CN107429361A - 激光焊接用钢材以及激光焊接接合体 - Google Patents

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Abstract

一种激光焊接用钢材，其是选自由JIS G 3131(2011)规定的热轧软钢板以及钢带、JIS G 3141(2011)规定的冷轧钢板以及钢带、JIS G 3113(2011)规定的汽车结构用热轧钢板以及钢带、JIS G 3134(2011)规定的汽车用加工性热轧高张力钢板以及钢带、JIS G 3135(2011)规定的汽车用加工性冷轧高张力钢板以及钢带、JIS G 3445(2011)规定的机械结构用碳钢钢管组成的组中的一种钢材，并且，该激光焊接用钢材含有sol.Al：0.04～1％(质量％、下同)。

Description

激光焊接用钢材以及激光焊接接合体
相关申请的交叉引用
本国际申请要求2015年3月31日在日本专利局提交的日本发明专利申请第2015-73869号的优先权，所述日本发明专利申请的全部内容通过引用而并入本文。
技术领域
本公开涉及激光焊接用钢材以及激光焊接接合体。
背景技术
CO2激光焊接等激光焊接用于对钢板等钢材彼此进行接合。例如，将激光照射到重叠的多张钢材的规定部位，并使经激光照射的部分熔融、凝固以形成焊接金属部。经由该焊接金属部对钢材彼此进行接合(例如参见专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开第2013-132686号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，虽然激光焊接具有可以在大气中实施的优点，但是大气中的氮气、氧气等溶入通过激光照射而熔融的金属中，并且当熔融的金属凝固时会放出上述氮气、氧气等。因此，在激光焊接部位(焊接金属部)，可能会产生凹坑、气孔等焊接缺陷。上述焊接缺陷可能导致外观不良和焊接强度降低。
本公开期望提供能够抑制在激光焊接部位产生凹坑、气孔等焊接缺陷的激光焊接用钢材以及激光焊接接合体。
解决问题的技术方案
本公开的一个方面的激光焊接用钢材是选自由JIS G 3131(2011)规定的热轧软钢板以及钢带、JIS G 3141(2011)规定的冷轧钢板以及钢带、JIS G 3113(2011)规定的汽车结构用热轧钢板以及钢带、JIS G 3134(2011)规定的汽车用加工性热轧高张力钢板以及钢带、JIS G 3135(2011)规定的汽车用加工性冷轧高张力钢板以及钢带、JIS G 3445(2011)规定的机械结构用碳钢钢管组成的组中的一种钢材，并且，该激光焊接用钢材含有sol.Al：0.04～1％(质量％，下同)。
上述激光焊接用钢材是上述特定的钢材，并且，sol.Al(以下适当称为固溶Al)的含量在上述特定的范围内。因此，例如，当对钢材彼此进行激光焊接时，在大气中的氮气、氧气等溶入熔融金属中的情况下，该氮气、氧气等会被钢材中所含有的微量的固溶Al捕获。通过该固溶Al所具有的对氮气、氧气等的捕获效果，而抑制在熔融的金属凝固时放出氮气、氧气等，最终，能够抑制在激光焊接部位(焊接金属部)产生由氮气、氧气等而引起的凹坑、气孔等焊接缺陷。
上述激光焊接用钢材可含有sol.Al：0.04～0.12％。在这种情况下，能够充分抑制在激光焊接部位(焊接金属部)产生凹坑、气孔等焊接缺陷。
本公开的另一方面的激光焊接接合体是利用激光焊接对多张钢板进行接合而成的激光焊接接合体，钢板中sol.Al的含量为0.04～1％(质量％，下同)。
在上述激光焊接接合体中，通过激光焊接接合的钢板的sol.Al(固溶Al)的含量在上述特定的范围内。因此，当对钢材彼此进行激光焊接时，在大气中的氮气、氧气等溶入熔融金属中的情况下，该氮气、氧气等会被钢材中所含有的微量的固溶Al捕获。通过该固溶Al所具有的对氮气、氧气等的捕获效果，而抑制在熔融的金属凝固时放出氮气、氧气等，最终，能够抑制在激光焊接部位(焊接金属部)产生由氮气、氧气等而引起的凹坑、气孔等焊接缺陷。
在上述激光焊接接合体中，钢板中sol.Al的含量可为0.04～0.12％。在这种情况下，能够充分抑制在激光焊接部位(焊接金属部)产生凹坑、气孔等焊接缺陷。
如上所述，根据本公开，可以提供能够抑制在激光焊接部位产生凹坑、气孔等焊接缺陷的激光焊接用钢材以及激光焊接接合体。
附图说明
图1是示出激光焊接接合体的剖视说明图。
附图标记的说明
1…激光焊接接合体；
2…钢板(钢材)；
21…焊接金属部
具体实施方式
以下，对本公开的实施方式进行说明。不过，本公开不限于以下实施方式，在不脱离本公开的主旨的范围内可以以各种方式实施。此外，通过适当地组合不同实施方式而获得的构成也包括在本公开的范围内。
<激光焊接用钢材>
本公开的激光焊接用钢材是用于激光焊接的钢材。激光焊接用钢材是例如通过激光焊接对钢材彼此进行接合时所使用的钢材。作为激光焊接可以列举，例如，CO2激光焊接、YAG激光焊接、半导体激光焊接、激光二极管抽运固体激光焊接(包括盘式激光焊接)、光纤激光焊接等。
应用于激光焊接用钢材的钢材选自由JIS G 3131(2011)规定的热轧软钢板以及钢带、JIS G 3141(2011)规定的冷轧钢板以及钢带、JIS G 3113(2011)规定的汽车结构用热轧钢板以及钢带、JIS G 3134(2011)规定的汽车用加工性热轧高张力钢板以及钢带、JISG 3135(2011)规定的汽车用加工性冷轧高张力钢板以及钢带、和JIS G 3445(2011)规定的机械结构用碳钢钢管组成的组中的一种钢材。
作为JIS G 3131(2011)：热轧软钢板以及钢带的种类可以列举SPHC、SPHD、SPHE、SPHF。各种类的化学成分如以下的表1所示。此外，各种类的其他特性等为JIS规定的特性。
[表1]
单位：％
种类的记号 C Mn P S
SPHC 0.12以下 0.60以下 0.045以下 0.035以下
SPHD 0.10以下 0.45以下 0.035以下 0.035以下
SPHE 0.08以下 0.40以下 0.030以下 0.030以下
SPHF 0.08以下 0.35以下 0.025以下 0.025以下
作为JIS G 3141(2011)：冷轧钢板以及钢带的种类可以列举SPCC、SPCD、SPCE、SPCF、SPCG。各种类的化学成分如以下的表2所示。此外，各种类的其他特性等为JIS规定的特性。
[表2]
单位：％
种类的记号 C Mn P S
SPCC 0.15以下 0.60以下 0.100以下 0.050以下
SPCD 0.12以下 0.50以下 0.040以下 0.040以下
SPCE 0.10以下 0.45以下 0.030以下 0.030以下
SPCF 0.08以下 0.45以下 0.030以下 0.030以下
SPCG 0.02以下 0.25以下 0.020以下 0.020以下
作为JIS G 3113(2011)：汽车结构用热轧钢板以及钢带的种类可以列举SAPH310、SAPH370、SAPH400、SAPH440。各种类的化学成分如以下的表3所示。此外，各种类的其他特性等为JIS规定的特性。
[表3]
单位：％
作为JIS G 3134(2011)：汽车用加工性热轧高张力钢板以及钢带的种类可以列举SPFH490、SPFH540、SPFH590、SPFH540Y、SPFH590Y。各种类的特性等为JIS规定的特性。
作为JIS G 3135(2011)：汽车用加工性冷轧高张力钢板以及钢带的种类可以列举SPFC340、SPFC370、SPFC390、SPFC440、SPFC490、SPFC540、SPFC590、SPFC490Y、SPFC540Y、SPFC590Y、SPFC780Y、SPFC980Y、SPFC340H。各种类的特性等为JIS规定的特性。
作为JIS G 3445(2011)：机械结构用碳钢钢管的种类可以列举STKM11A、STKM12A、STKM12B、STKM12C、STKM13A、STKM13B、STKM13C、STKM14A、STKM14B、STKM14C、STKM15A、STKM15C、STKM16A、STKM16C、STKM17A、STKM17C、STKM18A、STKM18B、STKM18C、STKM19A、STKM19C、STKM20A。各种类的化学成分如以下的表4所示。并且，STKM20A可以含有Nb以及V两者，在此情况下，Nb以及V的含量之和可以设定为0.015％以下。此外，各种类的其他特性等为JIS规定的特性。
[表4]
单位：％
如上所述，激光焊接用钢材是选自JIS规定的多种钢材中的一种钢材，并且，该钢材的sol.Al(固溶Al)的含量为0.04～1％。在激光焊接时，钢材中含有的固溶Al会捕获大气中的已溶入熔融金属中的氮气、氧气等(例如，Al与N2结合而生成AlN，Al与O2结合而生成Al2O3)。通过该固溶Al所具有的对氮气、氧气等的捕获效果，能够抑制当熔融金属凝固时放出氮气、氧气等。其结果为，能够抑制在激光焊接部位(焊接金属部)产生凹坑、气孔等焊接缺陷。
此外，在远程焊接(远程激光焊接)的情况下，激光的光源与工件(钢材)之间的距离长，在激光焊接时，难以使用保护气体(Ar、He等)。因此，在激光焊接时，大气中的氮气、氧气等容易溶入熔融的金属中。因此，能够更有效地发挥上述固溶Al所具有的对氮气、氧气等的捕获效果，从而能够充分抑制在激光焊接部位(焊接金属部)产生凹坑、气孔等焊接缺陷。
当激光焊接用钢材中的sol.Al(固溶Al)的含量小于0.04％时，不能充分发挥上述固溶Al所具有的对氮气、氧气等的捕获效果，从而不能充分抑制在激光焊接部位(焊接金属部)产生凹坑、气孔等焊接缺陷。此外，当sol.Al(固溶Al)的含量超过1％时，会出现钢材的制造管理困难、冲压等的加工性劣化等其他问题。
如上所述，激光焊接用钢材是选自JIS规定的多种钢材中的一种钢材，并且，该钢材的sol.Al(固溶Al)的含量为0.04～1％。在此，对钢材中含有的各元素进行说明。
C：
C具有提高钢材的强度的效果。为了确保钢材的强度，在钢材中可以含有规定量的C。另一方面，如果钢材中的C含量增加，则钢材的焊接性可能会劣化，因此，可使C含量在规定量以下(小于规定量)。
Si：
Si具有提高钢材的强度的效果，并且在钢材中具有作为脱氧剂的作用，因此，在钢材中可以含有规定量的Si。另一方面，如果钢材中的Si含量增加，则钢材的韧性可能会降低且焊接性可能会劣化，因此，可使Si含量在规定量以下(小于规定量)。
Mn：
Mn具有提高钢材的强度的效果，因此，在钢材中可以含有规定量的Mn。另一方面，如果钢材中的Mn含量增加，则钢材的韧性可能会降低，因此，可使Mn含量在规定量以下(小于规定量)。
P：
P可能会使钢材的韧性降低，因此，可使钢材中的P含量在规定量以下(小于规定量)。
S：
S可能会使钢材的韧性降低，因此，可使钢材中的S含量在规定量以下(小于规定量)。
Nb：
Nb具有抑制钢材中的晶粒粗大化的效果，因此，在钢材中可以含有规定量的Nb。另一方面，如果钢材中的Nb含量增加，则钢材的韧性可能会降低，因此，可使Nb含量在规定量以下(小于规定量)。
V：
V具有抑制钢材中的晶粒粗大化的效果，因此，在钢材中可以含有规定量的V。另一方面，如果钢材中的V含量增加，则钢材的韧性可能会降低，因此，可使V含量在规定量以下(小于规定量)。
sol.Al：
A1除了具有上述效果之外，在钢材中还具有作为脱氧剂的作用，因此，在钢材中可以含有规定量的sol.Al。另一方面，如果钢材中的Al含量增加，则钢材的韧性可能会降低，因此，可使sol.Al含量在规定量以下(小于规定量)。
<激光焊接接合体>
通过对多张钢板进行激光焊接而使其接合而形成本公开的激光焊接接合体。例如，通过激光焊接而在重叠的多张钢板的规定部分形成焊接金属部，并经由该焊接金属部对多张钢板进行接合，由此获得激光焊接接合体。作为激光焊接可以列举如上各种激光焊接等。
作为钢板可以使用上述钢材，具体而言，可使用JIS G 3131(2011)规定的热轧软钢板以及钢带、JIS G 3141(2011)规定的冷轧钢板以及钢带、JIS G 3113(2011)规定的汽车结构用热轧钢板以及钢带、JIS G 3134(2011)规定的汽车用加工性热轧高张力钢板以及钢带、JIS G 3135(2011)规定的汽车用加工性冷轧高张力钢板以及钢带、和JIS G 3445(2011)规定的机械结构用碳钢钢管等。
钢板中sol.Al(固溶Al)的含量为0.04～1％。在激光焊接时，钢板中含有的固溶Al捕获大气中的溶入熔融金属中的氮气、氧气等(例如，Al与N2结合而生成AlN，Al与O2结合而生成Al2O3)。通过该固溶Al所具有的对氮气、氧气等的捕获效果，能够抑制当熔融金属凝固时放出氮气、氧气等。其结果为，能够抑制在激光焊接部位(焊接金属部)产生凹坑、气孔等焊接缺陷。
此外，如上所述，在远程焊接(远程激光焊接)的情况下，在激光焊接时，大气中的氮气、氧气等容易溶入熔融的金属中。因此，能够更有效地发挥上述固溶Al所具有的对氮气、氧气等的捕获效果，从而能够充分抑制在激光焊接部位(焊接金属部)产生凹坑、气孔等焊接缺陷。
当钢板中的sol.Al(固溶Al)的含量小于0.04％时，不能充分发挥上述固溶Al所具有的对氮气、氧气等的捕获效果，从而不能充分抑制在激光焊接部位(焊接金属部)产生凹坑、气孔等焊接缺陷。此外，当sol.Al(固溶Al)的含量超过1％时，会出现钢材的制造管理困难、冲压等的加工性劣化等其他问题。
钢板的厚度可以在0.4～4mm的范围内。通过将钢板的厚度设定在上述特定的范围内，可以通过激光焊接容易地接合多张重叠的钢板。此外，通过使钢板为在上述特定的厚度范围内的薄板，能够抑制在激光焊接时大气中的溶入熔融金属中的氮气、氧气等的量。因此，能够充分发挥固溶Al所具有的对氮气、氧气等的捕获效果，从而能够充分抑制在激光焊接部位产生凹坑、气孔等焊接缺陷。
当钢板的厚度小于0.4mm时，即使重叠的钢板彼此之间的间隙为例如0.1mm程度的间隙，也可能使钢板彼此焊接得不够充分。此外，当钢板的厚度超过4mm时，例如不能形成穿透多张重叠的钢板的焊接金属部，从而可能使多张钢板焊接(例如穿透焊接)得不够充分。
钢板可以使用选自上述JIS规定的多种钢材中的一种钢材，并且sol.Al(固溶A1)的含量为0.04～1％。对于钢板中含有的各元素(C、Si、Mn、P、S、Nb、V、sol.Al)如上所述。
本公开的激光焊接用钢材以及激光焊接接合体可以应用于例如汽车等陆路交通工具用的零件和部件等。由于激光焊接用于汽车等陆上交通工具用的零件和部件等，所以可以有效地发挥本公开的效果。
另外，JIS是日本工业标准(Japan Industrial Standards)，JIS规定的内容(钢材的种类、化学成分等)基于JIS手册(2011年1月21日发行)的记载。
实施例
接下来，将本公开的实施例与比较例进行对比并加以说明，并且对本公开的效果进行验证。这些实施例仅示出本公开的实施方式，本公开不限于此。
(实施例1)
首先，制备具有下述的表5所示的化学成分的各种钢板(作为比较例的试料1、2，以及作为本公开的实施例的试料3)。在表5中，“sol.Al”是固溶Al，“ins.Al”是非固溶Al，“Bal.”是剩余成分(剩余部分)。
各种钢板是JIS G 3131(2011)规定的热轧软钢板(种类：SPHC，板厚：2.3mm)，sol.Al(固溶Al)的含量各不相同。即，各种钢板含有C：0.12％以下，Mn：0.60％以下，P：0.045％以下，S：0.035％以下，sol.Al(固溶Al)：规定量(试料1：0.02％、试料2：0.03％、试料3：0.05％)，剩余部分包括Fe以及不可避免的杂质。
[表5]
单位：％
接下来，对各种钢板，进行实施激光焊接时而形成的焊接缺陷的评价。
具体而言，如图1所示，重叠两张相同种类的表面用丙酮脱脂的钢板2。然后，将激光3照射到已重叠的钢板2的规定部分，并使经激光3照射的部分熔融、凝固，从而形成穿透两张重叠的钢板2的焊接金属部21。并且，利用远程CO2激光焊接实施激光焊接。焊接条件为，激光输出：3kW，工件距离(激光光源与工件之间的距离)：900mm，焊接速度：1m/分。
由此，获得通过焊接金属部21将两张钢板2接合而成的激光焊接接合体1。此后，通过视觉确认在作为激光焊接部位的焊接金属部21的表面上是否产生凹坑等焊接缺陷。此外，对焊接金属部21的化学成分也进行调查。
[表6]
单位：％
在表6中示出了实施激光焊接时而形成的焊接缺陷的评价。
由同表可知，作为比较例的试料1、2的钢板(激光焊接接合体)，母材的sol.Al(固溶Al)的含量小于0.04％，因此，在激光焊接部位(焊接金属部)产生了凹坑等焊接缺陷。若对试料1和试料2进行比较，则会发现sol.Al(固溶Al)的含量多的试料2中焊接缺陷的数量较少。在表6中记载有“试料1：有焊接缺陷(多)”、“试料2：有焊接缺陷(少)”。
另一方面，作为本公开的实施例的试料3的钢板(激光焊接接合体)，由于母材的sol.Al的含量为0.04％以上，所以在激光焊接部位(焊接金属部)没有产生凹坑等焊接缺陷。在表6中记载有“试料3：无焊接缺陷”。
可以认为其理由如下，即，在激光焊接时，钢板中含有的sol.Al(固溶Al)捕获大气中的溶入熔融金属中的氮气、氧气等，由此抑制在熔融金属凝固时放出氮气、氧气，从而抑制在激光焊接部位(焊接金属部)产生凹坑等焊接缺陷。
此外，试料3中，焊接金属部的sol.Al(固溶Al)的含量低于母材，焊接金属部的ins.Al(非固溶Al)的含量高于母材，由此，可以认为钢材中的sol.Al(固溶Al)发生了某些状态变化，而使与焊接金属部所含有的ins.Al(非固溶Al)的量相当的量的氮气(N2)、氧气(O2)等被捕获。
并且，在实施例1中，作为钢材，使用了JIS G 3131(2011)规定的热轧软钢板(种类：SPHC)，不过，可以推测只要是适用于本公开的各种钢材(JIS G 3131(2011)：热轧软钢板以及钢带、JIS G 3141(2011)：冷轧钢板以及钢带、JIS G 3113(2011)：汽车结构用热轧钢板以及钢带、JIS G 3134(2011)：汽车用加工性热轧高张力钢板以及钢带、JIS G 3135(2011)：汽车用加工性冷轧高张力钢板以及钢带、JIS G 3445(2011)：机械结构用碳钢钢管)，便可以通过调整钢材中的sol.Al(固溶Al)的含量，而获得与实施例1相同的结果。

Claims (4)

1.一种激光焊接用钢材，其特征在于，
该激光焊接用钢材是选自由JIS G 3131(2011)规定的热轧软钢板以及钢带、JIS G3141(2011)规定的冷轧钢板以及钢带、JIS G 3113(2011)规定的汽车结构用热轧钢板以及钢带、JIS G 3134(2011)规定的汽车用加工性热轧高张力钢板以及钢带、JIS G 3135(2011)规定的汽车用加工性冷轧高张力钢板以及钢带、JIS G 3445(2011)规定的机械结构用碳钢钢管组成的组中的一种钢材，并且，该激光焊接用钢材含有sol.Al：0.04～1％(质量％、下同)。
2.根据权利要求1所述的激光焊接用钢材，其特征在于，
其含有所述sol.Al：0.04～0.12％。
3.一种激光焊接接合体，其特征在于，
该激光焊接接合体是利用激光焊接对多张钢板进行接合而成的激光焊接接合体，
所述钢板中sol.Al的含量为0.04～1％(质量％、下同)。
4.根据权利要求3所述的激光焊接接合体，其特征在于，
所述钢板中所述sol.Al的含量为0.04～0.12％。
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