СПОСОБ СВАРКИ ВНАХЛЕСТКУ УЧАСТКА, СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРЕННОГО ВНАХЛЕСТКУ ЭЛЕМЕНТА, СВАРЕННЫЙ ВНАХЛЕСТКУ ЭЛЕМЕНТ И АВТОМОБИЛЬНАЯ ДЕТАЛЬ
METHOD OF OVERLAPPED WELDING SECTION, METHOD OF MAKING OVERLAPPED WELDED ELEMENT, OVERLAPPED WELDED ELEMENT AND AUTOMOBILE PART

Область техники
Настоящее изобретение относится к способу сварки внахлестку участка, сваренному внахлестку элементу, образованному соединением внахлестку множества элементов из стальных листов и сваривания их, к способу изготовления сваренного внахлестку элемента, к сваренному внахлестку элементу и к автомобильной детали, имеющей сваренный внахлестку элемент.
Настоящая заявка испрашивает приоритет на основе Японской патентной заявки №2012-175860, поданной в Японии 8 августа 2012 г., описание которой включены в настоящую заявку посредством ссылки.
Предпосылки создания изобретения
В последние годы структуры, сконфигурированные со множеством элементов из стальных листов, изготовленных из стальных листов, как правило, выполняются таким образом, чтобы они включали в себя сваренный внахлестку элемент, имеющий множество элементов из стальных листов, соединенных друг с другом таким образом, что элементы из стальных листов соединяются внахлестку друг с другом в соответствии с их функциями или с окружающей средой, в которой они используются, для выполнения участка нахлесточного соединения, и этот участок нахлесточного соединения подвергается воздействию точечной контактной сварки для создания точечно-сварного участка, имеющего ядро.
Например, несущий кузов (автомобильная деталь), который составляет кузов автомобиля, обычно образуется за счет соединения внахлестку элементов из стальных листов, включающих в себя высокопрочные стальные листы, и приложения точечной контактной сварки к фланцевому участку (участку нахлесточного соединения) для достижения как улучшения безопасности при столкновении, так и улучшения топливной эффективности.
В настоящее время, прочные на разрыв стальные листы, обладающие пределом прочности на разрыв класса 980 МПа, широко используются в качестве высокопрочных стальных листов для автомобилей, и, дополнительно, были выполнены исследования на прочных на разрыв стальных листах, обладающих пределом прочности на разрыв класса 1200 МПа или выше.
Кроме того, в исследовании находится другая технология, в которой применяется горячая штамповка, в которой как прессование, так и закаливание выполняют одновременно в одной и той же пресс-форме для образования элементов из стальных листов из сваренного внахлестку элемента, и изготавливают горячие штампы, обладающие пределом прочности на разрыв 1500 МПа или выше в качестве элементов из стальных листов.
В ходе этой горячей штамповки стальные листы нагревают до высоких температур, чтобы они находились в высоко пластичном состоянии, и тогда выполняют формование. Таким образом, могут быть эффективно изготовлены высокопрочные элементы из стальных листов, обладающие пределом прочности на разрыв 1500 МПа или выше, и, дополнительно, после штамповки может быть преимущественно улучшена точность размеров.
Например, в случае структур, которые должны обладать стойкостью против коррозии, эти структуры могут быть выполнены c помощью соединения внахлестку элементов из стальных листов, выполненных из стальных листов, включающих в себя оцинкованный стальной лист, имеющий образованное на нем путем погружения в горячий расплав и отожженное покрытие, или цинковое покрытие, нанесенное путем погружения в горячий расплав, с последующим соединением внахлестку участка посредством точечной контактной сварки.
Например, внешняя панель, составляющая несущий кузов, как правило, включает в себя оцинкованные стальные листы, имеющие образованное на них путем погружения в горячий расплав и отожженное покрытие, или цинковое покрытие, нанесенное путем погружения в горячий расплав.
Элементы из стальных листов, образованные путем применения горячей штамповки к прочным на разрыв стальным листам или к высокопрочным стальным листам, обладающим пределом прочности на разрыв 1200 МПа или выше, как было описано выше, обычно содержат закаленную структуру.
Однако точечно-сварной участок, на котором соединен участок нахлесточного соединения, имеет зону, испытывающую термическое влияние (здесь и далее называемую HAZ, heat-affected zone), твердость которой меньше, чем для материала основы, содержащего закаленную структуру, поскольку тепло от точечной контактной сварки вызывает отпуск закаленной структуры вокруг ядра.
Это размягчение HAZ, которая обладает твердостью, более низкой, чем твердость металла основы, также может возникнуть в случае стальных листов класса 980 МПа. Однако это размягчение возникает, в частности, в точечно-сварном участке прочного на разрыв стального листа, обладающего пределом прочности на разрыв 1200 МПа или выше и содержащего закаленные структуры, образованные с помощью оборудования непрерывного отжига, обладающего функцией охлаждения водой, или горяче-штампованный элемент (высокопрочный элемент из стальных листов), образованный посредством горячей штамповки.
Например, в случае холодно-катанного стального листа класса 1200 МПа металл основы обладает твердостью по Виккерсу приблизительно 390, тогда как самая мягкая зона в HAZ обладает твердостью по Виккерсу приблизительно 300.
Это означает, что твердость по Виккерсу приблизительно на 90 меньше, чем для металла основы.
ФИГ. 14 представляет собой схему, показывающую пример испытательного образца 100, включающего в себя участок нахлесточного соединения, полученный путем соединения внахлестку горячештампованного элемента (высокопрочного элемента из стальных листов) 101P, обладающего пределом прочности на разрыв класса 1500 Мпа и образованного посредством горячей штамповки, и горячештампованного элемента (высокопрочного элемента из стальных листов) 102P, обладающего пределом прочности на разрыв класса 1500 МПа и образованного посредством горячей штамповки, и образование точечно-сварного участка 110, имеющего ядро 112, посредством точечной контактной сварки, и дополнительно показывающую распределение твердости согласно твердости по Викерсу (JIS Z2244), измеренной путем применения вдавливания к положениям, расположенным вдоль прерывистой линии, показанной на схематическом изображении, показывающем испытательный образец 100 (положения, расположенные на одной четверти толщины (толщина/4) от границы раздела, по направлению к центру стального листа).
Твердость по Виккерсу измеряют с нагрузкой 9,8 Н и с шагом 0,5 мм.
Как показано на графике на ФИГ. 14, испытательный образец 100 образуется путем соединения внахлестку горячештампованного элемента 101P класса 1500 Мпа, образованного посредством горячей штамповки, и горячештампованного элемента 102P класса 1500 Мпа, образованного посредством горячей штамповки. Этот испытательный образец 100 демонстрирует твердость по Виккерсу приблизительно 450 для материала основы (горячештампованного элемента 101P) и твердость по Викерсу приблизительно 300 для самой мягкой зоны 103А в зоне 103 размягчения HAZ.
Иными словами, твердость по Виккерсу для самой мягкой зоны 103А в HAZ 103 снижается приблизительно на 150 по сравнению с твердостью для металла основы (горячештампованного элемента 101P).
Затем, к испытательному образцу 100 прикладывают растягивающую нагрузку. В результате, от зоны 103 размягчения HAZ, расположенной за пределами и вблизи ядра 112 возникало разрушение, как показано на ФИГ. 15A и ФИГ. 15B.
ФИГ. 15A представляет собой поперечный разрез поверхности стали и показывает, как разрушился горячештампованный элемент 101P испытательного образца 100, показанный на ФИГ. 14. ФИГ. 15B представляет собой поперечный разрез, показывающий состояние разрушения от зоны 103 размягчения HAZ.
Размягчение HAZ, как было описано выше, не влияет на результаты оценки испытаний на сдвиг при растяжении и испытаний на поперечное растяжение (JIS Z3137), используемых для оценки соединения при точечной контактной сварке. Однако в случае, когда растягивающую нагрузку прикладывают к испытательному образцу 100, как показано на ФИГ. 15A и ФИГ. 15B, деформация сосредотачивается локально на зоне 103 размягчения HAZ, возможно вызывая разрушение в зоне 103 размягчения HAZ.
Вышеописанное разрушение в зоне размягчения HAZ точечно-сварного участка может быть видно в элементе из стальных листов (в изделии, подвергнутом прессованию), образованном стальными листами, обладающим пределом прочности на разрыв 1200 МПа или выше, и существует вероятность того, что преимущество высокопрочного стального листа не может быть полностью достигнуто в момент удара.
Например, для защиты водителя и пассажиров в кабине в момент автомобильных столкновений требуются несущие элементы конструкции (сваренные внахлестку элементы), такие как передняя стойка, центральная стойка, продольный брус крыши и поперечная боковина платформы кузова, составляющие кузов автомобиля.
По этой причине, деформация в момент удара подавляется за счет соединения внахлестку множества элементов из стальных листов и соединения фланца (участка нахлесточного соединения) посредством точечной контактной сварки, с образованием, таким образом, трубчатого закрытого поперечного сечения.
Однако в случае режима серьезных ударов, таких как боковые краш-тесты SUV Страхового института безопасности дорожного движения (IIHS) и тесты бокового столкновения со столбом Европейской программы оценки новых автомобилей (Euro NCAP), существует вероятность того, что станет трудно достигнуть заданной ударопрочности даже при использовании, например, высокопрочных стальных листов, поскольку деформации концентрируются на зоне размягчения HAZ точечно-сварного участка, и зона размягчения HAZ служит в качестве исходной точки разрушения.
Таким образом, для обеспечения использования в полном объеме рабочих характеристик высокопрочного стального листа, необходимо предохранить зону размягчения HAZ точечно-сварного участка от использования в качестве исходной точки разрушения в случае, когда несущие элементы конструкции кузова автомобиля включают в себя элемент из стальных листов, образованный из высокопрочных стальных листов, обладающих пределом прочности на разрыв 1200 МПа или выше.
Например, одна из раскрытых технологий включает в себя технологию ослабления механического напряжения на сваренном участке и подавления замедленного разрушения путем применения как лазерной сварки, так и точечной сварки в случае, когда сваривают высокопрочные стальные листы с образованием несущего элемента конструкции для автомобилей (см., например, Патентный документ 1).
Кроме того, в связи с улучшением соединения на сварном участке, раскрыта технология, в которой непрерывные сварные участки образуется вдоль точечно-сварного участка металлического материала посредством лазерной сварки (см., например, Патентный документ 2).
Кроме того, в связи с улучшения соединения на сварном участке, раскрыта технология, в которой свет лазера излучается на точечно-сварной участок или вблизи точечно-сварного участка для лазерной сварки стального листа на стороне поверхности и толстого стального листа, расположенного рядом с этим стальным листом на стороне поверхности (см., например, Патентный документ 3).
Кроме того, в непатентном документе 1 раскрыт способ предохранения несущих элементов конструкции от разрушения от зоны размягчения HAZ, в котором прочность металла основы снижают посредством термообработок, применяемых во время горячей штамповки к участку, подверженному риску возникновения разрушения из-за удара по передней стойке, образованной посредством горячей штамповки, в результате чего размягчение HAZ не происходит, даже если применяется точечная контактная сварка.
Кроме того, в непатентном документе 2 раскрыт способ предохранения несущих элементов конструкции от разрушения от зоны размягчения HAZ, путем снижения прочности металла основы посредством закалки с последующим отпуском с использованием высокочастотного нагрева, прикладываемого к участку фланца центральной стойки, образованной посредством горячей штамповки, предохраня тем самым HAZ от размягчения, даже если применяется точечная контактная сварка.
Документы предшествующего уровня техники
Патентный документ
Патентный документ 1: Японская нерассмотренная патентная заявка, первая публикация №2008-178905
Патентный документ 2: Японская нерассмотренная патентная заявка, первая публикация №2009-241116
Патентный документ 3: Японская нерассмотренная патентная заявка, первая публикация №2010-264503
Непатентный документ
Непатентный документ 1: Tailored Properties for Press hardened body parts Dr. Camilla Wastlund, Automotive Circle International, Insight edition, 2011, Сверхвысокопрочные стали в проектировании облегченных кузовов автомобилей - современные проблемы и будущий потенциал
Непатентный документ 2:
http://publications.lib.chalmers.se/records/fulltext/144308.pdf
Раскрытие изобретения
Проблемы, решаемые с помощью изобретения
Однако в технологии, раскрытой в Патентном документе 1, сварка технологического шва с помощью точечной сварки применяют на линии, протянутой от валика от лазерной сварки, который будет образован на участке нахлесточного соединения, а затем применяют лазерную сварку, тем самым ослабляя механическое напряжение, возникающего непосредственно после лазерной сварки на участке нахлесточного соединения, например, из-за деформации, связанной с лазерной сваркой или пружинной отдачей образованного элемента.
Это означает, что эта технология относится к временной фиксации в случае лазерной сварки, и, следовательно, не способствует повышению прочности точечно-сварного участка.
Дополнительно, технология, раскрытая в Патентном документе 2, представляет собой технологию выполнения точечной контактной сварки перед применением лазерной сварки, тем самым приводя к точечно-сварному участку, образованному заблаговременно для функционирования в качестве средства закрепления участка нахлесточного соединения.
Это означает, что данная технология, главным образом, относится к лазерной сварке, а не к точечной сварке. Таким образом, эта технология не относится к технологии усиления преимуществ точечной сварки.
Дополнительно, технология, раскрытая в Патентном документе 3, относится к технологии последовательного выполнения процесса точечной сварки и процесса лазерной сварки, и к сварке поверхностной стороны стального листа и толстого стального листа, прилегающего к поверхностной стороне стального листа, посредством лазерной сварки для надежного применения сварки внахлестку, даже в случае, когда между двумя или более стальными листами, включающими в себя поверхностную сторону стального листа и толстый стальной лист, никакой точечно-сварной участок не образуется. Таким образом, эта технология не относится к технологии повышения прочности точечно-сварного участка.
Дополнительно, в случае способа регулирования прочности в соответствии с участками передней стойки, как раскрыто в непатентном документе 1, участок с низкой прочностью неизбежно образуется на относительно большой площади в передней стойке.
Таким образом, влияние горячей штамповки, в которой может быть получена высокая прочность, не может быть полностью достигнута, и, дополнительно, влияние снижения веса является ограниченным.
Дополнительно, в этом способе, характеристики, относящиеся к прочности, изменяются по относительно большой переходной зоне, которая неизбежно образуется между закаленной зоной и незакаленной зоной, что возможно вызывает изменение в ударопрочности передней стойки.
Дополнительно, при способе закалки с последующим отпуском фланца центральной стойки посредством высокочастотного нагрева после горячей штамповки, как раскрыто в непатентном документе 2, центральная стойка может деформироваться из-за термического напряжения, являющегося результатом высокочастотного нагрева, вследствие чего точность размеров ухудшается.
Требуется, чтобы не только центральная стойка, но также и передняя стойка, продольный брус крыши или другие несущие элементы конструкции, расположенные вокруг двери были тщательно собраны, с тем, чтобы расстояния между этими несущими элементами конструкции и, например, дверной панелью, были равномерными по всей периферии участка дверного проема.
Таким образом, сложно применять технологию, раскрытую в непатентном документе 2, к несущим элементам конструкции вокруг участка дверного проема, из-за снижения точности размеров и ухудшения качества, касающегося косметического внешнего вида.
На стадии конструирования кузова автомобиля, может быть возможным конструирования несущего элемента конструкции, такого как центральная стойка, с тем, чтобы зона размягчения HAZ на точечно-сварном участке фланца не достигала деформации при разрушении в момент удара.
Однако в этой конструкции толщины стальных листов, составляющих несущие элементы конструкции, увеличиваются или требуются дополнительные упрочнения, что ведет к повышению стоимости или веса кузова автомобиля. Таким образом, применение этой технологии является затруднительным.
Настоящее изобретение было выполнено ввиду проблем, которые описаны выше, и задача настоящего изобретения состоит, применительно к сваренному внахлестку элементу, образованному путем сваривания вместе множества элементов из стальных листов, выполненных из стальных листов, в решении по меньшей мере одного из пунктов (1) и (2), описанных ниже.
(1) Обеспечение способа сварки участка нахлесточного соединения, способа изготовления сваренного внахлестку элемента, сваренного внахлестку элемента и автомобильной детали, которая может предотвращать точечно-сварной участок на участке нахлесточного соединения от разрушения в зоне размягчения HAZ в случае, когда множество элементов из стальных листов, содержащих мартенсит, соединяют посредством точечной контактной сварки.
(2) Обеспечение способа сварки участка нахлесточного соединения, способа изготовления сваренного внахлестку элемента, сваренного внахлестку элемента и автомобильной детали, которая может предотвращать разрушения в точечно-сварном участке, образованном на участке нахлесточного соединения в случае, когда множество элементов из стальных листов, включающих в себя оцинкованный стальной лист, имеющий образованное на нем путем погружения в горячий расплав и отожженное покрытие, или цинковое покрытие, нанесенное путем погружения в горячий расплав, соединяют посредством точечной контактной сварки.
Средство для решения проблемы
Каждый аспект настоящего изобретения будет описан ниже.
(1) Первый аспект настоящего изобретения обеспечивает способ сварки участка нахлесточного соединения, в котором множество элементов из стальных листов соединяют на участке нахлесточного соединения, и по меньшей мер, один из множества элементов из стальных листов содержит мартенсит, причем способ включает в себя: образование точечно-сварного участка, имеющего ядро на участке нахлесточного соединения; и излучение лазерного пучка для образования расплавленного и затвердевшего участка, пересекающего конец ядра и расположенного между ядром и положением, внешне отстоящим от конца ядра не менее чем на 3 мм, причем расплавленный и затвердевший участок образован в элементе из стальных листов, содержащих мартенсит, таким образом, чтобы он имел глубину не менее 50% от толщины элемента из стальных листов, содержащих мартенсит в положении, внешне отстоящим от конца ядра на 1 мм.
(2) Второй аспект настоящего изобретения обеспечивает способ сварки участка нахлесточного соединения, в котором множество элементов из стальных листов, включающих в себя оцинкованный стальной лист, имеющий образованное на нем путем погружения в горячий расплав и отожженное покрытие, или цинковое покрытие, нанесенное путем погружения в горячий расплав, соединяют на участке нахлесточного соединения, причем способ включает в себя: образование точечно-сварного участка, имеющего ядро на участке нахлесточного соединения; и излучение лазерного пучка для образования расплавленного и затвердевшего участка, пересекающего конец ядра и расположенного между ядром и положением за пределами ядра, при этом расплавленный и затвердевший участок образован таким образом, чтобы глубина расплавленного и затвердевшего участка на участке, соответствующем соприкасающейся поверхности точечно-сварного участка, была более мелкой, чем контактная поверхность, имеющая образованное на ней путем погружения в горячий расплав и отожженное покрытие, или цинковое покрытие, нанесенное путем погружения в горячий расплав.
(3) Третий аспект настоящего изобретения обеспечивает способ изготовления сваренного внахлестку элемента, включающий в себя: соединение внахлестку множества элементов из стальных листов на участке нахлесточного соединения, и выполнение сварки в соответствии со способом сварки участка нахлесточного соединения согласно пунктам (1) или (2), описанным выше.
(4) Четвертый аспект настоящего изобретения обеспечивает сваренный внахлестку элемент, в котором множество элементов из стальных листов соединяют на участке нахлесточного соединения, и по меньшей мере один из множества элементов из стальных листов содержит мартенсит, причем точечно-сварной участок, имеющий ядро, образуется на участке нахлесточного соединения, а расплавленный и затвердевший участок образуется посредством излучения лазерного пучка между ядром и положением, внешне отстоящим от конца ядра не менее чем на 3 мм, причем этот расплавленный и затвердевший участок пересекает конец ядра и имеет глубину не менее 50% от толщины элемента из стальных листов, содержащих мартенсит, в положении, внешне отстоящим от конца ядра на 1 мм.
(5) Пятый аспект настоящего изобретения обеспечивает сваренный внахлестку элемент, в котором множество элементов из стальных листов, включающих в себя оцинкованный стальной лист, имеющий образованное на нем путем погружения в горячий расплав и отожженное покрытие, или цинковое покрытие, нанесенное путем погружения в горячий расплав, соединяют на участке нахлесточного соединения, на котором точечно-сварной участок, имеющий ядро, образуется на участке нахлесточного соединения, а расплавленный и затвердевший участок образуется посредством излучения лазерного пучка между ядром и положением за пределами ядра таким образом, чтобы он пересекал конец ядра и имел глубину на участке, соответствующем соприкасающейся поверхности точечно-сварного участка, меньшую, чем контактная поверхность, имеющая образованное на ней путем погружения в горячий расплав и отожженное покрытие, или цинковое покрытие, нанесенное путем погружения в горячий расплав.
(6) Шестой аспект настоящего изобретения обеспечивает автомобильную деталь, включающую в себя сваренный внахлестку элемент согласно пунктам (4) или (5), описанным выше.
Эффекты изобретения
Согласно способу сварки участка нахлесточного соединения, способу изготовления сваренного внахлестку элемента, сваренному внахлестку элементу и автомобильной детали, описанной выше, можно предохранить точечно-сварной участок на участке нахлесточного соединения от разрушения в зоне размягчения HAZ, в случае, когда множество элементов из стальных листов, содержащих мартенсит, соединяют посредством точечной контактной сварки.
В результате можно изготавливать высокопрочные автомобильные детали, демонстрирующие, например, превосходные характеристики защиты водителя и пассажиров в момент удара.
Дополнительно, можно предотвратить разрушения на точечно-сварном участке, образованном на участке нахлесточного соединения, в случае, когда элементы из стальных листов, выполненные из множества стальных листов, включающих в себя оцинкованный стальной лист, имеющий образованное на нем путем погружения в горячий расплав и отожженное покрытие, или цинковое покрытие, нанесенное путем погружения в горячий расплав, соединяют посредством точечной контактной сварки.
Краткое описание чертежей
ФИГ. 1A представляет собой схематическое изображение, показывающее пример фланца, к которому применено настоящее изобретение.
ФИГ. 1B представляет собой схему, показывающую пример схематической конфигурации участка соединения, полученного путем соединения внахлестку множества элементов из стальных листов, к которой применено настоящее изобретение.
ФИГ. 2A представляет собой схему, показывающую пример, в котором настоящее изобретение применено для горячештампованного элемента класса 1500 МПа.
ФИГ. 2B представляет собой вид в разрезе, взятом вдоль линии I-I на ФИГ. 2A и показывающий пример, в котором настоящее изобретение применено для горячештампованного элемента класса 1500 МПа.
ФИГ. 2C представляет собой схематическое изображение, показывающее точечно-сварной участок, показанный на ФИГ. 2A, как видно от поверхности стали, левая половина которой показывает случай, когда лазерный пучок не применяют, а правая половина которой показывает случай, когда настоящее изобретение применимо.
ФИГ. 3А представляет собой схему, показывающую распределение твердости на участке, обозначенном прерывистой линией А на ФИГ. 2C.
ФИГ. 3B представляет собой схему, показывающую распределение твердости на участке, обозначенном прерывистой линией B на ФИГ. 2C.
ФИГ. 3C представляет собой схему, показывающую распределение твердости на участке, обозначенном прерывистой линией C на ФИГ. 2C.
ФИГ. 4A представляет собой схему, показывающую пример эффекта, полученного посредством настоящего изобретения, и показывающую испытательный образец, полученный посредством традиционной точечной контактной сварки.
ФИГ. 4B представляет собой схему, показывающую пример эффекта, полученного посредством настоящего изобретения, и показывающую испытательный образец, полученный способом сварки согласно настоящему изобретению.
ФИГ. 4C представляет собой схему, показывающую пример эффекта, полученного посредством настоящего изобретения, и показывающую кривые зависимости механического напряжения от растяжения испытательных образцов, показанных на ФИГ. 4A и ФИГ. 4B.
ФИГ. 5A представляет собой разъяснительную схему, показывающую взаимосвязь между точечно-сварным участком и расплавленным и затвердевшим участком в случае первого примера сочетания стальных листов.
ФИГ. 5B представляет собой разъяснительную схему, показывающую взаимосвязь между точечно-сварным участком и расплавленным и затвердевшим участком в случае второго примера сочетания стальных листов.
ФИГ. 5C представляет собой разъяснительную схему, показывающую взаимосвязь между точечно-сварным участком и расплавленным и затвердевшим участком в случае третьего примера сочетания стальных листов.
ФИГ. 5D представляет собой разъяснительную схему, показывающую взаимосвязь между точечно-сварным участком и расплавленным и затвердевшим участком в случае четвертого примера сочетания стальных листов.
ФИГ. 6A представляет собой схему, показывающую пример, в котором сваренный внахлестку элемент согласно настоящему изобретению применяют для центральной стойки.
ФИГ. 6B представляет собой схему, показывающую пример, в котором сваренный внахлестку элемент согласно настоящему изобретению применяют для передней стойки, центральной стойки и продольного бруса крыши.
ФИГ. 6C представляет собой схему, показывающую пример, в котором сваренный внахлестку элемент согласно настоящему изобретению применяют для передней стойки и для поперечины боковины платформы кузова.
ФИГ. 6D представляет собой схему, показывающую пример, в котором сваренный внахлестку элемент согласно настоящему изобретению применяют для усиления бампера.
ФИГ. 7A представляет собой схематическое изображение, показывающее первый пример того, как образуются точечно-сварные участки и расплавленный и затвердевший участок, каждый из которых образован согласно настоящему изобретению.
ФИГ. 7B представляет собой схематическое изображение, показывающее второй пример того, как образуются точечно-сварные участки и расплавленные и затвердевшие участки, каждый из которых образован согласно настоящему изобретению.
ФИГ. 7C представляет собой схематическое изображение, показывающее третий пример того, как образуются точечно-сварные участки и расплавленные и затвердевшие участки, каждый из которых образован согласно настоящему изобретению.
ФИГ. 7D представляет собой схематическое изображение, показывающее четвертый пример того, как образуются точечно-сварные участки и расплавленные и затвердевшие участки, каждый из которых образован согласно настоящему изобретению.
ФИГ. 7E представляет собой схематическое изображение, показывающее пятый пример того, как образуются точечно-сварные участки и расплавленные и затвердевшие участки, каждый из которых образован согласно настоящему изобретению.
ФИГ. 7F представляет собой схематическое изображение, показывающее шестой пример того, как образуются точечно-сварные участки и расплавленные и затвердевшие участки, каждый из которых образован согласно настоящему изобретению.
ФИГ. 7G представляет собой схематическое изображение, показывающее седьмой пример того, как образуются точечно-сварные участки и расплавленные и затвердевшие участки, каждый из которых образован согласно настоящему изобретению.
ФИГ. 7H представляет собой схематическое изображение, показывающее восьмой пример того, как образуются точечно-сварные участки и расплавленные и затвердевшие участки, каждый из которых образован согласно настоящему изобретению.
ФИГ. 7I представляет собой схематическое изображение, показывающее девятый пример того, как образуются точечно-сварные участки и расплавленные и затвердевшие участки, каждый из которых образован согласно настоящему изобретению.
ФИГ. 7J представляет собой схематическое изображение, показывающее десятый пример того, как образуются точечно-сварные участки и расплавленные и затвердевшие участки, каждый из которых образован согласно настоящему изобретению.
ФИГ. 7K представляет собой схематическое изображение, показывающее одиннадцатый пример того, как образуются точечно-сварные участки и расплавленные и затвердевшие участки, каждый из которых образован согласно настоящему изобретению.
ФИГ. 7L представляет собой схематическое изображение, показывающее двенадцатый пример того, как образуются точечно-сварные участки и расплавленные и затвердевшие участки, каждый из которых образован согласно настоящему изобретению.
ФИГ. 8A представляет собой схему, показывающую первый пример, в котором высокопрочный стальной лист и низкопрочный стальной лист соединяются внахлестку, а лазерный пучок излучается со стороны поверхности высокопрочного стального листа для образования расплавленного и затвердевшего участка.
ФИГ. 8B представляет собой схему, показывающую второй пример, в котором высокопрочный стальной лист и низкопрочный стальной лист соединяются внахлестку, а лазерный пучок излучается со стороны поверхности низкопрочного стального листа для образования расплавленного и затвердевшего участка.
ФИГ. 8C представляет собой схему, показывающую третий пример, в котором высокопрочный стальной лист и низкопрочный стальной лист соединяются внахлестку, а лазерный пучок излучается со стороны поверхности высокопрочного стального листа для образования расплавленного и затвердевшего участка.
ФИГ. 8D представляет собой схему, показывающую четвертый пример, в котором высокопрочный стальной лист и высокопрочный стальной лист соединяются внахлестку, а лазерный пучок излучается со стороны поверхности высокопрочного стального листа для образования расплавленного и затвердевшего участка.
ФИГ. 8E представляет собой схему, показывающую пятый пример, в котором низкопрочный стальной лист, высокопрочный стальной лист и низкопрочный стальной лист соединяются внахлестку в этом порядке, а лазерный пучок излучается со стороны поверхности низкопрочного стального листа для образования расплавленного и затвердевшего участка.
ФИГ. 8F представляет собой схему, показывающую шестой пример, в котором низкопрочный стальной лист, высокопрочный стальной лист и низкопрочный стальной лист соединяются внахлестку в этом порядке, а лазерный пучок излучается со стороны поверхности низкопрочного стального листа для образования расплавленного и затвердевшего участка.
ФИГ. 9A представляет собой разъяснительное изображение, показывающее влияние излучения лазера на точечно-сварной участок, и представляет собой схему, показывающую точечно-сварной участок и расплавленный и затвердевший участок, образованный на участке нахлесточного соединения, выполненным из непокрытого высокопрочного стального листа (1500 МПа) и непокрытого низкопрочного стального листа (440 МПа).
ФИГ. 9B представляет собой разъяснительное изображение, показывающее влияние излучения лазера на точечно-сварной участок, и представляет собой схему, схематически показывающую дефект/пору точечно-сварного участка и расплавленного и затвердевшего участка, образованного на участке нахлесточного соединения, выполненным из непокрытого высокопрочного стального листа (1500 МПа) и отожженного оцинкованного стального листа, подвергнутого погружению в горячий расплав (440 МПа).
ФИГ. 10 представляет собой вид в разрезе, показывающий участок соприкосновения на точечно-сварном участке.
ФИГ. 11A представляет собой схему, показывающую пример, в котором отожженный оцинкованный низкопрочный стальной лист, подвергнутый погружению в горячий расплав, и непокрытый высокопрочный стальной лист соединяются внахлестку, а лазерный пучок излучается со стороны высокопрочного стального листа, тем самым образуя расплавленный и затвердевший участок.
ФИГ. 11B представляет собой схему, показывающую пример, в котором отожженный оцинкованный низкопрочный стальной лист, подвергнутый погружению в горячий расплав, непокрытый высокопрочный стальной лист и непокрытый низкопрочный стальной лист соединяются внахлестку, а лазерный пучок излучается со стороны непокрытого низкопрочного стального листа, тем самым образуя расплавленный и затвердевший участок.
ФИГ. 11C представляет собой схему, показывающую пример, в котором отожженный оцинкованный низкопрочный стальной лист, подвергнутый погружению в горячий расплав, высокопрочный стальной лист, имеющий поверхность, содержащую фазу твердого раствора железо - цинк и слой оксида цинка, и непокрытый низкопрочный стальной лист соединяются внахлестку, а лазерный пучок излучается со стороны непокрытого низкопрочного стального листа, тем самым образуя расплавленный и затвердевший участок.
ФИГ. 11D представляет собой схему, показывающую пример, в котором отожженный оцинкованный низкопрочный стальной лист, подвергнутый погружению в горячий расплав, непокрытый высокопрочный стальной лист и непокрытый высокопрочный стальной лист соединяются внахлестку, а лазерный пучок излучается со стороны непокрытого высокопрочного стального листа, тем самым образуя расплавленный и затвердевший участок.
ФИГ. 11E представляет собой схему, показывающую пример, в котором отожженный оцинкованный низкопрочный стальной лист, подвергнутый погружению в горячий расплав, непокрытый низкопрочный стальной лист, и непокрытый высокопрочный стальной лист соединяются внахлестку, а лазерный пучок излучается со стороны непокрытого высокопрочного стального листа, тем самым образуя расплавленный и затвердевший участок.
ФИГ. 11F представляет собой схему, показывающую пример, в котором отожженный оцинкованный низкопрочный стальной лист, подвергнутый погружению в горячий расплав, непокрытый низкопрочный стальной лист и непокрытый высокопрочный стальной лист соединяются внахлестку, а лазерный пучок излучается со стороны непокрытого высокопрочного стального листа, тем самым образуя расплавленный и затвердевший участок.
ФИГ. 12A представляет собой схему, показывающую испытательный образец, используемый в Примере 1 согласно настоящему изобретению.
ФИГ. 12B представляет собой увеличенное изображение, показывающее испытательный образец, используемый в Примере 1 согласно настоящему изобретению, и представляет собой вид сверху, показывающий направление, в котором прикладывают растягивающую нагрузку.
ФИГ. 12C представляет собой разъяснительное изображение, показывающее форму испытательного образца, используемую в Примере 1 согласно настоящему изобретению, и представляет собой вид в разрезе, взятом вдоль линии II-II по ФИГ. 12B.
ФИГ. 13A представляет собой схему, показывающую испытательный образец, используемый в Примере 2 согласно настоящему изобретению.
ФИГ. 13B представляет собой увеличенное изображение, показывающее испытательный образец, используемый в Примере 2 согласно настоящему изобретению, и представляет собой вид сверху, показывающий направление, в котором прикладывают растягивающую нагрузку.
ФИГ. 13C представляет собой разъяснительное изображение, показывающее форму испытательного образца, используемого в Примере 2 согласно настоящему изобретению, и представляет собой вид в разрезе, взятом вдоль линии III-III по ФИГ. 13B.
ФИГ. 14 представляет собой график, показывающий пример распределения твердости в точечно-сварном участке горячештампованного элемента класса 1500 МПа.
ФИГ. 15A представляет собой схему, которая видна от поверхности стали, и показывающую состояние разрушения, проходящего от зоны размягчения HAZ, когда к точечно-сварному участку, показанному на ФИГ. 14, прикладывают растягивающую нагрузку.
ФИГ. 15B представляет собой вид в разрезе, показывающий участок соприкосновения в состоянии, когда разрушение возникает из зоны размягчения HAZ, когда к точечно-сварному участку, показанному на ФИГ. 14, прикладывают растягивающую нагрузку.
Варианты воплощения изобретения
Для решения проблем, описанных выше, авторы настоящего изобретения осуществили изучение технологий предотвращения разрушения в зоне размягчения HAZ в точечно-сварном участке на участке нахлесточного соединения в сваренном внахлестку элементе, образованном путем соединения вместе множества элементов из стальных листов.
В результате было обнаружено, что прочность точечно-сварного участка может быть улучшена путем излучения лазерного пучка на точечно-сварной участок для образования расплавленного и затвердевшего участка таким образом, чтобы он пересекал конец ядра и простирался от ядра за пределы самой мягкой зоны в HAZ.
Настоящее изобретение основано на результатах исследования, что в случае, когда множество элементов из стальных листов соединяются внахлестку и соединяются посредством точечной контактной сварки, если по меньшей мере один из множества элементов из стальных листов содержит мартенсит, можно задействовать использование в полном объеме прочности высокопрочного стального листа или горячештампованного элемента путем излучения лазерного пучка на зону, простирающуюся от ядра точечно-сварного участка и пересекающую конец ядра, для образования расплавленного и затвердевшего участка, вследствие чего зона размягчения HAZ в точечно-сварном участке затвердевает для предотвращения разрушения в HAZ.
В настоящем описании высокопрочный стальной лист, содержащий мартенсит, включает в себя, например, элемент из стальных листов (например, изделие, подвергнутое прессованию), выполненный из высокопрочного стального листа класса 980 МПа или класса 1200 МПа, или выше, и содержащий мартенсит горячештампованный элемент, выработанный путем формования с использованием горячей штамповки.
Дополнительно, авторы настоящего изобретения обнаружили, что безотносительно того, выполнен ли элемент из стальных листов из высокопрочного стального листа, или содержится горячештампованный элемент, в случае, когда множество элементов из стальных листов соединяются внахлестку и соединяются посредством точечной контактной сварки, а лазерный пучок излучается на точечно-сварной участок для образования расплавленного и затвердевшего участка, простирающегося от ядра за пределы ядра, если по меньшей мере один из элементов из стальных листов выполнен из оцинкованного стального листа, имеющего образованное на нем путем погружения в горячий расплав и отожженное покрытие, или цинковое покрытие, нанесенное путем погружения в горячий расплав, это будет в значительной степени эффективно для образования расплавленного и затвердевшего участка таким образом, чтобы глубина расплавленного и затвердевшего участка на участке, соответствующем соприкасающейся поверхности точечно-сварного участка, была меньшей, чем соприкасающаяся поверхность, имеющая образованное на ней путем погружения в горячий расплав и отожженное покрытие, или цинковое покрытие, нанесенное путем погружения в горячий расплав.
Здесь и ниже, настоящее изобретение, выполненное на основе результатов исследований, описанных выше, будет описано со ссылкой на первый вариант воплощения и второй вариант воплощения, описанные ниже.
Сначала первый вариант воплощения согласно настоящему изобретению будет описан со ссылкой на ФИГ. 1A-ФИГ. 8F.
(Первый Вариант воплощения)
ФИГ. 1A представляет собой схематическое изображение, показывающее пример фланца, к которому применено настоящее изобретение, а ФИГ. 1B представляет собой схему, показывающую пример схематической конфигурации участка соединения, полученного соединением внахлестку множества элементов из стальных листов, к которым применено настоящее изобретение.
ФИГ. 1A показывает пример состояния, в котором множество точечно-сварных участков 10 образовано посредством точечной контактной сварки в направлении, в котором простирается фланец (участок нахлесточного соединения) 1, а лазерный пучок LB излучается таким образом, чтобы расплавленные и затвердевшие участки 15 были образованы посредством излучения лазерного пучка так, чтобы пересекать концы ядра 12 каждого из точечно-сварных участков 10.
Следует отметить, что фланец 1 образуется соединением внахлестку фланца 2F, который представляет собой формованное изделие (элемент из стальных листов) 2, выполненное из стального листа, и фланца 3F, который представляет собой формованное изделие (элемент из стальных листов) 3, выполненное из стального листа.
В этом первом варианте осуществления любой или оба из стальных листов, образованных в виде формованного изделия 2 и формованного изделия 3, представляют собой:
(a) элемент из стальных листов, полученный формовкой холодным прессованием высокопрочного стального листа (например, высокопрочного стального листа класса 1200 МПа или выше), содержащего мартенсит, или
(b) горячештампованный элемент (например, элемент из стальных листов, обладающих пределом прочности на разрыв 1200 МПа или выше), имеющих мартенсит, образованный в результате формовки стального листа для горячештампованного элемента, с использованием горячей штамповки.
Это означает, что задействован по меньшей мере один элемент из стальных листов, содержащий мартенсит.
Когда участок нахлесточного соединения элементов из стальных листов, полученных путем формовки высокопрочного стального листа, или элементов из стальных листов, выполненных из горячештампованного элемента, подвергают воздействию точечной контактной сварки, в точечно-сварном участке образуется зона размягчения HAZ.
Благодаря этой зоне размягчения HAZ, прочность точечно-сварного участка является значительно ниже, чем прочность высокопрочного стального листа (металла основы). Однако посредством излучения лазерного пучка образуется расплавленный и затвердевший участок.
Это делает возможным придание твердости зоне размягчения HAZ и предотвращение появление разрушений, вызванных концентрацией механических напряжений в зоне размягчения HAZ, вследствие чего возможно использовать в полном объеме прочность высокопрочного стального листа или горячештампованного элемента.
ФИГ. 1B представляет собой схему, показывающую пример схематической конфигурации участка соединения, полученного путем соединения внахлестку трех (множества) элементов из стальных листов, к которым применено настоящее изобретение.
ФИГ. 1B показывает как высокопрочный стальной лист 5H, высокопрочный стальной лист 6H и низкопрочный стальной лист 7L соединяются внахлестку, причем точечно-сварной участок 10, имеющий ядро 12, образуется посредством точечной контактной сварки, а лазерный пучок излучается со стороны высокопрочного стального листа 5H, тем самым образуя расплавленный и затвердевший участок 15, простирающийся по всему ядру 12.
Следует отметить, что на ФИГ. 1B, толщины высокопрочного стального листа 5H, высокопрочного стального листа 6H и низкопрочного стального листа 7L составляют, соответственно, t5, t6 и t7.
Следует отметить, что в этом описании высокопрочный стальной лист включает в себя «неформованный высокопрочный стальной лист», «элемент из стальных листов, полученный формованием высокопрочного стального листа» и «горячештампованный элемент, полученный формованием горячештампованного стального листа посредством горячей штамповки».
Дополнительно, низкопрочный стальной лист включает в себя «неформованный низкопрочный стальной лист» и «элемент из стальных листов, полученный путем формования низкопрочного элемента из стальных листов».
Еще дополнительно, стальной лист включает в себя «неформованный высокопрочный стальной лист», «неформованный низкопрочный стальной лист», «элемент из стальных листов, полученный формовкой высокопрочного стального листа», «горячештампованный элемент, полученный формовкой горячештампованного стального листа посредством горячей штамповки» и «элемент из стальных листов, полученный формовкой низкопрочного стального листа».
На ФИГ. 1B ядро 12 образуется с помощью высокопрочного стального листа 5H, высокопрочного стального листа 6H и низкопрочного стального листа 7L путем соединения этих стальных листов.
Расплавленный и затвердевший участок 15 образуется таким образом, чтобы начинаться от расстояния L1 на удалении от одного конца ядра 12, через ядро 12, до расстояния L2 на удалении от другого конца ядра.
Дополнительно, расплавленный и затвердевший участок 15 образуется по всей толщине t5 (100%) высокопрочного стального листа 5H и дополнительно до средней точки по толщине t6 высокопрочного стального листа 6H в направлении от высокопрочного стального листа 5H к низкопрочному стальному листу 7L.
Здесь конец ядра 12 означает максимальную форму (внешнюю границу) ядра 12, когда участок нахлесточного соединения, образованный соединением внахлестку множества элементов из стальных листов, если смотреть от поверхности стали.
Номера позиций LD5 и LD6 на ФИГ. 1B представляют глубины расплавленного и затвердевшего участка 15, соответственно, в высокопрочном стальном листе 5H и высокопрочном стальном листе 6H, в положении, внешне отстоящим от конца ядра 12 на 1 мм.
Для предотвращения разрушения в зоне размягчения HAZ, эффективно для высокопрочного стального листа, чтобы он имел глубину расплавленного и затвердевшего участка 15≥50% от толщины (здесь LD5≥50% от t5 и LD6≥50% от t6 соответственно для высокопрочных стальных листов 5H, 6H).
Следует отметить, что на ФИГ. 1B высокопрочный стальной лист 5H и высокопрочный стальной лист 6H представляют собой высокопрочные стальные листы, а расплавленный и затвердевший участок 15 образуется по всей толщине высокопрочного стального листа 5H (иными словами, LD5 = толщина t5).
Таким образом, в достаточной мере эффект может быть достигнут путем установления глубины LD6 расплавленного и затвердевшего участка 15 в высокопрочном стальном листе 6H таким образом, чтобы она была больше или равна 50% от толщины t6.
Здесь глубину LD расплавленного и затвердевшего участка 15 определяют в положении, внешне отстоящим от конца ядра 12 на 1 мм. Это основано на том факте, что как показано на ФИГ. 14, самая мягкая зона 103 в HAZ точечно-сварного участка 110 расположена в положении, внешне отстоящим от конца ядра 112 приблизительно на 1 мм, и, следовательно, образование расплавленного и затвердевшего участка вблизи самой мягкой зоны 103 в HAZ является эффективным при отверждении зоны размягчения HAZ.
Следует отметить, что ФИГ. 1B показывает пример, в котором расплавленный и затвердевший участок 15 проходит через центральный участок ядра 12, если смотреть на участок нахлесточного соединения от поверхности стали, и простирается по всему ядру 12 у двух концов ядра 12, которые представляют собой правый конец и левый конец ядра 12. Однако положения и число положений, у которых расплавленный и затвердевший участок 15 проходит через концы ядра 12, не ограничены двумя, и их число может составлять одно или три, или более.
Дополнительно, в случае, когда расплавленный и затвердевший участок 15 пересекает два положения, для этих положений возможно, чтобы они были расположены на одной и той же протяженной линии и на обеих сторонах центрального участка ядра 12. Однако положения не обязательно должны быть расположены на одной и той же протяженной линии и на обеих сторонах центрального участка ядра 12.
Дополнительно, в случае, когда расплавленный и затвердевший участок 15 образуется таким образом, чтобы пересекать два или более конца ядра 12, предпочтительно, чтобы глубина LD расплавленного и затвердевшего участка 15 в положении, внешне отстоящим от конца ядра 12 на 1 мм, удовлетворяла требованию LD≥50% от толщины. Однако может быть возможным, чтобы определенная часть расплавленного и затвердевшего участка 15, пересекающего конец ядра 12, не удовлетворяла требованию LD≥(50% от толщины).
Дополнительно, предпочтительно, чтобы расплавленный и затвердевший участок 15 образовывался таким образом, чтобы простираться от конца ядра 12 на длину 3 мм или более. Однако длина может составлять 3 мм или менее.
ФИГ. 2A представляет собой схему, показывающую пример, в котором два элемента, которые представляют собой горячештампованный элемент (элемент из стальных листов) класса 1500 МПа и горячештампованный элемент (элемент из стальных листов) класса 1500 МПа, соединяются внахлестку согласно настоящему изобретению.
Точнее говоря, ФИГ. 2A показывает пример, в котором точечно-сварной участок 10, имеющий ядро 12, образуется во фланце 4A горячештампованного элемента посредством точечной контактной сварки, а лазерный пучок излучается на точечно-сварной участок 10, тем самым образуя расплавленный и затвердевший участок 15.
ФИГ. 2B представляет собой вид в разрезе, взятом вдоль линии I-I по ФИГ. 2A. ФИГ. 2C представляет собой схематическое изображение, показывающее точечно-сварной участок, показанный на ФИГ. 2A, и его окрестности, как видно от поверхности стали.
Следует отметить, что в целях разъяснения, левая половина изображения, показанного на ФИГ. 2C, относительно центральной линии, показывает традиционное состояние, в котором лазерный пучок не излучается на точечно-сварной участок 10, а правая половина показывает состояние, в котором лазерный пучок излучается на точечно-сварной участок 10, для образования расплавленного и затвердевшего участка 15.
Дополнительно, ФИГ. 3A, ФИГ. 3B и ФИГ. 3C представляют собой схемы, показывающие распределения твердости для участков, указанных прерывистой линией A, прерывистой линией B и прерывистой линией C на ФИГ. 2C.
Традиционный точечно-сварной участок 10 подобен участку на левой половине по ФИГ. 2C и на участке, обозначенном прерывистой линией и показанном на ФИГ. 3A, зона размягчения HAZ 13 образуется на большой площади.
Это означает, что большая площадь зоны размягчения HAZ 13 вытягивается, при приложении растягивающей нагрузки в горизонтальном направлении.
Это приводит к снижению прочности к растягивающей нагрузке, и, вероятнее всего, вследствие растягивающей нагрузки, возникают разрушения.
С другой стороны, в случае, когда расплавленный и затвердевший участок 15 образуется между ядром 12 и зоной размягчения HAZ 13 таким образом, чтобы пересекать конец ядра 12, за счет излучения лазерного пучка, как показано в правой половине по ФИГ. 2C, часть зоны размягчения HAZ участка, обозначенного прерывистой линией B и показанного на ФИГ. 3B, затвердевает вместе с расплавленным и затвердевшим участком 15, а площадь зоны размягчения HAZ 13 снижается.
В результате, прочность точечно-сварного участка 10 улучшается, и повышается предел прочности на разрыв.
С другой стороны, расплавленный и затвердевший участок 15 и зона размягчения HAZ 15А образуется на участке, обозначенном прерывистой линией C на ФИГ. 2C, на который излучается только лазерный пучок. Однако, как показано на ФИГ. 3C, площадь зоны размягчения HAZ 15A является небольшой и, следовательно, предел прочности на разрыв не поддается изменению.
Далее, пример эффекта, полученного посредством настоящего изобретения, будет описан со ссылкой на ФИГ. 4A - ФИГ. 4C.
ФИГ. 4A показывает испытательный образец T01, полученный посредством традиционной точечной контактной сварки, и испытательный образец T01 имеет точечно-сварной участок 10, имеющий образованное на нем ядро 12.
ФИГ. 4B показывает испытательный образец T02, полученный посредством способа сварки согласно настоящему изобретению, и испытательный образец T02 имеет расплавленный и затвердевший участок 15, образованный посредством излучения лазерного пучка таким образом, чтобы пересекать два конца ядра 12.
ФИГ. 4C показывает кривую зависимости механического напряжения от растяжения, относящуюся к испытательным образцам T01 и T02.
Номер А позиции, обозначенный прерывистой линией, отображает результаты испытательного образца T01, а номер В позиции, обозначенный сплошной линией, отображает результаты испытательного образца T02.
Как показано на ФИГ. 4C, путем излучения лазерного пучка на точечно-сварной участок 10 для образования расплавленного и затвердевшего участка 15 в случае приложения растягивающей нагрузки можно значительно улучшить критическое растяжение при разрушении, по сравнению с точечно-сварным участком 10, и предотвратить возникновение разрушений в HAZ, например, в момент удара.
Как было описано выше, путем образования расплавленного и затвердевшего участка 15 таким образом, чтобы он простирался по всему ядру 12 точечно-сварного участка 10, для получения конфигурации, которая показано на ФИГ. 1B, можно снизить площадь зоны размягчения HAZ точечной сварки, где наиболее вероятно будут появляться разрушения из-за растягивающей нагрузки в случае только точечной контактной сварки.
С помощью этой конфигурации можно улучшить деформируемость вплоть до образования разрушения во время растягивающей нагрузки.
ФИГ. 5A-ФИГ. 5D представляют собой разъяснительные схемы, показывающие примеры сочетаний множества соединяющихся внахлестку стальных листов, а также соотношения между точечно-сварным участком и расплавленным и затвердевшим участком, полученным посредством излучения лазерного пучка.
ФИГ. 5A представляет собой разъяснительную схему, показывающую первый пример сочетания стальных листов, и показывает случай, когда низкопрочный стальной лист 31L (толщина t31) и высокопрочный стальной лист 32H (толщина t32) соединяются внахлестку, а лазерный пучок излучается со стороны высокопрочного стального листа 32H для образования расплавленного и затвердевшего участка 15 (глубина LI5).
На ФИГ. 5A номер позиции LD32 отображает глубину расплавленного и затвердевшего участка 15 в высокопрочном стальном листе 32H.
Как показано на ФИГ. 5A, в первом примере расплавленный и затвердевший участок 15 образуется по всей толщине высокопрочного стального листа 32H (100% от толщины t32) и вплоть до средней точки низкопрочного стального листа 31L в направлении толщины со стороны высокопрочного стального листа 32H к поверхности противоположной стороны.
В первом примере высокопрочный стальной лист 32H представляет собой лишь высокопрочный стальной лист, а расплавленный и затвердевший участок 15 имеет глубину LD32, образованную по всей толщине высокопрочного стального листа 32H в направлении толщины (LD32=(100% от толщины t32)>(50% от толщины t32)). Таким образом, можно достигнуть достаточных эффектов.
ФИГ. 5B представляет собой разъяснительную схему, показывающую второй пример сочетания стальных листов, и показывает случай, в котором высокопрочный стальной лист 31H (толщина t31) и высокопрочный стальной лист 32H (толщина t32) соединяются внахлестку, а лазерный пучок излучается со стороны высокопрочного стального листа 32H для образования расплавленного и затвердевшего участка 15 (глубина LI5).
На ФИГ. 5B, номера позиций LD31 и LD32 отображают глубины расплавленных и затвердевших участков 15 соответственно в высокопрочном стальном листе 31H и в высокопрочном стальном листе 32H.
Как показано на ФИГ. 5B, во втором примере расплавленный и затвердевший участок 15 имеет глубину LD 32, образованную по всей толщине высокопрочного стального листа 32H (LD32=(100% от толщины t32)), и образованный вплоть до средней точки высокопрочного стального листа 31H в направлении толщины со стороны высокопрочного стального листа 32H к поверхности противоположной стороны.
Во втором примере высокопрочный стальной лист 31H и высокопрочный стальной лист 32H представляют собой высокопрочные стальные листы, а расплавленный и затвердевший участок 15 образуется по всей толщине высокопрочного стального листа 32H (LD32 = (100% от толщины t32)>(50% от толщины t32)). Таким образом, путем установления глубины LD31 в высокопрочном стальном листе 31H на уровне LD31>(50% от толщины t31), можно достигнуть достаточных эффектов.
ФИГ. 5C представляет собой разъяснительную схему, показывающую третий пример сочетания стальных листов, и показывает случай, в котором низкопрочный стальной лист 31L (толщина t31), высокопрочный стальной лист 32H (толщина t32) и низкопрочный стальной лист 33L (толщина t33) соединяются внахлестку, а лазерный пучок излучается со стороны низкопрочного стального листа 31L, для образования расплавленного и затвердевшего участка 15 (глубина L15).
На ФИГ. 5C номер позиции LD32 отображает глубину расплавленного и затвердевшего участка 15 в высокопрочном стальном листе 32H.
Как показано на ФИГ. 5C, в третьем примере расплавленный и затвердевший участок 15 образуется по всей толщине низкопрочного стального листа 31L и образуется вплоть до средней точки высокопрочного стального листа 32H в направлении толщины со стороны низкопрочного стального листа 31L к стороне низкопрочного стального листа 33L.
В третьем примере высокопрочный стальной лист 32H представляет собой лишь высокопрочный стальной лист. Таким образом, путем установления глубины LD32 расплавленного и затвердевшего участка 15 в высокопрочном стальном листе 32H на уровне LD32>(50% от толщины t32), можно достигнуть достаточных эффектов.
ФИГ. 5D представляет собой разъяснительную схему, показывающую четвертый пример сочетания стальных листов и показывает случай, в котором высокопрочный стальной лист 31H (толщина t31), высокопрочный стальной лист 32H (толщина t32), и низкопрочный стальной лист 33L (толщина t33) соединяются внахлестку, а лазерный пучок излучается со стороны высокопрочного стального листа 31H для образования расплавленного и затвердевшего участка 15 (глубина L15).
На ФИГ. 5D номера позиций LD31 и LD32 отображают глубины расплавленного и затвердевшего участка 15 соответственно в высокопрочном стальном листе 31H и в высокопрочном стальном листе 32H.
Как показано на ФИГ. 5D, в четвертом примере расплавленный и затвердевший участок 15 образуется по всей толщине высокопрочного стального листа 31H (LD31=(100% от толщины t31)) и образуется вплоть до средней точки высокопрочного стального листа 32H в направлении толщины со стороны высокопрочного стального листа 31H к стороне низкопрочного стального листа 33L.
В четвертом примере высокопрочный стальной лист 31H и высокопрочный стальной лист 32H представляют собой высокопрочные стальные листы. Таким образом, путем установления глубины LD32 расплавленного и затвердевшего участка 15 в высокопрочном стальном листе 32H на уровне LD32>(50% от толщины t32), можно достигнуть достаточных эффектов.
Первый вариант осуществления направлен на сваренный внахлестку элемент, в котором множество элементов из стальных листов соединяют на участке нахлесточного соединения, а элементы из стальных листов, по меньшей мере один из которых содержит мартенсит, соединяют посредством точечной контактной сварки.
Первый вариант осуществления применяют для образования различных видов структур, включающих в себя, например, несущий кузов, составляющий кузов автомобиля, и автомобильную деталь (сборочную деталь), такую как передняя стойка и центральная стойка, составляющие несущий кузов.
Участок нахлесточного соединения элемента из стальных листов представляет собой, как правило, фланец (участок нахлесточного соединения), образованный на краю каждого стального листа в качестве выступа для точечной сварки с другим стальным листом. Однако участок нахлесточного соединения не ограничен фланцем. Участок нахлесточного соединения может представлять собой участок, полученный путем применения точечной контактной сварки к участку, в котором фланец перекрывает, например, имеющий определенную форму участок (участок, отличный от фланца).
Примеры элемента из стальных листов, содержащего мартенсит, включают в себя холодно-прессованное изделие, выполненное из высокопрочного стального листа (например, высокопрочного стального листа, имеющего предел прочности на разрыв класса 1200 МПа или выше), имеющего закаленную структуру, содержащую мартенсит, образованный с помощью оборудования для непрерывного отжига, и горячештампованный элемент, обладающий пределом прочности на разрыв 1200 МПа или выше, и упрочненный путем нагрева стального листа для горячей штамповки до температур аустенита или выше и закалки стального листа при его формовке с помощью пресс-формы с водяным охлаждением.
Эффекты могут быть получены, если высокопрочный стальной лист содержит мартенсит, представляющий риск разрушения при точечной сварке из-за размягчения HAZ. Однако эффекты могут быть увеличены в случае высокопрочного стального листа, обладающего пределом прочности на разрыв 1200 МПа или выше. Таким образом, предпочтительно установление нижнего предела прочности на разрыв до 1200 МПа.
Дополнительно, хотя установление верхнего предела прочности на разрыв не является необходимым, верхний предел может быть задан на приблизительно 2000 МПа по практическим соображениям.
Дополнительно, хотя установление ограничения по толщине стального листа не является необходимым, нижний предел толщины может быть задан на 0,7 мм по практическим соображениям и предпочтительно установление верхнего предела на 2,6 мм.
В случае холоднокатаного материала, высокопрочный стальной лист, обладающий пределом прочности на разрыв 1200 МПа или выше, включает в себя непокрытый стальной лист, который не имеет никакого покрытия на своей поверхности, и стальной лист, на котором образовано покрытие на основе цинка, включающее в себя отожженное цинковое (гальваническое) покрытие, полученное путем погружения в горячий расплав (GA-покрытие), и цинковое (гальваническое) покрытие, полученное путем погружения в горячий расплав (GI-покрытие).
Горячештампованный элемент включает в себя непокрытый элемент из стальных листов, алюминированный элемент из стальных листов, стальной лист, имеющий покрытие из интерметаллического соединения железа и алюминия, и элемент из стальных листов, имеющий нанесенное на него покрытие в виде слоя твердого раствора железо - цинк и слоя оксида цинка.
Стальной лист, соединенный внахлестку с высокопрочным стальным листом, описанным выше, может представлять собой высокопрочный стальной лист или горячештампованный элемент, обладающий пределом прочности на разрыв класса 1200 МПа или выше, или стальной лист, обладающий пределом прочности на разрыв классов 270 МПа - 980 МПа.
Дополнительно, число стальных листов, которые должны быть соединены внахлестку, не ограничено двумя, и могут соединяться три или более стальных листов.
Ниже будет подробно описана точечная контактная сварка.
В ходе процесса точечной контактной сварки, множество элементов из стальных листов соединяются внахлестку, а к соединенному внахлестку участку применяют точечную контактную сварку, тем самым образуя точечно-сварной участок, имеющий ядро.
Условия сварки для точечной контактной сварки не ограничивают особым образом при условии, что ядро с диаметром ядра не менее 4√t и не более 7√t (t: толщина (мм) на более тонкой стороне на соединенной внахлестку поверхности) образуется по меньшей мере в элементе из стальных листов, который будет соединен в зависимости применений.
Например, при использовании машины однофазного переменного тока для точечной сварки или инверторной машины постоянного тока для точечной сварки, необходимо только образовать ядро, описанное выше, на участке нахлесточного соединения, путем применения следующих условий целесообразным образом: диаметр верхнего конца сварочного электрода: 6-8 мм; радиус кривизны R верхнего конца: 40 мм; сжимающее усилие: 2,5-6,0 кН; значение электрического тока сварки: 7-11 кА; и время подачи питания в диапазоне 10/60-40/60 секунд.
Следует отметить, что условия для точечной сварки не ограничены условиями, описанными выше. Условия могут быть заданы целесообразным образом, в зависимости от типов стали, толщины или других параметров.
Шаг для точечной контактной сварки обычно задают в диапазоне приблизительно 20-60 мм. Однако шаг не ограничен этим и может быть задан целесообразным образом, в зависимости от свариваемой структуры или участков свариваемой структуры.
Ниже будет подробно описано образование расплавленного и затвердевшего участка посредством излучения лазерного пучка.
В процессе образования расплавленного и затвердевшего участка лазерный пучок излучается на участок нахлесточного соединения для образования расплавленного и затвердевшего участка, который пересекает конец ядра и расположен между ядром точечно-сварного участка, образованного посредством точечной контактной сварки, и материалом основы или HAZ, расположенным за пределами ядра.
Иными словами, после применения точечной контактной сварки лазерный пучок излучается на участок нахлесточного соединения, для образования расплавленного и затвердевшего участка таким образом, чтобы он простирался по всей зоне размягчения HAZ, образованной вокруг ядра, с отверждением, таким образом, зоны размягчения HAZ.
В результате расплавленный и затвердевший участок делит зону размягчения HAZ, вследствие чего можно подавить снижение прочности, возникающее из зоны размягчения HAZ в ожидаемом направлении механического напряжения.
Ниже будет описан пример, в котором настоящее изобретение применено к автомобильной детали, со ссылкой на ФИГ. 6A-ФИГ. 6D.
ФИГ. 6A-ФИГ. 6C представляют собой схемы, показывающие пример, в котором настоящее изобретение применено к несущему кузову, составляющему автомобильный кузов, и применено к важному элементу (автомобильной детали), который защищает водителя и пассажиров в кабине в случае бокового столкновения.
ФИГ. 6A представляет собой схему, показывающую пример, в котором сваренный внахлестку элемент согласно настоящему изобретению наносят на центральную стойку 41.
Центральная стойка 41 имеет фланец, на котором множество точечно-сварных участков 10 образовано вдоль направления, в котором простирается фланец, а расплавленный и затвердевший участок 15 образуется посредством излучения лазерного пучка таким образом, чтобы он простирался по всему множеству точечно-сварных участков 10.
Кроме того, например, в случае центральной стойки 41 предпочтительно устанавливать ожидаемое направление механического напряжения по направлению вдоль концевой поверхности элемента из стальных листов фланца (участка нахлесточного соединения) центральной стойки 41.
Кроме того, фланец центральной стойки 41 имеет нижнюю часть, изогнутую в переднем и в заднем направлении кузова автомобиля, и, следовательно, предпочтительно устанавливать ожидаемое направление механического напряжения по направлению вдоль изогнутой концевой поверхности элемента из стальных листов фланца (например, в тангенциальном направлении у концевой поверхности элемента из стальных листов, ближайшей к каждому из точечно-сварных участков 10).
Следует отметить, что как показано на ФИГ. 6A, может быть возможно образование множества расплавленных и затвердевших участков 15, и может быть возможно применение конфигурации, в которой не все точечно-сварные участки 10A простираются по всему расплавленному и затвердевшему участку 15.
ФИГ. 6B представляет собой схему, показывающую пример, в котором сваренный внахлестку элемент согласно настоящему изобретению наносят на переднюю стойку 40, центральную стойку 41 и продольный брус 42 крыши.
Каждая из деталей, передняя стойка 40, центральная стойка 41 и продольный брус 42 крыши имеет множество точечно-сварных участков 10, образованных вдоль направления, в котором простирается фланец, и имеет расплавленный и затвердевший участок 15, образованный за счет излучения лазерных пучков таким образом, чтобы он простирался по всему множеству точечно-сварных участков 10.
Дополнительно, как показано на ФИГ. 6B, в случае, когда фланец имеет кривые, такие как участок, на котором соединены центральная стойка 41 и передняя стойка 40, и участок, на котором соединены центральная стойка 41 и продольный брус 42 крыши, при этом множество точечно-сварных участков 10 образуется вдоль изогнутого фланца, а расплавленный и затвердевший участок 15 образуется посредством излучения лазерного пучка таким образом, чтобы он простирался по всему этому множеству точечно-сварных участков 10.
Следует отметить, что на изогнутых участках, описанных выше, предпочтительно устанавливать ожидаемое направление механического напряжения по изогнутому направлению концевой поверхности элемента из стальных листов фланца, как в случае, показанном на ФИГ. 6A (например, вдоль тангенциального направления у концевой поверхности элемента из стальных листов, ближайшей к каждому из точечно-сварных участков 10).
Дополнительно, может быть возможно образование множества расплавленных и затвердевших участков 15, и может быть возможно применение конфигурации, в которой не все точечно-сварные участки простираются по всему расплавленному и затвердевшему участку 15.
ФИГ. 6C представляет собой схему, показывающую пример, в котором сваренный внахлестку элемент согласно настоящему изобретению наносят на переднюю стойку 40 и поперечную боковину платформы кузова 43.
Поперечная боковина платформы кузова 43 имеет фланец, на котором множество точечно-сварных участков 10 образовано вдоль направления, в котором простирается фланец. Дополнительно, например, расплавленный и затвердевший участок 15, простирающийся по всем двум соседним точечно-сварным участкам 10, образуется посредством излучения лазерного пучка таким образом, что расплавленный и затвердевший участок 15 частично разделяется, а между ними обеспечивают промежутки.
Как описано выше, путем деления расплавленного и затвердевшего участка 15 и оставления металла основы, не имеющего какой-либо обработки, между расплавленным и затвердевшим участками 15, можно достигнуть жесткости, которой изначально обладает высокопрочный стальной лист.
Тот же эффект, возникающий из промежутков, образованных путем деления расплавленного и затвердевшего участка 15, как описано выше, может быть получен в примерах, показанных на ФИГ. 6A и ФИГ. 6B.
Применяя настоящее изобретение к несущему элементу конструкции, расположенному вокруг кабины, как показано на ФИГ. 6A-ФИГ. 6C, можно предохранить несущий элемент конструкции от разрушения из-за размягчения HAZ на точечно-сварном участке 10, вследствие чего можно усилить безопасность от бокового столкновения.
Дополнительно, предпочтительно, чтобы расплавленный и затвердевший участок 15 образовывался таким образом, чтобы иметь угол пересечения θ в пределах ±30° по отношению к ожидаемому направлению механического напряжения.
Дополнительно, ФИГ. 6D представляет собой схему, показывающую пример, в котором сваренный внахлестку элемент согласно настоящему изобретению наносят на усиление 44 бампера, который защищает водителя и пассажиров в случае переднего или заднего столкновения.
В случае усиления 44 бампера, показанного на ФИГ. 6D, перегородка 45 обеспечивает внутреннюю сторону кузова усиления 44 бампера, чтобы поддерживать ее поперечное сечение, и перегородку 45 подвергают точечной контактной сварке, тем самым образуя точечно-сварной участок 10.
В случае усиления 44 бампера, изгибающая сила действует в переднем и заднем направлении, которое пересекает продольное направление усиления 44 бампера, в момент переднего столкновения или заднего столкновения.
По этой причине предпочтительно образование расплавленного и затвердевшего участка 15 путем излучения лазерного пучка таким образом, чтобы он пересекался с продольным направлением усиления 44 бампера при угле пересечения θ, попадающем в пределы ±30°, при допущении, что механическое напряжение, как ожидается, будет действовать в продольном направлении усиления 44 бампера.
Следует отметить, что в случае, когда элемент, который принимает на себя изгиб в результате столкновения, ожидаемое направление механического напряжения представляет собой направление вдоль концевой поверхности элемента из стальных листов, и, следовательно, механическое напряжение действует на элемент в направлении, перпендикулярном плоскости, соединяющей внутреннее и внешнее пространство кабины.
Далее, примеры того, как формируются точечно-сварные участки и расплавленные и затвердевшие участки, будут описаны со ссылкой на ФИГ. 7-ФИГ. 7L.
ФИГ. 7A-ФИГ. 7L представляют собой схематические схемы, примерно показывающие, как образуются точечно-сварные участки и расплавленные и затвердевшие участки, каждый из которых образован согласно настоящему изобретению.
ФИГ. 7A представляет собой схематические схемы, показывающие первый пример того, как образуются точечно-сварные участки и расплавленные и затвердевшие участки, каждый из которых образован согласно настоящему изобретению, и показывает пример, в котором фланцевый участок 5F формованного изделия (элемента из стальных листов) 5 и фланцевый участок 6F формованного изделия (элемента из стальных листов) 6 соединяются внахлестку, с образованием фланца 4, и лазер излучается на ядро 12 точечно-сварного участка 10, образованного на фланце 4, для образования расплавленного и затвердевшего участка 15.
Желательно, чтобы направление образованного расплавленного и затвердевшего участка 15 было установлено таким образом, чтобы оно попадало в диапазон углов ±30° относительно направления, в котором простирается фланец (участок соединения) 4, или относительно ожидаемого направления механического напряжения (относительно горизонтального направления на ФИГ. 7A), как показано на ФИГ. 7A.
Более предпочтительно установить угол пересечения θ таким образом, чтобы он попадал в диапазон ±15°.
Например, передняя стойка, центральная стойка, продольный брус крыши, поперечная боковина платформы кузова и усиление бампера, которые показаны на ФИГ. 6A-ФИГ. 6D, сконфигурированы так, что фланец, который соединен так, чтобы он образовывал трубчатое закрытое поперечное сечение, используют в качестве выступа для соединения.
Во многих случаях в момент удара растягивающая нагрузка действует в направлении вдоль концевой поверхности элемента из стальных листов фланца.
По этой причине, предпочтительно излучать лазерный пучок так, чтобы лазерный пучок пробегал в направлении вдоль фланца, тем самым образуя расплавленный и затвердевший участок 15, который простирается по всему ядру 12 точечно-сварного участка 10.
Дополнительно, в случае внутренней части длинной детали, растягивающая нагрузка зачастую действует в направлении вдоль продольного направления детали. Таким образом, предпочтительно излучать лазерный пучок так, чтобы лазерный пучок пробегал в направлении вдоль продольного направления детали, тем самым образуя расплавленный и затвердевший участок 15, который простирается по всему ядру 12 точечно-сварного участка 10.
ФИГ. 7B представляет собой схематическое изображение, показывающее второй пример того, как образуются точечно-сварные участки и расплавленные и затвердевшие участки, каждый из которых образован согласно настоящему изобретению.
Например, как правило, растягивающая нагрузка действует в продольном направлении элемента в случае, когда сварочно-точечный элемент 10 используется для элемента 8 нахлесточного соединения для частичного усиления элемента 7, который не соединен в форме фланца, как показано на ФИГ. 7B, или в случае, когда точечно-сварной участок используют как перегородку для наложения поверх элемента.
Таким образом, предпочтительно излучать лазерный пучок вдоль продольного направления, например, элемента, тем самым образуя расплавленный и затвердевший участок 15.
ФИГ. 7C представляет собой схематическое изображение, показывающее третий пример того, как образуются точечно-сварные участки и расплавленные и затвердевшие участки, каждый из которых образован согласно настоящему изобретению.
Как показано на ФИГ. 7C, хотя предпочтительно, чтобы каждый из расплавленных и затвердевших участков 15, образованных посредством излучения лазерного пучка, проходил вблизи центра ядра 12, причем расплавленный и затвердевший участок 15 не должен проходить через центр ядра 12 точечно-сварного участка 10.
ФИГ. 7D представляет собой схематическое изображение, показывающее четвертый пример того, как образуются точечно-сварные участки и расплавленные и затвердевшие участки, каждый из которых образован согласно настоящему изобретению.
Как показано на ФИГ. 7D, желательно для образования расплавленного и затвердевшего участка 15, чтобы он был прямым, с точки зрения эффективности излучения лазерного пучка. Однако может быть возможно для образования расплавленного и затвердевшего участка 15 изогнутым образом, чтобы он имел изогнутый участок или, например, имел волнообразную форму, чтобы увеличить длину расплавленного и затвердевшего участка 15.
В таких случаях предпочтительно, чтобы расплавленный и затвердевший участок 15 пересекался с ожидаемым направлением механического напряжения под углом θ пересечения, попадающим в пределы ±30°.
ФИГ. 7E представляет собой схематическое изображение, показывающее пятый пример того, как образуются точечно-сварные участки и расплавленные и затвердевшие участки, каждый из которых образован согласно настоящему изобретению.
Как показано на ФИГ. 7A-ФИГ. 7D, расплавленный и затвердевший участок 15 может быть образован для каждого из точечно-сварных участков 10. Однако, как показано на ФИГ. 7E, может быть возможно для образования расплавленного и затвердевшего участка 15, чтобы он непрерывно соединял множество точечно-сварных участков 10.
Дополнительно, множество расплавленных и затвердевших участков 15 (например, два расплавленных и затвердевших участка 15) могут быть образованы для каждого из точечно-сварных участков 10.
ФИГ. 7F представляет собой схематическое изображение, показывающее шестой пример того, как образуются точечно-сварные участки и расплавленные и затвердевшие участки, каждый из которых образован согласно настоящему изобретению.
Как показано на ФИГ. 7F, расплавленный и затвердевший участок 15, образованный посредством излучения лазерного пучка, не может быть образован так, чтобы он был симметричным относительно ядра точечно-сварного участка 10.
Однако желательно, чтобы расплавленный и затвердевший участок 15 присутствовал на обеих сторонах ядра 12 точечно-сварного участка 10, и расстояние на более короткой стороне между концом ядра и концом расплавленного и затвердевшего участка 15 составляло 3 мм или более.
Именно поэтому, путем установления расстояния между концом ядра и концом расплавленного и затвердевшего участка 15 на уровне 3 мм или более, можно в достаточной мере предотвратить растяжение от сосредоточивания на зоне размягчения HAZ.
Расплавленный и затвердевший участок 15 может простираться по всему множеству точечно-сварных участков 10, как было описано выше.
Не существует конкретного ограничения на условия для излучения лазерного пучка, а только необходимо, чтобы предварительно заданные расплавленные и затвердевшие участки 15, описанные выше, могли быть получены в требуемых положениях.
Используемое устройство для лазерной сварки включает в себя, например, дисковый лазер, волоконный лазер, лазер на диоде непосредственного излучения, АИГ-лазер и лазер на углекислом газе. Диаметр пучка попадает в диапазон 0,15-0,9 мм; выходная мощность попадает в диапазон 1-10 кВт; а скорость сварки попадает в диапазон 1-15 м/мин.
Сварку осуществляют, с использованием обычной горелки. Как вариант, можно использовать дистанционную сварку или лазер на шаговом электродвигателе, имеющий прижимное устройство.
Условия для излучения лазерного пучка не ограничены условиями, показанными в качестве примера, и могут быть применены любые условия для излучения лазерного пучка, при условии, что могут быть получены предварительно заданные расплавленные и затвердевшие участки 15, описанные выше.
Не обязательно излучать лазерные пучки на все точечно-сварные участки 10.
Необходимо лишь применять лазерные пучки только на точечно-сварные участки 10, которые имеют риск разрушения из-за столкновения в зоне размягчения HAZ точечно-сварного участка 10.
ФИГ. 7G представляет собой схематическое изображение, показывающее седьмой пример того, как образуются точечно-сварные участки и расплавленные и затвердевшие участки, каждый из которых образован согласно настоящему изобретению.
ФИГ. 7G показывает пример, в котором лазерный пучок излучается на участок между двумя соседними точечно-сварными участками 10, тем самым образуя расплавленные и затвердевшие участки 15, каждый из которых проходит через точечно-сварной участок 10, и при этом расплавленный и затвердевший участок 15 (лазерный сварной участок) не проходит через точечно-сварной участок 10.
Лазерный сварной участок, расположенный между двумя соседними точечно-сварными участками 10, как было описано выше, желателен, поскольку он укорачивает интервалы между сварными участками, и жесткость при кручении элемента может быть улучшена даже в случае, когда участок нахлесточного соединения поднимается с образованием зазора, и соединение не может быть выполнено в достаточной мере посредством точечной сварки.
ФИГ. 7H представляет собой схематическое изображение, показывающее восьмой пример того, как образуются точечно-сварные участки и расплавленные и затвердевшие участки, каждый из которых образован согласно настоящему изобретению.
Как показано на ФИГ. 7H, может быть возможным, чтобы множество расплавленных и затвердевших участков 15 располагалось параллельно и проходило через точечно-сварные участки 10, по необходимости.
ФИГ. 7H показывает пример, в котором число расплавленных и затвердевших участков 15 равно двум. Однако их число может составлять три или более.
ФИГ. 7I представляет собой схематическое изображение, показывающее девятый пример того, как образуются точечно-сварные участки и расплавленные и затвердевшие участки, каждый из которых образован согласно настоящему изобретению.
Как показано на ФИГ. 7I, может быть возможным, чтобы расплавленный и затвердевший участок 15 образовывался посредством излучения лазерного пучка таким образом, чтобы он имел концы с изогнутой формой, или чтобы начальный конец и оканчивающийся конец расплавленного и затвердевшего участка 15 имели увеличенную ширину кромки, чтобы избежать концентрации механических напряжений.
ФИГ. 7J представляет собой схематическое изображение, показывающее десятый пример того, как образуются точечно-сварные участки и расплавленные и затвердевшие участки, каждый из которых образован согласно настоящему изобретению.
Как показано на ФИГ. 7J, может быть возможно образование расплавленных и затвердевших участков 15 в положениях, расположенных на отстоящих концах точечно-сварных участков 10 (концах точечно-сварных участков 10, которые расположены дополнительно дальше друг от друга).
В случае, когда расплавленные и затвердевшие участки 15 образованы таким образом, чтобы они были обращены к противоположным сторонам друг друга, относительно точечно-сварных участков 10, как было описано выше, может быть возможно расположить между вышеописанными расплавленными и затвердевшими участками 15 один или более точечно-сварных участков 10, причем один или более из точечно-сварных участков 10 каждый имеет образованный на нем расплавленный и затвердевший участок 15 и/или один или более расплавленных и затвердевших участков 15 (лазерных сварных участков), которые не проходят через какие-либо точечно-сварные участки 10.
ФИГ. 7K представляет собой схематическое изображение, показывающее одиннадцатый пример того, как образуются точечно-сварные участки и расплавленные и затвердевшие участки, каждый из которых образован согласно настоящему изобретению.
Как показано на ФИГ. 7K, может быть возможным образование расплавленных и затвердевших участков 15 в положениях, расположенных на ближайших сторонах (на внутренних сторонах) точечно-сварных участков 10.
В случае, когда расплавленные и затвердевшие участки 15 образуется таким образом, чтобы они были обращены в направлениях, в которых расплавленные и затвердевшие участки 15 сближены друг с другом относительно точечно-сварных участков 10, как было описано выше, может быть возможно разместить между вышеописанными расплавленными и затвердевшими участками 15 один или более точечно-сварных участков 10, причем один или более из точечно-сварных участков 10 каждый имеет образованный на нем расплавленный и затвердевший участок 15 и/или один или более расплавленных и затвердевших участков 15 (лазерных сварных участков), которые не проходят через какой-либо точечно-сварной участок 10.
ФИГ. 7L представляет собой схематическое изображение, показывающее двенадцатый пример того, как образуются точечно-сварные участки и расплавленные и затвердевшие участки, каждый из которых образован согласно настоящему изобретению.
Как показано на ФИГ. 7L, может быть возможно образование соседних расплавленных и затвердевших участков 15 на одной и той же стороне соответствующих точечно-сварных участков 10 (на левой стороне в случае ФИГ. 7L).
В случае, когда расплавленные и затвердевшие участки 15 образуются на одной и той же стороне точечно-сварных участков 10, как описано выше, может быть возможно разместить между вышеописанными расплавленными и затвердевшими участками 15 один или более точечно-сварных участков 10, причем один или более из точечно-сварных участков 10 каждый имеет образованный на нем расплавленный и затвердевший участок и/или один или более расплавленных и затвердевших участков 15 (лазерных сварных участков), которые не проходят через какой-либо точечно-сварной участок 10.
Точечная контактная сварка и образование расплавленного и затвердевшего участка 15 может быть применена для ядра 12 точечно-сварного участка 10 согласно настоящему изобретению, например, для процесса сварки кузовов машин в процессах изготовления автомобиля.
В ходе работы на сборочном конвейере, такой как сварка кузова машины, предпочтительно сначала разместить и закрепить сваренный внахлестку элемент для применения точечной контактной сварки, а затем применить дополнительную сварку посредством точечной контактной сварки или излучения лазерного пучка, поскольку можно предотвратить пространственное смещение излучения лазерного пучка на точечно-сварном участке из-за перестановки или повторного закрепления.
Дополнительно, более предпочтительно применять излучение лазерного пучка в том же положении, в каком применяют точечную контактную сварку.
Далее, со ссылкой на ФИГ. 8A-ФИГ. 8F, будет описан пример, в котором высокопрочный стальной лист и низкопрочный стальной лист соединяются внахлестку и применяют лазерный пучок, тем самым образуя расплавленный и затвердевший участок.
ФИГ. 8A-ФИГ. 8C представляют собой разъяснительные изображения, показывающие случай, когда два стальных листа, соединенные внахлестку, представляют собой сочетания высокопрочного стального листа и низкопрочного стального листа, и показывающие пример, в котором непокрытый высокопрочный стальной лист (1500 МПа) 61H и непокрытый низкопрочный стальной лист (270 МПа) 62L соединяются внахлестку.
ФИГ. 8A представляет собой схему, показывающую первый пример. Первый пример показывает случай, когда непокрытый высокопрочный стальной лист 61H и непокрытый низкопрочный стальной лист 62L соединяются внахлестку, а лазерный пучок LB излучается со стороны высокопрочного стального листа 61H, тем самым образуя расплавленный и затвердевший участок 15 по всей толщине непокрытого высокопрочного стального листа 61H и непокрытого низкопрочного стального листа 62L.
В этом случае глубина LD61 расплавленного и затвердевшего участка 15 в высокопрочном стальном листе 61H составляет 100% от толщины высокопрочного стального листа 61H.
ФИГ. 8B представляет собой схему, показывающую второй пример. Второй пример показывает случай, когда непокрытый высокопрочный стальной лист 61H и непокрытый низкопрочный стальной лист 62L соединяются внахлестку, а лазерный пучок LB излучается со стороны низкопрочного стального листа 62L, тем самым образуя расплавленный и затвердевший участок 15 по всей толщине непокрытого высокопрочного стального листа 61H и непокрытого низкопрочного стального листа 62L.
В этом случае глубина LD61 расплавленного и затвердевшего участка 15 в высокопрочном стальном листе 61H составляет 100% от толщины высокопрочного стального листа 61H.
ФИГ. 8C представляет собой схему, показывающую третий пример. Третий пример показывает случай, когда непокрытый высокопрочный стальной лист 61H и непокрытый низкопрочный стальной лист 62L соединяются внахлестку, а лазерный пучок LB излучается со стороны высокопрочного стального листа 61H, тем самым образуя расплавленный и затвердевший участок 15 от поверхности непокрытого высокопрочного стального листа 61H вплоть до средней точки, перед непокрытым низкопрочным стальным листом 62L.
В этом случае предпочтительно устанавливать глубину LD61 расплавленного и затвердевшего участка 15 в высокопрочном стальном листе 61H таким образом, чтобы она была больше или равна 50% от его толщины.
ФИГ. 8D представляет собой схему, показывающую четвертый пример. Четвертый пример показывает случай, когда непокрытый высокопрочный стальной лист (1500 МПа) 61H и непокрытый высокопрочный стальной лист (1500 МПа) 62H соединяются внахлестку, а лазерный пучок LB излучается со стороны высокопрочного стального листа 61H, тем самым образуя расплавленный и затвердевший участок 15.
В этом случае глубина LD61 расплавленного и затвердевшего участка 15 в высокопрочном стальном листе 61H составляет 100% от толщины высокопрочного стального листа 61H.
Как показано на ФИГ. 8D, в случае, когда высокопрочный стальной лист 61H и высокопрочный стальной лист 62H соединяются внахлестку, предпочтительно образование расплавленного и затвердевшего участка 15 по всей толщине высокопрочного стального листа 61H, и дополнительно, установление глубины LD62 расплавленного и затвердевшего участка 15 в высокопрочном стальном листе 62H, которая должна быть больше или равна 50% от толщины высокопрочного стального листа 62H.
ФИГ. 8E и ФИГ. 8F показывают случай, когда низкопрочный стальной лист, высокопрочный стальной лист и низкопрочный стальной лист соединяются внахлестку в указанном порядке.
ФИГ. 8E представляет собой схему, показывающую пятый пример. Пятый пример показывает случай, когда непокрытый низкопрочный стальной лист (270 МПа) 61L, непокрытый высокопрочный стальной лист (1500 МПа) 62H и непокрытый низкопрочный стальной лист (590 МПа) 63L соединяются внахлестку, а лазерный пучок LB излучается со стороны низкопрочного стального листа 61L, тем самым образуя расплавленный и затвердевший участок 15.
Этот случай предпочтителен, поскольку расплавленный и затвердевший участок 15 образуется таким образом, чтобы составлять 100% касательно толщины низкопрочного стального листа 61L, высокопрочного стального листа 62H и низкопрочного стального листа 63L, а глубина LD62 расплавленного и затвердевшего участка 15 в высокопрочном стальном листе 62H составляет 50% или более от толщины.
ФИГ. 8F представляет собой схему, показывающую шестой пример. Шестой пример показывает случай, когда непокрытый низкопрочный стальной лист (270 МПа) 61L, непокрытый высокопрочный стальной лист (1500 МПа) 62H и непокрытый низкопрочный стальной лист (590 МПа) 63L соединяются внахлестку, а лазерный пучок LB излучается со стороны низкопрочного стального листа 61L, тем самым образуя расплавленный и затвердевший участок 15.
В этом случае, как показано на ФИГ. 8F, расплавленный и затвердевший участок 15 образуется по всей толщине низкопрочного стального листа 61L и вплоть до средней точки высокопрочного стального листа 62H от низкопрочного стального листа 61L к низкопрочному стальному листу 63L.
Предпочтительно устанавливать глубину LD62 расплавленного и затвердевшего участка 15 в высокопрочном стальном листе 62H, которая должна быть больше или равна 50% от толщины высокопрочного стального листа 62H.
(Второй вариант осуществления)
Далее будет описан второй вариант осуществления согласно настоящему изобретению.
Первый вариант осуществления, описанный выше, относится к случаю, когда стальной лист представляет собой непокрытый стальной лист. Однако было обнаружено, что в случае, при сочетании стальных листов, имеющих GA-покрытие или GI-покрытие, которые представляют собой обычные стальные листы с цинковым покрытием, в сварочно-точечном участке 10 могут появляться дефекты/поры за счет образования точечно-сварного участка 10 посредством точечной контактной сварки и излучения лазерного пучка LB на точечно-сварной участок 10.
Ниже, со ссылкой на ФИГ. 9A и ФИГ. 9B, будет описан эффект излучения лазера на точечно-сварной участок 10.
ФИГ. 9A представляет собой схему, показывающую точечно-сварной участок 10 и расплавленный и затвердевший участок 15, образованный на участке нахлесточного соединения, выполненном из непокрытого высокопрочного стального листа (1500 МПа) и непокрытого низкопрочного стального листа (440 МПа).
В случае непокрытых стальных листов, никакой дефект/пора не появляется, как показано на ФИГ. 9A.
С другой стороны, ФИГ. 9B представляет собой схему, показывающую пример, в котором расплавленный и затвердевший участок 15 образуется на точечно-сварном участке 10, образованном на участке нахлесточного соединения, выполненном из непокрытого высокопрочного стального листа (1500 МПа) и отожженного оцинкованного стального листа, подвергнутого погружению в горячий расплав (440 МПа).
Было обнаружено, что в случае отожженного оцинкованного покрытия, полученного путем погружения в горячий расплав стального листа, дефект/пора 15H может появиться в расплавленном и затвердевшем участке, как показано на ФИГ. 9B, и этот дефект/пора 15H снижает прочность точечно-сварного участка 10 и служит в качестве исходной точки разрушения в момент, когда автомобиль сталкивается, вследствие чего существует вероятность того, что невозможно использование в полном объеме прочности высокопрочного стального листа.
Авторы настоящего изобретения выполнили всесторонние исследования на предмет появления дефекта/поры 15H, показанного на ФИГ. 9B, и в результате обнаружили, что дефект/пора 15H появляется у участка 16 соприкосновения точечно-сварного участка 10, как показано на ФИГ. 10.
Участок 16 соприкосновения, показанный на ФИГ. 10, расположен за пределами ядра 12 и представляет собой часть точечно-сварного участка 10, который соединяют путем приложения давления, без плавления.
Предполагается, что дефект/пора 15H создается таким образом, что когда лазерный пучок LB излучается для образования расплавленного и затвердевшего участка 15, участок 16 соприкосновения, имеющий образованное на нем цинковое покрытие, плавится за счет излучения лазерного пучка LB, цинк мгновенно испаряется, а расплавленная сталь сдувается.
Второй вариант осуществления направлен на соединение элементов из стальных листов, включающих в себя листы оцинкованной стали, имеющие образованное на них путем погружения в горячий расплав и отожженное покрытие, или цинковое покрытие, нанесенное путем погружения в горячий расплав.
Авторы настоящего изобретения осуществили исследование проблем, описанных выше. В результате они обнаружили, что в случае, когда стальные листы содержат, включая в себя, эти GA-покрытие или GI-покрытие, можно получить качественное сваренное соединение, которое не должно иметь какого-либо дефекта/поры 15H, путем регулирования глубины расплавленного и затвердевшего участка 15, образованного посредством излучения лазерного пучка LB таким образом, чтобы не расплавлять участок 16 соприкосновения точечной сварки на поверхности, соединенной внахлестку с GA-покрытием или GI-покрытием.
Следует отметить, что в случае непокрытого стального листа, алюминированного стального листа, стального листа, имеющего покрытие из интерметаллического соединения железа и алюминия, и стального листа, имеющего слой твердого раствора железо - цинк и нанесенное на него покрытия из фазы оксида цинка, точка кипения покрытия высока, и, следовательно, менее вероятно, что появятся дефекты сварки, являющиеся результатом покрытия на соединенной внахлестку поверхности.
Дополнительно, предпочтительно устанавливать глубину LD расплавленного и затвердевшего участка 15 в положении, расположенном за пределами расплавленного и затвердевшего участка 15 и отстоящего от конца ядра 12 точечно-сварного участка 10 на 1 мм, чтобы она была больше или равна 50% от толщины высокопрочного стального листа.
Во втором варианте осуществления можно произвольно выбрать, будет ли множество элементов из стальных листов включать в себя, например, стальной лист или горячештампованный элемент, имеющий мартенсит, в частности, будет ли множество элементов из стальных листов включать в себя высокопрочный стальной лист, обладающий пределом прочности на разрыв 1200 МПа или выше. Дополнительно, можно применять конфигурацию, в которую никакой высокопрочный стальной лист не включен.
Дополнительно, можно скомбинировать элементы из стальных листов, выполненные из непокрытого стального листа, алюминированного стального листа, стального листа, имеющего покрытие из интерметаллического соединения железа и алюминия и/или стального листа, имеющего слой из твердого раствора железо - цинк и нанесенное на него покрытие фазы оксида цинка.
Дополнительно, во втором варианте осуществления множество элементов из стальных листов соединяются внахлестку, причем точечно-сварной участок 10, имеющий ядро 12, образуется посредством точечной контактной сварки, а лазерный пучок LB излучается, тем самым образуя расплавленный и затвердевший участок 15, который простирается по всему ядру 12, например, таким образом, чтобы расплавленный и затвердевший участок 15, пересекающий конец ядра 12, простирался от конца ядра 12 до положения, отстоящего не менее чем на 3 мм от конца расплавленного и затвердевшего участка 15, причем этот его конец расположен за пределами ядра.
Во-первых, в случае, когда соединенный внахлестку элемент из стальных листов, на который излучается лазерный пучок, представляет собой элемент из стальных листов, образованный только из любого из непокрытого стального листа, алюминированного стального листа, стального листа, имеющего покрытие из интерметаллического соединения железа и алюминия, и стального листа, имеющего слой из твердого раствора железо - цинк и нанесенное на него покрытие фазы оксида цинка, твердость самой мягкой зоны в HAZ может быть улучшена за счет образования расплавленного и затвердевшего участка 15 посредством излучения лазерного пучка с глубиной LD расплавленного и затвердевшего участка 15 в положении, внешне отстоящим от конца ядра 12 на 1 мм, заданной таким образом, чтобы она была больше или равна 50% от каждой из толщин всех высокопрочных стальных листов.
Верхний предел глубины LD образованного расплавленного и затвердевшего участка 15 составляет 100% от толщины высокопрочного стального листа. Предпочтительно устанавливать глубину LD образованного расплавленного и затвердевшего участка 15 таким образом, чтобы она была больше или равна50% от толщины, поскольку эффект предотвращения разрушений в зоне размягчения HAZ может быть в достаточной мере достигнут при такой глубине. Однако можно установить глубину LD расплавленного и затвердевшего участка 15 таким образом, чтобы она составляла менее 50% от толщины.
Ниже будут выполнены описания, в частности, со ссылкой на ФИГ. 11A-11F.
ФИГ. 11A-11F показывают только участок соприкосновения в случае, когда один из стальных листов, соединенных внахлестку, представляет собой отожженный оцинкованный стальной лист 91LZ, подвергнутый погружению в горячий расплав.
ФИГ. 11A представляет собой схему, показывающую пример, в котором высокопрочный стальной лист и низкопрочный стальной лист соединяются внахлестку, и показывают пример, в котором два стальных листа, отожженный оцинкованный стальной лист 91LZ, подвергнутый погружению в горячий расплав (270 МПа), и непокрытый высокопрочный стальной лист 92H (1500 МПа), соединяются внахлестку.
На ФИГ. 11A лазерный пучок LB излучается со стороны непокрытого высокопрочного стального листа 92H и управление осуществляется таким образом, чтобы расплавленный и затвердевший участок 15 не достигал области 16 соприкосновения на точечно-сварном участке 10, служащем в качестве соединенной внахлестку поверхности, а участок 16 соприкосновения, на котором находится образованное путем погружения в горячий расплав и отожженное покрытие, не плавился.
Следует отметить, что предпочтительно устанавливать глубину LD92 расплавленного и затвердевшего участка 15 в высокопрочном стальном листе 92H в положении, внешне отстоящего от конца ядра 12 точечно-сварного участка 10 на 1 мм, чтобы она была больше или равна 50% от толщины.
ФИГ. 11B показывает пример, в котором три стальных пластины - внешняя панель, включающая в себя отожженный оцинкованный стальной лист 91LZ, подвергнутый погружению в горячий расплав, усиление, включающее в себя непокрытый высокопрочный стальной лист 92H, и внутренняя панель, включающая в себя непокрытый низкопрочный стальной лист 93L, соединяются внахлестку, и это служит, например, в качестве примера структуры участка фланца центральной стойки автомобиля.
В этом случае, после точечной сварки лазерный пучок LB излучается со стороны непокрытой внутренней панели (низкопрочного стального листа 93L), располагаемой на внутренней стороне кабины кузова автомобиля, тем самым образуя расплавленный и затвердевший участок 15 в низкопрочном стальном листе 93L и в высокопрочном стальном листе 92H.
Расплавленный и затвердевший участок 15 образуется с помощью управления таким образом, чтобы расплавленный и затвердевший участок 15 не достигал участка 16 соприкосновения, расположенного на стороне поверхности, где низкопрочный стальной лист 91LZ и высокопрочный стальной лист 92H соединяются внахлестку, и чтобы участок 16 соприкосновения, на котором находится полученное путем погружения в горячий расплав и отожженное покрытие, не плавился.
Следует отметить, что предпочтительно устанавливать глубину LD92 расплавленного и затвердевшего участка 15 в высокопрочном стальном листе 92H в положении, внешне отстоящим от конца ядра 12 точечно-сварного участка 10 на 1 мм тем самым чтобы она была больше или равна 50% от толщины.
Следует отметить, что в случае, когда горячештампованный элемент, имеющий нанесенное на него покрытие в виде слоя твердого раствора железо - цинк и слоя оксида цинка, или горячештампованный элемент 92HP, имеющий нанесенное на него покрытие в виде интерметаллического соединения железа и алюминия, используют вместо высокопрочного стального листа 92H, который представляет собой усиление, можно обрабатывать их, как в случае с непокрытым горячештампованным элементом.
Причина состоит в том, что дефекты сварки менее вероятно появляются в этом поверхностном покрытии, как в случае с GA-покрытием или GI-покрытием.
ФИГ. 11C показывает пример, в котором три стальных пластины - внешняя панель, выполненная из отожженного оцинкованного низкопрочного стального листа, подвергнутого погружению в горячий расплав 91LZ, центрального усиления, выполненного из высокопрочного стального листа 92HR, имеющего поверхность, содержащую фазу твердого раствора железо - цинк, и слой оксида цинка, и внутреннюю панель, выполненную из непокрытого низкопрочного стального листа 93L, соединяются внахлестку, и это служит в качестве, например, примера структур фланцевых участков передней стойки и продольного бруса крыши автомобиля.
В этом случае, после точечной сварки лазерный пучок LB излучается со стороны непокрытой внутренней панели (низкопрочного стального листа 93L), располагаемой на внутренней стороне кабины кузова автомобиля, тем самым образуя расплавленный и затвердевший участок 15 в низкопрочном стальном листе 93L и в высокопрочном стальном листе 92HR, имеющем поверхность, содержащую фазу твердого раствора железо - цинк и слой оксида цинка.
Расплавленный и затвердевший участок 15 образуется с помощью управления таким образом, чтобы расплавленный и затвердевший участок 15 не достигал участка 16 соприкосновения на стороне поверхности, где низкопрочный стальной лист 91LZ и высокопрочный стальной лист 92HR, имеющий поверхность, содержащую фазу твердого раствора железо - цинк и слой оксида цинка, соединяются внахлестку, и чтобы участок 16 соприкосновения, где находится полученное путем погружения в горячий расплав и отожженное покрытие, не плавился.
Следует отметить, что предпочтительно, чтобы глубина LD92 расплавленного и затвердевшего участка 15 в высокопрочном стальном листе 92HR, имеющем поверхность, содержащую фазу твердого раствора железо - цинк и слой оксида цинка, была установлена в положении, внешне отстоящим от конца ядра 12 точечно-сварного участка 10 на 1 мм, чтобы она была больше или равна 50% от толщины.
ФИГ. 11D показывает пример, в котором три стальных пластины - внешняя панель, выполненная из отожженного оцинкованного стального листа 91LZ, подвергнутого погружению в горячий расплав, центральное усиление, выполненное из непокрытого высокопрочного стального листа 92H, и внутренняя панель, выполненная из непокрытого высокопрочного стального листа 93H, соединяются внахлестку, и это служит в качестве, например, примера структур фланцевых участков продольного бруса крыши и передней стойки автомобиля.
В этом случае, после точечной сварки лазерный пучок LB излучается со стороны непокрытой внутренней панели (высокопрочного стального листа 93H), располагаемой на внутренней стороне кабины кузова автомобиля, тем самым образуя расплавленный и затвердевший участок 15 в высокопрочном стальном листе 93H и в высокопрочном стальном листе 92H.
Расплавленный и затвердевший участок 15 образуется с помощью управления таким образом, чтобы расплавленный и затвердевший участок 15 не достигал участка 16 соприкосновения на стороне поверхности, где низкопрочный стальной лист 91LZ и высокопрочный стальной лист 92H соединяются внахлестку, и чтобы участок 16 соприкосновения, где находится полученное путем погружения в горячий расплав и отожженное покрытие, не плавилась.
Следует отметить, что предпочтительно устанавливать глубину LD92 расплавленного и затвердевшего участка 15 в высокопрочном стальном листе 92H в положении, внешне отстоящим от конца ядра 12 точечно-сварного участка 10 на 1 мм, чтобы она была больше или равна 50% от толщины.
ФИГ. 11E и ФИГ. 11F представляют собой примеры, в которых три стальных пластины - внешняя панель, включающая в себя отожженный низкопрочный стальной лист 91LZ, оцинкованный погружением в горячий расплав, центральное усиление, включающее в себя непокрытый низкопрочный стальной лист 92L, и внутренняя панель, включающая в себя непокрытый высокопрочный стальной лист 93H, соединяются внахлестку, и они служат, например, в качестве примеров структур передней стойки, верхнего и продольного бруса крыши автомобиля.
В этом случае, после точечной сварки лазерный пучок LB излучается со стороны непокрытой внутренней панели (высокопрочного стального листа 93H), располагаемой на внутренней стороне кабины кузова автомобиля, и управление выполняют таким образом, чтобы он не достигал участка 16 соприкосновения на стороне поверхности, где низкопрочный стальной лист 91LZ и низкопрочный стальной лист 92L соединяются внахлестку.
Может быть возможно, чтобы образование выполнялось с тем, чтобы не достигать участка 16 соприкосновения на стороне поверхности, где низкопрочный стальной лист 91LZ и низкопрочный стальной лист 92L соединяются внахлестку, как показано на ФИГ. 11F, и с тем, чтобы простираться в высокопрочный стальной лист 93H и в низкопрочный стальной лист 92L.
Следует отметить, что на ФИГ. 11E и ФИГ. 11F предпочтительно устанавливать глубину LD93 расплавленного и затвердевшего участка 15 в высокопрочном стальном листе 93H в положении, внешне отстоящим от конца ядра 12 точечно-сварного участка 10 на 1 мм, чтобы она была больше или равна 50% от толщины.
Сварное соединение согласно настоящему изобретению, описанное выше, подходит для использования в несущих элементах конструкции автомобилей, выполненных из высокопрочного стального листа, обладающего пределом прочности на разрыв 1200 МПа или выше.
Сварное соединение может быть нанесено, например, на бампер, дверную балку, элемент пола, элемент передней стороны и элемент задней стороны.
Следует отметить, что настоящее изобретение не ограничено вариантами осуществления, описанными выше, и могут быть возможными различные модификации, без отступления от объема настоящего изобретения.
В вариантах осуществления, описанных выше, настоящее изобретение применяется, в качестве примера, к автомобильной детали. Однако настоящее изобретение может быть применено к различным приваренным элементам, образованным путем соединения перекрытых внахлестку участков посредством точечной сварки, например, в арматурах, балках и в связующих элементах зданий или в простых складских помещениях, в мебели и в офисной мебели.
Дополнительно, в вариантах осуществления, описанных выше, например, устанавливаются цели получения высокопрочного стального листа или горячештампованного элемента, обладающего пределом прочности на разрыв 1200 МПа или выше. Однако настоящее изобретение может быть применено для высокопрочного стального листа, обладающего пределом прочности на разрыв менее 1200 МПа и имеющего твердость в зоне размягчения HAZ меньше, чем материала основы из-за наличия закаленной структуры (мартенсита), такого как высокопрочный стальной лист класса 980 МПа.
Описания были выполнены, исходя из случая, когда два или три высокопрочных стальных листа используют в качестве элемента из стальных листов, выполненного из множества стальных листов. Однако могут быть использованы элементы из четырех или более стальных листов.
Дополнительно, наличие множества стальных листов, включающих в себя высокопрочный стальной лист, означает, что необходимым является только то, чтобы из множества стальных листов по меньшей мере один стальной лист представлял собой высокопрочный стальной лист.
Дополнительно, в настоящем изобретении можно образовать участок нахлесточного соединения с помощью множества стальных листов, соединяющихся друг с другом внахлестку таким образом, что элемент, используемый для частичного усиления, соединяется без использования фланца, как показано на ФИГ. 7B, или фланец соединяется с участком, имеющим определенную форму посредством прессования.
Примеры
Настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на Примеры.
В Таблице 1 показаны химические компоненты образцов. Единицей в Таблице 1 является масс.%, а остаток, отличный от химических компонентов, указанных в Таблице 1, включает в себя Fe и неизбежные примеси.
[Таблица 1]
Образец
Состав (масс.%)
C
Si
Mn
P
S
Другие
SQ1500
0,21
0,22
1,25
0,010
0,001
0,20Cr, 0,020Ti, 0,0015B
SQZ1500
0,21
0,04
1,30
0,010
0,001
0,20Cr, 0,021Ti, 0,0016B
SQ1800
0,30
0,20
1,69
0,010
0,001
0,23Cr, 0,021Ti, 0,08Nb, 0,0020B
JSC1270
0,14
0,49
1,85
0,007
0,004
0,05Ti
JSC440
0,11
0,07
1,10
0,021
0,003
JSC440
0,11
0,06
1,09
0,019
0,003
JSC590
0,08
0,03
2,30
0,015
0,003
В Таблице 1 образец SQ1500 представляет собой непокрытый стальной лист для горячей штамповки, обладающий пределом прочности на разрыв класса 1500 МПа.
Образец SQZ1500 представляет собой стальной лист для горячей штамповки, имеющий нанесенное на него покрытие в виде слоя твердого раствора железо - цинк и слоя оксида цинка, и обладающий пределом прочности на разрыв класса 1500 МПа.
Образец SQ1800 представляет собой непокрытый стальной лист для горячей штамповки, обладающий пределом прочности на разрыв класса 1800 МПа.
Образец JSC 1270 представляет собой непокрытый холоднокатаный стальной лист, обладающий пределом прочности на разрыв класса 1270 МПа.
Дополнительно, образец JSC440 представляет собой непокрытый стальной лист класса 440 МПа.
Образец JAC440 представляет собой стальной лист класса 440 МПа, имеющий нанесенное на него полученное путем погружения в горячий расплав и отожженное оцинкованное покрытие.
Образец JSC590 представляет собой непокрытый стальной лист класса 590 МПа.
Следует отметить, что стальные листы для горячей штамповки используют с помощью применения аналогичной обработки для горячей штамповки.
(Пример 1)
Ниже будет описан Пример 1 со ссылкой на ФИГ. 12A-ФИГ. 12C и Таблицу 2.
В Примере 1 было оценено растяжение во время испытания на разрыв в случае, когда соединяли внахлестку два непокрытых стальных листа.
ФИГ. 12A представляет собой схему, схематически показывающую испытательный образец S10, используемый в этом Примере. ФИГ. 12B представляет собой увеличенное изображение, показывающее направление растягивающей нагрузки, приложенной к испытательному образцу S10, и показывающее способ испытания в данном Примере. ФИГ. 12C представляет собой вид в разрезе, взятом вдоль линии II-II по ФИГ. 12B.
В Примере 1 испытательные образцы S10, как показано на ФИГ. 12A, получали из образцов, показанных в Таблице 1, а испытание на разрыв выполняли путем приложения растягивающей нагрузки, как показано на ФИГ. 12B, к каждому из испытательных образцов.
В испытании на разрыв растяжение измеряли до тех пор, пока каждый из испытательных образцов S10 не разрушался, и это растяжение оценивали по четырем категориям.
В случае испытательного образца S10, два стальных листа, которые представляли собой стальной лист S11, выполненный из образца 1, и стальной лист S12, выполненный из образца 2, соединяли внахлестку, как показано на ФИГ. 12A, и точечную контактную сварку применяли к участку 11 нахлесточного соединения, тем самым образуя точечно-сварной участок 10.
Затем лазерный пучок излучали со стороны стального листа S11, тем самым образуя расплавленный и затвердевший участок 15.
В испытании на разрыв стальной лист S11, выполненный из образца 1 испытательного образца S10, вытягивали, вследствие чего измеряли предел прочности на разрыв образца 1.
Следует отметить, что испытательные образцы 1 и 12, показанные в Таблице 2, представляют собой Сравнительные Примеры, в которых не излучали никакого пучка лазера.
Точечную сварку применяли с использованием машины однофазного переменного тока для точечной сварки и с использованием электрода DR-типа (верхний конец φ6 мм R40) при следующих условиях.
Сжимающее усилие: 400 кгс
Время сварки: 20 циклов
Ток сварки: ток, вызывающий вспышку, - 0,5 кА
Диаметр (мм) ядра устанавливали в диапазоне 5√t-6√t (t: толщина (мм))
Затем лазерный пучок излучали на испытательный образец S10, имеющий точечно-сварной участок 10, образованный в нем при условиях, показанных в Таблице 2, тем самым образуя расплавленный и затвердевший участок 15, имеющий прямую форму.
Лазерный пучок излучали с использованием Nd: АИГ-лазера при следующих условиях.
Диаметр пучка: 0,6 (мм),
Скорость: 2,0-4,0 (м/мин),
Защитный газ: аргон 10 (л/мин)
Для изменения глубины расплавленного и затвердевшего участка 15, выходную мощность изменяли в диапазоне 1,5-4 кВт.
Угол θ (°) пересечения с ожидаемым направлением механического напряжения для расплавленного и затвердевшего участка 15, образованного посредством излучения лазерного пучка, или направлением вдоль фланца (участка нахлесточного соединения), глубина (%) расплавленного и затвердевшего участка 15 и расстояние L (мм) от конца ядра 12 до конца расплавленного и затвердевшего участка 15 на ФИГ. 12B устанавливают, как показано в Таблице 2.
Следует отметить, что глубину (%) расплавленного и затвердевшего участка рассчитывали на основе стального листа S11 таким образом, что глубину (мм) расплавленного и затвердевшего участка измеряли в положении, отстоящим от конца ядра на точечно-сварном участке на 1 мм, а измеренное значение разделяли на толщину стального листа S11.
Далее, испытание на разрыв выполняли для каждого из испытательных образцов.
В испытании на разрыв, растяжение до тех пор, пока каждый из испытательных образцов не разрушился измеряли путем установления базовой длины на уровне 50 мм и фиксируя скорость растяжения на уровне 3 (мм/мин).
(D) отображает растяжение, до тех пор, пока не случается разрушение, составляющее менее 3%, (C) отображает растяжение, до тех пор, пока не случается разрушение, составляющее не менее 3% и менее 3,5%, (B) отображает растяжение, до тех пор, пока не случается разрушение, составляющее не менее 3,5% и менее 4%, а (A) отображает растяжение, до тех пор, пока не случается разрушение, составляющее не менее 4%.
Таблица 2 показывает результаты испытания.
[Таблица 2]
Число
Образец 1
Образец 2
Угол θ (°) пересечения расплавленного и затвердевшего участка
Глубина (%) расплавленного и затвердевшего участка
Длина (мм) расплавленного и затвердевшего участка
Результаты испытания на разрыв
Примечание
1
SQ1500-1,6t
JSC440-1,6t
Только точечная сварка
C
Сравнительный Пример
2
SQ1500-1,6t
JSC440-1,6t
0
100
10
A
Пример согласно настоящему изобретению
3
SQ1500-1,6t
JSC440-1,6t
15
100
10
A
Пример согласно настоящему изобретению
4
SQ1500-1,6t
JSC440-1,6t
30
100
10
A
Пример согласно настоящему изобретению
5
SQ1500-1,6t
JSC440-1,6t
45
100
10
C
Сравнительный Пример
6
SQ1500-1,6t
JSC440-1,6t
0
20
10
B
Сравнительный Пример
7
SQ1500-1,6t
JSC440-1,6t
0
50
10
A
Пример согласно настоящему изобретению
8
SQ1500-1,6t
JSC440-1,6t
0
80
10
A
Пример согласно настоящему изобретению
9
SQ1500-1,6t
JSC440-1,6t
0
100
2
C
Сравнительный Пример
10
SQ1500-1,6t
JSC440-1,6t
0
100
3
A
Пример согласно настоящему изобретению
11
SQ1500-1,6t
JSC440-1,6t
0
100
20
A
Пример согласно настоящему изобретению
12
JSC1270-1,6t
JSC440-1,6t
Только точечная сварка
B
Сравнительный Пример
13
JSC1270-1,6t
JSC440-1,6t
0
100
10
A
Пример согласно настоящему изобретению
14
SQZ1500-1,6t
JSC440-1,6t
0
100
10
A
Пример согласно настоящему изобретению
15
SQ1800-1,6t
JSC440-1,6t
0
100
10
A
Пример согласно настоящему изобретению
16
SQ1500-1,6t
SQ1500-1,6t
0
100
10
A
Пример согласно настоящему изобретению
17
SQ1500-1,6t
SQ1500-1,2t
0
100
10
A
Пример согласно настоящему изобретению
18
SQ1500-1,6t
JAC440-1,6t
0
80
10
A
Пример согласно настоящему изобретению
Как показано в Таблице 2, образцы в Сравнительных Примерах, обозначенные как номера 6 и 12, проявили растяжение при разрушении в диапазоне от не менее 3,5% до менее 4%, и, следовательно, его результат испытания попадает в (B).
Дополнительно, образцы в Сравнительных Примерах, обозначенные как номера 1, 5 и 9, разрушались в зоне размягчения HAZ точечно-сварного участка при небольшом растяжении и проявили растяжение при разрушении менее 3,5%, и, следовательно, их результат испытания попадает в (C).
С другой стороны, все испытательные образцы по Примерам согласно настоящему изобретению проявили растяжение при разрушении более или равное 4%.
(Пример 2)
Ниже будет описан Пример 2 со ссылкой на ФИГ. 13A - ФИГ. 13C и Таблицу 3.
В Примере 2 растяжение оценивали посредством испытания на разрыв в случае, когда соединяли внахлестку три непокрытых стальных листа.
ФИГ. 13A представляет собой схему, схематически показывающую испытательный образец S20, используемый в Примере 2. ФИГ. 13B представляет собой увеличенное изображение, показывающее направление растягивающей нагрузки, приложенной к испытательному образцу S20, и показывающее способ испытания в этом Примере. ФИГ. 13C представляет собой вид в разрезе, взятом вдоль линии III-III по ФИГ. 13B.
В Примере 2 испытательные образцы S20, которые показаны на ФИГ. 13A, получали из образцов, показанных в Таблице 3, и испытание на разрыв выполняли путем приложения растягивающей нагрузки, как показано на ФИГ. 13B, к каждому из испытательных образцов.
В испытании на разрыв измеряли растяжение, до тех пор, пока каждый из испытательных образцов S20 не разрушался, и растяжение оценивали согласно четырем категориям.
В случае испытательного образца S20 три стальных листа, которые представляли собой стальной лист S21, выполненный из образца 1, стальной лист S22, выполненный из образца 2, и стальной лист S23, выполненный из образца 3, соединяли внахлестку, как показано на ФИГ. 13A, а точечную контактную сварку применяли для участка 11 нахлесточного соединения, тем самым образуя точечно-сварной участок 10.
Затем, лазерный пучок излучается со стороны стального листа S23, тем самым образуя расплавленный и затвердевший участок 15.
В испытании на разрыв стальной лист S22, выполненный из образца 2 испытательного образца S20, растягивали, вследствие чего измеряли прочность на разрыв образца 2.
Следует отметить, что испытательный образец с номером 1, показанный в Таблице 3, представляет собой Сравнительный Пример, при этом на этот образец лазерный пучок не излучали.
Дополнительно, испытательный образец с номером 4 представляет собой Сравнительный Пример, при этом на этот образец излучали лазерный пучок для достижения участка соприкосновения, где образовывалось цинковое покрытие.
Испытательный образец S20 был создан путем применения точечной контактной сварки и излучения лазерного пучка на точечно-сварной участок 10 способом, аналогичным способу в Примере 1, и, следовательно, его разъяснение не будет повторяться.
Угол θ (°) пересечения с ожидаемым направлением механического напряжения для расплавленного и затвердевшего участка 15, образованного посредством излучения лазерного пучка, или с направлением вдоль фланца (участка нахлесточного соединения), глубина (%) расплавленного и затвердевшего участка 15 и расстояние L (мм) от конца ядра 12 до конца расплавленного и затвердевшего участка 15 на ФИГ. 13B устанавливали, как показано в Таблице 3.
Следует отметить, что глубину (%) расплавленного и затвердевшего участка рассчитывали на основе стального листа S22, выполненного из высокопрочного стального листа, таким образом, что глубину (мм) расплавленного и затвердевшего участка измеряли в положении, отстоящим от конца ядра на точечно-сварном участке на 1 мм, а измеренную величину разделяли на толщину стального листа S22.
В Примере 2 каждый из испытательных образцов подвергали испытанию на разрыв и оценке, аналогично тому, как это было проведено в Примере 2, и, следовательно, его разъяснение здесь не будет повторяться.
[Таблица 3]
Номер
Образец 1
Образец 2
Образец 3
Угол θ (°) пересечения расплавленного и затвердевшего участка
Глубина (%) расплавленного и затвердевшего участка
Длина (мм) расплав-ленного и затвердевшего участка
Результаты испы-тания на разрыв
Примечание
1
JAC270D-0,7t
SQZ1500-1,6t
JSC440-1,2t
Только точечная сварка
C
Сравнительный Пример
2
JAC270D-0,7t
SQZ1500-1,6t
JSC440-1,2t
0
70
12
A
Пример согласно настоящему изобретению
3
JAC270D-0,7t
SQZ1500-1,6t
JSC590-1,2t
0
70
12
A
Пример согласно настоящему изобретению
4
JAC270D-0,7t
SQZ1500-1,2t
JSC440-1,4t
0
100
12
C
Сравнительный Пример
5
JAC270D-0,7t
SQZ1800-1,6t
JSC590-1,2t
0
70
12
A
Пример согласно настоящему изобретению
6
JAC270D-0,7t
SQZ1800-1,8t
JSC590-1,2t
0
80
12
A
Пример согласно настоящему изобретению
Как показано в Таблице 3, Сравнительный Пример, обозначенный как номер 1, разрушился в зоне размягчения HAZ точечно-сварного участка при небольшом растяжении и проявил растяжение при разрушении менее 3,5%, и, следовательно, результат его испытания попадает в (C).
Дополнительно, Сравнительный Пример, обозначенный как номер 4, имел дефект/пору, и результат его испытания попадает в (C).
С другой стороны, все испытательные образцы по Примерам согласно настоящему изобретению проявили растяжение при разрушении большее или равное 4%.
(Пример 3)
Ниже будет описан Пример 3 со ссылкой на Таблицу 4.
В Примере 3 при использовании испытательного образца S10, показанного на ФИГ. 12A-ФИГ. 12C, выполняли оценку того, образовывался ли какой-либо дефект/пора в участке 16 соприкосновения между стальным листом S11 и стальным листом S12 в ходе процессов, при которых покрытые стальные листы соединяли внахлестку, причем точечно-сварной участок 10 образовывался посредством точечной контактной сварки, а затем излучали лазерный пучок для образования расплавленного и затвердевшего участка 15.
В Примере 3 стальной лист S11 выполняют из непокрытого стального листа SQ1500 для горячей штамповки, обладающего пределом прочности на разрыв класса 1500 МПа, а стальной лист S12 выполняют из стального листа SQZ1500 для горячей штамповки, обладающего пределом прочности на разрыв класса 1500 МПа и имеющего нанесенное на него покрытие в виде слоя твердого раствора железо - цинк и слоя оксида цинка, или подвергнутый цинкованию погружением в горячий расплав и отожженный стальной лист класса 440 МПа.
Таблица 4 показывает образец 1 для стального листа S11, образец 2 для стального листа S12 и результаты испытаний.
(Заключение A) означает, что никаких дефектов/пор не существует, а (Заключение C) означает, что существует по меньшей мере один дефект/пора.
[Таблица 4]
Номер
Образец 1
Образец 2
Глубина (%) расплавленного и затвердевшего участка
Дефект/Пора
Примечание
1
SQ1500-1,6t
JAC440-1,6t
100
C
Сравнительный Пример
2
SQ1500-1,6t
SQZ1500-1,6t
100
A
Пример согласно настоящему изобретению
3
SQ1500-1,6t
JAC440-1,6t
50
A
Пример согласно настоящему изобретению
4
SQ1500-1,6t
JAC440-1,6t
80
A
Пример согласно настоящему изобретению
Как показано в Таблице 4, Сравнительный Пример, обозначенный как номер 1, имел дефект/пору, поскольку расплавленный и затвердевший участок, образованный посредством пучка лазера, излучаемого со стороны стального листа S11, образовывается по всей толщине стального листа S11 и достигает стального листа S12.
Таким образом, результат испытания указывают на то, что дефект/пора существует (Заключение C).
В случае Примеров согласно настоящему изобретению, обозначенных как номер 2 и номер 3, никаких дефектов/пор не было обнаружено (Заключение A), поскольку глубины расплавленных и затвердевших участков составляли 80% и 50% от толщины, и каждый из расплавленных и затвердевших участков не достигает участка соприкосновения между стальным листом S11 и стальным листом S12.
Дополнительно, в случае стального листа SQZ1500 для горячей штамповки, обозначенного как номер 4, который имеет предел прочности на разрыв класса 1500 МПа и имеет нанесенное на него покрытие в виде слоя твердого раствора железо - цинк и слоя оксида цинка, расплавленный и затвердевший участок образовывался по всей толщине стального листа S11. Однако на участке соприкосновения цинк не испаряется мгновенно, а расплавленная сталь не сдувается. Таким образом, никаких дефектов/пор не было обнаружено.
Промышленная применимость
Согласно способу сварки участка нахлесточного соединения, способу изготовления сваренного внахлестку элемента, сваренному внахлестку элементу и автомобильной детали по настоящему изобретению можно предохранить точечно-сварной участок на участке нахлесточного соединения от разрушения в зоне размягчения HAZ. Таким образом, способ сварки участка нахлесточного соединения, способ изготовления сваренного внахлестку элемента, сваренный внахлестку элемент и автомобильная деталь по настоящему изобретению являются промышленно применимыми.
Краткое описание ссылочных обозначений
LB - лазерный пучок,
1, 4, 4A - фланец (участок нахлесточного соединения),
3 - формованное изделие (элемент из стальных листов),
5H, 6H, 31H, 32H, 61H, 62H, 92H, 93H - высокопрочный стальной лист (элемент из стальных листов),
7L, 31L, 33L, 61L, 62L, 63L, 92L, 93L - низкопрочный стальной лист (элемент из стальных листов),
16 - участок соприкосновения,
7 - элемент (элемент из стальных листов),
8 - соединенный внахлестку элемент (элемент из стальных листов)
10 - точечно-сварной участок,
12 - ядро,
13 - зона размягчения HAZ,
15 - расплавленный и затвердевший участок,
40 - передняя стойка (элемент из стальных листов),
41 - центральная стойка (элемент из стальных листов),
42 - продольный брус крыши (элемент из стальных листов),
43 - поперечная боковина платформы кузова (элемент из стальных листов),
44 - усиление бампера (элемент из стальных листов),
45 - перегородка (элемент из стальных листов),
91LZ - оцинкованный погружением в горячий расплав и отожженный стальной лист (элемент из стальных листов),
92HR - высокопрочный стальной лист (высокопрочный стальной лист, имеющий поверхность, содержащую фазу твердого раствора железо - цинк и слой оксида цинка) (элемент из стальных листов),
92HP - высокопрочный стальной лист (горячештампованный элемент, имеющий нанесенное на него покрытие в виде слоя твердого раствора железо - цинк и слоя оксида цинка, или горячештампованный элемент, имеющий нанесенное на него покрытие в виде интерметаллического соединения из железа и алюминия (элемент из стальных листов).