本发明涉及焊接镀铝钢板(aluminumplatedsteelsheet)的方法。
背景技术：
构成车辆的部件(车体部件)需要具有高强度。由于此原因，作为用于形成这样的部件的材料，使用具有例如高强度的钢板，如高张力钢板。然而，由于将钢板压制加工成车体部件，当使用具有高强度的钢板时，在压制加工中容易出现例如尺寸精度误差的问题。所使用的钢板的强度越高，该问题变得越明显。
为了解决上述问题，开发了所谓的热压制。在热压制中，将钢板加热和软化，然后在此状态下压制加工。同时，使钢板与模具接触并因此冷却而使其硬化，由此形成具有高强度和高尺寸精度的车体部件。
常规地，基于锌的电镀钢板一般用于车体部件以获得防腐蚀性。然而，在上述热压制中，将钢板加热至接近于或者高于锌的沸点的700℃至1000℃。因此，热压制不能用于基于锌的电镀钢板。由于此原因，在热压制中，使用基于铝的电镀钢板(镀铝钢板)。
作为用于车体部件的压制材料，使用twb(拼焊板或裁焊坯料，tailoredweldedblank)。twb是通过在压制前用激光焊接使多个不同板厚度或材料的钢板成为一体(一体化或整合，integrate)而形成的压制材料。由于多个钢板在twb中成为一体，所以在一个压制材料中可以自由地改变板厚等，并且可以改善所形成的车体部件的功能。另外，当使用twb时，可以减少车体部件的数量。
然而，在使用镀铝钢板的twb中，想焊接点处的强度在热压制后下降。出现上述问题是因为形成镀层的铝在焊接点处混合，并且不能通过在热压中硬化获得高强度。
为了解决上述问题，提出了一种使用激光束来除去在所需焊接区域中的铝镀层的技术(参见专利文献1)。还提出了一种使用刮刀除去在所需焊接区域中的铝镀层的技术(参见专利文献2)。
相关领域文献
专利文献
专利文献1：日本专利号5237263
专利文献2：日本专利号5752319
技术实现要素：
发明要解决的问题
然而，在两种技术中，不可能以所需的高精度除去在所需焊接区域中的铝镀层并实施焊接。例如，当在铝镀层的厚度方向上的除去量较小时，在硬化期间在焊接点处发生铝的混合。这也适用于其中利用窄的除去区域的情况。另外，在进行镀层的除去中，当在厚度方向上的除去量太大时，钢板部分还不期望地被除去。作为结果，板厚度变得更薄，并且在焊接点处的强度变得更低。此外，当除去区域太宽时，在焊接后形成其中没有形成铝镀层的宽区域。这引起腐蚀，再次导致强度的下降。
已经形成本发明以解决上述问题，并且本发明的目的是实现在其中以所需高精度除去在所需焊接区域中的铝镀层的状态下进行焊接。
解决问题的方案的手段
根据本发明，提供了一种焊接镀铝钢板的方法，所述方法包括：形成其中在焊接区域中的由铝制成的镀层通过碱性溶液除去的预处理镀铝钢板的第一步骤，和通过激光焊接将由钢制成的另一构件(元件，member)焊接至所述预处理镀铝钢板的焊接区域以使所述构件和所述预处理镀铝钢板成为一体的第二步骤。
在所述焊接镀铝钢板的方法中，在第一步骤中，在焊接区域中的镀层利用在所述焊接区域中具有开口的掩模通过所述碱性溶液除去。
在所述焊接镀铝钢板的方法中，在第一步骤中，形成其中在第一镀铝钢板的焊接区域中的镀层通过所述碱性溶液除去的第一预处理镀铝钢板，和形成其中在作为另一构件的第二镀铝钢板的焊接区域中的镀层通过所述碱性溶液除去的第二预处理镀铝钢板，并且在第二步骤中，将第一预处理镀铝钢板和第二预处理镀铝钢板的焊接区域彼此对接并且通过激光焊接进行焊接，由此形成其中使所述第一预处理镀铝钢板和所述第二预处理镀铝钢板成为一体的拼焊板。
发明效果
如上所述，根据本发明，在镀铝钢板的焊接区域中的由铝制成的镀层通过碱性溶液除去。因此可以获得能够实现在其中以所需高精度除去在所需焊接区域中的铝镀层的状态下进行焊接的出色效果。
附图简述
图1a是示出了在各步骤中的状态以解释说明根据本发明的实施方案的焊接镀铝钢板的方法的图示；
图1b是示出了在各步骤中的状态以解释说明根据本发明的实施方案的焊接镀铝钢板的方法的图示；
图1c是示出了在各步骤中的状态以解释说明根据本发明的实施方案的焊接镀铝钢板的方法的图示；
图1d是示出了在各步骤中的状态以解释说明根据本发明的实施方案的焊接镀铝钢板的方法的图示；
图1e是示出了在各步骤中的状态以解释说明根据本发明的实施方案的焊接镀铝钢板的方法的图示；
图1f是示出了在各步骤中的状态以解释说明根据本发明的实施方案的焊接镀铝钢板的方法的图示；
图2a是示出了通过金相显微镜(metallurgicalmicroscope)观察的根据本发明的实施方案的样品的横断面的照片；
图2b是示出了通过金相显微镜观察的根据本发明的实施方案的样品的横断面的照片；
图3a是示出了通过金相显微镜观察的在没有除去铝镀层的条件下焊接的对比样品的横断面的照片；
图3b是示出了通过金相显微镜观察的在没有除去铝镀层的条件下焊接的对比样品的横断面的照片；
图4a是示出了作为对一个镀铝钢板实施的拉伸试验的结果的破裂状态的照片；
图4b是示出了作为对根据本发明的实施方案的样品实施的拉伸试验的结果的破裂状态的照片；
图4c是示出了作为对在没有除去铝镀层的条件下焊接的对比样品实施的拉伸试验的结果的破裂状态的照片；
图5是作为对一个镀铝钢板、所述样品和所述对比样品中的每一个实施的拉伸试验的结果获得的应力-应变曲线图；
图6是示出了在各步骤中的状态以解释说明根据本发明的实施方案的焊接镀铝钢板的另一种方法的一些步骤的图示；
图7是用于解释说明根据本发明的实施方案的焊接镀铝钢板的其他方法的透视图；和
图8是用于解释说明根据本发明的实施方案的焊接镀铝钢板的其他方法的透视图。
实施发明的最佳方式
现在将参照附图描述本发明的实施方案。图1a至1f是示出了在各步骤中的状态以解释说明根据本发明的实施方案的焊接镀铝钢板的方法的的图示。图1a至1f示意性地示出了横断面。
首先，如图1a中所示，准备镀铝钢板101和镀铝钢板(另一构件)121。镀铝钢板101由钢板102以及在钢板102的正面和反面上形成的镀层103和镀层104形成。镀铝钢板121由钢板122以及在钢板122的正面和反面上形成的镀层123和镀层124形成。各镀层由铝制成。在此实例中，假定钢板122具有比钢板102的板厚度更大的板厚度。
接下来，如图1b中所示，在镀铝钢板101的正面侧上的镀层103上形成掩模层105，并且在反面侧上的镀层104上形成掩模层106。掩模层105使焊接区域151在镀铝钢板101的镀层103的一侧上敞开，并且覆盖在其余区域中的镀层103。另外，掩模层106使焊接区域152在镀铝钢板101的镀层104的一侧上敞开，并且覆盖在其余区域中的镀层104。
此外，在镀铝钢板121的正面侧上的镀层123上形成掩模层125，并且在反面侧上的镀层124上形成掩模层126。掩模层125使焊接区域153在镀铝钢板121的镀层123的一侧上敞开，并且覆盖在其余区域中的镀层123。另外，掩模层126使焊接区域154在镀铝钢板121的镀层124的一侧上敞开，并且覆盖在其余区域中的镀层124。
注意，在此实例中，将镀铝钢板101的端部(端面)107和镀铝钢板121的端部127彼此对接并且焊接，如下文将描述的。因此，焊接区域151和152从端部107的位置延伸，并且焊接区域153和154从端部127的位置延伸。
接下来，在焊接区域151中的镀层103和在焊接区域152中的镀层104使用碱性溶液除去以形成预处理镀铝钢板101a，如图1c中所示。另外，在焊接区域153中的镀层123和在焊接区域154中的镀层124使用碱性溶液除去以形成预处理镀铝钢板121a，如图1c中所示。
由于形成了掩模层105和106，所以通过例如将镀铝钢板101的整个区域浸入预定浓度的氢氧化钠的水溶液中，未被掩模层105和106覆盖的在焊接区域151和152中的镀层103和104被除去。另外，由于钢板102不溶于碱性溶液，所以在焊接区域151和152中的镀层103和104被选择性地除去。
类似地，由于形成了掩模层125和126，所以通过例如将镀铝钢板121的整个区域浸入预定浓度的氢氧化钠的水溶液中，未被掩模层125和126覆盖的在焊接区域153和154中的镀层123和124被除去。另外，由于钢板122不溶于碱性溶液，所以在焊接区域153和154中的镀层123和124被选择性地除去。
接下来，除去掩模层105、106、125和126以暴露被留下且未除去的镀层103、104、123和124的表面，如图1d中所示。
接下来，如图1e中所示，将镀铝钢板101的端部107和镀铝钢板121的端部127彼此对接。然后，例如，将焊接区域151和153用激光束照射并因此进行焊接，并且获得其中使镀铝钢板101和121在焊接部131中成为一体的状态，如图1f中所示。
如上所述，当将两个钢板焊接并成为一体时，获得拼焊板。另外，当使用所制造的拼焊板时，可以通过热压制获得具有所需形状的车体部件。在所获得的车体部件中，形成镀层的铝不在上述焊接点处发生混合，并且通过在热压制中硬化可以获得高强度。另外，根据上述实施方案，可以以高精度布置掩模形成区域。由于可以仅除去铝，所以在厚度方向不会留下铝镀层，并且钢板部分没有被除去。如上所述，根据本发明，可以以所需高精度除去在所需焊接区域中的铝镀层。
这里将参照图2a和2b描述在通过根据上述实施方案的制造方法制造的样品中的焊接点的观察结果。图2a和2b是示出了通过金相显微镜观察的样品的横断面的照片。在此实例中，将相同板厚度的两个镀铝钢板彼此对接并且进行激光焊接。该样品的各个镀铝钢板具有1.6mm的板厚。另外，用于焊接的激光器是yag(钇铝石榴石)激光器。加工点处的输出是4kw，加工点处的光束直径是0.45mm，并且进给速率是5m/min。另外，使用氮气作为辅助气体。
从其中镀层区域较宽的图2a中所示的上侧进行激光照射以完成焊接，由此形成焊接部201。在图2b中，(a)示出了焊接部201的区域的放大图示。在图2b中，(b)示出了不同于焊接部201的部分的放大图示。在图2b中，(c)示出了焊接部201的放大图示。如由图2b的(b)和图2b的(c)之间的对比明显的，可以在任何区域中确认马氏体结构(martensiticstructure)。另外，在焊接部201的区域中，没有确认铝的混合物。
接下来将参照图3a和3b描述通过在没有除去在焊接区域中的铝镀层的条件下将两个镀铝钢板彼此对接并且通过激光焊接使它们成为一体而形成的对比样品的观察结果。在此情况下，同样地，使用各自具有1.6mm的板厚度的镀铝钢板，并且如上所述地实施激光焊接。
从图3a中所示的上侧进行激光照射以完成焊接，由此形成焊接部301。在图3b中，(a)示出了焊接部301的区域的放大图示。在图3b中，(b)示出了不同于焊接部301的部分的放大图示。在图3b中，(c)示出了焊接部301的放大图示。如由图3b的(b)和图3b的(c)之间的对比明显，可以在不同于焊接部301的区域中确认马氏体结构。然而，在焊接部301中，不能确认马氏体结构。另外，在焊接部301的区域中，观察到铝的混合物。
接下来将参照图4a、4b、4c和5描述对上述样品和对比样品实施的拉伸试验的结果。图4a是示出了对一个镀铝钢板实施的拉伸试验的结果的照片。图4b是示出了对通过用根据上述实施方案的制造方法使两个镀铝钢铁成为一体而形成的样品实施的拉伸试验的结果的照片。图4c是示出了对通过在没有除去在焊接区域中的铝镀层的条件下用激光焊接使两个镀铝钢铁成为一体而形成的样品实施的拉伸试验的结果的照片。
图5是应力-应变曲线图。参照图5，实线指示通过根据本发明的制造方法焊接的样品的结果。虚线指示在没有除去铝镀层的条件下焊接的对比样品的结果。另外，交替长短的虚线指示一个镀铝钢板的结果。
图4a和4b显示相同的破裂状态，并且在两个实例中获得相同的拉伸强度。图5显示相同的结果，并且在通过根据本发明的制造方法焊接的样品中获得与在一个镀铝钢板中相同的强度。另一方面，对比样品在焊接点处破裂，如图4c中所示。另外，仅获得低强度，如图5中所示。
如上所述，可以通过根据本发明的焊接镀铝钢板的方法获得所需的高焊接强度。
接下来将描述用于除去在焊接区域中的由铝制成的镀层的掩模层。例如，可以使用遮蔽胶带作为掩模层。可以使用例如使用聚乙烯作为材料的任何遮蔽胶带。
备选地，可以涂布抗蚀剂并将其用作掩模层。通过例如浸渍、喷涂、丝网印刷等将抗蚀剂涂布至预定区域，并且将其用作掩模层。将由树脂制成的抗蚀剂涂布至目标镀铝钢板的整个区域。接下来，通过有机溶剂等除去在所需焊接区域中的抗蚀剂膜，由此暴露焊接区域。在那之后，将在暴露的焊接区域中的铝镀层通过碱性溶液溶解并除去。
另外，可以使用光敏抗蚀剂。例如，可以使用利用重氮萘醌作为光敏剂的基于酚醛树脂的光刻胶。将此光刻胶涂布至目标镀铝钢板的整个区域。之后，暴露所需的焊接区域。接下来，通过碱性溶液使光刻胶层显影，由此暴露焊接区域。当接着使碱性溶液起作用时，可以将在通过显影暴露的焊接区域中的铝镀层溶解并除去。
另外，如图6中所示，在作为处理目标的多个镀铝钢板401之间布置的间隔物(隔板，spacer)402可以用作掩模。间隔物402布置在镀铝钢板401之间。使间隔物402邻接不同于镀层除去区域(焊接区域)的区域并且将其捆扎。在此状态下，将一些间隔物402浸入碱性溶液中直到包括镀层除去区域的部分区域。这使得可以通过一次过程对多个镀铝钢板实施处理。另外，当焊接区域是线形时，间隔物不需要具有复杂的形状，并且可以特别容易地实施处理。
掩模可以由蜡如石蜡制成。例如，将作为处理目标的镀铝钢板的一部分浸入加热和溶解的石蜡溶液中并拉起，由此将石蜡溶液涂布至从镀铝钢板的端部直至预定位置的区域并且形成石蜡层。当拉起镀铝钢板时，将在镀铝钢板的该部分上形成的石蜡层冷却并凝固，并且保持其中将石蜡层固定至镀铝钢板的状态。
接下来，除去在焊接区域中的石蜡层。例如，当使用切割机等在石蜡层和焊接区域之间的边界线上形成切口时，在焊接区域中的石蜡层从镀铝钢板剥落。
之后，将包括焊接区域的镀铝钢板的预定区域浸入预定浓度的碱性溶液如氢氧化钠的水溶液中，由此溶解并除去在焊接区域中的铝镀层。由于其中形成石蜡层的区域不与碱性溶液接触，并且在此区域中的铝镀层没有被除去，所以通过上述处理仅除去在焊接区域中的铝镀层。
所使用的石蜡仅需要在上述溶解/除去处理的温度保持固体状态，并且具有例如约60℃的熔点。
作为实例，上文已经描述了其中通过激光焊接进行焊接的情况。然而，本发明不限于此。例如，可以使用另一焊接方法，如点(电阻加热)焊或弧焊。另外，作为实例，上文已经描述了其中将镀铝钢板的端部彼此对接并且焊接的情况。然而，本发明不限于此。例如，本发明也适用于其中将由钢制成的螺栓502和503焊接至形成为预定形状的镀铝钢板501，如图7的(a)和(b)中所示。在其中要焊接螺栓502的头部的镀铝钢板501的焊接点512处的铝镀层通过碱性溶液选择性地溶解并除去。在此状态下，将螺栓502的头部焊接至焊接点512，如图7的(c)中所示。这可以防止铝在焊接部中的混合并且防止在焊接点处的强度降低。
另外，通过碱性溶液选择性地溶解并除去在螺杆部分延伸穿过的螺孔511的周边上的在焊接区域513中的铝镀层。在此状态下，将螺栓503的头部的螺杆部分基部区域焊接至焊接点513，如图7的(c)中所示。这可以防止铝在焊接部中的混合并且防止在焊接点处的强度降低。
另外，本发明也适用于其中通过冲压等在形成为预定形状的镀铝钢板601中形成孔部分611的情况，如图8的(a)中所示，并且将如图8的(b)中所示的由镀铝钢制成的小部件602与其焊接。在镀铝钢板601的焊接点612处的铝镀层通过碱性溶液选择性地溶解并除去。另外，在小部件602的焊接点621处的铝镀层通过碱性溶液选择性地溶解并除去。当将其中铝镀层以上述方式溶解并除去的区域焊接至彼此时，如图8的(c)中所示，可以防止在焊接点处的强度降低。
如上所述，根据本发明，在镀铝钢板的焊接区域中的由铝制成的镀层通过碱性溶液除去。因此可以实现在其中以所需高精度除去在所需焊接区域中的铝镀层的状态下进行焊接。
注意，本发明不限于上文描述的实施方案，并且当然地，在本发明的技术范围内，本领域普通技术人员可以进行许多改进和组合。例如，已经例举氢氧化钠的水溶液作为碱性溶液。然而，本发明不限于此，并且当然地，可以使用任何其他碱性溶液，如氢氧化钾的水溶液。
标号和符号说明
101...镀铝钢板，101a...预处理镀铝钢板，102...钢板，103、104...镀层，105、106...掩模层，107...端部，121...镀铝钢板(另一构件)，121a...预处理镀铝钢板，122...钢板，123、124...镀层，125、126...掩模层，127...端部，131...焊接部，151、152、153、154...焊接区域。