JP5880260B2 - 溶接構造体の製造方法 - Google Patents
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(1)溶接構造体を構成する低炭素鋼からなる複数の部品をアーク溶接により接合し、少なくともアーク溶接部、例えばアーク溶接部及びその近傍に、ショットブラスト処理による塑性歪をアルメンストリップAでのアークハイト0.05〜0.25mmで、ショット材は、平均直径0.1〜0.7mmの球状材で、与えた後に、化成処理および電着塗装を行うことを特徴とする低炭素鋼からなる溶接構造体の製造方法。
本発明は、広義には、低炭素鋼からなる溶接構造体の製造方法であり、具体的には、溶接構造体を構成する低炭素鋼からなる複数の部品をアーク溶接により接合し、少なくともアーク溶接部(例えば、アーク溶接部及びその近傍)にショットブラスト処理による塑性歪を与えた後に、化成処理および電着塗装を行うことにより、アーク溶接部の電着塗装後の耐食性および疲労特性が著しく改善された低炭素鋼からなる溶接構造体を製造できるというものである。
ショットブラスト処理は、細かい砂や、鋼製,鋳鉄製等の粒子を金属材の表面に吹き付けて表面を仕上げる加工法である。これまでにも実施されてきた、金属ブラシ,タガネ,グラインダー等によるスラグの除去に比較すると、ショットブラストは、スラグ,ヒュームの除去に効果的であるだけでなく、アーク溶接部の近傍の低炭素鋼の表面に歪を付与できる。
アーク溶接は、消耗電極式のアーク溶接方法として、シールドガスに炭酸ガスを用いる炭酸ガスアーク溶接法と、アルゴン,約20%の炭酸ガスおよび必要に応じて6体積%未満の酸素を用いるMAG溶接法が挙げられる。本発明におけるアーク溶接法として、好ましくはビード形状が滑らかなMAG溶接法であり、さらに好適には、パルス電流で溶接するパルスマグ溶接法,もしくはCMT(Cold Metal transfer)溶接法である。これらの溶接法によれば、スパッタの発生が少なく、ビードの外観が改善されるからである。
図2は、アルメンストリップAを示す説明図であり、図3は、アークハイトを示す説明図である。
本発明により溶接構造体を構成する低炭素鋼からなる複数の部品としては、熱間圧延または冷間圧延された非めっきの低炭素鋼板からなる成形体が挙げられる。より好適には、犠牲防食作用を付与できる合金化溶融亜鉛めっき鋼板からなる成形体と、鉄亜鉛固溶相で覆われた熱間プレス用鋼板からなる成形体が挙げられる。特に、合金化溶融亜鉛めっき鋼板からなる成形体は、従来ショットブラスト処理はなされていない。これは、合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、めっき密着性が低く、ショットブラスト処理を行うとめっき被膜が剥がれ易いとされているためである。
図4(a)〜図4(f)は、本発明に係るリアアクスルビーム1の製造方法を簡略化して示す説明図である。
図5は、ショットブラスト処理および電着塗装を行われたリアアクスルビームにおける、中間ビームとアームとのアーク溶接部を示す説明図である。
図6は、マルチリンク式サスペンションのリアサブフレーム5の一例を示す説明図である。図6に示すように、マルチリンク式サスペンションのリアサブフレーム5での実施の形態を示す。
アーク溶接での組立て後、ショットブラスト処理を行う。リアサブフレーム5は、図6に示すように複雑な形状を有し、すみ肉溶接形状が多いため、ショットブラスト処理の球が部品の重ね面の隙間に残存することがある。ショット材の材質がスチールであると、鋼板間の隙間に残存したショット材から錆が発生することがある。よって、重ね面に残存しても錆が発生しないセラミック系のショット球を用いることが好ましい。例えば、平均直径0.3mmの球状のジルコンショットを用いることが例示される。
図8(a)および図8(b)に示すように、ショットブラスト処理されたリアサブフレーム5は、ショット材の球を除去し、脱脂,化成処理の後に電着塗装を行うことにより、製造される。これにより、図8(a)に示すように、アーク溶接部とその近傍に塗装が均一で耐食性が高く、また圧縮残留応力の付与により、疲労耐久性の高いアーク溶接部が得られる。また、鋼板同士の重ね面には、図8(b)のように除去し切れないジルコンショット球が残存することがあるが、錆発生の起点とはならなかった。
図9は、ロアアーム6の一例を示す説明図である。
板厚2.0mm,2.3mmの2種の、合金化溶融亜鉛めっき(めっき付着量45〜55g/m2)が施された熱間プレス用鋼板(C:0.21%,Si:0.22%,Mn:1.2%,P:0.01%,S:0.005%,Cr:0.19%,Ti:0.02%,B:0.002%,残部Feおよび不純物)を用いる。なお、この例ではロアアームに合金化溶融亜鉛めっきが施された熱間プレス鋼板を用いたが、非めっきでもよい。
MAG溶接後にショットブラスト処理を行う。ショットブラスト処理は、平均直径0.3mmの球状のジルコンショット用いる。
供試材として、
440MPa級鋼板(マーク:JSH440、C:0.11%,Si:0.07%,Mn:1.1%,P:0.02%,S:0.004%,残部Feおよび不純物),
440MPa級合金化溶融亜鉛めっき鋼板(マークJAC440、C:0.11%,Si:0.06%,Mn:1.1%,P:0.015%,S:0.004%,残部Feおよび不純物),
1500MPa級熱間プレス用鋼板(マークSQ、C:0.21%,Si:0.19%,Mn:1.30%,P:0.01%,S:0.002%,Cr:0.19%,Ti:0.02%,B:0.002%,残部Feおよび不純物),および
1500MPa級亜鉛めっき熱間プレス鋼板(マークSQZ、C:0.20%,Si:0.22%,Mn:1.28%,P:0.01%,S:0.002%,Cr:0.20%,Ti:0.02%,B:0.002%,残部Feおよび不純物)
を用いた。試験片である試料A〜Qの形状はいずれも2.0mm×150mm×75mmである。
360サイクル後、電着塗膜を剥離・除去し、腐食生成物を除去した後に溶接部を5区画し、それぞれの最大板厚減を求め、上位3点平均値を各試験片の最大腐食深さとした。評価は各条件n=2で実施し,その平均値を算出した。
図12(a)は試料A(供試材JSH440,未ショットブラスト処理)のJASO360サイクル後の電着塗膜を示す写真であり、図12(b)は試料A(供試材JSH440,未ショットブラスト処理)のJASO360サイクル後の電着塗膜を除去した状態を示す写真であり、図12(c)は試料E(供試材JSH440,ショットブラスト処理)のJASO360サイクル後の電着塗膜を示す写真であり、図12(d)は試料E(供試材JSH440,ショットブラスト処理)のJASO360サイクル後の電着塗膜を除去した状態を示す写真である。
板厚2.0mmの440MPa級熱延鋼板(マーク:JSH440、C:0.11%,Si:0.07%,Mn:1.1%,P:0.02%,S:0.004%,残部Feおよび不純物),および
板厚2.0mmの1500MPa級熱間プレス用鋼板(マーク:SQ、C:0.21%,Si:0.19%,Mn:1.30%,P:0.01%,S:0.002%,Cr:0.19%,Ti:0.02%,B:0.002%,残部Feおよび不純物)を用いた。
図13は、ショットブラスト装置によるショットブラスト処理の様子を示す説明図である。
図14にグラフで示すように、本発明のショットブラスト処理を行うことで、比較例のショットなしに比べ疲労特性を大幅に向上することが可能であった。
X線応力測定法:sinψ法(走査法:並傾法(ψ一定(PSPC)法))
・X線応力測定装置:(株)リガクPSPC−RSF
・特性X線:CrKα
・測定回折面:α−Fe211
・入射スリット:シングルコリメータ○ 平均直径0.5[mm]
・入射角(ψ):0,15.9,22.8,28.3,33.2,37.8,42.2,46.5,50.8[deg]
・揺動:±5[deg]
・回折角決定法:半価幅法
・応力定数(K):−318[MPa/deg]
1[deg]:=1[°]=π/180[rad]
図15(a)は疲労亀裂位置を示す写真であり、図15(b)は残留応力位置を示す写真である。また、X線による調査結果,疲労評価結果を含めて、結果を表2にまとめて示す。
2 アーム
3 中間ビーム
4 元管
5 マルチリンク式サスペンションのリアサブフレーム
6 ロアアーム
7 ショットブラスト装置
8 ショット材
A〜F 試料
Claims (5)
- 溶接構造体を構成する低炭素鋼からなる複数の部品をアーク溶接により接合し、少なくともアーク溶接部にショットブラスト処理による塑性歪を
アルメンストリップAでのアークハイト0.05〜0.25mmで、
ショット材は、平均直径0.1〜0.7mmの球状材で、
与えた後に、化成処理および電着塗装を行うことを特徴とする低炭素鋼からなる溶接構造体の製造方法。 - 前記ショットブラスト処理に用いられるショット材は、セラミック製の球状材であることを特徴とする請求項1に記載された溶接構造体の製造方法。
- 前記低炭素鋼からなる複数の部品は、合金化溶融亜鉛めっき層もしくは鉄亜鉛固溶層で表面が覆われた熱間プレス鋼板からなり、かつ、前記ショットブラスト処理後にも該合金化溶融亜鉛めっき層もしくは鉄亜鉛固溶層が残存することを特徴とする請求項1または請求項2に記載された溶接構造体の製造方法。
- 前記ショットブラスト処理された後における溶接ビード止端部のビードの長さ方向に直行する方向への残留応力が300〜680MPaの圧縮応力であることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載された溶接構造体の製造方法。
- 前記溶接構造体は、自動車のサブフレーム,アクスルビーム,ロアアームまたはアッパーアームであることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載された溶接構造体の製造方法。
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