(57)【要約】  【課題】疲労特性が優秀な溶接継手およびその製造方法を提供する。  【解決方法】本発明の一実施例に係る疲労特性が優秀な溶接継手は、連結部が重なるように配置される複数の鋼板の間に溶接によって形成される溶接金属および溶接金属の端部に形成され、表層のビッカース硬度値が２００Ｈｖ以上の再溶融部を含むことを特徴とする。【選択図】図１
2019516556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連結部が重なるように配置される複数の鋼板の間に溶接によって形成される溶接金属、および
前記溶接金属の端部に形成され、表層のビッカース硬度値が２００Ｈｖ以上の再溶融部を含むことを特徴とする疲労特性が優秀な溶接継手
【請求項２】
前記再溶融部は、前記溶接金属の端部が非焦点レーザー（ｄｅｆｏｃｕｓｅｄ  ｌａｓｅｒ）を照射して再溶融されて形成されたことを特徴とする請求項１に記載の疲労特性が優秀な溶接継手。
【請求項３】
前記再溶融部の表層は、ベイナイト（ｂａｉｎｉｔｅ）またはマルテンサイト（ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ）組織を有することを特徴とする請求項１に記載の疲労特性が優秀な溶接継手。
【請求項４】
前記再溶融部のトー角（ｔｏｅ  ａｎｇｌｅ、θ）は、３０°以下であることを特徴とする請求項１に記載の疲労特性が優秀な溶接継手。
【請求項５】
前記溶接継手の疲労強度は、２６０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１に記載の疲労特性が優秀な溶接継手。
【請求項６】
前記溶接継手の疲労強度は、前記鋼板の疲労強度の７０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の疲労特性が優秀な溶接継手。
【請求項７】
連結部が重なるように配置される複数の鋼板の間の連結部を溶接して形成された溶接金属の端部を、非焦点レーザー（ｄｅｆｏｃｕｓｅｄ  ｌａｓｅｒ）を照射して再溶融させる段階を含むことを特徴とする溶接継手の製造方法。
【請求項８】
前記非焦点レーザーの出力は、６ｋＷであり、移動速度は４〜６ｍ／ｍｉｎであることを特徴とする請求項７に記載の溶接継手の製造方法。
【請求項９】
前記非焦点レーザーの非焦点の長さは、１５〜２０ｍｍであることを特徴とする請求項７に記載の溶接継手の製造方法。
【請求項１０】
前記非焦点レーザーの前記非焦点は、前記溶接金属の端部および前記端部に隣接した鋼板の熱影響部（ｈｅａｔ  ａｆｆｅｃｔｅｄ  ｚｏｎｅ：ＨＡＺ）の一部をカバーすることを特徴とする請求項９に記載の溶接継手の製造方法。
【請求項１１】
前記非焦点レーザーの照射角は、３０〜４５°であることを特徴とする請求項７に記載の溶接継手の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は疲労特性が優秀な溶接継手およびその製造方法に係り、より詳しくは、非焦点レーザーを照射して局部的に再溶融処理を経た、疲労特性が優秀な溶接継手およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車分野は、地球温暖化問題などの環境保護に伴う燃費の規制政策により車体および部品類の軽量化技術研究が大きな問題として浮上している。自動車の走行性能に重要なシャシー部品類もこのような基調に伴い、軽量化のための高強度鋼材の適用が必要である。部品軽量化の達成のためには素材の高強度化が必須であり、反復的な疲労荷重が加えられる環境に高強度鋼材で製作された部品の耐久性能の保証が重要な要素と言える。
自動車シャシー部品の組立時に、強度確保のために主にアーク溶接が利用されるが、この場合、溶接ワイヤーの溶着によって部品間の重ね継手溶接が行われるため溶接継手の幾何学的な形状の付与が不可避である。これは繰り返し疲労応力の集中部（ノッチ効果）として作用して破断起点となり、その結果、部品の耐久性能の低下をもたらす。このため、高強度鋼材の適用の利点が失われ、その限界を露呈する。
【０００３】
溶接部の疲労特性を向上させるためには、主に応力集中部である溶接継手の端部角度、すなわちトー部の角度（ｔｏｅ  ａｎｇｌｅ）を小さくすることが重要であり、これと共にトー部の材質および応力を制御することが重要な課題と言える。
特許文献１では、溶接ビードの終端部をチッパー（打撃ピン）で連続的に打撃して塑性変形領域を形成することによって、圧縮応力の付与を通じて疲労特性を向上することが可能であることが提示されている。しかし、提案されたチッパー打撃方法と従来技術である空圧を利用したショットボール（ｓｈｏｔ  ｂａｌｌ）ピーニングの場合、ピーニング後に対象材に変形が発生する可能性があるため、自動車用に薄板鋼材の適用は制約的であり、溶接ビードの終端部のように局所部位に適用すると、相対的に脆性の高い溶接ビードに微細亀裂などの欠陥が発生しする虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本公開特許公報第２０１４−００４６０９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、疲労特性が優秀な溶接継手を提供することにある。
また、他の目的とするところは、非焦点レーザーを照射して局部的に再溶融処理を経て疲労特性が優秀な溶接継手の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の疲労特性が優秀な溶接継手は、連結部が重なるように配置される複数の鋼板の間に溶接によって形成される溶接金属および溶接金属の端部に形成され、表層のビッカース硬度値が２００Ｈｖ以上の再溶融部を含むことを特徴とする。
【０００７】
再溶融部は、溶接金属の端部が非焦点レーザー（ｄｅｆｏｃｕｓｅｄ  ｌａｓｅｒ）を照射して再溶融されて形成されることができる。
再溶融部の表層は、ベイナイト（ｂａｉｎｉｔｅ）またはマルテンサイト（ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ）組織を有することがよい。
再溶融部のトー角（ｔｏｅ  ａｎｇｌｅ、θ）は、３０°以下であることが好ましい。
【０００８】
溶接継手の疲労強度は、２６０ＭＰａ以上であることがよい。
溶接継手の疲労強度は、前記鋼板の疲労強度の７０％以上であることが好ましい。
【０００９】
本発明の溶接継手の製造方法は、連結部が重なるように配置される複数の鋼板の間の連結部を溶接して形成された溶接金属の端部を、非焦点レーザー（ｄｅｆｏｃｕｓｅｄ  ｌａｓｅｒ）を照射して再溶融させる段階を含むことを特徴とする。
【００１０】
非焦点レーザーの出力は、６ｋＷであり、移動速度は４〜６ｍ／ｍｉｎであることが好ましい。
非焦点レーザーの非焦点の長さは、１５〜２０ｍｍでありことがよい。
【００１１】
また、本発明の一実施例によると、非焦点レーザーの非焦点は溶接金属の端部および端部に隣接した鋼板の熱影響部（ｈｅａｔ  ａｆｆｅｃｔｅｄ  ｚｏｎｅ：ＨＡＺ）の一部をカバーすることができる。
非焦点レーザーの照射角は、３０〜４５°であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、本発明の疲労特性が優秀な溶接継手は、溶接金属の端部に非焦点レーザーを照射して局部的に再溶融処理を経て溶接ビード端部の曲率半径を増加させることによって応力集中を緩和させて溶接継手の疲労強度を向上させることができる。
また、非焦点レーザーを照射して再溶融処理をすることによって、溶接ビード端部の表層を局部的に硬化させて溶接継手の疲労強度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施例に係る疲労特性が向上した溶接継手を説明するための平面図。
【図２】図１の溶接継手をＩ−Ｉ’ラインに沿って切断した断面図。
【図３】本発明の一実施例に係る溶接継手の製造方法を説明するための断面図。
【図４】本発明の一実施例に係る溶接継手の断面を光学顕微鏡で撮影した写真。
【図５】本発明の一実施例に係る溶接継手の硬度分布を示すグラフ。
【図６】本発明の実施例１に係る溶接継手の製造方法による溶接継手の断面を光学顕微鏡で撮影した写真。
【図７】本発明の実施例２に係る溶接継手の製造方法による溶接継手の断面を光学顕微鏡で撮影した写真。
【図８】本発明の比較例１に係る溶接継手の製造方法による溶接継手の断面を光学顕微鏡で撮影した写真。
【図９】本発明の比較例２に係る溶接継手の製造方法による溶接継手の断面を光学顕微鏡で撮影した写真。
【図１０】本発明の比較例３に係る溶接継手の製造方法による溶接継手の断面を光学顕微鏡で撮影した写真。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の一実施例に係る疲労特性が優秀な溶接継手は、連結部が重なるように配置される複数の鋼板の間に溶接によって形成される溶接金属、および溶接金属の端部に形成され、表層のビッカース硬度値が２００Ｈｖ以上の再溶融部を含む。
以下、本発明の実施例について、添付した図面を基に詳細に説明する。なお、以下の実施例は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に本発明の思想を十分に伝達するために例示するものである。本発明はここで例示した実施例に限定されず、他の形態でも具体化することができる。図面は本発明を明確にするために、説明と関係のない部分の図示を省略し、理解を助けるために構成要素の大きさを多少誇張して表現することがある。
【００１５】
図１は、本発明の一実施例に係る疲労特性が向上した溶接継手を説明するための平面図である。図２は、図１の溶接継手をＩ−Ｉ’ラインに沿って切断した断面図である。図３は、本発明の一実施例に係る溶接継手の製造方法を説明するための断面図である。図４は、本発明の一実施例に係る溶接継手の断面を光学顕微鏡で撮影した写真である。図５は、本発明の一実施例に係る溶接継手の硬度分布を示すグラフである。
図１〜図５を基に、本発明の一実施例に係る溶接継手およびその製造方法を詳細に説明する。
【００１６】
本発明の一実施例に係る疲労特性が優秀な溶接継手は、連結部が重なるように配置される複数の鋼板１０の間に溶接によって形成される溶接金属２０および溶接金属２０の端部に形成され、表層のビッカース硬度値が２００Ｈｖ以上の再溶融部３０を含む。例えば、溶接金属２０の端部は鋼板１０に隣接する溶接金属２０の一領域を意味する。
例えば、鋼板１０は引張強度７８０ＭＰａ以上、そして厚さ６ｍｍ以下の高強度熱延薄板鋼材である。鋼材の軽量化のための高強度鋼材を適用するためには、高強度鋼材で製造された製品の耐久性を確保しなければならない。
【００１７】
自動車シャシー部品の組立時に強度確保のために利用されるアーク溶接の場合、溶接ワイヤーの溶着によって部品間の重ね継手溶接が行われる。このため溶接継手の幾何学的な形状の付与が避けられず、これは繰り返し疲労応力の集中部として作用して破断起点となり、その結果、部品の耐久性能の低下を招く。
溶接部の疲労特性向上のためには、主に応力集中部である溶接継手の端部角度、すなわちトー部の角度（ｔｏｅ  ａｎｇｌｅ）を小さくすることが重要であり、これと共にトー部の材質および応力を制御することが重要な要素である。
このように、トー部の角度を小さくし、トー部の材質および応力を制御するために、再溶融部３０が溶接金属２０の端部に形成される。
【００１８】
再溶融部３０は溶接金属２０の端部が非焦点レーザー（ｄｅｆｏｃｕｓｅｄ  ｌａｓｅｒ）を照射されて再溶融されて形成される。
このように、溶接金属２０の端部、すなわちトー部を非焦点レーザーを利用した熱処理により再溶融することができる。この時、再溶融部３０のトー角（ｔｏｅ  ａｎｇｌｅ、θ）は３０°以下であることが好ましい。
再溶融部３０のトー角θが３０°超過の場合、再溶融部３０に応力が集中し、疲労強度が１００ＭＰａ以下に減少して疲労寿命が短縮される虞がある。
再溶融部３０のトー角を小さくすることによって、再溶融部３０の曲率半径を大きくすることができる。したがって、繰り返し疲労応力の集中部として作用する再溶融部３０の曲率半径を大きくすることができるため、再溶融部３０での応力の集中を緩和させることができる。
【００１９】
例えば、再溶融部３０の曲率半径は溶接金属２０の曲率半径より大きくすることがよい。
溶接金属２０の端部を非焦点レーザーを照射して熱処理することによって、再溶融部３０の表層の材質が局部的に硬化する。
溶接金属２０の端部が再溶融されて再溶融部３０を形成する場合、再溶融により鋼板などで熱影響部（ｈｅａｔ  ａｆｆｅｃｔｅｄ  ｚｏｎｅ：ＨＡＺ）１１の軟化が発生する虞がある。
【００２０】
非焦点レーザーはレーザーが照射される領域を微細に制御することができ、これにより、他の種類の熱源を使う場合に比べて再溶融が局部的になる。したがって、再溶融による熱影響部（ＨＡＺ）１１の軟化を最小化することができる。
再溶融部３０の表層は。材質が硬化されるため、表層のビッカース硬度値が２００Ｈｖ以上になることができる。
ここで、再溶融部３０の表層は表面から８００μｍ以内の領域を意味する。再溶融部３０の表層のビッカース硬度値が２００Ｈｖ未満の場合、繰り返し疲労応力によって溶接継手が容易に破損する虞がある。
【００２１】
図５は溶接継手の硬度分布を示すグラフである。図５に示したとおり、再溶融部３０の表層の硬度値が２００Ｈｖ以上を有することが分かる。
上記の熱処理を経た再溶融部３０の表層はベイナイト（ｂａｉｎｉｔｅ）またはマルテンサイト（ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ）組織を有する。例えば、再溶融部３０の表面から８００μｍ以内の領域でベイナイトまたはマルテンサイト組織を有することができる。
これに伴い、溶接継手の疲労強度は２６０ＭＰａ以上であることができる。
例えば、溶接継手の疲労強度は鋼板の疲労強度の７０％以上である。すなわち、溶接継手の疲労強度を母材である鋼板の疲労強度に最大限類似する水準に確保することによって、自動車シャシー部材などのような部品の薄形化および軽量化のための高強度熱延薄板鋼材の活用範囲を拡大させることができる。
【００２２】
本発明の一実施例に係る溶接継手は、連結部が重なるように配置される複数の鋼板１０の間の連結部を溶接して形成された溶接金属２０の端部に、非焦点レーザー（ｄｅｆｏｃｕｓｅｄ  ｌａｓｅｒ）を照射して再溶融させる段階を経て製造される。
非焦点レーザー１は溶接金属２０の端部にレーザーを照射する。
例えば、非焦点レーザー１はＣＯ２固体レーザーであり得る。
この時、非焦点レーザー１の出力はこれに限定されるものではないが、例えば、６ｋＷであることができる。
【００２３】
例えば、非焦点レーザー１のヘッド移動速度は４〜６ｍ／ｍｉｎであることが好ましい。
非焦点レーザー１のヘッド移動速度が４ｍ／ｍｉｎ未満の場合、溶接金属２０の端部、すなわち、再溶融部３０の表層の材質の硬化があまり発生しないという問題点がある。非焦点レーザー１のヘッド移動速度が６ｍ／ｍｉｎ超過の場合、溶接金属２０の端部で再溶融のための十分な溶融量を確保することができないため、本発明で目的とする再溶融部３０のトー角を確保することができない。
例えば、非焦点レーザーの非焦点の長さＬは１５〜２０ｍｍであることがよい。
例えば、非焦点レーザーの非焦点は、溶接金属の端部および端部に隣接した鋼板の熱影響部（ＨＡＺ）１１の一部をカバーすることができる。
【００２４】
非焦点レーザーの非焦点の長さＬが１５ｍｍ未満の場合、非焦点レーザーが溶接金属２０の端部と溶接による鋼板１０の熱影響部（ＨＡＺ）１１を含んで再溶融できないという問題点がある。一方、非焦点レーザーの非焦点の長さＬが２０ｍｍ超過の場合、再溶融のための入熱量が不足する問題点がある。
非焦点レーザーの照射角は３０〜４５°であることが好ましい。
非焦点レーザーの照射角が３０°未満の場合、溶接金属２０の端部で再溶融のための十分な溶融量を確保することができないため、本発明で目的とする再溶融部３０のトー角を確保することができない。一方、非焦点レーザーの照射角が４５°超過の場合、重ね継手の下部鋼板１０Ａ側で十分な溶融量を確保することができないため、表層の材質の硬化があまり進行しない問題点がある。
【００２５】
図６は、本発明の実施例１に係る溶接継手の製造方法による溶接継手の断面を光学顕微鏡で撮影した写真である。図７は、本発明の実施例２に係る溶接継手の製造方法による溶接継手の断面を光学顕微鏡で撮影した写真である。図８は、本発明の比較例１に係る溶接継手の製造方法による溶接継手の断面を光学顕微鏡で撮影した写真である。図９は、本発明の比較例２に係る溶接継手の製造方法による溶接継手の断面を光学顕微鏡で撮影した写真である。図１０は、本発明の比較例３に係る溶接継手の製造方法による溶接継手の断面を光学顕微鏡で撮影した写真である。
以下、図６〜図１０および実施例、比較例を基にして、本発明をより詳細に説明する。
【００２６】
実施例１
ＰＯ７８０ＨＢ鋼板を重なるように配置した後、連結部をアーク溶接して溶接金属を形成した。その後、溶接金属のトー部を非焦点レーザーを照射して再溶融させた。この時、非焦点レーザーの出力は６ｋＷ、レーザーヘッド移動速度は４ｍ／ｍｉｎ非焦点の長さは１５ｍｍ、照射角は３０°で行った。図６は、実施例１に係る溶接継手の断面を光学顕微鏡で撮影した写真である。実施例１に係る溶接継手の製造条件および疲労強度を測定して下記の表１に示した。
【００２７】
実施例２
実施例１と同じ方法で溶接継手を製造した。図７は、実施例２に係る溶接継手の断面を走査電子顕微鏡で撮影した写真である。実施例２に係る溶接継手の製造条件および疲労強度を測定して下記の表１に示した。
【００２８】
比較例１
非焦点レーザーの出力は６ｋＷ、レーザーヘッド移動速度は４ｍ／ｍｉｎ、非焦点の長さは１０ｍｍ、照射角は２０°で行ったことを除いては、実施例１と同じ方法で溶接継手を製造した。図８は、比較例１に係る溶接継手の断面を光学顕微鏡で撮影した写真である。比較例１に係る溶接継手の製造条件および疲労強度を測定して下記の表１に示した。
【００２９】
比較例２
非焦点レーザーの出力は６ｋＷ、レーザーヘッド移動速度は２ｍ／ｍｉｎ、非焦点の長さは１０ｍｍ、照射角は２０°で行ったことを除いては、実施例１と同じ方法で溶接継手を製造した。図９は、比較例２に係る溶接継手の断面を光学顕微鏡で撮影した写真である。比較例２に係る溶接継手の製造条件および疲労強度を測定して下記の表１に示した。
【００３０】
比較例３
非焦点レーザーの出力は６ｋＷ、レーザーヘッド移動速度は２ｍ／ｍｉｎ、非焦点の長さは１５ｍｍ、照射角は３０°で行ったことを除いては、実施例１と同じ方法で溶接継手を製造した。図１０は、比較例３に係る溶接継手の断面を光学顕微鏡で撮影した写真である。比較例３に係る溶接継手の製造条件および疲労強度を測定して下記の表１に示した。
【００３１】
比較例４
ＰＯ７８０ＨＢ鋼板を重なるように配置した後、連結部をＴＩＧアーク溶接して溶接金属を形成した後、その後、溶接金属のトー部を非焦点レーザーではない、ＴＩＧアークで再溶融させた後、溶接を終了した。比較例４に係る溶接継手の製造条件および疲労強度を測定して下記の表１に示した。
【００３２】
【表１】
2019516556.tif 000003
【００３３】
下記の表２は実施例２に係る溶接継手の疲労強度を測定した方法を説明するための表である。
【表２】
2019516556.tif 000004
表２を参照すると、最大荷重２５．５ｋＮで２，０００，０００ｃｙｃｌｅ繰り返しても溶接継手の破断は発生しなかった。この時の最大強度は２７３ＭＰａであり、最大荷重を０．５ｋＮ増加させて、最大荷重２６．０ｋＮ、９２，５８６ｃｙｃｌｅで溶接継手の破断が発生した。この時の最大強度は２７７ＭＰａであった。したがって、実施例２の溶接継手の疲労強度は２７３ＭＰａであることが分かった。
【００３４】
下記の表３は比較例４に係る溶接継手の疲労強度を測定した方法を説明するための表である。
【表３】
2019516556.tif 000005
表３を基にすると、最大荷重２０．０ｋＮで２，０００，０００ｃｙｃｌｅ繰り返しても溶接継手の破断は発生しなかった。この時の最大強度は２１７ＭＰａである。したがって、比較例４の溶接継手の疲労強度は２１７ＭＰａであることが分かった。
上記の内容を基にすると、本発明の一実施例に係る溶接継手は２６０ＭＰａ以上の疲労強度を確保することができるため、自動車シャシー部材などのような部品の薄形化および軽量化のための高強度熱延薄板鋼材の活用範囲を増加させることができる。
【００３５】
本発明の実施例に係る疲労特性が優秀な溶接継手を含む溶接技術は、高強度鋼および高バーリング鋼のニーズが持続的に増加するにつれて、産業現場などの多様な分野で利用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１：非焦点レーザー
１０：鋼板
１０Ａ：下部鋼板
１０Ｂ：上部鋼板
１１：熱影響部（ＨＡＶ）
２０：溶接金属
３０：再溶融部
Ｌ：（非焦点レーザーの）非焦点の長さ
θ：再溶融部のトー角
【図１】
2019516556.tif 000006
【図２】
2019516556.tif 000007
【図３】
2019516556.tif 000008
【図４】
2019516556.tif 000009
【図５】
2019516556.tif 000010
【図６】
2019516556.tif 000011
【図７】
2019516556.tif 000012
【図８】
2019516556.tif 000013
【図９】
2019516556.tif 000014
【図１０】
2019516556.tif 000015
【国際調査報告】
2019516556.tif 000016
2019516556.tif 000017
2019516556.tif 000018
2019516556.tif 000019