JP2024033955A - 重ね溶接継手、自動車用骨格部材、及び重ね溶接継手の製造方法。 - Google Patents

重ね溶接継手、自動車用骨格部材、及び重ね溶接継手の製造方法。 Download PDF

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Abstract

【課題】高強度鋼板を含む複数枚の鋼板から構成され、且つ高い継手強度を有する重ね溶接継手、自動車用骨格部材、及び重ね溶接継手の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の一態様に係る重ね溶接継手は、複数の鋼板と、２枚以上の鋼板の重ね合わせ部を接合するレーザ溶接金属と、１枚以上の鋼板に形成されたアーク溶接金属と、を備える重ね溶接継手であって、レーザ溶接金属によって接合された鋼板のうち１枚以上が、引張強さ７８０ＭＰａ以上の高強度鋼板であり、レーザ溶接金属からアーク溶接金属の側に０．７ｍｍ以内の領域におけるビッカース硬さの最大値Ｈ１が、レーザ溶接金属からアーク溶接金属と反対の側に０．７ｍｍ以内の領域におけるビッカース硬さの最大値Ｈ２より低く、最大値Ｈ１と最大値Ｈ２との差が２５ＨＶ以上である。【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は、重ね溶接継手、自動車用骨格部材、及び重ね溶接継手の製造方法に関する。
自動車の軽量化、及び衝突安全性の向上を目的として、自動車用部品への高強度鋼板の適用が進められている。しかしながら、高強度鋼板から構成される溶接継手には、継手強度が低下しやすいという課題がある。具体的には、母材鋼板の引張強さが７８０ＭＰａ以上では、継手強度が低下する。
高強度鋼板から構成される溶接継手の継手強度を向上させるための種々の技術が、これまで提供されている。
特許文献１には、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が開示されている。
特許文献２には、複数の鋼板部材同士を重ね合せ部で接合し、前記複数の鋼板部材の少なくとも一つがマルテンサイト組織を含む重ね合せ部の溶接方法であって、前記重ね合せ部にナゲットを有するスポット溶接部を形成するスポット溶接工程と、レーザビームを照射して、前記ナゲットと前記ナゲットの端から外方に３ｍｍ以上離れた位置との間に前記ナゲットの端を横切る溶融凝固部を形成する際に、前記溶融凝固部の深さを前記ナゲットの端から外方に１ｍｍ離れた位置において前記マルテンサイト組織を含む鋼板部材にそれぞれの板厚の５０％以上に形成する溶融凝固部形成工程と、を備えることを特徴とする重ね合せ部の溶接方法が開示されている。
特許文献３には、重ね合わせた２枚以上の高強度の薄鋼板を一対の電極によって挟み加圧力を加えながらスポット溶接をするにあたり、１点目を溶接後、電極の位置を移動し、１点目の溶接部がＭｆ点以下の温度まで冷却された後に、１点目の溶接部に一部重なるように２点目の溶接を行なうことを特徴とする高強度薄鋼板のスポット溶接方法が開示されている。
特許文献４には、複数の高張力鋼板をレーザー・スクリュー・ウェルディングによって接合する溶接方法であって、重ね合わせた高張力鋼板に対して照射装置からレーザーを照射し、前記高張力鋼板同士を溶融してナゲットを形成するナゲット形成工程と、前記ナゲットと、該ナゲットの形成に伴って当該ナゲットの周囲に形成される熱影響部と、が形成された中間接合体における当該熱影響部に対して、前記ナゲット形成工程における前記レーザーよりも照射点のスポット径が大きく、且つ前記ナゲット形成工程における前記レーザーよりも低出力のレーザーを前記照射装置から照射する焼戻し工程と、を含む溶接方法が開示されている。
特許文献５には、引張強度が７８０ＭＰａ以上の２枚の高強度鋼板の重ね合せ部をレーザ溶接して重ね継手を製造する方法であって、レーザ溶接により、まず、前記重ね合せ部に板幅方向に沿って２本の平行な溶接ビードを接合幅Ｌが１．５～１０．０ｍｍとなるように作製した後、これら２本の溶接ビードの間に、これらと平行に、さらに、３本目の溶接ビード、または、３本目および４本目の溶接ビードを、前記最初の２本の溶接ビードとこれらにそれぞれ隣接する溶接ビードとの中心間距離ｄ１，ｄ２が、ともに０．２～２．０ｍｍとなるように作製することを特徴とする高強度鋼板のレーザ溶接継手の製造方法が開示されている。ここに、前記接合幅Ｌは、前記２枚の鋼板の接合面における、前記最初の２本の溶接ビードの両外側端面間の距離を意味する。
特許文献６には、Ｐの含有量［Ｐ］と、Ｓの含有量［Ｓ］が、［Ｐ］＋５［Ｓ］≧０．０２６質量％を満たす鋼板を複数枚重ねて、レーザにより接合したレーザ溶接継手であって、平均ビード幅がＷで、閉ループ又は閉ループ状の本ビードと、上記本ビードの外側の止端から内側にＷ超、２．２Ｗ以下の距離に内側の止端が配置された、閉ループ又は閉ループ状の焼戻しビードと、上記本ビードの外側の止端から内側に１．５Ｗ超、４．０Ｗ以下の距離に外側の止端が配置された、閉ループ又は閉ループ状の圧縮場付与ビードを有することを特徴とする継手強度に優れたレーザ溶接継手が開示されている。
特開２０１０－１２５０４号公報 国際公開第２０１４／０２４９９７号 特開２０１０－１７２９４５号公報 特開２０１７－８７２６３号公報 特開２０１５－１３６７０５号公報 特開２０１２－２４００８６号公報
しかしながら、近年はますます、溶接継手の継手強度に対する要求が高まっている。特許文献１～６とは異なる手段による、溶接継手の継手強度の一層の向上が切望されている。
本発明は、高強度鋼板を含む複数枚の鋼板から構成され、且つ高い継手強度を有する重ね溶接継手、自動車用骨格部材、及び重ね溶接継手の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の要旨は以下の通りである。
（１）本発明の一態様に係る重ね溶接継手は、一部または全部が重ね合わせられた複数の鋼板と、２枚以上の前記鋼板の重ね合わせ部を接合するレーザ溶接金属と、１枚以上の前記鋼板に形成されたアーク溶接金属と、を備える重ね溶接継手であって、前記レーザ溶接金属によって接合された前記鋼板のうち１枚以上が、引張強さ７８０ＭＰａ以上の高強度鋼板であり、前記重ね溶接継手の厚さ方向から平面視したときに、前記レーザ溶接金属の縁における、前記アーク溶接金属に最も近い点と、前記アーク溶接金属の縁における、前記レーザ溶接金属に最も近い点とを結ぶ直線を含み、且つ前記鋼板の前記重ね合わせ部に垂直な断面において、前記レーザ溶接金属によって接合された前記高強度鋼板の重ね面から前記高強度鋼板の板厚の１／４の深さの位置のビッカース硬さを、前記重ね面に沿って連続的に測定したとき、前記レーザ溶接金属から前記アーク溶接金属の側に０．７ｍｍ以内の領域における前記ビッカース硬さの最大値Ｈ１が、前記レーザ溶接金属から前記アーク溶接金属と反対の側に０．７ｍｍ以内の領域における前記ビッカース硬さの最大値Ｈ２より低く、前記最大値Ｈ１と前記最大値Ｈ２との差が２５ＨＶ以上である。
（２）上記（１）に記載の重ね溶接継手では、好ましくは、前記レーザ溶接金属がレーザスクリュー溶接金属である。
（３）上記（１）又は（２）に記載の重ね溶接継手では、好ましくは、前記断面において、前記最大値Ｈ１と前記最大値Ｈ２との前記差が４０ＨＶ以上である。
（４）上記（１）～（３）のいずれかに記載の重ね溶接継手では、好ましくは、前記鋼板のうち２枚以上が、前記レーザ溶接金属及び前記アーク溶接金属の両方により接合されている。
（５）上記（１）～（４）のいずれかに記載の重ね溶接継手では、好ましくは、前記重ね溶接継手の厚さ方向から平面視したときに、前記レーザ溶接金属の前記縁と、前記アーク溶接金属の前記縁との最短距離が３．０ｍｍ以上１７．０ｍｍ以下である。
（６）上記（１）～（５）のいずれかに記載の重ね溶接継手では、好ましくは、前記重ね溶接継手の厚さ方向から平面視したときに、前記レーザ溶接金属の前記縁と、前記アーク溶接金属の前記縁との間隔が０．７ｍｍ超である。
（７）上記（１）～（６）のいずれかに記載の重ね溶接継手では、好ましくは、前記アーク溶接金属の幅が３．０ｍｍ以上である。
（８）上記（１）～（７）のいずれかに記載の重ね溶接継手では、好ましくは、前記鋼板の枚数が３枚以上であり、前記鋼板のうち１枚以上が、前記レーザ溶接金属の外部にあり、前記レーザ溶接金属の外部にある前記鋼板と、前記レーザ溶接金属によって接合された前記鋼板とが、前記アーク溶接金属によって接合されている。
（９）上記（１）～（８）のいずれかに記載の重ね溶接継手では、好ましくは、前記高強度鋼板の引張強さが１７００ＭＰａ以上である。
（１０）本発明の別の態様に係る自動車用骨格部材は、上記（１）～（９）のいずれか一項に記載の重ね溶接継手を有する。
（１１）本発明の別の態様に係る重ね溶接継手の製造方法は、複数の鋼板の一部または全部を重ね合わせる工程と、前記鋼板の重ね合わせ部をレーザ溶接して、レーザ溶接金属を形成する工程と、１枚以上の前記鋼板をアーク溶接して、アーク溶接金属を形成する工程と、を備える重ね溶接継手の製造方法であって、レーザ溶接される前記鋼板のうち１枚以上を、引張強さ７８０ＭＰａ以上の高強度鋼板とし、前記アーク溶接の溶接熱によって、前記レーザ溶接金属及びその周辺領域を焼戻す。
（１２）上記（１１）に記載の重ね溶接継手の製造方法では、好ましくは、前記レーザ溶接をレーザスクリュー溶接とする。
（１３）上記（１１）又は（１２）に記載の重ね溶接継手の製造方法では、好ましくは、前記重ね溶接継手の厚さ方向から平面視したときに、前記レーザ溶接金属の縁と、前記アーク溶接金属の縁との間隔を０．７ｍｍ超とする。
（１４）上記（１１）～（１３）のいずれかに記載の重ね溶接継手の製造方法では、好ましくは、前記アーク溶接の入熱量を１０００Ｊ／ｃｍ以上とし、前記重ね溶接継手の厚さ方向から平面視したときに、前記レーザ溶接金属の縁と、前記アーク溶接金属の縁との最短距離を３．０ｍｍ以上１７．０ｍｍ以下とする。
（１５）上記（１１）～（１４）のいずれかに記載の重ね溶接継手の製造方法では、好ましくは、前記重ね溶接継手の製造方法が、前記アーク溶接の前に、前記レーザ溶接された２枚以上の前記鋼板に、１枚以上の鋼板を追加する工程を、さらに備え、前記アーク溶接によって、前記レーザ溶接された２枚以上の前記鋼板と、前記レーザ溶接されていない前記鋼板とを接合する。
（１６）上記（１１）～（１５）のいずれか一項に記載の重ね溶接継手の製造方法では、好ましくは、前記高強度鋼板の引張強さを１７００ＭＰａ以上とする。
本発明によれば、高強度鋼板を含む複数枚の鋼板から構成され、且つ高い継手強度を有する重ね溶接継手、自動車用骨格部材、及び重ね溶接継手の製造方法を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る重ね溶接継手の重ね合わせ部の、厚さ方向から平面視したときの平面図である。 図１Ａの重ね溶接継手の重ね合わせ部のＩＢ－ＩＢ断面図である。 レーザ溶接金属及びその周辺領域の硬さ曲線の一例である。 本発明の別の実施形態に係る重ね溶接継手の重ね合わせ部の、厚さ方向から平面視したときの平面図である。 図２Ａの重ね溶接継手の重ね合わせ部のＩＩＢ－ＩＩＢ断面図である。 鋼板の屈曲部を隅肉溶接して得られるアーク溶接金属の断面図である。 鋼板の端面を溶接して得られるアーク溶接金属の断面図である。 鋼板に設けられた穴の内端面を重ね隅肉溶接して得られるアーク溶接金属の平面図である。 図５Ａのアーク溶接金属のＶＢ－ＶＢ断面図である。 せぎり構造を適用した重ね溶接継手の断面図である。 別のせぎり構造を適用した重ね溶接継手の断面図である。 アークスポット溶接金属の平面図である。 図８Ａのアークスポット溶接金属のＶＩＩＩＢ－ＶＩＩＩＢ断面図である。 複数のアーク溶接金属を有する重ね溶接継手の平面図である。 鋼板の縁が凹凸を有し、アーク溶接金属が凸部に配された重ね溶接継手の平面図である。 鋼板の縁が凹凸を有し、アーク溶接金属が凹部に配された重ね溶接継手の平面図である。 鋼板の枚数が３枚であり、アーク溶接金属が２枚の鋼板の重ね隅肉溶接部を構成する重ね溶接継手の断面図である。 鋼板の枚数が３枚であり、アーク溶接金属が３枚の鋼板の重ね隅肉溶接部を構成する重ね溶接継手の断面図である。 鋼板の枚数が３枚であり、２枚の鋼板の重ねアーク隅肉溶接部を２つ有する重ね溶接継手の断面図である。 鋼板の枚数が３枚であり、１枚の鋼板が隅肉溶接用の穴を有し、且つ２枚の鋼板の重ねアーク隅肉溶接部を２つ有する重ね溶接継手の断面図である。 ３枚の鋼板の重ね合わせ部を１つのレーザ溶接金属によって接合し、且つ、３枚の鋼板のアーク溶接のために穴を利用した重ね溶接継手の平面図である。 図１６Ａのアーク溶接金属のＸＶＩＢ－ＸＶＩＢ断面図である。 ３枚の鋼板の重ね合わせ部を１つのレーザ溶接金属によって接合し、且つ、３枚の鋼板のアーク溶接のために穴を利用した重ね溶接継手の平面図である。 図１７Ａのアーク溶接金属のＸＶＩＩＢ－ＸＶＩＩＢ断面図である。 図１７Ａのアーク溶接金属のＸＶＩＩＣ－ＸＶＩＩＣ断面図である。 ３枚の鋼板のうち２枚のみをレーザ溶接し、残りの鋼板をアークで重ね隅肉溶接した重ね溶接継手の断面図である。 ３枚の鋼板のうち２枚のみをレーザ溶接し、残りの鋼板をアークでＴ隅肉溶接した重ね溶接継手の断面図である。 ３枚の鋼板のうち２枚のみをレーザ溶接し、残りの鋼板を、鋼板に設けられた穴の内端面にてアークで重ね隅肉溶接した重ね溶接継手の断面図である。 ３枚の鋼板のうち２枚のみをレーザ溶接し、残りの鋼板を、鋼板に設けられた穴でアークスポット溶接した重ね溶接継手の断面図である。 ３枚の鋼板のうち２枚のみをレーザ溶接し、残りの鋼板をアークＴ隅肉溶接した重ね溶接継手の断面図である。 自動車用骨格部材の一例であるバンパーリンフォースの斜視図である。 図２３ＡのバンパーリンフォースのＸＸＩＩＩＢ－ＸＸＩＩＩＢ断面図である。 図２３Ａのバンパーリンフォースの、ＸＸＩＩＩＣ－ＸＸＩＩＩＣ断面図である。 自動車用骨格部材の一例であるフロアメンバーの平面図である。 図２４ＡのフロアメンバーのＸＸＩＶＢ－ＸＸＩＶＢ断面図である。 自動車用骨格部材の一例であるフロントサイドメンバーの斜視図である。 図２５Ａのフロントサイドメンバーの、破線で囲まれた領域のうち左側の拡大図である。 図２５Ａのフロントサイドメンバーの、破線で囲まれた領域のうち右側の拡大図である。 自動車用骨格部材の一例であるＢピラーリンフォース及びサイドシルリンフォースの結合部の斜視図である。 図２６Ａの結合部の、矢印で示された領域の拡大図である。 電気自動車のフロントサイドメンバー及びサイドシルの結合部の斜視図である。 本発明の一態様に係る重ね溶接継手の製造方法のフローチャートである。 本発明の別の態様に係る重ね溶接継手の製造方法のフローチャートである。 表１の発明例のうち、レーザ溶接金属をレーザスクリュー溶接金属とし、上板のみにアーク溶接金属を設けたものの平面図及び断面図である。 表１の発明例のうち、レーザ溶接金属をレーザスクリュー溶接金属とし、上板及び下板を接合するアーク溶接金属を設けたものの平面図及び断面図である。 表１の発明例のうち、レーザ溶接金属の形状を線状とし、上板及び下板を接合するアーク溶接金属を設けたものの平面図及び断面図である。 表１の発明例のうち、レーザ溶接金属の形状をジグザグとし、上板及び下板を接合するアーク溶接金属を設けたものの平面図及び断面図である。 表１の発明例のうち、レーザ溶接金属の形状を円周状とし、上板及び下板を接合するアーク溶接金属を設けたものの平面図及び断面図である。 実施例４のハット部材の斜視図である。 発明例及び比較例のハット部材の曲げ試験によって得られた変位－荷重曲線である。 曲げ試験後の、発明例のハット部材の写真である。 曲げ試験後の、比較例のハット部材の写真である。
本発明の第一の実施形態に係る重ね溶接継手１は、例えば図１Ａ～図１Ｃに示されるように、一部または全部が重ね合わせられた複数の鋼板１１と、２枚以上の鋼板１１の重ね合わせ部１１１を接合するレーザ溶接金属１２と、１枚以上の鋼板１１に形成されたアーク溶接金属１３と、を備える重ね溶接継手１であって、レーザ溶接金属１２によって接合された鋼板１１のうち１枚以上が、引張強さ７８０ＭＰａ以上の高強度鋼板１１Ｈであり、重ね溶接継手１の厚さ方向から平面視したときに、レーザ溶接金属の縁における、アーク溶接金属に最も近い点Ｑと、アーク溶接金属の縁における、レーザ溶接金属に最も近い点Ｐとを結ぶ直線を含み、且つ鋼板１１の重ね合わせ部１１１に垂直な断面において、レーザ溶接金属１２によって接合された高強度鋼板１１Ｈの重ね面１１ＨＳから高強度鋼板の板厚ｔの１／４の深さの位置Ｌのビッカース硬さを、重ね面１１ＨＳに沿って連続的に測定したとき、レーザ溶接金属からアーク溶接金属の側に０．７ｍｍ以内の領域Ａ１におけるビッカース硬さの最大値Ｈ１（領域Ａ１における最大硬さ）が、レーザ溶接金属からアーク溶接金属と反対の側に０．７ｍｍ以内の領域Ａ２におけるビッカース硬さの最大値Ｈ２（領域Ａ２における最大硬さ）より低く、最大値Ｈ１と最大値Ｈ２との差ΔＨが２５ＨＶ以上である。以下、本実施形態に係る重ね溶接継手１について詳細に説明する。
本実施形態に係る重ね溶接継手１は、複数の鋼板１１を有する。複数の鋼板１１のうち２枚以上は、その一部または全部が重ねられており、重ね合わせ部１１１はレーザ溶接金属１２によって接合されている。図１Ｂに例示される構成においては、上板はフランジ部を有するプレス成形部材とされており、上板の一部であるフランジ部が下板と重ねられており、重ね合わせ部１１１がレーザ溶接金属１２によって接合されている。一方、上板及び下板の両方が平板形状を有しており、その全体が重ね溶接されていてもよい。レーザ溶接は、スポット溶接機を配置することが難しい箇所にも適用することができるので好ましい。
本実施形態に係る重ね溶接継手においてレーザ溶接金属による接合の対象とされる鋼板のうち、少なくとも１枚は、引張強さが７８０ＭＰａ以上の鋼板である。これにより、本実施形態に係る重ね溶接継手１が適用される機械部品の強度を向上させることができる。このような高強度鋼板では、これを用いて製造される溶接継手の強度低下が課題となる。しかし、本実施形態に係る重ね溶接継手１においては、後述するアーク溶接金属１３を利用したレーザ溶接金属１２及びその周辺領域の焼戻しにより、この問題に対応している。
高強度鋼板の種類については特に限定されない。高強度鋼板の例は、ＤＰ鋼板、ＴＲＩＰ鋼板、複合組織鋼板、マルテンサイト鋼板、ホットスタンプ鋼板等である。鋼板の引張強さが大きいほど、通常の溶接継手においては接合強度が低下する。そのため、鋼板の引張強度が大きいほど、本実施形態に係る重ね溶接継手の効果は、通常の溶接継手と比較して一層優れたものとなる。高強度鋼板の引張強さは９８０ＭＰａ以上であることが望ましく、一層望ましくは１３００ＭＰａ以上、又は１７００ＭＰａ以上である。高強度鋼板は、冷延鋼板でも、熱延鋼板でも良い。なお、図１Ａ及び図１Ｂに例示される重ね溶接継手１では、高強度鋼板１１Ｈと、引張強さ７８０ＭＰａ未満の低強度の鋼板１１とがレーザ溶接金属１２によって接合されている。一方、２枚以上の高強度鋼板１１Ｈがレーザ溶接金属１２によって接合されていてもよい。
鋼板は、めっき鋼板でも良く、非めっき鋼板でもよく、これらの組み合わせでもよい。めっき鋼板の例として、ＧＩめっき鋼板、ＧＡめっき鋼板、ＥＧめっき鋼板、Ｚｎ－Ｎｉめっき鋼板、Ｚｎ－Ａｌめっき鋼板、Ｚｎ－Ｍｇめっき鋼板、及びＺｎ－Ｍｇ－Ａｌめっき鋼板等が挙げられる。亜鉛系ホットスタンプ鋼板が重ね溶接継手１に含まれる場合、Ｆｅ－Ｚｎ又はＦｅ－Ｚｎ－Ｎｉの固溶相の表層に、亜鉛酸化物が含まれていても良い。アルミ系ホットスタンプ鋼板が重ね溶接継手１に含まれる場合は、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系の複数の金属間化合物層が形成されていても良く、さらに、金属間化合物層の上にＺｎＯや黒色被膜が形成されていても良い。非めっきホットスタンプ鋼板が重ね溶接継手１に含まれる場合は、ホットスタンプ工程において発生するスケールを除去するために、これにショットブラストしたものを使用しても良い。鋼板が亜鉛系めっきを有する場合、レーザ溶接時に発生する亜鉛蒸気を溶接金属から除去するために、鋼板の重ね面に隙間を設けてもよい。
高強度鋼板１１Ｈの板厚について、特に制限はない。一般に、自動車用部品または車体で使用される鋼板の板厚は０．６～３．２ｍｍである。この板厚を、本実施形態に係る重ね溶接継手１の高強度鋼板１１Ｈに適用してもよい。また、レーザ溶接金属１２によって接合される重ね合わせ部１１１に含まれる鋼板１１の重ね枚数は、例えば２枚～４枚の範囲内とすることが好ましい。高強度鋼板１１Ｈとレーザ溶接される鋼板１１は、高強度鋼板１１Ｈであっても、低強度の鋼板であってもよい。
レーザ溶接金属１２の構成は特に限定されず、鋼板１１の種類に応じて適宜変更することができる。例えば、レーザ溶接金属１２の平面視での形状は、線状であってもよいし、点状であってもよい。線状のレーザ溶接金属１２は、直線状、Ｃ字状、円状、楕円状、又はジグザグ状の形状を有してもよい。点状のレーザ溶接金属１２は、直径の異なる複数の円状にレーザ溶接をすることによって得られるものであり、一般的にレーザスクリュー溶接金属と称される。
本実施形態に係る重ね溶接継手では、レーザ溶接金属１２をレーザスクリュー溶接金属とすることが好ましい。これにより、鋼板の重ね面に隙間がある場合でもレーザ溶接の際の溶け落ちを回避することができる。また、レーザ溶接金属は、抵抗スポット溶接のナゲットを容易に代替できる。
なお、抵抗スポット溶接部を狭い間隔で連続的に作成することは難しい。先行する抵抗スポット溶接によって形成されたナゲットが、後続の抵抗スポット溶接の際に電流経路となり、後続の抵抗スポット溶接を妨げるからである。レーザスクリュー溶接金属は、狭い間隔で連続的に作成することができる。
レーザスクリュー溶接金属の径は特に限定されないが、例えば３．５√ｔ～９．０√ｔの範囲内とすることが好ましい。なお、「ｔ」とは、レーザ溶接金属１２によって接合される重ね合わせ部１１１の表面に配された２枚の鋼板１１のうち、薄い方の板厚である。また、レーザスクリュー溶接金属の径とは、表面に配された２枚の鋼板１１のうち、薄い方の鋼板の重ね面におけるレーザスクリュー溶接金属の直径である。表面に配された２枚の鋼板１１の厚みが等しい場合は、双方のレーザスクリュー溶接金属の直径の平均値をレーザスクリュー溶接金属の径とする。
高強度鋼板をレーザ溶接して得られるレーザ溶接金属には、継手強度が低いという課題がある。これは、レーザ溶接金属が、高強度鋼板に含まれる多量のＣによって脆化するからであると考えられている。そこで本発明者らは、アーク溶接金属１３によりレーザ溶接金属１２及びその周辺領域を焼戻すように、アーク溶接金属１３を重ね溶接継手１に配した。
アーク溶接金属１３は、アーク溶接によって形成される。アーク溶接は、レーザ溶接と比べて入熱量が大きい。そのため、アーク溶接金属１３の周囲では鋼板１１の変形が生じるおそれがある。また、アーク溶接金属１３の周囲には、熱影響部が広範囲にわたって形成される。この熱影響部が、鋼板１１の強度を低下させるおそれもある。加えて、アーク溶接の作業効率はレーザ溶接と比べて低い。以上の理由により、自動車車体の製造においては、高強度鋼板１１Ｈの接合においては専らレーザ溶接が用いられている。
しかし本発明者らは、アーク溶接金属１３によりレーザ溶接金属１２及びその周辺領域を焼戻すように、アーク溶接金属１３を配することにより、重ね溶接継手１の継手強度が飛躍的に向上することを見出した。本発明者らが、継手強度が向上したレーザ溶接金属１２を詳細に検討したところ、アーク溶接の際の入熱によって、レーザ溶接金属１２及びその周辺領域が焼戻されて軟化していた。一般的に、レーザ溶接金属１２の周辺領域は、靭性が低い熱影響部（ＨＡＺ）となっていることが多い。レーザ溶接金属１２の軟化によって、レーザ溶接金属１２及びその周辺領域の脆性が改善され、継手強度が向上したと本発明者らは考えた。以上の理由により、本実施形態に係る重ね溶接継手１は、レーザ溶接金属１２及びその周辺領域を焼戻すように配されたアーク溶接金属１３を有する。
なお、一般に「溶接金属」とは、２以上の材料を接合する溶融凝固部を意味する。しかし、図１Ａ及び図１Ｂに示されるように、本実施形態に係る重ね溶接継手１において、アーク溶接金属１３は必ずしも２枚以上の鋼板１１を接合する必要はない。アーク溶接金属１３の主な機能は、レーザ溶接金属１２及びその周辺領域を焼戻して軟化させることである。アーク溶接金属１３は、２枚以上の鋼板１１を接合することなく、重ね溶接継手１の継手強度を向上させることができる。
一方、図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、アーク溶接金属１３が２枚以上の鋼板１１を接合していてもよい。即ち、重ね溶接継手１に含まれる複数の鋼板１１のうち２枚以上が、レーザ溶接金属１２及びアーク溶接金属１３の両方により接合されていてもよい。この場合、アーク溶接金属１３は、レーザ溶接金属１２及びその周辺領域の靭性改善を介してレーザ溶接金属１２の継手強度を向上させるとともに、それ自体が重ね溶接継手１の接合強度を向上させる。
上述の通り、本実施形態に係る重ね溶接継手１では、アーク溶接金属１３によってレーザ溶接金属１２の周辺領域の硬さが低下している。レーザ溶接金属１２の周辺領域の硬さは、以下の手順により評価される。
（１）レーザ溶接金属１２の縁を特定する。レーザ溶接金属１２の縁とは、鋼板の表面と、レーザ溶接金属の表面との境界であり、重ね溶接継手を平面視することによって容易に特定可能である。後述する図２０及び図２１に例示されるように、レーザ溶接金属１２の表面を覆うように別の鋼板１１等が設けられている場合は、それを取り除いてからレーザ溶接金属１２の表面を観察すればよい。
（２）アーク溶接金属１３の縁を特定する。アーク溶接金属の縁とは、鋼板の表面と、アーク溶接金属の表面との境界であり、重ね溶接継手を平面視することによって容易に特定可能である。
（３）アーク溶接金属１３の縁における、レーザ溶接金属に最も近い点Ｐと、レーザ溶接金属１２の縁における、アーク溶接金属に最も近い点Ｑとを特定する。点Ｐと点Ｑとの距離は、アーク溶接金属１３とレーザ溶接金属１２との最短距離である。
（４）点Ｐと点Ｑとを結ぶ直線をひく。例えば図１Ａにおける一点鎖線ＩＢ－ＩＢ、及び図２Ａにおける一点鎖線ＩＩＢ－ＩＩＢが、当該直線である。ただし、重ね溶接継手１の表裏で当該直線の長さが異なる場合は、当該直線の短い方を選択する。
（５）当該直線において、鋼板１１の重ね合わせ部１１１を切断する。即ち、レーザ溶接金属及びアーク溶接金属の最近接部を切断する。これにより、当該直線を含み、且つ、鋼板１１の重ね合わせ部１１１に垂直な断面を形成する。例えば図１ＢのＩＢ－ＩＢ断面図、及び図２ＢのＩＩＢ－ＩＩＢ断面図が、当該断面である。必要に応じて、硬さ測定が可能な程度に断面を研磨してもよい。
（６）当該断面に含まれるレーザ溶接金属１２のうち、高強度鋼板１１Ｈに含まれる部分の硬さを測定する。具体的には、高強度鋼板１１Ｈのレーザ溶接金属の重ね面１１ＨＳから、高強度鋼板の板厚ｔの１／４の深さの位置のビッカース硬さを、レーザ溶接金属の重ね面１１ＨＳに沿って連続的に測定する。図１Ｂ及び図２Ｂに記載された線Ｌが、硬さ測定位置Ｌである。レーザ溶接金属１２の周辺領域の硬さも、この際にあわせて測定する。なお、レーザ溶接金属の重ね面１１ＨＳとは、高強度鋼板１１Ｈの２つの表面のうち、レーザ溶接金属１２によって他の鋼板１１と接合されている面のことである。硬さ測定条件は、測定荷重５００ｇｆもしくは１０００ｇｆとすればよい。いずれの条件であってもほぼ同じ値が得られるので、測定部の形状等に応じた測定条件を適宜採用することができる。
なお、レーザ溶接金属及びアーク溶接金属の形状が、互いに平行な線である場合は、点Ｐ及び点Ｑが特定されない。この場合は、レーザ溶接金属及びアーク溶接金属の最近接部における任意の箇所を、レーザ溶接金属及びアーク溶接金属に垂直に切断して、硬さ測定用の断面を形成すればよい。ただし、線状のアーク溶接金属及び線状のレーザ溶接金属の始端部及び終端部は、硬さ評価のための断面から除外すべきである。
また、重ね合わせ部１１１における鋼板１１の組み合わせ次第では、高強度鋼板１１Ｈのレーザ溶接金属の重ね面１１ＨＳが２面以上存在しうる。例えば、重ね合わせ部１１１において３枚の鋼板１１がレーザ溶接されており、且つ、高強度鋼板１１Ｈが板組の中央に位置する場合、重ね溶接継手１において、高強度鋼板１１Ｈのレーザ溶接金属の重ね面１１ＨＳの数は２面となる。このような場合、２面以上のレーザ溶接金属の重ね面１１ＨＳそれぞれを基準として、２箇所以上の硬さ測定位置Ｌを設定し、それぞれにおいて上述の手順で硬さ測定を行えばよい。複数の硬さ測定位置Ｌのうち最低１か所で、後述する要件が満たされていれば、本実施形態に係る重ね溶接継手１であるとみなされる。また、複数の硬さ測定位置Ｌの全てにおいて後述する要件が満たされることが好ましい。
上記（１）～（６）の手順に沿ってレーザ溶接金属１２及びその周辺領域の硬さを測定すると、例えば図１Ｃに示されるような硬さ曲線が得られる。アーク溶接金属１３が配された本実施形態に係るレーザ溶接金属１２及びその周辺領域の硬さ曲線において、アーク溶接金属１３に近い程、硬さが低くなる。アーク溶接金属１３に近いほど、アーク溶接の際の最高到達温度が高く、従って焼戻し温度が高くなり、焼戻しによる軟化程度が大きくなるからである。
上述の硬さ曲線に基づいて、レーザ溶接金属１２の周辺領域の硬さを評価することができる。具体的には、上述の硬さ曲線に基づいて、レーザ溶接金属１２からアーク溶接金属１３の側に０．７ｍｍ以内の領域Ａ１におけるビッカース硬さの最大値Ｈ１、及び、レーザ溶接金属からアーク溶接金属と反対の側に０．７ｍｍ以内の領域Ａ２におけるビッカース硬さの最大値Ｈ２を特定することができる。以下、領域Ａ１におけるビッカース硬さの最大値Ｈ１を「領域Ａ１における最大硬さＨ１」と称し、領域Ａ２におけるビッカース硬さの最大値Ｈ２を「領域Ａ２における最大硬さＨ２」と称する。本実施形態に係る重ね溶接継手においては、Ｈ１が、Ｈ２より低い。さらに、本実施形態に係る重ね溶接継手においては、領域Ａ１における最大硬さＨ１と領域Ａ２における最大硬さＨ２との差ΔＨが、２５ＨＶ以上である。
高周波加熱、又は炉加熱等の通常の加熱手段によってレーザ溶接金属１２及びその周辺領域を焼戻す場合、レーザ溶接金属１２及びその周辺領域は均一に焼戻される。通常の加熱手段を用いた焼戻しによれば、Ｈ１及びＨ２は略同一になり、Ｈ１とＨ２との差ΔＨは２５ＨＶ以下となる。
一方、本実施形態に係る重ね溶接継手においては、レーザ溶接金属１２及びその周辺領域はアーク溶接金属１３を形成する際のアーク溶接の入熱によって焼戻されている。従って、アーク溶接金属１３に近い場所ほど、焼戻し温度が高くなる。その結果、レーザ溶接金属１２及びその周辺領域は不均等に焼戻される。その結果、本実施形態に係る重ね溶接継手においては、Ｈ１がＨ２より低くなり、Ｈ１とＨ２との差ΔＨが２５ＨＶ以上となる。
Ｈ１とＨ２との差ΔＨは大きい程好ましく、例えば３０ＨＶ以上、３５ＨＶ以上、４０ＨＶ以上、又は５０ＨＶ以上であってもよい。Ｈ１とＨ２との差ΔＨの上限値は特に規定されないが、例えば２７０ＨＶ以下、２２０ＨＶ以下、又は１７０ＨＶ以下であってもよい。
Ｈ１及びＨ２が上述の要件を満たす限り、レーザ溶接金属１２と、アーク溶接金属１３との間の距離は特に限定されない。本発明者らの実験の結果によれば、例えば、重ね溶接継手１の厚さ方向から平面視したときに、レーザ溶接金属１２の縁と、アーク溶接金属１３の縁との最短距離が１７ｍｍ以下、１５ｍｍ以下、又は１３ｍｍ以下であれば、レーザ溶接金属１２及びその周辺領域を十分に焼戻して、ΔＨを一層拡大することが可能である。ただし、アーク溶接の際の入熱を大きくすれば、レーザ溶接金属１２の縁と、アーク溶接金属１３の縁との最短距離が１７ｍｍ超であっても、Ｈ１とＨ２との差ΔＨを２５ＨＶ以上とすることは可能であった。
また、アーク溶接は入熱量が大きく、レーザ溶接金属１２とアーク溶接金属１３との距離が離れていても、Ｈ１とＨ２との差ΔＨを２５ＨＶ以上にすることは可能である。従って、例えば重ね溶接継手の厚さ方向から平面視したときに、レーザ溶接金属１２の縁とアーク溶接金属１３の縁との間隔を０．７ｍｍ超、３．０ｍｍ以上、４．０ｍｍ以上又は５．０ｍｍ以上としてもよい。
アーク溶接金属１３の大きさにも特に限定はない。一方、本発明者らの実験結果によれば、アーク溶接金属１３の幅は３．０ｍｍ以上とすることが好ましい。アーク溶接金属１３の幅が大きい程、アーク溶接の際の入熱量が大きくなり、レーザ溶接金属１２及びその周辺領域を十分に焼戻すことができる。アーク溶接金属１３の幅を、４．０ｍｍ以上、５．０ｍｍ以上、又は６．０ｍｍ以上としてもよい。アーク溶接金属１３の幅の上限値を規定する必要はないが、例えばアーク溶接金属１３の幅を１５．０ｍｍ以下としてもよい。
上述のように、本実施形態に係る重ね溶接継手１の鋼板１１の枚数は限定されない。また、鋼板１１の形状も特に限定されない。従って、本実施形態に係る重ね溶接継手１は様々な形状を有しうる。以下に、好適な例について説明する。なお、以下に挙げる例において、複数の鋼板１１のうちいずれを高強度鋼板１１Ｈとしてもよい。従って、以下に挙げる例に対応する図においては、便宜上、全ての鋼板１１の符号を「１１」としている。
図２Ｂに示されるアーク溶接金属１３は、一方の鋼板１１の表面と、他方の鋼板１１の端面とを接合する重ね隅肉溶接金属である。一方、図３に示されるように、複数の鋼板１１のうち１枚が屈曲部を有し、アーク溶接金属１３が、一方の鋼板１１の表面と、他方の鋼板１１の屈曲部の表面とを接合するフレア継手構造であってもよい。図４に示されるように、２つの鋼板１１の、略同一平面上に並べられた端面がアーク溶接金属１３によって接合されるヘリ継手構造であってもよい。
アーク溶接用の穴を鋼板１１に設けてもよい。例えば図５Ａの平面図、及び図５Ｂの断面図に示されるように、鋼板１１に穴を設け、この鋼板１１に接する鋼板１１の表面と、この鋼板１１の穴の内端面とを重ね隅肉溶接して得られた溶接金属を、本実施形態に係る重ね溶接継手１のアーク溶接金属１３としてもよい。
アーク溶接金属１３に、せぎり継手の構造を適用してもよい。せぎり継手（ｊｏｇｇｌｅｄ ｌａｐ ｊｏｉｎｔ）とは、ＪＩＳ Ｚ ３００１－１：２０１８にて説明されるように、重ね継手の一方の部材に段を付け、母材面がほぼ同一平面になるようにした溶接継手のことである。図６及び図７に、せぎり構造を適用したアーク溶接金属１３の断面の例を示す。図６に示されるせぎり構造では、アーク溶接金属１３と鋼板１１に設けられた段との間に隙間がある。図７に示されるせぎり構造では、アーク溶接金属１３と鋼板１１に設けられた段との間に隙間がない。即ち、図７に示されるせぎり構造では、鋼板１１の段と、この鋼板１１に重ねられた鋼板１１の端面とが接合されている。図６及び図７のいずれのせぎり構造を採用した場合であっても、応力の流れをまっすぐにする効果が得られる。これにより、衝突時のエネルギー伝達効率の向上や、継手の静的強度や疲労強度が向上するメリットが得られる。
アーク溶接金属１３を、アークスポット溶接金属１３としてもよい。アークスポット溶接金属１３とは、アーク溶接を用いた点溶接によって得られた溶接金属のことである。図８Ａの平面図、及び図８Ｂの断面図に、アークスポット溶接金属１３の例を示す。なお、図８Ａ及び図８Ｂに例示されるアークスポット溶接金属１３は、２枚の鋼板１１を接合するものではないが、レーザ溶接金属１２及びその周辺領域を焼戻して継手強度を向上させる効果を発揮することが可能である。一方、一方の鋼板１１に予め穴をあけてから、この穴に溶加材を移行させるようにアーク溶接をすることによって、２枚の鋼板１１を接合するアークスポット溶接金属１３を形成してもよい。
上述した重ね溶接継手１の例においては、レーザ溶接金属１２及びアーク溶接金属１３が並ぶ方向が、鋼板１１の端部の延在方向に対して垂直であった。しかし、当然のことながら、レーザ溶接金属１２及びアーク溶接金属１３が並べられる方向と、鋼板１１の端部の延在方向とがなす角度は限定されない。また、２つ以上のアーク溶接金属１３により１つのレーザ溶接金属１２及びその周辺領域を焼戻してもよい。このような構成の組み合わせの一例は、図９に示される、複数のレーザ溶接金属１２の間にアーク溶接金属１３を配した重ね溶接継手１である。図９に示されるような配置であっても、アーク溶接の際にレーザ溶接金属１２及びその周辺領域が焼戻され、Ｈ１とＨ２との差ΔＨを２５ＨＶ以上とすることができる。
なお、複数のアーク溶接金属１３により１つのレーザ溶接金属１２及びその周辺領域が焼戻される場合、レーザ溶接金属１２の硬さ測定用の断面は、レーザ溶接金属の縁における、複数のアーク溶接金属に最も近い点Ｑと、複数のアーク溶接金属の縁における、レーザ溶接金属に最も近い点Ｐとを結ぶ直線に沿って形成すればよい。
レーザ溶接金属に隣接する複数のアーク溶接金属１３が配されている場合の、硬さ測定用方法に関し、図９の２つのレーザ溶接金属１２のうち下方に配されたものを例に挙げながら説明する。このレーザ溶接金属１２の左上及び左下それぞれに隣接して、２つのアーク溶接金属１３Ａ及び１３Ｂが配されている。上方のアーク溶接金属１３Ａにおいて、レーザ溶接金属１２の縁に最も近い点Ｐ１は、アーク溶接金属１３Ａの右下にある。下方のアーク溶接金属１３Ｂにおいて、レーザ溶接金属１２の縁に最も近い点Ｐ２は、アーク溶接金属１３Ｂの右上にある。レーザ溶接金属１２の縁の中で、アーク溶接金属１３Ａに最も近い点Ｑ１は、レーザ溶接金属１２の左上にある。レーザ溶接金属１２の縁の中で、アーク溶接金属１３Ｂに最も近い点Ｑ２は、レーザ溶接金属１２の左下にある。Ｐ１とＱ１との間の距離は、Ｐ２とＱ２との間の距離よりも小さい。この場合、Ｐ１とＱ１との間を結ぶ直線に沿って重ね合わせ部１１１を切断し、レーザ溶接金属１２の硬さを測定すればよい。
上述した重ね溶接継手１の例においては、鋼板１１の端部は直線状に延在するものであった。一方、鋼板１１の端部の形状を様々に変更することが可能である。端部の形状の一例は、波型である。図１０及び図１１に、鋼板１１の端部が波型とされた重ね溶接継手１の平面図の例を示す。図１０及び図１１の重ね溶接継手１のいずれにおいても、鋼板１１の端部が凸部と凹部とから構成される波型とされ、凸部の内部にレーザ溶接金属１２が配されている。図１０の重ね溶接継手１では、アーク溶接金属１３は凸部の端部に沿って設けられており、図１１の重ね溶接継手１では、アーク溶接金属１３は凹部の端部に沿って設けられている。いずれの構成においても、鋼板１１の重量を削減することができる。また、いずれの構成においても、継手強度向上効果が得られる。
上述した重ね溶接継手１の例においては、鋼板１１の枚数は２枚であった。一方、鋼板１１の枚数を３枚以上としてもよい。以下、３枚以上の鋼板１１を有する重ね溶接継手１の例を説明する。
図１２は、３枚の鋼板１１の重ね合わせ部１１１を１つのレーザ溶接金属１２によって接合し、さらに、２枚の鋼板１１を１つの重ね隅肉アーク溶接金属１３によって接合した例を示す。この例では、アーク溶接金属１３によって接合されていない鋼板１１は、アーク溶接金属１３によって焼戻されたレーザ溶接金属１２によって、隣接する鋼板１１と強固に接合されている。
図１３は、３枚の鋼板１１の重ね合わせ部１１１を１つのレーザ溶接金属１２によって接合し、さらに、３枚の鋼板１１を１つの重ね隅肉アーク溶接金属１３によって接合した例を示す。この例では、全ての鋼板１１が、２種類の溶接金属によって強固に接合されている。
図１４は、３枚の鋼板１１の重ね合わせ部１１１を１つのレーザ溶接金属１２によって接合し、さらに、２つの重ね隅肉アーク溶接金属１３を用いて３枚の鋼板１１を接合した例を示す。具体的には、この例では、重ね溶接継手１の一方の表面に配された鋼板１１と中央の鋼板１１とが、２つのアーク溶接金属１３のうち一方を用いて接合され、重ね溶接継手１の他方の表面に配された鋼板１１と中央の鋼板１１とが、２つのアーク溶接金属１３のうち他方を用いて接合されている。この例では、３つの溶接金属を用いて、全ての鋼板１１が強固に接合されている。なお、この例においても、レーザ溶接金属１２の硬さ評価用の断面は、レーザ溶接金属１２に近い方のアーク溶接金属１３を基準として形成される。
図１５は、図１４に示された例における１枚の鋼板１１に、図５Ｂに例示した穴を適用した例を示す。この例では、重ねられた３枚の鋼板１１のうち中央に配されたものに、アーク溶接用の穴が設けられている。そして、穴の内端面に重ね隅肉アーク溶接金属１３が配されている。
図１６Ａ及び図１６Ｂも、３枚の鋼板１１の重ね合わせ部１１１を１つのレーザ溶接金属１２によって接合し、且つ、３枚の鋼板１１のアーク溶接のために穴を利用した例を示す。図１６Ａは重ね溶接継手１の平面図であり、図１６Ｂは、図１６Ａに記載の一点鎖線ＸＶＩＢ－ＸＶＩＢにおける断面図である。図１６Ａ及び図１６Ｂに示される例では、３枚の鋼板１１のうち、重ね溶接継手１の一方の表面に面したもの、及び中央に配されるものに長穴が設けられ、この長穴は重ねられている。３枚の鋼板１１のうち、重ね溶接継手１の他方の表面に面したものには、穴が設けられていない。そして、重ねられた２つの長穴の内部の全体に溶加材を移行させるように、アーク溶接金属１３が配されている。レーザ溶接金属１２は、長穴の延在方向に沿って、アーク溶接金属１３と並べられている。
図１７Ａ、図１７Ｂ、及び図１７Ｃも、３枚の鋼板１１の重ね合わせ部１１１を１つのレーザ溶接金属１２によって接合し、且つ、３枚の鋼板１１のアーク溶接のために穴を利用した例である。図１７Ａは重ね溶接継手１の平面図であり、図１７Ｂは、図１７Ａに記載の一点鎖線ＸＶＩＩＢ－ＸＶＩＩＢにおける断面図であり、図１７Ｃは、図１７Ａに記載の一点鎖線ＸＶＩＩＣ－ＸＶＩＩＣにおける断面図である。この例では、レーザ溶接金属１２は、長穴の延在方向に垂直な方向に沿って、アーク溶接金属１３と並べられている。また、この例では、アーク溶接金属１３は長穴の一部にのみ設けられている。それ以外の構成については、この例は、図１６Ａ及び１６Ｂと同様である。
図１２～図１７Ｃの例では、重ね溶接継手１に含まれる複数の鋼板１１全てが、その一部において重ね合わせられ、レーザ溶接金属１２によって接合されていた。しかし、重ね溶接継手１に含まれる鋼板１１の一部のみをレーザ溶接金属１２によって接合してもよい。この場合、レーザ溶接金属１２によって接合されておらず、その外部にある鋼板１１は、アーク溶接金属１３を用いて接合すればよい。
図１８は、３枚の鋼板１１のうち２枚のみをレーザ溶接した例を示す。レーザ溶接されていない鋼板１１と、レーザ溶接された鋼板１１とは、重ね隅肉アーク溶接金属１３によって接合されている。
図１９も、３枚の鋼板１１のうち２枚のみをレーザ溶接した例を示す。レーザ溶接されていない鋼板１１と、レーザ溶接された鋼板１１とは、Ｔ字隅肉アーク溶接金属１３によって接合されている。ここでは、レーザ溶接された鋼板１１の表面に、レーザ溶接されていない鋼板１１の端面が突き当てられている。
図２０も、３枚の鋼板１１のうち２枚のみをレーザ溶接した例を示す。レーザ溶接されていない鋼板１１には穴が設けられ、レーザ溶接されていない鋼板１１の穴の内端面と、レーザ溶接された鋼板１１の表面とが、重ね隅肉アーク溶接金属１３によって接合されている。
図２１も、３枚の鋼板１１のうち２枚のみをレーザ溶接した例を示す。レーザ溶接されていない鋼板１１には穴が設けられ、レーザ溶接されていない鋼板１１と、レーザ溶接された鋼板１１とが、図８Ａ及び図８Ｂに示されたアークスポット溶接金属１３によって接合されている。自動車車体において、図１８、図１９、図２０、図２１の継手構造は、一例としてレーザ溶接で組み立てられたバンパーとクラッシュボックスの接合構造に用いることができる。
なお、図２０及び図２１の例においては、アーク溶接された鋼板１１によってレーザ溶接金属１２が覆われている。しかし、レーザ溶接金属１２の硬さ評価にあたっては、アーク溶接された鋼板１１を取り除くことによって、硬さ測定用の断面を作成すべき位置を特定することができる。
図２２も、３枚の鋼板１１のうち２枚のみをレーザ溶接した例を示す。レーザ溶接されていない鋼板１１と、レーザ溶接された鋼板１１とは、Ｔ字隅肉アーク溶接金属１３によって接合されている。ただし、図１９の例とは異なり、図２２の例では、レーザ溶接されていない鋼板１１の表面に、レーザ溶接された鋼板１１の端面が突き当てられている。
なお、図２２の例には３つのレーザ溶接金属１２が含まれている。これらのうち右側のレーザ溶接金属１２、及び中央のレーザ溶接金属１２は、アーク溶接金属１３の近傍に位置しているが、アーク溶接金属１３との間隔が大きい。この場合、右側のレーザ溶接金属１２、及び中央のレーザ溶接金属１２、及びこれらの周辺領域は、アーク溶接時に十分に焼戻されず、上述した硬さの要件を満たさない場合がある。しかし、このような場合においても、左側のレーザ溶接金属１２が上述の硬さの要件を満たしていれば、図２２に示される例は本実施形態に係る重ね溶接継手１とみなされる。１の重ね継手に複数のレーザ溶接金属１２が設けられている場合において、その全てが上述の硬さの要件を満たす必要はない。重ね溶接継手１の中で、特に継手強度が求められる箇所においてのみ上述の硬さの要件が満たされていれば、重ね溶接継手１に十分な接合強度を付与することができる。
以上、本実施形態に係る重ね溶接継手１の様々な形態例について説明したが、本発明はこれらの例に限定されない。上述された例を適宜組み合わせることも可能であり、上述されていない周知の継手構造を本実施形態に係る重ね溶接継手１に適用することも可能である。例えば、本実施形態に係る重ね溶接継手が、レーザ溶接金属及びアーク溶接金属以外の溶接金属を有してもよい。レーザ溶接金属及びアーク溶接金属以外の溶接金属とは、例えば抵抗スポット溶接部に含まれるナゲットやナットやボルトのプロジェクション溶接部の溶接金属やアークスタッド溶接の溶接金属等である。
次に、本発明の第二の実施形態に係る自動車用骨格部材について説明する。本実施形態に係る自動車用骨格部材は、第一実施形態に係る重ね溶接継手１を有する。なお、自動車用骨格部材の接合部の一部のみに、第一実施形態に係る重ね溶接継手１が適用されてもよいし、全部に適用されてもよい。第一実施形態に係る重ね溶接継手１が適用された箇所は、高い継手強度を有する。即ち、本実施形態に係る自動車用骨格部材は、接合部の継手強度が低下しやすい高強度鋼板１１Ｈを含むにもかかわらず、高い継手強度を有する。
自動車用骨格部材の例は、バンパーリンフォース、クラッシュボックス、Ａピラー、Ｂピラー、サイドシル、ルーフレール、フロントサイドメンバーから繋がるフロアメンバー、フロントサイドメンバー、フロントサイドメンバーキック部、リアサイドメンバー、フロントサスタワー、トンネルリンフォース、ダッシュパネル、トルクボックス、シート骨格、シートレール、及びバッテリーケースのフレームである。これら自動車用骨格部材のいずれも、本実施形態に係る重ね溶接継手１が一部または全部に適用されることにより、優れた接合強度を発揮することができる。
これらの自動車用骨格部材と、ピラーとの間の結合部に本実施形態に係る重ね溶接継手１を適用したものも、本実施形態に係る自動車用骨格部材とみなされる。自動車用骨格部材とピラーとの間の結合部とは、例えばＢピラーリンフォースとサイドシルとの結合部、電気自動車のフロントサイドメンバーとサイドシルとの結合部、Ｂピラーとルーフレールとの結合部、ルーフクロスメンバーとルーフレールとの結合部、サイドシルとＡピラーとの結合部、ダッシュパネルとトンネルとの結合部、及びフロントサイドメンバーの付け根部、及びバンパーとクラッシュボックスの結合部等である。
図２３Ａに、バンパーリンフォース２１の斜視図を示す。図２３Ｂに、図２３ＡのバンパーリンフォースのＸＸＩＩＩＢ－ＸＸＩＩＩＢ断面図を示し、図２３Ｃに、図２３ＡのバンパーリンフォースのＸＸＩＩＩＣ－ＸＸＩＩＩＣ断面図を示す。障害物と衝突する箇所であるバンパーリンフォース２１の中央部に、３枚の鋼板から構成されており高強度を有する図２３Ｂの断面構造を適用してもよい。一方、中央部以外の箇所では、２枚の鋼板から構成されており軽量である図２３Ｃの断面構造を適用してもよい。いずれの断面構造においても、１枚以上のフランジ部を屈曲させ、この屈曲部にアーク溶接金属を設けることができる。アーク溶接によって、レーザ溶接金属を軟化させて、接合強度を向上させることができる。これにより、自動車の前面衝突時に、バンパーリンフォース２１の接合部の破断によってエネルギー伝達が低下することを防止可能である。
図２４Ａに、フロアに接合されたフロアメンバー２２の平面図を示す。図２４Ｂに、図２４ＡのフロアメンバーのＸＸＩＶＢ－ＸＸＩＶＢ断面図を示す。図２４Ｂでは、下側の部材であるフロントサイドメンバー２３と上側の部材であるフロアメンバー２２によって、フロア２４が挟まれるように接合されている。フロアメンバー２２は、前面衝突時にフロントサイドメンバー２３から荷重が伝達される。アーク溶接によってレーザ溶接金属を軟化させて、接合部の接合強度を向上させることにより、フロントサイドメンバー２３から荷重が伝達されても、接合部の破断を防止することができる。
図２５Ａに、フロントサイドメンバー２３の斜視図を示す。図２５Ｂに、図２５Ａの２つの破線で囲まれた部分のうち左側の拡大図を示し、図２５Ｃに、図２５Ａの２つの破線で囲まれた部分のうち右側の拡大図を示す。図２５Ｂに示される接合部において、アーク溶接金属は図１１のように上板のフランジの凹部に形成されている。これにより、図２５Ｂに示される接合部は、重ね隅肉溶接されており、高い接合強度を有する。また、図２５Ｂに示される接合部では、アーク溶接金属が凹部に収納されるので、他部材との干渉を防いだり、溶接後の後工程に支障をきたすことを防いだりすることができる。
図２５Ｃに示される接合部において、アーク溶接金属は下板のフランジ凸部に形成されている。これにより、図２５Ｃに示される接合部は重ね隅肉溶接されており、高い接合強度を有する。なお、下板のフランジ凸部には、別部材との接合のために、ボルトやナット締結用の穴があってもよい。
図２６Ａに、Ｂピラーリンフォース２５とサイドシルリンフォース２６との結合部の斜視図を示す。図２６Ａの下方に記載された横向きの部材がサイドシルリンフォース２６であり、図２６Ａの上方に記載された縦向きの部材がＢピラーリンフォースで２５ある。両者の接合部では、レーザ溶接とアーク溶接とが併用されている。
図２６Ｂに、図２６Ａで矢印が付された部分の拡大図を示す。Ｂピラーリンフォース２５とサイドシルリンフォース２６との結合部は、自動車の側面衝突時に破断しやすい箇所である。この箇所にアーク溶接金属を設けることで、破断を一層防止することができる。また、図２６Ｂに示される接合部において、アーク溶接金属は図１１のように上板のフランジの凹部に形成されている。これにより、図２６Ｂに示される接合部は、重ね隅肉溶接されており、高い接合強度を有する。
図２７に、電気自動車のフロントサイドメンバー２３とサイドシル２７との結合部の斜視図を示す。左側の部材がフロントサイドメンバー２３であり、右側の部材がサイドシル２７である。フロントサイドメンバー２３とサイドシル２７は中央の結合部材２８によって、結合されている。電気自動車では、フロアに電池を配置する広い空間が設けられる。そのため、電気自動車の前面衝突時には、フロントサイドメンバー２３から加わる荷重をサイドシル２７に伝達する必要がある。このため、同部材では、形状のオフセットを大きくする必要がある。形状のオフセットの増加に伴い、モーメントが大きくなるので、結合部のレーザ溶接金属が破断しやすくなる。従って、フロントサイドメンバー２３とサイドシル２７との結合部においても、レーザ溶接金属とアーク溶接金属の併用が好適である。
次に、本発明の第三の実施形態に係る重ね溶接継手１の製造方法について説明する。図２８Ａに示されるように、本実施形態に係る重ね溶接継手１の製造方法は、複数の鋼板１１の一部または全部を重ね合わせる工程Ｓ１と、鋼板１１の重ね合わせ部１１１をレーザ溶接して、レーザ溶接金属１２を形成する工程Ｓ２と、１枚以上の鋼板１１をアーク溶接して、レーザ溶接金属１２及びその周辺領域を焼戻すようにアーク溶接金属１３を形成する工程Ｓ３と、を備える。ここで、レーザ溶接される鋼板１１のうち１枚以上を、引張強さ７８０ＭＰａ以上の高強度鋼板１１Ｈとする。さらに、アーク溶接の溶接熱によって、レーザ溶接金属１２及びその周辺領域を焼戻す。
以下、第三の実施形態に係る重ね溶接継手１の製造方法について説明する。なお、第一実施形態に係る重ね溶接継手１の説明において挙げられた種々の好適な例は、当然のことながら、第三の実施形態に係る重ね溶接継手１の製造方法に適用することができる。
鋼板１１を重ね合わせる工程Ｓ１では、複数の鋼板１１を重ね合わせる。Ｓ１において、鋼板１１の全ての領域を重ね合わせてもよいし、一部のみを重ね合わせてもよい。また、Ｓ１において、重ね溶接継手１を構成する全ての鋼板１１を重ね合わせる必要はなく、レーザ溶接の対象となる鋼板１１のみを重ね合わせればよい。この時、重ね面に隙間が生じることがあるが、レーザ溶接品質確保の観点より、隙間は１．０ｍｍ以下であることが望ましく、より好適には隙間は０．８ｍｍ以下である。
ここで、レーザ溶接される鋼板１１のうち１枚以上を、引張強さ７８０ＭＰａ以上の高強度鋼板１１Ｈとする。高強度鋼板１１Ｈの好ましい態様は、第一実施形態の説明において例示された態様に準じる。また、鋼板１１の枚数、形状、及び位置関係等についても、第一実施形態の説明において例示された態様を適宜適用することができる。例えば、高強度鋼板１１Ｈの引張強さは１７００ＭＰａ以上でもよい。
続くレーザ溶接工程Ｓ２では、鋼板１１の重ね合わせ部１１１をレーザ溶接する。これにより、鋼板１１の重ね合わせ部１１１を接合するレーザ溶接金属１２を形成する。レーザ溶接条件及びレーザ溶接装置は特に限定されず、公知の条件及び装置を適宜採用することができる。以下に、レーザ溶接の好適な例を示す。
鋼板を重ねて、重ね面にレーザビームを照射することにより、レーザ溶接を行う。レーザ溶接金属の形状は、直線状、Ｃ字状、円状、楕円状、ジグザグ状などが挙げられる。好適には、レーザ溶接金属は、渦巻き状にレーザを照射して円状に溶融させるレーザスクリュー溶接（ＬＳＷ）によって得られるレーザスクリュー溶接金属である。レーザスクリュー溶接は、鋼板の間の隙間が大きい板組を接合可能であるので好ましい。また、レーザ溶接の前に鋼板の間の隙間を取り除くために、板組に抵抗スポット溶接を行ってもよい。
レーザ溶接は、例えばファイバーレーザ、ディスクレーザ、及び半導体レーザ等を用いて実施可能である。ビーム径は特に限定されないが、例えば０．１０ｍｍ～１．２ｍｍの範囲内としてもよい。レーザ出力は特に限定されないが、例えば１．０ｋＷ～２０ｋＷの範囲内としてもよい。溶接トーチがガルバノスキャナを有するリモート溶接装置を用いて、レーザ溶接を行ってもよい。レーザ溶接をレーザスクリュー溶接とする場合、レーザ溶接金属の直径を３．５√ｔ以上９．０√ｔ以下としてもよい。ｔとは、レーザ溶接金属１２によって接合される重ね合わせ部１１１の表面に配された２枚の鋼板１１のうち、薄い方の板厚である。
なお、亜鉛系めっき鋼板（例えば合金化溶融亜鉛めっき鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板など）を含んだ板組を溶接する場合、重ね面の亜鉛が溶接熱で蒸発するおそれがある。亜鉛蒸気は、ピット等の欠陥を溶接金属に発生させるおそれがある。板組を構成する鋼板の間に隙間が生じにくい構造を有する部品の製造にあたっては、溶接金属にピット等の欠陥が発生するおそれがある。亜鉛蒸気による欠陥を防止するために、溶接金属の近傍の鋼板の重ね面に小さい隙間が形成されるように、予めプレス成形によるエンボス作成や、レーザ予備照射による溶融部の盛り上がりによる突起部を鋼板に作成しても良い。鋼板の隙間の大きさは、例えば０．０３ｍｍ～０．８ｍｍの範囲内とすることが好ましい。
そして、続くアーク溶接工程Ｓ３では、アーク溶接の溶接熱を利用して、レーザ溶接金属１２及びその周辺領域を焼戻すようにアーク溶接する。このアーク溶接は、必ずしも、２つ以上の非溶接材を接合するものでなくともよい。アーク溶接は、アーク入熱によってレーザ溶接金属１２及びその周辺領域を焼戻すために実施されるからである。そのため、アーク溶接を１枚の鋼板１１のみに対して行い、これにより図１Ｂに示されるようなアーク溶接金属１３を形成してもよい。一方、アーク溶接を２枚以上の鋼板１１に対して行い、これにより図２Ｂに示されるようなアーク溶接金属１３を形成してもよい。
レーザ溶接金属１２及びその周辺領域が焼戻される限り、アーク溶接を実施する場所、及びアーク溶接条件は特に限定されない。一般に、レーザ溶接金属１２とアーク溶接金属１３との距離が小さくなるほど、アーク溶接の際のレーザ溶接金属１２の最高加熱温度が上昇する。また、アーク溶接の際の入熱量が大きいほど、アーク溶接の際のレーザ溶接金属１２の最高加熱温度が上昇する。最高加熱温度が高いほど、レーザ溶接金属１２及びその周辺領域の焼戻し軟化量が大きくなる。ただし、最高加熱温度が高すぎると、レーザ溶接金属１２の再焼入れが生じ、レーザ溶接金属１２が硬化する。これらの事項を考慮しながら、アーク溶接を行う場所、及びアーク溶接の際の入熱量を適宜選択すればよい。
アーク溶接の好適な例は、アーク溶接の入熱量を１０００Ｊ／ｃｍ以上とし、重ね溶接継手１の厚さ方向から平面視したときに、レーザ溶接金属１２の縁と、アーク溶接金属１３の縁との最短距離を３．０ｍｍ以上１７．０ｍｍ以下とするように、アーク溶接位置を決定することである。
また、レーザ溶接金属１２とアーク溶接金属１３とが重なるようにアーク溶接位置を決定してもよい。この場合、レーザ溶接金属１２の縁とアーク溶接金属１３の縁との間隔は０ｍｍと定義する。レーザ溶接金属１２の再焼入れを十分に回避する観点から、レーザ溶接金属１２の縁と、アーク溶接金属１３の縁との間隔を０．７ｍｍ超とするように、アーク溶接位置を決定することが好ましい。アーク溶接の入熱量を１５００Ｊ／ｃｍ以上としてもよい。なお、アーク溶接の入熱量とは、アークの溶接ビードの単位長さ当たりのエネルギーである。入熱量Ｈは、アーク電圧Ｅ（Ｖ）、アーク電流Ｉ（Ａ）、及び溶接速度ν（ｃｍ／ｍｉｎ）を用いて、以下の式で計算することができる。
Ｈ＝６０ＥＩ／ν
他のアーク溶接の好適な条件例を以下に説明する。アーク溶接は、例えば、鉄製の溶接ワイヤを用いた消耗電極式のガスシールドアーク溶接、又はＣｕ合金のワイヤを用いたＭＩＧブレージングであるが、他のタイプのアーク溶接であってもよい。アーク溶接がＭＡＧ溶接である場合、例えばＡｒ＋ＣＯ２ガス、Ａｒ＋ＣＯ２＋Ｏ２ガス、及びＡｒ＋Ｏ２ガス等を、シールドガスとして用いればよい。アーク溶接が炭酸ガス溶接である場合は、ＣＯ２ガスをシールドガスとして用いれば良い。アーク溶接のワイヤは、ＹＧＷ１２～ＹＧＷ１７にある溶接ワイヤとすれば良い。高い継手強度が必要となる場合は、溶接金属の硬さが２８０～４８０程度となる高強度ワイヤを用いてもよい。また、ＧＡめっき鋼板のブローホールが問題となる場合は、亜鉛めっき鋼板に対応したワイヤを用いてもよい。なお、水素脆化による割れが溶接金属周辺に発生する場合は、ＳＵＳ３０９等のオーステナイト系ステンレス製のワイヤや２相ステンレス製ワイヤを用いても良い。溶接金属に拡散性水素吸収能力の高いオーステナイト組織を形成することで水素脆化による割れを抑制する。また、アーク溶接はパルス溶接、ショートアーク溶接、ＣＭＴ溶接のいずれでも良い。ＣＭＴ溶接は溶接部のスパッタが少ないため望ましい溶接法である。なお、シンクロフィード溶接、スーパーアクティブワイヤ溶接でも良い。これらの溶接法はメーカにより名称が異なるものの本質的にはＣＭＴと同じ溶接法である。
アーク溶接がＭＩＧブレージングである場合、シールドガスとして、例えばＡｒガス、又はＡｒに微量の酸化性ガスを含んだガスを用いることができる。ＭＩＧブレージングで用いられるワイヤは、例えばＣｕ－Ａｌ系ワイヤ、及びＣｕ－Ｓｉ系ワイヤ等とすることができる。アーク溶接金属１３によって継手強度を一層向上させることが必要な場合は、Ｃｕ－Ａｌ系のワイヤを用いてアーク溶接をすることが好ましい。
これにより、レーザ溶接金属からアーク溶接金属の側に０．７ｍｍ以内の領域Ａ１における最大硬さＨ１を、レーザ溶接金属からアーク溶接金属と反対の側に０．７ｍｍ以内の領域Ａ２における最大硬さＨ２より小さい値とすることができる。さらに、領域Ａ１における最大硬さＨ１と領域Ａ２における最大硬さＨ２との差ΔＨを２５ＨＶ以上とすることができる。Ｈ１とＨ２との差ΔＨは、好適には４０ＨＶ以上とする。このように、アーク溶接の熱を利用してレーザ溶接金属に硬度差を付与することで、レーザ溶接金属の靭性が向上して、特に接合界面での破断を抑制し、継手強度を向上させることができる。
アーク溶接とレーザ溶接との位置関係の例は、上述した重ね溶接継手１におけるアーク溶接金属１３とレーザ溶接金属１２との位置関係に準じる。即ち、図１Ａ等に例示された種々の形態が実現できるように、アーク溶接とレーザ溶接との位置関係を適宜設定すればよい。
また、本実施形態に係る重ね溶接継手１の製造方法では、重ね溶接継手１に含まれる複数の鋼板１１全てを、その一部において重ね合わせて、レーザ溶接してもよい。一方、重ね溶接継手１に含まれる鋼板１１の一部のみをレーザ溶接してもよい。この場合、レーザ溶接の対象外であった鋼板１１は、レーザ溶接された鋼板１１にアーク溶接すればよい。
従って、図２８Ｂに示されるように、本実施形態に係る重ね溶接継手１の製造方法は、アーク溶接工程Ｓ３の前に、レーザ溶接された２枚以上の鋼板１１に、１枚以上の鋼板１１を追加する工程Ｓ４を、さらに備えてもよい。そして、アーク溶接工程Ｓ３によって、レーザ溶接された２枚以上の鋼板１１と、レーザ溶接されていない鋼板１１とを接合してもよい。アーク溶接は、図１８に例示されるような重ね溶接継手１を得るための、重ねアーク溶接であってもよいし、図１９に例示されるような重ね継手とＴ継手との複合構造を得るための、突合せアーク溶接であってもよい。従って、鋼板１１を追加する工程Ｓ４において、アーク溶接の対象となる鋼板１１は、レーザ溶接された鋼板１１に重ね合わせられてもよいし、突合せられてもよい。部材の形状や製造ラインの構造に応じて、鋼板１１を追加する工程Ｓ４を、レーザ溶接工程Ｓ２の前に設けてもよい。ただし、この場合でも、アーク溶接工程Ｓ３はレーザ溶接工程Ｓ２の後に行われる必要がある。
なお、亜鉛めっき鋼板（合金化溶融亜鉛めっき鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板）を含んだ板組の場合、重ね面の亜鉛がアーク溶接の熱で蒸気して、ピット等の欠陥がアーク溶接金属に発生するケースがある。本工程では、レーザ溶接時の熱変形で重ね合わされた鋼板間に微小な隙間が形成するので、隙間から亜鉛蒸気が抜ける。そのため、アーク溶接時にピット等の欠陥は発生しづらい。しかしながら、隙間が形成しづらい構造を有する部品の製造にあたっては、ピット等の欠陥が発生しやすいケースも想定される。その場合は、鋼板の重ね面に小さい隙間（０．０３ｍｍ～１．０ｍｍ）が形成されるように、予めプレス成形工程を実施して、アーク溶接金属近傍の少なくとも１枚の鋼板に微小な突起部を設けても良い。
実施例により本発明の一態様の効果を更に具体的に説明する。ただし、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例に過ぎない。本発明は、この一条件例に限定されない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限り、種々の条件を採用し得る。
（実施例１）
２枚の同一の高強度鋼板を重ね合わせて、レーザ溶接した。次いで、これらの２枚の高強度鋼板をアーク溶接した。鋼板及び溶接条件の詳細は以下の通りである。
・高強度鋼板の板厚：１．６ｍｍ
・高強度鋼板の引張強さ：表１に記載の通り
・レーザ溶接でのレーザ形状：直径６．０ｍｍの円状
・レーザ溶接金属の形状：表１に記載の通り。「ＬＳＷ」とは、図２９Ａ及び図２９Ｂに記載されたレーザスクリュー溶接金属を意味し、「直線状」とは、図２９Ｃに記載された直線状のレーザ溶接金属を意味し、「ジグザグ状」とは、図２９Ｄに記載されたジグザグ状のレーザ溶接金属を意味し、「円周状」とは、図２９Ｅに記載された中空円状のレーザ溶接金属を意味する。
・アーク溶接の電流：８０Ａ
・アーク溶接の電圧：１５．６Ｖ
・アーク溶接の溶接速度：３０ｃｍ／ｍｉｎ
・アーク溶接のワイヤ：ＹＭ－２４Ｔ
・アーク溶接のシールドガス：Ａｒ＋２０％ＣＯ２
・アーク溶接金属の位置：表１に記載の通り。「上板にアーク溶接」とは、図２９Ａに示されるように、アーク溶接金属が上板のみに配されたことを意味し、「重ね面にアーク溶接」とは、図２９Ｂ～図２９Ｅに示されるように、アーク溶接金属が上板及び下板に配されたことを意味する。
上述の手順で得られた重ね溶接継手のレーザ溶接金属の硬さを、上述した方法で測定した。そして、レーザ溶接金属からアーク溶接金属の側に０．７ｍｍ以内の領域Ａ１における最大硬さＨ１と、レーザ溶接金属からアーク溶接金属と反対の側に０．７ｍｍ以内の領域Ａ２における最大硬さＨ２とを比較した。そして、領域Ａ１における最大硬さＨ１と領域Ａ２における最大硬さＨ２との差ΔＨも表に記載した。
さらに、これにより得られた種々の重ね溶接継手のレーザ溶接金属に、たがね試験を行った。たがね試験は、ＪＩＳ Ｚ ３１４４：２０１３「レーザ及びプロジェクション溶接部の現場試験方法」に準拠して実施して、破断形態をプラグ破断又は界面破断のいずれかに分類した。破断形態がプラグ破断であった重ね溶接継手は、継手強度に優れていると判断した。たがね試験結果を表１に記載した。
Figure 2024033955000002
領域Ａ１における最大硬さＨ１と領域Ａ２における最大硬さＨ２との差ΔＨが２５ＨＶ以上であった重ね溶接継手は、たがね試験によって生じた破断の形態がプラグ破断であった。これら重ね溶接継手は、優れた継手強度を有すると推定される。一方、ΔＨが２５未満であった重ね溶接継手では、レーザ溶接金属の強度が低く、界面破断が生じた。
（実施例２）
２枚の同一のホットスタンプ鋼板を重ね合わせて、レーザスクリュー溶接した。次いで、これらの２枚のホットスタンプ鋼板をアーク溶接した。鋼板及び溶接条件の詳細は以下の通りである。
・ホットスタンプ鋼板の板厚：１．６ｍｍ
・ホットスタンプ鋼板の引張強さ：２３５０ＭＰａ
・ホットスタンプ鋼板の化学成分：０．４５Ｃ－０．２Ｓｉ－０．６Ｍｎ－０．００８Ｐ－０．００２Ｓ－Ｃｒ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｂ
・レーザスクリュー溶接金属の径：約６ｍｍ
・アーク溶接の電流：８０Ａ
・アーク溶接の電圧：１５．６Ｖ
・アーク溶接の溶接速度：３０ｃｍ／ｍｉｎ
・アーク溶接のワイヤ：ＹＭ－２４Ｔ
・アーク溶接のシールドガス：Ａｒ＋２０％ＣＯ２
・レーザ溶接金属とアーク溶接金属との位置関係：表２に記載の通り
上述の手順で得られた重ね溶接継手のレーザ溶接金属の硬さを、上述した方法で測定した。さらに、レーザ溶接金属に上述のたがね試験を行った。評価結果を表２に記載した。
Figure 2024033955000003
領域Ａ１における最大硬さＨ１と領域Ａ２における最大硬さＨ２との差ΔＨが２５ＨＶ以上であった重ね溶接継手は、たがね試験によって生じた破断の形態がプラグ破断であった。これら重ね溶接継手は、優れた継手強度を有すると推定される。一方、ΔＨが２５未満であった重ね溶接継手では、レーザ溶接金属の強度が低く、界面破断が生じた。
（実施例３）
２枚の同一のホットスタンプ鋼板を重ね合わせて、レーザスクリュー溶接した。次いで、これらの２枚のホットスタンプ鋼板をアーク溶接した。鋼板及び溶接条件の詳細は以下の通りである。
・ホットスタンプ鋼板の板厚：１．６ｍｍ
・ホットスタンプ鋼板の引張強さ：１７８０ＭＰａ
・ホットスタンプ鋼板の化学成分：０．２９Ｃ－０．２Ｓｉ－１．８Ｍｎ－０．０１２Ｐ－０．００３Ｓ－Ｃｒ，Ｎｂ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｂ
・レーザスクリュー溶接金属の径：約６ｍｍ
・アーク溶接の電流：８０Ａ
・アーク溶接の電圧：１５．６Ｖ
・アーク溶接の溶接速度：３０ｃｍ／ｍｉｎ
・アーク溶接のワイヤ：ＹＭ－２４Ｔ、φ１．２ｍｍ
・アーク溶接のシールドガス：Ａｒ＋２０％ＣＯ２
・レーザ溶接金属とアーク溶接金属との位置関係：表３に記載の通り
上述の手順で得られた重ね溶接継手のレーザ溶接金属の硬さを、上述した方法で測定した。さらに、レーザ溶接金属に上述のたがね試験を行った。評価結果を表３に記載した。
Figure 2024033955000004
領域Ａ１における最大硬さＨ１と領域Ａ２における最大硬さＨ２との差ΔＨが２５ＨＶ以上であった重ね溶接継手は、たがね試験によって生じた破断の形態がプラグ破断であった。これら重ね溶接継手は、優れた継手強度を有すると推定される。一方、ΔＨが２５ＨＶ未満であった重ね溶接継手では、レーザ溶接金属の強度が低く、界面破断が生じた。
（実施例４）
２枚の同一のホットスタンプ鋼板を用いて、図３０に示されるハット部材を製造した。ハット部材のフランジ部をレーザスクリュー溶接した。そして、発明例においては、レーザスクリュー溶接金属及びその周辺領域を焼戻すようにアーク溶接金属を形成した。鋼板及び溶接条件の詳細は以下の通りである。
・ホットスタンプ鋼板の板厚：１．６ｍｍ
・ホットスタンプ鋼板の引張強さ：２０００ＭＰａ
・ホットスタンプ鋼板の化学成分：０．３４Ｃ－０．２Ｓｉ－１．３Ｍｎ－０．００８Ｐ－０．００１Ｓ－Ｃｒ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｂ
・レーザスクリュー溶接金属の径：約５．５ｍｍ
・レーザスクリュー溶接金属の中心間隔：５０ｍｍ
発明例のハット部材においては、レーザ溶接金属の縁とアーク溶接金属の縁との距離が５．０ｍｍとなるように、アーク溶接をした。アーク溶接金属の長さは３０ｍｍとし、８箇所でアーク溶接を実施した。一方、比較例のハット部材においては、レーザ溶接だけを実施した。さらにこれらのハット部材を１７０℃に加熱して２０分間保持した。これは、自動車用骨格部材に行われる電着塗装焼き付けの際の熱履歴に相当する。そして、これらのハット部材に３点曲げ試験を行った。図３０に記載の下方向の矢印で示される箇所が、曲げ荷重を加える位置である。また、曲げ荷重を加える際には、ハット部材の両端を、支持部材を用いて支持した。
曲げ試験結果である変位－荷重曲線を図３１に示す。下側の曲線が、レーザ溶接のみ行われた比較例の試験結果である。この比較例では、図３２Ｂの写真に示されるように、曲げ試験中にレーザ溶接金属の破断が生じた。曲線において、荷重が急激に落ち込んでいる箇所で、レーザ溶接金属の破断が生じた。一方、上側の曲線が、レーザ溶接金属及びその周辺領域を焼戻すようにアーク溶接金属を形成した発明例の試験結果である。この発明例では、図３２Ａの写真に示されるように、レーザ溶接金属の破断が生じず、高い部材性能が得られた。
１ 重ね溶接継手
１１ 鋼板
１１Ｈ 高強度鋼板
１１ＨＳ 高強度鋼板のレーザ溶接金属の重ね面
１１１ 重ね合わせ部
１２ レーザ溶接金属
１３ アーク溶接金属
２１ バンパーリンフォース
２２ フロアメンバー
２３ フロントサイドメンバー
２４ フロア
２５ Ｂピラーリンフォース
２６ サイドシルリンフォース
２７ サイドシル
２８ 結合部材
Ｐ アーク溶接金属の縁における、レーザ溶接金属に最も近い点
Ｑ レーザ溶接金属の縁における、アーク溶接金属に最も近い点
Ｌ 硬さ測定位置
ｔ 高強度鋼板の板厚
Ａ１ レーザ溶接金属からアーク溶接金属の側に０．７ｍｍ以内の領域
Ａ２ レーザ溶接金属からアーク溶接金属と反対の側に０．７ｍｍ以内の領域
Ｈ１ 領域Ａ１における最大硬さ
Ｈ２ 領域Ａ２における最大硬さ
ΔＨ Ｈ１とＨ２との差

Claims (16)

  1. 一部または全部が重ね合わせられた複数の鋼板と、
    ２枚以上の前記鋼板の重ね合わせ部を接合するレーザ溶接金属と、
    １枚以上の前記鋼板に形成されたアーク溶接金属と、
    を備える重ね溶接継手であって、
    前記レーザ溶接金属によって接合された前記鋼板のうち１枚以上が、引張強さ７８０ＭＰａ以上の高強度鋼板であり、
    前記重ね溶接継手の厚さ方向から平面視したときに、前記レーザ溶接金属の縁における、前記アーク溶接金属に最も近い点と、前記アーク溶接金属の縁における、前記レーザ溶接金属に最も近い点とを結ぶ直線を含み、且つ前記鋼板の前記重ね合わせ部に垂直な断面において、前記レーザ溶接金属によって接合された前記高強度鋼板の重ね面から前記高強度鋼板の板厚の１／４の深さの位置のビッカース硬さを、前記重ね面に沿って連続的に測定したとき、
    前記レーザ溶接金属から前記アーク溶接金属の側に０．７ｍｍ以内の領域における前記ビッカース硬さの最大値Ｈ１が、前記レーザ溶接金属から前記アーク溶接金属と反対の側に０．７ｍｍ以内の領域における前記ビッカース硬さの最大値Ｈ２より低く、
    前記最大値Ｈ１と前記最大値Ｈ２との差が２５ＨＶ以上である
    重ね溶接継手。
  2. 前記レーザ溶接金属がレーザスクリュー溶接金属であることを特徴とする請求項１に記載の重ね溶接継手。
  3. 前記断面において、前記最大値Ｈ１と前記最大値Ｈ２との差が４０ＨＶ以上であることを特徴とする請求項１に記載の重ね溶接継手。
  4. 前記鋼板のうち２枚以上が、前記レーザ溶接金属及び前記アーク溶接金属の両方により接合されていることを特徴とする請求項１に記載の重ね溶接継手。
  5. 前記重ね溶接継手の厚さ方向から平面視したときに、前記レーザ溶接金属の前記縁と、前記アーク溶接金属の前記縁との最短距離が３．０ｍｍ以上１７．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の重ね溶接継手。
  6. 前記重ね溶接継手の厚さ方向から平面視したときに、前記レーザ溶接金属の前記縁と、前記アーク溶接金属の前記縁との間隔が０．７ｍｍ超であることを特徴とする請求項１に記載の重ね溶接継手。
  7. 前記アーク溶接金属の幅が３．０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の重ね溶接継手。
  8. 前記鋼板の枚数が３枚以上であり、
    前記鋼板のうち１枚以上が、前記レーザ溶接金属の外部にあり、
    前記レーザ溶接金属の外部にある前記鋼板と、前記レーザ溶接金属によって接合された前記鋼板とが、前記アーク溶接金属によって接合されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の重ね溶接継手。
  9. 前記高強度鋼板の引張強さが１７００ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１に記載の重ね溶接継手。
  10. 請求項１～９のいずれか一項に記載の重ね溶接継手を有する自動車用骨格部材。
  11. 複数の鋼板の一部または全部を重ね合わせる工程と、
    前記鋼板の重ね合わせ部をレーザ溶接して、レーザ溶接金属を形成する工程と、
    １枚以上の前記鋼板をアーク溶接して、アーク溶接金属を形成する工程と、
    を備える重ね溶接継手の製造方法であって、
    レーザ溶接される前記鋼板のうち１枚以上を、引張強さ７８０ＭＰａ以上の高強度鋼板とし、
    前記アーク溶接の溶接熱によって、前記レーザ溶接金属及びその周辺領域を焼戻す
    重ね溶接継手の製造方法。
  12. 前記レーザ溶接をレーザスクリュー溶接とすることを特徴とする請求項１１に記載の重ね溶接継手の製造方法。
  13. 前記重ね溶接継手の厚さ方向から平面視したときに、前記レーザ溶接金属の縁と、前記アーク溶接金属の縁との間隔を０．７ｍｍ超とする
    ことを特徴とする請求項１１に記載の重ね溶接継手の製造方法。
  14. 前記アーク溶接の入熱量を１０００Ｊ／ｃｍ以上とし、
    前記重ね溶接継手の厚さ方向から平面視したときに、前記レーザ溶接金属の縁と、前記アーク溶接金属の縁との最短距離を３．０ｍｍ以上１７．０ｍｍ以下とする
    ことを特徴とする請求項１１に記載の重ね溶接継手の製造方法。
  15. 前記重ね溶接継手の製造方法が、前記アーク溶接の前に、
    前記レーザ溶接された２枚以上の前記鋼板に、１枚以上の鋼板を追加する工程
    を、さらに備え、
    前記アーク溶接によって、前記レーザ溶接された２枚以上の前記鋼板と、前記レーザ溶接されていない前記鋼板とを接合する
    ことを特徴とする請求項１１に記載の重ね溶接継手の製造方法。
  16. 前記高強度鋼板の引張強さを１７００ＭＰａ以上とする
    ことを特徴とする請求項１１～１５のいずれか一項に記載の重ね溶接継手の製造方法。
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