JP2017221973A - 重ね接合継手及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】重ね合わされた複数の鋼板で構成され、高いパワー密度を有する光線による点状の接合部を有する重ね接合継手において、継手強度に優れ、信頼性の向上した接合継手を提供する。【解決手段】重ね接合継手の高いパワー密度を有する光線による点状の接合部は、前記重ね合わされた全ての鋼板に跨る点状の溶融凝固部を有し、その溶融凝固部は、再溶融凝固部と、凝固再加熱部とを有するものとし、再溶融凝固部は、シリンダー状の形状を有し、溶融凝固部と鋼板との溶融境界の内側に該溶融境界とは重ならないように、かつ、重ね合わされた鋼板を貫通しないように位置しており、凝固再加熱部は、再溶融凝固部の周囲に位置し、溶融境界を含んでおり、再溶融凝固部より軟化しているようにする。【選択図】図２

Description

本発明は、重ね接合継手とその製造方法に関し、特に、自動車車体に用いられる高強度鋼板の重ね接合継手とその製造方法に関するものである。

近年、自動車分野では、低燃費化やＣＯ₂排出量の削減のため、車体を軽量化することや、衝突安全性の向上のため、車体部材を高強度化することが求められている。これらの要求を満たすためには、車体部材や各種部品などに高強度鋼板を使用することが有効である。

このような高強度鋼板よりなる車体の組立や部品の取付けなどの工程では、主として、抵抗発熱を利用したスポット溶接が広く普及しているが、近年、スポット溶接に替えて、一部で高パワー密度を有する光線（以下、光線とする。）による接合法を用い、点状に接合を行う技術が自動車の製造に適用されつつある。

光線による点状の接合は、スポット溶接より高速の施工が可能で、スポット溶接のように分流の影響を受けないため、接合点のピッチを短くできるというメリットがあり、多点接合による車体剛性の向上も可能である。

一方、光線による点状の接合継手の強度は、従来の抵抗スポット溶接と同程度、もしくは低下する傾向があり、炭素量の高い９８０ＭＰａ以上の高強度鋼板の場合は、継手強度のうち、十字引張強度が低下する問題があった。
接合継手の品質指標の一つである継手強度には、せん断方向に引張荷重を負荷して測定する引張せん断強さ（ＴＳＳ）と、剥離方向に引張荷重を負荷して測定する十字引張強さ（ＣＴＳ）がある。光線による接合継手において、特に、ＣＴＳは、従来の抵抗スポット溶接と同程度、又は、低下する傾向があり、炭素量の多い高強度鋼板の場合には、ＣＴＳが低くなることがあった。
このため、高強度鋼板に光線による接合を行った場合に、ＣＴＳ等の継手強度を向上させる技術が望まれていた。

このような状況のもと、光線による接合において、継手強度を向上させる技術として、接合部の近傍に、他の接合部を形成する技術（特許文献１参照）、閉ループ状の本ビードの内側に、本ビードを焼き戻すことを目的とした他のビードを形成する技術（特許文献２、３参照）が知られている。

このようなループ状に光線による接合部を形成する技術では、接合部の接合面積が小さくなり、引張せん断強さ（ＴＳＳ）が低くなることが懸念される。これに対して、ループ状の接合部より接合面積が広い、鋼板表面側から平面視したとき、外側輪郭が略円形状で、その中心まで溶融凝固している光線による接合部を鋼板に形成して、継手強度を向上させる技術が報告されている（特許文献４参照）。

特開２０１０−０１２５０４号公報 特開２０１２−２４００８６号公報 国際公開第２０１２／０５００９７号 特開昭６０−６８１８５号公報

特許文献４に開示の技術は、光線による接合部を点状としているので、引張せん断強さ（ＴＳＳ）の向上に有効であるが、十字引張強さ（ＣＴＳ）を更に向上させることが望まれていた。
そこで、本発明は、このような実情に鑑み、継手強度に優れ信頼性の向上した重ね接合継手を提供することを課題とする。

本発明者らは、鋼板に光線による接合を実施し、光線による点状の接合部を形成した接合継手のＣＴＳを更に向上させるための手段について鋭意検討した。
重ね接合継手は、剥離方向に接合部に荷重が負荷されると、鋼板と溶融凝固部との溶融境界の近傍に応力が集中し破断に至り易いため、十分なＣＴＳ値を確保できないと考えられる。そこで、溶融境界近傍を熱処理することにより、その部分の靭性を向上させることを着想し、そのための熱処理箇所及び熱処理方法について種々調査した。

その結果、点状の接合部の溶融凝固部の内側に光線を環状に照射して、照射部を再溶融凝固させるとともに、その際の熱によって鋼板と溶融凝固部との溶融境界付近を焼き戻すように再加熱することで、ＣＴＳが向上することを見出した。
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨とするところは以下の通りである。

（１）重ね合わされた複数の鋼板で構成され、光線による点状の接合部を有する重ね接合継手において、
前記光線による点状の接合部は、前記重ね合わされた全ての鋼板に跨る点状の溶融凝固部を有し、
該溶融凝固部は、再溶融凝固部と、凝固再加熱部とを有し、
前記再溶融凝固部は、シリンダー状の形状を有し、前記溶融凝固部と鋼板との溶融境界の内側に該溶融境界とは重ならないように、かつ、重ね合わされた鋼板を貫通しないように位置しており、
前記凝固再加熱部は、前記再溶融凝固部の周囲に位置し、前記溶融境界を含んでおり、前記再溶融凝固部より軟化している
ことを特徴とする重ね接合継手。

（２）前記凝固再加熱部のうち、前記鋼板の合わせ面の前記溶融境界から、前記再溶融凝固部に向かって０．５ｍｍの範囲のビッカース硬さの平均値は、Ｈｖ３９０以下であり、かつ、前記再溶融凝固部のビッカース硬さの平均値よりＨｖ７０以上低いことを特徴とする上記（１）に記載の重ね接合継手。

（３）前記複数の鋼板の板厚方向断面において、鋼板合わせ面と前記溶融境界の交点から前記再溶融凝固部までの最短距離が１.０〜３.０ｍｍであることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の重ね接合継手。

（４）前記複数の鋼板が、表面処理皮膜を有する鋼板を１枚以上含むことを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の重ね接合継手。

（５）複数の鋼板を重ね合わせ、高パワー密度を有する光線を照射して前記複数の鋼板を接合する重ね接合継手の製造方法において、
重ね合わされた鋼板の一方の外表面の限られた領域内に高パワー密度を有する光線を照射し、前記重ね合わされた全ての鋼板に跨って溶融凝固させて、点状の溶融凝固部を有する光線による点状の接合部を形成し、
次いで、該溶融凝固部と鋼板との溶融境界の内側に、該溶融境界とは重ならないようにかつ、重ね合わされた鋼板を貫通しないように、高パワー密度を有する光線を環状に再照射し、該照射部分を再溶融凝固させてシリンダー状の再溶融凝固部を形成するとともに、該再溶融凝固部の周囲を再加熱して前記溶融境界を含む凝固再加熱部を形成し、
さらに、前記再溶融凝固部を形成する際の接合条件を調整して前記凝固再加熱部を前記再溶融凝固部より軟化させる
ことを特徴とする重ね接合継手の製造方法。

（６）前記光線の再照射は、前記複数の鋼板の板厚方向断面において、鋼板合わせ面と前記溶融境界の交点から前記再溶融凝固部までの最短距離が１.０〜３.０ｍｍとなるように行われることを特徴とする上記（５）に記載の重ね接合継手の製造方法。

（７）前記複数の鋼板に、表面処理皮膜を形成した鋼板を１枚以上用いることを特徴とする上記（５）又は（６）に記載の重ね接合継手の製造方法。

ここで、光線による点状の接合部とは、重ね合わされた鋼板表面の一部の限られた領域内に光線を照射して点状に形成された溶融凝固部によって鋼板が相互に接合された部分をいう。

本発明によれば、溶融凝固部の溶融境界近傍に、靱性に優れる凝固再加熱部を設けたので、重ね接合継手の継手強度、特に、十字引張強さ（ＣＴＳ）を向上させることができ、接合継手の信頼性を向上させることができる。そして、本発明の接合継手を自動車部品に適用することで、自動車部品の信頼性を向上させることができる。

光線による点状の接合部を有する接合継手を模式的に示す図であり、（ａ）は接合継手の断面の構造を示し、（ｂ）は接合継手のビッカース硬さ分布を示す。 光線による点状の接合部の内側に、環状に光線を照射した接合継手について、図１と同様に模式的に示す図である。 光線による点状の接合部の内側に、環状に光線を照射した接合継手であって、図２と異なる例について、図２と同様に模式的に示す図である。 本発明の接合継手の断面を説明する図である。 光線による点状の接合部の形成の概要を示す斜視図であり、（ａ）は異なる照射直径で光線を照射する概要図を示し、（ｂ）は集光面積を広くして光線を照射する概要図を示し、（ｃ）は形成された光線による点状の接合部の斜視図を示す。 光線による点状の接合部の熱処理の概要を示す斜視図であり、（ａ）は光線を照射する概要図を示し、（ｂ）は再溶融凝固部と凝固再加熱部とを有する光線による点状の接合部の斜視図を示す。

まず、本発明に至った検討の経緯及び本発明の基本的構成について説明する。
光線による点状の接合部を有する重ね接合継手において、更に、継手強度を向上させることが望まれていた。重ね接合継手は、剥離方向に接合部に荷重が負荷されると、鋼板と溶融凝固部との境界（溶融境界）の近傍、特に、鋼板合わせ面と溶融境界との交点近傍に応力が集中し、破断に至り易い。
そこで、光線による点状の接合部における溶融境界近傍の応力が集中する部分に熱処理することを検討した。

まず、重ね合わされた２枚の鋼板（引張強さ1500MPa級、板厚1.6ｍｍ）の一方の外表面に光線を照射して、照射部分を溶融凝固させて、直径が約６．０ｍｍで、２枚の鋼板を重ね方向に柱状に貫通する溶融凝固部を有する光線による点状の接合部を形成した（図１(ａ)参照）。
次に、この溶融凝固部の鋼板との溶融境界の内側に、ビーム径０．４ｍｍの光線を、直径３．０ｍｍの円周に沿って一周再照射して、照射部分を再溶融凝固させて、溶融凝固部の内側にシリンダー状の再溶融凝固部を有するとともに、その周囲に、再溶融凝固部３ａの熱により再加熱された凝固再加熱部３ｂを有する光線による点状の接合部を形成した（図２(ａ)参照）。
なお、再照射の際には、再溶融凝固部の内側端部が、鋼板合わせ面２ｃの延長線より鋼板２ａ側であって、鋼板合わせ面と溶融境界との交点がビッカース硬さの測定点が焼戻し温度範囲に加熱される位置になるように光線の照射条件を調整した。
そして、それぞれの光線による接合部を含む接合継手の板厚方向断面において、鋼板合わせ面近傍位置のビッカース硬さの変化を測定した。
図１、２の（ｂ）にビッカース硬さの変化を概略図で示す。

ビッカース硬さは、図１、２の（ａ）図に示すように、点線Ｘの位置（板厚方向のビッカース硬さの測定位置）において、鋼板表面と平行方向に沿って測定範囲Ｌ１にわたってビッカース硬さを測定した。点線Ｘは、板厚方向において、鋼板２ａ、２ｂの合わせ面２ｃから鋼板２ａ側に０．１ｍｍの位置である。また、Ｌ２は溶融凝固部内のビッカース硬さの測定範囲である。

図１(ｂ)に示すように、溶融凝固部３に光線を再照射する熱処理を施す前の接合継手１のビッカース硬さは、溶融凝固部３の内側（Ｌ２）において、ＨＶ４６０程度と硬く、ほぼ一定となっている。Ｌ２のすぐ外側の鋼板熱影響部は、Ａ_３点以上の高温域まで加熱され、焼入れられるので、硬さが大きい。さらにその外側の鋼板熱影響部は、焼戻されて軟化部となっている。

これに対し、溶融凝固部３の内側に環状に光線を再照射し、シリンダー形状に形成した再溶融凝固部３ａの周囲に凝固再加熱部３ｂを有する接合継手１では、ビッカース硬さの測定点が、光線の再照射により焼戻し温度範囲に加熱されるため、ビッカース硬さは、図２(ｂ)に示すように、溶融境界の前後の範囲が焼戻されて、溶融境界の内側０．５ｍｍの範囲の平均硬さがＨＶ３００程度にまで低下した。

そして、両者の接合継手の十字引張強さ（ＣＴＳ）を調査したところ、溶融凝固部の内側に光線を再照射して形成された凝固再加熱部を有する接合継手の方の十字引張強さが高くなることが判明した。これより、図２（ａ）に示す光線による点状の接合部が再溶融凝固部より軟化している凝固再加熱部を有するものは、溶融境界周囲が焼き戻されて硬さが低減し、靱性が向上することを知見した。また、鋼板の組合せを変えても、光線による点状の接合部が再溶融凝固部より軟化している凝固再加熱部を有するものでは、ＣＴＳの向上が確認された。

本発明は、以上のような検討過程を経て上記（１）に記載の発明に至ったものであり、そのような本発明について、さらに、必要な要件や好ましい要件について順次説明する。

［接合継手］
本発明の接合継手１０は、図４の断面図に示すように、複数の鋼板２０ａ、２０ｂを重ね合わせ、鋼板２０ａ側から鋼板２０ａの限られた領域内に光線を照射し、光線による点状の接合部を形成して、複数の鋼板２０ａ、２０ｂを光線による重ね接合をしたものである。

＜光線による点状の接合部＞
光線による点状の接合部は、複数の鋼板２０ａ、２０ｂを重ね合わせ、光線の照射により溶融凝固した点状の溶融凝固部３０を有しており、さらに、溶融凝固部３０は、内部に該溶融凝固部が再溶融した再溶融凝固部３０ａと、再溶融凝固部によって溶融凝固部が凝固後に再加熱された凝固再加熱部３０ｂとを有している。なお、図４では、鋼板側の熱影響部は示していない。
ここで、光線による点状の接合部とは、重ね合わされた鋼板表面の一部の限られた領域内に光線を照射して点状に形成された溶融凝固部によって鋼板が相互に接合された部分をいう。

（点状の溶融凝固部）
光線による点状の接合部に形成される溶融凝固部３０は、重ね合わされた鋼板表面の一部の限られた領域内に光線を照射して形成された溶融凝固部である。
溶融凝固部３０の幅Ｗ（光線の照射側から溶融凝固部を平面視したときの溶融凝固部の円相当径）は、継手強度等に応じて調整すればよく、特に限定されるものでないが、５〜１２ｍｍが例示される。好ましくは、６〜１０ｍｍである。
溶融凝固部３０は、接合部を形成する複数の鋼板２０ａ、２０ｂに跨って形成されていれば、光線照射側と反対側の鋼板の外表面まで貫通していても、貫通していなくてもよい。

ここで、点状とは、光線の照射側から溶融凝固部を平面視したとき、溶融凝固部の外周輪郭が円形状又多角形状などの限られた領域に限定されており、かつ、その領域の中心まで溶融凝固していることを意味する。円形状とは、光線の照射側から溶融凝固部を平面視したとき、溶融凝固部が円形や楕円形の場合以外に、直径の異なる半円や半楕円を組み合わせたものも含むものである。また、鋼板に光線を渦巻状に、外周側から中心側又は中心側から外周側に向かって照射して形成した溶融凝固部の形状も点状に含まれる。

（再溶融凝固部）
再溶融凝固部３０ａは、溶融凝固部３０と鋼板との溶融境界４０の内側の溶融凝固部３０に光線を環状の軌跡に沿って再照射し、照射部分を再溶融凝固させて得られるシリンダー状の形状を有する部分であり、溶融凝固したままの組織となっている。なお、環状とは、輪郭が円形状又多角形状を意味する。円形状とは、再溶融凝固部が円形や楕円形の場合以外に、直径の異なる半円や半楕円を組み合わせたものも含むものである。

再溶融凝固部３０ａは、溶融境界４０とは重ならないように形成されており、その際、光線の照射側から溶融凝固部を平面視したとき、溶融凝固部の円相当の中心と、再溶融凝固部３０ａの円相当の中心とは、一致する必要はない。
また、再溶融凝固部３０ａは、接合継手１０の板厚方向において、その重ね合わせ方向の先端部５０が重ね合わされた鋼板を貫通しないように形成されている。下板の裏面まで貫通すると、接合部のひずみが大きくなり、凝固割れが発生しやすくなるので、貫通しないように形成する。

再溶融凝固部３０ａの重ね合わせ方向の先端部５０の位置や再溶融凝固部３０ａの溶融境界４０側の外側輪郭の位置は、鋼板合わせ面２０ｃ近傍の溶融凝固部を再加熱するために重要であり、後述するように、鋼板合わせ面と前記溶融境界の交点６０近傍の溶融凝固部が、４００℃以上Ａｃ_１点温度以下の再加熱温度になるように設定される。
図２では、再溶融凝固部３ａ（３０ａ）の先端部の位置が鋼板合わせ面２ｃ（２０ｃ）の延長線より光線照射側（上方）にある場合を示したが、図３に、先端部の位置が鋼板合わせ面２ｃの延長線より下方にある場合を示す。

再溶融凝固部３０ａは、鋼板の重ね合わせ面２０ｃの近傍にある溶融凝固部を再加熱すればよいため、その先端部５０の位置は、鋼板合わせ面２０ｃの延長線より光線照射側（上方）でも、下方でもどちらでも良いが、安定して効果を得るためには、先端部の位置が鋼板合わせ面２０ｃの延長線より下方にある場合の方が望ましい。また、鋼板の３枚重ねの場合は、鋼板の合わせ面２０ｃが２ヶ所形成される。このとき再溶融凝固部３０ａは、重ね合わせ面の延長線を横切らない深さでもよいが、望ましくは、１ヶ所の重ね合わせ面の延長線を横切ることが望ましく、２ヶ所の重ね合わせ面の延長線を横切ることがさらに望ましい。

シリンダー状に形成される再溶融凝固部３０ａの径方向の幅Ｗｂ（光線の照射側から溶融凝固部を平面視したときの環状の再溶融凝固部の径方向の厚み）は、前記交点６０近傍の溶融凝固部が、４００℃以上Ａｃ１点温度以下の再加熱温度になるために必要な熱量を与えるために、前記先端部の位置との関係で決められるが、０．３ｍｍ以上とすることが好ましい。幅Ｗｂの上限は特に限定されないが、２．０ｍｍ以下であることが望ましい。

（凝固再加熱部）
凝固再加熱部３０ｂは、光線による点状の接合部の溶融凝固部３０に光線を環状に再照射し、再溶融凝固部３０ａの周囲に溶融境界を含むように形成される部分であり、再溶融凝固部３０ａより軟化している部分を含むものである。
凝固再加熱部３０ｂは、再溶融凝固部３０ａからの距離によって熱影響が異なる。再溶融凝固部３０ａに隣接した部位では、母材の融点以下Ａｃ１点温度以上に再加熱されるため、焼入組織となる。それより離れると、Ａｃ１点温度以下の再加熱温度となり、焼き戻された組織となる。

重ね接合継手では、鋼板の剥離方向に荷重が負荷されると、鋼板の合わせ面近傍の溶融境界に応力が集中し、破断に至るため、少なくとも鋼板合わせ面２０ａと溶融境界４０との交点６０の周囲に位置する溶融凝固部が、４００℃以上Ａｃ_１点温度以下の再加熱温度となるように凝固再加熱部３０ｂを形成して、その部分の靱性を向上させる。

具体的には、鋼板合わせ面２０ｃ近傍の溶融凝固部は、応力が集中し易いため、ビッカース硬さの平均値を、Ｈｖ３９０以下とし、また、再溶融凝固部３０ａのビッカース硬さの平均値よりＨｖ７０以上低くすることが好ましい。特に、ＣＴＳの向上のためには、鋼板合わせ面２０ｃと前記溶融境界の交点６０から内側に少なくとも０．５ｍｍの範囲が４００℃以上Ａｃ１点温度以下の温度に加熱されることが望ましく、そのためには、鋼板の板厚方向断面において、鋼板合わせ面と前記溶融境界の交点６０から前記再溶融凝固部までの最短距離Ｗｃを、１.０〜３.０ｍｍとすることが好ましい。
なお、再溶融凝固部はミクロ組織の観察により判別することができるので、Ｗｃは光線による接合後の接合部の断面から測定することができる。

再溶融凝固部３０ａ、及び、凝固再加熱部３０ｂのビッカース硬さの平均値の測定では、中心軸Ｃを含む板厚方向の断面において、鋼板合わせ面２０ｃと溶融境界４０の交点６０同士を結んだ線上を測定する。そして、溶融凝固部３０の中央位置、及び、交点６０近傍を含む３点以上等間隔でビッカース硬さを測定し、平均値を求める。具体的な測定条件の一例として、試験力０．３ｋｇで、両端から０．１５ｍｍピッチで硬さを測定し、０．１５ｍｍ、０．３０ｍｍ、０．４５ｍｍでの硬さの平均値を求める。また、鋼板の重ね合わせ面が複数あるときは、それぞれの鋼板の合わせ面での交点同士を結んだ線上で測定する。

＜複数の鋼板＞
本発明の接合継手に用いる鋼板は、特に限定されるものでなく、用途に応じた機械特性等が得られる化学成分や組織の鋼板とすればよい。また、本発明の接合継手に炭素含有量を０．１０質量％以上の高強度鋼板を適用すると、十字引張強さの向上が顕著であり、このような鋼板を対象とすることが好ましい。

鋼板の板厚は、特に限定されるものでなく、０．５〜３．２ｍｍの範囲とすることができる。板厚が０．５ｍｍ未満であっても、接合部の継手強度の向上の効果は得られるが、継手強度は板厚に影響されるので、接合継手全体の強度向上の効果が小さくなり、接合継手の適用範囲が限定される。また、板厚が３．２ｍｍ超であっても、接合部の継手強度の向上の効果は得られるが、部材の軽量化の観点から、接合継手の適用範囲が限定される。

鋼板には、少なくとも接合箇所の両面又は片面に表面処理皮膜を形成した鋼板を１枚以上含んでいてもよい。表面処理皮膜は、めっき皮膜を含むものであり、更に、塗装皮膜等を含むものとすることができる。めっき皮膜としては、例えば、亜鉛めっき、アルミニウムめっき、亜鉛・ニッケルめっき、亜鉛・鉄めっき、亜鉛・アルミニウム・マグネシウム系めっき等であり、めっきの製造方法としては、溶融めっき、電気めっき等である。

鋼板は、少なくとも接合継手を形成する部分が板状であればよく、全体が板でなくてもよい。例えば、断面ハット形の特定の形状にプレス成型された部材のフランジ部などを含むものである。重ね合わせる鋼板の枚数は、２枚に限らず、３枚以上としてもよい。また、各鋼板の、種類、成分組成及び板厚は、全て同じとしても、相互に異なっていてもよい。また、別々の鋼板から構成されるものに限定されず、１枚の鋼板を管状などの所定の形状に成形して、端部を重ね合わせたものの重ね接合継手であってもよい。

以下、これに限定されるものではないが、自動車での重ね接合継手の例を示す。
Ａピラーの場合、２７０〜３４０ＭＰａ級の合金化溶融亜鉛めっき鋼板と、５９０〜１８００ＭＰａ級非めっき鋼板もしくはホットスタンプ鋼板と、５９０〜１８００ＭＰａ級非めっき鋼板もしくはホットスタンプ鋼板の３枚重ねの組み合わせでの重ね接合継手が例示される。

Ｂピラーの場合、引張強さが２７０〜３４０ＭＰａ級の合金化溶融亜鉛めっき鋼板と、５９０〜１８００ＭＰａ級非めっき鋼板もしくはホットスタンプ鋼板と、４４０〜９８０ＭＰａ級非めっき鋼板の３枚重ねの組み合わせでの重ね接合継手が例示される。

サイドシルの場合、２７０〜３４０ＭＰａ級の合金化溶融亜鉛めっき鋼板と、５９０〜１８００ＭＰａ級合金化溶融亜鉛めっき鋼板と、５９０〜１８００ＭＰａ級合金化溶融亜鉛めっき鋼板の３枚重ねの組み合わせでの重ね接合継手が例示される。

フロアメンバーの場合、２７０〜５９０ＭＰａ級の合金化溶融亜鉛めっき鋼板のフロアパネルと、４４０〜１８００ＭＰａ級非めっき鋼板もしくは合金化溶融亜鉛めっき鋼板のフロアメンバーとの２枚重ねでの組み合わせでの重ね接合継手が例示される。

［重ね接合継手の製造方法］
次に、本発明の重ね接合継手の製造方法について説明する。
まず、（ａ）複数の鋼板を重ね合わせ、重ね合わされた鋼板の一方の外表面の限られた領域内に光線を照射し、前記重ね合わされた全ての鋼板に跨って前記領域の中心まで溶融凝固させて、点状の溶融凝固部を有する光線による点状の接合部を形成することについて、図５を用いて説明する。

図５は、限られた領域内（照射予定箇所）に光線を照射することによる点状の接合部の形成の概要を示す斜視図である。図５（ａ）は、異なる照射直径で光線を照射する概要を示し、図５（ｂ）は、集光面積を広くして光線を照射する概要を示し、図５（ｃ）は、形成された光線による点状の接合部を示す。

図５（ａ）には、光線７０を照射する方法の一例を示しており、異なる照射直径で光線７０を照射するものである。この図には、光線７０の照射予定箇所８０ａを点線で示しており、照射直径の異なる３つの照射予定箇所８０ａが示されている。

光線による点状の接合部の形成では、まず、複数の鋼板２０ａ、２０ｂを重ね合わせ、一方の鋼板２０ａ側から光線７０を照射して光線による接合を行う。光線７０の照射では、光線７０の照射側から照射予定箇所８０ａを平面視したとき、白抜き矢印で示すように、略円状に光線を走査する。その際に、光線７０の照射を、外側の照射予定箇所８０ａに行い、その後、内側の照射予定箇所８０ａに行っても、内側の照射予定箇所８０ａに行い、その後、外側の照射予定箇所８０ａに行ってもよい。光線の走査方向は、特に限定されるものでなく、時計回り、反時計回りのいずれでもよい。

また、光線７０の照射側からの照射予定箇所８０ａを平面視した場合、光線７０の照射予定箇所８０ａの外周形状を円としているが、楕円状、多角形状、直径の異なる半円や半楕円を組み合わせた形状、渦巻状の形状としてもよい。光線７０の照射予定箇所８０ａを渦巻状の形状とした場合、光線７０の照射は、渦巻状の照射予定箇所の外側の端部から、内側の端部に向かって、又は、渦巻状の照射予定箇所の内側の端部から、外側の端部に向かって、渦巻状に光線を走査して行う。渦巻の方向は、特に限定されるものでなく、時計回り、反時計回りのいずれでもよい。

図５（ａ）では、直径の異なる３つの照射予定箇所を例示したが、光線の焦点面積や、光線による点状の接合部の接合面積に応じて、直径の異なる照射予定箇所の数を増減させることができる。

図５（ｂ）には、光線７０を照射する方法の他の例を示しており、集光面積を広くして光線７０を照射するものである。この図には、光線７０の照射予定箇所８０ｂを点線で示している。そして、光線７０の照射は、光線の集光面積を広くして、１回で行われる。

図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように光線７０を照射することで、図５（ｃ）に示すように、光線による点状の接合部の溶融凝固部３０を形成できる。

また、複数の鋼板に、表面処理皮膜を形成した鋼板を１枚以上用いる場合、光線７０の照射を、外側の照射予定箇所８０ａに行い、その後、内側の照射予定箇所８０ａに行うことが好ましい。これにより、接合部内に欠陥を生じさせる気体となった皮膜を、溶融部の中心付近に集め、攪拌除去することが容易となる。なお、光線７０の照射を、内側の照射予定箇所８０ａに行い、その後、外側の照射予定箇所８０ａに行っても、光線７０の集光面積を広くして行っても、気体となった皮膜を溶融部から除去することができるため、これらの光線の照射方法を採用することを排除するものでない。

次に、（ｂ）溶融凝固部と鋼板との溶融境界の内側に、該溶融境界とは重ならないようにかつ、重ね合わされた鋼板を貫通しないように、光線を環状に再照射し、該照射部分を再溶融凝固させてシリンダー状の再溶融凝固部を形成するとともに、該再溶融凝固部の周囲を再加熱（熱処理）して前記溶融境界を含む凝固再加熱部を形成し、
さらに、前記再溶融凝固部を形成する際の接合条件を調整して前記凝固再加熱部を前記再溶融凝固部より軟化させることについて説明する。

光線による点状の接合部の熱処理では、図５で示す方法等により得られた点状の接合部の溶融凝固部３０の温度が所定温度以下、例えば、鋼板ではＭｓ点−５０℃（Ｍｓ点：マルテンサイト変態開始温度）以下となるまで待機し、その後に、鋼板２０ａ側から溶融凝固部３０の内側に光線７０を照射して行う。内側とは、溶融凝固部３０の溶融境界を除く溶融凝固部３０内をいう。

溶融凝固部３０の温度をＭｓ点−５０℃以下とすると、鋼板中に一定量以上のマルテンサイトが生成されるため、点状の接合部の溶融凝固部３０を熱処理することで、このマルテンサイトが焼戻されて軟化し、継手強度が向上する。また、点状の接合部の溶融凝固部３０の熱処理を開始するときの溶融凝固部３０の温度は、Ｍｓ点−２５０℃以下とするのがさらに好ましい。Ｍｓ点−２５０℃で、一般の鋼板はマルテンサイト変態を終了するからである。

次に、光線による点状の接合部の熱処理における光線７０の照射について、図６を用いて説明する。
図６（ａ）には、再溶融予定箇所に光線７０を照射する方法の一例を示しており、光線７０の照射予定箇所９０を点線で示している。
光線７０の照射では、白抜き矢印で示すように略円状に光線を走査する。その際に、光線の走査方向は、特に限定されるものでなく、時計回り、反時計回りのいずれでもよい。

略円状の光線７０の照射予定箇所９０は、光線７０の照射により形成されたシリンダー形状の再溶融凝固部３０ａにより、溶融境界４０と鋼板合わせ面２０ｃの交点６０の周囲が焼き戻される位置に設定される。

また、光線７０の照射側から光線による接合部を平面視した場合、光線７０の照射予定箇所９０の外周形状を円としているが、溶融凝固部の外側輪郭に合わせて楕円状、多角形状、直径の異なる半円や半楕円を組み合わせた形状としてもよい。また、光線７０の照射回数は、再溶融凝固部の幅Ｗｂに応じて、１回または複数回としてもよい。

図６（ａ）に示すように光線７０を照射することで、図６（ｂ）に示すように、光線７０の照射側から溶融凝固部３０を平面視したとき、環状に再溶融凝固部３０ａが形成され、その周囲に凝固再加熱部３０ｂが形成される。そして、その際に溶融境界を含む前記交点近傍が焼き戻され、靱性が向上する。

また、光線による点状の接合部の形成、及び、光線による点状の接合部の溶融境界の熱処理において、光線の照射方法は、同じ照射方法でも、異なる照射方法でもよい。例えば、異なる照射直径で光線を照射して、点状の接合部を形成し、異なる照射直径で光線を照射して、点状の接合部の溶融境界を熱処理しても、集光面積を広くして光線を照射して、点状の接合部の形成し、異なる照射直径で光線を照射して、点状の接合部の溶融境界を熱処理してもよい。

次に、光線７０の照射のうち、凝固再加熱部３０ｂの加熱温度について説明する。
光線による点状の接合部の溶融凝固部３０のうち鋼板合わせ面２０ａと溶融境界４０との交点６０から、少なくとも０．５ｍｍの範囲の領域が焼き戻されるように再加熱するとよい。

交点６０から０．５ｍｍ以上の範囲を焼き戻すには、この範囲の最高到達温度がＡｃ_１点以下の所定の温度（例えば、４００℃以上７００℃以下）となる条件で、光線７０を溶融凝固部３０の内側に照射する。交点６０近傍の温度は、鋼板表面で測定した温度を代表値として用いることができる。温度は、放射温度計や熱電対を用いて測定することができる。

このような温度とするには、予め、再溶融凝固部の外側の円相当直径Ｗａ又は形成される再溶融凝固部の幅Ｗｂと、光線の再照射中の前記範囲の温度との関係や、光線の再照射時間と前記範囲の温度との関係等を調査しておき、再溶融凝固部の外側の円相当直径Ｗａ、再溶融凝固部の幅Ｗｂ、光線の再照射時間等を調整することで行うことができる。また、交点６０から０．５ｍｍの範囲の領域を４００℃以上７００℃以下とするには、交点６０から前記再溶融凝固部までの最短距離Ｗｃが１．０〜３．０ｍｍとなるように光線の照射を調整することが例示される。好ましくは、１．０〜２．０ｍｍである。

次に、光線による点状の接合部の形成、及び、光線による点状の接合部の熱処理で使用する光線について説明する。
光線による接合は、特に限定されるものでないが、リモートレーザ接合とすることが好ましい。リモートレーザ接合は、ロボットアームの先端に取り付けたガルバノミラーにより、光線を接合打点の間を高速で移動させて接合するものであり、接合の作業時間の大幅な短縮が可能になる。また、接合に用いる光線としては、例えば、ＣＯ₂光線、ＹＡＧ光線、ファイバー光線、ＤＩＳＫ光線、半導体光線などの光線を用いることができる。

また、光線による接合の条件は、従来の条件を採用することができる。例えば、光線出力２〜３０ｋＷ、集光面のビーム径０．１〜８．０ｍｍ、接合速度０．１〜６０ｍ／ｍｉｎの接合条件で行うことができる。

また、自動車の組み立ては、複数の接合工程からなるが、１つの工程内で本発明の製法を実施する場合、１つ１つの接合点に対して、光線照射による接合と再溶融を実施してもよいが、接合後から再溶融開始までの冷却の待ち時間を低減するため、より好適には、光線照射により複数の溶融接合を実施し、その後、光線照射により複数の再溶融を実施するとことが好ましい。また複数の接合工程で本発明の製法を実施する場合、光線照射による溶融接合工程と、光線照射による再溶融工程を別々の工程とすることで、冷却の待ち時間を無くすことができる。

次に、本発明の実施例について説明する。実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。

表１に示す鋼板を２枚重ね合わせて、ガルバノミラーを有するリモート接合装置を用い、光線にファイバーレーザを用いて接合を行い、光線による点状の接合部を有する試験片を作成した。表２に、光線による点状の接合部の形成条件を示す。ビーム径は、集光面での光線の直径である。

次に、各試験片に対して、鋼板合わせ面２０ａ近傍の溶融凝固部の熱処理を行った。この熱処理では、溶融凝固部とシリンダー形状の再溶融凝固部の中心が一致するようにし、鋼板合わせ面の下側位置（０．４ｍｍ）に下端が位置するように再溶融凝固部を形成して行った。
表３に、再溶融凝固部の形成条件（熱処理条件）を示す。ビーム径は、集光面での光線の直径である。なお、熱処理では、点状の溶融凝固部の形成と同じリモート接合装置を用いた。

表４に、熱処理後の試験片について、鋼板合わせ面と溶融境界の交点から前記再溶融凝固部までの最短距離Ｗｃ、再溶融凝固部の平均ビッカース硬さＡ、交点から０．５ｍｍの範囲の溶融凝固部における平均ビッカース硬さＢ、平均ビッカース硬さＡとＢの差、十字引張強さ（ＣＴＳ）について示す。
ＣＴＳは、ＪＩＳ Ｚ３１３７にスポット接合の強度試験方法として記載されている方法を援用した。

Ｎｏ．２〜４、６〜８、１０〜１３は、光線による点状の接合部に熱処理を行い、本発明の接合継手で規定する構成をすべて満足するため、溶融凝固部の交点から０．５ｍｍの範囲の靱性が向上し、十字引張強さ（ＣＴＳ）が高くなっている。

これに対して、Ｎｏ．１、Ｎｏ．５、及び、Ｎｏ．１４は、光線による点状の接合部に熱処理を行っていないため、溶融凝固部の溶融境界の靱性が向上せず、十字引張強さ（ＣＴＳ）が低くなっていた。また、Ｎｏ．９は、溶融凝固部の全部に熱処理を行ったため、溶融凝固部の溶融境界の靱性が向上せず、十字引張強さ（ＣＴＳ）が低くなっていた。

本発明によれば、光線による点状の接合部の溶融境界近傍に、靱性に優れる凝固再加熱部を設けたので、重ね接合継手の継手強度、特に、十字引張強さ（ＣＴＳ）を向上させることができる。そして、本発明の接合継手を自動車部品に適用することで、自動車部品の信頼性を向上させることができる。よって、本発明は、産業上の利用可能性が高いものである。

１、１０ 接合継手
２ａ、２０ａ 鋼板
２ｂ、２０ｂ 鋼板
２ｃ、２０ｃ 鋼板合わせ面
３、３０ 光線による点状の接合部の溶融凝固部
３ａ、３０ａ 溶融凝固部内に形成された再溶融凝固部
３ｂ、３０ｂ 溶融凝固部内に形成された凝固再加熱部
４０ 鋼板と溶融凝固部の間の溶融境界
５０ 再溶融凝固部の重ね合わせ方向の先端部
６０ 鋼板合わせ面と溶融境界の交点
７０ 光線
８０ａ、８０ｂ 照射予定箇所
９０ａ、９０ｂ 照射予定箇所
Ｘ 板厚方向のビッカース硬さの測定位置
Ｌ１ 鋼板表面と平行方向のビッカース硬さの測定範囲
Ｌ２ Ｌ１中の溶融凝固部の範囲
Ｃ 中心軸
Ｗ 溶融凝固部の円相当直径
Ｗａ 再溶融凝固部の外側の円相当直径
Ｗｂ 再溶融凝固部の径方向の幅
Ｗｃ 鋼板合わせ面と溶融境界の交点から再溶融凝固部までの最短距離

Claims (7)

1. 重ね合わされた複数の鋼板で構成され、光線による点状の接合部を有する重ね接合継手において、
   前記光線による点状の接合部は、前記重ね合わされた全ての鋼板に跨る点状の溶融凝固部を有し、
   該溶融凝固部は、再溶融凝固部と、凝固再加熱部とを有し、
   前記再溶融凝固部は、シリンダー状の形状を有し、前記溶融凝固部と鋼板との溶融境界の内側に該溶融境界とは重ならないように、かつ、重ね合わされた鋼板を貫通しないように位置しており、
   前記凝固再加熱部は、前記再溶融凝固部の周囲に位置し、前記溶融境界を含んでおり、前記再溶融凝固部より軟化している
   ことを特徴とする重ね接合継手。
2. 前記凝固再加熱部のうち、前記鋼板の合わせ面の前記溶融境界から、前記再溶融凝固部に向かって０．５ｍｍの範囲のビッカース硬さの平均値は、Ｈｖ３９０以下であり、かつ、前記再溶融凝固部のビッカース硬さの平均値よりＨｖ７０以上低いことを特徴とする請求項１に記載の重ね接合継手。
3. 前記複数の鋼板の板厚方向断面において、鋼板合わせ面と前記溶融境界の交点から前記再溶融凝固部までの最短距離が１.０〜３.０ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の重ね接合継手。
4. 前記複数の鋼板が、表面処理皮膜を有する鋼板を１枚以上含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の重ね接合継手。
5. 複数の鋼板を重ね合わせ、高パワー密度を有する光線を照射して前記複数の鋼板を接合する重ね接合継手の製造方法において、
   重ね合わされた鋼板の一方の外表面の限られた領域内に高パワー密度を有する光線を照射し、前記重ね合わされた全ての鋼板に跨って溶融凝固させて点状の溶融凝固部を有する光線による点状の接合部を形成し、
   次いで、該溶融凝固部と鋼板との溶融境界の内側に、該溶融境界とは重ならないようにかつ、重ね合わされた鋼板を貫通しないように、高パワー密度を有する光線を環状に再照射し、該照射部分を再溶融凝固させてシリンダー状の再溶融凝固部を形成するとともに、該再溶融凝固部の周囲を再加熱して前記溶融境界を含む凝固再加熱部を形成し、
   さらに、前記再溶融凝固部を形成する際の接合条件を調整して前記凝固再加熱部を前記再溶融凝固部より軟化させる
   ことを特徴とする重ね接合継手の製造方法。
6. 前記光線の再照射は、前記複数の鋼板の板厚方向断面において、鋼板合わせ面と前記溶融境界の交点から前記再溶融凝固部までの最短距離が１.０〜３.０ｍｍとなるように行われることを特徴とする請求項５に記載の重ね接合継手の製造方法。
7. 前記複数の鋼板に、表面処理皮膜を形成した鋼板を１枚以上用いることを特徴とする請求項５又は６に記載の重ね接合継手の製造方法。

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