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CN105050760A - 焊接板组件及其制造方法 - Google Patents

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CN105050760A CN201480015277.XA CN201480015277A CN105050760A CN 105050760 A CN105050760 A CN 105050760A CN 201480015277 A CN201480015277 A CN 201480015277A CN 105050760 A CN105050760 A CN 105050760A
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Abstract

一种焊接板组件(200)包括在该组件的焊接区域(220)中的封顶材料(210)。封顶材料可有助于保护将第一金属板材件(12)和第二金属板材件(112)接合在一起的焊接接头(208)。该金属板材件中的至少一个具有涂覆材料层(18)，该涂覆材料层(18)在焊接接头形成之前被去除以使涂覆材料不污染焊接接头。该去除的涂覆材料可以在焊接接头形成之前被收集并且在焊接接头形成之后作为封顶材料的一部分再次应用，从而将涂覆材料从潜在的焊接接头污染物有效地转换为焊接接头保护剂。封顶材料还可包括来自除了涂覆材料层以外的来源的附加材料。

Description

焊接板组件及其制造方法
相关申请的引用
本申请要求于2013年3月14日提交的第61/784,184号美国临时申请的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及焊接板组件，并且更具体地，涉及将涂覆的金属板材件焊接在一起以形成焊接板组件。
背景技术
为了提高对腐蚀、结垢和/或其他过程的抵抗力，由高强度钢合金或可硬化钢合金制成的金属板材现在制造成具有一个或多个薄涂覆材料层，诸如铝基层和锌基层。虽然这些涂覆材料层可赋予金属板材期望的品质，但是它们的存在也会污染焊接，从而降低焊接强度、完整性等。如果涂覆的金属板材件对接焊接或搭接焊接至另一个金属板材件，则尤甚。
发明内容
根据一个方面，提供了一种焊接板组件。该焊接板组件包括：第一金属板材件和第二金属板材件，第一金属板材件和第二金属板材件中的至少一个具有基础材料层、涂覆材料层、以及具有焊接凹口的边缘区域，在焊接凹口中涂覆材料层的至少一部分已经被去除；焊接接头，该焊接接头将第一金属板材件与第二金属板材件在边缘区域接合在一起，该焊接接头包括来自基础材料层的材料而基本上没有来自涂覆材料层的材料；以及封顶材料，该封顶材料填充焊接凹口的至少一部分。封顶材料与焊接接头直接接触并成为对焊接板组件的永久添加物。
根据另一方面，提供了一种焊接板组件。该焊接板组件包括：接合在一起的第一金属板材件和第二金属板材件，其中该金属板材件中的至少一个具有基础材料层和涂覆材料层；焊接接头，该焊接接头将第一金属板材件与第二金属板材件沿着焊接区域接合在一起，该焊接接头包括来自基础材料层的材料而基本上没有来自涂覆材料层的材料；以及封顶材料，该封顶材料覆盖焊接接头的至少一部分。该封顶材料包括在焊接接头形成之前从涂覆材料层去除的并且在焊接接头形成之后再应用至焊接接头上的材料。
根据另一个方面，提供了一种制造焊接板组件的方法。该方法可包括以下步骤：从涂覆的金属板材件的区域中去除涂覆材料；将金属板材件焊接至另一个金属板材件，使得焊接接头在涂覆的金属板材件的该区域中形成，焊接接头包括来自金属板材件的基础材料而基本上没有涂覆材料；以及将封顶材料应用至涂覆的金属板材件的该区域，使得封顶材料覆盖焊接接头的至少一部分。
附图说明
下文中将结合附图对优选的示例性实施方式进行描述，其中相同的附图标记指示相同的元件，并且在附图中：
图1A至1C是接合金属板材件的常规焊接接头的剖视图，其中在焊接接头没有形成焊接凹口；
图2是示例性金属板材件的边缘区域的立体图，该示例性金属板材件包括在其相对两侧上的焊接凹口；
图3是图2的金属板材件的放大剖视图；
图4是图3的金属板材件的剖视图的放大视图，示出了一些薄材料层；
图5是示出了制造焊接板组件的方法的工艺流程图；
图6是示出了烧蚀过程的金属板材件的立体图，其中去除的材料收集在形成的焊接凹口旁边。
图7是图6的金属板材件的剖视图；
图8是图6的金属板材件的剖视图，其中收集工具包括弯曲的轮廓；
图9是图6的金属板材件的剖视图，其示出了配置为帮助收集去除的材料的一道气体；
图10是图6的金属板材件的剖视图，其中收集工具包括第二道气体；
图11是第一金属板材件和第二金属板材件以激光焊接过程接合以形成焊接板组件的立体图；
图12是图11的焊接板组件的立体图，其示出了再应用工具将材料朝焊接接头转移；
图13是图12的在热源下方穿过的焊接板组件的立体图；
图14是用于形成焊接板组件的连续过程的俯视图；以及
图15是图14的焊接板组件的剖视图。
具体实施方式
本文公开的焊接板组件由金属板材件形成，该金属板材件中的一个或多个在待焊接的边缘具有沿边缘区域形成的焊接凹口。焊接凹口的特征在于没有来自材料层的特定成分。这些沿边缘区域从薄材料层中除去材料的金属板材件可用于形成具有焊接接点的焊接板组件，该焊接接点基本不具有一个或多个该涂覆成分。从金属板材件中除去的材料可随后被收集及再次应用或设置在焊接接点上使得该材料起到保护剂的作用而非作为污染物。
首先参照图1A至1C，其示出了与制造传统的拼焊板10相关的一些步骤，该拼焊板10包括以边缘到边缘的方式激光焊接在一起的厚金属板材件12和薄金属板材件12'。根据本示例，金属板材件12、12'中的每个都具有基础材料层14以及覆盖基础材料层的相对表面的多个薄材料层16、18。如本领域技术人员所理解的，可发现在金属板材坯料上存在许多材料层，包括各种类型的表面处理、例如铝基和锌基材料层的涂覆材料层、油剂和其它抗氧化物、来自制造或材料处理过程的污染物以及氧化层，此处仅举几个例子。一旦这两个金属板材件邻接地放在一起，则使用激光束或其它焊接工具熔化该金属板材的位于边缘区域20、20'的一部分，使得一定量的薄材料层16、18嵌入在所得焊接接头22的内部。除非首先进行去除，否则这些不期望的成分可能对焊接接头的整体强度和品质带来不良影响。
参照图2，其示出了可通过本方法形成和/或使用的并且沿边缘区域20焊接至邻近件的示例性金属板材件12。金属板材件12包括相对的第一侧24和第二侧26，并且边缘区域20沿待焊接的边缘28定位。图2中所示的特定的边缘区域20包括两个焊接凹口30、30'。这两个焊接凹口在金属板材件12的相对的侧面24和26上沿边缘区域20延伸。焊接凹口30、30'中的每个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。虽然示出了沿着单个的、直的边缘区域20大体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种方式进行配置。例如，列举一些可能性，焊接凹口可以：包括一个或多个偏轴凹口表面或偏移凹口表面；具有一致的或不一致的深度和/或宽度；在尺寸、形状和配置等方面与位于同一金属板材件的其他焊接凹口不同；或者，为沿着金属板材件上的直边缘、弯曲边缘、多个直边缘、多个弯曲边缘或者一些其他部分进行定位的边缘区域的一部分。
图3是图2中所示的金属板材件12的边缘区域20的剖视图。所示金属板材件12包括多个材料层，其中，包括基础材料层14、中间材料层16、和涂覆材料层18。在本实施方式中，基础材料层14是中央材料层或核心材料层(例如，钢核心)，并且夹在中间材料层16和涂覆材料层18之间。基础材料层14构成金属板材件12的厚度T的主要部分，因此可显著地影响金属板材件的机械性能。涂覆材料层18位于基础材料层14相对的表面上并且是金属板材件12的最外层。每个涂覆材料层18相较于基础材料层14都较薄并且可以进行选择以加强金属板材件的一个或多个特性(例如，抗腐蚀性、硬度、重量、可塑性、外观等)。还可以为了后继过程的使用或与后继过程兼容来选择涂覆材料层118，例如，如热处理或者相互扩散过程。
在该实施方式中，每个中间材料层16都位于基础材料层14与涂覆材料层18中的一个之间，并且都与基础材料层14和涂覆材料层18中的一个接触。中间材料层16包括与紧邻层14、18中的每个都一样的至少一种成分，诸如原子元素或者化学化合物。中间材料层16可为基础材料层14与涂覆材料层18的反应产物。例如，浸镀过程可导致在基础材料层与熔池的界面处的化学反应，反应产物就是中间材料层16，在浸镀过程中，基础材料层浸入或通过涂覆材料的熔池。在这种浸镀过程的一个具体示例中，基础材料层14是钢，而涂覆材料层18是铝合金。铝合金熔池在基础材料层的表面与基础材料层反应以形成中间材料层16，中间材料层16包括诸如Fe2Al5的铁-铝(FexAly)金属间化合物。中间材料层16可在更靠近基础材料层14的区域处具有更高的基础材料层成分(例如铁)含量，并且可在更靠近涂覆材料层18的区域处具有更高的涂覆材料层成分(例如铝)含量。虽然图3所示的中间材料层是具有固定厚度的完美平面层，但是如图4的放大视图中所示，中间材料层16可沿其相对面不规则。金属板材件12也可以包括其它的、附加的材料层，并不限于本文所述的具体布置。
如图3所示，多层金属板材件的一个具体示例是具有涂覆材料层的钢产品，该示例对于在汽车或者其他工业中形成部件很有用。在一个具体实施方式中，基础材料层14是高强度钢合金或者可硬化的钢合金，诸如硼钢合金或者高强度低合金钢(HSLA)。一些材料虽然对于其重量来说强度较大，但仍然经常需要热处理过程以获得高强度特性和/或者只能在高温下形成。可选择涂覆材料层18以助于避免热处理和/或者形成过程中的氧化，可选择为在重量上比基础材料层14轻，和/或者可选择为在热处理过程中与金属板材件12的其它层相互扩散。在一个实施方式中，涂覆材料层18为纯的铝(Al)或铝合金，诸如铝-硅(Al-Si)合金。用于涂覆材料层18的其他可行的组成成分包括纯锌及锌合金或者化合物(例如，在底层材料被电镀的情况下)。在基础材料层14为钢并且涂覆材料层18包括铝的情况下，中间材料层16可包括金属间化合物形式的铁和铝，诸如FeAl、FeAl2、Fe3Al或者Fe2Al5。中间材料层16还可包括来自相邻层的成分的合金。
对于基础材料层14，一些示例性材料层的厚度范围为从约0.5mm至约2.0mm，对于中间材料层16，一些示例性材料层的厚度范围为从约1μm至约15μm，对于涂覆材料层18，一些示例性材料层的厚度范围为从约5μm至约100μm。当然，这些范围是非限制性的，因为单个层的厚度取决于应用和/或所用材料的类型的具体的多个因素。例如，基础材料层14可以是钢以外的材料，如铝合金或者一些其他合适的材料，在这种情况下，其厚度可以在上述示例性范围之外。本文所述的方法可以与具有比附图所示更多或者更少的材料层的金属板材件一起使用。技术人员还可以理解的是，附图不一定按比例，并且层14至层18的相对厚度可与图中所示不同。
再次参照图3，焊接凹口30是金属板材件12的边缘区域20的一部分，其中，已从以其它方式均匀分层的结构中去除或者省去一些材料。当金属板材件被焊接至另一金属板材件时，焊接凹口30促成了沿边缘28的高质量焊接接头，并且可通过这样的配置来达到这一效果，即，在该配置中减少或者去除了边缘区域20中的涂覆材料层18和/或者中间材料层16使其不能成为随后形成的焊接接头的一部分。这在涂覆材料层18包括如果包括在焊接接头中就会在焊接接头处形成不连续处或者减弱所得焊接接头的一个或多个成分的情况下尤其有用。焊接凹口30具有凹口宽度W和凹口深度D，在该具体实施方式中，凹口宽度W和凹口深度D中的每个都沿边缘28的长度保持相对恒定。凹口宽度W是从边缘28至第一凹口表面32的距离，凹口深度D是从第一侧24(即，涂覆材料层18的外表面)至第二凹口表面34的距离。在焊接凹口30随金属板材件为方形时，如该具体示例所示，凹口宽度W等于第二凹口表面34的宽度，凹口深度D等于第一凹口表面32的深度。在下面的讨论中，描述了金属板材件的第一侧24上的焊接凹口30。然而，当如图3所示包括金属板材件的相对第二侧26上的焊接凹口30'时，这些描述对于金属板材件的相对第二侧26上的焊接凹口30'也适用。
焊接凹口30的尺寸可与金属板材件的厚度T、将在边缘28处形成的焊接接头的期望尺寸和/或一个或多个材料层厚度相关。在一个实施方式中，凹口宽度W的范围是厚度T的约0.5倍至约1.5倍。在另一实施方式中，凹口宽度W的范围为约0.5mm至约4mm。凹口宽度W还可为期望焊接接头宽度的至少一半。对于图3所示的示例，凹口深度D大于涂覆材料层18的厚度，并小于中间材料层16和涂覆材料层18的组合厚度，但这并非是必需的，并且可能在一些其他示例性实施方式中不同。
焊接凹口30还可以关于凹口表面32、34的某些特征进行描述。例如，在图3的实施方式中，第一凹口表面32包括来自中间材料层16和涂覆材料层18二者的材料。第二凹口表面34仅包括来自中间材料层16的材料，并且第一凹口表面和第二凹口表面沿接头或角36相交，其中，接头或角36被定位在或者位于中间材料层中。因而，在该具体示例中，通过沿着边缘区域20去除整个涂覆材料层18和一部分中间材料层16在金属板材件12上形成焊接凹口30。在其他示例中，可通过只去除涂覆材料层18的一部分或者通过去除整个涂覆材料层18和中间材料层16以及一部分基础材料层14来形成焊接凹口。凹口表面32、34中每个还可以包括用于去除焊接凹口位置处的材料的这类过程的条纹、分界线或者其它指示部。
现在参照图5，其示出了用于制造焊接板组件的示例性方法100的过程流程图。所示方法包括：沿着涂覆的金属板材件的边缘区域形成焊接凹口(步骤102)；收集在焊接凹口的形成期间从金属板材件上去除的材料中的至少一些(步骤104)；形成包括来自金属板材件的材料的焊接接头(步骤106)；以及随后沿焊接接头设置封顶材料(步骤108)。该封顶材料具有与金属板材件的基础材料层的成分和形成的焊接接头的成分不同的成分，并且可包括先前去除的涂覆材料层。在一些实施方式中，来自涂覆材料层的材料可在形成焊接接头之前从金属板材件上去除，并随后作为封顶材料的一部分再次应用，从而将涂覆材料从潜在的焊接接头污染物有效地转换为焊接接头保护剂。在以下附图中，所描述的过程仅关于金属板材件的第一侧24示出。应理解，虽然没有在附图中明确地示出，但所示过程或者方法步骤中的每个也可在金属板材件的相对侧上进行。
图6示出了本方法的示例性实施方式。在该实施方式中，该方法的步骤102和步骤104一起进行。具体地，焊接凹口30由激光烧蚀过程形成，其中激光束50沿烧蚀通道52指向金属板材件12的边缘区域20。收集工具54可沿烧蚀通道跟随激光束并促进在烧蚀通道52旁边的去除的材料的珠或脊56的沉积。在该示例中，激光束50与金属板材件12彼此相对移动，其中，金属板材件固定而激光束在箭头A的方向(沿X轴)移动。在该示例中，收集工具54是关于轴B旋转并且沿着金属板材件12的表面在激光束的旁边滚动的圆盘的形式，以用作去除的材料的护板或支撑物。然而，只要能收集、捕获和/或者以其它方式采集已经从烧蚀通道去除的熔融材料，收集工具可以为任何形状和/或为非转动的，例如沿着金属板材件表面滑动的工具或在烧蚀通道52的方向延伸跨越金属板材件的固定的工具。
除图6所示的具体示例以外的其它激光烧蚀设置也是可行的，并且可包括金属板材件的移动、不同的相对移动方向、不同的部件定向(例如，竖直定向的金属板材件)、非线性的烧蚀通道、非正交的激光束入射角度、或者多个激光束的应用，此处仅列举一些变型。烧蚀位置或者激光点58限定于激光束50撞击金属板材件12的位置。来自激光束的光能在激光点58处转换为热能，并且在激光点处的金属板材件的最外层部分通过固体材料的汽化或液化去除。当配置为上述的涂覆的金属板材件时，去除的材料包括涂覆材料层18的至少一些并且可选地包括中间材料层16和基础材料层14中的一些。在该示例中，由于激光束50的剖面是矩形，所以激光点58大体上是矩形的，然而其它形状(例如，圆、椭圆的或者组合的形状)也是可行的。
现在参照图7，其示出了图6所示过程的剖视图。收集工具54布置在激光点58旁边并且用作各种挡板以改变可从烧蚀位置射出的排出材料60的正常轨迹。例如，在一些激光烧蚀过程中，例如图7中所示，从金属板材件中去除的至少一些材料在处于液体或者半液体的状态时从烧蚀位置排出。发生在激光点58处的极快速的局部温度改变可能伴随着同样快速的局部压力变化，这种快速的局部压力变化可使得处于流体状态的材料远离烧蚀位置流动或以其他方式被排出烧蚀位置。上述过程在使用脉冲激光器(例如高频纳秒、皮秒或飞秒脉冲激光器)的情况下尤甚。排出的材料60可以如所示的液滴的形式存在，该液滴与金属板材件物理地分离；或者排出的材料60可与金属板材件保持接触并且在远离烧蚀位置58的方向流动。在没有收集工具54的情况下，排出的材料可沿着金属板材件远离烧蚀位置溅射、流动或沿轨道移动至冷却器位置，在冷却器位置排出的材料固化为一些不受控的形状、配置和/或者位置。收集工具54为排出材料60的这些以及其它特性提供一些控制。在所示的示例中，收集工具54将排出材料60保持在工具的焊接凹口侧62上。排出的材料60在金属板材件表面在焊接凹口30的旁边以拉长的珠或脊56的形式被收集，排出的材料60包括来自该示例中的涂覆材料层18的材料并且随后可如即将说明的方法被再次使用。
收集工具54可包括轮廓64以对排出材料60的沉积实施进一步控制。如图8的示例所示，轮廓64位于焊接凹口侧62上并且在收集工具的周边处。说明性的轮廓64包括帮助限定所得的材料的珠56的形状的曲面。轮廓64的形状可与珠56的期望的剖面形状相同或不相同。例如，轮廓64也可用于将排出材料60朝金属板材件表面重新定向--即，所示轮廓64的弯曲形状配置为不仅中断排出材料的正常轨迹，而且还将排出材料朝金属板材件和珠56的期望的位置重新定向。至少部分地取决于排出材料在烧蚀过程期间是沿着金属板材表面流动还是以所示液滴的形式与金属板材表面不接触，并非通过激光去除的所有材料都有必要沉积为材料的珠56的一部分。例如，排出材料60中的一些可以汽化、排出材料中的一些可以在边缘28的方向从烧蚀位置58喷出、和/或排出材料中的一些可在远离珠56位置的位置处粘贴至收集工具54。在一个实施方式中，收集工具由包括非粘材料(例如PTFE或者其它低表面能材料)的表面涂覆层制成或具有这样的表面涂覆层。在其它实施方式中，线刷或其它清洁工具可用于从收集工具去除过量的排出材料。
例如，如图9中所示，收集去除的材料的步骤也可包括压缩气体(例如空气)、一种或多种保护气体、或者一些其它流体的使用。在该示例中，为了影响材料排出过程，气体喷嘴66在烧蚀位置朝收集工具54引导一道气体68。这道气体68可在将排出材料60朝收集工具和/或朝期望的珠位置引导的同时冷却新形成的焊接凹口和/或者材料珠56。如所示出的，排出材料60的更多部分，例如以其他方式从烧蚀位置朝边缘28喷出的排出材料，可以通过工具54收集并沿着形成的焊接凹口30沉积为珠56的一部分。当然，可使用多于一道的气体或其它流体68，并且每道的压力、流动率以及方向可根据珠56的期望的形状和/或位置为每个应用自定义。
在图10的示例中，收集工具54’本身就是气体喷嘴或改变排出材料60的轨道的其它加压流体源，而无需固态的物理屏障。在该示例中，相对的两道气体68、70一起使用以控制珠56的位置。每道气体或其它流体68、70可具有独立控制的方向、压力、速度、流动率、温度、成分、轮廓形状(例如，不同形状的喷嘴开口)和/或者其它参数。
在另一个示例中(没有示出)，挡板形式的非旋转收集工具可在激光点58的旁边使用以操控排出材料的正常轨迹并帮助形成所得的珠56。以上所述的特征，例如轮廓表面64以及压缩空气或保护气体，也可与该实施方式一起使用。
现在参考图11，其示出了由两个涂覆的金属板材件12和112形成焊接板组件200的示例性焊接过程。金属板材件12和112中的一个或两个可包括材料珠56，该材料珠56包括在先前的操作中已去除、收集、并沿各个焊接凹口30沉积的涂覆层材料。在示出的过程中，两个金属板材件12、112的边缘区域20与对接在一起的各个边缘28对准。用于焊接的高功率激光束202指向对准的边缘区域20并在激光点204处撞击金属板材件12和112。激光束202将足以局部熔化来自金属板材件12和112中的每个的材料的能量输送至激光点204，从而形成包括来自两个金属板材件(优选地来自两者的基础材料层)的熔融材料的焊池206。随着激光束202在方向A(在图11中的X轴负方向)中沿着对准的边缘区域20向前移动或前进，焊池206在激光束后面的(在X轴正方向)部分固化以形成焊接接头208。所得的焊接接头208将两个金属板材件12和112接合并且位于焊接板组件200的焊接区域220中。当然，只要在加工件与激光之间存在相对移动，也有可能是两个金属板材件12和112移动而不是激光束202移动或者除了激光束202移动之外，两个金属板材件12和112也可能移动。
焊接接头208可基本没有来自涂覆材料层中的至少一个的材料。这至少部分地由于沿着各个边缘区域20设置的焊接凹口30，在焊接凹口30中来自涂覆层的材料已经被去除。在该特定的示例中，示出的金属板材件12和112中的每个具有不同的厚度(即，组件200是拼焊板)并且备有沿着各个边缘区域20的相对侧24和26形成的焊接凹口30。还需要注意的是，虽然示出的板组件200包括单个焊接接头208，然而焊接板组件可由具有多于一个焊接接头的多于两个的金属板材件形成。板组件200可以可替代地或另外地包括一个或多个曲线焊接接头，其中焊接接头208的至少一部分是弯曲的形状并且沿着弯曲或波状外形的边缘28和/或者边缘区域20形成。
图12和13示出了过程的示例，其中的一个或两个可被包括作为图5的步骤108的一部分，以沿着焊接接头208或在焊接接头208上方设置封顶材料210。在这些示例中，在珠56处收集的排出材料此时被再次加热并被用作封顶材料210以至少部分地覆盖和保护焊接接头免于氧化、腐蚀等。参照图12，其示出了与一对再应用工具212接触的焊接板组件200，该再应用工具212配置为将材料珠56朝焊接接头208转移。在该示例中，再应用工具212是滚子，但是它们可以是非旋转的挡板或能够朝焊接接头重新定向或设置先前收集的涂覆材料的任何其它合适的工具。每个滚子都具有旋转轴C，并且在示出的示例中，滚子212被定向为使得该旋转轴不与板组件200和滚子的相对移动方向垂直。如示出的，每个滚子的焊接接头侧214和/或周边将材料从珠56朝焊接接头208转移。在该示例中，滚子212保持在一个位置而板组件200在滚子212的下方在未编号的箭头方向移动，但是板组件可保持固定而由滚子移动来代替或可存在逐渐合作以转移材料的一系列滚子。板组件可通过在其相对侧26的另外的滚子或其它装置(没有示出)支承。这仅是用于沿着焊接接头208或在焊接接头208上设置封顶材料210的过程的一个示例。在其它实施方式中，再应用工具可包括固定块，随着板组件在该块下方穿过，该块与坯件组件之间的间距连续地减少，从而压缩材料珠56并将材料朝焊接接头转移。
根据焊接凹口30的尺寸、存在于珠56中的收集的材料的数量、以及其它因素，封顶材料210可部分地覆盖焊接接头208、完全覆盖焊接接头、或设置在焊接接头旁边而不覆盖焊接接头的任何部分。在图12的示例中，再应用工具212将珠56转移使得封顶材料210覆盖或覆在焊接接头208的横向边缘上。在另一实施方式中，来自除材料珠56以外的来源的封顶材料可涂覆在焊接接头208上或沿着焊接接头208涂覆。例如，粉末形式的封顶材料可在焊接接头形成之后立即沿着焊接接头沉积，并且此时焊接接头仍然是足够热以部分地或完全地液化封顶材料使得封顶材料可以流动并且部分地或完全地覆盖焊接接头208。替代材料珠56的或除材料珠56之外的其它来源的封顶材料是可行的。
在一个实施方式中，封顶材料210的一部分是在上述涂覆去除过程期间由收集工具收集的材料，并且封顶材料的另一部分是来自不同来源的附加材料。该附加材料可具有与涂覆材料层相同的成分，或者该附加材料可以具有与涂覆材料层不同的成分。该附加材料可作为熔融材料、粉末材料、喷涂或刷涂材料、挤出的材料、材料膜提供，或以任何其它合适的形式提供。该附加材料可层叠在从涂覆材料层收集并再应用的材料上、填充焊接凹口没有被再应用材料填充的剩余部分、覆盖焊接接头没有被再应用材料覆盖的部分、或者它们的任意组合。在一些情况下，封顶材料可仅包括另外提供的材料而不包括从涂覆材料层收集并再应用的材料。封顶材料210也可特征化为成为焊接板组件的永久添加剂，由此，使这些实施方式区别于在后续过程(如金属成型以及精加工过程)期间烧掉的或以其它方式去除的临时焊接接头保护剂。在一些情况下，封顶材料具有打算在后续过程中改变焊接接头的成分或者微观结构的材料成分。在一个特定的示例中，封顶材料具有可包括铝、铝合金、锌、锌合金、有机或无机涂覆材料、或任何其它腐蚀防护涂覆材料的成分，并且封顶材料可设计为在后续热处理和/或热成形过程期间与焊接接头材料相互扩散。
参照图13，图12的板组件200示为在热源218下方穿过。热源218配置为向封顶材料210供给足够的热能以使封顶材料210流动并覆盖焊接接头208。在该示例中，热源218是固定的而板组件200在热源下方移动，然而其它相对运动也是可行的。热源218可以是红外线热源、传导热源、感应热源、激光能热源、或任何其它合适的热源。在该示例中，板组件200在图11和12的材料珠56沿着焊接接头208转移之后经受热源218。在另一实施方式中，板组件200在图11和12的材料珠56沿着焊接接头208转移之前或转移期间经受热源218，并且可用于软化材料珠以允许其更易于转移或更易于沿着焊接接头流动和/或在焊接接头上流动。在另一实施方式中，图12的再应用工具212可省略并且热源218是再应用工具，热源218充分地加热材料珠以使得该材料流入焊接凹口并且沿着焊接接头208和/或者在焊接接头208上方流动而无需珠56的机械位移。在又一实施方式中，热源218是与用于将焊接板组件200加热至高的成形温度的热源相同的热源，在该温度下板组件形成为期望的形状。例如，在特定的热成形过程中，板组件可以在成形前加热至高温，并且该高温足以使材料珠沿着焊接接头流动。在另一示例中，热源218是与用于将焊接坯件组件加热至扩散或热处理温度的热源相同的热源，在该温度下涂覆材料层与基础材料层相互扩散。板组件也可在经受热源218时定向为倾斜的角度或竖直地定向使得重力可用于辅助材料流动。
图14示出了以平面视图示出的用于制造焊接板组件的连续过程。该示出的过程对应于图5的方法步骤106至108。在此，两个涂覆的金属板材件12和112布置为各自的边缘区域20对准并且边缘28对接在一起。金属板材件12和112中的每个包括材料珠56，该材料珠56包括在先前的操作中已去除、收集、并沿各个焊接凹口30沉积的涂覆层材料。金属板材件12和112在未编号的箭头方向(X轴方向)一起进给。依次地，金属板材件12和112通过激光束202激光焊接在一起，然后材料珠56在该材料仍然被激光束202加热且软化时通过再应用工具212朝形成的焊接接头208转移以作为封顶材料210。随后，焊接区域220在热源218下方穿过以使得封顶材料流动并覆盖焊接接头208。由于一个或多个步骤可以被省略或另外的步骤可以被添加，所以这仅是连续过程的一个示例。例如，热源218可以在再应用工具212之前或之后布置或与再应用工具212同时布置、封顶材料210可由材料珠56的可替代的或另外的来源供给等。
图15是在封顶材料210设置在焊接接头208上之后，焊接板组件200的示例性焊接区域220的剖视图。封顶材料210覆盖和/或保护通过焊接凹口的形成以其他方式暴露的基础材料层或中间材料层，也覆盖和/或者保护主要由基础材料层构成的焊接接头208。在该示例中，接合以形成板组件200的金属板材件具有相同的厚度，但是如图11至13中，该接合件也可具有不同的厚度。
应理解的是，以上描述不是对本发明的限定，而是对本发明的一个或多个优选的示例性实施方式的描述。本发明并不限于本文公开的具体实施方式，而是仅由所附的权利要求书限定。此外，包含在上面的描述中的陈述涉及具体实施方式，并且除了在上面明确定义了术语或措辞的情况以外，不应被解释成对本发明的范围或权利要求中所使用的术语的限定上的约束。对于本领域的技术人员，所公开的实施方式的各种其他实施方式和各种变型和修改将变得显而易见。所有这样的其他实施方式、变化和修改都旨在落入所附权利要求书的范围内。
如本说明书和权利要求书中所使用的，术语“例如(forexample)”、“例如(e.g.,)”、“例如(forinstance)”、“如(suchas)”和“像(like)”以及动词“包括(comprising)”、“具有(having)”、“包含(including)”及它们的其他动词形式中的每个在与一个或多个部件或其他项目的列表结合使用时均应被解释为开放的，即意味着该列表并不应被视为排除其他、附加的部件或项目。其他术语应被解释成使用它们最宽泛的合理含义，除非它们用在要求不同解释的上下文中。

Claims (20)

1.一种焊接板组件(200)，包括：
第一金属板材件(12)和第二金属板材件(112)，所述第一金属板材件和所述第二金属板材件中的至少一个具有基础材料层(14)、涂覆材料层(18)、以及具有焊接凹口(30)的边缘区域(20)，在所述焊接凹口处所述涂覆材料层的至少一部分已经被去除；
焊接接头(208)，所述焊接接头将所述第一金属板材件与所述第二金属板材件在所述边缘区域处接合在一起，所述焊接接头包括来自所述基础材料层的材料而基本上没有来自所述涂覆材料层的材料；以及
封顶材料(210)，所述封顶材料填充所述焊接凹口的至少一部分，其中所述封顶材料与所述焊接接头直接接触并且成为所述焊接板组件的永久添加物。
2.如权利要求1所述的焊接板组件(200)，其中所述封顶材料(210)包括来自所述涂覆材料层(18)的再应用材料，所述再应用材料首先从所述焊接凹口(30)去除、沉积在所述焊接凹口旁边、然后朝所述焊接接头(208)转移使得所述再应用材料再填充所述焊接凹口的至少一部分。
3.如权利要求1所述的焊接板组件(200)，其中所述封顶材料(210)包括附加材料，所述附加材料具有与所述涂覆材料层(18)的材料成分不同的材料成分。
4.如权利要求3所述的焊接板组件(200)，其中所述附加材料具有包括以下组分中的至少一种的成分：铝、铝合金、锌、或锌合金。
5.如权利要求1所述的焊接板组件(200)，其中所述封顶材料(210)填充所述焊接凹口(30)的至少一部分，使得所述封顶材料与所述基础材料层(14)和所述焊接接头(208)两者都直接接触。
6.如权利要求1所述的焊接板组件(200)，其中所述焊接接头(208)位于所述焊接板组件的焊接区域(220)中，并且所述封顶材料(210)覆盖所述焊接区域，使得所述焊接接头和所述基础材料层(14)都不沿着所述焊接区域的长度的至少一部分暴露。
7.一种焊接板组件(200)，包括：
接合在一起的第一金属板材件(12)和第二金属板材件(112)，所述第一金属板材件和所述第二金属板材件中的至少一个具有基础材料层(14)和涂覆材料层(18)；
焊接接头(208)，所述焊接接头(208)将所述第一金属板材件与所述第二金属板材件沿着焊接区域(220)接合在一起，所述焊接接头包括来自所述基础材料层的材料而基本上没有来自所述涂覆材料层的材料；以及
封顶材料(210)，所述封顶材料覆盖所述焊接接头的至少一部分，其中所述封顶材料包括在所述焊接接头形成之前从所述涂覆材料层去除并且在所述焊接接头形成之后再应用到所述焊接接头上的材料。
8.如权利要求7所述的焊接板组件(200)，其中所述金属板材件(12)和所述金属板材件(112)中的至少一个包括在边缘区域(20)中的焊接凹口(30)，在所述焊接凹口(30)处所述涂覆材料层(18)的至少一部分已经被去除，并且所述封顶材料(210)填充在所述焊接凹口的至少一部分中。
9.如权利要求7所述的焊接板组件(200)，其中所述封顶材料(210)包括附加材料，所述附加材料具有与所述涂覆材料层(18)的材料成分不同的材料成分。
10.如权利要求9所述的焊接板组件，其中所述附加材料具有包括以下组分中的至少一个的成分：铝、铝合金、锌、或锌合金。
11.如权利要求7所述的焊接板组件(200)，其中所述封顶材料(210)填充焊接凹口(30)的至少一部分，使得所述封顶材料与所述基础材料层(14)和所述焊接接头(208)两者都直接接触。
12.如权利要求1所述的焊接板组件(200)，其中所述焊接接头(208)位于所述焊接板组件的焊接区域(220)中，并且所述封顶材料(210)覆盖所述焊接区域，使得所述焊接接头和所述基础材料层(14)都不沿着所述焊接区域的长度的至少一部分暴露。
13.一种制造焊接板组件(200)的方法，包括以下步骤：
(a)从涂覆的金属板材件(12，112)的区域(20，220)中去除涂覆材料(18)；
(b)将所述金属板材件焊接至另一个金属板材件，使得焊接接头(208)在所述涂覆的金属板材件的所述区域中形成，所述焊接接头包括来自所述金属板材件的基础材料(14)而基本上没有涂覆材料；以及
(c)将封顶材料(210)应用至所述涂覆的金属板材件的所述区域，使得所述封顶材料覆盖所述焊接接头的至少一部分。
14.如权利要求13所述的方法，其中步骤(a)还包括使用激光烧蚀过程去除涂覆材料(18)，所述激光烧蚀过程使用来自激光束(50)的热能以从所述涂覆的金属板材件(12，112)的所述区域(20，220)中去除涂覆材料。
15.如权利要求14所述的方法，其中步骤(a)还包括利用收集工具(54，54’)收集去除的涂覆材料，所述去除的涂覆材料的一部分在所述激光烧蚀过程期间从所述涂覆的金属板材件(12，112)中排出并由所述收集工具收集。
16.如权利要求15所述的方法，其中步骤(a)还包括利用所述收集工具(54，54’)沉积收集的涂覆材料，所述收集的涂覆材料的一部分以珠(56)的形式沉积在所述涂覆的金属板材件(12，112)的所述区域(20，220)的旁边，使得所述收集的涂覆材料随后能够在步骤(c)中被再应用。
17.如权利要求13所述的方法，其中步骤(c)还包括利用再应用工具(212)应用封顶材料(210)，所述封顶材料包括沉积在所述涂覆的金属板材件(12，112)的所述区域(20，220)旁边的先前去除的涂覆材料，并且所述再应用工具将所述先前去除的涂覆材料朝所述焊接接头(208)转移。
18.如权利要求13所述的方法，其中步骤(c)还包括利用应用工具应用封顶材料(210)，所述封顶材料包括来自除所述涂覆材料(18)以外的来源的附加材料，并且所述应用工具将所述附加材料引导至所述涂覆的金属板材件(12，112)的所述区域(20，220)，使得所述涂覆材料覆盖所述焊接接头(208)的至少一部分。
19.如权利要求20所述的方法，其中所述附加材料具有包括以下组分中的至少一个的成分：铝、铝合金、锌、或锌合金。
20.如权利要求12所述的方法，其中步骤(c)还包括当所述封顶材料(210)应用于所述金属板材件(12，112)的所述区域(20，220)时提供热量，所提供的热量使得所述封顶材料至少部分地熔化并流向所述金属板材件的所述区域，使得所述封顶材料覆盖所述焊接接头(208)的至少一部分。
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