JP5000578B2 - Laser welding method for thin steel sheets - Google Patents
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Description
この発明は、板厚0.5〜3.2mmの薄鋼板を複数重ね合わせ、この重ね合わせ方向からレーザ光を照射しつつ、レーザ光を重ね合わせた鋼板の端部に沿って移動させて、これら鋼板を互いに溶接する薄鋼板の重ねレーザ溶接方法に関する。なお、本発明は、主に、自動車、家庭用電化製品の構造物をレーザ溶接するものである。 In this invention, a plurality of thin steel sheets having a thickness of 0.5 to 3.2 mm are overlapped, and while irradiating laser light from this overlapping direction, the laser light is moved along the edge of the steel sheet, The present invention relates to a lap laser welding method for thin steel plates that weld these steel plates to each other. In addition, this invention mainly laser welds the structure of a motor vehicle and household appliances.
自動車の車体パネルに用いられる、薄鋼板から形成された、重ね継ぎ手を有する部材の典型的な例を図1に示す。フランジ部2および折り曲げ部3を有する断面が図1aに示すようにハット形状の構造部材1を、互いに対向させてそのフランジ部2を重ね合わせ、その重ね合わせ部をスポット溶接などで接合したフレーム部材や、図1b、cに示すように前記フランジ部2と鋼板4あるいはフランジ部間に鋼板4を介在させてそれらを重ね合わせ、それらを同様に接合したフレーム部材、さらには、図1dに示すように複数枚の構造部材1を同一方向に重ね合わせたフレーム部材が使用されている。特に、近年、地球環境問題のための自動車の燃費向上のために、これらの部材に高張力鋼板を多用して車体の軽量化が図られるようになってきた。
A typical example of a member having a lap joint formed from a thin steel plate used for a vehicle body panel is shown in FIG. As shown in FIG. 1a, the cross section having the
上記重ね合わせ部の接合に、レーザ溶接を採用した場合には、連続溶接により接合強度が高く、ビード幅が狭いために、従来用いられていたスポット溶接やアーク溶接に比べて接合部の設計自由度が大きく、フランジ部の幅を狭くし、構造部材を小型化、軽量化することが可能となるなどの利点がある。 When laser welding is used to join the above-mentioned overlapping parts, the joint strength is high by continuous welding and the bead width is narrow. Therefore, the design of the joints is free compared to spot welding and arc welding used in the past. There are advantages such that the degree is large, the width of the flange portion is narrowed, and the structural member can be reduced in size and weight.
しかしながら、高張力鋼板よりなる構造部材において、フランジ部の幅を狭くして部材を軽量化し、重ね合わせ部端部近傍を、レーザ溶接により下側の鋼板裏面まで溶融するように溶接しようとすると、凝固割れが問題になることが、特許文献1、2等に示されている。
However, in the structural member made of high-tensile steel plate, the width of the flange portion is reduced to reduce the weight of the member, and when trying to weld the vicinity of the overlapped portion end to the lower steel plate back surface by laser welding, It is shown in
すなわち、図2aに示すように、断面がハット形状の構造部材の両側フランジ部を相互に重ね合わせたフレーム部材のフランジ部に、重ね合せ方向、すなわち、フランジに交差する方向からレーザ光を照射して、下側の鋼板裏面まで溶融するように溶接するとともに、フランジの長手方向端部から溶接を開始する場合には、図2bに示すように、溶接始端部側が外側に広がるように変形し、割れが発生する。 That is, as shown in FIG. 2a, the laser beam is irradiated from the overlapping direction, that is, the direction intersecting the flange, to the flange portion of the frame member in which both side flange portions of the structural member having a hat-shaped cross section are overlapped with each other. When starting welding from the longitudinal direction end of the flange and welding so as to melt to the lower steel plate back surface, as shown in FIG. Cracking occurs.
また、図3のように、溶接開始点5をフランジの長手方向端部としないで、該端部から所定距離隔てた点を溶接開始点とした場合でも、溶接後に溶接部6の中央部分が膨出し、割れ7が発生する場合がある。なお、図において、8はレーザ溶接ヘッドである。
Further, as shown in FIG. 3, even when the
これは、重ね合わせた下側の鋼板の裏面まで溶融するようにレーザ光を照射して溶接する場合、レーザ光の照射により形成された溶融部が凝固するまで、溶融部より端部側のフランジ部位は、フランジ本体から切り離された状態になり、このとき、該部位の幅が小さいと、溶接部からの熱伝導により熱膨張して該部位が変形し、凝固途中の溶接ビードを引っ張り、凝固時に割れが発生するためと考えられる。 This is because when welding is performed by irradiating a laser beam so as to melt up to the back surface of the lower steel plate, the flange on the end side from the melted part is solidified until the melted part formed by the laser light irradiation is solidified. The part is separated from the flange body. At this time, if the width of the part is small, the part expands due to heat conduction from the welded portion and deforms, pulling the weld bead in the middle of solidification, and solidifying. This is probably because cracks sometimes occur.
このようなフランジ重ね合わせ部の端部近傍をレーザ溶接した時に生じる凝固割れの問題に対し、特許文献1では、凝固割れの発生は溶接金属のC成分とP+S成分に依存するとし、図4で示すように、C<0.05質量%、かつ、P+S<0.03質量%になるように、または、0.08質量%<C<0.7質量%、P+S<0.05質量%になるように、溶接部を形成して、凝固割れを防止する発明が記載されている。
In contrast to the problem of solidification cracking that occurs when laser welding is performed on the vicinity of the end of the flange overlap portion, in
また、特許文献2では、上記特許文献1で示された凝固割れが生じない成分範囲以外の場合は、溶接金属鋼板の重ね合せ部分の幅を8mm以内とし、かつ、前記鋼板の端から3.5mm以上離れた位置に溶接部を形成することにより、または、一方の鋼板が他方の鋼板より5mm以上突出するように重ね合わせ、その時の鋼板の重ね合せ部分の幅を8mm以内とし、かつ、前記他方の鋼板の端から1.5mm以上離れた位置に溶接部を形成することにより、凝固割れを防止する発明が記載されている。
Moreover, in
しかし、鋼板を重ねレーザ溶接する際、溶接金属の成分Cが、上記特許文献1に記載のように、C<0.05質量%、または、0.08質量%<Cの範囲である場合には、狭いフランジ幅でも溶接が可能であるが、溶接金属の成分Cが0.05≦C≦0.08質量%の場合に凝固割れを回避するためには、特許文献2に記載されているように、フランジの重ね合わせ部の構造や溶接部の形成位置に制約が生じる問題点があった。
However, when the steel plates are overlapped and laser-welded, the component C of the weld metal is C <0.05% by mass or 0.08% by mass <C as described in
ところが、高張力薄鋼板のレーザ溶接において、部材の軽量化のためにフランジ部の幅を短くし、さらに、重ね合わせ部端部近傍を、下側の鋼板裏面まで溶融するように溶接する場合で、溶接金属の成分Cが0.05≦C≦0.08質量%の場合に溶接凝固割れを回避するためには、フランジの重ね合わせ部の構造や溶接部の形成位置に制約を設けない溶接方法は、従来知られていなかった。 However, in laser welding of high-strength thin steel sheets, the width of the flange part is shortened to reduce the weight of the member, and further, the vicinity of the overlapped part end part is welded so as to be melted to the lower steel sheet back surface. In order to avoid weld solidification cracking when the component C of the weld metal is 0.05 ≦ C ≦ 0.08% by mass, welding that does not restrict the structure of the overlapping portion of the flange and the formation position of the welded portion The method has not been known so far.
そこで、本発明は、上記のごとき状況に鑑み、少なくとも1枚の鋼板は高張力鋼板よりなる複数の鋼板を重ね合わせ、この重ね合わせた下側の鋼板の裏面まで溶融するように重ね合わせ方向からレーザ光を照射しつつ、レーザ光を重ね合わせた鋼板の端部に沿って移動させて、重ね合わせた鋼板を互いに溶接する場合であって、溶接金属の成分Cが0.05≦C≦0.08質量%になるような場合において、フランジの重ね合わせ部の構造や溶接部の形成位置に多くの制約を設けなくても、上記のような凝固割れを生じることなく狭いフランジ幅での溶接を可能にして、部材の軽量化に資することができる薄鋼板の重ねレーザ溶接方法を提供することを課題とする。 Therefore, in view of the situation as described above, the present invention is such that at least one steel plate is superposed from a plurality of steel plates made of high-tensile steel plates and is melted up to the back surface of the superposed lower steel plate. While irradiating the laser beam, the laser beam is moved along the end of the superposed steel plate and the superposed steel plates are welded to each other, and the component C of the weld metal is 0.05 ≦ C ≦ 0. In the case of 0.08% by mass, welding with a narrow flange width without the occurrence of solidification cracks as described above, even without many restrictions on the structure of the overlapping part of the flange and the formation position of the welded part It is an object of the present invention to provide a method of laminating laser welding of thin steel sheets that can contribute to weight reduction of members.
上記の課題を解決するために、本発明は次のようにしたことを特徴とする。
(1) 板厚0.5〜3.2mmの薄鋼板を複数重ね合わせ、この重ね合わせた下側の鋼板の裏面まで溶融するように重ね合わせ方向からレーザ光を照射しつつ、レーザ光を重ね合わせた鋼板の端部に沿って移動させて溶接部を形成し、重ね合わせた鋼板を互いに溶接する、薄鋼板の重ねレーザ溶接方法において、前記複数の鋼板のうち少なくとも1枚の鋼板は引張強さが440MPa級以上の高張力鋼板であるとともに、前記溶接部の溶接金属が0.05≦C≦0.08質量%、4S+P<0.024質量%の関係を満たす溶接部を形成することを特徴とする、薄鋼板の重ねレーザ溶接方法。
(2) 前記重ね合わせた鋼板の溶接方向端部より離れた位置で、溶接を開始することを特徴とする、上記(1)に記載の薄鋼板の重ねレーザ溶接方法。
(3) 前記複数の鋼板のうちの少なくとも一枚の鋼板が、他の鋼板より、溶接方向に垂直な方向に突出するように重ね合わされており、前記重ね合わせられた鋼板の溶接方向端部より、溶接を開始することを特徴とする、上記(1)に記載の薄鋼板の重ねレーザ溶接方法。
(4) 前記複数の鋼板のうちの少なくとも1枚の鋼板は、溶接方向に平行ないし溶接方向に沿った鋼板端部のうちの少なくとも片側に折り曲げ部およびそれに続くフランジ部を有する構造部材であり、鋼板の重ね合せ部が、前記構造部材のフランジと他の鋼板を重ね合わせたものであることを特徴とする、上記(1)ないし(3)のいずれか1項に記載の薄鋼板の重ねレーザ溶接方法。
(5) 前記少なくとも1枚の鋼板が、溶接方向に平行ないし溶接方向に沿った鋼板端部の両側に折り曲げ部およびフランジ部を有する、断面がハット形状の構造部材であることを特徴とする、上記(4)に記載の薄鋼板の重ねレーザ溶接方法。
(6) 前記フランジ部の幅が8mm以内であることを特徴とする、上記(4)または(5)に記載の薄鋼板の重ねレーザ溶接方法。
In order to solve the above problems, the present invention is characterized as follows.
(1) Superimposing a plurality of thin steel plates with a thickness of 0.5 to 3.2 mm and superimposing the laser beams while irradiating the laser beams from the superposition direction so as to melt to the back surface of the superposed lower steel plate In the laminating laser welding method for thin steel plates, a welded portion is formed by moving along the ends of the combined steel plates, and the stacked steel plates are welded to each other. At least one of the plurality of steel plates has a tensile strength. Forming a welded portion satisfying the relationship of 0.05 ≦ C ≦ 0.08 mass% and 4S + P <0.024 mass%. A method for laminating thin steel sheets, characterized by laser welding.
(2) The method of lap laser welding of thin steel plates according to (1) above, wherein welding is started at a position away from the welding direction end of the superposed steel plates.
(3) At least one steel plate of the plurality of steel plates is overlapped so as to protrude in a direction perpendicular to the welding direction from the other steel plates, and from a welding direction end of the stacked steel plates. The method of lap laser welding of thin steel sheets according to (1) above, wherein welding is started.
(4) At least one steel plate among the plurality of steel plates is a structural member having a bent portion and a flange portion subsequent thereto on at least one side of the steel plate end portions parallel to the welding direction or along the welding direction, The superposition laser of thin steel plates according to any one of (1) to (3) above, wherein the steel plate superimposing portion is a superposition of the flange of the structural member and another steel plate. Welding method.
(5) The at least one steel plate is a structural member having a hat-shaped cross section having a bent portion and a flange portion on both sides of a steel plate end portion parallel to the welding direction or along the welding direction. The method of lap laser welding of thin steel sheets as described in (4) above.
(6) The method according to (4) or (5) above, wherein the flange portion has a width of 8 mm or less.
請求項1の発明によれば、少なくとも1枚の鋼板は高張力鋼板よりなる構造部材の重ねレーザ溶接において、重ね合わせた下側の鋼板裏面まで充分に溶け込みを行い、溶接金属の成分Cが0.05≦C≦0.08質量%になるような場合でも、溶接部に凝固割れを発生させずに重ね合わせた鋼板を互いにレーザ溶接することができるので、重ね合せ部の幅が狭くても強度の高い溶接部を形成することができ、構造部材を小型化、軽量化することが可能となる。 According to the first aspect of the present invention, at least one steel plate is sufficiently melted to the back surface of the superposed lower steel plate in the overlap laser welding of a structural member made of a high-strength steel plate, and the component C of the weld metal is 0. Even in the case of 0.05.ltoreq.C.ltoreq.0.08% by mass, the stacked steel sheets can be laser welded to each other without causing solidification cracks in the welded part. A welded portion having high strength can be formed, and the structural member can be reduced in size and weight.
請求項2、3の発明によれば、請求項1の発明のレーザ溶接方法を重ね継ぎ手の形状に応じた形態で実施することができる。 According to the second and third aspects of the invention, the laser welding method of the first aspect of the invention can be carried out in a form corresponding to the shape of the lap joint.
請求項4、5の発明によれば、請求項1〜3の発明のレーザ溶接方法を自動車のパネル部品の製造に適用することができる。 According to the fourth and fifth aspects of the invention, the laser welding method according to the first to third aspects of the invention can be applied to the manufacture of automobile panel parts.
請求項6の発明によれば、構造部材をさらに小型化、軽量化することが可能となる。
According to the invention of
以下、本発明の一実施の形態を、さらに図2〜10を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
本発明が対象とする鋼板の板厚は、0.5〜3.2mmとする。この板厚の下限0.5mmは、本発明が対象とする自動車、家庭用電化製品の構造物に使用される鋼板の板厚は0.5mm以上が殆どであることから規定した。また、板厚の上限3.2mmは、レーザ溶接機の溶接能力から規定した。なお、重ね合わせ部全体の厚みとしては、4.0mm以下が望ましい。 The plate thickness of the steel plate targeted by the present invention is 0.5 to 3.2 mm. The lower limit of 0.5 mm of the plate thickness is defined because the plate thickness of the steel plate used in the structure of automobiles and household appliances targeted by the present invention is almost 0.5 mm or more. Moreover, the upper limit of 3.2 mm of plate | board thickness was prescribed | regulated from the welding capability of the laser welding machine. Note that the thickness of the entire overlapping portion is preferably 4.0 mm or less.
高張力鋼板よりなり、図5で示される断面形状がハット型の構造部材のような端部にフランジを有する板状部材を、同様のフランジや鋼板と重ね、両者の間をレーザ溶接してフレーム部材を製造する際、特許文献2で開示されているように、例えば、8mm以内というようなよりフランジ幅(鋼板が重なっている幅)Aの狭い構造部材を用いて、フレーム部材全体をより軽量化しようとすると、溶接部からフランジ端部までの距離Bは1.5mm以上の範囲のうちのより短い距離にならざるを得ず、このような条件では、図3に示されるように、フランジ長手方向端部から離れた位置で溶接を開始したとしても、前記したように、溶接部からの熱伝導により変形した部位が、凝固途中の溶接ビードを引っ張り、凝固割れが発生する場合があった。
A plate-like member made of a high-strength steel plate and having a flange at the end, such as a hat-shaped structural member shown in FIG. 5, is overlapped with a similar flange or steel plate and laser welded between the two to form a frame When manufacturing the member, as disclosed in
なお、構造部材を軽量化するには、フランジ幅を8mm以内とするのが、より効果的であり好ましい。なお、フランジ幅を3mm未満とすると、フランジ部が溶け落ちて溶接できなくなるため、フランジ幅の下限は、3mm以上とするのが好ましい。さらに、そのようなフランジ幅において、溶接ビードからフランジ端部までの距離を1.5mm以上とするのが好ましい。これは、1.5mm未満では、フランジ端部側が、フランジ端まで溶融して、そのまま溶け落ち易くなるためである。 In order to reduce the weight of the structural member, it is more effective and preferable to make the flange width within 8 mm. If the flange width is less than 3 mm, the flange portion melts and cannot be welded, so the lower limit of the flange width is preferably 3 mm or more. Furthermore, in such a flange width, the distance from the weld bead to the flange end is preferably 1.5 mm or more. This is because if it is less than 1.5 mm, the flange end side melts to the flange end and is easily melted off as it is.
そこで、本発明者らは、凝固割れの発生原因を調べ、まず溶接金属成分と凝固割れとの関連について検討した。 Therefore, the present inventors investigated the cause of solidification cracking, and first examined the relationship between the weld metal component and solidification cracking.
図6は、薄鋼板の重ねレーザ溶接における凝固過程の温度と溶接部周辺で発生する歪の関係を示す。同図は、質量%で、C量が0.06%、Si量が0.5%、Mn量が1.5%を含有する板厚1.2mmの引張強さ590MPaの高張力鋼板を用い、レーザ加工点出力2kW、溶接速度2m/minの条件で重ねレーザ溶接して得た試料を用いて得られたものである。 FIG. 6 shows the relationship between the temperature of the solidification process in the overlap laser welding of thin steel plates and the strain generated around the weld. The figure uses a high-tensile steel plate with a tensile strength of 590 MPa having a thickness of 1.2 mm and containing, by mass%, C content of 0.06%, Si content of 0.5%, and Mn content of 1.5%. This was obtained by using a sample obtained by laser welding at a laser processing point output of 2 kW and a welding speed of 2 m / min.
図6により、液相温度直下から溶接部には引張方向の力が働き、液相温度から温度が充分に低下すると、逆に溶接部には圧縮の力が働くことが分かる。レーザ光照射位置後方の、凝固過程にある(2)の領域において、引張方向の大きな歪が発生し、これが凝固割れにつながるものといえる。 FIG. 6 shows that a tensile force acts on the welded portion immediately below the liquidus temperature, and a compressive force acts on the welded portion when the temperature is sufficiently lowered from the liquidus temperature. In the region (2) in the solidification process behind the laser beam irradiation position, a large strain in the tensile direction occurs, which can be said to lead to solidification cracking.
そして、そのような歪の発生と凝固割れの関係は、図7に示されるような、一般的に知られている凝固温度脆性範囲(BTR)と収縮変位(P)の関係から説明できる。 The relationship between the occurrence of strain and solidification cracking can be explained from the relationship between the generally known solidification temperature brittleness range (BTR) and shrinkage displacement (P) as shown in FIG.
すなわち、溶接部の温度と凝固収縮にともなう部材の変位量との間には、図中斜線で示す凝固割れ感受性の高い脆化域(D)があり、温度の降下にともない凝固収縮変位(P)の値が大きくなり、それが脆化域を通過すると凝固割れが発生すると考えられている。また、液相温度直下では、最低延性値(Dmin)が小さく脆化域は広いが、液相率が高いので、たとえ柱状晶間に凝固割れが発生しても、液相により充填され凝固割れは発生しない。 That is, there is an embrittlement region (D) having a high solidification cracking sensitivity indicated by hatching in the figure between the temperature of the weld and the displacement amount of the member accompanying solidification shrinkage, and the solidification shrinkage displacement (P) as the temperature decreases. ) Increases, and it is believed that solidification cracking occurs when it passes through the embrittled region. Also, immediately below the liquidus temperature, the minimum ductility value (Dmin) is small and the embrittlement region is wide, but the liquidus ratio is high, so even if solidification cracks occur between columnar crystals, they are filled with the liquid phase and solidification cracks. Does not occur.
一般的に、凝固割れに影響を与える因子の一つとして、液相−固相間の凝固温度幅があげられる。Feに対する2元系において、少量の添加でも凝固温度幅を広げる元素としては、例えば図10で示すようにC、P、Sが知られている。 In general, one of the factors affecting solidification cracking is the solidification temperature range between the liquid phase and the solid phase. In the binary system for Fe, C, P, and S are known as elements that increase the solidification temperature range even when added in a small amount, as shown in FIG.
また、C、P、Sは平衡分配係数が小さく、溶質が溶融金属中に排出され柱状晶間に残留するため、見かけの固相温度より最終凝固位置の温度は図7の太字破線のように低下し、BTRを広げやすく凝固割れを起こしやすい元素であると考えられる。 Further, C, P, and S have a small equilibrium partition coefficient, and the solute is discharged into the molten metal and remains between the columnar crystals. Therefore, the temperature at the final solidification position from the apparent solid phase temperature is as shown by the bold broken line in FIG. It is considered that it is an element that tends to decrease, easily spread BTR, and easily cause solidification cracking.
さらに、その成分範囲で凝固過程の粒界強度が低くなるような、成分的に特に割れに敏感な成分範囲があると考えられ、その成分範囲は、C、P、S量の各範囲で決まると考えられる。 Furthermore, it is considered that there is a component range that is particularly sensitive to cracking, such that the grain boundary strength in the solidification process is low in the component range, and the component range is determined by each range of C, P, and S amount. it is conceivable that.
そのため、特許文献1、2では、図4で示すような、溶接金属の成分が、C<0.05%、かつ、0.03%≦P+S、または、0.05≦C≦0.08%の範囲では凝固割れが発生するとしている。
Therefore, in
しかしながら、溶質濃度と凝固温度幅の関係は、図10で示すように、C、P、Sで異なり、Cに対しS、Pが凝固温度幅を広げやすくなっている。このことから、本発明者らは、凝固割れの発生しやすさをCだけで整理するのは不十分であると考えた。 However, as shown in FIG. 10, the relationship between the solute concentration and the solidification temperature range is different for C, P, and S, and S and P are easy to widen the solidification temperature range for C. From this, the present inventors considered that it was insufficient to arrange the easiness of solidification cracking with C alone.
そして、特許文献1、2で示された凝固割れの発生しやすい溶接金属の成分が0.05≦C≦0.08%の範囲においても、より低P、低Sの領域では凝固割れが生じないP、Sの範囲が存在すると考え、凝固割れの発生しやすい溶接金属の成分C量の範囲、0.05≦C≦0.08%で、P、Sそれぞれの影響についてさらに詳細に調査を行なった。
And even if the composition of the weld metal which is easy to generate the solidification crack shown in
実験は、板厚0.5〜3.2mmで、引張強さ270MPa級から引張強さ780MPa級の鋼板を、溶接金属の成分が、C量0.05≦C≦0.08%の範囲で、種々のP、S量を含有することとなるように、同一種同士または異種同士を組み合わせて、図5で示されるようなハット型の構造部材を、次の重ね合わせ条件で重ね合わせた。
フランジ幅A:8mm
溶接ビード中心と鋼板の端部までの距離B:3.0mm
フランジ部長手方向端部から溶接開始点までの距離C:5mm
In the experiment, a steel sheet having a thickness of 0.5 to 3.2 mm and a tensile strength of 270 MPa to a tensile strength of 780 MPa was used, and the weld metal content was in the range of C amount 0.05 ≦ C ≦ 0.08%. The hat-type structural members as shown in FIG. 5 were superposed under the following superposition conditions by combining the same species or different species so as to contain various amounts of P and S.
Flange width A: 8mm
Distance B: 3.0mm from the center of the weld bead to the edge of the steel plate
Distance from flange longitudinal end to welding start point C: 5 mm
そして、レーザ加工点出力3.5kW、溶接速度2m/minの溶接条件でレーザ溶接を行った。 Then, laser welding was performed under the welding conditions of a laser processing point output of 3.5 kW and a welding speed of 2 m / min.
その結果を割れの発生の有無で整理して図8で示す。図8中の左下の(1)で示す直線(4S+P=0.024)より下の領域が、凝固割れの発生しない領域、(2)が、凝固割れの発生する領域である。 The results are shown in FIG. 8, organized by the presence or absence of cracks. A region below the straight line (4S + P = 0.024) indicated by (1) at the lower left in FIG. 8 is a region where solidification cracks do not occur, and (2) is a region where solidification cracks occur.
この結果より、少なくとも1枚の鋼板は高張力鋼板よりなる複数の鋼板を重ね合わせ、この重ね合わせた下側の鋼板の裏面まで溶融するように重ね合わせ方向からレーザ光を照射して、前記重ね合わせた鋼板の溶接方向端部より離れた位置から溶接を開始し、レーザ光を重ね合わせた鋼板の端部に沿って移動させて溶接部を形成して、重ね合わせた鋼板を互いに溶接する場合、溶接部に、0.05≦C≦0.08%、4S+P<0.024%である溶接金属を形成するようにすれば、凝固割れを起こさずにレーザ溶接できることがわかった。 From this result, at least one steel plate is superposed with a plurality of steel plates made of high-tensile steel plates, and irradiated with laser light from the superposition direction so as to be melted to the back surface of the superposed lower steel plate. When welding is started from a position away from the welding direction end of the combined steel plates, the laser beam is moved along the ends of the superposed steel plates to form welds, and the superposed steel plates are welded together It was found that laser welding can be performed without causing solidification cracks if a weld metal with 0.05 ≦ C ≦ 0.08% and 4S + P <0.024% is formed in the weld.
以上のように、レーザ溶接部の割れ感受性が、C量及びP、S量によって大きく異なる理由の詳細は必ずしも明らかではないが、本発明者らは、次のような理由によるものと考えている。 As described above, the details of the reason why the crack susceptibility of the laser weld varies greatly depending on the amount of C, the amount of P, and the amount of S is not necessarily clear, but the present inventors believe that the reason is as follows. .
図8の(1)で示す低P、S領域(4S+P<0.024%)は固相温度が高く、図6中の領域(1)で示すように引張の力が大きくなる前に凝固が完了する。この場合、引張の力が発生しているが、図7で示すDminの範囲内と考えられるため、凝固割れは発生しない。 The low P, S region (4S + P <0.024%) shown in (1) of FIG. 8 has a high solid phase temperature, and solidification occurs before the tensile force increases as shown by region (1) in FIG. Complete. In this case, a tensile force is generated, but since it is considered to be within the range of Dmin shown in FIG. 7, solidification cracks do not occur.
また、図8中(2)で示す比較的高P、S域(4S+P≧0.024%)の場合は、固相温度が比較的低く、引張の力が最大になる図6中の(2)の領域で凝固は完了する。この場合の引張の力は、図7で示す脆化域を通過すると考えられるため、凝固割れが発生する。 Further, in the case of a relatively high P and S region (4S + P ≧ 0.024%) shown by (2) in FIG. 8, the solid phase temperature is relatively low and the tensile force is maximized (2 in FIG. Solidification is completed in the area of Since the tensile force in this case is considered to pass through the embrittlement region shown in FIG. 7, solidification cracks occur.
なお、上記のレーザ溶接に当たっては、重ね合わせた鋼板の溶接方向端部より離れた位置から溶接を開始する場合について検討したが、重ね合わせた鋼板の溶接方向端部より溶接を開始する場合は、図2のように、端部が開かないように、端部をクランプ治具で拘束する必要がある。このようにすれば、図3に示されるように途中で膨出することなく溶接できる。
In addition, in the case of the above laser welding, the case where welding is started from a position away from the welding direction end portion of the overlapped steel plates was examined, but when welding is started from the welding direction end portion of the overlapped steel plates, As shown in FIG. 2, it is necessary to restrain the end portion with a clamp jig so that the end portion does not open. If it does in this way, as shown in
また、図9に示されるように、一方の鋼板4が他方の鋼板1より、溶接方向に垂直な方向に突出するように重ね合わされており、重ね合せ部の、溶接方向に平行ないし溶接方向に沿った端部が揃っていない場合には、一方の鋼板4が他方の鋼板1から突出する距離Dおよび端部から溶接部までの距離Bをある程度大きくすれば、重ね合わせた鋼板の溶接方向端部より溶接を開始しても、上記のように溶接金属を形成することにより、凝固割れを発生することなく溶接することができる。その場合、確実に凝固割れを防止するためには、上記距離Dは5mm以上が好ましく、距離Bは、2mm以上が好ましい。
Further, as shown in FIG. 9, one
本発明では、レーザ発振器としては、例えば、YAGレーザ、ファイバーレーザ、DISKレーザなどを用いることができ、溶接条件としては、加工点出力3.5kW、溶接速度2.0m/minを例示できる。 In the present invention, for example, a YAG laser, a fiber laser, a DISK laser, or the like can be used as the laser oscillator, and examples of the welding conditions include a machining point output of 3.5 kW and a welding speed of 2.0 m / min.
また、図5で示すように、フランジ長手方向端部から距離Cを置いて溶接を開始する場合は、距離Cを、溶接部の溶接ビード中心からフランジ幅方向端部までの距離Bと同じか、それ以上の距離とするのがよい。 In addition, as shown in FIG. 5, when starting welding with a distance C from the flange longitudinal end, is the distance C the same as the distance B from the weld bead center of the weld to the flange width end? It is better to make the distance more than that.
さらに、重ね溶接する鋼板の材質としては、複数の鋼板のすべてが高張力鋼板である場合と、鋼板の少なくても1枚が高張力鋼板であり、他の鋼板は高張力鋼板に比べて引張強さが低い鋼などである場合があり、本発明は、そのいずれをも対象とする。 Furthermore, as the material of the steel plates to be lap welded, all of the plurality of steel plates are high-tensile steel plates, and at least one of the steel plates is a high-tensile steel plate, and the other steel plates are tensile compared to the high-tensile steel plates. In some cases, the strength of the steel is low, and the present invention is intended for any of them.
高張力鋼板の強度レベルの範囲としては、引張強さが440MPa以上のものとする。引張強さが440MPa級未満の鋼板同士の重ねレーザ溶接では、本発明が課題とする凝固割れの問題がないからである。鋼板強度レベルの上限は、溶接金属の成分が本発明の範囲を満たすことができる限り、特に限定する必要はないが、一般的な薄鋼板の成分を考慮して、溶接金属の成分範囲を本発明範囲とするためには、引張強さが980MPa級までとするのが好ましい。 As a range of the strength level of the high-tensile steel plate, the tensile strength is 440 MPa or more. This is because there is no problem of solidification cracking, which is a problem of the present invention, in lap laser welding of steel plates having a tensile strength of less than 440 MPa. The upper limit of the steel plate strength level is not particularly limited as long as the components of the weld metal can satisfy the range of the present invention, but the component range of the weld metal is considered in consideration of the components of a general thin steel plate. In order to achieve the scope of the invention, the tensile strength is preferably up to 980 MPa class.
また、異なる組合せの鋼板としては、例えば、引張強さが590MPa級の鋼板と270MPa級の鋼板の組合せなどを例示できる。 Examples of different combinations of steel plates include a combination of a steel plate having a tensile strength of 590 MPa and a steel plate having a 270 MPa class.
レーザ溶接では、溶接金属の成分は、フィラー等の溶加材を別途添加しない場合、重ね合わせた各鋼板の母材成分値及びその板厚から計算される平均成分であり、計算されるC、P、Sの値が、上記本発明の規定を満たすように構造部材の材質を選定する。 In laser welding, when a filler metal such as a filler is not added separately, the weld metal component is an average component calculated from the base material component value and the plate thickness of each superposed steel plate, and calculated C, The material of the structural member is selected so that the values of P and S satisfy the above-mentioned definition of the present invention.
溶加材を加える場合は、その添加量を考慮して、C、P、Sの値を計算する必要がある。 When adding a filler material, it is necessary to calculate the values of C, P, and S in consideration of the amount added.
以下、本発明の実施例を説明するが、実施例で採用した条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するための一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、特許請求の範囲に記載される事項によってのみ規定されており、上記以外の実施の形態も実施可能である。本発明を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。 Examples of the present invention will be described below, but the conditions adopted in the examples are one example of conditions for confirming the feasibility and effects of the present invention, and the present invention is limited to this one example of conditions. It is not something. This invention is prescribed | regulated only by the matter described in a claim, Embodiment other than the above can also be implemented. As long as the object of the present invention is achieved without departing from the present invention, various conditions can be adopted.
供試材として、厚さが1.2mmで、引張強さが370〜980MPa級の鋼板よりなる断面ハット形状の構造部材を、平板上の鋼板に、端部が揃うように重ねあわせた。それぞれの重ね合せ部の幅は8mmであった。これら鋼板は、溶接金属のC量が、0.05≦C≦0.08%の範囲で、P、S量が異なる試料を用いた。そして、重ね合せ部を、次の条件でレーザ溶接した。 As a test material, a structural member having a cross-sectional hat shape made of a steel plate having a thickness of 1.2 mm and a tensile strength of 370 to 980 MPa was superimposed on a steel plate on a flat plate so that the end portions were aligned. The width of each overlapped portion was 8 mm. For these steel plates, samples with different amounts of P and S were used when the C amount of the weld metal was in the range of 0.05 ≦ C ≦ 0.08%. The overlapped portion was laser welded under the following conditions.
レーザ溶接は、YAGレーザを用い、レーザ加工点出力を3.5kW、溶接速度を2.0m/minとした。また、レーザビームは、鋼板上に集光し、集光スポットは直径0.6mmとした。レーザ照射位置は、フランジ端部から2.5〜4.0mmで、フランジ長手方向端部から5.0mm離れた点を開始位置とした。 For laser welding, a YAG laser was used, the laser processing point output was 3.5 kW, and the welding speed was 2.0 m / min. The laser beam was focused on the steel plate and the focused spot was 0.6 mm in diameter. The laser irradiation position was 2.5 to 4.0 mm from the flange end, and a point separated by 5.0 mm from the flange longitudinal end was set as the start position.
得られた結果を、表1に示す。表1より、本発明の条件を満たす場合は、割れを生じることなく溶接できることがわかる。 The obtained results are shown in Table 1. It can be seen from Table 1 that welding can be performed without causing cracks when the conditions of the present invention are satisfied.
1 断面ハット形状の構造部材
2 構造部材のフランジ部
3 構造部材の折り曲げ部
4 鋼板
5 溶接開始点
6 溶接部(溶接ビード)
7 凝固割れ部
8 レーザ溶接加工ヘッド
A フランジ幅
B 溶接部からフランジ端部までの距離
C フランジ長手方向端部から溶接開始点までの距離
D 一方の鋼板が他方の鋼板から突出する距離
DESCRIPTION OF
7
Claims (6)
前記複数の鋼板のうち少なくとも1枚の鋼板は引張強さが440MPa級以上の高張力鋼板であるとともに、前記溶接部の溶接金属が0.05≦C≦0.08質量%、4S+P<0.024質量%の関係を満たす溶接部を形成することを特徴とする、薄鋼板の重ねレーザ溶接方法。 A steel plate in which a plurality of thin steel plates having a thickness of 0.5 to 3.2 mm are superposed, and the laser light is superimposed while irradiating laser light from the superposition direction so as to melt to the back surface of the superposed lower steel plate. In the method of laminating laser welding of thin steel plates, welding the stacked steel plates to each other, forming a weld by moving along the end of
At least one of the plurality of steel plates is a high strength steel plate having a tensile strength of 440 MPa or higher, and the weld metal in the weld zone is 0.05 ≦ C ≦ 0.08 mass%, 4S + P <0. A method of forming a welded portion satisfying a relationship of 024% by mass, a method for laminating laser welding of thin steel plates.
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