JP6121045B2 - 溶接ブランクアセンブリ及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、２０１３年３月１４日出願の米国仮出願Ｎｏ．６１／７８４，１８４の優先権利益を請求し、その内容全体は、参照により本発明に組み込まれる。

本発明は、一般的に、溶接ブランクアセンブリに関し、より詳細には、被覆シートメタル片同士を溶接して、溶接ブランクアセンブリを形成することに関する。

腐食、落屑及び／又は他のプロセスへの耐性を向上する取り組みにおいて、高力又は硬化性合金鋼から成るシートメタルは、現在、１つ以上の被覆材料薄層、例えば、アルミニウム系及び亜鉛系層、から成っている。これらの被覆材料層は、シートメタルに所望の性質を与えることができるが、それらの存在は溶接を汚染し、これにより、溶接強度、一体性等が低減される。これは特に、被覆シートメタル片が、他方のシートメタル片と、突合せ溶接又は重ね溶接される場合に当て嵌まる。

ある側面によれば、溶接ブランクアセンブリが提供される。この溶接ブランクアセンブリは、以下の特徴を備える。第１及び第２のシートメタル片と、前記第１及び第２のシートメタル片同士を前記端部領域で接合する溶接ジョイントと、前記溶接ノッチの少なくとも一部を充填するキャッピング材料と、を備え、前記シートメタル片の少なくとも１つは、基材層、被覆材料層、及び、前記被覆材料層の少なくとも一部が除去された溶接ノッチを備える端部領域を有し、前記溶接ジョイントは、前記基材層からの材料を含むが、前記被覆材料層からの材料を実質的に含まず、前記キャッピング材料は、前記溶接ジョイントに直接接触して、前記溶接ブランクアセンブリに対する恒久的付加物となる。

他の側面によれば、溶接ブランクアセンブリが提供される。この溶接ブランクアセンブリは、以下の特徴を備える。第１及び第２のシートメタル片と、前記第１及び第２のシートメタル片を共に、溶接領域に沿って接合する溶接ジョイントと、前記溶接ジョイントの少なくとも一部で覆うキャッピング材料と、を備え、前記シートメタル片の少なくとも１つは、基材層及び被覆材料層を有し、前記溶接ジョイントは、前記基材層からの材料を含むが、前記被覆材料層からの材料を実質的に含まず、前記キャッピング材料は、前記溶接ジョイントが形成前に前記被覆材料層から除去され、前記溶接ジョイントの形成後に前記溶接ジョイント上に再適用された材料を含む。

他の側面によれば、溶接ブランクアセンブリを作製する方法が提供される。この方法は、以下のステップを備えてよい。（ａ）被覆シートメタル片の領域から被覆材料を除去し、（ｂ）前記被覆シートメタル片の前記領域に溶接ジョイントが形成されるように前記シートメタル片を他方のシートメタル片へ溶接し、（ｃ）前記被覆シートメタル片の前記領域に、キャッピング材料を適用し、これにより、前記溶接ジョイントの少なくとも一部を覆う。前記溶接ジョイントは、前記シートメタル片からの基材（１４）を含むが、被覆材料を実質的に含まないことを特徴とする。

以下、好適な例示的実施形態が、添付図面と共に説明され、ここで、同様の符号は同様の構成要素を示す。

図１Ａ−Ｃは、シートメタル片が、内部に形成される溶接ノッチを備えずに接合される、従来の溶接ジョイントの断面図である。 図２は、シートメタル片の反対側面に溶接ノッチを含む、例示的シートメタル片の端部領域の斜視図である。 図３は、図２のシートメタル片の拡大断面図である。 図４は、薄膜材料層のいくつかを示す、図３のシートメタル片の拡大部分断面図である。 図５は、溶接ブランクアセンブリを作製する方法を示すプロセスフローダイアグラムである。 図６は、除去された材料が、形成された溶接ノッチに沿って収集される、アブレーションプロセスを示す、シートメタル片の斜視図である。 図７は、図６のシートメタル片の断面図である。 図８は、収集ツールが曲線プロファイルを含む、図６のシートメタル片の断面図である。 図９は、除去された材料を収集することを補助するよう構成されたガス噴流を示す、図６のシートメタル片の断面図である。 図１０は、収集ツールが第２のガス噴流を含む、図６のシートメタル片の断面図である。 図１１は、レーザー溶接プロセスで接合されて溶接ブランクアセンブリを形成する、第１及び第２のシートメタル片の斜視図である。 図１２は、再適用ツールが溶接ジョイントに向けて材料を移動させることを示す、図１１の溶接ブランクアセンブリの斜視図である。 図１３は、熱源下方を通過する、図１２の溶接ブランクアセンブリの斜視図である。 図１４は、溶接ブランクアセンブリを形成する連続的プロセスの頂面図である。 図１５は、図１４の溶接ブランクアセンブリの断面図である。

ここに開示される溶接ブランクアセンブリは、シートメタル片から形成され、これらの１つ以上は、溶接される端部の端部領域に沿って形成される溶接ノッチを有する。この溶接ノッチは、材料層からのある構成要素を含まないことを特徴とする。これらのシートメタル片は、端部領域に沿って薄膜材料層から材料が除去されており、１つ以上の被覆層構成要素を実質的に含まない溶接ジョイントを備える溶接ブランクアセンブリを形成するために使用されることができる。シートメタル片から除去される材料は、その後捕獲され、及び再適用され、又は溶接ジョイント上に堆積されてよく、これにより、汚染物質よりむしろ保護材として作用する。

まず図１を参照して、切端方式でレーザー溶接された厚い及び薄いシートメタル片１２、１２´を含む、従来の注文生産溶接ブランク１０を作製することを含むいくつかのステップが示される。この例によれば、シートメタル片１２、１２´のそれぞれは、基材層１４と、この基材層の反対表面を被覆する複数の薄膜材料層１６、１８とを有する。当業者により理解されるように、シートメタル原料に見出すことのできる多数の材料層があり、これらは多様なタイプの表面処理を含み、いくつかを挙げれば、アルミニウム系及び亜鉛系材料層のような被覆材料層、油及び他の酸化防止物質、製造又は材料取り扱いプロセスからの汚染物質、及び酸化層、である。一旦、２つのシートメタル片が隣接して互いに接合されると、レーザービーム又は他の溶接ツールが端部領域２０、２０´に位置するシートメタルの一部を溶融させるために使用され、これにより、所定量の薄膜材料層１６，１８が、結果として生じる溶接ジョイント２２内に埋め込まれる。最初に除去されない限り、これらの不要な構成要素は、溶接ジョイントの全体的な強度及び品質に、悪影響を持つ可能性がある。

図２を参照して、本方法により形成され、及び／又は使用され、及び、端部領域２０に沿って隣接片に溶接される、例示的シートメタル片１２が示されている。このシートメタル片１２は、第１及び第２の側部２４、２６を含み、端部領域２０は、溶接される端部２８に沿って位置する。図２に示される特定の端部領域２０は、２つの溶接ノッチ３０、３０´を含む。この２つの溶接ノッチは、シートメタル片１２の反対側部２４、２６で、端部領域２０に沿って延長する。溶接ノッチ３０、３０´のそれぞれは、互いに交差又は接合する第１のノッチ表面３２及び第２のノッチ表面３４により規定される。単一で直線状の端部領域２０に沿って、概して直交する第１及び第２のノッチ表面３２、３４が示されているが、溶接ノッチは、多数の方法で構成されてよい。例えば、溶接ノッチは、１つ以上の軸外又はオフセットノッチ表面を含むことができ、均一の又は均一でない深さ及び／又は幅を有することができ、同一のシートメタル片上に位置する他の溶接ノッチと、サイズ、形状、構成等に関して異なることができ、又は、いくつかの可能性を挙げると、直線状端部、曲線状端部、複数の直線状又は曲線状端部に沿って位置する端部領域の部分であってよく、又は、シートメタル片のある他の部分であってもよい。

図３は、図２に示されるシートメタル片１２の端部領域２０の断面図である。図示されるシートメタル片１２は、複数の材料層を含み、これらは、基材層１４、中間材料層１６、及び被覆層１８を含む。本実施形態では、基材層１４は、中心又はコア材料層（例えば、鋼心）であり、中間材料層１６及び被覆材料層１８の間に挟まれる。基材層１４は、シートメタル片１２の厚みＴの大部分を作り上げ、このため、シートメタル片の機械的性質に著しく貢献することができる。被覆材料層１８は、基材層１４の反対表面上に位置し、シートメタル片１２の最外層である。それぞれの被覆材料層１８は、基材層１４に対して比較的薄く、シートメタル片の１つ以上の性質（例えば、腐食耐性、硬度、重量、成形性、外観等）を高めるため選択されてよい。被覆材料層１８はまた、後続するプロセス、例えば、熱処理又は相互拡散プロセス、での使用又は互換性のため選択されてよい。

それぞれの中間材料層１６は、基層１４及び被覆層１８の１つの間に位置し、それぞれは、本実施形態では、基層及び被覆層と接触する。中間材料層１６は、直接隣接する層１４、１８のそれぞれと共通する少なくとも１つの構成要素、例えば原子又は化合物、を含む。中間材料層１６は、基材及び被覆材料層１４、１８の反応生成物であってよい。例えば、浸漬被覆プロセスが、そこで基材層が被覆材料の溶融槽に漬かる又は通過するが、基材層及び溶融槽の界面で化学反応をもたらし、その反応性生物が中間材料層１６である。こうした浸漬被覆プロセスのある特定の例において、基材層１４は鋼であり、被覆材料層１８はアルミニウム合金である。アルミニウム合金の溶融槽は、基材層表面で基材層と反応して、中間材料層１６を形成し、これは、例えばＦｅ₂Ａｌ₅のような鉄−アルミニウム（Ｆｅ_xＡｌ_y）金属間化合物を含む。中間材料層１６は、基材層１４により近い領域で、より多くの含有量の基材層構成要素（例えば、鉄）を含み、被覆材料層１８により近い領域で、より多くの含有量の被覆材料層構成要素（例えば、アルミニウム）を含む。図３では一定の厚みを持つ完全に平面の層として示されているが、中間材料層１６は、図４の拡大図に示されるように、その反対表面に沿ってでこぼこであってもよい。シートメタル片１２は、他の追加的材料層もまた含んでよく、ここに記載される特定の配置に限定されない。

自動車及び他の産業における部品形成のため有用な複数層シートメタル片のある特定の例は、図３に示されるように、被覆鋼材である。ある特定の実施形態では、基材層１４は、例えばホウ素入り合金鋼又は高力低合金（ＨＳＬＡ）鋼のような、高力又は硬化性合金鋼である。いくつかの材料は、その重量のためには強固であるものの、しばしば高力特性を達成する熱処理プロセスを要求する、及び／又は高温でのみ形成されることができる。被覆材料層１８は、熱処理及び／又は成形中、酸化防止を補助するよう、基材層１４より重量が軽く、及び／又は熱処理の間シートメタル片１２の他の層と相互拡散するよう、選択されてよい。ある実施形態において、被覆材料層１８は、純アルミニウム（Ａｌ）、又は、例えばＡｌ−シリコーン（Ａｌ−Ｓｉ）合金のようなアルミニウム合金である。被覆材料層１８の他の可能な組成は、純亜鉛及び亜鉛合金又は化合物（例えば、下層材料が亜鉛めっきされたもの）を含む。基材層１４が鋼であり、被覆材料層１８がアルミニウムを含む場合、中間材料層１６は、例えばＦｅＡｌ、ＦｅＡｌ₂、Ｆｅ₃Ａｌ又はＦｅ₂Ａｌ₅のような金属間化合物の形式の鉄及びアルミニウムを含んでよい。中間材料層１６はまた、隣接層からの構成要素の合金を含んでよい。

いくつかの例示的な材料層厚みは、基材層１４には、約０．５ｍｍから約２，０ｍｍまで、中間層１６には、１μｍから約１５μｍまで、被覆材料層１８には、約５μｍから約１００μｍまでの範囲である。もちろん、個別の層厚は、採用されるアプリケーション及び／又は材料のタイプに固有のいくつかのファクターに依存するため、これらの範囲は非限定的である。例えば、基材層１４は、鋼以外の材料、例えば、アルミニウム合金又は他の好適な材料であってよく、この場合、その厚みは上記の例示的範囲外であってよい。ここに記載される方法は、図示されたより多い又は少ない材料層を有するシートメタル片と共に使用されてよい。当業者はまた、図面が必ずしもスケールを示すものでなく、層１４−１８の相対的厚みが、図示されたものと異なってもよいことを理解するであろう。

再度図３を参照して、溶接ノッチ３０は、シートメタル片１２の端部領域２０の一部であり、ここで、ある材料が、さもなければ均一である層構造から除去又は除かれている。溶接ノッチ３０は、シートメタル片が他方の片に溶接される際に、端部２８に沿った高品質溶接ジョイントを促進し、及び、端部領域２０で被覆材料層１８及び／又は中間材料層１６を低減又は除去する構成を介してそのようにしてよく、これにより、その後形成される溶接ジョイントの一部とならない。これは、被覆材料層１８が不連続な又はさもなければ結果として生じる溶接ジョイントを弱めるであろう１つ以上の構成要素をその中に含む場合に、特に有用である。溶接ノッチ３０は、ノッチ幅Ｗ及びノッチ深さＤを有し、それぞれは、この特定の実施形態では、端部２８の長さに沿って比較的一定である。ノッチ幅Ｗは、端部２８から第１のノッチ表面３２への距離であり、ノッチ深さＤは、第１の側部２４（すなわち、被覆材料層１８の外面）から第２のノッチ表面３４への距離である。この特定の例に示されるように、溶接ノッチ３０がシートメタル片と直交する場合、ノッチ幅Ｗは、第２のノッチ表面３４の幅と等しく、ノッチ深さＤは、第１のノッチ表面３２の深さと等しい。以下の説明において、シートメタル片の第１の側部２４上の溶接ノッチ３０が説明される。しかしながら、この説明は、図３に含まれる場合、シートメタル片の反対側第２側部２６上の溶接ノッチ３０´にも同様に適用される。

溶接ノッチ３０の寸法は、シートメタル片の厚みＴ、端部２８に形成される溶接ジョイントの所望のサイズ、及び／又は、１つ以上の材料層厚みに関連してよい。ある実施形態では、ノッチ幅Ｗは、厚みＴの約０．５から約１．５倍の範囲にある。他の実施形態において、ノッチ幅Ｗは、約０．５ｍｍから約４ｍｍの範囲にある。ノッチ幅Ｗはまた、所望の溶接ジョイント幅の少なくとも半分であってよい。例えば図３に示されるノッチ深さＤは、被覆材料層１８の厚みより大きく、中間及び被覆材料層１６、１８を合わせた厚みより小さい。しかしながら、これは必須ではなく、他の例示的実施形態のいくつかにおいて異なってよい。

溶接ノッチ３０はまた、ノッチ表面３２、３４のある特性に関連して説明される。例えば、図３の実施形態では、第１のノッチ表面３２は、中間材料層１６及び被覆材料層１８の双方からの材料を含む。第２のノッチ表面３４は、中間材料層１６のみからの材料を含み、第１及び第２のノッチ表面は、中間材料層に位置し又は位置付けられる接合点又は角に沿って交差する。こうして、この特定の例では、溶接ノッチ３０は、端部領域２０に沿って、被覆材料層１８全体、及び中間材料層１６の一部を除去することにより、シートメタル片１２に形成される。他の例では、溶接ノッチは、被覆材料層１８の一部のみを除去することにより、又は、被覆及び中間材料層１８、１６全体及び基材層１４の一部を除去することにより、形成されてよい。ノッチ表面３２、３４のそれぞれはまた、条線、当たり確認線、又は溶接ノッチ位置で材料を除去するために使用されるプロセスのタイプの他の標識を含んでよい。

次に図５を参照して、溶接ブランクアセンブリを作製する例示的方法１００のプロセスフローダイアグラムが示される。図示された方法は、被覆されたシートメタル片の端部領域に沿って溶接ノッチを形成すること（ステップ１０２）、溶接ノッチ形成の間に、シートメタル片から除去された材料の少なくともいくらかを収集すること（ステップ１０４）、シートメタル片からの材料を含む溶接ジョイントを形成すること（ステップ１０６）、及び、その後溶接ジョイントに沿ってキャッピング材料を堆積すること（ステップ１０８）、を含む。このキャッピング材料は、シートメタル片の基材層とは異なり、及び形成された溶接ジョイントとは異なる組成を有し、以前に除去された被覆材料層を含んでよい。いくつかの実施形態では、被覆材料層からの材料は、溶接ジョイントを形成する前にシートメタル片から除去されてよく、その後キャッピング材料の一部として再適用されてよく、被覆材料を、潜在的な溶接ジョイント汚染物質から溶接ジョイント保護材に有効に変換する。以下の図では、説明されたプロセスは、シートメタル片の第１の側部２４についてのみ示される。図示されるプロセス又は方法はまた、図に明示的に示されていないが、シートメタル片の反対側部上でも実行されてよいことが理解されるべきである。

図６は、本方法の例示的実施形態を示す。この実施形態では、この方法のステップ１０２及び１０４は、共に実行される。特に、溶接ノッチ３０は、レーザーアブレーションプロセスにより形成され、ここで、レーザービーム５０は、アブレーション経路５２に沿ってシートメタル片１２の端部領域２０に方向付けられる。収集ツール５４は、アブレーション経路に沿ってレーザービームに追従し、アブレーション経路５２に沿って除去された材料のビード（玉縁）又はリッジ５６の堆積を容易にする。この例において、レーザービーム５０及びシートメタル片１２は、互いに対して移動し、シートメタル片は固定であり、レーザービームは、矢印Ａの方向に（Ｘ軸に沿って）移動する。この例では、収集ツール５４は、軸Ｂ周囲を回転し、シートメタル片１２の表面に沿ってレーザービームに沿って転がる円盤の形式である。しかしながら、収集ツールは、アブアレーション経路から除去された溶融材料を収集、捕獲、及び／又は集める限りにおいて、あらゆる形状、及び／又は非回転であってよく、例えば、シートメタル片表面に沿って摺動するツール、又はアブレーション経路５２の方向にシートメタル片に亘って延長する固定ツール、であってよい。

図６に示される特定の例以外のレーザーアブレーション配置が可能であり、いくつかのバリエーションを挙げれば、シートメタル片の移動、相対移動の異なる方向、異なるコンポーネント配向（例えば、垂直方向のシートメタル片）、非線形アブレーション経路、レーザービーム入射の非直交角度、又は複数のレーザービームの使用を含んでよい。アブレーションサイト又はレーザースポット５８は、レーザービーム５０がシートメタル片１２に衝突するところに規定される。レーザービームからの光エネルギーは、レーザースポット５８で熱エネルギーに変換され、レーザースポットでのシートメタル片の最外部分は、固体材料の蒸発及び／又は液化により除去される。上記のように被覆されたシートメタル片として構成される場合、除去された材料は、被覆材料層１８の少なくともいくらかを含み、任意で、中間材料及び基材層１６，１４のいくらかを含む。この例において、レーザースポット５８は、レーザービーム５０の矩形断面により、概ね矩形であるが、他の形状（例えば、円形、楕円又は複合形状）が可能である。

次に図７を参照して、図６に示されるプロセスの断面が示される。収集ツール５４は、レーザースポット５８に沿って配置され、アブレーションサイトから射出されてよい放出材料６０の通常軌跡を変更する一種の遮蔽体として機能する。例えば、いくつかのレーザーアブレーションプロセスにおいて、例えば図７に示されるように、シートメタル片から除去された材料の少なくともいくらかは、アブレーションサイトから、液状又は半液状である間、放出される。レーザースポット５８で発生する極端に急速な局所的温度変化は、同様に急速な圧力変化を伴ってよく、このことは、液状材料を流れさせ、又はアブレーションサイトから強制的に離すことを可能とする。このことは、パルスレーザー、例えば、高周波数ナノ秒、ピコ秒、又はフェムト秒パルスレーザー、が用いられた場合に、特に当て嵌まる。放出された材料６０は、図示されるように、シートメタル片から物理的に分離した液滴の形式であってよく、又は、シートメタル片に接触したままで、アブレーションサイト５８から離れる方向に流れてよい。収集ツール５４がない場合、放出された材料は、跳ね散るか、流れるか、シートメタル片に沿ってアブレーションサイトから遠くに、より気温の低い位置へと、軌跡に追従し、ここで、いくつかの制御されていない形状、構成、及び／又は位置で凝固する。収集ツール５４は、放出された材料６０のこれら及び他の特性への制御を提供する。図示された例において、収集ツール５４は、放出された材料６０を、ツールの溶接ノッチ側６２に維持する。放出された材料６０は、シートメタル片表面で、溶接ノッチ３０に沿って、細長いビード又はリッジ５６の形状で、収集され、これは、この例の被覆材料層１８の材料を備えて、以下に説明するように、本方法によりその後再使用されることができる。

収集ツール５４は、放出された材料６０の堆積に、さらなる制御を行うプロファイル６４を含んでよい。図８の例に示されるように、このプロファイル６４は、溶接ノッチ側６２であって、収集ツールの周辺に位置する。図示されるプロファイル６４は、結果として生じる材料のビード５６の形状を規定することを補助する曲線状表面を含む。プロファイル６４の形状は、ビード５６の所望の断面形状と同一であってもなくてもよい。例えば、プロファイル６４はまた、放出された材料６０をシートメタル片表面へ向けて方向を変えるよう機能する。すなわち、図示されるプロファイル６４の曲線状形状は、放出された材料の通常軌跡を妨げるだけでなく、シートメタル片及びビード５６の所望位置に向けて方向を変えるよう構成される。放出される材料がアブレーションプロセスの間シートメタル片に沿って流れるか、又は図示されるように液滴の形状でシートメタル表面との接触を失うか、に少なくとも部分的に依存して、レーザーにより除去された材料のすべてが必ずしも、材料のビード５６の部分として堆積するとは限らない。例えば、放出された材料６０のいくらかは蒸発するかもしれず、放出された材料のいくらかはアブレーションサイト５８から端部２８の方向に放出されるかもしれず、及び／又は放出された材料のいくらかはビード５６位置から離れた位置で収集ツール５４に貼り付くかもしれない。ある実施形態では、収集ツールは、例えば、ＰＴＦＥ又は他の低表面エネルギー材料のような貼り付かない材料を有する表面被覆から構成され、又はこれを有する。他の実施形態では、ワイヤブラシ又は他の清掃用具が、収集ツールから過剰に放出された材料を除去するため使用されてよい。

除去された材料の収集ステップはまた、図９に示されるように、加圧ガス、例えば、空気、１以上のシールドガス、又はいくつかの他の流体の使用を含んでよい。この例では、材料放出プロセスに影響を与えるため、ガスノズル６６は、ガスの噴流６８を、アブレーションサイトで収集ツール５４に向けて方向付ける。ガスの噴流６８は、放出された材料６０を収集ツールに向けて、及び／又は所望のビード位置に向けて方向付けると共に、新たに形成された溶接ノッチ、及び／又は材料のビード５６を同時に冷却することができる。図示されるように、より多くの放出された材料６０、例えばさもなければアブレーションサイトから端部２８に向けて射出されたであろう放出されたガス、は、ツール５４により収集され、形成された溶接ノッチ３０に沿ってビード５６の一部として堆積することができる。もちろん、２つ以上のガスの噴流６８又は他の流体が用いられてよく、それぞれの噴流の圧力、流量、及び方向は、ビード５６の所望の形状及び／又は位置に依存して、それぞれの適用のためカスタマイズされることができる。

図１０の例において、収集ツール５４自体は、固体の物理的バリアを必要とすることなく放出された材料６０の軌跡を変える、ガスノズル又は他の加圧流体源である。この例において、対向するガスの噴流６８、７０は、ビード５６の位置を制御するため共に使用される。それぞれのガスの噴流又は他の流体６８，７０は、独立して制御された方向、圧力、速度、流量、温度、組成、プロファイル形状（例えば、異なる形状のノズル開口）及び／又は他のパラメータを有してよい。

図示されない他の例において、遮蔽体の形状の非回転収集ツールが、放出された材料の通常軌跡を操作して、結果として生じるビード５６の形成を補助するため、レーザースポット５８に沿って使用されてよい。プロファイル表面６４及び加圧空気又はシールドガスのような上記の特徴は、本実施形態と共にまた使用されてよい。

次に図１１を参照して、２つの被覆されたシートメタル片１２、１１２から溶接ブランクアセンブリ２００を形成する例示的溶接プロセスが示される。シートメタル片１２、１１２の一方又は双方は、前の工程においてそれぞれの溶接ノッチ３０に沿って除去され、収集され、及び堆積された被覆層材料を備える材料のビード５６を含んでよい。図示されたプロセスにおいて、２つのシートメタル片１２，１１２の端部領域２０は、互いに突き合う各端部２８に整列する。溶接のための高出力レーザービーム２０２は、整列された端部領域２０に向けて方向付けられ、レーザースポット２０４でシートメタル片１２、１１２に衝突する。レーザービーム２０２は、シートメタル片１２、１１２のそれぞれから材料を局所的に溶融させるのに十分なエネルギーを、レーザースポット２０４へ供給し、これにより、双方のシートメタル片、好適には双方の基材層からの溶融材料を含む、溶融プール２０６を形成する。レーザービーム２０２は、Ａ方向に（図１１の逆Ｘ方向）、整列された端部領域２０に向けて移動し、又はこれに沿って進むにつれ、レーザービーム後方の溶接プール２０６の一部（正Ｘ方向）は、凝固して、溶接ジョイント２０８を形成する。結果として生じる溶接ジョイント２０８は、２つのシートメタル片１２、１１２を接合し、溶接ブランクアセンブリ２００の溶接領域２２０に位置する。もちろん、ワーク片及びレーザーの間に相対移動がある限り、２つのシートメタル片１２、１１２が、レーザービーム２０２の替わりに又はこれに加えて移動することも可能である。

溶接ジョイント２０８は、少なくとも１つの被覆材料層からの材料を実質的に含まなくてよい。これは少なくとも部分的には、溶接ノッチ３０が、被覆層からの材料が除去された各端部領域２０に沿って提供されるためである。この特定の例では、図示されたシートメタル片１２、１１２のそれぞれは、異なる厚みを有し（すなわち、アセンブリ２００は注文生産の溶接ブランク）、各端部領域２０の反対側部２４，２６に沿って形成された溶接ノッチ３０を備えて作製される。図示されたブランクアセンブリ２００は単一の溶接ジョイント２０８を含むが、溶接ブランクアセンブリは、２つ以上の溶接ジョイントを備える３つ以上のシートメタル片から形成されてもよいことにも留意すべきである。ブランクアセンブリ２００は、代替的に又は追加的に、１つ以上の曲線状の溶接ジョイントを含んでよく、ここで、溶接ジョイント２０８の少なくとも一部は、曲線形状であって、曲線状又は曲線輪郭端部２８及び／又は端部領域２０に沿って形成される。

図１２及び図１３はプロセスの例を示し、これらの一方又は双方は、図５のステップ１０８の一部に含まれてよく、キャッピング材料２１０を、溶接ジョイント２０８に沿って又はこれの上に堆積させる。これらの例では、ビード５６で収集された放出された材料は、現在再加熱されており、キャッピング材料２１０として使用されて、溶接ジョイントを酸化、腐食等から、少なくとも部分的に覆う及び保護する。図１２を参照して、材料のビード５６を溶接ジョイント２０８に向けて移動させる構成された一対の再適用ツール２１２と接触する溶接ブランクアセンブリ２００が示される。この例の再適用ツール２１２はローラーであるが、これらは、非回転遮蔽体又は以前に収集された被覆材料を溶接ジョイントに向けて方向を変える又は堆積させることができるあらゆる他の好適なツールであってよい。それぞれのローラーは回転軸Ｃを有し、図示される例では、ローラー２１２は、回転軸が、ブランクアセンブリ２００及びローラーの相対移動の方向に非垂直であるよう方向付けられる。図示されるように、それぞれのローラーの溶接ジョイント側部２１４及び／又は周縁２１６は、ビード５６からの材料を、溶接ジョイント２０８に向けて移動させる。この例において、ローラー２１２は、ブランクアセンブリ２００が番号のつけられていない矢印の方向にその下方で移動される間、１つの場所に留まるが、ローラーが替わりに移動してブランクアセンブリが留まってもよく、又は斬進的に互いに動作して材料を移動させる一連のローラーであってもよい。ブランクアセンブリは、その反対側部２６で、追加的ローラー又は他の手段（不図示）により支持されてよい。これは、キャッピング材料２１０を溶接ジョイント２０８に沿って又はこれの上に堆積させるプロセスのほんの一例である。他の実施形態では、再適用ツールは、ブランクアセンブリがブロック下方を通過するにつれて、ブロック及びブランクアセンブリの間で継続的に減少する空間量を有する固定ブロックを含んでよく、これにより、材料のビード５６を圧縮して、材料を溶接ジョイントに向けて移動させる。

溶接ノッチ３０の寸法、ビード５６に存在する収集された材料の量、及び他の要因に依存して、キャッピング材料２１０は、溶接ジョイント２０８を部分的に覆ってもよく、溶接ジョイントを全体的に覆ってもよく、又はそのいずれの部分も覆うことなく溶接ジョイントに沿って配置されてもよい。図１２の例では、再適用ツール２１２は、ビード５６を移動させ、これにより、キャッピング材料２１０は、溶接ジョイント２０８の横方向端部を覆う又はこれに圧し掛かる。他の実施形態では、キャピング材料は、材料ビード５６以外のソースから、溶接ジョイント２０８上に又はこれに沿って被覆されてよい。例えば、溶接ジョイントが形成された直後には、粉体のキャッピング材料が溶接ジョイントに沿って配置されてよく、キャッピング材料を部分的又は完全に液化するほど溶接ジョイントがまだ十分に熱い間、キャッピング材料が流れて、溶接ジョイント２０８を部分的に又は完全に覆ってよい。キャッピン部材料の他のソースは、材料のビード５６に替えて、又はこれに追加して、可能である。

ある実施形態では、キャッピング材料２１０の一部は、上記の被覆除去プロセスの間、収集ツールによって収集される材料であり、キャッピング材料の他の一部は、異なるソースからの追加的材料である。この追加的材料は、被覆材料層と同一の組成を有してよく、又は被覆材料層と異なる組成を有してよい。追加的材料は、溶融材料、粉体材料、スプレー式又はブラシ塗り材料、押出材料、材料の薄膜、又はあらゆる他の好適な形状として提供されることができる。追加的材料は、被覆材料層から収集され再適用された材料上に層状に重ねられ、再適用材料により埋められない溶接ノッチの残りを埋め、再適用材料により覆われない溶接ジョイントの部分を覆い、又はそのあらゆる組み合わせであってよい。ある場合には、キャッピング材料は、追加的に提供される材料のみを含んでよく、被覆材料層から収集され再適用された材料を含まない。キャッピング材料２１０はまた、溶接ブランクアセンブリへの恒久的付加物となることを特徴としてよく、こうして、例えば金属成形及び仕上げプロセス等の後続のプロセスの間、燃やされ又は除去される一時的溶接ジョイント保護材から、こうした実施形態が区別される。ある場合には、キャッピング材料は、後続のプロセスで溶接ジョイント組成又は微細構造を変えることを目的とする材料組成を有する。ある特定の例において、キャッピング材料は、アルミニウム、アルミニウム合金、亜鉛、亜鉛合金、有機又は非有機被膜、又はあらゆる他の腐食防止被膜を含んでよく、後続の加熱処理及び／又は加熱成形プロセスの間、溶接ジョイント材料と相互拡散するよう設計されることができる組成を有する。

図１３を参照して、図１２のブランクアセンブリ２００が熱源２１８の下方を通過することが示されている。熱源２１８は、キャッピング材料２１０に十分な熱エネルギーを供給して、流れさせ、溶接ジョイント２０８を覆わせるよう構成される。この例では、熱源２１８は固定であり、ブランクアセンブリ２００は熱源下方を移動するが、他の相対移動が可能である。熱源２１８は、赤外線熱源、伝導熱源、誘導熱源、レーザーエネルギー熱源、又はあらゆる他の好適な熱源であってよい。この例では、ブランクアセンブリ２００は、図１１及び図１２の材料のビード５６が溶接ジョイント２０８に沿って移動された後、熱源２１８にさらされる。他の実施形態において、ブランクアセンブリ２００は、図１１及び図１２の材料のビード５６が溶接ジョイント２０８に沿って移動される前又はその間、熱源２１８にさらされて、材料のビードを軟化させ、溶接ジョイントに沿って及び／又はその上に、より容易に移動され又はより早く流れるようにしてもよい。他の実施形態では、図１２の再適用ツール２１２が省略されてよく、熱源２１８が再適用ツールであって、材料のビードを十分に加熱して、ビード５６の機械的移動を必要とすることなく、溶接ジョイント２０８に沿って及び／又はその上の、溶接ノッチ内に、材料を流す。さらに他の実施形態において、熱源２１８は、溶接ブランクアセンブリ２００を上昇成形温度まで加熱するため使用されるのと同一の熱源であり、ここで、ブランクアセンブリは、所望の形状に成形される。例えば、ある加熱成形プロセスにおいて、ブランクアセンブリは、成形の前に上昇温度まで加熱されてよく、この上昇温度は、材料のビードを溶接ジョイントに沿って流すのに十分であってよい。他の例では、熱源２１８は、溶接ブランクアセンブリを拡散又は熱処理温度まで加熱するため使用されるのと同一の熱源であって、ここで、被覆材料層は、基材層と相互拡散する。ブランクアセンブリはまた、熱源２１８にさらされている間、傾斜角度に方向付けられ、又は垂直に方向付けられることができ、これにより、重力が材料の流れを補助するために使用されることができる。

図１４は、平面図で、溶接ブランクアセンブリを作製する連続的プロセスを示す。図示されるプロセスは、図５の方法ステップ１０６−１０８に対応する。ここで、２つの被覆シートメタル片１２、１１２は、各端部領域２０を備えて配置され、互いに付き合う端部２８に整列する。シートメタル片１２、１１２のそれぞれは、前の工程で各溶接ノッチ３０に沿って除去され、収集され、及び堆積された被覆層材料を有する材料のビード５６を含む。シートメタル片１２、１１２は、番号が付けられていない矢印の方向に（Ｘ方向）、互いに供給される。順に、シートメタル片１２、１１２は、レーザービーム２０２を介して共にレーザー溶接され、その後、材料のビード５６は、材料がまだレーザービーム２０２により加熱され軟化されている間、再適用ツール２１２によりキャッピング材料２１０として、形成された溶接ジョイント２０８に向けて移動される。次に、溶接領域２０２が熱源２１８下方を通過して、キャッピング材料を流して溶接ジョイント２０８を覆わせる。これは、連続的プロセスの一例に過ぎず、１つ以上のステップが省略されてよく、又は追加的ステップが追加されてよい。例えば、熱源２１８は、再適用ツール２１２の前に、後に、及び同時に配置されてよく、キャッピング材料２１０は、材料ビード５６等の代替的又は追加的ソースから供給されてよい。

図１５は、キャッピング材料２１０が溶接ジョイント２０８上に配置された後、溶接ブランクアセンブリ２００の例示的溶接領域２２０の断面図を示す。キャッピング材料２１０は、大部分が基材層からなる溶接ジョイント２０８を覆う及び／又は保護するのと同様、さもなければ溶接ノッチの形成により露出される基材層又は中間材料層を覆う及び／又は保護する。この例では、接合されてブランクアセンブリ２００を形成するシートメタル片は、同じ厚みを持つが、接合片は、図１１−図１３に示されるように、異なる厚みを有してもよい。

上記の説明は、本発明の定義ではなく、本発明の１つ以上の好適な例示的実施形態の説明であることが理解されるべきである。本発明は、ここに開示される特定の実施形態に限定されず、むしろ以下の請求項によってのみ規定される。さらに、上記の説明に含まれる記載は、特定の実施形態に関するものであり、用語又はフレーズが上記で明示的に定義される場合を除き、本発明の範囲又は請求項で使用される用語の定義への限定として解釈されない。多様な他の実施形態及び開示された実施形態への多様な変更及び修正は、当業者に明らかである。すべてのこうした他の実施形態、変更及び修正は、添付請求項の範囲内となることを意図するものである。

本明細書及び請求項で使用されるように、用語「例えば、」、「例、」、「例として、」、「等、」及び「など、」、及び動詞「備える」、「有する」、「含む」、及びそれらの他の動詞の形式は、１つ以上の構成要素又は他の項目のリストと併せて使用される際に、それぞれオープンエンドとして解釈され、そのリストが他の、追加的構成要素又は項目を除外するものと解釈されないことを意味する。他の用語は、異なる解釈を要求する文脈で使用されない限り、それらの最も広い合理的な意味を用いて解釈されるべきである。

Claims (15)

1. 溶接ブランクアセンブリ（２００）であって、
   第１及び第２のシートメタル片（１２、１１２）と、
   前記第１及び第２のシートメタル片同士を端部領域（２０）で接合する溶接ジョイント（２０８）と、
   溶接ノッチ（３０、３０’）の少なくとも一部を充填するキャッピング材料（２１０）と、を備え、
   前記シートメタル片の少なくとも１つは、厚さが０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの基材層（１４）、前記基材層の反対側に形成され、厚さが５μｍ〜１００μｍの被覆材料層（１８）、及び、前記基材層の両側で前記被覆材料層の少なくとも一部が除去された、前記シートメタル片の対向する両側に形成された個別の前記溶接ノッチを備える前記端部領域を有し、
   前記溶接ジョイントは、前記基材層からの材料を含むが、前記被覆材料層からの材料を実質的に含まず、
   前記キャッピング材料は、前記溶接ジョイントに直接接触して、前記溶接ブランクアセンブリに対する恒久的付加物となる、ことを特徴とする溶接ブランクアセンブリ。
2. 前記キャッピング材料（２１０）は、前記被覆材料層（１８）からの再適用材料を含み、
   前記再適用材料は、前記溶接ノッチ（３０）から最初に除去され、前記溶接ノッチに沿って堆積され、及びその後前記溶接ジョイント（２０８）に向けて移動され、これにより、前記溶接ノッチの少なくとも一部を補充する、ことを特徴とする請求項１に記載の溶接ブランクアセンブリ（２００）。
3. 前記キャッピング材料（２１０）は、前記被覆材料層（１８）とは異なる材料組成の追加的材料を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の溶接ブランクアセンブリ（２００）。
4. 前記キャッピング材料（２１０）は、前記溶接ノッチ（３０）の少なくとも一部を埋め、これにより、前記キャッピング材料は、前記基材層（１４）及び前記溶接ジョイント（２０８）の双方と直接接触する、ことを特徴とする請求項１に記載の溶接ブランクアセンブリ（２００）。
5. 前記溶接ジョイント（２０８）は、前記溶接ブランクアセンブリの溶接領域（２２０）に位置し、前記キャッピング材料（２１０）は、前記溶接領域を覆い、これにより、前記溶接ジョイントと前記基材層（１４）のいずれも、前記溶接領域の長さの少なくとも一部に沿って露出しない、ことを特徴とする請求項１に記載の溶接ブランクアセンブリ（２００）。
6. 溶接ブランクアセンブリ（２００）であって、
   第１及び第２のシートメタル片（１２、１１２）と、
   前記第１及び第２のシートメタル片を共に、溶接領域（２２０）に沿って接合する溶接ジョイント（２０８）と、
   前記溶接ジョイントの少なくとも一部で覆うキャッピング材料（２１０）と、を備え、
   前記シートメタル片の少なくとも１つは、基材層（１４）及び被覆材料層（１８）を有し、
   前記溶接ジョイントは、前記基材層からの材料を含むが、前記被覆材料層からの材料を実質的に含まず、
   前記キャッピング材料は、前記溶接ジョイントが形成前に前記被覆材料層から除去され、前記溶接ジョイントの形成後に前記溶接ジョイント上に再適用された材料を含む、ことを特徴とする溶接ブランクアセンブリ。
7. 前記少なくとも１つのシートメタル片（１２，１１２）は、端部領域（２０）に溶接ノッチ（３０）を含み、前記被覆材料層（１８）の少なくとも一部は除去されており、前記キャッピング材料（２１０）は、前記溶接ノッチの少なくとも一部を埋める、ことを特徴とする請求項６に記載の溶接ブランクアセンブリ（２００）。
8. 前記キャッピング材料（２１０）は、前記被覆材料層（１８）とは異なる材料組成の追加的材料を含む、ことを特徴とする請求項６に記載の溶接ブランクアセンブリ（２００）。
9. 前記キャッピング材料（２１０）は、溶接ノッチ（３０）の少なくとも一部を埋め、これにより、前記キャッピング材料は、前記基材層（１４）及び前記溶接ジョイント（２０８）の双方と直接接触する、ことを特徴とする請求項６に記載の溶接ブランクアセンブリ（２００）。
10. 前記溶接ジョイント（２０８）は、前記溶接ブランクアセンブリの溶接領域（２２０）に位置し、前記キャッピング材料（２１０）は、前記溶接領域を覆い、これにより、前記溶接ジョイントと前記基材層（１４）のいずれも、前記溶接領域の長さの少なくとも一部に沿って露出しない、ことを特徴とする請求項６に記載の溶接ブランクアセンブリ（２００）。
11. 溶接ブランクアセンブリ（２００）を作製する方法であって、
    （ａ）被覆シートメタル片（１２，１１２）の領域（２０，２２０）から被覆材料（１８）を除去して収集し、
    （ｂ）前記被覆シートメタル片の前記領域に溶接ジョイント（２０８）が形成されるように前記シートメタル片を他方のシートメタル片へ溶接し、
    （ｃ）前記被覆シートメタル片の前記領域に、キャッピング材料（２１０）を適用し、これにより、前記溶接ジョイントの少なくとも一部を覆う、ステップを備え、
    前記溶接ジョイントは、前記シートメタル片からの基材（１４）を含むが、被覆材料を実質的に含まず、
    適用された前記キャッピング材料は除去して収集された被覆材料の少なくとも一部を含むことを特徴とする方法。
12. ステップ（ａ）はさらに、レーザービーム（５０）からの熱エネルギーを使用して、前記被覆シートメタル片（１２、１１２）の前記領域（２０、２２０）から被覆材料を除去するレーザーアブレーションプロセスで、被覆材料（１８）を除去する、ことを備えることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. ステップ（ａ）はさらに、収集ツール（５４、５４´）で除去された被覆材料を収集することを備え、前記除去された被覆材料の一部は、前記レーザーアブレーションプロセスの間、前記被覆シートメタル片（１２、１１２）から放出され、前記収集ツールにより収集される、ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. ステップ（ａ）はさらに、ステップ（ｃ）で再適用されることができるように、収集ツール（５４、５４´）で収集された被覆材料を堆積することを備え、
    前記収集された被覆材料の一部は、ビード（５６）の形状で、前記被覆シートメタル片（１２、１１２）の前記領域（２０，２２０）に沿って堆積されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. ステップ（ｃ）はさらに、前記キャッピング材料（２１０）が前記シートメタル片（１２，１１２）の前記領域（２０、２２０）へ適用されるにつれて、熱を提供することを備え、前記提供された熱は、前記キャッピング材料を、少なくとも部分的に溶融させ、前記シートメタル片の前記領域へ流れさせ、これにより、前記溶接ジョイント（２０８）の少なくとも一部を覆う、ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。

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