(57)【要約】【課題】機械的締結具は付加重量、コスト、部品及び組み立て時間を必要とする。【解決手段】溶接アセンブリ及び溶接アセンブリを製造する関連する方法は、第１の金属材料の第１要素と、第１の金属材料とは異なる第２の金属材料の第２要素と、高エントロピー合金、純元素及び高エントロピー合金でない合金のうちの１つ以上を含み及び第１要素と第２要素の間に配置されかつ第１要素と第２要素と接触する遷移材料と、を含む。超音波溶接部は遷移材料を第１要素に接合し、融接部は第１要素を第２要素に接合する。融接部は、第１要素、第２要素及び遷移材料に接触する。融接部のガルバニック腐食、金属間化合物及び凝固割れのうちの１つ以上の量またはレベルは、第１要素が第２要素に直接融接された場合を下回る。【選択図】図１
2019130589.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の金属材料を含む第１要素と、
前記第１の金属材料とは異なる第２の金属材料を含む第２要素と、
前記第１要素と前記第２要素の間に配置され、かつ前記第１要素と前記第２要素と接触する遷移材料であって、前記遷移材料が高エントロピー合金、純元素及び高エントロピー合金でない合金のうちの１つ以上を含む、前記遷移材料と、
前記遷移材料を前記第１要素に接合する超音波溶接部と、
前記第１要素を前記第２要素に接合する融接部と、を含む、溶接アセンブリであって、
前記融接部が前記第１要素、前記第２要素及び前記遷移材料に接触し、
前記融接部のガルバニック腐食、金属間化合物及び凝固割れのうちの１つ以上の量またはレベルが、前記遷移材料が前記第１要素と前記第２要素の間に配置されておらずかつ前記第１要素と前記第２要素と接触せずに前記第１要素が前記第２要素に直接融接された場合を下回る、前記溶接アセンブリ。
【請求項２】
前記融接部が、前記第１要素及び前記第２要素と接触するために前記遷移材料を通過する、請求項１に記載の溶接アセンブリ。
【請求項３】
前記融接部が前記第１の金属材料、前記第２の金属材料及び前記遷移材料を含む、請求項１に記載の溶接アセンブリ。
【請求項４】
前記遷移材料が少なくとも第１層及び第２層を含む多層構造であり、
前記第１層が前記第１要素の最も近くに配置され、
前記第２層が前記第２要素の最も近くに配置され、
前記第２層が前記第１要素の最も近くに配置され、かつ前記第１層が前記第２要素の最も近くに配置される場合よりも、前記融接部がガルバニック腐食、金属間化合物及び凝固割れのうちの１つ以上をより少なく含有する、請求項１に記載の溶接アセンブリ。
【請求項５】
前記多層構造の少なくとも１つの層がバナジウムまたはニオブを含む、請求項４に記載の溶接アセンブリ。
【請求項６】
前記第１層及び前記第２層を含む前記多層構造の層が、前記融接部以外のその界面でそれら自体が一緒に溶接される、請求項４に記載の溶接アセンブリ。
【請求項７】
前記融接部が抵抗スポット溶接である、請求項１に記載の溶接アセンブリ。
【請求項８】
前記第１の金属材料がアルミニウムを含み、前記第２の金属材料が鋼を含む、請求項１に記載の溶接アセンブリ。
【請求項９】
前記第１要素が前記第２要素と接触しない、請求項１に記載の溶接アセンブリ。
【請求項１０】
前記遷移材料が前記融接部でのみ前記第２要素に接合する、請求項１に記載の溶接アセンブリ。
【請求項１１】
第１要素に超音波によって溶接される遷移材料を提供することと、
前記遷移材料が第２要素と接触するように前記第１要素と前記第２要素の間に前記遷移材料を配置することと、
前記第１要素と前記第２要素の間に融接部を形成することによって前記第１要素を前記第２要素に接合することと、を含む、溶接アセンブリの製造方法であって、
前記第１要素が第１の金属材料を含み、前記第２要素が前記第１の金属材料とは異なる第２の金属材料を含み、前記遷移材料が高エントロピー合金、純元素及び高エントロピー合金でない合金のうちの１つ以上を含み、
前記融接部が前記第１要素、前記第２要素及び前記遷移材料に接触し、
接合の際、前記遷移材料を前記第１要素と前記第２要素の間に配置せずに前記第１要素が前記第２要素に直接接合された場合と比べて、前記融接部のガルバニック腐食、金属間化合物の形成及び凝固割れのうちの１つ以上の量またはレベルが低減する、方法。
【請求項１２】
前記融接部が、前記第１要素及び前記第２要素と接触するために前記遷移材料を通過する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記融接部が前記第１の金属材料、前記第２の金属材料及び前記遷移材料を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記遷移材料が少なくとも第１層及び第２層を含む多層構造を含み、
前記第１層が前記第１要素の最も近くに配置され、
前記第２層が前記第２要素の最も近くに配置され、
前記第２層が前記第１要素の最も近くに配置され、かつ前記第１層が前記第２要素の最も近くに配置される場合よりも、前記融接部がガルバニック腐食、金属間化合物及び凝固割れのうちの１つ以上をより少なく含有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記遷移材料を前記第１要素に超音波溶接する前に、前記第１層及び前記第２層を含む前記多層構造の層をその界面で一緒に溶接することを更に含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記提供することが、前記遷移材料を前記第１要素に超音波溶接することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記融接が抵抗スポット溶接である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の金属材料がアルミニウムを含み、前記第２の金属材料が鋼を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１要素が前記第２要素と接触しない、請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
前記遷移材料が前記融接部によってのみ前記第２要素に接合する、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
自動車産業で異なる金属を接合することは、一般的に接着剤または機械的締結具の使用によって達成される。
【背景技術】
【０００２】
しかし、機械的締結具は付加重量、コスト、部品及び組み立て時間を必要とする。接着剤は、専用装置、タクトタイムの増加、及び全強度まで接着剤を硬化させるための別個の熱サイクルを必要とする。異なる接合方法に変更することは多くの場合、工場の組み立てラインの新規なインフラ、追加の資本投資、ラインの再設計及び人材育成を要する。
【０００３】
融接は多くの場合、２つの金属片を接合するためにも使用される。しかし、異なる金属材料を融接する際の障害は、溶融池の異なる融解化合物の異なる凝固温度範囲及び電解腐食により誘発される凝固または「高温」割れに加えて、金属間化合物（ＩＭＣ）の形成である。溶接部が冷却するにつれて、高温割れが溶融池の割れを引き起こす一方で、ＩＭＣは多くの場合もろく、弱い接合強度をもたらすことができる。そして、互いに電気接触する一方で、電解液への暴露が原因で多くの卑金属のうちの１つが腐食するにつれて、ガルバニック腐食は接合部破壊をもたらすことができる。
【０００４】
ＩＭＣの形成及び凝固割れという課題を防ぐ一方法は、溶融池を希釈する、優先的に許容される化合物を形成する、または溶融池の非相溶性元素の物理的分離を提供する、充填剤材料の追加による。充填剤材料は一般的に予め接合部に置かれる、または被覆アーク溶接（ＳＭＡＷ）、ガスメタルアーク溶接（ＧＭＡＷ）及びガス−タングステン溶接（ＧＴＡＷ）のいくつかの例の場合、溶接中に溶融池に加えられる。
【０００５】
２つの卑金属の間の電気陰性度を有する中間材料を段階的に使用することにより、卑金属の間の電気陰性度の変化を適応させることによって、ガルバニック腐食を防ぐことができる。そのうえ、卑金属の間に追加の充填剤材料を配置することによって、物理的分離は電解液による同時接触の可能性を低くし、それによってガルバニック腐食を防ぐ。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一態様によれば、溶接アセンブリは、第１の金属材料を含む第１要素と、第１の金属材料とは異なる第２の金属材料を含む第２要素と、第１要素と第２要素の間に配置されかつ第１要素と第２要素に接触する遷移材料と、を含む。遷移材料は、高エントロピー合金、純元素、及び高エントロピー合金でない合金のうちの１つ以上を含む。アセンブリは、遷移材料を第１要素に接合する超音波溶接部と、第１要素を第２要素に接合する融接部も含む。融接部は、第１要素、第２要素及び遷移材料に接触する。融接部のガルバニック腐食、金属間化合物及び凝固割れのうちの１つ以上の量またはレベルは、遷移材料が第１要素と第２要素の間に配置されておらずかつ第１要素と第２要素と接触せずに第１要素が第２要素に直接融接された場合を下回る。
【０００７】
別の態様によれば、溶接アセンブリを製造する方法は、第１要素に超音波によって溶接される遷移材料を提供することと、遷移材料が第２要素と接触するように第１要素と第２要素の間に遷移材料を配置することと、第１要素と第２要素の間に融接部を形成することによって第１要素を第２要素に接合することと、を含む。第１要素は第１の金属材料を含み、第２要素は第１の金属材料とは異なる第２の金属材料を含み、遷移材料は高エントロピー合金、純元素及び高エントロピー合金でない合金のうちの１つ以上を含む。融接部は、第１要素、第２要素及び遷移材料に接触する。接合の際、遷移材料を第１要素と第２要素の間に配置せずに第１要素が第２要素に直接接合された場合と比べて、融接部のガルバニック腐食、金属間化合物の形成及び凝固割れのうちの１つ以上の量またはレベルは低減する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明による抵抗スポット溶接及び単層の遷移材料を含む、溶接アセンブリの断面図である。
【図２】本発明による抵抗スポット溶接及び多層の遷移材料を含む、溶接アセンブリの断面図である。
【図３】本発明による抵抗スポット溶接以外の融接及び単層の遷移材料を含む、更なる溶接アセンブリの断面図である。
【図４】本発明による抵抗スポット溶接以外の融接及び多層の遷移材料を含む、溶接アセンブリの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
ここで図１〜図４を参照すると、溶接アセンブリ２は、第１の金属材料を含む第１要素４と、第１の金属材料と異種の（すなわち、それとは異なる）第２の金属材料を含む第２要素６と、第１要素４と第２要素６の間に配置されかつ高エントロピー合金、純元素または第１の材料及び第２の材料と十分に適合する合金を含む遷移材料８と、を含む。遷移材料８は超音波積層造形法（「ＵＡＭ」）などの方法を介して第１要素４に超音波によって溶接されて、第１要素４と遷移材料８の間に固体相インターフェイス（すなわち、ＵＡＭ溶接部または超音波溶接部１０）を作成する。そこでＵＡＭ溶接部１０は、第１要素４及び遷移材料８の一部を含む。
【００１０】
ＵＡＭは超音波金属溶接に基づく固体相（すなわち融解していない）金属溶接工程であり、それは十分な高密度で間隙のない三次元部分を提供する。超音波溶接工程で、超音波溶接機を使用してもよく、それは、圧縮力の下で接合される金属部分に超音波振動を付与する１つ以上の圧電変換器によって駆動されるソノトロード（すなわちホーン）を含む。金属部分とそれが溶接される材料の間に塑性変形を作成するために、金属部分に対して横断方向の通常約２０ｋＨｚまたは４０ｋＨｚ（ノミナル）の振動数で、ソノトロードは作動する。２つの金属部分が超音波によって溶接されるとき、静的圧縮力と共にワークピース上のソノトロードによって付与される振動は、２つの金属部分の間に金属結合を形成させる。プロセス温度は低く（一般的に１５０℃未満）であり、したがってもろいＩＭＣの形成を阻害して、接合した金属の大部分の微細構造を変えることを阻害し、接合した金属の熱誘導性変形または特性低下を阻害する。
【００１１】
低温プロセスなので、超音波溶接は遷移材料８を第１要素４に接合するために有用である。すなわち熱処理前の効果、またはメソもしくはマイクロスケールでの第１要素４の微細構造を変更し得ないことを意味し、不都合なＩＭＣを形成せずに異なる金属材料を接合することが可能である。第２に、超音波溶接は、第１要素４と遷移材料８の間に連続的な気密結合を生じる。その結果、接合構造体の間の境界面を外部環境から遮断でき、それによって汚染物質（例えば電解質）による腐食または浸潤を回避する。
【００１２】
更にＵＡＭは、超音波溶接部１０を形成するための他のいかなる材料も必要としない固体相工程である。したがって接着剤または他の物質を第１要素４に対する遷移材料８の位置を維持するために使用する場合、ＵＡＭ工程は、溶融池中に存在し得るいかなる汚染物質もない状態をもたらす。第１要素４に遷移材料８を超音波溶接することで、第１要素４に対する遷移材料８の移動を防ぐことにより、遷移材料８が第１要素４上の所望の位置に維持されるのを可能にする。第２要素６とのその後の融接のために遷移材料８を第１要素４上の所望の位置に保持する一方で、これによって、第１要素４及び遷移材料８が例えば１つの場所（例えば供給元）から別の場所（例えば車両組み立てライン）まで輸送されるのを可能にする。ＵＡＭ溶接部１０は頑丈かつ耐久性があり、したがって第２要素６に第１要素４を接合する行為とは別の時間及び場所で、遷移材料８が第１要素４に溶接されるのを可能にする。
【００１３】
第１要素４への遷移材料８のＵＡＭ溶接の後、それから遷移材料が２つの要素４、６の間に挟まれる（すなわち２つの要素４、６と接触する）ように、第１要素４及び第２要素６は配置される。そうして第１要素４及び第２要素６は、従来の抵抗スポット溶接または任意の一般的な融接方法によって一緒に溶接される。融接は融接部１２（例えば抵抗スポット溶接）を作成して、更に融接部１２を囲む熱影響区域２０も生じる。
【００１４】
熱影響区域２０を除く、第１要素４の一部、第２要素６の一部及び遷移材料８の一部を消費する（すなわち、それらと接触する）融接部１２を形成するように、融接を実施する。図示したように、融接部１２は、熱影響区域２０を除く、ＵＡＭ溶接部１０を通過して、遷移材料８の厚み全体を通して延在し、第１要素４及び第２要素６に接触する。
【００１５】
第１要素４及び第２要素６の間に融接部１２（または「溶接部ナゲット」）を作成するために使用する溶接方法は、抵抗スポット溶接（ＲＳＷ）、アーク溶接、放射線溶接（例えばレーザー溶接）、伝導溶接、誘導溶接、接炎溶接（ｆｌａｍｅ  ｃｏｎｔａｃｔ  ｗｅｌｄｉｎｇ）及び固体反応溶接（ｓｏｌｉｄ  ｒｅａｃｔａｎｔ  ｗｅｌｄｉｎｇ）を含む、任意の既知な融接方法を含んでよいが、これらに限定されない。溶接の後、融接部１２は第１要素４及び第２要素６の両方の一部ならびに遷移材料８の一部を含む。換言すれば、融接部１２は第１要素４、第２要素６及び遷移材料８に接触し、第１の金属材料、第２の金属材料及び遷移材料８の一部を含有する。
【００１６】
図１及び図２で示すように、融接部１２は第１要素４及び第２要素６の間の中央位置に限定され（抵抗スポット溶接の特徴であり得る）、その厚みを通過して延在し（すなわち前記図の上下）かつ第１要素４及び第２要素６と接触する。このような融接部１２は、抵抗スポット溶接によって形成される抵抗スポット溶接部であり得る。図３及び図４で示すように、融接部１２は、図１及び図２のように第１要素４及び第２要素６の間の中央に位置しないが、その代わりに第２要素６より第１要素４で多くを消費しており、第１要素４の片側（すなわち図の上）から遷移材料８の方に向かい、それを通過して、第２要素６内に延在する（抵抗スポット溶接部以外の融接部の特徴であり得る）。明らかなように、融接部１２は代替的には第１要素４より第２要素６の多くを消費することができ、第２要素６の片側（すなわち図の下）から、遷移材料８の方に向かい、それを通過して、第１要素４内に延在する。図３及び図４に示すこのような融接部１２は、抵抗スポット溶接（例えばアーク溶接、放射線溶接（例えばレーザー溶接）、伝導溶接、誘導溶接、接炎溶接及び固体反応溶接）以外の融接技術によって形成され得る。
【００１７】
示すように、融接部１２はＵＡＭ溶接部１０の形成から隔たった時間及び場所で形成され得る。例えば部品供給元は、供給元の生産施設で第１要素４と遷移材料８の間にＵＡＭ溶接部１０を形成してよく、次いで自動車製造業者の生産施設にこの部品を出荷し、それは供給元の生産設備から離れた位置にある。第１要素４にＵＡＭ溶接した遷移材料８を含む部品は、ＵＡＭ溶接部１０の形成から隔たった時間で自動車製造業者の生産施設で、部品に第２要素６を融接することによって接合されることができる。ＵＡＭ溶接を可能にするため自動車製造業者の施設が改修されるまたはアップグレードされることを必要とせずに、この構成は溶接アセンブリ２の製造を可能にする。供給元の生産施設にてオフサイトで実施されるＵＡＭ溶接は、ＵＡＭ溶接を可能にするために生産施設をアップグレードするのに必要だった時間及び金を、自動車製造者が節約するのを可能にする。
【００１８】
複数の実施形態では、第１要素４及び第２要素６は異種の材料（例えば異なる電極電位を有する材料）から製造される。しかし、これは必要とされず、第１要素４及び第２要素６は同じ材料から製造してよい。複数の実施形態にて、第１要素４は第１の金属材料を含む、または第１の金属材料からなり、第２要素６は第１の金属材料とは異なる第２の金属材料を含む、または第２の金属材料からなる。非限定的実施形態にて、第１及び第２の金属材料のうちの１つはアルミニウムまたはアルミニウム系合金を含む、またはアルミニウムもしくはアルミニウム系合金からなり、第１及び第２の金属材料の残りは鋼または鋼系合金を含む、または鋼もしくは鋼系合金からなる。一態様で、第１の金属材料はアルミニウムまたはアルミニウム系合金を含む、またはアルミニウムもしくはアルミニウム系合金からなり、第２の金属材料は鋼または鋼系合金を含む、または鋼もしくは鋼系合金からなる。別の態様で、第１の金属材料は鋼または鋼系合金を含む、または鋼もしくは鋼系合金からなり、第２の金属材料はアルミニウムまたはアルミニウム系合金を含む、またはアルミニウムもしくはアルミニウム系合金からなる。
【００１９】
図示したように、第１要素４は第２要素６に接触せず、その代わりに遷移材料８によって分離され、遷移材料８は第１要素４に接触して、第２要素６に接触する。第１要素４及び第２要素６が異なる材料（例えばアルミニウムと鋼）から製造されるとき、遷移材料８を使用する第２要素６からの第１要素４のこの分離及びその間の増加した距離は、異なる金属間の接触がある場合生じ得た腐食（例えばアルミニウムと鋼の間のガルバニック腐食）を阻害する。
【００２０】
一実施形態において、遷移材料８は融接部１２だけで第２要素６に接合される。すなわち、遷移材料８は第２要素６にＵＡＭ溶接されない。別の実施形態で、遷移材料８は、例えば第１要素４を第２要素６に融接する前に、第２要素６及び第１要素４にＵＡＭ溶接してよい。
【００２１】
遷移材料８は、第１の材料及び第２の材料と適合するように選択できる。「適合する」とは、アセンブリ２が融接されるとき、遷移材料がガルバニック腐食、ＩＭＣの形成及び凝固割れを阻害することを意味する。遷移材料８は、単一材料（例えば高エントロピー合金、従来の合金（高エントロピー合金でない合金）または純元素（例えば金属））であることができる。第１の材料及び第２の材料と適合する適切な遷移材料８を選択することによって、溶融池の元素組成は十分に希釈する。その結果、ガルバニック腐食、不都合なＩＭＣの形成または凝固割れのうちの１つ以上は、臨界レベル未満に抑制される、または強力な優先化合物の形成によって排除される。遷移材料８（すなわち高エントロピー合金、従来の合金または純元素）は、融接の際、適合性があるとみなされてよい。遷移材料８が第１要素４と第２要素８の間に配置されておらずかつそれらと接触せずに第１要素４が第２要素６に直接融接された場合と比較して、遷移材料８は、融接部のガルバニック腐食、ＩＭＣの形成及び凝固割れのうちの１つ以上の低減した量またはレベルをもたらす。
【００２２】
鋼−アルミニウム溶接で、遷移材料８で使用するこのような単一材料は、元素（例えばバナジウム、ニオブ、ケイ素、マグネシウム、ベリリウム、銅、亜鉛、ニッケルまたは希土類元素）であり得る、またはこれらを含有してよい。遷移材料８は、第１要素４と第２要素６の間の元素拡散及び混合への隔壁（すなわち、拡散隔壁）として機能する要素からなり得る。このような隔壁要素は、鋼−チタン溶接のバナジウムまたはタンタル、及び鋼−アルミニウム溶接のケイ素を含んでよい。いくつかの実施形態で、遷移材料８の一部が融接中に消費されるので、遷移材料８は溶融池を材料（例えば、第１要素または第２要素に存在しない追加の要素）で希釈する、またはそれによって融接部１２のガルバニック腐食、ＩＭＣの形成及び凝固割れのうちの１つ以上を阻害する拡散隔壁として機能する。他の実施態様で、希釈または隔壁材料は、第１要素４及び第２要素６のうちの少なくとも１つ中に存在する。融接部１２は、第１要素４（すなわち、第１の金属材料）、第２要素６（すなわち、第２の金属材料）及び遷移材料８（すなわち、高エントロピー合金）からの元素または化合物からなることができる。鋼とアルミニウムの間に形成される融接において、遷移材料８はケイ素、マグネシウム、ベリリウム、銅、亜鉛、ニッケルまたは希土類元素を含んでもよい。鋼とチタンの間に形成した融接にて、遷移材料８はバナジウムまたはタンタルを含んでもよい。
【００２３】
本発明で、遷移材料８は単一材料（例えば高エントロピー合金）であることができる。高エントロピー合金（ＨＥＡ）はほぼ等原子比率で５つ以上の主元素を含む金属合金であり、各元素の原子濃度は５〜３５原子パーセントで変化する。立体配置エントロピーを最大化し、融接中または融接後の融接部１２のガルバニック腐食、ＩＭＣの形成及び凝固割れのうちの１つ以上を抑制するために、ＨＥＡを使用し得る。非限定的実施形態にて、遷移材料８は、ＡｌｘＣｏＣｒＦｅＮｉ（ｘ＝０．１〜０．３）のＨＥＡシステムを含む。これの使用または他のＨＥＡの使用は、融接部１２でＩＭＣの代わりに固溶体の形成をもたらす可能性がある。
【００２４】
ＡｌｘＣｏＣｒＦｅＮｉ（ｘ＝０．１〜０．３）が鋼とアルミニウムの第１要素４及び第２要素６の間の遷移材料８として使用されるとき、融接部１２の界面微細構造体は、鋼要素とＨＥＡの間に大きい鉄（Ｆｅ）拡散を含有し得て、したがって強力な結合を形成し、アルミニウムとＨＥＡの間の界面にケイ素酸化物を含んでよい。更に、接合の強度は、溶接時間が増えるにつれて増加し得る。
【００２５】
遷移材料８は、純元素（例えばニッケル）も含むことができる。鋼と第１要素４及び第２要素６のチタンまたはチタン系合金の間の遷移層８としてニッケルを使用するとき、一般的に第一鉄とチタン片の間の溶接部を破断させる、もろいＦｅ−Ｔｉ  ＩＭＣの形成及び／または凝固割れを防ぐために、ニッケルの存在は溶融池を十分に希釈し得る。
【００２６】
遷移材料８は、高エントロピー合金でなく、特定の合金元素を追加または省略した卑金属の１つと類似している合金も含むことができる。一例として亜鉛を追加したアルミニウム合金は、鋼に溶接するとき、臨界値未満でＩＭＣ層の厚さ及び／または凝固割れを低減できる。ケイ素を追加したアルミニウム合金は、Ａｌ卑金属と鋼卑金属の間の遷移区域の硬度を低減するのに加えて、ＩＭＣ層の凝固割れを同様に低減または除去できる。
【００２７】
遷移材料８は単層または多層構造を含んでよい。単層遷移材料８は例えば図１及び図３に示される。多層遷移材料８は例えば図２及び図４に示される。
【００２８】
多層遷移材料８（図２及び図４）は種々の組成物の多層を含むことができ、その結果、遷移材料８の組成物は第１要素４に最も近い側から第２要素６に最も近い側に変化する。図２及び図４で示す実施形態にて、遷移材料８の種々の層は、例えばＵＡＭなどの固体相溶接技術によって、または種々の層のロール圧接、拡散溶接、クラッド溶接もしくはスパッタリングによって一緒に接合され得る。遷移材料８の層を接合することは、アセンブリ２の融接の前に実施してよい。
【００２９】
図２及び図４に示すように、遷移材料８は第１層１４及び第２層１６を含む。融接部１２以外で、例えば第２層１６に第１層１４を超音波溶接することによって形成したＵＡＭ接合部１８で、第１層１４を第２層１６に結合し得る。第１層１４は第１要素４の最も近くに配置され、かつそれと接触する。第１層１４は更に超音波溶接部１０で第１要素４と結合する。第２層１６は第２要素６の最も近くに配置され、かつそれと接触するが、融接部１２以外で第２要素６と結合することはない。遷移材料８は、追加の層（例えば第３層、第４層など）を含むことができる。
【００３０】
第１要素４を結合することから第２要素６を結合することへそれが進むにつれて、遷移材料８は組成を変える傾斜または変数を有し得る。それがより適合性を持つ（すなわち、融接部１２のガルバニック腐食、ＩＭＣ及び凝固割れのうちの１つ以上がより少ない結果になる）第１要素４または第２要素６のより近くに特定組成を配置するために、このような傾斜組成を使用してもよい。例えば図２及び図４で、第１層１４は第１要素４の第１の材料とより適合性を持ってもよく、第２層１６は第２要素６の第２の材料とより適合性を持ってもよい。その結果、第２層１６が第１要素４の最も近くに配置され、第１層１４が第２要素６の最も近くに配置される場合よりも、融接部１２はガルバニック腐食、金属間化合物及び凝固割れのうちの１つ以上をより少なく含有する。
【００３１】
一実施形態において、第１層１４はＡｌ卑金属４と適合するケイ素含有Ａｌ合金を含む。一実施形態において、第２層１６は、鋼卑金属６と適合する亜鉛または亜鉛含有合金を含む。
【００３２】
本発明は、第１要素４に超音波によって溶接される遷移材料８を提供することによる、溶接アセンブリ２の製造方法を含む。一実施形態において、方法は、遷移材料８を第１要素４に超音波溶接することを含む。この実施形態で、遷移材料８を第１要素４と接触させて、次いで第１要素の所定の位置で第１要素４に超音波によって溶接され得る。所定の位置での遷移材料８の配置及び結合によって、第１要素４が所望により移送またを保存されるのを可能にし、次いで所望の構成を有するアセンブリ２を形成するために、その後の遷移材料８を通過して第２要素６への融接を可能にする。
【００３３】
遷移材料８が第２要素６に接触するように、遷移材料８が第１要素４に超音波によって溶接された後、それから遷移材料８は第１要素４と第２要素６の間に配置される。第１要素４（そして遷移材料８を通過して）と第２要素６の間に融接部１２を形成するために、第１要素４（そして遷移材料８も）は、遷移材料８を通過して融接することによって第２要素６に接合される。
【００３４】
融接部１２が遷移材料８を通過して第１要素４及び第２要素６に接触するように、融接を実施する。換言すれば、融接部１２は、第１要素４の一部、遷移材料８の一部及び第２要素６の一部を消費する。このように融接部１２は、第１要素４、第２要素６及び遷移材料８からの材料を含有する。複数の実施形態で、第１の金属材料及び第２の金属材料の異なる材料を一緒に融接する間またはその後に形成される、融接部１２のＩＭＣのガルバニック腐食の形成及び／または凝固割れを阻害する高エントロピー合金を、遷移材料８は含む。
【００３５】
遷移材料８が多層構造（図２及び図４）であるとき、方法は、その界面に第１層１４及び第２層１６を含む、多層遷移材料８の層を一緒に溶接することを更に含む。第１層及び第２層１４、１６、ならびに存在する場合、多層遷移材料８の他の層を一緒に溶接することは、第１要素４に遷移材料８を超音波溶接する前に及び第２要素６に第１要素４を融接する前に実施してよい。別の実施形態では、多層遷移材料８の層はその代わりに、一度に第１要素４の一層に順次超音波によって溶接され得る。この実施形態で、第１層１４は超音波で第１要素４に溶接され、それによってＵＡＭ溶接部１０を形成し得て、次いで第２層１６は超音波で第１層１４に溶接され、それによりＵＡＭ接合部１８を形成し得る。更に別の実施形態では（図示せず）、多層遷移材料８の層は、第１要素４及び第２要素６それぞれに独立して最初に超音波で溶接され得る。この実施形態で、第１層１４は超音波で第１要素４に溶接され得て、第２層１６は超音波で第２要素６に溶接され得る。その後、第１層１４及び第２層１６を互いに接触させて、一緒に融接され、それによって第２要素６に第１要素４を融接する。
【００３６】
記載した方法によって形成した溶接アセンブリ２は、車両部品またはその一部として（例えばフレーム部材、パネル部材または車両の他の部品として）使用してよい。遷移材料８は、一緒に融接されている第１要素４及び第２要素６から離れた位置で一度に超音波によって第１要素４に溶接できるので、ＵＡＭ性能を提供するために設備を再整備する、または追加の設備投資をするいかなる必要性もなく、溶接アセンブリ２が周知の自動車組み立てラインによって製造されることが可能である。溶接アセンブリは車両の一部として載置されることができ、所望により電着塗装されて、溶接アセンブリ２に塗布した硬化塗料及び焼き付け塗料を含む塗装工程を受ける。
【００３７】
更に溶接アセンブリ２は、２つ以上の融接部１２（例えば熱影響区域２０を除く、第１要素４、遷移材料８及び第２要素６のそれぞれの一部を消費する２つ以上の融接部）を含むことができる。融接部１２が図に示したものとは異なる形状及びサイズを含むことができ、それがスポット溶接部、シーム溶接部または他の種類の溶接部であることができることも理解されるだろう。更に、第１要素４及び第２要素６の配置は、重ね接合を形成するように図に示される。しかし、本発明はこの配置に限定されず、例えば突き合わせ接合、Ｔ−接合、フランジ接合などを形成するように第１要素４及び第２要素６における他の配置を含む。そのうえ、追加の溶接部を使用してもしくは融接部１２（例えば図３及び図４に示す融接部１２）を使用して、他の部品を第１要素４または第２要素６に溶接できる。
【００３８】
本発明は、従来の融接技術を使用して異なる金属を接合するのを可能にする。その結果、融接部１２の不都合なＩＭＣガルバニック腐食の形成及び／または凝固割れを回避すると共に、融接部１２が第１要素４及び第２要素６の両方に接触し、それによって異なる材料の間に強力かつ耐久性のある溶接接合を製造する。
【００３９】
上述の変形ならびに他の特徴及び機能、またはその代替例もしくは異形は、多くの他の異なるシステムまたはアプリケーションに望ましくは組み込まれ得ることは理解されるであろう。また現在予期しないもしくは思いがけない種々の代替例、変形例、変更またはその内部の改善は当業者によってその後に製造され得て、それは以下の特許請求の範囲によって包含されることを意図する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
2019130589000001.pdf