(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のブランクと第２のブランクを接合する方法であって、前記第１のブランク及び前記第２のブランクが、アルミニウム又はアルミニウム合金の層を含むコーティングを有する鋼基材を備え、前記方法が、
前記第２のブランクに接合される前記第１のブランクの前記コーティングを含む第１の部分を選択し、且つ前記第１の部分に接合される前記第２のブランクの前記コーティングを含む第２の部分を選択すること、
前記第１の部分を前記第２の部分に溶接することであって、
溶接が、レーザビーム及びアーク溶接トーチを使用することを含み、
前記アーク溶接トーチがフィラーワイヤ電極を備え、
前記フィラーワイヤ電極として、ガンマジェニック元素を含むステンレス鋼合金から製作されるものを使用して、溶接すること、及び
溶接方向で前記レーザビーム及び前記アーク溶接トーチの両方を変位させることであって、
溶接部における前記ブランクの前記第１の部分及び前記第２の部分が、溶接の間に溶解され、
前記溶接方向で、前記アーク溶接トーチが、前記レーザビームの前方に位置決めされるように、変位させること
を含む方法。
【請求項２】
前記フィラーワイヤ電極が、重量パーセントで、０％〜０．３％の炭素、０％〜１．３％のシリコン、０．５％〜７％のマンガン、５〜２２％のクロム、６％〜２０％のニッケル、０％〜０．４％のモリブデン、０％〜０．７％のニオブ、並びに残部の鉄及び不可避的不純物の組成を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記アーク溶接トーチが、前記第１の部分に垂直な面に対して、１０°から３５°の角度を有する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記レーザビームが、前記第１の部分に垂直な面に対して、０°から１５°の角度を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記第１及び第２のブランクが突合せ接合されており、前記第１の部分が前記第１のブランクのエッジであり、前記第２の部分が前記第２のブランクのエッジである、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記鋼基材が、ボロン合金硬化性鋼である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
製品を形成するための方法であって、
請求項１から６のいずれか一項に記載の方法で第１及び第２のブランクを接合することによって、ブランクを形成すること、
前記ブランクを加熱すること、及び
前記加熱されたブランクを熱変形させ、焼き入れすること
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１４年５月９日に出願された欧州特許出願第１４１６７６７５．９号の利益を主張する。
【０００２】
本開示は、２つのブランクを接合するための方法、及び２つのブランクを接合した後に製品を得るための方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
低コストで部品を軽量化することを目指して、新たな材料及び金属片の生成方法を開発することは、自動車産業において最も重要なことである。これらの目的を達成するために、業界では、超高強度鋼（ＵＨＳＳ）が開発された。超高強度鋼は、重量単位あたりの最大強度が最適化されており、且つ有効な成形特性を示す。これらの鋼は、熱処理の後に微細構造が得られるように設計されている。微細構造によって、良好な機械的特性が付与され、これらの鋼が、鋼ブランクを特定の自動車部品に形成することに用いられるホットスタンピング工程に特に適したものとする。ホットスタンピング工程中に、ブランクが腐食性雰囲気（ａｇｇｒｅｓｓｉｖｅ  ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ）にさらされることから、鋼は、通常、浸食及び酸化を回避するためにコーティングされている。
【０００４】
構造要件を尊重しつつ、部品の重量を最小化する試みで、いわゆる「テーラードブランク」技術が使用され得る。これらの技術では、部品は、任意選択的に異なる厚さ、異なる材料、サイズ、及び特性を有する幾つかのブランクを溶接することによって得られる複合金属ブランクから形成され得る。少なくとも理論的には、この種の技術を用いて材料の使用を最適化することができる。例えば、各材料の特定の特性を必要とされる位置で使用して、厚さの異なるブランクを接合してもよいし、或いは、鋼ブランクをコーティングされた鋼ブランクと接合してもよい。
【０００５】
これらのブランクは、「エッジ対エッジ」で溶接（「突合せ接合（ｂｕｔｔ−ｊｏｉｎｉｎｇ）」）され得る。このような、いわゆるテーラードブランクは、ホットスタンピングされ、その後自動車部品を形成するために製造されるように設計されている。テーラード溶接されたブランクは、ドア、Ｂピラー、ビーム、床、バンパーなどの構造部品に用いられ得る。
【０００６】
同様に「パッチワーク」ブランクが知られている。「パッチワーク」ブランクでは、幾つかのブランクが必ずしも「エッジ対エッジ」で溶接されるわけではないが、ブランク同士の部分的又は全体的な重なりが用いられ得る。
【０００７】
自動車産業で使用される鋼の一例は、２２ＭｎＢ５鋼である。加熱及び形成工程中の脱炭及び酸化スケール形成を避けるため、２２ＭｎＢ５は、アルミニウム−シリコンコーティングが施される。Ａｒｃｅｌｏｒ  Ｍｉｔｔａｌ社から市販されているＵｓｉｂｏｒ（登録商標）１５００Ｐ及びＤｕｃｔｉｂｏｒ（登録商標）５００Ｐは、テーラードブランク及びパッチワークブランクに用いられる鋼の例である。
【０００８】
パッチワークブランク及びテーラードブランクは、他の産業でも使用され得、有用であり得る。
【０００９】
Ｕｓｉｂｏｒ（登録商標）１５００Ｐは、フェライト−パーライト相で提供される。その機械的特性はこの構造に関連する。加熱、ホットスタンピング、及びその後の急速冷却（焼き入れ）の後、マルテンサイト微細構造が得られる。その結果、最大強度及び降伏強度が顕著に増加する。
【００１０】
Ｕｓｉｂｏｒ（登録商標）１５００Ｐの組成は、重量パーセントで以下に要約される（残りは鉄（Ｆｅ）及び不可避的不純物である）。
【００１１】
0006714580.tif 000002
【００１２】
前述したように、Ｕｓｉｂｏｒ１５００Ｐには、侵食及び酸化損傷を防止するため、アルミニウム−シリコン（ＡｌＳｉ）コーティングが施される。しかしながら、このコーティングには、その溶接挙動に関して重大な影響があった。任意の追加手段がない状態でＵｓｉｂｏｒ１５００Ｐブランクを溶接しようとすると、コーティングのアルミニウムが溶接領域に流入する場合があり、これにより、得られた部品の機械的特性の重大な低下が引き起こされ、溶接部において割れ目の可能性が増大し得る。
【００１３】
この問題を克服するため、独国実用新案第２０２００７０１８８３２号では、ある方法が提案されている。この方法は、溶接ギャップに近い領域においてコーティングの一部を（例えばレーザアブレーションによって）除去する方法からなる。この方法は、（テーラード）ブランク及び部品を製造するために、追加工程が必要とされ、工程に反復性があるにもかかわらず、この追加工程は、こすり取るべき部分の数が多く、複雑な品質工程を必要とするという欠点を有する。この欠点は、溶接工程のコスト増加をもたらし、業界における技術競争力を制限する。
【００１４】
米国特許出願第２００８００１１７２０号では、レーザビームによって、アルミニウムを含む表面を有する少なくとも１つの金属加工物をレーザ溶接する処理が提案されている。該処理は、レーザビームを少なくとも１つの電気アークと組み合わせ、その結果、金属を溶解して当該加工物を溶接するることに特徴付けられる。アークの前方にあるレーザは、ガンマ相（Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕなど）を誘起する元素を含有するフラックス入りワイヤなどを使用することを可能にし、溶解領域にわたってオーステナイト組織を維持するのに好適である。
【００１５】
米国特許出願第２０１４０２７４１４号は、ハイブリッド溶接装置を含むハイブリッド溶接システム、及び溶接の方法を開示する。ハイブリッド溶接装置は、レーザ、非消耗式電極を備える電気アーク溶接機、及びワイヤ供給装置を含む。電気アーク溶接機は、溶接ワイヤを供給することなく電気アークを設ける。ワイヤ供給装置は、レーザビームと電気アークの突出部の間に位置する処理領域にワイヤを供給するように構成且つ配置されている。レーザ及び電気アーク溶接機は、共有溶融プールを形成するため、少なくとも２つの隣接する部品に向けてエネルギーを方向付けるように構成且つ配置されている。
【００１６】
米国特許出願第２０１３０４３２１９号では、加工物を溶接又は接合する方法及びシステムが開示されている。この方法及びシステムは、溶接水たまりを生成するための高強度エネルギー源と、溶融温度又は溶融温度近くまで加熱され、且つ溶接水たまりの中に配置される少なくとも１つの抵抗性フィラーワイヤとを利用する。
【００１７】
欧州特許出願第２５１１０４１号では、システムを含むハイブリッド溶接装置、及び約３．０ミリメートルの大きな間隔を有する少なくとも２つの隣接する部品を溶接し、結果として完全な溶け込み溶接をもたらす方法が開示されている。この溶接システムは、デフォーカスされたレーザビームを備えるハイブリッド溶接機、電気アーク溶接機、及び少なくとも２つの隣接する部品のうちの１つ又は複数に隣接する少なくとも１つのブリッジ片を含む。デフォーカスされたレーザビーム及び電気アーク溶接機は、少なくとも２つの隣接する部品へエネルギーを方向付けるように構成且つ配置され、その結果、共有溶融プールが生成される。共有溶融プールは、高速且つ一定の溶接速度で間隔をブリッジする完全な溶け込み溶接をもたらし、それにより、溶接によって２つの隣接する部品を接合するように作動可能である。
【００１８】
しかしながら、溶接部の深さに沿って充填材材料が部分的にのみ希釈されることに関する問題が発見され、これにより、溶接強度が減少する。
【００１９】
本明細書では、ブランクは、１つ又は複数の処理工程（例えば、変形、機械加工、表面処理など）をこれから施さなければならないアーティクルであるとみなしてもよい。これらのアーティクルは、実質的に平板であってもよいし、或いはより複雑な形状を有してもよい。
【００２０】
本明細書に記載された溶接方法の実施例では、上述の欠点が回避されるか、或いは少なくとも部分的に低減される。
【発明の概要】
【００２１】
第１の態様では、本発明は、第１のブランクと第２のブランクを接合する方法を提供し、第１のブランク及び第２のブランクは、アルミニウム又はアルミニウム合金の層を含むコーティングを有する鋼基材を備える。この方法は、第２のブランクに接合される第１のブランクの第１の部分を選択し、且つ第１の部分に接合される第２のブランクの第２の部分を選択すること、及び第１の部分を第２の部分に溶接することを含む。溶接工程は、レーザビーム及びアーク溶接トーチを含み、アーク溶接トーチは、ワイヤ電極を備え、ワイヤ電極は、ガンマジェニック元素（ｇａｍｍａｇｅｎｉｃ  ｅｌｅｍｅｎｔ）を含む鋼合金、任意選択的にガンマジェニック元素を含むステンレス鋼合金から製作されており、アーク溶接トーチは、溶接方向でレーザビームの前方にある。
【００２２】
この態様によれば、溶接工程は、レーザビームとアーク溶接トーチを組み合わせる。これらの２つの種類の溶接工程を組み合わせることは、「ハイブリッドレーザ溶接」と呼ばれることがある。レーザビームとアーク溶接トーチは、溶接部の中で共に作動し、互いに影響を与え、支え合う。レーザ溶接とアーク溶接を別々に行うことに比べて、レーザとアークを組み合わせることにより、溶け込み深さと溶接速度の両方が増加し得る。ハイブリッドレーザ溶接を使用すれば、高品質且つコスト効率の良い溶接が得られる場合がある。
【００２３】
レーザ及び／又はアーク（又はアークと組み合わせたとき）のパワーは、ブランクの第１及び第２の部分を溶解するのに十分であるはずである。好ましくは、ブランクの第１及び第２の部分は、ブランクの厚み全体に沿って溶解し、したがって、充填材料がさらに厚み全体にわたって存在し得る。このように、結果として得られる、最終成果物の微細構造を向上させることができる。
【００２４】
任意の理論に縛られることを望まないが、溶接特性の改善は、先頭のアーク溶接トーチの電極材の溶解に起因すると考えられている。電極材は、アーチ溶接トーチに続くレーザビームにより、溶接部全体にわたって続けて混合される。レーザビームは、溶接部全体にわたって溶融材料の混合を可能にする一種のキーホールを生成する。
【００２５】
アルミニウムが溶接部に存在し得るが、このことにより、ホットスタンピングなどの熱変形処理後の機械的特性が悪くなることはない。これは、電極ワイヤが、オーステナイト相を安定化させるガンマジェニック元素を含むためである。これらのガンマジェニック元素は、溶接部に導入され、溶融物と混合されるので、結果として加熱によりオーステナイト（ガンマ相鉄、γ−Ｆｅ）を得ることができる。熱変形後の急速冷却（焼き入れ）の間、満足の行く機械的特性をもたらすマルテンサイト微細構造（ｍａｒｔｅｎｓｉｔｉｃ  ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を得ることができる。
【００２６】
したがって、ある従来技術の方法で提案されたように、アルミニウム又はアルミニウム合金の層を除去する必要がない。例えば、コーティングされた鋼ブランクを溶接する際、中間処理工程がもはや必要ではないので、より迅速且つ安価に行うことができる。
【００２７】
本明細書では、ガンマジェニック元素は、ガンマ相、すなわちオーステナイト相を促進する化学元素として理解するべきである。ガンマジェニック元素（又は「オーステナイト安定化元素」）は、ニッケル（Ｎｉ）、炭素（Ｃ）、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、及び窒素（Ｎ）を含む群から選択され得る。「フェライト安定化元素」の添加は、「オーステナイト安定化元素」の挙動を中和するかもしれないが、充填材の組成として他の要因も考慮されている場合、任意選択的に、これらの「フェライト安定化元素」は、依然として適切な構成要素であり得る。例えば、硬度を促進するためには、モリブテン（Ｍｏ）が適切な元素であり得、例えば、耐腐食性のためには、シリコン（Ｓｉ）及びクロム（Ｃｒ）が適切な構成要素であり得る。
【００２８】
本明細書では、アルミニウム合金は、アルミニウムが主元素である金属合金であると理解するべきである。
【００２９】
電極ワイヤ又は充填材の中のガンマジェニック元素の量は、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ａｌ、及びＴｉ（チタン）などのアルファジェニック（ａｌｐｈａｇｅｎｉｃ）元素の存在を補償するために十分であることが好ましい。アルファジェニック元素はアルファ鉄（フェライト）の形成を促進する。このことは、ホットスタンピング及び焼き入れ後に得られる微細構造が、マルテンサイト−ベイナイト及びフェライトを含み得ることから、機械的特性の低下につながる可能性がある。
【００３０】
幾つかの実施形態では、ＭＡＧ（金属活性ガス）溶接が使用され得る。代替的に、ＭＩＧ（金属不活性ガス）、ＴＩＧ（タングステン不活性ガス）、又はプラズマなどの他の溶接アークが使用されてもよい。
【００３１】
Ｎｄ−ＹＡＧ（ネオジミウムをドープしたイットリウムアルミニウムガーネット）、及び十分な電力を備えたＣＯ２レーザなど、種々のレーザがレーザ溶接に使用され得る。Ｎｄ−ＹＡＧレーザは、市販されており、実証済みの技術を構成している。この種のレーザは、ブランクの部分を溶解するのに十分なパワーを有する場合があり、レーザの焦点の幅、並びに溶接部の幅を変動させることが可能になる。「スポット」の大きさを減少させることにより、エネルギー密度が増加する。
【００３２】
シールドガスは、溶接部に向けて供給される場合があり、空気中の汚染物質から溶接部を遮蔽する。幾つかの例では、ヘリウム又はヘリウム系ガスをシールドガスとして用いてもよい。代替的に、アルゴン系ガスを用いてもよい。
【００３３】
使用されるアーク溶接トーチによって、異なるフィラ―ワイヤ（又はワイヤ電極）を使用してもよい。ＭＡＧ溶接アークを使用するハイブリッドレーザ溶接方法では、炭素鋼充填材及びオーステナイト安定化元素「ガンマジェニック元素」を含む充填材が使用され得る。
【００３４】
オーステナイト安定化元素は、Ａｌのフェライト安定化効果を中和し、その結果、最終的な接合部におけるフェライトを最小限にする（又は回避する）。
【００３５】
他の実施形態では、充填材は、オーステナイト安定化元素を含んでもよく、重量パーセントで、０％〜０．３％の炭素、０％〜１．３％のシリコン、０．５％〜７％のマンガン、５％〜２２％のクロム、６％〜２０％のニッケル、０％〜０．４％のモリブデン、０％〜０．７％のニオブ、並びに残りの鉄及び不可避的不純物の組成を有し得る。
【００３６】
発明者らは、これらの混合の充填材が、最終成果物、すなわち、ホットスタンピング及び焼き入れ後に、非常に満足のいく機械的特性をもたらすことを発見した。
【００３７】
前述した様々な方法が、２つのブランクを突合せ接合することによって、例えばテーラードブランクを形成するために用いられ得る。２つのブランクの一方又は両方が、アルミニウム又はアルミニウム合金の層を含むコーティングを有する鋼基材を含み得る。具体的には、ＡｌＳｉコーティングを用いてもよい。実施例には、Ｕｓｉｂｏｒの使用が含まれる。
【００３８】
第２態様においては、本開示は、製品を形成するための方法を提供し、該方法は、本明細書に記載された任意の溶接方法にしたがって、第１及び第２のブランクを接合する方法を含むブランクを形成すること、その後ブランクを加熱すること、並びに加熱されたブランクの熱変形及び最終的な焼き入れを含む。加熱は、変形前の炉の中の処理を含み得る。熱変形は、例えば、ホットスタンピング又は深絞りを含み得る。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
本開示の非限定的な実施例は、添付の図面を参照して以下で説明される。
【００４０】
【図１】図１ａ及び図１ｂは、２つのブランクを接合する第１の実施例を概略的に示す。
【図２】図２ａ及び図２ｂは、一実装形態による、レーザビーム及びアーク溶接トーチのための例示的な構成を概略的に示す。
【図３】図３ａ及び図３ｂは、溶接後結果として得られる微細構造に対する充填材料の効果を概略的に示す。
【図４ａ】レーザビーム及びアーク溶接トーチの相対的位置に応じた溶接全体にわたる充填材料の分配を示す。
【図４ｂ】レーザビーム及びアーク溶接トーチの相対的位置に応じた溶接全体にわたる充填材料の分配を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
図１ａ及び図１ｂは、第１のブランクＡを第２のブランクＢに接合する方法の第１の実施例を概略的に示す。第１のブランクの第１の部分又は領域Ａ１は、第２のブランクの第２の部分又は領域Ｂ２に接合される。この実施例では、２つのブランクは、突合せ接合、すなわち、エッジ間溶接（ｅｄｇｅ−ｔｏ−ｅｄｇｅ  ｗｅｌｄｉｎｇ）される。
【００４２】
この実施例では、ブランクＡとＢの両方が、例えばＵｓｉｂｏｒ１５００Ｐ（登録商標）などのコーティングされた鋼であってもよい。両方のブランクが、上部にコーティング２が設けられる鋼基材１を備える。適用されるコーティングは、アルミニウム−シリコン（Ａｌ８７Ｓｉ１０Ｆｅ３）である。コーティングを適用する処理によって生じたコーティングは、金属合金層４及び金属間層３を有する。
【００４３】
図１ｂは、ハイブリッドレーザ溶接の実施例に従って接合する方法をさらに示す。概略的に示されているのは、レーザビームを出射するレーザヘッド２１を有するレーザ溶接機２０である。さらに概略的に示されているのは、アーク溶接トーチ３０である。アーク溶接トーチは、電極ワイヤ３２を備えてもよく、矢印によって概略的に示されているように、ノズル３１からシールドガスが排出されてもよい。
【００４４】
ハイブリッド処理では、アーク溶接トーチとレーザビームが協働して溶接を形成する。アーク溶接トーチでは、電極ワイヤと部分の間に結果として電気アークが生成され得る。このアークは、電極ワイヤ、並びにブランクの部分を溶解する。「フィラーワイヤ」と呼ばれることもある電極ワイヤが溶解するにつれて、ブランク間の任意の間隔が充填され、溶接が生成され得る。他方で、レーザビームが集中して高エネルギー密度を有するスポットが生成される。レーザビームが第１及び第２の部分に衝突するとき、このスポットは気化温度まで加熱される場合があり、それにより、金属蒸気の漏れに起因して、溶接部分で蒸気空洞が生成される。このような蒸気空洞は、キーホールと呼ばれる場合があり、溶接部分の厚み全体に沿って、深い溶接効果を可能にすることができる。  
【００４５】
この場合、溶接前に鋼基材のコーティングを除去する必要がないので、製造が単純化され、迅速化されることがわかる。これにより、大幅なコスト削減がもたらされ得る。同時に、適切な組成の電極ワイヤ又はフィラーワイヤによって、Ｕｓｉｂｏｒの標準的な熱処理の後、且つホットスタンピングなどの熱変形処理の後に優れた機械的特性が得られることが保証され得る。
【００４６】
Ｕｓｉｂｏｒブランクの標準的な処理は、例えば、母材鋼を（特に）オーステナイト化（ａｕｓｔｅｎｉｓａｔｉｏｎ）するための炉内で、得られたブランクを加熱することである。次いで、ブランクは、例えばバンパービーム又はピラーを形成するためにホットスタンピングされ得る。熱変形後の急速冷却の間、満足の行く機械的特性をもたらすマルテンサイトを得ることができる。標準的な処理は、本明細書で提案された接合方法によって、どのようにも影響を受けない。特に、溶接部の中に供給される電極ワイヤのエレメントのおかげで、アルミニウムが存在するにも関わらず、溶接領域においてマルテンサイト組織も得ることができる。
【００４７】
図２ａでは、溶接シームＣに沿って第２のブランクＢに接合されるべき第１のブランクＡが概略的に示されており、アーク溶接トーチ３０が、溶接方向に従ってレーザビーム２０の前方に位置決めされている。
【００４８】
図２ｂは、図２ａの側面図を概略的に示す。溶接トーチ３０は、第１の部分に垂直な面に対して、１０°から３５°、任意選択的に１４°から３０°の角度を有してもよいが、レーザビーム２０は、０°から１５°、任意選択的に４°から１０°の角度を有してもよい。
【００４９】
これまで本明細書で示されたすべての実施例では、平板ブランクの形状のブランクが共に接合されている。本明細書で開示された方法の実施例は、異なる形状のブランクにも適用され得ることは明らかである。
【００５０】
ブランクのハイブリッド溶接の概念実証のための初期試験の後、発明者らは、充填材料、溶接方向に対する溶接アーチとレーザビームの位置、ワイヤ供給評価、溶接速度、及びレーザパワーに関して溶接処理を最適化するため、広範な試験を行った。
【００５１】
これらの試験では、１．４ｍｍの厚さの２つの平坦なＵｓｉｂｏｒ１５００（登録商標）板が突合せ接合され、その結果が、２つの平坦な２２ＭｎＢ５のコーティングされていないボロン鋼板と比較された。
【００５２】
両方のハイブリッドレーザ溶接形態、すなわち、レーザビームの前方に位置決めされた溶接アーチと、溶接方向に関連して溶接アーチの前方に位置決めされたレーザビームとが試験された。
【００５３】
４つの異なる充填材が試験されたが、そのうちの２つは炭素鋼充填材であり、そのうちの２つはガンマジェニック元素（ｇａｍｍａｇｅｎｉｃ  ｅｌｅｍｅｎｔ）を含むオーステナイト安定化充填材（ａｕｓｔｅｎｉｔｅ  ｓｔａｂｉｌｉｚｉｎｇ  ｆｉｌｌｅｒｓ）である。これらの充填材の特性及び組成は、重量パーセントで以下に要約される（残りは鉄（Ｆｅ）及び不可避的不純物である）。
【００５４】
0006714580.tif 000003
【００５５】
充填材の試料Ｃ及びＤのようなオーステナイト安定化ステンレス鋼充填材（ａｕｓｔｅｎｉｔｅ  ｓｔａｂｉｌｉｚｉｎｇ  ｓｔａｉｎｌｅｓｓ  ｓｔｅｅｌ  ｆｉｌｌｅｒ）を使用することにより、マルテンサイトがフェライトの代わりに形成されるため、フェライトの形成を避けることができることが発見された。それにより、優れた溶接接合強度を得ることができる。  
【００５６】
図３ａは、９２０℃の温度におけるアルミニウム含有量と関連して、コーティングされていないボロン鋼ブランク２２ＭｎＢ５のにおけるオーステナイト相及びフェライト相を表す。フェライトとオーステナイトの形成の割合は、アルミニウムの量に左右される。フェライト相は、少なくとも１％の質量のアルミニウム含有量で最初に生じる。
【００５７】
図３ｂは、９２０℃の温度における２２ＭｎＢ５とオーステナイト安定化ステンレス鋼充填材ＯＫ  Ａｕｔｏｒｏｄ１６．９５（ＥＳＡＢ（登録商標）より市販）との混合（５０／５０）のアルミニウム含有量に関して、オーステナイト相及びフェライト相の一部を表す。ＯＫ  Ａｕｔｏｒｏｄ１６．９５の組成は、重量パーセントで、０．０８％のＣ、０．９％のＳｉ、７％のＭｎ、１８，７％のＣｒ、８．１％のＮｉ、０．２％のＭｏ、０．１％のＣｕ、０．０４％のＮ、並びに残りのＦｅ及び不可避的不純物である。ここでフェライト相は、少なくとも３％の質量のアルミニウム含有量でのみ生じる。したがって、これらのオーステナイト安定化ステンレス充填材料を添加することにより、フェライト相を確立するのに必要なアルミニウムの質量含有率が増加する。言い換えると、充填材のおかげで、機械的特性をさらに維持しながらも、すなわち、オーステナイトの存在をさらに確保しながらも、より多くのアルミニウムが溶接領域に存在することを可能にすることができる。
【００５８】
図４ａ及び図４ｂは、１．４ｍｍの厚さの２つの平坦なＵｓｉｂｏｒ１５００（登録商標）板の溶接ラインにおいて、ニッケル、アルミニウム、シリコン、クロム、及びマンガンの分配及び含有量を示す。両方の実施例において、オーステナイト安定化ステンレス充填材が使用された。水平軸は、ミリメートル単位で溶接ラインの深さを示し、数値０は、溶接ラインの上面に対応し、１．９ミリメートルは、溶接ラインの底面に対応する。垂直軸は、溶接の中央における元素の含有量を重量パーセントで示す。
【００５９】
具体的には、図４ａは、レーザビームがアーク溶接トーチの前方にあるように位置決めされた、レーザビームとアーク溶接トーチを用いるハイブリッドレーザ溶接の場合において、２つの平坦な板の溶接ラインの深さに沿った上述の元素の分配及び含有量を示す。この実施例では、オーステナイト安定化ステンレス充填材、具体的には、オーステナイト安定化ステンレス充填材の試料Ｃ（表１を参照）が使用された。
【００６０】
具体的には、図４ｂは、アーク溶接トーチがレーザビームの前方にあるように位置決めされた、レーザビームとアーク溶接トーチを用いるハイブリッドレーザ溶接の場合において、２つの平坦な板の溶接ラインの深さに沿った上述の元素の分配及び含有量を示す。この実施例では、オーステナイト安定化ステンレス充填材、具体的には、オーステナイト安定化ステンレス充填材の試料Ｄ（表１を参照）が使用された。
【００６１】
発明者らは、幾度かの試験（レーザビームがアーチ溶接トーチの前方にある場合と、アーチ溶接トーチがレーザビームの前方にある場合との両方で、ハイブリッドレーザ溶接において種々の充填材が使用された）の後、アーチ溶接トーチがレーザビームの前方に位置決めされた場合に比べて、レーザビームがアーチ溶接トーチに前方に位置決めされた場合、溶接の深さに沿ったアルミニウムの含有量及び分配が異なることを発見した。
【００６２】
溶接方向でアーク溶接トーチの前方にレーザビームが位置決めされる場合、オーステナイト安定化ステンレス充填材は、溶接の底部に達しない。オーステナイトを形成する代わりにフェライトを形成するため、ホットスタンピングなどの熱変形処理の後、アルミニウムは、溶接部において機械的特性の劣化を招く恐れがある。
【００６３】
溶接方向でアーク溶接トーチがレーザビームの前方に位置決めされる場合、充填材の中のオーステナイト安定化元素は溶接の底部に達する。したがって、ホットスタンピングなどの熱変形処理の後に、アルミニウムは、溶接部において機械的特性の劣化を招くことはない。ハイブリッドレーザ溶接を使用することにより、オーステナイト安定化元素のより優れた分配が達成される。アーク溶接トーチは、溶接方向でレーザビームの前方に位置決めされ、炭素鋼充填材又はオーステナイト安定化充填材が使用される。図３ｂで示されているように、オーステナイト安定化充填材を使用することにより、フェライト相が開始する際にアルミニウムの質量含有率が増大する。したがって、溶接領域でのアルミニウムの影響が最小限となり、優れた機械的特性を有する溶接接合が得られる。
【００６４】
レーザビームの前方に位置決めされたアーチ溶接トーチを用いるハイブリッドレーザ溶接を使用することにより、溶接される２つのブランクの間に間隔があるときに溶接品質が向上することがさらに発見された。レーザビームの前方に溶接トーチを位置決めした結果の全体的な溶け込みのため、２つのブランクの間で最大約０．７ｍｍの間隔が溶接され得る。他方で、レーザビームがアーチ溶接トーチの前方に位置決めされるとき、ブランク間の最大間隔は約０．２ｍｍである。レーザビームの前方にアーク溶接トーチを設けることにより、溶接の製造可能性が向上し、ブランクの製造上の許容誤差が減少し得る。
【００６５】
幾つかの強度試験が実行され、２つの平坦なコーティングされていないボロン鋼板２２ＭｎＢ５と、突合せ接合された１．４ｍｍの厚さの２つの平坦なＵｓｉｂｏｒ１５００Ｐ（登録商標）板とが比較された。充填材及びハイブリッドレーザ構成の影響がさらに試験された。以下の表は、これらの試験の結果を要約する。
【００６６】
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【００６７】
溶接アークトーチが溶接方向に従ってレーザビームの前方に位置決めされた状態で、２つのＵｓｉｂｏｒ１５００Ｐ（登録商標）ブランクをレーザハイブリッド溶接で溶接した場合、優れた機械的特性が得られる。具体的には、オーステナイト安定化材料を含む充填材が使用されるとき、高引張強度が得られる。得られた引張強度は、溶接されていないＵｓｉｂｏｒ製品と溶接されたコーティングされていないボロン製品２２ＭｎＢ５とで比較された。
【００６８】
このような優れた機械的特性は、比較的高い溶接速度を用いて得られる場合があり、製造処理を改善し、溶接時間を減少させる。様々な実施例では、５〜１２ｍ／分の溶接速度が達成され得る。
【００６９】
本明細書では、幾つかの実施例のみが開示されたが、その他のこれらの代替例、修正例、使用例、及び／又は均等物が可能である。さらに、記載された実施例のすべての可能な組み合わせも含まれる。したがって、本開示の範囲は、特定の実施例によって限定されるべきではなく、以下の特許請求の範囲を公正に読むことによってのみ決定されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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