JP2006218500A

JP2006218500A - 薄鋼板のレーザー突合せ溶接鋼板およびその溶接方法

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Publication number: JP2006218500A
Application number: JP2005033566A
Authority: JP
Inventors: Hiroo Ishibashi; 博雄石橋; Ichiro Aoki; 一郎青木
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2005-02-09
Filing date: 2005-02-09
Publication date: 2006-08-24

Abstract

【課題】レーザー突合せ溶接薄鋼板のうち、特に素材の引っ張り強度が１０００ＭＰａ以上の超々高張力鋼板において、プレス成型中のＨＡＺ軟化部での破断を起因とする成型性の問題を解決し、これまで困難であった、超々高張力鋼板のテーラードブランクへの適用を可能ならしめると共に、その製造コストを低減せしめること。
【解決手段】溶接鋼板の溶接部近傍の熱影響軟化部の幅が、板厚の２５％以下で、かつ、少なくとも一方の母材の引張強度が７８０ＭＰａ以上であることを特徴とする薄鋼板のレーザー突合せ溶接鋼板であり、溶接速度を毎分８ｍ以上の超高速度で溶接することを特徴する。
【選択図】図２

Description

本発明は、突合せ溶接された薄鋼板に関するものであり、更に詳しくは、レーザー光線により複数の鋼板を接合して製造される溶接薄鋼板のうち、プレス等の塑性加工に供されるためのレーザー突合せ溶接薄鋼板およびその溶接方法に関するものである。

近年、レーザー光線により複数の鋼板を事前に突合せ接合し、その鋼板（所謂テーラードブランク）をプレス成型等の塑性加工による二次加工にて所望の形状に成型する技術の適用が、自動車向けとして一般化しつつある。異種または異厚の鋼板をプレス成型以前に接合し、一枚の鋼板としてプレスを行えば、製品の部分的な補強や軽量化を促す効果がある。また同様に自動車部品の強度向上や軽量化を目的とした高張力鋼板の適用も増えつつあるが、これらの効果の相乗発揮を目的に高張力鋼板を用いたテーラードブランク材も増加しつつある。

レーザー溶接を用いれば、マッシュシームなどの抵抗溶接やプラズマ溶接に比して、溶接部近傍の熱影響による軟化部や、熱歪を小さくすることができるため、プレス成型性には有利である。

例えば、板厚４〜２０ｍｍで引っ張り強度が４００〜７００ＭＰａ程度の鋼板を、鋼板表面および裏面のそれぞれから板厚方向に板厚の５％以上までの範囲において、平均円相当径で３μｍ以下の細粒フェライト組織を有し、溶接部の熱影響部の幅が１．６ｍｍ以下であるレーザー溶接継ぎ手を備えた構造物として、機械的特性を向上させる方法がある（例えば、特許文献１参照）。

熱影響部での軟化部は、引っ張り強さが低い鋼板の溶接品に比較して、引っ張り強さが高い高張力鋼の溶接品において顕著に現れ、特にプレスによる溶接シームの直角方法への引っ張りが大なるような場合には、この熱影響による軟化部（以下ＨＡＺ部）において破断を引き起こすことが報告されている（例えば、非特許文献１および２参照）。

このＨＡＺ部は、特に二相組織型などの変態強化型の高張力鋼板において顕著である。これは高張力鋼板中のマルテンサイト組織が溶接熱により焼き戻されるからである。このような高張力鋼板は、引っ張り強度が高いほど組織中のマルテンサイトの比率が大きいため、とくに引っ張り強度８００ＭＰａ以上の超高張力鋼板でＨＡＺ軟化部が顕著に観察され、引っ張り強度１０００ＭＰａ以上の超々高張力鋼板ではプレス成型性が極端に悪化する問題があった。

通常レーザー溶接においてのＨＡＺ軟化幅は、板厚と同程度の幅を持ち、特に、超高張力鋼板においてのＨＡＺ軟化幅は、板幅と同程度以上存在することが通常で、例えば、高速溶接化に関する技術論文では、最新の技術を持ってしてもＨＡＺ軟化幅３．０ｍ程度の溶接が限界でることが示されている（例えば、非特許文献３参照）。これまで超高張力鋼板でのＨＡＺ軟化部に起因する成形性悪化の対策としては、低強度の材料を使用することで妥協するか、高価な元素を添加した特殊な鋼材を使用するかしか方法が無かった。

このような理由から、従来超々高張力鋼をテーラードブランクへ適用する場合は成型性の観点から困難を伴うので、従来はテーラードブランク技術本来の目的である高強度化や軽量化を犠牲にしながらも、成型性に問題を来たさないレベルまで材料強度を下げるしか方法がなかった。

特開２００２−３９８９号公報第４１回塑性加工学会講演資料「薄鋼板のレーザー溶接材の成形特性」、１９９０、１０、ｐ５９−６２「ＮＫＫ技報」Ｎｏ．１７６（２００２．３）、ｐ６５−６９「神戸製鋼技法」Ｖｏｌ．５２Ｎｏ．３（２００２．１１）、ｐ２８−３１

そこで、本発明の目的は、レーザー突合せ溶接薄鋼板のうち、特に素材の引っ張り強度が１０００ＭＰａ以上の超々高張力鋼板において、プレス成型中のＨＡＺ軟化部での破断を起因とする成型性の問題を解決し、これまで困難であった、超々高張力鋼板のテーラードブランクへの適用を可能ならしめると共に、その製造コストを低減せしめることを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明者は、超高張力鋼板においてもプレス加工時にＨＡＺ部からの割れを回避できる技術について鋭意研究し、その結果、ＨＡＺ軟化部を、母材硬さより低い部分であると定義するとき、その幅が母材板厚の２５％以下（１／４以下）であるときＨＡＺ部からの破断を防止することが可能であり、ＨＡＺ軟化部の幅を母材板厚の２５％以下とするにはレーザー溶接プロセスと組み合わせることで達成できることを見出して本発明を完成した。

本発明の要旨は、以下の通りである。

（１）薄鋼板のレーザー突合せ溶接鋼板であって、溶接鋼板の溶接部近傍の熱影響軟化部の幅が、板厚の２５％以下で、かつ、すくなくとも一方の母材の引張強度が７８０ＭＰａ以上であることを特徴とする薄鋼板のレーザー突合せ溶接鋼板
（２）上記（１）記載の薄鋼板のレーザー突合せ溶接方法において、溶接速度を毎分８ｍ以上の速度で溶接することを特徴とする薄鋼板のレーザー突合せ溶接方法。

（３）炭酸ガスレーザー発振機出力をＰ（Ｗ）、母材板厚の厚い側の板厚をＴ（ｍｍ）、溶接速度をＶ（ｍ／分）とするときに、Ｐ／（ＴＶ）が、２８０〜５７０となるように、レーザー発信機出力を制御することを特徴とする、上記（２）に記載の薄鋼板のレーザー突合せ溶接方法。

（４）ＹＡＧレーザー発振機出力をＰ（Ｗ）、母材板厚の厚い側の板厚をＴ（ｍｍ）、溶接速度をＶ（ｍ／分）とするときに、Ｐ／（ＴＶ）が、１９０〜２９０となるように、レーザー発信機出力を制御することを特徴とする、上記（２）に記載の薄鋼板のレーザー突合せ溶接方法。

（５）板厚０．５乃至２．０ｍｍの薄鋼板のレーザー突合せ溶接方法であって、炭酸ガスレーザー発振機出力をＰ（Ｗ）、溶接速度をＶ（ｍ／分）とするときに、Ｐ／Ｖが、２１０〜１０００となるように、レーザー発信機出力を制御することを特徴とする、上記（２）または（３）に記載の薄鋼板のレーザー突合せ溶接方法。

（６）板厚０．５乃至２．０ｍｍの薄鋼板のレーザー突合せ溶接方法であって、ＹＡＧレーザー発振機出力をＰ（Ｗ）、溶接速度をＶ（ｍ／分）とするときに、Ｐ／Ｖが、９５〜４９０となるように、レーザー発信機出力を制御することを特徴とする、上記（２）または（４）に記載の薄鋼板のレーザー突合せ溶接方法。

本発明によれば、レーザー突合せ鋼板のうち、特に素材の引っ張り強度が78０ＭＰａ以上の超々高張力鋼板において、プレス成型中のＨＡＺ軟化部での破断を起因とする成型性の問題を解決でき、これまで困難であった、超々高張力鋼板のテーラードブランクへの適用を可能ならしめると共に、その製造コストを低減せしめることが可能となる。

以下図を参酌して本発明を詳細に説明する。

図１は薄鋼板のレーザー突合せ溶接プロセスの俯瞰図である。
薄鋼板のレーザー突合せ溶接では、図１に示すように、突合せた薄鋼板１、薄鋼板２同士のギャップ部分にレーザートーチ３からレーザービーム５を溶接ゾーン７に照射し、レーザートーチを突合せ線に沿って溶接進行方向６に移動もしくは、固定されたレーザートーチに対し薄鋼板を溶接進行方向６に移動しながら、溶接ビード４を形成するものである。

図３はレーザーにより突合せ溶接された薄鋼板の、溶接部近傍の断面図である。この図３のように、溶接部近傍は、溶接ビード部４とその周りの母材部が熱影響により軟化された熱影響軟化部８、その外側の母材部分９に分けられる。

レーザー溶接を用いれば、マッシュシームなどの抵抗溶接やプラズマ溶接に比して、溶接部近傍の熱影響による軟化部や、熱歪を小さくすることができるため、プレス成型性には有利である。この熱影響部による軟化部は、高張力鋼の溶接品において顕著に現れ、特にプレスによる溶接シームの直角方法への引っ張りが大なるような場合には、この熱影響による軟化部（以下ＨＡＺ部）において破断を引き起こす。このＨＡＺ部は、特に二相組織型などの変態強化型の高張力鋼板において顕著である。これは高張力鋼板中のマルテンサイト組織が溶接熱により焼き戻されるからである。このような高張力鋼板は、引っ張り強度が高いほど組織中のマルテンサイトの比率が大きいため、とくに引っ張り強度８００ＭＰａ以上の超高張力鋼板でＨＡＺ軟化部が顕著に観察され、引っ張り強度１０００ＭＰａ以上の超々高張力鋼板ではプレス成型性が極端に悪化する問題があった。

このような理由から、従来超々高張力鋼のテーラードブランクへの適用は成型性の観点から困難を伴うので、従来はテーラードブランク技術本来の目的である高強度化や軽量化を犠牲にしながらも、成型性に問題を来たさないレベルまで材料強度を下げるしか方法がなかった。

この問題を解決するためには、プレス成型上ネックとなるＨＡＺ部の生成を無くすることによりその目的を達成できる。一般的に極低炭素鋼板では、ＨＡＺ部の生成を無くすることが可能であるが、本発明の解決しようとする課題を解決するための手段にはならない。そこで、発明者らは例えＨＡＺ部が存在しても、溶接の組織変態によりマルテンサイト化された溶接部シーム部近傍であり、なおかつＨＡＺ部の幅が小さければ、高強度な溶接シーム部が、プレス加工時におけるＨＡＺ部での塑性変形を制限し、ＨＡＺ部での縊れ現象を防止し、ＨＡＺ部からの板破断を防止できるのではないかと仮定し、種々解析および実験を行った結果、超高張力鋼板においてもプレス加工時にＨＡＺ部からの割れを回避できる技術を発明した。また、レーザー溶接プロセスでは、溶接プロセスにおける母材の溶融が極短い範囲で完了されるため、溶接後溶接シーム部が焼き入れされ、マッシュシーム溶接や、プラズマ溶接に比べて溶接シーム部の強度が高いため、本技術はレーザー溶接プロセスと組み合わせることで、成立することが出来る。その指標としては、ＨＡＺ軟化部の幅で整理することが可能である。

ＨＡＺ軟化部を、母材硬さより低い部分であると定義するとき、その幅が母材板厚の２５％以下（１／４以下）であるときＨＡＺ部からの破断を防止することが可能である。

溶接ビード近傍にＨＡＺ軟化部を持つテーラードブランク材にプレス加工を行うと、溶接方向と垂直方向への引っ張りにより、ＨＡＺ軟化部の板厚が薄くなるくびれが発生する。一旦板厚が薄くなるとその部分の断面積が減少するためその部分の応力が大きくなり、加速度的にこの部分に歪が集中し、最終的にはこの部分を起点にしてワレが発生する。そのためＨＡＺ軟化部を持つテーラードブランク材はプレス加工時に極端に成型性が悪化する。ＨＡＺ軟化部の幅が小さいほど成型性が良くなる理由は、たとえＨＡＺ軟化部が存在しても、その幅が小さい場合には、その周りの熱影響を受けない健全な母材やレーザー溶接により硬度が上がり変形しにくくなった溶接ビード部が、ＨＡＺ部の変形を拘束し、この部分の板厚減少を起こしにくくさせるからである。

このメカニズムによれば、これまでの従来知見で議論されていたような絶対的なＨＡＺ軟化部の幅ではなく、その板厚とＨＡＺ軟化部の幅の比率により、ＨＡＺ軟化部の変形拘束力が決定されることがわかった。たとえ全体的なＨＡＺ軟化部の幅が広くても、板厚が比較的大きい場合には板厚方向の拘束力も大きくなり、ＨＡＺ軟化部での板厚減少を起こしにくい。逆に絶対的なＨＡＺ軟化幅が狭くても板厚が比較的に小さい場合には板厚方向の拘束力も小さくなりＨＡＺ軟化部での板厚減少を起こしやすい。また一旦ＨＡＺ部で板厚が薄くなったときのＨＡＺ部での応力集中係数も、板厚とＨＡＺ軟化部の幅とで整理可能で、ＨＡＺ軟化幅が板厚と同等であったときの応力集中による応力増分代は１００としたときに、ＨＡＺ部軟化の幅が板厚の５０％のときには４０、２５％の時には１５と、劇的に低下させることが可能である。

次に、溶接材料を超高強度鋼板としつつ、材料の変更無しにこの極狭いＨＡＺ軟化幅に制限することを実現するための技術を発明した。通常レーザー溶接においてもＨＡＺ軟化幅は板厚と同程度の幅を持ち、超高張力鋼板においてＨＡＺ軟化幅は通常板幅と同程度以上存在することが通常で、その対策は放置されてきた。これを防止するためには前述したように低強度の材料を使用することで妥協するか、高価な元素を添加した特殊な鋼材を使用するかしか方法が無かった。本発明によれば、溶接速度を毎分８ｍ以上とすることで、所望のＨＡＺ軟化幅に押さえることが可能である。又このような超高速溶接においては、ＨＡＺ部の低減とともに、生産性も著しく向上するため大幅なコストダウンもあわせて可能となる。

高速溶接の最新の技術を持ってしてもＨＡＺ軟化幅３．０ｍ程度の溶接が限界であった。高速溶接を実現するためには、溶接熱源の大容量化すなわちレーザー発振機の大出力化が必要となってくる。しかしレーザー発振機のエネルギー効率は１０〜３０％と低く、その発振出力に比例して電力代が膨大になり、本発明のような超高速溶接では電力コストが嵩むと言う問題もあった。出来る限り低レーザー出力で溶接することが好ましいが、低レーザー出力では高速溶接の場合、レーザービームが板を貫通せずに十分な溶融ビードを形成することが出来ずに、未溶接部を残した状態となるため、溶接部の強度が低下する。この低レーザー出力での超高速溶接という相反する２つの技術的困難を解決するためには、炭酸ガスレーザー発振機出力をＰ（Ｗ）、母材板厚の厚い側の板厚をＴ（ｍｍ）、溶接速度をＶ（ｍ／分）とするときに、Ｐ／（ＴＶ）が、２８０〜５７０、好ましくは３２０〜５５０となるように、レーザー発信機出力を制御すると、低出力での超高速溶接が可能となることを発見した。

本発明者らの研究結果によれば、鋼板の高速での炭酸ガスレーザー溶接において、レーザーパワーをＰ（Ｗ）、鋼板上でのレーザービーム有効径Ｄ（ｍｍ）、溶接速度Ｖ（ｍｍ毎秒）、板厚をＴ（ｍｍ）とするときの、各パラメータの最適条件は、Ｐ／（Ｄ＊Ｖ＊Ｔ）＝８５．６（J／ｍｍ^３）であることが判った。図９にそのときのＰ／ＤＴＶと、溶接良否判定の試験結果を示す図である。試験は板厚０．５〜２．０ｍｍの範囲で、溶接速度は毎分４〜１２ｍの範囲、レーザービームの鋼板上での有効径は０．２５〜０．３７ｍｍの範囲で試験を行った。なお当該数値Ｐ／（ＤＶＴ）の単位は（Ｊ／ｍｍ^３）で、被溶接部の単位体積辺りの投入熱量を意味している。この試験から明らかなように、レーザー溶接プロセスにおける溶接可能となる各種パラメータはＰ／（ＤＴＶ）で整理できることが今回明らかとなった。又、ここで炭酸ガスレーザーの鋼板上でのレーザービーム有効径は０．２〜０．４ｍｍであるので、Ｐ／（ＴＶ）は２８０〜５７０の範囲が最適である。

図７はレーザービーム有効径０．２５ｍｍの場合のＰ／ＴＶと、電力コスト、溶接良否判定実験結果を示す図であり、板厚は０．５〜２ｍｍのものである。横軸はＰ／（ＶＴ）であり、縦軸は溶接単位長さおよび単位板厚辺りの電力コスト指数である。この場合、Ｐ／（ＶＴ）は３２０以上である必要があるが、大きくしすぎると電力コストが嵩むため、溶接コストの最適なＰ／（ＶＴ）の値は３２０程度であるといえる。また、同様に図８はレーザービーム有効径０．３７ｍｍの場合のＰ／ＴＶと、電力コスト、溶接良否判定の実験結果を示す図であるが、同様にＰ／（ＶＴ）の溶接コストの最適値は５５０程度であることが判った。同様にＹＡＧレーザーによる実験も行い、その場合Ｐ／（ＴＶ）が１９０〜２９０の条件が最適であることがわかった。

また、板厚０．５〜２．０ｍｍの薄鋼板を炭酸ガスレーザーで突き合せ溶接する場合には、板厚を変数とすることなしに、Ｐ／Ｖが２１０〜１０００の範囲となるように、炭酸ガスレーザー発信機出力Ｐ（Ｗ）及び溶接速度Ｖ（ｍ／分）を制御すればよく、そして、同様に、板厚０．５〜２．０ｍｍの薄鋼板をＹＡＧレーザーで突き合せ溶接する場合には、板厚を変数とすることなしに、ＹＡＧレーザー発信機出力Ｐ（Ｗ）及び溶接速度Ｖ（ｍ／分）をＰ／Ｖが９５〜４９０の範囲となるように、ＹＡＧレーザー発信機出力Ｐ（Ｗ）を制御すれば、成形性に悪影響を与えずに低出力での超高速溶接が可能となることが分かった。

以下本発明の実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。

実施例における薄鋼板のレーザー突合せ溶接プロセスは、図１の薄鋼板のレーザー突合せ溶接プロセスの俯瞰図に示すように、突合せた薄鋼板１及び２同士のギャップ部分にレーザービームを溶接ゾーン７に照射し、レーザートーチ３を突合せ線に沿って溶接進行方向６に移動もしくは、固定されたレーザートーチに対し溶接進行方向６に鋼板を移動しながら、溶接ビード４を形成するように溶接した。

図３はレーザーにより突合せ溶接された薄鋼板の、溶接部近傍の断面図である。この図のように、溶接部近傍は、溶接ビード部４とその周りの母材部が熱影響により軟化された熱影響軟化部８、その外側の母材部分９に分けられる。本発明の実施例として、板厚１．８ｍｍの引張り強度１１８０ＭＰａの高強度鋼板を炭酸ガスレーザーにより溶接を実施しエリクセン試験にて成型性を評価した。図２はその溶接部近傍の硬さ分布を調査した結果を示す図である。毎分１０ｍの超高速度で溶接した鋼板近傍部から試験片を採取し、その板厚方向中心部の硬度を０．２５ｍｍピッチにて、ヴィッカース硬さを測定した。

図２から明らかなように、溶接ビード部はマルテンサイト化されておりその硬度はＨｖ４５０程度であった。また、母材硬度は平均でＨｖ３６０程度であるが溶接部近傍にＨＡＺ軟化部が観察される。

次にＨＡＺ軟化部の幅を測定するために次のような処理を行った。溶接ビード中心部から２ｍｍ以上外側の材料は、熱影響を受けていない部分として、母材の硬さの測定値データーばらつきを考慮し統計学的処理を施す。母材のベース硬度を平均値から標準偏差の３倍までの範囲とした。図２の例の場合、母材部分の平均硬度はＨｖ３６１．６で、標準偏差は１２．７であったので、母材のベース硬度下限はＨｖ３２４、上限はＨｖ４００であった。ＨＡＺ軟化部の、溶接ビード側境界は、測定値がベース強度上限のＨｖ４００となる点とし、前後のデーターより直線的に内挿してその境界を求めた。ＨＡＺ軟化部と母材との境界線は、測定値がベース強度下限のＨｖ３２４となる点とし、前後のデーターより直線的に内挿してその境界を求めた。この境界線間の距離を測定すると、この場合、図２の溶接ビード右側のＨＡＺ部で０．４２ｍｍ、左側で０．３４ｍｍであり、母材板厚との比はそれぞれ２３％と１８％であった。

この場合エリクセン試験値は６．７ｍｍで、ＨＡＺ部からの割れも無く、成型性は良好であった。本例では溶接を毎分８ｍ以上の超高速でおこなったために、ＨＡＺ部幅を板厚の２５％と小さくすることが出来、結果的に成型性は良好となった（表１本発明例１）。なおレーザー出力は８０００Ｗとセットし、溶接中は発振機内に設けた出力計測装置を用いて、目標の８０００Ｗの誤差３％内でパーワー制御を行った。そのときＰ／ＴＶ値は４４４で、電力コストも良好であった。

その比較例として、図１０に、通常の溶接速度４ｍ毎分で実施したときの溶接部近傍の板厚中心付近での硬度分布を示す。この場合も同様に測定し、ＨＡＺ部の幅は、左右でそれぞれ０．４４ｍｍと０．４７ｍｍであり、母材板厚との比は、それぞれ２４％と２６％であった。この場合エリクセン試験時に、右側のＨＡＺ部から破断して、エリクセン値は５．７ｍｍと、大幅に悪化した（表１比較例３）。なおレーザー出力は４８００Ｗとセットし、溶接中は発振機内に設けた出力計測装置を用いて、目標の４８００Ｗの誤差３％内でパーワー制御を行った。そのときＰ／ＴＶ値は６６７で、電力コストは許容範囲を超えた。

このことから本発明によれば、低コストでＨＡＺ軟化部を抑制し、製品の成型性向上を達成することが可能であった。このような試験を同じ鋼材で各種実施した結果を図４乃至６に示す。

図４はＨＡＺ軟化幅の板厚比とエリクセン試験値の実験結果例を示す図である。この図から、ＨＡＺ軟化幅の板厚比を０．２５以下（２５％以下）とすれば、成型性良好なエリクセン値６ｍｍ以上の成型性を確保することができ、０．３程度以上では、ＨＡＺ部からの破断に起因して成型性は大幅に悪化する。

図５は溶接速度とＨＡＺ軟化幅の板厚比との関係を示す図で、本発明によれば溶接速度が毎分８ｍ以上の超高速溶接時に、ＨＡＺ軟化幅の板厚比を良好な２５％以下にすることが出来た。

図６は図４及び図５の結果を総合的にまとめた溶接速度とエリクセン値の関係を示す図である。この図から明らかなように、溶接速度を毎分８ｍ毎分以上の超高速溶接を行えば、良好な成型性を確保することが可能であることが確認できた。

表１は、これらの実験結果をまとめたものである。

溶接速度毎分８ｍで、炭酸ガスレーザー発振機出力４０００Ｗとしたときには、Ｐ／ＴＶ値は２７７で、本発明範囲を下回っていたため十分な溶接ビードが形成されなかった（表１比較例１）。

溶接速度毎分２ｍで、レーザー発振機出力１６００Ｗとしたときには、Ｐ／ＴＶ値は４４４で、十分な溶接ビードが形成されて、且つ電力コストも許容範囲内であったが、ＨＡＺ軟化部幅板厚比は２５％を超え、成型性に問題があった。（表１比較例２）。

溶接速度毎分８ｍで、レーザー発振機出力８４００Ｗとしたときには、ＨＡＺ軟化部幅板厚比は２５％以下で、良好な成型性を示したが、Ｐ／ＴＶ値は５８３であり、十分な溶接ビードが形成されたが、電力コストが高くなりコスト上問題があった（表１比較例４）。

鋼板板厚を１．０ｍｍとし、溶接速度毎分４ｍで、レーザー発振機出力３０００Ｗとしたときには、ＨＡＺ軟化部幅板厚比は２５％を超え、ＨＡＺ部からの破断に起因して成型性に大幅に悪化し、Ｐ／ＴＶ値は７５０で電力コストは許容範囲を超えた（表１比較例５）。

これに対して、溶接速度毎分８ｍで、レーザー発振機出力４０００Ｗで行った本発明例では、エリクセン試験値は６．２ｍｍで、ＨＡＺ部からの割れもなく、成型性は良好で、Ｐ／ＴＶ値は５００で、電力コストも良好であった（表１、本発明例２）。

以上の実施例および比較例から、本発明で規定する条件を満たす溶接方法で製造したレーザー突合せ溶接薄鋼板は、プレス成型中のＨＡＺ軟化部での破断が生ぜず良好なプレス成形性を示すことが確認できた。また、この鋼板は電力コストが嵩むことなく製造することができた。

薄鋼板のレーザー突合せ溶接プロセスの俯瞰図である。本発明による、超高速溶接における溶接部近傍の板厚中心付近での硬度分布を示す図である。レーザーにより突合せ溶接された薄鋼板の溶接部近傍の例を示す断面図である。ＨＡＺ軟化幅の板厚比とエリクセン試験値の実験結果例を示す図である。溶接速度とＨＡＺ軟化幅の板厚比との関係の実験結果例を示す図である。溶接速度とエリクセン値の関係の実験結果例を示す図である。Ｐ／ＴＶと、電力コスト、溶接良否判定結果を示す図である。Ｐ／ＴＶと、電力コスト、溶接良否判定結果を示す図である。Ｐ／ＤＴＶと、溶接良否判定結果を示す図である。従来技術による、高速溶接における溶接部近傍の板厚中心付近での硬度分布を示す図である。

符号の説明

１薄鋼板
２薄鋼板
３レーザートーチ
４溶接ビード部
５レーザービーム
６溶接進行方向
７溶接ゾーン
８熱影響軟化部
９母材部分

Claims

薄鋼板のレーザー突合せ溶接鋼板であって、溶接鋼板の溶接部近傍の熱影響軟化部の幅が、板厚の２５％以下で、かつ、すくなくとも一方の母材の引張強度が７８０ＭＰａ以上であることを特徴とする薄鋼板のレーザー突合せ溶接鋼板。
請求項１記載の薄鋼板のレーザー突合せ溶接鋼板の溶接方法において、溶接速度を毎分８ｍ以上の速度で溶接することを特徴とする薄鋼板のレーザー突合せ溶接方法。
炭酸ガスレーザー発振機出力をＰ（Ｗ）、母材板厚の厚い側の板厚をＴ（ｍｍ）、溶接速度をＶ（ｍ／分）とするときに、Ｐ／（ＴＶ）が、２８０〜５７０となるように、レーザー発信機出力を制御することを特徴とする、請求項２に記載の薄鋼板のレーザー突合せ溶接方法。
ＹＡＧレーザー発振機出力をＰ（Ｗ）、母材板厚の厚い側の板厚をＴ（ｍｍ）、溶接速度をＶ（ｍ／分）とするときに、Ｐ／（ＴＶ）が、１９０〜２９０となるように、レーザー発信機出力を制御することを特徴とする、請求項２に記載の薄鋼板のレーザー突合せ溶接方法。
板厚０．５乃至２．０ｍｍの薄鋼板のレーザー突合せ溶接方法であって、炭酸ガスレーザー発振機出力をＰ（Ｗ）、溶接速度をＶ（ｍ／分）とするときに、Ｐ／Ｖが、２１０〜１０００となるように、レーザー発信機出力を制御することを特徴とする、請求項２または３に記載の薄鋼板のレーザー突合せ溶接方法。
板厚０．５乃至２．０ｍｍの薄鋼板のレーザー突合せ溶接方法であって、ＹＡＧレーザー発振機出力をＰ（Ｗ）、溶接速度をＶ（ｍ／分）とするときに、Ｐ／Ｖが、９５〜４９０となるように、レーザー発信機出力を制御することを特徴とする、請求項２または４に記載の薄鋼板のレーザー突合せ溶接方法。