用于激光焊接的方法和由此制成的焊接结构技术

描述了一种用于对两个彼此定位的接合件(1)进行激光焊接的方法，其中激光头具有从激光头发射的激光束(9)，两个接合件具有这两个接合件的接缝(3)，激光头和两个接合件相对彼此沿着所述接缝(3)的纵向延伸段沿进给方向运动，并且通过激光束(9)在所述接缝(3)中产生具有目标焊入深度(8)的焊缝，所述目标焊入深度比所述接合件(1)的临界焊入深度更深，其中，焊接方法两步骤地实施，并为了构成连接两个接合件(1)的焊缝在第一步骤中通过激光束(9)在接缝(3)中将材料熔化至目标焊入深度(8)，并且在接下来的步骤中将通过所述第一步骤产生的焊缝再次熔化到最大等于所述接合件(1)的临界焊入深度的焊入深度。还描述了一种根据所述方法制造的焊接结构(11)。制造的焊接结构(11)。制造的焊接结构(11)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于激光焊接的方法和由此制成的焊接结构
[0001]本专利技术涉及一种用于对两个彼此定位的接合件进行激光焊接的方法，在所述方法中，激光头具有从所述激光头发射的激光束，两个接合件具有这两个接合件的接缝，所述激光头和两个接合件相对彼此沿着所述接缝的纵向延伸段沿进给方向运动，并且通过所述激光束在所述接缝中产生具有目标焊入深度的焊缝，所述目标焊入深度比所述接合件的临界焊入深度更深。还描述了一种焊接结构，尤其用作机动车的结构组件，其至少一部分按照前述方法制造。
[0002]在金属的结构技术的多个领域中通过激光焊接相互接合两个接合件。多个
中的一个是汽车领域，在该领域中使用激光焊接方法，并且具体地结合车身制造，同样例如用于制造支承结构、支架和类似部件。在后者情况中使用激光焊接，当待制造的结构是焊接结构时，即由多个预制的单独部件组合成焊接结构，并且这些单独部件彼此间通过焊接相接合。激光焊接在这些情况下通常无焊料地实施。这被证明比通过焊料构造焊缝更为廉价。此外提供的技术优点还在于例如更好的可通达性或更大的焊入深度。激光焊接还具有的优点在于，两个接合件中仅真正较小的区域通过焊接被加热并且由此使得热流区域保持得较小。这首先在这种构件中是希望的，这些构件在接合之前被硬化或者必须具有降低的变形。
[0003]但是，无焊料的激光焊接的条件是，两个接合件为了焊接彼此间应如此保持，使得接缝具有所谓的零间隙或者几乎是零间隙。待连接的接合件为此相对彼此定位并且在夹紧装置中在对接缝作用预紧的情况下保持。位于两个接合件之间的接缝需要满足针对待激光焊接的焊缝的要求。由此，通过这种接合件上的夹紧装置对接缝施加相对较高的力。在三维成型的焊接结构中，例如当焊接结构具有弯曲的表面时，例如在保险杆横梁中情况中，无法避免通过所施加的夹紧力在确定的位置上或者在确定的区段中也产生拉力，该夹紧力原则上作为压力作用于接缝。原因在于，在接合件的轮廓几何形状中的公差可能同样如通过焊接结构引起的杠杆作用。
[0004]为了激光焊接，具有从激光头发射的激光束的激光头相对于具有接缝的两个接合件运动。通常，当保持在夹紧装置的接合件相对于激光头保持位置固定时，激光头移动。以一种能量实施激光焊接，使得激光束达到为了接合两个接合件而规定的焊入深度，即目标焊入深度。
[0005]在无焊料的激光焊接中的问题在于，从根据接合件的材料和材料状态所决定的临界焊入深度开始通常存在的风险是，在焊缝内会产生裂纹、即所谓的热裂纹。这是由于接缝中有时占主导的拉应力，这不允许待硬化的熔体在硬化过程中完全生长在一起。有意思的是，这种裂纹不会必然延伸至焊缝的表面，因此在外侧常常无法识别出。这些在临界焊入深度以上形成。尤其通过创建大量金相切割图像，这些图像并不总是涉及裂纹，因此不会被发现。为了可靠地生产满足这些要求的焊接结构，首先是关于焊缝的要求，有必要进行具有不同焊接参数的各种焊接样品和焊接样品评估，直到焊接结果具有尽可能少的此类裂纹。在焊缝中存在的裂纹，尤其在未被发现的情况下，会损害焊缝，从而自然不符合要求。在这种情况下值得注意的是，通常在这种焊接结构中规定的焊入深度大于临界焊入深度。如果焊
入深度小于或等于临界焊入深度，则焊缝中不会出现热裂纹。
[0006]即使可以通过适当的激光参数化来减少热裂纹的形成，例如激光的聚焦、能量、进给速度，但最终在过程安全的工业生产背景下也无法避免热裂纹的产生。当接合由具有不利的硅和/或镁含量的高强度钢或特殊铝合金等材料制成的连接件时尤其如此。这种材料特征对热裂纹的敏感性特别高。
[0007]从所讨论的现有技术出发，本专利技术所要解决的技术问题在于，建议一种用于尤其无焊料地对两个彼此定位的接合件进行激光焊接的方法，通过该方法可以将两个接合件以目标焊入深度相互接合，所述目标焊入深度比临界焊入深度更深，并且仍可以确保即使是由高强度材料构成的两个接合件，焊缝依然是无热裂纹的。
[0008]所述技术问题按照本专利技术通过前述类型的方法解决，其中，所述焊接方法两步骤地实施，并且为了构成连接两个接合件的焊缝在第一步骤中通过激光束在所述接缝中将材料熔化至目标焊入深度，并且在接下来的步骤中将通过所述第一步骤产生的焊缝再次熔化到最大等于所述接合件的临界焊入深度的焊入深度。
[0009]在传统激光焊接中人们针对尤其由易产生热裂纹的材料制成的两个接合件已经做出了所有可能的妥协，以试图在焊缝中尽可能少地构成热裂纹，但所要求保护的方法却遵循不同的路径。所述焊接方法分两步进行。在第一焊接步骤之后并且在通过该焊接步骤熔化的熔体被硬化之后，形成第一焊缝或焊接区域通过第二个焊接步骤被再次处理。在所述方法中不必做出影响激光焊接效率和由此影响生产率的妥协。在这种激光焊接方法中，在第一步骤中形成焊入深度直至目标焊入深度的焊缝，而不需要采取特殊措施来减少热裂纹的形成。这使得在选择焊接参数时有很大的自由度。因此，焊接参数可以被设定为最有利于形成焊缝的。焊接参数通常如此设置，即接受热裂纹，但尝试使其尽可能靠近表面，也就是说，在低于临界焊入深度的深度处形成。此外由于上述原因，这种焊接可以以相对高的进给速率进行。为了减少热裂纹的形成，传统方法中试图保持尽可能低的进给速度，这对生产率不利。因此，在所述的激光焊接方法中在其第一个焊接步骤中简单地接受了热裂纹的形成，这与主流的技术指导相反。这是可行的，因为根据本专利技术在第一焊接步骤之后进行另外的焊接步骤，通过该另外的焊接步骤，先前形成的焊缝再次部分熔化，并且最大至接合件的临界焊入深度。这种再熔化会复原所产生的裂纹，从而为了连接两个接合件在接头的整个长度上产生无热裂纹的激光焊缝。在第二焊接步骤中较低的焊入深度如此实现，即在该步骤中比在第一焊接步骤中更少的能量被局部地引入待熔化的表面中。
[0010]即使原则上第一焊缝通过第二焊接步骤以较少的能量被一次性经过，但足以复原其中包含的热裂纹，尤其是对于具有较高焊入深度的焊缝，可能需要在最后一个焊接步骤之前实施一个或多个中间焊接步骤，根据权利要求这是最终复原热裂纹的第二焊接步骤。在这些中间步骤中的每一个步骤中，先前产生焊缝的材料都被熔化。通过这些中间步骤，其中也可能发生热裂纹，这些中间步骤不断地进一步到达表面并且从而置于较低的深度，直到最终的、实际的第二焊接步骤，存在的热裂纹被复原。
[0011]第一和至少一个随后的焊接步骤可以用同一个激光头或用两个激光头来实施。当使用两个激光头时，第一激光头将提供每单位面积具有较高能量的激光束，而第二激光头则提供较低能量的激光束。两个激光头可以相对于接缝一起移动，其中，具有较低能量的激光束的激光头跟随具有较高能量的激光束的第一激光头。两个激光头都可以安装在一个且
相同的激光头支架上。
[0012]针对按照本专利技术的两步的激光焊接，也可以使用同一个的激光头。原则上可以使激光头以其激光束的每单位面积的第一能量沿着接缝移动，以实施第一激光焊接步骤。为了复原热裂纹，在由第一焊接步骤形成的焊缝的整个或之前保留的长度上以较低的线能量移动激光头。这种较低的线能量可以通过以恒定能量运行的激光束来实现，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于对两个彼此定位的接合件(1、2；12、13、14、15)进行激光焊接的方法，在所述方法中，激光头具有从所述激光头发射的激光束(9)，两个接合件具有所述两个接合件的接缝(3)，所述激光头和两个接合件相对彼此沿着所述接缝(3)的纵向延伸段沿进给方向运动，并且通过所述激光束(9)在所述接缝(3)中产生具有目标焊入深度(8)的焊缝，所述目标焊入深度比所述接合件(1、2；12、13、14、15)的临界焊入深度更深，其特征在于，所述焊接方法两步骤地实施，并且为了构成连接两个接合件(1、2)的焊缝在第一步骤中通过激光束(9)在所述接缝(3)中将材料熔化至目标焊入深度(8)，并且在接下来的步骤中将通过所述第一步骤产生的焊缝再次熔化到最大等于所述接合件(1、2；12、13、14、15)的临界焊入深度的焊入深度。2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一步骤通过由第一激光头发射的更高能量密度的激光束实施，并且第二步骤通过由第二激光头发射的更低能量密度的激光束实施。3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二激光头的进给方向遵循所述第一激光头的进给方向，方式是，两个激光头安装在共同的激光头支架上，或者也彼此独立地且相对于所述接缝运动。4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，为了实施所述激光焊接方法，在所述第一步骤和第二步骤中使用相同的激光头，其中，所述第二步骤以降低的能量密度实施。5.按照权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，在所述第一焊接步骤之后并且在实施所述第二焊接步骤之前实施一个或多个中间焊接步骤。6.按照权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述激光头和所述两个接合件(1、2；12、13、14、15)连同其接缝持续地沿进给方向相对彼此运动，并且所述激光束(9)振荡式地从初始位置开始首先反向于进给运动地摆动并且摆回所述初始位置，所述初始位置通过振荡运动的一个端点定义并且在所述初始位置中材料被熔化至目标焊入深度(8)，其中，所述激光束(9)在这种振荡运动中的运动速度高于进给速度，所述激光头和接缝(3)相对彼此以所述进给速度运动，并且由此所述激光束(9)到其初始位置的回摆运动负责激光焊接的第二步骤的实施。7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，所述激光束以恒定的功率运行...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：奇昊汽车德国有限责任公司，
类型：发明
国别省市：