JP2021509360A - 第1および第2のフロントレーザビームとバックレーザビームによる2枚の金属シートの突合せレーザ溶接方法 - Google Patents
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Abstract
Description
−第1の金属シートと第2の金属シートを提供する工程であって、各金属シートがそれぞれ、2つの主面と、2つの主面を接合する側面とを有する工程、
−第1および第2の金属シートの側面が互いに対向するように第1および第2の金属シートを位置決めする工程であって、第1および第2の金属シートの位置決めが、第1および第2の金属シートの主面に垂直な中央面を画定する工程、
−第1および第2の金属シートを溶接方向に沿って突合せ溶接する工程であって、突合せ溶接工程が、
−第1のフロント照射軸に沿った第1のフロントレーザビームであって、第1のフロント照射軸が第1の金属シートの主面の内の1つと交差し、第1のフロントレーザビームが、第1の金属シートの前記主面との交点に第1のフロントスポットを形成し、第1のフロントレーザビームのエネルギー密度が106W/cm2以上であり、第1のフロントレーザビームが、第1の金属シートの第1のフロントスポットに第1のフロントキーホールを生成する、第1のフロントレーザビームと、
−第2のフロント照射軸に沿った第2のフロントレーザビームであって、第2のフロント照射軸が第2の金属シートの主面の内の1つと交差し、第2のフロントレーザビームが、第2の金属シートの前記主面との交点に第2のフロントスポットを形成し、第2のフロントレーザビームのエネルギー密度が106W/cm2以上であり、第2のフロントレーザビームが、第2の金属シートの第2のフロントスポットに第2のフロントキーホール生成する、第2のフロントレーザビームと、
第1および第2のフロントスポットのそれぞれの中心が、第1の金属シートおよび第2の金属シートのそれぞれの側面から2.5mm以下の距離に位置し、溶接方向に沿った第1および第2のフロントレーザビームの中心の距離が、5mm以下であり、
−バックレーザビームであって、バックレーザビームが、第1および第2の金属シートの隣接する主面と交差し、その上にバックスポットを形成し、バックレーザビームのエネルギー密度が106W/cm2以上であり、バックスポットの表面積が、第1および第2のフロントスポットのそれぞれの表面積よりも大きく、バックレーザビームが、バックスポットにおいて、第1および第2の金属シートにバックキーホールを生成する、バックレーザビームと、を同時に照射する工程を備え、
第1および第2のフロントレーザビームとバックレーザビームは、以下のように、すなわち、
−第1および第2のフロントスポットが、バックスポットの前に位置し、
−各瞬間において、第1のフロントキーホールとバックキーホールの間および第2のフロントキーホールとバックキーホールとの間に、金属シートの固相領域および/または液相領域が残存する、ように構成される。
−第1の金属シートまたは第2の金属シートの少なくとも1つが、亜鉛含有またはアルミニウム含有プレコートを含む。
−第1および第2の金属シート2、4は、それぞれ1mmの厚みを有し、溶接方向に沿って互いに接するように、または80μm未満の間隔で互いに離間するように位置決めされ、
−第1および第2のフロントスポット18、20は、それぞれ150μmの直径と500Wのエネルギーを有し、第1および第2のフロントスポット18、20は、共通のレーザ溶接ヘッドにより形成され、この共通のレーザ溶接ヘッドは、1kWの出力と1μmの波長を有するディスクレーザ発生器によって駆動され、
−バックスポット22は600μmの直径と4kWのエネルギーを有し、バックスポット22は専用のレーザ溶接ヘッドにより形成され、この専用のレーザ溶接ヘッドは、4kWの出力と1μmの波長を有するYAGレーザで駆動され、
−フロントスポット18、20とバックスポット22は、正三角形に配置され、それにより、正三角形は、1.2mmの長さの辺を有し、バックスポット22は、中央面の中心に配置され、フロントスポット18、20は、中央面から等しい距離に配置され、
−溶接速度は16m/分である。
−第1および第2の金属シート2、4は、それぞれ1mmの厚みを有し、溶接方向に沿って互いに接するように、または80μm未満の間隔で互いに離間するように位置決めされ、
−第1および第2のフロントスポット18、20は、それぞれ150μmの直径と500Wのエネルギーを有し、第1および第2のフロントスポット18、20は、共通のレーザ溶接ヘッドにより作製され、この共通のレーザ溶接ヘッドは、1000Wの出力と1μmの波長を有するディスクレーザによって駆動され、
−バックスポット22は600μmの直径と4kWのエネルギーを有し、バックスポット22は専用のレーザ溶接ヘッドにより作製され、この専用のレーザ溶接ヘッドは、4kWの出力と1μmの波長を有するYAGレーザで駆動され、
フロントスポット18、20は、中央面から等しい距離に配置され、0.6mmの距離にあり、バックスポット22は、中央面の中心に配置され、フロントスポット18、20の後方1.2mmの距離に位置し、
−溶接速度は16m/分である。
Claims (28)
- 2枚の金属シート(2、4)の突合せレーザ溶接方法であって、
−第1の金属シート(2)と第2の金属シート(4)を提供する工程であって、各金属シートがそれぞれ、2つの主面(6、7)と、2つの主面(6、7)を接合する側面(8)とを有する工程と、
−第1および第2の金属シート(2、4)の側面(8)が互いに対向するように第1および第2の金属シート(2、4)を位置決めする工程であって、第1および第2の金属シート(2、4)の位置決めが、第1および第2の金属シート(2、4)の主面(6、7)に垂直な中央面(10)を画定する工程と、
−第1および第2の金属シート(2、4)を溶接方向に沿って突合せ溶接する工程と、を備え、突合せ溶接工程が、
−第1のフロント照射軸(E1)に沿った第1のフロントレーザビーム(12)であって、第1のフロント照射軸(E1)が第1の金属シート(2)の主面(6、7)の内の1つと交差し、第1のフロントレーザビーム(12)が、第1の金属シート(2)の前記主面との交点に第1のフロントスポット(18)を形成し、第1のフロントレーザビーム(12)のエネルギー密度が106W/cm2以上であり、第1のフロントレーザビーム(12)が、第1の金属シート(2)の第1のフロントスポット(18)に第1のフロントキーホール(19)を生成する、第1のフロントレーザビーム(12)と、
−第2のフロント照射軸(E2)に沿った第2のフロントレーザビーム(14)であって、第2のフロント照射軸(E2)が第2の金属シートの主面(6、7)の内の1つと交差し、第2のフロントレーザビーム(14)が、第2の金属シートの前記主面との交点に第2のフロントスポット(20)を形成し、第2のフロントレーザビーム(14)のエネルギー密度が106W/cm2以上であり、第2のフロントレーザビーム(14)が、第2の金属シート(4)の第2のフロントスポット(20)に第2のフロントキーホールを生成する、第2のフロントレーザビーム(14)と、第1および第2のフロントスポット(18、20)のそれぞれの中心が、第1の金属シート(2)および第2の金属シート(4)のそれぞれの側面(8)から2.5mm以下の距離に位置し、溶接方向に沿った第1および第2のフロントレーザビーム(12、14)の中心の距離が、5mm以下であり、
−バックレーザビーム(16)であって、バックレーザビーム(16)が、第1および第2の金属シート(2、4)の隣接する主面(6、7)と交差し、その上にバックスポット(22)を形成し、バックレーザビーム(16)のエネルギー密度が106W/cm2以上であり、バックスポット(22)の表面積が、第1および第2のフロントスポット(18、20)のそれぞれの表面積よりも大きく、バックレーザビーム(16)が、バックスポット(22)において、第1および第2の金属シート(2、4)にバックキーホール(23A)を生成するバックレーザビーム(16)と、
を同時に照射することを備え、
第1および第2のフロントレーザビーム(12、14)とバックレーザビーム(16)は、以下のように、すなわち、
−第1および第2のフロントスポット(18、20)が、バックスポット(22)の前に位置し、それによって、
−各瞬間において、第1のフロントキーホール(19)とバックキーホール(23A)との間および第2のフロントキーホールとバックキーホール(23A)との間に、金属シート(2、4)の固相領域(25)および/または液相領域(13、23B)が残存する、
ように構成される、方法。 - 突合せ溶接工程の各瞬間において、第1および第2のフロントレーザビーム(12、14)によって形成される溶融池の容量が、バックレーザビーム(16)によって形成される溶融池の容量から分離される、請求項1に記載の方法。
- 第1および/または第2のフロントスポットの最大寸法が50μm〜250μmである、請求項1または請求項2に記載の方法。
- バックスポット(22)の最大寸法が、200μm〜1800μm、好ましくは600μm〜1200μmである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- 第1の金属シート(2)と第2の金属シート(4)が、それぞれ0.15mm〜5mmの厚さである、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 第1および第2のフロントスポット(18、20)の中心が、第1および第2の金属シート(2、4)の間の中央面(10)から等距離に位置する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
- 第1および第2のフロントスポット(18、20)の中心が、溶接方向に垂直な方向に沿って位置合わせされる、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
- 第1および第2のフロントスポット18、20の中心が、溶接方向に沿って互いに離間した位置に配置される、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
- バックスポット(22)が、第1および第2の金属シート(2、4)間の中央面(10)上を中心とする、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
- バックスポット(22)の中心が、第1および第2の金属シート(2、4)間の中央面(10)に対して横方向にオフセットする、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
- バックスポット(22)の中心が、溶接方向に沿った所定距離で延在し、この距離が第1および第2のフロントスポット(18、20)の内の最後端の中心から0.5mm〜8mmであり、好ましくは1mm〜5mmである、請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。
- 第1のフロントスポット(18)および/または第2のフロントスポットが、ガウシアンまたはトップハットエネルギー分布を有し、好ましくは円形の輪郭を有する、請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法。
- バックスポット(22)が、ガウシアンまたはトップハットエネルギー分布を有する、請求項1〜12のいずれか一項に記載の方法。
- バックスポット(22)が環状である、請求項1〜12のいずれか一項に記載の方法。
- 溶接方向に対して垂直なバックスポット(22)の外側寸法が、溶接方向に対して平行なバックスポット(22)の外側寸法よりも小さい、請求項14に記載の方法。
- バックスポット(22)が、2枚の金属シート(2、4)間の中央面(10)に平行な平面に対して対称である、請求項14または請求項15に記載の方法。
- バックスポット(22)の最大外側寸法が、200μmか〜800μm、好ましくは600μm〜1200μmである、請求項14〜16のいずれか一項に記載の方法。
- バックスポット(22)の最大外側寸法と最大内側寸法の比が、1.2〜3.2、好ましくは1.3〜2である、請求項14〜17のいずれか一項に記載の方法。
- バックスポット(22)が溶接方向に平行な伸長方向に沿った円形の輪郭または細長の形状を有する、請求項1〜18のいずれか一項に記載の方法。
- 第1のフロントレーザビーム(12)、第2のフロントレーザビーム(14)、およびバックレーザビーム(16)を照射する工程と同時に、第2のバックレーザビーム(34)を照射する工程をさらに備え、第2のバックレーザビーム(34)が、第1および第2の金属シート(2、4)の隣接する主面(6、7)と交差し、その上に第2のバックスポット(36)を形成し、第2のバックレーザビーム(34)が、第2のバックスポット(36)がバックスポット(22)の後方に位置するように構成される、請求項1〜19のいずれか一項に記載の方法。
- 第2のバックスポット(36)が、環状であるか、またはガウシアンもしくはトップハットエネルギー分布を有する、請求項20に記載の方法。
- バックスポット(22)の最大外側寸法が、第2のバックスポット(36)の最大外側寸法よりも大きい、請求項20または請求項21に記載の方法。
- 突合せ溶接工程の間に、溶接材料、例えば溶接ワイヤまたは粉末を提供する工程をさらに備える、請求項1〜22のいずれか一項に記載の方法。
- 第1および/または第2の金属シート(2、4)が、その主面(6、7)の少なくとも1つが亜鉛合金またはアルミニウム合金のプレコート(9B)を有する鋼基材(9A)を備える、請求項1〜23のいずれか一項に記載の方法。
- 第1のフロントレーザビーム(12)、および/または第2のフロントレーザビーム(14)および/またはバックレーザビーム(16)が、共通のレーザヘッドによって生成される、請求項1〜24のいずれか一項に記載の方法。
- 各レーザビームが、専用のレーザヘッドによって形成される、請求項1〜24のいずれか一項に記載の方法。
- 第1の金属シート(2)または第2の金属シート(4)の少なくとも1つの鋼基材(9A)がプレス硬化鋼である、請求項1〜26のいずれか一項に記載の方法。
- 第1の金属シート(2)または第2の金属シート(4)の少なくとも1つが、亜鉛含有またはアルミニウム含有プレコートを含む、請求項1〜27のいずれか一項に記載の方法。
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