JP2016055337A - 溶接方法及び溶接構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接部の強度、即ち延性・靭性を回復させ、溶接部の破断を生じさせないようにした、溶接方法及びそれにより得られる溶接構造物を提供する。【解決手段】溶接方法は、熱処理した鋼板を重ね合わせてスポット溶接をすることによってナゲット部１３ａを有する溶接部を形成し、溶接部に高周波電流を流すことによって少なくともナゲット部１３ａを前記鋼板と同程度又はそれよりも低い硬さを有するように焼戻しする。熱処理した鋼板は、焼入れ及び焼戻し処理、焼きならし処理の何れかの熱処理がなされている。これにより、熱処理された鋼材を重ね合わせた状態でスポット溶接により形成された溶接部１３と、溶接部１３以外の非溶接部１１と、を備え、溶接部１３のナゲット部１３ａには焼戻し組織が形成されている。【選択図】図６

Description

本発明は、複数の鋼板を溶接する溶接方法とそれにより得られる溶接構造物に関する。

複数の鋼板を重ねて溶接する方法としてスポット溶接方法がある。スポット溶接方法は、複数の鋼板を重ね合わせて電極の対で挟み、電極の棒に沿って加圧した状態で電極の対に電流を流す。鋼板の圧着部分を抵抗加熱して溶解し、所定の径が溶融して凝固することで塊となり、ナゲットと呼ばれる溶融凝固部が形成される（非特許文献１）。

近年、車両の軽量化及び安全性の両立を図るために、車体用の素材として高張力鋼板が用いられ、高張力鋼板がスポット溶接により溶接されている。スポット溶接強度を調べるためには、大きく二種類ある。一つは、二枚の矩形の鋼板の端部を重ね合わせて溶接し、互いに逆向きに引っ張り力を加えて試験を行う。もう一つは、二枚の矩形の鋼板を交差させて交差部分を溶接し、各鋼板の両端部に荷重を加えて互いの鋼板を逆向きに引張力を加えて試験を行う。前者の試験をＴＳＳ（Tensile shear strength）試験といい、後者の試験をＣＴＳ（Cross Tensile Strength）試験という。

高強度と高靭性を両立させる鋼として、微細結晶粒の複合組織鋼について研究されており、炭化物の析出が有効な手段であることが知られている（特許文献２）。炭化物の析出のためには、材料の炭素含有量を高めておくことが必要であるが、炭素量が高い場合にはスポット溶接部が硬くなりすぎることから、脆化し接合部強度が著しく低下する問題がある。このため、広く使われる自動車用鋼板は、炭素含有量を０．１５ｗｔ％程度以下に抑制されている。

鋼板のスポット溶接において、低周波の通電をした後に高周波による通電を行う溶接方法が知られている（特許文献３）。

特開２００５−２１１９３４号公報 特開２００７−３３２４５７号公報 ＷＯ２０１１／０１３７９３ 特許第４００６５１３号公報

社団法人溶接学会編、「溶接・接合便覧」、丸善株式会社、平成２年９月３０日、ｐｐ．３９２−３９８ 早川正夫、松岡三郎、「原子間力顕微鏡による焼戻しマルテンサイトの組織解析」、まてりあ、４３巻、第９号、ｐｐ．７１７−７２３、２００４年

従来、スポット溶接の強度に関し、鋼板の引張強度が高くなると、ＣＴＳ強度は一旦増加するものの或る一定以上の引張強度の鋼板ではＣＴＳ強度は減少すると考えられている。これは、鋼板の強度が向上したり、溶接部への応力が集中したり、溶接部の靭性が低下するためと考えられる。そのため、炭素含有量が低い鋼板をスポット溶接することしか検討されていなかった。

そこで、本発明では、溶接部の強度、即ち延性・靭性を回復させ、溶接部の破断を生じさせないようにした、溶接方法及びそれにより得られる溶接構造物を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は以下の特徴的手段を採用する。
［１］ 熱処理した鋼板を重ね合わせてスポット溶接をすることによってナゲット部を有する溶接部を形成し、
前記ナゲット部の硬さを前記熱処理した鋼板と同程度又はそれよりも低くするように前記溶接部に高周波電流を流して焼戻しする、溶接方法。
［２］ 前記熱処理した鋼板は、焼入れ及び焼戻し処理、焼きならし処理の何れかの熱処理がなされている、前記［１］に記載の溶接方法。
［３］ 前記熱処理した鋼板は、熱処理する前の状態において０．１５質量％以上０．５５質量％以下の炭素を含有する、前記［１］又は［２］に記載のスポット溶接方法。
［４］ 熱処理された鋼材を重ね合わせた状態でスポット溶接により形成された溶接部と、前記溶接部以外の非溶接部と、を備え、
前記非溶接部と同程度又はそれよりも低い硬さの焼戻し組織が前記溶接部のナゲット部に形成されている、溶接構造物。
［５］ 前記溶接部において硬さの極小値を有さない、前記[４]に記載の溶接構造物。

本発明によれば、熱処理により引張強度を高めた鋼板を溶接した後に、溶接部に高周波電流を流すことで溶接部の中心部、いわゆる溶融凝固部に対して溶接部の熱影響部から内側に向け、また熱影響部から外側に向けて熱伝達がなされ、溶接部の中心部及び外側に熱が伝達される。よって、溶接時に焼入れされていた溶接部の中心部及び外側部分に焼戻しがなされる。これにより、延性・靭性が回復され、少なくとも溶接部が鋼板と同程度又はそれよりも低い硬さを有し、溶接部が破断し難い。

本発明の実施形態に係る溶接方法における通電パターンを示すチャートである。 第３ステップでのクール期間における鋼板の冷却を模式的に示す図である。 高周波通電による鋼板の加熱を模式的に説明する図である。 高周波通電後における焼戻しを模式的に説明する図である。 図１に示す溶接方法により作製される溶接構造物の断面を模式的に示す図である。 溶接構造物の硬さ分布の例を示し、（ａ）は溶接構造物の断面を模式的に示す図、（ｂ）は溶接構造物の構造に対応させた硬さ分布の例を示す図である。 実施例１乃至３及び比較例１乃至３において、供試板材の調整時の熱サイクル、組織、硬さ及び引張強度を示す図である。 （ａ）は実施例１乃至３での通電パターンを示すチャートであり、（ｂ）は比較例１乃至３での通電パターンを示すチャートである。 ＣＴＳ強度測定時のストローク−荷重曲線の結果を示す図である。 実施例１乃至３及び比較例１乃至３の評価結果を示す図表である。 実施例１及び比較例１の評価結果のうち、マクロパターンとコロナボンド部の組織観察像及び硬さ分布を示すグラフを纏めた図表である。 実施例２及び比較例２の評価結果のうち、マクロパターンとコロナボンド部の組織観察像及び硬さ分布を示すグラフを纏めた図表である。 実施例３及び比較例３の評価結果のうち、マクロパターンとコロナボンド部の組織観察像及び硬さ分布を示すグラフを纏めた図表である。 後熱高周波の電力量をパラメータとしたときのＣＴＳ（Cross Tensile Strength）の炭素含有量の依存性を示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る溶接方法における通電パターンを示すチャートである。本発明の実施形態に係る溶接方法は鋼板を重ね合わせてスポット溶接する方法に関し、次の手順から構成される。

第１ステップとして、鋼板に対して熱処理を施す。熱処理には焼入れ及び焼戻しによる処理、焼きならし処理その他の各種処理が含まれる。焼入れ及び焼戻しによる処理としては、変態点温度まで昇温して急激に冷却し、その後、変態点温度以下で比較的長時間焼戻しを行う。焼きならし処理としては、比較的ゆっくり昇温し一定時間の温度を維持することで行う。これらにより、炭素鋼を焼戻しマルテンサイトに組織変更したり、炭素鋼をフェライトとパーライトの２相組織に変更したりする。このようにして鋼板の引張強度を向上させる。

第２ステップとして、熱処理した鋼板を複数重ね合わせてスポット溶接する。すなわち、鋼板に直交するように上下方向に延びる棒状の電極の対で、鋼板を挟んで所定の圧力を加える。その後、電極の対に直流電流又は低周波の電流を流して溶接する。図１において、「第１通電」及び「第２通電」に示すように通電は二回に分けて行われ、第１回目の通電は鋼板に付着している酸化スケールを除去するために行う。これにより、スパッタの発生量を防ぐことができる。第２回目の通電は、第１回目より長く電流を流し本溶接のためになされる。本溶接によりナゲットが発生し、座屈と共にへそ部が発生する。

第３ステップとして、上下の溶接棒で複数の鋼板を挟んで所定厚を加えたままの状態を保持する。これにより、ナゲット部が冷却される。図２は第３ステップでのクール期間における鋼板２の冷却を模式的に示す図である。図２に示すように、へそ部を電極棒で挟んでいることによって、電極棒を水冷することで抜熱冷却による抜熱量が多く、ナゲット部の中央部から端部へ冷却が進行する。このクール期間が長く設定されることで、冷却速度が速くなり、ナゲット部の中央部が焼入れされ、溶接部はオーステナイト組成からマルテンサイトに組織が変わる。

第４ステップとして、クール期間が経過すると、図１に「第３通電」として示すように電極の対に高周波電流を流す。その後、電極の対による圧力印加を開放する。図３は、高周波通電による鋼板２の加熱を模式的に説明する図である。図３に示すように、高周波通電ではナゲット部の外周部に広範囲な蓄熱リングができる。この蓄熱リングの熱が内部及び外部方向へ伝達されることで焼戻しされる。

図４は、高周波通電後における焼戻しを模式的に説明する図である。図４に示すように、高周波による通電の終了後に電極２０を鋼板２から離すと、印加していた圧力が開放される。電極２０の開放と同時に蓄熱リングからナゲット部中央方向の低温域に熱が流入し、電極２０が接触していた領域全体を均熱にする。この流入した熱によりナゲット部は焼戻しされ、靭性値の高い焼戻しマルテンサイト組織に変わる。つまり、ナゲット部は、蓄熱リングからの流入した熱で焼入れ状態の溶接部が焼戻される。高周波の通電経路は溶接中央部を通る低周波と異なり、高周波の特性である表皮効果によって主に溶接部の外周の鋼板の表層部に作られ、高周波電流の磁束密度が高まる部位で、リング状の蓄熱域（蓄熱リングと呼ぶ。）を発生させる。

つまり、第４ステップでは、第２ステップとは異なり高周波電流を流すと、表皮効果によって、棒状の電極２０の軸に沿って上下方向に高周波電流が流れず、ナゲット部の中心を囲むようにリング状に電流が流れる。よって、リング状に蓄熱した部分からナゲットの中央部分の低温領域に熱が流れる。これにより、電極棒が接していた領域全体を均熱する。また、リング状の蓄熱した部分からナゲットの外側に向けて熱が流れる。これにより、ナゲット部の周辺部にも焼戻しがなされる。よって、延性や靭性の高い焼戻しマルテンサイト組織に変わる。これにより、第１ステップで熱処理された鋼板と同程度又はそれよりも低い硬さを有する焼戻し組織となる。

ここで、第３ステップでのクール期間の時間設定について詳細に説明する。第４ステップにおける高周波通電による溶接部の焼戻しによって、延性・靭性の高い焼戻しマルテンサイト組織に変更する。そのためには、クール期間において、溶接部が、マルテンサイト変態終了Ｍｆ点となる温度（「Ｍｆ温度」と表記する）よりも低い温度に冷却されていることが必要となる。Ｍｆ温度は、鋼板の組成、特に炭素の質量％によって定まる。Ｍｆ点を通過した部位を再度加熱すると、焼戻しマルテンサイトの組織となって、延性・靭性が向上する。これにより、溶接部とその近傍部分において、硬さが急激に減少して再度上昇するような分布とはならない。よって、破断モード不良や破断強度不足とならない。

図５は、図１に示す溶接方法により作製される溶接構造物の断面を模式的に示す図である。溶接構造物１は、図５に示すように、溶接部１３と非溶接部１１とを備えている。非溶接部１１は、第１ステップで形成された鋼板２，２の熱処理組織を保っている。溶接部１３は、溶融凝固部（ナゲット部）１３ａと、溶融凝固部１３ａを包囲する熱影響部１３ｂと、熱影響部１３ｂにおいて鋼板２，２との境界に形成されるコロナボンド部位１３ｃとを備え、熱影響部１３ｂと鋼板２，２との境界には空隙１４が生じる。熱影響部１３ｂはＨＡＺとも呼ばれている。

図６は、本発明の実施形態による溶接方法で製造される溶接構造物１の硬さ分布の例を示す図であり、図６（ａ）の構造に対応させて硬さ分布の例を図６（ｂ）に示している。この溶接構造物１では、溶融凝固部１３ａ側が、その周囲よりも高い硬さを有し、かつ溶融凝固部１３ａから離間した非溶接部１１の硬さ、即ちスポット溶接前の鋼板２の硬さよりも低い硬さを有する。点線はスポット溶接前の鋼材の硬さを示し、熱影響部１３ｂはナゲット部１３ａよりも低い硬さを有する。また、溶接部１３において硬さの極小となるピークが生じない。

なお、硬さ分布は、熱サイクルに応じて生じる組織分布に依存し、溶接部内とそれ以外での硬さの高低は、高周波により投入されるエネルギー量で調整される。第３ステップでの冷却により、Ｍｆ点を過ぎた部分の組織は、焼戻しにより焼戻しマルテンサイトに変更される。

（実施例１）
炭素鋼の溶接試験用の供試板材を作製した。素材にはＳ４５Ｃを用いた。Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓの質量％はそれぞれ０．４６，０．２２，０．７１，０．００９，０．００４であった。ＤＩ値は２２．３ｍｍであり、炭素当量Ｃ_ｅｑは０．６０％であった。供試板材の寸法は、圧延方向の長さが１５０ｍｍ、圧延方向に直交する方向の幅が５０ｍｍの平面視で矩形であり、厚み１．２ｍｍとした。

作製した供試板材に対して熱処理を施した。図７は、実施例１乃至３及び比較例１乃至３において、供試板材調整時の熱サイクル、組織、硬さ及び引張強度を示す図である。

実施例１では、図７に示すように供試板材に対して約５０℃／分の速度で５分間で９００℃まで直線的に昇温して急速に冷やすことで焼入れし、その後、電気炉に入れて２００℃一定で４０分加熱して取り出して焼戻しを施した。

図７に示すように、実施例１における熱処理後の鋼板の硬さは６１９ＨＶであり、引張強度は１．９５ＧＰａであった。組織は焼戻しマルテンサイトであった。なお、図７に示すように、[ＨＶ０．３]は、ビッカース硬さ（０．３ｋｇｆ）を意味し、ｎは測定点、Ｒは測定の最大値と最小値との差である。

熱処理をした鋼板二枚を十字に重ね合わせて上下の電極棒で挟み、４．５ｋＮの圧力を加え続けた。なお、使用した電極棒は直径６．０ｍｍとした。その状態において、図８（ａ）に示すように、低周波５０Ｈｚを０．０２秒で０Ａから１０ｋＡまで増加させて０．０２秒だけ一定に流した。その後、０．０２秒経過した後に、８ｋＡ一定に０．３４秒流した。その後１秒間経過した後に、２５ｋＨｚの高周波を７３ｋＷで出力し電極棒に０Ａから８ｋＡまで増加させ、高周波通電開始から０．９秒経過すると、通電を停止した。その後、０．０２秒そのままの状態を維持して電極棒への４．５ｋＮの加圧を開放し、電極棒を解放した。これにより実施例１の溶接構造物を作製した。評価として十字引張試験を行い、破断荷重と破断モードを調べた。

（比較例１）
比較例１として、実施例１と同様に、熱処理した鋼板二枚を用意した。その後、熱処理をした鋼板二枚を十字に重ね合わせて上下の電極棒で挟み、４．５ｋＮの圧力を加え続けた。その状態において、図８（ｂ）に示すように、低周波５０Ｈｚを０．０２秒で０Ａから１０ｋＡまで増加させて０．０２秒だけ一定に流した。次いで、０．０２秒経過した後に、８ｋＡ一定に０．３４秒流した。通電停止後２秒そのままの状態を維持して電極棒への４．５ｋＮの加圧を開放し、電極棒を解放した。作製した溶接構造物を実施例１と同様評価した。

（実施例２）
実施例２では、実施例１と同様に、Ｓ４５Ｃを素材に用いて同一寸法の供試板材を作製した。実施例２では、図７に示すように、熱サイクルでの電気炉焼戻し温度が異なり、４００℃一定とした。実施例２における熱処理後の鋼板の硬さは４３８ＨＶであり、引張強度は１.３１ＧＰａであった。組織は焼戻しマルテンサイトであった。熱処理した鋼板二枚を実施例１と同様の条件でスポット溶接し、溶接構造物を作製して評価した。ただし、電極棒による加力を４．０ｋＮとした。

（比較例２）
比較例２として、実施例２と同様に、熱処理した鋼板二枚を用意した。その後、比較例１と同様に溶接構造物を作製した。即ち、実施例２と同様な高周波通電を行わず低周波通電によってのみ溶接構造物を作製した。作製した溶接構造物を実施例２と同様評価した。

（実施例３）
実施例３では、実施例１及び実施例２と同様に、Ｓ４５Ｃを素材に用いて同一寸法の供試板材を作製した。実施例３の熱処理では、実施例１及び実施例２とは異なり、焼ならし処理をした。実施例３では、図７に示すように供試板材に対して約３０分で９００℃まで直線的に昇温し、その後１５分９００℃で保持した後、加熱を停止して、焼入れ液水槽に攪拌しながら投入した。

図７に示すように、実施例３における熱処理後の鋼板の硬さは２４０ＨＶであり、引張強度は０．７７ＧＰａであった。組織はフェライトとパーライトの二相組成であった。熱処理した鋼板二枚を実施例１と同様の条件でスポット溶接し、溶接構造物を作製して評価した。ただし、電極棒による加力を４．０ｋＮとした。

（比較例３）
比較例３として、実施例３と同様に、熱処理した鋼板二枚を用意した。その後、比較例１及び比較例２と同様に溶接構造物を作製した。即ち、実施例３のような高周波通電を行わず、比較例１及び２と同様に低周波通電によってのみ溶接構造物を作製した。作製した溶接構造物を実施例３と同様評価した。

（実施例１乃至３及び比較例１乃至３の評価結果）
実施例１乃至３及び比較例１乃至３の評価結果について説明する。図９はＣＴＳ強度を測定時のストローク−荷重曲線の結果を示す図である。横軸はストローク（ｍｍ）であり、縦軸は荷重（ｋＮ）である。各曲線から破断荷重を求めた。

図１０は、実施例１乃至３及び比較例１乃至３の評価結果を示す図表である。破断荷重に関し、実施例１乃至３では、平均値で７．５５ｋＮ，８．２４ｋＮ，５．７３ｋＮであり、対応する比較例１乃至３の平均値１．９４ｋＮ，２．６１ｋＮ，１.２１ｋＮと比較し、３〜５倍の強度を備えている。また、ナゲットの外観の観察から、実施例１乃至３では何れもプラグ破断となっているのに対し、比較例１乃至３では部分プラグ破断又は界面破断となっている。

図１１乃至図１３は、実施例１乃至３及び比較例１乃至３の評価結果のうち、マクロパターンとコロナボンド部の組織観察像及び硬さ分布を示すグラフを纏めた図表である。組織観察像からすると、比較例１乃至３では、ナゲット部と熱影響部との境に鮮明に観察されるのに対し、実施例１乃至３ではナゲット部と熱影響部との境が不鮮明となっていることが分かる。

また、二枚の鋼板の上下中心軸から０．１ｍｍほど離れた位置で、鋼板の長手方向に硬さ分布をみると、比較例１及び２では、ナゲット部と熱影響部とでは硬さが異なり、スポット溶接及び後熱高周波加熱による焼入れ及び焼戻しの影響を受けない部位では約６００ＨＶ，約４３０ＨＶの硬さを有しているのに対し、その影響を受けた部位（ナゲット部）では約７００ＨＶ以上の硬さを有している。また、ナゲット部ではほぼ一定の硬さを保っている。しかし、影響を受けた部位と受けていない部位との境界領域では、硬さが下がって低下しており、ＨＡＺ軟化層が形成されている。それゆえ、ＣＴＳ試験を行うと界面からだけでなく、このＨＡＺ軟化層からの破断も生じる。

一方、焼入れ及び焼戻し処理して熱処理した鋼板を用いてスポット溶接し、高周波電力により焼戻しした実施例１では、熱処理した鋼板の硬さが約６００ＨＶであり、実施例２では、熱処理した鋼板の硬さが約４３０Ｈｖであるのに比べ、図１１及び図１２に実線で示すように、溶接部１３の硬さが低くなっており、溶接部１３はその周囲よりも低い硬さを有していた。焼ならしで熱処理した鋼板を用いてスポット溶接及び高周波電力により焼戻しした実施例３では、熱処理した鋼板の硬さが約２４０ＨＶであり、図１３に示すように、溶接部１３の硬さは熱処理した鋼板の硬さより＋約１００ＨＶ高い値となっているが、この差は同程度と評価している。即ち、この実施例３でも、ナゲット部の硬さが熱処理した鋼板と同程度である。

実施例１乃至３及び比較例１乃至３の結果から、本発明の実施形態に係る溶接方法を用いることにより、炭素の割合が高い鋼板を熱処理して超高張用鋼板同士をスポット溶接した後、焼戻しすることで、延性・靭性を回復して溶接部を破断し難くできることが分かった。

（実施例４）
実施例３を比較例３と対比すると、後熱高周波による焼戻し処理を行うことで、ＣＴＳ値を高くし、十字引張試験でプラグ破断が得られることが分かった。そこで、実施例４では、後熱高周波の電力量を３８．７ｋＷ・ｓとした。それ以外は実施例３と同様にした。

（実施例５）
実施例５では、後熱高周波の電力量を３０．１ｋＷ・ｓとした。それ以外は実施例３と同様にした。

（実施例３乃至５及び比較例３の評価結果）
実施例３乃至５及び比較例３の評価結果について説明する。前述の図９と同様に、ストローク−荷重曲線の結果を求め、各曲線から破断荷重を求めた。実施例４、実施例５では、破断荷重は、実施例４では平均値で約５．７ｋＮであり、実施例５では平均値で約５．４ｋＮであった。電力量を６５．７ｋＷ・ｓから３８．７ｋＷ・ｓ、３０．１ｋＷ・ｓまで減少しても、破断荷重の値は殆ど変化せず、低電力量で後熱高周波による焼戻し処理できることが分かった。ナゲットの外観を観察したところ、実施例４、実施例５の何れもプラグ破断となっていた。

（その他の実施例）
実施例３乃至５では、炭素鋼の溶接試験用の供試板材を作製する素材として、Ｓ４５Ｃを用いたが、その他の素材としてＳ１５Ｃ、Ｓ２５Ｃ、Ｓ３５Ｃ、Ｓ５５Ｃの各素材を用いて供試板材を作製した。Ｓ１５Ｃでは、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓの質量％はそれぞれ０．１５，０．２６，０．４３，０．００８，０．０１０であり、ＤＩ値は８．６ｍｍであり、炭素当量Ｃ_ｅｑは０．２３％である。Ｓ２５Ｃでは、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓの質量％はそれぞれ０．２６，０．２６，０．４３，０．００９，０．０１１であり、ＤＩ値は１１．３ｍｍであり、炭素当量Ｃ_ｅｑは０．３４％である。Ｓ３５Ｃでは、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓの質量％はそれぞれ０．３５，０．２５，０．７５，０．００９，０．０１０であり、ＤＩ値は１８．６ｍｍであり、炭素当量Ｃ_ｅｑは０．４９％である。Ｓ５５Ｃでは、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓの質量％はそれぞれ０．５５，０．２５，０．７５，０．００８，０．０１１であり、ＤＩ値は２３.３ｍｍであり、炭素当量Ｃ_ｅｑは０．６９％である。

各素材を用いて作製した供試板材を実施例３と同様に焼ならし処理をし、二枚を重ね合わせてスポット溶接し、後熱高周波により焼戻し処理をした。なお、スポット溶接の際の加圧を、Ｓ１５Ｃでは２.５ｋＮとし、Ｓ２５Ｃでは３．０ｋＮとし、Ｓ３５Ｃ及びＳ５５Ｃでは４．０ｋＮとした。スポット溶接の際の第１通電を何れも１０．０Ａとし、第２通電をＳ３５Ｃでは８.５Ａとし、Ｓ１５Ｃ，Ｓ２５Ｃ，Ｓ３５Ｃ及びＳ５５Ｃでは８．０Ａとした。それ以外の条件については実施例３と同様にした。

後熱高周波での電力量を、２１．５ｋＷ・ｓ，３０．１ｋＷ・ｓ，３８．７ｋＷ・ｓ，６５．７ｋＷ・ｓとした。後熱高周波の電力投入時間は０．５ｓ〜０．９ｓで設定し、電力の大きさで調整した。

前述の実施例と同様に、硬さ分布を調べたところ、炭素量が異なる何れの炭素鋼板においても、後熱高周波加熱の部分的な焼戻効果により、ナゲット部の硬さは溶接されない部位、すなわち母材と比べて低下し、その度合いは、後熱高周波の電力量、即ち電力及び通電時間が増加するに従い、増加した。

図１４は、後熱高周波の電力×時間をパラメータとしたときのＣＴＳ（Cross Tensile Strength）の炭素含有量依存性を示す図である。横軸は炭素含有量（mass ％）であり、縦軸はＣＴＳ（Cross Tensile Strength）（ｋＮ）である。黒丸（●）プロットはパラメータの値が６５．７ｋＷ・ｓの場合であり、菱形（◆）プロットはパラメータの値が３８．７ｋＷ・ｓの場合であり、四角（■）プロットはパラメータの値が３０．１ｋＷ・ｓの場合であり、三角（▲）プロットはパラメータの値が２１．５ｋＷ・ｓの場合であり、白丸（○）プロットは後熱高周波による処理をしない場合である。各プロットの値は複数のサンプルを作製して測定した値の平均値であり、誤差バーを示している。また、プロットにおいて○で囲んだサンプルについては界面破断又は部分プラグ破断が生じたことを示している。

図１４から分かるように、後熱高周波による焼戻し処理を行わない場合、炭素質量％を増加させると、ＣＴＳの値は約５ｋＮから約１ｋＮまで大きく減少する。破断形態は、界面破断、部分プラグ破断の何れかであり、プラグ破断とはならなかった。

しかしながら、後熱高周波による焼戻し処理を行うことにより、炭素含有量が２．０質量％以上、即ち２．５質量％の以上の０．２６質量％、０．３５質量％、０．４６質量％、０．５５質量％であっても、ＣＴＳの値は５．０ｋＮ以上となることができ、電力と時間との積、すなわち電力量の値を増加させると、健全なナゲットを維持したプラグ破断となった。

このように、破断強度は、後熱高周波による処理を行わないと、炭素の質量％が０．３５以上で大きく低下するのに対し、後熱高周波による処理を行うと、炭素の質量％が増加しても低下度合いは比較的小さい。このように、後熱高周波による処理を行うことで、後熱高周波による処理を行わない場合と比較し、炭素の質量％が０．２５以下では１．５〜２倍となるのに対して、炭素の質量％が０．３５以上では３倍〜５倍となった。

よって、本発明によれば、従来、炭素の質量％が高い中・高炭素鋼を用いた溶接部材の強度を高めることができ、高張力鋼板の利用強度の水準を拡大することができるようになった。

本発明の実施形態は、上述に限らず適宜変更してもよい。高周波通電での電力量を実施例よりも低い値に設定することで、実際の生産ラインでの実現することができる。

１：溶接構造物
２：鋼板
１１：非溶接部
１３：溶接部
１３ａ：溶融凝固部（ナゲット部）
１３ｂ：熱影響部（ＨＡＺ）
１３ｃ：コロナボンド部位
１４：空隙
２０：電極

Claims (5)

1. 熱処理した鋼板を重ね合わせてスポット溶接をすることによってナゲット部を有する溶接部を形成し、
   前記ナゲット部の硬さを前記熱処理した鋼板と同程度又はそれよりも低くするように前記溶接部に高周波電流を流して焼戻しする、溶接方法。
2. 前記熱処理した鋼板は、焼入れ及び焼戻し処理、焼きならし処理の何れかの熱処理がなされている、請求項１に記載の溶接方法。
3. 前記熱処理した鋼板は、熱処理する前の状態において０．１５質量％以上０．５５質量％以下の炭素を含有する、請求項１又は２に記載のスポット溶接方法。
4. 熱処理された鋼材を重ね合わせた状態でスポット溶接により形成された溶接部と、前記溶接部以外の非溶接部と、を備え、
   前記非溶接部と同程度又はそれよりも低い硬さの焼戻し組織が前記溶接部のナゲット部に形成されている、溶接構造物。
5. 前記溶接部において硬さの極小値を有さない、請求項４に記載の溶接構造物。