点焊方法及点焊的钢板构件.pdf

本发明的目的是提供不产生焊接缺陷，即使使用可动式点焊机，也可在大于或等于3块钢板重叠的状态进行相互点焊的点焊方法。其解决方案是，在相互重叠的大于或等于3块钢板(1)～(3)中的最大强度的钢板(2)位于其他钢板(1)和(3)之间地相互重叠的状态，用一对电极触头(12)和(14)夹住，用这一对电极触头(12)和(14)夹住的部分相互进行点焊，因而相对的低强度或者低刚性的钢板(1)和(3)接触一对电极触头(12)和(14)地位于厚度方向的外侧，最大强度或者最大刚性的钢板位于厚度方向的内侧，因此大于或等于3块重叠的钢板(1)～(3)不发生焊接缺陷，即使使用可动式点焊机，也可以稳定的质量合适地进行点焊。

1.  点焊方法，它是在大于或等于3块钢板重叠的状态下进行局部焊接的点焊方法，其特征在于包括，将上述大于或等于3块钢板中的最大强度的钢板位于其他钢板之间地进行相互重叠的工序、用一对电极触头夹住利用该重叠工序重叠的大于或等于3块钢板，将用这一对电极触头夹住的部分相互点焊的焊接工序。

2.  根据权利要求1所述的点焊方法，其中，上述大于或等于3块钢板中的最大强度的钢板是以钢板硬度和板厚的积表示的钢板系数值K为最大的钢板。

3.  根据权利要求1或2所述的点焊方法，其中，上述大于或等于3块钢板中的最大强度的钢板是在以热冲压法成形的过程中被高强度化的钢板。

4.  根据权利要求1～3中的任一权利要求所述的点焊方法，其中，上述大于或等于3块钢板中的最大强度的钢板是具有维氏硬度大于或等于350Hv的硬度的钢板。

5.  根据权利要求1～4中的任一权利要求所述的点焊方法，其中，上述大于或等于3块钢板中的最大强度的钢板是在表面具有铁锌合金层的钢板。

6.  钢板构件，其特征在于，使用权利要求1～5中的任一种方法进行了点焊。

7.  根据权利要求6所述的钢板构件，其特征在于，上述钢板构件是汽车的车身或者是构成其结构部件的一部分。

点焊方法及点焊的钢板构件
技术领域
本发明涉及点焊方法及点焊的钢板构件，特别涉及在大于或等于3块钢板相互重叠的状态，局部地进行点焊的技术。
背景技术
近年来，要求在不增加其重量的条件下进一步提高钢板相互焊接的构件的强度。例如，随着为了提高汽车碰撞时的安全性的标准变得严格，要求提高构成汽车的车身或构成车身的结构部件的刚性。
对此，正在进行提高钢板的材料强度的研究，提出了具有大于或等于340MPa的抗拉强度的高强度钢材(高强度钢)或具有利用热轧法制成的、大于或等于980MPa的抗拉强度的钢板，正在应用于冲击吸收构件等用途。另外提出了，在设计上，在需要强度的部分，通过增加钢板的厚度或通过焊接增强板形成足够强度形状的钢板部件，正在应用于冲击吸收构件等用途。在其焊接中，虽然能够适合地利用使用焊丝的电弧焊或等离子焊、激光焊、滚焊等连续焊接，但在作业效率方面，点焊最好。特别是，在大于或等于3块钢板重叠的状态进行相互焊接时，点焊是最合适的。
例如，在特开平10-249537号公报中记载着，在大于或等于3块薄钢板重叠的状态，用一对电极触头进行夹住压紧，使电流在一对电极触头中流过，由此在钢板间形成作为已熔融凝固区域的焊点，局部地将这3块薄板相互点焊的技术。
发明内容
可是，在上述以往的点焊方法中，被焊接的钢板部件，实际上大多是组合各个冲压成形的部件，因而一般在彼此间产生间隙，但随着钢板部件的高强度化或板厚的增加，在焊接时上述间隙变得难以压垮，并且钢板部件的反弹力也往往变大，而存在容易发生焊接裂纹、气孔等焊接缺陷这样的不良情况。特别，在使用设置有机械手臂的可动式点焊机时，或在像上述的大于或等于3块重叠的情况下，由于在形成大于或等于2个间隙的同时，总板厚比2块重叠变大，因而上述的焊接缺陷更容易发生。因此，像汽车的增强构件那样，在高强度化或钢板的厚度增加大的情况下，上述不良情况有变得显著的倾向。
对此，在点焊时，为了缩小上述间隙，考虑或提高一对电极触头的加压力，或使用在表里发生变化的点焊机，但在这样的场合，需要使用固定式点焊机，在装置成为大型而且高价的同时，存在焊接操作性或作业性降低这样的缺点。
本发明是以以上的事实为背景而完成的，其目的在于提供，不发生焊接缺陷，即使使用可动式点焊机，在大于或等于3块钢板重叠的状态也能够稳定地相互点焊的点焊方法。
可是，由于高强度钢材含有许多添加元素Si、Mn、Cr等钢板化学成分，因而电阻高，比其他的钢板容易发热，另外热冲压材也具有表面氧化层因而表面电阻高，比其他的钢板容易发热，因此在大于或等于3块相互重叠的钢板上实施点焊时，为了形成良好的焊点，一般是高强度钢材或热冲压材配置在与点焊机的电极触头接触的外侧。但是，当钢板部件的制造时，如果实际上应用像这样的一般点焊方法，点焊不一定顺利完成，焊接质量往往变得不稳定。
本发明人等，为了达到这样的目的，反复进行研究的结果发现，在包括高强度钢材的大于或等于3块钢板相互重叠的状态进行点焊时，与上述以往的一般点焊方法相反，如果越位于外侧的钢板越使用具有相对的低材料强度或薄的厚度的低板强度地钢板，则越可改善点焊性。即发现了，使以钢板的硬度(Hv)和板厚(mm)的积表示的钢板系数值高的钢板，越不与电极触头接触地位于板厚方向的内侧，越可适合地改善点焊性这一事实。即，根据本发明人等的分析，当点焊大于或等于3块重叠的钢板时，上述以往的一般点焊方法适合于钢板间没有间隙的情况，但在实际的钢板部件的制造时，由于几乎是使用对各钢板进行了预冲压成形的钢板，因此在重叠的钢板间形成间隙的状态下进行点焊时，越位于外侧的钢板越使用具有相对的低材料强度或者薄的板厚的低板强度的钢板，越可导致良好的结果。本发明就是基于这样的认识而完成的。
即，作为权利要求1涉及的发明的要旨是，在大于或等于3块钢板相互重叠的状态进行局部焊接的点焊方法，包括(a)将上述大于或等于3块钢板中的最大强度的钢板位于其他钢板之间地相互重叠的重叠工序、(b)用一对电极触头夹住利用该重叠工序重叠的大于或等于3块钢板，将用一对电极触头夹住的部分进行相互点焊的焊接工序。
另外，作为权利要求2涉及的发明的要旨是，上述大于或等于3块相互重叠的钢板中的最大强度的钢板是以钢板硬度和板厚的积表示的钢板系数值为最大的钢板。
此外，作为权利要求3涉及的发明的要旨是，上述大于或等于3块相互重叠的钢板中的最大强度的钢板，是在以热冲压法成形的过程中被高强度化的钢板。
另外，作为权利要求4涉及的发明的要旨是，上述大于或等于3块相互重叠的钢板中的最大强度的钢板，是具有维氏硬度大于或等于350Hv的硬度的钢板。
另外，作为权利要求5涉及的发明的要旨是，上述大于或等于3块相互重叠的钢板中的最大强度的钢板，在表面具有铁锌合金层的钢板。
此外，作为权利要求6涉及的发明的要旨是，使用上述的任一发明的方法进行点焊的钢板构件。
另外，作为权利要求7涉及的发明的要旨是，上述的钢板构件是汽车的车身或者是构成其结构部件的一部分。
按照权利要求1涉及的点焊方法，大于或等于3块相互重叠的钢板中的最大强度的钢板位于其他钢板之间地相互重叠的大于或等于3块钢板被一对电极触头夹住，用这一对电极触头夹住的部分进行相互点焊，因而相对的低强度的钢板与一对电极触头接触地位于厚度方向的外侧，高强度的钢板位于板厚方向的内侧，因此大于或等于3块重叠的钢板不发生焊接缺陷，即使使用可动式点焊机，也以稳定的质量合适地进行点焊。
另外，按照权利要求2涉及的发明，上述大于或等于3块相互重叠的钢板中的最大强度的钢板是以钢板硬度和板厚的积表示的钢板系数值K为最大的钢板，因此由于使用该钢板系数值K，就不需要强度测定，具有容易选择最大强度的钢板或者能够特定的优点。
此外，按照权利要求3涉及的发明，上述大于或等于3块相互重叠的钢板中的最大强度的钢板是在以热冲压法成形的过程中被高强度化的钢板，因此由于使用在热冲压加工的同时被高强度化的钢板构件，高强度化后的钢板与冲压加工相比，可合适地抑制模具等的消耗，而降低加工成本。另外，高强度钢材含有许多添加元素Si、Mn、Cr等钢板化学成分，所以与普通钢相反，具有高的电阻，因此作为上述大于或等于3块相互重叠的钢板中的最大强度的钢板，在使用该高强度钢材时，由焊接电流产生的发热集中在该高强度钢材上，在该高强度钢材的上下重叠的普通钢板上就不易充分地形成焊点，有发生焊接不良的危险，与此相反，如上所述，作为大于或等于3块钢板中的最大强度的钢板，使用在以热冲压法成形的过程中被高强度化的钢板时，在电阻上和普通钢没有太大的差别，因此即使在普通钢中也形成充分大的良好焊点。
另外，按照权利要求4涉及的发明，上述大于或等于3块相互重叠的钢板中的最大强度的钢板是具有维氏硬度大于或等于350Hv的硬度的钢板，在点焊后可得到高刚性的钢板构件。
另外，按照权利要求5涉及的发明，上述大于或等于3块相互重叠的钢板中位于内侧的最大强度的钢板在表面具有铁锌合金层，因而在为了得到该最大强度的钢板的热处理的加热处理时，不产生氧化鳞皮，在成形后不进行喷丸等表面清理过程就能够进行点焊。
另外，按照权利要求6涉及的发明，是利用上述的任一发明方法点焊的钢板构件，因此可得到焊接质量稳定、并且高刚性或者高耐蚀性的钢板构件。
此外，按照权利要求7涉及的发明，该钢板构件是汽车的车身或者构成其结构部件的一部分，因此可得到焊接质量稳定、并且高刚性或者高耐蚀性的汽车的车身或者其结构部件。
附图说明
图1是按照本发明的一实施例的点焊方法制成的钢板部件的评价结果与按照以往的点焊方法制成的钢板部件的评价结果进行对比表示的图表。
图2是说明本发明的一实施例的点焊方法的图，是表示其重叠工序的图。
图3是说明本发明的一实施例的点焊方法的图，是表示其焊接工序的图。
图4是说明以往的点焊方法的焊接工序的图，是表示其焊接工序的图。符号说明
1：钢板                     4：钢板
2：钢板                     10：隔板
3：钢板                     12、14：电极触头
具体实施方式
在此，所谓钢板的强度是表示钢板的强弱的程度，与表示耐弯曲或扭曲的能力即难变形的能力的刚性有关，因此所谓最大强度的钢板也可以称作最大刚性的钢板。钢板的强度本来是应该以钢板的抗拉强度T(MPa)表示，但由于和该钢板的厚度中心的断面中的维氏硬度Hv存在正比关系(T＝3.1×Hv)，因此能够使用维氏硬度Hv表示。另外，钢板的强度也和其板厚成正比关系。因此，钢板的强度更适合用以钢板的硬度Hv和板厚t(mm)的积(＝Hv×t)表示的钢板系数值K来表示，因而为了方便，可以使用其钢板系数值K代替钢板的强度，但也可以使用其他的值。
为了使钢板系数值K是最大的钢板的高强度化方法，即用于得到为了进行点焊而重叠的上述大于或等于3块钢板中的最大强度的钢板的高强度化的方法，不仅利用热冲压的淬火，而且高频淬火等的急冷方法等也适合使用。另外，通过利用氮化膜、渗碳提高钢板的硬度也能够实施高强度化。
通过含有许多添加元素Si、Mn、Cr等钢板化学成分而形成为高强度钢的高强度钢材，或通过在加热至Ac₃点或其以上的温度而形成奥氏体区域的状态进行了热冲压加工时，在冲压模具内急冷至Ms点或其以下而发生马氏体相变来实施淬火的热冲压材，相当于上述具有大于或等于350的维氏硬度的高强度钢板。高强度钢板的强度由根据钢板中含有的碳、锰、铬、硼的含量计算出的碳当量决定，已知有1180MPa级和1470MPa级等。作为上述热冲压等特殊情况，也可以使用在淬火时通过部分地接触绝热材料等设置局部的缓冷部分，由此仅钢板构件的一部分达到低强度的钢板构件。使用激光拼焊(テ-ラ-ドブランク)法部分地使碳当量低，或部分地使冷却速度变慢，得到淬火后的硬度达到150Hv(维氏硬度)的钢板。可以以这样的钢板的低强度部分作为外侧实施点焊，也可以以高强度部分作为内侧实施点焊。
具有合金化热浸镀锌被覆膜或者电镀锌被覆膜的钢板，在利用热压进行淬火后在该钢板的表面生成上述铁锌合金层。合金化热浸镀锌被覆膜是利用所谓的热浸镀法形成。另外，电镀锌被覆膜和利用所谓的热浸镀法形成的镀敷被覆膜是锌系、锌-铁系、锌-铝系、锌-镍系、锌-钴系等被覆膜。作为在表面具有上述铁锌合金层的钢材，已知例如合金化热浸镀锌钢板(GA)或热浸镀锌钢板(GI)。上述铁锌合金层一般是铁锌固溶相或铁锌金属间化合物相等，但这些可以单独构成，或者也可以以混合状态构成。
当进行点焊时，为了在一对电极触头之间夹住压紧上述大于或等于3块钢板，在点焊装置中具备气压缸、油压缸、电动机等电极触头夹住压紧驱动用的驱动装置。点焊装置可以是固定式和可动式(可搬运式或者携带式)的任一种。另外，也可以是C型枪形式或X型枪形式的任一种。作为上述电极触头的材质，虽然适合使用铬铜合金、氧化铝分散铜、锆铜合金等铜合金，但为了使大电流流过，可以是电阻低而且耐磨性高的物质。
本发明方法，通过在由钢板形成的大于或等于3个冲压构件相互重叠的状态进行点焊，可用于制造例如汽车的车身、或者作为其结构构件的一部分的车架、车身外板、侧梁、门、增强件、中柱或前支柱等支柱类、门冲击横梁等钢材构件。
应用本发明方法而得到的汽车的车身或者作为其结构构件的一部分构成的钢材构件，可得到焊接质量稳定、并且高刚性或者高耐蚀性的汽车的车身或者其结构构件。以下，说明本发明人等进行的实验例及其评价结果。
实验试样的说明
在实验中使用的各试样No.1至No.5是钢片(30mm宽×100mm长)在以下的条件下进行点焊的3块重叠的钢板构件，试样No.6和No.7是点焊的4块钢片重叠的钢板构件。在这些各试样No.1至No.7中使用的大于或等于3块的钢板的硬度、板厚t、钢板系数值K如图1中所示。各试样No.1至No.7以图1所示的钢板1至钢板3或者钢板1至钢板4的组合构成。在各试样中，钢板的硬度是大于或等于350Hv的最大强度的钢板即钢板系数值K最大的钢板是热冲压钢板，该热冲压钢板是将在钢板中含有的钢化学成分为0.21％C(碳)、0.2％Si(硅)、1.2％Mn(锰)、0.007％P(磷)、0.0002％S(硫)的淬火钢板的钢板表面具有合金化热浸镀锌层(镀层附着量为60g/m²)的钢板试样，在加热炉内进行是Ac3点或其以上温度的900℃、保持5分钟的加热处理后，使用在10秒钟内内部被水冷至Ms点或其以下的温度的平板冲压模具，用5MPa的加压力进行冲压加工的同时进行急冷，借此实施淬火的热冲压钢板。上述最大强度的钢板，试样No.1至No.3、试样No.6是钢板2，试样No.4和No.5是钢板3，试样No.7是钢板1。
焊接机
·DR型点焊机
·电极触头：是铬铜合金，触头主直径为16mm，尖端直径为6mm，尖端曲率半径为40mmR。
·加压力：3920N(400kgf)
·焊接电流：9000A
·通电条件：10次循环的预备电流、40次循环的总通电、1次循环的保持(60Hz)
·冷却水流：3L/min
焊接工序
如图2所示，为了模拟地形成和实际的制品相同的间隙条件和电流条件，通过普通钢制的板状隔片10顺序地将3块钢板片1、2、3或者4块钢板片1、2、3、4重叠，使重叠的钢板片位于一对电极触头12和14之间(重叠工序)，接着，如图3或者图4所示，将这一对电极触头12和14间加压(夹住压紧)使钢板间的间隙S缩小使其相互接触，随后按照预先设定的上述通电条件使焊接电流在一对电极触头12和14之间通电(焊接工序)，接着解放利用上述一对电极触头12和14的夹住压紧。
评价基准
对于各试样No.1至No.7的点焊状态，使用光学显微镜观察其点焊的焊点显现的剖面，焊点良好地形成时评价为○，存在气孔，且该气孔的直径为以钢板的边界为中心形成的作为熔融凝固区域的焊点的直径的20％或其以上时评价为△，存在气孔和裂纹时评价为×，结果示于表1中。
评价结果
如图1所示，相互重叠的3块钢板片1、2、3或者相互重叠的4块钢板片1、2、3、4中的硬度是大于或等于350Hv的最大强度的钢板位于其他的钢板之间且位于厚度方向的内侧的、适用了本申请发明方法的试样No.1、No.2、No.3、No.6焊点良好地形成，与此相反，作为最大强度的钢板位于外侧的比较例的试样No.4、No.7，在焊点上看到气孔和裂纹，焊接质量是不稳定的。试样No.4和No.5与上述No.1和No.3相反，由于焊点的评价是×，是低的2级，所以钢板系数值K越大，显示焊点的改善效果越大。另外，重叠工序虽然是图2所示的状态，但焊接工序结束时，试样No.1、No.2、No.3如图3所示，外侧的钢板1和3的变形或应变少，与此相反，试样No.4如图4所示，处于与最大强度的钢板相反侧的外侧的钢板1的变形或应变变大的结果是焊点的形成变得不稳定，或变得难以形成。
因此，按照本实施例，由于在大于或等于3块相互重叠的钢板1～3或者1～4中的最大强度的钢板2位于其他钢板1和3或者1和4之间地相互重叠的状态用一对电极触头12和14夹住，用这一对电极触头12和14夹住的部分被相互点焊，所以相对的低强度或者低板刚性的钢板1和3或者1和4与一对电极触头12和14接触地位于厚度方向的外侧，最大强度或者最大刚性的钢板位于厚度方向的内侧，因此不发生焊接缺陷，即使使用可动式点焊机，大于或等于3块相互重叠的钢板1～3或者1～4也可以稳定的质量合适地进行点焊。
另外，按照本实施例，大于或等于3块相互重叠的钢板1～3或者1～4中的最大强度的钢板2是以钢板硬度Hv和板厚t的积表示的钢板系数值K(＝Hv×t)最大的钢板，因此通过使用该钢板系数值K，就有不需要测定强度，能够容易选择或者特定最大强度的钢板的优点。
此外，按照本实施例，大于或等于3块相互重叠的钢板1～3或者1～4中的最大强度的钢板2是，在用热冲压法成形的过程中被高强度化的钢板，因此通过使用和热冲压加工的同时被高强度化的钢板构件，与高强度化后的钢板进行冲压加工相比，模具的消耗可被适当地抑制，可降低加工成本。另外，因为高强度钢材含有多量的添加元素Si、Mn、Cr等钢板化学成分，所以与普通钢制的钢板1、3相比具有高的电阻，因此在作为大于或等于3块相互重叠的钢板中的最大强度的钢板2使用该高强度钢材的情况下，由焊接电流引起的发热集中在该高强度钢材中，在该高强度钢材的上下重叠的普通钢上就不易充分地形成焊点，而存在发生焊接不良的危险，与此相反，如本实施例那样，在作为大于或等于3块钢板中的最大强度的钢板2使用在以热冲压法成形的过程中被高强度化的钢板的情况下，所具有的优点是，其电阻和普通钢制的钢板1、3没有太大的差别，因此即使在该钢板1、3中，也可形成充分大的良好焊点。
另外，按照本实施例，大于或等于3块相互重叠的钢板1～3或者1～4中的最大强度的钢板2是，具有维氏硬度大于或等于350Hv的硬度的钢板，因此在点焊后可得到高刚性的钢板构件。
另外，采用本实施例的点焊方法得到的钢板构件，因为可得到焊接质量稳定、并且高刚性或者高耐蚀性的钢板构件，所以通过应用于汽车的车身或者构成其结构部件的一部分的钢板构件的制造中，就可得到焊接质量稳定而且高刚性或者高耐蚀性的汽车的车身或者其结构部件。
以上，根据附图详细地说明了本发明的实施例，但这些只不过是一实施方式，基于本领域技术人员的知识，可以以加入了各种变更、改进的方式实施本发明。