CN112118932B - 搭接激光焊接接头、搭接激光焊接接头的制造方法和汽车用骨架部件 - Google Patents

搭接激光焊接接头、搭接激光焊接接头的制造方法和汽车用骨架部件 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供搭接激光焊接接头、搭接激光焊接接头的制造方法以及具有该搭接激光焊接接头的汽车用骨架部件。本发明的搭接激光焊接接头具有将两个以上钢板叠合并通过激光焊接进行接合而成的焊接部，其中，焊接部为由使焊接线形状为直线的主焊接部和在该主焊接部的一端部形成的使焊接线形状为圆弧或圆的焊接终端部构成的J字形状，主焊接部的长度L1(mm)相对于(1)式所表示的焊接部的全长L(mm)为2/3以上且4/5以下，焊接终端部的半径R(mm)满足(2)式，并且焊接终端部的角度θ(弧度)满足(3)式，将上述两个以上钢板叠合后的叠合部中的上述两个以上钢板间的间隙的大小的合计相对于上述两个以上钢板的总板厚为0％以上且15％以下。10.0≤L…(1)0.5≤R≤1.5…(2)5/6π≤θ≤2π…(3)。

Description

搭接激光焊接接头、搭接激光焊接接头的制造方法和汽车用 骨架部件
技术领域
本发明涉及搭接激光焊接接头、搭接激光焊接接头的制造方法以及具有该搭接激光焊接接头的汽车用骨架部件。
背景技术
以往以来，在具有凸缘部分的汽车的结构构件的焊接中，使用电阻点焊。但是，电阻点焊存在如下问题：焊接耗费时间的问题、因分流而发热量降低因此不能使间距变窄的问题、以及具有因设置于焊接机的焊枪引起的空间制约的问题。为了解决这些问题，近年来，除了现有的电阻点焊以外，对使用搭接激光焊接也进行了研究。在此，搭接激光焊接是指对叠合后的两张以上钢板的表面照射激光束而将钢板接合的焊接方法。
在搭接激光焊接中，对叠合后的两张以上钢板的表面以直线形状照射激光束，使照射了激光束的钢板的部位熔融并凝固，由此形成熔融部(焊接部)。与此同时，叠合的钢板接合后可以得到搭接激光焊接接头。但是，在搭接激光焊接的情况下，存在如下问题：在直线的熔融部的终端侧容易产生裂纹，如果产生裂纹则在熔融部的全长上传播。如果在焊接金属中产生裂纹并传播，则不仅担心搭接焊接接头部的剪切强度及剥离强度这样的静态强度降低，而且还担心因从裂纹开始的龟裂发展而使疲劳强度显著降低。对于汽车车身部件、特别是骨架部件而言，近年来为了提高车身强度、刚性，使用更高强度的高张力钢板，焊接部的裂纹所致的接头的静态强度及疲劳强度的降低成为重大问题。
因此，作为抑制将叠合后的钢板进行搭接激光焊接时产生的、搭接激光焊接裂纹的产生及传播的方法，公开了各种技术。
例如，在专利文献1中公开了如下技术：使搭接焊接的下侧的钢板突出，并且使焊接开始位置位于远离凸缘端部的位置，由此防止焊接裂纹。在专利文献2中公开了如下技术：斜着对搭接面的端部进行激光照射，从而防止焊接裂纹。在专利文献3、4中公开了如下技术：对一度焊接了的部分或该焊接了的部分的周围进行再加热或焊接，由此防止焊接裂纹。在专利文献5中公开了如下技术：将搭接面焊接成椭圆形来防止焊接裂纹的产生。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-154194号公报
专利文献2：日本特开2008-296236号公报
专利文献3：日本特开2012-240083号公报
专利文献4：日本特开2012-240086号公报
专利文献5：日本特开2017-113781号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是，对于专利文献1记载的方法而言，由于使搭接焊接的下侧的钢板突出，因此突出的部分变得多余，存在部件设计受到制约的问题。
对于专利文献2记载的方法而言，在叠合的板间空出间隙的情况下，成为在搭接面上不能很好地形成熔融部的熔深不足的状态，存在难以确保强度的问题。
对于专利文献3、4记载的方法而言，由于对一度焊接了的部分或该焊接了的部分的周围进行再加热或焊接，因此存在因进行再加热或焊接而进一步需要焊接时间的问题。
专利文献5记载的方法是将搭接面焊接为椭圆形的方法，不能应用于直线形状的焊接部的焊接裂纹。
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种能够抑制在熔融部的终端部产生裂纹以及裂纹传播的、接头强度良好的搭接激光焊接接头、该搭接激光焊接接头的制造方法、以及具有该搭接激光焊接接头的汽车用骨架部件。
用于解决问题的方法
本发明人为了解决上述问题进行了研究，结果得出如下见解。
在本发明中，分别关注熔融部的全长、焊接线形状、叠合后的两张以上钢板的板厚的合计、叠合后的两张以上钢板之间的间隙的大小的合计。于是了解到，为了防止在熔融部的终端侧产生裂纹，控制熔融部的全长以及焊接线形状是有效的。即发现，通过使焊接线形状为满足下述(1)式至(3)的J字形状，能够抑制在熔融部的终端侧产生裂纹及传播。需要说明的是，在本发明中，将熔融部和焊接热影响区一并称为焊接部。
10mm≤L (1)
0.5≤R≤1.5 (2)
5/6π≤θ≤2π (3)
其中，L为焊接部的全长(单位：mm)，R为焊接部的焊接终端部的半径(单位：mm)，θ为焊接部的焊接终端部的角度(单位：弧度(rad))。
还了解到，通过控制叠合后的两张以上钢板的板厚的合计以及叠合后的两张以上钢板之间的间隙的大小的合计中的至少一者，从而抑制向搭接面的熔融部的应力集中，能够进一步提高剥离强度。
本发明是基于上述见解而完成的，其主旨如下所述。
[1]一种搭接激光焊接接头，其具有将两个以上钢板叠合并通过激光焊接进行接合而成的焊接部，其中，上述焊接部为由使焊接线形状为直线的主焊接部和在该主焊接部的一端部形成的使焊接线形状为圆弧或圆的焊接终端部构成的J字形状，上述主焊接部的长度L1(mm)相对于(1)式所表示的上述焊接部的全长L(mm)为2/3以上且4/5以下，上述焊接终端部的半径R(mm)满足(2)式，并且上述焊接终端部的角度θ(弧度)满足(3)式，将上述两个以上钢板叠合后的叠合部中的上述两个以上钢板间的间隙的大小的合计相对于上述两个以上钢板的总板厚为0％以上且15％以下。
10.0≤L …(1)
0.5≤R≤1.5 …(2)
5/6π≤θ≤2π …(3)
其中，L为焊接部的全长(单位：mm)，R为焊接部的焊接终端部的半径(单位：mm)，θ为焊接部的焊接终端部的角度(单位：弧度)。
[2]如[1]所述的搭接激光焊接接头，其中，上述两个以上钢板中的至少一个钢板具有以质量％计含有C：大于0.07％且0.25％以下、P+S：小于0.03％、Mn：1.8％以上且3.0％以下、Si：大于1.2％且1.8％以下、且余量由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成。
[3]如[1]或[2]所述的搭接激光焊接接头，其中，在上述成分组成的基础上，还含有选自下述A组和B组中的一组或两组。
A组：以质量％计，选自Ti：0.005％以上且0.01％以下和Nb：0.005％以上且小于0.050％中的一种或两种
B组：以质量％计，选自Cr：1.0％以下、Mo：0.50％以下和B：0.10％以下中的一种或两种以上
[4]如[1]～[3]中任一项所述的搭接激光焊接接头，其中，上述两个以上钢板中的至少一个钢板是拉伸强度为980MPa以上的高张力钢板。
[5]如[1]～[4]中任一项所述的搭接激光焊接接头，其中，对于上述两个以上钢板中的至少一个钢板而言，其截面形状为大致帽形或L字形状，具有纵壁部和从该纵壁部的前端向外侧延伸的凸缘部，以将上述凸缘部与其它钢板叠合的接合面的上述纵壁部侧的端部的坐标设为0、将上述纵壁部侧设为(+)、将与上述纵壁部侧相反的、上述凸缘部的外端侧设为(-)的坐标系表示时，上述焊接部位于式(4)所表示的焊接位置X(mm)。
-2t≥X≥-4t …(4)
其中，t为上述两个以上钢板中板厚最厚的钢板的板厚(单位：mm)。
[6]一种搭接激光焊接接头的制造方法，其是[1]～[5]中任一项所述的搭接激光焊接接头的制造方法，其中，将两个以上钢板沿上下方向叠合，对叠合后的上述两个以上钢板中的上侧的钢板表面照射激光而形成焊接部。
[7]如[6]所述的搭接激光焊接接头的制造方法，其中，控制激光输出功率、焦点位置、焊接速度和光束直径中的至少一个，以形成上述主焊接部的长度L1(mm)相对于(1)式所表示的上述焊接部的全长L(mm)为2/3以上且4/5以下、且上述焊接终端部的半径R(mm)满足(2)式、并且该焊接终端部的角度θ(弧度)满足(3)式的J字形状。
[8]一种汽车用骨架部件，其具有[1]～[5]中任一项所述的搭接激光焊接接头。
发明效果
根据本发明，能够抑制熔融部的终端部的裂纹的产生以及传播，因此能够制造接头强度良好的搭接激光焊接接头。另外，本发明的搭接激光焊接接头的外观也优良，因此，适合于汽车的结构构件，能够制成汽车用骨架部件。
附图说明
图1是示出本发明的搭接激光焊接接头的一例的立体图。
图2(A)是说明现有的搭接激光焊接接头的焊接终端部的示意图，图2(B)是说明本发明的搭接激光焊接接头的焊接终端部的示意图。
图3是说明本发明的搭接激光焊接接头的焊接部(熔融部)的构成的俯视图。
图4是说明本发明的搭接激光焊接接头的焊接部(熔融部)的构成的俯视图。
图5是图4中的搭接激光焊接接头的A-A线截面图。
图6是说明本发明的搭接激光焊接接头的焊接方法的立体图。
图7(A)是说明本发明的搭接激光焊接接头的焊接部(熔融部)的位置的俯视图，图7(B)是图7(A)中的B-B线截面图。
图8是示出本发明的实施例中的搭接激光焊接接头的一例的图。
图9(A)是说明两张钢板叠合时的钢板间的间隙的大小的合计的图，图9(B)是说明三张钢板叠合时的钢板间的间隙的大小的合计的图。
具体实施方式
以下，参照各图对本发明的搭接激光焊接接头、搭接激光焊接接头的制造方法以及汽车用骨架部件进行说明。需要说明的是，本发明不受该实施方式限定。
＜搭接激光焊接接头＞
本发明的搭接激光焊接接头具有将两个以上钢板叠合并通过激光焊接进行接合而成的焊接部。焊接部由使焊接线形状为直线的主焊接部和在该主焊接部的一端部形成的使焊接线形状为圆弧的焊接终端部构成，焊接部的形状形成为J字形状。主焊接部的长度L1(mm)相对于下述(1)式所表示的焊接部的全长L(mm)为2/3以上且4/5以下，焊接终端部的半径R(mm)满足下述(2)式，并且焊接终端部的角度θ(弧度)满足下述(3)式。
10.0≤L …(1)
0.5≤R≤1.5 …(2)
5/6π≤θ≤2π …(3)
其中，L为焊接部的全长(单位：mm)，R为焊接部的焊接终端部的半径(单位：mm)，θ为焊接部的焊接终端部的角度(单位：弧度)。
使用图1～图5对这样的本发明的搭接激光焊接接头1的一个实施方式进行说明。图1是示出本发明的搭接激光焊接接头1的一例的立体图。图2(A)是示出现有的搭接激光焊接接头的焊接终端部的示意图，图2(B)是示出本发明的搭接激光焊接接头的焊接终端部的示意图。图3、图4是说明本发明的搭接激光焊接接头的焊接部4的构成的俯视图。图5是图4所示的A-A线的截面图。
首先，参考图1，对本发明的搭接激光焊接接头1进行说明。
在本发明的搭接激光焊接接头1中，将至少两个钢板叠合。在图1所示的例子中，使用具有纵壁部2a和从纵壁部2a的前端向外侧延伸的凸缘部2b的截面形状为大致帽形的钢板2和平坦的面板形状的钢板3两张钢板。按照钢板2与钢板3相对的方式叠合，钢板2的凸缘部2b的区域成为接合面。叠合后的两张钢板2、3通过在凸缘部2b进行搭接激光焊接而接合。在搭接激光焊接中，贯通钢板2、3中的至少一张钢板，形成将钢板2、3接合的熔融部。该熔融部和焊接热影响区成为焊接部4。
需要说明的是，搭接激光焊接沿着纵壁部2a一边使凸缘部2b在长度方向上移动一边断续地照射激光束7来进行。由此，如图1所示，在钢板2、3的接合面形成表面为近似J字形状的两个以上焊接部4。在此，作为本发明的搭接激光焊接接头1，以将两张钢板2、3叠合的情况为例进行说明，也可以将三张以上钢板叠合。
接着，参考图2～图5，对本发明的技术思想以及焊接部4的构成进行说明。
在图2(A)中示出现有的搭接激光焊接接头中的焊接部14的终端15，在图2(B)中示出本发明的搭接激光焊接接头中的焊接部4的终端5。
使用现有的激光焊接机的焊接的情况下，在焊接初期焊接状态不稳定。在该状态下进行如圆弧状等那样焊接方向发生变化的焊接时，会产生更多的溅射，因此通常将焊接部14的终端15的形状形成为直线。但是已知，如图2(A)所示在搭接激光焊接接头的焊接部14的终端15的形状形成为直线的情况下，在焊接部的终端15部分，拉伸应力集中。
具体而言，从熔融部14的外周部分朝向外侧的拉伸应力(图2(A)所示的箭头Fa方向的力)集中在终端15的成为最终凝固部的中心部，由此容易产生凝固裂纹16。如果产生凝固裂纹，则导致焊接裂纹，因此，有时在搭接激光焊接接头产生焊接缺陷。
与此相对，如图2(B)所示，在搭接激光焊接接头的焊接部4的终端5的形状形成为特定的形状、具体而言形成为圆弧或圆形的情况下，能够在焊接部的终端5部分使拉伸应力分散。即，能够在终端5的最终凝固部的中心部6使从熔融部4的外周部分朝向外侧的拉伸应力(图2(B)所示的箭头Fb方向的力)不集中在一处而分散。由此，能够抑制凝固裂纹的产生，因此能够防止搭接激光焊接接头中的焊接缺陷的产生。
基于上述技术思想，在本发明的搭接激光焊接接头1中，重要的是将形成为近似J字形状的焊接部4的表面的尺寸调节为规定的范围。
具体而言，如图3所示，焊接部4由使焊接线形状为直线的主焊接部4a和从该主焊接部4a的一端部连续地形成的、使到焊接部终端为止的焊接线形状为圆弧或圆形的焊接终端部4b构成。主焊接部4a的长度L1(mm)相对于上述(1)式所表示的焊接部4的全长L(mm)为2/3以上且4/5以下。焊接终端部4b的半径R(mm)满足上述(2)式，并且焊接终端部4b的角度θ(弧度)满足上述(3)式。
需要说明的是，上述半径R和角度θ均是以焊接部4的中心线进行测定。另外，主焊接部4a的长度L1以主焊接部4a的中心线Z进行测定。
(焊接部4的全长L(mm)：10.0mm≤L)
在焊接部4的全长L短于10.0mm的情况下，无法得到充分的接合面积，接头强度降低。另外，由于熔融金属少，因此无法抑制裂纹的产生，剥离强度降低。因此，焊接部4的全长L设定为10.0mm以上(上述(1)式)。优选设定为15.0mm以上。需要说明的是，焊接部4的全长L的上限没有特别规定，但从部件的焊接时间的观点出发，优选设定为40.0mm以下。更优选为30.0mm以下。需要说明的是，如图3所示，焊接部4的全长L为主焊接部4a的长度L1与焊接终端部4b的中心线的长度的合计。
(主焊接部4a的长度L1(mm)：L×2/3≤L1≤L×4/5)
在主焊接部4a的长度L1比“L×2/3”(mm)短的情况下，不能确保充分的直线部分，在短的直线部分承担载荷，因此不能得到充分的剥离强度，不适合。另一方面，在主焊接部4a的长度L1比“L×4/5”(mm)长的情况下，不能确保充分的曲线部分，引起应力集中，因此不能得到充分的剥离强度，不适合。因此，主焊接部4a的长度L1设定为L×2/3≤L1≤L×4/5。优选设定为15.0mm以上。优选设定为40.0mm以下。
(焊接终端部4b的半径R(mm)：0.5mm≤R≤1.5mm)
在形成为圆弧或圆形的焊接终端部4b的半径R小于0.5mm的情况下，弧坑部分相对于焊接部4的终端5的比例增大，不能抑制焊接裂纹的产生。另一方面，在焊接终端部4b的半径R大于1.5mm的情况下，不能充分地得到上述拉伸应力的分散效果，不能抑制焊接裂纹的产生。因此，焊接终端部4b的半径R设定为0.5mm≤R≤1.5mm(上述(2)式)。优选设定为0.7mm以上。优选设定为1.3mm以下。
在此，使用图4和图5，对本发明的焊接部4的终端5的截面进行说明。图5是图4所示的A-A线截面图。如图5所示，焊接部4的终端侧呈凹陷形状，通常将其称为弧坑。如上所述，在焊接终端部4b的半径R小于0.5mm的情况下，该弧坑部的凹陷d变大，容易产生焊接裂纹。
(焊接终端部4b的角度θ(弧度)：5/6π弧度≤θ≤2π弧度)
在形成为圆弧或圆形的焊接终端部4b的角度θ小于5/6π弧度的情况下，不能充分地得到上述拉伸应力的分散效果，不能抑制焊接裂纹的产生。另一方面，在焊接终端部4b的角度θ大于2π弧度的情况下，虽然能够抑制焊接裂纹的产生，但产生焊接时间的增加、热影响区的增加等新的问题。因此，焊接终端部4b的角度θ设定为5/6π弧度≤θ≤2π弧度(上述(3)式)。优选设定为π弧度＜θ。优选设定为θ≤3/2π弧度以下。
如上所述，本发明的焊接部4将主焊接部4a和焊接终端部4b形成为上述规定的范围，因此能够有效地分散在焊接部终端的最终凝固部的中心部产生的拉伸应力(上述箭头Fb方向的力)。其结果是能够防止熔融部终端侧的焊接裂纹的产生。由此，如图3所示，即使在熔融部4的全长L的最小值比10.0mm短的情况下也能够防止焊接部终端的焊接缺陷的产生。
(相对于两个以上钢板的总板厚(mm)的、钢板之间的间隙(mm)的大小的合计：0％以上且15％以下)
在本发明中，将使两个以上钢板叠合后的叠合部中的、钢板之间的间隙(在图5所示的例子中，设定为钢板2、3之间的间隙)的大小的合计相对于两个以上钢板的总板厚(mm)设定为0％以上且15％以下。参考图9，对将两个以上钢板叠合后的叠合部中的、钢板间的间隙的大小的合计G进行说明。在图9(A)中示出叠合两张钢板2、3作为搭接激光焊接接头1时的截面图，在图9(B)中示出叠合三张钢板2、31、32作为搭接激光焊接接头1时的截面图。在如图9(A)所示叠合两张钢板2、3的情况下，钢板2与钢板3的间隙为钢板间的间隙的大小的合计G。另一方面，在如图9(B)所示叠合三张钢板的情况下，钢板2与钢板31的间隙的大小G1和钢板31与钢板32的间隙的大小G2的合计为钢板间的间隙的大小的合计G。需要说明的是，在图9中，例示出叠合两张或三张钢板作为搭接激光焊接接头1的情况，但也可以叠合四张以上的钢管。具体而言，在钢板2与N片钢板31～3N(N为2以上的整数)叠合的情况下，钢板2与钢板31的间隙的大小G1、钢板31与钢板32的间隙的大小G2和钢板3n与钢板3n+1(n为满足2≤n＜N的整数)等各间隙的大小的合计为钢板间的间隙的大小的合计G。即，钢板间的间隙的大小的合计G也可以换言之为相邻的叠合钢板彼此的间隙的合计(G＝G1+G2+…+GN-1+GN)。如果相对于两个以上钢板的总板厚T(mm)的、钢板之间的间隙(mm)的大小的合计(总板隙)G为0％以上且15％以下，则能够抑制向搭接面的熔融部的应力集中，能够抑制焊接裂纹的产生，并且能够提高剥离强度。但是，在总板隙超过15％的情况下，产生焊接裂纹，强度也低于没有板隙的情况。优选相对于两个以上钢板的总板厚(mm)的、钢板之间的间隙(mm)的大小的合计设定为5％以上。更优选设定为10％以下。
需要说明的是，本发明的搭接激光焊接接头1通过以上构成可以得到本发明中作为目标的特性，但除了上述构成以外还可以根据需要添加下述构成。
(钢板的成分组成)
本发明的搭接激光焊接接头1中使用的钢板的成分组成没有特别限定，例如可以设定为具有以质量％计含有C：大于0.07％且0.25％以下、P+S：小于0.03％、Mn：1.8％以上且3.0％以下、Si：大于1.2％且1.8％以下、余量由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成。以下，各成分组成中的％是指质量％。
(C：大于0.07％且0.25％以下)
C含量超过0.07％时，能够得到析出强化的效果。另一方面，C含量为0.25％以下时，不会导致粗大的碳化物的析出，能够确保期望的高强度及加工性。因此，C含量优选设定为大于0.07％且0.25％以下。更优选为0.10％以上、0.20％以下。
(P+S：小于0.03％)
P含量与S含量的总量(P+S)小于0.03％时，延展性韧性不会下降，能够确保期望的高强度及加工性。因此，P含量与S含量的总量(P+S)优选设定为小于0.03％。
(Mn：1.8％以上且3.0％以下)
Mn含量为1.8％以上时，能够确保充分的淬透性，因此粗大的碳化物不易析出。另一方面，Mn含量为3.0％以下时，晶界脆化敏感性降低，韧性及抗冷裂性不易劣化。因此，Mn含量优选设定为1.8％以上且3.0％以下。更优选Mn含量设定为2.5％以下。
(Si：大于1.2％且1.8％以下)
Si含量大于1.2％时，能够充分地得到发生固溶而使钢的强度增加的效果。另一方面，Si含量为1.8％以下时，焊接热影响区的硬化不易增大，焊接热影响区的韧性及抗冷裂性不易劣化。因此，Si含量优选设定为大于1.2％且1.8％以下。更优选Si含量设定为1.5％以下。
(余量Fe和不可避免的杂质)
上述成分组成以外的余量为Fe和不可避免的杂质。作为不可避免的杂质，可以列举Al：0.015～0.050％、N：0.002～0.005％等。
除此以外，为了进一步提高钢板强度、接头强度，在上述成分组成的基础上，可以根据需要还含有选自下述A组和B组中的一组或两组。
(A组：以质量％计，选自Ti：0.005％以上且0.01％以下和Nb：0.005％以上且小于0.050％中的一种或两种)
Ti、Nb以碳化物或氮化物的形式析出，具有抑制退火中的奥氏体粗大化的作用。因此，含有Ti、Nb时，优选含有至少一种。为了得到该效果，含有Ti、Nb时，分别地，Ti设定为0.005％以上，Nb设定为0.005％以上。但是，即使过量含有，也有可能上述作用所带来的效果也饱和而变得不经济。另外，有可能退火时的再结晶温度升高，退火后的金属组织变得不均匀，也损害延伸凸缘性。此外，有可能碳化物或氮化物的析出量增加，屈服比升高，形状冻结性也劣化。因此，含有Ti、Nb时，分别地，Ti含量设定为0.01％以下，Nb含量设定为小于0.050％。优选Ti含量设定为小于0.0080％。更优选Nb含量设定为小于0.040％。
(B组：以质量％计，选自Cr：1.0％以下、Mo：0.50％以下和B：0.10％以下中的一种或两种以上)
Cr、Mo和B是具有提高钢的淬透性的作用的元素。因此，可以含有这些元素中的一种以上。但是，即使含有过量的这些元素，也有可能上述效果也饱和而变得不经济。因此，含有Cr、Mo和B时，分别地，Cr含量设定为1.0％以下，Mo含量设定为0.50％以下，B含量设定为0.10％以下。另外，优选Cr含量设定为0.01％以上。优选Mo含量设定为0.004％以上。优选B含量设定为0.0001％以上。优选Cr含量设定为0.50％以下。优选Mo含量设定为0.10％以下。优选B含量设定为0.0030％以下。
(钢板的拉伸强度)
本发明的搭接激光焊接接头1中使用的两个以上钢板中，可以设为至少一个钢板的拉伸强度TS为980MPa以上的高张力钢板。即使至少一个钢板为上述高张力钢板，激光焊接接头1也可以在得到高接合强度的同时，能够防止焊接缺陷的产生。例如，优选使两个以上钢板中的至少一个钢板具有上述成分组成且拉伸强度TS为980MPa以上。需要说明的是，两个以上钢板可以为相同种类、相同形状的钢板，也可以为不同种类、不同形状的钢板。
(钢板的板厚)
在本发明中，作为进行激光焊接的对象的两张以上钢板各自的板厚t′没有特别限定，例如优选为0.5mm≤t′≤2.5mm的范围内。板厚为该范围内的钢板能够适合用作汽车用外板和汽车用骨架构件。需要说明的是，两个以上钢板的板厚可以全部相同，也可以不同。
具体而言，在图1等所示的激光焊接接头1的情况下，优选上侧的钢板2的板厚t′2满足0.6mm≤t′2≤1.2mm、下侧的钢板3的板厚t′3满足1.0mm≤t′3≤2.5mm。或者，优选上侧的钢板2的板厚t′2和下侧的钢板3的板厚t′3均设定成0.5mm≤t′2≤2.5mm、0.5mm≤t′3≤2.5mm。
需要说明的是，本发明中的“焊接裂纹”是指在焊接部4的焊接终端部产生且从焊接终端部传播至焊接始端部的低温裂纹。焊接裂纹的产生的有无可以通过切割焊接后的焊接部4而确认裂纹的有无来判别。裂纹的有无的确认也可以通过目视来确认，但从更清楚地判别的观点出发，例如可以用光学显微镜将切割面放大约10倍后进行确认。需要说明的是，焊接裂纹从焊接部4的表面贯通至背面。
＜搭接激光焊接接头的制造方法＞
接着，使用图6和图7，对上述本发明的搭接激光焊接接头1的制造方法进行说明。图6是用于说明本发明的搭接激光焊接接头1的焊接方法的一例的图。图7是说明本发明的搭接激光焊接接头1中的适合的焊接部(熔融部)4的位置的一例的图。图7(A)是示出两个钢板2、3的组合的俯视图，图7(B)是图7(A)的B-B线截面图。
本发明的搭接激光焊接接头1的制造方法是上述搭接激光焊接接头1的制造方法，首先，将两个以上钢板沿上下方向叠合，然后对叠合后的两个以上钢板中的上侧的钢板表面照射激光而形成焊接部4。
需要说明的是，在本发明中，对叠合后的两个以上钢板进行单侧焊接。通过进行单侧焊接，能够实现省空间化。单侧焊接优选从叠合后的两个以上钢板中板厚较大的钢板侧进行搭接激光焊接。由此，能够防止烧穿。在钢板的板厚相同的情况下，从任意一侧进行搭接激光焊接均可。
在图6所示的例子中，本发明的搭接激光焊接接头1可以如下得到：将两个以上钢板2、3叠合，进行按照具有直线部和半圆部的方式对最外层的钢板2表面照射激光束7的搭接激光焊接，以在钢板2、3形成焊接部4。
上述搭接激光焊接中，以具有直线部和曲线部的方式一边扫描一边连续照射激光束7。如图6所示，作为主焊接部4a和焊接终端部4b，形成具有直线部和半圆部的焊接部4。这种情况下，将直线部焊接后连续地向半圆部照射激光束7能够防止向焊接部4的终端(参考图2(B))的过量的应力集中，能够防止裂纹产生，因此优选。
在本发明中，优选控制激光输出功率、焦点位置、焊接速度和光束直径中的至少一者，以形成焊接部的主焊接部4a的长度L1(mm)相对于上述(1)式所表示的焊接部4的全长L(mm)为2/3以上且4/5以下、且焊接部4的焊接终端部4b的半径R(mm)满足(2)式、并且该焊接终端部4b的角度θ(弧度)满足(3)式的J字形状。
例如，作为激光束，可以用光纤激光器、盘式激光器等。另外，优选设定成光束直径：0.4～1.0mm、激光输出功率：2.0～5.0kW、焦点位置：钢板最外层表面上～距钢板最外层表面30mm上方、焊接速度：2.0～5.0米/分钟。
进一步优选在形成主焊接部4a时优选控制在光束直径：0.5～0.8mm、激光输出功率：2.5～4.5kW、焦点位置：钢板最外层表面上～距钢板最外层表面20mm上方、焊接速度：2.5～4.5米/分钟的范围内。
另外，在形成焊接终端部4b时，优选控制在光束直径：0.4～1.0mm、激光输出功率：2.0～4.0kW、焦点位置：钢板最外层表面上～距钢板最外层表面30mm上方、焊接速度：2.0～4.0米/分钟的范围内。
在本发明中，作为钢板2、3，例如可以使用具有上述成分组成、且拉伸强度TS为980MPa以上的钢板。另外，可以使两个以上钢板2、3的板厚t′2、t′3分别为0.5mm≤t′2≤2.5mm、0.5mm≤t′3≤2.5mm，使板隙为板厚的合计的0％以上且15％以下。
在图6所示的例子中，仅示出了形成直线部和半圆部作为焊接部4的情况，对于焊接终端部4b的线形形状，代替半圆部而制成圆形也可以同样地得到上述发明效果。
接着，使用图7，对本发明的搭接激光焊接接头1中的适合的焊接位置的一例进行说明。需要说明的是，在图7的说明中，也将钢板2记为凸缘部2b，将钢板3记为其它框架部件或面板部件。如图7所示，优选焊接部4形成为主焊接部4a的中心线Z与钢板2的凸缘部2b的长度方向大致平行。
在本发明中，叠合的两个以上钢板中，至少一个钢板的截面形状为大致帽形或L字形状，可以具有纵壁部和从纵壁部的前端向外侧延伸的凸缘部。以将凸缘部与其它钢板叠合的接合面的纵壁部侧的端部的坐标设为0、将上述纵壁部侧设为(+)、将与纵壁部侧相反的、凸缘部的外端侧设为(-)的坐标系表示时，优选焊接部位于下述(4)式所表示的焊接位置X(mm)。以下，参考图7进行具体说明。
在图7(A)和图7(B)所示的例子中，将上侧的钢板2的凸缘部2b与下侧的钢板3的框架部件的接触位置的纵壁部2a侧的端部(以下有时称为接触端部)的坐标设为0。另外，以将凸缘部2b的外端侧设为(-)、将大致帽形(图7中仅示出一部分形状)中的纵壁部2a侧设为(+)的坐标系表示。在大致帽形的框架部件中，将板厚最厚的钢板的板厚设为t(mm)。此时，优选在下述(4)式所表示的焊接位置X(mm)应用单侧焊接方法进行焊接。由此，能够使如图8所示的总板厚为2～5mm、两张重叠的凸缘长度50mm的L字拉伸试验片的剥离强度为1.2kN以上。
-2t≥X≥-4t …(4)
在此，对如上述(4)式那样设定X的理由进行说明。
如果焊接位置X比-2t更接近凸缘部2b的接触端部，则在拉伸试验时容易从焊接金属部发生断裂，有时剥离强度也降低。另一方面，如果焊接位置X比-4t距凸缘部2b的接触端部更远，则施加于焊接部4的力矩容易变大，有时剥离强度降低。因此，焊接位置X优选如上述(4)式那样设定。需要说明的是，焊接位置X设定为从坐标0到主焊接部4a的中心线Z的距离。
＜汽车用骨架部件＞
作为能够适合使用本发明的搭接激光焊接接头1的部件的一例，存在有汽车用骨架部件。在上述如图1所示的汽车用骨架部件的情况下，使用截面形状为大致帽形的作为框架部件的钢板2和面板部件的钢板3。框架部件(图1所示的钢板2)的凸缘部2b和与该凸缘部2b相对配置的面板部件(图1所示的钢板3)通过上述焊接方法进行焊接而形成上述焊接部4，由此构成封闭截面。
本发明的汽车用骨架部件例如优选应用于中柱、车顶纵梁等。对于这些部件而言，从碰撞安全性的观点出发，重要的是确保剥离强度。应用了本发明的汽车骨架部件的中柱如上所述具有充分的剥离强度。
如以上说明的那样，根据本发明，将包含至少一张高张力钢板的两张以上钢板叠合，形成焊接部4并进行焊接接合，由此可以得到在该钢板的正反面没有产生焊接缺陷的搭接激光焊接接头1。
根据本发明，能够抑制焊接部4的终端侧的裂纹的产生及传播，因此，能够制造接头强度高且耐久性优良的搭接激光焊接接头1。
另外，即使是与现有的激光焊接相比较短的熔融部长度，也能够抑制焊接裂纹。由此，还能够期待构件设计的自由度的提高、对更需要剥离强度的部分进行大量焊接而带来的强度提高。
此外，本发明的搭接激光焊接接头1的外观优良，因此可适合用于汽车的结构构件。例如，通过使用高强度钢板作为进行接合的钢板，能够制成汽车用骨架部件。通过使用这样的搭接激光焊接接头1，可以得到接头强度高的汽车用骨架部件等。
实施例
以下，使用实施例对本发明的作用及效果进行说明。需要说明的是，本发明不限于以下实施例。
在本实施例中，使用表1所示的成分组成的钢板作为供试材料。
钢板的板厚为1.2mm、1.6mm和2.0mm中的任一个，板宽为50mm。使用这些钢板，如图8所示，实施弯曲加工成L字的截面形状。L字钢板8具有长边8a和短边8b。需要说明的是，长边8a相当于上述图1所示的激光焊接接头1的钢板2的纵壁部2a，短边8b相当于凸缘部2b。
另外，使用两张相同钢种及相同板厚的L字的钢板8，使各短边8b彼此叠合后，对叠合的部分沿长度方向断续地对多处进行激光焊接而形成焊缝(焊接部4)，制作出L字试验片(以下称为试验片)。在此，试验片尺寸设定成长边8a(横壁长度)：120mm、短边8b(试验片宽度)：50mm、叠合的部分(凸缘宽度)：30mm、上下钢板8间的板隙为0.2mm。
将通过激光焊接形成的焊接部4的条件示于表2-1、表2-2和表2-3中。
焊接位置坐标以将使试验片的两个钢板8叠合的部分的接触位置的端部设为0、将试验片的叠合的部分的外端侧设为(-)、将试验片中的纵壁侧设为(+)的坐标系表示。将此时的焊接位置设为X、将熔融部4的全长设为L、将焊接部4的终端(焊接终端部4b)的圆弧或圆形的半径设为R、将焊接部4的终端(焊接终端部4b)的圆弧或圆形的角度设为θ，对各个值进行各种改变来进行试验。
激光焊接中使用光纤激光器。在搭接激光焊接中，激光输出功率为4.5kW，使焦点位置的光束直径恒定为
Figure BDA0002776739500000191
调节焊接速度、加工点距离，焊缝的熔深。需要说明的是，焊接在大气中进行。激光焊接的焦点位置设定为短边8b的钢板表面。
需要说明的是，拉伸试验基于JIS Z3136以10毫米/分钟的速度进行。裂纹产生的判定通过目视和渗透探伤试验来判定。
另外，剥离强度是利用将弯曲成L字的钢板8彼此如图8那样叠合后进行激光焊接并从两侧负载拉伸载荷的L字拉伸试验来测定。需要说明的是，拉伸方法基于JIS Z3136进行。剥离强度为1.2kN以上时，视为具有高的接合强度，设定为合格。
将所得到的、焊接裂纹和剥离强度的判定结果示于表2-1、表2-2和表2-3中。
[表1]
Figure BDA0002776739500000201
Figure BDA0002776739500000211
Figure BDA0002776739500000221
Figure BDA0002776739500000231
如表2-1、表2-2和表2-3所示，本发明例的试验片的剥离强度为1.2kN以上，没有产生焊接裂纹。
另一方面，在比较例的试验片中，对于No.2、No.9、No.16、No.23、No.30、No.37而言，总板隙G大于总板厚T的15％，产生了焊接裂纹。
另外，对于No.4、No.11、No.18、No.25、No.32、No.39而言，焊接部4的全长L短，因此产生了焊接裂纹。
另外，对于No.5、No.12、No.19、No.26、No.33、No.40、No.67～78而言，焊接部4的终端(焊接终端部4b)的半径R大，因此产生了焊接裂纹。
另外，对于No.6、No.13、No.20、No.27、No.34、No.41而言，焊接部4的终端(焊接终端部4b)的半径R小，因此产生了焊接裂纹。
另外，对于No.7、No.14、No.21、No.28、No.35、No.42而言，焊接部4的终端(焊接终端部4b)的角度θ小，因此产生了焊接裂纹。
如上所述，可知：在按照上述本发明进行激光焊接的本发明例中，得到了良好的搭接激光焊接接头。与此相对，在偏离本发明的上述焊接条件的比较例中，没有得到良好的搭接激光焊接接头。
符号说明
1 搭接激光焊接接头
2 钢板
3 钢板
4 焊接部
4a 主焊接部
4b 焊接终端部
5 焊接部的终端
6 成为最终凝固部的中心部
7 激光束
14 焊接部
15 焊接部的终端
16 裂纹

Claims (9)

1.一种搭接激光焊接接头，其具有将两个以上钢板叠合并通过激光焊接进行接合而成的焊接部，其中，
所述焊接部为由使焊接线形状为直线的主焊接部和在该主焊接部的一端部形成的使焊接线形状为圆弧或圆的焊接终端部构成的J字形状，
所述主焊接部的长度L1(mm)相对于(1)式所表示的所述焊接部的全长L(mm)为2/3以上且4/5以下，
所述焊接终端部的半径R(mm)满足(2)式，并且所述焊接终端部的角度θ(弧度)满足(3)式，
将所述两个以上钢板叠合后的叠合部中的所述两个以上钢板间的间隙的大小的合计相对于所述两个以上钢板的总板厚为0％以上且15％以下，
10.0≤L …(1)
0.5≤R≤1.5 …(2)
π＜θ≤2π …(3)
其中，L为焊接部的全长(单位：mm)，R为焊接部的焊接终端部的半径(单位：mm)，θ为焊接部的焊接终端部的角度(单位：弧度)。
2.如权利要求1所述的搭接激光焊接接头，其中，所述两个以上钢板中的至少一个钢板具有以质量％计含有C：大于0.07％且0.25％以下、P+S：小于0.03％、Mn：1.8％以上且3.0％以下、Si：大于1.2％且1.8％以下、且余量由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成。
3.如权利要求2所述的搭接激光焊接接头，其中，在所述成分组成的基础上，还含有选自下述A组和B组中的一组或两组，
A组：以质量％计，选自Ti：0.005％以上且0.01％以下和Nb：0.005％以上且小于0.050％中的一种或两种；
B组：以质量％计，选自Cr：1.0％以下、Mo：0.50％以下和B：0.10％以下中的一种或两种以上。
4.如权利要求1～3中任一项所述的搭接激光焊接接头，其中，所述两个以上钢板中的至少一个钢板是拉伸强度为980MPa以上的高张力钢板。
5.如权利要求1～3中任一项所述的搭接激光焊接接头，其中，
对于所述两个以上钢板中的至少一个钢板而言，其截面形状为大致帽形或L字形状，具有纵壁部和从该纵壁部的前端向外侧延伸的凸缘部，
以将所述凸缘部与其它钢板叠合的接合面的所述纵壁部侧的端部的坐标设为0、将所述纵壁部侧设为(+)、将与所述纵壁部侧相反的、所述凸缘部的外端侧设为(-)的坐标系表示时，所述焊接部位于式(4)所表示的焊接位置X(mm)，
-2t≥X≥-4t …(4)
其中，t为所述两个以上钢板中板厚最厚的钢板的板厚(单位：mm)。
6.如权利要求4所述的搭接激光焊接接头，其中，
对于所述两个以上钢板中的至少一个钢板而言，其截面形状为大致帽形或L字形状，具有纵壁部和从该纵壁部的前端向外侧延伸的凸缘部，
以将所述凸缘部与其它钢板叠合的接合面的所述纵壁部侧的端部的坐标设为0、将所述纵壁部侧设为(+)、将与所述纵壁部侧相反的、所述凸缘部的外端侧设为(-)的坐标系表示时，所述焊接部位于式(4)所表示的焊接位置X(mm)，
-2t≥X≥-4t …(4)
其中，t为所述两个以上钢板中板厚最厚的钢板的板厚(单位：mm)。
7.一种搭接激光焊接接头的制造方法，其是权利要求1～6中任一项所述的搭接激光焊接接头的制造方法，其中，
将两个以上钢板沿上下方向叠合，
对叠合后的所述两个以上钢板中的上侧的钢板表面照射激光而形成焊接部。
8.如权利要求7所述的搭接激光焊接接头的制造方法，其中，控制激光输出功率、焦点位置、焊接速度和光束直径中的至少一个，以形成所述主焊接部的长度L1(mm)相对于(1)式所表示的所述焊接部的全长L(mm)为2/3以上且4/5以下、且所述焊接终端部的半径R(mm)满足(2)式、并且该焊接终端部的角度θ(弧度)满足(3)式的J字形状。
9.一种汽车用骨架部件，其具有权利要求1～6中任一项所述的搭接激光焊接接头。
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