利用激光束和填充焊丝之间的相对移动进行金属工件的激光钎焊制造技术

一种沿着在第一金属工件和第二金属工件之间形成的接合缝对金属工件组件进行激光钎焊的方法包括使激光束沿着接合缝前进，同时将填充焊丝进给到激光束中以熔化填充焊丝的被激光束照射的前端，从而在接合缝内和沿途产生并分配熔融填充材料。所分配的熔融填充材料在激光束之后凝固成钎焊接头。另外，作为该方法的一部分，在激光束沿着接合缝的至少一部分前进期间，激光束的焦点相对于填充焊丝的前端的位置反复波动。

Laser Brazing of Metal Workpieces by Relative Movements between Laser Beam and Filled Wire

A method of laser brazing metal workpiece assembly along the joint formed between the first metal workpiece and the second metal workpiece includes making the laser beam move along the joint, and feeding the filler wire into the laser beam to melt the front end of the filler wire irradiated by the laser beam, thereby generating and distributing the melt filler material in and along the joint. The melt filler material is solidified into brazed joint after laser beam. In addition, as part of the method, the position of the focus of the laser beam relative to the front end of the filling wire fluctuates repeatedly during the laser beam moving along at least part of the joint.

【技术实现步骤摘要】
利用激光束和填充焊丝之间的相对移动进行金属工件的激光钎焊
本专利技术的
一般涉及金属工件的激光钎焊，并且更具体地涉及一种利用操作激光束和填充焊丝之间的相对移动来对金属工件进行激光钎焊以提高所得钎焊接头的质量的方法。引言在制造环境中存在着许多两个金属工件需要沿着共用接口进行接合的情况。例如在汽车工业中，经常需要在构造某些车辆部件零件时将两个预制金属板固定在一起。激光钎焊是一种广泛采用的接合技术，这种技术特别适用于沿着正在制造的零件的A级表面定位的接合缝。A级表面通常具备一定造型，并且也是存在于组装车辆或其它成品的可见外部上的非平面展示表面。包括最终将成为A级表面一部分的接合缝的车辆部件零件包括车顶、行李箱盖、C柱和后备箱，在此仅举几例。在A级表面上形成的任何接头对外观都有很高的美感要求，同时还存在着严格的光学要求，以便于在喷涂时形成统一的光滑表面外观。通常采用的是激光钎焊，而且，激光钎焊在接头的美学外观和机械性能会影响接头质量的情况下是一种有效的接合技术。当然，激光钎焊也可以在各种其它情况下实施，并且不一定仅局限于所得钎焊接头是沿着A级车辆表面存在的那些应用。激光钎焊是一种金属接合工艺，其中激光束提供熔化消耗性填充焊丝所需的能量，该消耗性填充焊丝由所选钎焊材料组成，而钎焊材料在组成上适合于被接合的金属工件。在实践中，填充焊丝位于在两个金属工件之间形成的接合缝处，并且激光束指向接合缝，使得激光束的射束点至少部分地照射填充焊丝的前端(通常是在保护气体的保护下进行)。填充焊丝吸收激光束的能量并且熔化成熔融填充材料，这种熔融填充材料的粘度低得来足以使其可以流入接合缝中。激光束以预定速率沿接合缝前进，同时填充焊丝连续地进给到激光束的射束点以保持照射前端，从而在激光束向前前进期间连续地提供熔融可流动填充材料源。激光束沿着接合缝的前进再加上连续进给的填充焊丝，使得熔融填充材料被分配在金属工件的形成接合缝的相对表面之间的接合缝内和沿途。在激光束向前前进之后放置在接合缝内的熔融填充材料最终凝固成将工件接合在一起的钎焊接头。凝固熔融填充材料在凝固之前润湿工件的相对表面，使得钎焊接头以冶金方式将工件表面结合在一起，而不会熔化金属工件本身中的任何一个。所得钎焊接头通常具有光滑的顶表面，这是因为钎焊工艺不产生锁孔或湍流熔池(这是激光焊接应用中经常发生的情况)，并且激光钎焊的相对低温性质仅产生了最小的热影响区，由此避免了对接合缝外侧的金属工件造成热损坏。钎焊接头的这些物理特征和结构特征简化了钎焊接头区域的后续加工，比如平滑(例如，抛光、刷涂、砂磨等)和喷涂(如果需要的话)，而不必牺牲钎焊接头的强度和机械性能，特别是在接头不承重的情况下。在某些情况下(特别是当金属工件是钢制工件或铝合金工件时)，激光钎焊可能容易受到接合差异的影响，这些接合差异可能会对钎焊接头的机械性能、钎焊接头的美学外观(尤其在其顶表面处)或这两者产生不利的影响。例如，当将涂覆有锌基表面涂层(如锌或锌合金)的两个钢制工件激光钎焊在一起时，与激光钎焊工艺相关联的热量可能会导致锌基表面涂层在接合缝附近沸腾，而这可以将高压锌释放到熔融填充材料中和周围。逸出的高压锌可以反过来导致钎焊接头内的漏孔，并且还可以造成飞溅。当将两个铝合金工件激光钎焊在一起时，由于存在有通常包括在铝合金组成中的低沸点合金组成元素(如镁和锌)，因而可能会遇到类似的问题。当暴露于与激光钎焊工艺相关联的热量下时，这些低沸点合金成分可以作为高压蒸汽释放出去。另外，对于钢制工件和铝制工件而言，熔融填充材料与金属工件的相对表面之间的不充分接触是关注点所在。当熔融填充材料与金属工件的相对表面之间沿接合缝的接触不充分时，所产生的钎焊接头可能不具有预期的强度，并且可能无法完全桥接接合缝，这不是有利的结果。
技术实现思路
根据本专利技术的一个版本的对金属工件组件进行激光钎焊的方法可以包括几个步骤。在一个步骤中，提供金属工件组件。金属工件组件包括第一金属工件和第二金属工件。第一金属工件和第二金属工件形成接合缝。在另一个步骤中，激光束沿接合缝前进，同时将填充焊丝进给到激光束中以熔化填充焊丝的被激光束照射的前端，从而在激光束沿接合缝前进时在接合缝内和沿途产生并分配熔融填充材料。熔融填充材料在激光束之后凝固成钎焊接头。并且，在又一个步骤中，激光束的焦点的位置在激光束沿着接合缝的至少一部分前进期间相对于填充焊丝反复波动。可以进一步定义上述版本的方法。例如，激光束的焦点相对于填充焊丝的位置的反复波动可以包括沿着激光束的纵向束轴振荡焦点，从而在激光束沿接合缝前进期间交替地增加和减小激光束的焦距。在这种情况下，激光束的焦点可以振荡来使得激光束的焦距在2Hz至1000Hz的频率下在0.1mm至1.0mm之间的总振荡高度内交替地增加和减小。作为另一个示例，激光束的焦点相对于填充焊丝的位置的反复波动可以包括沿着与填充焊丝的轴向进给方向平行的方向振荡填充焊丝，以在激光束沿接合缝前进期间交替地增加和减小填充焊丝的前端的长度。在这种情况下，填充焊丝可以振荡来使得填充焊丝的长度在3Hz至1000Hz的频率下在0.1mm至0.8mm的长度范围内交替地增加和减小。作为又一个示例，激光束的焦点相对于填充焊丝的位置的反复波动可以包括沿着横向于填充焊丝的轴向进给方向的方向振动填充焊丝，以在激光束沿接合缝前进期间使填充焊丝的前端来回移动穿过接合缝的中心线平面。在这种情况下，填充焊丝可以振荡来使得填充焊丝的前端在2Hz至1500Hz的频率下在0.1mm至2.0mm范围的距离内移动穿过接合缝的中心线平面。第一金属工件和第二金属工件可以由任何激光可钎焊金属构成。例如，在一个实施例中，第一金属工件和第二金属工件中的每一个可以是钢制工件。此外，当第一金属工件和第二金属工件是钢制工件时，第一金属工件或第二金属工件中的至少一个可以是钢制工件，该钢制工件包括由锌基涂层材料或铝基涂层材料组成的表面涂层。在另一个实施例中，第一金属工件和第二金属工件中的每一个可以是铝合金工件。此外，当第一金属工件和第二金属工件是铝合金工件时，第一金属工件或第二金属工件中的至少一个可以是铝合金工件，该铝合金工件包括由难熔氧化物材料组成的表面涂层。根据本专利技术的另一个版本的对金属工件组件进行激光钎焊的方法可以包括几个步骤。在一个步骤中，激光束可以沿着在金属工件组件的第一金属工件和第二金属工件之间形成的接合缝前进。激光束具有焦点。在另一个步骤中，当激光束沿接合缝前进时，填充焊丝被进给到激光束中以熔化填充焊丝的被激光束照射的前端，从而在接合缝内和沿途产生并分配熔融填充材料。在又一个步骤中，激光束的焦点的位置在激光束沿着接合缝的至少一部分前进期间相对于填充焊丝反复波动。熔融填充材料在激光束之后凝固成将第一金属工件和第二金属工件以冶金方式结合在一起的钎焊接头。可以进一步定义上述版本的方法。例如，在一个实施例中，激光束的焦点相对于填充焊丝的位置的反复波动可以包括沿着激光束的纵向束轴振荡焦点，从而在激光束沿接合缝前进期间交替地增加和减小激光束的焦距。在另一个实施例中，激光束的焦点相对于填充焊丝的位置的反复波动可以包括沿着与填充焊丝的轴向进给方向平行的方向振荡填充焊丝，以在激光束沿接合缝前进期间交替地增加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对金属工件组件进行激光钎焊的方法，所述方法包括：提供金属工件组件，所述金属工件组件包括第一金属工件和第二金属工件，所述第一金属工件和第二金属工件形成接合缝；使激光束沿着所述接合缝前进，同时将填充焊丝送入到所述激光束中以熔化所述填充焊丝的被所述激光束照射的前端，从而在所述激光束沿所述接合缝前进时在所述接合缝内和沿途产生并分配熔融填充材料，所述熔融填充材料在所述激光束之后凝固成钎焊接头；并且在所述激光束沿着所述接合缝的至少一部分前进期间相对于所述填充焊丝反复波动所述激光束的焦点的位置。

【技术特征摘要】
2017.08.24 US 15/6852901.一种对金属工件组件进行激光钎焊的方法，所述方法包括：提供金属工件组件，所述金属工件组件包括第一金属工件和第二金属工件，所述第一金属工件和第二金属工件形成接合缝；使激光束沿着所述接合缝前进，同时将填充焊丝送入到所述激光束中以熔化所述填充焊丝的被所述激光束照射的前端，从而在所述激光束沿所述接合缝前进时在所述接合缝内和沿途产生并分配熔融填充材料，所述熔融填充材料在所述激光束之后凝固成钎焊接头；并且在所述激光束沿着所述接合缝的至少一部分前进期间相对于所述填充焊丝反复波动所述激光束的焦点的位置。2.如权利要求1所述的方法，其中使所述激光束的所述焦点相对于所述填充焊丝的所述位置反复波动包括沿着所述激光束的纵向束轴振荡所述焦点，从而在所述激光束沿所述接合缝前进期间交替地增加和减小所述激光束的焦距。3.如权利要求2所述的方法，其中所述激光束的所述焦点振荡来使得所述激光束的所述焦距在2Hz至1000Hz的频率下在0.1mm至1.0mm之间的总振荡高度内交替地增加和减小。4.如权利要求1所述的方法，其中使所述激光束的所述焦点相对于所述填充焊丝的所述位置反复波动包括沿着与所述填充焊丝的轴向进给方向平行的方向振荡所述填充焊丝，以在所述激光束沿所述接合缝前进期间交替地增加和减小所述填充焊丝的所述前端的长度。5.如权利要求4所述的方法，其中所述填充焊丝振荡来使得所述填充焊丝的所述长度在3Hz至1000Hz...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·沃斯科尔，杨上陆，B·卡尔森，陶武，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US