JP2005508256A

JP2005508256A - 圧縮残留応力パターンを有する溶接継手を形成するための方法及び装置

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Publication number: JP2005508256A
Application number: JP2003541685A
Authority: JP
Inventors: ジェイムズ，マイケル・ロイストン; マホーニー，マーレイ・ダブリュー; ウォルドロン，ダグラス・ジェイ; プレヴィー，ポール・エス，ザ・サード
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 2001-11-02
Filing date: 2002-11-01
Publication date: 2005-03-31
Also published as: CA2465201A1; CA2465201C; KR100718574B1; EP1439933A1; US20030085257A1; ATE463322T1; KR20050042241A; DE60235908D1; US6926970B2; EP1439933B1; CN1729077A; WO2003039804A1; CN100406190C

Abstract

溶接装置及び関連方法を提供するものであり、この溶接装置は、少なくとも１つの加工物の表面に沿って溶接継手を形成するための溶接工具を備え、溶接継手の表面及び少なくとも１つの加工物の表面の少なくとも一部分に圧縮残留応力の層を選択的に発生させ、それにより耐食性及び疲労強度を含む加工物の材料特性を向上させる圧縮工具も備えている。
【選択図】図３

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、改善された材料特性を有する溶接継手を形成するための方法及び装置に関し、特に、この溶接継手の材料特性を改善する圧縮残留応力パターンを発生させる、溶接継手を形成する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
種々の形式の構造物を製造及び建造する際、ガス溶接、アーク溶接、抵抗溶接、テルミット溶接、レーザ溶接及び電子ビーム溶接のような溶接は、ボルト締め、リベット締め等のような種々の形式の締結方法の使用を減らすか、或いは取って代わってきた。このような溶接技術は、溶接継手に最も近い材料の完全溶融を伴い、そのため後から固化する液相状態を形成して、ミクロ組織及び特性の変更を実現するか、或いはかかる技術は、高度に変更された金属状態を実現する固相溶接プロセスを含んでいる。２つの金属片を接合するのに最も適した特別の溶接プロセスは、金属の物理的特性、金属が利用される特定使用状況、及び利用可能な製造設備に依存している。
【０００３】
摩擦攪拌溶接は、金属材料の加工物を互いに接合する比較的に新しい溶接プロセスであり、機器、構造物等の製造の際に航空宇宙、自動車、船舶、建設、及びその他の諸産業において使用されてきた。図１に例示されているように、摩擦攪拌溶接は、一対の加工物２，４を互いに押し付け合いながら該加工物の対峙する表面間に回転する摩擦攪拌溶接工具１のねじピン１ａを挿入することを必要としている。摩擦攪拌溶接はまた、単一の加工物における割れ又はその他の欠陥を修復するのにも使用することが可能である。加工物２，４の対峙する表面間又は単一の加工物中におけるねじピン１ａの回転により摩擦が生じ、これが溶接部６における加工物材料を可塑化するのに十分な熱エネルギを発生させている。摩擦攪拌溶接工具１はまた、該摩擦攪拌溶接工具が加工物間の境界面３に沿って移動するとき、或いは単一の加工物の中を通って移動するとき、溶接部６内の可塑化された加工物材料を固化するのに適応した種々の形状を有することが可能肩部を有している。加工物２，４の可塑化された領域が一緒に流れると共に溶接部６において冷却されるときに、摩擦攪拌溶接継手８が形成され、加工物を互いに接合して単一アセンブリとなる。摩擦攪拌溶接の一般論についてはトーマス(Thomas)等に対する米国特許第５,４６０,３１７号を参照されたい。その全内容は参照によりここに組み入れられる。
【０００４】
摩擦攪拌溶接の特別な利点の一つは、溶接継手８の形成が自生的であると共に、従来の溶接プロセスにおいて普通に使用されているような溶加材というよりもむしろ可塑化された母材の冷却によりもたらされることである。その上、摩擦攪拌溶接継手８は、等軸形であると共に大きさ順に約.０００１〜.０００２インチ（約３〜５ミクロン）の範囲に及ぶ粒度をもつ粒子を有する微細化結晶粒組織の溶接ビードから構成されている。結晶粒組織の改良の結果として、摩擦攪拌溶接継手８は、微小割れ目の形成及び伝播に抗すると共に、改善された耐食性及び耐疲労性のみならず、改善された強度、延性及び靭性を有している。
【０００５】
残念ながら、幾つかの明らかな問題は、ある製造プロセスに対する溶接の適用を制限していた。溶接に一般的に関連した問題の一つは、母材を溶解又は可塑化するのに必要な温度が母材の材料特性を通常劣化させることである。例えば、図１に示すように、摩擦攪拌溶接中、回転する摩擦攪拌溶接工具１により発生された摩擦熱は、溶接部６から加工物２，４を介して周囲環境中に伝導され、溶接部６の周りに熱影響部７が作られることになる。摩擦攪拌溶接プロセスに関連した温度の上昇により、加工物２，４の強度、剛性及び延性を含め、母材の材料特性が劣化される可能性がある。また、摩擦攪拌溶接中に加工物に生じた温度勾配は、溶接部６が腐食作用の影響をより受けやすくなる結果をもたらす。
【０００６】
溶接に関連した別の一般的な問題は、溶接プロセス中の加工物における引張残留応力の発生である。引張残留応力は、溶接継手近くにおける単数又は複数の加工物の領域の膨張とその後の収縮の結果として生ずるものである。このような引張残留応力は、広範囲の材料における腐食疲労及び応力腐食割れに対する感受性を増すと共に、双方の疲労寿命を低下させることが知られている。また、航空機産業において普通に使用されている一部のアルミ合金に見られるミクロ偏析動態は非常に迅速であるから、短時間の温度勾配後であっても耐応力腐食性が低下することが分かっていた。更に、異なる大きさを有するか或いは異なる材料から構成される２つの異なる加工物を互いに溶接する場合、２つの加工物間の熱容量の差のために、いかなる残留応力も増幅される可能性がある。
【０００７】
多くの融接及び固相溶接プロセスに関連した別の問題は、溶接継手の縁における“フラッシュ”即ち過剰の材料の生成である。疲労割れの開始は、この領域外で、溶接の縁即ち“止端”における機械的な不連続性のために起こっている。この縁、即ち“止端”は、事実上全ての形式の溶接において、最も高い引張残留応力が見られる領域であることが分かった。
【０００８】
融接及び固相溶接継手の材料特性の劣化を最小限にしようと努める中で、幾つかの代替解決策が提案されてきた。例えば、所定温度スケジュールで固溶化処理し、第２の所定温度スケジュールでエージングするような溶接後熱処理により、容認しうる耐食性を実現できるが、溶接後熱処理は、最も小さくかつ最も簡単な幾何学的形状以外の全てを除いて経済的及び技術的に現実的ではない。更に、局部加熱は、加工物の各部で歪み及び引張残留応力増大を生じさせる結果になる。
【０００９】
溶接継手の耐食性を向上させるための他の提案技術は、溶接継手を含め、結果として生ずるアセンブリの全感受性表面に対する塗装、電気メッキ又は亜鉛メッキのような被覆を施すことを必要としていた。しかしながら、このような被覆は、完成されたアセンブリの労働及び材料コスト並びに製造時間の増大になる可能性のある付加的な製造工程が必要となる。更に、このような被覆は、表面的な保護層を提供するに過ぎず、アクセスできないアセンブリの表面は保護していない。また、供用中に被覆が破られるか或いは劣化すれば、アセンブリ表面の保護が失われることになる。
【００１０】
加工物の表面に沿って圧縮応力を発生させる方法は、加工物表面の疲労寿命及び耐食性を向上させるために使用されてきた。しかしながら、圧縮応力を発生させるプロセスは、溶接継手の損傷になるか或いは弱体化になる可能性があるので、溶接継手に沿って所定パターンで又は結果として生じた溶接済みアセンブリの表面に沿って生じる所定パターンで圧縮応力を発生させるかかる方法は、溶接プロセスの一局面として用いられていなかったり、或いは企図されていなかった。加工物の表面にその疲労寿命及び耐食性を向上させるべく圧縮応力層を生じさせるためのかかる方法の一つは、バニシ仕上げすることである。バニシ仕上げの容認された慣例では、材料の表面を慎重に冷間加工して降伏強度を増すために、部品表面の反復変形が利用されている。圧縮応力は、材料の表面が変形後に圧縮状態に戻るように材料の表面に張力をもたらすことにより、生じさせられている。しかしながら、過度の冷間加工は、表面の引張残留応力もしくは剥離損傷を引き起こす可能性があると共に、この表面を過負荷及び熱緩和に影響されやすくする可能性がある。
【００１１】
加工物の表面に圧縮応力を生じさせるのに一般的に使用されている他の方法には、複数の金属又はセラミックのペレットを機械的に又は空気圧により発射して加工物の表面に衝突させるショットピーニングや、ペレットをシュートに通して所定距離のところから加工物の表面上に落下させる重力ピーニングがある。ショットピーニング及び重力ピーニングは、溶接継手の表面に沿って圧縮残留応力を生じさせるのに使用されているが、残念ながら、ショットピーニング及び重力ピーニングはまた制御されていない量の冷間加工を行い、溶接継手の材料特性を最適化するのを難しくしている。更に、ショットピーニング又は重力ピーニングによる材料の冷間加工の程度は、比較的に高く、これは多くの適用例に対して望ましくはない可能性がある。その上、ショットピーニング又は重力ピーニングによりもたらされる圧縮残留応力は、比較的に低く、疲労又は応力腐食割れを停止する利点をほとんど提供しないが、その理由は、表面に近い圧縮層が供用中に摩耗又は腐食に負け、それにより有益な影響が殆どなくなるからである。ショットピーニング及び重力ピーニングはまた、不満足な表面仕上げをもたらし、多くの適用例に対してプロセスを容認不可にしている。ショットピーニング又は重力ピーニングにより生ずる有益な効果は、特に供用中に温度の上昇を受けるとき、時間の経過と共に変化する圧縮緩和のパターンとして一般的に失われることもまた知られている。
【００１２】
材料特性の劣化及び引張残留応力の生成に加えて、固相溶接及び融接技術の双方を使用して形成されるアセンブリに関連した別の問題は、比較的に粗い表面仕上げが生じることである。例えば、加工物の表面に沿った摩擦攪拌溶接工具の肩部の摩擦及び回転は、一般的に、反復的な円形パターンを有する比較的に粗い表面仕上げを生成している。表面粗さは、疲労負荷適用例(fatigue loading applications)において使用される構造に対しては一般的に容認できない。従って、表面粗さを減じるため、回転する摩擦攪拌溶接工具の走行速度はしばしば低下されることになる。しかしながら、工具の走行速度の低下は、溶接時間を相当に長くすることになる可能性がある。また、加工物の表面粗さは、溶接後機械削りによっても低くすることができる。しかし、溶接後機械削りは、溶接継手を薄くすることになると共に、比較的に労働集約的且つ時間のかかる副次的な製造工程を必要とし、これは完成アセンブリのコスト及び製造時間を増大させることになろう。加えて、柔らかい熱影響部に起因する溶接継手近くの材料硬度の違いのため、溶接後機械削りを行うときに局部的なアンダーカットを避けることが難しくなり、これが疲労開始部位になる可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
さて、今までのところでは、以上のように確認された諸問題に加え、全ての溶接後処置は、完成アセンブリの労働及び／又は材料コスト並びに製造時間を一般的に増す副次的なパス工程を必要としていたことは明らかであろう。その結果、溶接継手を形成するときの材料特性劣化、引張残留応力、及び表面粗さを減少させるための改良型の方法及び装置の必要性が存在している。このような製造の方法及び装置は、従来の方法に優る労働コスト及び製造時間の減少を可能としなければならず、また、耐食性、降伏強度、硬度、延性、疲労寿命及び表面仕上げを含め、改善された機械的及び化学的特性を有する溶接継手を提供すべきである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、改善された材料特性及び表面仕上げをもつ加工物及び溶接継手を有する構造アセンブリを提供しており、また、それを形成するための方法及び装置を提供している。本発明の一実施形態によると、少なくとも１つの加工物と、この加工物の表面の少なくとも一部に沿って設けられる溶接継手とを有する構造アセンブリが提供されている。一実施形態において、溶接継手は、ガス溶接、アーク溶接、抵抗溶接、テルミット溶接、レーザ溶接、又は電子ビーム溶接から形成されている。別の実施形態において、溶接継手は、摩擦攪拌溶接継手から構成されている。有利なのは、溶接継手の表面及びこの溶接継手に隣接する加工物の表面の少なくとも一部分が圧縮残留応力の選択形成層を備えていることであり、それにより当該溶接継手の表面及び加工物の表面の一部分の耐食性及び疲労強度が向上することになる。一実施形態において、圧縮残留応力の層は所定パターンを有している。別の実施形態において、圧縮残留応力の選択形成層を備えた当該溶接継手の表面及び加工物の表面の一部分は、約５パーセント（５％）未満、好ましくは約２パーセント（２％）未満の冷間加工の量を示している。加工物は、限定はされないが、アルミニウム、アルミ合金、銅、銅合金、チタニウム及びチタン合金を含め、種々の材料から形成することができる。別の実施形態において、構造アセンブリは、異なる金属から形成される第１及び第２加工物を備えている。
【００１５】
本発明はまた、溶接継手を形成する方法を提供している。本発明の一実施形態によると、この方法は、溶接継手を形成すべく所定経路に沿って少なくとも１つの加工物を溶接する溶接ステップを含んでいる。溶接ステップは、ガス溶接、アーク溶接、抵抗溶接、テルミット溶接、レーザ溶接、電子ビーム溶接、又は摩擦攪拌溶接を含めることが可能である。圧縮残留応力の層は、溶接継手の表面及び溶接継手に隣接する加工物の表面の少なくとも一部分に発生する。一実施形態において、溶接及び発生ステップは、同時に行われる。別の実施形態において、この方法は、溶接継手の表面及び該溶接継手に隣接する加工物の表面の一部分における冷間加工及び表面硬化の量を制御する制御ステップを含んでいる。例えば、一実施形態において、冷間加工の量は約５パーセント（５％）未満であり、より好ましくは約２パーセント未満である。別の実施形態において、発生ステップはバニシ仕上げすることから構成される。別の実施形態において、発生ステップは、圧縮工具を所定パターンで溶接継手の端から端へ移動させることを含み、それにより実質的にオーバーラップしない圧縮残留応力の区域を画定している。別の実施形態において、この方法は、溶接継手の表面と該溶接継手に隣接する加工物の表面内に発生されるべき所望の圧縮応力パターンを決定するためにＸ線回析を実行する実行ステップを含んでいる。別の実施形態において、発生ステップは、溶接継手の端から端への圧縮工具の運動の速度及び運動の方向を制御することを含んでいる。更に別の実施形態において、発生ステップは、圧縮工具により溶接継手と該溶接継手に隣接する加工物の表面とに対して加えられている力を調節することを含んでいる。更に別の実施形態において、この方法は、溶接継手からフラッシュを除去することを含んでいる。
【００１６】
本発明はまた溶接装置を提供している。本発明の一実施形態によると、この溶接装置は、少なくとも１つの加工物の表面に沿って溶接継手を形成するための溶接工具を備えている。この溶接工具は、ガス溶接、アーク溶接、抵抗溶接、テルミット溶接、レーザ溶接、又は電子ビーム溶接を行うように構成されている。別の実施形態において、溶接工具は、回転自在のスピンドルと、該スピンドルに回転可能に連絡する摩擦攪拌溶接工具とを備えている。また、溶接装置は、溶接継手の表面及び加工物の表面の少なくとも一部分に圧縮残留応力の層を選択的に発生させるための圧縮工具を備えている。一実施形態において、この圧縮工具は一点バニシ仕上げ工具から構成されている。溶接装置はまた、圧縮工具と作動可能に連絡するコントローラを備えることができ、該コントローラは、溶接継手の端から端への圧縮工具の運動の速度及び運動の方向を自動的に制御するように構成されている。更に別の実施形態において、溶接装置は、圧縮工具により溶接継手と該溶接継手に隣接する加工物の表面に対して加えられている力を測定するように構成されている少なくとも１つのセンサを備えている。この溶接装置は、少なくとも１つのセンサに電気的に連絡すると共に、圧縮工具に作動可能に連絡するコントローラを備えており、該コントローラは、圧縮工具により溶接継手と該溶接継手に隣接する加工物の表面に対して加えられている力を自動的に調節するように構成されている。更に別の実施形態において、溶接装置は、溶接継手からフラッシュを除去するための切削工具を備え、該切削工具は、圧縮工具に取り付けられている。
【００１７】
従って、本発明は、改善された材料特性及び表面仕上げをもつ溶接継手を有する構造アセンブリを提供すると共に、同じものを形成する方法及び装置を提供するものである。本発明の製造方法及び装置は、従来の方法に優る労働コスト及び製造時間の低減を可能にすると共に、耐食性、降伏強度、疲労寿命及び表面仕上げを含め、改善された機械的及び化学的特性を有する溶接継手を提供するものである。
【００１８】
本発明の上述した利点、特徴及びその他の利点、特徴、並びにそれらを達成する方法は、好適且つ代表的な実施形態を例示するが、必ずしも縮尺通りではない添付図面に関してなされる本発明の以下の詳細な説明を考慮することにより、容易に明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の全実施形態ではないが、その幾つかを示す添付図面を参照し、本発明について以下により詳しく説明する。本発明は、多くの異なる形態で実施可能であり、ここに示された実施形態に限定されるものと解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、その開示内容が徹底しており且つ完全であり、そして本発明の範囲を当業者に十分に伝達するように提示されている。同様の数字は、終始、同様の要素を示している。
【００２０】
次に図面、特に図８を参照すると、本発明の一実施形態に従って構造アセンブリ１１２が例示されている。この構造アセンブリ１１２は、限定されるわけではないが、自動車、航空宇宙ビークル、建設用途、船舶用途等を含め、多くの適用例において使用することが可能である。構造アセンブリ１１２は、１つ以上の加工物１２と、該加工物のうちの１つの加工物の表面の少なくとも一部に沿って配置された少なくとも１つの溶接継手２８とを有している。この溶接継手２８は、限定されるわけではないが、ガス溶接、アーク溶接、抵抗溶接、テルミット溶接、レーザ溶接、超音波溶接、電子ビーム溶接、ＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接、摩擦攪拌溶接、イナーシャ溶接、或いは線形摩擦攪拌溶接を含む任意の通常の溶接プロセスを使用して形成されている。
【００２１】
図３及び図８に例示したように、構造アセンブリ１１２は、その間に継手境界面１３を画成するように互いに隣接して配置された一対の加工物１２を有しており、溶接継手２８は、この境界面の少なくとも一部に沿って設けられ、それにより加工物を互いに接合している。他の実施形態（図示せず）において、３つ以上の加工物１２を互いに接合してもよく、或いは１つの溶接継手２８を単一の加工物１２に形成して、割れ又はその他の欠陥を修復することが可能である。溶接継手２８、特に摩擦攪拌溶接継手は、「構造部材の摩擦攪拌式結晶粒微細化(Friction Stir Grain Refinement of Structural Members)」と題する米国特許第６,３９８,８８３号に記載されているように、比較的に高い作動応力を有する加工物の副次的領域内に微細粒状組織の区域を生じさせるべく形成されており、この米国特許は、本発明の譲受人の１人に譲渡されていると共に、引用によりここに組み込まれている。
【００２２】
各加工物１２は、既知の製造手段により、特定の設計負荷及び仕様により要求されるような所定の形状及び厚さに単一の加工物から機械加工されている。例えば、コンピュータ数値制御のフライス盤は、各加工物１２を必要に応じ機械加工するのに使用されている。加工物１２は、例示のためのみであって限定のためではないが、プレート、ブロック、管状部材及び曲線部材を含め、多くの形状に機械加工することができる。同様に、各加工物１２は、特定の設計負荷及び使用による必要に応じて、種々の材料から形成することができる。加工物１２は、例示のためのみであって限定のためではないが、アルミニウム、アルミ合金、チタニウム、チタン合金を含め、高い比強度を有する材料から形成されるのが好ましい。
【００２３】
２つ以上の加工物１２が使用される場合、当該加工物は、類似又は非類似金属から形成することが可能である。有利なのは、加工物１２が摩擦攪拌溶接により接合されているので、溶接不向きであるか、或いは通常の融接技術により接合するのには経済原理に合わない非金属から加工物を形成することが可能である。溶接不向きの材料は、通常の融接技術により接合した場合、溶接固化中に微小割れを生じ易い比較的に脆弱な溶接継手を形成することになる。このような材料には、アルミニウム及びある種のアルミ合金、特にＡＡシリーズ２０００及び７０００合金が含まれている。摩擦攪拌溶接の使用は、溶接不向きの材料から形成された加工物１２を確実に接合することを可能にする。また、摩擦攪拌溶接は、溶接可能な材料を他の溶接可能な材料や溶接不向きの材料に確実に接合するのにも使用されるものである。従って、本発明の方法は、加工物１２を形成する材料が多種多様の軽量、高強度金属及び合金から選択されることを可能とし、そのため、結果として溶接済み構造体の全重量の減少が容易になる。重量及び強度は航空宇宙産業において重要な問題である。
【００２４】
図８に例示し、かつ、以下にもっと詳しく論じるように、構造アセンブリ１１２は、溶接継手２８の表面及び同溶接継手に隣接する加工物１２の表面の少なくとも一部分が圧縮残留応力の選択形成層１１４を構成するようになっている。一実施形態によると、圧縮残留応力の選択形成層１１４は、約０.５ｍｍ〜約１.５ｍｍの深さを有している。ここで使用されているのと同じく、用語“加工物”は、１つ以上の加工物を示すことがある。圧縮残留応力の選択形成層１１４を含む溶接継手２８に隣接する加工物１２の表面の一部分又は複数部分は、溶接継手を形成するときに発生される熱の結果である加工物の熱影響領域を実質的に構成するのが好ましい。溶接継手２８が加工物１２の全厚さに入り込んでいる場合、圧縮残留応力の層１１４は、加工物の両側に発生させることが可能である。
【００２５】
図５を参照すると、本発明の一実施形態に従って、摩擦攪拌溶接により溶接された加工物１２の表面に選択的に生じた表面残留応力分布と、従来の摩擦攪拌溶接を用いて加工物１２の表面に生じた表面残留応力分布とを比較するグラフが例示されている。圧縮残留応力の層１１４は、溶接継手２８の表面及び加工物１２の表面の対応部分の耐食性及び疲労強度を実質的に向上させ、それにより従来の溶接技術に関連した諸問題、即ち、耐食性及び疲労強度の低下、並びに引張残留応力を含む材料特性の劣化を克服するという点で有利であることが本発明の発明者により見出されている。例えば、図９に例示したように、圧縮残留応力の選択形成層を有する、摩擦攪拌溶接した、図９で“＋ＬＰＢ”（低塑性バニシ仕上げ）と表わされたアルミニウム試験サンプルは、圧縮残留応力の選択形成層のないサンプルよりも、腐食性環境（３.５％ＮａＣｌ溶液）及び非腐食性環境の双方において相対的に高い疲労寿命を有している。
【００２６】
図３及び図４を参照すると、本発明の一実施形態に従って構造アセンブリ１１２を形成するための溶接装置１００が例示されている。この溶接装置１００は、１つ以上の溶接工具１０２と、１つの圧縮工具１０６とを備えている。各溶接工具１０２は、限定されるわけではないが、ガス溶接、アーク溶接、抵抗溶接、テルミット溶接、レーザ溶接、超音波溶接、電子ビーム溶接、ＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接、摩擦攪拌溶接、イナーシャ溶接、或いは線形摩擦攪拌溶接を含む、従来のどんな溶接作業も遂行するように構成された溶接ヘッドを有している。図２に概略的に例示したように、溶接工具１０２は、ロボットアーム（図示せず）のような位置決め装置１０４に取り付けられるのが好ましい。
【００２７】
一実施形態において、図４に例示したように、位置決め装置１０４は、図３中の矢印１０５で示すように、回転自在のスピンドル１０３の軸線回りに回転する当該スピンドルを有するコンピュータによる数値制御の機械又はフライス盤（図示せず）を備えている。溶接工具１０２は、スピンドル１０３と回転可能に連絡する摩擦攪拌溶接工具１１１を備えている。上述したように、摩擦攪拌溶接工具１１１は、肩部及びピン１１１ａを有し、これらは、ピンに近い単数又は複数の加工物１２の部分を可塑化すると共に圧造し、それにより固相溶接継手２８を形成している。一実施形態において、摩擦攪拌溶接工具１１１は、溶接継手２８の形成前及び形成中、１つ以上のヒータ（図示せず）を用いて加熱され、ピン１１１ａに熱を伝達するようになっている。対流、伝導、放射又は誘導により摩擦攪拌溶接工具１１１を加熱するための方法及び装置は、本発明の譲受人の１人に譲渡されると共に引用によりここに組み込まれる“高強度摩擦攪拌溶接(High Strength Friction Stir Welding）”と題する米国特許願第１０/０３５，８６５号に記載されている。
【００２８】
溶接装置１００は更に、図８に例示するように、溶接継手２８の表面及び該溶接継手に隣接する加工物１２の表面に沿って変形区域もしくは圧縮残留応力の層１１４を選択的に形成するための圧縮工具１０６備えている。加工物の表面に圧縮残留応力の層１１４を生じさせるために幾多の圧縮工具が開発されてきたが、好ましいのは圧縮工具１０６がバニシ仕上げ工具１０７であることである。例えば、バニシ仕上げ工具１０７は、“加工物の表面に圧縮残留応力の層を形成するためのバニシ仕上げ方法及び装置(Burnishing Method andApparatus for Providing a Layer of Compression Residual Stress in the Surface of a Workpiece）”と題する、引用によりここに組み込まれる米国特許第５,８２６,４５３号に記載されているもののような一点バニシ仕上げ工具を含めることが可能である。図３及び図４に例示するように、一点バニシ仕上げ工具１０７はバニシ仕上げボール１１０を備えており、その最先端１０８は、回転運動の状態で溶接継手２８と同溶接継手に隣接する加工物１２の部分とを通過せしめられて、強度の圧縮を引き起こすようになっている。図２に略示したように、圧縮工具１０６は、ロボットアーム又はフライス盤（図示せず）のような通常の位置決め装置１０４に取り付けられるのが好ましい。
【００２９】
また、溶接装置１００は、溶接継手２８と該溶接継手に隣接する加工物１２の表面とからばり又はフラッシュを除去し、それにより比較的に滑らかな仕上げ面を有する構造アセンブリ１１２を提供するように構成された切削工具１１５を備えていてもよい。一実施形態によると、図３及び図４に例示するように、切削工具１１５は、圧縮工具１０６に取り付けられた切断刃１１６から構成されている。図３中の矢印１１９で示されたように、圧縮工具１０６が回転するときに、切削工具１１５は、溶接継手２８の表面及び加工物１２の表面に対して回転し、フラッシュを除去するようになっている。
【００３０】
継手境界面１３によって画定された溶接線１８に沿う溶接工具１０２及び圧縮工具１０６の運動の方向及び速度は、加工物１２の表面に沿って形成されている溶接継手２８の形式や、圧縮残留応力の層１１４の所望深さによって左右されることになる。圧縮工具１０６により溶接継手２８と該溶接継手に隣接する加工物１２の表面とに加えられる力は、同様に残留圧縮応力の層１１４の所望深さによって左右されることになる。また、溶接継手２８が摩擦攪拌溶接継手である場合、摩擦攪拌溶接工具１１１により加工物１２に対して加えられる力は、加工物の材料組成、材料特性及び寸法によって左右されることになる。
【００３１】
本発明の溶接装置１００は、手動で又は自動で作動することが可能となっている。溶接装置１００は、図２に略示したように、位置決め装置１０４、従って溶接工具１０２及び圧縮工具１０６の運動方向及び速度を自動的に制御するためのコントローラ１１６を備えていてもよい。コントローラ１１６はまた、圧縮工具１０６によって溶接継手２８と該溶接継手に隣接する加工物１２の表面とに加えられる力を制御するのにも使用されている。同様に、溶接継手２８が摩擦攪拌溶接継手から構成される場合、このコントローラ１１６は、摩擦攪拌溶接工具１１１により加工物１２に対して加えられる力を制御するのに使用されている。コントローラ１１６は、コンピュータソフトウエアの制御を受けて作動するコンピュータのようなマイクロプロセッサを含むことが可能である。一実施形態において、位置決め装置１０４は、技術的に知られているように、サーボモータ（図示せず）で動くベルト及び／又は歯車駆動アセンブリ（図示せず）を備えている。コントローラ１１６は、適当な配線（図示せず）を介して位置決め装置１０４のサーボモータと作動可能に連絡されている。
【００３２】
限定されるわけではないが、線形可変差動変圧器或いはレーザー、容量性、誘導性又は超音波の変位センサを含み、適当な配線を介してコントローラ１１６と電気的に連絡する１つ以上のセンサ（図示せず）は、加工物１２の表面の上方の工具の間隔、従って、溶接工具１０２及び圧縮工具１０６の運動を測定するのに使用されている。同様に、サーボシステムにあるシャフトエンコーダ、ステップモータである駆動装置、線形可変差動変圧器、或いは抵抗又は光位置決めセンサは、加工物１２の表面に沿った工具の位置を測定するために使用されている。限定されるわけではないが、抵抗性、圧電性又は容量性素子を組み入れたロードセルを含め、適当な配線を通じてコントローラ１１６と電気的に連絡する１つ以上の圧力センサ（図示せず）は、圧縮工具１０６により溶接継手２８の表面及び同溶接継手に隣接する加工物１２の表面に加えられる力の大きさを測定するのに使用されている。同様に、溶接工具１０２が摩擦攪拌溶接工具１１１である場合、適当な配線を通じてコントローラ１１６と電気的に連絡する１つ以上の圧力センサ（図示せず）は、この溶接工具により加工物１２の表面に加えられる力の大きさを測定するのに使用されている。例えば、圧力変換器は、工具にかかる垂直抗力を測定するためピストンにより加えられる液圧を監視するのに使用されている。運動及び圧力センサにより得られた測定値はコントローラ１１６に伝達されている。このコントローラ１１６は、測定値をプログラムパラメータと比較し、必要ならば、位置決め装置１０４のサーボモータ（図示せず）に指令して、溶接工具１０２及び／又は圧縮工具１０６により加えられている力、運動の速度及び運動の方向に対する補正又は調整を行うことになる。
【００３３】
２つ以上の加工物１２を接合するため、当該加工物がそれらの間に接合境界面１３を画定するように、当該加工物は互いに対して配置されている。その境界面は、溶接装置１００のための所定経路即ち、溶接線１８を画定している。単一の加工物１２にある微小割れ又はその他の欠陥を補修する場合、この微小割れ又はその他の欠陥が所定経路即ち、溶接線１８を画定することになる。加工物１２は、該加工物の相対的な運動を防止するように取り付けられていることが好ましい。例えば、当該加工物１２は、技術的に知られているようにスポット溶接により又はクランプを使用して互いに固定されている。その後、これらの加工物１２は、クランプ又は類似の装置（図示せず）によりワークテーブルに取り付けられている。単一の加工物１２に溶接継手２８を形成する場合、この加工物は、クランプ又は類似の装置（図示せず）によりワークテーブルに取り付けられるのが好ましい。溶接装置１００は、溶接工具１０２及び圧縮工具１０６が溶接線１８の近くにあるように、単数又は複数の加工物１２に対して位置決めされるようになっている。溶接工具１０２は、溶接線１８に沿って連動（係合しながら）移動して単数又は複数の加工物１２を溶接するものである。別の実施形態（図示せず）によると、溶接工具１０２が固定され、加工物１２が該溶接工具に対して移動するようになっている。
【００３４】
その後、圧縮工具１０６が溶接継手２８の表面と該溶接継手に隣接する加工物１２の表面に沿って連動移動し、圧縮残留応力の層１１４を発生させている。別の実施形態（図示せず）によると、圧縮工具１０６が固定され、加工物１２が該圧縮工具に対して移動することになる。上述したように、溶接継手２８に隣接する加工物１２の表面は、溶接プロセスにより生ずる加工物の熱影響領域を実質的に有していることが好ましい。図３及び図４に例示した実施形態によると、圧縮工具１０６は、バニシ仕上げボール１１０を溶接継手２８の表面及び同溶接継手に隣接する加工物１２の表面に押し付けることで作動し、変形区域を形成すると共に圧縮残留応力の層１１４を発生させている。
【００３５】
本発明の別の実施形態によると、溶接継手２８と該溶接継手に隣接する加工物１２の諸領域を解析するのに通常のＸ線回析技術が使用されており、溶接継手及び加工物の諸領域の材料特性を最適化するのに必要な冷間加工及び表面硬化の量はもちろんのこと、所望の圧縮応力パターンを決定している。その後、バニシ仕上げボール１１０は、所定パターンで通過せしめられ、溶接継手２８と同溶接継手に隣接する加工物１２の表面の端から端まで、手動により又はコントローラ１１６を使用して圧力を変え、所望の冷間加工及び表面硬化の量で所望の圧縮残留応力を発生させている。
【００３６】
図７を参照すると、本発明の一実施形態に従って溶接継手を形成するために実行される諸工程が例示されている。この方法は、溶接継手を形成するために所定経路に沿って少なくとも１つの加工物を溶接する溶接ステップを含んでいる（ブロック２００を参照のこと）。この溶接ステップは、ガス溶接、アーク溶接、抵抗溶接、テルミット溶接、レーザ溶接、電子ビーム溶接又は摩擦攪拌溶接を含めることが可能である。圧縮残留応力の層は、溶接継手の表面及びこの溶接継手に隣接する加工物の表面の少なくとも一部分とに発生される（ブロック２０２を参照のこと）。一実施形態において、溶接ステップ及び発生ステップは、同時に実行される。別の実施形態において、この方法は、溶接継手の表面及びこの溶接継手に隣接する加工物の表面の一部分における冷間加工及び表面硬化の量を制御するステップを含んでいる（ブロック２０４を参照のこと）。例えば、一実施形態において、冷間加工の量は、約５パーセント（５％）未満であり、より好ましくは約２パーセント（２％）未満である。別の実施形態において、発生ステップはバニシ仕上げを有している。別の実施形態において、発生ステップは、圧縮工具を所定パターンで溶接継手の端から端まで移動させることを含み、それにより実質的にオーバーラップしない圧縮残留応力の区域を画定するものである（ブロック２０６を参照のこと）。別の実施形態において、この方法は、溶接継手の表面及びこの溶接継手に隣接する加工物の表面内に発生されるべき所望の圧縮応力パターンを決定するためにＸ線回析を行うステップを含んでいる（ブロック２０８を参照のこと）。別の実施形態において、発生ステップは、溶接継手の端から端への圧縮工具の運動の方向及び／又は運動の速度を制御することを含んでいる（ブロック２１０を参照のこと）。更に別の実施形態において、発生ステップは、圧縮工具により溶接継手とこの溶接継手に隣接する加工物の表面とに対して加えられる力を調節することを含んでいる（ブロック２１２を参照のこと）。更に別の実施形態において、この方法は、溶接継手からフラッシュを除去するステップを含んでいる（ブロック２１４を参照のこと）。
【００３７】
低減した圧縮力の単一パス又は複数パスで使用される一点バニシ仕上げの方法は、加工物の引張変形に続いて、溶接継手２８と該溶接継手に隣接する加工物１２の領域内のある深さまで圧縮残留応力を生成するのに効果的であり得ると共に、最小の冷間加工で深い圧縮をもたらす。この一点バニシ仕上げ方法は、従来のショットピーニング又は重力ピーニングを受ける部分よりも少ない冷間加工及び表面硬化の部分を形成するのに使用可能であることが分かった。また、本発明に従って生成された圧縮残留応力の層１１４は、従来のショットピーニングである表面処理により生成した場合よりもより深くまで入り込むことが分かった。冷間加工及び表面硬化の量はまた、溶接継手２８及びこの溶接継手に隣接する加工物１２の領域の材料特性を最適化するためにプロセスの一部として変更することが可能である。冷間加工及び表面硬化の最適量は、溶接されている特定の材料や、その寿命中に一部がさらされる環境により左右されることになる。しかしながら、溶接継手の表面及びこの溶接継手に隣接する加工物１２の表面を約５パーセント（５％）未満だけ、好ましくは約２パーセント（２％）未満だけ冷間加工することにより、溶接継手２８が、高い温度で圧縮残留応力の長期保持率を有すると共に、従来の冷間加工及び表面硬化プロセスを用いて形成された溶接継手よりも少ない残留応力場の変化を引張又は圧縮過負荷中に有することになることが分かった。しかし、高い温度での降伏強度の上昇は、表面冷間加工の量を増すことにより得られるかも知れないことを理解すべきである。これは一部の適用例に対して望ましいかも知れない。
【００３８】
従って、本発明の方法及び装置は、溶接継手に沿って圧縮力をもたらし、制御された量の冷間加工及び表面硬化で明確な局部領域に圧縮応力を発生させる比較的に安価で効果的な溶接の手段である。図５は、この実施例において摩擦攪拌溶接工程である溶接工程後の残留張力の状態にある部品の表面を、溶接され次いで本発明のバニシ仕上げ方法により処理された後の残留圧縮の状態にある部品の表面と比較して例示している。図５に例示したように、溶接すると、表面は、溶接部で比較的に高レベルの張力をもつ領域を示し、それにより部品の疲労寿命及び耐応力腐食性を明らかに減少させている。
【００３９】
冷間加工及び表面硬化の量を最小にすることにより、本発明の方法は、溶接継手２８の表面と、加工物の熱影響領域を含む溶接継手に隣接する加工物１２の表面とに沿って圧縮残留応力の層１１４を発生させ、その結果、引張又は圧縮過負荷中の残留応力場の変化を最小にするだけでなく、部品が特に高い温度での疲労強度のような向上した材料特性を有することになることが分かった。図６は、溶接し、次いで本発明のバニシ仕上げ方法により処理した後の部品の表面における冷間加工パーセントと比較して、摩擦攪拌溶接工程後の部品の表面における冷間加工パーセントを例示している。特定適用例については、部品の表面に伝えられる冷間加工のパーセンテージは、冷間加工の量が約１２パーセント（１２％）である図６に例示されているように、５パーセント（５％）以上に上げることが可能である。しかし、冷間加工の量は、特定適用例の材料特性条件に応じて変えることができる。この点に関し、冷間加工パーセントを減少させると部品の疲労強度を増すことができるのに対して、冷間加工パーセントを増大させると高い温度での部品の降伏強度を増大し得ることが分かった。比較的に高い疲労強度を必要とする適用例については、冷間加工パーセントは、好ましくは約５パーセント（５％）未満であり、更に好ましくは約２パーセント（２％）未満であることが分かった。
【００４０】
上に述べると共に図示したように、本発明の溶接継手２８を形成する方法は、良好な表面仕上げを提供しながらも完成した溶接継手が図９に例示したように疲労強度及び耐応力腐食性の増進を実現することを可能としているので、先行する溶接方法に優る様々な利点を提供することになる。更に、この溶接プロセスを最小量の冷間加工及び表面硬化で深い圧縮残留応力の層１１４を発生させるプロセスと組み合わせることにより、溶接処理後に高価でもなく及び／又は時間のかかるものでもない比較的に低コストの方法が実現されることになる。これは、摩擦攪拌溶接工具１１１の回転速度を減少させる必要がなく摩擦攪拌溶接プロセスを使用して本発明の溶接継手２８を形成する場合に特に当てはまる。その上、表面粗さもまた、比較的に高価で時間のかかる副次的工程を必要とすることなく向上されることになる。
【００４１】
一方、当業者はまた、溶接継手を形成する方法並びに本発明の方法を実行する装置によってボルト及びリベットの使用ではなくて溶接により経済的に製造可能な部品の形式が大きく増すことも理解すべきである。このような部品は、重量が最優位の重要問題である航空機胴体並びに翼外板及び支持体の製造の場合のような航空宇宙産業において特に見られる。かかる構造物についてボルト及びリベットの使用を排除するか又は減らすことによって、相当な重量の減少が実現され、従って、総製作及び保守時間の低下ばかりでなく、燃料消費量の低減になる。また、ボルト及びリベットの排除もしくは減少は航空機の周りの空気流を改善させることになり、そのため航空機騒音及び空力抵抗を低下させることになる。
【００４２】
本発明についての多くの変形例及びその他の実施形態は、前述の説明及び添付の図面に提示された教示内容の利点を有して、本発明が関係する技術に習熟した者に想到されるであろう。従って、本発明は、開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、また、上述の変形例及びその他の実施形態は、特許請求の範囲に含まれるべきものと考えられるべきである。この明細書では特定の用語が用いられているが、それらは、単に一般的且つ説明的意味であり、限定のために使用されているのではない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】技術的に既知であるような、摩擦攪拌溶接を使用する２つの構造部材又は加工物の接合について例示する斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に従って溶接継手を形成する方法を実施するための溶接装置を例示する概略図である。
【図３】本発明の一実施形態による溶接装置を例示する斜視図である。
【図４】図２の溶接装置を例示する正面図である。
【図５】本発明の方法に従って溶接された加工物の表面に発生した表面残留応力分布と、従来の溶接法を用いて加工物の表面に発生した表面残留応力分布を比較するグラフである。
【図６】本発明の方法に従って溶接された加工物についてのパーセント冷間加工の分布と、従来の溶接法を用いて溶接された加工物についてのパーセント冷間加工の分布を比較するグラフである。
【図７】本発明の一実施形態に従って溶接継手を形成する方法を例示するフローチャートである。
【図８】本発明の一実施形態に従った構造アセンブリの溶接継手及び加工物を例示する、図３の線８−８に沿って切断した部分断面図である。
【図９】４点曲げ試験を用いて、腐食性及び非腐食性環境で圧縮残留応力の選択形成層が無い場合と有る場合の摩擦攪拌溶接したアルミニウムサンプルの疲労寿命を比較するグラフである。

Claims

溶接継手を形成する方法であって、
該溶接継手を形成するべく所定経路に沿って少なくとも１つの加工物を溶接する溶接ステップと、
約１２％未満の関連の冷間加工を有する、前記溶接継手の表面及び該溶接継手に隣接する前記少なくとも１つの加工物の表面の少なくとも一部分に圧縮残留応力の層を発生させる発生ステップと、
を含む方法。
前記溶接継手の表面及び該溶接継手に隣接する前記少なくとも１つの加工物の表面の一部分における冷間加工及び表面硬化の量を制御する制御ステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
前記冷間加工の量は約２パーセント未満である、請求項２に記載の方法。
前記冷間加工の量は約５パーセント未満である、請求項２に記載の方法。
前記発生ステップはバニシ仕上げすることを含む、請求項１に記載の方法。
前記発生ステップは、圧縮工具を所定パターンで前記溶接継手の端から端へ移動させることを含み、それにより実質的にオーバーラップしない圧縮残留応力の区域を画定する、請求項１に記載の方法。
前記溶接継手の前記表面内と該溶接継手に隣接する前記少なくとも１つの加工物の前記表面内に発生されるべき所望の圧縮応力パターンを決定するためにＸ線回析を実行する実行ステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
前記発生ステップは、前記溶接継手の端から端への圧縮工具の運動の速度及び運動の方向のうちの少なくとも一方を制御することを含む、請求項１に記載の方法。
前記発生ステップは、圧縮工具により前記溶接継手と前記溶接継手に隣接する前記少なくとも１つの加工物の前記表面に対して加えられている力を調節することを含む、請求項１に記載の方法。
前記溶接ステップは、ガス溶接、アーク溶接、抵抗溶接、テルミット溶接、レーザ溶接及び電子ビーム溶接からなるグループから選択した溶接プロセスを含んでいる、請求項１に記載の方法。
前記溶接ステップは、摩擦攪拌溶接を含んでいる、請求項１に記載の方法。
前記溶接継手からフラッシュを除去する除去ステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
溶接継手を形成する方法であって、
少なくとも１つの加工物の表面に沿って摩擦攪拌溶接継手を形成する形成ステップと、
該形成ステップと同時に、前記溶接継手の前記表面及び前記溶接継手に隣接する前記少なくとも１つの加工物の表面の少なくとも一部をバニシ仕上げするバニシ仕上げステップとを含み、それにより圧縮残留応力の層を選択的に発生させる、方法。
前記摩擦攪拌溶接継手の前記表面及び前記摩擦攪拌溶接継手に隣接する前記少なくとも１つの加工物の表面の一部分における冷間加工及び表面硬化の量を制御する制御ステップを更に含む、請求項１３に記載の方法。
前記冷間加工の量は約２パーセント未満である、請求項１４に記載の方法。
前記冷間加工の量は約５パーセント未満である、請求項１４に記載の方法。
前記バニシ仕上げステップは、圧縮工具を所定パターンで前記摩擦攪拌溶接継手の端から端へ移動させることを含み、それにより実質的にオーバーラップしない圧縮残留応力の区域を画定する、請求項１３に記載の方法。
前記摩擦攪拌溶接継手の前記表面内と該摩擦攪拌溶接継手に隣接する前記少なくとも１つの加工物の前記表面内に発生されるべき所望の圧縮応力パターンを決定するためにＸ線回析を実行する実行ステップを更に含む、請求項１３に記載の方法。
前記バニシ仕上げステップは、前記溶接継手の端から端への圧縮工具の運動の速度及び運動の方向のうちの少なくとも一方を制御することを含む、請求項１３に記載の方法。
前記バニシ仕上げステップは、圧縮工具により前記摩擦攪拌溶接継手と前記摩擦攪拌溶接継手に隣接する前記少なくとも１つの加工物の前記表面に対して加えられている力を調節することを含む、請求項１３に記載の方法。
前記摩擦攪拌溶接継手からフラッシュを除去する除去ステップを更に含む、請求項１３に記載の方法。
少なくとも１つの加工物の表面に沿って溶接継手を形成するための溶接工具と、
約１２％未満の関連の冷間加工を有する、前記溶接継手の表面及び前記少なくとも１つの加工物の表面の少なくとも一部分に圧縮残留応力の層を選択的に発生させるための圧縮工具と、
を備えている溶接装置。
前記溶接工具は、ガス溶接、アーク溶接、抵抗溶接、テルミット溶接、レーザ溶接及び電子ビーム溶接からなるグループから選択した溶接プロセスを実行するように構成されている、請求項２２に記載の装置。
前記溶接工具は、回転自在のスピンドルと、該スピンドルに回転可能に連絡する摩擦攪拌溶接工具とを備えている、請求項２２に記載の装置。
前記圧縮工具は、一点バニシ仕上げ工具から構成されている、請求項２２に記載の装置。
前記圧縮工具と作動可能に連絡するコントローラを更に備え、該コントローラは、前記溶接継手の端から端への前記圧縮工具の運動の速度及び運動の方向のうちの少なくとも一方を自動的に制御するように構成されている、請求項２２に記載の装置。
前記圧縮工具により前記溶接継手と該溶接継手に隣接する前記少なくとも１つの加工物の前記表面に対して加えられている力を測定するように構成されている少なくとも１つのセンサを更に備えている、請求項２２に記載の装置。
前記少なくとも１つのセンサに電気的に連絡すると共に、前記圧縮工具に作動可能に連絡するコントローラを更に備え、該コントローラは、前記圧縮工具により前記溶接継手と該溶接継手に隣接する前記少なくとも１つの加工物の前記表面に対して加えられている力を自動的に調節するように構成されている、請求項２７に記載の装置。
前記溶接継手からフラッシュを除去するための切削工具を更に備え、該切削工具は、前記圧縮工具に取り付けられている、請求項２７に記載の装置。
少なくとも１つの加工物と、
前記少なくとも１つの加工物の表面の少なくとも一部分に沿って設けられる溶接継手とを備え、
前記溶接継手の表面及び前記溶接継手に隣接する前記少なくとも１つの加工物の表面の少なくとも一部分は、約１２％未満の関連の冷間加工を有する圧縮残留応力の選択形成層から構成されており、それにより前記溶接継手の表面及び前記少なくとも１つの加工物の表面の前記一部分の耐食性及び疲労強度を向上させるようになっている、構造アセンブリ。
前記圧縮残留応力の層は所定パターンを有している、請求項３０に記載の構造アセンブリ。
前記溶接継手は、ガス溶接、アーク溶接、抵抗溶接、テルミット溶接、レーザ溶接及び電子ビーム溶接からなるグループから選択した溶接プロセスから形成されている、請求項３０に記載の構造アセンブリ。
前記溶接継手は摩擦攪拌溶接継手である、請求項３０に記載の構造アセンブリ。
前記圧縮残留応力の選択形成層を構成する前記溶接継手の前記表面及び前記少なくとも１つの加工物の前記表面の一部分は約２％未満の冷間加工の量を示している、請求項３０に記載の構造アセンブリ。
前記圧縮残留応力の選択形成層を構成する前記溶接継手の前記表面及び前記少なくとも１つの加工物の前記表面の一部分は約５％未満の冷間加工の量を示している、請求項３０に記載の構造アセンブリ。
前記少なくとも１つの加工物は、アルミニウム、アルミ合金、銅、銅合金、チタニウム及びチタン合金からなるグループから選択された材料で形成されている、請求項３０に記載の構造アセンブリ。
第１及び第２加工物を更に備え、該第１及び第２加工物は異種金属から構成されている、請求項３０に記載の構造アセンブリ。