JP2018526220A - 補強された構造部品 - Google Patents

Abstract

補強された鋼構造部品の生産方法が記載されている。生産方法は、予め成形された鋼構造部品を提供するステップと、予め成形された鋼構造部品の一つ又は複数の補強区間を選択するステップと、鋼構造部品の第一側面に局所的な補強を形成する、補強区間に局所的に材料を堆積するステップを含む。補強区間に局所的に材料を堆積するステップは、金属溶加材を補強区間に提供するサブステップと、鋼構造部品の第一側面に金属溶加材とレーザ熱で特定のジオメトリック形状を描くことで、金属溶加材を溶融させて補強を形成するために、レーザ熱を実質的に同時に与えるサブステップを備える。生産方法は、さらに、第一側面と反対の鋼構造部品の第二側面の領域を冷却するステップを有する。さらに、本発明は、補強された鋼構造部品の生産のためのツールと、そのような生産方法で得られた部品に関する。
【選択図】 図１

Description

本出願は、２０１５年８月４日に出願された欧州特許第１５３８２４１５．６号の利益を主張する。

本発明は、補強された構造部品の生産方法と生産ツール、およびこれらの生産方法を通して得られた構造部品に関する。

例えば自動車産業における重量低減の要求は、軽量材料と、関連する生産工程および生産ツールの発達と実施をもたらした。また、乗員保護について高まる関心は、衝突中の車両の保全性を改善し、またエネルギ吸収も改善する材料の選択をもたらす。

その意味で、高強度鋼および超高強度鋼（ＵＨＳＳ）で成形された車両部品が、軽量構造の基準を満たすために、頻繁に使用される。

熱間成形ダイクエンチ（ＨＦＤＱ）として知られている工程は、超高強度鋼の特性を備える打ち抜き部品を成形するためにボロン鋼板を使用する。引張強度は、例えば１５００ＭＰａ、又は２０００ＭＰａ、若しくはそれ以上である。強度の増加により、より薄い規格材料が使用される。これにより、従来の冷間での打ち抜きがされた軟鋼部品以上の重量低減がもたらされる。

これらの鋼材のいくつか（例えば２２ＭｎＢ５鋼）は、熱処理後に所定の微細構造を得るように成形される。この微細構造は、良好な機械的特性を備える。２２ＭｎＢ５は、時にアルミニウムシリコンコーティングがされ、そして、Ｕｓｉｂｏｒ（登録商標）１５００Ｐとして知られている。Ｕｓｉｂｏｒ（登録商標）１５００Ｐはアルセロールミッタルから商業的に利用できる。Ｕｓｉｂｏｒ（登録商標）１５００Ｐは、様々な部品に使用される鋼材の例であり、又は、いわゆるテーラードブランクおよびパッチワークブランクを備える。Ｕｓｉｂｏｒ（登録商標）１５００Ｐは、フェライトとパーライトの相で提供される。Ｕｓｉｂｏｒ（登録商標）１５００Ｐは、均質なパターンで分布した微細な結晶粒組織である。機械的特性は、その構成に関連している。熱間成形工程の熱処理後、マルテンサイトの微細構造が形成される。結果として、最大引張強度と降伏強度は著しく増加する。

ＨＦＤＱ工程を使用して生産され得る一般的な車両部品は、ドアビーム、バンパビーム、クロスメンバ、サイドメンバ、Ａピラー補強材、Ｂピラー補強材、そしてウエストレール補強材を有する。

一般的な車両部品の設計段階で行われるシミュレーションは、強度、および、又は剛性を上げるために、補強が必要な成形された部品の位置又は区間を特定することができる（より軽量で、より薄い金属板とブランクが使用されるため）。代わりに、再設計が、所望の変形挙動を得るために行われ得る。

その意味で、部品の厚さを減少させることで応力の再分散と重量低減をするために、部品のいくつかの領域が補強又は軟化され得る、いくつかの手順がある。これらの部品を補強する公知の手順は、例えば、いかなる成形工程より前に、溶接される補強材を追加する手順である。そのような補強材は、いくつかのブランクの部分的若しくは完全な重なりを使用され得る「パッチワーク」、又は「縁から縁まで」溶接できる異なる厚さのブランク若しくは板材、すなわちテーラードブランク（ＴＷＢ）であってもよい。従って、構造の機械的な要件は、最小の材料および厚さ、すなわち重量で理論的に達成し得る。

しかし、これらの生産方法において、さらなる生産工程が備わる。さらに、超高強度鋼が熱間成形されているとき、いくつかの溶接性の問題が、腐食および酸化による損傷から守られるために一般的に使用されるアルミニウムシリコン（ＡｌＳｉ）コーティングを起因として生じ得る。これらの問題を解消するために、レーザアブレーションにより溶接間隙に近い領域でコーティングの一部を取り除くことが知られている。しかし、これは、車両部品の生産工程における、追加のステップであることを依然として示している。

さらに、溶接される補強材（パッチワーク）がブランクに追加されるとき、ブランクの部分的又は完全な重なりが起こる。これらの領域は、潜在的な腐食の開始点である。重なった領域が、補強材の下に残り、例えば、腐食コーティングを受けないためである。

さらに、成形される部品に応じて、溶接される補強材を使用することができない、又は少なくとも煩雑である領域、例えば角又は高さが変化する領域があり得る。パッチワークは、通常、スポットを分布させるために最小の空間を必要とするスポット溶接を使用する。さらに、パッチワークは、簡単に溶接するため、最小の大きさであることを必要とする。この成形される部品は、追加の重量を有し得る。補強は、必要な領域を補強するために必要となる適当な（最小の）大きさを有するよりも、溶接されるための最小の大きさを有する必要があるためである。

欧州特許第１６２１４３９号は、薄い金属構造の少なくとも一側面の区間においてレーザ光で溶接型金属表面を形成する生産方法を示している。しかし、金属表面のような境界領域は、表面領域よりも低い冷却速度を局所的に備え得る。従って、境界領域は、より弱い位置又は区間となる。

上述の問題、および、又は課題は、自動車産業に、又は業界で使用される材料と生産工程に特有のものではない。代わりに、これらの課題は、重量低減が目的となる、いかなる産業でも直面し得る。重量低減が目的であるとき、部品は、ますます薄くなる。従って、補強材の必要性を増大させ得る。

改善された、補強された構造部品の生産方法を提供することが本発明の目的である。

第一の態様では、補強された構造部品の生産方法が提供される。生産方法は、予め成形された鋼構造部品を提供することと、予め成形された鋼構造部品に一つ又は複数の補強区間を選択することを与える。生産方法は、さらに、鋼構造部品の第一側面に局所的な補強を形成するため、補強区間に局所的に材料を堆積させることを備える。この場合に、補強区間に局所的に材料を堆積させることは、金属溶加材を補強区間に提供することを備える。そして、補強区間に局所的に材料を堆積させることは、鋼構造部品の第一側面に金属溶加材とレーザ熱で特定のジオメトリック形状を描くことで、金属溶加材を溶融させて補強を形成するために、レーザ熱を実質的に同時に与えることを備える。さらに、生産方法は、第一側面と反対の鋼構造部品の第二側面の領域を冷却することを備える。

本明細書および本請求項の全体を通して、補強区間の熱影響区間（ＨＡＺ）は、補強区間に当接する、又は連接する、若しくは隣接する構造部品の境界領域として認められる。すなわち、熱影響区間は、補強区間によって受けるよりも少ない熱を受け、そして、溶融されずに、溶接又は他の強い熱の作用によって変化した微細構造と特性を有している構造部品の領域である。この熱影響区間は、例えば、水平面、および、又は垂直面の横方向かつ縦方向で補強区間に接する領域を備える。そのため、例えば相対的に厚い構造部品では、補強されている側面と反対の構造部品の側面は、補強を施されている側面と同じ熱を受けない。例えば、そのような部品は、おおよそ１．６ｍｍ以上の厚さを有し得る。他のパラメータがＨＡＺを変化させ得る。他のパラメータは、例えば、とりわけ補強区間にレーザが当たる速度である。また、レーザが、相対的に速く表面上を通る場合、ＨＡＺについての上述の現象は、より薄い部品又はブランクで起こり得る。また、本発明を通して、熱影響区間は境界領域と呼ばれる。

この態様によれば、溶接クラッディング工程を適用することによって、補強された鋼構造部品が得られる。すなわち、溶接クラッディング工程は、予め成形された部品の一側面上のテーラーメイドの補強材のため、金属溶加材を適用することと同時にレーザ熱を与えることである。追加の重量は、溶接クラッディングを使用することによって補強に加わらない。材料が、補強を必要とする部品の特定の領域に加わるにすぎないためである。

補強は、補強されることになる特定区間に、１２００℃程の熱（レーザ熱）を与えることによって、部品の一側面に加えられる。そのため、熱は、補強されることになる特定区間に隣接する領域に拡がることになる。同様に、ある例では、レーザスポットは、補強の幅よりもわずかに大きくなり得る。また、スポットに隣接する領域は、熱を受けることになる。

しかし、境界領域は、レーザ光を直接受けずに、補強されることになる特定区間が受けるよりも、又はレーザスポットが及ぼすよりも低い熱を受ける。従って、境界領域での周囲温度との温度差は、直接レーザ熱を受ける区間での温度差よりも低い。これは、境界領域で局所的により低い冷却速度となることを意味する。

ある場面では、境界領域に到達する熱が十分でないため、オーステナイトを得られないことがある。すなわち、これは、Ａｃ１又はＡｃ３温度に熱が到達しないときである。また、より低い温度から冷却することは、冷却速度に悪影響を及ぼす（低迷させる）。

鋼材が冷却される冷却速度は、結果として生じる鋼材の機械的特性に直接悪影響を及ぼす。そのため、従って、境界領域は、機械的特性が下がった補強された鋼構造部品の領域となる。すなわち、境界領域は、マルテンサイト・ベイナイトとフェライト又はパーライト・フェライトのマトリクス微細構造を備える微細構造になることを有する領域である。また、Ａｃ３よりも低い温度から冷却することは、当然、得られた微細構造に悪影響を及ぼす。

構造部品の反対側の領域を冷却することは、熱影響区間が所定の冷却速度を達成することを確実にする。この所定の冷却速度は十分高いので、マルテンサイトの微細構造を実質的に得ることができる。又は、この所定の冷却速度は、最終的に補強された部品のフェライトのマトリクス微細構造の形成を少なくとも実質的に減らすことができる。また、冷却することにより、微細構造に悪影響を及ぼし得る温度まで到達しない熱影響区間を減らすことができる。

ある例では、局所的な補強は、０．２ｍｍの最小厚さを有し得る。さらなる例では、局所的な補強は、０．２ｍｍから１０ｍｍの厚さを有し得る。本発明は、ブランクの厚さが増えることが、少なくとも横方向で熱影響区間を減らすことを発見している。

局所的な補強の厚さは、部品の機械的強度が補強区間で増加することを確実にする。さらなる例では、補強の厚さ（すなわち、部品について厚さが増えること）は、０．２ｍｍから６ｍｍ、特に０．２ｍｍから２ｍｍとなり得る。補強区間の厚さは、部品を成形するために使用されるブランクの厚さを考慮して一般的に決まる。

ある例では、成形される鋼部品は、０．７ｍｍから５ｍｍの範囲で厚さを有し得る。これは、鋼部品が実質的に薄くてもよいことと相対的に簡単な変形加工工程で成形され得ることを意味する。例えば、熱間打ち抜き、又は熱間プレス成形、若しくは圧延成形などがある。ここで記載された生産方法、すなわち金属溶加材を提供するときレーザ熱を実質的に同時に与えることを用いて、構造部品の厚さは実質的に薄く保たれ得る。しかし、特定の領域（補強区間）における構造部品の強度又は構造の特性は増加するが、補強された特定領域に隣接するＨＡＺ領域での実質的に似たような機械的特性は保たれる。従って、最終的に補強された部品の機械的特性は増加し、重量は最小となる。

さらなる例では、局所的な補強と成形される部品の厚さ比（局所的な補強の厚さ／鋼構造部品の厚さ）が５０％から３００％の範囲になり得る。本発明は、この範囲内での厚さ比の使用により実質的に低い重量増加で特に高強度かつ高剛性部品が成形されることを発見している。

ある例では、補強されている側面と反対の構造部品の側面の領域の冷却は、一つ又は複数のエアインジェクタ又はエアブロワから、部品の反対側の領域に気流を送ることによって行われ得る。その他、補強されている側面と反対の構造部品の側面の領域の冷却は、専用のツールに設けられた冷却要素によって行われ得る。これらの場合では、冷却要素は、少なくとも、補強区間に当接するＨＡＺ領域を冷却するために形成され得る。さらにこれらの場合では、ツールは、補強されることになる構造部品と実質的に同一の形状を有し得る。また、従って、ツールは、補強が施されるときに支持体として作用し得る。このように、熱応力による部品の変形は避けられる、又は少なくとも実質的に低減できる。本発明は、実質的に薄い、すなわちおよそ５ｍｍ未満の構造部品を補強するとき、実質的に上記のツールに設けられた冷却要素の使用は特に良好な結果になることを発見している。これは、最終的に補強された部品に追加の重量が加わることなく機械的特性を高める。

ある例では、生産方法は、補強区間に当接する熱影響区間の温度を求めるステップをさらに備え得る。これらの場合では、構造部品の反対側の領域の冷却は、熱影響区間の温度に応じて行われ得る。

ある例では、一つ又は複数の補強区間を選択することは、予め成形された構造部品の衝突シミュレーションを実施することを備え得る。このように、特定のジオメトリック形状は、衝突時における変形エネルギに基づいて溶接クラッディングによって形成される。ある例では、溶接クラッディングによって描かれた特定のジオメトリック形状は、部品を成形するために使用されるブランクの厚さにさらに応じ得る。さらなる例では、補強区間は、ねじ用などの穴によって起こる強度の低下を補償するために形成され得る。これらの場合では、補強区間は、部品に設けられた穴を覆い得る。さらなる例では、補強区間は、ヒンジ又はフック（例えばバンパの二つのフック）が設けられた領域で形成され得る。代わりに、補強は、変形を操るために設けられ得る。すなわち、これは、衝突時に所望の変形挙動を得るためである。

ある例では、部品を成形するブランクは、実質的に同一の厚さを有し得る。これらの場合では、必要となるどのような補強も、溶接クラッディングによって与えられ得る。従って、テーラードブランク又はパッチワークブランクを得るステップは必要でない。

ある例では、構造部品は、テーラードブランク又はパッチワークブランクから成形され得る。

ある例では、金属溶加材は金属粉末であってもよい。そして、金属粉末は、粉体ガス流で溶接区間に送られ得る。これらのある場面では、金属粉末は、ステンレス鋼粉末、例えばステンレス鋼ＡｌＳｉ３１６Ｌ、又は超高強度鋼に対応する組成物、例えばＵｓｉｂｏｒ（登録商標）又は４３１ＬＨＣのようなものであってもよい。ある例では、ブランクの材料又は補強が施されることになる予め成形された部品に十分似ている組成を有する粉末が使用され得る。これにより、使用される粉末は、鋼構造部品に実質的に似ている特性を有する。従って、粉末は、最終的に補強された製品と実質的に同質、すなわち一旦溶融した状態になる。多くの例では、金属粉末は３５３３−１０であってもよい。

代わりに、金属溶加材はワイヤ又は棒形状であってもよい。そのような金属ワイヤ又は棒は、部品に位置し得る、又は補強が必要な位置で部品に提供される。レーザ熱は、ワイヤ又は棒と、ワイヤ又は棒の下の部分の部品を直接溶融し得る。そのため、ワイヤ又は棒は、構造部品に接合する補強を形成する。

溶加棒又は溶加ワイヤが使用される場合（粉体ガス流ではない場合）では、補強構造の同一側面が、例えばエアブロワによって冷却され得る。また、当然、本発明を通した様々な例を参照すると、反対側が冷却され得る。

溶加ワイヤ又は溶加棒の組成は、本発明の様々な例に記載されているフィラー粉末に一般的に似ていてもよい。

第二の態様で、本発明は、補強された鋼構造部品の生産ツールを提供する。ツールは、補強されることになる構造部品に使用時に面する一つ又は複数の作業面を備える。この場合に、鋼構造部品は、一つ又は複数の補強区間を備える。さらに、ツールは、少なくとも、作業面の反対側の部分を冷却するために形成された冷却要素を備える。そして、冷却要素は、補強区間に当接する熱影響区間と使用時に一致するように配置される。そのため、熱影響区間の冷却速度は、補強された構造部品に当接する熱影響区間でマルテンサイトの微細構造を得るようになり得る。そして、作業面は、実質的にＵ字形状の横断面を有する一つ又は複数の部分を備える。この態様では、Ｕ字形状の横断面により、作業面は、補強されることになる既に成形された構造部品の外形に沿うことができる。

ある例では、冷却要素は、冷却液の循環のために形成された流路を備え得る。多くの例では、冷却水、又は他の冷却液、若しくは低温圧縮空気は、補強されることになる構造部品の熱影響区間（境界領域）を冷却させるために、流路を通して循環し得る。

ある例では、冷却要素は、補強区間に当接する熱影響区間に気流を送るために形成された一つ又は複数のエアインジェクタ又はエアブロワを備え得る。環境に応じて、エアインジェクタ又はエアブロワが単一の冷却要素として設けられ得る。又は、エアインジェクタ若しくはエアブロワは、冷却液の循環のために形成された流路との組み合わせで設けられ得る。

さらなる態様では、本発明は、ここで実質的に記載された方法によって得られた、又は得られる補強された部品を提供する。

本発明の例は、様々な生産方法、すなわち例えば熱間打ち抜き、又は圧延、若しくは液圧成形で成形される部品に使用され得る。本発明の例は、異なる材料、そして特に異なる鋼材の部品に使用され得る。

本発明の非限定的な例は、添付の図面を参照して以下に記載される。
は、成形された構造部品に、粉末、およびレーザ熱、および冷却を与える例を概略的に表している。 は、冷却要素の例を表している。 は、冷却要素のもう一つの例を表している。 は、例による構造部品と冷却要素を表している。 は、構造部品と冷却要素のもう一つの例を表している。 は、本発明で提供されたような冷却をせずに、実質的に薄い構造部品に補強を施されて得られた、補強された構造部品の微細構造の例を表している。 は、本発明で提供されたような冷却をせずに、実質的に厚い構造部品に補強を施されて得られた、補強された構造部品の微細構造の例を表している。 は、ここで実質的に記載されたツールと生産方法で補強が施されたときの補強された構造部品の微細構造の例を表している。

図１は、例として（例えばＨＦＤＱによって成形された）熱間打ち抜き部品である成形された構造部品７の第一表面７１に補強６を施す例を表している。また、代わりの例では、冷間成形、又は液圧成形、若しくは圧延のような他の部品の成形方法が見込まれ得る。第一表面７１と反対の構造部品７の第二表面７２は、ツールの作業面８に設けられ得る。図１の例では、作業面８は実質的に平坦である。代わりの例では、作業面８は、成形された構造部品７の形状に応じた他の形状を有し得る（図４および図５を参照のこと）。

この例では、レーザ溶接機１が設けられ得る。レーザ溶接１は、レーザ光が出るレーザヘッド３を有し得る。また、矢印付き破線で表された粉体ガス流２が提供され得る。粉体ガス流２は、補強６が形成されることになる区間へ向かうレーザ光と同軸の挙動で提供され得る。従って、粉体ガス流２は、レーザ光が当たる間、補強６が形成されることになる区間に提供され得る。

さらに、図１は、補強６に当接する、おおよそのＨＡＺ又は境界領域６１を表す。この領域の大きさと形状は、主に、レーザのパワー、レーザスポットの大きさ、レーザ熱の曝露時間、描画パターン、および、又は成形された構造部品７の厚さに依存する。

これらの例では、粉体ガスヘッドは、レーザヘッド３と同軸に配置され得る。また、両ヘッドは、部品７の第一表面７１、すなわち補強６が形成されることになる表面７１に対して粉体ガス流２とレーザ光が実質的に垂直であってもよいように、配置され得る。

代わりの例では、粉体ガス流２は、部品７に対して所定の角度で提供され得る。また、これらのある例では、粉体ガス流２は、レーザ光に対して所定の角度で提供され得る。又は、上述の例のように、粉体ガス流２は、レーザ光に対して同軸に配置され得る。

ある例では、アルゴンが、特定の実施に応じて、搬送ガスとして使用され得る。また、輸送ガスの他の例、例えば窒素又はヘリウムも見込まれ得る。

さらに図１を参照すると、また、選択的に、シールドガスの流路４が設けられ得る。これらの場合では、シールドガスの流路４は、補強６が形成されることになる区間へシールドガス流５を提供するためレーザ光と同軸に設けられ得る。ある例では、ヘリウム又はヘリウムベースのガスが、シールドガスとして使用され得る。代わりに、アルゴンベースのガスが使用され得る。シールドガスの流量は、例えば、１リットル／ｍｉｎから１５リットル／ｍｉｎへ変化し得る。さらなる例では、シールドガスが必要でなくてもよい。

レーザは、部品７の第一表面７１の少なくとも外側の表面（又は外側の表面のみ）、および補強６が形成されることになるすべての区間における粉末の混合又は結合を溶融させるために十分なパワーを有し得る。

ある例では、溶接は、２ｋＷから１６ｋＷのパワーを有するレーザを使用する溶接を有し得る。選択的に、パワーは、２ｋＷから１０ｋＷでもよい。レーザのパワーは、一般的、すなわち０．７ｍｍから５ｍｍの厚さを有する成形された部品の少なくとも外側の表面を溶融するために十分であるべきである。溶接速度が、溶接の粉末を増やすことで、上昇し得る。

選択的に、Ｎｄ−ＹＡＧ（ネオジム・イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザが使用され得る。これらのレーザは、商業的に利用でき、実証された技術を備える。この種類のレーザは、また、成形された部品の外側の表面を溶融させるために十分なパワーを有している。そして、この種類のレーザは、レーザの焦点とそれに伴って補強区間の幅を変化させ得る。「スポット」の大きさを縮めることは、エネルギ密度を増加させる。しかし、スポットの大きさを拡げることは、溶接工程の速度を上昇させることができる。溶接スポットは、非常に効率的に制御され得る。そして、様々な種類の溶接が、この種類のレーザで使用可能である。

代わりの例では、十分なパワーを有するＣＯ_２レーザが使用され得る。また、さらなる例では、二つのスポット溶接が使用され得る。

ある場面では、補強区間に提供される粉末は、例えばＨｏｇａｎａｓ（登録商標）から商業的に利用できるステンレス鋼ＡｌＳｉ３１６Ｌであってもよい。粉末は、以下の重量割合の組成を有する。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％のケイ素、そしてそれ以外は鉄と不純物である。代わりに、例えばＨｏｇａｎａｓ（登録商標）から商業的に利用できる４３１ＬＨＣが使用され得る。この粉末は、以下の重量割合の組成を有する。７０％から８０％の鉄、１０％から２０％のクロム、１．０％から９．９９％のニッケル、１％から１０％のケイ素、１％から１０％のマンガン、そしてそれ以外は不純物である。

さらなる例では、例えばＨｏｇａｎａｓ（登録商標）からさらに商業的に利用できる３５３３−１０が使用され得る。粉末は、以下の重量割合の組成を有する。２．１％の炭素、１．２％のケイ素、２８％のクロム、１１．５％のニッケル、５．５％のモリブデン、１％のマンガン、そしてそれ以外は鉄と不純物である。

これらの組成におけるニッケルの存在が良好な腐食抵抗をもたらすことが分かっている。腐食抵抗が、クロムとケイ素の追加により向上し、硬度が、モリブデン（ＡｌＳｉ３１６Ｌ又は３５３３−１０）により向上する。また、代わりの例では、他のステンレス鋼、ＵＨＳＳでさえ使用され得る。多くの例では、粉末は、環境に応じて、より高い又はより低い機械的特性をもたらすいかなる部品とも接合し得る。

さらに図１を参照すると、流路１０が、ツールの作業面８の部分と一致するように設けられ得る。ツールの作業面８は、補強区間に当接する境界領域６１と一致し得る。流路１０は、補強されることになる構造部品７の第二表面７２を作業面８が受ける側面との反対側で設けられ得る。そして、流路１０は、冷却液の循環のために形成され得る。流路を通る冷却液の循環は、少なくとも、境界領域６１（ＨＡＺ）と一致する作業面８の部分に対して追加の冷却を行う。この追加の冷却は、これら部分の冷却速度を上げて、最終的に補強された部品の機械的特性を高める。マルテンサイトの微細構造が境界領域６１で形成されることも確実になる。

図１の例では、二つの流路１０が描かれている。しかし、他の数の流路が見込まれてもよく、単一の流路でもよい。流路の数は、補強区間の大きさ、レーザのパワー、レーザスポットの大きさ、レーザの曝露時間、描画パターン、および、又は成形された構造部品７の形状と厚さに応じる。

さらなる代替案では、流路の代わりに、気流、特に冷却空気が、構造部品７の第二表面７２に送られ得る（図４の例を参照のこと）。

図２と図３は、図１の例で使用される異なる例を表す。これらの図面では、同一の引用符号が、対応する要素を指示するために使用され得る。

図２と図３の例では、長い構造部材が、部品に形成されることになる補強の長さに沿って実質的に伸び得る流路１０を形成し得る。流路１０は、冷却剤が循環し得る中空の空間（流路）を形成するために、互いに継ぎ合わさった二つの凹形状の片割れから形成され得る。液の循環を促すために、注入口１０ａと出口１０ｂが、流路１０の反対端で設けられ得る。冷却水、又は冷却空気、若しくは他の冷却液が流路１０を通して循環し得る。代わりに、流路１０は、単一の要素に組み込まれ得る。

図２と図３の例では、後述する断面形状といくつかの構造的特徴が異なる。しかし、これらの構造的特徴は、より多くの例で異なるように組み合わされる。

図２の例では、冷却流路１０は矩形断面を有し得る。少なくとも、流路１０の片割れの一つは、溝又は凹面を覆うように置かれることができる、および二つ又はそれ以上の組み付けされた部品の間で圧縮されることができる、Ｏリング１１又は他のメカニカルガスケットを設け得る。これは、流路１０が組み付けされたときの、二つの流路１０の片割れのシール性を確実にする。流路１０は、プレート１２に各端で固定され得る。そして、プレート１２は、例えばねじ又は他の固定手段によってツールの作業面に固定され得る。

図３の例では、流路１０は円形断面を有し得る。クランプ１３が、プレートの代わりに流路１０の端で設けられ得る。クランプ１３は、流路１０の片割れと共に機械加工され得る。又は、クランプ１３は独立し得る。クランプ１３は、流路１０の片割れを互いに継ぎ合わせる、および作業面８へ流路１０を固定する役割を担い得る。両方の場合で、ねじ穴１４又は他の固定手段が、クランプ１３には設けられ得る。ある場面では、流路１０の片割れを互いに保持させるために使用される同一の留め具が、作業面８へ流路１０を固定するために使用され得る。他の公知の留め具も見込まれ得る。

図４と図５は、実質的にＵ字形状の構造部品７’用の冷却要素の代わりの例を表す。同一の引用符号が、対応する要素を指示するために使用されている。これらの図では、補強６、レーザユニット、および粉末ノズル（又は溶加ワイヤ、若しくは溶加棒）は、冷却要素の例をより明確に表すために削除されている。

図４の例では、気流の通路（矢印Ａ）が、構造部品７’のＵ字によって形成され得る。この通路を通り、例としてベンチレータ、又はファン、若しくはコンプレッサ（圧縮空気の源として）を使用することで冷却気流は循環し得る。

図５の例は、図１と異なる。図５では、ツールの作業面８’は、補強されることになる構造部品７’の外形に沿う実質的にＵ字形状の断面を備え得る。また、上述のように、構造部品７’の追加の支持体が、補強されることになる構造部品７’の形状を実質的に写しているツールの作業面を設けることによって、ツールの作業面に設けられ得る。従って、熱応力による部品７’の変形が、避けられる、又は実質的に低減できる。図５の例では、四つの流路１０が描かれている。しかし、図１で記載したように、他の数又は流路が、部品７’に取り付けられることになる補強区間に応じて見込まれ得る（単一の流路でもよい）。また、図２又は図３の例で描写されている流路１０が図５の例で使用され得る。図５の例では、流路１０は、構造部品７’の縦方向に伸びて表される。しかし、さらなる例では、流路１０は、構造部品７’の横方向に、又は縦方向と横方向を組み合わせて伸び得る。

図６ａおよび図６ｂは、先行技術が、比較的薄い材料（図６ａ）と比較的厚い材料（図６ｂ）の構造部品に適用されたときの、補強された構造部品の微細構造の例を表す。

図６ａは、上記の実質的に薄いブランクで成形された構造部品７の例を表す。例えば、ブランクは、おおよそ１．６ｍｍより薄い厚さを有する。補強６は、レーザ熱がかけられると、金属溶加材を堆積して取り付けられ得る。矢印６２は、溶加材の部分を表す。溶加材は、部品７の外側の表面と混合され得る。この例では、最終的に補強された構造部品は、結果として以下の微細構造を有し得る。領域Ｂは、マルテンサイトの微細構造を有する。領域Ａは、主にベイナイトの微細構造を有する（フェライト・パーライト及びマルテンサイトも存在する）。そして、領域Ｃは、フェライトのマトリクス微細構造を有する（マルテンサイト及びベイナイト及びパーライトも存在する）。

図６ｂの例は、図６ａの例と異なる。図６ｂでは、上記の成形された構造部品７の厚さが、より厚い。同一の引用符号が、対応する要素を指示するために使用されている。図６ｂの例では、結果として得られる微細構造の形状が図６ａの例とさらに異なる。しかし、両方の例で、フェライトマトリクス構造を有する（マルテンサイト及びベイナイト及びパーライトも存在する）領域Ｃが見受けられる。特に、ＨＡＺは、より厚い部品の場合、部品７の厚さ全体には拡がらない。

図７の例は、実質的に上述したツールと方法を用いて補強される上記の成形された構造部品７を表す。すなわち、補強されるときにＨＡＺ領域を冷却する。この例では、最終的に補強された構造部品が、結果として以下の微細構造を有し得る。領域Ｂは、マルテンサイトの微細構造を有する（４００Ｈｖより高く、１３００ＭＰａより高い。好ましくは４５０Ｈｖより高く、１４５０ＭＰａより高い）。そして、領域Ａは、主にベイナイトの微細構造を有する（フェライト・パーライト及びマルテンサイトも存在する。すなわち、おおよそ２５０から３５０Ｈｖで、８００から１１００ＭＰａである）。これは、ツールと方法を使用することでフェライトマトリクス構造を有する補強された構造部品の領域がなくなることを意味する。さらなる例では、領域Ａは、環境すなわち他の要因の中でも構造部品の厚さ、又はレーザ熱、若しくはレーザ曝露の速さに応じて、より小さく形成され得る、又はなくなり得る。これは、最終的に補強された構造部品が微細構造（硬さの特性）を強めることを意味する。

一般的に、流路１０は、循環することになる冷却液と相性のよい材料で形成された、シールドチューブ又はシールドパイプを備える。流路１０は、流路１０の内側で循環する冷却液の冷却特性を伝えることができる適当な材料から形成され得る。ある例では、流路１０は、どのような金属から形成され得る。又は、金属は、例えば鋼若しくは合金鋼であってもよい。さらに、図４で記載したように、流路１０は、冷却気流の循環のためのバキュームポンプ又はコンプレッサとの組み合わせで設けられ得る。

例では、成形された部品７は、例えばＵｓｉｂｏｒ（登録商標）のような、コーティングされていても、されていなくてもよいボロン鋼ブランクから熱間成形ダイクエンチにより形成され得る。

加えて、上記の冷却要素は、構造が極めて簡単であり、費用対効果が高く、それでいて補強区間に当接する境界領域での所望の冷却速度への効率的な到達が可能である。

多くの例では、制御システムと温度センサ（図示せず）が、補強区間に当接する熱影響区間の温度を制御するため設けられ得る。センサは熱電対であってもよい。熱電対は制御盤に関連し得る。複数の流路が設けられると、各流路（又は冷却要素）は、互いに関係なく作用し得る。利用者は、適当なソフトウェア又は制御ロジックを使用して、キーとなるパラメータ（温度、温度限界）を設定できる。冷却速度は、補強６に当接する境界領域でマルテンサイト構造を得るためにキーとなるパラメータにより調整され得る。

多くの例がここで発明されたが、他の代替案、変更案、使用法、および、又はそれらと同等なものでもよい。さらに、また、記載された例のすべての可能な組み合わせが包括される。従って、本発明の範囲は、特定の例によって制限されるべきではないが、後述の請求項の公正な解釈によってのみ決められるべきである。

Claims (14)

1. 補強された鋼構造部品の生産方法であって、
   前記生産方法は、
   予め成形された鋼構造部品を提供するステップと、
   予め成形された前記鋼構造部品の一つ又は複数の補強区間を選択するステップと、
   前記鋼構造部品の第一側面に局所的な補強を形成する、前記補強区間に局所的に材料を堆積するステップを含み、
   前記補強区間に局所的に材料を堆積するステップは、
   金属溶加材を前記補強区間に提供するサブステップと、
   前記鋼構造部品の前記第一側面に前記金属溶加材とレーザ熱で特定のジオメトリック形状を描くことで、前記金属溶加材を溶融させて前記補強を形成するために、前記レーザ熱を同時に与えるサブステップを備えており、
   前記生産方法は、さらに、前記第一側面と反対の前記鋼構造部品の第二側面の領域を冷却するステップを有することを備える生産方法。
2. 成形された前記鋼構造部品は、０．７ｍｍから５ｍｍの範囲の厚さを有する、請求項１に記載の生産方法。
3. 前記金属溶加材は、粉体ガス流で提供される金属粉末である、請求項１から請求項２に記載の生産方法。
4. 前記補強区間に当接する熱影響区間が、水平面、および、又は垂直面の、横方向、および、又は縦方向で前記補強区間に当接する領域を備える、請求項１から請求項３に記載の生産方法。
5. 予め成形された前記鋼構造部品はボロン鋼から成形される、請求項１から請求項４に記載の生産方法。
6. 予め成形された前記鋼構造部品は熱間ダイクエンチによって得られる、請求項１から請求項５に記載の生産方法。
7. 前記鋼構造部品の反対側にある領域を冷却するステップは、一つ又は複数のエアインジェクタ又はエアブロワから前記鋼構造部品の前記反対側の領域に気流を送ることによって行われる、請求項１から請求項６に記載の生産方法。
8. 前記鋼構造部品の反対側にある領域を冷却するステップは、ツールが設ける冷却要素によって行われ、
   前記冷却要素は、少なくとも、前記補強区間に当接する熱影響区間を冷却するように構成される、請求項１から請求項６に記載の生産方法。
9. 前記補強区間に当接する熱影響区間の温度を求めるステップをさらに備え、
   前記鋼構造部品の反対側の領域は、前記熱影響区間の前記温度に応じて冷却される、請求項１から請求項８に記載の生産方法。
10. 予め成形された前記鋼構造部品を提供するステップは、単一の厚さを有するブランクから前記鋼構造部品を成形するサブステップを有する、請求項１から請求項９に記載の生産方法。
11. 前記金属粉末はステンレス鋼粉末である、請求項１から請求項１２に記載の生産方法。
12. 補強された鋼構造部品の生産ツールであって、
    補強されることになる前記鋼構造部品に使用時に面する一つ又は複数の作業面を備える生産ツールであって、前記鋼構造部品は一つ又は複数の補強区間を備えるのであって、
    さらに、前記熱影響区間の冷却速度が、前記熱影響区間でマルテンサイトの微細構造を得るよう調整されうるために、冷却要素は、補強区間に当接する熱影響区間と使用時に合うように、配置されるのであって、作業面は、実質的にＵ字形状の横断面を有する一つ又は複数の部分を備えるのであって、少なくとも、作業面の反対側の部分を冷却するために形成された前記冷却要素を備える生産ツール。
13. 前記冷却要素は、冷却液の循環のために形成された流路を備える、請求項１２に記載の生産ツール。
14. 請求項１から請求項１１による方法で得ることができる、補強された鋼構造部品。

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