(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ブランクアセンブリ（１４０）を作製する方法であって、
（ａ）厚さ（Ｔ１）を有する第１のシート金属ピース（１１２）および厚さ（Ｔ２）を有する第２のシート金属ピース（１１２’）を準備するステップと、
（ｂ）前記第１および第２のシート金属ピースをエッジ領域で合うように配置するステップと、
（ｃ）エッジ領域で前記第１および第２のシート金属ピースとの間に溶接接合部（１４８）を形成するステップと、
を含み、
ステップ（ａ）において、前記第１および第２のシート金属ピースの少なくとも１つは、被覆シート金属ピースであり、基材層（１１４）と、コーティング材料層（１１８）と、前記基材層と前記コーティング材料層との間に配置された中間材料層（１１６）とを含み、前記中間材料層が前記基材層と前記コーティング材料層のそれぞれからの少なくとも１つの成分を有する金属間化合物を含み、前記少なくとも１つのシート金属ピースは、前記コーティング材料層と前記中間材料層の両方からの材料がレーザーで取り除かれた溶接ノッチ（１３０）を備えたエッジ領域（１２０）を有し、
ステップ（ｃ）において、前記溶接接合部は、少なくとも部分的に前記溶接ノッチに位置し、エッジ領域からの材料を含むが、前記コーティング材料層と前記中間材料層の両方からの材料を実質的に含まず、前記溶接接合部の組成が、前記コーティング材料層からの材料の０．５重量％未満と、前記中間材料層からの材料の０．５重量％未満とを含んで構成される
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
Ｔ１＞Ｔ２であり、より薄い前記第２のシート金属ピース（１１２’）は、前記コーティング材料層（１１８）からの材料が取り除かれた溶接ノッチ（１３０’）を備えた被覆シート金属ピースであり、ステップ（ｃ）は、より厚い前記第１のシート金属ピース（１１２）からの溶解材料が前記より薄い第２のシート金属ピースの前記溶接ノッチに流れ込み、凝固するように、前記溶接接合部（１４８）を形成することをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
Ｔ１＝Ｔ２であり、前記第１および第２のシート金属ピース（１１２、１１２’）の両方は、コーティング材料層（１１８）からの材料が取り除かれた溶接ノッチ（１３０、１３０’）を備えた被覆シート金属ピースであり、ステップ（ｃ）は、前記第１および第２のシート金属ピースの両方からの溶解材料が、前記第１および第２のシート金属ピースの溶接ノッチの両方に流れ込み、凝固するように、前記溶接接合部（１４８）を形成することをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記溶接ノッチ（１３０）は、それが形成される前記シート金属ピースの厚さ（Ｔ１、Ｔ２）の０．５〜１．５倍の範囲の幅（Ｗ）を有する、請求項１記載の方法。
【請求項５】
ステップ（ｃ）は、
前記第１および第２のシート金属ピース（１１２、１１２’）の両方からの溶解材料を含む前記エッジ領域（１２０）で前記第１および第２のシート金属ピース間に溶接プール（１４６）を形成するステップと、
前記溶接プールが一旦形成されれば、前記溶接接合部（１４８）のサイズ、形状、および／または組成に影響を及ぼすためにさらなる材料（１５６、１５８）を前記溶接プールにもたらし、前記さらなる材料は、後の熱処理工程の間に前記溶接接合部を強化するように意図されるステップと
をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
溶接ブランクアセンブリ（１４０）を作製する方法であって、
（ａ）第１および第２のシート金属ピース（１１２、１１２’）を準備するステップと、
（ｂ）前記第１および第２のシート金属ピースをエッジ領域で合うように配置するステップと、
（ｃ）レーザー（１４２）を使用してエッジ領域で前記第１および第２のシート金属ピース間に溶接プール（１４６）を形成するステップと、
（ｄ）前記溶接プールが一旦形成されれば、さらなる材料（１５６、１５８）を前記溶接プールにもたらすステップと
を含み、
ステップ（ａ）において、前記第１および第２のシート金属ピースの少なくとも１つは、被覆シート金属ピースであり、コーティング材料層（１１８）からの材料と中間材料層（１１６）からの材料の両方の材料がレーザーで取り除かれた溶接ノッチ（１３０）を備えたエッジ領域（１２０）を有し、前記中間材料層が前記基材層と前記コーティング材料層のそれぞれからの少なくとも１つの成分を有する金属間化合物を含み、
ステップ（ｃ）において、前記溶接プールは、エッジ領域からの材料を含むが、前記コーティング材料層からの材料及び前記中間材料層からの材料を実質的に含まず、
ステップ（ｄ）において、前記さらなる材料（１５６、１５８）は溶接接合部（１４８）のサイズ、形状、および／または組成に影響を及ぼし、前記さらなる材料は、後の熱処理工程の間に前記溶接接合部を強化する、
ことを特徴とする方法。
【請求項７】
ステップ（ｄ）は、前記溶接プール（１４４）が一旦形成されれば、前記溶接接合部（１４８）のサイズに影響を及ぼすために前記さらなる材料（１５６、１５８）を前記溶接プールにもたらすことをさらに含み、前記さらなる材料は、第１に、前記第１および第２のシート金属ピース（１１２、１１２’）のエッジ（１２８、１２８’）間のギャップ内のフィリングに対向して前記溶接接合部の厚さの増大を引き起こすように前記溶接プールにもたらされ、前記増大した厚さは、後の熱処理工程の間に前記溶接接合部を強化する、請求項６記載の方法。
【請求項８】
ステップ（ｄ）は、前記溶接プール（１４４）が一旦形成されれば、前記溶接接合部（１４８）の形状に影響を及ぼすために前記さらなる材料（１５６、１５８）を前記溶接プールにもたらすことをさらに含み、前記さらなる材料は、凹形状に対向して前記溶接接合部の概して凸形状をもたらすように前記溶接プールにもたらされ、前記凸形状は、後の熱処理工程の間に前記溶接接合部を強化する、請求項６記載の方法。
【請求項９】
ステップ（ｄ）は、前記溶接プール（１４４）が一旦形成されれば、前記溶接接合部（１４８）の組成に影響を及ぼすために前記さらなる材料（１５６、１５８）を前記溶接プールにもたらすことをさらに含み、前記さらなる材料は、前記溶接プールの溶解含有物と前記さらなる材料を混合させるように前記溶接プールにもたらされ、後の熱処理工程の間に前記溶接接合部を強化する、請求項６記載の方法。
【請求項１０】
ステップ（ｄ）は、金属粉の形態で前記溶接プール（１４４）に前記さらなる材料（１５６）をもたらすことをさらに含み、前記金属粉は、前記さらなる材料が前記溶接接合部（１４８）内でよく分散されるように、高エネルギー密度レーザー（１４２）によって形成されたキーホール溶接で導入される、請求項６記載の方法。
【請求項１１】
前記さらなる材料（１５６、１５８）は、前記形成された溶接接合部（１４８）の組成が前記第１および第２のシート金属ピース（１１２、１１２’）の基材層より高い炭素含有量を有するように、炭素または炭素系合金である、請求項６記載の方法。
【請求項１２】
（ｅ）熱間鍛造工程の一部として前記溶接ブランクアセンブリ（１４０）を熱処理するステップをさらに含み、
前記溶接ブランクアセンブリを、一旦前記熱間鍛造工程が完了すれば、前記さらなる材料（１５６、１５８）を備えた前記溶接接合部（１４８）に前記第１および第２のシート金属ピース（１１２、１１２’）を備えた概して一貫した微構造をもたせるように熱処理する、請求項６記載の方法。
【請求項１３】
ステップ（ｃ）は、レーザー（１４２）を使用して前記第１および第２のシート金属ピース（１１２、１１２’）から溶解材料の溶接プール（１４４）を形成し、前記溶解材料を少なくとも部分的に凝固させることをさらに含み、ステップ（ｄ）は、前記少なくとも部分的に凝固された溶解材料に前記さらなる材料をもたらして、前記溶接プールが一旦形成されれば前記溶接接合部（１４８）上に保護コーティング（１５４）を形成することをさらに含む、請求項６記載の方法。
【請求項１４】
溶接ブランクアセンブリ（１４０）であって、
基材層（１１４）と、コーティング材料層（１１８）と、前記基材層と前記コーティング材料層との間に配置された中間材料層（１１６）とを含み、前記中間材料層が前記基材層と前記コーティング材料層のそれぞれからの少なくとも１つの成分を有する金属間化合物を含み、第１のエッジ領域（１２０）に沿ってコーティング材料層（１１８）と中間材料層の両方の内にレーザーで形成された第１の溶接ノッチ（１３０）を有する第１のシート金属ピース（１１２）と、
基材層（１１４）と、コーティング材料層（１１８）と、前記基材層と前記コーティング材料層との間に配置された中間材料層（１１６）とを含み、前記中間材料層が前記基材層と前記コーティング材料層のそれぞれからの少なくとも１つの成分を有する金属間化合物を含み、第２のエッジ領域（１２０’）に沿ってコーティング材料層（１１８）と中間材料層の両方の内にレーザーで形成された第２の溶接ノッチ（１３０’）を有する第２のシート金属ピース（１１２’）と、
前記第１および第２のエッジ領域に沿って前記第１および第２のシート金属ピースをともに接合し、前記第１および第２のシート金属ピースの前記コーティング材料層と中間材料層の構成物質が実質的にない溶接接合部（１４８）と
を含み、
前記溶接接合部の組成が、前記コーティング材料層からの材料の０．５重量％未満と、前記中間材料層からの材料の０．５重量％未満とを含んで構成され、
前記溶接接合部は、前記第１および第２の溶接ノッチの表面によって少なくとも部分的に画成された溶接領域（１５０）内に位置する、溶接ブランクアセンブリ。
【請求項１５】
追加の材料を前記溶接接合部に供給して、ひとたび形成された前記溶接接合部上に保護コーティング（１５４）を形成するステップをさらに含み、
前記追加の材料が、後続の熱処理及び／又は加熱成形工程の間、溶接領域を酸化から保護する耐食材料であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１６】
前記追加の材料が、前記第１および第２のシート金属ピースのコーティング材料層と共通した１つ以上の成分を含んでいることを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記追加の材料が、前記コーティング材料層からあらかじめ取り除かれた材料を少なくとも部分的に置き換えるアルミニウム又はアルミニウム合金を含んでいることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記追加の材料が、前記第１および第２のシート金属ピースのコーティング材料層と共通した１つ以上の成分を含んでいることを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１９】
前記追加の材料が、前記コーティング材料層からあらかじめ取り除かれた材料を少なくとも部分的に置き換えるアルミニウム又はアルミニウム合金を含んでいることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の参照
本出願は、２０１２年６月２９日に出願された米国仮出願第６１／６６６，３８８号明細書、２０１２年９月１７日に出願された米国仮出願第６１／７０１，９０９号明細書、２０１２年１１月３０日に出願された米国仮出願第６１／７３１，４９７号明細書、２０１３年３月１４日に出願された米国仮出願第６１／７８４，１８４号明細書の優先権の利益を享受し、これにより、上記仮出願の全体の開示は、引用により組み込まれている。
【０００２】
本開示は、一般に溶接ブランクアセンブリに関し、より詳細には、被覆シート金属ピースをともに溶接して、溶接ブランクアセンブリを形成することに関する。
【背景技術】
【０００３】
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つ以上の薄い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、完全性などを低下する。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。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
１つの実施形態によれば、溶接ブランクアセンブリを作製する方法であって、（ａ）厚さ（Ｔ1）を有する第１のシート金属ピースおよび厚さ（Ｔ2）を有する第２のシート金属ピースを準備するステップと、（ｂ）第１および第２のシート金属ピースをエッジ領域で合うように配置するステップと、（ｃ）エッジ領域で第１および第２のシート金属ピースの間に溶接接合部を形成するステップとを含み、ステップ（ａ）において、第１および第２のシート金属ピースの少なくとも１つは、被覆シート金属ピースであり、コーティング材料層からの材料が取り除かれた溶接ノッチを備えたエッジ領域を有し、ステップ（ｃ）において、溶接接合部は、少なくとも部分的に溶接ノッチに位置し、エッジ領域からの材料を含むが、コーティング材料層からの材料を実質的に含まない、ことを特徴とする方法を提供する。
【０００５】
他の実施形態によれば、溶接ブランクアセンブリを作製する方法であって、（ａ）第１および第２のシート金属ピースを準備するステップと、（ｂ）第１および第２のシート金属ピースをエッジ領域で合うように配置するステップと、（ｃ）レーザーを使用してエッジ領域で第１および第２のシート金属ピース間に溶接プールを形成するステップと、（ｄ）溶接プールが一旦形成されれば、さらなる材料を溶接プールにもたらすステップとを含み、ステップ（ａ）において、第１および第２のシート金属ピースの少なくとも１つは、被覆シート金属ピースであり、コーティング材料層からの材料が取り除かれた溶接ノッチを備えたエッジ領域を有し、ステップ（ｃ）において、溶接プールは、エッジ領域からの材料を含むが、コーティング材料層からの材料を実質的に含まず、ステップ（ｄ）において、さらなる材料は溶接接合部のサイズ、形状、および／または組成に影響を及ぼし、さらなる材料は、後の熱処理工程の間に溶接接合部を強化する、ことを特徴とする方法を提供する。
【０００６】
さらに他の実施形態によれば、溶接ブランクアセンブリであって、第１のエッジ領域に沿ってコーティング材料層内に形成された第１の溶接ノッチを有する第１のシート金属ピースと、第２のエッジ領域に沿ってコーティング材料層内に形成された第２の溶接ノッチを有する第２のシート金属ピースと、第１および第２のエッジ領域に沿って第１および第２のシート金属ピースをともに接合し、第１および第２のシート金属ピースのコーティング材料層の構成物質が実質的にない溶接接合部とを含む溶接ブランクアセンブリを提供する。溶接接合部は、第１および第２の溶接ノッチの表面によって少なくとも部分的に画成された溶接領域内に位置する、溶接ブランクアセンブリを提供する。
【０００７】
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。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】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。
【図１Ｂ】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。
【図１Ｃ】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。
【図２】レーザアブレーションによって形成された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３】図２のシート金属ピースの一部の断面図である。
【図４】溶接ブランクアセンブリを形成するために、溶接ノッチを備えた配列されたシート金属ピース上で行われている例示の溶接工程の斜視図である。
【図５】溶接ノッチを備えた配列されたシート金属ピース上で行われている他の例示の溶接工程の斜視図であり、さらなる材料がワイヤの形態で溶接接合部に添加される。
【図６】溶接ノッチを備えた配列されたシート金属ピース上で行われている他の例示の溶接工程の斜視図であり、さらなる材料が粉末の形態で溶接接合部に添加される。
【図７】レーザー溶接前に得られた図４の溶接ブランクアセンブリの断面図である。
【図８】レーザー溶接後に得られた図４の溶接ブランクアセンブリの断面図である。
【図９】溶接ブランクアセンブリの実施形態の断面図であり、溶接されたシート金属ピースは同じ厚さを有する。
【図１０】溶接ブランクアセンブリの実施形態の断面図であり、溶接シート金属ピースの１つのみは溶接ノッチを有する。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
ここで開示される溶接ブランクアセンブリは、溶接される１つ以上のエッジに沿って溶接ノッチが位置するシート金属ピースから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たシート金属ピースから溶接ブランクアセンブリが製造されることができる。そして、これは、溶接ブランクアセンブリを作製する場合にシート金属ピース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。
【００１０】
まず、図１Ａ〜図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、ほんの数例を挙げれば、シート金属ストックで見つけられることができる多数の材料層があり、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する。これらの望まれない構成物質は、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。
【００１１】
図２を参照して、結果として生じる溶接接合部中の望まれない構成物質を回避しながら、溶接ブランクアセンブリを形成するために使用されることが可能な例示のシート金属ピース１１２が示されている。シート金属ピース１１２はレーザアブレーション工程の間に示され、エッジ領域１２０に沿って、隣接するピースに続いて溶接されてもよい。シート金属ピース１１２は、対向する第１および第２の側面１２４、１２６を含み、エッジ領域１２０は、溶接されるエッジ１２８を含む。図２に示される特定のエッジ領域１２０は、２つの溶接ノッチ１３０を含み、ここで、２つの溶接ノッチは、シート金属ピースの対向面１２４、１２６上のエッジ領域に沿って延在する。形成されているときの可視側１２４の溶接ノッチ１３０が示されている。各溶接ノッチ１３０は、互いに交わるまたは接合する第１のノッチ表面１３２および第２のノッチ表面１３４によって定められている。単一のストレートエッジ領域１２０に沿って、略垂直な第１および第２のノッチ表面１３２、１３４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、均等または不均等な深さおよび／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、多数の直線エッジ、曲線エッジ、多数の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。
【００１２】
説明されるレーザアブレーション工程では、レーザー光線１０２は、溶接ノッチ１３０を形成するために、レーザー光源（図示せぬ）からエッジ領域１２０に向けられる。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１１２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１２０に沿って経路１０６に続き、所望の構造の溶接ノッチ１３０を形成する。以下に記載するように、基材層、中間材料層、およびコーティング材料層を含むシート金属ピースについて、溶接ノッチ１３０は、エッジ領域１２０に沿ってコーティング材料層のすべてまたは一部、中間材料層のすべてまたは一部、および／または基材層の一部を取り除くことによって形成されてもよい。レーザー光線１０２が経路１０６（図２のｘ軸方向）に沿って移動する間、シート金属ピース１１２は固定して保持されていてもよい。または、レーザー光線１０２を固定している間、シート金属ピース１１２が移動または調整されることができ、またはレーザー光線１０２およびシート金属ピース１１２の両方は、レーザー光線が所望の経路に続くように移動されることができる。経路１０６の一部の部分は、図２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、溶接ノッチ１３０は、他の構造を有する経路が代わりに続かれることができるので、直線経路１０６に続く必要はない。シート金属ピースが水平、垂直、または角度のある配置にある間に前述の実施形態のうちのいずれかが実行されてもよい。
【００１３】
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溶接ノッ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。説明されるレーザースポット１０４は、長方形であるが、レーザースポットまたはフットプリント１０４は、円形、正方形、楕円、または他の適切な形状などのいずれかの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１１２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選択、制御されてもよい。
【００１４】
レーザアブレーション工程は、溶接ノッチの所望の数、位置、および／または形状、または他の要因に応じていくつもの異なる方法で行われることができる。例えば、第２のレーザー光線は、レーザー光線１０２を重ねる、または対向面１２６または実際のエッジ面１２８などのシート金属ピースの異なる部分からの材料を同時に取り除くために採用されてもよく、レーザー光線は、シート金属ピースと０でない入射角を形成してもよく、溶解放出材料の流れを制御することに役立つために、シート金属ピースは傾斜角で適応させられてもよく、レーザー光線は、シート金属ピースの上向きまたは下向きの側に向けられてもよく、または工程は、いくつかの可能性に言及するために、ロールからの工程を通じて連続的に供給されるシート金属上で行われてもよい。さらに、エッジ領域１２０から材料を選択的に取り除くためにスクレーパーツール、ワイヤブラシ、または他のツールを使用する機械的アブレーション工程などのレーザアブレーション以外の工程が、溶接ノッチ１３０を形成するために使用されてもよい。
【００１５】
図３は、図２からのシート金属ピース１１２のエッジ領域１２０を示す断面図である。説明されるシート金属ピース１１２は、基材層１１４、中間材料層１１６、およびコーティング材料層１１８を含む複数の材料層を含む。この実施形態では、基材層１１４は、中心またはコア材料層（例えば、鋼心）であり、中間材料層１１６とコーティング材料層１１８との間に挟まれている。基材層１１４は、シート金属ピース１１２の厚さＴの大部分を構成し、このように、シート金属ピースの機械的特性に著しく寄与してもよい。コーティング材料層１１８は、基材層１１４の対向面上に位置し、シート金属ピース１１２の最外層である。各コーティング材料層１１８は、基材層１１４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１１８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。
【００１６】
各中間層１１６は、基材層１１４とコーティング材料層１１８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。１つの実施形態では、中間材料層１１６は、原子や化合物などの、直接隣接した層１１４、１１８の各々と共通して少なくとも１つの構成物質を含む。中間材料層１１６は、基材層およびコーティング材料層１１４、１１８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層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１１６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１１４は高強度または硬化性鋼合金からなり、コーティング材料層１１８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１１６を形成し、Ｆｅ2Ａｌ5などの鉄−アルミニウム（ＦｅxＡｌy）金属間化合物を含む。中間材料層１１６は、基材層１１４に近い基材層構成物質（例えば、鉄）のより高い含有量、およびコーティング材料層１１８に近い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１１６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、ここで説明されるより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１１２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。
【００１７】
図３に示されるものなどの、自動車および他の産業における本体および構造用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、基材層１１４がその様々な考えられる組成物のいずれかにおいて鋼からなる被覆鋼材である。１つの特定の実施形態では、基材層１１４は、ホウ素鋼合金、二相鋼、プレス硬化鋼（ＰＨＳ）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。そのような材料は、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する、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１１８は基材層１１４より重量が軽い、および／または後の熱処理の間にシート金属ピース１１２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１１８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１１８のための他の可能な組成物は、純粋アルミニウムまたは亜鉛、およびその合金または化合物（例えば、下層材料が亜鉛めっきされる場合）を含む。基材層１１４が鋼であり、コーティング材料層１１８がアルミニウムを含む場合に、中間材料層１１６は、鉄およびアルミニウムをＦｅＡｌ、ＦｅＡｌ2、Ｆｅ3Ａｌ、Ｆｅ2Ａｌ5、またはそれらの様々な組み合わせ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１１６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。
【００１８】
例示の材料層の厚さについて、基材層１１４は約０．５ｍｍ〜約２．０ｍｍ、中間層１１６は約１μｍ〜約１５μｍ、およびコーティング材料層１１８は約５μｍ〜約１００μｍに及ぶ。他の例において、材料層の厚さについて、基材層１１４は約０．５ｍｍ〜約１．０ｍｍ、中間層１１６は約５μｍ〜約１０μｍ、およびコーティング材料層１１８は約１５μｍ〜約５０μｍに及ぶ。１つの実施形態では、中間層およびコーティング材料層１１６、１１８の合わせた厚さは、約１５μｍ〜約２５μｍであり、中間材料層は、合わせた厚さの約２０〜３０％である。例えば、層１１６、１１８の合わせた厚さは約２０μｍであってもよく、ここで、中間材料層は約４〜６μｍの厚さであり、コーティング材料層は、合わせた厚さの残りを構成する。もちろん、これらの範囲は、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し、限定されない。例えば、基材層１１４は、アルミニウム、マグネシウム、チタン、または他の適切な材料の合金などの鋼以外に材料とすることができる。ここで説明された方法は、図に示されるより多い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１１４〜１１８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。
【００１９】
図３を再び参照して、シート金属ピースの第１の側面１２４上の溶接ノッチ１３０が説明される。この説明は、この例において、同様に対向する第２の側面１２６上の溶接ノッチ１３０に適用される。溶接ノッチ１３０は、シート金属ピース１１２のエッジ領域１２０の一部であり、ここで、材料の一部が他の均等な階層構造から取り除かれまたは省略されている。シート金属ピースが他のピースに溶接され、後の溶接接合部の一部になるコーティング材料層１１８および／または中間材料層１１６の量を低減または除去する構造を介してそうしてもよい場合に、溶接ノッチ１３０は、エッジ１２８に沿って高品質な溶接接合部を促進する。溶接ノッチは特に有用であり、ここで、コーティング材料層１１８が、不連続を形成する、またはそうでなければそこに含まれていれば結果として生じる溶接接合部を弱めるであろう１つ以上の構成物質を含む。溶接ノッチ１３０は、特有のノッチ幅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１２８の長さに沿って比較的一定である。ノッチ幅Ｗは、エッジ１２８から第１のノッチ表面１３２の距離であり、ノッチ深さＤは、コーティング材料層１１８の外側表面から第２のノッチ表面１３４の距離である。溶接ノッチ１３０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１３４の幅に等しく、ノッチ深さＤは第１のノッチ表面１３２の幅に等しい。
【００２０】
溶接ノッチ１３０の寸法は、シート金属ピースの厚さＴ、エッジ１２８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１１８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１１６、１１８の合わせた厚さ未満である。しかし、これは他の例示の実施形態の一部において異なる。
【００２１】
溶接ノッチ１３０も、ノッチ表面１３２、１３４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１３２は、中間材料層１１６およびコーティング材料層１１８の両方からの材料を含む。第２のノッチ表面１３４は、中間材料層１１６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または位置するエッジ１３６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１３０は、エッジ領域１２０に沿ってコーティング材料層１１８全体および中間材料層１１６の一部を取り除くことによって、シート金属ピース１１２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１１８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１１８、１１６の全体、および基材層１１４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１３２、１３４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。レーザアブレーションや機械的アブレーションなどのアブレーション工程は、異なる表面特性を備えたノッチ表面を形成することができ、ここで説明される溶接ブランクアセンブリは、様々な異なる溶接ノッチを備えたシート金属ピースを使用してもよい。
【００２２】
以下図４を参照して、２つの被覆シート金属ピース１１２、１１２’から溶接ブランクアセンブリ１４０を形成するための例示の溶接工程が示されている。次の説明で分かりやすくするために、両方のシート金属ピースが含むある特徴を一般的に参照する場合に、数字中の’記号表示は省略されることもあり、シート金属ピースの特定の１つの特徴を参照する場合にそれが使用される。説明される工程では、２つのシート金属ピース１１２のエッジ領域１２０は、互いに接触するそれぞれのエッジ１２８と一直線になっている。強力なレーザー光線１４２は、配列されたエッジ領域１２０に向けられ、レーザースポット１４４でシート金属ピース１１２に衝突する。レーザー光線１４２は、各シート金属ピース１１２からの材料を局部的に溶解するのに十分なレーザースポット１４４にエネルギーを供給し、それによって、両方のシート金属ピースからの溶解材料を含む溶接プール１４６を形成する。レーザー光線１４２が、配列されたエッジ領域１２０に沿って（図４の正のｘ方向に）前進または進むので、レーザー光線の後ろの溶接プール１４６の部分（負のｘ方向に）が凝固して溶接接合部１４８を形成する。結果として生じる溶接接合部１４８は２つのシート金属ピース１１２を接合し、溶接ブランクアセンブリ１４０の溶接領域１５０に位置する。
【００２３】
溶接接合部１４８は、コーティング材料層１１６、１１８の少なくとも１つからの材料が実質的になくてもよい。これは、エッジ領域１２０に沿って設けられた溶接ノッチ１３０に少なくとも一部分によるものであり、ここで、コーティング層からの材料が取り除かれる。この特定の例において、説明される各シート金属ピース１１２は、異なる厚さ（つまり、テーラー溶接ブランク）を有し、図２、図３と同様に、溶接ノッチ１３０がそれぞれのエッジ領域１２０の対向面１２４、１２６に沿って形成されて準備される。溶接ブランクアセンブリのこの例および他の例は、続いてより詳細に説明される。注目すべきは、説明されるブランクアセンブリ１４０は単一の溶接接合部１４８を含むが、１つより多い溶接接合部１４８を備えた２つより多いシート金属ピース１１２から溶接ブランクアセンブリが形成されてもよい。ブランクアセンブリ１４０は、１つ以上の曲線の溶接接合部を二者択一、またはさらに含んでいてもよく、少なくとも溶接接合部の一部が、曲線形状であり、曲がった、または曲線が付されたエッジ１２８および／またはエッジ領域１２０に沿って形成されている。
【００２４】
他の工程段階は、結果として生じる溶接接合部１４８の組成、サイズ、および／または形状を制御するために、溶接プール１４６にさらなる材料をもたらすことなどによって、結果として生じる溶接接合部１４８の品質を向上するために行われてもよい。図５は１つの例を示し、ここで、さらなる材料はレーザー光線が配列されたエッジ領域１２０に沿って移動するときに、レーザースポット１４４の方に供給される金属ワイヤ１５８の形態である。溶接プール１４６および結果として生じる溶接接合部１４８がさらなる材料を含むように、金属ワイヤ１５８からの材料はシート金属ピース１１２からの材料と共に溶解する。これは、ある望まれない構成物質（つまり、コーティングおよび中間層１１８、１１６から完全には取り除かれなかった残留構成物質）に対して溶接プール１４６を希釈する効果を有することができる。例えば、アブレーション工程が溶接ノッチ１３０を形成した後でさえ、残留コーティング材料が配列されたエッジ領域１２０に存在することは時として事実である。これは、レーザアブレーション工程からの飛び散り、または前のせん断操作中にエッジ１２８に沿って付着または取り除かれたコーティング材料による可能性がある。望まれない構成物質は、エッジ領域に沿って存在する酸化物または他の腐食生成物を含んでいることもある。望ましいさらなる材料で溶接プール１４６を希釈することは、いかなる望まれない残留構成物質も追い出すことに役立つことができ、それは溶接プールに溶けにくい可能性がある。
【００２５】
溶接工程は、図６に示されるように、結果として生じる溶接接合部１４８上に保護コーティング１５４または他のさらなる材料を添加することを含んでいてもよい。保護コーティング１５４は、ブランクアセンブリ１４０が金属形成またはその後の他の工程を待つ間に、酸化から溶接領域１５０を保護するために適用されてもよい。保護コーティング１５４は、耐食金属または有機物質（例えば、油、ろう、またはポリマー系）などの耐食材料とすることができる。コーティング１５４は、組成に応じて固体または液体の形態で適用されてもよい。図６の例では、コーティング１５４を形成する材料は、レーザースポット１４４の直後に粉末材料１５６として適用され、ここで、レーザー工程からの残留熱は、それが流動し、溶接接合部１４８および／または溶接領域１５０の他の部分を被覆するように粉末材料を溶解する。さらなるレーザー光線または他の熱源などの第２の加熱工程は、コーティング材が溶接領域内を流動することに役立つために採用されてもよい。保護コーティングは、シート金属ピースのコーティング材料層１１８と同様に１つ以上の構成物質を有していてもよい。１つの実施形態では、保護コーティング１５４は、アルミニウムまたはアルミニウム合金であり、溶接ノッチ１３０が形成された場合に、個々のシート金属ピース１１２から予め取り除かれた材料を交換するために配合されてもよい。シート金属ピース１１２がＡｌ被覆鋼である場合に、保護コーティング１５４は、このように、後の熱処理および／または加熱成形工程中に溶接領域で鋼との相互拡散に役立つ。有機物質が保護コーティング１５４を形成するために使用される場合に、コーティングはそのような次の工程で消散されることができ、または別の方法で後に取り除かれることができる。
【００２６】
さらなる材料は、ワイヤ形態、粉末形態、または別の方法でもたらされようとも、溶接プールにすでに含まれた材料に適合するために選択されることが好ましい。例えば、金属ワイヤ１５８は、シート金属ピース１１２の基材層１１４と同じ材料からなっていてもよい。または、さらなる材料は、構成物質の合金であってもよく、その一部またはすべては、シート金属ピースの基材層にも存在する。シート金属ピースが被覆鋼板である場合に、さらなる材料１５２は鋼または他のＦｅ合金であってもよい。他の実施形態では、最終溶接接合部の組成がシート金属ピースの基材層よりも高い耐腐食性または酸化性を有するように、さらなる材料が選択される。例えば、溶解溶接プールにスプレーされる、または別の方法で溶解溶接プールにもたらされる金属粉末（図６）の形態で、さらなる材料は同じように容易にもたらされるので、さらなる材料はワイヤの形態でもたらされる必要はない。
【００２７】
望まれない構成物質を希釈することに加えて、さらなる材料を導入することは、他の方法で溶接接合部の組成に影響することができる。例えば、さらなる材料は溶接接合部１４８の強度または硬度を高めるために選択することができる。１つの実施形態では、基材層１１６は鋼合金であり、炭素粉末は溶接プール１４６に添加される。炭素は、微量（例えば、０．２５重量％以下）で添加された場合でさえ、この場合に、溶接接合部１４８の硬度を増大することができる。形成された溶接接合部１４８の強度を高めるために溶接プール１４６に添加されてもよい他の材料は、鋼、鉄、ホウ素、クロム、マグネシウム、マンガン、モリブデン、錫、チタン、バナジウム、またはそれらのいずれかの合金および／または組み合わせを含む。フラックスコアおよびソリッドコアワイヤを含めて他の追加される材料は、基材層の組成、所望の特性強化、または他の要因に応じて適切であってもよい。好ましくは、そのような材料は、後の熱処理工程後でさえ、溶接接合部に、硬度、および／または溶接接合部から離れた位置でシート金属ピースより大きい引張強度をもたせる量で添加される。
【００２８】
例えば、溶接ブランクアセンブリが添加材料なしで後の熱処理工程を受ける場合に、溶接接合部および基材層の組成および微構造は、ほとんど同一になることができ、その結果、溶接接合部は、表面の不規則および低減された厚さによる溶接ブランクアセンブリの最も弱い部分である。鋼合金の特定の場合に、最初に形成されるような溶接接合部は、溶接接合部から離れた基材層よりも硬く、強くてもよいが、熱間鍛造および加熱成形操作などの後の熱処理は、溶接接合部をオーステナイト化する、または別の方法で溶接ブランクアセンブリの全体にわたる鋼微構造をより一定にすることができる。ホウ素鋼についての熱処理サイクルの限定しない例では、溶接ブランクアセンブリは、最初に、オーステナイト化温度に、典型的に約７９０Ｃ〜９１５Ｃに加熱され、次いで部品全体にわたってマルテンサイト粒状構造を形成するために迅速に急冷されてもよく、テーラー加熱冷却もマルテンサイト粒の形成を達成するために使用することができる。これは、もちろん、本溶接ブランクアセンブリで使用されてもよい熱処理の１つの例でしかなく、他のものが確実に可能である。「熱処理」、「熱処理する」という用語は、ここで使用されるように、ホウ素鋼およびＨＳＬＡ鋼などの高強度または硬化可能鋼合金で有用であると本技術分野で知られている高温工程（例えば、熱間鍛造）のいずれかの種類を広く含む。
【００２９】
結果として生じる溶接接合部１４８のサイズを制御するためにさらなる材料を使用することも可能であり、これは、溶接ノッチから取り除かれた材料が溶接接合部にわたって所望の強度を達成するために交換される必要があると考えると特に有用である可能性があるからである。さらなる材料が添加されない図４よりも、いっそう多くの溶接ノッチの体積が埋められる図５、図６に示されるように、溶接ノッチは工程の間にさらなる材料でさらに埋められてもよい。１つの実施形態では、溶接接合部１４８に添加される単位長さあたりのさらなる材料の容積量は、溶接ノッチ１３０の一方または両方の形成の間に溶接に先立ってエッジ領域１２０から取り除かれた単位長さあたりの材料の容積量以上である。さらなる材料は、溶接接合部で追加の厚さをもたらしてもよく、例えば、溶接接合部の厚さは、溶接接合部の一部が、シート金属ピースの隣接面の少なくとも１つを越えて延在するように隣接するシート金属ピースの厚さＴ1、Ｔ2の少なくとも１つ以上とすることができる。これは、図８〜図１０に説明されるように、例えば、上側１２４、下側１２６または両方で生じてもよい。
【００３０】
さらなる材料は、また、上記のように、結果として生じる溶接接合部１４８の形状または配置を制御するために使用されてもよい。例えば、テーラー溶接ブランクは、それらがレーザー溶接された上側（つまり、図面の側１２４、１２４’）に凹形状である溶接接合部を時として示すことができる。これは、通常、結果として生じる溶接接合部１４８が上面上にわずかに凹状またはへこんでいるように重力がレーザー溶接工程の間に溶解溶接材料を下方に引き寄せるからである。さらなる材料を導入することは、特にワイヤ１５８からもたらされる場合に、図８〜図１０に示されるように、溶接接合部１４８の両側が外側に延在または凸状の溶接接合部の形状を示すように、この形状に影響を及ぼす、または制御するために使用することができる。溶接接合部１４８の形状を制御し厚さ方向にそれを構築することは、ある非レーザー溶接操作中に時としてなされるように、エッジ面１２８、１２８’の間のギャップまたはスペースを埋めるためにフィラー材料を単に添加することと異なる。当然のことながら、さらなる材料は、それがワイヤ、粉末または他のある適切な形態でもたらされるであろうとなかろうと、溶接接合部１４８を操作し、図に説明される凸形状以外の形状をそれに備えさせるために使用されてもよい。
【００３１】
図５の実施形態は、さらなる材料がワイヤまたはロッド１５８の形態で溶接プール１４６にもたらされ、結果として得られる溶接接合部１４８の組成、サイズ、および／または形状に影響を及ぼすことに特によく適している。ワイヤ１５８が溶接接合部１４８のサイズおよび／または形状に影響を及ぼすために使用される場合に、レーザー１４２が加工対象物に衝突する、または加工対象物に当たる溶接アセンブリの側にさらなる材料のワイヤを導入することは通常有用である。図５では、これは、また、溶接プール１４６中の溶解材料が重力によって引き下ろされるように溶接アセンブリの上側に起こり、それは、次いで補充され、ワイヤ１５８からのさらなる材料を導入することによって一部補充される。図６の実施形態は、ワイヤに対向して粉末の形態で溶接プール１４６にさらなる材料をもたらす例を図示し、結果として得られる溶接接合部１４８の組成を制御することによく適している。以上の通り、溶接接合部１４８を相当により強化するために、炭素（Ｃ）のような少量の補強剤のみを時として必要とし、このように、粉末導入技術は、組成に影響を及ぼすが溶接接合部のサイズおよび／または形状には必ずしも影響しないことが望まれる場合に最良であってもよい。しかし、それは、溶接接合部のサイズおよび／または形状を制御するために、図６の粉末導入方法を使用することができないということではなく、その組成または構成を制御するためによく適しているだけである。
【００３２】
溶接接合部１４８を形成するためにファイバーレーザーまたは他の高エネルギー密度レーザーが使用されるそれらの例において、さらなる材料が、それを挿入するまたは別の方法でキーホール溶接にそれをもたらすことによって、溶接プール１４６に導入されてもよい。さらなる材料は、それが導入される表面に必ずしも集中しないので、これは、溶接接合部の組成のより良好な均等性を付与することができる。不均等なゲージ溶接ブランクアセンブリ（図７、図８に示されるもののように）について、さらなる材料を備えた溶接接合部１４８のサイズおよび／または形状を制御することは、より厚いシート金属ピース１１２からの材料が溶接接合部１４８の凹面または薄くなることに対処するために溶接プール１４６で使用されるので、それほど重要ではない。均等なゲージ溶接ブランクアセンブリ（図９、図１０に示されるもののように）についても、さらなる材料を備えた溶接接合部１４８のサイズおよび／または形状を制御することは、より重要である可能性があり、溶接接合部１４８のサイズおよび／または形状を操作するために使用することができる溶接プール１４６でより厚いシート金属ピースからの過剰な材料がないからである。これらの例において、ワイヤまたはロッドからのさらなる材料をもたらすことが好ましく、以上の通り、それらが溶接接合部１４８の形状および／またはサイズの制御に時としてさらに良好に適するからである。
【００３３】
図７、図８は、図４からの溶接ブランクアセンブリ１４０の断面図であり、それぞれ、レーザー光線１４２の前または前方に、およびレーザー光線の後または後方にそれがｘ方向に移動するときに得られる。ある寸法の関係がこれらの図を参照して説明されてもよい。図７は、それぞれのエッジ１２８が互いに突き当たる２つのシート金属ピース１１２、１１２’のエッジ領域１２０を示し、１つのシート金属ピース１１２は厚さＴ1を有し、他のシート金属ピース１１２’は、より小さな厚さＴ2を有する。図７は、また、レーザー光線１４２を示し、シート金属ピース１１２の平面に垂直なラインＢと角度αを形成する中心軸Ａを備えている。第１のシート金属ピース１１２は、それぞれの幅Ｗ1、Ｗ2を備えたエッジ領域１２０の対向面１２４、１２６上に溶接ノッチ１３０を含む。第２のシート金属ピース１１２’は、それぞれの幅Ｗ3、Ｗ4を備えたエッジ領域１２０’の対向面１２４’、１２６’上に溶接ノッチ１３０’を含む。各溶接ノッチ１３０、１３０’は、同様に対応する深さＤ1〜Ｄ4を有する。
【００３４】
図８は、溶接ブランクアセンブリ１４０を形成するために溶接接合部１４８で接合された２つのシート金属ピース１１２、１１２’を示す。シート厚さ（Ｔ1、Ｔ2）、溶接ノッチ幅（Ｗ1〜Ｗ4）、および溶接ノッチ深さ（Ｄ1〜Ｄ4）は、明確にするために図８で省略されているが、図７と同じであってもよい。溶接ブランクアセンブリ１４０は、溶接接合部１４８の一方または両側に沿って、溶接接合部１４８を含む溶接領域１５０、熱影響域１５２、および１つ以上の溶接ノッチ表面１３２、１３２’、１３４、１３４’（任意）を含む。溶接接合部１４８は、添加されてもよく、幅Ｗ5を有するいずれかのさらなる材料と同様に、シート金属ピース１１２、１１２’の両方からの材料を含む。溶接接合部１４８は、溶接工程中に溶解された材料および溶接プール１４６の一部から形成されていてもよい。各シート金属ピース１１２、１１２’の基材層１１４、１１４’からの材料の混合物は、溶接接合部１４８の主構成物質であることが好ましい。溶接接合部１４８は、コーティング材料層１１８、１１８’からの材料が実質的になく、ここで使用される「実質的にない」は、コーティング材料層１１８、１１８’からの材料が溶接接合部の組成の０．５重量％未満を構成し、ある場合に０．１重量％未満を構成することを意味する。様々な材料層の厚さのような他の要因と同様に、溶接ノッチ１３０、１３０’のサイズおよび形状に応じて、溶接接合部１４８は、中間材料層１１６、１１６’からの材料が実質的になくてもよく、そうでなくてもよい。溶接接合部１４８がそのような材料が実質的にない場合に、中間材料層１１６、１１６’からの材料の全体量は、溶接接合部の組成の０．５重量％未満である。しかし、これは、溶接接合部１４８は、コーティング層材料が実質的になくてもよいが、中間層材料を含んでいてもよいので必要ではない。
【００３５】
熱影響域１５２は、レーザー溶接工程の間に生成されてもよく、溶接接合部１４８に隣接して位置する。例示の熱影響域１５２の境界は破線で説明されるが、これらの境界は他の実施形態では異なっていてもよい。熱影響域１５２の組成は、一般に、それが由来する基材層１１４、１１４’と同様である。しかし、熱影響域１５２は、溶接工程中に変態温度に達した材料により、少なくとも基材層１１４と多少異なる微構造を有することを特徴とする。熱影響域１５２の微構造は、平均粒度、粒子濃度、ある固溶体相および／または沈殿相の相対量、結晶構造（例えば、フェライト対オーステナイト）などのいくつかの方法で基材層１１４と異なることができる。言いかえれば、レーザー光線１４２からの熱エネルギーは、熱影響域１５２の材料を溶接工程中に熱処理する。ともに、溶接接合部４８および熱影響域１５２は幅Ｗ6を有する。
【００３６】
図７、図８に示される例において、これは強制的ではないが、シート金属ピース１１２の厚さＴ1は、シート金属ピース１１２’（つまり、不均等なゲージテーラー溶接ブランク）の厚さＴ2より大きい。厚いおよび薄い部分を備えた溶接ブランクアセンブリ１４０は、１つの部分で他の部分よりも高い強度が要求される部品の後の形成に役立つ。このように、必要な場合のみ、より厚い金属が使用されてもよい。第１のシート金属ピース１１２の側１２６は、溶接セットアップにおける他のピース１１２’の側１２６’と概して同じ平面に整列されている。シート厚さの不一致は、より厚いシート金属ピース１１２のエッジ１２８が、それが対向エッジ１２８’に突き当たる場合に露出されるようにステップ部分を引き起こす。説明される例において、溶接工程中に溶接ノッチ表面１３４、１３４’に加えてエッジ１２８の一部にレーザー光線が衝突するように、レーザー光線１４２の入射角は、０より大きい（α＞０°）。入射角αおよびレーザースポット１４４の正確な位置は、実際の厚さＴ1、Ｔ2および／またはそれらの差の程度などのいくつかの要因に応じて変化してもよい。例えば、角度αは、厚さの差（Ｔ1−Ｔ2）が増大するとともに大きくてもよく、厚さの差が減少するとともに小さくてもよい。１つの例において、Ｔ1＝Ｔ2の場合に、角度α＝０°であり、角度αは０°と４５°の間であり、Ｔ1≠Ｔ2の場合、５°と３５°の間である。
【００３７】
各溶接ノッチ１３０、１３０’は、個々に、コーティング材料層１１８、１１８’からの材料が存在しない、または結果として生じる溶接接合部１４８が実質的にないことを確保する大きさであってもよい。シート金属ピース１１２については、溶接ノッチの寸法は、いくつかの限定しない可能性に言及するために、次のものに相関してもよい：シート金属ピース１１２の全体厚さＴ1、２つのシート金属ピースの相対的な厚さ（例えば、Ｔ1−Ｔ2またはＴ1／Ｔ2）、材料層１１６、１１８の１つ以上の厚さ、溶接接合部１４８の所望のサイズＷ5、熱影響域１５２の所望のサイズＷ6、レーザースポット１４４のサイズ、および／または入射角α。
【００３８】
溶接ノッチの寸法がシート金属ピースの全体厚さに相関する例において、各溶接ノッチ１３０、１３０’は、それが形成されるシート金属ピースの厚さＴ1、Ｔ2の約１．０〜約２．０倍の範囲にある幅Ｗ1、Ｗ2、Ｗ3、Ｗ4を有していてもよい。この特徴を説明するために、Ｔ1が２．０ｍｍおよびＴ2が１．０ｍｍである例を検討し、約２．０〜４．０ｍｍの範囲にある溶接ノッチの寸法Ｗ1、Ｗ2、および約１．０〜２．０ｍｍの範囲にある溶接ノッチの寸法Ｗ3、Ｗ4をもたらす。各溶接ノッチの幅Ｗは、Ｗ1、Ｗ2が各々約１．５Ｔ1であり、Ｗ3、Ｗ4が各々約１．５Ｔ2であるように、これらの範囲の中間に近いことが好ましい。シート金属ピースの一方の側の溶接ノッチの幅は、シート金属ピースの対向面上のものと異なっていてもよい。例えば、レーザー光線１４２によって衝突または当てられたシート金属ピースの側の溶接ノッチの幅Ｗ1、Ｗ3は、より大きな溶接接合部の寸法を提供するために、対向または非レーザー側の溶接ノッチＷ2、Ｗ4より広くてもよい。１つの実施形態では、比率Ｗ1／Ｗ2、Ｗ3／Ｗ4は、各々、約１．０〜約２．０の範囲にある。
【００３９】
溶接ノッチの寸法が溶接接合部および／または熱影響域の所望のサイズに相関する例において、溶接ブランクアセンブリ１４０のレーザー溶接側１２４の合わせた溶接ノッチ幅（Ｗ1＋Ｗ3）は、溶接接合部１４８の所望のサイズＷ5の約２．０〜約５．０倍、または熱影響域１５２の所望のサイズＷ6の約１．５〜約４．０倍である。これは、溶接領域５０中の十分なスペースが、溶接工程中にコーティング材料層１１８、１１８’からの材料の溶解および包含を防ぐことに役立つことを可能にする。溶接ノッチ１３０、１３０’が適切な大きさでないなら、そのとき、レーザー光線１４２は、１つ以上のコーティングまたは中間層からの材料を溶接プールに望まれなく流れ込ませ、このように、溶接ノッチの目的を無にする。特に、コーティング材料層１１８が基材層１１４より低い融点を有する例では、残りのコーティング材料が溶接接合部１４８および熱影響域１５２から十分に間隔を置いて配置されるように十分大きな溶接ノッチの寸法をもたらすことは有用である可能性がある。他方、溶接ノッチの寸法が大きすぎる場合に、そのとき、過剰量の被覆されていない表面積は、後の熱処理中に望ましくない腐食、酸化などを引き起こす可能性がある溶接ノッチ表面１３４、１３４’で露出されてもよい。
【００４０】
溶接ノッチの寸法がレーザースポットのサイズに相関する例では、最も狭い溶接ノッチ幅Ｗ1、Ｗ2、Ｗ3、Ｗ4は、レーザースポット１４４の幅の約０．５〜約２．０倍の範囲であってもよい。レーザーの種類、およびそれが使用される特定の用途に応じて、レーザースポット１４４は約０．５ｍｍ〜約２．０ｍｍの幅または直径を有していてもよい。レーザースポット１４４の幅が１．０ｍｍであり、最も狭いまたは最も小さい溶接ノッチ幅が溶接ブランクアセンブリの下側１２６’に位置する溶接ノッチ１３０’に属する例を使用して、溶接ノッチは、約０．５ｍｍ〜約２．０ｍｍの幅Ｗ4を有していてもよい。この関係は、公知の溶接ノッチ幅を有する適切なレーザースポットサイズを決定するために、逆に同様に使用することができ、逆もまた同様である。
【００４１】
経験は、シート金属ピースの全体厚さ、または溶接接合部および／または熱影響域の所望のサイズ、またはレーザースポットのサイズのような、溶接ノッチの寸法および１つ以上のパラメーターを含む前の関係は、結果として生じる溶接接合部が、汚染物質が実質的にないことを確保することに役立ち、溶接接合部を囲む大きく必要以上の溶接ノッチの表面積を回避することに役立つことを示した。そのような表面積は、溶接接合部の一部でなく、コーティング材料層１１８が取り除かれており、このように、それらは、腐食、酸化などの影響をより受けやすくなる可能性がある。
【００４２】
図９、図１０は、図４に示されるものに類似する溶接工程によって形成されてもよい溶接ブランクアセンブリのさらなる実施形態を説明する。図９の溶接ブランクアセンブリ２４０は、各々が概して同じ厚さを有するシート金属ピース２１２、２１２’を含み、その結果、Ｔ1＝Ｔ2である（つまり、均等なゲージテーラー溶接ブランク）。この構造は、有用であり、例えば、ここで、異なる特性を有する２つのシート金属ピースを接合する（例えば、ブランクアセンブリの１つの部分はより形成可能であり、他の部分がより硬いように異なる等級の鋼）、または同じストック材料からなる２つのシート金属ピースを、材料を残し、無駄を低減する方法で接合することが望ましい。説明される実施形態では、シート金属ピース２１２、２１２’の両方は、被覆金属ピースであり、溶接ノッチゾーン２５０に溶接ノッチ表面２３２、２３４を有する。図７、図８に関して上に説明された寸法の関係は、ここで同様に適用されてもよい。この例においてＴ1＝Ｔ2であるが、Ｗ1は、Ｗ3に必ずしも等しくなく、Ｗ2は、Ｗ4に必ずしも等しくないなどである。
【００４３】
図１０は、溶接ブランクアセンブリ３４０が被覆シート金属ピース３１２および被覆されていないシート金属ピース３１２’を含む実施形態を、さらなる材料の存在または存在なしで説明する。被覆ピース３１２は、溶接ブランクアセンブリ３４０が、被覆されていないピース３１２’が位置する溶接ゾーンの反対側ではなく溶接ゾーン３５０の一方の側に溶接ノッチ表面３３２、３３４を含むように、溶接前にエッジ領域に沿って形成された溶接ノッチ３３０を有する。この構造は、１つの被覆シート金属ピースのみが必要または望まれる状況において役立つ可能性がある。図７、図８に関して上に説明された寸法の関係は、ここで同様に適用される。Ｔ1はこの例においてＴ2にほぼ等しいが、これは必ずしもそうだとは限らない。例えば、被覆されていないシート金属ピース３１２’と比較して、その厚さを低減することができるように、被覆シート金属ピース３１２は、基材層１４としてより高い強度の合金を含んでいてもよい。
【００４４】
他の種類の溶接工程が、ここで例示および説明されたレーザー溶接工程の代わりに使用されてもよい。例えば、レーザー光線は、溶接接合部を形成するために従来のＭＩＧまたはＴＩＧ、レーザーＭＩＧまたはＴＩＧ、ハイブリッド溶接、または他のアーク溶接装置と置換されてもよい。シート金属ピースのエッジ領域に沿った溶接ノッチの包含は、レーザー溶接工程での使用に特に適している可能性があり、ここで、溶接接合部の材料の主要源は、シート金属ピース自体であり、溶接ノッチは、他の種類の溶接工程で同様に使用することができ、したがって溶接接合部の品質を改善することが可能である。図で示された突き合わせ溶接構造に加えて、２つの異なるシート金属ピースのエッジ領域が重なる重ね溶接またはスポット溶接を形成することも可能である。被覆シート金属ピースが使用される用途では、ここで説明された溶接ノッチは、高品質な溶接接合部を確保するために溶接されるエッジに沿って形成されてもよい。
【００４５】
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特許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特許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。そのような他の実施形態、変化、および変更のすべては、添付の特許請求の範囲の範囲内で実施することを目的とする。
【００４６】
本明細書および特許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、限定のな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、最も広い合理的な意味を用いると解釈される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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