JP3710347B2 - 高張力鋼板のスポット溶接部における疲労強度向上方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高張力鋼板のスポット溶接部周囲の引張り残留応力を減少させて疲労強度を増大させるようにしたスポット溶接部の疲労強度向上方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼板同士のスポット溶接は、図２に示すように鋼板１同士の重ね合わせ部分を一対の電極２で挟み、この電極２に矢印方向に数ｋＮの力を作用させて鋼板１同士を加圧し、この加圧状態で数ｋＡの電流を電極２に通電して鋼板１同士の圧着部分をジュール発熱にて瞬間溶融し、ナゲット３と呼ばれる所定径φ１の溶融塊を形成することにより行われる。またこのナゲット３の周囲φ２は完全な溶融領域ではないが、電極２による加圧力で加圧接合の状態となっている。ナゲット３自体は溶融状態からの冷却固化に伴って収縮するため、ナゲット３周囲の接合径φ２領域は電極２による加圧にも拘わらず通常鋼板で１５０Ｐａ程度の図２（Ｂ）矢印にて示すように引張り残留応力Ｔが発生することが知られている。この引張り残留応力Ｔは疲労強度の低下要因となるため、従来から電極２に対する通電によるテンパ処理（焼戻し）が行われている。このテンパ処理は詳しくは図３（Ａ）のように溶接時の電極２の加圧状態（図示例では３．４ｋＮ）を溶接後も持続し、溶接用通電から例えば１００サイクル程度（６０サイクル＝１秒）の無通電期間を置いて、溶接時電流を８ｋＡとした場合これよりも若干少ない例えば６ｋＡの電流を溶接時（１６サイクル）よりも若干長い例えば３２サイクルだけ流し、この通電によるジュール発熱を利用して行われる。なお、図３で電極加圧パターンの立上がりが傾斜しているが、これは鋼板１同士の圧着なじみをよくするためのものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、近年、自動車ボデーの軽量化や高剛性化の要求に対応するため、従来の高張力鋼板としての析出鋼板に加えて、ＴＲＩＰ（Transformation Induced Plasticity ）鋼板やＤＰ（Dual Phase）鋼板などの新しい高張力鋼板が自動車ボデーに採用される傾向にあるが、このような高張力鋼板は今までの析出鋼板とは異なる添加元素を多く含んでおり、この新たな添加元素の影響で溶接部硬さが増大して溶接部における切欠き感受性が増加し、かつ、この溶接部硬さの増大に伴い溶接ナゲット周囲の引張り残留応力も増大する影響もあって、溶接部の疲労強度がかえって低下するという懸念が指摘されている。
【０００４】
本発明はかかる課題に鑑み創案するに至ったものであって、テンパ処理にて硬さ勾配を緩やかにし、かつ、溶接部周囲の引張り残留応力を減少させることによりスポット溶接部の疲労強度を増大させることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る高張力鋼板のスポット溶接部における疲労強度向上方法は、電極による加圧下で鋼板同士をスポット溶接すると共にスポット溶接後の前記電極に対するスポット溶接時電流よりも少ない電流の一時的通電にてスポット溶接部を発熱させて焼戻しし、かつ、焼戻し通電終了から一定時間後に前記電極の加圧力をスポット溶接時の加圧力よりも増大させた冷間加圧工程をおこなって、前記スポット溶接部の周囲の引張り残留応力を減少させるようにしたことを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施形態を図１（Ａ）（Ｂ）に基づき説明する。図１（Ａ）に示すように、本発明に係る疲労強度向上方法は、従来と全く同じスポット溶接工程の後に、新たに冷間加圧工程を設けたものである。この冷間加圧工程は、スポット溶接の電極を利用してその加圧力を例えば溶接時の３．４ｋＮからその約１０倍に相当する３５ｋＮまで高めることにより行なう。この加圧力の上限は電極の機械的強度によって制約されることは勿論であるが、同時に、電極寿命を過度に損なわない範囲に設定する必要がある。
【０００７】
なお、加圧時間としては１００サイクル（約１．６７秒）程度もあれば十分であるが、溶接対象鋼板の種類や板厚によって適宜増減するとよい。本実施形態では１．４ｍｍ厚のＴＲＩＰ鋼板やＤＰ鋼板同士のスポット溶接を想定して前記加圧時間を設定した。冷間加圧開始時期は、テンパ処理の効果を完全ならしめるためテンパ処理通電終了から１００サイクル以上の時間を空けて行なうのが望ましいが、この空白時間はテンパリングの通電電流の大きさ乃至時間や生産効率などとの相関関係から適宜増減してよい。
【０００８】
本発明者らが行なった試験によれば、板厚１．４ｍｍのＤＰ鋼板同士を従来法によりスポット溶接しテンパ処理した場合、溶接部周囲の引張り残留応力は平均で約１３０ＭＰａであったが、３５ｋＮの冷間加圧処理を施すことにより前記引張り残留応力はほぼ解消されて実質的に応力ゼロの状態にすることができた。また、冷間加圧力をさらに増加させると、それにほぼ比例して溶接部周囲に圧縮残留応力が発生することも確認された。この圧縮残留応力は疲れ限度を増大させる上で好ましいことはいうまでもない。
【０００９】
スポット溶接後に前記方法で冷間加圧処理したＤＰ鋼板を疲労強度試験したところ、図１（Ｂ）のＳ−Ｎ線図が得られた。この結果から明らかなように、ＤＰ鋼板のスポット溶接部の疲れ限度は１Ｅ＋７回（１０7 回）の繰返し数において約１２０ＭＰａとなることが確認された。比較例としてスポット溶接のみでテンパ処理なしのＤＰ鋼板スポット溶接部の疲れ限度を測定した結果、約１００ＭＰａであることも確認された（図１（Ｂ）◇印）。また、図３（Ｂ）のＳ−Ｎ線図に示すように、スポット溶接にテンパ処理を組合わせた場合でも疲れ限度は約１０５ＭＰａであった（図３（Ｂ）◆印）。なお、図１（Ｂ）のスポットのみプロット点（◇印）と図３（Ｂ）テンパなしのプロット点（△印）は同じである。
【００１０】
従って、本発明方法によれば従来のスポット溶接＋テンパ処理の疲労強度（１０５ＭＰａ）よりも、約１５％近く疲れ限度を増大させ得ることが分かった。なお、疲れ限度１２０ＭＰａという値は、従来型自動車ボデーに多く採用されている軟鋼板のスポット溶接部の一般的疲れ限度の９５ＭＰａに比べると約２５％の増大となっており、これは板厚を基準とした場合の軟鋼板に対する高張力鋼板の衝撃吸収エネルギの優位性と同等なものであり、従ってスポット溶接部の疲労強度を増大させつつボデー鋼板の薄板化ないし軽量化を十分達成可能であることが分かる。
【００１１】
以上本発明の一実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であり、例えば生産効率を向上させるために冷間加圧処理の開始時期をテンパ処理に可及的に近接させるようにしてもよい。
【００１２】
本発明は前述の如く、スポット溶接後のスポット溶接時電流よりも少ない電流によるテンパ処理に加えて、テンパ処理の通電終了から一定時間後に電極の加圧力をスポット溶接時の加圧力よりも増大させた冷間加圧処理を行なうようにしたものであるから、冷間加圧処理により溶接部周囲の引張り残留応力が低減されて疲労強度を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明の疲労強度向上方法の一実施形態を示す加圧力と電流の付与パターンを示す図、（Ｂ）は同実施形態による疲労強度増大効果を示すＳ−Ｎ線図。
【図２】（Ａ）はスポット溶接部の断面図、（Ｂ）はスポット溶接部の一部拡大断面図。
【図３】（Ａ）は従来の疲労強度向上方法を示す加圧力と電流の付与パターンを示す図、（Ｂ）は従来の疲労強度増大効果を示すＳ−Ｎ線図。
【符号の説明】
１ 鋼板
２ 電極
３ ナゲット
【発明の属する技術分野】
本発明は、高張力鋼板のスポット溶接部周囲の引張り残留応力を減少させて疲労強度を増大させるようにしたスポット溶接部の疲労強度向上方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼板同士のスポット溶接は、図２に示すように鋼板１同士の重ね合わせ部分を一対の電極２で挟み、この電極２に矢印方向に数ｋＮの力を作用させて鋼板１同士を加圧し、この加圧状態で数ｋＡの電流を電極２に通電して鋼板１同士の圧着部分をジュール発熱にて瞬間溶融し、ナゲット３と呼ばれる所定径φ１の溶融塊を形成することにより行われる。またこのナゲット３の周囲φ２は完全な溶融領域ではないが、電極２による加圧力で加圧接合の状態となっている。ナゲット３自体は溶融状態からの冷却固化に伴って収縮するため、ナゲット３周囲の接合径φ２領域は電極２による加圧にも拘わらず通常鋼板で１５０Ｐａ程度の図２（Ｂ）矢印にて示すように引張り残留応力Ｔが発生することが知られている。この引張り残留応力Ｔは疲労強度の低下要因となるため、従来から電極２に対する通電によるテンパ処理（焼戻し）が行われている。このテンパ処理は詳しくは図３（Ａ）のように溶接時の電極２の加圧状態（図示例では３．４ｋＮ）を溶接後も持続し、溶接用通電から例えば１００サイクル程度（６０サイクル＝１秒）の無通電期間を置いて、溶接時電流を８ｋＡとした場合これよりも若干少ない例えば６ｋＡの電流を溶接時（１６サイクル）よりも若干長い例えば３２サイクルだけ流し、この通電によるジュール発熱を利用して行われる。なお、図３で電極加圧パターンの立上がりが傾斜しているが、これは鋼板１同士の圧着なじみをよくするためのものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、近年、自動車ボデーの軽量化や高剛性化の要求に対応するため、従来の高張力鋼板としての析出鋼板に加えて、ＴＲＩＰ（Transformation Induced Plasticity ）鋼板やＤＰ（Dual Phase）鋼板などの新しい高張力鋼板が自動車ボデーに採用される傾向にあるが、このような高張力鋼板は今までの析出鋼板とは異なる添加元素を多く含んでおり、この新たな添加元素の影響で溶接部硬さが増大して溶接部における切欠き感受性が増加し、かつ、この溶接部硬さの増大に伴い溶接ナゲット周囲の引張り残留応力も増大する影響もあって、溶接部の疲労強度がかえって低下するという懸念が指摘されている。
【０００４】
本発明はかかる課題に鑑み創案するに至ったものであって、テンパ処理にて硬さ勾配を緩やかにし、かつ、溶接部周囲の引張り残留応力を減少させることによりスポット溶接部の疲労強度を増大させることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る高張力鋼板のスポット溶接部における疲労強度向上方法は、電極による加圧下で鋼板同士をスポット溶接すると共にスポット溶接後の前記電極に対するスポット溶接時電流よりも少ない電流の一時的通電にてスポット溶接部を発熱させて焼戻しし、かつ、焼戻し通電終了から一定時間後に前記電極の加圧力をスポット溶接時の加圧力よりも増大させた冷間加圧工程をおこなって、前記スポット溶接部の周囲の引張り残留応力を減少させるようにしたことを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施形態を図１（Ａ）（Ｂ）に基づき説明する。図１（Ａ）に示すように、本発明に係る疲労強度向上方法は、従来と全く同じスポット溶接工程の後に、新たに冷間加圧工程を設けたものである。この冷間加圧工程は、スポット溶接の電極を利用してその加圧力を例えば溶接時の３．４ｋＮからその約１０倍に相当する３５ｋＮまで高めることにより行なう。この加圧力の上限は電極の機械的強度によって制約されることは勿論であるが、同時に、電極寿命を過度に損なわない範囲に設定する必要がある。
【０００７】
なお、加圧時間としては１００サイクル（約１．６７秒）程度もあれば十分であるが、溶接対象鋼板の種類や板厚によって適宜増減するとよい。本実施形態では１．４ｍｍ厚のＴＲＩＰ鋼板やＤＰ鋼板同士のスポット溶接を想定して前記加圧時間を設定した。冷間加圧開始時期は、テンパ処理の効果を完全ならしめるためテンパ処理通電終了から１００サイクル以上の時間を空けて行なうのが望ましいが、この空白時間はテンパリングの通電電流の大きさ乃至時間や生産効率などとの相関関係から適宜増減してよい。
【０００８】
本発明者らが行なった試験によれば、板厚１．４ｍｍのＤＰ鋼板同士を従来法によりスポット溶接しテンパ処理した場合、溶接部周囲の引張り残留応力は平均で約１３０ＭＰａであったが、３５ｋＮの冷間加圧処理を施すことにより前記引張り残留応力はほぼ解消されて実質的に応力ゼロの状態にすることができた。また、冷間加圧力をさらに増加させると、それにほぼ比例して溶接部周囲に圧縮残留応力が発生することも確認された。この圧縮残留応力は疲れ限度を増大させる上で好ましいことはいうまでもない。
【０００９】
スポット溶接後に前記方法で冷間加圧処理したＤＰ鋼板を疲労強度試験したところ、図１（Ｂ）のＳ−Ｎ線図が得られた。この結果から明らかなように、ＤＰ鋼板のスポット溶接部の疲れ限度は１Ｅ＋７回（１０7 回）の繰返し数において約１２０ＭＰａとなることが確認された。比較例としてスポット溶接のみでテンパ処理なしのＤＰ鋼板スポット溶接部の疲れ限度を測定した結果、約１００ＭＰａであることも確認された（図１（Ｂ）◇印）。また、図３（Ｂ）のＳ−Ｎ線図に示すように、スポット溶接にテンパ処理を組合わせた場合でも疲れ限度は約１０５ＭＰａであった（図３（Ｂ）◆印）。なお、図１（Ｂ）のスポットのみプロット点（◇印）と図３（Ｂ）テンパなしのプロット点（△印）は同じである。
【００１０】
従って、本発明方法によれば従来のスポット溶接＋テンパ処理の疲労強度（１０５ＭＰａ）よりも、約１５％近く疲れ限度を増大させ得ることが分かった。なお、疲れ限度１２０ＭＰａという値は、従来型自動車ボデーに多く採用されている軟鋼板のスポット溶接部の一般的疲れ限度の９５ＭＰａに比べると約２５％の増大となっており、これは板厚を基準とした場合の軟鋼板に対する高張力鋼板の衝撃吸収エネルギの優位性と同等なものであり、従ってスポット溶接部の疲労強度を増大させつつボデー鋼板の薄板化ないし軽量化を十分達成可能であることが分かる。
【００１１】
以上本発明の一実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であり、例えば生産効率を向上させるために冷間加圧処理の開始時期をテンパ処理に可及的に近接させるようにしてもよい。
【００１２】
本発明は前述の如く、スポット溶接後のスポット溶接時電流よりも少ない電流によるテンパ処理に加えて、テンパ処理の通電終了から一定時間後に電極の加圧力をスポット溶接時の加圧力よりも増大させた冷間加圧処理を行なうようにしたものであるから、冷間加圧処理により溶接部周囲の引張り残留応力が低減されて疲労強度を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明の疲労強度向上方法の一実施形態を示す加圧力と電流の付与パターンを示す図、（Ｂ）は同実施形態による疲労強度増大効果を示すＳ−Ｎ線図。
【図２】（Ａ）はスポット溶接部の断面図、（Ｂ）はスポット溶接部の一部拡大断面図。
【図３】（Ａ）は従来の疲労強度向上方法を示す加圧力と電流の付与パターンを示す図、（Ｂ）は従来の疲労強度増大効果を示すＳ−Ｎ線図。
【符号の説明】
１ 鋼板
２ 電極
３ ナゲット
Claims (1)
- 電極による加圧下で鋼板同士をスポット溶接すると共にスポット溶接後の前記電極に対するスポット溶接時電流よりも少ない電流の一時的通電にてスポット溶接部を発熱させて焼戻しし、かつ、焼戻し通電終了から一定時間後に前記電極の加圧力をスポット溶接時の加圧力よりも増大させた冷間加圧工程をおこなって、前記スポット溶接部の周囲の引張り残留応力を減少させるようにしたことを特徴とする高張力鋼板のスポット溶接部における疲労強度向上方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35479999A JP3710347B2 (ja) | 1999-12-14 | 1999-12-14 | 高張力鋼板のスポット溶接部における疲労強度向上方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35479999A JP3710347B2 (ja) | 1999-12-14 | 1999-12-14 | 高張力鋼板のスポット溶接部における疲労強度向上方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001170776A JP2001170776A (ja) | 2001-06-26 |
| JP3710347B2 true JP3710347B2 (ja) | 2005-10-26 |
Family
ID=18439992
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35479999A Expired - Fee Related JP3710347B2 (ja) | 1999-12-14 | 1999-12-14 | 高張力鋼板のスポット溶接部における疲労強度向上方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3710347B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IN2012DN01208A (ja) * | 2009-08-31 | 2015-04-10 | Nippon Steel Corp |
-
1999
- 1999-12-14 JP JP35479999A patent/JP3710347B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001170776A (ja) | 2001-06-26 |
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