專(zhuān)利名稱(chēng)：鋼板的激光焊接方法以及復(fù)合板材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過(guò)激光焊接，對(duì)用于汽車(chē)的車(chē)身部件等的鋼板進(jìn)行對(duì)焊的方法，以及由通過(guò)此方法焊接的鋼板構(gòu)成的復(fù)合板材。
本申請(qǐng)主張2003年7月2日申請(qǐng)的日本國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)2003-270529的優(yōu)先權(quán)，引用了其內(nèi)容。
背景技術(shù)：
在汽車(chē)制造等中，采用著對(duì)將板厚、材質(zhì)等特性不同的多個(gè)鋼板進(jìn)行對(duì)焊而一體化的復(fù)合板材(以下，稱(chēng)為拼焊板坯)進(jìn)行沖壓成型的方法(以下，稱(chēng)為拼焊方法)。此方法被用于制造被要求的強(qiáng)度和成形特性等根據(jù)部位的不同而不同的構(gòu)件。
當(dāng)制造拼焊板坯的時(shí)候，對(duì)鋼板進(jìn)行對(duì)焊接時(shí)，多使用激光焊接。對(duì)于激光焊接，通常是，將氬氣作為保護(hù)氣體使用。
作為激光焊接方法，特開(kāi)平08-276290號(hào)公報(bào)中已公開(kāi)了，將CO2和Ar的混合氣體作為保護(hù)氣體使用，并對(duì)帶狀鋼板的端部進(jìn)行對(duì)焊接的方法。
而且，還已知如特開(kāi)平06-328279號(hào)公報(bào)中公開(kāi)的方法，其將二氧化碳15～25％摻雜到氬氣等的惰性氣體中的氣體作為保護(hù)氣體使用，并對(duì)重疊的鋼材進(jìn)行激光焊接。
另外，還已知如專(zhuān)利3176778號(hào)公報(bào)中公開(kāi)的方法，其將包含0.5～10vol％的氧氣的、Ar、He或Ar-He混合氣體作為保護(hù)氣體使用，并對(duì)鋼材進(jìn)行激光焊接。
另外，還已知如專(zhuān)利第3383444號(hào)公報(bào)中公開(kāi)的方法，其將包含1～10％O2的Ar氣體、包含1～10％O2的He氣體、包含5～50％CO2的Ar氣體、包含5～50％CO2的He氣體、空氣、之一作為保護(hù)氣體，進(jìn)行激光焊接。
另外，還已知如專(zhuān)利2842967號(hào)公報(bào)中公開(kāi)的方法，其使用CO2、O2、CO2和其他氣體的混合氣體、或者O2和其他氣體的混合氣體作為保護(hù)氣體，進(jìn)行激光焊接。
在激光焊接中，由于光束的直徑非常小(通常是0.5mm左右)，因此可以對(duì)被焊接物局部性地施加大的能量。因此，可以使焊接焊道的寬度狹窄，并能可提高焊接的速度。
然而，在進(jìn)行激光焊接時(shí)，由于焊接焊道的寬度變小，因此在進(jìn)行鋼板的對(duì)焊的時(shí)候，如果對(duì)接部的鋼板間隙局部性變大，那么就使此部分的焊接不充分，且降低焊接部的強(qiáng)度和成形特性。特別是，在使用大型鋼板的時(shí)候，容易產(chǎn)生所述的間隙，并帶來(lái)容易引起焊接部的強(qiáng)度和成形特性降低等問(wèn)題。
另外，在進(jìn)行激光焊接時(shí)，由于對(duì)于鋼板局部性地施加了大的能量，且焊速變快了，因此，就會(huì)產(chǎn)生由于驟冷驟熱，焊接部的硬度變大，其結(jié)果，焊接部的成形特性降低的問(wèn)題。
此外，在使用由不同板厚的多個(gè)鋼板構(gòu)成的拼焊板坯的時(shí)候，焊接金屬就會(huì)變成從厚板側(cè)向薄板側(cè)厚度逐漸減少的形狀。
而在鋼板的焊接金屬表面的傾斜是陡峭的情況下，因?yàn)樵谶M(jìn)行沖壓成型時(shí)，會(huì)由于應(yīng)力集中而產(chǎn)生裂紋，或由厚板側(cè)的邊緣部，沖壓模受損傷的情況發(fā)生，因此，人們希望能降低焊接金屬的傾斜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于以上所述的事實(shí)做出來(lái)的。本發(fā)明的目的如下。
(1)提供即使在對(duì)接部上的鋼板間隙大的時(shí)候，也能防止焊接質(zhì)量不良，且能提高焊接部的成形特性的焊接方法以及復(fù)合板材。
(2)提供在對(duì)板厚不同的鋼板進(jìn)行對(duì)焊的時(shí)候，減小焊接金屬表面的傾斜角度的焊接方法以及復(fù)合板材。
有關(guān)本發(fā)明第一方案的鋼板的激光焊接方法中，作為保護(hù)氣體，使用包含氬、氦、氮中的一種或兩種以上，和20～50vol％二氧化碳的混合氣體。
所述鋼板的激光焊接方法可以是，在對(duì)鋼板進(jìn)行沖壓成型之前、通過(guò)激光焊接進(jìn)行對(duì)焊接的方法。
所述保護(hù)氣體可以包含不足1vol％的氧氣。
所述鋼板的激光焊接方法，可以對(duì)板厚或材質(zhì)相互不同的鋼板進(jìn)行對(duì)焊接。
有關(guān)本發(fā)明的第一方案的復(fù)合板材，可以由有關(guān)本發(fā)明的第一方案的激光焊接方法焊接的鋼板形成。
有關(guān)本發(fā)明第二方案的鋼板的激光焊接方法中，作為保護(hù)氣體，使用了包含氬、氦、氮中的一種或兩種以上，和10～40vol％二氧化碳，以及1～5vol％氧氣的混合氣體。
所述鋼板的激光焊接方法可以是，在對(duì)鋼板進(jìn)行沖壓成型之前，通過(guò)激光焊接，進(jìn)行對(duì)焊接的方法。
所述鋼板的激光焊接方法，可以對(duì)板厚或材質(zhì)相互不同的鋼板進(jìn)行對(duì)焊接。
有關(guān)本發(fā)明的第二方案的復(fù)合板材，可以由有關(guān)本發(fā)明的第二方案的激光焊接方法焊接的鋼板形成。
本發(fā)明中，使用包含20～50vol％二氧化碳的混合氣體，或使用包含10～40vol％二氧化碳、1～5vol％氧氣的混合氣體，可以得到以下的效果。
(1)由于使用了包含二氧化碳的保護(hù)氣體，因此比起用僅由惰性氣體構(gòu)成的保護(hù)氣體，可以增加焊接時(shí)的熔深(熔入)。
因此，即使在對(duì)接部的鋼板間隙大的時(shí)候，也能防止焊接質(zhì)量不佳，并能提高焊接部的機(jī)械強(qiáng)度和成形特性。
從而，在對(duì)已焊接的鋼板進(jìn)行成型的時(shí)候，可以防止焊接部破損。同時(shí)，可以降低對(duì)于對(duì)接精度的要求。
(2)在激光焊接中，由于對(duì)狹窄的范圍施加很大的能量導(dǎo)致了鋼板的驟熱驟冷，因此焊接部的硬度容易上升，而焊接部的成形特性則很容易惡化。
本發(fā)明中，由于使用了包含氧化性氣體二氧化碳的保護(hù)氣體，因此，能降低焊接部的硬度，提高韌性，同時(shí)改善成形特性。
從而，可以防止沖壓成型時(shí)，焊接部破損的情況。
(3)由于使用包含二氧化碳的保護(hù)氣體，因此可以適度地氧化熔融金屬，且能將潤(rùn)濕性和流動(dòng)性抑制在合適的范圍。
因此，可防止由于熔入過(guò)量，焊接部的形狀不佳的情況的發(fā)生。從而，可以提高焊接部的機(jī)械強(qiáng)度和成形特性。
(4)由于可以適度地氧化熔融金屬，且能將潤(rùn)濕性和流動(dòng)性抑制在合適的范圍，因此，在對(duì)板厚不同的鋼板進(jìn)行對(duì)焊接的時(shí)候，可以緩和對(duì)于鋼板的焊接金屬表面的傾斜。
從而，可以防止沖壓成型時(shí)的焊接部的裂紋和由厚板側(cè)的邊緣部造成的沖壓模的損傷。
(5)由于使用包含二氧化碳?xì)怏w的保護(hù)氣體，因此可防止焊接時(shí)飛濺的產(chǎn)生。
從而，可防止由飛濺的附著產(chǎn)生焊接物的外觀惡化的情況。另外，還可以防止由于飛濺產(chǎn)生沖壓成型用的金屬模具受損傷的情況。
(6)由于可以增加熔深從而防止焊接質(zhì)量不佳，因此沒(méi)必要使用大功率激光或混合激光，從而能降低設(shè)備成本。
(7)由于可以增加熔深從而防止焊接質(zhì)量不佳，因此可提高焊速。從而，可提高生產(chǎn)率。


圖1是表示保護(hù)氣體的成分濃度和背面焊道寬度之間的關(guān)系的曲線圖。
圖2是表示作為保護(hù)氣體使用了Ar時(shí)的焊接部截面的照片。
圖3是表示作為保護(hù)氣體使用了Ar-CO2混合氣體時(shí)的焊接部截面的照片。
圖4是表示作為保護(hù)氣體使用了Ar-O2-CO2混合氣體時(shí)的焊接部截面的照片。
圖5是表示最小焊接金屬厚度測(cè)定方法的示意圖。
圖6是表示保護(hù)氣體的成分濃度和最小焊接金屬厚度的比之間的關(guān)系的曲線圖。
圖7是表示保護(hù)氣體的成分濃度和焊接金屬的硬度之間的關(guān)系的曲線圖。
圖8是表示作為保護(hù)氣體使用了Ar時(shí)的焊接部截面的照片。
圖9是表示作為保護(hù)氣體使用了Ar-O2混合氣體時(shí)的焊接部截面的照片。
圖10是表示作為保護(hù)氣體使用了Ar-CO2混合氣體時(shí)的焊接部截面的照片。
圖11是表示作為保護(hù)氣體使用了Ar-CO2混合氣體或Ar-O2混合氣體時(shí)的焊接部外觀的照片。
圖12是表示作為保護(hù)氣體使用了Ar-CO2混合氣體時(shí)的焊接部外觀的照片。
圖13是表示作為保護(hù)氣體使用了Ar-O2-CO2混合氣體時(shí)的成分濃度和背面焊道寬度之間的關(guān)系的曲線圖。
圖14是表示作為保護(hù)氣體使用了Ar-O2-CO2混合氣體時(shí)的成分濃度和最小焊接金屬厚度的比之間的關(guān)系的曲線圖。
圖15是表示作為保護(hù)氣體使用了Ar-O2-CO2混合氣體時(shí)的成分濃度和焊接金屬硬度之間的關(guān)系的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明中，通過(guò)激光焊接，對(duì)鋼板進(jìn)行對(duì)焊。作為激光光源，可使用通常用的YAG激光器、二氧化碳激光器等。焊接是在向金屬供給保護(hù)氣體的氣氛下進(jìn)行的。
本發(fā)明的焊接方法中，作為保護(hù)氣體，使用了包含氬、氦、氮中的一種或兩種以上，和20～50vol％二氧化碳的混合氣體。
此保護(hù)氣體可包含20～50vol％二氧化碳，而剩下的部分是由氬、氦、氮中的一種或兩種以上構(gòu)成的混合氣體。
二氧化碳的濃度可以是25vol％以上或30vol％以上。二氧化碳的濃度可以是45vol％以下或40vol％以下。
所述保護(hù)氣體可以包含不足1vol％的氧氣。
即，可使用包含氬、氦、氮中的一種或兩種以上，和20～50vol％二氧化碳，以及不足1vol％的氧氣的混合氣體。
二氧化碳的濃度在所述范圍以下，則很容易發(fā)生熔入不充分的情況，且容易降低焊接部的強(qiáng)度、成形特性。另外，如果二氧化碳的濃度超過(guò)所述范圍，則很容易使焊道不均勻。另外，如果氧氣的濃度過(guò)高，則會(huì)很容易引起焊接部的形狀不佳和飛濺的產(chǎn)生。
本發(fā)明的焊接方法中，作為保護(hù)氣體，也可以使用了包含氬、氦、氮中的一種或兩種以上，和10～40vol％二氧化碳和1～5vol％氧氣的混合氣體。
此保護(hù)氣體可包含10～40vol％二氧化碳和1～5vol％氧氣，而剩下的部分是由氬、氦、氮中的一種或兩種以上構(gòu)成的混合氣體。
二氧化碳的濃度可以是15vol％以上或20vol％以上。二氧化碳的濃度可以是35vol％以下或30vol％以下。
氧氣的濃度可以是1.5vol％以上或2vol％以上。氧氣的濃度可以是4.5vol％以下或4vol％以下。
二氧化碳的濃度在所述范圍以下，則會(huì)發(fā)生熔化不充分的情況，且容易降低焊接部的強(qiáng)度和成形特性。另外，如果二氧化碳的濃度超過(guò)所述范圍，則很容易使焊道不均勻。
氧氣的濃度在所述范圍以下，則會(huì)發(fā)生熔化不充分的情況，且容易降低焊接部的強(qiáng)度和成形特性。如果氧氣的濃度超過(guò)所述范圍，則會(huì)很容易引起焊接部的形狀不佳和飛濺的產(chǎn)生。
而且，保護(hù)氣體中可以包含其他成分，例如可以包含不可避免的雜質(zhì)。
作為本發(fā)明的對(duì)象的鋼板，可以列舉出鍍鋅鋼板。
本發(fā)明的焊接方法中，可以適用在后工序中沖壓成型的鋼板、例如使用于拼焊方法的拼焊板坯。
所謂拼焊板坯指的是，對(duì)板厚或材料不同的板材彼此間進(jìn)行對(duì)焊而一體化了的復(fù)合板材。所謂拼焊方法指的是，用多個(gè)板材制造拼焊板坯，并進(jìn)行沖壓成型的方法。
本發(fā)明特別適用于對(duì)于板厚相互不同的鋼板進(jìn)行對(duì)焊接的差厚對(duì)焊接(存在厚度差的對(duì)焊)。
本發(fā)明可適用于汽車(chē)部件、例如車(chē)身部件的制造。
本發(fā)明中，使用包含20～50vol％二氧化碳的混合氣體，或使用包含10～40vol％二氧化碳和1～5vol％氧氣的混合氣體，得到以下的效果。
(1)由于使用了包含二氧化碳的保護(hù)氣體，因此與使用僅由惰性氣體構(gòu)成的保護(hù)氣體的情況相比，可以增加焊接時(shí)的熔入，并能得到深度方向上寬度均勻的熔化形狀。
由于熔入很充分，因此，即使在對(duì)接部的鋼板間隙大的時(shí)候，也能防止焊接質(zhì)量不佳，并能提高焊接部的機(jī)械強(qiáng)度和成形特性。
從而，在對(duì)已焊接的鋼板進(jìn)行沖壓成型的時(shí)候，可以防止焊接部破損。而且，可以降低對(duì)對(duì)接精度的要求，從而使制造更加容易。
本發(fā)明還適用于拼焊板的制造。由于作為拼焊板坯，常使用大型鋼板，因此在焊接部很容易會(huì)出現(xiàn)間隙，而應(yīng)用本發(fā)明，則可以有效地防止焊接質(zhì)量不佳，并能提高焊接部的機(jī)械強(qiáng)度和成形特性。
關(guān)于通過(guò)使用所述混合氣體能增加熔深的理由，可以有以下的推測(cè)。即，由于通過(guò)作為氧化性氣體的二氧化碳，焊接部適當(dāng)?shù)乇谎趸虼?，可以在產(chǎn)生氧化熱的同時(shí)，提高激光的光吸收能力。因此，焊接部被有效加熱，從而熔深增加了。
(2)在激光焊接中，由于對(duì)狹窄的范圍施加很大的能量導(dǎo)致了鋼板的驟熱驟冷，因此焊接部的硬度容易上升，而焊接部的成形特性很容易惡化。
本發(fā)明中，由于使用了包含二氧化碳的保護(hù)氣體，因此可由二氧化碳在焊接部生成氧化物，從而抑制成為硬度上升的原因的奧氏體晶粒的長(zhǎng)大。
由此，可降低焊接部的硬度，提高韌性，并提高成形特性。
從而，可以防止沖壓成型時(shí)，焊接部破損的情況發(fā)生。
(3)由于使用包含二氧化碳的保護(hù)氣體，因此可以適度地氧化熔融金屬，且能將潤(rùn)濕性和流動(dòng)性抑制在合適的范圍。
因此，可防止由于過(guò)度熔入，焊接部的形狀不佳的情況的發(fā)生。從而，可以提高焊接部的機(jī)械強(qiáng)度和成形特性。
相對(duì)于此，在使用由氧氣和惰性氣體組成的保護(hù)氣體的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生由氧氣的氧化力使熔入過(guò)量，和由熔融金屬的流動(dòng)使焊接部形狀不穩(wěn)定的擔(dān)心。
(4)由于可以適度地氧化熔融金屬，且能將潤(rùn)濕性和流動(dòng)性抑制在合適的范圍，因此，在對(duì)板厚不同的鋼板進(jìn)行對(duì)焊接的時(shí)候，可以緩和對(duì)于鋼板的焊接金屬表面的傾斜。
從而，可以防止沖壓成型時(shí)的焊接部的裂紋和由厚板側(cè)的邊緣部造成的沖壓模的損傷。
相對(duì)于此，在使用由氧氣和惰性氣體組成的保護(hù)氣體的時(shí)候，會(huì)由于熔融金屬的流動(dòng)，焊接金屬表面的傾斜變得陡峭。
(5)由于使用包含二氧化碳?xì)怏w的保護(hù)氣體，因此可防止焊接時(shí)飛濺的產(chǎn)生。
從而，可防止由飛濺的附著而焊接物的外觀惡化的情況的發(fā)生。另外，還可防止由飛濺，沖壓成型用的金屬模具受損傷。
相對(duì)于此，在使用由氧氣和惰性氣體組成的保護(hù)氣體的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生劇烈的氧化反應(yīng)，且容易產(chǎn)生飛濺。
本發(fā)明中，由于可以得到?jīng)]有飛濺附著且表面光滑性好的焊接物，因此，在應(yīng)用于汽車(chē)部件制造時(shí)，特別有用。
(6)由于可以增加熔深從而防止焊接質(zhì)量不佳，因此，即使在激光的輸出功率低的時(shí)候，也能使焊接部具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和成形特性。
從而，沒(méi)必要使用大功率激光或混合激光，從而能控制設(shè)備成本。
(7)由于可以增加熔深從而防止焊接質(zhì)量不佳，因此可提高焊速。從而，可提高生產(chǎn)率。
下面，通過(guò)具體實(shí)例，明確本發(fā)明的效果。
(試驗(yàn)1背面焊道寬度的測(cè)定)(試驗(yàn)例1-1)通過(guò)激光焊接對(duì)厚度不同的兩片雙面鍍鋅鋼板(單位面積重量為45g/m2)(板厚分別是0.7mm、1.4mm)進(jìn)行對(duì)焊接。以下，將厚度為0.7mm的鋼板稱(chēng)為薄板，而將厚度為1.4mm的鋼板稱(chēng)為厚板。
鋼板端面的處理激光劃片使用激光器YAG激光器激光功率2kW焊接方法向下差厚對(duì)焊接對(duì)準(zhǔn)錯(cuò)位量0mm焊速3.0m/min間隙(兩塊鋼板的間隙)0mm保護(hù)氣體Ar-CO2混合氣體(或Ar)保護(hù)氣體流量40L/min噴嘴(保護(hù)氣體供給用)同軸雙重噴嘴圖1表示測(cè)定背面焊道寬度(平均值)的結(jié)果。圖中，添加氣體濃度表示保護(hù)氣體的二氧化碳濃度(xvol％)。
(試驗(yàn)例1-2)作為保護(hù)氣體，使用了Ar-O2-CO2混合氣體(或Ar-O2混合氣體)，對(duì)鋼板進(jìn)行對(duì)焊接。保護(hù)氣體的氧氣濃度為5vol％。其他的條件按照試驗(yàn)例1-1。
背面焊道寬度的測(cè)定結(jié)果如圖1所示。圖中，添加氣體濃度表示氧氣濃度(5vol％)和二氧化碳濃度(yvol％)之和。
(試驗(yàn)例1-3)作為保護(hù)氣體，使用Ar-O2混合氣體(或Ar)，對(duì)鋼板進(jìn)行了對(duì)焊接。其他的條件按照試驗(yàn)例1-1。
背面焊道寬度的測(cè)定結(jié)果如圖1所示。圖中，添加氣體濃度表示氧氣濃度(xvol％)。
如圖1所示，在使用Ar-CO2混合氣體的情況下，在二氧化碳濃度達(dá)到10vol％以上的時(shí)候，能得到充分的背面焊道寬度(0.7mm以上)。
而且，在以上的任何一個(gè)試驗(yàn)例中，背面焊道都沒(méi)有在其長(zhǎng)度方向上產(chǎn)生間斷地形成。
(試驗(yàn)2熔入形狀的評(píng)價(jià))(試驗(yàn)例2)作為保護(hù)氣體，使用了Ar、Ar-CO2混合氣體(CO2的濃度為30vol％)、或Ar-O2-CO2混合氣體(O2濃度為5vol％、CO2的濃度為20vol％)，對(duì)鋼板進(jìn)行了對(duì)焊接。其他的條件按照試驗(yàn)例1-1。
圖2表示使用了Ar時(shí)的焊接部截面、圖3表示使用了Ar-CO2混合氣體時(shí)的焊接部截面、圖4表示使用了Ar-O2-CO2混合氣體時(shí)的焊接部截面。
如圖2所示，使用Ar時(shí)，與正面焊道寬度(上面?zhèn)?相比，背面焊道寬度(下面?zhèn)?要窄。
如圖3、4所示，在使用Ar-CO2混合氣體或Ar-O2-CO2混合氣體時(shí)，正面焊道寬度(上面?zhèn)?和背面焊道寬度(下面?zhèn)?之間沒(méi)有了大的差距，并得到了在深度方向上寬度大致均勻的熔化形狀。
(試驗(yàn)3耐間隙性評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià))(試驗(yàn)例3)作為保護(hù)氣體，使用了Ar、Ar-CO2混合氣體、或Ar-O2-CO2混合氣體，且將間隙(兩塊鋼板間的間隙)設(shè)置為0～0.3mm，進(jìn)行了對(duì)焊接，并檢查背面焊道。當(dāng)間隙為0mm的時(shí)候，對(duì)準(zhǔn)錯(cuò)位量定為0mm，而當(dāng)間隙為0.1mm以上的時(shí)候，對(duì)準(zhǔn)錯(cuò)位量定為0.1mm(對(duì)于厚板，將激光照射于從對(duì)接端面錯(cuò)開(kāi)0.1mm的位置)。其他的條件按照試驗(yàn)例1-1。
表1顯示了結(jié)果。將觀察到背面焊道時(shí)的情況評(píng)價(jià)為○，而將沒(méi)有觀察到背面焊道時(shí)的情況評(píng)價(jià)為×。
(表1)

○焊接良好(觀察到了背面焊道)×不能焊接(沒(méi)觀察到背面焊道)如表1所示，在使用Ar-CO2混合氣體的時(shí)候，在二氧化碳濃度在20vol％以上的情況下，得到了優(yōu)越的耐間隙性(0.25mm以上的間隙下，也能焊接)。
(試驗(yàn)4焊接金屬的厚度測(cè)定)(試驗(yàn)例4)作為保護(hù)氣體，使用了Ar、Ar-CO2混合氣體、Ar-O2混合氣體、或Ar-O2-CO2混合氣體(O2的濃度為5vol％)，且將間隙設(shè)置為0.25mm，進(jìn)行了對(duì)焊接。對(duì)準(zhǔn)錯(cuò)位量定為0.1mm。其他的條件按照試驗(yàn)例1-1。
如圖5所示，測(cè)定了焊接部的焊接金屬的最小厚度t，并算出了此厚度與薄板厚度T(0.7mm)之間的比率(t/T)。
結(jié)果如圖6所示。圖中，添加氣體濃度與試驗(yàn)1中相同，是Ar以外的成分濃度。將不能焊接時(shí)的焊接金屬厚度比定為零。
如圖6所示，在使用Ar-CO2混合氣體的時(shí)候，二氧化碳濃度達(dá)到20vol％以上的情況下，焊接金屬的厚度成為充分大的值(t/T為0.8以上)。
(試驗(yàn)5焊接金屬的硬度測(cè)定)(試驗(yàn)例5)作為保護(hù)氣體，使用Ar、Ar-CO2混合氣體、Ar-O2混合氣體、或Ar-O2-CO2混合氣體(O2的濃度為5vol％)，對(duì)鋼板進(jìn)行了對(duì)焊接，并測(cè)定焊接金屬的維氏硬度(最大硬度)。其他的條件按照試驗(yàn)例1-1。
結(jié)果如圖7所示。圖中，添加氣體濃度與試驗(yàn)1中相同，是Ar以外的成分濃度。
維氏硬度是，在將頂角為136度的金剛石四方錐體按壓至試件表面形成 凹坑時(shí)，施加的載荷除以形成的凹坑表面積得到的值。即，維氏硬度Hv＝1.8544p/d(p按壓載荷(kg)、d(凹坑對(duì)角線長(zhǎng)度的平均值(mm))。
如圖7所示，在使用Ar-CO2混合氣體的時(shí)候，二氧化碳濃度達(dá)到20vol％以上的情況下，可以將硬度抑制在低的值(170以下)。
(試驗(yàn)6焊接部?jī)A斜的評(píng)價(jià))(試驗(yàn)例6)作為保護(hù)氣體，使用Ar、Ar-O2混合氣體(O2的濃度為10vol％)、或Ar-CO2混合氣體(CO2的濃度為30vol％)，對(duì)鋼板進(jìn)行了對(duì)焊接。其他的條件按照試驗(yàn)例1-1。
對(duì)于構(gòu)成從厚板側(cè)向薄板側(cè)逐漸減少厚度的形狀的焊接金屬表面(上面)的傾斜，進(jìn)行了評(píng)價(jià)。
圖8表示使用了Ar時(shí)的焊接部截面、圖9表示使用了Ar-O2混合氣體時(shí)的焊接部截面、圖10表示使用了Ar-CO2混合氣體時(shí)的焊接部截面。
如圖8～10所示，在使用Ar-O2混合氣體時(shí)，焊接金屬表面的傾斜角度(最大傾斜角度)變得非常大，而相對(duì)于此，使用了Ar-CO2混合氣體時(shí)，傾斜角度則變得比較小。
(試驗(yàn)7是否產(chǎn)生飛濺)(試驗(yàn)例7)
作為保護(hù)氣體，使用Ar-CO2混合氣體(CO2的濃度為30vol％)，或Ar-O2混合氣體(O2的濃度為10vol％)，對(duì)鋼板進(jìn)行了對(duì)焊接。其他的條件按照試驗(yàn)例1-1。
觀察焊接部，確認(rèn)是否產(chǎn)生飛濺。
圖11表示焊接部的外觀(正面焊道和背面焊道)。圖中，以在水平方向延伸的焊接部為界，上方部分是厚板，而下方部分是薄板。
如圖11所示，使用Ar-O2混合氣體時(shí)，觀察到飛濺的產(chǎn)生，而相對(duì)于此，使用Ar-CO2混合氣體時(shí)，卻幾乎看不到飛濺的產(chǎn)生。
(試驗(yàn)8焊道均勻性的評(píng)價(jià)(1))(試驗(yàn)例8)作為保護(hù)氣體，使用Ar-CO2混合氣體(CO2的濃度為30vol％或70vol％)，對(duì)鋼板進(jìn)行了對(duì)焊接，并對(duì)正面焊道的均勻性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。其他的條件按照試驗(yàn)例1-1。
圖12表示焊接部的外觀(正面焊道)。圖中，以在水平方向延伸的焊接部為界，上方部分是厚板，而下方部分是薄板。
如圖12所示，在Ar-O2混合氣體中二氧化碳濃度為30％時(shí)，得到了均勻的焊道，而在二氧化碳濃度為70％時(shí)，則看到了厚板側(cè)邊緣部的缺陷，得到了不均勻的焊道。
(試驗(yàn)9焊道均勻性的評(píng)價(jià)(2))(試驗(yàn)例9)作為保護(hù)氣體，使用Ar、Ar-CO2混合氣體，或CO2，對(duì)鋼板進(jìn)行了對(duì)焊接，并通過(guò)目視，對(duì)正面焊道的均勻性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。其他的條件按照試驗(yàn)例1-1。其結(jié)果如表2所示。
(表2)

○均勻×不均勻如表2所示，二氧化碳濃度在50vol％以下的時(shí)候，得到了優(yōu)良的焊道均勻性。
(試驗(yàn)10背面焊道寬度的測(cè)定)(試驗(yàn)例10)作為保護(hù)氣體，使用Ar-O2-CO2混合氣體(或Ar-O2混合氣體)，對(duì)鋼板進(jìn)行了對(duì)焊接。保護(hù)氣體中的氧氣濃度定為0.5～20vol％。其他的條件按照試驗(yàn)例1-1。
背面焊道寬度的測(cè)定結(jié)果如圖13所示。圖中，混合比表示保護(hù)氣體中的二氧化碳?xì)怏w濃度(xvol％)。
如圖13所示，在氧氣濃度為0.5vol％或2vol％的時(shí)候，如果二氧化碳濃度為10vol％以上，則背面焊道寬度可以達(dá)到足夠大的值(0.7mm以上)。
另外，氧氣濃度達(dá)到5vol％以上的時(shí)候，無(wú)論二氧化碳濃度多少，背面焊道寬度均可以達(dá)到足夠大的值(0.7mm以上)。
(試驗(yàn)11耐間隙性的測(cè)定)(試驗(yàn)例11)作為保護(hù)氣體，使用Ar、Ar-O2混合氣體、或Ar-O2-CO2混合氣體，并將間隙(兩塊鋼板的間隙)設(shè)置為0～0.3mm，對(duì)鋼板進(jìn)行對(duì)焊接，再檢查背面焊道。當(dāng)間隙為0mm的時(shí)候，對(duì)準(zhǔn)錯(cuò)位量定為0mm，而當(dāng)間隙為0.1mm以上的時(shí)候，對(duì)準(zhǔn)錯(cuò)位量定為0.1mm。其他的條件按照試驗(yàn)例1-1。
表3顯示了結(jié)果。將觀察到背面焊道時(shí)的情況評(píng)價(jià)為○，而將沒(méi)觀察到背面焊道時(shí)的情況評(píng)價(jià)為×。
(表3)





○焊接良好(觀察到了背面焊道)×不能焊接(沒(méi)觀察到背面焊道)
如表3所示，在氧氣濃度為0.5vol％的情況下，在二氧化碳濃度為20vol％以上時(shí)，能得到優(yōu)良的耐間隙性(可對(duì)0.25mm以上的間隙進(jìn)行焊接)。
在氧氣濃度為2vol％的情況下，在二氧化碳濃度為10vol％以上時(shí)，能得到優(yōu)良的耐間隙性。
在氧氣濃度為5vol％的情況下，無(wú)論二氧化碳濃度多少，均能得到優(yōu)良的耐間隙性。
(試驗(yàn)12焊道金屬厚度的測(cè)定)(試驗(yàn)例12)作為保護(hù)氣體，使用Ar-O2-CO2混合氣體(或Ar-O2混合氣體)，并將間隙(兩塊鋼板的間隙)設(shè)置為0.25mm，對(duì)鋼板進(jìn)行對(duì)焊接。對(duì)準(zhǔn)錯(cuò)位量定為0.1mm。其他的條件按照試驗(yàn)例1-1。測(cè)定焊接部的焊接金屬的最小厚度t，并算出了此厚度與薄板厚度T(0.7mm)之間的比率(t/T)。
結(jié)果如圖14所示。圖中，混合比表示保護(hù)氣體的二氧化碳濃度(xvol％)。
如圖14所示，在氧氣濃度為0.5vol％的情況下，在二氧化碳濃度為20vol％以上時(shí)，焊接金屬的厚度為足夠值(t/T為0.8以上)。
另外，在氧氣濃度為2～10vol％的情況下，在二氧化碳濃度為10vol％以上時(shí)，焊接金屬的厚度為足夠的值(t/T為0.8以上)。
另外，在氧氣濃度為20vol％的情況下，無(wú)論二氧化碳濃度多少，焊接金屬的厚度均為足夠值(t/T為0.8以上)。
(試驗(yàn)13焊接金屬的硬度測(cè)定)(試驗(yàn)例13)作為保護(hù)氣體，使用Ar-O2-CO2混合氣體(或Ar-O2混合氣體)，對(duì)鋼板進(jìn)行了對(duì)焊接。并測(cè)定了焊接金屬的維氏硬度(最大硬度)。其他的條件按照試驗(yàn)例1-1。
結(jié)果如圖15所示。圖中，混合比表示保護(hù)氣體的二氧化碳濃度(xvol％)。
如圖15所示，在氧氣濃度為0.5vol％的情況下，在二氧化碳濃度為10vol％以上時(shí)，可以使焊接金屬的硬度為低的值(170以下)。
在氧氣濃度為2vol％以上的情況下，無(wú)論二氧化碳濃度多少，均可以使焊接金屬的硬度為低的值(170以下)。
綜合以上的試驗(yàn)結(jié)果，并示于表4～9。
表4是匯總了主要是關(guān)于Ar-CO2混合氣體的試驗(yàn)結(jié)果，而表5～9是匯總了關(guān)于Ar-O2-CO2混合氣體的試驗(yàn)結(jié)果。
表5～9中，使用了與試驗(yàn)10～13中一樣的Ar-O2-CO2混合氣體，且一并表示了對(duì)焊接部?jī)A斜、是否產(chǎn)生飛濺、焊道的均勻性，進(jìn)行評(píng)價(jià)的結(jié)果。
關(guān)于背面焊道寬度(試驗(yàn)1、10)，對(duì)于0.7mm以上的，評(píng)價(jià)為○。
關(guān)于耐間隙性(試驗(yàn)3、11)，將觀察到背面焊道時(shí)的情況評(píng)價(jià)為○。
關(guān)于最小焊接金屬厚度比(試驗(yàn)4，12)，將0.8以上的評(píng)價(jià)為○。
關(guān)于焊接部?jī)A斜(試驗(yàn)6)，在相對(duì)鋼板的焊接金屬表面(上面)的最大傾斜角度與使用Ar時(shí)(圖8)大致一樣的情況下，評(píng)價(jià)為○；而在顯著大于使用Ar時(shí)的傾斜角度的情況下，則評(píng)價(jià)為×。
關(guān)于飛濺(試驗(yàn)7)，檢查焊接部表面是否有飛濺，并將沒(méi)觀察到飛濺的產(chǎn)生的情況評(píng)價(jià)為○、而將觀察到飛濺的產(chǎn)生的情況評(píng)價(jià)為×。
關(guān)于焊道均勻性(試驗(yàn)8，9)，將正面焊道寬度大致均勻的情況，評(píng)價(jià)為○。
關(guān)于硬度(試驗(yàn)5，13)，將170以下時(shí)的情況，評(píng)價(jià)為○。
關(guān)于熔入形狀(試驗(yàn)2)，得到在深度方向上寬度大致均勻的熔入形狀時(shí)，評(píng)價(jià)為○。
(表4)

●背面焊道寬度為0.7mm以上時(shí)為○●耐間隙性為0.25mm以上時(shí)為○●最小焊接金屬厚度比為0.8以上時(shí)為○●硬度為170以下時(shí)為○
(表5)

(表6)

(表7)

(表8)

(表9)

如表4所示，在使用Ar-CO2混合氣體時(shí)，在二氧化碳濃度為20～50vol％的情況下，在所有的評(píng)價(jià)項(xiàng)目上，都得到了優(yōu)良的結(jié)果。
如表5所示，在使用氧氣濃度不足1vol％的Ar-O2-CO2混合氣體時(shí)，在二氧化碳濃度為20～50vol％的情況下，得到了與使用Ar-CO2混合氣體(二氧化碳濃度為20～50vol％)時(shí)，大致一樣的優(yōu)良結(jié)果。
如表6，7所示，在使用二氧化碳濃度為10～40vol％，氧氣濃度為1～5vol％的Ar-O2-CO2混合氣體時(shí)，在所有的評(píng)價(jià)項(xiàng)目上，都得到了優(yōu)良的結(jié)果。
如表8，9所示，在使用氧氣濃度超過(guò)5vol％的Ar-O2-CO2混合氣體時(shí)，在任何一個(gè)的評(píng)價(jià)項(xiàng)目上，都得到了差的結(jié)果。
以上，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，然而，本發(fā)明不僅限于這些實(shí)施例。在沒(méi)有逃出本發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)，可以進(jìn)行構(gòu)成的附加、省略、置換，以及其他的更改。本發(fā)明并不是限定在所述的說(shuō)明中，而只限定于附加的技術(shù)方案的范圍。
權(quán)利要求
1.一種鋼板的激光焊接方法，其特征在于作為保護(hù)氣體，使用包含氬、氦及氮中的一種或兩種以上，和20～50vol％二氧化碳的混合氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼板的激光焊接方法，其特征在于，此方法是在對(duì)鋼板進(jìn)行沖壓成型之前、通過(guò)激光焊接對(duì)鋼板進(jìn)行對(duì)焊接的方法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼板的激光焊接方法，其特征在于所述保護(hù)氣體包含不足1vol％的氧氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼板的激光焊接方法，其特征在于對(duì)板厚或材質(zhì)相互不同的鋼板進(jìn)行對(duì)焊接。
5.一種復(fù)合板材，其特征在于由通過(guò)權(quán)利要求1所述的激光焊接方法進(jìn)行焊接的鋼板構(gòu)成。
6.一種鋼板的激光焊接方法，其特征在于作為保護(hù)氣體，使用包含氬、氦及氮中的一種或兩種以上，10～40vol％二氧化碳，和1～5vol％氧氣的混合氣體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋼板的激光焊接方法，其特征在于，此方法是在對(duì)鋼板進(jìn)行沖壓成型之前、通過(guò)激光焊接對(duì)鋼板進(jìn)行對(duì)焊接的方法。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋼板的激光焊接方法，其特征在于對(duì)板厚或材質(zhì)相互不同的鋼板進(jìn)行對(duì)焊接。
9.一種復(fù)合板材，其特征在于由通過(guò)權(quán)利要求6所述的激光焊接方法進(jìn)行焊接的鋼板構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鋼板的激光焊接的方法，以及由通過(guò)此方法焊接的鋼板構(gòu)成的復(fù)合板材。在鋼板的激光焊接方法中，作為保護(hù)氣體，可使用包含氬、氦及氮中的一種或兩種以上和20～50vol％二氧化碳的混合氣體，或者，可使用包含氬、氦及氮中的一種或兩種以上、10～40vol％二氧化碳、以及1～5vol％氧氣的混合氣體。
文檔編號(hào)B23K26/20GK1608787SQ20041006196
公開(kāi)日2005年4月27日 申請(qǐng)日期2004年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月2日
發(fā)明者中井知章, 龜井俊和 申請(qǐng)人:日本酸素株式會(huì)社