sino más bien se define solamente por las reivindicaciones enseguida. Además, las declaraciones contenidas en la descripción anterior se relacionan a modalidades particulares y no se va considerar como limitaciones sobre el alcance de la invención o sobre la definición de los términos utilizados en las reivindicaciones, excepto donde un término o frase se define expresamente en lo anterior. Varias de otras modalidades y varios cambios y modificaciones a la modalidad(es) descrita llegarán a ser evidentes para aquellos expertos en la téenica. Todas de tales de otras modalidades, cambios, y modificaciones se proponen para venir dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Como se utiliza en esta especificación y en las reivindicaciones, los términos "por ejemplo", "e.g.", "para ese caso", "tal como" y "similares", y los verbos "que comprende", "que tiene", "que incluye" y sus otras formas de verbo, cuando se utilizan en conjunción con un listado de uno o más componentes u otros artículos, cada uno se van a considerar como de extremo abierto, que significa que el listado no se va a considerar como excluyente de otros componentes o artículos adicionales. Otros términos se van a considerar utilizando su significado razonable más amplio a menos que se utilicen en un contexto que requiere una interpretación diferente.

Claims (19)

REIVINDICACIONES

1. Una pieza de metal en lámina para el uso en un proceso de soldadura, caracterizada porque comprende: una capa de material base; una capa de material de recubrimiento; una capa de material intermedia que es ubicada entre la capa de material base y la capa de material de recubrimiento y que incluye un compuesto intermetálico que tiene por lo menos un constituyente de cada una de la capa de material base y la capa de material de recubrimiento; y una región de borde que es ubicada a lo largo de un borde de la pieza de metal en lámina que va a ser soldada y que incluye una muesca para soldadura definida por lo menos parcialmente por una superficie de muesca para soldadura que incluye material de tanto la capa de material de recubrimiento como la capa de material intermedia.

2. La pieza de metal en lámina de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la muesca para soldadura se define por la primera y segunda superficies de muesca que se intersectan entre si, la primera superficie de muesca incluye material de tanto la capa de material de recubrimiento como la capa de material intermedia y la segunda superficie de muesca incluye material de por lo menos una de la capa de material intermedia o la capa de material de base, y la primera y segunda superficies de muesca se intersectan entre sí a lo largo de un borde ubicado en por lo menos una de la capa de material intermedia o la capa de material base.

3. La pieza de metal en lámina de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque la muesca para soldadura además se define por una tercera superficie de muesca para soldadura que intersecta tanto la segunda superficie de muesca de soldadura como el borde de la pieza de metal en lámina, y la tercera superficie de muesca para soldadura se arregla dentro de la muesca para soldadura de modo que el material de por lo menos una de la capa de material de recubrimiento o la capa de material intermedia que se ha salpicado hacia abajo del borde de la pieza de metal en lámina es removida.

4. La pieza de metal en lámina de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la superficie de muesca para soldadura que incluye material de tanto la capa de material de recubrimiento como la capa de material intermedia intersecta el borde de la pieza de metal en lámina .

5. La pieza de metal en lámina de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada porque la muesca para soldadura se define por lo menos parcialmente por una superficie de muesca para soldadura contorneada que es curva, y la superficie de muesca para soldadura contorneada incluye material de tanto la capa de material de recubrimiento como la capa de material intermedia e intersecta el borde de la pieza de metal en lámina.

6. La pieza de metal en lámina de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada porque la muesca para soldadura se define por lo menos parcialmente por una superficie de muesca para soldadura biselada que es plana, y la superficie de muesca para soldadura biselada incluye material de tanto la capa de material de recubrimiento como la capa de material intermedia e intersecta el borde de la pieza de metal en lámina.

7. La pieza de metal en lámina de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la muesca para soldadura tiene una profundidad y un ancho, y la profundidad de la muesca para soldadura varia a través del ancho de la muesca para soldadura de modo que la profundidad promedio de la muesca para soldadura es más grande hacia el borde de la pieza de metal en lámina.

8. La pieza de metal en lámina de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la muesca para soldadura se ubica a lo largo de un lado de la pieza de metal en lámina, y la región de borde además comprende una muesca para soldadura adicional ubicada a lo largo de un lado opuesto de la pieza de metal en lámina de modo que las dos muescas para soldadura generalmente se oponen entre si a través del espesor de la pieza de metal en lámina.

9. Un método de formar una muesca para soldadura en una pieza de metal en lámina, caracterizado porque comprende las etapas de: (a) proporcionar una pieza de metal en lámina que tiene una pluralidad de capas de material en una región de borde, y la pluralidad de capas de material incluye una capa de material base, una capa de material intermedia que cubre por lo menos una porción de la capa de material base, y una capa de material de recubrimiento que cubre por lo menos una porción de la capa de material intermedia; (b) dirigir un haz de láser hacia la región de borde de la pieza de metal en lámina; y (c) remover el material de por lo menos una de la pluralidad de capas de material en la región de borde de la pieza de metal en lámina con el haz de láser de modo que se forma una muesca para soldadura, en donde la muesca para soldadura incluye una superficie de muesca para soldadura con el material de tanto la capa de material de recubrimiento como la capa de material intermedia.

10. El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque la etapa (b) además comprende dirigir el haz de láser hacia la región de borde de la pieza de metal en lámina de acuerdo con un ángulo de incidencia a no de cero de modo que impacta tanto una superficie lateral como una superficie de borde de la pieza de metal en lámina, y la etapa (c) además comprende remover simultáneamente el material de por lo menos una de la pluralidad de capas de material sobre tanto la superficie lateral como la superficie de borde de la pieza de metal en lámina utilizando un solo haz de láser.

11. El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque la etapa (b) además comprende dirigir un primero y segundo haces de láser hacia la región de borde de la pieza de metal en lámina; y la etapa (c) además comprende remover el material de por lo menos una de la pluralidad de capas de material en la región de borde de la pieza de metal en lámina con el primero y segundo haces de láser.

12. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el primero y segundo haces de láser están en lados opuestos de la pieza de metal en lámina, y el primer y segundo haces de láser forman la primera y segunda muescas para soldadura, respectivamente, en lados opuestos de la pieza de metal en lámina de modo que las dos muescas para soldadura generalmente se oponen entre si a través del espesor de la pieza de metal en lámina.

13. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el primero y segundo haces de láser están en el mismo lado de la pieza de metal en lámina e impacta la región de borde en generalmente la misma ubicación, y el primero y segundo haces de láser cooperan entre si para formar una muesca para soldadura común.

14. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el primer haz de láser remueve el material de por lo menos una de la pluralidad de capas de material en la región de borde de la pieza de metal en lámina y simultáneamente forma una protuberancia, y el segundo haz de láser remueve material de la protuberancia una vez que se ha resolidificado o parcialmente resolidificado.

15. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el primer haz de láser remueve el material de por lo menos una de la pluralidad de capas de material sobre una superficie lateral de la pieza de metal en lámina y el segundo haz de láser remueve el material de por lo menos una de la pluralidad de capas de material sobre una superficie de borde de la pieza de metal en lámina.

16. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el primer haz de láser se dirige hacia la región de borde de acuerdo con un primer ángulo de incidencia a y el segundo haz de láser se dirige hacia la región de borde de acuerdo con un segundo ángulo de incidencia a' , y el primero y segundo ángulos de incidencia a, a/ son diferentes entre si y están arreglados para remover material de diferentes secciones de la región de borde.

17. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el primero y segundo haces de láser impactan la región de borde de la pieza de metal en lámina y por lo menos parcialmente se sobreponen en un punto de láser compuesto donde la energía combinada es más grande, y la ubicación del punto de láser compuesto se controla para manipular la distribución de energía de láser en la región de borde.

18. El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque la ubicación del punto de láser compuesto se controla de modo que por lo menos parcialmente cubre un borde longitudinal o esquina entre una superficie lateral y una superficie de borde de la pieza de metal en lámina.

19. El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque además comprende la etapa de: proporcionar un chorro de aire de alta velocidad u otro fluido en una ubicación donde el haz de láser está removiendo el material de por lo menos una de la pluralidad de capas de material de modo que el material fundido es soplado lejos de la región de borde.