CN109153097A - 经涂覆的钢的集成预钻和激光点焊 - Google Patents

Abstract

一种激光点焊工件叠层（10）的方法包括首先在工件叠层中形成至少一个孔（74），并且然后形成激光点焊接头（86）。激光点焊接头的形成包括将焊接激光束（24）引导在工件叠层的顶表面（20）处以形成穿透到叠层中的钢水焊池（98），并且然后沿着位于环形焊接区域（90）内的束行进图案（102）相对于工件叠层的顶表面的平面使焊接激光束前进。­焊接激光束的束行进图案包围顶表面的平面上的中心区域（96），该中心区域跨越在工件叠层中形成的至少一个孔。所述工件叠层包括至少两个重叠的钢制工件，至少一个钢制工件包括锌基材料的表面涂层。­该方法可以最小化焊接接头内的孔隙。

Description

经涂覆的钢的集成预钻和激光点焊

技术领域

本公开的技术领域大体上涉及激光焊接，并且更具体地，涉及将两个或更多个重叠的钢制工件激光点焊在一起的方法，其中，至少一个钢制工件包括锌基表面涂层。

背景技术

激光点焊是一种金属连接工艺，其中，激光束被引导在金属工件叠层处，以提供能够在重叠的组成金属工件之间实现焊接接头的集中能量源。通常，两个或更多个金属工件首先相对于彼此对齐和堆叠，使得它们的接合表面重叠并面对以建立延伸通过预期焊接部位的接合界面（或多个接合界面）。然后将激光束引导向工件叠层的顶表面并撞击该顶表面。从激光束吸收能量生成的热引发金属工件的熔化，并在工件叠层内产生熔化的焊池。并且，如果激光束的功率密度足够高，则在激光束下方直接产生键孔并被熔化焊池包围。键孔是由来源于工件叠层内的金属工件的汽化金属柱，其可包括等离子体。

激光束在撞击工件叠层的顶表面时以非常短的量级产生熔化焊池。一旦产生，熔化焊池就会随着激光束继续向工件叠层输送能量而增长。熔化焊池最终增长以穿透由激光束撞击的金属工件并进入下面的金属工件或多个金属工件到与每个建立的接合界面相交的深度。通过控制激光束的各种特性，包括其功率、行进速度（如果有的话）和焦点位置，可以管理熔化焊池的总体形状和穿透深度。当熔化焊池稳定并在工件叠层中达到所需的穿透深度并且可选地沿叠层的顶表面前进时，激光束的传送中止，从而不再撞击焊接部位处的叠层。熔化焊池迅速冷却并固化（并且如果存在的话，使键孔塌缩）以形成激光点焊接头，该激光点焊接头包括或者从来源于由熔化焊池渗透的每个工件的再固化复合工件材料。激光点焊接头的再固化复合工件材料在焊接部位处自发地将重叠的工件熔焊在一起。

汽车工业对使用激光点焊来制造可安装在车辆上的部件感兴趣。在一个示例中，车门主体可以由内门板和外门板制成，所述内门板和外门板通过多个激光点焊接头连接在一起。内门板和外门板首先相对于彼此堆叠并通过夹具固定就位。然后根据编程序列将激光束按顺序引导在堆叠板周围的多个焊接部位处，以形成如前所述的多个激光点焊接头。激光点焊内和外门板-以及其他车辆部分部件，诸如用于制造罩、行李箱盖、例如车身侧面和十字构件等车身结构、承受负载结构构件等的车辆部件的过程—通常是可以快速且有效地执行的自动化过程。上述对激光点焊金属工件的需求并非汽车工业所独有；事实上，它延伸到其他可能利用激光点焊的行业，尤其包括航空、航海、铁路和建筑构造行业等。

使用激光点焊将通常用于制造实践的经涂覆的金属工件连接在一起可能带来挑战。例如，钢制工件通常包括用于防腐蚀的锌基表面涂层。锌的沸点约为906℃，而其涂覆的基部钢基板的熔点通常高于1300℃。因此，当激光点焊包括锌基表面涂层的钢制工件时，在钢制工件的表面处容易产生高压锌蒸气，并且具有破坏激光焊接过程的趋势。特别地，在钢制工件的接合界面处产生的锌蒸气受迫扩散到由激光束产生的熔化焊池中并通过该熔化焊池，除非提供替代的通过工件叠层的逸出出口。当未提供足够的逸出出口时，锌蒸气可能会在其冷却和固化时留困在熔化焊池中，这可能导致所得的焊接接头中的缺陷—诸如夹带的孔隙—这可将激光点焊接头的机械特性降低到使得接头可能被认为是不合格的程度。

为了阻止高压锌蒸气扩散到熔化焊池中，传统的制造过程要求在进行激光点焊之前存在锌基涂层的每个接合界面处的两个钢制工件中的至少一个钢制工件进行激光刻痕或机械造窝。激光刻痕或机械造窝工艺产生间隔开的突出特征，所述突出特征在相邻钢制工件的所述突出特征已经形成的接合表面和面对的接合表面之间施加约0.1-0.2毫米的间隙，这提供了沿着已建立的接合界面引导锌蒸气并远离焊接部位的逸出路径。但是这些突出特征的形成为整个激光点焊工艺增加了额外的步骤，并且被认为促成出现底切焊接接头。如果两个或更多个钢制工件—其中，至少一个钢制工件包括锌基材料的表面涂层—可以激光点焊在一起而不必必须对任何钢制工件刻痕或机械地造窝，以一致地形成具有足够强度的耐用焊接接头，这将是对本领域的受欢迎的补充。

发明内容

公开了一种激光点焊工件叠层的方法，该工件叠层包括重叠的钢制工件。工件叠层包括两个或更多个钢制工件，并且那些钢制工件中的至少一个钢制工件（以及可能地所有钢制工件）包括锌基材料（诸如锌或锌铁合金）的表面涂层。锌基表面涂层优选地具有从2μm至30μm范围内的厚度。并且虽然锌基表面涂层保护下面的钢材免受腐蚀，但是除了其他显着的好处之外，它还会在激光点焊过程中在加热时形成高压锌蒸气。此锌蒸气又可能演变为激光点焊接头中的孔隙源，并且还可能导致其他异常，诸如飞溅。所公开的激光点焊方法使锌基表面涂层可能对激光点焊接头产生的影响最小化，而不需要—但当然不禁止—某些过程的实施，诸如例如，通过激光刻痕或机械造窝故意在存在锌基表面涂层的接合界面处的钢制工件之间施加间隙。

首先，激光点焊方法包含提供包括两个或更多个重叠的钢制工件的工件叠层。钢制工件被堆叠在一起，使得在每对相邻的重叠钢制工件的接合表面之间形成接合界面。例如，在一个实施例中，工件叠层包括分别具有第一和第二接合表面的第一和第二钢制工件，第一和第二接合表面彼此重叠并面对以建立单个接合界面。在另一个实施例中，工件叠层包括位于第一钢制工件和第二钢制工件之间的另外的第三钢制工件。以这种方式，第一和第二钢制工件分别具有第一和第二接合表面，第一和第二接合表面与第三钢制工件的相对的接合表面重叠并面对以建立两个接合界面。当存在第三钢制工件时，第一和第二钢制工件可以为分开的和不同的部件，或者另选地，它们可以为同一部件的不同部分，诸如当一个部件的边缘折叠在另一个部件的自由边缘上方时。

在提供工件叠层之后，并且在实施激光点焊之前，在工件叠层中形成至少一个孔。所述至少一个孔延伸穿过工件叠层的至少一部分并且横穿在工件叠层内建立的每个接合界面。因此，所述至少一个孔可以从顶表面朝向底表面部分地穿透到工件叠层中，在这种情况下，所述至少一个孔在顶表面处是敞开的，或者所述至少一个孔可以部分地从底表面朝向顶表面穿透到工件叠层中，在这种情况下，所述至少一个孔在底表面处是敞开的。然而，在优选实施例中，所述至少一个孔完全穿透工件叠层，并因此在工件叠层的顶表面和底表面处均是敞开的。并且虽然在工件叠层中形成的孔的数量可以变化，但在许多情况下，孔的数量范围从1到8，这取决于与要形成的激光焊接接头的预期尺寸以及叠层内钢制工件的成分相关的孔的尺寸。

在形成至少一个孔之后，焊接激光束被引导在工件叠层的顶表面处并撞击工件叠层的顶表面以形成钢水焊池，该钢水焊池从顶表面朝向底表面穿透到工件叠层中。选择焊接激光束的功率密度以执行所公开方法的激光点焊部分，其中以传导焊接模式或键孔焊接模式形成激光焊接接头。在传导焊接模式中，焊接激光束的功率密度相对较低，并且焊接激光束的能量作为热通过钢制工件传导以仅产生钢水焊池。另一方面，在键孔焊接模式中，焊接激光束的功率密度足够高以使钢工件汽化并在钢水焊池内的焊接激光束的正下方产生键孔。键孔提供了用于更深入到工件叠层中进行能量吸收的导管，这又促进了钢水焊池的更深且更窄的穿透。如果形成，钢水焊池和键孔可以完全或部分地穿透工件叠层。

焊接激光束在产生熔化焊池和可选的键孔之后沿着束行进图案相对于工件叠层的顶表面的平面前进。沿着束行进图案使焊接激光束前进使键孔和钢水焊池沿着与焊接激光束相对于工件叠层的顶表面的图案化运动相对应的路线平移。焊接激光束沿着束行进图案的该前进在紧随焊接激光束和钢水焊池的对应路线中留下了钢水工件材料的痕迹。该钢水工件材料的痕迹迅速冷却并固化成再固化的复合钢制工件材料，该再固化的复合钢制工件材料由来自通过钢水焊池穿透的每个钢制工件的钢材料构成。通过沿着束行进图案使焊接激光束前进而获得的集合再固化的复合钢制工件材料提供了激光点焊接头，其自发地将工件熔焊在一起。在焊接激光束沿着束行进图案完成其前进之后，焊接激光束从工件叠层的顶层被移除，通常通过停止焊接激光束的传送以终止向工件叠层传递能量。

由焊接激光束跟踪的束行进图案包括一个或多个焊接路径，其位于被投射到工件叠层的顶表面的平面（x-y平面）上的环形焊接区域内。环形焊接区域由外径边界和内径边界限定。焊接激光束的束行进图案包围由环形焊接区域环绕的—更具体地，由环形焊接区域的内径边界环绕的—在顶表面的平面上的中心区域。当投射到顶表面的平面上时，环形焊接区域可以包括圆形外径边界和圆形内径边界，尽管不同的几何形状当然是可能的。当焊接激光束沿着环形焊接区域内的束行进图案运动时，它这样进行不会撞击在中心区域上。焊接激光束的这种类型的图案化运动具有驱动任何锌蒸气朝向至少一个孔的效果，所述锌蒸气通过将包括在工件叠层内的锌基表面涂层加热而产生，使得锌蒸气可以从叠层中快速排出。由于引导锌蒸气朝向至少一个孔并从叠层中排出那些蒸气，构成激光焊接接头的复合再固化钢制工件材料不太可能包括衰弱量的夹带孔隙。

在优选实施例中，远程激光焊接设备用于在工件叠层中形成至少一个孔和激光点焊接头。远程激光焊接设备包括扫描光学激光头，其容纳可以相对于工件叠层顶表面处的平面移动激光束的光学部件，并且还沿着激光束的纵向轴线上下调整激光束的焦点。因此，可以从扫描光学激光头传输不同的激光束，以依次形成至少一个孔和激光点焊接头。特别地，为了形成至少一个孔，预焊激光束被引导在工件叠层的顶表面处并撞击工件叠层的顶表面。预焊激光束设置有适当的功率电平并且可以在顶表面的平面中移动和/或预焊激光束的焦点可以沿着束的纵向轴线移动以从工件排出钢水，因此，形成一个孔，该孔优选地但不是必须地完全穿透工件叠层，因为它从顶表面延伸到底表面并且在那些表面的每个处是敞开的。可以形成单个孔或多个孔。在利用预焊激光束形成至少一个孔之后，焊接激光束在环形焊接区域内被引导在工件叠层的顶表面处并撞击工件叠层的顶表面并且沿着束行进图案前进以形成激光点焊接头。

附图说明

图1为用于在工件叠层中形成至少一个孔的远程激光焊接设备的实施例的透视图，该工件叠层包括重叠的钢制工件，然后形成激光点焊接头；

图1A为图1中所示的一般激光束的放大视图，示出了一般激光束的焦点和纵向束轴线；

图2为工件叠层的顶表面的平面图，示出了使用预焊激光束形成至少一个孔，并且随后使用焊接激光束以形成激光点焊接头，并且其中，预焊激光束和焊接激光束中的每者通过远程激光焊接设备传输到工件叠层的顶表面；

图3为图2中所示工件叠层的剖视图（沿线3-3截取）以及由预焊激光束在工件叠层中形成的至少一个孔；

图4为图2中所示的工件叠层的剖视图（沿线4-4截取）以及钢水焊池和在由预焊激光束形成至少一个孔之后由焊接激光束产生的键孔；

图5描绘了投射到工件叠层的顶表面上的束行进图案的实施例，在包括在工件叠层中的重叠钢制工件之间形成激光点焊接头期间，束行进图案可以由焊接激光束跟踪，并且因此跟随键孔和周围的钢水焊池；

图6描绘了投射到工件叠层的顶表面上的束行进图案的另一个实施例，在包括在工件叠层中的重叠钢制工件之间形成激光点焊接头期间，束行进图案可以由焊接激光束跟踪，并且因此跟随键孔和周围的钢水焊池；

图7描绘了类似于图6中所示的束行进图案的被投射到工件叠层的顶表面上的束行进图案的又一个实施例；

图8描绘了投射到工件叠层的顶表面上的束行进图案的又一个实施例，在包括在工件叠层中的重叠钢制工件之间形成激光点焊接头期间，束行进图案可以由焊接激光束跟踪，并且因此跟随键孔和周围的钢水焊池；

图9为从与图3相同的透视图截取的工件叠层的截面侧视图，以及通过预焊激光束在工件叠层中形成的至少一个孔，尽管这里工件叠层包括建立两个接合界面的三个钢制工件，而不是如图3所示建立单个的接合界面的两个钢制工件；以及

图10为从与图4相同的透视图截取的工件叠层的截面侧视图，以及钢水焊池和由预焊激光束形成至少一个孔之后由焊接激光束产生的键孔，尽管这里工件叠层包括建立两个接合界面的三个钢制工件，而不是如图4所示建立单个接合界面的两个钢制工件。

具体实施方式

所公开的激光点焊由两个或更多个重叠的钢制工件组成的工件叠层的方法包括，首先在工件叠层中形成至少一个孔，该至少一个孔与叠层内建立的每个接合界面相交，并且其次，通过用焊接激光束撞击工件叠层的顶表面并沿着限制在环形焊接区域内的束行进图案使焊接激光束相对于顶表面的平面前进来形成激光点焊接头。环形焊接区域并因此束行进图案包围中心区域，该中心区域跨越先前在工件叠层中形成的至少一个孔。焊接激光束在环形焊接区域内的这种图案化运动驱动可由焊接激光束的热产生的锌蒸气朝向至少一个孔，从而限制或完全消除构成激光点焊接头的复合再固化钢制工件材料内的夹带孔隙。实际上，如果存在任何孔隙，则在激光焊接期间从环形焊接区域径向向内发出的传导热传递具有将孔隙扫入工件叠层的顶表面的平面上的中心区域下方的激光点焊接头区域中的影响。这是值得注意的，因为与位于接头周向的孔隙相比，居中定位的孔隙不太可能影响激光点焊接头的机械特性。

至少一个孔和激光点焊接头可以使用相同或不同装置通过各种技术形成。例如，至少一个孔可以通过经由旋转钻头机械钻孔形成，或者像随后形成的激光点焊接头一样，通过激光焊接形成。可以采用任何类型的激光焊接设备，包括远程和传统的激光焊接设备，分别使用预焊激光束和焊接激光束连续形成至少一个孔和激光点焊接头，它们的束特性（例如，功率电平、焦点位置、行进速度等）不同。根据所连接的钢制工件和所使用的激光焊接设备的特性，预焊激光束和焊接激光束中的每者可以为固态激光束或气体激光束。可以使用的一些值得注意的固态激光器为光纤激光器、盘式激光器、直接二极管激光器和Nd:YAG激光器，并且可以使用的值得注意的气体激光器为CO₂激光器，尽管当然也可以使用其他类型的激光器。在下面更详细描述的所公开方法的优选实施方式中，操作远程激光焊接设备以通过使用可以在预焊激光束和焊接激光束之间转换的固态状态激光器按顺序形成至少一个孔和激光点焊接头。

可以在各种工件叠层构型上执行激光点焊方法。例如，所公开的方法可以与包括两个重叠且相邻的钢制工件的“2T”工件叠层（图3-4）结合使用，或者它可以与包括三个重叠且相邻的钢制工件的“3T”工件叠层（图9-10）结合使用。此外，在一些情况下，所公开的方法可以与包括四个重叠且相邻的钢制工件的“4T”工件叠层（未示出）结合使用。另外，包括在工件叠层中的若干钢制工件可具有相似或不同的强度和等级，并且可根据需要在焊接部位处具有相似或不同的厚度。无论工件叠层是包括两个重叠的钢制工件还是多于两个重叠的钢制工件，激光点焊方法以基本上相同的方式执行以获得相同的结果。通过调整预焊激光束（如果使用的话）和焊接激光束的特性可以很容易地适应工件叠层构型的任何差异，以达到相同的最终结果。

现在参考图1-8，示出了激光点焊工件叠层10的方法，其中叠层10包括在焊接部位16处重叠的第一钢制工件12和第二钢制工件14，在焊接部位16处，使用远程激光焊接设备18进行激光点焊。第一钢制工件12和第二钢制工件14分别提供工件叠层10的顶表面20和底表面22。工件叠层10的顶表面20可用于远程激光焊接设备18，并且可通过从远程激光焊接设备18发出的激光束24进入。并且由于仅需要单侧进入以进行激光点焊，因此不需要以与顶表面20相同的方式使工件叠层10的底表面22可用于远程激光焊接设备18。此外，尽管为了简单起见在图中仅示出了一个焊接部位16，但是本领域技术人员应理解，根据所公开的激光点焊方法的激光焊接可以在遍布相同工件叠层的多个不同焊接部位处实施。

如图1和3-4中所示，工件叠层10可仅包括第一钢制工件12和第二钢制工件14。在这些情况下，并且如图3中最佳所示，第一钢制工件12包括外部外表面26和第一接合表面28，以及第二钢制工件14包括外部外表面30和第二接合表面32。第一钢制工件12的外部外表面26提供工件叠层10的顶表面20，并且第二钢制工件14的外部外表面30提供叠层10的相反面对的底表面22。并且，由于两个钢制工件12、14为工件叠层10中存在的仅有工件，所以第一钢制工件12和第二钢制工件14的第一接合表面28和第二接合表面32重叠并面对以建立延伸穿过焊接部位16的接合界面34。在其他实施例中，其中一个在下面结合图9-10描述，工件叠层10可以包括设置在第一钢制工件12和第二钢制工件14之间的附加钢制工件以便为叠层10提供三个钢制工件而不是两个钢制工件。

术语“接合界面”广泛用于本公开中，并且旨在涵盖面对的第一接合表面28和第二接合表面32之间可以适应激光点焊的实施的宽范围的重叠关系。例如，接合表面28、32可以通过直接或间接接触来建立接合界面34。当接合表面28、32物理地邻接时，它们彼此直接接触，并且不会被分离的中间材料层或超出正常组装公差范围的间隙分开。当接合表面28、32被分离的中间材料层（诸如结构粘合剂）分开时，它们间接接触，并因此不会经历代表直接接触的界面邻接类型-但是它们足够紧密接近以使得能实施激光点焊。作为另一个示例，接合表面28、32可以通过有目的地施加的间隙分开来建立接合界面34。通过激光刻痕、机械造窝或其他方式在接合表面28、32中的一者或两者上产生突出特征，可以在接合表面28、32之间施加这样的间隙。突出特征在接合表面28、32之间保持间断的接触点，其保持接合表面28、32在接触点之外和周围间隔开直到1.0mm，并且优选地在0.2mm和0.8mm之间。

如图3中最佳所示，第一钢制工件12包括第一基部钢基板36，并且第二钢制工件14包括第二基部钢基板38。基部钢基板36、38中的每者可以分别由多种钢中的任何构成，所述钢包括低碳钢（通常也称为软钢）、无间隙原子（IF）钢、可烘烤硬化钢、高强度低合金（HSLA）钢、双相（DP）钢、复相（CP）钢、马氏体（MART）钢、相变诱导塑性（TRIP）钢、孪晶诱导塑性（TWIP）钢和硼钢，诸如当钢制工件12、14包括压力硬化钢（PHS）时。此外，可以处理第一基部钢基板36和第二基部钢基板38中的每者以获得一组特定的机械特性，包括经受诸如退火、淬火和/或回火的热处理工艺。第一钢制工件12和第二钢制工件14可以热轧或冷轧至其最终厚度，并且可以预制成具有适合于组装到工件叠层10中的特定轮廓。

第一钢制工件12和第二钢制工件14中的至少一者—并且优选地两者—包括覆盖在基部钢基板36、38上的表面涂层40。如图3中所示，第一基部钢基板36和第二基部钢基板38中的每者都涂覆有表面涂层40，该表面涂层40又为钢制工件12、14提供它们各自的外部外表面26、30及其相应的接合表面28、32。施加到基部钢基板36、38中的一者或两者的表面涂层40为锌基材料。锌基材料的一些示例包括锌或锌铁合金，其优选地具有包括8wt％至12wt％的铁和0.5wt％至4wt％的铝并且余量（以wt％计）为锌的整体平均组成。可以通过热浸镀锌（涂锌）、电镀锌（涂锌）或镀锌退火（锌铁合金涂层）施加锌基材料涂层，通常厚度在2μm和50mμ之间，尽管可以采用其他涂层过程和所获得的涂层的厚度。考虑到基部钢基板36、38及它们可选的表面涂层40的厚度，第一钢制工件12和第二钢制工件14中的每者具有厚度120、140，其优选地在从0.4mm至4.0mm的范围内，并且至少在焊接部位16处更窄地从0.5mm至2.0mm的范围内。第一钢制工件12和第二钢制工件14的厚度120、140可以彼此相同或不同。

参考回到图1，远程激光焊接设备18包括扫描光学激光头54。扫描光学激光头54将激光束24引导在工件叠层10的顶表面20处，这里，由第一钢制工件12的外表面26提供顶表面20。扫描光学激光头54优选地安装到机械臂（未示出），该机械臂能够快速且准确地将激光头54以快速编程的顺序承载到工件叠层10上的许多不同的预选焊接部位16。与扫描光学激光头54结合使用的激光束24优选地为以电磁光谱的近红外范围（通常认为是700nm至1400nm）的波长操作的固态激光束。另外，激光束24具有能够获得足以在形成至少一个孔期间从工件叠层10排出钢水并且根据需要在形成激光点焊接头期间在工件叠层10内产生键孔的功率密度的功率电平能力。在重叠的钢制工件内产生键孔所需的功率密度通常在0.5-1.0MW/cm²的范围内。

可以与远程激光焊接设备18结合使用的合适的固态激光束的一些示例包括光纤激光束、盘式激光束和直接二极管激光束。优选的光纤激光束是二极管泵浦激光束，其中激光增益介质是掺杂有稀土元素（例如，铒、镱、钕、镝、镨、铥等）的光纤。优选的盘式激光束为二极管泵浦激光束，其中增益介质为掺杂有稀土元素（例如，涂有反射表面的掺镱钇铝石榴石（Yb：YAG）晶体）并安装到散热器的薄激光晶体盘。并且优选的直接二极管激光束为来源于多个二极管的组合激光束（例如，组合的波长），其中增益介质为半导体，诸如基于砷化铝镓（AlGaAS）或砷化铟镓（InGaAS）的半导体。当然可以使用此处未具体提及的其他固态激光束。

扫描光学激光头54包括镜56的布置，镜56可以在包围焊接部位16的操作包线58内相对于沿着工件叠层10的顶表面20定向的平面操纵激光束24。这里，如图1中所示，由操作包线58跨越的顶表面20的平面标记为x-y平面，因为激光束24在该平面内的位置由三维坐标系的“x”和“y”坐标标识。除了镜56的布置之外，扫描光学激光头54还包括z轴聚焦透镜60，其可以沿着激光束24的纵向轴线64移动激光束24的焦点62（图1A）以由此改变焦点62在图1中建立的三维坐标系中垂直于x-y平面定向的z方向上的位置。此外，为了防止灰尘和碎屑不利地影响光学***部件和激光束24的完整性，盖滑动件66可以位于扫描光学激光头54下方。盖滑动件66保护镜56和z轴聚焦透镜60的布置不受周围环境的影响，还允许激光束24从扫描光学激光头54中出来而没有实质上的破坏。

镜56和z轴聚焦透镜60的布置在远程激光焊接设备18的操作期间协作，以指示激光束24在焊接部位16处在操作包线58内的期望移动以及焦点62沿着束24的纵向轴线64的位置。更具体地，镜56的布置包括一对可倾斜的扫描镜68。每个可倾斜扫描镜68安装在检流计70上。两个可倾斜的扫描镜68可以通过由检流计70执行的精确协调的倾斜运动来移动激光束24撞击工件叠层10的顶表面20的位置，该位置在操作包线58的x-y平面中的任何位置。同时，z轴聚焦透镜60控制激光束24的焦点62的位置，以便帮助以正确的功率密度施加激光束24。所有这些光学部件60、68可以在约几毫秒或更短的时间内快速转位，以使激光束24相对于工件叠层10的顶表面20以可高达120m/min（米每分钟）的行进速度前进，同时将激光束的焦点62沿着纵向束轴线64定位在工件叠层的顶表面20上方（+100mm）的100mm与顶表面20下方（-100mm）的100mm之间的某个位置。

将远程激光点焊（有时也称为“飞行焊接”）与其他传统形式的激光点焊区分开的特征在于激光束24的焦距。这里，如图1中最佳所示，激光束24具有焦距72，其被测量为焦点62和最后一个可倾斜扫描镜68之间的距离，最后一个可倾斜扫描镜68在激光束24撞击工件叠层10的顶表面20（也是第一钢制工件12的外表面26）之前截取并反射激光束24。激光束24的焦距72优选地在0.4米至2.0米的范围内，其中焦点62的直径通常在从350μm至700μm的任何位置移动。大体上在图1中示出并在上面描述的扫描光学激光头54以及可以稍微不同地构造的其他扫描光学激光头可从各种来源商购获得。与远程激光焊接设备18一起使用的扫描光学激光头和激光器的一些值得注意的供应商包括HIGHYAG（德国克莱马赫瑙）和TRUMPF有限公司（美国康涅狄格州法明顿）。

作为所公开的激光点焊方法的部分，并且现在参见图1-3，至少一个孔74在工件叠层10中形成。至少一个孔74延伸穿过工件叠层10的至少一部分并且横穿在第一钢制工件12和第二钢制工件14之间建立的接合界面34。至少一个孔74可以在工件叠层10的顶表面20（第一钢制工件12的外表面26）处贯通顶表面入口开口76，并且可以进一步仅部分地延伸到第二钢制工件14中，使得至少一个孔74不会破坏工件叠层10的底表面22。在替代实施例中，至少一个孔74可以在工件叠层10的底表面22（第二钢制工件12的外表面30）处贯通底表面入口开口78，并且可以进一步仅部分地延伸到第一钢制工件12中，使得至少一个孔74不会破坏工件叠层10的顶表面20。然而，在优选实施例中，如图3中所示，至少一个孔74完全穿透工件叠层10，并因此完全延伸穿过第一钢制工件12和第二钢制工件14，使得孔74在工件叠层10的顶表面20和底表面22分别贯通顶表面入口开口76和底表面入口开口78。

优选地，通过远程激光焊接设备18的操作形成至少一个孔74。如图2-3中最佳所示，与远程激光焊接设备18相关联的激光束24被配置为适于形成至少一个孔74的预焊激光束80。预焊激光束80在焊接部位16内被引导在工件叠层10的顶表面20处并撞击工件叠层10的顶表面20，并且设置有能够形成至少一个孔74的一组束特性。例如，预焊激光束80可以具有1kW至10kW范围内的功率电平，并且预焊激光束80的焦点82可以在20ms至2000ms的时段内相对于工件叠层的顶表面沿着束84的纵向轴线84从在+50mm至-20mm之间的初始位置到在+20mm至-10mm之间的最终位置移动。此光束特性具有使第一钢制工件12和第二钢制工件14汽化并从工件叠层10中排出钢水以留下至少一个孔74的效果，如前所述，至少一个孔74优选地通过完全延伸穿过顶表面入口开口76和底表面入口开口78之间的叠层而完全穿透叠层10。预焊激光束80也可以相对于顶表面20的平面（即，在顶表面20的x-y平面中）移动，以实现至少一个孔74的所需尺寸。

至少一个孔74的直径优选地在2mm至4mm的范围内，尽管可以基于工件叠层10的细节和随后的激光点焊接头的形成来设置更小和更大的直径。而且，至少一个孔74可以包括多个类似的分组在一起的孔74。在激光焊接之前，可以在工件叠层10中的任何位置形成从一个至八个孔74。另外，在多个孔74的分组内，一些或所有孔74可以由如上所述的预焊激光束80形成。此外，分组孔74在其穿透深度和尺寸方面可以相同或不同。可以肯定的是，在一个实施例中，所有多个孔74可以完全穿透工件叠层10并且具有2mm至4mm之间的直径。然而，在其他实施例中，仅一些孔74可以完全穿透工件叠层10，而其他孔可以仅从顶表面20或底表面22部分地穿透叠层10。

在形成至少一个孔74之后，通过远程激光焊接设备18的操作激光点焊工件叠层以形成在焊接部位16处将钢制工件12、14熔焊在一起的激光点焊接头86（图1）。如图2和4中所示，为了使远程激光焊接设备18从操作以形成至少一个孔74转变为操作以形成激光点焊接头86，设备18的激光束24从被配置为预焊激光束80切换为被配置为焊接激光束88。一旦被激活，焊接激光束88在投射到顶表面20的平面（x-y平面）上时，在环形焊接区域90内被引导在工件叠层10的顶表面20处并撞击工件叠层10的顶表面20。环形焊接区域90由顶表面20的平面上的外径边界92和内径边界94限定并包围跨越至少一个孔74的中心区域96。当中心区域96从工件叠层10的顶表面20到底表面22的虚构延伸描绘了叠层10内的包围先前形成的孔74的体积时，中心区域96被称为“跨越”至少一个孔74（并且如果存在多于一个孔74，则跨越所有多个分组孔74）。外径边界92的直径范围优选地为5mm至15mm，而内径边界94的直径范围优选地为3mm至12mm。

由吸收焊接激光束88的聚焦能量生成的热引发第一金属工件12和第二金属工件14的熔化，以产生从顶表面20朝向底表面22穿透到工件叠层10中的钢水焊池98。钢水焊池98足够远地穿透到工件叠层10中，使钢水焊池98与在第一钢制工件12和第二钢制工件14之间的工件叠层10内建立的接合界面34相交。此外，焊接激光束88优选地具有在其撞击叠层10的顶表面20的正下方时足以使工件叠层10汽化的功率密度。这种汽化作用产生键孔100，其为通常含有等离子体的汽化工件钢柱。键孔100在钢水焊池98内形成并且还从顶表面20朝向底表面22穿透到工件叠层10中并且与工件叠层10内的接合界面34相交。键孔100和周围的钢水焊池98可以完全（如所示）或部分地穿透工件叠层10。

在产生钢水焊池98和键孔100之后，焊接激光束88相对于工件叠层的顶表面20的平面沿着被限制到环形焊接区域90的束行进图案102（图5-8）前进。通过精确控制扫描光学激光头54的可倾斜扫描镜68的协调运动来管理焊接激光束88沿束行进图案102的前进。扫描镜68的此协调运动可以快速地移动焊接激光束88以跟踪被投射到工件叠层10的顶表面20的平面上的简单或复杂形状的各种束行进图案。可以由焊接激光束88跟踪的合适的束行进图案102的一些示例在图5-8中示出并在下面描述。然而，通常并且使用图5-8作为示例，束行进图案102包括一个或多个非线性焊接路径104。此外，焊接激光束88优选地沿着指定的束行进图案102以相对高的行进速度前进，该行进速度范围在2m/min至120m/min之间，或者更窄地，在8m/min至50m/min之间。

如上所述，通过焊接激光束88相对于沿着环形焊接区域90内部的工件叠层10的顶表面20并且围绕跨越至少一个孔74的中心区域96定向的平面来跟踪束行进图案102。因此，图5-8中呈现的图示为从上方投射到工件叠层10的顶表面20上的各种示例性束行进图案的平面图。这些视图提供了在形成激光点焊接头86期间焊接激光束88如何相对于工件叠层10的顶表面20前进的视觉理解。束行进图案102内的一个或多个非线性焊接路径104可包括单个焊接路径或多个焊接路径，其包括一些曲率或偏离线性。此焊接路径可以为连续弯曲的，或者它们可以包括多个直线段，这些直线段彼此成一定角度（即，连接的线段之间的角度≠180°）地端到端连接。

现在参考图5-8，束行进图案102可包括闭合曲线束行进图案、螺旋束行进图案或一些其他束行进图案。闭合曲线束行进图案可以为包括多个径向间隔且未连接的圆形焊接路径、椭圆形焊接路径或具有类似闭合曲线的焊接路径的任何图案。螺旋束行进图案可以为具有围绕环形焊接区域90的内径边界94旋转的单个焊接路径的任何图案，并且包括在外径边界92和内径边界94之间径向间隔开的多个回转，螺旋回转的优选数量在2至20的范围内。各种其他图案也可用作束行进图案102，包括例如图8中所示的包括外螺旋线焊接路径的轮盘束行进图案。这些具体示出的束行进图案102的变化以及包括非线性焊接路径的其他图案也可以由焊接激光束88跟踪以形成激光点焊接头86。

图5示出了束行进图案102的实施例，其包括单个非线性内部焊接路径802，非线性内部焊接路径802以螺旋束行进图案800的形式位于环形焊接区域90内。这里，如所示，螺旋束行进图案800起始于固定的内部点804、环绕中心区域96，同时围绕环形焊接区域90的内径边界94旋转并且终止于固定的外部点806。因此，螺旋束行进图案800的单个非线性焊接路径802围绕固定的内部点804旋转并且从固定的内部点804径向向外扩展到固定的外部点806。单个非线性焊接路径802可以为连续弯曲的，如图5中所示，并且螺旋束行进图案800还可以为阿基米德螺线，其中焊接路径802的回转彼此等距地间隔距离D。该距离D可以被称为步长，并且在每对相邻的回转上的径向对准点A、B之间测量的步长的范围可以在0.01mm至0.8mm之间。另选地，作为另一个示例，单个非线性焊接路径802可以布置成等角螺旋束行进图案，其中螺旋的相邻回转逐渐变得更远。等角螺旋束行进图案的一个示例由等式r（θ）=e^-0.1（θ）定义，其中θ在极坐标中定义。

图6-7示出了束行进图案102的若干实施例，其包括多个非线性焊接路径，所述多个非线性焊接路径彼此不同之处在于非线性焊接路径没有相交。例如，图6-7中所示的每个束行进图案102包括多个径向间隔且未连接的圆形焊接路径820（图6）或未连接的椭圆形焊接路径822（图7），其形式为闭合曲线束行进图案810。圆形焊接路径820和椭圆形焊接路径822在工件叠层10的顶表面20上径向间隔开，并且围绕中心区域96同心地布置。这些分离的焊接路径820、822可以径向均匀间隔开（图6-7），或者它们可以在外径边界92和内径边界94之间以不同的距离间隔开。在这方面，圆形焊接路径820包括位于环形焊接区域90的外径边界92附近的最外侧圆形焊接路径820'，以及位于内径边界94附近的最内侧圆形焊接路径820"。椭圆形焊接路径822包括类似定位的最外侧椭圆形焊接路径822′和最内侧椭圆形焊接路径822"。图6-7中所示的束行进图案810的实施例优选地包括从2到20个焊接路径820、822的任何位置，或者更窄地，在3到8个焊接路径820、822的任何位置。并且，与图5的螺旋束行进图案800一样，相邻圆形或椭圆形焊接路径820、822上的径向对准点A、B之间的距离D（或步长）优选地在0.01mm至0.8mm的范围内。

除了图5-7中所示的那些实施例之外，确实考虑了束行进图案102的其他实施例。在图8中描绘的一个这样的实施例中，束行进图案102为轮盘束行进图案，其包括外螺旋线焊接路径824。外螺旋线焊接路径824可以由附接到半径为R的旋转圆826的原点O的点P跟踪的路径表示，该旋转圆826围绕固定圆828的外侧滚动。当旋转圆826围绕固定圆828沿顺时针方向旋转使得旋转圆826的圆周与固定圆828的圆周相交时，点P与圆826一起运动，从而产生图8中所示的外螺旋线焊接路径824。旋转圆826可以沿着固定圆828旋转，使得其在环形焊接区域90内围绕中心区域96连续地移动点P。通过改变点P与旋转圆826的原点O之间的距离，通过改变旋转圆826的半径R和/或通过改变固定圆828的直径，可以产生具有与图8中所示形状不同的形状的不同外螺旋线焊接路径。

焊接激光束88可以以各种方式沿着环形焊接区域90内的束行进图案102前进。例如，关于图5中所示的螺旋束行进图案800，焊接激光束88可以从最接近外径边界92的固定外部点806前进并围绕单个非线性焊接路径802的几个回转前进，直到它最终停在最接近内径边界94的固定的内部点804处。作为另一个示例，关于图6-7中所示的闭合曲线束行进图案810，焊接激光束88可以从最接近外径边界92的最外侧焊接路径820'、822'沿径向向内方向到最接近内径边界94的最内侧焊接路径820"、822''前进。焊接激光束88在环形焊接区域90内沿径向向内的方向前进—特别是当束行进图案包括螺旋束行进图案或闭合曲线束行进图案时—通常是优选的，因为焊接激光束88沿着束行进图案102的图案化向内运动有助于将由焊接激光束88的热产生的锌蒸气朝向至少一个孔74驱动，在至少一个孔74处，所述锌蒸气可以从工件叠层10中逸出。

在焊接激光束88沿着在图2和4中最佳地示出的束行进图案102前进时，键孔100和钢水焊池98因此沿相对于顶表面20的对应路线以相同的速度平移，因为它们跟踪焊接激光束88沿顶表面20的运动。以这种方式，紧随焊接激光束88的行进路径和焊池98的对应路线，钢水焊池98暂时留下钢水工件材料的痕迹。该钢水工件材料的痕迹快速固化成再固化的复合钢制工件材料106（图2和4），该材料由来源于由钢水焊池98穿透的钢制工件12、14中的每者的材料组成。最后，当焊接激光束88完成描绘束行进图案102时，焊接激光束88的传送终止，使得束88不再将能量传递到工件叠层10。此时，键孔100塌缩并且钢水焊池98固化。由焊接激光束88沿束行进图案102前进而获得的共同再固化复合钢制工件材料106构成激光点焊接头86。

在焊接激光束88沿着束行进图案102前进期间，控制键孔100和周围钢水焊池98的穿透深度，以确保钢制工件12、14通过焊接部位16处的焊接接头86熔焊在一起。特别地，如上所述，键孔100和钢水焊池98与在工件叠层10内的第一钢制工件12和第二钢制工件14之间建立的接合界面34相交。实际上，在优选实施例中，如图4中最佳所示，键孔100和钢水焊池98完全穿透工件叠层10，这意味着键孔100和钢水焊池98都从顶表面20一直穿过叠层10，以便破坏穿过底表面22。通过使键孔100和钢水焊池98足够远地穿透到工件叠层10中，使得键孔100和钢水焊池98与接合界面34相交—通过全部或部分穿透—通过沿着束行进图案102使焊接激光束88前进而产生的再固化的复合钢制工件材料106用于将钢制工件12、14自发地熔焊在一起。

通过控制焊接激光束88的各种特性，包括激光束88的功率电平、激光束88的焦点108沿着束88的纵向轴线110的位置以及当沿着束行进图案102前进时激光束88的行进速度，可以获得键孔100和周围钢水焊池98的穿透深度。这些光束特性可以被编程到焊接控制器中，该焊接控制器能够执行指令，该指令精确地指示键孔100和周围钢水焊池98的穿透深度。虽然焊接激光束88的各种特性可以彼此结合瞬间变化，以获得在束行进图案102的任何特定部分处的键孔100和钢水焊池98的穿透深度，但是在许多情况下，无论束行进图案102的轮廓如何，焊接激光束88的功率电平可以设定到0.2kW至50kW之间，或者更窄地设定在1kW至10kW之间，焊接激光束88的行进速度可以设定到2m/min至120m/min之间，或者更窄地，设定在8m/min至50m/min之间，并且焊接激光束88的焦点108可以设定在工件叠层10的顶表面20上方（+30mm）的30mm与顶表面20下方（-30mm）的30mm之间的某个位置。

不受理论束缚，在工件叠层中形成至少一个孔74，随后沿着环形焊接区域90内的束行进图案102使焊接激光束88前进被认为促进了良好的强度，特别是在激光点焊接头86中具有良好的剥离强度和横向抗拉强度。具体地，至少一个孔74的形成在工件叠层10内提供了导管，由焊接激光束24产生的锌蒸气可以通过该导管快速逸出。这样的逸出导管减少了高压锌蒸气将渗入并被困在钢水焊池98中的机会，这又有助于避免激光点焊接头86的再固化的复合钢制工件材料106内存在夹带孔隙。另外，如果通过激光焊接实现，至少一个孔74的形成可以在焊接部位16处从工件叠层10中烧掉锌，并且还将锌转化为焊接部位16内的高沸点氧化锌，每者都减少了由焊接激光束88随后可以生成的锌蒸气量。

此外，激光焊接光束88沿着环形焊接区域90内的束行进图案102的前进具有驱动可能在径向向内方向上朝向至少一个孔74产生的任何锌蒸气的效果。如果在中心区域96下方的工件叠层10的部分不熔化和/或通过钢水，如果在中心区域96下方的叠层10的一些部分或全部部分由于传导的热传递而熔化，则沿着接合界面34发生锌蒸气朝向至少一个孔74的固化和诱导引导。通过朝向至少一个孔74引导锌蒸气，焊接激光束88沿着束行进图案102的前进限制或完全消除激光点焊接头86的再固化的复合钢制工件材料106内的夹带孔隙。并且，即使存在一些孔隙，焊接激光束88在环形焊接区域90内的图案化运动也至少将该孔隙的大部分扫到工件叠层10的顶表面20的平面上的中心区域96下方的激光点焊接头86的区域中。中心区域96下方的孔隙的浓度是可容许的，因为与位于焊接接头86周向处的孔隙相比，居中定位的孔隙不太可能影响激光点焊接头86的机械特性。

图1和图3-4示出了所公开的方法的上述实施例，在此情况下，工件叠层10为“2T”叠层，其仅包括第一钢制工件12和第二钢制工件14及其单个接合界面34。然而，如图9-10中所示，当工件叠层10为“3T”叠层时，也可以执行相同的激光点焊方法，该“3T”叠层包括具有厚度220的附加的第三钢制工件200，其与第一钢制工件12和第二钢制工件14重叠并位于第一钢制工件12和第二钢制工件14之间。事实上，无论工件叠层10是2T还是3T叠层，激光点焊方法都不必进行那么多修改以形成激光点焊接头86。并且，在每种情况下，激光点焊接头86可以实现良好质量的强度特性，尽管事实是至少一个有时所有的钢制工件包括由锌基材料、诸如锌（例如，镀锌或电镀锌）或锌铁合金（例如，镀锌退火）构成的表面涂层40。

现在参考图9-10，附加的第三钢制工件200（如果存在的话）包括第三基部钢基板202，其可以任选地涂覆有上述相同的表面涂层40。当工件叠层10包括第一重叠钢制工件12、第二重叠钢制工件14和第三重叠钢制工件200时，工件12、14、200中的至少一者并且有时全部所述工件的基部钢基板36、38、202包括表面涂层40。关于第三基部钢基板202的特性（例如，成分、厚度等），以上关于第一基部钢基板36和第二基部钢基板38的描述同样也适用于该基板202。然而，需要指出，虽然相同的一般描述适用于几个钢制工件12、14、200，但是不要求钢制工件12、14、200彼此相同。在许多情况下，第一钢制工件12、第二钢制工件14和第三钢制工件200在某些方面彼此不同，无论其是成分、厚度和/或形式。

由于以重叠的方式堆叠第一钢制工件12、第二钢制工件14和第三钢制工件200以提供工件叠层10，所以第三钢制工件200具有两个接合表面204、206。接合表面204中的一个重叠并面对第一钢制工件12的第一接合表面28，并且另一个接合表面206重叠并面对第二钢制工件14的第二接合表面32，从而在工件叠层10内部建立延伸穿过焊接部位16的两个接合界面208、210。这些接合界面208、210是相同类型的并且包含如与已经关于图3-4描述的接合界面34相同的属性。因此，在如本文所述的该实施例中，侧翼的第一钢制工件12和第二钢制工件14的外表面26、30仍然在相反的方向上彼此背离并且构成工件叠层10的顶表面20和底表面22。

随后以与前述相同的方式实现在“3T”工件叠层10中形成至少一个孔74和随后的激光点焊接头86。例如，至少一个孔74的形成延伸通过工件叠层10的至少一部分并且横穿在几个钢制工件12、14、200之间建立的每个接合界面208、210。如图9中所示，至少一个孔74优选地完全延伸穿过第一钢制工件12、第二钢制工件14和第三钢制工件200，使得孔74在工件叠层10的顶表面20和底表面22处分别通过顶表面入口开口76和底表面入口开口78敞开。此外，如前所述，至少一个孔74可以以各种方式形成，包括通过远程激光焊接设备18的操作和预焊激光束80的使用。至少一个孔74的直径优选地在2mm至4mm的范围内，然而当然可以采用其他直径。如前所述，也可以根据需要形成多于一个孔74。

如上所述，激光点焊接头86的形成通过使焊接激光束88、优选地通过远程激光焊接设备18的操作，沿着环形焊接区域90内的束行进图案102前进来进行。焊接激光束88的此推进使可选的键孔100和周围的钢水焊池98沿对应的路线平移，以最终产生再固化的复合钢制工件材料106，再固化的复合钢制工件材料106共同构成激光点焊接头86并将三个钢制工件12、14、200熔焊在一起。并且，与之前一样，在优选实施例中，如图10中所示，键孔100和周围的钢水焊池98完全穿透工件叠层10，尽管在替代实施例中，键孔100和钢水焊池98可能仅部分地穿透叠层10。在形成激光点焊接头86期间，可以通过前进的焊接激光束88跟踪图5-8中描绘的任何示例性束行进图案102以及未示出的其他束行进图案，以实现如前所述的与锌蒸气通过至少一个孔74逸出相关的相同效果和接头86内的孔隙最小化。

以上对优选示例性实施例和具体示例的描述本质上仅是描述性的；它们并非旨在限制所附的权利要求的范围。除非在说明书中另外具体地且明确地陈述，否则所附权利要求中使用的每个术语应当给出其普通和惯用的含义。

Claims (20)

1.一种激光点焊工件叠层的方法，所述工件叠层包括至少两个重叠的钢制工件，所述方法包括：

提供包括重叠钢制工件的工件叠层，所述工件叠层包括至少第一钢制工件和第二钢制工件，所述第一钢制工件提供工件叠层的顶表面并且所述第二钢制工件提供所述工件叠层的底表面，其中，在所述工件叠层内的每对相邻的重叠钢制工件之间建立接合界面，并且其中，所述工件叠层中的至少一个所述钢制工件包括锌基材料的表面涂层；

在所述工件叠层中形成至少一个孔，所述至少一个孔延伸通过所述工件叠层的至少一部分路径并且横穿在所述工件叠层内建立的每个接合界面，所述至少一个孔在所述工件叠层的顶表面处、所述工件叠层的底表面处或在所述工件叠层的顶表面和底表面处是敞开的；

将焊接激光束引导在所述工件叠层的顶表面处，所述焊接激光束撞击所述顶表面并形成钢水焊池，所述钢水焊池从所述顶表面朝向所述底表面穿透到所述工件叠层中并且与在所述工件叠层内建立的每个接合界面相交；以及

通过使所述焊接激光束相对于所述工件叠层的顶表面的平面沿着束行进图案前进形成激光焊接接头，所述束行进图案位于所述顶表面的平面上由内径边界和外径边界限定的环形焊接区域内，所述焊接激光束的束行进图案包围所述顶表面的平面上的中心区域，所述中心区域跨越在所述工件叠层中形成的至少一个孔。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一钢制工件具有外表面和第一接合表面，并且所述第二钢制工件具有外表面和第二接合表面，所述第一钢制工件的外表面提供所述工件叠层的顶表面并且所述第二钢制工件的外表面提供所述工件叠层的底表面，并且其中，所述第一钢制工件和第二钢制工件的第一接合表面和第二接合表面重叠并面对以建立第一接合界面。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一钢制工件具有外表面和第一接合表面，并且所述第二钢制工件具有外表面和第二接合表面，所述第一钢制工件的外表面提供所述工件叠层的顶表面，并且所述第二钢制工件的外表面提供所述工件叠层的底表面，并且其中，所述工件叠层包括位于所述第一钢制工件和第二钢制工件之间的第三钢制工件，所述第三钢制工件具有相对的接合表面，所述相对的接合表面中的一者与所述第一钢制工件的第一接合表面重叠并面对以建立第一接合界面，所述相对的接合表面中的另一者与所述第二钢制工件的第二接合表面重叠并面对以建立第二接合界面。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述工件叠层中的至少一个孔通过将预焊激光束引导在所述工件叠层的顶表面处以从所述叠层内排出钢水而形成。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述预焊激光束具有范围为从1kW至10kW的功率电平，并且其中，所述预焊激光束的焦点相对于所述工件叠层的顶表面从+50mm至-20mm之间的初始位置移动到在+20mm至-10mm之间的最终位置。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述工件叠层中的所述至少一个孔通过机械钻孔而形成。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个孔完全穿透所述工件叠层，使得所述孔在所述工件叠层的顶表面和所述底表面之间延伸并且在所述工件叠层的顶表面和底表面处是敞开的。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个孔的直径范围为2mm至4mm。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，形成所述至少一个孔包括形成多个孔。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，沿着所述束行进图案使所述焊接激光束前进由具有可倾斜扫描镜的扫描光学激光头执行，其运动被协调以使所述焊接激光束相对于所述工件叠层的顶表面的平面移动。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述焊接激光束沿着所述束行进图案以8m/min至50m/min范围的行进速度前进。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述焊接激光束的所述束行进图案为螺旋束行进图案，所述螺旋束行进图案包括单个非线性焊接路径，所述单个非线性焊接路径围绕靠近所述内径边界的固定内部点旋转并从所述固定内部点径向向外扩展到靠近所述环形焊接区域的所述外径边界的固定的外部点。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述螺旋束行进图案的每对相邻回转上的径向对准点之间的步长大于0.01mm且小于0.8mm。

14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述焊接激光束沿着所述螺旋束行进图案从靠近所述环形焊接区域的外径边界的所述固定的外部点前进到靠近所述内径边界的所述固定的内部点。

15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述焊接激光束的束行进图案为闭合曲线束行进图案，所述闭合曲线束行进图案包括多个径向间隔且未连接的圆形或椭圆形焊接路径，所述焊接路径围绕所述中心区域同心地布置。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，每对相邻的圆形或椭圆形焊接路径的径向对准点之间的步长尺寸大于0.01mm且小于0.8mm。

17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述焊接激光束沿着所述闭合曲线束行进图案沿径向向内的方向从靠近所述环形焊接区域的外径边界的最外侧焊接路径前进到靠近所述内径边界的最内侧焊接路径。

18.根据权利要求1所述的方法，其中，所述环形焊接区域的内径边界的直径在3mm至12mm的范围内，并且所述外径边界的直径在5mm至15mm的范围内。

19.一种远程激光点焊工件叠层的方法，所述工件叠层包括至少两个重叠的钢制工件，所述方法包括：

提供包括重叠钢制工件的工件叠层，所述工件叠层包括至少第一钢制工件和第二钢制工件，所述第一钢制工件提供工件叠层的顶表面，并且所述第二钢制工件提供所述工件叠层的底表面，其中，在所述工件叠层内的每对相邻的重叠钢制工件之间建立接合界面，并且其中，所述工件叠层中的至少一个所述钢制工件包括锌或锌铁合金的表面涂层；

操作扫描光学激光头以将固态预焊激光束引导在所述工件叠层的顶表面处，所述预焊激光束撞击所述顶表面并从所述叠层内排出钢水以形成所述工件叠层中的至少一个孔，所述至少一个孔延伸穿过所述工件叠层的至少部分路程并且横穿在所述工件叠层内建立的每个接合界面，所述至少一个孔在所述工件叠层的顶表面处、所述工件叠层的底表面处或所述工件叠层的顶表面和底表面处是敞开的；

在形成所述至少一个孔之后操作所述扫描光学激光头以将焊接激光束引导在所述工件叠层的顶表面处，所述焊接激光束撞击所述顶表面的平面上由内径边界和外径边界限定的环形焊接区域内的顶表面以产生钢水焊池，所述钢水焊池从所述顶表面朝向所述底表面穿透到所述工件叠层中，所述环形焊接区域包围所述顶表面的平面上的中心区域并且跨越在所述工件叠层中形成的至少一个孔；以及

协调所述扫描光学激光头内的可倾斜扫描镜的运动，使所述焊接激光束相对于所述工件叠层的顶表面的平面前进，并沿着位于所述环形焊接区域内并包围所述中心区域的束行进图案前进，所述中心区域跨越所述至少一个孔，并且其中，所述焊接激光束沿着所述束行进图案以2m/min至120m/min范围的行进速度前进。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述至少一个孔的直径范围为2mm至4mm，并且其中，所述环形焊接区域的内径边界的直径范围为3mm至12mm并且所述外径边界的直径范围为5mm至15mm。