(57)【要約】【課題】レーザ溶接時に溶接部が硬化することはなく、また、ロール成形した高張力鋼板板両端の突合せ部をレーザ溶接する際に、冷却水や潤滑液を用いても、溶接ビードに溶け込んだ水素によってブローホールが形成されたり、脆化破壊が発生したりすることがない高張力鋼板のレーザ溶接方法を提供することを課題とする。【解決手段】７８０ＭＰａ超の引張り強度（ＴＳ）を有する高張力鋼板をロール成形し、その板両端の突合せ部をレーザ溶接する際にフィラーワイヤを連続供給して、レーザ溶接を施す。【選択図】図２
2011031249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
７８０ＭＰａ超の引張り強度（ＴＳ）を有する高張力鋼板をロール成形し、その板両端の突合せ部をレーザ溶接する高張力鋼板のレーザ溶接方法であって、フィラーワイヤを連続供給してレーザ溶接を施すことを特徴とする高張力鋼板のレーザ溶接方法。
【請求項２】
前記フィラーワイヤの連続供給は、そのフィラーワイヤの供給速度をレーザ溶接の溶接速度と同一速度にして行うことを特徴とする請求項１記載の高張力鋼板のレーザ溶接方法。
【請求項３】
請求項１または２記載のレーザ溶接の直後に、その溶接部を３００〜４００℃に加熱することを特徴とする高張力鋼板のレーザ溶接方法。
【請求項４】
前記溶接部の加熱は、バーナ加熱により実施することを特徴とする請求項３記載の高張力鋼板のレーザ溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、７８０ＭＰａ超の引張り強度（ＴＳ）を有する高張力鋼板、いわゆる超ハイテン鋼をロール成形し、その板両端の突合せ部をレーザ溶接する際の高張力鋼板のレーザ溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の車体等に用いられる鋼板には、衝突時の安全性の向上と、低燃費化を目的とした軽量化を両立するために、高張力鋼板が採用されることが多くなっている。
【０００３】
また、その高張力鋼板を溶接する手段としてレーザ溶接を適用する例も散見されるようになってきている。レーザ溶接とは、レーザ光を熱源として金属に集光した状態で照射し、金属を局部的に溶融、凝固させることによって金属を接合させる方法である。レーザは、単一波長で位相差のない光であるため、光学系のレンズで極めて小さな点に集光して高い密度のエネルギーを与えて金属を接合することができる。
【０００４】
レーザ溶接は、このようにして金属を接合する溶接方法であるため、高速で溶け込みが深い、溶接熱影響が少ない、溶接変形が少ないという特長を有している。しかしながら、一方で溶接部が硬化するという欠点があり、特に、高張力鋼板をレーザ溶接する場合には、溶接部（溶接デポ部）が硬化しやすく、低温割れを発生しやすいという問題があり、高張力鋼板の溶接にレーザ溶接が採用されることの障害となっている。
【０００５】
７８０ＭＰａ超の引張り強度を有する高張力鋼板をロール成形する際には、通常の鋼板をロール成形する場合よりも高い摩擦熱が発生するため、冷却水等で冷却する必要がある。また、ロール成形する際のロール摩擦を軽減するために潤滑液が使用されている。そのため、高張力鋼板の表面に水分が付着した状態、或いは水分を多く含んだ雰囲気中でレーザ溶接は実施されることになる。多分に高張力鋼板の表面に付着した水分は、ウエス等で拭き取ったり、または送風により吹き飛ばしたりすることで減少させることは可能であるが、操業中の連続作業では乾燥した状態とすることは非常に難しく、また不可能である。従って、溶接ビードに溶け込んだ水素によってブローホールが形成されたり、脆化破壊が発生したりすることがあり、ロール成形した高張力鋼板板両端の突合せ部をレーザ溶接する際には問題となっていた。
【０００６】
また、高張力鋼板のレーザ溶接において、溶接部が硬化するという問題を解決する方法として、高張力鋼板レーザ溶接部の熱処理方法が特許文献１として提案されている。しかしながら、この方法は、ロール成形した高張力鋼板板両端の突合せ部をレーザ溶接する方法を特に対象としたものではなく、また、この方法では４００℃以上の高温に局所加熱する加熱する必要があり、そのために、パワー密度が高いレーザビームを照射するための特殊な装置を必要とするという実情があった。
【０００７】
更には、ロール成形した高張力鋼板板両端の突合せ部をレーザ溶接する方法を特に対象としていないが、レーザ溶接を行う際に、フィラーワイヤを供給するという技術は、特許文献２〜５によって既に提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２０９４９７号公報
【特許文献２】特開２００３−２１１２７４号公報
【特許文献３】特開２００４−２０９５３６号公報
【特許文献４】特開２００５−２１９１２号公報
【特許文献５】特開２００６−１５９２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記従来の問題を解決せんとしてなされたもので、レーザ溶接時に溶接部が硬化することはなく、また、ロール成形した高張力鋼板板両端の突合せ部をレーザ溶接する際に、冷却水や潤滑液を用いても、溶接ビードに溶け込んだ水素によってブローホールが形成されたり、脆化破壊が発生したりすることがない高張力鋼板のレーザ溶接方法を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１記載の発明は、７８０ＭＰａ超の引張り強度（ＴＳ）を有する高張力鋼板をロール成形し、その板両端の突合せ部をレーザ溶接する高張力鋼板のレーザ溶接方法であって、フィラーワイヤを連続供給してレーザ溶接を施すことを特徴とする高張力鋼板のレーザ溶接方法である。
【００１１】
請求項２記載の発明は、前記フィラーワイヤの連続供給は、そのフィラーワイヤの供給速度をレーザ溶接の溶接速度と同一速度にして行うことを特徴とする請求項１記載の高張力鋼板のレーザ溶接方法である。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のレーザ溶接の直後に、その溶接部を３００〜４００℃に加熱することを特徴とする高張力鋼板のレーザ溶接方法である。
【００１３】
請求項４記載の発明は、前記溶接部の加熱は、バーナ加熱により実施することを特徴とする請求項３記載の高張力鋼板のレーザ溶接方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の請求項１記載の高張力鋼板のレーザ溶接方法によると、レーザ溶接特有の、高速で溶け込みが深い、溶接熱影響が少ない、溶接変形が少ないという特長を活かした上で、レーザ溶接時に溶接部が硬化することはなく、また、ロール成形した高張力鋼板板両端の突合せ部をレーザ溶接する際に、冷却水や潤滑液を用いても、溶接ビードに溶け込んだ水素によってブローホールが形成されたり、脆化破壊が発生したりすることもないという効果を奏することができる。
【００１５】
本発明の請求項２記載の高張力鋼板のレーザ溶接方法によると、フィラーワイヤを過不足なく安定的に供給することができる。
【００１６】
本発明の請求項３記載の高張力鋼板のレーザ溶接方法によると、従来に比べ比較的低温の後加熱で脱水素化を実施することができ、溶接部の脆化を抑止することができる。
【００１７】
本発明の請求項４記載の高張力鋼板のレーザ溶接方法によると、バーナ加熱という簡易な手段で脱水素化を実施することができ、溶接部の脆化の抑制を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態で、高張力鋼板をロール成形する工程を示す斜視図である。
【図２】同実施形態で、ロール成形工程で高張力鋼板が順次変形する状態と、フィラーワイヤを供給する状態を併せて示した縦断面図である。
【図３】同実施形態に用いられるレーザヘッドとワイヤ送給装置の関係を示す斜視図である。
【図４】実施例においてレーザ溶接を施した比較例の試験片の溶接部を示す外観写真である。
【図５】実施例においてレーザ溶接を施した発明例１の試験片の溶接部を示す外観写真である。
【図６】実施例においてレーザ溶接を施した発明例２の試験片の溶接部を示す外観写真である。
【図７】実施例においてレーザ溶接を施した比較例の試験片の溶接部における断面性状を示す断面写真である。
【図８】実施例においてレーザ溶接を施した発明例１の試験片の溶接部における断面性状を示す断面写真である。
【図９】実施例においてレーザ溶接を施した発明例２の試験片の溶接部における断面性状を示す断面写真である。
【図１０】実施例においてレーザ溶接を施した比較例の試験片の溶接部におけるビッカース硬さ分布を示すグラフ図である。
【図１１】実施例においてレーザ溶接を施した発明例１の試験片の溶接部におけるビッカース硬さ分布を示すグラフ図である。
【図１２】実施例においてレーザ溶接を施した発明例２の試験片の溶接部におけるビッカース硬さ分布を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明者らは、７８０ＭＰａ超の引張り強度（ＴＳ）を有する高張力鋼板、いわゆる超ハイテン鋼をロール成形し、その板両端の突合せ部をレーザ溶接する際に、溶接デポ部の硬化が発生しやすいという問題、また、ロール成形時の冷却水や潤滑液を起因とする拡散性水素による脆化で、低温割れを生じやすいという問題を解消するために、鋭意、実験、検討を重ねた。
【００２０】
その結果、高張力鋼板をロール成形し、その板両端の突合せ部をレーザ溶接する際にフィラーワイヤを連続供給して、フィラーワイヤを板両端と共に溶融、凝固させることで、溶接デポ部を軟化させて靭性を高めることができ、脆性破壊の発生を抑制することができることを知見し、本発明を完成させるに至った。
【００２１】
また、拡散性水素は温度依存性があるため、３００〜４００℃で後加熱を行うことで、脱水素化を図ることができ、更に確実に、溶接部の脆化を抑制することができ、また、更に確実に脆性破壊の発生を抑制することができることも知見した。
【００２２】
以下、本発明を実施形態に基づいて更に詳細に説明する。
【００２３】
本発明の高張力鋼板のレーザ溶接方法は、７８０ＭＰａ超の引張り強度（ＴＳ）を有する高張力鋼板、いわゆる超ハイテン鋼をロール成形し、その板両端の突合せ部をレーザ溶接する際の高張力鋼板のレーザ溶接方法を対象とする。
【００２４】
７８０ＭＰａ超の引張り強度（ＴＳ）を有する高張力鋼板を対象とした理由は、７８０ＭＰａ超の引張り強度（ＴＳ）を有する高張力鋼板をロール成形する際には、通常の鋼板をロール成形する場合よりも高い摩擦熱が発生するため、冷却水等で冷却する必要があり、その冷却水が、高張力鋼板の表面に付着したり、水蒸気となって雰囲気中に含有されたりすることで、レーザ溶接時に、水素となり溶接ビードに溶け込んで、ブローホールを形成したり、脆化破壊の発生原因となったりすることがあり、通常の鋼板をロール成形する場合よりも改善を図る必要性が高いからである。
【００２５】
ロール成形は、図１に示すように、タンデムに配置された複数組の成形ロール３に、コイル材、フープ材、切板などの高張力鋼板１を通し、順次幅方向の曲げ加工を加え、図２に示すように、平坦な形状の板から目的形状に成形する加工のことである。本発明では、図２に示すように、ロール成形により高張力鋼板を断面略正方形に製缶加工し、板両端の突合せ部をレーザ溶接により接合する。
【００２６】
また、本発明においては、図２に示すように、そのレーザ溶接時にフィラーワイヤ２を連続供給することで、ロール成形によって製缶加工された高張力鋼板１の両端と共に、フィラーワイヤ２を同時に溶融、凝固する。このフィラーワイヤの連続供給により、溶接デポ部を軟化させ、靭性を高めることができる。その結果、脆性破壊の発生を抑制することができる。
【００２７】
一般に、レーザ溶接の対象となる高張力鋼板１は１〜２ｍｍ厚の薄板である。この高張力鋼板１の板両端の突合せ部を、フィラーワイヤ２を供給せずにレーザ溶接すると、突合せ部は完全に溶解するが、溶接デポ部は硬化してしまい、靭性が低下してしまうことがある。その靭性低下を防止するために母材（高張力鋼板１）より強度の劣るフィラーワイヤ２をレーザ溶接特に連続供給することで、溶接デポ部を軟化させ、靭性を高めることができる。
【００２８】
このフィラーワイヤの溶接部への連続供給は、図３に示すように、レーザヘッド４に固定したワイヤ送給装置５により行い、溶接速度とフィラーワイヤ２の供給速度を同一にすることで、過不足なくフィラーワイヤ２を供給することができる。
【００２９】
本発明では、このレーザ溶接の直後に、溶接部を３００〜４００℃に加熱することが望ましい。この後加熱によって、脱水素化を図ることができ、更に確実に、溶接部の脆化を抑制することができる。また、この後加熱により、硬度が硬くなった溶接金属が焼き戻され、溶接部の残留応力を改善することができる。
【００３０】
この後加熱の温度を３００〜４００℃とした理由は、後加熱の温度が３００℃未満であれば、脱水素化および溶接部の残留応力の改善を十分にできないからであり、一方、４００℃を超えると、脱水素効果を得ることができない。
【００３１】
尚、この後加熱は、バーナによる加熱で行うことで十分であり、簡易な手段で脱水素化を実施することができ、確実に、溶接部の脆化を抑制することができる。また、バーナ加熱以外にも熱コイルによる加熱等を採用することができる。
【実施例】
【００３２】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で適宜変更を加えて実施することも可能であり、それらは何れもが本発明の技術的範囲に含まれる。
【００３３】
本実施例では、１２７０ＭＰａの引張り強度（ＴＳ）を有する高張力鋼板をロール成形により製缶加工し、その板両端の突合せ部をレーザ溶接した。ここでは、レーザ光を照射するのみで板両端の突合せ部を接合した試験片を比較例、レーザ光を照射した際に同時にフィラーワイヤを供給して板両端の突合せ部を接合した試験片を発明例１、フィラーワイヤを供給してレーザ溶接した１０秒以内の直後に３００〜４００℃にバーナ加熱した試験片を発明例２とする。
【００３４】
図４に比較例の溶接部の外観写真を、図５に発明例１の溶接部の外観写真を、図６に発明例２の溶接部の外観写真を夫々示すと共に、図７に比較例の溶接部の断面性状の写真を、図８に発明例１の溶接部の断面性状の写真を、図９に発明例２の溶接部の断面性状の写真を夫々示す。また、図１０に比較例の溶接部付近のビッカース硬さ分布を、図１１に発明例１の溶接部付近のビッカース硬さ分布を、図１２に発明例２の溶接部付近のビッカース硬さ分布を夫々示す。
【００３５】
尚、ビッカース硬さの測定は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４に規定のビッカース硬さ試験−試験方法に基づいて測定した。
【００３６】
比較例の溶接部付近のビッカース硬さ分布を示す図１０と、発明例１の溶接部付近のビッカース硬さ分布を示す図１１を比較すれば、レーザ溶接時にフィラーワイヤを供給することで、溶接デポ部が軟化していることが分かる。また、発明例２の溶接部付近のビッカース硬さ分布を示す図１２では、後加熱による焼き戻しによってビッカース硬さが全体に低下していることが分かる。
【００３７】
一般に、溶接ビード部は引張残留応力場となっていることが多いと考えられ、破壊しやすい状態にある。また、成形時のスプリングバック力が働くことや、鋼管が塑性変形を伴う部材であることも想定して、本実施例では、比較例、発明例１、発明例２の３種の試験片を用いて、３点曲げ装置により曲げ負荷を載荷したときの破壊までの時間を計測した。試験結果を表１に示す。尚、表１に「負荷：大」と示したのは破断応力近くの曲げ負荷を載荷した状態を示し、同じく「負荷：中」と示したのは降伏応力を超える曲げ負荷を載荷した状態を示す。また、試験は３時間に亘り継続して行い、溶接ビード部は割れが発生しなかった場合は、「割れず」と表示した。
【００３８】
【表１】
2011031249.tif 000003
【００３９】
試験結果によると、１２７０ＭＰａの引張り強度（ＴＳ）を有する高張力鋼板をロール成形により製缶加工し、その板両端の突合せ部をレーザ溶接する際に、フィラーワイヤを連続供給することで、脆化破壊が発生しなくなることが分かる。
【符号の説明】
【００４０】
１…高張力鋼板
２…フィラーワイヤ
３…成形ロール
４…レーザヘッド
５…ワイヤ送給装置
【図１】
2011031249.tif 000004
【図２】
2011031249.tif 000005
【図３】
2011031249.tif 000006
【図４】
2011031249.tif 000007
【図５】
2011031249.tif 000008
【図６】
2011031249.tif 000009
【図７】
2011031249.tif 000010
【図８】
2011031249.tif 000011
【図９】
2011031249.tif 000012
【図１０】
2011031249.tif 000013
【図１１】
2011031249.tif 000014
【図１２】
2011031249.tif 000015