JP7741294B2 - 溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１つのスポット溶接継手部を通して一緒にスポット溶接された鋼基板のアセンブリの製造のための溶接方法に関する。本発明は、自動車の製造に特によく適する。

車両の重量を節減することを目的として、より軽量な車体を実現し、衝突安全性を向上させるために、高強度鋼板を使用することが知られている。車両の重量を低減するために特に硬化部品も使用される。実際、これらの鋼の引っ張り強さは、最小で１２００ＭＰａであり、最大２５００ＭＰａまでとすることができる。硬化部品は、優れた耐食性と熱特性を有するアルミニウムベースまたは亜鉛ベースのコーティングでコーティングすることができる。

通常、コーティングされた硬化部品の製造のための方法は、以下のステップを含む：
Ａ）アルミニウムをベースにした従来のコーティングである金属コーティングでプレコーティングされた鋼板の提供、
Ｂ）ブランクを得るためのコーティングされた鋼板の切断、
Ｃ）鋼における完全オーステナイト微細構造を得るための高温でのブランクの熱処理、
Ｄ）プレスツールへのブランクの移送、
Ｅ）部品を得るためのブランクの加熱成形、
Ｆ）マルテンサイトまたはマルテンサイト－ベイナイトであるか、あるいは少なくとも７５％の等軸フェライトと、５％から２０％のマルテンサイトと、１０％以下の量のベイナイトとからなる、鋼における微小構造を得るための、ステップＥ）で得られた部品の冷却。

部品は製造された後、スポット溶接によって車両の他の部品に組み付けられる。しかし、アルミニウムベースのコーティングがなされた硬化部品の溶接は実現するのが困難である。具体的には、このような材料は、通常、広い溶接範囲を持たせられない。適切な溶接電流範囲は、最小ナゲット直径が形成される電流から、散りが発生する電流までである。また、溶接電流が変動した場合でも所定範囲内でナゲット直径を制御することができるため、広い溶接電流範囲が望ましい。広い溶接電流範囲は、材料が、電極消耗、ミスフィット、および電力線電圧変動に対してより耐性があることを意味するという理由でも役に立つ。自動車製造業者の通常の要件は、１ｋＡ以上の溶接範囲を有することと、良質な溶接部を使用し、溶接電極を頻繁に交換する必要なしに、彼らの溶接ラインを稼働させることができることである。

また、プレス硬化部品の溶接範囲は、それらを作り出すために使用されるプレス硬化パラメータに依存することが観察されている。プレス硬化に使用される温度が高く、時間が長いほど、溶接範囲が狭くなる。これは、プレス硬化工程によって生じる表面酸化物の存在に起因する。

したがって、本発明の目的は、電極寿命を最大限にしながら、プレス硬化パラメータとは関係なく、溶接範囲を少なくとも１ｋＡまで増加させ、溶接散りを最小限にすることを可能にする、コーティングされたプレス硬化部品の製造のための溶接方法を提供することである。

この目的は、請求項１による溶接方法を提供することによって達成される。この方法は、請求項２から９の特徴のいずれかまたは全部も含むことができる。

本発明のその他の特徴および利点は、本発明の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

本発明を例示するために、様々な実施形態および非限定的例の試行について、具体的に以下の図面を参照しながら説明する：

本発明を実施するための機器を示す図である。 本発明によるスポット溶接サイクルの一例を示す図である。

本発明は、少なくとも１つのスポット溶接継手部を通して一緒にスポット溶接された少なくとも２枚の鋼基板のアセンブリの製造のための溶接方法に関する。

図１に示すように、溶接電極１、１’とスポット溶接電源２とを備えるスポット溶接機（図示せず）が使用される。この例では、電極は、アルミニウムベースのコーティング４、４’、４”でコーティングされた鋼板のプレス硬化によって製造された２つのプレス硬化鋼部品３、３’を接合することを可能にする。溶接中、拡散により２つのプレス硬化鋼部品の間にナゲット５が形成され、最終的にスポット溶接継手部６、６’が形成される。電流は交流（ＡＣ）または直流（ＤＣ）とすることができる。好ましい実施形態では、電流は、ＡＣ電流源の変換によって得られる中波直流（ＭＦＤＣ：ｍｉｄ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｒｅｃｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）である。

本発明による方法は、スポット溶接サイクル２１の適用をさらに含み、スポット溶接サイクル２１は、
－ 少なくとも３回のパルセーション２２、３２、４２であって、それぞれが、スポット溶接電源に接続された溶接電極を使用して一緒に接合される金属基板を通して適用される同じパルセーション電流（Ｃｐ）を有し、各パルセーション持続時間ｐが、同一であり、２０から６０ｍｓに設定される、少なくとも３回のパルセーション２２、３２、４２
－ 各パルセーションの後に続く、３０から５０ｍｓに設定される同一の冷却時間ｃ
からなり、
溶接パラメータＷｐ値が少なくとも０．８であり、Ｗｐが
Ｗｐ＝（ｔ×ｃ）／ｐ
と定義され、
ｔは単位ｍｍの基板の厚さであり、
ｃは単位ｍｓの冷却時間であり、
ｐは単位ｍｓのパルセーション持続時間である。

本発明による方法で使用されるパルセーションの数は、少なくとも３、好ましくは少なくとも５で存在する必要がある。好ましい実施形態では、パルセーションの最大数は、それらのうちの９に設定することができる。このような冷却時間によって分離されたこのようなパルセーションを使用した後、基板は完全に溶接され、すなわち、これらに加えていかなる種類の他の溶接サイクルも行われない。パルセーションの持続時間ｐは、１つのパルセーションから他のパルセーションまで同一であり、２０から６０ｍｓ、好ましくは３０から５０ｍｓの範囲内に設定される。

すべてのパルセーションのうちの最大パルセーション電流（Ｃｐ）は、同一であり、好ましくは０．１から３０ｋＡに設定され、一方、溶接方法は好ましくは５０から６５０ｄａＮ、より好ましくは２５０から５００ｄａＮに設定される。

溶接強度は、好ましくは５００から５０００Ｈｚ、より好ましくは８００から２０００Ｈｚに設定される。

本発明によるスポット溶接サイクルは、様々な形態の電流セットポイントを有するパルセーションを含むことができる。このようなパルセーションは、所与の溶接サイクルにおいて同一とすることができる、または異なり得る。図２に、スポット溶接サイクル２１が矩形形状、すなわち、同じ矩形パルセーションピーク２２、３２、４２、５２および６２、を有するパルセーションセットポイントからなる、好ましい一実施形態を示す。このようなパルセーションのセットポイント形状の他の選択肢は：
－ 放物線形状、
－ 三角形形状、
または、所与の溶接サイクルのパルセーションがすべて同じ最大パルセーション電流（Ｃｐ）を有することを条件として、任意のその他の適切な形状である。

溶接範囲を著しく減少させることになる早期の散りを低減するために、本発明による溶接サイクルの各パルセーションの間に特定の冷却時間ｃが順守される必要がある。このような冷却時間は３０から５０ｍｓに設定される。また、溶接パラメータＷｐの値は少なくとも０．８、好ましくは少なくとも０．９、またはさらに好ましくは少なくとも１．０であり、Ｗｐは、
Ｗｐ＝（ｔ×ｃ）／ｐ
と定義され、
ｔは単位ｍｍの基板の平均厚さであり、
ｃは単位ｍｓの冷却時間であり、
ｐは単位ｍｓのパルセーション持続時間である。

基板の厚さを考慮に入れたこの溶接パラメータＷｐの値の設定は、本発明が目標とする溶接特性の向上の達成に寄与する。

本発明の枠内で、プレス硬化鋼部品という用語は、ブランクのオーステナイト化とダイにおけるさらなる成形および焼き入れ後に、最大２５００ＭＰａ、より好ましくは最大２０００ＭＰａの引っ張り強さを有する、熱成形またはホットスタンプ鋼部品を指す。たとえば、引っ張り強さは、５００ＭＰａ以上、有利には１２００ＭＰａ以上、好ましくは１５００ＭＰａ以上である。

本発明による方法は、いわゆるＡｌＳｉコーティングでコーティングされた鋼板のプレス硬化によって得られるプレス硬化鋼部品に適用される。前記コーティングは、７から１２重量％のシリコンと、２から５重量％の鉄と、任意選択で、Ｓｒ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｔｉ、Ｃａ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｃｒ、ＺｒまたはＢｉから選択される追加の元素であって、各追加の元素の含有量が、重量で、０．３重量％未満である、追加の元素と、任意選択で、残留元素とを含み、残余はアルミニウムである。

このような鋼板のプレス硬化処理は、当業者にはよく知られており、たとえば、８８０から９５０℃、好ましくは９００から９５０℃とすることができる温度での、３から１０分、好ましくは６から１０分間の、そのような鋼から切り出されたブランクのオーステナイト化と、それに続く成形ダイの焼き入れを含む。プレス硬化の後、上記のアルミニウムコーティングがブランクの加熱による鉄の拡散によって合金化されることになる。

鋼基板の平均厚さは、たとえば、０．８から３ｍｍ、好ましくは１から２ｍｍとすることができる。

本発明による溶接方法は、このようなプレス硬化部品を同様のプレス硬化部品（同種溶接）または任意の鋼部品に溶接するために使用することができる。この溶接方法は、プレス硬化鋼部品とアルミニウム基板とのハイブリッド溶接にも使用することができる。

以下、本発明について、情報提供のためにのみ実施された試行で説明する。これらは限定的ではない。

例
アルミニウムベースの合金でコーティングされた異なる組成および平均厚さの鋼板を用意し、表１にまとめた条件下でプレス硬化させた。

Ｕ１５００は、炭素０．２２重量％、マンガン１．２重量％、ケイ素０．２５重量％、クロム０．２重量％、アルミニウム０．０４重量％、チタン０．０４重量％、ホウ素０．００３重量％の組成を有する。

ＡｌＳｉコーティングは、ケイ素を９重量％、鉄を３重量％含み、残余がアルミニウムである。

次に、各試行で２つの同一のプレス硬化部品を一緒に溶接した。溶接範囲を、規格ＩＳＯ１８２７８－２：２０１６を使用して決定した。溶接試験を３ｋＡなどの低電流から開始し、０．２ｋＡだけ増加させ、各電流レベルについて２回のスポット溶接を行った。両方の溶接が４√ｔの最小サイズ要件を満たしたときに、同じ電流Ｉｍｉｎで３回目の溶接を行い、したがって３回の溶接すべてが４√ｔ以上であり、ここでｔは板厚である。この基準は、溶接品質および強度を保証するナゲットの最小の許容可能な直径値を定義する。次に、３回の連続溶接のうちの２回が、同じ電流レベルでスプラッシングを発生させるまで、電流強度をさらに０．２ｋＡステップで増加させた。この電流レベルを電流範囲の溶接上限Ｉｅｘｐと定義する。次に、溶接範囲を（Ｉｅｘｐ－Ｉｍｉｎ）として計算する。パルセーションセットポイントは矩形形状であった。

周波数を１０００Ｈｚに設定し、様々な厚さについて３５０ｄａＮから５００ｄａＮまでの溶接加圧力をＩＳＯ１８２７８－２：２０１６に従って設定した。試行の結果を表２にまとめる。

試行６、８、１０、１３、１６、１７および１８は溶接可能ではなく、すなわち、規格ＩＳＯ１８２７８－２で定義されている溶接範囲が達成されなかった。試行７、９および１１で顕著に実証されているように、本発明による試行はすべて、きわめて高いプレス硬化温度および時間で作り出された部品の場合でも１ｋＡ以上の溶接範囲を有する。

また、本発明による方法を使用したとき、電極寿命が劇的に向上し、電極は従来の方法の１００溶接サイクルと比較して、１０００サイクルを超える溶接サイクルを行うことができることが観察された。

Claims (8)

1. 少なくとも１つのスポット溶接継手部を通して一緒にスポット溶接された少なくとも２枚の鋼基板（３、３’）のアセンブリの製造のための溶接方法であって、
   Ａ． 少なくとも２枚の金属基板（３、３’）の提供ステップであって、第１の鋼基板（３）が、コーティングされた鋼板のプレス硬化によって得られるプレス硬化鋼部品であり、前記コーティングが、プレス硬化の前に、重量で、７から１２重量％のケイ素と、２から５重量％の鉄と、任意選択で、Ｓｒ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｔｉ、Ｃａ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｃｒ、ＺｒまたはＢｉから選択される追加の元素であって、各追加の元素の含有量が、重量で、０．３重量％未満である追加の元素と、任意選択で、残留元素とを含み、残余がアルミニウムである、ステップ、
   Ｂ． ステップＡの少なくとも２枚の金属基板を通して電流を適用する、溶接電極（１、１’）と、スポット溶接電源（２）とを備えるスポット溶接機による、スポット溶接サイクルの適用ステップであって、前記スポット溶接サイクル（２１）が、
   － 少なくとも３回のパルセーション（２２、３２、４２）であって、それぞれが、スポット溶接電源に接続された溶接電極を使用して一緒に接合される前記少なくとも２枚の金属基板を通して適用される同じ最大パルセーション電流（Ｃｐ）を有し、各パルセーション持続時間ｐが、同一であり、２０から６０ｍｓに設定される、少なくとも３回のパルセーション（２２、３２、４２）、
   － 各パルセーションの後に続く、３０から５０ｍｓに設定される同じ冷却時間ｃ
   からなり、
   溶接パラメータＷｐ値が少なくとも０．８であり、Ｗｐが、
   Ｗｐ＝（ｔ×ｃ）／ｐ
   と定義され、
   ｔは単位ｍｍの基板の平均厚さであり、
   ｃは単位ｍｓの冷却時間であり、
   ｐは単位ｍｓのパルセーション持続時間である、ステップ
   を含む、溶接方法。
2. 最大パルセーション電流（Ｃｐ）が０．１から３０ｋＡに設定される、請求項１に記載の溶接方法。
3. パルセーションの数が３から９に設定される、請求項１または２に記載の溶接方法。
4. 溶接加圧力が５０から６５０ｄａＮに設定される、請求項１または２に記載の溶接方法。
5. 溶接周波数が５００から５０００Ｈｚに設定される、請求項１または２に記載の溶接方法。
6. スポット溶接サイクルが、
   － 矩形形状、
   － 放物線形状、
   － 三角形形状
   のうちから選択されるセットポイント形状（２１）を有するパルセーションを含む、請求項１または２に記載の溶接方法。
7. 第２の金属基板（３’）が鋼基板またはアルミニウム基板である、請求項１または２に記載の溶接方法。
8. 第２の鋼基板がプレス硬化鋼部品である、請求項７に記載の溶接方法。