KR20210116631A

KR20210116631A - 겹침 레이저 스폿 용접 이음매와 그 제조 방법 및 자동차 차체용 구조 부재

Info

Publication number: KR20210116631A
Application number: KR1020217026794A
Authority: KR
Inventors: 아사토 하라; 야스시 기타니
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2019-03-28
Filing date: 2019-03-28
Publication date: 2021-09-27
Also published as: CN113573837A; WO2020194687A1; JP7211491B2; JPWO2020194687A1; KR102597121B1

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.

Description

겹침 레이저 스폿 용접 이음매와 그 제조 방법 및 자동차 차체용 구조 부재

본 발명은, 겹침 레이저 스폿 용접 이음매와 그 제조 방법 그리고 상기 겹침 레이저 스폿 용접 이음매를 갖는 자동차 차체용 구조 부재에 관한 것이다.

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.

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.

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.

일본 공개특허공보 2007-229740호 일본 공개특허공보 2008-296236호 일본 공개특허공보 2012-240083호 일본 공개특허공보 2012-240086호 일본 공개특허공보 2017-113781호 일본 공개특허공보 2018-001197호

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.

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.

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.

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) ;

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)

식의 모두를 만족하는 것을 특징으로 하는 겹침 레이저 스폿 용접 이음매이다.

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.

또, 본 발명의 겹침 레이저 스폿 용접 이음매에 있어서의 상기 강판은, 상기 성분 조성에 더하여 추가로, 이하의 A 군 및 B 군 ;

·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 이상 중 적어도 1 군의 성분을 함유하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 겹침 레이저 스폿 용접 이음매는, 상기 강판 중 적어도 1 개가, 인장 강도가 980 MPa 이상의 고장력 강판인 것을 특징으로 한다.

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 ;

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)

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.

또, 본 발명은, 상기 중 어느 것에 기재된 겹침 레이저 스폿 용접 이음매를 갖는 자동차 차체용 구조 부재이다.

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.

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.

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.

＜겹침 레이저 스폿 용접 이음매＞

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 ;

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)

의 모두를 만족하고 있을 것이 필요한 것을 알 수 있었다.

이하, 구체적으로 설명한다.

0 ≤ G/T ≤ 0.15

본 발명의 겹침 레이저 빔 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.

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.

2.0 ≤ D₁ ≤ 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.

6.0 ≤ D₂ ≤ 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.

1.1 ≤ D₂/D₁≤ 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.

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.

다음으로, 본 발명의 겹침 레이저 스폿 용접 이음매를 구성하는 강판에 대해 설명한다.

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.

강판의 판두께

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.

강판의 성분 조성

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.

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.

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.

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.

P ＋ S : 0.03 mass% 이하

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.

Al : 0.08 mass% 이하

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.

N : 0.010 mass% 이하

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.

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.

A 군 ; Ti : 0.0005 ~ 0.01 mass% 및 Nb : 0.005 ~ 0.050 mass% 중으로부터 선택되는 1 종 또는 2 종

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.

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

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.

본 발명의 용접 이음매를 구성하는 적어도 1 개의 강판은, 상기 성분 이외의 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다.

강판의 인장 강도

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 빔 용접 이음매를 구성하는 복수의 강판은, 동일한 성분, 동일한 강도의 강판이어도 되고, 상이한 성분, 상이한 강도의 강판이어도 된다.

＜겹침 레이저 스폿 용접 이음매의 제조 방법＞

다음으로, 본 발명의 겹침 레이저 스폿 용접 이음매의 제조 방법에 대해 도 4 ~ 6 을 사용하여 설명한다.

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 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.

상기 서술한 바와 같이, 본 발명에서는, 중첩한 복수의 강판에 대해 편측 용접을 실시한다. 편측 용접을 채용함으로써, 용접에 필요한 작업 스페이스를 작게 할 수 있다.

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.

여기서, 본 발명에 있어서 중요한 점은, 본 발명의 겹침 레이저 빔 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.

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.

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 ;

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)

를 만족하도록 조정하는 것이 필요하다.

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.

또한, 상기 설명에서는, 본 발명의 용접부를 구성하는 접합부의 형상이 장원형인 경우에 대해 설명해 왔지만, 상기 서술한 (2) ~ (5) 식을 만족하는 한, 타원형이어도 된다.

＜자동차 차체용 구조 부재＞

다음으로, 본 발명의 자동차 차체용 구조 부재에 대해 설명한다.

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.

여기서, 본 발명의 겹침 레이저 빔 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.

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 ;

5t ≤ X ≤ 8t ··(5)

여기서, t : 용접부를 구성하는 강판 중에서 가장 두꺼운 강판의 판두께 (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.

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.

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 빔 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.

실시예

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.

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.

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.

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.

[표 1]

[표 2-1]

[표 2-2]

[표 2-3]

상기 용접 균열 유무의 판정 결과 및 박리 강도의 측정 결과를 표 2 에 병기했다.

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.

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.

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.

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.

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.

또, No.6, 14, 22, 30, 38, 46, 54, 62, 70 및 78 의 시험편은, 모두 접합부의 단축 폭 D₂ 가 15 mm 보다 컸기 때문에, 용락은 없었지만, 접합부의 최종 응고부에 균열이 발생했다.

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.

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.

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.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따라 겹침 레이저 빔 용접을 실시한 본 발명예에서는, 모두 본 발명이 목적으로 하는 특성을 갖는 양호한 겹침 레이저 빔 용접 이음매가 얻어지고 있는데 대해, 본 발명의 조건을 벗어나는 비교예에서는, 양호한 겹침 레이저 빔 용접 이음매를 얻을 수 없었다.

산업상 이용가능성

본 발명의 기술은, 고속이고 또한 저변형인 용접이 가능하기 때문에, 플랜지부를 가진 자동차용 구조 부재에 바람직하게 적용할 수 있다.

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 기점

Claims

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) 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)
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)
제 1 항에 있어서,
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.
제 2 항에 있어서,
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 이상
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 강판 중 적어도 1 개가, 인장 강도가 980 MPa 이상인 고장력 강판인 것을 특징으로 하는 겹침 레이저 스폿 용접 이음매.
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) 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)
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 겹침 레이저 스폿 용접 이음매를 갖는 자동차 차체용 구조 부재.