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

背景技術(shù)：

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

在專利文獻1～3中，公開了通過采用激光焊接的對焊制造拼焊板材的方法。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2005-21968號公報

專利文獻2：日本特開2006-187811號公報

專利文獻3：日本特開2007-237216號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問題

以往，制作拼焊板材時使用的金屬板的板厚的下限為0.7mm左右。即使在專利文獻1～3中，作為實施例詳細公開的鋼板的板厚中較薄的也為0.7mm。

為了汽車的進一步輕量化，一直在研究制造拼焊板材所用的金屬板的薄壁化。因此，期望使用以往制造拼焊板材時沒有使用的、還未研究焊接技術(shù)的更薄的鋼板。

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

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

用于解決問題的手段

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

之所以在焊接部中產(chǎn)生貫通孔，是因為焊接時熔池的流動紊亂。輔助氣體的種類對熔池的流動的穩(wěn)定性有大的影響。

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

在完全不用輔助氣體時，可進行對焊。但是，因熔池的流動有時產(chǎn)生紊亂，而有時產(chǎn)生貫通孔，在實際操作上難以穩(wěn)定地進行管理。

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

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

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

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

(1)一種焊接結(jié)構(gòu)體的制造方法，其特征在于，其是通過一邊向熔池表面供給輔助氣體一邊用激光焊接對兩塊鋼板進行對焊來制造焊接結(jié)構(gòu)體的方法，其中，所述兩塊鋼板中的至少1塊鋼板的板厚為0.6mm以下，所述輔助氣體為含有10～50體積％的O₂氣的混合氣體，在將所述輔助氣體中的O₂濃度規(guī)定為C(體積％)時，輔助氣體的流量L(L/min)滿足L≥10、且30－C≤L＜40。

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

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

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

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

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

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

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

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

發(fā)明效果

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

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明涉及的焊接方法的一個例子的圖。

圖2是表示本發(fā)明涉及的焊接方法的另一個例子的圖。

圖3是表示本發(fā)明涉及的焊接方法的另一個例子的圖。

圖4是表示本發(fā)明涉及的焊接方法的另一個例子的圖。

圖5是表示焊接結(jié)構(gòu)體的表面熔化寬度及背面熔化寬度的圖。

具體實施方式

本發(fā)明的焊接結(jié)構(gòu)體的制造方法是一邊向熔池表面供給輔助氣體，一邊通過激光焊接對兩塊鋼板進行對焊。以下，對本發(fā)明的各要件進行詳細說明。

(A)輔助氣體的供給

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

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

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

O₂以外的氣體成分沒有特別的限制?？梢赃m宜使用Ar、He等惰性氣體或N₂氣、CO₂氣、壓縮空氣等。

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

對于輔助氣體的供給機構(gòu)沒有特別的限制。例如，只要使用具有可向規(guī)定方向噴射混合氣體的噴出口的通常的噴嘴即可。對于噴嘴的種類沒有特別的限制。例如，可例示具有矩形的噴出口的扁平噴嘴或利用圓管的圓管噴嘴等。

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

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

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

圖1～4是用于說明本發(fā)明涉及的焊接方法的一個例子的圖。在通過由焊頭1射出的激光11進行鋼板2的焊接時，通過供給機構(gòu)3供給混合氣體12。圖1中，相對于焊接進行方向A，從設(shè)置在焊頭1前方的供給機構(gòu)3對熔池13直接吹噴輔助氣體12。

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

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

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

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

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

(B)鋼板

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

應(yīng)用本發(fā)明的焊接結(jié)構(gòu)體的制造方法的鋼種沒有特別的限制?？梢允欠清兏蹭摪澹部梢允菬峤冧\鋼板等鍍覆鋼板。對鋼板的抗拉強度也沒有限制，可適宜使用200～1900MPa級的鋼板。

對鋼板板厚的差沒有特別限制。但是，如果差過大，則有時難進行對焊。所以，兩塊鋼板的板厚優(yōu)選厚的側(cè)的板厚為薄的側(cè)的板厚的3倍以下。

在通過激光焊接進行對焊時，優(yōu)選將鋼板彼此的間隔規(guī)定為0.1mm以下。因為如果鋼板彼此的間隔過大，則有產(chǎn)生焊接不良的顧慮。也可以根據(jù)需要一邊供給填充焊絲一邊焊接。

(C)激光焊接

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

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

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

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

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

(D)焊接部

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

實施例

以下，通過實施例對本發(fā)明更具體地進行說明，但本發(fā)明并不限定于這些實施例。

[實施例1]

用光纖激光器對板厚為0.5mm的270MPa級冷軋鋼板和板厚為1.0mm的590MPa級冷軋鋼板進行對焊。

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

一邊變化輔助氣體的種類一邊調(diào)整激光功率，進行焊接性的評價。焊接條件及評價結(jié)果示于表1。

表1的數(shù)值為背面?zhèn)鹊娜刍瘜挾鹊钠骄?mm)。在示出數(shù)值的條件下，直到鋼板的背面?zhèn)榷疾划a(chǎn)生貫通孔地形成焊道。將背面?zhèn)鹊娜刍瘜挾冗_到0.8mm以上時判定為良好的結(jié)果?！鰳擞浺馕吨蚓€能量不足而沒有形成焊道直到背面?zhèn)?。▲標記意味著形成焊道直到背面?zhèn)?，但其熔化寬度不穩(wěn)定?！翗擞浺馕吨a(chǎn)生貫通孔。

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

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

[實施例2]

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

表2

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

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

工業(yè)上的可利用性

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

符號說明

1 焊頭

2 鋼板

3 供給機構(gòu)

11 激光

12 混合氣體

13 熔池

14 對接部

A 焊接進行方向

51 鋼板

52 鋼板

53 焊接部

W1 表面熔化寬度

W2 背面熔化寬度