焊接接头、焊接部件及其制造方法、以及电阻点焊方法与流程

本发明涉及一种焊接接头、焊接部件及其制造方法、以及电阻点焊方法。

背景技术：

1、在汽车的组装中，在将重叠的钢板彼此接合时，从成本、制造效率的观点出发，大多使用作为搭接电阻焊方法中的一种的电阻点焊方法。该焊接方法例如图1所示，是利用一对焊接电极3、4(以下，将配置于垂直方向上侧的电极称为上电极3，将配置于垂直方向下侧的电极称为下电极4)夹持钢板1－1、1－2(以下，将在垂直方向上配置于最上侧的钢板称为上钢板1－1，在垂直方向上配置于最下侧的钢板称为下钢板1－2)重叠而成的板组2，且从其上下一边加压一边在上下电极间通电焊接电流进行接合的方法。在该焊接方法中，利用流过焊接电流所产生的电阻发热，而得到点状的焊接部。该点状的焊接部被称为熔核5。即，熔核5是电流流过重叠的钢板时，在钢板的接触位置处钢板熔融并凝固的部分。利用该熔核5，钢板彼此接合成点状。

2、近年来，在汽车领域中，为了改善油耗的车身轻量化正在发展。随之，高强度钢板在汽车部件中的应用正在增加。另外，对于汽车部件中适用于暴露在雨水中的部位的部件而言，从耐腐蚀性的观点出发，使用锌等具有防锈能力的镀覆钢板(表面处理钢板)。这里，镀覆钢板是指在母材(基底钢板)的表面上具有金属镀层的钢板。作为金属镀层，可以举出以电镀锌、热浸镀锌(包括合金化热浸镀锌)为代表的镀锌层、含有除锌以外的铝、镁等元素的锌合金镀层、以铝和锌为主成分的铝－锌合金镀层等。

3、作为适用于包含这种镀覆钢板的多个钢板重叠而成的板组的电阻点焊，例如专利文献1中公开了如下方法：

4、“一种高强度镀覆钢板的点焊方法，其特征在于，在高强度镀覆钢板的点焊中，以满足下述条件(1)和(2)的方式设定焊接通电时间和焊接通电后的保持时间，从而进行点焊，

5、0.25·(10·t+2)/50≤wt≤0.50·(10·t+2)/50··(1)

6、300－500·t+250·t2≤ht··(2)

7、其中，t：板厚(mm)，wt：焊接通电时间(ms)，ht：焊接通电后的保持时间(ms)”。

8、专利文献2中公开了以下方法：

9、“一种高张力锌镀覆钢板的点焊方法，其特征在于，在利用3段以上的多段通电对高张力镀锌系钢板进行点焊时，以形成的熔核为下式(1)定义的所希望的熔核直径d0以上、且熔融余厚0.05mm以上的方式调整焊接条件，

10、d0＝k√t………(1)

11、这里，d0：所希望的熔核直径(mm)

12、k：系数；在3～6之间且符合施工条件而选择的系数

13、t：钢板板厚(mm)”。

14、专利文献3中公开了以下方法：

15、“一种电焊方法，其特征在于，是用对置的焊接电极将多张重叠的钢板夹持并进行点焊的方法，所述多张重叠的钢板中包含1张以上的在至少一方的表面的焊接位置上被覆有镀层的钢板，

16、在点焊之前，包括除去镀层的工序，

17、在上述除去镀层的工序中，将除去镀层的范围至少设在外周重叠的多个钢板的焊接电极侧形成的焊接热影响部外缘的圆内。”

18、专利文献4中公开了以下方法：

19、“一种点焊方法，是进行将由至少焊接位置重叠的多张钢板构成的被焊接部件通过焊接电极加压并通电的永久焊接，进而进行前通电和后通电中的至少一方的通电工序的点焊方法，其特征在于，

20、对于上述多张钢板中的至少一个，至少上述焊接位置的重叠面用锌系镀层被覆，上述多张钢板的总板厚t(mm)为1.35mm以上，

21、从上述焊接电极间的通电开始时到焊接结束时的该焊接电极间的通电结束时，保持在利用该焊接电极的上述被焊接部件的加压状态，

22、焊接结束时，将从上述焊接电极间的通电结束时到该焊接电极与上述被焊接部件为非接触为止的通电后保持时间ht(秒)设为下式(1)的范围内，

23、0.015t2+0.020≤ht≤0.16t2－0.40t+0.70···(1)”。

24、专利文献5中公开了以下方法：

25、“一种电阻点焊方法，是用一对电极将多个钢板重叠而成的板组夹持，一边加压一边通电而进行接合的电阻点焊方法，其中，

26、重叠的多个钢板中至少1个为表面具有金属镀层的表面处理钢板，

27、并且，作为通电具有以下工序：

28、主通电工序，进行形成熔核部的通电，

29、无通电工序，在主通电工序后休止通电休止时间tc(循环)的通电，

30、后通电工序，在无通电工序后进行不使熔核部生长而再加热的通电，

31、将电极的行走角(打角)设为a(度)、主通电工序的电流值设为im(ka)、后通电工序的电流值设为ip(ka)、1+0.1·tc设为变量b、1+0.2·tc设为变量c时，上述通电满足下式(i)的关系，

32、式(i)

33、0＜a＜3时，(22+a)·b/100＜ip/im＜c

34、3≤a＜7时，(17+a)·b/80＜ip/im＜c

35、7≤a＜15时，(11+a)·b/60＜ip/im＜c”

36、现有技术文献

37、专利文献

38、专利文献1：日本特开2003－103377号公报

39、专利文献2：日本特开2003－236676号公报

40、专利文献3：国际公开第2016/159169号

41、专利文献4：日本特开2017－47476号公报

42、专利文献5：国际公开第2018/159764号

技术实现思路

1、然而，在适用于将包含镀覆钢板、特别是镀锌系钢板的多个钢板重叠而成的板组的电阻点焊(以下，也称对镀锌系钢板的电阻点焊)中，存在容易在焊接部产生裂纹的问题。

2、一般来说，锌镀层、锌合金镀层的熔点低于母材的熔点。因此，在针对镀锌系钢板的电阻点焊中，焊接过程中钢板表面的低熔点的金属镀层熔融。并且，电极的加压力以及由于钢板的热膨胀和收缩引起的拉伸应力施加到焊接部时，熔融的低熔点的金属侵入镀锌系钢板的母材的晶界而使晶界强度降低，引起裂纹。即可以认为：在对镀锌系钢板的电阻点焊中产生的焊接部的裂纹大多数是由于所谓的液态金属致脆引起的裂纹(以下，也称液态金属致脆裂纹)。

3、这样的液态金属致脆裂纹容易在对焊接部施加大的变形时产生。例如，当以产生喷溅那样的条件进行焊接时，在图1那种与焊接电极3、4连接的板组1的表面容易产生裂纹。特别是在焊接电极与板组的接触区域的外周部、即板组表面的肩部产生的裂纹(以下，也称肩部裂纹)与电极正下方产生的裂纹相比，由低的焊接电流值产生。

4、另一方面，从确保接头强度的观点出发，重要的是确保规定以上的大小的熔核。然而，在板组中位于最外侧的(焊接时与电极接触)钢板(以下，也称表层钢板)的厚度比越大，在表层钢板与同该表层邻接的钢板的钢板之间越难以确保所希望的大小的熔核直径。这里，表层钢板的厚度比是指，构成板组的钢板的合计厚度除以表层钢板的厚度而得的值。另外，在汽车组装时的施工中，焊接时存在外部干扰的情况下，例如有时在固定式的焊接电极与板组之间存在间隙，有时在板组的钢板间会存在间隙。在这样的情况下也很难确保所希望的大小的熔核直径。

5、在这一点上，如果焊接时的电流值设定得很大，则能够增大熔核直径。然而，如果将焊接时的电流值设定得很大，例如由于喷溅的产生而产生焊接部的大的变形，焊接部的裂纹、特别是以肩部裂纹为代表的液态金属致脆裂纹的产生风险升高。

6、实际上，在专利文献1、2、4和5的技术中，在表层钢板的厚度比、外部干扰的影响很大的情况下，无法兼顾抑制焊接部的裂纹产生和稳定确保所希望的大小的熔核直径，现状是期望在这方面改善。应予说明，不仅在汽车用钢板上，在其他用途的钢板上的对镀锌系钢板的电阻点焊中，也同样期望这方面的改善。

7、另外，在专利文献3的技术中，由于需要预先除去钢板表面的镀层的工序(以下，也称镀层的除去工序)，因此制造成本大幅增加。另外，由于除去钢板的镀层，也可能会导致焊接部的耐腐蚀性的降低。

8、本发明是鉴于上述现状而开发的，其目的在于提供一种焊接接头，其中，板组的表层钢板的至少一方为镀锌系钢板，并且即使在表层钢板的厚度比、外部干扰的影响很大的情况下，也能抑制焊接部的裂纹，具有所希望的大小的熔核直径。

9、另外，本发明的目的还在于提供一种电阻点焊方法，作为针对镀锌系钢板的电阻点焊，无需镀层的除去工序，并且即使在表层钢板的厚度比、外部干扰的影响很大的情况下，也能兼顾抑制焊接部的裂纹的产生和稳定确保所希望的大小的熔核直径。

10、进而，本发明的目的还在于提供具有上述焊接接头的焊接部件及其制造方法。

11、因此，发明人等为了实现上述的目的，反复进行了深入研究，得到以下见解。

12、在对镀锌系钢板的电阻点焊中产生的焊接部的裂纹、特别是肩部裂纹的产生与否，对于焊接时产生的板组的肩部的变形、特别是肩部的角度影响很大。而且，根据作为板组的表层钢板(在板组中位于最外侧的(焊接时与电极接触的)钢板)而配置的镀锌系钢板的拉伸强度和厚度、构成板组的钢板的合计厚度以及熔核直径的关系而适当地控制肩部的角度。具体而言，使其满足后述的式(1)和式(2)中的至少一方。由此，能够有效抑制焊接部的裂纹的产生。

13、这里，如图2所示，板组的第1张钢板中的肩部的角度a(以下，也称肩部的角度a)是指在焊接接头(板组)的厚度方向(以下也称厚度方向)的切断面上，第1张的肩部切线与构成板组的钢板的表面方向(与厚度方向成直角的方向，以下也称表面方向)所成的角度。这里，第1张的肩部切线是指与穿过熔核端部的厚度方向平行的第1直线(以下也称第1直线)与第1张钢板的肩部表面的交点(以下也称第1张的交点)处的肩部的切线。另外，如图2所示，板组的第n张钢板中的肩部的角度b(以下也称肩部的角度b)是指在焊接接头的厚度方向的切断面上，第n张的肩部切线与表面方向所成的角度。这里，第n张的肩部切线是指第1直线与第n张钢板的肩部表面的交点(以下，也称第n张的交点)处的肩部的切线。在图2中，以熔核端部的一方(这里为朝向纸面右侧的端部)为代表示出肩部的角度a和b。

14、应予说明，由于焊接接头基本上在熔核中心位置(焊接时的焊接电极中心位置)为轴对称，因此可以在穿过熔核的中心的焊接接头的厚度方向的任意的切断面(以下也称焊接接头的切断面)处测定肩部的角度a和b即可。但是，在焊接电极产生芯偏移的情况下、具有行走角的情况下等根据位置不同而肩部的角度a和b变化(非轴对称)的情况下，将其中的最大值分别设为肩部的角度a和b。

15、另外，由于焊接时的变形等，在根据构成板组的钢板不同而表面方向不同的情况下，以构成板组的钢板的各表面中最接近板组的厚度方向中心位置的钢板的表面作为基准表面，以该基准表面的表面方向作为表面方向。另外，由于焊接时的变形等，难以唯一地确定钢板的表面方向的情况下，在焊接接头的切断面(在肩部的角度为非轴对称的情况下，肩部的角度最大的焊接接头的切断面)上，以距离作为基准的钢板表面的熔核中心位置9mm的位置为基准位置。然后，将连接该基准位置彼此直线的方向设为表面方向即可。

16、此外，这里所说的熔核直径w是指表面方向上的熔核的长径(最大直径)。即，熔核直径w例如在焊接接头的切断面上作为表面方向上的熔核的端部间的距离来测定。同样地，后述的中间阶段熔核的直径w0是表面方向上的中间阶段熔核的长径(最大直径)。即，中间阶段熔核的直径w0例如在第1通电工序结束时刻的焊接接头的切断面，作为表面方向上的中间阶段熔核的端部间的距离来测定。

17、另外，喷溅是焊接时产生的板组的肩部的变形的原因之一。并且，通过抑制喷溅的产生(飞散的熔融金属的量)，能够抑制焊接部的裂纹。基于这一点，为了得到即使在表层钢板的厚度比、外部干扰的影响很大的情况下，也能兼顾抑制焊接部的裂纹的产生和稳定确保所希望的大小的熔核直径的电阻点焊方法，发明人等进一步进行了反复研究。

18、其结果，发明人等得到了使其同时满足以下的(a)～(c)是有效的这样的见解。

19、(a)将焊接时的通电工序分成第1通电工序和第2通电工序这两个工序。

20、(b)在第1通电工序中，通过调整通电模式来控制热输入，在极力抑制板组的肩部处的大的变形的同时形成中间阶段的熔核(以下也称中间阶段熔核)。

21、(c)在第2通电工序中，通过反复进行通电和冷却的通电模式，在极力抑制板组的肩部处的大的变形的同时逐渐使中间阶段熔核扩大，而得到最终大小的熔核。

22、即，在第1通电工序中，需要以在作为后工序的第2通电工序中不产生板组的肩部处的大的变形的方式最终形成小于目标熔核的中间阶段熔核。因此，重要的是根据作为板组的表层钢板而配置的镀锌系钢板的厚度和拉伸强度以及构成板组的钢板的合计厚度，调整通电模式来控制热输入。特别重要的是，在第1通电工序中在形成的中间阶段熔核的直径满足后述的式(7)和式(8)中的至少一方的条件下进行通电。由此，可以在作为对象的板组中实现确保最终得到的熔核直径和抑制焊接部的裂纹所需的范围内，牢固地形成中间阶段熔核的周围的压接部(塑性金属环区部)。其结果，即使在表层钢板的厚度比、外部干扰的影响很大的情况下，在第2通电工序中，也能够在抑制喷溅的飞散量的同时将中间阶段熔核扩大。由此，在第2通电工序结束后，能够在抑制板组的肩部的变形、甚至是焊接部的裂纹的产生的基础上，实现所希望的熔核直径。

23、另外，在第2通电工序中，通过进行第1通电工序的通电结束时的电流值以上的通电，能够使中间阶段熔核扩大。但是，如果热输入过大，则产生板组的肩部处的大的变形。因此，重要的是使用反复进行固定时间以上的冷却和通电的通电模式。由此，能够在极力控制板组的肩部处的大的变形的同时逐渐使熔核扩大。

24、本发明是基于上述见解，进一步研究而完成的。

25、即，本发明的主要构成如下。

26、1.一种焊接接头，具有n张钢板重叠而成的板组和将该钢板彼此接合的熔核，

27、n为2以上的整数，

28、在上述板组中，从上数第1张钢板和第n张钢板中的至少一方为镀锌系钢板，

29、在[条件1]的情况下，上述板组的第1张钢板中的肩部的角度a满足以下式(1)，

30、在[条件2]的情况下，上述板组的第n张钢板中的肩部的角度b满足以下式(2)，

31、在[条件3]的情况下，上述肩部的角度a和b分别满足以下式(1)和式(2)，

32、在上述板组中，第k张钢板和第k+1张钢板的边界水平的熔核直径xk(mm)为以上，k为1～n―1的整数，tk为第k张钢板和第k+1张钢板中的薄的钢板的厚度(mm)，

33、a≤{(980/su)0.3×(1/t0.3)×(t/tu)0.2}×11×w0.3+15···

34、(1)

35、b≤{(980/sl)0.3×(1/t0.3)×(t/tl)0.2}×11×w0.3+15···

36、(2)

37、式中，

38、a：板组的第1张钢板中的肩部的角度(°)，

39、b：板组的第n张钢板中的肩部的角度(°)，

40、t：n张钢板的合计厚度(mm)，

41、tu：第1张钢板的厚度(mm)，

42、tl：第n张钢板的厚度(mm)，

43、su：第1张钢板的拉伸强度(mpa)，

44、sl：第n张钢板的拉伸强度(mpa)，

45、w：熔核直径(mm)。

46、另外，[条件1]～[条件3]如下。

47、[条件1]

48、板组的第1张钢板和第n张钢板中仅第1张钢板为镀锌系钢板。

49、[条件2]

50、板组的第1张钢板和第n张钢板中仅第n张钢板为镀锌系钢板。

51、[条件3]

52、板组的第1张钢板和第n张钢板中第1张钢板和第n张钢板这两方为镀锌系钢板。

53、2.根据上述1所述的焊接接头，其中，

54、在上述[条件1]的情况下，上述肩部的角度a满足以下的式(3)，

55、在上述[条件2]的情况下，上述肩部的角度b满足以下的式(4)，

56、在上述[条件3]的情况下，上述肩部的角度a和b分别满足以下的式(3)和式(4)。

57、a≤{(980/su)0.3×(1/t0.3)×(t/tu)0.2}×6×w0.3+9···

58、(3)

59、b≤{(980/sl)0.3×(1/t0.3)×(t/tl)0.2}×6×w0.3+9···

60、(4)

61、3.根据上述1或2所述的焊接接头，其中，上述n张钢板的合计厚度t、上述第1张钢板的厚度tu和上述第n张钢板的厚度tl满足以下的式(5)和式(6)中的至少一方。

62、t/tu＞2···(5)

63、t/tl＞2···(6)

64、4.一种焊接部件，具有上述1～3中任一项所述的焊接接头。

65、5.一种电阻点焊方法，是用一对焊接电极将n张钢板重叠而成的板组夹持，一边加压一边通电而进行接合的电阻点焊方法，

66、n为2以上的整数，

67、在上述板组中，从上数第1张钢板和第n张钢板中的至少一方为镀锌系钢板，

68、另外，上述电阻点焊方法具有如下工序：

69、第1通电工序，形成中间阶段熔核，以及

70、第2通电工序，将上述中间阶段熔核扩大，

71、在上述第1通电工序中，

72、在[条件1]的情况下，在上述中间阶段熔核的直径w0满足以下的式(7)的条件下进行通电，

73、在[条件2]的情况下，在上述中间阶段熔核的直径w0满足以下的式(8)的条件下进行通电，

74、在[条件3]的情况下，在上述中间阶段熔核的直径w0满足以下的式(7)和式(8)这两方的条件下进行通电，

75、上述第2通电工序中，分别进行1次以上的冷却时间：10ms以上且小于160ms的无通电状态下的冷却、以及通电时间：15ms以上且小于200ms和电流值：上述第1通电工序的电流值以上的通电，

76、(t0.3/tu0.2)×(su/980)0.1×2.0≤w0···(7)

77、(t0.3/tl0.2)×(sl/980)0.1×2.0≤w0···(8)

78、式中，

79、w0：中间阶段熔核的直径(mm)，

80、t：n张钢板的合计厚度(mm)，

81、tu：第1张钢板的厚度(mm)，

82、tl：第n张钢板的厚度(mm)，

83、su：第1张钢板的拉伸强度(mpa)，

84、sl：第n张钢板的拉伸强度(mpa)。

85、另外，[条件1]～[条件3]如下。

86、[条件1]

87、板组的第1张钢板和第n张钢板中仅第1张钢板为镀锌系钢板。

88、[条件2]

89、板组的第1张钢板和第n张钢板中仅第n张钢板为镀锌系钢板。

90、[条件3]

91、板组的第1张钢板和第n张钢板中第1张钢板和第n张钢板这两方为镀锌系钢板。

92、6.根据上述5所述的电阻点焊方法，其中，在上述第1通电工序中，

93、在上述[条件1]的情况下，在上述中间阶段熔核的直径w0满足以下的式(9)的条件下进行通电，

94、在上述[条件2]的情况下，在上述中间阶段熔核的直径w0满足以下的式(10)的条件下进行通电，

95、上述[条件3]的情况下，在上述中间阶段熔核的直径w0满足以下的式(9)和式(10)的两方的条件下进行通电。

96、(t0.45/tu0.3)×(su/980)0.15×2.0≤w0···(9)

97、(t0.35/tl0.3)×(sl/980)0.15×2.0≤w0···(10)

98、7.根据上述5或6所述的电阻点焊方法，其中，上述第1通电工序中，在满足以下的式(11)的条件进行通电，

99、if＞is···(11)

100、式中，

101、is：第1通电工序中的通电开始时的电流值(ka)，

102、if：第1通电工序中的通电结束时的电流值(ka)。

103、8.根据上述5～7中任一项所述的电阻点焊方法，其中，上述n张钢板的合计厚度t、上述第1张钢板的厚度tu和上述第n张钢板的厚度tl满足以下的(5)和(6)中的至少一方。

104、t/tu＞2···(5)

105、t/tl＞2···(6)

106、9.根据上述5～8中任一项所述的电阻点焊方法，其中，满足以下(a)～(e)的状态中的1个或2个以上。

107、(a)焊接电极和板组具有行走角。

108、(b)一对焊接电极产生芯偏移。

109、(c)在板组的加压前，固定式的焊接电极与板组之间存在间隙。

110、(d)在板组的加压前，在板组的钢板间至少1个以上的位置存在间隙。

111、(e)在板组的表面上，从焊接点的中心到板组的端面为止的最短距离为10mm以下。

112、10.一种焊接方法，具有通过上述5～9中任一项所述的电阻点焊方法将n张钢板重叠而成的板组接合的工序，n为2以上的整数。

113、根据本发明，可以得到一种焊接接头，其中，板组的表层钢板的至少一方为镀锌系钢板，并且即使在表层钢板的厚度比、外部干扰的影响很大的情况下，也能抑制焊接部的裂纹，具有所希望的大小的熔核直径。

114、另外，具有本发明的焊接接头的焊接部件，由于在最外侧配置具有高耐腐蚀性的镀锌系钢板，极其适合用于汽车部件、特别是在暴露于雨水的部位使用的汽车部件等。