KR20170072899A - 스틸 블랭크들의 용접 - Google Patents

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KR20170072899A KR1020177011214A KR20177011214A KR20170072899A KR 20170072899 A KR20170072899 A KR 20170072899A KR 1020177011214 A KR1020177011214 A KR 1020177011214A KR 20177011214 A KR20177011214 A KR 20177011214A KR 20170072899 A KR20170072899 A KR 20170072899A
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안토이네 리켈메
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오토테크 엔지니어링 에이.아이.이.
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Abstract

제1 및 제2 스틸 블랭크들을 접합하는 방법으로서, 상기 블랭크들 중 적어도 하나의 블랭크가 알루미늄을 포함하는, 블랭크들의 접합 방법이 개시되어 있다. 상기 블랭크들의 접합 방법은, 각각의 블랭크에 대한, 자성 소재로 이루어진 지지부를 제공하는 단계로서, 상기 지지부들은 중앙 공간만큼 거리를 두고 배치되어 있는, 상기 지지부의 제공 단계, 하나의 지지부 둘레에 코일 권선을 제공하는 단계, 상기 제2 블랭크를 마주보고 있는 상기 제1 블랭크의 맞대기 단부가 상기 제1 블랭크를 마주보고 있는 상기 제2 블랭크의 맞대기 단부와 접촉하게 되어 자기 플럭스 경로를 폐쇄하는 접촉 부위가 한정되게 하도록 한 지지부 상에 상기 제1 블랭크를 그리고 나머지 한 지지부 상에 상기 제2 블랭크를 배치하는 단계를 포함한다. 상기 블랭크들의 접합 방법은, 상기 접촉 부위 상에 레이저 빔을 인가하면서, 상기 코일 권선에 교류 전류를 인가하는 단계로서, 교류 자기장 필드가 실질적으로 상기 블랭크들과 나란한 방향으로 상기 접촉 부위를 가로질러 생성되게 하는, 상기 교류 전류의 인가 단계를 부가적으로 포함한다.

Description

스틸 블랭크들의 용접{Welding of steel blanks}
본원은 2014년 10월 15일자 출원된 유럽 특허출원 EP14382394.6을 기초로 우선권을 주장한 것이다.
본원의 개시내용은 2개의 스틸 블랭크, 더 구체적으로 기술하면 적어도 하나의 알루미늄 또는 알루미늄 합금 층을 포함하는 스틸 블랭크들을 접합하는 방법들에 관한 것이다. 본원의 개시내용은 또한 상기 방법들을 수행하기 위한 공구들 및 상기 방법들 중 어느 하나에 의해 획득되거나 획득 가능한 제품들에 관한 것이다.
예컨대, 자동차 산업에서의 중량 감소에 대한 요구로 인해 경량 소재들, 제조 공정들 및 공구들이 개발 및 구현되어 왔다. 또한, 승객의 안전에 대한 관심이 증가함에 따라 충돌 사고시 차량의 무결성을 개선하고 또한 에너지의 흡수를 개선하는 소재들이 채택되어 왔다. 이러한 의미에서, 경량 구조에 대한 기준을 충족시키기 위해 고강도 스틸 및 초고강도 스틸(ultra-high-strength steel; UHSS)로 이루어진 차량 부품들이 종종 채용되고 있다.
초고강도 스틸(UHSS)들은 최적화된 중량 단위당 최대 강도 및 바람직한 성형성 특성들(formability properties)을 나타낸다. 이러한 스틸들은 열 처리 후에 미세구조를 획득하도록 설계되어 있고, 열 처리 후 미세구조의 획득은 기계적 특성들을 양호하게 해주며 스틸 블랭크들을 특정 자동차 부품들로 성형하는데 사용되는 것이 전형적인 핫 스탬핑(hot stamping) 공정에 상기 스틸들을 특히 적합하게 해 준다. 일부 핫 스탬핑 공정들에서는 보론 스틸 시트(boron steel sheet)들을 사용하여 최대 1,500MPa 인장 강도를 갖는, UHSS 특성들이 구비된 스탬핑 컴포넌트들을 생성한다. 다른 소재와 비교하여 강도가 증가하면 상대적으로 얇은 게이지 소재가 사용될 수 있고, 이 때문에 종래의 냉간 스탬핑 마일드 스틸 컴포넌트들에 비해 중량이 절감되는 결과가 초래된다.
핫 스탬핑을 사용하여 UHSS로 이루어질 수 있는 전형적인 차량 컴포넌트들에는 도어 빔들, 범퍼 빔들, 크로스/사이드 멤버들, A/B 필러 보강재들, 및 웨이스트 레일 보강재들이 있다.
구조적 요구조건들을 준수하면서 컴포넌트들의 중량을 최소화하려고 하는 부가적인 시도에서는, 소위 "맞춤형 블랭크(tailored blank)" 기법들이 사용될 수 있다. 이러한 기법들에서는, 서로 다른 두께, 크기 및 특성을 가진 여러 블랭크를 "에지-투-에지(edge to edge)" 형태로 용접함으로써 획득되는 복합 금속 블랭크로부터 컴포넌트들이 이루어질 수 있다. 적어도 이론적으로 이러한 종류의 기법을 사용하여 소재의 사용이 더 최적화될 수 있다. 서로 다른 두께의 블랭크들이 접합될 수도 있고 하나의 스틸 블랭크가 예를 들면 코팅 스틸 블랭크와, 필요한 경우 각 소재의 고유한 특성들을 이용해, 접합될 수도 있다.
마찬가지로, "패치워크(patchwork)" 블랭크들도 공지되어 있는데, 이 경우에 여러 블랭크가 반드시 "에지-투-에지" 형태로 용접될 필요는 없지만, 그 대신에 블랭크들의 일부 또는 완전 오버랩들이 사용될 수 있다.
핫 스탬핑 공정 중에 블랭크들이 급속히 진행되는 분위기들에 영향을 받기 때문에, 스틸은 부식, 산화, 탈탄화 및 스케일 성형을 회피하기 위해 코팅되는 것이 일반적이다. 22MnB5 스틸에는 알루미늄-실리콘 코팅이 제공되어 있는 것이 일반적이다. 예를 들면, 아르셀로르(Arcelor)에서 시판되고 있는 Usibor®1500P는 알루미늄-실리콘(AlSi) 코팅으로 코팅된 보론 합금 스틸이며 맞춤형 및 패치워크 블랭크들에서 일반적으로 사용되는 스틸들의 예이다.
Usibor®1500P는 페라이트-펄라이트 상으로 공급된다. 이는 균질한 패턴으로 분포된 미세한 입자 구조이다. 이러한 구조에는 기계적 특성들이 관련되어 있다. 가열, 핫 스탬핑 공정, 및 후속 담금질 후에, 마르텐사이트(martensite) 미세구조가 생성된다. 결과적으로는, 최대 강도 및 항복 강도(yield strength)가 현저하게 증가하게 된다.
Usibor의 조성은 하기 표 1에 중량 %로 요약되어 있다(나머지는 철(Fe) 및 불순물들이다).
C Si Mn P S Cr Ti B N
0.24 0.27 1.14 0.015 0.001 0.17 0.036 0.003 0.004
앞서 언급한 바와 같이, Usibor 1500에는 부식 및 산화 손상을 방지하기 위해 알루미늄-실리콘(AlSi) 코팅이 제공되어 있다. 그러나 이러한 코팅에는 이 자체의 용접 거동에 관련된 중요한 단점이 있다. 어떠한 부가적인 조치 없이 Usibor 블랭크들이 용접되는 경우에, 상기 코팅의 알루미늄이 용접 부위 내로 들어갈 수 있으며 이로 인해 결과적으로 생성된 컴포넌트의 기계적 특성들이 크게 저하되고 용접 구역에서의 파손 가능성이 커질 수 있다.
이러한 결과를 회피하거나 적어도 이러한 결과를 최소화하기 위해, 레이저 애블레이션(laser ablation)에 의해 용접 갭에 가까운 부위에서 상기 코팅의 일부분(또는 전체)을 제거하는 것이 공지되어 있다. 그러나 이는 (맞춤형) 블랭크 및 차량 컴포넌트의 제조 공정에서 추가 단계를 나타낸다. 더군다나, 이러한 추가 단계에는 스크랩(scrap)되어야 하는 부품들의 수가 증가하는 복잡한 품질 공정이 필요하다. 이는 용접 단계의 비용을 증가시키며 산업기술의 경쟁력을 제한한다.
본원 명세서에서 블랭크는 아직 하나 이상의 처리 단계들(예컨대, 변형, 기계가공, 표면처리 따위)를 거치지 않은 물품으로 간주할 수 있다. 이러한 물품들은 실질적으로 편평한 평판들일 수도 있고 더 복잡한 형상들을 지닐 수도 있다.
DE102007028956에는 용접 갭을 갖는 대략적인 수평 용접들을 위한 방법 및 장치가 기재되어 있다.
EP2737971에는 서로 다른 소재 또는 두께의 블랭크들을 연결하여 제조되는 맞춤 용접 블랭크들, 이들의 제조 방법들 및 이들을 사용하는 핫 스탬핑 컴포넌트들이 기재되어 있다.
따라서, 위에서 언급한 단점들이 회피되거나 적어도 부분적으로 줄어들게 하는 적어도 하나의 알루미늄 또는 알루미늄 합금 층을 지니는 스틸 블랭크들을 접합하는 방법들이 필요하다.
제1 실시형태에서는, 본원의 개시내용이 제1 스틸 블랭크 및 제2 스틸 블랭크를 접합하는 방법으로서, 상기 제1 및 제2 블랭크들 중 적어도 하나의 블랭크가 하나의 알루미늄 또는 알루미늄 합금 층을 포함하는, 블랭크들의 접합 방법을 제공한다. 상기 블랭크들의 접합 방법은 각각의 스틸 블랭크에 대한 지지부를 제공하는 단계로서, 상기 지지부들은 자성 소재로 이루어져 있으며 이들 간에 제공되는 중앙 공간만큼 거리를 두고 배치되어 있는, 상기 지지부의 제공 단계를 포함한다. 상기 지지부들 중 적어도 하나의 지지부 둘레에는 코일 권선이 제공된다. 상기 블랭크들의 접합 방법은 상기 제2 블랭크를 마주보고 있는 상기 제1 블랭크의 맞대기 단부(butt end)가 상기 제1 블랭크를 마주보고 있는 상기 제2 블랭크의 맞대기 단부와 접촉하게 되어 사용 중에 있을 때 상기 지지부들 간에 그리고 상기 제1 및 제2 블랭크들을 통해 자기 플럭스 경로를 폐쇄하는 접촉 부위가 한정되게 하도록 한 지지부 상에 상기 제1 블랭크를 그리고 나머지 한 지지부 상에 상기 제2 블랭크를 배치하는 단계, 및 레이저 시스템을 제공하는 단계로서, 상기 레이저 시스템은 하나 이상의 광학 요소들 및 레이저 빔을 생성하는 레이저 소스를 포함하는, 상기 레이저 시스템의 제공 단계를 부가적으로 포함한다. 그리고 상기 블랭크들의 접합 방법은 상기 레이저 시스템을 사용하여 상기 접촉 부위 상에 레이저 빔을 인가하면서, 상기 코일 권선에 교류 전류를 인가하여, 교류 자기장 필드가 실질적으로 한 블랭크로부터 나머지 한 블랭크로 향하는 방향으로 상기 접촉 부위를 가로질러 생성되게 하는 단계를 부가적으로 포함한다.
이러한 실시형태에 의하면, 자성 소재로 이루어진 지지부들 상에 배치되어 있는(그리고 이격 배치되어 있는) 상기 스틸 블랭크들을 접촉하게 함으로써, 잠재적인 자기 플럭스 경로가 상기 블랭크들을 가로질러 상기 지지부들 간에 폐쇄된다. 상기 코일 권선에 교류 전류를 인가함으로써, 상기 스틸 블랭크들을 가로지르는 교류 자기장 필드가 상기 지지부에서 유발될 수 있다. 상기 자기장 필드의 강도는 자기 지지부 둘레의 코일의 권선 때문에 증가된다. 상기 자기장 필드는 상기 블랭크들의 폭을 가로질러 인가되거나 상기 블랭크들의 폭을 가로질러 인가될 수 있다.
상기 교류 자기장 필드가 상기 레이저 빔과 동시에 인가될 경우에, 상기 자기장 필드는 상기 블랭크의 일부(상기 접촉 부위)가 액상을 이루고 있을 때 (상기 레이저와 함께 이동하지 않고 상기 블랭크들의 폭을 가로질러) 상기 블랭크들을 가로지른다. 상기 자기장 필드는 결과적으로 상기 블랭크들이 실질적으로 편평할 경우에 상기 블랭크들과 실질적으로 나란한 것으로 간주할 수 있다.
일반적으로, 상기 레이저는 상기 블랭크들에 실질적으로 수직으로 조준될 수 있다. 상기 교류 자기장 필드는 결과적으로 상기 레이저에 실질적으로 수직으로 이루어지는 것이 일반적일 수 있다.
자성 소재의 액상에서의 교류 자기장 필드의 존재로 비-자성 입자들이 어떠한 변화에도 주목하지 않고 액상으로 존재하는 자성 입자들을 재편성하는 것이 수반된다. 상기 교류 자기장 필드의 강도는 상기 교류 자기장 필드가 자성 입자들을 끌어내는 정도로 이루어질 수 있다. 즉 바꾸어 말하면, 상기 자성 입자들은 계속되는 횡단 재배열을 이루고 있을 수 있다. 이와는 반대로, 비-자성 입자들은 상기 교류 자기장 필드에 실질적으로 무관하고 그럼으로써 정지 상태에 있게 되고 중력에 의해 떨어진다. 실질적으로 비-자성 입자들인 알루미늄 입자들은 결과적으로 상기 접촉 부위로부터 제거되거나 상기 접촉 부위로부터 적어도 부분적으로 제거되어 용접의 기계적 특성들이 향상되게 된다.
따라서, 예컨대 코팅된 스틸 블랭크들이 용접되어야 할 때 일부 선행기술의 방법들에서 제안된 바와 같은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 층을 제거해야 할 필요가 없다. 이는 중간 공정 단계가 더는 필요하지 않기 때문에 제조 공정을 더 빠르고 저렴하게 해 준다.
알루미늄 합금들은 본원 명세서에서 알루미늄이 주 요소이게 되는 금속 합금들로서 이해되어야 한다.
일부 예들에서는, 상기 제1 블랭크 및/또는 상기 제2 블랭크가 알루미늄 실리콘으로 코팅된 보론 합금 스틸, 예컨대 Usibor 블랭크들로 이루어질 수 있다.
위에서 설명한 방법들은 2개의 블랭크를 맞대기 접합함으로써 예컨대 맞춤형 블랭크들을 성형하기 위해 사용될 수 있다. 상기 블랭크들 중 하나 또는 양자 모두의 블랭크들은 하나의 알루미늄 또는 알루미늄 합금 층을 포함하는 코팅을 갖는 스틸 기판을 포함할 수 있다. 특히 AlSi 코팅이 사용될 수 있다. 다른 예들에는 Ductibor 블랭크들의 사용이 포함된다.
제2 실시형태에서는, 본원의 개시내용이 제1 스틸 블랭크 및 제2 스틸 블랭크를 접합하는 공구로서, 상기 제1 및 제2 블랭크들 중 적어도 하나의 블랭크가 하나의 알루미늄 또는 알루미늄 합금 층을 포함하는, 블랭크들의 접합 공구를 제공한다. 상기 블랭크들의 접합 공구는 상기 제1 블랭크를 지지하는 제1 지지부 및 상기 제2 블랭크를 지지하는 제2 지지부를 포함할 수 있으며, 상기 제1 및 제2 지지부들은 자성 소재로 이루어져 있으며 이들 간에 제공된 중앙 공간만큼 거리를 두고 배치되어 있다. 상기 블랭크들의 접합 공구는 상기 제1 및 제2 지지부들 중 어느 한 지지부 둘레에 제공된 제1 코일 권선을 부가적으로 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 지지부들 중 나머지 한 지지부 둘레에는 제2 코일 권선이 부가적으로 제공될 수 있다. 상기 제1 및 제2 코일 권선들은 교류 전류가 상기 제1 및 제2 코일 권선들에 인가될 때 생성되는 자기장 필드들이 반전되도록 배치될 수 있다.
제3 실시형태에서는, 본원의 개시내용이 제품을 형성하는 방법을 제공한다. 상기 제품의 형성 방법은 본원 명세서에서 설명한 방법들 중 어느 한 방법들에 따른 제1 및 제2 스틸 블랭크들을 접합하는 방법을 포함하여 블랭크를 형성하고 차후에 상기 블랭크를 가열하고 상기 가열된 블랭크를 열 변형하고 마지막으로 담금질하는 단계를 포함한다. 가열은 변형 이전에 노(爐; furnace)에서의 열 처리를 포함할 수 있다. 열 변형은 예컨대 핫 스탬핑(hot stamping) 또는 디프 드로잉(deep drawing)을 포함할 수 있다.
그리고 부가적인 실시형태에서는 제1 스틸 블랭크 및 제2 스틸 블랭크를 접합하는 다른 한 방법으로서, 상기 제1 및 제2 블랭크들 중 적어도 하나의 블랭크가 하나의 알루미늄 또는 알루미늄 합금 층을 포함하는, 블랭크들을 접합하는 다른 한 방법이 제공된다. 상기 블랭크들을 접합하는 다른 한 방법은 교류 자기장 필드의 소스를 제공하는 단계, 상기 제1 블랭크의 맞대기 단부(butt end)가 상기 제2 블랭크의 맞대기 단부를 마주보고 용접되어야 할 상기 제1 및 제2 블랭크들의 맞대기 단부들을 따라 용접 라인이 한정되도록 상기 제1 블랭크 및 상기 제2 블랭크를 제공하는 단계를 포함한다. 상기 블랭크들을 접합하는 다른 한 방법은 레이저 시스템을 제공하는 단계로서, 상기 레이저 시스템이 하나 이상의 광학 요소들 및 레이저 빔을 생성하는 레이저 소스를 포함하는, 상기 레이저 시스템의 제공 단계, 상기 레이저 시스템을 사용하여 상기 용접 라인 상에 레이저 빔을 인가하는 단계 및 실질적으로 동시에 실질적으로 한 블랭크로부터 나머지 한 블랭크로 향하는 방향으로 상기 용접 라인을 가로질러 자기 플럭스를 생성하는 상기 교류 자기장 필드의 소스를 활성화하는 단계로서, 상기 자기장 필드는 자성 요소들이 떨어지지 않고 알루미늄 요소들이 떨어지도록 이루어지는, 상기 교류 자기장 필드의 소스의 활성화 단계를 부가적으로 포함한다.
부가적인 실시형태들에서는, 본원의 개시내용이 실질적으로 앞서 설명한 바와 같은 방법들 중 어느 한 방법에 의해 달성되거나 달성 가능한 블랭크들 및 제품들을 제공한다.
이하에서는 첨부도면들을 참조하여 본원의 개시내용의 비-제한적인 예들이 설명될 것이다.
도 1은 일 예에 따른 제1 및 제2 스틸 블랭크들을 접합하기 위한 공구를 개략적으로 예시하는 도면이다.
도 2a - 도 2b는 알루미늄층을 지니는 스틸 블랭크들을 접합하기 위한 공구의 다른 일 예를 보여주는 도면들이다.
도 3a - 도 3b는 알루미늄층을 지니는 스틸 블랭크들을 접합하기 위한 공구의 또 다른 일 예를 보여주는 도면들이다.
도 4a - 도 4b는 알루미늄층을 지니는 스틸 블랭크들을 접합하기 위한 공구의 또 다른 일 예를 보여주는 도면들이다.
도 5a - 도 5b는 알루미늄층을 지니는 스틸 블랭크들을 접합하기 위한 공구의 또 다른 일 예를 보여주는 도면들이다.
도 1에는 제1 스틸 블랭크(10)와 제2 스틸 블랭크(11)를 접합하기 위한 방법을 수행하는 공구의 일부가 개략적으로 예시되어 있다. 이러한 예에서는, 2개의 블랭크가 맞대기-접합, 다시 말하면 에지-투-에지(edge-to-edge) 용접을 사용하여 맞대기-접합되어야 한다. 더욱이, 이러한 예에서는, 양자 모두의 블랭크들이 예컨대 Usibor®1500P와 같은 보론 합금 코팅 스틸로 이루어질 수 있으며 서로 다른 두께를 지닐 수 있다. 변형 예들에서는, 다른 스틸 블랭크들이 사용될 수 있다. 또 다른 변형 예들에서는, 양자 모두의 블랭크들이 동일한 두께를 지닐 수 있다.
상기 공구는 상기 제1 블랭크(10)를 지지하기 위한 제1 테이블(20) 및 제2 블랭크(11)를 지지하기 위한 제2 테이블(21)을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 테이블들은 스틸로 이루어질 수도 있고 임의의 다른 자성 소재 또는 자화 가능한 소재로 이루어질 수도 있다. 상기 테이블들(20, 21)은 그들 간에 제공된 중앙 공간(30) 만큼 거리를 두고 배치될 수 있다. 예시된 예에서는, 2개의 블랭크가 실질적으로 동일한 평면에 배치되어 있다. 예시되어 있지 않은 부가적인 예들에서는, 상기 블랭크들이 이들 간에 소정의 각도를 형성하도록 배치될 수 있을 것이다.
앞서 설명한 2개의 블랭크를 접합하기 위한 방법들을 수행할 경우에, 일단 상기 블랭크들이 자성 소재로 이루어진 테이블들 상에 배치되면 그리고 일단 상기 블랭크들이 서로 접촉하게 되면, 가능한 자기 플럭스 경로가 상기 테이블들 간에 그리고 상기 블랭크들을 통해 폐쇄된다. 또한, 상기 테이블들(20, 21)의 하측부(블랭크들이 지지되어 있는 측부와는 맞은 편에 있는 측부)와 접촉하게 배치될 수 있는 상기 공구의 하부 베이스(33)와 상기 테이블들 간에 가능한 부가적인 자기 플럭스 경로가 폐쇄될 수 있다. 이러한 경우들에서, 상기 하부 베이스(33)는 자성 소재 또는 자화 가능한 소재로 이루어질 수 있다.
제1 코일 권선(40)은 상기 제1 테이블(20) 둘레에 제공될 수 있고 제2 코일 권선(41)은 제2 테이블(21) 둘레에 제공될 수 있다. 이러한 예에서는, 교류 전류가 양자 모두의 코일 권선(40, 41)에 인가되고 결과적으로는 생성된 자기장 필드들이 반전되는 경우에 주의를 기울여야 한다. 따라서, 북극과 남극이 2개의 코일 양측 상에서 생성된다. 그 결과 효과적으로 상기 블랭크들을 통해 북극으로부터 남극으로 그리고 지지부들의 하측부를 통해 북극으로부터 남극으로 자기 플럭스 경로가 형성될 수 있다.
도 2a - 도 4b는 하나의 알루미늄층을 포함하는 블랭크들을 접합하기 위한 공구들의 더 많은 예를 보여준다. 이러한 도면들에서 보인 예들에서는, 동일 참조부호들이 매칭 요소들을 지칭하는데 사용되었다. 이러한 예들에서는, 상기 블록들이 맞대기-접합되어야 하며 상기 블랭크들은 도 1의 예에서와같이 서로 다른 두께를 지닐 수 있다. 예시되어 있지 않은 부가적인 예들에서는, 상기 블랭크들이 동일한 두께를 지닐 수 있으며 그리고/또는 그들 간에 소정의 각을 형성하도록 배치될 수 있을 것이다.
도 2a - 도 2b의 예는, 단일 코일 권선(41')이 예컨대 상기 제2 테이블(21') 둘레에 제공될 수 있다는 점에서, 도 1의 예와 다르다. 부가적인 예들에서는, 교류 전류가 교류 자기장 필드를 생성하도록 상기 코일 권선에 인가되어야 하는 한 상기 제1 또는 제2 테이블들(20', 21') 중 어느 하나 둘레에 제공될 수 있을 것이다. 이러한 예들에서, 하부 베이스(33)는 또한 도 1의 예와 관련하여 설명한 바와 같이 상기 테이블들(20, 21')의 하측부(상기 블랭크들이 지지되어 있는 측부와는 맞은 편에 있는 측부)와 접촉하게 제공될 수 있다. 상기 하부 베이스(33)는 자성 소재 또는 자화 가능한 소재로 이루어질 수 있다. 이러한 경우들에서, 교류 전류가 상기 단일 코일(41')에 인가될 경우에, 북극 및 남극이 상기 코일(41') 양측 상에서 생성된다. 따라서, 전하의 이동 방향을 주기적으로 반전시켜 자기장 필드를 생성하는 전하의 이동에 의존하여 자기 플럭스 경로가 화살표들(A1, A2, B1, B2)로 표시될 수 있다. 따라서, 상기 블랭크들(10, 11)을 통해 상기 테이블들(20; 21') 사이에서(화살표들(A1, B1)) 그리고 상기 하부 베이스(33)를 통해 상기 테이블들(20; 21') 사이에서(화살표들(A2, B2)) 폐쇄될 수 있다.
도 3a - 도 3b의 예는, 상기 테이블들(20, 21) 간에 어떠한 하부 베이스도 제공되지 않는다는 점에서, 도 1의 예와 다르다. 이러한 예들에서는, 도 1의 예와 마찬가지로, 교류 전류가 상기 코일 권선들(40, 41)에 인가되고 결과적으로는 생성된 자기장 필드들이 반전되는 경우에 주의를 기울여야 한다. 이러한 방식으로, 북극과 남극이 2개의 코일 권선(40, 41) 양측 상에서 생성된다. 따라서, 화살표들(C1, C2)로 표시되는 자기 플럭스 경로는 전하의 이동방향을 주기적으로 반전시키고 상기 코일들을 순환하여 자기장 필드를 생성하는 전하의 이동에 의존할 수 있다. 따라서, 상기 자기 플럭스 경로는 단지 상기 블랭크들(10, 11)만을 통해 상기 테이블들(20; 21) 간에(화살표들(C1, C2)) 형성될 수 있다.
도 4a 및 도 4b의 예는, 상기 코일 권선들(40, 41)이 예컨대 연결 케이블(60)에 의해 서로 연결될 수 있다는 점에서, 도 3a 및 도 3b의 예와 다르다. 따라서, 상기 코일들(40, 41)은 교류 전류가 인가될 경우에 단지 북극 및 남극이 각각의 코일 권선(40, 41)의 자유 단부들에서 생성되도록 직렬로 연결된다. 이러한 예들에서는, 상기 자유 단부들(401, 411)은 상기 블랭크들(10, 11)을 마주보도록 제공될 수 있으며 상기 연결 케이블(60)은 각각의 코일의 나머지 단부와 연결될 수 있다. 화살표들(D1, D2)로 표시되는 자기 플럭스 경로는 또한 전하의 이동방향을 주기적으로 반전시키고 상기 코일들을 순환하여 자기장 필드를 생성하는 전하의 이동에 의존할 수 있다. 따라서, 상기 자기 플럭스 경로는 또한 상기 블랭크들(10, 11)만을 통해 상기 테이블들(20, 21) 간에(화살표들(D1, D2)) 형성될 수 있다.
부가적인 변형 예들에서는, 상기 제1 지지부(예컨대, "테이블(20)"), 상기 제2 지지부(예컨대, "테이블(21)") 및 상기 하부 베이스는 일체로 형성될 수 있을 것이다.
모든 경우에, 상기 공구는 레이저 빔(화살표(50)로 개략적으로 도시됨)이 출사(出射)될 수 있게 하는 레이저 헤드를 갖는 레이저 용접기를 더 포함할 수 있다. 이러한 예에서, 상기 레이저 시스템은 상기 레이저 빔(50)이 블랭크 길이 방향에 실질적으로 수직인 방향으로 상기 블랭크들(10, 11)에 충돌하도록 배치될 수 있다. 변형 예들에서는, 상기 레이저 빔이 경사 방향으로 블랭크에 충돌할 수 있다.
옵션으로, 일단 교류 자기장 필드가 인가되면 앞서 설명한 바와 같이 실질적으로 중력에 의해 떨어질 수 있는 알루미늄 입자들을 수집하기 위해 상기 중앙 공간(30)에 콜렉터 극판(collector plate)(31)이 제공될 수 있다. 이러한 경우들 중 일부에서는, 상기 콜렉터 극판이 스틸로 이루어질 수 있다. 어떤 경우에는, 상기 콜렉터 극판이 하부 베이스(33)의 상부에 배치될 수 있다.
일부 예들에서는, 상기 공구가 (도시되지 않은) 클램프(clamp)를 부가적으로 포함할 수 있으며 상기 클램프는 각각의 테이블(20, 21, 21')의 각각의 상측부(상기 블랭크들이 상부에 지지되어야 함)와 연관되어 있고 사용시 블랭크(10, 11)가 지지되어 있는 상기 테이블(20, 21, 21')을 향해 상기 블랭크(10, 11)를 압착시키도록 배치되어 있다.
상기 블랭크들을 접합시키기 위해, 상기 레이저 빔이 상기 블랭크들의 에지 부분들을 가열하여 상기 에지 부분들을 용융시킨다. 교류 전류는 양자 모두의 코일들 양단에 교류 자기장 필드들을 생성하도록 양자 모두의 코일들에 인가된다. 상기 코일들 및 전류들은 한 코일에서 생성된 자기장 필드가 나머지 한 코일에서 생성된 자기장 필드와는 반대 방향을 이루도록 한다.
(상기 제1 지지부에서의) 상기 제1 코일, (상기 제2 지지부에서의) 상기 제2 코일, 상기 블랭크들 및 상기 베이스 양단 간의 자기장은 결과적으로 자기 플럭스 방향이 끊임없이 바뀌게 되는 폐쇄 순환(closed circle)을 형성할 수 있다. "자성"을 띠고 있는 용융된 에지 부분들의 입자들은 끊임없이 바뀌는 자기장 필드에 주목하고 이에 따라 지속적으로 재배열된다. 그러나 알루미늄 입자들은 자기장 필드에 영향을 받지 않고, 다시 말하면 그들은 정지 상태에 있게 되고 용접 구역으로부터 여전히 떨어지게 된다. 그들은 상기 콜렉터 극판(31)에서 수집될 수 있다.
일부 예들에서는, 교류 전류의 주파수가 예컨대 50Hz 또는 60Hz일 수 있다. 이것이 의미하는 것은 지형에 따라 50Hz 또는 60Hz가 전기 그리드의 정상 주파수이기 때문에 구현하기가 매우 간단하다는 것을 의미한다.
도 5a 및 도 5b는 알루미늄층을 포함하는 블랭크들을 접합하기 위한 공구 및 방법의 또 다른 예를 보여준다. 이러한 도면들에서 보인 예에서는, 동일한 참조부호들이 매칭 요소들을 지칭하는데 사용되었다.
이러한 예에서, 상기 블랭크들이 맞대기 접합되어야 하며 동일하거나 서로 다른 두께를 지닐 수 있다. 부가적인 변형 예들에서는 상기 블랭크들이 이들 간에 소정의 각도를 형성하도록 배치될 수 있을 것이다.
이러한 예에서는, 2개의 자석(E1, E2)이 상기 블랭크들(10, 11) 각각의 아래에 배치될 수 있다. 변형적으로는, 하나의 자석, 또는 복수 개의 자석들이 상기 블랭크들 각각의 아래에 배치될 수 있다. 이러한 자석들은 전자석들일 수 있다.
상기 도시된 예에서는, 용접에 의해 접합될 상기 블랭크들(10, 11)의 에지들이 서로 접촉하여 용접 라인을 한정한다. 다른 예들에서는, 상기 블랭크들의 에지들 간에 갭이 존재할 수 있다. 그러한 갭은 상기 용접 라인을 한정하도록 적절한 충진 소재에 의해 충진될 수 있다.
상기 자석들은 상기 용접 라인 부위에서의 자기장 필드의 자기장 필드 라인들이 상기 용접 라인에 실질적으로 수직이게 배열되도록 배치될 수 있다. 전자석들일 경우, 이들은 DC 또는 AC 소스에 연결될 수 있으며 (전하의 이동방향을 주기적으로 복귀시키는 전하의 이동에 따라) 사용시 반전되는 자기장 필드들(화살표들(F1, F2))을 생성하고, 그럼으로써 상기 블랭크들(10, 11)을 통해 끊임없이 변하는, 다시 말하면 화살표(F1)로부터 화살표(F2)로 그리고 이와는 반대로 화살표(F2)로부터 화살표(F1)로 끊임없이 변하는 방향의 자기 플럭스를 생성하도록 자신들의 극성이 반전되게 배치될 수 있다.
용접 구역에서, 레이저의 인가시 그리고 변하는 자기장 필드의 결과로서 에디 전류(eddy current)들이 생성될 수 있다. 교류 자기장 필드(F1, F2)의 강도는 상기 교류 자기장이 (예컨대, 레이저 열의 동시적인 인가에 의해 생성되는) 상기 블랭크들(10, 11)의 액상을 횡단할 때 자성 요소들 또는 입자들 상의 로렌츠 힘들이 자성 입자들을 상향으로 가압하기에 충분할 정도로 이루어질 수 있다. 실질적으로 자성을 띠지 않는 알루미늄 입자들은 이러한 로렌츠 힘들에 영향을 받지 않는다. 이렇게 함으로써, 알루미늄 입자들은 결과적으로 상기 자성 입자들이 서로 용접되는 동안 떨어질 수 있다. 이것이 의미하는 것은 알루미늄층을 포함하는 2개의 블랭크가 알루미늄을 제거하는 추가 단계 없이 서로 용접될 수 있음을 의미한다.
이를 위해, 상기 자기장 필드의 강도는 신중하게, 다시 말하면 자성 요소들/입자들에 영향을 줄 정도로 충분히 강하지만, 알루미늄 입자들/요소들에 영향을 주지 않을 정도로 충분히 약하도록 신중하게 선택되어야 한다. 상기 자기장 필드의 강도는 전류, 교류 자기장 필드의 주파수, 및 예컨대 용접 구역에 이르기까지의 거리 및 블랭크들의 두께를 제어함으로써 제어될 수 있다.
도 2a - 도 4b의 예들에서는, 상기 자기장 필드의 강도가 각각의 코일의 권선들의 수에 부가적으로 의존할 수 있다.
일부 예들에서는, 상기 공구가 자기장 필드(전자석)로부터 코일 권선들을 보호하기 위해 적어도 코일 권선들이 구비되어 있거나 구비되어 있지 않은 테이블들을 마주보는 양측에서 상기 중앙 공간을 부분적으로 폐쇄하는 보호 플레이트(32)를 부가적으로 포함할 수 있다. 상기 보호 플레이트(32)는 실질적으로 C 형상을 포함할 수 있으며 상기 C 형상의 개방부분은 상기 블랭크들(10, 11)을 마주보고 있다. 어떤 경우에는, 상기 보호 플레이트가 스틸로 이루어질 수 있다.
일부 예들에서는, 레이저 시스템이 3kW 내지 16kW의 출력, 옵션으로는 4kW 내지 10kW의 출력을 지니는 레이저를 포함할 수 있다. 상기 레이저의 출력은 상기 블랭크들의 접촉 부위를 용융시킬 정도로 충분하여야 한다. 바람직하게는, 상기 접촉 부위가 상기 블랭크들의 두께 전체를 따라 용융되고 그럼으로써 상기 알루미늄도 상기 두께 전체로부터 제거될 수 있게 된다.
본 발명자들이 발견했던 점은 전형적인 블랭크들(전형적인 두께범위가 0.7mm 내지 4mm임)을 용융시키기 위해서는 3kW 내지 5kW이면 충분할 수 있다는 점이다. 상기 용접기의 출력을 상기 범위의 상방부로 증가시킴으로써 용접 속도가 증가할 수 있게 된다.
교류 자기장 필드의 존재는 상기 블랭크들 상에서 상기 레이저에 의해 생성된 온도를 증가시킬 수 있다. 이러한 온도의 증가는 습도를 감소시키고 그럼으로써 용접을 개선하는 역할을 한다.
옵션으로는, Nd-YAG(Neodymium-doped yttrium aluminium garnet; 네오디뮴-도핑된 이트륨 알루미늄 가닛) 레이저가 사용될 수 있다. 이러한 레이저들은 시판되고 있으며 입증된 기술로 이루어져 있다. 이러한 타입의 레이저는 또한 상기 블랭크들의 구역을 용융시키기에 충분한 출력을 지닐 수 있으며 상기 레이저의 초점, 결과적으로는 용접 구역의 폭을 변화시키는 것을 허용한다. "스폿(spot)"의 크기를 줄이면 에너지 밀도가 증가하게 되지만 스폿의 크기를 늘리면 용접 공정의 속도가 빨라지게 될 수 있다. 용접 스폿은 매우 효과적으로 제어될 수 있으며 이러한 타입의 레이저를 가지고 트윈 스폿(twin spot) 용접 및 웨이빙 스폿(waiving spot) 용접을 포함하는 다양한 타입의 용접이 가능할 수 있다. 일부 예들에서는, 헬륨 또는 헬륨계 가스와 같은 차폐 가스가 사용될 수 있다. 상기 차폐 가스의 유량은 예컨대 1리터/분(litre/min)에서부터 15리터/분에 이르기까지 다양할 수 있다.
변형 예들에서는, 충분한 출력을 지니는 CO2 레이저가 사용될 수 있다.
일부 예들에서는, 용접이 트윈 스폿 용접을 포함할 수 있다. 트윈 스폿 용접에서는, 용융 및 용접이 2개의 초점에서 동시에 이루어진다. 2개의 스폿은 용접 방향에 평행하게 정렬(평행 트윈 빔 스폿들)될 수도 있고 용접 방향에 수직으로 정렬(수직 트윈 빔 스폿들)될 수도 있다. 수직 트윈 빔 스폿들은 상대적으로 더 넓은 용융 풀(melting pool)을 제공해 주고 적어도 이론상으로는 상대적으로 더 넓은 가열 부위로 인해 키홀(keyhole) 대신에 대류 용접(convection weld)을 초래할 수 있을 것이다. 평행 트윈 빔 스폿들(전후로 늘어섬(one behind the other))은 용접 중에 상대적으로 더 낮은 온도 경사를 전달한다.
평행 트윈 스폿 용접의 한 실시형태는 소재가 받게 되는 온도 경사가 낮게 되는 것이다. 수직 트윈 스폿 용접의 한 실시형태는 용접 구역이 확대되게 되는 것이다. 본 발명자들이 이러한 구성들 모두를 테스트하여 양자 모두가 만족스러운 방식으로 기능을 수행할 수 있음을 발견하였다.
일부 변형 예들에서는, 용접이 웨이빙 스폿 용접을 포함할 수 있다. 웨이빙 스폿 용접에서는, 용접 스폿이 상기 레이저를 반사하는 미러(mirror)의 진동에 의해 동적으로 변화될 수 있다.
트윈 스폿 용접을 채용하는 예들에서는, 레이저 출력이 2개의 용접 스폿 간에 균등 또는 불균등하게 분할될 수 있다.
여기서 알 수 있는 점은 적어도 하나의 블랭크가 하나의 알루미늄 또는 알루미늄 합금 층을 포함하는 경우에 앞서 설명한 2개의 스틸 블랭크를 접합하기 위한 공구를 사용함으로써, 용접 이전에 알루미늄층을 제거할 필요가 없고, 결과적으로는 제조가 단순화되고 제조 속도가 빨라진다는 점이다. 이는 상당한 비용 절감을 가져다줄 수 있다.
Usibor 블랭크들에 대한 표준 처리는 (특히) 베이스 스틸의 오스테나이트화(austenizing)를 유발시키도록 획득된 블랭크를 예컨대 노(爐; furnace)에서 가열하는 것이다. 그리고 나서, 상기 블랭크는 예컨대, 범퍼 빔 또는 필러를 성형하도록 핫 스탬핑될 수 있다. 열 변형 후 담금질 중에, 만족스러운 기계적 특성들을 부여하는 마르텐사이트(martensite) 미세구조가 결과적으로 획득될 수 있다. 따라서, 상기 표준 처리는 본원 명세서에서 제안한 스틸 블랭크들을 접합하는 방법들에 의해 어떠한 방식으로든 영향을 받지 않는다.
지금까지 본원 명세서에서 예시한 모든 예들에서는, 편평한 평판 형상의 블랭크들이 서로 접합된다. 이와 같이 성형된 맞춤형 용접 블랭크들은 앞서 설명한 동일한 변형 및 열처리를 거칠 수 있다. 여기서 명백히 밝혀져야 하는 점은 본원 명세서에 개시된 방법들 및 공구들의 예들이 또한 서로 다른 형상의 블랭크들에도 적용될 수 있다는 점이다.
부가적인 예들에서는, 상기 접촉 부위에 금속 분말을 공급하면서 용접이 부가적으로 행해질 수도 있다. 상기 금속 분말은 결과적으로 액상으로 상기 블랭크들과 혼합될 수 있다. 이러한 경우들 중 일부에서는, 상기 금속 분말이 감마제닉 요소(gammagenic element)들을 포함하는 철(iron)계 분말을 포함할 수 있다. 이러한 금속 분말은 블랭크 표면들의 결함들을 커버하는데 사용될 수 있다. 어떤 경우에는, 깨끗한 제조 공정을 보장하기 위해 상기 금속 분말이 튜브를 통해 도입될 수 있다.
상기 금속 분말은 또한 상기 블랭크들을 서로 압착시켜야 할 필요성을 줄이는 역할을 할 수 있다. 블랭크들 간에 갭이 존재하는 경우에, 일부 공구들(예컨대, 유압식 기계)이 상기 블랭크들을 서로 압착시키는데 일반적으로 사용될 수 있다. 그러나 이러한 공구들은 유지 비용이 많이 들 수 있다. 상기 블랭크들 간의 갭이 너무 크게 되면(예컨대, 0.15mm보다 클 경우), 레이저 용접은 사용될 수 없을 것이다.
상기 금속 분말을 제공함으로써, 그리고 변화하는 전자기장 필드 때문에, 상기 2개의 블랭크 간에 브리지가 성형될 수 있다. 이러한 금속 분말 브리지는 변화하는 자기장 필드 때문에 떨어지지 않고 상기 블랭크들 간에 유지될 수 있다. 이는 결과적으로 상기 블랭크들을 서로 압착시켜야 할 필요성을 줄일 수도 있고 레이저 용접이 이전에 불가능했던 경우들에서 레이저 용접이 사용되는 것을 가능하게 해 줄 수 있다.
그 같은 경우에, 상기 블랭크들 간은 거리를 측정하도록 센서 시스템이 배치될 수 있다. 금속 분말은 블랭크들 간의 갭의 함수로서 선택적으로 공급될 수 있을 것이다.
더욱이 이러한 예들에서, 특히 감마제닉 요소들을 포함하는 철계 분말이 사용되는 경우에, 이는 용접 구역에 도입될 수 있고 만약 알루미늄이 잔존해 있다면 용융된 알루미늄과 혼합될 수 있다. 이는 비록 소량의 알루미늄이 남아 있더라도 핫 스탬핑과 같은 열 변형 공정들 후에 기계적 특성들을 향상시킬 수 있다. 상대적으로 적은 분량의 알루미늄과 감마제닉 요소들을 포함하는 철계 분말과의 혼합은 가열 중에 오스테나이트(감마 상 철(gamma phase iron), γ-Fe)가 획득되게 해준다. 그리고 열 변형 후 담금질 중에 만족스러운 기계적 특성들을 부여하는 마르텐사이트 미세 구조가 결과적으로 획득될 수 있다.
감마제닉 요소들은 본원 명세서에서 감마-상(gamma-phase), 다시 말하면 오스테나이트 상(austenite phase)을 촉진하는 화학 요소들로서 이해되어야 한다. 상기 감마제닉 요소들은 니켈(Ni), 탄소(C), 코발트(Co), 망간(Mn) 및 질소(N)를 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 금속 분말의 조성에 대해 다른 인자들, 예컨대 경도(몰리브덴(Mo)이 적절한 요소일 것임) 및/또는 내식성(실리콘(Si) 및 크롬(Cr)이 적합한 성분들일 것임)의 촉진과 같은 다른 인자들이 또한 감안될 수 있다.
상기 분말 내에서의 감마제닉 요소의 분량은 Cr, Mo, Si, Al 및 Ti(티타늄)와 같은 알파제닉 요소(alphagenic element)들의 존재를 보충하기에 충분할 수 있다. 알파제닉 요소들은 알파-철(alpha-iron)(페라이트(ferrite))의 형성을 촉진한다. 이는 핫 스탬핑 및 담금질 후에 생기는 미세 구조가 델타-페라이트(delta-ferrite) 및 매트릭스의 마르텐사이트-베이나이트(martensite-bainite)를 포함할 수 있기 때문에 기계적 특성들이 줄어들게 해줄 수 있다.
일부 예들에서는, 20미크론 내지 180미크론의 분말 입자 크기가 사용될 수 있으며, 옵션으로는 20미크론 내지 125미크론의 분말 입자 크기가 사용될 수 있다. 옵션으로는, 평균 분말 입자 크기가 45미크론 내지 90미크론, 또는 50미크론 내지 80미크론일 수 있다. 본 발명자들이 발견했던 점은 이러한 입자 크기들이 용접 구역에서 분말의 침투 및 혼합이 향상되게 해줄 수 있다는 점이다. 완전한 용접 구역에 걸친 충분한 혼합은 최종 제품의 기계적 특성들을 향상시킨다.
일부 예들에서는, 철(iron)계 분말이 0% - 0.03% 탄소, 2.0% - 3.0% 몰리브덴, 10% - 14% 니켈, 1.0% - 2.0% 망간, 16% - 18% 크롬, 0.0% - 1.0% 실리콘, 나머지 철 및 불순물들의 중량% 조성을 지닐 수 있다. 본 발명자들이 발견했던 점은 이러한 혼합의 분말이 최종 작업 제품, 다시 말하면 핫 스탬핑 및 담금질 후 최종 작업 제품의 기계적 특성들 및 내식성을 매우 만족스럽게 해준다는 점이다.
상기 블랭크들을 용융시키고 교류 자기장 필드를 인가하는 개념의 입증을 위한 초기 테스트 후에, Usibor 1500으로 이루어진 시편(specimen)들이 어디에서 파손되는 지를 찾아내기 위해 본 발명자들에 의해 광범위한 테스트가 수행되었다. 용접 후에, 결과적으로 획득된 블랭크들은 열 변형 및 담금질을 포함해 "통상의 처리"를 거쳤다. 이후에는, 표준 인장 강도 테스트를 위한 테스트 시편이 결과적으로 획득된 제품으로부터 절단되었다. 시편 파손이 용접 외부에서 생긴다는 것을 결과들이 보여주는 데, 그 이유는 용접 구역에서의 MPa 단위의 최대 항장력(Ultimate Tensile Strength; UTS)이 사용된 원래의 Usibor 블랭크들의 MPa 단위의 최대 항장력(UTS)보다 훨씬 높기 때문이다. 이는 용접 구역이 베이스 소재보다 더 강하다는 것을 의미하기 때문에 특히 우수한 성능으로 간주할 수 있다.
완성도의 이유로, 본원의 개시내용의 여러 실시형태가 이하의 여러 조항에 정리되어 있다.
조항 1:
제1 스틸 블랭크 및 제2 스틸 블랭크를 접합하는 방법으로서, 상기 제1 및 제2 블랭크들 중 적어도 하나의 블랭크가 하나의 알루미늄 또는 알루미늄 합금 층을 포함하는, 블랭크들의 접합 방법에 있어서,
상기 블랭크들의 접합 방법은,
- 교류 자기장 필드의 소스를 제공하는 단계,
- 상기 제1 블랭크의 맞대기 단부(butt end)가 상기 제2 블랭크의 맞대기 단부를 마주보고 상기 제1 및 제2 블랭크들의 맞대기 단부들을 따라 용접 라인이 한정되도록 상기 제1 블랭크 및 상기 제2 블랭크를 제공하는 단계,
- 레이저 시스템을 제공하는 단계로서, 상기 레이저 시스템은 하나 이상의 광학 요소들 및 레이저 빔을 생성하는 레이저 소스를 포함하는, 상기 레이저 시스템의 제공 단계,
- 상기 레이저 시스템을 사용하여 레이저 빔을 상기 용접 라인 상에 인가하는 단계, 및 실질적으로 동시에
- 실질적으로 하나의 블랭크로부터 나머지 하나의 블랭크로 향하는 방향으로 상기 용접 라인을 가로질러 자기 플럭스를 생성하는 교류 자기장 필드의 소스를 활성화하는 단계로서, 상기 자기장 필드는 자성 요소들이 떨어지지 않지만 알루미늄 요소들은 떨어지게 하는, 상기 교류 자기장 필드의 소스의 활성화 단계
를 포함하는, 블랭크들의 접합 방법.
조항 2:
제1 스틸 블랭크 및 제2 스틸 블랭크를 접합하는 방법으로서, 상기 제1 및 제2 블랭크들 중 적어도 하나의 블랭크가 하나의 알루미늄 또는 알루미늄 합금 층을 포함하는, 블랭크들의 접합 방법에 있어서,
상기 블랭크들의 접합 방법은,
- 각각의 스틸 블랭크에 대한 지지부를 제공하는 단계로서, 상기 지지부들은 자성 소재로 이루어져 있으며 이들 사이에 제공되는 중앙 공간만큼 거리를 두고 배치되어 있는, 상기 지지부의 제공 단계,
- 하나 이상의 지지부들 둘레에 코일 권선을 제공하는 단계,
- 상기 제2 블랭크를 마주보고 있는 상기 제1 블랭크의 맞대기 단부가 상기 제1 블랭크를 마주보고 있는 상기 제2 블랭크의 맞대기 단부와 접촉하게 되어 사용 중에 있을 때 지지부들 간에 그리고 상기 제1 및 제2 블랭크들을 통해 자기 플럭스 경로를 폐쇄하는 접촉 부위가 한정되게 하도록 한 지지부 상에 상기 제1 블랭크를 그리고 나머지 한 지지부 상에 상기 제2 블랭크를 배치하는 단계,
- 레이저 시스템을 제공하는 단계로서, 상기 레이저 시스템은 하나 이상의 광학 요소들 및 레이저 빔을 생성하는 레이저 소스를 포함하는, 상기 레이저 시스템의 제공 단계,
- 상기 레이저 시스템을 사용하여 상기 접촉 부위 상에 레이저 빔을 인가하는 단계, 동시에
- 상기 코일 권선에 교류 전류를 인가하여 교류 자기장 필드가 실질적으로 한 블랭크로부터 나머지 한 블랭크로 향하는 방향으로 상기 접촉 부위를 가로질러 생성되게 하는 단계
를 포함하는, 블랭크들의 접합 방법.
조항 3:
조항 1에 있어서, 교류 자기장 필드를 생성하도록 구성된 교류 전류 소스를 제공하는 단계는,
- 각각의 스틸 블랭크에 대한 지지부를 제공하는 단계로서, 상기 지지부들이 자성 소재로 이루어져 있으며 이들 간에 제공된 중앙 공간만큼 거리를 두고 배치되어 있는, 상기 지지부의 제공 단계, 및
- 하나 이상의 지지부들 둘레에 코일 권선을 제공하는 단계로서, 상기 코일 권선 및 상기 지지부들은 가능한 자기 플럭스 경로를 제공하도록 구성된, 상기 코일 권선의 제공 단계
를 포함하며,
상기 교류 자기장 필드의 소스를 활성화하는 단계는, 상기 코일 권선에 교류 전류를 인가하는 단계를 포함하는, 블랭크들의 접합 방법.
조항 4:
조항 1 내지 조항 3 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 제1 블랭크 및/또는 상기 제2 블랭크는 알루미늄 실리콘으로 코팅된 보론 합금 스틸로 이루어지는, 블랭크들의 접합 방법.
조항 5:
조항 2 내지 조항 4 중 어느 한 조항에 있어서, 각각의 지지부는 코일 권선에 의해 적어도 부분적으로 에워싸여져 있고 각각의 코일 권선에 인가되는 교류 전류는 생성된 교류 자기장 필드들이 반전되게 하는, 블랭크들의 접합 방법.
조항 6:
조항 2 내지 조항 5 중 어느 한 조항에 있어서, 자성 소재 또는 자화 가능한 소재로 이루어진 하부 베이스는 상기 지지부들의 하측부와 접촉하게 제공되어 있으며, 각각의 지지부의 하측부는 상기 제1 및 제2 블랭크들이 배치되어야 하는 지지부의 측부와는 맞은 편에 있는, 블랭크들의 접합 방법.
조항 7:
조항 2 내지 조항 6 중 어느 한 조항에 있어서, 콜렉터 극판은 알루미늄 입자들을 수집하기 위해 상기 중앙 공간에 제공되어 있는, 블랭크들의 접합 방법.
조항 8:
조항 2 내지 조항 7 중 어느 한 조항에 있어서, 교류 전류의 주파수는 50Hz 또는 60Hz인, 블랭크들의 접합 방법.
조항 9:
조항 1 내지 조항 8 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 레이저 시스템은 상기 레이저 빔이 상기 블랭크들에 실질적으로 수직으로 충돌하도록 배치되어 있는, 블랭크들의 접합 방법.
조항 10:
조항 1 내지 조항 9 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 레이저 시스템은 3kW 내지 16kW, 옵션으로는 4kW 내지 10kW의 출력을 지니는 레이저를 포함하는, 블랭크들의 접합 방법.
조항 11:
조항 10에 있어서, 용접은 Nd-YAG 레이저를 통한 용접을 포함하는, 블랭크들의 접합 방법.
조항 12:
제1 스틸 블랭크 및 제2 스틸 블랭크를 접합하는 공구로서, 상기 제1 및 제2 블랭크들 중 적어도 하나의 블랭크가 하나의 알루미늄 또는 알루미늄 합금 층을 포함하는, 블랭크들의 접합 공구에 있어서, 상기 블랭크들의 접합 공구는 상기 제1 블랭크를 지지하는 제1 지지부 및 상기 제2 블랭크를 지지하는 제2 지지부를 포함하고, 상기 제1 및 제2 지지부들은 자성 소재로 이루어져 있으며 이들 간에 제공된 중앙 공간만큼 거리를 두고 배치되어 있고, 상기 블랭크들의 접합 공구는 상기 제1 및 제2 지지부들 중 어느 한 지지부 둘레에 제공된 제1 코일 권선 및 상기 제1 및 제2 지지부들 중 나머지 한 지지부 둘레에 제공된 제2 코일 권선을 부가적으로 포함하며, 상기 제1 및 제2 코일 권선들은 교류 전류가 상기 제1 및 제2 코일 권선들에 인가될 경우에 생성되는 자기장 필드들이 반전되도록 배치되어 있는, 블랭크들의 접합 공구.
조항 13:
조항 12에 있어서, 상기 블랭크들의 접합 공구는 알루미늄 입자들을 수집하기 위해 상기 중앙 공간에 제공된 콜렉터 극판을 부가적으로 포함하는, 블랭크들의 접합 공구.
조항 14:
조항 12 및 조항 13 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 블랭크들의 접합 공구는 사용시 각각의 클램프가 지지부를 향해 블랭크를 압착시키도록 배치된 각각의 지지부에 연관된 클램프를 부가적으로 포함하는, 블랭크들의 접합 공구.
조항 15:
제품을 형성하는 방법에 있어서,
상기 제품의 형성 방법은,
조항 1 내지 조항 11 중 어느 한 조항에 따른 제1 및 제2 스틸 블랭크들의 접합 방법을 포함하여 블랭크를 형성하는 단계,
상기 블랭크를 가열하는 단계, 및
가열된 블랭크를 열 변형하고 차후에 담금질하는 단계
를 포함하는, 제품의 형성 방법.
비록 단지 여러 예만이 본원 명세서에 개시되었지만, 그 예들의 다른 변형 예들, 수정 예들, 사용 예들 및/또는 등가 예들이 가능하다. 더군다나, 앞서 설명한 예들의 가능한 모든 조합들이 또한 포함된다. 따라서, 본원의 개시내용의 범위는 특정 예들에 의해 제한되어서는 아니 되고, 첨부된 청구항들의 공정한 이해에 의해서만 결정되어야 한다.

Claims (13)

  1. 제1 스틸 블랭크 및 제2 스틸 블랭크를 접합하는 방법으로서, 상기 제1 및 제2 스틸 블랭크들 중 적어도 하나의 스틸 블랭크가 하나의 알루미늄 또는 알루미늄 합금 층을 포함하는, 스틸 블랭크들의 접합 방법에 있어서,
    상기 스틸 블랭크들의 접합 방법은,
    - 각각의 스틸 블랭크에 대한 지지부를 제공하는 단계로서, 상기 지지부들은 자성 소재로 이루어져 있으며 상기 지지부들 사이에 제공되는 중앙 공간만큼 거리를 두고 배치되어 있는, 상기 지지부의 제공 단계,
    - 하나 이상의 지지부들 둘레에 코일 권선을 제공하는 단계,
    - 상기 제2 스틸 블랭크를 마주보고 있는 상기 제1 스틸 블랭크의 맞대기 단부가 상기 제1 스틸 블랭크를 마주보고 있는 상기 제2 스틸 블랭크의 맞대기 단부와 접촉하게 되어 사용 중에 있을 때 지지부들 간에 그리고 상기 제1 및 제2 스틸 블랭크들을 통해 자기 플럭스 경로를 폐쇄하는 접촉 부위가 한정되게 하도록 한 지지부 상에 상기 제1 스틸 블랭크를 그리고 나머지 한 지지부 상에 상기 제2 스틸 블랭크를 배치하는 단계,
    - 레이저 시스템을 제공하는 단계로서, 상기 레이저 시스템은 하나 이상의 광학 요소들 및 레이저 빔을 생성하는 레이저 소스를 포함하는, 상기 레이저 시스템의 제공 단계,
    - 상기 레이저 시스템을 사용하여 상기 접촉 부위 상에 레이저 빔을 인가하는 단계, 동시에
    - 상기 코일 권선에 교류 전류를 인가하여 교류 자기장 필드가 실질적으로 한 블랭크로부터 나머지 한 블랭크로 향하는 방향으로 상기 접촉 부위를 가로질러 생성되게 하는 단계
    를 포함하는, 스틸 블랭크들의 접합 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 스틸 블랭크 및/또는 상기 제2 스틸 블랭크는 알루미늄 실리콘으로 코팅된 보론 합금 스틸로 이루어지는, 스틸 블랭크들의 접합 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각각의 지지부는 코일 권선에 의해 적어도 부분적으로 에워싸여져 있고 각각의 코일 권선에 인가되는 교류 전류는 생성된 교류 자기장 필드들이 반전되게 하는, 스틸 블랭크들의 접합 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 자성 소재 또는 자화 가능한 소재로 이루어진 하부 베이스는 상기 지지부들의 하측부와 접촉하게 제공되어 있으며, 각각의 지지부의 하측부는 상기 제1 및 제2 스틸 블랭크들이 배치되어야 하는 지지부의 측부와는 맞은 편에 있는, 스틸 블랭크들의 접합 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 콜렉터 극판은 알루미늄 입자들을 수집하기 위해 상기 중앙 공간에 제공되어 있는, 스틸 블랭크들의 접합 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 교류 전류의 주파수는 50Hz 또는 60Hz인, 스틸 블랭크들의 접합 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 레이저 시스템은 상기 레이저 빔이 상기 스틸 블랭크들에 실질적으로 수직으로 충돌하도록 배치되어 있는, 스틸 블랭크들의 접합 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 레이저 시스템은 3kW 내지 16kW, 옵션으로는 4kW 내지 10kW의 출력을 지니는 레이저를 포함하는, 스틸 블랭크들의 접합 방법.
  9. 제8항에 있어서, 용접은 Nd-YAG 레이저를 통한 용접을 포함하는, 스틸 블랭크들의 접합 방법.
  10. 제1 스틸 블랭크 및 제2 스틸 블랭크를 접합하는 공구로서, 상기 제1 및 제2 스틸 블랭크들 중 적어도 하나의 스틸 블랭크가 하나의 알루미늄 또는 알루미늄 합금 층을 포함하는, 스틸 블랭크들의 접합 공구에 있어서, 상기 스틸 블랭크들의 접합 공구는 상기 제1 스틸 블랭크를 지지하는 제1 지지부 및 상기 제2 스틸 블랭크를 지지하는 제2 지지부를 포함하고, 상기 제1 및 제2 지지부들은 자성 소재로 이루어져 있으며 상기 제1 및 제2 지지부들 간에 제공된 중앙 공간만큼 거리를 두고 배치되어 있고, 상기 스틸 블랭크들의 접합 공구는 상기 제1 및 제2 지지부들 중 어느 한 지지부 둘레에 제공된 제1 코일 권선 및 상기 제1 및 제2 지지부들 중 나머지 한 지지부 둘레에 제공된 제2 코일 권선을 부가적으로 포함하며, 상기 제1 및 제2 코일 권선들은 교류 전류가 상기 제1 및 제2 코일 권선들에 인가될 경우에 생성되는 자기장 필드들이 반전되도록 배치되어 있는, 스틸 블랭크들의 접합 공구.
  11. 제10항에 있어서, 상기 스틸 블랭크들의 접합 공구는 알루미늄 입자들을 수집하기 위해 상기 중앙 공간에 제공된 콜렉터 극판을 부가적으로 포함하는, 스틸 블랭크들의 접합 공구.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 스틸 블랭크들의 접합 공구는 사용시 각각의 클램프가 지지부를 향해 블랭크를 압착시키도록 배치된 각각의 지지부에 연관된 클램프를 부가적으로 포함하는, 스틸 블랭크들의 접합 공구.
  13. 제품을 형성하는 방법에 있어서,
    상기 제품의 형성 방법은,
    제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 제1 및 제2 스틸 블랭크들의 접합 방법을 포함하여 블랭크를 형성하는 단계,
    상기 블랭크를 가열하는 단계, 및
    가열된 블랭크를 열 변형하고 차후에 담금질하는 단계
    를 포함하는, 제품의 형성 방법.
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