CN109196126A - 具有优异疲劳特性的焊接接头及用于制造其的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了具有优异疲劳特性的焊接接头及用于制造其的方法。根据本公开的实施方式的具有优异疲劳特性的焊接接头包括：焊接金属，该焊接金属通过在多个钢板之间进行焊接而形成，所述多个钢板被布置成使得在其连接部分处搭接；以及重熔部分，该重熔部分形成在焊接金属的端部上，该重熔部分的表面层具有200Hv或更高的维氏硬度值。

Description

具有优异疲劳特性的焊接接头及用于制造其的方法
技术领域
本公开涉及焊接接头及用于制造其的方法，并且更具体地涉及通过在其上照射散焦激光而经受局部重熔的具有优异疲劳特性的焊接接头以及用于制造该焊接接头的方法。
背景技术
为了满足车辆领域中针对处理全球变暖问题等的环境保护方面的燃料效率控制政策，针对车身和各部件的重量减轻的技术研究正在成为重大问题。随着这种趋势，对改善车辆的驾驶性能方面起重要作用的底盘部件也需要应用高强度钢来减轻重量。为了实现部件的重量减轻，提高材料的强度是必要的，并且另外重要的是确保由高强度钢制成的部件在重复施加疲劳载荷的环境中的耐久性。
在使用电弧焊接主要用以确保组装车辆底盘部件时的强度的情况下，通过沉积焊丝将这些部件搭接焊接。因此，焊接接头不可避免地具有作为重复疲劳应力集中部(凹口效应)并且会成为断裂点的几何形状，从而导致部件的耐久性劣化。因此，失去了应用高强度钢的优点。
为了改善焊接部件的疲劳特性，重要的是减小焊接接头的作为应力集中部的端部(也称为趾部)的角度(也称为趾角(toe angle))。与此同时，对趾部的材料和应力的控制也是重要因素。
现有文献已经提出一种这样的方法：即，用凿(撞击销)连续撞击焊道的端部以形成塑性变形区域，由此通过提供压缩应力来改善疲劳特性。然而，在所提出的用凿撞击的方法和使用空气压力的喷丸强化的典型技术的情况下，目标材料在击打之后可能变形。因此，将它们应用于车辆用薄膜钢是有局限的，并且另外，在将它们应用于局部区域比如焊道的端部时，可能在具有相对较高脆性的焊道中产生诸如微裂纹的缺陷。
(专利文献0001)日本公开专利申请No.2014-004609(2014年1月16日公开)
发明内容
技术问题
本公开的实施方式涉及提供一种具有优异疲劳特性的焊接接头。
此外，本公开的实施方式涉及提供一种用于制造通过在焊接接头上照射散焦激光而使其经受局部重熔的、具有优异疲劳特性的焊接接头的方法。
技术方案
本公开的一个方面提供了一种具有优异疲劳特性的焊接接头，该焊接接头包括：焊接金属，焊接金属通过在多个钢板之间进行焊接而形成，所述多个钢板被布置成在所述多个钢板之间的连接部分处彼此搭接；以及重熔部分，重熔部分形成在焊接金属的端部处，并且重熔部分的表面层具有200Hv或更大的维氏硬度值。
另外，根据本公开的实施方式，重熔部分可以通过在焊接金属的端部上照射散焦激光以使焊接金属的端部重熔来形成。
另外，根据本公开的实施方式，重熔部分的表面层可以具有贝氏体结构或马氏体结构。
另外，根据本公开的实施方式，重熔部分的趾角θ可以为30°或更小。
另外，根据本公开的实施方式，焊接接头的疲劳强度可以为260MPa或更大。
另外，根据本公开的实施方式，焊接接头的疲劳强度是钢板的疲劳强度的70％或更多。
本公开的另一方面提供了一种用于制造焊接接头的方法，该方法包括通过在由对多个钢板之间的连接部分进行焊接而形成的焊接金属的端部上照射散焦激光以使焊接金属的端部重熔的操作，所述多个钢板被布置成在所述连接部分处彼此搭接。
另外，根据本公开的实施方式，散焦激光器的输出可以为6kW，并且散焦激光器的移动速度可以为4m/min至6m/min。
另外，根据本公开的实施方式，散焦激光器的散焦长度可以为15mm至20mm。
另外，根据本公开的实施方式，散焦激光器的散焦可以覆盖焊接金属的端部以及钢板的热影响区(HAZ)的与焊接金属的端部相邻的部分。
另外，根据本公开的实施方式，散焦激光器的照射角度可以为30°至45°。
有利效果
在根据本公开的实施方式的具有优异疲劳特性的焊接接头中，通过在焊接金属的端部上照射散焦激光以通过局部重熔来增大焊道端部的曲率半径，可以减轻应力集中，从而提高焊接接头的疲劳强度。
另外，通过照射散焦激光来执行重熔以由此使焊道端部的表面层局部硬化，可以提高焊接接头的疲劳强度。
附图说明
图1是用于描述根据本公开的实施方式的具有优异疲劳特性的焊接接头的平面图。
图2是图1所示的焊接接头的沿着图1的线I-I'截取的横截面图。
图3是用于描述根据本公开的实施方式的用于制造焊接接头的方法的横截面图。
图4是通过光学显微镜拍摄的根据本公开的实施方式的焊接接头的横截面的图片。
图5是示出了根据本公开的实施方式的焊接接头的硬度分布的曲线图。
图6是通过光学显微镜拍摄的由根据本公开的实施方式的焊接接头制造方法制造的焊接接头的横截面的图片。
图7是通过光学显微镜拍摄的由根据本公开的实施方式的焊接接头制造方法制造的焊接接头的横截面的图片。
图8是通过光学显微镜拍摄的由根据本公开的比较示例的焊接接头制造方法制造的焊接接头的横截面的图片。
图9是通过光学显微镜拍摄的由根据本公开的比较示例的焊接接头制造方法制造的焊接接头的横截面的图片。
图10是通过光学显微镜拍摄的由根据本公开的比较示例的焊接接头制造方法制造的焊接接头的横截面的图片。
具体实施方式
最佳方式
根据本公开的实施方式的具有优异疲劳特性的焊接接头可以包括：焊接金属，该焊接金属通过在多个钢板之间进行焊接而形成，所述多个钢板被布置成在所述多个钢板之间的连接部分处彼此搭接；以及重熔部分，该重熔部分形成在焊接金属20的端部处，并且该重熔部分的表面层具有200Hv或更大的维氏硬度值。
本发明的方式
在下文中，将参照附图对本公开的实施方式进行详细描述。提供以下实施方式以将本公开的技术概念传达给本领域普通技术人员。然而，本公开不限于这些实施方式，而是可以以其他的形式实施。在附图中，可能未示出与描述无关的部分以清楚地说明本公开，并且另外，为了易于理解，或多或少地夸大地示出了部件的尺寸。
图1是用于描述根据本公开的实施方式的具有优异疲劳特性的焊接接头的平面图。图2是图1所示的焊接接头的沿着图1的线I-I'截取的横截面图。图3是用于描述根据本公开的实施方式的用于制造焊接接头的方法的横截面图。图4是通过光学显微镜拍摄的根据本公开的实施方式的焊接接头的横截面的图片。图5是示出了根据本公开的实施方式的焊接接头的硬度分布的曲线图。
将参照图1至图5对根据本公开的实施方式的焊接接头及用于制造其的方法进行详细描述。
根据本公开的实施方式的具有优异疲劳特性的焊接接头可以包括：焊接金属20，焊接金属20通过在多个钢板10之间进行焊接而形成，所述多个钢板10被布置成在所述多个钢板10之间的连接部分处彼此搭接；以及重熔部分30，重熔部分30形成在焊接金属20的端部处，并且重熔部分30的表面层具有200Hv或更大的维氏硬度值。例如，焊接金属20的端部可以是焊接金属20的与钢板10相邻的区域。
例如，钢板10可以是具有780Mpa或更高的拉伸强度和6mmt或更小的厚度的高强度热轧钢板。为了应用高强度钢来减轻钢的重量，需要确保由这种高强度钢制成的产品的耐久性。
在使用电弧焊接来确保组装车辆底盘部件时的强度的情况下，通过沉积焊丝将这些部件搭接焊接。因此，焊接接头不可避免地具有作为重复疲劳应力集中部并且会成为断裂点的几何形状，从而导致部件的耐久性劣化。
为了改善焊接部件的疲劳特性，重要的是减小焊接接头的作为应力集中部的端部(也称为趾部)的角度(也称为趾角)。与此同时，对趾部的材料和应力的控制也会是重要因素。
为了减小趾角并控制趾部的材料和应力，可以在焊接金属20的端部处形成重熔部分30。
可以通过在焊接金属20的端部上照射散焦激光以使焊接金属20的端部重熔来形成重熔部分30。
由此，焊接金属20的端部、即趾部可以通过使用散焦激光的热处理而被重熔，并且因此，重熔部分30可以具有30°或更小的趾角θ。
当重熔部分30的趾角θ超过30°时，应力可能集中在重熔部分30上，使得疲劳强度降低至100MPa或更小，从而导致疲劳寿命降低。
通过减小重熔部分30的趾角，重熔部分30的曲率半径可以增大。因此，由于作为重复疲劳应力集中部的重熔部分30的曲率半径增大，因而可以减轻在重熔部分30上的应力集中。
例如，重熔部分30的曲率半径可以大于焊接金属20的曲率半径。
通过执行将散焦激光照射到焊接金属20的端部上的热处理，可以使重熔部分30的表面层发生部分硬化。
当使焊接金属20的端部重熔以形成重熔部分30时，随着重熔，在钢板10等处可能发生热影响区(HAZ)的软化。
由于散焦激光可以精细地控制其照射区域，因此与使用与此不同种类的热源的情况相比，可以局部地产生重熔，由此使伴随重熔的HAZ的软化最小化。
由于重熔部分30的表面层被硬化，因此该表面层的维氏硬度值可以为200HV或更大。
在本文中，重熔部分30的表面层可以表示距重熔部分30的表面800μm的范围内的区域。当重熔部分30的表面层的维氏硬度值小于200HV时，由于重复疲劳应力，焊接接头可能容易断裂。
图5是示出了焊接接头的硬度分布的曲线图。参照图5，能够确认重熔部分30的表面层的硬度值等于或大于200Hv。
经受热处理的重熔部分30的表面层可以具有贝氏体结构或马氏体结构。例如，贝氏体结构或马氏体结构可以出现在距重熔部分30的表面800μm的范围内。
因此，焊接接头的疲劳强度可以为260MPa或更大。
例如，焊接接头的疲劳强度可以是钢板10的疲劳强度的70％或更多。也就是说，通过将焊接接头的疲劳强度确保为与作为基材的钢板的疲劳强度最大程度地相似的水平，可以扩大用于诸如车辆底盘部件之类的薄化和重量减轻的部件的高强度热轧钢板的应用范围。
根据本公开的实施方式的焊接接头可以通过在由对多个钢板10之间的连接部分进行焊接而形成的焊接金属20的端部上照射散焦激光以使焊接金属20的端部重熔的操作来制造，其中，所述多个钢板10被布置成在连接部分处彼此搭接。
散焦激光器1可以在焊接金属20的端部上照射激光。
例如，散焦激光器1可以是CO2固态激光器。
然而，散焦激光器1的输出可以不限于此，并且例如，散焦激光器1的输出可以是6kW。
例如，散焦激光器1的头部移动速度可以是4m/min至6m/min。
当散焦激光器1的头部移动速度低于4m/min时，焊接金属20的端部、即重熔部分30的表面层材料可能不容易被硬化。当散焦激光器1的头部移动速度高于6m/min时，可能无法确保用于在焊接金属20的端部处进行重熔的足够熔化速率，从而使得可能无法确保期望的重熔部分30的趾角。
例如，散焦激光器的散焦长度L可以是15mm至20mm。
例如，散焦激光器的散焦可以覆盖焊接金属20的端部以及钢板10的HAZ的与焊接金属20的端部相邻的部分。
当散焦激光器的散焦长度L短于15mm时，存在散焦激光不能使由焊接形成的焊接金属20的端部和钢板10的HAZ全部都重熔的问题。当散焦激光器的散焦长度L大于20mm时，存在用于重熔的热输入不足的问题。
例如，散焦激光器的照射角度可以是30°至45°。
当散焦激光器的照射角度小于30°时，可能无法确保在焊接金属20的端部处用于进行重熔的足够熔化速率，从而使得可能无法确保期望的重熔部分30的趾角。当散焦激光器的照射角度大于45°时，可能无法在搭接接合部的下部钢板10A处确保足够的熔化速率，从而使得表面层材料可能不容易被硬化。
图6是通过光学显微镜拍摄的由根据本公开的实施方式的焊接接头制造方法制造的焊接接头的横截面的图片。图7是通过扫描电镜拍摄的由根据本公开的实施方式的焊接接头制造方法制造的焊接接头的横截面的图片。图8是通过光学显微镜拍摄的由根据本公开的比较示例的焊接接头制造方法制造的焊接接头的横截面的图片。图9是通过光学显微镜拍摄的由根据本公开的比较示例的焊接接头制造方法制造的焊接接头的横截面的图片。图10是通过光学显微镜拍摄的由根据本公开的比较示例的焊接接头制造方法制造的焊接接头的横截面的图片。
在下文中，将参照图6至图10以及各实施方式对本公开进行描述。
实施方式1
将PO780 HB钢板布置成彼此搭接，并且然后对PO780 HB钢板之间的连接部分进行电弧焊接以形成焊接金属。此后，将散焦激光照射到焊接金属的趾部上以使焊接金属的趾部重熔。此时，散焦激光器的输出为6kW，激光器头部移动速度为4m/min，散焦长度为15mm，并且照射角度为30°。图6是通过光学显微镜拍摄的根据实施方式1的焊接接头的横截面的图片。对根据实施方式1的焊接接头的制造条件和疲劳强度进行了测量并将测量结果写在下面的表1中。
实施方式2
根据与实施方式1中相同的方法来制造焊接接头。图7是通过扫描电镜拍摄的根据实施方式2的焊接接头的横截面的图片。对根据实施方式2的焊接接头的制造条件和疲劳强度进行了测量并将测量结果写在下面的表1中。
比较示例1
根据与实施方式1中相同的方法来制造焊接接头，除了散焦激光器的输出为6kw，激光器头部移动速度为4m/min，散焦长度为10mm，并且照射角度为20°。图8是通过光学显微镜拍摄的根据比较示例1的焊接接头的横截面的图片。对根据比较示例1的焊接接头的制造条件和疲劳强度进行了测量并将测量结果写在下面的表1中。
比较示例2
根据与实施方式1中相同的方法来制造焊接接头，除了散焦激光器的输出为6kw，激光器头部移动速度为2m/min，散焦长度为10mm，并且照射角度为20°。图9是通过光学显微镜拍摄的根据比较示例2的焊接接头的横截面的图片。对根据比较示例2的焊接接头的制造条件和疲劳强度进行了测量并将测量结果写在下面的表1中。
比较示例3
根据与实施方式1中相同的方法来制造焊接接头，除了散焦激光器的输出为6kw，激光器头部移动速度为2m/min，散焦长度为15mm，并且照射角度为30°。图10是通过光学显微镜拍摄的根据比较示例3的焊接接头的横截面的图片。对根据比较示例3的焊接接头的制造条件和疲劳强度进行了测量并将测量结果写在下面的表1中。
比较示例4
将PO780 HB钢板布置成彼此搭接，使PO780 HB钢板之间的连接部分经受TIG电弧焊接以形成焊接金属，并且然后通过TIG电弧而不是散焦激光使焊接金属的趾部重熔，从而完成焊接。对根据比较示例4的焊接接头的制造条件和疲劳强度进行了测量并将测量结果写在下面的表1中。
[表1]
表2是用于对用以测量根据实施方式2的焊接接头的疲劳强度的方法进行描述的表。
[表2]
参照表2，即使在25.5kN的最大载荷下重复次数为2,000,000周期的情况下，焊接接头也未断裂，并且此时，最大强度为273MPa。焊接接头在增加了0.5kN的26.0kN的最大载荷下92,586周期的情况下断裂。此时，最大强度为277MPa。因此，根据实施方式2的焊接接头的疲劳强度为273MPa。
表3是用于对用以测量根据比较示例4的焊接接头的疲劳强度的方法进行描述的表。
[表3]
参照表3，即使在20.0kN的最大载荷下重复次数为2,000,000周期的情况下，焊接接头也未断裂，并且此时，最大强度为217MPa。因此，能够确认根据比较示例4的焊接接头的疲劳强度为217MPa。
如上所述，由于根据本公开的实施方式的焊接接头确保了260MPa的疲劳强度，因此可以扩大用于诸如车辆底盘部件之类的薄化且重量减轻的部件的高强度热轧钢板的应用范围。
工业实用性
随着对高强度钢和高冲缘性钢的需求稳步增加，根据本公开的实施方式的包括具有优异疲劳特性的焊接接头的焊接技术可以用于诸如工业制造的各种领域。

Claims (11)

1.一种具有优异疲劳特性的焊接接头，包括：
焊接金属，所述焊接金属通过在多个钢板之间进行焊接而形成，多个所述钢板被布置成在多个所述钢板之间的连接部分处彼此搭接；以及
重熔部分，所述重熔部分形成在所述焊接金属的端部处，并且所述重熔部分的表面层具有200Hv或更大的维氏硬度值。
2.根据权利要求1所述的焊接接头，其中，所述重熔部分通过在所述焊接金属的所述端部上照射散焦激光以使所述焊接金属的所述端部重熔来形成。
3.根据权利要求1所述的焊接接头，其中，所述重熔部分的所述表面层具有贝氏体结构或马氏体结构。
4.根据权利要求1所述的焊接接头，其中，所述重熔部分的趾角θ为30°或更小。
5.根据权利要求1所述的焊接接头，其中，所述焊接接头的疲劳强度为260MPa或更大。
6.根据权利要求1所述的焊接接头，其中，所述焊接接头的疲劳强度是所述钢板的疲劳强度的70％或更多。
7.一种用于制造焊接接头的方法，所述方法包括通过在由对多个钢板之间的连接部分进行焊接而形成的焊接金属的端部上照射散焦激光以使所述焊接金属的所述端部重熔的操作，多个所述钢板被布置成在所述连接部分处彼此搭接。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，散焦激光器的输出为6kW，并且所述散焦激光器的移动速度为4m/min至6m/min。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述散焦激光器的散焦长度为15mm至20mm。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述散焦激光器的散焦覆盖所述焊接金属的所述端部以及所述钢板的热影响区(HAZ)的与所述焊接金属的所述端部相邻的部分。
11.根据权利要求7所述的方法，其中，所述散焦激光器的照射角度为30°至45°。
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