JPH09262683A - 複合成形用溶接鋼板 - Google Patents

複合成形用溶接鋼板

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JPH09262683A
JPH09262683A JP8103147A JP10314796A JPH09262683A JP H09262683 A JPH09262683 A JP H09262683A JP 8103147 A JP8103147 A JP 8103147A JP 10314796 A JP10314796 A JP 10314796A JP H09262683 A JPH09262683 A JP H09262683A
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welded
steel
plate
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Hidenori Shirasawa
秀則 白沢
Michiharu Nakaya
道治 中屋
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 自動車のメンバ、アーム類など比較的高強度
で板厚の厚い部位を含む部品の一体成形に適した、複合
成形用溶接鋼板を提供する。 【解決手段】 板厚又は、及び化学組成が異なる鋼板の
端部を突き合わせて溶接する際に加熱溶融状態で突き合
わせ方向に加圧して接合した溶接鋼板である。そして、
溶接接合部の最高硬さが370Hv以下、一方の鋼板の
溶接熱影響部の平均硬さと他方の同平均硬さの差が90
Hv以下、一方の鋼板の板厚をt1 ,他方の同板厚をt
2 としたとき|ln(t1 /t2 )|≦0.6である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】メンバ,ブラケットなどの自
動車を始めとする輸送機器、足場板などの建築用部材な
どに使用される溶接鋼板であって、プレス成形の際に張
り出し、絞り、伸びフランジ、曲げなどの成形加工が複
合的に行われる複合成形に適した溶接鋼板に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車の燃費向上を目的とした車両の軽
量化および自動車製造コスト低減の一つの策として、ド
ア,ピラーなどは1枚の同一鋼板から成形するのではな
く、例えば路面に近い、腐食され易い方には耐食性に優
れためっき鋼板を使用し、一方路面側に比して腐食され
難い車両上部側は冷延鋼板を使用することができるよう
に、特性の異なる鋼板を突き合わせてレーザ溶接した溶
接鋼板をプレス成形用素板として用いて所定の部品を製
造する技術が開発されている。このような技術は、例え
ば文献「Tyssenn Technische Berichte,Heft1/92,p.97
」に紹介されている。また、このような鋼板の組み合
わせは、同一組成のめっき鋼板と冷延鋼板とに限らず、
化学組成及び強度の異なる鋼板の組み合わせについても
行われており、例えば「塑性と加工、Vol.34(1993),p91
7 」、「溶接学会論文集、Vol.10(1992),p196 」に開示
されている通り、国内でも実用化されている。
【0003】もっとも、これら技術は、接合部に厳しい
絞り成形が施されるドアインナパネルなどでは、板厚が
いずれも1.4mm未満の極薄鋼板同士の接合についての
ものが多く、また材料のC量がいずれも0.05%以下
の極軟鋼板同士の接合がほとんどである。また、板厚お
よび板厚差がより大きい鋼板同士の接合や、引張強度が
390N/mm2 以上の鋼板と軟鋼板とを接合したピラー
なども報告されているが、継手部の成形性が十分ではな
く、部品形状や成形条件が制約されているのが現状であ
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】最近、車両の軽量化は
上記パネル部品の他、メンバ、アーム類などの比較的高
強度で板厚の厚い部位を含む部品に対しても検討される
ようになっており、種々の加工用鋼板が開発されている
ものの、上述の通り、これら部品の素板として苛酷なプ
レス成形に耐え得る溶接鋼板が適用された例はない。
【0005】その理由は、パネル部品に使用される軟質
な鋼板に比べて、メンバ、アーム類の高強度の部位に使
用される高強度(硬質)鋼板はC,Mnなどの合金元素
含有量が高いために、溶接過程で双方の鋼板端部を単に
当接させて溶接するに過ぎないレーザ溶接では、溶接接
合部の硬化が著しく、プレス成形段階での溶接鋼板の成
形性が大きく劣化するためである。また、レーザ溶接を
行うには、鋼板の突き合わせ端面に当接精度が要求され
るが、パネル部品に比べて元来板厚が厚い鋼板の場合、
鋼板シャー切断による前加工では、十分な端面精度が得
られないことも考えられる。
【0006】ところで、メンバ、アーム類などの部品の
高強度薄肉化に伴う軽量化は、部品にかかる負荷様式に
よって材料選択の指針が異なる。静的引張り強度で評価
した場合、板厚を10%減少させるには強度を10%増
せばよい。しかし、曲げ、疲労、衝撃などが加わる負荷
環境下では、静的引張り強度と異なって、強度と板厚が
1対1の関係でなくなり、一般には板厚を10%減少さ
せる場合、強度は約15%増大させるように材料の選択
が検討される。ところが、このような材料強度の増大は
成形性を大きく劣化させるので、成形性が一段と優れた
材料の開発が必要になり、またプレス成形で破断しやす
い部位は部品形状をよりシンプルにするなどの設計変更
が必要となり、部品のわずかな薄肉化でも膨大な実験や
試行作業が必要になる。
【0007】従って、アーム類などの足回り部品のよう
に、軽量化による燃費向上効果が大きく、薄肉化の要求
が強い部品に対しては、部品の強度や成形性の面で、高
強度が要求される所定の部位に対してより厚肉のある、
あるいはより高強度の材料を使用し、強度の要求されな
い部位に対しては薄肉の材料が使用できれば好都合であ
る。
【0008】本発明は、かかる要求に対してなされたも
ので、自動車のメンバ、アーム類など比較的高強度で板
厚の厚い部位を含む部品の一体成形に適した、複合成形
用溶接鋼板を提供することを課題とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の複合成形用溶接
鋼板は、板厚又は、及び化学組成が異なる鋼板の端部を
突き合わせて溶接する際に加熱溶融状態で突き合わせ方
向に加圧して接合した溶接鋼板であって、溶接接合部の
最高硬さが370Hv以下、一方の鋼板の溶接熱影響部
の平均硬さと他方の同平均硬さの差が90Hv以下、一
方の鋼板の板厚をt1 ,他方の同板厚をt2 としたとき
|ln(t1 /t2 )|≦0.6であることを特徴とする
ものである。
【0010】本発明の溶接鋼板によれば、双方の材料を
単に加熱溶融して冷却するレーザ溶接とは異なり、溶接
の際に所定の溶接条件の下、加熱溶融状態で突き合わせ
方向に加圧して接合するため、比較的C,Mn量の多い
高強度の鋼板でも、溶融部の酸化物が外部に押し出され
て溶接接合部が清浄になり、また溶接過程で双方の鋼板
端部が高温下で熱間押し付け加工が付与されるため、溶
接接合部はその後の冷却で微細組織となって靭性、延性
が向上し、溶接接合部の硬さを低く保つことができ、前
記溶接接合部の清浄化と相まって良好な成形性が得ら
れ、複合成形に対し、良好な成形加工性を有する素板を
提供することができる。
【0011】以下、溶接部の限定条件について詳細に説
明する。溶接鋼板を成形加工する場合、突き合わせ溶接
接合部の変形能をいかに高く保つかが重要である。一般
に金属材料は硬くなるに従って成形性が劣化するが、溶
接接合部は局部的に急熱急冷されるために著しく硬化
し、変形に対して割れ易くなるが、溶接時の高温加熱段
階で、本発明のように熱間加工が付与される突き合わせ
溶接では、溶接条件を適正に選択すればかなり良好な成
形性が期待できる。もっとも、自動車部品などの過酷な
成形に対しては溶接接合部は母材に近い成形性を有する
ことが望ましい。本発明は板厚や化学組成が異なる鋼板
を突き合わせ溶接した場合でも母材に近い成形性を付与
するために必要な条件を規定するものである。
【0012】溶接接合部の最高硬さが370Hv以下
(Hv:ビッカース硬さ) 部品の設計上、高強度が必要な部位には高合金の高強度
鋼板を使用し、一方強度を必要としないが複雑な形状に
成形する部位には極めて低合金の軟鋼板を使用すること
が好適であるが、溶接が適正になされても硬化し易い材
料では溶接部が著しく硬化し、後述の実施例から明らか
な通り、突き合わせ溶接接合部の最高硬さが370Hv
を超えると、十分な成形性を確保することができないよ
うになる。このため、溶接接合部の最高硬さの上限を3
70Hv以下とし、好ましくは280Hv以下である。
溶接接合部の最高硬さが280Hv以下の溶接鋼板では
母材と同等の張り出し成形性が得られるからである。
尚、最高硬さの下限は特に規定されないが、実用材料で
は事実上約90Hv程度になるものと考えられる。
【0013】一方の鋼板の溶接熱影響部の平均硬さと他
方のそれとの差が90Hv以下突き合わせ溶接部に厳し
い曲げ加工あるいはバーリング加工のように材料が局部
的に大きく変形する場合には、前記溶接接合部の最高硬
さの限定のみでは成形性が不十分である。すなわち、両
材料の熱影響部の平均硬さの差が90Hvを超えると、
溶接部の最高硬さが低くても、局所的に材料の軟化部や
硬化部が生じやすくなり、前者では材料の変形が軟化部
に集中してくびれが生じやすく、後者では材料変形が硬
化部近傍に集中してくびれが生じやすくなり、溶接鋼板
の成形性が著しく劣化する。特に強度や化学組成が大幅
に異なる鋼板の突き合わせ溶接ではこの問題が生じやす
く、両材料の熱影響部の平均硬さの差は70Hv以下に
することが好ましい。尚、この差の下限値は特に規定し
ないが、必要部位に高強度の材料を使用するため、強度
レベルの異なる鋼板同士を接合する場合には双方の硬さ
の差は事実上20Hv以上になろう。
【0014】一方の鋼板の板厚をt1 ,他方の同板厚を
2 としたとき、 |ln(t1 /t2 ) |≦0.6 フラッシュバット溶接、DC(直流)バット溶接など溶
接加熱時に突き合わせ方向に押し付ける熱間加工が付与
される溶接では、溶接接合部の品質は突き合わせの初期
荷重、本溶接時のアプセット荷重、溶接電流、アプセッ
ト代などによって大きく影響を受けるが、材料面でも板
厚差による影響が大きい。双方の材料の板厚比の|ln
(t1 /t2 )|が0.6を超えると、双方の材料の板
厚が大きく異なるため、溶接時の溶融端部の材料流れが
不均一となって酸化物が溶接接合部に残留しやすくなる
他、溶接後の溶接ビードのトリム加工が困難になり、表
面が美麗な溶接鋼板が得られ難くなる。このため、|ln
(t1 /t2 )|の上限を0.6とする。尚、下限は特
に限定されないが、メンバ、アーム部品などの板厚が大
きく異なる材料同士を接合する場合では、前記値は0.
1以上になるであろう。
【0015】本発明の溶接鋼板は、熱延鋼板、冷延鋼
板、めっき鋼板など鋼板全般を対象とするものであり、
鋼板の板厚は特に限定されないが、一般の溶接機容量、
溶接材の形状精度などを考慮すると1.4〜6mm程度が
望ましい。また、溶接に当たり鋼板端部へ油付けを行っ
てもよく、また溶接後に焼純などの熱処理を適宜併用し
てもよい。
【0016】
【実施例】表1及び表2に示す、板厚、化学組成などが
異なる種々の鋼板を下記(1) の条件によりDCバット溶
接し、得られた溶接鋼板に対し、下記(2) および(3) の
要領により張り出し成形性、バーリング加工性を調査し
た。その調査結果を表3に示す。
【0017】(1) 溶接条件 ・溶接機:DCバット溶接 ・突き合わせ荷重:スクイズ(初期)荷重4〜15ton
、アプセット荷重5〜16ton ・溶接電流:2次電流30〜230kA ・本通電時間:10〜30サイクル ・アプセット代:9〜15mm ・トリマ開始時間:溶接後4sec ・試験片幅:約200mm
【0018】(2) 張り出し成形性調査 直径50mm、パンチ肩半径16mmの平底円筒パンチによ
り成形し、材料破断時点での成形高さ(最大成形高さH
max :mm)により、成形性を評価した。
【0019】(3) バーリング加工性調査 溶接線上に20mm直径の穴をパンチにて打ち抜き、頂角
60度の円錐パンチで穴拡げ加工(バーリング加工)を
実施した。打ち抜き破断面の溶接接合部のくびれ状況を
観察し、以下の5段階で評価した。評点5:溶接部から
くびれるとは限らず、母材と同等の加工性を示す。評点
4:くびれは溶接接合部から生じるが、母材部との伸び
の差は小さく、加工が可能である。評点3:くびれは溶
接接合部から生じ、母材部との伸びの差は中程度である
が、加工は可能である。評点2:くびれが溶接接合部か
ら生じ、母材部との伸びの差は大きく、加工不可能であ
る。評点1:直ちに溶接部で破断し、加工が不可能であ
る。
【0020】
【表1】
【0021】
【表2】
【0022】
【表3】
【0023】表3のデータを用いて、溶接接合部の最高
硬さと張り出し成形性(溶接鋼板のHmax /母材鋼板の
Hmax )との関係を整理した。その結果を図1に示す。
尚、母材鋼板のHmax は突き合わせた母材鋼板の内のH
max の低い材料の値を使用した。また、両母材鋼板の熱
影響部平均硬さの差とバーリング加工時のくびれ評点と
の関係を整理した結果を図2に示す。
【0024】図1より、溶接接合部の最高硬さが280
Hvまでは母材鋼板と同等の成形性が得られ、370H
vを超える領域では溶接接合板の張り出し成形性が大き
く劣化することが分かる。一方、図2より、プレス成形
部品用の素板として、くびれ評価3以上のバーリング加
工性を付与するためには、両母材鋼板の熱影響部平均硬
さの差ΔHvを90Hv以下にすべきことが分かる。も
っとも、図1及び図2において溶接接合部最高硬さ及び
熱影響部平均硬さの差が発明範囲内にありながら、成形
性が著しく低いもの(試料No. 18)があるが、これは
板厚の組み合わせが不適切であるため、溶接接合部に酸
化物が混入したものである。
【0025】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、溶
接の際に所定の溶接条件の下、加熱溶融状態で突き合わ
せ方向に加圧して接合するため、比較的C,Mn量の多
い高強度の鋼板でも、また板厚が比較的大きい鋼板を用
いても、溶接接合部が清浄になり、また靭性、延性が向
上するため、成形性、清浄度等の品質を高く維持でき、
複合成形に対して良好な加工性を備える。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例における溶接接合部の最高硬さと張り出
し成形性との関係を示すグラフ図である。
【図2】実施例における母材鋼板の熱影響部平均硬さの
差とバーリング加工時のくびれ評点との関係を示すグラ
フ図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 板厚又は、及び化学組成が異なる鋼板の
    端部を突き合わせて溶接する際に加熱溶融状態で突き合
    わせ方向に加圧して溶接接合した溶接鋼板であって、 溶接接合部の最高硬さが370Hv以下、一方の鋼板の
    溶接熱影響部の平均硬さと他方の同平均硬さの差が90
    Hv以下、一方の鋼板の板厚をt1 ,他方の同板厚をt
    2 としたとき|ln(t1 /t2 )|≦0.6であること
    を特徴とする複合成形用溶接鋼板。
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