利用填充丝对涂覆的钢坯件进行激光焊接的制作方法

1.本专利申请涉及用于例如使用填充丝对涂覆的钢坯件进行激光焊接的系统和方法。


背景技术：

2.硼钢由于其形成完全马氏体微观结构的能力而经常用于汽车工业，硼钢会得到高强度的材料。尽管可成形性水平较低，但是硼钢可以被热冲压以提高可成形性，并且硼钢可以通过热冲压工序来构建坚固的成形结构比如车门框架。然而，单独的硼钢在热处理期间趋于在表面处形成氧化层。该氧化层可能在冲压模上产生磨损并阻碍粘合剂涂装工序。因此，硼钢通常涂覆有铝硅涂层。
3.硼钢上的铝硅涂层提供了防止在奥氏体化工序期间氧化/结垢的屏障并且还允许铝与涂层内的铁反应。铁铝涂层具有能够承受热冲压工序的高熔点。
4.由于工序的通用性，热冲压钢通常与激光坯件焊接相配对。具有不同厚度和材料的若干坯件可以通过激光焊接而接合在一起，然后被热冲压成一个成形部件。这具有许多优点，比如具有使一些零部件具有结构强度并使一些具有碰撞能量吸收性能的能力、具有不同的材料厚度以节省重量和成本、以及更好地嵌套坯件以降低卷材(coil)废品率。
5.问题在于铝硅涂层会对激光焊接工序产生负面影响。在焊接期间，铝具有与铁混合并形成脆性金属间化合物的趋势，这会导致沿着焊缝产生裂纹。高强度的热冲压钢(例如，usibor)上的铝硅涂层会在激光焊接期间污染焊接熔池。这种铁铝金属间化合物会对焊缝的淬透性产生不利影响。这也不能满足对热冲压部件的机械性能要求(拉伸强度、硬度等)。
6.在现有技术方法中，阿塞洛米塔尔拼焊板(arcelormittal tailored blanks,amtb)使用烧蚀过程(例如，通过烧蚀激光)来去除铝硅涂层。高度精确的烧蚀工序可以去除大部分的al-si涂层，但是保留了al-fe的金属间化合层。然后将未涂覆的坯件(或部分未涂覆的坯件)激光焊接在一起。
7.在另一现有技术方法中，在激光焊接过程期间添加粉末(由电力馈送喷嘴提供)以将铝硅涂层结合在基础金属上。该现有技术方法的问题在于，焊缝的物理结构不满足所有oem(原始设备制造商)的标准。例如，底切上可能具有焊缝无法满足的较低公差。还发现的是，激光焊接不能如某些规格所要求的那样有效地处理间隙尺寸的变化。
8.本专利申请提供了用于对涂覆的钢坯件进行激光焊接的系统和方法的改进。


技术实现要素：

9.本专利申请的一个方面提供了一种系统，该系统包括激光焊接机和填充丝给送部。激光焊接机构造成将工件焊接至至少一个另外的工件以形成焊接组件。所述工件和所述至少一个另外的工件中的每一者由钢材料形成。所述工件和所述至少一个另外的工件中的每一者包括位于各自之上的铝基涂层。所述工件和所述至少一个另外的工件定位在一起
以在所述工件与所述至少一个另外的工件之间形成界面，并且通过激光焊接机沿着该界面在所述工件与所述至少一个另外的工件之间形成焊接接合部。填充丝给送部构造成在所述工件和所述至少一个另外的工件要焊接至彼此以形成焊接组件时将填充丝给送至界面。填充丝包括含有镍和铬的成分。填充丝构造成与铝基涂层中的铝结合，以使由于铝基涂层中的铝与焊接接合部中的铁或钢材料的混合而导致的脆性金属间化合物的形成最小化。
10.本专利申请的另一方面提供了一种用于将工件和至少一个另外的工件进行激光焊接以形成焊接组件的方法。该方法包括：将所述工件和所述至少一个另外的工件定位在一起以在所述工件与所述至少一个另外的工件之间形成界面。所述工件和所述至少一个另外的工件中的每一者由钢材料形成。所述工件和所述至少一个另外的工件中的每一者包括位于各自之上的铝基涂层。该方法还包括：通过激光焊接机沿着界面在所述工件与所述至少一个另外的工件之间形成焊接接合部；以及在所述工件和所述至少一个另外的工件要焊接至彼此以形成焊接组件时通过填充丝给送部将填充丝给送至界面。填充丝包括含有镍和铬的成分。该方法还包括：在所述工件和所述至少一个另外的工件要焊接至彼此以形成所述焊接组件时将所述填充丝与所述铝基涂层中的铝结合，以使由于铝基涂层中的铝与焊接接合部中的铁或钢材料的混合而导致的脆性金属间化合物的形成最小化。
11.本专利申请的这些和其他方面、以及结构的相关元件的操作方法和功能以及零件的组合和制造的经济性，将在参照附图考虑以下描述和所附权利要求书的情况下变得很明显，所有附图构成了本说明书的一部分，在附图中，相同的附图标记表示各个图中的对应零件。在本专利申请的一种实施方式中，本文中所示的结构部件是按比例绘制的。然而，应该明确地理解的是，附图仅用于说明和描述的目的，而不意在作为本专利申请的限制的定义。还应当理解的是，本文公开的一种实施方式的特征可以用于本文公开的其他实施方式中。如在说明书和权利要求书中所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式的“一”、“一个”和“该”包括复数指示物。
附图说明
12.图1示出了根据本专利申请的实施方式的系统，在该系统中，具有包括镍和铬的成分的填充丝用于在激光焊接过程期间将铝-硅涂层结合在钢坯上；
13.图2示出了根据本专利申请的另一实施方式的系统，在该系统中，具有包括镍和铬的成分的填充丝用于在激光焊接过程期间将铝-硅涂层结合在钢坯上；
14.图3示出了根据本专利申请的实施方式的系统，在该系统中，具有包括镍和铬的成分的填充丝用于在激光焊接过程期间将铝-硅涂层结合在坯件上；
15.图3a示出了根据本专利申请的另一实施方式的系统，在该系统中，具有包括镍和铬的成分的填充丝用于在激光焊接过程期间将铝-硅涂层结合在坯件上；
16.图4示出了根据本专利申请的实施方式的填充丝给送部；
17.图4a示出了根据本专利申请的另一实施方式的填充丝给送部；
18.图5示出了根据本专利申请的实施方式的丝给送喷嘴和焊接激光器；
19.图6示出了根据本专利申请的实施方式的系统，在该系统中，具有镍和铬的成分的填充丝用于在激光焊接过程期间将铝-硅涂层结合在坯件上，其中，该系统处于焊接开始位置处；
20.图7示出了根据本专利申请的一个实施方式的系统，在该系统中，具有镍和铬的成分的填充丝用于在激光焊接过程期间将铝-硅涂层结合在坯件上，其中，该系统处于焊接结束位置处；
21.图8、图8a和图9示出了根据本专利申请的实施方式的系统，在该系统中，具有镍和铬的成分的填充丝用于在激光焊接过程期间将铝-硅涂层结合在坯件上；
22.图10是根据本专利申请的实施方式的使用常规填充丝形成的焊接部的光谱图像，该焊接部示出了铝在焊接部中没有很好地分布或混合；
23.图11示出了使用常规的丝(图10中使用的丝)的焊缝的微观结构，其示出了与马氏体混合的大量的铁素体(图像中较浅灰色像素)；
24.图12是使用本技术的填充丝形成的焊缝的光谱图像，该焊缝示出了比图10中的al分布更均匀的al分布；
25.图13是使用本技术的填充丝形成的焊缝的光谱图像，该焊缝示出了更均匀的ni分布；以及
26.图14示出了具有足量的马氏体(高于图11)的焊缝(例如，图10或图11的焊缝)的微观结构。
具体实施方式
27.图1至图9示出了系统100，系统100包括激光焊接机102和填充丝给送部104。在一个实施方式中，激光焊接机102构造成将工件106焊接至至少一个另外的工件108以形成焊接组件110。工件106和所述至少一个另外的工件108中的每一者由钢材料形成。工件106和所述至少一个另外的工件108中的每一者包括位于工件106和所述至少一个另外的工件108上的铝基涂层118。在一个实施方式中，工件106和所述至少一个另外的工件108定位在一起以在工件106与所述至少一个另外的工件108之间形成界面112，并且由激光焊接机102沿着界面112在工件106与所述至少一个另外的工件108之间形成焊接接合部114。在一个实施方式中，填充丝给送部104构造成在工件106和所述至少一个另外的工件108焊接至彼此(即，由激光焊接机102焊接至彼此)以形成焊接组件110时将填充丝116给送至界面112。在一个实施方式中，填充丝116包括含有镍和铬的成分。在一个实施方式中，填充丝116构造成与铝基涂层118中的铝结合，以使由于铝基涂层118中的铝与焊接接合部114中的铁或钢材料的混合导致的脆性金属间化合物的形成被最小化。
28.在一个实施方式中，填充丝116构造成结合至铝基涂层118中的铝，以使铝基涂层118中的铝在焊接池/焊接接合部114中呈惰性。在一个实施方式中，填充丝116构造成结合至铝基涂层118中的铝，以防止在焊道/焊接接合部114中形成铝-铁金属间相。在一个实施方式中，填充丝116构造成结合至铝基涂层118中的铝，以使铝基涂层118中的铝与焊接接合部114中的铁/钢材料的混合最小化。
29.在一个实施方式中，激光焊接机102构造成发射激光束120以将工件106焊接至所述至少一个另外的工件108，从而形成焊接组件。在一个实施方式中，激光焊接机102包括直接二极管激光器。在另一实施方式中，激光焊接机102包括yag激光器。在又一实施方式中，激光焊接机102包括co2激光器。在又一实施方式中，激光焊接机102包括纤维激光器。在一个实施方式中，激光焊接机102是自动激光焊接机。
30.在一个实施方式中，激光焊接机102构造成在激光焊接过程期间产生连续高功率密度激光束120或脉冲高功率密度激光束120以熔化被接合的工件106、108的材料。在一个实施方式中，可以通过调节激光束120的焦点来改变激光束120的光斑尺寸。在一个实施方式中，激光焊接机102包括如图9中所示的聚焦透镜152，聚焦透镜152构造成将激光束120聚焦到工件106、108上的期望光斑上或聚焦到工件106、108之间的焊接界面上。
31.在一个实施方式中，系统100包括控制器和/或构造成控制系统100的部件的一个或更多个处理器。在一个实施方式中，所述一个或更多个处理器配置成控制工件106、108在激光焊接过程期间的移动。在一个实施方式中，工件106、108的移动通过工作台的移动来实现。在一个实施方式中，所述一个或更多个处理器配置成控制激光焊接机102在激光焊接过程期间的移动和/或操作。在一个实施方式中，所述一个或更多个处理器配置成控制填充丝在激光焊接过程期间给送的操作。在一个实施方式中，所述一个或更多个处理器配置成控制激光束120在工件106、108的表面上的移动。在一个实施方式中，所述一个或更多个处理器配置成控制填充丝给送材料在工件106、108的表面上的移动。
32.在一个实施方式中，激光焊接机102构造成能够相对于工件106、108动态地调节成各种不同的接合部构型，比如搭接接合部、对接接合部、t字接合部、拐角接合部或边缘接合部。在一个实施方式中，基于要焊接的材料、材料厚度和接合部构型选择激光焊接机102的激光瓦数和光斑大小。
33.在一个实施方式中，激光焊接机102包括惰性保护(或防护性)气体系统。在一个实施方式中，惰性保护气体系统构造成向工件106、108供给或提供惰性保护气体。在一个实施方式中，惰性保护气体在激光焊接过程期间被引导到工件106、108的表面中的部分表面上。在一个实施方式中，惰性保护气体可以是构造成保护熔融焊接池的惰性气体(例如，二氧化碳、氩气、氦气或其任意组合)。在一个实施方式中，激光焊接机102的惰性保护气体系统包括气体流量传感器，该气体流量传感器配置成感测/检测激光焊接过程中使用的惰性保护气体的流动速率。在一个实施方式中，气体流量传感器配置成提供与惰性保护气体管线中的气体流动速率成比例的信号。在一个实施方式中，激光焊接机102的所述一个或更多个处理器配置成：若惰性保护气体的气体流动速率不在预定的气体流动速率范围内，则停止焊接。在一个实施方式中，惰性保护气体系统是可选的。
34.在一个实施方式中，填充丝给送部104是图3至图5中所示的填充丝给送部。在一个实施方式中，填充丝给送部104包括一个或更多个丝给送线缆/管道202、填充丝给送箱204、填充丝线轴206、丝给送器208以及丝给送喷嘴210。
35.在一个实施方式中，填充丝116储存在填充丝线轴206上，填充丝线轴206以可旋转的方式安装在填充丝给送部104中。在一个实施方式中，填充丝116由定位在填充丝线轴206与丝给送喷嘴210之间的一个或更多个丝给送线缆/管道202导引或者穿过定位在填充丝线轴206与丝给送喷嘴210之间的一个或更多个丝给送线缆/管道202。在一个实施方式中，填充丝116因而通过丝给送喷嘴210离开。在一个实施方式中，填充丝给送部104包括(例如，电动的)驱动辊，该驱动辊构造成使填充丝116移动穿过所述一个或更多个丝给送线缆/管道202和丝给送喷嘴210。在一个实施方式中，填充丝给送部104的所有部件由构造成承受高焊接温度的材料制成。
36.在一个实施方式中，图3中所示的丝给送器208是丝给送主驱动器。在一个实施方
式中，图3中所示的填充丝给送箱204是丝给送从驱动器。在一个实施方式中，图3中所示的丝给送主驱动器208和丝给送从驱动器204都是伺服马达丝给送驱动器。在一个实施方式中，丝给送从驱动器204构造成将丝从填充丝线轴拉出，并将填充丝朝向丝给送主驱动器208给送。在一个实施方式中，丝给送主驱动器208构造成控制填充丝给送到工序中的速度。在一个实施方式中，伺服马达丝给送驱动器(即，如图3中所示的丝给送主驱动器208和丝给送从驱动器204)都由电子箱(图中未示出)控制。在一个实施方式中，电子箱配置成接收来自单元控制器(例如，plc或机器人)的丝给送命令，并协调两个驱动器以传递所命令的丝给送速率。在一个实施方式中，用于丝给送主驱动器208和丝给送从驱动器204(图3中所示)的部件名称是阿比科尔-宾泽尔(abicor-binzel)丝给送系统的型号名称。在一个实施方式中，由不同制造商制造的其他等效且可互换的系统可以用于丝给送主驱动器208和丝给送从驱动器204(如图3中所示)。在一个实施方式中，如本领域技术人员将理解的，填充丝也可以储存在填充丝筒或其他储存系统上。在一个实施方式中，与填充丝线轴相反，填充丝筒因这些填充丝筒持续得更长而被使用。
37.在一个实施方式中，工件106和所述至少一个另外的工件108中的每一者由钢材料形成。在一个实施方式中，工件106和所述至少一个另外的工件108中的每一者可以被称为基础金属。在一个实施方式中，工件106和所述至少一个另外的工件108中的每一者由钢合金材料形成。在一个实施方式中，工件106和所述至少一个另外的工件108中的每一者由硼钢形成。在一个实施方式中，工件106和所述至少一个另外的工件108中的每一者由锰硼钢形成。在一个实施方式中，工件106和所述至少一个另外的工件108由不同钢种形成。
38.在一个实施方式中，工件106、108在激光焊接过程之前和激光焊接过程期间保持在工作台上。
39.在一个实施方式中，工件106和所述至少一个另外的工件108中的每一者包括位于工件106和所述至少一个另外的工件108上的铝基涂层118。在一个实施方式中，工件106和所述至少一个另外的工件108中的每一者包括位于顶表面122和底表面124两者上的铝基涂层118。在一个实施方式中，工件106和所述至少一个另外的工件108中的每一者包括位于工件106和所述至少一个另外的工件108上的铝硅涂层118。
40.由scfi(stronach创新中心)的发明人/申请人之一的顾洪平博士提出了理论和一些初步的实验结果，即添加痕量的呈粉末形式的冶金添加剂(即，由大量的镍和铬构成)可以改变焊接熔池中的铝-铁反应，并提高焊接性能。然而，粉末状添加剂具有一些缺点。
41.在一个实施方式中，痕量的冶金添加剂以填充丝116的形式添加。已经对冶金添加剂进行的另外的研究产生了更积极的结果。还发现的是，呈填充丝116形式的冶金添加剂在强度、疲劳和腐蚀方面产生良好质量的焊缝。使用本专利申请的方法形成的焊缝的物理结构也满足所有oems(原始设备制造商)的标准。由于冶金添加剂用作填充材料，因此激光焊接可以很好地处理间隙尺寸方面的变化。在一个实施方式中，填充丝116和粉末状添加剂同时施加。
42.在一个实施方式中，填充丝116构造成减少间隙变化的影响并填充焊接缺陷比如底切。在一个实施方式中，填充丝116还构造成与铝硅涂层结合以提供可接受的焊接机械性能。在一个实施方式中，填充丝116也使用编码器来追踪，这使质量保证和追踪更加有效和确定。在一个实施方式中，填充丝给送速度使用自适应焊接来改变，以根据焊接线中的间隙
或其他杂项特征来改变焊接速度。最后，根据本专利申请的该过程或工序更清洁，因为松散的粉末(即，粉末状添加剂)不会进入到地板和/或工具上。
43.在一个实施方式中，填充丝116的化学成分包括大量的镍和铬。在一个实施方式中，镍和铬填充丝116构造成与高电阻硼微合金化铝硅钢的铝硅涂层结合。
44.在一个实施方式中，填充丝可以包括其他元素比如基础材料(usibor)中的合金元素，该合金元素与镍和铬一起促进焊接接合部的淬透性。
45.在一个实施方式中，填充丝116中镍的重量百分比在51.10与63.90之间。在一个实施方式中，填充丝116中铬的重量百分比在7.20与16.00之间。在一个实施方式中，填充丝116中铬的重量百分比是19。在一个实施方式中，填充丝116中铬的重量百分比在7.20与24.00之间。
46.在一个实施方式中，填充丝116中镍的百分比在1.68与2.85之间。在一个实施方式中，填充丝116中铬的百分比在0与2.7之间。在一个实施方式中，填充丝116中铬的百分比在0.49与0.83之间。在一个实施方式中，填充丝116中铬的百分比在0.49与0.95之间。在一个实施方式中，填充丝116中铬的百分比在0.49与1.00之间。
47.在一个实施方式中，该材料包括镍基钢合金，例如哈氏合金c267。在一个实施方式中，哈氏合金c267材料具有57％的镍和16％的铬。
48.在一个实施方式中，材料包括4340丝。在一个实施方式中，4340丝材料包括1.8％的镍和0.78％的铬。
49.在另一实施方式中，填充丝116中镍的百分比在7.80与10.40之间。在另一实施方式中，填充丝116中铬的百分比在2.10与2.70之间。
50.在又一实施方式中，填充丝116中镍的百分比在2.72与4.63之间。在又一实施方式中，填充丝116中铬的百分比在0.72与1.22之间。
51.在一个实施方式中，填充丝116中的碳含量在0％与0.59％之间。在一个实施方式中，填充丝116中的碳含量在0.91％与2.00％之间。在一个实施方式中，填充丝116中的碳含量在拉制(drawing)填充丝116之前确立。在一个实施方式中，填充丝116包括填充丝116中的扩散碳的梯度。在一个实施方式中，填充丝116经历渗碳工序。在一个实施方式中，使用渗碳工序在已经拉制的填充丝上添加碳含量。在一个实施方式中，渗碳工序构造成将碳扩散到填充丝116中。在一个实施方式中，碳以本领域技术人员将理解的任何其他替代性工序/过程添加。
52.在一个实施方式中，填充丝116可以包括高达1％重量的碳。在一个实施方式中，填充丝116可以包括0.35％至0.80％重量的碳。在一个实施方式中，填充丝116可以包括0.35％至0.90％重量的碳。在一个实施方式中，填充丝116中存在的碳可能对硬度和显微组织有影响。在一个实施方式中，填充丝中存在的碳可以极大地有助于冶金。
53.在一个实施方式中，填充丝116中的锰(mn)含量在0％与0.29％之间。在一个实施方式中，填充丝116中的锰含量在0.3％与0.9％之间。在一个实施方式中，填充丝116中的锰含量在0.91％与2％之间。
54.在一个实施方式中，对材料进行切割的方法可能影响填充材料所要求/所需要的化学成分。在一个实施方式中，边缘的制备可能影响填充材料所要求/所需要的化学成分。在一个实施方式中，部件/边缘的修整类型可以影响填充材料所要求/所需要的化学成分。
在一个实施方式中，工件的边缘通过激光切割过程制备。在另一实施方式中，工件的边缘通过剪切切割过程制备。在一个实施方式中，边缘被加工。例如，在一个实施方式中，激光切割的边缘所需要的填充材料的化学成分可以与剪切的边缘所需要的填充材料的化学成分不同。
55.在一个实施方式中，填充丝116中的镍构造成与铝基涂层118中的铝结合，而填充丝116中的铬构造成使焊缝硬化以用于提高的机械性能。
56.在一个实施方式中，填充丝可以包括4340铬钼低合金丝。在一个实施方式中，填充丝可以包括渗碳的4340丝。在一个实施方式中，填充丝可以包括不锈钢316l丝。
57.在一个实施方式中，除了对焊缝的影响之外，填充丝116还构造成降低激光坯件焊接的铝-硅涂覆硼钢的制造成本。首先，如果呈填充丝116形式的冶金添加剂的添加中和了铝-硅涂层，则坯件因而不必经历激光烧蚀过程(例如，如在本专利申请的背景部分中的现有技术方法中所示论述的)。这将通过消除对w.i.p(在制品)的需求而节省了激光烧蚀设备方面的资本投资成本和制造成本。
58.其次，在添加呈填充丝116的形式的冶金添加剂的情况下，焊接间隙上的公差将更大，这意味着可能不需要精冲压力机。这可以节省另外的资本成本，因为可以使用常规的冲压力机。
59.最后，由于呈填充丝116形式的冶金添加剂的添加是构造成填充在底切中的更稳健的工序/过程，所以可以减少工序/过程的废品率。
60.图1至图2和图6至图7示出了根据本技术的实施方式的用于对工件106和所述至少一个另外的工件108进行激光焊接以形成焊接组件的方法500。在一个实施方式中，方法500包括将工件106和所述至少一个另外的工件108定位在一起(例如，如图5中所示的过程502)以在工件106与所述至少一个另外的工件108之间形成界面112。如上所述，在一个实施方式中，工件106和所述至少一个另外的工件108中的每一者由钢材料形成。如上所述，在一个实施方式中，工件106和所述至少一个另外的工件108中的每一者包括位于工件106和所述至少一个另外的工件108上的铝基涂层188。在一个实施方式中，方法500还包括：由激光焊接机102沿着界面112在工件106与所述至少一个另外的工件108之间形成焊接接合部114(例如，如图2中所示的过程504)；以及在工件106和所述至少一个另外的工件108要焊接至彼此以形成焊接组件时，由填充丝给送部104将填充丝116给送至界面112(例如，如图1和图2中所示的过程506)。
61.图1和图2示出了同一丝给送装置的两个正交的视图，其中，填充丝给送部104相对于激光焊接机102和/或工件106和108定位在前方。如图2中所示，填充丝给送部104(即，供给填充丝116)定位在激光焊接机102的前面(即，在焊接的方向dw上定位在激光焊接机102的前面)。在一种实施方式中，如图1中所示，填充丝给送部104(即，供给填充丝116)定位在与激光焊接机102相同的纵向轴线上。在一种实施方式中，如图1中所示，填充丝给送部104(即，供应填充丝116)定位成相对于工件106、108成角度。图1和图2示出了同一工序的不同视图。在一种实施方式中，填充丝被成角度地给送。
62.图6示出了方法500的其中示出了焊接开始位置的过程，而图7示出了方法500的其中示出了焊接结束位置的过程。激光焊接机102(投射激光束120)和填充丝给送部104(提供填充丝116)两者都移动经过图6的焊接开始位置与图7的焊接结束位置之间的焊接路径。
63.在一种实施方式中，如上面所讨论的，填充丝116包括含有镍和铬的成分。在一种实施方式中，方法500还包括：当工件106、108和至少一个另外的工件106、108要焊接至彼此以形成焊接组件时，使填充丝116与铝基涂层118中的铝结合，从而使由于铝基涂层118中的铝与焊接接合部114中的铁/钢材料的混合而导致的脆性金属间化合物的形成最小化。
64.在一种实施方式中，方法500还：当工件和至少一个另外的工件要焊接至彼此以形成焊接组件时，使填充丝与铝基涂层中的铝结合，从而使由于铝基涂层118中的铝与焊接接合部114中的铁/钢材料混合而导致的脆性金属间化合物的形成最小化。
65.在一种实施方式中，本专利申请使铝与铁的反应最小化。在一种实施方式中，铝-铁金属间化合物是所形成的主要脆性金属间化合物。在一种实施方式中，本专利申请的填充丝构造成防止这种铝-铁金属间化合物的形成。在一种实施方式中，填充丝中的镍构造成与铝结合。
66.在一种实施方式中，焊接接合部的抗拉强度和工件的抗拉强度等于或大于1200mpa。在一种实施方式中，工件的抗拉强度等于1500mpa。
67.在一种实施方式中，焊接接合部的硬度和工件的硬度等于或大于400hv。
68.在一种实施方式中，工件包括(高电阻硼微合金化铝硅钢)工件。在一种实施方式中，工件包括(高电阻硼微合金化铝硅钢)工件。在一种实施方式中，由或制成的焊接接合部和工件的抗拉强度为约500mpa。在一种实施方式中，由或制成的焊接接合部和工件的硬度小于400hv。在一种实施方式中，工件包括使用铝硅涂层的任何品牌的硼钢。
69.在一种实施方式中，使用本专利申请的系统和方法形成的焊接接合部包括马氏体微结构。在一种实施方式中，工件被焊接在一起以形成焊接组件。在一种实施方式中，焊接组件然后经历热处理工序和冷却工序。在一种实施方式中，在热处理工序期间，焊接组件的金相是100％马氏体。在冷却工序之后，焊接组件具有马氏体微观结构。在一种实施方式中，可以包含很小的痕量的其他微结构，但是在热处理工序之后，焊接组件的绝大部分是马氏体微结构。
70.在一种实施方式中，本专利申请的方法500实现了连续冷却转变(cct)相图中的偏移，以增进马氏体微观结构。
71.在一种实施方式中，与本专利申请的背景技术部分中所描述的阿塞洛米塔尔拼焊板过程不同，在本专利申请的方法500中不需要对铝基涂层进行烧蚀或对铝基涂层进行去涂层。在一种实施方式中，方法500不需要烧蚀过程(例如，通过烧蚀激光)来去除铝硅涂层。在一种实施方式中，方法500不需要用以去除铝硅涂层的任何去涂层过程。这产生了更低廉且更快的制造工序或过程。
72.在一种实施方式中，与本专利申请的背景技术部分中所描述的粉末工序或过程不同，方法500在一种实施方式中是更清洁的过程或工艺。也就是说，在零部件表面上、地板和/或工具表面上没有残留的粉末。换言之，更清洁的工具表面、更清洁的零部件表面和更清洁的地板对于生产环境而言更利于将制造单元保持得更清洁并且防止粉末产生不清洁的环境和潜在的堵塞物。
73.在一种实施方式中，方法500在一种实施方式中是在具有小于1.8mm的厚度的坯件
上执行的。在一种实施方式中，方法500还在具有相同厚度的坯件上执行。在一种实施方式中，方法500还在具有阶梯状接合部的坯件上执行。在一种实施方式中，方法500设定成将具有从最小0.5mm至最大5.0mm的厚度范围、具有5:1的最大厚度比的钢坯件焊接在一起。在一种实施方式中，方法500设定成将具有小于0.40mm的台阶厚度的钢坯件焊接在一起。在一种实施方式中，台阶厚度差或厚度跳跃小于0.19mm或大于0.41mm。在一种实施方式中，方法500设定成焊接用于定制坯件的所有合理的钢板厚度。
74.在一种实施方式中，在本专利申请的系统100使用如图8和图9中所示的光学接缝追踪器600时，该系统100能够对用于定制坯件的所有合理的钢板厚度执行激光焊接过程。在一种实施方式中，光学接缝追踪器600构造成投射激光束602以照亮焊接界面。在一种实施方式中，光学接缝追踪器600包括光学接缝相机。在一种实施方式中，相机构造成观察焊接界面或焊接接合部位置。在一种实施方式中，光学激光用于在焊接之前检查、测量和评估接缝。在一种实施方式中，光学激光用于检查、测量和评估焊接。在一种实施方式中，在焊接工序之前和焊接工序之后都存在光学激光，以检查、评估和测量焊接接缝和焊道。
75.如图9中所示，光学接缝追踪器600和填充丝给送部104(即，提供填充丝116)都定位在激光焊接机102的前方(即，在焊接的方向dw上)。在另一实施方式中，光学接缝追踪器600定位在激光焊接机102的前方(即，在焊接的方向dw上)，并且焊丝给送部104(即，供应焊丝116)定位在与激光焊接机102相同的纵向轴线上(例如，类似于图1中的激光焊接机102和填充丝给送部104的布置)。
76.在各种所设想的实施方式中，提供了填充丝的不同的、特别配制的化学成分。例如，填充丝116的化学成分包含镍(ni)和以下中的至少一种：碳(c)、硅(si)、锰(mn)、磷(p)、硫(s)、铬(cr)或钼(mo)。在一个实施方式中，填充丝116中的c含量以重量计在0％至1.5％之间，填充丝116中的si含量以重量计在0％至3％之间，填充丝116中的mn含量以重量计在0％至2.5％之间，填充丝116中的p含量以重量计在0％至0.05％之间，填充丝116中的s含量以重量计在0％至0.03％之间，填充丝116中ni含量以重量计在6％至22％之间，填充丝116中的cr含量以重量计在16％至30％之间，并且填充丝116中的mo含量以重量计在0％至4％之间。在前述化学成分中，填充丝的前述成分中的剩余元素为铁(fe)。
77.在一个实施方式中，填充丝116材料包括渗碳丝。在示例中，渗碳的4340丝包括1.3％的碳、0.78％的铬、0.85％的锰、0.25％的钼、1.8％的镍、1.8％的硅、0.011％的磷和0.014％的硫，百分比以重量计。在一些实施方式中，填充丝的前述成分中的剩余元素是铁(fe)。
78.在一个实施方式中，填充丝116材料是包括例如ni、cr或c的不锈钢。在示例中，316l丝材料包括0.03％的碳、17％的铬、2％的锰、2.5％的钼、12.5％的镍、0.75％的硅、0.045％的磷和0.03％的硫，百分比以重量计。在前述化学成分中，填充丝的前述成分中的剩余元素是铁(fe)。
79.根据本公开，包括例如在本文中所讨论的以重量计的百分比范围内的ni或c的填充丝用作奥氏体稳定元素。因此，在900℃至950℃的温度范围内，防止了在焊接区中形成铁素体微观结构。具有奥氏体微观结构或铁素体微观结构的焊接接合部可能在焊接部中引起裂缝、焊接部的抗拉强度低于被焊接的工件的抗拉强度、产生粒状焊接部或其他与焊接相关的问题。
80.参照图10和图11，当没有丝或利用不具有本文中所讨论的成分(例如，没有ni或c)的过滤丝进行焊接时，焊接接合部的强度(例如，极限抗拉强度(uts))低于1200mpa。此外，焊接接合部在冷却期间或负载时会失效(例如，断裂、裂开等)。根据光谱(例如，edx)结果，如图10中所示，铝(图像中较浅灰色像素)在焊缝中没有很好地分布或混合，并且有证据表明存在高浓度的铝区域(例如，图10中的区域1001)。图11示出了焊缝的微观结构。该微观结构还示出了与马氏体混合的大量铁素体(图像中较浅灰色像素)。例如，铁素体以重量计为10％至70％，而马氏体以重量计为30％至90％。因此，该焊接接合部与使用本文中所讨论的填充丝形成的焊接接合部相比是易碎的或具有更低的强度。
81.考虑使用现有的填充丝焊接两个板。例如，在没有(本文中所讨论的填充丝以外的)填充丝的情况下对具有alsi涂层的1.2mm的硼钢和具有alsi涂层的1.6mm的硼钢的组合进行焊接。所得焊接接合部具有的最小uts为800mpa，但小于1200mpa，并且最小维氏硬度为hv250。
82.当使用本文中所讨论的填充丝时，焊接接合部的强度(uts)大于1200mpa。此外，该焊接部未断裂或裂开。图12和图13分别示出了关于焊接部中的al分布和ni分布的光谱结果(例如，edx)。如所示的，铝在焊接部中很好地分布或混合(图12中)。此外，ni在焊接部的整个熔合区中也很好地分布(图13)。此外，ni或c的使用确保焊缝中有足够的马氏体(较浅灰色像素)，如图14中所示。在实施方式中，马氏体的量以重量计可以超过90％。例如，由于马氏体结构，获得了更高的焊接强度。在示例中，当使用(如本文中所讨论的)填充丝时，焊接接合部具有的最小uts为1200mpa，并且最小维氏硬度为hv350。在另一示例中，本文中所描述的填充丝成分可以具有以下化学成分：c为0.03％、mn为2.0％、si为0.8％、p《0.05％、s《0.05％、mo为2.5％、cr为17％、ni为12.5％，百分比以重量计。当使用前述成分进行焊接时，焊接接合部的最小硬度为412hv，并且焊接接合部的uts大于1450mpa。显然，使用具有本文中所讨论的成分的填充丝与使用现有的填充丝(或与不使用丝)相比，产生了更好的焊接部(例如，在硬度和uts方面更好的焊接部)。
83.尽管已经出于说明的目的详细描述了本专利申请，但是应当理解的是，这种细节仅是出于该目的，并且本专利申请不限于所公开的实施方式，而是相反地，本发明旨在覆盖所附权利要求书的精神和范围内的改型和等同布置。另外，应该理解的是，本专利申请预期的是，在可能的范围内，任何实施方式的一个或更多个特征可以与任何其他实施方式的一个或更多个特征组合。