JP5861443B2 - レーザ溶接方法及びレーザ溶接継手 - Google Patents
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Description
等軸晶率は、鋼板のレーザ溶接部を溶接進行方向と直交方向に切り出し、埋め込み、研磨後ピクラール腐食し、観察した結果に基づいて、下記式により求められる。
t:柱状晶が会合する位置における溶接金属部厚さ(mm)
a1、a2:前記溶接部の柱状晶が会合する位置における等軸晶の生成厚さ(mm)
別の観点からは、本発明は、板厚が0.5〜3.2mmであるとともに端部にフランジを有する鋼板と、板厚が0.5〜3.2mmである1枚以上の鋼板とがフランジ部を溶接部とするレーザ溶接継手であって、溶接部の溶接金属に生成されたTiNを核とした等軸晶を有し、前記溶接金属の成分は下記(a)〜(c)までのいずれかに記載された成分であり、上記(1)式により規定される等軸晶の存在率である等軸晶率が20%以上であることを特徴とするレーザ溶接継手である。
これらの本発明では、等軸晶を生成するために溶接部の溶接金属の成分が、
(a)0.06%<C≦0.07%、P+S<0.03%、Ti≧0.03%を満たし、TiNを等軸晶の核とすること、
(b)0.07%<C≦0.25%、P+S<0.03%、Mn≦1.8%、Ti>0.02%、あるいは、0.07%<C≦0.25%、P+S<0.03%、1.8≦Mn、Ti>0.02%、0.053%≧Ti含有量+0.067×Si含有量を満たし、TiNを等軸晶の核とすること、又は
(c)0.25%≦C、P+S<0.03%、Ti≧0.02を満たし、TiNを等軸晶の核とすること
が望ましい。
本発明者らは、レーザ溶接部の溶接金属の成分最適化による割れ防止手法を確立するため、以下の検討を行った。
このようなC量に対する割れ感受性は、上述した凝固温度幅に加え、鋼母材の高温強度、鋼の凝固中の変態挙動など様々な要因が影響し、明確ではない。しかし、図6に示すFe−C二元系平衡状態図における固液共存領域の広さとその凝固モードから、下記のように概ね定性的に説明される。
図7に示すように、割れが抑制されるものでは、溶接部の中央、すなわち、最終凝固位置に等軸晶が生成していることが判明した。
ここで、凝固割れは、溶融金属の最終凝固位置(溶金中央部)に形成された溶接線方向に沿った液膜に溶接時の応力が付与されることにより発生するが、図8に示したように、凝固の進行により液膜量が少なくなる前に、等軸晶を生成・成長することにより、溶接線方向に沿った液膜は分断され、付与される歪低減により割れが抑制されると考えられる。
図9(a)のグラフに示すように、もっとも割れ感受性が高いC:0.07%、Mn:2.04%の溶接金属では、フランジの端部からの距離1.5mmという厳しい条件では、0.03%以上のTiにより割れ改善が見られる。
なお、これら改善の認められた溶接金属には等軸晶が形成されていた。
図10(a)は等軸晶率の定義を示す説明図であり、図10(b)は等軸晶率と図4に示す手法で評価した割れが発生しない限界フランジ端距離との関係を示すグラフである。
図10(a)に示すように、tは、柱状晶が会合する位置における溶接金属部厚さ(mm)であり、a1、a2を前記溶接部の柱状晶が会合する位置における等軸晶の生成厚さ(mm)である。
(A)0.05%≦C≦0.07%、P+S<0.03%、Ti≧0.03%
(B)0.07%<C≦0.25%、P+S<0.03%、Mn≦1.8%、Ti>0.02%
(C)0.07%<C≦0.25%、P+S<0.03%、1.8≦Mn、Ti>0.02%、0.053%≧Ti含有量+0.067×Si含有量、又は
(d)0.25%≦C、P+S<0.03%、Ti≧0.02
とすれば、最も厳しいフランジの端部からの距離が1.5mmの位置でも、凝固割れを生じない溶接重ね継手が得られる。
レーザ溶接はYAGレーザを使用し、レーザ加工点出力を3.75kW、溶接速度を4m/minとした。またレーザビームは鋼板上に集光し、集光スポット径は直径0.6mmの円形集光を用いた。またレーザ照射位置は鋼板のフランジ端部から1.5mmで、フランジ長手方向端部から溶接を開始した。
1a ハット型パネル
1b クロージングプレート
1c フランジ部
3 溶接部
4a、4b スポット電極
Claims (11)
- 板厚が0.5〜3.2mmであるとともに端部にフランジを有する鋼板と、板厚が0.5〜3.2mmである1枚以上の鋼板とを前記フランジ部を介して重ね合わせ、重ね合わされた複数枚の鋼板の最外層に位置する二枚の鋼板のうちの一方から他方へ向けて、レーザ光を、前記フランジ部の端部に沿って移動させながら照射して該フランジ部を溶融させて溶接部を形成し、前記溶接部の溶接金属の成分が、質量%で、0.06%<C≦0.07%、P+S<0.03%、Ti≧0.03%を満たすことによって重ね合わされた鋼板をレーザ溶接する、レーザ溶接を用いた薄板重ね溶接方法において、前記溶接部の凝固過程において、TiNを核生成サイトとして等軸晶凝固を発生して等軸晶を溶融池内に生成させることにより溶接時の凝固割れを抑制することを特徴とするレーザ溶接方法。
- 板厚が0.5〜3.2mmであるとともに端部にフランジを有する鋼板と、板厚が0.5〜3.2mmである1枚以上の鋼板とを前記フランジ部を介して重ね合わせ、重ね合わされた複数枚の鋼板の最外層に位置する二枚の鋼板のうちの一方から他方へ向けて、レーザ光を、前記フランジ部の端部に沿って移動させながら照射して該フランジ部を溶融させて溶接部を形成し、前記溶接部の溶接金属の成分が、質量%で、0.07%<C≦0.25%、P+S<0.03%、Mn≦1.8%、Ti>0.02%を満たすことによって重ね合わされた鋼板をレーザ溶接する、レーザ溶接を用いた薄板重ね溶接方法において、前記溶接部の凝固過程において、TiNを核生成サイトとして等軸晶凝固を発生して等軸晶を溶融池内に生成させることにより溶接時の凝固割れを抑制することを特徴とするレーザ溶接方法。
- 板厚が0.5〜3.2mmであるとともに端部にフランジを有する鋼板と、板厚が0.5〜3.2mmである1枚以上の鋼板とを前記フランジ部を介して重ね合わせ、重ね合わされた複数枚の鋼板の最外層に位置する二枚の鋼板のうちの一方から他方へ向けて、レーザ光を、前記フランジ部の端部に沿って移動させながら照射して該フランジ部を溶融させて溶接部を形成し、前記溶接部の溶接金属の成分が、質量%で、0.07%<C≦0.25%、P+S<0.03%、1.8%≦Mn、Ti>0.02%、0.053%≧Ti含有量+0.067×Si含有量を満たすことによって重ね合わされた鋼板をレーザ溶接する、レーザ溶接を用いた薄板重ね溶接方法において、前記溶接部の凝固過程において、TiNを核生成サイトとして等軸晶凝固を発生して等軸晶を溶融池内に生成させることにより溶接時の凝固割れを抑制することを特徴とするレーザ溶接方法。
- 板厚が0.5〜3.2mmであるとともに端部にフランジを有する鋼板と、板厚が0.5〜3.2mmである1枚以上の鋼板とを前記フランジ部を介して重ね合わせ、重ね合わされた複数枚の鋼板の最外層に位置する二枚の鋼板のうちの一方から他方へ向けて、レーザ光を、前記フランジ部の端部に沿って移動させながら照射して該フランジ部を溶融させて溶接部を形成し、前記溶接部の溶接金属の成分が、質量%で、0.25%≦C、P+S<0.03%、Ti≧0.02%を満たすことによって重ね合わされた鋼板をレーザ溶接する、レーザ溶接を用いた薄板重ね溶接方法において、前記溶接部の凝固過程において、TiNを核生成サイトとして等軸晶凝固を発生して等軸晶を溶融池内に生成させることにより溶接時の凝固割れを抑制することを特徴とするレーザ溶接方法。
- 下記(1)式により規定される前記等軸晶の存在率である等軸晶率は20%以上である請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載されたレーザ溶接方法。
等軸晶率={(a1+a2)/t}×100(%)
ただし、tは、鋼板のレーザ溶接部の溶接方向と直交する断面において、柱状晶が会合する位置における溶接金属部厚さ(mm)であり、a1、a2を前記断面において前記溶接部の柱状晶が会合する位置における等軸晶の生成厚さ(mm)である。 - 前記レーザ光を、前記フランジ部の端面から1.5mm以上4.5mm以下離して、移動させながら照射する請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載されたレーザ溶接方法。
- 前記フランジ部の幅が8mm以内であることを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載されたレーザ溶接方法。
- 板厚が0.5mm以上3.2mm以下であるとともに端部にフランジを有する鋼板と、板厚が0.5mm以上3.2mm以下である1枚以上の鋼板とが前記フランジ部を溶接部とするレーザ溶接継手であって、
前記溶接部の溶接金属に生成されたTiNを核とした等軸晶を有し、
前記溶接金属の成分は質量%で、0.06%<C≦0.07%、P+S<0.03%、Ti≧0.03%を満たし、
下記(1)式により規定される前記等軸晶の存在率である等軸晶率が20%以上であること
を特徴とするレーザ溶接継手。
等軸晶率={(a1+a2)/t}×100(%)
ただし、tは、鋼板のレーザ溶接部の溶接方向と直交する断面において、柱状晶が会合する位置における溶接金属部厚さ(mm)であり、a1、a2を前記断面において前記溶接部の柱状晶が会合する位置における等軸晶の生成厚さ(mm)である。 - 板厚が0.5mm以上3.2mm以下であるとともに端部にフランジを有する鋼板と、板厚が0.5mm以上3.2mm以下である1枚以上の鋼板とが前記フランジ部を溶接部とするレーザ溶接継手であって、
前記溶接部の溶接金属に生成されたTiNを核とした等軸晶を有し、
前記溶接金属の成分は質量%で、0.07%<C≦0.25%、P+S<0.03%、Mn≦1.8%、Ti>0.02%を満たし、
下記(1)式により規定される前記等軸晶の存在率である等軸晶率が20%以上であること
を特徴とするレーザ溶接継手。
等軸晶率={(a1+a2)/t}×100(%)
ただし、tは、鋼板のレーザ溶接部の溶接方向と直交する断面において、柱状晶が会合する位置における溶接金属部厚さ(mm)であり、a1、a2を前記断面において前記溶接部の柱状晶が会合する位置における等軸晶の生成厚さ(mm)である。 - 板厚が0.5mm以上3.2mm以下であるとともに端部にフランジを有する鋼板と、板厚が0.5mm以上3.2mm以下である1枚以上の鋼板とが前記フランジ部を溶接部とするレーザ溶接継手であって、
前記溶接部の溶接金属に生成されたTiNを核とした等軸晶を有し、
前記溶接金属の成分は質量%で、0.07%<C≦0.25%、P+S<0.03%、1.8%≦Mn、Ti>0.02%、0.053%≧Ti含有量+0.067×Si含有量を満たし、
下記(1)式により規定される前記等軸晶の存在率である等軸晶率が20%以上であること
を特徴とするレーザ溶接継手。
等軸晶率={(a1+a2)/t}×100(%)
ただし、tは、鋼板のレーザ溶接部の溶接方向と直交する断面において、柱状晶が会合する位置における溶接金属部厚さ(mm)であり、a1、a2を前記断面において前記溶接部の柱状晶が会合する位置における等軸晶の生成厚さ(mm)である。 - 板厚が0.5mm以上3.2mm以下であるとともに端部にフランジを有する鋼板と、板厚が0.5mm以上3.2mm以下である1枚以上の鋼板とが前記フランジ部を溶接部とするレーザ溶接継手であって、
前記溶接部の溶接金属に生成されたTiNを核とした等軸晶を有し、
前記溶接金属の成分は質量%で、0.25%≦C、P+S<0.03%、Ti≧0.02%を満たし、
下記(1)式により規定される前記等軸晶の存在率である等軸晶率が20%以上であること
を特徴とするレーザ溶接継手。
等軸晶率={(a1+a2)/t}×100(%)
ただし、tは、鋼板のレーザ溶接部の溶接方向と直交する断面において、柱状晶が会合する位置における溶接金属部厚さ(mm)であり、a1、a2を前記断面において前記溶接部の柱状晶が会合する位置における等軸晶の生成厚さ(mm)である。
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JP2014210283A (ja) * | 2013-04-19 | 2014-11-13 | 新日鐵住金株式会社 | レーザ溶接方法及び溶接継手 |
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