KR20200040229A - 2개의 블랭크를 접합시키는 방법 및 얻어진 블랭크 및 제품 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제1 블랭크와 제2 블랭크를 접합시키는 방법에 관한 것으로, 여기서, 상기 제1 블랭크와 상기 제2 블랭크 중 적어도 하나는, 적어도 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 층을 포함한다. 특히, 상기 방법은 용접을 위해 상기 제1 블랭크 및 상기 제2 블랭크를 배치하는 단계; 및 용접 경로를 따라 상기 제1 블랭크 및 상기 제2 블랭크를 레이저 용접하여 테일러 용접 블랭크를 형성하는 단계를 포함하며, 여기서, 상기 용접 경로는 용접 방향을 따른 선형 운동과 상기 용접 방향에 실질적으로 횡방향인 진동 운동을 결합한 다음, 테일러 용접 블랭크를 열간 변형 및 켄칭하여 구성요소를 형성하며, 여기서, 상기 용접은 필러를 사용하지 않고 수행된다.

Description

2개의 블랭크를 접합시키는 방법 및 얻어진 블랭크 및 제품

본 발명은 2개의 블랭크를 접합시키는 방법 및 상기 방법에 의해 얻어지거나 얻어질 수 있는 제품에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 코팅을 갖는 강철 기판을 레이저 용접하는 방법에 관한 것이다.

저비용으로 부품 중량을 감소시키는 것을 목적으로 하는 금속 조각 생산을 위한 새로운 재료 및 공정의 개발은 자동차 산업에서 최고로 중요하다. 전형적으로, 자동차 산업에서, 고강도 강철 또는 초고강도 강철 (Ultra High Strength Steel(UHSS)) 블랭크는 구조적 골격의 구성요소를 제조하는 데 사용된다. 이러한 의미에서 차량, 예를 들어 자동차의 구조적 골격은, 예를 들어, 범퍼, 필러 (A-필러, B-필러, C-필러), 측면 충격 빔, 로커 패널 및 충격 흡수장치를 포함할 수 있다.

이러한 목표를 달성하기 위해, 상기 산업에서는 초고강도 강철 (UHSS)을 개발했는데, 이는 중량 단위당 최적화된 최대 강도 및 유리한 성형 성질을 나타낸다. UHSS는 적어도 1000 MPa, 바람직하게는 대략 1500 MPa 또는 최대 2000 MPa 이상의 최종 인장 강도를 가질 수 있다.

이러한 강철 중 일부는 열 처리 후 미세구조를 얻도록 설계되어 우수한 기계적 성질을 부여하며 이들은 강철 블랭크를 특정 자동차 부품으로 형성하는 데 사용되는 핫 스탬핑 공정에 특히 적합하도록 한다. 핫 스탬핑 공정 동안에, 블랭크는 공격적인 분위기에 노출되기 때문에, 강철은 일반적으로 부식 및 산화를 피하기 위해 코팅된다.

구조적 요건을 고려하면서 구성요소의 중량을 최소화하려는 시도에서, 소위 "테일러드 블랭크 (tailored blank)" 기술이 사용될 수 있다. 이들 기술에서, 구성요소는 상이한 두께, 크기 및 성질을 갖는 여러 블랭크를 용접함으로써 얻어지는 복합 금속 블랭크로 제조될 수 있다. 적어도 이론적으로, 이러한 종류의 기술을 사용하여 재료의 사용을 최적화할 수 있다. 상이한 두께의 블랭크는 접합될 수 있거나, 강철 블랭크는, 예를 들어, 이들이 필요한 각 재료의 특정 성질을 사용하여 코팅된 강철 블랭크와 접합될 수 있다.

성형 공정 동안에 탈탄 및 스케일 형성을 피하기 위해, 22MnB5에는 알루미늄-실리콘 코팅이 제공된다. 22MnB5의 조성은 하기 중량 백분율로 요약되어 있다 (나머지는 철 (Fe)과 불순물이다):

유사한 화학 조성을 갖는 몇몇 22MnB5 강철이 시판중이다. 그러나, 22MnB5 강철의 각 구성요소의 정확한 양은 제조업체마다 약간 다를 수 있다.

Usibor® 1500P는 페라이트-펄라이트 상 (ferritic-perlitic phase)으로 공급된다. 그것은 균질한 패턴으로 분포된 미세한 입자 구조이다. 기계적 성질은 이 구조와 관련이 있다. 가열, 핫 스탬핑 공정, 및 후속적 켄칭 후에, 마르텐사이트 미세구조가 생성된다. 그 결과, 최대 강도 및 항복 강도가 현저하게 증가한다.

Usibor^® 1500P의 조성은 아래 중량 백분율로 요약되어 있다 (나머지는 철 (Fe)과 불가피한 불순물이다):

앞서 언급된 바와 같이, 부식 및 산화 손상을 방지하기 위해 Usibor^® 1500P에는 알루미늄-규소 (AlSi) 코팅이 공급된다. 그러나, 이 코팅은 그 용접 거동과 관련하여 상당한 단점을 갖는다. 어떠한 추가 조치 없이도 Usibor® 1500P 블랭크가 용접되면 코팅의 알루미늄이 용접 영역으로 유입될 수 있으며 이는 생성된 구성요소의 기계적 성질의 상당한 저하를 유발할 수 있으며 용접 구역에서 약한 파단 가능성을 증가시킬 수 있다.

용접 이음매 (seam) 내 알루미늄의 존재는 추가 열간 변형 공정에서 마르텐 사이트의 생성을 피한다. 또한, 높음 알루미늄 농도는 금속간 화합물 (intermetallics)의 생성을 초래한다. 그러한 금속간 화합물은 일반적으로 부서지기 쉬어서, 이는 더 약한 용접임을 암시하며 핫 스탬핑과 같은 열간 변형 공정 후 금속물질간 화합물은 더 약한 접합을 초래할 수 있다. 조치를 취하지 않으면, 용접의 최종 인장 강도는, 예를 들어, 1500 MPa에서, 예를 들어 900 MPa로 감소될 수 있는데, 이는 생성된 구성요소에 굽힘 하중 (bending load) (예를 들어, 충격)이 가해지면 용접 영역에서 국소 파열을 초래할 수 있다.

이러한 유형의 문제를 극복하기 위해, 용접 갭에 가까운 영역에서 코팅의 일부를 (예를 들어, 레이저 제거(laser ablation)에 의해) 제거하는 것으로 이루어진 WO 2007/118939에 방법이 제안되었다. 이 방법은 (테일러드) 블랭크 및 구성요소의 제조를 위해 추가 단계를 필요로 하고 공정의 반복적 특성에도 불구하고 이 추가 단계는 폐기될 부품 수가 증가된 복잡한 품질 공정을 필요로 한다는 단점을 갖는다. 이것은 용접 단계의 비용 증가를 수반하고 산업 기술의 경쟁력을 제한한다.

US 2008/0011720은 레이저 빔에 의해 적어도 하나의 금속 피가공물 (workpiece)을 레이저 용접하는 방법을 제안하며, 상기 피가공물은 알루미늄을 함유하는 표면을 가지며, 레이저 빔이 금속을 용융시키고 상기 피가공물(들)을 용접하기 위해 적어도 하나의 전기 아크와 결합되는 것을 특징으로 한다. 아크 전방의 레이저는 용융된 구역 전체에 걸쳐 오스테나이트 구조를 유지하는 데 유리한 감마-상을 유도하는 원소 (Mn, Ni, Cu, 등)를 함유하는 플럭스-코어된 와이어 등을 사용할 수 있도록 한다.

그러나, 용접 구역의 깊이를 따라 필러 재료의 단지 부분 희석과 관련된 문제가 발견되어 그 결과 용접 강도가 감소된다. 또한, 필러 재료는 용접 구역에서 균질하게 분포되지 않을 수 있다. 이것은 특정 영역에서 재료 축적 ("범프")을 유발하여 용접 구역의 거동에 국소적으로 영향을 미칠 수 있다. 즉, 용접 구역의 기계적 성질이 달라질 수 있다. 또 다른 문제는 전기 아크가 다르게 용융될 수 없기 때문에 필러 재료를 적용하기 전에 예열할 필요가 있을 수 있다는 점이다.

결론적으로, 강화된 용접을 얻기 위한 방법을 제공할 필요가 여전히 있으며, 이는 상기 언급된 문제 중 일부를 피하거나 적어도 감소시킨다.

본 발명 전체에 걸쳐, 블랭크는 하나 이상의 처리 단계 (예를 들어, 변형, 기계가공, 표면 처리 또는 기타)를 거치지 않은 물품으로 간주될 수 있다. 이들 물품은 실질적으로 편평한 플레이트일 수 있거나 더 복잡한 형상을 가질 수 있다.

본 출원은 2017년 8월 9일자로 출원된 유럽 특허 출원 제EP17382563.9호의 우선권을 주장한다.

본 발명의 제1 양상에서, 제1 블랭크와 제2 블랭크를 접합시키는 방법이 제공되는데, 여기서, 상기 제1 블랭크와 제2 블랭크 중 적어도 하나는, 적어도 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 층을 포함하며, 상기 방법은:

ㆍ 용접을 위해 상기 제1 블랭크 및 상기 제2 블랭크를 배치하는 단계;

ㆍ 용접 경로를 따라 상기 제1 블랭크 및 상기 제2 블랭크를 레이저 용접하는 단계 및

, 상기 용접 블랭크를 열간 변형(hot deforming) 및 켄칭(quenching)하여 구성요소를 형성하는 단계를 포함하며,

여기서, 상기 용접 경로는 용접 방향을 따른 선형 운동과 상기 용접 방향에 실질적으로 횡방향인 진동 운동을 결합하며, 여기서, 상기 용접은 필러를 사용하지 않고 수행된다.

이 양상에 따르면, 알루미늄은 용접 구역에 존재할 수 있지만, 핫 스탬핑과 같은 열간 변형 공정 후에 악화된 기계적 성질을 초래하지 않는다. 용접 구역의 인장 강도는 생성된 구성요소의 인접한 부분과 동일한 수준일 수 있다. 충분한 주파수의 진동 운동은 용접 구역 전체에 걸쳐 알루미늄의 희석을 초래하여, 국소적으로 알루미늄의 농도는 금속간 부품으로 이어지지 않을 정도로 너무 낮아서 고전적인 열간 변형 및 켄칭 공정에서 마르텐사이트의 형성을 피하지 않도록 한다

따라서, 코팅된 강철 블랭크가 용접될 경우, 일부 종래 기술의 방법에서 제안된 바와 같이, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 층을 완전히 또는 부분적으로 제거 할 필요가 없다. 이러한 방식으로, 코팅된 층을 제거하는 중간 공정 단계가 필요하지 않기 때문에, 2개의 블랭크를 용접하는 공정은 더 빠르고 저렴한 방식으로 수행된다. 한편, 용접 구역에 어떠한 필러도 추가할 필요가 없기 때문에, 필러 재료와 함께 고속 가스 유동과 관련된 모든 단점을 피한다.

전형적으로, 제1 블랭크 및 제2 블랭크의 접합 유형은 에지 대 에지 맞대기 접합 (edge-to edge butt-joining), 오버랩 접합 및 랩 접합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되며, 에지 대 에지 맞대기 접합이 바람직하다.

에지 대 에지 맞대기 접합이라는 용어는 한 조각의 좁은 표면이 다른 조각의 좁은 표면에 접합된 경우를 지칭하는 것으로 이해된다 (도 1c 참조). 이 에지 대 에지 (또는 맞대기 접합 또는 에지 대 에지 맞대기 접합) 구성은 전형적으로 테일러 용접 블랭크를 얻는데 사용된다.

전형적으로, 제1 블랭크 및/또는 제2 블랭크는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 층을 포함하는 코팅을 갖는 강철 기판을 포함하며, 여기서, 상기 강철 기판은 바람직하게는 초 고강도 강철이다.

본 발명의 바람직한 구현예에서, 용접 경로의 진동 운동은 실질적으로 원형 루프 패턴을 따르거나 대안적으로 왕복 선형 운동이다. 왕복 선형 운동을 따르는 패턴의 예는 지그재그 및 정현파 패턴이지만, 이에 제한되지 않는다.

전형적으로, 용접 경로의 진동 운동은 400 내지 1500 Hz, 바람직하게는 600 내지 1200 Hz의 주파수를 가지며, 700 내지 1000 Hz의 범위가 보다 바람직하다.

전형적으로, 용접 경로는 0.5 내지 10 mm, 바람직하게는 0.5 내지 5 mm, 보다 바람직하게는 0.5 내지 3 mm의 폭을 가지며, 0.8 내지 2 mm가 가장 바람직하다. 일부 예에서, 폭이 0.8 내지 1.2 mm인 용접 경로가 바람직하다.

레이저 빔의 스폿은 원형과 같은 임의의 형상일 수 있으며, 그 크기는 0.2 mm 내지 1 mm의 범위, 바람직하게는 0.5 mm 내지 1 mm의 범위 일 수 있다.

본 발명의 또 다른 구현예에서, 레이저 빔은 0.5 kW 내지 10 kW, 바람직하게는 3 kW 내지 6 kW 범위의 최대 전력을 갖는다. 유리한 구현예에서, 최대 전력 4 kW가 사용된다. 보호 가스, 예컨대 아르곤 또는 헬륨이 부식을 피하기 위해 사용될 수도 있다.

일부 경우에, 레이저 빔의 전력은 레이저 빔의 진동 운동 동안 동적으로 제어될 수 있는데, 특히, 레이저 빔의 전력은 레이저가 1회 이상의 패스를 사용하는 작은 영역에서 또는 레이저 방향이 갑자기 변하여 진동 운동을 형성하는 스팟 영역에서 조정될 수 있다. 레이저 빔의 전력의 이러한 동적 제어의 유리한 효과는 용접될 블랭크의 특정 특성에 따라 용접 경로를 따라 용접 공정 동안 전력을 조정할 수 있는 가능성이다.

레이저 빔에 기술된 진동 운동의 패턴 유형 및/또는 레이저 스폿의 폭에 따라, 용접 구역의 일부 영역은 더 많은 시간 동안 레이저 빔이 적용될 수 있거나 다른 영역보다 1회 이상의 패스에 적용될 수 있다. 이와 관련하여, 적용된 레이저 빔의 전력은 다른 영역보다 더 많은 시간 동안 또는 다른 영역과 비교할 때 레이저 빔이 1회 이상의 패스에 적용될 때, 예를 들어, 레이저 빔에 특별히 노출되는 이들 언급된 영역의 과열을 피하기 위해 용접 공정 동안 조정될 수 있다.

다른 구현예에서, 특히 두께가 상이한 2개의 블랭크가 함께 용접되는 경우, 인가된 레이저 빔의 전력은 동일한 레이저 빔이 이어서 더 낮은 전력으로 조정되어 더 얇은 블랭크에 인가되는 동안 레이저 빔의 최대 전력이 더 두꺼운 블랭크에 인가되는 방식으로 용접 공정 동안에 조정될 수 있다.

유사하게는, 용접될 블랭크가 상이한 코팅 두께를 갖는 경우에 레이저 빔의 전력의 동적 제어가 적용될 수도 있다. 이 경우에, 또한 더 두꺼운 두께를 갖는 블랭크 상의 레이저 빔의 더 낮은 전력을 조정하면서 더 두꺼운 코팅을 갖는 블랭크 상의 레이저 빔의 최대 전력을 사용함으로써 레이저 빔의 전력의 동적 제어를 적용하는 것이 바람직하다.

놀랍게도, 본 발명의 진동 용접 공정 동안 동적으로 제어되는 레이저 동력을 사용하여 용접 블랭크 구성요소를 얻기 위한 최상의 결과는 사용된 레이저 빔의 더 낮은 전력이 최대 전력의 10 내지 50%, 바람직하게는 15 내지 45% 범위일 때 달성된다는 것을 발견하였다. 이러한 더 낮은 전력은 최소 전력이라고도 불린다. 예를 들어, 레이저 빔이 1회 이상 패스로 적용되는 작은 영역에 최대 전력의 10 내지 50%의 최소 전력을 인가함으로써, 상기 작은 영역의 과열을 피하고, 용접 영역에서 알루미늄이 정확하게 혼합되고, 따라서 용접 구역에서 페라이트 함유물의 형성을 피한다.

전형적으로, 용접 방향을 따른 선형 운동은 레이저 빔에 의해 1 내지 10 m/분, 바람직하게는 2 내지 8 m/분, 보다 바람직하게는 3 내지 5 m/분의 속도로 수행된다. 유리한 구현예에서, 용접 방향을 따른 선형 운동은 레이저 빔에 의해 4 m/mm의 속도로 수행된다.

진동 운동은 코팅에 존재하는 알루미늄 양이 용접 구역에서 충분히 희석되는 방식으로 선택되며 따라서 알루미늄의 평균 중량 농도는 항상 5% 미만, 바람직하게는 3% 미만, 보다 바람직하게는 1% 미만이어야 한다.

본 발명의 방법은, 예를 들어, 2개의 블랭크를 맞대기 접합함으로써 테일러드 블랭크를 형성하는데 사용될 수 있다. 블랭크 중 하나 또는 블랭크 둘 다는, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 층을 포함하는 코팅을 갖는 강철 기판을 포함할 수 있다. 테일러 용접 블랭크 (TWB) 기술은 구성요소의 성질을 국소적으로 조정하기 위해 사용된다. 테일러 용접 블랭크 기술에서, 상이한 두께 또는 상이한 재료의 블랭크가 접합될 수 있다.

상이한 두께를 갖는 2개의 블랭크를 함께 용접하기 위한 전형적인 맞대기 접합 구성은, 베이스 (하부 표면)가 동일한 형상 평면에 배치되고 블랭크 둘 다가 에지들 중 하나에 접촉하는 방식으로 블랭크 둘 다를 배치하는 것으로 이루어진다. 맞대기 접합 구성을 사용할 때, 레이저 빔은 용접 방향을 따라 이동하면서 용접될 블랭크 둘 다의 표면에 수직이다.

본 개시 내용의 비제한적인 예는 첨부된 도면을 참조하여 이하에 기술될 것이다:
도 1a, 1b 및 1c는 2개의 블랭크를 접합시키기 위한 3개의 상이한 구성을 도시하며;
도 2는 2개의 블랭크를 접합하는 바람직한 예를 도시하며;
도 3은 2개의 블랭크를 레이저 빔 용접하는 예를 도시하며;
도 4 및 5는 본 발명의 일부 예에 따른 용접 경로 패턴을 도시하며;
도 6은 본 발명의 또 다른 예에 따른 2개의 블랭크를 레이저 빔 용접하는 예를 도시하며;
도 7은 제품을 형성하기 위한 공정의 흐름도를 도시한다.

도 1a, 1b 및 1c는 강철 기판 (121) 및 코팅 (111)을 갖는 제1 블랭크 (A)와 강철 기판 (122) 및 코팅 (112)을 갖는 제2 블랭크 (B)를 접합시키기 위한 3개의 상이한 구성을 도시한다.

도 1a는 오버랩 접합 구성에서 제1 블랭크 (A)와 제2 블랭크 (B)를 접합시키는, 즉 제2 블랭크 (B) 위에 제1 블랭크 (A)를 배치하는 방법의 예를 도시한다. 레이저 빔은 제1 블랭크 (A)의 외부 표면에 적용되며 레이저 빔이 적용되는 블랭크 (A)의 영역은 전체 두께 (140)에서 용융되는 반면, 레이저에 의해 도달된 제2 블랭크 (B)의 영역은 그 전체 두께 (140)에 걸쳐 반드시 용융될 필요는 없다.

도 1b는 랩 접합 구성에서 제1 블랭크 (A)와 제2 블랭크 (B)를 접합시키는, 즉 제2 블랭크 (B) 위에 제1 블랭크 (A)를 배치하는 방법의 예를 도시하는데, 이때 제1 블랭크 (A)는 적어도 제2 블랭크 (B)에 대해 적어도 부분적으로 슬라이딩된다. 레이저 빔은 레이저 장치의 외부로부터 접근할 수 있는 2개의 블랭크 사이의 접촉 구역 (140)에 적용된다.

도 1c는 에지 대 에지 구성에서 제1 블랭크 (A)를 제2 블랭크 (B)를 접합시키는 방법 ("맞대기 접합" 또는 "에지 대 에지 맞대기 접합"으로도 알려져 있음)의 예를 도시한다. 에지 대 에지 용접은 블랭크 둘 다가 측면 섹션에 접촉되는 방식으로 제2 블랭크 (B) 외에 제1 블랭크 (A)를 배치하고 두 블랭크 사이의 접합부 (140) 위에 레이저 빔을 적용하는 것으로 이루어진다.

도 2는 제1 블랭크 (A)와 제 2 블랭크 (B)를 접합시키는 방법의 바람직한 예를 도시한다. 제1 블랭크 (A)의 제1 영역 (131)은 제2 블랭크 (B)의 제2 부분 또는 영역 (132)에 접합하게 된다. 이 예에서, 2개의 블랭크 (A, B)는 맞대기 접합, 즉 에지 대 에지 용접하게 된다.

도 2의 예에서, 제1 블랭크 (A)와 제2 블랭크 (B) 둘 다는 코팅된 UHSS 기판, 예를 들어, 코팅된 22MnB5 강철 기판, 예컨대, 예를 들어, Usibor^® 1500 P일 수 있다. 따라서, 블랭크 둘 다는 코팅 층 (111, 112)이 제공될 수 있는 강철 기판 (121, 122)을 포함한다. 도포된 코팅은 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 예컨대 알루미늄-규소일 수 있다. 도 2는 단일 코팅 층 (111, 112)을 도시한다. 그러나, 복수의 코팅 층이 사용될 수도 있다. 코팅은 강철 기판의 상부 표면과 하부 표면 둘 다에 제공된다.

도 3은 레이저 빔 (220)이 나가는 레이저 헤드 (222)를 갖는 레이저 용접 장치 (221)의 단면도를 도시한다. 레이저 빔 (220)은 용접 풀 (weld pool) (230)에서 블랭크 (A, B)의 영역 (131, 132)을 용융시킬 수 있다 (도 2 참조). 이 예에서, 블랭크 (131, 132)의 영역은 그들의 전체 두께에 걸쳐 용융된다. 이와 관련하여, 코팅층 (111, 112)의 코팅 재료뿐만 아니라 강철 기판 재료 (121, 122)는 용접 풀 (230)에서 모두 함께 혼합된다.

일반적으로, 레이저 빔의 스폿은 임의의 형상, 예컨대 원형일 수 있다. 빔 직경이라고도 불리는 스폿 크기는 0.2 mm 내지 1 mm의 범위, 바람직하게는 0.5 mm 내지 1 mm의 범위일 수 있다.

레이저 빔은 0.5 내지 10 kW, 바람직하게는 3 kW 내지 6 kW 범위의 최대 전력을 갖는다. 또한, 보호 가스, 예컨대 아르곤 또는 헬륨은 블랭크, 특히 용접 영역의 표면 부식을 피하기 위해 사용될 수 있다.

도 4는 에지 대 에지 접합에 평행한 용접 방향 (320)을 따르는 용접 패턴 (310)의 예의 평면도를 도시한다. 이 예에서 용접 패턴 (310)은 용접 방향을 따르는, 즉 용접 이음매를 따르는 실질적으로 선형 운동과 용접 방향에 실질적으로 수직인 진동 운동의 조합을 포함한다. 이 예에서, 편심이 0에 가까운 실질적으로 원형 루프는 소정의 주파수로 반복되고 그러한 운동은 용접 방향을 따른 선형 운동에 중첩되어 수행된다. 그러나, 편심이 0과 1 사이인 타원형 루프, 또는 다른 비선형 패턴이 사용될 수도 있다.

상기 언급된 바와 같이, 특히 레이저 빔이 더 많은 시간 적용되는 영역 (330, 340)의 임의의 바람직하지 않은 과열을 피하기 위해, 레이저 전력 빔은 진동 용접 공정 동안 동적으로 제어된다. 레이저 빔의 최대 전력의 20 내지 45%의 레이저 빔의 더 낮은 전력이 사용된다. 이 경우에, 용접에 페라이트 함유물이 존재하지 않는 균일한 경도 프로파일이 얻어지며 따라서 용접 영역의 품질이 향상된다.

용접 패턴의 주파수는 400 내지 1500 Hz, 바람직하게는 600 내지 1200 Hz, 보다 바람직하게는 700 내지 1000 Hz일 수 있다. 다시 말해, 레이저 빔은 400 내지 1500 Hz, 바람직하게는 600 내지 1200 Hz, 보다 바람직하게는 700 내지 1000 Hz의 주파수에서 용접 패턴을 따라 진동한다. 700 내지 800 Hz의 특정 주파수 범위가 특히 유리한 것으로 밝혀졌다. 동시에, 레이저 빔은 용접 패턴의 방향으로 1 내지 10 m/분 범위의 속도, 바람직하게는 2 내지 8 m/분 범위의 속도로 선형 운동한다.

고주파수를 갖는 용접 패턴은 용접 구역 전체에 걸쳐 알루미늄의 평균 중량 농도가 항상 5% 미만, 특히 3% 미만, 보다 특히 1% 미만인 방식으로 용접 구역 전체에 걸쳐 알루미늄을 희석시킬 수 있는 것으로 밝혀졌다. 외부 층 내 알루미늄의 양을 최소화하면서 금속간 층에 알루미늄의 존재를 피할 수 있다면, 열간 변형 다이 켄칭 후 용접 영역의 생성된 강도가 향상되는 것으로 밝혀졌다.

용접 이음매에서 알루미늄 농도가 낮으면 금속간 화합물을 생성할 수 없으며 따라서 용접 구역이 약해지지 않을 것이다.

따라서, 본 발명에 따른 선형 및 진동 용접 경로 패턴을 구현할 경우, 용접 전에 블랭크 (A, B)의 알루미늄 층 코팅 (111, 112)을 제거할 필요가 없다. 부분적이거나 완전한 제거가 필요하지 않다. 열간 성형된 구성요소의 제조가 단순화되어 비용 절감과 보다 빠른 작동을 초래할 수 있다.

도 5는 화살표로 표시된 용접 방향을 따르는 대안적인 용접 패턴 (401, 402)의 평면도를 도시한다. 용접 패턴 (401)은 지그재그 패턴을 도시하고, 용접 패턴 (402)은 정현파 형상을 도시한다. 두 용접 패턴 (401, 402)의 주파수는 높은 알루미늄 농도 없이 동시에 요구되는 강도를 갖는 용접을 발생하도록 변경될 수 있다. 이 경우에, 동적으로 제어된 레이저 빔의 사용은 상기 언급된 바와 같은 이유로 선호된다.

도 6은 본 발명의 방법의 대안적인 구현예를 도시한다. 이 경우에, 레이저 빔은 대안적으로, 중간 단면 평면 (P) 내에서 용접 방향 화살표 (WD)를 따라 적용되며, 용접 블랭크의 표면에 수직인 법선 방향 (N)에 대해 각도 (α)를 형성할 수 있다. 레이저 빔의 이러한 경사가 특히 유리한데, 특히 용접될 2개의 블랭크 및/또는 이의 코팅이 상이한 두께를 갖는 경우에 그러한 것으로 밝혀졌다. 전형적으로, 각도 (α)는 법선 방향 (N)에 대하여 0 내지 70도, 바람직하게는 10 내지 50도의 범위일 수 있다.

도 7은 최종 핫-스탬프 및 다이 켄칭된 생성물을 얻기 위한 본 발명에 따른 공정의 흐름도를 도시한다. 우선, 본원에 개시된 임의의 예에 따른 용접 공정 (510)은 제 1 블랭크 (A) 및 제 2 블랭크 (B)를 용접하는데 사용될 수 있다. 생성된 용접 블랭크는, 예를 들어, 노 (furnace)에서 대략 오스테나이트화 온도 (austenizing temperature)까지 가열될 수 있다 (520). 이어서, 블랭크는 특정 기하학적 구성을 갖는 구성요소, 예컨대 B-필러 구성요소를 형성하기 위해 열간 변형 (530), 예를 들어 핫 스탬핑될 수 있다. 열간 변형 공정 후, 블랭크는 특히 용접 블랭크의 용접 구역에서 만족스러운 기계적 특성을 제공하는 마르텐사이트 미세구조를 얻기 위해 켄칭될 수 있다 (540).

다수의 예만이 본원에 개시되어 있지만, 다른 대안, 변형, 사용 및/또 이의 등가물이 가능하다. 또한, 기술된 예의 모든 가능한 조합 또한 포함된다. 따라서, 본 개시 내용의 범위는 특정 예에 의해 제한되지 않아야 하며, 하기 청구범위의 공정한 판독에 의해서만 결정되어야 한다.

Claims (15)

1. 제1 블랭크와 제2 블랭크를 접합시키는 방법으로서, 상기 제1 블랭크와 제2 블랭크 중 적어도 하나는, 적어도 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 층을 포함하며, 상기 방법은:
   ㆍ 용접을 위해 상기 제1 블랭크 및 상기 제2 블랭크를 배치하는 단계;
   ㆍ 용접 경로를 따라 상기 제1 블랭크 및 상기 제2 블랭크를 레이저 용접하는 단계 및
   ㆍ 상기 용접 블랭크를 열간 변형(hot deforming) 및 켄칭(quenching)하여 구성요소(component)를 형성하는 단계;를 포함하며,
   여기서, 상기 용접 경로는 용접 방향을 따른 선형 운동과 상기 용접 방향에 실질적으로 횡방향인 진동 운동을 결합하며, 여기서, 상기 용접은 필러를 사용하지 않고 수행되는, 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 블랭크와 상기 제2 블랭크의 상기 접합은 에지 대 에지 맞대기 접합 (edge-to edge butt-joining), 오버랩 접합 및 랩 접합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 제1 블랭크와 상기 제2 블랭크의 접합은 에지 대 에지 맞대기 접합이며, 따라서 테일러 용접 블랭크 (tailor welded blank)를 형성하는 것인, 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 블랭크 및/또는 상기 제2 블랭크는 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 층을 포함하는 코팅을 갖는 강철 기판을 포함하며, 여기서, 상기 강철 기판은 바람직하게는 초 고강도 강철인, 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용접 경로의 상기 진동 운동은 실질적으로 원형 루프 패턴을 따르는 것인, 방법.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진동 운동은 왕복 선형 운동인, 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진동 운동은 400 내지 1500 Hz, 바람직하게는 600 내지 1200 Hz의 주파수를 갖는, 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 진동 운동은 700 내지 1000 Hz의 주파수를 갖는, 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용접 경로는 0.5 내지 10 mm, 바람직하게는 0.8 내지 1.2 mm의 폭을 갖는, 방법.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 레이저 빔은 0.2 mm 내지 1 mm, 바람직하게는 0.5 mm 내지 1 mm 범위의 스폿 크기를 갖는, 방법.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 레이저 빔은 0.5 kW 내지 10 kW, 바람직하게는 3 kW 내지 6 kW 범위의 최대 전력을 갖는, 방법.
12. 제1항에 있어서, 레이저 빔의 전력은 상기 진동 운동 동안에 동적으로 제어되며, 여기서 최대 전력의 10 내지 50%, 바람직하게는 최대 전력의 20 내지 45%의 최소 전력이 사용되는, 방법.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용접 방향을 따르는 상기 선형 운동은 레이저에 의해 1 내지 10 m/분 범위의 속도, 바람직하게는 2 내지 8 m/분 범위의 속도로 수행되는, 방법.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용접 구역은 상기 구성요소의 인접한 부분과 실질적으로 동일한 인장 강도를 갖는 것인, 방법.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 코팅은 용접 전에 완전히 또는 부분적으로 제거되지 않는, 방법.

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