激光焊接方法和使用该方法焊接的金属的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种激光焊接方法，更具体而言，涉及一种用于拼焊板（Tailor Welded Blanks，TWB)的激光焊接方法。
【背景技术】
[0002] 在汽车行业，根据环保法规的加强，最近采用了高强度钢材料以达到减轻车身的 重量的目的。此外，成形方法的趋势为采用拼焊板（TWB)、液压成形和其它方法取代现有的 冲压工艺。
[0003] 拼焊板是指所谓的"定制切割和焊接的钢板"。拼焊板为在将具有不同厚度、强度 和材料的钢板切割为合适的尺寸和形状之后、通过将切割的钢板焊接而被加工成具有所需 的形状的物品。相比直接焊接加工后的加工钢板的情况，拼焊板可以大大降低成本。虽然 可应用的焊接方法包括激光焊接、电阻缝焊接、等离子焊接等，主要应用的是激光焊接。
[0004] 激光焊接的特征在于，其不仅能使用高效能量束进行高速生产，还得到优异的焊 接质量。然而，一直存在着某些类型的钢和钢接头中出现如气孔和凹坑的焊接缺陷的问题。 通常，凹坑发生在气孔缺陷频繁发生的条件下，这意味着在一个缺陷中，当内孔的气体分压 升高时，焊缝被暴露于焊珠的表面。
[0005] 由于为了满足车身的轻量化要求，存在厚度差异大的材料中的接头的增加，因而 更显著地产生气孔或凹坑缺陷，这已成为一个严重的问题。图1说明了可发生在具有不同 厚度的焊接材料的情况中的气孔和凹坑缺陷的一个实例。
[0006] 提供了以下的用于TWB的激光焊接技术。
[0007] 专利文件1(日本专利特许公开第Heisei 8-174246号）提出通过控制焊珠的倾角 提高焊接的压力成形性的技术。具体地，该技术保证了具有taveXtanl0〈df〈t aveXtan30(tave =(ti+td/2)范围内的材料之间的台阶高度（df)的压力成形性，其中^代表厚板侧的材 料的板厚，t2代表了薄板侧的材料的板厚。虽然此技术通过消除焊接的台阶高度降低了对 压模的损伤，但是该技术不足以解决焊接的气孔或凹坑缺陷。
[0008] 专利文件2 (日本专利特许公开第Heisei 8-257773号）提出一种互换对接接头 的焊接方法，即对接接头被激光束交织以达到在对接接头上形成良好的焊珠和防止具有不 同厚度的激光焊接板的情况中的焊接缺陷的目的。虽然此方法能够扩展在激光焊接中一贯 被指出的接头之间的间隙，但是，由于焊接线被延长而增加了焊接时间，并且在消除气孔缺 陷方面本质上存在局限性。
[0009] 专利文件3(日本专利特许公开第Heisei 7-266081号）提出一种具有包含碳 (C)、锰（Mn)和硅（Si)作为基本组分，以及铁和其它杂质的平衡组分的成分的实心焊丝 (电阻率为P彡3. 2Χ107Ω ·πι)和一种使用保护性气体的焊接方法，其中，惰性气体，如氩 气（Ar)和氦气（He)，与活性气体如二氧化碳（CO2)和氧气（O 2)混合作为电弧焊丝用于表 面处理后的钢板，此方法在抗孔方面是优异的，并且无如凹坑、气孔和其他此类缺陷，以及 一种焊接施工方法。通过在提高焊丝的电阻率后逐渐降低热输入以确保预定的热输入而不 提高焊接电流可以抑制气孔的产生。然而，在用于TWB的激光焊接的情况下基本不使用焊 接材料是一个原则，并且这类问题被指出，当采用焊接材料时，难以保证焊接的表面质量， 以及单位成本的增加。
[0010] 专利文件4(日本专利特许公开第2001-138085号）提出一种采用保护性气体的 方法，其中，二氧化碳与惰性气体以80至95%的混合比例混合，以提高渗透特性并防止激 光焊接的气孔缺陷。它们的作用被认为在钥孔焊接（如激光焊接）中是不显著的，尽管惰 性气体（如氧气或二氧化碳）具有在普通热传导型焊接中通过降低熔融金属的表面张力而 促使深穿透的特点。此外，在上述专利发明中，可以判断有必要更详细地检测活性气体的作 用，因为得到的结果是活性气体（如氧气）反而加重焊接中的气孔的产生。
[0011] 专利文件5 (日本专利特许公开第2001-300751号）从被供应的用于抑制激光焊 接过程中产生的等离子体的氦气残留在钥孔中导致孔的形成的事实出发，提出了维持尤其 是材料厚度的I. 1至1. 2或以上的范围内的穿透深度的焊接条件以达到充分排出氦气的目 的。尽管通过焊接条件（即在目标钢型具有IOmm或以上的厚度的钢铁材料的情况下的热 输入）可以控制穿透深度，但实际上难以保证预定的穿透厚度，因为在如本发明的目标钢 材料的厚材料的情况下，焊接条件的范围窄。
[0012] 专利文件6(日本专利特许公开第2010-89138号）提出了通过向锌中加入添加 剂来减少熔融金属中的锌蒸气的方法，以抑制锌表面处理的钢板的激光焊接中的气孔的形 成，从而在锌蒸气产生之前使锌与添加剂反应。然而，此方法在实际施工中涉及许多问题， 如除施工单位价格的增加外，还有涂覆量的控制。
[0013] 专利文件7 (日本专利特许公开第2003-311453号）是关于通过持续保持搭接接 头之间的间隙来抑制锌表面处理的钢板的搭接接头中形成的气孔，从而将激光焊接过程中 产生的锌蒸汽容易地排出的方法。但是，难以将该技术应用于拼焊板组件的激光焊接，所述 拼焊板组件具有接头的形状的限制，并且尤其针对于对接接头。
[0014] (专利文件1)日本专利特许公开第Heisei 8-174246号
[0015] (专利文件2)日本专利特许公开第Heisei 8-257773号
[0016] (专利文件3)日本专利特许公开第Heisei 7-266081号
[0017] (专利文件4)日本专利特许公开第2001-138085号
[0018] (专利文件5)日本专利特许公开第2001-300751号
[0019] (专利文件6)日本专利特许公开第2010-89138号
[0020] (专利文件7)日本专利特许公开第2003-311453号
【发明内容】
[0021] 技术问题
[0022] 本发明的一个方面提供一种能够防止焊缝中的如气孔或凹坑的缺陷的形成和提 高激光焊接过程中的焊缝的成形性的激光焊接方法，以及使用所述方法制造的焊接构件。
[0023] 技术方案
[0024] 在通过向焊接部照射激光进行焊接的激光焊接方法中，提供了包括向激光照射部 和激光照射部的后侧提供保护气体的激光焊接方法。
[0025] 此外，本发明提供了包括通过向待焊接部分照射激光而焊接的焊缝的激光焊接构 件，其中，焊缝中包含以重量计的125ppm或以下的氮。
[0026] 有益效果
[0027] 本发明具有以下优点，提供了一种拼板构件，所述拼板构件通过防止气孔或凹坑 缺陷（即使在存在厚度差的材料之间的激光焊接过程中）能够获得优异的焊接特性并保证 与基体材料相同水平的良好的成形性能。
【附图说明】
[0028] 从结合附图做出的以下详细描述中将更清楚地理解本发明的以上和其它方面、特 征和其它优点，其中：
[0029] 图1为示出形成于拼焊构件的焊接接头中的气孔和凹坑缺陷的照片。
[0030] 图2为示出激光焊接过程中的焊缝的氮含量和气孔度的图表。
[0031] 图3为示意性地示出本发明的焊接方法的一个实施方式的模拟图。
[0032] 图4为通过实施例中的焊缝的放射性分析成像的气孔的照片。
[0033] 图5为观察实施例中的焊缝的埃氏杯突试验结果的照片；以及
[0034] 图6为示出本发明的焊接方法中的一个优选的激光照射位置的模拟图。
[0035] 最佳实施方式
[0036] 下面将参照附图详细地描述本发明的示例性实施方式。
[0037] 本发明人已经深入研宄了在进行激光焊接的情况下，特别是在具有不同厚度的焊 接钢板的情况下的气孔或凹坑缺陷的原因，以制造拼板构件。因此，已经认识到，激光焊缝 的气孔缺陷与焊缝的氮含量密切相关，如图2所示。
[0038] 如图2所示，可以确认的是当焊缝中含有约125ppm或以上的氮时，气孔和凹坑缺 陷集中形成于焊缝中。
[0039] 引入焊缝的氮主要来自于含有氮的周围的空气，因为通过激光焊接过程中产生的 高温等离子体而接触焊缝周围的氮气被解离并被带入与焊缝接触，并且由于冷却过程中的 固溶度的降低，氮气被排至气孔。
[0040] 因此，本发明人通过开发一种方法完成了本发明，该方法通过在激光焊接过程中 将惰性气体喷至激光照射部分的后侧（下部激光焊接部分）和激光照射部分（上部激光焊 接部分）以冷却等离子体，从而能够抑制等离子体的增长，并通过防止空气中的氮被直接 带入接触等离子体，从而能够抑制气孔或凹坑缺陷的形成。
[0041] 本发明提供一种方法，该方法通过在激光照射过程中控制保护气体的供应来抑制 空气中的氮与等离子体的接触，从而能够抑制焊缝中的缺陷的形成。此外，本发明提供一种 通过控制激光束照射部位和热输入能够抑制焊缝中的缺陷的形成的激光焊接方法。
【具体实施方式】
[0042] 尽管结合示例性实施方式展示和描述了本发明，本领域的技术人员应当清楚的 是，可以做出修改和变化而不违背所附权利要求限定的本发明的特点和范围。
[0043] 下文将详细描述本发明