JP2010012504A - レーザ溶接構造部材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接部の引張せん断強度および剥離強度がいずれも高いレーザ溶接構造部材を提供する。
【解決手段】折り曲げ部に続くフランジ７を有する鋼板４と、他の一の鋼板５とをフランジ７で重ね合わせ、重ね合わせ部に、第１のレーザ溶接を行って第１のレーザ溶接部Ａを形成し、第１のレーザ溶接部Ａの温度がＭｆ点未満に低下した後に、形成された第１のレーザ溶接部Ａに関して折り曲げ部の反対側となる第１のレーザ溶接部Ａの近傍の領域に、第２のレーザ溶接を行って第２のレーザ溶接部Ｂを形成するとともに、第２のレーザ溶接により第１のレーザ溶接部Ａの熱影響部を焼き戻し処理して第１の熱影響部の硬さを第２のレーザ溶接部の熱影響部の硬さの９０％以下とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、レーザ溶接構造部材およびその製造方法に関し、具体的には、溶接部の引張せん断強度および剥離強度がいずれも高いことから、例えば自動車用衝撃吸収部材として用いるのに好適なレーザ溶接構造部材とその製造方法とに関する。

周知のように、自動車の車体は、成形されたパネルを重ね合わせ部でスポット溶接して箱状に組み立てることにより製造される。また、荷重や応力が集中する要所に配置される、主に閉じた断面形状を有する補強部材（例えばサイドメンバー、サイドシル、ルーフレールサイド等）も、プレス成形されたハット状部材をそのフランジ部で重ね合わせてスポット溶接することによって、組み立てられてきた。

近年、自動車の車体のよりいっそうの高強度化や高剛性化を目的として、自動車の車体を構成する鋼板として高張力鋼板が積極的に採用されているとともに、上述したスポット溶接に替えてレーザ溶接を用いることが検討されている。

例えば特許文献１には、溶接金属での破断を防止し、良好な衝撃吸収特性を得るために、閉断面構造の衝撃吸収部材を構成するハット断面形状の鋼板と、フラット形状の鋼板またはハット断面形状の鋼板とを、ハット断面形状の鋼板のフランジ部で重ね合わせてレーザ溶接する際に、フランジ部の重ね合わせ面での溶融幅Ｗが板厚ｔの１．４倍以上３．０倍以下となるように連続溶接する方法に係る発明が開示されている。

特許文献２には、溶接金属での破断を防止し、良好な継手強度を得るために、被溶接部材の重ね継手をレーザ溶接する際に、被溶接部材の幅（Ｗｓ）に対するレーザ溶接部の溶接長さ（Ｌｂ）の比率（Ｌｂ／Ｗｓ）が０．６以上である場合にはレーザ溶接部の溶融幅（Ｗｂ）の板厚（ｔ）に対する比率（Ｗｂ／ｔ）を１以上３以下とし、被溶接部材の幅（Ｗｓ）に対するレーザ溶接部の溶接長さ（Ｌｂ）の比率（Ｌｂ／Ｗｓ）が０．６未満である場合にはレーザ溶接部の溶融幅（Ｗｂ）の板厚（ｔ）に対する比率（Ｗｂ／ｔ）を１．７以上３以下とする方法に係る発明が開示されている。

さらに、特許文献３には、炭素当量Ｃｅｑが０．３５％（本明細書では組成に関する「％」は「質量％」を意味するものとする）を超える高張力鋼板をレーザ溶接する際に、溶接レーザビームが通過して１秒間以上経過した後に、Ａｃ_１点直下かつ４００℃以上の温度に０．１秒間以上１０分間以内の時間で溶接金属を含む部分を部分的に加熱する加熱手段（レーザビーム、アークプラズマによる加熱、シーム溶接による通電加熱、高周波による誘導加熱）を用いて、高張力鋼板のレーザ溶接部を熱処理する方法に係る発明が開示されている。
特開２００２−７９３８８号公報 特開２００２−７９３８７号公報 特開２００４−２０９４９７号公報

高張力鋼板からなるレーザ溶接構造部材において、母材である鋼板の高強度化に見合うだけの溶接継手の強度、具体的には引張せん断強度および剥離強度がともに得られないと、衝突の際に付与される荷重により、溶接継手が低い荷重で破断し、レーザ溶接構造部材が設計の狙い通りの衝突性能を発揮できない。

衝突の際にレーザ溶接構造部材の溶接継手に生じる変形の形態は、せん断と、剥離とが複合した形態となるので、レーザ溶接構造部材が設計の狙い通りの衝突性能を発揮するには、溶接継手の引張せん断強度および剥離強度をいずれも高める必要がある。

しかしながら、上述した特許文献１〜３のいずれにより開示された発明に基づいても、溶接継手の引張せん断強度および剥離強度をいずれも、母材である鋼板の高強度化に見合う程度に高めることはできない。

すなわち、特許文献１、２により開示された発明は、レーザ溶接部の溶融幅を大きくするものであるので、引張せん断強度を高めることは確かに可能であるが、剥離強度を高めることができない。また、特許文献３により開示された発明では、溶接部周辺が軟化するため、剥離強度は高めることができる可能性はあるが、引張せん断強度を高めることはできない。

本発明は、折り曲げ部、およびこの折り曲げ部に続くフランジを有する一の鋼板と、他の一または複数の鋼板とをこのフランジで重ね合わせ、この重ね合わせ部に、第１のレーザ溶接を行って第１のレーザ溶接部を形成し、この第１のレーザ溶接部の温度がＭｆ点未満に低下した後に、形成された第１のレーザ溶接部に関して折り曲げ部の反対側となる第１のレーザ溶接部の近傍の領域に、第２のレーザ溶接を行って第２のレーザ溶接部を形成するとともに、この第２のレーザ溶接により第１のレーザ溶接部の熱影響部を焼き戻し処理してこの熱影響部の硬さを第２のレーザ溶接部の熱影響部の硬さの９０％以下とすることによってレーザ溶接構造部材を製造することを特徴とするレーザ溶接構造部材の製造方法である。

別の観点からは、本発明は、折り曲げ部、およびこの折り曲げ部に続くフランジを有する一の鋼板と、他の一または複数の鋼板とをフランジで重ね合わせて構成され、この重ね合わせ部に形成された、第１のレーザ溶接部および第２のレーザ溶接部を有するレーザ溶接構造部材であって、第２のレーザ溶接部が、第１のレーザ溶接部に関して折り曲げ部の反対側となる第１のレーザ溶接部の近傍の領域に形成されるとともに、第１のレーザ溶接部の熱影響部の硬さが、第２のレーザ溶接部の熱影響部の硬さの９０％以下であることを特徴とするレーザ溶接構造部材である。

これらの本発明において「近傍の領域」とは、第２のレーザ溶接により第１のレーザ溶接部の熱影響部を焼き戻し処理することが可能な領域をいう。また、これらの本発明において「熱影響部の硬さ」とは、重ね合わせ面の表面から板厚方向に０．２ｍｍ離れた位置における熱影響部の硬さの平均値を意味する。

これらの本発明では、（ａ）第２のレーザ溶接部が、その中心が第１のレーザ溶接部の中心から｛０．２Ｌｎ（ｔ）＋０．３｝（ｍｍ）以上｛Ｌｎ（ｔ）＋１．５｝（ｍｍ）以下（符号ｔは重ね合わせた全ての鋼板の合計の板厚（ｍｍ）を意味する）離れて、形成されること、（ｂ）第２のレーザ溶接により、第１のレーザ溶接部の熱影響部は４００℃以上Ａｃ_１点以下の温度に加熱されること、（ｃ）一の鋼板が、フランジが縁部をなすハット状の断面を有することが、それぞれ望ましい。

さらに、これらの本発明では、レーザ溶接構造部材が、フランジが延びる方向へ負荷される衝撃荷重によってこの方向へ圧潰する機能を有する自動車用衝撃吸収部材であることが、例示される。

本発明により、溶接部の引張せん断強度および剥離強度がいずれも高いレーザ溶接構造部材を提供することができ、これにより、レーザ溶接構造部材の溶接継手が低い荷重で破断することを防止できるため、このレーザ溶接構造部材は例えば自動車用衝撃吸収部材として用いるのに好適であり、自動車の衝突安全性の向上に寄与することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、添付図面を参照しながら、詳細に説明する。
本実施の形態では、折り曲げ部、およびこの折り曲げ部に続くフランジを有する一の鋼板と、他の一の鋼板（または複数の鋼板）とをこのフランジで重ね合わせ、この重ね合わせ部に、第１のレーザ溶接を行って第１のレーザ溶接部を形成した後に第２のレーザ溶接を行う。このようにして、上述した一の鋼板と、他の一の鋼板（または複数の鋼板）とをフランジで重ね合わせて構成され、この重ね合わせ部に形成される第１のレーザ溶接部および第２のレーザ溶接部を有するレーザ溶接構造部材を製造する。

本実施の形態の特徴は、この第２のレーザ溶接部を形成する第２のレーザ溶接を、先に形成された第１のレーザ溶接部の温度がＭｆ点未満に低下した後であって、この第１のレーザ溶接部に関して折り曲げ部の反対側となる第１のレーザ溶接部の近傍の領域に行うことにより、第２のレーザ溶接により第１のレーザ溶接部の熱影響部を焼き戻し処理して、第１のレーザ溶接部の熱影響部の硬さを第２のレーザ溶接部の熱影響部の硬さの９０％以下とする点にある。そこで、この特徴を、本発明の原理とともに、説明する。

上述したように、強度および信頼性が高いレーザ溶接構造物材を製造するためには、溶接部の引張せん断強度および剥離強度を高い次元で両立する必要がある。本発明者らは、溶接継手の引張せん断強度および剥離強度それぞれの支配因子を鋭意検討した結果、以下に列記する知見（ｉ）および（ｉｉ）を得た。
（ｉ）引張せん断強度に関して
溶接継手に付与されるせん断荷重は、接合界面全体の広い範囲により分担されることとなるため、ひずみが接合界面全体に発生し、溶接継手は接合界面で破断することが多い。このため、引張せん断強度は、接合界面における「溶接金属の硬さ」と「接合幅」との積によって支配される。すなわち、引張せん断強度は、溶接金属の硬度の上昇もしくは接合幅の増加によって、増加する。
（ｉｉ）剥離強度
溶接継手に剥離方向の荷重が負荷されると、溶接部の熱影響部の近傍に部分的にひずみが集中するため、溶接継手はこの熱影響部付近で破断することが多い。このように、剥離強度は、ひずみが集中する熱影響部の部分的な延性によって、支配される。つまり、ひずみの集中部が変形して限界ひずみに達すると、溶接継手が破断する。熱影響部が硬化してその延性が低下すると、少ないひずみ量で破断に達するので、剥離強度が低下する。すなわち、剥離強度は、熱影響部の硬さの低下により、増加する。

本発明者らは、これらの知見（ｉ）および（ｉｉ）に基づき、レーザ溶接を二回に分けて行って引張せん断強度および剥離強度を向上すること、すなわち、１回目の第１のレーザ溶接により形成する第１のレーザ溶接部の近傍に、２回目の第２のレーザ溶接を行って第１のレーザ溶接部の溶接金属とは異なる位置に第２のレーザ溶接部の溶接金属を形成して、接合幅の拡大による引張せん断強度の向上と、第２のレーザ溶接の際に生じる溶接熱により第１のレーザ溶接部の熱影響部を焼き戻してその硬さを低下して局部延性を向上することによる剥離強度の向上とを、ともに図ることを、以下に説明する基礎試験を行って検討した。

図１は、この基礎試験における引張せん断強度の評価用試験片２を示す説明図であり、図２は、この基礎試験における剥離強度の評価用試験片３を示す説明図である。
この基礎試験では、供試材として９８０ＭＰａ材（ＪＳＣ９８０Ｙ）からなる板厚１．２ｍｍの高張力鋼板４、５を重ね合わせ、この重ね合わせ部にＹＡＧレーザ溶接機を用いて、出力３．５ｋＷ、溶接速度１．８ｍ／ｍｉｎ、集光スポット径０．６ｍｍ、連続発振モードで第１のレーザ溶接および第２のレーザ溶接を行うことにより、図１に示す引張せん断強度の評価用試験片２、および図２に示す剥離強度の評価用試験片３を製作した。なお、試験片２、３の幅はいずれも３０ｍｍとした。

レーザ溶接の順序（Ａ→Ｂ：溶接部Ａをレーザ溶接した後に溶接部Ｂをレーザ溶接する場合、Ｂ→Ａ：溶接部Ｂをレーザ溶接した後に溶接部Ａをレーザ溶接する場合）と、ビード中心間距離ｄとを変化させて、引張せん断強度および剥離強度を調査した。なお、本基礎実験では、図２に示すように、縦壁側の溶接部を溶接部Ａとし、反縦壁側の溶接部を溶接部Ｂとした。また、ビード中心間距離ｄは、溶接部Ａおよび溶接部Ｂそれぞれの中心の間の距離とした。

図３は、剥離強度の評価結果を示すグラフであり、剥離強度比とビード中心間距離ｄとの関係を示す。ここで、剥離強度比とは、一回のレーザ溶接によるレーザ溶接部の剥離強度に対する二回のレーザ溶接によるレーザ溶接部の剥離強度の比（二回のレーザ溶接によるレーザ溶接部の剥離強度／一回のレーザ溶接によるレーザ溶接部の剥離強度）である。

図３にグラフで示すように、剥離強度は、第１のレーザ溶接により溶接部Ａを形成した後に第２のレーザ溶接を行い、溶接部Ｂを形成することにより、ビード中心間距離ｄが特に０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲において大幅に向上する。一方、第１のレーザ溶接により溶接部Ｂを形成した後に第２のレーザ溶接を行い溶接部Ａを形成する場合には、ビード中心間距離ｄに関わらず剥離強度は殆ど向上しない。

一方、図４は、引張せん断強度の評価結果を示すグラフであり、引張せん断強度比とビード中心間距離ｄとの関係を示す。ここで、引張せん断強度比とは、一回のレーザ溶接によるレーザ溶接部の引張せん断強度に対する二回のレーザ溶接によるレーザ溶接部の引張せん断強度の比（二回のレーザ溶接によるレーザ溶接部の引張せん断強度／一回のレーザ溶接によるレーザ溶接部の引張せん断強度）である。なお、図４において、●印と○印は殆ど重なっている。

図４にグラフで示すように、引張せん断強度は、溶接部Ａおよび溶接部Ｂに対する溶接の順序に関わらず、第１のレーザ溶接を行った後に第２のレーザ溶接を行うことにより、向上する。

次に、第１のレーザ溶接を行い溶接部Ａを形成した後に、第２のレーザ溶接を行い溶接部Ｂを形成することによって剥離強度が向上する理由を説明する。
図５（ａ）は、ビード中心間距離ｄが０ｍｍである場合における、板厚方向の中央部における溶接部およびその周辺部の溶接方向に直交する方向の硬度分布を示すグラフであり、図５（ｂ）は、ビード中心間距離ｄが１．０ｍｍである場合における、板厚方向の中央部における溶接部およびその周辺部の溶接方向に直交する方向の硬度分布を示すグラフであり、さらに、図５（ｃ）は、ビード中心間距離ｄが２．５ｍｍである場合における、板厚方向の中央部における溶接部およびその周辺部の溶接方向に直交する方向の硬度分布を示すグラフである。なお、図５の横軸は、溶接方向に直交する方向の溶接部Ａの中心からの距離を表す。

上述した図３のグラフにも示すように、図５（ａ）または図５（ｃ）に示す場合は、ビード中心間距離ｄが０ｍｍまたは２．５ｍｍであって一回溶接に比べ剥離強度が殆ど向上しない場合であり、図５（ｂ）に示す場合は、ビード中心間距離ｄが１．０ｍｍであって一回溶接に比べ剥離強度が大幅に向上する場合である。なお、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示す断面は、硬度分布を測定した、溶接部を含む断面である。

図５（ａ）にグラフで示すように、ビード中心間距離ｄが０ｍｍである場合には、第１のレーザ溶接部である溶接部Ａの熱影響部のビッカース硬さはおよそ４１０程度と、非常に硬い。これに対し、図５（ｂ）にグラフで示すように、ビード中心間距離ｄが１ｍｍである場合には、溶接部Ａの熱影響部のビッカース硬さはおよそ３４０程度に低下する。さらに、図５（ｃ）にグラフで示すように、ビード中心間距離ｄが２．５ｍｍである場合には、溶接部Ａの熱影響部のビッカース硬さは４００程度と硬い。つまり、剥離の際にひずみが集中する、縦壁側に位置する溶接部Ａの熱影響部の硬さを低下することによって、剥離強度を高めることが可能になる。

図６は、第１のレーザ溶接により第１のレーザ溶接部である溶接部Ａを形成した後に第２のレーザ溶接により第２のレーザ溶接部である溶接部Ｂを形成した場合における、溶接部Ａの熱影響部の温度履歴を、溶接部Ａの熱影響部（溶接部Ａの中心から縦壁側に０．８〜１．０ｍｍの位置の重ね合わせ面）に埋め込んだ熱電対によって測定した結果を示すグラフであり、図６（ａ）〜図６（ｄ）はビード中心間距離ｄがそれぞれ０ｍｍ、０．５ｍｍ、２．０ｍｍ、３．０ｍｍである場合を示す。図６（ａ）〜図６（ｄ）のグラフにおいて、左側に位置するピークは第１のレーザ溶接による温度変化を示し、右側に位置するピークは第２のレーザ溶接による温度変化を示す。

図６（ａ）にグラフで示すように、ビード中心間距離ｄが０ｍｍである場合は、第２のレーザ溶接により第１のレーザ溶接部である溶接部Ａの熱影響部がＡｃ_１点（約７００度）以上の温度に加熱されており、第２のレーザ溶接により溶接部Ａが再度焼き入れされるため、溶接部Ａの熱影響部の硬さが低下しない。これに対し、図６（ｂ）および図６（ｃ）にグラフで示すように、ビード中心間距離ｄが０．５ｍｍ、２ｍｍである場合には、溶接部Ａの熱影響部は４００℃以上Ａｃ_１点以下の温度に加熱されるので、溶接部Ａの熱影響部は、焼き戻し処理されて硬さが低下する。さらに、図６（ｄ）にグラフで示すように、ビード中心間距離ｄが３．０ｍｍである場合には、第２のレーザ溶接により溶接部Ａの熱影響部が到達する温度は３００℃程度と低いため、十分な焼き戻し効果を得ることができず、溶接部Ａの熱影響部の硬さは低下しない。

図６（ａ）〜図６（ｄ）にグラフで示す結果から、第２のレーザ溶接により、第１のレーザ溶接部の熱影響部は４００℃以上Ａｃ_１点以下の温度に加熱されることが望ましいことがわかる。

さらに、第１のレーザ溶接により溶接部Ｂを形成した後に第２のレーザ溶接により溶接部Ｂより縦壁側の溶接部Ａを形成してしまうと、剥離の際にひずみが集中する縦壁側の溶接部Ａの熱影響部の硬度が低下せずに高いままとなるため、剥離強度を向上することはできない。

次に、第１のレーザ溶接により第１のレーザ溶接部である溶接部Ａを形成した後に第２のレーザ溶接により第２のレーザ溶接部である溶接部Ｂを形成することによって、引張せん断強度が向上する理由を説明する。

引張せん断強度は、上述したように、溶接金属の硬さと接合幅との積に支配される。第２のレーザ溶接を行うことにより第１のレーザ溶接部である溶接部Ａの硬度は若干低下するものの、第１のレーザ溶接および第２のレーザ溶接を行うことにより接合幅が大幅に増加するので、全体として引張せん断強度が向上する。

次に、引張強度が９８０ＭＰａであるとともに板厚が異なる種々の高張力鋼板を重ね合わせて、ビード中心間距離を変更しながら、第１のレーザ溶接により第１のレーザ溶接部である溶接部Ａをレーザ溶接した後に第２のレーザ溶接により第２のレーザ溶接部である溶接部Ｂをレーザ溶接して、剥離強度および引張せん断強度に及ぼす、重ね合わせた綱板の合計板厚（総板厚）、およびビード中心間距離の影響を調査した。

図７は、調査結果をまとめて示すグラフである。図７のグラフにおける○印は、引張りせん断強度および剥離強度が、いずれも、溶接部Ｂのレーザ溶接を行わずに溶接部Ａのみレーザ溶接を行った場合に対して１．２倍以上に向上したものを示し、また×印はこの場合に剥離強度が１．２倍未満であったものを示す。

図７にグラフで示すように、重ね合わせた全ての鋼板の合計の総板厚をｔ（ｍｍ）とすると、○印で示す引張りせん断強度および剥離強度がともに良好となるビード中心間距離は、｛０．２Ｌｎ（ｔ）＋０．３｝（ｍｍ）以上｛Ｌｎ（ｔ）＋１．５｝（ｍｍ）以下であることがわかる。すなわち、第２のレーザ溶接部は、その中心が第１のレーザ溶接部の中心から｛０．２Ｌｎ（ｔ）＋０．３｝（ｍｍ）以上｛Ｌｎ（ｔ）＋１．５｝（ｍｍ）以下離れて、形成されることが望ましいことがわかる。

図８（ａ）〜図８（ｆ）は、本実施の形態のレーザ溶接構造部材の構造例を示す説明図である。
以降の説明は、図８（ｂ）に示すダブルハット形状の断面を有するレーザ溶接構造部材６ｂを参照しながら行うが、図８（ａ）、図８（ｃ）〜図８（ｆ）に示すレーザ溶接構造部材６ａ、６ｃ〜６ｆについても同様に適用される。図８（ｂ）に示すレーザ溶接構造部材６ｂの溶接状況を、図２も参照しながら説明する。

本実施の形態では、図２に示すように、第１のレーザ溶接によりフランジ部７に第１のレーザ溶接部である溶接部Ａを形成する。そして、この溶接部Ａの温度がＭｆ点未満に低下した後に、溶接部Ａに対して縦壁側すなわち折り曲げ部とは反対側の領域に第２のレーザ溶接を行って第２のレーザ溶接部である溶接部Ｂを形成する。このようにして、図８（ｂ）に示すレーザ溶接構造部材６ｂが製造される。

この第２のレーザ溶接の入熱によって、第１のレーザ溶接部である溶接部Ａの熱影響部は焼き戻し処理され、焼き戻し処理後の溶接部Ａの熱影響部の硬さが溶接部Ｂの硬さの９０％以下となるように、第２のレーザ溶接を行う。

ここで、溶接部Ａおよび溶接部Ｂそれぞれのビード中心間距離ｄは、重ね合わせた鋼板４、５の総板厚をｔ（ｍｍ）とすると、総板厚ｔが１．２ｍｍ以上３．６ｍｍ以下の範囲では、｛０．２Ｌｎ（ｔ）＋０．３｝（ｍｍ）以上｛Ｌｎ（ｔ）＋１．５｝（ｍｍ）以下の範囲であることが望ましい。

例えば、板厚１．２ｍｍ程度同士の２枚の鋼板４、５をレーザ溶接する場合、ビード中心間距離ｄは０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲とすることが望ましい。より好適には１．０ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である。

第２のレーザ溶接により、溶接部Ａの熱影響部は４００度以上Ａｃ_１点（７００度）以下の温度に加熱され、溶接部Ａの熱影響部が焼き戻し処理されるために硬さが低下する。第２のレーザ溶接による溶接部Ａの熱影響部の温度が、４００度未満であると硬さが十分に低下せず、またＡｃ_１点を超えると再度焼き入れが起こり、硬さが上昇する。

第２のレーザ溶接は、第１のレーザ溶接を終了した溶接部Ａの温度がＭｆ点未満に低下した後に、例えば、第１のレーザ溶接を完了した後２秒間程度経過した時に行うことにより、十分な焼き戻し効果を得ることができる。

本実施の形態の鋼板４、５は、炭素鋼であればよく、特に、引張強度が４４０ＭＰａ以上である高張力鋼板に好適である。この鋼板の板厚は０．７ｍｍ以上２．３ｍｍ以下であることが望ましい。

図８（ａ）〜図８（ｆ）に例示するように、本実施の形態のレーザ溶接構造部材６ａ〜６ｆは、折り曲げ部と折り曲げ部に続くフランジ７とを有する一の鋼板４、４−１と、他の一又は複数の鋼板５、４−２とをフランジ７で重ね合わせて、フランジ７をレーザ溶接して構成される部材であればよい。つまり、一の鋼板４が、そのフランジ７が縁部をなすハット状の断面を有することが、望ましい。

図８（ａ）に示すレーザ溶接構造部材６ａは、ハット型断面に加工した部材４に板状の部材５をフランジ７で重ね合わせ溶接したものである。
図８（ｂ）に示すレーザ溶接構造部材６ｂは、ハット型断面に加工した２枚の部材４、５同士を、それぞれの底部が反対側となるようにフランジ７で重ね合わせ溶接したダブルハット状のものである。

図８（ｃ）に示すレーザ溶接構造部材６（ｃ）は、ハット型断面に加工した２枚の部材４、５同士を、それぞれの底部が同じ方向となるようにフランジ７で重ね合わせ溶接したものである。

図８（ｄ）は、フランジを有する部材４と、板状の部材５とをフランジ７で重ね合わせ溶接したものである。
図８（ｅ）は，ハット型断面に加工した２枚の部材４−１、４−２同士を、それぞれの底部が同じ方向となるように配置し、さらに板状の部材５をフランジ７で重ね合わせて溶接したものである。

さらに、図８（ｆ）は、部材４−１、５からなるダブルハット状の構造部材の内部にハット型断面の部材４−２を配置し、フランジ７で重ね合わせ溶接したものである。
なお、図８（ａ）〜図８（ｆ）に示すレーザ溶接構造部材６ａ〜６ｆは、いずれも、長手方向に一様な断面を有する場合であるが、本発明はこのような場合に限定されるものではなく、長手方向で断面形状が変化する部材についても同様に適用できることはいうまでもない。

本実施の形態のレーザ溶接構造部材は、フランジが延びる方向へ負荷される衝撃荷重によってこの方向へ圧潰する機能を有する自動車用部品、例えばサイドメンバー等の自動車用衝撃吸収部材に用いるのに好適である。

本実施の形態におけるレーザ溶接方法は、特に限定されないが、例えばＹＡＧレーザ、ディスクレーザ、ファイバーレーザ、炭酸ガスレーザ、さらにはＬＤレーザ等の溶接機による溶接方法を用いることができる。また、溶接方法として、１つのトーチで第１のレーザ溶接を行い、その後、第２のレーザ溶接を行なう方法や、１つのビームを２つに分岐し連続的に第１のレーザ溶接と第２のレーザ溶接とを行う方法がある
次に、本実施の形態のレーザ溶接構造部材の溶接形態を説明する。ここでは、レーザ溶接構造部材が、両ハット部材により構成される場合で説明する。

図９（ａ）〜図９（ｊ）は、本実施の形態のレーザ溶接構造部材８ａ〜８ｊの溶接形態を示す説明図である。
これらのレーザ溶接構造部材８ａ〜８ｊは、重ね合わせたフランジ９、１０に第１のレーザ溶接を行って第１のレーザ溶接部１１を形成し、次いで第２のレーザ溶接を行って第２のレーザ溶接部１２を形成することにより、製造される。第１のレーザ溶接部１１および第２のレーザ溶接部１２それぞれのビード中心間距離は、いずれも、｛０．２Ｌｎ（ｔ）＋０．３｝（ｍｍ）以上｛Ｌｎ（ｔ）＋１．５｝（ｍｍ）以下となるようにした。

図９（ａ）に示すレーザ溶接構造部材８ａは、フランジ９、１０の端部に平行に連続した直線状の第１のレーザ溶接部１１および第２のレーザ溶接部１２が形成される。
図９（ｂ）に示すレーザ溶接構造部材８ｂは、フランジ９、１０の端部に沿い連続した曲線状の第１のレーザ溶接部１１および第２のレーザ溶接部１２が形成される。

図９（ｃ）に示すレーザ溶接構造部材８ｃは、フランジ９の端部に平行に連続した直線状の第１のレーザ溶接部１１と、隅肉溶接により直線状の溶接部１２とが形成される。
図９（ｄ）に示すレーザ溶接構造部材８ｄは、フランジ９、１０の端部に平行に非連続の直線状の第１のレーザ溶接部１１および第２のレーザ溶接部１２が形成される。

図９（ｅ）に示すレーザ溶接構造部材８ｅは、始終端を折り曲げた第１のレーザ溶接部１１と、非連続の直線状の第２のレーザ溶接部１２とが形成される。
図９（ｆ）、図９（ｇ）に示すレーザ溶接構造部材８ｆ、８ｇは、Ｃ字状の第１のレーザ溶接部１１の中に第２のレーザ溶接部１２が形成される。

図９（ｈ）に示すレーザ溶接構造部材８ｈは、Ｃ字状の第１のレーザ溶接部１１の中に、Ｃ字状の第２のレーザ溶接部１２が形成される。
図９（ｉ）に示すレーザ溶接構造部材８ｉは、楕円状の第１のレーザ溶接部１１の中に、楕円状の第２のレーザ溶接部１２が形成される。

さらに、図９（ｊ）に示すレーザ溶接構造部材８ｊは、所定のピッチで形成されるスポット溶接部１３の間に、第１のレーザ溶接部１１および第２のレーザ溶接部１２が形成される。

なお、図９（ｆ）〜図９（ｉ）に示すように、第１のレーザ溶接部および第２のレーザ溶接部のビード間距離が部位により変化する場合には、本発明における「ビード中心間距離」は、各ビードの中心間の最短距離である。

このようにして、本実施の形態では、先に形成される第１のレーザ溶接部に関して折り曲げ部の反対側となる第１のレーザ溶接部の近傍の領域、すなわち第２のレーザ溶接により第１のレーザ溶接部の熱影響部を焼き戻し処理することが可能な領域に第２のレーザ溶接を行うことにより第２のレーザ溶接部を形成するとともに、この第２のレーザ溶接により第１のレーザ溶接部の熱影響部を焼き戻し処理して、第１のレーザ溶接部の熱影響部の硬さを第２のレーザ溶接部の熱影響部の硬さの９０％以下とすることによって、溶接部の引張せん断強度および剥離強度がいずれも高いレーザ溶接構造部材を提供することが可能になる。

ＹＡＧレーザ溶接機を用い、連続発振モード、ビーム径０．６ｍｍ、出力３．５ｋＷ、速度１．８ｍ／ｍｉｎの溶接条件で、板厚が１．２ｍｍの５９０ＭＰａ級の冷延鋼板または９８０ＭＰａ級の冷延鋼板４、５に第１のレーザ溶接および第２のレーザ溶接を行うことにより、上述した図１、２に示す引張せん断強度の評価用試験片２、および剥離強度の評価用試験片３を製作した。

溶接の順序（Ａ→Ｂ又はＢ→Ａ）、およびビード中心間距離ｄを０〜３ｍｍの範囲で変更することによって、引張せん断強度および剥離強度を調査した。
なお、第１のレーザ溶接と第２のレーザ溶接との間の時間間隔は１０秒間とした。また、溶接部Ａの縦壁側の熱影響部のビッカース硬さと、溶接部Ｂの鋼板端部側の熱影響部のビッカース硬さとを測定した。ビッカース硬さの測定荷重は１ｋｇｆとし、鋼板の重ね面の表面から０．２ｍｍ離れた位置を、重ね面と平行に、溶接金属のボンド部から０．２ｍｍ、０．４ｍｍ離れた２点の熱影響部の硬さを測定し、その平均値を求めることにより行った。後述する表１には、「溶接部Ａ側の熱影響部の硬さ／溶接部Ｂの鋼板端部側の硬さ」をパーセント表示した。

また、熱電対により溶接部Ａの熱影響部の温度を測定し、第２のレーザ溶接による溶接部Ａの熱影響部の最大到達温度が４００度以上７００度以下である場合を○とし、それ以外の温度の場合を×とした。熱電対は、溶接部Ａの中心から０．８〜１．０ｍｍ離れた縦壁側（フランジ端部と反対側）であって下側の鋼板５に熱電対を通すための穴をあけて取付け、熱電対を取り付け重ね面の温度を測定した。

結果を表１にまとめて示す。

表１に示すように、９８０ＭＰａ級の冷延鋼板を用いる試番１〜３では、溶接部Ａの熱影響部の、溶接部Ｂの熱影響部に対する硬さの割合が９０％以下であり、とくに試番５の比較例に対して引張せん断強度が１．４倍以上であるとともに剥離強度が１．８倍以上と、極めて良好であった。

また、５９０ＭＰａ級の冷延鋼板を用いる試番７〜８では、溶接部Ａの熱影響部の、溶接部Ｂの熱影響部に対する硬さの割合が９０％以下であり、とくに試番１１の比較例に対して引張せん断強度が１．２倍以上であるとともに剥離強度が１．６倍以上と、極めて良好であった。

図１は、基礎試験における引張せん断強度の評価用試験片を示す説明図である。 図２は、基礎試験における剥離強度の評価用試験片を示す説明図である。 図３は、剥離強度の評価結果を示すグラフであり、剥離強度比とビード中心間距離との関係を示す。 図４は、引張せん断強度の評価結果を示すグラフであり、引張せん断強度比とビード中心間距離との関係を示す。 図５（ａ）は、ビード中心間距離が０ｍｍである場合における、板厚方向の中央部における溶接部およびその周辺部の硬度分布を示すグラフであり、図５（ｂ）は、ビード中心間距離が１．０ｍｍである場合における、板厚方向の中央部における溶接部およびその周辺部の硬度分布を示すグラフであり、さらに、図５（ｃ）は、ビード中心間距離が２．５ｍｍである場合における、板厚方向の中央部における溶接部およびその周辺部の硬度分布を示すグラフである。 図６は、第１のレーザ溶接により第１のレーザ溶接部である溶接部Ａを形成した後に第２のレーザ溶接により第２のレーザ溶接部である溶接部Ｂを形成した場合における、溶接部Ａの熱影響部の温度履歴を、溶接部Ａの近傍の熱影響部に埋め込んだ熱電対によって測定した結果を示すグラフであり、図６（ａ）〜図６（ｄ）はビード中心間距離がそれぞれ０ｍｍ、０．５ｍｍ、２．０ｍｍ、３．０ｍｍである場合を示す。 図７は、調査結果をまとめて示すグラフである。 図８（ａ）〜図８（ｆ）は、実施の形態のレーザ溶接構造部材の構造例を示す説明図である。 図９（ａ）〜図９（ｊ）は、本実施の形態のレーザ溶接構造部材の溶接形態を示す説明図である。

符号の説明

０ レーザ溶接構造部材
１ 溶接継手
２ 引張せん断強度の評価用試験片
３ 剥離強度の評価用試験片
４、４−１、４−２、５ 高張力鋼板
６ａ〜６ｆ、８ａ〜８ｊ レーザ溶接構造部材
７ フランジ
９、１０ フランジ
１１ 第１のレーザ溶接部
１２ 第２のレーザ溶接部

Claims (8)

1. 折り曲げ部、および該折り曲げ部に続くフランジを有する一の鋼板と、他の一または複数の鋼板とを前記フランジで重ね合わせ、該重ね合わせ部に、
   第１のレーザ溶接を行って第１のレーザ溶接部を形成し、該第１のレーザ溶接部の温度がＭｆ点未満に低下した後に、形成された前記第１のレーザ溶接部に関して前記折り曲げ部の反対側となる前記第１のレーザ溶接部の近傍の領域に、第２のレーザ溶接を行って第２のレーザ溶接部を形成するとともに、該第２のレーザ溶接により前記第１のレーザ溶接部の熱影響部を焼き戻し処理して当該熱影響部の硬さを前記第２のレーザ溶接部の熱影響部の硬さの９０％以下とすること
   によってレーザ溶接構造部材を製造することを特徴とするレーザ溶接構造部材の製造方法。
2. 前記第２のレーザ溶接部は、その中心が前記第１のレーザ溶接部の中心から｛０．２Ｌｎ（ｔ）＋０．３｝（ｍｍ）以上｛Ｌｎ（ｔ）＋１．５｝（ｍｍ）以下離れて、形成される請求項１に記載のレーザ溶接構造部材の製造方法。
   ただし、ｔは重ね合わせた全ての鋼板の合計の板厚（ｍｍ）を示す。
3. 前記第２のレーザ溶接により、前記第１のレーザ溶接部の熱影響部は４００℃以上Ａｃ_１点以下の温度に加熱される請求項１または請求項２に記載のレーザ溶接構造部材の製造方法。
4. 前記一の鋼板は、前記フランジが縁部をなすハット状の断面を有する請求項１から請求項３までのいずれかに記載のレーザ溶接構造部材の製造方法。
5. 折り曲げ部、および該折り曲げ部に続くフランジを有する一の鋼板と、他の一または複数の鋼板とを前記フランジで重ね合わせて構成され、該重ね合わせ部に形成された、第１のレーザ溶接部および第２のレーザ溶接部を有するレーザ溶接構造部材であって、
   前記第２のレーザ溶接部は、前記第１のレーザ溶接部に関して前記折り曲げ部の反対側となる前記第１のレーザ溶接部の近傍の領域に形成されるとともに、
   前記第１のレーザ溶接部の熱影響部の硬さは、前記第２のレーザ溶接部の熱影響部の硬さの９０％以下であること
   を特徴とするレーザ溶接構造部材。
6. 前記第２のレーザ溶接部は、その中心が前記第１のレーザ溶接部の中心から｛０．２Ｌｎ（ｔ）＋０．３｝（ｍｍ）以上｛Ｌｎ（ｔ）＋１．５｝（ｍｍ）以下離れて、形成される請求項５に記載のレーザ溶接構造部材。
   ただし、ｔは重ね合わせた全ての鋼板の合計の板厚（ｍｍ）を示す。
7. 前記一の鋼板は、前記フランジが縁部をなすハット状の断面を有する請求項５または請求項６に記載のレーザ溶接構造部材。
8. 前記フランジが延びる方向へ負荷される衝撃荷重によって当該方向へ圧潰する機能を有する自動車用衝撃吸収部材である請求項５から請求項７までのいずれかに記載のレーザ溶接構造部材。

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