(57)【要約】  補強された構造部品の製造のための方法とツールが記載されている。方法は、鋼基板及び金属コーティング層を有する構造部品を提供することを備える。さらに、方法は、構造部品の補強領域を選択すること、及び補強領域のコーティング層の少なくとも一部を剥離するために第１のレーザ光をガイドすること、及び構造部品の第１側に局所的な補強を形成するために、剥離された補強領域に局所的に補強材を堆積させることを備える。補強領域に局所的に材料を堆積させることは、剥離された補強領域に補強材を供給することを備える。また、方法は、溶ける補強材を溶ける鋼基板の一部と混ぜるように補強材、及び剥離された補強領域の鋼基板の一部を溶かすために、第２のレーザ光を用いてレーザ熱を実質的に同時に作用させることを備える。さらに、本発明の開示は、そのような方法を用いて得られた補強された部品に関する。【選択図】  図１
2019500216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
補強された鋼構造部品の製造方法であって、製造方法は、
鋼基板及び金属コーティング層を有する先に成形された鋼構造部品を与える工程と、
先に成形された前記鋼構造部品の補強領域を選択する工程と、
前記補強領域で第１の方向を選択する工程と、
前記補強領域の前記コーティング層の一部を剥離するために前記第１の方向に沿って第１のレーザ光をガイドする工程と、
前記構造部品の第１側に局所的な補強を形成するために、前記剥離された補強領域に局所的に材料を堆積させる工程を備えるのであって、
前記補強領域に局所的に材料を堆積させることは、前記剥離された補強領域に補強材を供給することと、
溶ける前記補強材を溶ける前記鋼基板の一部と混ぜるように前記補強材、及び前記剥離された補強領域の前記鋼基板の一部を溶かすために、第２のレーザ光を用いて前記第１の方向に沿ってレーザ熱を前記第１のレーザ光と共に実質的に同時に作用させることを含む製造方法。
【請求項２】
前記第１のレーザ光は、１つのスポットレーザ光を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１のレーザ光、及び、又は前記第２のレーザ光は、２つのスポットレーザ光を備え、
前記２つのスポットは、前記第１の方向と実質的に垂直に配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記２つのスポットは、前記補強領域に均等に分布される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記補強材は、粉体ガス流によって与えられる金属粉末を備える、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記補強材は、金属ワイヤとして与えられる固体金属を備える、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記構造部品の前記第１側に特定の幾何学的形状を補強材とレーザ熱で描くことをさらに備える、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記第１側と反対の前記構造部品の第２側の領域を冷却することをさらに備える、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記金属コーティング層は、アルミニウム、又はアルミニウム合金、又は亜鉛、又亜鉛合金の層である、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記鋼基板は、ボロン鋼、および任意で２２ＭｎＢ５鋼から作られる、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
先に成形された前記構造部品は、熱間成形ダイクエンチによって得られる、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
先に成形された鋼構造部品を補強するためのツールであって、ツールは、
金属コーティングを有する先に成形された構造部品の補強領域を選択する撮像装置と、
第１のレーザ光及び第２のレーザ光を発するレーザ光源を備え、前記第１のレーザ光のスポットから２ｍｍから５０ｍｍまでの間の距離に前記第２のレーザ光のスポットを向けるように構成されるレーザヘッド構造と、
補強材デポジタと、
コントローラを備え、
前記コントローラは、前記撮像装置、及び前記レーザヘッド構造、及び前記補強材デポジタに連結され、
前記撮像装置から受け取るデータに基づいて第１の方向を選択し、
前記補強領域の前記金属コーティングの一部を剥離するために前記第１の方向に沿って前記第１のレーザ光をガイドし、
前記剥離された補強領域に金属溶加材を局所的に堆積させる指示を前記補強材デポジタに出し、
前記金属溶加材を溶かして補強を形成するようにレーザ熱を作用させるため、前記第１のレーザ光と共に前記第１の方向に沿って前記第２のレーザ光をガイドするツール。
【請求項１３】
前記レーザ光源は、第１のレーザ光を発する第１のレーザ源、及び第２のレーザ光を発する第２のレーザ源を備え、
前記第１及び第２のレーザ源が１つのレーザヘッドに設けられた、請求項１２に記載のツール。
【請求項１４】
前記レーザ光源は、第１のレーザ光を発する第１のレーザ源、及び第２のレーザ光を発する第２のレーザ源を備え、
前記第１のレーザ源は、第１のレーザヘッドに設けられ、前記第２のレーザ源は、第２のレーザヘッドに設けられ、前記第１及び第２のレーザヘッドは、共に移動可能なように配置される、請求項１２に記載のツール。
【請求項１５】
請求項１から１１までのいずれかに記載の方法によって得られるような製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２０１５年１２月１８日に出願された欧州特許出願第１５３８２６４２．５号の利益を主張する。
【０００２】
本発明の開示は、補強された構造部品の生産方法、及びこれらの生産方法を通して得られた構造部品に関する。
【背景技術】
【０００３】
例えば自動車産業における重量低減の要求は、軽量材料、生産工程、及び生産ツールの発達と実施をもたらした。また、乗員保護について高まる関心は、衝突時における車両の安全性を改善するとともにエネルギ吸収をも改善する材料の採用をもたらした。その意味で、高強度鋼および超高強度鋼（ＵＨＳＳ）で作られた車両部品が、軽量構造の基準を満たすために頻繁に使用される。
【０００４】
重量目標及び安全要求を満たす必要がある一般的な車両部品は、ドアビーム、バンパビーム、クロスメンバ、サイドメンバ、Ａピラー補強材、Ｂピラー補強材、及びウエストレール補強材のような、構造要素、及び、又は安全要素を含む。
【０００５】
例えば、熱間成形ダイクエンチ（ＨＦＤＱ）として知られている工程は、少なくとも１０００ＭＰａであり、好ましくはおよそ１５００ＭＰａ、又は最大で２０００ＭＰａ、又はそれ以上の引張強度を有する超高強度鋼（ＵＨＳＳ）の特性を備える打ち抜き部品を成形するためにボロン鋼板を使用する。強度の増加により、より薄い規格材料が使用される。これにより、従来の冷間での打ち抜きがされた軟鋼部品以上の重量低減がもたらされる。
【０００６】
一般的な車両部品の設計段階で行われるシミュレーションは、強度、および、又は剛性を上げるために補強が必要な成形された部品の位置又は領域を特定することができる（より軽量で、より薄い金属板とブランクが使用されるため）。代わりに、変形を誘導するために再設計が行われ得る。
【０００７】
その意味で、部品の厚さを減少させることで応力の再分散と重量低減をするために、部品のいくつかの領域が補強又は軟化され得る、いくつかの手順がある。これらの部品を補強する公知の手順は、例えば、いかなる成形工程より前に、溶接された補強材を追加する手順である。そのような補強材は、いくつかのブランクの部分的若しくは完全な重なりを使用され得る「パッチワーク」、又は「縁から縁まで」溶接できる異なる厚さのブランク若しくは板材、すなわちテーラードブランク（ＴＷＢ）であってもよい。従って、構造の機械的な要件は最小の材料および厚さ（重量）で理論的に達成し得る。
【０００８】
しかし、これらの生産方法のいくつかにおいて、さらなる生産工程が備わる。例えば、超高強度鋼（例えばＵｓｉｂｏｒ１５００Ｐ）が熱間成形されているとき、いくつかの溶接性の問題が、腐食および酸化による損傷から守られるために一般的に使用されるアルミニウムシリコン（ＡｌＳｉ）コーティングを起因として生じ得る。これらの問題を解消するために、レーザアブレーションにより溶接間隙に近い領域でコーティングの一部を取り除くことが知られている。しかし、これは、車両部品の生産工程における、追加のステップであることを示している。
【０００９】
さらに、溶接された補強材（パッチワーク）がブランクに追加されるとき、ブランクの部分的又は完全な重なりが起こる。これらの領域は潜在的な腐食の開始点である。重なった領域が、補強材の下に残り、例えば、腐食コーティングを受けないためである。
【００１０】
さらに、成形される部品に応じて、溶接された補強材を使用することができない、又は少なくとも煩雑である領域、例えば角又は高さが変化する領域があり得る。パッチワークは、通常、スポットを分散させるために最小の空間を必要とするスポット溶接を使用して溶接される。さらに、パッチワークは、簡単に溶接するため、最小の大きさであることを必要とする。この成形される部品は追加の重量を有し得る。補強は、必要な領域を補強するために必要となる適当な（最小の）大きさを有するよりも、溶接されるための最小の大きさを有する必要があるためである。
【００１１】
欧州特許第２９０７６０３号は、少なくとも一側に設けられた少なくとも局所的な金属補強を有する局所的に補強されたシートメタルを製造する方法を示している。
【００１２】
上述の問題、および、又は課題は、自動車産業に、又は業界で使用される材料と生産工程に特有のものではない。代わりに、これらの課題は、重量低減が目的となる、いかなる産業でも直面し得る。重量低減が目的であるとき、部品はますます薄くなる。従って、補強材の必要性を増大させ得る。
【００１３】
補強された構造部品の改善された生産方法を提供することが本発明の開示の目的である。
【発明の概要】
【００１４】
第１のレーザ光を使用する鋼部品のコーティング層のレーザアブレーションと、補強材を鋼部品の一部と溶かして混ぜるために第２のレーザ光を使用する鋼部品の剥離された表面への補強材の堆積を組み合わせることが提案される。これにより、剥離された表面への補強材のより強い付着及び希釈が可能となる。本発明の開示の目的のため、「アブレーション」という単語は、コーティング層の少なくとも一部の除去を示すために用いられる。
【００１５】
第１の態様では、補強された鋼構造部品の生産方法が提供される。生産方法は、鋼基板及び金属コーティング層を有する先に成形された構造部品を与える工程を備える。さらに、生産方法は、先に成形された鋼構造部品の補強領域を選択する工程と、補強領域の第１の方向を選択する工程と、補強領域のコーティング層の少なくとも一部を剥離するために第１の方向に沿って第１のレーザ光をガイドする工程と、構造部品の第１側に局所的な補強を形成するために剥離された補強領域に局所的に補強材を堆積させる工程を備える。補強領域への材料の局所的な堆積は、剥離された補強領域へ補強材を供給すること、及び溶ける補強材と溶ける鋼基板の一部を混ぜるように、補強材と剥離された補強領域の鋼基板の一部を溶かすために第２のレーザ光を用いて、第１の方向に沿ってレーザ熱を実質的に同時に作用させることを備える。
【００１６】
この態様に記載される、局所的な補強工程は、例えばリブ又は補強を部品に形成するために先に成形された鋼部品に行われる。材料が堆積する前のコーティング層の少なくとも一部の除去により、剥離された補強領域の鋼基板に堆積された補強材（又は金属溶加材）のより強い希釈又は融解が可能となる。従って、補強材は、補強領域の鋼基板とより混ざり希釈する。結果として、補強材は、補強領域で一様な補強となる。形成されたリブ又は補強は、部品の特定の領域（補強を必要とする位置又は領域）に剛性をもたらし得る。このように、補強を必要とする領域は強度を上げることができ、及び、又は変形がより良い方向に変わることができる。さらに、補強材は剥離された領域で溶ける。これにより、溶けた材料は剥離された領域のすべてを埋める。また、隙間は補強領域の境界からなくなる。従って、剥離された鋼基板の局所的な腐食は防がれうる。アブレーションと剥離された補強領域への材料の局所的な堆積との間の時間は、好ましくは短くなるべきである。好ましくは、レーザ光は共に動く。そのため、第１のレーザ光は補強領域のコーティング層の少なくとも一部を剥離し得る。そして、第２のレーザ光は、コーティングが剥離された後すぐに補強領域を熱し得る。従って、剥離された領域の腐食は減少する、又は完全に防がれる。局所的な補強を用いることで、最終的な部品の体積及び厚さは最適化され得る。従って、部品の重量は減少する。この方法を用いることで、広範に変化する補強が、すでに成形されたブランクに「書き込まれる」、又は「描かれる」。
【００１７】
補強材（金属溶加材）とレーザ熱の使用により、非常に特有であり明確な形状を形成する。すなわち、補強は、テーラーメイドされてもよく、特に穴の周りの円、グリッドを形成するように互いに交わる直線、断続的な線若しくは破線、及び大きな若しくは小さな図形のような、広範な種類の形状又はデザインを有する。従って、形成される補強の機械的特性は、選択された方向に沿って金属溶加材及びレーザ熱加工によって描かれる形状に、及び先に剥離された補強領域に応じ得る。
【００１８】
従って、所定の方法は極めて用途が広い。実質的にいかなる形状も形成され得る。高さが変化する角又は面のような複雑な形状も補強され得る。従って、局所的な強度の強化、すなわち、特有であり明確な形状を有する補強がなされ得る。明確であり正確な形状を有する補強は最終的な補強された部品の重量を最適化（減少）し得る。発明者は、成形された部品の局所的な補強を形成するクラッドの使用により約０．７ｍｍから約５ｍｍまでの厚さを有する成形された部品の特に良質な結果をもたらすことを確認した。
【００１９】
いくつかの例では、第１のレーザ光は１つのスポットレーザ光を備え得る。これにより、所定の補強領域が得られる。この補強領域は第１のレーザ光のスポットと大きさが相対的に同等である。それは、所定の領域、例えばねじ穴の周りで使用され得る。局所的な補強は、この領域で構造的遮断又は不連続性を構成することが要求される。
【００２０】
いくつかの例では、第１のレーザ光は２つのスポットレーザ光を備え得る。２つのスポットは第１の方向と実質的に垂直に配置され得る。アブレーションが１つのレーザ光のスポットの大きさよりも広い補強領域で必要とされるとき、この構成は使用され得る。従って、アブレーション領域は２つのレーザ光のスポットの外縁の間で実質的に拡がり得る。２つのレーザ光のスポットは、２つのスポットの間の領域における熱の影響がコーティングを剥離するように所定の距離で隣り合って配置され得る。
【００２１】
いくつかの例では、第１のレーザ光の２つのスポットは、補強領域で均等に、すなわち一様に、又は均一に分散され得る。スポットを近づけ過ぎて置くことは中間領域で過熱を引き起こす。一方で、スポットの間隔を離し過ぎて空けることは、剥離していない補強領域のいくつかの領域を残してしまう。従って、第１のレーザ光の２つのスポットは、補強領域を完全に剥離するように補強領域に分散され得る。また、すべての領域は熱され過ぎない。いくつかの例では、所望の補強領域は２つのトラックとなり得る。その場合、第１のスポットは第１のトラックを剥離し得る。一方で、他のスポットが第２のトラックを除去する。
【００２２】
いくつかの例では、第２のレーザ光は２つのスポットレーザ光を備える。いくつかの例では、そのような２つのスポットは第１の方向と実質的に垂直に配置され得る。代わりに、そのような２つのスポットは第１の方向と実質的に平行に配置され得る。
【００２３】
いくつかの例では、補強材（金属溶加材）は、粉体ガス流によって与えられる金属粉末、又は金属ワイヤとして与えられる固体金属を備え得る。粉末又はワイヤの形状の補強材は、例えばＨｏｇａｎａｅｓから商業的に利用できるステンレス鋼ＡｌＳｉ３１６Ｌであってもよい。粉末は、以下の重量割合の組成を有し得る。０％から０．０３％の炭素、２．０％から３．０％のモリブデン、１０％から１４％のニッケル、１．０％から２．０％のマンガン、１６％から１８％のクロム、０．０％から１．０％のケイ素、そしてそれ以外は鉄と不純物である。代わりに、例えばＨｏｇａｎａｅｓ（登録商標）から商業的に利用できる４３１ＬＨＣが使用され得る。この粉末は、以下の重量割合の組成を有する。７０％から８０％の鉄、１０％から２０％のクロム、１．０％から９．９９％のニッケル、１％から１０％のケイ素、１％から１０％のマンガン、そしてそれ以外は不純物である。これらの補強材を組み合わせることも可能である。例えば、３５％の重量のＡｌＳｉ３１６Ｌと６５％の重量の４３１ＬＨＣを備える補強材は、良質な延性と強度を示す。
【００２４】
さらなる例では、例えばＨｏｇａｎａｅｓ（登録商標）からさらに商業的に利用できる３５３３−１０が使用され得る。粉末は、以下の重量割合の組成を有する。２．１％の炭素、１．２％のケイ素、２８％のクロム、１１．５％のニッケル、５．５％のモリブデン、１％のマンガン、そしてそれ以外は鉄と不純物である。
【００２５】
これらの組成においてニッケルがあることは良質な腐食抵抗に繋がり、オーステナイトの形成を促すことが確認された。クロム及びケイ素の追加は腐食抵抗の助けとなる。また、モリブデンは硬度の増加の助けとなる。また、代わりの例では、他のステンレス鋼、ＵＨＳＳでさえ使用され得る。いくつかの例では、粉末は、環境に応じて異なる（例えば、より高い）機械的特性を与える、いかなる成分も含み得る。上述の補強材は、簡単に溶かされ、希釈され、さらに剥離された領域の鋼基板の一部と第２のレーザ光を使用して混ぜられ得る。
【００２６】
さらに、いくつかの例では、所定の方法は、金属溶加材とレーザ熱で構造部品の第１側に特定の幾何学的形状を描くことを含む。従って、補強領域は描かれる形状に相当し得る。また、経路が、相当する補強領域に沿って選択され得る。第１の方向は、選択された経路に沿った方向に相当し得る。部品の補強領域、及び、又は特定の幾何学的形状は、部品の衝突シミュレーションから先に形成され得る。このように、特定の幾何学的形状は、衝突に関わる変形エネルギに基づいて形成され得る。さらに、いくつかの例で、補強領域の厚さ又は特定の幾何学的形状は、部品を成形するために用いられるブランクの厚さに応じ得る。さらなる例では、補強領域は、例えば、ねじのために必要とされる穴によって生じる強度不足を補うために形成され得る。これらの場合では、補強領域は、部品に設けられた穴を囲み得る。さらなる例では、補強領域は、所定の領域に形成され得る。ヒンジ又はフック（例えば、バンパの牽引用フック）が所定の領域に設けられる。
【００２７】
さらに、いくつかの例では、所定の方法は、構造部品の第２側の領域を冷却することを備える。第２側は、第１側の反対にある。補強材が堆積されながら、又は補強材が、選択された補強領域に堆積された後に、そのような冷却は行われ得る。構造部品の反対側の領域を冷却することは、熱影響領域が所定の冷却率も満たすことを保証する。所定の冷却率は、マルテンサイトの微細構造を実質的に得るために十分な高さである、又は少なくとも最終的に補強された部品のフェライトのマトリクス微細構造の形成を減少させる。また、冷却することは、熱影響領域を減らし得る。熱影響領域における所定の領域は、微細構造に悪影響を及ぼす高温にならない。
【００２８】
いくつかの例では、金属コーティング層は、アルミニウムの、又はアルミニウム合金の層、若しくは亜鉛の、又は亜鉛合金の層であってもよい。
【００２９】
いくつかの例では、鋼基板はボロン鋼を含み得る。自動車産業で使用されるボロン鋼の例は２２ＭｎＢ５鋼である。２２ＭｎＢ５鋼の組成は重量割合として以下にまとめられる（それ以外は鉄と不純物である）。
【表１】
2019500216.tif 000003
【００３０】
いくつかの２２ＭｎＢ５鋼は、同様の化学組成を有しており、商業的に利用可能である。しかし、２２ＭｎＢ５鋼の各成分の正確な量は、製造業者ごとに少し変わり得る。Ｕｓｉｂｏｒ（登録商標）１５００Ｐは、アルセロールによって製造される商業的に利用可能な２２ＭｎＢ５鋼の一例である。Ｕｓｉｂｏｒ（登録商標）の組成は重量割合として以下にまとめられる（それ以外は鉄と不純物である）。
【表２】
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【００３１】
他の例では、２２ＭｎＢ５は、およそ０．２３％の炭素、０．２２％のケイ素、及び０．１６％のクロムを含み得る。さらに、材料はマンガン、アルミニウム、チタン、ホウ素、窒素、及びニッケルを異なる割合で備え得る。
【００３２】
また、ＵＨＳＳの他の様々な鋼の組成は自動車産業で使用され得る。特に、欧州公開特許２７３５６２０Ａ１に記載の鋼の組成が適していると考えられ得る。欧州公開特許２７３５６２０Ａ１の表１及び段落００１６〜００２１、かつ段落００６７〜００７９の事柄が特に参照され得る。いくつかの例では、ＵＨＳＳは、およそ０．２２％の炭素、１．２％のケイ素、及び２．２％のマンガンを含み得る。
【００３３】
いかなるこれらの組成の鋼（例えばＵｓｉｂｏｒ（登録商標）のような２２ＭｎＢ５鋼と上述の他の組成の両方）も、腐食及び酸化の損傷を防ぐためのコーティングを備えて供給され得る。このコーティングは、例えばアルミニウムシリコン（ＡｌＳｉ）コーティング、又は亜鉛若しくは亜鉛合金を主に備えるコーティングであってもよい。
【００３４】
また、パッチワークブランク及びテーラードブランクは使用され得る、又は他の産業に役立ち得る。
【００３５】
Ｕｓｉｂｏｒ（登録商標）１５００Ｐは、フェライト−パーライトの段階で供給される。それは、一様なパターンで分散される良質な粒状構造である。機械的特性は、この構造に関する。加熱、熱間打ち抜き工程、及びクエンチの後に、マルテンサイトの微細構造は形成される。結果として、最大強度及び降伏強さは著しく増加する。同様の加工は、他のいかなる鋼の組成にも利用され得る。
【００３６】
いくつかの例では、先に成形された構造部品が熱間ダイクエンチによって得られてもよい。
【００３７】
もう１つの態様では、先に成形された鋼構造部品を補強するツールが開示される。ツールは、金属コーティングを有する先に成形された構造部品の１つ以上の補強領域を選択するために撮像装置を備え得る。さらに、ツールは、１つ以上のレーザヘッドを備え得る。１つ以上のレーザヘッドは、第１のレーザ光と第２のレーザ光を発するレーザ光源を備え得る。いくつかの例では、レーザ光源は、第１のレーザ光を発する第１のレーザ光源、及び第２のレーザ光を発する第２のレーザ光源を備え得る。１つ以上のレーザヘッドは、第１のレーザ光の１つのスポット又は複数のスポットから２ｍｍから５０ｍｍまでの間の距離に第２のレーザ光のスポットを構造部品上に向けるように構成され得る。さらに、ツールは補強材（金属溶加材）デポジタを備え得る。さらに、ツールは所定のコントローラを備えうる。所定のコントローラは、撮像装置、１つ以上のレーザヘッド、及び補強材デポジタを備え得る。コントローラは、撮像装置から受け取るデータに基づいて第１の方向を選択するために、補強領域のコーティング層の少なくとも一部を剥離するように第１の方向に沿って第１のレーザ光をガイドするために、剥離された補強領域に補強材を局所的に堆積させる指示を補強材デポジタに出すために、及び剥離された領域の補強材を溶かすためにレーザ熱を作用させるように第１の方向に沿って第２のレーザ光をガイドするために構成され得る。２つのレーザ光のスポットの間の距離は、様々な要因に応じ得る。例えば、剥離されたコーティングは、堆積が起こる前に取り除かれることを必要とし得る。従って、距離は、堆積された材料が、剥離された材料の除去の一部として誤って取り除かれなくてもよいようになり得る。すなわち、剥離された領域からのコーティングのいかなる除去も、補強材の堆積が、剥離された領域で行われる前に、完了されること、又は十分に離れて行われることを必要とする。さらに、補強材のいかなる堆積も、剥離された領域からコーティングを除去した後で、剥離された領域の腐食を減らす、又は防ぐために、好ましくは、十分に近づけてもよい。従って、第１及び第２のレーザ光は、好ましくは、共にガイドされる。剥離された材料を取り除く１つの方法は、エアブローシステムを用い得る。しかし、さらなる除去が行われることが必要なければ（例えば、アブレーション加工が、剥離されたコーティングを補強領域から押し出すため）、２つのスポットの間の距離は相対的に近くなる。
【００３８】
いくつかの例では、第１及び第２のレーザ源が、１つのレーザヘッドに設けられ得る。これにより、全体のアブレーション加工及び溶融加工の間、２つのレーザ光は正確に整列され、より速い補強が可能となる。第１及び第２のレーザ源が１つのレーザヘッドに設けられるため、両方のレーザは共に動かされ得る、すなわち同一のトラックに従って動かされ得る。代わりに、１つのレーザヘッドの２つのレーザ光は１つのレーザ源から発し得る。すなわち、１つのレーザヘッドは第１及び第２のレーザ光を発し得る。
【００３９】
いくつかの例では、第１のレーザ源が第１のレーザヘッドに設けられ、第２のレーザ源が第２のレーザヘッドに備わり得る。第１及び第２のレーザヘッドは、共に動けるように配列され得る。２つのレーザヘッドを使用することは、スポットの運動特性の個別の制御を可能とし得る。例えば、アブレーションスポット（又は２つのスポット光の場合の複数のスポット）の発生源となるレーザヘッドは、第２の方向でスポットを移動させ得る。これは、ヘッドが、例えば、いかなるアブレーションの残りも取り除くように剥離された領域を一掃するために第１の方向で動くときに行われる。第２のヘッドは、第１の方向に沿った第２のレーザ光の動きを与えるだけである。
【００４０】
さらにもう１つの態様では、ここで開示された上述の態様に記載の方法によって得られるような製品が開示される。結果として得られる製品は向上した特性を示してもよい。これは、剥離された領域がアブレーションレーザからすでに先に熱されることで、補強材が、剥離された領域で均一に溶解して付着し得るためである。また、２つの加工（アブレーション及び材料の堆積）は、時間内及び空間内で分けられず、剥離された領域が冷却され得る前に連続して行われる。
【００４１】
いくつかの例では、得られた製品に獲得された局所的な補強は、０．２ｍｍの最小厚さを有し得る。最小厚さは、補強領域における部品の増加した機械強度を提供することを確実にする。１つの例では、補強の厚さ（すなわち、部品に関する厚さの増加）は、０．２ｍｍから１０ｍｍまで、特に０．２ｍｍから６ｍｍまで、さらにとりわけ０．２ｍｍから２ｍｍまででよい。
【００４２】
本発明の開示の例は、所定の部品に使用され得る。所定の部品は、例えば熱間打ち抜き、ロール成形、及び液圧成形を含む様々な方法で成形される。本発明の開示の例は、異なる材料、特に異なる鋼の部品に使用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
本発明の開示の非限定的な例は、添付の図面を参照して以下に記載される。
【図１】補強された鋼構造部品を製造する例を示す図。
【図２Ａ】補強された鋼構造部品の例を示す図。
【図２Ｂ】補強された鋼構造部品の例を示す図。
【図２Ｃ】補強された鋼構造部品の例を示す図。
【図３Ａ】例に記載の補強工程の平面図。
【図３Ｂ】例に記載の補強工程の平面図。
【図４】例に記載の先に成形された鋼構造部品の補強領域１２を補強するツールを示す図。
【図５Ａ】実質的に上述の方法によって得られることができる、異なる特定の補強形状の例を示す図。
【図５Ｂ】実質的に上述の方法によって得られることができる、異なる特定の補強形状の例を示す図。
【図５Ｃ】実質的に上述の方法によって得られることができる、異なる特定の補強形状の例を示す図。
【図５Ｄ】実質的に上述の方法によって得られることができる、異なる特定の補強形状の例を示す図。
【図６】実質的に上述の方法によって製造された補強された部品の例を示す図。
【図７】実質的に上述の方法によって製造された補強された部品の例を示す図。
【図８】例に記載の補強された鋼構造部品を製造する方法のフロー図。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
図１は、補強された鋼構造部品を製造する例を示す。先に成形された鋼構造部品１０は、鋼基板１５及び（アルミニウム、又はアルミニウム合金、若しくは亜鉛、又は亜鉛合金の）コーティング層１５を備える。レーザヘッド２５は、第１のレーザ源２７及び第２のレーザ源２９を備え得る。第１のレーザ源２７は第１のレーザ光３０を発し得る。第１のレーザ光３０は、コーティング層２０の一部を剥離するために使用され得る。第１のレーザ光３０は第１のレーザ源２７によってガイドされ得る。第１のレーザ源２７はそれぞれのレーザヘッド、又は第１のレーザ源２７と第２のレーザ源２９との間で共有されるレーザヘッドの一部を形成し得る。第１のレーザ源２７はパルスレーザ、例えばパルスエネルギ４２ｍＪを有する７０ｎｓｅｃのパルスを伝達する、４５０Ｗの公称エネルギを有するＱスイッチレーザであってもよい。
【００４５】
レーザヘッド２５は、第１のレーザ光３０がコーティング層２０に作用するように、先に成形された鋼構造部品１０に関する第１の方向５で相対的に移動する。第１の方向５は所定の経路に沿った方向であってもよい。所定の経路は補強を必要とし得る。従って、アブレーションは、先に成形された鋼構造部品１０の選択された補強領域でのみ行われ得る。補強領域では、補強が必要とされ得る。材料デポジタ４０は、局所的な補強を構造部品に形成するように、剥離された補強領域で材料４５を局所的に堆積させるために使用され得る。
【００４６】
材料デポジタ４０は、補強材４５を、例えば固体ワイヤの形状、又は粉末の形状で与え得る。補強材４５は、第２のレーザ源２９によって発せられる第２のレーザ光３５を用いて、剥離された補強領域で熱されて溶かされ得る。材料デポジタ４０はレーザヘッド２５と共に動き得る。
【００４７】
材料デポジタ４０は、１つの補強アプライヤ５０の一部であってもよい。補強アプライヤ５０は、材料デポジタ４０及びレーザヘッド２５を含み得る。あるいは、材料デポジタ４０は、レーザヘッド２５と分けられるが、合わさって動けるように同期される。材料デポジタ４０は、ガス粉体流を与えるガス粉体ノズルであってもよい。ガス粉体ノズルは、第２のレーザ源２９と同軸に配置され得る。そのため、ガス粉体流及びレーザ光は、部品の所定の面に対して実質的に垂直であってもよい。所定の面は、補強が形成されることになる。従って、ガス粉体流は補強領域に与えられる。このとき、第２のレーザ光は作用している。代わりの例では、ガス粉体流は、部品に対して角度を付けて与えられる。また、これらの例のいくつかでは、ガス粉体流は、レーザ光に対して角度を付けて与えられる。あるいは、ガス粉体流は、上述の例のように、レーザ光に対して同軸に配置され得る。代わりとして、固体のワイヤが、補強材を与えるために使用され得る。
【００４８】
補強工程が、第１の方向に沿って進行するように、補強領域で熱せられ溶かされた補強材は、剥離された補強領域で冷却し、凝固し始め得る。従って、凝固した補強材は、保護されていない境界領域の腐食領域を最小にして剥離されたすべての領域を覆い得る。
【００４９】
第１のレーザ源の粉末は、一般的な厚さ、すなわち０．７から５ｍｍまでの範囲の厚さを有する先に成形された部品の少なくともコーティング層を溶かすために十分である。
【００５０】
第２のレーザ源は、少なくとも補強材（粉末又はワイヤ）をすべての領域で溶かすために十分なパワーを有する。補強はすべての領域で形成されることになる。
【００５１】
いくつかの例では、溶融は、２ｋＷから１６ｋＷまでの間、又は選択的に２ｋＷから１０ｋＷまでの間のパワーを有するレーザを用いて溶かすことを含む。
【００５２】
レーザのパワーを増加することによって、加工の全体の速度が増加し得る。
【００５３】
選択的に、Ｎｄ−ＹＡＧ（ネオジム・イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザが使用され得る。これらのレーザは、商業的に利用でき、実証された技術を備える。この種類のレーザは、また、成形された部品の外側の表面（コーティング層）を溶融させるために十分なパワーを有している。そして、この種類のレーザは、レーザの焦点とそれに伴って補強領域の幅を変化させ得る。「スポット」の大きさを縮めることは、エネルギ密度を増加させる。しかし、スポットの大きさを拡げることは、アブレーション加工の速度を上昇させることができる。スポットは、非常に効率的に制御され得る。そして、様々な種類のアブレーションが、この種類のレーザで使用可能である。また、この種類のレーザは、剥離された領域で補強材を溶かすために十分なパワーを有する。しかし、コーティング層を剥離するために必要なパワーは、補強材を溶かすために必要なパワーと異なってもよい。従って、２つのスイッチレーザが、又はスポットごとにパワーを変えるデュアルソースレーザが必要であってもよい。
【００５４】
代わりの例では、十分なパワーを有するＣＯ２レーザ又はダイオードレーザが使用されてもよい。
【００５５】
図２Ａは、図１を参照した上述の加工に記載の、製造された補強された鋼構造部品の例を示す。補強された部品２００は、鋼基板１５、コーティング層２０、及び補強６０を備え得る。補強６０は、実質的に、コーティング層２０の剥離された領域に堆積され、溶かされ、さらに鋼基板１５の一部と混ぜられ得る。図２に示すように、補強６０は、剥離されたコーティング層の領域の鋼基板に直接的に、及び剥離された鋼基板の領域を実質的に露わなままにすることのないコーティング層２０の側に付着され、希釈され得る。上述の加工を使用して補強された部品又は製品の利益は説明されるものである。これは、２つの代わりの補強加工と比較されて、図２Ｂ及び図２Ｃを参照して後述する。
【００５６】
図２Ｂは、補強された鋼構造部品を示す。ここでは、補強材は、コーティング層を先に剥離せずに追加された。鋼部品１０は、図１を参照して説明された部品と同様に、鋼基板１５及びコーティング層２０を有し得る。粉末又はワイヤ形状の補強材６０は、鋼部品１０及び実質的にコーティング層２０へのレーザ熱で堆積され得る。この加工で与えられる補強は、図２Ｂに示されるように、環境を満足し得る。しかし、補強材６０の少なくとも一部（符号ｕで指示された部分）は希釈されず、鋼基板１５と混ぜられなくなり得る。このとき、補強材６０は、熱せられるが、コーティング層内で部分的に希釈された状態を保たれる、又は得られる。これは、図２Ａを参照して説明された補強された鋼構造部品と比較して、悪影響が及んだ領域で、補強された鋼構造部品１０が不均一で、より劣る性能に結果としてなり得る。
【００５７】
図２Ｃは、補強された鋼構造部品を示す。ここでは、コーティング層の一部は第１のレーザで剥離し、ステンレス鋼部品が、剥離された領域に取り付けられる。鋼部品の大きさは、剥離された領域の大きさと１００％一致しなくてもよい。そのため、鋼基板の剥離された領域の（符号ｂで指示された）境界領域は、腐食する傾向があり得る。これは、鋼基板はステンレスではないためである。すなわち、コーティング層２０は酸化からの保護を与える。そのような状況は、図２Ａを参照して説明された製品によって避けられる。これは、堆積された補強材はが、溶かされたとき、流動し、剥離された領域のすべてを覆い、境界領域を露わなままとせず、酸化又は腐食する傾向があるためである。
【００５８】
図３Ａは例に記載の補強工程の平面図である。補強領域１２は、コーティング層を有する先に成形された鋼構造部品１０上で選択される。第１のレーザ光３０は、２つのスポットレーザ光を備え、第１の方向５に沿って動き得る。２つのスポットレーザ光は、工程の経路に沿って補強領域１２を剥離し得る。第２のレーザ光３５は、剥離された領域で堆積された補強材（図示せず）を熱して溶かす。補強領域に応じて、レーザ光は、楕円又は矩形のスポット、若しくは２つのスポットを与え得る。スポットの大きさは、少なくとも補強領域の領域を覆うためであってもよい。補強領域では、補強材の希釈が所望される。図３Ｂは、アブレーションのための１つの矩形スポットで第１のレーザ光３０を使用して補強する工程の例の平面図である。図３Ａ及び図３Ｂで示されるように、第１のレーザ光３０のスポットの大きさは、第２のレーザ光３５の小さな大きさより実質的に小さくてもよい。結果として、第１のレーザ源のパワーは、第２のレーザ源よりも実質的に低くてもよい。第１のレーザ源はおよそ４５０Ｗであってもよい。一方、第２のレーザ源のパワーは、２ｋＷから１６ｋＷ、選択的に２ｋＷから１０ｋＷまでの間であってもよい。
【００５９】
図４は、例に記載の先に成形された鋼構造部品の補強領域１２を補強するためのツールを示す。第１の光ファイバはビームシェイパ２４に第１の光信号を与え得る。また、第２の光ファイバはビームシェイパ２４に第２の光信号を与え得る。ビームシェイパ２４はレーザヘッド構造２５に光信号を与え得る。レーザヘッド構造２５は、補強領域１２のコーティング層のアブレーションに使用されるために第１のレーザ光３０を発し得る。また、レーザヘッド構造２５は、剥離された補強領域の補強材（図示せず）の加熱及び溶融に使用されるために第２のレーザ光３５を発し得る。ツールは第１の方向５に沿って動き得る。従って、補強された鋼構造部品は、選択された補強領域の経路に沿って形成され得る。撮像装置７０、例えばカメラは、補強領域を選ぶために使用され得る。コントローラ８０は、撮像装置７０から情報を受け取り、選択された補強領域にレーザ光をガイドするために撮像装置７０及びレーザヘッド構造２５に連結され得る。
【００６０】
図５Ａから５Ｄは、特定の補強形状の異なる例を示す。特定の補強形状は、実質的に上述の方法で得られてもよい。上述のように、補強材（粉末又は固体ワイヤ）を溶かすためにレーザを使用することにより、ほとんどの所望の形状の構成が、例えば異なる曲率、又は異なる大きさ（長さ、幅、及び高さ）、又はグリッドで形成される交わる直線を有し得る。これらの方法は極めて多様に用いられる。余分な材料が、補強を必要としない領域に与えられない。従って、部品の最終的な重量が最適化され得る。
【００６１】
例えば、図５Ａ及び５Ｃは、矩形、正方形、環状リング、半円リング、及び他との交差のような異なる離散した公知の形状を示す。図５Ｂは、実質的に正弦波の形状をそれぞれ形成する曲がった線を示す。また、図５Ｄは、グリッドを形成するように互いに交差する直線を示す。
【００６２】
最終的に補強された部品の重量を最適化するときに、最小厚さ０．２ｍｍを有する局所的な補強がよい結果に繋がることが確認された。最小厚さが、例えば一つの材料（例えば粉末またはワイヤ）の堆積のみで得られてもよい。さらに、それぞれのレーザ露光及び材料堆積は、およそ１ｍｍの最大厚さを含み得る。いくつかの例では、局所的な補強は、およそ０．２ｍｍから６ｍｍの間の厚さを有し得る。これは、繰り返しの材料の堆積、又は加工を遅くすることで満たし得る。
【００６３】
そして、さらなる例では、局所的な補強は、およそ０．２ｍｍから２ｍｍまでの間の厚さを有し得る。これらすべての例では、それぞれの材料堆積及びレーザ露光による局所的な補強の幅は、一般的におよそ１ｍｍから１０ｍｍまでの間であってもよい。
【００６４】
図６及び図７は、実質的に上述のようないかなる方法によっても得られる異なる補強された部品を示す。図６の例では、Ｂピラー８が概略的に図示される。図７の例では、バー９、例えばクロスメンバ又はサイドメンバが概略的に図示される。部品８及び９の両方は例えばＨＦＤＱ加工によって成形される。代わりの例では、冷間成形、又は液圧成形、又はロール成形のように、部品を成形する他の方法が予見される。補強６４及び６５は、補強材を溶かすための第２のレーザ光を作用させて、コーティング層の剥離、及び補強材の堆積によって追加され得る。補強６４及び６５は、部品の直接張力及び剛性を上げることに対して設計される。例えば、補強６４は、角のような領域に影響がある場合に、強度を増加するために設けられる。すなわち、端部及び補強６５は、例えば製造の間に作られた穴のために、強度を部品に追加するために設けられ得る。そのため、部品の全体の強度は、穴の存在によって悪影響が及ぼされない。部品について一般的には、補強は所定の領域で必要とされ得る。所定の領域は最も大きい荷重に耐える必要がある。例えば、Ｂピラーでは、所定の領域は角である。
【００６５】
図８は、例に記載の補強された鋼構造部品を製造する方法のフロー図である。第１のブロック８１では、先に成形された鋼構造部品が与えられる。先に成形された鋼構造部品は例えばアルミニウム又はアルミニウム合金のコーティング層を有し得る。ブロック８２では、先に成形された鋼構造部品の補強領域が選択され得る。ブロック８３では、補強領域の第１の方向が選択され得る。ブロック８４では、第１のレーザ光は、補強領域のコーティング層の一部を剥離するために第１の方向に沿ってガイドされ得る。ブロック８５では、材料は、構造部品の第１側に局所的な補強を形成するために、剥離された補強領域に局所的に堆積され得る。ブロック８６では、レーザ熱は、補強材（金属溶加材）を溶かして補強を形成するために、第２のレーザ光を使用して第１の方向に沿って実質的に同時に作用され得る。第１及び第２のレーザ光は共に動かされ得る。ブロック８７では、補強された部品は冷却され得る、又は冷却し得る。そのため、補強材は、剥離された鋼基板に付着し得る。
【００６６】
多くの例がここで開示されたが、他の代替案、変更案、使用法、および、又はそれらと同等なものでもよい。さらに、また、記載された例のすべての可能な組み合わせが包括される。従って、本発明の開示の範囲は、特定の例によって制限されるべきではないが、後述の請求項の公正な解釈によってのみ決められるべきである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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