JP6299702B2 - 自動車用骨格部品および自動車用骨格部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車用骨格部品および自動車用骨格部品の製造方法に関する。

従来から、フランジ部分を有する自動車用骨格部品の溶接には、抵抗スポット溶接が用いられている。しかし、抵抗スポット溶接は、時間がかかるという問題や、分流によって発熱量が低下するために、溶接点のピッチを狭く出来ないという問題、さらには溶接機のガンによる空間的な制約を受けるという問題があり、近年では、従来のスポット溶接に加えて、レーザ溶接を利用することが検討されている。

例えば、特許文献１には、レーザ・アークハイブリッド溶接方法を用いて製造される、「断面形状が略ハット形状のフレーム部品のフランジ部と、該フランジ部に対向して配置する他のフレーム部品またはパネル部品とを溶接して閉断面を構成する自動車用骨格部品であって、溶接位置座標を、前記フランジ部と前記他のフレーム部品またはパネル部品との接触位置の端部を０とし、前記フランジ部のフランジ外端側を（−）、前記略ハット形状における縦壁側を（＋）とした座標系で表し、前記略ハット形状の縦壁部とフランジ部を繋ぐ円弧状部の半径をＲ（mm）としたときに、下式で表される位置Ｘを片側溶接方法にて連続溶接してなることを特徴とする自動車用骨格部品。

＋√（２Ｒａ−ａ^２）≧Ｘ＞１．５ ただし、Ｒ≧２ （単位：mm）
ａ：溶接可能な間隙量」が開示されている。

また、特許文献２には、「折り曲げ部、および該折り曲げ部に続くフランジを有する一の鋼板と、他の一または複数の鋼板とを前記フランジで重ね合わせ、該重ね合わせ部に、第１のレーザ溶接を行って第１のレーザ溶接部を形成し、該第１のレーザ溶接部の温度がＭｆ点未満に低下した後に、形成された前記第１のレーザ溶接部に関して前記折り曲げ部の反対側となる前記第１のレーザ溶接部の近傍の領域に、第２のレーザ溶接を行って第２のレーザ溶接部を形成するとともに、該第２のレーザ溶接により前記第１のレーザ溶接部の熱影響部を焼き戻し処理して当該熱影響部の硬さを前記第２のレーザ溶接部の熱影響部の硬さの９０％以下とすることによってレーザ溶接構造部材を製造することを特徴とするレーザ溶接構造部材の製造方法」が開示されている。

また、特許文献３には、「少なくとも一方がハット型断面形状鋼板からなる閉断面構造の衝撃吸収部材において、前記ハット型断面形状鋼板のフランジ部の長手方向に沿って断続的に形成された溶接ビードの１箇所当たりの溶接長Ｌと溶接ピッチλの比（Ｌ／λ）が０．２以上０．９５以下であり、かつ前記フランジ部の重ね合わせ面での溶融幅Ｗと板厚ｔの比（Ｗ／ｔ）が１．０以上、３．０以下であることを特徴とする衝撃吸収特性に優れた衝撃吸収部材」が開示されている。

特開２０１２−２４０１１８号公報 特開２０１０−１２５０４号公報 特開２００６−１４２９１７号公報

しかしながら、特許文献１では、略ハット形状のフランジ部と、他の部品とが接触していない部分を連続溶接するため、入熱量が多くなって熱歪が大きくなり、寸法精度が落ちるという問題がある。

また、特許文献３は、衝撃吸収特性に着目したものであり、はく離強度については何ら考慮されていない。そのため、特許文献３の範囲を満たす部品であっても、十分なはく離強度を得ることができないという問題がある。

本発明は、このような問題点に対してなされたものであり、十分なはく離強度を確保しながら、熱歪による変形を低減させて寸法精度を向上させることができる自動車用骨格部品および自動車用骨格部品の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記のような目的を達成するために、以下のような特徴を有している。
［１］ 一方が略ハット型断面形状の鋼板であり、他方が略ハット型断面形状の鋼板またはパネル形状の鋼板であり、前記一方の略ハット型断面形状の鋼板のフランジ部と、他方の略ハット型断面形状の鋼板またはパネル形状の鋼板とを重ね合わせて溶接することで閉断面が構成された自動車用骨格部品であって、
一方の略ハット型断面形状の鋼板と、他方の略ハット型断面形状の鋼板またはパネル形状の鋼板との接触部の閉断面側の端部を０とし、前記フランジ部のフランジ外端側を（−）、前記一方の略ハット型断面形状の鋼板の略ハット形状における縦壁側を（＋）とした座標系で表したときに、溶接位置座標が下式で表される位置Ｘにおいて片側溶接にて溶接されており、
前記フランジ部の長手方向に沿って断続的に形成された溶接ビードにおける、溶接ピッチλに対する１箇所当たりの溶接長ｌの比（ｌ／λ）が０．４以上０．７未満であり、かつ、前記一方の略ハット型断面形状の鋼板の板厚ｔに対する前記フランジ部の重ね合わせ面での溶融幅ｗの比（ｗ／ｔ）が０．３以上かつ１．０以下である自動車用骨格部品。
−４ｔ≦Ｘ≦−２ｔ
ただし、ｔは、一方の略ハット型断面形状の鋼板の板厚であり、ｔ≦２．０ （単位：ｍｍ）をみたす。
［２］ 一方の略ハット型断面形状の鋼板と、他方の略ハット型断面形状の鋼板またはパネル形状の鋼板は、引張強度が９８０ＭＰａ以上である板厚１．０〜２．０ｍｍの高張力鋼板であり、成分組成が、質量％で、０．０７％＜Ｃ≦０．２５％、Ｐ＋Ｓ＜０．０３％、Ｍｎ≧１．８％、Ｓｉ＞１．２％を満たす［１］に記載の自動車用骨格部品。
［３］ 一方が略ハット型断面形状の鋼板であり、他方が略ハット型断面形状の鋼板またはパネル形状の鋼板であり、前記一方の略ハット型断面形状の鋼板のフランジ部と、他方の略ハット型断面形状の鋼板またはパネル形状の鋼板とを重ね合わせて溶接することで閉断面が構成された自動車用骨格部品の製造方法であって、
一方の略ハット型断面形状の鋼板と、他方の略ハット型断面形状の鋼板またはパネル形状の鋼板との接触部の閉断面側の端部を０とし、前記フランジ部のフランジ外端側を（−）、前記一方の略ハット型断面形状の鋼板の略ハット形状における縦壁側を（＋）とした座標系で表したときに、溶接位置座標が下式で表される位置Ｘを片側溶接にて溶接し、
前記フランジ部の長手方向に沿って断続的に溶接ビードを形成し、
溶接ピッチλに対する１箇所当たりの溶接長ｌの比（ｌ／λ）が０．４以上０．７未満であり、かつ、前記一方の略ハット型断面形状の鋼板の板厚ｔに対する前記フランジ部の重ね合わせ面での溶融幅ｗの比（ｗ／ｔ）が０．３以上かつ１．０以下となるように溶接する自動車用骨格部品の製造方法。
−４ｔ≦Ｘ≦−２ｔ
ただし、ｔは、一方の略ハット型断面形状の鋼板の板厚であり、ｔ≦２．０ （単位：ｍｍ）をみたす。
［４］ 一方の略ハット型断面形状の鋼板と、他方の略ハット型断面形状の鋼板またはパネル形状の鋼板は、引張強度が９８０ＭＰａ以上である板厚１．０〜２．０ｍｍの高張力鋼板であり、成分組成が、質量％で、０．０７％＜Ｃ≦０．２５％、Ｐ＋Ｓ＜０．０３％、Ｍｎ≧１．８％、Ｓｉ＞１．２％を満たす［３］に記載の自動車用骨格部品の製造方法。

本発明によれば、自動車用骨格部品の十分なはく離強度を確保しながら、熱歪による変形を低減させて寸法精度を向上させることができる。

本発明の実施の形態に係る自動車用骨格部品を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る自動車用骨格部品の溶接ビード周辺を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る自動車用骨格部品の一部の平面図である。 実施例におけるはく離試験片を示す図である。 実施例における溶接ピッチλと溶接長ｌとの関係を示す図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る自動車用骨格部品の構成を示す斜視図である。

本発明に係る自動車用骨格部品は、略ハット型断面形状の鋼板１とパネル形状の鋼板２を有している。略ハット型断面形状の鋼板１は、縦壁部１ａとフランジ部１ｂを有している。略ハット型断面形状の鋼板１のフランジ部１ｂとパネル形状の鋼板２とを重ね合わせ、重ね合わせた場所に、フランジ部１ｂの長手方向に沿って断続的にレーザ１０を照射することで、直線状の溶接ビード３をフランジ部１ｂの長手方向に沿って断続的に形成する。略ハット型断面形状の鋼板１とパネル形状の鋼板２とで閉断面が構成される。

図２は、本発明の実施の形態に係る自動車用骨格部品の溶接ビード周辺を示す断面図である。本発明に係る自動車用骨格部品は、溶接位置座標を、略ハット型断面形状の鋼板１とパネル形状の鋼板２との接触部の閉断面側の端部を０とし、フランジ部１ｂのフランジ外端側を（−）、略ハット形状における縦壁部１ａ側を（＋）とした座標系で表したときに、下式で表される位置Ｘが片側溶接方法にて溶接されている。
−４ｔ≦Ｘ≦−２ｔ
ただし、ｔは、略ハット型断面形状の鋼板１の板厚であり、ｔ≦２．０ （単位：ｍｍ）をみたす。

溶接位置Ｘを、上式のように設定した理由は以下の通りである。

溶接位置Ｘを−２ｔよりも、略ハット型断面形状の鋼板１とパネル形状の鋼板２との接触部の閉断面側の端部（０）に近づけると、Ｌ字引張試験の際に、溶接ビード３部分より破断し、はく離強度も低くなる。

一方、溶接位置Ｘを−４ｔよりも略ハット型断面形状の鋼板１とパネル形状の鋼板２との閉断面側の接触部の端部（０）から遠ざけると、溶接ビード３にかかるモーメントが大きくなり、はく離強度が低くなる。

そのため、溶接位置Ｘを、−４ｔ≦Ｘ≦−２ｔと規定した。

さらに、本発明に係る自動車用骨格部品は、溶接ビード３における、溶接ピッチλに対する１箇所当たりの溶接長ｌの比（ｌ／λ）が０．４以上０．７未満であり、かつ、略ハット型断面形状の鋼板１のフランジ部１ｂの板厚ｔに対する略ハット型断面形状の鋼板１の重ね合わせ面での溶融幅ｗ（図２）の比（ｗ／ｔ）が０．３以上かつ１．０以下となるように溶接ビード３が形成されている。

なお、図３に示すように、溶接ピッチλは、隣接する溶接ビード３の長手方向の中心間の距離であり、溶接長ｌは、溶接ビード３の長手方向の長さである。

溶接ピッチλに対する１箇所当たりの溶接長ｌの比（ｌ／λ）を、上述のように設定した理由は以下の通りである。

溶接ピッチλに対する１箇所当たりの溶接長ｌの比（ｌ／λ）が小さい方が、熱歪による変形を評価するための指標となる角変形（縦壁部１ａとフランジ部１ｂのなす角の溶接前後の変化量）の抑制の観点からは有利である。そのため、この効果を十分に得るために、上限値を０．７未満とした。しかしながら、はく離強度を確保するために最低限必要な溶接長ｌが決まっているため、その溶接長ｌに対応する値（０．４）を下限とした。

略ハット型断面形状の鋼板１の板厚ｔに対するフランジ部１ｂの重ね合わせ面での溶融幅ｗの比（ｗ／ｔ）を上述のように設定した理由は以下の通りである。

略ハット型断面形状の鋼板１の板厚ｔに対する重ね合わせ面での溶融幅ｗの比（ｗ／ｔ）が０．３未満の場合には、溶接ビード３の強度が不足して引張試験中に溶接ビード３で破断し、十分なはく離強度が確保できない。一方、略ハット型断面形状の鋼板１の板厚ｔに対する略ハット型断面形状の鋼板１の重ね合わせ面での溶融幅ｗの比（ｗ／ｔ）が１．０を超える場合には、角変形が大きくなって寸法精度が低下し、部品外観の点でも不良と判断される。

このように、本発明では、溶接位置座標を、上記のような位置Ｘとなるように片側溶接を行い、溶接ピッチλ、溶接長ｌおよび溶融幅ｗを所定の範囲とすることで、十分なはく離強度を確保しながら、熱歪による変形を低減して寸法精度を向上させることができる。

なお、本発明を適用する略ハット形状のフレーム部品１と、パネル形状の鋼板２は、いずれも、引張強度が９８０ＭＰａ以上である板厚１．０〜２．０ｍｍの高張力鋼板であり、成分組成が、質量％で、０．０７％＜Ｃ≦０．２５％、Ｐ＋Ｓ＜０．０３％、Ｍｎ≧１．８％、Ｓｉ＞１．２％を満たし、残部がＦｅおよび不可避的不純物であることが好ましい。なお、必要に応じて、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ａｌなどの添加元素を加えてもよい。

以下に、各成分の限定理由を述べる。なお、成分組成の説明における「％」は、質量％を示すものとする。
［０．０７％＜Ｃ≦０．２５％］
Ｃは、微細な炭化物を形成し、析出強化（分散強化）により鋼板の強度を増加させる作用を有する元素である。このような効果を得て、所望の高強度を確保するためには、０．０７％以上の含有を必要とする。一方、０．２５％を超える含有は、粗大な炭化物の析出を招き、所望の高強度および加工性を確保できなくなる。
［Ｐ＋Ｓ＜０．０３％］
Ｐは、偏析傾向が強く、多量の含有は延靭性の低下を招く。Ｓは、Ｍｎ、Ｔｉ等と結合し、鋼中では硫化物として存在し、多量の含有は同じく延靭性の低下を招く。したがって、本発明では、ＰおよびＳは、できるだけ低減することが好ましいが、精錬コストの高騰を招くため、Ｐ＋Ｓ＜０．０３％とする。
［Ｍｎ≧１．８％］
Ｍｎは、固溶して鋼板の強度を増加させるとともに、γ→α変態点を低下させ、焼入れ性を向上させる作用を有する元素である。γ→α変態点が低温である場合には、巻き取り前には炭化物の析出が抑制され、微細炭化物を析出させることができる。このような効果を確保するためには、１．８％以上の含有を必要とする。
［Ｓｉ＞１．２％］
Ｓｉは、固溶して、鋼板の強度を増加する作用を有する元素であり、このような効果を確保するためには、１．２％より多く含有することを要する。

本発明は、自動車用骨格部品のうちセンターピラーに適用することが好ましい。センターピラーでは、はく離強度を確保することが重要であり、本発明をセンターピラーに適用することで、十分なはく離強度を有するセンターピラーを提供することができる。

また、上述では、略ハット型断面形状の鋼板１とパネル形状の鋼板２とを溶接して自動車用骨格部品を構成するとして説明したが、略ハット型断面形状の鋼板１を２つ用意し、２つの略ハット型断面形状の鋼板１のフランジ部１ｂ同士を重ね合わせた自動車用骨格部品としてもよい。

引張強さが９８０ＭＰａクラス、１１８０ＭＰａクラス、板厚が１．２ｍｍ、１．６ｍｍ、１．８ｍｍである鋼板を用い、図４に示すように、Ｌ字の断面形状に曲げ加工を施した。Ｌ字の鋼板８は、長辺８ａと短辺８ｂを有しており、長辺８ａが自動車用骨格部品の略ハット型断面形状の鋼板１の縦壁部１ａに相当し、短辺８ｂがフランジ部１ｂに相当している。同じ鋼種・同じ板厚のＬ字の鋼板８を、短辺８ｂ同士で重ね合わせた後、重ね合わせた部分を長手方向に断続的にレーザ溶接して溶接ビード３を形成し、試験片を作製した。Ｌ字の鋼板８は、幅１００ｍｍ、長辺８ａの長さ１２０ｍｍ、短辺８ｂの長さ３０ｍｍである。

レーザ溶接により形成する溶接ビードの条件を、表１に示す。溶接位置座標を、試験片のフランジ部同士の接触部の縦壁部１ａ側の端部を０とし、試験片のフランジ外端側を（−）、試験片における縦壁側を（＋）とした座標系で表した時の溶接位置をＸ、溶接ピッチλに対する１箇所当たりの溶接長ｌの比をｌ／λ、Ｌ字の鋼板８の板厚ｔに対するＬ字の鋼板８の重ね合わせ面での溶融幅ｗの比をｗ／ｔとし、それぞれの値を種々変えて試験を行った。図５に、実施例における溶接ピッチλと溶接長ｌとの関係を示す。

なお、溶融幅ｗは、Ｌ字の鋼板８の鋼板重ね合わせ面における複数の溶接ビード３の幅の平均値を示し、溶接後に、溶接ビード３周辺の断面観察をして測定した。

レーザ溶接にはファイバーレーザを用いた。レーザ溶接では、レーザ出力、上側のＬ字の鋼板表面（８ｂ）でのビーム直径、および溶接速度を調節し、溶接ビード３の溶融幅ｗを調整した。溶接は大気中で行った。

表１に、引張試験および角変形の計測結果を示す。また、表１の鋼の化学組成を表２に示す。

なお、引張試験は１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で行い、角変形の計測はレーザ変位計で溶接後の鋼板の変形量を計測し、試験片寸法より角度（図４における溶接前と溶接後の角度θの変化量［rad］）に換算して行った。

板厚１．６ｍｍの試験片では、Ｎｏ．４の試験片のはく離強度、角変形量を基準とし、この基準値に対するはく離強度が１０％以上低い、もしくは角変形量が１０％より多いものを「ＮＧ」とした。

板厚１．２ｍｍの試験片では、Ｎｏ．１６の試験片のはく離強度、角変形量を基準とし、この基準値に対するはく離強度が１０％以上低い、もしくは角変形量が１０％より多いものを「ＮＧ」とした。

板厚１．８ｍｍの試験片では、Ｎｏ．２１の試験片のはく離強度、角変形量を基準とし、この基準値に対するはく離強度が１０％以上低い、もしくは角変形量が１０％より多いものを「ＮＧ」とした。

１ 略ハット型断面形状の鋼板
１ａ 縦壁部
１ｂ フランジ部
２ パネル形状の鋼板
３ 溶接ビード
８ Ｌ字の鋼板
８ａ 長辺
８ｂ 短辺

Claims (4)

1. 一方が略ハット型断面形状の鋼板であり、他方が略ハット型断面形状の鋼板またはパネル形状の鋼板であり、前記一方の略ハット型断面形状の鋼板のフランジ部と、他方の略ハット型断面形状の鋼板またはパネル形状の鋼板とを重ね合わせて溶接することで閉断面が構成された自動車用骨格部品であって、
   一方の略ハット型断面形状の鋼板と、他方の略ハット型断面形状の鋼板またはパネル形状の鋼板との接触部の閉断面側の端部を０とし、前記フランジ部のフランジ外端側を（−）、前記一方の略ハット型断面形状の鋼板の略ハット形状における縦壁側を（＋）とした座標系で表したときに、溶接位置座標が下式で表される位置Ｘにおいて片側溶接にて溶接されており、
   前記フランジ部の長手方向に沿って断続的に形成された溶接ビードにおける、溶接ピッチλに対する１箇所当たりの溶接長ｌの比（ｌ／λ）が０．４以上０．７未満であり、かつ、前記一方の略ハット型断面形状の鋼板の板厚ｔに対する前記フランジ部の重ね合わせ面での溶融幅ｗの比（ｗ／ｔ）が０．３以上かつ１．０以下である自動車用骨格部品。
   −４ｔ≦Ｘ≦−２ｔ
   ただし、ｔは、一方の略ハット型断面形状の鋼板の板厚であり、ｔ≦２．０ （単位：ｍｍ）をみたす。
2. 一方の略ハット型断面形状の鋼板と、他方の略ハット型断面形状の鋼板またはパネル形状の鋼板は、引張強度が９８０ＭＰａ以上である板厚１．０〜２．０ｍｍの高張力鋼板であり、成分組成が、質量％で、０．０７％＜Ｃ≦０．２５％、Ｐ＋Ｓ＜０．０３％、Ｍｎ≧１．８％、Ｓｉ＞１．２％を満たす請求項１に記載の自動車用骨格部品。
3. 一方が略ハット型断面形状の鋼板であり、他方が略ハット型断面形状の鋼板またはパネル形状の鋼板であり、前記一方の略ハット型断面形状の鋼板のフランジ部と、他方の略ハット型断面形状の鋼板またはパネル形状の鋼板とを重ね合わせて溶接することで閉断面が構成された自動車用骨格部品の製造方法であって、
   一方の略ハット型断面形状の鋼板と、他方の略ハット型断面形状の鋼板またはパネル形状の鋼板との接触部の閉断面側の端部を０とし、前記フランジ部のフランジ外端側を（−）、前記一方の略ハット型断面形状の鋼板の略ハット形状における縦壁側を（＋）とした座標系で表したときに、溶接位置座標が下式で表される位置Ｘを片側溶接にて溶接し、
   前記フランジ部の長手方向に沿って断続的に溶接ビードを形成し、
   溶接ピッチλに対する１箇所当たりの溶接長ｌの比（ｌ／λ）が０．４以上０．７未満であり、かつ、前記一方の略ハット型断面形状の鋼板の板厚ｔに対する前記フランジ部の重ね合わせ面での溶融幅ｗの比（ｗ／ｔ）が０．３以上かつ１．０以下となるように溶接する自動車用骨格部品の製造方法。
   −４ｔ≦Ｘ≦−２ｔ
   ただし、ｔは、一方の略ハット型断面形状の鋼板の板厚であり、ｔ≦２．０ （単位：ｍｍ）をみたす。
4. 一方の略ハット型断面形状の鋼板と、他方の略ハット型断面形状の鋼板またはパネル形状の鋼板は、引張強度が９８０ＭＰａ以上である板厚１．０〜２．０ｍｍの高張力鋼板であり、成分組成が、質量％で、０．０７％＜Ｃ≦０．２５％、Ｐ＋Ｓ＜０．０３％、Ｍｎ≧１．８％、Ｓｉ＞１．２％を満たす請求項３に記載の自動車用骨格部品の製造方法。

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