JP7059803B2 - Lap welding method - Google Patents
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Description
本発明は自動車の車体のドア開口部周りの部材を構成する3枚以上の金属板を重ね合わせて溶接する重ね溶接方法に係る。 The present invention relates to a superposition welding method in which three or more metal plates constituting a member around a door opening of an automobile body are superposed and welded.
従来、自動車の車体にあっては、車体の捩り剛性の向上や車両衝突時の変形量の低減等を図るために、ドア開口部周りの部材(各種ピラー等)を、複数枚の金属板による閉断面構造で構成している。例えば、閉断面構造で構成された骨格部材の表面に表皮材としての表面板を溶接している。このため、前記ドア開口部周りの部材としては、3枚以上の金属板を一体的に溶接する必要がある。 Conventionally, in the case of an automobile body, in order to improve the torsional rigidity of the body and reduce the amount of deformation in the event of a vehicle collision, the members around the door opening (various pillars, etc.) are made of multiple metal plates. It has a closed cross section structure. For example, a surface plate as a skin material is welded to the surface of a skeleton member having a closed cross-sectional structure. Therefore, as a member around the door opening, it is necessary to integrally weld three or more metal plates.
特許文献1には、3枚の金属板をスポット溶接によって一体的に接合することが開示されている。具体的には、車体を構成するセンタピラーを、センタピラーインナパネル、センタピラーアウタリインフォース、サイドアウタパネルによって構成し、断面がハット形状のセンタピラーアウタリインフォースと略平板形状のセンタピラーインナパネルとによって閉断面構造を構成すると共に、センタピラーアウタリインフォースの外側に、断面がハット形状のサイドアウタパネルを溶接している。より具体的には、各パネルの幅方向の外側縁に形成されたフランジ部同士を重ね合わせ、これらフランジ部をスポット溶接によって一体的に接合している。
しかしながら、3枚以上の金属板(特許文献1の場合には、センタピラーインナパネル、センタピラーアウタリインフォースおよびサイドアウタパネル)をスポット溶接のみによって接合する場合、このスポット溶接によって形成される溶接ナゲットを、各金属板に亘って形成する必要があることから、この溶接ナゲットの径を大きくする必要がある。このため、各パネルのフランジ部の幅寸法を大きくする(必要とする溶接ナゲットの径よりも大きくする)必要があり、センタピラーが大型化し、車体の軽量化を図ることが困難であった。
However, when three or more metal plates (in the case of
また、車体剛性の大部分をセンタピラーインナパネルとセンタピラーアウタリインフォースとで構成される閉断面構造で担う場合、サイドアウタパネルを薄肉化して車体の軽量化を図ることが好ましいが、このサイドアウタパネルにまで溶接ナゲットを形成しようとすると、このサイドアウタパネルの薄肉化を図るには限界がある。つまり、一般に溶接ナゲットは、重ね合わされた各パネル全体の板厚方向の略中央部に形成されることになるため、サイドアウタパネルにまで溶接ナゲットを形成しようとすると、このサイドアウタパネルにもある程度の板厚寸法が必要となる。これによっても、車体の軽量化を図ることが困難であった。具体的に、総板厚寸法(重ね合わされた各パネル全体の板厚寸法)に対するサイドアウタパネルの板厚寸法の比が1/5未満であった場合には、サイドアウタパネルにまで溶接ナゲットを形成することが困難になってしまう。このため、スポット溶接のみによって各金属板同士を接合する場合には、この比を1/5以上としておく必要があり、サイドアウタパネルを薄肉化して車体の軽量化を図るには限界があった。 In addition, when most of the rigidity of the vehicle body is borne by the closed cross-sectional structure composed of the center pillar inner panel and the center pillar outer reinforcement, it is preferable to reduce the thickness of the side outer panel to reduce the weight of the vehicle body. When trying to form a welded nugget, there is a limit to how thin the side outer panel can be. That is, in general, the weld nugget is formed in the substantially central portion in the plate thickness direction of each of the overlapped panels. Therefore, when trying to form a weld nugget even on the side outer panel, a certain amount of plate is also formed on this side outer panel. Thick dimensions are required. This also made it difficult to reduce the weight of the vehicle body. Specifically, if the ratio of the plate thickness dimension of the side outer panel to the total plate thickness dimension (the plate thickness dimension of the entire superimposed panel) is less than 1/5, a weld nugget is formed even on the side outer panel. Will be difficult. For this reason, when joining metal plates to each other only by spot welding, it is necessary to set this ratio to 1/5 or more, and there is a limit to reducing the thickness of the side outer panel and reducing the weight of the vehicle body.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、3枚以上の金属板を重ね合わせて溶接する場合に、十分な車体剛性を得ながらも車体の軽量化を図ることが可能な重ね溶接方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of this point, and an object thereof is to reduce the weight of the vehicle body while obtaining sufficient vehicle body rigidity when three or more metal plates are laminated and welded. It is an object of the present invention to provide a feasible lap welding method.
前記の目的を達成するための本発明の解決手段は、車体のドア開口部周りの部材を構成する、車体表面側に位置する表面板と、該表面板の車室内側に隣接する第1の車体構造板と、該第1の車体構造板の車室内側に隣接する第2の車体構造板とを含む3枚以上の金属板それぞれが、前記ドア開口部の開口縁に沿って延在する本体部と該本体部の外側縁に連続し且つ前記ドア開口部の開口縁に沿って延在するフランジ部とを備え、前記各金属板の前記各フランジ部同士を重ね合わせて、これらフランジ部を溶接する重ね溶接方法を前提とする。そして、この重ね溶接方法は、前記第1の車体構造板、前記第2の車体構造板および前記表面板それぞれの前記フランジ部同士を重ね合わせた状態で前記第1の車体構造板の前記フランジ部と前記第2の車体構造板の前記フランジ部とを、前記ドア開口部の開口縁に沿う複数箇所でスポット溶接によって接合するスポット溶接工程と、前記スポット溶接工程の後、前記スポット溶接での溶接箇所同士の間の箇所を含む複数箇所で、前記表面板側からレーザ光を照射し且つこのレーザ光によって溶融した前記表面板の前記フランジ部および前記第1の車体構造板の前記フランジ部それぞれの溶融金属で成る溶融池を前記レーザ光の走査によって攪拌させて、前記表面板の前記フランジ部と前記第1の車体構造板の前記フランジ部とを接合するレーザ溶接工程とを行い、前記レーザ溶接工程におけるレーザ溶接箇所は、その中心位置が、前記表面板の前記フランジ部および前記第1の車体構造板の前記フランジ部それぞれにおける前記ドア開口部の開口縁に沿う方向に直交する幅方向での中央位置よりも前記本体部寄りの位置であって、且つ前記スポット溶接工程におけるスポット溶接により生成された溶接ナゲットにおける前記幅方向での中央位置よりも前記本体部寄りの位置に設定されており、前記レーザ溶接工程におけるレーザ溶接箇所の溶接ピッチは、前記スポット溶接工程における溶接箇所の溶接ピッチよりも小さく設定されていることを特徴とする。 The solution of the present invention for achieving the above object is a surface plate located on the vehicle body surface side, which constitutes a member around the door opening of the vehicle body, and a first surface plate adjacent to the vehicle interior side of the surface plate. Each of three or more metal plates including the vehicle body structure plate and the second vehicle body structure plate adjacent to the vehicle interior side of the first vehicle body structure plate extends along the opening edge of the door opening. A flange portion that is continuous with the outer edge of the main body portion and extends along the opening edge of the door opening is provided, and the flange portions of the metal plates are overlapped with each other, and these flange portions are overlapped with each other. Welding is premised on the lap welding method. Then, in this lap welding method, the flange portion of the first vehicle body structure plate is overlapped with the flange portions of the first vehicle body structure plate, the second vehicle body structure plate, and the surface plate . And the flange portion of the second vehicle body structural plate are joined by spot welding at a plurality of locations along the opening edge of the door opening, and after the spot welding step, welding by the spot welding is performed. At a plurality of locations including the locations between the locations, the flange portion of the surface plate and the flange portion of the first vehicle body structural plate , each of which is irradiated with a laser beam from the surface plate side and melted by the laser beam. A molten pool made of molten metal is agitated by scanning the laser beam to perform a laser welding step of joining the flange portion of the surface plate and the flange portion of the first vehicle body structural plate, and the laser is performed. The center position of the laser welded portion in the welding process is in the width direction orthogonal to the direction along the opening edge of the door opening in each of the flange portion of the surface plate and the flange portion of the first vehicle body structure plate. It is set to a position closer to the main body than the center position of the main body and to a position closer to the main body than the center position in the width direction in the welding nugget generated by spot welding in the spot welding step. The welding pitch of the laser welded portion in the laser welding step is set to be smaller than the welding pitch of the welded portion in the spot welding step .
この特定事項により、車体のドア開口部周りの部材を構成する表面板、第1の車体構造板および第2の車体構造板を重ね合わせて溶接する際には、先ず、これら金属板を重ね合わせた状態で第1の車体構造板と第2の車体構造板とを、ドア開口部の開口縁に沿う複数箇所でスポット溶接によって接合する。その後、このスポット溶接での溶接箇所同士の間の箇所を含む複数箇所で、表面板側からレーザ光を照射することによるレーザ溶接を行って表面板と第1の車体構造板とを接合する。この際のレーザ溶接では、レーザ光によって溶融した表面板および第1の車体構造板の溶融金属で成る溶融池をレーザ光の走査によって攪拌させる。これにより、溶融池を形成している溶融金属の表面張力によって該溶融金属が纏まって表面板と第1の車体構造板との間に亘って介在されることになり、これら表面板と第1の車体構造板とが溶接される。 Due to this specific matter, when the surface plate, the first vehicle body structure plate, and the second vehicle body structure plate constituting the members around the door opening of the vehicle body are overlapped and welded, first, these metal plates are overlapped with each other. In this state, the first vehicle body structure plate and the second vehicle body structure plate are joined by spot welding at a plurality of locations along the opening edge of the door opening. After that, laser welding is performed by irradiating laser light from the surface plate side at a plurality of locations including the locations between the welded portions in this spot welding to join the surface plate and the first vehicle body structural plate. In the laser welding at this time, the molten metal made of the molten metal of the surface plate and the first vehicle body structure plate melted by the laser beam is agitated by scanning the laser beam. As a result, the surface tension of the molten metal forming the molten pool causes the molten metal to gather together and intervene between the surface plate and the first vehicle body structural plate, and these surface plates and the first body structure plate are intervened. It is welded to the vehicle body structure plate.
前記スポット溶接工程にあっては、溶接箇所がスポット溶接電極によって挟持されることから、これによる表面板の変形によって、スポット溶接箇所同士の間の領域において表面板と第1の車体構造板との間の隙間が大きくなる傾向にあるが、前述したレーザ光の走査による溶融池の攪拌により、溶融金属が表面板と第1の車体構造板との間の隙間を埋めて、これら表面板と第1の車体構造板とを良好に溶接することになる。 In the spot welding step, since the welded portion is sandwiched by the spot welded electrode, the deformation of the surface plate due to this causes the surface plate and the first vehicle body structural plate to be in the region between the spot welded portions. The gap between them tends to be large, but due to the stirring of the molten pool by scanning the laser beam described above, the molten metal fills the gap between the surface plate and the first vehicle body structural plate, and these surface plates and the first The vehicle body structure plate of No. 1 will be welded well.
なお、このレーザ溶接は、表面板と第1の車体構造板との間に隙間が生じていない場合にも有効である。つまり、金属板が亜鉛めっき鋼板であった場合、従来の一般的なレーザ溶接では、表面板と第1の車体構造板との間に隙間が生じていない場合に、溶融金属内部で亜鉛蒸気が爆発して接合部分に孔が空いてしまう虞があったが、本解決手段に係るレーザ溶接によれば、表面板と第1の車体構造板との間に隙間が生じていない場合であっても、溶融池が攪拌されることで亜鉛蒸気は良好に排出され、接合部分に孔が空いてしまうことを抑制できる。 It should be noted that this laser welding is also effective when there is no gap between the surface plate and the first vehicle body structural plate. That is, when the metal plate is a galvanized steel plate, in the conventional general laser welding, when there is no gap between the surface plate and the first vehicle body structural plate, zinc vapor is generated inside the molten metal. There was a risk of explosion and a hole in the joint, but according to the laser welding according to this solution, there is no gap between the surface plate and the first vehicle body structural plate. However, the zinc vapor is satisfactorily discharged by stirring the molten pool, and it is possible to suppress the formation of holes in the joint portion.
このように本解決手段に係る重ね溶接方法によれば、スポット溶接とレーザ溶接との併用によって3枚以上の金属板を一体的に接合することができる。つまり、スポット溶接のみによって3枚以上の金属板を接合するものではないため、溶接ナゲットの径を大きくする必要はなく(各金属板に亘って溶接ナゲットを形成する必要がないことから該溶接ナゲットの径を大きくする必要はなく)、各金属板の接合部分(例えばフランジ部)の幅寸法を小さくして車体の軽量化を図ることができる。また、表面板と第1の車体構造板とはレーザ溶接によって接合されるため、スポット溶接での溶接ナゲットを表面板にまで形成する必要がなくなり、該表面板の薄肉化を図ることができ、これによっても車体の軽量化を図ることができる。そして、スポット溶接にあっては、溶接すべき溶接箇所を流れる電流がその溶接箇所の近傍に存在する既に溶接された溶接箇所へ流れ込むといった分流が生じる可能性があることから溶接ピッチを小さくするには制約があったが、この溶接ピッチの制約を受けないレーザ溶接を併用することにより、十分な車体剛性を確保することが可能である。このように、本解決手段によれば、3枚以上の金属板を重ね合わせて溶接する場合に、十分な車体剛性を得ながらも車体の軽量化を図ることが可能である。 As described above, according to the lap welding method according to the present solution, three or more metal plates can be integrally joined by the combined use of spot welding and laser welding. That is, since it is not necessary to join three or more metal plates only by spot welding, it is not necessary to increase the diameter of the welding nugget (since it is not necessary to form a welding nugget over each metal plate, the welding nugget is not required). It is not necessary to increase the diameter of the metal plate), and the width dimension of the joint portion (for example, the flange portion) of each metal plate can be reduced to reduce the weight of the vehicle body. Further, since the surface plate and the first vehicle body structure plate are joined by laser welding, it is not necessary to form a welding nugget in the surface plate by spot welding, and the wall thickness of the surface plate can be reduced. This also makes it possible to reduce the weight of the vehicle body. Then, in spot welding, the welding pitch may be reduced because there is a possibility that a current flowing through the welded portion to be welded may flow into an already welded welded portion existing in the vicinity of the welded portion. Although there were restrictions, it is possible to secure sufficient vehicle body rigidity by using laser welding that is not restricted by this welding pitch. As described above, according to the present solution, when three or more metal plates are superposed and welded, it is possible to reduce the weight of the vehicle body while obtaining sufficient vehicle body rigidity.
また、前記レーザ溶接工程におけるレーザ光の条件は、該レーザ光が前記表面板を貫通することなく、この表面板と前記第1の車体構造板とを前記溶融池の形成を可能とするように溶融させる値に設定されていることが好ましい。 Further, the condition of the laser beam in the laser welding step is such that the surface plate and the first vehicle body structure plate can form the molten pool without the laser beam penetrating the surface plate. It is preferable that the value is set to melt.
これによれば、レーザ溶接工程にあっては、表面板および第1の車体構造板を溶融させて溶融池を形成するための必要最小限のレーザ光のエネルギ量で表面板と第1の車体構造板とを溶接することができる。 According to this, in the laser welding process, the surface plate and the first vehicle body structure plate are melted with the minimum amount of laser light energy required to form a molten pool. It can be welded to the structural plate.
また、前記第1の車体構造板および前記第2の車体構造板の少なくとも一方が超高張力鋼板で成ると共に、前記表面板が前記第1の車体構造板および前記第2の車体構造板よりも硬度の低い鋼板で成る場合、前記スポット溶接工程の後に行われるレーザ溶接工程では、前記スポット溶接での溶接箇所の周囲の熱影響部の外側にレーザ光を照射して前記表面板と前記第1の車体構造板とを接合することが好ましい。ここでいう超高張力鋼板とは、例えば超ハイテン材やホットスタンプ材である。 Further, at least one of the first vehicle body structure plate and the second vehicle body structure plate is made of an ultra-high tension steel plate, and the surface plate is larger than the first vehicle body structure plate and the second vehicle body structure plate. In the case of a steel plate having a low hardness, in the laser welding step performed after the spot welding step, the surface plate and the first first are irradiated with a laser beam to the outside of the heat-affected zone around the welded portion in the spot welding. It is preferable to join the body structure plate of the above. The ultra-high-strength steel plate referred to here is, for example, an ultra-high-tensile material or a hot stamping material.
一般に、超高張力鋼板をスポット溶接した場合、溶接時に発生する熱の影響により溶接箇所の周囲の熱影響部は母材(熱の影響を受けていない部分)よりも硬度が低くなる。このように硬度が低くなった部分は外力が作用した際に応力が集中しやすく、部材強度を十分に確保できなくなる可能性がある。この点に鑑み、本解決手段では、レーザ溶接工程の実施によって、スポット溶接での溶接箇所の周囲の熱影響部の外側を加熱(入熱)することにより、この熱影響部の周辺が焼き戻され、この部分の硬度を熱影響部の硬度に近付けることができる。これにより、外力が作用した際に熱影響部に応力が集中し難くなり、部材強度の向上を図ることができる。 Generally, when an ultra-high-strength steel plate is spot-welded, the heat-affected zone around the welded portion has a lower hardness than the base metal (the portion not affected by heat) due to the influence of heat generated during welding. In such a portion where the hardness is low, stress tends to be concentrated when an external force is applied, and there is a possibility that sufficient member strength cannot be secured. In view of this point, in the present solution, by performing a laser welding process, the outside of the heat-affected zone around the welded portion in spot welding is heated (heat-affected zone), so that the periphery of the heat-affected zone is tempered. Therefore, the hardness of this portion can be brought close to the hardness of the heat-affected zone. As a result, stress is less likely to be concentrated on the heat-affected zone when an external force is applied, and the strength of the member can be improved.
本発明では、表面板、第1の車体構造板および第2の車体構造板を含む3枚以上の金属板を重ね合わせて溶接するに際し、スポット溶接によって第1の車体構造板と第2の車体構造板とを接合した後、このスポット溶接での溶接箇所同士の間の箇所を含む複数箇所で、表面板側からレーザ光を照射し且つこのレーザ光によって溶融した表面板および第1の車体構造板の溶融金属で成る溶融池をレーザ光の走査によって攪拌させて、これら表面板と第1の車体構造板とを接合するようにしている。これにより、各金属板の接合部分(例えばフランジ部)の幅寸法を小さくし且つ表面板の薄肉化を可能としながらも各金属板を高い接合強度で接合することができ、十分な車体剛性を得ながらも車体の軽量化を図ることが可能となる。 In the present invention, when three or more metal plates including a surface plate, a first body structure plate and a second body structure plate are overlapped and welded, the first body structure plate and the second vehicle body are welded by spot welding. After joining with the structural plate, the surface plate and the first vehicle body structure melted by irradiating the laser beam from the surface plate side at a plurality of locations including the portion between the welded portions in this spot welding. A molten pool made of molten metal of the plate is agitated by scanning with a laser beam so that these surface plates and the first vehicle body structural plate are joined. As a result, each metal plate can be joined with high joint strength while reducing the width dimension of the joint portion (for example, the flange portion) of each metal plate and making the surface plate thinner, thereby providing sufficient vehicle body rigidity. It is possible to reduce the weight of the car body while obtaining it.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、本発明に係る重ね溶接方法を、車体のドア開口部周りの部材であるセンタピラー(Bピラーと呼ばれる場合もある)を構成する金属板同士の溶接に適用した場合について説明する。なお、車体のドア開口部周りの他の部材(例えば後述するロッカ等)を構成する金属板同士の溶接にも本発明に係る重ね溶接方法は適用することが可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present embodiment describes a case where the lap welding method according to the present invention is applied to welding metal plates constituting a center pillar (sometimes called a B pillar) which is a member around a door opening of a vehicle body. .. The lap welding method according to the present invention can also be applied to welding of metal plates constituting other members (for example, rockers described later) around the door opening of the vehicle body.
(車両ボディの構成)
図1は、本実施形態に係る重ね溶接方法によって製造された車両ボディ10を示す側面図である。なお、図1では、車体前方側を矢印FRで示し、車体上方側を矢印UPで示している。
(Vehicle body configuration)
FIG. 1 is a side view showing a
図1に示すように、車両ボディ10には、車体側部の下部において車体前後方向に沿ってロッカ11が延在されている。このロッカ11の前端部からは、上方へ向かってフロントピラー12が延在されている。また、ロッカ11の車体前後方向中央部からは、上方へ向かってセンタピラー13が延在されている。更に、ロッカ11の後端部からは、上方へ向かってリヤピラー14が延在されている。このリヤピラー14はリヤフェンダパネル15と一体的に形成されている。フロントピラー12の上端部、センタピラー13の上端部およびリヤピラー14の上端部それぞれには、車体前後方向に沿って延在されたルーフサイドレール16が接合(溶接)されている。
As shown in FIG. 1, in the
そして、ロッカ11の前側部分、フロントピラー12、ルーフサイドレール16の前側部分およびセンタピラー13によって、車体側面視で略矩形状のフロントサイドドア開口部61が形成されている。また、ロッカ11の後側部分、センタピラー13、ルーフサイドレール16の後側部分およびリヤピラー14によって、車体側面視で略矩形状のリヤサイドドア開口部62が形成されている。つまり、これらロッカ11、フロントピラー12、センタピラー13、リヤピラー14、ルーフサイドレール16が車体のドア開口部周りの部材となっている。
The front side portion of the
(センタピラーの構成)
図2は、図1におけるII-II線に沿ったセンタピラー13の断面図である。この図2に示すように、センタピラー13は、車体表面側に位置する表面板としてのサイドアウタパネル7、このサイドアウタパネル7に対して車幅方向の内側(サイドアウタパネル7の車室内側)に隣接して配置された第1の車体構造板としてのセンタピラーアウタリインフォース8、このセンタピラーアウタリインフォース8に対して車幅方向の内側(センタピラーアウタリインフォース8の車室内側)に隣接して配置されたセンタピラーインナパネル9が一体的に溶接されて構成されている。
(Composition of center pillar)
FIG. 2 is a cross-sectional view of the
センタピラーアウタリインフォース8は、鋼板で形成されており、断面形状が、車幅方向の内側に開放したハット形状を成している。つまり、このセンタピラーアウタリインフォース8は、車体前後方向および車体上下方向に沿って延びる第1プレート部81、この第1プレート部81における車体前方側の端縁から車幅方向の内側に向かって延びる前側第2プレート部82、前記第1プレート部81における車体後方側の端縁から車幅方向の内側に向かって延びる後側第2プレート部83、前記前側第2プレート部82の先端縁(車幅方向の内側の先端縁)から車体前方側に向かって延びる前側フランジ部84、前記後側第2プレート部83の先端縁(車幅方向の内側の先端縁)から車体後方側に向かって延びる後側フランジ部85を備えている。前記第1プレート部81、前側第2プレート部82および後側第2プレート部83によって本発明でいう第1の車体構造板のピラー本体部が構成されている。つまり、前記各フランジ部84,85は、このピラー本体部の幅方向の両外側縁に連続して形成されている。
The center pillar
また、センタピラーインナパネル9は、平板状の鋼板で成っている。このセンタピラーインナパネル9の幅寸法(車体前後方向の寸法)は前記センタピラーアウタリインフォース8の車体前後方向の寸法に略一致している。このセンタピラーインナパネル9は、センタピラーアウタリインフォース8に溶接された状態(図2に示す状態)において前記第1プレート部81および各第2プレート部82,83それぞれに対向する本体部(ピラー本体部)91、前記センタピラーアウタリインフォース8の前側フランジ部84に溶接される前側フランジ部92、および、前記センタピラーアウタリインフォース8の後側フランジ部85に溶接される後側フランジ部93を備えている。つまり、これら各フランジ部92,93は、本体部91の幅方向の両外側縁に連続して形成されている。このようにしてセンタピラーアウタリインフォース8とセンタピラーインナパネル9とが溶接されることにより、これら両者によって閉断面構造が構成される。
Further, the center pillar
サイドアウタパネル7は、鋼板で形成されており、センタピラー13の意匠面を構成する板材である。また、このサイドアウタパネル7は、断面形状が、前記センタピラーアウタリインフォース8と同様に車幅方向の内側に開放したハット形状を成している。つまり、このサイドアウタパネル7は、車体前後方向および車体上下方向に沿って延び且つ前記センタピラーアウタリインフォース8の第1プレート部81の外側面に重ね合わされる第1プレート部71、この第1プレート部71における車体前方側の端縁から車幅方向の内側に向かって延び且つ前記センタピラーアウタリインフォース8の前側第2プレート部82の外側面に重ね合わされる前側第2プレート部72、前記第1プレート部71における車体後方側の端縁から車幅方向の内側に向かって延び且つ前記センタピラーアウタリインフォース8の後側第2プレート部83の外側面に重ね合わされる後側第2プレート部73を備えている。また、このサイドアウタパネル7は、前記前側第2プレート部72の先端縁から車体前方側に向かって延び且つ前記センタピラーアウタリインフォース8の前側フランジ部84の外側面に重ね合わされる前側フランジ部74、前記後側第2プレート部73の先端縁から車体後方側に向かって延び且つ前記センタピラーアウタリインフォース8の後側フランジ部85の外側面に重ね合わされる後側フランジ部75を備えている。前記第1プレート部71、前側第2プレート部72および後側第2プレート部73によって本発明でいう表面板のピラー本体部が構成されている。つまり、前記各フランジ部74,75は、このピラー本体部の幅方向の両外側縁に連続して形成されている。
The side
前記サイドアウタパネル7、センタピラーアウタリインフォース8およびセンタピラーインナパネル9それぞれの板厚寸法の関係としては、これら部材のうちセンタピラーアウタリインフォース8が最も板厚寸法が大きく設定されており、また、サイドアウタパネル7が最も板厚寸法が小さく設定されている。例えば、センタピラーアウタリインフォース8は2.4mm~3.0mmの範囲の所定値に板厚寸法が設定され、センタピラーインナパネル9は1.1mm~2.3mmの範囲の所定値に板厚寸法が設定され、サイドアウタパネル7は0.3mm~1.0mmの範囲の所定値に板厚寸法が設定されている。また、サイドアウタパネル7の板厚寸法に対する総板厚寸法(サイドアウタパネル7、センタピラーアウタリインフォース8およびセンタピラーインナパネル9それぞれの板厚寸法の和)の比が「5」以上となるように各板厚寸法は設定されている。これは、センタピラーアウタリインフォース8およびセンタピラーインナパネル9は車体剛性を担う部材であることから、十分な車体剛性を得ることができる板厚寸法としたものである。また、サイドアウタパネル7は、センタピラー13の意匠面を構成する板材であり、板厚寸法を小さく設定して車体重量の軽量化に寄与させるためである。なお、前記板厚寸法の比の設定範囲としては最大値が「10」とされている。この値はこれに限定されるものではない。
Regarding the relationship between the plate thickness dimensions of the side
(レーザ溶接装置)
後述するように、前記サイドアウタパネル7、センタピラーアウタリインフォース8、センタピラーインナパネル9は、スポット溶接およびレーザ溶接を併用することによって一体的に接合される。スポット溶接はスポット溶接装置により、レーザ溶接はレーザ溶接装置によりそれぞれ行われる。これら溶接装置は、車体製造ライン上の溶接工程箇所に配置されており、スポット溶接装置がレーザ溶接装置よりも車体製造ラインにおける上流側に配置されている。このため、スポット溶接装置によるスポット溶接(車両ボディ10の各部の溶接)が行われた後、レーザ溶接装置によるレーザ溶接が行われることになる。
(Laser welding equipment)
As will be described later, the side
スポット溶接装置は従来から周知の一般的なものが使用されているため、ここでの説明は省略する(例えば、特開2008-290149号公報を参照)。 Since a general spot welding device that has been well known has been used, the description thereof is omitted here (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-290149).
レーザ溶接装置は、一般的なレーザ溶接とは異なり、レーザ光によって溶融した溶融金属で成る溶融池をレーザ光の走査によって攪拌させるようにしたものである。ここでいう「走査」とは、レーザ光を照射しながら、その照射位置を変更することを意味する。この溶接方法は一般にLSW(laser screw welding)と呼ばれている。以下、レーザ溶接装置について説明する。 Unlike general laser welding, the laser welding apparatus is such that a molten pool made of molten metal melted by a laser beam is agitated by scanning the laser beam. The term "scanning" as used herein means changing the irradiation position while irradiating the laser beam. This welding method is generally called LSW (laser screw welding). Hereinafter, the laser welding apparatus will be described.
図3は、レーザ溶接装置1を示す概略構成図である。この図3に示すように、レーザ溶接装置1は、レーザ発振器2、レーザスキャナ3、溶接ロボット4、および、ロボットコントローラ5を備えている。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing the
レーザ発振器2はレーザ光を生成する。この生成されたレーザ光は、光ファイバーケーブル21を経てレーザスキャナ3に導かれる。レーザ光としては、例えば炭酸ガスレーザ、YAGレーザ、ファイバーレーザ等を用いることができる。
The
レーザスキャナ3は、光ファイバーケーブル21を経て導かれたレーザ光を、ワークW(例えば前記センタピラー13)に照射する(図3の一点鎖線を参照)。レーザスキャナ3の内部には図示しないレンズ群や複数のミラーが収容されている。レンズ群としては、レーザ光を平行光にするためのコリメートレンズや、レーザ光をワークWの加工点(ワークW上の所定のレーザ照射位置)において焦点を結ぶように集光させる集光レンズ等が備えられている。また、各ミラーはそれぞれ1つの回動軸を中心に回動可能に構成されている。これらミラーによってレーザ光を走査し、ワークWの所定範囲内でレーザ光を走査することが可能となっている。各ミラーは例えばガルバノミラーを用いて構成することができる。
The
前述したように、本実施形態に係るレーザ溶接はレーザスクリューウェルディング(LSW)である。つまり、ワークWの溶接部(溶接箇所)の中心位置の周囲の全周に亘ってレーザ光を走査していき、この溶接部を溶融させることで溶接を行うものとなっている。このレーザ光の走査が前記各ミラーによって行われることになる。 As described above, the laser welding according to the present embodiment is laser screw welding (LSW). That is, the laser beam is scanned over the entire circumference around the center position of the welded portion (welded portion) of the work W, and the welded portion is melted to perform welding. The scanning of the laser beam will be performed by each of the mirrors.
溶接ロボット4は、レーザスキャナ3を移動可能とするように構成されている。この溶接ロボット4は、多関節ロボットによって構成されている。具体的に、本実施形態のものでは、ベース台41、ベース台41の内部に収容された回転機構(図示省略)、関節42,43,44、および、アーム45,46,47を備えている。回転機構の回転動作および各関節42,43,44におけるアーム45,46,47の揺動動作により、レーザスキャナ3を任意の方向に移動することが可能となっている。
The
ロボットコントローラ5には、予めオフラインティーチングによって、溶接箇所に向けてレーザスキャナ3を移動させるための情報(各関節42,43,44の回動角度量等の情報)が記憶されている。そして、車体製造ライン上の溶接工程箇所まで車体が搬送されてきた際に、ロボットコントローラ5からの制御信号に従い、前記情報に基づいて溶接ロボット4が作動することで、各溶接箇所に対して順次LSWが行われていくことになる。
The
(溶接動作)
次に、車両ボディ10を製造するための溶接動作について説明する。特にここでは、前記センタピラー13を構成する前記サイドアウタパネル7、センタピラーアウタリインフォース8およびセンタピラーインナパネル9を一体的に接合するための溶接動作について主に説明する。
(Welding operation)
Next, a welding operation for manufacturing the
この溶接動作にあっては、ボディ骨格の溶接工程、スポット溶接工程、レーザ溶接工程が車体製造ライン上で順次行われる。 In this welding operation, a body skeleton welding process, a spot welding process, and a laser welding process are sequentially performed on the vehicle body manufacturing line.
図4は、ボディ骨格の溶接工程を説明するための側面図である。この図4に示すように、ボディ骨格の溶接工程は、ロッカ11、フロントピラー12、センタピラー13、ルーフサイドレール16それぞれの骨格部材11’,12’,13’,16’同士が一体的に溶接される。なお、図4では、既にセンタピラー13の骨格部材13’とルーフサイドレール16の骨格部材16’とは溶接されている。この骨格部材11’,12’,13’,16’とは、表皮材であるアウタパネル(センタピラー13にあってはサイドアウタパネル7)が未だ溶接されておらず、リインフォース(センタピラー13にあってはセンタピラーアウタリインフォース8)とインナパネル(センタピラー13にあってはセンタピラーインナパネル9)とが溶接(仮止め)されて成る閉断面構造の部材である。
FIG. 4 is a side view for explaining the welding process of the body skeleton. As shown in FIG. 4, in the welding process of the body skeleton, the skeleton members 11', 12', 13', 16'of the
ロッカ11の骨格部材11’の前端部がフロントピラー12の骨格部材12’の下端部に、ロッカ11の骨格部材11’の車体前後方向中央部がセンタピラー13の骨格部材13’の下端部に、ルーフサイドレール16の骨格部材16’の前端部がフロントピラー12の骨格部材12’の上端部にそれぞれスポット溶接によって接合されてボディ骨格が構成されることになる。
The front end of the skeleton member 11'of the
図5は、スポット溶接工程におけるスポット溶接箇所を説明するための車両ボディ10の側面図である。この図5における「○」がスポット溶接箇所を表している。スポット溶接工程は、前記ボディ骨格の溶接工程によって構成されたボディ骨格に対してアウタパネル(センタピラー13にあってはサイドアウタパネル7)が重ね合わされ、これら2枚の金属板(センタピラー13にあってはセンタピラーアウタリインフォース8およびセンタピラーインナパネル9)とアウタパネル(センタピラー13にあってはサイドアウタパネル7)とが重ね合わされた状態で行われる。
FIG. 5 is a side view of the
センタピラー13におけるスポット溶接工程について説明すると、図2に示したように、センタピラーインナパネル9の前側フランジ部92の外側面(車幅方向の外側面)にセンタピラーアウタリインフォース8の前側フランジ部84が重ね合わされており、このセンタピラーアウタリインフォース8の前側フランジ部84の外側面(車幅方向の外側面)にサイドアウタパネル7の前側フランジ部74が重ね合わされて、これら3枚のフランジ部92,84,74がスポット溶接装置の溶接ガンによって挟持された状態でスポット溶接動作が行われる。同様に、センタピラーインナパネル9の後側フランジ部93の外側面(車幅方向の外側面)にセンタピラーアウタリインフォース8の後側フランジ部85が重ね合わされており、このセンタピラーアウタリインフォース8の後側フランジ部85の外側面(車幅方向の外側面)にサイドアウタパネル7の後側フランジ部75が重ね合わされて、これら3枚のフランジ部93,85,75がスポット溶接装置の溶接ガンによって挟持された状態でスポット溶接動作が行われる。その他の部材(ロッカ11等)も同様にしてスポット溶接動作が行われる。
Explaining the spot welding process in the
このスポット溶接での溶接箇所は、各フランジ部92,84,74、93,85,75の長手方向(ドア開口部61,62の開口縁に沿う方向)の複数箇所であって、この方向に等間隔を存した位置に設定されている。また、このスポット溶接での溶接箇所は、その中心位置が、フランジ部92,84,74、93,85,75におけるその幅方向の中央位置に設定されている。また、このスポット溶接での溶接箇所同士の間隔(溶接ピッチ)は、分流(溶接すべき溶接箇所を流れる電流が、その溶接箇所の近傍に存在する既に溶接された溶接箇所へ流れ込む現象)を生じない範囲で、十分な車体剛性および接合強度を確保できる寸法として、実験またはシミュレーションによって設定されている。つまり、車体の捩り剛性を十分に得ることができ、また、車両衝突時の変形量の低減を図ることができる寸法に設定されている。
Welding points in this spot welding are a plurality of points in the longitudinal direction of each
図6(a)はスポット溶接工程終了時におけるスポット溶接部分(前側フランジ部74,84,92におけるスポット溶接部分)を拡大して示す図であり、図6(b)は図6(a)におけるB-B線に沿った断面図である。なお、図6(b)ではスポット溶接時のスポット溶接電極E,Eを仮想線で示している。これらの図に示すように、スポット溶接工程が行われた際、重ね合わされた各フランジ部74,84,92の板厚方向の略中央部に溶接ナゲットN,Nが形成され、センタピラーアウタリインフォース8の前側フランジ部84とセンタピラーインナパネル9の前側フランジ部92とが一体的に溶接される。また、各フランジ部74,84,92の溶接箇所がスポット溶接電極E,Eによって挟持され、これによるサイドアウタパネル7の前側フランジ部74の変形(スポット溶接電極E,Eの圧接による変形)によって、スポット溶接での溶接箇所(溶接ナゲットN,Nの形成箇所)同士の間の領域では、サイドアウタパネル7の前側フランジ部74とセンタピラーアウタリインフォース8の前側フランジ部84との間の隙間が大きくなっている。なお、後側フランジ部75,85,93におけるスポット溶接部分においても同様の状態となっている。このような状態で後述するレーザ溶接工程が行われる。
FIG. 6A is an enlarged view showing a spot welded portion (spot welded portion in the
図7は、レーザ溶接工程におけるレーザ溶接箇所を説明するための車両ボディ10の側面図である。この図7における「●」がセンタピラー13に対するレーザ溶接箇所を表している。レーザ溶接工程では、サイドアウタパネル7の各フランジ部74,75の所定箇所に対して前記レーザ溶接装置1のレーザスキャナ3からレーザ光が照射され、サイドアウタパネル7およびセンタピラーアウタリインフォース8それぞれのフランジ部74,84、75,85が溶融されて、これらが一体的に接合される。また、このレーザ溶接における溶接箇所の溶接ピッチは前記スポット溶接における溶接箇所の溶接ピッチよりも小さく設定されている。具体的には、スポット溶接における溶接箇所に対して、フランジ部74,84、75,85の長手方向(ドア開口部61,62の開口縁に沿う方向)の両側にこのレーザ溶接における溶接箇所が設定されている。つまり、スポット溶接における溶接箇所同士の間の箇所を含む複数箇所にレーザ溶接における溶接箇所が設定される。このレーザ溶接の溶接ピッチは、サイドアウタパネル7とセンタピラーアウタリインフォース8との接合強度が十分に確保できる間隔であって、生産性(レーザ溶接工程に要する時間を必要最短にすること)を考慮した寸法として、実験またはシミュレーションによって設定されている。また、このレーザ溶接での溶接箇所は、その中心位置が、フランジ部74,84,92、75,85,93におけるその幅方向の中央位置よりも前記ピラー本体部寄りの位置に設定されている。
FIG. 7 is a side view of the
以下、このレーザ溶接工程について説明する。 Hereinafter, this laser welding process will be described.
図8は、レーザ溶接工程を説明するためのセンタピラー13の各前側フランジ部74,84,92の断面図である。この断面は、前記溶接ナゲットN,Nの形成箇所の中間位置であって、前記スポット溶接電極E,Eによる挟持(圧接)により、各フランジ部74,84,92同士の間に隙間が生じている部分(図6におけるVIII-VIII線に沿った断面部分に相当)を示している。
FIG. 8 is a cross-sectional view of each
レーザ溶接が開始されると、レーザ溶接装置1のレーザスキャナ3から出射されたレーザ光はサイドアウタパネル7の表面に向けて照射される。この際、レーザ溶接装置1は、レーザ光の照射軌跡が占める領域によって円形状(サイドアウタパネル7を正面から見た形状が円形状)が形成されるように、照射したレーザを走査し、図8(a)(b)に示すように、サイドアウタパネル7の前側フランジ部74の金属材料とセンタピラーアウタリインフォース8の前側フランジ部84の金属材料とを溶融し、これら両者に亘って溶融池を形成する(第1の走査)。この場合のレーザ光の条件(レーザ光の光量やレーザ光の焦点位置等)は、該レーザ光がサイドアウタパネル7の前側フランジ部74を貫通することなく、このサイドアウタパネル7の前側フランジ部74とセンタピラーアウタリインフォース8の前側フランジ部84とを溶融可能とする値として実験またはシミュレーションによって設定される。例えば、レーザ光の焦点位置がサイドアウタパネル7の前側フランジ部74の表面とされ、この状態で、センタピラーアウタリインフォース8の前側フランジ部84の厚さ方向の約半分が溶融されるレーザ光の光量に設定される。なお、これらはこれに限定されるものではない。また、本実施形態では、レーザ光の照射軌跡によって円形状が形成される構成としたが、楕円形状等であってもよい。
When the laser welding is started, the laser light emitted from the
その後、レーザ溶接装置1は、レーザ光の走査によって、前記溶融池内の溶融金属を攪拌して流動させる。つまり、溶融池の中心を貫通する軸P周りを所定方向(図8(c)における矢印Rの向き)に向けて回転するように、レーザ光を走査する(第2の走査)。これにより、溶融池内で溶融金属がかき混ぜられる。このとき、溶融池は、溶融金属が周方向へ流動することによって、すり鉢形状に形成される。同時に、溶融池では、溶融金属のうねりが生じる。この溶融金属のうねりが生じている溶融池は、溶融金属の表面張力によって纏まり、孔空きまたは分離ビードのない接合部が形成され、これによってサイドアウタパネル7の前側フランジ部74とセンタピラーアウタリインフォース8の前側フランジ部84とが一体的に溶接される。なお、サイドアウタパネル7の後側フランジ部75とセンタピラーアウタリインフォース8の後側フランジ部85も同様のレーザ溶接によって一体的に接合される。
After that, the
図9(a)はレーザ溶接工程終了時におけるレーザ溶接部分(前側フランジ部74,84,92におけるレーザ溶接部分)を拡大して示す図であり、図9(b)は図9(a)におけるB-B線に沿った断面図である。これらの図に示すように、レーザ溶接工程が行われた際、サイドアウタパネル7の前側フランジ部74とセンタピラーアウタリインフォース8の前側フランジ部84との間がレーザ光の照射箇所(レーザ光が照射されて成るレーザ溶接箇所を図中のLで示している)において接合されることになる。
FIG. 9 (a) is an enlarged view showing a laser welded portion (laser welded portion in the
本実施形態におけるレーザ溶接では、前述した第1の走査の後、前述した第2の走査が行われることに特徴がある。 The laser welding in the present embodiment is characterized in that the above-mentioned second scan is performed after the above-mentioned first scan.
仮に前記第1の走査のみを行った場合、この走査によってサイドアウタパネル7の前側フランジ部74の金属材料の溶融は継続されるのに対し、センタピラーアウタリインフォース8の前側フランジ部84の金属材料(溶融金属)は徐々に冷却されていき、この冷却された部分と、新たに溶融した部分との間では攪拌混合が行われないことになるため、溶融が不十分となって、完全に溶融しなかった金属材料が存在してしまう虞がある。また、溶融池の深さ方向において、サイドアウタパネル7の前側フランジ部74の金属材料とセンタピラーアウタリインフォース8の前側フランジ部84の金属材料との溶融の程度に差が生じることになり、溶融池全体の溶融程度が不均一となり、また、溶融池における気泡の排出が行われ難く、ビードに多くの気泡が存在することになる。これにより、十分な接合強度が得られなくなる可能性がある。また、冷却された部分と、新たに溶融した部分との間では攪拌混合が行われないため、この両部分の元素が十分に拡散せず、偏析が生じ、且つこの両部分の間には温度差が存在するため、金属組織が不均一になってしまう。これによっても、十分な接合強度が得られなくなる可能性がある。
If only the first scan is performed, the metal material of the
本実施形態では、前記第1の走査の後に第2の走査を行うことで、溶融池では、レーザ光の走査によって溶融金属が流動しながらうねりが生じているため、溶融池は十分に溶融且つ攪拌混合され、気泡の排出が良好に行われる。また、溶融池は、レーザ光の走査によって流動しながらうねっているため、溶融池は十分に溶融且つ攪拌混合され、元素が十分に拡散して偏析が抑制され、且つ温度が均一化されることで組織が不均一となることを抑制できる。これにより、十分な接合強度を得ることができる。 In the present embodiment, by performing the second scan after the first scan, the molten metal swells while flowing due to the scanning of the laser beam in the molten pool, so that the molten pool is sufficiently melted. It is stirred and mixed, and bubbles are discharged well. Further, since the molten pool undulates while flowing by scanning with laser light, the molten pool is sufficiently melted and stirred and mixed, the elements are sufficiently diffused, segregation is suppressed, and the temperature is made uniform. It is possible to prevent the tissue from becoming uneven. Thereby, sufficient bonding strength can be obtained.
以上説明したように、本実施形態では、スポット溶接とレーザ溶接との併用によって3枚の金属板(サイドアウタパネル7、センタピラーアウタリインフォース8、センタピラーインナパネル9)を一体的に接合することができる。つまり、スポット溶接のみによって3枚の金属板を接合するものではないため、溶接ナゲットの径を大きくする必要はなく(各金属板に亘って溶接ナゲットを形成する必要がないことから該溶接ナゲットの径を大きくする必要はなく)、各金属板7,8,9の接合部分であるフランジ部74,84,92、75,85,93の幅寸法を小さくして車体の軽量化を図ることができる。また、サイドアウタパネル7とセンタピラーアウタリインフォース8とはレーザ溶接によって接合されるため、スポット溶接での溶接ナゲットをサイドアウタパネル7にまで形成する必要がなくなり、該サイドアウタパネル7の薄肉化を図ることができ、これによっても車体の軽量化を図ることができる。そして、スポット溶接にあっては前記分流が生じる可能性があることから溶接ピッチを小さくするには制約があったが、この溶接ピッチの制約を受けないレーザ溶接を併用することにより、十分な車体剛性を確保することが可能である。このように、本実施形態によれば、サイドアウタパネル7、センタピラーアウタリインフォース8、センタピラーインナパネル9を重ね合わせて溶接する場合に、十分な車体剛性を得ながらも車体の軽量化を図ることが可能である。
As described above, in the present embodiment, three metal plates (side
また、スポット溶接工程にあっては、溶接箇所がスポット溶接電極E,Eによって挟持されることから、これによるサイドアウタパネル7の変形によって、スポット溶接箇所同士の間の領域においてサイドアウタパネル7とセンタピラーアウタリインフォース8との間の隙間が大きくなる傾向にあるが、前述したレーザ光の走査による溶融池の攪拌により、溶融金属がサイドアウタパネル7とセンタピラーアウタリインフォース8との間の隙間を埋めることにより、これらサイドアウタパネル7とセンタピラーアウタリインフォース8とを良好に溶接することができる。
Further, in the spot welding process, since the welded portion is sandwiched by the spot weld electrodes E and E, the deformation of the side
なお、このレーザ溶接は、サイドアウタパネル7とセンタピラーアウタリインフォース8との間に隙間が生じていない場合にも有効である。つまり、サイドアウタパネル7やセンタピラーアウタリインフォース8が亜鉛めっき鋼板であった場合、従来の一般的なレーザ溶接では、パネル同士の間に隙間が生じていない場合に、溶融金属内部で亜鉛蒸気が爆発して接合部分に孔が空いてしまう虞があったが、本実施形態に係るレーザ溶接によれば、サイドアウタパネル7とセンタピラーアウタリインフォース8との間に隙間が生じていない場合であっても、溶融池が攪拌されることで亜鉛蒸気は良好に排出され、接合部分に孔が空いてしまうことを抑制できる。
It should be noted that this laser welding is also effective when there is no gap between the side
また、本実施形態においては、スポット溶接工程におけるスポット溶接箇所およびレーザ溶接工程におけるレーザ溶接箇所はそれぞれ個別に設計することができる。つまり、これらスポット溶接箇所とレーザ溶接箇所との位置関係は厳密に対応している必要はなく、スポット溶接箇所がレーザ溶接箇所に制約を与えたり、逆に、レーザ溶接箇所がスポット溶接箇所に制約を与えたりすることがない。このため、スポット溶接工程を行った後に、車両ボディ10をレーザ溶接工程箇所まで搬送してレーザ溶接工程を行うことができる。つまり、スポット溶接箇所がレーザ溶接箇所に制約を与えるものであった場合(例えば同一箇所にスポット溶接とレーザ溶接とを行う場合)には、そのレーザ溶接箇所の位置精度を確保するために、車体ボディを搬送させることなく、スポット溶接工程とレーザ溶接工程とを連続して行う必要がある。この場合、各工程を行うための溶接装置の設置スペースを同一の溶接工程箇所に確保することが難しく、実用性に欠けることになる。本実施形態では、各工程を個別の溶接工程箇所で実施することができるため、実用性の高いものとなっている。
Further, in the present embodiment, the spot welded portion in the spot welded process and the laser welded portion in the laser welding process can be individually designed. In other words, the positional relationship between these spot welds and the laser welds does not have to correspond exactly, and the spot welds constrain the laser welds, or conversely, the laser welds constrain the spot welds. Is not given. Therefore, after performing the spot welding process, the
また、本実施形態では、スポット溶接による溶接箇所の中心位置を各フランジ部92,84,74、93,85,75におけるその幅方向の中央位置に設定していることにより、スポット溶接によって形成される溶接ナゲットNをフランジ部92,84,74、93,85,75の幅方向の長さ寸法を有効に利用した大きさに設定することができる。例えば、溶接ナゲットNの径とフランジ部92,84,74、93,85,75の幅方向の長さ寸法とを略等しくすることができる。このため、フランジ部92,84,74、93,85,75の幅方向の長さ寸法としては溶接ナゲットNの径程度が確保されていればよく、フランジ部92,84,74、93,85,75の幅方向の長さ寸法が必要以上に長くなってしまうことを抑制できる。その結果、スポット溶接によるセンタピラーアウタリインフォース8とセンタピラーインナパネル9との接合強度を十分に得ながらもフランジ部92,84,74、93,85,75の幅方向の長さ寸法を短くして車体の軽量化に寄与させることができる。
Further, in the present embodiment, it is formed by spot welding by setting the center position of the welded portion by spot welding to the center position in the width direction of each
また、本実施形態では、レーザ溶接による溶接箇所の中心位置を各フランジ部92,84,74、93,85,75におけるその幅方向の中央位置よりも前記ピラー本体部寄りの位置に設定していることにより、外力が作用した際にサイドアウタパネル7とセンタピラーアウタリインフォース8とがそれぞれのピラー本体部側からフランジ部84,74、85,75側に向けて剥離してしまうこと(所謂、口開き)を効果的に抑制でき、これらサイドアウタパネル7とセンタピラーアウタリインフォース8との接合強度を十分に得ることができる。
Further, in the present embodiment, the center position of the welded portion by laser welding is set to a position closer to the pillar main body portion than the center position in the width direction of each
更に、本実施形態では、レーザ溶接工程におけるレーザ光の条件(レーザ光の光量やレーザ光の焦点位置等)を、該レーザ光がサイドアウタパネル7を貫通することなく、このサイドアウタパネル7とセンタピラーアウタリインフォース8とを溶融池の形成を可能とするように溶融させる値に設定しているため、溶融池を形成するための必要最小限のレーザ光のエネルギ量でサイドアウタパネル7とセンタピラーアウタリインフォース8とを溶接することができる。
Further, in the present embodiment, the conditions of the laser beam in the laser welding process (the amount of the laser beam, the focal position of the laser beam, etc.) are satisfied with the side
-変形例-
次に変形例について説明する。本変形例は、センタピラーアウタリインフォース8をホットスタンプ材(超高張力鋼板)としたものである。
-Modification example-
Next, a modification will be described. In this modification, the center pillar
一般に、スポット溶接では、溶接時に発生する熱の影響により溶接ナゲットの周囲に、母材(熱の影響を受けていない部分)よりも硬度が低くなる熱影響部(Heat Affected Zone;以下、HAZという)が形成される。このHAZの軟化は、特に、引張強度が所定値以上となっている超ハイテン材やホットスタンプ材に対するスポット溶接で著しい。 Generally, in spot welding, a heat-affected zone (hereinafter referred to as HAZ) whose hardness is lower than that of the base metal (the part not affected by heat) around the welding nugget due to the influence of heat generated during welding. ) Is formed. This softening of HAZ is particularly remarkable in spot welding to ultra-high-tensile materials and hot stamping materials whose tensile strength is equal to or higher than a predetermined value.
図10は、サイドアウタパネル7を軟鋼板、センタピラーアウタリインフォース8をホットスタンプ材、センタピラーインナパネル9をハイテン材とした場合のスポット溶接工程終了時点における図6(b)相当図である。この図10では、溶接ナゲットN,Nの周囲において一点鎖線で囲んだ領域がHAZ部分(以下、HAZ軟化部という場合もある)となっており、母材(熱の影響を受けていない部分)よりも硬度が低く、外力が作用した際に応力が集中しやすい領域となっている。また、図11は、HAZ軟化部とそれ以外の部分との硬度を測定した結果(図10における一点鎖線A-A部分における硬度を測定した結果)を示している。この図11におけるHがHAZ軟化部に対応した部分である。
FIG. 10 is a diagram corresponding to FIG. 6B at the end of the spot welding process when the side
従来では、スポット溶接の後に、炉加熱や後通電スポット溶接等によって焼戻しを行って、HAZ軟化部とそれ以外の部分との硬度を近付けるようにしていたが、これらは加工時間の長期化を招いてしまい、好ましいものではなかった。 In the past, after spot welding, tempering was performed by furnace heating, post-energization spot welding, etc. to bring the hardness of the HAZ softened part closer to the other parts, but these lead to a longer processing time. It wasn't good because it was there.
本変形例では、スポット溶接工程終了後にレーザ溶接工程を行うに際し、図12に示すように、スポット溶接での溶接ナゲット(溶接箇所)Nの周囲の熱影響部(HAZ軟化部)の外側の位置をレーザ照射位置に設定して前記実施形態の場合と同様にしてLSWを行っている。 In this modification, when performing the laser welding process after the spot welding process is completed, as shown in FIG. 12, the position outside the heat-affected zone (HAZ softened zone) around the welding nugget (welding point) N in spot welding. Is set to the laser irradiation position, and LSW is performed in the same manner as in the case of the above embodiment.
このレーザ溶接工程の実施によって、HAZ軟化部の外側を加熱(入熱)することにより、このHAZ軟化部の周辺が焼き戻され、この部分の硬度をHAZ軟化部の硬度に近付ける(硬度を低下させる)ことができる。図13は、HAZ軟化部とそれ以外の部分との硬度を測定した結果(図12における一点鎖線A-A部分における硬度を測定した結果)を示している。この図13におけるHがHAZ軟化部に対応した部分である。この図13における破線はレーザ溶接工程実施前における硬度であり、実線はレーザ溶接工程実施後における硬度である。この図13に示すように、HAZ軟化部の周辺が焼き戻されて硬度が低下することにより、外力が作用した際、HAZ軟化部に応力が集中し難くなっており、部材強度の向上を図ることができている。 By carrying out this laser welding process, the outside of the HAZ softened zone is heated (heat-affected zone), so that the periphery of the HAZ softened zone is backfired, and the hardness of this portion is brought closer to the hardness of the HAZ softened zone (the hardness is lowered). Can be done). FIG. 13 shows the result of measuring the hardness of the HAZ softened portion and the other portion (result of measuring the hardness of the one-dot chain line AA portion in FIG. 12). H in FIG. 13 is a portion corresponding to the HAZ softened zone. The broken line in FIG. 13 is the hardness before the laser welding process is performed, and the solid line is the hardness after the laser welding process is performed. As shown in FIG. 13, the periphery of the HAZ softened zone is tempered to reduce the hardness, so that when an external force is applied, stress is less likely to be concentrated on the HAZ softened zone, and the strength of the member is improved. Can be done.
このように本変形例では、サイドアウタパネル7とセンタピラーアウタリインフォース8とを接合するレーザ溶接工程の実施と同時に、HAZ軟化部の外側を加熱することによるHAZ軟化部の周辺の焼き戻しを行って、HAZ軟化部の周辺の硬度をHAZ軟化部の硬度に近付けることができる。このため、加工時間の長期化を招くことなしに部材強度の向上を図ることができる。
As described above, in this modification, the laser welding step of joining the side
なお、本変形例では、センタピラーアウタリインフォース8をホットスタンプ材とした場合について説明したが、センタピラーインナパネル9をホットスタンプ材としてもよい。また、センタピラーアウタリインフォース8およびセンタピラーインナパネル9の両方をホットスタンプ材としてもよい。また、センタピラーアウタリインフォース8およびセンタピラーインナパネル9の少なくとも一方を超ハイテン材としてもよい。
In this modification, the case where the center pillar
-他の実施形態-
なお、今回開示した実施形態および変形例は、全ての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。従って、本発明の技術的範囲は、前記実施形態および前記変形例のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれる。
-Other embodiments-
It should be noted that the embodiments and modifications disclosed this time are examples in all respects and do not serve as a basis for limited interpretation. Therefore, the technical scope of the present invention is not construed solely by the embodiments and the modifications, but is defined based on the description of the claims. In addition, the technical scope of the present invention includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
例えば、前記実施形態および前記変形例では、センタピラー13を構成する各金属板を一体的に接合するための重ね溶接方法として本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、ドア開口部周りを構成する他の部材、例えばロッカ11、フロントピラー12、リヤピラー14、ルーフサイドレール16等を構成する各金属板を一体的に接合するための重ね溶接方法として適用することも可能である。
For example, in the embodiment and the modification, the case where the present invention is applied as a lap welding method for integrally joining the metal plates constituting the
また、前記実施形態および前記変形例では、スポット溶接での溶接箇所は、その中心位置が、フランジ部92,84,74、93,85,75におけるその幅方向の中央位置に設定されていた。本発明はこれに限らず、スポット溶接での溶接箇所は、その中心位置が、フランジ部92,84,74、93,85,75におけるその幅方向の中央位置よりも前記ピラー本体部寄りの位置に設定されていてもよい。
Further, in the embodiment and the modification, the center position of the welded portion in spot welding is set to the center position in the width direction of the
また、前記実施形態および前記変形例では、3枚の金属板(サイドアウタパネル7、センタピラーアウタリインフォース8およびセンタピラーインナパネル9)を重ね溶接する場合について説明した。本発明はこれに限らず、4枚以上の金属板を重ね溶接する場合にも適用が可能である。この場合、サイドアウタパネル(表面板)7以外の金属板をスポット溶接によって接合し、このサイドアウタパネル7と、それに隣接する金属板(例えばセンタピラーアウタリインフォース8)とをレーザ溶接によって接合することになる。
Further, in the embodiment and the modification, a case where three metal plates (side
本発明は、車体のドア開口部周りのピラーを構成する各パネルを一体的に接合する重ね溶接に適用可能である。 The present invention is applicable to lap welding in which panels constituting pillars around a door opening of a vehicle body are integrally joined.
1 レーザ溶接装置
10 車両ボディ
11 ロッカ
12 フロントピラー
13 センタピラー
14 リヤピラー
16 ルーフサイドレール
61 フロントサイドドア開口部
62 リヤサイドドア開口部
7 サイドアウタパネル(表面板)
8 センタピラーアウタリインフォース(第1の車体構造板)
9 センタピラーインナパネル(第2の車体構造板)
74,84,92 前側フランジ部
75,85,93 後側フランジ部
1
8 Center Pillar Outer Reinforce (1st body structure plate)
9 Center pillar inner panel (second body structure plate)
74,84,92
Claims (3)
前記第1の車体構造板、前記第2の車体構造板および前記表面板それぞれの前記フランジ部同士を重ね合わせた状態で前記第1の車体構造板の前記フランジ部と前記第2の車体構造板の前記フランジ部とを、前記ドア開口部の開口縁に沿う複数箇所でスポット溶接によって接合するスポット溶接工程と、
前記スポット溶接工程の後、前記スポット溶接での溶接箇所同士の間の箇所を含む複数箇所で、前記表面板側からレーザ光を照射し且つこのレーザ光によって溶融した前記表面板の前記フランジ部および前記第1の車体構造板の前記フランジ部それぞれの溶融金属で成る溶融池を前記レーザ光の走査によって攪拌させて、前記表面板の前記フランジ部と前記第1の車体構造板の前記フランジ部とを接合するレーザ溶接工程とを行い、
前記レーザ溶接工程におけるレーザ溶接箇所は、その中心位置が、前記表面板の前記フランジ部および前記第1の車体構造板の前記フランジ部それぞれにおける前記ドア開口部の開口縁に沿う方向に直交する幅方向での中央位置よりも前記本体部寄りの位置であって、且つ前記スポット溶接工程におけるスポット溶接により生成された溶接ナゲットにおける前記幅方向での中央位置よりも前記本体部寄りの位置に設定されており、
前記レーザ溶接工程におけるレーザ溶接箇所の溶接ピッチは、前記スポット溶接工程における溶接箇所の溶接ピッチよりも小さく設定されていることを特徴とする重ね溶接方法。 A surface plate located on the vehicle body surface side, a first vehicle body structure plate adjacent to the vehicle interior side of the surface plate, and a vehicle interior of the first vehicle body structure plate, which constitute members around the door opening of the vehicle body. Each of the three or more metal plates including the second body structure plate adjacent to the inside is continuous with the main body portion extending along the opening edge of the door opening and the outer edge of the main body portion, and the door. It is a lap welding method in which a flange portion extending along the opening edge of the opening portion is provided, the flange portions of the metal plates are overlapped with each other , and these flange portions are welded.
The flange portion of the first vehicle body structure plate and the second vehicle body structure plate in a state where the flange portions of the first vehicle body structure plate, the second vehicle body structure plate, and the surface plate are overlapped with each other. A spot welding step of joining the flange portions of the above by spot welding at a plurality of locations along the opening edge of the door opening.
After the spot welding step, the flange portion of the surface plate and the flange portion of the surface plate melted by irradiating the laser beam from the surface plate side at a plurality of locations including the locations between the welded portions in the spot welding. A molten pool made of molten metal of each of the flange portions of the first vehicle body structure plate is stirred by scanning the laser beam to obtain the flange portion of the surface plate and the flange portion of the first vehicle body structure plate . And perform a laser welding process to join
The width of the laser welded portion in the laser welding step is such that the center position thereof is orthogonal to the direction along the opening edge of the door opening in each of the flange portion of the surface plate and the flange portion of the first vehicle body structure plate. It is set to a position closer to the main body than the center position in the direction and closer to the main body than the center position in the width direction in the welding nugget generated by spot welding in the spot welding process. Welding
A lap welding method characterized in that the welding pitch of a laser welded portion in the laser welding step is set to be smaller than the welding pitch of the welded portion in the spot welding step .
前記レーザ溶接工程におけるレーザ光の条件は、該レーザ光が前記表面板を貫通することなく、この表面板と前記第1の車体構造板とを前記溶融池の形成を可能とするように溶融させる値に設定されていることを特徴とする重ね溶接方法。 In the lap welding method according to claim 1,
The condition of the laser beam in the laser welding step is that the surface plate and the first vehicle body structure plate are melted so as to enable the formation of the molten pool without the laser beam penetrating the surface plate. A lap welding method characterized by being set to a value.
前記第1の車体構造板および前記第2の車体構造板の少なくとも一方は超高張力鋼板で成ると共に、前記表面板は前記第1の車体構造板および前記第2の車体構造板よりも硬度の低い鋼板で成り、
前記スポット溶接工程の後に行われるレーザ溶接工程では、前記スポット溶接での溶接箇所の周囲の熱影響部の外側にレーザ光を照射して前記表面板と前記第1の車体構造板とを接合することを特徴とする重ね溶接方法。 In the lap welding method according to claim 1 or 2,
At least one of the first vehicle body structure plate and the second vehicle body structure plate is made of an ultra-high-strength steel plate, and the surface plate is harder than the first vehicle body structure plate and the second vehicle body structure plate. Made of low steel plate
In the laser welding step performed after the spot welding step, the surface plate and the first vehicle body structure plate are joined by irradiating the outside of the heat-affected zone around the welded portion in the spot welding with a laser beam. A spot welding method characterized by this.
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