JP2024160780A - レーザ溶接継手及び自動車用部材 - Google Patents

Abstract

【課題】水素脆化による割れを抑制できるレーザ溶接継手と自動車用部材を提供する。
【解決手段】少なくとも１つの高強度鋼材２０と、少なくとも１つの低強度鋼材１０と、前記高強度鋼材２０と前記低強度鋼材１０とを接合する溶接金属１００とを備えるレーザ溶接継手１であって、前記高強度鋼材２０の引張強度が９８０ＭＰａ以上であり、前記低強度鋼材１０の引張強度が９８０ＭＰａ未満であり、前記溶接金属１００の終端部１０１を、前記溶接金属１００の延在方向に沿って前記溶接金属１００の末端から１０ｍｍまでの範囲としたとき、前記溶接金属１００の前記終端部１０１は、前記低強度鋼材１０のみに接することを特徴とするレーザ溶接継手１とこれを用いた自動車用部材を提供する。
【選択図】図３

Description

本発明は、レーザ溶接継手及び自動車用部材に関する。

レーザ溶接継手は、複数の鋼材を重ね合わせたり鋼材の端部同士を突き合わせたりする等して配置し、接合部にレーザビームを照射し、レーザビームを照射した部位の鋼材やフィラーを溶融させ、溶融した金属を凝固させて溶接金属を形成することで作製され、複数の鋼材が溶接金属によって接合された構造を有する。

自動車の軽量化によるＣＯ_２排出量の削減や衝突安全性の向上には高強度鋼材の適用やレーザ溶接を用いた連続溶接が有効である。しかし、高強度鋼材をレーザ溶接によって接合すると、溶接金属の終端部のクレータに生じる凝固割れを起点として水素脆化による割れ（低温割れや水素脆化割れとも称する）が生じることがある。
例えば、自動車の車体の強度及び剛性の向上を目的として近年用いられている９８０ＭＰａ以上の高強度鋼材のレーザ溶接部には炭素が多く含まれるため、溶接金属が硬化しやすく、溶接金属の終端部に水素脆化による割れが発生しやすいという問題がある。このような割れが発生すると、主に直線状に形成される溶接金属の全長に亘って割れが伝播するため、溶接継手のせん断強度や剥離強度といった静的強度が低下するだけでなく、疲労強度も著しく低下することになる。

溶接プロセスにおける割れ防止策としては、例えば特許文献１のように、溶接終端部の形状をＪ字状とすることで、溶接割れを抑制できることが報告されているが、Ｊ字状を実現できるフランジ幅が必要になり、部材が重くなってしまうという問題がある。また特許文献２のように、溶接後に絶対湿度を低く保った環境下で、再度レーザを照射することで、低温割れの原因の一つである拡散性水素を積極的に抜く方法が報告されているが、２回の照射が必要となり、コストアップとなってしまう。

国際公開第２０２０／１９４６６９号 日本国特開２０１２－２４００８３号公報

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、水素脆化による割れを抑制できるレーザ溶接継手と自動車用部材を提供することを課題とする。

（１）本発明の一態様に係るレーザ溶接継手は、
少なくとも１つの高強度鋼材と、少なくとも１つの低強度鋼材と、前記高強度鋼材と前記低強度鋼材とを接合する溶接金属とを備えるレーザ溶接継手であって、
前記高強度鋼材の引張強度が９８０ＭＰａ以上であり、
前記低強度鋼材の引張強度が９８０ＭＰａ未満であり、
前記溶接金属の終端部を、前記溶接金属の延在方向に沿って前記溶接金属の末端から１０ｍｍまでの範囲としたとき、前記溶接金属の前記終端部は、前記低強度鋼材のみに接することを特徴とする。
（２）上記（１）に記載のレーザ溶接継手は、
前記高強度鋼材が切欠きを有し、前記終端部の少なくとも一部が前記切欠きの内部に位置してもよい。
（３）上記（１）に記載のレーザ溶接継手は、
前記高強度鋼材が孔を有し、前記終端部が前記孔の内部に位置してもよい。
（４）本発明の一態様に係る自動車用部材は、上記（１）から（３）のいずれか１項に記載のレーザ溶接継手を用いる。

本発明に係るレーザ溶接継手と自動車用部材によれば、水素脆化による割れを抑制できる。

溶接金属の終端部を説明するための概略的な平面図である。 図１の溶接金属の中心線に沿って断面視した概略的な切断部端面図である。 切欠きを有する高強度鋼材を備える重ね合わせレーザ溶接継手の一例を説明するための概略的な平面図である。 図３のレーザ溶接継手を断面線Ａ－Ａで切断した切断部端面図である。 図３のレーザ溶接継手を断面線Ｂ－Ｂで切断した切断部端面図である。 切欠きを有する高強度鋼材を備える重ね合わせレーザ溶接継手の他の例を説明するための概略的な平面図である。 図６のレーザ溶接継手を断面線Ａ－Ａで切断した切断部端面図である。 図６のレーザ溶接継手を断面線Ｂ－Ｂで切断した切断部端面図である。 孔を有する高強度鋼材を備えるレーザ溶接継手の一例を説明するための概略的な平面図である。 図９のレーザ溶接継手を断面線Ａ－Ａで切断した切断部端面図である。 重ね合わせレーザ溶接継手の他の例を説明するための概略的な平面図である。 切欠きを有する高強度鋼材を備える重ねすみ肉レーザ溶接継手の一例を説明するための概略的な平面図である。 図１２のレーザ溶接継手を断面線Ａ－Ａで切断した切断部端面図である。 図１２のレーザ溶接継手を断面線Ｂ－Ｂで切断した切断部端面図である。 重ねすみ肉レーザ溶接継手の他の例を説明するための概略的な平面図である。

現在、凝固割れに起因する水素脆化が生じる鋼材は、Ｃ量やＳｉ量の多い超ハイテン材等が挙げられるが、自動車全体でみると使用量は多くない。また相手材は、自動車の特性から水素脆化のリスクの低い軟鋼や９８０ＭＰａ程度までのミドルハイテンとなることがほとんどである。また自動車部材ではスポット溶接の打点の配置などの制約から一部を切り欠くことが頻繁に行われる。
そこで、本発明者らは、水素脆化割れのリスクのある超ハイテン材とリスクの低い鋼材との重ね合わせによるレーザ溶接において、超ハイテン材を切り欠く等してレーザ溶接部の終端部を超ハイテン材を含まない位置に配置することで、凝固割れ起因の水素脆化を回避した自動車部材を作製することができるという知見を得た。

以下、本発明の実施形態について例を挙げて説明するが、本発明は以下で説明する例に限定されないことは自明である。以下の説明では、具体的な数値や材料を例示する場合があるが、本発明の効果が得られる限り、他の数値や材料を適用してもよい。また、以下の実施形態の各構成要素は、互いに組み合わせることができる。
また本明細書中において、「～」を用いて表される数値範囲は、「～」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。本明細書中において、「工程」との用語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。

なお、以下の実施形態では、鋼材とは、鋼板、鋼板を平板以外の形状に機械加工した部品、異種の鋼板同士を接合した鋼板を含む。

［レーザ溶接継手］
本実施形態に係るレーザ溶接継手は、複数の鋼材と、複数の鋼材を接合する溶接金属とを備える、レーザ溶接継手である。
レーザ溶接継手は、複数の鋼材を重ね合わせて配置し、接合部にレーザビームを照射し、レーザビームを照射した部位の鋼材やフィラー（溶加材）を溶融させ、溶融した金属を凝固させて溶接金属を形成することで作製され、複数の鋼材が溶接金属によって接合された構造を有する。

レーザ溶接継手の形状は特に限定されず、例えば、複数の鋼材を重ね合わせて配置し、重ね合わせられた鋼材の板面にレーザを照射してレーザ溶接部を形成する重ね合わせレーザ溶接継手や複数の鋼材を重ね合わせて配置し、重ね合わせられた鋼材のうちの１つの鋼材の端面と隣り合う鋼材の板面との間にレーザ溶接部を形成する重ねすみ肉レーザ溶接継手などが挙げられる。

本実施形態のレーザ溶接継手では、少なくとも１つの高強度鋼材と、少なくとも１つの低強度鋼材とを備える。
鋼材の数は特に限定されず、２以上の任意の数とすることができる。

［高強度鋼材］
高強度鋼材は、引張強度が９８０ＭＰａ以上である鋼材である。鋼材の引張強度は引張試験により測定する。具体的には、ＪＩＳ Ｚ２２４１に準拠して、例えばＪＩＳ５号で規定される形状の試験片を鋼材から採取し、引張試験装置によって測定する。この測定を３箇所行い、その算術平均の値を高強度鋼材の引張強度として規定する。

高強度鋼材の化学組成が、Ｃ（炭素）：０．１～０．７質量％、Ｓｉ（シリコン）：０．３～２．０質量％、Ｍｎ（マンガン）：１．０～４．０質量％、Ｎ（窒素）：０．００～０．０５質量％、Ｏ（酸素）：０．００～０．０３質量％、及びＰ（リン）及びＳ（硫黄）：合計０．００１～０．０５０質量％、Ｔｉ：０．００１～０．１質量％、Ｎｂ：０．００１～０．１質量％、Ｃｒ：０．００１～０．１質量％、Ｍｏ：０．００１～０．１質量％、Ａｌ（アルミニウム）：０．０１～１．００質量％、Ｃｕ：０．００１～０．１質量％、Ｖ：０．００１～０．１質量％、Ｂ：０．０００１～０．０１質量％を含有し、残部がＦｅ（鉄）および不純物を含んでもよい。このような化学組成を有する鋼材は、高い強度を有するので、レーザ溶接継手に優れた強度を付与することができるためより好ましい。

本実施形態に係るレーザ溶接継手では、レーザ溶接継手の強度を高める観点からは、高強度鋼材の引張強度は高いほど好ましい。高強度鋼材の引張強度は、１１００ＭＰａ以上、又は１３００ＭＰａ以上であってもよい。

［低強度鋼材］
低強度鋼材は、引張強度が９８０ＭＰａ未満である鋼材である。低強度鋼材の引張強度は上述のような高強度鋼材と同様の手法で測定する。

低強度鋼材の化学組成が、Ｃ（炭素）：０．００１～０．１４０質量％、Ｓｉ（シリコン）：０．０１～０．５０質量％、Ｍｎ（マンガン）：０．１～２．０質量％、Ｎ（窒素）：０．００～０．０５質量％、Ｏ（酸素）：０．００～０．０３質量％、及びＰ（リン）及びＳ（硫黄）：合計０．００１～０．０５０質量％、Ｔｉ：０．００１～０．１質量％、Ｎｂ：０．００１～０．１質量％、Ｃｒ：０．００１～０．１質量％、Ｍｏ：０．００１～０．１質量％、Ａｌ（アルミニウム）：０．０１～０．５０質量％、Ｃｕ：０．００１～０．１質量％、Ｖ：０．００１～０．１質量％、Ｂ：０．０００１～０．０１質量％を含有し、残部がＦｅ（鉄）および不純物を含んでもよい。このような化学組成を有する鋼材は、加工性に優れるためより好ましい。

複数の鋼材は、レーザ溶接継手の母材である。溶接金属によって接合される部位の鋼材の厚さは、レーザ溶接に適したものである限り特に限定されないが、本実施形態のレーザ溶接継手では、高強度鋼材の厚さは、０．８～３．２ｍｍであることが車体軽量化の観点から好ましい。一方、低強度鋼材の厚さは、０．４～３．２ｍｍであることが好ましい。これは、低強度鋼材の厚さが０．４ｍｍよりも薄くなると低強度鋼材のみ溶融した場合に欠陥が発生する可能性があるためである。また、低強度鋼材の厚さが３．２ｍｍを超えると車体軽量化効果が小さくなる。

［溶接金属］
溶接金属は、レーザ溶接時にレーザビームの照射によって鋼材等が溶融・凝固した部位であり、溶接部の一部で、溶接中に溶融凝固した金属である。レーザ溶接時にフィラーを用いる場合には、溶接金属の材料の供給源は接合される複数の鋼材とフィラーである。
鋼材にめっきが施されている場合や酸化スケール付きの鋼材を用いる場合には、めっきの成分や酸化スケールも溶融し、溶接金属を構成する材料となる。溶接金属には、これらの供給源からの元素の他に、空気中の酸素や窒素が取り込まれ、また不可避的な不純物が取り込まれることがある。

図１に、溶接金属１００の終端部近傍の概略的な平面図を示す。図１では、鋼材２に溶接金属１００がレーザ溶接によって形成された例を示す。図１は、Ｚ座標軸の正方向側からレーザ溶接継手１を見た概略的な平面図である。図１の例では、溶接金属１００はＹ座標軸に沿って延在するように形成されている。
図１の例は、Ｚ座標軸の正方向側からレーザビームを照射して溶接金属１００を形成した例である。溶接金属１００を形成する際のレーザビームの進行方向はＹ座標軸の正方向である。通常、溶接金属１００の終端部１０１にはクレータ１０２の最凹部Ｐが存在している。クレータ１０２の最凹部Ｐとは、クレータ１０２における最も凹みが深い箇所を指す。

また図２に、図１の溶接金属１００の中心線Ｃに沿って断面視した溶接金属１００の終端部１０１近傍の概略的な切断部端面図を示す。図１の溶接金属１００の中心線ＣはＹ座標軸と平行であり、図２における切断面はＹ座標軸及びＺ座標軸と平行である。
なお、図１および図２のＸ座標軸、Ｙ座標軸、Ｚ座標軸はそれぞれが互いに直交する。

本実施形態のレーザ溶接継手では、溶接金属１００の終端部１０１は、溶接金属１００に沿って、溶接金属１００の末端１００ｅから１０ｍｍまでの範囲とする。

溶接金属１００の末端１００ｅは、レーザ溶接の終了位置における溶接金属１００と鋼材２との境界である。溶接金属１００の末端１００ｅは、溶接金属１００の外周と中心線Ｃとの終端部１０１側の交点とも換言できる。
レーザ溶接の終了位置は、レーザ溶接によって生じるクレータやビードの流れから判断することができる。一般的に、レーザ溶接においては、レーザビームの進行方向と反対の方向に、溶融金属の流れが生じる。そのため、通常、レーザ溶接によって形成された溶接金属（ビードとも称する）の終端部および終端部近傍には、クレータと呼ばれる凹みが生じる。レーザ溶接によって形成された溶接金属の終端部は、溶接金属の最終凝固部であり、この部位では最も溶融金属が不足するため、クレータの最凹部が形成される。

溶接金属と鋼材との境界は表面から目視観察によって確認することができる。

なお、レーザ照射により加熱される範囲はレーザのスポット（照射範囲）よりも広範囲であるため、レーザ溶接の終了位置は、溶接金属の末端と一致するわけではない。

本実施形態のレーザ溶接継手では、溶接金属の終端部が、低強度鋼材のみに接している。

溶接金属の終端部が低強度鋼材のみに接するとは、例えば、図３等に例示するように、溶接金属の終端部が低強度鋼材の板面上に位置し、この板面に垂直な方向からの平面視において溶接金属の終端部が存在する範囲に高強度鋼材が配置されていない状態を意味する。あるいは、溶接金属の終端部が低強度鋼材のみに接するとは、後述する図８に示すように、溶接金属の終端部が低強度鋼材の板面上に位置し、この板面に垂直な方向からの平面視において溶接金属の終端部が存在する範囲に高強度鋼材が配置されていたとしても、この高強度鋼材がレーザ照射によって溶融されずに、低強度鋼材のみが溶融・凝固されて溶接金属の終端部を形成している状態を意味する。ただし、溶接にフィラーを用いる場合は、低強度鋼材およびフィラーが溶融・凝固されて溶接金属の終端部を形成することを含む。

以下に、溶接金属の終端部が、低強度鋼材のみに接している状態を説明する。なお、以下の例では、鋼板を例に挙げて説明する。

本実施形態のレーザ溶接継手では、高強度鋼板が切欠きを有し、終端部の少なくとも一部が切欠きの内部に位置してもよい。
切欠きとは、鋼板端部をＶ字やＵ字状に除去した除去部であってもよく、除去する部分の形状は特に限定されない。

図３に、切欠きを有する高強度鋼板の一例を示す。図３は、低強度鋼板１０の上に切欠き２１を有する高強度鋼板２０が重ねられ、これらの鋼板を接合する溶接金属が形成された状態を説明するための概略的な平面図である。
図３は、Ｚ座標軸の正方向側からレーザ溶接継手１を見た概略的な平面図である。図３の例では、溶接金属１００はＹ座標軸に沿って延在するように形成されている。図３は、重ね合わせレーザ溶接継手の一例である。

図３の例は、Ｚ座標軸の正方向側からレーザビームを照射して溶接金属１００を形成した例である。溶接金属１００を形成する際のレーザビームの進行方向はＹ座標軸の正方向である。図３の例では、溶接金属１００の終端部１０１が切欠き２１の内部に位置している。

図４は、図３のレーザ溶接継手１を断面線Ａ－Ａで切断した切断部端面図である。図４に示すように、溶接金属１００の終端部１０１から離れた箇所（定常部とも称する）では、低強度鋼板１０と高強度鋼板２０が溶接金属１００によって接合されている。

図５は、図３のレーザ溶接継手１を断面線Ｂ－Ｂで切断した切断部端面図である。図５に示すように、溶接金属１００の終端部１０１が存在する箇所では、切欠き２１が形成されていることにより、高強度鋼板２０が重ね合わせられていない。従って、溶接金属１００の終端部１０１は、低強度鋼板１０のみに接する。

切欠き２１の端面２１Ａは高強度鋼板２０の端面２０Ａと連続している。
このような切欠きを有していることで、低強度鋼板と高強度鋼板を接合する溶接金属の定常部の延長線上に溶接金属の終端部を配置することができ、溶接スペースを小さくできる。

なお、上記のような切欠きではなくとも、高強度鋼板の板面側から見た際に端部に凹部が形成され、終端部の少なくとも一部がこのような凹部の内部に位置していてもよい。

図４の例では、低強度鋼板１０及び高強度鋼板２０の板厚方向の全体に亘って溶接金属１００が形成されている。しかし、重ね合わせレーザ溶接継手における溶接金属１００の溶け込み深さは図４の例に限定されず、例えば、低強度鋼板１０の板厚方向の全体に亘って溶接金属１００が形成され、高強度鋼板２０の一方の板面（低強度鋼板１０側の板面）から他方の板面へ向けて、板厚方向の途中まで溶接金属１００が形成されていてもよい。なお、この場合は、低強度鋼板１０側から（図３でいうＺ座標軸の負方向側から）レーザビームを照射して溶接金属１００を形成する。

次に、図３に示すレーザ溶接継手に、さらに高強度鋼板を重ねた例を説明する。図６に示すレーザ溶接継手１では、図６のＺ座標軸の正方向に、さらなる高強度鋼板３０、低強度鋼板１０、切欠き２１を有する高強度鋼板２０の順に重ね合わせられている。そのため、Ｚ座標軸の正方向側からレーザ溶接継手１を見た図６の状態では、図３と同様に見える。

図７は、図６のレーザ溶接継手１を断面線Ａ－Ａで切断した切断部端面図である。図７に示すように、溶接金属１００の終端部１０１から離れた箇所（定常部とも称する）では、低強度鋼板１０、高強度鋼板２０及び高強度鋼板３０が溶接金属１００によって接合されている。

図８は、図６のレーザ溶接継手１を断面線Ｂ－Ｂで切断した切断部端面図である。図６に示すように、溶接金属１００の終端部１０１が存在する箇所では、高強度鋼板２０が重ね合わせられていないが、高強度鋼板３０が重ね合わせられている。しかし、図８に示すように、溶接金属１００の終端部１０１では低強度鋼板１０のみが溶融・凝固して溶接金属が形成されている。従って、溶接金属１００の終端部１０１は、低強度鋼板１０のみに接する。

本実施形態のレーザ溶接継手では、高強度鋼板が孔を有し、終端部が孔の内部に位置してもよい。
孔とは、高強度鋼板の端面から離隔されて設けられた箇所を意味する。すなわち、孔を構成する高強度鋼板の端面は、高強度鋼板の外形を構成する端面とは区別される。孔の形状は特に限定されず、真円、楕円、矩形、三角形等、溶接金属の終端部が収まる大きさであればよい。孔は鋼板の一部を除去した除去部であってもよい。

図９に、孔を有する高強度鋼板の一例を示す。図９は、低強度鋼板１０の上に孔２３を有する高強度鋼板２０が重ねられ、これらの鋼板を接合する溶接金属が形成された状態を説明するための概略的な平面図である。
図９は、Ｚ座標軸の正方向側からレーザ溶接継手１を見た概略的な平面図である。図９の例では、溶接金属１００はＹ座標軸に沿って延在するように形成されている。図９は、重ね合わせレーザ溶接継手の一例である。

図９の例は、Ｚ座標軸の正方向側からレーザビームを照射して溶接金属１００を形成した例である。溶接金属１００を形成する際のレーザビームの進行方向はＹ座標軸の正方向である。図９の例では、溶接金属１００の終端部１０１が孔２３の内部に位置（孔２３を構成する高強度鋼板の端面を２３Ａとする）している。

図１０は、図９のレーザ溶接継手１を断面線Ａ－Ａで切断した切断部端面図である。図１０に示すように、溶接金属１００の終端部１０１から離れた箇所（定常部とも称する）では、低強度鋼板１０と高強度鋼板２０が溶接金属１００によって接合されている。

図９のレーザ溶接継手１を断面線Ｂ－Ｂで切断した場合の切断部端面図は、図５と同様の図となるため省略する。

孔の内部に終端部を位置させることで、強度や剛性といった継手強度の力学特性を維持することができる。

図１１を用いて、上述した切欠きや孔を有さなくとも、溶接金属の終端部が低強度鋼板のみに接している状態を説明する。
図１１は、低強度鋼板１０の上に高強度鋼板２０が重ねられ、これらの鋼板を接合する溶接金属が形成された状態を説明するための概略的な平面図である。
図１１は、Ｚ座標軸の正方向側からレーザ溶接継手１を見た概略的な平面図である。図１１の例では、溶接金属１００はＹ座標軸に沿って延在する箇所と、Ｙ座標軸に対して角度を有するように延在する箇所とを有するように形成されている。図１１は、重ね合わせレーザ溶接継手の一例である。

図１１の例は、Ｚ座標軸の正方向側からレーザビームを照射して溶接金属１００を形成した例である。溶接金属１００を形成する際のレーザビームの進行方向は、途中までＹ座標軸の正方向であるが、途中からＸ座標軸の正方向にも進んでいる。そのため、図１１の例では、溶接金属１００の終端部１０１が高強度鋼板２０上から逸れて、低強度鋼板１０上に位置している。

図１１のレーザ溶接継手１を断面線Ａ－Ａで切断した場合の切断部端面図は、図４と同様の図となるため省略する。また、図１１のレーザ溶接継手１を断面線Ｂ－Ｂで切断した場合の切断部端面図は、図５と同様の図となるため省略する。

なお、図１１の例では、レーザ溶接の進行方向を途中で変更することで、溶接金属１００の終端部１０１が低強度鋼板１０上にのみ位置する例を示した。しかし、溶接金属１００の形状はこの例に限定されず、溶接金属１００の形状が鋼板の板面上で滑らかに湾曲することで、溶接金属１００の終端部１０１が低強度鋼板１０上にのみ位置するようにしてもよい。あるいは、溶接金属１００を、高強度鋼板２０の端面に対して角度を有するように直線状に形成することで、溶接金属１００の終端部１０１が低強度鋼板１０上にのみ位置するようにしてもよい。

上記のように、溶接金属１００の形状を調整することで、溶接金属１００の終端部１０１が低強度鋼板１０のみに接している状態とすることができるため、切欠きや穴を形成するために工数を増やすことなくレーザ溶接継手を製造することができる。

図１２に、切欠きを有する高強度鋼板と低強度鋼板をレーザ溶接により接合する重ねすみ肉レーザ溶接継手の例を示す。図１２は、低強度鋼板１０の上に切欠き２１を有する高強度鋼板２０が重ねられ、これらの鋼板を接合する溶接金属が、高強度鋼板２０の端面２０Ａと低強度鋼板１０の板面１０ａの間に形成された状態を説明するための概略的な平面図である。
図１２は、Ｚ座標軸の正方向側からレーザ溶接継手１を見た概略的な平面図である。図１２の例では、溶接金属１００はＹ座標軸に沿って延在するように形成されている。

図１２の例は、Ｚ座標軸の正方向側からレーザビームを照射して溶接金属１００を形成した例である。溶接金属１００を形成する際のレーザビームの進行方向はＹ座標軸の正方向である。図１２の例では、溶接金属１００の終端部１０１が低強度鋼板１０上に位置している。

図１３は、図１２のレーザ溶接継手１を断面線Ａ－Ａで切断した切断部端面図である。図１３に示すように、溶接金属１００の終端部１０１から離れた箇所（定常部とも称する）では、低強度鋼板１０と高強度鋼板２０が溶接金属１００によって接合されている。
図１３の例では、高強度鋼板２０の端面２０Ａにおいて、高強度鋼板２０の板厚方向の全体に亘って溶接金属１００が形成され、低強度鋼板１０の一方の板面１０ａから他方の板面１０ｂへ向けて、板厚方向の途中まで溶接金属１００が形成されている。なお、低強度鋼板１０の板面１０ａから板面１０ｂへ向けて、板厚方向全体に亘り溶接金属１００が形成されていてもよい。

図１４は、図１２のレーザ溶接継手１を断面線Ｂ－Ｂで切断した切断部端面図である。図１４に示すように、溶接金属１００の終端部１０１が存在する箇所では、切欠き２１が形成されていることにより、高強度鋼板２０が重ね合わせられていない。

切欠き２１の端面２１Ａは高強度鋼板２０の端面２０Ａと連続している。切欠きの形態は、上述のような重ね合わせレーザ溶接継手の場合と同様である。
このような切欠きを有していることで、低強度鋼板と高強度鋼板を接合する溶接金属の定常部の延長線上に溶接金属の終端部を配置することができ、溶接スペースを小さくできる。

また、重ねすみ肉レーザ溶接継手の場合にも、図１５に示すように、溶接金属１００の終端部１０１を低強度鋼板１０上に位置するようにできる。

図１５は、低強度鋼板１０の上に高強度鋼板２０が重ねられ、これらの鋼板を接合する溶接金属１００が、高強度鋼板２０の端面２０Ａと低強度鋼板１０の板面１０ａの間に形成された状態を説明するための概略的な平面図である。
図１５は、Ｚ座標軸の正方向側からレーザ溶接継手１を見た概略的な平面図である。図１５の例では、溶接金属１００はＹ座標軸に沿って延在する箇所と、Ｙ座標軸に対して角度を有するように延在する箇所とを有するように形成されている。図１５は、重ねすみ肉レーザ溶接継手の一例である。

図１５の例は、Ｚ座標軸の正方向側からレーザビームを照射して溶接金属１００を形成した例である。溶接金属１００を形成する際のレーザビームの進行方向は、途中までは高強度鋼板２０の端面２０Ａに沿っているが、途中から高強度鋼板２０の端面２０Ａを離れている。

図１５のレーザ溶接継手１を断面線Ａ－Ａで破断した場合の切断部端面図は、図１３と同様の図となるため省略する。また、図１５のレーザ溶接継手１を断面線Ｂ－Ｂで破断した場合の切断部端面図は、図１４と同様の図となるため省略する。

なお、図９～図１５の例では、低強度鋼板１０と高強度鋼板２０が重ね合わせられた例を説明したが、さらに高強度鋼板が重ねられていたとしても、図８のように、溶接金属の終端部において低強度鋼板のみを溶融・凝固して溶接金属が形成されている状態であれば、本実施形態に係る効果を奏することができる。

また、上述した低強度鋼板１０と高強度鋼板２０に、さらに低強度鋼板が重ね合わせられている場合には、溶融金属の終端部において、低強度鋼板同士が溶融して接合されていても、水素脆化による割れが生じず、本実施形態に係る効果を奏することができる。これは、溶接金属の終端部において、水素脆化の原因となる高強度鋼板を含まないためである。

本実施形態のレーザ溶接継手では、溶接金属の末端が、溶接金属の末端から最も近い高強度鋼材の端面から２０ｍｍ以下の範囲にあることがより好ましい。溶接金属の末端が、溶接金属の末端から最も近い高強度鋼材の端面から２０ｍｍ以下の範囲から外れるためには、低強度鋼材のサイズを大きくしたり、高強度鋼材に設けた切欠きや孔のサイズを大きくしたりする必要がある。しかし、低強度鋼材のサイズを大きくすると高強度鋼材を用いる軽量化のメリットが相殺される。また、高強度鋼材に設けた切欠きや孔のサイズを大きくすると加工費用が増加する。以上のことから、溶接金属の末端は、溶接金属の末端から最も近い高強度鋼材の端面から２０ｍｍ以下の範囲にあることがより好ましい。
本実施形態のレーザ溶接継手では、溶接金属の末端は鋼材の板面上に位置し、鋼材の端面までは延在していない。

本発明により、クレータに生じる凝固割れ起因の水素脆化割れが生じない高強度鋼材のレーザ溶接継手が作製可能となった．

上述の例において、レーザ溶接によって形成される溶接金属１００の幅や長さは特に限定されず、所望の継手強度や接合する鋼材の形状に適宜合わせるように設計すればよい。また、溶接金属１００は直線形状に限られず、例えば、鋼材の板面で湾曲、屈曲していてもよい。

レーザ溶接によって形成される溶接金属を含む溶接部は、溶け込み深さに比べて溶融幅が狭い特徴があり、アーク溶接のように表面溶融幅が広い溶接部とは区別できる。具体的には、溶け込み深さが溶融幅（表裏面ともに溶融している場合は広い側）に対して、１．５倍以上であればレーザ溶接によって形成される溶接金属を含む溶接部とみなす。ただし、ここで言う、溶け込み深さと溶接幅は、それぞれ高強度鋼材と低強度鋼材とが重ね合わされて接合された箇所で測定される。

本実施形態に係るレーザ溶接継手では、複数の鋼材の表面処理については、特に限定されないが、複数の鋼材の少なくとも一つがめっき鋼材であることがより好ましい。めっき鋼材であることで、鋼材の耐食性が向上するという利点がある。めっき鋼材は、アルミ系めっき鋼材や亜鉛系めっき鋼材などが挙げられる。特に、亜鉛系めっきは、化学組成として、Ａｌを含まないため、溶接金属の化学組成を制御しやすいという利点がある。めっきの例として、ＧＩめっき、ＧＡめっき、ＥＧめっき、Ｚｎ－Ｎｉめっき、Ｚｎ－Ｍｇめっき等が挙げられる。また、これらのめっき鋼材は、ホットスタンプ処理されたものであってもよい。

複数の鋼材全てがめっき鋼材であってもよく、複数の鋼材のうちで任意の鋼材がめっき鋼材であってもよい。

［レーザ溶接継手の製造方法］
以下に、本実施形態に係るレーザ溶接継手の製造方法を説明する。この製造方法によれば、本実施形態に係るレーザ溶接継手を好適に製造することができる。しかし、以下に説明する製造方法以外の方法で得られたレーザ溶接継手であっても、上述の要件を満たす限り、本実施形態に係るレーザ溶接継手とみなされることは自明である。

本実施形態に係るレーザ溶接継手の製造方法は、
複数の鋼材を準備する工程（Ｓ１：準備工程）と、
複数の鋼材を配置する工程（Ｓ２：配置工程）と、
複数の鋼材を接合するための溶接金属を形成するレーザ溶接工程（Ｓ３：レーザ溶接工程）と、を含む。

準備工程では、接合する鋼材を準備する。接合する鋼材の厚さや化学組成などは、上述の実施形態のものを採用できる。

高強度鋼材については、上述した切欠き又は孔を有するものを準備してもよい。例えば、プレス成形品では、予め切欠きなどを設けることができる。あるいは、レーザ切断や機械加工などでの加工によって高強度鋼材の一部を除去して切欠き又は孔を形成してもよい。切欠きや孔を設けることで、鋼板の板組を大きくずらしたり、レーザ溶接部を屈曲するように制御したりしなくても、溶接金属の終端部を高強度鋼材が重ね合わされていない箇所に設けることができる。

配置工程では、上記の準備工程で準備した鋼材同士を所定の位置に配置する。配置工程では、製造する製品の形状に合わせ、上述した、重ね合わせレーザ溶接継手や重ねすみ肉レーザ溶接継手などを構成するように、適宜鋼材が配置される。

レーザ溶接工程では、上記の配置工程で配置された複数の鋼材にレーザ溶接を施す。レーザ溶接工程では、鋼材に対してレーザビームを照射することで複数の鋼材を溶融し、溶融した金属が複数の鋼材の間で凝固して溶接金属を形成することで、複数の鋼材同士を接合する。

レーザ溶接工程では、フィラーを供給してレーザ溶接を施すことで、溶接金属を形成してもよい。フィラーとは、例えばソリッドワイヤ、およびフラックス入りワイヤ等のフィラーワイヤである。本実施形態において、溶接金属とは溶接部の一部であって、溶接中に溶融凝固した金属を意味する。ここで「溶融凝固した金属」とは、溶融した鋼材（母材）に由来する金属と溶融したフィラーに由来する金属の両方を意味する。従って、フィラーを使用した場合は、溶接金属とは、鋼材の一部とフィラーとが溶けて混ざり合った金属を指す。

レーザビームの条件は特に限定されないが、汎用性の観点から、ＣＯ_２レーザのような１０μｍ、もしくはファイバーレーザやディスクレーザなど１μｍの波長を有するレーザ光を用いて、溶接速度が２ｍ／ｍｉｎ以上の条件で実施することが好ましい。また溶接安定性の観点から、レーザビーム周囲の雰囲気が大気、もしくはＡｒやＨｅなどの環境でレーザ溶接を行うことが好ましいが、特に雰囲気は制御しなくてもよい。

上記の実施形態に係るレーザ溶接継手は、自動車用部材に好ましく利用することができる。上記の実施形態に係るレーザ溶接継手が適用される自動車部材の例としては、Ａピラー、Ｂピラー、ルーフレール、サイドシル、フロアクロスメンバー、バンパー、クラッシュボックス、インパネリンフォース、シートフレーム、バッテリーケースなどが挙げられる。

以下、実施例を例示して、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

（実施例１）
種々の引張強度及び板厚を有する鋼板から採取した試験片（１５０ｍｍ×５０ｍｍ）を準備した。また、各試験片には、表１に示す加工形状を付与した。試験片の加工形状は以下の通りである。
形状１：試験片に切欠きを形成した。
形状２：試験片に孔を形成した。
加工無し：試験片には加工を施さなかった。

表１に示す引張強度、板厚及び加工形状の組み合わせで各試験片を重ね合わせて、下記の条件でレーザ溶接を実施して重ね合わせレーザ溶接継手を作製した。
実験Ｎｏ．１４および１５については、１枚目の鋼板側にさらに３枚目の鋼板を重ね合わせた。すなわち、例えば、Ｎｏ．１５は、図７に例示するように、２枚の高強度鋼板の間に低強度鋼板が挟まれる形態とした。また、Ｎｏ．１５は２枚目の鋼板の切欠きと３枚目の鋼板の切欠きとが重なるように各鋼板を重ね合わせた。なお、レーザ照射は表１の１枚目の鋼板側から行った。ただし、実験Ｎｏ．１４および１５については、表１の３枚目の鋼板側からレーザ照射を行った。

溶接速度：６ｍ／ｍｉｎ
レーザの集光形状：鋼板表面で直径０．６ｍｍの円形状とした。
レーザ出力：裏面まで十分貫通が得られるレーザ出力を、板厚によって適宜調整した（３ｋＷ～７ｋＷの範囲）。
シールドガス：鋼板の表面側へＡｒを付与した。

表１に示す溶接金属の終端部の形態は下記の通りとした。
溶接形態１：溶接金属の末端が２枚目の鋼板の切欠き又は孔の内部に位置し、２枚目の鋼板上に位置しないようにした。
溶接形態２：溶接金属の末端が２枚目の鋼板上に位置しないように、レーザ溶接の途中でレーザ溶接の方向を制御した。
溶接形態３：溶接金属の末端が１枚目および２枚目の鋼板上に位置するようにした。

すなわち、実験Ｎｏ．２、１１および１２では、図３に例示するような溶接形態とした。実験Ｎｏ．３、１３では、図９に例示するような溶接形態とした。実験Ｎｏ．４では、図１１に例示するような溶接形態とした。
また、各実験例における、２枚目の鋼板の端面から溶接金属に沿って溶接金属の末端までの距離Ｌを表１に示す。

レーザ溶接後の各試験片について、割れの評価試験を行った。具体的には、レーザ溶接後７２時間以内に、鋼板表裏面側からの外観撮影および、鋼板表面方向からのＸ線透過試験により、割れの評価を行った。外観撮影で得られた写真とＸ線透過試験によって得られた写真とを同サイズに調整して重ね合わせることにより、Ｘ線透過試験により得られた写真から読み取ることができる割れ（筋）が、鋼板の重なり合った部分に存在するか否かで、割れ有無を判定した。表１の割れの評価では、鋼板の重なり合った部分に割れ（筋）が存在するものを割れ「あり」とし、割れ（筋）が無いものを割れ「なし」とした。

表１の結果から理解されるように、実験Ｎｏ．１では、末端位置が高強度鋼板を含んでいたため、割れが生じた。
実験Ｎｏ．５～７では、２枚目の鋼板の端面から溶接金属に沿った溶接金属の末端までの距離が短く、溶接金属の終端部の一部が高強度鋼板である２枚目の鋼板上に位置していたため、割れが生じた。
実験Ｎｏ．８及び９では、低強度鋼板である２枚目の鋼板に加工を施したが、溶接金属の終端部が高強度鋼板である１枚目の鋼板上に位置していたため、割れが生じた。
実験Ｎｏ．１０では、低強度鋼板である２枚目の鋼板上から溶接金属の終端部をずらしたが、溶接金属の終端部が高強度鋼板である１枚目の鋼板上に位置していたため、割れが生じた。

一方、その他の実験例では、割れの評価において、割れが観察されなかった。このことから、本発明の要件を満たすレーザ溶接継手では、水素脆化による割れを抑制できることが理解される。

（実施例２）
種々の引張強度及び板厚を有する鋼板から採取した試験片（１５０ｍｍ×５０ｍｍ）を準備した。また、各試験片には、表２に示す加工形状を付与した。試験片の加工形状は以下の通りである。
形状１：試験片に切欠きを形成した。
加工無し：試験片には加工を施さなかった。

表２に示す引張強度、板厚及び加工形状の組み合わせで各試験片を重ね合わせて、下記の条件でレーザ溶接を実施して重ねすみ肉レーザ溶接継手を作製した。なお、レーザ照射は表２の２枚目の鋼板側から行った。

溶接速度：６ｍ／ｍｉｎ
レーザの集光形状：鋼板表面で直径０．６ｍｍの円形状とした。
レーザ出力：裏面まで十分貫通が得られるレーザ出力を、板厚によって適宜調整した（３ｋＷ～７ｋＷの範囲）。
シールドガス：鋼板の表面側へＡｒを付与した。

表２に示す溶接金属の終端部の形態は下記の通りとした。
溶接形態１：溶接金属の末端が２枚目の鋼板の端面から離れ、２枚目の鋼板上に位置しないようにした。
溶接形態２：溶接金属の末端が２枚目の鋼板上に位置しないように、レーザ溶接の途中でレーザ溶接の方向を制御した。
溶接形態３：溶接金属の末端が１枚目および２枚目の鋼板上に位置するようにした。

すなわち、実験Ｎｏ．１７では、図１２に例示するような溶接形態とした。実験Ｎｏ．１８では、図１５に例示するような溶接形態とした。
また、各実験例における、２枚目の鋼板の端面から溶接金属の末端までの距離Ｌを表２に示す。

レーザ溶接後の各試験片について、割れの評価試験を行った。具体的には、レーザ溶接後７２時間以内に、鋼板表裏面側からの外観撮影および、鋼板表面方向からのＸ線透過試験により、割れの評価を行った。外観撮影で得られた写真とＸ線透過試験によって得られた写真とを同サイズに調整して重ね合わせることにより、Ｘ線透過試験により得られた写真から読み取ることができる割れ（筋）が、鋼板の重なり合った部分に存在するか否かで、割れ有無を判定した。表２の割れの評価では、鋼板の重なり合った部分に割れ（筋）が存在するものを割れ「あり」とし、割れ（筋）が無いものを割れ「なし」とした。

表２の結果から理解されるように、実験Ｎｏ．１６では、終端部が高強度鋼板に配置されるため、割れが生じた。

一方、その他の実験例では、割れの評価において、割れが観察されなかった。このことから、本発明の要件を満たすレーザ溶接継手では、水素脆化による割れを抑制できることが理解される。

本発明に係るレーザ溶接継手と自動車用部材によれば、水素脆化による割れを抑制できるため、産業上極めて有用である。

１ レーザ溶接継手
１０ 低強度鋼板（低強度鋼材）
２０ 高強度鋼板（高強度鋼材）
３０ 高強度鋼板（高強度鋼材）
１００ 溶接金属
１０１ 終端部

Claims (4)

1. 少なくとも１つの高強度鋼材と、少なくとも１つの低強度鋼材と、前記高強度鋼材と前記低強度鋼材とを接合する溶接金属とを備えるレーザ溶接継手であって、
   前記高強度鋼材の引張強度が９８０ＭＰａ以上であり、
   前記低強度鋼材の引張強度が９８０ＭＰａ未満であり、
   前記溶接金属の終端部を、前記溶接金属の延在方向に沿って前記溶接金属の末端から１０ｍｍまでの範囲としたとき、前記溶接金属の前記終端部は、前記低強度鋼材のみに接する
   ことを特徴とするレーザ溶接継手。
2. 前記高強度鋼材が切欠きを有し、前記終端部の少なくとも一部が前記切欠きの内部に位置する
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接継手。
3. 前記高強度鋼材が孔を有し、前記終端部が前記孔の内部に位置する
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接継手。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のレーザ溶接継手を用いた自動車用部材。

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