JP2019084544A - Weld structure and method for manufacturing weld structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、溶接構造体、および溶接構造体の製造方法に関する。 The present invention relates to a welded structure and a method of manufacturing a welded structure.
周知のように自動車用の部品には溶接構造体が多数用いられている。溶接構造体は、板材、丸棒、角材などの種々の形状を有する鋼材からなる複数の部品を溶接接合することによって形成されている。溶接接合は、アーク溶接やレーザー溶接などの工法が用いられる。 As well known, many welded structures are used for parts for automobiles. The welded structure is formed by welding and joining a plurality of parts made of steel materials having various shapes such as a plate material, a round bar, and a square bar. For welding, methods such as arc welding and laser welding are used.
自動車用部品、例えばトランスバースリンクなどの車体足回り部品については、軽量化の要求が普遍的なものである。自動車用部品の軽量化を満足するために、断面形状を最適化したり、高強度材を採用したりしている。 The demand for weight reduction is universal for automotive parts, such as body underbody parts such as transverse links. In order to satisfy the weight reduction of automotive parts, we optimize the cross-sectional shape and adopt high strength materials.
従来、溶接構造体に関して、溶接部にショットピーニング処理によるひずみ硬化を付与し、残留圧縮応力を付与することによって疲労強度を向上させる技術が知られている（特許文献１を参照。）。 Conventionally, with regard to a welded structure, there is known a technique for improving fatigue strength by applying strain hardening by shot peening treatment to a welded portion and applying residual compressive stress (see Patent Document 1).
溶接構造体における溶接部は、溶接金属と、溶接金属の外側周辺に位置する熱影響部とからなる。熱影響部は、溶接接合時の加工熱が浸透し、温度の影響によって材料強度が低下する。なお、本明細書においては、「材料強度」は引張強度を意味するものとする。 The weld in the welded structure consists of the weld metal and the heat-affected zone located around the outside of the weld metal. The heat-affected zone is infiltrated with processing heat at the time of welding, and the material strength is reduced by the influence of temperature. In the present specification, “material strength” means tensile strength.
高強度材を適用する場合であっても、熱影響部においては材料強度が低下する。部品の厚みは、材料強度の低下を考慮して設計されることになる。このため、部品の厚みは、高強度材そのものの強度を適用して設計した場合に比べて増加する。したがって、高強度材を適用しても、初期の軽量化効果を十分に得ることができないという問題がある。 Even in the case of applying a high strength material, the material strength decreases in the heat affected zone. The thickness of the part will be designed in consideration of the decrease in material strength. Therefore, the thickness of the part is increased as compared with the case where the strength of the high strength material itself is applied. Therefore, there is a problem that even if a high strength material is applied, the initial weight reduction effect can not be sufficiently obtained.
従来、ショットピーニング処理によって疲労強度を向上させる技術は知られている（上記の特許文献１を参照）。しかしながら、溶接部における軟化した熱影響部の材料強度を回復する技術については確立されていないのが実情である。 Conventionally, techniques for improving fatigue strength by shot peening are known (see Patent Document 1 above). However, it is a fact that no technology has been established for recovering the material strength of the softened heat-affected zone in the weld zone.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、溶接部における軟化した熱影響部の材料強度を回復した溶接構造体を提供することを目的とする。さらに、溶接部における軟化した熱影響部の材料強度を回復させることが可能な溶接構造体の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a welded structure in which the material strength of a softened heat-affected zone in a weld is recovered. Furthermore, it aims at providing the manufacturing method of the welding structure which can restore the material strength of the softened heat affected zone in a welding part.
上記目的を達成するための本発明の溶接構造体は、鋼材からなる複数の部品が溶接接合されている。溶接構造体は、溶接部における熱影響部のビッカース硬さが、前記鋼材の表面から厚みの１１％以上、２５％以下の範囲において、前記溶接部の領域以外の前記鋼材におけるビッカース硬さ相当である。 In the welded structure of the present invention for achieving the above object, a plurality of parts made of steel materials are welded and joined. In the welded structure, the Vickers hardness of the heat-affected zone in the weld zone is in the range of 11% to 25% of the thickness from the surface of the steel material, and corresponds to the Vickers hardness of the steel plate other than the region of the weld zone is there.
また、本発明の溶接構造体の製造方法は、鋼材からなる複数の部品が溶接接合された溶接構造体の製造方法において、
溶接部の熱影響部にショットピーニング処理によるひずみ硬化を、
平均直径０．６ｍｍ以上、０．８ｍｍ以下の鋼球からなるショット材を用いて、
アルメンストリップＡでのアークハイト０．２ｍｍ以上、０．６ｍｍ以下によって、
ビード幅の１．５倍以上、３倍以下の範囲に付与する。
Further, in the method of manufacturing a welded structure according to the present invention, in the method of manufacturing a welded structure in which a plurality of parts made of steel are welded and joined,
Strain hardening by shot peening treatment on the heat affected zone of the weld,
Using shot material consisting of steel balls with an average diameter of 0.6 mm or more and 0.8 mm or less,
With an arc height of 0.2 mm or more and 0.6 mm or less on Almen strip A,
It is given in the range of 1.5 times or more and 3 times or less of the bead width.
本発明によれば、溶接部における軟化した熱影響部の材料強度を回復した溶接構造体を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a welded structure in which the material strength of the softened heat-affected zone in the weld zone is recovered.
さらに、溶接部における軟化した熱影響部の材料強度を回復させることが可能な溶接構造体の製造方法を提供できる。 Furthermore, the manufacturing method of the welding structure which can restore the material strength of the softened heat affected zone in a welding part can be provided.
以下、添付した図面を参照しながら、実施形態とその改変例について説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面における各部材の大きさや比率は、説明の都合上誇張され実際の大きさや比率とは異なる場合がある。 Hereinafter, embodiments and modifications thereof will be described with reference to the attached drawings. In the description of the drawings, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description. The size and ratio of each member in the drawings may be exaggerated for the convenience of the description and may be different from the actual size and ratio.
図１は、ショットピーニング装置１００を示す概略構成図である。 FIG. 1 is a schematic configuration view showing a shot peening apparatus 100. As shown in FIG.
ショットピーニング装置１００は、ショット材１０を収納するタンク２０と、ショット材１０の供給量を調整するミキシングバルブ３０と、圧縮空気を供給するコンプレッサ４０と、圧縮空気によってショット材１０を溶接構造体であるワークＷに吹き付けるノズル５０と、を有している。ショットピーニング装置１００は、ワークＷに吹き付けたショット材１０をタンク２０に回収する回収部６０を有している。ショットピーニング装置１００は、装置全体の作動を制御する制御部７０を有している。コンプレッサ４０とミキシングバルブ３０とは第１空気配管８１を介して接続され、コンプレッサ４０とタンク２０とは第２空気配管８２を介して接続されている。 The shot peening apparatus 100 includes a tank 20 for storing the shot material 10, a mixing valve 30 for adjusting the supply amount of the shot material 10, a compressor 40 for supplying compressed air, and a welded structure for the shot material 10 with compressed air. And a nozzle 50 for spraying a certain workpiece W. The shot peening apparatus 100 has a recovery unit 60 that recovers the shot material 10 sprayed to the workpiece W in the tank 20. The shot peening apparatus 100 has a control unit 70 that controls the operation of the entire apparatus. The compressor 40 and the mixing valve 30 are connected via a first air pipe 81, and the compressor 40 and the tank 20 are connected via a second air pipe 82.
ショット材１０は、鋼鉄あるいは非鉄金属の小さな球状物である。ショット材１０の材質は、ワークＷの材質や、ワークＷに付与しようとする特性に合わせて選択される。ミキシングバルブ３０は、タンク２０からショット材１０が供給される供給口３２と、供給口３２の開口面積を調整する第１バルブ３１とを有している。ミキシングバルブ３０は、第１バルブ３１によって供給口３２の開口面積を調整し、ショット材１０の供給量を調整する。ミキシングバルブ３０には第１空気配管８１が接続されている。第１空気配管８１には、ミキシングバルブ３０に供給する圧縮空気の圧力を調整する第２バルブ８３が取り付けられている。第１バルブ３１および第２バルブ８３は制御部７０に接続されている。制御部７０は、第１バルブ３１および第２バルブ８３の作動を制御することによって、ショット材１０の供給量および吹き付け圧力を調整する。 The shot material 10 is a small ball of steel or non-ferrous metal. The material of the shot material 10 is selected in accordance with the material of the workpiece W and the characteristics to be imparted to the workpiece W. The mixing valve 30 has a supply port 32 to which the shot material 10 is supplied from the tank 20, and a first valve 31 for adjusting the opening area of the supply port 32. The mixing valve 30 adjusts the opening area of the supply port 32 by the first valve 31 and adjusts the supply amount of the shot material 10. The first air pipe 81 is connected to the mixing valve 30. A second valve 83 for adjusting the pressure of the compressed air supplied to the mixing valve 30 is attached to the first air pipe 81. The first valve 31 and the second valve 83 are connected to the control unit 70. The control unit 70 adjusts the supply amount of the shot material 10 and the spraying pressure by controlling the operation of the first valve 31 and the second valve 83.
図２は、ショットピーニング処理を施すワークＷの一例としてのトランスバースリンク２００を示す斜視図、図３は、トランスバースリンク２００における溶接箇所２３０およびショットピーニング処理の範囲２４０を示す斜視図である。 FIG. 2 is a perspective view showing a transverse link 200 as an example of a work W to which shot peening processing is performed, and FIG. 3 is a perspective view showing a welding point 230 in the transverse link 200 and a range 240 of shot peening processing.
図２に示すように、ショットピーニング処理を施すワークＷの一例として、例えば、自動車の車体足回り部品におけるトランスバースリンク２００を挙げることができる。トランスバースリンク２００は、鋼材からなる複数の部品が溶接接合された溶接構造体であり、部品として、プレス成形された本体部２１０や、車体側に回動可能に連結するためのカラー２２０などを有している。カラー２２０は、ボルトを挿通するために中空形状を有し、本体部２１０に溶接接合されている。溶接の種類は、例えば、アーク溶接やレーザー溶接である。 As shown in FIG. 2, as an example of the work W to which the shot peening process is applied, there can be mentioned, for example, a transverse link 200 in an underbody part of a car. The traverse link 200 is a welded structure obtained by welding and joining a plurality of parts made of steel material, and as a part, a press-formed main body portion 210, a collar 220 for rotatably connecting to the vehicle body side, etc. Have. The collar 220 has a hollow shape for inserting a bolt and is welded to the main body 210. The type of welding is, for example, arc welding or laser welding.
図３には、カラー２２０の近傍における溶接箇所２３０を示している。さらに、図３には、ショットピーニング処理の範囲２４０を示している。ショットピーニング処理の範囲２４０は、ドットによって示されように、溶接箇所２３０を含む範囲に設定されている。 FIG. 3 shows the weld 230 in the vicinity of the collar 220. Furthermore, FIG. 3 shows the range 240 of the shot peening process. The range 240 of the shot peening process is set to a range including the welding point 230, as indicated by the dots.
図４は、溶接箇所２３０を模式的に示す断面図である。 FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the welding portion 230. As shown in FIG.
図４に示すように、溶接箇所２３０は、溶接金属２５１と熱影響部２５２（ＨＡＺ）とからなる溶接部２５０と、熱影響部２５２の外側の領域で熱影響を受けない母材２６０とが存在する。熱影響部２５２は、溶接時の加工熱によって組織や機械的性質に変化が生じる部分であり、母材２６０と溶接金属２５１との中間部分に位置する。熱影響部２５２は、加工熱が浸透し、温度の影響によって材料強度が低下する。 As shown in FIG. 4, in the welding portion 230, a welded portion 250 composed of a weld metal 251 and a heat affected zone 252 (HAZ), and a base material 260 not affected by the heat in a region outside the heat affected zone 252. Exists. The heat affected zone 252 is a portion where a change in structure and mechanical properties occurs due to processing heat at the time of welding, and is located at an intermediate portion between the base material 260 and the weld metal 251. In the heat-affected zone 252, processing heat penetrates, and the material strength decreases due to the influence of temperature.
高強度材は、自動車用部品の軽量化を図るために、溶接構造体の鋼材として適用されている。高強度材を溶接構造体の鋼材に適用する場合であっても、熱影響部２５２においては材料強度が低下する。部品の厚みは、材料強度の低下を考慮して設計される。このため、溶接部２５０における軟化した熱影響部２５２の材料強度を回復させない場合には、高強度材を溶接構造体の鋼材に適用しても、所期の軽量化効果を十分に得ることができない。 High strength materials are applied as steel materials for welded structures in order to reduce the weight of automobile parts. Even in the case where the high strength material is applied to the steel material of the welded structure, the material strength in the heat affected zone 252 decreases. The thickness of the part is designed in consideration of the decrease in material strength. For this reason, in the case where the material strength of the softened heat-affected zone 252 in the welded portion 250 is not recovered, even if a high strength material is applied to the steel material of the welded structure, the desired weight reduction effect can be sufficiently obtained. Can not.
そこで、本実施形態においては、鋼材からなる複数の部品（例えば、本体部２１０およびカラー２２０）が溶接接合された溶接構造体（例えば、トランスバースリンク２００）を製造するにあたり、溶接部２５０における軟化した熱影響部２５２の材料強度を回復させるために、次のような製造方法を採用している。 So, in this embodiment, when manufacturing the welding structure (for example, transverse link 200) by which a plurality of parts (for example, body part 210 and collar 220) which consist of steel materials were welded and joined, softening in welding part 250 is carried out. In order to recover the material strength of the heat affected zone 252, the following manufacturing method is employed.
すなわち、溶接部２５０の熱影響部２５２にショットピーニング処理によるひずみ硬化を、
平均直径０．６ｍｍ以上、０．８ｍｍ以下の鋼球からなるショット材１０を用いて、
アルメンストリップＡでのアークハイト０．２ｍｍ以上、０．６ｍｍ以下によって、
ビード幅の１．５倍以上、３倍以下の範囲に付与する。ショットピーニング処理によるひずみ硬化の付与によって、溶接構造体の溶接部２５０における熱影響部２５２のビッカース硬さを、溶接部２５０の領域以外の鋼材（母材２６０）におけるビッカース硬さ相当に硬くする。
That is, strain hardening by shot peening is applied to the heat affected zone 252 of the welded portion 250,
Using shot material 10 consisting of steel balls having an average diameter of 0.6 mm or more and 0.8 mm or less,
With an arc height of 0.2 mm or more and 0.6 mm or less on Almen strip A,
It is given in the range of 1.5 times or more and 3 times or less of the bead width. By applying strain hardening by shot peening, the Vickers hardness of the heat affected zone 252 in the welded portion 250 of the welded structure is made to be equivalent to the Vickers hardness of the steel (base material 260) other than the region of the welded portion 250.
溶接の種類は、溶接部２５０に軟化した熱影響部２５２が生じる工法であれば特に限定されず、例えば、アーク溶接やレーザー溶接である。なお、レーザー溶接は、アーク溶接に比べて、熱影響部２５２の範囲やビード幅を小さくできる利点はある。ただし、レーザー溶接にあっても溶接部２５０に軟化した熱影響部２５２が生じることから、本実施形態を適用することができる。 The type of welding is not particularly limited as long as it is a method in which the heat-affected zone 252 softened in the welded portion 250 is generated, and examples thereof include arc welding and laser welding. Laser welding has an advantage that the range of the heat affected zone 252 and the bead width can be made smaller than arc welding. However, since the heat-affected zone 252 is softened in the welded portion 250 even in laser welding, the present embodiment can be applied.
ショット材１０は、平均直径０．６ｍｍ以上、０．８ｍｍ以下の鋼球からなるショット材１０を用いることが好ましい。硬質なショット材１０の場合には、鋭利な突起を有すると部品の表面に傷を付ける虞がある。このため、球状のショット材１０を用いるのがよい。 It is preferable to use the shot material 10 which consists of steel balls with an average diameter of 0.6 mm or more and 0.8 mm or less as the shot material 10. In the case of the hard shot material 10, if it has sharp projections, the surface of the part may be scratched. For this reason, it is preferable to use a spherical shot material 10.
ショット材１０の寸法は、平均直径が０．６ｍｍ未満の場合には、ショット材１０のエネルギーが小さく、熱影響部２５２の材料強度を回復させる効果を得るための処理時間が長くなり効率的な製造を行なうことができない。一方、平均直径０．８ｍｍを越えると、熱影響部２５２の表面にショット材１０を均等に衝突させることが難しく、熱影響部２５２の材料強度を十分に回復させることができない。したがって、平均直径０．６ｍｍ以上、０．８ｍｍ以下の鋼球からなるショット材１０を用いることが好ましい。なお、平均直径とは、ショット材１０の寸法の分布の平均値を意味する。 When the average diameter of the shot material 10 is less than 0.6 mm, the energy of the shot material 10 is small, and the processing time for obtaining the effect of recovering the material strength of the heat-affected zone 252 becomes long, which is efficient It can not be manufactured. On the other hand, when the average diameter exceeds 0.8 mm, it is difficult to make the shot material 10 collide with the surface of the heat affected zone 252 evenly, and the material strength of the heat affected zone 252 can not be recovered sufficiently. Therefore, it is preferable to use the shot material 10 which consists of steel balls with an average diameter of 0.6 mm or more and 0.8 mm or less. The average diameter means an average value of the distribution of the dimensions of the shot material 10.
ショットピーニング処理の加工条件は、部品にショットピーニングを行う場合と同じ条件でアルメンストリップＡにショットピーニングを行い、ショットピーニング処理後のアルメンストリップＡのアークハイトにより規定する。アークハイトは、ショットピーニング処理の加工条件を表す指標として一般的に用いられている。アルメンストリップの片面を投射面としてショットピーニング処理することにより生じる湾曲量（一定の弧長に対するキャンバ）を意味する。なお、アルメンストリップＡだけでなく、アルメンストリップＮ、アルメンストリップＣを用い、それぞれのアルメンストリップＮ、Ｃでのアークハイトを、アルメンストリップＡでのアークハイトに換算して使用することができる。 The processing conditions of the shot peening treatment are that the almen strip A is subjected to shot peening under the same conditions as in the case of subjecting the part to shot peening, and is defined by the arc height of the almen strip A after the shot peening treatment. Arc height is generally used as an index indicating processing conditions for shot peening processing. It means the amount of curvature (camber for a given arc length) that is produced by shot peening treatment with one surface of the almen strip as the projection surface. In addition to the almen strip A, the almen strip N and the almen strip C can be used, and the arc height at each almen strip N and C can be converted to the arc height at the almen strip A and used.
アルメンストリップＡでのアークハイトが０．２ｍｍ未満の場合には、付与するひずみ硬化が小さく、熱影響部２５２の材料強度を十分に回復させることができない。一方、アークハイトが０．６ｍｍを越えると、部品の変形が大きくなり、部品の寸法精度が低下する。したがって、ショットピーニング処理の加工条件は、アルメンストリップＡでのアークハイト０．２ｍｍ以上、０．６ｍｍ以下に調整することが好ましい。 If the arc height at the aluminum strip A is less than 0.2 mm, the applied strain hardening is small, and the material strength of the heat affected zone 252 can not be sufficiently recovered. On the other hand, when the arc height exceeds 0.6 mm, the deformation of the part becomes large, and the dimensional accuracy of the part decreases. Therefore, it is preferable to adjust the processing conditions of the shot peening treatment to an arc height of 0.2 mm or more and 0.6 mm or less in the almen strip A.
ひずみ硬化を付与する範囲は、ビード幅の１．５倍以上、３倍以下の範囲に付与することが好ましい。この処理範囲は、ビード端からのビード幅寸法に対する倍率によって表される。ひずみ硬化を付与する範囲がビード幅の１．５倍未満の場合には、熱影響部２５２の全範囲にわたって材料強度を十分に回復させることができない。一方、ビード幅の３倍を越える範囲は、熱影響を受けない母材２６０の領域となることから材料強度を回復させる処理は必要がない。また、処理範囲を広げすぎると、処理時間が増加し、生産性が悪化する。したがって、ひずみ硬化を付与する範囲は、ビード幅の１．５倍以上、３倍以下の範囲に付与することが好ましい。 The range in which strain hardening is applied is preferably in the range of 1.5 times to 3 times the bead width. This treatment range is represented by the ratio to the bead width dimension from the bead end. If the range for applying strain hardening is less than 1.5 times the bead width, the material strength can not be sufficiently recovered over the entire range of the heat affected zone 252. On the other hand, a range exceeding 3 times the bead width is a region of the base material 260 that is not affected by heat, and therefore, there is no need to perform processing for recovering the material strength. In addition, if the treatment range is expanded too much, the treatment time increases and the productivity is deteriorated. Therefore, it is preferable to give the range which provides strain hardening in the range of 1.5 times or more and 3 times or less of bead width.
「溶接部２５０の領域以外の鋼材におけるビッカース硬さ相当」とは、母材２６０におけるビッカース硬さ相当のことを意味する。熱影響部２５２のビッカース硬さが母材２６０におけるビッカース硬さ相当になる鋼材の表面からの範囲、すなわち加工硬化深さは、鋼材の表面から厚みの１１％以上、２５％以下の範囲であることが好ましい。加工硬化深さが鋼材の表面から厚みの１１％未満の場合には、加工硬化深さが浅く、熱影響部２５２の材料強度を十分に回復させることができない。一方、加工硬化深さが鋼材の表面から厚みの２５％を越えると、部品の変形が大きくなり、部品の寸法精度が低下する。したがって、加工硬化深さは、鋼材の表面から厚みの１１％以上、２５％以下の範囲であることが好ましい。 The “equivalent to Vickers hardness in steel other than the region of the welded portion 250” means equivalent to the Vickers hardness in the base material 260. The range from the surface of the steel material in which the Vickers hardness of the heat affected zone 252 is equivalent to the Vickers hardness of the base material 260, ie, the work hardening depth is 11% or more and 25% or less of the thickness from the surface of the steel material Is preferred. If the work hardening depth is less than 11% of the thickness from the surface of the steel material, the work hardening depth is shallow and the material strength of the heat affected zone 252 can not be sufficiently recovered. On the other hand, when the work-hardening depth exceeds 25% of the thickness from the surface of the steel material, the deformation of the part becomes large, and the dimensional accuracy of the part decreases. Accordingly, the work hardening depth is preferably in the range of 11% to 25% of the thickness from the surface of the steel material.
ここに、「母材２６０におけるビッカース硬さ相当」とは、母材２６０におけるビッカース硬さと厳密に同じ硬さであることを要求するものではない。軟化した熱影響部２５２の材料強度を回復できるという作用効果を発揮し得る限度において、母材２６０におけるビッカース硬さよりも若干小さい硬さでもよい。また、逆に、母材２６０におけるビッカース硬さよりも若干大きい硬さでもよい。ただし、母材２６０の材料強度に基づいて設計できるように、軟化した熱影響部２５２の材料強度を回復できればよいので、母材２６０におけるビッカース硬さよりも過度に大きくする必要はない。 Here, "the equivalent of Vickers hardness in the base material 260" does not require the hardness exactly the same as the Vickers hardness in the base material 260. The hardness may be slightly smaller than the Vickers hardness of the base material 260 as long as the material effect of the softened heat affected zone 252 can be recovered. Also, conversely, a hardness slightly larger than the Vickers hardness of the base material 260 may be used. However, since it is sufficient to recover the material strength of the softened heat-affected zone 252 so that it can be designed based on the material strength of the base material 260, the Vickers hardness of the base material 260 does not have to be excessively large.
製造された溶接構造体は、溶接部２５０における熱影響部２５２のビッカース硬さが、鋼材の表面から厚みの１１％以上、２５％以下の範囲において、溶接部２５０の領域以外の鋼材、つまり母材２６０におけるビッカース硬さ相当になる。 The manufactured welded structure has a Vickers hardness of the heat-affected zone 252 at the weld 250 in the range of 11% to 25% of the thickness from the surface of the steel material, ie, a steel other than the area of the weld 250, ie It becomes equivalent to Vickers hardness in material 260.
溶接構造体は軟化した熱影響部２５２の材料強度が回復され、部品の強度を母材２６０の引張強度に近づけることができる。硬化深さを深くすることも可能ではあるものの、硬化が深くなることによって割れが生じたり、硬化深さを得るための強加工によって板厚が減少したりする。したがって、硬化深さを上記の範囲に設定することによって、部品として必要となる各板厚において、必要となる硬化深さを得ることができ、かつ、部品の変形を最小に抑制することができる。部品の厚みが高強度材そのものの強度を適用して設計されるため、溶接構造体は、高強度材を適用した場合の軽量化効果を十分に得ることができる。 In the welded structure, the material strength of the softened heat affected zone 252 is recovered, and the strength of the component can be made close to the tensile strength of the base material 260. Although it is possible to make the hardening depth deeper, cracks may occur due to the deep hardening, or the thickness may be reduced due to the strong processing for obtaining the hardening depth. Therefore, by setting the curing depth in the above range, the required curing depth can be obtained for each plate thickness required as the part, and deformation of the part can be minimized. . Since the thickness of the part is designed by applying the strength of the high strength material itself, the welded structure can sufficiently obtain the weight reduction effect when the high strength material is applied.
熱影響部２５２のビッカース硬さが母材２６０におけるビッカース硬さ相当である範囲は、ビード幅の１．５倍以上、３倍以下であることが好ましい。上記の範囲がビード幅の１．５倍未満の場合には、熱影響部２５２の全範囲にわたって材料強度が十分に回復していない。一方、ビード幅の３倍を越える範囲は、熱影響を受けない母材２６０の領域となることから、そもそも軟化していない。また、処理範囲が広すぎると、処理時間が増加し、生産性が悪化する。したがって、したがって、熱影響部２５２のビッカース硬さが母材２６０のビッカース硬さ相当である範囲は、ビード幅の１．５倍以上、３倍以下であることが好ましい。 The range in which the Vickers hardness of the heat affected zone 252 is equivalent to the Vickers hardness of the base material 260 is preferably 1.5 times or more and 3 times or less the bead width. If the above range is less than 1.5 times the bead width, the material strength is not sufficiently recovered over the entire range of the heat affected zone 252. On the other hand, the region exceeding three times the bead width is not softened because it is a region of the base material 260 not affected by heat. Also, if the treatment range is too wide, the treatment time will increase and the productivity will deteriorate. Therefore, the range in which the Vickers hardness of the heat affected zone 252 is equivalent to the Vickers hardness of the base material 260 is preferably 1.5 times or more and 3 times or less the bead width.
鋼材の厚みは１．６ｍｍ以上、３．６ｍｍ以下であることが好ましい。鋼材の厚みが１．６ｍｍ未満の場合には、部品の変形が伴う。一方、鋼材の厚みが３．６ｍｍを越えると、母材２６０の材料強度が元々高いことから、ショットピーニング処理によって熱影響部２５２の材料強度を回復させる効果が影響する程度が相対的に低い。したがって、鋼材の厚みは１．６ｍｍ以上、３．６ｍｍ以下であることが好ましい。 The thickness of the steel material is preferably 1.6 mm or more and 3.6 mm or less. If the thickness of the steel is less than 1.6 mm, deformation of the part is accompanied. On the other hand, when the thickness of the steel material exceeds 3.6 mm, the material strength of the base material 260 is originally high, and therefore the effect of recovering the material strength of the heat affected zone 252 by the shot peening treatment is relatively low. Therefore, it is preferable that the thickness of steel materials is 1.6 mm or more and 3.6 mm or less.
本実施形態にあっては、鋼材として高強度鋼板を用い、自動車用の部品である溶接構造体を製造するのに適用するのが好ましい。軟化した熱影響部２５２の材料強度を回復した溶接構造体となるため、部品の厚みを、高強度材そのものの強度を適用して設計することができるからである。この結果、高強度材を適用した場合の軽量化効果を十分に得ることができる。高強度鋼板は、例えば、４４０ＭＰａ級鋼板、５９０ＭＰａ級鋼板、７８０ＭＰａ級鋼板などである。 In the present embodiment, it is preferable to use a high-strength steel plate as a steel material and apply it to manufacturing a welded structure that is a part for an automobile. Since the welded structure is obtained by recovering the material strength of the softened heat affected zone 252, the thickness of the part can be designed by applying the strength of the high strength material itself. As a result, the weight reduction effect at the time of applying a high strength material can fully be acquired. The high strength steel plate is, for example, a 440 MPa grade steel plate, a 590 MPa grade steel plate, a 780 MPa grade steel plate or the like.
なお、部品に要求される寸法精度が比較的低く、部品に生じる変形の許容範囲が比較的大きい場合には、加工硬化深さが鋼材の表面から厚みの５０％を越えなければよい。このように部品の寸法精度によっては、加工硬化深さは、鋼材の表面から厚みの１１％以上、５０％以下の範囲であってもよい。 If the dimensional accuracy required for the part is relatively low and the allowable range of deformation occurring in the part is relatively large, the work-hardening depth should not exceed 50% of the thickness from the surface of the steel material. Thus, depending on the dimensional accuracy of the part, the work-hardening depth may be in the range of 11% to 50% of the thickness from the surface of the steel material.
また、熱影響部２５２にひずみ硬化を付与する手法としてショットピーニング処理を行う実施形態を示したが、ショットピーニング処理に代えて、ハンマーピーニング処理を適用することもできる。この場合には、ハンマーによる衝撃力を調整して、熱影響部２５２にひずみ硬化を付与する。 Further, although an embodiment in which shot peening is performed as a method of applying strain hardening to the heat affected zone 252 has been shown, hammer peening may be applied instead of the shot peening. In this case, the impact force by the hammer is adjusted to apply strain hardening to the heat affected zone 252.
溶接構造体の製造方法の実施例を以下に示す。 An example of a method of manufacturing a welded structure is shown below.
図５は、溶接構造体としての重ね継手試験片３００を示す断面図である。図６は、試験片３００に対して行なった硬度分布測定の結果を示すグラフである。 FIG. 5 is a cross-sectional view showing a lap joint test piece 300 as a welded structure. FIG. 6 is a graph showing the results of hardness distribution measurement performed on the test piece 300. As shown in FIG.
自動車用の部品に適用される種々の強度および肉厚の高強度鋼板を用意した。図５に示すように、２枚の鋼板３０１、３０２をアーク溶接によって重ね継手３０３によって接合し、試験片３００を準備した。この試験片３００に対し、種々の条件でショットピーニング処理を行い、得られた試験片３００の引張強度評価、硬度分布測定を行なった。 High strength steel plates of various strengths and thicknesses applied to automotive parts were prepared. As shown in FIG. 5, two steel plates 301 and 302 were joined by lap joint 303 by arc welding to prepare a test piece 300. The test piece 300 was subjected to shot peening treatment under various conditions, and the tensile strength evaluation and hardness distribution measurement of the obtained test piece 300 were performed.
表１に示すように、実施例１は板厚ｔが１．６ｍｍの５９０ＭＰａ級鋼板を使用し、実施例２は板厚ｔが１．８ｍｍの４４０ＭＰａ級鋼板を使用し、実施例３〜７は板厚ｔが３．６ｍｍの７８０ＭＰａ級鋼板を使用した。比較例１は板厚ｔが４ｍｍの５９０ＭＰａ級鋼板を使用し、比較例２は板厚ｔが１．６ｍｍの５９０ＭＰａ級鋼板を使用し、比較例３は板厚ｔが３．６ｍｍの７８０ＭＰａ級鋼板を使用した。 As shown in Table 1, Example 1 uses a 590 MPa grade steel plate having a thickness t of 1.6 mm, and Example 2 uses a 440 MPa grade steel plate having a thickness t of 1.8 mm. Examples 3 to 7 Used a 780 MPa class steel plate having a thickness t of 3.6 mm. Comparative Example 1 uses a 590 MPa grade steel plate having a thickness t of 4 mm, Comparative Example 2 uses a 590 MPa grade steel plate having a thickness t of 1.6 mm, and Comparative Example 3 780 MPa grade having a thickness t of 3.6 mm. A steel plate was used.
実施例１〜７および比較例１〜３のいずれも、平均直径０．６ｍｍ以上、０．８ｍｍ以下の鋼球からなるジョット材を使用した。実施例１〜７、比較例１はビッカース硬さが５１３ＨＶのショット材１０を使用し、比較例２はビッカース硬さが５１４ＨＶのショット材１０を使用し、比較例３はビッカース硬さが５１５ＨＶのショット材１０を使用した。 In each of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 3, a jot made of steel balls having an average diameter of 0.6 mm or more and 0.8 mm or less was used. Examples 1 to 7 and Comparative Example 1 use a shot material 10 having a Vickers hardness of 513 HV, Comparative Example 2 uses a shot material 10 having a Vickers hardness of 514 HV, and Comparative Example 3 has a Vickers hardness of 515 HV Shot material 10 was used.
ショットピーニング処理のショット条件は、アルメンストリップＡのアークハイトにより規定した。実施例１、２はＡＨ０．２ｍｍＡとし、実施例３、４はＡＨ０．４ｍｍＡとし、実施例５はＡＨ０．５ｍｍＡとし、実施例６、７はＡＨ０．６ｍｍＡとした。比較例１はＡＨ０．６ｍｍＡとし、比較例２はＡＨ０．１ｍｍＡ以下とし、比較例３はＡＨ０．４ｍｍＡとした。 The shot conditions for the shot peening treatment were defined by the arc height of Almen strip A. Examples 1 and 2 were AH 0.2 mmA, Examples 3 and 4 were AH 0.4 mmA, Example 5 was AH 0.5 mmA, and Examples 6 and 7 were AH 0.6 mmA. Comparative Example 1 was AH 0.6 mmA, Comparative Example 2 was AH 0.1 mmA or less, and Comparative Example 3 was AH 0.4 mmA.
ショット材１０の投射角（ｄｅｇ）は、実施例７は試験片３００の表面に対して直交する方向から４５度傾斜させてショット材１０を投射した。その他の実施例１〜６、および比較例１〜３は、試験片３００の表面に対して直交する方向（ゼロ度）からショット材１０を投射した
ショットピーニング処理の前後における熱影響部２５２のビッカース硬さの増加分を測定した（表１中のΔＨＶ）。ショットピーニング処理を行うことによって、実施例１〜７は、熱影響部２５２のビッカース硬さがそれぞれ、１０１ＨＶ、１９４ＨＶ、２５４ＨＶ、１９４ＨＶ、３０５ＨＶ、４０２ＨＶ、２４０ＨＶ増加した。比較例１〜３は、熱影響部２５２のビッカース硬さがそれぞれ、４００ＨＶ、２０ＨＶ、４８ＨＶ増加した。
As for the projection angle (deg) of the shot material 10, the shot material 10 was projected with an angle of 45 degrees from the direction orthogonal to the surface of the test piece 300 in the seventh embodiment. In the other Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 3, the shot material 10 was projected from the direction (zero degree) orthogonal to the surface of the test piece 300. The Vickers of the heat affected zone 252 before and after the shot peening treatment The increase in hardness was measured (ΔHV in Table 1). By performing the shot peening process, the Vickers hardness of the heat affected zone 252 in Examples 1 to 7 was increased by 101 HV, 194 HV, 254 HV, 194 HV, 305 HV, 402 HV, and 240 HV, respectively. In Comparative Examples 1 to 3, the Vickers hardness of the heat affected zone 252 was increased by 400 HV, 20 HV, and 48 HV, respectively.
試験片３００の加工硬化層の深さを測定した（表１中の加工硬化深さｄ）。実施例１〜７、および比較例１、３は加工硬化深さが０．４ｍｍ、比較例２の加工硬化深さが０．０５ｍｍであった。 The depth of the work hardened layer of the test piece 300 was measured (work hardened depth d in Table 1). The work hardening depth of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 and 3 was 0.4 mm, and the work hardening depth of Comparative Example 2 was 0.05 mm.
板厚ｔに対する加工硬化深さｄの比率ｄ／ｔ（％）は、実施例１は２５％、実施例２は２２％、実施例３〜７は１１％であった。比較例１は１０％、比較例２は３％、比較例３は１１％であった。 The ratio d / t (%) of the work hardening depth d to the thickness t was 25% in Example 1, 22% in Example 2, and 11% in Examples 3 to 7. Comparative Example 1 was 10%, Comparative Example 2 was 3%, and Comparative Example 3 was 11%.
ショットピーニング処理によってひずみ硬化を付与する処理範囲は次のように設定した。処理範囲はビード端からのビード幅寸法に対する倍率によって表される。実施例１〜３、５〜７、比較例１、２はビード幅の３倍とした。実施例４はビード幅の１．５倍とし、比較例３はビード幅と同じ幅（１倍）とした。 The processing range for applying strain hardening by shot peening was set as follows. The treatment range is represented by the magnification to the bead width dimension from the bead end. Examples 1 to 3 and 5 to 7 and Comparative Examples 1 and 2 had three times the bead width. Example 4 was 1.5 times the bead width, and Comparative Example 3 was the same width (1 time) as the bead width.
各試験片３００に引張強度試験を行い、ショットピーニング処理の前後における引張強さの増加分を測定した（表１中の引張強さ向上代（ＭＰａ））。引張強度試験においては、図５に白抜き矢印によって示すように、重ね継手によって溶接接合された２枚の鋼板を反対方向に引っ張った。ショットピーニング処理を行うことによって、実施例１〜７は、試験片３００の引張強さがそれぞれ、４５ＭＰａ、２０ＭＰａ、７１ＭＰａ、４７ＭＰａ、９８ＭＰａ、１０２ＭＰａ、７２ＭＰａ増加した。比較例１、３は、試験片３００の引張強さがそれぞれ、７ＭＰａ、３ＭＰａ増加した。比較例２は、試験片３００の引張強さが増加しなかった。 Each test piece 300 was subjected to a tensile strength test, and the increase in tensile strength before and after the shot peening treatment was measured (tensile strength improvement margin (MPa) in Table 1). In the tensile strength test, two steel plates welded together by a lap joint were pulled in opposite directions, as indicated by open arrows in FIG. By performing the shot peening treatment, in Examples 1 to 7, the tensile strength of the test piece 300 was increased by 45 MPa, 20 MPa, 71 MPa, 47 MPa, 98 MPa, 102 MPa, and 72 MPa, respectively. In Comparative Examples 1 and 3, the tensile strength of the test piece 300 was increased by 7 MPa and 3 MPa, respectively. In Comparative Example 2, the tensile strength of the test piece 300 did not increase.
図５に示される重ね継手試験片３００の下位側の鋼板３０２に関して、ショットピーニング処理の前後において鋼板表面の硬度分布を測定した。試験片３００に対して行なった硬度分布測定の結果の一例を図６に示す。図５に付された０（ゼロ）点の位置が、図６のビード端からの距離が０（ゼロ）ｍｍの位置である。 With respect to the steel plate 302 on the lower side of the lap joint test piece 300 shown in FIG. 5, the hardness distribution on the surface of the steel plate was measured before and after the shot peening treatment. An example of the result of the hardness distribution measurement performed on the test piece 300 is shown in FIG. The position of the 0 (zero) point given in FIG. 5 is the position where the distance from the bead end in FIG. 6 is 0 (zero) mm.
図６に示すように、溶接部２５０の熱影響部２５２にショットピーニング処理によるひずみ硬化を付与することによって、溶接部２５０における軟化した熱影響部２５２の材料強度を回復して、母材２６０におけるビッカース硬さ相当に硬くできることが示された。 As shown in FIG. 6, the material strength of the softened heat affected zone 252 in the welded portion 250 is recovered by applying strain hardening to the heat affected zone 252 of the welded portion 250 by the shot peening process, and the base material 260 is recovered. It was shown that Vickers hardness can be made as hard as possible.
以上説明したように、実施例１〜７のように、溶接部２５０の熱影響部２５２にショットピーニング処理によるひずみ硬化を、
平均直径０．６ｍｍ以上、０．８ｍｍ以下の鋼球からなるショット材１０を用いて
アルメンストリップＡでのアークハイト０．２ｍｍ以上、０．６ｍｍ以下によって、
ビード幅の１．５倍以上、３倍以下の範囲に付与すれば、
溶接部２５０における熱影響部２５２のビッカース硬さを、板厚ｔの１１％以上、２５％以下の範囲において、母材２６０におけるビッカース硬さ相当に硬くできることが示された。
As described above, as in the first to seventh embodiments, strain hardening by shot peening is applied to the heat-affected zone 252 of the welded portion 250,
Using a shot material 10 consisting of steel balls having an average diameter of 0.6 mm or more and 0.8 mm or less With an arc height of 0.2 mm or more and 0.6 mm or less in Almen strip A,
If given in the range of 1.5 times or more and 3 times or less of the bead width,
It was shown that the Vickers hardness of the heat-affected zone 252 in the welded portion 250 can be made as hard as the Vickers hardness of the base material 260 in the range of 11% to 25% of the plate thickness t.
１０ ショット材、
２０ タンク、
３０ ミキシングバルブ、
４０ コンプレッサ、
５０ ノズル、
６０ 回収部、
７０ 制御部、
１００ ショットピーニング装置、
２００ トランスバースリンク（溶接構造体）、
２１０ 本体部（複数の部品）、
２２０ カラー（複数の部品）、
２３０ 溶接箇所、
２４０ ショットピーニング処理の範囲、
２５０ 溶接部、
２５１ 溶接金属、
２５２ 熱影響部、
２６０ 母材、
Ｗ 溶接構造体であるワーク。
10 shot material,
20 tanks,
30 mixing valves,
40 compressors,
50 nozzles,
60 recovery department,
70 control unit,
100 shot peening equipment,
200 transverse link (welded structure),
210 body part (multiple parts),
220 colors (multiple parts),
230 welds,
240 shot peening process range,
250 welds,
251 weld metal,
252 heat affected zone,
260 base material,
W Work that is a welded structure.
Claims (7)
溶接部における熱影響部のビッカース硬さが、前記鋼材の表面から厚みの１１％以上、２５％以下の範囲において、前記溶接部の領域以外の前記鋼材におけるビッカース硬さ相当である溶接構造体。 In a welded structure in which a plurality of steel parts are welded and joined,
The welded structure whose Vickers hardness of the heat affected zone in a welding part is equivalent to Vickers hardness in the steel materials other than a field of the welding part in the range of 11% or more and 25% or less of thickness from the surface of the steel materials.
溶接部の熱影響部にショットピーニング処理によるひずみ硬化を、
平均直径０．６ｍｍ以上、０．８ｍｍ以下の鋼球からなるショット材を用いて、
アルメンストリップＡでのアークハイト０．２ｍｍ以上、０．６ｍｍ以下によって、
ビード幅の１．５倍以上、３倍以下の範囲に付与する、溶接構造体の製造方法。 In a method of manufacturing a welded structure in which a plurality of steel components are welded and joined,
Strain hardening by shot peening treatment on the heat affected zone of the weld,
Using shot material consisting of steel balls with an average diameter of 0.6 mm or more and 0.8 mm or less,
With an arc height of 0.2 mm or more and 0.6 mm or less on Almen strip A,
The manufacturing method of the welding structure given to 1.5 times or more and 3 times or less of bead width.
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