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KR101744039B1 - 용접 노치부를 가지는 시트 금속 피스 및 이를 형성하는 방법 - Google Patents

용접 노치부를 가지는 시트 금속 피스 및 이를 형성하는 방법 Download PDF

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KR101744039B1
KR101744039B1 KR1020147035822A KR20147035822A KR101744039B1 KR 101744039 B1 KR101744039 B1 KR 101744039B1 KR 1020147035822 A KR1020147035822 A KR 1020147035822A KR 20147035822 A KR20147035822 A KR 20147035822A KR 101744039 B1 KR101744039 B1 KR 101744039B1
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제임스 제이 에반젤리스타
마이클 텔렌코
제이슨 이 하르푸트
잭 에이 아트킨슨
제임스 더블유 월더
안토니 엠 파렌테
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쉴로 인더스트리즈 인코포레이티드
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Abstract

시트 금속 피스(12)는 시트 금속 피스의 에지 영역(20)을 따라 형성된 용접 노치부(30)와 나란하게 있는 베이스 재료층(14) 및 하나 이상의 중간 재료층(16)과 코팅 재료층(18)을 포함한다. 코팅 재료층과 중간 재료층의 적어도 일 부분은 용접 노치부에서 제거되어서, 용접 조인트가 에지 영역을 따라 다음에 형성되는 경우에는 이러한 재료층들의 특정 성분들이 근처의 용접 조인트(22)의 완성도에 영향을 미치지 않는다. 레이저 절삭을 포함하여 여러 가지 절삭 방법은 용접 노치부를 형성하는데 사용될 수 있다.

Description

용접 노치부를 가지는 시트 금속 피스 및 이를 형성하는 방법{SHEET METAL PIECE HAVING WELD NOTCH AND METHOD OF FORMING THE SAME}
본 출원은 2012년 5월 25일자로 출원된 제61/651,645호, 2012년 6월 29일자로 출원된 제 61/666,388호, 2012년 9월 17일자로 출원된 61/701,909호, 2012년 11월 30일자로 출원된 61/731,497호 및 2013년 3월 14일자로 출원된 61/784,184호의 미국 가출원들의 이익을 주장하고, 그 전체 내용들은 본 명세서에 참조사항으로 통합되어 있다.
본 명세서는 대체로 시트 금속 피스에 관한 것이고, 보다 상세하게는 하나 이상의 얇은 재료층들로 코팅되어 용접 공정에서 사용되는 시트 금속 피스에 관한 것이다.
부식에 대한 저항성, 스케일링(scaling) 공정 및/또는 다른 공정을 향상시키기 위한 노력의 일환으로, 고강도로 제조된 시트 금속 또는 경화용 강 합금은 현재 알루미늄계 층 및 아연계 층과 같은 하나 이상의 얇은 코팅 재료층들로 제조되고 있다. 이러한 코팅 재료층들이 양질의 시트 금속을 제공할 수 있더라도, 이 재료층들의 존재는 용접부를 오염시킬 수 있고, 이로써 용접 강도, 완성도 등을 저하시킬 수 있다. 이점은 코팅된 시트 금속 피스가 다른 시트 금속 피스에 맞대기 용접되거나 겹치기 용접되는 경우에 특히 그러하다.
하나 이상의 실시예들에 따르면, 용접 공정에서 사용하기 위한 시트 금속 피스는 베이스 재료층, 코팅 재료층 및 중간 재료층을 포함한다. 중간 재료층은 베이스 재료층과 코팅 재료층 사이에 위치되고, 베이스 재료층과 코팅 재료층 각각의 적어도 하나의 성분을 가지는 금속간 화합물을 포함한다. 시트 금속 피스는 용접되는 시트 금속 피스의 에지를 따라 위치된 에지 영역을 포함한다. 에지 영역은 용접 노치부를 포함하는데, 용접 노치부는 코팅 재료층과 중간 재료층 모두의 재료를 포함하는 용접 노치면에 의해 적어도 부분적으로 구획된다.
하나 이상의 다른 실시예들에 따르면, 용접 노치부를 시트 금속 피스에 형성하는 방법은 다음의 단계들, 즉 (a) 에지 영역에 있는 복수의 재료층을 가지는 시트 금속 피스를 제공하는 단계; (b) 레이저 빔을 시트 금속 피스의 에지 영역을 향하여 조사(direct)하는 단계; 및 (c) 제거된 재료가 더 이상 존재하지 않는 곳에 용접 노치부가 형성되도록, 레이저 빔으로 시트 금속 피스의 에지 영역에 있는 복수의 재료층들 중 적어도 하나로부터 재료를 제거하는 단계;를 구비한다.
바람직한 예시적인 실시예들은 이하에서 첨부의 도면들과 함께 설명될 것이고, 여기서 유사한 지시번호는 유사한 요소를 지시한다.
도 1a 내지 도 1c는 용접하기 전에는 내부에 형성된 용접 노치부들을 가지지 않는 시트 금속 피스들을 접합하는 종래의 용접 조인트의 단면도이다.
도 2는 시트 금속 피스의 반대쪽을 향하는 측면 상에 용접 노치부들을 포함하는 예시적인 시트 금속 피스의 에지 영역의 사시도이다.
도 3은 도 2의 시트 금속 피스의 일 부분의 단면도로서, 시트 금속 피스의 반대쪽을 향하는 측면 상에 있는 코팅층들, 중간 재료층들, 및 시트 금속 피스의 반대쪽을 향하는 측면 상에 있는 용접 노치부들이 나타나 있다.
도 4는 도 3의 일 부분의 확대도로서, 재료층들 사이의 불규칙적인 표면들이 나타나 있다.
도 5는 용접 노치부를 포함하는 예시적인 시트 금속 피스의 단면도로서, 여기에서 코팅 재료층과 중간 재료층은 제거되어 있다.
도 6은 용접 노치부를 포함하는 다른 예시적인 시트 금속 시트의 단면도로서, 여기에서 코팅 재료층, 중간 재료층 및 베이스 재료층의 일 부분은 제거되어 있다.
도 7은 비축(off-axis) 용접 노치부를 포함하는 다른 예시적인 시트 금속 피스의 단면도이다.
도 8은 다른 비축 용접 노치부를 포함하는 다른 예시적인 시트 금속 피스의 단면도이다.
도 9는 깊이가 불균일한 용접 노치부를 포함하는 다른 예시적인 시트 금속 피스의 단면도이다.
도 10은 깊이가 불균일한 다른 용접 노치부를 포함하는 다른 예시적인 시트 금속 피스의 단면도이다.
도 11은 깊이가 불균일하면서 다수의 교차면들을 가지는 용접 노치부를 포함하는 다른 예시적인 시트 금속 피스의 단면도이다.
도 12는 용접 노치부를 형성하기 위한 예시적인 레이저 절삭 공정의 사시도이다.
도 13은 레이저 절삭에 의해 형성된 용접 노치부를 가진 예시적인 시트 금속 피스의 확대된 사시도이다.
도 14는 다른 레이저에 의한 레이저 절삭에 의해 형성된 용접 노치부를 가진 다른 예시적인 시트 금속 피스의 확대된 사시도이다.
도 15는 기계적 절삭 공정에 의해 형성된 용접 노치부를 가지는 다른 예시적인 시트 금속 피스의 확대된 사시도이다.
도 16은 예시적인 이중-레이저 빔 절삭 공정의 사시도이다.
도 17은 도 16의 레이저 절삭 공정의 단면도이다.
도 18은 다른 예시적인 레이저 절삭 공정의 단면도로서, 여기에서 레이저 스팟은 소정의 용접 노치부의 폭보다 협소하다.
도 19는 도 18의 레이저 절삭 공정에 의해 형성될 수 있는 용접 노치부의 확대된 사시도이다.
도 20은 도 18의 레이저 절삭 공정에 의해 형성될 수도 있는 용접 노치부의 확대된 사시도이다.
도 21은 다른 예시적인 레이저 절삭 공정의 사시도로서, 여기에서 레이저 절삭 공정은 투사각이 0 이 아닌 레이저를 사용하여 용접 노치부를 형성한다.
도 22는 도 21의 레이저 절삭 공정의 단면도로서, 여기에서 레이저 절삭 공정은 시트 금속 피스의 한쪽 측면 상에 오프셋된 용접 노치부를 형성한다.
도 23은 오프셋된 용접 노치부를 형성하기 이전의 도 21의 시트 금속 피스의 에지 영역의 확대된 단면도이다.
도 24는 시트 금속 피스 상에서 행해지는 다른 예시적인 레이저 절삭 공정의 사시도로서, 여기에서 레이저 절삭 공정은 다수의 레이저를 사용하여 용접 노치부를 형성한다.
도 25는 도 24의 레이저 절삭 공정의 단면도로서, 여기에서 레이저 절삭 공정은 다수의 중첩하지 않는 레이저로 용접 노치부를 형성한다.
도 26은 도 24의 레이저 절삭 공정의 다른 단면도로서, 여기에서 레이저 절삭 공정은 다수의 중첩하는 레이저로 용접 노치부를 형성한다.
도 27에는 도 26의 레이저 절삭 공정에 사용될 수 있는 중첩하는 레이저 스팟들 내지 풋프린트들 및 대응하는 에너지 분포가 도시되어 있다.
도 28에는 도 26의 레이저 절삭 공정에 사용될 수 있는 중첩하는 레이저 스팟들 내지 풋프린트들 및 다른 대응하는 에너지 분포가 도시되어 있다.
도 29는 금속 코일로부터 떨어져 나온 시트 금속 피스 상에서 행해지는 다른 예시적인 레이저 절삭 공정의 사시도이고, 여기에서 레이저 절삭 공정은 다수의 레이저를 사용하여 용접 노치부들을 시트 금속 피스의 반대쪽을 향하는 측면 상에 형성한다.
본 명세서에 개시된 시트 금속 피스에는 하나 이상의 에지를 따라 위치되는 용접 노치부들이 만들어질 수 있고, 여기서 용접 노치부들은 특정 재료의 성분들이 존재하지 않는 것을 특징으로 하여서, 용접 노치부들이 근처의 용접부들을 좀처럼 오염시키지 않는다. 예를 들어, 시트 금속 피스는 하나 이상의 코팅 재료층의 재료가 시트 금속 에지를 따라 위치되는 용접 노치부에서 감소되거나 제거된 상태로 생성될 수 있다. 이는 차례로 시트 금속 에지를 따라 형성된 근처의 용접 조인트의 코팅 재료층들에 의한 오염을 방지할 수 있고, 이로써 다음의 공정들이나 그 유효 수명 동안의 용접 조인트의 강성 및/또는 내구성을 유지하는 것이 가능하다.
최초의 도 1a 내지 도 1c를 살펴보면, 에지 대 에지 방식으로 함께 레이저 용접된 두꺼운 시트 금속 피스(12)와 얇은 시트 금속 피스(12')를 포함하는 종래의 맞춤-용접된 블랭크(10)를 제조하는 것과 관련된 단계들 중 일부가 나타나 있다. 이 예시에 따르면, 시트 금속 피스들(12, 12') 각각은 베이스 재료층(14)과, 베이스 재료층의 반대쪽을 향하는 표면들을 덮는 다수의 얇은 재료층들(16, 18)을 가진다. 당해 기술분야에서의 통상의 기술자라면 알 수 있는 바와 같이, 몇가지 예를 들자면 여기에는, 여러 가지 유형의 표면 처리들이 행하여진 시트 금속 스톡 상에서 발견할 수 있는 상당수의 재료층들, 제조 공정 또는 재료 처리 공정으로부터 이물질들 내지 오염물질들이 생기는 것을 방지하도록 오일처리 내지 다른 산화처리가 행하여진 알루미늄계 재료층 내지 아연계 재료층과 같은 코팅 재료층들, 및 산화층들이 있다. 2개의 시트 금속 피스들이 함께 접하게 되면, 레이저 빔 또는 다른 용접 공구가 에지 영역들(20, 20')에 위치된 시트 금속 중 일부를 용해하는데 사용되어서, 특정 분량의 얇은 재료층들(16, 18)이 그 결과 생성된 용접 조인트(22) 내부에 매립될 수 있다. 이러한 원치않는 성분들은 최초에 제거되지 않는다면, 용접 조인트의 전체 강성과 질에 부정적인 영향을 미칠수도 있다.
도 2를 참조하면, 에지 영역(20)을 따라 인접한 피스에 용접될 수 있는 예시적인 시트 금속 피스(12)가 나타나 있다. 시트 금속 피스(12)는 반대쪽을 향하는 제 1 측면(24)과 제 2 측면(26)을 포함하고, 에지 영역(20)은 용접되는 시트 금속 피스의 에지(28)를 따라 위치된다. 도 2에 나타나 있는 특정 에지 영역(20)은 2개의 용접 노치부들(30, 30')을 포함하고, 여기에서 2개의 용접 노치부들은 시트 금속 피스의 반대쪽을 향하는 측면들(24, 26) 상의 에지 영역을 따라 뻗어 있다. 각각의 용접 노치부(30, 30')는 서로 교차하거나 접합하는 제 1 노치면(32)과 제 2 노치면(34)에 의해 구획된다. 용접 노치부들은 단일의 직선형 에지 영역(20)을 따라 제 1 노치면(32)과 제 2 노치면(34)에 대체로 수직하게 나타나 있지만, 다양한 방식으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 가능성을 언급하자면, 용접 노치부는 하나 이상의 비축 노치면(들)을 포함할 수 있고, 동일한 시트 금속 피스로 된 다른 용접 노치부와 상이한 치수를 가질 수 있고, 다른 용접 노치부와 상이한 에지 영역의 일부로서 형성될 수 있고, 그리고/또는 시트 금속 피스의 굴곡진(contoured) 에지를 따라 위치되는 에지 영역의 일부로서 형성될 수 있다.
도 3은 도 2의 시트 금속 피스의 에지 영역(20)의 단면도이다. 도시된 시트 금속 피스(12)는 베이스 재료층(14), 중간 재료층(16) 및 코팅 재료층(18)을 포함하는 다수의 재료층들을 포함한다. 이 실시예에서, 베이스 재료층(14)은 중심 내지 코어 재료층(예컨대 스틸 코어)이고, 중간 재료층(16)과 코팅 재료층(18) 사이에 끼워져 있다. 베이스 재료층(14)은 시트 금속 피스(12)의 두께(T)의 대부분을 차지하고 있어서, 시트 금속 피스의 기계적 성질에 상당히 기여할 수 있다. 코팅 재료층(18)들은 베이스 재료층(14)의 반대쪽을 향하는 표면들에 걸쳐서 위치되고, 시트 금속 피스(12)의 최외각 층들이다. 각각의 코팅 재료층(18)은 베이스 재료층(14)에 대해서 비교적 얇고, 시트 금속 피스의 하나 이상의 특성들(예컨대 내부식성, 경도, 하중, 성형성, 외관 등)을 강화하도록 선택될 수 있다. 코팅 재료층(18)은, 예컨대 열 처리 또는 상호확산(interdiffusion) 공정과 같은 다음의 공정들에서 사용하거나 이들 공정들에 적합하도록 선택될 수도 있다.
각각의 중간층(16)은 코팅 재료층(18)들 중 하나와 베이스 재료층(14) 사이에 위치되고, 이 실시예에서는 서로 접촉해 있다. 일 실시예에서, 중간 재료층(16)은 바로 인접한 층들(14, 18) 각각과 마찬가지로 소량의 원소 또는 화합물과 같은 적어도 하나의 성분을 포함한다. 중간 재료층(16)은 베이스 재료층(14)과 코팅 재료층(18)의 반응 생성물일 수 있다. 예를 들어, 베이스 재료층이 코팅 재료층으로 된 용융조에 담궈지거나 이 용융조를 통과하는 침지 코팅 공정은 베이스 재료층과 용융조의 경계면에서 화학 반응을 유발할 수 있고, 반응 생성물은 중간층(16)이다. 이러한 침지 코팅 공정의 일 특정 예시에서, 베이스 재료층(14)은 고강도 또는 경화용 강 합금으로 제조되고, 코팅 재료층(18)은 알루미늄 합금이다. 알루미늄 합금의 용융조는 그 표면에서 베이스 재료층과 반응하여, Fe2Al5와 같은 철-알루미늄(FexAly) 금속간 화합물을 포함하는 중간 재료층(16)을 형성한다. 중간층은 베이스 재료층(14)에 가까운 고함량의 베이스 재료층 성분(예컨대 철), 및 코팅 재료층(18)에 가까운 고함량의 코팅 재료층 성분(예컨대 알루미늄)을 가질 수 있다.
중간 재료층(16)은 일정한 두께를 가지는 완벽한 평면층으로서 도 3에 나타나 있지만, 도 4의 확대도에 도시된 바와 같이 반대쪽을 향하는 표면을 따라 불규칙적일 수 있다. 중간 재료층(16)이 전체에 걸쳐 조성상 반드시 균일하지 않을 수 있을 뿐만 아니라, 반드시 베이스 재료층과 코팅 재료층의 반응 생성물인 것은 아닐 수 있다는 것 또한 이해되어야 한다. 중간 재료층(16)은 몇가지 예를 들자면, 그 자체로 하나 이상의 재료층을 포함할 수 있고, 상이한 물질들로 된 비균질 혼합물일 수 있고, 또는 두께에 걸쳐 하나의 조성 구배(composition gradient)를 가질 수 있다. 다른 예시에서, 중간층은 베이스 재료층을 환경에 노출시켜서 형성할 수 있는 베이스 재료층(14)의 산화물(예컨대 알루미늄 산화물, 철 산화물 등)과 같은 연속적이거나 불연속적인 산화물층을 포함한다. 시트 금속 피스(12)는 다른 부가적인 재료층들 또한 포함할 수 있다.
자동차나 다른 산업분야에서의 바디 내지 구조적인 구성요소들을 형성하는데 유용한 다중층 시트 금속 피스의 일 특정 예시는 도 3에 나타나 있는 바와 같이 코팅된 강 제품인데, 이 코팅된 강 제품은 베이스 재료층(14)이 여러 가지 가능성 있는 조성물들 중 임의의 것으로 된 강으로 제조된다. 일 특정 실시예에서, 베이스 재료층(14)은 붕소 강 합금(boron steel alloy), 복합 조직 강(dual phase steel), 프레스 경화 강(press hardened steel; PHS) 또는 고강도저합금(high-strength low-alloy;HSLA) 강과 같은 고강도 또는 경화용 강 합금이다. 이러한 재료들은 하중에는 강하지만, 고강도 성질을 달성하기 위해서 종종 열처리 공정을 필요로 하고 그리고/또는 고온에서만 형성될 수 있다. 코팅 재료층(18)은 베이스 재료층(14)보다 경량화하기 위해서 그리고/또는 다음의 열 처리 동안 시트 금속 피스(12)의 다른 층들과 상호확산하기 위해서, 열 처리 동안 산화를 방지하는데 도움이 되도록 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 코팅 재료층(18)은 알루미늄-실리콘(Al-Si) 합금과 같은 알루미늄(Al) 합금이다. 코팅 재료층(18)을 위한 다른 가능성 있는 조성물들은 순수한 알루미늄이나 아연 및 그 합금들 내지 화합물(예컨대 기초를 이루는 재료가 아연화되는 경우)을 포함한다. 베이스 재료층(14)이 강 인 경우, 코팅 재료층(18)은 알루미늄을 구비하고, 중간 재료층(16)은 FeAl, FeAl2, Fe3Al, Fe2Al5 또는 이들의 다양한 조합들과 같은 금속간 화합물들의 형태로 철과 알루미늄을 포함할 수 있다. 중간 재료층(16)은 또한 인접한 층들의 성분들로 된 합금을 포함할 수 있다.
예시적인 재료층 두께의 범위는, 베이스 재료층(14)에 있어서는 약 0.5mm 내지 약 2.0mm 정도이고, 중간층(16)에 있어서는 약 1㎛ 내지 약 15㎛ 정도이고, 코팅 재료층(18)에 있어서는 약 5㎛ 내지 약100㎛ 정도이다. 바람직한 재료층 두께의 범위는, 베이스 재료층(14)에 있어서는 약 0.5mm 내지 약 1.0mm 정도이고, 중간층(16)에 있어서는 약 5㎛ 내지 약 10㎛ 정도이고, 코팅 재료층(18)에 있어서는 약 15㎛ 내지 약 50㎛ 정도이다. 일 실시예에서, 중간 재료층(16)과 코팅 재료층(18)의 결합 두께는 약 15㎛ 내지 약 25㎛의 범위 내에 있고, 중간 재료층은 결합 두께의 약 20% 내지 30% 정도이다. 예를 들어, 중간 재료층이 약 4㎛ 내지 6㎛ 정도이면서 코팅 재료층이 결합 두께의 잔여부를 이루는 경우, 중간 재료층(16)과 코팅 재료층(18)의 결합 두께는 약 20㎛ 정도 일 수 있다. 물론, 개별적인 층 두께가 적용처에 특유한 몇몇 요인들 및/또는 이용되는 재료들의 유형들에 좌우되는 바와 같이, 이들 범위들이 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 베이스 재료층(14)은 알루미늄, 마그네슘, 티타늄 또는 다른 적합한 재료들과 같은 강 이외의 재료일 수 있다. 본 명세서에서 설명된 용접 노치부들은 도면들에 나타나 있는 것보다 더 많거나 더 적은 재료층들과 사용될 수 있다. 당해 기술분야에서의 통상의 기술자라면, 도면들이 반드시 축척 대로인 것은 아니어서 층들(14 내지 18)의 상대적인 두께가 도면에 도시되어 있는 것들과 상이할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 3을 다시 참조하여, 시트 금속 피스의 제 1 측면(24) 상의 용접 노치부(30)가 설명될 것이다. 이 설명은 이 예시에서 반대쪽에 있는 제 2 측면(26) 상의 용접 노치부(30')에도 적용된다. 일부 재료가 다른 균일 층 구조로부터 제거되거나 생략되는 경우, 용접 노치부(30)는 시트 금속 피스(12)의 에지 영역(20) 중 일 부분이다. 용접 노치부(30)는 시트 금속 피스가 다른 피스에 용접될 때 에지(28)를 따라 고품질의 용접 조인트를 조성하고, 다음의 용접 조인트의 일부가 되는 중간 재료층(16) 및/또는 코팅 재료층(18)의 분량을 줄이거나 없애는 구성을 통해 그렇게 될 수 있다. 내부에 불연속성을 형성하거나 코팅 재료층 내부에 포함된다면 그 결과 생성된 용접 조인트를 약화시킬 수도 있는 하나 이상의 성분이 코팅 재료층(18)에 포함되는 경우, 용접 노치부는 특히 유용하다. 용접 노치부(30)는 이 특정 실시예에서 에지(28)의 길이를 따라 각각 비교적 일정한 특징적인 노치 폭(W)과 노치 깊이(D)를 가진다. 노치 폭(W)은 에지(28)로부터 제 1 노치면(32)까지의 거리이고, 노치 깊이(D)는 코팅 재료층(18)의 외측 표면으로부터 제 2 노치면(34)까지의 거리이다. 용접 노치부(30)가 시트 금속 피스와 직각을 이루는 경우, 이 특정 예시에 나타나 있는 바와 같이, 노치 폭(W)은 제 2 노치면(34)의 폭과 동일하고 노치 깊이(D)는 제 1 노치면(32)의 폭과 동일하다.
용접 노치부(30)의 치수는 에지(28)에 형성된 용접 조인트의 의도된 크기 및/또는 하나 이상의 재료층 두께에 따라 시트 금속 피스의 두께(T)에 대해 상대적일 수 있다. 일 실시예에서, 노치 폭(W)은 두께(T)의 0.5배 내지 1.5배의 범위 내에 있다. 다른 실시예에서, 노치 폭(W)은 약 0.5mm 내지 약 4mm의 범위 내에 있다. 노치 폭(W)은 또한 의도된 용접 조인트의 폭의 적어도 절반일 수 있다. 도 3에 나타나 있는 예시의 노치 깊이(D)는 코팅 재료층(18)의 두께보다는 크고, 중간 재료층(16)과 코팅 재료층(18)의 결합 두께보다는 작다. 그러나 이 노치 깊이는 다른 예시적인 실시예들 중 일부에서는 상이하다.
용접 노치부(30)는 노치면들(32, 34)의 특정 특성들과 관련하여 설명될 수도 있다. 예를 들어, 도 3의 실시예에서, 제 1 노치면(32)은 중간 재료층(16)과 코팅 재료층(18) 모두의 재료를 포함한다. 제 2 노치면(34)은 중간 재료층(16)만의 재료를 포함하고, 제 1 노치면과 제 2 노치면은 중간 재료층에 위치결정되거나 위치되는 에지를 따라 교차한다. 따라서, 이 특정 예시에서, 용접 노치부(30)는 전체 코팅 재료층(18)과 중간 재료층(16)의 일 부분을 에지 영역(20)을 따라 제거함으로써 시트 금속 피스(12)에 형성된다. 노치면들(32, 34) 각각은 또한 홈(striation)들, 식별 라인(witness line)들, 또는 용접 노치부 위치의 재료를 제거하는데 사용되는 공정의 유형에 관한 다른 지시수단(indicator)들을 포함할 수 있다. 레이저 절삭 또는 기계적 절삭과 같은 절삭 공정들은 상이한 표면 특성을 가진 노치면들을 형성할 수 있고, 다음에 보다 상세하게 설명된다.
도 5에는 용접 노치부(30)의 다른 예시가 나타나 있고, 여기서 제 1 노치면(32)과 제 2 노치면(34)은 베이스 재료층(14)과 중간 재료층(16) 사이의 경계면에 위치되는 에지를 따라 교차한다. 제 1 노치면(32)은 중간 재료층(16)과 코팅 재료층(18) 모두의 재료를 포함하고, 제 2 노치면(34)은 베이스 재료층(14)만의 재료를 포함한다. 이 예시에서, 용접 노치부(30)는 코팅 재료층(18)과 중간 재료층(16)을 에지 영역(20)에서 제거함으로써 시트 금속 피스(12)에 형성된다.
도 6에는 베이스 재료층(14)에 위치되는 각각의 다른 에지를 따라 교차하는 제 1 노치면(32)과 제 2 노치면(34)을 가진 용접 노치부(30)가 도시되어 있다. 제 1 노치면(32)은 베이스 재료층(14), 중간 재료층(16) 및 코팅 재료층(18)의 재료를 포함하는 한편, 제 2 노치면(34)은 베이스 재료층(14)만의 재료를 포함한다. 이 예시에서, 용접 노치부(30)는 코팅 재료층(18), 중간 재료층(16) 및 베이스 재료층(14)의 두께 중 일 부분을 에지 영역(20)에서 제거함으로써 시트 금속 피스(12)에 형성된다.
도 7에는 시트 금속 피스(12)의 다른 실시예가 나타나 있고, 여기서 용접 노치부(30)는 비축이다. 환언하자면, 적어도 하나의 노치면(이 경우에는 모든 노치면들(32, 34))은 코팅 재료층(18)의 최외각 표면과 수직하거나 평행하지 않는다. 노치면들(32, 34)은 나타나 있는 바와 같이 서로 수직할 수 있고, 코팅 재료층(18)의 최외각 표면과 각각의 각도들(α, β)을 형성한다. 각도(β)는 이 예시에서는 90°보다 작지만(90°-α), 90°이상일 수 있다. 도 7의 예시에서, 제 1 노치면(32)은 중간 재료층(16)과 코팅 재료층(18)의 재료를 포함하는 한편, 제 2 노치면(34)은 베이스 재료층(14)과 중간 재료층(16)의 재료를 포함한다. 노치면들(32, 34)은 중간 재료층(16)에서 에지(36)를 따라 서로 교차한다. 이 용접 노치부(30)는 코팅 재료층(18), 중간 재료층(16)의 두께 중 일 부분, 및 베이스 재료층(14)의 두께의 일 부분을 에지 영역(20)에서 제거함으로써 시트 금속 피스에 형성될 수 있다.
도 8에는 다른 실시예에 따르는 시트 금속 피스가 나타나 있고, 여기서 용접 노치부(30)는 모따기면 또는 각진 표면의 형태로 되어 있고, 노치면(32)에 의해 구획된다. 노치면(32)은 평평하고(즉 대체로 평평하지만 반드시 완벽하게 평평한 것은 아님), 베이스 재료층(14), 중간 재료층(16) 및 코팅 재료층(18) 모두의 재료를 포함하고, 베이스 재료층(14)에 위치된 에지를 따라 시트 금속 피스(12)의 에지(28)와 교차한다. 다른 실시예에서, 모따기면 유사 용접 노치부(30)는 중간 재료층(16)과 코팅 재료층(18)만의 재료를 포함하지만 베이스 재료층(14)의 재료를 포함하지는 않고, 이로써 중간층(16)에서, 또는 베이스 재료층(14)과 중간층(16) 사이의 경계면에서 에지(28)와 교차한다.
도 9에는 다른 실시예에 따르는 시트 금속 피스가 나타나 있고, 여기서 용접 노치부(30)는 곡선형 또는 굴곡진 노치면(32)에 의해 구획된다. 여기에 나타나 있는 노치면(32)은 베이스 재료층(14), 중간 재료층(16) 및 코팅 재료층(18) 모두의 재료를 포함하고, 베이스 재료층(14)에 위치된 에지를 따라 시트 금속 피스(12)의 에지(28)와 교차한다. 용접 노치부(30)의 깊이(D)는 가변적이지만, 시트 금속 피스(12)의 에지(28)에 있는 이 특정 예시에서는 그 최대값으로 측정되는 것으로 도시되어 있다. 다른 실시예에서, 굴곡진 용접 노치부(30)는 중간 재료층(16)과 코팅 재료층(18)만의 재료를 포함하지만, 베이스 재료층(14)의 재료를 포함하지는 않고, 이로써 중간층(16)에서, 또는 베이스 재료층(14)과 중간층(16) 사이의 경계면에서 에지(28)와 교차한다.
도 10에는 다른 실시예에 따르는 시트 금속 피스가 나타나 있고, 여기서 용접 노치부(30)는 도 9의 노치면과 상이한 굴곡진 노치면(32)에 의해 구획된다. 여기에 나타나 있는 노치면(32)은 베이스 재료층(14), 중간 재료층(16) 및 코팅 재료층(18) 모두의 재료를 포함하고, 베이스 재료층(14)에 위치된 에지를 따라 시트 금속 피스(12)의 에지(28)와 교차한다. 용접 노치부(30)의 깊이(D)는 가변적이지만, 베이스 재료층(14)에 있으면서 시트 금속 피스(12)의 에지(28)로부터 떨어져 이격되어 있는 이 특정 예시에서는 최대값으로 측정되는 것으로 도시되어 있다.
도 11에는 시트 금속 피스(12)의 다른 실시예가 나타나 있고, 여기서 용접 노치부(30)는 제 1 노치면(32), 제 2 노치면(34) 및 제 3 노치면(38)에 의해 구획된다. 이 실시예는 상술되고 도 3에 나타나 있는 바와 같이 중간 재료층(16)에 위치된 에지를 따라 교차하는 제 1 노치면(32)과 제 2 노치면(34)을 가진다. 제 3 노치면(39)은 굴곡진 노치면인데, 이 노치면은, 한쪽 단부에서는 중간 재료층(16) 에 위치된 에지(40)를 따라 제 2 노치면(34)과 교차하고 반대쪽 단부에서는 시트 금속 피스(12)의 에지(28)를 따라 제 2 노치면(34)과 교차한다. 제 3 노치면(38)은 이 예시에서 베이스 재료층(14)과 중간 재료층(16)의 재료를 포함한다. 제 2 노치면(34) 및/또는 제 3 노치면(38)을 따르는 용접 노치부(30)의 깊이는 제 2 노치면 및/또는 제 3 노치면의 폭과 마찬가지로 도 11에 나타나 있는 것과 다를 수 있다. 당해 기술분야에서의 통상의 기술자라면 가능성 있는 노치면의 형상, 폭 및 깊이의 다양한 조합을 이해할 것이다.
도 7 내지 도 11에는 균일하지 않는 깊이를 각각 가지는 용접 노치부(30)들을 가진 시트 금속 피스들의 여러 가지 실시예들이 집합적으로 나타나 있다. 환언하자면, 이들 예시들에서, 각각의 용접 노치부(30)의 깊이는 시트 금속 피스의 에지(28)로부터 얼마나 멀리 깊이가 측정되는지에 따라 하나 이상의 용접 노치면에 걸쳐 다르다. 도 10에 나타나 있는 것을 제외한 대부분의 이들 실시예들에서, 용접 노치부의 평균 깊이는 시트 금속의 에지쪽에서 최대이다. 이러한 유형의 용접 노치부들은 절삭 공구가 에지 영역(20)의 상이한 부분들을 따라 다수의 통로들을 만들어 내는 절삭 공정들에 의해 형성될 수 있고, 또는 여기서 절삭 공구는 에지(28)로부터의 거리에 관한 함수로서 상이한 분량의 재료를 시트 금속 피스로부터 제거하도록 구성되어 있다.
이어서 도 12를 참조하면, 용접 노치부를 시트 금속 피스에 형성하는 예시적인 공정이 나타나 있다. 도면에 개략적으로 나타나 있는 특정 공정은, 시트 금속 피스(12)의 에지 영역(20)으로 조사되는 레이저광 빔(102)이 레이저 광원(100)에서 발산되는 레이저 절삭 공정이다. 레이저광 빔(102)에 의해 제공되는 에너지는 절삭 부위(104)에서의 열 에너지의 형태로 시트 금속 피스(12)에 전달되어, 시트 금속 피스(12)로부터 재료를 제거하기 위해서 초점에서 재료를 용융시키고 그리고/또는 기화시킨다. 스크래퍼나 와이어 브러시와 같은 기계 공구 또는 레이저광 빔과 같은 절삭 공구는 에지 영역(20)을 따르는 경로(106)를 뒤따라서 원하는 구성의 용접 노치(30)를 형성한다. 경로(106) 중 일부 부분들은 도면에 나타나 있는 바와 같이 직선일 수 있고, 경로 중 나머지 부분들은 굴곡지거나 곡선일 수 있다. 예를 들어, 도 12에 나타나 있는 용접 노치부(130)는 에지(128)의 형상을 뒤따르도록 굴곡져 있다. 다른 구성들을 가지는 경로들이 그 대신 뒤따르게 될 수 있으므로, 용접 노치부(30)가 직선 경로(106)를 뒤따를 필요는 없다. 도 3에 나타나 있는 바와 같이 베이스 재료층(14), 중간 재료층(16) 및 코팅 재료층(18)을 포함하는 시트 금속 피스에 있어서, 용접 노치부(30)는 에지 영역(20)을 따라 코팅 재료층(18) 중 일부나 전부, 중간 재료층(16) 중 일부나 전부, 및/또는 베이스 재료층(14) 중 일부나 전부를 제거함으로써 형성될 수 있다.
레이저 절삭이 이용되는 여러 가지 실시예들에서, 도 12에서 화살표로 지시된 바와 같이 레이저 광원(100)이 경로(106)를 따라 레이저 빔(102)을 이동시키는 동안, 시트 금속 피스(12)는 정지상태로 유지될 수 있다. 다른 실시예에서, 레이저 광원(100)이 정지상태로 남아 있는 동안, 시트 금속 피스(12)는 이동되거나 인덱스된다. 레이저 광원과 시트 금속 피스 모두를 이동시키는 것과 같은 다른 기술들 또한 이용될 수 있다. 적합한 레이저 또는 다른 필적할 만한 발광 장치(100)는 용접 노치부들을 형성하도록 사용될 수 있고, 여러 가지 작동 파라미터 또는 설비 파라미터를 사용하여 용접 노치부들을 형성할 수도 있다. 일 예시에서, 레이저 광원(100)은 Q-스위치 레이저이지만, 여러 가지 나노세컨드 펄스 레이저, 펨토세컨드 펄스 레이저 및 피코세컨드 펄스 레이저와 같은 다른 연속적인 파동 및 펄스 레이저 타입들이 그 대신 이용될 수 있다. 레이저 스팟 또는 풋프린트(104)는 원형, 정사각형, 직사각형, 타원형 또는 다른 적합한 형상일 수 있고, 이들 형상 중 일부 예시들은 다음에서 설명된다. 몇몇 가능성을 언급하자면, 레이저 광원(100)의 선택가능하거나 조정가능한 작동 파라미터들에 관한 제한없는 예시들은 레이저 파워, 펄스 주파수, 펄스 폭, 펄스 에너지, 펄스 파워, 듀티 사이클(duty cycle), 스팟 영역(spot area), 연속적인 레이저 펄스들 사이의 중첩부, 및 시트 금속 피스(12)에 대한 레이저 광원(100)의 속도를 포함한다. 이들 작동 파라미터들의 조합은 적용처에서의 특정 필요에 기초하여 현재의 방법으로 선택되거나 제어될 수 있다. 레이저 절삭 공정들의 여러 가지 예시들은 아래에서 보다 상세하게 설명된다.
도 13 내지 도 15에는 용접 노치부(30)들을 형성하는데 사용되는 특정 공정의 특징을 나타내는 공정 마킹들 또는 식별 라인들을 포함하는 표면들을 가진 예시적인 시트 금속 피스(12)들이 나타나 있다. 도 13은 용접 노치부(30)가 레이저 절삭 공정으로 형성되는 경우의 용접 노치면들(32, 34) 및/또는 에지(28)의 하나의 가능성 있는 외관의 일 예시이다. 도시된 용접 노치면들(32, 34)은 가시적인 라인들 또는 마킹(42)들을 각각 포함한다. 마킹(42)들은 y 방향과 대체로 평행하고, x 방향을 따라 서로 고르게 이격되어 있다. 레이저광 빔 형상이 정사각형 또는 직사각형이고 레이저광 빔이 연속 빔이 아니라 펄스 빔으로 제공되는 경우에는, 각각의 개별적인 마킹은 공정 동안 레이저광 빔의 위치를 지시한다. 예를 들어, 레이저광 빔은 x 방향으로는 L, y 방향으로는 W의 치수를 각각 가질 수 있고, 절삭 부위(104)의 에지 영역으로 조사되어 일정한 개수의 레이저 펄스로 재료를 제거한다. 레이저 광원은 1/2 L만큼 인덱스되어 더 많은 재료를 제거할 수 있어서, 마킹(42)들은 나타나 있는 바와 같이 x 방향을 따라 1/2 L 마다 나타나 있다. 도 13의 예시는 에지(28)를 따라 유사한 절삭 마킹들을 포함한다.
레이저광 빔은 다른 형상을 가질 수 있고(예컨대 원형, 타원형 등), 연속적인 절삭 부위들은 더 많거나 더 적은 중첩부를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 14에는 원형 레이저광 빔의 직경과 동일한 길이(L)를 각각 가지는 원형 마킹(44)들이 나타나 있다. 이 예시에서, 연속적인 마킹(44)들은 레이저광 빔 직경의 1/2만큼 중첩되고, 제 1 노치면(32)은 물결 형상을 가진다.
도 15는 용접 노치부(30)가 기계 절삭 공정에 의해 형성되는 경우의 용접 노치면들(32, 34) 및/또는 에지(28)의 하나의 가능성 있는 외관의 일 예시이다. 도시된 용접 노치면들(32, 34)은 각각 가시적인 라인 또는 마킹(46)을 포함한다. 마킹(46)들은 이 실시예에서는 x 방향과 대체로 평행하고, y 방향으로는 서로 무작위로 이격되어 있다. 이들 마킹들은 스크래핑 공구의 불규칙성으로 인해 생성되거나 표면들을 연마하는 와이어 브러시의 개별적인 와이어들에 의해 생성될 수 있다. 나타나 있는 바와 같이 배향되어 있는 마킹(46)들은 x 방향으로 스크래핑하는 스크래핑 공구, 또는 y 방향의 축을 중심으로 회전하는 와이어 브러시에 기인할 수 있다. 그러나 마킹(46)들은 또한 y 방향, x-y 평면의 대각선 방향 또는 무작위 방향과 같은 다른 배향상태가 될 수 있다.
이어서 도 16을 참조하면, 레이저 절삭 공정을 이용하여 용접 노치부(30)를 시트 금속 피스(12)에 형성하는 다른 예시적인 방법이 나타나 있다. 이 방법에서, 제 1 레이저 빔(102)과 제 2 레이저 빔(102')은 용접 노치부들(30, 30')을 형성하기 위하여 시트 금속 피스의 반대쪽을 향하는 측면들(24, 26) 상에 위치된 1 레이저 광원(100) 및 제 2 레이저 광원(100')으로부터 에지 영역(20)으로 조사된다. 이러한 유형의 다중-레이저 배열은 현재의 방법으로 에지 영역(20)의 반대쪽을 향하는 측면 상의 하나 이상의 재료층들로부터 재료를 동시에 제거할 수 있게 하여, 단일의 레이저 광원을 사용하는 것에 비해 공정 시간을 단축시킬 수 있다. 나아가, 다중-레이저 배열은 시트 금속 피스(12)의 각각의 측면을 위한 작동 파라미터들을 선택하는 것 및/또는 이 작동 파라미터들을 제어하는 것을 개선할 수 있는데, 이는 2개의 상이한 유형의 레이저 광원 또는 상이한 작동 파라미터들로 프로그램된 동일한 유형의 레이저 광원이 각각의 측면에 대해 주문자 맞춤제작될 수 있기 때문이다. 이점은, 예컨대 시트 금속 피스(12)의 한쪽 측면 상에 있는 재료층들이 시트 금속 피스의 다른 측면 상에 있는 재료층들과 상이한 조성 또는 두께를 가지는 경우에 유용할 수 있다. 레이저 광원들(100, 100')이 도 16에는 서로 일직선으로 향하는 것으로 나타나 있지만, 한쪽 광원이 다른 광원에 의도치 않게 충돌하거나 다른 광원을 해하는 것을 피하기 위해서 서로 오프셋되거나 서로 떨어져 각을 이룰 수 있다. 다른 예시에서, 레이저 광원들(100, 100')은 시트 금속 피스(12)의 반대쪽을 향하는 측면 또는 시트 금속 피스의 동일한 측면 상에 위치되지만, 서로 이격되어 있어서, 동일한 시트 금속 피스(12)의 상이한 에지 영역들을 향하여 각각의 레이저 빔들을 조사한다. 예를 들어, 한쪽 레이저 빔은 상부 에지 영역(20)으로 조사될 수 있는 한편, 다른 레이저 빔은 측면 에지 영역(120)으로 조사된다.
도 17은 다중-레이저 배열의 일 부분의 단면도이고, 여기서 2개의 레이저 빔들(102, 102')은 시트 금속 피스(12)의 반대쪽을 향하는 측면들로부터 에지 영역(20)으로 조사되어 깊이(D)와 폭(W)을 가진 용접 노치부들(30, 30')을 형성한다. 동일한 크기의 레이저 빔들, 스팟들 및 용접 노치부들이 시트 금속 피스의 두께에 걸쳐 대체로 서로 반대쪽을 향하는 시트 금속 피스(12)의 반대쪽을 향하는 측면들 상에 있는 것으로 여기에 나타나 있지만, 각각의 크기들, 형상들 등은 독립적일 수 있다. 예를 들어, 레이저 빔(102)으로 용접 노치부(30)를 생성하는 것이 가능한데, 용접 노치부(30)는 크기, 형상, 깊이, 패턴 등의 관점에서 레이저 빔(102')에 의해 형성된 용접 노치부(30')와 상이하다. 시트 금속 피스(12)의 반대쪽을 향하는 측면 상에서 반대쪽을 향하는 절삭 부위들은 서로에 관한 거울 상일 수 있고, 또는 적용처의 특정 필요에 따라 다를 수 있다. 도 17에 나타나 있는 특정 예시에서, 레이저 빔(102)은 원하는 용접 노치부(30)와 마찬가지로 동일한 폭(W)을 가진 레이저 스팟 내지 풋프린트(104)를 발생시킨다. 따라서, 이 방법은 에지 영역(20)의 길이를 따라 레이저 빔(102)의 단일의 통로를 가진 용접 노치부(30)를 만들어 낼 수 있다. 이는 레이저 빔(102)이 원하는 용접 노치부 폭(W)보다 작거나 협소한 폭을 가지는 레이저 스팟(104)을 발생시킨다는 점에서 도 18에 나타나 있는 예시들과 상이하다. 이 경우, 레이저 빔(102)은 용접 노치부의 보다 넓은 폭(W)을 수용하기 위하여 다수의 통로들을 만들어 내야만 하고, 몇몇 다른 기술에 따라 그렇게 될 수 있다.
하나의 잠재적인 기술에 따르면, 레이저 빔(102)은 다수의 통로들(x 방향의 다수의 통로들)을 에지 영역(20)의 전체 길이를 따라 만들어 내고, 여기서 각각의 통로는 협소한 레이저 스팟(104)을 수용하기 위하여 새로운 y-축 위치로 인덱스된다. 이러한 기술은 도 19에 도시되어 있는 바와 같이 절삭 패턴(108)을 가진 용접 노치부가 생기게 할 수 있다. 이 기술은 또한 위 예시들 중 일부에 기술된 바와 같이 일정하지 않거나 균일하지 않는 깊이를 가진 용접 노치부를 형성하는 것이 요구되는 경우에 유용할 수 있다. 예를 들어, 레이저 빔(102)은, 보다 안쪽에 위치되거나 에지(28)로부터 좀더 떨어져 위치되는 두번째 통과 동안보다는 시트 금속 피스의 에지(28)를 따라 지나가는 첫번재 통과 동안, 더 많은 재료를 에지 영역(20)으로부터 제거할 수 있다(즉 더 큰 깊이(D)를 만들어낼 수 있음). 레이저 광원(102)의 작동 파라미터들은 이점을 달성하기 위하여 제어되거나 조절될 수 있다. 다른 기술은 에지 영역의 길이를 따라(x-축 방향으로) 다음 위치로 전진이동하기 전에 에지 영역(20)의 폭을 따라(y-축 방향으로) 이동하는 레이저 빔(102)을 수반한다. 이러한 유형의 전진-후퇴 기술은 도 20에 나타나 있는 것과 비슷한 절삭 패턴(110)을 가진 용접 노치를 만들어 낼 수 있고, 에지 영역(20)의 길이를 따라(x-축 방향으로) 단일의 통로만 생기게 한다.
이어서 도 21 내지 도 23을 살펴보면, 레이저 빔(102)이 0 이 아닌 투사각(α)에 따라 에지 영역(20)으로 조사되는 예시적인 레이저 절삭 공정이 나타나 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 투사각(α)은 레이저 빔의 중심 축(A)과 시트 금속 피스의 주된 표면들에 수직하는 라인(B) 사이에 형성된 각도로 지칭된다. 투사각(α)은 양수나 음수일 수 있다. 도 12와 도 16의 실시예들에서는 투사각(α)이 0 이고, 도 21과 도 22에 나타나 있는 예시적인 실시예들에서는 투사각(α)이 대략 15°내지 75°사이(예컨대 약 25°)이다. 특정 적용처에 따라 다른 각도도 물론 가능하다. 0 이 아닌 투사각(α)은, 용접 노치부가 만곡되거나 기울어져 있는 도 22에 나타나 있는 바와 같이, 시트 금속 피스(12)의 상이한 재료층들에 대하여 오프셋되어 있는 용접 노치부(30)를 형성하는데 사용될 수 있다. 0 이 아닌 투사각의 레이저 빔을 사용하여 형성될 수 있는 비축 용접 노치부들의 다른 예시들이 도 7과 도 8에 나타나 있다. 0 이 아닌 투사각(α)은 에지면(28)으로부터 뿐만 아니라 측면 내지 주된 표면(24)으로부터 동시에 그러하듯이, 단일의 레이저로 시트 금속 피스(12)의 하나 이상의 표면으로부터 재료를 동시에 제거하는데 사용될 수도 있다. 환언하자면, 레이저 빔(102)은 시트 금속 피스(12)의 하나 이상의 표면에 동시에 입사되도록 투사각(α)에 따라 에지 영역(20)으로 조사된다.
다중-표면 레이저 입사(multi-surface laser impingement)는, 코팅 시트 금속 롤들이 개별적인 블랭크들로 절단되거나 폭 단위로 잘리는(slit-to-width) 경우와 마찬가지로, 코팅 공정 후에 절단되거나 전단된 코팅된 시트 금속 피스에 이용될 때 특히 유용할 수 있다. 도 23의 확대도를 참조하면, 중간 재료층(16) 및/또는 코팅 재료층(18)은, 재료층들(16, 18)의 재료가 코너 내지 에지(112) 둘레를 적어도 부분적으로 감싸도록, 시트 금속이 개별적인 블랭크들로 절단될 때 에지(28)쪽으로 당겨지거나 도말될 수 있다. 이는 절단 내지 전단 설비가 무뎌지거나 달리 닳게 되면 특히 그러할 수 있다. 도 23에서, 커다란 화살표(outlined arrow)는 전단 방향을 지시한다. 에지면(28)과 측면(24) 모두로부터 도말된(smeared) 재료층들을 제거하는 것은 에지 영역(20)의 다음의 용접 조인트를 더욱 개선할 수 있는데, 이는 모든 표면들이 근처의 용접부를 잠재적으로 오염시킬 수 있기 때문이다. 위에서 설명된 바와 같이 0 이 아닌 투사각(α)에 따라 정렬된 단일의 레이저, 또는 아래에 설명되는 바와 같이 동일한 에지 영역으로 조사되는 다수의 레이저들은 에지면(28) 아래로 당겨지거나 도말되는 중간 재료층(16) 및/또는 코팅 재료층(18)으로부터 재료를 제거하는데 사용될 수 있다. 레이저 빔의 중심 축(A)이 길이방향 에지(112)로부터 일정한 거리나 그 이내(예컨대 레이저 스팟 폭의 절반 이내)에서 시트 금속 피스에 충돌하도록 레이저 빔(102)을 정렬함으로써, 가이드 부재와 같이 시트 금속 피스(12)의 길이방향 에지 내지 코너(112)를 사용하는 것이 이 방법으로 가능하다. 다른 정렬 기술 및 가이드 기술 역시 사용될 수 있다.
도 24와 도 25에는 다른 예시적인 레이저 절삭 공정이 도시되어 있다. 이 실시예에서, 제 1 레이저 빔(102)과 제 2 레이저 빔(102')은 상이한 투사각에 따라 에지 영역(20)으로 조사된다. 레이저 빔(102)은 대략 0 인 투사각으로(측면에 대해 수직으로) 에지 영역(20)에 입사되고 있는 것으로 여기에 나타나 있는 한편, 레이저 빔(102')은 대략 15°내지 75°사이의 0 이 아닌 투사각(예컨대 45°)에 따라 에지 영역에 입사된다. 레이저 빔들(102, 102')을 동일한 레이저 스팟 내지 절삭 부위로 조준하거나 조사하는 것이 가능하고, 또는 나타나 있는 바와 같이 x -축을 따라 서로 이격되어 있는 별개의 절삭 부위(104, 104')로 조사할 수도 있다. 레이저 빔들을 이격시키는 하나의 잠재적인 이유는, 제 1 레이저 빔(102)에 의해 튀거나 방출되는 재료가 제 2 레이저 빔(102')에 의해 입사되거나 기화되기 전에 적어도 부분적으로 응고되거나 반응하는 시간을 확보할 수 있게 하기 위해서이다. 도 24와 도 25에 나타나 있는 실시예에서, 제 1 레이저 빔(102)은 에지 영역(20)을 따라(x-축 방향으로) 이동하면서 주로 시트 금속 피스의 측면(24)으로부터 재료를 제거하는 한편, 제 2 레이저 빔(102')은 뒤따르면서 에지면(28)으로부터 재료를 제거한다. 그 결과 생성된 형성부(즉 모든 레이저(102, 102')에 의해 형성되는 노치형성된(notched out) 영역들)는 용접 노치부(30)를 구성하고, 잠재적인 용접 조인트의 장래의 부위(future site)에 있는 하나 이상의 재료층으로부터 재료를 제거함으로써 시트 금속 피스(12)의 용접성을 향상시킨다.
도 25의 확대된 단면도에는 에지 영역(20)이 나타나 있는데, 이는, 제 1 레이저 빔(102)이 측면(24)으로부터 재료를 제거한 이후이지만 제 2 레이저 빔(102')이 에지면(28)으로부터 재료를 제거하기 이전의 상태이다. 이 단계에서, 제 1 레이저 빔(102)에 의해 충돌되어 용융된 재료는 절삭 부위에서의 빠른 열팽창 때문에 용접 노치부(30)로부터 유동하거나 멀리 튈 수 있다. 이 용융된 재료는 근처에 퇴적되어, 재응고되거나 부분적으로 재응고된 돌출부(114)를 형성한다. 돌출부(114)가 재료층들(16, 18)의 재료를 포함하는 경우, 에지 영역(20)을 따라 다음에 형성된 용접 조인트는 오염되거나 손상될 수 있다. 제 2 레이저 빔(102')은 에지 영역(20)으로부터 재료를 제거하기 위하여 돌출부(114)에서 0 또는 0 이 아닌 적합한 투사각(α)으로 조사될 수 있다. 다른 실시예에서, 제 2 레이저 빔(102')은 에지면(28)을 따라 돌출부나 다른 재료를 제거하기 위한 스크래퍼나 와이어 브러시와 같은 기계 절삭 공구로 대체된다. 기계 절삭 공구는 나타나 있는 바와 같이 동일한 셋업으로 제 1 레이저 빔(102)을 뒤따를 수 있고, 또는 완전히 별개로 작동되어 사용될 수 있다. 적합한 기계 절삭 공구의 제한없는 예시는 프라사드(Prasad) 등의 미국 특허 제7,971,303호에 개시된 스크래퍼 공구(scraper tool)이고, 해당 명세서의 전체 내용은 참조사항으로 본 명세서에 통합되어 있다.
이어서 도 26 내지 도 28을 살펴보면, 다중 레이저 또는 이중-빔 절삭 공정의 다른 예시가 나타나 있고, 여기서 제 1 레이저 빔(102)과 제 2 레이저 빔(102')은 레이저들의 결합 에너지가 최대인 합성 레이저 스팟(116)에서 중첩한다. 도시된 예시에서, 합성 레이저 스팟(116)은 시트 금속 피스(12)의 에지 영역(20)으로 조사되어서, 합성 레이저 스팟이 길이방향 에지 내지 코너(112)를 적어도 부분적으로 커버하고 대부분의 재료 제거가 이 전체 영역에서 일어난다. 이는 도 11에 먼저 도시된 용접 노치부의 구성과 유사한, 에지(28) 근처의 영역 내에 더 큰 균일하지 않는 깊이를 가지는 용접 노치부(30)의 형상으로 설명된다.
중첩하는 레이저 스팟들(104, 104')은 도 27과 도 28에 나타나 있는 바와 같이 절삭 부위의 레이저 에너지 분포를 조절하거나 맞추는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 27의 상부에 나타나 있는 원형 레이저 스팟들(104, 104')은 중첩되어 합성 레이저 스팟(116)을 형성하고, 중첩하는 레이저 스팟들(104, 104') 맞은편의 대응하는 예시적인 에너지 분포(200)는 도 27의 바닥에 있는 도표에 나타나 있다. 에너지 분포(200)는 모든 레이저 빔들이 나타나 있는 합성 레이저 스팟(116)의 영역 내에 정점 내지 최대점(202)을 포함한다. 에너지 분포의 실제 형상은, 각각의 레이저 스팟의 개별적인 에너지 분포들, 각각의 레이저 스팟의 초점면의 거리 및 다른 요인들을 포함하는 몇몇 요인들에 따라 여기에 나타나 있는 형상과 다를 수 있다. 레이저 빔들(102, 102')은 레이저 광원들로부터 발산될 수 있는데, 이 레이저 광원들은 서로 함께 위치되고, 대체로 평행하게 절삭 부위를 향하여 뻗어나갈 수 있다(즉 2개의 레이저 빔들이 서로 10°이내의 투사각(α)을 가질 수 있음). 이는 도 24에 도시된 실시예와 어느 정도 상이하고, 여기서 레이저 빔들은, x 방향으로 이격되어 있고(함께 위치되지는 않음) 대체로 평행하지 않게 절삭 부위를 향하여 뻗어나가는, 레이저 광원들로부터 시작된다. 앞서 언급한 바와 같이, 레이저 빔들이 에지 영역(20)의 길이를 따라(x-축 방향으로) 이동하는 경우, 가이드 부재와 같이 시트 금속 피스의 길이방향 에지(112)를 사용하는 것이 이 방법으로 가능하다.
이러한 유형의 다중-레이저 또는 이중 빔 공정은, 도 9 내지 도 11 및 도 26에 도시되어 있는 용접 노치부와 같이 폭(W)에 걸쳐 일정하지 않거나 균일하지 않는 깊이(D)를 가진 용접 노치부(30)를 형성하는 것이 바람직한 경우에 유용할 수 있다. 예를 들어, 이러한 공정은, 합성 레이저 스팟(116)에서는 코팅 재료층(18), 중간 재료층(16) 및 베이스 재료층(14)의 재료를 제거할 수 있지만, 레이저 스팟들(104, 104')의 중첩하지 않는 부분에서는 코팅 재료층(18) 및/또는 중간 재료층(16)의 재료만을 제거할 수 있다. 중첩하는 레이저 스팟들은 앞서 설명된 다른 실시예들과도 결합하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 제 2 레이저 빔(102')은 0 이 아닌 투사각에 따라 시트 금속 피스(12)로 조사될 수 있다. 도 28에는 개별적인 레이저 스팟들이 원형인 이전의 예시와는 대조적으로, 개별적인 레이저 스팟들(104, 104')이 직사각형인 경우의 합성 레이저 스팟(116)이 도시되어 있다. 상이한 크기, 형상, 구성 등을 가지는 레이저 스팟들 내지 풋프린트들은 본 명세서에서 설명된 것에 추가하거나 이를 대신하여 사용될 수 있다.
도 29에는 레이저 절삭 공정의 다른 실시예가 도시되어 있고, 여기서 시트 금속 피스(12)는 롤 내지 코일로부터 제공되어, 복수의 레이저 광원(100, 100')을 지나서 기계 방향(부재번호없이 커다란 화살표로 지시됨)으로 이송된다. 레이저 광원(100, 100') 각각은 에지 영역(20) 상의 상이한 위치를 향하여 레이저 빔을 발산하고, 상이한 측면으로부터 그리고/또는 다른 레이저들과는 상이한 투사각(α)으로 레이저 빔을 발산할 수도 있다. 이 특정 예시에서, 기계 방향으로 이동할 때 시트 금속 피스에 의해 마주치는 제 1 레이저 빔과 제 2 레이저 빔은 주로 시트 금속 피스의 측면들(24, 26)로부터 재료를 제거할 수 있는 한편, 다음의 2개의 각진 레이저 빔들은 재응고된 돌출부(예컨대 도 25의 돌출부(114))들 또는 다른 재료 형성부들을 에지(28)로부터 제거할 수 있다. 에지 영역(20)에 있는 그 결과 생성되는 절삭부들은 용접 노치부들(30, 30')을 함께 구성한다. 도시된 공정은 용접 노치부들(30, 30')이 완비된 시트 금속 피스(12)를 하류 공정들로 즉시 이송하는데 유용할 수 있는데, 하류 공정에서는 시트 금속 피스가 절단되거나 전단될 수 있고, 그리고/또는 에지 영역(20)을 따라 다른 시트 금속 피스들과 접합될 수 있다.
앞서 설명된 실시예들 중 일부에 사용될 수 있는 하나의 잠재적인 기능(feature)은 공정 상태들을 모니터링하는 단계, 및 이에 응답하여 작동 파라미터들을 변경시키는 단계를 수반한다. 현재의 방법은, 모니터링된 공정 상태에서의 변동 내지 변화를 설명하기 위하여 특정 작동 파라미터들을 자동으로 조정하는, 폐쇄-루프 피드백 기능을 이용할 수 있고, 또는 이 방법은, 2가지 가능성을 언급하자면, 특정 작동 파마미터들이 증가하거나 다르게 변경되는 반복 공정을 활용할 수 있다. 예를 들어, 레이저 절삭 공정은 절삭 부위 내지 레이저 스팟(104)에 있는 재료의 흡수성(absorptivity) 또는 반사성(reflectivity)과 같은 시트 금속 피스(12)의 특징을 모니터링하도록 구성될 수 있다. 흡수성 또는 반사성이 정해진 양만큼 변하거나 정해진 양을 이탈하는 경우, 예컨대 레이저 빔이 새로운 재료층을 마주치는 경우에는, 이 방법은 펄스 주파수 및/또는 펄스 폭과 같은 레이저의 작동 파라미터를 조정할 수 있다. 이러한 동태적인 접근(dynamic approach)은 시트 금속 피스(12)의 여러 가지 재료층들이 현재의 방법에 의해 맞춰질 수 있는 상이한 최적 작동 파라미터들을 각각 가지는 경우에 유용할 수 있다. 예를 들어, 특정 펄스 주파수 및/또는 펄스 폭은 중간 재료층(16) 또는 베이스 재료층(14)을 제거하는 것보다 코팅 재료층(18)을 제거하는데 더욱 효과적일 수 있다. 현재의 방법은, 공정 상태들을 모니터링하여 작동 파라미터들을 적절히 변경시킴으로써, 레이저 빔(102)이 새로운 재료층에 도달하는 시간을 탐지할 수 있을 뿐만 아니라 이에 응답하여 새로운 재료층을 위한 최적의 작동 파라미터들을 실행할 수 있다.
앞서 설명된 실시예들 중 일부에 사용될 수 있는 다른 잠재적인 기술은, 도 12, 도 16, 도 21 및 도 24에 도시된 바와 같이 시트 금속 피스를 레이저 절삭 공정 동안 대체로 수직 배향으로 배열하는 단계를 수반한다. 이러한 수직 배향 때문에, 중력은 절삭 부위 근처의 용융된 재료를 원하는 방향으로 유동하게 할 수 있다. 예를 들어, 다음에 형성된 용접 조인트가 위치되기 용이한 곳인 시트 금속 피스의 에지(28)로부터 용융된 재료를 멀리 유동시키는 것이 바람직하다면, 참조 도면들과 유사한 수직 배향이 사용될 수 있다. 이는 용융된 코팅 재료가 에지(28)를 향하여 유동하여 거기서 응고될 가능성을 줄여주는데, 이러한 가능성은 그 에지를 따라 다음의 용접 공정들에서 문제가 될 수 있는 것이다. 그러나 시트 금속 피스는 완전히 수직일 필요는 없다. 어떤 경우에는, 재료가 제거되고 있는 에지 영역(20)이 시트 금속 피스의 잔여부보다 더 높이 위치되도록 시트 금속 피스가 배향되면 충분할 수 있다. 용접 노치부가 한번에 시트 금속 피스의 한쪽 측면 상에만 형성되는 경우, 시트 금속 피스(12)는 재료가 제거되고 있는 측면이 레이저 절삭 공정 동안 아래를 향하고 있도록 배향될 수 있어서, 초과 용융된 재료가 에지 영역(20)으로부터 흘러내리거나 멀리 유동한다.
용융된 재료가 용접되는 시트 금속 피스의 에지(28)를 따라 응고되는 것을 방지하는데 도움이 되는 유용한 다른 기술은, 공기(도 16 참조)나 다른 유체(예컨대 질소 또는 불활성 기체)의 고속 분사장치(118)를 레이저 스팟 또는 절삭 부위(104)의 위치에 제공하여 용융된 재료를 에지로부터 날려버리는 것이다. 도 16에서, 공기의 분사장치(118)는 시트 금속 피스 표면들을 넘어 위치되어서, 공기가 에지(28)를 향하는 방향으로(y 방향 아래쪽을 향하여) 유동하여 용융된 재료를 시트 금속 피스의 추가 코팅된(still-coated) 부분을 향하여 날려버린다. 공기의 분사장치(118)는 그 대신 또는 부가적으로 레이저 이동 방향으로(도 16의 x 방향 수평방향으로) 용접 노치부를 따라 향하고 있을 수 있다. 일 실시예에서, 복수의 분사장치(118)들은 에지 영역을 따라 향하고 있어서, 용융된 재료가 시트 금속 피스의 에지를 따라 응고되는 것을 방지하는데 도움이 된다. 개별적인 분사장치들은 서로에 대해 동일한 방향이나 상이한 방향 모두를 향하고 있을 수 있다. 선행하는 기술들 중 일부 역시 수평방향 배향상태로 배열된 시트 금속 피스들에 이용될 수 있다.
레이저 빔을 사용하여 코팅 재료로 된 하나 이상의 층들을 시트 금속 피스의 에지 영역을 따라 시트 금속 피스로부터 제거하는 다른 예시적인 공정에서, 이 공정은 또한 시트 금속 피스의 레이저 절단과정을 포함한다. 레이저 절단과정은 시트 금속을 2개 이상의 개별적인 피스들로 분리하기 위해서 보통은 펄스 에너지 모드(pulsed energy mode)가 아닌 연속 모드(continuous mode)인 비교적 고출력 레이저를 이용한다. 레이저 절단 공정에서, 레이저 빔은 충분한 에너지를 원하는 분리 위치에 있는 시트 금속 피스로 전달하여 베이스 재료층을 용융시키고 그리고/또는 증발시킨다. 공기나 다른 유체의 고속 분사장치는 레이저 빔을 뒤따라서, 용융된 재료를 시트 금속 피스로부터 날려버리고 새롭게 형성된 에지들 및 에지 영역들을 가진 2개의 개별적인 시트 금속 피스들로 효과적으로 분리할 수 있다. 이 공정은, 코팅 재료층 및/또는 중간 재료층에 대체로 재료가 없는 상태로 있는, 에지(도면 상 요소(28)) 및/또는 길이방향 코너(예컨대 도 22와 도 23의 참조 번호(112)에 위치되어 있음)가 생기게 하는 것으로 알려져 있다. 레이저 절단 공정으로 생산된 에지들을 따라 다음에 형성된 용접 조인트들은 종종, 기계적으로 전단된 에지들을 따라 형성된 용접 조인트들에 비해 현저하게 개선된 강도를 보여준다. 따라서 레이저 절단과정은 원치않는 성분들이 그 근처에서 다음에 형성된 용접 조인트들에 포함되는 것을 방지하는데 유용한 레이저 절삭 공정의 한 형태로 여겨질 수 있고, 코팅 재료로 된 하나 이상의 층을 제거하는 동안 시트 금속을 개별적인 블랭크들이나 다른 피스들로 동시에 절단하는 공정이다.
전술한 설명이 본 발명을 한정하는 것이 아니라 본 발명의 하나 이상의 바람직한 예시적인 실시예들에 관해 설명하는 것이라는 것은 이해되어야 한다. 본 발명은 본 명세서에 개시된 특정 실시예(들)로 제한되지 않고, 오히려 아래의 특허청구범위에 의해서만 한정된다. 더욱이, 전술한 설명에 포함되어 있는 내용들은 특정 실시예들에 관한 것이고, 용어나 문장들이 위에서 명백하게 정의된 경우를 제외하고는, 본 발명의 범위 또는 특허청구범위에서 사용된 용어들의 정의에 관한 제한사항으로 이해되어서는 않된다. 개시된 실시예(들)에 대한 여러 가지 다른 실시예들 및 여러 가지 변경들 및 수정들은 당해 기술분야에서의 통상의 기술자에게는 자명할 것이다. 이러한 다른 실시예들, 변경들 및 수정들 모두는 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 있는 것으로 의도되어 있다.
본 명세서와 특허청구범위에서 사용되는 바와 같이, "예컨대(for example)", "예를 들자면(e.g.)", "예를 들어(for instance)", "~와 같은(such as)" 및 "~와 유사한(like)"과 같은 용어들, 및 "구비하는(comprising)", "가지는(having)", "포함하는(including)" 및 다른 동사의 형태들은 제약을 두지 않는 것으로서 각각 이해되어야 하는데, 이는 하나 이상의 성분들이나 다른 항목들의 나열과 결합되어 사용될 때 이러한 나열이 다른 부가적인 성분들이나 항목들을 배제하는 것으로 이해되어서는 안되는 것을 의미한다. 다른 용어들은 다른 해석을 필요로 하는 문맥에서 사용되는 경우가 아니라면, 그 최광의의 합리적인 의미를 사용한 것으로 이해되어야 한다.

Claims (19)

  1. 용접 공정에서 사용하기 위한 시트 금속 피스(12)로서,
    베이스 재료층(14);
    코팅 재료층(18);
    베이스 재료층과 코팅 재료층 사이에 위치되고, 베이스 재료층과 코팅 재료층 각각의 적어도 하나의 성분을 가지는 금속간 화합물을 포함하는 중간 재료층(16); 및
    용접되는 시트 금속 피스의 에지(28)를 따라 위치되고, 용접 노치면(32, 34)에 의해 적어도 부분적으로 구획된 용접 노치부(30)를 포함하는 에지 영역(20);을
    구비하고,
    용접 노치부는 폭(W)에 걸쳐 다른 깊이(D)를 가져서, 용접 노치부의 평균 깊이가 시트 금속 피스의 에지 쪽에서 최대가 되고, 시트 금속 피스의 에지에서 코팅 재료층과 중간 재료층 모두의 재료가 완전히 제거되는 것을 특징으로 하는 시트 금속 피스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    용접 노치부(30)는 서로 교차하는 제 1 노치면(32)과 제 2 노치면(34)에 의해 구획되고, 제 1 노치면(32)은 코팅 재료층(18)과 중간 재료층(16) 모두의 재료를 포함하고, 제 2 노치면(34)은 중간 재료층(16) 또는 베이스 재료층(14) 중 적어도 하나의 재료를 포함하고, 제 1 노치면과 제 2 노치면은 중간 재료층 또는 베이스 재료층 중 적어도 하나에 위치되는 에지(36)를 따라 서로 교차하는 것을 특징으로 하는 시트 금속 피스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    용접 노치부(30)는 시트 금속 피스(12)의 제 2 용접 노치면(34)과 에지(28) 모두와 교차하는 제 3 용접 노치면(38)에 의해 더 구획되고, 제 3 용접 노치면은 용접 노치부 내부에 배열되어서, 시트 금속 피스의 에지의 아래로 도말되는(smeared) 코팅 재료층(18) 또는 중간 재료층(16) 중 적어도 하나의 재료가 제거되는 것을 특징으로 하는 시트 금속 피스.
  4. 제 1 항에 있어서,
    용접 노치면(32, 34)은 코팅 재료층(18)과 중간 재료층(16) 모두의 재료를 포함하고, 시트 금속 피스(12)의 에지(28)와 교차하는 것을 특징으로 하는 시트 금속 피스.
  5. 제 4 항에 있어서,
    용접 노치부(30)는 곡선형인 굴곡진 용접 노치면(32)에 의해 적어도 부분적으로 구획되고, 굴곡진 용접 노치면은 코팅 재료층(18)과 중간 재료층(16) 모두의 재료를 포함하고 시트 금속 피스(12)의 에지(28)와 교차하는 것을 특징으로 하는 시트 금속 피스.
  6. 제 4 항에 있어서,
    용접 노치부(30)는 평면인 모따기된 용접 노치면(32, 34)에 의해 적어도 부분적으로 구획되고, 모따기된 용접 노치면은 코팅 재료층(18)과 중간 재료층(16) 모두의 재료를 포함하고 시트 금속 피스(12)의 에지(28)와 교차하는 것을 특징으로 하는 시트 금속 피스.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    용접 노치부(30)는 시트 금속 피스(12)의 한쪽 측면(24)을 따라 위치되고, 에지 영역(20)은 시트 금속 피스의 반대쪽 측면(26)을 따라 위치된 부가적인 용접 노치부(30')를 더 구비해서, 2개의 용접 노치부들이 시트 금속 피스의 두께(T)에 걸쳐 서로 반대쪽을 향하는 것을 특징으로 하는 시트 금속 피스.
  9. 용접 노치부(30)를 시트 금속 피스(12)에 형성하는 방법으로서,
    (a) 베이스 재료층(14), 베이스 재료층의 적어도 일 부분을 덮는 중간 재료층(16), 및 중간 재료층의 적어도 일 부분을 덮는 코팅 재료층(18)을 포함하는 복수의 재료층들(14, 16, 18)을 에지 영역(20)에 가지는 시트 금속 피스를 제공하는 단계;
    (b) 레이저 빔(102)을 시트 금속 피스의 에지 영역을 향하여 조사하는 단계; 및
    (c) 용접 노치부를 형성하기 위하여, 레이저 빔으로 시트 금속 피스의 에지 영역에 있는 복수의 재료층들 중 적어도 하나로부터 재료를 제거하는 단계;
    를 구비하고,
    용접 노치부는 용접 노치면(32, 34)을 포함하고, 폭(W)에 걸쳐 다른 깊이(D)를 가져서, 용접 노치부의 평균 깊이가 시트 금속 피스의 에지 쪽에서 최대가 되고, 시트 금속 피스의 에지에서 코팅 재료층과 중간 재료층 모두의 재료가 완전히 제거되는 것을 특징으로 하는 용접 노치부(30)를 시트 금속 피스(12)에 형성하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    (b) 단계는 레이저 빔을 시트 금속 피스의 측면(24)과 에지면(28) 모두에 입사하기 위하여, 0 보다 큰 투사각(α)에 따라 시트 금속 피스(12)의 에지 영역(20)을 향하여 레이저 빔(102)을 조사하는 단계를 더 구비하고,
    (c) 단계는 단일의 레이저 빔을 이용하여 시트 금속 피스의 측면과 에지면 모두 위에 있는 복수의 재료층들(14, 16, 18) 중 적어도 하나로부터 재료를 동시에 제거하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 용접 노치부(30)를 시트 금속 피스(12)에 형성하는 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    (b) 단계는 시트 금속 피스(12)의 에지 영역(20)을 향하여 제 1 레이저 빔(102)과 제 2 레이저 빔(102')을 조사하는 단계를 더 구비하고,
    (c) 단계는 제 1 레이저 빔과 제 2 레이저 빔으로 시트 금속 피스의 에지 영역에 있는 복수의 재료층들(14, 16, 18) 중 적어도 하나로부터 재료를 제거하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 용접 노치부(30)를 시트 금속 피스(12)에 형성하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    제 1 레이저 빔(102)과 제 2 레이저 빔(102')은 시트 금속 피스(12)의 반대쪽을 향하는 측면들(24, 26) 상에 있고, 제 1 레이저 빔과 제 2 레이저 빔은 시트 금속 피스의 반대쪽을 향하는 측면들 상에 각각 제 1 용접 노치부(30)와 제 2 용접 노치부(30')를 형성해서, 2개의 용접 노치부들이 시트 금속 피스의 두께(T)에 걸쳐 서로 반대쪽을 향하는 것을 특징으로 하는 용접 노치부(30)를 시트 금속 피스(12)에 형성하는 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    제 1 레이저 빔(102)과 제 2 레이저 빔(102')은 시트 금속 피스(12)의 동일한 측면(24) 상에 있고 동일한 위치에서 에지 영역(20)에 입사되고, 제 1 레이저 빔과 제 2 레이저 빔은 공통 용접 노치부(30)를 형성하기 위해서 서로 상호작용하는 것을 특징으로 하는 용접 노치부(30)를 시트 금속 피스(12)에 형성하는 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    제 1 레이저 빔(102)은 시트 금속 피스(12)의 에지 영역(20)에 있는 복수의 재료층들(14, 16, 18) 중 적어도 하나로부터 재료를 제거하고, 동시에 돌출부(114)를 형성하고,
    제 2 레이저 빔(102')은 돌출부가 재응고되거나 부분적으로 재응고되면 돌출부로부터 재료를 제거하는 것을 특징으로 하는 용접 노치부(30)를 시트 금속 피스(12)에 형성하는 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    제 1 레이저 빔(102)은 시트 금속 피스(12)의 측면(24) 상에 있는 복수의 재료층들(14, 16, 18) 중 적어도 하나로부터 재료를 제거하고,
    제 2 레이저 빔(102')은 시트 금속 피스의 에지면(28) 상에 있는 복수의 재료층들 중 적어도 하나로부터 재료를 제거하는 것을 특징으로 하는 용접 노치부(30)를 시트 금속 피스(12)에 형성하는 방법.
  16. 제 11 항에 있어서,
    제 1 레이저 빔(102)은 제 1 투사각(α)에 따라 에지 영역(20)을 향하여 조사되고, 제 2 레이저 빔(102')은 제 2 투사각(α')에 따라 에지 영역을 향하여 조사되고,
    제 1 투사각(α)과 제 2 투사각(α')은 서로 상이하고, 에지 영역의 상이한 구역들로부터 재료를 제거하도록 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 용접 노치부(30)를 시트 금속 피스(12)에 형성하는 방법.
  17. 제 11 항에 있어서,
    제 1 레이저 빔(102)과 제 2 레이저 빔(102')은 시트 금속 피스(12)의 에지 영역(20)에 입사되고, 결합 에너지가 최대인 합성 레이저 스팟(116)에서 적어도 부분적으로 중첩되고,
    합성 레이저 스팟의 위치는 에지 영역에서의 레이저 에너지 분포를 조절하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 용접 노치부(30)를 시트 금속 피스(12)에 형성하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    합성 레이저 스팟(116)의 위치는, 시트 금속 피스(12)의 측면(24)과 에지면(28) 사이에서 길이방향 에지 내지 코너를 적어도 부분적으로 커버하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 용접 노치부(30)를 시트 금속 피스(12)에 형성하는 방법.
  19. 제 9 항에 있어서,
    용융된 재료를 에지 영역(20)으로부터 날려버리기 위하여, 레이저 빔(102)이 복수의 재료층들(14, 16, 18) 중 적어도 하나로부터 재료를 제거하는 위치에 공기나 다른 유체의 고속 분사장치(118)를 제공하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 용접 노치부(30)를 시트 금속 피스(12)에 형성하는 방법.
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