高张力钢板的电阻点焊方法以及电阻点焊接缝的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种能够在包括高强度钢板的板组的电阻点焊中，即使是高Ceq系的材料也能够实现高接缝强度的电阻点焊方法。电阻点焊方法中，用一对焊接电极夹持重叠两张以上钢板组成的板组，一边加压一边通电进行焊接，其特征在于，依次具有：以电流值Im（kA）进行通电，形成满足下述式（1）的熔核直径d（mm）的第一通电工序；上述第一通电后的保持加压不变并进行冷却的通电休止工序（A）；以及进行使用了两个阶段的电流值的通电的第二通电工序。…式（1）此处，tm是在上述两张以上钢板中最薄的板的板厚（mm）。
【专利说明】高张力钢板的电阻点焊方法以及电阻点焊接缝
【技术领域】
[0001]本发明涉及作为搭接电阻焊接法的一种的电阻点焊方法以及通过电阻点焊形成的接缝，特别是涉及以更短的时间将包括Ceq为0.28以上的高强度钢板的板组形成更高强度的接缝的电阻点焊方法。
【背景技术】
[0002]近年来，为了降低油耗，减少CO2排出量，而不断发展车体的轻型化。作为汽车的材料，从价格、成形性、强度的平衡来考虑大部分利用钢铁，从而不断发展薄壁化带来的轻型化。另一方面，车体的安全性确保要求比以往高的标准，研究在薄壁化的同时通过高张力化来确保强度。
[0003]另外，在车体的组装中焊接是不可缺少的，焊接部的优劣直接与可靠性相关。车体所使用的焊接法中，电阻点焊在运用成本、位置的自由度上优异，对一台车体进行几千点的焊接。因此关于可靠性的确保，电阻点焊所承担的作用大。
[0004]如图1所示，电阻点焊是用上下一对电极触头(下电极触头4和上电极触头5)夹持重叠的两张以上钢板(此处为下钢板I和上钢板2两张)的板组3，通过加压、通电使其熔融，形成需要尺寸的熔核6，从而得到焊接接缝。
[0005]像这样得到的接缝的品质通过得到的熔核的直径、熔深、或者是拉伸剪切强度(在接缝的剪切方向上做拉伸试验后的强度)、十字拉伸强度(在接缝的剥离方向上做拉伸试验后的强度)、或者疲劳强度等来评价。其中，以拉伸剪切强度、十字拉伸强度为代表的静态强度作为接缝品质的指标被重视。
[0006]公知点焊部的拉伸剪切强度有与钢板的拉伸强度的增加一起增加的趋势。但是，十字拉伸强度与钢板的拉伸强度的增加无关而几乎不增加，反而减少。其原因考虑是因为如下情况，即，若钢板变为高强度，则由下述式等表示的碳等量Ceq变大，当焊接这样的钢板时，由于施加了急热急冷的热循环，从而在焊接部以及热影响部会导致硬度上升、韧性降低。
[0007]Ceq = C + I / 30 X Si + I / 20 XMn + 2P + 4S (%)
[0008]为了在对高强度钢板进行电阻点焊时确保焊接接缝部的强度，从焊接法的观点来看，考虑增加打点数、扩大熔核直径。但是,增加打点数需要焊接作业空间,成为作业时间增长的原因，并且使生产率恶化。另外，扩大熔核直径需要增大电极、或为了防止焊接金属的散开(飞散)必须增加加压力，从而除了也受到设备装置上的制约之外，也有母材特性因为焊接热影响部扩大而受损的缺点。
[0009]因此，为了以与以往一样、或者是其以下的熔核直径来确保焊接接缝部的强度，对在形成熔核的主通电之后进行通电的后热通电方式进行了尝试。特别是，将焊接部暂时冷却、再加热的马氏体回火方式(以下，称作“回火方式”。)是通过使焊接部暂时凝固、变态之后再加热使熔核以及焊接热影响部(HAZ部)软化、从而提高熔核的韧性、缓和焊接部附近的应力集中进而实现接缝强度提高的方式，有许多研究例。[0010]作为其中一个例子，在专利文献I中，使用回火通电中的通电时间Tt.通电电流It和主通电中的通电时间T0.通电电流1，优选(It / 1)的平方与(Tt / To)的乘积在
0.25?0.82的范围。
[0011]另外，在非专利文献I中，通过对1.05mm的钢板进行回火通电来提高静态强度，后热通电所需要的时间是，冷却时间为0.4秒，回火通电时间为0.5秒，共计0.9秒。
[0012]在专利文献2中，在进行主通电之后，以主通电以下的电流值进行通电，通过使通电结束后的保持时间与板厚对应地变化，能够改善高张力钢板的十字拉伸强度。
[0013]在专利文献3中，对拉伸强度900MPa?1850MPa的钢板，在主通电之后，通过将主通电的70%?90%的电流值通电40ms至80ms的时间，或者是在20ms的冷却时间之后，将主通电的40%?70%的电流值通电40ms至200ms的时间，来提高十字拉伸强度。
[0014]近年来，如从专利文献4、非专利文献2 了解到的那样，也提出有在一定的冷却之后通过进行2?4周期(40?80ms)左右的通电来提高十字拉伸强度的方法。在非专利文献2中，在40周期(0.8s)左右的冷却之后，通过通电，能够得到与回火方式同等的效果。在专利文献4中，若加载接近产生飞散的上限的电流，则能够得到特别的热影响，其结果能够得到与回火方式同等的效果。
[0015]另外，近年来，与回火方式不同，不断研究反复进行冷却和通电的脉动状的通电方式。例如，在专利文献5中，在形成熔核的主通电之后，在以不通电状态保持之后短时间进行比主通电的电流高的电流的通电，通过反复进行多次该动作来以比回火方式的时间短的时间提高接缝强度。
[0016]另外，在薄板和比其厚的两张板等组合中，有难以在薄板与厚板之间形成熔融部这一问题，对于这样的重叠三张板以上的板组而言，在专利文献6中能够通过在主通电之后进行反复休止和通电的脉动通电来确保足够的熔核直径。
[0017]在专利文献7中，在形成熔核的主通电之后，暂时使电流值下降而通电之后，短时间进行比主通电的电流高的电流的通电，通过反复进行多次该动作能够不产生飞散地形成熔核。
[0018]专利文献1:日本特开昭58-003792号公报
[0019]专利文献2:日本特开2002-103048号公报
[0020]专利文献3:日本特开2009-241086号公报
[0021]专利文献4:日本特开2010-172946号公报
[0022]专利文献5:日本特开2010-115706号公报
[0023]专利文献6:日本特开2008-093726号公报
[0024]专利文献7:日本特开2010-207909号公报
[0025]非专利文献 I: 1st International Conference Super-high Strength SteelsProceedings, G.Shi 等，Techniques For Improving The Weldability of Trip SteelUsing Resistance Spot Welding,2005 年
[0026]非专利文献2:AISI / DOE Technology Roadmap Program, DE-FC36-97ID13554,B.Girvin 等，Development of Appropriate Spot Welding Practice for AdvancedHigh-Strength Steels,2004 年
[0027]然而，在以往的回火方式的通电、或者是脉动状的通电方面课题也多。[0028]首先，专利文献I?3以及非专利文献I所记载的通电方法中，由于在主通电以下的电流值，选择能够进行足够的电阻发热的范围，所以能够利用的电流范围变窄。因此，不可避免地因为微小的通电电流、电流时间的变化而受到较大的影响，在存在各种干扰要因的制造现场(例如，发生超过主通电50%的较大的电流降低)进行安装时，存在在保证进行稳定的施工的基础上余量小这一问题。除此之外，为了用主通电以下的低电流来有效地发热，需要足够的焊接时间(根据非专利文献1，至少0.5秒以上)，从而成为与冷却时间合计而增加总焊接时间(定义为从最初的通电开始到最后的通电结束)的要因的问题。
[0029]在如专利文献4以及非专利文献2记载的仅施加一次短时间的高电流的情况下，为了得到效果，均设定接近产生飞散上限的电流值。但是，由于加工、组装的精度而有产生板隙从而成为飞散的原因这一课题。
[0030]除此之外，一般的回火方式的通电方法中，如在非专利文献I以及非专利文献2实施或者记载那样，通过在放置而充分冷却之后通电来进行回火。因此，需要足够的冷却时间(根据非专利文献I时，1.05mm的板厚至少20周期(0.4秒)以上，在想要稳定地得到效果的情况、增加板厚的情况下为比20周期(0.4秒)长的时间)，从而有总焊接时间变长这一问题。
[0031]并且，专利文献4以及5中，通过后热通电来扩大由主通电形成的熔核,从而确保熔融部。以往，从熔核直径与接缝强度有紧密关系这一观点来看，与有无后热通电无关，仅对与最终的熔核直径有关的接缝强度进行整理、评价。但是，如上述那样，用扩大熔核直径来使强度提高是很重要的，这是不言而喻的，但是因为熔核、HAZ从熔融状态急冷，所以不能使接缝强度提高。
[0032]在专利文献6中通过控制多个热影响部的温度记录来使接缝强度提高这一点上，与上面的回火通电想法不同。但是，随着变为高Ceq系而在单纯反复的模式中效果较小，另夕卜，由于增加反复次数也引起生产间隔时间的增加，从而认为改善点较多。
【发明内容】
[0033]因此，本发明的目的在于提供如下电阻点焊方法，即、在包括高强度钢板的板组的电阻点焊中，能够解决上述问题，即使是更高Ceq系的材料也能够实现较高的接缝强度。
[0034]本发明人为了解决上述课题，专心研究了包括高张力钢板的板组的电阻点焊中的接缝强度的提高方法。
[0035]代表电阻点焊的接缝强度的静态强度的拉伸剪切强度和十字拉伸强度中，因为拉伸剪切强度有与钢板的高强度化对照地提高的趋势，所以本发明人在考虑高强度钢板的接缝强度时更重视十字拉伸强度。公知电阻点焊接缝的十字拉伸强度与断裂方式有关，低强度焊接接缝产生与钢板平行地断裂的剥离断裂，随着变为高强度而向以保持残留有单片钢板不变地脱落的方式断裂为按钮状的塞焊断裂变化。
[0036]因为剥离断裂是脆性断裂，所以以往着眼于在熔核端部的应力集中进行了研究。以提高接缝强度为目的的专利文献I?5也通过抑制或者软化熔核或热影响部的固化来减少应力集中从而实现。
[0037]但是，这些是以熔核的脆性断裂的标准本身没有变化为前提，并不是对标准的提闻进行讨论。本发明人研究该标准以及其提闻。[0038]因此，本发明人对十字拉伸试验进行数值解析，对熔核端部的应力放大系数进行了评价。其结果，实际了解到分别由于熔核的软化、热影响部的软化，相同加载下应力放大系数有意地降低。这能够说明是因为由于各部的软化而与熔核端部相接的切口前端角钝化。
[0039]作为影响熔核的特性的因素，指出P (磷)、S (硫)的存在。试制含有相同程度的C(碳)量并使P以及S变化、并具有相同程度的硬度以及拉伸强度的钢种，比较十字拉伸强度时，随着P以及S的量增加，断裂强度降低，剥离断裂增加。
[0040]因此，对P以及S的影响进行了详细评价。观察熔核的组织时，被苦味酸蚀刻的部分与马氏体粒的晶胞构造不一致。被苦味酸蚀刻的区域由于通过EPMA观察的观察，主要Si(硅)、Mn (猛)以及P较高地偏在，考虑为凝固偏析的部分。其中，特别是P与S1、Mn相比高浓度地凝结。考虑这是因为P与其它元素相比熔点低。并且以一定加载停止十字拉伸试验，并评价了熔核龟裂的传播位置。其结果，了解到P的偏在位置与龟裂的传播路径交叠。
[0041]因此，认为焊接工序与熔核断裂的关系如下。首先，由于迅速的凝固而将杂质、特别是P、S向枝晶构造的外侧挤压，从而产生偏析。其后，虽然形成奥氏体粒，但其构造不一定与偏析状态一致。并且若进行冷却则发生马氏体变态，认为在马氏体粒内存在的P以及S的偏析部引起熔核的脆性断裂。因此，考虑通过缓和P以及S的偏在，能够实现标准的提闻，从而进一步进行研究。
[0042]首先，评价通过使凝固速度变化能否得到效果。但是，结果为在熔核形成后以低电流继续通电助长凝固偏析。因为一般地若冷却速度变快则偏析有更微细化的趋势，所以首先迅速地冷却是重要的。
[0043]接下来，评价再通电所引起的P的状态。一般地，元素的温度越高以越短的时间扩散，并且温度越低越需要较长的时间。另一方面，推断因为P在奥氏体粒内偏析，所以在长时间扩散的情况下，凝结于奥氏体粒界，成为粒界破裂的原因。实际上，施加回火通电的情况与不进行回火通电的情况相比，虽然能够出现P偏析的缓和，但是若进行长时间的通电，则出现粒界的偏析，从而接缝强度降低。并且通过专利文献6的方法也发现了一些缓和。考虑这是通过利用高电流从而即使以短时间也能够得到较大的效果。
[0044]但是，比较仅以第二通电工序进行主通电(第一通电工序)后的后热通电的熔核与其后进行了第三通电工序的熔核的情况下，进行了第三通电工序的熔核的P的偏析的缓和的效果小。这推断为，熔核由于在到第二次的后热通电(第三通电工序)之前的通电休止工序(B)中冷却而急剧地变为低温，从而在第一次的后热通电(第二通电工序)以后P偏析缓和的效果较小。因此，得到了如下见解，即为了增大P偏析的缓和效果而在急冷之后需要以高温维持。
[0045]另一方面，如以往的见解那样，通过热影响部的软化来缓和应力集中也是重要的。在高张力钢板的热影响部且在熔核附近存在比母材硬的固化部、和比固化部的外圆周的母材柔软的软化部。本发明人通过数值解析评价了固化部和软化部的影响时，清楚了通过软化固化部或减少该区域，或者进一步软化软化部或增加该区域，能够减少熔核端部的应力集中，从而能够抑制熔核的断裂。此外，固化部以及软化部的区域在观察接缝的剖面时，有称作软化部的面积或者是相当于软化部的宽度的区域的情况。在本发明中，其中着眼于软化部的区域的增加。[0046]熔核的软化部是传递在熔核产生的热并升温至奥氏体化温度以下的温度的部分。为了增加该软化部的区域而考虑将从熔核传递的热维持在一定程度。在专利文献6那样的方法中，也有软化部的温度因通电而渐渐上升并进入奥氏体域而固化的部分，认为在单纯的高电流通电中不能适当地控制。
[0047]以这样的研究为基础，本发明人研究了将熔核在急冷之后维持高温、并维持软化部的温度的方法。其结果，发现了以下的通电模式。该模式是在第二通电工序中进行两个阶段的通电处理的模式，首先，主通电之后，通过通电休止工序进行冷却，接下来，为了通过第二通电工序进行高温化而加载高电流、进而降低电流并继续通电。由此能够使熔核急冷并高温化，并且能够防止软化部温度过度上升，并能够适当地维持软化部温度。
[0048]并且，为了扩大软化部的区域，需要到软化部的外侧的母材为止为高温，但是若继续通电则靠近固化部的部分变得更高温，从而反复进行通电和通电休止的冷却是重要的。根据实验的研究，发现了根据板厚严格定义冷却时间，能够实现没有浪费的热传递。因此，除了上述模式之外，能够通过反复进行通电休止工序的冷却和通电来进一步扩大软化部的区域。将此时的通电分为两个阶段，通过使后阶段与前阶段相比为低电流化，能够高效地实现软化。通过反复进行该通电休止工序的冷却和通电能够增加效果，但是因为成为增加焊接时间的原因，从而优选最多为两次。
[0049]若进行该焊接法，则在用EPMA等解析熔核的P的偏析状态时，能够使因P偏析而变为高浓度区域的比例为比以往低的水准。
[0050]该焊接法的急冷带来的固化显著，通过用于十字拉伸强度大幅度恶化的拉伸强度440MPa以上的高张力钢板，发现显著的接缝强度提高的效果。
[0051]这样，进行后热通电(第二通电工序或者第三通电工序)、和上述那样的通电休止工序(A)以及/或者(B)并且在第二通电工序内进行两个`阶段的通电，同时实现熔核的P偏析缓和和软化部的扩大，从而成功地以比以往焊接短的时间使接缝强度提高。
[0052]基于上述内容，本发明具有以下特征。
[0053][I] 一种电阻点焊方法，其用一对焊接电极夹持重叠两张以上钢板组成的板组，一边对所述板组加压一边通电来进行焊接，所述电阻点焊方法的特征在于，依次具有:
[0054]以电流值Im (kA)进行通电，形成满足下述式(I)的熔核直径d (mm)的第一通电
工序；
[0055]所述第一通电工序后的保持加压状态并进行冷却的通电休止工序(A);以及
[0056]进行使用了满足下述式(2)以及式(3)的两个阶段的电流值的通电的第二通电工序。
【权利要求】
1.一种电阻点焊方法，其用一对焊接电极夹持重叠两张以上钢板组成的板组，一边对所述板组加压一边通电来进行焊接，所述电阻点焊方法的特征在于，依次具有: 以电流值Im (kA)进行通电，形成满足下述式(I)的熔核直径d (mm)的第一通电工序； 所述第一通电工序后的保持加压状态并进行冷却的通电休止工序(A);以及 进行使用了满足下述式(2)以及式(3)的两个阶段的电流值的通电的第二通电工序， 其中，
2.根据权利要求1所述的电阻点焊方法，其特征在于， 所述第一通电工序后的通电休止工序(A)的时间Tcl满足下述式(4)， t / 2 < Tcl < tX5…式(4) 此处，t是所述板组的总板厚(mm)，时间的单位是(周期/ 50Hz)o
3.根据权利要求1或者2所述的电阻点焊方法，其特征在于， 所述第二通电工序的总通电时间T2满足下述式(5)以及式(6)，
T2 = T21 十 T22…式(5) 此处，T21以及T22分别是所述前阶段的通电时间以及所述后阶段的通电时间， T2 < tX5…式(6) 此处，t是板组的总板厚(mm)，时间的单位是(周期/ 50Hz)o
4.根据权利要求1~3中任一项所述的电阻点焊方法，其特征在于，依次具有: 在所述第二通电工序之后，保持加压状态不变的通电休止工序(B );和 进行满足下述式(7)的通电的第三通电工序，
I3X I3XT3 ≥ I21X I21XT21 + I22X I22XT22…式(7) 此处，I3是第三通电工序的电流值(kA)，并且，I21以及I22分别是所述两个阶段的通电的前阶段以及后阶段的电流值(kA)，T3是第三通电工序的通电时间，T21以及T22分别是所述前阶段的通电时间、后阶段的通电时间，时间的单位是(周期/ 50Hz)。
5.根据权利要求4所述的电阻点焊方法，其特征在于， 所述第二通电工序后的所述通电休止工序(B)的时间Tc2满足下述式(8)， Tcl / 5 < Tc2 ( Tcl…式(8) 此处，Tcl是所述第一通电后的通电休止工序(A)的时间，时间的单位是(周期/50Hz)。
6.根据权利要求4或者5所述的电阻点焊方法，其特征在于， 并且，替代所述第三通电工序的一个阶段的通电而进行两个阶段的通电。
7.根据权利要求4~6中任一项所述的电阻点焊方法，其特征在于， 并且，以一次或者两次的范围反复进行第二通电工序后的通电休止工序(B)以及所述第三通电工序。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的电阻点焊方法，其特征在于， 在所述两张以上钢板中，至少一张钢板满足下式，
，0.25 < Ceq < 0.6 此处，Ceq = C + I / 30XS1 + I / 20XMn + 2XP + 4XS (%)，右边是钢板的各元素的含有量(质量 ％)。
【文档编号】B23K11/11GK103889634SQ201280051436
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年10月17日 优先权日:2011年10月18日
【发明者】谷口公一, 冲田泰明, 池田伦正 申请人:杰富意钢铁株式会社