JP6368313B2 - 自動車部品のレーザー金属蒸着溶接 - Google Patents

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Description

〔関連出願との相互参照〕
本ＰＣＴ特許出願は、２０１２年１０月２４日に出願された「自動車部品のレーザー金属蒸着溶接」という名称の米国仮特許出願第６１／７１８,０８９号の利益を主張するものであり、この仮特許出願の開示全体が本出願の開示の一部と見なされ、引用により本明細書に組み入れられる。
本発明は、鋼加工物間の溶接部に関し、具体的には、鋼加工物間の溶接部に適用するコーティングに関する。
自動車業界では、鋼加工物同士を溶接するために、金属不活性ガス（ＭＩＧ）溶接としても知られているガスメタルアーク溶接（ＧＭＡＷ）が一般的に使用されている。ＧＭＡＷを用いて鋼加工物を接合する上でよく見られる問題点は、マンガン、シリコン、鉄、酸素及びその他の微量合金のケイ酸塩アイランドが生じることである。このようなケイ酸塩アイランドは、溶接線の外面上におけるコーティングの適用を阻害することがある。例えば、塗装、リン酸塩処理及び電着（ｅーコーティング）を通じて適用されたコーティングは、ケイ酸塩アイランドを伴う溶接線に強力に付着することができない。
塗装、リン酸塩処理及び電着コーティングを溶接線に結合させる１つの方法は、溶接線上の材料摩耗処理を用いてケイ酸塩アイランドを除去することである。別の方法は、化学処理を通じてケイ酸塩アイランドを除去することである。しかしながら、化学処理にはコストが掛かることもあり、溶接線からケイ酸塩アイランドを十分に除去できないこともある。
接合部にわたる塗装、リン酸塩処理及び電着を可能にしながら鋼加工物同士を接合するための改善された方法に対する有意かつ継続的なニーズが存在し続けている。
本発明の態様では、ニッケルと鉄の少なくとも一方を含んでケイ酸塩アイランドを実質的に全く伴わない溶接線において接合された少なくとも２つの鋼加工物を含む自動車部品などの部品を提供する。この部品は、ケイ酸塩アイランドを実質的に全く伴わない溶接線の少なくとも一部に結合させた塗装、リン酸塩処理又は電着コーティングも含む。この溶接線は、その外面が非常に安定していてケイ酸塩アイランドを実質的に全く伴わないことにより、溶接線の外面と、塗装、リン酸塩処理又は電着コーティングとの間の非常に強力な結合を可能にするので、他のタイプの溶接法によって形成された溶接線と比べて有利である。この本発明の態様の溶接線は、他の既知の溶接法を通じて形成された、例えばＧＭＡＷ法などによって形成された溶接線などの溶接線よりも滑らかで硬質とすることもできる。
本発明の別の態様によれば、溶接線がニッケルを含む。
本発明のさらに別の態様によれば、溶接線が鉄を含む。
本発明のさらに別の態様によれば、コーティングが塗装コーティングである。
本発明のさらなる態様によれば、コーティングがリン酸塩処理コーティングである。
まだ本発明のさらなる態様によれば、コーティングが電着コーティングである。
本発明の別の態様は、自動車部品などの部品の製造方法である。この方法は、少なくとも２つの鋼加工物を継手の形で配置するステップを含む。次に、この方法は、レーザー光線を用いて、加工物の各々の一部と、ニッケルと鉄の少なくとも一方の粉末とを溶解させて、ニッケルと鉄の少なくとも一方を含んでケイ酸塩アイランドを実質的に全く伴わない溶接線を形成するステップを含む。次に、この方法は、塗装、リン酸塩処理又は電着法を通じて溶接線の少なくとも一部上にコーティングを適用するステップを含む。結果として得られる、塗装、リン酸塩処理又は電着コーティングと、ケイ酸塩アイランドを実質的に全く伴わない溶接線の外面との間の結合は非常に強力なものである。この改善された結合は、その後の材料摩耗又は化学処理を一切伴わずに、非常に効率的かつコスト効果の高い方法で実現される。
本発明の別の態様によれば、粉末がニッケルを含む。
本発明のさらに別の態様によれば、粉末が鉄を含む。
本発明のさらに別の態様によれば、コーティングを適用するステップが、コーティングを塗装するステップとしてさらに定義される。
本発明のさらに別の態様によれば、コーティングを適用するステップが、コーティングをリン酸塩処理するステップとしてさらに定義される。
なお、本発明のさらなる態様によれば、コーティングを適用するステップが、コーティングを電着するステップとしてさらに定義される。
本発明は、以下の詳細な説明を参照して添付図面と共に検討することによってより良く理解できるようになるので、本発明の上記の及びその他の特徴及び利点は容易に理解されるであろう。
ＬＭＤ溶接法を通じて形成された溶接線を含む例示的な自動車部品の断面図である。 突合せ継手の形に配置された一対の例示的な加工物の断面図である。 図２の加工物の一部と、ニッケル粉及び／又は鉄粉とを溶解させるＬＭＤヘッドを示す概略図である。
図１を参照して分かるように、本発明の態様は、ニッケルと鉄の少なくとも一方を含む溶接線２６において接合された少なくとも２つの鋼加工物２２、２４を含む自動車部品２０などの部品２０に関する。部品２０は、塗装、リン酸塩処理又は電着（ｅコーティング）を通じて溶接線２６の少なくとも一部上に適用されたコーティング２８も含む。以下でさらに詳細に説明するように、加工物２２、２４は、溶接線２６がニッケル及び／又は鉄を含んでケイ酸塩アイランドを実質的に全く伴わないように第１及び第２の加工物２２、２４の金属内にニッケル粉及び／又は鉄粉３０を溶解させることを含むレーザー金属蒸着（ＬＭＤ）溶接法を通じて接合される。これにより、溶接線２６の金属とコーティング２８との間の結合を非常に強力なものにして、コーティング２８が溶接線２６において部品２０から剥がれ落ち、又は別様に分離するリスクを低下させることができる。また、溶接線２６の外面は、他の既知の方法で形成された溶接線よりも滑らかにすることができる。
図１の例示的な実施形態では、加工物２２、２４が突合せ継手の形で溶接される。しかしながら、加工物２２、２４は、例えば縁部継手、角部継手、Ｔ字型継手、重ね継手などを含むあらゆる好適なタイプの溶接継手の形で接合することができる。加工物２２、２４は、あらゆる好適な自動車用又は非自動車用鋼製加工物２２、２４とすることができる。例えば、加工物２２、２４は、車両フレーム又はシャシー片２２、２４とすることができ、あらゆる好適な厚みを有することができる。なお、本明細書で使用する「鋼」という用語は合金鋼を含むと理解されたい。
本発明の別の態様では、図１に示す自動車部品２０などの部品２０の製造方法を提供する。この方法は、少なくとも２つの鋼加工物２２、２４を継手の形に配置するステップを含む。加工物２２、２４は、０．４ｍｍなどの所定の間隙３２（図２を参照）だけ互いに間隔を空けることが好ましい。ここで図３を参照すると、次に、この方法は、レーザー光線３４を用いて、第１及び第２の加工物２２、２４の材料と、ニッケル粉及び／又は鉄粉３０とを溶解させるステップに進む。溶解ステップ中には、二酸化炭素及び／又はアルゴンなどのシールドガス３６を用いて溶解領域を大気気体から保護することが好ましい。冷却時には、これらの加工物２２、２４の鋼とニッケル及び／又は鉄が、ケイ酸塩アイランドを実質的に全く伴わない非常に硬質な溶接線２６を形成する。
レーザー光線３４、ニッケル粉及び／又は鉄粉３０及びシールドガス３６は、図２及び図３に示すＬＭＤヘッド３８などの単一のＬＭＤヘッド３８から全て同時に放出されることが好ましい。このＬＭＤヘッド３８は、所望の溶接線２６が形成されるまで第１及び第２の加工物２２、２４の材料とニッケル粉及び／又は鉄粉３０とを溶解させるように、第１の加工物２２と第２の加工物２４の間の接合部に沿って加工物２２、２４に対して移動させることができ、又は加工物２２、２４をＬＭＤヘッド３８に対して移動させることもできる。結果として得られる溶接線２６は、他の既知の方法を通じて形成された溶接線よりも硬質とすることができる。
再び図１を参照して分かるように、次に、この方法は、ニッケル及び／又は鉄を含む溶接線２６の少なくとも一部上を含む加工物２２、２４上に、塗装、リン酸塩処理及び電着のうちの少なくとも１つを通じてコーティング２８を適用するステップに進む。溶接線２６は、ケイ酸塩アイランドを実質的に全く伴わないので、コーティング２８と溶接線２６の間の結合は非常に強力である。この方法は、加工物２２、２４を接合した後であって溶接線２６上にコーティング２８を塗装、リン酸塩処理又は電着する前に材料摩耗又は化学処理を必要としないので、特に効率的であり、コスト効果が高い。
上記の教示に照らして、本発明の多くの修正及び変更が可能であるとともに、具体的に説明した以外の方法で添付の特許請求の範囲から逸脱せずにこれらの修正及び変更を実施できることが明らかである。
２２ 第１の加工物
２４ 第２の加工物
２６ 溶接線
３０ ニッケル粉及び／又は鉄粉
３４ レーザー光線
３６ シールドガス
３８ ＬＭＤヘッド

Claims (8)

  1. （１） 少なくとも２つの鋼加工物を継手の形に配置するステップと、
    （２） レーザー光線を用いて、前記加工物の各々の一部と、ニッケル及び鉄の少なくとも一方の粉末とを溶解させて、ニッケルと鉄の少なくとも一方を含んでケイ酸塩アイランドを実質的に全く伴わない溶接線を形成するステップと、
    （３） 塗装法、リン酸塩処理法又は電着法を通じて前記溶接線の少なくとも一部上にコーティングを適用するステップと、
    を含む、部品の製造方法であって、
    前記方法は、前記工程（２）の後であって且つ前記工程（３）の前に、ケイ酸塩アイランドを除去するための摩耗又は化学処理を含まない、前記方法。
  2. 前記粉末はニッケル粉である、
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 前記粉末は鉄粉である、
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  4. 前記コーティングを適用する前記ステップは、前記溶接線の少なくとも一部を塗装するステップとしてさらに定義される、
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  5. 前記コーティングを適用する前記ステップは、前記溶接線の少なくとも一部をリン酸塩処理するステップとしてさらに定義される、
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  6. 前記コーティングを適用する前記ステップは、前記溶接線の少なくとも一部を電着するステップとしてさらに定義される、
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  7. 前記ステップ（２）において、レーザー光線による溶解の間、シールドガスが前記加工物の継手部分に供給される、請求項１に記載の方法。
  8. 前記ステップ（２）において、レーザー光線による溶解の間、前記ニッケルと鉄の少なくとも一方の粉末及びシールドガスが前記加工物の継手部分に供給される、請求項１に記載の方法。
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