CN112135706A - 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。本发明为一种搭接激光焊接接头，其具有在将两个以上钢板叠合后的叠合部通过搭接激光焊接进行接合而成的焊接部，其中，焊接部由贯通叠合部的钢板的主焊接部和在主焊接部的一端形成的具有弧坑的末期焊接部构成，焊接部满足(1)式～(4)式。L≥15.0…(1)10.0≥L2≥2lc…(2)t1≥2dc…(3)wc＞dc…(4)。

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无法减小间距的问题、以及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照射激光束，使照射了激光束的钢板的照射部位熔融并凝固，由此形成熔融部(焊接部)。由此，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：在直线形状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，则不仅担心搭接激光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，为了提高车身强度及刚性，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照射激光，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、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：对搭接面以椭圆形进行焊接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2007-229740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，由于斜着照射激光，因此，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记载的方法是对搭接面以椭圆形进行焊接的方法，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、焊接接头的剥离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。
用于解决问题的手段
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，分别关注了(a)熔融部的全长、(b)末期焊接部的长度、(c)搭接激光焊接的终端部的弧坑的长度、深度及宽度、(d)叠合后的两张以上钢板中最上层的钢板的板厚。于是发现，通过控制上述(a)～(d)的全部关系、即通过搭接激光焊接形成满足下述(1)式～(4)式的焊接部，能够抑制焊接部的终端侧的裂纹的产生及裂纹的传播。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。
L≥15.0…(1)
10.0≥L2≥2lc…(2)
t1≥2dc…(3)
wc＞dc…(4)
其中，L为焊接部的全长(单位：mm)，L2为末期焊接部的长度(单位：mm)，lc为末期焊接部的弧坑的长度(单位：mm)，t1为叠合部中最上层的钢板的板厚(单位：mm)，dc为末期焊接部的弧坑的深度(单位：mm)，wc为末期焊接部的弧坑的宽度(单位：mm)。
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，能够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，其具有在将两个以上钢板叠合后的叠合部通过搭接激光焊接进行接合而成的焊接部，其中，
上述焊接部由贯通上述叠合部的钢板的主焊接部和在该主焊接部的一端形成的具有弧坑的末期焊接部构成，
上述焊接部满足(1)式～(4)式。
L≥15.0…(1)
10.0≥L2≥2lc…(2)
t1≥2dc…(3)
wc＞dc…(4)
其中，L为焊接部的全长(单位：mm)，L2为末期焊接部的长度(单位：mm)，lc为末期焊接部的弧坑的长度(单位：mm)，t1为叠合部中最上层的钢板的板厚(单位：mm)，dc为末期焊接部的弧坑的深度(单位：mm)，wc为末期焊接部的弧坑的宽度(单位：mm)。
[2]如上述[1]所述的搭接激光焊接接头，其中，上述叠合部中的钢板间的间隙的大小的合计相对于上述两个以上钢板的合计板厚为0％以上且15％以下。
[3]如上述[1]或[2]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2.5％以下、且余量由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成。
[4]如上述[1]～[3]中任一项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
[5]如上述[1]～[4]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。
[6]一种搭接激光焊接接头的制造方法，其是上述[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，
进行对叠合后的上述两个以上钢板的叠合部中最上层的钢板表面照射激光的激光焊接，在上述叠合部形成焊接部而进行接合。
[7]如[6]所述的搭接激光焊接接头的制造方法，其中，上述激光焊接具有形成主焊接部的主焊接工序和形成具有弧坑的末期焊接部的末期焊接工序，
在满足(5)式～(7)式的条件下控制上述末期焊接工序的激光输出功率、焊接速度、焦点位置和光束直径中的至少一个，以形成满足(1)式～(4)式的上述焊接部。
L≥15.0…(1)
10.0≥L2≥2lc…(2)
t1≥2dc…(3)
wc＞dc…(4)
Pi≥Pf≥(1/4)Pi…(5)
vi≥vf≥(1/4)vi…(6)
fi≤ff≤20.0…(7)
其中，L为焊接部的全长(单位：mm)，L2为末期焊接部的长度(单位：mm)，lc为末期焊接部的弧坑的长度(单位：mm)，t1为叠合部中最上层的钢板的板厚(单位：mm)，dc为末期焊接部的弧坑的深度(单位：mm)，wc为末期焊接部的弧坑的宽度(单位：mm)，Pi为主焊接工序的激光输出功率(单位：kW)，Pf为末期焊接工序的激光输出功率(单位：kW)，vi为主焊接工序的焊接速度(单位：米/分钟)，vf为末期焊接工序的焊接速度(单位：米/分钟)，fi为主焊接工序的焦点位置(单位：mm)，ff为末期焊接工序的焦点位置(单位：mm)。
[8]一种汽车用骨架部件，其具有上述[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，能够抑制叠合后的两张以上钢板的搭接激光焊接中的、焊接部的终端部的裂纹的产生及裂纹的传播，因此能够制造剥离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，能够制造具有本发明的搭接激光焊接接头的汽车用骨架部件。
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(A)是图2(A)中的搭接激光焊接接头的A-A线截面图，图3(B)是图2(B)中的搭接激光焊接接头的B-B线截面图。
图4(A)是说明现有的搭接激光焊接接头的焊接部的俯视图及截面图，图4(B)是说明本发明的搭接激光焊接接头的焊接部的俯视图及截面图。
图5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6(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6(B)是图6(A)中的C-C线截面图。
图7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8是示出本发明的搭接激光焊接接头的制造方法中的搭接激光焊接条件的一例的曲线图，图8(A)示出激光输出功率与焊接时间的关系，图8(B)示出焊接速度与焊接时间的关系，图8(C)示出焦点位置与焊接时间的关系。
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在将两个以上钢板叠合后的叠合部通过搭接激光焊接进行接合而成的焊接部。焊接部由贯通叠合部的钢板的主焊接部和在该主焊接部的一端形成的具有弧坑的末期焊接部构成，焊接部满足下述(1)式～(4)式。
L≥15.0…(1)
10.0≥L2≥2lc…(2)
t1≥2dc…(3)
wc＞dc…(4)
其中，L为焊接部的全长(单位：mm)，L2为末期焊接部的长度(单位：mm)，lc为末期焊接部的弧坑的长度(单位：mm)，t1为叠合部中最上层的钢板的板厚(单位：mm)，dc为末期焊接部的弧坑的深度(单位：mm)，wc为末期焊接部的弧坑的宽度(单位：mm)。
使用图1～图4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(A)是图2(A)所示的A-A线的截面图，图3(B)是图2(B)所示的B-B线的截面图。图4(A)是示出现有的搭接激光焊接接头的焊接部的俯视图及截面图，图4(B)是示出本发明的搭接激光焊接接头的焊接部的俯视图及截面图。
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(平坦的区域)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。该熔融部和该熔融部的焊接热影响区成为焊接部4。
需要说明的是，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的接合面形成表面的形状为近似直线的两个以上焊接部4。在此，作为本发明的搭接激光焊接接头1，以使两张钢板2、3叠合的情况为例进行说明，也可以使三张以上钢板叠合。
接着，参考图2～图4，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)、图3(A)和图4(A)中示出现有的搭接激光焊接接头中的焊接部14和其周边，在图2(B)、图3(B)和图4(B)中示出本发明的搭接激光焊接接头中的焊接部4和其周边。
在现有的搭接激光焊接方法中，以恒定的输出功率和速度进行焊接而形成焊接部。因此，作为熔融宽度的支配因素的小孔(keyhole)的大小一直到焊接后半段为同样的大小，通常形成图4(A)所示的焊接部14。具体而言，焊接部14的宽度W从焊接部14的始端S到终端E大致相同。叠合部中的钢板2、3通过焊接贯通钢板2、3的全部而熔融。在焊接部14的终端E，在上侧的钢板2形成截面积大的弧坑15。
在通过上述现有的搭接激光焊接方法进行焊接的搭接激光焊接接头中，焊接部14的终端部分的弧坑15的深度比最上层的钢板的板厚深。具体而言，如图2(A)和图3(A)所示，弧坑15的深度dc贯通钢板2，为钢板2的板厚以上。在这样的形状的情况下，在焊接部14的终端E中成为最终凝固部的中心部，集中施加从熔融部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)。由此可知，有时在焊接部14的终端部分产生凝固裂纹16并传播。
与此相对，在后述的形成本发明的焊接部4的形状的搭接激光焊接方法中，如图4(B)所示，关于焊接部4的宽度W，从焊接部4的始端S到规定的位置大致相同地形成，但从该规定的位置到终端E按照逐渐变窄的方式形成。叠合部中的钢板2、3在一直到上述规定位置的焊接前半段贯通钢板2、3的全部而熔融，但在上述规定的位置以后的焊接后半段下侧的钢板3的熔融量减少。在焊接部4的终端E，在上侧的钢板2中形成小的弧坑5。
如图4(A)和图4(B)所示，与现有的弧坑15相比，在焊接部4的终端E形成的弧坑5的尺寸比最上层的钢板的板厚小(浅)。具体而言，如图2(B)和图3(B)所示，弧坑5的深度dc浅，没有贯通钢板2。在这种形状的情况下，在焊接部4的终端E，从熔融部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)向中心部(终端E的最终凝固部的中心部)的集中减小。由此，能够防止焊接部4的终端部分的凝固裂纹的产生。
基于上述技术思想，在本发明的搭接激光焊接接头1中，将焊接部4的表面的尺寸调节为规定的范围。特别而言，重要的是减小焊接终端部的弧坑5的尺寸。
具体而言，如图4(B)所示，焊接部4由贯通叠合部的钢板的主焊接部4a和在该主焊接部4a的一端连续形成的具有弧坑5的末期焊接部4b构成。焊接部4满足上述(1)式～(4)式。
(焊接部4的全长L(mm)：L≥15.0mm)
在焊接部4的全长L比15.0mm短的情况下，不能充分地确保后述的末期焊接部4b的长度L2(mm)，产生焊接裂纹。因此，焊接部4的全长L设定为15.0mm以上(上述(1)式)。优选设定为20.0mm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，但从防止部件的焊接时间变长的观点出发，优选设定为40.0mm以下。更优选为30.0mm以下。
(末期焊接部4b的长度L2(mm)：10.0≥L2≥2lc)
在末期焊接部4b的弧坑5的长度lc大于末期焊接部4b的长度L2的1/2的情况下，由于弧坑5相对于焊接部4的终端部分(末期焊接部4b)的比例大，因此不能抑制焊接裂纹的产生。因此，末期焊接部4b的弧坑5的长度lc设定为末期焊接部4b的长度L2(mm)的1/2以下。即，末期焊接部4b的长度L2设定为末期焊接部4b的弧坑5的长度lc的2倍以上(上述(2)式)。优选设定为7.0mm以上。需要说明的是，关于末期焊接部4b的长度L2的上限，从能够抑制焊接裂纹的产生的观点出发，末期焊接部4b的长度L2设定为10.0mm以下。优选设定为9.5mm以下。
(叠合部中最上层的钢板的板厚t1(mm)：t1≥2dc)
在末期焊接部4b的弧坑5的深度dc大于叠合部中最上层(将两张以上钢板叠合后的部分中最上部)的钢板的板厚t1的1/2的情况下，钢板表面的未焊满(underfill)变得显著。其结果是拉伸应力更集中于焊接部4的终端E，容易产生焊接裂纹。而且，在产生了焊接裂纹的情况下，也如后述的本发明的实施例中所示那样，在评价剥离强度的试验中容易从焊接裂纹部分发生断裂，有时无法得到本发明中作为目标的剥离强度。因此，末期焊接部4b的弧坑5的深度dc设定为叠合部中最上层的钢板的板厚t1(mm)的1/2以下。即，叠合部中最上层的钢板的板厚t1设定为末期焊接部4b的弧坑5的深度dc的2倍以上(上述(3)式)。
需要说明的是，在之后的说明中，关于“叠合部中最上层的钢板的板厚t1”，在图4(B)所示的例子的情况下，图中的“t2”相当于上述t1。
在本发明中，末期焊接部4b的弧坑5的深度dc的下限没有特别规定，但从实际施工的观点出发，末期焊接部4b的弧坑5的深度dc优选设定为叠合部中最上层的钢板的板厚t1(mm)的1/3以下。即，叠合部中最上层的钢板的板厚t1优选设定为末期焊接部4b的弧坑5的深度dc的3倍以上(3dc≤t1)。更优选叠合部中最上层的钢板的板厚t1设定为0.7mm以上。
需要说明的是，从尽量不降低激光输出功率而高效地进行焊接的观点出发，末期焊接部4b的弧坑5的深度dc优选设定为叠合部中最上层的钢板的板厚t1(mm)的1/10以上。即，叠合部中最上层的钢板的板厚t1优选设定为末期焊接部4b的弧坑5的深度dc的10倍以下(10×dc≥t1)。
(末期焊接部4b的弧坑5的宽度wc(mm)：wc＞dc)
在即使末期焊接部4b的弧坑5的深度dc为上述叠合部中最上层的钢板的板厚t1的1/2以下而末期焊接部4b的弧坑5的深度dc为末期焊接部4b的弧坑5的宽度wc以上的情况下，钢板表面的未焊满变得显著，因此，拉伸应力更集中于焊接部4的终端E，容易产生焊接裂纹。另外，在产生了焊接裂纹的情况下，也如后述的实施例所示那样，在评价剥离强度的试验中容易从焊接裂纹部分发生断裂，有时无法得到在本发明中作为目标的剥离强度。因此，末期焊接部4b的弧坑5的深度dc设定为小于末期焊接部4b的弧坑5的宽度wc。即，末期焊接部4b的弧坑5的宽度wc设定为大于末期焊接部4b的弧坑5的深度dc(上述(4)式)。优选末期焊接部4b的弧坑5的宽度wc设定为0.15mm以上。
需要说明的是，末期焊接部4b的弧坑5的深度dc的下限没有特别规定，但从实际施工的观点出发，优选为0.30mm以上。
另外，如果末期焊接部4b的弧坑5的尺寸增大，则未焊满变大，因此末期焊接部4b的弧坑5的宽度wc优选设定为2mm以下。
如上所述，对于本发明的焊接部4而言，将主焊接部4a和末期焊接部4b形成为上述规定的范围，因此能够最大限度地发挥减小弧坑5的尺寸所带来的上述效果。其结果是能够防止向焊接部4的终端E的过量的应力集中，能够防止焊接裂纹的产生。由此，即使在焊接部4的全长L的最小值短至15.0mm的情况下也能够防止焊接部终端的焊接缺陷的产生。
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。
(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：0％以上且15％以下)
在本发明中，可以使叠合两个以上钢板后的叠合部中的钢板之间的间隙的大小的合计G(以下有时称为总板隙)相对于两个以上钢板的总板厚T(mm)为0％以上且15％以下。在图4(B)所示的例子中，钢板之间的间隙(板隙)仅存在于钢板2、3之间，因此，将总板隙设为Gmm、将两个以上钢板的总板厚T设为(t2+t3)mm时，表示成0％≤G/(t2+t3)≤15％。通过将相对于两个以上钢板的总板厚T(mm)的总板隙G(mm)调节为上述范围，能够抑制未焊满的量，能够抑制向形成于搭接面的焊接部的应力集中，能够抑制焊接裂纹，还能够提高剥离强度。更优选使总板隙G(mm)相对于两个以上钢板的总板厚T(mm)为5％以上。更优选设定为10％以下。
(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，叠合的两个以上钢板中至少一个钢板的成分组成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2.5％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C含量为0.10％以上、0.21％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，晶界脆化敏感性增加，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1.9％以上。Mn含量更优选设定为2.7％以下，进一步优选设定为2.5％以下。
(Si：大于1.2％且2.5％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2.5％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2.5％以下。更优选Si含量设定为1.3％以上、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、剥离强度，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优选含有0.005％以上，Nb优选含有0.005％以上。但是，即使含有过量的这些元素，也有可能上述作用所带来的效果饱和而变得不经济。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含量优选设定为0.01％以下，Nb含量优选设定为小于0.050％。更优选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。更优选Cr含量设定为0.50％以下。更优选Mo含量设定为0.10％以下。更优选B含量设定为0.03％以下，进一步优选B含量设定为0.0030％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。
(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，搭接激光焊接接头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，作为搭接激光焊接的对象的两张以上钢板的板厚t没有特别限定，例如优选为0.5mm≤t≤3.2mm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等所示的搭接激光焊接接头1的情况下，优选上侧的钢板2的板厚t2满足0.6mm≤t2≤1.2mm、下侧的钢板3的板厚t3设定为1.0mm≤t3≤2.5mm。或者，优选上侧的钢板2的板厚t2和下侧的钢板3的板厚t3均满足0.5mm≤t2≤3.2mm、0.5mm≤t3≤3.2mm的范围。
需要说明的是，本发明中的“焊接裂纹”是指在焊接部4的焊接终端部分产生且从焊接终端E传播至焊接始端S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。从更清楚地判别的观点出发，例如可以用光学显微镜将焊接部的切割面放大约10倍后进行确认。在拍摄焊接部的截面照片的情况下，利用精密切割机而与焊接方向垂直地切割出与焊接终端部相距5mm的部位。需要说明的是，焊接裂纹从焊接部4的表面贯通至背面而被观察到。
＜搭接激光焊接接头的制造方法＞
首先，使用图5，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5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。
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，其中，将两个以上钢板沿上下方向叠合，然后，进行对叠合后的两个以上钢板的叠合部中最上层的钢板表面照射激光的搭接激光焊接，在叠合部形成焊接部4，进行接合。
在本发明中，对层叠的两个以上钢板进行单侧焊接。通过进行单侧焊接，能够实现汽车车身部件组装线的省空间化。单侧焊接优选从层叠的两个以上钢板中板厚更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，从任意一侧依次进行搭接激光焊接均可。
在图5所示的例子中，本发明的搭接激光焊接接头1可以通过将两个以上钢板2、3叠合并进行对最外层的钢板2的表面以直线状照射激光束7的搭接激光焊接以在钢板2、3中形成焊接部4而得到。
上述搭接激光焊接中，一边以直线状扫描一边连续照射激光束7。例如，如图5所示，连续地进行主焊接部4a和末期焊接部4b的形成，形成焊接部4。这种情况下，通过连续地进行形成主焊接部4a的主焊接工序和形成末期焊接部4b的末期焊接工序，能够最大限度地发挥减小弧坑5的尺寸的效果。因此，能够防止向焊接部4的终端E(参考图2(B)和图3(B))的过量的应力集中，能够防止裂纹的产生，因此优选。
本发明的搭接激光焊接具有形成主焊接部4a的主焊接工序和形成具有弧坑5的末期焊接部4b的末期焊接工序。主焊接工序是指焊接前半段的贯通叠合部的钢板的全部的主焊接。末期焊接工序是指接着主焊接工序而一边调节后述的焊接条件一边进行直至焊接部4的终端E的目的在于减小在焊接部4的终端E形成的弧坑5的尺寸的末期焊接。优选控制末期焊接工序的激光输出功率、焊接速度、焦点位置和光束直径中的至少一者，以形成主焊接部4a和具有弧坑5的末期焊接部4b满足上述(1)式～上述(4)式的焊接部4。需要说明的是，主焊接工序在一定条件下进行焊接。
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：0.3～0.8mm、激光输出功率：2.0～5.0kW、焦点位置：从钢板最外层表面上到距钢板最外层表面0～20mm上方的范围、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：从钢板最外层表面上到距钢板最外层表面20mm上方的范围、焊接速度：2.5～4.5米/分钟的范围。
另外，在形成末期焊接部4b时，优选控制在光束直径：0.2～0.6mm、激光输出功率：0.5～3.0kW、焦点位置：从钢板最外层表面上到距钢板最外层表面30mm上方的范围、焊接速度：2.0～4.0米/分钟的范围。
更优选的是，优选按照主焊接工序的激光输出功率Pi、焊接速度vi及焦点位置fi与末期焊接工序的激光输出功率Pf、焊接速度vf及焦点位置ff的关系为图8(A)～图8(C)的各曲线图所示的关系的方式控制激光输出功率、焊接速度和焦点位置。具体而言，可以在满足(5)式～(7)式的条件下控制末期焊接工序的激光输出功率、焊接速度、焦点位置和光束直径中的至少一者。
Pi≥Pf≥(1/4)Pi…(5)
vi≥vf≥(1/4)vi…(6)
fi≤ff≤20.0…(7)
其中，Pi为主焊接工序的激光输出功率(单位：kW)，Pf为末期焊接工序的激光输出功率(单位：kW)，vi为主焊接工序的焊接速度(单位：米/分钟)，vf为末期焊接工序的焊接速度(单位：米/分钟)，fi为主焊接工序的焦点位置(单位：mm)，ff为末期焊接工序的焦点位置(单位：mm)。
Pi≥Pf≥(1/4)Pi…(5)
在末期焊接工序的激光输出功率Pf(kW)超过主焊接工序的激光输出功率Pi(kW)的情况下，有可能未焊满增多、产生烧穿。更优选末期焊接工序的激光输出功率Pf设定为(Pi×0.5)以下。
另一方面，在末期焊接工序的激光输出功率Pf小于主焊接工序的激光输出功率Pi的1/4倍时，激光的功率不足而无法熔化钢板。因此，有可能不能确保充分的焊接线长度，导致剥离强度不足。更优选末期焊接工序的激光输出功率Pf设定为(Pi×1/3)以上。
vi≥vf≥(1/4)vi…(6)
在末期焊接工序的焊接速度vf(米/分钟)超过主焊接工序的焊接速度vi(米/分钟)的情况下，有可能末期焊接部4b的弧坑5的深度dc变深。更优选末期焊接工序的焊接速度vf设定为(vi×0.8)以下。
另一方面，在末期焊接工序的焊接速度vf小于主焊接工序的焊接速度vi的1/4倍时，有可能末期焊接部4b的弧坑5的尺寸增大，产生烧穿。更优选末期焊接工序的焊接速度vf设定为(vi×1/2)以上。
fi≤ff≤20.0…(7)
在末期焊接工序的焦点位置ff(mm)小于主焊接工序的焦点位置fi(mm)时，有可能末期焊接部4b的弧坑5的深度dc变深。更优选末期焊接工序的焦点位置ff设定为(fi×1.2)以上。
另一方面，在末期焊接工序的焦点位置ff超过20.0mm时，激光的功率密度不足而无法熔化钢板。因此，有可能不能确保充分的焊接线长度，导致剥离强度不足。更优选末期焊接工序的焦点位置ff设定为15.0mm以下。
另外，在本发明的焊接方法中，作为钢板2、3，例如可以使用具有上述成分组成、拉伸强度TS为980MPa以上的钢板。另外，两个以上钢板2、3的板厚t2、t3分别为0.5mm≤t2≤3.2mm、0.5mm≤t3≤3.2mm，钢板2、3的板隙可以设定为钢板2、3的板厚的合计的0％以上且15％以下。需要说明的是，对于应用这些钢板的理由，与上述同样。
接着，使用图6，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。
图6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6(A)是示出两个钢板2、3的焊接部4的周围的俯视图，图6(B)是图6(A)的C-C线截面图。需要说明的是，在图6的说明中，也将钢板2记为凸缘部2b、将钢板3记为框架部件。
在图6(A)和图6(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端部的位置坐标设为0。另外，以将凸缘部2b的外端侧设为(-)、将大致帽形(图6中仅示出大致帽形的一部分的形状)中的纵壁部2a侧设为(+)的坐标系表示。在大致帽形的凸缘部2b中，将板厚最厚的部分的钢板板厚设为t(mm)。此时，优选在以下述(8)式表示的焊接位置X(mm)应用单侧焊接方法进行焊接。由此，能够使如图7所示的总板厚T为2～5mm、两张重叠的凸缘部2b的长度为50mm的L字拉伸试验片的剥离强度为1.2kN以上。
-2t≥X≥-4t…(8)
在此，对如上述(8)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优选按照上述(8)式设定。
＜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和作为面板部件的钢板3。汽车用骨架部件是框架部件(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而进行焊接接合，由此可以得到在钢板的正反面没有产生焊接缺陷的搭接激光焊接接头1。
本发明的焊接部4能够减小熔融部终端的弧坑的尺寸，因此最终凝固部的中心部的拉伸应力的集中减小。由此，能够抑制熔融部终端侧的裂纹的产生及传播，因此能够制造剥离强度高且耐久性优良的搭接激光焊接接头1。
另外，即使是与现有的搭接激光焊接相比更短的熔融部长度(15mm)，也能够抑制焊接裂纹。因此，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，可以得到剥离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中的任意一个，板宽为50mm。使用这些钢板，如图7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所示的搭接激光焊接接头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字钢板8，使各短边8b彼此叠合。然后，对叠合的部分(图7所示的平坦的部分)沿长度方向断续地对多处进行搭接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(纵壁长度)为120mm、短边8b(试验片宽度)为50mm、叠合的部分(凸缘宽度)为30mm。上下L字钢板8间的间隙(板隙)G根据板厚在0～20％的范围内适当调节。
将通过搭接激光焊接形成的焊接部4的条件示于表2-1和表2-2中。
如图7所示，表示焊接位置的坐标以将使两个L字钢板8叠合的部分的接近纵壁的接触位置设为0、将试验片的叠合的部分的外侧设为(-)、将试验片的纵壁侧设为(+)的坐标系表示。将此时的焊接位置设为X、将熔融部(焊接部)4的全长设为L、将焊接部4的终端(末期焊接部4b)的长度设为L2、将末期焊接部4b的弧坑5的长度设为lc、将末期焊接部4b的弧坑5的深度设为dc、将末期焊接部4b的弧坑5的宽度设为wc，对各个值进行各种改变来进行试验。
激光焊接中使用焦点位置的光束直径为0.6mmφ的光纤激光器。末期焊接部4b的弧坑5的尺寸按照激光输出功率、焊接速度和焦点位置为图8(A)～图8(C)的各曲线图所示的关系的方式在主焊接工序和末期焊接工序中进行调节。加工点距离设定为钢板最外层表面上。需要说明的是，关于搭接激光焊接的焦点位置，将叠合后的钢板的最上侧的钢板表面(在图7所示的例子中为上侧的L字钢板8的表面)设为0，将相对于L字钢板8垂直向上的方向设为正。焊接在大气中进行。
需要说明的是，剥离强度是利用将弯曲成L字的钢板8彼此如图7那样叠合后进行搭接激光焊接并从焊接的钢板的两侧负载拉伸载荷的L字拉伸试验来测定。拉伸试验基于JIS Z3136以10毫米/分钟的速度进行。关于剥离强度的评价，在剥离强度为1.2kN以上的情况下，视为具有高接合强度，评价为“合格”。
另外，裂纹产生的判定可以通过目视和渗透探伤试验来判定。在本实施例中，如上所述，通过目视进行裂纹产生的判定。具体而言，从所得到的试验片，将从距末期焊接部4b的弧坑5的中心远离焊接开始侧5mm的位置沿与焊接方向垂直的方向切割。用光学显微镜将切割面放大10倍后进行确认。在各条件下逐根进行观察。在从焊接部4的表面贯通至背面的情况下，判定为具有焊接裂纹。
将所得到的焊接裂纹和剥离强度的判定结果示于表2-1和表2-2。
[表1]
Figure BDA0002779430740000231
Figure BDA0002779430740000241
Figure BDA0002779430740000251
如表2-1和表2-2所示，本发明例的试验片的剥离强度为1.2kN以上，没有产生焊接缺陷。
另一方面，在比较例的试验片中，对于No.2、No.10、No.18、No.26、No.34、No.42而言，总板隙G大于总板厚T的15％，此外，焊接部4的终端E的弧坑5的深度dc深(值大)，因此产生了焊接裂纹。
另外，对于No.4、No.12、No.20、No.28、No.36、No.44而言，焊接部4的全长L比15.0mm短，因此产生了焊接裂纹。
另外，对于No.5、No.13、No.21、No.29、No.37、No.45而言，末期焊接部4b的长度L2小，因此产生了焊接裂纹。
另外，对于No.6、No.14、No.22、No.30、No.38、No.46而言，焊接部4的终端E的弧坑5的深度dc深(值大)，因此产生了焊接裂纹。
另外，对于No.7、No.15、No.23、No.31、No.39、No.47而言，焊接部4的终端E的弧坑5的长度lc大，因此产生了焊接裂纹。
另外，对于No.8、No.16、No.24、No.32、No.40、No.48而言，焊接部4的终端E的弧坑5的宽度wc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搭接激光焊接的本发明例中，得到了具有在本发明中作为目标的特性的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 末期焊接部
5 弧坑
7 激光束
8 钢板
14 焊接部
15 弧坑
16 裂纹
L 焊接部的全长
L2 末期焊接部的长度
lc 弧坑的长度
dc 弧坑的深度
wc 弧坑的宽度
W 焊接部的宽度
G 板隙

Claims (8)

1.一种搭接激光焊接接头，其具有在将两个以上钢板叠合后的叠合部通过激光焊接进行接合而成的焊接部，其中，
所述焊接部由贯通所述叠合部的钢板的主焊接部和在该主焊接部的一端形成的具有弧坑的末期焊接部构成，
所述焊接部满足(1)式～(4)式，
L≥15.0…(1)
10.0≥L2≥2lc…(2)
t1≥2dc…(3)
wc＞dc…(4)
其中，L为焊接部的全长(单位：mm)，L2为末期焊接部的长度(单位：mm)，lc为末期焊接部的弧坑的长度(单位：mm)，t1为叠合部中最上层的钢板的板厚(单位：mm)，dc为末期焊接部的弧坑的深度(单位：mm)，wc为末期焊接部的弧坑的宽度(单位：mm)。
2.如权利要求1所述的搭接激光焊接接头，其中，所述叠合部中的钢板间的间隙的大小的合计相对于所述两个以上钢板的合计板厚为0％以上且15％以下。
3.如权利要求1或2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2.5％以下、且余量由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成。
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，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。
5.如权利要求1～4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。
6.一种搭接激光焊接接头的制造方法，其是权利要求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，
进行对叠合后的所述两个以上钢板的叠合部中最上层的钢板表面照射激光的激光焊接，在所述叠合部形成焊接部而进行接合。
7.如权利要求6所述的搭接激光焊接接头的制造方法，其中，所述激光焊接具有形成主焊接部的主焊接工序和形成具有弧坑的末期焊接部的末期焊接工序，
在满足(5)式～(7)式的条件下控制所述末期焊接工序的激光输出功率、焊接速度、焦点位置和光束直径中的至少一个，以形成满足(1)式～(4)式的所述焊接部，
L≥15.0…(1)
10.0≥L2≥2lc…(2)
t1≥2dc…(3)
wc＞dc…(4)
Pi≥Pf≥(1/4)Pi…(5)
vi≥vf≥(1/4)vi…(6)
fi≤ff≤20.0…(7)
其中，L为焊接部的全长(单位：mm)，L2为末期焊接部的长度(单位：mm)，lc为末期焊接部的弧坑的长度(单位：mm)，t1为叠合部中最上层的钢板的板厚(单位：mm)，dc为末期焊接部的弧坑的深度(单位：mm)，wc为末期焊接部的弧坑的宽度(单位：mm)，Pi为主焊接工序的激光输出功率(单位：kW)，Pf为末期焊接工序的激光输出功率(单位：kW)，vi为主焊接工序的焊接速度(单位：米/分钟)，vf为末期焊接工序的焊接速度(单位：米/分钟)，fi为主焊接工序的焦点位置(单位：mm)，ff为末期焊接工序的焦点位置(单位：mm)。
8.一种汽车用骨架部件，其具有权利要求1～5中任一项所述的搭接激光焊接接头。
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