本發(fā)明涉及焊接結(jié)構(gòu)體的制造方法，特別是涉及例如拼焊板材這樣的采用了鋼板的對(duì)接激光焊接的焊接結(jié)構(gòu)體的制造方法。

背景技術(shù)：

在汽車(chē)用鋼板領(lǐng)域，為了謀求用于改善燃料消耗費(fèi)的輕量化和提高耐沖撞特性，拼焊板(Tailored welded blank)的應(yīng)用在擴(kuò)大。所謂拼焊板，指的是將通過(guò)對(duì)焊使材質(zhì)、板厚、抗拉強(qiáng)度等不同的多個(gè)金屬板一體化而成的板材(以下稱(chēng)為“拼焊板材”)沖壓成形成所希望的形狀的方法。在制造拼焊板材時(shí)的對(duì)焊中，一般使用激光焊接。

在專(zhuān)利文獻(xiàn)1～3中，公開(kāi)了通過(guò)采用激光焊接的對(duì)焊制造拼焊板材的方法。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)1：日本特開(kāi)2005-21968號(hào)公報(bào)

專(zhuān)利文獻(xiàn)2：日本特開(kāi)2006-187811號(hào)公報(bào)

專(zhuān)利文獻(xiàn)3：日本特開(kāi)2007-237216號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問(wèn)題

以往，制作拼焊板材時(shí)使用的金屬板的板厚的下限為0.7mm左右。即使在專(zhuān)利文獻(xiàn)1～3中，作為實(shí)施例詳細(xì)公開(kāi)的鋼板的板厚中較薄的也為0.7mm。

為了汽車(chē)的進(jìn)一步輕量化，一直在研究制造拼焊板材所用的金屬板的薄壁化。因此，期望使用以往制造拼焊板材時(shí)沒(méi)有使用的、還未研究焊接技術(shù)的更薄的鋼板。

本發(fā)明人等為了應(yīng)用于薄鋼板拼焊板材，進(jìn)行了研究。其結(jié)果是，弄清楚如果在實(shí)際的制造生產(chǎn)線中采用板厚為0.6mm以下的鋼板進(jìn)行利用激光焊接的對(duì)焊，即使在鋼板間的間隙小至0.1mm以下(也包含無(wú)間隙時(shí))時(shí)，也出現(xiàn)焊接部分產(chǎn)生貫通孔的問(wèn)題。但是，在有關(guān)主要采用板厚為0.7mm以上的鋼板的拼焊板材的專(zhuān)利文獻(xiàn)1～3中，沒(méi)有報(bào)告貫通孔的問(wèn)題。即，對(duì)其解決對(duì)策尚未進(jìn)行研究。

本發(fā)明是為解決上述問(wèn)題而完成的，其目的在于提供一種即使在對(duì)包含板厚為0.6mm以下的鋼板的多個(gè)鋼板進(jìn)行對(duì)焊時(shí)，也能防止在焊接部分產(chǎn)生貫通孔的焊接結(jié)構(gòu)體的制造方法。

用于解決問(wèn)題的手段

本發(fā)明人等對(duì)焊接部產(chǎn)生貫通孔產(chǎn)生影響的主要原因進(jìn)行了銳意研究。其結(jié)果是，得到以下見(jiàn)識(shí)。

之所以在焊接部中產(chǎn)生貫通孔，是因?yàn)楹附訒r(shí)熔池的流動(dòng)紊亂。輔助氣體的種類(lèi)對(duì)熔池的流動(dòng)的穩(wěn)定性有大的影響。

在進(jìn)行激光焊接時(shí)，將未達(dá)到線能量不足的激光功率的下限作為下限功率，將能量過(guò)剩而產(chǎn)生貫通孔的激光功率的上限作為上限功率，將下限功率和上限功率的范圍作為適當(dāng)功率范圍。在作為輔助氣體使用通常所使用的Ar氣時(shí)，無(wú)論在怎樣的激光功率下都不能適宜地進(jìn)行對(duì)焊。

在完全不用輔助氣體時(shí)，可進(jìn)行對(duì)焊。但是，因熔池的流動(dòng)有時(shí)產(chǎn)生紊亂，而有時(shí)產(chǎn)生貫通孔，在實(shí)際操作上難以穩(wěn)定地進(jìn)行管理。

在作為輔助氣體使用含有適宜流量的O₂氣的混合氣體時(shí)，可抑制貫通孔的產(chǎn)生。O₂氣抑制貫通孔產(chǎn)生的機(jī)理不清楚，但推測(cè)由于以下因素。

在將含有O₂氣的混合氣體供給焊接部時(shí)，與吹噴Ar氣時(shí)相比熔融金屬的表面張力下降。因此，可穩(wěn)定地形成細(xì)而尖銳的形狀的鑰匙孔(key hole)。認(rèn)為由此可得到紊亂少的流動(dòng)，其結(jié)果是可穩(wěn)定地抑制貫通孔的產(chǎn)生。

另一方面，在作為輔助氣體使用Ar氣時(shí)，認(rèn)為熔融金屬的表面張力大，形成粗而帶圓角的形狀的鑰匙孔，鑰匙孔在相對(duì)于焊接方向向后方延伸后斷裂，作為貫通孔殘留。

本發(fā)明是以上述見(jiàn)識(shí)為基礎(chǔ)而完成的，以下述的焊接結(jié)構(gòu)體的制造方法作為主旨。

(1)一種焊接結(jié)構(gòu)體的制造方法，其特征在于，其是通過(guò)一邊向熔池表面供給輔助氣體一邊用激光焊接對(duì)兩塊鋼板進(jìn)行對(duì)焊來(lái)制造焊接結(jié)構(gòu)體的方法，其中，所述兩塊鋼板中的至少1塊鋼板的板厚為0.6mm以下，所述輔助氣體為含有10～50體積％的O₂氣的混合氣體，在將所述輔助氣體中的O₂濃度規(guī)定為C(體積％)時(shí)，輔助氣體的流量L(L/min)滿(mǎn)足L≥10、且30－C≤L＜40。

(2)根據(jù)上述(1)的焊接結(jié)構(gòu)體的制造方法，其特征在于，在將焊接速度規(guī)定為V[m/min]、將兩塊鋼板的平均板厚規(guī)定為t[mm]、將激光的光點(diǎn)面積規(guī)定為A[mm²]時(shí)，將激光的功率規(guī)定為1.42×V×t×A[kW]～1.83×V×t×A[kW]。

(3)根據(jù)上述(1)或(2)的焊接結(jié)構(gòu)體的制造方法，其特征在于，所述兩塊鋼板的焊接部的表面熔化寬度為兩塊鋼板中的薄的鋼板的板厚的2.3倍以下，背面熔化寬度為表面的熔化寬度的0.5～1.2倍。

(4)根據(jù)上述(1)～(3)中任一項(xiàng)的焊接結(jié)構(gòu)體的制造方法，其特征在于，所述輔助氣體中的O₂濃度為15～30體積％。

(5)根據(jù)上述(1)～(4)中任一項(xiàng)的焊接結(jié)構(gòu)體的制造方法，其特征在于，所述輔助氣體為空氣。

(6)根據(jù)上述(1)～(5)中任一項(xiàng)的焊接結(jié)構(gòu)體的制造方法，其特征在于，以向與焊接進(jìn)行方向相反的方向流動(dòng)的方式，向所述熔池表面供給所述輔助氣體。

(7)根據(jù)上述(6)的焊接結(jié)構(gòu)體的制造方法，其特征在于，以與熔池表面交叉的方式供給所述輔助氣體。

(8)根據(jù)上述(6)的焊接結(jié)構(gòu)體的制造方法，其特征在于，以在比熔池更靠焊接進(jìn)行方向前方與鋼板交叉的方式供給所述輔助氣體。

(9)根據(jù)上述(1)～(8)中任一項(xiàng)的焊接結(jié)構(gòu)體的制造方法，其特征在于，所述焊接結(jié)構(gòu)體為拼焊板材。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，即使在對(duì)包含板厚為0.6mm以下的鋼板的多個(gè)鋼板進(jìn)行對(duì)焊時(shí)，也能防止在焊接部分中產(chǎn)生貫通孔。所以，本發(fā)明涉及的焊接方法能夠適合用于制造焊接結(jié)構(gòu)體，特別是拼焊板材。

附圖說(shuō)明

圖1是表示本發(fā)明涉及的焊接方法的一個(gè)例子的圖。

圖2是表示本發(fā)明涉及的焊接方法的另一個(gè)例子的圖。

圖3是表示本發(fā)明涉及的焊接方法的另一個(gè)例子的圖。

圖4是表示本發(fā)明涉及的焊接方法的另一個(gè)例子的圖。

圖5是表示焊接結(jié)構(gòu)體的表面熔化寬度及背面熔化寬度的圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的焊接結(jié)構(gòu)體的制造方法是一邊向熔池表面供給輔助氣體，一邊通過(guò)激光焊接對(duì)兩塊鋼板進(jìn)行對(duì)焊。以下，對(duì)本發(fā)明的各要件進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

(A)輔助氣體的供給

在本發(fā)明的焊接結(jié)構(gòu)體的制造方法中，作為輔助氣體，向熔池表面供給含有O₂氣的混合氣體。為了使熔池的流動(dòng)穩(wěn)定化，防止在焊接部產(chǎn)生貫通孔，需要將混合氣體中的O₂氣的含量規(guī)定為10～50體積％。

如果O₂氣的含量高則氧化反應(yīng)過(guò)剩，作為焊渣排出的氧化物增多。其結(jié)果是，有焊縫金屬的形狀成為凹坑形狀的顧慮。所以，優(yōu)選混合氣體中的O₂氣的含量為30體積％以下。

如果O₂氣的含量過(guò)低則容易產(chǎn)生貫通孔。另外，為了使焊接后的背面?zhèn)鹊娜刍瘜挾确€(wěn)定地?cái)U(kuò)展，優(yōu)選混合氣體中的O₂氣的含量為15體積％以上。

O₂以外的氣體成分沒(méi)有特別的限制。可以適宜使用Ar、He等惰性氣體或N₂氣、CO₂氣、壓縮空氣等。

此外，作為輔助氣體，也可以使用含有21體積％左右的O₂氣的空氣。如果作為輔助氣體使用空氣，則可將制造成本抑制得較低。

對(duì)于輔助氣體的供給機(jī)構(gòu)沒(méi)有特別的限制。例如，只要使用具有可向規(guī)定方向噴射混合氣體的噴出口的通常的噴嘴即可。對(duì)于噴嘴的種類(lèi)沒(méi)有特別的限制。例如，可例示具有矩形的噴出口的扁平噴嘴或利用圓管的圓管?chē)娮斓取?/p>

為了不在焊接部產(chǎn)生貫通孔，優(yōu)選以向焊接進(jìn)行方向的后方推動(dòng)熔融金屬的方式供給輔助氣體。即，在熔池表面，優(yōu)選以向與焊接進(jìn)行方向相反的方向流動(dòng)的方式供給從供給機(jī)構(gòu)噴射的輔助氣體。

為達(dá)到上述目的，優(yōu)選通過(guò)朝熔池表面直接吹噴來(lái)供給輔助氣體。也就是說(shuō)，優(yōu)選以從供給機(jī)構(gòu)噴射的輔助氣體的中心線與熔池表面交叉的方式來(lái)調(diào)整輔助氣體的噴射位置及方向。

為了將在比熔池更靠焊接進(jìn)行方向前方的鋼板的對(duì)接部中存在的異物等除去，可以按照將吹噴到比熔池更靠焊接進(jìn)行方向前方的鋼板、在鋼板表面反射的混合氣體供給到熔池表面的方式，調(diào)整混合氣體的噴射位置、方向及強(qiáng)度。也就是說(shuō)，可以按照從供給機(jī)構(gòu)噴射的輔助氣體的中心線在比熔池更靠焊接進(jìn)行方向前方與鋼板交叉的方式配置供給機(jī)構(gòu)。

圖1～4是用于說(shuō)明本發(fā)明涉及的焊接方法的一個(gè)例子的圖。在通過(guò)由焊頭1射出的激光11進(jìn)行鋼板2的焊接時(shí)，通過(guò)供給機(jī)構(gòu)3供給混合氣體12。圖1中，相對(duì)于焊接進(jìn)行方向A，從設(shè)置在焊頭1前方的供給機(jī)構(gòu)3對(duì)熔池13直接吹噴輔助氣體12。

圖2中，與圖1同樣將供給機(jī)構(gòu)3設(shè)置在焊頭1的前方，但輔助氣體12的吹噴朝熔池前方的鋼板2進(jìn)行，將在鋼板2表面反射的輔助氣體12供給熔池13的表面，如此調(diào)整供給機(jī)構(gòu)3的位置。

如圖3所示，在將供給機(jī)構(gòu)3設(shè)置在焊頭1的前方后，向前方吹噴輔助氣體12，將在鋼板2表面反射的輔助氣體12供給熔池13的表面，如此也可以調(diào)整供給機(jī)構(gòu)3的噴射位置及噴射強(qiáng)度。通過(guò)向比熔池13更靠焊接進(jìn)行方向A的前方強(qiáng)力吹噴混合氣體12，可將附著在對(duì)接部14上的防銹油、渣滓、濺射物等除去。

如圖4所示，將供給機(jī)構(gòu)3設(shè)在焊頭1的后方，向前方吹噴混合氣體12，將在鋼板2表面反射的混合氣體12供給熔池13的表面，如此也可以調(diào)整供給機(jī)構(gòu)3的噴射位置及噴射強(qiáng)度。

關(guān)于輔助氣體的流量L(L/min)，在將O₂濃度規(guī)定為C(體積％)時(shí)，滿(mǎn)足L≥10、且30－C≤L＜40。氧濃度越高至少流量越好。但是，如果流量過(guò)小，則氣體難達(dá)到熔融金屬，起不到輔助氣體的作用。如果流量過(guò)大，則有熔融金屬熔落的可能性。

輔助氣體的吹噴力F優(yōu)選為0.001～0.025N。輔助氣體的吹噴力可通過(guò)F＝ρQ²/A_P來(lái)求出。這里，ρ為混合氣體的密度、Q為混合氣體的流量、A_P為混合氣體的配管的截面積。

(B)鋼板

在本發(fā)明的焊接結(jié)構(gòu)體的制造方法中，將兩塊鋼板對(duì)焊。如前所述，在對(duì)包含板厚為0.6mm以下的鋼板的鋼板組進(jìn)行對(duì)焊的情況下，容易在焊接部產(chǎn)生貫通孔。本發(fā)明的焊接結(jié)構(gòu)體的制造方法在對(duì)包含0.6mm以下的鋼板的鋼板組進(jìn)行對(duì)焊時(shí)，尤其能發(fā)揮其效果。

應(yīng)用本發(fā)明的焊接結(jié)構(gòu)體的制造方法的鋼種沒(méi)有特別的限制?？梢允欠清兏蹭摪?，也可以是熱浸鍍鋅鋼板等鍍覆鋼板。對(duì)鋼板的抗拉強(qiáng)度也沒(méi)有限制，可適宜使用200～1900MPa級(jí)的鋼板。

對(duì)鋼板板厚的差沒(méi)有特別限制。但是，如果差過(guò)大，則有時(shí)難進(jìn)行對(duì)焊。所以，兩塊鋼板的板厚優(yōu)選厚的側(cè)的板厚為薄的側(cè)的板厚的3倍以下。

在通過(guò)激光焊接進(jìn)行對(duì)焊時(shí)，優(yōu)選將鋼板彼此的間隔規(guī)定為0.1mm以下。因?yàn)槿绻摪灞舜说拈g隔過(guò)大，則有產(chǎn)生焊接不良的顧慮。也可以根據(jù)需要一邊供給填充焊絲一邊焊接。

(C)激光焊接

在本發(fā)明的焊接結(jié)構(gòu)體的制造方法中采用激光焊接。關(guān)于激光振蕩器的種類(lèi)，只要是能夠振蕩kW級(jí)的激光的，就不特別限定。例如，可采用光纖激光器、YAG激光器、圓盤(pán)激光器、半導(dǎo)體激光器、二氧化碳激光器等振蕩器。只要使用上述振蕩器，就能夠得到高功率的激光，因此可進(jìn)行高效率的焊接。

焊接位置上的激光的光點(diǎn)直徑小的一方的熔池的流動(dòng)穩(wěn)定。但是，如果過(guò)小，則有對(duì)接中的對(duì)口間隙性下降，得不到良好的焊接性的顧慮。如果光點(diǎn)直徑過(guò)大，則焊接速度下降，表面熔化寬度過(guò)于擴(kuò)展，是不優(yōu)選的。因此，優(yōu)選將直徑規(guī)定為0.5～0.7mm。在采用圓形以外的矩形等的光點(diǎn)時(shí)，優(yōu)選將與焊接方向正交的方向的尺寸規(guī)定為0.5～0.7mm?？紤]到焊接形狀及生產(chǎn)率，焊接速度優(yōu)選為4～8m/min。

為了得到良好的焊接形狀，在將焊接速度規(guī)定為V[m/min]、將兩塊鋼板的平均板厚規(guī)定為t[mm]、將激光的光點(diǎn)面積規(guī)定為A[mm²]時(shí)，優(yōu)選將激光的功率規(guī)定為1.42×V×t×A[kW]～1.83×V×t×A[kW]。例如，在將光點(diǎn)規(guī)定為直徑0.6mm的圓形，以6m/min的焊接速度對(duì)板厚0.5mm、1.0mm的鋼板組進(jìn)行焊接時(shí)，優(yōu)選規(guī)定為1.8～2.3kW的范圍。

如果激光功率過(guò)低，則不能使鋼板充分熔化，焊接變得不充分。如果激光功率過(guò)大，則飛散的濺射物量增加，是不優(yōu)選的。

再者，本發(fā)明的焊接方法涉及兩塊鋼板的對(duì)焊，當(dāng)然也可在具有多個(gè)由對(duì)焊兩塊鋼板而成的焊接部的拼焊板材等(例如相對(duì)于中央的鋼板左右分別對(duì)焊鋼板而得到的由3塊鋼板組構(gòu)成的拼焊板材)的制造中使用。

(D)焊接部

優(yōu)選將焊接部的表面熔化寬度規(guī)定為兩塊鋼板中的薄鋼板的板厚的2.3倍以下，將背面熔化寬度規(guī)定為表面的熔化寬度的0.5～1.2倍。如果表面熔化寬度過(guò)大，則焊接部的背面不熔化，或熔融金屬容易下垂，是不優(yōu)選的。如果背面熔化寬度過(guò)小，則不能確保足夠的強(qiáng)度。如果過(guò)大，則熔融金屬容易下垂，是不優(yōu)選的。為了使焊接部的強(qiáng)度達(dá)到足夠的強(qiáng)度，背面熔化寬度優(yōu)選為0.8mm以上。再者，將表面熔化寬度規(guī)定為圖5的W1的長(zhǎng)度，將背面熔化寬度規(guī)定為W2的長(zhǎng)度。

實(shí)施例

以下，通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明更具體地進(jìn)行說(shuō)明，但本發(fā)明并不限定于這些實(shí)施例。

[實(shí)施例1]

用光纖激光器對(duì)板厚為0.5mm的270MPa級(jí)冷軋鋼板和板厚為1.0mm的590MPa級(jí)冷軋鋼板進(jìn)行對(duì)焊。

激光的光點(diǎn)直徑為0.6mm，焊接速度固定在6m/min。供給輔助氣體的噴嘴的形狀為圓管狀，內(nèi)徑為5.5mm。噴嘴如圖1所示設(shè)置在焊頭的前方，將噴嘴頂端和鋼板的距離規(guī)定為15mm，將鋼板和噴嘴形成的角度規(guī)定為45°，吹噴輔助氣體。

一邊變化輔助氣體的種類(lèi)一邊調(diào)整激光功率，進(jìn)行焊接性的評(píng)價(jià)。焊接條件及評(píng)價(jià)結(jié)果示于表1。

表1的數(shù)值為背面?zhèn)鹊娜刍瘜挾鹊钠骄?mm)。在示出數(shù)值的條件下，直到鋼板的背面?zhèn)榷疾划a(chǎn)生貫通孔地形成焊道。將背面?zhèn)鹊娜刍瘜挾冗_(dá)到0.8mm以上時(shí)判定為良好的結(jié)果?！鰳?biāo)記意味著因線能量不足而沒(méi)有形成焊道直到背面?zhèn)取！鴺?biāo)記意味著形成焊道直到背面?zhèn)龋淙刍瘜挾炔环€(wěn)定?！翗?biāo)記意味著產(chǎn)生貫通孔。

從表1得知，在不使用輔助氣體時(shí)，或者使用Ar氣、N₂氣、CO₂氣或CO₂氣和Ar氣的混合氣體時(shí)，不能穩(wěn)定地形成寬幅的焊道。

另一方面，在作為輔助氣體使用含有O₂氣的混合氣體時(shí)，在O₂氣的含量為10～50體積％時(shí)，可不產(chǎn)生貫通孔地形成穩(wěn)定的焊道直到背面?zhèn)?。特別是在O₂氣的含量為15～50體積％時(shí)，充分地確保了適當(dāng)?shù)墓β史秶?。但是，在使用O₂氣的含量為50體積％的混合氣體時(shí)，焊縫金屬有點(diǎn)減薄，稍微成為凹陷的形狀。此外，即使在作為輔助氣體使用空氣時(shí)，也為良好的結(jié)果。在O₂氣的含量為5體積％時(shí)，不能形成寬幅的焊道。

[實(shí)施例2]

與實(shí)施例1同樣，將激光功率規(guī)定為2.1kW，變化輔助氣體中的O₂濃度和輔助氣體的流量，進(jìn)行焊接性的評(píng)價(jià)。焊接條件及評(píng)價(jià)結(jié)果示于表2。

表2

表2的數(shù)值是背面?zhèn)鹊娜刍瘜挾鹊钠骄?mm)。在示出數(shù)值的條件下，直到鋼板的背面?zhèn)榷疾划a(chǎn)生貫通孔地形成焊道?！翗?biāo)記表示產(chǎn)生貫通孔。

從表2得知，在將混合氣體中的O₂濃度規(guī)定為C(體積％)時(shí)，在混合氣體的流量L(L/min)滿(mǎn)足L≥10、且30－C≤L＜40時(shí)，為良好的結(jié)果。

工業(yè)上的可利用性

根據(jù)本發(fā)明，即使在對(duì)包含板厚為0.6mm以下的鋼板的多個(gè)鋼板進(jìn)行對(duì)焊時(shí)，也能防止在焊接部分中產(chǎn)生貫通孔。所以，本發(fā)明涉及的焊接方法適合用于制造焊接結(jié)構(gòu)體，特別是拼焊板材。

符號(hào)說(shuō)明

1 焊頭

2 鋼板

3 供給機(jī)構(gòu)

11 激光

12 混合氣體

13 熔池

14 對(duì)接部

A 焊接進(jìn)行方向

51 鋼板

52 鋼板

53 焊接部

W1 表面熔化寬度

W2 背面熔化寬度