JP5267320B2 - Steel plate lap welding method and steel plate lap weld joint - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鋼板の重ね溶接方法及び鋼板の重ね溶接継手に関し、特に、レーザ溶接とスポット溶接を併用した鋼板の重ね溶接方法及び鋼板の重ね溶接継手に関する。 The present invention relates to a steel plate lap welding method and a steel plate lap weld joint, and more particularly to a steel plate lap welding method using both laser welding and spot welding and a steel plate lap weld joint.
近年、自動車分野では、低燃費化あるいはCO2の排出量削減を目的とした車体の軽量化を図る手段として、車体や部品などへの高強度鋼板の採用が進められている。また、自動車車体の衝突安全性の向上を図る手段として、車体を構成する外板パネルと内板の間にリインフォースメントを挟み込んだ構造が採用されている。このような構造においては、3枚以上の鋼板を重ねて溶接することが必要とされる。例えば、車体の外側に板厚が1mm以下の薄鋼板からなるパネルを配置し、内側に板厚がそれぞれ1mm超のリインフォースメントとメンバー乃至は内板とを配置し、パネルとリインフォースメントとメンバー乃至は内板とが組み合わされた板組をスポット溶接する必要が生じる。 In recent years, in the automobile field, as a means for reducing the weight of a vehicle body for the purpose of reducing fuel consumption or reducing CO2 emissions, the use of high-strength steel plates for vehicle bodies and parts has been promoted. Further, as means for improving the collision safety of an automobile body, a structure in which a reinforcement is sandwiched between an outer plate panel and an inner plate constituting the vehicle body is employed. In such a structure, it is necessary to weld three or more steel plates on top of each other. For example, a panel made of a thin steel plate with a plate thickness of 1 mm or less is arranged on the outside of the vehicle body, and a reinforcement and a member or an inner plate with a plate thickness of more than 1 mm are arranged on the inside, and the panel, the reinforcement and the member or Therefore, it is necessary to spot weld a set of plates combined with the inner plate.
ところでスポット溶接法では、複数枚の鋼板を重ね合わせて溶接した場合に、総板厚方向のほぼ中心部分にナゲットが形成されるという性質がある。このため、板厚1mm以下の鋼板を外板パネルとし、この外板パネルにリインフォースメント及び内板を重ねてスポット溶接を実施すると、リインフォースメントとメンバー乃至は内板との間にはナゲットが形成される一方で、外板パネルにはナゲットが形成されず、リインフォースメント及び内板と外板パネルとを一体に溶接できない問題がある。 By the way, the spot welding method has a property that when a plurality of steel plates are overlapped and welded, a nugget is formed at a substantially central portion in the total thickness direction. For this reason, when a steel plate having a thickness of 1 mm or less is used as the outer panel, and the reinforcement and inner plate are overlapped on the outer panel and spot welding is performed, a nugget is formed between the reinforcement and the member or inner plate. However, nuggets are not formed on the outer panel, and there is a problem that the reinforcement and the inner panel and the outer panel cannot be welded together.
そこで、特許文献1には、2枚以上の厚板と薄板とを重ね合わせてスポット溶接を実施する際に、薄板側に先端の曲率半径が比較的小さな電極を配置するとともに、加圧力を二段階で高くしながらスポット溶接を行う技術が開示されている。この特許文献1では、第一段の溶接における加圧力よりも第二段の溶接における加圧力を高くすることで、薄板と厚板との間の電流密度を高くして有効にナゲットを形成させている。
Therefore, in
また、車体の溶接は、スポット溶接法に限らず、レーザ溶接法を用いる場合もある。レーザ溶接法は、高エネルギービームを用いた溶接方法であり、スポット溶接と比較して長い部位を高速で連続溶接可能であり、車体の溶接方法として有効である。しかし、亜鉛めっき鋼板の重ねレーザ溶接では、低沸点の亜鉛が瞬時に蒸発して溶融池を吹き上げてしまうため、良好な連続ビードを得ることが困難である。また、鋼板間の隙間が大きくなりすぎると良好な溶接が得られない。このような問題に対して特許文献2では、亜鉛めっき鋼板を重ねレーザ溶接する際に、亜鉛めっき鋼板同士の間に多孔質シートを挟み込むことで、亜鉛めっき鋼板間に微小な隙間を確保しつつ、レーザによる加熱で生じた亜鉛蒸気を多孔質シートの内部を通過させて外部に逃がす方法が開示されている。 Further, the welding of the vehicle body is not limited to the spot welding method, and a laser welding method may be used. The laser welding method is a welding method using a high-energy beam, and can continuously weld a long part at a higher speed than spot welding, and is effective as a welding method for a vehicle body. However, in lap laser welding of galvanized steel sheets, low boiling point zinc instantly evaporates and blows up the molten pool, making it difficult to obtain a good continuous bead. Further, if the gap between the steel plates becomes too large, good welding cannot be obtained. With respect to such a problem, in Patent Document 2, when a galvanized steel sheet is overlapped and laser-welded, a porous sheet is sandwiched between the galvanized steel sheets to secure a minute gap between the galvanized steel sheets. A method is disclosed in which zinc vapor generated by heating with a laser is allowed to pass through the inside of a porous sheet and escape to the outside.
また、特許文献3には、3枚以上の鋼板を重ね合わせてスポット溶接する方法が開示されている。この特許文献3では、3枚以上の鋼板のうち溶接電極に接する最薄の鋼板の重ね面に、リン酸塩処理被膜、クロメート処理被膜、有機被膜または無機被膜を形成し、その接触抵抗値が50〜500mΩとなるように板組する。この状態でスポット溶接することで、電極で最も冷却されやすい薄板にナゲットを形成している。
また、特許文献4には、低融点の被覆材で被覆された被接合部材と母材とを重ね合わせてレーザ溶接する方法が開示されている。この特許文献4では、片側からシリーズ溶接を行って溶接領域の被覆材を蒸発除去し、次いで、溶接領域にレーザ光を照射して溶接領域及びその周辺から被覆材を蒸発除去し、次いで、溶接領域内をレーザ溶接する方法が開示されている。
更に、特許文献5では、重ねレーザ溶接する際に、溶接動作と並行して溶接直後のビード形状を測定し、その測定結果に応じてフィラーワイヤーの供給量等の溶接条件を制御することによって、鋼板間の隙間が変動しても良好な溶接ビードを得る方法が開示されている。
Furthermore, in
しかし、特許文献1に記載の技術では、薄板側に熱を集中させるため、特に薄板側の電極の損耗が激しく、連続的に溶接可能な打点数が少なくなり、頻繁な電極のドレッシングが必要となって作業性に劣る問題があった。
また、特許文献2に記載の技術では、多孔質シートを挿入する工程が必要となって工程が煩雑になる問題があった。また、溶接工程の後段の塗装工程において、鋼板間に残存した多孔質シートによって、鋼板間へ塗料の付き周りが阻害されてしまう問題があった。
更に、特許文献3に記載の技術では、薄板に特殊な表面処理を施した鋼板が必要となることから、汎用性に欠けるという課題があった。
更に、特許文献4に記載の技術では、例えばレーザ光を照射して亜鉛めっきからなる被覆材を除去する際に、鋼板間に加圧力を印加しない状態でレーザ光を照射するので、レーザ光の照射で亜鉛を蒸発させても、亜鉛の蒸気がその場に留まることが多く、亜鉛めっきを完全に除去できず、溶接強度がばらつく虞があった。
更に、特許文献5に記載の技術では、溶接直後のビード形状を測定する手段と、その測定結果に応じてフィラーワイヤーの供給量等の溶接条件を調整する手段が必要になり、装置が大がかりになる問題があった。
However, in the technique described in
Moreover, in the technique described in Patent Document 2, there is a problem that a process of inserting a porous sheet is required and the process becomes complicated. Further, in the subsequent painting process of the welding process, there is a problem in that the porous sheet remaining between the steel sheets hinders the coating around the steel sheets.
Furthermore, the technique described in
Furthermore, in the technique described in
Furthermore, in the technique described in
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、板厚が比較的小さな鋼板を含む複数の鋼板を重ね溶接する場合に、高い接合強度で重ね溶接できる鋼板の重ね溶接方法及び鋼板の重ね溶接継手を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and in the case of lap welding a plurality of steel plates including a steel plate having a relatively small plate thickness, a lap welding method for steel plates and a lap welding of steel plates capable of lap welding with high joint strength. An object is to provide a welded joint.
本発明は、上記の課題を解決すべく、以下の構成を採用する。
(1) 3以上の鋼板を重ねて溶接する鋼板の重ね溶接方法であって、3以上の前記鋼板には、板厚が0.3〜1mmの範囲の表面側鋼板と、前記表面側鋼板よりも板厚が大きい1以上の高板厚鋼板とが含まれ、前記表面側鋼板及び前記1以上の高板厚鋼板の合計板厚に対する前記表面側鋼板の板厚の比(合計板厚/表面側鋼板の板厚)を5以上とし、前記表面側鋼板を表面側に配置するように前記3以上の鋼板を重ね合わせた状態で、前記3以上の鋼板を板厚方向から加圧しながらスポット溶接することにより、少なくとも前記1以上の高板厚鋼板にスポット溶接部を設けるスポット溶接工程と、前記スポット溶接部または前記スポット溶接部の周囲にレーザ光を直径2mm以上の円環状に照射して、前記表面側鋼板に隣接する前記高板厚鋼板と前記表面側鋼板とをレーザ溶接するレーザ溶接工程と、を具備してなることを特徴とする鋼板の重ね溶接方法。
(2) 前記レーザ溶接工程において、前記スポット溶接部に重なるように円環状の溶接ビードを形成することを特徴とする(1)に記載の鋼板の重ね溶接方法。
(3) 前記レーザ溶接工程において、前記スポット溶接部の周囲に、前記スポット溶接部を囲む円環状の溶接ビードを形成することを特徴とする(1)に記載の鋼板の重ね溶接方法。
(4) 前記溶接ビードの溶接始端部と溶接終端部を離間させることを特徴とする(3)に記載の鋼板の重ね溶接方法。
(5) 前記溶接ビードの深さを、前記表面側鋼板の板厚の1.2倍以上の深さとすることを特徴とする(1)乃至(4)の何れか一項に記載の鋼板の重ね溶接方法。
(6) 1枚の前記表面側鋼板と2枚の前記高板厚鋼板とを、前記表面側鋼板が表面側に配置されるように重ね合わせた状態で、前記スポット溶接工程において、前記2枚の高板厚鋼板にスポット溶接部を形成するととともに、前記表面側鋼板と前記高板厚鋼板とを圧接し、前記レーザ溶接工程において、圧接状態の前記表面側鋼板と前記高板厚鋼板とをレーザ溶接することを特徴とする(1)乃至(5)の何れか一項に記載の鋼板の重ね溶接方法。
(7) 3以上の鋼板が重ねられて溶接された鋼板の重ね溶接継手であって、前記3以上の鋼板には、板厚が0.3〜1mmの範囲の表面側鋼板と、前記表面側鋼板よりも板厚が大きい1以上の高板厚鋼板とが含まれ、前記表面側鋼板及び前記1以上の高板厚鋼板の合計板厚に対する前記表面側鋼板の板厚の比(合計板厚/表面側鋼板の板厚)が5以上とされ、前記表面側鋼板が表面側に配置された状態で前記3以上の鋼板が重ね合わされ、少なくとも前記1以上の高板厚鋼板に、ナゲットを含むスポット溶接部が設けられるとともに、前記スポット溶接部または前記スポット溶接部の周囲に、前記表面側鋼板に隣接する前記高板厚鋼板と前記表面側鋼板とを溶接する溶接ビードが設けられていることを特徴とする鋼板の重ね溶接継手。
(8) 前記溶接ビードが、前記スポット溶接部に重なって円環状に設けられていることを特徴とする(7)に記載の鋼板の重ね溶接継手。
(9) 前記溶接ビードが、前記スポット溶接部の周囲において前記スポット溶接部を囲むように円環状に設けられていることを特徴とする(7)に記載の鋼板の重ね溶接継手。
(10) 前記溶接ビードの溶接始端部と溶接終端部とが離間されていることを特徴とする(9)に記載の鋼板の重ね溶接継手。
(11) 前記溶接ビードの深さが、前記表面側鋼板の板厚の1.2倍以上の深さであることを特徴とする(7)乃至(10)の何れか一項に記載の鋼板の重ね溶接継手。
(12) 1枚の前記表面側鋼板と2枚の前記高板厚鋼板とが、前記表面側鋼板を表面側に配置した状態で重ね合わされ、少なくとも前記スポット溶接部によって前記2枚の高板厚鋼板が溶接されているとともに、少なくとも前記溶接ビードによって前記表面側鋼板に隣接する前記高板厚鋼板と前記表面側鋼板とが溶接されていることを特徴とする(7)乃至(11)の何れか一項に記載の鋼板の重ね溶接継手。
The present invention adopts the following configuration in order to solve the above problems.
(1) A lap welding method for steel plates in which three or more steel plates are overlapped and welded, wherein the three or more steel plates include a surface side steel plate having a thickness of 0.3 to 1 mm and a surface side steel plate. And the ratio of the plate thickness of the surface side steel plate to the total plate thickness of the surface side steel plate and the one or more high plate thickness steel plates (total plate thickness / surface). the thickness of the side steel plates) was 5 or more, in a state where said surface side steel sheet was superposed the three or more steel plates to place on the surface side, while pressing spot welding the three or more steel sheet thickness direction By performing a spot welding step in which a spot weld is provided on at least the one or more high-thick steel plates, and irradiating a laser beam around the spot weld or the spot weld in an annular shape with a diameter of 2 mm or more , The high plate thickness adjacent to the surface side steel plate Lap welding method for steel sheet characterized by being provided with a laser welding step for laser welding the said surface side steel and plate, the.
(2) The steel plate lap welding method according to (1), wherein in the laser welding step, an annular weld bead is formed so as to overlap the spot weld.
(3) The steel plate lap welding method according to (1), wherein, in the laser welding step, an annular weld bead surrounding the spot welded portion is formed around the spot welded portion.
(4) The steel plate lap welding method according to (3), wherein a welding start end portion and a welding end portion of the weld bead are separated from each other.
(5) The depth of the weld bead is 1.2 times or more the plate thickness of the surface-side steel plate. The steel plate according to any one of (1) to (4), Lap welding method.
(6) In the spot welding step, the two sheets in the spot welding process in a state where the one surface-side steel sheet and the two high-thick steel sheets are overlapped so that the surface-side steel sheet is disposed on the surface side. Forming a spot weld on the high plate thickness steel plate and press-contacting the surface side steel plate and the high plate thickness steel plate, and in the laser welding step, the surface side steel plate and the high plate thickness steel plate in the press contact state. The steel plate lap welding method according to any one of (1) to (5), wherein laser welding is performed.
(7) A lap weld joint of steel plates in which three or more steel plates are overlapped and welded, wherein the three or more steel plates include a surface-side steel plate having a thickness of 0.3 to 1 mm, and the surface side One or more high-thickness steel plates having a thickness greater than that of the steel plate, and the ratio of the thickness of the surface-side steel plate to the total thickness of the surface-side steel plate and the one or more high-thickness steel plates (total thickness) / Thickness of the surface side steel plate) is 5 or more, the three or more steel plates are overlapped in a state where the surface side steel plate is disposed on the surface side, and at least the one or more high plate thickness steel plates include a nugget. A spot weld is provided, and a weld bead for welding the high-thick steel plate adjacent to the surface-side steel plate and the surface-side steel plate is provided around the spot weld or the spot weld. A lap welded joint for steel sheets.
(8) The steel plate lap weld joint according to (7), wherein the weld bead overlaps with the spot weld and is provided in an annular shape.
(9) The steel plate lap weld joint according to (7), wherein the weld bead is provided in an annular shape so as to surround the spot welded portion around the spot welded portion.
(10) The steel plate lap weld joint according to (9), wherein a weld start end portion and a weld end portion of the weld bead are spaced apart from each other.
(11) The steel plate according to any one of (7) to (10), wherein a depth of the weld bead is 1.2 times or more a plate thickness of the surface-side steel plate. Lap welded joints.
(12) One sheet of the surface side steel plate and two sheets of the high plate thickness steel plate are overlapped with the surface side steel plate disposed on the surface side, and at least the two high plate thicknesses are formed by the spot welded portion. Any of (7) to (11), wherein the steel plate is welded and at least the high plate thickness steel plate adjacent to the surface side steel plate and the surface side steel plate are welded by the weld bead. A lap weld joint for steel sheets according to
本発明の鋼板の重ね溶接方法によれば、スポット溶接工程と、レーザ溶接工程を順次行うことで、3以上の鋼板のうち、表面側鋼板に隣接する高板厚鋼板と表面側鋼板との間にスポット溶接部が形成されない場合であっても、レーザ溶接によって表面側鋼板と高板厚鋼板とを溶接するので、表面側鋼板を含む3以上の鋼板を確実に重ね溶接することができる。また、スポット溶接部の周囲をレーザ溶接する場合には、表面側鋼板に隣接する高板厚鋼板と表面側鋼板とのギャップが一定の範囲に管理された状態でレーザ溶接を実施することが可能となり、レーザ溶接を安定して行うことができ、表面側鋼板を含む3以上の鋼板を確実に重ね溶接することができる。
また、全ての鋼板に渡ってスポット溶接部を設ける必要がないので、スポット溶接工程における溶接電流及び電流印加時間を少なくすることができ、スポット溶接の連続打点性を向上できる。
According to the lap welding method of the steel sheet of the present invention, by sequentially performing the spot welding process and the laser welding process, among the three or more steel sheets, between the high thickness steel sheet adjacent to the surface side steel sheet and the surface side steel sheet Even if the spot welded portion is not formed, the surface-side steel plate and the high-thickness steel plate are welded by laser welding, so that three or more steel plates including the surface-side steel plate can be reliably lap welded. In addition, when laser welding is performed around the spot weld, laser welding can be performed with the gap between the high-thick steel plate adjacent to the surface-side steel plate and the surface-side steel plate controlled within a certain range. Thus, laser welding can be performed stably, and three or more steel plates including the surface-side steel plate can be reliably lap welded.
Moreover, since it is not necessary to provide a spot weld part over all the steel plates, the welding current and current application time in a spot welding process can be reduced, and the continuous spot performance of spot welding can be improved.
また、本発明の鋼板の重ね溶接方法によれば、スポット溶接部にレーザ溶接ビードを形成するので、表面側鋼板が薄くても、表面側鋼板が高板厚鋼板に圧接されているので鋼板間の隙間に影響されることなく良好なレーザ溶接ビードを形成することができる。レーザ溶接ビードは、直線とすることもできるが、スポット溶接部に重なるように円環状のレーザ溶接ビードを形成することで、溶接部位の占める面積を小さくすることができ、外観に優れた重ね溶接継手を形成できる。また、スポット溶接部に重なるように溶接ビードを形成することで、溶接強度を高めることができる。
更に、本発明の鋼板の重ね溶接方法によれば、スポット溶接部の周囲に、スポット溶接部を囲む円環状のレーザ溶接ビードを形成するので、スポット溶接部と溶接ビードとが離間され、設計通りの溶接強度を発現できる。
更にまた、本発明の鋼板の重ね溶接方法によれば、溶接ビードの形成時に、鋼板が過熱されることによって発生した鋼板由来の金属蒸気が、溶融ビードとスポット溶接部との間に充満されるおそれがあるところ、溶接ビードの溶接始端部と溶接終端部を離間させることで、金属蒸気を逃がすことができ、安定してレーザ溶接を行うことができる。
また、本発明の鋼板の重ね溶接方法によれば、溶接ビードの深さを、前記表面側鋼板の板厚の1.2倍以上の深さとすることで、表面側鋼板に隣接する高板厚鋼板と表面側鋼板とを確実に溶接できる。また、溶接ビードの深さを表面側鋼板の板厚の1.2倍程度とすることで、小さな発振器でレーザ溶接工程を実現でき、初期設備コストを低減できる。
In addition, according to the lap welding method of the steel plate of the present invention, since the laser weld bead is formed in the spot welded portion, even if the surface side steel plate is thin, the surface side steel plate is pressed against the high plate thickness steel plate, A good laser weld bead can be formed without being affected by the gap. The laser weld bead can be a straight line, but by forming an annular laser weld bead that overlaps the spot weld, the area occupied by the weld can be reduced, and lap welding with excellent appearance A joint can be formed. Moreover, welding strength can be raised by forming a weld bead so that it may overlap with a spot welding part.
Furthermore, according to the lap welding method of the steel plate of the present invention, since the annular laser weld bead surrounding the spot weld is formed around the spot weld, the spot weld and the weld bead are separated from each other as designed. The welding strength can be expressed.
Furthermore, according to the lap welding method of the steel plate of the present invention, the metal vapor derived from the steel plate generated by overheating the steel plate is filled between the molten bead and the spot welded portion when forming the weld bead. Where there is a possibility, metal vapor can be released by separating the welding start end portion and the welding end portion of the weld bead, and laser welding can be performed stably.
Moreover, according to the lap welding method of the steel plate of the present invention, the depth of the weld bead is 1.2 times or more the plate thickness of the surface-side steel plate, thereby increasing the thickness of the plate adjacent to the surface-side steel plate. The steel plate and the surface-side steel plate can be reliably welded. In addition, by setting the depth of the weld bead to about 1.2 times the plate thickness of the surface side steel plate, the laser welding process can be realized with a small oscillator, and the initial equipment cost can be reduced.
次に、本発明の鋼板の重ね溶接継手によれば、2以上の鋼板間にスポット溶接部が設けられるとともに、スポット溶接部またはスポット溶接部の周囲に、表面側鋼板に隣接する高板厚鋼板と表面側鋼板とを溶接する溶接ビードが設けられるので、表面側鋼板に隣接する高板厚鋼板と表面側鋼板との間にスポット溶接部が形成されない場合であっても、表面側鋼板を含む2以上の鋼板を確実に重ね溶接することができる。 Next, according to the lap weld joint of the steel plate of the present invention, a spot welded portion is provided between two or more steel plates, and the high plate thickness steel plate adjacent to the surface side steel plate around the spot welded portion or the spot welded portion. Since the weld bead for welding the surface side steel plate and the surface side steel plate is provided, the surface side steel plate is included even if the spot weld is not formed between the high thickness steel plate adjacent to the surface side steel plate and the surface side steel plate. Two or more steel plates can be reliably lap welded.
また、本発明の鋼板の重ね溶接継手によれば、スポット溶接部にレーザ溶接ビードを形成するので、表面側鋼板が薄くても、表面側鋼板が高板厚鋼板に圧接されているので鋼板間の隙間に影響されることなく良好なレーザ溶接ビードを形成することができる。レーザ溶接ビードは、直線とすることもできるが、スポット溶接部に重なる円環状のレーザ溶接ビードを設けることで、溶接部位が占める面積を小さくすることができ、重ね溶接継手の外観を向上できる。また、スポット溶接部に重なる円環状の溶接ビードを設けることで、溶接強度を高めることができる。
更に、本発明の鋼板の重ね溶接継手によれば、スポット溶接部の周囲に、スポット溶接部を囲む円環状のレーザ溶接ビードを設けることにより、スポット溶接部と溶接ビードとが離間されるので、設計通りの溶接強度を発現できる。
更にまた、本発明の鋼板の重ね溶接継手によれば、レーザ溶接ビードの始端部と終端部を離間させることで、レーザ溶接に伴う金属蒸気を逃がすことができ、安定した溶接ビードを形成することができる。
また、本発明の鋼板の重ね溶接継手によれば、溶接ビードの深さを、前記表面側鋼板の板厚の1.2倍以上の深さとすることで、表面側鋼板に隣接する高板厚鋼板と表面側鋼板とを確実に溶接できる。
Further, according to the lap weld joint of the steel plate of the present invention, since the laser weld bead is formed in the spot welded portion, even if the surface side steel plate is thin, the surface side steel plate is pressed against the high plate thickness steel plate, A good laser weld bead can be formed without being affected by the gap. The laser weld bead can be a straight line, but by providing an annular laser weld bead overlapping the spot weld, the area occupied by the welded portion can be reduced, and the appearance of the lap weld joint can be improved. In addition, the welding strength can be increased by providing an annular weld bead overlapping the spot weld.
Furthermore, according to the lap weld joint of the steel plate of the present invention, the spot welded portion and the weld bead are separated by providing an annular laser weld bead surrounding the spot welded portion around the spot welded portion. The designed welding strength can be achieved.
Furthermore, according to the lap weld joint of the steel plate of the present invention, by separating the start end portion and the end portion of the laser welding bead, metal vapor accompanying laser welding can be released, and a stable welding bead can be formed. Can do.
Moreover, according to the lap weld joint of the steel plate of the present invention, the depth of the weld bead is 1.2 times or more the plate thickness of the surface-side steel plate, thereby increasing the thickness of the plate adjacent to the surface-side steel plate. The steel plate and the surface-side steel plate can be reliably welded.
「第1の実施形態」
以下、本発明の第1の実施形態である鋼板の重ね溶接方法及び鋼板の重ね溶接継手について、図面を参照して説明する。
本実施形態の鋼板の重ね溶接方法は、2以上の鋼板を重ね合わせて仮組みする準備工程と、2以上の鋼板を板厚方向から加圧しながらスポット溶接するスポット溶接工程と、レーザ溶接工程とから概略構成されている。
“First Embodiment”
Hereinafter, a steel plate lap welding method and a steel plate lap weld joint according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The steel plate lap welding method of the present embodiment includes a preparatory step in which two or more steel plates are overlapped and temporarily assembled, a spot welding step in which spot welding is performed while pressing two or more steel plates from the plate thickness direction, and a laser welding step. It is roughly composed.
先ず準備工程では、図1に示すように、2以上の鋼板1を重ね合わせて仮組みする。重ね溶接の対象となる鋼板1の枚数は、2以上であればよく、好ましくは2〜4であり、最も好ましくは3である。
First, in a preparation process, as shown in FIG. 1, two or
本発明を好適に適用することが可能な形態は、2以上の鋼板1のうち、最小の板厚となる鋼板を表面側鋼板1aとして配される場合である。ここで表面側とは、2以上の鋼板1が重ね合わされたときに、最も外側に配置され、かつレーザ溶接が可能な側のことをいう。
表面側鋼板1a以外の鋼板としては、板厚が表面側鋼板1aより大きな1または2以上の高板厚鋼板を用いることができる。本実施形態では、2枚の高板厚鋼板1b、1cを用いる。表面側鋼板1aの板厚は、0.3〜1.0mmの範囲が好ましい。また、高板厚鋼板1b、1cの板厚は0.8mm〜5mm程度の範囲であればよい。尚、高板厚鋼板とは、表面側鋼板よりも板厚が大きい鋼板を意味する用語であり、所謂厚板と同義ではない。
The form which can apply this invention suitably is a case where the steel plate which becomes the minimum board thickness among two or
As the steel plate other than the surface
更に、表面側鋼板1a及び高板厚鋼板1b、1cの合計板厚に対する表面側鋼板1aの板厚の比(合計板厚/表面側鋼板の板厚(以下、板厚比という))は、5以上とすることが好ましい。
板厚比が5未満であれば、総板厚に対する表面側鋼板1aの板厚の占める割合が十分大きくなり、この場合は通常のスポット溶接で重ね溶接することが可能なので、あえて本発明に係る重ね溶接方法を用いる必要はない。板厚比が5未満でも本発明に係る重ね溶接方法は適用可能だが、レーザ溶接を行う点で経済的に不利になる。
また、板厚比の上限については特に制限はないが、板厚比の上限は板厚比が10を超える組み合わせについては、適用例があまり見あたらないので、板厚比の上限を10とする。
Furthermore, the ratio of the plate thickness of the surface
If the plate thickness ratio is less than 5, the ratio of the plate thickness of the surface-
The upper limit of the plate thickness ratio is not particularly limited, but the upper limit of the plate thickness ratio is 10 because there are few application examples for combinations where the plate thickness ratio exceeds 10.
鋼板1a〜1cの積層順序は、図1に示すように、高板厚鋼板1cの上に別の高板厚鋼板1bを重ね合わせ、更にその上に表面側鋼板1aを重ね合わせることが望ましい。尚、鋼板1の積層順序は、前記の順序と逆の順序でも良い。要するに表面側鋼板1aが表側に配置されていればよい。なお、各鋼板1a〜1cは比較的平坦であるものの、多少の反りがあるので、相互に重ねた各鋼板1a〜1cの間には隙間が存在する。また、各鋼板1a〜1cが事前に成形加工されている場合には、各鋼板1a〜1cに成形加工に伴う歪みが生じているので、この場合にも各鋼板1a〜1cの間には多少の隙間が存在することになる。
As shown in FIG. 1, the stacking order of the
本実施形態の重ね溶接方法では、鋼板1a〜1cの品種には特に制限はない。尚、通常のレーザ溶接においては、亜鉛等の低沸点金属がめっきされためっき鋼板をレーザ溶接する際に、めっき成分を構成する低沸点金属が蒸気となって溶鋼をスパッタとして飛散させ、溶接を阻害する場合があるが、本実施形態の重ね溶接法では何ら問題なくめっき鋼板を用いることができ、例えば亜鉛めっき鋼板であっても好適に用いることができる。
In the lap welding method of this embodiment, there is no restriction | limiting in particular in the kind of
次に、スポット溶接工程では、図2に示すように、鋼板1a〜1cに対してその板厚方向から溶接電極2a、2bを押し当てる。本実施形態では、図2に示すようにダイレクトスポット溶接が好適に適用される。溶接電極2a、2bによって板厚方向に押圧されることで、鋼板1a〜1cが密着せしめられる。
Next, in a spot welding process, as shown in FIG. 2,
次に、図3に示すように、溶接電極2a、2bから溶接電流を印加してスポット溶接を行う。スポット溶接することで、高板厚鋼板1b、1cの間にナゲット3が形成される。
また、ナゲット3の周囲には、高板厚鋼板1b、1cの母材金属が固相圧接されたコロナボンド部4が形成される。このように、重ね溶接の対象となる鋼板1には、ナゲット3とコロナボンド部4とを含むスポット溶接部5が形成される。
また、コロナボンド部4は高板厚鋼板1bの一面まで広がり、先の密着部分1dにおいて表面側鋼板1aとが固相溶接される。
この固相溶接の強度は比較的弱いものであるが、表面側鋼板1aと高板厚鋼板1bを仮止めするには十分な強度になる。
このとき、表面側鋼板1aと高板厚鋼板1bとの圧接部分1dの周囲には、表面側鋼板1aの塑性流動に伴って板の浮き上がり現象(以下、シートセパレーション現象という)が起こる。このシートセパレーション現象によって、表面側鋼板1aと高板厚鋼板1bとの間にギャップG1が設けられる。ギャップGは比較的均一なギャップになるので、レーザ溶接をする際の溶接条件の安定化に寄与することになる。尚、シートセパレーション現象は、塑性流動のみならず、溶接電流の通電に伴う板体積の熱膨張分が鋼板間に膨出されることにより助長される。
Next, as shown in FIG. 3, spot welding is performed by applying a welding current from the
Further, around the
Further, the
Although the strength of this solid phase welding is relatively weak, the strength is sufficient to temporarily fix the surface
At this time, a plate lifting phenomenon (hereinafter referred to as a sheet separation phenomenon) occurs around the
また、スポット溶接部5の周囲であって、高板厚鋼板1b、1cの間にはギャップG2が形成される。ギャップG1、G2は、前述のシートセパレーション現象によって形成される。即ち、ギャップG1は、溶接電極2a、2bの押圧による主に表面側鋼板1aの塑性流動と、溶接電流の通電に伴う板体積の熱膨張分の膨出とによって形成される。このギャップG1は、スポット溶接部5の周囲にレーザ溶接する場合のギャップとなる。尚、ギャップG1は、溶接電極の先端の曲率半径R、溶接電極による加圧力、または通電条件によって制御可能である。
Further, a gap G2 is formed around the spot welded
スポット溶接の溶接条件には特に制限はなく、少なくとも高板厚鋼板1b、1cをスポット溶接することが可能な条件であればよい。例えば、溶接電極2a、2bの先端直径を6〜8mmの範囲とし、溶接電極2a、2bの先端の曲率半径Rを例えば40mmとし、溶接電極2a、2bによる加圧力を3〜5kNの範囲とし、溶接電流の電流値を7〜9kAの範囲とし、通電時間を12/50〜30/50秒の範囲とすればよい。溶接条件は例示した条件に限らず、鋼板1の品種や板厚等に応じて適宜決定すればよい。
The welding conditions for spot welding are not particularly limited, and may be any conditions as long as at least the high
次に、図4及び図5に示すように、スポット溶接部5に対して表面側鋼板1a側からレーザ光Lを照射してレーザ溶接を行う。レーザ溶接によって、高板厚鋼板1bと表面側鋼板1aとに渡る溶接ビード6が形成され、高板厚鋼板1bと表面側鋼板1aとが溶接される。図4及び図5に示すように、本実施形態の溶接ビード6は、鋼板1を平面視したときにスポット溶接部5の内側、即ちコロナボンド部4の内側の領域に形成する。表面側鋼板1aが高板厚鋼板に伝えるべき設計荷重を負担できる溶接ビード長さがあれば良いので、溶接ビード6は直線状でよいが、溶接ビード6を円環状に配置すれば荷重を伝える能力に方向性をなくすことができるので好ましい。レーザ光Lを円環状に走査することで、溶接ビード6を円環状に形成可能である。また、溶接ビード6を形成する際に、溶接始端部6aと溶接終端部6bとを重ねてもよく、溶接始端部6aと溶接終端部6bを離間させてもよい。さらには、表面側鋼板1aが高板厚鋼板に伝えるべき設計荷重を負担できる溶接ビード長さがあれば良いので、溶接ビード6は、1/2円であっても1つあるいは複数個の1/n円であっても良い。図5では、溶接始端部6aと溶接終端部6bとを重ねて溶接した例である。
Next, as shown in FIGS. 4 and 5, laser welding is performed by irradiating the spot welded
また、図5に示すように、溶接ビード6を円環状に配置する場合、円環状の溶接ビード6の中心位置Oと溶接ビード6の幅方向中心線Bとの最短距離を溶接ビード6の半径r1とし、更に半径r1の2倍を溶接ビード6の直径R1としたとき、溶接ビード6の直径R1は2mm以上とすることが好ましい。
直径R1が2mm未満になると、円環状の溶接ビード6の内側まで熱伝導で溶融し、凝固割れが生じやすくなるので好ましくない。
また、溶接ビード6の直径R1は、コロナボンド部4の外周径R2よりも1mm程度短い値がよい。これは、溶接ビード6がコロナボンド部4の外側に形成させないための制限である。溶接ビード6をコロナボンド部4の外側に形成させる場合は、後に述べるように溶接始端部6aと溶接終端部6bとを離間させる必要がある。尚、幅方向中心線Bは、溶接ビード6を形成する際のレーザ光Lの軌跡に対応する。
As shown in FIG. 5, when the
If the diameter R1 is less than 2 mm, it is not preferable because it melts by heat conduction to the inside of the
The diameter R1 of the
コロナボンド部4の外周径R2は、事前にスポット溶接だけを行った継手から、断面検鏡、あるいは軟鋼であればピール試験により決定する必要がある。この作業は、高板厚鋼板1b、1c同士の溶接が適切に行われているのかどうか確認し、スポット溶接条件を決定するためにも必要な作業である。
また、コロナボンド部4の外周径R2は、図4に示すように板厚方向に沿って一定ではなく、高板厚鋼板1b、1cの間において最大となり、そこから離れるに従って徐々に小さくなっている。この場合のコロナボンド部4の外周径R2は、高板厚鋼板1bの表面側鋼板1側の面におけるコロナボンド部4の外周径を採用すればよい。
The outer peripheral diameter R2 of the
Further, the outer peripheral diameter R2 of the
また、溶接ビード6の深さd(溶け込み深さ)は、表面側鋼板1aの板厚の少なくとも1.2倍以上の溶け込み深さが得られるように溶接条件を調整する。溶け込み深さdは、別の鋼板でメルトランを行い、部分溶け込みでの溶け込み深さを測定して、予め溶接条件を決定することで決めればよい。
Further, the welding conditions are adjusted so that the depth d (penetration depth) of the
また、レーザ溶接工程では、表面側鋼板1a側からレーザ光Lを照射することが好ましい。高板厚鋼板1c側からレーザ光を照射することも可能であるが、この場合はレーザ光による金属溶融部を表面側鋼板1aまで到達させる必要があり、大きなレーザ出力が必要になる。即ち、高板厚鋼板1c側からレーザ光を照射する場合、全板厚を貫通溶接できる溶接条件を選定する必要があり、レーザ溶接設備が大がかりなものになってしまう。
In the laser welding process, it is preferable to irradiate the laser beam L from the surface
また、レーザ溶接では、集光途中に配置した鏡を駆動して、レーザビームを走査して溶接することもできる。この場合、レーザ溶接工程に要する時間を大幅に短縮することができる。
更にレーザ溶接の際のシールドガスとしては、窒素、炭酸ガス、アルゴン、ヘリウム、乾燥空気を用いることが好ましい。特に、窒素または炭酸ガスを用いることで、レーザ光Lの照射を表面側鋼板1a側から行う非貫通溶接時において、溶接ビード6における気孔の発生を抑制できる。
In laser welding, a mirror disposed in the middle of light collection can be driven to scan with a laser beam for welding. In this case, the time required for the laser welding process can be greatly shortened.
Further, it is preferable to use nitrogen, carbon dioxide, argon, helium, or dry air as the shielding gas for laser welding. In particular, by using nitrogen or carbon dioxide gas, it is possible to suppress generation of pores in the
また、本実施形態の重ね溶接方法は、一例として、自動車製造工程における車体の溶接工程に適用される。車体の溶接などの流れ作業では、被溶接体の位置決め及びクランプを実施した後、再位置決め、再クランプを行うことなく、スポット溶接工程及びレーザ溶接工程を続けて実施することが好ましい。より好ましくは、スポット溶接を行ったステーションと同じステーションでレーザ溶接を行うか、あるいは、スポット溶接を行ったステーションに近いステーションでレーザ溶接を行う。本実施形態の重ね溶接方法を適用したいスポット溶接の後に、他のスポット溶接の打点数が増加すると、被溶接体に僅かながらも歪みが生じ、レーザ溶接位置の再位置決めが必要となるためである。同じステーションあるいは次のステーションであれば、スポット溶接を行った位置情報を基準にして、レーザ溶接を行うことができる。 Moreover, the lap welding method of this embodiment is applied to the welding process of the vehicle body in a motor vehicle manufacturing process as an example. In a flow operation such as welding of a vehicle body, it is preferable that the spot welding process and the laser welding process are continuously performed without performing repositioning and re-clamping after positioning and clamping of the welded body. More preferably, laser welding is performed at the same station as the station where spot welding was performed, or laser welding is performed at a station close to the station where spot welding was performed. This is because, after spot welding to which the lap welding method of this embodiment is applied, if the number of hit points of other spot welding increases, a slight distortion occurs in the welded body, and the laser welding position needs to be repositioned. . If it is the same station or the next station, laser welding can be performed on the basis of position information on which spot welding has been performed.
このようにして、図4及び図5に示す重ね溶接継手が得られる。図4及び図5に示す重ね溶接継手は、板厚が0.3〜1mmの範囲の板厚を有する表面側鋼板1aと、板厚が表面側鋼板1aより大きな2つの高板厚鋼板1b、1cを重ね溶接した継手である。表面側鋼板1a及び高板厚鋼板1b、1cの合計板厚に対する表面側鋼板1aの板厚の比(合計板厚/表面側鋼板の板厚)は5以上とされている。そして、表面側鋼板1aが表面側に配置された状態で各鋼板1a〜1bが重ね合わされている。また、高板厚鋼板1b、1cに渡って、抵抗点溶接によるナゲット3が設けられている。ナゲット3の周辺には、固相接合状態となったコロナボンド部4が形成され、コロナボンド部4とナゲット3とが一体になってスポット溶接部5が形成されている。また、スポット溶接部5の上には、表面側鋼板1aと高板厚鋼板1bとに渡ってレーザ溶接による溶接ビード6が設けられている。このように、本実施形態の重ね溶接継手は、高板厚鋼板1b、1c同士を溶接するスポット溶接部5と、表面側鋼板1aと高板厚鋼板1bとを溶接する溶接ビード6とから構成されている。また、表面側鋼板1aと高板厚鋼板1bとの接合部分には、圧接部1eが設けられており、表面側鋼板1aと高板厚鋼板1bとが圧接された状態になっている。この圧接部1eも重ね溶接継手に含まれる。
また、本実施形態の重ね溶接継手においては、溶接ビード6の底部がナゲット3に侵入しており、溶接ビード6とスポット溶接部5とが一体になっている。
In this way, the lap weld joint shown in FIGS. 4 and 5 is obtained. The lap weld joint shown in FIGS. 4 and 5 includes a surface
Moreover, in the lap weld joint of this embodiment, the bottom part of the
溶接ビード6は、スポット溶接部5に重なって円環状に設けられている。この溶接ビード6は、高板厚鋼板1b、1cのコロナボンド部4の内側の領域に設けられている。溶接ビード6の直径は、2mm以上であることが好ましく、コロナボンド部4の外周径よりも1mm小さな径とすることが好ましい。更に、溶接ビード6の深さは、表面側鋼板1aの板厚の1.2倍以上の深さであることが好ましい。
The
以上説明したように、本実施形態の重ね溶接方法によれば、スポット溶接工程と、レーザ溶接工程を順次行うことで、表面側鋼板1aと高板厚鋼板1bとの間にスポット溶接によるナゲットが形成されない場合であっても、レーザ溶接によって表面側鋼板1aと高板厚鋼板1bとを溶接するので、表面側鋼板1aを含む2以上の鋼板1a〜1cを確実に重ね溶接することができる。
また、全ての鋼板1a〜1cに渡ってスポット溶接部を設ける必要がないので、スポット溶接工程における溶接電流及び電流印加時間を少なくすることができ、スポット溶接の連続打点性を向上できる。
また、コロナボンド部4の内側に円環状の溶接ビード6を形成することで、溶接部位の占める面積を小さくすることができ、外観に優れた重ね溶接継手を形成できる。また、コロナボンド部4の内側に円環状の溶接ビード6を形成することで、溶接ビード6の底部がナゲット3に侵入し、溶接ビード6とスポット溶接部5とが一体になるので、溶接強度を高めることができる。
また、溶接ビード6の深さを、表面側鋼板1aの板厚の1.2倍以上の深さとすることで、表面側鋼板1aと高板厚鋼板1bとを確実に溶接できる。また、溶接ビード6の深さを表面側鋼板1aの板厚の1.2倍程度とすることで、小さな発振器でレーザ溶接工程を実現でき、初期設備コストを低減できる。
As described above, according to the lap welding method of the present embodiment, the spot welding process and the laser welding process are sequentially performed, so that a nugget by spot welding is generated between the surface-
Moreover, since it is not necessary to provide a spot welding part over all the
Moreover, by forming the
Moreover, the surface
また、鋼板1a〜1cとして亜鉛めっき鋼板を用いた場合は、スポット溶接時の溶接熱によって亜鉛が蒸気となって飛散するので、スポット溶接部5の直上の圧接部分1dには亜鉛がほとんど残存しなくなる。本実施形態では、スポット溶接部5に重なるようにレーザ溶接による溶融ビード6を形成するので、レーザ溶接の際の溶融池が亜鉛の蒸気によって飛散する現象を回避できる。
Further, when galvanized steel sheets are used as the
次に、本実施形態の鋼板の重ね溶接継手によれば、高板厚鋼板1b、1cに渡ってナゲット3を含むスポット溶接部5が設けられるとともに、スポット溶接部5に、表面側鋼板1aと高板厚鋼板1bとを溶接する溶接ビード6が設けられるので、表面側鋼板1aと高板厚鋼板1bとの間にナゲット3が形成されない場合であっても、溶接ビード6によって表面側鋼板1aと高板厚鋼板1bとが溶接されるので、表面側鋼板1aを含む2以上の鋼板1a〜1cを確実に重ね溶接できる。
また、溶接ビード6の底部がナゲット3に侵入して、溶接ビード6とスポット溶接部5とが一体になるので、溶接強度を高めることができる。
Next, according to the lap weld joint of the steel plate of the present embodiment, the spot welded
Moreover, since the bottom part of the
「第2の実施形態」
次に、本発明の第2の実施形態である鋼板の重ね溶接方法及び鋼板の重ね溶接継手について、図面を参照して説明する。
本実施形態の重ね溶接方法は、レーザ溶接による溶接ビードを形成する際に、コロナボンド部の外側に溶接ビードを形成する点において第1の実施形態と異なっている。
“Second Embodiment”
Next, a steel plate lap welding method and a steel plate lap weld joint according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The lap welding method of the present embodiment is different from the first embodiment in that a weld bead is formed outside the corona bond portion when forming a weld bead by laser welding.
即ち、図6に示すように、本実施形態では、スポット溶接部5に表面側鋼板1a側からレーザ光Lを照射してレーザ溶接を行う。レーザ溶接によって、表面側鋼板1aに隣接する高板厚鋼板1bと表面側鋼板1aとに渡って溶接ビード16が形成され、高板厚鋼板1bと表面側鋼板1aとが溶接される。本実施形態では、鋼板1を平面視したときにスポット溶接部5の外側、即ちコロナボンド部4の外側に、スポット溶接部5を囲むように溶接ビード16を形成する。溶接ビード16は円環状に形成することが好ましいが、必ずしも全円または全円に近くする必要はなく、例えば1/2円など、1つあるいは複数個の1/n円であっても良い。表面側鋼板1aが高板厚鋼板に伝えるべき設計荷重を負担できる溶接ビード長さがあれば良いからである。図6に示す例では、スポット溶接用の溶接電極を待避させた状態でレーザ溶接しているが、溶接電極を鋼板1に当接させたままでレーザ溶接を行ってもよい。溶接電極を当接させたままとすることで、レーザ溶接中でもスポット溶接部5を溶接電極によって冷却することができ、スポット溶接部5を過熱することがない。
That is, as shown in FIG. 6, in this embodiment, laser welding is performed by irradiating the spot welded
コロナボンド部4の外側では、表面側鋼板1aと高板厚鋼板1bとの間にギャップG1が設けられている。このギャップG1は、スポット溶接工程において生じたシートセパレーション現象によるギャップである。このギャップG1は、コロナボンド部4の外周に沿ってほぼ一定の大きさになっている。このため、溶融ビード16をコロナボンド部4の外周に沿って円環状に設ける場合に、ギャップが常に一定になるので、溶接条件が変動せず、安定したレーザ溶接が可能になる。尚、ギャップG1は、溶接電極の先端の曲率半径R、溶接電極による加圧力、または通電条件によって制御可能である。
On the outside of the
また、鋼板1a〜1cとして亜鉛めっき鋼板を用いた場合には、スポット溶接部5の形成に伴う溶接熱の影響によって、スポット溶接部5の近傍の亜鉛めっきが溶融、蒸気化する。溶融、蒸気化した亜鉛は、ギャップG1、G2に放出されるが、本実施形態においてレーザ溶接を施工する箇所には、シートセパレーションが形成されているので安定したレーザ溶接が可能である。
Moreover, when a galvanized steel plate is used as the
また、本実施形態における溶接ビード16は、その溶接始端部16aと溶接終端部16bとを離間させる必要がある。これは、スポット溶接部5を囲むように溶接ビード16を形成することに起因する。表面側鋼板1aと高板厚鋼板1bは、スポット溶接部5の近傍にある圧接部1eを介して圧接されている。溶接ビード16は、この圧接部1eを囲むように形成するが、その際、溶接ビード16、表面側鋼板1a、高板厚鋼板1b及び圧接部1eに囲まれた空間Sが形成される。仮に、溶接始端部16aと溶接終端部16bとを重ねてしまうと、この空間Sが完全に密閉された空間になる。レーザ溶接工程では、レーザ光によって各鋼板1a、1bの母材金属を溶融させながら溶接が進行するが、この際に発生した金属蒸気が空間Sにも満たされる。鋼板1a〜1cとして亜鉛めっき鋼板を用いた場合には、発生する金属蒸気に亜鉛蒸気も含まれる。このような状況で溶接ビード16の溶接始端部16aと溶接終端部16bとを重ねて空間Sを完全に密閉すると、空間Sに取り残された金属蒸気によって空間S内の内圧が高まり、溶接ビード16の終端部を形成する際に溶鋼を飛散させて穴を開けてしまう。従って、溶接ビード16をスポット溶接部5の外側に円環状に形成する場合には、溶接始端部16aと溶接終端部16bとを離間させて、金属蒸気の逃げ口を設けておくことが好ましい。これにより、表面側鋼板1aと高板厚鋼板1bとの溶接強度が低下する恐れがない。
Moreover, the
また、円環状の溶接ビード16の中心位置Oと溶接ビード16の幅方向中心線Bとの最短距離を溶接ビード16の半径r2とし、半径r2の2倍数を溶接ビード16の直径R3としたとき、溶接ビード16の直径R3は、コロナボンド部4の外周径R2と同一かそれ以上にすればよい。また、溶接ビード16の直径R3の上限は16mm以下にすればよい。溶接ビード16の直径R3をこれ以上大きくしても、対象とする表面側鋼板1aの溶接にとって強度上のメリットがない。また、通常のスポット溶接の溶接電極の直径が16mmであり、この直径範囲内であれば、何の障害もなくレーザ溶接を行うことができるが、これを超える直径の溶接をレーザで行う場合、他の部材やジグと干渉してレーザ光を照射できないことが発生しかねず、レーザ溶接のために治工具の工夫が必要となりかねない。
When the shortest distance between the center position O of the
また、溶接ビード16の深さd(溶け込み深さ)は、第1の実施形態と同様に、表面側鋼板1aの板厚の少なくとも1.2倍以上の溶け込み深さが得られるように溶接条件を調整すればよい。
Also, the welding condition is such that the depth d (penetration depth) of the
また、レーザ溶接では、表面側鋼板1a側からレーザ光Lを照射することが好ましいが、第1の実施形態と同様に、高板厚鋼板1c側からレーザ光を照射してレーザ溶接を行うことも可能である。
更にレーザ溶接の際のシールドガスとしては、窒素、炭酸ガス、アルゴン、ヘリウム、乾燥空気を用いることが好ましい。特に、窒素または炭酸ガスを用いることで、レーザ光Lの照射を表面側鋼板1a側から行う非貫通溶接時において、溶接ビード16における気孔の発生を抑制できる。
Further, in laser welding, it is preferable to irradiate the laser beam L from the surface
Further, it is preferable to use nitrogen, carbon dioxide, argon, helium, or dry air as the shielding gas for laser welding. In particular, by using nitrogen or carbon dioxide gas, the generation of pores in the
このようにして、図6及び図7に示す重ね溶接継手が得られる。図6及び図7に示す重ね溶接継手は、板厚が0.3〜1mmの範囲であって最小の板厚を有する表面側鋼板1aと、板厚が表面側鋼板1aより大きな2つの高板厚鋼板1b、1cを重ね溶接した継手である。この重ね継手では、高板厚鋼板1b、1cに渡ってナゲット3が設けられる。ナゲット3の周辺には、固相圧接状態のコロナボンド部4が形成される。そして、コロナボンド部4とナゲット3とが一体になってスポット溶接部5が形成されている。また、スポット溶接部5の上には、表面側鋼板1aと高板厚鋼板1bとに渡ってレーザ溶接による溶接ビード16が設けられている。このように、本実施形態の重ね溶接継手は、高板厚鋼板1b、1c同士を溶接するスポット溶接部5と、表面側鋼板1aと高板厚鋼板1bとを溶接する溶接ビード16とから構成されている。また、表面側鋼板1aと高板厚鋼板1bとの接合部分には、圧接部1eが設けられており、表面側鋼板1aと高板厚鋼板1bとが圧接された状態になっている。この圧接部1eも重ね溶接継手に含まれる。
In this way, the lap weld joint shown in FIGS. 6 and 7 is obtained. The lap weld joint shown in FIGS. 6 and 7 includes a surface-
溶接ビード16は、スポット溶接部5を囲むように円環状に設けられている。この溶接ビード16は、高板厚鋼板1b、1cのコロナボンド部4の外側に設けられている。溶接ビード16の直径は、コロナボンド部4の外周径と同一かそれ以上であることが好ましく、また、16mm以下にすることが好ましい。更に、溶接ビード16の深さdは、表面側鋼板1aの板厚の1.2倍以上の深さであることが好ましい。
また、スポット溶接部5の周囲に円環状の溶接ビード16が設けられることで、スポット溶接部5と溶接ビード16とが常に離間した状態になる。
The
Further, by providing the
本実施形態の重ね溶接方法によれば、第1の実施形態の重ね溶接方法と同様な効果の他に、下記の効果が得られる。
即ち、本実施形態の重ね溶接方法によれば、スポット溶接部5の周囲にレーザ溶接を施すので、表面側鋼板1aと高板厚鋼板1bとのギャップG1が一定の範囲に管理された状態でレーザ溶接を実施でき、レーザ溶接を安定して行うことができ、表面側鋼板1aを含む鋼板1を確実に重ね溶接できる。このギャップG1は、溶接電極の先端の曲率半径R、溶接電極による加圧力、または通電条件によって制御可能なので、ギャップG1が大きすぎてレーザ溶接が不可能となる事態は避けられる。また、ギャップG1が安定するので、従来のように必要量のフィラーを送給するという複雑な機構が不要となる。
According to the lap welding method of the present embodiment, in addition to the same effects as the lap welding method of the first embodiment, the following effects can be obtained.
That is, according to the lap welding method of this embodiment, since laser welding is performed around the spot welded
また、スポット溶接部5と溶接ビード16とが離間されるので、スポット溶接、レーザ溶接のそれぞれにおいて設計通りの溶接強度を発現させることができる。また、鋼板1として亜鉛めっき鋼板を用いた場合においても、シートセパレーションによって隙間が形成されている部分をレーザ溶接するので、レーザ溶接を安定して行うことができる。
In addition, since the spot welded
また、レーザ溶接ビード16の形成時に、鋼板1に由来する金属蒸気が溶融ビード16と圧接部との間の空間Sに充満するおそれがあるところ、溶接ビード16の始端部16aと終端部16bを離間させることで、充満した金属蒸気を逃がすことができ、安定してレーザ溶接を行うことができる。
Further, when the
また、本実施形態の鋼板の重ね溶接継手によれば、スポット溶接部5の周囲に、スポット溶接部5を囲む円環状の溶接ビード16を設けることで、スポット溶接部5と溶接ビード16とが相互に離間されるので、スポット溶接部5及び溶接ビード16のそれぞれについて、設計通りの溶接強度を発現できる。
Moreover, according to the lap weld joint of the steel plate of this embodiment, the spot welded
更に、溶接始端部16aと溶接終端部16bを重ねずに離間させることで、溶接始端部16aが再加熱されることがなく、溶接割れを未然に防止できる。
Further, by separating the welding start
なお、本発明では、板厚比が5.0を超える3枚以上の重ね溶接であっても、最小の板厚の鋼板を高板厚鋼板間に挟み込むことができる場合には、容易にスポット溶接が可能となるので、本発明の適用対象とはならない。 In the present invention, even when three or more lap welds having a plate thickness ratio exceeding 5.0 are used, if the steel plate having the minimum plate thickness can be sandwiched between the high plate steel plates, it is easy to spot. Since welding is possible, the present invention is not applicable.
表1に示す各種の鋼板を用意し、表面側鋼板、2枚目の高板厚鋼板、3枚目の高板厚鋼板、4枚目の高板厚鋼板の順に重ね合わせてA〜Hの板組とした。次に、これらの鋼板を板厚方向から加圧しながら、表2に示す条件でスポット溶接を行った。スポット溶接時のスクイズ時間は25サイクルに固定した。次に、スポット溶接部、スポット溶接部の外周上、またはスポット溶接部の周囲に向けて、表面側鋼板の側からレーザ光を照射して、表2に示す条件でレーザ溶接を行った。このようにして、重ね溶接継手を製造した。
得られた重ね溶接継手について、レーザ溶接による溶接ビードの外観を観察した。また、JIS Z 3137に規定された溶接継手の十字引張試験法に準じて、十字引張試験を行った。また、十字引張試験では、鋼板の重ね枚数が3枚の場合は、表面側鋼板と2枚目の高板厚鋼板の間で引っ張った。また、鋼板の重ね枚数が4枚の場合は、表面側鋼板と2枚目の高板厚鋼板の間で引っ張った。溶接ビードの外観の観察結果と、十字引張試験の結果を表3に示す。なお、鋼板の重ね枚数が3枚の場合の、2枚目の高板厚鋼板と3枚目の高板厚鋼板との間の引張試験、およびで鋼板の重ね枚数が4枚の場合の、各高板厚鋼板間の引張試験では、良好な継手強度が得られた。
Various steel plates shown in Table 1 were prepared, and the surface side steel plate, the second high plate thickness steel plate, the third high plate thickness steel plate, and the fourth high plate thickness steel plate were superposed in order of A to H. Board assembly. Next, spot welding was performed under the conditions shown in Table 2 while pressing these steel plates from the thickness direction. The squeeze time during spot welding was fixed at 25 cycles. Next, laser welding was performed under the conditions shown in Table 2 by irradiating a laser beam from the surface side steel plate side toward the spot welded portion, the outer periphery of the spot welded portion, or the periphery of the spot welded portion. In this way, a lap weld joint was manufactured.
The appearance of the weld bead by laser welding was observed for the obtained lap weld joint. In addition, a cross tension test was performed according to the cross tension test method for welded joints defined in JIS Z 3137. Moreover, in the cross tension test, when the number of stacked steel sheets was 3, the steel sheet was pulled between the surface side steel sheet and the second high-thick steel sheet. In addition, when the number of stacked steel sheets was 4, the steel sheet was pulled between the front-side steel sheet and the second high-thick steel sheet. Table 3 shows the observation results of the appearance of the weld beads and the results of the cross tension test. In addition, in the case where the number of steel plates is three, the tensile test between the second high-thick steel plate and the third high-thick steel plate, and when the number of steel plates is four, A good joint strength was obtained in the tensile test between the high-thick steel plates.
尚、表1における鋼種表記は、日本鉄鋼連盟規格JFS A 2001(2008)およびJFS A 3011(2008)によるものである。また、表2の「4mmナゲット」「3.5mmナゲット」とは、表面側鋼板と2枚目の高板厚鋼板に渡って、直径4mm、3.5mmのナゲットが形成されたという意味である。また、表2の終始端処理の欄において、「重ね」は溶接始端部と溶接終端部を重ねた例であり、例えば30°非溶接とは、溶接ビードの中心位置における角度30°の領域に溶接ビードを形成しないという意味である。また、表2の溶接位置の欄において、「圧接部」とはスポット溶接部に重ねるように溶接ビードを形成した例であり(図4に示す例)、「圧接部外周上」とは、スポット溶接部のコロナボンド部の外周上に溶接ビードを形成した例であり、「シートセパレーション部」とはスポット溶接部の周囲にスポット溶接部を囲むように溶接ビードを形成した例である(図6に示す例)。 In addition, the steel grade description in Table 1 is based on Japan Iron and Steel Federation standards JFS A 2001 (2008) and JFS A 3011 (2008). Further, “4 mm nugget” and “3.5 mm nugget” in Table 2 mean that a nugget having a diameter of 4 mm and 3.5 mm was formed across the surface-side steel plate and the second high plate steel plate. . Further, in the column of the start and end processing in Table 2, “overlap” is an example in which the welding start end and the welding end are overlapped. For example, 30 ° non-welding refers to a region at an angle of 30 ° at the center position of the weld bead. This means that no weld bead is formed. Moreover, in the column of the welding position of Table 2, the “pressure contact portion” is an example in which a weld bead is formed so as to overlap the spot weld portion (example shown in FIG. 4), and “on the outer periphery of the pressure contact portion” This is an example in which a weld bead is formed on the outer periphery of the corona bond portion of the welded portion, and the “sheet separation portion” is an example in which a weld bead is formed around the spot welded portion so as to surround the spot welded portion (FIG. 6). Example).
表1〜3に示すように、試験例1では、表面側鋼板の厚みが0.2mmと薄すぎたので、圧接状態であってもプラグ破断となり良好な強度を発揮したためレーザ溶接を行う必要がなかった。
また、試験例5では、表面側鋼板の厚みが1.2mmと厚く、表面側鋼板にもナゲットが形成された。この例では、レーザ溶接を行う必要がなかった。
また、試験例6では、板厚比が4.7と低く、表面側鋼板にもナゲットが形成された。この例では、レーザ溶接を行う必要がなかった。
試験例8は、試験例7の比較としてレーザ溶接を適用しなかったもので、界面破断となりまた十分な継手強度が得られなかった。
試験例10は、試験例9の比較としてレーザ溶接を適用しなかったもので、界面破断となりまた十分な継手強度が得られなかった。
試験例21は、スポット溶接部のコロナボンド部の外周上に溶接ビードを形成しており、本発明では始終端を重ねずに隙間(非溶接部)を設けるべきところ、あえて溶接した例であり、終端にピット(溶鋼の飛散による溶接ビードの穴あき)が発生し、継手強度に影響を与えてしまった例である。
試験例25では、スポット溶接部の周囲に溶接ビードを設けたが、溶接ビードの溶接始端部と溶接終端部を重ねたため、溶接ビードの溶接始端部付近にピットが発生し、外観不良となり、継手強度を低下させてしまった。
試験例27は、試験例26の比較としてレーザ溶接を適用しなかったもので、部分的に界面破断となり、また十分な継手強度が得られなかった。
試験例29は、試験例28の比較としてレーザ溶接を適用しなかったもので、界面破断となり、また十分な継手強度が得られなかった。
As shown in Tables 1 to 3, in Test Example 1, the thickness of the surface-side steel plate was too thin at 0.2 mm. Therefore, it was necessary to perform laser welding because the plug was broken and exhibited good strength even in the pressure contact state. There wasn't.
In Test Example 5, the thickness of the surface-side steel plate was as thick as 1.2 mm, and nuggets were also formed on the surface-side steel plate. In this example, it was not necessary to perform laser welding.
In Test Example 6, the plate thickness ratio was as low as 4.7, and nuggets were also formed on the surface-side steel plate. In this example, it was not necessary to perform laser welding.
In Test Example 8, laser welding was not applied as a comparison with Test Example 7, and interface fracture occurred and sufficient joint strength was not obtained.
In Test Example 10, laser welding was not applied as a comparison with Test Example 9, and interface fracture occurred and sufficient joint strength was not obtained.
Test Example 21 is an example in which a weld bead is formed on the outer periphery of the corona bond portion of the spot welded portion, and in the present invention, a gap (non-welded portion) should be provided without overlapping the start and end points, and welding is intentionally performed. This is an example in which a pit (a hole in the weld bead due to scattering of molten steel) occurs at the end, affecting the joint strength.
In Test Example 25, a weld bead was provided around the spot weld, but since the weld start end and the weld end of the weld bead were overlapped, pits were generated near the weld start end of the weld bead, resulting in poor appearance, The strength has been reduced.
In Test Example 27, laser welding was not applied as a comparison with Test Example 26, and interface fracture occurred partially, and sufficient joint strength was not obtained.
In Test Example 29, laser welding was not applied as a comparison with Test Example 28, interface fracture occurred, and sufficient joint strength was not obtained.
1…鋼板、1a…表面側鋼板、1b…高板厚鋼板、3…ナゲット、4…コロナボンド部、5…スポット溶接部、6、16…溶接ビード、6a、16a…溶接始端部、6b、16b…溶接終端部、d…溶接ビードの深さ、L…レーザ光。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
3以上の前記鋼板には、板厚が0.3〜1mmの範囲の表面側鋼板と、前記表面側鋼板よりも板厚が大きい1以上の高板厚鋼板とが含まれ、前記表面側鋼板及び前記1以上の高板厚鋼板の合計板厚に対する前記表面側鋼板の板厚の比(合計板厚/表面側鋼板の板厚)を5以上とし、前記表面側鋼板を表面側に配置するように前記3以上の鋼板を重ね合わせた状態で、
前記3以上の鋼板を板厚方向から加圧しながらスポット溶接することにより、少なくとも前記1以上の高板厚鋼板にスポット溶接部を設けるスポット溶接工程と、
前記スポット溶接部または前記スポット溶接部の周囲にレーザ光を直径2mm以上の円環状に照射して、前記表面側鋼板に隣接する前記高板厚鋼板と前記表面側鋼板とをレーザ溶接するレーザ溶接工程と、
を具備してなることを特徴とする鋼板の重ね溶接方法。 A lap welding method for steel plates in which three or more steel plates are stacked and welded,
The three or more steel plates include a surface side steel plate having a plate thickness in the range of 0.3 to 1 mm and one or more high plate thickness steel plates having a plate thickness larger than the surface side steel plate. And the ratio of the plate thickness of the surface side steel plate to the total plate thickness of the one or more high plate steel plates (total plate thickness / plate thickness of the surface side steel plate) is 5 or more, and the surface side steel plate is arranged on the surface side. In a state where the three or more steel plates are overlapped,
Spot welding step of providing a spot welded portion on at least the one or more high plate thickness steel plates by spot welding while pressing the three or more steel plates from the plate thickness direction;
Laser welding in which the high-thick steel plate adjacent to the surface-side steel plate and the surface-side steel plate are laser-welded by irradiating a laser beam around the spot welded portion or the spot welded portion in an annular shape having a diameter of 2 mm or more. Process,
A lap welding method for steel sheets, comprising:
前記スポット溶接工程において、前記2枚の高板厚鋼板にスポット溶接部を形成するととともに、前記表面側鋼板と前記高板厚鋼板とを圧接し、
前記レーザ溶接工程において、圧接状態の前記表面側鋼板と前記高板厚鋼板とをレーザ溶接することを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載の鋼板の重ね溶接方法。 In a state where the one surface side steel plate and the two high plate thickness steel plates are superposed such that the surface side steel plate is arranged on the surface side,
In the spot welding step, a spot weld is formed on the two high plate steel plates, and the surface side steel plate and the high plate steel plates are pressure-welded,
The steel plate lap welding method according to any one of claims 1 to 5, wherein, in the laser welding step, the surface-side steel plate and the high-thick steel plate in a press-contact state are laser-welded.
前記3以上の鋼板には、板厚が0.3〜1mmの範囲の表面側鋼板と、前記表面側鋼板よりも板厚が大きい1以上の高板厚鋼板とが含まれ、前記表面側鋼板及び前記1以上の高板厚鋼板の合計板厚に対する前記表面側鋼板の板厚の比(合計板厚/表面側鋼板の板厚)が5以上とされ、前記表面側鋼板が表面側に配置された状態で前記3以上の鋼板が重ね合わされ、
少なくとも前記1以上の高板厚鋼板に、ナゲットを含むスポット溶接部が設けられるとともに、
前記スポット溶接部または前記スポット溶接部の周囲に、前記表面側鋼板に隣接する前記高板厚鋼板と前記表面側鋼板とを溶接する直径2mm以上の円環状の溶接ビードが設けられていることを特徴とする鋼板の重ね溶接継手。 It is a lap weld joint of steel plates in which three or more steel plates are stacked and welded,
The three or more steel plates include a surface-side steel plate having a thickness of 0.3 to 1 mm and one or more high-thick steel plates having a plate thickness larger than that of the surface-side steel plate. And the ratio of the plate thickness of the surface side steel plate to the total plate thickness of the one or more high plate steel plates (total plate thickness / plate thickness of the surface side steel plate) is 5 or more, and the surface side steel plate is arranged on the surface side The three or more steel plates are overlaid in a state where
At least the one or more high plate steel plates are provided with spot welds including nuggets,
An annular weld bead having a diameter of 2 mm or more for welding the high-thick steel plate adjacent to the surface-side steel plate and the surface-side steel plate is provided around the spot welded portion or the spot welded portion. A lap welded joint for steel sheets.
少なくとも前記スポット溶接部によって前記2枚の高板厚鋼板が溶接されているとともに、少なくとも前記溶接ビードによって前記表面側鋼板に隣接する前記高板厚鋼板と前記表面側鋼板とが溶接されていることを特徴とする請求項7乃至請求項11の何れか一項に記載の鋼板の重ね溶接継手。 One surface side steel plate and two high plate thickness steel plates are overlaid in a state where the surface side steel plate is disposed on the surface side,
The two high plate steel plates are welded at least by the spot welded portion, and the high plate steel plates and the surface side steel plates adjacent to the surface side steel plates are welded by at least the weld bead. The lap-welded joint for steel plates according to any one of claims 7 to 11, wherein
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