焊接构造部件和焊接方法_3

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度改变,能够对环状的附近区域2B和端部2C进行回火等加热处理来使 环状的附近区域2B和端部2C软化。
[0135] 图6是示意性地说明冷却期间的钢板2的冷却的图。如图6所示,钢板2的冷却 通过向电极14的排热冷却和电极14与钢板2接触的向圆周方向的传热冷却来进行。在这 种情况下,电极14用水冷却,因此向电极14的基于排热冷却的排热量较大,冷却的进行从 熔核中央部分向端部推进。冷却期间时间越长,冷却区域越大。随着冷却的推进,熔核部被 淬火,从奥氏体组织变成硬且脆的马氏体组织。
[0136] 图7是示意性地说明基于高频的第三通电期间的钢板2加热的图。如图7所示,通 过高频通电,在熔核的外周部形成大范围的蓄热环。由熔核部的冷却引起的淬火在基于高 频的第三通电的期间内也继续进行,但因蓄热环的热,向外方向的冷却的进行度显著衰减。
[0137] 图8是不意性地说明尚频通电后的回火的图。如图8所不,在尚频的第二通电结 束之后使电极14上升,释放施加于钢板2的压力。在释放该电极14的同时,热量从蓄热环 流入熔核中央方向的低温区域,使电极14所接触的整个区域变成均热。熔核部被该流入的 热量回火,变成韧性值高的回火马氏体组织。也就是说,熔核部通过从蓄热环流入的热量对 淬火状态的焊接部进行回火。高频的通电路径与经过焊接中央部的低频不同,根据作为高 频特性的表皮效应,主要在焊接部的外周的钢板2的表层部生成通电路径,在高频电流32 的磁通密度增大的部位产生环状的蓄热区域(称为蓄热环)。
[0138] 为了通过高频通电对焊接部进行回火来变成韧性值高的回火马氏体组织,在冷却 期间内需要将点焊部3冷却到比马氏体转变结束点的温度(称为Mf温度)低的温度。比 Mf点低的温度因钢板2的组成而变化。例如含有0. 26 %的碳(C)的钢板2的Mf温度为 300 °C左右。
[0139] 如果对温度比Mf点低的部位重新加热,则变成回火马氏体的组织,韧性提高。本 发明的特征在于能够获得没有角的硬度分布。在从焊接部位的整个区域的温度在达不到Mf 温度的300°C以下的状况、即包含不完全淬火部分的状态起开始进行回火的情况下,如后述 的图16的比较例2所示,在焊接部位截面的硬度分布中,硬度分布呈Μ形,在钢板2的母材 和热影响部5的端部产生的硬度较高的区域因以角的形态残留、断裂模式不良、抗断裂强 度不足而不优选。
[0140] 如果本发明的点焊部3的整个区域被冷却到300°C以下,则硬度分布如后述的图 15的实施例1所示,硬度大致一定,在钢板2的母材和热影响部5的端部产生的角不再出 现,从热影响部5到熔融凝固部5成为韧性高的回火马氏体组织。在这种情况下,通过对仅 低频的焊接追加高频通电加热来对焊接部进行回火,十字拉伸试验的拉伸抗断裂强度大致 倍增。例如在低频的焊接中拉伸抗断裂强度为3. 5kN~4kN的情况下,本发明的焊接的拉 伸抗断裂强度为7kN~8kN以上。
[0141] 硬度分布的基本形态按冷却时间(冷却)制作,焊接部内部的硬度的上升下降能 够用高频的输入电力量(热)来调整。因冷却而温度为Mf点(300°C)以下的部位的组织 通过回火而从淬火马氏体变成回火马氏体。
[0142] 如后述的图18(a)所示,点焊后的点焊部3的组织成为具有轮廓的小竹状的组织。 如果高频电力变大,则小竹状的回火组织变粗。深浅、粗细随着加热时间或输出的大小而改 变。通过长时间冷却后的回火制作出具有轮廓的微细的组织,但在点焊中有时间的限制,导 致成为小竹状的组织。
[0143] 例如在点焊部3的硬度分布中,在假设角部的最佳硬度为550~560(Hv)的情况 下,组织的冷却时间和高频电力的关系如下所述。
[0144] (a)通过高输出施加,组织变粗。
[0145] (b)通过高输出和长时间施加,组织变粗,碳化物析出而变浓。
[0146] (c)长时间地碳化物析出而变浓。
[0147] 另一方面,在现有的仅低频通电的焊接的组织中,如后述的图18(b)所示,不形成 清晰的轮廓而根据条件不同仅以深浅呈现小竹状或鳞片状的组织。在不完全的回火的情况 下,不形成清晰的轮廓而呈现类似海蕴的海绵状的组织,形状或密度也散乱。
[0148] 在冷却中,温度不降至Mf点以下的部位作为从奥氏体的转换部,在硬度分布中以 角状残存。组织硬且脆。
[0149] 根据本发明,对拉伸抗断裂强度、断裂模式、组织进行比较,能够决定冷却时间、高 频电力的大小、高频电力的施加时间。另外,上述是板厚、即t = 1. 2mm的条件。
[0150] 在上述说明中,示出了进行点焊的对象为钢板2、2的例子,不过形状不限于板状, 可以是任意形状。此外,示出了对2片钢板2进行点焊的例子,不过也可以是3片以上的多 个板的焊接。
[0151] 图9是表示使3片钢板重合的情况下基于高频电流32的加热状态的截面图。如 图9所示,在使3片钢板2重合的情况下,利用高频电流32对由2个部位的环状的附近区 域2B、以及2个部位的钢板2的接合面的端部2C构成的4个部位的环状区域2B、2C进行加 热。
[0152] 图10是表示对焊接构造部件1的点焊部3进行十字拉伸试验时的断裂方式的JIS 分类的图,(a)表示界面断裂,(b)表示部分塞子断裂(Partial plug rupture,日文原文: 部分7° 7夕破断),(c)和(d)表示塞子断裂(Plug rupture,日文原文7夕破断)。
[0153] 关于图10(a)的界面断裂,十字拉伸试验的负荷方向和裂纹(crack)的扩展方向 直到最后为止不同,抗断裂强度较低。图10(b)的部分塞子断裂是裂纹的扩展方向在熔核 的内部变化的断裂方式,抗断裂强度较低。图10(c)的塞子断裂是裂纹的扩展方向在热影 响部5的内部变化的断裂方式,抗断裂强度增大。图10(d)的塞子断裂是裂纹的扩展方向 从热影响部5的外部开始的所谓母材断裂,抗断裂强度增大。
[0154] 在以下所示的实施例的焊接构造部件1中,十字拉伸试验的断裂方式按图10的 JIS分类表示,将点焊为塞子断裂的情况判断为能够点焊。另外,点焊部3的各部分名称在 没有特别说明的情况下使用图39中已说明的名称。
[0155] 下面,利用实施例进一步详细说明本发明。
[0156] 实施例1
[0157] (2片钢板的点焊)
[0158] 下面,对利用焊接装置10对钢板2进行点焊的具体例子进行详细说明。
[0159] 对2片钢板2进行点焊。所用的钢板2、低频电源16、高频电源18等条件如下所 不。
[0160] 钢板 2 :厚度 1. 2mm,大小 50mm X 150mm
[0161] 低频电源16 :50Hz、电极14为铜制,该电极14的尖前端的直径为6mm,尖前端的R 为40mm、电源电容为50kVA。
[0162] 低频电源16的通电时间:0. 34秒
[0163] 高频电源 18 :25kHz、29kW
[0164] 高频电源18的通电时间:0. 7秒
[0165] 钢板2的组成(质量% )例如含有0· 26%的C(碳)作为铁以外的成分。
[0166] 参照图3,对实施例1的来自低频电源16和高频电源18的电力施加进行说明。
[0167] 首先,从低频电源16施加电力进行焊接。如图3所示,在第一通电和第二通电这 两个阶段的通电进行低频电源16的接通。设利用第一通电产生的第一电流的上升为1个 周期(0.02秒),接着,设保持第一电流的最大值的第一通电为周期(0.02秒)。第一电流 的值的最大值约为9kA。在第一通电之后,进行1个周期(0.02秒)的冷却,然后进行第二 通电。设利用第二通电产生的第二电流值的最大值为7. 2kA来通电14个周期。利用低频 电源16进行的两个阶段的通电还包含冷却等在内为17个周期。1个周期为0. 02秒,因此 焊接时间为0.34秒。在来自低频电源16的第二通电结束之后,设冷却时间为1秒。接着, 使来自高频电源18的电力为29kW施加0· 7秒。施加了来自高频电源18的电力之后,0· 02 秒后停止利用电极14的加压。
[0168] 图11是用示波器测量从低频电源16和高频电源18施加的电力而得到的波形的 一例。
[0169] 在实施例1中,设图3的冷却期间为1秒,使利用频率25kHz的高频电力进行的第 三通电以29kW进行0. 7秒。
[0170] (比较例1)
[0171] 作为与实施例1相对的比较例1,通过仅低频电源16的通电对2片钢板2进行点 焊。也就是说,进行了通常的点焊。所用的钢板2和电极14与实施例1相同。
[0172] 图12是示意性地说明比较例1中利用低频电源进行的电力施加的图。通电模式 如下所示。
[0173] 利用第一通电产生的第一电流的上升:1个周期(0.02秒)
[0174] 第一通电(图中记载为"第一低频"):9kA、l个周期(0· 02秒)
[0175] 冷却:1个周期(0· 02秒)
[0176] 第二通电(图中记载为"第二低频"):5.51^、61^、7.21^、14个周期(0.28秒)
[0177] 第三通电(图中记载为"第三低频"):3. 6kA、5个周期(0· 1秒)
[0178] 熔核直径由第二通电时的电流值决定。通过进行了通常的点焊之后的焊接部位的 截面观察来测量熔核直径。第二通电时的电流为5. 5kA、6kA、6. 5kA、7. 2kA时的熔核部分别 是约 4. 4_、约 4. 9_、约 5. 4_、约 6_。
[0179] (比较例2)
[0180] 比较例2是在比较例1的第二通电与第三通电之间插入1秒冷却期间的点焊。除 了插入有冷却期间以外,低频的第一~第三通电等的加热条件与比较例1相同。
[0181] 图13是表示比较例2的通电模式的图。通电模式如下所示。
[0182] 利用低频第一通电产生的第一电流的上升:1个周期(0. 02秒)
[0183] 低频第一通电:9. OkA、1个周期(0· 02秒)
[0184] 低频冷却:1个周期(0· 02秒)
[0185] 低频第二通电:7. 2kA、14个周期(0· 28秒)
[0186] 冷却期间:50个周期(1秒)
[0187] 低频第三通电:6. OkA、10个周期(0· 2秒)
[0188] 保持时间:1个周期(0· 02秒)
[0189] (比较例3)
[0190] 作为与实施例1相对的比较例3,以比较例1的通电模式通过仅低频电源16的通 电进行点焊,并且用电炉对该进行了焊接的钢板进行热处理。热处理在300°C进行30分钟。
[0191] 图14是示意性地说明比较例3中利用低频电源16进行的电力施加和利用电炉进 行的热处理的图。通电模式如下所示。
[0192] 比较例3 :利用第一通电产生的第一电流的上升:1个周期(0. 02秒)
[0193] 第一通电:9kA、l个周期(0· 02秒)
[0194] 冷却:1个周期(0· 02秒)
[0195] 第二通电:7. 2kA、14 个周期(0.28 秒)
[0196] 第三通电:3. 6kA、5个周期(0· 1秒)
[0197] 图15是表示实施例1、比较例1和比较例3中制作的点焊部件1的点焊部3的大 致中央截面的硬度分布的一例的图。图15的横轴表示沿着点焊部3的钢板2、2的重合部 的方向上的位置,与点焊部3的截面对比地进行表示。图15的纵轴是维氏硬度(HV)。点焊 前的钢板(母材)2的维氏硬度(HV)是465Hz左右。图15所示的实施例1、比较例1和比 较例3中的低频的第二通电的电流都是7. 2kA、14个周期,熔核直径是6mm。
[0198] 如图15所示,可知在实施例1的情况下,测量位置的左侧、即热影响部5的左外部 侧的硬度为455~470HV、热影响部5的左侧的硬度为460~550HV、熔融凝固部4的硬度 为530~550HV、热影响部5的右侧的硬度为530~410HV、热影响部5的右外部侧的硬度 为455~460HV。实施例1的硬度分布相对于母材的硬度465HV,热影响部5和熔融凝固部 4的硬度在530~550HV之间为大致平坦的硬度分布。
[0199] 如图15所示,在比较例1的情况下,测量位置的左侧、即热影响部5的左外部侧和 右外部侧的硬
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