(57)【要約】  金属板片を接合するためのハイブリッド溶接継手。一例によれば、ハイブリッド溶接継手は突合わせ溶接部と重ね継手の両方の特性を示し、少なくとも１つの金属板片がアルミニウム又はアルミニウム系合金からなるテーラード溶接ブランクアセンブリを作製するために使用される。このようなテーラード溶接ブランクアセンブリは自動車産業に特に適する。【選択図】図１Ｃ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄肉部と凹部とを備えた端部を有する第１の金属板片と、
前記第１の金属板片の凹部内に収まる端部を有する第２の金属板片と、
前記第１及び第２の金属板片を接合するハイブリッド溶接継手と、
を備え、
前記ハイブリッド溶接継手が、重なり部と突合わせ部の両方を含む、溶接ブランクアセンブリ。
【請求項２】
前記第１の金属板片がアルミニウム又はアルミニウム系合金から成り、１ｍｍ〜３ｍｍの厚さを有し、前記凹部の長さτが２ｍｍ〜５ｍｍであり、深さσが１ｍｍ〜１．５ｍｍである、請求項１に記載の溶接ブランクアセンブリ。
【請求項３】
前記第１の金属板片が鋼から成り、１ｍｍ〜３ｍｍの厚さを有し、前記凹部の長さτが２ｍｍ〜５ｍｍであり、深さσが０．７ｍｍ〜１．２ｍｍである、請求項１に記載の溶接ブランクアセンブリ。
【請求項４】
前記第１又は第２の金属板片の少なくとも一方がアルミニウム又はアルミニウム系合金から成り、前記第１及び第２の金属板片が異なる寸法を有し、前記第１の金属板片の表面が、前記溶接ブランクアセンブリの面一側で前記第２の金属板片の表面と面一であり、前記ハイブリッド溶接継手が、前記面一側から前記溶接ブランクアセンブリ内へ延在する、請求項１に記載の溶接ブランクアセンブリ。
【請求項５】
前記ハイブリッド溶接継手が、前記面一側から前記溶接ブランクアセンブリ内に延在して、前記第２の金属板片の端部を完全に貫通し、前記第１及び第２の金属板片の対向する水平面によって形成された重なり境界面をわたり、前記第１の金属板片の端部内へ少なくとも部分的に延在するキーホール溶接部を含む、請求項４に記載の溶接ブランクアセンブリ。
【請求項６】
前記キーホール溶接部が、前記ハイブリッド溶接継手の重なり部と突合わせ部の両方に寄与し、前記ハイブリッド溶接継手が単一のレーザを使用して形成される、請求項５に記載の溶接ブランクアセンブリ。
【請求項７】
前記ハイブリッド溶接継手が、前記面一側から前記溶接ブランクアセンブリ内に延在して、前記第１及び第２の金属板片の対向する垂直面によって形成された突合わせ境界面に広がり、前記第２の金属板片の端部内に少なくとも部分的に延在する伝導溶接部を更に含む、請求項５に記載の溶接ブランクアセンブリ。
【請求項８】
前記キーホール溶接部が、前記ハイブリッド溶接継手の重なり部に寄与し、前記伝導溶接部が、前記ハイブリッド溶接継手の突合わせ部に寄与し、前記ハイブリッド溶接継手が、集束レーザと非集束レーザを用いて形成される、請求項７に記載の溶接ブランクアセンブリ。
【請求項９】
前記伝導溶接部が前記キーホール溶接部より広く、前記キーホール溶接部が前記伝導溶接部よりも深い、請求項７に記載の溶接ブランクアセンブリ。
【請求項１０】
前記ハイブリッド溶接継手が、前記第２の金属板片の端部において前記キーホール溶接部と前記伝導溶接部とが重なり合う重複溶接継手部を含む、請求項７に記載の溶接ブランクアセンブリ。
【請求項１１】
前記第１又は第２の金属板片の少なくとも一方がアルミニウム又はアルミニウム系合金からなり、前記第１及び第２の金属板片が異なる寸法を有し、前記第１の金属板片の表面が、前記溶接ブランクアセンブリの段差側で前記第２の金属板片の表面に対して段差を成し、前記ハイブリッド溶接継手が、前記段差側から前記溶接ブランクアセンブリ内へ延在する、請求項１に記載の溶接ブランクアセンブリ。
【請求項１２】
前記ハイブリッド溶接継手が、前記段差側から前記溶接ブランクアセンブリ内に９０度以外の角度で延在して、前記第１の金属板片の薄肉部を貫通し、前記第１及び第２の金属板片の対向する水平面によって形成された重なり界面をわたり、第１及び第２の金属板片の対向する垂直面によって形成された突合わせ境界面をわたり、前記第２の金属板片の端部内に少なくとも部分的に延在する伝導溶接部を含む、請求項１１に記載の溶接ブランクアセンブリ。
【請求項１３】
前記伝導溶接部が、前記ハイブリッド溶接継手の重なり部と突合わせ部の両方に寄与し、前記ハイブリッド溶接継手が単一のレーザを使用して形成される、請求項１２に記載の溶接ブランクアセンブリ。
【請求項１４】
前記ハイブリッド溶接継手が、前記段差側から前記溶接ブランクアセンブリ内に延在して、前記第１の金属板片の薄肉部を完全に貫通し、前記第１及び第２の金属板片の対向する水平面によって形成された重なり境界面を越え、第２の金属板片の端部に少なくとも部分的に達する溶接部を含む、請求項１１に記載の溶接ブランクアセンブリ。
【請求項１５】
前記溶接部が、前記ハイブリッド溶接継手の重なり部と突合わせ部の両方に寄与し、前記ハイブリッド溶接継手が単一のレーザを用いて形成される、請求項１４に記載の溶接ブランクアセンブリ。
【請求項１６】
前記ハイブリッド溶接継手が、前記段差側から前記溶接ブランクアセンブリ内に延在して、前記第１及び第２の金属板片の対向する垂直面によって形成された突合わせ境界面に及び、前記第２の金属板片の端部内に少なくとも部分的に延在する追加溶接部を更に含む、請求項１４に記載の溶接ブランクアセンブリ。
【請求項１７】
前記溶接部が、前記ハイブリッド溶接継手の重なり部に寄与し、非集束レーザを使用して形成され、前記追加溶接部が、前記ハイブリッド溶接継手の突合わせ部に寄与し、集束レーザを使用して形成され、前記幅が前記追加溶接部よりも広く、前記追加溶接部が前記溶接部よりも深い、請求項１６に記載の溶接ブランクアセンブリ。
【請求項１８】
前記ハイブリッド溶接継手が、前記第１の金属板片の端部において前記溶接部と前記追加溶接部とが重なり合う重複溶接継手部を含む、請求項１６に記載の溶接ブランクアセンブリ。
【請求項１９】
前記ハイブリッド溶接継手の全長が、前記重なり部の重なり境界面の長さと前記突合わせ部の突合わせ境界面の長さとの合計であり、３ｍｍ〜６．５ｍｍである、請求項１に記載の溶接ブランクアセンブリ。
【請求項２０】
前記第１又は第２の金属板片の少なくとも一方がアルミニウム又はアルミニウム系合金からなり、前記第１及び第２の金属板片が同様の寸法を有し、前記第２の金属板片も、前記第１の金属板片の薄肉部及び凹部に適合する薄肉部及び凹部を備えた端部を有して、前記第１及び第２の金属板片の端部が互いに入れ子になる、請求項１に記載の溶接ブランクアセンブリ。
【請求項２１】
前記ハイブリッド溶接継手が、前記第１及び第２の金属板片の対向する水平面によって形成された重なり界面にわたって延在する重なり部と、前記第１及び第２の金属板片の対向する第１の垂直面によって形成された第１の突合わせ境界面にわたって延在する第１の突合わせ部と、前記第１及び第２の金属板片の対向する第２の垂直面によって形成された第２の突合わせ境界面にわたって延在する第２の突合わせ部とを含む、請求項２０に記載の溶接ブランクアセンブリ。
【請求項２２】
前記第１又は第２の金属板片の少なくとも一方がアルミニウム又はアルミニウム系合金からなり、前記第１及び第２の金属板片が異なる寸法を有し、前記第１及び第２の金属板片が突合わせ境界面を形成する傾斜のついた端面を有する、請求項１に記載の溶接ブランクアセンブリ。
【請求項２３】
溶接ブランクアセンブリを製造する方法であって、
薄肉部と凹部とを備えた端部を有する第１の金属板片を準備し、
端部を有する第２の金属板片を準備し、
前記第１の金属板片、前記第２の金属板片、又は前記第１の金属板片と前記第２の金属板片の両方がアルミニウム又はアルミニウム系合金からなるものとし、
前記第２の金属板片の端部が前記第１の金属板片の凹部に収まるように前記第１及び第２の金属板片を配置し、
レーザを使用して前記第１及び第２の金属板片の間にハイブリッド溶接継手を形成し、
前記ハイブリッド溶接継手は、重なり部と突合わせ部の両方を含むものとする、
というステップを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、全体として溶接継手構造に関し、より具体的には、少なくとも一方の金属板片がアルミニウム又はアルミニウム系合金である金属板片同士を互いに接合するために使用されるハイブリッド溶接継手構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム及びアルミニウム系合金の従来の突合わせ溶接では、アルミニウムの比較的低い液相粘度のため、溶接中に溶融アルミニウム材料が突き合わせられた端面の間から漏れる又は滴り落ちることがあるという問題が生じ得る。このことは、溶接継手の形成がアルミニウムシートの端面の厚さ全体にわたって進行し、反対側に近づくときに特に当てはまる。この問題に対処し得る解決策の１つは、アルミニウム片の両側から溶接継手を別々に形成することであり、これには二重レーザビーム又は第１の部分溶接継手の形成後の加工物の反転のいずれかを必要とする。しかしながら、上記解決策は製造工程におけるコストと複雑さを増加させる。
【０００３】
一方、従来の重ね溶接では、通常、段差面が生じ、面一或いは円滑面でない溶接ブランクアセンブリとなる。当業者は、面一或いは円滑面を有する溶接ブランクアセンブリは、非同一面或いは段差のある継手が許容されない、例えばドアインナーなどの自動車用途等の各種用途で使用することができる、と認識するであろう。
【０００４】
したがって、突合わせ溶接と重ね溶接の両方の利点を一部利用し、アルミニウム又はアルミニウム系合金を用いる用途に適した溶接及び溶接技術を開発する必要がある。
【発明の概要】
【０００５】
一態様によれば、減肉部と凹部とを備えた端部を有する第１の金属板片と、第１の金属板片の凹部内に収まる端部を有する第２の金属板片と、第１及び第２の金属板片を接合するハイブリッド溶接継手と、を備え、ハイブリッド溶接継手が、重なり部と突合わせ部の両方を含む溶接ブランクアセンブリが提供される。
【０００６】
別の態様によれば、溶接ブランクアセンブリを製造する方法が提供される。その方法は、薄肉部と凹部とを備えた端部を有する第１の金属板片を準備し、端部を有する第２の金属板片を準備し、第１の金属板片、第２の金属板片、又は第１の金属板片と第２の金属板片の両方がアルミニウム又はアルミニウム系合金から成るものとし、第２の金属板片の端部が前記第１の金属板片の凹部に収まるように第１及び第２の金属板片を配置し、レーザを使用して第１及び第２の金属板片の間にハイブリッド溶接継手を形成し、ハイブリッド溶接継手は、重なり部と突合わせ部の両方を含むものとする、というステップを含むものとすることができる。
【０００７】
本発明の好ましい例示的実施形態を、添付図面と関連付けて以下に説明するが、図面において同様の参照符号は同様の構成要素を指す。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】寸法が異なる材料を接合し、アセンブリの面一側から溶接されるハイブリッド溶接継手の実施形態の構造を示す図である。
【図１Ｂ】寸法が異なる材料を接合し、アセンブリの面一側から溶接されるハイブリッド溶接継手の実施形態の構造を示す図である。
【図１Ｃ】寸法が異なる材料を接合し、アセンブリの面一側から溶接されるハイブリッド溶接継手の実施形態の構造を示す図である。
【図２Ａ】寸法が異なる材料を接合し、アセンブリの段差側から溶接されるハイブリッド溶接継手の他の実施形態の構造を示す図である。
【図２Ｂ】寸法が異なる材料を接合し、アセンブリの段差側から溶接されるハイブリッド溶接継手の他の実施形態の構造を示す図である。
【図２Ｃ】寸法が異なる材料を接合し、アセンブリの段差側から溶接されるハイブリッド溶接継手の他の実施形態の構造を示す図である。
【図２Ｄ】寸法が異なる材料を接合し、アセンブリの段差側から溶接されるハイブリッド溶接継手の他の実施形態の構造を示す図である。
【図３Ａ】寸法が同様の材料を接合するハイブリッド溶接継手の他の実施形態の構造を示す図である。
【図３Ｂ】寸法が同様の材料を接合するハイブリッド溶接継手の他の実施形態の構造を示す図である。
【図３Ｃ】寸法が同様の材料を接合するハイブリッド溶接継手の他の実施形態の構造を示す図である。
【図４Ａ】寸法が異なる材料を接合し、アセンブリの面一側から溶接されるハイブリッド溶接継手の別の実施形態の構造を示す図である。
【図４Ｂ】寸法が異なる材料を接合し、アセンブリの面一側から溶接されるハイブリッド溶接継手の別の実施形態の構造を示す図である。
【図４Ｃ】寸法が異なる材料を接合し、アセンブリの面一側から溶接されるハイブリッド溶接継手の別の実施形態の構造を示す図である。
【詳細な説明】
【０００９】
以下に説明するように、ハイブリッド溶接継手は、従来の溶接に伴う一部の不利点を克服しつつ、従来の突合わせ溶接部と従来の重ね継手の両方の利点を享受する方法で、金属板片を互いに接合するために使用することができる。本明細書に記載されるハイブリッド溶接継手は、２つの金属板片が互いに、異なる寸法、異なる金属組成又はミクロ組織、異なるコーティングタイプ等の特性差、を有する、テーラード溶接ブランクアセンブリの製造において特に有用である。一例によれば、本明細書に記載のハイブリッド溶接継手は、突合わせ溶接部及び重ね継手の両方の特性を示し、少なくとも１つの金属板片がアルミニウム又はアルミニウム系合金から成るテーラードブランクアセンブリを作製するために使用される。更に、ハイブリッド溶接継手は、テーラード溶接ブランクが片面のみから溶接されることを可能にし、このことはアルミニウム又はアルミニウム系合金でなる金属板片を溶接する際有利点となり得る。
【００１０】
図１Ａ〜図１Ｃは、異なる寸法すなわち厚さの金属板片を有する溶接ブランクアセンブリを形成するための２つの異なる方法を概略的に示しており、ハイブリッド溶接継手がアセンブリの面一側に形成される。この方法は、概して、第１の金属板片１０及び第２の金属板片１２を設けることを含み、第１の金属板片１０及び第２の金属板片１２の少なくとも一方が薄肉部１４およびこれに対応する凹部１６を含む。薄肉部１４は好ましくは、溶接ブランクアセンブリを使用する特定用途のために発展させたサイズ及び形状を有する。一実施形態によれば、凹部１６は、２ｍｍ〜５ｍｍの長さτと、０．２５ｍｍ〜２ｍｍの深さσとを有する。第１の金属板片１０がアルミニウム又はアルミニウム系合金（例えば、Ａｌ５１８２）製であり、厚さが１ｍｍ〜３ｍｍである、特定の実施形態においては、長さτが２ｍｍ〜５ｍｍ、深さσが１ｍｍ〜１．５ｍｍである。第１の金属板片１０が鋼製であり、厚さが１ｍｍ〜３ｍｍである、一例においては、長さτが２ｍｍ〜５ｍｍ、深さσが０．７ｍｍ〜１．２ｍｍである。当然ながら、これらは非限定的な例示的寸法に過ぎず、ハイブリッド溶接継手の実際の寸法は変更し得る。薄肉部１４、ひいては凹部１６は、機械加工、研削、圧印加工、又はその他の適切な方法によって作成してよく、好ましくは２つの金属板片のうちの厚い方に形成される。当業者は、薄肉部１４が作成できる十分に高い応力下で、金属板片の端部が打ち抜かれる圧印加工のような特定の作業が、金属板のミクロ組織及び／又は金属板の特性（例えば、硬度、延性など）に、望ましくも望ましくなくも変化をもたらす可能性があることを認識するであろう。他方、機械加工は通常、金属板片のミクロ組織又は特性に重大な影響や変化をもたらすことはない。機械加工もまた、特定の用途によって、望ましい場合もあれば、そうでない場合もある。薄肉部１４及び／又は凹部１６を形成するための他の方法及び技術も使用してよい。
【００１１】
金属板片１０、１２が適所に締め付けられた又は他の方法で固定された状態で、第１及び第２の金属板片を接合して溶接ブランクアセンブリ１８を形成する、ハイブリッド溶接継手が形成できるように、１つ以上のレーザビームが重複領域に向けられる。図１Ｂでは、アセンブリ１８の面一側２６の単一集束レーザＦＬが使用され、ハイブリッド溶接継手の重なり部及び突合わせ部を少なくとも部分的に包含するキーホール溶接部を含むハイブリッド溶接継手２０を形成する。図１Ｃでは、面一側２６でアセンブリ１８に入射する、集束レーザＦＬ及び非集束レーザＤＬが使用され、溶接継手の重なり部を包含するキーホール溶接部と、溶接継手の突合わせ部を包含する伝導溶接部の両方を含むハイブリッド溶接継手４０を形成する。破線をハイブリッド溶接継手上に引いて、溶接継手が形成される前の各金属板片１０、１２の隣接面の元の位置及び境界線を示す。
【００１２】
得られる溶接継手は、重なり部と突合わせ部の両方を含むので、ハイブリッド溶接継手とみなしてよい。説明すると、重なり部（図１Ｂの符号２２及び図１Ｃの符号４２）は、金属板片１０、１２が積み重ねられた或いは積層された配置で重なり合う溶接部に形成される。例えば、第１の金属板片１０の薄肉部１４は、第１の金属板片の端部６０に位置し、第２の金属板片１２の端部６２は、この薄肉部１４によって形成された凹部１６に重なって収まる。溶接継手或いは溶接部は一旦形成されると、端部６０、６２の水平面６４、６６が相互に対向して接する重なり境界面２４、４４にかけて延在する。突合わせ部（図１Ｂの符号２８及び図１Ｃの符号４８）に関しては、溶接継手又は溶接部は、金属板端部６０、６２の垂直面、すなわち端面６８、７０が相互に対向して接する、換言すれば、相互に突き合わされる、突合わせ境界面３０、５０の一部を包含するか覆っている。重なり部２２、４２はそれぞれ重なり境界面２４、４４で溶接部に存在し、突合わせ部２８、４８はそれぞれ突合わせ境界面３０、５０で溶接部に存在する。この特定例では、垂直面６８は、第１の金属板片１０の厚さ方向に部分的に延在する（すなわち、段差を形成する）内側端面であり、垂直面７０は、第２の金属板片１２の厚さ方向全体にわたって延在する外側端面である。
【００１３】
ハイブリッド溶接継手は、図１Ｂ及び図１Ｃに示すように、集束及び／又は非集束レーザ溶接技術を用いて形成してよい。キーホール或いはファイバレーザ溶接のような集束レーザ溶接技術は、比較的高いレーザビームエネルギー密度を特徴とし、一般的に、継手形成中により多くの金属気化を起こす比較的小さな又は凝縮したレーザスポットとなる。伝導溶接のような非集束レーザ溶接技術は、比較的低いレーザビームエネルギー密度を特徴とし、一般的に、比較的大きな又は焦点がぼけたレーザスポットとなり、継手形成中により少ない金属気化を起こす。キーホール溶接部などの、集束レーザ溶接によって生成された溶接部は、処理速度が速い及び／又は溶接継手に沿った熱影響部分が小さいために、好ましい場合がある。しかし、突合わせ面での材料損失が継手を弱くする可能性があるため、材料の気化は、従来の突合わせ溶接部に時折存在する材料損失の問題を悪化させるおそれがある。特に比較的低い液相粘度を有する金属を用いた従来の突合わせ溶接は、低速の伝導溶接及び大きな熱影響部分に限定されることが多く、溶接継手から離れた材料特性に影響を及ぼし得る。
【００１４】
単一の集束レーザＦＬがハイブリッド溶接継手２０を生成するために使用される図１Ｂの実施形態では、集束レーザ溶接技術により、金属板片１２の端部６２全体と、金属板片１０の端部６０を少なくとも部分的に貫通するキーホール溶接部３４を生成するように溶接を実行することができる。このようにして、キーホール溶接部３４は、重なり境界面２４を貫通して延在し、重なり部２２を形成するのを助ける。気化による材料損失が発生する場合があるが、材料損失は主に重なり合った片の最も上の片の厚さ内に収まる、すなわち、金属板片の積層部内に収まるため、溶接強度に悪影響を与える可能性は低い。図１Ｃの実施形態によれば、第１の集束レーザ溶接技術は、金属板片１２を完全に、金属板片１０を少なくとも部分的に貫通するキーホール溶接部５４を生成する集束レーザビームＦＬを提供し、第２の非集束レーザ溶接技術は、突合わせ境界面５０にまたがり、突合わせ部４８の生成を助ける伝導溶接部を生成する非集束レーザＤＬを用いる。キーホール溶接部５４及び伝導溶接部５６は、互いにつながっていてもいなくてもよく、又は重なっていても重なっていなくてもよく、ハイブリッド溶接継手４０を形成するのに役立つ。図１Ｃの特定の実施形態では、キーホール溶接部５４と伝導溶接部５６とは、重複溶接継手部５８でつながっている。
【００１５】
上述したように、結果として生じるハイブリッド溶接継手は、従来の突合わせ溶接だけでなく重ね溶接ブランクアセンブリに通常付随する特定の利点を享受することができる構造を有する。例えば、完成した溶接ブランクアセンブリ１８の少なくとも一方の側では、第１及び第２の金属板片１０、１２は互いに面一であり、この特徴は突合わせ溶接アセンブリにしばしば付随するが、重ね溶接アセンブリには付随しない。当業者であれば、面一又は平滑な側を有する溶接ブランクアセンブリは、例えばドアインナーなどの自動車用途のように、非面一又は段差継手が許容されない各種用途で使用することができると認識するであろう。図１Ｂ〜１Ｃの例では、第１及び第２の金属板片１０、１２の上面は、ブランクアセンブリ１８の、ハイブリッド溶接継手が形成されている側で面一である。ここで使用されているように、第１及び第２の金属板片１０、１２の表面は、両者が同一の広がりの輪郭に沿ってあるいはブランクアセンブリ１８の表面に沿っているとき、「面一」とみなされ、この例に示されるように、いずれも三次元である又は起伏があるとしても面一であるため、該表面は平坦又は平面である必要はない。更に、本明細書で使用されるように、言葉の意味の範囲内でそれぞれの表面が「面一」であるために完全に同一の広がりを持つ必要はない。製造公差や、溶接継手突出部（すなわち、金属板表面の上方に延在する溶接継手の凸部）などによる多少のばらつきは許容されるべきであり、それでもなお「面一の」表面を構成することができる。
【００１６】
本明細書に記載のハイブリッド溶接継手のその他の潜在的な利点は、アルミニウム又はアルミニウム系合金を溶接する際の適合性に関する。当業者であれば、熱膨張率及び熱伝導率のような他の熱特性と同様、低い液相粘度のため、アルミニウム系材料の溶接が困難になる可能性があることを正しく認識している。例えば、従来のアルミニウム及びアルミニウム系合金の突合わせ溶接では、アルミニウムの比較的低い液相粘度のため、溶接中に溶融アルミニウム材料が突合わせ端面の間から漏出又は滴下するという問題が生じ得る。このことは、溶接継手の形成がアルミニウムシートの端面の厚さ全体にわたって進行し、反対側に近づくときに特に当てはまる。この問題に対処し得る解決策の１つは、アルミニウム片の両側から溶接継手を別々に形成することである。すなわち、一方の側から部分溶接継手を形成し、次に他方の側から第２の部分溶接継手を形成することができる。これには、二重レーザビーム又は第１の部分溶接継手の形成後の加工物の反転のいずれかを必要とする。本明細書に記載されるハイブリッド溶接継手の構造は、金属板片を貫通して延在する従来の突合わせ溶接部を含まないので、そのような対策を回避することができる。
【００１７】
本ハイブリッド溶接継手のもう１つの潜在的な利点は、製造性に関する。例えば、従来の突合わせ溶接作業、特に比較的小さなレーザスポットを有する集束レーザを使用する作業は、２つの垂直面が互いに接触する突合わせ境界面にレーザを正確に方向付けるという点で非常に正確でなければならない。レーザの誘導が少しでもずれている場合、小さなレーザスポットが突合わせ境界面を適切にカバーしないかもしれず、これにより未溶接部分が生じる可能性がある。例えば、図１Ｃに示すハイブリッド溶接継手４０は、より広い非集束レーザＤＬを利用して垂直継ぎ目又は突合わせ境界面５０をカバーすることによってこの課題に対処する（これにより、レーザの誘導又は位置決めに関してやや余裕ができる）。非集束レーザＤＬの低エネルギー密度のために、結果として生じる伝導溶接部５６は、他の溶接部ほど深く貫通することはできないかもしれないが、ハイブリッド溶接継手４０は、重なり部４２に形成されたキーホール溶接部５４でこれを補う。集束レーザビームＦＬ、ひいては、キーホール溶接部５４の正確な横方向の位置決めは、重なり境界面４４の十分な部分を対象とする限り、重なり部４２においては突合わせ部４８におけるほど重要ではないかもしれない。非集束レーザＤＬを使用して突合わせ境界面５０に比較的広く浅い伝導溶接部５６を生成し、集束レーザＦＬを使用して重なり境界面４４に比較的狭く深いキーホール溶接部５４を生成することによって、ハイブリッド溶接継手４０は、突合わせ溶接アセンブリと重ね溶接アセンブリの両方の利点を享受することができる。更に、十分な強度の溶接継手を形成するため、重なり境界面の水平面６４、６６は、従来の重なり溶接部の接合面ほど円滑又は平坦である必要はなく、突合わせ境界面の垂直面６８、７０も、従来の突合わせ継手のように互いに密着している必要はない。
【００１８】
本ハイブリッド溶接継手のもう１つの利点は、強度及び一体性に関する。ハイブリッド溶接継手境界面の全長は、突合わせ境界面３０、５０及び重なり境界面２４、４４の長さの合計である。例えば、図１Ｂの実施形態のハイブリッド溶接継手境界面の全長は、突合わせ境界面３０と重なり境界面２４の合計であり、図１Ｃの実施形態のハイブリッド溶接継手境界面の全長は、突合わせ境界面５０と重なり境界面４４の合計である。ハイブリッド溶接継手は、従来の突合わせ溶接部又は重ね溶接部の個々の接合境界面よりも大きな接合境界面を有するので、溶接の強度は、多くの場合、より高くなり得る。金属板片の少なくとも１つがアルミニウム又はアルミニウム系合金からなる溶接ブランクアセンブリ１８の非限定的な例によれば、突合わせ境界面３０、５０は１ｍｍ〜１．５ｍｍの長さを有することができ、重なり境界面２４、４４は２ｍｍ〜５ｍｍの長さを有することができるため、ハイブリッド溶接継手境界面の全長は３ｍｍ〜６．５ｍｍとなる。典型的には、境界面の表面積が大きいほど、溶接継手の強度が高くなる。
【００１９】
ハイブリッド溶接継手は、本明細書で引用した例示的なもの以外に、優位性と有益性を兼ね備え得る。例えば、いくつか可能性を挙げると、本ハイブリッド溶接継手は、２つの金属板片１０、１２を当接したときに形成されるガス抜き路により空孔及びピンホールが減少することによる溶接品質の向上、後続の金属成形作業における剪断力の低減、重なり部の溶接中に継ぎ目を追跡する必要性の排除、溶接速度の上昇、アルミニウム系金属板片を両側から溶接する必要性の排除、及び／又はフィラーワイヤを必要とせず寸法が同様の材料を溶接できる能力、を備える。
【００２０】
ここで図２Ａ〜図２Ｄの実施形態を参照すると、前述のように、薄肉部１４及び凹部１６を有する第１の金属板片１０と、異なる寸法の第２の金属板片１２とが再び示されているが、これらの実施形態では、ハイブリッド溶接継手がアセンブリの非面一又は段差側に形成される。図１Ａ〜１Ｃを参照した上述の説明は、以下注記する場合を除いて、図２Ａ〜２Ｄの実施形態に適用される。
【００２１】
図２Ｂから始めると、重なり境界面８４の重なり部８２と突合わせ境界面９０の突合わせ部８８との両方を含むアセンブリの段差側にハイブリッド溶接継手８０を生成するため、単一のレーザＬが使用される。レーザは集束レーザでも非集束レーザでもよく、特定の一実施形態では、レーザはキーホール溶接部９４を形成する集束レーザである。図２Ｂは、レーザＬが第１の金属板片１０の上面に略９０度の角度で入射するか衝突することを示しているが、レーザＬの入射角は特定の用途に適応するように調節することができる。この特定の実施形態では、キーホール溶接部９４の深さは、薄肉部１４を完全に貫通し、重なり境界面８４をわたり、第２の金属板片１２に達する十分な深さである。更に、キーホール溶接部９４の幅は、突合わせ境界面９０に広がり、少なくとも部分的に覆うのに十分な幅である。当然ながら、他の構成も可能である。
【００２２】
図２Ｃの実施形態は図２Ｂの実施形態と同様であるが、例外として、レーザＬは、第１及び第２の金属板片１０、１２間の段差境界面に入射又は衝突し、９０度以外の角度で配向される。この場合、ハイブリッド溶接継手１００が形成され、重なり境界面１０４に重なり部１０２と、突合わせ境界面１１０に突合わせ部１０８とを有する。この場合もやはり、用途に応じて、レーザＬは集束レーザ又は非集束レーザとすることができる。例示的な一実施形態によれば、レーザは、重なり境界面１０４と突合わせ境界面１１０の両方の少なくとも一部を覆う伝導溶接部１１２を生成する非集束レーザである。レーザＬが加工物に衝突する場所によって、前述の実施形態のように溶接部が部１４を厚さ方向に完全に貫通する必要はない。完全に貫通させることも可能であるが。このため、２片間の境界面をより容易に覆い、かつ、より高価なレーザ位置決め装置及びツールの必要性を回避するため、比較的広いレーザスポットを有する非集束レーザを使用することが好ましいであろう。やはり、他の構成も可能である。
【００２３】
図２Ｄは、異なる溶接部を有するハイブリッド溶接継手１３０を生成するために複数のレーザが使用される別の実施形態を示す。この例では、第１のレーザＬ１は集束又は非集束レーザであり、金属板片１０の上面に衝突し、第２のレーザＬ２は、集束又は非集束レーザであり、金属板片１０、１２間の段差接合部又は端面に衝突する。本実施形態の可能な一実施例によれば、レーザＬ１は集束レーザであり、やや深いが狭いキーホール溶接部１３４を生成し、レーザＬ２はやや浅く広い伝導溶接部１３６を形成する非集束レーザである。これら２つの溶接部を組み合わせて、重なり界面１４２の重なり部１４０と突合わせ境界面１４８の突合わせ部１４６とを更に含むハイブリッド溶接継手１３０の形成を助ける。両部１４０、１４６の正確な深さ及び幅は、用途、金属板片の材料、使用されるレーザの種類などに応じて様々である。ハイブリッド溶接継手の性質に応じて、重複溶接継手部１５８が存在してもよい。
【００２４】
次に、図３Ａ〜図３Ｃを参照すると、ハイブリッド溶接継手のいくつかの他の実施形態が示されており、各実施形態は、同様の寸法すなわち厚さの２つの金属板片１０、１２’の溶接を含む。図３Ａに示すように、金属板片１０は、先の実施形態と同様に、薄肉部１４及び対応して形成された凹部１６を有し、金属板片１２’は、薄肉部１５０及び凹部１５２を有する。薄肉部１４、１５０及び凹部１６、１５２は、金属板片の端部６０、１５４が互いに入れ子になることができるよう、サイズ及び形状に関して互いに補完するように設計される。金属板片１０、１２’の一方又は両方がアルミニウム又はアルミニウム系合金からなることが想定される。
【００２５】
図３Ｂでは、後述するように、単一のレーザＬを使用して、重なり部と突合わせ部の両方を含むハイブリッド溶接継手１６０を形成する。溶接継手又は溶接部は一旦形成されると、重なり境界面１６４の重なり部１６２と、１つ以上の突合わせ境界面１７４、１７６に配置された１つ以上の突合わせ部１６８、１７０とを含む。より具体的には、重なり部１６２の溶接部は、端部６０、１５４それぞれの水平面１８０、１８２の接合部又は境界面である重なり境界面１６４にわたって延在する。第１の潜在突合わせ部１６８に関しては、溶接部は、金属板端部６０、１５４の第１の垂直面又は端面１８６、１８８が互いに対向し接する、すなわち、相互に突き合わされる場所に存在する第１の突合わせ境界面１７４の一部を囲むか又は覆う。第２の潜在突合わせ部１７０は、溶接部が、第２の垂直面又は端面１９２、１９４の接合部である第２の突合わせ境界面１７６を囲む又は交差する場所に形成される。図示するように、第１及び／又は第２の突合わせ部１６８、１７０が突合わせ境界面１７４、１７６の全範囲を囲む必要はない。一部の実施形態では、ハイブリッド溶接継手１６０は1つの突合わせ部１６８又は1つの１７０を有してよく、他の実施形態では、ハイブリッド溶接継手は２つの突合わせ部１６８及び１７０を有してよい。レーザＬは、金属板片１０、１２’のゲージ及び組成を含む用途の詳細に応じて、集束レーザ又は非集束レーザとしてよい。
【００２６】
図３Ｃは、２つのレーザＬ１及びＬ２を用いて形成され、先の実施形態と同様に、同じ寸法すなわち厚さの２つの金属板片１０、１２’を接合するハイブリッド溶接継手２００の別の例を示す。２つのレーザの正確な入射角（すなわち、レーザが金属板片の上面に衝突する又は入射する角度）は、用途に応じて変更してよい。同様に、レーザＬ１及びＬ２について、集束又は非集束レーザの選択は、用途並びに使用される金属板の種類及び厚さ（例えば、鋼対アルミニウム）に大きく左右される。図３Ｃの例では、ハイブリッド溶接継手２００は、溶接部が重なり境界面２０４を囲む場所に形成された重なり部２０２と、溶接部が第１の突合わせ境界面２１０を囲む場所に形成された第１の突合わせ部２０８と、溶接部が第２の突合わせ境界面２１６を囲む場所に形成された第２の突合わせ部２１４とを含む。第１の突合わせ境界面２１０は、レーザＬ１及びＬ２が溶接部を形成するアセンブリ１８側の近くに配置され、広いレーザスポットが深い溶接部よりも有用なので境界面１１０を覆う又は追跡するレーザＬ１には非集束レーザを使用することが好ましく、第２の突合わせ境界面２１６に到達するためにはレーザが部１５０を厚さ方向に貫通しなければならないので、レーザＬ２には集束レーザを使用することが好ましい。当然、他の配置も可能である。
【００２７】
次に、図４Ａ〜図４Ｃの実施形態を参照すると、前述の実施形態のように、垂直端面ではなく先細又は傾斜端部を有する寸法が異なる金属板片１０、１２”間に形成される溶接継手２３０の一実施形態が示される。第１及び第２の金属板片１０、１２”は、傾斜面又は端面２５２、２５４によって形成される各々の端部２４４、２４６に薄肉部２３６、２３８を含む。この例では、端部２４４、２４６はそれぞれ、金属板の厚さが、各自の垂直面又は端面２６０、２６２において公称厚さＴ１から端面厚さＴ２まで徐々に減少するように面取り又は先細にされている。実施形態によっては、片１０、１２”の一方又は両方の端面厚さＴ２は、１つ又は複数の鋭角の端面の形状では略ゼロであり得る（図４Ｂ参照）。この場合もやはり、単一レーザＬ又は複数レーザの使用、集束レーザ又は非集束レーザの使用、並びにその他のパラメータは、特定の用途や材料などによって大きく左右される。図４Ｂでは、溶接継手２３０は、傾斜重なり境界面２７２に傾斜重なり部２７０を含む。本実施形態では、溶接部が、表面２６０及び／又は２６２を含む突合わせ境界面に上側及び／又は下側突合わせ部を含むことも可能であり、その時点で溶接部はハイブリッド溶接部となる。端面の厚さＴ２が大きいほど、対応する突合わせ境界面及び突合わせ部が大きくなる。
【００２８】
図４Ｃの実施形態は、先細又は傾斜端面を含むが、前の実施形態とは幾分異なる端面構成を有する。この例では、ハイブリッド溶接継手３００は、重なり境界面３０８に形成された重なり部３０６と、突合わせ境界面３１４に形成された突合わせ部３１２とを含む。当然ながら、他の構成及び配置も可能である。
【００２９】
上述の例における各ハイブリッド溶接継手はそれぞれ、いくつかの可能性を挙げると、単一のレーザ又は複数のレーザ（例えば、２つ以上のレーザ又はビーム分割を伴う単一のレーザ）、金属板片の表面に対して垂直な（すなわち、９０度の入射角）レーザ又は金属板表面に対して角度のあるレーザ、アセンブリの片側のみから金属板片に衝突するレーザ又はアセンブリの両側から金属板片に衝突する１つ以上のレーザ、集束レーザ、非集束レーザ、又はその両方、鋼、アルミニウム、アルミニウム系合金、他の金属、又はそれらの組み合わせからなる金属板片を用いることにより形成される。
【００３０】
前述の説明は本発明の定義ではなく、本発明の１つ以上の好ましい例示的実施形態の説明であることを理解されたい。本発明は、本明細書に開示された特定の実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲によってのみ定義される。更に、前述の説明に含まれる記述は特定の実施形態に関するものであり、用語又は句が明確に上記で定義されている場合を除き、本発明の範囲又は特許請求の範囲で使用される用語の定義に関する限定と解釈されるべきではない。様々な他の実施形態、及び開示された実施形態に対する様々な変更及び修正は、当業者にとって明らかであろう。そのような他の実施形態、変更、及び修正はすべて、添付の特許請求の範囲に属することが意図される。
【００３１】
本明細書及び特許請求の範囲で使用されるように、用語「例えば」、「たとえば」、「など」、並びに「のような」、及び動詞「備える」、「有する」、「含む」、及びそれらの他の活用形は、１つ以上の構成要素又は他のアイテムのリストと共に使用されるとき、オープンエンドとして解釈される、つまり、リストは他の追加の構成要素又はアイテムを除外するものとみなしてはならない。他の用語は、異なる解釈を要する文脈で使用されていない限り、最も広い合理的意味を用いて解釈されるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【国際調査報告】
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