JP6480342B2 - シート金属ピースに溶接ノッチを形成する方法 - Google Patents

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関連出願の参照
本出願は、２０１２年１１月３０日に出願された米国特許仮出願６１／７３１，４９７号および２０１３年３月１４日に出願された米国特許仮出願６１／７８４，１８４号の優先権の利益を享受し、上記仮出願の全体の開示は、参照により本明細書中に組み込まれる。

本開示は、一般にシート金属ピースに関し、より詳細には、１つ以上の薄い材料層で被覆され、溶接工程で用いられるシート金属ピースに関する。

耐腐食性、スケーリング、および／または他の工程を改善する取り組みにおいて、高強度または硬化性鋼合金からなるシート金属が、現在、アルミニウム系および亜鉛系の層などの１つ以上のコーティング材料層で作製されている。これらのコーティング材料層は、シート金属に望ましい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する可能性があり、それによって、溶接強度、完全性などを低下させる。これは、被覆されたシート金属ピースが他のシート金属ピースに突き合わせ溶接または重ね溶接される場合に特に当てはまる。

１つの実施形態によれば、シート金属ピースに溶接ノッチを形成する方法であって、（ａ）複数の材料層を有するシート金属ピースを提供すること、（ｂ）アブレーショントレンチがシート金属ピースのエッジから間隔を置いて配置されるように、アブレーション経路に沿って少なくとも複数の材料層の一部を取り除くことによって、シート金属ピースに沿ってアブレーショントレンチを形成すること、（ｃ）アブレーショントレンチに沿ってシート金属ピースを切断して溶接ノッチを形成することを含む方法が提供される。

他の実施形態によれば、シート金属ピースに溶接ノッチを形成する方法であって、（ａ）複数の材料層を有するシート金属ピースを提供すること、（ｂ）アブレーション経路に沿って少なくとも複数の材料層の一部を取り除くことによって、シート金属ピースに沿ってアブレーショントレンチを形成し、アブレーショントレンチは、アブレーショントレンチの幅にわたって互いに対向する表面によって一部分において定められること、（ｃ）ステップ（ｂ）で形成された対向する表面の１つを含むシート金属ピースの一部を取り除いて溶接ノッチを形成し、溶接ノッチは、対向する表面の他方によって部分的に定められることを含む方法が提供される。

他の実施形態によれば、シート金属ピースに溶接ノッチを形成する方法であって、（ａ）対向する第１および第２の側の面、およびそれらの間に延在するせん断されたエッジを有するシート金属ピースを提供し、第１の側の面に沿ったコーティング材料層からの材料は、せん断方向に第２の側の面に向けてせん断されたエッジに沿って少なくとも部分的に延在すること、（ｂ）あらかじめ定められたトリムライン位置に沿ってシート金属ピースからコーティング材料層の一部を取り除くこと、（ｃ）トリムライン位置に沿ってシート金属ピースを第１および第２のピースに分離し、第１のピースは、コーティング材料層からの材料が実質的にない新しく形成された溶接可能エッジを含み、第２のピースはせん断されたエッジを含むことを含む方法が提供される。

好ましい例示の実施形態が添付図面と共に以下に説明され、類似の記号表示は類似の要素を示す。

溶接前に形成された溶接ノッチを有さないシート金属ピースを接合する従来の溶接接合部の断面図である。 溶接前に形成された溶接ノッチを有さないシート金属ピースを接合する従来の溶接接合部の断面図である。 溶接前に形成された溶接ノッチを有さないシート金属ピースを接合する従来の溶接接合部の断面図である。 シート金属ピースの対向面上に溶接ノッチを含む例示のシート金属ピースのエッジ領域の斜視図である。 図２のシート金属ピースの一部の断面図である。 薄い材料層の一部を示す図３のシート金属ピースの断面図の拡大部分である。 シート金属ピースにアブレーショントレンチを形成する例示のレーザーアブレーション工程の斜視図である。 図５のシート金属ピースの断面図である。 エッジ領域の一部が溶接ノッチを形成するために取り除かれた、図６のシート金属ピースの断面図である。 アブレーションサイトから放出された放出材料を示す図６の断面図である。 シート金属ピースに不均一な深さを備えたアブレーショントレンチを形成するデュアルビームアブレーション工程の断面図である。 エッジ領域の一部が不均一な深さを備えた溶接ノッチを形成するために取り除かれた、図９のシート金属ピースの断面図である。 重複レーザースポットについての対応するエネルギー分布とともに、図９のレーザーアブレーション工程で使用され得る重複レーザースポットの例を説明する。 重複レーザースポットについての対応するエネルギー分布とともに、図９のレーザーアブレーション工程で使用され得る重複レーザースポットの他の例を説明する。 シート金属ピースにノンゼロ入射角でアブレーショントレンチを形成するオフセットアブレーション工程の断面図である。 エッジ領域の一部が溶接ノッチを形成するために取り除かれた、図１３のシート金属ピースの断面図である。 アブレーショントレンチがエッジ領域から離れて形成されたシート金属ピースの斜視図である。 アブレーショントレンチに沿って図１５のシート金属ピースを切断することによって形成された２つのシート金属ピースの斜視図であり、２つのシート金属ピースの各々は、新しく形成されたエッジ領域に沿った溶接ノッチを含む。

ここで開示されるシート金属ピースは、１つ以上のエッジに沿って溶接ノッチが位置した状態で作製されることができ、ここで、溶接ノッチは、受け入れ難いほど、隣接する溶接を汚染しないようにある材料構成物質がないことを特徴とする。例えば、１つ以上のコーティング材料層からの材料が、シート金属エッジに沿って位置する溶接ノッチで低減または取り除かれるように、シート金属ピースが製造されることができる。そして、これは、シート金属エッジに沿って形成された隣接する溶接接合部のコーティング材料層による汚染を防止し、それによって、次の工程において、またはその耐用年数の間に、溶接接合部の強度および／または耐久性を保つことができる。シート金属ピースエッジ条件に比較的反応しにくい方法で高品質な溶接ノッチを形成するために、トレンチアブレーション工程を使用することができる。

まず、図１Ａ〜１Ｃを参照して、エッジ−エッジ間でレーザー溶接された厚いシート金属ピースおよび薄いシート金属ピース１２、１２’を含む従来のテーラー溶接ブランク１０の製造に関連したステップのいくつかが示されている。この例によれば、シート金属ピース１２、１２’の各々は、基材層１４、基材層の対向面を被覆する複数の薄い材料層１６、１８を有する。当業者によって理解されるように、シート金属材料で見つけられることができる多数の材料層があり、ほんの数例を挙げれば、様々な種類の表面処理、アルミニウム系および亜鉛系材料層などのコーティング材料層（例えば、アルミニウム化合物）、油および他の酸化防止物質、製造または材料処理工程からの汚染物質、および酸化層を含む。一旦２つのシート金属ピースが接すると、ある量の薄い材料層１６、１８が結果として生じる溶接接合部２２内に埋め込まれるように、レーザー光線または他の溶接工具を使用して、エッジ領域２０、２０’に位置するシート金属の一部を溶解させる。これらの不要な構成物質は、最初に取り除かれないなら、溶接接合部の全体強度および質に悪影響を及ぼす可能性がある。

図２を参照して、本方法によって形成され、エッジ領域２０に沿って、隣接するピースに続いて溶接され得る例示のシート金属ピース１２が示されている。シート金属ピース１２は、対向する第１および第２の側の面２４、２６を含み、エッジ領域２０は、溶接されるエッジ２８に沿って位置する。図２に示される特定のエッジ領域２０は、２つの溶接ノッチ３０、３０’を含み、ここで、２つの溶接ノッチは、シート金属ピース１２の対向面２４、２６上のエッジ領域に沿って延在する。各溶接ノッチ３０、３０’は、互いに交わるかまたは接合する第１のノッチ表面３２および第２のノッチ表面３４によって定められている。単一のストレートエッジ領域２０に沿って、略垂直な第１および第２のノッチ表面３２、３４で示されるが、溶接ノッチは多数の方法で構成されていてもよい。例えば、溶接ノッチは、いくつかの可能性に言及するために、１つ以上の軸外またはオフセットノッチ表面を含み、均一または不均一な深さおよび／または幅を有し、サイズ、形状、構造などの点から同じシート金属ピースに位置する他の溶接ノッチとは異なり、シート金属ピースの直線エッジ、曲線エッジ、多数の直線または曲線エッジ、または一部の他の部分に沿って位置するエッジ領域の一部とすることができる。これらの異なる実施形態のいくつかが図面において説明されている。

図３は、図２に示されるシート金属ピース１２のエッジ領域２０を示す断面図である。説明されるシート金属ピース１２は、基材層１４、中間材料層１６、およびコーティング材料層１８を含む複数の材料層を含む。この実施形態では、基材層１４は、中心またはコア材料層（例えば、鋼心）であり、中間材料層１６とコーティング材料層１８との間に挟まれている。基材層１４は、シート金属ピース１２の厚さＴの大部分を構成し、つまり、シート金属ピースの機械的特性に著しく寄与する場合がある。コーティング材料層１８は、基材層１４の対向面上に位置し、シート金属ピース１２の最外層である。各コーティング材料層１８は、基材層１４に対して比較的薄く、シート金属ピースの１つ以上の特性（例えば、耐食性、硬度、重量、成形性、外観など）を向上するために選択されてもよい。コーティング材料層１８は、また、例えば、熱処理や相互拡散工程などの次工程での使用または互換性のために選択されてもよい。

各中間材料層１６は、ベース層１４とコーティング層１８の１つとの間に位置し、この実施形態においては各々に接している。中間材料層１６は、原子や化合物などの、直接隣接した層１４、１８の各々から共通して少なくとも１つの構成物質を含む。中間材料層１６は、基材層およびコーティング材料層１４、１８の反応生成物であってもよい。例えば、基材層がコーティング材料の溶融浴に浸漬される、または通される浸漬被覆工程は、基材層と溶融浴との界面での化学反応をもたらすことができ、反応生成物は、中間材料層１６である。そのような浸漬被覆工程の１つの具体的な例では、基材層１４は鋼であり、コーティング材料層１８はアルミニウム合金である。アルミニウム合金の溶融浴は、その表面で基材層と反応して中間材料層１６を形成し、Ｆｅ₂Ａｌ₅などの鉄−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に近い領域において基材層構成物質（例えば、鉄）のより高い含有量、およびコーティング材料層１８に近い領域においてコーティング材料層構成物質（例えば、アルミニウム）のより高い含有量を有することができる。中間材料層１６は、一定の厚さを備えた完全な平面層として図３に示されたが、図４の拡大図で示されるようにその対向面に沿って不規則であってもよい。シート金属ピース１２は、同様に他のさらなる材料層を含んでいてもよく、ここで説明された特有の配置に限定されない。

自動車および他の産業において部品を形成するのに役立つ多層シート金属ピースの１つの具体的な例は、図３に示されるものなどの、被覆鋼材である。１つの特定の実施形態では、基材層１４は、ホウ素鋼合金または高強度低合金（ＨＳＬＡ）鋼などの高強度または硬化性鋼合金である。いくつかの材料は、それらの重量にしては強いが、しばしば、高強度特性を達成するために熱処理工程を必要とし、および／または高温で初めて形成されることができる。コーティング材料層１８は基材層１４より重量が軽く、および／または後の熱処理の間にシート金属ピース１２の他の層と相互拡散するために、熱処理の間に酸化防止に役立つために選択されてもよい。１つの実施形態では、コーティング材料層１８は、純粋アルミニウム（Ａｌ）、またはアルミニウム−シリコーン（Ａｌ−Ｓｉ）合金などのアルミニウム合金である。コーティング材料層１８のための他の可能な組成物は、純粋亜鉛および亜鉛合金または化合物（例えば、下層材料が亜鉛めっきされる場合）を含む。基材層１４が鋼であり、コーティング材料層１８がアルミニウムを含む場合に、中間材料層１６は、鉄およびアルミニウムをＦｅＡｌ、ＦｅＡｌ₂、Ｆｅ₃ＡｌまたはＦｅ₂Ａｌ₅などの金属間化合物の形態で含んでいてもよい。中間材料層１６は、また、隣接する層からの構成物質の合金を含んでいてもよい。

いくつかの例示の材料層の厚さについて、基材層１４は約０．５ｍｍ〜約２．０ｍｍ、中間層１６は約１μｍ〜約１５μｍ、およびコーティング材料層１８は約５μｍ〜約１００μｍに及ぶ。もちろん、個々の層の厚みが、採用材料の用途および／または種類に特有のいくつかの要因に依存するので、これらの範囲は限定的ではない。例えば、基材層１４は、アルミニウム合金またはいくつかの他の適切な材料などの鋼以外の材料とすることができ、その場合には、厚さは上記例示の範囲外であってもよい。ここで説明された方法は、図に示されるより多いかまたは少ない材料層を有するシート金属ピースで使用されてもよい。当業者はまた、図が必ずしも正確な縮尺ではなく、層１４〜１８の相対的な厚さが図に説明されたものと異なっていてもよいことも認識するであろう。

図３を再び参照して、シート金属ピースの第１の側の面２４上の溶接ノッチ３０が説明される。この説明は、同様に対向する第２の側の面２６上の溶接ノッチ３０’に適用される。溶接ノッチ３０は、シート金属ピース１２のエッジ領域２０の一部であり、ここで、材料の一部が他の均一な階層構造から取り除かれまたは省略されている。溶接ノッチ３０は、シート金属ピースが他のピースに溶接される場合に、エッジ２８に沿って高品質な溶接接合部を促進し、後の溶接接合部の一部にならないように、エッジ領域２０においてコーティング材料層１８および／または中間材料層１６を低減または除去する構造を介してそうしてもよい。コーティング材料層１８が、そこに含まれている場合に、結果として生じる溶接接合部での不連続性を形成するか、またはそれ以外の様式でこれを弱めるであろう１つ以上の構成物質を含む際に、これは特に有用である。溶接ノッチ３０は、ノッチ幅Ｗおよびノッチ深さＤを有し、各々は、この特定の実施形態においてエッジ２８の長さに沿って比較的一定である。ノッチ幅Ｗは、エッジ２８から第１のノッチ表面３２の距離であり、ノッチ深さＤは、第１の側の面２４（つまり、コーティング材料層１８の外側表面）から第２のノッチ表面３４の距離である。溶接ノッチ３０が、この特定の例において示されるようにシート金属ピースと一致する場合に、ノッチ幅Ｗは第２のノッチ表面３４の幅に等しく、ノッチ深さＤは第１のノッチ表面３２の幅に等しい。

溶接ノッチ３０の寸法は、シート金属ピースの厚さＴ、エッジ２８で形成される溶接接合部の目的とするサイズ、および／または１つ以上の材料層の厚さと関係してもよい。１つの実施形態では、ノッチ幅Ｗは、厚さＴの約０．５〜約１．５倍の範囲にある。他の実施形態では、ノッチ幅Ｗは約０．５ｍｍ〜約４ｍｍの範囲にある。ノッチ幅Ｗは、また、目的とする溶接接合部の幅の少なくとも２分の１であってもよい。図３に示される例に関するノッチ深さＤは、コーティング材料層１８の厚さよりも大きく、中間材料層およびコーティング材料層１６、１８の合わせた厚さ未満であるが、これは必要でなく、他の例示の実施形態の一部において異なってもよい。

溶接ノッチ３０も、ノッチ表面３２、３４のある特性に関して説明されることができる。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およびコーティング材料層１８の両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および第２のノッチ表面は、中間材料層に置かれるかまたは位置する接合点または角３６に沿って交わる。このように、この特定の例において、溶接ノッチ３０は、エッジ領域２０に沿ってコーティング材料層１８全体および中間材料層１６の一部を取り除くことによって、シート金属ピース１２に形成されている。他の例において、溶接ノッチは、コーティング材料層１８の一部のみを取り除くことによって、またはコーティングおよび中間材料層１８、１６の全体、および基材層１４の一部を取り除くことによって形成されてもよい。ノッチ表面３２、３４の各々は、また、溶接ノッチ位置で材料を取り除くために使用される平行痕、確認線、または工程の種類の他の指標を含んでいてもよい。

以下、図５〜７を参照して、シート金属ピース１２に溶接ノッチ３０を形成する例示の方法が示されている。方法は、レーザーアブレーション工程を使用してエッジ領域２０に沿ってアブレーショントレンチ１３０を形成し、続いて、エッジ領域の一部１３８を取り除いて溶接ノッチ３０を形成することを含む。図５に示されるように、レーザー光線１０２は、レーザー光源（図示せず）からエッジ領域２０に向けられてエッジ領域に沿ってアブレーショントレンチ１３０を形成する。レーザー光線１０２によってもたらされるエネルギーは、アブレーションサイトまたはレーザースポット１０４で熱エネルギーの形態でシート金属ピース１２に移動され、アブレーションサイトで材料を溶解および／または気化して、シート金属ピースの１つ以上の層から材料を取り除く。レーザー光線１０２は、エッジ領域２０に沿って経路１０６に続き、所望の構造および位置でトレンチ１３０を形成する。図３に示されるものなどの基材層、中間材料層、およびコーティング材料層１４、１６および１８を含むシート金属ピースについて、アブレーショントレンチ１３０は、アブレーション経路１０６に沿ってコーティング材料層１８のすべてまたは一部、中間材料層１６のすべてまたは一部、および／または基材層１４の一部を取り除くことによって形成されてもよい。結果として生じる溶接に、たとえあったとしても、微小の材料層汚染物質があることが重要なある用途では、基材層１４が露出されるように、アブレーショントレンチ１３０の領域において材料層１６、１８の両方を完全に取り除くことは有用とすることができる。説明される例において、シート金属ピース１２は、シート金属ピースの対向面２６上にエッジ領域に沿ってアブレーショントレンチ１３０’が前に形成された状態で示されている。当然のことながら、アブレーショントレンチを形成するために、材料を取り除くための剥離、粉砕、および／または他の機械技術などの非レーザー法が使用されてもよい。

本方法の間に、シート金属ピース１２は、レーザー光線１０２が経路１０６に沿って移動している間に、固定して保持されていてもよい。異なる実施形態では、レーザー光線１０２を固定している間、シート金属ピース１２が移動または調整される。レーザー光源およびシート金属ピースの両方を移動させるなどの他の技術が同様に使用されてもよい。経路１０６の一部の部分は、図５に示されるように、直線または直線的とすることができ、一方、他の部分は曲線が付され、曲げられ、または曲線をなすことができ、アブレーショントレンチ１３０は、直線経路１０６に続く必要はなく、他の形状を有する経路が代わりに続くことができる。いかなる適切なレーザーまたは他の同等な発光デバイスもアブレーショントレンチを形成するために使用されてもよく、様々な操作または装置パラメーターを使用してそうしてもよい。１つの例において、レーザー光源は、Ｑ−スイッチレーザーであるが、様々なナノセカンド、フェムトセカンド、およびピコセカンドパルスレーザーなど他の連続波およびパルスレーザーの種類が代わりに使用されてもよい。レーザースポットまたはフットプリント１０４は、続いて説明されるように、円形、正方形、矩形、楕円、または他の適切な形状とすることができる。レーザー光源についての選択可能または調整可能な運転パラメーターの限定しない例としては、少ない可能性に言及して、レーザーパワー、パルス周波数、パルス幅、パルスエネルギー、パルスパワー、負荷サイクル、スポット領域、連続レーザーパルス間の重なり、およびシート金属ピース１２に対するレーザー光源の速度が挙げられる。これらの運転パラメーターのいかなる組み合わせも、用途の特定のニーズに基づいて本方法によって選択、制御されてもよい。

アブレーショントレンチ１３０は、それがシート金属ピース１２のスターティングエッジ１２８から間隔を置いて配置されるように形成されている。言い換えれば、レーザー光線１０２は、この特定の実施形態によれば、レーザーアブレーション工程の間にシート金属ピースのスターティングエッジ１２８に衝突しない。レーザースポット１０４は、それが経路１０６に沿って移動するので、距離Ｌだけスターティングエッジ１２８から一定間隔で配置される。トレンチ１３０は、ｘ方向に沿ったレーザー光線１０２の単一の通過によって形成することができ、ここで、レーザースポット１０４は、所望のトレンチと同じ幅Ｗ’を有し、１回の通過で所望量の材料を取り除く。他の例において、レーザースポット１０４の幅がトレンチ１３０の所望の幅Ｗ’未満である場合、トレンチは、スターティングエッジ１２８から異なる距離でｘ方向に沿ってレーザー光線１０２の多数回の通過で形成される。または、トレンチ１３０は、レーザー光線がｘ方向の単一の通過の間にｙ方向に往復して動く状態で、ｘ方向に沿うレーザー光線の単一の通過で形成されてもよく、この技術は、ｙ方向に多数回の短い通過をもたらし、ここで、各通過は、ｘ方向に短い距離だけ隣接した通過から一定間隔で配置される。

結果として生じるアブレーショントレンチ１３０は、図７の最終溶接ノッチ３０を続いて定める１つ以上の表面を含む。図６に最もよく示されるように、アブレーショントレンチ１３０は、第１、第２および第３のトレンチ表面１３２、１３４、１３６を含み、それらの一部は、続いて最終溶接ノッチ３０を定める。説明される例において、表面１３２〜１３６は、互いに、およびシート金属ピース１２に対して概して直角である。第１および第３の表面１３２、１３６は、第２のトレンチ表面１３４がそれらの間に延在した状態でトレンチ１３０の幅にわたって互いに対向する。表面１３２、１３６は、互いに概して平行であり、シート金属ピース１２の平面に垂直であり、一方、第２の表面１３４は、シート金属ピースの平面と概して平行である。トレンチ表面の全体サイズ、形状、方向性などは、トレンチを切断するために使用されるレーザー光線の特性によって大部分決定される。他のアブレーショントレンチプロファイルは、さらなる例において、以下に説明されるように確かに可能である。

図７に示されるように、エッジ領域２０の一部１３８は、アブレーショントレンチ１３０が形成された後、シート金属ピース１２から取り除かれて、溶接ノッチ３０をもたらす。第２のトレンチ表面１３４の少なくとも一部は、シート金属ピース１２に残り、結果として生じる溶接ノッチ３０の第２の溶接ノッチ表面３４となる。第１のトレンチ表面１３２は、第１の溶接ノッチ表面３２になり、一方、第３のトレンチ表面１３６は、取り除かれた一部１３８とともに破棄される。異なる特徴の表面、つまり、トレンチおよびノッチ表面としてここで区別されるが、第１のトレンチ表面１３２は、第１の溶接ノッチ表面３２となる。このように、第１の溶接ノッチ表面３２がレーザーアブレーション工程の間に形成されると言える。同様に、第２の溶接ノッチ表面３４は、第２のトレンチ表面１３４の一部としてレーザーアブレーション工程の間に形成される。一部１３８が取り除かれる場合、シート金属ピース１２の溶接可能エッジ２８が形成される。

取り除かれた一部１３８は、第３のトレンチ表面１３６と同様にシート金属ピース１２のスターティングエッジ１２８を含む。図７に示されるように、取り除かれた一部１３８は、また、第２のトレンチ表面１３４の一部を含んでいてもよい。溶接ノッチ３０および隣接エッジ２８を形成するために、切断、せん断、ブレードでのミリングまたはトリミング、レーザー、または他の切断工具などのいかなる適切な技術も、シート金属ピース１２から一部１３８を取り除くために使用されてもよい。エッジ２８は、図６に示されるあらかじめ定められた位置またはトリムライン１４０で形成され、それは、アブレーショントレンチ１３０の第１および第３の表面１３２、１３６間にある。１つの実施形態では、第３のトレンチ表面１３６およびトリムライン１４０は、トレンチ表面１３４全体が結果として生じる溶接ノッチ３０の一部のままであるように概して同一場所に配置され、すなわち、幅ＷおよびＷ’は同じである。トリムライン１４０は、第１および第３の表面１３２、１３６間のいかなる場所に位置してもよく、完成した溶接ノッチ３０の所望の幅Ｗだけ第１のトレンチ表面１３２から一定間隔で配置される。トリムライン１４０は、トレンチ１３０の中央領域１４２内にあり、中央領域は、第１および第３の表面１３２、１３６から均等に一定間隔で配置され、第２の表面１３４の４０〜６０％を含むことが好ましい。

シート金属ピース１２にアブレーショントレンチ１３０を最初に形成し、続いて一部１３８をトリミングまたは取り除くことによって溶接ノッチ３０を形成することは、コーティング材料層１８および／または中間材料層１６からの材料がない新しく形成された溶接可能エッジ２８をもたらす。必ずしも意図的でないが、シート金属ピース１２のスターティングエッジ１２８は、コーティング材料層１８および／または汚れた、拭かれた、および／または別の方法で前のトリミング操作の間にエッジに沿って引きつけられた中間材料層１６からの材料を含んでいてもよく、これは、図６に最もよく示されている。言い換えれば、コーティング材料層１８および／または中間材料層１６は、それが少なくともスターティングエッジ１２８の一部に沿って存在するように、シート金属ピースの角１４４を包みこんでもよい。説明される例において、スターティングエッジ１２８は、せん断ブレードが下向き矢印によって示された方向に材料を切断する、前のせん断操作で形成された。そのようなせん断操作は、基材層１４が最初に被覆され、次いで、出荷のために所望の幅に切断されるか、もしくは細長く切られる製鋼所または金属被覆設備で行われてもよい。スターティングエッジ１２８を取り除く工程で溶接ノッチ３０を形成することは、そのエッジで最終的に形成された溶接接合部をさもなければ汚染することもあり得るシート金属ピースの完成したエッジ２８でいかなる意図しないコーティング材も除去する。

スターティングエッジ１２８でのコーティング材料の他の意図しない源は、レーザーアブレーション工程自体である。図８に示されるように、レーザーアブレーション工程によって取り除かれた材料は、スターティングエッジ１２８で、またはそのエッジ近くを含む、エッジ領域２０の他のある部分に沿って時には堆積される可能性がある。説明される例において、排出された材料１４６は、衝撃波またはレーザースポット１０４の領域に存在する他の迅速な材料膨張によって放出され得る。排出された材料１４６の融解液滴は、シート金属ピースに、形成されたトレンチ１３０から離れて堆積され得、ここでそれらは凝固する。同様の現象は、溶接ノッチ３０が、スターティングエッジ１２８に沿って直接形成され（例えば、図５、６のＬ＝０）、排出された材料がエッジに沿って凝固するレーザーアブレーション工程でさえ存在し得る。排出された材料１４６は、コーティング材料層１８および／または中間材料層からの材料を含んでいてもよいので、それは潜在的な溶接接合部の汚染物質を表す。エッジ領域２０の一部１３８を取り除く、または別の方法で上記アブレーショントレンチ１３０に沿ってシート金属ピースをトリミングすることによって、この潜在的な汚染物質を除去することができる。当業者は、ここで説明されるような溶接ノッチ３０を形成する際に他の利点を実現する。

以下、図９〜１２を参照して、マルチレーザーまたはデュアルビームアブレーション工程の一例が示されており、ここでは、第１および第２のレーザー光線１０２、１０２’が、レーザーの合わせたエネルギーが最大である複合レーザースポット１０４”で重複する。説明される例において、複合または重複レーザースポット１０４”は、形成されたトレンチ１３０のおおよそ中心にあり、より多くの材料を取り除くことが、２つのレーザースポット１０４、１０４’が重複しない位置より複合スポットで生じ、これはアブレーショントレンチ１３０の形状によって説明され、それはトレンチの中心においてより深い。説明される例において、トリムライン１４０の位置は、複合レーザースポット１０４”の位置と一致する。そのようなデュアルビーム工程は、図１０に示された溶接ノッチなどの、その幅Ｗにわたって一定でないか、または不均一な深さＤを有する溶接ノッチ３０を形成するのに役立ち得る。例えば、この工程は、レーザースポット１０４、１０４’の非重複部分でコーティング材料層１８および／または中間材料層１６からの材料のみを取り除きながら、複合レーザースポット１０４”でコーティング材料層１８、中間材料層１６、および基材層１４からの材料を取り除いてもよい。複合レーザースポット１０４”に形成されたアブレーショントレンチ１３０の一部はまた、一部１３８が取り除かれた図１０の後のトリミング操作中に視覚的な指標として使用されてもよい。例えば、トレンチのより深い中心部分でのアブレーショントレンチ１３０の異なる色および／または輪郭は、手動トリミング操作でオペレーターによって、および／または自動トリミング操作で視覚システムなどによって把握されてもよい。

図１１、１２に示されるように、重複レーザースポット１０４、１０４’が使用されて、アブレーションサイトでレーザーエネルギー分布を調整または操作してもよい。例えば、図１１の一番上に示された円形レーザースポット１０４、１０４’は重複して、複合レーザースポット１０４”を形成し、複合レーザースポットの対応するエネルギー分布２００が、図１１の図に示されている。エネルギー分布は、両方のレーザー光線が存在する複合レーザースポット１０４”の領域にピークすなわち最大値２０２を含む。エネルギー分布の実際の形状は、各レーザースポットの個々のエネルギー分布、各レーザースポットからの焦点面の距離、および他の要因を含むいくつかの要因に依存して、ここに示されたものと異なっていてもよい。この例において、複合レーザースポット１０４”は、シート金属ピース１２の目的とするトリムライン１４０に沿って向けられる。図１２は複合レーザースポット１０４”を図示し、ここで、個々のレーザースポット１０４、１０４’は、それらが円形である前の例とは対照的に、形状が長方形である。異なるサイズ、形状、構造などを有するレーザースポットまたはフットプリントは、ここに記載されたものの代わりに、または加えて使用されてもよい。

以下、図１３を参照して、他の例示のアブレーション工程が示され、ここで、レーザー光線１０２がノンゼロまたはオフセット入射角αでエッジ領域２０に向けられる。入射角αは、ここで使用されるように、レーザー光線の中心軸Ａと、シート金属ピースの側面に垂直なラインＢとの間に形成された角度を概して指し、角度は、正数または負数とすることができる。前に説明された実施形態では、入射角αは０であり、図１３に示される例示の実施形態では、入射角αは、ほぼ１°〜４５°の間にある（例えば、約１０°）が、特定用途によって、他の角度が確実に可能である。ノンゼロ入射角αは、アブレーショントレンチ１３０、およびシート金属ピース１２の異なる材料層に対してオフセットされた結果として生じる溶接ノッチ３０を形成するために使用されることができる。例えば、図１４に示された結果として生じる溶接ノッチ３０は曲げられる、または傾斜される。これは、図９〜１２のデュアルビームの例として結果生じる溶接ノッチに対して同様の効果を有することができ、基材層１４が完成したエッジ２８に最も近い溶接ノッチ３０の一部で露出され、溶接ノッチの残りに沿って露出されないことが可能である。別の配置では、ノンゼロ入射角は、その幅Ｗにわたって不均一な深さＤを有するオフセットアブレーショントレンチ１３０を形成することができ、ここで、将来の溶接接合部の材料組成をより良好に制御するために、オフセット溶接ノッチの深さを管理することができる。

他の実施形態では、アブレーショントレンチ１３０は、スターティングエッジ１２８が配置されたエッジ領域２０から離れて形成されていてもよい。図１５、１６に示される例では、アブレーショントレンチ１３０は、シート金属ピース１２のエッジ領域２０から離れて形成され、シート金属ピースは、続いてトリムライン１４０でトレンチに沿ってトリミングまたは切断されて２つのシート金属ピース２１２、３１２を形成する。新しく形成された各シート金属ピース２１２、３１２は、溶接される新しく形成されたエッジ２２８、３２８を含み、各エッジは、各ピースの新しく形成されたエッジ領域２２０、３２０に沿って位置する。この場合、結果として生じる各溶接ノッチ２３０、３３０は、前に形成されたアブレーショントレンチ１３０の幅のおよそ２分の１の幅を有していてもよい。または、結果として生じる溶接ノッチ２３０、３３０の幅の合計は、アブレーショントレンチ１３０の幅と同じである。図１５のアブレーショントレンチ１３０の第１および第３の表面１３２、１３６は、結果として生じる溶接ノッチ３３０、２３０の第１の溶接ノッチ表面３３２、２３２となる。そして、アブレーショントレンチ１３０の第２の表面は分割されて結果として生じる溶接ノッチ３３０、２３０の第２の溶接ノッチ表面３３４、２３４になる。前に記載された実施形態の少なくとも一部において、トリムライン１４０がエッジ領域１２０内に位置する場合、シート金属ピースの取り除かれた一部１３８は、続いて他のシート金属ピースに溶接されて溶接ブランクアセンブリを形成するために実際に使用可能ではなく、つまり、距離Ｌは短すぎ、取り除かれた一部１３８は破棄される。図１５、１６に説明された技術は、第１および第２のシート金属ピース２１２、３１２をもたらし、各溶接ノッチ２３０、３３０は、新しく形成された溶接可能エッジ２２８、３２８に沿って位置する。材料の１つ以上の層が、新しいエッジが形成されたトリムライン１４０で取り除かれた後に、溶接可能エッジ２２８、３２８が形成されるので、エッジは、コーティング材料層１８および／または中間材料層１６からの材料などの不要な汚染物質をないものとすることができる。

上記の説明は、本発明の定義ではないということは理解されるが、１つ以上の本発明の好ましい例示の実施形態を説明するものである。本発明は、ここに開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ以下の本発明の請求の範囲によってのみ定義される。さらに、上記の説明に含まれる記述は、特定の実施形態に関連し、上記定義した用語や言い回しを除き、本発明の範囲または本発明の請求の範囲で使用された用語の定義により限定を受けるものではない。開示した実施形態に対し、様々な他の実施形態、変化、および変更が、当業者には自明である。そのような他の全ての実施形態、変化、および変更は、添付の請求の範囲の範囲内で実施することを目的とする。

本明細書および請求の範囲で使用されたように、用語「例えば（ｆｏｒ ｅｘａｍｐｌｅ、ｅ．ｇ．、ｆｏｒ ｉｎｓｔａｎｃｅ）」、「のような（ｓｕｃｈ ａｓ、ｌｉｋｅ）」、動詞「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ、ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、およびそれらの他の動詞形態は、１つ以上の構成要素または他の部品のリストと一体になって使用される場合に、そのリストが、他の追加の構成要素や部品を除いて考慮されない、限定の無い意味に解釈される。他の用語は、異なる翻訳を要求する文脈で使用されない限り、もっとも広い理由のある意味を使用すると解釈される。

Claims (10)

1. シート金属ピース（１２）に溶接ノッチ（３０）を形成する方法であって、
   （ａ）複数の材料層（１４、１６、１８）と、エッジ領域（２０）と、複数の材料層からの材料を含んだスターティングエッジ（１２８）と、を有するシート金属ピースを提供すること、
   （ｂ）前記シート金属ピースの前記エッジ領域に同様に設けられたアブレーショントレンチが前記シート金属ピースのスターティングエッジ（１２８）から距離Ｌだけ間隔を置いて配置されるように、アブレーション経路（１０６）に沿って少なくとも前記複数の材料層の１つ以上を取り除くことによって、前記シート金属ピースに沿ってアブレーショントレンチ（１３０）を形成すること、
   （ｃ）前記アブレーショントレンチに沿って前記シート金属ピースを切断して前記溶接ノッチと、前記シート金属ピースの一部を残し前記複数の材料層からの汚れた材料を含まない完成したエッジ（２８）と、を形成し、前記スターティングエッジ（１２８）を備えた前記エッジ領域の一部（１３８）を取り除くこと、
   を含む方法であって、
   前記スターティングエッジと前記アブレーショントレンチの間の前記距離Ｌが十分に小さくて、取り除いた部分が別のシート金属ピースに溶接して溶接ブランクアセンブリを形成するために使用可能ではなく、
   ステップ（ｂ）は、第１および第２レーザー光線（１０２、１０２’）が複合レーザースポット（１０４”）で重複し、不均一な深さを備えた前記アブレーショントレンチ（１３０）を形成するように、前記シート金属ピース（１２）に第１および第２レーザー光線（１０２、１０２’）を向けることをさらに含み、
   ステップ（ｃ）は、複合レーザースポット（１０４”）で形成されたアブレーショントレンチ（１３０）の一部に相当するトリムライン（１４０）に沿って前記シート金属ピース（１２）を切断することをさらに含む、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記複数の材料層の基材層（１４）が、前記完成したエッジ（２８）に最も近い溶接ノッチ（３０）の一部で露出され、溶接ノッチの残りに沿って露出されないように前記ステップ（ｂ）が実行される、
   請求項１に記載の方法。
3. シート金属ピース（２１２，３１２）に溶接ノッチ（２３０，３３０）を形成する方法であって、
   （ａ）複数の材料層（１４、１６、１８）を有するシート金属ピース（１２）を提供すること、
   （ｂ）アブレーション経路（１０６）に沿って複数の前記材料層の１つ以上の少なくとも一部を取り除くことによって、前記シート金属ピースに沿ってアブレーショントレンチ（１３０）を形成し、前記アブレーショントレンチは、前記アブレーショントレンチの幅（Ｗ’）だけ離れて互いに対向する表面（１３２、１３６）及び前記対向する表面の間に延在する第三の表面によって一部分において定められ、前記アブレーショントレンチが不均一な深さ（Ｄ）を有するように第三の表面が形成されること、
   （ｃ）シート金属ピース（１２）を前記アブレーショントレンチの中央領域（１４２）に沿って切り離して、前記材料層の少なくとも1つの材料を含まない新たに形成された溶接可能エッジ（２２８、３２８）に沿って設けられた溶接ノッチ（２３０，３３０）をそれぞれ有する第１および第２のシート金属ピース（２１２、３１２）を形成すること、
   を含む方法であって、
   ステップ（ｂ）で形成された前記アブレーショントレンチの前記対向する表面のそれぞれが、第１の溶接ノッチ表面（２３２、３３２）となり、ステップ（ｂ）で形成された前記アブレーショントレンチの前記第三の表面が、ステップ（ｃ）で形成された第１および第２のシート金属ピース上の第２の溶接ノッチ表面（２３４、３３４）に分割され、各溶接ノッチ（２３０、３３０）が不均一な深さを有し、
   ステップ（ｂ）は、第１および第２レーザー光線（１０２、１０２’）が複合レーザースポット（１０４”）で重複し、不均一な深さを備えた前記アブレーショントレンチ（１３０）を形成するように、前記シート金属ピース（１２）に前記第１および第２レーザー光線（１０２、１０２’）を向けることをさらに含む、
   ことを特徴とする方法。
4. ステップ（ｃ）で形成された第１又は第２のシート金属ピース（２１２，３１２）の少なくとも１つの上で、前記複数の材料層の基材層（１４）が新たに形成されたエッジ（２２８、３２８）に最も近い各溶接ノッチ（２３０、３３０）の一部で露出され、溶接ノッチの残りに沿って露出されない
   請求項３に記載の方法。
5. ステップ（ｃ）は、前記複合レーザースポット（１０４”）によって形成された前記アブレーショントレンチ（１３０）の一部に相当するトリムライン（１４０）に沿って前記シート金属ピース（１２）を切断することをさらに含む、請求項３に記載の方法。
6. シート金属ピース（１２）に溶接ノッチ（３０）を形成する方法であって、
   （ａ）対向する第１および第２の側の面（２４、２６）、およびそれらの間に延在するせん断されたエッジ（１２８）を有するシート金属ピースを提供し、前記第１の側の面に沿ったコーティング材料層（１８）からの材料は、前記シート金属ピース（１２）の角（１４４）に沿って、かつ、せん断方向に前記第２の側の面に向けて前記せん断されたエッジに沿って少なくとも部分的に延在すること、
   （ｂ）少なくとも距離Ｌだけ前記せん断されたエッジから間隔を置いたあらかじめ定められたトリムライン位置（１４０）に沿って前記シート金属ピースから前記コーティング材料層の一部を取り除くこと、
   （ｃ）ステップ（ｂ）で前記シート金属ピースから前記コーティング材料層の一部を取り除いた後、次に、前記トリムライン位置に沿って前記シート金属ピースを第１および第２のピースに分離し、前記第１のピースは、前記コーティング材料層からの材料を含まない新しく形成された溶接可能エッジ（２８）を含み、前記第２のピースは前記せん断されたエッジを含み、前記距離Ｌが十分に小さくて、前記第２のピースが別のシート金属ピースに溶接して溶接ブランクアセンブリを形成するために使用可能ではなく、
   （ｄ）前記第２のピースを廃棄するか、又は、溶接ブランクアセンブリを形成するために前記第２ピースを用いず、
   ステップ（ｂ）は、第１および第２レーザー光線（１０２、１０２’）が複合レーザースポット（１０４”）で重複し、不均一な深さを備えたアブレーショントレンチ（１３０）を形成するように、前記シート金属ピース（１２）に前記第１および第２レーザー光線（１０２、１０２’）を向けることをさらに含む、方法。
7. ステップ（ｂ）は、前記トリムライン位置（１４０）に沿ってアブレーショントレンチ（１３０）を形成し、前記距離Ｌだけ前記せん断されたエッジ（１２８）から間隔を置くことを含み、
   前記アブレーショントレンチは、複数のトレンチ表面（１３２、１３４、１３６）を有し、
   前記トレンチ表面の少なくともいくつかの一部は、ステップ（ｃ）の前記第１のピースが溶接ノッチ表面（３２、３４）として残る、請求項６に記載の方法。
8. ステップ（ｃ）で形成される前記第１のピースの基材層（１４）が新たに形成されるエッジ（２８）に最も近い溶接ノッチ（３０）の一部で露出され、溶接ノッチの残りに沿って露出されないようにステップ（ｂ）が実行される、請求項６に記載の方法。
9. ステップ（ａ）で提供されたシート金属ピースが、基材層（１４）と前記基材層を被覆する複数の材料（１６、１８）を含み、
   前記基材層上のすべての前記複数の材料がトリムライン位置に沿って取り除かれるようにステップ（ｂ）が実行される、請求項６に記載の方法。
10. 前記トリムライン位置（１４０）は、前記複合レーザースポット（１０４”）によって形成された前記アブレーショントレンチ（１３０）の一部に相当し、ステップ（ｃ）は、前記トリムライン位置に沿って前記シート金属ピース（１２）を切断することをさらに含む、請求項６に記載の方法。

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