JP5267317B2 - 高強度薄鋼板のレーザ重ね溶接継手及びその製造方法 - Google Patents
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例えば、特許文献1では、被溶接部材の重ね継手をレーザ溶接する方法において、良好な継手強度を得るため、被溶接部材の幅Wsに対するレーザ溶接部の溶接長Lbの比率Lb/Wsによって、レーザ溶接部の溶接幅Wbの板厚tに対する比率Wb/tを規定した発明が開示されている。
また、特許文献2に記載されたレーザとアークを用いて、必要な溶接幅を得る溶接方法では、レーザ単独溶接時に比べ入熱の絶対量が増加するため、薄鋼板に対しては熱変形が大きくなるという問題があった。
引張強さが440MPa級以上の高強度薄鋼板を被溶接部材の幅方向に沿ってレーザ溶接してなるレーザ重ね溶接継手であって、前記被溶接部材の幅(Ws)に対するレーザ溶接部の溶接長さ(Lb)の比率(Lb/Ws)が0.6以上であり、前記レーザ溶接部の溶接幅(Wb)の板厚(t)に対する比率(Wb/t)が0.8以上2以下であり、前記レーザ溶接部の始端部の隣接領域および終端部の隣接領域の両方に、前記レーザ溶接部の長手方向と直交する方向に沿う開口長さが前記レーザ溶接部を中心に溶接幅の8割以上の長さを有する板厚貫通開口部が設けられていることを特徴とする高強度薄鋼板のレーザ重ね溶接継手。 ただし、前記溶接幅(Wb)は、高強度薄鋼板の重ね合わせ面における溶接幅であり、前記隣接領域は、一辺とこの一辺に直交する他辺とによって囲まれた平面視長方形の領域であって、前記一辺は、前記レーザ溶接部の長手方向に沿って、前記レーザ溶接部のR止まりから前記レーザ溶接部の最端部よりも板厚(t)分だけはみ出た位置に至るまで延在するものであり、前記他辺は、前記レーザ溶接部の長手方向と直交する方向に沿って、前記レーザ溶接部を中心に前記溶接幅の8割の長さとするものである。
前記レーザ溶接部が、連続した一つの溶接ビードから構成され、前記溶接ビードの始端部及び終端部にそれぞれ前記隣接領域が設けられるとともに、前記の各隣接領域に前記板厚貫通開口部が設けられていることを特徴とする(1)に記載の高強度薄鋼板のレーザ重ね溶接継手。 ただし、前記隣接領域は、一辺とこの一辺に直交する他辺とによって囲まれた平面視長方形の領域であって、前記一辺は、前記溶接ビードの長手方向に沿って、前記溶接ビードのR止まりから前記溶接ビードの最端部よりも板厚(t)分だけはみ出た位置に至るまで延在するものであり、前記他辺は、前記溶接ビードの長手方向と直交する方向に沿って、前記溶接ビードを中心に前記溶接幅の8割の長さとするものである。
前記レーザ溶接部が、前記被溶接部材の幅方向に沿って間欠的に形成された複数の溶接ビードから構成され、各溶接ビードのビード長さの合計が前記溶接長さ(Lb)とされ、前記複数の溶接ビードの各始端部及び各終端部の一部または全部に前記隣接領域が設けられるとともに、前記の各隣接領域に前記板厚貫通開口部が設けられていることを特徴とする(1)に記載の高強度薄鋼板のレーザ重ね溶接継手。 ただし、前記隣接領域は、一辺とこの一辺に直交する他辺とによって囲まれた平面視長方形の領域であって、前記一辺は、前記の各溶接ビードの長手方向に沿って、前記の各溶接ビードのR止まりから前記の各溶接ビードの最端部よりも板厚(t)分だけはみ出た位置に至るまで延在するものであり、前記他辺は、前記の各溶接ビードの長手方向と直交する方向に沿って、前記の各溶接ビードを中心に前記溶接幅の8割の長さとするものである。
前記レーザ溶接部が、前記被溶接部材の幅方向に沿って間欠的に形成された複数の溶接ビードから構成され、各溶接ビードのビード長さの合計が前記溶接長さ(Lb)とされ、前記複数の溶接ビードのうち、前記レーザ溶接部の前記始端部及び前記終端部に相当する位置に前記隣接領域が設けられるとともに、前記の各隣接領域に前記板厚貫通開口部が設けられていることを特徴とする(1)に記載の高強度薄鋼板のレーザ重ね溶接継手。 ただし、前記隣接領域は、一辺とこの一辺に直交する他辺とによって囲まれた平面視長方形の領域であって、前記一辺は、前記の各溶接ビードの長手方向に沿って、前記の各溶接ビードのR止まりから前記の各溶接ビードの最端部よりも板厚(t)分だけはみ出た位置に至るまで延在するものであり、前記他辺は、前記の各溶接ビードの長手方向と直交する方向に沿って、前記の各溶接ビードを中心に前記溶接幅の8割の長さとするものである。
(1)乃至(4)のいずれか一項に記載の高強度薄鋼板の被溶接部材の幅方向に沿ってレーザ重ね溶接継手を製造する方法であって、レーザ溶接部の形成に先立ち、前記隣接領域に相当する位置に、前記レーザ溶接部の長手方向と直交する方向に沿う開口長さが前記レーザ溶接部を中心に溶接幅の8割以上の長さを有する板厚貫通開口部を設ける工程と、前記被溶接部材の幅(Ws)に対するレーザ溶接部の溶接長さ(Lb)の比率(Lb/Ws)が0.6以上、かつレーザ溶接部の溶接幅(Wb)の板厚(t)に対する比率(Wb/t)が0.8以上2以下となるように、前記レーザ溶接部を形成する工程と、を具備してなることを特徴とする高強度薄鋼板のレーザ重ね溶接継手の製造方法。 ただし、前記溶接幅(Wb)は、高強度薄鋼板の重ね合わせ面における溶接幅であり、前記隣接領域は、一辺とこの一辺に直交する他辺とによって囲まれた長方形の領域であって、前記一辺は、前記レーザ溶接部の長手方向に沿って、前記レーザ溶接部のR止まりから前記レーザ溶接部の最端部よりも板厚(t)分だけはみ出た位置に至るまで延在するものであり、前記他辺は、前記レーザ溶接部の長手方向と直交する方向に沿って、前記レーザ溶接部を中心に前記溶接幅の8割の長さとするものである。
(1)乃至(4)のいずれか一項に記載の高強度薄鋼板の被溶接部材の幅方向に沿ってレーザ重ね溶接継手を製造する方法であって、前記被溶接部材の幅(Ws)に対するレーザ溶接部の溶接長さ(Lb)の比率(Lb/Ws)が0.6以上、かつレーザ溶接部の溶接幅(Wb)の板厚(t)に対する比率(Wb/t)が0.8以上2以下となるように、前記レーザ溶接部を形成する工程と、前記レーザ溶接部の始端部の隣接領域および終端部の隣接領域の両方に、前記レーザ溶接部の長手方向と直交する方向に沿う開口長さが前記レーザ溶接部を中心に溶接幅の8割以上の長さを有する板厚貫通開口部を設ける工程と、を具備してなることを特徴とする高強度薄鋼板のレーザ重ね溶接継手の製造方法。
ただし、前記溶接幅(Wb)は、高強度薄鋼板の重ね合わせ面における溶接幅であり、前記隣接領域は、一辺とこの一辺に直交する他辺とによって囲まれた長方形の領域であって、前記一辺は、前記レーザ溶接部の長手方向に沿って、前記レーザ溶接部のR止まりから前記レーザ溶接部の最端部よりも板厚(t)分だけはみ出た位置に至るまで延在するものであり、前記他辺は、前記レーザ溶接部の長手方向と直交する方向に沿って、前記レーザ溶接部を中心に前記溶接幅の8割の長さとするものである。
以上の知見を踏まえて、本発明の第1の実施形態は、高強度薄鋼板のレーザ重ね溶接継手およびその製造方法に関し、引張強さが440MPa級以上で、被溶接部材の幅(Ws)に対するレーザ溶接部の溶接長さ(Lb)の比率(Lb/Ws)が0.6以上であって、レーザ溶接部の溶接幅(Wb)の板厚(t)に対する比率(Wb/t)が0.8以上、2以下である高強度薄鋼板の重ね溶接継手をレーザ溶接により作製する場合、図8に示すように、レーザ溶接部4の始端部の隣接領域A内および終端部の隣接領域A内の両方に、レーザ溶接部4の長手方向と直交する方向に沿う開口長さがレーザ溶接部4を中心に溶接幅(Wb)の8割(0.8Wb)以上の長さを有する板厚貫通開口部を設けるようにする。
また、溶接幅Wbについては、図12に示すように、上側の鋼板1の表面の溶接幅(Wb-upper)と下側の鋼板2の溶接幅(Wb-lower)のうち、幅が広い方で代替し、隣接領域Aを決定すれば良い。
図13に示す板厚貫通開口部9は、平面視略長方形であり、この長方形を構成する長辺が、溶接ビード4bの長手方向と直交する方向に沿って延在しており、更に板厚貫通開口部9の4つの角部が平面視曲線になっている。板厚貫通開口部9を区画する一方の長辺は、隣接領域Aを区画する他辺A2のうち溶接ビード4bのR止まり(R−end)側の辺A2に隣接している。また、図13に示す板厚貫通開口部9は、溶接ビード4bの長手方向と直交する方向に沿う長さが、溶接ビード4bの溶接幅Wbの1.5倍の長さ(1.5Wb)となっている。
その結果、小入熱の細いビードでも図3に示すような鋼板界面の溶接金属でのせん断破断Sを防止し、図4に示すように、板厚方向にき裂が進行する熱影響部での破断に移行させることができ、継手強度が、溶接長に比例した強度から極端に低下することのない、また、板幅方向に均一でない荷重がかかった場合でも、継手強度の安定した重ね継手が実現できる。このような本発明によれば、自動車工業や電気機器工業その他の分野において多用される、薄鋼板成形加工部材のレーザ溶接継手の品質向上、および、レーザ溶接継手の適用範囲拡大をもたらす等、その産業上の効果は計り知れないものになる。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。本実施形態の高強度薄鋼板のレーザ重ね溶接継手は、レーザ溶接部が複数の溶接ビードから構成され、各溶接ビードの両端の一部または全部に板厚貫通開口部が設けられたものである。なお、本実施形態の構成要素のうち、第1の実施形態で説明した構成要素と同一の構成要素については、説明を省略する。
また、図20及び図21においては、各溶接ビード14bのビード長さの合計(Lb1+Lb2)が溶接長さ(Lb)とされており、被溶接部材(鋼板1、2)の幅(Ws)に対する溶接長さ(Lb)の比率(Lb/Ws)が0.6以上とされており、溶接幅(Wb)の板厚(t)に対する比率(Wb/t)が0.8以上2以下とされている。これら数値範囲の限定理由は、第1の実施形態の場合と同様である。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。本実施形態の高強度薄鋼板のレーザ重ね溶接継手は、レーザ溶接部24が複数の溶接ビード24bからなる。また、複数の溶接ビード24bのうち、レーザ溶接部24の始端部及び終端部に相当する位置にのみ隣接領域が設けられ、各隣接領域に板厚貫通開口部9が設けられている。なお、本実施形態の構成要素のうち、第1の実施形態で説明した構成要素と同一の構成要素については、説明を省略する。
また、図22においては、各溶接ビード24bのビード長さの合計(Lb1+Lb2)が溶接長さ(Lb)とされており、被溶接部材(鋼板1、2)の幅(Ws)に対する溶接長さ(Lb)の比率(Lb/Ws)が0.6以上とされており、溶接幅(Wb)の板厚(t)に対する比率(Wb/t)が0.8以上2以下とされている。これら数値範囲の限定理由は、第1の実施形態の場合と同様である。
引張強さが590MPaで、板厚が0.8mm、1.2mm、2.0mmの3種類の合金化溶融亜鉛めっき鋼板を用意し、これらをそれぞれ重ね合わせてレーザ溶接を行い、図9に示すような重ね継手を製造した。図9中、符号1および符号2は引張強さが590MPaの合金化溶融亜鉛めっき鋼板であり、符号3は重ね合わせ部であり、符号4はレーザ溶接部である。試験片幅Wsは60mmとし、試験片長さは185mmとした。
また、溶接長Lbが48mmの場合には、本発明による継手の強度は、貫通孔を設けなかった比較例の継手の強度をすべて上回っており、継手強度が極端に低くなるような場合もなく、常に熱影響部での破断を生じた。
このような溶接継手について引張試験を行い、溶接継手の破断形態を調べた結果を表2に示す。
一方、貫通孔を全く有しない比較例では、いずれも常に金属内での破断が生じ、溶接長に相当するだけの継手強度が得られなかった。
表4に、各溶接ビードの両端全てに図21と同様の形態の貫通穴を設けた場合(表4:全部貫通穴)と、貫通穴を全く設けない場合(表4:穴なし)について引張試験を行った結果を示す。なお、表4において、各ビード長(Lb1、Lb2、…)は、溶接ビード1本当たりの溶接長であり、総溶接長ΣLbは各ビード長の合計長さ(Lb1+Lb2+…)である。
Claims (6)
- 引張強さが440MPa級以上の高強度薄鋼板を被溶接部材の幅方向に沿ってレーザ溶接してなるレーザ重ね溶接継手であって、
前記被溶接部材の幅(Ws)に対するレーザ溶接部の溶接長さ(Lb)の比率(Lb/Ws)が0.6以上であり、
前記レーザ溶接部の溶接幅(Wb)の板厚(t)に対する比率(Wb/t)が0.8以上2以下であり、
前記レーザ溶接部の始端部の隣接領域および終端部の隣接領域の両方に、前記レーザ溶接部の長手方向と直交する方向に沿う開口長さが前記レーザ溶接部を中心に溶接幅の8割以上の長さを有する板厚貫通開口部が設けられていることを特徴とする高強度薄鋼板のレーザ重ね溶接継手。
ただし、前記溶接幅(Wb)は、高強度薄鋼板の重ね合わせ面における溶接幅であり、前記隣接領域は、一辺とこの一辺に直交する他辺とによって囲まれた平面視長方形の領域であって、前記一辺は、前記レーザ溶接部の長手方向に沿って、前記レーザ溶接部のR止まりから前記レーザ溶接部の最端部よりも板厚(t)分だけはみ出た位置に至るまで延在するものであり、前記他辺は、前記レーザ溶接部の長手方向と直交する方向に沿って、前記レーザ溶接部を中心に前記溶接幅の8割の長さとするものである。 - 前記レーザ溶接部が、連続した一つの溶接ビードから構成され、前記溶接ビードの始端部及び終端部にそれぞれ前記隣接領域が設けられるとともに、前記の各隣接領域に前記板厚貫通開口部が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の高強度薄鋼板のレーザ重ね溶接継手。
ただし、前記隣接領域は、一辺とこの一辺に直交する他辺とによって囲まれた平面視長方形の領域であって、前記一辺は、前記溶接ビードの長手方向に沿って、前記溶接ビードのR止まりから前記溶接ビードの最端部よりも板厚(t)分だけはみ出た位置に至るまで延在するものであり、前記他辺は、前記溶接ビードの長手方向と直交する方向に沿って、前記溶接ビードを中心に前記溶接幅の8割の長さとするものである。 - 前記レーザ溶接部が、前記被溶接部材の幅方向に沿って間欠的に形成された複数の溶接ビードから構成され、各溶接ビードのビード長さの合計が前記溶接長さ(Lb)とされ、前記複数の溶接ビードの各始端部及び各終端部の一部または全部に前記隣接領域が設けられるとともに、前記の各隣接領域に前記板厚貫通開口部が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の高強度薄鋼板のレーザ重ね溶接継手。
ただし、前記隣接領域は、一辺とこの一辺に直交する他辺とによって囲まれた平面視長方形の領域であって、前記一辺は、前記の各溶接ビードの長手方向に沿って、前記の各溶接ビードのR止まりから前記の各溶接ビードの最端部よりも板厚(t)分だけはみ出た位置に至るまで延在するものであり、前記他辺は、前記の各溶接ビードの長手方向と直交する方向に沿って、前記の各溶接ビードを中心に前記溶接幅の8割の長さとするものである。 - 前記レーザ溶接部が、前記被溶接部材の幅方向に沿って間欠的に形成された複数の溶接ビードから構成され、各溶接ビードのビード長さの合計が前記溶接長さ(Lb)とされ、前記複数の溶接ビードのうち、前記レーザ溶接部の前記始端部及び前記終端部に相当する位置に前記隣接領域が設けられるとともに、前記の各隣接領域に前記板厚貫通開口部が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の高強度薄鋼板のレーザ重ね溶接継手。
ただし、前記隣接領域は、一辺とこの一辺に直交する他辺とによって囲まれた平面視長方形の領域であって、前記一辺は、前記の各溶接ビードの長手方向に沿って、前記の各溶接ビードのR止まりから前記の各溶接ビードの最端部よりも板厚(t)分だけはみ出た位置に至るまで延在するものであり、前記他辺は、前記の各溶接ビードの長手方向と直交する方向に沿って、前記の各溶接ビードを中心に前記溶接幅の8割の長さとするものである。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の高強度薄鋼板の被溶接部材の幅方向に沿ってレーザ重ね溶接継手を製造する方法であって、
レーザ溶接部の形成に先立ち、前記隣接領域に相当する位置に、前記レーザ溶接部の長手方向と直交する方向に沿う開口長さが前記レーザ溶接部を中心に溶接幅の8割以上の長さを有する板厚貫通開口部を設ける工程と、
前記被溶接部材の幅(Ws)に対するレーザ溶接部の溶接長さ(Lb)の比率(Lb/Ws)が0.6以上、かつレーザ溶接部の溶接幅(Wb)の板厚(t)に対する比率(Wb/t)が0.8以上2以下となるように、前記レーザ溶接部を形成する工程と、を具備してなることを特徴とする高強度薄鋼板のレーザ重ね溶接継手の製造方法。
ただし、前記溶接幅(Wb)は、高強度薄鋼板の重ね合わせ面における溶接幅であり、前記隣接領域は、一辺とこの一辺に直交する他辺とによって囲まれた長方形の領域であって、前記一辺は、前記レーザ溶接部の長手方向に沿って、前記レーザ溶接部のR止まりから前記レーザ溶接部の最端部よりも板厚(t)分だけはみ出た位置に至るまで延在するものであり、前記他辺は、前記レーザ溶接部の長手方向と直交する方向に沿って、前記レーザ溶接部を中心に前記溶接幅の8割の長さとするものである。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の高強度薄鋼板の被溶接部材の幅方向に沿ってレーザ重ね溶接継手を製造する方法であって、
前記被溶接部材の幅(Ws)に対するレーザ溶接部の溶接長さ(Lb)の比率(Lb/Ws)が0.6以上、かつレーザ溶接部の溶接幅(Wb)の板厚(t)に対する比率(Wb/t)が0.8以上2以下となるように、前記レーザ溶接部を形成する工程と、
前記レーザ溶接部の始端部の隣接領域および終端部の隣接領域の両方に、前記レーザ溶接部の長手方向と直交する方向に沿う開口長さが前記レーザ溶接部を中心に溶接幅の8割以上の長さを有する板厚貫通開口部を設ける工程と、を具備してなることを特徴とする高強度薄鋼板のレーザ重ね溶接継手の製造方法。
ただし、前記溶接幅(Wb)は、高強度薄鋼板の重ね合わせ面における溶接幅であり、前記隣接領域は、一辺とこの一辺に直交する他辺とによって囲まれた長方形の領域であって、前記一辺は、前記レーザ溶接部の長手方向に沿って、前記レーザ溶接部のR止まりから前記レーザ溶接部の最端部よりも板厚(t)分だけはみ出た位置に至るまで延在するものであり、前記他辺は、前記レーザ溶接部の長手方向と直交する方向に沿って、前記レーザ溶接部を中心に前記溶接幅の8割の長さとするものである。
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