WO2021066192A1 - 溶接継手、及び自動車部品 - Google Patents

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WO2021066192A1
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weld metal
steel base
welding
base material
valley
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和貴 松田
真二 児玉
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日本製鉄株式会社
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    • B23K2103/10—Aluminium or alloys thereof

Definitions

  • This disclosure relates to welded joints and automobile parts.
  • the automobile parts include welded joints having a plurality of high-strength steel plates as a base material.
  • Non-Patent Document 1 "By making the weld metal (welding bead) meander, the toe portion of the toe portion of the weld metal is raised from the weld metal side to the toe portion of the toe portion of the meandering weld metal. A crack is generated from the melting boundary of the region protruding toward the material side, the crack grows along the toe of the meandering weld metal, and the toe is the weld metal at the valley (the toe of the meandering weld metal). By coalescing cracks near (the region closer to the side), the time required for crack coalescing increases and the fatigue life is improved. "
  • Non-Patent Document 1 M.D. Chapetti, J. L. Otegui. International Journal of Fatigue, Vol.19, No.10, pp.667-675, 1997
  • the technique of Non-Patent Document 1 is to combine cracks generated at the melting boundary of the peak portion of the weld toe in the vicinity of the valley portion when a steel base material with a thick plate thickness is welded. It is a technology that increases the time required and improves the fatigue life. That is, the technique of Non-Patent Document 1 is a technique of improving the fatigue life when a steel base material having a large plate thickness, which has a large fatigue crack propagation life in the fatigue life, is welded.
  • structures in which thin steel plates are welded are smaller in size and thinner, such as automobile members. , The generated fatigue cracks are likely to become through cracks.
  • the fatigue crack propagation life occupies the fatigue life is small, and the fatigue crack generation life is dominant. Therefore, when a steel base material having a thin plate thickness is welded, the fatigue life is not improved by the same mechanism as when a steel base material having a thick plate thickness is welded.
  • an object of the present disclosure is to provide a welded joint having excellent fatigue strength and an automobile part having the same, even if a pair of steel base materials having a thin plate thickness and at least one having a tensile strength of 780 MPa or more are welded. To provide.
  • Means for solving the problem include the following aspects.
  • a pair of steel base materials having a plate thickness of 0.4 to 4.0 mm and at least one having a tensile strength of 780 MPa or more. It is a weld metal for welding the pair of steel base materials, and when the weld metal is viewed in a plan view, the toe of the weld metal has a peak and a valley, and the apex and the valley of the adjacent peaks are adjacent to each other.
  • the average distance between the bottom point of the portion and the welding line direction and the direction orthogonal to the welding line direction is 3.0 mm or less, and the distance between the apex of the adjacent mountain portion and the bottom point of the valley portion is the distance perpendicular to the welding line direction.
  • Welded metal with an average number of 2 to 30 pieces / 15 mm including the peaks and valleys of 0.1 mm to 3.0 mm, and Welded fittings with.
  • the total number of the peaks and valleys where the distance between the apex of the adjacent peak and the bottom of the valley in the direction orthogonal to the welding line direction is 0.1 mm to 3.0 mm is The welded joint according to [2], which is 4 to 9 pieces / 15 mm.
  • FIG. 6A shows a cross-sectional view of the mountain portion. It is an example of the weld metal of the welded joint of the present disclosure, and is an optical micrograph after chemical etching the cross section of the weld metal at the time of weaving welding.
  • FIG. 6B shows a cross-sectional view of a valley portion of the weld metal. It is a schematic diagram for demonstrating the calculation method of "the number of waviness and the distance between a peak part and a valley part" in the weld metal of the welded joint of this disclosure. It is a schematic diagram for demonstrating "weaving amplitude" in an example of the manufacturing method of the welded joint of this disclosure.
  • the numerical range represented by using “-" means a range including the numerical values before and after "-" as the lower limit value and the upper limit value.
  • the upper limit value or the lower limit value described in a certain numerical range may be replaced with the upper limit value or the lower limit value of another numerical range described stepwise.
  • the upper limit value or the lower limit value described in a certain numerical range may be replaced with the value shown in the examples.
  • the term "process” is included in this term as long as the intended purpose of the process is achieved, not only in an independent process but also in cases where it cannot be clearly distinguished from other processes.
  • the "combination of preferred embodiments" is a more preferred embodiment.
  • the “mountain portion” indicates a region where the toe end portion (specifically, the molten boundary) protrudes from the weld metal side to the base metal side when the weld metal is viewed in a plan view.
  • the “top of the mountain” indicates the pole that protrudes to the most base material side of the region. That is, the “vertex of the mountain portion” indicates the point where the shortest length from the toe portion (specifically, the melting boundary) protruding from the weld metal side to the base metal side to the weld line is the longest.
  • the “valley” indicates a region where the toe (specifically, the molten boundary) is closer to the weld metal when the weld metal is viewed in a plan view.
  • the “bottom point of the valley” indicates the pole closest to the weld metal side in the region. That is, the “bottom point of the valley portion” indicates the point where the shortest length from the toe portion (specifically, the melting boundary) closer to the weld metal side to the weld line is the shortest.
  • “Looking at the weld metal in a plan view” means observing the weld metal from the plate thickness direction of the steel base material on the side where the peak portion at the toe of the weld metal to be observed protrudes.
  • the welded joint of the present disclosure is A pair of steel base materials having a plate thickness of 0.4 to 4.0 mm and at least one having a tensile strength of 780 MPa or more. It is a weld metal that welds the pair of steel base materials, and when the weld metal is viewed in a plan view, the toe of the weld metal has peaks and valleys, and the peaks and valleys of adjacent peaks.
  • the average distance to the bottom point in the direction perpendicular to the welding line direction is 3.0 mm or less, and the distance between the apex of the adjacent mountain part and the bottom point of the valley part in the direction orthogonal to the welding line direction is 0.1 mm or more.
  • the welded joint of the present disclosure is excellent in fatigue strength even when a pair of steel base materials having a thin plate thickness and at least one having a tensile strength of 780 MPa or more are welded.
  • the welded joint of the present disclosure has been found based on the following findings.
  • the weld metal may be undermatched (a state in which the weld metal strength is lower than the steel base material strength).
  • a weld metal (weld bead) welded without welding such as weaving welding or wave pulse welding causes fatigue cracks from any position on the toe of the weld metal, that is, structural stress concentration. Fatigue cracks occur from the position where the fatigue strength is the lowest, which is a combination of local stress concentration or strength. Therefore, the fatigue strength of the weld metal tends to decrease.
  • the number and distance between the peaks and valleys at the toes of the meandering weld metal when welding a thin steel base material, which has a large ratio of fatigue cracking life to the fatigue life, should be adjusted appropriately. Then, the starting point of the fatigue crack can be limited to the mountain portion, and the stress concentration at the starting point can be further reduced. As a result, the fatigue crack generation life of the weld metal is extended, and the fatigue strength is improved.
  • the welded joint of the present disclosure is excellent in fatigue strength even when a pair of steel base materials having a thin plate thickness and at least one having a tensile strength of 780 MPa or more are welded.
  • the weld metal when a steel base material having a thin plate thickness is welded by, for example, weaving welding or wave pulse welding, the weld metal may be closed and the throat thickness may be reduced.
  • the "throat thickness" of the weld metal decreases, the stress generated in the weld metal tends to increase when stress is applied from the outside.
  • the weld metal In a steel base material with a tensile strength of less than 780 MPa, the weld metal often has a higher strength (overmatch) than the steel base material, so it is unlikely to affect the fatigue strength.
  • the weld metal Is often lower in strength (undermatch) than the steel base material, which may lead to a decrease in fatigue strength.
  • At least one of the pair of steel base materials may contain 0.100 to 1.000% by mass of Al.
  • the welded joint 10 of the present disclosure includes, for example, a pair of steel base materials overlapped with each other (in FIG. 1, 1 is a lower first steel base material, and 2 is an upper first steel base material. 2 shows the steel base material), and the weld metal (weld bead) 3 extending along the corner 4 formed by the surface 1a of the first steel base material 1 and the end surface 2a of the second steel base material 2.
  • An example is a lap fillet welded joint provided with.
  • the surface 1a of the first steel base material 1 (the surface facing the plate thickness direction) and the end surface 2a of the second steel base material 2 (for example, the steel base material is a flat plate).
  • the aspect of the lap fillet welded joint in which the weld metal 3 extends along the corner 4 formed by the surface facing the plate thickness direction and the direction orthogonal to the plate thickness direction is shown, but is limited to this aspect. It is not something that can be done. Specifically, the following aspects can be mentioned.
  • the first steel base material 1 and the second steel base material 2 are arranged in an L-shape or a T-shape, and the surfaces of the first steel base material 1 and the second steel base material 2 face each other (opposing in the plate thickness direction).
  • the end faces of the first steel base material 1 and the second steel base material 2 (for example, when the steel base material is a flat plate, the surfaces facing each other in the plate thickness direction) are abutted and arranged along the abutting portion.
  • Other modes of well-known welded welded joints such as groove joints and edge welded joints.
  • FIG. 1 is a view of the welded joint 10 in a cross section orthogonal to the welding line W (see FIG. 2) of the weld metal 3.
  • the direction parallel to the welding line W is the Z-axis direction
  • the direction orthogonal to the Z-axis direction and parallel to the surface 1a of the first steel base material 1 is the X-axis direction.
  • the direction orthogonal to the X-axis direction and the Z-axis direction and parallel to the plate thickness direction of the first steel base material 1 is defined as the Y-axis direction.
  • the toe portion of the weld metal 3 has peaks and valleys in the welding line direction (weld metal, that is, the longitudinal direction of the weld bead) (see FIG. 3).
  • B indicates the “bottom point of the valley”
  • T indicates the “top of the mountain”.
  • the weld metal of the present disclosure has an average distance (hereinafter, also referred to as "distance between the peak and valley”) in the direction orthogonal to the welding line direction between the apex of the adjacent peak and the bottom of the valley. It is 0 mm or less.
  • the average distance between the peaks and valleys in the direction orthogonal to the welding line direction exceeds 3.0 mm, the shape of the weld metal 3 is likely to be locally disturbed, resulting in a decrease in fatigue strength. Local disturbance in the shape of the weld metal 3 is particularly likely to occur when welding is performed by weaving welding. Therefore, the average distance between the peaks and valleys in the direction orthogonal to the welding line is 3.0 mm or less. From the viewpoint of improving fatigue strength, the average distance between the peaks and valleys is preferably 2.8 mm or less, more preferably 2.5 mm or less, and even more preferably 2.0 mm or less.
  • the total number of peaks and valleys where the distance between the apex of the adjacent peak and the bottom of the valley in the direction orthogonal to the welding line direction is 0.1 mm to 3.0 mm (hereinafter, "the number of swells"”. (Also referred to as), but 2 to 30 pieces / 15 mm (see FIG. 4).
  • the number of swells is the total number of peaks and valleys that exist within a range of 15 mm in the direction of the weld line.
  • B indicates the “bottom point of the valley” and T indicates the “top of the mountain”.
  • W1 indicates "welding line direction”
  • 31 indicates “welded metal”
  • 11 indicates "steel base material”. A1 to A4 will be described later.
  • the apex (or the bottom point of the valley) of any mountain is the bottom point (or the bottom of the valley) of one of the two valleys (or two peaks) existing on both sides.
  • the apex (or the bottom point of the valley) of the arbitrary mountain portion is not counted as the number of undulations.
  • the number of swells and the distance between the peaks and valleys are measured by skipping adjacent peaks and valleys with a distance of less than 0.1 mm (see FIG. 5).
  • the meaning of the reference numerals in FIG. 5 is the same as that in FIG.
  • the apex of any mountain is the same as the apex of both valleys (or the apex of the mountain) of the two valleys (or two peaks) existing on both sides. If the distance in the direction orthogonal to the welding line direction is less than 0.1 mm or more than 3.0 mm, the apex (or the bottom point of the valley) of any mountain portion is not counted as the number of undulations.
  • the apex (or the apex of the valley) of any mountain is the apex (or the apex of the mountain) of at least one of the two valleys (or two peaks) existing on both sides.
  • the apex (or the bottom point of the valley) of the arbitrary peak portion is counted as the number of the undulations.
  • the distances "A1 to A4" and "A” between the apex of the adjacent mountain and the bottom of the valley in the direction orthogonal to the welding line direction are the distance between the mountain and the valley.
  • the distance in the X-axis direction that is, the distance along the direction orthogonal to the welding line direction corresponding to the X direction in FIG. 1) is shown.
  • the number of undulations and the distance between the peak and the valley are based on the above criteria and are in an arbitrary range of the weld metal 3 excluding 5 mm each at the start and end (minimum, a range of 15 mm or more in length in the welding line direction). ) Is measured and used as the average value. If the number of undulations is less than 2/15 mm, the function of localizing the origin of fatigue cracks in the mountainous area is lost. If the number of undulations exceeds 30/15 mm, the number of peaks that are the starting points of fatigue cracks is too large, and the advantage of localizing the starting points of fatigue cracks in the peaks is lost. Therefore, the number of swells is within the above range. From the viewpoint of improving fatigue strength, the number of waviness is preferably 2 to 28/15 mm, more preferably 3 to 15/15 mm.
  • the number of swells is more preferably 4 to 9/15 mm, and the fatigue strength is further improved by setting the number of swells within the range.
  • the reason is presumed to be as follows.
  • the region where the occurrence of fatigue cracks is suppressed due to the structure of the valley portion of the weld metal can easily extend to a range close to the apex of the mountain portion. Therefore, the starting point of the fatigue crack approaches the apex of the mountain part where the toe shape is gentle. As a result, it is presumed that the fatigue crack generation life of the weld metal is further extended and the fatigue strength is further improved.
  • a method of calculating "the number of swells and the distance between the peak and the valley" when the welding line of the weld metal 3 is curved will be described with reference to FIG. 7.
  • a welding line W is drawn on the welding metal 3, and the toe of the welding metal 3 to be measured is directed upward.
  • the number of waviness and the distance between the peak and the valley are measured in an arbitrary range of the weld metal 3 (at least, a range of 15 mm or more in the direction of the welding line) excluding 5 mm at the beginning and the end. Measure the length Wr of the weld line.
  • the length Wr of the weld line may be measured by a device that measures the length directly on the weld line, or an arbitrary curve f (x) may be measured from an image of the weld metal 3 in a plan view.
  • f (x) may be measured from an image of the weld metal 3 in a plan view.
  • the shortest length of the mountain part Is simply referred to as “the shortest length of the mountain part", and the shortest lengths T1, T3, T5, and T7 from the bottom point of the valley to the welding line (hereinafter, simply “from the bottom of the valley to the welding line”).
  • the shortest length of the valley is also called “the shortest length of the valley”).
  • a straight line having the same length as the welding line length Wr is drawn on an arbitrary recording medium (for example, paper) (hereinafter, the straight line is also referred to as a "simulated welding line").
  • a point “P1” is drawn at the same position as the shortest valley length T1 from the simulated welding line at the upper part of the simulated welding line and in the direction orthogonal to the simulated welding line. Then, the point "P1” is set as the bottom point of the valley.
  • a point "P2" is written on the right side of the "P1", above the simulated welding line, and at the same position as the shortest length T2 of the mountain portion from the simulated welding line in the direction orthogonal to the simulated welding line.
  • the point "P2" is set as the apex of the mountain part.
  • the distance between the points "P1" and “P2” along the simulated welding line is set to be the same as the distance Wr1.
  • the procedure after "P3" will be described in the same manner as in “P2". This work will be carried out in all of the numbered peaks and valleys.
  • the distance between the apex of the adjacent mountain part and the bottom point of the valley part in the direction orthogonal to the simulated welding line direction is set in the direction orthogonal to the welding line direction of the apex of the adjacent mountain part and the bottom point of the valley part.
  • Distance A ".
  • At least one toe has a distance of 3.0 mm or less between the peak and the valley when the weld metal is viewed in a plan view, and the number of undulations is 2. It suffices to fill up to 30 pieces / 15 mm.
  • At least the toes on the steel base material on the side where fatigue cracks are more likely to occur at the toes have a distance between the peaks and valleys. It is preferably 3.0 mm or less, and the number of waviness is preferably 2 to 30/15 mm.
  • fatigue cracks are likely to occur from the toe on that side.
  • fatigue cracks at the toe are, for example, when the shape of the toe is steep, when there is a welding defect (for example, undercut, etc.) near the toe, the toe It tends to occur when spatter adheres in the vicinity.
  • the features of the toe on the side where fatigue cracks are likely to occur for each type of welded joint are as follows.
  • the "waviness of the toe of the weld metal 3" on the lower steel base material 1 often affects the fatigue strength. Therefore, in the present disclosure, the number of undulations of the "toe portion of the weld metal 3" on the lower steel base material 1 and the distance between the peak portion and the valley portion may be within the above ranges.
  • the number of swells of the "toe of weld metal 3" on the steel base material on the side where fatigue cracks are a concern and the distance between the peaks and valleys are within the above range. Anything is fine.
  • the "toe of the weld metal 3" on the steel base material on the main plate side (stress transmission side) and the "welded metal 3" on the steel base material on the side with a short welding leg length are different, on the steel base material on the side with a thin plate thickness Since fatigue cracks are likely to occur from a certain "toe portion of the weld metal 3", the number of undulations on these sides and the distance between the peak and the valley may be within the above range.
  • the chemical composition of the weld metal 3 is not particularly limited, but in terms of mass%, C: 0.01 to 0.50%. Si: 0.005 to 2.000% Mn: 0.01 to 3.00% P: 0.100% or less S: A chemical composition composed of steel containing 0.0500% or less can be exemplified. Specifically, for example, the weld metal 3 has C: 0.01 to 0.50%, Si: 0.005 to 2.000%, Mn: 0.01 to 3.00%, P: 0.100. % Or less, and S: 0.0500% or less, and optionally an optional element, and the balance is Fe and impurities.
  • the chemical composition of the weld metal 3 is the chemical composition inside the weld metal 3 which is separated from the surface of the weld metal 3 and the fusion boundary by 500 ⁇ m or more, respectively.
  • the amount of C is preferably 0.01% or more.
  • the amount of C is preferably 0.50% or less.
  • Si 0.005 to 2.000%- Si is an element that functions as a strength adjusting and deoxidizing material for the weld metal 3. In addition, therefore, when the amount of Si is extremely reduced, the cost of refining is increased.
  • the amount of Si is preferably 0.005% or more.
  • the amount of Si is preferably 2.000% or less.
  • Mn 0.01 to 3.00%- Mn is an element that increases the hardenability of the weld metal 3. Therefore, the amount of Mn is preferably 0.01% or more. If the amount of Mn is large, the toughness decreases. Therefore, the amount of Mn is preferably 3.00% or less.
  • the amount of P is preferably 0.100% or less.
  • the amount of P may be 0%, but it is economically disadvantageous to completely remove P mixed from the raw material of the steel base material or the like. Therefore, the amount of P is preferably 0.001% or more.
  • the amount of S is preferably 0.0500% or less, while it is economically disadvantageous to completely remove S mixed from the raw material of the steel base material or the like. Therefore, the amount of S is preferably 0.0001% or more.
  • the chemical composition of the weld metal 3 is, as an arbitrary element, in mass% within a range that does not affect the fatigue strength of the weld metal 3.
  • Ti: 0-0.5%, Cr: 0-2.0%, Mo: 0-1.0%, Ni: 0-5.0%, B: 0 to 0.01%, N: 0 to 0.01%, Al: 0 to 1.0% May include one or more.
  • Al contained in the weld metal 3 may be oxidized and the weld slag may float. Therefore, even if Al in the steel base material enters the weld metal 3 before solidification, the amount of Al remaining in the weld metal 3 after solidification is small.
  • At least one of the pair of steel base materials is a steel base material having a tensile strength of 780 MPa or more.
  • a steel base material having high tensile strength is particularly suitable as a steel base material for a welded joint 10 for automobiles, which is strongly required to reduce weight and improve collision safety.
  • both of the pair of steel base materials are preferably steel base materials having a tensile strength of 780 MPa or more. The tensile strength is measured according to JIS Z2241 (2011).
  • At least one of the pair of steel base materials preferably contains 0.100 to 1.000% by mass of Al from the viewpoint of improving the fatigue strength of the weld metal 3.
  • the viscosity of the molten metal increases, and welding such as weaving welding and wave pulse welding is performed.
  • the stress concentration in the mountainous area is greatly reduced without a decrease in the throat thickness when the welding is performed.
  • the fatigue strength of the weld metal 3 is significantly improved.
  • a pair of steel base materials containing 1.000% or less of Al is preferable from the viewpoint of ensuring the toughness of the weld metal 3.
  • the amount of Al is preferably 0.100 to 0.500% by mass, and more preferably 0.200 to 0.500% by mass. From the viewpoint of improving fatigue strength, it is preferable that both of the pair of steel base materials contain 0.100 to 1.000% by mass of Al.
  • the welding wire contains Al in the above range, it is easily oxidatively consumed during welding, and the amount of Al contained in the weld metal is smaller than when it is added to the steel base metal. Therefore, it is desirable that the steel base material contains the above amount of Al.
  • the chemical composition of the pair of steel base materials is preferably a chemical composition that suppresses a decrease in the "throat thickness" of the weld metal 3 and obtains mechanical properties having a tensile strength of 780 MPa or more.
  • C 0.002 to 0.400% by mass% Si: 0.002 to 2.000% Mn: 0.1-3.0%
  • P 0.1% or less
  • S 0.05% or less
  • Al 0.100 to 0.500%
  • N 0-0.01%
  • Cr 0-2.0%
  • Mo 0-1.0%
  • Ni 0-5.0%
  • Residue Chemical composition consisting of Fe and impurities.
  • the plate thickness of the pair of steel base materials is 0.4 to 4.0 mm. If the plate thickness of the pair of steel base materials is less than 0.4 mm, stable welding cannot be performed and the fatigue strength decreases. When the plate thickness of the pair of steel base materials exceeds 4.0 mm, the welding residual stress becomes dominant over the fatigue strength, and the influence of the fatigue strength improving effect by the peak portion of the weld metal 3 becomes small.
  • the plate thickness of the preferred pair of steel base materials is 0.8 to 3.2 mm.
  • the plate thickness of the pair of steel base materials is 3 mm away from the apex of the toe of the welded joint in the direction orthogonal to the welding line direction toward the base material side when the weld metal is viewed in a plan view. It is a value measured at the position.
  • the plate thickness is measured using a contact type displacement meter that sandwiches the plate thickness in the thickness direction.
  • the ratio of the Vickers hardness of the weld metal to the Vickers hardness of the steel base material is preferably 0.75 or more and 0.95 or less.
  • the fact that the Vickers hardness ratio is within the above range indicates that the hardness of the weld metal is lower than that of the steel base material. That is, when welding is performed in the production of a welded joint in which the Vickers hardness ratio is within the above range, the weld metal is formed by a welding wire having a hardness lower than that of the steel base material. Since the cost of a welded wire having a low hardness is low, it becomes easy to obtain a welded joint while suppressing the manufacturing cost. Therefore, by setting the ratio of the Vickers hardness within the above range, the number of undulations of the weld metal, and the distance between the peak and the valley within the above range, the fatigue strength can be reduced while suppressing the manufacturing cost.
  • the ratio of the Vickers hardness of the weld metal to the Vickers hardness of one of the pair of steel base materials is within the above range. It is preferable that the ratio of the Vickers hardness of the weld metal to the Vickers hardness of both steel base materials in the pair of steel base materials is within the above range.
  • the measurement of the ratio of the Vickers hardness of the weld metal to the Vickers hardness of the steel base material is calculated by the following procedure.
  • the Vickers hardness of the weld metal is measured on the surface of the welded joint formed by the X-axis and the Y-axis as shown in FIG. At a position 0.2 mm or more away from the weld metal surface (solid line portion of the weld metal 3 shown in FIG. 1) and from the melting boundary (dotted portion of the weld metal 3 shown in FIG. 1).
  • the Vickers hardness of 5 points or more is measured at a position separated by 2 mm or more, and the arithmetic average value of the obtained measured values is defined as the Vickers hardness of the weld metal.
  • the steel base material is placed in the thickness direction of the steel base material at a position 5 mm or more in the direction orthogonal to the welding line direction toward the base material side from the apex of an arbitrary mountain portion of the toe of the welded joint.
  • a cross-section sample is collected by cutting.
  • the Vickers hardness of the steel base material is measured at the cut surface of the cross-sectional sample.
  • the Vickers hardness is measured at 5 points or more within a range of 0.1 mm or more from the surface of the steel plate of the steel base material and 40% or less of the plate thickness.
  • the arithmetic mean value of the obtained measured values is taken as the Vickers hardness of the steel base material.
  • the Vickers hardness of the steel base material is increased. , Calculate the Vickers hardness ratio of the weld metal.
  • An example of the method for manufacturing a welded joint of the present disclosure is a method for manufacturing a welded joint by weaving arc welding that satisfies the following conditions.
  • Welding speed 40 to 110 cm / min
  • Weaving frequency 0.2 to 20 Hz
  • Weaving amplitude 0.6 to 20 mm
  • Shield gas composition (volume%): CO 2 concentration 20% or less or O 2 concentration 8% or less
  • Ar Welding current: 150-250A
  • the welding wire is not particularly limited as long as it is a wire that satisfies the shape of the toe of the weld metal 3.
  • C 0.002 to 0.400% by mass% Si: 0.002 to 2.000% Mn: 0.1-3.0%
  • P 0.1% or less
  • S 0.05% or less
  • Al 0.1 to 1.0%
  • Ti 0-0.5%
  • N 0 to 0.01%
  • Cr 0-2.0%
  • Mo 0-1.0%
  • Cu 0-1.0%
  • Residue Chemical composition consisting of Fe and impurities.
  • the welding speed is preferably 40 to 110 cm / min.
  • the weaving frequency By setting the weaving frequency to 0.2 to 20 Hz, the "number of swells" tends to be in the range of 2 to 30 pieces / 15 mm. In order to keep the "number of swells" within the range of 2 to 30 pieces / 15 mm, it is preferable to increase the weaving frequency when increasing the welding speed. On the other hand, when the welding speed is slowed down, it is preferable to lower the weaving frequency. Therefore, the weaving frequency is preferably 0.2 to 20 Hz.
  • the weaving amplitude is preferably 0.6 to 20 mm.
  • the "weaving amplitude” will be described with reference to FIG. It is a value twice the amplitude Wa of the movement M of the welding torch when the welding torch is weaved. That is, the weaving amplitude is indicated by Wb in FIG. In FIG. 8, D indicates the welding direction.
  • the composition (volume%) of the shield gas is preferably a CO 2 concentration of 20% or less or an O 2 concentration of 8% or less, and the balance: Ar.
  • the welding current By setting the welding current to 150 A or more, the disorder of welding is suppressed and the shape of the weld metal 3 becomes stable (weld bead shape).
  • the welding current By setting the welding current to 250 A or less, it becomes easy to suppress the occurrence of problems such as melting off. Therefore, it is preferably 150 to 250 A.
  • the automotive parts of the present disclosure include the welded joints of the present disclosure.
  • the automobile parts of the present disclosure include the welded joints shown in FIGS. 1 and 2.
  • the automobile parts of the present disclosure are exemplified by skeleton parts, panel parts, suspension parts of a vehicle body, and specifically, suspension arms, suspension frames, chassis frames and the like that require high strength are preferable. Can be mentioned.
  • Example 2 As a pair of steel base materials, steel plates having the chemical composition, plate thickness and tensile strength shown in Table 1 were used, and lap fillet welding was performed under the welding conditions shown in Tables 3 and 4. However, the composition of the shield gas was Ar + 20% CO 2 . As the welding wire, a wire equivalent to YGW16 of JIS Z 3312 (2009) (see Table 2) was used.
  • the toes of the weld metal of the welded test piece are 1) the number of waviness (the total number of peaks and valleys), and 2) peaks.
  • the distance between the part and the valley was investigated by the method described above. Except for 5 mm each at the beginning and end, 15 mm near the center of the total length of the weld metal (welded bead) was examined.
  • the Vickers hardness of the steel base material and the Vickers hardness of the weld metal in the welded test piece were measured according to the method described above, and the ratio of the Vickers hardness of the weld metal to the Vickers hardness of the steel base material was calculated.
  • the fatigue limit was set to the maximum stress amplitude that was unbroken 10 million times.
  • the bending stress was based on the maximum bending stress on the surface without considering the stress concentration in the minimum cross section (width 20 mm, plate thickness 2.9 mm) of the test piece.
  • the results obtained are shown in Tables 3 and 4.
  • the "fatigue limit improvement rate" in Tables 3 and 4 was calculated as follows.
  • the fatigue limit improvement rate was defined as the value obtained by dividing the fatigue limit of the test piece welded under the condition with weaving by the fatigue limit of the test piece welded under the same welding condition except that without weaving.
  • Test Examples 2 to 3, 5, 7, 10 to 12, 16 can obtain a fatigue strength of 200 MPa or more, which is a fatigue limit, as compared with Test Examples 1, 4, 6, 8, 9, 13 to 15. I understand. In particular, it can be seen that excellent fatigue strength can be obtained in Test Examples 2 to 3, 7, 10 to 12 to which a steel base material containing an Al amount in an appropriate range is applied.

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Abstract

板厚０．４～４．０ｍｍであり、かつ少なくとも一方が引張強度７８０ＭＰａ以上の一対の鋼母材と、前記一対の鋼母材を溶接する溶接金属であって、溶接金属を平面視したとき、溶接金属の止端部が山部と谷部とを有し、隣り合う前記山部の頂点と前記谷部の底点との溶接線方向と直交方向での距離が３．０ｍｍ以下であり、隣り合う前記山部の頂点と前記谷部の底点との溶接線方向と直交方向での距離が０．１ｍｍ～３．０ｍｍである前記山部と前記谷部とを合わせた数が２～３０個／１５ｍｍである溶接金属と、を有する溶接継手、及び、それを備える自動車部品。

Description

溶接継手、及び自動車部品
　本開示は，溶接継手、及び自動車部品に関するものである。
　例えば、自動車の分野では、環境保全のため、車体の軽量化による燃費の向上とともに、衝突安全性の向上が求められている。従来から、車体の軽量化と衝突安全性の向上を図るために、板厚の薄い高強度鋼板を車体の構造部材として使用するとともに車体構造の最適化を行うなど、様々な技術開発が行われている。なお、自動車部品のなかには、複数の高強度鋼板を母材として有する溶接継手も含まれる。
　自動車部品は、振動又は繰返しの外力負荷を伴う環境で使用される。そのため、自動車部品には、通常の静的な引張強度の他に、繰り返し作用する力に耐えるように、十分な疲労強度が要求される。
　そのため、従来から、溶接継手の疲労強度を向上させる技術が検討されている。
　また、非特許文献１には、「溶接金属（溶接ビード）を蛇行させることで、溶接金属の止端部の山部（蛇行する溶接金属の止端部において止端部が溶接金属側から母材側にせり出した領域）の溶融境界から亀裂が発生し、蛇行する溶接金属の止端部に沿って亀裂が進展し、谷部（蛇行する溶接金属の止端部において止端部が溶接金属側に寄った領域）付近で亀裂が合体することで，亀裂の合体までに要する時間が増出し、疲労寿命が向上する」ことが報告されている。
　　非特許文献１　M. D. Chapetti, J. L. Otegui. International Journal of Fatigue, Vol.19, No.10, pp.667-675, 1997
　非特許文献１の技術は、板厚が厚い鋼母材を溶接した場合に、溶接止端部の山部の溶融境界で発生した亀裂を谷部付近で合体させることで，亀裂の合体までに要する時間を増大させて、疲労寿命が向上する技術である。つまり、非特許文献１の技術は、疲労寿命に占める疲労亀裂伝播寿命が大きい、板厚が厚い鋼母材を溶接した場合に疲労寿命が向上する技術である。
　しかし、船舶や橋梁などの板厚が厚い鋼板を溶接した構造物に比べ，板厚が薄い鋼板を溶接した構造物は、自動車部材などのように、寸法が小さく、また、板厚が薄いため、発生した疲労亀裂が貫通亀裂となり易い。そのため、疲労寿命に占める疲労亀裂伝播寿命が小さく、疲労亀裂発生寿命が支配的である。
　そのため、板厚が薄い鋼母材を溶接した場合、板厚が厚い鋼母材を溶接した場合と同様なメカニズムで疲労寿命は向上しない。
　そこで、本開示の課題は、板厚が薄く、かつ少なくとも一方が引張強度７８０ＭＰａ以上の一対の鋼母材が溶接されていても、疲労強度に優れた溶接継手、及び、それを備える自動車部品を提供することである。
　課題を解決するための手段は、次の態様を含む。
［１］
　板厚０．４～４．０ｍｍであり、かつ少なくとも一方が引張強度７８０ＭＰａ以上の一対の鋼母材と、
　前記一対の鋼母材を溶接する溶接金属であって、溶接金属を平面視したとき、溶接金属の止端部が山部と谷部とを有し、隣り合う前記山部の頂点と前記谷部の底点との溶接線方向と直交方向での平均距離が３．０ｍｍ以下であり、隣り合う前記山部の頂点と前記谷部の底点との溶接線方向と直交方向での距離が０．１ｍｍ～３．０ｍｍである前記山部と前記谷部とを合わせた平均の数が２～３０個／１５ｍｍである溶接金属と、
　を有する溶接継手。
［２］
　隣り合う前記山部の頂点と前記谷部の底点との溶接線方向と直交方向での距離が０．１ｍｍ～３．０ｍｍである前記山部と前記谷部とを合わせた平均の数が４～９個／１５ｍｍである［２］に記載の溶接継手。
［３］
　前記鋼母材のビッカース硬さに対する、前記溶接金属のビッカース硬さの比が０．７５以上０．９５以下である［１］又は［２］に記載の溶接継手。
［４］
　前記一対の鋼母材のうち少なくとも一方が、０．１００～１．０００質量％のＡｌを含有する［１］～［３］のいずれか１項に記載の溶接継手。
［５］
　［１］～［３］のいずれか１項に記載の溶接継手を有する自動車部品。
　本開示によれば、板厚が薄く、かつ少なくとも一方が引張強度７８０ＭＰａ以上の一対の鋼母材が溶接されていても、疲労強度に優れた溶接継手、及び、それを備える自動車部品を提供できる。
本開示の溶接継手の一例を示す断面図である。 本開示の溶接継手の一例を示す平面図である。 本開示の溶接継手の溶接金属一例を示す平面図の写真である。 本開示の溶接継手の溶接金属における、山部と谷部とを合わせた数、隣り合う山部と谷部との距離の測定方法を説明するための模式図である。 本開示の溶接継手の溶接金属における、山部と谷部とを合わせた数、隣り合う山部と谷部との距離の測定方法を説明するための模式図である。 本開示の溶接継手の溶接金属の一例であって、ウィービング溶接したときの溶接金属の断面を化学エッチングした後の光学顕微鏡写真である。ただし、図６Ａは山部の断面図を示す。 本開示の溶接継手の溶接金属の一例であって、ウィービング溶接したときの溶接金属の断面を化学エッチングした後の光学顕微鏡写真である。ただし、図６Ｂは溶接金属の谷部の断面図を示す。 本開示の溶接継手の溶接金属における、「うねりの数、および山部と谷部との距離」の算出方法を説明するための模式図である。 本開示の溶接継手の製造方法の一例における「ウィービング振幅」を説明するための模式図である。
　以下、本開示について説明する。
　なお、本明細書において、「～」を用いて表される数値範囲は、「～」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
　段階的に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。
　数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
　「工程」との語は、独立した工程だけでなく、他の工程と明確に区別できない場合であっても工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
　「好ましい態様の組み合わせ」は、より好ましい態様である。
　ここで、「山部」とは、溶接金属を平面視したとき、止端部（具体的には溶融境界）が溶接金属側から母材側にせり出した領域を示す。そして、「山部の頂点」とは、当該領域の最も母材側にせり出した極点を示す。つまり、「山部の頂点」とは、溶接金属側から母材側にせり出した止端部（具体的には溶融境界）から、溶接線までの最短長さが最も長くなる点を示す。
　「谷部」は、溶接金属を平面視したとき、止端部（具体的には溶融境界）が溶接金属側に寄った領域を示す。そして、「谷部の底点」とは、当該領域の最も溶接金属側に寄った極点を示す。つまり、「谷部の底点」とは、溶接金属側に寄った止端部（具体的には溶融境界）から、溶接線までの最短長さが最も短くなる点を示す。
　「溶接金属を平面視する」とは、観察する溶接金属の止端部における山部がせり出した側の鋼母材の板厚方向から溶接金属を観察すること示す。
　本開示の溶接継手は、
　板厚０．４～４．０ｍｍであり、かつ少なくとも一方が引張強度７８０ＭＰａ以上の一対の鋼母材と、
　前記一対の鋼母材を溶接する溶接金属であって、溶接金属を平面視したとき、溶接金属の止端部が山部と谷部とを有し、隣り合う山部の頂点と谷部の底点との溶接線方向と直交方向での平均距離が３．０ｍｍ以下であり、隣り合う山部の頂点と谷部の底点との溶接線方向と直交方向での距離が０．１ｍｍ～３．０ｍｍである山部と谷部とを合わせた平均の数が２～３０個／１５ｍｍである溶接金属と、
　を有する。
　本開示の溶接継手は、上記構成により、板厚が薄く、かつ少なくとも一方が引張強度７８０ＭＰａ以上の一対の鋼母材が溶接されていても、疲労強度に優れる。
　本開示の溶接継手は、次の知見により見出された。
　例えば、多関節ロボットによる自動溶接が行われることが多い自動車足回り部材の溶接では、溶接する鋼母材ごとに溶接ワイヤを交換するのは非効率的である。そのため、引張強度７８０ＭＰａ以上の高い強度の鋼母材を溶接したときの溶接金属は、アンダーマッチ（溶接金属強度が鋼母材強度より低い状態）となる場合がある。
　例えばウィービング溶接、ウェーブパルス溶接等の溶接をせずに溶接された溶接金属（溶接ビード）は、溶接金属の止端部のいずれの場所からでも疲労亀裂が発生し、すなわち、構造的な応力集中と局所的な応力集中又は強度などが組み合わさった最も疲労強度が低い位置から疲労亀裂が発生する。そのため、溶接金属の疲労強度が低下し易い。
　一方、例えばウィービング溶接、ウェーブパルス溶接等の溶接を行った場合、疲労亀裂は溶接金属の止端部が鋼母材側にせり出した領域（山部）から生じ、起点が限定される。溶接金属の谷部では、止端形状が急峻となり（図６Ｂ）、応力集中が大きいものの、周辺の溶接金属によって変形が拘束されるので、疲労亀裂起点とならないためである。さらに、山部では止端形状がなだらかとなり（図６Ａ）、応力集中が低減される。なお、図６中、３１は「溶接金属」を示し、１１は「鋼母材」を示す。
　そのため、疲労寿命に占める疲労亀裂発生寿命の割合が大きい、板厚が薄い鋼母材を溶接したときの、蛇行した溶接金属の止端部における山部と谷部との数および距離を適正にすると、疲労亀裂の起点を山部に限定でき、さらに起点の応力集中を低減することができる。それにより、溶接金属の疲労亀裂発生寿命が延び、疲労強度が向上する。
　以上の知見により、本開示の溶接継手は、板厚が薄く、かつ少なくとも一方が引張強度７８０ＭＰａ以上の一対の鋼母材が溶接されていても、疲労強度に優れることが見出された。
　また、板厚が薄い鋼母材を、例えばウィービング溶接、ウェーブパルス溶接等の溶接をすると、溶接金属が引けて、のど厚が減少することがある。
　特に、溶接金属の「のど厚」が減少すると、外部から応力が負荷された場合、溶接金属に生じる応力が増加し易い。引張強度７８０ＭＰａ未満の鋼母材では、溶接金属は鋼母材よりも強度が高い（オーバーマッチ）ことが多いため、疲労強度に影響し難いが、引張強度７８０ＭＰａ以上の鋼母材では、溶接金属は鋼母材よりも強度が低い（アンダーマッチ）ことが多く、疲労強度の低下を招くことがある。
　そこで、開示者らは検討したところ、適正な量（例えば、０．１００～１．０００質量％）のＡｌを含む鋼母材を、例えばウィービング溶接、ウェーブパルス溶接等の溶接をすると、溶接金属の「のど厚」の減少が抑えられ、のど厚が確保できることを実験的に知見した。
　この原因は、溶接するとき、鋼母材から溶け出したＡｌが溶融した金属の粘度を上昇させるためと推測される。
　そして、溶接金属の「のど厚」の減少を抑えると、溶接金属に作用する応力が抑えられる。その結果、さらに、溶接金属の疲労強度が向上する。
　そのため、本開示の溶接継手において、一対の鋼母材のうち少なくとも一方は、０．１００～１．０００質量％のＡｌを含有することがよい。
　以下、本開示の溶接継手について、詳細に説明する。
＜溶接継手＞
　以下、本開示の溶接継手について、図面を参照しつつ、詳細に説明する。
　図１～図２に示すように、本開示の溶接継手１０は、例えば、互いに重ね合わされた一対の鋼母材（図１中、１は下側の第１鋼母材、２は上側の第２鋼母材を示す）と、第１鋼母材１の表面１ａと第２鋼母材２の端面２ａとで形成される隅４に沿って延在する溶接金属（溶接ビード）３と、を備える重ね隅肉溶接継手が例示できる。
　ここで、図１～図２中、溶接継手１０は、第１鋼母材１の表面１ａ（板厚方向に対向する面）と第２鋼母材２の端面２ａ（例えば鋼母材が平板である場合、板厚方向と直交方向に対向する面）とで形成される隅４に沿って、溶接金属３が延在する重ね隅肉溶接継手の態様を示しているが、この態様に限られるものではない。具体的には、次の態様が挙げられる。
　１）第１鋼母材１と第２鋼母材２とをＬ字又はＴ字に配置し、第１鋼母材１と第２鋼母材２との互いの表面（板厚方向に対向する面）で形成される隅４に沿って、溶接金属３が延在する隅肉溶接継手の態様。
　２）第１鋼母材１と第２鋼母材２との端面（例えば鋼母材が平板である場合、板厚方向と直交方向に対向した面）を突き合わせて配置され、突き合わせ部に沿って、溶接金属３が延在する突合せ溶接継手の態様。
　３）その他、開先継手、へり溶接継手等の周知の溶接した溶接継手の態様。
　なお、図１は、溶接継手１０を、溶接金属３の溶接線Ｗ（図２参照）に直交する断面でみた図である。また、図１及び図２に示すように、溶接線Ｗに平行な方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向に直交し且つ第１鋼母材１の表面１ａに平行な方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に直交し且つ第１鋼母材１の板厚方向に平行な方向をＹ軸方向とする。
＜溶接金属＞
［溶接金属の止端部形状］
　本開示の溶接金属３を平面視したとき、溶接金属３の止端部が溶接線方向（溶接金属すなわち溶接ビードの長手方向）に山部と谷部とを有する（図３参照）。図３中、Ｂは「谷部の底点」を示し、Ｔは「山部の頂点」を示す。
　本開示の溶接金属は、隣り合う山部の頂点と谷部の底点との溶接線方向と直交方向での平均距離（以下、「山部と谷部との距離」とも称する）が３．０ｍｍ以下である。溶接線方向と直交方向の山部と谷部の平均距離が３．０ｍｍを超えると、溶接金属３の形状が局所的に乱れ易く、疲労強度の低下を招く。溶接金属３の形状の局所的な乱れは、特に、ウィービング溶接によって溶接を行う場合に生じやすくなる。
　よって、溶接線と直交方向の山部と谷部の平均距離は、３．０ｍｍ以下とする。
　疲労強度向上の観点から、山部と谷部の平均距離は、２．８ｍｍ以下が好ましく、２．５ｍｍ以下がより好ましく、２．０ｍｍ以下がさらに好ましい。
　隣り合う山部の頂点と谷部の底点との溶接線方向と直交方向での距離が０．１ｍｍ～３．０ｍｍである山部と谷部の合計の数（以下、「うねりの数」とも称する）が、２～３０個／１５ｍｍである（図４参照）。うねりの数は、溶接線方向に１５ｍｍの範囲内に存在する、山部の頂点と谷部の底点の合計の数である。なお、図４中、Ｂは「谷部の底点」を示し、Ｔは「山部の頂点」を示す。Ｗ１は「溶接線方向」を示し、３１は「溶接金属」を示し、１１は「鋼母材」を示す。Ａ１～Ａ４については後述する。
　隣り合う山部と谷部との距離が０．１ｍｍ未満だと、山部による疲労強度向上効果が小さくなるため、隣り合う山部と谷部との距離が０．１ｍｍ未満の山部および谷部は数えない。具体的には、任意の山部の頂点（又は谷部の底点）が、両隣に存在する２つの谷部（又は２つの山部）のうち一方の谷部の底点（又は山部の頂点）との溶接線方向と直交方向での距離が０．１ｍｍ未満の場合、前記任意の山部の頂点（又は谷部の底点）は、うねりの数として数えない。
　つまり、うねりの数、および山部と谷部との距離は、距離が０．１ｍｍ未満の隣り合う山部と谷部を飛ばして、測定する（図５参照）。なお、図５中の符号の意味は図４と同一である。
　また、任意の山部の頂点（又は谷部の底点）が、両隣に存在する２つの谷部（又は２つの山部）の両方の谷部の底点（又は山部の頂点）との溶接線方向と直交方向での距離が０．１ｍｍ未満又は３．０ｍｍ超過であれば、前記任意の山部の頂点（又は谷部の底点）は、前記うねりの数として数えない。一方、任意の山部の頂点（又は谷部の底点）が、両隣に存在する２つの谷部（又は２つの山部）のうち少なくとも一方の谷部の底点（又は山部の頂点）との溶接線方向と直交方向での距離が０．１ｍｍ～３．０ｍｍの範囲内であれば、前記任意の山部の頂点（又は谷部の底点）は、前記うねりの数として数える。
　ここで、図４中、Ａ１～Ａ４のすべてが０．１ｍｍ～３．０ｍｍの範囲内の場合、溶接金属の「うねりの数」は、５個／１５ｍｍである。また、Ａ１、Ａ３及びＡ４が０．１ｍｍ～３．０ｍｍの範囲内であり、かつＡ２が３．０ｍｍ超過の場合も、溶接金属の「うねりの数」は、５個／１５ｍｍである。そして、Ａ１及びＡ４が０．１ｍｍ～３．０ｍｍの範囲内であり、かつＡ２及びＡ３が３．０ｍｍ超過の場合は、溶接金属の「うねりの数」は、４個／１５ｍｍである。
　なお、図４～図５中、隣り合う山部の頂点と谷部の底点との溶接線方向と直交方向での距離「Ａ１～Ａ４」及び「Ａ」は、山部と谷部とのＸ軸方向距離（つまり、図１中のＸ方向に相当する溶接線方向と直交方向に沿った距離）を示す。
　そして、うねりの数、および山部と谷部との距離は、上記基準で、始終端の各々５ｍｍを除いた溶接金属３の任意の範囲（最低、溶接線方向に、長さ１５ｍｍ以上の範囲）を測定し、その平均値とする。
　うねりの数が２個／１５ｍｍ未満では、疲労亀裂の発生起点を山部に局所化する働きを失う。
　うねりの数が３０個／１５ｍｍ超えでは、疲労亀裂の発生起点となる山部の数が多すぎて、疲労亀裂の発生起点を山部に局所化する利点が失われる。
　よって、うねりの数は、上記範囲とする。疲労強度向上の観点から、うねりの数は、２～２８個／１５ｍｍが好ましく、３～１５個／１５ｍｍがより好ましい。
　うねりの数は、４～９個／１５ｍｍであることが更に好ましく、うねりの数を当該範囲内とすることで、疲労強度がさらに向上する。その理由としては、下記の通りと推測される。
　うねりの数を４～９個／１５ｍｍとすることで、溶接金属の谷部の構造に由来する、疲労亀裂の発生が抑制される領域が、山部の頂点に近い範囲まで及びやすくなる。そのため、より疲労亀裂の起点が、止端形状がなだらかな山部の頂点に近づく。それにより、溶接金属の疲労亀裂発生寿命がより延び、疲労強度がより向上すると推測される。
　ここで、溶接金属３の溶接線が湾曲している場合における、「うねりの数、および山部と谷部との距離」の算出方法について図７を基に説明する。
　先ず、溶接金属３上に溶接線Ｗを描き、測定対象とする溶接金属３の止端部を上に向ける。始終端の各々５ｍｍを除いた溶接金属３の任意の範囲（最低、溶接線方向に、長さ１５ｍｍ以上の範囲）において、うねりの数、および山部と谷部との距離を測定する箇所の溶接線の長さＷｒを測定する。ここで、溶接線の長さＷｒの測定は、溶接線に直接、長さを測定する装置によって測定してもよいし、溶接金属３を平面視した状態の画像から、任意の曲線ｆ（ｘ）のｘ範囲［０，ａ］の曲線の長さｘｉとして、以下の式１を用いて算出しても良い。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　続いて、存在する山部及び谷部のすべてにおいて、左側から右側にかけて１から始まる整数で番号付けをする。そして、番号付けされた山部及び谷部のすべてにおいて、山部の頂点から溶接線までの最短長さＴ２、Ｔ４、及びＴ６（以下、「山部の頂点から溶接線までの最短長さ」を単に「山部最短長さ」ともいう。）、及び谷部の底点から溶接線までの最短長さＴ１、Ｔ３、Ｔ５、及びＴ７（以下、単に「谷部の底点から溶接線までの最短長さ」を「谷部最短長さ」ともいう。）を測定する。また、溶接線における、山部の頂点から溶接線までの最短長さとなる線と溶接線との交点、及び谷部の底点から溶接線までの最短長さとなる線と溶接線との交点をプロットする。そして、各プロット間の距離Ｗｒ１～Ｗｒ６を測定する。
　続いて、任意の記録媒体（例えば、紙）に、溶接線の長さＷｒと同一の長さの直線を書く（以下、当該直線を「模擬溶接線」ともいう）。模擬溶接線の上部、かつ模擬溶接線と直交方向において、模擬溶接線から谷部最短長さＴ１と同一の位置に点「Ｐ１」を書く。そして、点「Ｐ１」を谷部の底点とする。次に、前記「Ｐ１」の右側、かつ模擬溶接線の上部、かつ模擬溶接線と直交方向において、模擬溶接線から山部最短長さＴ２と同一の位置に点「Ｐ２」を書く。そして、点「Ｐ２」を山部の頂点とする。このとき、模擬溶接線に沿った、点「Ｐ１」及び「Ｐ２」間の距離を、前記距離Ｗｒ１と同一の距離とする。以下、「Ｐ２」と同様の手順で、「Ｐ３」以降についても記載を行う。なお、番号付けされた山部及び谷部のすべてにおいて、本作業を行う。
　そして、隣り合う山部の頂点と谷部の底点との模擬溶接線方向と直交方向での距離を、「隣り合う山部の頂点と谷部の底点との溶接線方向と直交方向での距離Ａ」とする。
　溶接金属３を挟む両側の止端部の内、少なくとも一方の止端部が、溶接金属を平面視したとき、山部と谷部との距離が３．０ｍｍ以下であり、うねりの数が２～３０個／１５ｍｍを満たせばよい。
　溶接金属３を挟む両側の止端部の内、少なくとも、止端部の疲労亀裂の発生がより懸念される側の鋼母材上にある止端部が、山部と谷部との距離が３．０ｍｍ以下であり、うねりの数が２～３０個／１５ｍｍを満たすことが好ましい。
　止端部の疲労亀裂の発生が懸念される側は、まず部材の構造的に応力が集中し易い側があれば、そちら側の止端部から疲労亀裂が発生し易い。
　継手部のみの特徴としては、止端部の疲労亀裂は、例えば、止端部の形状が急峻である場合、止端部近傍に溶接欠陥（例えば、アンダカット等）がある場合、止端部近傍にスパッタの付着がある場合等に発生しやすい。
　また、溶接継手の種類ごとの疲労亀裂が発生し易い側の止端部の特徴を挙げると下記の通りである。
　重ね隅肉溶接の場合、下側鋼母材１の上にある「溶接金属３の止端部のうねり」が、疲労強度に影響する場合が多い。そのため、本開示では、下側鋼母材１の上にある「溶接金属３の止端部」のうねりの数、および山部と谷部との距離が上記範囲内であればよい。
　Ｔ字継手の場合、疲労亀裂の発生が懸念される側の鋼母材の上にある「溶接金属３の止端部」のうねりの数、および山部と谷部との距離が上記範囲内であればよい。具体的には、例えば、主板側（応力伝達側）の鋼母材の上にある「溶接金属３の止端部」、溶接脚長が短い側の鋼母材の上にある「溶接金属３の止端部」、のど厚が小さい側の鋼母材の上にある「溶接金属３の止端部」、鋼母材の板厚が異なる場合は板厚が薄い側の鋼母材の上にある「溶接金属３の止端部」から疲労亀裂が発生し易いため、これらの側のうねりの数、および山部と谷部との距離が上記範囲内であればよい。
　突合せ溶接の場合、例えば、鋼母材の板厚が異なる場合は板厚が薄い側の鋼母材の上にある「溶接金属３の止端部」から疲労亀裂が発生し易いため、これらの側のうねりの数、および山部と谷部との距離が上記範囲内であればよい。
［溶接金属３の化学組成］
　溶接金属３の化学組成は、特に制限はないが、質量％で
　Ｃ　：０．０１～０．５０％
　Ｓｉ：０．００５～２．０００％
　Ｍｎ：０．０１～３．００％
　Ｐ　：０．１００％以下
　Ｓ　：０．０５００％以下
　を含む鋼で構成された化学組成が例示できる。
　具体的には、例えば、溶接金属３は、Ｃ　：０．０１～０．５０％、Ｓｉ：０．００５～２．０００％、Ｍｎ：０．０１～３．００％、Ｐ　：０．１００％以下、およびＳ　：０．０５００％以下と、必要に応じて任意元素と、を含み、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成が例示できる。
　なお、溶接金属３の化学組成は、溶接金属３の表面および溶融境界から、各々、５００μｍ以上離れた溶接金属３の内部の化学組成である。
－Ｃ：０．０１～０．５０％－
　Ｃは、溶接金属３の強度を確保する元素であり、少ないと溶接金属３の強度が担保できなくなることがある。そのため、Ｃ量は、０．０１％以上が好ましい。一方、Ｃが過度に含有すると水素脆化割れが生じることがある。そのため、Ｃ量は０．５０％以下が好ましい。
－Ｓｉ：０．００５～２．０００％－
　Ｓｉは、溶接金属３の強度調整、脱酸材として機能する元素である。加えて、そのため、Ｓｉ量を極めて低下させた場合、精錬のコストアップを招く。Ｓｉ量は、０．００５％以上が好ましい。一方、Ｓｉを過度に含有すると溶接性が悪化し、目的とする溶接金属３の止端部形状が得られ難くなる。そのため、Ｓｉ量は、２．０００％以下が好ましい。
－Ｍｎ：０．０１～３．００％－
　Ｍｎは、溶接金属３の焼入れ性を増加させる元素である。そのため、Ｍｎ量は、０．０１％以上が好ましい。Ｍｎ量が多いと靭性が低下する。そのため、Ｍｎ量は、３．００％以下が好ましい。
－Ｐ：０．１００％以下－
　Ｐは、溶接金属３を強化する働きを有するが、溶接金属３の靱性を著しく劣化させる。そのため、Ｐ量は、０．１００％以下が好ましい。一方、Ｐ量は０％でもよいが、鋼母材の原料などから混入するＰを完全に除去することは経済的に不利である。そのため、Ｐ量は０．００１％以上が好ましい。
－Ｓ：０．０５００％以下－
　Ｓは、Ｐと同様に溶接金属３の靱性を劣化させる元素であり、多量に含まれると溶接金属３の凝固割れの原因となる。そのため、Ｓ量は、０．０５００％以下が好ましい、一方、鋼母材の原料などから混入するＳを完全に除去することは経済的に不利である。そのため、Ｓ量は、０．０００１％以上が好ましい。
　溶接金属３の化学組成は、任意元素として、溶接金属３の疲労強度に影響を与えない範囲で、質量％で、
Ｔｉ：０～０．５％、
Ｃｒ：０～２．０％、
Ｍｏ：０～１．０％、
Ｎｉ：０～５．０％、
Ｂ　：０～０．０１％、
Ｎ　：０～０．０１％、
Ａｌ：０～１．０％
を１種以上を含んでもよい。
　なお、溶接金属３が凝固する前、溶接金属３に含まれるＡｌは、酸化して、溶接スラグ浮上する場合がある。そのため、鋼母材中のＡｌが、凝固前の溶接金属３に入ったとしても、凝固後の溶接金属３に、残るＡｌは少なくなる。
＜鋼母材＞
　一対の鋼母材は、少なくとも一方が引張強度７８０ＭＰａ以上の鋼母材である。高引張強度を有する鋼母材は、特に軽量化及び衝突安全性の向上が強く要請される自動車用の溶接継手１０の鋼母材として好適である。この観点から、一対の鋼母材は、双方が、引張強度７８０ＭＰａ以上の鋼母材であることがよい。
　なお、引張強度は、ＪＩＳ　Ｚ２２４１（２０１１）に準じて測定される。
　以下、鋼母材の化学組成について説明するが、各元素の含有量は、鋼母材の全質量に対する各元素の含有量を示す。
　一対の鋼母材のうち少なくとも一方は、上述のように、溶接金属３の疲労強度向上の観点から、０．１００～１．０００質量％のＡｌを含有することが好ましい。
　一対の鋼母材のうち少なくとも一方は、０．１００％以上のＡｌを含有した一対の鋼母材を溶接すると、溶融した金属の粘度が大きくなり、例えばウィービング溶接、ウェーブパルス溶接等の溶接を行った際にのど厚の減少を伴うことなく、また、山部の応力集中が大きく低減される。それにより、溶接金属３の疲労強度が大幅に向上する。
　一方、１．０００％以下のＡｌを含有した一対の鋼母材を溶接すると、溶接金属３の靭性確保の点から好ましい。
　Ａｌ量は、好ましくは０．１００～０．５００質量％であり、より好ましくは０．２００～０．５００質量％である。
　なお、疲労強度向上の観点から、一対の鋼母材の双方が、０．１００～１．０００質量％のＡｌを含有することが好ましい。
　ここで、Ａｌによって、溶融した金属の粘度を大きくし、「のど厚の減少」を抑えるには、溶接ワイヤにＡｌを含有させることも考えられる。しかし、溶接ワイヤに上記範囲でＡｌを含有させると、溶接中に、酸化消耗し易く、鋼母材に添加する場合よりも溶接金属に含有されるＡｌ量が少なくなる。そのため、上記量のＡｌを鋼母材に含有させることが望ましい。
　一対の鋼母材の化学組成は、溶接金属３の「のど厚」の減少抑制、および引張強度７８０ＭＰａ以上の機械的特性を得る化学組成が好ましい。
　一対の鋼母材の化学組成の一例としては、質量％で
　Ｃ　：０．００２～０．４００％
　Ｓｉ：０．００２～２．０００％
　Ｍｎ：０．１～３．０％
　Ｐ　：０．１％以下
　Ｓ　：０．０５％以下
　Ａｌ：０．１００～０．５００％、
　Ｔｉ：０～０．５％、
　Ｎ：０～０．０１％、
　Ｃｒ：０～２．０％、
　Ｍｏ：０～１．０％、
　Ｎｉ：０～５．０％、
　残部：Ｆｅ及び不純物からなる化学組成が挙げられる。
　一対の鋼母材の板厚は、０．４～４．０ｍｍである。
　一対の鋼母材の板厚が０．４ｍｍ未満では、安定した溶接が実施できず、疲労強度が低下する。
　一対の鋼母材の板厚が４．０ｍｍ超えでは、溶接残留応力が疲労強度に対して支配的となり、溶接金属３の山部による疲労強度向上効果の影響が小さくなってしまう。
　好ましい一対の鋼母材の板厚は、０．８～３．２ｍｍである。
　一対の鋼母材の板厚は、溶接金属を平面視した場合における、溶接継手の止端部が有する任意の山部の頂点から母材側に向けて溶接線方向と直交方向に３ｍｍ離れた位置において測定される値である。板厚の測定は、板厚を厚み方向で挟み込む接触式変位計を用いて行う。
＜ビッカース硬さ＞
　鋼母材のビッカース硬さに対する、溶接金属のビッカース硬さの比が０．７５以上０．９５以下であることが好ましい。
　ビッカース硬さの比が前記範囲内であることは、鋼母材と比較して溶接金属の硬度が低いことを示す。つまり、ビッカース硬さの比が前記範囲内である溶接継手の製造において溶接する際に、鋼母材と比較して硬度が低い溶接ワイヤで溶接金属を形成している。硬度が低い溶接ワイヤは原価が低いため、製造コストを抑えつつ、溶接継手が得られやすくなる。そのため、前記ビッカース硬さの比が前記範囲内であり、かつ、溶接金属のうねりの数、および山部と谷部との距離を上記範囲とすることで、製造コストを抑えつつ、疲労強度に優れた溶接継手が得られやすくなる。
　なお、一対の鋼母材のビッカース硬さがそれぞれ異なる場合、少なくとも一対の鋼母材の内、一方の鋼母材のビッカース硬さに対する、溶接金属のビッカース硬さの比が前記範囲内であることが好ましく、一対の鋼母材の内、両方の鋼母材のビッカース硬さに対する、溶接金属のビッカース硬さの比が前記範囲内であることがより好ましい。
　鋼母材のビッカース硬さに対する、溶接金属のビッカース硬さの比の測定は、下記の手順で算出する。
　溶接金属のビッカース硬さの測定は、溶接継手のうち図１に示すようにＸ軸とＹ軸とで形成される面において測定する。溶接金属表面（図１に記載されている溶接金属３の実線部分）から０．２ｍｍ以上離れた位置で、かつ溶融境界（図１に記載されている溶接金属３の点線部分）からも０．２ｍｍ以上離れた位置で５点以上ビッカース硬さを測定し、得られる測定値の算術平均値を溶接金属のビッカース硬さとする。
　続いて、溶接継手の止端部が有する任意の山部の頂点から母材側に向けて溶接線方向と直交方向に５ｍｍ以上離れた位置において、鋼母材の厚さ方向に鋼母材を切断することで断面試料を採取する。鋼母材のビッカース硬さは断面試料のうち、切断面において測定する。鋼母材の鋼板表面から深さ０．１ｍｍ以上、かつ板厚の４０%以下の範囲において、ビッカース硬さの測定を５点以上行う。得られる測定値の算術平均値を鋼母材のビッカース硬さとする。
　溶接金属のビッカース硬さを鋼母材のビッカース硬さで除する（つまり、「溶接金属のビッカース硬さ」／「鋼母材のビッカース硬さ」）ことで、鋼母材のビッカース硬さに対する、溶接金属のビッカース硬さの比を算出する。
　ここで、「ビッカース硬さ」は、ＪＩＳ　Ｚ　２２４４（２００９年）に準拠して測定する。測定条件は、圧子の押込み荷重１００ｇｆ以上、圧子＝対面角１３６°のビッカース四角錐ダイヤモンド圧子、押込み時間＝１０ｓ以上とする。
＜溶接継手の製造方法＞
　本開示の溶接継手の製造方法の一例は、下記条件を満たすウィービングアーク溶接による溶接継手の製造方法が挙げられる。
　（１）溶接速度：４０～１１０ｃｍ／ｍｉｎ
　（２）ウィービング周波数：０．２～２０Ｈｚ
　（３）ウィービング振幅：０．６～２０ｍｍ
　（４）シールドガスの組成（体積％）：ＣＯ２濃度２０％以下又はＯ２濃度８％以下、残部：Ａｒ
　（５）溶接電流：１５０～２５０Ａ
　まず、本開示の溶接継手の製造方法において、溶接ワイヤは、溶接金属３の止端部形状を満たすワイヤであれば、特に制限はない。
　溶接ワイヤの化学組成の一例としては、質量％で
　Ｃ　：０．００２～０．４００％
　Ｓｉ：０．００２～２．０００％
　Ｍｎ：０．１～３．０％
　Ｐ　：０．１％以下
　Ｓ　：０．０５％以下
　Ａｌ：０．１～１．０％、
　Ｔｉ：０～０．５％、
　Ｎ　：０～０．０１％、
　Ｃｒ：０～２．０％、
　Ｍｏ：０～１．０％、
　Ｎｉ：０～５．０％、
　Ｃｕ：０～１．０％、
　残部：Ｆｅ及び不純物からなる化学組成が挙げられる。
　溶接速度を１１０ｃｍ／ｍｉｎ以下とすることで、溶接金属３の止端部形状の乱れの発生が抑制され、目的とする止端部形状が得られやすくなり、溶接金属３の疲労強度が向上する。一方、溶接速度を４０ｃｍ／ｍｉｎ以上とすることで、溶接作業効率が向上する。
　そのため、溶接速度は、４０～１１０ｃｍ／ｍｉｎが好ましい。
　ウィービング周波数を０．２～２０Ｈｚとすることで、「うねりの数」が２～３０個／１５ｍｍの範囲内となりやすい。
　なお、「うねりの数」が２～３０個／１５ｍｍの範囲内とするには、溶接速度を速める場合、ウィービング周波数を上げることが好ましい。一方、溶接速度を遅くする場合、ウィービング周波数を下げることが好ましい。
　そのため、ウィービング周波数は、０．２～２０Ｈｚが好ましい。
　ウィービング振幅を０．６～２０ｍｍとすることで、「山部と谷部との距離」が３．０ｍｍ以下となりやすい。
　そのため、ウィービング振幅は、０．６～２０ｍｍが好ましい。
　ここで、「ウィービング振幅」について、図８に基づいて説明する。溶接トーチをウィービングさせる時における、溶接トーチの動きＭの振幅Ｗａの２倍の値をいう。つまり、ウィービング振幅は、図８中、Ｗｂで示される。なお、図８中、Ｄは溶接方向を示す。
　シールドガスの組成において、ＣＯ２濃度やＯ２濃度が低い場合には、スパッタ量が低下し、溶接金属３の表面の乱れが抑制され、疲労亀裂の起点が山部に限定されやすくなる。
　そのため、シールドガスの組成（体積％）は、ＣＯ２濃度２０％以下又はＯ２濃度８％以下、残部：Ａｒとすることが好ましい。
　溶接電流を１５０Ａ以上とすることで、溶接の乱れが抑制され、安定な溶接金属３の形状（溶接ビード形状）となる。一方、溶接電流を２５０Ａ以下とすることで、溶け落ちなどの問題の発生が抑制されやすくなる。
　そのため、１５０～２５０Ａとすることが好ましい。
＜自動車部品＞
　本開示の自動車部品は、本開示の溶接継手を備える。
　例えば、本開示の自動車部品は、図１～図２に示す溶接継手を備える。
　具体的には、本開示の自動車部品は、車体の骨格部品、パネル部品、足回り部品が例示され、具体的には、高い強度を必要とするサスペンションアーム、サスペンションフレーム、シャシーフレーム等が好適に挙げられる。
　以下、実施例により本開示をさらに詳細に説明するが、本開示はこれら実施例に限定されない。
（実施例）
　一対の鋼母材として、表１に示す、化学組成、板厚および引張強度を有する鋼板を用いて、表３及び表４に示す溶接条件で、重ね隅肉溶接を行った。
　ただし、シールドガスの組成は、Ａｒ＋２０％ＣＯ２とした。
　また、溶接ワイヤは、ＪＩＳ　Ｚ　３３１２（２００９）のＹＧＷ１６相当のワイヤ（表２参照）を用いた。
　溶接した試験体の溶接金属の止端部のうち、下側鋼板上にある溶接金属の止端部のみについて、１）うねりの数（山部と谷部とを合わせた数）、２）山部と谷部との距離（隣り合う山部の頂点と谷部の底点との距離）を既述の方法で調べた。始終端、各々、５ｍｍずつをのぞき、溶接金属（溶接ビード）全長の中央付近の１５ｍｍを調べた。
　溶接した試験体における、鋼母材のビッカース硬さ及び溶接金属のビッカース硬さを既述の方法に従って測定し、鋼母材のビッカース硬さに対する、溶接金属のビッカース硬さの比を算出した。
　溶接した試験体から、平面曲げ疲労試験片を作製し，応力比Ｒ＝－１の両振り載荷で平面曲げ疲労試験を実施した。
　疲労限は１，０００万回未破断となった最大の応力振幅とした。
　曲げ応力は、試験片の最小断面（幅２０ｍｍ、板厚２．９ｍｍ）における応力集中を考慮しない表面における最大曲げ応力を基準とした。
　得られた結果を表３及び表４に示す。
　なお、表３及び表４中の「疲労限向上率」は以下の通り算出した。
　ウィービング有りの条件で溶接した試験体の疲労限を、ウィービング無しとした以外は同溶接条件で溶接した試験体の疲労限で除した値を疲労限向上率と定義した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　上記結果から、試験例２～３、５、７、１０～１２、１６は、試験例１、４、６、８、９、１３～１５に比べ、疲労限２００ＭＰａ以上という疲労強度が得られることがわかる。
　特に、Ａｌ量を適正な範囲で含む鋼母材を適用した試験例２～３、７、１０～１２は、優れた疲労強度が得られることがわかる。
　以下、主要な符号の説明について記載する。
１、２　鋼母材
３　溶接金属
　２０１９年１０月４日に出願された日本国特許出願第２０１９－１８４０２５号の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。
　本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び、技術規格は、個々の文献、特許出願、及び、技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

Claims (5)

  1. 　板厚０．４～４．０ｍｍであり、かつ少なくとも一方が引張強度７８０ＭＰａ以上の一対の鋼母材と、
    　前記一対の鋼母材を溶接する溶接金属であって、溶接金属を平面視したとき、溶接金属の止端部が山部と谷部とを有し、隣り合う前記山部の頂点と前記谷部の底点との溶接線方向と直交方向での平均距離が３．０ｍｍ以下であり、隣り合う前記山部の頂点と前記谷部の底点との溶接線方向と直交方向での距離が０．１ｍｍ～３．０ｍｍである前記山部と前記谷部とを合わせた平均の数が２～３０個／１５ｍｍである溶接金属と、
    　を有する溶接継手。
  2. 　隣り合う前記山部の頂点と前記谷部の底点との溶接線方向と直交方向での距離が０．１ｍｍ～３．０ｍｍである前記山部と前記谷部とを合わせた平均の数が４～９個／１５ｍｍである請求項１に記載の溶接継手。
  3. 　前記鋼母材のビッカース硬さに対する、前記溶接金属のビッカース硬さの比が０．７５以上０．９５以下である請求項１又は請求項２に記載の溶接継手。
  4. 　前記一対の鋼母材のうち少なくとも一方が、０．１００～１．０００質量％のＡｌを含有する請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の溶接継手。
  5. 　請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の溶接継手を有する自動車部品。
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