テーラードブランクおよびその製造方法
【課題】生産管理が容易で良好な溶接品質を確実に得ることができる、例えば厚板のテーラードブランクを提供する。
【解決手段】面ダレ角が５°以上である破断面およびせん断面により構成される端面を有する第１の鋼板１９と、面ダレ角が５°以上である破断面およびせん断面により構成される端面を有する第２の鋼板２０とを、それぞれの端面同士を突き合わせて突き合わせ面を形成し、高エネルギービームを照射することにより突き合わせ面を溶接してテーラードブランクを製造する。突き合わせ面は、第１の鋼板１９におけるせん断面と、第２の鋼板２０における破断面とが対向するとともに、突き合わせ面の長手方向の少なくとも１箇所以上において第１の鋼板１９における破断面と第２の鋼板２０における破断面とが接触して、形成される。
【解決手段】面ダレ角が５°以上である破断面およびせん断面により構成される端面を有する第１の鋼板１９と、面ダレ角が５°以上である破断面およびせん断面により構成される端面を有する第２の鋼板２０とを、それぞれの端面同士を突き合わせて突き合わせ面を形成し、高エネルギービームを照射することにより突き合わせ面を溶接してテーラードブランクを製造する。突き合わせ面は、第１の鋼板１９におけるせん断面と、第２の鋼板２０における破断面とが対向するとともに、突き合わせ面の長手方向の少なくとも１箇所以上において第１の鋼板１９における破断面と第２の鋼板２０における破断面とが接触して、形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テーラードブランクおよびその製造方法に関し、具体的には、生産管理が容易で良好な溶接品質を確実に得ることができる、例えば厚板のテーラードブランクおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１０は、鋼板１、２の突合せ溶接部のアンダーフィルを示す説明図である。
突合せレーザ溶接の素材である鋼板１、２は、その端面を切断される際における切断クリアランスの変動に対する切断端面の変化、例えば、刃の摩耗や金型のたわみによって、シャープな切断端面が得られないことがある。このため、この鋼板１、２を突合せレーザ溶接により接合する際に、突き合わせた部分に大きな隙間３が生じ、溶接時に隙間３を埋めるための溶融金属の体積が不足するために溶接部に穴あきや凹み（アンダーフィル；（Ｔ−Ｔｗ）／Ｔ×１００（(％)）が生じやすい。凹みはプレス品の疲労強度を低下させる。このように、２枚の鋼板を突合せレーザ溶接により接合する場合、安定した溶接品質を確保することは容易ではなかった。
【０００３】
従来より、テーラードブランクの溶接部の品質を確保するためには、突き合わされる鋼板の端面を精度良く切断することが重要であることが知られている。例えば、切断方向への直線精度をできるだけ高めること、端面におけるバリやダレの発生が小さいこと、さらには鋼板の端面が鋼板の表面に対して直角であることが望ましい。
【０００４】
図１１は、鋼板４の切断の状況を模式的に示す説明図であり、図１２は、鋼板４の切断端面を示す説明図である。図１１、１２を参照しながら金型切断を説明する。
図１１、１２に示すように、プレスやシャーリングによって鋼板４に施されるせん断切断では、下降する上刃５によってせん断面Ｓが形成され、さらに上刃５と下刃６の先端からそれぞれクラックが発生および成長し、これらが会合することにより破断面Ｂが形成されて、切断に至る。
【０００５】
通常、図１１に示す板抑え７がある側の切断端面が切断長手方向の直線性が高い端面が得られるため、溶接する端面として使用される。上刃５と下刃６のクリアランスＣｌ｛（上刃５および下刃６の、切断方向と直交する方向の間隔／板厚）×１００（％）｝が広くなると、破断面Ｂの角度θ（面ダレ角）が大きくなって突合せ時に相手材と接触しない隙間８（以降、「端面隙」という）が形成されるため、突合せ溶接時に溶接金属の体積が不足し、溶接金属部の表裏面が凹形状となるアンダーフィルが発生する。
【０００６】
非特許文献１には、成形性の観点から母材板厚に対して溶接部肉厚が０．８以上（本明細書で規定するアンダーフィル２０％以下）とすること、レーザ溶接における溶接品質を確保するために、板厚１．２ｍｍ以下の場合にはせん断面率（せん断長さ／板厚）を０．８より大きくすること、さらには板厚が１．２ｍｍより大きい場合にはせん断面率を０．２より大きくすることが開示されている。
【０００７】
したがって、テーラードブランクの生産においては、図１２に示す、面ダレ角θが小さくなるように、切断時の刃のクリアランスを小さくする条件で切断される。具体的には、クリアランスが１０％以下での切断が行われている場合が多い。しかし、厚板、特に高張力厚鋼板では、切断金型や刃の管理上、このように小さいクリアランスでの切断は困難である。
【０００８】
特許文献１には、固定刃側に残る板の切断端面を用い、片側の板を表裏反転し、ダレ面（せん断面）とカエリ面（破断面）とを突き合わせることによって、突き合わせ部の隙間が小さく、良好な溶接部が得られることが開示されている。また、特許文献１には、固定刃に残る側の切断端面と移動刃により切り落とされる端面とを突き合わせることによって、板を表裏反転させることなく、ダレ面とカエリ面を突き合わせて溶接することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−２０５４３２号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】プレス技術、第４０巻、第１０号（２００２年１０月号） ４９〜５３頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明者らの検討結果によれば、特許文献１により開示された発明に基づいても必ずしも良好な溶接品質を得ることができないことが判明した。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、面ダレ角が５°以上である破断面およびせん断面により構成される端面を有する第１の鋼板と、面ダレ角が５°以上である破断面およびせん断面により構成される端面を有する第２の鋼板とを、それぞれの端面同士を突き合わせて突き合わせ面を形成し、高エネルギービームを照射することにより突き合わせ面を溶接してテーラードブランクを製造する方法であって、突き合わせ面が、第１の鋼板におけるせん断面と、第２の鋼板における破断面とが対向するとともに、突き合わせ面の長手方向の少なくとも１箇所以上において第１の鋼板における破断面と第２の鋼板における破断面とが接触して、形成されることを特徴とするテーラードブランクの製造方法である。
【００１３】
本発明では、第１の鋼板および第２の鋼板それぞれの端面におけるせん断面比率が３５％以下であることが望ましい。
これらの本発明では、第１の鋼板および第２の鋼板は、いずれも、移動刃に対向して設けられた板支持手段と固定刃に対向して設けられた板抑え手段とにより狭持されながら移動刃と固定刃とにより切断された鋼板であることが望ましい。
【００１４】
これらの本発明では、高エネルギービームを、（ｉ）第１の鋼板および第２の鋼板のうちの板厚が厚い鋼板のせん断面側の表面を高エネルギービームの照射側に配置するとともに、第１の鋼板および第２の鋼板のうち反照射側の表面の高さ方向位置をほぼ一致させて、または（ｉｉ）第１の鋼板および第２の鋼板のうちの板厚が薄い鋼板のせん断面側の表面を高エネルギービームの照射側に配置するとともに、２枚の鋼板の照射側の表面の高さ方向位置をほぼ一致させて、照射することが望ましい。
【００１５】
別の観点からは、本発明は、上述した本発明に係るテーラードブランクの製造方法により製造され、アンダーフィル量が２５％以下であることを特徴とするテーラードブランクである。
【００１６】
なお、面ダレ角とは破断面角ともいう。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、生産管理が容易で良好な溶接品質を確実に得ることができる、例えば厚板のテーラードブランクおよびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、図１１に示す構造の上刃と下刃とを有する金型を用いて板厚２．３ｍｍの７８０ＭＰａ級熱延鋼板を切断したときのクリアランスとせん断端面の品質との関係を示すグラフである。
【図２】図２は、鋼板のせん断面同士を突き合わせて溶接した場合の突き合わせ部の隙間の面積（隙面積）とアンダーフィルとの関係を示すグラフである。
【図３】図３（ａ）および図３（ｂ）は、刃のクリアランスが大きい場合で、かつ、せん断面比率の小さい端面の突き合わせ状態を示す説明図である。
【図４】図４（ａ）および図４（ｂ）は、せん断面の大きさの違いと突き合わせ状態を示す説明図である。
【図５】図５（ａ）は、上刃の下に支持機構を配置しない従来の切断方法の切断機構を示す説明図であり、図５（ｂ）は、上刃の下に支持機構を配置する本発明の切断方法の切断機構を示す説明図である。
【図６】図６（ａ）は、図５（ｂ）に示す支持機構を配置しないで板厚２．６ｍｍの４４０ＭＰａ級の熱延鋼板（ＪＳＨ４４０）を切断した場合の切断端面形状（せん断面率、ダレ角度）とクリアランスとの関係を示すグラフであり、図６（ｂ）は、この支持機構を配置してこの熱延鋼板を切断した場合の切断端面形状（せん断面率、ダレ角度）とクリアランスとの関係を示すグラフである。
【図７】図７（ａ）〜図７（ｃ）は、いずれも、板厚が相違する第１の鋼板および第２の鋼板の突き合わせの形態を示す説明図である。
【図８】図８は、疲労強度に及ぼすアンダーフィルの影響を示す疲労試験結果を示すグラフである。
【図９】図９は、板送り方向からみた支持機構を模式的に示す説明図である。
【図１０】図１０は、鋼板の突合せ溶接部のアンダーフィルを示す説明図である。
【図１１】図１１は、鋼板の切断の状況を模式的に示す説明図である。
【図１２】図１２は、鋼板の切断端面を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明を実施するための形態を、添付図面を参照しながら説明する。はじめに、本発明の技術思想を説明する。
プレスやシャーリングによって鋼板に施されるせん断切断では、刃と接触した箇所からせん断面が形成され、その後クラックが発生および成長して破断面を形成し、切断に至る。
【００２０】
図１は、図１１に示す構造の上刃（移動刃）５と下刃（固定刃）６とを有する金型を用いて板厚２．３ｍｍの７８０ＭＰａ級熱延鋼板４を切断したときのクリアランスとせん断端面の品質との関係を示すグラフである。なお、図１において、せん断端面とは、板押さえ７と下刃６とにより挟まれた側の端面であるとともに、「ダレ角度」とは面ダレ角θを意味する。
【００２１】
図１にグラフで示すように、上刃５と下刃６との間隔（クリアランス）が広くなると、面ダレ角が大きくなるとともに、せん断面率も大きくなる。
図２は、鋼板９、１０のせん断面同士を突き合わせて溶接した場合の突き合わせ部の隙間の面積（隙面積）とアンダーフィルとの関係を示すグラフである。なお、隙間の量は切断端面の断面写真から測定した値であり、切断時の刃のクリアランスを変化させることによって端面状態、すなわち突き合わせ時の隙間を変化させた。
【００２２】
図２にグラフで示すように、溶接金属のアンダーフィルは、突き合わせ時の隙間に依存し、隙間量を小さくすることがアンダーフィルの抑制に有効であることがわかる。
図３（ａ）および図３（ｂ）は、刃のクリアランスが大きい場合で、かつ、せん断面比率の小さい端面の突き合わせ状態を示す説明図である。
【００２３】
図３（ａ）に示すように、鋼板９、１０のせん断面同士および破断面同士が対向するように端面を突き合わせた場合、突き合わせ部の破断面の部分に大きい隙間１１が生じる。このような箇所をレーザ溶接した場合、溶融金属が不足してアンダーフィルが生じやすい。これに対し、図３（ｂ）に示すように、鋼板９の破断面と鋼板１０のせん断面とが対向し、かつ鋼板９、１０の破断面同士が接触するように突き合わせた場合、隙間１２は小さく、アンダーフィルの防止に有効である。
【００２４】
図４（ａ）および図４（ｂ）は、せん断面の大きさの違いと突き合わせ状態を示す説明図である。
図４（ａ）に示すように、鋼板９、１０のせん断面比率が小さい場合には、鋼板９の破断面と鋼板１０のせん断面とが対向し、かつ鋼板９、１０の破断面同士が接触するように、鋼板９、１０を突き合わせることによって隙間１２が小さくなる。しかし、図４（ｂ）に示すように、鋼板９、１０のせん断面比率が大きくなると、鋼板９の破断面と鋼板１０のせん断面とが対向するように鋼板９、１０を突き合わせようとしても、鋼板９、１０のせん断面同士が突き当り、破断面の面ダレに起因する隙間１３がそのまま残存するため、溶融金属が不足してアンダーフィルが生じやすい。
【００２５】
つまり、切断刃の品質維持のために大きなクリアランスを設定しても、通常の切断方法ではせん断面が大きくなるため、たとえ、鋼板９、１０のせん断面と破断面とが突き当たるようにしても溶接品質の向上にはつながらない。
【００２６】
したがって、鋼板９の破断面と鋼板１０のせん断面とが対向し、かつ鋼板９、１０の破断面同士が接触するように、鋼板９、１０を突き合わせることによって、アンダーフィルが小さい良好な溶接品質を得るためには、刃のクリアランスが大きい条件でも、せん断面が小さい切断端面を得られることが重要である。そのためには、クリアランスが大きい条件でも、せん断面が生じにくい切断方法が有効である。
【００２７】
図５（ａ）は、上刃の下に支持機構を配置しない従来の切断方法の切断機構を示す説明図であり、図５（ｂ）は、上刃の下に支持機構を配置する本発明の切断方法の切断機構を示す説明図である。
【００２８】
図５（ａ）に示すように、従来の切断方法では、鋼板１４を板抑え１５および下刃１６により挟持しながら、上刃１７の下に鋼板１４の支持機構を配置せずに上刃１７を下降させることによって、鋼板１４の切断が行われる。
【００２９】
本発明者らは切断方法を鋭意検討した結果、図５（ｂ）に示すように、移動刃である上刃１７に対向して鋼板１４を支持する支持機構１８を配置し、板押さえ１５と下刃１６とにより鋼板１４を狭持するとともに上刃１７と支持機構１８とにより鋼板１４を狭持しながら、上刃１７および支持機構１８を下降して鋼板１４を切断することによって、刃のクリアランスが大きい場合であってもせん断面が生じにくい切断面が得られることを知見した。
【００３０】
すなわち、図５（ａ）に示すように、上刃１７に対向して支持機構１８を配置しない場合には、刃のクリアランスが大きいと、切断の際に鋼板１４の曲がり変形が生じ、鋼板１４にせん断変形を伴いながら、上刃１７が大きく食い込むために、せん断面が大きくなる。これに対し、図５（ｂ）に示すように、上刃１７に対向して支持機構１８を配置する場合は、上刃１７が鋼板１４に食い込んだ後の鋼板１４の曲がり変形が支持機構１８により抑制されるため、上刃１７の刃先先端部が接触する部分の鋼板１４が容易に破断限界に達し、小さいせん断面が生じた後に破断が生じ、破断面が大きくなる。
【００３１】
図６（ａ）は、図５（ｂ）に示す支持機構１８を配置しないで板厚２．６ｍｍの４４０ＭＰａ級の熱延鋼板（ＪＳＨ４４０）を切断した場合の切断端面形状（せん断面率、ダレ角度）とクリアランスとの関係を示すグラフであり、図６（ｂ）は、この支持機構１８を配置してこの熱延鋼板を切断した場合の切断端面形状（せん断面率、ダレ角度）とクリアランスとの関係を示すグラフである。
【００３２】
図６（ａ）および図６（ｂ）にグラフで示すように、図５（ｂ）に示す支持機構１８を配置して鋼板を切断することにより、クリアランスが大きい条件でもせん断面の小さい端面を得られることがわかる。
【００３３】
以上説明したように、本発明は、図５（ｂ）に示す支持機構を配置して鋼板を切断することにより、クリアランスが大きい条件であってもせん断面の小さい端面を得ることが可能となるので、このようにして得られた、せん断面が小さい端面を有する第１の鋼板および第２の鋼板を用い、第１の鋼板の破断面と第２の鋼板のせん断面とが対向し、かつ第１の鋼板および第２の鋼板それぞれの破断面同士が接触するように、第１の鋼板および第２の鋼板を突き合わせることによって、突き合わせ部の隙間を小さくすることができる、という技術思想に基づくものである。
【００３４】
次に、本発明に関わる規定を説明する。
＜板厚＞
第１の鋼板、第２の鋼板それぞれの板厚が大きくなると、刃に加える荷重が大きくなり、クリアランスを小さくすると、刃の損耗が激しくなる。このため、クリアランスを大きくした切断が指向され、大きなアンダーフィルが発生しやすい。したがって、本発明における第１の鋼板および第２の鋼板は、いずれも、板厚が２ｍｍ以上であることが望ましい。板厚の上限は特に制限されないが、テーラードブランクとして適用が想定される自動車部品では６ｍｍ程度が上限である。
【００３５】
＜引張強さ、材質＞
母材である第１の鋼板、第２の鋼板の引張強さや材質は特に限定を要さない。本発明は、自動車用鋼板として用いられるあらゆる種類の鋼板に適用可能である。具体的には、冷間圧延鋼板、熱間圧延鋼板、また、これらの表面にめっきを施した合金化溶融亜鉛めっき鋼板や、溶融亜鉛めっき鋼板、電気亜鉛めっき鋼板さらにはアルミめっき鋼板等が例示される。
【００３６】
＜突き合わせ面の形成＞
本発明では、図３（ｂ）に示すように、第１の鋼板９の端面における破断面と、第２の鋼板１０の端面におけるせん断面とが対向し、かつ第１の鋼板９の端面に形成された破断面と第２の鋼板１０の端面に形成された破断面とが端面の長手方向（溶接方向）の少なくとも一箇所以上の領域で接触するように、第１の鋼板９および第２の鋼板１０を突き合わせて突き合わせ面を形成する。
【００３７】
板厚方向の接触する個所は、破断面全体である必要はなく、少なくとも破断面同士が一箇所接触していればよい。例えば、一方の鋼板の破断面とせん断面との境界が他方の鋼板の破断面に接触する状態や、一方の鋼板の破断面の表面側端部が他方の破断面に接触する状態でもよい。
【００３８】
このようにして突き合わせ面を形成することにより、突き合わせた際の隙間が小さくなり、アンダーフィルの発生を抑制することができる。好ましくは、長手方向の複数箇所以上の領域で、第１の鋼板９および第２の鋼板１０それぞれの破断面同士が接触するように、第１の鋼板９および第２の鋼板１０を突き合わせる。
【００３９】
図３（ａ）に示すように、第１の鋼板９および第２の鋼板１０それぞれのせん断面同士が対向するように第１の鋼板９および第２の鋼板１０を突き合わせて突き合わせ面を形成すると、破断面側に大きな隙間が生じるので、溶接部の体積が不足し、良好な溶接品質は望めない。
【００４０】
＜突き合わせの形態＞
図７（ａ）〜図７（ｃ）は、いずれも、板厚が相違する第１の鋼板１９および第２の鋼板２０の突き合わせの形態を示す説明図である。
【００４１】
図７（ａ）に示すように、突き合わせる第１の鋼板１９および第２の鋼板２０の板厚が異なる場合であって、第１の鋼板１９および第２の鋼板２０のうち板厚が厚い第１の鋼板１９のせん断面側の表面１９ａを高エネルギービームの照射側に配置するときは、第１の鋼板１９および第２の鋼板２０の反照射側の表面１９ｂ、２０ｂの高さ方向位置をほぼ一致させて高エネルギービームを照射することが望ましい。
【００４２】
また、図７（ｃ）に示すように、突き合わせる第１の鋼板１９および第２の鋼板２０の板厚が異なる場合であって、板厚が厚い第１の鋼板１９の破断面側の表面１９ｂを高エネルギービームの照射側に配置するときは、第１の鋼板１９および第２の鋼板２０の反照射側の表面１９ａ、２０ａの高さ方向位置をほぼ一致させて高エネルギービームを照射するのが望ましい。
【００４３】
図７（ａ）、図７（ｃ）に示すように第１の鋼板１９および第２の鋼板２０を配置することにより、第１の鋼板１９および第２の鋼板２０それぞれの破断面同士が接触する板厚方向の長さが大きくなるので、突き合わせた際の隙間を小さくすることができる。なお、板厚が薄い第２の鋼板２０の表面が、板厚が厚い第１の鋼板１９の表面よりも外側に出て存在すると、目違いという溶接不良となるので、このような配置は避けるべきである。
【００４４】
これに対し、図７（ｂ）に示すように、板厚が厚い第１の鋼板１９の破断面側の表面１９ｂを高エネルギービームの照射側に配置し、第１の鋼板１９および第２の鋼板２０の反照射側の表面１９ａ、２０ａの高さ方向位置をほぼ一致させると、第１の鋼板１９のせん断面と第２の鋼板２０のせん断面とが接触する板厚方向の長さが短くなり、隙間が大きくなる。
【００４５】
＜せん断面比率＞
第１の鋼板および第２の鋼板それぞれのせん断面比率（せん断面長さ／板厚×１００）は３５％以下とすることが望ましい。これにより、第１の鋼板および第２の鋼板それぞれの破断面同士を確実に接触させることが可能となり、突き合わせの際の隙間を小さくすることができる。せん断面比率が過大となると、第１の鋼板の破断面と第２の鋼板のせん断面とが相対するような配置で第１の鋼板および第２の鋼板を突き合わせても、形成される隙間が大きくなり、良好な溶接品質が得られない。通常、テーラードブランクでは、板厚差が１．５倍程度が想定され、その場合、せん断比率が３５％以下であれば本発明の効果を安定して得ることができる。
【００４６】
なお、せん断面比率が３５％より大きいと、突き合わせの際に第１の鋼板および第２の鋼板の高さ方向のセットの不可避的なばらつきにより、第１の鋼板および第２の鋼板それぞれのせん断面同士が突き当たるおそれが高まり、溶接部品質のばらつきにつながる。せん断面比率は小さいほうがよく、より好ましくは３０％以下である。なお、せん断面比率の下限は特に規定する必要なないが、実質的にはせん断面比率の下限は１０％程度である。
【００４７】
＜破断面の角度（面ダレ角）＞
図１にグラフで示したように、破断面の角度は刃のクリアランスに依存し、クリアランスが大きいほど破断面の角度が大きくなる。
【００４８】
従来からアンダーフィルの小さい良好な溶接部を得るために、クリアランスを小さくして破断面の角度の小さい切断が指向される。しかし、厚板の切断では、クリアランスを小さく管理することは容易でない。
【００４９】
本発明の方法は、工業的に管理が容易な、比較的大きなクリアランス、具体的には１０％以上のクリアランスで切断した端面を有する鋼板を用いることを前提とする。ただし、設定クリアランスが小さくとも、型や刃のたわみにより実質クリアランスが大きくなったり、刃の消耗により実質クリアランスが大きくなることもある。そこで、本発明では、クリアランスではなく、クリアランスと相関関係がある破断面の角度を用いて間接的に、クリアランスが大きい状態を規定する。
【００５０】
図１にグラフで示すように、１０％以上のクリアランスでは破断面の角度は５°以上となる。したがって、本発明では破断面の角度を５°以上と規定する。なお、破断面の角度の上限は特に限定を要さない。破断面の角度が大きい場合でも本発明の効果は得られる。しかし、実験によれば、切断条件を変更しても破断面の角度は４０度が上限でそれ以上の破断面が生じることはない。
【００５１】
＜アンダーフィル＞
溶接部のアンダーフィルが過大となると、成形品の疲労強度が大きく低下する。アンダーフィル部が応力集中部となり、アンダーフィルが大きいほど応力集中が大きくなるからである。したがって、溶接金属のアンダーフィルは２５％以下とすることが望ましい。以下、詳細に説明する。
【００５２】
図８は、疲労強度に及ぼすアンダーフィルの影響を示す疲労試験結果を示すグラフである。疲労試験では、図５（ａ）に示すように、板厚が２．６ｍｍと２．３ｍｍの７８０ＭＰａ級の熱延鋼板１４をクリアランス１０％で切断し、板押さえ１５側の２．６ｍｍと２．３ｍｍの鋼板１４、１４を突き合わせ、突き合わせの際の隙間量を０〜０．１５ｍｍに変化させて、出力４．５ｋＷ、速度４ｍ／ｍｉｎでレーザにて突き合わせ溶接してアンダーフィルが異なる疲労試験片を製作し、この疲労試験片を用いて周波数約３０Ｈｚの両振り平面曲げ試験を行った。
【００５３】
同じアンダーフィルを有する試験片を種々の応力で疲労試験を行い、破断する繰り返し数（破断寿命）を求め、応力と破断寿命から疲労強度特性線図（ＳＮ線図）を作成した。ＳＮ線図から、各アンダーフィルでの１００万回破断応力を求めた。
【００５４】
図８に示すように、アンダーフィルの増大と共に疲労強度は低下する。アンダーフィルが２０％から３０％にかけて疲労強度が大きく低下する。このため、アンダーフィルは２５％以下とすることが望ましい。アンダーフィルが過大となると溶接部の穴明き欠陥が発生しやすい。さらに望ましくは、アンダーフィルは２０％以下である。
【００５５】
＜溶接方法＞
溶接方法として、レーザ溶接や電子ビーム溶接のような溶融部が小さい高エネルギービーム溶接法を用いることが効果的である。
【００５６】
＜支持機構＞
第１の鋼板および第２の鋼板は、いずれも、図５（ｂ）に示すように、移動刃である上刃１７に対向して鋼板１４を支持する支持機構１８を備える切断装置を用いて切断されることが望ましい。
【００５７】
図９は、板送り方向からみた支持機構１８を模式的に示す説明図である。
支持機構１８は、ブロック状やピン状の金属体や硬質ゴムからなる支持部材２１を、エアースプリング等の付勢部材２２により鋼板１４に押し付ける構造とすることが例示される。
【００５８】
移動刃１７に対向して支持機構１８を配置することにより、常時、鋼板１４が移動刃１７の下面に押し付けられ、移動刃１７の下降による鋼板１４の曲がり変形（折れ変形）が抑制される。なお、図９に示すように、切断刃あるいは移動刃１７がシャー角（せん断刃と移動刃がなす角度）を有する場合には、ブロック状の支持部材２１を配置することができないので、ピン状の支持部材２１を用いることが例示される。ピン状の支持部材２１における隣接するピンの間隔は、広すぎると十分な効果が得られないため、５０ｍｍ以内とすることが好ましい。
【００５９】
支持部材２１の支持領域は、できるだけ、切断刃あるいは移動刃１７の近傍まで支持することが好ましい。切断刃あるいは移動刃１７から離れていると鋼板１４の曲がり変形が発生しやすく、支持機構１８の狙いの効果が奏され難い。好ましくは、切断刃あるいは移動刃１７から１０ｍｍ以内の位置まで支持することであり、さらに好ましくは２ｍｍ以内である。
【００６０】
支持機構１８に作用させる支持荷重は、鋼板１４の強度や板厚に応じて設定される。支持荷重が不十分であると曲がり変形が発生し、十分な効果を得られない。支持荷重は、例えば、鋼板１４の単位幅当たり１ｋｇｆ／ｍｍ以上であることが望ましい。
【００６１】
なお、以上の説明では、移動刃１７が上方から下方へ移動する場合を例にとったが、切断装置の構造によっては移動刃１７が下方から上方へ移動する場合がある。この場合、移動刃１７の上方に、鋼板を上方から下方に押し付ける支持機構を配置すればよいことは、いうまでもない。
【００６２】
＜板抑え＞
固定刃に対向して配置する板抑えは、従来から固定刃に対向して配置されている板押さえを用いればよい。
【００６３】
＜適用部品＞
本発明に係るテーラードブランクの適用対象は、特に限定されないが、例えば、ホイール、サスペンションアームさらにはサスペンションメンバ等の自動車足廻り部品の製造に好適である。自動車足廻り部品は、板厚が厚く、端面を精度良く切断することが困難であり、本発明がより有効となるからである。
【実施例１】
【００６４】
板厚：２．９ｍｍ、板幅：１００ｍｍである７８０ＭＰａ級の熱延鋼板と、板厚：２．３ｍｍ、板幅：１００ｍｍである７８０ＭＰａ級の熱延鋼板とを種々のクリアランスで切断し、板抑え側の鋼板を用いて、種々の突き合わせ形態（破断面配置、板揃え位置）にて板端面同士が接触するように突き合わせて溶接試験を行った。
【００６５】
熱延鋼板の切断は、図５（ａ）に示す機構のシャー切断機を用いた。溶接はＹＡＧレーザを用い、出力：４．５ｋＷ、溶接速度：４．５ｍ／ｍｉｎ、ビーム焦点径：０．６ｍｍで厚板側表面に焦点を合わせた。
【００６６】
切断により得られた端面形状は、切断端面を研磨し、その輪郭を測定することにより求めた。溶接部のアンダーフィル量は溶接部厚さをマイクロメータで測定し、薄板側の板厚、すなわち下式のように２．３ｍｍに対する溶接部厚さの比として算出した。アンダーフィル量が２５％以下の溶接部を良好とした。
【００６７】
（アンダーフィル（％）＝（２．３−溶接部肉厚）／２．３×１００）
表１に溶接試験結果を、端面形状および突き合わせ形態とともに示す。
【００６８】
【表１】
【００６９】
表１における番号Ａ、Ｂは、いずれも参考例であり、切断刃のクリアランスが５％、１０％と小さいため、破断面の角度が小さいシャープな端面が得られている。破断面が下同士で突き合わせて溶接したが、溶接部のアンダーフィルは小さい。
【００７０】
番号１は比較例であり、クリアランス１５％の条件で切断し、破断面角度１１度の破断面が共に下側となるように突き合わせて溶接したところ、大きな量のアンダーフィルが生じた。
【００７１】
番号２は、本発明例であり、番号１と同じ条件で切断して番号１と同様の端面形状を得て、図７（ａ）に示すように厚板側の破断面を下に、薄板側の破断面を上に、かつ２枚の鋼板の下面の高さを揃えて配置して溶接を行った。厚板側の破断面と薄板側の破断面とが接触した状態で溶接され、番号Ｂに匹敵する小さいアンダーフィルで、十分な疲労強度の確保が可能となる良好な溶接品質が得られた。
【００７２】
番号３は、図７（ｂ）に示すように、厚板側の破断面を上に、薄板側の破断面を下に配置し、破断面同士を接触させた以外の条件は番号２と同じ条件の本発明例であり、比較的良好な溶接部が得られたが、アンダーフィルは番号２よりやや大きい。
【００７３】
番号４は、図１０（ｃ）に示すように、２枚の鋼板の上面の高さを揃えて配置した以外は番号３と同様の条件の本発明例であり、アンダーフィルが小さい良好な溶接部が得られた。
【００７４】
番号５は比較例であり、クリアランス２０％の条件で切断し、厚板側の破断面を下に、薄板側の破断面を上に配置したが、溶接部に穴あきが発生した。薄板側のせん断面比率が３５％超であり、破断面同士が非接触となり、溶接金属の体積が著しく不足したものと考えられる。
【００７５】
番号６は、番号５に比べて、薄板側のクリアランスを小さく切断し、薄板側のせん断面比率を３５％以下としで破断面同士を接触させたものであり、アンダーフィル２５％以下の溶接部が得られた。
【実施例２】
【００７６】
板厚：２．６ｍｍ、板幅：１００ｍｍの４４０ＭＰａ級の熱延鋼板を用い、図５（ｂ）に示すように、可動刃となる上刃１７に対向して支持機構１８を配置し、固定刃である下刃１６に対向して設けた板押さえ１５と支持機構１８とにより鋼板１４を狭持しながら、上刃１７と下刃１６とにより切断した。
【００７７】
次いで同一条件で切断した、板抑え側の鋼板１４、１４同士を突き合わせて溶接した。突き合わせは、せん断面と破断面とが相対するように配置し、クリアランスを１２％〜１９％とした。溶接は、ＹＡＧレーザを用い、出力：４．５ｋＷ、溶接速度：４ｍ／ｍｉｎ、ビーム焦点径：０．６ｍｍで表面に焦点を合わせた。突き合わせ時は板端面同士が接触するように突き合わせた。
【００７８】
切断には、移動刃である上刃１７の下をせん断刃先から２ｍｍ〜２２ｍｍ位置までの２０ｍｍを支持するブロック状の支持具２１を有する支持機構１８を備えた切断金型を用いた。この支持具２１は、エアースプリング２２で支持し、支持荷重は鋼板１４の単位幅辺り１０ｋｇｆ／ｍｍに設定した。また、この試験型のシャー角は０とした。
【００７９】
端面形状は、鋼板１４の切断端面断面を研磨し、その輪郭から形状を測定した。アンダーフィル量は溶接部厚さを先端の鋭利なマイクロメータで測定し、下式でアンダーフィル量を算出した。アンダーフィル量が２５％以下の溶接部を良好とした。
（アンダーフィル（％）＝（２．６−溶接部肉厚）／２．６×１００）
表２に溶接試験結果を端面形状とともに示す。
【００８０】
【表２】
【００８１】
番号１は本発明例であるが、支持機構１８は用いていない。クリアランスが比較的小さく破断面角度が小さいので、アンダーフィルは２５％以下であった。
番号２は比較例であり、番号１に対してクリアランスが大きい条件である。番号１同様、支持機構１８は用いていない。切断端面はせん断面比率が大きく、破断面角度が大きい。溶接を行った結果、穴あきが生じ連続した溶接部が得ることができなかった。
【００８２】
番号３は、本発明例であり、番号１の本発明例に対して支持機構１８を用いたものである。番号１と比較してアンダーフィルがやや小さい。
番号４、５は、本発明例であり、支持機構１８を使用している。破断面角度が大きくなるが、せん断面は小さく、その結果、溶接部も穴あき不良は発生せず、連続した溶接部が得られた。
【符号の説明】
【００８３】
１、２ 鋼板
３ 隙間
４ 鋼板
５ 上刃
６ 下刃
７ 板抑え
８ 隙間
９、１０ 鋼板
１１〜１３ 隙間
１４ 鋼板
１５ 板抑え
１６ 下刃
１７ 上刃
１８ 支持機構
１９ 第１の鋼板
２０ 第２の鋼板
２１ 支持部材
２２ 付勢部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テーラードブランクおよびその製造方法に関し、具体的には、生産管理が容易で良好な溶接品質を確実に得ることができる、例えば厚板のテーラードブランクおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１０は、鋼板１、２の突合せ溶接部のアンダーフィルを示す説明図である。
突合せレーザ溶接の素材である鋼板１、２は、その端面を切断される際における切断クリアランスの変動に対する切断端面の変化、例えば、刃の摩耗や金型のたわみによって、シャープな切断端面が得られないことがある。このため、この鋼板１、２を突合せレーザ溶接により接合する際に、突き合わせた部分に大きな隙間３が生じ、溶接時に隙間３を埋めるための溶融金属の体積が不足するために溶接部に穴あきや凹み（アンダーフィル；（Ｔ−Ｔｗ）／Ｔ×１００（(％)）が生じやすい。凹みはプレス品の疲労強度を低下させる。このように、２枚の鋼板を突合せレーザ溶接により接合する場合、安定した溶接品質を確保することは容易ではなかった。
【０００３】
従来より、テーラードブランクの溶接部の品質を確保するためには、突き合わされる鋼板の端面を精度良く切断することが重要であることが知られている。例えば、切断方向への直線精度をできるだけ高めること、端面におけるバリやダレの発生が小さいこと、さらには鋼板の端面が鋼板の表面に対して直角であることが望ましい。
【０００４】
図１１は、鋼板４の切断の状況を模式的に示す説明図であり、図１２は、鋼板４の切断端面を示す説明図である。図１１、１２を参照しながら金型切断を説明する。
図１１、１２に示すように、プレスやシャーリングによって鋼板４に施されるせん断切断では、下降する上刃５によってせん断面Ｓが形成され、さらに上刃５と下刃６の先端からそれぞれクラックが発生および成長し、これらが会合することにより破断面Ｂが形成されて、切断に至る。
【０００５】
通常、図１１に示す板抑え７がある側の切断端面が切断長手方向の直線性が高い端面が得られるため、溶接する端面として使用される。上刃５と下刃６のクリアランスＣｌ｛（上刃５および下刃６の、切断方向と直交する方向の間隔／板厚）×１００（％）｝が広くなると、破断面Ｂの角度θ（面ダレ角）が大きくなって突合せ時に相手材と接触しない隙間８（以降、「端面隙」という）が形成されるため、突合せ溶接時に溶接金属の体積が不足し、溶接金属部の表裏面が凹形状となるアンダーフィルが発生する。
【０００６】
非特許文献１には、成形性の観点から母材板厚に対して溶接部肉厚が０．８以上（本明細書で規定するアンダーフィル２０％以下）とすること、レーザ溶接における溶接品質を確保するために、板厚１．２ｍｍ以下の場合にはせん断面率（せん断長さ／板厚）を０．８より大きくすること、さらには板厚が１．２ｍｍより大きい場合にはせん断面率を０．２より大きくすることが開示されている。
【０００７】
したがって、テーラードブランクの生産においては、図１２に示す、面ダレ角θが小さくなるように、切断時の刃のクリアランスを小さくする条件で切断される。具体的には、クリアランスが１０％以下での切断が行われている場合が多い。しかし、厚板、特に高張力厚鋼板では、切断金型や刃の管理上、このように小さいクリアランスでの切断は困難である。
【０００８】
特許文献１には、固定刃側に残る板の切断端面を用い、片側の板を表裏反転し、ダレ面（せん断面）とカエリ面（破断面）とを突き合わせることによって、突き合わせ部の隙間が小さく、良好な溶接部が得られることが開示されている。また、特許文献１には、固定刃に残る側の切断端面と移動刃により切り落とされる端面とを突き合わせることによって、板を表裏反転させることなく、ダレ面とカエリ面を突き合わせて溶接することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−２０５４３２号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】プレス技術、第４０巻、第１０号（２００２年１０月号） ４９〜５３頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明者らの検討結果によれば、特許文献１により開示された発明に基づいても必ずしも良好な溶接品質を得ることができないことが判明した。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、面ダレ角が５°以上である破断面およびせん断面により構成される端面を有する第１の鋼板と、面ダレ角が５°以上である破断面およびせん断面により構成される端面を有する第２の鋼板とを、それぞれの端面同士を突き合わせて突き合わせ面を形成し、高エネルギービームを照射することにより突き合わせ面を溶接してテーラードブランクを製造する方法であって、突き合わせ面が、第１の鋼板におけるせん断面と、第２の鋼板における破断面とが対向するとともに、突き合わせ面の長手方向の少なくとも１箇所以上において第１の鋼板における破断面と第２の鋼板における破断面とが接触して、形成されることを特徴とするテーラードブランクの製造方法である。
【００１３】
本発明では、第１の鋼板および第２の鋼板それぞれの端面におけるせん断面比率が３５％以下であることが望ましい。
これらの本発明では、第１の鋼板および第２の鋼板は、いずれも、移動刃に対向して設けられた板支持手段と固定刃に対向して設けられた板抑え手段とにより狭持されながら移動刃と固定刃とにより切断された鋼板であることが望ましい。
【００１４】
これらの本発明では、高エネルギービームを、（ｉ）第１の鋼板および第２の鋼板のうちの板厚が厚い鋼板のせん断面側の表面を高エネルギービームの照射側に配置するとともに、第１の鋼板および第２の鋼板のうち反照射側の表面の高さ方向位置をほぼ一致させて、または（ｉｉ）第１の鋼板および第２の鋼板のうちの板厚が薄い鋼板のせん断面側の表面を高エネルギービームの照射側に配置するとともに、２枚の鋼板の照射側の表面の高さ方向位置をほぼ一致させて、照射することが望ましい。
【００１５】
別の観点からは、本発明は、上述した本発明に係るテーラードブランクの製造方法により製造され、アンダーフィル量が２５％以下であることを特徴とするテーラードブランクである。
【００１６】
なお、面ダレ角とは破断面角ともいう。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、生産管理が容易で良好な溶接品質を確実に得ることができる、例えば厚板のテーラードブランクおよびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、図１１に示す構造の上刃と下刃とを有する金型を用いて板厚２．３ｍｍの７８０ＭＰａ級熱延鋼板を切断したときのクリアランスとせん断端面の品質との関係を示すグラフである。
【図２】図２は、鋼板のせん断面同士を突き合わせて溶接した場合の突き合わせ部の隙間の面積（隙面積）とアンダーフィルとの関係を示すグラフである。
【図３】図３（ａ）および図３（ｂ）は、刃のクリアランスが大きい場合で、かつ、せん断面比率の小さい端面の突き合わせ状態を示す説明図である。
【図４】図４（ａ）および図４（ｂ）は、せん断面の大きさの違いと突き合わせ状態を示す説明図である。
【図５】図５（ａ）は、上刃の下に支持機構を配置しない従来の切断方法の切断機構を示す説明図であり、図５（ｂ）は、上刃の下に支持機構を配置する本発明の切断方法の切断機構を示す説明図である。
【図６】図６（ａ）は、図５（ｂ）に示す支持機構を配置しないで板厚２．６ｍｍの４４０ＭＰａ級の熱延鋼板（ＪＳＨ４４０）を切断した場合の切断端面形状（せん断面率、ダレ角度）とクリアランスとの関係を示すグラフであり、図６（ｂ）は、この支持機構を配置してこの熱延鋼板を切断した場合の切断端面形状（せん断面率、ダレ角度）とクリアランスとの関係を示すグラフである。
【図７】図７（ａ）〜図７（ｃ）は、いずれも、板厚が相違する第１の鋼板および第２の鋼板の突き合わせの形態を示す説明図である。
【図８】図８は、疲労強度に及ぼすアンダーフィルの影響を示す疲労試験結果を示すグラフである。
【図９】図９は、板送り方向からみた支持機構を模式的に示す説明図である。
【図１０】図１０は、鋼板の突合せ溶接部のアンダーフィルを示す説明図である。
【図１１】図１１は、鋼板の切断の状況を模式的に示す説明図である。
【図１２】図１２は、鋼板の切断端面を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明を実施するための形態を、添付図面を参照しながら説明する。はじめに、本発明の技術思想を説明する。
プレスやシャーリングによって鋼板に施されるせん断切断では、刃と接触した箇所からせん断面が形成され、その後クラックが発生および成長して破断面を形成し、切断に至る。
【００２０】
図１は、図１１に示す構造の上刃（移動刃）５と下刃（固定刃）６とを有する金型を用いて板厚２．３ｍｍの７８０ＭＰａ級熱延鋼板４を切断したときのクリアランスとせん断端面の品質との関係を示すグラフである。なお、図１において、せん断端面とは、板押さえ７と下刃６とにより挟まれた側の端面であるとともに、「ダレ角度」とは面ダレ角θを意味する。
【００２１】
図１にグラフで示すように、上刃５と下刃６との間隔（クリアランス）が広くなると、面ダレ角が大きくなるとともに、せん断面率も大きくなる。
図２は、鋼板９、１０のせん断面同士を突き合わせて溶接した場合の突き合わせ部の隙間の面積（隙面積）とアンダーフィルとの関係を示すグラフである。なお、隙間の量は切断端面の断面写真から測定した値であり、切断時の刃のクリアランスを変化させることによって端面状態、すなわち突き合わせ時の隙間を変化させた。
【００２２】
図２にグラフで示すように、溶接金属のアンダーフィルは、突き合わせ時の隙間に依存し、隙間量を小さくすることがアンダーフィルの抑制に有効であることがわかる。
図３（ａ）および図３（ｂ）は、刃のクリアランスが大きい場合で、かつ、せん断面比率の小さい端面の突き合わせ状態を示す説明図である。
【００２３】
図３（ａ）に示すように、鋼板９、１０のせん断面同士および破断面同士が対向するように端面を突き合わせた場合、突き合わせ部の破断面の部分に大きい隙間１１が生じる。このような箇所をレーザ溶接した場合、溶融金属が不足してアンダーフィルが生じやすい。これに対し、図３（ｂ）に示すように、鋼板９の破断面と鋼板１０のせん断面とが対向し、かつ鋼板９、１０の破断面同士が接触するように突き合わせた場合、隙間１２は小さく、アンダーフィルの防止に有効である。
【００２４】
図４（ａ）および図４（ｂ）は、せん断面の大きさの違いと突き合わせ状態を示す説明図である。
図４（ａ）に示すように、鋼板９、１０のせん断面比率が小さい場合には、鋼板９の破断面と鋼板１０のせん断面とが対向し、かつ鋼板９、１０の破断面同士が接触するように、鋼板９、１０を突き合わせることによって隙間１２が小さくなる。しかし、図４（ｂ）に示すように、鋼板９、１０のせん断面比率が大きくなると、鋼板９の破断面と鋼板１０のせん断面とが対向するように鋼板９、１０を突き合わせようとしても、鋼板９、１０のせん断面同士が突き当り、破断面の面ダレに起因する隙間１３がそのまま残存するため、溶融金属が不足してアンダーフィルが生じやすい。
【００２５】
つまり、切断刃の品質維持のために大きなクリアランスを設定しても、通常の切断方法ではせん断面が大きくなるため、たとえ、鋼板９、１０のせん断面と破断面とが突き当たるようにしても溶接品質の向上にはつながらない。
【００２６】
したがって、鋼板９の破断面と鋼板１０のせん断面とが対向し、かつ鋼板９、１０の破断面同士が接触するように、鋼板９、１０を突き合わせることによって、アンダーフィルが小さい良好な溶接品質を得るためには、刃のクリアランスが大きい条件でも、せん断面が小さい切断端面を得られることが重要である。そのためには、クリアランスが大きい条件でも、せん断面が生じにくい切断方法が有効である。
【００２７】
図５（ａ）は、上刃の下に支持機構を配置しない従来の切断方法の切断機構を示す説明図であり、図５（ｂ）は、上刃の下に支持機構を配置する本発明の切断方法の切断機構を示す説明図である。
【００２８】
図５（ａ）に示すように、従来の切断方法では、鋼板１４を板抑え１５および下刃１６により挟持しながら、上刃１７の下に鋼板１４の支持機構を配置せずに上刃１７を下降させることによって、鋼板１４の切断が行われる。
【００２９】
本発明者らは切断方法を鋭意検討した結果、図５（ｂ）に示すように、移動刃である上刃１７に対向して鋼板１４を支持する支持機構１８を配置し、板押さえ１５と下刃１６とにより鋼板１４を狭持するとともに上刃１７と支持機構１８とにより鋼板１４を狭持しながら、上刃１７および支持機構１８を下降して鋼板１４を切断することによって、刃のクリアランスが大きい場合であってもせん断面が生じにくい切断面が得られることを知見した。
【００３０】
すなわち、図５（ａ）に示すように、上刃１７に対向して支持機構１８を配置しない場合には、刃のクリアランスが大きいと、切断の際に鋼板１４の曲がり変形が生じ、鋼板１４にせん断変形を伴いながら、上刃１７が大きく食い込むために、せん断面が大きくなる。これに対し、図５（ｂ）に示すように、上刃１７に対向して支持機構１８を配置する場合は、上刃１７が鋼板１４に食い込んだ後の鋼板１４の曲がり変形が支持機構１８により抑制されるため、上刃１７の刃先先端部が接触する部分の鋼板１４が容易に破断限界に達し、小さいせん断面が生じた後に破断が生じ、破断面が大きくなる。
【００３１】
図６（ａ）は、図５（ｂ）に示す支持機構１８を配置しないで板厚２．６ｍｍの４４０ＭＰａ級の熱延鋼板（ＪＳＨ４４０）を切断した場合の切断端面形状（せん断面率、ダレ角度）とクリアランスとの関係を示すグラフであり、図６（ｂ）は、この支持機構１８を配置してこの熱延鋼板を切断した場合の切断端面形状（せん断面率、ダレ角度）とクリアランスとの関係を示すグラフである。
【００３２】
図６（ａ）および図６（ｂ）にグラフで示すように、図５（ｂ）に示す支持機構１８を配置して鋼板を切断することにより、クリアランスが大きい条件でもせん断面の小さい端面を得られることがわかる。
【００３３】
以上説明したように、本発明は、図５（ｂ）に示す支持機構を配置して鋼板を切断することにより、クリアランスが大きい条件であってもせん断面の小さい端面を得ることが可能となるので、このようにして得られた、せん断面が小さい端面を有する第１の鋼板および第２の鋼板を用い、第１の鋼板の破断面と第２の鋼板のせん断面とが対向し、かつ第１の鋼板および第２の鋼板それぞれの破断面同士が接触するように、第１の鋼板および第２の鋼板を突き合わせることによって、突き合わせ部の隙間を小さくすることができる、という技術思想に基づくものである。
【００３４】
次に、本発明に関わる規定を説明する。
＜板厚＞
第１の鋼板、第２の鋼板それぞれの板厚が大きくなると、刃に加える荷重が大きくなり、クリアランスを小さくすると、刃の損耗が激しくなる。このため、クリアランスを大きくした切断が指向され、大きなアンダーフィルが発生しやすい。したがって、本発明における第１の鋼板および第２の鋼板は、いずれも、板厚が２ｍｍ以上であることが望ましい。板厚の上限は特に制限されないが、テーラードブランクとして適用が想定される自動車部品では６ｍｍ程度が上限である。
【００３５】
＜引張強さ、材質＞
母材である第１の鋼板、第２の鋼板の引張強さや材質は特に限定を要さない。本発明は、自動車用鋼板として用いられるあらゆる種類の鋼板に適用可能である。具体的には、冷間圧延鋼板、熱間圧延鋼板、また、これらの表面にめっきを施した合金化溶融亜鉛めっき鋼板や、溶融亜鉛めっき鋼板、電気亜鉛めっき鋼板さらにはアルミめっき鋼板等が例示される。
【００３６】
＜突き合わせ面の形成＞
本発明では、図３（ｂ）に示すように、第１の鋼板９の端面における破断面と、第２の鋼板１０の端面におけるせん断面とが対向し、かつ第１の鋼板９の端面に形成された破断面と第２の鋼板１０の端面に形成された破断面とが端面の長手方向（溶接方向）の少なくとも一箇所以上の領域で接触するように、第１の鋼板９および第２の鋼板１０を突き合わせて突き合わせ面を形成する。
【００３７】
板厚方向の接触する個所は、破断面全体である必要はなく、少なくとも破断面同士が一箇所接触していればよい。例えば、一方の鋼板の破断面とせん断面との境界が他方の鋼板の破断面に接触する状態や、一方の鋼板の破断面の表面側端部が他方の破断面に接触する状態でもよい。
【００３８】
このようにして突き合わせ面を形成することにより、突き合わせた際の隙間が小さくなり、アンダーフィルの発生を抑制することができる。好ましくは、長手方向の複数箇所以上の領域で、第１の鋼板９および第２の鋼板１０それぞれの破断面同士が接触するように、第１の鋼板９および第２の鋼板１０を突き合わせる。
【００３９】
図３（ａ）に示すように、第１の鋼板９および第２の鋼板１０それぞれのせん断面同士が対向するように第１の鋼板９および第２の鋼板１０を突き合わせて突き合わせ面を形成すると、破断面側に大きな隙間が生じるので、溶接部の体積が不足し、良好な溶接品質は望めない。
【００４０】
＜突き合わせの形態＞
図７（ａ）〜図７（ｃ）は、いずれも、板厚が相違する第１の鋼板１９および第２の鋼板２０の突き合わせの形態を示す説明図である。
【００４１】
図７（ａ）に示すように、突き合わせる第１の鋼板１９および第２の鋼板２０の板厚が異なる場合であって、第１の鋼板１９および第２の鋼板２０のうち板厚が厚い第１の鋼板１９のせん断面側の表面１９ａを高エネルギービームの照射側に配置するときは、第１の鋼板１９および第２の鋼板２０の反照射側の表面１９ｂ、２０ｂの高さ方向位置をほぼ一致させて高エネルギービームを照射することが望ましい。
【００４２】
また、図７（ｃ）に示すように、突き合わせる第１の鋼板１９および第２の鋼板２０の板厚が異なる場合であって、板厚が厚い第１の鋼板１９の破断面側の表面１９ｂを高エネルギービームの照射側に配置するときは、第１の鋼板１９および第２の鋼板２０の反照射側の表面１９ａ、２０ａの高さ方向位置をほぼ一致させて高エネルギービームを照射するのが望ましい。
【００４３】
図７（ａ）、図７（ｃ）に示すように第１の鋼板１９および第２の鋼板２０を配置することにより、第１の鋼板１９および第２の鋼板２０それぞれの破断面同士が接触する板厚方向の長さが大きくなるので、突き合わせた際の隙間を小さくすることができる。なお、板厚が薄い第２の鋼板２０の表面が、板厚が厚い第１の鋼板１９の表面よりも外側に出て存在すると、目違いという溶接不良となるので、このような配置は避けるべきである。
【００４４】
これに対し、図７（ｂ）に示すように、板厚が厚い第１の鋼板１９の破断面側の表面１９ｂを高エネルギービームの照射側に配置し、第１の鋼板１９および第２の鋼板２０の反照射側の表面１９ａ、２０ａの高さ方向位置をほぼ一致させると、第１の鋼板１９のせん断面と第２の鋼板２０のせん断面とが接触する板厚方向の長さが短くなり、隙間が大きくなる。
【００４５】
＜せん断面比率＞
第１の鋼板および第２の鋼板それぞれのせん断面比率（せん断面長さ／板厚×１００）は３５％以下とすることが望ましい。これにより、第１の鋼板および第２の鋼板それぞれの破断面同士を確実に接触させることが可能となり、突き合わせの際の隙間を小さくすることができる。せん断面比率が過大となると、第１の鋼板の破断面と第２の鋼板のせん断面とが相対するような配置で第１の鋼板および第２の鋼板を突き合わせても、形成される隙間が大きくなり、良好な溶接品質が得られない。通常、テーラードブランクでは、板厚差が１．５倍程度が想定され、その場合、せん断比率が３５％以下であれば本発明の効果を安定して得ることができる。
【００４６】
なお、せん断面比率が３５％より大きいと、突き合わせの際に第１の鋼板および第２の鋼板の高さ方向のセットの不可避的なばらつきにより、第１の鋼板および第２の鋼板それぞれのせん断面同士が突き当たるおそれが高まり、溶接部品質のばらつきにつながる。せん断面比率は小さいほうがよく、より好ましくは３０％以下である。なお、せん断面比率の下限は特に規定する必要なないが、実質的にはせん断面比率の下限は１０％程度である。
【００４７】
＜破断面の角度（面ダレ角）＞
図１にグラフで示したように、破断面の角度は刃のクリアランスに依存し、クリアランスが大きいほど破断面の角度が大きくなる。
【００４８】
従来からアンダーフィルの小さい良好な溶接部を得るために、クリアランスを小さくして破断面の角度の小さい切断が指向される。しかし、厚板の切断では、クリアランスを小さく管理することは容易でない。
【００４９】
本発明の方法は、工業的に管理が容易な、比較的大きなクリアランス、具体的には１０％以上のクリアランスで切断した端面を有する鋼板を用いることを前提とする。ただし、設定クリアランスが小さくとも、型や刃のたわみにより実質クリアランスが大きくなったり、刃の消耗により実質クリアランスが大きくなることもある。そこで、本発明では、クリアランスではなく、クリアランスと相関関係がある破断面の角度を用いて間接的に、クリアランスが大きい状態を規定する。
【００５０】
図１にグラフで示すように、１０％以上のクリアランスでは破断面の角度は５°以上となる。したがって、本発明では破断面の角度を５°以上と規定する。なお、破断面の角度の上限は特に限定を要さない。破断面の角度が大きい場合でも本発明の効果は得られる。しかし、実験によれば、切断条件を変更しても破断面の角度は４０度が上限でそれ以上の破断面が生じることはない。
【００５１】
＜アンダーフィル＞
溶接部のアンダーフィルが過大となると、成形品の疲労強度が大きく低下する。アンダーフィル部が応力集中部となり、アンダーフィルが大きいほど応力集中が大きくなるからである。したがって、溶接金属のアンダーフィルは２５％以下とすることが望ましい。以下、詳細に説明する。
【００５２】
図８は、疲労強度に及ぼすアンダーフィルの影響を示す疲労試験結果を示すグラフである。疲労試験では、図５（ａ）に示すように、板厚が２．６ｍｍと２．３ｍｍの７８０ＭＰａ級の熱延鋼板１４をクリアランス１０％で切断し、板押さえ１５側の２．６ｍｍと２．３ｍｍの鋼板１４、１４を突き合わせ、突き合わせの際の隙間量を０〜０．１５ｍｍに変化させて、出力４．５ｋＷ、速度４ｍ／ｍｉｎでレーザにて突き合わせ溶接してアンダーフィルが異なる疲労試験片を製作し、この疲労試験片を用いて周波数約３０Ｈｚの両振り平面曲げ試験を行った。
【００５３】
同じアンダーフィルを有する試験片を種々の応力で疲労試験を行い、破断する繰り返し数（破断寿命）を求め、応力と破断寿命から疲労強度特性線図（ＳＮ線図）を作成した。ＳＮ線図から、各アンダーフィルでの１００万回破断応力を求めた。
【００５４】
図８に示すように、アンダーフィルの増大と共に疲労強度は低下する。アンダーフィルが２０％から３０％にかけて疲労強度が大きく低下する。このため、アンダーフィルは２５％以下とすることが望ましい。アンダーフィルが過大となると溶接部の穴明き欠陥が発生しやすい。さらに望ましくは、アンダーフィルは２０％以下である。
【００５５】
＜溶接方法＞
溶接方法として、レーザ溶接や電子ビーム溶接のような溶融部が小さい高エネルギービーム溶接法を用いることが効果的である。
【００５６】
＜支持機構＞
第１の鋼板および第２の鋼板は、いずれも、図５（ｂ）に示すように、移動刃である上刃１７に対向して鋼板１４を支持する支持機構１８を備える切断装置を用いて切断されることが望ましい。
【００５７】
図９は、板送り方向からみた支持機構１８を模式的に示す説明図である。
支持機構１８は、ブロック状やピン状の金属体や硬質ゴムからなる支持部材２１を、エアースプリング等の付勢部材２２により鋼板１４に押し付ける構造とすることが例示される。
【００５８】
移動刃１７に対向して支持機構１８を配置することにより、常時、鋼板１４が移動刃１７の下面に押し付けられ、移動刃１７の下降による鋼板１４の曲がり変形（折れ変形）が抑制される。なお、図９に示すように、切断刃あるいは移動刃１７がシャー角（せん断刃と移動刃がなす角度）を有する場合には、ブロック状の支持部材２１を配置することができないので、ピン状の支持部材２１を用いることが例示される。ピン状の支持部材２１における隣接するピンの間隔は、広すぎると十分な効果が得られないため、５０ｍｍ以内とすることが好ましい。
【００５９】
支持部材２１の支持領域は、できるだけ、切断刃あるいは移動刃１７の近傍まで支持することが好ましい。切断刃あるいは移動刃１７から離れていると鋼板１４の曲がり変形が発生しやすく、支持機構１８の狙いの効果が奏され難い。好ましくは、切断刃あるいは移動刃１７から１０ｍｍ以内の位置まで支持することであり、さらに好ましくは２ｍｍ以内である。
【００６０】
支持機構１８に作用させる支持荷重は、鋼板１４の強度や板厚に応じて設定される。支持荷重が不十分であると曲がり変形が発生し、十分な効果を得られない。支持荷重は、例えば、鋼板１４の単位幅当たり１ｋｇｆ／ｍｍ以上であることが望ましい。
【００６１】
なお、以上の説明では、移動刃１７が上方から下方へ移動する場合を例にとったが、切断装置の構造によっては移動刃１７が下方から上方へ移動する場合がある。この場合、移動刃１７の上方に、鋼板を上方から下方に押し付ける支持機構を配置すればよいことは、いうまでもない。
【００６２】
＜板抑え＞
固定刃に対向して配置する板抑えは、従来から固定刃に対向して配置されている板押さえを用いればよい。
【００６３】
＜適用部品＞
本発明に係るテーラードブランクの適用対象は、特に限定されないが、例えば、ホイール、サスペンションアームさらにはサスペンションメンバ等の自動車足廻り部品の製造に好適である。自動車足廻り部品は、板厚が厚く、端面を精度良く切断することが困難であり、本発明がより有効となるからである。
【実施例１】
【００６４】
板厚：２．９ｍｍ、板幅：１００ｍｍである７８０ＭＰａ級の熱延鋼板と、板厚：２．３ｍｍ、板幅：１００ｍｍである７８０ＭＰａ級の熱延鋼板とを種々のクリアランスで切断し、板抑え側の鋼板を用いて、種々の突き合わせ形態（破断面配置、板揃え位置）にて板端面同士が接触するように突き合わせて溶接試験を行った。
【００６５】
熱延鋼板の切断は、図５（ａ）に示す機構のシャー切断機を用いた。溶接はＹＡＧレーザを用い、出力：４．５ｋＷ、溶接速度：４．５ｍ／ｍｉｎ、ビーム焦点径：０．６ｍｍで厚板側表面に焦点を合わせた。
【００６６】
切断により得られた端面形状は、切断端面を研磨し、その輪郭を測定することにより求めた。溶接部のアンダーフィル量は溶接部厚さをマイクロメータで測定し、薄板側の板厚、すなわち下式のように２．３ｍｍに対する溶接部厚さの比として算出した。アンダーフィル量が２５％以下の溶接部を良好とした。
【００６７】
（アンダーフィル（％）＝（２．３−溶接部肉厚）／２．３×１００）
表１に溶接試験結果を、端面形状および突き合わせ形態とともに示す。
【００６８】
【表１】
【００６９】
表１における番号Ａ、Ｂは、いずれも参考例であり、切断刃のクリアランスが５％、１０％と小さいため、破断面の角度が小さいシャープな端面が得られている。破断面が下同士で突き合わせて溶接したが、溶接部のアンダーフィルは小さい。
【００７０】
番号１は比較例であり、クリアランス１５％の条件で切断し、破断面角度１１度の破断面が共に下側となるように突き合わせて溶接したところ、大きな量のアンダーフィルが生じた。
【００７１】
番号２は、本発明例であり、番号１と同じ条件で切断して番号１と同様の端面形状を得て、図７（ａ）に示すように厚板側の破断面を下に、薄板側の破断面を上に、かつ２枚の鋼板の下面の高さを揃えて配置して溶接を行った。厚板側の破断面と薄板側の破断面とが接触した状態で溶接され、番号Ｂに匹敵する小さいアンダーフィルで、十分な疲労強度の確保が可能となる良好な溶接品質が得られた。
【００７２】
番号３は、図７（ｂ）に示すように、厚板側の破断面を上に、薄板側の破断面を下に配置し、破断面同士を接触させた以外の条件は番号２と同じ条件の本発明例であり、比較的良好な溶接部が得られたが、アンダーフィルは番号２よりやや大きい。
【００７３】
番号４は、図１０（ｃ）に示すように、２枚の鋼板の上面の高さを揃えて配置した以外は番号３と同様の条件の本発明例であり、アンダーフィルが小さい良好な溶接部が得られた。
【００７４】
番号５は比較例であり、クリアランス２０％の条件で切断し、厚板側の破断面を下に、薄板側の破断面を上に配置したが、溶接部に穴あきが発生した。薄板側のせん断面比率が３５％超であり、破断面同士が非接触となり、溶接金属の体積が著しく不足したものと考えられる。
【００７５】
番号６は、番号５に比べて、薄板側のクリアランスを小さく切断し、薄板側のせん断面比率を３５％以下としで破断面同士を接触させたものであり、アンダーフィル２５％以下の溶接部が得られた。
【実施例２】
【００７６】
板厚：２．６ｍｍ、板幅：１００ｍｍの４４０ＭＰａ級の熱延鋼板を用い、図５（ｂ）に示すように、可動刃となる上刃１７に対向して支持機構１８を配置し、固定刃である下刃１６に対向して設けた板押さえ１５と支持機構１８とにより鋼板１４を狭持しながら、上刃１７と下刃１６とにより切断した。
【００７７】
次いで同一条件で切断した、板抑え側の鋼板１４、１４同士を突き合わせて溶接した。突き合わせは、せん断面と破断面とが相対するように配置し、クリアランスを１２％〜１９％とした。溶接は、ＹＡＧレーザを用い、出力：４．５ｋＷ、溶接速度：４ｍ／ｍｉｎ、ビーム焦点径：０．６ｍｍで表面に焦点を合わせた。突き合わせ時は板端面同士が接触するように突き合わせた。
【００７８】
切断には、移動刃である上刃１７の下をせん断刃先から２ｍｍ〜２２ｍｍ位置までの２０ｍｍを支持するブロック状の支持具２１を有する支持機構１８を備えた切断金型を用いた。この支持具２１は、エアースプリング２２で支持し、支持荷重は鋼板１４の単位幅辺り１０ｋｇｆ／ｍｍに設定した。また、この試験型のシャー角は０とした。
【００７９】
端面形状は、鋼板１４の切断端面断面を研磨し、その輪郭から形状を測定した。アンダーフィル量は溶接部厚さを先端の鋭利なマイクロメータで測定し、下式でアンダーフィル量を算出した。アンダーフィル量が２５％以下の溶接部を良好とした。
（アンダーフィル（％）＝（２．６−溶接部肉厚）／２．６×１００）
表２に溶接試験結果を端面形状とともに示す。
【００８０】
【表２】
【００８１】
番号１は本発明例であるが、支持機構１８は用いていない。クリアランスが比較的小さく破断面角度が小さいので、アンダーフィルは２５％以下であった。
番号２は比較例であり、番号１に対してクリアランスが大きい条件である。番号１同様、支持機構１８は用いていない。切断端面はせん断面比率が大きく、破断面角度が大きい。溶接を行った結果、穴あきが生じ連続した溶接部が得ることができなかった。
【００８２】
番号３は、本発明例であり、番号１の本発明例に対して支持機構１８を用いたものである。番号１と比較してアンダーフィルがやや小さい。
番号４、５は、本発明例であり、支持機構１８を使用している。破断面角度が大きくなるが、せん断面は小さく、その結果、溶接部も穴あき不良は発生せず、連続した溶接部が得られた。
【符号の説明】
【００８３】
１、２ 鋼板
３ 隙間
４ 鋼板
５ 上刃
６ 下刃
７ 板抑え
８ 隙間
９、１０ 鋼板
１１〜１３ 隙間
１４ 鋼板
１５ 板抑え
１６ 下刃
１７ 上刃
１８ 支持機構
１９ 第１の鋼板
２０ 第２の鋼板
２１ 支持部材
２２ 付勢部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
面ダレ角が５°以上である破断面およびせん断面により構成される端面を有する第１の鋼板と、面ダレ角が５°以上である破断面およびせん断面により構成される端面を有する第２の鋼板とを、それぞれの前記端面同士を突き合わせて突き合わせ面を形成し、高エネルギービームを照射することにより前記突き合わせ面を溶接してテーラードブランクを製造する方法であって、
前記突き合わせ面は、前記第１の鋼板における前記せん断面と、前記第２の鋼板における前記破断面とが対向するとともに、前記突き合わせ面の長手方向の少なくとも１箇所以上において前記第１の鋼板における前記破断面と前記第２の鋼板における前記破断面とが接触して、形成されることを特徴とするテーラードブランクの製造方法。
【請求項２】
前記第１の鋼板および前記第２の鋼板それぞれの前記端面におけるせん断面比率が３５％以下である請求項１に記載のテーラードブランクの製造方法。
【請求項３】
前記第１の鋼板および第２の鋼板は、いずれも、移動刃に対向して設けられた板支持手段と固定刃に対向して設けられた板抑え手段とにより狭持されながら前記移動刃と前記固定刃とにより切断された鋼板である請求項１または請求項２に記載のテーラードブランクの製造方法。
【請求項４】
前記高エネルギービームを、前記第１の鋼板および前記第２の鋼板のうちの板厚が厚い鋼板のせん断面側を高エネルギービームの照射側に配置するとともに、前記第１の鋼板および前記第２の鋼板のうち反照射側の表面の高さ方向位置をほぼ一致させて、照射する請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のテーラードブランクの製造方法。
【請求項５】
前記高エネルギービームを、前記第１の鋼板および前記第２の鋼板のうちの板厚が薄い鋼板のせん断面側を高エネルギービームの照射側に配置するとともに、前記２枚の鋼板の照射側の表面の高さ方向位置をほぼ一致させて、照射する請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のテーラードブランクの製造方法。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載されたテーラードブランクの製造方法により製造され、アンダーフィル量が２５％以下であることを特徴とするテーラードブランク。
【請求項１】
面ダレ角が５°以上である破断面およびせん断面により構成される端面を有する第１の鋼板と、面ダレ角が５°以上である破断面およびせん断面により構成される端面を有する第２の鋼板とを、それぞれの前記端面同士を突き合わせて突き合わせ面を形成し、高エネルギービームを照射することにより前記突き合わせ面を溶接してテーラードブランクを製造する方法であって、
前記突き合わせ面は、前記第１の鋼板における前記せん断面と、前記第２の鋼板における前記破断面とが対向するとともに、前記突き合わせ面の長手方向の少なくとも１箇所以上において前記第１の鋼板における前記破断面と前記第２の鋼板における前記破断面とが接触して、形成されることを特徴とするテーラードブランクの製造方法。
【請求項２】
前記第１の鋼板および前記第２の鋼板それぞれの前記端面におけるせん断面比率が３５％以下である請求項１に記載のテーラードブランクの製造方法。
【請求項３】
前記第１の鋼板および第２の鋼板は、いずれも、移動刃に対向して設けられた板支持手段と固定刃に対向して設けられた板抑え手段とにより狭持されながら前記移動刃と前記固定刃とにより切断された鋼板である請求項１または請求項２に記載のテーラードブランクの製造方法。
【請求項４】
前記高エネルギービームを、前記第１の鋼板および前記第２の鋼板のうちの板厚が厚い鋼板のせん断面側を高エネルギービームの照射側に配置するとともに、前記第１の鋼板および前記第２の鋼板のうち反照射側の表面の高さ方向位置をほぼ一致させて、照射する請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のテーラードブランクの製造方法。
【請求項５】
前記高エネルギービームを、前記第１の鋼板および前記第２の鋼板のうちの板厚が薄い鋼板のせん断面側を高エネルギービームの照射側に配置するとともに、前記２枚の鋼板の照射側の表面の高さ方向位置をほぼ一致させて、照射する請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のテーラードブランクの製造方法。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載されたテーラードブランクの製造方法により製造され、アンダーフィル量が２５％以下であることを特徴とするテーラードブランク。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１４３４２９（Ｐ２０１１−１４３４２９Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５１１１（Ｐ２０１０−５１１１）
【出願日】平成２２年１月１３日（２０１０．１．１３）
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１３日（２０１０．１．１３）
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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