JP2020503438A

JP2020503438A - フィラーワイヤを使用しないレーザ溶接用アルミニウム合金

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Publication number: JP2020503438A
Application number: JP2019533036A
Authority: JP
Inventors: マス，ジャン−フィリップ; セルヴィ，ロラン; カンパ，ステファン
Original assignee: Constellium Neuf Brisach SAS
Current assignee: Constellium Neuf Brisach SAS
Priority date: 2016-12-19
Filing date: 2017-12-13
Publication date: 2020-01-30
Also published as: EP3555331B1; CA3044722A1; US11524362B2; CN110100021A; US20200114468A1; KR20190098987A; WO2018115638A1; EP3555331A1; FR3060606B1; FR3060606A1

Abstract

本発明は、アルミニウム合金製モノリシック半製品の、「ＲｅｍｏｔｅＬａｓｅｒＷｅｌｄｉｎｇ」の呼称で当業者に知られている、フィラーワイヤを使用しないレーザ溶接方法を対象とし、該方法は以下の、−少なくとも１つは以下の組成（重量％）：Ｓｉ：２．５〜１４、Ｆｅ：０．０５〜０．８、Ｃｕ：０．２５〜１．０、Ｍｇ：０．０５〜０．８、Ｍｎ：≦０．７０、Ｃｒ：≦０．３５、Ｔｉ：０．０２〜０．３０、Ｓｒは５００ｐｐｍまで、Ｎａは２００ｐｐｍまで、Ｓｂは０．１５％まで、不可避不純物は各々０．０５未満で合計０．１５未満、残りはアルミニウムの圧延薄板である、少なくとも２つのアルミニウム合金製半製品を供給するステップ、−アルミニウム合金製半製品の、「ＲｅｍｏｔｅＬａｓｅｒＷｅｌｄｉｎｇ」の呼称で当業者に知られている方法である、フィラーワイヤを使用しないレーザ溶接のステップを含む。本発明は、本発明による方法によって得られる、自動車の構造コンポーネント、ホワイトボディコンポーネント、外板コンポーネントまたは可動部分コンポーネントもまた含む。【選択図】図７

Description

本発明は、スタンピングまたは押出しによって成形される自動車用部品の分野、とりわけ、フィラーワイヤを使用しないリモートレーザ溶接によって接合される部品に関するものである。より詳細にはそれは、自動車のホワイトボディのライナー部品、構造部品または補強部品のスタンピングによる製造を目的とし、硬化元素が添加された、「アルミニウム協会」の呼称に準ずるＡＡ６０００系合金製部品である。

序文において、以下で問題にされるアルミニウム合金は全て、相反する指示のないかぎり、「アルミニウム協会」がその定期刊行物「ＲｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎＲｅｃｏｒｄＳｅｒｉｅｓ」の中で定義する呼称にしたがって示されている。

相反する言及のないかぎり、合金の化学組成に関して表示されているものは、合金の総重量に基づく重量百分率として表現されている。「ｐｐｍ」は、重量において１００万分の１を意味する。

質別の定義は、欧州規格ＥＮ５１５中に記されている。

引張りにおける静的機械的特性、言い換えると破断強度Ｒｍ、０．２％の伸びにおける慣用的な降伏応力Ｒｐ０．２、および破断伸びＡ％は、規格ＮＦＥＮＩＳＯ６８９２−１に準じた引張り試験により決定される。

自動車製造において、アルミニウム合金の使用は増大している。というのも、それを使用することにより、車両の重量を削減しそれによって燃料消費および温室効果ガスの排出を減少させることが可能になるからである。

アルミニウム合金製薄板は、自動車構造の多くのコンポーネント、とりわけ「ホワイトボディ」の多くの部品を製造するために特に使用され、これらの中には、フロントフェンダ、ルーフもしくはルーフパネル、ボンネットやトランクもしくはドアの外板といった車体の外板部品（または車体の外部パネル）、例えばドアやフェンダ、後部扉もしくはボンネットのライナーといったライナー部品、そして最後に例えばサイドメンバー、ダッシュパネル、フロアパネル、およびフロントピラー、センターピラーそしてリヤピラーといった構造部品が見受けられる。

多くの外板部品およびライナー部品が、アルミニウム合金薄板ですでに製造されている。

このタイプの用途のために、時として対立する以下のような特性が全て必要とされる。
−特にスタンピング作業のための、引き渡し状態すなわち質別Ｔ４での高い成形性、
−成形時のスプリングバックを抑制するための、引き渡し状態において制御された薄板の降伏応力、
−部品の重量を最小限に抑えながら使用中に優れた機械的強度を得るための、電着塗装そして塗装焼付後の高い機械的強度、
−衝突時の優れたエネルギー吸収能力、
−スポット溶接、レーザ溶接、接着、さらにはクリンチングやリベット締めのような、自動車の車体に用いられるさまざまな接合技法における優れた挙動、
−完成部品の腐食、とりわけ粒間腐食、応力腐食および糸状腐食に対する優れた耐性、
−製造中に発生する屑または再利用される車両のリサイクルの要件との一致、
−大量生産のために許容可能な費用。

自動車産業において一般に使用されているアルミニウム合金製薄板に類似した機械的特性、成形性および腐食の特性を有し、またフィラーワイヤを使用しないリモートレーザ溶接によって接合可能なモノリシック薄板による解決案は、特に有効である。モノリシックとは、本発明の範囲内で、複合ではないただ一つの合金で構成される製品を意味し、複合製品は例えばともに圧延された２つの合金で構成されるか、または「２合金」鋳造によって得られる。

また、アルミニウム合金の割れ感受性を特に低下させることで知られ、より一般的にはその溶接性を改善することを可能にする解決案は、２％超のケイ素含有量の増加、５％超のマグネシウム含有量の増加、および６％超の銅含有量の増加である（図１を参照）。

ＡＡ６０００系合金の場合において、フィラーワイヤは、レーザ溶接の際に優れた耐割れ性を保証するために使用され、フィラーワイヤは、高いケイ素含有量（例えば１２％）のＡＡ４０００系合金またはＡＡ５０００系合金で作られる。またチタンおよびジルコニウムのような元素の添加が、凝固組織を精錬し、したがってレーザ溶接の際の割れ感受性を低下させることも知られており、このことは「Ｃｕｒｒｅｎｔｉｓｓｕｅｓａｎｄｐｒｏｂｌｅｍｓｉｎｌａｓｅｒｗｅｌｄｉｎｇｏｆａｕｔｏｍｏｔｉｖｅａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｓ」、Ｈ．Ｚｈａｏ、Ｄ．Ｒ．ＷｈｉｔｅおよびＴ．Ｄｅｂｒｏｙ、ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｖｉｅｗｓ、第４４巻、第６版（１９９９年６月１日）、２３８〜２６６ページ、が報告している通りであり、図１はその抜粋である。

モノリシック薄板は、「Ｓｋｙ」によって、ＴＩＧ溶接方法およびＭＩＧ溶接方法によるアーク溶接への応用のために開発され、また米国特許第４８９７１２４号明細書で取上げられた。前記薄板の組成領域は、図２で定義され、０．０５％〜０．５％のＦｅ含有量を伴い、また含有量０．６％未満のＭｎ、含有量０．３％未満のＣｒおよび含有量０．３％未満のＺｒの群の少なくとも１つの元素を伴う。改善された成形加工性および耐腐性と同様に、改善された溶接性が特許請求されている。

他方では、多層複合製品が「Ｎｏｖｅｌｉｓ」によって開発されており、このことは「ＡｄｖａｎｃｅｄＡｌｕｍｉｎｕｍ５ＸＸＸａｎｄ６ＸＸＸｆｏｒｃｏｍｐｌｅｘＤｏｏｒＩｎｎｅｒＰａｎｅｌｓａｎｄＣｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｆｏｒａｎＡｌｕｍｉｎｕｍ−ｓｐｅｃｉｆｉｃＤｅｓｉｇｎ」、Ａ．Ｗａｌｋｅｒ、Ｇ．Ｆｌｏｒｅｙ−ＮｏｖｅｌｉｓＳｗｉｔｚｅｒｌａｎｄＳＡ；ＢａｄＮａｕｈｅｉｍ−ＤｏｏｒｓａｎｄＣｌｏｓｕｒｅｓｉｎＣａｒＢｏｄｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ２０１４、および「ＬａｓｅｒＲｅｍｏｔｅＷｅｌｄｉｎｇｏｆＡｌｕｍｉｎｕｍｗｉｔｈｏｕｔｆｉｌｌｅｒ」、Ｒ．Ｂｒｏｃｋｍａｎｎ（Ｔｒｕｍｐｆ）、Ｃ．Ｂａｓｓｉ（Ｎｏｖｅｌｉｓ）２０１２／０４／１９が報告している通りである。

それは外板にＡＡ４０００系合金製薄板（該合金は共晶Ａｌ−Ｓｉの含有量よりわずかに低い１２％のＳｉ含有量を有する[ＬａｓｅｒＲｅｍｏｔｅＷｅｌｄｉｎｇｏｆＡｌｕｍｉｎｕｍｗｉｔｈｏｕｔｆｉｌｌｅｒ；Ｒ．Ｂｒｏｃｋｍａｎｎ（Ｔｒｕｍｐｆ）、Ｃ．Ｂａｓｓｉ（Ｎｏｖｅｌｉｓ）２０１２／０４／１９を参照]）を張り付けた、「Ｎｏｖｅｌｉｓ６２００」合金製のコア薄板または中心薄板で構成された接合部品である。その商品名は、６２００ＲＷまたは「ＮｏｖｅｌｉｓＡｄｖａｎｚｓ２００ＲＷ」である。それはフィラーワイヤを使用しないリモートレーザ溶接の際に改善された溶接性を有し、また溶接された接合箇所における割れはなく、このことは「ＬａｓｅｒＲｅｍｏｔｅＷｅｌｄｉｎｇｏｆＡｌｕｍｉｎｕｍｗｉｔｈｏｕｔｆｉｌｌｅｒ」、Ｒ．Ｂｒｏｃｋｍａｎｎ（Ｔｒｕｍｐｆ）、Ｃ．Ｂａｓｓｉ（Ｎｏｖｅｌｉｓ）２０１２／０４／１９が明示している通りである。

しかしながら非モノリシックであるこのタイプの製品は、費用およびリサイクルという観点から理想的ではない。

特開２００６−１０４５８０号公報は、パルスレーザー溶接性に優れた３０００系アルミニウム合金薄板を開示しており、その組成は重量％で、Ｓｉ：＞０．２０〜０．６０、Ｆｅ：０．２５〜０．５５、Ｃｕ：０．１０〜０．３５、Ｍｎ：０．９〜１．５、Ｍｇ、０．２５〜０．５５、残りはアルミニウムおよび不可避的不純物であり、Ｓｉ、Ｆｅ、ＣｕおよびＭｇの合計の値は１．５重量％以下である。これらの３０００系合金薄板は、所望の機械的特性を有しない。

米国特許出願公開第２００５／０１５５６７６号明細書は、Ｓｉ：２〜６、Ｍｇ＜０．４０、Ｃｕ＜０．３０、Ｚｎ＜０．３０、Ｆｅ＜０．５０、Ｔｉ＜０．３０と、Ｍｎ（０．３〜２）、Ｃｒ（０．１〜０．３）、Ｃｏ（０．１〜０．３）、Ｖ（０．１〜０．３）またはＭｏ（０．１〜０．４）のような鋳型に対する粘着力を弱めるための元素を少なくとも１つと、Ｓｒ（５０〜５００ｐｐｍ）、Ｎａ（２０〜１００ｐｐｍ）またはＣａ（３０〜１２０ｐｐｍ）のような共晶改良元素を少なくとも１つを含む合金において作られる、加圧鋳造によって得られる安全部品または構造部品について記述している。これらの鋳造製品は、所望される幾何学的特性および機械的特性を有しない。

特開平７−１０９５３７号公報は、鋳造製品、押出製品および鍛造製品として使用可能な亜共晶Ａｌ−Ｓｉ合金を記述しており、該合金は重量％で、Ｓｉ：３．３〜５．５、Ｍｇ：０．２〜０．７、Ｔｉ：０．０１〜０．２、Ｂ：０．０００１〜０．０１、Ｆｅ≦０．２、Ｐ≦０．００５およびＣａ≦０．００５を含み、また重量における比率Ｐ／Ｃａ≦１．０に適う組成を有する。これらの製品は、所望される幾何学的特性および機械的特性を有しない。

米国特許出願公開第２００５／０１００４７３号明細書は、重量％でＳｉ：４〜１２、Ｃｕ＜０．２、Ｍｇ：０．１〜０．５、Ｎｉ：０．２〜３．０、Ｆｅ：０．１〜０．７、Ｔｉ：０．１５〜０．３を含み、残りはアルミニウムおよび不純物であるアルミニウム合金および鋳造製品を記述している。これらの鋳造製品は、所望される幾何学的特性および機械的特性を有しない。

米国特許第４８９７１２４号明細書特開２００６−１０４５８０号公報米国特許出願公開第２００５／０１５５６７６号明細書特開平７−１０９５３７号公報米国特許出願公開第２００５／０１００４７３号明細書

「Ｃｕｒｒｅｎｔｉｓｓｕｅｓａｎｄｐｒｏｂｌｅｍｓｉｎｌａｓｅｒｗｅｌｄｉｎｇｏｆａｕｔｏｍｏｔｉｖｅａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｓ」、Ｈ．Ｚｈａｏ、Ｄ．Ｒ．ＷｈｉｔｅおよびＴ．Ｄｅｂｒｏｙ、ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｖｉｅｗｓ、第４４巻、第６版（１９９９年６月１日）、２３８〜２６６ページ「ＡｄｖａｎｃｅｄＡｌｕｍｉｎｕｍ５ＸＸＸａｎｄ６ＸＸＸｆｏｒｃｏｍｐｌｅｘＤｏｏｒＩｎｎｅｒＰａｎｅｌｓａｎｄＣｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｆｏｒａｎＡｌｕｍｉｎｕｍ−ｓｐｅｃｉｆｉｃＤｅｓｉｇｎ」、Ａ．Ｗａｌｋｅｒ、Ｇ．Ｆｌｏｒｅｙ−ＮｏｖｅｌｉｓＳｗｉｔｚｅｒｌａｎｄＳＡ；ＢａｄＮａｕｈｅｉｍ−ＤｏｏｒｓａｎｄＣｌｏｓｕｒｅｓｉｎＣａｒＢｏｄｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ２０１４「ＬａｓｅｒＲｅｍｏｔｅＷｅｌｄｉｎｇｏｆＡｌｕｍｉｎｕｍｗｉｔｈｏｕｔｆｉｌｌｅｒ」、Ｒ．Ｂｒｏｃｋｍａｎｎ（Ｔｒｕｍｐｆ）、Ｃ．Ｂａｓｓｉ（Ｎｏｖｅｌｉｓ）２０１２／０４／１９

自動車産業において広く使用されているＡＡ６０００系アルミニウム合金は、特に溶接シームにおける限界き裂を引き起こすことにより、レーザ溶接による接合の際の割れ感受性が非常に高いことが知られている。

提起される問題は、フィラーワイヤを使用しないリモートレーザ溶接による接合の際に限界き裂が形成されず、高い機械的特性を有するアルミニウム合金製薄板の開発である。このアルミニウム合金製薄板は、機械的強度、成形性および腐食において、一般に使われているアルミニウム合金と同じ性能または改善された性能を有しなければならない。

本発明は、アルミニウム合金製モノリシック半製品の、フィラーワイヤを使用しないリモートレーザ溶接方法を対象とし、以下のステップを含む。
−少なくとも１つが以下の組成（重量％）、
Ｓｉ：２．５〜１４、好ましくは２．５〜１０．０、好ましくは２．７〜５．０
Ｆｅ：０．０５〜０．８、好ましくは０．１５〜０．６０
Ｃｕ：０．２５〜１．０、好ましくは０．３０〜０．９、さらに好ましくは０．５〜０．８、
Ｍｇ：０．０５〜０．８、好ましくは０．２〜０．７、さらに好ましくは０．３〜０．５
Ｍｎ：≦０．７０
Ｃｒ：≦０．３５
Ｔｉ：０．０２〜０．３０
Ｓｒは５００ｐｐｍまで
Ｎａは２００ｐｐｍまで
Ｓｂは０．１５％まで、
不可避不純物は各々０．０５未満で合計０．１５未満、残りはアルミニウム、
を有する圧延薄板である、少なくとも２つのアルミニウム合金製モノリシック半製品を供給するステップ、
−アルミニウム合金製半製品の、フィラーワイヤを使用しないリモートレーザ溶接のステップ。

好ましい一実施形態によると、当該半製品は、自動車の構造コンポーネントおよび／または自動車のホワイトボディのコンポーネントおよび／または自動車の外板のコンポーネントおよび／または自動車の可動部分のコンポーネントを構成する。

最後に、本発明の対象は、本発明に従った方法によって得られる、自動車の構造コンポーネント、ホワイトボディコンポーネント、外板コンポーネントまたは可動部分コンポーネントもまた含む。

さまざまな２元合金についての割れに対する「相対的な感受性の強さ」または割れ感受性への、溶接金属の化学組成の影響を示している。米国特許第４８９７１２４号明細書に準ずる、「Ｓｋｙ」によって特許請求された組成領域を示している。横断面で見たレーザ溶接装置の典型的な配置を概略的に示しており、１は、レーザ溶接ビードを示している。上から見た同じレーザ溶接装置を示しており、黒い部分（２）は、固定具またはクランプを示している。材料のスタンピングに対する適性の特徴を示す限界ドーム高さ（ＬＤＨ）の名称で当業者に知られているパラメータ値を決定するために使用される工具のｍｍ単位の寸法を明示している。粒間腐食に対する耐性試験のために使用される試験片の図である。突合せ接合されたブランクを作製するための端と端を合わせた溶接の装置の配置を概略的に示している。曲げ測定を概略的に示している。曲げ角度αの測定を概略的に示している。

本発明による方法は、典型的には圧延薄板または押出形材である、アルミニウム合金製モノリシック半製品の供給を含む。半製品のうちの少なくとも１つは、圧延薄板である。本発明の一実施形態において、半製品のうちの少なくとも２つは、圧延薄板である。本発明の他の実施形態において、少なくとも１つの第２の半製品は、押出形材である。

モノリシック薄板の製造方法は典型的には、鋳造、加熱／均質化、熱間圧延、冷間圧延、溶体化処理および焼入れを含む。

鋳造は一般的に、スラブの垂直式半連続タイプの鋳造とそれに続くスカルピングであり、または場合によっては連続タイプの鋳造である。

スラブの加熱は、余剰ケイ素粒子を、その含有量が１．２％を超える場合に球状化して、薄板の厚み内に均一に分散する円形の外観の粒子を得るために、典型的にはおよそ５５０℃の温度で少なくとも４時間行われる。この温度は有利には、考慮される合金のソルバスとソリダスとの間に含まれる。

スラブは加熱後、典型的には熱間圧延ついで冷間圧延を受ける。熱間圧延は、例えばドアの補強部材用に使用されるＡＡ６０００系合金の熱間圧延と変わらない。

冷間圧延に続く溶体化処理は典型的には、焼入れ前に、遊離ＭｇおよびＳｉの全てを再結晶させ固溶体に戻すために、およそ５５０℃の温度で行われる。この温度は有利には、加熱の場合と全く同様に、合金のソルバスとソリダスとの間である。

別の半製品が形材である場合において、典型的な製造ステップは類似している。

ビレットの鋳造もまた一般的に、垂直式半連続タイプの鋳造と場合によってはそれに続いて行われ得るスカルピングである。

ビレットを縦に切断する前または後のビレットの加熱は、典型的にはおよそ５５０℃の温度で行われる。この温度は有利には、考慮される合金のソルバスとソリダスとの間に含まれる。

ビレットは加熱後に押し出され、溶体化処理およびプレス焼入れまたは別個の焼入れが行われる。

この場合、溶体化処理は典型的には、焼入れ前に、遊離ＭｇおよびＳｉの全てを固溶体に戻すために、およそ５５０℃の温度で行われる。この温度はより有利には、加熱用と全く同様に、合金のソルバスとソリダスとの間に含まれる。

本発明による方法の前記圧延薄板の化学組成は以下の通りである（重量％）。
Ｓｉ：２．５〜１４、好ましくは２．５〜１０．０、好ましくは２．７〜５．０
Ｆｅ：０．０５〜０．８、好ましくは０．１５〜０．６０
Ｃｕ：０．２５〜１．０、好ましくは０．３０〜０．９、さらに好ましくは０．５〜０．８、
Ｍｇ：０．０５〜０．８、好ましくは０．２〜０．７、さらに好ましくは０．３〜０．５
Ｍｎ：≦０．７０
Ｃｒ：≦０．３５
Ｔｉ：０．０２〜０．３０
Ｓｒは５００ｐｐｍまで
Ｎａは２００ｐｐｍまで
Ｓｂは０．１５％まで、
不可避不純物は各々０．０５未満で合計０．１５未満、残りはアルミニウム。

このタイプの合金を構成する元素に課せられた濃度範囲は、以下の理由によって説明される。

Ｓｉ：最小含有量２．５％のケイ素の存在により、溶接性の有意な改善を得ることが可能になる。含有量が５％を超えると成形性が低下し始め、１４％を超えると、また特定の場合においては１０.０％を超えると、重大な問題となる。

好ましいケイ素含有量は、２．７〜５．０％である。

Ｆｅ：最小含有量０．０５％のＦｅにより、予想外ではあるが溶接性を改善することが可能になり、その一方で０．８％を超える含有量については、成形性が有意に低下する。

好ましい鉄含有量は、０．１５〜０．６０％である。

Ｃｕ：驚くべきことに本発明者らは、銅の添加が機械的特性を改善し溶接性も耐食性も有意に低下させないことを確認した。銅含有量は好ましくは０．３０％以上、さらに好ましくは０．５％以上、さらには０．６％以上である。銅の最大含有量は有利には０．９％、好ましくは０．８％である。

Ｍｇ：Ｍｇの最小含有量０．０５％、好ましくは０．２％が、塗装焼付後に必要な機械的特性を得るために、析出物Ｍｇ_２Ｓｉの十分な形成に必要とされる。溶接へのその悪影響から、最大含有量は０．８％に制限される。

好ましいマグネシウム含有量は、０．３〜０．５％である。有利な一実施形態において、銅含有量０．５〜０．８％とＭｇ含有量０．３〜０．５％が組み合わせられる。

Ｃｒ：その含有量は、０．３５％に制限される。

０．０５％以上の添加は硬化効果をもたらすが、クロムは０．３５％を超えると有害な金属間相を形成する。

好ましいクロム含有量は、０．０５〜０．２５％である。

Ｍｎ：その含有量は０．７０％に制限される。０．０５％を超えるマンガンの添加は、固溶体効果によって機械的特性を高めることができるが、０．７０％を超えるとそれは成形性を非常に大きく低下させる可能性があり、この現象は０．３０％を超えると既に知覚できる。一実施形態において、Ｍｎ含有量は、０．０５〜０．３０％である。本発明の別の実施形態において、Ｍｎの最大含有量は０．２％、好ましくは０．０５％である。

Ｔｉ：この元素が凝固組織を精錬し、したがって割れ感受性を低下させる効果を生むことが注目された。したがってＴｉ最小含有量０．０２％が必要とされる。Ｔｉ最小含有量は好ましくは０．０５％であり、さらに好ましくは０．１０％である。それに対し、最大含有量０．３０％、好ましくは０．２５％が必要とされるが、これは機械的特性および成形性に対し有害な影響をもたらす、垂直式鋳造の際の主要な相の生成を回避するためである。

Ｓｒ：Ｓｒの添加は任意である。５００ｐｐｍ未満の含有量で、凝固の際に共晶Ａｌ−Ｓｉの形に作用することが可能となり、加熱後また熱間圧延前の均一に分散する円形の外観のＳｉ粒子の獲得に有利に働く。それを超えると、鋳造スラブのガス抜きへのその影響が有意になる。

好ましいストロンチウム含有量は、２００〜４００ｐｐｍである。

他の元素、いわゆる含有量２００ｐｐｍまで（好ましくは２０〜２００ｐｐｍ）のナトリウムＮａまたは含有量０．１５％まで（好ましくは０．０４〜０．１５％）のアンチモンＳｂといったいわゆる「改質剤」の使用もまた可能である。

好ましいＮａ含有量は、２０〜２００ｐｐｍである。

好ましいＳｂ含有量は、０．０４〜０．１５％である。

有利な一実施形態において、Ｓｒ添加だけが選択される。

その他の元素は故意に添加されず、それは含有量が各々０．０５未満で合計０．１５未満である不可避不純物であり、残りはアルミニウムである。

本発明による方法のために使用される圧延薄板の機械的特性は有利には、引き渡し状態Ｔ４で、Ｒｐ_０．２≧１６５ＭＰａ、好ましくはＲｐ_０．２≧１７５ＭＰａ、および／またはＲｍ≧３１０ＭＰａ、好ましくはＲｍ≧３３０ＭＰａである。本発明による方法のために使用される圧延薄板の機械的特性は有利には、塗装焼付硬化、２％の引張によるひずみ硬化とそれに続く１８０℃での２０分の処理の後に、Ｒｐ_０．２≧２４０ＭＰａ、好ましくはＲｐ_０．２≧２６０ＭＰａ、および／またはＲｍ≧３４０ＭＰａ、好ましくはＲｍ≧３６０ＭＰａである。

成形後の析出をシミュレートする処理、圧延方向に対して垂直な方向にしたがった５％の引張によるひずみ硬化とそれに続く２０５℃での３０分の後、薄板の機械的特性は有利には、Ｒｐ_０．２≧２８０ＭＰａ、好ましくはＲｐ_０．２≧３１０ＭＰａ、さらに好ましくはＲｐ_０．２≧３５０ＭＰａおよび／またはＲｍ≧３３０ＭＰａ、好ましくはＲｍ≧３６０ＭＰａ、さらに好ましくはＲｍ≧３８０ＭＰａおよび／またはＮＦＥＮＩＳＯ７４３８規格およびＶＤＡ２３８−１００の方法に準じて測定される少なくとも５０°、好ましくは少なくとも６０°の標準化された曲げ角度α_ｎｏｒｍである。

使用される圧延薄板は好ましくは、０．５ｍｍ〜４ｍｍ、好ましくは１〜３ｍｍの厚みを有する。

本発明による方法は、図３に示されるような重ね合わせ溶接、または図７に示されるような端と端を合わせた配置による溶接のために特に利用されることができる。また、本発明による組成の前記圧延薄板が溶接の際に単数または複数の他の半製品の上、すなわちレーザービームの衝撃の方向に位置づけられる場合に、溶接時の割れ傾向が明らかに低いことが注目された。この利点は、重ね溶接の場合に得られる。このように有利な一実施形態において、本発明による組成の圧延薄板はレーザービームの衝撃の方向に位置づけられる。

端と端を合わせた溶接の配置は有利には、当該半製品のうちの少なくとも２つが異なる厚みおよび／または異なる機械的強度を有することを好ましくは特徴とする、突合せ接合されたブランクを溶接後に得ることを可能にする。

本発明はまた、本発明によるフィラーワイヤを使用しない溶接方法による端と端を合わせた溶接によって接合される、少なくとも１つは本発明による組成を有する圧延薄板である複数の半製品で構成される突合せ接合されたブランクにも関している。

本発明の本質的な利点は、「ＲｅｍｏｔｅＬａｓｅｒＷｅｌｄｉｎｇ」の呼称で当業者に一般的に知られている溶接方法である、フィラーワイヤを使用しないリモートレーザ溶接の際に特に改善される溶接性、ならびに自動車部品用に従来使用されているＡＡ６０００系合金の特性に少なくとも匹敵する成形性および耐食性の特性、および高い機械的特性を有するモノリシック圧延薄板を使用できることである。

対象となる応用は、自動車構造のコンポーネント特に「ホワイトボディ」の多くの部品に及び、これらの中には、フロントフェンダ、ルーフもしくはルーフパネル、ボンネットやトランクもしくはドアの外板といった車体の外板部品（または車体の外部パネル）、例えばドアやフェンダ、後部扉もしくはボンネットのライナーといったライナー部品、そして最後に例えばサイドメンバー、ダッシュパネル、フロアパネル、およびフロントピラー、センターピラーそしてリヤピラーといった構造部品が見受けられる。本発明は有利には、ドアの補強部材のような補強部品を作製することを可能にする。

前記半製品が自動車構造のコンポーネント、自動車のホワイトボディのコンポーネント、自動車の外板のコンポーネント、自動車の可動部分のコンポーネントを構成する、本発明による方法が有利である。

本発明による方法はこのように、特に有利である自動車構造のコンポーネント、自動車のホワイトボディのコンポーネント、自動車の外板のコンポーネントまたは自動車の可動部分のコンポーネントを得ることを可能にする。

さまざまな合金が調整され、それらの組成は表１に記されている。

合金８および合金９は、本発明による組成を有する。合金１〜７は、対照合金である。

厚み１．２ｍｍおよび１．７ｍｍの薄板が、表２中に要約された製造パラメータにしたがってこれらの合金から調整された。

溶接試験
レーザ溶接を、図３および図４の図にしたがって、１．２ｍｍの薄板を同じ化学組成の１．７ｍｍの薄板の上に重ねることによって実行した。

各合金について、１６の溶接ビードを作製する。

使用したレーザ溶接パラメータは以下の通りである：
−レーザ出力：３ｋＷ
−溶接速度：３．４ｍ／分
−フィラーワイヤなし
−保護ガスなし。

割れを、以下の方法にしたがって評価した。

各溶接ビードについて、横断面を作製する。

コーティングおよび研磨の後、断面のそれぞれを光学顕微鏡検査で観察し、場合によってはビード内に生じ得る割れの大きさを決定する。

次に、１６の断面について平均値を出し、平均の割れを得る。

長さが特定の長さを超える割れ部分を決定することもまた可能である。

この場合、合金のそれぞれについて、割れの平均の長さ、上方薄板の厚みの０．２倍を超える長さの割れ部分、および上方薄板の厚みの０．４倍を超える長さの割れ部分が決定される。

全体の結果を表３に要約する。

本発明の例は、銅の添加を考慮してあり得たであろう予想に反して、十分な溶接性（例９）またはさらには優れた溶接性（例８）を有する。対照試料４、５および６を比較すると、銅含有量の増加とともに溶接性の低下を示すことが窺われるが、一方、銅含有量がさらに多い本発明による合金は十分な溶接性を示している。対照試料３は、不十分な溶接特性を示している。

引張り試験
薄板について広く用いられている幾何形状を有する、ＮＦＥＮＩＳＯ６８９２−１規格のアネックスＢの表Ｂ．１の試験片２のタイプに対応するノンプロポーショナルな試験片を用いて、周囲温度での引張り試験を該規格にしたがって実施した。これらの試験片は、特に２０ｍｍの幅と１２０ｍｍの較正された長さを有する。破断後の伸び（％）が、８０ｍｍベースの伸び計を用いて測定され、またしたがって該規格に準じてＡ_８０と記される。

規格ＩＳＯ６８９２−１：２００９（Ｆ）のパラグラフ２０．３の注（１９ページ）に記載されているように、「標点距離すなわち伸び計のベース長さ、横断面の形および面積が同じ場合、または比例係数ｋが同じである場合にのみ，伸び（％）の比較が可能である」ことに注目することが重要である。

特に、伸び計の５０ｍｍのベースを用いて測定された伸び値（％）Ａ_５０を、伸び計の８０ｍｍのベースを用いて測定された伸び値（％）Ａ_８０と直接比較することは不可能である。同じ材料において得られた同じ幾何形状の試験片である個別的ケースにおいて、伸び値（％）Ａ_５０は伸び値（％）Ａ_８０よりも高くなり、またＡ_５０＝Ａｇ＋（Ａ_８０−Ａｇ）×８０／５０という関係によって示され、ここで、％で表されるＡｇは、最大荷重点における塑性伸び、別名「一般化されたエロンゲーション」または「ネッキングでのエロンゲーション」である。

機械的試験の結果が、表４に要約されている。

本発明による合金の質別Ｔ４またはＴ４＋塗装焼付での機械的特性が、合金３のケースを除いた対照合金の機械的特性よりも優れていることが注目されるが、しかし合金３は不十分な溶接性を示している。

成形後の析出処理の特徴をなしている、圧延方向に対して垂直な方向にしたがった５％のひずみおよび２０５℃での３０分の熱処理後の機械的特性、ならびに曲げ特性もまた、本発明による製品について特徴づけられた。

３点曲げ試験が、ＮＦＥＮＩＳＯ７４３８規格およびＶＤＡ２３８−１００の方法にしたがって行われた。曲げ装置は、図８で示される通りである。

厚みｔの薄板Ｔの「３点曲げ」は、半径ｒ＝０．２ｍｍのパンチＢを使用することによって行われ、薄板は２つのローラＲによって支えられ、曲げ軸は予備引張り方向に垂直である。ローラは３０ｍｍの直径を有し、またローラの軸間距離は３０＋２ｔｍｍに等しく、ｔは試験される薄板の厚みである。

試験の始めにおいて、パンチは、３０ニュートンの予備力で薄板と接触させられる。ひとたび接触が確立された時点で、パンチ変位は指標をゼロとされる。このとき試験は、薄板の「三点曲げ」を行なうようにパンチを移動させることからなる。試験は、薄板の微小割れ発生により少なくとも３０ニュートンのパンチの力が低下した場合か、またはパンチが許容最大行程に相当する１４．２ｍｍ移動した場合に、停止する。したがって、試験の終りに、薄板の試験片は、図９に示されているように折り曲げられた状態になる。このとき、使用中の延性は、曲げ角度αの測定によって評価される。角度αが大きければ大きいほど、曲げに対する薄板の適性はより優れたものとなる。得られた角度αは、以下の方程式にしたがって標準化される。

なお、ｒｅｆは、厚み２ｍｍに相当する。

「序文」の段落で記述されている条件にしたがって製造された薄板についてのこれらの曲げ試験の結果は、表Ｘに記されている。

５％のひずみおよび２０５℃での３０分の後の機械的試験および曲げ試験の結果は、表５に示されている。

ＬＤＨ（限界ドーム高さ）の測定
これらのＬＤＨ（限界ドーム高さ）測定は、この実施例のさまざまな薄板のスタンピングに対する性能を特徴づけるために行われた。

ＬＤＨパラメータは、厚み０．５〜３．０ｍｍの薄板のスタンピングに対する適性を評価するために広く用いられている。このパラメータは多くの刊行物で取上げられてきており、その中には特にＲ．Ｔｈｏｍｐｓｏｎ刊行物「ＴｈｅＬＤＨｔｅｓｔｔｏｅｖａｌｕａｔｅｓｈｅｅｔｍｅｔａｌｆｏｒｍａｂｉｌｉｔｙ − ＦｉｎａｌＲｅｐｏｒｔｏｆｔｈｅＬＤＨＣｏｍｍｉｔｔｅｅｏｆｔｈｅＮｏｒｔｈＡｍｅｒｉｃａｎＤｅｅｐＤｒａｗｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＧｒｏｕｐ」ＳＡＥ会議、デトロイト、１９９３年、ＳＡＥペーパー番号９３０８１５が含まれる。

これは、保持リングにより周囲が固定されたブランクのスタンピング試験である。ブランクのクランピング圧力は、保持リングの中での滑りを回避するように制御される。サイズ１２０×１６０ｍｍのブランクは、平面ひずみに近い手法において応力を受ける。

使用されるパンチは、半球形である。

図５は、この試験を実施するために使用される工具の寸法を明示している。

パンチと薄板との間の潤滑は、黒鉛化グリース（ＳｈｅｌｌＨＤＭ２グリース）によって確保される。パンチの下降速度は、毎分５０ｍｍである。いわゆるＬＤＨ値は、パンチの破断時変位の値、つまりスタンピングの限界深度である。この値は、実際に３回の試験の平均に対応しており、０．２ｍｍの測定値に対して９５％の信頼区間を提供する。

次の表６は、１６０ｍｍの寸法が圧延方向に対し平行して位置づけされた、厚み１．２ｍｍの上述の薄板において切り取られた１２０×１６０ｍｍの試験片について得られたＬＤＨパラメータ値を示している。

耐食性の評価
規格ＩＳＯ１１８４６に準じた粒間腐食試験は、ホットソーダ（５質量％）および周囲温度の硝酸（７０質量％）による酸洗いの後に、３０℃の温度（乾燥室での保持によって得られる）の塩化ナトリウム（３０ｇ／ｌ）および塩酸（１０ｍｌ／ｌ）の溶液の中に、図６にしたがった試験片を２４時間浸漬することにある。

試験片は、４０ｍｍ（圧延方向）×３０ｍｍ×厚みのサイズである。

誘発される腐食のタイプおよび深度は、顕微鏡による金属組織検査によって決定される。各試験片について平均腐食深度および最大腐食深度が測定される。

結果は、次の表７に要約されている。

特に本発明による例８および例９についての溶接の質と機械的強度との間の妥協点の改善が、耐食性が顕著に悪化することなく実現されることが注目される。

１レーザ溶接ビード
２固定具
Ｂパンチ
ｒ半径
Ｒローラ
ｔ薄板の厚み
Ｔ薄板
α 曲げ角度

Claims

アルミニウム合金製モノリシック半製品の、フィラーワイヤを使用しないレーザ溶接方法であって、以下の、
−少なくとも１つは以下の組成（重量％）、
Ｓｉ：２．５〜１４、
Ｆｅ：０．０５〜０．８、
Ｃｕ：０．２５〜１．０、
Ｍｇ：０．０５〜０．８、
Ｍｎ：≦０．７０、
Ｃｒ：≦０．３５、
Ｔｉ：０．０２〜０．３０、
Ｓｒは５００ｐｐｍまで、
Ｎａは２００ｐｐｍまで、
Ｓｂは０．１５％まで、
不可避不純物は各々０．０５未満で合計０．１５未満、残りはアルミニウム、
を有する圧延薄板である、少なくとも２つのアルミニウム合金製モノリシック半製品を供給するステップ、
−アルミニウム合金製半製品の、フィラーワイヤを使用しないレーザ溶接のステップ、
を含む溶接方法。
前記薄板が、質別Ｔ４で、Ｒｐ_０．２≧１６５ＭＰａ、好ましくはＲｐ_０．２≧１７５ＭＰａ、および／またはＲｍ≧３１０ＭＰａ、好ましくはＲｍ≧３３０ＭＰａを示すことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
前記薄板が、塗装焼付硬化、２％の引張によるひずみ硬化とそれに続く１８０℃での２０分の処理の後に、Ｒｐ_０．２≧２４０ＭＰａ、好ましくはＲｐ_０．２≧２６０ＭＰａ、および／またはＲｍ≧３４０ＭＰａ、好ましくはＲｍ≧３６０ＭＰａを示すことを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
前記薄板が、成形後の析出をシミュレートする処理、圧延方向に対して垂直な方向にしたがった５％の引張によるひずみ硬化とそれに続く２０５℃での３０分の処理の後に、Ｒｐ_０．２≧２８０ＭＰａ、好ましくはＲｐ_０．２≧３１０ＭＰａ、さらに好ましくはＲｐ_０．２≧３５０ＭＰａ、および／またはＲｍ≧３３０ＭＰａ、好ましくはＲｍ≧３６０ＭＰａ、さらに好ましくはＲｍ≧３８０ＭＰａ、および／またはＮＦＥＮＩＳＯ７４３８規格およびＶＤＡ２３８−１００の方法に準じて測定される少なくとも５０°、好ましくは少なくとも６０°の標準化された曲げ角度α_ｎｏｒｍを示すことを特徴とする、請求項１から３のいずれか１つに記載の方法。
Ｍｇ含有量が０．３〜０．５％であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１つに記載の方法。
Ｓｉ含有量が２．５〜１０．０％、好ましくは２．７〜５．０％であることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１つに記載の方法。
Ｓｒ含有量が２００〜４００ｐｐｍ、および／またはＮａ含有量が２０〜２００ｐｐｍ、および／またはＳｂ含有量が０．０４〜０．１５％であることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１つに記載の方法。
Ｆｅ含有量が０．１５〜０．６０％であることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１つに記載の方法。
Ｃｕ含有量が０．３〜０．９％、好ましくは０．５〜０．８％であることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１つに記載の方法。
銅含有量が０．５〜０．８％でありかつＭｇ含有量が０．３〜０．５％であることを特徴とする、請求項１から９のいずれか１つに記載の方法。
アルミニウム合金製半製品の、フィラーワイヤを使用しない前記レーザ溶接が、重ね合わせ、または端と端を合わせた配置によって実施されることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか１つに記載の方法。
当該半製品が、自動車構造のコンポーネントおよび／または自動車のホワイトボディのコンポーネントおよび／または自動車の外板のコンポーネントおよび／または自動車の可動部分のコンポーネントを構成することを特徴とする、請求項１から１１のいずれか１つに記載の方法。
請求項１から１２のいずれか１つに記載の方法によって得られることを特徴とする、自動車の構造コンポーネント、ホワイトボディコンポーネント、外板コンポーネントまたは可動部分コンポーネント。