JPWO2017047752A1 - 鋼板の重ね溶接方法及び重ね溶接継手 - Google Patents

Abstract

この鋼板の重ね溶接方法は、第１の鋼板部材（１Ｘ）に対して、フランジ部（２）及び縦壁部（４）を有する第２の鋼板部材（１Ｙ）の前記フランジ部（２）を重ね合わせた状態でスポット溶接することにより、前記第１の鋼板部材（１Ｘ）及び前記フランジ部（２）間にナゲット（１１０）を形成するスポット溶接工程と；前記スポット溶接工程後に、前記縦壁部（４）のＲ止まり（３ａ）と前記ナゲット（１１０）との間の領域に、レーザ溶接により溶接ビード（１２０）を形成するレーザ溶接工程と；を有し、前記溶接ビード（１２０）は、長さ寸法（Ｌ）が前記ナゲット（１１０）の直径（Ｄｎ）以上でありかつ、幅寸法（Ｗ）が０．５〜３．０ｍｍである。

Description

本発明は、鋼板の重ね溶接方法及び重ね溶接継手に関する。
本願は、２０１５年９月１６日に日本に出願された特願２０１５−１８２８４６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

近年、自動車分野では、低燃費化及びＣＯ_２排出量削減のため、車体を軽量化すること、及び衝突安全性向上のため、車体部材を高強度化することが求められている。そして、これらの要求を満たすため、車体部材及び各種部品等に高強度鋼板が用いられている。

高強度鋼板からなる車体部材の製造工程、及び高強度鋼板からなる部品の取付け工程では、主として、抵抗スポット溶接（以下、単にスポット溶接とも称する）が広く普及している。例えば、車体を構成する基本構造部材として、鋼板の重ね溶接継手が用いられており、この重ね溶接継手は、ハット形状を有する２枚の鋼板部材を重ね合わせ、この重ね合わせ部をスポット溶接することによって製造される。図１６Ａは、従来の、鋼板の重ね溶接継手６０を示す横断面図であって、従来の、鋼板の重ね溶接方法を説明するための図である。また、図１６Ｂは、図１６Ａの部分拡大図である。なお、図１６Ｂでは、一対の溶接電極９０のうちの一方の図示を省略している。

図１６Ａに示すように、従来の重ね溶接方法では、一対のフランジ部７２、及びこれらフランジ部７２から立ち上がる一対の縦壁部７４を有する、断面ハット形状の２枚の鋼板部材７０を重ね合せた後に、これら鋼板部材７０のフランジ部７２を一対の溶接電極９０間に挟んで、スポット溶接することにより、フランジ部７２間に溶融凝固部８０（以下、「ナゲット」という）を形成する。

スポット溶接に用いられる溶接電極９０は、図１６Ａ及び図１６Ｂに示すように、円柱状の本体部９２と、先端に向かって先細りとなるテーパ部９４とを有している。なお、本体部９２の直径φは、例えば１６ｍｍであり、テーパ部の先端面９４ａの直径φ’は、例えば６ｍｍである。また、鋼板部材７０のフランジ部７２の幅ｗは、例えば１５〜２０ｍｍである。そして、テーパ部９４の先端面９４ａが、鋼板部材７０のフランジ部７２に接触することにより、フランジ部７２に電流が流れ、ナゲット８０が形成される。すなわち、溶接電極９０の先端面９４ａの直径φ’は、通電径を規定し、得られる最大ナゲット径とほぼ一致することになる。

溶接電極９０を用いて２枚の鋼板部材７０をスポット溶接する場合、鋼板部材７０の縦壁部７４と溶接電極９０とが接触すると、縦壁部７４と溶接電極９０とが通電してしまい、鋼板部材７０のフランジ部７２を溶接できない虞がある。そのため、鋼板部材７０をスポット溶接する際は、縦壁部７４と溶接電極９０との間に、干渉を避けるための隙間を設ける必要がある。さらに、上述のように、溶接電極９０は、先端に向かって先細りとなるテーパ部９４を有している。これらにより、ナゲット８０は、縦壁部７４から所定の距離だけ離れた位置に形成されることとなる。

従来の重ね溶接方法によって得られた重ね溶接継手６０では、上述のようにナゲット８０が縦壁部７４から離れた位置に形成されるため、引張応力が作用した場合、２枚の鋼板部材７０のフランジ部７２が互いに離れる方向の変形（すなわち、開き変形）が容易に生じ、その結果、ナゲット８０の端部に応力が集中して継手強度が低下する。また、重ね溶接継手６０の中心軸線ＣＬの回りに捩りモーメントが作用した場合にも、開き変形が容易に生じ、捩り剛性が低くなる。

ここで、特許文献１では、スポット溶接継手の引張せん断強度を大きくするために、ナゲットの外周端から２〜５ｍｍの幅で焼入れ処理をする技術が開示されている。また、特許文献２では、２枚の鋼板部材のフランジ同士をレーザ溶接して溶接ビードを形成する際に、溶接ビードの形成が予定される溶接予定位置上に、スポット溶接等で仮付けする技術が開示されている。

日本国特開２０１３−２２３８７２号公報 日本国特開２００８−１７８９０５号公報

しかしながら、特許文献１は、ナゲットの外周端から２〜５ｍｍの幅で焼入れ処理をすることにより、ナゲット端部近傍の硬度を大きくするものであるため、ハット形状の鋼板部材のフランジ部と、他の鋼板部材との重ね合わせ部をスポット溶接することにより得られる重ね溶接継手において、上記の開き変形を抑制することは難しい。そのため、特許文献１の技術では、上記重ね溶接継手の継手強度、及び捩り剛性を向上させることは難しい。
また、特許文献２では、フランジの長手方向に沿って形成された複数の仮付け箇所の上に、レーザ溶接による溶接ビードが形成される。そのため、特許文献２では、特許文献１と同様に、上記の開き変形を抑制することは難しい。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、フランジ部及び縦壁部を有する鋼板部材を他の鋼板部材に溶接して得られる重ね溶接継手において、継手強度及び捩り剛性を向上させることが可能な、鋼板の重ね溶接方法及び重ね溶接継手の提供を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下を採用する。
（１）本発明の一態様に係る鋼板の重ね溶接方法は、第１の鋼板部材に対し、前記第１の鋼板部材に重ね合わされるフランジ部、及び前記フランジ部から立ち上がる縦壁部を有する第２の鋼板部材を重ねて溶接する方法であって、前記第１の鋼板部材に対して前記フランジ部を重ね合わせた状態でスポット溶接することにより、前記第１の鋼板部材及び前記フランジ部間にナゲットを形成するスポット溶接工程と；前記スポット溶接工程後に、前記縦壁部のＲ止まりと前記ナゲットとの間の領域に、レーザ溶接により溶接ビードを形成するレーザ溶接工程と；を有し、前記溶接ビードは、前記フランジ部の長手方向における寸法が前記ナゲットの直径以上でありかつ、幅寸法が０．５〜３．０ｍｍである。
（２）上記（１）に記載の態様において、前記縦壁部の前記Ｒ止まりと、前記ナゲットとの間の最短距離をＤ１（ｍｍ）とし、前記縦壁部の前記Ｒ止まりと、前記溶接ビードとの間の最短距離をＤ２（ｍｍ）としたとき、Ｄ１に対するＤ２の比率Ｄ２／Ｄ１が１／２以下であってもよい。
（３）上記（１）または（２）に記載の態様において、前記レーザ溶接工程で、前記溶接ビードの幅方向における端部が、前記縦壁部の前記Ｒ止まりに形成されるように、前記溶接ビードを形成してもよい。
（４）上記（１）〜（３）のいずれか一項に記載の態様において、前記溶接ビードの形状が、直線状、Ｕ字状、又は波状であってもよい。

（５）本発明の他の態様に係る鋼板の重ね溶接継手は、第１の鋼板部材と；前記第１の鋼板部材に対して重ね合わされるフランジ部、及び前記フランジ部から立ち上がる縦壁部を有する第２の鋼板部材と；前記第１の鋼板部材と前記フランジ部とを接合するナゲットと；前記第１の鋼板部材と前記フランジ部とを接合するとともに、前記縦壁部のＲ止まりと前記ナゲットとの間の領域に形成された溶接ビードと；を備え、前記溶接ビードは、前記フランジ部の長手方向における寸法が前記ナゲットの直径以上でありかつ、幅寸法が０．５〜３．０ｍｍである。
（６）上記（５）に記載の態様において、前記縦壁部の前記Ｒ止まりと、前記ナゲットとの間の最短距離をＤ１（ｍｍ）とし、前記縦壁部の前記Ｒ止まりと、前記溶接ビードとの間の最短距離をＤ２（ｍｍ）としたとき、Ｄ１に対するＤ２の比率Ｄ２／Ｄ１が１／２以下であってもよい。
（７）上記（５）または（６）に記載の態様において、前記溶接ビードの幅方向における端部が、前記縦壁部の前記Ｒ止まりに形成されていてもよい。
（８）上記（５）〜（７）のいずれか一項に記載の態様において、前記溶接ビードは、直線状、Ｕ字状、又は波状の形状を有していてもよい。

本発明の上記各態様によれば、フランジ部及び縦壁部を有する鋼板部材を他の鋼板部材に溶接して得られる重ね溶接継手において、継手強度及び捩り剛性を向上させることができる。

ハット形状の鋼板部材を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る鋼板の重ね溶接継手を示す斜視図である。 上記重ね溶接継手を示す図であって、長手方向に垂直でかつナゲット１１０の端部１１０ａを含む断面で見た場合の断面図である。 図３の符号Ｐで示した部分の拡大図である。 図４Ａの符号Ｑで示した部分の拡大図である。 上記重ね溶接継手の部分拡大平面図である。 図５の符号Ｓで示した部分の拡大図である。 上記重ね溶接継手の第１変形例を示す部分拡大平面図である。 上記重ね溶接継手の第２変形例を示す部分拡大平面図である。 図５の符号Ｓで示した部分の拡大図であって、上記重ね溶接継手の第３変形例を示す図である。 図５の符号Ｓで示した部分の拡大図であって、上記重ね溶接継手の第４変形例を示す図である。 図５の符号Ｓで示した部分の拡大図であって、上記重ね溶接継手の第５変形例を示す図である。 上記重ね溶接継手の第６変形例を示す斜視図である。 上記重ね溶接継手の第７変形例を示す斜視図である。 上記重ね溶接継手の第８変形例を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る鋼板の重ね溶接継手を示す部分断面図である。 従来の、鋼板の重ね溶接継手を示す横断面図であって、従来の、鋼板の重ね溶接方法を説明するための図である。 図１６Ａの部分拡大図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の各実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については同一符号を付すことにより、それらの重複説明を省略する。

（第１実施形態）
図２は、本発明の第１実施形態に係る鋼板の重ね溶接継手１００（以下、単に重ね溶接継手１００とも称する）を示す斜視図である。重ね溶接継手１００は、一対の鋼板部材１をスポット溶接及びレーザ溶接することにより得られる。以下では、まず、鋼板部材１について説明する。

図１は、重ね溶接継手１００の鋼板部材１を示す斜視図である。図１に示すように、鋼板部材１は、一方向に長くかつ、長手方向に垂直な断面がハット状であり、互いに平行な一対のフランジ部２と、これら一対のフランジ部２から略垂直に立ち上る一対の縦壁部４と、これら一対の縦壁部４間を接続してかつフランジ部２に平行な横壁部５とを備えている。鋼板部材１は、例えば、一枚の鋼板をプレス成形により折り曲げて製造される。すなわち、鋼板部材１では、フランジ部２と縦壁部４とが連続するとともに、縦壁部４と横壁部５とが連続しており、また、特にフランジ部２の表面に孔等が形成されていないため、強度低下を防止することができる。
なお、図１において、符号Ｘは、鋼板部材１の中心軸線を示している。そして、中心軸線Ｘの方向は、鋼板部材１の長手方向と一致している。

鋼板部材１の縦壁部４は、鋼板部材１のフランジ部２に接続されてかつ所定の曲率半径を有するＲ部３を有している。Ｒ部３の曲率半径は、例えば３〜６ｍｍである。

鋼板部材１の板厚は、例えば、０．５〜３．２ｍｍである。また、鋼板部材１のフランジ部２の幅（フランジ部２の板厚方向及び長手方向に直交する方向の長さ）は、例えば、１０〜２０ｍｍである。
鋼板部材１の成分組成は、特に限定されるものでなく、用途に応じた機械特性等が得られるように適宜設定すればよい。なお、鋼板部材１が０．１０質量％以上の炭素を含有する場合、引張強さが顕著に向上する。そのため、鋼板部材１の炭素含有量は、０．１０質量％以上であることが好ましい。
また、鋼板部材１は、両面又は片面に表面処理皮膜が形成されていてもよい。表面処理皮膜は、例えば、めっき皮膜、または塗装皮膜等である。めっき皮膜としては、例えば、亜鉛めっき、アルミニウムめっき、亜鉛・ニッケルめっき、亜鉛・鉄めっき、亜鉛・アルミニウム・マグネシウム系めっき等であり、めっきの製造方法としては、溶融めっき、または電気めっき等である。

次に、本実施形態に係る重ね溶接継手１００について説明する。図２は、重ね溶接継手１００の斜視図であり、図３は、重ね溶接継手１００の長手方向に垂直でかつナゲット１１０の端部１１０ａを含む断面で見た場合の断面図である。図２及び図３に示すように、重ね溶接継手１００は、中心軸線Ｘの方向に長くかつ、中心軸線Ｘ（長手方向）に垂直な断面が中空断面であり、互いに対向する一対の鋼板部材１と、これら一対の鋼板部材１のフランジ部２同士をスポット溶接することにより形成された複数のナゲット１１０と、これら一対の鋼板部材１のフランジ部２同士をレーザ溶接することにより形成された複数の溶接ビード１２０とを備えている。なお、図２及び図３において、符号１Ｘは、上側に配置された鋼板部材１を示し、符号１Ｙは、下側に配置された鋼板部材１を示している。

図４Ａは、図３の符号Ｐで示す部分の拡大図である。図３及び図４Ａに示すように、ナゲット１１０は、鋼板部材１Ｘのフランジ部２と鋼板部材１Ｙのフランジ部２とをスポット溶接することにより、これらフランジ部２間に形成され、鋼板部材１Ｘのフランジ部２と鋼板部材１Ｙのフランジ部２とを接合している。換言すれば、ナゲット１１０は、鋼板部材１Ｘのフランジ部２と鋼板部材１Ｙのフランジ部２との重ね合わせ面に形成されている。
溶接ビード１２０は、鋼板部材１Ｘのフランジ部２の上側からレーザビームを照射して鋼板部材１Ｘのフランジ部２と鋼板部材１Ｙのフランジ部２とを溶接することにより、これらフランジ部２間に形成され、これらフランジ部２を互いに接合している。換言すれば、溶接ビード１２０は、鋼板部材１Ｘのフランジ部２の外面（板厚方向における二面のうち、外側を向く面）から鋼板部材１Ｙのフランジ部２の内部に亘って形成されている。なお、溶接ビード１２０は、鋼板部材１Ｘのフランジ部２の外面と鋼板部材１Ｙのフランジ部２の外面とを貫通していてもよいし、貫通していなくてもよい。

また、溶接ビード１２０は、図４Ａに示すように、鋼板部材１ＸのＲ部３のＲ止まり３ａとナゲット１１０との間の領域に形成されている。具体的には、溶接ビード１２０におけるフランジ部２の幅方向内側の端部１２０ａ（Ｒ止まり３ａに最も近い、溶接ビード１２０の幅方向の端部）が、Ｒ止まり３ａよりもフランジ部２の幅方向外側に位置している。また、溶接ビード１２０におけるフランジ部２の幅方向外側の端部１２０ｂ（Ｒ止まり３ａに最も遠い、溶接ビード１２０の幅方向の端部）が、ナゲット１１０におけるフランジ部２の幅方向内側の端部１１０ａ（Ｒ止まり３ａに最も近い、ナゲット１１０の端部）よりもフランジ部２の幅方向内側に位置している。なお、溶接ビード１２０の端部１２０ａがナゲット１１０の端部１１０ａよりもフランジ部２の幅方向内側に位置しかつ、溶接ビード１２０の端部１２０ｂがナゲット１１０の端部１１０ａよりもフランジ部２の幅方向外側に位置していてもよい。すなわち、溶接ビード１２０の一部がナゲット１１０上に形成されていてもよい。

ここで、Ｒ止まり３ａについて、図４Ａ及び図４Ｂを用いて説明する。なお、図４Ｂは、図４Ａの符号Ｑで示す部分の拡大図である。図４Ａ及び図４Ｂに示すように、Ｒ止まり３ａは、Ｒ部３からフランジ部２への移行箇所である。具体的には、フランジ部２の面上に、フランジ部２の端部から鋼板部材１Ｘの幅方向内側に向けて直線Ｙ１を引き、さらに、鋼板部材１ＸのＲ部３上の任意の点Ａから、直線Ｙ１に直交するように垂線を引く。そして、直線Ｙ１と上記垂線との交点Ｂと、点Ａとの距離ｄが０．１ｍｍとなるＲ部３上の点ＡをＲ止まり３ａとしている。

上述のように、溶接ビード１２０は、Ｒ止まり３ａとナゲット１１０との間に形成されているため、Ｒ止まり３ａとナゲット１１０との間の距離Ｄ１（ｍｍ）は、Ｒ止まり３ａと溶接ビード１２０との間の距離Ｄ２（ｍｍ）よりも大きくなっている。なお、距離Ｄ１は、ナゲット１１０の端部１１０ａから直線Ｙ２に対して直交するように引いた垂線と直線Ｙ２との交点と、Ｒ止まり３ａとの間の距離を意味する。すなわち、距離Ｄ１は、Ｒ止まり３ａとナゲット１１０との間の最短距離である。
また、距離Ｄ２は、溶接ビード１２０の端部１２０ａから直線Ｙ２に対して直交するように引いた垂線と直線Ｙ２との交点と、Ｒ止まり３ａとの間の距離を意味する。すなわち、距離Ｄ２は、Ｒ止まり３ａと溶接ビード１２０との間の最短距離である。

また、上述のように、重ね溶接継手１００では、溶接ビード１２０の端部１２０ａがＲ止まり３ａよりもフランジ部２の幅方向外側に位置し、溶接ビード１２０の端部１２０ｂがナゲット１１０の端部１１０ａよりもフランジ部２の幅方向内側に位置しているため、距離Ｄ１は、距離Ｄ２よりも大きく（Ｄ１＞Ｄ２）かつ、距離Ｄ２と溶接ビード１２０の幅Ｗ（ｍｍ）との和よりも大きくなっている（Ｄ１＞Ｄ２＋Ｗ）。一方、溶接ビード１２０の端部１２０ａがＲ止まり３ａよりもフランジ部２の幅方向外側に位置し、溶接ビード１２０の端部１２０ｂがナゲット１１０の端部１１０ａよりもフランジ部２の幅方向外側に位置している場合には、距離Ｄ１は、距離Ｄ２よりも大きく（Ｄ１＞Ｄ２）かつ、距離Ｄ２と幅Ｗの和よりも小さくなる（Ｄ１＜Ｄ２＋Ｗ）。

図５は、重ね溶接継手１００の平面図であって、鋼板部材１Ｘのフランジ部２の部分拡大図である。また、図６は、図５の符号Ｓで示す部分の拡大図である。図５に示すように（すなわち、鋼板部材１Ｘのフランジ部２を平面視した場合）、複数のナゲット１１０及び複数の溶接ビード１２０は、それぞれ、鋼板部材１Ｘのフランジ部２の長手方向に沿って一列に形成されている。そして、複数の溶接ビード１２０は、複数のナゲット１１０よりもフランジ部２の幅方向内側に位置してかつ、フランジ部２の幅方向において複数のナゲット１１０と対向している。

図６に示すように、ナゲット１１０は、平面視で、例えば円形、楕円形、または長円形等であり、その直径Ｄｎは、例えば３√ｔ〜５√ｔ（ｍｍ）である。なお、ナゲット１１０の直径Ｄｎとは、フランジ部２の長手方向における、ナゲット１１０の長さを意味している。また、上記のｔ（ｍｍ）は、鋼板部材１Ｘのフランジ部２の板厚、及び鋼板部材１Ｙのフランジ部２の板厚のうち、薄い方の板厚である。

溶接ビード１２０は、鋼板部材１Ｘのフランジ部２の長手方向に沿って延びる直線状であり、長さＬ（ｍｍ）（フランジ部２の長手方向における長さ）がナゲット１１０の直径Ｄｎ以上である。すなわち、溶接ビード１２０は、フランジ部２の長手方向におけるナゲット１１０の両端部に跨るように形成されている。なお、溶接ビード１２０の長さＬは、溶接ビード１２０の全長を表している。また、溶接ビード１２０は、幅Ｗ（フランジ部２の幅方向における長さ）が０．５〜３．０ｍｍである。
溶接ビード１２０の長さＬの上限は、特に限定されるものではなく、大きい方が継手強度及び捩り剛性の観点から好ましい。
また、溶接ビード１２０の幅Ｗは、溶接ビードを形成する作業の効率を考慮して、０．８〜１．５ｍｍであることが好ましい。

以上に説明した本実施形態に係る重ね溶接継手１００によれば、ナゲット１１０と、縦壁部４のＲ部３のＲ止まり３ａとの間の領域に、長さＬがナゲット１１０の直径Ｄｎ以上の溶接ビード１２０を形成しているので、中心軸線Ｘの回りの捩りモーメント、及び引張応力に対して、ナゲット１１０周囲の開き変形を抑制することができる。また、溶接ビード１２０の幅Ｗを０．５〜３．０ｍｍとしているので、フランジ部２の開き変形を抑制するための十分な強度を溶接ビード１２０に付与することができる。したがって、捩り剛性および継手強度を向上させることができる。

なお、図４Ａ及び図６に示す距離Ｄ１及び距離Ｄ２に関して、距離Ｄ１に対する距離Ｄ２の比率Ｄ２／Ｄ１が、１／２以下であることが好ましい。この場合、溶接ビード１２０がＲ止まり３ａに近づくため、ナゲット１１０周囲の開き変形がさらに抑制され、捩り剛性及び継手強度をさらに向上させることができる。また、上記の観点からは、溶接ビード１２０の幅方向内側の端部がＲ止まり３ａに形成されていること（すなわち、Ｄ２＝０（ｍｍ））がさらに好ましい。この場合、捩り剛性及び継手強度をさらに向上させることができる。

次に、本実施形態に係る鋼板の重ね溶接方法について説明する。本実施形態に係る鋼板の重ね溶接方法は、鋼板部材１Ｘ及び１Ｙより、重ね溶接継手１００を得るための方法である。まず、図２及び図３に示すように、鋼板部材１Ｘ及び１Ｙが互いに対向するように鋼板部材１Ｘのフランジ部２と鋼板部材１Ｙのフランジ部２を重ね合わせる。

続いて、鋼板部材１Ｘのフランジ部２と鋼板部材１Ｙのフランジ部２とを重ね合わせた状態で、鋼板部材１Ｘのフランジ部２と鋼板部材１Ｙのフランジ部２とをスポット溶接し、フランジ部２の長手方向に沿って、複数のナゲット１１０を形成する。この際、スポット溶接の条件等については、特に限定されるものではないが、例えば、ＤＲ型で直径１６ｍｍ程度の電極を用い、加圧力３００〜５００ｋｇｆ、通電時間０．２〜０．４ｓ、通電電流５〜１０ｋＡとすることができる。また、電流は、直流電流および交流電流のいずれであってもよく、電流波形は、単通電および多段通電のいずれであってもよい。

また、ナゲット１１０の直径Ｄｎに関して、溶接条件と得られるナゲット直径Ｄｎとの関係を、クーポン（試験片）を用いて予め求めておくことにより、鋼板部材１Ｘ及び１Ｙに所望の直径を有するナゲット１１０を形成することができる。なお、ナゲット１１０の直径Ｄｎは、ナゲット１１０を含む板厚方向の断面の観察等により求めることができる。

鋼板部材１Ｘのフランジ部２と鋼板部材１Ｙのフランジ部２とをスポット溶接した後、これらフランジ部２をレーザ溶接して、鋼板部材１ＸのＲ部３のＲ止まり３ａとナゲット１１０との間の領域に、長さＬがナゲット１１０の直径Ｄｎ以上でかつ、幅Ｗが０．５〜３．０ｍｍの溶接ビード１２０をフランジ部２の長手方向に沿って複数形成する。

この際、レーザ溶接の条件等ついては、特に限定されるものではないが、例えば、リモートレーザ溶接装置を用いることが好ましい。リモートレーザ溶接装置は、ロボットアームの先端に取り付けたガルバノミラーにより、レーザ光を溶接打点の間を高速で移動させるものであり、溶接の作業時間を大幅に短縮することが可能になるためである。また、レーザ発振器としては、例えば、ＣＯ_２レーザ、ＹＡＧレーザ、ファイバーレーザ、ＤＩＳＫレーザ、または半導体レーザなどのレーザを用いることができる。また、レーザ溶接は、例えば、レーザ出力２〜１０ｋＷ、集光面のビーム径０．３〜３．０ｍｍ、溶接速度０．１〜２０ｍ／ｍｉｎの条件で行うことができる。

上述のように鋼板部材１Ｘ及び１Ｙをスポット溶接する場合には、スポット溶接の制約（溶接電極と鋼板部材１Ｘ及び１Ｙの縦壁部４との接触を避ける必要がある等の制約）により、Ｒ止まり３ａから所定の距離だけ離れた位置にナゲット１１０を形成する必要がある。これに対して、レーザ溶接では、上記のような制約がなく、鋼板部材１Ｘのフランジ部２と鋼板部材１Ｙのフランジ部２との溶接位置を、Ｒ止まり３ａに近づけることができる。すなわち、レーザ溶接により鋼板部材１Ｘのフランジ部２と鋼板部材１Ｙのフランジ部２とを溶接するので、縦壁部４のＲ部３のＲ止まり３ａとナゲット１１０との間に溶接ビード１２０を形成することができる。

また、上述のように、鋼板部材１Ｘ及び１Ｙを溶接する際は、まず、スポット溶接を行う。そして、図４Ａに示すように、スポット溶接をした後でかつレーザ溶接をする前の状態では、鋼板部材１Ｘのフランジ部２、及び鋼板部材１Ｙのフランジ部２の溶接部分の周囲には、鋼板部材１Ｘ及び１Ｙの塑性流動に伴って浮き上がり現象（以下、「シートセパレーション現象」という）が生じ、このシートセパレーション現象により、鋼板部材１Ｘのフランジ部２と、鋼板部材１Ｙのフランジ部２との間には、例えば０．０５〜０．４ｍｍの隙間Ｇが生じる。この隙間Ｇは、比較的均一に形成されるので、レーザ溶接をする際の溶接条件の安定化に寄与する。

つまり、亜鉛めっきが施されている鋼板部材１Ｘ及び１Ｙをレーザ溶接する場合、レーザビームにより加熱されて発生する亜鉛蒸気は、溶鋼の飛散（スパッタ）を引き起こすことがある。しかしながら、亜鉛めっきが施されている鋼板部材１Ｘ及び１Ｙを用いた場合であっても、レーザ溶接する際には、上記シートセパレーション現象により０．０５〜０．４ｍｍ程度の隙間Ｇが形成されているため、この隙間Ｇを介して亜鉛蒸気が排出され、溶鋼の飛散（スパッタ）を抑制することができる。

なお、ナゲット１１０の近傍は、シートセパレーション現象により隙間Ｇが確保されているが、ナゲット１１０から離れたところでは、鋼板部材１Ｘ及び１Ｙのフランジ部２同士が接触したり、隙間Ｇが小さくなることがある。そのため、溶接ビード１２０とナゲット１１０との間を４〜５ｍｍ程度となるように調整すると飛散を抑制することができ、好ましい。換言すれば、図４Ａにおいて、距離Ｄ１が、距離Ｄ２と幅Ｗの和に対して、４〜５ｍｍ程度大きいことが好ましい。

以上に説明したように、本実施形態に係る鋼板の重ね溶接方法によれば、鋼板部材１Ｘ及び１Ｙをスポット溶接し、その後、レーザ溶接するため、ナゲット１１０とＲ止まり３ａとの間に溶接ビード１２０を形成することができる。また、鋼板部材１Ｘ及び１Ｙをスポット溶接し、その後、レーザ溶接するため、亜鉛めっきが施されている鋼板部材１Ｘ及び１Ｙを溶接する場合であっても、上記シートセパレーション現象により、溶鋼の飛散（スパッタ）を抑制することができる。

［第１実施形態の変形例］
本実施形態では、図５に示すように、複数のナゲット１１０に対向するように、複数の溶接ビード１２０を形成する場合を示した。しかしながら、図７に示すように、一つ置きのナゲット１１０に対して対向するように、溶接ビード１２０を形成してもよい。換言すれば、フランジ部２を平面視した場合に、フランジ部２の長手方向に沿って、溶接ビード１２０と対向するナゲット１１０と、溶接ビード１２０と対向しないナゲット１１０とが交互に存在してもよい。この場合、溶接ビード１２０の数を低減することができるため、レーザ溶接作業の効率を向上させることができる。なお、ナゲット１１０の数に応じて、二つ置き以上のナゲット１１０に対して対向するように、溶接ビード１２０を形成してもよい。

また、図８に示すように、全てのナゲット１１０に対して対向するように、一つの溶接ビード１２０を形成してもよい。ただし、図８に示す変形例に対して、本実施形態（図５参照）の方が、溶接ビード１２０の総体積が小さくなるため、溶接による鋼板部材１Ｘ及び１Ｙの熱変形を低減することができる。また、本実施形態（図５参照）では、フランジ部２の長手方向に沿って見た場合に、複数の溶接ビード１２０が間隔をあけて形成されており、強度が高い部分と低い部分とが交互に存在するため、自動車車体に重ね溶接継手１００を適用した場合に、衝突安全性を向上させることができる。したがって、これらの観点からは、本実施形態（図５参照）のように、複数のナゲット１１０に対して複数の溶接ビード１２０が対向していることが好ましい。さらに、溶接ビードの増大に対して部材の剛性は飽和傾向を示すため、本実施形態（図５参照）のように複数の溶接ビード１２０が間隔をあけて設けられていても、一定以上の溶接ビード長さがあれば継手強度の向上および部材剛性の向上の両方の効果を得ることができる。

また、本実施形態では、図５に示すように、直線状の溶接ビード１２０を形成する場合を示した。しかしながら、図９に示すように、平面視でＵ字状の溶接ビード１２１を形成してもよい。この場合、溶接終始端部の応力集中をより緩和することができる。
また、図１０に示すように、平面視で波状の溶接ビード１２２を形成してもよい。この場合、接合面積をより大きくすることができるため、継手強度をより向上させることができる。
また、図１１に示すように、平面視で楕円状の溶接ビード１２３を形成してもよい。この場合、図９の変形例と同様に、溶接終始端部の応力集中をより緩和することができる。

また、本実施形態では、図２及び図３に示すように、断面がハット形状の鋼板部材１Ｘと鋼板部材１Ｙとを溶接する場合を示した。しかしながら、図１２に示すように、鋼板部材１Ｘと、平板状の鋼板１０とを溶接してもよい。
また、図１３に示すように、一つのフランジ部２と、一つの縦壁部４と、フランジ部２に平行な一つの横壁部５とを有する鋼板部材２０を、鋼板１０に溶接してもよい。
また、図１４に示すように、鋼板部材１Ｘと、これと大きさの異なる鋼板部材１Ｘ’とを、これらのフランジ部２、縦壁部４、及び横壁部５が互いに重なり合うように、溶接してもよい。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る重ね溶接継手２００について説明する。

図１５は、本実施形態に係る重ね溶接継手２００を示す横断面図（長手方向に垂直な断面図）である。上記の第１実施形態では、重ね溶接継手１００が、２枚の鋼板部材１Ｘ及び１Ｙから構成される場合を示した。これに対して、図１５に示すように、本実施形態では、重ね溶接継手２００が、鋼板部材１Ｘ及び１Ｙに加えて、断面ハット形状でかつ、鋼板部材１Ｘ及び１Ｙよりも板厚の薄い鋼板部材３０から構成される。

自動車車体を構成する鋼板部品では、３枚以上からなる鋼板部材において、最も外側に配置される鋼板部材の板厚が他の鋼板部材の板厚と比べて薄い場合（高板厚比の場合）がある。この場合、スポット溶接で形成されるナゲットは、総板厚の中心より成長するため、最も外側に配置された薄い鋼板部材と、これよりも内側に配置された他の鋼板部材との重ね合わせ面では、ナゲットが成長し難い。

図１５に示すように、重ね溶接継手２００は、上記の第１実施形態に係る鋼板の重ね溶接方法と同様に、３枚の鋼板部材１Ｘ、１Ｙ、及び３０をスポット溶接及びレーザ溶接することにより得ることができる。そして、図１５に示すように、重ね溶接継手２００では、鋼板部材１Ｘのフランジ部２、鋼板部材１Ｙのフランジ部２、及び鋼板部材３０のフランジ部３２が重ね合わされ、スポット溶接によりナゲット１１０が形成され、Ｒ部３３のＲ止まり３３ａと、Ｒ止まり３３ａ側のナゲット１１０との間に、レーザ溶接により溶接ビード１２０が形成されている。

図１５に示すように、高板厚比の鋼板部材を溶接する場合、スポット溶接により形成されたナゲット１１０が総板厚の中心より成長し、最も外側に配置された、板厚の薄い鋼板部材３０のフランジ部３２と、これよりも板厚の厚い鋼板部材１Ｘのフランジ部２との重ね合わせ面において、ナゲットが成長していない、又は、ほぼ成長していない場合がある。
しかしながら、重ね溶接継手２００では、上記の第１実施形態に係る鋼板の重ね溶接方法と同様に、スポット溶接とレーザ溶接とを順次行うので、レーザ溶接により形成された溶接ビード１２０が、鋼板部材１Ｘ、１Ｙ、及び３０に跨って形成される。そのため、重ね溶接継手２００では、鋼板部材１Ｘ、１Ｙ、及び３０の重ね合わせ面において、十分にナゲット１１０が成長していない部分があっても、十分な継手強度を得ることができる。

また、重ね溶接継手２００では、上記の第１実施形態の場合と同様に、まずスポット溶接を行うため、鋼板部材１Ｘのフランジ部２、鋼板部材１Ｙのフランジ部２、及び鋼板部材３０のフランジ部３２の溶接部分の周囲には、鋼板部材の塑性流動に伴ってシートセパレーション現象が生じる。そして、このシートセパレーション現象によって、これらフランジ部の間に隙間Ｇが生じる。したがって、重ね溶接継手２００においても、亜鉛めっきが施された鋼板部材１Ｘ、１Ｙ、及び３０をレーザ溶接する場合、シートセパレーション現象によって、０．０５〜０．４ｍｍ程度の隙間Ｇが形成されているため、隙間Ｇを介して亜鉛蒸気が排出され、溶鋼の飛散（スパッタ）を抑制することができる。

次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。

板厚１．２ｍｍ、引張強度６１２ＭＰａの鋼板をＬ字形状及びハット形状に成形した鋼板部材を準備した。引張試験片とするために、Ｌ字形状の２枚の鋼板部材を、そのフランジ部を重ね合わせてスポット溶接を行った。また、捩り剛性試験片とするために、図２に示すように、ハット形状の２枚の鋼板部材を、これらのフランジ部を重ね合わせて、スポット溶接を行った。スポット溶接は、ナゲット直径が５．５ｍｍとなるように、直径１６ｍｍのＤＲ型電極で、２枚の鋼板部材のフランジ部を挟み込み、加圧力４ｋＮで押し付けつつ、通電時間１４サイクル、通電電流７．５ｋＡとして行った。また、スポット溶接は、４０ｍｍのピッチで行った。

次に、ガルバノミラーを有するリモートレーザ溶接装置を用い、ファイバーレーザによりフランジ部に溶接を行った。また、レーザ溶接の溶接ビードの形状及び配置を、図５に示す、溶接ビードの形状及び配置とした。また、レーザの加工点出力は３ｋＷに固定し、溶接速度を変更して、溶接ビードの幅を調整した。下記の表１に、Ｒ止まりからナゲットまでの距離Ｄ１（図４Ａ参照）、Ｒ止まりから溶接ビードまでの距離Ｄ２、溶接ビードの長さＬ、スポット溶接のピッチＰ、及び溶接ビードの幅Ｗを示す。なお、試験Ｎｏ．１〜１１のそれぞれにおいて、引張試験片及び捩り剛性試験片を作製した。

表１において、試験Ｎｏ．１は、スポット溶接のみを行った場合（すなわち、レーザ溶接を行わない場合）の比較例を示している。試験Ｎｏ．２は、Ｄ２＝０、すなわち、Ｒ止まり３ａに最も近い溶接ビードの端部を、Ｒ止まり３ａ上に形成した場合の発明例を示している。試験Ｎｏ．３〜４、８〜９、及び１１は、Ｄ１が、Ｄ２とＷの和よりも大きく（Ｄ１＞Ｄ２＋Ｗ）、図４に示すように、溶接ビード１２０の端部１２０ｂをナゲット１１０の端部１１０ａよりも幅方向内側に形成した場合の発明例を示している。試験Ｎｏ．５は、Ｄ１が、Ｄ２よりも大きく（Ｄ１＞Ｄ２）、Ｄ２とＷとの和よりも小さくなっており（Ｄ１＜Ｄ２＋Ｗ）、溶接ビードの一部をナゲット上に形成した場合の発明例を示している。

一方、試験Ｎｏ．６は、Ｄ１がＤ２よりも小さい場合（Ｄ１＜Ｄ２）、すなわち、ナゲットとＲ止まりとの間の領域に溶接ビードが形成されていない比較例を示している。また、試験Ｎｏ.７は、ナゲットの直径Ｄｎ（図６参照）が５．５ｍｍであるのに対して、溶接ビードの長さＬが５ｍｍとなっており、ＬがＤｎよりも小さい場合、すなわち比較例を示している。また、試験Ｎｏ.１０は、溶接ビードの幅Ｗが０．４ｍｍとなっており、本発明の範囲（Ｗ＝０．５〜３．０ｍｍ）を満たさない比較例を示している。

そして、作製された試験片の継手強度と捩り剛性を測定した。継手強度（最大荷重）は、引張試験機を用いて引張試験片の両端を引っ張り、破断させることで求めた。一方、捩り剛性は、捩り剛性試験片の一端を固定し、他端に負荷される捩りモーメントおよび他端で測定される捩り角度の関係により求めた。

下記の表２に、継手強度、継手強度比、捩り剛性、及び捩り剛性比を示す。継手強度比及び捩り剛性比は、それぞれ、試験Ｎｏ．１の場合（すなわち、スポット溶接単独の場合）の継手強度及び捩り剛性に対する比である。また、継手強度比及び捩り剛性比は１．１０以上を合格と判定した。

試験Ｎｏ．２〜５、８、９及び１１は、本発明の構成を全て満足するため、継手強度比及び捩り剛性比が１．１０以上となっている。すなわち、スポット溶接のみを行った試験Ｎｏ．１と比較して、継手強度及び捩り剛性を向上できることを確認できた。さらに、試験Ｎｏ．２〜４、８、９及び１１は、Ｄ２／Ｄ１が０．５以下であり、継手強度比及び捩り剛性比がより高くなることが確認できた。

一方、試験Ｎｏ．６は、Ｒ止まりとナゲットの間に溶接ビードが形成されていないため、継手強度比及び捩り剛性比が１．１０未満となっている。また、試験Ｎｏ．７は、溶接ビードの長さＬがナゲット直径Ｄｎより短いため、捩り剛性比が１．１０未満となっている。また、試験Ｎｏ．１０は、溶接ビードの幅Ｗが０．５ｍｍ未満であるため、継手強度比が１．１０未満となっている。

以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、本発明の範囲が上記実施形態のみに限定されるものではない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、重ね溶接継手１００及び２００における、各鋼板部材の種類、成分組成、及び板厚は、全て同じとしてもよいし、一部同じとしてもよいし、相互に異なっていてもよい。

また、例えば、重ね溶接継手１００において、フランジ部ごとにナゲットと溶接ビードの配置を変えてもよく、また、一つのフランジ部において、溶接箇所を複数の区画に分けて、区画ごとにナゲットと溶接ビードの配置を変えてもよい。

また、例えば、上記第１実施形態の変形例では、一つの溶接ビード１２０が、複数のナゲット１１０に跨って形成される場合を示した（図８参照）。しかしながら、複数のナゲット１１０に跨る溶接ビード１２０を、複数形成してもよい。

また、例えば、上記第１実施形態の変形例では、平面視で溶接ビード１２３の形状が楕円状である場合を示した（図１１参照）。しかしながら、溶接ビード１２３の形状を円形状としてもよい。

また、例えば、上記第１実施形態の変形例では、断面がハット形状の鋼板部材１Ｘ及び１Ｘ’を溶接する場合を示した（図１４参照）。しかしながら、これら鋼板部材１Ｘ及び１Ｘ’に、鋼板１０（図１３参照）を、鋼板部材１Ｘ’の下側から重ね合わせて、３枚の鋼板部材から構成された重ね溶接継手としてもよい。

本発明によれば、フランジ部及び縦壁部を有する鋼板部材を他の鋼板部材に溶接して得られる重ね溶接継手において、継手強度及び捩り剛性を向上させることが可能な、鋼板の重ね溶接方法及び重ね溶接継手を提供することができる。

１： 鋼板部材
１Ｘ： 鋼板部材
１Ｙ： 鋼板部材
３： Ｒ部
３ａ： Ｒ止まり
４： 縦壁部
５： 横壁部
１００： 鋼板の重ね溶接継手
１１０： ナゲット
１２０： 溶接ビード
Ｄｎ： ナゲットの直径
Ｇ： 隙間
Ｌ： 溶接ビードの長さ
Ｗ： 溶接ビードの幅
Ｘ： 中心軸線

Claims (8)

1. 第１の鋼板部材に対し、前記第１の鋼板部材に重ね合わされるフランジ部、及び前記フランジ部から立ち上がる縦壁部を有する第２の鋼板部材を重ねて溶接する方法であって、
   前記第１の鋼板部材に対して前記フランジ部を重ね合わせた状態でスポット溶接することにより、前記第１の鋼板部材及び前記フランジ部間にナゲットを形成するスポット溶接工程と；
   前記スポット溶接工程後に、前記縦壁部のＲ止まりと前記ナゲットとの間の領域に、レーザ溶接により溶接ビードを形成するレーザ溶接工程と；
   を有し、
   前記溶接ビードは、前記フランジ部の長手方向における寸法が前記ナゲットの直径以上でありかつ、幅寸法が０．５〜３．０ｍｍである
   ことを特徴とする、鋼板の重ね溶接方法。
2. 前記縦壁部の前記Ｒ止まりと、前記ナゲットとの間の最短距離をＤ１（ｍｍ）とし、
   前記縦壁部の前記Ｒ止まりと、前記溶接ビードとの間の最短距離をＤ２（ｍｍ）としたとき、
   Ｄ１に対するＤ２の比率Ｄ２／Ｄ１が１／２以下である
   ことを特徴とする請求項１に記載の、鋼板の重ね溶接方法。
3. 前記レーザ溶接工程で、前記溶接ビードの幅方向における端部が前記縦壁部の前記Ｒ止まりに形成されるように、前記溶接ビードを形成する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の、鋼板の重ね溶接方法。
4. 前記溶接ビードの形状が、直線状、Ｕ字状、又は波状である
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の、鋼板の重ね溶接方法。
5. 第１の鋼板部材と；
   前記第１の鋼板部材に対して重ね合わされるフランジ部、及び前記フランジ部から立ち上がる縦壁部を有する第２の鋼板部材と；
   前記第１の鋼板部材と前記フランジ部とを接合するナゲットと；
   前記第１の鋼板部材と前記フランジ部とを接合するとともに、前記縦壁部のＲ止まりと前記ナゲットとの間の領域に形成された溶接ビードと；
   を備え、
   前記溶接ビードは、前記フランジ部の長手方向における寸法が前記ナゲットの直径以上でありかつ、幅寸法が０．５〜３．０ｍｍである
   ことを特徴とする、鋼板の重ね溶接継手。
6. 前記縦壁部の前記Ｒ止まりと、前記ナゲットとの間の最短距離をＤ１（ｍｍ）とし、
   前記縦壁部の前記Ｒ止まりと、前記溶接ビードとの間の最短距離をＤ２（ｍｍ）としたとき、
   Ｄ１に対するＤ２の比率Ｄ２／Ｄ１が１／２以下である
   ことを特徴とする請求項５に記載の、鋼板の重ね溶接継手。
7. 前記溶接ビードの幅方向における端部が、前記縦壁部の前記Ｒ止まりに形成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の、鋼板の重ね溶接継手。
8. 前記溶接ビードは、直線状、Ｕ字状、又は波状の形状を有する
   ことを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の、鋼板の重ね溶接継手。

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