(57)【要約】      （修正有）【課題】レーザー溶接による製造方法の提供。【解決手段】間隙によって互いに離間している第１の構成要素及び第２の構成要素を提供することであって、間隙は深さ及び幅を有し、第１の構成要素及び第２の構成要素のうちの少なくとも１つは犠牲エッジタブを有する、提供することと、犠牲エッジタブを、犠牲エッジタブの少なくとも一部が溶融するのに十分なレーザーエネルギーに曝露することと、第１の構成要素と第２の構成要素との間の間隙に、溶融溜まりを形成することであって、溶融溜まりは犠牲エッジタブの溶融した一部からの材料を含む、形成することと、第１の構成要素と第２の構成要素とを接合する溶接部を形成するため、溶融溜まりを凝固させることと、を含む。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隙によって互いに離間している第１の構成要素及び第２の構成要素を提供することであって、前記間隙は深さ及び幅を有し、前記第１の構成要素及び前記第２の構成要素のうちの少なくとも１つは犠牲エッジタブを含む、提供することと、
前記犠牲エッジタブを、少なくとも前記犠牲エッジタブの一部が溶融するのに十分なレーザーエネルギーに曝露することと、
前記第１の構成要素と前記第２の構成要素との間の前記間隙に、溶融溜まりを形成することであって、前記溶融溜まりは前記犠牲エッジタブの溶融した一部からの材料を含む、形成することと、
前記第１の構成要素と前記第２の構成要素とを接合する溶接部を形成するため、前記溶融溜まりを凝固させることと、
を含む、レーザー溶接による製造方法。
【請求項２】
前記レーザーエネルギーのスポットサイズは前記幅よりも大きい、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記レーザーエネルギーの前記スポットサイズは約０．００８インチから約０．０１８インチの範囲であり、
前記幅は約０．０３０インチと約０．００５インチの間である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記犠牲エッジタブは、前記第１の構成要素または前記第２の構成要素の長さのほぼ全体に延伸している、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の構成要素は第１の犠牲エッジタブを含み、前記第２の構成要素は第２の犠牲エッジタブを含み、前記レーザーエネルギーは、前記間隙の前記幅、前記第１の犠牲エッジタブと前記第２の犠牲エッジタブのうちの少なくとも１つの幅、またはその両方よりも大きいスポットサイズを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の構成要素と前記第２の構成要素のうちの少なくとも１つは湾曲した表面を含み、前記犠牲エッジタブは、前記湾曲した表面の少なくとも一部にわたって延伸しており、
前記レーザーエネルギーは、前記湾曲した表面の少なくとも一部にわたって延伸している前記犠牲エッジタブの一部に照射される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
レーザー源は、前記第１の構成要素、前記第２の構成要素、前記犠牲エッジタブ、またはこれらの組合せの表面上に、２５０インチ／分までの速度で前記レーザーエネルギーを指向する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記溶接部の密度は、前記第１の構成要素、前記第２の構成要素、または前記第１及び第２の構成要素の両方の密度とは異なる、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の構成要素、前記第２の構成要素、または前記第１の構成要素及び第２の構成要素の両方は、ＦｅＮｉ３６を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記レーザーエネルギーを、（ａ）前記犠牲エッジタブの長さに沿って、及び（ｂ）前記第１の構成要素と前記第２の構成要素の間を往復させて、のうちの少なくとも１つによって提供するため、前記レーザーエネルギーの方向を制御することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記犠牲エッジタブは、（ａ）前記間隙の体積よりも小さい、及び（ｂ）前記間隙の体積よりも大きい、のうちの少なくとも１つである体積の材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記レーザーエネルギーに曝露した際に溶融していない犠牲エッジタブの残りの量を除去することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
請求項１の方法に従って形成された、モジュラーコンポーネントベースのレイアップマンドレル。
【請求項１４】
第１の犠牲エッジタブを含む第１の構成要素、及び第２の犠牲エッジタブを含む第２の構成要素を提供することであって、前記第１の構成要素と前記第２の構成要素は間隙によって互いに離間している、提供することと、
前記第１の犠牲エッジタブ及び前記第２の犠牲エッジタブを、少なくとも前記第１の犠牲エッジタブの一部及び少なくとも前記第２の犠牲エッジタブの一部が溶融するのに十分なレーザーエネルギーに曝露することと、
前記間隙の少なくとも一部を、前記レーザーエネルギーによって溶融した前記第１の犠牲エッジタブからの第１の体積の材料及びレーザーエネルギーによって溶融した前記第２の犠牲エッジタブからの第２の体積の材料で充填することと、
前記第１の構成要素と前記第２の構成要素とを接合する溶接部を形成するため、前記間隙内の前記第１の体積の材料及び前記第２の体積の材料を凝固させることと、
を含む、レーザー溶接による製造方法。
【請求項１５】
前記間隙は約０．０３０インチと約０．００５インチの間の幅を含む、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本書に記載された主題は、概して物品の形成、具体的には、レーザー溶接による、モジュラーコンポーネントベースのレイアップマンドレルの形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機の建造において、胴体、翼、及び航空機の他の構成要素は、成形積層複合材の部品から形成され得る。成形積層複合材部品は、レイアップマンドレル（ＬＭ）と称されるツール上に、プライごとにレイアップされ得る。レイアップマンドレルは、プライがレイアップされマンドレル上で圧縮される際、プライを成形する役割を果たす部品と、ほぼマッチするツール表面を有する。
【０００３】
マンドレルを形成する従来の建造技法では、マンドレル全体が、ワンピースとして製作され移送される。航空機の複合材翼をレイアップするのに用いられるマンドレルの場合、こうしたマンドレルは、１００フィートを超える長さと、３０フィートを超える幅を有し得る。こうした大型構成要素をハンドリングする製作ツールは非常に特殊化されたものであり、そうした大型マンドレルの移送は、時間がかかり、労働集約的な工程である。さらに、複雑な輪郭を持ちひずみを受けやすいレイアップマンドレルは、製造が困難である。
【０００４】
したがって、従来の方法が持つ課題を克服するレイアップマンドレルの製作方法が加わることは、当技術分野で歓迎されるであろう。
【発明の概要】
【０００５】
一実施例では、間隙によって互いに離間している第１の構成要素及び第２の構成要素を提供することであって、この間隙は深さ及び幅を含み、第１の構成要素及び第２の構成要素のうちの少なくとも１つは犠牲エッジタブを含む、提供することと、犠牲エッジタブを、犠牲エッジタブの少なくとも一部が溶融するのに十分なレーザーエネルギーに曝露することと、第１の構成要素と第２の構成要素との間の間隙に、溶融溜まりを形成することであって、溶融溜まりは犠牲エッジタブの溶融した一部からの材料を含む、形成することと、第１の構成要素と第２の構成要素とを接合する溶接部を形成するため、溶融溜まりを凝固させることと、を含む、レーザー溶接による製造方法がある。一実施例では、この方法によって形成されたモジュラーコンポーネントベースのレイアップマンドレルが存在する。
【０００６】
別の実施例では、第１の犠牲エッジタブを含む第１の構成要素、及び第２の犠牲エッジタブを含む第２の構成要素を提供することであって、第１の構成要素と第２の構成要素は間隙によって互いに離間している、提供することと、第１の犠牲エッジタブ及び第２の犠牲エッジタブを、少なくとも第１の犠牲エッジタブの一部及び少なくとも第２の犠牲エッジタブの一部が溶融するのに十分なレーザーエネルギーに曝露することと、間隙の少なくとも一部を、レーザーエネルギーによって溶融した第１の犠牲エッジタブからの第１の体積の材料及びレーザーエネルギーによって溶融した第２の犠牲エッジタブからの第２の体積の材料で充填することと、第１の構成要素と第２の構成要素とを接合するため、間隙内の第１の体積の材料及び第２の体積の材料を凝固させることと、を含む、レーザー溶接による製造方法がある。諸例の利点の一部は以下の記載で説明され、一部は記載から理解され、または、諸例を実施することによって習得されよう。これらの利点は、添付の特許請求の範囲で具体的に挙げられているエレメント及び組み合わせによって、実現され達成されよう。
【０００７】
先述の一般的な記載及び後述の詳細な記載は、例示及び説明のためだけのものであり、特許請求される開示を制限しようとするものではないことは、理解されるべきである。
【０００８】
この明細書に組み込まれ、且つこの明細書の一部を構成する添付図面は、本教示の実施形態を例示しており、記載と共に、本開示の原理を解説するために役立っている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】実施例による、航空機の製造及び保守方法を示すフロー図である。
【図１Ｂ】実施例による、航空機のブロック図である。
【図２】実施例による、航空機の概略図である。
【図３Ａ】実施例によるレイアップマンドレルを形成するための、レーザー溶接されていてよい複合的なモジュラーコンポーネントの斜視図である。
【図３Ｂ】実施例によるレイアップマンドレルを製作するための第１及び第２の構成要素の斜視図であり、犠牲エッジタブを含む第１及び第２の構成要素の詳細を示す拡大差込図が付いている。
【図３Ｃ】実施例の方法によってレーザー溶接されている、図３Ｂの第１及び第２の構成要素の斜視図である。実施例の方法は、モジュラーコンポーネントベースのレイアップマンドレルを形成するため、ロボット式レーザー溶接システムによって実施されている。
【図３Ｄ】図３Ａの第１及び第２の構成要素の斜視図である。図３Ｃで形成された、レーザー溶接の結果生じた溶接の詳細を示す拡大差込図が付いている。
【図４】図４Ａ〜４Ｅは、実施例による製造方法の諸工程を示す。
【図５】実施例による物品の製造方法を示すフロー図である。
【図６】実施例によるレーザー溶接法によって接合された湾曲した表面を有する第１及び第２の構成要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
添付図面に示す実施例に、以下で詳しく言及していく。可能な場合には、同一のまたは類似した部品を参照するために、図面全体を通して同一の参照番号が使用される。
【００１１】
実施例の広い範囲を説明している数値の範囲及びパラメータは概算であるが、具体例中で説明されている数値は、可能な限り正確に記載されている。しかし、あらゆる数値は、それぞれの試験測定値に見られる標準偏差から必然的に生じる一定の誤差を、本質的に含んでいる。加えて、本明細書で開示されるすべての範囲は、本明細書内に包摂されるあらゆる部分範囲を包含すると理解すべきである。例えば、「１０以下」という範囲は、最小値０と最大値１０の間の（及びそれらを含む）あらゆる部分範囲、即ち、０以上である最小値と１０以下である最大値を有するあらゆる部分範囲、例えば１〜５を含むことができる。ある場合には、パラメータとして記載されている数値は、負の値を取ることができる。この場合、「１０未満」として記載されている例示の範囲は、例えば−１、−２、−３、−１０、−２０、−３０などといった、負の値を取ることができる。
【００１２】
以下の記載は、図面を参照して例示のみの目的で記載されている。以下の記載が本質的に例示的なものであり、本明細書に記載されたパラメータに対する様々な変更が、本例示の範囲から逸脱することなく可能であるということを、当業者は理解するであろう。本明細書及び実施例は、例示としてのみ見なされることが意図されている。ある実施例が１つ以上の他の実施例と組み合わされて新たな実施例となることができるように、さまざまな実施例は、必ずしも相互に排他的でない。図面に記載されている構造物は、簡略化のために記載されていない追加の特徴を含み得、その一方で記載されている特徴は除去または改変され得る。
【００１３】
レーザー溶接可能な構成要素は、エッジ部、及びエッジ部から延伸している犠牲エッジタブを含み得る。犠牲エッジタブは、レーザー溶接可能な構成要素を別の構成要素と接合するレーザー溶接法の間に、消尽され得る。犠牲エッジタブは、レーザーエネルギーへの曝露によって溶融する材料を含み得る。溶融したエッジタブの材料は、接合中の構成要素同士の間にある間隙エリア内で、溶融溜まりを形成し得る。溶融溜まりはそのあと凝固して、構成要素同士を接合する溶接部を形成する。こうした方法によって、接合準備の許容差が緩和され、溶接後の作業が減少し、翼部のレイアップマンドレルの大型で複雑なプロファイルを含む、複雑なプロファイルのレーザー溶接が可能になる。例えば、伝統的に大型の一体部品として機械加工され移送されてきたレイアップマンドレルは、代わりに、モジュラーコンポーネントをレーザー溶接することによって製造することができる。この場合、モジュラーコンポーネントには、レーザーによって溶融し溶接部を形成する、犠牲エッジタブが設けられる。
【００１４】
本開示の目的に関しては、「犠牲」という用語は、製造工程の間に一部または全部が消尽され得る材料を意味する。例えば、本明細書で用いられる用語「犠牲エッジタブ」は、溶接部を形成するために用いられ得るある体積の材料を含む少なくとも１つの構成要素から延伸している突出部を意味し得る。「犠牲エッジタブ」は、例えば２つ以上の構成要素間の間隙を少なくとも部分的に充填するのに十分なレーザーエネルギーに曝露されることによって溶融し得、この２つ以上の構成要素同士を接合する溶接部を形成するために再凝固し得る。
【００１５】
本開示の実施例は、図面をさらに具体的に参照しながら、図１Ａに示す航空機の製造及び保守方法１００、並びに図１Ｂに示す航空機１０２に照らして説明されてよい。製造前段階では、例示の方法１００は、航空機１０２の仕様及び設計１０４と、材料の調達１０６とを含み得る。製造段階では、航空機１０２の構成要素及びサブアセンブリの製造１０８と、システム統合１１０とが行われる。その後、航空機１０２は、認可及び納品１１２を経て運航１１４に供され得る。顧客によって運航される間、航空機１０２には、定期的な整備及び保守１１６（改造、再構成、改修なども含み得る）が予定され得る。
【００１６】
方法１００のプロセスの各々は、システムインテグレータ、第三者、及び／またはオペレータ（例えば顧客）によって実行または実施され得る。本明細書の目的に関しては、システムインテグレータは、限定しないが、任意の数の航空機製造者、及び主要システムの下請業者を含み得、第三者は、限定しないが、任意の数のベンダー、下請業者、及び供給業者を含み得、オペレーターは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス機関などであり得る。
【００１７】
図１Ｂに示すように、例示的方法１００によって生産される航空機１０２は、複数のシステム１２０及び内装１２２を有する機体１１８を含み得る。高レベルシステム１２０の例には、推進システム１２４、電気システム１２６、油圧システム１２８、及び環境システム１３０のうちの１つ以上が含まれる。任意の数の他のシステムが含まれてよい。航空宇宙産業の例が示されているが、本発明の原理は、自動車産業や海洋産業などの他の産業にも適用され得る。
【００１８】
図２は、例えば以下に記載されるレーザー溶接されたマンドレル上で製作された１つ以上の複合部品を有する、航空機２００の側面図である。こうしたレーザー溶接されたマンドレルが、航空機２００の胴体、翼、尾翼、機体、及び壁を含む様々な箇所に組み込まれ得る多種多様な複合部品の製造に用いられ得ることは、当業者に理解されるであろう。代替的な実施例では、レーザー溶接されたマンドレルは、自動車、航空機、船舶もしくは宇宙船、または他の好適な用途といった、他のタイプの構造物、ビークル、及びプラットフォーム用の複合材部品を形成する方法において用いられ得る。
【００１９】
この実施例では、航空機２００は、翼アセンブリ２０４、尾部アセンブリ２０６、及び着陸アセンブリ２０８を含む、胴体２０２を含む。航空機２００はさらに、１つ以上の推進ユニット２１０、制御システム２１２（図示せず）、並びに、航空機２００の正常な運航を可能にする多数の他のシステム及びサブシステムを含む。本開示の例示的方法に従って製造されたレーザー溶接されたレイアップマンドレル上で製作された複合品は、翼アセンブリ２０４、尾部アセンブリ２０６、及び航空機２００の任意の他の好適なエリアといった、航空機２００の任意の好適な部分の製造において用いられ得る。概して、航空機２００の様々な構成要素及びサブシステムは既知の構造物であり得、簡潔にするため本書では詳細に記載しない。
【００２０】
図２に示す航空機２００は概して、例えばイリノイ州シカゴのザ・ボーイング・カンパニーから市販されている７３７、７４７、７５７、７６７、７７７、及び７８７型を含む民間旅客機を表しているが、本書で開示される、進歩性を有するレーザー溶接品及びレーザー溶接法は、ほぼ全ての他の型の航空機の組み立てにおいても用いられ得る。具体的には、本開示による教示は、他の旅客機、戦闘機、貨物航空機、回転航空機、宇宙船、及び任意の他のタイプの有人または無人の航空ビークルの製造及び組み立てにも適用され得る。
【００２１】
図３Ａに示すように、物品３００’は、本開示の方法に従って形成されていてよい。物品３００’は、第１の構成要素３０１及び第２の構成要素３０３を含むモジュラーコンポーネントの組み立て部品を含み得る。物品３００’は、例えば、第１の構成要素３０１と第２の構成要素３０３といったモジュラーコンポーネントをレーザー溶接することによって形成され得、上で航空機の複合材構造体が組み立てられ得るレイアップマンドレルを構成し得る。従って、第１の構成要素３０１と第２の構成要素３０３のうちの少なくとも１つは、接合され得る接合部３０２を含み得る。
【００２２】
こうした構成要素が接合の際に撓むのを避けるため、レーザー溶接は、他の溶接技法と比べて大面積を加熱しない、集束レーザーエネルギービームを提供する。それでも、こうしたレーザー源によって提供されるレーザーエネルギーのレーザースポットサイズは小さいため、典型的には、構成要素の接合部に設けられている許容誤差は極めてタイトであり、それによって製造の時間とコストは増大する。それによって、レーザー溶接中の構成要素同士の間の間隙は、典型的には高いアスペクト比を有し（即ち幅に対する深さの比が非常に大きく）、加熱が最小化される。言い換えれば、従来型のレーザー溶接法は、構成要素間により大きな間隙が存在している際には通常、利用可能ではない。しかし、図３Ｂ〜３Ｄに示すように、こうしたモジュラーコンポーネントを接合する方法が（構成要素間に大きな間隙が存在する場合であっても）、提供されている。例えばこの方法では、間隙３０７によって離間している第１の構成要素３０１と第２の構成要素３０３とは、接合されて物品３００を形成し得る。図３Ｂに示すように、第１の構成要素３０１と第２の構成要素３０３のうちの少なくとも１つは、犠牲エッジタブ３０５を含み得る。犠牲エッジタブ３０５は、十分なレーザーエネルギーに曝露されると、少なくとも部分的に溶融して溶融溜まりを形成し、続いて溶融溜まりが凝固して溶接部３０９が形成される。
【００２３】
図３Ｃに示すように、第１の構成要素３０１と第２の構成要素３０３とを溶接するため、レーザー３２１を含むロボット式アーム３２３を有するガントリーシステム３２０が利用され得る。ガントリーシステム３２０は、ロボット式アーム３２３及びレーザー３２１を所定の溶接位置３３０に移動するように構成されていてよい。図３Ｄに示すように、第１の構成要素３０１及び第２の構成要素３０２上の溶接位置３３０でレーザーが活性化されると、レーザー３２１が犠牲エッジタブ３０５の少なくとも一部を溶融して溶融溜まりが形成される。溶融溜まりは、凝固すると、第１の構成要素３０１と第２の構成要素３０３を接合する溶接部３０９を形成する。具体的な実施例に何ら限定されるものではないが、本明細書に記載する犠牲エッジタブ付きの構成要素を提供することによって、アンダーカットは低減または根絶される。
【００２４】
レーザーは、宇宙、空中、陸上または海上の乗物に使われる金属部品をレーザー溶接するのに使用できる、任意の好適なレーザーであり得る。一実施例では、レーザー３２１は１５ｋＷのネオジムドーピングしたイットリウムアルミニウムガーネット（Ｎｄ：Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）（Ｎｄ：ＹＡＧ）のファイバーレーザーであり得る。しかし、レーザーはそれに限定されず、ＹＡＧ結晶レーザーまたはＣＯ２レーザーといったといった別のタイプのレーザーであってよく、種々の出力定格を有し得る。一実施例では、レーザーエネルギーの送達は制御され得る。例えば、レーザーエネルギーの周波数、スポットサイズ、方向性、パワーは、レーザー源によって制御され得る。方向性は、レーザーエネルギーを含み、あるスポットサイズを有するレーザービームを発振させることであって、レーザービームを第１の構成要素と第２の構成要素の間を往復するように指向することを含む発振することといった、所定のパターンを含み得る。レーザー源は、コンピュータからの命令を受信するコントローラを含み得る。図３Ｃのレーザー３２１はロボット式アーム３２３に装着されたものとして示されているが、実施例はそれに限定されない。実際は、レーザーは手持ちレーザーであってよく、構成要素をレーザー溶接するレーザーエネルギーを提供するために、作業人員によって制御されてよい。
【００２５】
第１の構成要素３０１、第２の構成要素３０３、及び／または犠牲エッジタブ３０５は、レイアップマンドレルとしての使用に好適な任意の材料を含み得る。一実施例では、第１及び第２の構成要素の材料は、３６％のニッケルを含む鋼（「ＦｅＮｉ３６」または商標「ＩＮＶＡＲ  ３６」としても知られる）、チタン、軟鋼、アルミニウム、及びこれらの合金（に限定されないがこれら）を含む、１つ以上の金属合金（に限定されないがこれら）を含み得る。レーザーエネルギーは、第１の構成要素、第２の構成要素並びに、第１の及び／または第２の構成要素の犠牲エッジタブの少なくとも一部を溶融するのに十分なものであり得る。
【００２６】
図４Ａ〜４Ｅは、レイアップマンドレルといった物品を形成するための、レーザー溶接製造方法中の諸工程を示す。図４Ａに示すように、第１の構成要素３０１と第２の構成要素３０３のうちの少なくとも１つが設けられ、犠牲エッジタブ３０５が備えられていてよい。一実施例では、第１の構成要素３０１と第２の構成要素３０３の両方が、それぞれ１つのエッジタブ３０５を有している。第１の構成要素３０１及び第２の構成要素３０３は、深さ及び幅を有する間隙３０７によって互いに離間されていてよい。間隙の深さは、第１の構成要素３０１と第２の構成要素３０３のうちの少なくとも１つが持つ厚さによって規定される方向に延伸する、第１の距離によって規定され得る。間隙の幅は、構成要素３０１と３０３との間の距離によって規定され得る。一実施例では、間隙は、約０．０３０インチと約０．００５インチとの間の幅を備え得る。
【００２７】
図４Ｂ〜４Ｄに示すように、レーザー源が方向４０５に沿って移動するにつれて、犠牲エッジタブ３０５がレーザー４０１に曝露される。一実施例では、あらかじめ選択された方向４０５に沿って、例えば約１５０インチ／分といった、約０から約２５０インチ／分の間の速度でレーザーエネルギーを移動させるレーザー源によって、レーザーエネルギーが提供される。図４Ａに戻ると、犠牲エッジタブ３０５は、第１の構成要素３０１及び／または第２の構成要素３０３の長さのほぼ全体に延伸していてよい。しかし、他の例ではそのように限定されておらず、犠牲エッジタブは、第１の構成要素及び／または第２の構成要素の長さの一部のみに延びていてよい。さらに、犠牲エッジタブ３０５はいかなる具体的な形状または断面にも限定されない。例えば、犠牲エッジタブ３０５は、ほぼ均一な断面積または不均一な断面積を有していてよく、ほぼ左右対称の断面形状または左右非対称の断面形状を有していてよい。犠牲エッジタブ３０５はまた、丸形、直線形、またはその両者の組み合わせによる断面形状を有していてもよい。一実施例では、犠牲エッジタブ３０５は、円形または半円形の断面を有し得る。一実施例では、犠牲エッジタブ３０５は、多角形の断面形状を有し得る。即ち、犠牲エッジタブ３０５は、三角形、正方形、長方形、またはＮ角形の断面形状を有し得る。さらに、犠牲エッジタブ３０５の表面と、第１の構成要素３０１及び／または第２の構成要素３０３の表面とは、これらの間に連続した表面を備え得るか、またはある角度によって規定されるコーナーによって離間されていてよい。一実施例では、この角度は約９０度であってよく、または９０度以外の角度であってもよい。
【００２８】
レーザーエネルギーは、差込図に示すように、犠牲エッジタブ３０５の一部３０５’を溶融するのに十分なように事前選択されていてよい。例えば、レーザー４０１は、犠牲エッジタブ３０５、第１の構成要素３０１、及び／または第２の構成要素３０３を照射し得る。第１の構成要素３０１、第２の構成要素３０３及び／または犠牲エッジタブ３０５の一部を溶融するのに十分なレーザーエネルギーを送達する結果、レーザー４０１は、第１の構成要素３０１、第２の構成要素３０３及び／または犠牲エッジタブ３０５内の約１／２インチまでの侵入深さ４０７に、例えば金属蒸気として放出され得る蒸気キャピラリー４０４の形成を誘発し得る。レーザーエネルギーが方向４０５に沿って移動するのにつれて、少なくとも犠牲エッジタブ３０５の溶融部３０５’は、溶接溶融溜まり４０３を形成する。溶融溜まり４０３は、第１の構成要素と第２の構成要素との間の間隙３０７で蓄積され、その後、第１の構成要素３０１と第２の構成要素３０３とを接合する溶接部３０９として凝固する。
【００２９】
一実施例では、第１の構成要素３０１は第１の犠牲エッジタブ３０５を備え、第２の構成要素３０３は第２の犠牲エッジタブ３０５を備え、レーザー４０１は、ギャップと、第１の犠牲エッジタブと第２の犠牲エッジタブのうちの少なくとも１つの上に延伸するスポットサイズ４０６を含む。一実施例では、ギャップ３０７の幅は、レーザーエネルギーのスポットサイズ４０６よりも十分に大きくはない。そうでなくて、レーザースポットが小さすぎる場合は、レーザーは、例えば犠牲エッジタブといった第１のまたは第２の構成要素の表面と相互作用することなしに、間隙に侵入し得る。例えば、スポットサイズ４０６は、約０．００８インチ〜約０．０１８インチの範囲で、レーザー源によって設けられ得る。一実施例では、レーザースポットサイズは、犠牲エッジタブ３０５の少なくとも一部を溶融するのに十分なエネルギーを含んでいる限り、限定されない。さらに、レーザーエネルギーの方向を操作するために、レーザー４０１が操作され得る。例えば、レーザーエネルギーは、第１及び第２の構成要素にまたがって（第１及び第２の構成要素の間も含めて）、例えば往復する動きでまたは動きの組合せで、犠牲エッジタブの長さに沿って移動され得る。一方で、第１の構成要素と第２の構成要素のサイズは必ずしも限定されていないが、犠牲エッジタブ３０５は、溶接部を形成するため第１の構成要素と第２の構成要素の間の間隙を少なくとも部分的に充填する溶融溜まりを形成する、ある体積の材料を含み得る。この体積は、例えばレーザー溶接によって犠牲エッジタブの材料が溶融して第１の構成要素と第２の構成要素の間に溶融溜まりを形成したとき、アンダーカットを最小化または根絶するのに十分大きく、且つ余剰な溶接材料を削り落とす必要を最小化または根絶するのに十分小さくもあるような、体積であってよい。
【００３０】
要約すると、溶融溜まりは、犠牲エッジタブ３０５の溶融部３０５’からの材料を含み得る。溶融溜まり４０３は、冷却されると凝固し、第１の構成要素３０１と第２の構成要素３０３を接合する溶接部３０９を形成する。オプションで、図４Ｅに示すように、溶接部を形成していなくてよい溶融部３０５’を含む犠牲エッジタブ３０５の残りの部分は、第１の構成要素３０１及び第２の構成要素３０３の表面から除去されて、レーザー溶接されたレイアップマンドレルであってよいレーザー溶接品４００が残されてよい。
【００３１】
図５のフロー図を参照し、さらに上記のように、図３Ｂ〜３Ｄに示すレイアップマンドレル、構成要素及び方法、並びに図４Ａ〜４Ｅに示す工程、を参照して、互いにレーザー溶接された第１の構成要素及び第２の構成要素を含む構造的構成要素といった物品３００を形成するのに、方法５００が利用され得る。概して、工程５１０では、第１の構成要素３０１と第２の構成要素３０３のうちの１つ以上は、互いに近接して位置していてよく、間隙３０７によって離間していてよい。第１の構成要素と第２の構成要素のうちの少なくとも１つが、犠牲エッジタブ３０５を備えていてよい。第１の構成要素と第２の構成要素との間の間隔３０７の利点は、中に形成された溶接部が、例えば、間隙を必要としない代わりに、タイトな許容誤差を持つ構成要素表面同士と表面同士間の嵌め合いとに依存する溶接方法といった、他の溶接方法と比べて、より低いポロシティを示すことである。それによって、溶接部の密度は、第１の構成要素、第２の構成要素または第１及び第２の構成要素両方の密度とは、異なり得る。
【００３２】
工程５２０では、第１の構成要素３０１及び第２の構成要素３０３はそれぞれ、犠牲エッジタブがレーザーエネルギーに曝露されるようにして、レーザーシステムの付近に設置されている。例示のために、ある実施例では、レーザーシステムは、図３Ｃに関して上記されたようにレーザー３２１を制御するロボット式アーム３２３を備えるガントリーシステム３２０であって、構造的複合要素の組み立て場所として十分に大きいガントリーシステム３２０として、実施され得る。このレーザーシステムは、犠牲エッジタブの少なくとも一部を溶融するが、第１の構成要素及び第２の構成要素の他の部分もまた溶融し得るレーザーエネルギーを送達するように構成されている。
【００３３】
工程５３０では、第１の構成要素３０１と第２の構成要素３０３の間の間隙３０７に、溶融溜まり４０３が形成されている。上記のように、溶融溜まり４０３を形成する材料は、犠牲エッジタブの溶融部３０５’の少なくとも一部を含むことができる。工程５４０では、第１の構成要素３０１及び第２の構成要素３０３は、溶融溜まりを凝固させて、第１の構成要素と第２の構成要素を接合する溶接部３０９を形成することによって、レーザー溶接システム内でレーザー溶接される。
【００３４】
一実施例では、本明細書に記載する方法の実施は、物品６００の湾曲した表面のレーザー溶接を含むことができる。例えば、図６に示すように、物品６００の第１の構成要素３０１と第２の構成要素３０３のうちの少なくとも１つは、湾曲した表面６０１を備えていてよい。したがって、犠牲エッジタブは、湾曲した表面の少なくとも一部にわたって延伸していてよい。こうして、図６に示すように、他の実施例で示すようなレーザーエネルギーを提供して、湾曲した表面６０１を少なくとも部分的に超えて延伸する犠牲エッジタブの溶融部３０５’を形成することができる。犠牲エッジタブ材料の溶融部３０５’のうちの一部は、他の例で示したように、第１の構成要素３０１と第２の構成要素３０３との間の間隙内に溶融溜まりを形成し、そのあと凝固して、第１の構成要素と第２の構成要素との間に溶接部３０９を形成することができる。
【００３５】
記載された実施例は１つ以上の実施形態に従っているが、添付の特許請求の範囲の主旨及び範囲から逸脱することなく、示された例に対する代替実施形態及び／または変形実施形態を実施することが可能である。さらに、実施例の具体的な特徴がいくつかの実施形態のうちの１つのみに関して開示されてきたかもしれないが、こうした特徴は、任意の所与の機能や具体的な機能に関して、１つ以上の他の望ましい実施形態や有利な実施形態と組み合わされてよい。
【００３６】
条項１．間隙によって互いに離間している第１の構成要素及び第２の構成要素を提供することであって、間隙は深さ及び幅を有し、第１の構成要素及び前記第２の構成要素のうちの少なくとも１つは犠牲エッジタブを含む、提供することと、
犠牲エッジタブを、犠牲エッジタブの少なくとも一部が溶融するのに十分なレーザーエネルギーに曝露することと、
第１の構成要素と第２の構成要素との間の間隙に、溶融溜まりを形成することであって、溶融溜まりは犠牲エッジタブの溶融した一部からの材料を含む、形成することと、
第１の構成要素と第２の構成要素とを接合する溶接部を形成するため、溶融溜まりを凝固させることと、
を含む、レーザー溶接による製造方法。
【００３７】
条項２．レーザーエネルギーのスポットサイズは前記幅よりも大きい、条項１に記載の方法。
【００３８】
条項３．レーザーエネルギーのスポットサイズは、約０．００８インチから約０．０１８インチまでの範囲である、条項２に記載の方法。
【００３９】
条項４．前記幅は約０．０３０インチと約０．００５インチの間である、条項２に記載の方法。
【００４０】
条項５．犠牲エッジタブは、第１の構成要素または第２の構成要素の長さのほぼ全体に延伸している、条項１に記載の方法。
【００４１】
条項６．第１の構成要素は第１の犠牲エッジタブを含み、第２の構成要素は第２の犠牲エッジタブを含み、レーザーエネルギーは、間隙の幅、第１の犠牲エッジタブと第２の犠牲エッジタブのうちの少なくとも１つの幅、またはその両方よりも大きいスポットサイズを含む、条項１に記載の方法。
【００４２】
条項７．第１の構成要素と第２の構成要素のうちの少なくとも１つは湾曲した表面を含み、犠牲エッジタブは湾曲した表面の少なくとも一部にわたって延伸している、条項１に記載の方法。
【００４３】
条項８．レーザーエネルギーは、湾曲した表面の少なくとも一部にわたって延伸している犠牲エッジタブの一部に照射される、条項７に記載の方法。
【００４４】
条項９．レーザー源は、第１の構成要素、第２の構成要素、犠牲エッジタブ、またはこれらの組合せの表面上に、２５０インチ／分までの速度でレーザーエネルギーを指向する、条項１に記載の方法。
【００４５】
条項１０．溶接部の密度は、第１の構成要素、第２の構成要素、または第１及び第２の構成要素の両方の密度とは異なる、条項１に記載の方法。
【００４６】
条項１１．第１の構成要素、第２の構成要素、または第１の構成要素及び第２の構成要素の両方は、ＦｅＮｉ３６を含む、条項１に記載の方法。
【００４７】
条項１２．レーザーエネルギーを犠牲エッジタブの長さに沿って提供するため、レーザーエネルギーの方向を制御することをさらに含む、条項１に記載の方法。
【００４８】
条項１３．レーザーエネルギーを、第１の構成要素と第２の構成要素の間を往復して提供するため、レーザーエネルギーの方向を制御することをさらに含む、条項１に記載の方法。
【００４９】
条項１４．犠牲エッジタブは、間隙の体積よりも小さい体積の材料を含む、条項１に記載の方法。
【００５０】
条項１５．犠牲エッジタブは、間隙の体積よりも大きい体積の材料を含む、条項１に記載の方法。
【００５１】
条項１６．レーザーエネルギーに曝露した際に溶融していない犠牲エッジタブの残りの量を除去することをさらに含む、条項１に記載の方法。
【００５２】
条項１７．除去することは、犠牲エッジタブ材料の残りの量を研削することを含む、条項１６に記載の方法。
【００５３】
条項１８．条項１の方法に従って形成された、モジュラーコンポーネントベースのレイアップマンドレル。
【００５４】
条項１９．第１の犠牲エッジタブを含む第１の構成要素及び第２の犠牲エッジタブを含む第２の構成要素を提供することであって、第１の構成要素と第２の構成要素は間隙によって互いに離間している、提供することと、
第１の犠牲エッジタブ及び第２の犠牲エッジタブを、少なくとも第１の犠牲エッジタブの一部及び少なくとも第２の犠牲エッジタブの一部が溶融するのに十分なレーザーエネルギーに曝露することと、
間隙の少なくとも一部を、レーザーエネルギーによって溶融した第１の犠牲エッジタブからの第１の体積の材料及びレーザーエネルギーによって溶融した第２の犠牲エッジタブからの第２の体積の材料で充填することと、
第１の構成要素と第２の構成要素とを接合する溶接部を形成するため、間隙内の第１の体積の材料及び第２の体積の材料を凝固させることと、
を含む、レーザー溶接による製造方法。
【００５５】
条項２０．間隙は約０．０３０インチと約０．００５インチの間の幅を含む、条項１９に記載の方法。
【００５６】
加えて、用語「含んでいる」「含む」「有している」「有する」「伴う」またはそれらの変形が、明細書と特許請求の範囲のどちらかで使用されている限り、こうした用語は、用語「含む／備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」と同様の意味で包括的であることが意図されている。本明細書で使用される場合、語句（例えば「Ａ、Ｂ、及びＣ」のうちの）「１つ以上の」は、Ａ、ＢもしくはＣ単体、例えばＡ及びＢ、Ｂ及びＣ、並びにＡ及びＣといったこれらの２つの組合せ、またはＡ、Ｂ、及びＣの３つの組合せのうちの、いずれをも意味する。
【００５７】
明細書を検討することと本明細書で開示される記載を実施することによって、当業者には他の実施例も明らかであろう。明細書及び実施例は、例示にすぎないと見なされるべきことが意図されており、実施例の真の範囲と主旨は、以下の特許請求の範囲によって示される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図４−３】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
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