CN103547406A - 汽车用结构部件 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于得到刚度优异的汽车用结构部件，汽车用结构部件(1)中，将截面形状为大致帽形形状的框架部件(3)的凸缘部(3a)、和与凸缘部(3a)相对地配置的面板部件(5)焊接在一起而构成闭合截面，结构其特征在于，以如下坐标系来表示焊接位置坐标：使凸缘部(3a)与面板部件(5)的接触位置的端部为0，使凸缘部(3a)的凸缘外端侧为负，使大致帽形形状中的纵壁侧为正，当使将大致帽形形状中的纵壁部(3b)和凸缘部(3a)连接起来的圆弧状部(3c)的半径为R(mm)、使能够焊接的间隙量为a(mm)时，通过单侧焊接方法在以下式表示的焊接位置X处进行连续焊接：
Figure DPA0000179613860000011
其中，R≥2。

Description

汽车用结构部件
技术领域
本发明涉及由薄钢板制造的汽车用结构部件，尤其涉及对车身的刚度产生很大影响的汽车用结构部件。 
背景技术
图8A是以往的汽车用结构部件的俯视图。图8B是该汽车用结构部件的剖视图。图9是图8B所示的A部分的放大图。通常，如图8B所示，汽车用结构部件通过将具有凸缘部3a且截面形状为大致帽形截面形状的框架部件3、和其他框架部件或面板部件5焊接在一起而以构成闭合截面的方式制造。以往，这样的汽车用结构部件11通过电阻点焊使框架部件3的凸缘部3a与其他框架部件或面板部件5接合，由此进行制造。 
在电阻点焊(以下称为点焊)中，点焊用电极直径较大，需要使电极相对于凸缘部3a垂直地抵接而加压。因此，在产品中设置25mm宽度左右的凸缘部3a，并对宽度中央部进行焊接，由此，使凸缘部3a与其他框架部件或面板部件5接合。 
相对于此，通过激光焊接或将激光焊接和熔化电极式的电弧焊接组合而成的激光电弧复合焊接等的连续焊接，能够对平坦的凸缘部3a与和纵壁部3b相连的圆弧状部3c的边界位置(凸缘部3a与面板部件5的接触端部)进行焊接。 
在专利文献1中记载有如下技术：使用激光电弧复合焊接，在从凸缘部3a与面板部件5的接触端部朝向纵壁部3b的方向(圆弧状部3c侧)的不足1.5mm的范围内进行连续焊接。 
现有技术文献 
专利文献 
专利文献1：日本特开2010-253545号公报(参照图10A～图11) 
发明内容
在对凸缘部3a的中央部进行了点焊的汽车用结构部件中，如图8A所示，相邻的点焊部13之间为非焊接部。另外，焊接位置为凸缘部3a的宽度中央部，且比与纵壁部3b相连的圆弧状部3c的边界位置(凸缘部3a与面板部件5的接触端部)位于外侧。因此，如图9所示，在点焊部13、框架部件3的圆弧状部3c、和与框架部件3相对地焊接接合的面板部件5之间形成的间隙部s(间隙的水平长度)包含平面状的间隙部s’，为较大的间隙。因此，当汽车用结构部件11受到扭转等变形时，凸缘部3a与面板部件5的接触端部开口而导致部件刚度明显下降。 
图10A是专利文献1所公开那样的、对凸缘部3a与面板部件5的接触端部附近进行连续焊接而成的汽车用结构部件的俯视图。图10B是该汽车用结构部件的剖视图。图11是图10B所示的A部分的放大图。在通过连续焊接而制造的汽车用结构部件的情况下，不会如点焊的情况那样在多点焊接方向的焊接位置与焊接位置之间存在非焊接部。 
但是，在专利文献1所公开的汽车用结构部件21中，在从凸缘部3a的与面板部件5的接触端部朝向纵壁部3b的方向(圆弧状部3c侧)的不足1.5mm的范围内进行连续焊接。因此，虽然未达到上述点焊的程度，但焊接部23与纵壁部3b之间的间隙部s的距离也较长。其结果为，当汽车用结构部件21受到扭转等变形时，该间隙部s的部位发生变形而导致部件的刚度下降。尤其在大致帽形截面形状的框架部件3的圆弧状部3c的半径较大的情况下，由于上述间隙部s延长，所以导致部件的刚度明显下降。 
本发明是鉴于上述情况而研发的，其目的在于提供一种刚度优异的汽车用结构部件。 
在专利文献1中，从凸缘部3a的与面板部件5的接触端部朝向 纵壁部3b的方向(圆弧状部3c的内侧)在不足1.5mm的范围内进行连续焊接的目的在于，防止在合金化熔融镀锌钢板的焊接时形成气泡，以及防止伴随着焊接中的热收缩的应变变形。即，在专利文献1中，着眼于焊接时而确定上述的进行连续焊接的位置，没有研究焊接后的汽车用结构部件的刚度。本发明的发明人着眼于焊接后的汽车用结构部件的刚度，锐意研究了在怎样的位置进行焊接而有助于提高汽车用结构部件的刚度，从而想出本发明。 
为了解决上述课题而实现目的，在本发明的汽车用结构部件中，将截面形状为大致帽形形状的框架部件的凸缘部、和与该凸缘部相对地配置的其他框架部件或面板部件焊接在一起而构成闭合截面，该汽车用结构部件的特征在于，以如下坐标系来表示焊接位置坐标：使上述凸缘部与上述其他框架部件或面板部件的接触位置的端部为0，使上述凸缘部的凸缘外端侧为负，使上述大致帽形形状中的纵壁侧为正，当使将上述大致帽形形状中的纵壁部和凸缘部连接起来的圆弧状部的半径为R(mm)、使能够焊接的间隙量为a(mm)时，通过单侧焊接方法在以下式表示的焊接位置X处进行连续焊接： 
其中，R≥2。 
本发明的汽车用结构部件的特征在于，在上述发明中，上述单侧焊接方法为激光电弧复合焊接方法，通过单侧焊接方法在以下式表示的焊接位置X处进行连续焊接： 
其中，R≥2。 
发明效果 
根据本发明，能够提高汽车用结构部件的刚度。 
附图说明
图1A是表示本发明的一个实施方式的汽车用结构部件的概略结构的俯视图。 
图1B是表示本发明的一个实施方式的汽车用结构部件的概略结构的剖视图。 
图2是图1B的A部分的放大图。 
图3是用于说明本发明的一个实施方式中的焊接位置的坐标的说明图。 
图4是本发明的一个实施方式中的焊接位置的求出方法的说明图。 
图5是在用于确认本发明的效果的试验中使用的试验片的说明图。 
图6是用于确认本发明的效果的试验方法的说明图。 
图7是用于确认本发明的效果的试验结果的图表。 
图8A是通过点焊而制造的汽车用结构部件的俯视图。 
图8B是通过点焊而制造的汽车用结构部件的剖视图。 
图9是图8B的A部分的放大图。 
图10A是通过连续焊接而制造的汽车用结构部件的俯视图。 
图10B是通过连续焊接而制造的汽车用结构部件的剖视图。 
图11是图10B的A部分的放大图。 
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的一个实施方式。此外，不通过该实施方式来限定本发明。另外，在附图的记载中，对相同部分标注相同附图标记而示出。 
图1A是本实施方式的汽车用结构部件的俯视图。图1B是该汽车用结构部件的剖视图。图2是图1B所示的A部分的放大图。如图1A、1B所示，本实施方式的汽车用结构部件1通过对截面形状为大致帽形形状的框架部件3的凸缘部3a、和与该凸缘部3a相对地配置的面板部件5在焊接部7进行连续焊接而以构成闭合截面的方式制造。 
在本实施方式中，如图2所示，在大致帽形截面形状的框架部件3中的纵壁部3b与凸缘部3a之间的圆弧状部3c处，在比凸缘部3a的与面板部件5的接触端部更靠圆弧状部3c的位置进行焊接。焊 接位置的详细情况在后叙述。 
作为连续焊接的方法，只要使用激光焊接、激光电弧复合焊接等能够从单侧进行焊接的方法即可，其中，激光电弧复合焊接同时采用激光焊接和使用了熔化式电极的电弧焊接。但是，能够焊接的板间的间隙量a根据焊接方法而分别存在不同的极限值，因此，在适用本发明时，只要根据焊接位置处的板间的间隙量a来选定焊接方法即可。 
在将激光焊接和电弧焊接组合而成的激光电弧复合焊接中，由于向接合部供给熔融的焊条，所以与单独采用激光焊接的焊接方法相比，即使板间的间隙量a较大也能够进行焊接。已知通过激光电弧复合焊接能够进行焊接的间隙量a在实验中为1mm左右。 
图3是用于说明本发明的一个实施方式中的焊接位置的坐标的图。如图3所示，通过以下坐标系来表示焊接位置坐标：使凸缘部3a与面板部件5的接触位置的端部(接触端部)为0，使凸缘部3a的凸缘外端侧为(-)，使上述大致帽形形状中的纵壁侧为(+)。使将大致帽形形状中的纵壁部3b和凸缘部3a连接起来的圆弧状部3c的半径为R(mm)，使能够焊接的间隙量为a(mm)。此时，本实施方式的汽车用结构部件1的特征在于，通过单侧焊接方法对以下式表示的焊接位置X进行连续焊接： 
Figure BPA0000179613890000051
其中，R≥2。 
使焊接位置X大于1.5mm的原因在于，如后述的实施例所示，通过使焊接位置X超过1.5mm，汽车用结构部件1的刚度急剧提高。 
另外，将焊接位置X设定成
Figure BPA0000179613890000052
以下的原因如下。即，关于焊接位置X，如通过后述的实施例而验证那样，从提高刚度的观点出发，在尽可能比凸缘部3a与面板部件5的接触端部更靠近纵壁部3b的位置进行焊接是有利的。但是，由于根据焊接方法来确定能够焊接的板间的间隙量a，所以将与能够焊接的间隙量a对应的位置作为上限值。从提高汽车用结构部件1的刚度的观点出发，在接近上限值的位置进行焊接很重要。 
基于图4说明焊接位置X的上限值即
Figure BPA0000179613890000061
的求出方法。图4是用于说明本发明的一个实施方式中的焊接位置的求出方法的图。图4中虚线所示的圆B是包含截面形状为大致帽形形状的框架部件3的圆弧状部3c的圆B(参照图3)，该圆弧状部3c将框架部件3的纵壁部3b和凸缘部3a连接起来。若使能够焊接的板间的间隙量为a，则由图4可知，存在(R-a)2+X2=R2的关系，在该式中对X求解，则
Figure BPA0000179613890000062
使与该间隙量a对应的X为焊接位置的上限值。 
已知通过激光电弧复合焊接能够进行焊接的间隙量a在实验中为1mm左右。因此，若使大致帽形截面形状的框架部件3的圆弧状部3c的半径为R(mm)，则通过在
Figure BPA0000179613890000063
中代入a=1，可知使框架部件3的凸缘部3a与和该凸缘部3a相对地焊接的部件的平坦部之间的板间的间隙量a为1mm以内的范围而得到
Figure BPA0000179613890000064
反而言之，由于在从凸缘部3a与面板部件5的接触端部开始到
Figure BPA0000179613890000065
以下的范围内，与和框架部件3的凸缘部3a相对并焊接的面板部件5的平坦部之间的板间的间隙量a为1mm以内，因此，能够通过激光电弧复合焊接进行焊接。 
如以上说明那样，由于本实施方式的汽车用结构部件在比凸缘部3a与面板部件5的接触端部更靠圆弧状部的位置进行焊接，所以在框架部件3与和该框架部件3相对地焊接的面板部件5之间形成的间隙部s较小。因此，在对汽车用结构部件1作用有载荷而发生变形时，能够抑制间隙部s开口而提高汽车用结构部件1的刚度。 
另外，适用了本发明的汽车用结构部件1的汽车车身的刚度较高且操纵稳定性优异，并且，能够对为了实现轻量化而薄壁化的汽车用结构部件的刚度下降进行补偿，因此也能够有助于车身的轻量化。 
上述实施方式仅是用于实施本发明的例子，本发明不限定于此，从上述记载可知，根据规格等进行的各种变形也包含在本发明的范围内，而且，在本发明的范围内，也能够实施其他各种实施方式。 
此外，本发明的效果不受热轧钢板、冷轧钢板、电镀钢板等钢 种的影响。 
在上述例子中，作为焊接在截面形状为大致帽形形状的框架部件3上的部件而例示了面板部件5，但也可以取代面板部件5而焊接其他框架部件。 
(实施例) 
使用大致帽形截面形状的汽车用结构部件的试验片，实施扭转试验而验证了本发明的效果。图5是用于说明在本试验中使用的试验片的图。如图5所示，在试验中使用的试验片是长度方向800mm的直部件，夹在帽形截面中的凸缘部3a与纵壁部3b之间的圆弧状部3c的半径为10mm，凸缘宽度为25mm。 
用于试验片的素材为1.6mm厚的拉伸强度270MPa级的冷轧钢板。图6是用于说明本试验方法的图。如图6所示，将试验片的一端部完全固定，对相反侧的端部施加0.2kNm的转矩，测量此时产生的旋转角并计算出刚度值。 
在连续焊接中，使用激光电弧复合焊接，使焊接位置在从“凸缘部3a的宽度方向中央部”到“距离凸缘部3a与盖板的接触端部6mm的位置”的范围内变更，并通过扭转刚度试验测定了刚度值。 
表1示出焊接位置与板间的间隙及焊接质量的关系。此外，表1中的“焊接位置”表示从凸缘部3a与盖板的接触端部朝向纵壁部3b方向的距离。 
(表1) 
Figure BPA0000179613890000071
另外，图7示出刚度试验的试验结果。图7是试验结果的图表。 横轴表示焊接位置，纵轴表示扭转刚度比。扭转刚度比表示，当作为比较例使对凸缘部3a的宽度中央部进行点焊的试验片的扭转刚度值为1时，各试验片的刚度比。 
如图7所示，通过对凸缘部3a的宽度中央部进行连续焊接，刚度比上升了5％左右。另外，通过使焊接位置从凸缘部3a的宽度中央部接近至凸缘部3a与盖板的接触端部，刚度比缓慢上升。另外，在从凸缘部3a与盖板的接触端部(0mm)向纵壁部3b侧的直到1.5mm左右的位置处，刚度比饱和。 
而且，在1.5mm～4mm的范围内，刚度比急剧增加。由此，考虑 
Figure BPA0000179613890000081
的情况，验证了本发明的提高刚度的效果。 
此外，如表1所示，还尝试了在距离凸缘部3a与盖板的接触端部5mm、6mm的焊接位置处进行连续焊接，但如表1所示，板间的间隙量较大，产生未焊满或烧穿等焊接不良。这表示，必须使焊接位置的板间距离在能够焊接的间隙量a(=1mm)以内。 
工业实用性 
本发明能够适用于由薄钢板制造、且对车身的刚度产生很大影响的汽车用结构部件。 
附图标记说明 
s  间隙部 
1  汽车用结构部件 
3  框架部件 
3a  凸缘部 
3b  纵壁部 
3c  圆弧状部 
5  面板部件 
7  焊接部 
11  汽车用结构部件(以往例) 
13  点焊部 
21  汽车用结构部件(以往例) 
23  焊接部 

Claims (2)

1.一种汽车用结构部件，将截面形状为大致帽形形状的框架部件的凸缘部、和与该凸缘部相对地配置的其他框架部件或面板部件焊接在一起而构成闭合截面，其特征在于，
以如下坐标系来表示焊接位置坐标：使所述凸缘部与所述其他框架部件或面板部件的接触位置的端部为0、使所述凸缘部的凸缘外端侧为负、使所述大致帽形形状中的纵壁侧为正，当使将所述大致帽形形状中的纵壁部和凸缘部连接起来的圆弧状部的半径为R(mm)、使能够焊接的间隙量为a(mm)时，通过单侧焊接方法在以下式表示的焊接位置X处进行连续焊接：
Figure FPA0000179613880000011
其中，R≥2。
2.如权利要求1所述的汽车用结构部件，其特征在于，所述单侧焊接方法为激光电弧复合焊接方法，通过单侧焊接方法在以下式表示的焊接位置X处进行连续焊接：
Figure FPA0000179613880000012
其中，R≥2。
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