CN105358282B - 电弧点焊接头及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供在使用了碳含量为0.3质量％以上的高强度钢的钢板与使用了碳含量为0.07质量％以上的高碳钢的钢板的电弧点焊中抗拉剪切强度和十字抗拉强度这两者的强度都优良的电弧点焊接头及其制造方法。该方法至少具备：将重叠的一方钢板的成分中的碳量设定为0.3质量％以上，使得熔融到下侧的第2钢板(12)的背面(12b)侧，从而形成含有向背面(12b)侧突出的第1堆高部(41)的第1焊接金属31的第1焊接道次；和在第1焊接金属(31)上形成含有从第1钢板的表面突出的第2堆高部(42)的第2焊接金属(32)的第2焊接道次，达到如下的构成：将相对于第1堆高部(41)和第2堆高部(42)的高度h1、h2的堆高高度h形成为相对于钢板的板厚t为t/5以上，同时将平均焊道直径形成为3t～10t。

Description

电弧点焊接头及其制造方法
技术领域
本发明涉及电弧点焊接头及其制造方法。
背景技术
近年来，例如在汽车领域内，为了减轻车身和提高碰撞安全性，高强度钢板的使用有所增加，使用的高强度钢板的强度也越来越高。
在使用了上述的高强度钢的车身的组装或部件的安装等工序中，主要使用基于电阻焊接的点焊。
点焊由于需要从钢板的两面侧压接电极，所以无法适用于具有封闭截面的构件等。因此，对于无法点焊的部位是采用基于电弧焊接的电弧点焊(别名是塞焊)。
发明内容
发明要解决的问题
点焊部的接合强度是用沿剪切方向施加拉伸载荷后测定的抗拉剪切强度(TSS)和沿剥离方向施加拉伸载荷后测定的十字抗拉强度(CTS)来评价。
已经知道，随着钢板的抗拉强度的增加，该抗拉剪切强度和十字抗拉强度是按照图6所示的关系发生变化。
即，抗拉剪切强度随着钢板的抗拉强度的上升而增加，而十字抗拉强度在钢板的抗拉强度为590MPa前后时达到饱和，随着钢板的抗拉强度继续上升而下降。
当点焊抗拉强度超过590MPa的高强度钢板时，伴随着母材钢板的淬透性的提高，会产生熔核的韧性和延展性的下降。另外，在施加点焊的十字抗拉强度那样的剥离载荷时，钢板的强度变得越高，应力越容易集中于焊接金属(熔核)端部。进而，特别是当加压较高时或发生了分散时，点焊部的钢板厚度比周围变薄，相对于载荷施加的应力水平进一步上升。由于这些原因， 在钢板强度较高时，点焊时的焊接部的十字抗拉强度下降。
与此相对，电弧点焊由于能够使钢板贯通来焊接，并由焊接金属形成堆高部，所以可以获得比点焊更高的接头强度。可是，对于抗拉强度为980MPa以上的高强度钢板的重叠焊接来说，与点焊同样，存在着随着钢板的抗拉强度上升，十字抗拉强度下降而难以获得高的接头强度的问题。
针对该问题，本发明者们在先前的日本特开2013-10139号公报中提出了一种下述的电弧点焊接头：使得从重叠的高强度钢板的一方钢板的表面熔融至另一方钢板的背面侧，并且将分别从一方钢板的表面和另一方钢板的背面突出地形成的焊道的焊道直径按照与钢板板厚的关系设定为适当范围，进而将母材硬度Hv与焊道的硬度Hv的关系控制为适当范围。由此，即使在钢板强度较高的情况下，焊接部的韧性和延展性也不会下降，得到高的十字抗拉强度和抗拉剪切强度这两者，实现了具有优良的接头强度的焊接接头。
本发明者们进一步研究将日本特开2013-10139号公报中记载的技术适用于碳含量较高的钢板，结果发现了下述问题：将使用了碳含量为0.3质量％以上的高碳钢的钢板和使用了碳含量为0.07质量％以上的高碳钢的钢板进行电弧点焊时，存在着难以获得规定的接头强度的困难。
因此，本发明的目的是：提供在使用了碳含量为0.3质量％以上的高强度钢的钢板与使用了碳含量为0.07质量％以上的高碳钢的钢板的电弧点焊中抗拉剪切强度和十字抗拉强度这两者的强度都优良的电弧点焊接头及其制造方法。
解决问题的手段
为了通过电弧点焊获得高的接头强度、特别是高的十字抗拉强度，在重叠的钢板的表背面确保固定的堆高部的高度是重要的。
从该观点出发，对于将使用了碳含量为0.3质量％以上的高碳钢的钢板和使用了碳含量为0.07质量％以上的高碳钢的钢板进行电弧点焊时难以获得高的十字抗拉强度的原因进行了研究。其结果判明，在含有使用了上述高碳钢的钢板的板组中，焊接金属容易垂落，对于日本特开2013-10139号公报中记载的1道次的焊接来说，即使抑制热量输入量而在背面侧形成规定高度的堆高部，也存在着在焊矩侧难以形成规定高度的堆高部的问题。
因此，为了解决该问题，设计了用2道次实施焊接的方案。确认了如果 通过第1道次的焊接使得熔融到重叠的钢板中的与电弧照射侧相反一侧的钢板的背面，从而在背面侧形成规定高度的堆高部，通过第2道次在电弧照射侧的钢板的表面侧形成规定高度的堆高部，则即使是至少一方钢板是碳含量超过0.3质量％的高强度钢板的电弧点焊，也能够在钢板的表背面形成充分高度的堆高部。进而，对用于获得具有高强度的焊接接头所必要的条件进行了研究，从而完成了本发明。
根据本发明的第1方式，提供一种电弧点焊接头，其中，重叠的第1钢板和第2钢板中的一方是钢板成分中的碳量为0.3质量％以上的高强度钢板，所述第1钢板和所述第2钢板中的另一方是钢板成分中的碳量为0.07质量％以上的高强度钢板，所述电弧点焊接头具有：从所述第1钢板侧形成至所述第2钢板的背面、并含有从所述第2钢板的背面突出的第1堆高部的第1焊接金属；和处于比所述第1焊接金属更靠所述第1钢板的表面侧、形成于所述第1焊接金属上、并含有从所述第1钢板的表面突出的第2堆高部的第2焊接金属，所述电弧点焊接头满足下述(1)、(2)式，
3t≤W≤10t (1)
h≥t/5 (2)
其中，W：由所述第1焊接金属形成的焊道的当量圆直径和由所述第2焊接金属形成的焊道的当量圆直径的平均值(mm)；
t：所述第1钢板或所述第2钢板的板厚(mm)(其中，当所述第1钢板的板厚与所述第2钢板的板厚不同时，是较薄侧的钢板的板厚(mm))；
h：当所述第1钢板的板厚与所述第2钢板的板厚相等时，所述第1堆高部的高度(mm)和所述第2堆高部的高度(mm)之中的较低一方的堆高部的高度(其中，当所述第1钢板的板厚与所述第2钢板的板厚不同时，所述第2堆高部的高度(mm)与所述第1钢板的与所述第2堆高部邻接的部分的板厚(mm)之和和所述第1堆高部的高度(mm)与所述第2钢板的与所述第1堆高部邻接的部分的板厚(mm)之和中的和较小一方的堆高部的高度(mm))。
根据本发明的第2方式，提供一种电弧点焊接头的制造方法，其具有下述工序：将一方是钢板成分中的碳量为0.3质量％以上的高强度钢板、另一方是钢板成分中的碳量为0.07质量％以上的高强度钢板的第1钢板和第2钢板重叠的工序；通过第1次电弧焊接使得从电弧照射侧的所述第1钢板侧熔 融至所述第2钢板的背面，形成含有从所述第2钢板的背面突出的第1堆高部的第1焊接金属的工序；和所述第1焊接金属的表面凝固后，通过第2次电弧焊接在所述第1焊接金属上进行熔融，形成含有从所述第1钢板的表面突出的第2堆高部的第2焊接金属的工序，所述电弧点焊接头的制造方法满足下述(1)、(2)式，
3t≤W≤10t (1)
h≥t/5 (2)
其中，W：由所述第1焊接金属形成的焊道的当量圆直径和由所述第2焊接金属形成的焊道的当量圆直径的平均值(mm)；
t：所述第1钢板或所述第2钢板的板厚(mm)(其中，当所述第1钢板的板厚与所述第2钢板的板厚不同时，是较薄侧的钢板的板厚(mm))；
h：当所述第1钢板的板厚与所述第2钢板的板厚相等时，所述第1堆高部的高度(mm)和所述第2堆高部的高度(mm)之中的较低一方的堆高部的高度(其中，当所述第1钢板的板厚与所述第2钢板的板厚不同时，所述第2堆高部的高度(mm)与所述第1钢板的与所述第2堆高部邻接的部分的板厚(mm)之和和所述第1堆高部的高度(mm)与所述第2钢板的与所述第1堆高部邻接的部分的板厚(mm)之和中的和较小一方的堆高部的高度(mm))。
附图说明
图1A是表示在本发明的一个实施方式的电弧点焊接头的制造方法中的焊接前的状态的概略图。
图1B是表示在本发明的一个实施方式的电弧点焊接头的制造方法中的第1焊接道次后的状态的概略图。
图1C是表示在本发明的一个实施方式的电弧点焊接头的制造方法中的第2焊接道次后的状态(焊接接头)的概略图。
图1D是表示在本发明的一个实施方式的电弧点焊接头的制造方法中的第1焊接道次后的另一个状态的概略图。
图2是表示图1C的尺寸关系的概略图。
图3是表示在本发明的一个实施方式的电弧点焊接头的制造方法中，对无贯通孔的钢板的焊接之前的状态的概略图。
图4是本发明的一个实施方式的在堆高部具有凹部的电弧点焊接头的概略图。
图5是表示比较例的电弧点焊接头的概略图。
图6是表示对于使用高强度钢板而形成的点焊接头，钢板的抗拉强度与点焊接头的抗拉剪切强度(TSS)和十字抗拉强度(CTS)的关系的图。
图7是表示用于测定十字抗拉强度的试验片的形状的概略图。
图8是表示用于测定抗拉剪切强度的试验片的形状的概略图。
具体实施方式
以下，对本发明的一个实施方式的电弧点焊接头及其制造方法进行详细说明。
首先，对本实施方式的电弧点焊接头的制造方法进行说明，然后对用该电弧点焊接头的制造方法制造的电弧点焊接头进行说明，然后对电弧点焊接头及其制造方法的作用效果进行说明。
以下，对本实施方式的电弧点焊接头的制造方法进行说明。
首先，对焊接的被焊接材即钢板和焊矩参照着图1A进行说明。如图1A所示为如下构成：层叠作为被焊接材的钢板11、12，焊矩2与钢板11上形成的贯通孔5被相对向地配置，从焊矩2供给焊条4。
此外，在以下的说明中，如图1A所示，有时将电弧照射(焊矩2)侧的钢板11称作“第1钢板11”、将相反侧的钢板12称作“第2钢板12”。另外，有时将第1钢板11的电弧照射侧的面称作“表面11a”、将相反侧的面称作“背面11b”。进而，有时将第2钢板12的第1钢板11侧的面称作“表面12a”、将相反侧的面称作“背面12b”。
另外，对于重叠的第1钢板11和第2钢板12，有时将第1钢板11的表面11a侧称作上、将第2钢板12的背面12b侧称作下。
不过，本实施方式中，是将第1钢板11和第2钢板12上下层叠，但第1钢板11和第2钢板12的层叠方向并不限于此。例如，也可以将第1钢板11和第2钢板12的层叠方向设定为水平方向。
(被焊接材)
在本实施方式的电弧点焊接头的制造方法中，作为被焊接材的2片钢板 (第1钢板11、第2钢板12)是分别由成分中的碳为0.07质量％以上、抗拉强度为980MPa以上的高强度钢形成的。另外，第1钢板11、第2钢板12中的至少一方是由成分中的碳为0.3质量％以上的中高碳钢形成的。
由成分中的碳量为0.3质量％以上的中高碳钢形成的高强度钢板例如在要求轻量化的汽车领域等中使用。
第1钢板11、第2钢板12中使用的高强度钢的钢种和成分除了碳含量以外，没有特别限定，例如可以是2相组织型(例如，含有铁素体和马氏体的组织、含有铁素体和贝氏体的组织)、加工诱导相变型(含有铁素体和残留奥氏体的组织)、微细结晶型(铁素体主体组织)等任何类型的钢板。
本实施方式中使用的第1钢板11、第2钢板12的板厚t1、t2(参照图1A)并没有特别限定，但优选至少重叠部分的板厚t1、t2为0.5～3.0mm的范围。板厚t1、t2中的至少一方低于0.5mm时，由于接头强度在很大程度上受板厚t1、t2的支配，所以例如在汽车领域等中，无法充分确保含有焊接接头的构件的强度和刚性。另一方面，板厚t1、t2中的至少一方超过3.0mm时，例如在汽车领域中，无法实现高强度化和薄板(轻量)化的兼顾。
第1钢板11、第2钢板12并不限定于相同的钢种和相同的板厚，只要是钢板成分中的碳量满足上述条件，能够进行电弧点焊，就能够适当组合。
另外，第1钢板11、第2钢板12的形状也是只要至少重叠的部分是板状即可。因此，本实施方式的第1钢板11、第2钢板12也包括整体并非板的形状，例如，也包括由钢板成型为特定形状的压制成型品等。另外，不限定于将各自分开的钢板重叠的情况，还包括含将1片钢板成型为管状等规定的形状后将端部重叠的情况。
(重叠部的形态)
如图1A所示，第1钢板11和第2钢板12是将第1钢板11的背面11b与第2钢板12的表面12a紧贴在一起重叠。
在本实施方式中，在从被焊矩2照射电弧的第1钢板11上，在焊接位置预先形成有从表面11a贯通至背面11b的贯通孔5。
贯通孔5不一定是必要的，但第1钢板11的板厚t1为1.2mm以上时，优选在焊接位置预先形成贯通孔5。当第1钢板11的板厚t1为1.2mm以上且未形成贯通孔时，为了贯通第1钢板11，需要增大焊接热量输入量。因此， 电流或电压发生了变动时，有可能发生烧穿。即，这是因为可确保规定的焊道直径和堆高高度、并且不会发生烧穿的适当的热量输入范围有可能变窄。
当第1钢板11的板厚t1低于1.2mm时，由于容易通过电弧贯通第1钢板11，所以第1钢板11上也可以没有贯通孔。可是，在想要进一步抑制焊接热量输入量时，即使第1钢板11的板厚t1低于1.2mm，也可以形成贯通孔。
(焊接工序)
首先，在本实施方式的电弧点焊接头的制造方法中，如图1A所示，将作为被焊接材的第1钢板11、第2钢板12重叠并设置于焊接位置。
与设置于焊接位置的第1钢板11的表面11a相对地配置消耗电极式的气体保护金属极电弧焊接的焊矩2，将第1钢板11、第2钢板12的重叠部分的焊接位置以点状进行气体保护金属极电弧焊接，从而将第1钢板11、第2钢板12接合。
此时，将电弧点焊的工序分成2次焊接道次来进行。首先，如图1B所示，通过最初的焊接道次(第1焊接道次)在第2钢板12的背面12b侧形成第1堆高部41，如图1C所示，通过接下来的焊接道次(第2焊接道次)在第1钢板11的表面11a侧形成第2堆高部42。
具体地说，如图1A所示，在第1焊接道次中，以第1钢板11上形成的贯通孔5作为目标位置，从焊矩2朝着贯通孔5供给焊条4，一边供给焊条4，一边从其前端发生电弧，使得熔融到第2钢板12的背面12b。然后，该焊接金属被冷却并凝固，从而如图1B所示那样，形成从第2钢板12的背面12b到达第1钢板11的表面11a侧的第1焊接金属31。该第1焊接金属31含有从第2钢板12的背面12b向外部突出的第1堆高部41(参照图1B中虚线部43的下侧部分)。
第1焊接金属31的上表面下端33(参照图1B、图1D)只要是在第1钢板11的背面11b的上方就行，即使如图1D那样，在比第1钢板11的表面11a更下方的位置，也没有特别问题。
不过，在接着进行的第2焊接道次的焊接热量输入量较高的情况下，第1焊接金属31的上表面下端33优选如图1B所示那样，形成至第1钢板11的表面11a或比表面11a更上侧的位置。如图1D所示，当第1焊接金属31 的上表面下端33比第1钢板11的表面11a更靠下侧时，通过第2焊接道次熔融的第2焊接金属32的量增加，焊接热量输入量增加。这是因为，其结果是，第2焊接道次的焊接热量输入量如果变得过大，则第2焊接道次有可能使第1焊接金属31再熔融至第2钢板12的背面12b侧并垂落。另外这是因为，第1焊接金属31的上表面下端33如果形成至第1钢板11的表面11a以上上侧，则能够抑制第2焊接道次的焊接热量输入。
第1焊接金属31凝固后，进行第2焊接道次。在第2焊接道次中，如图1C所示，在第1焊接金属31上，形成含有从第1钢板11的表面11a向外部突出的第2堆高部42(参照图1C中的虚线部44的上侧部分)的第2焊接金属32。
(焊接条件)
电弧点焊时的电流、电压条件没有特别限定，根据想要焊接的第1钢板11、第2钢板12的板厚t1、t2等来适当采用合适的条件即可。
另外，第1和第2焊接道次时的保护气体的种类也没有特别限定，可以列举出通常的Ar和30体积％以下的CO2的混合气体。将CO2气体的混合量设定为2～15体积％时，特别是能够抑制焊珠的垂落，因此第1焊接道次优选在该保护气体条件下进行焊接。
有关电弧点焊中使用的焊条，成分和直径等没有特别限定。例如，从JISZ 3312或JIS Z 3313等中规定的焊条等能够形成强度符合必要的接头强度的焊接金属的以往公知的焊条中选择使用即可。
(焊接接头)
通过上述的2道次的焊接，如图1C所示，2片高强度钢板11、12被重叠着点焊，得到由第1焊接金属31和第2焊接金属32接合而形成的电弧点焊接头40。
焊接接头40如图2所示，第1钢板11的焊道直径W1与第2钢板12的焊道直径W2的平均值(以下有时也称作“平均焊道直径”)W相对于板厚t(mm)形成为3t(mm)～10t(mm)以下的范围。
此外，第1钢板11、第2钢板12的板厚t1、t2不同时，板厚t设定成较薄侧的钢板的板厚。
这里，焊道直径W1、W2分别是指由第1焊接金属31在第1钢板11的 表面11a上形成的焊道的当量圆直径和由第2焊接金属32在第2钢板12的背面12b上形成的焊道的当量圆直径。此外，焊道的当量圆直径是指与形成于第1钢板11的表面11a或第2钢板12的背面12b的位置的焊道的面积相同的面积的圆的直径。
另外，如图2所示，焊接接头40优选被形成为：形成于第2钢板12的背面12b的第1堆高部41的高度h1、形成于第1钢板11的表面11a的第2堆高部42的高度h2均相对于钢板的板厚t(mm)为t/5(mm)以上。
进而，在本实施方式中，作为衡量焊接接头的强度的指标，使用堆高高度h。这里，当第1钢板11、第2钢板12的板厚t1、t2相同时，堆高高度h是指第1堆高部41、第2堆高部42的高度h1、h2中的较低一方的值；当第1钢板11、第2钢板12的板厚t1、t2不同时，堆高高度h是指第2堆高部42的高度h2(mm)与第1钢板11的与第2堆高部42邻接的部分的板厚t1(mm)之和(h2+t1)和第1堆高部41的高度h1(mm)与第2钢板12的与第1堆高部41邻接的部分的板厚t2(mm)之和(h1+t2)中的和较小一方的堆高部的高度(mm)。
理由如下：十字抗拉强度试验时，当第1钢板11、第2钢板12的板厚t1、t2相同时，在堆高部的高度较低的钢板侧发生断裂。另外，当第1钢板11、第2钢板12的板厚t1、t2不同时，几乎都是在第2堆高部42的高度h2(mm)与第1钢板11的与第2堆高部42邻接的部分的板厚t1(mm)之和(h2+t1)和第1堆高部41的高度h1(mm)与第2钢板12的与第1堆高部41邻接的部分的板厚t2(mm)之和(h1+t2)中的和较小的钢板侧发生断裂(决定接头的十字抗拉强度)。
该堆高高度h(mm)被形成为相对于板厚t(mm)为t/5(mm)以上。这里，有关板厚t，当第1钢板11的板厚t1与第2钢板12的板厚t2相等时，是指该板厚；当第1钢板11的板厚t1与第2钢板12的板厚t2不同时，是指较薄侧的钢板的板厚。
此外，对于本实施方式的电弧点焊来说，在重叠的第1钢板11的表面11a上形成的第2堆高部42和在第2钢板12的背面12b上形成的第1堆高部41不仅仅是图1C所示的完全的凸状，还有时如图4所示那样，形成凹部35。即使在第1堆高部41或第2堆高部42存在凹部35，只要该凹部35的底位于比第2钢板12的背面12b或第1钢板11的表面11a更外侧的位置，则焊接接头40能够确保必要的强度。
因此，本实施方式中，当没有凹部时，将第1堆高部41的高度h1设定成第1堆高部41的最大高度(参照图1C)，当具有凹部35时，将第1堆高部41的高度h1设定成直到凹部35的底为止的高度(参照图4)。第2堆高部42的高度h2也同样地进行设定。
有关如上所述地形成的电弧点焊接头40及其制造方法的作用效果，以下进行说明。
(制造方法的作用效果)
本实施方式的电弧点焊接头的制造方法由于是通过2次焊接道次来形成从第1钢板11的表面11a至第2钢板12的背面12b的焊接金属，所以与通过1次焊接道次来形成同样的焊接金属的情况相比，可以抑制一次焊接道次中的焊接热量输入，抑制第1焊接金属31的烧穿或过度的焊接变形。
特别是，由于是通过第1焊接道次形成第2钢板12的背面12b的第1堆高部41，通过第2焊接道次形成第1钢板11的表面11a的第2堆高部42，所以形成第1堆高部41和第2堆高部42时的焊接热量输入得到抑制，可以在防止第1焊接金属31的烧穿等的同时，稳定地形成堆高高度h(mm)达到规定的高度(t/5(mm))以上的第1堆高部41、第2堆高部42和平均焊道直径W达到规定范围的第1焊接金属31和第2焊接金属32。
另外，由于在电弧照射侧的第1钢板11上形成有贯通孔5，所以第1焊接道次中的焊接热量输入得到抑制，可以防止或抑制第1焊接道次中的第1焊接金属31的烧穿，稳定地形成规定高度的第1堆高部和达到规定的焊道直径的第1焊接金属31。
这样，通过抑制第1焊接道次、第2焊接道次时的焊接热量输入量，焊接金属容易烧穿的成分中的碳量为0.3质量％以上的高强度钢板与成分中的碳量为0.07质量％以上的高强度钢板经电弧点焊而得到的电弧点焊接头40能够确保规定范围的堆高高度h(mm)和平均焊道直径W(mm)，抗拉剪切强度和十字抗拉强度优良。
另外，第1钢板11的贯通孔5的直径d(mm)与第1钢板11的板厚t1之比(d/t1)优选为1～10以下。由此，可以一边使焊道贯通至第2钢板12的背 面12b，一边稳定地进行电弧点焊。
即，d/t1如果超过10，则为了使贯通孔5的孔端充分熔融，就需要以大的振动幅度使焊矩2摇动。因此，有可能焊接时间变长，以及焊接热量输入增大，从而焊接变形变得显著。另外，如果不使焊矩2摇动，则有可能将孔端熔残，焊接接头40的十字抗拉强度下降。此外，d/t1的值低于1时，开有贯通孔5的效果(焊接热量输入的抑制)变得不充分。
进而，第1焊接道次结束后(中断第1焊接道次的电弧后)、直到开始第2焊接道次(开始第2焊接道次的电弧)时的等待时间优选为1秒以上、更优选为2秒以上。这是因为通过设置等待时间，能够使第1焊接金属31的全部或一部分凝固，不会有第1焊接金属31的烧穿而稳定地形成第2焊接金属32。
此外，通过调整等待时间，可以调节第2焊接道次的热对第1焊接金属31的影响，对此将在后面进行说明。
(焊接接头的作用效果)
焊接接头40由于平均焊道直径W为3t以上但低于10t，所以在能够稳定地制造的同时，还具有规定的接头强度。
构成焊接接头40的第1钢板11和第2钢板12是双方的碳含量为0.07质量％以上并且至少一方的碳含量为0.3质量％以上的高强度钢板。因此，对于焊接接头40来说，第1钢板11和第2钢板12中的至少一方的抗拉强度如果达到980MPa以上，则伴随着抗拉强度的增加，十字抗拉强度就会下降，所以因焊道直径的增加而需要弥补它。因此，平均焊道直径W低于3t时，焊道较小，无法得到与第1钢板11、第2钢板12的强度相称的接头强度。另外，该平均焊道直径W超过10t时，焊矩2的摇动变得必要，焊接时间变长，通过焊接热量输入量的增加有可能使第1焊接金属31垂落，或焊接变形变得显著。
另外，焊接接头40的堆高高度h(mm)相对于钢板的板厚t(mm)如果为t/5(mm)以上，则具有充分的接头强度。堆高高度h(mm)低于t/5时，堆高部的高度不足，无法得到充分的接头强度。
(第1焊接金属组织的改质)
在上述实施方式的电弧点焊接头的制造方法中，形成前述第1焊接金属31后，经过1秒以上之后再开始前述第2焊接金属32的形成，但通过调整 第2焊接道次的开始时间，能够改质第1焊接金属31的组织。
与通过电弧点焊形成的第1焊接金属31的第1钢板11的背面11b连接的部分A(参照图1C)在拉伸试验、特别是十字抗拉强度试验中是应力集中作用的部分。
含有0.3质量％以上的碳、抗拉强度为980MPa以上的高强度钢板由于除了C(碳)以外，还含有大量的Si(硅)、Mn(锰)等淬透性元素，所以当使用的焊条中这些淬透性元素的成分比例较高时，在焊接金属或热影响部在焊接后的冷却过程中有可能生成马氏体，韧性下降。
因此认为，与第1钢板11的背面11b连接的第1焊接金属31的部分A也会韧性下降，在十字抗拉强度试验中变得容易断裂。
通过2道次进行焊接时，第1焊接道次中形成的第1焊接金属31和第1钢板11的背面11b附近的热影响部被第2焊接道次的热再加热或再熔融。利用该作用可以缓和第1焊接金属31的冷却速度而抑制马氏体的生成，能够将在第1焊接金属31或第1钢板11的背面11b附近的热影响部形成的马氏体回火。
第2焊接道次的热的作用根据第1焊接道次与第2焊接道次之间的等待时间的长短、即第2焊接金属32的形成的开始时间的不同，对第1焊接金属31的影响也不同。
当第1焊接金属31或第1钢板11的背面11b附近的热影响部冷却至Ms点以下的温度而发生马氏体相变之后再开始第2焊接金属32的形成时，就会将马氏体回火。
另外，在当第1焊接金属31或第1钢板11的背面11b附近的热影响部发生马氏体相变前的温度为较高的状态时开始第2焊接金属32的形成的情况下，能够抑制马氏体的生成，发生贝氏体相变。
通过将与第1钢板11的背面11b和第2钢板12的表面12a的重叠位置连接的第1焊接金属31或重叠位置附近的热影响部的部分A进行回火而设置成含有大量的马氏体和贝氏体的组织，可以提高韧性，特别是在十字抗拉强度试验中能够获得更高的强度。
为了能够获得上述作用，如图1C所示，第2焊接金属32的焊透下端34必须按照分开地位于比第1钢板11的背面11b更靠上侧的位置的方式来形 成。
因此，如图1B所示，前述第1焊接金属31的上表面下端33形成于在第1钢板11的板厚方向上比距离背面11b的板厚的1/2位置更靠表面11a侧的位置。另外，前述第2焊接金属32的下端34形成于比第1钢板11的背面11b更上方的位置，优选形成于在第1钢板11的板厚方向上比距离背面11b为板厚的1/3位置更靠表面11a侧的位置。
如果如图5所示第2焊接金属32的焊透下端34位于比第1钢板11的背面11b更下侧，则第1焊接金属31的第1钢板11的背面11b与第2钢板12的表面12a的重叠位置附近部分或重叠位置附近的热影响部在第2焊接道次时被加热至奥氏体单相区域以上，生成硬质组织，所以无法获得上述效果。
此外，在本实施方式的电弧点焊接头的制造方法中使用了在第1钢板11上形成有贯通孔5的钢板，但对于如图3所示未形成有贯通孔5的第1钢板11和第2钢板12也可以适用电弧点焊接头的制造方法。
在这种情况下，基本的焊接步骤和各焊接道次的条件与形成有贯通孔5的情况相同，但为了使第1钢板11熔融，与形成了贯通孔5的情况相比，需要提高第1焊接道次的热量输入量来进行焊接。
因此，第1钢板11和第2钢板12的层叠的厚度(t1+t2)如果变厚，则用于能够熔融至第2钢板12的背面12b所必要的热量输入量增大，若想要确保充分高度的第1堆高部41，则有可能发生第1焊接金属31的烧穿。
因此，当在第1钢板11上未形成贯通孔时，优选用较薄的第1钢板11、第2钢板12来实施。本发明者们的研究确认，重叠的第1钢板11的板厚t1、第2钢板12的板厚t2的合计如果为2.5mm以下，则能够在一定的热量输入条件范围内无烧穿地进行焊接。
(其它)
本实施方式中，是在第1焊接道次与第2焊接道次之间插入了等待时间来进行焊接。因此，与1道次的焊接相比，焊接时间延长。可是，在汽车车身的组装等中，各焊接构件的电弧点焊点有多个，通过根据焊接点的数量来增加焊接机器人的台数，就能够缩短时间。
如上所述，本实施方式中，是将由一方的成分中的碳量为0.3质量％以上、另一方的成分中的碳量为0.07质量％以上的高强度钢构成的第1钢板11、 第2钢板12重叠后进行电弧点焊，从而制作具有高强度的焊接接头部的构件。对这样的本发明的实施可能性和效果进行确认的实施例如下所示。
实施例
(试验方法)
准备具有表1所示的成分组成、板厚为1.0mm或1.8mm、抗拉强度为1890MPa或2250MPa的高强度钢板，从该钢板上切取试验用板材，对该板材进行电弧点焊，制作拉伸试验用的试验片。保护气体均使用15体积％CO2气体与剩余部分为Ar气的混合气体。
十字拉伸试验用的试验片按照如下所述地制作：根据点焊接头的十字拉伸试验方法(JIS Z3137)，将各板材按照图7所示的十字状重叠，在表2所示的条件下使用2道次的电弧点焊法将试验片进行重叠焊接，制作十字拉伸试验片。此时，作为焊条，使用JIS Z3312中记载的YGW17。此外，在表2中记载了贯通孔的直径的情况下，在上侧的试验片的焊接位置形成有该直径值的贯通孔。
另外，拉伸剪切试验用的试验片也同样地进行制作，根据点焊接头的拉伸剪切试验方法(JIS Z3136)，将各试验片如图8所示那样平行地重叠，在表2所示的各条件下使用电弧点焊法将试验片彼此之间焊接，制作拉伸剪切试验片。此外，在表2中记载了贯通孔的直径的情况下，在上侧的试验片的焊接位置形成有该直径值的贯通孔。
进而，将同样制作的试验用板材按照同钢种的组合进行重叠，在表2所示的各条件下使用以往的1道次的点焊法将各板材进行焊接，制作十字拉伸试验用和拉伸剪切试验用的试验片。
对如上所述地通过电弧点焊而制作的试验片，首先，通过目测确认焊道的形状，同时测定焊道的直径和堆高高度。
测定第1钢板11的表面11a侧和第2钢板12的背面12b侧的焊道的焊道直径W1、W2，将它们的平均值作为平均焊道直径W并示于表2中。此外，焊道直径W1、W2是在俯视图中测定焊道的当量圆直径。
另外，对于堆高部的高度，首先，在俯视图中沿着将成为概略最大的焊道直径的方向切断试验片，拍摄图2、图4所示的截面照片。然后，用图像 解析装置判定堆高部是否有凹部35。当无凹部时，求出该堆高部的最大高度作为堆高部的高度，当有凹部35时，求出直到凹部35的底为止的高度作为堆高部的高度。
这里，当第1钢板11、第2钢板12的板厚t1、t2相同时，堆高高度h(mm)是指第1堆高部41、第2堆高部42的高度h1(mm)、h2(mm)中的较低一方的值，当第1钢板11、第2钢板12的板厚t1、t2不同时，堆高高度h(mm)是指第2堆高部42的高度h2(mm)与第1钢板11的与第2堆高部42邻接的部分的板厚t1(mm)之和(h2+t1)和第1堆高部41的高度h1(mm)与第2钢板12的与第1堆高部41邻接的部分的板厚t2(mm)之和(h1+t2)中的和较小一方的堆高部的高度(mm)。
进而，从截面图像以第1钢板11的背面11b为基准测定第2焊接金属32的下端34。
此外，第1焊接金属的上端是在第1焊接道次结束后，沿着焊道在俯视图中成为最大的焊道直径的方向切断试验片，并从其截面图像进行测定。
另外，第1道次、第2道次的焊接热量输入(J)是由各自的焊接时对焊矩施加的电压值、电流值和焊接时间(电弧时间)来求出。
接着，对十字拉伸试验片，根据JIS Z3137实施十字拉伸试验，测定十字抗拉强度(CTS)。此时，沿剥离方向、即如图7中的箭头50所示那样，对上侧的试验片朝着往上方向、对下侧的试验片朝着往下方向、以相互剥离的方向施加载荷，由此实施十字拉伸试验，测定十字抗拉强度(CTS)，结果示于表2中。
另外，对于拉伸剪切试验片，根据JIS Z3136实施拉伸剪切试验，测定抗拉剪切强度(TSS)。此时，沿剪切方向、即如图8中的箭头51所示那样，将各个试验片沿着左右方向、以相互剪切的方向施加载荷，由此实施剪切拉伸试验，测定剪切抗拉强度(TSS)，结果示于下述表2中。
(试验结果)
将使用以上的试验方法实施试验而得到的结果示于表2中。在表2所示的结果中，试验编号3、4、7、8、11、12是本实施例，试验编号1、2、5、6、9、10是比较例。
如表2所示，本实施例中，通过2道次来进行焊接，并按照使焊接金属的堆高高度h和平均焊道直径W满足本实施方式中规定的范围的方式来进行电弧点焊。其结果确认了，使用碳含量为0.3质量％以上的高强度钢板可以得到十字抗拉强度和抗拉剪切强度这两者都优良的焊接接头。
另一方面，比较例中，进行了堆高高度h和平均焊道直径W不满足本实施方式中规定的范围的电弧点焊。其结果是，即使如试验编号2、6、8那样，通过2道次来进行焊接道次，也不能得到具有充分的十字抗拉强度和抗拉剪切强度的焊接接头。
表1
根据本实施方式的焊接接头及其制造方法，在将由一方的成分中的碳量为0.3质量％以上、另一方的成分中的碳量为0.07质量％以上的高强度钢形成的汽车用车身或部件等进行电弧点焊时，能够抑制烧穿而确保良好的焊接作业性，同时能够制作具有高的十字抗拉强度和抗拉剪切强度这两者的焊接结构体。因此，能够充分享受在汽车领域等中适用高强度钢板所带来的下述优点：伴随整个车身的轻量化而发生的低燃料消耗化和碳酸气体(CO2)的排出量削减以及碰撞安全性的提高等。
2013年7月31日申请的日本专利申请2013-159575号的公开内容全部作为参照被纳入本说明书中。
本说明书中记载的全部文献、专利申请和技术标准按照与各个文献、专利申请和技术标准作为参照被纳入是指，与被具体地并且单个记载的情况同等程度的方式作为参照被纳入本说明书中。

Claims (5)

1.一种电弧点焊接头的制造方法，其具有下述工序：
将一方是钢板成分中的碳量为0.3质量％以上的高强度钢板、另一方是钢板成分中的碳量为0.07质量％以上的高强度钢板的第1钢板和第2钢板重叠的工序；
通过第1次电弧焊接使得从电弧照射侧的所述第1钢板侧熔融至所述第2钢板的背面，形成含有从所述第2钢板的背面突出的第1堆高部的第1焊接金属的工序；和
所述第1焊接金属的表面凝固后，通过第2次电弧焊接使得在所述第1焊接金属上熔融，形成含有从所述第1钢板的表面突出的第2堆高部的第2焊接金属的工序，
所述电弧点焊接头的制造方法满足下述(1)、(2)式，
用于形成所述第1焊接金属的所述第1次电弧焊接停止后，经过2秒以上，当所述第1钢板的背面附近的热影响部冷却至Ms点以下的温度之后开始所述第2焊接金属的形成，
通过所述第2次电弧焊接使所述第2焊接金属的下端形成于在所述第1钢板的板厚方向上比所述第1钢板的背面更靠所述第1钢板的表面侧，
3t≤W≤10t (1)
h≥t/5 (2)
其中，W：由所述第1焊接金属形成的焊道的当量圆直径和由所述第2焊接金属形成的焊道的当量圆直径的平均值(mm)；
t：所述第1钢板或所述第2钢板的板厚(mm)，其中，当所述第1钢板的板厚与所述第2钢板的板厚不同时，是较薄侧的钢板的板厚(mm)；
h：当所述第1钢板的板厚与所述第2钢板的板厚相等时，所述第1堆高部的高度(mm)和所述第2堆高部的高度(mm)之中的较低一方的堆高部的高度，其中，当所述第1钢板的板厚与所述第2钢板的板厚不同时，所述第2堆高部的高度(mm)与所述第1钢板的与所述第2堆高部邻接的部分的板厚(mm)之和和所述第1堆高部的高度(mm)与所述第2钢板的与所述第1堆高部邻接的部分的板厚(mm)之和中的和较小一方的堆高部的高度(mm)。
2.根据权利要求1所述的电弧点焊接头的制造方法，其中，通过所述第1次电弧焊接使所述第1焊接金属的上表面下端形成在所述第1钢板的板厚方向上、比所述第1钢板的板厚中心位置更靠所述表面侧的位置。
3.根据权利要求2所述的电弧点焊接头的制造方法，其中，通过所述第1次电弧焊接使所述第1焊接金属的上表面下端形成在比所述第1钢板的所述表面或所述表面更靠外侧的位置。
4.根据权利要求1所述的电弧点焊接头的制造方法，其中，在所述第1钢板上形成有直径为所述第1钢板的板厚的1倍～10倍的贯通孔，在含有该贯通孔的位置上形成所述第1焊接金属。
5.根据权利要求1所述的电弧点焊接头的制造方法，其中，所述第2次电弧焊接的热量输入量为所述第1次电弧焊接的热量输入量以下。
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