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KR101747586B1 - 두 개의 블랭크와 블랭크를 연결하기 위한 방법 및 얻어진 제품 - Google Patents

두 개의 블랭크와 블랭크를 연결하기 위한 방법 및 얻어진 제품 Download PDF

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KR101747586B1
KR101747586B1 KR1020157029383A KR20157029383A KR101747586B1 KR 101747586 B1 KR101747586 B1 KR 101747586B1 KR 1020157029383 A KR1020157029383 A KR 1020157029383A KR 20157029383 A KR20157029383 A KR 20157029383A KR 101747586 B1 KR101747586 B1 KR 101747586B1
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크리스티나 카라스코사 가르시아
엘리센다 빌라 아이 페레르
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오토테크 엔지니어링 에이.아이.이.
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Abstract

제 1 블랭크 및 제 2 블랭크를 연결하기 위한 방법이 개시되고, 제 1 및 제 2 블랭크 중 적어도 하나는 적어도 일층의 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함한다. 방법은 제 2 블랭크에 연결될 제 1 블랭크의 제 1 부분을 선택하고, 제 1 부분에 연결될 제 2 블랭크의 제 2 부분을 선택하는 단계; 제 2 부분에 제 1 부분을 용접하는 한편, 금속 분말을 용접 영역에 공급하는 단계를 포함할 수 있고, 블랭크의 제 1 부분 및 제 2 부분 및 용접 영역에서 금속 분말은 용접 동안 용융되고 금속 분말은 용융된 제 1 및 제 2 부분과 혼합되고, 여기서 금속 분말은 감마생성 성분을 포함하는 철 기반 분말이다. 또한 본 개시는 그러한 방법을 사용하여 얻어진 블랭크 및 제품에 관련된다.

Description

두 개의 블랭크와 블랭크를 연결하기 위한 방법 및 얻어진 제품{METHODS FOR JOINING TWO BLANKS AND BLANKS AND PRODUCTS OBTAINED}
본 출원은 2013년 12월 12일에 출원된 유럽특허출원 EP13382506.7의 혜택을 주장한다.
본 개시는 두 개의 블랭크를 연결하기 위한 방법, 및 두 개의 블랭크를 연결한 후에 제품을 얻기 위한 방법에 관한 것이다. 또한 본 개시는 이들 방법 중 어느 하나에 의해 얻어진 또는 얻어질 수 있는 제품에 관한 것이다.
저비용으로 부품 무게를 감소시키는 목적으로 금속 부품의 생산을 위한 신규한 물질 및 공정의 개발은 자동차 산업에서 가장 중요하다. 이러한 목적을 얻기 위해, 산업은 중량 유니트 당 최적화된 극한 강도 및 유리한 성형 특징을 나타내는 초고장력강(UHSS)을 개발했다. 이들 스틸은 양호한 기계적 특징을 부여하고 그들을 스틸 블랭크를 특정 자동차 부품으로 형성하도록 사용된 핫 스탬핑 공정에 특히 적합하게 하는 열처리 후에 미세조직을 얻도록 설계된다. 핫 스탬핑 공정 동안 블랭크는 공격적인 대기로 향해지기 때문에, 스틸은 일반적으로 부식 및 산화를 피하도록 코팅된다.
부품의 중량을 최소화하는 한편 구조적 요구사항을 기대하는 시도에서, 소위 "맞춤형 블랭크" 기법이 사용될 수 있다. 이들 기법에서, 부품은 다른 두께, 크기 및 특징을 갖는 여러 블랭크를 용접하는 것에 의해 얻어진 복합 금속 블랭크로 구성될 수 있다. 적어도 이론적으로, 이러한 종류의 기법을 사용하여 물질의 사용이 최적화될 수 있다. 다른 두께의 블랭크가 연결될 수 있고 또는 스틸 블랭크는 예를 들어, 요구되는 곳에 각각의 물질의 특정 특징을 사용하여, 코팅된 스틸 블랭크와 연결될 수 있다.
이들 블랭크는 "에지 투 에지"("버트-연결") 용접될 수 있다. 이들 소위 맞춤형 블랭크는 핫 스탬프되도록 설계되고 그런 후에 자동차 부품을 형성하도록 제조된다. 맞춤형 용접 블랭크는 도어, B-필러, 빔, 플로어 등과 같은 구조적 부품에 대해 사용될 수 있다.
유사하게 "패치워크" 블랭크가 공지되어 있고, 여기서 여러 블랭크는 반드시 "에지-투-에지" 용접되지 않지만, 대신에 블랭크의 부분 또는 완전한 오버랩이 사용될 수 있다.
자동차 산업에 사용된 스틸의 예는 22MnB5 스틸이다. 성형 공정 동안 탈탄 및 스케일 형성을 회피하기 위해 22MnB5는 알루미늄-실리콘 코팅으로 표현된다. 아르셀로 미탈로부터 상업적으로 이용가능한 우시보르®1500P 및 덕티보르®500P는 맞춤형 및 패치워크 블랭크에 사용된 스틸의 예이다.
패치워크 블랭크 및 맞춤형 블랭크는 또한 다른 산업에 사용되거나 유용할 수 있다.
우시보르®1500P는 페라이트-펄라이트상에 공급될 수 있다. 그것은 균일한 패턴으로 분포된 미립자 구조이다. 기계적 특징은 이러한 구조에 관련된다. 가열, 핫 스탬핑 공정, 및 이어지는 퀀칭 후에, 말텐사이트 미세조직이 생성된다. 결과적으로, 극한 강도 및 항복 강도가 현저하게 증가한다.
우시보르의 조성물이 중량%로 아래에 요약된다(나머지는 철(Fe) 및 불가피한 불순물이다):
Figure 112015099279916-pct00001
이전에 언급된 바와 같이, 우시보르 1500은 부식 및 산화 손상을 방지하기 위해 알루미늄-실리콘(AlSi) 코팅으로 공급된다. 그러나, 이러한 코팅은 용접 거동에 관련된 상당히 불리한 면을 가진다. 우시보르 블랭크가 임의의 또 다른 측정 없이 용접된다면, 코팅의 알루미늄은 용접 영역으로 진입할 수 있고 이것은 결과 부품의 기계적 특징의 중요한 감소를 야기하고 용접 영역에서 약한 균열의 가능성을 증가시킬 수 있다.
이러한 문제를 극복하기 위해 방법은 용접 갭에 가까운 영역에 코팅의 부분을 제거하는(예, 레이저 삭마에 의함) 것을 구성하는 DE202007018832 U1에 제안되었다. 이러한 방법은 추가적 단계가 (맞춤형) 블랭크 및 부품의 생산을 위해 요구되고 공정의 반복적인 성격에도 불구하고 이러한 추가적인 단계가 폐기될 부품수를 증가시키는 복잡한 품질 공정을 요구하는 불이익을 가진다. 이것은 용접 단계의 비용의 증가를 수반하고 산업에서 기술의 경쟁성을 제한한다.
WO 2013/045497은 코팅된 시트 금속을 버트 용접하기 위한 방법을 개시하고, 기체-분말 유동의 형태로 적어도 하나의 분말 용접 첨가제가 2m/s-50m/s의 속도로 용융된 용접에 공급된다. 용접 영역에서 분말 첨가제의 혼합을 얻기 위해 상대적으로 고속이 요구된다.
용접 영역에 진입하는 알루미늄으로 인한 열악한 용접력의 문제는 코팅된 스틸의 용접 플레이트 또는 블랭크로부터 공지되었을 뿐만 아니라 예를 들어, 두 개의 알루미늄 블랭크를 용접할 때 또는 알루미늄 블랭크와 (코팅으로 또는 없이) 스틸 블랭크를 용접할 때 발견될 수 있다.
여기에 블랭크는 하나 이상의 공정 단계(예, 변형, 가공, 표면 처리 또는 다른 것)를 더 겪어야만 하는 부품으로서 간주될 수 있다. 이들 부품은 실질적으로 평평한 플레이트일 수 있고 또는 더 복잡한 형상을 가질 수 있다.
여기에 설명된 용접 방법의 예에서 앞서 언급된 불이익은 회피되거나 또는 적어도 부분적으로 감소된다.
본 발명 목적은 저비용으로 부품 무게를 감소시키기 위해 두 개의 블랭크를 연결하기 위한 방법, 및 두 개의 블랭크를 연결한 후에 제품을 얻기 위한 방법을 제공하는 것이다. 또한 발명의 목적은 이들 방법 중 어느 하나에 의해 얻어진 또는 얻어질 수 있는 제품을 제공하는 것이다.
제 1 측면에서, 본 개시는 제 1 블랭크 및 제 2 블랭크를 연결하기 위한 방법을 제공하고, 제 1 및 제 2 블랭크 중 적어도 하나는 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 적어도 일층을 포함한다. 그 방법은 제 2 블랭크에 연결될 제 1 블랭크의 제 1 부분을 선택하고, 제 1 부분에 연결될 제 2 블랭크의 제 2 부분을 선택하는 단계; 제 1 부분을 제 2 부분에 용접하는 한편, 금속 분말을 용접 영역에 공급하는 트윈 스팟을 포함한다. 블랭크의 제 1 부분 및 제 2 부분 및 용접 영역에서 금속 분말이 용접 동안 용융되고 금속 분말은 용융된 제 1 및 제 2 부분과 혼합된다. 금속 분말은 감마생성 성분을 포함하는 철 기반 분말이다.
이러한 측면에 따라서, 알루미늄이 용접 영역에 존재할 수 있지만, 그것은 핫 스탬핑과 같은 열 변형 공정 후에 더 열악한 기계적 특징으로 유도하지 않는다. 감마생성 성분을 포함하는 철 기반 분말이 용접 영역에 도입되고 용융된 알루미늄과 혼합되기 때문에, 오스테나이트(감마상 철, γ-Fe)는 가열에 의해 얻어질 수 있다. 따라서 열 변형 후 퀀칭 동안, 만족스러운 기계적 특징을 부여하는 말텐자이트 미세조직이 얻어질 수 있다.
트윈 스팟 용접에서, 용융 및 용접은 두 개의 초점에 동시에 발생한다. 두 개의 스팟은 용접 방향에 대해 평행하거나(평행한 트윈 빔 스팟) 수직(수직 트윈 빔 스팟)으로 정렬될 수 있다. 수직 트윈 스팟은 더 넓은 용융 풀을 가져오고 적어도 이론적으로 더 넓은 가열된 영역으로 인해 키홀 대신에 대류 용접을 생성할 수 있다. 평행한 트윈 스팟(하나가 다른 것 뒤에)은 용접 동안 더 낮은 열구배를 전달한다.
임의의 이론에 얽매이지 않고, 발명자는 n개의 트윈 스팟 용접, 용접 영역에서 마란고니 효과 및 용접 영역에서 분말의 혼합물이 용접 영역에서 생성된 "소용돌이"로 인해 개선될 수 있다고 믿는다.
트윈 스팟 용접을 사용하는 예에서, 레이저 파워는 두개의 용접 스팟 사이에 고르게 또는 고르지 않게 나누어질 수 있다.
따라서 일부 선행 기술 방법에 제안된 바와 같이, 알루미늄 또는 알루미늄 합금층을 제거할 필요가 없다. 예를 들어, 코팅된 스틸 블랭크가 용접되어야만 할 때, 중간 공정 단계가 더이상 필요하지 않기 때문에 이것은 더 빠르고 저렴하게 행해질 수 있다.
감마생성 성분은 여기서 감마상, 즉, 오스테나이트상을 촉진하는 화학적 성분으로서 이해되어야만 한다. 감마생성 성분은 니켈(Ni), 탄소(C), 코발트(Co), 망간(Mn) 및 질소(N)를 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 다른 성분 역시 예를 들어, 경도(몰리브덴(Mo)이 적합한 성분일 수 있다) 및/또는 내식성(이 경우에, 실리콘(Si) 및 크롬(Cr)이 적합한 구성성분일 수 있다)을 촉진하는 것과 같은, 금속 분말의 조성물에 대해 고려될 수 있다.
알루미늄 합금은 알루미늄이 주성분인 금속 합금으로서 이해되어야만 한다.
바람직하게, 분말에서 감마생성 성분의 양은 Cr, Mo, Si, Al 및 Ti(티타늄)과 같은 알파생성 성분의 존재를 보상하기에 충분하다. 알파생성 성분은 알파-철(페라이트)의 형성을 촉진한다. 이것은 핫 스탬핑 및 퀀칭 후에 초래하는 미세조직이 매트릭스 및 델타-페라이트에서 말텐자이트-베이나이트를 포함할 수 있기 때문에 감소된 기계적 특징으로 유도할 수 있다.
일부 실시예에서, 분말의 입자 크기는 20미크론 내지 180미크론이고, 선택적으로 20 내지 125 미크론이 사용될 수 있다. 선택적으로, 분말의 평균 입자 크기는 45 내지 90 미크론, 또는 50 내지 80미크론이다. 발명자는 이들 입자 크기가 용접 영역에서 분말의 향상된 침투성 및 혼합으로 유도할 수 있다는 것을 발견했다. 완전한 용접 영역을 통한 충분한 혼합은 최종 생성물의 기계적 특징을 향상시킨다.
일부 실시예에서, 철 기반 분말은 0-0.03 중량%의 탄소, 2.0-3.0 중량%의 몰리브덴, 10-14 중량%의 니켈, 1.0-2.0 중량%의 망간, 16-18 중량%의 크롬, 0.0-1.0 중량%의 실리콘, 및 나머지 철 및 불가피한 불순물로 조성물을 가질 수 있다. 발명자는 이러한 혼합 분말이 즉, 핫 스탬핑 및 퀀칭 후에 매우 만족스러운 기계적 특징 및 최종 작업 생성물의 내식성으로 유도한다는 것을 발견했다.
일부 실시예에서, 용접은 3kW 내지 16kW, 선택적으로 4 내지 10kW의 파워를 갖는 레이저를 사용하는 용접을 포함할 수 있다. 레이저의 파워는 블랭크의 제 1 및 제 2 부분을 용융하기에 충분할 수 있다. 바람직하게, 블랭크의 제 1 및 제 2 부분은 분말이 전체 두께에 걸쳐서도 존재할 수 있는 바와 같이 블랭크의 전체 두께를 따라 용융된다. 따라서 최종 작업 생성물의 결과 미세조직이 개선될 수 있다.
발명자는 3kW-5kW가 일반적인 블랭크(0.7-4mm의 일반적인 두께 범위)를 용융시키기에 충분하다는 것을 발견했다. 범위의 상부 부분을 향해 용접기의 파워를 증가시키는 것은 용접 속도를 증가시킬 수 있다.
선택적으로, Nd-YAG(네오디뮴-도핑된 이트륨 알루미늄 가넷) 레이저가 사용될 수 있다. 이들 레이저는 상업적으로 이용가능할 수 있고, 입증된 기술을 구성한다. 이러한 유형의 레이저는 또한 블랭크의 일부를 용융시키기에 충분한 파워를 가질 수 있고 레이저의 그리고 따라서 용접 영역의 초점의 폭을 변경시킬 수 있다. "스팟"의 크기를 감소시키는 것은 에너지 밀도를 증가시키는 반면에, 스팟 크기를 증가시키는 것은 용접 공정을 가속화시킬 수 있다. 용접 스팟은 매우 효과적으로 제어될 수 있고 트윈 스팟 용접 및 웨이빙(waiving) 스팟 용접을 포함하는 다양한 유형의 용접이 이러한 유형의 레이저로 가능하다. 일부 예에서, 헬륨 또는 헬륨 기반 기체가 차폐 기체로서 사용될 수 있다. 대안적으로 아르곤 기반 기체가 사용될 수 있다. 차폐 기체의 유속은 예를 들어, 1 리터/분 내지 15 리터/분으로 변경될 수 있다.
대안적인 예에서, 충분한 파워를 갖는 CO2 레이저가 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 금속 분말을 용접 영역에 공급하는 것은 기체 분말 유동을 용접 영역에 공급하는 것을 포함한다. 질소가 특정 실행에 따라, 운송 기체로서 사용될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 금속 분말은 앞서 블랭크의 제 1 및 제 2 부분을 따라 증착되었다.
일부 실시예에서, 기체-분말 유동을 공급하는 것은 제 1 부분에 대해 15°내지 60°, 선택적으로 대략적으로 30° 내지 대략적으로 45°의 각에서 기체-분말 유동을 공급하는 것을 포함할 수 있다. 발명자는 그러한 각도에서 측면 노즐에 분말을 공급하는 것은 분말의 혼합을 촉진한다는 것을 발견했다. 다른 예에서, 분말의 동축 공급(레이저와 동축)이 사용될 수 있다. 기체-분말 유동은 용접 영역의 전방으로부터 또는 후방으로부터 용접 영역을 향해 공급될 수 있다(용접 방향에서 보여지는 바와 같음).
이전에 설명된 다양한 방법이 두 개의 블랭크를 버트 연결하는 것에 의해, 예를 들어, 맞춤형 블랭크를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 블랭크 중 하나 또는 모든 블랭크는 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 층을 포함하는 코팅을 갖는 스틸 기판을 포함할 수 있다. 특히 AlSi 코팅이 사용될 수 있다. 예는 우시보르 또는 덕티보르 블랭크의 사용을 포함한다. 다른 예에서, 제 1 블랭크 및/또는 제 2 블랭크는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성될 수 있다.
제 2 측면에서, 본 개시는 이전에 설명된 방법 중 어느 하나에 따라 제 1 및 제 2 블랭크를 연결하는 방법을 포함하는 블랭크를 형성하고 이어서 블랭크를 가열하는 단계, 그리고 가열된 블랭크의 열 변형 및 최종 퀀칭을 포함하는 제품을 형성하기 위한 방법을 제공한다. 가열은 변형 전에 용광로에서의 열처리를 포함할 수 있다. 열 변형은 예를 들어, 핫 스탬핑 및 딥 드로잉을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예의 추가적인 목적, 이점 및 특징은 설명의 검토 시에 해당 기술분야의 당업자에게 명백해질 것이고, 또는 본 발명의 실시에 의해 습득될 수 있다.
본 발명은 저비용으로 부품 무게를 감소시키는 목적으로 두 개의 블랭크를 연결하기 위한 방법, 및 두 개의 블랭크를 연결한 후에 제품을 얻기 위한 방법을 제공한다. 또한 발명은 이들 방법 중 어느 하나에 의해 얻어진 또는 얻어질 수 있는 제품을 제공한다.
본 발명의 특정 실시예는 첨부된 도면을 참조하여, 비제한적인 예시를 통해 다음에서 설명될 것이고, 여기서:
도 1a 및 1b는 두 개의 블랭크를 연결하는 제 1 예시를 개략적으로 도시하고;
도 2a-2d는 분말을 용접 영역에 공급하는 것과 조합해서 트윈 스팟 용접을 위한 다양한 배열을 개략적으로 도시하며;
도 3은 두 개의 블랭크를 연결하는 또 다른 예를 개략적으로 도시하고;
도 4는 두 개의 블랭크의 또 다른 예를 개략적으로 도시하며; 그리고
도 5는 여기 설명된 연결의 방법을 사용하여 제조된 테스트 시료의 응력-변형 곡선이다.
도 1a 및 1b는 제 1 블랭크(A)를 제 2 블랭크(B)와 연결하는 방법의 제 1 예를 개략적으로 도시한다. 제 1 블랭크의 제 1 부분 또는 영역(A1)은 제 2 블랭크의 제 2 부분 또는 영역(B2)에 연결되어야 한다. 본 실시예에서, 두 개의 블랭크는 버트-연결, 즉, 에지-투-에지되어야 한다.
본 예시에서, 양 블랭크(A, B)는 예, 우시보르 1500P®과 같은, 코팅된 스틸로 구성될 수 있다. 양 블랭크는 코팅(2)가 제공되는 스틸 기판(1)을 포함한다. 적용된 코팅은 알루미늄-실리콘(Al87Si10Fe3)이다. 코팅의 적용의 공정으로 인해, 결과 코팅은 금속 합금층(4) 및 금속간층(3)을 가진다.
도 1b는 연결의 방법을 더 도시한다. 레이저 빔이 빠져나오는 레이저 헤드(21)를 갖는 레이저 용접기(20)가 개략적으로 도시된다. 또한 노즐(31)을 갖는 파워 서플라이(30)가 개략적으로 도시된다. 기체-분말 유동은 화살표에 의해 개략적으로 도시된 바와 같이 노즐(31)을 빠져나올 수 있다.
따라서 기체-분말 유동이 용접 영역(10)에 공급될 수 있다. 레이저의 파워는 전체 두께를 따라 양 블랭크를 실질적으로 용융시키기에 충분할 수 있다. 분말이 납물에 공급되고 따라서 전체 용접 영역(10)에 걸쳐 완전히 혼합될 수 있다.
단순화를 위해, 단일 스팟(트윈 스팟 대신에)만이 도 1에 도시된다.
이 경우에, 용접 전에 스틸 기판의 코팅(2)을 제거할 필요가 없고, 따라서 제조를 단순화하고 가속화시킬 수 있다. 이것은 실질적 비용 감소를 초래할 수 있다. 동시에, 철 및 충분한 감마생성 성분을 포함하는 적절한 조성물의 분말은 양호한 기계적 특징이 우시보르를 위한 표준 열처리 후에 그리고 핫 스탬핑과 같은 열 변형 공정 후에 얻어진다는 것을 보장할 수 있다. 용접 영역에서 분말의 혼합은 트윈 스팟 용접을 사용하는 것에 의해 향상된다.
우시보르 블랭크를 위한 표준 처리는 베이스 스틸의 오스테나이트화를 (다른 것들 가운데) 초래하는 예를 들어, 용광로에서 얻어진 블랭크를 가열하는 것일 수 있다. 그런 후에 블랭크는 예를 들어, 범퍼 또는 필러를 형성하도록 핫 스탬프될 수 있다. 따라서 열 변형 후 퀀칭 동안, 만족스러운 기계적 특징을 부여하는 마텐사이트 미세조직이 얻어질 수 있다. 표준 처리는 여기 제안된 연결하는 방법에 의해 임의의 방식에 영향받지 않는다. 특히, 용접 영역에 철을 공급하는 분말의 감마생성 성분 덕분에, 마텐사이트 구조는 알루미늄의 존재에도 불구하고, 용접의 영역에서도 얻어질 수 있다.
기체-분말 유동은 제 1 및 제 2 블랭크에 대해서 다른 각도에서 용접 영역을 향해 공급될 수 있다. 발명자는 용접 영역에서 분말의 매우 양호한 혼합이 대략적으로 30°-45°의 각도를 사용하는 것에 의해 얻어질 수 있다는 것을 발견했다.
도 2a-2d는 분말을 용접 영역에 공급하는 것과 조합해서 레이저 트윈 스팟 용접을 위한 다양한 배열을 개략적으로 도시한다. 도면의 각각에서, 제 1 블랭크(A)는 용접심(C)을 따라서 제 2 블랭크(B)에 연결되어야만 한다. 도면 부호(25)는 트윈 스팟을 나타낸다. 도면의 각각에서 화살표는 용접 방향을 나타낸다. 도면 부호(30)는 분말 소스를 나타낸다.
도 2a는 수직 트윈 스팟을 나타낸다(스팟은 용접심에 수직인 라인을 따라 서로 옆에 배열된다). 분말은 "측방향으로", 즉, 레이저 옆으로부터 공급될 수 있다. 분말은 도 2a 및 도 2c에서와 같이 레이저 바로 옆(도 2d에 도시된 바와 같음)으로부터, 또는 레이저의 후방으로부터(용접 방향을 따라서) 공급될 수 있다. 분말은 또한 도 2b 및 2d에서와 같이 레이저의 전방으로부터 공급될 수 있다.
도 2b는 평행한 트윈 스팟 용접을 도시한다, 즉, 스팟은 용접심과 평행한 라인을 따라 배열된다. 도 2d는 일부 실시예에서, 하나 이상의 분말 소스(30, 33)가 용접 영역을 향해 분말을 공급하도록 사용될 수 있다는 것을 도시한다.
평행한 트윈 스팟 용접의 일 측면은 물질이 향해지는 열구배가 더 적다는 것이다. 수직 트윈 스팟 용접의 일 측면은 용접 영역이 확대되고 따라서 분말의 혼합을 더 용이하게 하는 것이다. 발명자는 이들 배열 모두를 테스트하고 모두가 만족스러운 방식으로 작동할 수 있다는 것을 발견했다.
도 3은 두 개의 블랭크를 연결하는 또 다른 예를 개략적으로 도시한다. 블랭크(A)의 제 1 부분(A1)은 블랭크(B)의 부분(B2)에 대해 실질적으로 수직인 방식으로 연결되어야만 한다. 용접은 블랭크(B)의 좌측면으로부터(도 3에 도시된 바와 같음) 그리고/또는 블랭크(B)의 우측면으로부터 수행될 수 있다.
용접 장치(20), 예를 들어, 블랭크의 제 1 및 제 2 부분을 용융하도록 충분한 파워를 갖는 ND:YAG 레이저가 사용될 수 있다. 이러한 실시예에서, 기체-분말 유동(화살표로 단속적인 라인으로 지시됨)이 용접 영역(C)를 향해 (용접 빔에 대해) 동축 방향으로 공급될 수 있다.
단순함 때문에, 단일 스팟(트윈 스팟 대신에)만이 도 3에 도시된다.
도 4는 두 개의 블랭크를 연결하는 또 다른 예를 더 개략적으로 도시한다. 이러한 실시예에서 다른 두께의 블랭크(A, B)는 용접심(C)을 따라 버트-연결된다. 또한 이러한 실시예에서, 용접 기계(20) 및 분말 소스(30)로부터 기체-분말 유동 및 노즐(31)의 동축 배열이 사용된다. 동축으로 (용접 빔에 대해) 배열된 차폐 기체 채널(40)로부터 용접 영역 주위로 공급된 차폐 기체 유동(45)이 개략적으로 도시된다.
단순함 때문에, 단일 스폿(트윈 스팟 대신에)만이 도 4에 도시된다.
이제까지 여기에 도시된 모든 예에서, 평평한 플레이트의 형상으로 블랭크가 함께 연결된다. 여기 개시된 방법의 예는 다른 형상의 블랭크에도 적용될 수 있다는 것이 명백할 수 있다.
블랭크를 녹이고 감마생성 성분을 갖는 철-기반 분말을 통해 혼합하는 개념의 증명을 위한 최초 테스팅 후에, 광범위한 테스팅이 기체-분말 유동의 공급(동축으로 또는 측방향으로), 트윈 스팟(평행한, 수직의, 레이저의 전면, 레이저의 후면), 차폐 기체(예 또는 아니오), 분말 유동의 속도, 레이저의 속도 및 레이저의 위치에 대해 최적화하도록 발명자에 의해 수행되었다.
이들 테스트에서, 1.3mm의 제 1 평평한 우시보르 플레이트가 1.7mm 두께의 제 2 평평한 우시보르 플레이트와 버트-연결되었다. 이들 테스트를 위해, ND:YAG 레이저는 3.5kW의 파워로 사용되었다. 용접 영역에 걸쳐 분말의 향상된 혼합 때문에 단일 스팟 용접보다 더 양호하게 수행하는 것이 기대되기 때문에 트윈 스팟 용접이 선택되었다. 양 스팟은 총 레이저 파워의 50%를 수용했다.
용접 영역에 공급된 분말은 예를 들어, 호가네스로부터 상업적으로 이용가능한, AlSi316L이었다. 분말은 다음의 조성물 0-0.03중량%의 탄소, 2.0-3.0중량%의 몰리브덴, 10-14중량%의 니켈, 1.0-2.0중량%의 망간, 16-18중량% 크롬, 0.0-1.0중량%의 실리콘, 및 나머지 철 및 불가피한 불순물을 가진다. 45-90미크론의 주성분 입자가 사용되었다. 이러한 조성물은 가열, 열 변형 및 퀀칭 후 양호한 기계적 특징(예, 경도, 인장 강도)으로 유도했다는 것이 발견되었다. 양호한 내식성은 그러한 분말을 사용하여 얻어졌다는 것 역시 발견되었다.
크롬 및 실리콘의 첨가는 내식성을 돕고, 몰리브덴은 경도를 증가시키는 것을 돕는다. 분말에 존재하는 감마생성 성분은 니켈, 탄소 및 망간이다.
용접 후에, 결과 블랭크는 열 변형 및 퀀칭을 포함하는 "정상 처리"를 겪었다. 이것 후에, 표준 인장 강도 테스트를 위한 테스트 시료가 결과 생성물로부터 절단되었다. 측정된 파라미터는 MPa에서 극한 인장 강도(UTS), MPa에서 항복 강도, %에서 균열 연신율, 비커스 경도를 포함했고 또한 용접 영역의 미세조직이 분광분석 장비를 사용하여 조사되었다.
이들 결과는 동일한 처리, 즉, 열 변형 및 퀀칭을 포함하는 동일한 열 사이클을 겪은 비용접된 우시보르 생성물과 비교될 수 있다. 이러한 비교는 용접이 표준 비용접된 물질보다 현저하게 더 약한지 여부를 나타낼 수 있기 때문에 중요하다.
다른 테스트에 사용된 우시보르 1500®의 경우에, 다음의 표준 값: 1.300 내지 1.650MPa의 극한 인장 강도, 950 내지 1.250 MPa의 항복 강도(0.2%), 균열 연신율 A50 5%, 400 내지 520의 비커스 경도 HV10을 적용한다.
극한 인장 강도 및 항복 강도의 경우에, 양호한 성능은 비용접된 우시보르 생성물의 범위에서 UTS로서 간주된다.
최종으로, 인장 강도 테스팅에서 파열의 지점이 고려된다. 파열의 지점이 용접 영역 또는 열 영향 영역(HAZ)에 있지 않은 여러 결과가 얻어졌다. 이것은 이들 테스트에서 용접 영역이 베이스 물질보다 동일하거나 더 강한 결과를 초래했다는 것을 의미한다.
많은 테스트에서, 1.300 내지 1.600MPa의 극한 인장 강도가 발견되었다. 또한 5% 이상의 균열 연신율이 다수의 테스트에서 발견되었다. 또한 용접의 영역에서 비커스 경도 HV10은 일반적으로 400 내지 520의 범위에 있었다.
발명자는 동축 배열이 사용된 일부 샘플 역시 잘 수행했음에도, 특히 기체-분말 유동의 측방향 공급이 양호한 결과로 유도한다는 것을 발견했다. 동시에, 분말 유동의 전측면 공급 및 후측면 공급 모두가 양호한 결과로 유도할 수 있다는 것이 도시되었다. 또한, 양호한 성능이 평행한 트윈 스팟 및 수직 트윈 스팟 모두에 대해 얻어진다. 차폐 기체의 존재 또는 부재가 얻어진 결과에 대해 상당한 효과를 미치지 않았다는 것이 발견되었다. 그리고 용접 표면에 대한 거리 및 블랭크 에지에 대한 변위(다른 두께의 블랭크를 갖는다는 사실로 인함)는 그들 모두가 결과에 영향을 주기 때문에 바람직하게 다른 파라미터와 함께 최적화될 수 있다.
도 5는 분말의 수직 트윈 스팟 용접 및 후측면 공급을 사용하여 하나의 샘플에서 얻어진 바와 같이 응력 변형 곡선을 도시한다. 대략적으로 1.500MPa의 UTS가 도달됨이 보여질 수 있다.
본 발명의 다수의 특정 실시예 및 예시만이 여기 개시됨에도, 다른 대안적인 실시예 및/또는 본 발명의 용도 및 그것의 명백한 수정 및 등가물이 가능하다는 것이 해당 기술분야의 당업자에 의해 이해될 것이다. 또한, 본 발명은 설명된 특정 실시예의 모든 가능한 조합을 포함한다. 따라서 본 발명의 범위는 특정 실시예에 의해 한정되는 것이 아니라, 이어지는 청구항의 정확한 독해에 의해서만 결정될 수 있다.

Claims (14)

  1. 제 1 블랭크(A) 및 제 2 블랭크(B)를 연결하기 위한 방법으로서,
    상기 제 1 블랭크(A) 및 상기 제 2 블랭크(B)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 레이어(layer)를 포함하는 코팅(2)을 갖는 22MnB5 스틸 기판(1)을 포함하고,
    상기 방법은,
    -상기 제 2 블랭크(B)에 연결될 상기 제 1 블랭크(A)의 제 1 부분(A1)을 선택하고, 상기 제 1 부분(A1)에 연결될 상기 제 2 블랭크(B)의 제 2 부분(B2)을 선택하는 단계,
    -상기 제 1 부분(A1)을 상기 제 2 부분(B2)에 트윈 스팟 용접하면서, 용접 영역(10)에 금속 분말을 공급하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 블랭크(A) 및 제 2 블랭크(B)의 상기 제 1 부분(A1) 및 상기 제 2 부분(B2) 및 상기 용접 영역(10)에 상기 금속 분말이 용접 동안 용융되고 상기 금속 분말이 상기 용융된 제 1 부분(A1) 및 제 2 부분(B2)과 혼합되고, 그리고 상기 금속 분말은 감마생성 성분을 포함하는 철 기반 분말이며,
    상기 철 기반 분말은 0-0.03중량%의 탄소, 2.0-3.0중량%의 몰리브덴, 10-14중량%의 니켈, 1.0-2.0중량%의 망간, 16-18중량%의 크롬, 0.0-1.0중량%의 실리콘, 및 나머지 철 및 불가피한 불순물로 조성물을 갖는 것을 특징으로 하는 블랭크와 블랭크를 연결하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 트윈 스팟 용접은 수직 트윈 스팟 용접을 포함하는 것을 특징으로 하는 블랭크와 블랭크를 연결하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 트윈 스팟 용접은 평행한 트윈 스팟 용접을 포함하는 것을 특징으로 하는 블랭크와 블랭크를 연결하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 분말의 입자 크기는 20미크론 내지 180미크론 또는 20미크론 내지 125미크론인 것을 특징으로 하는 블랭크와 블랭크를 연결하는 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 분말의 평균 입자 크기는 50미크론 내지 80미크론인 것을 특징으로 하는 블랭크와 블랭크를 연결하는 방법.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 트윈 스팟 용접은 3kW 내지 16kW 또는 4 내지 10kW의 파워를 갖는 레이저를 사용하는 용접을 포함하는 것을 특징으로 하는 블랭크와 블랭크를 연결하는 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 트윈 스팟 용접은 Nd:YAG 레이저를 갖는 용접을 포함하는 것을 특징으로 하는 블랭크와 블랭크를 연결하는 방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 용접 영역(10)에 상기 금속 분말을 공급하는 단계는 상기 용접 영역(10)에 기체-분말 유동을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 블랭크와 블랭크를 연결하는 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 기체-분말 유동을 공급하는 단계는 상기 제 1 부분(A1)에 대해서, 15° 내지 60°의 각 또는 30° 내지 45°의 각에서 상기 기체-분말 유동을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 블랭크와 블랭크를 연결하는 방법.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 블랭크(A) 및 제 2 블랭크(B)는 버트-연결되고, 상기 제 1 부분(A1)은 상기 제 1 블랭크(A)의 에지이고 상기 제 2 부분(B2)은 상기 제 2 블랭크(B)의 에지인 것을 특징으로 하는 블랭크와 블랭크를 연결하는 방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 청구항 제 1항의 방법에 따른 제 1 블랭크(A) 및 제 2 블랭크(B)를 연결하기 위한 방법을 이용하여 블랭크를 형성하는 단계;
    상기 블랭크를 가열하는 단계; 및
    상기 가열된 블랭크를 열을 이용하여 변형하는 작업 및 퀀칭(quenching)하는 작업을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 제품 형성 방법.
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