CN113039034A

CN113039034A - 接合结构体和接合结构体的制造方法

Info

Publication number: CN113039034A
Application number: CN201980072568.5A
Authority: CN
Inventors: 前田恭兵; 铃木励一
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2018-11-19
Filing date: 2019-09-19
Publication date: 2021-06-25
Also published as: WO2020105267A1; EP3862124A1; JP2020082104A; EP3862124A4; US20220016725A1

Abstract

提供一种焊接后在熔核和塑性金属环区难以发生裂纹的接合结构体及其制造方法。由高张力钢构成的第一构件(11A)、和叠加在第一构件(11A)上，由高张力钢构成的第二构件(11B)被电阻焊而成的接合结构体(10)，其中，第一构件(11A)与第二构件(11B)的空隙高于0mm并低于3mm，在第一构件(11A)与第二构件(11B)的接合部，未形成熔核，或形成有熔核时，熔核的直径D1满足D1＜5mm，在第一构件(11A)的与第二构件(11B)的重叠面和第二构件(11B)的与第一构件(11A)的重叠面的至少一方上设有脱碳层(13)。

Description

接合结构体和接合结构体的制造方法

技术领域

本发明涉及接合结构体和接合结构体的制造方法。

背景技术

近年来，为了实现以削减CO₂排放量为目的的车身轻量化和碰撞安全性强化，汽车的车架结构等广泛采用高张力钢板(High Tensile Strength Steel；HTSS)。另外，在汽车的车身组装和零件安装等方面，主要使用点焊，也适用于高张力钢板的焊接。

接合结构体，是将高张力钢板，由点焊装置的上下一对焊接电极夹持并加压，在焊接电极间通电而形成。这时，在高张力钢板的接合部形成熔核，并且在熔核的周围形成塑性金属环区。

但是，若在被电阻焊的高张力钢板间有空隙(称为“间隙”或“板隙”)的状态下进行电阻焊，则在板厚方向负荷拉伸应力，因此，熔核小时或熔核硬度大时，就会有焊接后在熔核和塑性金属环区发生裂纹的问题。

在专利文献1中记载有通过预加热使工件的间隙消失后，停止，进行预通电而使电极间的电阻稳定后，设置停止期间，接着以达到目标热量的方式控制焊接电流而进行正式通电，由此，即使在工件间有间隙时，仍可防止焊接不良的发生。

另外，在专利文献2中记载有通过在正式通电之前，先施加初始通电，使钢板软化而让板彼此密接，从而能够形成直径充分的熔核而不使散落发生。

此外，在专利文献3中记载有在高强度镀覆钢板的点焊中，能够通过如下方式来防止焊接部的裂纹发生：(a)将焊接后的保持时间设定在一定的值以上，使焊接通电时间减少到一定的范围内；(b)焊接通电后，接着以一定的条件进行后续通电；(c)将焊接后的保持时间设定在一定的值以上，在焊接通电后，在一定的范围内使加压力增加；(d)使用具有一定的组成的高强度镀覆钢板，将焊接后的保持时间设定在一定的值以上而进行焊接。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本国特开2002－96178号公报

专利文献2：日本国特开2016－41441号公报

专利文献3：日本国特开2003－103377号公报

但是，在专利文献1和2中，因为进行预通电(初始通电)，所以节拍时间变长，成为成本上升的要因。另外，没有记述关于焊接后发生的熔核裂纹。

另外，在专利文献3中，保持时间的增加成为节拍时间变长，成本上升的要因。另外，钢板成分的限制，难以确保力学特性，因此不为优选。

发明内容

本发明鉴于前述课题而形成，其目的在于，提供一种在焊接后难以发生熔核和塑性金属环区的裂纹，并且，即使在被焊接的高张力钢间有空隙的状态下进行焊接，也难以发生熔核和塑性金属环区的裂纹的接合结构体及其制造方法。

本发明的上述目的，可通过接合结构体的下述(1)的构成达成。

(1)一种接合结构体，其特征在于，由高张力钢构成的第一构件，和重叠在所述第一构件上，由高张力钢构成的第二构件被电阻焊而成，

所述第一构件与所述第二构件的空隙高于0mm并低于3mm，

在所述第一构件和所述第二构件的接合部，未形成熔核，或形成所述熔核时，所述熔核的直径D1满足D1＜5mm，并且，

在所述第一构件的与所述第二构件的重叠面和所述第二构件的与所述第一构件的重叠面的至少一方上设有脱碳层。

另外，接合结构体的本发明优选的实施方式，涉及以下的(2)和(3)。

(2)根据上述(1)所述的接合结构体，其中，所述第一构件和所述第二构件之中至少一方的所述高张力钢的碳量为0.35质量％以上。

(3)根据上述(1)或(2)所述的接合结构体，其中，在所述熔核的周围，形成塑性金属环区，

所述塑性金属环区的直径D2为D1＜D2且D2＜7mm。

另外，本发明的目的，可由接合结构体的制造方法的下述(4)的构成达成。

(4)一种接合结构体的制造方法，是上述(1)～(3)中任一项所述的接合结构体的制造方法，其中，

使形成于所述第一构件和所述第二构件的至少一方的表面的所述脱碳层，介于所述第一构件与所述第二构件之间，以此方式将所述第一构件与所述第二构件重叠后，由一对电极夹着所述第一构件和所述第二构件，一边加压一边通电，由此对于所述第一构件与所述第二构件进行电阻焊。

根据本发明的接合结构体，第一构件与第二构件的空隙高于0mm并低于3mm，因为在第一构件与第二构件的接合部未形成熔核，或形成熔核时，熔核的直径D1满足D1＜5mm，并且在第一构件的与第二构件的重叠面，和第二构件的与第一构件的重叠面的至少一方设有脱碳层，所以即使焊接前在第一构件与第二构件之间有空隙的状态下进行电阻焊，焊接后熔核和塑性金属环区的裂纹也难以发生。

另外，根据本发明的接合结构体的制造方法，使形成于第一构件和第二构件的至少一方的表面的脱碳层，以介于第一构件与第二构件之间的方式进行重叠后，用一对电极夹持，并一边加压一边通电而进行电阻焊，因此能够防止焊接后的熔核和塑性金属环区的裂纹。

附图说明

图1A是表示一对高张力钢板焊接前被重叠状态的剖面示意图。

图1B是表示图1A的一对高张力钢板被电阻焊的状态的剖面示意图。

图1C是表示图1A的一对高张力钢板经电阻焊而形成有熔核和塑性金属环区的状态的剖面示意图。

图2是表示通过夹隔垫片而设有空隙的高张力钢板被电阻焊的状态的示意图。

具体实施方式

以下，基于附图，详细地说明本发明的一个实施方式的接合结构体及其制造方法。

本实施方式的接合结构体10，如图1A所示，是对于多个(图1所示的实施方式中为2张)高张力钢板11(11A、11B)彼此进行电阻焊(电阻点焊)而形成的。

具体来说，如图1B所示，由点焊装置的上下一对焊接电极12A、12B，夹持被重叠的2张高张力钢板11A、11B并加压，在焊接电极12A、12B间通电，由此高张力钢板11A、11B的接触部熔融而形成接合部17。由此，如图1C所示，在高张力钢板11A、11B的接合部17，形成熔核14，并且在熔核14的周围形成塑性金属环区15。

一般来说，在钢板间有空隙g的状态焊接高张力钢板11时，因为在板厚方向上负荷拉伸应力，所以特别是熔核14小时，焊接后有可能在熔核14和塑性金属环区15发生裂纹。

若在高张力钢板11A、11B之间有空隙g的状态下进行焊接，则散落的发生和在熔核14及塑性金属环区15的裂纹容易发生。因此，在本实施方式的高张力钢板11A、11B中，从焊接时使熔核14和塑性金属环区15的组织发生软化而难以发生裂纹的角度出发，在重叠面的至少一方的面设置脱碳层13，从而抑制裂纹。

另外，在高张力钢板中，钢板中的碳量(C量)变高(例如，为0.35质量％以上)时，焊接所形成的熔核14与热影响部的硬度增加。因此，焊接部的裂纹敏感性提高，因此由上述这样，焊接后在熔核14和塑性金属环区15发生裂纹的可能性变高。更详细地说，碳量高的高张力钢板11彼此被电阻焊时，熔核14和塑性金属环区15成为硬而脆的组织，被固相接合的塑性金属环区15的裂纹和剥离，传播到熔核14而发生裂纹。

以下，首先对于本实施方式的接合结构体10所使用的高张力钢板11进行说明。

高张力钢板11的成分量没有特别限定，但优选具有590MPa以上的强度。还有，作为高张力钢板11，也可以是780MPa级以上、980MPa级以上的。

以下，对于钢中所含的各元素(C、Si、Mn、P、S和其他的金属元素)的含量的优选范围及其范围的限定理由进行以下说明。还有，各元素的含量的％表示全部是质量％。另外，所谓“～”，意思是此下限的值以上，此上限的值以下。

[C：0.05～0.60％]

因为C是有助于钢的母材强度提高的元素，所以在高张力钢板11中是必须元素。因此，C含量优选为0.05％以上。另一方面，若过量地添加，则熔融凝固部(熔核14)和压接部(塑性金属环区15)的硬度变高，不能抑制焊接后的裂纹发生。因此，C含量的上限优选为0.60％以下，更优选为0.40％以下，进一步优选为0.20％以下。

[Si：0.01～3.00％]

Si是有助于脱氧的元素。因此，Si含量的下限优选为0.01％以上。另一方面，若过量地添加，则回火软化抗力变高，熔融凝固部和压接部的硬度变高，不能抑制焊接后的裂纹发生。因此，Si含量的上限优选为3.00％以下，更优选为2.00％以下，进一步优选为1.00％以下。

[Mn：0.5～5.0％]

Mn是有助于淬火性提高的元素，是用于生成马氏体等硬质组织必须的元素。因此，Mn含量的下限优选为0.5％以上。另一方面，若过量地添加，熔融凝固部和压接部的硬度变高，不能抑制焊接后的裂纹发生。因此，Mn含量的上限优选为5.0％以下，更优选为2.5％以下，进一步优选为2.0％以下。

[P：0.05％以下(不包括0％)]

P是不可避免混入到钢中元素，容易向晶内和晶界偏析，使熔融凝固部和压接部的韧性降低，因此希望极力减少。因此，P含量的上限优选为0.05％以下，更优选为0.04％以下，进一步优选为0.02％以下。

[S：0.05％以下(不包括0％)]

S与P同样，是不可避免混入到钢中元素，容易向晶内和晶界偏析，使熔融凝固部和压接部的韧性降低，因此优选极力减少。因此，S含量的上限优选为0.05％以下，更优选为0.04％以下，进一步优选为0.02％以下。

[其他的金属元素]

上述C、Si、Mn、P和S以外的元素，优选如下，

Al：1.0％以下(包括0％)；

N：0.01％以下(包括0％)；

Ti、V、Nb、Zr的合计0.1％以下(包括0％)；

Cu、Ni、Cr和Mo的合计2.0％以下(包括0％)；

B：0.01％以下(包括0％)；

Mg、Ca、REM的合计0.01％以下(包括0％)。另外，余量优选为Fe和不可避免的杂质。不可避免的杂质，是在钢的制造时不可避免地混入的杂质，能够在不损害钢的诸特性的范围内含有。

另一方面，本实施方式的接合结构体10，在被点焊的高张力钢板11A、11B的重叠面的至少一方，具备脱碳层13，熔核14中，高张力钢板11A、11B的钢中的碳量成分被稀释，相比高张力钢板11A、11B的碳量，熔核14的碳量变低。换言之，熔核14的端部和塑性金属环区15为软质，韧性提高，即使在高张力钢板11A、11B间有空隙g的状态进行焊接(参照图2)，也能够成为具有良好的剥离强度的接合状态，抑制裂纹的发生。

还有，脱碳层的厚度，通过如下等方式判断：对于刚脱碳处理之后的试样，用光学显微镜或电子显微镜等测量以铁素体为主层的层的厚度。

另外，脱碳层13的组织包含铁素体、贝氏体、马氏体之中至少一种。因为越是软质的组织越难以开裂，所以更优选脱碳层13是含有铁素体，并含有贝氏体和马氏体的任意一种的组织，进一步优选为含有铁素体，而不含贝氏体和马氏体的组织。

为了有效地发挥由形成脱碳层13带来的防裂纹效果，使脱碳层13的厚度为5μm以上，优选为20μm以上，更优选为35μm以上，进一步优选为50μm以上，更进一步优选为80μm以上。但是，若脱碳层13的厚度过厚，则抗拉强度和疲劳强度降低，因此脱碳层13的厚度为200μm以下，优选为180μm以下，更优选为160μm以下。

还有，在脱碳层13之上，也可以形成有锌或锌合金等的金属镀覆皮膜。另外，这些皮膜可以是以单独使用的单层被覆，或是使之复合组合以多层被覆。

另外，熔核14的维氏硬度，对熔核14的韧性有很大影响，很大地左右裂纹敏感性。若熔核14的维氏硬度过高，则韧性低，得不到良好的剥离强度。因此，熔核14的最软化部的维氏硬度，优选为700Hv以下，更优选为500Hv以下，进一步优选为350Hv以下。但是，使熔核14的最软化部的维氏硬度低于200Hv，这从钢板11的特性上出发有困难，因此，可以使熔核14的最软化部的维氏硬度的下限为200Hv。

另外，熔核14的直径D1越大，越难以发生裂纹。另一方面，若熔核14的直径D1过小，则应力难以分散，焊接后容易发生裂纹。

在此，如后述的实施例的结果所示，熔核的直径D1，在满足D1＞5mm时，即使不形成脱碳层13，裂纹也难以发生。另一方面，在第一构件11A与第二构件11B的接合部，未形成熔核14时(即，熔核的直径D1＝0mm)，或形成有熔核14，熔核的直径D1满足D1＜5mm时，如果不形成脱碳层13，则焊接后的熔核14和塑性金属环区15的裂纹容易发生。

即，本实施方式的接合结构体10，在第一构件11A与第二构件11B的接合部，未形成有熔核14时，或形成有熔核14，熔核的直径D1满足D1＜5mm时，会发挥显著的效果。

因此，能够更充分地发挥出由形成脱碳层13带来的效果的，优选为满足D1＜4mm的情况，更优选为满足D1＜3mm的情况，进一步优选为满足D1＜2mm的情况，更进一步优选为满足D1＜1mm的情况。

与上述的D1＜5mm的条件相关联，塑性金属环区径D2，满足D2＜7mm，优选为D2＜6mm，更优选为D2＜5mm的条件时，能够更充分地发挥出由形成脱碳层13带来的效果。还有，塑性金属环区径D2，当然大于熔核直径D1(D2＞D1)。

在本实施方式中，是在高张力钢板11A、11B的重叠面的至少一方，以具备脱碳层13的状态，实施电阻点焊，但作为焊接时的前提条件，是在高张力钢板11A、11B间有空隙g的状态(空隙g高于0mm超)下进行焊接。空隙g如图1A所示，是在焊接处的重叠面间的间隙，由于钢板11的焊接处周边的部分性的隆起等，会有在高张力钢板11A、11B间有空隙g的状态下进行点焊的情况。

作为空隙g的上限，若太大，则容易发生散落，因此空隙g低于3mm，优选低于2mm。如果低于3mm，则即使钢板11的焊接处可见局部性的变形，在塑性金属环区15的邻域发生局部性的应力时，通过应用本实施方式，也能够抑制裂纹。

另外，作为空隙g的下限，高于0mm，为了更高地发挥本实施方式的效果，优选为0.5mm以上，更优选为1.0mm以上。

如以上说明，根据本实施方式的接合结构体10，因为第一构件11A与第二构件11B的空隙高于0mm且低于3mm，在第一构件11A与第二构件11B的接合部，未形成熔核14，或形成熔核14时，熔核14的直径D1满足D1＜5mm，并且在第一构件11A的与第二构件11B的重叠面和第二构件11B的与第一构件11A的重叠面的至少一方设有脱碳层13，所以，即使焊接前在第一构件11A与第二构件11B之间有空隙g的状态下进行电阻焊，焊接后熔核14和塑性金属环区15的裂纹也难以发生。

另外，根据本发明的接合结构体的制造方法，使形成于高张力钢板11A、11B的至少一方的表面的脱碳层13，介于高张力钢板11A与高张力钢板11B之间而使之重叠后，由一对电极12A、12B夹持，一边加压一边通电而进行电阻焊，因此，能够防止焊接后的熔核14和塑性金属环区15的裂纹。

【实施例】

为了确认本发明的效果，在以下所示的实施例、比较例和参考例中，使表1所示的试料A1、A2、B1和B2的钢板11两张重叠使用，以下述焊接条件和空隙g进行焊接后，确认有无剥离和裂纹。

针对表1所示的钢种S35C和S45C的各个，准备在钢板11的两个表面形成有作为表面软质层的脱碳层13的试料(A2、B2)，和未形成脱碳层的试料(A1、B1)。脱碳层13的厚度(深度)，如表1和表2所示，钢种S35C和S45C均准备各种厚度。脱碳层13，通过在大气炉中以700℃～950℃的温度保持15分钟～1小时的条件而形成。由酸洗处理(酸洗液：10～50％盐酸，温度：25～82℃，酸洗时间：20～3600秒)，除去因热处理而发生的氧化皮。

【表1】

(焊接条件)

焊接机为气动加压式单相交流焊接机，焊接电极上下均为前端直径6mm(前端R40mm)的圆顶半径型(DR电极)的铬铜电极。在焊接电极流通的冷却水量，上下均为1.5L/min。以下，显示其他的焊接条件。

·通电条件

加压力：550kgf

电流值：5～9kA

通电时间：0.3sec

保持时间：0.16sec

·空隙

在实施例1、实施例2、比较例1、参考例1和参考例2中，将空隙g设定在1mm，在实施例3～6、比较例2～5和参考例3中，将空隙g设定在2mm。空隙g，如图2所示，在125×40mm的高张力钢板11A、11B间，将40×40mm，板厚1mm或2mm的垫片16夹在两端，夹紧高张力钢板11A、11B和垫片16而设定空隙g。因此，在此所说的空隙g，就是垫片的板厚H。

(确认有无剥离和裂纹)

焊接后的接合结构体10，目视观察焊接部的外观，确认有无剥离。还有，所谓剥离，是高张力钢板11A、11B彼此未接合，呈完全分离状态。此外，未确认到剥离时，通过X射线透射试验和断面宏观观察来确认有无裂纹。断面宏观观察位置，为与接头纵长方向平行的面。确认有无裂纹，以无蚀刻进行，熔核直径测量，由苦味酸饱和水溶液进行蚀刻而测量。

高张力钢板11A、11B的脱碳层13的深度，作为变更两高张力钢板11A、11B间的空隙g而进行的试验的评价结果，与熔核直径D1、塑性金属环区径D2和“有无剥离和裂纹”一并显示在表2中。

【表2】

如表2所示，对于在接合面具有脱碳层13的高张力钢板11彼此进行焊接的实施例1～6的接合结构体10，不论空隙g的大小(1mm或2mm)，全部没有裂纹和剥离，可知能够得到良好的接合结构体10。

另一方面，对于在接合面没有脱碳层13的高张力钢板11彼此进行焊接的比较例1～5的接合结构体10，不论空隙g的大小，焊接后都确认到裂纹或剥离。

还有，由参考例1～3可知，熔核直径D1为5mm以上时，尽管未形成脱碳层13，虽然在焊接后未确认到裂纹或剥离，但是，例如由比较例1可知，熔核直径D1低于5mm时，如果未形成脱碳层13，则仍可在焊接后确认皮裂纹或剥离。

另一方面，例如，由实施例1和实施例2可知，在形成脱碳层13时，即使熔核直径D1低于5mm，焊接后仍确认不到裂纹或剥离。

由此可实验性地显示，在第一构件11A和第二构件11B的接合部，未形成熔核14时，或形成有熔核14，熔核的直径D1满足D1＜5mm时，显著地发挥本发明的效果。

还有，本发明不受前述的实施方式限定，而是可以适宜变形、改良等。例如，上述说明中，对于2张高张力钢板11A、11B的焊接进行了说明，但高张力钢板的张数不限定于2张，在2张以上的多张焊接中也同样。

以上，一边参照附图，一边对于各种实施方式进行了说明，但本发明当然不受这样的例子限定。如果是从业者，则显然在专利要求范围所述的范畴内，能够想到各种变更例或修改例，关于这些，当然认为都属于本发明的技术的范围。另外，在不脱离发明的宗旨的范围，也可以任意组合上述实施方式的各构成要素。

还有，本申请基于2018年11月19日申请的日本专利申请(特愿2018－216803)，其内容在本申请之中作为参照援引。

符号说明

10 接合结构体

11 高张力钢板

11A 高张力钢板(第一构件)

11B 高张力钢板(第二构件)

12A、12B 电极

13 脱碳层

14 熔核

15 塑性金属环区

16 垫片

17 接合部

D1 熔核直径

D2 塑性金属环区直径

g 空隙(间隙)

t 板厚

Claims

1.一种接合结构体，其特征在于，由高张力钢构成的第一构件和叠加在所述第一构件上由高张力钢构成的第二构件被电阻焊而成，

所述第一构件与所述第二构件的空隙高于0mm且低于3mm，

在所述第一构件与所述第二构件的接合部，未形成熔核，或形成所述熔核时，所述熔核的直径D1满足D1＜5mm，并且，

2.根据权利要求1所述的接合结构体，其中，所述第一构件和所述第二构件中至少一方的所述高张力钢的碳量为0.35质量％以上。

3.根据权利要求1或2所述的接合结构体，其中，在所述熔核的周围，形成有塑性金属环区，

所述塑性金属环区的直径D2为D1＜D2，且D2＜7mm。

4.一种接合结构体的制造方法，是权利要求1或2所述的接合结构体的制造方法，其中，

以使形成于所述第一构件和所述第二构件中的至少一方的表面的所述脱碳层介于所述第一构件与所述第二构件之间的方式，将所述第一构件与所述第二构件重叠后，用一对电极夹着所述第一构件和所述第二构件，一边加压一边通电，从而对所述第一构件和所述第二构件进行电阻焊。