CN114423558A

CN114423558A - 焊接接头及汽车部件

Info

Publication number: CN114423558A
Application number: CN202080065718.2A
Authority: CN
Inventors: 松田和贵; 儿玉真二
Original assignee: Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2019-10-04
Filing date: 2020-10-05
Publication date: 2022-04-29
Anticipated expiration: 2040-10-05
Also published as: CN114423558B; WO2021066192A1; US20220379409A1; JP7368760B2; EP4039396A4; EP4039396A1; JPWO2021066192A1

Abstract

本发明提供一种焊接接头及具备该焊接接头的汽车部件，该焊接接头具有：板厚为0.4～4.0mm、并且至少一者是抗拉强度为780MPa以上的一对钢母材；和焊接上述一对钢母材的焊接金属，其中，在俯视焊接金属时，焊接金属的缝边部具有山部和谷部，相邻的上述山部的顶点与上述谷部的底点的与焊接线方向为正交方向上的距离为3.0mm以下，相邻的上述山部的顶点与上述谷部的底点的与焊接线方向为正交方向上的距离为0.1mm～3.0mm的上述山部与上述谷部合计的数目为2～30个/15mm。

Description

焊接接头及汽车部件

技术领域

本申请涉及焊接接头及汽车部件。

背景技术

例如，在汽车领域，为了环境保全，要求由车体的轻量化带来的燃料效率的提高以及碰撞安全性的提高。以往以来，为了谋求车体的轻量化和碰撞安全性的提高，进行了使用板厚较薄的高强度钢板作为车体的结构构件、与此同时进行车体结构的最优化等各种技术开发。此外，汽车部件中也包含具有多个高强度钢板作为母材的焊接接头。

汽车部件在伴随振动或反复的外力负荷的环境中被使用。因此，对于汽车部件，除了要求通常的静态抗拉强度以外，为了耐受反复作用的力，还要求充分的疲劳强度。

因此，以往以来，研究了提高焊接接头的疲劳强度的技术。

此外，在非专利文献1中，报告了下述事项：“通过使焊接金属(焊接焊道)弯曲前行(蛇行)，从而从焊接金属的缝边部的山部(在弯曲前行的焊接金属的缝边部处缝边部从焊接金属侧向母材侧拱起(拱出)的区域)的熔融边界处产生龟裂，龟裂沿着弯曲前行的焊接金属的缝边部进展，在谷部(在弯曲前行的焊接金属的缝边部处缝边部靠向焊接金属侧的区域)附近处龟裂合体，由此直至龟裂合体为止所需的时间增出，疲劳寿命提高”。

非专利文献1：M.D.Chapetti,J.L.Otegui.International Journal of Fatigue,Vol.19,No.10,pp.667-675,1997

发明内容

发明所要解决的课题

非专利文献1的技术是下述技术：在焊接板厚较厚的钢母材的情况下，通过使在焊接缝边部的山部的熔融边界处产生的龟裂在谷部附近合体，从而使直至龟裂合体为止所需的时间增大，疲劳寿命提高。即，非专利文献1的技术是下述技术：在对疲劳寿命中所占的疲劳龟裂传播寿命大的板厚较厚的钢母材进行焊接的情况下，疲劳寿命提高。

但是，与船舶、桥梁等焊接有板厚较厚的钢板的结构物相比，焊接有板厚较薄的钢板的结构物由于如汽车构件等那样尺寸较小，而且板厚较薄，因此所产生的疲劳龟裂容易成为贯通龟裂。因此，疲劳寿命中所占的疲劳龟裂传播寿命小，疲劳龟裂产生寿命为支配性。

因此，在焊接板厚较薄的钢母材的情况下，以与焊接板厚较厚的钢母材的情况同样的机理不会提高疲劳寿命。

于是，本申请的课题是提供即使被焊接了板厚薄、并且至少一者是抗拉强度为780MPa以上的一对钢母材、疲劳强度也优异的焊接接头及具备该焊接接头的汽车部件。

用于解决课题的手段

用于解决课题的手段包含下述方案。

[1]一种焊接接头，其具有：

板厚为0.4～4.0mm、并且至少一者是抗拉强度为780MPa以上的一对钢母材；和

焊接上述一对钢母材的焊接金属，其中，在俯视焊接金属时，焊接金属的缝边部具有山部和谷部，相邻的上述山部的顶点与上述谷部的底点的与焊接线方向为正交方向上的平均距离为3.0mm以下，相邻的上述山部的顶点与上述谷部的底点的与焊接线方向为正交方向上的距离为0.1mm～3.0mm的上述山部与上述谷部合计的平均的数目为2～30个/15mm。

[2]根据[2]所述的焊接接头，其中，相邻的上述山部的顶点与上述谷部的底点的与焊接线方向为正交方向上的距离为0.1mm～3.0mm的上述山部与上述谷部合计的平均的数目为4～9个/15mm。

[3]根据[1]或[2]所述的焊接接头，其中，上述焊接金属的维氏硬度相对于上述钢母材的维氏硬度之比为0.75～0.95。

[4]根据[1]～[3]中任一项所述的焊接接头，其中，上述一对钢母材中的至少一者含有0.100～1.000质量％的Al。

[5]一种汽车部件，其具有[1]～[3]中任一项所述的焊接接头。

发明效果

根据本申请，能够提供即使被焊接了板厚薄、并且至少一者是抗拉强度为780MPa以上的一对钢母材、疲劳强度也优异的焊接接头及具备该焊接接头的汽车部件。

附图说明

图1是表示本申请的焊接接头的一个例子的剖面图。

图2是表示本申请的焊接接头的一个例子的平面图。

图3是表示本申请的焊接接头的焊接金属一个例子的平面图的照片。

图4是用于说明本申请的焊接接头的焊接金属中的山部与谷部合计的数目、相邻的山部与谷部的距离的测定方法的示意图。

图5是用于说明本申请的焊接接头的焊接金属中的山部与谷部合计的数目、相邻的山部与谷部的距离的测定方法的示意图。

图6A是对本申请的焊接接头的焊接金属的一个例子、即进行摆动焊接时的焊接金属的截面进行化学蚀刻后的光学显微镜照片。其中，图6A表示山部的剖面图。

图6B是对本申请的焊接接头的焊接金属的一个例子、即进行摆动焊接时的焊接金属的截面进行化学蚀刻后的光学显微镜照片。其中，图6B表示焊接金属的谷部的剖面图。

图7是用于说明本申请的焊接接头的焊接金属中的“波纹的数目及山部与谷部的距离”的算出方法的示意图。

图8是用于说明本申请的焊接接头的制造方法的一个例子中的“摆动振幅”的示意图。

具体实施方式

以下，对本申请进行说明。

需要说明的是，在本说明书中，使用“～”表示的数值范围是指以“～”的前后记载的数值作为下限值及上限值所包含的范围。

在阶段性地记载的数值范围内，以某个数值范围记载的上限值或下限值也可以置换成其他的阶段性地记载的数值范围的上限值或下限值。

在数值范围内，以某个数值范围记载的上限值或下限值也可以置换成实施例中所示的值。

“工序”这一术语不仅包含独立的工序，即使是在无法与其他的工序明确相区别的情况下，只要可达成工序所期望的目的，则也包含于本术语中。

“优选的方案的组合”是更优选的方案。

其中，所谓“山部”表示在俯视焊接金属时，缝边部(具体而言为熔融边界)从焊接金属侧向母材侧拱起的区域。而且，所谓“山部的顶点”表示该区域中的最向母材侧拱起的极点。即，所谓“山部的顶点”表示由从焊接金属侧向母材侧拱起的缝边部(具体而言为熔融边界)至焊接线为止的最短长度处于最长的点。

“谷部”表示在俯视焊接金属时，缝边部(具体而言为熔融边界)靠向焊接金属侧的区域。而且，所谓“谷部的底点”表示该区域中的最靠向焊接金属侧的极点。即，所谓“谷部的底点”表示从靠向焊接金属侧的缝边部(具体而言为熔融边界)至焊接线为止的最短长度处于最短的点。

所谓“俯视焊接金属”表示从所观察的焊接金属的缝边部中的山部拱起侧的钢母材的板厚方向对焊接金属进行观察。

本申请的焊接接头具有：

焊接上述一对钢母材的焊接金属，其中，在俯视焊接金属时，焊接金属的缝边部具有山部和谷部，相邻的山部的顶点与谷部的底点的与焊接线方向为正交方向上的平均距离为3.0mm以下，相邻的山部的顶点与谷部的底点的与焊接线方向为正交方向上的距离为0.1mm～3.0mm的山部与谷部合计的平均的数目为2～30个/15mm。

本申请的焊接接头通过上述构成，从而即使被焊接了板厚薄、并且至少一者是抗拉强度为780MPa以上的一对钢母材，疲劳强度也优异。

本申请的焊接接头通过下述的认识而被发现。

例如，在利用多关节机器人来进行自动焊接较多的汽车行走构件的焊接中，根据每个焊接的钢母材来更换焊丝是低效的。因此，关于在对抗拉强度为780MPa以上的高强度的钢母材进行焊接时的焊接金属，有时会成为低匹配(焊接金属强度比钢母材强度低的状态)。

例如不进行摆动焊接、波脉冲焊接等焊接而被焊接的焊接金属(焊接焊道)从焊接金属的缝边部的任一部位都会产生疲劳龟裂，即，从结构性的应力集中和局部的应力集中或强度等组合产生的疲劳强度最低的位置处产生疲劳龟裂。因此，焊接金属的疲劳强度容易降低。

另一方面，在例如进行了摆动焊接、波脉冲焊接等焊接的情况下，疲劳龟裂从焊接金属的缝边部向钢母材侧拱起的区域(山部)产生，起点被限定。这是因为：在焊接金属的谷部，虽然缝边形状变得陡峭(图6B)，应力集中大，但是由于变形受到周边的焊接金属的约束，因此不会成为疲劳龟裂起点。进而，在山部，缝边形状变得平缓(图6A)，应力集中被降低。需要说明的是，图6中，31表示“焊接金属”，11表示“钢母材”。

因此，如果将对疲劳寿命中所占的疲劳龟裂产生寿命的比例大的板厚较薄的钢母材进行焊接时的弯曲前行的焊接金属的缝边部中的山部与谷部的数目及距离进行优化，则能够将疲劳龟裂的起点限定在山部，进而能够降低起点的应力集中。由此，焊接金属的疲劳龟裂产生寿命延长，疲劳强度提高。

通过以上的认识，发现了：本申请的焊接接头即使被焊接了板厚薄、并且至少一者是抗拉强度为780MPa以上的一对钢母材，疲劳强度也优异。

此外，如果对板厚较薄的钢母材例如进行摆动焊接、波脉冲焊接等焊接，则有可能焊接金属收缩，焊喉厚度减少。

特别是，如果焊接金属的“焊喉厚度”减少，则在从外部负荷应力的情况下，焊接金属中产生的应力容易增加。就抗拉强度低于780MPa的钢母材而言，由于焊接金属大多比钢母材强度高(过匹配)，因此不易影响疲劳强度，但就抗拉强度为780MPa以上的钢母材而言，焊接金属大多比钢母材强度低(低匹配)，有可能导致疲劳强度的降低。

于是，本发明的申请者们进行了研究，结果在实验中认识到：如果对含有恰当量(例如0.100～1.000质量％)的Al的钢母材例如进行摆动焊接、波脉冲焊接等焊接，则可抑制焊接金属的“焊喉厚度”的减少，能够确保焊喉厚度。

据推测其原因是由于：在进行焊接时，从钢母材中熔出的Al使熔融后的金属的粘度上升。

而且，如果抑制焊接金属的“焊喉厚度”的减少，则可抑制作用于焊接金属的应力。其结果是，焊接金属的疲劳强度进一步提高。

因此，在本申请的焊接接头中，一对钢母材中的至少一者含有0.100～1.000质量％的Al为宜。

以下，对本申请的焊接接头进行详细说明。

<焊接接头>

以下，对于本申请的焊接接头，在参照附图的同时进行详细说明。

如图1～图2中所示的那样，本申请的焊接接头10例如可例示出搭接角焊缝焊接接头，其具备：彼此叠合的一对钢母材(图1中，1表示下侧的第1钢母材，2表示上侧的第2钢母材)；和沿着由第1钢母材1的表面1a和第2钢母材2的端面2a形成的角4而延伸的焊接金属(焊接焊道)3。

其中，在图1～图2中，焊接接头10示出了焊接金属3沿着由第1钢母材1的表面1a(与板厚方向相对向的面)和第2钢母材2的端面2a(例如在钢母材为平板的情况下，和与板厚方向正交的方向相对向的面)形成的角4而延伸的搭接角焊缝焊接接头的方案，但并不限于该方案。具体而言，可列举出下述的方案。

1)将第1钢母材1和第2钢母材2配置成L字或T字，焊接金属3沿着由第1钢母材1和第2钢母材2彼此的表面(与板厚方向相对向的面)形成的角4而延伸的角焊缝焊接接头的方案。

2)使第1钢母材1与第2钢母材2的端面(例如在钢母材为平板的情况下，和与板厚方向正交的方向相对向的面)对接配置，焊接金属3沿着对接部而延伸的对焊接头的方案。

3)此外，坡口接头、端接焊接头等进行了周知的焊接的焊接接头的方案。

需要说明的是，图1是对焊接接头10以与焊接金属3的焊接线W(参照图2)正交的截面进行观察得到的图。此外，如图1及图2中所示的那样，将与焊接线W平行的方向设定为Z轴方向，将与Z轴方向正交并且与第1钢母材1的表面1a平行的方向设定为X轴方向，将与X轴方向及Z轴方向正交并且与第1钢母材1的板厚方向平行的方向设定为Y轴方向。

<焊接金属>

[焊接金属的缝边部形状]

在俯视本申请的焊接金属3时，焊接金属3的缝边部沿焊接线方向(焊接金属即焊接焊道的长度方向)具有山部和谷部(参照图3)。图3中，B表示“谷部的底点”，T表示“山部的顶点”。

就本申请的焊接金属而言，相邻的山部的顶点与谷部的底点的与焊接线方向为正交方向上的平均距离(以下，也称为“山部与谷部的距离”)为3.0mm以下。如果与焊接线方向为正交方向的山部和谷部的平均距离超过3.0mm，则焊接金属3的形状容易局部地混乱，导致疲劳强度的降低。焊接金属3的形状的局部的混乱特别是在通过摆动焊接来进行焊接的情况下变得容易产生。

因而，与焊接线为正交方向的山部和谷部的平均距离设定为3.0mm以下。

从疲劳强度提高的观点出发，山部与谷部的平均距离优选为2.8mm以下，更优选为2.5mm以下，进一步优选为2.0mm以下。

相邻的山部的顶点与谷部的底点的与焊接线方向为正交方向上的距离为0.1mm～3.0mm的山部与谷部的合计数目(以下，也称为“波纹的数目”)为2～30个/15mm(参照图4)。波纹的数目是在焊接线方向上存在于15mm的范围内的山部的顶点与谷部的底点的合计数目。需要说明的是，图4中，B表示“谷部的底点”，T表示“山部的顶点”。W1表示“焊接线方向”，31表示“焊接金属”，11表示“钢母材”。对于A1～A4将在下文叙述。

如果相邻的山部与谷部的距离低于0.1mm，则由山部带来的疲劳强度提高效果变小，因此相邻的山部与谷部的距离低于0.1mm的山部及谷部不进行计数。具体而言，在任意的山部的顶点(或谷部的底点)与近邻存在的2个谷部(或2个山部)中的一个谷部的底点(或山部的顶点)的与焊接线方向为正交方向上的距离低于0.1mm的情况下，上述任意的山部的顶点(或谷部的底点)不作为波纹的数目进行计数。

即，波纹的数目及山部与谷部的距离以将距离低于0.1mm的相邻的山部和谷部跳过的方式进行测定(参照图5)。需要说明的是，图5中的符号的含义与图4相同。

此外，如果任意的山部的顶点(或谷部的底点)与近邻存在的2个谷部(或2个山部)的双方谷部的底点(或山部的顶点)的与焊接线方向为正交方向上的距离低于0.1mm或超过3.0mm，则上述任意的山部的顶点(或谷部的底点)不作为上述波纹的数目进行计数。另一方面，如果任意的山部的顶点(或谷部的底点)与近邻存在的2个谷部(或2个山部)中的至少一者的谷部的底点(或山部的顶点)的与焊接线方向为正交方向上的距离为0.1mm～3.0mm的范围内，则上述任意的山部的顶点(或谷部的底点)作为上述波纹的数目进行计数。

其中，在图4中，在A1～A4的全部为0.1mm～3.0mm的范围内的情况下，焊接金属的“波纹的数目”为5个/15mm。此外，在A1、A3及A4为0.1mm～3.0mm的范围内、并且A2为超过3.0mm的情况下，焊接金属的“波纹的数目”也为5个/15mm。而且，在A1及A4为0.1mm～3.0mm的范围内、并且A2及A3超过3.0mm的情况下，焊接金属的“波纹的数目”为4个/15mm。

需要说明的是，在图4～图5中，相邻的山部的顶点与谷部的底点的与焊接线方向为正交方向上的距离“A1～A4”及“A”表示山部与谷部的X轴方向距离(即，沿着图1中的相当于X方向的与焊接线方向为正交方向的距离)。

而且，关于波纹的数目及山部与谷部的距离，按照上述基准对除了始终端的各自5mm以外的焊接金属3的任意的范围(最低在焊接线方向上长度为15mm以上的范围)进行测定，作为其平均值。

波纹的数目低于2个/15mm时，使疲劳龟裂的产生起点局部化于山部的作用消失。

波纹的数目超过30个/15mm时，成为疲劳龟裂的产生起点的山部的数目过多，使疲劳龟裂的产生起点局部化于山部的优点消失。

因而，波纹的数目设定为上述范围。从疲劳强度提高的观点出发，波纹的数目优选为2～28个/15mm，更优选为3～15个/15mm。

波纹的数目进一步优选为4～9个/15mm，通过将波纹的数目设定为该范围内，疲劳强度进一步提高。作为其理由，据推测如下。

通过将波纹的数目设定为4～9个/15mm，从而来源于焊接金属的谷部结构的抑制疲劳龟裂产生的区域变得容易到达至靠近山部的顶点的范围。因此，疲劳龟裂的起点更靠近缝边形状平缓的山部的顶点。由此，据推测焊接金属的疲劳龟裂产生寿命进一步延长，疲劳强度进一步提高。

这里，对于焊接金属3的焊接线弯曲的情况下的“波纹的数目及山部与谷部的距离”的算出方法基于图7进行说明。

首先，在焊接金属3上描绘焊接线W，使作为测定对象的焊接金属3的缝边部朝上。在除了始终端的各自5mm以外的焊接金属3的任意的范围(最低在焊接线方向上长度为15mm以上的范围)内，对测定波纹的数目及山部与谷部的距离的部位的焊接线的长度Wr进行测定。其中，关于焊接线的长度Wr的测定，可以对焊接线直接通过测定长度的装置进行测定，也可以由俯视焊接金属3的状态的图像，作为任意的曲线f(x)的x范围[0，a]的曲线的长度x_i，使用以下的式1来算出。

接着，在所存在的山部及谷部的全部中，从左侧至右侧以从1开始的整数标注编号。然后，在标注了编号的山部及谷部的全部中，对从山部的顶点至焊接线为止的最短长度T2、T4及T6(以下，将“从山部的顶点至焊接线为止的最短长度”也简称为“山部最短长度”)及从谷部的底点至焊接线为止的最短长度T1、T3、T5及T7(以下，将“从谷部的底点至焊接线为止的最短长度”也简称为“谷部最短长度”)进行测定。此外，对焊接线上的成为从山部的顶点至焊接线为止的最短长度的线与焊接线的交点、及成为从谷部的底点至焊接线为止的最短长度的线与焊接线的交点进行绘点。然后，测定各绘点间的距离Wr1～Wr6。

接着，在任意的记录介质(例如纸)上画出与焊接线的长度Wr相同长度的直线(以下，将该直线也称为“模拟焊接线”)。在模拟焊接线的上部、并且与模拟焊接线正交方向上，在与模拟焊接线相距和谷部最短长度T1相同的位置处画出点“P1”。然后，将点“P1”设定为谷部的底点。接着，在上述“P1”的右侧、并且模拟焊接线的上部、并且与模拟焊接线正交方向上，在与模拟焊接线相距和山部最短长度T2相同的位置处画出点“P2”。然后，将点“P2”设定为山部的顶点。此时，将沿着模拟焊接线的点“P1”及“P2”间的距离设定为与上述距离Wr1相同的距离。以下，通过与“P2”同样的步骤，对于“P3”以后也进行记载。需要说明的是，对标注了编号的山部及谷部的全部进行本作业。

而且，将相邻的山部的顶点与谷部的底点的与模拟焊接线方向为正交方向上的距离设定为“相邻的山部的顶点与谷部的底点的与焊接线方向为正交方向上的距离A”。

只要夹持焊接金属3的两侧的缝边部之中的至少一侧的缝边部在俯视焊接金属时，山部与谷部的距离为3.0mm以下，波纹的数目满足2～30个/15mm即可。

优选的是，夹持焊接金属3的两侧的缝边部之中的至少位于更担忧产生缝边部的疲劳龟裂的一侧的钢母材上的缝边部的山部与谷部的距离为3.0mm以下，波纹的数目满足2～30个/15mm。

关于担忧产生缝边部的疲劳龟裂的一侧，如果首先在构件的结构上有应力容易集中的一侧，则容易从那一侧的缝边部产生疲劳龟裂。

作为仅接头部的特征，缝边部的疲劳龟裂例如在下述情况下等容易产生：缝边部的形状陡峭的情况、缝边部附近有焊接缺陷(例如咬边等)的情况、缝边部附近有溅射的附着的情况。

此外，如果列举出每个种类的焊接接头的容易产生疲劳龟裂的一侧的缝边部的特征，则如下所述。

在搭接角焊缝焊接的情况下，位于下侧钢母材1之上的“焊接金属3的缝边部的波纹”大多会影响疲劳强度。因此，本申请中，位于下侧钢母材1之上的“焊接金属3的缝边部”的波纹的数目及山部与谷部的距离为上述范围内即可。

在T字接头的情况下，位于担忧产生疲劳龟裂的一侧的钢母材之上的“焊接金属3的缝边部”的波纹的数目及山部与谷部的距离为上述范围内即可。具体而言，例如，由于容易从下述的“焊接金属3的缝边部”产生疲劳龟裂，因此这些侧的波纹的数目及山部与谷部的距离为上述范围内即可：位于主板侧(应力传达侧)的钢母材之上的“焊接金属3的缝边部”、位于焊接焊脚长度较短的一侧的钢母材之上的“焊接金属3的缝边部”、位于焊喉厚度较小的一侧的钢母材之上的“焊接金属3的缝边部”、在钢母材的板厚不同的情况下位于板厚较薄的一侧的钢母材之上的“焊接金属3的缝边部”。

在对焊的情况下，例如，由于在钢母材的板厚不同的情况下容易从位于板厚较薄的一侧的钢母材之上的“焊接金属3的缝边部”产生疲劳龟裂，因此这些侧的波纹的数目及山部与谷部的距离为上述范围内即可。

[焊接金属3的化学组成]

焊接金属3的化学组成没有特别限制，可例示出由下述钢构成的化学组成，该钢以质量％计含有：

C：0.01～0.50％、

Si：0.005～2.000％、

Mn：0.01～3.00％、

P：0.100％以下、

S：0.0500％以下。

具体而言，例如，焊接金属3可例示出下述化学组成：包含C：0.01～0.50％、Si：0.005～2.000％、Mn：0.01～3.00％、P：0.100％以下及S：0.0500％以下和根据需要包含的任选元素，剩余部分由Fe及杂质构成。

需要说明的是，焊接金属3的化学组成是与焊接金属3的表面及熔融边界分别相距500μm以上的焊接金属3的内部的化学组成。

-C：0.01～0.50％-

C是确保焊接金属3的强度的元素，如果少则有可能变得无法保证焊接金属3的强度。因此，C量优选为0.01％以上。另一方面，如果过度含有C，则有可能产生氢脆裂纹。因此，C量优选为0.50％以下。

-Si：0.005～2.000％-

Si是作为焊接金属3的强度调整、脱氧材发挥功能的元素。此外，因此，在极度降低Si量的情况下，导致精炼的成本提高。Si量优选为0.005％以上。另一方面，如果过度含有Si，则焊接性恶化，变得难以得到作为目标的焊接金属3的缝边部形状。因此，Si量优选为2.000％以下。

-Mn：0.01～3.00％-

Mn是增加焊接金属3的淬透性的元素。因此，Mn量优选为0.01％以上。如果Mn量多，则韧性降低。因此，Mn量优选为3.00％以下。

-P：0.100％以下-

P具有增强焊接金属3的作用，但使焊接金属3的韧性显著劣化。因此，P量优选为0.100％以下。另一方面，P量也可以为0％，但将从钢母材的原料等混入的P完全除去在经济上是不利的。因此，P量优选为0.001％以上。

-S：0.0500％以下-

S是与P同样地使焊接金属3的韧性劣化的元素，如果大量地包含，则成为焊接金属3的结晶裂缝的原因。因此，S量优选为0.0500％以下，另一方面，将从钢母材的原料等混入的S完全除去在经济上是不利的。因此，S量优选为0.0001％以上。

焊接金属3的化学组成也可以在不对焊接金属3的疲劳强度造成影响的范围内以质量％计包含下述元素中的1种以上来作为任选元素：

Ti：0～0.5％、

Cr：0～2.0％、

Mo：0～1.0％、

Ni：0～5.0％、

B：0～0.01％、

N：0～0.01％、

Al：0～1.0％。

需要说明的是，在焊接金属3凝固之前，焊接金属3中所含的Al有可能氧化而发生焊接熔渣浮上。因此，即使钢母材中的Al进入到凝固前的焊接金属3中，在凝固后的焊接金属3中残留的Al也变少。

<钢母材>

一对钢母材中至少一者是抗拉强度为780MPa以上的钢母材。具有高抗拉强度的钢母材特别适宜作为强烈要求提高轻量化及碰撞安全性的汽车用的焊接接头10的钢母材。从该观点出发，一对钢母材两者是抗拉强度为780MPa以上的钢母材为宜。

需要说明的是，抗拉强度依据JIS Z2241(2011)来测定。

以下，对钢母材的化学组成进行说明，各元素的含量表示各元素相对于钢母材总质量的含量。

如上所述，从焊接金属3的疲劳强度提高的观点出发，一对钢母材中的至少一者优选含有0.100～1.000质量％的Al。

如果对一对钢母材中的至少一者含有0.100％以上的Al的一对钢母材进行焊接，则熔融后的金属的粘度变大，例如在进行摆动焊接、波脉冲焊接等焊接时不会伴随有焊喉厚度的减少，此外，山部的应力集中大大被降低。由此，焊接金属3的疲劳强度大幅提高。

另一方面，如果对含有1.000％以下的Al的一对钢母材进行焊接，则从焊接金属3的韧性确保的方面出发是优选的。

Al量优选为0.100～0.500质量％，更优选为0.200～0.500质量％。

需要说明的是，从疲劳强度提高的观点出发，优选一对钢母材的两者含有0.100～1.000质量％的Al。

其中，为了通过Al来增大熔融后的金属的粘度、抑制“焊喉厚度的减少”，还考虑使焊丝中含有Al。但是，如果使焊丝中以上述范围含有Al，则在焊接中容易发生氧化消耗，与添加到钢母材中的情况相比，被含有于焊接金属中的Al量变少。因此，优选使钢母材中含有上述量的Al。

一对钢母材的化学组成优选抑制焊接金属3的“焊喉厚度”的减少及得到抗拉强度为780MPa以上的机械特性的化学组成。

作为一对钢母材的化学组成的一个例子，可列举出下述化学组成：以质量％计：

C：0.002～0.400％

Si：0.002～2.000％

Mn：0.1～3.0％

P：0.1％以下

S：0.05％以下

Al：0.100～0.500％、

Ti：0～0.5％、

N：0～0.01％、

Cr：0～2.0％、

Mo：0～1.0％、

Ni：0～5.0％、

剩余部分：由Fe及杂质构成。

一对钢母材的板厚为0.4～4.0mm。

一对钢母材的板厚低于0.4mm时，无法实施稳定的焊接，疲劳强度降低。

一对钢母材的板厚超过4.0mm时，焊接残留应力相对于疲劳强度成为支配性，由焊接金属3的山部对疲劳强度提高效果带来的影响变小。

优选的一对钢母材的板厚为0.8～3.2mm。

一对钢母材的板厚是在俯视焊接金属的情况下的在从焊接接头的缝边部所具有的任意的山部的顶点起朝向母材侧在与焊接线方向为正交方向上相距3mm的位置处测定的值。板厚的测定是使用在厚度方向上夹入板厚的接触式位移计来进行。

<维氏硬度>

焊接金属的维氏硬度相对于钢母材的维氏硬度之比优选为0.75～0.95。

维氏硬度之比为上述范围内表示与钢母材相比焊接金属的硬度低。即，在维氏硬度之比为上述范围内的焊接接头的制造中进行焊接时，由与钢母材相比硬度低的焊丝形成焊接金属。硬度低的焊丝由于原价低，因此变得容易在抑制制造成本的同时得到焊接接头。因此，通过上述维氏硬度之比为上述范围内、并且将焊接金属的波纹的数目及山部与谷部的距离设定为上述范围，从而变得容易在抑制制造成本的同时得到疲劳强度优异的焊接接头。

需要说明的是，在一对钢母材的维氏硬度分别不同的情况下，优选焊接金属的维氏硬度相对于至少一对钢母材之中的一个钢母材的维氏硬度之比为上述范围内，更优选焊接金属的维氏硬度相对于一对钢母材之中的两个钢母材的维氏硬度之比为上述范围内。

焊接金属的维氏硬度相对于钢母材的维氏硬度之比的测定通过下述的步骤来算出。

焊接金属的维氏硬度的测定在焊接接头中的如图1中所示的那样由X轴和Y轴形成的面中进行测定。在与焊接金属表面(图1中记载的焊接金属3的实线部分)相距0.2mm以上的位置处、并且与熔融边界(图1中记载的焊接金属3的虚线部分)也相距0.2mm以上的位置处测定5点以上的维氏硬度，将所得到的测定值的算术平均值设定为焊接金属的维氏硬度。

接着，在从焊接接头的缝边部所具有的任意的山部的顶点起朝向母材侧在与焊接线方向为正交方向上相距5mm以上的位置处，通过沿钢母材的厚度方向将钢母材切断来采集截面试样。钢母材的维氏硬度在截面试样中的切断面中进行测定。在与钢母材的钢板表面相距深度为0.1mm以上、并且为板厚的40％以下的范围内，进行5点以上的维氏硬度的测定。将所得到的测定值的算术平均值设定为钢母材的维氏硬度。

通过将焊接金属的维氏硬度除以钢母材的维氏硬度(即，“焊接金属的维氏硬度”/“钢母材的维氏硬度”)，算出焊接金属的维氏硬度相对于钢母材的维氏硬度之比。

其中，“维氏硬度”依据JIS Z 2244(2009年)来测定。测定条件设定为：压头的压入载荷为100gf以上、压头＝对面角为136°的维氏四角锥金刚石压头、压入时间＝10秒以上。

<焊接接头的制造方法>

本申请的焊接接头的制造方法的一个例子可列举出利用满足下述条件的摆动电弧焊接的焊接接头的制造方法。

(1)焊接速度：40～110cm/分钟

(2)摆动频率：0.2～20Hz

(3)摆动振幅：0.6～20mm

(4)保护气体的组成(体积％)：CO₂浓度为20％以下或O₂浓度为8％以下、剩余部分：Ar

(5)焊接电流：150～250A

首先，在本申请的焊接接头的制造方法中，焊丝只要是满足焊接金属3的缝边部形状的焊丝即可，没有特别限制。

作为焊丝的化学组成的一个例子，可列举出下述化学组成：以质量％计：

C：0.002～0.400％、

Si：0.002～2.000％、

Mn：0.1～3.0％、

P：0.1％以下、

S：0.05％以下、

Al：0.1～1.0％、

Ti：0～0.5％、

N：0～0.01％、

Cr：0～2.0％、

Mo：0～1.0％、

Ni：0～5.0％、

Cu：0～1.0％、

剩余部分：由Fe及杂质构成。

通过将焊接速度设定为110cm/分钟以下，可抑制产生焊接金属3的缝边部形状的混乱，变得容易得到作为目标的缝边部形状，焊接金属3的疲劳强度提高。另一方面，通过将焊接速度设定为40cm/分钟以上，焊接作业效率提高。

因此，焊接速度优选为40～110cm/分钟。

通过将摆动频率设定为0.2～20Hz，“波纹的数目”容易成为2～30个/15mm的范围内。

此外，为了将“波纹的数目”设定为2～30个/15mm的范围内，在加快焊接速度的情况下，优选提高摆动频率。另一方面，在减慢焊接速度的情况下，优选降低摆动频率。

因此，摆动频率优选为0.2～20Hz。

通过将摆动振幅设定为0.6～20mm，“山部与谷部的距离”容易成为3.0mm以下。

因此，摆动振幅优选为0.6～20mm。

这里，对于“摆动振幅”，基于图8进行说明。是指使焊炬摆动时的焊炬的动作M的振幅Wa的2倍的值。即，摆动振幅在图8中以Wb表示。此外，图8中，D表示焊接方向。

当在保护气体的组成中，CO₂浓度、O₂浓度低的情况下，溅射量降低，可抑制焊接金属3的表面的混乱，疲劳龟裂的起点变得容易被限定在山部。

因此，保护气体的组成(体积％)优选设定为：CO₂浓度为20％以下或O₂浓度为8％以下、剩余部分：Ar。

通过将焊接电流设定为150A以上，可抑制焊接的混乱，成为稳定的焊接金属3的形状(焊接焊道形状)。另一方面，通过将焊接电流设定为250A以下，变得容易抑制烧穿等问题的产生。

因此，优选设定为150～250A。

<汽车部件>

本申请的汽车部件具备本申请的焊接接头。

例如，本申请的汽车部件具备图1～图2中所示的焊接接头。

具体而言，本申请的汽车部件可例示出车体的骨架部件、面板部件、行走部件，具体而言，可适宜地列举出需要高强度的悬架系统定位臂、悬架(Suspension frame)、底盘等。

实施例

以下，通过实施例对本申请进一步进行详细说明，但本申请并不限于这些实施例。

(实施例)

作为一对钢母材，使用具有表1中所示的化学组成、板厚及抗拉强度的钢板，以表3及表4中所示的焊接条件进行搭接角焊缝焊接。

其中，保护气体的组成设定为Ar+20％CO₂。

此外，焊丝使用了JIS Z 3312(2009)的YGW16相当的焊丝(参照表2)。

仅对于所焊接的试验体的焊接金属的缝边部中的位于下侧钢板上的焊接金属的缝边部，通过上述的方法调查了1)波纹的数目(山部与谷部合计的数目)、2)山部与谷部的距离(相邻的山部的顶点与谷部的底点的距离)。对除了始终端各自各5mm以外的焊接金属(焊接焊道)全长的中央附近的15mm进行了调查。

按照上述的方法测定所焊接的试验体中的钢母材的维氏硬度及焊接金属的维氏硬度，算出焊接金属的维氏硬度相对于钢母材的维氏硬度之比。

由所焊接的试验体制作平面弯曲疲劳试验片，以应力比R＝-1的交变载荷实施平面弯曲疲劳试验。

疲劳极限设定为达到1000万次未断裂的最大的应力振幅。

弯曲应力以不考虑试验片的最小截面(宽度为20mm、板厚为2.9mm)中的应力集中的表面中的最大弯曲应力作为基准。

将所得到的结果示于表3及表4中。

此外，表3及表4中的“疲劳极限提高率”如以下那样算出。

将以有摆动的条件进行焊接的试验体的疲劳极限除以除了设定为无摆动以外以相同焊接条件进行焊接的试验体的疲劳极限而得到的值定义为疲劳极限提高率。

[表1]

[表2]

[表3]

[表4]

由上述结果获知：试验例2～3、5、7、10～12、16与试验例1、4、6、8、9、13～15相比，可得到疲劳极限为200MPa以上的疲劳强度。

获知：特别是应用了以恰当的范围包含Al量的钢母材的试验例2～3、7、10～12可得到优异的疲劳强度。

以下，对于主要的符号的说明进行记载。

1、2钢母材

3焊接金属

2019年10月4日申请的日本专利申请第2019-184025号的整体公开内容通过参照的形式被纳入本说明书中。

本说明书中记载的全部的文献、专利申请及技术标准与具体并且分别记载了各个文献、专利申请及技术标准通过参照的形式被纳入的情况相同程度地通过参照的形式被纳入本说明书中。

Claims

1.一种焊接接头，其具有：

焊接所述一对钢母材的焊接金属，其中，在俯视焊接金属时，焊接金属的缝边部具有山部和谷部，相邻的所述山部的顶点与所述谷部的底点的与焊接线方向为正交方向上的平均距离为3.0mm以下，相邻的所述山部的顶点与所述谷部的底点的与焊接线方向为正交方向上的距离为0.1mm～3.0mm的所述山部与所述谷部合计的平均的数目为2～30个/15mm。

2.根据权利要求1所述的焊接接头，其中，相邻的所述山部的顶点与所述谷部的底点的与焊接线方向为正交方向上的距离为0.1mm～3.0mm的所述山部与所述谷部合计的平均的数目为4～9个/15mm。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的焊接接头，其中，所述焊接金属的维氏硬度相对于所述钢母材的维氏硬度之比为0.75～0.95。

4.根据权利要求1～权利要求3中任一项所述的焊接接头，其中，所述一对钢母材中的至少一者含有0.100～1.000质量％的Al。

5.一种汽车部件，其具有权利要求1～权利要求4中任一项所述的焊接接头。