点焊接头以及点焊方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及将在汽车领域等使用的抗拉强度750~2500MPa的高强度钢板、特别是 抗拉强度为980MPa以上的高强度钢板重叠来进行点焊的焊接方法和采用该焊接方法形成 的点焊接头。
【背景技术】
[0002] 近年来，在汽车领域中，为了用于降低油耗和削减CO2排放量的车体的轻量化、以 及提高碰撞安全性，车体、部件使用了高强度钢板。在车体的组装、部件的安装等中，主要使 用点焊。在高强度钢板的点焊中，焊接接头的强度成为问题。
[0003] 在将钢板重叠、进行点焊而形成的接头（以下称为"点焊接头"）中，抗拉强度是重 要的特性。通常点焊接头的机械特性采用在剪切钢板的方向负载拉伸载荷而测定到的拉伸 剪切力(TSS)、和在剥离钢板的方向负载拉伸载荷而测定到的十字拉伸力(CTS)进行评价。 拉伸剪切力和十字拉伸力的测定方法在JIS Z3136和JIS Z3137中进行了规定。
[0004] 在抗拉强度为270~600MPa的钢板中，点焊接头的CTS伴随钢板强度的增加而增 加，因此难以产生关于接头强度的问题。但是，在抗拉强度为750MPa以上的钢板中，即使钢 板的抗拉强度增加，CTS也不增加、或者相反地减少。
[0005] -般地，高强度钢板的情况下，由于变形能的降低，向焊接区的应力集中提高。另 外，由于合金元素增加而容易在焊接区淬火，焊接区的断裂韧度降低。其结果，CTS降低。因 此，对于750MPa以上的高强度钢板的点焊接头，要求提高CTS。
[0006] 作为在高强度钢板的点焊接头中确保强度的方法，曾提出了各种方法。
[0007] 专利文献1公开了下述焊接方法:在点焊的正式通电后，在附加了加压压力的状态 下反复进行通电的休止和再通电，其后进行维持(hold)，由此将焊点内的组织微细化，使接 合部的断裂强度提高。
[0008] 专利文献1中的焊点内的组织为最终组织，而不是凝固组织。在该方法中，虽然通 过再通电，偏析被缓和，但是凝固组织没有被微细化。其结果，不能得到充分的断裂韧度。另 外，由于需要再通电的反复、和维持，因此焊接需要长时间，不能发挥作为以短时间焊接的 点焊的优点。
[0009] 专利文献2公开了下述方法:在正式通电结束后经过一定时间后，进行回火通电， 将点焊接头(焊点部以及热影响区)进行退火，使硬度降低。
[0010] 该方法存在以下问题:在进行回火通电前，为了使马氏体相变大致完成，需要长的 冷却时间，不能发挥作为以短时间焊接的点焊的优点。
[0011] 另外，作为在高强度钢板的点焊接头中确保强度的方法，曾提出了在焊接后采用 其他的加热方法加热焊接区的方法。
[0012] 专利文献3公开了在焊接后高频加热焊接区来进行回火处理的方法。
[0013]在该方法中，焊接后需要别的工序，作业步骤变得烦杂，另外，为了利用高频而需 要特殊的装置。
[0014] 专利文献4公开了下述方法:在通过正式焊接而形成焊点后，将正式焊接电流以上 的电流进行后通电的方法。
[0015] 在该方法中，当使后通电时间较长时，焊点直径扩大，另外，焊点组织变得与通常 的焊接区的组织相同。
[0016] 专利文献5中公开下述方法:将抗拉强度为440MPa以上的钢板进行点焊时，将钢板 的成分组成规定为C X P < 0.0025、P: 0.015%以下、S:0.01%以下，焊接后，对焊接区实施 300 °C X 20分钟左右的热处理，来提高接头的剥离方向强度。
[0017]在该方法中，能够应用的钢板被限定，另外，焊接需要长时间，因而生产率低。
[0018] 专利文献6公开了 ：规定了焊点外层区域的显微组织和显微组织中的碳化物的平 均粒径和个数密度的高强度钢板（抗拉强度：750~1850MPa，碳当量Ceq: 0.22~0.55质 量％)的点焊接头。
[0019] 专利文献6仅公开了关于碳化物的规定，仅采用该规定并不能获得可靠性高的接 头强度。
[0020] 专利文献7公开了下述方法:在点焊方法中，焊接预定部位从熔融状态向凝固组织 转变时，对焊接预定部位给予机械性振动，使焊接区的组织微细化。
[0021] 在该方法中，机械性振动向熔融部的传播少，要获得效果的话，装置就成为大规 模。
[0022] 在先技术文献 [0023]专利文献
[0024] 专利文献1:日本特开2012-187615号公报
[0025] 专利文献2:日本特开2002-103048号公报
[0026] 专利文献3:日本特开2009-125801号公报
[0027] 专利文献4:日本特开2010-115706号公报
[0028] 专利文献5:日本特开2010-059451号公报
[0029] 专利文献6:国际专利公开第2011/025015号
[0030] 专利文献7:日本特开2011-194411号公报
【发明内容】
[0031] 本发明的课题是提供提高了点焊金属的断裂韧度、提高了点焊接头强度的点焊接 头以及点焊方法。
[0032] 本发明人等对于解决上述课题的方法进行锐意研究。其结果，本发明人等发现，当 在熔融部的凝固过程中对熔融部负载所需的频率的电磁振动时，凝固组织微细化，点焊金 属的断裂韧度显著提高。
[0033] 本发明是基于上述见解完成的，其要旨如下。
[0034] (1) -种点焊接头，其特征在于，在焊点端部的0.5mm X 0.5mm的区域中包含凝固组 织的晶粒375个以上。
[0035] (2)根据上述(1)所述的点焊接头，其特征在于，十字抗拉强度CTS与拉伸剪切强度 TSS 之比、SPCTS/TSS为0.33 以上。
[0036] (3)-种点焊方法，其特征在于，包括以下工序:通过通电来形成熔融部的熔融部 形成工序;和与所述熔融部形成工序接续，流通比在所述熔融部形成工序中流通的电流低 的电流并使所述熔融部凝固的凝固工序，在所述凝固工序中，向所述熔融部施加电磁振动， 所述电振动电磁振动的频率fv、所述熔融部凝固时的凝固速度VS以及所述熔融部凝固时的 枝晶的臂间隔X d满足0.2 < vs/ (Ad X fvH 4.0。
[0037]根据本发明，能够显者提尚点焊部的初性，因而能够提供可靠性尚的点焊接头。
【附图说明】
[0038]图1是模式地表示点焊时的电流模式的图。
[0039]图2是模式地表示对正在凝固的熔融部负载电磁振动的形态的图。
[0040]图3是模式地表示枝晶的生长和分断的形态的图。（a)表示枝晶的生长形态，（b)表 示枝晶的分断形态。
[0041 ]图4是表示凝固组织以及最终组织的观察的概念的图。
[0042] 图5是表示对通过通常的凝固而形成的点焊接头的焊点端部的凝固组织、和根据 本发明形成的点焊接头的焊点端部的凝固组织进行比较的图，（a)为通常凝固，（b)为本发 明的凝固。
[0043] 图6是表示对通过通常的凝固而形成的点焊接头的焊点端部的凝固组织、和根据 本发明形成的点焊接头的焊点端部的凝固组织进行比较的图，（a)为通常凝固，（b)为本发 明的凝固。
[0044] 图7是说明本发明中的凝固组织观察的图。
【具体实施方式】
[0045] 首先，对本发明的焊接方法进行说明。
[0046] [熔融部形成工序]
[0047] 首先，从重叠的钢板的两侧进行通电，形成用于确保需要的焊点直径的熔融部。用 于形成该熔融部的通电，只要凝固不开始，怎样选择都可以。可以是多段通电。另外，电流值 可以不恒定，也可以是正弦波、脉冲波。
[0048] [凝固工序]
[0049] 要是形成了需要的熔融直径的熔融部的话，就与之接续，以比维持熔融直径的电 流值低的电流值进行通电，一边使熔融部凝固一边施加电磁振动。
[0050] 图1模式地表示本发明焊接方法中的最单纯的情况下的、点焊时的电流模式。在本 发明焊接方法中，以切(=〇-^)的时间、电流值Iw形成熔融部之后，接着，一边以比保持熔 融部的熔融直径的电流低的电流值Iv进行tv( = t3-t2)的时间的通电，一边使熔融部凝固。
[0051] 熔融部形成工序中的通电（以下称为"正式通电"）的电流，没有特别限制。可以是 商用频率的交流，也可以是直流。在凝固工序中流通的电流Iv的值没有特别限定，但是为了 较快地进行凝固，需要相对于形成熔融部时的电流较低地设定，满足Iv 2/Iw2 < 0.5的程度的 值为目标。电流值Iv不需要为恒定。但是，没有要使其成为特别复杂的波形的意思，优选为 恒定、或单调减少。
[0052]在时间t:^t3的期间的凝固工序中，向正在凝固的熔融部施加电磁振动。图2模式 地表示向正在凝固的熔融部施加电磁振动的形态。将钢板21a和钢板21b重叠，以电流值Iw 进行时间为tw的期间的正式通电（参照图I)，形成熔融部22。在经过tw后的时间td#电流值 降低至Iv(参照图1)，使熔融部的凝固开始。
[0053]熔融部凝固时，如果利用通常的焊接方法，则从熔融部的周围朝向熔融部的中心 部枝晶生长下去而完成凝固。在本发明的焊接方法中，在凝固过程中对于枝晶的生长方向 23施加电磁振动24,将枝晶的生长分断，将熔融部的凝固组织细粒化。
[0054]在这里，凝固组织是指在凝固过程中作为单一的晶粒而生成的结构。例如如果为 枝晶凝固，则1根枝晶为凝固组织的一个单位，如果为等轴的凝固，则1个凝固时的晶粒为凝 固组织的一个单位。
[0055] 电磁振动的频率，只要能够分断枝晶，就不限定于特定的频率，但是为了确实地分 断枝晶的生长，使凝固组织成为更细的粒晶，需要设为由下述式（1)定义的指标A满足下述 式(2)的频率。
[0056] A = vs/(A〇Xfv) · · · (1)
[0057] f V:电磁振动的频率；
[0058] vs:凝固速度(凝固界面的推进速度）；
[0059] λ?:枝晶的臂间隔。
[0060] 0.2<Α<4·0 · · · (2)
[0061] 凝固速度、枝晶的臂间隔通过事前的实验而得到。即，将实际要焊接的种类的钢板 在事前以在焊接部形成工序、凝固工序中流通的电流值进行点焊，测定凝固速度、枝晶的臂 间隔。测定一次之后，将同种的钢板在相同的条件下进行点焊时，使用相同的值即可。更具 体的步骤如下。
[0062] 首先，决定板组、钢种，决定正式通电的条件。接着，决定凝固工序中的电流值。该 电流值如上所述不特别限定。
[0063] 接着，测定凝固速度。使用实际要焊接的板组、钢种，制作将以所决定的凝固工序 中的电流值流通电流的时间设为多个水准的样品。观察样品截面的凝固组织，求出枝晶的 臂间隔。另外，由于凝固组织从柱状晶变为等轴晶的位置、或者柱状晶的粗细度变化的位置 是停止电流的时刻的固液界面位置，因此通过计算求出凝固速度。
[0064]例如，在正式通电之后进行25毫秒的期间的通电的情况下，如果在截面中、距熔融 边界0.5_的位置处凝固组织发生了变化，则凝固组织被求出为20_/秒。