KR102404043B1 - 용접된 금속 블랭크를 제조하기 위한 방법 및 따라서 얻어진 용접된 금속 블랭크 - Google Patents
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Abstract
용접된 금속 블랭크 (16) 을 제조하기 위한 방법으로서,
- 제 1 및 제 2 금속 스트립 (4) 으로부터 제 1 최초 금속 판 (1) 및 제 2 최초 금속 판 (3) 을 절삭하는 단계;
- 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 를 얻도록 용접에 의해 적어도 상기 제 1 최초 금속 판 (1) 및 상기 제 2 최초 금속 판 (3) 을 결합하는 단계로서, 상기 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 는 상기 제 1 최초 금속 판 (1) 및 상기 제 2 최초 금속 판 (3) 을 결합하는 용접 조인트 (10) 를 포함하는, 상기 결합하는 단계; 및
- 적어도 하나의 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 를 얻도록 금속 용융을 포함하는 프로세스에 의해 상기 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 를 절삭하는 단계로서, 상기 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 는 상기 결합하는 단계 중에 얻어진 상기 용접 조인트 (10) 의 부분으로 이루어지는 용접 조인트 부분 (19) 에 의해 결합되는 제 1 금속 블랭크 부분 (17) 및 제 2 금속 블랭크 부분 (18) 을 포함하는, 상기 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 를 절삭하는 단계를 포함한다.
- 제 1 및 제 2 금속 스트립 (4) 으로부터 제 1 최초 금속 판 (1) 및 제 2 최초 금속 판 (3) 을 절삭하는 단계;
- 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 를 얻도록 용접에 의해 적어도 상기 제 1 최초 금속 판 (1) 및 상기 제 2 최초 금속 판 (3) 을 결합하는 단계로서, 상기 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 는 상기 제 1 최초 금속 판 (1) 및 상기 제 2 최초 금속 판 (3) 을 결합하는 용접 조인트 (10) 를 포함하는, 상기 결합하는 단계; 및
- 적어도 하나의 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 를 얻도록 금속 용융을 포함하는 프로세스에 의해 상기 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 를 절삭하는 단계로서, 상기 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 는 상기 결합하는 단계 중에 얻어진 상기 용접 조인트 (10) 의 부분으로 이루어지는 용접 조인트 부분 (19) 에 의해 결합되는 제 1 금속 블랭크 부분 (17) 및 제 2 금속 블랭크 부분 (18) 을 포함하는, 상기 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 를 절삭하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 용접된 금속 블랭크를 제조하기 위한 방법, 프레스-성형되고 용접된 금속 부품을 제조하기 위한 방법, 뿐만 아니라 따라서 얻어진 용접된 금속 블랭크 및 프레스-성형되고 용접된 금속 부품에 관한 것이다.
과거에 걸쳐, 차량 중량과 기계적 저항 사이에 양호한 절충을 제공하도록, 자동차를 위한 구조적 요소들은 소위 맞춤된 블랭크들로부터 보다 더 많이 제조된다.
맞춤된 블랭크들은 일반적으로 상이한 특성들, 및 예를 들면 상이한 두께들, 강도들 또는 연성들을 갖는 금속 판들을, 원하는 형상으로 차후의 형성 작업들 전에 단일한 용접된 블랭크들로 결합함으로써 얻어진다. 따라서 각각의 고려된 적용예에 대해 형성된 부품 내에 요구된다면 정확하게 최적화된 재료 특성들을 얻는 것이 가능하다. 예를 들면, 보다 두꺼운 및/또는 보다 강한 판 재료가 이전에 보강 부품들을 요구하는 위치들에서 전형적으로 사용된다.
일반적으로, 그러한 용접된 블랭크들을 사용하여 3차원 부품을 제조하도록, 상이한 특성들을 갖는 적어도 두개의 금속 판들은 각각의 금속 스트립으로부터 절삭되고 이들 두개의 판들은 그후 맞춤된 블랭크를 형성하도록 용접을 통해, 예를 들면 레이저 용접을 사용하여 결합된다. 성형 프로세스는 그후 3차원 부품을 제조하도록 따라서 얻어진 용접된 블랭크에 적용된다. 부품의 원하는 기계적 특성들에 종속되어, 이러한 성형 프로세스는 맞춤된 성형 프레스로 실행되고 냉간 성형 또는 열간 성형 프로세스일 수 있다. 성형 후에, 부품의 에지들은 원하는 치수들을 갖는 최종 부품들을 얻도록 트리밍된다.
이러한 방법은 전체적으로 만족스럽지 못하다. 실제로, 예를 들면 프레스-성형을 통해, 정확하게 적소에 원하는 특성들을 갖는 부품을 제조할 수 있도록, 높은 허용오차들이 용접된 블랭크들의 치수들에 대해 요구된다. 그러한 높은 허용오차들은 그것들이 많은 양의 스크랩, 및 따라서 폐기되는 재료를 발생시키기 때문에 바람직하지 못하다. 추가로, 용접된 블랭크들에서 상대적으로 높은 치수 허용오차들로 인해, 일반적으로 용접된 블랭크의 치수 허용오차로부터 기인하는 상대적은 많은 양의 과도한 재료를 제거하도록 최종 3차원 부품의 트리밍 작업을 수행하는 것이 필수적이다. 그러한 절삭 작업은 부품의 3차원 형상으로 인해 실행되는 데 복잡하고 비싸다.
본 발명의 목적은 따라서 보다 비용 효율적인 방식으로 프레스-성형되고 용접된 강 부품을 제조하는 것을 허용하는 방법을 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은 용접된 금속 블랭크를 제조한 방법에 관한 것이고 상기 방법은,
- 적어도 제 1 금속 스트립으로부터 제 1 최초 금속 판 및 제 2 금속 스트립으로부터 제 2 최초 금속 판을 절삭하는 단계;
- 최초 윤곽을 갖는 최초 용접된 금속 블랭크를 얻도록 용접에 의해 적어도 제 1 최초 금속 판 및 제 2 최초 금속 판을 결합하는 단계로서, 상기 최초 용접된 금속 블랭크는 제 1 최초 금속 판 및 제 2 최초 금속 판을 결합하는 용접 조인트를 포함하는, 상기 결합하는 단계; 및
- 최종 윤곽을 갖는 적어도 하나의 최종 용접된 금속 블랭크를 얻도록 금속 용융을 포함하는 프로세스에 의해 상기 최초 용접된 금속 블랭크를 절삭하는 단계로서, 상기 최종 용접된 금속 블랭크는 결합하는 단계 중에 얻어진 용접 조인트의 부분으로 이루어지는 용접 조인트 부분에 의해 결합되는 제 1 금속 블랭크 부분 및 제 2 금속 블랭크 부분을 포함하는, 상기 절삭하는 단계를 포함한다.
방법은 추가로 단독으로 또는 임의의 기술적으로 가능한 조합에 따라 취해진 다음의 특징들의 하나 이상을 포함할 수 있다:
- 제 1 최초 금속 판 및/또는 제 2 최초 금속 판은 4각형-형상의 윤곽, 및 특히 직사각형, 평행사변형-형상의 또는 사다리꼴 윤곽 중에 선택된 윤곽을 갖고;
- 결합하는 단계는 레이저 용접, 전자 빔 용접, 아크 용접, 마찰 교반 용접 또는 저항 용접 단계, 및 바람직하게 레이저 용접 단계이고;
- 결합하는 단계 중에 얻어진 용접 조인트는 300 mm 이상의 길이, 및 바람직하게 600 mm 이상의 길이를 갖고;
- 최종 용접된 금속 블랭크의 최종 윤곽은 적어도 하나의 비-선형 부분, 및 특히 적어도 하나의 곡선형 부분을 포함한다.
- 최초 용접된 금속 블랭크에서 실행되는 절삭하는 단계 중에, 적어도 두개의 최종 용접된 금속 블랭크들은 최초 용접된 금속 블랭크로부터 절삭되고;
- 각각의 최종 용접된 금속 블랭크는 각각의 면적을 경계짓는 최종 윤곽을 갖고, 고려된 최초 용접된 금속 블랭크로부터 절삭된 모든 최종 용접된 금속 블랭크들의 최종 윤곽들에 의해 경계지워진 면적들의 합은 각각의 최초 용접된 금속 블랭크의 최초 윤곽에 의해 경계지워진 면적보다 엄격히 더 작고;
- 적어도 하나의 최종 용접된 금속 블랭크에 대해, 용접 조인트 부분은 250 mm 이하의 길이를 갖고;
- 용접 조인트 부분의 길이와 용접 조인트 부분에 직각으로 취해진 최종 용접된 금속 블랭크의 치수 사이의 비는 1 이하이고;
- 제 1 및 제 2 금속 스트립은 상이한 특성들을 갖고;
- 제 1 및 제 2 최초 금속 판은 강 기재를 포함하고;
- 제 1 최초 금속 판 및/또는 상기 제 2 최초 금속 판은 기재의 메인 면들의 적어도 하나에서, 금속간 합금 층 및 상기 금속간 합금 층 맨위로 연장되는 금속성 합금 층을 포함하는 사전코팅을 포함하고, 금속성 합금 층은 알루미늄의 층, 알루미늄 합금의 층 또는 알루미늄-계 합금의 층이고;
- 방법은 제 1 최초 금속 판 및 제 2 최초 금속 판 중 적어도 하나에 대해, 용접을 통해 제 1 최초 금속 판 및 제 2 최초 금속 판을 결합하기 전에 제 1 최초 금속 판 및/또는 제 2 최초 금속 판의 적어도 하나의 면에서 적어도 용접 에지의 두께의 일부에 걸쳐 사전코팅을 제거하는 단계를 추가로 포함한다.
- 최종 용접된 금속 블랭크는 0.8 mm 내지 5 mm 의 두께를 갖고 절삭 작업으로부터 기인하는 주변 에지 표면을 포함하고, 주변 에지 표면은 최종 용접된 금속 블랭크의 하나의 메인 면으로부터 다른 면으로 연장되고, 최초 용접된 금속 블랭크에서 실행되는 절삭하는 단계는 레이저 절삭하는 단계이고, 레이저 절삭하는 단계는 9% 이상의 레이저 절삭 작업으로부터 직접 기인하는 주변 에지 표면의 기재 영역에서 알루미늄의 표면 분율 및 0.5% 이상의 레이저 절삭 작업으로부터 직접 기인하는 주변 에지 표면의 기재 영역의 바닥 반부에서 알루미늄의 표면 분율을 직접 생성하는 방식으로 실행되고;
- 용접, 및 특히 레이저 용접은 충전제 재료를 사용하여 수행되고;
- 제 1 및 제 2 최초 금속 판들을 얻도록 제 1 및/또는 제 2 금속 스트립에서 실행되는 절삭하는 단계는 기계적 절삭하는 단계, 및 특히 전단가공하는 단계이고;
- 최초 용접된 금속 블랭크에서 실행하는 절삭하는 단계는 플라즈마 절삭, 레이저 절삭 또는 플레임 절삭하는 단계, 및 바람직하게 레이저 절삭하는 단계이고;
- 최초 용접된 금속 블랭크에서 절삭하는 단계는 임의의 용접 시작 또는 정지 크레이터들 또는 결함들을 포함하지 않는 최종 용접된 블랭크를 얻도록 실행된다.
본 발명은 또한 프레스-성형되고 용접된 금속 부품을 제조하기 위한 방법에 관한 것이고, 상기 방법은,
- 상기 설명된 바와 같은 방법을 사용하여 최종 용접된 금속 블랭크를 제조하는 단계;
- 프레스-성형되고 용접된 금속 부품을 얻도록 3차원 형상으로 상기 최종 용접된 금속 블랭크를 프레스-성형하는 단계, 및
- 선택적으로 최종 프레스-성형되고 용접된 금속 부품을 얻도록 3D 레이저 절삭을 사용하여 상기 용접된 금속 부품의 에지들을 트리밍하는 단계로서, 상기 3D 레이저 절삭은 10 mm 이하의 폭에 걸쳐 프레스-성형되고 용접된 금속 부품으로부터 재료를 제거한다.
방법은 추가로 단독으로 또는 임의의 기술적으로 가능한 조합에 따라 취해진 다음의 특징들의 하나 이상을 포함할 수 있다:
- 프레스-성형하는 단계는 열간 성형 프레스에서 실행된 열간 성형하는 단계이고;
- 최종 용접된 금속 블랭크의 제 1 금속 블랭크 부분 및 제 2 금속 블랭크 부분은 강 기재를 포함하고, 방법은 프레스-경화된 프레스-성형되고 용접된 금속 부품을 얻도록 프레스-성형되고 용접된 금속 부품을 냉각하는 단계를 추가로 포함하고, 냉각율은 바람직하게 최종 용접된 금속 블랭크의 기재들의 적어도 하나의 임계 마르텐사이트 또는 베이나이트 냉각율 이상이고;
- 프레스-성형하는 단계는 냉간 성형하는 단계이다.
- 본 발명은 추가로 용접 조인트에 의해 결합되는 제 1 금속 블랭크 부분 및 제 2 금속 블랭크 부분을 포함하는 용접된 금속 블랭크에 관한 것이고, 용접된 금속 블랭크는 용접된 금속 블랭크의 하나의 메인 면으로부터 다른 면으로 상기 용접된 금속 블랭크의 전체 윤곽을 걸쳐 연장되는 주변 에지 표면을 포함하고, 주변 에지 표면은 용접된 금속 블랭크의 전체 윤곽 및 적어도 주변 에지 표면의 높이의 일부에 걸쳐 연장되는 고체화 스트리에이션들을 포함한다.
용접된 금속 블랭크는 추가로 단독으로 또는 임의의 기술적으로 가능한 조합에 따라 취해진 다음의 특징들의 하나 이상을 포함할 수 있다:
- 용접된 금속 블랭크의 윤곽은 적어도 하나의 비-선형 부분, 및 특히 적어도 하나의 곡선형 부분을 포함하고;
- 용접 조인트는 250 mm 이하의 길이를 갖고;
- 제 1 및 제 2 금속 블랭크 부분들은 강 기재를 포함하고;
- 제 1 금속 블랭크 부분 및 제 2 금속 블랭크 부분의 각각은, 그 면들의 적어도 하나에서, 금속간 합금 층 및 상기 금속간 합금 층의 맨위로 연장하는 금속성 합금 층을 포함하는 사전코팅을 캐리하는 강 기재를 포함하고, 금속성 합금 층은 알루미늄의 층, 알루미늄 합금의 층 또는 알루미늄-계 합금의 층이고;
- 용접된 금속 블랭크의 두께는 0.8 mm 내지 5 mm 이고 주변 에지 표면의 기재 영역에서 알루미늄의 표면 분율은 9% 이상이고 주변 에지 표면의 기재 영역의 바닥 반부에서 알루미늄의 상기 표면 분율은 0.5% 이상이고;
- 용접 조인트는 임의의 용접 시작 또는 정지 크레이터들 또는 결함들을 포함하지 않는다.
- 본 발명은 추가로 용접 조인트에 의해 결합되는 제 1 금속 부품 부분 및 제 2 금속 부품 부분을 포함하는 프레스-성형되고 용접된 금속 부품에 관한 것이고, 프레스-성형되고 용접된 금속 부품은 용접된 금속 부품의 전체 윤곽에 걸쳐 연장되는 주변 에지 표면을 포함하고, 주변 에지 표면은 용접된 금속 부품의 전체 윤곽 및 적어도 주변 에지 표면의 높이의 일부에 걸쳐 연장되는 고체화 스트리에이션들을 포함한다.
프레스-성형되고 용접된 금속 부품은 추가로 단독으로 또는 임의의 기술적으로 가능한 조합에 따라 취해진 다음의 특징들의 하나 이상을 포함할 수 있다:
- 제 1 금속 부품 부분 및 제 2 금속 부품 부분은 강 기재를 포함하고;
- 프레스-성형되고 용접된 금속 부품은 열간 프레스-성형된 금속 부품이고, 제 1 및/또는 제 2 금속 부품 부분들의 기재는 주로 베이나이트 및/또는 마르텐사이트 미세조직을 갖고;
- 프레스-성형되고 용접된 금속 부품은 냉간 프레스-성형된 금속 부품이다.
본 발명은 추가로 용접된 금속 블랭크를 제조하기 위한 설비에 관한 것이고, 상기 설비는,
- 적어도 제 1 금속 스트립으로부터 제 1 최초 금속 판 및 제 2 금속 스트립으로부터 제 2 최초 금속 판을 절삭하기 위해 구성되는 제 1 절삭 스테이션;
- 최초 윤곽을 갖는 최초 용접된 금속 블랭크를 얻도록 용접에 의해 적어도 제 1 최초 금속 판 및 상기 제 2 최초 금속 판을 결합하기 위해 구성되는 용접 스테이션으로서, 최초 용접된 금속 블랭크는 상기 제 1 최초 금속 판 및 상기 제 2 최초 금속 판을 결합하는 용접 조인트를 포함하고;
- 최종 윤곽을 갖는 적어도 하나의 최종 용접된 금속 블랭크를 얻도록 금속 용융을 포함하는 절삭 프로세스를 사용하여 상기 최초 용접된 금속 블랭크를 절삭하기 위해 구성되는 제 2 절삭 스테이션으로서, 상기 최종 용접된 금속 블랭크는 결합하는 단계 중에 얻어진 용접 조인트의 부분으로 이루어지는 용접 조인트 부분에 의해 결합되는 제 1 금속 블랭크 부분 및 제 2 금속 블랭크 부분을 포함하는, 상기 제 2 절삭 스테이션을 포함한다.
본 발명은 추가로 프레스-성형되고 용접된 금속 부품을 제조하기 위한 설비에 관한 것이고, 상기 설비는,
- 상기 설명된 바와 같은 용접된 금속 블랭크를 제조하기 위한 설비;
- 프레스-성형되고 용접된 금속 부품을 얻도록 3차원 형상으로 상기 용접된 금속 블랭크를 프레스-성형하기 위해 구성되는 프레스, 및
- 선택적으로, 최종 프레스-성형되고 용접된 금속 부품을 얻도록 3D 레이저 절삭을 사용하여 상기 용접된 금속 부품의 에지들을 트리밍하기 위해 구성된 3D 레이저 절삭 스테이션을 포함한다.
본 발명은 단지 예로써 그리고 첨부된 도면을 참조하여 다음의 명세서를 정독한다면 보다 양호하게 이해될 것이다.
- 도 1 은 본 발명에 따른 용접된 금속 블랭크를 제조하기 위한 방법의 개략도이고;
- 도 2 는 본 발명의 제 1 실시형태에서 사용되는 금속 스트립의 개략적인 측면도이고;
- 도 3 은 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 용접된 금속 블랭크의 개략적인 사시도이고;
- 도 4 는 도 3 의 용접된 금속 블랭크의 일부의 개략적인 사시도이고;
- 도 5 는 용접된 금속 블랭크를 제조하기 위한 방법의 부가적인 선택적인 단계의 개략도이고;
- 도 6 은 제거 구역을 포함하는 최초 금속 판의 개략도이고;
- 도 7 은 본 발명에 따른 프레스-성형되고 용접된 금속 부품을 제조하기 위한 방법을 실행하기 위한 설비의 개략도이다.
- 도 2 는 본 발명의 제 1 실시형태에서 사용되는 금속 스트립의 개략적인 측면도이고;
- 도 3 은 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 용접된 금속 블랭크의 개략적인 사시도이고;
- 도 4 는 도 3 의 용접된 금속 블랭크의 일부의 개략적인 사시도이고;
- 도 5 는 용접된 금속 블랭크를 제조하기 위한 방법의 부가적인 선택적인 단계의 개략도이고;
- 도 6 은 제거 구역을 포함하는 최초 금속 판의 개략도이고;
- 도 7 은 본 발명에 따른 프레스-성형되고 용접된 금속 부품을 제조하기 위한 방법을 실행하기 위한 설비의 개략도이다.
도 1 은 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 용접된 금속 블랭크를 제조하기 위한 방법의 상이한 단계를 개략적으로 예시한다.
이러한 방법은 적어도 제 1 금속 스트립 (2) 으로부터 제 1 최초 금속 판 (1) 및 제 2 금속 스트립 (4) 으로부터 제 2 최초 금속 판 (3) 을 절삭하는 단계를 포함한다 (도 1 의 A 및 B 를 참조).
제 1 및 제 2 금속 스트립들 (2, 4) 은 최초에 코일링되지 않은 또는 코일링된 상태로 제공될 수 있다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 제 1 실시형태에서, 제 1 및 제 2 금속 스트립 (2, 4) 은 그 면들의 적어도 하나에, 그리고 바람직하게 그 면들의 양쪽에 사전코팅 (6) 을 캐리하는 강 기재 (5) 를 각각 포함한다.
강 기재 (5) 는 보다 구체적으로 페리토-펄라이트 마이크로조직을 갖는 강이다.
바람직하게, 기재 (5) 는 열적 처리를 위해 의도된 강, 보다 구체적으로 프레스-경화가능한 강, 및 22MnB5 타입 강과 같은 예를 들면 망간-붕소 강으로 제조된다.
이러한 실시형태에서, 사전코팅 (6) 은 적어도 기재 (5) 와 접촉하는 금속간 합금 층 (7) 및 금속간 합금 층 (7) 의 맨위로 연장하는 금속성 합금 층 (8) 을 포함한다. 금속성 합금 층 (8) 은 보다 구체적으로 알루미늄의 층, 알루미늄 합금의 층 또는 알루미늄-계 합금의 층이다. 본 문맥에서, 알루미늄 합금은 50중량% 보다 많은 알루미늄을 포함하는 합금을 칭한다. 알루미늄-계 합금은 알루미늄이 중량 당으로 메인 원소인 합금이다.
예를 들면, 금속성 합금 층 (8) 은 추가로 실리콘을 포함하는 알루미늄 합금의 층이다. 보다 구체적으로, 금속성 합금 층 (8) 은 중량 당으로:
- 8% ≤ Si ≤ 11%,
- 2% ≤ Fe ≤ 4% 을 포함하고,
잔부는 알루미늄 및 가능한 불순물들이다.
사전코팅 (6) 은 특히 용융 도금 코팅, 즉 용융된 금속의 욕 내에 기재 (5) 의 침지에 의해 얻어질 수 있다.
용융 도금 코팅에 의해 얻어진 금속간 합금 층 (7) 및 금속성 합금 층 (8) 을 포함하는 사전코팅 (6) 의 특별한 조직은 특히 특허 EP 2 007 545 에 개시된다.
제 1 및 제 2 금속 스트립들 (2, 4) 은 바람직하게 상이한 특성들을 갖는다. 특히, 제 1 및 제 2 금속 스트립 (2, 4) 은 상이한 조성들, 두께들, 폭들, 기계적 특성들 및/또는 코팅들을 가질 수 있다. 상이한 기계적 특성들은 예를 들면 상이한 인장 강도들, 항복 강도들 및/또는 연성들을 포함할 수 있다.
제 1 및/또는 제 2 금속 스트립 (2, 4) 은 예를 들면 0.8 mm 내지 10 mm, 및 보다 구체적으로 0.8 mm 내지 5 mm, 심지어 보다 구체적으로 0.8 mm 내지 2.5 mm 의 두께를 갖는다.
제 1 및 제 2 최초 금속 판들 (1, 3) 은 코일링되지 않은 상태로 제 1 및 제 2 금속 스트립들 (2, 4) 으로부터 절삭된다.
바람직하게, 제 1 및 제 2 최초 금속 판 (1, 3) 은 단지 직사각형 에지들을 포함하는 윤곽을 각각 갖는다.
제 1 및 제 2 최초 금속 판들 (1, 3) 의 윤곽들은 바람직하게 4각형 형상을 갖고, 유리하게 직사각형, 평행사변형-형상의 및 사다리꼴 윤곽 중에 선택된다.
제 1 및 제 2 금속 스트립 (2, 4) 으로부터 각각 제 1 및 제 2 최초 금속 판 (1, 3) 을 절삭하는 단계는 기계적 절삭을 통해 또는 레이저 절삭, 플레임 절삭 또는 플라즈마 절삭과 같은 금속 용융을 포함하는 프로세스를 통해 실행된다.
레이저 절삭의 경우에, 절삭하는 단계는 CO2 레이저 또는 솔리드 스테이트 레이저, 예를 들면 Nd:YAG (neodymium-doped yttrium aluminium garnet) 레이저, 다이오드 레이저, 파이버 레이저 또는 디스크 레이저 또는 레이저 절삭을 위해 적절한 임의의 다른 타입의 레이저를 사용하여 실행될 수 있다.
CO2 레이저가 사용되는 경우에, 레이저의 파워는 예를 들면 2 kW 내지 7 kW 이다.
솔리드 스테이트 레이저가 사용되는 경우에, 레이저의 파워는 예를 들면 1 kW 내지 8 kW 이다.
레이저는 유리하게 연속파 레이저이다.
레이저 절삭은 추가로 유리하게 레이저 절삭을 위한 지원 가스로서 불활성 가스, 및 특히 질소, 아르곤 또는 헬륨 또는 그 혼합물들을 사용하여 실행된다. 대안예에 따르면, 활성 가스는 지원 가스, 및 예를 들면 산소로서 사용된다.
기계적 절삭이 사용되는 경우에, 절삭 작업은 예를 들면 전단가공 공구 또는 절삭 다이를 사용하여 실행된다.
기계적 절삭은 레이저 절삭보다 더 낮은 절삭 비용을 발생시키기 때문에 바람직하다. 실제로, 제 1 및 제 2 최초 금속 판들 (1, 3) 의 매우 간단한 형상들을 고려한다면, 절삭 작업을 수행하기 위해 특별히 제작된 다이를 사용할 필요는 없다. 특히, 종래의 전단가공 공구가 사용될 수 있다. 다이가 절삭을 수행하기 위해 사용되는 경우에, 최초 금속 판들 (1, 3) 의 형상들이 불특정적이므로, 동일한 다이는 상이한 최종 용접된 금속 블랭크들을 제조하기 위해 재사용될 수 있다.
하나의 실시형태에 따르면, 제 1 및/또는 제 2 최초 금속 판 (1, 3) 의 하나의 치수는 각각 제 1 또는 제 2 금속 스트립 (2, 4) 의 폭과 동일하다. 이러한 경우에, 제 1 및/또는 제 2 최초 금속 판들 (1, 3) 의 두개의 에지들은 각각의 금속 스트립 (2, 4) 의 에지들과 일치한다. 대안예에 따르면, 제 1 및/또는 제 2 금속 스트립 (2, 4) 의 모든 에지들은 제 1, 각각 제 2, 금속 스트립 (2, 4) 으로부터 절삭에 의해 얻어진다.
예를 들면, 제 1 및/또는 제 2 최초 금속 판 (1, 3) 의 하나의 에지, 및 예를 들면 가장 긴 에지는 300 mm 이상의 길이, 바람직하게 이상의 500 mm, 심지어 보다 바람직하게 600 mm 이상의, 및 심지어 보다 바람직하게 1000 mm 이상의 길이를 갖는다.
하나의 예에 따르면, 제 1 및 제 2 금속 판들 (1, 2) 은 상이한 표면 면적들을 갖는다.
도 1 의 C 에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 최초 금속 판 (1, 3) 은 그후 최초 윤곽 (C0) 을 갖는 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 를 얻도록 용접에 의해 결합된다.
용접은 레이저 용접, 전자 빔 용접, 아크 용접, 마찰 교반 용접 또는 저항 용접을 통해 실행될 수 있다.
결합하는 단계는 바람직하게 버트 용접에 의해 결합하는 단계이다. 최초 금속 판들 (1, 3) 은 예를 들면 필요에 따라 그들 가장 긴 에지들 또는 그들 가장 짧은 에지들을 따라 용접될 수 있다.
하나의 예에 따르면, 용접은 자열 용접, 즉 충전제 재료의 부가 없이 실행되는 용접이다. 대안예에 따르면, 용접, 및 예를 들면 레이저 용접은 충전제 재료, 및 예를 들면 충전제 와이어를 사용하여 실행된다.
도 1 의 C 에서 알 수 있는 바와 같이, 따라서 얻어진 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 는 제 1 및 제 2 최초 금속 판들 (1, 3) 및 제 1 및 제 2 최초 금속 판들 (1, 3) 을 결합하는 용접 조인트 (10) 를 포함한다.
최초 용접된 금속 블랭크 (16) 는 실질적으로 플랫형이다.
용접 조인트 (10) 는 바람직하게 실질적으로 직사각형이다.
하나의 예에 따르면, 용접 조인트 (10) 는 300 mm 이상의 길이, 바람직하게 500 mm 이상의, 심지어 보다 바람직하게 600 mm 이상의, 및 심지어 보다 바람직하게 1000 mm 이상의 길이를 갖는다.
방법은 적어도 하나의 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 를 얻도록 금속 용융을 포함하는 프로세스를 사용하여 상기 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 를 절삭하는 단계를 추가로 포함한다 (도 1 의 D 를 참조).
금속 용융을 포함하는 절삭 프로세스는 예를 들면 레이저 절삭, 플라즈마 절삭 또는 플레임 절삭이다. 그것은 맞춤된 절삭 공구, 예를 들면 레이저 빔, 플라즈마 토치 또는 산화 가스원과 연관된 플레임 절삭에 대해 맞춰진 열원을 사용하여 실행된다.
도 1 에 도시된 예에서, 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 를 얻도록 상기 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 를 절삭하는 단계는 레이저 빔 (15) 을 사용하여 레이저 절삭하는 단계이다.
이러한 단계에 대해 사용될 수 있는 레이저 타입들 및 지원 가스들은 최초 금속 판들 (1, 3) 을 얻는 관점에서 최초 절삭하는 단계에 대해 이전에 언급된 것과 동일하다.
주어진 레이저 빔에 대해, 레이저 절삭 속도는 특히 제 1 및 제 2 최초 금속 판들 (1, 3) 의 두께들에 따라 선택될 수 있다.
하나의 실시형태에 따르면, 일정한 절삭 속도는 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 의 전체 윤곽 (C1, C2, …) 에 걸쳐 사용된다. 대안예에 따르면, 절삭 속도는 특히 이들 판들 (1, 3) 이 상이한 두께들을 갖는다면 제 1 과 제 2 최초 금속 판 (1, 3) 사이에서 변한다.
바람직하게, 절삭하는 단계는 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 에 대해 절삭 공구, 및 예를 들면 레이저 빔 (15) 을 위치설정하는 단계를 포함한다.
이러한 위치설정은 바람직하게 기준으로서 용접 조인트 (10) 를 사용하여 실행된다. 실제로, 이러한 경우에, 위치설정은 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 의 가능한 치수 허용오차들로부터 독립적이다. 이를 위해, 용접 조인트 (10) 의 포지션은 임의의 맞춤된 광학 수단을 통해 또는, 대안적으로, 기계적으로 두개의 최초 금속 판들 (1, 3) 사이에서, 예를 들면 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 의 하나의 에지에서 전이부를 검출함으로써 검출될 수 있다.
대안예에 따르면, 위치설정은 기준으로서 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 의 에지를 사용하여 실행된다. 이러한 위치설정 방법은 예를 들면 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 의 치수들에서 단지 작은 허용오차들만이 존재하는 경우에 사용될 수 있다.
도 1 의 D 및 E 에서 알 수 있는 바와 같이, 각각의 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 는 용접 조인트 (19) 에 의해 결합된 제 1 금속 블랭크 부분 (17) 및 제 2 금속 블랭크 부분 (18) 을 포함한다.
도 3 및 도 4 에 도시된 바와 같이, 각각의 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 는 두개의 메인 면들 (23, 24) 및 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 의 하나의 면 (23) 으로부터 다른 면 (24) 으로 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 의 전체 윤곽 (C1, C2, …) 을 따라 연장되는 주변 에지 표면 (22) 을 추가로 포함한다. 주변 에지 표면 (22) 은 절삭 작업으로부터 기인하는 절삭 표면, 및 특히 레이저 절삭이 사용되는 경우에 레이저 절삭 표면이다.
메인 면들 (23, 24) 은 실질적으로 서로 평행하게 연장된다.
주변 에지 표면 (22) 은 예를 들면 적어도 하나의 메인 면들 (23, 24) 에 대해 65° 내지 90° 의 각도로, 그리고 유리하게 메인 면들 (23, 24) 에 대해 약 90° 의 각도로 연장된다.
보다 구체적으로, 제 1 금속 블랭크 부분 (17) 은 제 1 최초 금속 판 (1) 의 부분이고 제 2 금속 블랭크 부분 (18) 은 제 2 최초 금속 판 (3) 의 부분이다. 따라서, 제 1 및 제 2 금속 블랭크 부분들 (17, 18) 은 각각의 최초 금속 판들 (1, 3) 조성들, 기계적 특성들 및 두께들을 갖는다. 특히, 제 1 및 제 2 금속 블랭크 부분들 (17, 18) 의 각각은 각각의 최초 금속 판 (1, 3) 의 조성을 갖는 기재 및, 가능하게, 각각의 최초 금속 판 (1, 3) 의 사전코팅 (6) 의 조성 및 조직을 갖는 사전코팅을 포함한다.
용접 조인트 (19) 는 결합하는 단계 중에 얻어진 용접 조인트 (10) 의 부분으로 이루어진다.
용접 조인트 (19) 는 바람직하게 250 mm 이하의 길이, 및 보다 구체적으로 150 mm 이하, 및 심지어 보다 구체적으로 100 mm 이하의 길이를 갖는다.
도 1 에 도시된 예에서, 용접 조인트 (19) 는 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 의 하나의 에지 (20) 로부터 그 반대쪽 에지 (21) 로 연장된다.
유리하게, 주어진 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 에 대해, 용접 조인트 (19) 의 길이와 용접 조인트 (19) 의 방향에 직각으로 취해진 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 의 가장 큰 치수 사이의 비는 1 이하이고, 보다 구체적으로 0.7 이하이다. 그러한 기하학적 형상은 그것이 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 로부터 절삭될 수 있는 증가된 수의 최종 용접된 금속 블랭크들 (16) 을 생성하기 때문에 생산성의 관점으로부터 유리하다.
각각의 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 는 실질적으로 플랫형이다.
각각의 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 는 각각의 면적 (A1, A2 등) 을 경계짓는 최종 윤곽 (C1, C2 등) 을 갖는다.
바람직하게, 최종 윤곽 (C1, C2…) 은 최초 윤곽 (C0) 의 형상의 닮음꼴이 아닌 형상을 갖는다. 그것은 바람직하게 직사각형, 사다리꼴 또는 평행사변형-형상이 아니고, 예를 들면 4각형의 형상이 아니다.
바람직하게, 각각의 최종 용접된 금속 블랭크들 (16) 의 윤곽 (C1, C2…) 은 비-선형 부분, 및 예를 들면 곡선형 부분을 포함한다.
최초 용접된 금속 블랭크 (9) 로부터 절삭되는 최종 용접된 금속 블랭크들 (16) 의 수는 최종 용접된 금속 블랭크들 (16) 의 기하학적 형상 뿐만 아니라 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 의 치수에 종속된다. 유리하게, 절삭하는 단계 중에, 적어도 두개의 최종 용접된 금속 블랭크들 (16) 그리고 예를 들면 3개 내지 10개의 최종 용접된 금속 블랭크들 (16) 이 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 로부터 절삭된다. 바람직하게, 네스팅 (nesting) 은 절삭하는 단계 중에 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 로부터 절삭될 수 있는 최종 용접된 금속 블랭크들 (16) 의 수를 최대화하도록 실행된다.
도 1 에 도시된 예에서, 고려된 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 로부터 절삭된 모든 최종 용접된 금속 블랭크들 (16) 의 최종 윤곽들 (C1, C2) 에 의해 경계지워진 면적들 (A1, A2) 의 합은 각각의 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 의 최초 윤곽 (C0) 에 의해 경계지워진 면적보다 엄격히 더 작다. 환언하면, 절삭 작업은 비-제로 양의 스크랩 재료를 생성한다.
바람직하게, 주어진 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 로부터 얻어진 모든 최종 용접된 금속 블랭크들 (16) 의 윤곽들 (C1, C2) 은 실질적으로 동일한 형상을 갖는다.
대안예에 따르면, 적어도 두개의 최종 용접된 금속 블랭크들 (16) 은 상이한 형상의 윤곽들 (C1, C2 등) 을 갖는다. 그러한 대안예는 그것이 하나의 배치에서 동일한 두께 및 조성 조합을 갖는 상이한 타입들의 최종 용접된 블랭크들 (16) 을 제조하는 것을 허용한다는 이점을 제공한다. 최종 용접된 블랭크 (16) 의 타입 당 상이한 체적들은 최초 용접된 블랭크 (9) 에 걸쳐 최종 용접된 블랭크 (16) 의 각각의 타입의 발생 빈도를 조정함으로써 유지관리될 수 있다.
최종 용접된 금속 블랭크 (16) 는 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 를 얻기 위해 금속 용융을 포함하는 절삭 방법의 사용으로부터 기인하는 구체적인 특징들을 갖는다.
특히, 그러한 절삭 방법의 사용은 절삭 에지에서 재료의 융합을 발생시키고, 이는 그후 재고화되어 또한 고체화 리플들로 불리우는 고체화 스트리에이션들을 형성한다. 이들 고체화 스트리에이션들의 이격 및 경사는 특히, 절삭 속도에, 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 의 두께 및, 지원 가스가 사용되는 경우에, 절삭을 위해 사용된 지원 가스의 성질 및 압력에 종속된다. 따라서, 도 3 및 도 4 에서 도시된 바와 같이, 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 의 주변 에지 표면 (22) 은 복수의 고체화 스트리에이션들 또는 리플들 (28) 을 포함한다.
도 3 및 도 4 에 도시된 예는 보다 구체적으로 레이저 절삭을 통해 얻어진 주변 에지 표면 (22) 에 관한 것이다. 그러나, 유사한 스트리에이션들 (28) 은 금속 용융을 포함하는 임의의 다른 타입의 절삭 방법으로 얻어진다.
전체 윤곽 (C1, C2, …) 이 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 로부터 절삭된다는 사실로 인해, 고체화 스트리에이션들 (28) 은 용접 조인트 (19) 의 표면에서 포함하는 용접된 금속 블랭크 (16) 의 전체 윤곽 (C1, C2, …) 에 걸쳐 주변 에지 표면 (22) 에서 연장된다.
보다 구체적으로 도 4 에서 알 수 있는 바와 같이, 고체화 스트리에이션들 (28) 은 적어도 주변 에지 표면 (22) 의 높이 (h) 의 일부에 걸쳐 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 의 하나의 메인 면 (23) 으로부터 연장된다.
주변 에지 표면 (22) 의 높이 (h) 는 도 3 및 도 4 에 도시되고, 주변 에지 표면 (22) 을 따라 취해진 두개의 메인 면들 (23, 24) 사이의 거리에 상응한다. 주변 에지 표면 (22) 이 메인 면들 (23, 24) 에 직각인 경우에, 그것은 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 의 두께에 상응한다.
고체화 스트리에이션들 (28) 이 연장되는 메인 면 (23) 은 절삭을 수행하는 절삭 공구, 예를 들면 도면들에 도시된 예에서 레이저 빔 (15) 으로서 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 의 동일한 측에 위치된 면에 상응한다.
도 4 에 예시된 예에서, 고체화 스트리에이션들 (28) 은 단지 주변 에지 표면 (22) 의 높이 (h) 의 일부에 걸쳐 연장된다. 이러한 예에서, 주변 에지 표면 (22) 은 임의의 고체화 스트리에이션들을 포함하지 않는 구역 (29) 을 포함한다. 스트리에이션-없는 구역 (29) 은 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 의 하나의 메인 면 (24), 및 보다 구체적으로 절삭을 수행하는 절삭 공구가 위치되는 측에 반대쪽인 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 의 측에 위치된 메인 면 (24) 으로부터 주변 에지 표면 (22) 의 높이 (h) 의 일부에 걸쳐 연장된다.
대안예에 따르면, 고체화 스트리에이션들 (28) 은 최종 용접된 블랭크 (16) 의 하나의 메인 면 (23) 으로부터 다른 면 (24) 으로 전체 높이 (h) 에 걸쳐 연장될 수 있다.
일반적으로, 스트리에이션들 (28) 은 메인 면 (23) 으로부터, 즉 절삭 공구, 특히 레이저 절삭의 경우에 레이저 빔 (15) 의 임팩트 구역으로부터 거리가 증가함에 따라 보다 덜 강화된다.
도 4 에서 알 수 있는 바와 같이, 고체화 스트리에이션들 (28) 은 보다 구체적으로 대부분 메인 면 (23) 으로부터 연장되는 주변 에지 표면 (22) 의 제 1 구역 (25) 에서 최종 용접된 블랭크 (16) 의 메인 면 (23) 에 실질적으로 직각으로 연장하는 경향을 갖는 한편, 그것들은 제 1 구역 (25) 에 인접한 제 2 구역 (26) 에서 메인 면 (23) 에 직각에 대해 각도를 형성하는 경향을 갖는다. 도 4 에서, D 로 마킹된 화살표는 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 가 제 위치에 고정된 채 유지되면서 절삭 공구가 절삭하는 단계 중에 변위하는 경우에 절삭 중에 최종 용접된 블랭크 (16) 에 대한 절삭 공구, 특히 레이저 빔 (15) 의 상대적인 이동 방향을 도시한다.
도 3 및 도 4 에 도시된 바와 같이, 금속 용융을 포함하는 절삭, 및 특히 레이저 절삭은, 부가적으로 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 의 주변에서 열 영향 구역 (HAZ) (30) 을 생성한다.
HAZ 는 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 의 전체 윤곽 (C1, C2, …) 에 걸쳐 연장된다. 보다 구체적으로, HAZ 는 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 의 전체 두께에 걸쳐 용접된 금속 블랭크 (16) 의 에지로부터 폭 (W) 에 걸쳐 연장된다. 레이저 절삭의 경우에, HAZ 는 보다 구체적으로 용접된 금속 블랭크 (16) 의 에지로부터 0.1 mm 이상의 및 바람직하게 3 mm 이하의 폭 (W) 에 걸쳐 연장된다.
HAZ 는 금속 용융을 포함하는 절삭 중에 주변 에지 표면 (22) 의 가열로부터 기인된다.
HAZ 는 열 영향 구역의 존재를 검출하기 위한 통상적인 수단을 통해, 예를 들면 맞춤된 에칭 후에 미세- 또는 나노-경도 측정들을 통해 또는 금속조직학 관측들을 통해 관찰될 수 있다.
HAZ 의 조직은 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 의 나머지의 구조, 및 특히 제 1 및 제 2 금속 블랭크 부분들 (17, 18) 의 구조와 상이하다. HAZ 에서 이러한 개질된 구조는 절삭 프로세스 중에 절삭된 에지의 가열로부터 기인된다.
특히, HAZ 에서, 기재의 미세조직은 제 1 또는 제 2 금속 블랭크 부분 (17, 18) 의 나머지에서 기재 (5) 의 미세조직과 상이하다. 특히, 오스테나이트 그레인 사이즈는 제 1 또는 제 2 금속 블랭크 부분 (17, 18) 의 나머지보다 HAZ 에서 엄격히 더 크다.
추가로, 절삭 중에 절삭 에지의 사전코팅 (6) 의 가열로 인해, HAZ 는 제 1 및 제 2 금속 블랭크 부분들 (17, 18) 의 나머지에서 사전코팅 (6) 의 조직과 상이한 조직를 갖는 코팅을 포함한다. 특히, HAZ 에서 코팅은 사전코팅 (6) 에 대한 경우에서와 같이 금속간 합금 층 (7) 및 금속성 합금 층 (8) 을 더이상 포함하지 않는다.
하나의 특별한 실시형태에 따르면, 최종 용접된 금속 블랭크(들) (16) 을 얻기 위한 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 의 절삭은 레이저 절삭을 사용하여 수행되고, 절삭하는 단계 중에, 레이저 절삭은 다음의 두개의 특징들이 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 의 주변 에지 표면 (22) 에 존재하는 방식으로 실행된다:
(a) 레이저 절삭 작업으로부터 직접 기인하는 주변 에지 표면 (22) 의 기재 영역에서 알루미늄의 총 표면 분율 (STotal) 은 9% 이상이고;
(b) 레이저 절삭 작업으로부터 직접 기인하는 주변 에지 표면 (22) 의 기재 영역의 바닥 반부에서 알루미늄의 표면 분율 (SBottom) 은 0.5% 이상이다.
본 문맥에서, “직접적으로 기인하는” 은 특히 레이저 절삭 디바이스가 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 로부터 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 를 절삭한 직후, 및 특히 임의의 추가의 단계가 주변 에지 표면 (22) 에서 실행되기 전에, 예를 들면 주변 에지 표면 (22) 의 가능한 마무리 단계, 예를 들면 브러싱, 기계가공, 밀링, 샌드블래스팅 또는 스트립핑 전에 알루미늄의 분율 또는 비가 측정된다는 것을 의미한다.
본 문맥에서, 주변 에지 표면 (22) 의 기재 영역은 주변 에지 표면 (22) 에 위치된 기재 (5) 의 표면에 상응한다. 그것은 본질적으로 기재 (5) 의 재료로 이루어진다.
주변 에지 표면 (22) 의 기재 영역에서 알루미늄의 총 표면 분율 (STotal) 은 다음과 같이 결정될 수 있다:
- 주변 에지 표면 (22) 의 기재 영역은 주사 전자 현미경을 사용하여 이미지화된다;
- 주사 전자 현미경으로부터 얻어진 정보는 모든 합금 원소들 중에, 단지 고려된 기재 영역에 존재하는 알루미늄을 나타내는 EDS (Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy) 이미지를 얻도록 프로세싱된다. 예를 들면, 이미지는 고려된 기재 영역에 존재하는 알루미늄 트레이스들이 블랙 배경과 강하게 대비되는 컬러, 예를 들면 레드로 나타나는 방식으로 처리된다. 절삭 중에 레이저 변위의 결과로서, 알루미늄은 경사진 드립핑 트레이스들로서 나타난다.
- 따라서 얻어진 EDS 이미지는 그후 이미지에서 알루미늄의 표면 분율을 결정하도록 이미지 프로세싱을 통해 프로세싱된다.
이를 위해, 고려된 기재 영역의 EDS 이미지에서 알루미늄에 상응하는 픽셀들의 수 N 는 이미지 프로세싱을 사용하여 측정된다.
예를 들면, 이러한 이미지 프로세싱은 예를 들면 Gimp 이미지 분석 소프트웨어와 같은 자체적으로 공지된 종래의 이미지 처리 분석 소프트웨어를 통해 수행될 수 있다.
주변 에지 표면 (22) 의 기재 영역에서 알루미늄의 총 표면 분율 (STotal) 은 그후 측정된 수 N 를 따라서 고려된 기재 영역의 이미지에서 픽셀들의 총수로 나눔으로써 얻어진다.
동일한 방법이 주변 에지 표면 (22) 의 기재 영역의 바닥 반부에서 알루미늄의 표면 분율 (SBottom) 을 결정하기 위해, 그러나 주변 에지 표면 (22) 의 기재 영역의 바닥 반부의 이미지의 분석에 기초되어 사용된다.
주변 에지 표면 (22) 의 적어도 부분적인 알루미늄 커버리지는 레이저 절삭 중에 최종 용접된 블랭크 (16) 의 주변 에지에서 사전코팅 (6) 의 용융으로부터 기인되고, 용융된 사전코팅 (6) 의 부분은 주변 에지 표면 (22) 로 유동한다.
이러한 실시형태에서, 레이저 절삭 파라미터들, 및 특히 레이저 절삭 선형 에너지 및 레이저 절삭하는 단계에 대해 사용된 지원 가스는 상기 언급된 특징들 (a) 및 (b) 이 얻어지는 방식으로 선택된다.
본 문맥에서, 레이저 절삭 선형 에너지는 단위 길이 당 레이저 절삭 중에 레이저 빔에 의해 보내지는 에너지의 양에 상응한다. 그것은 레이저 빔의 파워를 절삭 속도로 나눔으로써 연산된다.
이러한 실시형태는 특히 특징들 (a) 및 (b) 에 따른 주변 에지 표면 (22) 의 커버리지가 저장 및/또는 차후의 열 처리들 중에, 예를 들면 열간 성형 중에 부식 또는 산화로부터 주변 에지 표면 (22) 의 양호한 보호부를 생성하기 때문에 특히 유리하다.
도 5 에 도시된 바와 같이, 용접된 금속 블랭크 (16) 를 제조하기 위한 방법은 선택적으로 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 에서 적어도 하나의 패치 (35) 를 용접하는 단계를 포함할 수 있다.
특히, 각각의 패치 (35) 는 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 의 면적보다 엄격히 더 작고, 보다 구체적으로 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 의 면적보다 엄격히 더 작은 면적을 갖는 금속의 플랫형 피스로 이루어진다.
도 5 에 도시된 바와 같이, 패치 (35) 는 전체 패치 표면에 걸쳐 최초 용접된 블랭크 (9) 와 표면 접촉한다. 그것은 예를 들면 저항 스폿 용접, 레이저 원격 용접, 전자 빔 용접 또는 마찰 교반 용접을 통해 그에 용접된다. 일반적으로, 저항 스폿 용접 또는 레이저 원격 용접이 바람직하다. 이들 중에, 저항 스폿 용접은 바람직한 용접 방법이다.
패치 (35) 는 바람직하게 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 에서 단지 하나의 제 1 및 제 2 최초 금속 판들 (1, 3) 에 걸쳐 연장된다.
대안예에 따르면, 패치 (35) 는 용접 조인트 (10) 를 가로질러 연장될 수 있다. 이러한 경우에, 그것은 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 의 각 측에서 연장되는 각각의 최초 금속 판들 (1,3) 에서 연장된다.
패치 (35) 는 사용 시에 특히 높은 고화들 (solicitations) 을 받는 면적들에서 최종 용접된 블랭크 (16) 로부터 형성되는 부품을 보강하기 위해 의도된다. 패치 (35) 의 재료 및 두께는 필요에 따라 부품의 보강을 최적화하도록 선택된다. 하나의 예에 따르면, 패치 (35) 는 강으로 제조된다. 패치는 예를 들면 그것이 용접된 최초 금속 판들 (1, 3) 의 하나와 동일한 재료로 제조된다.
바람직하게, 몇개의 최종 용접된 블랭크들 (16) 이 동일한 최초 용접된 블랭크 (9) 의 하나로부터 절삭된다면, 패치 용접하는 단계는 그로부터 절삭되도록 의도된 최종 용접된 블랭크들 (16) 만큼 많은 최초 용접된 블랭크 (9) 에 대한 패치들 (35) 을 용접하는 것을 포함한다. 바람직하게, 최초 용접된 블랭크 (9) 에서 패치들 (35) 의 위치는 모든 패치들 (35) 이 각각의 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 에서 동일한 위치에 위치되는 방식으로 선택된다.
최초 용접된 금속 블랭크 (9) 를 제작하는 방법은 추가로 선택적으로 용접 전에, 적어도 제 1 및/또는 제 2 최초 강 판들 (1, 3) 의 용접 에지 (37) 에서 제거 구역 (36) 에 걸쳐 그 두께의 일부에 걸쳐 사전코팅 (6) 을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 용접 에지 (37) 는 용접 조인트 (10) 에 적어도 부분적으로 통합되도록 의도된 제 1 및/또는 제 2 최초 강 판들 (1, 3) 의 에지를 칭한다. 그러한 제거 구역 (36) 을 포함하는 최초 금속 판 (1) 의 예는 도 6 에 도시된다.
각각의 강 판들 (1, 3) 의 제거 구역 (36) 의 폭 (WR) 은 예를 들면 0.2 내지 2.2 mm 이다.
바람직하게, 제거 단계는 적어도 일부의 그 높이에 걸쳐 제거 구역 (36) 에서 금속간 합금 층 (7) 을 남겨두고 단지 금속성 합금 층 (8) 을 제거하도록 실행된다. 이러한 경우에, 잔여 금속간 합금 층 (7) 은 차후의 열간 성형하는 단계들 중에 산화 및 탈탄으로부터 그리고 사용 수명 중에 부식으로부터 용접 조인트 (10) 에 바로 인접한 최초 용접된 블랭크 (9) 의 면적들을 보호한다.
제거는 바람직하게 레이저 빔, 및 특히 펄스형 레이저 빔을 사용하여 실행된다.
본 발명은 추가로 상기 설명된 바와 같이 용접된 금속 블랭크 (16) 를 제조하기 위한 방법을 실행하기 위한 설비 (38) 에 관한 것이다. 그러한 설비의 예는 도 7 에 개략적으로 도시된다. 이러한 설비는,
- 적어도 제 1 금속 스트립 (2) 으로부터 제 1 최초 금속 판 (1) 및 제 2 금속 스트립 (4) 으로부터 제 2 최초 금속 판 (3) 을 절삭하기 위해 구성되는 제 1 절삭 스테이션 (40);
- 최초 윤곽 (C0) 을 갖는 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 를 얻도록 용접에 의해 적어도 제 1 최초 금속 판 (1) 및 제 2 최초 금속 판 (3) 을 결합하기 위해 구성되는 용접 스테이션 (42) 으로서, 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 는 제 1 최초 금속 판 (1) 및 제 2 최초 금속 판 (3) 을 결합하는 용접 조인트 (10) 를 포함하는, 상기 용접 스테이션 (42); 및
- 최종 윤곽 (C1, C2, …) 을 갖는 적어도 하나의 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 를 얻도록 금속 용융을 포함하는 절삭 프로세스를 사용하여 상기 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 를 절삭하기 위해 구성되는 제 2 절삭 스테이션 (44) 으로서, 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 는 결합하는 단계 중에 얻어진 상기 용접 조인트 (10) 의 부분으로 이루어지는 용접 조인트 (19) 에 의해 결합되는 제 1 금속 블랭크 부분 (17) 및 제 2 금속 블랭크 부분 (18) 을 포함하는, 상기 제 2 절삭 스테이션 (44) 을 포함한다.
제 1 절삭 스테이션 (40) 은 절삭 작업을 수행하기 위해 구성된 절삭 공구를 포함한다. 그것은 예를 들면, 레이저 빔을 방출하도록 구성된 레이저 헤드를 포함하는 적어도 하나의 레이저 공구를 포함하는 레이저 절삭 스테이션이다. 하나의 실시형태에 따르면, 제 1 절삭 스테이션 (40) 은 절삭될 스트립들 만큼 많은 레이저 헤드들을 포함하고, 따라서 상이한 최초 금속 판들은 동시에 (in paralle) 얻어질 수 있다.
유리하게, 제 1 절삭 스테이션 (40) 은 기계적 절삭 스테이션이다. 특히, 기계적 절삭 스테이션은 적어도 하나의 전단가공 공구, 및 바람직하게 절삭될 스트립들 만큼 많은 전단가공 공구들을 포함하여서, 상이한 최초 금속 판들은 동시에 얻어질 수 있다.
용접 스테이션 (42) 은 레이저 용접, 전자 빔 용접, 아크 용접, 마찰 교반 용접 또는 저항 용접을 수행하기 위해 구성된다.
제 2 절삭 스테이션 (44) 은 금속 용융을 포함하는 절삭 작업을 수행하기 위해 구성된 절삭 공구를 포함한다. 그것은 특히, 레이저 빔을 방출하도록 구성된 레이저 헤드를 포함하는 적어도 하나의 레이저 공구를 포함하는 레이저 절삭 스테이션이다. 대안으로, 절삭 스테이션 (44) 에 의해 실행되는 절삭 프로세스의 타입에 따라, 제 2 절삭 스테이션 (44) 은 플라즈마 토치 또는 열원 및 연관된 산화 가스원을 포함할 수 있다.
하나의 실시형태에 따르면, 용접 스테이션 (42) 은 레이저 용접 스테이션이고 제 2 절삭 스테이션 (44) 은 레이저 절삭 스테이션이고, 설비 (38) 는 용접 및 레이저 절삭을 수행하기 위해 구성된 조합된 용접 및 절삭 헤드를 포함한다.
대안예에 따르면, 용접 스테이션 (42) 은 레이저 용접 스테이션이고, 제 2 절삭 스테이션 (44) 은 레이저 절삭 스테이션이고, 용접 스테이션 (42) 및 제 2 절삭 스테이션 (44) 은 서로 구별되고, 특히 전용의 레이저 헤드를 각각 포함한다.
설비 (38) 는 선택적으로 적어도 제 1 및/또는 제 2 최초 강 판들 (1, 3) 의 용접 에지에서 제거 구역에 걸쳐 그 두께의 일부에 걸쳐 사전코팅 (6) 을 제거하기 위해 구성되는 사전코팅 제거 스테이션을 추가로 포함한다. 이러한 선택적인 제거 스테이션은 용접 스테이션 (42) 의 상류에 그리고 제 1 절삭 스테이션 (40) 의 하류에 위치된다. 사전코팅 제거 스테이션은 유리하게 사전코팅을 제거하기 위한 레이저 빔, 및 보다 구체적으로 펄스형 레이저 빔을 방출하기 위해 구성된 레이저 헤드를 포함하는 레이저 공구를 포함한다.
본 발명은 추가로 프레스-성형되고 용접된 금속 부품을 제조하기 위한 방법에 관한 것이고, 상기 방법은,
- 상기 설명된 방법을 사용하여 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 를 제조하는 단계;
- 프레스-성형되고 용접된 금속 부품 (도시 생략) 을 얻도록 3차원 형상으로 상기 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 를 프레스-성형하는 단계, 및
- 선택적으로 최종 금속 부품을 얻도록 3D 레이저 절삭을 사용하여 상기 용접된 금속 부품의 에지들을 트리밍하는 단계를 포함하고, 3D 레이저 절삭은 10 mm 이하의 및 예를 들면 7 mm 이하의, 및 심지어 보다 구체적으로 이하의 5 mm 의 폭에 걸쳐 용접된 금속 부품의 재료를 제거한다.
최종 트리밍하는 단계는 선택적이다. 따라서, 그것은 실행될 수 있거나 또는 실행되지 않을 수 있다.
일부 실시형태들에 따르면, 프레스-성형 직후에, 그리고 임의의 차후의 트리밍하는 단계의 부재 시에 프레스-성형되고 용접된 금속 부품의 치수들은 부품에 대해 최종 원하는 치수들에 상응한다. 이러한 경우에, 어떠한 트리밍도 실행되지 않는다.
대안예에 따르면, 트리밍하는 단계는 프레스-성형되고 용접된 금속 부품에서 실행되고, 이러한 최종 트리밍하는 단계는 10 mm 이하의 폭, 및 예를 들면 7 mm 이하의, 및 보다 구체적으로 5 mm 이하의 폭에 걸쳐 용접된 금속 부품의 주변으로부터 재료를 제거한다. 트리밍은 3D 레이저 절삭을 사용하여 실행된다. 그러한 절삭 기술은 프레스-성형하는 단계의 마지막에 얻어진 3차원 금속 부품의 에지들을 트리밍하기 위해 조정된다.
따라서 얻어진 프레스-성형되고 용접된 금속 부품은 3차원 형상을 갖고 용접 조인트에 의해 결합된 제 1 금속 부품 부분 및 제 2 금속 부품 부분을 포함한다.
제 1 및 제 2 금속 부품 부분들은 제 1 및 제 2 금속 블랭크 부분들 (17, 18) 의 프레스-성형으로부터 각각 기인한다. 그것들은 적어도 그 두께의 일부, 및 특히 그 두께의 적어도 95% 에 걸쳐 제 1 및 제 2 최초 강 판들 (1, 3) 과 각각 실질적으로 동일한 조성을 갖는 강 기재를 각각 포함한다. 이러한 실시형태에서, 제 1 및 제 2 금속 부품 부분들은 코팅을 추가로 포함한다. 이러한 코팅은 제 1 및 제 2 최초 금속 판들 (1, 3) 의 사전코팅 (6) 의 프레스-성형으로부터 기인한다.
프레스-성형되고 용접된 금속 부품은 바람직하게 비-전개가능한 표면을 갖고, 이는 부품의 표면이 왜곡 없이 평면에서 플랫화될 수 없다는 것을 의미한다.
가능한 트리밍하는 단계 전에, 프레스-성형되고 용접된 금속 부품은 용접된 금속 부품의 전체 윤곽에 걸쳐 연장되는 주변 에지 표면을 포함한다. 주변 에지 표면은 부품의 일면으로부터 그 반대쪽 면으로 연장된다.
주변 에지 표면은 가능하게 프레스-성형하는 단계 중에 변형되는 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 의 주변 에지 표면 (22) 에 상응한다.
프레스-성형된 금속 부품의 주변 에지 표면은 프레스-성형되고 용접된 금속 부품의 전체 윤곽에 걸쳐 및 적어도 주변 에지 표면의 높이의 일부에 걸쳐 연장되는 고체화 스트리에이션들을 포함한다.
고체화 스트리에이션들은 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 와 관련하여 이미 설명된 것과 유사하다.
하나의 실시형태에 따르면, 프레스-성형하는 단계는 열간 성형 프레스에서 실행된 열간 성형하는 단계이다.
보다 구체적으로, 열간 성형하는 단계는,
- 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 의 적어도 하나의 기재들, 및 바람직하게 가장 높은 완전 오스테나이트화 온도 이상의 온도를 갖는 기재의 완전 오스테나이트화 온도 이상의 온도로 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 를 가열하는 단계; 이어서,
- 프레스에서 따라서 가열된 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 를 열간 프레스-성형하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 열간 프레스-성형하는 단계 후에 프레스-경화되고 열간 성형된 용접된 금속 부품을 얻도록 프레스-성형되고 용접된 금속 부품을 냉각하는 단계가 이어진다.
냉각율은 바람직하게 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 의 적어도 하나의 강 기재들, 및 바람직하게 가장 높은 임계 마르텐사이트 또는 베이나이트 냉각율을 갖는 기재의 임계 마르텐사이트 또는 베이나이트 냉각율 이상이다.
냉각 단계는 바람직하게 열간 프레스-성형 프레스에서 실행된다.
프레스-경화되고 열간 성형된 금속 부품은 주변 에지 표면에 걸쳐 연장되는 산화 층을 포함할 수 있다. 그러한 산화 층은 열간 프레스-성형 전에 산소를 포함하는 노에서 실행되는 열 처리로부터 기인된다. 추가로, 제 1 및 제 2 금속 부품 부분들의 기재들은 주로 베이나이트 및/또는 마르텐사이트 미세조직을 갖는다.
대안예에 따르면, 프레스-성형하는 단계는 냉간 성형하는 단계이다.
전형적으로, 냉간 프레스-성형에 의해 얻어진 제 1 및 제 2 금속 부품 부분들의 기재들은 등방성 미세조직을 갖지 않는다. 그레인들의 배향은 특히 그 고려된 구역이 냉간 프레스-성형 중에 받는 응력에 따라 제 1 및 제 2 금속 부품 부분들을 가로질러 변한다.
추가로, 냉간 성형을 통해 얻어진 부품에 대해, 용접 조인트의 경도는 제 1 및 제 2 금속 부품 부분들의 기재들의 경도보다 일반적으로 더 높다.
예를 들면, 제 1 및 제 2 금속 부품 부분들의 기재들의 미세조직은 최대 40% 의 마르텐사이트를 포함한다.
제 1 및 제 2 금속 부품 부분들의 코팅은 특히 제 1 및 제 2 최초 금속 판들 (1, 3) 의 코팅과 동일한 조직 및 조성을 갖는다.
프레스-성형되고 용접된 금속 부품은 예를 들면 자동차를 위한 부품, 예를 들면 필러, 예를 들면 A-필러, B-필러 또는 C-필러, 보강 부품, 전방 또는 후방 본체 구조의 부품, 예를 들면 전방 또는 후방 레일 또는 도어 부품, 예를 들면 도어 실 (sill) 부품이다.
본 발명은 또한 프레스-성형되고 용접된 금속 부품을 제조하기 위한 설비 (50) 에 관한 것이다. 그러한 설비는 도 7 에 개략적으로 예시된다. 설비 (50) 는,
- 상기 설명된 바와 같은 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 를 제조하기 위한 설비 (38);
- 프레스-성형되고 용접된 금속 부품 (51) 을 얻도록 3차원 형상으로 상기 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 를 프레스-성형하기 위해 구성되는 프레스 (52), 및
- 선택적으로, 최종 프레스-성형되고 용접된 금속 부품 (56) 을 얻도록 프레스-성형되고 용접된 금속 부품 (51) 의 에지들을 트리밍하기 위해 구성된 3D 레이저 절삭 스테이션 (54) 을 포함한다.
프레스 (52) 는 예를 들면 열간 프레스-성형 프레스이다. 이러한 실시형태에서, 설비 (38) 는 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 의 적어도 하나의 기재들, 및 바람직하게 가장 높은 완전 오스테나이트화 온도를 갖는 기재의 완전 오스테나이트화 온도 이상의 온도로 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 를 가열하기 위해 맞춰진 노를 추가로 포함한다. 이러한 노는 열간 프레스-성형하는 단계의 상류에 위치된다. 선택적으로, 이러한 실시형태에 따르면, 열간 프레스-성형 프레스는 프레스-경화된 프레스-성형되고 용접된 금속 부품을 얻도록 열간 프레스-성형된 금속 부품을 냉각하기 위해 구성된 냉각 유닛을 추가로 포함한다.
앞선 설명에서, 제 1 및 제 2 금속 스트립들 (1, 3) 은 강 기재를 포함하는 바와 같이 설명되었다. 그러나, 변형예에 따르면, 제 1 및 제 2 금속 스트립들 (1, 3) 의 기재들은 임의의 다른 맞춤된 금속, 및 예를 들면 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 알루미늄-계 합금으로 이루어질 수 있다.
추가로, 제 1 실시형태에서, 제 1 및 제 2 금속 스트립들 (1, 3) 은 금속간 합금 층 (7) 및 금속성 합금 층 (8) 을 포함하는 사전코팅 (6) 을 포함하고, 금속성 합금 층 (8) 은 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 알루미늄-계 합금의 층이다. 대안예에 따르면, 제 1 및 제 2 금속 스트립들 (1, 3) 은 비코팅될 수 있거나 또는 제 1 실시형태와 관련하여 설명된 것과 상이한 코팅, 예를 들면 아연, 아연-계 합금 또는 아연 합금으로 이루어진 아연 코팅, 마그네슘 또는 임의의 다른 맞춤된 코팅 조성을 포함하는 코팅을 포함할 수 있다.
제 1 실시형태에 대한 대안예에 따르면, 제 1 및 제 2 금속 스트립들 (1, 3) 은 냉간 성형, 및 보다 구체적으로 냉간 프레스-성형을 위해 맞춤된 강으로 이루어진 강 기재를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 대안예에 따르면, 제 1 및 제 2 금속 스트립들은, 예를 들면 상기 설명된 바와 같은 코팅 또는 사전코팅으로 코팅되거나 또는 비코팅될 수 있다.
제 1 실시형태에서, 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 는 단지 두개의 최초 금속 판들 (1, 3) 을 포함하는 바와 같이 보다 구체적으로 설명되었다. 대안예들에 따르면, 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 는 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 및 최종 프레스-성형되고 용접된 금속 부품의 원하는 구조에 따라 두개보다 많은 최초 금속 판들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 최초 용접된 금속 블랭크는 3개 내지 5개의 최초 금속 판들을 포함할 수 있다. 필요에 따라, 최초 금속 판들의 일부는 동일한 조성, 두께 및/또는 기계적 특성들을 가질 수 있다. 추가로 필요에 따라, 일부의 최초 금속 판들은 동일한 금속 스트립으로부터 기원할 수 있거나 또는 모든 금속 판들은 상이한 금속 스트립들로부터 기원할 수 있다.
N 개의 최초 금속 판들이 사용되는 경우에, N 은 엄격히 2 보다 크고, 최초 금속 판들은 최초 금속 판들 (1, 3) 과 관련하여 이전에 이미 개시된 특징들을 갖는다.
이러한 경우에, 결합하는 단계는 용접을 통해 최초 금속 판들을 결합하는 것을 포함하고, 이로써 하나보나 많은 용접 조인트 (10), 및 특히 N-1 용접 조인트들 (10) 이 얻어진다. 바람직하게, 모든 용접 조인트들 (10) 은 상기 언급된 특성들을 갖는다. 추가로, 용접 조인트들 (10) 은 바람직하게 서로 평행하다. 이러한 경우에, 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 는 N 개의 금속 블랭크 부분들을 포함하고, 각각의 금속 블랭크 부분은 각각의 최초 금속 판으로부터 기인하고 그 특성들을 갖는다.
추가로 대안예에 따르면, 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 는 비코팅되고 프레스-성형하는 단계 전에 코팅 작업을 거친다. 예를 들면, 코팅 작업은 용융 도금 코팅 작업이다. 그러한 대안예는 최종 용접된 블랭크 및 그로부터 얻어진 프레스-성형되고 용접된 부품의 개선된 부식 저항을 발생시킨다.
본 발명에 따른 방법은 특히 유리하다.
실제로, 중간에 용접하는 단계를 갖는 두개의-단계의 절삭 방법은 제 1 절삭하는 단계에서 금속 스트립들로부터 매우 간단한 형상들을 절삭하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 이러한 제 1 절삭하는 단계는 예를 들면 전단가공 공구를 사용하여 비용 효율적인 방식으로 실행될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 방법은 하나의 타입의 부품에 구체적으로 맞춤되어야 하는 비싼 블랭킹 다이들의 사용을 회피한다.
본 발명에 따른 방법은 동일한 공구들이 매우 다양한 부품들을 제조하는 데 사용될 수 있기 때문에 추가로 매우 융통성있다. 특히, 최초 절삭하는 단계는 종래의 전단가공 공구를 사용하여 수행될 수 있는 한편, 용접 후에 절삭하는 단계는 단지 원하는 최종 윤곽으로 절삭 공구의 재프로그래밍만을 요구하는 절삭 프로세스들을 사용하여 실행된다. 이러한 융통성은 원한다면 부품들의 설계를 변경시키는 것을 용이하게 하기 때문에 유리하다. 그러한 융통성은 보다 작은 체적들을 갖는 보다 큰 파생물들 및 상이한 자동차 모델들을 제조하도록 자동차 산업의 경향의 관점에서 특히 유리하고, 이는 투자 비용의 감소를 허용한다.
용접 후에 레이저 절삭을 사용하여 제 2 절삭하는 단계의 제공은 추가로 스크랩 및 따라서 제조 비용을 최소화하는 것을 가능하게 한다. 실제로, 본 발명에 따르면, 주어진 최초 용접된 금속 블랭크에서 인접한 최종 용접된 금속 블랭크들 사이의 거리는 약 2 내지 3 mm 정도로 작을 수 있다. 반대로, 용접 후에 부가적인 레이저 절삭하는 단계를 갖지 않고 용접 전에 기계적 다이 블랭킹의 경우에, 적어도 5 mm 의 거리는 일반적으로 블랭크 부분들과 스트립 에지 사이에 그리고 인접한 블랭크 부분들 사이에서 적어도 8 내지 10 mm 로 제공되어야 하고, 따라서 상대적으로 많은 양의 스크랩을 발생시킨다.
최종 용접된 금속 블랭크들의 윤곽들이 이전보다 오히려 용접하는 단계 후에 레이저 절삭을 통해 절삭된다는 사실은, 추가로 프레스-성형 시에 블랭크들의 치수에서 블랭크들의 치수들에서 허용오차들을 대폭 감소시키는 것을 가능하게 한다. 그 결과로서, 프레스-성형되고 용접된 금속 부품의 주변에서 제거될 과도한 재료가 존재하지 않거나 또는 거의 존재하지 않는다. 특히, 최종 용접된 블랭크 부분들이 용접 후에 부가적인 레이저 절삭하는 단계를 갖지 않고 용접 전에 블랭킹 다이들을 사용하는 최초 금속 스트립들로부터 직접 절삭되는 방법과 비교하여, 본 발명에 따른 방법의 사용은 ± 2 mm 내지 ± 0.2 mm 의 최종 용접된 금속 블랭크들의 치수들에서 허용오차들을 감소시키는 것을 허용한다. 이들 엄격한 허용오차들로 인해, 프레스-성형되고 용접된 부품에서 상대적으로 비싼 3D 레이저 절삭하는 단계는 회피될 수 있거나 또는 적어도 최소화된다.
추가로, 용접 후에 및 프레스-성형 전에 부가적인 레이저 절삭하는 단계의 사용으로 인해, 따라서 제조된 최종 용접된 블랭크들 사이에 기하학적 형상의 편차들은, 존재한다면, 용접을 통해 얻어진 최종 용접된 블랭크가 직접 프레스-성형되는 방법과 비교하여 매우 제한된다. 이들 제한된 기하학적 형상 편차들은 프레스-성형 공구에서 최종 용접된 블랭크들의 위치설정의 반복성 및, 결국에 전체적으로 프레스-성형 작업의 반복성을 개선한다.
본 발명에 따른 방법은 추가로 상대적으로 짧은 용접 조인트들 (19), 및 특히 250 mm 이하의 길이, 및 심지어 150 mm 이하의 길이를 갖는 용접 조인트들 (19) 을 갖는 프레스 성형을 위해 용접된 금속 블랭크들 (16) 을 제공하고, 따라서 그러한 짧은 용접 조인트들을 갖는 프레스-성형된 부품들을 제조하는 것을 가능하게 한다. 이러한 가능성은 추가로 이로써 제조될 수 잇는 다양한 부품과 관련하여 방법의 융통성을 증가시킨다.
본 발명에 따른 방법은 추가로 프레스-성형되고 용접된 부품의 품질을 개선시킨다.
특히, 용접 작업 후에 절삭하는 단계의 존재로 인해, 용접 시작 및 정지 결함들 또는 크레이터들은 최종 용접된 금속 블랭크들 (16) 및 따라서 그로부터 얻어진 프레스-성형되고 용접된 부품에서 회피될 수 있다. 실제로, 이들 결함들이 최초 용접된 금속 블랭크에 존재할지라도, 그것들은 그로부터 최종 용접된 금속 블랭크들을 제조하기 위한 절삭 작업 중에 제거될 수 있다. 최종 용접된 블랭크에서 그러한 결함들의 회피는 이러한 종류의 국지적 결함이 그렇지 않다면 프레스-성형 프로세스 중에 높은 응력을 받을 때에 보다 중요한 결함을 발생시킬 수 있기 때문에 유리하고, 이는 파단으로 이러한 국지적 결함을 잠재적으로 전파하여, 안전 문제로 인해 프레스-성형되고 용접된 부품을 사용하지 못하게 할 수 있다. 용접 시작 및 정지 결함 또는 크레이터들은 용접 프로세스의 시작 및 마지막 (또는 정지) 에서 생성되는 결함이다. 그러한 결함들 또는 크레이터들은 당업자에게 널리 공지되어 있다. 레이저 용접의 경우에, 이들 결함들은 모세관 효과들로부터 기인된다.
본 발명에 따른 방법은 추가로 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 내에서, 및 특히 필요에 따라, 심지어 최종 용접된 금속 블랭크 또는 프레스-경화된 용접된 금속 부품을 제조하기 위한 방법 중에 그 용접 조인트 (10) 에 대해 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 의 포지션의 조정을 허용한다.
그러한 조정 가능성은 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 에서 용접 조인트 (10) 에서 검출될 수 있는 결함들을 포함하는 것을 회피하는 것을 가능하게 하기 때문에 스크랩의 양을 감소시킨다. 반대로, 용접 후에 및 프레스-성형 전에 절삭하는 단계의 부재에서, 전체 용접된 금속 블랭크는 금속 블랭크 부분들 사이에서 용접 조인트 내의 결합의 경우에 벼려져야만 한다.
그러한 조정 가능성은 또한 예를 들면 프레스-성형 이슈들이 관찰되는 경우에 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 내에서, 및 따라서 또한 간접적으로 프레스-성형되고 용접된 금속 부품에서, 용접 조인트 (19) 의 상대적인 포지션을 조정하는 것을 가능하게 하고, 따라서 최종 부품의 품질을 개선시키고 비용들을 감소시키는데 기여한다. 특히, 용접 후에 및 프레스-성형 전에 절삭하는 단계의 부재에서, 이러한 경우에 높은 부가된 비용을 발생시키는 최종 블랭크 부분들을 제조하기 위한 새로운 블랭킹 다이들을 구상할 필요가 없다.
Claims (35)
- 용접된 금속 블랭크 (16) 를 제조하는 방법으로서,
- 적어도 제 1 금속 스트립 (2) 으로부터 제 1 최초 금속 판 (1) 및 제 2 금속 스트립 (4) 으로부터 제 2 최초 금속 판 (3) 을 절삭하는 단계;
- 최초 윤곽 (C0) 을 갖는 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 를 얻도록 용접에 의해 적어도 상기 제 1 최초 금속 판 (1) 및 상기 제 2 최초 금속 판 (3) 을 결합하는 단계로서, 상기 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 는 상기 제 1 최초 금속 판 (1) 및 상기 제 2 최초 금속 판 (3) 을 결합하는 용접 조인트 (10) 를 포함하는, 상기 결합하는 단계; 및
- 최종 윤곽 (C1, C2, …) 을 갖는 적어도 하나의 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 를 얻도록 금속 용융을 포함하는 프로세스에 의해 상기 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 를 절삭하는 단계로서, 상기 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 는 상기 결합하는 단계 중에 얻어진 상기 용접 조인트 (10) 의 부분으로 이루어지는 용접 조인트 부분 (19) 에 의해 결합되는 제 1 금속 블랭크 부분 (17) 및 제 2 금속 블랭크 부분 (18) 을 포함하는, 상기 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 를 절삭하는 단계를 포함하는, 용접된 금속 블랭크를 제조하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 최초 금속 판 (1) 및/또는 상기 제 2 최초 금속 판 (3) 은 4각형-형상의 윤곽을 갖는, 용접된 금속 블랭크를 제조하는 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 결합하는 단계는 레이저 용접, 전자 빔 용접, 아크 용접, 마찰 교반 용접 또는 저항 용접 단계인, 용접된 금속 블랭크를 제조하는 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 결합하는 단계 중에 얻어진 상기 용접 조인트 (10) 는 300 mm 이상의 길이를 갖는, 용접된 금속 블랭크를 제조하는 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 의 최종 윤곽 (C1, C2, …) 은 적어도 하나의 비-선형 부분을 포함하는, 용접된 금속 블랭크를 제조하는 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 에서 실행되는 상기 절삭하는 단계 중에, 적어도 두개의 최종 용접된 금속 블랭크들 (16) 은 상기 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 로부터 절삭되는, 용접된 금속 블랭크를 제조하는 방법. - 제 6 항에 있어서,
각각의 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 는 각각의 면적 (A1, A2, …) 을 경계짓는 최종 윤곽 (C1, C2, …) 을 갖고, 고려된 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 로부터 절삭된 모든 상기 최종 용접된 금속 블랭크들 (16) 의 상기 최종 윤곽들 (C1, C2, …) 에 의해 경계지워진 면적들 (A1, A2, …) 의 합은 각각의 상기 최초 용접된 금속 블랭크 (6) 의 상기 최초 윤곽 (C0) 에 의해 경계지워진 면적 (A0) 보다 엄격히 더 작은, 용접된 금속 블랭크를 제조하는 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
적어도 하나의 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 에 대해, 상기 용접 조인트 부분 (19) 은 250 mm 이하의 길이를 갖는, 용접된 금속 블랭크를 제조하는 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 용접 조인트 부분 (19) 의 길이 및 상기 용접 조인트 부분 (19) 에 직각으로 취해진 상기 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 의 치수 사이의 비는 1 이하인, 용접된 금속 블랭크를 제조하는 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 금속 스트립 (2) 및 상기 제 2 금속 스트립 (4) 은 상이한 특성들을 갖는, 용접된 금속 블랭크를 제조하는 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 최초 금속 판 (1) 및 상기 제 2 최초 금속 판 (3) 는 강 기재 (5) 를 포함하는, 용접된 금속 블랭크를 제조하는 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 제 1 최초 금속 판 (1) 및/또는 상기 제 2 최초 금속 판 (3) 은 상기 기재 (5) 의 메인 면들의 적어도 하나에서, 금속간 합금 층 (7) 및 상기 금속간 합금 층 (7) 맨위로 연장되는 금속성 합금 층 (8) 을 포함하는 사전코팅 (6) 을 포함하고, 상기 금속성 합금 층 (8) 은 알루미늄의 층, 알루미늄 합금의 층 또는 알루미늄-계 합금의 층인, 용접된 금속 블랭크를 제조하는 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 제 1 최초 금속 판 (1) 및 상기 제 2 최초 금속 판 (3) 중 적어도 하나에 대해, 용접을 통해 상기 제 1 최초 금속 판 (1) 및 제 2 최초 금속 판 (3) 을 결합하기 전에 상기 제 1 최초 금속 판 (1) 및/또는 제 2 최초 금속 판 (3) 의 적어도 하나의 면에서 적어도 용접 에지 (37) 의 두께의 일부 (fraction) 에 걸쳐 상기 사전코팅 (6) 을 제거하는 단계를 추가로 포함하는, 용접된 금속 블랭크를 제조하는 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 는 0.8 mm 내지 5 mm 의 두께를 갖고 절삭 작업으로부터 기인하는 주변 에지 표면 (22) 을 포함하고, 상기 주변 에지 표면 (22) 은 상기 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 의 하나의 메인 면으로부터 다른 면으로 연장되고,
상기 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 에서 실행되는 상기 절삭하는 단계는 레이저 절삭하는 단계이고, 상기 레이저 절삭하는 단계는 9% 이상의 상기 레이저 절삭 작업으로부터 직접 기인하는 상기 주변 에지 표면 (22) 의 기재 영역에서 알루미늄의 표면 분율 (surface fraction : STotal) 및 0.5% 이상의 레이저 절삭 작업으로부터 직접 기인하는 상기 주변 에지 표면 (22) 의 상기 기재 영역의 바닥 반부에서 알루미늄의 표면 분율 (SBottom) 을 직접 생성하는 방식으로 실행되는, 용접된 금속 블랭크를 제조하는 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
용접은 충전제 재료를 사용하여 수행되는, 용접된 금속 블랭크를 제조하는 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 에서 실행되는 상기 절삭하는 단계는 플라즈마 절삭, 레이저 절삭 또는 플레임 절삭하는 단계인, 용접된 금속 블랭크를 제조하는 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 에서 상기 절삭하는 단계는 임의의 용접 시작 또는 정지 크레이터들 또는 결함들을 포함하지 않는 최종 용접된 블랭크 (16) 를 얻도록 수행되는, 용접된 금속 블랭크를 제조하는 방법. - 프레스-성형되고 용접된 금속 부품을 제조하기 위한 방법으로서,
- 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 방법을 사용하여 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 를 제조하는 단계;
- 프레스-성형되고 용접된 금속 부품을 얻도록 3차원 형상으로 상기 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 를 프레스-성형하는 단계, 및
- 선택적으로 최종 프레스-성형되고 용접된 금속 부품을 얻도록 3D 레이저 절삭을 사용하여 상기 프레스-성형되고 용접된 금속 부품의 에지들을 트리밍하는 단계로서, 상기 3D 레이저 절삭은 10 mm 이하의 폭에 걸쳐 상기 프레스-성형되고 용접된 금속 부품으로부터 재료를 제거하는, 프레스-성형되고 용접된 금속 부품을 제조하기 위한 방법. - 제 18 항에 있어서,
상기 프레스-성형하는 단계는 열간 성형 프레스로 실행되는 열간 성형하는 단계인, 프레스-성형되고 용접된 금속 부품을 제조하기 위한 방법. - 제 19 항에 있어서,
상기 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 의 상기 제 1 금속 블랭크 부분 (17) 및 제 2 금속 블랭크 부분 (18) 은 강 기재 (5) 를 포함하고, 상기 방법은 프레스-경화된 프레스-성형되고 용접된 금속 부품을 얻도록 상기 프레스-성형되고 용접된 금속 부품을 냉각하는 단계를 추가로 포함하는, 프레스-성형되고 용접된 금속 부품을 제조하기 위한 방법. - 제 20 항에 있어서,
냉각율은 상기 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 의 기재들의 적어도 하나의 임계 마르텐사이트 또는 베이나이트 냉각율 이상인, 프레스-성형되고 용접된 금속 부품을 제조하기 위한 방법. - 제 18 항에 있어서,
상기 프레스-성형하는 단계는 냉간 성형하는 단계인, 프레스-성형되고 용접된 금속 부품을 제조하기 위한 방법. - 용접 조인트 (19) 에 의해 결합되는 제 1 금속 블랭크 부분 (17) 및 제 2 금속 블랭크 부분 (18) 을 포함하는 용접된 금속 블랭크 (16) 로서,
상기 용접된 금속 블랭크 (16) 는 상기 용접된 금속 블랭크 (16) 의 하나의 메인 면으로부터 다른 면으로 상기 용접된 금속 블랭크 (16) 의 전체 윤곽 (C1, C2, …) 을 걸쳐 연장되는 주변 에지 표면 (22) 을 포함하고, 상기 주변 에지 표면 (22) 은 상기 용접된 금속 블랭크 (16) 의 상기 전체 윤곽 (C1, C2, …) 및 적어도 상기 주변 에지 표면 (22) 의 높이의 일부에 걸쳐 연장되는 고체화 스트리에이션들 (striations : 28) 을 포함하고, 상기 용접 조인트 (19) 는 버트 용접에 의해 얻어지는, 용접된 금속 블랭크. - 제 23 항에 있어서,
상기 용접된 금속 블랭크 (16) 의 윤곽 (C1, C2, …) 은 적어도 하나의 비-선형 부분을 포함하는, 용접된 금속 블랭크. - 제 23 항에 있어서,
상기 용접 조인트 (19) 는 250 mm 이하의 길이를 갖는, 용접된 금속 블랭크. - 제 23 항에 있어서,
상기 제 1 금속 블랭크 부분 (17) 및 상기 제 2 금속 블랭크 부분 (18) 은 강 기재 (5) 를 포함하는, 용접된 금속 블랭크. - 제 23 항에 있어서,
상기 제 1 금속 블랭크 부분 (17) 및 상기 제 2 금속 블랭크 부분 (18) 의 각각은, 그 면들의 적어도 하나에서, 금속간 합금 층 (7) 및 상기 금속간 합금 층 (7) 의 맨위로 연장하는 금속성 합금 층 (8) 을 포함하는 사전코팅 (6) 을 캐리하는 강 기재 (5) 를 포함하고, 상기 금속성 합금 층 (8) 은 알루미늄의 층, 알루미늄 합금의 층 또는 알루미늄-계 합금의 층인, 용접된 금속 블랭크. - 제 27 항에 있어서,
상기 용접된 금속 블랭크 (16) 의 두께는 0.8 mm 내지 5 mm 이고 상기 주변 에지 표면 (22) 의 기재 영역에서 알루미늄의 표면 분율 (STotal) 은 9% 이상이고 상기 주변 에지 표면 (22) 의 상기 기재 영역의 바닥 반부에서 알루미늄의 표면 분율 (SBottom) 은 0.5% 이상인, 용접된 금속 블랭크. - 제 23 항에 있어서,
상기 용접 조인트 (19) 는 임의의 용접 시작 또는 정지 크레이터들 또는 결함들을 포함하지 않는, 용접된 금속 블랭크. - 용접 조인트에 의해 결합되는 제 1 금속 부품 부분 및 제 2 금속 부품 부분을 포함하는 프레스-성형되고 용접된 금속 부품으로서,
상기 프레스-성형되고 용접된 금속 부품은 상기 용접된 금속 부품의 전체 윤곽에 걸쳐 연장되는 주변 에지 표면을 포함하고, 상기 주변 에지 표면은 상기 용접된 금속 부품의 전체 윤곽 및 적어도 상기 주변 에지 표면의 높이의 일부에 걸쳐 연장되는 고체화 스트리에이션들을 포함하고, 상기 용접 조인트는 버트 용접에 의해 얻어지는, 프레스-성형되고 용접된 금속 부품. - 제 30 항에 있어서,
상기 제 1 금속 부품 부분 및 상기 제 2 금속 부품 부분은 강 기재를 포함하는, 프레스-성형되고 용접된 금속 부품. - 제 31 항에 있어서,
상기 프레스-성형되고 용접된 금속 부품은 열간 프레스-성형된 금속 부품이고, 상기 제 1 금속 부품 부분 및/또는 상기 제 2 금속 부품 부분의 기재는 베이나이트 및/또는 마르텐사이트 미세조직을 갖는, 프레스-성형되고 용접된 금속 부품. - 제 30 항에 있어서,
상기 프레스-성형되고 용접된 금속 부품은 냉간 프레스-성형된 금속 부품인, 프레스-성형되고 용접된 금속 부품. - 용접된 금속 블랭크 (16) 를 제조하기 위한 설비 (installation : 38) 로서,
- 적어도 제 1 금속 스트립 (2) 으로부터 제 1 최초 금속 판 (1) 및 제 2 금속 스트립 (4) 으로부터 제 2 최초 금속 판 (3) 을 절삭하기 위해 구성되는 제 1 절삭 스테이션 (40);
- 최초 윤곽 (C0) 을 갖는 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 를 얻도록 용접에 의해 적어도 상기 제 1 최초 금속 판 (1) 및 상기 제 2 최초 금속 판 (3) 을 결합하기 위해 구성되는 용접 스테이션 (42) 으로서, 상기 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 는 상기 제 1 최초 금속 판 (1) 및 상기 제 2 최초 금속 판 (3) 을 결합하는 용접 조인트 (10) 를 포함하는, 상기 용접 스테이션 (42); 및
- 최종 윤곽 (C1, C2, …) 을 갖는 적어도 하나의 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 를 얻도록 금속 용융을 포함하는 절삭 프로세스를 사용하여 상기 최초 용접된 금속 블랭크 (9) 를 절삭하기 위해 구성되는 제 2 절삭 스테이션 (44) 으로서, 상기 최종 용접된 금속 블랭크 (16) 는 상기 결합하는 단계 중에 얻어진 상기 용접 조인트 (10) 의 부분으로 이루어지는 용접 조인트 부분 (19) 에 의해 결합되는 제 1 금속 블랭크 부분 (17) 및 제 2 금속 블랭크 부분 (18) 을 포함하는, 상기 제 2 절삭 스테이션 (44) 을 포함하는, 용접된 금속 블랭크를 제조하기 위한 설비. - 프레스-성형되고 용접된 금속 부품을 제조하기 위한 설비 (50) 로서,
- 제 34 항에 따른 용접된 금속 블랭크 (16) 를 제조하기 위한 설비 (38);
- 프레스-성형되고 용접된 금속 부품 (51) 을 얻도록 3차원 형상으로 상기 용접된 금속 블랭크를 프레스-성형하기 위해 구성되는 프레스 (52), 및
- 선택적으로, 최종 프레스-성형되고 용접된 금속 부품 (56) 을 얻도록 3D 레이저 절삭을 사용하여 상기 프레스-성형되고 용접된 금속 부품 (51) 의 에지들을 트리밍하기 위해 구성된 3D 레이저 절삭 스테이션 (54) 을 포함하는, 프레스-성형되고 용접된 금속 부품을 제조하기 위한 설비.
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