(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接工程で使用するシート金属ピース（１２）であって、
０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲の厚さを有する基材層（１４）と、
５μｍ〜１００μｍの範囲の厚さを有し、溶接時に除去されるべきコーティング材料層（１８）と、
前記基材層と前記コーティング材料層との間に位置し、前記基材層に前記コーティング材料層をコーティングする際の反応生成物であって、前記基材層および前記コーティング材料層の各々からの少なくとも１つの構成物質を有する金属間化合物を含む１μｍ〜１５μｍの範囲の厚さを有し、溶接時に除去されるべき中間材料層（１６）と、
溶接される前記シート金属ピースのエッジ（２８）に沿って位置し、溶接ノッチ表面（３２、３４）によって少なくとも部分的に画定された溶接ノッチ（３０）を含むエッジ領域（２０）と、を含み、
前記溶接ノッチは、幅（Ｗ）にわたって変化する深さ（Ｄ）を有し、前記溶接ノッチの平均深さが前記シート金属ピースの前記エッジに向かって最大となって、そこで前記コーティング材料層および前記中間材料層の両方からの材料が完全に除去されていることを特徴とするシート金属ピース。
【請求項２】
前記溶接ノッチ（３０）は、互いに交わる第１および第２のノッチ表面（３２、３４）によって画定されており、前記第１のノッチ表面（３２）は、前記コーティング材料層（１８）および前記中間材料層（１６）の両方からの材料を含み、前記第２のノッチ表面（３４）は、前記中間材料層（１６）または前記基材層（１４）の少なくとも１つからの材料を含み、前記第１および第２のノッチ表面は、前記中間材料層または前記基材層の少なくとも１つに位置するエッジ（３６）に沿って互いに交わる、請求項１のシート金属ピース。
【請求項３】
溶接工程で使用するシート金属ピース（１２）であって、
基材層（１４）と、
コーティング材料層（１８）と、
前記基材層と前記コーティング材料層との間に位置し、前記基材層および前記コーティング材料層の各々からの少なくとも１つの構成物質を有する金属間化合物を含む中間材料層（１６）と、
溶接される前記シート金属ピースのエッジ（２８）に沿って位置し、溶接ノッチ表面（３２、３４）によって少なくとも部分的に画定された溶接ノッチ（３０）を含むエッジ領域（２０）と、を含み、
前記溶接ノッチが、幅（Ｗ）にわたって変化する深さ（Ｄ）を有し、前記溶接ノッチの平均深さが前記シート金属ピースの前記エッジに向かって最大となって、そこで前記コーティング材料層および前記中間材料層の両方からの材料が完全に除去され、
前記溶接ノッチ（３０）は、互いに交わる第１および第２のノッチ表面（３２、３４）によって画定されており、前記第１のノッチ表面（３２）は、前記コーティング材料層（１８）および前記中間材料層（１６）の両方からの材料を含み、前記第２のノッチ表面（３４）は、前記中間材料層（１６）または前記基材層（１４）の少なくとも１つからの材料を含み、前記第１および第２のノッチ表面は、前記中間材料層または前記基材層の少なくとも１つに位置するエッジ（３６）に沿って互いに交わり、
前記溶接ノッチ（３０）は、さらに、前記シート金属ピース（１２）の前記第２の溶接ノッチ表面（３４）および前記エッジ（２８）の両方と交わる第３の溶接ノッチ表面（３８）によって画定されており、前記第３の溶接ノッチ表面は、前記シート金属ピースの前記エッジの下方に付着した前記コーティング材料層（１８）または前記中間材料層（１６）の少なくとも１つからの材料が取り除かれるように前記溶接ノッチ内に配置されているシート金属ピース。
【請求項４】
前記溶接ノッチ表面（３２、３４）は、前記コーティング材料層（１８）および前記中間材料層（１６）の両方からの材料を含み、そして、前記シート金属ピース（１２）の前記エッジ（２８）と交わる、請求項１のシート金属ピース。
【請求項５】
前記溶接ノッチ（３０）は、曲線状の起伏のある溶接ノッチ表面（３２）よって少なくとも部分的に画定されており、前記起伏のある溶接ノッチ表面は、前記コーティング材料層（１８）および前記中間材料層（１６）の両方からの材料を含み、前記シート金属ピース（１２）の前記エッジ（２８）と交わる、請求項４のシート金属ピース。
【請求項６】
前記溶接ノッチ（３０）は、平面状の面取りされた溶接ノッチ表面（３２、３４）によって少なくとも部分的に画定されており、前記面取りされた溶接ノッチ表面は、前記コーティング材料層（１８）および前記中間材料層（１６）の両方からの材料を含み、前記シート金属ピース（１２）の前記エッジ（２８）と交わる、請求項４のシート金属ピース。
【請求項７】
前記溶接ノッチ（３０）は、前記シート金属ピース（１２）の１つの側の面（２４）に沿って位置しており、前記エッジ領域（２０）は、さらに、前記２つの溶接ノッチが前記シート金属ピースの厚さ（Ｔ）を介して互いに略対向するように、前記シート金属ピースの対向面（２６）に沿って位置するさらなる溶接ノッチ（３０’）を含む、請求項１のシート金属ピース。
【請求項８】
シート金属ピース（１２）に溶接ノッチ（３０）を形成する方法であって、
（ａ）０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲の厚さを有する基材層（１４）と、５μｍ〜１００μｍの範囲の厚さを有し、溶接時に除去すべきコーティング材料層（１８）と、前記基材層と前記コーティング材料層との間に位置し、前記基材層に前記コーティング材料層をコーティングする際の反応生成物であって、１μｍ〜１５μｍの範囲の厚さを有し、溶接時に除去すべき中間材料層（１６）と、を含む
複数の材料層（１４、１６、１８）をエッジ領域（２０）に有するシート金属ピースを供給するステップと、
（ｂ）前記シート金属ピースの前記エッジ領域の方にレーザー光線（１０２）を向けるステップと、
（ｃ）溶接ノッチが形成されるように、前記レーザー光線で前記シート金属ピースの前記エッジ領域で前記複数の材料層の少なくとも１つからの材料を取り除くステップと、を含み、
前記溶接ノッチは、溶接ノッチ表面（３２、３４）を含み、幅（Ｗ）にわたって変化する深さ（Ｄ）を有し、前記溶接ノッチの平均深さが前記シート金属ピースの前記エッジに向かって最大となって、そこで前記コーティング材料層および前記中間材料層の両方からの材料が完全に除去されて形成されることを特徴とする方法。
【請求項９】
シート金属ピース（１２）に溶接ノッチ（３０）を形成する方法であって、
（ａ）基材層（１４）と、前記基材層の少なくとも一部を被覆する中間材料層（１６）と、前記中間材料層の少なくとも一部を被覆するコーティング材料層（１８）と、を含む複数の材料層（１４、１６、１８）をエッジ領域（２０）に有するシート金属ピースを供給するステップと、
（ｂ）前記シート金属ピースの前記エッジ領域の方にレーザー光線（１０２）を向けるステップと、
（ｃ）溶接ノッチが形成されるように、前記レーザー光線で前記シート金属ピースの前記エッジ領域で前記複数の材料層の少なくとも１つからの材料を取り除くステップと、を含み、
前記溶接ノッチが、溶接ノッチ表面（３２、３４）を含み、幅（Ｗ）にわたって変化する深さ（Ｄ）を有し、前記溶接ノッチの平均深さが前記シート金属ピースの前記エッジに向かって最大となって、そこで前記コーティング材料層および前記中間材料層の両方からの材料が完全に除去され、
ステップ（ｂ）は、さらに、前記レーザー光線（１０２）が前記シート金属ピースの１つの側の面（２４）およびエッジ面（２８）の両方に衝突するように、前記シート金属ピース（１２）の前記エッジ領域（２０）の方にノンゼロ入射角αでレーザー光線（１０２）を向けることを含み、ステップ（ｃ）は、さらに、単一レーザー光線を使用して、前記シート金属ピースの前記１つの側の面および前記エッジ面の両方上の前記複数の材料層（１４、１６、１８）の少なくとも１つからの材料を同時に取り除くことを含む方法。
【請求項１０】
シート金属ピース（１２）に溶接ノッチ（３０）を形成する方法であって、
（ａ）基材層（１４）と、前記基材層の少なくとも一部を被覆する中間材料層（１６）と、前記中間材料層の少なくとも一部を被覆するコーティング材料層（１８）と、を含む複数の材料層（１４、１６、１８）をエッジ領域（２０）に有するシート金属ピースを供給するステップと、
（ｂ）前記シート金属ピースの前記エッジ領域の方にレーザー光線（１０２）を向けるステップと、
（ｃ）溶接ノッチが形成されるように、前記レーザー光線で前記シート金属ピースの前記エッジ領域で前記複数の材料層の少なくとも１つからの材料を取り除くステップと、を含み、
前記溶接ノッチが、溶接ノッチ表面（３２、３４）を含み、幅（Ｗ）にわたって変化する深さ（Ｄ）を有し、前記溶接ノッチの平均深さが前記シート金属ピースの前記エッジに向かって最大となって、そこで前記コーティング材料層および前記中間材料層の両方からの材料が完全に除去され、
ステップ（ｂ）は、さらに、前記シート金属ピース（１２）の前記エッジ領域（２０）の方に第１および第２のレーザー光線（１０２、１０２’）を向けることを含み、ステップ（ｃ）は、さらに、前記第１および第２のレーザー光線で前記シート金属ピースの前記エッジ領域で前記複数の材料層（１４、１６、１８）の少なくとも１つからの材料を取り除くことを含む方法。
【請求項１１】
前記第１および第２のレーザー光線（１０２、１０２’）は、前記シート金属ピース（１２）の対向面（２４、２６）上にあり、前記第１および第２のレーザー光線は、前記２つの溶接ノッチが前記シート金属ピースの厚さ（Ｔ）を介して互いに略対向するように、前記シート金属ピースの対向面上で第１および第２の溶接ノッチ（３０、３０’）をそれぞれ形成する、請求項１０の方法。
【請求項１２】
前記第１および第２のレーザー光線（１０２、１０２’）は、前記シート金属ピース（１２）の同じ側の面（２４）上にあり、略同じ位置で前記エッジ領域（２０）に衝突し、前記第１および第２のレーザー光線は、互いに協働して共通の溶接ノッチ（３０）を形成する、請求項１０の方法。
【請求項１３】
前記第１のレーザー光線（１０２）は、前記シート金属ピース（１２）の前記エッジ領域（２０）で前記複数の材料層（１４、１６、１８）の少なくとも１つからの材料を取り除き、突起（１１４）を同時に形成し、一旦材料が再凝固または部分的に再凝固したなら、前記第２のレーザー光線（１０２’）は前記突起から前記材料を取り除く、請求項１０の方法。
【請求項１４】
前記第１のレーザー光線（１０２）は、前記シート金属ピース（１２）の面（２４）上の前記複数の材料層（１４、１６、１８）の少なくとも１つからの材料を取り除き、前記第２のレーザー光線（１０２’）は、前記シート金属ピースのエッジ面（２８）上の前記複数の材料層の少なくとも１つからの材料を取り除く、請求項１０の方法。
【請求項１５】
前記第１のレーザー光線（１０２）は、第１の入射角αで前記エッジ領域（２０）の方に向けられ、前記第２のレーザー光線（１０２’）は、第２の入射角α’で前記エッジ領域の方に向けられ、前記第１および第２の入射角α、α’は互いに異なり、前記エッジ領域の異なる部分から材料を取り除くために配置される、請求項１０の方法。
【請求項１６】
前記第１および第２のレーザー光線（１０２、１０２’）は、前記シート金属ピース（１２）の前記エッジ領域（２０）に衝突し、合わせたエネルギーが最大であり、前記複合レーザースポットの位置が、前記エッジ領域でレーザーエネルギー分布を操作するように制御される複合レーザースポット（１１６）で少なくとも部分的に重複する、請求項１０の方法。
【請求項１７】
前記シート金属ピース（１２）の１つの側の面（２４）とエッジ面（２８）との間で縦方向のエッジまたは角を少なくとも部分的に被覆するように、前記複合レーザースポット（１１６）の位置が制御される、請求項１６の方法。
【請求項１８】
シート金属ピース（１２）に溶接ノッチ（３０）を形成する方法であって、
（ａ）基材層（１４）と、前記基材層の少なくとも一部を被覆する中間材料層（１６）と、前記中間材料層の少なくとも一部を被覆するコーティング材料層（１８）と、を含む複数の材料層（１４、１６、１８）をエッジ領域（２０）に有するシート金属ピースを供給するステップと、
（ｂ）前記シート金属ピースの前記エッジ領域の方にレーザー光線（１０２）を向けるステップと、
（ｃ）溶接ノッチが形成されるように、前記レーザー光線で前記シート金属ピースの前記エッジ領域で前記複数の材料層の少なくとも１つからの材料を取り除くステップと、を含み、
前記溶接ノッチが、溶接ノッチ表面（３２、３４）を含み、幅（Ｗ）にわたって変化する深さ（Ｄ）を有し、前記溶接ノッチの平均深さが前記シート金属ピースの前記エッジに向かって最大となって、そこで前記コーティング材料層および前記中間材料層の両方からの材料が完全に除去され、
さらに、溶融材料が前記エッジ領域（２０）から吹き飛ばされるように、前記レーザー光線（１０２）が前記複数の材料層（１４、１６、１８）の少なくとも１つからの材料が取り除かれる位置で、空気または他の流体（１１８）の高速噴流を提供するステップを含む方法。
【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５月２５日に出願された米国仮出願６１／６５１，６４５号、２０１２年６月２９日に出願された米国仮出願６１／６６６，３８８号、２０１２年９月１７日に出願された米国仮出願６１／７０１，９０９号、２０１２年１１月３０日に出願された米国仮出願６１／７３１，４９７号、および２０１３年３月１４日に出願された米国仮出願６１／７８４，１８４号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、参照により組み込まれている。
【０００２】
本開示は、一般にシート金属ピースに関し、より詳細には、１つ以上の薄い材料層で被覆され、溶接工程で使用されるシート金属ピースに関する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【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。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
１つ以上の実施形態によれば、溶接工程で使用するシート金属ピースは、基材層と、コーティング材料層と、中間材料層と、を含む。中間材料層は、基材層とコーティング材料層との間に位置し、基材層およびコーティング材料層の各々からの少なくとも１つの構成物質を有する金属間化合物を含む。シート金属ピースは、溶接されるシート金属ピースのエッジに沿って位置するエッジ領域を含む。エッジ領域は、コーティング材料層および中間材料層の両方からの材料を含む溶接ノッチ表面によって少なくとも部分的に画定された溶接ノッチを含む。
【０００５】
１つ以上の他の実施形態によれば、シート金属ピースに溶接ノッチを形成する方法は、（ａ）エッジ領域に複数の材料層を有するシート金属ピースを設けるステップと、（ｂ）シート金属ピースのエッジ領域の方にレーザー光線を向けるステップと、（ｃ）取り除かれた材料がもはや存在しない場合に溶接ノッチが形成されるように、レーザー光線でシート金属ピースのエッジ領域で複数の材料層の少なくとも１つからの材料を取り除くステップと、を含む。
【０００６】
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】
【０００７】
【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】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】シート金属ピースの対向面上のコーティング層、中間材料層、および溶接ノッチを示す図２のシート金属ピースの一部の断面図である。
【図４】図３の一部の拡大図であり、材料層間の不規則な表面を示す。
【図５】溶接ノッチを含む例示のシート金属ピースの断面図であり、コーティング材料層および中間材料層が取り除かれている。
【図６】溶接ノッチを含む他の例示のシート金属ピースの断面図であり、コーティング材料層、中間材料層、および基材層の一部が取り除かれている。
【図７】軸外溶接ノッチを含む他の例示のシート金属ピースの断面図である。
【図８】異なる軸外溶接ノッチを含む他の例示のシート金属ピースの断面図である。
【図９】不均一な深さを備えた溶接ノッチを含む他の例示のシート金属ピースの断面図である。
【図１０】不均一な深さを備えた異なる溶接ノッチを含む他の例示のシート金属ピースの断面図である。
【図１１】不均一な深さおよび複数の交差面を備えた溶接ノッチを含む他の例示のシート金属ピースの断面図である。
【図１２】溶接ノッチを形成するための例示のレーザーアブレーション工程の斜視図である。
【図１３】レーザーアブレーションによって形成された溶接ノッチを備えた例示のシート金属ピースの拡大斜視図である。
【図１４】異なるレーザーによるレーザーアブレーションによって形成された溶接ノッチを備えた他の例示のシート金属ピースの拡大斜視図である。
【図１５】機械的アブレーション工程によって形成された溶接ノッチを有する他の例示のシート金属ピースの拡大斜視図である。
【図１６】例示のデュアルレーザー光線アブレーション工程の斜視図である。
【図１７】図１６のレーザーアブレーション工程の断面図である。
【図１８】他の例示のレーザーアブレーション工程の断面図であり、レーザースポットが所望の溶接ノッチの幅より狭い。
【図１９】図１８のレーザーアブレーション工程によって形成されてもよい溶接ノッチの拡大斜視図である。
【図２０】図１８のレーザーアブレーション工程によってさらに形成されてもよい溶接ノッチの拡大斜視図である。
【図２１】他の例示のレーザーアブレーション工程の斜視図であり、工程はノンゼロ入射角のレーザーを使用して溶接ノッチを形成する。
【図２２】図２１からのレーザーアブレーション工程の断面図であり、工程はシート金属ピースの片面にオフセット溶接ノッチを形成する。
【図２３】オフセット溶接ノッチの形成に先立って、図２１からのシート金属ピースのエッジ領域の拡大断面図である。
【図２４】シート金属ピース上で行われる他の例示のレーザーアブレーション工程の斜視図であり、工程は複数のレーザーを使用して溶接ノッチを形成する。
【図２５】図２４からのレーザーアブレーション工程の断面図であり、工程は複数の非重複レーザーで溶接ノッチを形成する。
【図２６】図２４からのレーザーアブレーション工程の他の断面図であり、工程は複数の重複レーザーで溶接ノッチを形成する。
【図２７】図２６のレーザーアブレーション工程で使用されてもよい重複レーザースポットまたはフットプリント、および対応するエネルギー分布を説明する。
【図２８】図２６のレーザーアブレーション工程で使用されてもよい重複レーザースポットまたはフットプリント、および他の対応するエネルギー分布を説明する。
【図２９】金属コイルから生じるシート金属ピース上で行われる他の例示のレーザーアブレーション工程の斜視図であり、工程は複数のレーザーを使用してシート金属ピースの対向面上に溶接ノッチを形成する。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
ここで開示されるシート金属ピースは、１つ以上のエッジに沿って溶接ノッチが位置した状態で作製されることができ、ここで、溶接ノッチは、受け入れ難いほど隣接する溶接を汚染しないように、ある材料構成物質がないことを特徴とする。例えば、１つ以上のコーティング材料層からの材料が、シート金属エッジに沿って位置する溶接ノッチで低減または取り除かれるように、シート金属ピースが製造されることができる。そして、これは、シート金属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。
【０００９】
まず、図１Ａ〜１Ｃを参照して、エッジ−エッジ様式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、シート金属材料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、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。
【００１０】
図２を参照して、エッジ領域２０に沿って隣接するピースに溶接されてもよい例示のシート金属ピース１２が示されている。シート金属ピース１２は、対向する第１の側および第２の側の面２４、２６を含み、エッジ領域２０は、溶接されるシート金属ピースのエッジ２８に沿って位置する。図２に示される特定のエッジ領域２０は、２つの溶接ノッチ３０、３０’を含み、ここで、２つの溶接ノッチは、シート金属ピース１２の対向面２４、２６上のエッジ領域に沿って延在する。各溶接ノッチ３０、３０’は、互いに交わるまたは接合する第１のノッチ表面３２および第２のノッチ表面３４によって画定されている。単一の直線のエッジ領域２０に沿って、略垂直な第１および第２のノッチ表面３２、３４で示されるが、溶接ノッチは多数の方法で構成されていてもよい。例えば、溶接ノッチは、いくつかの可能性に言及するために、１つ以上の軸外ノッチ表面を含み、同じシート金属ピースの他の溶接ノッチとは異なる寸法を有し、他の溶接ノッチとは異なるエッジ領域の一部として形成され、および／またはシート金属ピースの起伏のあるエッジに沿って位置するエッジ領域の一部として形成されることができる。これらの異なる実施形態のいくつかが図面において説明されている。
【００１１】
図３は、図２のシート金属ピース１２のエッジ領域２０の横断面である。説明されるシート金属ピース１２は、基材層１４、中間材料層１６、およびコーティング材料層１８を含む複数の材料層を含む。この実施形態では、基材層１４は、中心またはコア材料層（例えば、鋼心）であり、中間材料層１６とコーティング材料層１８との間に挟まれている。基材層１４は、シート金属ピース１２の厚さＴの大部分を構成し、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１８は、基材層１４の対向面上に位置し、シート金属ピース１２の最外層である。各コーティング材料層１８は、基材層１４に対して比較的薄く、シート金属ピースの１つ以上の特性（例えば、耐食性、硬度、重量、成形性、外観など）を向上するために選択されてもよい。コーティング材料層１８は、また、例えば、熱処理や相互拡散工程などの次工程での使用または互換性のために選択されてもよい。
【００１２】
各中間層１６は、基材層１４とコーティング材料層１８の１つとの間に位置し、この実施形態においては各々に接している。１つの実施形態では、中間材料層１６は、原子や化合物などの、直接隣接した層１４、１８の各々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１６は、基材層およびコーティング材料層１４、１８の反応生成物であってもよい。例えば、基材層がコーティング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、中間層１６である。そのような浸漬被覆工程の１つの具体的な例では、基材層１４は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１８はアルミニウム合金である。アルミニウム合金の溶融浴は、溶融浴の表面で基材層と反応して中間材料層１６を形成し、Ｆｅ2Ａｌ5などの鉄−アルミニウム（ＦｅxＡｌy）金属間化合物を含む。中間層は、基材層１４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１８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。
【００１３】
中間材料層１６は、一定の厚さを備えた完全な平面層として図３に示されたが、図４の拡大図に示されるように中間材料層１６の対向面に沿って不規則であってもよい。当然のことながら、中間材料層１６は、全体にわたって組成が必ずしも均一ではなく、必ずしも基材層およびコーティング材料層の反応生成物でない。中間材料層１６は、ほんの数例を挙げれば、それ自体、材料の１つを超える層を含んでいてもよく、異なる材料の不均質混合物であってもよく、または中間材料層１６の厚さを通じて組成勾配を有していてもよい。他の例において、中間層は、環境への基材層の露出によって形成する可能性がある基材層１４の酸化物（例えば、酸化アルミニウム、酸化鉄など）などの連続的または不連続酸化層を含む。シート金属ピース１２は、同様に他のさらなる材料層を含んでいてもよい。
【００１４】
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１４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１４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（ＨＬＳＡ）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１８は基材層１４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１２の他の層と相互拡散するために、熱処理の間に酸化防止を支援するために選択されてもよい。１つの実施形態では、コーティング材料層１８は、アルミニウム−シリコーン（Ａｌ−Ｓｉ）合金などのアルミニウム（Ａｌ）合金である。コーティング材料層１８のための他の可能な組成物は、純粋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１４が鋼であり、コーティング材料層１８がアルミニウムを含む場合、中間材料層１６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１６は、また、隣接する層からの構成物質の合金を含んでいてもよい。
【００１５】
例示の材料層の厚さについて、基材層１４は約０．５ｍｍ〜約２．０ｍｍ、中間層１６は約１μｍ〜約１５μｍ、およびコーティング材料層１８は約５μｍ〜約１００μｍに及ぶ。好ましい材料層の厚さについて、基材層１４は約０．５ｍｍ〜約１．０ｍｍ、中間層１６は約５μｍ〜約１０μｍ、およびコーティング材料層１８は約１５μｍ〜約５０μｍに及ぶ。１つの実施形態では、中間およびコーティング材料層１６、１８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１６、１８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１４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。ここに記載された溶接ノッチは、図に示されるより多いまたは少ない材料の層で使用されていてもよい。当業者は、また、図が必ずしも正確な縮尺ではなく、層１４〜１８の相対的な厚さが図に説明されたものと異なっていてもよいことも認識するであろう。
【００１６】
図３を再び参照して、シート金属ピースの第１の側の面２４上の溶接ノッチ３０が説明される。この説明は、この例において、同様に対向する第２の側の面２６上の溶接ノッチ３０’に適用される。溶接ノッチ３０は、シート金属ピース１２のエッジ領域２０の一部であり、ここで、材料の一部が他の均一な階層構造から取り除かれまたは省略されている。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１８および／または中間材料層１６の量を低減または除去する構造を介して、溶接ノッチ３０は、エッジ２８に沿って高品質な溶接接合部を促進する、および促進してもよい。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１８が、不連続を形成する、またはそうでなければ溶接ノッチ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３０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２８の長さに沿って比較的一定である。ノッチ幅Ｗは、エッジ２８から第１のノッチ表面３２の距離であり、ノッチ深さＤは、コーティング材料層１８の外側表面から第２のノッチ表面３４の距離である。溶接ノッチ３０が、この特定の例において示されるようにシート金属ピースと一致する場合には、ノッチ幅Ｗは第２のノッチ表面３４の幅に等しく、ノッチ深さＤは第１のノッチ表面３２の幅に等しい。
【００１７】
溶接ノッチ３０の寸法は、シート金属ピースの厚さＴ、エッジ２８で形成される溶接接合部の目的とするサイズ、および／または１つ以上の材料層の厚さと関係してもよい。１つの実施形態では、ノッチ幅Ｗは、厚さＴの約０．５〜約１．５倍の範囲にある。他の実施形態では、ノッチ幅Ｗは約０．５ｍｍ〜約４ｍｍの範囲にある。ノッチ幅Ｗは、また、目的とする溶接接合部の幅の少なくとも２分の１であってもよい。図３に示される例に関するノッチ深さＤは、コーティング材料層１８の厚さよりも大きく、中間材料層およびコーティング材料層１６、１８の合わせた厚さ未満である。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。
【００１８】
溶接ノッチ３０も、ノッチ表面３２、３４のある特性に関して説明されることができる。例えば、図３の実施形態では、第１のノッチ表面３２は、中間材料層１６およびコーティング材料層１８の両方からの材料を含む。第２のノッチ表面３４は、中間材料層１６のみからの材料を含み、第１および第２のノッチ表面は、中間材料層に置かれるまたは位置するエッジに沿って交わる。このように、この特定の例において、溶接ノッチ３０は、エッジ領域２０に沿ってコーティング材料層１８全体および中間材料層１６の一部を取り除くことによって、シート金属ピース１２に形成されている。ノッチ表面３２、３４の各々は、また、溶接ノッチ位置で材料を取り除くために使用される平行痕、当たり確認線、または工程の種類の他の指標を含んでいてもよい。レーザー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、続いてさらに詳細に説明される。
【００１９】
図５は、溶接ノッチ３０の他の例を示し、ここで、第１および第２のノッチ表面３２、３４は、基材層１４と中間材料層１６との間の界面に位置するエッジに沿って交わる。第１のノッチ表面３２は、中間材料層１６およびコーティング材料層１８の両方からの材料を含み、第２のノッチ表面３４は、基材層１４のみからの材料を含む。この例において、溶接ノッチ３０は、エッジ領域２０でコーティング材料層１８および中間材料層１６を取り除くことによって、シート金属ピース１２に形成されている。
【００２０】
図６は、基材層１４に位置するエッジに沿って互いに交わる第１および第２のノッチ表面３２、３４を備えた溶接ノッチ３０を説明する。第１のノッチ表面３２は、基材層１４、中間材料層１６、およびコーティング材料層１８からの材料を含み、一方、第２のノッチ表面３４は、基材層１４のみからの材料を含む。この例において、溶接ノッチ３０は、エッジ領域２０でコーティング材料層１８、中間材料層１６、および基材層１４の厚さの一部を取り除くことによって、シート金属ピース１２に形成される。
【００２１】
図７は、シート金属ピース１２の他の実施形態を示し、ここで、溶接ノッチ３０は軸外である。言い換えれば、少なくとも１つのノッチ表面（この場合、ノッチ表面３２、３４の両方）は、コーティング材料層１８の最も外側の表面と垂直でも平行でもない。ノッチ表面３２、３４は、示されるように互いに垂直であってもよく、コーティング材料層１８の最も外側の表面とそれぞれの角度α、βを形成してもよい。角度βは、この例において９０°未満である（９０°−α）が、９０°以上とすることができる。図７の例では、第１のノッチ表面３２は、中間材料層１６およびコーティング材料層１８からの材料を含み、一方、第２のノッチ表面３４は、基材層１４および中間材料層１６からの材料を含む。ノッチ表面３２、３４は、中間材料層１６においてエッジ３６に沿って互いに交わる。この溶接ノッチ３０は、エッジ領域２０でコーティング材料層１８、中間材料層１６の厚さの一部、および基材層１４の厚さの一部を取り除くことによって、シート金属ピース１２に形成されてもよい。
【００２２】
図８は、他の実施形態によるシート金属ピースを示し、ここで、溶接ノッチ３０は、面取りした面または角のある表面の形態であり、ノッチ表面３２によって画定されている。ノッチ表面３２は平面であり（つまり、略平面、必ずしも完全に平面ではない）、基材層、中間材料層、およびコーティング材料層１４〜１８の全てからの材料を含み、基材層１４に位置するエッジに沿ってシート金属ピース１２のエッジ２８と交わる。他の実施形態では、面取り状の溶接ノッチ３０は、基材層１４からではなく、中間材料層１６およびコーティング材料層１８のみからの材料を含み、中間層１６で、または基材層１４と中間層１６との界面でエッジ２８とこのように交わる。
【００２３】
図９は、他の実施形態によるシート金属ピースを示し、ここで、溶接ノッチ３０は、曲面または起伏のあるノッチ表面３２によって画定されている。ここに示されたノッチ表面３２は、基材層、中間材料層、およびコーティング材料層１４〜１８の全てからの材料を含んでおり、基材層１４に位置するエッジに沿ってシート金属ピース１２のエッジ２８と交わる。溶接ノッチ３０の深さＤは可変で、この特定の例においてその極大値で測定されるものとして説明され、シート金属ピース１２のエッジ２８にある。他の実施形態では、起伏のある溶接ノッチ３０は、基材層１４からではなく、中間材料層１６およびコーティング材料層１８のみからの材料を含み、したがって、中間層１６で、または基材層１４と中間層１６との界面でエッジ２８と交わる。
【００２４】
図１０は、他の実施形態によるシート金属ピースを示し、ここで、溶接ノッチ３０は、図９とは異なる起伏のあるノッチ表面３２によって画定されている。ここに示されたノッチ表面３２は、基材層、中間材料層、およびコーティング材料層１４〜１８の全てからの材料を含み、基材層１４に位置するエッジに沿ってシート金属ピース１２のエッジ２８と交わる。溶接ノッチ３０の深さＤは可変で、この特定の例においてその極大値で測定されるものとして説明され、溶接ノッチ３０の深さＤは基材層１４にあり、この特定の例におけるシート金属ピース１２のエッジ２８から間隔を置いて配置されている。
【００２５】
図１１は、シート金属ピース１２の他の実施形態を示し、ここで、溶接ノッチ３０は、第１のノッチ表面３２、第２のノッチ表面３４、および第３のノッチ表面３８によって画定されている。この実施形態は、上記のように、図３に示され、中間材料層１６に位置するエッジに沿って交わる第１および第２のノッチ表面３２、３４を有する。第３のノッチ表面３８は、一端で中間材料層１６に位置するエッジ４０、および他端でのシート金属ピース１２のエッジ２８に沿って第２のノッチ表面３４と交わる起伏のあるノッチ表面である。第３のノッチ表面３８は、この例において、基材層１４および中間材料層１６からの材料を含む。第２および／または第３のノッチ表面３４、３８に沿った溶接ノッチ３０の深さは、第２および／または第３のノッチ表面の幅のように、図１１に示されるもの異なっていてもよい。当業者は、考えられるノッチ表面形状、幅、および深さの幅広い種類の組み合わせを理解するであろう。
【００２６】
図７〜１１は、各々が不均一な深さを有する溶接ノッチ３０を備えたシート金属ピースの様々な実施形態をまとめて示す。言い換えれば、これらの例において、各溶接ノッチ３０の深さは、シート金属ピースのエッジ２８から、深さがどれくらいかが測定されることに依存して、１つ以上の溶接ノッチ表面にわたって変化する。ほとんどのこれらの実施形態では、図１０に示されるものを例外として、溶接ノッチの平均深さは、シート金属のエッジに向かって最大である。これらの種類の溶接ノッチは、アブレーション手段がエッジ領域２０の異なる部分に沿って複数パスする、またはアブレーション手段がエッジ２８からの距離の関数としてシート金属ピースから異なる量の材料を取り除くように構成されるアブレーション工程によって形成されることができる。
【００２７】
以下、図１２を参照して、シート金属ピースに溶接ノッチを形成する例示の工程が示されている。図で概略的に示される特定の工程は、レーザー光源１００がシート金属ピース１２のエッジ領域２０に向けてレーザー光線１０２を放射するレーザーアブレーション工程である。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１０４で熱エネルギーの形態でピース１２に移動され、焦点で材料を溶解および／または気化してシート金属ピース１２から該材料を取り除く。アブレーション手段は、レーザー光線であろうと、スクレーパまたはワイヤブラシなどの機械的手段であろうと、エッジ領域２０に沿って経路１０６に続き、所望の構造の溶接ノッチ３０を形成する。図に示されるように、経路１０６の一部の部分は、直線とすることができ、他の部分は、起伏があり、または曲線をなすことができる。例えば、図１２に示される溶接ノッチ１３０は、エッジ１２８の形状に続くように起伏がある。溶接ノッチ３０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。図３に示されるものなどの基材層、中間材料層、およびコーティング材料層１４、１６、１８を含むシート金属ピースについて、溶接ノッチ３０は、エッジ領域２０に沿ってコーティング材料層１８の全てまたは一部、中間材料層１６の全てまたは一部、および／または基材層１４の一部を取り除くことによって形成されてもよい。
【００２８】
レーザーアブレーションが採用されるこのおよび他の実施形態では、図１２の矢印によって示されるように、レーザー源１００が経路１０６に沿ってレーザー光線１０２を移動する間、シート金属ピース１２は固定して保持されていてもよい。異なる実施形態では、レーザー源１００が固定したままで、シート金属ピース１２が移動または調整される。レーザー源およびシート金属ピースの両方を移動させるなどの他の技術が同様に採用されてもよい。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１００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を使用してそうしてもよい。１つの例において、レーザー源１００は、Ｑ−スイッチレーザーであるが、様々なナノセカンド、フェムトセカンド、およびピコセカンドパルスレーザーなど他の連続波およびパルスレーザーの種類が代わりに使用されてもよい。レーザースポットまたはフットプリント１０４は、円形、正方形、長方形、楕円、または他の適切な形状とすることができ、それらのいくつかの例が続いて説明される。レーザー源１００についての選択可能または調整可能な運転パラメータの制限しない例としては、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、デューティサイクル、スポット領域、連続レーザーパルス間の重複、およびシート金属ピース１２に対するレーザー源１００の速度が挙げられる。これらの運転パラメータのいかなる組み合わせも、用途の特定のニーズに基づく本方法によって選択、制御されてもよい。レーザーアブレーション工程の様々な例が、さらに詳細に以下に説明される。
【００２９】
図１３〜１５は、溶接ノッチ３０を形成するため使用される特定の工程の工程マーキングまたは当たり確認線の特性を含む表面を備えた例示のシート金属ピース１２を示す。図１３は、溶接ノッチ３０がレーザーアブレーション工程によって形成される場合に、溶接ノッチ表面３２、３４、および／またはエッジ２８の１つの考えられる外観の例である。説明される溶接ノッチ表面３２、３４は、各々可視ラインまたはマーキング４２を含む。マーキング４２は、ｙ方向と略平行で、ｘ方向に沿って互いから均等に間隔を置いて配置されている。各個々のマーキングは、処理中にレーザー光線エッジの位置を示し、ここで、レーザー光線の形状は、正方形または長方形であり、レーザー光線は、連続ビームではなくパルスビームとしてもたらされる。例えば、レーザー光線は、ｘ方向およびｙ方向に寸法ＬおよびＷをそれぞれ有し、アブレーションサイト１０４でのエッジ領域に向けられて、いくらかのレーザーパルスで材料を取り除く。光源は、その後、より多くの材料を取り除くために１／２Ｌだけ調整されてもよく、その結果、マーキング４２は、示されるようなｘ方向に沿って１／２Ｌごとに見えている。図１３の例は、エッジ２８に沿った同様のアブレーションマーキングを含む。
【００３０】
レーザー光線は、別なように加工されていてもよく（例えば、丸、楕円形など）、連続アブレーションサイトは、多かれ少なかれ重複してもよい。例えば、図１４は、円形のマーキング４４を示し、各々は、円形レーザー光線の直径に等しい長さＬを有する。この例において、連続マーキング４４は、ビーム直径の１／２だけ重複し、第１のノッチ表面３２は、波形の形状を有する。
【００３１】
図１５は、溶接ノッチ３０が機械的アブレーション工程によって形成される場合、溶接ノッチ表面３２、３４、および／またはエッジ２８の１つの考えられる外観の例である。説明される溶接ノッチ表面３２、３４は、各々可視ラインまたはマーキング４６を含む。マーキング４６は、この実施形態においてｘ方向と略平行で、ｙ方向に互いからランダムに間隔を置いて配置されている。これらのマーキングは、掻爬手段の不規則性、または表面を磨耗させるワイヤブラシの個々のワイヤによって作製されてもよい。マーキング４６は、示されるように方向づけられて、ｘ方向にこする掻爬手段またはｙ方向に軸を中心に回転するワイヤブラシに起因してもよい。しかし、マーキング４６は、同様に、ｙ方向、ｘ−ｙ平面において対角線上に、またはランダムになど、他の方向であってもよい。
【００３２】
以下、図１６を参照して、レーザーアブレーション工程を使用して、シート金属ピース１２に溶接ノッチ３０を形成する他の例示の方法が示されている。この方法では、第１および第２のレーザー光線１０２、１０２’は、溶接ノッチ３０、３０’を形成するためにシート金属ピースの対向面２４、２６上に位置する第１および第２のレーザー源１００、１００’からエッジ領域２０に向けられる。この種のマルチレーザー配置は、本方法がエッジ領域２０の対向面上の１つ以上の材料層からの材料を同時に取り除くことを可能にし、単一レーザー源の使用と比較して工程時間を短縮することができる。さらに、２つの異なる種類のレーザー源または異なる運転パラメータでプログラムされた同じ種類のレーザー源が、各側に適合されているので、マルチレーザー配置は、シート金属ピース１２の各側について向上された選択および／または運転パラメータの制御を提供してもよい。これは、有用である可能性があり、例えば、ここで、シート金属ピース１２の一方の側の材料層はシート金属の他方側上のものとは異なる組成または厚さを有する。レーザー源１００、１００’は、図１６では直接互いに対向して示されたが、互いから遠ざかるようにオフセットされるまたは角度があってもよく、１つのレーザー源が不注意に他のレーザー源を打つまたは破損することを回避する。他の例において、レーザー源１００、１００’は、シート金属ピース１２の同じまたは対向面上に位置するが、それらが同じシート金属ピース１２の異なるエッジ領域にそれらのそれぞれのレーザー光線を向けるように、互いから間隔を置いて配置されている。例えば、１つのレーザー光線は、トップエッジ領域２０に向けられることができ、一方、他のレーザー光線は、サイドエッジ領域１２０に向けられる。
【００３３】
図１７は、図１６のマルチレーザー配置の一部の断面図であり、２つのレーザー光線１０２、１０２’がシート金属ピース１２の対向面からエッジ領域２０に向けられて、深さＤおよび幅Ｗを備えた溶接ノッチ３０、３０’を形成する。シート金属ピース１２の厚みを介して互いに略対向するシート金属ピース１２の対向面上に、同じサイズのレーザー光線、スポット、および溶接ノッチでここに示されたが、それらのそれぞれのサイズ、形状などは独立とすることができる。例えば、レーザー光線１０２’によって形成された溶接ノッチ３０’とはサイズ、形状、深さ、パターンなどの点で異なる溶接ノッチ３０を製造することがレーザー光線１０２によって可能である。シート金属ピース１２の対向面上の対向するアブレーションサイトは、互いのミラー像であってもよく、またはそれらは用途の特定のニーズに依存して変化することができる。図１７に示された特定の例において、レーザー光線１０２は、所望の溶接ノッチ３０と同じ幅Ｗを有するレーザースポットまたはフットプリント１０４を生成する。このように、方法は、エッジ領域２０の長さに沿ってレーザー光線１０２の単一パスで溶接ノッチ３０を作成することができる。これは、図１８に示される例と異なっており、ここで、レーザー光線１０２は、所望の溶接ノッチ幅Ｗより小さいまたは狭い幅を有するレーザースポット１０４を生成する。この場合、レーザー光線１０２は溶接ノッチのより広い幅Ｗを調整するために複数パスしなければならず、いくつかの異なる技術によって複数パスしてもよい。
【００３４】
１つの潜在的な技術によれば、レーザー光線１０２はエッジ領域２０の全長に沿って複数パスし（ｘ軸方向の複数パス）、ここで、各パスは、狭いレーザースポット１０４に対応するために新しいｙ軸位置に調整される。そのような技術は、図１９に示されるように、アブレーションパターン１０８を備えた溶接ノッチをもたらす可能性がある。この技術は、有用である可能性があり、ここで、上記例のいくつかで説明されたように、一定でないまたは不均一な深さを備えた溶接ノッチを形成することが望まれる。例えば、レーザー光線１０２は、より内側に、エッジ２８からさらに離れて位置する第２のパスの間よりもシート金属ピースのエッジ２８に沿ってたどる第１のパスの間にエッジ領域２０からより多くの材料を取り除いてもよい（つまり、より大きな深さＤを引き起こす）。これを遂行するためにレーザー源１０２の運転パラメータは制御または操作されることができる。異なる技術は、レーザー光線１０２がエッジ領域の長さに沿って（ｘ軸方向）次の位置に進む前に、エッジ領域２０の幅に沿って（ｙ軸方向）移動することを伴う。この種の前進後退技術は、図２０に示された特有のもののようにアブレーションパターン１１０を備えた溶接ノッチを生成することができ、エッジ領域２０の長さに沿った（ｘ軸方向）単一パスのみをもたらす。
【００３５】
以下、図２１〜２３を参照して、例示のレーザーアブレーション工程が示され、ここで、レーザー光線１０２がノンゼロ入射角αでエッジ領域２０に向けられる。入射角αは、ここで使用されるように、レーザー光線の中心軸Ａと、シート金属ピースの主面に垂直なラインＢとの間に形成された角度を指す。入射角αは、正数または負数とすることができる。図１２、１６の実施形態では、入射角αはゼロであり、図２１、２２に示される例示の実施形態では、入射角αは、ほぼ１５°〜７５°の間にある（例えば、２５°）。特定用途によって、他の角度が確実に可能である。ノンゼロ入射角αは、溶接ノッチが湾曲または傾斜した図２２に示されるものなどの、シート金属ピース１２の異なる材料層に対してオフセットされた溶接ノッチ３０を形成するために使用されることができる。ノンゼロ入射角でレーザー光線を使用して形成されることができる軸外溶接ノッチの他の例が、図７、８に示されている。ノンゼロ入射角αは、また、同時にエッジ面２８から、および第一の側の面または主面２４からなどの、単一レーザーでシート金属ピース１２の１つより多い表面から同時に材料を取り除くために使用されることができる。言い換えれば、レーザー光線１０２は、それがシート金属ピース１２の１つより多い表面に同時に衝突するように入射角αでエッジ領域２０に向けられる。
【００３６】
マルチ表面レーザー衝突は、被覆シート金属ロールが個々のブランクまたはスリット幅に切断される場合などの、コーティング工程後に切断またはせん断された被覆シート金属ピースで使用される場合に、特に有用である可能性がある。図２３の拡大図を参照して、中間材料層および／またはコーティング材料層１６、１８は、層１６、１８からの材料が角またはエッジ１１２のまわりを少なくとも部分的に包むように、シート金属が個々のブランクに切断される場合に、エッジ２８上に付着または引き寄せられてもよい。これは、切断またはせん断装置が鈍い、または磨耗された場合、特に真実である可能性がある。図２３では、概略の矢印は、せん断の方向を示す。付着した材料層をエッジ面２８および面２４の両方から取り除くことは、両方の表面が隣接する溶接を潜在的に汚染する可能性があるので、エッジ領域２０で後の溶接接合部をさらに向上する可能性がある。上記のようにノンゼロ入射角αで位置合わせされた単一レーザー、または以下に説明されるように同じエッジ領域に向けられた複数のレーザーは、エッジ面２８に付着した、または別に下に引き寄せられた中間材料層および／またはコーティング材料層１６、１８からの材料を取り除くために使用されることができる。方法は、その中心軸Ａが縦方向のエッジ１１２から一定距離で、または一定距離内（例えば、レーザースポット幅の２分の１内）でシート金属ピースを打つように、シート金属ピース１２の縦方向のエッジまたは角１１２を、レーザー光線１０２を位置合わせすることによってガイド特徴として使用することができる。他の位置合わせおよびガイド技術が同様に使用されてもよい。
【００３７】
図２４、２５は、他の例示のレーザーアブレーション工程を説明する。この実施形態では、第１および第２のレーザー光線１０２、１０２’が、異なる入射角でエッジ領域２０に向けられる。レーザー光線１０２がここに示されており、およそゼロである入射角（第一の側の面に垂直）でエッジ領域２０に衝突し、一方、レーザー光線１０２’がほぼ１５°〜７５°（例えば、４５°）のノンゼロ入射角αでエッジ領域に衝突する。レーザー光線１０２、１０２’が同じレーザースポットまたはアブレーションサイトに狙われるまたは向けられることが可能であり、またはレーザー光線１０２、１０２’は、示されるように、ｘ軸に沿って互いから間隔を置いて配置された個別のアブレーションサイト１０４、１０４’に向けられることができる。レーザー光線を、間隔を置いて配置する潜在的な１つの理由は、第１のレーザー光線１０２によって飛び散るまたは発射される材料が第２のレーザー光線１０２’によって衝突、気化される前に少なくとも部分的に凝固または反応する時間を有することを可能にすることである。図２４、２５に示される実施形態では、第１のレーザー光線１０２は、エッジ領域２０（ｘ軸方向）に沿って移動し、主としてシート金属ピースの第一の側の面２４から材料を取り除き、一方、第２のレーザー光線１０２’は後に続き、エッジ面２８から材料を取り除く。結果として生じる構成、つまり、両方のレーザー１０２、１０２’によって形成された切り欠き領域が、溶接ノッチ３０を構成し、潜在的な溶接接合部の将来のサイトで１つ以上の材料層からの材料を取り除くことによって、シート金属ピース１２の溶接可能性を向上する。
【００３８】
図２５の拡大断面図は、第１のレーザー光線１０２が第一の側の面２４から材料を取り除いた後であるが、第２のレーザー光線１０２’がエッジ面２８から材料を取り除いた後のエッジ領域２０を示す。この段階では、第１のレーザー光線１０２によって打たれた溶融材料は、アブレーションサイトで急速な熱膨張により溶接ノッチ３０から流動、または飛び散る可能性がある。この溶融材料は、隣接して堆積され、再凝固または部分的に再凝固された突起１１４を形成する可能性がある。突起１１４が材料層１６、１８からの材料を含むなら、エッジ領域２０に沿って続いて形成される、いかなる溶接接合部も汚染または傷つけられる可能性がある。第２のレーザー光線１０２’は、任意の適切な入射角α、ゼロまたはノンゼロでエッジ領域２０から突起１１４を取り除くために突起１１４に向けられてもよい。他の実施形態では、第２のレーザー光線１０２’は、エッジ面２８に沿った突起または他の材料の除去のためのスクレーパまたはワイヤブラシなどの機械的アブレーション手段で置換される。機械的アブレーション手段は、示される同じ設定で、第１のレーザー光線１０２の後に続いてもよく、または完全に個別の操作でそれは使用されることができる。適切な機械的アブレーション手段の限定しない例は、Ｐｒａｓａｄらの米国特許第７，９７１，３０３号に開示されたスクレーパ手段であり、その全内容は、参照によって本明細書に組み込まれる。
【００３９】
以下、図２６〜２８を参照して、マルチレーザーまたはデュアルビームアブレーション工程の他の例が示され、ここでは、第１および第２のレーザー光線１０２、１０２’が、レーザーの合わせたエネルギーが最大である複合レーザースポット１１６で重複する。説明される例において、複合レーザースポット１１６は、複合レーザースポットが少なくとも部分的に縦方向のエッジまたは角１１２を被覆するように、および最も多くの材料の取り除きがこの概略領域で生じるように、シート金属ピース１２のエッジ領域２０に向けられる。これは溶接ノッチ３０の形状によって実証され、図１１で前に説明された溶接ノッチを備えた構成において類似するエッジ２８に隣接する領域においてより大きい不均一な深さを有する。
【００４０】
図２７、２８に示されるように、重複レーザースポット１０４、１０４’が使用されて、アブレーションサイトでレーザーエネルギー分布を調整または操作してもよい。例えば、図２７の一番上に示された円形レーザースポット１０４、１０４’は重複して、複合レーザースポット１１６を形成し、重複レーザースポット１０４、１０４”にわたる例示の対応するエネルギー分布２００が、図２７の下部の図に示されている。エネルギー分布２００は、両方のレーザー光線が存在する複合レーザースポット１１６の領域にピークすなわち最大値２０２を含む。エネルギー分布の実際の形状は、各レーザースポットの個々のエネルギー分布、各レーザースポットからの焦点面の距離、および他の要因を含むいくつかの要因に依存して、ここに示されたものと異なっていてもよい。レーザー光線１０２、１０２’は、互いに共同設置されたレーザー源から放射してもよく、略平行にアブレーションサイトの方に延在してもよい（つまり、２つのレーザー光線は、互いに１０°内である入射角αを有していてもよい）。これは、図２４に示された実施形態と多少異なり、ここで、レーザー光線は、ｘ軸方向に間隔を置いて配置され（共同設置されていない）、略非平行にアブレーションサイトの方に延在するレーザー源から生じる。これまでに述べたように、方法は、レーザー光線がエッジ領域２０の長さに沿って（ｘ軸方向に）移動する場合にガイド特徴としてシート金属ピースの縦方向のエッジ１１２を利用することができる。
【００４１】
この種のマルチレーザーまたはデュアルビーム工程が有用であってもよく、ここで、図９〜１１、２６に説明された溶接ノッチなどの、その幅Ｗにわたって一定でないまたは不均一な深さＤを備えた溶接ノッチ３０を形成することが望ましい。例えば、この工程は、レーザースポット１０４、１０４’の非重複部分でコーティング材料層１８および／または中間材料層１６からの材料のみを取り除きながら、複合レーザースポット１１６でコーティング材料層１８、中間材料層１６、および基材層１４からの材料を取り除いてもよい。重複レーザースポットは、前に記載された他の実施形態と関連して同様に使用されてもよい。例えば、第２のレーザー光線１０２’は、ノンゼロ入射角でシート金属ピース１２に向けられてもよい。図２８は複合レーザースポット１１６を図示し、ここで、個々のレーザースポット１０４、１０４’は、それらが円形である前の例とは対照的に、形状が長方形である。異なるサイズ、形状、構造などを有するレーザースポットまたはフットプリントは、ここに記載されたものの代わりに、または加えて使用されてもよい。
【００４２】
図２９は、レーザーアブレーション工程の他の実施形態を説明し、ここで、シート金属ピース１２は、ロールまたはコイルから提供され、複数のレーザー源１００、１００’を超えて機械方向（番号が付けられていない輪郭矢印によって示された）に供給される。各レーザー源１００、１００’は、エッジ領域２０上の異なる位置に向けてレーザー光線を放射し、他のレーザーとは異なる側から、および／または異なる入射角αでレーザー光線を放射してもよい。この特定の例において、シート金属ピースが機械方向に動くときにシート金属ピースに衝突する２つの第１のレーザー光線は、主として、シート金属ピースの２つの面２４、２６から材料を取り除いてもよく、一方、次の２つの角度のあるレーザー光線は、エッジ２８から再凝固した突起（例えば、図２５の部分１１４）または他の材料構成を取り除いてもよい。エッジ領域２０での結果として生じるアブレーションは、ともに溶接ノッチ３０、３０’を構成する。説明される工程は、溶接ノッチ３０、３０’を備えたシート金属ピース１２を、該シート金属ピース１２が切断、せん断、および／またはエッジ領域２０に沿って他のシート金属ピースに接合されてもよい下流工程に供給することに役立つ可能性がある。
【００４３】
前に記載された実施形態のいずれかで使用されてもよい潜在的な１つの特徴は、観察工程条件、およびそれに応答して変化する運転パラメータを伴う。本方法は、観察される工程条件のばらつきまたは変化を説明するために、ある運転パラメータを自動的に調節する閉ループフィードバック特徴を採用してもよく、または、それは、２つの可能性に言及するために、ある運転パラメータが漸増的にまたは別に変化される反復工程を利用してもよい。例えば、レーザーアブレーション工程は、アブレーションサイトまたはレーザースポット１０４での材料の吸収率または反射率などの、シート金属ピース１２の特徴を観察するように構成されていてもよい。吸収率または反射率が、所定量変化または外れる場合、例えば、レーザー光線が新しい材料層に衝突する場合、方法は、パルス周波数および／またはパルス幅などのレーザーの運転パラメータを調節してもよい。この動的アプローチは有用とすることができ、ここで、シート金属ピース１２の様々な材料層は、各々、本方法によって調整されることができる異なる最適の運転パラメータを有する。例えば、あるパルス周波数および／またはパルス幅は、中間材料層１６または基材層１４を取り除くためよりも、コーティング材料層１８を取り除くためにより有効であってもよい。本方法は、したがって、工程条件を観察し運転パラメータを変化することによって、レーザー光線１０２がいつ新しい材料層に達するかを検知することができ、それに応答してその層についての最適な運転パラメータを実行することができる。
【００４４】
前に記載された実施形態のいずれかで使用されてもよい他の潜在的な技術は、図１２、１６、２１、２４に説明されるように、レーザーアブレーション工程の間に略垂直方向にシート金属ピースを配置することを伴う。垂直方向のために、重力がアブレーションサイト近傍のいずれかの溶融材料を所望の方向に流動させることができる。例えば、溶融材料をシート金属ピースのエッジ２８から流動させることが望ましいなら、続いて形成される溶接接合部が位置する可能性が高い場合、その結果、参照図面に類似する垂直方向が使用されることができる。これは、溶融コーティング材料がエッジ２８に向けて流動し、エッジ２８で凝固する可能性を低減し、ここで、凝固は、そのエッジに沿って後の溶接工程において問題になり得る。しかし、シート金属ピースは、完全に垂直である必要はない。ある場合には、材料が取り除かれるエッジ領域２０がシート金属ピースの残りより高く位置するように、シート金属ピースが方向づけられていることで十分であってもよい。溶接ノッチが一度にシート金属ピースの一方の側のみ上に形成される場合、いかなる過剰の溶融材料もエッジ領域２０から滴下または流動するように、材料が取り除かれる側がレーザーアブレーション工程の間に下を向くように、シート金属ピース１２が方向づけられてもよい。
【００４５】
溶融材料が、溶接されるシート金属ピースのエッジ２８に沿って凝固するのを防止することを支援するために有用な他の技術は、レーザースポットまたはアブレーションサイト１０４の位置で空気の高速噴流１１８（図１６参照）または他の流体（例えば、窒素または不活性ガス）を提供して、エッジから溶融材料を吹き飛ばすことである。図１６では、空気がエッジ２８への方向（下向きのｙ方向）に流動して、シート金属ピースのまだ被覆された部分に向けて溶融材料を吹き飛ばすように、空気の噴流１１８はシート金属ピース表面を越えて位置する。空気の噴流１１８は、レーザー移動の方向（図１６の水平ｘ方向）に溶接ノッチに沿って二者択一または追加的に向けられてもよい。１つの実施形態では、複数の噴流１１８が、エッジ領域に沿って向けられて、溶融材料がシート金属ピースのエッジに沿って凝固することを防止することを支援する。個々の噴流は、全て同じ方向または互いに異なる方向に向けられることができる。前の技術の一部は、シート金属ピースが水平方向に同様に配置されて使用されてもよい。
【００４６】
レーザー光線を使用して、シート金属ピースのエッジ領域に沿って、シート金属ピースからコーティング材料の１つ以上の層を取り除く他の実例となる工程では、工程は、さらにシート金属ピースのレーザー切断を含む。レーザー切断は、シート金属のピースを２つ以上の個々のピースに分離するために、通常、パルスエネルギーモードではなく連続モードで、比較的高性能のレーザーを採用する。レーザー切断工程では、レーザー光線は、所望の分離位置でシート金属ピースに十分なエネルギーを送って、基材層を溶解および／または気化させる。空気または他の流体の高速噴流は、レーザー光線に続いて、溶融材料をシート金属ピースから吹き飛ばし、それを新しく形成されたエッジおよびエッジ領域を備えた２つの個々のシート金属ピースに有効に分離することができる。この工程は、コーティング材料層および／または中間材料層からのいずれの材料も実質的にないエッジ（図の要素２８）および／または縦方向の角（例えば、図２２、２３の参照数字１１２に位置した）をもたらすことが分かった。レーザー切断工程で製造されたエッジに沿って続いて形成される溶接接合部は、機械的にせん断されたエッジに沿って形成された溶接接合部にわたって、顕著に向上された強度を表すこともある。レーザー切断は、このように、近傍および続いて形成される溶接接合部の介在物からの望まれない構成物質を防止するために役立つレーザーアブレーション工程の１つの形態と考えられ、コーティング材料の１つ以上の層を取り除きながら、シート金属を個々のブランクまたは他のピースに同時に切断する工程である。
【００４７】
上記の説明は、本発明の定義ではないということは理解されるが、１つ以上の本発明の好ましい例示の実施形態を説明するものである。本発明は、ここに開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ以下の本発明の請求の範囲によってのみ定義される。さらに、上記の説明に含まれる記述は、特定の実施形態に関連し、上記定義した用語や言い回しを除き、本発明の範囲または本発明の請求の範囲で使用された用語の定義により限定を受けるものではない。開示した実施形態に対し、様々な他の実施形態、変化、および変更が、当業者には自明である。そのような全ての実施形態、変化、および変更は、添付の請求の範囲の範囲内で実施することを目的とする。
【００４８】
本明細書および請求の範囲で使用されたように、用語「例えば（ｆｏｒ  ｅｘａｍｐｌｅ、ｅ．ｇ．、ｆｏｒ  ｉｎｓｔａｎｃｅ）」、「のような（ｓｕｃｈ  ａｓ、ｌｉｋｅ）」、動詞「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ、ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、およびそれらの他の動詞形態は、１つ以上の構成要素または他の部品のリストと一体になって使用される場合に、そのリストが、他の追加の構成要素や部品を除いて考慮されない、限定の無い意味に解釈される。他の用語は、異なる翻訳を要求する文脈で使用されない限り、最も広い理由のある意味を使用すると解釈される。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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