點(diǎn)焊接頭以及點(diǎn)焊方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及將在汽車領(lǐng)域等使用的抗拉強(qiáng)度750~2500MPa的高強(qiáng)度鋼板、特別是 抗拉強(qiáng)度為980MPa以上的高強(qiáng)度鋼板重疊來進(jìn)行點(diǎn)焊的焊接方法和采用該焊接方法形成 的點(diǎn)焊接頭。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，在汽車領(lǐng)域中，為了用于降低油耗和削減CO2排放量的車體的輕量化、以 及提高碰撞安全性，車體、部件使用了高強(qiáng)度鋼板。在車體的組裝、部件的安裝等中，主要使 用點(diǎn)焊。在高強(qiáng)度鋼板的點(diǎn)焊中，焊接接頭的強(qiáng)度成為問題。
[0003] 在將鋼板重疊、進(jìn)行點(diǎn)焊而形成的接頭（以下稱為"點(diǎn)焊接頭"）中，抗拉強(qiáng)度是重 要的特性。通常點(diǎn)焊接頭的機(jī)械特性采用在剪切鋼板的方向負(fù)載拉伸載荷而測(cè)定到的拉伸 剪切力(TSS)、和在剝離鋼板的方向負(fù)載拉伸載荷而測(cè)定到的十字拉伸力(CTS)進(jìn)行評(píng)價(jià)。 拉伸剪切力和十字拉伸力的測(cè)定方法在JIS Z3136和JIS Z3137中進(jìn)行了規(guī)定。
[0004] 在抗拉強(qiáng)度為270~600MPa的鋼板中，點(diǎn)焊接頭的CTS伴隨鋼板強(qiáng)度的增加而增 加，因此難以產(chǎn)生關(guān)于接頭強(qiáng)度的問題。但是，在抗拉強(qiáng)度為750MPa以上的鋼板中，即使鋼 板的抗拉強(qiáng)度增加，CTS也不增加、或者相反地減少。
[0005] -般地，高強(qiáng)度鋼板的情況下，由于變形能的降低，向焊接區(qū)的應(yīng)力集中提高。另 外，由于合金元素增加而容易在焊接區(qū)淬火，焊接區(qū)的斷裂韌度降低。其結(jié)果，CTS降低。因 此，對(duì)于750MPa以上的高強(qiáng)度鋼板的點(diǎn)焊接頭，要求提高CTS。
[0006] 作為在高強(qiáng)度鋼板的點(diǎn)焊接頭中確保強(qiáng)度的方法，曾提出了各種方法。
[0007] 專利文獻(xiàn)1公開了下述焊接方法:在點(diǎn)焊的正式通電后，在附加了加壓壓力的狀態(tài) 下反復(fù)進(jìn)行通電的休止和再通電，其后進(jìn)行維持(hold)，由此將焊點(diǎn)內(nèi)的組織微細(xì)化，使接 合部的斷裂強(qiáng)度提高。
[0008] 專利文獻(xiàn)1中的焊點(diǎn)內(nèi)的組織為最終組織，而不是凝固組織。在該方法中，雖然通 過再通電，偏析被緩和，但是凝固組織沒有被微細(xì)化。其結(jié)果，不能得到充分的斷裂韌度。另 外，由于需要再通電的反復(fù)、和維持，因此焊接需要長(zhǎng)時(shí)間，不能發(fā)揮作為以短時(shí)間焊接的 點(diǎn)焊的優(yōu)點(diǎn)。
[0009] 專利文獻(xiàn)2公開了下述方法:在正式通電結(jié)束后經(jīng)過一定時(shí)間后，進(jìn)行回火通電， 將點(diǎn)焊接頭(焊點(diǎn)部以及熱影響區(qū))進(jìn)行退火，使硬度降低。
[0010] 該方法存在以下問題:在進(jìn)行回火通電前，為了使馬氏體相變大致完成，需要長(zhǎng)的 冷卻時(shí)間，不能發(fā)揮作為以短時(shí)間焊接的點(diǎn)焊的優(yōu)點(diǎn)。
[0011] 另外，作為在高強(qiáng)度鋼板的點(diǎn)焊接頭中確保強(qiáng)度的方法，曾提出了在焊接后采用 其他的加熱方法加熱焊接區(qū)的方法。
[0012] 專利文獻(xiàn)3公開了在焊接后高頻加熱焊接區(qū)來進(jìn)行回火處理的方法。
[0013]在該方法中，焊接后需要?jiǎng)e的工序，作業(yè)步驟變得煩雜，另外，為了利用高頻而需 要特殊的裝置。
[0014] 專利文獻(xiàn)4公開了下述方法:在通過正式焊接而形成焊點(diǎn)后，將正式焊接電流以上 的電流進(jìn)行后通電的方法。
[0015] 在該方法中，當(dāng)使后通電時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，焊點(diǎn)直徑擴(kuò)大，另外，焊點(diǎn)組織變得與通常 的焊接區(qū)的組織相同。
[0016] 專利文獻(xiàn)5中公開下述方法:將抗拉強(qiáng)度為440MPa以上的鋼板進(jìn)行點(diǎn)焊時(shí)，將鋼板 的成分組成規(guī)定為C X P < 0.0025、P: 0.015%以下、S:0.01%以下，焊接后，對(duì)焊接區(qū)實(shí)施 300 °C X 20分鐘左右的熱處理，來提高接頭的剝離方向強(qiáng)度。
[0017]在該方法中，能夠應(yīng)用的鋼板被限定，另外，焊接需要長(zhǎng)時(shí)間，因而生產(chǎn)率低。
[0018] 專利文獻(xiàn)6公開了 ：規(guī)定了焊點(diǎn)外層區(qū)域的顯微組織和顯微組織中的碳化物的平 均粒徑和個(gè)數(shù)密度的高強(qiáng)度鋼板（抗拉強(qiáng)度：750~1850MPa，碳當(dāng)量Ceq: 0.22~0.55質(zhì) 量％)的點(diǎn)焊接頭。
[0019] 專利文獻(xiàn)6僅公開了關(guān)于碳化物的規(guī)定，僅采用該規(guī)定并不能獲得可靠性高的接 頭強(qiáng)度。
[0020] 專利文獻(xiàn)7公開了下述方法:在點(diǎn)焊方法中，焊接預(yù)定部位從熔融狀態(tài)向凝固組織 轉(zhuǎn)變時(shí)，對(duì)焊接預(yù)定部位給予機(jī)械性振動(dòng)，使焊接區(qū)的組織微細(xì)化。
[0021] 在該方法中，機(jī)械性振動(dòng)向熔融部的傳播少，要獲得效果的話，裝置就成為大規(guī) 模。
[0022] 在先技術(shù)文獻(xiàn) [0023]專利文獻(xiàn)
[0024] 專利文獻(xiàn)1:日本特開2012-187615號(hào)公報(bào)
[0025] 專利文獻(xiàn)2:日本特開2002-103048號(hào)公報(bào)
[0026] 專利文獻(xiàn)3:日本特開2009-125801號(hào)公報(bào)
[0027] 專利文獻(xiàn)4:日本特開2010-115706號(hào)公報(bào)
[0028] 專利文獻(xiàn)5:日本特開2010-059451號(hào)公報(bào)
[0029] 專利文獻(xiàn)6:國(guó)際專利公開第2011/025015號(hào)
[0030] 專利文獻(xiàn)7:日本特開2011-194411號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0031] 本發(fā)明的課題是提供提高了點(diǎn)焊金屬的斷裂韌度、提高了點(diǎn)焊接頭強(qiáng)度的點(diǎn)焊接 頭以及點(diǎn)焊方法。
[0032] 本發(fā)明人等對(duì)于解決上述課題的方法進(jìn)行銳意研究。其結(jié)果，本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)，當(dāng) 在熔融部的凝固過程中對(duì)熔融部負(fù)載所需的頻率的電磁振動(dòng)時(shí)，凝固組織微細(xì)化，點(diǎn)焊金 屬的斷裂韌度顯著提高。
[0033] 本發(fā)明是基于上述見解完成的，其要旨如下。
[0034] (1) -種點(diǎn)焊接頭，其特征在于，在焊點(diǎn)端部的0.5mm X 0.5mm的區(qū)域中包含凝固組 織的晶粒375個(gè)以上。
[0035] (2)根據(jù)上述(1)所述的點(diǎn)焊接頭，其特征在于，十字抗拉強(qiáng)度CTS與拉伸剪切強(qiáng)度 TSS 之比、SPCTS/TSS為0.33 以上。
[0036] (3)-種點(diǎn)焊方法，其特征在于，包括以下工序:通過通電來形成熔融部的熔融部 形成工序;和與所述熔融部形成工序接續(xù)，流通比在所述熔融部形成工序中流通的電流低 的電流并使所述熔融部凝固的凝固工序，在所述凝固工序中，向所述熔融部施加電磁振動(dòng)， 所述電振動(dòng)電磁振動(dòng)的頻率fv、所述熔融部凝固時(shí)的凝固速度VS以及所述熔融部凝固時(shí)的 枝晶的臂間隔X d滿足0.2 < vs/ (Ad X fvH 4.0。
[0037]根據(jù)本發(fā)明，能夠顯者提尚點(diǎn)焊部的初性，因而能夠提供可靠性尚的點(diǎn)焊接頭。
【附圖說明】
[0038]圖1是模式地表示點(diǎn)焊時(shí)的電流模式的圖。
[0039]圖2是模式地表示對(duì)正在凝固的熔融部負(fù)載電磁振動(dòng)的形態(tài)的圖。
[0040]圖3是模式地表示枝晶的生長(zhǎng)和分?jǐn)嗟男螒B(tài)的圖。（a)表示枝晶的生長(zhǎng)形態(tài)，（b)表 示枝晶的分?jǐn)嘈螒B(tài)。
[0041 ]圖4是表示凝固組織以及最終組織的觀察的概念的圖。
[0042] 圖5是表示對(duì)通過通常的凝固而形成的點(diǎn)焊接頭的焊點(diǎn)端部的凝固組織、和根據(jù) 本發(fā)明形成的點(diǎn)焊接頭的焊點(diǎn)端部的凝固組織進(jìn)行比較的圖，（a)為通常凝固，（b)為本發(fā) 明的凝固。
[0043] 圖6是表示對(duì)通過通常的凝固而形成的點(diǎn)焊接頭的焊點(diǎn)端部的凝固組織、和根據(jù) 本發(fā)明形成的點(diǎn)焊接頭的焊點(diǎn)端部的凝固組織進(jìn)行比較的圖，（a)為通常凝固，（b)為本發(fā) 明的凝固。
[0044] 圖7是說明本發(fā)明中的凝固組織觀察的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0045] 首先，對(duì)本發(fā)明的焊接方法進(jìn)行說明。
[0046] [熔融部形成工序]
[0047] 首先，從重疊的鋼板的兩側(cè)進(jìn)行通電，形成用于確保需要的焊點(diǎn)直徑的熔融部。用 于形成該熔融部的通電，只要凝固不開始，怎樣選擇都可以?？梢允嵌喽瓮姟Ａ硗?，電流值 可以不恒定，也可以是正弦波、脈沖波。
[0048] [凝固工序]
[0049] 要是形成了需要的熔融直徑的熔融部的話，就與之接續(xù)，以比維持熔融直徑的電 流值低的電流值進(jìn)行通電，一邊使熔融部凝固一邊施加電磁振動(dòng)。
[0050] 圖1模式地表示本發(fā)明焊接方法中的最單純的情況下的、點(diǎn)焊時(shí)的電流模式。在本 發(fā)明焊接方法中，以切(=〇-^)的時(shí)間、電流值Iw形成熔融部之后，接著，一邊以比保持熔 融部的熔融直徑的電流低的電流值Iv進(jìn)行tv( = t3-t2)的時(shí)間的通電，一邊使熔融部凝固。
[0051] 熔融部形成工序中的通電（以下稱為"正式通電"）的電流，沒有特別限制?？梢允?商用頻率的交流，也可以是直流。在凝固工序中流通的電流Iv的值沒有特別限定，但是為了 較快地進(jìn)行凝固，需要相對(duì)于形成熔融部時(shí)的電流較低地設(shè)定，滿足Iv 2/Iw2 < 0.5的程度的 值為目標(biāo)。電流值Iv不需要為恒定。但是，沒有要使其成為特別復(fù)雜的波形的意思，優(yōu)選為 恒定、或單調(diào)減少。
[0052]在時(shí)間t:^t3的期間的凝固工序中，向正在凝固的熔融部施加電磁振動(dòng)。圖2模式 地表示向正在凝固的熔融部施加電磁振動(dòng)的形態(tài)。將鋼板21a和鋼板21b重疊，以電流值Iw 進(jìn)行時(shí)間為tw的期間的正式通電（參照?qǐng)DI)，形成熔融部22。在經(jīng)過tw后的時(shí)間td#電流值 降低至Iv(參照?qǐng)D1)，使熔融部的凝固開始。
[0053]熔融部凝固時(shí)，如果利用通常的焊接方法，則從熔融部的周圍朝向熔融部的中心 部枝晶生長(zhǎng)下去而完成凝固。在本發(fā)明的焊接方法中，在凝固過程中對(duì)于枝晶的生長(zhǎng)方向 23施加電磁振動(dòng)24,將枝晶的生長(zhǎng)分?jǐn)?，將熔融部的凝固組織細(xì)?；?。
[0054]在這里，凝固組織是指在凝固過程中作為單一的晶粒而生成的結(jié)構(gòu)。例如如果為 枝晶凝固，則1根枝晶為凝固組織的一個(gè)單位，如果為等軸的凝固，則1個(gè)凝固時(shí)的晶粒為凝 固組織的一個(gè)單位。
[0055] 電磁振動(dòng)的頻率，只要能夠分?jǐn)嘀?，就不限定于特定的頻率，但是為了確實(shí)地分 斷枝晶的生長(zhǎng)，使凝固組織成為更細(xì)的粒晶，需要設(shè)為由下述式（1)定義的指標(biāo)A滿足下述 式(2)的頻率。
[0056] A = vs/(A〇Xfv) · · · (1)
[0057] f V:電磁振動(dòng)的頻率；
[0058] vs:凝固速度(凝固界面的推進(jìn)速度）；
[0059] λ?:枝晶的臂間隔。
[0060] 0.2<Α<4·0 · · · (2)
[0061] 凝固速度、枝晶的臂間隔通過事前的實(shí)驗(yàn)而得到。即，將實(shí)際要焊接的種類的鋼板 在事前以在焊接部形成工序、凝固工序中流通的電流值進(jìn)行點(diǎn)焊，測(cè)定凝固速度、枝晶的臂 間隔。測(cè)定一次之后，將同種的鋼板在相同的條件下進(jìn)行點(diǎn)焊時(shí)，使用相同的值即可。更具 體的步驟如下。
[0062] 首先，決定板組、鋼種，決定正式通電的條件。接著，決定凝固工序中的電流值。該 電流值如上所述不特別限定。
[0063] 接著，測(cè)定凝固速度。使用實(shí)際要焊接的板組、鋼種，制作將以所決定的凝固工序 中的電流值流通電流的時(shí)間設(shè)為多個(gè)水準(zhǔn)的樣品。觀察樣品截面的凝固組織，求出枝晶的 臂間隔。另外，由于凝固組織從柱狀晶變?yōu)榈容S晶的位置、或者柱狀晶的粗細(xì)度變化的位置 是停止電流的時(shí)刻的固液界面位置，因此通過計(jì)算求出凝固速度。
[0064]例如，在正式通電之后進(jìn)行25毫秒的期間的通電的情況下，如果在截面中、距熔融 邊界0.5_的位置處凝固組織發(fā)生了變化，則凝固組織被求出為20_/秒。