JP2013510727A - Ｔｗｉｐ鋼と低炭素鋼とをレーザ溶接する方法 - Google Patents

Abstract

鋼種の異なる構造体をレーザ溶接する方法。この方法は、第１の鋼種・成分から作製される第１の構造体を提供すること、および第２の鋼種成分から作製される第２の構造体を提供することを含む。第１の構造体の少なくとも一部が、第２の構造体の少なくとも一部と重なるように、第１の構造体を第２の構造体の隣に配置することによって、溶接領域を形成する。第１の構造体と、第２の構造体と、溶加材との溶接接合部を形成する成分を含有する溶加材を選択し、これにより、溶接接合部が所定の微細構造を有するようにする。溶加材を溶接領域の隣に配置する。レーザビームを溶接領域に向けることによって、第１の構造体、第２の構造体、および溶加材の間に、所定の微細構造を有する溶接接合部を形成する。

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、参照により本明細書に組み込まれる、２００９年１１月１６日に出願された米国仮出願第６１／２６１，４８３号明細書の利益および優先権を主張するものである。

本開示は、一般に、特性および性質の異なる金属材料をレーザ溶接し、その後、溶接された部品を様々な用途に用いる分野に関する。具体的には、本開示は、ＴＷＩＰ鋼と比較的炭素含有量の低い鋼とをレーザ溶接することに関する。

レーザ溶接では、２つ以上の金属（鋼などの金属）片を接合する際に、溶加材を必要としないし、これを使用しない。レーザビームは、材料（鋼）の断片を溶かして、その後の溶鋼の凝固を可能とすることによって、断片の強固な接合、結合、または接着を実現する。鋼をレーザによって加熱して流動状態（または相対的に液体状）にすると、溶接される各個別材料の性質（つまり、各個別材料の初期成分）、および溶接された接合部の最終的な比率に応じて、溶接されている２つ以上の構成部品（または断片）から、合金などの新しい材料が、形成される場合がある。このように、非類似の材料をレーザ溶接すると、液体状の溶接領域に２つ以上の材料からなる合金が形成される。溶接領域が凝固するときに、新たに形成される合金は、その新たな化学的性質にもとづいて微細構造を成長させる。また、その性質によって、この溶接される接合部の特性が決定される。

一般に、ステンレス鋼は、そのベース微細構造および質量当たりのクロム含有量によって、少なくとも部分的に特徴付けられる。ステンレス鋼は、一般に、通常の炭素鋼よりも汚れにくく、腐食しにくく、錆びにくいが、必ずしも防汚性があるわけではない。ステンレス鋼については、オーステナイト系、フェライト系、２相混合物（オーステナイト・フェライト系混合物）、マルテンサイト系、またはオーステナイト系およびマルテンサイト系の微細構造の混合物が入手可能である。双晶誘起塑性（Ｔｗｉｎｎｉｎｇ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ）（ＴＷＩＰ）鋼は、通常、オーステナイト系微細構造を有する。ＴＷＩＰは、ステンレス鋼に分類されないものの、オーステナイト系ステンレス鋼と同様のオーステナイト系微細構造を有する。オーステナイト系構造によって、鋼は、特定用途に適した非常に良好な強度および優れた延性を有するものとなる。オーステナイト系ステンレス鋼と同様に、溶接（具体的にはレーザ溶接を含む）などによって、ＴＷＩＰ鋼と低炭素鋼および中炭素鋼とを接合しようとしても、ＴＷＩＰ鋼は、その化学的性質および微細構造のせいで、一般にこのような材料とは適合しない。

したがって、ＴＷＩＰ鋼と他の鋼種とをレーザ溶接する方法を改善する必要が依然としてある。

したがって、本開示は、鋼種の異なる構造体をレーザ溶接する方法に関する。この方法は、第１の鋼種・成分から作製される第１の構造体を提供すること、および第２の鋼種成分から作製される第２の構造体を提供することを含む。第１の構造体の少なくとも一部が、第２の構造体の少なくとも一部に重なるように、第１の構造体を第２の構造体の隣に配置することによって、溶接領域を形成する。第１の構造体と、第２の構造体と、溶加材との溶接接合部を形成する成分を含有する溶加材を選択し、これにより、この溶接接合部が、所定の微細構造を有するようにする。溶加材を溶接領域の隣に配置する。レーザビームを溶接領域に向けることによって、第１の構造体と、第２の構造体と、溶加材との溶接接合部を形成し、この溶接接合部が、所定の微細構造を有するようにする。

本開示の有利な点は、脆弱な溶接部に見舞われずに、ＴＷＩＰ鋼と他の鋼種とをレーザ溶接することができる点にある。本開示の他の有利な点は、上記の方法によって、強固かつ延性のオーステナイト系微細構造を有するレーザ溶接部が、形成される点にある。本開示のさらに有利な点は、上記の方法によって、溶接されたシートフレーム、シートバック、またはシートベースなどの載荷部材（ｌｏａｄ ｃａｒｒｙｉｎｇ ｍｅｍｂｅｒ）を有するシート構造体の性能が向上する点にある。

本開示の別の特徴および有利な点は、容易に理解される。しかしながら、これは、添付図面との関連で記載される以下の説明を読むことによって、より良く理解される。

例示的な実施形態に係る、車両の斜視図である。 例示的な実施形態に係る、車両のシートアセンブリの斜視図である。 例示的な実施形態に係る、車両のシートフレームの斜視図である。 ステンレス鋼の溶接部の微細構造を予測するためのシェフラー状態図である。 例示的な実施形態に係る、ＴＷＩＰ／低炭素鋼の組み合わせにおけるレーザ溶接による接合部の模式図である。 ＴＷＩＰ鋼および３４０ＸＦ鋼のステンレス鋼の溶接部の微細構造を予測するためのシェフラー状態図である。 例示的な実施形態に係る、溶接溶加材を添加することによって形成されたレーザ溶接による接合部の模式図である。 溶加材を使用した場合に溶接部の微細構造が受ける影響を示すシェフラー状態図である。 レーザ溶接後に合金化してオーステナイト系構造を獲得するレーザ溶接部を形成するための模式図である。 レーザ溶接後に合金化してオーステナイト系構造を獲得するレーザ溶接部を形成するための模式図である。 レーザ溶接後に合金化してオーステナイト系構造を獲得するレーザ溶接部を形成するための模式図である。 例示的な実施形態に係る、ＮｉおよびＣｒを含有する溶加材の比率であって、溶接部に所定のＴＷＩＰ濃度をもたらすのに必要な溶加材の比率を示す模式図である。 例示的な実施形態に係る、Ｎｉを含有する溶加材の比率であって、溶接部に所定のＴＷＩＰ濃度をもたらすのに必要な溶加材の比率を示す模式図である。 例示的な実施形態に係る、ＴＷＩＰ鋼から作製された第１の構造体と、低炭素鋼から作製された第２の構造体と、溶加材とをレーザ溶接する方法の詳細なフローチャートである。 別の実施形態に係る、ＴＷＩＰ鋼から作製された第１の構造体と、炭素含有量のより低い鋼から作製された第２の構造体と、Ｈ−２１４合金シムとの間のレーザ溶接部の顕微鏡写真である。 図１４のＨ−２１４シムストックを使用した場合に、溶接部の微細構造が受ける影響を示しているシェフラー状態図である。 他の実施形態に係る、ＴＷＩＰ鋼から作製された第１の構造体と、炭素含有量のより低い鋼から作製された第２の構造体と、Ｎｉ−Ｆｅ合金シムとの間のレーザ溶接部の顕微鏡写真である。 図１６のＮｉ−Ｆｅ合金シムストックを使用した場合に、溶接部の微細構造が受ける影響を示しているシェフラー状態図である。 図１４および図１６のレーザ溶接部の重ね剪断強度を示しているグラフである。 他の実施形態に係る、ＴＷＩＰ鋼から作製された第１の構造体と、炭素含有量のより低い鋼から作製された第２の構造体と、ＳＴＳ３１０溶加材との間のレーザ溶接部の顕微鏡写真である。 図２０のＳＴＳ３１０溶加材を使用した場合に、溶接部の微細構造が受ける影響を示しているシェフラー状態図である。 図１９のレーザ溶接部の重ね剪断強度を示しているグラフである。

全般的に図面を参照する。特に図１を参照してみると、例示的な実施形態に係る車両１０が示されている。車両１０は、車両１０の搭乗者のために備え付けられる１つ以上のシートアセンブリ１２を含むことができる。図示されている車両１０は、４ドアセダンである。しかしながら、シートアセンブリ１２が、ミニバン、スポーツ用多目的車、飛行機、船、または任意の他のタイプの車両内で使用することのできることが、理解されるべきである。

次に図２Ａを参照してみると、シートアセンブリ１２が示されている。シートアセンブリ１２は、着席した搭乗者に快適さ、支え、および保護を提供するためのシートバック１４を含むことができる。シートベース２０は、シートバックに動作可能に接続されている。また、シートベース２０は、同様に、着席した搭乗者に快適さ、支え、および保護を提供する。ヘッドレスト１８が、シートバック１４の上端部に配置されている。シートアセンブリ１２は、シートバック１４およびシートベース２０に動作可能に接続されたリクライニング機構２２を含んでおり、これによって、シートベース２０に対してシートバック１４の位置を回転調節する機能が実現されている。シートアセンブリ１２は、トラックアセンブリ２４を用いて車両に固定されている。この例のトラックアセンブリ２４によって、着席した搭乗者の快適さまたは実用性のために、シートアセンブリ１２の調節機能、すなわち、シートアセンブリ１２の相対位置の移動機能が提供されている。シートアセンブリ１２を、トラックアセンブリ２４を介して、手動またはモータ駆動によって選択的に移動させることができる。シートバック１４は、例えば、フォームパッド３０、またはトリムカバー３２などを含むことができる。シートバックはさらに、第１および第２のサイドボルスタ２６、２８を含むことできる。同様に、シートベース２０は、例えば、フォームパッド、またはトリムカバー３２などを含むことができる。トリムカバー３２は、革、ビニール、または布などの様々な材料から作製することができる。図示されているシートアセンブリ１２は、通常、車両の前列で用いられる１人の搭乗者用のシートである。しかしながら、シートアセンブリ１２は、任意の車両内に用いられる任意のタイプのシート機能性を利用することのできる任意のシートアセンブリ（第２の列のベンチ、または第３の列のフラットシートなどのシートアセンブリ）に組み込むことができる。

シートアセンブリはさらに、図２Ｂに示されているように、シートフレーム１３を含む。シートフレーム１３は、シートバックフレーム２８およびシートベースフレーム３０を含む。シートフレーム１３は、シートバックフレーム２８およびシートベースフレーム３０を含む。シートバックフレーム２８は、上部の横材３２、これと向かい合う下部の横材３４、第１のシートバック縦材３６、およびこれと向かい合う第２のシートバック縦材３８を含む。上部の横材３２は第１および第２の端部４０、４２を含み、下部の横材３４は第１および第２の端部４４、４６を含む。第１のシートバック縦材３６は、上部の端部４８および反対側の下部の端部５０を含み、第２のシートバック縦材３８は、上部の端部５２および反対側の下部の端部５４を含む。第１および第２のシートバック縦材の上部の端部４８、５２は、上部の横材３２によって連結されており、第１および第２のシートバック縦材の下部の端部５０、５４は、下部の横材３４によって連結されており、これにより、実質的に長方形のフレーム構造が形成されている。シートベースフレーム３０は、第１のシートベース縦材５６、これと向かい合う第２のシートベース縦材５８、前方横材６０、およびこれと向かい合う後方横材６２を含む。第１のシートベース縦材５６は、前方の端部６４および後方の端部６６を含み、第２のシートベース縦材５８は、前方の端部６８および後方の端部７０を含む。前方の横材６０は、第１の端部７２および第２の端部７４を含み、後方の横材６２は、第１の端部７６および第２の端部７８を含む。第１および第２のシートベース縦材の前方の端部６４、６８は、前方の横材６０によって連結されており、第１および第２のシートベース縦材の後方の端部６６、７０は、後方の管状横材３０によって連結されており、これにより、実質的に長方形のフレーム構造が形成されている。ここで留意すべきは、一体のバックフレーム、または一体のシートベースフレームなどの他のシートフレーム構造を、本開示とともに用いることができることである。シートフレーム１３は、金属、アルミニウム、または複合材料などの様々な材料から作製することができる。図示されているのが、複数部品からなるシートバックフレームおよびシートベースフレームであるとはいえ、一体のシートバックフレーム、または管状フレームなど、任意のタイプのシートバックフレームおよびシートベースフレームを、本明細書に記載されている革新技術とともに用いることができることも考えられる。さらに、シートアセンブリを構成しているフレームおよび他の構成部品（リクライニング機構または補強ブラケットなどの構成部品）は、異なる特性（鋼種または成分など）を有する様々な異なる材料から形成することができる。これらの異なる材料は、以下に記載される方法などの様々な技術を用いて連結される。

ＴＷＩＰ鋼と低炭素鋼とのレーザ溶接を容易にし、かつ異なる鋼から形成されたシート構造体が強度要件および性能要件を確実に満たすようにする方法が、本明細書に開示されている。上記の方法は、全般的に、図１３に開示されている。

上記の方法は、ステップ２１０で、ＴＷＩＰ鋼などの第１の鋼種・成分から作製される第１の構造体１５２を用意することから開始される。第１の構造体１５２は、第１のシートバック縦材３６などの、図２Ｂに示したシートフレーム１３の構成部品とすることができる。

上記の方法は、低〜中炭素鋼（３４０ＸＦ ＨＳＬＡ）などの第２の鋼・成分から作製される第２の構造体１５４を用意することによって、ステップ２２０に進む。第２の構造体１５４は、上部の横材３２などの、図２Ｂに示したシートフレーム１３の別の構成部品とすることができる。

上記の方法は、第１の構造体１５２の少なくとも一部が、第２の構造体１５４の少なくとも一部と重なるように、第１の構造体１５２を第２の構造体１５４の隣に配置することにより、溶接領域１５３を形成することによって、ステップ２３０に進む。

上記の方法は、第１の構造体１５２と、第２の構造体１５４と、溶加材１５８との溶接接合部１５０を形成する成分を含有する溶加材１５８を選択し、これにより、この溶接接合部１５０が、所定の微細構造を有するようにすることによって、ステップ２４０に進む。

上記の方法は、溶加材１５８を溶接領域１５３の隣に配置することによって、ステップ２５０に進む。溶加材１５８は、ＳＴＳ３１０溶加材などの様々な所定の材料であってもよい。溶加材１５８は、様々な所定の方法によって溶接領域１５３に配置することができる。例えば、溶加材１５８は、第１の構造体１５２と第２の構造体１５４との間に配置されてもよいし、第１の構造体１５２および／もしくは第２の構造体１５４の表面かつ第１の構造体１５２と第２の構造体１５４との間に位置する表面溝１６９内に配置されてもよいし、または、第１の構造体１５２および／もしくは第２の構造体１５４の外面などに配置されてもよい。

上記の方法は、レーザビーム（Ｌ）を溶接領域１５３に向けることによって、第１の構造体１５２と、第２の構造体１５４と、溶加材１５８との溶接接合部１５０を形成し、これにより、この溶接接合部１５０が、オーステナイト系微細構造などの所定の微細構造を有するようにすることによって、ステップ２６０に進む。レーザビーム（Ｌ）は、固体レーザ、気体レーザ、またはファイバレーザなどの様々なレーザ溶接機を用いて生成することができる。レーザ溶接の技術および方法について、以下にさらに詳しく説明する。

図３を参照してみると、ステンレス鋼の溶接部の微細構造を予測するためのシェフラー状態図が示されている。鋼の化学成分は、この図にプロットされるニッケル（Ｎｉ）当量およびクロム（Ｃｒ）当量を求めるために使用される。この図にニッケル当量−クロム当量をプロットすれば、予期される微細構造を予測することができる。図１のシェフラー状態図を利用して、ステンレス鋼と低炭素鋼との溶接部の微細構造を、この溶接部に様々な溶加材を用いることによって、同定することができる。溶加材中のニッケル当量−クロム当量を調整して、オーステナイト系であり、したがって、強度特性および延性特性を有する微細構造を獲得することができる。ＴＷＩＰ鋼は、ステンレス鋼に分類されないものの、オーステナイト系ステンレス鋼と類似の特性を有している。したがって、シェフラー状態図はさらに、母材の微細構造だけでなく、これと他の鋼合金との任意の溶接部の微細構造を予測するためにも利用される。ＴＷＩＰ鋼と低炭素鋼とを溶接するために、シェフラー状態図を利用して、接合される材料の最初の化学成分およびその想定される性質にもとづいて、形成される微細構造を推定する。成分がマルテンサイト領域内に入る場合、溶接部は特定用途用としては脆弱となる。成分がオーステナイト領域に入る場合、溶接部は、車両のシートフレーム構造などの特定用途に適した強度および延性を有するようになる。成分が２重または３重の相領域に入る場合、脆性は、形成されるマルテンサイトの相対量に応じて決まる。金属溶接棒と不活性ガスによる（ＭＩＧ）およびタングステンと不活性ガスによる（ＴＩＧ）、低炭素鋼とステンレス鋼との溶接に適した溶加材が、市販されている。オーステナイト系微細構造を実現する、溶加材の成分が、選択される。

次に、図４を参照してみると、第１の構造体または被加工物３２と、第２の構造体または被加工物３４とのレーザ溶接部または接合部３０の模式図。この例では、第１の構造体は１片のＴＷＩＰ鋼であり、第２の構造体は１片の（３４０ＸＦ高強度低合金（ＨＳＬＡ）鋼などの）低〜中炭素鋼である。レーザビーム３６を溶接領域３３に向けることによって、ＴＷＩＰ鋼と３４０ＸＦ ＨＳＬＡ鋼との両方を溶融させる。レーザエネルギーが取り去られると、混合物は凝固する。この溶接部３０の微細構造は、シェフラー状態図上に溶接混合物をプロットすることによって予測することができる。結果として形成される溶接部３０の微細構造は、脆弱なマルテンサイト構造となる。

次に、図５を参照してみると、ＴＷＩＰ鋼および３４０ＸＦ ＨＳＬＡ鋼の両方のニッケル当量−クロム当量がプロットされていて、かつＴＷＩＰ鋼および３４０ＸＦ ＨＳＬＡ鋼の溶接部の微細構造を予測するためのシェフラー状態図が示されている。ＴＷＩＰ鋼は、そのニッケル当量−クロム当量によって、この図のオーステナイト系微細構造領域内に位置付けられる。ＨＳＬＡ合金鋼、またはＳＡＥ Ｊ２３４０ ３４０ＸＦ ＨＳＬＡ鋼などの低炭素鋼の成分は、この図の、２相系であるフェライト−マルテンサイト系領域内に入る（ＨＳＬＡの場合、それは９９％超フェライト系である）。２つの合金をレーザ溶接などによって溶接する場合、溶接部は、約５０％のＴＷＩＰと約５０％の３４０ＸＦとの新たな混合物となる。この５０：５０混合物のニッケル当量−クロム当量は、シェフラー状態図上にプロットした場合、この図のマルテンサイト領域内に入る。レーザ溶接される場合（５０：５０の混合が想定される場合）、ＴＷＩＰと低炭素鋼との組み合わせは、１００％マルテンサイト系微細構造を形成する。この微細構造を有する溶接部は、シート構造体（例えば、車両のシート、シートフレーム、シートベース、シートバック）などの特定用途、または構造が載荷部材として設計される他の用途には、脆弱かつ低性能であり、そのため、このような構造体の用途には適さない。

次に、図６を参照してみると、溶接加材４８を添加することによって形成されたレーザ溶接部または接合部４０の模式図が示されている。レーザ溶接部４０は、第１の構造体または被加工物４２と第２の構造体または被加工物４４との間にある。この例では、第１の構造体４２は１片のＴＷＩＰ鋼であり、第２の構造体４４は１片の３４０ＸＦ ＨＳＬＡ鋼である。このような条件の下、溶接加材４８を溶接領域４３に添加しながら、レーザエネルギーを溶接領域４３に適用する。レーザビーム４６のエネルギーによって、ＴＷＩＰ鋼、３４０ＸＦ ＨＳＬＡ鋼、および溶接加材４８は溶融する。レーザエネルギーが取り去られると、混合物は凝固して微細構造を形成する。例示的な一実施形態では、ニッケルおよび／またはクロム含有量のより高い溶接部４０が形成され、これにより、微細構造が変化して、シート構造体（例えば、車両のシート、シートフレーム、シートベース、シートバック）などの特定用途、または構造が載荷部材として設計される他の用途により有利な微細構造が実現される。この材料を溶接部に３３：３３：３３（ＴＷＩＰ：ＨＳＬＡ：ＳＴＳ３１０）の比率で添加すると、溶接部の成分は、完全にオーステナイト系となり、溶接部４０の強度は、ベースＴＷＩＰ鋼およびＨＳＬＡ鋼に匹敵するようになる。この工程の困難な点は、実際の溶接部の化学的性質（成分）が、添加される溶加材４８の量に応じて影響を受ける点である。適切に希釈されないと、オーステナイトを求めていても、溶接部４０は、マルテンサイトを形成することによって脆くなる場合がある。

次に、図７を参照してみると、溶加材４８を用いた場合に、溶接部の微細構造が受ける影響を示すシェフラー状態図。ここでは、溶加材４８は、３３：３３：３３の希釈率で溶接部に添加された第３の合金である。ここでは、第３の合金をＳＴＳ３１０溶加材と同一視する。ＳＴＳ３１０溶加材の有するニッケル当量−クロム当量によって、この合金は、このシェフラー状態図のオーステナイト系領域内に位置付けられる。したがって、溶接部４０は、ＴＷＩＰ鋼、３４０ＸＦ ＨＳＬＡ鋼、およびＳＴＳ３１０の希釈物であり、したがって、オーステナイト系微細構造となる。オーステナイト系微細構造は、強固かつ延性であり、シート構造体（例えば、溶接されたシートフレーム、シートバック、シートベース）などの載荷部材として理想的である。

レーザビーム４６を用いて、被加工物４２、４４の両方および溶加材４８に同時に熱（エネルギー）を与える一方、レーザビーム４６に対して溶加材４８を完全に同期させて適切な速度で送り込みつつ交差させる。多くの場合に上記の構造がマルテンサイト系にならないようにし、溶接部が許容できないほど脆くならないようにするために、鋼材料の３３：３３：３３の比率が、溶接領域またはプール４３に実現される。必要に応じて、溶接速度を遅らせて、接合部４０への溶加材４８の移動を調整する。溶加材４８は、第１の構造体（ＴＷＩＰ鋼）４２と第２の構造体（低炭素鋼）４４との間に、混合物として添加される。十分なニッケルおよび／またはクロムを添加して、溶接部４０が、溶接の完了後に、上記の図のオーステナイト領域内に確実に入るようにすることが重要である。これは、適切な量および純度の使用されるニッケルおよび／またはクロムを使用することによって制御することができる。シェフラー状態図によれば、領域が単一相系の場合、微細構造の１００％がこの相となる。領域が２相系の場合、各相の相対的比率は、直接この図からは分からない。しかしながら、一般に、微細構造が、図上の特定の境界領域（例えば、オーステナイト系、オーステナイト＋マルテンサイト系、オーステナイト＋フェライト系など）の近くにプロットされる場合、この微細構造における、その境界に対応する相の割合が、より高くなる。

次に、図８〜図１０を参照してみると、レーザ溶接後に合金化してオーステナイト系構造を獲得するレーザ溶接部を形成するために用いられる技術の模式図が示されている。図６に示し、かつ上記した技術を用いて、容易に溶接加材を加えることは難しい。例えば、リクライニングチェアなどのシート構造体と、シートバック縦材などの他のシート構造体とを溶接する場合、溶接部の周囲の領域には、非常にわずかな隙間、つまり、溶加材をレーザ溶接部の位置に添加するには不十分な空間しか与えられない。溶接部が、凝固してオーステナイト系微細構造を形成する場合、適正なニッケル当量およびクロム当量を含有していなければならない。マルテンサイト系微細構造は、脆弱であり、構造要件を満たさない。しかしながら、図８〜図１０に示されている技術は、溶接工程を行う前に溶接対象の位置（例えば、接合部の中／上／間／隣などの位置）に溶加材を配置することによって、溶加材が、溶接部の形成時には存在していることを可能とする。

図８を参照してみると、上記の方法はさらに、溶加材１５８、第１の構造体１５２、および第２の構造体１５４を配置するステップを含む。この例では、第１の構造体１５２はＴＷＩＰ鋼であり、第２の構造体１５４はＨＳＬＡなどの低〜中炭素鋼であり、溶加材１５２はＳＴＳ３１０などの高Ｎｉ、高Ｃｒ溶加材合金層である。溶加材１５８は、様々な所定の方法、例えば、テープ、化学蒸着、レーザ金属堆積（ｌａｓｅｒ ｍｅｔａｌ ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ）、スプレー形成、印刷、または任意の他の適切なコーティング方法によって、溶接領域１５３に添加されてもよい。溶加材１５８は、第１の構造体１５２（ＴＷＩＰ）の表面もしくは第２の構造体１５４の表面（ＨＳＬＡ）、またはそれらの両方に配置することができる。配置層の幅および厚さは、レーザビーム（Ｌ）が、ＴＷＩＰ／ＨＳＬＡとともにコーティングを完全に溶かし、完全にオーステナイト系であり、かつ母材に適合する溶接接合部１５０を形成するように寸法付けられ、配置される。

次に、図９を参照すると、上記の方法はさらに、第１の構造体１６２と第２の構造体１６４との間の間隙１６９内に溶加材１６８を配置するステップを含む。間隙１６９は、第１の構造体１６２、第２の構造体１６４、またはこれらの両方に位置する表面溝、窪み、リング、または孔などであってもよい。この例では、第１の構造体１６２はＴＷＩＰ鋼であり、第２の構造体１６４はＨＳＬＡなどの低〜中炭素鋼であり、溶加材１６８は、第２の構造体１６４の表面溝内に配置されたＳＴＳ３１０などの高Ｎｉ、高Ｃｒ溶加材合金層である。この実施形態の有利な点は、上記の実施形態（図８）に示したようなギャップのある場合とは対照的に、第１の構造体１６２（ＴＷＩＰ）構成部品の表面と第２の構造体１６４（ＨＳＬＡ）構成部品の表面とが、相互に直接隣接する（つまり、同一平面となる）ため、これら構成部品の間の適合度が、溶接後に、大幅に改善される点にある。ここで留意すべきは、これらの概略が、上記の工程の例証であって、Ｎｉ／Ｃｒ層を添加することのできる方法のすべてを示唆しているわけではないことである。さらに、コスト効率が最も良いのは、Ｎｉ／Ｃｒ層が溶接部１６０の範囲を超過せず、溶接中にそのすべてが使い切られる場合である。しかしながら、模式的に示すために、それが、最終的なレーザ溶接部の範囲からはみ出しているように示されている。

次に、図１０を参照すると、上記の方法はさらに、第１の構造体１７２および／または第２の構造体１７４の上面に溶加材１７８を配置するステップを含む。この例の場合、第１の構造体１７２はＴＷＩＰ鋼であり、第２の構造体１７４はＨＳＬＡなどの低〜中炭素鋼であり、溶加材１７８はＳＴＳ３１０などの高Ｎｉ、高Ｃｒ溶加材合金層である。第１の構造体１７２は、第２の構造体１７４の隣に直接配置され、溶加材１７８は、特定の溶接領域で溶接される、第１の構造体１７２の上面に配置され、これにより、溶加材は、溶接される両構成部品の上にあることとなる。

各技術（図８〜図１０）では、レーザ溶接に特有の、溶接速度が速いという利点が活かされている。また、これらの各技術により、希釈率が、別に溶加材を添加することによって不適切となる可能性が排除される。例えば、適切な希釈率または混合率は、シェフラー状態図のオーステナイト系領域内の場合であり、不適切な希釈率または混合率は、マルテンサイト系領域内の場合である。レーザ溶接による融合部のサイズ（例えば、レーザ入力パワー、溶接速度などにもとづく溶接部の幅および深さ）は、良く理解されており、高い確率で再現可能である。この再現可能性のおかげで、ＴＷＩＰとＨＳＬＡ鋼との間にＮｉ／Ｃｒ合金層を設けて、このＮｉ／Ｃｒ合金の層によって、均一な希釈（レーザ溶接されたときに、オーステナイト系範囲に入る混合）を実現し、高い溶接速度でＮｉ／Ｃｒ合金層を得ることができることが可能となる。純Ｎｉを、オーステナイト系溶接部を得るのに十分な層内に配置してもよい。さらに、純ニッケルおよび純クロムは、合金化して溶接部となり、オーステナイト微細構造を獲得することができる。純ニッケルまたは大部分がニッケルの合金が、好ましいものの、６０％以下のＮｉおよび４０％以下のＣｒを含有する合金などの他の組成物も使用可能である。ＡＷＳ Ｅ３１０などの商用合金は、他の合金元素を含有しているが、これらも使用可能である。さらに、純Ｃｒを添加して、オーステナイト系溶接部の微細構造を獲得してもよい。Ｎｉ／Ｃｒの比率は、オーステナイト系溶接部の微細構造が獲得される限り、純粋極端値（ｐｕｒｅ ｅｘｔｒｅｍｅ）の間とすることができる。最善の比率は、最低のコストによってオーステナイト系微細構造を獲得する比率である。これは、どれくらいの溶加材が必要とされるのかについて、その成分（例えば、純Ｎｉまたは合金）にもとづいて計算することから推定することができる。一般に、ニッケル含有量の比較的高い合金が、好ましいとされているので、低炭素鋼とＴＷＩＰとを混合する場合は、ＴＷＩＰの濃度をより高くすべきである。ＴＷＩＰを介して溶接して、低炭素鋼への溶け込みを抑えることによって、必要最低限量の溶加材によって、オーステナイト系溶接部が形成される。さらに、Ｎｉ／Ｃｒの合金およびＦｅ／Ｎｉ／Ｃｒの合金を最適化して、物理的冶金学的特性を活かせるようにし、溶接速度および溶接状態を改善することができる。

さらに他の実施形態によれば、溶加材を添加しない他の接合法として、スポット溶接を用いることができる。この考えをＴＷＩＰまたはＨＳＬＡに適用することによって、他の方法では形成することの困難だった満足のいく溶接部を形成することができる。溶接される２つの構成部品の間の溶加材は、溶接される２つの構成部品と混合されることによって、スポット溶接強度を改善する
次に、図１１を参照すると、ニッケルおよびクロム（５０％のＮｉおよび５０％のＣｒ）を含有する溶加材の比率であって、溶接部中に所定のＴＷＩＰ濃度をもたらすのに必要な溶加材の比率を示す模式図が示されている。この図は、所望の溶接接合オーステナイト系微細構造を形成するために、適切な溶加材を選択する方法ステップ２４０で使用することができる。溶接部中の溶加材の比率は、まず溶加材の厚さに応じて、次に溶接条件（例えば、出力レベル、速度などの条件）に応じて決められる。溶接部中の低炭素鋼対ＴＷＩＰの比率は、溶接条件（例えば、出力レベル、速度などの条件）に応じて決められる。一般に、溶接部中のＴＷＩＰの濃度をより高くするには、溶加材の比率をより低くすることが求められる（例えば、０％のＴＷＩＰ（１００％の３４０ＸＦ ＨＳＬＡ）から１００％のＴＷＩＰ（０％の３４０ＸＦ ＨＳＬＡ）にする場合など）。溶接部中の溶加材が２６％以上の場合、溶接部中のＴＷＩＰの比率がいかなるものであろうと、溶接部はオーステナイト系となる。

図１２を参照すると、Ｎｉ（１００％のＮｉ）を含有する溶加材の比率であって、溶接部中に所定のＴＷＩＰ濃度をもたらすのに必要な溶加材の比率を示す模式図が示されている。この図は、所望の溶接接合部オーステナイト系微細構造を形成するために、適切な溶加材を選択する方法ステップ２４０で使用することができる。溶接部中の溶加材の比率は、まず溶加材の厚さに応じて、次に溶接条件（例えば、出力レベル、速度などの条件）に応じて決められる。溶接部中の低炭素鋼対ＴＷＩＰの比率は、溶接条件（例えば、出力レベル、速度などの条件）に応じて決められる。一般に、図８に示したように、溶接部中のＴＷＩＰの濃度をより高くするには、溶加材の比率をより低くすることが求められる（例えば、０％のＴＷＩＰ（１００％の３４０ＸＦ ＨＳＬＡ）から１００％のＴＷＩＰ（０％の３４０ＸＦ ＨＳＬＡ）にする場合など）。溶接部中の溶加材の量が２４％以上である場合、溶接部中のＴＷＩＰの比率がいかなるものであろうと、溶接部はオーステナイト系となる。

次に、図１４〜図１５を参照すると、第１の構造体３０２と、第２の構造体３０３と、シム３０４との、他の実施形態に係るレーザ溶接部３００が示されている。この例では、第１の構造体３０２は１片のＴＷＩＰ鋼であり、第２の構造体３０４は１片の３４０ＸＦ鋼であり、シム３０３はＨ−２１４合金シムストックである。Ｈ−２１４シムストック３０３は、図１５に示されているように、オーステナイトおよびマルテンサイトの組み合わせ微細構造を有する溶接部３００を形成すると予測される。

次に、図１６〜図１７を参照すると、第１の構造体４０２と、第２の構造体４０４と、シム４０３との、さらに他の実施形態に係るレーザ溶接部４００が示されている。この例では、第１の構造体４０２は、１片のＴＷＩＰ鋼を用いて形成されており、第２の構造体４０４は、１片の３４０ＸＦ鋼を用いて形成されており、シム４０３は、Ｎｉ−Ｆｅ合金シムストックを用いて形成されている。Ｎｉ−Ｆｅシムストック４０３は、図１５に示されているように、オーステナイトおよびマルテンサイトの組み合わせ微細構造を有する溶接部４００を形成すると予測される。

次に、図１８を参照すると、図１４、図１６のレーザ溶接部の重ね剪断強度、および溶加材（シムストック）を用いずに形成された、ＴＷＩＰと３４０ＸＦとのレーザ溶接部の重ね剪断強度を示すグラフが示されている。重ね剪断強度および延性は、溶加材（シムストック）を用いずにＴＷＩＰと３４０ＸＦとをレーザ溶接した場合と比べて、Ｈ−２１４シムストック３０３およびＮｉ−Ｆｅシムストック４０３を使用した両方の場合に、改善された。

次に、図１９〜図２１を参照すると、第１の構造体５０２と、第２の構造体５０４と、溶加材５０３とのハイブリッドレーザ溶接部が、図６および図７に以前示した方法を用いて、示されている。この例では、第１の構造体は、１片のＴＷＩＰ鋼を用いて形成されており、第２の構造体は、１片の３４０ＸＦ鋼を用いて形成されており、溶加材５０３は、ＳＴＳ３１０溶加材を用いて形成されている。ＳＴＳ３１０溶加材の添加によって、図２０に示されているように、オーステナイト系微細構造を有する溶接部５００が形成されると予測される。重ね剪断強度および延性が、溶加材（シムストック）を用いずに形成された、ＴＷＩＰと３４０ＸＦとのレーザ溶接部と比べて、ＳＴＳ３１０溶加材を用いるハイブリッド溶接法によって改善された。

上記の教示を考慮しながら、本開示に対して多くの修正および変形を施すことができる。したがって、具体的に記載した本開示以外にも、添付の特許請求の範囲内で、本開示を実施することができる。

次に図２Ａを参照してみると、シートアセンブリ１２が示されている。シートアセンブリ１２は、着席した搭乗者に快適さ、支え、および保護を提供するためのシートバック１４を含むことができる。シートベース２０は、シートバックに動作可能に接続されている。また、シートベース２０は、同様に、着席した搭乗者に快適さ、支え、および保護を提供する。ヘッドレスト１８が、シートバック１４の上端部に配置されている。シートアセンブリ１２は、シートバック１４およびシートベース２０に動作可能に接続されたリクライニング機構２２を含んでおり、これによって、シートベース２０に対してシートバック１４の位置を回転調節する機能が実現されている。シートアセンブリ１２は、トラックアセンブリ２４を用いて車両に固定されている。この例のトラックアセンブリ２４によって、着席した搭乗者の快適さまたは実用性のために、シートアセンブリ１２の調節機能、すなわち、シートアセンブリ１２の相対位置の移動機能が提供されている。シートアセンブリ１２を、トラックアセンブリ２４を介して、手動またはモータ駆動によって選択的に移動させることができる。シートバック１４は、例えば、フォームパッド、またはトリムカバーなどを含むことができる。シートバックはさらに、第１および第２のサイドボルスタを含むことできる。同様に、シートベース２０は、例えば、フォームパッド、またはトリムカバーなどを含むことができる。トリムカバーは、革、ビニール、または布などの様々な材料から作製することができる。図示されているシートアセンブリ１２は、通常、車両の前列で用いられる１人の搭乗者用のシートである。しかしながら、シートアセンブリ１２は、任意の車両内に用いられる任意のタイプのシート機能性を利用することのできる任意のシートアセンブリ（第２の列のベンチ、または第３の列のフラットシートなどのシートアセンブリ）に組み込むことができる。

図３を参照してみると、ステンレス鋼の溶接部の微細構造を予測するためのシェフラー状態図が示されている。鋼の化学成分は、この図にプロットされるニッケル（Ｎｉ）当量およびクロム（Ｃｒ）当量を求めるために使用される。この図にニッケル当量−クロム当量をプロットすれば、予期される微細構造を予測することができる。図３のシェフラー状態図を利用して、ステンレス鋼と低炭素鋼との溶接部の微細構造を、この溶接部に様々な溶加材を用いることによって、同定することができる。溶加材中のニッケル当量−クロム当量を調整して、オーステナイト系であり、したがって、強度特性および延性特性を有する微細構造を獲得することができる。ＴＷＩＰ鋼は、ステンレス鋼に分類されないものの、オーステナイト系ステンレス鋼と類似の特性を有している。したがって、シェフラー状態図はさらに、母材の微細構造だけでなく、これと他の鋼合金との任意の溶接部の微細構造を予測するためにも利用される。ＴＷＩＰ鋼と低炭素鋼とを溶接するために、シェフラー状態図を利用して、接合される材料の最初の化学成分およびその想定される性質にもとづいて、形成される微細構造を推定する。成分がマルテンサイト領域内に入る場合、溶接部は特定用途用としては脆弱となる。成分がオーステナイト領域に入る場合、溶接部は、車両のシートフレーム構造などの特定用途に適した強度および延性を有するようになる。成分が２重または３重の相領域に入る場合、脆性は、形成されるマルテンサイトの相対量に応じて決まる。金属溶接棒と不活性ガスによる（ＭＩＧ）およびタングステンと不活性ガスによる（ＴＩＧ）、低炭素鋼とステンレス鋼との溶接に適した溶加材が、市販されている。オーステナイト系微細構造を実現する、溶加材の成分が、選択される。

次に、図４を参照してみると、第１の構造体または被加工物１３２と、第２の構造体または被加工物１３４とのレーザ溶接部または接合部１３０の模式図。この例では、第１の構造体は１片のＴＷＩＰ鋼であり、第２の構造体は１片の（３４０ＸＦ高強度低合金（ＨＳＬＡ）鋼などの）低〜中炭素鋼である。レーザビーム１３６を溶接領域１３３に向けることによって、ＴＷＩＰ鋼と３４０ＸＦ ＨＳＬＡ鋼との両方を溶融させる。レーザエネルギーが取り去られると、混合物は凝固する。この溶接部１３０の微細構造は、シェフラー状態図上に溶接混合物をプロットすることによって予測することができる。結果として形成される溶接部１３０の微細構造は、脆弱なマルテンサイト構造となる。

次に、図６を参照してみると、溶接加材１４８を添加することによって形成されたレーザ溶接部または接合部１４０の模式図が示されている。レーザ溶接部１４０は、第１の構造体または被加工物１４２と第２の構造体または被加工物１４４との間にある。この例では、第１の構造体１４２は１片のＴＷＩＰ鋼であり、第２の構造体１４４は１片の３４０ＸＦ ＨＳＬＡ鋼である。このような条件の下、溶接加材１４８を溶接領域１４３に添加しながら、レーザエネルギーを溶接領域４３に適用する。レーザビーム１４６のエネルギーによって、ＴＷＩＰ鋼、３４０ＸＦ ＨＳＬＡ鋼、および溶接加材１４８は溶融する。レーザエネルギーが取り去られると、混合物は凝固して微細構造を形成する。例示的な一実施形態では、ニッケルおよび／またはクロム含有量のより高い溶接部１４０が形成され、これにより、微細構造が変化して、シート構造体（例えば、車両のシート、シートフレーム、シートベース、シートバック）などの特定用途、または構造が載荷部材として設計される他の用途により有利な微細構造が実現される。この材料を溶接部に３３：３３：３３（ＴＷＩＰ：ＨＳＬＡ：ＳＴＳ３１０）の比率で添加すると、溶接部の成分は、完全にオーステナイト系となり、溶接部１４０の強度は、ベースＴＷＩＰ鋼およびＨＳＬＡ鋼に匹敵するようになる。この工程の困難な点は、実際の溶接部の化学的性質（成分）が、添加される溶加材１４８の量に応じて影響を受ける点である。適切に希釈されないと、オーステナイトを求めていても、溶接部１４０は、マルテンサイトを形成することによって脆くなる場合がある。

次に、図７を参照してみると、溶加材１４８を用いた場合に、溶接部の微細構造が受ける影響を示すシェフラー状態図。ここでは、溶加材１４８は、３３：３３：３３の希釈率で溶接部に添加された第３の合金である。ここでは、第３の合金をＳＴＳ３１０溶加材と同一視する。ＳＴＳ３１０溶加材の有するニッケル当量−クロム当量によって、この合金は、このシェフラー状態図のオーステナイト系領域内に位置付けられる。したがって、溶接部１４０は、ＴＷＩＰ鋼、３４０ＸＦ ＨＳＬＡ鋼、およびＳＴＳ３１０の希釈物であり、したがって、オーステナイト系微細構造となる。オーステナイト系微細構造は、強固かつ延性であり、シート構造体（例えば、溶接されたシートフレーム、シートバック、シートベース）などの載荷部材として理想的である。

レーザビーム１４６を用いて、被加工物１４２、１４４の両方および溶加材１４８に同時に熱（エネルギー）を与える一方、レーザビーム１４６に対して溶加材１４８を完全に同期させて適切な速度で送り込みつつ交差させる。多くの場合に上記の構造がマルテンサイト系にならないようにし、溶接部が許容できないほど脆くならないようにするために、鋼材料の３３：３３：３３の比率が、溶接領域またはプール１４３に実現される。必要に応じて、溶接速度を遅らせて、接合部１４０への溶加材１４８の移動を調整する。溶加材１４８は、第１の構造体（ＴＷＩＰ鋼）１４２と第２の構造体（低炭素鋼）１４４との間に、混合物として添加される。十分なニッケルおよび／またはクロムを添加して、溶接部１４０が、溶接の完了後に、上記の図のオーステナイト領域内に確実に入るようにすることが重要である。これは、適切な量および純度の使用されるニッケルおよび／またはクロムを使用することによって制御することができる。シェフラー状態図によれば、領域が単一相系の場合、微細構造の１００％がこの相となる。領域が２相系の場合、各相の相対的比率は、直接この図からは分からない。しかしながら、一般に、微細構造が、図上の特定の境界領域（例えば、オーステナイト系、オーステナイト＋マルテンサイト系、オーステナイト＋フェライト系など）の近くにプロットされる場合、この微細構造における、その境界に対応する相の割合が、より高くなる。

Claims (15)

1. 鋼種の異なる車両シートをレーザ溶接する方法であって、
   第１の端部、反対側の第２の端部、外面、および内面を有し、かつ第１の鋼種から作製される第１のシート構造体を提供するステップと、
   第１の端部、反対側の第２の端部、外面、および内面を有し、かつ第２の鋼種から作製される第２のシート構造体を提供するステップと、
   前記第１のシート構造体の第１の端部を前記第２のシート構造体の第１の端部の隣に配置することによって、溶接領域を形成するステップであって、前記第１のシート構造体の第１の端部の少なくとも一部が、前記第２のシート構造体の第１の端部の少なくとも一部と重なる、ステップと、
   前記第１のシート構造体の第１の端部と、前記第２のシート構造体の第１の端部と、溶加材との溶接接合部を形成する成分を含有する前記溶加材を選択し、これにより、前記溶接接合部が、所定の微細構造を有するようにするステップと、
   前記溶加材を前記溶接領域の隣に配置するステップと、
   レーザビームを前記溶接領域に向けることによって、前記第１のシート構造体の第１の端部と、前記第２のシート構造体の第１の端部と、前記溶加材との溶接接合部を形成するステップであって、前記溶接接合部が、車両シートを形成するための所定の微細構造を有する、ステップと
   を含む方法。
2. 前記所定の微細構造が、少なくとも部分的にオーステナイト系である、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１のシート構造体が、ＴＷＩＰ鋼から作製される、請求項１に記載の方法。
4. 前記第２のシート構造体が、低〜中炭素鋼から作製される、請求項１に記載の方法。
5. 前記第２のシート構造体が、３４０ＸＦ高強度低合金鋼から作製される、請求項１に記載の方法。
6. 前記溶加材が、オーステナイト系のニッケル当量およびクロム当量を有するＳＴＳ３１０溶加材である、請求項１に記載の方法。
7. 前記第１のシート構造体の第１の端部および前記第２のシート構造体の第１の端部の間の前記溶接領域に、前記溶加材を配置するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
8. 前記第１のシート構造体の第１の端部および前記第２のシート構造体の第１の端部のうちの少なくとも一方の表面隙間の内部の、前記第１のシート構造体の第１の端部および前記第２のシート構造体の第１の端部の間の前記溶接領域に、前記溶加材を配置するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記第１のシート構造体および前記第２のシート構造体のうちの少なくとも一方の外面の前記溶接領域に、前記溶加材を配置するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
10. 前記第１のシート構造体、前記第２のシート構造体、および前記溶加材によって、オーステナイト系微細構造をもたらす３３：３３：３３の希釈率を有する溶接接合部が形成される、請求項１に記載の方法。
11. 前記溶加材が、前記第１のシート構造体と前記第２のシート構造体との間の前記溶接領域に配置されるＨ−２１４合金シムストックである、請求項１に記載の方法。
12. 前記溶加材が、前記第１のシート構造体および前記第２のシート構造体の間の前記溶接領域に配置されるＮｉ−Ｆｅ合金シムストックである、請求項１に記載の方法。
13. 前記第１のシート構造体および前記第２のシート構造体が接合されることによって、シートフレームが形成される、請求項１に記載の方法。
14. 鋼種の異なる車両シート構造体をレーザ溶接する方法であって、
    ＴＷＩＰ鋼から作製される第１のシート構造体を提供するステップと、
    ３４０ＸＦ高強度低合金鋼から作製される第２のシート構造体を提供するステップと、
    前記第１のシート構造体を前記第２のシート構造体の隣に配置することによって、溶接領域を形成するステップであって、前記第１のシート構造体の少なくとも一部が、前記第２のシート構造体の少なくとも一部と重なる、ステップと、
    前記第１のシート構造体と、前記第２のシート構造体と、ＳＴＳ３１０溶加材との溶接接合部を形成する成分を含有する前記溶加材を選択し、これにより、前記溶接接合部が、オーステナイト系微細構造を有するようにするステップと、
    前記溶加材を前記溶接領域の隣に配置するステップと、
    レーザビームを前記溶接領域に向けることによって、前記第１のシート構造体と、前記第２のシート構造体と、前記溶加材との溶接接合部を形成するステップであって、該溶接接合部が、オーステナイト系微細構造を有する、ステップと
    を含む方法。
15. 前記第１のシート構造体、前記第２のシート構造体、および前記溶加材によって、オーステナイト系微細構造をもたらす３３：３３：３３の希釈率を有する溶接接合部が形成される、請求項１４に記載の方法。

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