【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及金属片的激光焊接，具体涉及具有挑战性材料成分的金属片的激光焊接。
技术介绍
1、激光焊接使用激光束作为集中热源来局部熔化并接合两个通常由金属制成的部件。激光束可以聚焦到相对较小的点，从而产生高功率密度和小的热影响区。因此，当需要准确度和高度控制时，激光焊接是一种有吸引力的技术。此外，激光焊接非常适合自动化。
2、在激光焊接中，聚焦的激光束精确定位每个焊点或焊线，同时最大限度地减少附带加热。区分两种主要的激光焊接方式很有用。传导焊接发生在较低的激光功率和较低的激光功率密度下。吸收的激光功率加热照射的材料，从而熔化每个待接合部件中的材料，该材料流动、混合，然后固化。匙孔(keyhole)焊接发生在较高的激光功率和较高的激光功率密度下，足以蒸发一些被照射的材料。蒸发材料对周围熔化材料的压力打开穿过熔化材料的通道。该通道在本领域中被称为匙孔，具有窄而深的轮廓特征，其允许激光束深度穿透。成品匙孔焊缝通常比传导焊缝更窄、更深且更坚固。
3、激光焊接已成功应用于涉及以各种构造排列的各种材料的广泛焊接问题。在某些情况下，激光焊接取代了另一种焊接技术。在其他情况下，激光焊接能够焊接不适合通过传统的非激光焊接技术进行焊接的结构。
4、汽车行业是越来越多地采用激光焊接的若干个制造业之一。在汽车行业，激光焊接目前用于焊接许多不同的车辆部件，例如底盘、车身框架、车门、发动机部件和电池(用于电动和混合动力汽车)。凭借较小的热影响区以及通常控制良好且可精细调节的工艺，激光焊接可用于自动且可靠地焊接比使用
5、点焊是可用于激光焊接重叠部件的众多焊接方式之一。当将两个重叠部件激光点焊在一起时，激光束入射到其中一个部件上并局部熔化穿过该部件，一直到达与第二部件的界面，并且至少进入第二部件一定距离。激光点焊可应用于两个、三个或更多个金属部件的堆叠。事实证明，匙孔焊接可以在许多情况下形成牢固的点焊接头。为了形成比使用固定激光束所能实现的更大的焊点，可以引导激光束以描绘出螺旋图案。
技术实现思路
0、专利技术概述
1、本文公开的是螺旋激光焊接方法，其被构造为通过用双束激光辐射描绘出螺旋形图案而将金属部件的堆叠点焊在一起。双束激光辐射从一侧入射到金属堆叠上，并穿过堆叠熔化到达最远的金属部件。金属部件可以是两个或更多个金属片的堆叠。可替代地，距堆叠的接受激光辐射的一侧最远的堆叠的最远金属部件可以是较厚的非片状金属结构。
2、目前公开的方法利用匙孔焊接并且被专门定制以在某些特别具有挑战性的场景中实现牢固的焊接接头。尽管匙孔焊接在熔化和混合材料方面非常有效，但所产生的焊接接头的质量可能会因夹带的气体、冷却速率差异以及飞溅造成的材料损失等问题而受到影响。
3、飞溅是匙孔焊接中的一种不良现象，其中匙孔中的对流足够剧烈，以至于在焊接过程中会喷射出金属熔滴。这种熔滴的喷射以一种控制不良的方式减小了焊核的体积。
4、熔池中的气体可能会带来一些问题。熔池中存在气泡可能会导致飞溅。当气体在最终冷却过程中仍然被夹带时，由夹带气体的存在引起的残余应力可能导致焊接接头开裂。如果在冷却之前或冷却期间没有释放，则夹带的气体会在所得焊核中形成相当大尺寸的空隙和/或较小的孔隙。
5、当不同材料焊接在一起时，特别容易出现冷却速率差异。当激光焊接相同或相似材料的部件时，部件之间可以在焊接接头处形成真正的冶金结合，并且焊核的材料成分相对均匀。当激光焊接不同材料时，不同材料之间可能无法形成冶金结合。相反，焊缝可以包含两种材料的混合物。当混合物不均匀时，两种材料之间任何显著的冷却速率差异都可能导致熔池冷却时应力诱发的裂纹。
6、裂纹、空隙、孔隙和材料损失可能会损害焊接接头的强度。此外，在焊接结构旨在承载电流的场景中，例如在电池应用中，焊接接头的导电性可能会受到这些效应的不利影响。
7、在本方法中，激光焊接通过双束激光辐射来执行，双束激光辐射包括两个光束：中心光束和围绕中心光束的环形光束。中心光束和环形光束各自的功率彼此独立控制，以实现所需的结果。与单束激光相比，这种双束激光辐射可以保持更稳定且控制良好的匙孔。本匙孔的更高稳定性同时(a)最小化飞溅和(b)最大化匙孔打开的持续时间，从而能够促进夹带气体的释放。本方法沿着螺旋形图案追踪双束激光辐射，以可靠地产生具有最少夹带气体和最小(或无)裂纹的坚固焊接接头，即使在涉及容易夹带气体和裂纹的材料的情况下也是如此。同样为了避免或至少最小化裂纹的目的，该方法以在向螺旋图案的中心移动的同时控制激光功率逐渐下降而结束。
8、受益于上述工艺特征，本方法能够焊接异种金属、具有夹带气体的金属以及具有在焊接过程中蒸发的涂层的金属。一种方法是被定制用于将具有夹带气体的铝部件焊接在一起，并用向外螺旋和向内螺旋描绘同一区域，并中心光束沿着向内螺旋的部分用脉冲调制，以便正确释放夹带气体。铝部件可以具有不同的成分。另一种方法是描绘向内螺旋，被定制用于焊接带涂层的金属部件，例如镀锌钢或镀镍铜。在存在此类涂层的情况下，传统的激光焊接方法很难可靠地产生良好的焊接接头，特别是当部件之间没有间隙时。即使对于零间隙构造，本方法也能可靠地实现高质量的焊接接头。事实上，本方法的焊接接头质量基本上对间隙尺寸不敏感，间隙尺寸在从零间隙延伸到例如约0.5毫米或可能更大的间隙的范围内，这取决于部件的厚度。
9、在一个方面，用于接合铝的激光焊接方法包括以下步骤：将激光辐射聚焦到设置在铝部件上的第一铝片上，以及控制聚焦的激光辐射在第一铝片上描绘多个路径，从而将第一铝片焊接到铝部件。激光辐射包括中心光束和围绕中心光束的环形光束。控制步骤包括：在维持中心光束和环形光束各自的第一功率的同时描绘向外螺旋路径。向外螺旋路径从中心位置开始并且围绕中心位置盘旋并远离中心位置。控制步骤还包括，在描绘向外螺旋路径之后，描绘外部路径，同时将中心光束和环形光束的功率从相应的第一功率斜坡下降到相应的第二功率。从中心位置看去，外部路径位于螺旋路径的外围。另外，控制步骤包括，在描绘外部路径之后，描绘朝向中心位置的向内螺旋路径，同时首先(a)将中心光束和环形光束的功率从相应的第二功率逐渐上升到相应的第三功率，随后(b)维持环形光束的第三功率并在其第三功率和较低的第四功率之间反复地用脉冲调制中心光束，并且最后(c)关闭中心光束并将环形光束的功率斜坡下降至零。
10、另一方面，用于接合在界面处具有涂层的金属部件的堆叠的激光焊接方法，包括：将激光辐射聚焦到金属部件的堆叠上，以及控制聚焦的激光本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.用于接合铝材的激光焊接方法，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述减小步骤关闭所述中心光束并将所述环形光束的功率从所述第三功率斜坡下降。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述减小步骤将所述环形光束的功率斜坡下降至零。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述铝部件是第二铝片。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述外部路径包括完成围绕所述中心位置的至少一个完整回路的闭环。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述外部路径是未围绕所述中心位置完成完整旋转的开放路径。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中由所述控制步骤引起的铝熔化终止于所述铝部件的内部部分内的深度处。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述第一铝片和所述铝部件中的至少一个是铸铝或铸铝合金。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一铝片是挤压铝或挤压铝合金，并且所述铝部件是铸铝或铸铝合金。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其
11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述控制步骤还包括：在所述中心位置处并且在描绘所述向外螺旋路径之前，将所述中心光束和环形光束的功率从相应的初始功率斜坡下降到相应的第一功率。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述环形光束的所述第一功率、第二功率和第三功率中的每一个均超过所述中心光束的所述第一功率、第二功率和第三功率中的对应一个。
13.用于接合在界面处包括涂层的金属部件的堆叠的激光焊接方法，包括：
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述最远金属部件是金属片。
15.根据权利要求13或权利要求14所述的方法，其中每个所述金属部件均由钢制成并且所述涂层包括锌。
16.根据权利要求13或权利要求14所述的方法，其中每个所述金属部件由铜或铜合金制成，并且所述涂层包括镍。
17.根据权利要求13至16中的任一项所述的方法，其中由所述控制步骤引起的金属熔化终止于所述堆叠中位于所述最远金属部件的内部部分内的深度处。
18.根据权利要求13至17中的任一项所述的方法，其中所述环形光束的第一功率超过所述中心光束的第一功率。
19.根据权利要求13至18中的任一项所述的方法，其中所述控制步骤还包括，在描绘所述向内螺旋路径之前，利用处于相应的第一功率的所述中心光束和环形光束描绘闭环，所述闭环位于所述向内螺旋路径的外围并且终止于所述向内螺旋路径的起点。
20.根据权利要求13至19中的任一项所述的方法，其中所述间隙不大于所述两个相邻金属部件中的最靠近所述堆叠的接受所述激光辐射的一侧的一个金属部件的厚度的60％。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.用于接合铝材的激光焊接方法，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述减小步骤关闭所述中心光束并将所述环形光束的功率从所述第三功率斜坡下降。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述减小步骤将所述环形光束的功率斜坡下降至零。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述铝部件是第二铝片。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述外部路径包括完成围绕所述中心位置的至少一个完整回路的闭环。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述外部路径是未围绕所述中心位置完成完整旋转的开放路径。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中由所述控制步骤引起的铝熔化终止于所述铝部件的内部部分内的深度处。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述第一铝片和所述铝部件中的至少一个是铸铝或铸铝合金。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一铝片是挤压铝或挤压铝合金，并且所述铝部件是铸铝或铸铝合金。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中：
11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述控制步骤还包括：在所述中心位置处并且在描绘所述向外螺旋路径之前，将所述中心光束和环形光束的功率从相应的初始功率斜坡下降到相应的第一功率。
12.根据前述权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：M·纳里，H·帕尤科斯基，
申请(专利权)人：可利雷斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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