JP2017531560A - 鋼のブランクの溶接 - Google Patents

Abstract

第１及び第２の鋼のブランクを接続し、少なくともブランクの１つはアルミニウムを備える方法。それぞれのブランクのために磁性材料で作られた支持体を提供し、支持体は中心空間によって、隔てられ離れて配置され、１つの支持体の周りのコイル巻線を提供し、磁束の経路を閉じる接触領域を画定し、第２のブランクに面する第１のブランクの端部が、第１のブランクに面する第２のブランクの端部が接せられるように、１つの支持体上に第１のブランクを、他の支持体上に第２のブランクを配置することを備える方法である。さらに、コイル巻線に交流電流を印加する間、接触領域にレーザビームを照射することを備え、交流磁場が、実質的にブランクの１直線の方向に接触領域に渡って作り出される方法。

Description

本出願は、２０１４年１０月１５日に出願された欧州特許出願１４３８２３９４．６の利益を主張する。

本開示は、２つの鋼のブランクを接合する方法に関し、より特別な鋼のブランクは、少なくともアルミニウムまたはアルミニウム合金の層を備える。本開示は、さらにこれらの方法を実施するための道具、及びこれらの方法のいずれかによって得られるまたは得ることが可能な生産物に関する。

例えば、自動車工業における重量を減らす要求は、軽い材料、製造過程、道具の開発や実施につながってきた。乗員の安全に関する関心の高まりは、衝突の間、エネルギの吸収を改良する一方で、自動車の完全性を改良する材料の採用につながってきた。そのような意味で、高強度及び超高強度の鋼（ｕｌｔｒａ−ｈｉｇｈ−ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｓｔｅｅｌ（ＵＨＳＳ））で作られた自動車の部品は、しばしば軽量の構造物のための基準を満足するために用いられる。

超高強度の鋼（ＵＨＳＳ）は、単位重さあたりの最適化された最高の強度と、有利な成形性の特性を示す。これらの鋼は、良好な機械的特性を与え、特に自動車の部品における鋼のブランクを形成するために使われる典型的なホットスタンピング工程を特にそれらに適合させる、熱処理後の微細構造を成し遂げるために考案される。いくつかのホットスタンピング工程において、ボロンの鋼のシートが、１５００ＭＰａ以下の引張強度で、ＵＨＳＳ特性をもつスタンプされた部品を作るために使われる。他の材料と比較して強度が増加すると、使われるゲージ材料をより薄くし、コールドスタンプされた軟鋼の部品よりも重さを節約する結果をもたらす。

ホットスタンピングに使われるＵＨＳＳから作られることが可能な、典型的な自動車部品は、ドアのはり、バンパのはり、断面／側面部材、フロント／センタ ピラー補強材、及びウエストレール補強材を含む。

構造上の必須条件に関する一方、部品の重さを最小にすることのさらなる試みにおいて、いわゆる「仕立てられたブランク」（ｔａｉｌｏｒｅｄ ｂｌａｎｋ）技術が使われてもよい。これらの技術において、部品は、厚さ、大きさ、特性の異なるいくつかのブランクの「端部から端部」を溶接することによって得られる複合金属ブランクから作られるかもしれない。少なくとも理論的に、この種の技術を使うことにより、材料は最適に使用されるかもしれない。厚さが異なるブランクが、接続されるかもしれず、または鋼のブランクは、例えばそれらが必要とされるそれぞれの材料の特別な性質を使っている、被覆された鋼のブランクと接続されるかもしれない。

同様に、いくつかのブランクが「端部から端部へ」溶接される必要はなく、代わりにブランクの部分または完全な重なりが使われていてもよい「寄せ集め」（ｐａｔｃｈｗｏｒｋ）ブランクが知られている。

ホットスタンピング工程の間、ブランクは、積極的に大気にさらされるため、鋼は、通常、腐食、酸化、脱炭及びスケール形成を避けるためにコーティングが施される。２２ＭｎＢ５鋼は、通常、アルミニウム−シリコン被膜がされている。例えば、Ｕｓｉｂｏｒ（登録商標）１５００Ｐは、商業的にＡｒｃｅｌｏｒ社から入手可能であるが、アルミニウムシリコン（ＡｌＳｉ）被膜で被覆されたボロン合金鋼であり、仕立てられた、寄せ集めブランクで通常使われる鋼の例である。

Ｕｓｉｂｏｒ（登録商標）１５００Ｐは、フェライト−パーライト相で供給される。同種のパターンが繰り返される微粒子構造である。機械的特性は、この構造に関連する。ホットスタンピング工程、およびその後に続く焼き入れの加熱後、マルテンサイト微細構造が作り出される。結果として、最大強度及び引張強度は著しく増加する。

Ｕｓｉｂｏｒの組成物は、下記のように重量パーセントでまとめられる（残りは鉄（Ｆｅ）及び不純物）

前述のように、Ｕｓｉｂｏｒ１５００は腐食及び酸化の損傷を避けるためにアルミニウム−シリコン（ＡｌＳｉ）被膜がある。しかしながら、この被膜は、その溶接行動に関連して重要な不都合な点を有する。もし、Ｕｓｉｂｏｒブランクがいかなるさらなる方策もなく溶接されるならば、被膜のアルミニウムは、溶接領域に入り込み、これにより、結果となる部品の機械的特性を重度に減少させ、溶接領域における弱い裂け目の可能性を増加させることになる。

この効果を避けるまたは少なくとも最小化するために、レーザアブレーションによって溶接の裂け目に近い領域の被膜を部分的に（または完全に）除去することが知られている。しかしながら、これにより、（仕立てられた）ブランクおよび自動車部品の製造工程において追加の段階が生じる。さらに、この追加の段階により、廃棄されるべき部分の数が高められた複雑な品質の工程が必要となる。これにより溶接段階のコストが増加し、工業的に技術の競争が限定される。

ここで、ブランクは、１以上の工程段階（変形、機械加工、表面処理、またはその他）を、まだ、経なければならない品物として見なされるかもしれない。これらの品物は、実質的に平らなプレートまたはさらに複雑な形状を有するかもしれない。

独国特許１０２００７０２８９５６号(特許文献１）は、溶接の裂け目でおおよそ水平な溶接のための方法及び器具を記載している。

欧州特許２７３７９７１号（特許文献２）は、厚さと材料の異なるブランクを接続することによって作製された、仕立てられ溶接されたブランク、その作製方法および、それらを用いたホットスタンピングした部品、を記載している。

独国特許１０２００７０２８９５６号 欧州特許２７３７９７１号

それゆえ、前述の不利な点を避けるまたは少なくとも部分的に減らす、アルミニウムまたはアルミニウム合金の層を少なくとも有する鋼のブランクを接続する方法が必要である。

第１の態様において、開示により、第１の鋼のブランク及び第２の鋼のブランクを接続し、第１及び第２のブランクうち少なくとも１つは、アルミニウムまたはアルミニウム合金の層を備える方法が提供される。それぞれの鋼のブランクのための、支持物を提供することを備え、支持物は、磁性材料で作られ、それらの間に提供された中心空間によって隔てられ離れて配置される方法である。コイル巻線は、少なくとも支持物の１つの周りに提供される。使用している間、第１及び第２のブランクの中を通って支持体の間で磁束の経路を閉じる接触領域を画定し、第２のブランクに面する第１のブランクの端部は、第１のブランクに面する第２のブランクの端部に接せられるように１つの支持体に第１のブランクと他の支持体に第２のブランクを配置し、レーザシステムを提供することを備え、レーザシステムは、１以上の光学素子とレーザビームを発生するレーザ源を備える方法である。さらにレーザシステムを用いて、接触領域にレーザビームを照射し、一方で、交流磁場が実質的に一方のブランクから他方のブランクの方向へ接触領域に渡って発生するように、コイル巻線に交流電流を流すことを備える方法である。

この態様によれば、磁性材料によって作られている支持体（そして、空間を空けて離れて配置された）に配置され、接触している鋼のブランクを持ってくることによって、磁束のためのポテンシャルの経路は、ブランクに渡って支持体の間で閉じられる。コイル巻線に交流電流を流すことによって、交流磁場は、鋼のブランクを横切る支持体に起きる。磁場の強さは、磁性支持体の周りにコイルを巻くことで増加する。磁場は、ブランクの幅に渡って、与えまたは与えられるかもしれない。

交流磁場が、レーザビームと同時に与えられたとき、ブランクの部分（接触領域）が液相になり、磁場は、ブランクを横切る（レーザとともに動くのではなく、ブランクの幅に渡って）。ブランクが実質的に平らであるときに、磁場は、それゆえ、実質的にブランクと一体となった一直線と考えられる。

一般に、レーザは、実質的にブランクに垂直に狙われるかもしれない。交流磁場は、それゆえ一般的に実質的にレーザに垂直であるかもしれない。

磁性材料の液相において、交流磁場があると、非磁性材料がいかなる変化も気付かない一方で、液相に存在する磁性粒子の再編成に影響を与える。交流磁場の強さにより、磁性粒子を引き込むようになる。つまり、他の言葉に置き換えれば、磁性粒子は、継続的な横の再配列にあることができる。反対に、非磁性粒子は実質的に交流磁場を意に介せず、それゆえ、まだとどまり、そして重力によって落ちる。実質的に非磁性粒子であるアルミニウム粒子は溶接の機械的特性をそれゆえ高める接触領域からそれゆえ取り除かれ、または少なくとも部分的に取り除かれることにつながる。

例えば被覆された鋼のブランクが溶接された時、いくつかの既存の技術の方法で提案されているように、アルミニウムまたはアルミニウム合金を取り除く必要がある。これにより、中間の工程段階がさらに必要とされないため、製造工程が速く安くなる。

アルミニウム合金は、ここでアルミニウムが主たる元素である金属合金として理解されることである。

いくつかの実施例において、第１のブランク及び／または第２のブランクは、例えばＵｓｉｂｏｒブランクのように、アルミニウムシリコンでコーティングされたボロン合金鋼から作られてもよい。

ここで以前に記載された方法は、２つのブランクを接続する端部により、例えば仕立てられたブランクを形成するために使われてもよい。ブランクの一方または両方のブランクは、アルミニウムまたはアルミニウム合金の層を備える被膜を有する鋼の基材を備えていてもよい。特に、ＡｌＳｉ被膜は、使われるかもしれない。他の例は、Ｄｕｃｔｉｂｏｒ（登録商標）ブランクの使用を含む。

第２の態様として、本開示は、第１の鋼のブランクと第２の鋼のブランクを接続し、少なくとも第１または第２のブランクの１つは、アルミニウムまたはアルミニウムの合金の層を備える道具を提供する。道具は、第１のブランクを備える第１の支持体と第２のブランクを備える第２の支持体を備え、第１及び第２の支持体は、磁性材料で作られ、それらの間に提供された中心空間によって隔てられ離れて配置されている。道具はさらに、第１及び第２の支持体のいずれかの周りに提供される第１のコイル巻線を備える。第２のコイル巻線は、さらに第１及び第２の支持体の他方の周りに提供されてもよい。第１及び第２のコイル巻線は、交流電流がそれらに与えられたとき、発生された磁場が反転するように配置されていてもよい。

第３の態様において、本開示は、製品を形成する方法を提供する。ここで記載された方法のいずれかによって第１及び第２の鋼のブランクを接続する方法を含むブランクを形成し、そして続けて、ブランクを加熱し、そして加熱されたブランクを熱で変形し、そして最後に焼き入れをすることを備える方法である。加熱は、変形の前に加熱炉で熱処理することを含むかもしれない。加熱変形は、例えば、ホットスタンピングまたは深絞りを含んでいてもよい。

そしてさらなる態様において、第１の鋼のブランクと第２の鋼のブランクを接続し、ここで、第１及び第２のブランクの少なくとも１つは、アルミニウムまたはアルミニウム合金の層を備える別の方法が提供される。交流磁場源を提供し、第１のブランクの端部が第２のブランクの端部に面するように、溶接線が、溶接されるべき第１のブランクと第２のブランクの端部に沿って画定されるように、第１のブランクと第２のブランクを提供することを備える方法である。さらにレーザシステムを提供し、レーザシステムは、１以上の光学素子とレーザビームを発生するためのレーザ光源を備え、レーザシステムを使ってレーザビームを溶接線に沿って照射し、実質的に続けて、実質的に一方のブランクから他方のブランクの方向へ、溶接線に渡って磁束を生成する交流磁場源を稼働させ、ここで、磁場は磁性元素が落ちない一方で、アルミニウム元素が落ちるようになることを備える方法である。

さらなる態様において、本開示は、実質的にここで以前に記載された方法のいずれかによって得られるまたは得ることができるブランク及び製品を提供する。

概略的に、実施例による第１及び第２の鋼のブランクを接続するための道具を描く。 図２ａ−２ｂは、アルミニウム層と一体化する鋼のブランクを接続するための工作機械の据え付けの別の例を示す。 図３ａ−３ｂは、アルミニウム層と一体化する鋼のブランクに接続するための工作機械の据え付けのさらなる例を示す。 図４ａ−４ｂは、アルミニウム層と一体化する鋼のブランクを接続するための工作機械の据え付けのまださらなる例を示す。 図５ａ−５ｂは、アルミニウム層と一体化する鋼のブランクを接続するための工作機械の据え付けのまださらなる例を示す。

本開示の限定されない例は、添付された図を参照することで次に記載される。

図１は、概略的に第１の鋼のブランク１０及び第２の鋼のブランク１１を接続するための方法を実施する道具の部分を描く。この例において、２つのブランクは、例えば端部から端部へ溶接することを使用して、端部が接続されることになる。さらにこの例では、両方のブランクは、例えばＵｓｉｂｏｒ（登録商標）１５００Ｐのようなボロン合金の被覆された鋼から作られ、厚さが異なっていてもよい。変形例では、他の鋼のブランクが使われてもよい。さらに変形例では、両方のブランクは同じ厚さを有していてもよい。

道具は、第１のブランク１０を支持する第１のテーブル２０及び第２のブランク１１を支持する第２のテーブルを備える。第１及び第２のテーブルは、鋼または他の磁性のまたは磁化可能な材料で作られていてもよい。テーブル２０及び２１はそれらの間に提供される中心空間３０によって隔てられ離れて配置されていてもよい。描かれた例では、２つのブランクは、実質的に同じ平面で配置される。さらに描かれていない例では、ブランクは、それらの間に角度を持って配置されることができる。

２つのブランクを接続するここで以前に記載された方法を実行すると、ブランクが磁性材料で作られたテーブルに配置され、ブランクが、お互いに接せられたとき、磁束の可能な経路は、ブランクの中を通ってテーブルの間で閉じられる。さらに磁束の可能な経路は、テーブルとテーブル２０、２１の下側（ブランクが支持されるのとは反対側）に接触する場所に置かれる道具の下側基部３３の間でも閉じられるかもしれない。この場合において、下側基部３３は磁性のまたは磁化可能な材料で作られることができる。

第１のコイル巻線４０は、第１のテーブル２０の周りに提供されてもよく、そして、第２のコイル巻線４１は、第２のテーブル２１の周りに提供されてもよい。この例においては、交流電流が両方のコイル巻線４０、４１に流れたときに、発生される磁場が逆になるように気をつけるべきである。Ｎ極とＳ極はそれゆえ、２つのコイルで反対方向に発生する。それゆえ、磁束の経路は、ブランクを通ってＮ極からＳ極へ、支持体の下側を通ってＮ極からＳ極へ効率的になる。

図２ａから４ｂはアルミニウム層を備えるブランクを接続する道具のさらなる例を示す。これらの図に示される例において、同じ符号は対応する要素を指し示すために使われる。これらの例において、ブランクは、端部が接続されるようになり、ブランクは、図１の例のように厚さが異なる。さらに描かれない例において、ブランクは、同じ厚さを有するかもしれず、及び／またはそれらの間で角度を持って配置されていてもよい。

図２ａ−２ｂの例は、単一のコイル巻線４１’が例えば、第２のテーブル２１’の周りに提供されているかもしれない点で、図１のそれとは異なる。さらなる例において、単一のコイルは、交流電流が、交流磁場を発生するためのコイル巻線に与えられることである限りは、第１または第２のテーブル２０’、２１’のいずれかの周りに提供されることができた。これらの例においては、下側基部３３は、図１の例との連結で説明されるようなテーブル２０、２１’の下側（ブランクが支持されているのとは反対側）に接触するように提供されていてもよい。下側基部３３は、磁性のまたは磁化可能な材料で作られることができる。これらの場合において、交流電流が単一コイル４１’に与えられたとき、Ｎ極とＳ極は、コイル４１’の反対側に発生するであろう。磁束の経路はそれゆえ矢印Ａ１、Ａ２、Ｂ１、及びＢ２で示され、周期的にその方向を反転し、磁場を生成する電気の変化の流れに従う。磁束の経路は、それゆえブランク１０、１１（矢印Ａ１及びＢ１）の中を通って、及び下側基部３３（矢印Ａ２及びＢ２）の中を通ってテーブル２０、２１’の間で閉じられている。

図３ａ−３ｂの例は、下側基部がテーブル２０、２１の間で提供されない点で図１とは異なる。これらの例において、図１の例と同様に、交流電流がコイル巻線４０、４１へ与えられたときに発生された磁場が反対になるように注意すべきである。この方法では、Ｎ極とＳ極は２つのコイル巻線４０、４１の反対側へ発生するであろう。磁束の経路は、矢印Ｃ１及びＣ２で表され、それゆえ、周期的にその方向を反転し、磁場を発生するコイルを通して円運動をする電気の変化の流れに従うだろう。磁束の経路は、それゆえブランク１０、１１の中を通るのみ（矢印Ｃ１及びＣ２）のテーブル２０、２１の間で形成されることができる。

図４ａ及び４ｂの例はコイル巻線４０、４１が、例えば、連結ケーブル６０によってお互いに連結されてもよい点で、図３ａ、３ｂのそれとは異なる。コイル４０、４１は、それゆえ、交流電流が印加されたときに、Ｎ極とＳ極がコイル巻線４０、４１のそれぞれの自由終端に発生するように直列に連結される。これらの例によると、自由終端４０１、４１１は、ブランク１０、１１に面して提供されてもよく、そして、連結ケーブル６０は、それぞれのコイルの他の端部に接続してもよい。磁束経路は、矢印Ｄ１及びＤ２で表され、周期的にその方向を反転し、磁場を発生するようにコイルを通って円運動をする電気の変化の流れにもよることができる。磁束の経路は、それゆえブランク１０、１１の中を通るのみ（矢印Ｄ１及びＤ２）のテーブル２０、２１の間で形成されることができる。

さらに、変形例では、第１の支持体（例えば「テーブル２０」）、第２の支持体（例えば「テーブル２１」）及び下側基部は一体的に形成されてもよい。

すべての場合において、道具は、さらにレーザビーム（概略的に矢印５０で示される）が射出されるレーザヘッドを有するレーザ溶接装置を備えていてもよい。この例では、レーザシステムは、レーザビーム５０が実質的にブランクの伸びている方向に垂直な方向にブランク１０、１１に照射されるように配置されることができる。変形例において、レーザビームは、斜めの方向でブランクに照射されてもよい。

任意に、コレクター板３１は、交流磁場が与えられた時に前述したように実質的に重力によって落ちるかもしれないアルミニウム粒子を集めるために中心空間３０に提供されてもよい。いくつかのこれらの場合において、コレクター板は鋼で作ることができる。いくつかの場合において、下側基部３３の上に配置されてもよい。

いくつかの実施例において、道具は、さらにそれぞれのテーブル２０、２１、２１’のそれぞれの上側（ブランクが支持されるためにある）に関連し、使用中にそれぞれのクランプがブランク１０、１１を支持されているテーブル２０、２１、２１’に押しつけるように配置されたクランプ（図示せず）を備えていてもよい。

ブランクを接続するために、レーザビームは、ブランクの端部を加熱し、端部を溶かす。交流電流は、コイルに渡って、交流磁場を作るように両方のコイルに印加される。コイルと電流は、１つのコイルに作られた磁場が他のコイルに作られた磁場と反対方向であるようにされる。

第１のコイル（第１の支持体において）、第２のコイル（第２の支持体において）に渡る磁場、ブランク及び基部は、それゆえ磁束の方向が何度も変化する閉じた円を形成することができる。端部に溶かされた「磁性の」粒子は、何度も変化する磁場に気付き、続けてそれに従い再配置される。アルミニウム粒子は、しかしながら、磁場によって影響されず、すなわち、それらは、まだ残り、それゆえ溶接領域から落ちる。それらは、コレクター板３１に収集することができる。

いくつかの実施例において、交流電流の周波数は、例えば５０Ｈｚまたは６０Ｈｚである。これらは、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚは、地形による、電気の送電網の通常の周波数であるので、非常に単純であることを意味する。

図５ａ及び５ｂは、アルミニウム層を備えるブランクを接続するための工作機械の据え付け及び方法のさらなる別の例を示す。これらの図で示される例において、同じ符号は、対応する要素を指し示すために使われている。

この例においては、ブランクは、端部で接合されることであり、同じまたは異なる厚さを有してもよい。さらに変形例において、ブランクは、それらの間において角度をつけて配置されてもよかった。

この例において、２つの磁石Ｅ１、Ｅ２は、ブランク１０、１１のそれぞれの底部に配置することができる。その代わりに、磁石、または複数の磁石は、ブランクのそれぞれの下に配置してもよい。これらの磁石は電磁石であってもよい。

示された例において、溶接することによって接続されるブランク１０、１１の端部は、溶接線を画定するそれぞれに当たる。他の例においては、ブランクの端部の間に裂け目があってもよい。そのような裂け目は、溶接線を画定するための適切な充填材料で満たされてもよい。

磁石は、溶接線の領域に磁場の磁力線が実質的に溶接線に垂直に配置されるように、配置される。電磁石の場合において、それらは、ＤＣまたはＡＣ源に接続されていてもよく、使用中に、（周期的にその方向に戻る流れの変化による）逆になる（矢印Ｆ１，Ｆ２）磁場を発生するために逆にされたそれらの極性に配置されてよく、それゆえ、すなわち、矢印Ｆ１からＦ２及びその逆のような、ブランク１０、１１を通る磁束の方向を絶えず変化することが生じる。

溶接領域において、渦電流がレーザの照射において、変化する磁場の結果として発生してもよい。交流磁場Ｆ１、Ｆ２の強さは、（例えば、同時にレーザ熱の照射によって作り出された）ブランク１０、１１の液相を横切るとき、磁気素子または磁性粒子のローレンツ力が、磁性粒子を上に押し上げることは重要であるという結果になることができる。実質的に非磁性であるアルミニウム粒子は、これらのローレンツ力によって影響されない。この様にすることによって、アルミニウム粒子は、それゆえ磁性粒子が一緒に溶接されている一方、落ちるかもしれない。これは、アルミニウム層を備える２つのブランクがアルミニウムを取り除く余分な段階を経ずに一緒に溶接されることができることを意味する。

これをすることによって、磁場の強さは、磁気素子／粒子に影響を与えるよう十分に強く、アルミニウム粒子／素子に影響を与えないよう十分に弱く、注意深く選択されることになる。この磁場の強さは、電流を制御すること、交流磁場の周波数、及び例えば、溶接領域の距離やブランクの厚さによって制御されることができる。

図２ａ−４ｂの例において、磁場の強さは、さらにそれぞれのコイルを巻く数によって決まる。

いくつかの実施例において、道具はさらに磁場（電磁石）からコイル巻線を保護するために、コイル巻線があるまたはないテーブルに面した少なくとも側面において、中心空間を部分的に閉じる保護プレート３２を備えていてもよい。保護プレート３２は、実質的にブランク１０、１１に面するＣの開口、Ｃ形状を備えていてもよい。いくつかの場合において、保護プレートは鋼で作られてもよい。

いくつかの実施例において、レーザシステムは、３ｋＷから１６ｋＷの間、任意に４から１０ｋＷの間の出力を有するレーザを備えていてもよい。レーザの出力は、ブランクの接触する領域を溶かすに十分であるべきであった。好ましくは、接触領域は、アルミニウムが同様に、厚さ全体から取り除かれるようにブランクの厚さ全体に沿って溶かされる。

発明者らは、３ｋＷ−５ｋＷが典型的なブランク（典型的な厚さの範囲は０．７−４ｍｍ）を溶かすのに重要であるかもしれないことを発見した。範囲の上限に向かって溶接の出力を増加すると、溶接速度が上がるかもしれない。

交流磁場が生じると、ブランクにおけるレーザによって発生される温度が上がる。このように温度が上がると、湿度が減少し、それゆえ溶接が改善するのに役立つかもしれない。

任意に、Ｎｄ−ＹＡＧ（ネオジウムドープのイットリウムアルミナガーネット）レーザが使われてもよい。これらのレーザは、商業的に入手可能であり、実績のある技術を構成要素とする。この種類のレーザは、ブランクの領域を溶かすために十分な出力を有し、レーザの焦点の幅、それゆえ溶接領域の幅を変えることができる。「スポット」の大きさを小さくすることにより、エネルギ密度が上昇し、一方、スポットの大きさを大きくすると溶接工程の速度を上げることができる。溶接スポットは、非常に効率的に制御することができ、ツインスポット溶接及び波状のスポット溶接を含む様々な種類の溶接がこの種類のレーザで可能となるかもしれない。いくつかの実施例において、ヘリウムまたはヘリウム系ガスのような遮蔽ガスが用いられてもよい。遮蔽ガスの流量は、例えば１Ｌ／ｍｉｎから１５Ｌ／ｍｉｎで変化させることができる。

変形例において、十分な出力のＣＯ_２レーザが使われてもよい。

いくつかの実施例において、溶接は、ツインスポット溶接を備えていてもよい。ツインスポット溶接において、溶融及び溶接は、２つの焦点で同時に起こる。２つのスポットは、溶接方向に対し、平行（平行なツインビームスポット）または垂直（垂直なツインビームスポット）に一直線に並べられてもよい。垂直なツインスポットは、広い溶融したプールをもたらし、少なくとも、理論的に、広い加熱領域のせいでキーホール溶接の代わりに対流溶接を生じさせることができた。平行なツインスポット（他の背後の１つ）は、溶接の間、より低い熱の勾配を伝達する。

平行なツインスポット溶接の態様は、材料がさらされる熱勾配が減らされているものである。垂直なツインスポット溶接の態様は、溶接領域が拡大されているものである。発明者らは、両方のこれらの配置を試み、両者は満足に働くことができることを見つけた。

いくつかの変形例において、溶接は、波状のスポット溶接を備えてもよい。波状のスポット溶接において、溶接スポットは、動的にレーザを反射する鏡の振動によって変化することができる。

ツインスポット溶接を用いる例において、レーザ出力は、２つの溶接スポットの間で等しくまたは等しくなく分けることができる。

少なくとも１つのブランクがアルミニウムまたはアルミニウム合金の層を備える、２つの鋼のブランクを接続するここで以前に記載された道具を用いることによって、溶接の前にアルミニウム層を取り除く必要がなく、製造を単純にし、その速度を上げることができる。これにより、かなりのコストを下げることができる。

Ｕｓｉｂｏｒブランクの標準な処理は、（特に）基礎鋼のオーステナイト化をもたらす例えば加熱炉において得られたブランクを加熱することになるであろう。それから、ブランクは、バンパはりやピラーを形成するためのホットスタンピングをするかもしれない。加熱変形後の焼き入れの間に、機械的な特性を満足しているマルテンサイト微細構造がそれゆえ得られるかもしれない。標準的な処理は、それゆえ、個々で提案された鋼のブランクを接続する方法によっていかなる影響も受けない。

今までのところ、ここで描かれたすべての実施例において、平らなプレートの形状のブランクは、一緒に接続される。それゆえ、形成され仕立てられる溶接されたブランクは、以前に記載した同じ変形と加熱処理を受けてもよい。ここで開示された方法と道具の例は、異なる形状のブランクにも適用されてもよいことは明白であるべきである。

さらなる例において、接触領域に金属粉を供給する間に溶接がされてもよい。金属粉は、それゆえ、液相でブランクと混合されてもよい。いくつかのこれらの実施形態において、金属粉は、ガンマ生成元素面（面心立方構造元素）を含む鉄ベースの粉を含んでいてもよい。この金属粉は、ブランクの表面の欠陥を隠すために使うことができる。いくつかの場合において、金属粉は、きれいな製造工程を確保するために管を通して与えることができる。

金属粉がブランクを一緒に押しつける必要性を減らすために役立ってこともできる。裂け目がブランクの間にあるとき、いくつかの道具（例えば油圧）を一般にブランクを一緒に押しつけるために使うことができる。そのような道具は、しかしながら維持するためにコストがかかるかもしれない。ブランクの間の裂け目が大きすぎる（例えば０．１５ｍｍよりも大きい）場合、レーザ溶接は、使うことができなかった。

金属粉を提供することによって、変化する電磁場の結果、橋を、２つのブランクの間で形成することができる。金属粉の橋を、変化する磁場のために、落ちることなくブランクの間に維持することができる。これにより、それゆえ、ブランクを一緒に押しつける必要性が減り、以前不可能であったレーザ溶接を使うことができるかもしれない。

そのような場合において、センサシステムを、ブランクの間の距離を測定するために配置してもよい。金属粉を、選択的に、ブランクの間の裂け目に応じて供給することができた。

さらにこれらの例において、ガンマ生成元素を含む鉄ベースの粉を使うとき、溶接領域に導入し、あらゆるアルミニウムが残っている場合の溶かされたアルミニウムと混合してもよい。これにより、アルミニウムが少量残っている場合でさえ、ホットスタンピングのような熱変形工程の後に機械的特性が強化されるかもしれない。相対的にアルミニウムがほとんどないガンマ生成元素を含む鉄ベースの粉の混合物は、加熱の間、オーステナイト（ガンマ相鉄、γ−Ｆｅ）を得ることにつながる。そして、熱変形後の焼き入れの間、機械的強度を満足するマルテンサイト微細構造をそれゆえ得ることができる。

ガンマ生成元素は、ここで、すなわちオーステナイト相のような、ガンマ相を促進する化学元素として理解されるべきである。ガンマ元素を、ニッケル（Ｎｉ）、炭素（Ｃ）、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）及び窒素（ｎ）を含む群から選ぶことができる。他の要素は、例えば、硬度を上げる（モリブデン（Ｍｏ）が適当な元素かもしれない）及び／または耐腐食性（場合においては、シリコン（Ｓｉ）及びクロム（Ｃｒ）が適当な化学成分かもしれない）のような金属粉の組成物を考慮に入れてもよい。

粉体におけるガンマ生成元素の量は、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ａｌ及びＴｉ（チタン）のようなアルファ生成元素の存在を埋め合わせるために十分であるかもしれない。アルファ生成元素は、アルファ鉄（フェライト）の形成を促進する。これにより、ホットスタンピング及び焼き入れ後の結果である微細構造が母材内のマルテンサイト−ベーナイト及びデルタフェライトを含むように、機械的特性を減少させることにつながる。

いくつかの実施例において、粉の粒子径は、２０ミクロンから１８０ミクロンの間、そして任意に２０から１２５ミクロンが使われる。任意に、粉の平均粒子径は４５から９０ミクロンまたは５０から８０ミクロンであってもよい。発明者らは、これらの粒子径は、溶接領域の貫通を強化し、粉を混合することにつながることを発見した。完全な溶接領域の至る所で十分に混合されると、最終製品の機械的特性が強化される。

いくつかの実施例において、鉄ベースの粉は、重量パーセントで、０％から０．０３％の炭素、２．０から３．０％のモリブデン、１０％から１４％のニッケル、１．０から２．０％のマンガン、１６から１８％のクロム、０．０から１．０％のシリコンと残りの鉄と不純物の組成を有していてもよい。発明者らは、この混合物の粉が、すなわち、ホットスタンピング及び焼き入れ後の最終製品のとても満足する機械的特性と耐腐食性につながることを発見した。

ブランクを溶かすことと、交流磁場を与えることの概念実証の主要な試験の後、大規模な実験が発明者らによって行われ、Ｕｓｉｂｏｒ１５００から作られたサンプルが壊れているのを見つけた。溶接の後、結果としたブランクは、加熱変形及び焼き入れを含む「通常の処理」がなされた。この後、標準の引張強度のためのテストサンプルは、結果となる製品から切られていた。溶接領域でのＭＰａの最大抗張力（ＵＴＳ）が、使われている本来のＵｓｉｂｏｒブランクのそれよりさらに高かったので、結果は、サンプルの破損は、溶接の外で起こることを示している。これにより、溶接領域が、基礎材料より強いことを意味するため、特によい性能であると見なされるかもしれない。

完全性の理由のために、本開示の様々な態様は、次の項目において提示される。

項目１．
第１の鋼のブランク及び第２の鋼のブランクを接続し、少なくとも第１及び第２のブランクの１つがアルミニウム、またはアルミニウム合金を備える方法であって、
交流磁場源を提供し、
第１のブランクの端部が第２のブランクの端部に面し、溶接線が第１及び第２のブランクの端部に沿って画定されるように第１のブランクと第２のブランクを提供し、
レーザシステムを提供し、レーザシステムは、１以上の光学素子とレーザビームを発生するためのレーザ光源を備え、
レーザシステムを用いて溶接線にレーザビームを照射し、実質的に同時に、
実質的に１つのブランクから他方の方向へ、溶接線に渡って磁束を発生する交流磁場源を稼働し、磁場が、磁性要素が落ちない一方、アルミニウムが落ちるようになっていることを備える方法。

項目２．
第１の鋼のブランクと第２の鋼のブランクを接続し、少なくとも第１及び第２のブランクの１つがアルミニウム、またはアルミニウム合金を備える方法であって、
それぞれの鋼のブランクのための支持体を提供し、支持体は、磁性材料で作られ、それらの間に提供された中心空間によって隔てられ離れて配置され、
１以上の支持体の周りにコイル巻線を提供し、
使用中に第１及び第２のブランクの中を通って、前記支持体の間で磁束の経路を閉じる接触領域を画定する第２のブランクに面する第１のブランクの端部と第１のブランクに面する第２のブランクの端部に接触するように持ってこられるように１つの支持体上に第１のブランクと他の支持体の上に第２のブランクとを配置し、
レーザシステムを提供し、レーザシステムは、１以上の光学素子と、レーザビームを発生するレーザ光源を備え、
レーザシステムを用いて、接触領域にレーザビームを照射し、
一方で、交流磁場が、実質的に１つのブランクから他方の方向へ接触領域に渡って発生するようにコイル巻線へ交流電流を印加すること、
を備える方法。

項目３．
交流磁場を発生するように交流電流源を提供する方法は、
それぞれの鋼のブランクに支持体を提供し、支持体は、磁性材料から作られ、それぞれの間に提供された中心空間によって隔てられ離れて配置され、
１以上の支持体の周りにコイル巻線を提供し、コイル巻線と支持体は、磁束の可能な経路を提供するように構成され、
コイル巻線に交流電流を印加することを備え、交流流磁場源を稼働すること
を備える項目１の方法。

項目４．
第１のブランク及び／または第２のブランクはアルミニウムシリコンで被覆されたボロン合金の鋼からなる項目１−３のいずれかの方法。

項目５．
それぞれの支持体は、少なくとも部分的にコイル巻線によって囲われており、それぞれのコイル巻線に印加された交流電流は発生された交流磁場が逆になるようになっている項目２−４のいずれかの方法。

項目６．
磁性のまたは磁化可能な材料で作られた下側基部は、支持体の下側に接する様に設けられ、それぞれの支持体の下側は、第１及び第２のブランクが置かれている支持体の側とは反対である項目２−５のいずれかの方法。

項目７．
コレクター板がアルミニウム粒子を収集するために前記中心空間に設けられている項目２−６のいずれかの方法。

項目８．
交流電流の周波数は５０Ｈｚまたは６０Ｈｚである項目２−７のいずれかの方法。

項目９．
レーザシステムは、レーザビームが実質的にブランクに垂直に当たるように配置されている項目１−８のいずれかの方法。

項目１０．
レーザシステムは、３ｋＷから１６ｋＷ、任意に、４ｋＷから１０ｋＷの出力のレーザを備える項目１−９のいずれかの方法

項目１１．
溶接は、Ｎｄ−ＹＡＧレーザの溶接を備える項目１０の方法。

項目１２．
第１の鋼のブランクと第２の鋼のブランクを接続し、少なくとも第１及び第２のブランクはアルミニウムまたはアルミニウム合金を備える道具であって、
道具は、第１のブランクを支持する第１の支持体と、第２のブランクを支持する第２の支持体を備え、第１及び第２の支持体は、磁性体で作られ、それらの間を提供する中心空間によって、隔てられ離れて配置され、
さらに、道具は、第１及び第２の支持体のいずれかの周りに提供される第１のコイル巻線と第１及び第２の支持体の他方の周りに提供される第２のコイル巻線を備え、第１及び第２のコイル巻線は、交流電流がそれらに印加されたとき発生される磁場が逆である。

項目１３．
さらに、アルミニウム粒子を収集する中心空間に提供されるコレクター板を備える項目１２の道具。

項目１４．
さらに、使用中にそれぞれのクランプが、支持体に向かってブランクを押しつけるように配置されたそれぞれの支持体に関連するクランプを備える項目１２−１３の道具。

項目１５．
製品を形成する方法であって、
請求項１乃至１１の方法のいずれかによって、第１及び第２の鋼のブランクを接続する方法を含むブランクを形成し、
ブランクを加熱し、
加熱変形し、続いて、加熱したブランクの焼き入れをすること、
を備える方法。

多くの例がここで開示されているのみであるが、他の変形、改良、使用及び／またはそれらの均等物が可能である。さらに、記載された実施例のすべての可能な組み合わせも対象にされている。それゆえ、本開示の範囲は、特定の例に限られず、続く請求項の公正な読み方によってのみ決定されるべきである。

Claims (13)

1. 第１の鋼のブランク及び第２の鋼のブランクを接続し、少なくとも前記第１及び第２のブランクの１つがアルミニウム、またはアルミニウム合金を備える方法であって、
   それぞれの鋼のブランクの支持体を提供し、支持体は、磁性体で作られ、それらの間を提供する中心空間によって、隔てられ離れて配置され、
   １以上の支持体の周りにコイル巻線を提供し、
   使用中に前記第１及び第２のブランクの中を通って、前記支持体の間に磁束の経路を閉じる接触領域を画定する、前記第２のブランクに面する前記第１のブランクの端部と、前記第１のブランクに面する前記第２のブランクの端部に、接せられようにして、１つの支持体上に前記第１のブランクと他の支持体の上に前記第２のブランクとを配置し、
   レーザシステムを提供し、前記レーザシステムは、１以上の光学素子と、レーザビームを発生するレーザ光源を備え、
   前記レーザシステムを用いて、前記接触領域にレーザビームを照射し、
   一方で、交流磁場が、実質的に１つのブランクから他方の方向へ前記接触領域に渡って発生するようにコイル巻線へ交流電流を印加すること、
   を備える方法。
2. 前記第１のブランク及び／または、前記第２のブランクは、アルミニウムシリコンで被覆されたボロン合金の鋼から作られている請求項１に記載の方法。
3. それぞれの支持体は、少なくとも部分的にコイル巻線によって囲われ、それぞれのコイル巻線に印加される交流電流は、発生される磁場が反対になるようにされる請求項１または２に記載の方法。
4. 磁性のまたは磁化可能な材料で作られた下側基部は、支持体の下側に接する様に設けられ、それぞれの支持体の下側は、前記第１及び第２のブランクが置かれている支持体の側とは反対である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
5. コレクター板がアルミニウム粒子を収集するために前記中心空間に設けられている請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記交流電流の周波数は５０Ｈｚまたは６０Ｈｚである請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記レーザシステムは、前記レーザビームが実質的に前記ブランクに垂直に当たるように配置されている請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記レーザシステムは、３ｋＷから１６ｋＷ、任意に、４ｋＷから１０ｋＷの出力のレーザを備える請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
9. 溶接は、Ｎｄ−ＹＡＧレーザの溶接を備える請求項８に記載の方法。
10. 第１の鋼のブランクと第２の鋼のブランクを接続し、少なくとも前記第１及び第２のブランクはアルミニウムまたはアルミニウム合金を備える道具であって、
    道具は、前記第１のブランクを支持する第１の支持体と、前記第２のブランクを支持する第２の支持体を備え、前記第１及び第２の支持体は、磁性体で作られ、それらの間を提供する中心空間によって、隔てられ離れて配置され、
    さらに、道具は、前記第１及び第２の支持体のいずれかの周りに提供される第１のコイル巻線と前記第１及び第２の支持体の他方の周りに提供される第２のコイル巻線を備え、前記第１及び第２のコイル巻線は、交流電流がそれらに印加されたとき発生される磁場が逆である道具。
11. さらに、アルミニウム粒子を収集する前記中心空間に提供されるコレクター板を備える請求項１０に記載の道具。
12. さらに、使用中にそれぞれのクランプが、支持体に向かってブランクを押しつけるように配置されたそれぞれの支持体に関連する前記クランプを備える請求項１０または１１に記載の道具。
13. 製品を形成する方法であって、
    請求項１乃至９の方法のいずれかによって、第１及び第２の鋼のブランクを接続する方法を含むブランクを形成し、
    前記ブランクを加熱し、
    加熱変形し、続いて、加熱した前記ブランクの焼き入れをすること、
    を備える方法。

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