KR20150127693A - 용접 블랭크 어셈블리 및 방법 - Google Patents

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안쏘니 엠 패렌트
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Abstract

용접 블랭크 어셈블리(200)는 어셈블리의 용접 영역(220) 내의 캡핑 재료(210)를 포함한다. 캡핑 재료는 제 1 시트 금속 피스(12)와 제 2 시트 금속 피스(112)를 함께 접합하는 용접 조인트(208)를 보호하는데 도움이 될 수 있다. 시트 금속 피스들 중 적어도 하나는 코팅 재료가 용접 조인트를 오염시키지 않도록 용접 조인트를 형성하기 전에 제거되는 코팅 재료 레이어(18)를 가진다. 제거된 코팅 재료는 용접 조인트가 형성되기 전에 수집될 수 있고, 용접 조인트가 형성된 후에 캡핑 재료의 일부로서 재도포될 수 있고, 코팅 재료를 잠재적인 용접 오염물질로부터 용접 조인트 보호물질로 효과적으로 변경시킬 수 있다. 캡핑 재료는 코팅 재료 레이어가 아닌 공급원으로부터 추가적인 재료를 포함할 수도 있다.

Description

용접 블랭크 어셈블리 및 방법{WELDED BLANK ASSEMBLY AND METHOD}
본 출원은 2013년 3월 14일자로 출원된 미국 가출원 61/784,184의 이익을 주장하고, 그 전체 내용은 참조사항으로 본 명세서에 통합되어 있다.
본 발명은 대체로 용접 블랭크 어셈블리에 관한 것이고, 보다 상세하게는 용접 블랭크 어셈블리를 형성하기 위해서 코팅된 시트 금속 피스들을 함께 용접하는 방법에 관한 것이다.
내부식성, 스케일링 및/또는 다른 과정을 개선하기 위한 노력의 일환으로, 고강도 또는 경화성 강 합금으로 제조되는 시트 금속은 오늘날 알루미늄계 레이어 및 아연계 레이어와 같은 하나 이상의 얇은 코팅 재료 레이어로 제조되고 있다. 이러한 코팅 재료 레이어가 바람직한 품질을 시트 금속에 부여할 수 있지만, 이들의 존재는 용접을 오염시킬 수 있고, 이로써 용접 강도, 완성도 등을 저하시킬 수 있다. 이는 코팅된 시트 금속 피스가 다른 시트 금속 피스에 맞대기 용접되거나 겹치기 용접되는 경우라면 특히 그러하다.
일 양태에 따르면, 용접 블랭크 어셈블리가 제공된다. 용접 블랭크 어셈블리는: 제 1 시트 금속 피스 및 제 2 시트 금속 피스로서, 이 시트 금속 피스들 중 적어도 하나는 베이스 재료 레이어, 코팅 재료 레이어, 및 코팅 재료 레이어의 적어도 일 부분이 제거된 용접 노치가 있는 에지 영역을 가지는, 제 1 및 제 2 시트 금속 피스; 제 1 시트 금속 피스와 제 2 시트 금속 피스를 에지 영역에서 함께 접합하는 용접 조인트로서, 베이스 재료 레이어로부터의 재료는 포함하지만 코팅 재료 레이어로부터의 재료는 실질적으로 없는, 용접 조인트; 및 용접 노치의 적어도 일 부분을 채우는 캡핑 재료;를 구비한다. 캡핑 재료는 용접 조인트와 직접 접촉되어 있고, 용접 블랭크 어셈블리의 영구적인 추가요소가 된다.
다른 양태에 따르면, 용접 블랭크 어셈블리가 제공된다. 용접 블랭크 어셈블리는: 함께 접합되는 제 1 시트 금속 피스 및 제 2 시트 금속 피스로서, 이 시트 금속 피스들 중 적어도 하나는 베이스 재료 레이어와 코팅 재료 레이어를 가지는, 제 1 및 제 2 시트 금속 피스; 제 1 시트 금속 피스와 제 2 시트 금속 피스를 용접 영역에 나란하게 함께 접합하는 용접 조인트로서, 베이스 재료 레이어로부터의 재료는 포함하지만 코팅 재료 레이어로부터의 재료는 실질적으로 없는, 용접 조인트; 및 용접 조인트의 적어도 일 부분을 뒤덮는 캡핑 재료;를 구비한다. 캡핑 재료는, 용접 조인트가 형성되기 전에는 코팅 재료 레이어로부터 제거되고 용접 조인트가 형성된 후에는 용접 조인트 위에 재도포되는 재료를 포함한다.
다른 양태에 따르면, 용접 블랭크 어셈블리를 제조하는 방법이 제공된다. 방법은: 코팅된 시트 금속 피스의 영역으로부터 코팅 재료를 제거하는 단계; 용접 조인트가 코팅된 시트 금속 피스의 영역 내에 형성되도록 시트 금속 피스를 다른 시트 금속 피스에 용접하는 단계로서, 용접 조인트는 시트 금속 피스로부터의 베이스 재료는 포함하지만 코팅 재료는 실질적으로 없는, 단계; 및 캡핑 재료가 용접 조인트의 적어도 일 부분을 커버하도록 캡핑 재료를 코팅된 시트 금속 피스의 영역에 도포하는 단계;를 구비할 수 있다.
바람직한 예시적인 실시예들은 첨부의 도면과 함께 이하에서 기술될 것이고, 여기에서 유사한 지시번호는 유사한 요소를 지시한다.
도 1a 내지 도 1c는 종래의 용접 조인트의 단면도이고, 여기서 시트 금속 피스는 용접 노치가 그 내부에 형성되지 않은 상태로 접합된다.
도 2는 시트 금속 피스의 양쪽 측면 상에 용접 노치를 포함하는 예시적인 시트 금속 피스의 에지 영역의 사시도이다.
도 3은 도 2의 시트 금속 피스의 확대된 단면도이다.
도 4는 얇은 재료 레이어들 중 일부가 나타나 있는 도 3의 시트 금속 피스의 단면도 중 일부의 확대도이다.
도 5는 용접 블랭크 어셈블리를 제조하는 방법이 도시되어 있는 공정 흐름도이다.
도 6은 융삭 공정이 나타나 있는 시트 금속 피스의 사시도이고, 여기서 제거된 재료는 형성된 용접 노치를 따라 나란하게 수집된다.
도 7은 도 6의 시트 금속 피스의 단면도이다.
도 8은 도 6의 시트 금속 피스의 단면도이고, 여기서 수집 도구는 곡선 프로파일을 포함한다.
도 9는 도 6의 시트 금속 피스의 단면도이고, 제거된 재료를 수집하는데 도움이 되도록 구성되어 있는 가스의 분사가 나타나 있다.
도 10은 도 6의 시트 금속 피스의 단면도이고, 수집 도구는 제 2 가스 분사를 포함한다.
도 11은 용접 블랭크 어셈블리를 형성하기 위해서 레이저 용접 공정으로 접합되는 제 1 및 제 2 시트 금속 피스의 사시도이다.
도 12는 용접 조인트를 향하여 재료를 변위시키는 재도포 도구(reapplication tool)가 나타나 있는 도 11의 용접 블랭크 어셈블리의 사시도이다.
도 13은 열 공급장치 밑을 지나가는 도 12의 용접 블랭크 어셈블리의 사시도이다.
도 14는 용접 블랭크 어셈블리를 형성하기 위한 연속적인 공정의 평면도이다.
도 15는 도 14의 용접 블랭크 어셈블리의 단면도이다.
본 명세서에 개시되어 있는 용접 블랭크 어셈블리는 시트 금속 피스들로부터 형성되고, 이 시트 금속 피스들 중 하나 이상은 용접되는 에지의 에지 영역에 나란하게 형성되는 용접 노치를 가진다. 용접 노치는 재료 레이어들로부터의 특정 성분이 없는 것을 특징으로 한다. 재료가 에지 영역에 나란하게 얇은 재료 레이어들로부터 제거되어 있는 이러한 시트 금속 피스들은 하나 이상의 코팅 레이어 성분들이 실질적으로 없는 용접 조인트로 용접 블랭크 어셈블리를 형성하는데 사용될 수 있다. 시트 금속 피스로부터 제거된 재료는 순차적으로 포착되고 용접 조인트 위에 재도포되거나 배치될 수 있어서, 오염물질이 아니라 보호물질로서의 역할을 한다.
우선 도 1a 내지 도 1c를 살펴보면, 에지 대 에지 방식으로 함께 레이저 용접된 두꺼운 시트 금속 피스(12)와 얇은 시트 금속 피스(12')를 포함하는 종래의 맞춤 용접 블랭크(10)를 제조하는데 수반되는 단계들 중 일부가 나타나 있다. 이 예시에 따르면, 시트 금속 피스(12, 12') 각각은 베이스 재료 레이어(14), 및 베이스 재료 레이어의 양쪽 표면을 커버하는 얇은 다중 재료 레이어(16, 18)를 가진다. 당해 기술분야에서의 통상의 기술자가 이해할 수 있는 바와 같이, 몇 가지만 언급하자면 여러 가지 타입의 표면 처리를 포함하여 시트 금속 스톡 상에 발견될 수 있는 수많은 재료 레이어들, 알루미늄계 재료 레이어 및 아연계 재료 레이어와 같은 코팅 재료 레이어들, 오일 및 다른 산화 방지 물질, 제조 공정 또는 재료 처리 공정으로부터의 오염물질, 및 산화 레이어들이 있다. 2개의 시트 금속 피스가 함께 맞닿게 되면, 레이저 빔 또는 다른 용접 도구는 에지 영역들(20, 20') 내에 위치되어 있는 시트 금속의 일부를 용융시키는데 사용될 수 있어서, 얇은 재료 레이어들(16, 18) 중 일정양은 그 결과 생기는 용접 조인트(22) 내부에 매립되게 된다. 이러한 원치않는 성분들이 우선 제거되지 않는다면, 용접 조인트의 전체 강도와 품질에 부정적인 영향을 줄 수도 있다.
도 2를 참조하면, 에지 영역(20)에 나란하게 인접한 피스에 용접되도록 본 방법으로 형성될 수 있고 그리고/또는 본 방법으로 이용될 수 있는 예시적인 시트 금속 피스(12)가 나타나 있다. 시트 금속 피스(12)는 양쪽 제 1 측면(24) 및 제 2 측면(26)을 포함하고, 에지 영역(20)은 용접되는 에지(28)에 나란하게 위치된다. 도 2에 나타나 있는 특별한 에지 영역(20)은 2개의 용접 노치들(30, 30')을 포함한다. 2개의 용접 노치들은 시트 금속 피스(12)의 양쪽 측면들(24, 26) 상에서 에지 영역(20)에 나란하게 뻗어있다. 각각의 용접 노치(30, 30')는 서로 교차하거나 접합되는 제 1 노치 표면(32)과 제 2 노치 표면(34)에 의해 구획된다. 제 1 노치 표면(32)과 제 2 노치 표면(34)이 단일의 직선형 에지 영역(20)에 나란하게 대체로 직교하는 것으로 나타나 있지만, 용접 노치들은 수많은 방식으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 용접 노치는, 몇가지 가능성을 언급하자면, 축을 벗어나 있거나 오프셋되어 있는 하나 이상의 노치 표면들을 포함할 수 있고, 균일하거나 균일하지 않은 깊이 및/또는 폭을 가질 수 있고, 동일한 시트 금속 상에 위치되어 있는 다른 용접 노치들과 크기, 형상, 구성 등의 측면에서 상이할 수 있고, 또는 직선형 에지, 곡선형 에지, 다수의 직선형 또는 곡선형 에지에 나란하게 위치되어 있는 에지 영역의 일부가 되거나 시트 금속 피스의 몇몇 다른 일부가 될 수 있다.
도 3은 도 2에 나타나 있는 시트 금속 피스(12)의 에지 영역(20)의 단면도이다. 도시된 시트 금속 피스(12)는 베이스 재료 레이어(14), 중간 재료 레이어(16) 및 코팅 재료 레이어(18)을 포함하는 다중 재료 레이어들을 포함한다. 이 실시예에서, 베이스 재료 레이어(14)는 중심 또는 코어 재료 레이어(예컨대 스틸 코어)이고, 중간 재료 레이어(16)와 코팅 재료 레이어(18) 사이에 끼워져 있다. 베이스 재료 레이어(14)는 시트 금속 피스(12)의 두께(T)의 대부분을 차지하므로, 시트 금속 피스의 기계적 특성에 현저히 기여할 수 있다. 코팅 재료 레이어(18)는 베이스 재료 레이어(14)의 양쪽 표면 위에 위치되고, 시트 금속 피스(12)의 최외측 레이어이다. 각각의 코팅 레이어(18)는 베이스 재료 레이어(14)에 대하여 상대적으로 얇고, 시트 금속 피스의 하나 이상의 특성들(예컨대 내부식성, 경도, 중량, 성형성, 외관 등)을 강화하기 위해서 선택될 수 있다. 코팅 재료 레이어(18)는, 예컨대 열처리 또는 동반-확산(inter-diffusion) 공정과 같은 순차적인 공정들에서의 사용 또는 이들과의 호환성을 위하여 선택될 수도 있다.
각각의 중간 재료 레이어(16)는 베이스 레이어(14)와 코팅 레이어(18)들 중 하나 사이에 위치되어 있고, 이 실시예에서는 각각 베이스 레이어와 코팅 레이어와 접촉되어 있다. 중간 재료 레이어(16)는 원자 요소 또는 화합물과 같이 각각의 매우 인접한 레이어들(14, 18)에 공통되는 적어도 하나의 성분을 포함한다. 중간 재료 레이어(16)는 베이스 재료 레이어(14)와 코팅 재료 레이어(18)의 반응 생성물일 수 있다. 예를 들어, 베이스 재료가 코팅 재료의 용융조에 담궈지거나 통과되는 침지 코팅 공정은 베이스 재료 레이어와 용융조의 경계면에서 화학 반응을 초래할 수 있고, 반응 생성물은 중간 재료 레이어(16)이다. 이러한 침지 코팅 공정의 특정 일 예시에서, 베이스 재료 레이어(14)는 강이고, 코팅 재료 레이어(18)는 알루미늄 합금이다. 알루미늄 합금의 용융조는 Fe2Al5와 같은 철-알루미늄(FexAly) 금속간 화합물을 포함하는 중간 재료 레이어(16)를 형성하기 위해서 베이스 재료 레이어 표면에서 베이스 재료 레이어와 반응한다. 중간 재료 레이어(16)는, 베이스 재료 레이어(14)에 더 근접한 영역에서는 베이스 재료 레이어 성분(예컨대 철)의 함량이 더 많을 수 있고, 코팅 재료 레이어(18)에 더 근접한 영역에서는 코팅 재료 레이어 성분(예컨대 알루미늄)의 함량이 더 많을 수 있다. 도 3에는 일정한 두께의 완전히 평평한 레이어로 나타나 있지만, 중간 재료 레이어(16)는 도 4의 확대도에 도시된 바와 같이 양쪽 표면에 나란하게 불규칙적일 수 있다. 시트 금속 피스(12)는 다른 추가적인 재료 레이어를 포함할 수 있을 뿐만 아니라, 본 명세서에 기술된 특정 배열로 제한되지는 않는다.
자동차와 다른 산업분야에서 부품을 성형하는데 유용한 멀티 레이어 시트 금속 피스의 특별한 일 예시는 도 3에 나타나 있는 바와 같이 코팅된 강 제품이다. 일 특정 실시예에서, 베이스 재료 레이어(14)는 붕소강 합금 또는 고강도 저합금(high-strength low-alloy; HSLA)강과 같은 고강도 또는 경화성 강 합금이다. 일부 재료들은 중량에 비해 강하지만 종종 고-강도 특성을 획득하기 위해서 열처리 공정을 필요로 하고, 그리고/또는 고온에서만 성형될 수 있다. 코팅 재료 레이어(18)는 베이스 재료 레이어(14)보다 중량을 가볍게 하도록 열처리 및/또는 성형 동안 산화를 방지하는데 도움을 주기 위해서 그리고/또는 열처리 동안 시트 금속 피스(12)의 다른 레이어들과 동반확산시키기 위해서 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 코팅 재료 레이어(18)는 순수한 알루미늄(Al)이거나, 알루미늄-실리콘(Al-Si) 합금과 같은 알루미늄 합금이다. 코팅 재료 레이어(18)의 다른 가능성 있는 조성들은 순수한 아연 및 아연 합금 또는 화합물(예컨대 근간이 되는 재료가 아연도금되는 경우임)을 포함한다. 베이스 재료 레이어(14)가 강이고 코팅 재료 레이어(18)가 알루미늄을 구비하는 경우, 중간 재료 레이어(16)는 FeAl, FeAl2, Fe3Al 또는 Fe2Al5와 같은 금속간 화합물의 형태로 철과 알루미늄을 포함할 수 있다. 중간 재료 레이어(16)는 인접한 레이어들로부터의 합금 성분을 포함할 수도 있다.
일부 예시적인 재료 레이어 두께의 범위는 베이스 재료 레이어(14)가 약 0.5 mm 내지 약 2.0 mm이고, 중간 레이어(16)가 약 1 ㎛ 내지 약 15 ㎛이고, 코팅 재료 레이어(18)가 약 5 ㎛ 내지 약 100 ㎛이다. 물론 이 범위들이 제한적인 것은 아닌데, 이는 개별적인 레이어 두께가 적용처 특유의 몇몇 요인들 및/또는 이용된 재료의 타입에 좌우되기 때문이다. 예를 들어, 베이스 재료 레이어(14)는 알루미늄 합금 또는 일부 다른 적합한 재료와 같은 강 이외의 재료일 수 있고, 이 경우 두께는 상술된 예시적인 범위의 밖에 있을 수 있다. 본 명세서에 기술된 방법은 도면에 나타나 있는 정도의 재료 레이어들을 가지는 시트 금속 피스와 함께 이용될 수 있다. 당해 기술분야에서의 통상의 기술자라면 도면들이 반드시 동일한 축척은 아니라는 것뿐만 아니라, 레이어들(14-18)들의 상대적인 두께가 도면에 도시된 것들과 상이할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
도 3을 다시 참조하면, 용접 노치(30)는 이와 다른 균일한 레이어 구조로부터 일부 재료가 제거되었거나 생략된 시트 금속 피스(12)의 에지 영역(20)의 일 부분이다. 용접 노치(30)는 시트 금속 피스가 다른 피스에 용접되는 경우 에지(28)에 나란하게 고품질 용접 조인트를 촉진하고, 에지 영역(20)에 있는 코팅 재료 레이어(18) 및/또는 중간 재료 레이어(16)를 없애거나 줄이는 구성을 통해 고품질 용접 조인트를 촉진할 수도 있어서, 순차적으로 형성되는 용접 조인트의 일부가 되는 것은 아니다. 이는 본 명세서에 포함되어 있는 경우라면 그 결과 생기는 용접 조인트에 불연속성이 형성되거나 이와 달리 그 결과 생기는 용접 조인트를 약화시키는 하나 이상의 성분이 코팅 재료 레이어(18)에 포함되는 경우 특히 유용하다. 용접 노치(30)는 특정 실시예에서의 에지(28)의 길이를 따라 각각 비교적 일정한 노치 폭(W)과 노치 깊이(D)를 가진다. 노치 폭(W)은 에지(28)로부터 제 1 노치 표면(32)까지의 거리이고, 노치 깊이(D)는 제 1 측면(24)(즉 코팅 재료 레이어(18)의 외측 표면)으로부터 제 2 노치 표면(34)까지의 거리이다. 용접 노치(30)가 특정 실시예에 나타나 있는 바와 같이 시트 금속 피스와 함께 정사각형이 되는 경우, 노치 폭(W)은 제 2 노치 표면(34)의 폭과 같고 노치 깊이(D)는 제 1 노치 표면(32)의 깊이와 같다. 다음에 오는 설명에는 시트 금속 피스의 제 1 측면(24) 상의 용접 노치(30)가 기술된다. 그러나, 이러한 설명은 도 3에서와 같이 포함되는 경우 시트 금속 피스의 양쪽 제 2 측면(26) 상에 있는 용접 노치(30')에도 적용된다.
용접 노치(30)의 치수들은 시트 금속 피스의 두께(T), 에지(28)에 형성될 수 있는 용접 조인트의 의도된 크기 및/또는 하나 이상의 재료 레이어 두께와 관련될 수 있다. 일부 실시예에서, 노치 폭(W)의 범위는 두께(T)의 약 0.5배 내지 1.5배이다. 다른 실시예에서, 노치 폭(W)의 범위는 약 0.5 mm 내지 약 4 mm이다. 노치 폭(W)은 의도된 용접 조인트의 폭의 적어도 절반일 수도 있다. 도 3에 나타나 있는 예시의 노치 깊이(D)는 코팅 재료 레이어(18)의 두께보다는 크고 중간 재료 레이어(16)와 코팅 재료 레이어(18)의 조합된 두께 보다는 작지만, 이는 반드시 그러한 것은 아니고 다른 예시적인 실시예들 중 일부에서는 상이할 수 있다.
용접 노치(30)는 또한 노치 표면들(32, 34)의 일정한 특성들과 관련하여 기술될 수 있다. 예를 들어, 도 3의 실시예에서, 제 1 노치 표면(32)은 중간 재료 레이어(16)와 코팅 재료 레이어(18) 모두로부터의 재료를 포함한다. 제 2 노치 표면(34)은 중간 재료 레이어(16)로부터의 재료만을 포함하고, 제 1 노치 표면과 제 2 노치 표면은 중간 재료 레이어 내에 위치되거나 포지셔닝되어 있는 접합부 또는 코너(36)를 따라 교차한다. 따라서, 이 특정 예시에서, 용접 노치(30)는 에지 영역(20)에 나란하게 전체 코팅 재료 레이어(18) 및 중간 재료 레이어(16)의 일 부분을 제거하여 시트 금속 피스(12) 내에 형성된다. 다른 예시들에서, 용접 노치는 코팅 재료 레이어(18)의 일 부분만을 제거하거나 전체 코팅 재료 레이어(18)와 중간 재료 레이어(16) 및 베이스 재료 레이어(14)의 일 부분을 제거하여 형성될 수 있다. 노치 표면들(32, 34) 각각은 용접 노치 위치에 있는 재료를 제거하는데 사용되는 공정 타입에 관한 줄무늬, 관측 라인, 또는 지시수단을 포함할 수도 있다.
이어서 도 5를 참조하면, 용접 블랭크 어셈블리를 제조하는 예시적인 방법(100)에 관한 공정 흐름도가 나타나 있다. 도시된 방법은 코팅된 금속 피스의 에지 영역에 나란하게 용접 노치를 형성하는 단계(단계 102), 용접 노치 형성 동안 시트 금속 피스로부터 제거된 재료 중 적어도 일부를 수집하는 단계(단계 104), 시트 금속 피스로부터의 재료를 포함하는 용접 조인트를 형성하는 단계(딘계 106), 및 용접 조인트에 나란하게 캡핑 재료를 순차적으로 배치하는 단계(단계 108)를 포함한다. 캡핑 재료는 시트 금속 피스의 베이스 재료 레이어와 상이한 조성을 가지고, 형성된 용접 조인트와 상이하고, 앞서 제거된 코팅 재료 레이어를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 코팅 재료 레이어로부터의 재료는 용접 조인트를 형성하기 전에 시트 금속 피스로부터 제거될 수 있고, 그 후 캡핑 재료의 일부로서 순차적으로 재도포될 수 있고, 코팅 재료를 잠재적인 용접 조인트 오염물질로부터 용접 조인트 보호물질로 효과적으로 변형시킬 수 있다. 다음의 도면에서, 기술된 공정들은 시트 금속 피스(들)의 제 1 측면(24)에 관해서만 나타나 있다. 각각의 도시된 공정들 내지 방법이 도면에 명시적으로 나타나 있지 않더라도 시트 금속 피스의 반대편 측면 상에서도 실행될 수 있다는 것을 이해하여야만 한다.
도 6에는 본 방법의 예시적인 실시예가 도시되어 있다. 이 실시예에서, 방법의 단계들(102, 104)은 함께 실행된다. 특히, 용접 노치(30)는 레이저 빔(50)이 융삭 경로(52)를 따라 시트 금속 피스(12)의 에지 영역(20)으로 조사되고 있는 레이저 융삭 공정으로 형성된다. 수집 도구(54)는 융삭 경로를 따라 레이저 빔을 뒤따라갈 수 있고, 융삭 경로(52)를 따라 나란하게 제거된 재료의 비드 또는 릿지(56)의 침착을 수월하게 한다. 이 예시에서, 레이저(50)와 시트 금속 피스(12)는 시트 금속 피스가 고정된 상태로 레이저 빔이 화살표(A) 방향으로(x축을 따라) 이동하면서 서로에 대하여 이동한다. 이 예시에서, 수집 도구(54)는 제거된 재료를 위한 실드(shield) 또는 백스탑(backstop)으로서의 역할을 하도록 축(B)을 중심으로 회전하면서 시트 금속 피스(12)의 표면을 따라서 레이저 빔을 따라 나란하게 구름운동하는 디스크의 형태이다. 그러나, 수집 도구는 융삭 경로로부터 제거된 용융된 재료를 수집하거나 포착하거나 그리고/또는 이와 달리 모으기만 한다면, 시트 금속 피스 표면을 따라 미끄럼이동하는 도구 또는 융삭 경로(52)의 방향으로 시트 금속 피스를 가로질러 뻗어있는 고정식 도구와 같이 임의의 형상을 가질 수 있고 그리고/또는 비회전식일 수 있다.
도 6에 나타나 있는 특별한 예시 이외의 레이저 융삭 장치가 가능할 수 있는데, 몇 가지 변형예를 언급하자면 시트 금속 피스가 이동할 수도 있고, 상이한 방향으로 상대 운동할 수도 있으며, 구성요소가 상이하게 배향될 수도 있고(예컨대 시트 금속 피스가 수직방향으로 배향됨), 융삭 경로가 직선이 아닐 수도 있고, 레이저 빔 투사각이 직각이 아닐 수도 있으며. 또는 다수의 레이저 빔을 사용할 수도 있다. 융삭 부위 또는 레이저 스팟(58)은 레이저 빔(50)이 시트 금속 피스(12)에 충돌하는 곳으로 정의된다. 레이저 빔으로부터의 빛 에너지는 레이저 스팟(58)에서 열 에너지로 전환되고, 레이저 스팟에 있는 시트 금속 피스의 최외측부는 고체 재료의 증발 및/또는 액화에 의해 제거된다. 제거된 제료는 상술된 바와 같이 코팅된 시트 금속 피스로 구성된 경우라면 코팅 재료 레이어(18)의 적어도 일부를 포함할 수 있고 선택적으로는 중간 재료 레이어(16)와 베이스 재료 레이어(14)의 일부를 포함할 수 있다. 이 예시에서, 레이저 스팟(58)은 레이저 빔(50)의 직사각형 단면 때문에 대체로 직사각형이지만, 다른 형상(예컨대 둥근 형상, 타원 형상 또는 복합 형상)도 가능하다.
이어서 도 7을 참조하면, 도 6에 도시된 공정의 단면도가 나타나 있다. 수집 도구(54)는 레이저 스팟(58)을 따라 나란하게 배열되고, 융삭 부위로부터 토출될 수 있는 배출된 재료(60)의 정상적인 궤적을 변경시킬 수 있는 일종의 실드로서의 기능을 한다. 예를 들어, 도 7에 나타나 있는 바와 같이 일부 레이저 융삭 공정에서는 시트 금속 피스로부터 제거된 재료의 적어도 일부가 액체 상태 또는 반액체 상태로 융삭 부위로부터 배출된다. 레이저 스팟(58)에서 일어나는 급격한 국소 온도 변화는 급격한 국소 압력 변화가 수반될 수 있고, 이는 유체 상태의 재료가 유동하거나 이와 달리 융삭 부위로부터 멀리 밀려나게 할 수 있다. 이는 고주파 나노세컨드, 피코세컨드 또는 펨토세컨드 펄스 레이저와 같은 펄스 레이저가 이용되는 경우에 특히 그러하다. 배출된 재료(60)는 나타나 있는 바와 같이 시트 금속 피스로부터 물리적으로 떨어져 나오는 물방울의 형태일 수 있고, 또는 시트 금속 피스와 접촉된 상태로 남아서 융삭 부위(58)로부터 멀어지는 방향으로 유동할 수 있다. 수집 도구(54)가 없는 경우라면, 배출된 재료는 융삭 부위로부터 멀리 시트 금속 피스를 따라 냉각기 위치 쪽으로 튀거나 유동하거나 그 궤적을 뒤따라갈 수 있고, 다소 제어되지 않은 형상이나 구성으로 응고되고 그리고/또는 다소 제어되지 않는 위치에서 응고된다. 수집 도구(54)는 배출된 재료(60)의 여러 가지 특성에 관하여 다소나마 제어한다. 도시된 예시에서, 수집 도구(54)는 배출된 재료(60)를 도구의 용접 노치 측면 상에 유지시킨다. 배출된 재료(60)는 기다란 비드 또는 릿지(56)의 형태로 용접 노치(30)를 따라 나란하게 시트 금속 피스 표면에 수집되고, 이 예시에 있는 코팅 재료 레이어(18)로부터의 재료를 구비하며, 순차적으로는 다음에 설명되는 바와 같은 방법에 의해 재사용될 수 있다.
수집 도구(54)는 배출된 재료(60)의 침착에 관한 추가 제어를 행하기 위해서 프로파일(64)을 포함할 수 있다. 도 8에 나타나 있는 바와 같이, 프로파일(64)은 수집 도구의 외주에서 용접 노치 측면(62) 상에 위치된다. 도시된 프로파일(64)은 그 결과 생기는 재료의 비드(56)의 형상을 정의하는데 도움이 되는 곡선 표면을 포함한다. 프로파일(64)의 형상은 비드(56)의 의도된 단면 형상과 같이 동일할 수도 있고 동일하지 않을 수도 있다. 예를 들어, 프로파일(64)은 배출된 재료(60)가 시트 금속 피스 표면을 다시 향하게 하는 기능을 할 수도 있는데, 즉 도시된 프로파일(64)의 곡선 형상은 배출된 재료의 정상적인 궤적을 차단할 뿐만 아니라 배출된 재료가 시트 금속 피스 및 비드(56)의 원하는 위치를 향하게 하도록 구성된다. 적어도 부분적으로는 배출된 재료가 융착 공정 동안 시트 금속 표면을 따라 유동하는지 또는 나타나 있는 바와 같이 물방울의 형태로 시트 금속 표면과의 접촉을 소멸시키는지 여부에 좌우되어, 레이저에 의해 제거되는 모든 재료가 재료의 비드(56)의 일부로서 반드시 침착되는 것은 아니다. 예를 들어, 배출된 재료(60)의 일부는 증발될 수 있고, 배출된 재료의 일부는 에지(28)의 방향으로 융착 부위(58)로부터 토출될 수 있고 그리고/또는 배출된 재료의 일부는 비드(56) 위치로부터 떨어져 있는 위치에서 수집 도구(54)에 점착될 수 있다. 일 실시예에서, 수집 도구는 PTFE 또는 표면 에너지가 낮은 재료(들)와 같은 비점착성 재료를 구비하는 표면 코팅으로 구성되거나 이러한 표면 코팅을 가진다. 다른 실시예에서, 와이어 브러시 또는 다른 청소 도구는 수집 도구로부터의 초과 배출된 재료를 제거하는데 사용될 수 있다.
제거된 재료를 수집하는 단계는, 예컨대 도 9에 나타나 있는 바와 같이 공기, 하나 이상의 실드 가스 또는 몇몇 다른 유체와 같은 가압 가스의 사용을 포함할 수도 있다. 이 예시에서, 가스 노즐(66)은 재료 배출 공정에 영향을 미치도록 가스 분사(68)가 융삭 부위와 수집 도구(54)를 향하게 한다. 가스 분사(68)는 새로 형성된 용접 노치 및/또는 재료의 비드(56)를 동시에 냉각시킬 수 있으면서, 배출된 재료(60)가 수집 도구 및/또는 원하는 비드 위치를 향하게 한다. 나타나 있는 바와 같이, 다른 방법으로 에지(28)를 향하여 융삭 부위로부터 토출될 수 있는 배출된 재료와 같은 배출된 재료(60) 중 다수는 도구(54)에 의해 수집될 수 있을 뿐만 아니라 비드(56)의 일부로서 형성된 용접 노치(30)를 따라 침착될 수 있다. 물론, 하나 이상의 가스 분사(68) 또는 다른 유체의 분사가 이용될 수 있고, 각각의 분사의 압력, 유량 및 방향은 원하는 형상 및/또는 비드(56)의 위치에 좌우되어 각각의 적용처에 적합하게 맞춤제작될 수 있다.
도 10의 예시에서, 수집 도구(54') 그 자체는 물리적인 고체 방벽은 필요로 하지 않으면서도 배출된 재료(60)의 궤적을 변경시키는 가스 노즐 또는 다른 가압 유체 공급장치이다. 이 예시에서, 양쪽 가스 분사(68, 70)는 비드(56)의 위치를 제어하기 위해서 함께 사용된다. 각각의 가스 분사(68, 70)는 방향, 압력, 속도, 유량, 온도, 조성, 프로파일 형상(예컨대 상이한 형상의 노즐 개구들) 및/또는 다른 파라미터들을 개별적으로 제어할 수 있다.
다른 예시에서, 도시되지 않은 실드 형태의 비회전식 수집 도구는 배출된 재료의 정상적인 궤적을 조작하여 그 결과 생기는 비드(56)를 형성하는데 도움을 주기 위하여 레이저 스팟(58)을 따라 나란하게 사용될 수 있다. 프로파일 표면(64)과 가압 공기 또는 실드 가스와 같은 위에서 언급된 부재들은 이 실시예에서도 사용될 수 있다.
이어서 도 11을 참조하면, 2개의 코팅된 시트 금속 피스(12, 112)로 용접 블랭크 어셈블리(200)를 형성하기 위한 예시적인 용접 공정이 나타나 있다. 시트 금속 피스(12, 112) 중 하나 또는 모두는 앞선 조작과정에서 각각의 용접 노치(30)들을 따라 제거되거나 수집되거나 침착되는 코팅 레이어 재료를 구비한 재료로 된 비드(56)를 포함할 수 있다. 도시된 공정에서, 2개의 시트 금속 피스(12, 112)의 에지 영역(20)은 함께 맞대어진 각각의 에지(288)들과 정렬된다. 용접용 고출력 레이저 빔(202)은 정렬된 에지 영역(20)을 향하게 되어 있고, 레이저 스팟(204)에서 시트 금속 피스(12, 112)에 충돌한다. 레이저 빔(202)은 각각의 시트 금속 피스(12, 112)로부터의 재료를 국소적으로 용융시키기에 충분한 에너지를 레이저 스팟(204)에 전달하고, 이로써 양쪽 모든 시트 금속 피스로부터의 용융된 재료, 바람직하게는 양쪽 모든 베이스 재료 레이어로부터의 용융된 재료를 포함하는 용접 풀(206)을 형성할 수 있다. 레이저 빔(202)이 방향(A)(도 11에서 음의 x축 방향)으로 정렬된 에지 영역(20)을 향하여 이동하거나 방향(A)으로 정렬된 에지 영역(20)에 나란하게 전진함에 따라, 레이저 빔의 뒷쪽에 있는(양의 x축 방향에 있는) 용접 풀(206)의 일부는 용접 조인트(208)를 형성하도록 응고된다. 그 결과 생기는 용접 조인트(208)는 2개의 시트 금속 피스(12, 112)와 접합되고, 용접 블랭크 어셈블리(200)의 용접 영역(220) 내에 위치된다. 물론, 작업 피스와 레이저 사이에 상대 운동이 있기만 한다면 2개의 시트 금속 피스(12, 112)가 레이저 빔(202)을 대신하거나 이에 추가하여 이동하는 것도 가능성이 있다.
용접 조인트(208)는 코팅 재료 레이어(들) 중 적어도 하나로부터의 재료가 실질적으로 없을 수 있다. 이는 용접 노치(30)가 적어도 부분적으로는 코팅 레이어(들)로부터의 재료가 제거되어 있는 각각의 에지 영역(20)에 나란하게 제공되어 있기 때문이다. 이 특정 예시에서, 도시된 시트 금속 피스(12, 112) 각각은 상이한 두께를 가지고(즉 어셈블리(200)는 맞춤 용접 블랭크임), 각각의 에지 영역(20)의 양쪽 측면(24, 26)을 따라 형성된 용접 노치(30)가 마련되어 있다. 도시된 블랭크 어셈블리(200)가 단일의 용접 조인트(208)를 포함하더라도 용접 블랭크 어셈블리가 하나 이상의 용접 조인트가 있는 2개 이상의 시트 금속 피스로 형성될 수 있다는 것도 알 수 있다. 블랭크 어셈블리(200)는 이를 대신하여 또는 추가적으로, 용접 조인트(208)의 적어도 일 부분이 곡선 형상이면서 곡선형 또는 윤곽형성된 에지(28) 및/또는 에지 영역(20)에 나란하게 형성되어 있는 하나 이상의 곡선형 용접 조인트를 포함할 수 있다.
도 12와 도 13에는 공정들의 예시가 나타나 있는데, 이들 중 하나 또는 모두는 캡핑 재료(210)를 용접 조인트(208)에 나란하게 배치하거나 용접 조인트(208) 위에 배치하는 도 5의 단계(108)의 일부로서 포함될 수 있다. 이 예시들에서, 비드(56)에서 수집되는 배출된 재료는 이제 재가열되고 있고, 용접 조인트를 적어도 부분적으로 커버하면서 산화, 부식 등으로부터 용접 조인트를 보호하는 캡핑 재료(210)로서 사용되고 있다. 도 12를 참조하면, 용접 조인트(208)를 향하여 재료의 비드(56)를 변위시키도록 구성된 한 쌍의 재도포 도구(212)와 접촉되어 있는 용접 블랭크 어셈블리(200)가 나타나 있다. 이 예시에서의 재도포 도구(212)는 롤러이지만, 앞서 수집된 코팅 재료가 용접 조인트를 다시 향하게 하거나 앞서 수집된 코팅 재료를 용접 조인트를 향하여 배치할 수 있는 비회전식 실드 또는 임의의 다른 적합한 도구일 수 있다. 각각의 롤러는 회전축(C)을 가지고, 도시된 예시에서 롤러(212)들은 회전축들이 블랭크 어셈블리(200)와 롤러들의 상대 운동의 방향과 수직하지 않도록 배향된다. 용접 조인트 측면(214) 및/또는 각각의 롤러의 외주(216)는 나타나 있는 바와 같이 재료를 비드(56)로부터 용접 조인트(208)를 향하여 변위시킨다. 이 예시에서, 롤러(212)는 한 장소에 남아있는 한편, 블랭크 어셈블리(200)는 번호없는 화살표 방향으로 롤러 밑에서 이동되지만, 블랭크 어셈블리는 롤러들이 오히려 이동하는 상태에서는 고정된 상태로 남아있을 수 있고 또는 재료를 변위시키도록 함께 점진적으로 작업하는 일련의 롤러들이 있을 수 있다. 블랭크 어셈블리는 그 양쪽 측면(26)에 있는 추가적인 롤러들 또는 다른 수단(미도시)에 의해 지지될 수 있다. 이는 캡핑 재료(210)를 용접 조인트(208)와 나란하거나 그 위에 배치시키기 위한 공정의 일 예일 뿐이다. 다른 실시예들에서, 블랭크 어셈블리가 블록 밑을 지나감에 따라, 재도포 도구(들)는 블록과 블랭크 어셈블리 사이의 공간이 연속적으로 감소하는 고정식 블록을 포함할 수 있고, 이로써 재료의 비드(56)들을 압축할 수 있고 재료를 용접 조인트를 향하여 변위시킬 수 있다.
용접 노치(30)의 치수, 비드(56) 내에 현재 수집된 재료 및 다른 요인들에 좌우되어, 캡핑 재료(210)는 용접 조인트(208)를 부분적으로 커버할 수도 있고, 용접 조인트를 완전히 커버할 수도 있고, 또는 용접 조인트의 어떤 부분도 커버하지 않으면서 용접 조인트를 따라 나란하게 배치될 수도 있다. 도 12의 예시에서, 재도포 도구(212)들이 비드(56)들을 변위시켜서, 캡핑 재료(210)는 용접 조인트(208)의 폭방향 에지들을 뒤덮거나 커버한다. 다른 실시예에서, 캡핑 재료는 재료 비드(56)가 아닌 공급원으로부터의 용접 조인트(208)에 나란하게 코팅되거나 그 위에 코팅될 수 있다. 예를 들어, 용접 조인트가 형성된 후에 분말 형태의 캡핑 재료는 그 즉시 용접 조인트에 나란하게 침착될 수 있고, 이와 동시에 용접 조인트는 캡핑 재료를 부분적으로 또는 전체적으로 액화시킬 정도로 충분히 고온이어서, 캡핑 재료는 유동하고 용접 조인트(208)를 부분적으로 또는 전체적으로 커버할 수 있다. 캡핑 재료의 다른 공급원은 재료의 비드(56)에 추가되거나 이를 대신할 가능성이 있다.
일 실시예에서, 캡핑 재료(210)의 일 부분은 상술된 코팅 제거 공정 동안 수집 도구에 의해 수집된 재료이고, 캡핑 재료의 다른 부분은 상이한 공급원으로부터의 추가적인 재료이다. 추가적인 재료는 코팅 재료 레이어와 같은 동일한 조성을 가질 수 있고, 또는 코팅 재료 레이어와 상이한 조성을 가질 수 있다. 추가적인 재료는 용융된 재료, 분말 재료, 그 위에 스프레이 작업이 되어 있거나(spray-on) 브러시 작업이 되어 있는(brush-on) 재료, 압출된 재료, 필름형태의 재료 또는 임의의 다른 적합한 형태의 재료로서 제공될 수 있다. 추가적인 재료는 코팅 재료 레이어로부터 수집되거나 재도포된 재료 위에 레이어형성될 수도 있고, 재도포 된 재료로 채워지지 않은 용접 노치의 잔여부를 채울 수도 있고, 재도포 된 재료로 커버되지 않은 용접 조인트의 부분을 커버할 수도 있고, 또는 이들을 조합하여 행해진 것일 수도 있다. 일부 경우, 캡핑 재료는 추가로 제공된 재료만을 포함할 수 있고, 코팅 재료 레이어로부터 수집되거나 재도포된 재료를 포함하지는 않는다. 캡핑 재료(210)는 또한 용접 블랭크 어셈블리에 대한 영구적인 추가요소가 되는 것을 특징으로 할 수 있으므로, 금속 성형 공정 및 마무리 공정과 같은 순차적인 공정들 동안 연소되어 사라지거나 다른 방법으로 제거되는 일시적인 용접 조인트 보호물질과 이러한 실시예들을 구분할 수 있다. 일부 경우, 캡핑 재료는 순차적인 공정에서 용접 조인트 조성 또는 미세구조를 변경시키도록 의도되어 있는 재료 조성을 가진다. 일 특정 예시에서, 캡핑 재료는, 알루미늄, 알루미늄 합금, 아연, 아연 합금, 유기 코팅제 또는 비유기 코팅제, 또는 임의의 다른 부식 방지 코팅제를 포함할 수 있되 순차적인 열 처리 공정 및/또는 열 성형 공정 동안 용접 조인트 재료와 함께 동반확산하도록 설계될 수 있는 조성을 가진다.
도 13을 참조하면, 도 12의 블랭크 어셈블리(200)는 열 공급장치(218) 밑을 지나가는 것으로 나타나 있다. 열 공급장치(218)는 캡핑 재료가 유동하면서 용접 조인트(208)를 커버하게 하기 위해서 충분한 열 에너지를 캡핑 재료(210)에 공급하도록 구성된다. 이 예시에서, 열 공급장치(218)는 고정식이고 블랭크 어셈블리(200)가 열 공급장치 밑으로 이동하지만, 다른 상대 운동도 가능성이 있다. 열 공급장치(218)는 적외선 열 공급장치, 전도식 열 공급장치, 유도식 열 공급장치, 레이저 에너지 열 공급장치 또는 임의의 다른 적합한 열 공급장치일 수 있다. 이 예시에서, 블랭크 어셈블리(200)는 도 11과 도 12의 재료로 된 비드(56)가 용접 조인트(208)에 나란하게 변위된 후에는 열 공급장치(218)의 영향을 받는다. 다른 실시예에서, 블랭크 어셈블리(200)는 도 11과 도 12의 비드(56)가 용접 조인트(208)에 나란하게 변위되는 동안이나 그 전에 열 공급장치(218)의 영향을 받고, 재료의 비드들이 보다 용이하게 변위될 수 있게 하거나 용접 조인트에 나란하게 그리고/또는 용접 조인트 위로 보다 용이하게 유동할 수 있게 하기 위해서 재료의 비드들을 부드럽게 하는데 이용될 수 있다. 다른 실시예에서, 도 12의 재도포 도구(212)는 생략될 수 있고, 열 공급장치(218)는 비드(56)를 기계적으로 변위시킬 필요없이 재료가 용접 노치 속으로 용접 조인트(208)에 나란하게 그리고/또는 용접 조인트(208) 위로 유동하게 하도록 재료의 비드를 충분히 가열하는 재도포 도구이다. 또 다른 실시예에서, 열 공급장치(218)는 블랭크 어셈블리가 원하는 형상으로 형성되는 상향조정된 성형 온도까지 용접 블랭크 어셈블리(200)를 가열하는데 이용되는 동일한 열 공급장치이다. 예를 들어, 특정 고온-성형 공정에서, 블랭크 어셈블리는 성형 전에 상향조정된 온도까지 가열될 수 있고, 상향조정된 온도는 재료의 비드를 용접 조인트에 나란하게 유동하게 하기에 충분할 수 있다. 다른 예시에서, 열 공급장치(218)는 코팅 재료 레이어가 베이스 재료 레이어와 동반확산되는 확산 또는 열-처리 온도까지 용접 블랭크 어셈블리를 가열하는데 이용되는 동일한 열 공급장치이다. 블랭크 어셈블리는 또한 열 공급장치(218)의 영향을 받으면서 경사진 각도로 배향되거나 수직방향으로 배향될 수 있어서, 재료의 유동을 보조하는데 중력이 이용될 수 있다.
도 14에는 평면도로 나타나 있는 용접 블랭크 어셈블리를 제조하기 위한 연속적인 공정이 도시되어 있다. 도시된 공정은 도 5의 방법 단계들(106-108)에 대응된다. 여기에서, 2개의 코팅된 시트 금속 피스(12, 112)는 에지 영역(20)들이 각각 정렬되어 있으면서 에지(28)들이 함께 맞대어진 상태로 배열된다. 각각의 시트 금속 피스(12, 112)는 앞선 조작과정에서 각각의 용접 노치(30)들을 따라 제거되거나 수집되거나 침착되는 코팅 레이어 재료를 구비하는 재료의 비드(56)를 포함한다. 시트 금속 피스(12, 112)는 번호없는 화살표 방향(x-방향)으로 함께 이송된다. 순차적으로, 시트 금속 피스(12, 112)는 레이저 빔(202)에 의하여 함께 레이저 용접되고, 그 후 재료의 비드(56)는 재도포 도구(212)에 의해 캡핑 재료(210)와 마찬가지로 형성된 용접 조인트(208)를 향하여 변위되는 한편, 재료는 레이저 빔(202)에 의해 여전히 가열되면서 부드러워진다. 순차적으로, 용접 영역(220)은 캡핑 재료가 유동하면서 용접 조인트(208)를 커버하게 하기 위해서 열 공급장치(218) 밑을 지나간다. 이는 연속적인 공정의 일 예시일 뿐인데, 이는 하나 이상의 단계가 생략될 수 있고 또는 추가적인 단계가 추가될 수 있기 때문이다. 예를 들어, 열 공급장치(218)는 재도포 도구(212)의 앞이나 뒤 그리고 재도포 도구와 같은 곳에 배열될 수 있고, 캡핑 재료(210)는 재료 비드(56)들로부터의 대체적인 또는 추가적인 공급장치로부터 공급될 수 있다.
도 15는 캡핑 재료(210)가 용접 조인트(208) 위에 배치된 후의 용접 블랭크 어셈블리(200)의 예시적인 용접 영역(220)의 단면도이다. 캡핑 재료(210)는 베이스 재료 레이어, 또는 용접 노치의 형성에 의해 이와 달리 노출되는 중간 재료 레이어를 커버하고 그리고/또는 보호할 뿐만 아니라, 주로 베이스 재료 레이어로 이루어진 용접 조인트(208)를 커버하고 그리고/또는 보호한다. 이 예시에서, 블랭크 어셈블리(200)를 형성하도록 접합되는 시트 금속 피스들은 동일한 두께를 가지지만, 접합된 피스들은 도 11 내지 도 13에서와 같이 상이한 두께를 가질 수도 있다.
전술한 발명의 상세한 설명이 본 발명의 정의는 아니되 본 발명의 하나 이상의 바람직한 예시적인 실시예들에 관한 상세한 설명이라는 것은 이해되어야 한다. 본 발명은 본 명세서에 개시된 특정 실시예(들)로 제한되지는 않되, 오히려 아래의 청구범위에 의해서만 정의된다. 게다가, 전술한 발명의 상세한 설명에 포함되어 있는 내용들은 특정 실시예들에 관한 것이지만, 용어나 문장이 위에서 명백하게 정의되는 곳을 제외하고는 본 발명의 범위 또는 청구범위에서 사용되는 용어들의 정의에 관한 제한사항으로 해석되어서는 안된다. 여러 가지 다른 실시예들 및 개시된 실시예(들)에 대한 여러 가지 변경과 수정은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명할 것이다. 이러한 모든 다른 실시예들, 변경들 및 수정들은 첨부된 청구범위의 범위 내에 있도록 의도되어 있다.
본 명세서와 청구범위에서 사용되는 바와 같이, "예를 들어", "예컨대", "예를 들자면", "~와 같은" 및 "~와 유사한"과 같은 용어들, 및 "~를 구비하는", "~를 가지는", "~를 포함하는" 및 이들의 다른 동사 형태는, 하나 이상의 구성요소나 다른 아이템들에 관한 나열과 관련하여 사용되는 경우 이러한 나열이 다른 추가적인 구성요소들 또는 아이템들을 배제하는 것으로 해석되어서는 안되는 제한없는 의미로서 각각 해석되어야 한다. 다른 용어들은 다른 해석이 요구되는 문맥에서 사용되지 않는 한 최광의의 적절한 의미를 사용하여 해석되어야 한다.

Claims (20)

  1. 제 1 시트 금속 피스(12) 및 제 2 시트 금속 피스(112)로서, 이 시트 금속 피스들 중 적어도 하나는 베이스 재료 레이어(14), 코팅 재료 레이어(18), 및 코팅 재료 레이어의 적어도 일 부분이 제거된 용접 노치(30)가 있는 에지 영역(20)을 가지는, 제 1 및 제 2 시트 금속 피스(12, 112);
    제 1 시트 금속 피스와 제 2 시트 금속 피스를 에지 영역에서 함께 접합하는 용접 조인트(208)로서, 베이스 재료 레이어로부터의 재료는 포함하지만 코팅 재료 레이어로부터의 재료는 실질적으로 없는, 용접 조인트(208); 및
    용접 노치의 적어도 일 부분을 채우는 캡핑 재료(210);
    를 구비하는 용접 블랭크 어셈블리(200)로서,
    캡핑 재료는 용접 조인트와 직접 접촉되어 있고, 용접 블랭크 어셈블리의 영구적인 추가요소가 되는 것을 특징으로 하는 용접 블랭크 어셈블리(200).
  2. 제 1 항에 있어서,
    캡핑 재료(210)는 코팅 재료 레이어(18)로부터 재도포된 재료를 포함하고, 재도포된 재료는 처음에는 용접 노치(30)로부터 제거되며 용접 노치를 따라 나란하게 침착되고 나서 용접 노치의 적어도 일 부분을 다시 채우도록 용접 조인트(208)를 향하여 변위되는 것을 특징으로 하는 용접 블랭크 어셈블리(200).
  3. 제 1 항에 있어서,
    캡핑 재료(210)는 코팅 재료 레이어(18)의 재료 조성과 상이한 재료 조성을 가진 추가적인 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 블랭크 어셈블리(200).
  4. 제 3 항에 있어서,
    추가적인 재료는 다음의 성분들, 즉 알루미늄, 알루미늄 합금, 아연 또는 아연 합금 중 적어도 하나를 포함하는 조성을 가지는 것을 특징으로 하는 용접 블랭크 어셈블리(200).
  5. 제 1 항에 있어서,
    캡핑 재료(210)는 캡핑 재료가 베이스 재료 레이어(14)와 용접 조인트(208) 모두와 직접 접촉되도록 용접 노치(30)의 적어도 일 부분을 채우는 것을 특징으로 하는 용접 블랭크 어셈블리(200).
  6. 제 1 항에 있어서,
    용접 조인트(208)는 용접 블랭크 어셈블리의 용접 영역(220) 내에 위치되고, 캡핑 재료(210)는 용접 조인트 또는 베이스 재료 레이어(14) 중 어느 것도 용접 영역의 길이의 적어도 일 부분을 따라 노출되지 않도록 용접 영역을 커버하는 것을 특징으로 하는 용접 블랭크 어셈블리(200).
  7. 함께 접합되는 제 1 시트 금속 피스(12) 및 제 2 시트 금속 피스(112)로서, 이 시트 금속 피스들 중 적어도 하나는 베이스 재료 레이어(14)와 코팅 재료 레이어(18)를 가지는, 제 1 및 제 2 시트 금속 피스(12, 112);
    제 1 시트 금속 피스와 제 2 시트 금속 피스를 용접 영역(220)에 나란하게 함께 접합하는 용접 조인트(208)로서, 베이스 재료 레이어로부터의 재료는 포함하지만 코팅 재료 레이어로부터의 재료는 실질적으로 없는, 용접 조인트(208); 및
    용접 조인트의 적어도 일 부분을 뒤덮는 캡핑 재료(210);
    를 구비하는 용접 블랭크 어셈블리(200)로서,
    캡핑 재료는, 용접 조인트가 형성되기 전에는 코팅 재료 레이어로부터 제거되고 용접 조인트가 형성된 후에는 용접 조인트 위에 재도포되는 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 블랭크 어셈블리(200).
  8. 제 7 항에 있어서,
    적어도 하나의 시트 금속 피스(12, 112)는 코팅 재료 레이어(18)의 적어도 일 부분이 제거된 에지 영역(20) 내에 용접 노치(30)를 포함하고, 캡핑 재료(210)는 용접 노치의 적어도 일 부분을 채우는 것을 특징으로 하는 용접 블랭크 어셈블리(200).
  9. 제 7 항에 있어서,
    캡핑 재료(210)는 코팅 재료 레이어(18)의 재료 조성과 상이한 재료 조성을 가진 추가적인 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 블랭크 어셈블리(200).
  10. 제 9 항에 있어서,
    추가적인 재료는 다음의 성분들, 즉 알루미늄, 알루미늄 합금, 아연 또는 아연 합금 중 적어도 하나를 포함하는 조성을 가지는 것을 특징으로 하는 용접 블랭크 어셈블리(200).
  11. 제 7 항에 있어서,
    캡핑 재료(210)는 캡핑 재료가 베이스 재료 레이어(14)와 용접 조인트(208) 모두와 직접 접촉되도록 용접 노치(30)의 적어도 일 부분을 채우는 것을 특징으로 하는 용접 블랭크 어셈블리(200).
  12. 제 1 항에 있어서,
    용접 조인트(208)는 용접 블랭크 어셈블리의 용접 영역(220) 내에 위치되고, 캡핑 재료(210)는 용접 조인트 또는 베이스 재료 레이어(14) 중 어느 것도 용접 영역의 길이의 적어도 일 부분을 따라 노출되지 않도록 용접 영역을 커버하는 것을 특징으로 하는 용접 블랭크 어셈블리(200).
  13. (a) 코팅된 시트 금속 피스(12, 112)의 영역(20, 220)으로부터 코팅 재료(18)를 제거하는 단계;
    (b) 용접 조인트(208)가 코팅된 시트 금속 피스의 영역 내에 형성되도록 시트 금속 피스를 다른 시트 금속 피스에 용접하는 단계로서, 용접 조인트는 시트 금속 피스로부터의 베이스 재료(14)는 포함하지만 코팅 재료는 실질적으로 없는, 단계; 및
    (c) 캡핑 재료(210)가 용접 조인트의 적어도 일 부분을 커버하도록 캡핑 재료(210)를 코팅된 시트 금속 피스의 영역에 도포하는 단계;
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 용접 블랭크 어셈블리(200)를 제조하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    단계 (a)는 코팅된 시트 금속 피스(12, 112)의 영역(20, 220)으로부터 코팅 재료를 제거하기 위해서 레이저 빔(50)으로부터의 열 에너지를 이용하는 레이저 융삭 공정으로 코팅 재료(18)를 제거하는 단계를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    단계 (a)는 제거된 코팅 재료를 수집 도구(54, 54')로 수집하는 단계를 추가로 구비하고, 제거된 코팅 재료의 일 부분은 레이저 융삭 공정 동안 코팅된 시트 금속 피스(12, 112)로부터 배출되고 수집 도구에 의해 수집되는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    단계 (a)는 수집된 코팅 재료를 수집 도구(54, 54')로 침착시키는 단계를 추가로 구비하고, 수집된 코팅 재료의 일 부분은 순차적으로 단계 (c)에서 재도포될 수 있도록 비드(56)의 형태로 코팅된 시트 금속 피스(12, 112)의 영역(20, 220)을 따라 나란하게 침착되는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 13 항에 있어서,
    단계 (c)는 캡핑 재료(210)를 재도포 도구(212)로 도포하는 단계를 추가로 구비하고, 캡핑 재료는 코팅된 시트 금속 피스(12, 112)의 영역(20, 220)을 따라 나란하게 침착된 미리 제거된 코팅 재료를 포함하고, 재도포 도구는 미리 제거된 코팅 재료를 용접 조인트(208)를 향하여 변위시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 13 항에 있어서,
    단계 (c)는 캡핑 재료(210)를 도포 도구로 도포하는 단계를 추가로 구비하고, 캡핑 재료는 코팅 재료(18)가 아닌 공급원으로부터 추가적인 재료를 포함하고, 도포 도구는 용접 조인트(208)의 적어도 일 부분을 커버하도록 추가적인 재료를 코팅된 시트 금속 피스(12, 112)의 영역(20, 220)으로 도입하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 20 항에 있어서,
    추가적인 재료는 다음의 성분들, 즉 알루미늄, 알루미늄 합금, 아연 또는 아연 합금 중 적어도 하나를 포함하는 조성을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 12 항에 있어서,
    단계 (c)는 캡핑 재료(210)가 시트 금속 피스(12, 112)의 영역(20, 220)에 도포됨에 따라 열을 제공하는 단계를 추가로 구비하고, 제공된 열은 캡핑 재료가 용접 조인트(208)의 적어도 일 부분을 커버하도록 적어도 부분적으로 용융되어 시트 금속 피스의 영역 쪽으로 유동하게 하는 것을 특징으로 하는 방법.
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