CN105142847B

CN105142847B - 点焊方法

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Publication number: CN105142847B
Application number: CN201480021666.3A
Authority: CN
Inventors: 古迫诚司; 渡边史德; 宫崎康信; 冈田徹; 钱谷佑; 佐藤浩; 佐藤浩一
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2013-04-17
Filing date: 2014-04-16
Publication date: 2018-03-30
Anticipated expiration: 2034-04-16
Also published as: JP6107939B2; ZA201508151B; US10099311B2; BR112015026225A2; ES2657122T3; KR20150137104A; TW201501847A; CA2909397C; CN105142847A; KR101725707B1; RU2633409C2; EP2987581A4; RU2015148145A; EP2987581A1; BR112015026225B1; US20160067814A1; WO2014171495A1; EP2987581B1; MY172299A; TWI573647B

Abstract

本发明采用2段通电对含有0.15质量％以上的碳、且抗拉强度为980MPa以上的高强度钢板进行点焊，进行焊接时，将第1通电工序的电流I1与第2通电工序的电流I2之比(I2/I1)设定为0.5～0.8；将冷却工序的时间tc设定为0.8×tmin～2.5×tmin的范围，其中所述tmin是根据钢板板厚H而用式(0.2×H²)计算得到的；而且将第2通电工序的通电时间t2设定为0.7×tmin～2.5×tmin的范围；以及使所述冷却工序以后的加压力比至所述第1通电工序的加压力大；由此抑制因回火引起的硬度降低的偏差，而且稳定地得到高的耐延迟断裂特性。

Description

点焊方法

技术领域

本发明涉及一种采用在汽车领域等中使用的抗拉强度为980MPa以上的高强度钢板的点焊方法。

背景技术

近年来，在汽车领域，更加要求用于实现低燃料消耗量和削减CO₂排放量的车体的轻量化、以及用于提高碰撞安全性的车体的高刚性化，为了满足其要求，车体和部件等使用高强度钢板的需求正在高涨。

另一方面，在车体的组装或部件的安装等工序中，主要使用点焊，但特别在对抗拉强度高的高强度钢板进行点焊的情况下，以往成为问题的是接头部的抗拉强度。

高强度钢板为了实现其强度，母材中碳等的含量增大，而且在点焊时，焊接区在加热后立即骤冷，因而焊接区变为马氏体组织，从而在焊接区以及热影响区硬度上升，韧性降低。

在高强度钢板的点焊中，作为改善点焊区的韧性并确保接头强度的方法，有基于正式通电后进而进行后加热通电的2段通电的方法。

例如，在日本特开2002-103048号公报中，在点焊的通电结束并经过一定时间后，进行回火通电，对点焊区(熔核(nugget)部以及热影响区)进行退火而使焊接区的硬度降低。在日本特开2010-115706号公报中，记载着通过正式通电形成熔核，之后以正式通电电流值以上的电流值进行后加热通电的方法。

发明内容

发明所要解决的课题

作为在对抗拉强度高的高强度钢板进行点焊时的问题，最近，进而产生了延迟断裂(氢脆)的问题。含有0.15质量％以上的碳、且抗拉强度为980MPa以上的高强度钢板除C以外，还大量含有Si、Mn等淬透性元素，因而其点焊区经过焊接的加热冷却过程而淬火硬化。再者，焊接区在热收缩的冷却过程中，从其周围受到拉伸，在室温下分布有拉伸残余应力。

延迟断裂主要受到钢板的硬度、残余应力、以及钢中的氢量这3个因子所支配。高强度钢板的点焊区如前所述，由于硬度高、且分布有拉伸残余应力，因而如果发生氢的侵入，则成为容易引起延迟断裂的部位。

但是，在以往的采用2段通电的方法中，对于提高焊接区的耐延迟断裂特性，并没有任何考虑。

于是，本发明的课题在于：在含有0.15质量％以上的碳、且抗拉强度为980MPa以上的高强度钢板的点焊方法中，抑制因回火引起的硬度降低的偏差，而且稳定地得到高的耐延迟断裂特性。

用于解决课题的手段

本发明人认为：为了提高点焊接头的耐延迟断裂特性，使从断裂发生和传播的钢板压接部(也称之为塑性金属环区(corona bond))至熔核端部之间软化是极其重要的。基于这样的想法，就采用正式通电之后进而进行后加热通电的2段通电，使从钢板压接部至熔核端部之间软化，从而提高耐延迟断裂特性的点焊区的条件进行了研究。

结果发现：通过将至正式通电的加压力、正式通电之后的加压力、冷却时间以及后加热通电设置在适当的条件下，便可以得到耐延迟断裂特性得以提高的焊接接头。

由这样的研究结果而做出的本发明的要旨如下所述。

[1]一种点焊方法，其是将含有0.15质量％以上的碳、且抗拉强度为980MPa以上的高强度钢板重合而进行点焊的方法，其中，将点焊工序分为如下的3个工序来进行：形成熔核的第1通电工序、接着第1通电工序而设定为不通电的冷却工序、以及接着冷却工序而使熔核软化的第2通电工序；此时，按如下的条件进行焊接而得到点焊接头：当将第1通电工序的电流设定为I₁、第2通电工序的电流设定为I₂时，将I₂/I₁设定为0.5～0.8；进而将冷却工序的时间tc(秒)设定为0.8×tmin～2.5×tmin的范围，其中所述tmin是根据钢板板厚H(mm)而用下述(1)式计算得到的；而且将第2通电工序的通电时间t2(秒)设定为0.7×tmin～2.5×tmin的范围；以及使冷却工序以后的电极的加压力比至第1通电工序的电极的加压力大。

tmin＝0.2×H² (1)

[2]根据上述[1]所述的点焊方法，其中，所述高强度钢板为镀覆钢板。

发明的效果

根据本发明，在含有0.15质量％以上的碳、且抗拉强度为980MPa以上的高强度钢板的点焊方法中，可以抑制因回火引起的硬度降低的偏差，能够缩短焊接时间，而且可以稳定地得到高的耐延迟断裂特性。

附图说明

图1是表示1段通电和2段通电时、点焊区的维氏硬度的变化的1个例子的图。

图2是用于说明点焊的通电以及加压模式的概要的图。

图3是用于说明对位于点焊区的熔合线前后的熔核端部和钢板压接部进行维氏硬度测定的范围的图。

图4是表示板厚与tmin、2.5×tmin之间的关系的曲线图。

具体实施方式

下面，参照附图就本发明的实施方式进行说明。

如果对碳为0.15质量％以上、且抗拉强度为980MPa以上的高强度钢板进行点焊，则由熔核以及热影响区构成的点焊区经过焊接的加热冷却过程而淬火硬化。另外，焊接区在热收缩的冷却过程中，从其周围受到拉伸，在室温下分布有拉伸残余应力。例如，在汽车车体的情况下，在车体制造时，或者在腐蚀环境中行驶时，氢侵入焊接区而产生延迟断裂(氢脆开裂)。

于是，本发明人进行了以下的尝试：在采用2段通电的点焊时，采用后通电对由正式通电形成的熔核和母材的边界(熔合线)附近的马氏体组织进行回火而形成回火马氏体，由此改善耐延迟断裂特性。具体地说，本发明人对2段通电中的后通电的电流量相对于正式通电的电流量之比、焊接后冷却时间和后通电的通电时间进行各种改变而制作出了多个试验片。接着，本发明人对位于熔合线前后的熔核端部和钢板压接部，如图3所示那样沿钢板的重合面而测定维氏硬度，调查了通电条件与维氏硬度之间的关系。另外，本发明人进一步调查了熔合线前后的维氏硬度和耐延迟断裂特性之间的关系。

结果发现：将夹持着熔合线的前后的范围设定为回火马氏体组织，而且将维氏硬度设定为400以下，由此可以设计为耐延迟断裂特性优良的焊接接头。

图1表示了这样的试验结果的一个例子。图1为使用C：0.22质量％、抗拉强度：1510MPa、板厚：2mm的钢板而进行点焊的例子。图1的横轴的原点0表示形成钢板压接部的钢板重合面与熔核的熔合线的交点，“+”表示从原点朝向重合面方向的距离，“－”表示朝向熔核方向的距离。另外，●(black circles：黑圆圈)是表示只进行正式通电而不进行后通电的例子，○(white circles：白圆圈)和△(triangles：三角形)是表示正式通电后，隔着冷却时间而进行后通电的采用2段通电的例子，○(white circles)是表示在适当条件下进行焊接的例子，△(triangles)是表示在不适当条件下进行焊接的例子。

2段通电如图2所示，使用以电流I₁进行正式通电(第1通电工序)，接着以不通电的方式进行冷却时间为tc的冷却，然后以电流I₂进行通电时间为t2的后通电(第2通电工序)的通电模式。△(triangles)的通电条件A为I₂/I₁：0.6、tc：0.6秒、t2：2.0秒，○(whitecircles)的通电条件B为I₂/I₁：0.6、tc：1.2秒、t2：1.2秒。

由图1可知：在以只进行正式通电而不进行后通电的通电模式点焊的情况下，熔核端附近的维氏硬度值较大，但通过采用2段通电进行焊接，熔核端附近的硬度得以降低。另外，即使在进行2段通电的情况下，软化量也根据通电条件的不同而不同，在不适当的通电条件A的情况下，软化量较小，与没有后通电的情况的差别较小。与此相对照，可知在适当的通电条件B的情况下，软化量较大，熔核端附近的维氏硬度大大降低。

接着，通过后述的盐酸浸渍试验对在通电条件A和B下进行的焊接接头的耐延迟断裂特性进行了调查，结果在熔核端附近的软化量较小的通电条件A的情况下，可以在焊接区看到裂纹。与此相对照，当为软化量较大的通电条件B时，在焊接区看不到裂纹。

在以上结果的基础上，本发明人使通电条件或加压力发生变化而制作出所述软化量不同的多个试料，进一步调查了熔核端附近的硬度、金属组织与耐延迟断裂特性之间的关系。结果发现：在将钢板的压接部的长度设定为L时，距所述熔核端－L～+L的范围的金属组织具有回火马氏体组织；而且将该范围的维氏硬度的平均值设定为400以下，由此便可以得到耐延迟断裂特性优良的点焊接头。

本发明是以这样的研究结果为基础而完成的，下面就本发明所必需的要件依次进行说明。

(作为对象的钢板)

本发明的点焊接头以通过对含有0.15质量％以上的碳、且抗拉强度为980MPa以上的高强度钢板进行点焊而形成的接头为对象。

这是因为在这样的钢板中，母材组织的一部分或者全部为马氏体组织，另一方面，在点焊后，熔核以及熔核附近的热影响区全部变为马氏体组织，从而接头部的延迟断裂成为问题。

此外，抗拉强度的上限并没有特别的限定，但在与点焊性相关联方面，目前上限的抗拉强度为2000MPa左右。

(熔核端附近的金属组织和硬度)

为了防止点焊区的延迟断裂，有必要使熔核端附近的硬度和拉伸残余应力降低。特别地，从断裂发生和传播的钢板压接部开始使熔核端部软化是极其重要的。

在本发明中，进行前述研究的结果，发现在包含熔核的焊接接头的断面，如图3所示，当将钢板压接部和熔核的熔合线的交点设定为原点(0点)、并将钢板压接部的长度设定为L时，－L～+L的范围中的金属组织具有回火马氏体组织，而且将所述范围的维氏硬度的平均值设定为400以下，由此可以明显提高耐延迟断裂特性。

在本发明中，可以认为通过采用接着正式通电的后通电对熔核以及焊接热影响区进行加热，使熔核端附近的硬度降低至上述的范围，由此，同时也可以使拉伸残余应力降低，从而耐延迟断裂特性得以提高。

此外，维氏硬度的测定可以采用下述的方法来进行。

首先，用垂直于板表面且通过熔核中心的断面来切断因点焊而形成的点焊接头。从该切断片中切出包含熔核的试验片，将其埋入树脂等中而对切断面进行研磨。然后，如图3所示，沿着与钢板压接部的重合面平行、且偏离重合面0.2mm的线，测定并求出从熔核内部至几乎没有软化的位置的维氏硬度Hv。

(钢板的化学组成)

关于钢板的化学组成，除碳量以外，并没有特别的限定，可以使用公知的热锻压材料、被称之为超高强度钢的薄钢板和镀覆的薄钢板，但如果进行具体的例示，则可以列举出具有下述化学组成的钢板。

例如，可以列举出如下的钢板：其以用质量％计，含有C：0.15～0.50％、Si：0.01～2.50％、Mn：1.0～3.0％、P：0.03％以下、S：0.01％以下、N：0.0100％以下、O：0.007％以下、Al：1.00％以下，且剩余部分包括Fe和不可避免的杂质的钢板为基本，进而根据需要，含有选自下述(a)～(c)的组中的元素。

(a)Ti：0.005～0.10％、Nb：0.005～0.10％以及V：0.005～0.10％中的1种或者2种以上

(b)选自B：0.0001％～0.01％、Cr：0.01％～2.0％、Ni：0.01％～2.0％、Cu：0.01％～2.0％、Mo：0.01％～0.8％中的1种或者2种以上

(c)合计为0.0001％～0.5％的选自Ca、Ce、Mg以及稀土类金属(REM)之中的至少1种。

(点焊接头的制造方法)

用于形成以上说明的点焊接头的点焊按如下的方法进行。

图2表示了点焊工序中的通电模式的例子。在该通电模式中，首先，一边施加规定的加压力P1一边以一次电流I₁正式通电而进行形成熔核的第1通电工序。其次，施加比直至第1通电工序的加压力更大的加压力P2，使通电完全停止而经过冷却时间为tc的冷却工序，然后以二次电流I₂和通电时间t2进行后通电，进行使熔核及其周边软化的第2通电工序。然后，在第2通电工序的通电结束后，在经过了规定的保持时间(holding time)的时点，使焊接用电极离开钢板，从而释放加压力。P2－P1≥50kgf(490N)。加压力之差(P2－P1)的上限并没有特别的规定，但在钢板的凹陷(压痕)并不明显的范围进行设定。

此时，通电条件设定在下述的范围。

I₂/I₁：0.5～0.8

tc：0.8×tmin～2.5×tmin

t2：0.7×tmin～2.5×tmin

在此，tmin对于板厚H(mm)，用下述(1)式表示。

tmin＝0.2×H² (1)

设定为这样的通电条件，是基于以下的理由。

(I₂/I₁：0.5～0.8)

为了在后通电中使焊接区软化，从而实现将－L～+L的范围中的维氏硬度的平均值设定为400以下的硬度分布，需要将后通电时的电流I₂设定成相对于正式通电的电流I₁为(0.5～0.8)I₁的范围。

在I₂/I₁低于0.5时，后通电时的加热温度较低，焊接区的软化程度并不充分，或者软化的区域并不满足－L～+L的范围，因而耐延迟断裂特性的提高效果较小。另一方面，如果I₂/I₁超过0.8，则在正式通电中形成的熔核和焊接热影响区(HAZ)再次加热至奥氏体单相区域，从而在其后的冷却过程中不能实现淬火软化，因而不能提高耐延迟断裂特性。

即使I₂/I₁超过0.8，如果将t2设定为极短时间，则有时也可能将焊接区带到发生软化的温度范围。但是，在钢板间的间隙或电极与钢板的接触状态发生变动的情况下，焊接区有时偏离适当的温度，从而不能实现软化。也就是说，难以稳定地实现软化。

在实现稳定且充分的软化方面，I₂/I₁优选设定为0.55～0.75的范围。

此外，I₁由目标的熔核直径决定。

(tc：0.8×tmin～2.5×tmin)

为了在后通电中使焊接区软化，并实现必要的硬度分布，需要将正式通电后的冷却时间tc设定为0.8×tmin～2.5×tmin的范围，其中所述tmin是根据钢板板厚H而用式(0.2×H²)计算得到的。

在tc低于0.8×tmin时，正式通电后的冷却过程中的温度降低并不充分，熔核和HAZ内的马氏体生成较少，或者完全不会发生(即大部分或者全部以原样的奥氏体存在)，因而往往不能实现后通电时的软化(回火)。

另一方面，即使tc超过2.5tmin，也会招致生产率的降低，而且如果不是极大地延长其后的后通电时间，则回火变得不充分，从而产生不能防止延迟断裂的情况。因此，将tc的范围规定为tmin的0.8～2.5倍。

此外，在进行点焊的钢板的板厚不同时，H设定为平均的板厚。

(t2：0.7×tmin～2.5×tmin)

为了在后通电中使焊接区软化，并实现必要的硬度分布，需要将冷却后的后通电的时间t2设定为0.7×tmin～2.5×tmin。

在t2低于0.7×tmin时，后通电时的温度上升并不充分，从而熔核和HAZ内的马氏体往往不能软化(回火)。另一方面，通过回火进行的软化由于与保持时间相比更强烈地依存于温度，因而tc即使超过2.5tmin，焊接区的温度分布也处于稳态，焊接区的硬度分布不会发生大的变化，从而进一步招致生产率的降低。因此，将t2的范围规定为tmin的0.7～2.5倍。

图4表示了板厚与tmin、2.5×tmin之间的关系。板厚的范围例如与汽车用钢板的板厚的范围相对应。

本发明是如以上所说明的那样构成的，下面使用实施例，就本发明的可实施性以及效果进行进一步的说明。

实施例

(实施例1)

准备C：0.22质量％、板厚：2mm、抗拉强度：1510MPa的冷轧钢板，将该钢板重合，在表1所示的条件下，使用伺服焊枪型焊机进行点焊，从而制作出维氏硬度测定用点焊接头的试验片(n数＝30)。此时，正式通电的条件设定为恒定。另外，加压后至通电的预压时间(squeezing time)和后通电后的加压的保持时间也设定为恒定。至正式通电工序的加压力设定为450kgf(4410N)。冷却工序以后的加压力设定为450kgf(4410N)、500kgf(4900N)、650kgf(6370N)这3种。

此外，在点焊之前，事先进行预备实验，以该预备实验的结果为基础，将点焊时的正式通电的电流量设定为使熔核直径成为1张钢板的板厚的平方根的4.5倍的值(4.5)。

关于熔核内以及热影响区的维氏硬度，在板宽度中心沿板厚方向将上述制作的试验片切断，然后如图3所示，以500μm的间距沿接合界面对其断面进行测定。此外，维氏硬度的测定根据JIS-Z2244，以200gf(1.96133N)的载荷进行。

另外，盐酸浸渍试验采用如下的方法来进行：在所述冷轧钢板的两端部插入板厚为1.4mm的钢板，从而在中央的打点部(spot welding portion)空出间隔，在限制两端部的状态下与上述同样地对中央部进行点焊，制作出对焊接区施加了应力这一状态的试验片，将该试验片在0.15当量的盐酸中浸渍100小时后，调查裂纹的有无。裂纹的有无采用如下的方法来进行：用垂直于板表面且通过熔核中心的断面切断因点焊而形成的点焊接头，从该切断片中切出包含熔核的试验片，将其埋入树脂等中而对切断面进行研磨，然后采用光学显微镜对研磨过的切断面进行观察。

这些测定结果以及评价结果同样如表1所示。此外，L为0.6mm。

如表1所示，在本发明例中，得到了在盐酸浸渍试验中没有裂纹的发生、且延迟断裂性优良的点焊接头。

与此相对照，在冷却工序以后的加压力并不满足本发明的条件的比较例中，在盐酸浸渍试验中可以看到裂纹的发生，不能得到耐延迟断裂特性优良的点焊接头。

(实施例2)

准备C：0.22质量％、板厚：2mm、抗拉强度：1510MPa的冷轧钢板，将该钢板重合，在表2所示的条件下，与实施例1同样地进行点焊，进行了维氏硬度的测定和盐酸浸渍试验。此外，至正式通电工序的加压力设定为450kgf(4410N)。冷却工序以后的加压力设定为550kgf(5390N)。

这些测定结果以及评价结果同样如表2所示。此外，L为0.8mm。

如表2所示，在本发明例中，得到了在盐酸浸渍试验中没有裂纹的发生、且延迟断裂性优良的点焊接头。

与此相对照，在不实施后通电的比较例、或者冷却时间或后通电时间并不满足本发明的条件的比较例中，在盐酸浸渍试验中可以看到裂纹的发生，不能得到耐延迟断裂特性优良的点焊接头。

(实施例3)

准备C：0.21质量％、板厚：1.2mm、抗拉强度：1486MPa的冷轧钢板(n数＝3)，将该钢板重合，在表3所示的条件下，与实施例1同样地进行点焊，进行了维氏硬度的测定和盐酸浸渍试验。此外，至正式通电工序的加压力设定为350kgf(3430N)。冷却工序以后的加压力设定为450kgf(4410N)。

这些测定结果以及评价结果同样如表3所示。此外，L为0.5mm。

如表3所示，在本实施例中，本发明例也得到了在盐酸浸渍试验中没有裂纹的发生、且耐延迟断裂特性优良的点焊接头。

与此相对照，在不实施后通电的比较例、或者冷却时间或后通电的通电条件并不满足本发明的条件的比较例中，在盐酸浸渍试验可以看到裂纹的发生，不能得到耐延迟断裂特性优良的点焊接头。

由上述实施例的评价结果可知：在点焊中，如果使冷却工序以后的电极的加压力P2比至第1通电工序的电极的加压力P1大，则电极和钢板的接触面积增大，从钢板排热的效果得以提高。由此，至温度降低到Ms点(出现马氏体的温度)的时间即冷却工序所需要的时间缩短。再者，使因回火引起的凝固偏析降低，从而可以抑制硬度降低的偏差，也可以抑制延迟断裂评价结果的偏差。由此，可以稳定地抑制延迟断裂(氢脆开裂)。

由于冷却工序所需要的时间缩短，因而可以缩短点焊所需要的整个时间。另外，将在冷却工序缩短的时间分配给第2通电工序，使回火的时间延长，便可以使硬度稳定地降低。也可以促进氢从点焊区的放出。

申请日为2013年4月17日的日本专利申请2013-86837号所公开的整个内容通过参照而编入本说明书中。

本说明书中记载的所有文献、专利申请以及技术标准通过参照而编入本说明书中，其中每个文献、专利申请以及技术标准通过参照而编入的内容与其具体且分别地记载的情况程度相同。

Claims

1.一种点焊方法，其是将含有0.15质量％以上的碳、且抗拉强度为980MPa以上的高强度钢板重合而进行点焊的方法，其中，将点焊工序分为如下的3个工序来进行：形成熔核的第1通电工序、接着第1通电工序而设定为不通电的冷却工序、以及接着冷却工序而使熔核软化的第2通电工序，此时，按如下的条件进行焊接而得到点焊接头：当将第1通电工序的电流设定为I₁、第2通电工序的电流设定为I₂时，将I₂/I₁设定为0.5～0.8；进而将以秒为单位的冷却工序的时间tc设定为0.8×tmin～2.5×tmin的范围，其中所述tmin是根据以mm为单位的钢板板厚H而用下述(1)式计算得到的，而且将以秒为单位的第2通电工序的通电时间t2设定为0.7×tmin～2.5×tmin的范围，以及使所述冷却工序以后的电极的加压力比至所述第1通电工序的电极的加压力大；

tmin＝0.2×H² (1)。

2.根据权利要求1所述的点焊方法，其中，所述高强度钢板为镀覆钢板。

3.根据权利要求1所述的点焊方法，其中，在所述第2通电工序中，对由第1通电工序形成的马氏体组织进行回火而形成回火马氏体组织，由此使熔核软化。

4.根据权利要求1所述的点焊方法，其中，通过所述焊接而得到的点焊接头是下述的点焊接头：当将钢板压接部和所述熔核的熔合线的交点设定为原点、并将所述钢板压接部的长度设定为L时，－L～+L的范围中的金属组织具有回火马氏体组织，而且所述－L～+L的范围的维氏硬度的平均值为400以下。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的点焊方法，其中，当将至所述第1通电工序的电极的加压力设定为P1、将所述冷却工序以后的电极的加压力设定为P2时，P2－P1≥50kgf。

6.根据权利要求1～4中任一项所述的点焊方法，其中，所述钢板板厚H为1.2mm以上。