JP2008178905A - Laser welding method for structure composed of steel plate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鋼板で構成された構造体のレーザーの溶接方法に関し、特に、構造体を製作するに際し、鋼板あるいは成形した鋼板のフランジなどを重ね、この重ね部をレーザー溶接する方法に関する。 The present invention relates to a laser welding method for a structure formed of steel plates, and more particularly, to a method for laminating a steel plate or a flange of a formed steel plate and laser welding the overlapped portion when manufacturing the structure.
レーザー溶接は、レーザー光を熱源とするため、TIG溶接やMIG溶接などのアーク溶接に比べて入熱量の制御が容易で、しかも確実に制御が行える。このため、溶接速度やレーザービームの照射出力、さらにはシールドガス流量などの溶接条件を適切に設定することによって、熱変形が小さく、偏析の少ない良好な溶接部を形成することができる溶接方法であり、薄鋼板等の溶接に好適である。
例えば、自動車工業や電気機器工業その他の分野では、薄鋼板を成形加工した部材の溶接などに採用されており、これに関連する改善技術が提案されている。
例えば、特許文献1には、薄鋼板を突き合わせ、突き合わせ面に沿ってレーザー溶接する際に、溶接が溶接面の一端から他端に向かう一方向に進められるため、溶接熱により生じる鋼板の反りによって、突き合わせ部が拡開し、溶接が困難となる問題点を解決するために、溶接予定箇所の互いに隔離した複数の位置でパルスレーザー溶接により仮付けを行った後、溶接予定箇所の全長にわたってレーザー溶接による本溶接を行うことが開示されている。
また、特許文献2には、フランジ部を有する2つのパネル部材をフランジ部を対向、当接させた状態でレーザービームで溶接し、閉断面のコーチジョイントと称される自動車用の構造体を製造するに際し、当接するフランジ部のギャップの変動による適正な溶け込み深さを確保するために、重ね部のレーザー照射予定面に適当な間隔で貫通穴を形成、これにピン部を有する補助プレートを嵌装したのち、レーザービームを照射して溶接する方法を提案されている。
Since laser welding uses laser light as a heat source, control of heat input is easier and more reliable than arc welding such as TIG welding and MIG welding. For this reason, it is a welding method that can form a good weld with little thermal deformation and little segregation by appropriately setting welding conditions such as welding speed, laser beam irradiation output, and shielding gas flow rate. Yes, suitable for welding thin steel plates and the like.
For example, in the automobile industry, the electrical equipment industry, and other fields, it has been adopted for welding a member formed by processing a thin steel plate, and related improvement techniques have been proposed.
For example, in Patent Document 1, when a thin steel plate is abutted and laser welding is performed along the abutting surface, welding is advanced in one direction from one end of the welding surface to the other end. In order to solve the problem that the butted part is expanded and welding becomes difficult, after laser beam welding is performed by pulse laser welding at a plurality of positions that are separated from each other, the laser is welded over the entire length of the planned welding part. It is disclosed to perform main welding by welding.
In
レーザー溶接は薄鋼板などの溶接に好適であり、自動車用の構造体の溶接にも適用範囲が拡大されている。さらに近年は、燃料比の改善や安全性の向上といった要求に対応するため、引張強度が440MPa以上の高強度(ハイテン)の薄鋼板が多く使用されるようになっており、高強度の薄鋼板をレーザー溶接により溶接することが求められている。 Laser welding is suitable for welding thin steel sheets and the like, and its application range has been expanded to welding automobile structures. Furthermore, in recent years, in order to meet demands such as improvement in fuel ratio and safety, high strength (high-tensile) thin steel plates with a tensile strength of 440 MPa or more are often used. Are required to be welded by laser welding.
図8(a)〜(d)は、自動車の車体パネル構造体の例を示すものであり、これらの構造体は、上述のように、高張力鋼よりなる薄板材から形成されている。
図8において(a)は、フランジ部4及びこれに続く折り曲げ部5を有する軸方向に垂直な断面形状がハット形状に成形された二つの部材2と3を、フランジ部4、6が互いに対向するように配置してフランジ部4、6を重ね合わせ、重ね合わせ部を溶接して構造体を形成したものであり、(b)は、上述のハット形状の部材2のフランジ部4を、平坦な鋼板部材8に対向するように配置して重ね合わせ、重ね合わせ部を溶接して構造体を形成したものであり、(c)は、上述のような二つのハット形状の部材2、3のフランジ部4、6を平坦な鋼板部材8を介して対向するように配置して重ね合わせ、重ね合わせ部を溶接して構造体を形成したものであり、更に、(d)は、上述のようなハット形状の部材を複数(図では、2、3の2枚)、同一方向に重ね合わせ、重ね部を溶接して構造体を形成したものである。
このように、フランジ部を有する部材を用いて、フランジ部を有する部材同士、或いはフランジ部を有する部材と板部材とを重ね合わせ、少なくともフランジ部の重なり部で溶接することによって、構造体が製作されている。
しかしながら、このような高強度の薄鋼板で構成される構造体の重ね部のレーザー溶接において、溶接終了後の溶接部に割れや破断が発生することがある。
FIGS. 8A to 8D show examples of a vehicle body panel structure of an automobile, and these structures are formed of a thin plate material made of high-tensile steel as described above.
In FIG. 8, (a) shows two
In this way, by using a member having a flange portion, a member having a flange portion, or a member having a flange portion and a plate member are overlapped and welded at least at the overlapping portion of the flange portion, thereby producing a structure. Has been.
However, in the laser welding of the overlapping portion of the structure composed of such a high-strength thin steel plate, the welded portion after the welding may be cracked or broken.
発明者らは、自動車に使用される鋼板で構成された構造体を例にしてこの上記のような鋼板の重ね部のレーザー溶接における破断の状況を調査した。すなわち、図7(a)、(b)は、構造体の例を示すものであり、(a)は、上面視がI形状、(b)は、上面視がH形状のものである。
引張強度が980MPa級で板厚1.2mmの薄鋼板を図7(a)に示すようにフランジ4、6、これに続く折り曲げ部5、7をそれぞれ有し、断面がハット形状に成形して2つの成形部材2、3を製作し、各成形部材のフランジ部4、6を対向させて重ね合わせ、フランジの重ね合わせ部6をレーザービームにより溶接して構造体1を製作した。
また、構造体の長さは600mm、レーザー溶接ビードの長さは580mmとした。成形部材の長手方向の前後端の10mmは非溶接部とした。
なお、レーザー溶接条件は、ビード幅狙い:板厚mm×1.0、ビームウエスト0.6mm、焦点外し:+2mm、加工点出力:3.5kw、溶接速度:2m/min、チップ径:5mmφとし、シールド方法は、同軸センターシールド(裏面シールドなし)、シールドガスはArを25l/分とした。
また、レーザー溶接に先立ち、成形部材の溶接部となるフランジ部の両表面はウエスで払拭し、清浄なものとし、締め付け治具にてフランジの重ね部を上下からクランプ冶具(図示せず)にて固定した。
なお、図7(b)の場合の溶接方法も、成形部材の上面視の形状がH形状である点以外は、図7(a)の場合と同様であるので詳細な説明は省略する。
The inventors investigated the state of breakage in laser welding of the above-described steel plate overlap by taking as an example a structure composed of steel plates used in automobiles. That is, FIGS. 7A and 7B show examples of structures. FIG. 7A shows an I shape when viewed from above, and FIG. 7B shows an H shape when viewed from above.
A thin steel plate having a tensile strength of 980 MPa and a thickness of 1.2 mm has
The length of the structure was 600 mm, and the length of the laser weld bead was 580 mm. 10 mm at the front and rear ends in the longitudinal direction of the molded member was a non-welded part.
The laser welding conditions were as follows: bead width target: plate thickness mm × 1.0, beam waist 0.6 mm, defocusing: +2 mm, processing point output: 3.5 kw, welding speed: 2 m / min, tip diameter: 5 mmφ The shielding method was a coaxial center shield (no backside shield), and the shielding gas was Ar at 25 l / min.
Prior to laser welding, both surfaces of the flange part, which becomes the welded part of the molded member, are wiped with a waste cloth and cleaned, and the overlapping part of the flange is clamped from above and below with a clamping jig (not shown). Fixed.
The welding method in the case of FIG. 7B is also the same as that in the case of FIG. 7A except that the shape of the molded member in the top view is an H shape, and thus detailed description is omitted.
レーザー溶接終了後、クランプ冶具を取り外してまもなく、すなわち、薄鋼板の板厚にもよるが溶接終了後(溶接終了後8時間以内)に、図7(a)(b)において、破断部16が認められた。 Shortly after the laser welding is finished, the clamp jig is removed, that is, depending on the thickness of the thin steel plate, after the end of welding (within 8 hours after the end of welding), in FIG. 7A and FIG. Admitted.
発明者らは、上述のようなレーザー溶接部の割れについて、その原因をさらに詳細に確認するためにTピール強度試験を行い、溶接後の経過時間や、鋼種などの影響をさらに詳細に検討した。このTピール強度試験は、図5に示すように、L字状に曲げた2つの試験片14、14のそれぞれの短辺の一端側を対向させて重ね合わせ、その重ね部をレーザー溶接して試験体15(Tピール試験体)とした後、この試験体15の2つの試験片14、14の短辺の他端側(非溶接端側)を互いに逆方向に引張り、溶接部が破断する際の最大引張荷重(N/mm)をTピール強度として評価するものである。
The inventors conducted a T peel strength test in order to confirm the cause of the crack in the laser weld as described above in more detail, and examined the influence of the elapsed time after welding, the steel type, etc. in more detail. . In this T peel strength test, as shown in FIG. 5, two
まず、鋼種として980MPa級鋼を対象として厚さ1.2mmの薄鋼板を用い、試験体、試験片の形状、寸法は、図5に示すものとして重ね部をレーザー溶接し、図5に示すように重ね部に長さ30mmの溶接ビードを形成した。
なお、レーザー溶接条件は、上記と同様、ビード幅狙い:板厚mm×1.0、ビームウエスト0.6mm、焦点外し:+2mm、加工点出力:3.5kw、溶接速度:2m/min、チップ径:5mmφとし、シールド方法は、同軸センターシールド(裏面シールドなし)、シールドガスはArを25l/分とした。
また、レーザー溶接に先立ち、成形部材の溶接部となる各フランジ部の両表面はウエスで払拭し、清浄なものとし、締め付け治具にてフランジの重ね部をクランプ冶具(図示せず)にて固定した。
この試験においては、溶接終了からの経過時間を、溶接終了直後(終了から6分以内)、30分、1時間、5時間、8時間、50時間、と変えた場合のTピール試験体15をそれぞれ引張試験装置にかけ、引張試験を行い引張最大荷重(N/mm)、すなわちTピール強度、を求めた。なお、引張速度は10mm/minとした。また、このとき、試験体の破断部位についても確認した。
First, a thin steel plate having a thickness of 1.2 mm for 980 MPa class steel is used as the steel type, and the shape and dimensions of the test specimen and the test piece are as shown in FIG. A weld bead having a length of 30 mm was formed on the overlapping portion.
The laser welding conditions are the same as above, aiming at the bead width: plate thickness mm × 1.0, beam waist 0.6 mm, defocusing: +2 mm, processing point output: 3.5 kW, welding speed: 2 m / min, tip Diameter: 5 mmφ, shield method: coaxial center shield (no back shield), shield gas Ar: 25 l / min.
Prior to laser welding, both surfaces of each flange part to be the welded part of the molded member are wiped with a waste cloth and cleaned, and the overlapping part of the flange is clamped with a clamping jig (not shown). Fixed.
In this test, the
その結果、Tピール強度は、溶接終了直後では極めて低いものであったが、溶接終了からの時間経過と共に高くなり、溶接終了から8時間以上経過するとほぼ一定の強度が得られることが判った。なお、溶接終了直後のTピール強度は、溶接終了から8時間経過後のTピール強度の25%以下であった。 As a result, the T peel strength was extremely low immediately after the end of welding, but increased with the passage of time from the end of welding, and it was found that a substantially constant strength was obtained when 8 hours or more had elapsed after the end of welding. The T peel strength immediately after the end of welding was 25% or less of the T peel strength after 8 hours from the end of welding.
また、上記試験において、溶接終了直後のTピール試験体15は、溶接金属の部位で破断していたが、溶接終了から8時間以上経過したものではボンド部(溶融境界)又はHAZ近傍での破断となっており、このことから、母材並みの継手強度が得られることが判った。一方、溶接終了直後のTピール試験体15の破断位置は溶接金属であり、その破面形態は擬劈開破面が主であり、一部に粒界破面が認められ、溶接金属の脆化による割れであることが確認された。
なお、図6は、レーザー溶接部の破断状況をパターン化して示す溶接ビードの溶接方向に垂直な断面模式図であり、(a)は溶接金属17での破断、(b)は熱影響部(HAZ)又はボンド部18(溶融境界)近傍での破断、(c)は、母材16での破断、をそれぞれ示す。
In the above test, the T-
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view perpendicular to the welding direction of the weld bead showing the fracture state of the laser welded portion in a pattern, where (a) is a fracture at the
発明者らは、さらに、鋼板の引張強度が440MPa級、590MPa級、および780MPa級の他の高強度鋼についても、試験体、溶接条件、試験条件等を上記980MPa級の鋼種と同様として調査を行った。その結果、これら引張強度が440MPa以上の高強度鋼のTピール強度も、溶接終了直後は極めて低いが、時間が経過するにつれて増大し、8〜10時間経過するとほぼ一定のTピール強度レベルに達することが確認された。
すなわち、溶接終了直後は、溶接終了後十分な時間、例えば8時間以上経過後の強度レベルの25%程度しかなく、かつ溶接金属の部分で破断することが判った。
一方、引張強度が270MPa級の鋼種でも、同様な試験を行ったが、引張強度が270MPa級の場合は、溶接直後(溶接後6分程度経過)のTピール強度は低下せず、溶接終了から8時間以上経過したもののTピール強度とほぼ同等であった。このような破壊は起こらなかった。
The inventors further investigated other high-strength steels having a tensile strength of 440 MPa class, 590 MPa class, and 780 MPa class as the specimens, welding conditions, test conditions, etc., similar to the above 980 MPa class steel types. went. As a result, the T peel strength of high strength steels having a tensile strength of 440 MPa or more is also very low immediately after the end of welding, but increases as time elapses and reaches a substantially constant T peel strength level after 8 to 10 hours. It was confirmed.
That is, immediately after the end of welding, it was found that there was only a sufficient time after the end of welding, for example, about 25% of the strength level after 8 hours or more, and the weld metal part was broken.
On the other hand, a similar test was performed with a steel type having a tensile strength of 270 MPa. However, when the tensile strength was 270 MPa, the T peel strength immediately after welding (about 6 minutes after welding) did not decrease, and the welding was completed. Although it passed 8 hours or more, it was almost equivalent to the T peel strength. Such destruction did not occur.
これらの結果から、これらの溶接直後の溶接金属の破断は、溶接金属の水素脆化による遅れ破壊によるものであると考えられた。すなわち、溶接部周辺の大気中の水分、或いは、成形部材の表面に付着している水分や炭化水素などが、レーザー溶接の際のレーザービームにより分解されて原子状水素となり、溶接部の溶融金属中に侵入し、拡散する。特にマルテンサイト等の硬化組織に拡散し、集積しやすい。また、レーザー溶接により細くて長いビードを形成した場合、冷却時のビード長手方向の収縮により引張りの残留応力や歪が生じる。また、溶接変形だけでなく、成形部材のスプリングバック等の外部からの引張応力も作用することもある。これら残留応力や歪は構造体の大きさや形状にもよるが、ビードの始終端部に集中しやすい。このように大きな応力や歪が集中する部位に水素は局所的に集積し、亀裂の発生や破断を招くことになるものである。 From these results, it was considered that the fracture of the weld metal immediately after the welding was caused by delayed fracture due to hydrogen embrittlement of the weld metal. In other words, moisture in the atmosphere around the welded part or moisture or hydrocarbons adhering to the surface of the molded part is decomposed by the laser beam during laser welding to become atomic hydrogen, and the molten metal in the welded part Invade and spread inside. In particular, it tends to diffuse and accumulate in hardened structures such as martensite. In addition, when a thin and long bead is formed by laser welding, tensile residual stress or strain is generated due to shrinkage in the longitudinal direction of the bead during cooling. Further, not only welding deformation but also tensile stress from the outside such as a spring back of the molded member may act. Although these residual stresses and strains depend on the size and shape of the structure, they tend to concentrate at the beginning and end of the bead. Thus, hydrogen accumulates locally at a site where a large stress or strain is concentrated, leading to the occurrence of cracks or breakage.
上述の特許文献1や2は、鋼板からなる構造体の重ね部のレーザー溶接におけるこのような遅れ破壊の防止を図るものではなく、鋼板からなる構造体の重ね部のレーザー溶接における溶接部の遅れ破壊を防止する方法は、これまで提案されていない。
従って、本発明は、鋼板からなる構造体の重ね部のレーザー溶接における溶接部の遅れ破壊を防止できるレーザー溶接方法を提供することを課題とする。
The above-mentioned
Therefore, this invention makes it a subject to provide the laser welding method which can prevent the delayed fracture of the welding part in the laser welding of the overlap part of the structure which consists of a steel plate.
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、その要旨とするところは以下のとおりである。
(1)鋼板で構成される構造体の複数の鋼板を重ね合わせて形成された重ね部の最上段の鋼板の上面からレーザービームを照射して最下段の鋼板の下面までを溶融させて重ね部を溶接する鋼板の重ね部のレーザー溶接において、重ね部の予定されるレーザー溶接ビードの延長線上の始終端から30mm以内の範囲に仮付けを施し、次いでこの重ね部をレーザー溶接することを特徴とする構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
(2)前記仮付けが、予定されるレーザー溶接ビードの始終端上に施されることを特徴とする(1)に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
(3)鋼板で構成される構造体の複数の鋼板を重ね合わせて形成された重ね部の最上段の鋼板の上面からレーザービームを照射して最下段の鋼板の下面までを溶融させて重ね部を溶接する鋼板の重ね部のレーザー溶接において、重ね部の予定されるレーザー溶接ビードの始終端の中間部において仮付けを施し、隣り合う仮付けとの間隔が100mm以内となるようにすることを特徴とする(1)に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
(4)前記仮付けの直径が、ビード幅より大きいことを特徴とする(1)〜(3)のいずれか1項に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
(5)前記仮付けが、スポット溶接により施されることを特徴とする(1)〜(4)のいずれか1項に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
(6)前記仮付けが、機械的締結手段により施されることを特徴とする(1)〜(5)のいずれか1項に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
The present invention has been made to solve the above-described problems, and the gist thereof is as follows.
(1) A laser beam is irradiated from the upper surface of the uppermost steel plate of the overlapped portion formed by overlapping a plurality of steel plates of a structure composed of steel plates to melt the lower surface of the lower steel plate to the overlapped portion. In the laser welding of the overlapped portion of the steel sheets to be welded, the temporary overlap is applied to the range within 30 mm from the start and end on the extension line of the laser welding bead scheduled for the overlapped portion, and then the overlapped portion is laser welded. Laser welding method for the overlapping part of steel plates of the structure to be performed.
(2) The laser welding method for the overlapped portion of steel plates of the structure according to (1), wherein the tacking is performed on a start and end of a planned laser welding bead.
(3) The overlapping portion is formed by irradiating a laser beam from the upper surface of the uppermost steel plate of the overlapping portion formed by overlapping a plurality of steel plates of a structure composed of steel plates to melt the lower surface of the lowermost steel plate. In the laser welding of the overlapped portion of the steel plates to be welded, temporary attachment is performed at the intermediate portion of the start and end of the laser weld bead scheduled for the overlapped portion so that the interval between adjacent temporary attachments is within 100 mm. The laser welding method of the overlap part of the steel plate of the structure as described in (1).
(4) The laser welding method for the overlapped portion of steel plates of the structure according to any one of (1) to (3), wherein the diameter of the tack is larger than the bead width.
(5) The laser welding method for overlapping portions of steel plates of the structure according to any one of (1) to (4), wherein the tacking is performed by spot welding.
(6) The laser welding method for overlapping portions of steel plates of a structure according to any one of (1) to (5), wherein the tacking is performed by mechanical fastening means.
(7)前記構造体の鋼板の重ね部が、一方の鋼板が少なくとも片側に折り曲げ部及びそれに続くフランジ部を有する鋼板であり、この一方の鋼板のフランジ部に、少なくとも片側に折り曲げ部及びそれに続くフランジ部を有する他の鋼板のフランジ部を対向させて重ね合わせて形成されたものであることを特徴とする(1)〜(6)のいずれか1項に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
(8)前記構造体の鋼板の重ね部が、一方の鋼板が少なくとも片側に折り曲げ部及びそれに続くフランジ部を有する鋼板であり、この一方の鋼板のフランジ部に、平坦な他の鋼板の平坦部を重ね合わせて形成されたものであることを特徴とする(1)〜(6)のいずれか1項に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
(9)前記構造体の鋼板の重ね部が、一方の鋼板が少なくとも片側に折り曲げ部及びそれに続くフランジ部を有する鋼板であり、この一方の鋼板のフランジ部に、少なくとも片側に折り曲げ部及びそれに続くフランジ部を有する他の鋼板のフランジ部を、平坦なさらに他の鋼板の平坦部を介して対向させ、重ね合わせて形成されたものであることを特徴とする(1)〜(6)のいずれか1項に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
(10)前記構造体の鋼板の重ね部が、一方の鋼板が少なくとも片側に折り曲げ部及びそれに続くフランジ部を有する鋼板であり、この一方の鋼板のフランジ部に、少なくとも片側に折り曲げ部及びそれに続くフランジ部を有する他の鋼板のフランジ部を同じ方向に重ね合わせて形成されたものであることを特徴とする(1)〜(6)のいずれか1項に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
(11)前記構造体の鋼板の引張強度が440MPa以上であることを特徴とする(1)〜(10)のいずれか1項に記載の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
(7) The overlapping portion of the steel plates of the structure is a steel plate in which one steel plate has a bent portion on at least one side and a flange portion subsequent thereto, and the bent portion on one side of the steel plate has a bent portion and continues on at least one side thereof. The overlapping portion of the steel plate of the structural body according to any one of (1) to (6), wherein the flange portion of another steel plate having a flange portion is formed so as to oppose each other. Laser welding method.
(8) The overlapping portion of the steel plates of the structure is a steel plate in which one steel plate has a bent portion and a flange portion following the at least one side, and a flat portion of another flat steel plate on the flange portion of the one steel plate. (1) to (6), the method of laser welding of the overlapped portion of the steel sheets of the structure according to any one of (1) to (6).
(9) The overlapping portion of the steel plates of the structure is a steel plate in which one steel plate has a bent portion at least on one side and a flange portion subsequent thereto, and the bent portion at least on one side follows the flange portion of the one steel plate. Any one of (1) to (6), wherein the flange portion of another steel plate having a flange portion is formed so as to be opposed to each other through a flat portion of another steel plate that is flat. A method for laser welding of the overlapped portion of steel plates of the structure according to claim 1.
(10) The overlapping portion of the steel plates of the structure is a steel plate in which one steel plate has a bent portion at least on one side and a flange portion following the one, and the bent portion at least on one side follows the flange portion of the one steel plate. The overlapping portion of the steel plate of the structure according to any one of (1) to (6), wherein the flange portion of another steel plate having a flange portion is formed by overlapping in the same direction. Laser welding method.
(11) The method for laser welding a steel plate overlap portion according to any one of (1) to (10), wherein the steel sheet of the structure has a tensile strength of 440 MPa or more.
本発明によれば、レーザー溶接を施す前の仮付けにより、接合部の位置が固定される。このため、少なくともレーザー溶接直後(溶接後約8時間以内)において、溶接に伴う変形や、成形部材のスプリングバックなどによってレーザー溶接部に負荷される応力を緩和することができる。このため、溶接の際に溶接部に水素が侵入しても溶接部に亀裂が発生したり、破壊に至ること、すなわち遅れ破壊を防止することができる。
溶接時に進入した水素は、時間の経過により大気中に放散されるため、遅れ破壊の危険性は時間の経過と共に緩和される。従って、少なくとも溶接直後(溶接後約8時間以内)において溶接部に負荷される応力を緩和することができ、遅れ破壊を防止できる。
According to the present invention, the position of the joint portion is fixed by temporary attachment before performing laser welding. For this reason, at least immediately after laser welding (within about 8 hours after welding), it is possible to relieve stress applied to the laser welded portion due to deformation accompanying welding, springback of the molded member, and the like. For this reason, even if hydrogen penetrates into the welded part during welding, cracks in the welded part or breakage, that is, delayed fracture can be prevented.
Since the hydrogen that has entered during welding is dissipated into the atmosphere over time, the risk of delayed fracture is mitigated over time. Therefore, stress applied to the welded portion can be relaxed at least immediately after welding (within about 8 hours after welding), and delayed fracture can be prevented.
以下、本発明の方法を添付の図面を用いて具体的に説明する。
図1は、本発明のレーザー溶接方法の一実施形態による構造材を示す斜視図である。この実施形態においては、上面視がI形状の構造体を例示している。
図1に示すように、構造体1は、軸方向の断面形状がハット形状に成形された成形部材2、3から構成され、各成形部材は、薄鋼板をプレスなどによりそれぞれフランジ4、6およびそれぞれこれに続く折り曲げ部5、7が形成されている。これらの成形部材2、3は、フランジ部4、6が対向するように重ねられ、形成されたフランジの重ね部9の溶接予定線に沿って、仮付けDが、Ds、De、およびD2〜D4のように施されている。なお、図1の例では、重ね部の上下の鋼板はスポット溶接により、仮付け固定されている。
この後、重ね部9はレーザートーチ10により溶接され、レーザー溶接ビード11が形成される。
Hereinafter, the method of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing a structural material according to an embodiment of the laser welding method of the present invention. In this embodiment, a structure having an I shape in top view is illustrated.
As shown in FIG. 1, the structure 1 includes formed
Thereafter, the overlapping portion 9 is welded by a
図2は、本発明のレーザー溶接方法の一実施形態の構造体の溶接状況を示す上面の部分平面図であり、溶接部、仮付けの位置関係が示されている。
フランジの重ね部9のレーザー溶接ビードが形成される予定線12の延長線13上において、ビードの始端Sと終端Eから、距離G1、あるいはG2以内の範囲に始端近傍の仮止めDs、終端近傍の仮付けDeが施されており、また、始終端以外の予定される溶接ビード(溶接ビードの中間部とも記す)には、D2〜D4の仮付けが施されている。
FIG. 2 is a partial plan view of the upper surface showing the welding situation of the structure of one embodiment of the laser welding method of the present invention, showing the positional relationship between the welded part and the tacking.
On the
上述のように、仮付けDは、レーザー溶接ビード(溶接部)への応力の影響を軽減ないしは分散するために、上下の鋼板を少なくともフランジ部において固定するものであるから、この作用、効果を有する限りにおいて、仮付けを施す位置、仮付け箇所数、仮付けの形態などは、特に限定されるものではない。すなわち、仮付けは、溶接ビードの形成が予定される溶接予定位置(線)上、或いはその延長(線)上、或いはその周辺近傍に設けることができる。
なお、溶接ビードの始終端(S,E)および溶接ビードの延長線上を含む近傍部位は、応力が集中し易い部位であるので、本発明においては、予定されるレーザー溶接ビード12の延長線13上において始終端から30mm以内の範囲に、少なくとも仮付けを施すものとする。
予定される溶接ビードの延長線上で始終端から30mm以上離れると、溶接始終端と仮付けとの間が離れすぎて、始終端に対する仮付けの効果が小さくなるためである。予定される溶接ビードの始終端上に仮付けすることは、より好ましい。
すなわち、図2に示すように、仮付けDs、Deは、予定されるレーザー溶接ビード12の延長線上において始終端S,E、からG1、G2の範囲内に施すものであり、G1、G2は、30mm以内とするものである。また、Ds,Deを予定される溶接ビードの始端S、終端上とすることも好ましい。
なお、本発明において、仮付け部の一部が、延長線または溶接ビードにかかっている場合は、その仮付けは、延長線上或いは溶接ビード上にあるものとする。
As described above, the tack D is for fixing the upper and lower steel plates at least in the flange portion in order to reduce or disperse the influence of stress on the laser weld bead (welded portion). As long as it has, the position where temporary attachment is performed, the number of temporary attachment parts, the form of temporary attachment, etc. are not particularly limited. That is, the tacking can be provided on the planned welding position (line) where the welding bead is to be formed, on the extension (line), or in the vicinity thereof.
In addition, since the vicinity part including the start end (S, E) of a weld bead and the extension line of a weld bead is a part where stress tends to concentrate, in this invention, the
This is because if the distance between the start and end points is 30 mm or more on the extension line of the planned weld bead, the welding start and end points are too far apart from each other, and the effect of the tacking on the start and end points is reduced. It is more preferable to tack on the start and end of the planned weld bead.
That is, as shown in FIG. 2, the temporary attachments Ds and De are applied within the range from the start and end S and E to G1 and G2 on the expected extension line of the
In the present invention, when a part of the tacking portion is on the extension line or the weld bead, the tacking is on the extension line or the weld bead.
また、仮付けを施す箇所数は、特に限定されず、予定される溶接ビードの長さLに応じて決定することができる。すなわち、仮付け箇所数が多ければ予定される溶接ビードに対する応力の影響を抑制ないし分散できる点では有利であるが、仮付けのための作業が増え、コスト、能率の点で好ましくない。一方、予定される溶接ビードの長さに対して仮付け箇所数が少なすぎると、仮付けの間隔が開くことになり、溶接ビードに対する応力の影響を抑制、分散する効果が不十分となる。従って、予定される溶接ビードの始終端の中間部においても仮付けを施し、隣り合う仮付けとの間隔が100mm以内となるように、仮付けの箇所数及び/又は仮付けの間隔を調整することが好ましい。隣り合う仮付けとの間隔が100mmよりも離れると溶接ビード(溶接部)に影響する応力を抑制し、分散する効果が不十分となるからである。 Further, the number of places to be tacked is not particularly limited, and can be determined according to the planned length L of the weld bead. That is, if the number of temporary attachment points is large, it is advantageous in that the influence of stress on the planned weld bead can be suppressed or dispersed, but the work for temporary attachment increases, which is not preferable in terms of cost and efficiency. On the other hand, if the number of temporary attachment points is too small with respect to the planned length of the weld bead, the temporary attachment interval will be increased, and the effect of suppressing and dispersing the stress on the weld bead will be insufficient. Therefore, temporary attachment is also performed at the intermediate portion of the start and end of the planned weld bead, and the number of temporary attachment points and / or the temporary attachment interval is adjusted so that the interval between adjacent temporary attachments is within 100 mm. It is preferable. This is because, if the interval between the adjacent tacks is more than 100 mm, the effect of suppressing and dispersing the stress that affects the weld bead (welded part) becomes insufficient.
図2に示すように、レーザー溶接ビードの予定線12の延長線上の始終端の近傍の仮付けDs,Deのほか、予定される溶接ビード12の中間部に施されているD2〜D4において、隣り合う仮付けとの間隔F1〜F4(Ds〜D2,D2〜D3,D3〜D4、D4〜Deの間隔をそれぞれF1,F2,F3、F4とする)は、上述のように、100mm以下であることが好ましい。
予定される溶接ビードの長さが短かく、隣り合う仮付けとの間隔が100mmを超えないような場合は、前述のような始終端近傍に仮付けを施すのみでも良いことは言うまでもない。
As shown in FIG. 2, in addition to the temporary attachments Ds and De in the vicinity of the start and end on the extended line of the planned
Needless to say, if the length of the planned weld bead is short and the interval between adjacent tacks does not exceed 100 mm, it is only necessary to perform tacking in the vicinity of the start and end as described above.
仮付けの大きさ(例えば、仮付け部Dの直径d)は、特に限定するものではないが、小さすぎると、予定される溶接ビードに対する応力の影響を抑制、分散する効果が不十分となるので、少なくとも予定される溶接ビードの幅t、すなわち、ビードの溶接方向に直角な方向の長さ、以上であることが好ましい。
すなわち、図3は、本発明の溶接方法における仮付け部近傍部を拡大した平面模式図であり、仮付けDの大きさを説明するものである。すなわち、仮付けDの直径dは、予定される溶接ビードの幅t以上とすること(d≧t)が好ましい。仮付けの直径dが溶接ビードの幅(溶接方向に直角な方向の幅)より小さすぎると、溶接ビード(溶接部)に影響する応力を抑制し、分散する効果が不十分となるからである。好ましくは、dは1.5t〜3.0tである。
The size of the tacking (for example, the diameter d of the tacking portion D) is not particularly limited, but if it is too small, the effect of suppressing and dispersing the stress on the planned weld bead becomes insufficient. Therefore, it is preferable that the width be at least the expected width t of the weld bead, that is, the length in a direction perpendicular to the welding direction of the bead.
That is, FIG. 3 is a schematic plan view in which the vicinity of the tacking portion in the welding method of the present invention is enlarged, and illustrates the size of the tacking D. In other words, the diameter d of the tack D is preferably equal to or greater than the planned weld bead width t (d ≧ t). This is because if the diameter d of the tack is too smaller than the width of the weld bead (the width in the direction perpendicular to the welding direction), the stress affecting the weld bead (welded portion) is suppressed and the effect of dispersing becomes insufficient. . Preferably, d is 1.5t to 3.0t.
仮付けを施す方法は、その仮付けが、溶接ビードに対する応力の影響を抑制、分散する効果が十分得られる限りにおいてが特に限定されるものではなく、溶接或いは機械的な方法など適宜選択することができる。
機械的な方法としては、クランプ冶具を使用してフランジの重ね部を挟むようにして仮付けすることができる。しかしながら、レーザー溶接に際してはクランプ冶具との干渉を避けるためのレーザー装置の移動回避が必要となる。特に、仮付け箇所数が多く、隣り合う仮付け箇所との間隔が小さい場合、クランプ冶具の取り付け数も多く、かつ作業が煩雑となる。しかしながら、一つの仮付け範囲を大きくする必要がある場合は、クランプ冶具の大きさを適切に選択することにより、範囲の大きな仮付けが容易に得られるので好適である。
The method for performing the tacking is not particularly limited as long as the tacking sufficiently suppresses the influence of the stress on the weld bead and obtains an effect of dispersing, and the welding or mechanical method is appropriately selected. Can do.
As a mechanical method, a clamp jig can be used for temporary attachment so as to sandwich the overlapping portion of the flange. However, in laser welding, it is necessary to avoid movement of the laser device to avoid interference with the clamp jig. In particular, when the number of temporary attachment points is large and the distance between adjacent temporary attachment points is small, the number of clamp jigs to be attached is large and the operation becomes complicated. However, when it is necessary to enlarge one tacking range, it is preferable that a tacking with a large range can be easily obtained by appropriately selecting the size of the clamp jig.
一方、溶接による方法は、上述のような機械的な方法の場合とは異なり、レーザー溶接に際してはクランプ冶具との干渉を避けるためのレーザー装置の移動回避が不要であり、仮付け数箇所数が多い場合でも効率的に仮付けを施すことができる。また、小さな構造体や小さな範囲の仮付けを形成する場合に好適である。しかしながら、大型の構造体をレーザー溶接する場合や、大きな範囲の仮付けを形成する場合は、スポットの大きさに限界がある。このように、レーザー溶接する構造体の性状、仮付け箇所数、間隔、仮付け範囲の大きさなどの条件に応じて、仮付けを形成する手段を適切に選択することができる。 On the other hand, unlike the mechanical method described above, the welding method does not require the movement of the laser device to avoid interference with the clamp jig during laser welding, and the number of temporary attachments is small. Even when there are many cases, it is possible to perform temporary attachment efficiently. Moreover, it is suitable when forming a small structure or a small range of tacks. However, when laser welding a large structure or when forming a large range of tacks, the spot size is limited. Thus, the means for forming the tack can be appropriately selected according to the conditions such as the properties of the structure to be laser welded, the number of tack positions, the interval, and the size of the tack range.
図4(a)(b)は、本発明のレーザー溶接方法の他の実施形態による構造体の例を示すもので、上面視がH形状の構造体の例において成形部材のフランジの重ね部にレーザー溶接ビードが形成されている。(a)では、溶接ビードの始終端部にスポット溶接により仮付けが施されており、(b)では、溶接ビードの始終端部および始終端の中間に複数の仮付けが施されている。これらの例においても、仮付けを施す位置、仮付け箇所数、仮付けの形態などに関しては上述のとおりであるので、詳細な説明は省略する。 4 (a) and 4 (b) show examples of structures according to other embodiments of the laser welding method of the present invention. In the example of the structure having an H shape when viewed from the top, the overlapping part of the flange of the molded member is shown. A laser weld bead is formed. In (a), temporary attachment is performed by spot welding on the start and end portions of the weld bead, and in (b), a plurality of temporary attachments are applied between the start and end portions of the weld bead and the start and end portions. Also in these examples, since the position where the temporary attachment is performed, the number of temporary attachment parts, the form of the temporary attachment, and the like are as described above, detailed description thereof is omitted.
本発明のレーザー溶接方法は、構造体に限らず、薄鋼板を重ね合わせ、重ね部をレーザー溶接する際に広く適用できるものであり、その範囲を限定されるものではない。前述のように、図8において、(a)は、フランジ部4及びこれに続く折り曲げ部5を有する軸方向に垂直な断面形状がハット形状に成形された二つの部材2と3を、フランジ部4、6が互いに対向するように配置してフランジ部4、6を重ね合わせ、重ね合わせ部を溶接して構造体を形成したものであり、(b)は、上述のハット形状の部材2のフランジ部4を、平坦な鋼板部材8に対向するように配置して重ね合わせ、重ね合わせ部を溶接して構造体を形成したものであり、(c)は、上述のような二つのハット形状の部材2、3のフランジ部4、6を平坦な鋼板部材8を介して対向するように配置して重ね合わせ、重ね合わせ部を溶接して構造体を形成したものであり、更に、(d)は、上述のようなハット形状の部材を複数(図では、2、3の2枚)、同一方向に重ね合わせ、重ね部を溶接して構造体を形成したものである。このような形態の構造体のレーザー溶接においては、成形部材のスプリングバックによる応力集中があるので、本発明の効果を一層好適に得ることができる。
The laser welding method of the present invention is not limited to the structure, and can be widely applied when superposing thin steel plates and laser welding the overlapped portion, and the scope thereof is not limited. As described above, in FIG. 8, (a) shows two
本発明のレーザー溶接方法は、特に鋼種を限定するものではないが、前述のように、引張強度が270MPa級の鋼では遅れ破壊が生じなかったことなどから、高強度の鋼板、特に、遅れ破壊の問題が顕著となる引張強さが440MPa以上の鋼種の鋼材を用いる構造体の場合に適用することが好ましい。 Although the laser welding method of the present invention is not particularly limited to the steel type, as described above, delayed fracture did not occur in steel with a tensile strength of 270 MPa class, and thus high strength steel sheets, particularly delayed fracture. It is preferable to apply in the case of a structure using a steel material of a steel type having a tensile strength of 440 MPa or more where the above problem becomes significant.
以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明する。
板厚1〜1.2mmの高強度の薄鋼板(引張強度440MPaの鋼成分は、質量%で、C:0.10%、Si:0.11%、Mn:0.95%、980MPaの鋼成分は、質量%で、C:0.13%、Si:1.00%、Mn:2.20%であった。)を成形した図1に示す形状の2つの成形部材をフランジを対向させて重ね合わせ、フランジの重ね合わせ部をレーザー溶接により構造体を作成した。成形部材の軸方向長さ700mm、溶接ビードの長さは50〜600mmとした。
レーザー溶接に先立ち、フランジの重ね部に各形態で仮付けを施し、レーザー溶接後の遅れ破壊の有無を確認した。仮付けの位置、仮付けの間隔、仮付けの大きさ(直径)は、表1に示すとおりである。なお、レーザー溶接条件は、上述と同様、ビード幅狙い:板厚mm×1.0、ビームウエスト0.6mm、焦点外し:+2mm、加工点出力:3.5kw、溶接速度:2m/min、チップ径:5mmφとし、シールド方法は、同軸センターシールド(裏面シールドなし)とし、シールドガスはArを25l/分とした。
Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples.
High-strength thin steel plate having a thickness of 1 to 1.2 mm (steel component having a tensile strength of 440 MPa is in mass%, C: 0.10%, Si: 0.11%, Mn: 0.95%, 980 MPa steel. The components were, by mass, C: 0.13%, Si: 1.00%, Mn: 2.20%.) Two molded members having the shape shown in FIG. Then, a structure was created by laser welding of the overlapped portion of the flange. The axial length of the molded member was 700 mm, and the length of the weld bead was 50 to 600 mm.
Prior to laser welding, temporary attachment was applied to the overlapped portion of the flange in various forms, and the presence or absence of delayed fracture after laser welding was confirmed. Table 1 shows the positions of the tacking, the spacing of the tacking, and the size (diameter) of the tacking. The laser welding conditions are the same as described above, aiming at the bead width: plate thickness mm × 1.0, beam waist 0.6 mm, defocusing: +2 mm, processing point output: 3.5 kW, welding speed: 2 m / min, tip The diameter was set to 5 mmφ, the shielding method was a coaxial center shield (no back shield), and the shielding gas was Ar of 25 l / min.
1 構造体
2 成形部材(鋼板)
3 成形部材(鋼板)
4 フランジ部
5 折り曲げ部
6 フランジ部
7 折り曲げ部
8 平坦な鋼板部材
9 重ね部
10 レーザートーチ
11 レーザー溶接ビード
12 予定されるレーザー溶接ビード線
13 予定されるレーザー溶接ビード線の延長線
14 Tピール試験片
15 Tピール試験体
16 母材
17 溶着金属
18 ボンド部又は熱影響部
19 亀裂、破断部
D 仮付け
S ビード始端部
E ビード終端部
Ds ビード始端部近傍の仮付け
De ビード終端部近傍の仮付け
D1〜Dn 中間部の仮付け
G1 ビード始端部からビード始端部近傍の仮付けまでの間隔
G2 ビード終端部からビード終端部近傍の仮付けまでの間隔
F1〜Fn 隣接する仮付けとの間隔
L 予定ビード長さ
d 仮付けの直径
t レーザー溶接部の幅
1
3 Molded parts (steel plate)
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