CN103958110B - 电阻点焊接头 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种高强度的电阻点焊接头，相对于两片钢板以上的板组，使熔核的偏析降低并使得难以产生龟裂，由此抑制剥离断裂，且不会使其软化。薄钢板的电阻点焊接头的特征在于，当将薄钢板构成的熔核的直径设为d时，在被固相焊接环区围起的熔核的水平面上，对存在于由朝向熔核内部方向距熔融部端部的距离为d/100的闭曲线、与朝向熔核内部方向距熔融部端部的距离为d/5的闭曲线包围的熔核内的区域的P的量的分布状态进行面分析，P的浓度m(质量百分比)超过母材组分的P的浓度M(质量百分比)的2倍的面积比率为5％以下。

Description

电阻点焊接头

技术领域

本发明涉及通过作为重叠电阻焊接法中的一种的电阻点焊的方式而形成的、拉伸强度优越的接头。

背景技术

近年来，为了兼顾实现车身的高可靠性、以及以削减废气排放物为目的的车身重量的减轻，推进了钢板的高强度化。通过采用高强度钢板，与现有的钢材相比，即便使车身薄壁化、轻量化，也能够获得相同程度的车身刚性，然而，却被指出了几个问题。其中之一为，车身组装时的焊接部的品质随着高强度化的推进而降低。

如图1所示，对于电阻点焊的方式而言，利用上下一对电极端部(下侧的电极端部4与上侧的电极端部5)对重叠的两片以上的钢板(此处，为下侧钢板1与上侧钢板2的两片钢板)的板组3进行夹持，并通过加压、通电而使该板组3熔融，形成所需尺寸的熔核6，从而获得焊接接头。

对于以上述方式获得的接头的品质而言，通过判断是否能够获得足够的熔核直径的方式、或者根据剪切拉伸强度(在接头的剪切方向上实施拉伸试验时的强度)、十字拉伸强度(在接头的剥离方向上实施拉伸试验时的强度)、或者疲劳强度等而进行评价。其中，剪切拉伸强度、十字拉伸强度那样的静态强度作为焊接接头的品质的指标而得到异常的重视。

其中，点焊部的拉伸剪切强度呈现出随着钢板的拉伸强度的增强而增强的趋势。但是，十字拉伸强度却与钢板的拉伸强度的增强无关，几乎不增强，反而减弱。能够想到其原因如下：为了使高强度钢板实现所需强度，不得不增大由数学式(1)等表示的碳当量Ceq，除此之外，焊接为骤热骤冷现象，因此，在焊接部以及热影响部，硬度上升而韧性下降。

Ceq＝C+1/24×Si+1/6×Mn(％)······(1)

此处，％意味着质量百分比。

在使用高强度钢板时，为了确保接头强度，根据焊接法的观点，能够想到增加焊点(welding spot)数量、扩大熔核直径。但是，若增加焊点数量，则分流的影响会增大，除此之外，还会导致作业时间的增加，从而导致生产率变差。另外，为了扩大熔核直径而必须使电极增大，为了防止焊接金属的飞溅(四溅、散落)而必须增加加压力，从而，除了装置受到制约的缺点以外，还存在因热影响部扩大而导致母材的性状受损的缺点。

因此，以与现有情况相比相同、或者更少的焊点数量以及更小的熔核直径而进行了确保强度的各种各样的尝试。作为该尝试，大多考虑如下的回火通电的方式：在使焊接部凝固、改变状态一次之后再次对该焊接部进行加热，由此使熔核以及HAZ部分软化。这是为了实现熔核韧性的提高、焊接部附近的应力集中的缓和、且实现接头部的强度的提高。

因此，对于接头的品质保证而言，多数研究都着眼于硬度。作为其中的一个例子，专利文献1、专利文献2中是对熔核以及热影响部的硬度进行测量，并使该值落入恒定的范围，由此能够保证接头部的高强度。

专利文献1：日本特开2008-229720号公报

专利文献2：日本特开2009-001839号公报

然而，有人指出硬度的降低会使剪切拉伸强度下降，因此，硬度指标未必是最佳指标。因此，为了确保电阻点焊接头的接头强度，硬度以外的指标是必不可少的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电阻点焊接头，在针对包括高强度钢板的板组的电阻点焊过程中，能够解决上述问题，并能够根据不依存于硬度的指标而确保接头强度。

为了解决上述课题，本发明的发明者们对包括高张力钢板的板组的十字拉伸强度优越的电阻点焊接头进行了专心研究。

首先，使用拉伸强度为980MPa级的双相钢，对接头强度的决定因素进行了研究。此外，如上所述，呈现出如下趋势：在代表电阻点焊的接头强度的静态强度的拉伸剪切强度与十字拉伸强度中，拉伸剪切强度与钢板的高强度化相应地提高，另一方面，十字拉伸强度却降低。因此，更加重视十字拉伸强度而进行了研究。

此处，已知如下常识：电阻点焊接头的十字拉伸强度与断裂形态之间存在关联，低强度焊接接头会产生与钢板平行地断裂的剥离断裂，随着强度的提高，会朝插塞式(plug)断裂变化，该插塞式断裂是以一方的钢板残留为纽扣状(button)而其余钢板则脱落的方式断裂。即，为了确保接头强度，抑制剥离断裂至关重要。剥离断裂现象是因断裂在熔核中发展所致，因此，针对给熔核组织以及金属元素的偏析状态的断裂带来的影响进行了研究。

其中，获得如下见解，即：熔核的偏析的形态可能成为产生龟裂的重要因素。在对各种条件进行研究之后发现：在形成熔核以后，对其进行冷却，然后再次进行通电，由此会使得枝(dendrite)状组织发生变化。通过数值解析的方式进行评价可知：有时马氏体在上述的冷却时间并未开始变态。

在对各种条件进行研究的过程中发现：通过再次加热直至枝状组织消失的程度为止，虽然熔核直径并未变化，但是，却能够从以往的剥离断裂转变为插塞式断裂，从而能够提高十字拉伸强度。该接头在熔核的硬度方面并未发生变化，与仅进行主通电的情况相比，金属组织也未产生大幅的差异。

通过基于FE－EPMA(电场释放型电子探测器微量分析器)对该枝构造的变化进行详细分析而明确可知：熔核的金属成分中的、特别是P的分布状态产生变化。对于现有的接头而言，能够观察到如下部分：与枝状组织对应出现P的峰值，并且，与母材组织相比，其浓度达到2倍～10倍。另一方面，明确可知：对于枝状组织减少、消失的部分而言，与母材组织相比，P的浓度大致处于2倍以下的范围。

根据该事实，本发明的发明者们得到如下见解，即：为了确保熔核的强度，特别需要使距容易导致龟裂的固相焊接环区(corona bond)端部的距离为某种程度的范围内的P的浓度分布处于较低的水准。

本发明根据上述的见解而完成，其具有以下特征。

(1)一种电阻点焊接头，其是用于薄钢板的电阻点焊接头，其特征在于，

当将薄钢板构成的熔核的直径设为d时，在被固相焊接环区包围的熔核的水平面上，

对存在于由朝向熔核内部方向距熔融部端部的距离为d/100的闭曲线、与朝向熔核内部方向距熔融部端部的距离为d/5的闭曲线包围的熔核内的区域的P的量的分布状态进行面分析，P的浓度m(质量百分比)超过母材组分的P的浓度M(质量百分比)的2倍的面积比率为5％以下。

(2)根据(1)所记载的电阻点焊接头，其特征在于，

上述薄钢板的片数为3片以上。

根据本发明，能够一种提供高强度的电阻点焊接头，相对于包括至少一片以上的高张力钢板的两片以上的板组，使熔核的偏析降低并使得难以产生龟裂，由此能够抑制剥离断裂，且不会使其软化。

附图说明

图1是本发明的一实施方式所涉及的电阻点焊方法的示意图。

图2是示出熔核与分析测量范围的示意图。

图3是示出对3片钢板的板组的情况下的母材组分的P(磷)的浓度M的评价的图。

图4是示出3片钢板的板组的情况下的母材组分的固相焊接环区的示意图。

图5是示出电极的形状的截面的示意图(在实施例中使用的电极)。

图6是示出本发明的一实施方式中的焊接时间与电流的关系的示意图。

具体实施方式

根据附图对本发明的一实施方式进行说明。

在形成本发明所涉及的焊接接头时能够优选使用的焊接装置，只要具备上下一对电极端部、并具有下述的加压力控制装置以及焊接电流控制装置即可，对于加压机构(气缸、伺服马达等)、电流控制机构(交流、直流等)、形式(固定设置式、焊接机器人等)等并未进行特殊限定，其中，上述加压力控制装置以及焊接电流控制装置能够对利用一对电极端部进行焊接的部分进行夹持、加压、通电、且能够在焊接过程中分别对加压力、焊接电流任意地进行控制。

对于该接头而言，当将某两片薄钢板构成的熔核的直径设为d时，在被固相焊接环区包围的熔核的水平面上，对自熔融部端部起存在于熔核内部方向上的P的量的分布状态进行面分析，从而对P的量进行评价。但是，由于能够理解为点焊是以轴为中心而对称的，所以只要处于该范围，可以选择性地限定范围而进行评价。将由距离为d/100的闭曲线与距离为d/5的闭曲线包围的熔核内的区域与用于进行评价的各长度的位置关系一同示于图2。在图2中，闭曲线(d/100)以及闭曲线(d/5)分别表示朝向熔核内部方向距熔融部端部的距离为d/100的闭曲线以及朝向熔核内部方向距熔融部端部的距离为d/5的闭曲线。由于该图为示意图，因此作为正圆而示出，但是，当实施时存在略微不同的情况，可以近似于正圆，未必一定是严格意义上的正圆。

此处，之所以设定为被固相焊接环区包围的熔核的面上，能够想到如下理由：由于固相焊接环区的强度通常较低，所以，在进行拉伸试验时，最初会产生剥离而成为相对于熔核的龟裂开口端，从而最适合用于进行评价。然而，有时会因固相焊接环区的强度等而导致龟裂方向在上下方向上出现偏差，因此，可以将自高度与固相焊接环区的高度相同的面起朝向上方和下方达到熔核的厚度的1/10的范围作为测量范围而进行处理。

并且，之所以设定为距熔融部端部的距离为d/100，能够想到如下理由：最靠边的凝固端部局部地熔融，其并非此次的评价对象。另外，之所以设定为距熔融部端部的距离为d/5，能够想到如下理由：对龟裂产生影响的范围在d/5之内。此外，优选将上限设定为更窄的范围的d/10以下。

针对上述区域的选取的局部或者整个区域，利用面分析的方式对P进行了分析。在本评价中，最优选基于EPMA的分析方式。

求得P的浓度m(质量百分比)超过母材组分的P的浓度M(质量百分比)的2倍的面积，并将求得的面积与被上述两条闭曲线包围的区域的面积进行比较，由此对面积比率进行评价。

此处，对于母材组分的P的浓度M(质量百分比)而言，在由两片钢板构成板组的情况下，若具有相同的化学成分，则将该钢板所含有的P的浓度(质量百分比)设为母材组分的P的浓度M。在不同的组分(P1、P2)(质量百分比)的情况下，当板厚为不同的板厚(t1、t2)(mm)时，能够近似地如P＝(P1×t1+P2×t2)/(t1+t2)那样进行计算而求得。

在3片钢板的情况下，如图3所示，根据钢板2相对于与电极接触的钢板1以及3全部熔融的观点，进行剖切而获得焊接后的截面，通过观察熔核而获得相对于电极处于同轴上的熔核厚度(t1～t3)，利用该熔核厚度(t1～t3)并以P＝(P1×t1+P2×t2+P3×t3)/(t1+t2+t3)的方式来表示该钢板所含有的P的浓度(质量百分比)。

并且，在钢板为多于3片的n片的情况下，能够利用熔核厚度(t1～tn)并与上述方式相同地以P＝(P1×t1+P2×t2+P3×t3+···+Pn×tn)/(t1+t2+t3+···tn)的方式进行表示。

此外，所谓的3片以上的板组的、被固相焊接环区包围的熔核的水平面上，是指存在于成为对接头强度进行评价的对象的两片板组之间的界面的、被固相焊接环区包围的熔核的水平面上。例如，在图4中，在对处于钢板2以及钢板3的接头强度进行评价的情况下，利用实线表示的部分是相应的固相焊接环区，被固相焊接环区包围的熔核的水平面是利用虚线表示的部分。

要求P的浓度m(质量百分比)超过母材组分的P的浓度M(质量百分比)的2倍的区域的面积比率为5％以下。

这样，之所以设定为P的浓度m(质量百分比)超过母材组分的P的浓度M(质量百分比)的2倍的区域，其理由在于，在超过2倍的情况下，显著地引起因凝固偏析所导致的脆性的破坏。之所以设定为面积比率为5％以下，其理由在于，通过设定为5％以下而能够充分地抑制破坏的开始。

在本评价中，如上所述，虽最适合采用基于EPMA的分析方式，但除此之外也能够进行基于EDX、WDX的分析。在进行基于EPMA的分析的情况下，优选在加速电压为13kV～17kV、照射电流为1×10－7A以上3×10－7A以下、光束直径为1μmφ～3μmφ、步骤(step)数为1～3μm，计数时间为3s/points～10s/points的条件下进行分析。

在上述范围内，进行面分析而计算出面积比率。但是，也可以简易地通过线分析的方式来进行评价。面积比率能够利用图像解析装置求得。此时，通过将面积比率进一步设为3％以下，能够获得进一步减轻由P所带来的影响的、更加优选的高强度的接头。

为了制作P的浓度m(质量百分比)超过母材组分的P的浓度M(质量百分比)的2倍的面积比率为5％以下的电阻点焊接头，存在几种方法。首先，如在实施例中后述的那样，采用以下的条件来进行，即：在电阻点焊中的形成熔核的主工序以后，暂时在一段无通电时间内进行冷却，并再次以一段时间(后续工序通电时间)进行两次通电。此时，根据构成某固相焊接环区的两片钢板的板组中的较薄的钢板的板厚t，其界面上的熔核直径的尺寸需要处于3√t～6√t之间，这是为了在电阻点焊的过程中确保最低限度的熔核、且防止因熔核变得过大而导致热影响增大。

在形成熔核以后，空置4个周期～30个周期的无通电时间Tc(一个周期为0.02S)。其理由在于，一方面，必须确保最低限度的凝固，另一方面，随着冷却的推进则需要进行再加热，这样则效率不佳。然后，进行两个阶段的通电。第一阶段的通电电流值Ip1低于第二阶段的通电电流值Ip2，从而抑制因急剧的通电而产生飞溅。进而，为了使P充分地扩散，需要使熔核高温化，根据该观点，Ip2优选为高于Im的电流。另外，为了抑制焊接时间，对于两个阶段的通电时间的和Tp＝Tp1+Tp2而言，优选地，最多设为20个周期。此外，本接头除了通过电阻点焊工序来实现以外，也能够考虑基于采用了感应加热等方式的后热装置的加热。

实施例1

作为本发明的实施例，如上述的图1所示，对于重叠有两片钢板(下侧钢板1、上侧钢板2)的板组3，利用安装于焊枪的伺服马达加压式的单相交流(50Hz)的电阻焊接机进行电阻点焊，从而制成了电阻点焊接头。此外，对于使用的一对电极端部(下侧电极端部4、上侧电极端部5)而言，均如图5所示，设为具有末端的曲率半径R40、6mm的末端直径的氧化铝分散铜的DR型电极。

作为试验片，使用下侧钢板1以及上侧钢板2均为相同钢种(具有相同的化学成分的钢板)、相同板厚的钢板，并使用拉伸强度为780MPa级、拉伸强度为980MPa级、1180MPa级、拉伸强度为1470MPa级的冷轧钢板。使用上述钢板并基于JIS Z3137而进行了焊接以及拉伸试验。

作为本发明例，根据上述的本发明的一实施方式而进行了电阻点焊。此时，如图6所示，在一段时间(无通电时间Tc)内保持加压而不通电，并以时间(后续工序通电时间Tp1、Tp2)再次进行两次通电(Ip1、Ip2)。

另一方面，作为现有例，仅进行了主工序的电阻点焊。

表1中示出了本发明例、现有例与比较例的焊接条件与焊接结果。对于本表中未示出的焊接条件(例如，挤压(squeeze)时间或者衰减(slope)时间)则未进行设定。另外，能够确认：熔核直径未因后续工序的通电而扩大。

针对焊接后的熔核部，在被固相焊接环区包围的面上的、由朝向熔核内部方向距熔融部端部的距离为d/100的闭曲线与距熔融部端部的距离为d/5的闭曲线包围的熔核内的区域中，亦即在距熔融端部的距离为d/100～d/5的中空圆状的范围的区域中，随机地在30μm四周的视场选取5点并通过EPMA的方式对P的分布状态进行了面分析。进而，对相对于母材中的P的量M达到2倍以上的偏析部的面积比率进行了评价。

进而，对上述这些接头进行拉伸试验，并对断裂时的载荷进行了比较。对比较的结果进行了整理，相对于现有例，有所提高的评价为○，相等或有所下降的评价为×。

其结果，能够确认：本发明例与现有例、比较例相比，P的浓化部减少，十字拉伸强度得以提高。

[表1]

实施例2

作为本发明的实施例，如上述的图3所示，对于重叠有3片钢板(下侧钢板1、中间钢板2、上侧钢板3)的板组，利用安装于焊枪的伺服马达加压式的单相交流(50Hz)的电阻焊接机进行电阻点焊，从而制成了电阻点焊接头。此外，对于使用的一对电极端部(下侧电极端部4、上侧电极端部5)而言，均如图5所示，设为具有末端的曲率半径R40、6mm的末端直径的氧化铝分散铜的DR型电极。

表2中示出了试验片的板组。此处，强度为拉伸强度，在未进行镀金属的情况下为冷轧钢板，GA表示GA钢板。此外，GA钢板的镀锌的量为45g/mm²。使用上述钢板并基于JISZ3137进行了焊接以及拉伸试验。拉伸试验全部是在钢板1与钢板2之间进行。

而且，作为本发明例，根据上述的本发明的一实施方式进行了电阻点焊。此时，如图6所示，在一段时间(无通电时间Tc)内保持加压而不通电，并以时间(后续工序通电时间Tp1、Tp2)再次进行两次通电(Ip1、Ip2)。

另一方面，作为现有例，仅进行了主工序的电阻点焊。

表3中示出了本发明例以及比较例的焊接条件与焊接结果。对于本表中未示出的焊接条件(例如，挤压时间或者衰减时间)则未进行设定。另外，能够确认：熔核直径未因后续工序的通电而扩大。

针对焊接后的熔核部，在存在于钢板1与钢板2之间且被固相焊接环区包围的面上的、由朝向熔核内部方向距熔融部端部的距离为d/100的闭曲线与距熔融部端部的距离为d/5的闭曲线包围的熔核内的区域中，亦即在距熔融端部的距离为d/100～d/5的中空圆状的范围的区域中，随机地在30μm四周的视场选取5点并通过EPMA的方式对P的分布状态进行了面分析。进而，对相对于母材中的P的量M达到2倍以上的偏析部的面积比率进行了评价。

进而，对上述这些接头进行拉伸试验，并对断裂时的载荷进行了比较。对比较的结果进行了整理，相对于现有例，有所提高的评价为○。

其结果，能够确认：本发明例与现有例、比较例相比，P的浓化部减少，十字拉伸强度得以提高。

[表2]

[表3]

附图标记的说明

1…下侧钢板；2…上侧钢板；3…板组；4…下侧电极端部；5…上侧电极端部；6…熔核；t…总板厚(mm)；d…熔核直径。

Claims (2)

1.一种电阻点焊接头，其是用于薄钢板的电阻点焊接头，

所述电阻点焊接头的特征在于，

在电阻点焊中形成熔核以后，暂时在一段无通电时间内进行冷却，并再次以后续工序通电时间进行两次通电，由此，

当将薄钢板构成的熔核的直径设为d时，在被固相焊接环区包围的熔核的水平面上，对存在于由朝向熔核内部方向距熔融部端部的距离为d/100的闭曲线、与朝向熔核内部方向距熔融部端部的距离为d/5的闭曲线包围的熔核内的区域的P的量的分布状态进行面分析，

使得P的浓度m(质量百分比)超过母材组分的P的浓度M(质量百分比)的2倍的面积比率为5％以下。

2.根据权利要求1所述的电阻点焊接头，其特征在于，

所述薄钢板的片数为3片以上。