KR102597121B1 - Lap laser spot weld joint and method for producing same, and automotive body structural member - Google Patents
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Abstract
복수의 강판을 상하로 중첩하고, 그 중첩한 강판의 편측 표면에 레이저 빔을 단속적으로 조사하여, 열상으로 연속하여 배열한 접합부로 이루어지는 용접부를 형성하여 겹침 레이저 스폿 용접 이음매를 제조할 때, 적어도, 레이저 빔을 반원과 직선을 조합한 가늘고 긴 원형을 그리도록 스핀시키면서 장원형의 외측으로부터 내측을 향해 나선상으로 주사함으로써, 상기 접합부의 형상을 큰 장원형 접합부로 하고, 또한, 상기 장원형 접합부의 단축 폭 D1, 장축 폭 D2, 상기 D1 에 대한 D2 의 비 (D2/D1) 및 최종 응고부의 최소 두께 u 가 소정의 조건을 만족하도록 용접 조건을 제어함으로써, 접합부의 용접 종단부의 균열 발생이 없고, 박리 강도도 우수한 겹침 레이저 스폿 용접 이음매와 그 제조 방법 및 그 용접 이음매를 갖는 자동차 차체용 구조 부재를 제안한다.When manufacturing an overlap laser spot welded joint by overlapping a plurality of steel plates up and down and intermittently irradiating a laser beam on one surface of the overlapping steel plates to form a weld zone composed of joints arranged in series in a thermal image, at least: By spinning the laser beam to draw an elongated circle combining a semicircle and a straight line and scanning it spirally from the outside of the oval shape toward the inside, the shape of the joint is made into a large oval joint, and the short axis of the oval joint is formed. By controlling the welding conditions so that the width D 1 , the major axis width D 2 , the ratio of D 2 to D 1 (D 2 /D 1 ), and the minimum thickness u of the final solidified portion satisfy predetermined conditions, the weld end portion of the joint portion We propose an overlap laser spot welded joint with no cracks and excellent peel strength, a manufacturing method thereof, and a structural member for an automobile body having the welded joint.
Description
본 발명은, 겹침 레이저 스폿 용접 이음매와 그 제조 방법 그리고 상기 겹침 레이저 스폿 용접 이음매를 갖는 자동차 차체용 구조 부재에 관한 것이다. The present invention relates to an overlap laser spot weld joint, a method of manufacturing the same, and a structural member for an automobile body having the overlap laser spot weld joint.
플랜지부를 갖는 자동차 차체의 구조 부재 (강도 부재) 의 용접에는, 일반적으로 저항 스폿 용접이 이용되고 있다. 그러나, 저항 스폿 용접은, 용접에 시간이 걸린다, 분류 (分流) 에 의해 발열량이 저하하기 때문에 용접 피치를 좁게 할 수 없다, 나아가서는, 용접 건을 세트하기 위해서 어느 정도의 공간이 필요해진다는 등, 여러 가지 문제가 있다. 이들 문제를 해결하기 위해, 최근에는, 종래의 저항 스폿 용접 대신에, 겹침 레이저 스폿 용접을 적용하는 것이 검토·실용화되고 있다. 여기서, 상기 겹침 레이저 스폿 용접이란, 중첩한 복수 장의 강판의 편측 표면에 레이저 빔을 조사하여 강판을 용융하고, 접합하는 용접 방법을 말한다.Resistance spot welding is generally used to weld structural members (strength members) of an automobile body having a flange portion. However, resistance spot welding takes time to weld, the welding pitch cannot be narrowed because the calorific value decreases due to the flow, and furthermore, a certain amount of space is required to set the welding gun, etc. , there are several problems. To solve these problems, in recent years, the application of overlap laser spot welding instead of conventional resistance spot welding has been examined and put into practice. Here, the overlap laser spot welding refers to a welding method in which a laser beam is irradiated to one surface of a plurality of overlapping steel sheets to melt and join the steel sheets.
종래, 겹침 레이저 스폿 용접 이음매는, 중첩한 복수 장의 강판의 표면에 레이저 빔을 단속적으로 조사하고, 레이저 빔을 조사한 부위의 강판을 용융하고, 응고시켜 직선상 또는 원형상의 접합부가 연속적으로 열상 (列狀) 으로 배열한 용접부를 형성함으로써, 복수의 강판을 접합하고 있었다. 그러나, 겹침 레이저 빔 용접에는, 접합부가 직선상인 경우, 접합부의 용접 종단부 측에 있는 최종 응고부에 균열이 발생하기 쉽다는 문제가 있다. 또, 접합부가 원형상 경우도, 접합부의 중앙부에 있는 최종 응고부에 균열이 발생하기 쉽다는 문제가 있다. 균열이 발생하면, 접합부의 전체 길이에 걸쳐 전파되기 때문에, 용접 이음매부의 전단 강도나 박리 강도와 같은 정적 강도가 저하할 뿐만 아니라, 피로 강도도 현저하게 저하하게 된다. 최근, 자동차 차체용 부재, 특히 골격 부재가 되는 구조 부재 (강도 부재) 에서는, 차체의 강도나 강성의 향상을 도모하기 위해, 고장력 강판이 많이 채용되도록 되어 오고 있어, 접합부에 발생한 균열에 의한 용접 이음매의 정적 강도나 피로 강도의 저하는 중대한 문제가 된다.Conventionally, the overlap laser spot welding joint is made by intermittently irradiating a laser beam to the surface of a plurality of overlapping steel sheets, melting and solidifying the steel sheet in the area irradiated with the laser beam, and forming a straight or circular joint in a continuous manner. A plurality of steel plates were joined by forming welded portions arranged in a row. However, there is a problem in overlap laser beam welding that, when the joint is straight, cracks are likely to occur in the final solidified portion on the weld termination side of the joint. Also, even when the joint is circular, there is a problem that cracks are likely to occur in the final solidified portion in the center of the joint. When a crack occurs, it propagates over the entire length of the joint, so not only does the static strength such as shear strength and peel strength of the weld joint decrease, but the fatigue strength also significantly decreases. Recently, in order to improve the strength and rigidity of the car body, high-strength steel sheets have been increasingly used in automobile body members, especially structural members (strength members) that become skeleton members, and weld joints due to cracks occurring at the joints. A decrease in static strength or fatigue strength becomes a serious problem.
그래서, 중첩한 강판을 레이저 빔 용접했을 때에 생기는 접합부의 용접 종단부의 균열을 방지하는 방법이 여러 가지 검토되고 있다. 예를 들어, 특허문헌 1 에는, 겹침 용접의 하측의 강판을 돌출시키고, 또한, 용접 개시 위치를 플랜지 단부 (端部) 로부터 떨어진 위치로 함으로써, 용접 균열을 방지하는 기술이 개시되어 있다. 또, 특허문헌 2 에는, 겹침면의 단부에 경사지게 레이저를 조사하여, 용접 균열을 방지하는 기술이 개시되어 있다. 또, 특허문헌 3 및 4 에는, 한 번 용접한 부분이나 그 용접한 부분의 주위를 재가열함으로써, 혹은, 용접함으로써, 용접 균열을 방지하는 기술이 개시되어 있다. 또, 특허문헌 5 에는, 겹침면을 타원형으로 용접하여 용접 균열의 발생을 방지하는 기술이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 6 에는, 강판 성분을 적정화하고, 또한, 용접 비드 폭과 비드 두께의 비를 적정화함으로써 용접 균열의 발생을 방지하는 기술이 개시되어 있다. Therefore, various methods for preventing cracks at the weld ends of joints that occur when overlapping steel plates are laser beam welded are being studied. For example,
그러나, 상기 특허문헌 1 에 기재된 방법에서는, 겹침 용접의 하측의 강판을 돌출시키고 있기 때문에, 돌출시키는 부분이 여분이 되고, 부품 설계가 제약된다는 문제가 있다. 또, 특허문헌 2 에 기재된 방법에서는, 경사지게 레이저를 조사하기 때문에, 중첩한 판에 간극이 비어 있을 때, 겹침면에 용융부가 잘 형성되지 않아 용입 부족이 되어, 충분한 강도 확보가 어렵다는 문제가 있다. 또, 특허문헌 3 및 4 에 기재된 방법에서는, 한 번 용접한 부분이나 용접한 부분의 주위를 재가열하거나 용접하거나 할 필요가 있기 때문에, 용접 시간이 길어진다는 문제가 있다. 또, 특허문헌 5 에 기재된 방법은, 용접부의 형상이 원형 또는 원형에 가까운 타원형으로 한정되기 때문에, 충분한 용접 강도를 확보할 수 없다는 문제가 있다. 또한, 특허문헌 6 에 기재된 방법에서는, 용접 종단부에 응력이 집중하기 쉬워지기 때문에, 길이가 짧은 직선상의 접합부의 용접 종단부에 있어서의 균열의 발생을 방지할 수 없다는 문제가 있다.However, in the method described in
본 발명은, 종래 기술이 안고 있는 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 레이저 빔을 단속적으로 조사하여 접합부 (용접 스폿) 를 열상으로 형성한 용접부를 갖는 겹침 용접 이음매로서, 접합부의 최종 응고부에 균열의 발생이 없고, 또한, 용접부의 박리 강도도 우수한 겹침 레이저 스폿 용접 이음매를 제공하고, 그 제조 방법을 제안함과 함께, 이 겹침 레이저 스폿 용접 이음매를 갖는 자동차 차체용 구조 부재를 제공하는 것에 있다. The present invention has been made in consideration of the above-mentioned problems faced by the prior art, and its purpose is to provide an overlap weld joint having a weld zone in which the joint (weld spot) is thermally formed by intermittently irradiating a laser beam, and the final solidification of the joint. To provide an overlap laser spot welded joint that does not cause cracks in the portion and has excellent peeling strength of the welded portion, proposes a manufacturing method thereof, and provides a structural member for an automobile body having this overlap laser spot welded joint. It's in the thing.
발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해, 레이저 용접에 의해 형성되는 용접부를 구성하는 개개의 접합부 (용접 스폿) 의 형상과 크기에 주목해 예의 검토를 거듭했다. 그 결과, 접합부의 최종 응고부의 균열을 방지하기 위해서는, 상기 접합부를 종래의 선상이나 원형상 또는 타원 형상보다 큰 장원 형상으로 하고, 또한, 상기 장원형 접합부의 각종 치수를 적정 범위로 제어하는 것이 유효한 것을 알아내어, 본 발명을 개발하기에 이르렀다.In order to solve the above problems, the inventors focused on the shape and size of the individual joints (weld spots) that make up the weld zone formed by laser welding and conducted extensive studies. As a result, in order to prevent cracking of the final solidified portion of the joint, it is effective to shape the joint into an oval shape larger than the conventional linear, circular, or oval shape, and to control the various dimensions of the oval joint to an appropriate range. After finding out this, we came to develop this invention.
상기 지견에 근거하는 본 발명은, 복수의 강판을 겹쳐 이루어지는 용접부를 갖는 겹침 레이저 스폿 용접 이음매에 있어서, 상기 용접부를 구성하는 강판 간의 합계 간극 G 가, 용접부를 구성하는 강판의 합계 두께 T 의 0 ~ 15 % 의 범위 내에 있고, 상기 용접부가, 단속적으로 배열한 장원형 접합부로 이루어지고, 또한, 상기 장원형 접합부가, 하기 (1) ~ (5) ; The present invention based on the above knowledge is an overlap laser spot welding joint having a welded portion formed by overlapping a plurality of steel plates, wherein the total gap G between the steel plates constituting the welded portion is 0 to 0 of the total thickness T of the steel plates constituting the welded portion. It is within the range of 15%, the welded portion consists of oval joints arranged intermittently, and the oval joint portions are in the following (1) to (5);
1.0 ≤ T ≤ 6.0 ···(1) 1.0 ≤ T ≤ 6.0 ···(1)
2.0 ≤ D1 ≤ 8.0 ···(2) 2.0 ≤ D 1 ≤ 8.0 ···(2)
6.0 ≤ D2 ≤ 15.0 ···(3) 6.0 ≤ D 2 ≤ 15.0 ···(3)
1.1 ≤ D2/D1 ≤ 5.0 ···(4) 1.1 ≤ D 2 /D 1 ≤ 5.0 ···(4)
0.6 ≤ u/T ≤ 1.0 ···(5) 0.6 ≤ u/T ≤ 1.0 ···(5)
여기서, T : 용접부를 구성하는 강판의 총판두께 (mm) Here, T: Total plate thickness of the steel plate constituting the weld zone (mm)
D1 : 장원형 접합부의 단축 폭 (mm) D 1 : Width of the minor axis of the oval joint (mm)
D2 : 장원형 접합부의 장축 폭 (mm) D 2 : Width of the long axis of the oval joint (mm)
u : 장원형 접합부의 최종 응고부의 최소 두께 (mm) u: Minimum thickness of the final solidified portion of the oval joint (mm)
식의 모두를 만족하는 것을 특징으로 하는 겹침 레이저 스폿 용접 이음매이다. It is an overlap laser spot welding joint characterized by satisfying all of the equations.
본 발명의 겹침 레이저 스폿 용접 이음매는, 상기 강판 중 적어도 1 개가, C : 0.07 ~ 0.4 mass%, Si : 0.2 ~ 3.5 mass%, Mn : 1.8 ~ 5.5 mass%, P + S : 0.03 mass% 이하, Al : 0.08 mass% 이하 및 N : 0.010 mass% 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는 것을 특징으로 한다.In the overlap laser spot welded joint of the present invention, at least one of the above steel plates has C: 0.07 to 0.4 mass%, Si: 0.2 to 3.5 mass%, Mn: 1.8 to 5.5 mass%, P + S: 0.03 mass% or less, It is characterized by having a component composition containing Al: 0.08 mass% or less and N: 0.010 mass% or less, with the remainder being Fe and inevitable impurities.
또, 본 발명의 겹침 레이저 스폿 용접 이음매에 있어서의 상기 강판은, 상기 성분 조성에 더하여 추가로, 이하의 A 군 및 B 군 ; In addition to the above chemical composition, the steel sheet in the overlap laser spot weld joint of the present invention further includes the following group A and group B;
·A 군 ; Ti : 0.0005 ~ 0.01 mass% 및 Nb : 0.005 ~ 0.050 mass% 중으로부터 선택되는 1 종 또는 2 종 ·Group A; One or two types selected from Ti: 0.0005 to 0.01 mass% and Nb: 0.005 to 0.050 mass%
·B 군 ; Cr : 1.0 mass% 이하, Mo : 0.50 mass% 이하 및 B : 0.10 mass% 이하 중으로부터 선택되는 1 종 또는 2 종 이상 중 적어도 1 군의 성분을 함유하는 것을 특징으로 한다. ·Group B; It is characterized by containing at least one group of components selected from Cr: 1.0 mass% or less, Mo: 0.50 mass% or less, and B: 0.10 mass% or less.
또, 본 발명의 겹침 레이저 스폿 용접 이음매는, 상기 강판 중 적어도 1 개가, 인장 강도가 980 MPa 이상의 고장력 강판인 것을 특징으로 한다.Additionally, the overlap laser spot welded joint of the present invention is characterized in that at least one of the steel plates is a high-tensile steel plate with a tensile strength of 980 MPa or more.
또, 본 발명은, 복수의 강판을 상하로 중첩하고, 그 중첩한 강판의 편측 표면에 레이저 빔을 단속적으로 조사하여, 열상으로 연속하여 배열한 장원형 접합부로 이루어지는 용접부를 형성하여 겹침 레이저 스폿 용접 이음매를 제조하는 방법에 있어서, 상기 용접부를 구성하는 강판 간의 합계 간극 G 를, 용접부를 구성하는 강판의 합계 두께 T 의 0 ~ 15 % 의 범위 내로 하고, 상기 장원형 접합부는, 레이저 빔을 반원과 직선을 조합한 가늘고 긴 원형을 그리도록 스핀시키면서 장원형의 외측으로부터 내측을 향해 나선상으로 주사함과 함께, 상기 장원형 접합부가, 하기 식 (1) ~ (5) 식 ; In addition, in the present invention, a plurality of steel plates are overlapped vertically, and a laser beam is intermittently irradiated to one surface of the overlapped steel plates to form a weld zone consisting of oval joints arranged in succession in a thermal pattern, thereby performing overlap laser spot welding. In the method of manufacturing a joint, the total gap G between the steel plates constituting the welded portion is set to be within the range of 0 to 15% of the total thickness T of the steel plates constituting the welded portion, and the oblong joint is formed by transmitting a laser beam in a semicircular manner. While spinning to draw an elongated circle combining straight lines, the oval shape is scanned spirally from the outside to the inside, and the oval joint is formed according to the following formulas (1) to (5).
1.0 ≤ T ≤ 6.0 ···(1) 1.0 ≤ T ≤ 6.0 ···(1)
2.0 ≤ D1 ≤ 8.0 ···(2) 2.0 ≤ D 1 ≤ 8.0 ···(2)
6.0 ≤ D2 ≤ 15.0 ···(3) 6.0 ≤ D 2 ≤ 15.0 ···(3)
1.1 ≤ D2/D1 ≤ 5.0 ···(4) 1.1 ≤ D 2 /D 1 ≤ 5.0 ···(4)
0.6 ≤ u/T ≤ 1.0 ···(5) 0.6 ≤ u/T ≤ 1.0 ···(5)
여기서, T : 용접부를 구성하는 강판의 총판두께 (mm) Here, T: Total plate thickness of the steel plate constituting the weld zone (mm)
D1 : 장원형 접합부의 단축 폭 (mm) D 1 : Width of the minor axis of the oval joint (mm)
D2 : 장원형 접합부의 장축 폭 (mm) D 2 : Width of the long axis of the oval joint (mm)
u : 장원형 접합부의 최종 응고부의 최소 두께 (mm) u: Minimum thickness of the final solidified portion of the oval joint (mm)
의 모두를 만족하도록, 레이저 출력, 초점 위치, 용접 속도, 스핀 반경 및 1 스핀당의 이동량 및 빔 직경 중 적어도 1 개를 제어하는 것을 특징으로 하는 겹침 레이저 스폿 용접 이음매의 제조 방법을 제안한다.We propose a method for manufacturing an overlap laser spot welding seam, characterized in that at least one of the laser power, focus position, welding speed, spin radius, and movement amount per spin and beam diameter is controlled to satisfy all of the above.
또, 본 발명은, 상기 중 어느 것에 기재된 겹침 레이저 스폿 용접 이음매를 갖는 자동차 차체용 구조 부재이다. Additionally, the present invention is a structural member for an automobile body having an overlapping laser spot welded joint according to any of the above.
본 발명에 의하면, 중첩한 복수의 강판을 레이저 빔 용접한 겹침 레이저 스폿 용접 이음매의 용접부를 구성하는 접합부를 종래보다 큰 장원형 접합부로 함으로써, 최종 응고부에 있어서의 균열의 발생을 확실하게 억제할 수 있을 뿐만 아니고, 용접부의 박리 강도가 우수한 겹침 레이저 스폿 용접 이음매를 제조할 수 있다. 또, 본 발명의 겹침 레이저 스폿 용접 이음매는, 폭넓은 장축-단축비의 장원형 접합부를 형성할 수 있으므로, 부품 설계의 자유도를 높이고, 보다 경량·고강성·고강도인 부재의 개발을 가능하게 한다. 따라서, 본 발명의 겹침 레이저 스폿 용접 이음매는, 자동차 차체의 골격이 되는 구조 부재 (강도 부재) 에 바람직하게 적용할 수 있다. According to the present invention, the joint forming the welded portion of the overlap laser spot welded joint obtained by laser beam welding a plurality of overlapping steel plates is made into an oval joint larger than the conventional joint, thereby reliably suppressing the occurrence of cracks in the final solidified portion. In addition, it is possible to manufacture an overlap laser spot welded joint with excellent peel strength of the weld zone. In addition, the overlap laser spot welding joint of the present invention can form an oval joint with a wide major axis-minor axis ratio, thereby increasing the degree of freedom in component design and enabling the development of lighter, more rigid, and higher-strength members. . Therefore, the overlap laser spot welding joint of the present invention can be suitably applied to structural members (strength members) that form the skeleton of an automobile body.
도 1 은 종래의 겹침 레이저 스폿 용접 이음매의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 2 는 종래의 겹침 레이저 스폿 용접 이음매의 용접부를 설명하는 개략도이며, (a) 는 평면도, (b) 는 (a) 의 A-A 단면도이다.
도 3 은 본 발명의 겹침 레이저 스폿 용접 이음매의 용접부를 설명하는 개략도이며, (a) 는 평면도, (b) 는 (a) 의 B-B 단면도이다.
도 4 는 본 발명의 용접 이음매의 제조에 사용하는 용접 방법을 설명하는 도면이다.
도 5 는 본 발명의 장원형 접합부를 얻기 위한 레이저 빔의 주사 궤적의 일례를 설명하는 도면이다.
도 6 은 본 발명의 겹침 레이저 스폿 용접 이음매의 용접 위치를 설명하는 도면이며, (a) 는 평면도, (b) 는 (a) 의 C-C 단면도이다.
도 7 은 본 발명의 실시예에 사용한 겹침 레이저 스폿 용접 이음매를 갖는 박리 시험편을 설명하는 사시도이다. 1 is a perspective view showing an example of a conventional overlap laser spot welding joint.
Figure 2 is a schematic diagram illustrating a welded portion of a conventional overlap laser spot welding joint, where (a) is a top view and (b) is a cross-sectional view AA of (a).
Figure 3 is a schematic diagram explaining the welded portion of the overlap laser spot welding joint of the present invention, where (a) is a top view and (b) is a BB cross-sectional view of (a).
4 is a diagram explaining the welding method used for manufacturing the weld joint of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a scanning trajectory of a laser beam for obtaining an oval joint of the present invention.
Figure 6 is a view explaining the welding position of the overlap laser spot welding joint of the present invention, (a) is a plan view, and (b) is a CC cross-sectional view of (a).
Figure 7 is a perspective view illustrating a peeling test piece with an overlapping laser spot welded joint used in an example of the present invention.
이하, 본 발명의 겹침 레이저 스폿 용접 이음매와, 그 제조 방법, 및, 그 겹침 레이저 스폿 용접 이음매를 갖는 자동차 차체용 구조 부재에 대해 설명한다.Hereinafter, the overlapping laser spot welding joint of the present invention, its manufacturing method, and a structural member for an automobile body having the overlapping laser spot welding joint will be described.
<겹침 레이저 스폿 용접 이음매><Overlapping laser spot welding joint>
도 1 은, 종래의 겹침 레이저 스폿 용접 이음매의 일례를 나타내는 사시도이다. 겹침 레이저 스폿 용접 이음매 (1) 는, 적어도 2 장의 강판을 중첩한 것이며, 도 1 에 나타낸 예에서는, 세로벽부 (2a) 및 세로벽부 (2a) 의 선단으로부터 외측으로 연장되는 플랜지부 (2b) 를 갖는 단면 형상이 대략 해트상인 강판 (2) 과, 평평한 패널상의 강판 (3) 의 2 장의 강판이, 플랜지부 (2b) 와 강판 (3) 이 대향하도록 중첩되어 접합면을 형성하고 있고, 플랜지부 (2b) 의 상방으로부터 플랜지부 (2b) 의 표면에 레이저 빔을 조사하여, 적어도 강판 (2) 을 관통하는 용융부 (용융 금속부) 를 형성하고, 응고시켜 접합부 (용접 스폿) 를 형성함으로써 용접이 실시되고 있다. 또한, 상기 용융부의 주변에는 열영향부 (HAZ) 가 존재하지만, 본 발명의 접합부는, 열영향부를 제외한 용융부만을 말한다.Fig. 1 is a perspective view showing an example of a conventional overlap laser spot welding joint. The overlap laser
상기 겹침 레이저 스폿 용접 이음매 (1) 의 용접부는, 레이저 빔원인 용접 헤드를 세로벽부 (2a) 의 길이 방향 (도 1 중의 화살표 방향) 을 따라 이동하면서, 레이저 빔을 플랜지부 (2b) 의 표면에 단속적으로 조사함으로써 형성된다. 그 결과, 강판 (2) 의 접합면 상에는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 타원 형상의 접합부 (용접 스폿) 가 열상으로 연속적으로 형성되어 있다.The welding portion of the overlap laser spot weld joint 1 applies a laser beam to the surface of the
도 2 는, 도 1 에 나타낸 겹침 레이저 스폿 용접 이음매의 플랜지부 (2b) 상에 형성된 종래의 용접부를 나타내는 개략도이며, (a) 는, 상기 용접부를 구성하는 접합부를 플랜지부 (2b) 의 상방으로부터 본 평면도, (b) 는, 상기 (a) 중에 나타낸 A-A 단면을 나타내는 단면도이다.FIG. 2 is a schematic diagram showing a conventional welded portion formed on the
종래의 레이저 빔 용접에서는, 가늘고 긴 타원형 즉 용융부의 단축-장축비가 큰 접합부 (14) 를 형성하면, 최종 응고부가 되는 중심부 (14a) 에서 용접 균열 (5) 이 발생하기 때문에, 용융부의 단축-장축비를 작게 할 필요가 있어, 용접 강도의 향상이 어렵다는 문제가 있었다. 이것은, 도 2 의 (b) 에 나타낸 바와 같이, 종래의 레이저 빔 용접에서는, 다량의 스퍼터가 발생하기 때문에, 최종 응고부가 되는 중심부 (14a) 가, 과도하게 얇아지기 때문에, 용융부 외주 부분으로부터 외측을 향하는 인장 응력 (도 2 의 (a) 에 나타낸 화살표 σa 방향의 힘) 이 집중적으로 가해지는 것에 의한다. 한편, 용접 강도를 향상시키기 위해, 접합부의 용융 직경을 크게 하려고 하면, 용락이 발생한다는 다른 문제가 발생한다.In conventional laser beam welding, when the joint 14 is formed in an elongated oval shape, that is, with a large short axis-major axis ratio of the melted zone, a weld crack 5 occurs in the center 14a, which becomes the final solidified zone, so that the short-major axis of the melted zone There was a problem that it was difficult to improve the welding strength because the ratio needed to be small. This is because, as shown in FIG. 2(b), in conventional laser beam welding, a large amount of sputtering occurs, and the central portion 14a, which becomes the final solidified portion, becomes excessively thin, so that the outer portion from the outer peripheral portion of the melted portion This is because tensile stress (force in the direction of arrow σa shown in (a) of FIG. 2) is applied intensively. On the other hand, when trying to increase the melt diameter of the joint in order to improve weld strength, another problem occurs in that melting occurs.
또한, 상기 용접 종단부의 균열은, 접합부의 최종 응고부에 표면부터 이면까지 관통해 발생하고, 그 발생 유무는, 육안으로도 확인할 수 있지만, 보다 확실하게 판정하려면, 용접 후의 접합부의 최종 응고부를 폭 방향으로 절단하고, 그 절단면을, 예를 들어 광학 현미경으로 10 배 정도로 확대하여 관찰해 판정하는 것이 바람직하다.In addition, the cracks at the ends of the weld penetrate from the surface to the back surface of the final solidified portion of the joint, and the occurrence of cracks can be confirmed with the naked eye. However, to make a more certain determination, the width of the final solidified portion of the joint after welding must be wide. It is preferable to judge by cutting in each direction and observing the cut surface at a magnification of about 10 times with an optical microscope, for example.
그래서, 발명자들은, 레이저 빔 용접에 있어서, 접합부의 최종 응고부에 발생하는 응력 집중을 경감하기 위해, 접합부의 최종 응고부가 되는 중심부의 두께의 저감을 방지하는 방책에 대해 검토를 거듭했다.Therefore, in order to reduce the stress concentration that occurs in the final solidified portion of the joint in laser beam welding, the inventors have repeatedly examined measures to prevent reduction of the thickness of the central portion that becomes the final solidified portion of the joint.
그 결과, 후술하는 바와 같이, 레이저 빔을 반원과 직선을 조합한 가늘고 긴 원형을 그리도록 스핀시키면서 장원형의 외측으로부터 내측을 향해 나선상으로 주사시켜, 도 3(a) 에 나타낸 바와 같은, 장원형 접합부를 형성함으로써, 스퍼터의 발생을 억제할 수 있고, 나아가서는, 도 3 의 (b) 에 나타내는 바와 같이, 최종 응고부가 되는 접합부의 중심부 (4a) 의 최소 두께 u 를 두껍게 할 수 있다. 따라서, 상기 장원형 접합부를 형성함으로써, 접합부의 최종 응고부 (4a) 에 가해지는 용융부 외주 부분으로부터 외측을 향하는 인장 응력 (도 3(a) 에 나타낸 화살표 σb) 을, 종래의 용접 방법보다 대폭 경감할 수 있기 때문에, 최종 응고부의 균열을 방지하는 것이 가능해진다. 여기서, 본 발명에 있어서의 「장원형」이란, 반경이 동등한 2 개의 원을 공통 외접선으로 이은 형태를 말한다.As a result, as will be described later, the laser beam is spun to draw an elongated circle combining a semicircle and a straight line, and is scanned spirally from the outside of the oval shape toward the inside, forming an oval shape as shown in FIG. 3(a). By forming a joint, the occurrence of sputtering can be suppressed, and further, as shown in FIG. 3(b), the minimum thickness u of the central portion 4a of the joint that becomes the final solidified portion can be thickened. Therefore, by forming the oval joint, the tensile stress (arrow σb shown in Fig. 3(a)) applied to the final solidified portion 4a of the joint and directed outward from the outer peripheral portion of the melted portion is significantly reduced compared to the conventional welding method. Since this can be reduced, it becomes possible to prevent cracking of the final solidified portion. Here, the “elliptical shape” in the present invention refers to a shape in which two circles with equal radii are connected by a common external tangent.
상기와 같은 종래보다 큰 장원형 접합부를 채용함으로써, 접합부의 최종 응고부의 균열을 대폭 저감할 수 있다. 그러나, 발명자들의 추가적인 연구에 의하면, 접합부의 최종 응고부의 균열을 보다 확실하게 방지하고, 또한, 용접부의 박리 강도를 충분한 강도로 하기 위해서는, 상기한 장원형 접합부를 채용하는 것에 더하여 추가로, 상기 장원형 접합부가, 후술하는 0 ≤ G/T ≤ 0.15 를 만족함과 함께, 하기 식 (1) ~ (5) 식 ; By employing the above-described oval-shaped joint larger than the conventional one, cracking in the final solidified portion of the joint can be significantly reduced. However, according to additional research by the inventors, in order to more reliably prevent cracking of the final solidified portion of the joint and to make the peeling strength of the welded zone sufficient, in addition to employing the above-described oval joint, The circular joint satisfies 0 ≤ G/T ≤ 0.15, which will be described later, and the following formulas (1) to (5);
1.0 ≤ T ≤ 6.0 ···(1) 1.0 ≤ T ≤ 6.0 ···(1)
2.0 ≤ D1 ≤ 8.0 ···(2) 2.0 ≤ D 1 ≤ 8.0 ···(2)
6.0 ≤ D2 ≤ 15.0 ···(3) 6.0 ≤ D 2 ≤ 15.0 ···(3)
1.1 ≤ D2/D1 ≤ 5.0 ···(4) 1.1 ≤ D 2 /D 1 ≤ 5.0 ···(4)
0.6 ≤ u/T ≤ 1.0 ···(5) 0.6 ≤ u/T ≤ 1.0 ···(5)
여기서, T : 용접부를 구성하는 강판의 총판두께 (mm) Here, T: Total plate thickness of the steel plate constituting the weld zone (mm)
D1 : 장원형 접합부의 단축 폭 (mm) D 1 : Width of the minor axis of the oval joint (mm)
D2 : 장원형 접합부의 장축 폭 (mm) D 2 : Width of the long axis of the oval joint (mm)
u : 장원형 접합부의 최종 응고부의 최소 두께 (mm) u: Minimum thickness of the final solidified portion of the oval joint (mm)
의 모두를 만족하고 있을 것이 필요한 것을 알 수 있었다.I was able to see what was needed to satisfy everyone.
이하, 구체적으로 설명한다.Hereinafter, it will be described in detail.
0 ≤ G/T ≤ 0.15 0 ≤ G/T ≤ 0.15
본 발명의 겹침 레이저 스폿 용접 이음매는, 용접부를 구성하는 강판의 합계 두께 T 에 대한 용접부를 구성하는 강판 간의 합계 간극 G 의 비 (G/T) 가 0 ~ 0.15, 즉, 용접부를 구성하는 강판의 합계 두께 T 에 대한 용접부를 구성하는 강판 간의 합계 간극 G 의 비율이 0 ~ 15 % 의 범위 내에 있을 것이 필요하다. 상기 G 의 T 에 대한 비율이 15 % 를 초과하면, 용접 종단부의 크레이터의 깊이가 깊어져, 보다 응력이 집중되기 쉬워지기 때문이다. 바람직하게는 0 ~ 10 % 의 범위이다.The overlap laser spot welded joint of the present invention has a ratio (G/T) of the total gap G between the steel plates constituting the welded portion to the total thickness T of the steel plates constituting the welded portion (G/T) of 0 to 0.15, that is, the ratio of the total gap G between the steel plates constituting the welded portion is 0 to 0.15. It is necessary that the ratio of the total gap G between the steel plates constituting the weld zone to the total thickness T be within the range of 0 to 15%. If the ratio of G to T exceeds 15%, the depth of the crater at the end of the weld becomes deeper and stress becomes more likely to concentrate. Preferably it is in the range of 0 to 10%.
1.0 ≤ T ≤ 6.0 1.0 ≤ T ≤ 6.0
또, 본 발명의 겹침 레이저 스폿 용접 이음매는, 복수의 강판의 총판두께 T 가, 1.0 ~ 6.0 mm 의 범위일 것이 필요하다. 총판두께가 1.0 mm 보다 얇은 경우 및 6.0 mm 보다 두꺼운 경우에는, 레이저 빔을 조사했을 때, 용락이 발생하기 쉬워지고, 겹침 용접을 실시하는 것이 어려워진다. 그 때문에, 본 발명의 용접 이음매는, 이음매를 구성하는 강판의 총판두께 T 를 1.0 ~ 6.0 mm 의 범위로 한다. 바람직하게는 2.0 ~ 5.0 mm 의 범위이다.In addition, the overlap laser spot welding joint of the present invention requires that the total plate thickness T of the plurality of steel plates be in the range of 1.0 to 6.0 mm. When the total plate thickness is thinner than 1.0 mm or thicker than 6.0 mm, melting is likely to occur when irradiated with a laser beam, and it becomes difficult to perform overlap welding. Therefore, in the weld joint of the present invention, the total plate thickness T of the steel plates constituting the joint is in the range of 1.0 to 6.0 mm. Preferably it is in the range of 2.0 to 5.0 mm.
2.0 ≤ D1 ≤ 8.0 2.0 ≤ D 1 ≤ 8.0
또, 본 발명의 겹침 레이저 스폿 용접 이음매는, 용접부를 구성하는 장원형 접합부의 단축 폭 D1 이 2.0 ~ 8.0 mm 의 범위일 것이 필요하다. D1 이, 8.0 mm 보다 크면, 용락이 발생하게 된다. 바람직하게는 6.0 mm 이하이다. 한편, D1 은, 충분한 접합 강도를 확보하는 관점에서, 2.0 mm 이상으로 한다. 바람직하게는 4.0 mm 이상이다.In addition, the overlap laser spot welding joint of the present invention requires that the minor axis width D 1 of the oval joint constituting the welded portion be in the range of 2.0 to 8.0 mm. If D 1 is greater than 8.0 mm, melting occurs. Preferably it is 6.0 mm or less. On the other hand, D 1 is set to 2.0 mm or more from the viewpoint of ensuring sufficient joint strength. Preferably it is 4.0 mm or more.
6.0 ≤ D2 ≤ 15.0 6.0 ≤ D 2 ≤ 15.0
또, 본 발명의 겹침 레이저 스폿 용접 이음매는, 용접부를 구성하는 장원형 접합부의 장축 폭 D2 가 6.0 ~ 15.0 mm 의 범위일 것이 필요하다. 상기 D2 가, 15.0 mm 보다 크면, 용접 균열이 발생하게 된다. 바람직하게는 13.0 mm 이하이다. 한편, D2 의 하한값은, 규정하지 않지만, 충분한 접합 강도를 확보하는 관점에서, 6.0 mm 로 한다. 바람직하게는 8.0 mm 이상이다.In addition, the overlap laser spot welding joint of the present invention requires that the major axis width D 2 of the oval joint forming the welded portion be in the range of 6.0 to 15.0 mm. If D 2 is greater than 15.0 mm, weld cracks occur. Preferably it is 13.0 mm or less. On the other hand, the lower limit of D 2 is not specified, but is set to 6.0 mm from the viewpoint of ensuring sufficient joint strength. Preferably it is 8.0 mm or more.
1.1 ≤ D2/D1 ≤ 5.0 1.1 ≤ D 2 /D 1 ≤ 5.0
또, 본 발명의 겹침 레이저 스폿 용접 이음매는, 용접부를 구성하는 장원형 접합부의 단축 폭 D1 에 대한 장축 폭 D2 의 비 (D2/D1) 가, 1.1 ~ 5.0 범위일 것이 필요하다. 상기 비 (D2/D1) 가 5.0 보다 크면, 용접 균열이 발생하게 된다. 바람직하게는 4.0 이하이다. 한편, 비 (D2/D1) 가 1.1 배보다 작은 경우도, 용접 균열이 발생하기 쉬워진다. 바람직하게는 1.5 이상이다.In addition, the overlap laser spot welding joint of the present invention requires that the ratio (D 2 /D 1 ) of the major axis width D 2 to the minor axis width D 1 of the oval joint forming the weld zone be in the range of 1.1 to 5.0. If the ratio (D 2 /D 1 ) is greater than 5.0, weld cracks occur. Preferably it is 4.0 or less. On the other hand, even when the ratio (D 2 /D 1 ) is less than 1.1 times, weld cracks are likely to occur. Preferably it is 1.5 or more.
0.6 ≤ u/T ≤ 1.0 0.6 ≤ u/T ≤ 1.0
또, 본 발명의 겹침 레이저 스폿 용접 이음매는, 접합부를 구성하는 강판의 총판두께 T 에 대한 접합부의 최종 응고부의 중심부 (4a) 에 발생하는 용융부의 최소 두께 u 의 비 (u/T) 가, 0.6 ~ 1.1 의 범위일 것이 필요하다. 상기 비 (u/T) 가, 0.6 보다 작아지면, 최종 응고부의 중심부 (4a) 에 가해지는 용융부 외주 부분으로부터 외측을 향하는 인장 응력이 커져, 균열을 방지할 수 없게 된다. 바람직하게는 0.7 이상이다. 한편, 비 (u/T) 는, 스퍼터에 의해 최종 응고부가 되는 중심부의 용융부 두께 u 는, 통상, 복수의 강판의 총판두께 T 보다 작아지기 때문에, 1.0 이하로 한다.In addition, in the overlap laser spot welded joint of the present invention, the ratio (u/T) of the minimum thickness u of the melted zone occurring in the center 4a of the final solidified portion of the joint to the total plate thickness T of the steel plates constituting the joint is 0.6. It needs to be in the range of ~1.1. If the ratio (u/T) is less than 0.6, the tensile stress applied to the center 4a of the final solidified portion from the outer peripheral portion of the melted portion to the outside increases, making it impossible to prevent cracking. Preferably it is 0.7 or more. On the other hand, the ratio (u/T) is set to 1.0 or less because the thickness u of the melted portion at the center that becomes the final solidified portion by sputtering is usually smaller than the total plate thickness T of the plurality of steel plates.
다음으로, 본 발명의 겹침 레이저 스폿 용접 이음매를 구성하는 강판에 대해 설명한다. Next, the steel plate constituting the overlap laser spot welding joint of the present invention will be described.
또한, 도 1 ~ 4 에는, 2 장의 강판을 겹쳐 겹침 레이저 스폿 용접 이음매를 구성한 예에 대해 나타냈지만, 3 장 이상의 강판을 중첩하여 용접 이음매를 구성해도 되는 것은 물론이다.1 to 4 show an example of configuring an overlapping laser spot welding joint by overlapping two steel plates, but it goes without saying that a welding joint can be constructed by overlapping three or more steel plates.
강판의 판두께 plate thickness of steel plate
본 발명의 겹침 레이저 스폿 용접 이음매를 구성하는 강판의 합계 두께에 대해서는 전술했지만, 개개의 강판의 판두께는, 자동차 차체의 외판이나 구조 부재 (강도 부재) 로서 일반적으로 이용되고 있는 0.5 ~ 3.2 mm 의 범위 내의 것이면 되고, 특별히 제한은 없다. 또, 복수의 강판은, 모두 동일한 판두께여도 되고, 개개로 상이한 판두께여도 된다. 예를 들어, 도 1 에 나타낸 형상의 겹침 레이저 스폿 용접 이음매 (1) 의 경우에는, 상측의 강판 (2) 의 판두께 t2 를 0.6 ~ 1.8 mm, 하측의 강판 (3) 의 판두께 t3 을 1.0 ~ 2.5 mm 의 범위로 해도 되고, 상측의 강판 (2) 의 판두께 t2 및 하측의 강판 (3) 의 판두께 t3 을 동일하게 0.5 ~ 3.2 mm 의 판두께로 해도 된다.The total thickness of the steel plates constituting the overlap laser spot welded joint of the present invention has been described above, but the plate thickness of each steel plate is 0.5 to 3.2 mm, which is generally used as an outer plate or structural member (strength member) of an automobile body. It can be anything within the range, and there are no particular restrictions. In addition, the plurality of steel plates may all have the same plate thickness, or may have individually different plate thicknesses. For example, in the case of the overlap laser
강판의 성분 조성 Composition of steel plate
또, 본 발명의 겹침 레이저 스폿 용접 이음매를 구성하는 복수의 강판의 성분 조성은, 특별히 제한하지 않지만, 적어도 1 개의 강판은, 이하에 설명하는 바와 같이, C : 0.07 ~ 0.4 mass%, Si : 0.2 ~ 3.5 mass%, Mn : 1.8 ~ 5.5 mass%, P + S : 0.03 mass% 이하, Al : 0.08 mass% 이하 및 N : 0.010 mass% 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는 것이 바람직하다.In addition, the composition of the plurality of steel sheets constituting the overlap laser spot weld joint of the present invention is not particularly limited, but at least one steel sheet has C: 0.07 to 0.4 mass%, Si: 0.2 mass%, as described below. Contains ~ 3.5 mass%, Mn: 1.8 ~ 5.5 mass%, P + S: 0.03 mass% or less, Al: 0.08 mass% or less, and N: 0.010 mass% or less, with the balance consisting of Fe and inevitable impurities. It is desirable.
C : 0.07 ~ 0.4 mass%C: 0.07 ~ 0.4 mass%
C 는, 강의 강도 향상에 유효한 원소이며, 0.07 mass% 이상 함유시키는 것에 의해, 석출 강화나 변태 강화의 효과를 얻을 수 있다. 또, C 함유량을 0.4 mass% 이하로 함으로써, 조대한 탄화물의 석출을 초래하는 일 없이, 원하는 강도와 가공성을 확보할 수 있다. 그 때문에, C 함유량은 0.07 ~ 0.4 mass% 의 범위로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.15 ~ 0.3 mass% 의 범위이다.C is an element effective in improving the strength of steel, and by containing it at 0.07 mass% or more, the effects of precipitation strengthening and transformation strengthening can be obtained. Additionally, by setting the C content to 0.4 mass% or less, the desired strength and processability can be secured without causing precipitation of coarse carbides. Therefore, the C content is preferably in the range of 0.07 to 0.4 mass%. More preferably, it is in the range of 0.15 to 0.3 mass%.
Si : 0.2 ~ 3.5 mass% Si: 0.2 ~ 3.5 mass%
Si 는, 고용 강화능이 우수한 원소이며, 0.2 mass% 이상 함유시킴으로써 강의 강도를 높일 수 있다. 또, Si 함유량을 3.5 mass% 이하로 함으로써, 용접 열영향부의 과도한 경화를 억제하여, 용접 열영향부의 인성 및 내저온 균열성의 열화를 방지할 수 있다. 그 때문에, Si 함유량은 0.2 ~ 3.5 mass% 의 범위로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 1.0 ~ 2.5 mass% 의 범위이다.Si is an element with excellent solid solution strengthening ability, and the strength of steel can be increased by containing 0.2 mass% or more. In addition, by setting the Si content to 3.5 mass% or less, excessive hardening of the weld heat-affected zone can be suppressed and deterioration of the toughness and low-temperature cracking resistance of the weld heat-affected zone can be prevented. Therefore, the Si content is preferably in the range of 0.2 to 3.5 mass%. More preferably, it is in the range of 1.0 to 2.5 mass%.
Mn : 1.8 ~ 5.5 mass%Mn: 1.8 ~ 5.5 mass%
Mn 은, 퀀칭성을 향상시켜, 조대한 탄화물의 석출을 억제하는 데에 유효한 원소이며, 1.8 mass% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 또, Mn 함유량을 5.5 mass% 이하로 함으로써, 입계 취화 감수성의 상승을 억제하여, 인성 및 내저온 균열성의 열화를 방지할 수 있다. 그 때문에, Mn 함유량은 1.8 ~ 5.5 mass% 의 범위로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 2.0 ~ 3.5 mass% 의 범위이다. Mn is an element effective in improving quenching properties and suppressing precipitation of coarse carbides, and is preferably contained in an amount of 1.8 mass% or more. Additionally, by setting the Mn content to 5.5 mass% or less, an increase in grain boundary embrittlement susceptibility can be suppressed, and deterioration of toughness and low-temperature cracking resistance can be prevented. Therefore, the Mn content is preferably in the range of 1.8 to 5.5 mass%. More preferably, it is in the range of 2.0 to 3.5 mass%.
P + S : 0.03 mass% 이하 P + S: 0.03 mass% or less
P 및 S 는, 강의 연성이나 인성에 악영향을 미치는 유해 원소이며, P 와 S 의 합계 함유량을 0.03 mass% 이하로 함으로써, 연성이나 인성의 저하를 방지하여, 원하는 강도와 가공성을 확보할 수 있다. 그 때문에, P 와 S 의 함유량은, 합계로 0.03 mass% 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.02 mass% 이하이다.P and S are harmful elements that adversely affect the ductility and toughness of steel, and by setting the total content of P and S to 0.03 mass% or less, a decrease in ductility and toughness can be prevented, and desired strength and workability can be secured. Therefore, it is preferable that the total content of P and S is 0.03 mass% or less. More preferably, it is 0.02 mass% or less.
Al : 0.08 mass% 이하 Al: 0.08 mass% or less
Al 은, 제강의 단계에서 탈산제로서 첨가되는 원소이며, 0.01 mass% 이상 첨가되는 것이 일반적이다. 그러나, Al 함유량이 0.08 mass% 를 초과하면, 알루미나 등의 개재물이 증대하여, 내피로 특성에 대한 악영향이 현재화하게 된다. 따라서, Al 함유량은 0.08 mass% 이하로 한다. 바람직하게는 0.02 ~ 0.07 mass% 의 범위이다.Al is an element added as a deoxidizer in the steelmaking stage, and is generally added in an amount of 0.01 mass% or more. However, when the Al content exceeds 0.08 mass%, inclusions such as alumina increase, and adverse effects on fatigue resistance become apparent. Therefore, the Al content is set to 0.08 mass% or less. Preferably it is in the range of 0.02 to 0.07 mass%.
N : 0.010 mass% 이하 N: 0.010 mass% or less
N 은, 강의 내시효성을 크게 열화시키는 원소이며, 최대한 저감하는 것이 바람직하다. 특히, N 이 0.010 mass% 를 초과하면, 내시효성의 열화가 현저해지기 때문에, N 함유량은 0.010 mass% 이하로 한다. 또한, N 의 하한은 특별히 한정하지 않지만, 제조 비용의 상승을 방지하는 관점에서, 0.001 mass% 정도로 하는 것이 바람직하다.N is an element that significantly deteriorates the aging resistance of steel, and it is desirable to reduce it as much as possible. In particular, if N exceeds 0.010 mass%, the aging resistance deteriorates significantly, so the N content is set to 0.010 mass% or less. Additionally, the lower limit of N is not particularly limited, but is preferably set to about 0.001 mass% from the viewpoint of preventing an increase in manufacturing costs.
또, 본 발명의 용접 이음매를 구성하는 적어도 1 개의 강판은, 상기한 성분 조성에 더하여 추가로, 강판 강도나 용접부의 박리 강도를 보다 향상시키는 것을 목적으로 하여, 이하의 A 군 및 B 군 중 적어도 1 군의 성분을 함유하는 것이 바람직하다.In addition, at least one steel plate constituting the weld joint of the present invention is, in addition to the above-mentioned component composition, at least one of the following group A and group B for the purpose of further improving the steel plate strength and the peeling strength of the weld zone. It is preferred that it contains ingredients from
A 군 ; Ti : 0.0005 ~ 0.01 mass% 및 Nb : 0.005 ~ 0.050 mass% 중으로부터 선택되는 1 종 또는 2 종 Group A; One or two types selected from Ti: 0.0005 to 0.01 mass% and Nb: 0.005 to 0.050 mass%
Ti 및 Nb 는 모두, 탄화물이나 질화물을 형성하여 석출하고, 강판 제조 시의 어닐링 중에 있어서의 오스테나이트의 조대화를 억제하는 효과가 있다. 상기 효과를 얻기 위해서는, Ti 및 Nb 중으로부터 선택되는 1 종 또는 2 종을, Ti 는 0.0005 mass% 이상, Nb 는 0.005 mass% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나, Ti 및 Nb 를 과잉으로 함유시켜도, 상기 효과가 포화하여, 원료 비용의 상승을 초래할 뿐이다. 또, 재결정 온도를 상승시키므로, 강판 제조 시의 어닐링 후의 금속 조직이 불균일해져, 신장 플랜지성이 손상될 우려가 있다. 또한, 탄화물 또는 질화물의 석출량이 증대하여 항복비가 상승하고, 형상 동결성이 열화할 우려도 있다. 따라서, Ti 및/또는 Nb 를 함유시키는 경우에는, Ti 는 0.01 mass% 이하, Nb 는 0.050 mass% 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직한 함유량은, Ti : 0.0006 ~ 0.0080 mass%, Nb : 0.010 ~ 0.040 mass% 의 범위이다.Both Ti and Nb precipitate by forming carbides and nitrides, and have the effect of suppressing coarsening of austenite during annealing when manufacturing steel sheets. In order to obtain the above effect, it is preferable to contain 0.0005 mass% or more of Ti and 0.005 mass% or more of Nb of one or two types selected from Ti and Nb. However, even if Ti and Nb are contained excessively, the above effect is saturated and only causes an increase in raw material cost. In addition, because the recrystallization temperature is increased, the metal structure after annealing during the production of steel sheet becomes non-uniform, and there is a risk that the stretch flangeability may be impaired. In addition, the amount of precipitation of carbides or nitrides increases, which increases the yield ratio and there is a risk that shape freezing properties may deteriorate. Therefore, when containing Ti and/or Nb, it is preferable that Ti is set to 0.01 mass% or less and Nb is set to 0.050 mass% or less. A more preferable content is in the range of Ti: 0.0006 to 0.0080 mass% and Nb: 0.010 to 0.040 mass%.
B 군 ; Cr : 1.0 mass% 이하, Mo : 0.50 mass% 이하 및 B : 0.10 mass% 이하 중으로부터 선택되는 1 종 또는 2 종 이상 Group B; Cr: 1.0 mass% or less, Mo: 0.50 mass% or less, and B: 0.10 mass% or less. One or two or more types selected from among
Cr, Mo 및 B 는, 강의 퀀칭성을 향상시키는 데에 유효한 원소이며, 상기 효과를 얻기 위해서는, Cr : 0.01 mass% 이상, Mo : 0.004 mass% 이상 및 B : 0.0001 mass% 이상 중 1 종 이상을 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나, 이들 원소를 과잉으로 함유시켜도, 상기 효과는 포화하여, 원료 비용의 상승을 초래할 뿐이다. 따라서, Cr, Mo 및 B 를 함유시키는 경우에는, Cr : 1.0 mass% 이하, Mo : 0.50 mass% 이하, B : 0.10 mass% 이하로 하여 첨가하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, Cr : 0.02 ~ 0.50 mass%, Mo : 0.010 ~ 0.10 mass%, B : 0.001 ~ 0.03 mass% 의 범위이다. Cr, Mo, and B are elements effective in improving the hardenability of steel. To obtain the above effect, at least one of Cr: 0.01 mass% or more, Mo: 0.004 mass% or more, and B: 0.0001 mass% or more is added. It is desirable to contain it. However, even if these elements are contained in excess, the above effect is saturated and only causes an increase in raw material costs. Therefore, when Cr, Mo and B are added, it is preferable to add Cr: 1.0 mass% or less, Mo: 0.50 mass% or less, and B: 0.10 mass% or less. More preferably, the range is Cr: 0.02 to 0.50 mass%, Mo: 0.010 to 0.10 mass%, and B: 0.001 to 0.03 mass%.
본 발명의 용접 이음매를 구성하는 적어도 1 개의 강판은, 상기 성분 이외의 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다.In at least one steel plate constituting the weld joint of the present invention, the remainder other than the above components is Fe and inevitable impurities.
강판의 인장 강도 tensile strength of steel plate
또, 본 발명의 겹침 레이저 스폿 용접 이음매를 구성하는 복수의 강판 중, 적어도 1 개의 강판은, 인장 강도 TS 가 980 MPa 이상의 고장력 강판으로 하는 것이 바람직하다. 적어도 1 개의 강판이 상기한 고장력 강판이면, 겹침 레이저 스폿 용접 이음매는, 높은 접합 강도를 얻을 수 있음과 함께, 종래의 타원형 접합부에서는 용접 결함이 발생하는 경우여도, 본 발명의 장원형 접합부이면, 최종 응고부에 대한 응력 집중이 작기 때문에, 용접 균열의 발생을 방지할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 복수의 강판 중 적어도 1 개의 강판을, 상기한 성분 조성을 갖고, 또한, 인장 강도 TS 가 980 MPa 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 겹침 레이저 스폿 용접 이음매를 구성하는 복수의 강판은, 동일한 성분, 동일한 강도의 강판이어도 되고, 상이한 성분, 상이한 강도의 강판이어도 된다.Moreover, among the plurality of steel sheets constituting the overlap laser spot weld joint of the present invention, it is preferable that at least one steel sheet is a high-tensile strength steel sheet with a tensile strength TS of 980 MPa or more. If at least one steel plate is the above-mentioned high-strength steel plate, the overlap laser spot welded joint can achieve high joint strength, and even if welding defects occur in the conventional oval joint, if the oval joint of the present invention is the final joint, Since the stress concentration on the solidified portion is small, the occurrence of weld cracks can be prevented. Therefore, for example, it is preferable that at least one of the plurality of steel sheets has the above-described component composition and has a tensile strength TS of 980 MPa or more. In addition, the plurality of steel plates constituting the overlap laser spot weld joint of the present invention may be steel plates with the same composition and the same strength, or may be steel plates with different composition and different strengths.
<겹침 레이저 스폿 용접 이음매의 제조 방법> <Manufacturing method of overlap laser spot welding joint>
다음으로, 본 발명의 겹침 레이저 스폿 용접 이음매의 제조 방법에 대해 도 4 ~ 6 을 사용하여 설명한다.Next, the manufacturing method of the overlap laser spot welding joint of the present invention will be explained using FIGS. 4 to 6.
본 발명의 겹침 레이저 스폿 용접 이음매의 제조 방법은, 복수의 강판을 상하로 중첩하고, 그 중첩한 복수의 강판 중, 가장 상측의 강판 표면에 레이저 빔을 단속적으로 조사하여 접합부 (4) 를 순차 형성함으로써 용접부를 형성하여 용접 이음매를 제조한다. 도 4 에 나타낸 예에서는, 본 발명의 겹침 레이저 스폿 용접 이음매 (1) 는, 복수의 강판 (2, 3) 을 중첩하고, 최상층의 강판 (2) 의 표면에, 레이저 빔 (6) 을 단속적으로 조사하여, 강판 (2 과 3) 의 접합부 (4) 를 열상 또한 연속적으로 형성함으로써 겹침 레이저 빔 용접을 실시하고 있다.The manufacturing method of the overlap laser spot welded joint of the present invention involves stacking a plurality of steel plates vertically and intermittently irradiating a laser beam to the surface of the uppermost steel sheet among the plurality of overlapping steel sheets to sequentially form the
상기 서술한 바와 같이, 본 발명에서는, 중첩한 복수의 강판에 대해 편측 용접을 실시한다. 편측 용접을 채용함으로써, 용접에 필요한 작업 스페이스를 작게 할 수 있다.As described above, in the present invention, one-side welding is performed on a plurality of overlapping steel plates. By employing one-side welding, the work space required for welding can be reduced.
또한, 편측 용접에 있어서는, 용접 시의 용락을 방지하는 관점에서는, 중첩한 복수의 강판 중, 판두께가 큰 쪽의 강판 측으로부터 레이저 빔을 조사하는 것이 바람직하다. 한편, 미관통에 의한 미접합을 방지하는 관점에서는, 판두께가 얇은 쪽으로부터 레이저 빔을 조사하는 것이 바람직하다. 또한, 강판의 판두께가 동일한 경우에는, 어느 강판 측으로부터 레이저 빔을 조사하여도 된다.In addition, in one-side welding, from the viewpoint of preventing melting during welding, it is preferable to irradiate the laser beam from the side of the steel sheet with the larger sheet thickness among the plurality of overlapping steel sheets. On the other hand, from the viewpoint of preventing non-joining due to non-penetration, it is preferable to irradiate the laser beam from the side with a thinner plate thickness. Additionally, when the steel sheets have the same thickness, the laser beam may be irradiated from either side of the steel sheets.
여기서, 본 발명에 있어서 중요한 점은, 본 발명의 겹침 레이저 스폿 용접 이음매는, 용접부를 구성하는 강판의 합계 두께 T 에 대한 용접부를 구성하는 강판 간의 합계 간극 G 의 비 (G/T) 가 0 ~ 0.15, 즉, 용접부를 구성하는 강판의 합계 두께 T 에 대한 용접부를 구성하는 강판 간의 합계 간극 G 의 비율이 0 ~ 15 % 의 범위 내로 설정한다는 것이다. 상기 G 의 T 에 대한 비율이 15 % 를 초과하면, 용접 종단부의 크레이터의 깊이가 깊어져, 보다 응력이 집중되기 쉬워지기 때문이다. 바람직하게는 0 ~ 10 % 의 범위이다.Here, an important point in the present invention is that the overlap laser spot welded joint of the present invention has a ratio (G/T) of the total gap G between the steel plates constituting the welded portion to the total thickness T of the steel plates constituting the welded portion (G/T) of 0 to 0. 0.15, that is, the ratio of the total gap G between the steel plates constituting the weld zone to the total thickness T of the steel plates constituting the weld zone is set within the range of 0 to 15%. If the ratio of G to T exceeds 15%, the depth of the crater at the end of the weld becomes deeper and stress becomes more likely to concentrate. Preferably it is in the range of 0 to 10%.
또한, 본 발명에 있어서 가장 중요한 점은, 도 5(a) 에 나타낸 바와 같이, 레이저 빔 (6) 을 반원 및 직선을 조합한 가늘고 긴 원형을 그리도록 스핀시키면서 장원형의 외측으로부터 내측을 향해 나선상으로 주사시킴으로써, 통상보다 큰 장원형의 접합부를 형성하는 것이다. 상기와 같이, 레이저 빔을 스핀시키면서 용접함으로써, 스퍼터의 발생을 억제할 수 있기 때문에, 도 3(b) 에 나타낸 바와 같이, 접합부의 최종 응고부가 되는 중심부 (4a) 의 두께 u 를 크게 할 수 있어, 동일 부에 가해지는 과대한 응력 집중을 방지할 수 있으므로, 균열 발생을 방지할 수 있다.In addition, the most important point in the present invention is that, as shown in FIG. 5(a), the laser beam 6 is spun to draw an elongated circle combining a semicircle and a straight line, while forming a spiral from the outside of the oval shape toward the inside. By scanning, an oval-shaped joint larger than usual is formed. As described above, since the occurrence of sputtering can be suppressed by welding while spinning the laser beam, the thickness u of the central portion 4a, which becomes the final solidified portion of the joint, can be increased, as shown in FIG. 3(b). , it is possible to prevent excessive stress concentration applied to the same part, thereby preventing the occurrence of cracks.
여기서, 상기 장원형 접합부의 크기는, 도 5(a) 및 (b) 에 나타내는 바와 같이, 레이저 빔을 스핀시킬 때의 스핀 반경 r, 스핀 1 회전당 나아가는 거리인 진전량 c, 및, 레이저 빔이 그리는 장원형의 직선부의 길이 L 과 원호부의 반경 R 을 조정함으로써 변화시킬 수 있다. 또한, 상기한 스핀 반경 r, 진전량 c, 장원형의 직선부의 길이 L 및 원호부의 반경 R 은, 전술한 장원형 접합부의 단축 폭 D1, 장축 폭 D2 및 최종 응고부의 최소 두께 u 가, 하기 (2) ~ (5) 식 ; Here, the size of the oval junction is, as shown in FIGS. 5(a) and 5(b), the spin radius r when spinning the laser beam, the advance amount c, which is the distance traveled per spin, and the laser beam. This drawing can be changed by adjusting the length L of the oval straight section and the radius R of the arcuate section. In addition, the above-described spin radius r, advancement amount c , length L of the oval straight portion, and radius R of the circular arc portion are, Equations (2) to (5) below;
2.0 ≤ D1 ≤ 8.0 ···(2) 2.0 ≤ D 1 ≤ 8.0 ···(2)
6.0 ≤ D2 ≤ 15.0 ···(3) 6.0 ≤ D 2 ≤ 15.0 ···(3)
1.1 ≤ D2/D1 ≤ 5.0 ···(4) 1.1 ≤ D 2 /D 1 ≤ 5.0 ···(4)
0.6 ≤ u/T ≤ 1.0 ···(5) 0.6 ≤ u/T ≤ 1.0 ···(5)
를 만족하도록 조정하는 것이 필요하다.It is necessary to adjust it to satisfy.
여기서, 본 발명이 상기 레이저 빔 용접에 사용하는 레이저 빔의 종류로서는, 예를 들어, 파이버 레이저, 디스크 레이저 등을 사용할 수 있다. 또, 상기 (2) ~ (5) 식을 만족하기 위해서는, 상기 레이저 빔의 조사는, 출력 : 1.0 ~ 6.0 kW, 초점 위치 : 레이저 빔을 조사하는 강판 표면으로부터 - 5 mm ~ 강판 표면 + 5 mm, 빔 직경 : 0.2 ~ 0.6 mm 및 레이저 빔의 주사 속도 : 5.0 ~ 10.0 m/min 의 범위에서 실시하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 레이저 출력 : 3.0 ~ 5.0 kW, 초점 위치 : 레이저 빔을 조사하는 강판 표면 ~ 강판 표면 + 5 mm, 빔 직경 : 0.3 ~ 0.5 mm 및 레이저 빔의 주사 속도 : 6.0 ~ 9.0 m/min 의 범위이다.Here, as the type of laser beam used in the laser beam welding in the present invention, for example, a fiber laser, a disk laser, etc. can be used. In addition, in order to satisfy the equations (2) to (5) above, the laser beam irradiation has an output of: 1.0 to 6.0 kW, and a focus position: -5 mm to the steel sheet surface + 5 mm from the surface of the steel sheet on which the laser beam is irradiated. , beam diameter: 0.2 to 0.6 mm, and laser beam scanning speed: 5.0 to 10.0 m/min. More preferably, laser power: 3.0 ~ 5.0 kW, focus position: steel plate surface irradiating the laser beam ~ steel plate surface + 5 mm, beam diameter: 0.3 ~ 0.5 mm, and scanning speed of the laser beam: 6.0 ~ 9.0 m/min. is the range.
또한, 상기 설명에서는, 본 발명의 용접부를 구성하는 접합부의 형상이 장원형인 경우에 대해 설명해 왔지만, 상기 서술한 (2) ~ (5) 식을 만족하는 한, 타원형이어도 된다.In addition, in the above description, the case where the shape of the joint constituting the welded portion of the present invention is oval has been described, but it may be oval as long as it satisfies the equations (2) to (5) described above.
<자동차 차체용 구조 부재> <Structural members for automobile bodies>
다음으로, 본 발명의 자동차 차체용 구조 부재에 대해 설명한다. Next, the structural member for an automobile body of the present invention will be described.
본 발명의 겹침 레이저 스폿 용접 이음매를 바람직하게 사용할 수 있는 예로서, 자동차 차체의 골격 부분이 되는 구조 부재 (강도 부재) 가 있다. 전술한 도 1 에 나타낸 부재는, 단면 형상이 대략 해트 형상인 프레임 부품인 강판 (2) 과, 패널 부품의 강판 (3) 으로 구성되고, 강판 (2) 의 플랜지부 (2b) 와, 이 플랜지부 (2b) 에 대향하여 배치된 강판 (3) 이, 상기한 레이저 빔 용접에 의해 형성된 열상으로 연속한 장원형 접합부 (4) 로 이루어지는 용접부에 의해 접합되어, 폐단면을 구성하고 있다. 이와 같은 형상을 갖는 부재를 자동차 차체의 강도 부재에 적용하기 위해서는, 충돌 안전성을 확보하는 관점에서, 용접부의 강도가 우수한 것이 중요하지만, 본 발명의 겹침 레이저 스폿 용접 이음매는, 접합부의 최종 응고부에 균열이 없고, 또한, 충분한 박리 강도를 가지므로, 예를 들어, 자동차 차체의 센터 필러나 루프 레일 등의 구조 부재에 바람직하게 사용할 수 있다.An example in which the overlap laser spot welding joint of the present invention can be preferably used is a structural member (strength member) that becomes a skeletal part of an automobile body. The member shown in FIG. 1 described above is composed of a
여기서, 본 발명의 겹침 레이저 스폿 용접 이음매를 적용하여 자동차 차체용의 구조 부재 등을 제조할 때, 용접부를 형성하는 적합 위치에 대해, 도 6 과 같이, 플랜지부 (2b, 3b) 를 갖는 L 자형 단면을 갖는 2 개의 강판 (2, 3) 을, 플랜지부가 대향하도록 중첩하고, 편측으로부터 레이저 빔 용접을 실시하는 경우를 예로 들어 설명한다. 도 6 의 (a) 는, 중첩한 플랜지부를 위로부터 보았을 때의 평면도이며, 상기 플랜지부에는, 열상으로 연속한 장원형 접합부로 이루어지는 용접부가 형성되어 있는 것을 나타낸 것이며, 도 6 의 (b) 는, 상기 (a) 에 나타낸 C-C 단면의 단면도이다. Here, when applying the overlap laser spot welding joint of the present invention to manufacture structural members for automobile bodies, etc., the suitable position for forming the welded portion is L-shaped with
도 6 에 있어서, 용접부를 형성하는 적합 위치는, 강판 (2 및 3) 의 판두께의 중심선을 기점 (0 점) 으로 하여, 그곳으로부터 플랜지부에 형성된 장원형 접합부의 폭 중앙부까지의 거리를 용접 위치 X 라고 정의했을 때, 상기 용접 위치 X 는, 하기 (5) 식 ; In Fig. 6, the suitable position for forming the welded portion is the center line of the plate thickness of the
5t ≤ X ≤ 8t ··(5) 5t ≤ X ≤ 8t··(5)
여기서, t : 용접부를 구성하는 강판 중에서 가장 두꺼운 강판의 판두께 (mm) Here, t: Thickness of the thickest steel plate among the steel plates constituting the weld zone (mm)
를 만족하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 가장 두꺼운 강판의 판두께 t 가 2 mm 인 경우, 용접 위치 X 는 10 ~ 16 mm 의 범위로 하는 것이 바람직한 것이 된다.It is desirable to satisfy. For example, when the thickness t of the thickest steel plate is 2 mm, it is desirable for the welding position X to be in the range of 10 to 16 mm.
상기 용접 위치 X 가, 5t 보다 작으면, 박리 시험 시에, 용접 금속부로부터 파단하기 쉬워져, 박리 강도가 저하하는 경우가 있다. 한편, 용접 위치 X 가 8t 보다 크면, 박리 시험에서 제 1 접합부 (4) 나 후속 접합부 (5) 에 가해지는 모멘트가 지나치게 커져, 역시 박리 강도가 저하하기 때문이다. 보다 바람직한 X 의 범위는 6t ≤ X ≤ 7t 의 범위이다. 상기의 위치에 용접부를 형성함으로써, 강판의 합계 판두께가 2 ~ 5 mm 인 2 장 겹침의 용접 접합부의 박리 강도를 12.0 kN 이상으로 할 수 있다.If the welding position On the other hand, if the welding position A more preferable range of X is the range of 6t ≤ X ≤ 7t. By forming the welded portion at the above position, the peeling strength of the welded joint of two overlapping steel sheets having a total plate thickness of 2 to 5 mm can be made to 12.0 kN or more.
또한, 상기 용접 위치 X 에 관한 (5) 식은, 상기한 도 6 에 나타낸 바와 같이, 2 장의 L 자형 단면을 갖는 강판을 중첩한 T 자형의 겹침 레이저 스폿 용접 이음매로 한정되는 것이 아니고, 예를 들어, 도 1 에 나타낸 바와 같은 단면 형상이 대략 해트형인 프레임 부품 (강판 (2)) 과 패널 부품 (강판 (3)) 을 레이저 빔 용접한 겹침 레이저 스폿 용접 이음매에도 적용할 수 있고, 이 경우의 용접 위치 X 의 기점 (0 점) 은, 단면 형상이 대략 해트형인 프레임 부품의 세로벽부 (2a) 의 판두께 중심으로 하면 된다.In addition, the equation (5) regarding the welding position , it can also be applied to an overlap laser spot welding joint in which a frame part (steel plate 2) and a panel part (steel plate 3) whose cross-sectional shape as shown in FIG. 1 is approximately a hat shape are laser beam welded, and the welding in this case The starting point (0 point) of position
실시예Example
표 1 에 나타낸 A ~ J 의 성분 조성을 갖고, 판두께가 1.2 mm, 1.6 mm 및 2.0 mm 중 어느 것이며, 인장 강도 TS 가 590 ~ 1180 MPa 급의 고장력 강판으로부터, 폭 : 100 mm, 길이 : 150 mm 의 시료를 채취하고, 이것을 장변이 120 mm, 단변이 30 mm 인 L 자상으로 굽힘 가공하여, L 자상 강판으로 했다. 여기서, 상기 L 자상 강판의 장변은, 도 1 (도 4) 의 세로벽 (2a) 에, 단변은, 도 1 (도 6) 의 플랜지부 (2b) 에 상당한다. 이어서, 도 7 에 나타낸 바와 같이, 상기 2 장의 L 자상 강판 (7) 의 단변을 대향하도록 중첩한 후, 그 중첩한 부분에 대기 중에서 레이저 빔을 조사하여 단속적으로 배열한 장원형 접합부를 형성하여, T 자형의 박리 시험편 (8) 을 제작했다.A high-strength steel sheet having the component compositions A to J shown in Table 1, having a sheet thickness of 1.2 mm, 1.6 mm, or 2.0 mm, and having a tensile strength TS of 590 to 1180 MPa, width: 100 mm, length: 150 mm. A sample was taken and bent into an L shape with a long side of 120 mm and a short side of 30 mm to obtain an L-shaped steel sheet. Here, the long side of the L-shaped steel plate corresponds to the
또한, 상기 겹침 레이저 빔 용접을 실시할 때에는, 레이저 빔에는, 초점 위치의 빔 직경이 0.4 mmφ 인 파이버 레이저를 사용하고, 초점 위치는 중첩한 강판의 상측 표면 (도 7 에 나타내는 상측의 강판 (7) 의 표면) 으로 설정한 다음, 표 2 에 나타낸 바와 같이, 2 장의 강판 간의 간극 G, 조사하는 레이저 빔의 출력 P, 주사 속도 v, 레이저 빔이 스핀할 때의 반경 r, 1 스핀당의 진전량 c, 및, 레이저 빔이 그리는 장원형의 직선부의 길이 L 과 원호부의 반경 R 을 여러 가지로 변경하고, 장원형 접합부의 단축 폭 D1, 장축 폭 D2 및 최종 응고부의 최소 두께 u 를 표 2 에 나타낸 바와 같이 여러 가지로 변화시켰다. 이때, 용접부를 형성하는 용접 위치 X 는, 가장 두꺼운 판두께 t 의 6.5 배 (일정) 로 설정했다.In addition, when performing the above-mentioned overlap laser beam welding, a fiber laser with a beam diameter of 0.4 mmϕ at the focal position is used as the laser beam, and the focal position is the upper surface of the overlapped steel sheet (the upper steel sheet shown in FIG. 7 (7) ) of the surface), and then, as shown in Table 2, the gap G between the two steel plates, the output P of the irradiating laser beam, the scanning speed v, the radius r when the laser beam spins, and the amount of advancement per spin. c, and the length L of the oval straight part drawn by the laser beam and the radius R of the arcuate part are changed in various ways, and the minor axis width D 1 and major axis width D 2 of the oval joint part and the minimum thickness u of the final solidified part are shown in Table 2. As shown, it was changed in various ways. At this time, the welding position
이렇게 하여 얻은 T 자형의 박리 시험편에 대해, 용접부, 특히 접합부와의 최종 응고부에 있어서의 균열의 발생 유무와, 용락의 유무를, 육안 및 침투 탐상 시험으로 판정했다. For the T-shaped peeling test piece obtained in this way, the presence or absence of cracks and melting in the welded portion, especially the final solidified portion between the joint portion, was determined by visual inspection and penetrant inspection tests.
이어서, 상기 T 자형의 박리 시험편에 대해, 2 장의 L 자형 강판의 장변의 길이 방향을 인장 방향으로 하는 인장 시험을, 속도 10 mm/min 으로 실시하고, 박리 강도 (최대 하중) 를 측정했다. 또한, 본 실시예에서는, 박리 강도가 12.0 kN 이상인 경우를 「합격」으로 판정했다.Next, on the T-shaped peeling test piece, a tensile test was performed with the longitudinal direction of the long sides of the two L-shaped steel plates as the tensile direction at a speed of 10 mm/min, and the peeling strength (maximum load) was measured. In addition, in this example, the case where the peeling strength was 12.0 kN or more was judged as “pass”.
[표 1][Table 1]
[표 2-1][Table 2-1]
[표 2-2][Table 2-2]
[표 2-3][Table 2-3]
상기 용접 균열 유무의 판정 결과 및 박리 강도의 측정 결과를 표 2 에 병기했다. The results of determining the presence or absence of weld cracks and the measurement results of peeling strength are listed in Table 2.
이 결과로부터, 본 발명에 적합한 조건으로 겹침 레이저 빔 용접한 시험편 (No.1, 9, 17, 25, 33, 41, 49, 57, 65 및 73) 은, 모두 접합부의 최종 응고부에 균열의 발생이 없고, 용락도 없고, 박리 강도도 12.0 kN 이상이었다.From these results, the test pieces (No. 1, 9, 17, 25, 33, 41, 49, 57, 65, and 73) welded with overlapped laser beams under conditions suitable for the present invention all showed cracks in the final solidified portion of the joint. There was no generation or melting, and the peeling strength was 12.0 kN or more.
이에 대하여, No.2, 10, 18, 26, 34, 42, 50, 58, 66 및 74 의 시험편은, 모두 최종 응고부의 최소 두께 u 가 합계 판두께 T 의 60 % 보다 작았기 때문에, 용락은 없었지만, 접합부의 최종 응고부에 균열이 발생하고, 박리 강도도 12.0 kN 미만이었다.In contrast, for the test pieces No. 2, 10, 18, 26, 34, 42, 50, 58, 66, and 74, the minimum thickness u of the final solidified area was less than 60% of the total plate thickness T, so melting occurred. However, cracks occurred in the final solidified portion of the joint, and the peeling strength was less than 12.0 kN.
또, No.3, 11, 19, 27, 35, 43, 51, 59, 67 및 75 의 시험편은, 모두 용접부의 간극 G 가, 강판의 합계 두께 T 의 15 % 보다 컸기 때문에, 용락은 없었지만, 접합부의 최종 응고부에 균열이 발생하고, 박리 강도도 12.0 kN 미만이었다.In addition, in the test pieces No. 3, 11, 19, 27, 35, 43, 51, 59, 67, and 75, there was no melting because the gap G of the weld zone was larger than 15% of the total thickness T of the steel plate. Cracks occurred in the final solidified portion of the joint, and the peeling strength was less than 12.0 kN.
또, No.4, 12, 20, 28, 36, 44, 52, 60, 68 및 76 의 시험편은, 모두 접합부의 단축 폭 D1 이 2 mm 보다 작았기 때문에, 용락은 없었지만, 접합부의 최종 응고부에 균열이 발생하고, 박리 강도도 12.0 kN 미만이었다. In addition, in the test pieces No. 4, 12, 20, 28, 36, 44, 52, 60, 68, and 76, the minor axis width D 1 of the joint was all smaller than 2 mm, so there was no melting, but the final solidification of the joint was Cracks occurred in the part, and the peeling strength was less than 12.0 kN.
또, No.5, 13, 21, 29, 37, 45, 53, 61, 69 및 77 의 시험편은, 모두 접합부의 단축 폭 D1 이 8 mm 보다 컸기 때문에, 접합부의 최종 응고부에 균열은 없었지만, 용락이 발생했다.In addition, in the test specimens No. 5, 13, 21, 29, 37, 45, 53, 61, 69, and 77, the minor axis width D 1 of the joint was greater than 8 mm, so there was no crack in the final solidified portion of the joint. , melting occurred.
또, No.6, 14, 22, 30, 38, 46, 54, 62, 70 및 78 의 시험편은, 모두 접합부의 단축 폭 D1 가 15 mm 보다 컸기 때문에, 용락은 없었지만, 접합부의 최종 응고부에 균열이 발생했다.In addition, in the test pieces No. 6, 14, 22, 30, 38, 46, 54, 62, 70, and 78, the minor axis width D 1 of the joint was greater than 15 mm, so there was no melting, but the final solidification portion of the joint was A crack occurred in
또, No.7, 15, 23, 31, 39, 47, 55, 63, 71 및 79 의 시험편은, 모두 접합부의 단축 폭 D1 에 대한 장축 폭 D2 의 비 (D2/D1) 가 5.0 보다 컸기 때문에, 용락은 없었지만, 접합부의 최종 응고부에 균열이 발생했다.In addition, the test specimens No. 7, 15, 23, 31, 39, 47, 55, 63, 71, and 79 all have a ratio (D 2 /D 1 ) of the major axis width D 2 to the minor axis width D 1 of the joint. Since it was greater than 5.0, there was no melting, but cracks occurred in the final solidified portion of the joint.
또, No.8, 16, 24, 32, 40, 48, 56, 64, 72 및 80 의 시험편은, 모두 접합부의 단축 폭 D1 에 대한 장축 폭 D2 의 비 (D2/D1) 가 1.1 보다 작았기 때문에, 역시, 용락은 없었지만, 접합부의 최종 응고부에 균열이 발생했다.In addition, the test specimens No. 8, 16, 24, 32, 40, 48, 56, 64, 72, and 80 all have a ratio of the major axis width D 2 to the minor axis width D 1 of the joint (D 2 /D 1 ). Since it was smaller than 1.1, there was no melting, but cracks occurred in the final solidified portion of the joint.
또, No.81 및 82 는, 강도 레벨이 상이한 2 장의 강판을, 본 발명에 적합한 조건으로 겹침 레이저 빔 용접한 시험편에 대한 시험 결과를 나타낸 결과이며, 590 MPa 급과 980 MPa 급의 조합이어도, 강의 성분 조성이 본 발명의 적합 범위 내인 No.81 은, 용접 균열도 없고, 우수한 박리 강도가 얻어지지만, 강의 성분 조성이 본 발명의 적합 범위 외인 No.82 는, 용접 균열이 발생하고, 박리 강도도 12.0 kN 미만이었다.In addition, Nos. 81 and 82 show test results on test pieces obtained by overlapping laser beam welding two steel plates with different strength levels under conditions suitable for the present invention. Even if it is a combination of 590 MPa class and 980 MPa class, No. 81, whose steel composition is within the suitable range for the present invention, does not have weld cracks and excellent peeling strength is obtained, but No. 82, whose steel composition is outside the suitable range for the present invention, produces weld cracks and has poor peeling strength. It was also less than 12.0 kN.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따라 겹침 레이저 빔 용접을 실시한 본 발명예에서는, 모두 본 발명이 목적으로 하는 특성을 갖는 양호한 겹침 레이저 스폿 용접 이음매가 얻어지고 있는데 대해, 본 발명의 조건을 벗어나는 비교예에서는, 양호한 겹침 레이저 스폿 용접 이음매를 얻을 수 없었다.As described above, in the present invention examples in which overlap laser beam welding was performed according to the present invention, good overlap laser spot welded joints having the characteristics targeted by the present invention were obtained. However, comparative examples that fall outside the conditions of the present invention In , a good overlap laser spot welded seam could not be obtained.
본 발명의 기술은, 고속이고 또한 저변형인 용접이 가능하기 때문에, 플랜지부를 가진 자동차용 구조 부재에 바람직하게 적용할 수 있다. Since the technology of the present invention enables high-speed and low-strain welding, it can be suitably applied to structural members for automobiles having a flange portion.
1 : 겹침 레이저 스폿 용접 이음매
2, 3 : 강판
2a : 강판 (2) 의 세로벽부
2b : 강판 (2) 의 플랜지부
4, 14 : 접합부 (용접 스폿)
4a, 14a : 접합부의 최종 응고부 (중심부)
5 : 접합부의 최종 응고부의 균열
6 : 레이저 빔
7 : L 자 강판
7a : L 자 강판 장변
7b : L 자 강판의 폭
8 : 박리 시험편
S : 접합부를 형성할 때의 레이저 빔의 조사 개시부
E : 접합부를 형성할 때의 레이저 빔의 조사 종료부
σa, σb : 접합부의 최종 응고부에 가해지는 응력
T : 접합부를 구성하는 강판의 합계 두께
u : 접합부의 최종 응고부의 최소 두께
D1 : 장원형 접합부의 단축 폭
D2 : 장원형 접합부의 장축 폭
G : 접합부를 구성하는 강판 간의 합계 간극
X : 용접 위치
0 : 용접 위치의 기점1: Overlapping laser spot welded seam
2, 3: Steel plate
2a: Vertical wall portion of steel plate (2)
2b: Flange portion of steel plate (2)
4, 14: joint (weld spot)
4a, 14a: Final solidification part of the joint (center part)
5: Cracks in the final solidified portion of the joint
6: Laser beam
7: L-shaped steel plate
7a: Long side of L-shaped steel plate
7b: Width of L-shaped steel plate
8: Peeling test piece
S: Laser beam irradiation start point when forming a joint
E: Laser beam irradiation end point when forming a joint
σa, σb: Stress applied to the final solidified portion of the joint
T: Total thickness of steel plates constituting the joint
u: Minimum thickness of the final solidified portion of the joint
D 1 : Minor width of the oval joint
D 2 : Width of the long axis of the oval joint
G: Total gap between steel plates constituting the joint
X: welding position
0: Origin of welding position
Claims (7)
상기 용접부를 구성하는 강판 간의 합계 간극 G 가, 용접부를 구성하는 강판의 합계 두께 T 의 0 ~ 15 % 의 범위 내에 있고,
상기 용접부가, 단속적으로 배열한 장원형 접합부로 이루어지고, 또한,
상기 장원형 접합부가, 하기 (1) ~ (5) 식의 모두를 만족하는 것을 특징으로 하는 겹침 레이저 스폿 용접 이음매.
1.0 ≤ T ≤ 6.0 ···(1)
2.0 ≤ D1 ≤ 8.0 ···(2)
6.0 ≤ D2 ≤ 15.0 ···(3)
2.2 ≤ D2/D1 ≤ 5.0 ···(4)
0.6 ≤ u/T ≤ 1.0 ···(5)
여기서, T : 용접부를 구성하는 강판의 총판두께 (mm)
D1 : 장원형 접합부의 단축 폭 (mm)
D2 : 장원형 접합부의 장축 폭 (mm)
u : 장원형 접합부의 최종 응고부의 최소 두께 (mm)In the overlap laser spot welding joint having a weld formed by overlapping a plurality of steel plates,
The total gap G between the steel plates constituting the welded portion is within the range of 0 to 15% of the total thickness T of the steel plates constituting the welded portion,
The welded portion is made of oval joints arranged intermittently, and
An overlap laser spot welded joint, wherein the oval joint satisfies all of the following equations (1) to (5).
1.0 ≤ T ≤ 6.0 ···(1)
2.0 ≤ D 1 ≤ 8.0 ···(2)
6.0 ≤ D 2 ≤ 15.0 ···(3)
2.2 ≤ D 2 /D 1 ≤ 5.0 ···(4)
0.6 ≤ u/T ≤ 1.0 ···(5)
Here, T: Total plate thickness of the steel plate constituting the weld zone (mm)
D 1 : Width of the minor axis of the oval joint (mm)
D 2 : Width of the long axis of the oval joint (mm)
u: Minimum thickness of the final solidified portion of the oval joint (mm)
상기 강판 중 적어도 1 개가, C : 0.07 ~ 0.4 mass%, Si : 0.2 ~ 3.5 mass%, Mn : 1.8 ~ 5.5 mass%, P + S : 0.03 mass% 이하, Al : 0.08 mass% 이하 및 N : 0.010 mass% 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 겹침 레이저 스폿 용접 이음매. According to claim 1,
At least one of the above steel sheets has C: 0.07 to 0.4 mass%, Si: 0.2 to 3.5 mass%, Mn: 1.8 to 5.5 mass%, P + S: 0.03 mass% or less, Al: 0.08 mass% or less, and N: 0.010. An overlap laser spot welded joint, characterized in that it has a composition containing mass% or less, and the balance consists of Fe and inevitable impurities.
상기 강판은, 상기 성분 조성에 더하여 추가로, 이하의 A 군 및 B 군 중 적어도 1 군의 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 겹침 레이저 스폿 용접 이음매.
·A 군 ; Ti : 0.0005 ~ 0.01 mass% 및 Nb : 0.005 ~ 0.050 mass% 중으로부터 선택되는 1 종 또는 2 종
·B 군 ; Cr : 1.0 mass% 이하, Mo : 0.50 mass% 이하 및 B : 0.10 mass% 이하 중으로부터 선택되는 1 종 또는 2 종 이상According to claim 2,
An overlap laser spot weld joint, wherein the steel sheet contains, in addition to the above component composition, at least one component from the following groups A and B.
·Group A; One or two types selected from Ti: 0.0005 to 0.01 mass% and Nb: 0.005 to 0.050 mass%
·Group B; Cr: 1.0 mass% or less, Mo: 0.50 mass% or less, and B: 0.10 mass% or less. One or two or more types selected from among
상기 강판 중 적어도 1 개가, 인장 강도가 980 MPa 이상인 고장력 강판인 것을 특징으로 하는 겹침 레이저 스폿 용접 이음매.The method according to any one of claims 1 to 3,
An overlap laser spot welded joint, characterized in that at least one of the steel plates is a high-tensile strength steel plate with a tensile strength of 980 MPa or more.
상기 용접부를 구성하는 강판 간의 합계 간극 G 를, 용접부를 구성하는 강판의 합계 두께 T 의 0 ~ 15 % 의 범위 내로 하고,
상기 장원형 접합부는, 레이저 빔을 반원과 직선을 조합한 가늘고 긴 원형을 그리도록 스핀시키면서 장원형의 외측으로부터 내측을 향해 나선상으로 주사함과 함께,
상기 장원형 접합부가, 하기 식 (1) ~ (5) 식의 모두를 만족하도록, 레이저 출력, 초점 위치, 용접 속도, 스핀 반경 및 1 스핀당의 이동량 및 빔 직경 중 적어도 1 개를 제어하는 것을 특징으로 하는 겹침 레이저 스폿 용접 이음매의 제조 방법.
1.0 ≤ T ≤ 6.0 ···(1)
2.0 ≤ D1 ≤ 8.0 ···(2)
6.0 ≤ D2 ≤ 15.0 ···(3)
1.1 ≤ D2/D1 ≤ 5.0 ···(4)
0.6 ≤ u/T ≤ 1.0 ···(5)
여기서, T : 용접부를 구성하는 강판의 총판두께 (mm)
D1 : 장원형 접합부의 단축 폭 (mm)
D2 : 장원형 접합부의 장축 폭 (mm)
u : 장원형 접합부의 최종 응고부의 최소 두께 (mm) A method of manufacturing an overlap laser spot welded joint by overlapping a plurality of steel plates up and down and intermittently irradiating a laser beam on one surface of the overlapping steel plates to form a weld zone consisting of oval joints arranged in a continuous row. Because,
The total gap G between the steel plates constituting the welded portion is set to be within the range of 0 to 15% of the total thickness T of the steel plates constituting the welded portion,
The oval junction part spins the laser beam to draw an elongated circle combining a semicircle and a straight line, and scans in a spiral form from the outside of the oval shape toward the inside,
The oval joint controls at least one of the laser power, focus position, welding speed, spin radius, movement amount per spin, and beam diameter so that all of the following equations (1) to (5) are satisfied. Method for manufacturing overlap laser spot welded joints.
1.0 ≤ T ≤ 6.0 ···(1)
2.0 ≤ D 1 ≤ 8.0 ···(2)
6.0 ≤ D 2 ≤ 15.0 ···(3)
1.1 ≤ D 2 /D 1 ≤ 5.0 ···(4)
0.6 ≤ u/T ≤ 1.0 ···(5)
Here, T: Total plate thickness of the steel plate constituting the weld zone (mm)
D 1 : Width of the minor axis of the oval joint (mm)
D 2 : Width of the long axis of the oval joint (mm)
u: Minimum thickness of the final solidified portion of the oval joint (mm)
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