JP2018537288A - 二つのブランクを接合する方法、及び製品を形成する方法 - Google Patents

Abstract

第一ブランクと第二ブランクを接合する方法であって、前記第一ブランクと前記第二ブランクの少なくとも一つは、少なくともアルミニウム、若しくはアルミニウム合金の層、又は亜鉛、若しくは亜鉛合金の層を備える。前記方法は、前記第二ブランクに接合される前記第一ブランクの第一部分を選択し、前記第一部分に接合される前記第二ブランクの第二部分を選択することと、そして前記第一部分を前記第二部分に溶接することを備える。前記溶接は、フィラー金属レーザビーム、及び溶接レーザビームを使用することと、前記二つのブランクの前記溶融された部分をフィラーワイヤの材料に溶融し、混ぜるために、両方のレーザビームを溶接方向に動かすことを備える。本開示はさらに、これらの方法のいずれかによって得られるブランク、及びそのようなブランクから得られる製品に関するものである。

Description

本出願は、２０１５年１２月１８日に出願された欧州特許出願１５３８２６４１．７号の利益を主張する。

本開示は、二つのブランクを接合するための方法、二つのブランクの接合後に製品を得るための方法に関するものである。本開示はさらに、これらの方法によって得られる、又は得ることができる製品に関するものである。

低価格で構成部品重量の削減を目的とした金属部品の製造のための新材料とプロセスの開発は、自動車会社において最も重要である。本目的を達成するために、企業は最適化された単位重量当たりの最大強度と有益な成形特性を示す超高強度鋼（ＵＨＳＳ）を開発してきた。これらの鋼は、優れた機械的特性を与え、鋼のブランクを特定の自動車部品へと成形するために用いられるホットスタンププロセスに特に適した鋼を製造する熱処理後の微細構造を得るよう設計される。ホットスタンププロセスの間、ブランクは腐食性雰囲気にさらされるため、鋼は通常、腐食、及び酸化を避けるために塗装される。

構造的要求を配慮しながら構成部品の重量を最小限に抑えるために、いわゆる「テーラードブランク」の技術が使用される可能性がある。これら技術において、構成部品は、選択的に板厚の異なる、材料、大きさ及び性質の異なる複数のブランクの溶接によって得られる金属ブランクの合成物で作られてもよい。少なくとも理論上は、この種の技術を使うことで、材料の使用は最適化され得る。板厚の異なるブランクは接合され得、又は例えば必要とされる各材料の特有の性質を使用して、鋼のブランクは異なる材料のブランクと接合され得る。

これらのブランクは、「エッジとエッジを突合せて」（突合せ接合）溶接され得る。これらのいわゆるテーラードブランクは、ホットスタンプされ、その後、自動車部品を形成するよう組み立てられるよう設計される。テーラードブランク材は、例えばドア、Ｂピラー、ビーム、フロア、バンパ等のような構造部品に使用され得る。

同様に、「パッチワーク」ブランクが知られており、パッチワークブランクにおいて、いくつかのブランクは必ずしも「エッジとエッジを突合せて」溶接されるのではなく、その代わりに部分的、又は全体的なブランクの重なりが使用され得る。

自動車業界において使われる鋼の一例は、２２ＭｎＢ５鋼である。２２ＭｎＢ５の組成は、下記の重量パーセントにまとめられる（残りは鉄（Ｆｅ）、及び不純物である）。

同様の化学組成を有するいくつかの２２ＭｎＢ５鋼が市販されている。しかしながら、ある２２ＭｎＢ５鋼の各構成要素の正確な量は、製造業者によってわずかに異なり得る。Ｕｓｉｂｏｒ（登録商標） １５００Ｐは、Ａｒｃｅｌｏｒ社によって製造されるある市販２２ＭｎＢ５鋼の一例である。Ｕｓｉｂｏｒ（登録商標）の組成は、下記の重量パーセントにまとめられる（残りは鉄（Ｆｅ）、及び不純物である）。

他の例において、２２ＭｎＢ５は、約０．２３％のＣ、０．２２％のＳｉ、及び０．１６％のＣｒを含み得る。材料はさらに、異なる比率のＭｎ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂ、Ｎ、Ｎｉを含み得る。

ＵＨＳＳの様々な他の鋼の組成はまた、自動車業界において使用され得る。特に、欧州特許公開２７３５６２０Ａ１号（特許文献１）において記載される鋼の組成は、適切と見なされ得る。具体的な言及は、欧州特許公開２７３５６２０号の表１、段落００１６〜００２１、及び段落００６７〜００７９の考察を参照されたい。複数の例において、ＵＨＳＳは、約０．２２％のＣ、１．２％のＳｉ、２．２％のＭｎを含み得る。

これらの組成のいずれかの鋼（例えばＵｓｉｂｏｒ（登録商標）、及び前記で言及、又は参照された他の組成のような２２ＭｎＢ５鋼の両方）は、腐食や酸化の損傷を防ぐために塗装を供給され得る。この塗装は、例えば、アルミニウム−シリコン（ＡｌＳｉ）塗装、若しくは主に亜鉛、又は亜鉛合金を含む塗装であってもよい。

パッチワークブランク、及びテーラードブランクはまた、別の産業においても使用され得、又は有用であり得る。

Ｕｓｉｂｏｒ（登録商標） １５００Ｐはフェライト−パーライト状態で供給される。機械的特性はこの構造に関連付けられる。加熱、ホットスタンプ、及びその後の急速冷却（焼き入れ）の後に、マルテンサイト微細構造は得られる。結果として、最大強度、及び降伏強度は著しく上昇する。

上述のように、Ｕｓｉｂｏｒ（登録商標） １５００Ｐは、腐食や酸化の損傷を防ぐためにアルミニウム−シリコン（ＡｌＳｉ）塗装が供給され得る。しかしながら、この塗装は、その溶接の性質に関して大きな影響を有する。もしＵｓｉｂｏｒ（登録商標） １５００Ｐブランクが、さらなる対策なしに溶接されると、塗装のアルミニウムが溶接エリアに入る可能性があり、これは結果として生じる構成要素の機械的特性の重大な低下の原因となり得、及び溶接部位において破壊の可能性を増加し得る。

この問題を解決するために、溶接ギャップに近いエリアにおいて塗装の一部を（例えば、レーザアブレーションによって）取り除くことから成る独国実用新案２０２００７０１８８３２Ｕ１号（特許文献２）にて、ある手法が提案されている。この手法は、（テーラード）ブランク、及び構成要素の製造のために追加工程が必要とされ、そしてプロセスの反復性にもかかわらず、この追加工程は、廃棄される多数の部品を用いる複雑な品質プロセスを必要とするという欠点を有する。これは、溶接工程のコストの増加を必然的に伴い、業界における技術の競争力を制限する。

米国特許公開２００８００１１７２０号（特許文献３）は、レーザビームによって少なくとも一つの金属ワークピースをレーザ溶接するためのあるプロセスを提案しており、前記ワークピースはアルミニウムを含む表面を有し、レーザビームは、金属を溶融させ前記ワークピースを溶接するように、少なくとも一つの電気アークと組み合わせられることを特徴とする。アークの正面のレーザは、溶融された部位の全域でオーステナイト構造を保持するのに有益な、コアにフラックスを含むワイヤ、又はガンマ相（Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ等）を誘発する元素を含むような物の使用を認める。

しかしながら、結果的に溶接強度の低下をもたらす、溶接部位の深さに沿った充填材のごく一部の希釈に関する問題が見つかってきた。さらに、充填材は、溶接部位において均一的に分布しない可能性がある。これは、あるエリアにおいて材料の集積（バンプ）の原因となり得、したがって、溶接部位の性質に局所的に影響を与える。すなわち、溶接部位の機械的特性が変化し得る。その他の問題は、充填材は使用前に予熱される必要があり得るということかもしれない。そうしなければ、電気アークは溶融する能力がないかもしれないからである。

ここで、ブランクは、まだ一つ以上のプロセス工程（例えば、変形、加工、表面処理、又はその他のこと）を受ける必要がある物品だと見なされ得る。これらの物品は、実質的に平らな板であっても、又はより複雑な形状を有してもよい。

ここで説明される溶接手法の例において、前記欠点は回避、又は少なくとも減少される。

欧州特許公開２７３５６２０Ａ１号 独国実用新案２０２００７０１８８３２Ｕ１号 米国特許公開２００８００１１７２０号

第一態様において、本発明は、第一ブランクと第二ブランク（少なくとも前記第一ブランク、及び前記第二ブランクの一つは、少なくともアルミニウム、アルミニウム合金、亜鉛、又は亜鉛合金の層を備えている）を接合するための手法を提供する。前記手法は、前記第二ブランクに接合される前記第一ブランクの第一部分を選択し、前記第一ブランクに接合される前記第二ブランクの第二部分を選択すること、及び第一レーザビーム、並びに第二レーザビームを使用する溶接部位にフィラーワイヤを供給しながら、前記第一部分を前記第二部分に溶融することを備える。前記第一レーザビームは溶接の間、前記溶接部位においてフィラーワイヤを溶融し、前記ブランクの前記第一部分、及び前記第二部分は、前記第二レーザビームを使用することで溶融され、前記溶融されたフィラーワイヤと混ぜられる。

各自異なる目的のための二つのレーザビームを使用することによって、前記ビームの特性をそれらの使用目的に調整することを可能とする。そのような特性は、前記レーザビームの出力、又はスポットの大きさであってもよい。例えば、前記フィラーワイヤは、前記ブランクの前記部分よりむしろ溶融するために異なる出力を要求してもよい。別の例は、前記フィラーワイヤの大きさに比べて前記溶接部位の幅であってもよく、各自異なるスポットの大きさを要求してもよい。

いずれの理論にも縛られることなく、前記二つのレーザビームによって、溶接部位において（溶融されたポットにおいて）マランゴニ効果を発生、又は改善することが可能であると考えられる。

前記マランゴニ効果（ギブスマランゴニ効果とも呼ばれる）は、表面張力の勾配に起因する二つの液体間の境界面に沿った物質移動である。この場合は、前記マランゴニ効果は、「溶接プール」において前記溶接プール内の温度分布に起因して作られた液体の流れである。前記表面張力は温度に依存しており、そしてそのため、これらの温度差は、溶接プールの前記表面において表面張力の勾配を作る。すなわち、表面により近づいた（そしてそのためにより熱い）基板の溶融された一部、及び充填材の溶融された一部は、表面張力のより低い（より高温の）領域から表面張力のより高い（より低温の）領域へ描かれるだろう。結果として、液体の流れ（液体は基板の前記溶融された一部、及び充填（補強）材の前記溶融された一部）は、前記溶接部位において前記充填材の高度分布、及び浸透が増加するといった方法によって作られる。前記液体の流れは、溶接部位の上部のより熱い層から下部のより冷たい層へ向かった急降下運動に似ているかもしれない。

いくつかの例において、前記第二レーザビームの使用することは、前記溶融されたフィラーワイヤを有するブランクの前記第一部分と前記第二部分を混ぜるように振動するような前記第二レーザビームの動かすことを備えてもよい。レーザビームの振動運動は、前記マランゴニ効果の結果として（もしくは、結果の一部として）、前記溶接プールにおいて前記材料をより均一的に混ぜさせ得る。そのような振動運動は、例えば中心点を軸とした螺旋運動、若しくは円運動、溶接方向に沿った揺動運動、若しくはウィービング（ジグザグ）運動、又はそれらの組み合わせのような異なるビーム動作を備えてもよい。

いくつかの例において、前記第二レーザビームを使用することは、前記第一部分と前記第二部分を溶融するように、そして前記溶融されたフィラーワイヤを有するブランクの前記第一部分と前記第二部分を混ぜるように、ツインスポットを発生させることを備え得る。二つのサブビームは、ツインスポットレーザ光学で発生させられ得、それぞれのサブビームは前記ツインスポットの二つのスポットのうちの一つを発生させる。ツインスポットの使用はまた、この場合も同様に（部分的に）マランゴニ効果の結果として、溶接プールにおいて材料をより均一的に混ぜ得る

いくつかの例において、前記フィラーワイヤの溶融に使用された前記第一レーザビームは、前記フィラーワイヤ径に相当（例えば、同等、又はより大きな）する大きさを有するスポットを有してもよい。したがって、正確に詳細に前記フィラーワイヤを溶融する目的のため全てのそのエネルギを集中させ得る。第一部分を第二部分へ溶融するために、そして前記溶融されたフィラーワイヤを混ぜるために使用される前記第二レーザビームは、溶接部位の大きさに相当する大きさを有するスポット、又はツインスポットを発生させ得る。さらに具体的に言うと、一つのスポットの場合、溶接部位の大きさ（例えば、幅）は、前記スポットの大きさと同じ、又はより大きい大きさであり得る。ツインスポットの場合、前記溶接部位の大きさ（例えば、幅）は、前記ツインスポットの前記二つのスポットを集めた大きさと同じ、又はより大きい大きさであり得る。前記溶接部位の前記大きさは、前記要求溶接の大きさであり得る。前記溶接の間、前記ブランクの間のあらゆる空間を適切に埋められるよう前記ブランクの既知の公差に対応し得る。

いくつかの例において、前記二つのレーザビームは一つのレーザヘッドによって発生され得る。これは、前記溶接の前記速度の調整、及び改善を容易にし得る。

その他のいくつかの例において、前記第一レーザビームは、第一レーザビームヘッドによって発生され得、前記第二レーザビームは、第二レーザビームヘッドによって発生され得る。これは、より簡単に前記二つのビームの前記ビーム特性（例えば、形状、出力）の個別制御を可能にさせ得る。

いくつかの例において、前記二つのレーザビームは、溶接方向に実質的に一致するスポットを発生させ得る。前記第二レーザビームによって発生される前記スポットは、前記第一レーザビームの前記スポットの前、又は後ろにあり得る。したがって、前記第一レーザビームは、一つのスポットを発生させ得、前記第二レーザビームは、一つ、又はそれ以上のスポットを発生させ得、そして前記第一レーザビームと第二レーザビームの前記スポットは、溶接方向に実質的に一致して配置され得る。

いくつかの例において、前記第二レーザビームがツインスポットを発生させるよう使われるとき、前記第一レーザビームの前記スポットは、第二レーザビームによって発生させられる前記ツインスポットの前記スポットの前、後ろ、又は間に配置され得る。さらに、前記ツインスポットの前記二つのスポットは、溶接方向に垂直に配置され得る。別の方法として、前記ツインスポットの前記二つのスポットは、前記溶接方向に同一直線上に配置され得る。

いくつかの例において、前記スポットが前記溶接方向に対して垂直に配置されるとき、前記第二レーザビームの前記ツインスポットの前記二つのスポットは、前記第一レーザビームの前記スポットの前、又は後ろにあり得る。別の方法として、前記第一レーザビームの前記スポットは、前記ツインスポットの前記スポットの間に同一直線上に配置され得る。

他のいくつかの例において、前記スポットが前記溶接方向と同一直線上に配置されるとき、前記第二レーザビームの前記ツインスポットの前記二つのスポットは、前記第一レーザビームの前記スポットの前、又は後ろにあり得る。別の方法として、前記第一レーザビームの前記スポットは、前記ツインスポットの前記スポットの間に同一直線上に配置され得る。

スポット配置の選択は、塗装、充填材、要求溶接、又はそれらの組み合わせの特性によって決まり得る。いくつかの例において、前記第一ブランク、及び前記第二ブランクは突合せ継手され得、前記第一部分は前記第一ブランクのエッジになり得、そして前記第二部分は前記第二ブランクのエッジになり得る。具体的には、Ｉ形開先突合せ継手（前記エッジの加工や傾斜なし）が使用され得る。より具体的には、隙間のないＩ形開先突合せ溶接が使用され得る。

いくつかの例において、前記第一ブランクと前記第二ブランクの少なくともいずれか一方は、アルミニウム、若しくはアルミニウム合金の層、又は亜鉛、若しくは亜鉛合金の層を備える塗装を有する鋼基板を備える。いくつかの例において、前記第一ブランクと前記第二ブランクの少なくともいずれか一方のそのような鋼基板は、超高強度鋼（特に２２ＭｎＢ５鋼）であってもよい。

別の態様において、製品を形成する方法が開示されている。前記方法は、ここに記載される方法のいずれかに準じた第一ブランク、及び第二ブランクを接合する方法を含むブランクを形成、ブランクの加熱、加熱されたブランクの熱間鍛造とその次の焼き入れを備える。

さらに別の態様において、ここに提案されている方法のいずれかによって得られるようなブランクが開示されている。

さらに別の態様において、ここに提案されるような製品を形成する方法によって得られる製品が開示されている。

例えば十分な出力を有するＮｄ−ＹＡＧ（ネオジムを添加されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット）、及びＣＯ２レーザなどの異なるレーザが、レーザ溶接のために使用されてもよい。Ｎｄ−ＹＡＧレーザは、市販されており、実績のある技術を構成する。この種のレーザはまた、前記ブランクの前記部分を（アークとともに）溶融するのに十分な出力を有し得、
前記レーザの前記焦点の、ひいては前記溶接部位の前記幅を変化させる。「スポット」の大きさの縮小は、エネルギ密度を上昇させる。

フィラーワイヤ溶融レーザの出力が前記フィラーワイヤの要求（例えば、溶融温度）に適合させられてもよいように、異なるフィラーワイヤが前記溶接部位のいずれかの要求に準じて使用されてもよい。前記使用されるフィラーワイヤは、オーステナイト相を安定させるガンマジェニック元素を有してもよい。オーステナイト安定化元素は、アルミニウム、又は亜鉛のフェライト安定化効果を弱め、したがって、最終溶接継手においてフェライトを最小化する（又は防ぐ）。この態様によれば、アルミニウム（又は亜鉛）は、溶接部位において存在しても、前記フィラーワイヤがオーステナイト相を安定させるガンマジェニック元素を有するとき、例えばホットスタンプのような熱間鍛造プロセス後により悪い機械的特性の原因とならない。これらのガンマジェニック元素は、溶接部位において取り込まれ、溶融で混ぜられ、そして結果としてオーステナイト（ガンマ相鉄、γ−Ｆｅ）は、加熱によって手に入れられ得る。熱間鍛造後の急冷（焼き入れ）の間、十分な機械的特性を与えるマルテンサイト微細構造が、したがって手に入れられ得る。

したがって、例えばいくつかの先行技術の方法において提案されているように、アルミニウム、アルミニウム合金、亜鉛、又は亜鉛合金層を取り除く必要はない。例えば塗装された鋼のブランクが溶接されるとき、もはや中間プロセス工程は不要のため、より早く、より安く実施され得る。

ガンマジェニック元素は、ここではガンマ相（すなわちオーステナイト相）を促進させる化学物質として理解される。ガンマジェニック元素（又は「オーステナイト安定化元素」）は、ニッケル（Ｎｉ）、炭素（Ｃ）、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、及び窒素（Ｎ）を備える族から選択され得る。「フェライト安定化元素」の追加は、「オーステナイト安定化元素」の作用を弱め得るが、他の要因がまた前記フィラーの前記組成のために考慮されるとき、任意のこれらの「フェライト安定化元素」はまだ、適切な構成要素であり得る。例えば、硬度を向上するためのモリブデン（Ｍｏ）は、適切な元素であり得、例えば耐食性のための珪素（Ｓｉ）、及びクロム（Ｃｒ）は、適切な構成要素であり得る。

アルミニウム合金は、ここではアルミニウムが主元素である金属合金として理解される。亜鉛合金は、ここでは亜鉛が主元素である金属合金として理解される。

望ましくは、前記フィラーワイヤにおいてガンマジェニック元素の量は、例えばＣｒ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ａｌ、及びＴｉ（チタン）のようなアルファジェニック元素の存在を相殺するよう、十分である。アルファジェニック元素は、アルファ鉄（フェライト）の形成を促進する。これは、ホットススタンプや焼き入れ後に結果として得られる微細構造がマルテンサイト−ベイナイト、及びフェライトを備え得るため、機械的特性の低下の原因となり得る。

いくつかの例において、前記フィラーはオーステナイト安定化元素を含んでもよく、０％から０．３％の炭素、０％から１．３％の珪素、０．５％から７％のマンガン、５％から２２％のクロム、６％から２０％のニッケル、０％から０．４％のモリブデン、０％から０．７％のニオブ、及び残りの鉄と不可避の不純物の重量パーセントの組成を有してもよい。

その他の例において、前記金属充填材は、例えばＨｏｇａｎａｓ（登録商標）から市販されているステンレス鋼ＡｌＳｉ ３１６Ｌであってもよい。前記金属フィラーは次の重量パーセントの組成、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％の珪素、及び残りの鉄と不可避の不純物を有してもよい。

別の方法として、例えばＨｏｇａｎａｓ（登録商標）から市販されている４３１Ｌ ＨＣが使用されてもよい。この金属フィラーは次の重量パーセントの組成、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％の珪素、１％から１０％のマンガン、及び残りの不純物を有する。

さらなる例は、例えばＨｏｇａｎａｓ（登録商標）から市販されている３５３３−１０を使用してもよい。前記フィラーは次の重量パーセントの組成、２．１％の炭素、１．２％の珪素、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、及び残りの鉄と不純物を有する。

これらの組成において、ニッケルの存在は優れた耐食性の原因と成り、オーステナイトの形成を促進するということがわかった。クロムと珪素の追加は、耐食性に役立ち、モリブデンは硬度の向上に役立つ。別の例において、他のステンレス鋼も、ＵＨＳＳもまた使用されてもよい。いくつかの例において、前記フィラーは、状況によって決まる、より高い、又はより低い機械的特性を提供するいくつかの構成要素を含有してもよい。

さらに、これらの混合物のフィラーは、最終ワーク製品（すなわちホットスタンプ、および焼き入れ後）のとても十分な機械的特性の原因となることがわかってきた。また、他のフィラーも使用され得る。

第二態様において、本開示は、ここに記載される溶接方法のいずれかに従って第一ブランク、及び第二ブランクを接合する方法を含むブランクの形成、その次のブランクの加熱、加熱されたブランクの熱間鍛造と最後の焼き入れを備える製品を形成する方法を提供する。加熱は、鍛造より前の加熱炉での熱処理を含んでもいい。熱間鍛造は、例えば、ホットスタンプや深絞りを含んでもよい。

本発明の限定されない実施例は、添付された図面を参照して次に記載されるだろう。

図１ａは、二つのブランクの接合例を図式的に説明する。 図１ｂは、二つのブランクの接合例を図式的に説明する。 図１ｃは、二つのブランクの接合例を図式的に説明する。 図１ｄは、二つのブランクの接合例を図式的に説明する。 図２ａは、様々な実施例に準じた溶接レーザビーム、及びフィラーワイヤ溶融ビームの配置例を図式的に説明する。 図２ｂは、様々な実施例に準じた溶接レーザビーム、及びフィラーワイヤ溶融ビームの配置例を図式的に説明する。 図２ｃは、様々な実施例に準じた溶接レーザビーム、及びフィラーワイヤ溶融ビームの配置例を図式的に説明する。 図３ａから図３ｆは、溶接レーザビームとフィラーワイヤ溶融ビームの相対位置を図式的に説明する。 図４はブランク接合の方法のフローチャートである。

図１ａから図１ｄは、ブランクの接合方法の例を図式的に説明する。図１ａにおいて、第一ブランクＡの第一部分、又は領域Ａ１は、第二ブランクＢの第二部分、又は領域Ｂ２に接合される。この例において、前記二つのブランクは、突合せ接合され、すなわち、突合せ溶接、特に真っ直ぐのエッジを溶接する（特殊な形状やエッジの傾斜なしに）。

この例において、ＡとＢ両方のブランクは塗装された鋼、例えばＵｓｉｂｏｒ（登録商標） １５００Ｐであってもよい。両方のブランクは、鋼基板１を備えてもよく、その上に塗装２が提供されてもよい。適合された前記塗装は、この例においてアルミニウム−シリコン（Ａｌ８７Ｓｉ１０Ｆｅ３）である。前記塗装の適用プロセスに起因して、前記結果として生じる塗装は、図１ｂから図１ｄにおいて説明されるように金属合金層４、及び金属間層３を有してもよい。

図１ｂから図１ｄは、直線ｘ−ｙによって定義された平面に沿った横断面図、及びデュアルレーザ溶接のいくつかの例に準じた対応する上面図を図式的に説明する。前記直線ｘ−ｙによって定義されたそのような平面は、溶接ビームＣ、すなわちブランクＡのエッジがブランクＢのエッジに接触する前記直線、に相当する。これらの例において、ブランクＡ、及びブランクＢは、塗装２を有する鋼基板１を備えてもよく、その塗装２は最外層として金属合金層４と、前記鋼基板１と前記金属合金層４の間に構成される金属間層３を有してもよい。ブランクＡ、及びブランクＢが溶接されるとき、ブランクＡとブランクＢの塗装された部分の前記塗装層、及び前記鋼基板、並びに前記フィラーは前記溶接ビーム内で混合される。したがって、溶接後、前記溶接ビームは、定義された塗装層を備えない。これらの例において、矢印ＷＤは、上面図において溶接方向を指示する。

図１ｂはさらに前記直線ｘ−ｙによって定義された前記平面に沿った横断面図と、デュアルレーザ溶接の例に準じた接合方法の対応する上面図を説明する。図式的な説明は、第一レーザビームＬ１が出るレーザヘッド２１を有するフィラー金属溶融レーザ２０の横断面、及び上面図である。フィラーワイヤ２５は、溶接材料として使用されてもよい。同様に図式的な説明は、第二レーザビームＬ２が出るレーザヘッド３１を有するレーザ溶接機３０である。

デュアルレーザ溶接プロセスにおいて、二つのレーザビームは、溶接部位４０を形成するよう協力する。この例において、前記第一レーザビームＬ１は（直接に）フィラーワイヤを溶融する。前記第二レーザビームＬ２は、実質的に前記二つのブランクが溶接される溶接プールにおいて、ブランクの部分を溶融する。前記溶融されたフィラーワイヤは「一般的な」溶接プールに向かい、それと同時に前記溶融されたフィラーワイヤは、前記ブランクの溶融された前記部分と溶け合う。前記フィラーワイヤが溶融するとき、前記ブランクの間のあらゆる隙間は満たされ得、溶接が作成される。

図１ｂはさらに、前記ブランクＡ、及び前記ブランクＢの溶接された部位において作成された前記溶接部位４０の上面図を説明する。レーザビームスポットＳ１は前記第一レーザビームＬ１によって作成されたスポットに相当し、さらにレーザビームスポットＳ２は前記第二レーザビームＬ２によって作成されたスポットに相当する。

図１ｂの例において、前記第二レーザビームＬ２（前記レーザ溶接機ビーム）は、マランゴニ効果の結果として前記溶接プールにおいて前記材料を混ぜるために揺動方式において移動できてもよい。前記ブランクの前記溶融部位は塗装材料と同様に鋼基板材料を備えるとき、混合する前記溶接プールの構成要素は、アルミニウム合金塗装に起因するあらゆる有害な効果を防ぎ得、それゆえに、前記溶接部位の機械的特徴は影響を与えられ得ない。

この場合において見られ得るが、前記ブランクの全ての板厚との間の前記材料の均一な混合は前記塗装のあらゆる有害な効果を和らげるため、溶接前に前記鋼基板の前記塗装を取り除く必要はなく、したがって製造を簡略化、及び高速化する。これは、かなりのコスト削減をもたらし得る。同時に、適切な組成のフィラーワイヤは、Ｕｓｉｂｏｒ（登録商標）の標準熱処理後、及び例えばホットスタンプのような熱間鍛造プロセス後に得られる優れた機械的特性を確保し得る。

Ｕｓｉｂｏｒ（登録商標）ブランクの標準処理は、例えば（特に）基本鋼のオーステナイトをもたらす加熱炉において、得られたブランクを加熱することであろう。そして、前記ブランクは、例えばバンパビーム、又はピラーを形成するためにホットスタンプされ得る。熱間鍛造後の急冷の間に、十分な機械的特性を与えるマルテンサイトは、したがって得られ得る。前記標準処理は、ここで提案される接合方法について、どんな方法においても影響を与えない。特に、前記溶接部位に供給される適切なフィラーワイヤの元素（すなわちガンマジェニック元素を有するフィラーワイヤ）のおかげで、アルミニウムの存在にかかわらずマルテンサイト構造は溶接の範囲内で得られることができる。

図１ｃはさらに前記直線ｘ−ｙによって定義された前記平面に沿った横断面図と、デュアルレーザ溶接の他の例に準じた二つのブランクの接合方法の対応する上面図を説明する。図式的な説明は、第一レーザビームＬ１が出るレーザヘッド２１を有するフィラー金属溶融レーザ２０である。フィラーワイヤ２５は、溶接材料として使用されてもよい。同様に図式的な説明は、二つのサブビームＬ２ａ、及びサブビームＬ２ｂが出るレーザヘッド３１を有するレーザ溶接機３０である。前記レーザヘッド３１はツインスポットレーザ光学を備えてもよい。

デュアルレーザ溶接プロセスのこの例において、前記レーザビームは同様に、溶接部位４０を形成するよう協力する。前記第一レーザビームＬ１は、図１ｂを参照して説明した例における場合と同様に前記フィラーワイヤ２５を溶融する。前記二つのサブビームＬ２ａ、及びサブビームＬ２ｂは、実質的に前記二つのブランクを溶接させる溶接プールにおいて、ブランクの部分を溶融するツインスポットを発生させる。前記溶融されたフィラーワイヤは「一般的な」溶接プールに向かい、それと同時に前記溶融されたフィラーワイヤは、前記ブランクの溶融された前記部分と溶け合う。前記ツインスポットは、要求されるサブビームＬ２ａ、及びサブビームＬ２ｂのいずれも少しの揺動もすることなく前記ブランクの前記溶融された部分を有する前記溶融されたフィラーワイヤ材料の前記混合を保証し得る。

図１ｃはさらに、前記ブランクＡ、及び前記ブランクＢが溶接される部位に作られる前記溶接部位４０の上面図を説明する。レーザビームスポットＳ１は、前記第一レーザビーム１によって作られたスポットに相当し、さらにレーザビームスポットＳ２ａ、及びレーザビームスポットＳ２ｂは、前記サブビームＬ２ａ、及び前記サブビームＬ２ｂそれぞれによって作成される前記スポットに相当する。

図１ｄは、図１ｂの例の変形したものを描き、シングルレーザヘッド５１、並びに前記ワイヤを溶融、及び溶接するシングルレーザを有する。この例において、前記溶融、及び溶接するレーザ５０は、第一レーザビームＬ１と第二レーザビームＬ２が出るシングルレーザヘッド５１を有する。

図２ａは、例に準じた二つのブランクの接合方法の上面図を図形的に説明する。第一ブランクＡは、溶接継ぎ目Ｃに沿って第二ブランクＢに接合され、ここでは第一レーザビームＳ１はフィラーワイヤ２５の材料を前記溶接継ぎ目Ｃの部位において溶融する原因となり得、第二レーザビームＳ２は、前記溶融されるフィラーワイヤ材料を前記ブランクの溶融される部分と混ぜるだけでなく、前記第一ブランクＡの部分、及び前記第二ブランクＢの部分を溶融する原因となり得る。破線の円は、前記溶接される材料を均一に混ぜるための前記第二レーザビームの円形の移動を示す。図２ｂは、前記レーザビームスポットＳ２のウィービング運動を図形的に説明し、さらに図２ｃは、前記レーザビームスポットＳ２の揺動運動を図形的に説明する。運動の選択は、溶接部位の特性によって決まり得る。

ここで今まで説明された全ての例において、平板の形でブランクは互いに接合される。ここで開示された方法の例はまた、異なる形状のブランクに適用してもよいことは明らかなはずである。

図３ａから図３ｆは、ツインスポットレーザビームが前記ブランクの前記部分を溶融するために、そして前記溶融されるフィラーワイヤを有する前記ブランクの前記溶融された部分を混ぜるために使用されるとき、前記第一レーザビームと前記第二レーザビームから発生されるスポットの関係ある部分を図形的に説明する。矢印は溶接方向を示す。図３ａから図３ｃにおいて、三つのスポットは前記溶接方向に沿って同一直線上に配置される。図３ａにおいて、前記ツインスポットの前記スポットＳ２ａ、及び前記スポットＳ２ｂは、前記フィラーワイヤ溶融ビームの前にある。図３ｂにおいて、前記フィラーワイヤ溶融ビームＳ１の前記スポットは、前記ツインスポットの前記スポットＳ２ａ、及び前記スポットＳ２ｂの前にある。図３ｃにおいて、前記フィラーワイヤ溶融ビームの前記スポットＳ１は、前記ツインスポットの二つの前記スポットＳ２ａ、及び前記スポットＳ２ｂの間に挿入される。図３ｄにおいて、前記ツインスポットの前記スポットＳ２ａ、及び前記スポットＳ２ｂは、前記フィラーワイヤ溶融ビームの前記スポットＳ１の前にある。しかしながら、この場合において、前記ツインスポットの前記二つのスポットは前記溶接方向に垂直に配置される。図３ｅにおいて、前記ツインスポットの二つの前記スポットＳ２ａ、及び前記スポットＳ２ｂもまた、前記溶接方向に垂直に配置されるが、図３ｄの配置とは反対に、それらは前記フィラーワイヤ溶融ビームの前記スポットＳ１の後ろにある。最後に、図３ｆにおいて、前記三つのスポットは、前記溶接方向と垂直な方向に沿って配置され、前記フィラーワイヤ溶融ビームの前記スポットＳ１は、前記ツインスポットの二つの前記スポットＳ２ａ、及び前記スポットＳ２ｂの間に挿入される。

ツインスポットが使用されるとき、前記二つのスポットはまた、同様のマランゴニ効果を誘導し、又は改善し得、前記溶接部位の前記元素は再び、前記溶接の下部に至った前記フィラーにおいて前記オーステナイト安定化元素とともに均一的に分布され得る。したがって、アルミニウムは、ホットスタンプのような熱間鍛造プロセス後の前記溶接部位においてより悪い機械的特性の原因となり得ない。

フェライト、及びオーステナイトの割合は、アルミニウムの量によって決まる。これらのオーステナイト安定化ステンレス充填材の追加は、フェライト相の発生に必要なアルミニウムの質量含有量を増やし得る。つまり、前記充填材の結果、まだ要求される機械的特性を維持する間、すなわち、まだオーステナイトの存在を保証する間は、より多くのアルミニウムが溶接範囲内に認められ得る。したがって、前記溶接範囲内のアルミニウムの影響は最小化され得、優れた機械的特性を有する溶接継手を得られ得る。

図４は、例に準じたブランクを接合する方法のフローチャートである。項目１０５において、第二ブランクに接合される第一ブランクの第一部分は、選択されてもよい。前記第一ブランクは、少なくともアルミニウム、若しくはアルミニウム合金の層、又は亜鉛、若しくは亜鉛合金の層を備えてもよい。いくつかの例において、前記第一ブランクは、アルミニウム、若しくはアルミニウム合金の層、又は亜鉛、若しくは亜鉛合金の層を備える塗装を有する鋼基板を備えてもよい。いくつかの例において、前記鋼基板は、超高強度鋼であってもよく、具体的には前記鋼はホウ素入り鋼であってもよい。

項目１１０において、前記第一部分に接合される第二ブランクの第二部分は、選択されてもよい。前記第二ブランクは同様に、少なくともアルミニウム、若しくはアルミニウム合金の層、又は亜鉛、若しくは亜鉛合金の層を備えてもよい。いくつかの例において、前記第二ブランクはアルミニウム、若しくはアルミニウム合金の層、又は亜鉛、若しくは亜鉛合金の層を備える塗装を有する鋼基板を備えてもよい。いくつかの例において、前記鋼基板は超高強度鋼、具体的にはホウ素入り鋼であってもよい。

項目１１５、レーザ溶接ビームの使用、において、前記ブランクの前記第一部分、及び前記第二部分は、溶接部位において溶融されてもよい。項目１２０において、フィラーワイヤは、フィラーワイヤ溶融ビームを使用する溶接部位に供給、及び溶融されてもよい。前記フィラーワイヤ溶融ビームは、第一レーザビームに相当する。そのような第一レーザビームは、溶接部位において前記フィラーワイヤを溶融するよう構成される。前記レーザ溶接ビームは、第二レーザビームに相当してもよい。そのような第二レーザビームの使用は、振動するように前記第二レーザビームを動かすこと、又はツインスポットレーザを使用することを備えてもよい。

項目１２５において、前記ブランクの前記溶融される部分、及び前記溶融されるフィラーワイヤは、溶接を生じさせるために溶融部位において混ぜられる。溶接部位全体の間の、すなわち、前記ブランクの全ての板厚との間の、前記フィラーの混合によって、前記溶接の機械的特性は改善され得る。

二つのＵｓｉｂｏｒ（登録商標） １５００Ｐブランクは、フィラーワイヤ溶融レーザビーム、及び溶接レーザビームを使用するデュアルレーザ溶接によって溶接された場所は、優れた機械的特性が得られる。特に、オーステナイト安定化材料を含むフィラーが使用されるとき、高張力が得られる。前記得られた高張力は、溶接されていないＵｓｉｂｏｒ（登録商標）製品、及び溶接されている２２ＭｎＢ５の塗装無しボロン製品と比較され得る。

これらの優れた機械的特性は、相対的に速い溶接速度の使用、製造プロセスの改善、及び溶接時間の削減を得られ得る。１分あたり５〜１２ｍの溶接速度は、様々な例において達成され得る。

ここでは多数の例のみが開示されているが、他の代案、改良、使用とそれらと同等のものの少なくともいずれか一つは可能である。さらに、説明された例の全ての可能な組み合わせもまた、対象とされる。したがって、本開示の範囲は、個々の例によって制限されるべきではなく、後述する請求項の公平な解釈によってのみ判断されるべきである。

Claims (15)

1. 第一ブランクと第二ブランクを接合する方法であって、前記第一ブランクと前記第二ブランクの少なくとも一つは、少なくともアルミニウム、若しくはアルミニウム合金の層、又は亜鉛、若しくは亜鉛合金の層を備え、
   前記第二ブランクに接合される前記第一ブランクの第一部分を選択し、前記第一部分に接合される前記第二ブランクの第二部分を選択することと、
   第一レーザビーム、及び第二レーザビームを使用することで、フィラーワイヤを溶接部位へ供給する間、そこで前記第一部分、及び前記第二部分を溶融することと、
   前記第一レーザビームは、溶接の間、前記溶接部位において前記フィラーワイヤを溶融し、
   そして、前記ブランクの前記第一部分、及び前記第二部分は、前記第二レーザビームを使用することで溶融され、混ぜられること、
   を備える方法。
2. 前記第二レーザビームを使用は、前記溶融されるフィラーワイヤを有する前記ブランクの前記第一部分、及び前記第二部分を混ぜるために第二レーザビームを振動するように動かすことを備える、請求項１に記載の方法。
3. 前記第二レーザビームを使用は、前記第一部分、及び前記第二部分を溶融するために、そして前記溶融されるフィラーワイヤを有する前記ブランクの前記第一部分、及び前記第二部分を混ぜるためにツインスポットレーザビームを使用することを備える、請求項１に記載の方法。
4. 前記第一レーザビームは、実質的に前記フィラーワイヤ径に相当する大きさを有するスポットを発生し、前記第二レーザビームは実質的に前記溶接部位に相当する大きさを有するスポット、又はツインスポットを発生する、請求項１から請求項３のいずれかに記載の方法。
5. 前記第一レーザビーム、及び前記第二レーザビームは、一つのレーザヘッドによって発生される、請求項１から請求項４のいずれかに記載の方法。
6. 前記第一レーザビームは、第一レーザヘッドによって発生され、前記第二レーザビームは、第二レーザヘッドによって発生される、請求項１から請求項４のいずれかに記載の方法。
7. 前記第一レーザビームは、一つのスポットを発生し、前記第二レーザビームは一つ、又はそれ以上のスポットを発生し、前記第一レーザビーム、及び前記第二レーザビームは実質的に溶接方向に一致して配置されるスポットを発生する、請求項１から請求項６のいずれかに記載の方法。
8. 前記第二レーザビームの使用は、ツインスポットを発生することを備え、前記ツインスポットの前記スポットは、実質的に前記溶接方向に垂直に配置される、請求項１から請求項６のいずれかに記載の方法。
9. 前記ツインスポットの前記スポットのどちらか一方は、溶接方向において前記第一レーザビームのスポットの前、又は後ろにある、請求項８のいずれかに記載の方法。
10. 前記第二レーザビームの使用は、ツインスポットを発生することを備え、前記ツインスポット、及び前記第一レーザビームの前記スポットは同一直線上に配置され、そこで前記第一レーザビームの前記スポットは、前記ツインスポットの前記スポットの間に配置される、請求項１から請求項８のいずれかに記載の方法。
11. 前記フィラーワイヤは、ガンマジェニック元素を備える、請求項１から請求項１０のいずれかに記載の方法。
12. 前記第一ブランクと前記第二ブランクは突合せ継手され、前記第一部分は前記第一ブランクのエッジであり、前記第二部分は前記第二ブランクのエッジである、請求項１から請求項１１のいずれかに記載の方法。
13. 前記第一ブランクと前記第二ブランクの少なくともいずれか一方は、アルミニウム、若しくはアルミニウム合金の層、又は亜鉛、若しくは亜鉛合金の層を備える塗装を有する鋼基板を備える、請求項１から請求項１２のいずれかに記載の方法。
14. 前記第一ブランクと前記第二ブランクの少なくともいずれか一方の前記鋼基板は、超高強度鋼（任意の２２ＭｎＢ５鋼）である、請求項１３に記載の方法。
15. 製品を形成するための方法であって、
    請求項１から請求項１４のいずれかに記載の、第一ブランクと第二ブランクを接合する方法を含むブランクを形成することと、
    前記ブランクを加熱することと、
    そして、前記加熱されたブランクを熱間鍛造すること、及びその次の焼き入れること、
    を備える方法。

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