焊接板組件及其制造方法
【專利說明】焊接板組件及其制造方法
[0001]相關(guān)申請的引用
[0002]本申請要求于2013年3月14日提交的第61/784，184號美國臨時申請的優(yōu)先權(quán)，該申請的全部內(nèi)容通過引用并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開總體上涉及焊接板組件，并且更具體地，涉及將涂覆的金屬板材件焊接在一起以形成焊接板組件。
【背景技術(shù)】
[0004]為了提高對腐蝕、結(jié)垢和/或其他過程的抵抗力，由高強(qiáng)度鋼合金或可硬化鋼合金制成的金屬板材現(xiàn)在制造成具有一個或多個薄涂覆材料層，諸如鋁基層和鋅基層。雖然這些涂覆材料層可賦予金屬板材期望的品質(zhì)，但是它們的存在也會污染焊接，從而降低焊接強(qiáng)度、完整性等。如果涂覆的金屬板材件對接焊接或搭接焊接至另一個金屬板材件，則尤甚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)一個方面，提供了一種焊接板組件。該焊接板組件包括:第一金屬板材件和第二金屬板材件，第一金屬板材件和第二金屬板材件中的至少一個具有基礎(chǔ)材料層、涂覆材料層、以及具有焊接凹口的邊緣區(qū)域，在焊接凹口中涂覆材料層的至少一部分已經(jīng)被去除；焊接接頭，該焊接接頭將第一金屬板材件與第二金屬板材件在邊緣區(qū)域接合在一起，該焊接接頭包括來自基礎(chǔ)材料層的材料而基本上沒有來自涂覆材料層的材料；以及封頂材料，該封頂材料填充焊接凹口的至少一部分。封頂材料與焊接接頭直接接觸并成為對焊接板組件的永久添加物。
[0006]根據(jù)另一方面，提供了一種焊接板組件。該焊接板組件包括:接合在一起的第一金屬板材件和第二金屬板材件，其中該金屬板材件中的至少一個具有基礎(chǔ)材料層和涂覆材料層；焊接接頭，該焊接接頭將第一金屬板材件與第二金屬板材件沿著焊接區(qū)域接合在一起，該焊接接頭包括來自基礎(chǔ)材料層的材料而基本上沒有來自涂覆材料層的材料；以及封頂材料，該封頂材料覆蓋焊接接頭的至少一部分。該封頂材料包括在焊接接頭形成之前從涂覆材料層去除的并且在焊接接頭形成之后再應(yīng)用至焊接接頭上的材料。
[0007]根據(jù)另一個方面，提供了一種制造焊接板組件的方法。該方法可包括以下步驟:從涂覆的金屬板材件的區(qū)域中去除涂覆材料；將金屬板材件焊接至另一個金屬板材件，使得焊接接頭在涂覆的金屬板材件的該區(qū)域中形成，焊接接頭包括來自金屬板材件的基礎(chǔ)材料而基本上沒有涂覆材料；以及將封頂材料應(yīng)用至涂覆的金屬板材件的該區(qū)域，使得封頂材料覆蓋焊接接頭的至少一部分。
【附圖說明】
[0008]下文中將結(jié)合附圖對優(yōu)選的示例性實施方式進(jìn)行描述，其中相同的附圖標(biāo)記指示相同的元件，并且在附圖中:
[0009]圖1A至IC是接合金屬板材件的常規(guī)焊接接頭的剖視圖，其中在焊接接頭沒有形成焊接凹口；
[0010]圖2是示例性金屬板材件的邊緣區(qū)域的立體圖，該示例性金屬板材件包括在其相對兩側(cè)上的焊接凹口；
[0011]圖3是圖2的金屬板材件的放大剖視圖；
[0012]圖4是圖3的金屬板材件的剖視圖的放大視圖，示出了一些薄材料層；
[0013]圖5是示出了制造焊接板組件的方法的工藝流程圖；
[0014]圖6是示出了燒蝕過程的金屬板材件的立體圖，其中去除的材料收集在形成的焊接凹口旁邊。
[0015]圖7是圖6的金屬板材件的剖視圖；
[0016]圖8是圖6的金屬板材件的剖視圖，其中收集工具包括彎曲的輪廓；
[0017]圖9是圖6的金屬板材件的剖視圖，其示出了配置為幫助收集去除的材料的一道氣體；
[0018]圖10是圖6的金屬板材件的剖視圖，其中收集工具包括第二道氣體；
[0019]圖11是第一金屬板材件和第二金屬板材件以激光焊接過程接合以形成焊接板組件的立體圖；
[0020]圖12是圖11的焊接板組件的立體圖，其示出了再應(yīng)用工具將材料朝焊接接頭轉(zhuǎn)移;
[0021]圖13是圖12的在熱源下方穿過的焊接板組件的立體圖；
[0022]圖14是用于形成焊接板組件的連續(xù)過程的俯視圖；以及
[0023]圖15是圖14的焊接板組件的剖視圖。
【具體實施方式】
[0024]本文公開的焊接板組件由金屬板材件形成，該金屬板材件中的一個或多個在待焊接的邊緣具有沿邊緣區(qū)域形成的焊接凹口。焊接凹口的特征在于沒有來自材料層的特定成分。這些沿邊緣區(qū)域從薄材料層中除去材料的金屬板材件可用于形成具有焊接接點的焊接板組件，該焊接接點基本不具有一個或多個該涂覆成分。從金屬板材件中除去的材料可隨后被收集及再次應(yīng)用或設(shè)置在焊接接點上使得該材料起到保護(hù)劑的作用而非作為污染物。
[0025]首先參照圖1A至1C，其示出了與制造傳統(tǒng)的拼焊板10相關(guān)的一些步驟，該拼焊板10包括以邊緣到邊緣的方式激光焊接在一起的厚金屬板材件12和薄金屬板材件12’。根據(jù)本示例，金屬板材件12、12’中的每個都具有基礎(chǔ)材料層14以及覆蓋基礎(chǔ)材料層的相對表面的多個薄材料層16、18。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，可發(fā)現(xiàn)在金屬板材坯料上存在許多材料層，包括各種類型的表面處理、例如鋁基和鋅基材料層的涂覆材料層、油劑和其它抗氧化物、來自制造或材料處理過程的污染物以及氧化層，此處僅舉幾個例子。一旦這兩個金屬板材件鄰接地放在一起，則使用激光束或其它焊接工具熔化該金屬板材的位于邊緣區(qū)域20、20’的一部分，使得一定量的薄材料層16、18嵌入在所得焊接接頭22的內(nèi)部。除非首先進(jìn)行去除，否則這些不期望的成分可能對焊接接頭的整體強(qiáng)度和品質(zhì)帶來不良影響。
[0026]參照圖2，其示出了可通過本方法形成和/或使用的并且沿邊緣區(qū)域20焊接至鄰近件的示例性金屬板材件12。金屬板材件12包括相對的第一側(cè)24和第二側(cè)26，并且邊緣區(qū)域20沿待焊接的邊緣28定位。圖2中所示的特定的邊緣區(qū)域20包括兩個焊接凹口 30、30’。這兩個焊接凹口在金屬板材件12的相對的側(cè)面24和26上沿邊緣區(qū)域20延伸。焊接凹口 30、30’中的每個由彼此相交或接合的第一凹口表面32和第二凹口表面34限定。雖然示出了沿著單個的、直的邊緣區(qū)域20大體垂直的第一凹口表面32和第二凹口表面34，然而焊接凹口可以多種方式進(jìn)行配置。例如，列舉一些可能性，焊接凹口可以:包括一個或多個偏軸凹口表面或偏移凹口表面；具有一致的或不一致的深度和/或?qū)挾?；在尺寸、形狀和配置等方面與位于同一金屬板材件的其他焊接凹口不同；或者，為沿著金屬板材件上的直邊緣、彎曲邊緣、多個直邊緣、多個彎曲邊緣或者一些其他部分進(jìn)行定位的邊緣區(qū)域的一部分。
[0027]圖3是圖2中所示的金屬板材件12的邊緣區(qū)域20的剖視圖。所示金屬板材件12包括多個材料層，其中，包括基礎(chǔ)材料層14、中間材料層16、和涂覆材料層18。在本實施方式中，基礎(chǔ)材料層14是中央材料層或核心材料層(例如，鋼核心)，并且夾在中間材料層16和涂覆材料層18之間。基礎(chǔ)材料層14構(gòu)成金屬板材件12的厚度T的主要部分，因此可顯著地影響金屬板材件的機(jī)械性能。涂覆材料層18位于基礎(chǔ)材料層14相對的表面上并且是金屬板材件12的最外層。每個涂覆材料層18相較于基礎(chǔ)材料層14都較薄并且可以進(jìn)行選擇以加強(qiáng)金屬板材件的一個或多個特性(例如，抗腐蝕性、硬度、重量、可塑性、外觀等)。還可以為了后繼過程的使用或與后繼過程兼容來選擇涂覆材料層118，例如，如熱處理或者相互擴(kuò)散過程。
[0028]在該實施方式中，每個中間材料層16都位于基礎(chǔ)材料層14與涂覆材料層18中的一個之間，并且都與基礎(chǔ)材料層14和涂覆材料層18中的一個接觸。中間材料層16包括與緊鄰層14、18中的每個都一樣的至少一種成分，諸如原子元素或者化學(xué)化合物。中間材料層16可為基礎(chǔ)材料層14與涂覆材料層18的反應(yīng)產(chǎn)物。例如，浸鍍過程可導(dǎo)致在基礎(chǔ)材料層與熔池的界面處的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物就是中間材料層16，在浸鍍過程中，基礎(chǔ)材料層浸入或通過涂覆材料的熔池。在這種浸鍍過程的一個具體示例中，基礎(chǔ)材料層14是鋼，而涂覆材料層18是鋁合金。鋁合金熔池在基礎(chǔ)材料層的表面與基礎(chǔ)材料層反應(yīng)以形成中間材料層16，中間材料層16包括諸如Fe2Alj^# -鋁(FexAl y)金屬間化合物。中間材料層16可在更靠近基礎(chǔ)材料層14的區(qū)域處具有更高的基礎(chǔ)材料層成分(例如鐵)含量，并且可在更靠近涂覆材料層18的區(qū)域處具有更高的涂覆材料層成分(例如鋁)含量。雖然圖3所示的中間材料層是具有固定厚度的完美平面層，但是如圖4的放大視圖中所示，中間材料層16可沿其相對面不規(guī)則。金屬板材件12也可以包括其它的、附加的材料層，并不限于本文所述的具體布置。
[0029]如圖3所示，多層金屬板材件的一個具體示例是具有涂覆材料層的鋼產(chǎn)品，該示例對于在汽車或者其他工業(yè)中形成部件很有用。在一個【具體實施方式】中，基礎(chǔ)材料層14是高強(qiáng)度鋼合金或者可硬化的鋼合金，諸如硼鋼合金或者高強(qiáng)度低合金鋼(HSLA)。一些材料雖然對于其重量來說強(qiáng)度較大，但仍然經(jīng)常需要熱處理過程以獲得高強(qiáng)度特性和/或者只能在高溫下形成。可選擇涂覆材料層18以助于避免熱處理和/或者形成過程中的氧化，可選擇為在重量上比基礎(chǔ)材料層14輕，和/或者可選擇為在熱處理過程中與金屬板材件12的其它層相互擴(kuò)散。在一個實施方