JP5902599B2 - テーラードブランクの製造方法およびテーラードブランク - Google Patents

Description

本発明は、テーラードブランクの製造方法およびテーラードブランクに関する。詳しくは、厚板と薄板とを一方の面が一平面となる様に突き合せて溶接するテーラードブランクの製造方法およびテーラードブランクに関する。

従来、アーク溶接に関する技術として、特許文献１に開示された技術がある（特許文献１参照）。
特許文献１に開示された技術では、アーク溶接した後に、溶接金属の周りにレーザビームを照射してマルテンサイト変態点以上かつ溶融点以下に加熱する。この技術によると、溶接金属の周りに高硬度な接合部を広範囲に形成し、溶接金属のみに集中するひずみを低減し、疲労強度を向上できるとされている。

また、レーザ溶接に関する技術として、特許文献２に開示された技術がある（特許文献２参照）。
特許文献２に開示された技術では、レーザビームで突き合せ溶接し、次に接合部にレーザビーム吸収被膜処置を施し、さらに接合部に非集束したレーザビームを照射して加熱軟化させる。この技術によると、接合部はレーザビームの照射によって軟化して硬度が低下し、曲げ延性を有するため応力集中を緩和できるとされている。

特開平０７−１１８７５７号公報 特公昭６０−５４８３７号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、接合部の硬度が高いため、接合部に依然応力集中が生じる。このため、応力集中により接合部が割れたり、接合部近傍の薄板に伸びが集中して薄板が過度に板減したりするなどの不具合が生じる。

また、特許文献２に開示された技術では、接合部に非集束したレーザビームを照射して加熱軟化させる際に、接合部を溶融させないため、接合部の表面に溶接時に形成された凹凸が残存し、接合部の表面の凹凸が起点となる応力集中を防止できない。

本発明は、上記課題を解決するものであり、その目的は、接合部の硬度を低下させるとともに接合部の表面を平滑に形成するテーラードブランクの製造方法およびテーラードブランクを提供することにある。

厚板（例えば、後述の厚板２）と薄板（例えば、後述の薄板３）とを一方の面が一平面となる様に突き合せて溶接する溶接工程（例えば、後述の溶接工程Ｓ１）と、前記溶接工程で溶接した溶接部（例えば、後述の溶接部５）を再溶融させる再溶融工程（例えば、後述の再溶融工程Ｓ２）と、を有し、前記再溶融工程では、前記溶接部を再溶融させるための再溶融走査速度および入熱密度を、前記溶接部に焼きなましを入れて再溶融部（例えば、後述の再溶融部６）の冷却が進行する値に設定し、前記溶接工程は、前記厚板と前記薄板とが突き合せられた際に段差（例えば、後述の段差Ｄ）を生じる側（例えば、後述の車室内側Ｉ）から溶接し、前記再溶融工程は、前記厚板と前記薄板とが突き合わせられた際に一平面となる側（例えば、後述の意匠面側Ｏ）から前記溶接部を再溶融させることを特徴とするテーラードブランク（例えば、後述のテーラードブランク１）の製造方法。

本発明によると、再溶融工程での再溶融走査速度および入熱密度を、溶接部に焼きなましを入れて再溶融部の冷却が進行する値に設定する。すなわち、再溶融走査速度を低速にすることで、再溶融時に再溶融部から再溶融部の周辺に熱伝導される時間を増大し、加熱領域を広げる。したがって、溶接部の周囲の広い加熱領域が高温に保持されることで、再溶融部と加熱領域との温度差を小さくでき、再溶融部の冷却速度を遅くでき、溶接部が焼きなまされる速度で冷却が進行する。
このように溶接部を焼きなましを入れて冷却することで、接合部の硬度を低下させることができる。
また、溶接時に溶接部の表面に形成された凹凸を再溶融させることで、接合部の表面を平滑に形成することができる。
これらにより、接合部への応力集中や接合部の割れを緩和することができる。

また、本発明によると、溶接工程では、厚板と薄板とが突き合せられた際に段差を生じる側から溶接するため、厚板と薄板とに大きな厚みの差が生じていても、厚板の突出部を溶解させて厚板と薄板とが突き合せられた間を接合することができる。
また、再溶融工程では、厚板と薄板とが突き合わせられた際に一平面となる側から溶接部を再溶融させるため、厚板と薄板とが突き合わせられた際に一平面となる側の表面を平滑に形成することができる。

本発明によれば、接合部の硬度を低下させるとともに接合部の表面を平滑に形成するテーラードブランクの製造方法およびテーラードブランクを提供することができる。

本発明の実施形態に係るテーラードブランクを示す平面図である。 上記実施形態に係るテーラードブランクの製造方法を示す工程図である。 上記実施形態に係るテーラードブランクの溶接時の状態を示す図であり、（ａ）は溶接時の接合部を示し、（ｂ）は溶接後の接合部および硬度分布を示す。 上記実施形態に係るテーラードブランクの再溶融時の状態を示す図であり、（ａ）は再溶融時の接合部を示し、（ｂ）は再溶融後の接合部および硬度分布を示す。 上記実施形態に係るテーラードブランクの製造時の溶接点および再溶融点の状態を示し、（ａ）は溶接工程での溶接点および加熱領域を示し、（ｂ）は再溶融工程での再溶融点および加熱領域を示す。

以下に図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

まず、本実施形態に係るテーラードブランク１について説明する。
テーラードブランク（「ＴＷＢ」：Tailor Welded Blank）法は、必要な部位に必要な強度を有するブランク材料（半加工品）を配置する工法である。テーラードブランク法は、解析技術の進展に伴い、様々な分野で採用されている。特に自動車産業においては、テーラードブランク法により軽量化が図られ、ブランク材の歩留まりを向上させて生産コストの低減に大きく貢献するため、量産が求められる車両構造などに多く適用される。

図１は、本実施形態に係るテーラードブランク１を示す平面図である。
図１に示すテーラードブランク１は、車両のサイドパネルアウター用であり、板厚や材質の異なる２枚の鋼板をプレス成形前に接合し、１枚のブランク材としたものである。

テーラードブランク１は、厚板２と、薄板３と、から構成される。
厚板２は、車両衝突時の安全性などのために高強度の材料が用いられ、車両のサイドパネルアウターのうち下部を構成する。
薄板３は、車両の軽量化などのために軽量の材料が用いられ、車両のサイドパネルアウターのうち上部を構成する。薄板３の硬度ｈ２は、厚板２の硬度ｈ１よりも低い（図３（ｂ）参照）。

テーラードブランク１は、図１に示すように、厚板２と薄板３とが接合される接合部４を有する。
接合部４は、厚板２と薄板３とを、テーラードブランク１を用いて組み立てられる車両の外側となる意匠面側Ｏの面が一平面（面一）となる様に突き合せて溶接し、溶接した溶接部５を再溶融して最終的に接合されている（図３、図４参照）。

次に、テーラードブランク１の製造方法について説明する。
図２は、本実施形態に係るテーラードブランク１の製造方法を示す工程図である。
テーラードブランク１の製造方法は、溶接工程Ｓ１と、再溶融工程Ｓ２と、を有する。

溶接工程Ｓ１では、厚板２と薄板３とを意匠面側Ｏのそれぞれの面２ｆ，３ｆが一平面となる様に突き合せて、接合部４となる箇所を溶接する（図３（ａ）参照）。

図３は、本実施形態に係るテーラードブランク１の溶接時の状態を示す図であり、（ａ）は溶接時の接合部４を示し、（ｂ）は溶接後の接合部４および硬度分布を示す。
溶接工程Ｓ１では、図３（ａ）に示すように、厚板２と薄板３とが突き合せられた際にそれぞれの面２ｂ，３ｂが段差Ｄを生じる側であって、テーラードブランク１を用いて組み立てられる車両の車室内側Ｉから、面２ｂ，３ｂに対してレーザビームＬによる溶接を行う。
溶接は、レーザビーム装置１０からレーザビームＬを射出し、接合部４となる部位の延びる方向に溶接点Ｐｗを移動させて連続的に行う。

溶接を実施した溶接部５（接合部４）は、車室内側Ｉでは、厚板２と薄板３とのそれぞれの面２ｂ，３ｂの段差Ｄが傾斜面５ｂに溶解した溶接ビードの状態となる。また、溶接部５（接合部４）の意匠面側Ｏの表面５ｆは、図３（ｂ）に示すように、微小な凹凸が形成された状態となる。

また、溶接部５（接合部４）の硬度ｈ３は、表面５ｆから計測すると、図３（ｂ）の硬度分布に示すように、厚板２および薄板３の硬度ｈ１，ｈ２よりも高くなる。

再溶融工程Ｓ２では、溶接工程Ｓ１で溶接した溶接部５（接合部４）を再溶融させる。

図４は、本実施形態に係るテーラードブランク１の再溶融時の状態を示す図であり、（ａ）は再溶融時の接合部４を示し、（ｂ）は再溶融後の接合部４および硬度分布を示す。
再溶融工程Ｓ２では、図４（ａ）に示すように、厚板２と薄板３とが突き合せられた際にそれぞれの面２ｆ，３ｆが一平面となる意匠面側Ｏから、表面５ｆに対してレーザビームＬによる溶接部５（接合部４）の再溶融を行う。
再溶融は、レーザビーム装置２０からレーザビームＬを射出し、溶接部５（接合部４）の延びる方向に再溶融点Ｐｒを移動させて連続的に行う。

図５は、本実施形態に係るテーラードブランク１の製造時の溶接点Ｐｗおよび再溶融点Ｐｒの状態を示し、（ａ）は溶接工程Ｓ１での溶接点Ｐｗおよび加熱領域Ｒｗを示し、（ｂ）は再溶融工程Ｓ２での再溶融点Ｐｒおよび加熱領域Ｒｒを示す。

溶接工程Ｓ１では、図５（ａ）に示すように、溶接速度（溶接点Ｐｗの移動速度）は、Ｖａであり、その溶接点Ｐｗから厚板２および薄板３への加熱領域は、Ｒｗである。

再溶融工程Ｓ２では、溶接部５（接合部４）を再溶融させる再溶融走査速度および入熱密度を、溶接部５（接合部４）に焼きなましを入れて再溶融部６（接合部４）の冷却が進行する値に設定する。
ここで、再溶融走査速度とは、レーザビームＬを照射した再溶融点Ｐｒを溶接部５（接合部４）の延びる方向に進行させる速度である。

具体的には、再溶融工程Ｓ２では、図５（ｂ）に示すように、再溶融走査速度（再溶融点Ｐｒの移動速度）は、溶接速度Ｖａよりも低速のＶｂ（＜Ｖａ）であり、その再溶融点Ｐｒから厚板２および薄板３への加熱領域は、溶接時の加熱領域Ｒｗよりも広いＲｒ（＞Ｒｗ）である。
また、溶接部５を再溶融させる入熱密度も、溶接工程Ｓ１に対して低速な再溶融走査速度Ｖｂで比較的低温でゆっくり加熱できるよう、溶接時の入熱密度よりも低い値に設定する。

この再溶融走査速度および入熱密度の設定により、再溶融工程Ｓ２における再溶融時に厚板２および薄板３に対して再溶融部６（接合部４）から再溶融部６（接合部４）の周辺に熱伝導される加熱領域Ｒｒが広くなる。これにより、溶接部５（接合部４）の周囲の広い加熱領域Ｒｒが加熱されることで再溶融部６（接合部４）の冷却速度を遅くする。その結果、再溶融点Ｐｒの移動後の再溶融部６（接合部４）がゆっくり冷却されるため、溶接部５（接合部４）に焼きなましを入れて再溶融部６（接合部４）の冷却（硬化）が進行する。

ここで、焼きなましとは、溶接部５（接合部４）が溶接によって硬化した際の内部のひずみを取り除き、組織を軟化させて接合部４の硬度を低下させ、展延性を向上させるものである。

また、再溶融走査速度が低速のＶｂであり、再溶融点Ｐｒの移動の際に再溶融部６（接合部４）の表面６ｆに振動などを与えないため、表面６ｆに微小な凹凸が形成され難い。また、再溶融点Ｐｒの移動後の再溶融部６（接合部４）がゆっくり冷却され、表面６ｆに微小な凹凸が形成されていても、再溶融部６（接合部４）の硬化前に凸部が自重により沈んで表面６ｆが均される。
これらにより、溶接部５（接合部４）の意匠面側Ｏの表面５ｆに形成されていた微小な凹凸が再溶融されて均される。

なお、再溶融工程Ｓ２は、溶接部５（接合部４）の全体を再溶融させることが好ましいが、溶接時に溶接部５（接合部４）の意匠面側Ｏの表面５ｆに形成されていた微小な凹凸が再溶融されるとともに、溶接部５（接合部４）の主要部分に再溶融後の冷却時に焼きなましを入れられるものであればよい。

再溶融を実施した最終結合部７（接合部４）の表面７ｆは、図４（ｂ）に示すように、溶接部５（接合部４）の意匠面側Ｏの表面５ｆに形成されていた微小な凹凸が再溶融されて均された状態で冷却され、平坦に形成される。

また、再溶融を実施した最終結合部７（接合部４）の硬度ｈ４は、表面７ｆから計測すると、図４（ｂ）に示すように、破線で示す溶接部５（接合部４）の硬度ｈ３から低下する。

そして、溶接工程Ｓ１および再溶融工程Ｓ２を経て、溶接部５（接合部４）に焼きなましを入れて冷却した最終結合部７（接合部４）を備えるテーラードブランク１が製造される。

以上の本実施形態に係るテーラードブランク１の製造方法によれば、以下の効果を奏する。

（１）再溶融工程Ｓ２での再溶融走査速度Ｖｂおよび入熱密度を、溶接部５（接合部４）に焼きなましを入れて再溶融部６（接合部４）の冷却が進行する値に設定する。すなわち、再溶融走査速度を低速のＶｂにすることで、再溶融時に再溶融部６（接合部４）から再溶融部６（接合部４）の周辺に熱伝導される時間を増大し、加熱領域Ｒｒを広げる。したがって、溶接部５（接合部４）の周囲の広い加熱領域Ｒｒが加熱されることで、再溶融部６（接合部４）と加熱領域Ｒｒとの温度差を小さくでき、再溶融部６の冷却速度を遅くでき、溶接部５が焼きなまされる速度で冷却が進行する。
このように溶接部５を焼きなましを入れて冷却することで、最終結合部７（接合部４）の硬度を低下させることができる。特に、再溶融後の冷却速度を低速にして最終結合部７（接合部４）に焼きなましが入った状態となるため、最終結合部７（接合部４）の硬度をより低下させることができる。
また、溶接時に溶接部５の意匠面側Ｏの表面５ｆに形成された凹凸を再溶融させることで、最終結合部７（接合部４）の意匠面側Ｏの表面７ｆを平滑に形成することができる。
これらにより、接合部４への応力集中や接合部４の割れを緩和することができる。

すなわち、最終結合部７（接合部４）の意匠面側Ｏの表面７ｆを平滑に形成し、表面７ｆに溶接時の凹凸が残存しないため、凹凸が起点となる応力集中を防止することができる。
また、最終結合部７（接合部４）の硬度が低いため、最終結合部７（接合部４）に応力集中が生じ難い。
これらにより、最終結合部７（接合部４）に割れが生じ難く、最終結合部７（接合部４）の近傍の薄板３に伸びが集中せず薄板３は過度に板減しない。

（２）溶接工程Ｓ１では、厚板２と薄板３とが突き合せられた際に段差Ｄを生じる車室内側Ｉから溶接するため、厚板２と薄板３とに大きな厚みの差が生じていても、厚板２の突出部を溶解させて厚板２と薄板３とが突き合せられた間を接合することができる。
また、再溶融工程Ｓ２では、厚板２と薄板３とが突き合わせられた際に一平面となる意匠面側Ｏから溶接部５（接合部４）を再溶融させるため、意匠面側Ｏの表面７ｆを平滑に形成することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲で変形、改良などを行っても、本発明の範囲に包含される。

本実施形態では、溶接工程Ｓ１での溶接や再溶融工程Ｓ２の再溶融にレーザビームを熱源として用いた。しかしこれに限られない。例えば、溶接工程Ｓ１での溶接や再溶融工程Ｓ２の再溶融にアーク、電子ビーム、高周波などの他の熱源を用いてもよい。

１…テーラードブランク
２…厚板
３…薄板
４…接合部
５…溶接部
６…再溶融部
７…最終結合部
Ｄ…段差
Ｓ１…溶接工程
Ｓ２…再溶融工程
Ｖｂ…再溶融走査速度
Ｉ…車室内側
Ｏ…意匠面側

Claims (1)

1. 厚板と薄板とを一方の面が一平面となる様に突き合せて溶接する溶接工程と、
   前記溶接工程で溶接した溶接部を再溶融させる再溶融工程と、を有し、
   前記再溶融工程では、前記溶接部を再溶融させるための再溶融走査速度および入熱密度を、前記溶接部に焼きなましを入れて再溶融部の冷却が進行する値に設定し、
   前記溶接工程は、前記厚板と前記薄板とが突き合せられた際に段差を生じる側から溶接し、
   前記再溶融工程は、前記厚板と前記薄板とが突き合わせられた際に一平面となる側から前記溶接部を再溶融させることを特徴とするテーラードブランクの製造方法。

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