本发明涉及混合焊接工艺并涉及把激光束和电弧，特别是等离 子弧，组合起来的混合焊接设备，并涉及它们在用于汽车工业的剪 裁毛坯的焊接中的应用。

激光技术已经公知并以多年广泛用来焊接各种金属材料，例如 由合金钢或非合金钢、镀层钢、不锈钢、以及铝和铝合金制成的工 件。一般来说，一台激光焊接设备包括一个产生固有单色高能光束 的固态或气体激光振荡器，一个带有偏向镜的光路或者允许把激光 束传输到位于待焊接板材对面的焊头的光纤。常规上，焊头包括一 个透镜或一个或多个聚焦反射镜，以便把激光束聚焦在待焊接材料 的厚度中并且在通过把待焊接起来的工件的部分边对边地结合起来 而形成的接头平面中的一个或多个焦点，从而局部地集中足够的功 率密度去熔化待焊接材料。通常，焊头包括一个用来借助于与激光 束同轴布置的排气喷嘴供给焊接气体，也称辅助气体，的供气装置。 此一供气装置也可以在实际激光焊头的外部。

用来把一个或多个待连接起来的工件，例如形成管子的金属板 的纵向边缘，或者边对边凑在一起的两个金属工件的纵向边缘焊接 起来的另一个解决方案在于借助于一个或多个电弧使待连接起来的 边缘熔化。

广泛地用于工业的某些这种工艺使用气体作为保护气体或者作 为活性气体。在此一方面，可能提到TIG(钨极惰性气体)、MIG (金属极惰性气体)、MAG(金属极活性气体)工艺或等离子弧工 艺。

相反，其他工艺通常在管子的焊接期间不使用气体，例如埋弧 焊接工艺。

然而，激光焊接工艺或电弧焊接工艺各有其特有的缺点。

因此，已经开发了把一个或多个激光束与一个或多个电弧组合 的组合或混合工艺，特别是把一个激光束与一个电弧等离子焰流组 合的焊接工艺，也称为等离子-激光焊接工艺。

各种混合电弧/激光焊接工艺已经例如在文件EP-A-793558； EP-A-782489；EP-A-800434；US-A-5 006 688；US-A-5 700 989； EP-A-844042；T.P.Diebold和C.E.Albright的“铝合金5052的激光 GTA焊接”，1984，18～24页；SU-A-1815085和US-A-4 689 466； R.P.Walduck和J.Biffin的“等离子弧增强激光焊接”，172～176页， 1994；或J.Matsuda等的“厚中碳钢板的TIG或MIG电弧增强激光 焊接”，31～34页，1988中描述。

一般来说，等离子/激光或者更广义的电弧/激光焊接工艺是组合 或混合焊接工艺，它把电弧焊接与激光束组合起来。

电弧/激光工艺在于在可能是或可能不是自耗的电极与待焊接工 件之间产生电弧，并在电弧区也就是接近或在通过把待焊接在一起 的零件边对边地接合起来而得到的接头面上聚焦强有力的激光束， 特别是YAG型或CO2型激光束。

这样一种混合工艺使得与单独的激光焊接或与单独的电弧焊接 相比有可能显著提高焊接速度。

此外，这样一种混合工艺进而使得有可能相当可观地加大焊接 前工件的定位公差，因为单独的激光焊接由于激光束的聚焦点尺寸 很小而需要待焊接零件的高定位精度。

等离子/激光工艺，以及更广义地电弧/激光工艺的采用，需要采 用一种焊头，该焊头使得有可能在一个小空间里把激光束及其聚焦 装置与一个合适的焊接电极组合起来。在上述文件中描述了几种焊 头配置，而且可以概括地指出，激光束和电弧或等离子焰流可以由 一个和同一个焊头排出，也就是说它们经由同一个喷嘴离开，要不 然经由两个分开的焊头，一个排出激光束而另一个排出电弧或等离 子焰流，两者在焊接区中组合起来。

电弧/激光混合工艺特别适合于焊接用于汽车工业的剪裁毛坯， 因为除了上述优点之外，它们使得有可能得到良好“润湿”并没有 咬边的焊缝，正如在文件EP-A-782 489和“激光加电弧等于强有 力”，工业激光解决方案，1999年2月，28～30页中忆及的那样。

这种焊接在于把一般由具有不同厚度和/或不同牌号钢，镀锌 钢，或者由铝制成的两个板材或工件接合在一起。根据所用的焊接 方法或焊前准备的不同，待焊接接头常规上特征在于每个待焊接工 件的上平面之间的高度不同，于是造成产生“台阶”，如图1中所 示。

也可能遇到相反的情况，也就是剪裁毛坯型接头，其中上平面 取齐但是它们的下平面不在同一高度，而且其中因而“台阶”位于 该待焊接接头的相反侧，如图2中可见。

这类焊接(图1或图2)往往在汽车工业中看到，在汽车工业中 这样焊接的工件然后进行压制以便给出其最终形状，例如在车身和 例如车门、顶篷、机罩或行李箱的制造中所用的各种工件。它们也 可以在乘坐室的构件中看到。

进而，还存在着待焊接在一起的工件具有相同的厚度但是具有 彼此不同的牌号的情况。

此一混合工艺还适合于许多类型的接头，例如图3中示意地示 出的角焊和图4中示出的搭焊的焊接。

从工业观点来说，此一混合工艺的使用需要机器或机器人，该 机器或机器人具有用来把待焊接工件输送或移动到等离子激光焊头 之下的机构或者用来把焊头本身移动到待焊接工件之上的机构。

根据每个工件上待焊接接头数并根据待焊接工件数，这些机器 或机器人要求不仅将要相对于所要产生的焊接接头精确定位，而且 头等重要的是能够间歇地停止焊接工序。

这是因为，如上所述，每个待焊接工件可能有几个待焊接接头， 例如位于所讨论的工件上的不同点处的接头，因而重要的是在机器 或机器人把焊头定位在下一个接头时停止焊接工序，反之亦然。

同样，当更换新的工件时，也就是在焊接一个工件之后和焊接 下一个工件之前，必须进行相同的操作。

这意味着，在这种焊接停止操作期间，无论激光束还是等离子 弧都不能继续冲击在工件上。

在等离子弧的场合，防止电弧停留在该(诸)待焊接工件上实 际上很容易实现：

-或者通过熄灭电弧，也就是说通过把焊接电流设定为零；

-或者通过防止电弧传到待焊接工件上，也就是说通过从焊接 电弧工步切换到引导弧工步，在该引导弧工步期间在电极与例如等 离子/激光焊头的内表面之间建立电弧，因而在电弧与该(诸)待焊 接工件之间没有任何接触。一般来说，这通过大大减小电弧电流(强 度)并通过同时把等离子/激光焊头设定成待焊接工件的电位来实 现。

随意地，还有可能暂时减小气体流量和/或改变气体性质。

例如，可能提到文件EP-A-793 558，该文件建议几乎同时中断 电弧和激光束，办法是首先减小电流直到等离子弧停止然后在停止 等离子弧之后的一个选定的时刻把激光器退激。

然而，这种进行方法是不理想的，因为它不适合于焊接部件的 大量生产，特别是因为它带来时间浪费和生产率损失。

在激光束的情况下产生一个问题，因为不像能够用于电弧的程 序那样，不可能像电弧那样简单地停止或关断激光束然后重新起动 它或恢复接通它，因为当在下一个焊接工步开始时重新起动它时这 造成大的功率不稳定性，并造成时间浪费从而造成生产率损失，因 为在下一个接头的焊接开始时重新起动激光需要比较长的时间，期 间不能发生任何事情，也就是说不能进行焊接，这段时间是激光振 荡器的热稳定所必须的。

于是，本发明的目的在于解决此一问题，提供一种改进的混合 电弧/激光焊接工艺，该工艺使得有可能在产生一个焊接接头的结束 与焊接下一个接头开始之间经过的时间段期间，也就是在焊接一个 或多个工件之后和在焊接该(诸)下一个工件之前，避免关断激光 束，特别是为了允许机器或机器人把焊头与待产生接头平面的起点 彼此相对定位和/或允许待焊接在一起的新工件的更换，而且这样做 而在它们被焊接时没有激光在该(诸)待焊接工件或支撑工件的支 撑架上的冲击，以便防止对工件或对装置本身的损坏。

因而由本发明提供的解决方案是一种混合焊接工艺和混合焊接 装置，以及此一工艺或此一装置特别是用于汽车工业的剪裁毛坯之 类工件的焊接。

更确切地说，本发明涉及一种用来将一个或多个待焊接金属工 件焊接在一起的焊接工艺，包括通过使用至少一个激光束和至少一 个电弧产生至少一个焊接接头，将该激光束发送和/或偏转到辐射吸 收机构中使所述激光束的至少某些辐射被吸收。

根据情况，本发明的焊接工艺可以包括一个或多个以下特征：

-在一个焊接接头焊接结束与下一个焊接接头焊接开始之间 经过的焊接停止时间的至少一部分期间，最好是在整个焊接停止时 间，该激光束被发送和/或偏转到辐射吸收机构中；

-该辐射吸收机构包括至少一个吸收腔，激光束被偏转和/或 发送到其中以便它的辐射在其内被吸收，该激光束最好是被一个或 多个偏向镜偏转和/或发送到所述吸收腔中；

-该激光束由一个YAG-或CO2-型激光器发射和/或该电弧是 一个等离子弧，该激光束和所述电弧最好是由一个单个的焊头排 出；

-在一个焊接接头焊接结束与下一个焊接接头焊接开始之间 经过的焊接停止时间的至少一部分期间，特别是在此一焊接停止工 步刚开始时或在该焊接工步刚结束时，电弧电流被中断、衰减或减 小，该电弧电流最好是与该激光束向使所述激光束的辐射的至少某 些能够被吸收的辐射吸收机构的发送和/或偏转几乎同步地被中断、 衰减或减小；

-其中该待焊接工件或诸待焊接工件由金属或从包括装配钢、 HYS钢、碳钢、在表面上带有锌合金镀层的钢、不锈钢、铝和铝合 金、以及高屈服强度钢的镀层或非镀层钢中选出的金属合金来制 成，所述待焊接工件或诸待焊接工件最好是裁剪毛坯，特别是能够 用来制造车辆的车身部件的那些剪裁毛坯；

-从氩、氦、氮或它们的混合气中选出的气体用作激光束的 辅助气体，和从氩、氦、氮、氢或它们的混合气中选出的气体用作 等离子气体；

-待焊接在一起的工件具有相同的厚度或不同的厚度和/或具 有相同的材料牌号或具有不同的牌号，例如5000和6000系列的牌 号；

-待焊接在一起的工件由镀层或非镀层钢、铝或铝合金制成；

-待焊接在一起的工件由不同的金属或合金制成，例如一个 工件由不锈钢制成，另一个工件由非不锈钢制成；

-待焊接在一起的诸工件是下坡焊缝或平焊缝，也就是说对 焊、搭焊或角焊。

进而，本发明还涉及一种混合电弧/激光焊接工艺，特别是一种 等离子/激光焊接工艺，包括：

(a)至少一个焊接步骤，该焊接步骤把一个电弧，特别是一个 等离子弧与一个激光束组合起来；以及

(b)至少一个焊接停止步骤，至少在其开始时包括与其相对 地同时的以下子步骤(i)和(ii)：

(i)熄灭电弧或把等离子弧切换到引导弧，以及

(ii)把激光束发送和/或偏转到一个用来吸收激光功率的腔。

根据另一个方面，本发明涉及一种混合电弧/激光焊接装置，包 括：

-至少一个激光束发生器，用以排出至少一个激光束，以及

-至少一个电极，由至少一个电流源供电，以便产生至少一 个电弧，

其特征在于，它还包括激光辐射吸收机构，使得有可能至少暂 时地吸收所述激光束的至少某些辐射。

根据情况，本发明的焊接装置可以包括一个或多个以下特征：

-该激光辐射吸收机构包括一个吸收腔，该激光束被偏转和/ 或发送到其中以便它的辐射在其内被吸收，最好是该激光束借助于 偏转机构偏转和/或发送到所述吸收腔中；

-它还包括：用来支持工件，使得有可能在焊接期间支持和/ 或夹持待焊接工件的机构；用来自动进给待焊接工件，使得有可能 把该(诸)待焊接工件自动地进给和/或定位在所述支持机构上的机 构；用来夹持待焊接工件，使得有可能在焊接工序期间把待焊接工 件夹持在所述支持机构上的位置的机构；和/或用来自动地取下焊接 工件，使得有可能在焊接之后从所述支持机构取下工件的机构；

-它包括使得有可能自动地控制：用来进给待焊接工件的机 构；用来取下焊接工件的机构；用来偏转激光束的机构；焊接的停 止和/或结束；和/或排出电弧的头和排出激光束的头对待焊接工件的 相对运动的控制机构；

-该激光束由一个YAG-或CO2-型激光器发送和/或该电弧由 一个等离子弧焊炬排出，该激光束和所述电弧最好是由一个单个的 焊头排出；

-该激光束偏转机构包括一个或多个可动的偏向镜，同步机构 最好是使得有可能使焊接工步或焊接停止工步的该偏向镜或诸偏向 镜的运动与待焊接工件或该等离子/激光焊头的运动同步。

根据又一个方面，本发明涉及一种用来制造用于汽车工业的焊 接部件或结构的工艺，在该工艺中对所述部件的至少一个焊接工序 通过使用根据本发明的混合电弧/激光焊接工艺或焊接装置来进 行。

换句话说，本发明还涉及使用根据本发明的焊接装置来焊接用 来形成至少一个车身部件的至少一个裁剪毛坯，以及使用根据本发 明的混合焊接工艺，通过焊接来装配具有不同厚度的金属工件，特 别是裁剪毛坯。

进而，本发明涉及一种用来制造车身部件的工艺，其中用于所 述车身部件的结构的金属工件通过使用根据本发明的混合电弧/激 光焊接工艺来焊接，金属工件最好是由铝或铝合金来制成。

换句话说，根据本发明，在分隔两个相继接头的产生或相继工 件的焊接的焊接停止工步期间，无需停止该激光束。

这是因为，根据本发明，该激光束只是偏转到一个吸收腔，在 那里该激光辐射被吸收。

此一偏转可以例如通过移动与激光束相交的偏向镜，把激光束 发送到所述腔中，在那里激光功率被耗散。这意味着在偏向镜的运 动根据情况与焊接工步的开始、焊接工步的停止、待焊接工件或等 离子/激光焊头的运动同步。

图5示意地示出根据本发明的一个实施例。一个等离子/激光焊 头4通常包括两个反射镜，一个平面反射镜6和一个球面或抛物线 反射镜5，以及一个小孔，电极7经由该小孔插入焊头。于是激光束 3能够聚焦在待焊接工件上。当打算停止焊接时，偏向镜1插入激光 束的光路，致使所述激光束被偏转到一个光井2中，在那里激光束 被吸收。同样，当打算重新开始焊接时，进行相反的操作，也就是 说偏向镜1被从激光束的光路移出。

本发明的该工艺和该装置特别适合于用于汽车工业的工件的批 量生产，诸如可以用来制造例如汽车车门或车辆的其他部件的裁剪 毛坯之类。