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CN106457478A - 汽车车身中的构件的接合构造 - Google Patents

汽车车身中的构件的接合构造 Download PDF

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CN106457478A CN201580027109.7A CN201580027109A CN106457478A CN 106457478 A CN106457478 A CN 106457478A CN 201580027109 A CN201580027109 A CN 201580027109A CN 106457478 A CN106457478 A CN 106457478A
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富泽淳
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Abstract

不仅抑制具有1470MPa以上的拉伸强度的淬火部的汽车车身的构造构件的载重性能的降低，还抑制伴随由焊接导致的HAZ软化的冲击吸收性能的降低。汽车车身中的构件的接合构造(10)由第一构件(11)与钢制的第二构件(12)在叠合部被焊接而成，该第一构件(11)具有无外凸缘的封闭的中空的剖面横截面并在钢制的其长度方向上具备拉伸强度为1470MPa以上的淬火部、拉伸强度小于700MPa的母材部、以及在淬火部(16)与母材部(18)之间具备过渡部(17)，该第二构件(12)与第一构件(11)叠合，叠合部从第一构件(11)的淬火部(16)起经过过渡部(17)且跨母材部(18)地存在，并且，由焊接形成的焊接部(13)在第一构件(11)中存在于过渡部(17)或者母材部(18)。

Description

汽车车身中的构件的接合构造
技术领域
本发明涉及汽车车身中的构件的接合构造。
背景技术
图6是表示本申请人利用专利文献1、2等公开的三维热弯淬火(3DQ：3Dimensional Hot Bending and Quench)的说明图。
在三维热弯淬火中，如图6所示，长钢材1一边被支承轧辊2支承并通过进给装置3向其轴向被输送，一边通过高频感应加热线圈4被急速地加热到Ac3点以上，部分地形成高温部1a，之后立即通过水冷装置(没有图示)被急速地冷却。
由此，对于钢材1，一边向长度方向移动一边被淬火并且形成超高强度的部位。另外，通过输送并支承钢材1的可动辊模5在正交坐标系中二维或者三维地位移，由此，弯曲力矩或者抗剪被赋予到上述的钢材1的高温部1a，形成弯曲部。通过对该被弯曲的高温部1a急速地冷却，由此，通过三维热弯淬火来制造具有被淬火的弯曲部的弯曲构件6。
本申请人利用专利文献3公开了通过三维热弯淬火来制造汽车车身的强度构件、A柱的内容。
汽车车身的钢制的构造构件主要通过称为点焊、弧焊或者激光焊接的焊接与其他构件(其他构造构件、成型面板)接合。通过三维热弯淬火制造的构造构件的淬火部的拉伸强度达到1470MPa以上。因此，在将该构造构件通过其淬火部与其他构件焊接时，产生马氏体被回火且硬度降低的现象(所谓HAZ软化)。若冲击载荷被负载到产生HAZ软化的构造构件，则以HAZ软化后的部分为起点而产生构造构件的断裂。因此，该构造构件本来具有的优秀的冲击吸收性能不能充分发挥。
作为其对策，考虑有如下内容：在三维热弯淬火中，通过部分地适当调整高温部1a的冷却速度、或者不进行加热，由此，在由三维热弯淬火制造的构造构件的一部分上没有部分地进行淬火，形成具有与母材的拉伸强度大致相同的状态下的拉伸强度的部分(在本说明书中称为“母材部”)。通过利用该母材部将由三维热弯淬火制造的构造构件与其他构件进行焊接，由此来防止HAZ软化。
在该对策中，母材部与淬火部一起设置于构造构件的一部分上，因此，构造构件的载重性能会降低。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4825019号说明书
专利文献2：日本特开2012－25335号公报
专利文献3：PCT/JP/2008/056371
发明内容
发明所要解决的问题
到目前为止，能够不使具有1470MPa以上拉伸强度的淬火部的汽车车身的构造构件的载重性能降低，能够抑制伴随由焊接导致的HAZ软化的冲击吸收性能的降低的汽车车身中的构件的接合构造还不得而知。
用于解决问题的手段
本发明如下列出。
(1)一种汽车车身中的构件的接合构造，其特征在于，上述接合构造具备钢制的第一构件以及钢制的第二构件，上述第一构件具有无外凸缘的封闭的中空的剖面横截面，且向一方向延伸，并且该第一构件沿着该一方向具备拉伸强度为1470MPa以上的淬火部、拉伸强度小于700MPa的母材部以及在上述淬火部与上述母材部之间拉伸强度从上述淬火部的拉伸强度起向上述母材部的拉伸强度逐渐地变化的过渡部，上述第二构件通过叠合部与上述第一构件的外表面的一部分叠合，上述第一构件以及上述第二构件在上述叠合部被焊接，在上述接合构造中，上述叠合部从上述第一构件的上述淬火部起经过上述过渡部且跨上述母材部地存在，以及通过上述焊接被形成的焊接部在上述第一构件中存在于上述过渡部或者上述母材部。
(2)在上述(1)所述的汽车车身中的构件的接合构造中，其中，在上述一方向上，从与上述第一构件的上述淬火部临近的一侧的上述第二构件的端部起到该第一构件的上述淬火部的端部为止的长度X(mm)、与从与上述第一构件的上述淬火部临近的一侧的上述焊接部的端部起到与上述第一构件的上述淬火部临近的一侧的上述第二构件的端部为止的长度L(mm)的比(X/L)为0.25以上。
但是，长度X利用将与第一构件的淬火部临近的一侧的第二构件的端部的位置设为原点的向上述一方向的坐标来表示。
(3)在上述(1)或(2)所述的汽车车身中的构件的接合构造中，其中，上述焊接部为弧焊部、激光焊接部或者电阻点焊部。
(4)在上述(1)～(3)中任一项所述的汽车车身中的构件的接合构造中，其中，上述第一构件具有矩形的剖面形状，并且，上述第二构件由第三构件与第四构件构成，上述第三构件具有与上述第一构件的三边重叠的帽形的剖面，上述第四构件与该第三构件的2个凸缘重叠地接合，且与上述第一构件的剩余的一边重叠。
(5)在上述(1)～(4)中任一项所述的汽车车身中的构件的接合构造中，其中，上述第二构件具有形成上述焊接部时的操作孔即接合孔。
(6)在上述(1)～(5)中任一项所述的汽车车身中的构件的接合构造中，其中，上述第一构件通过三维热弯淬火被制造。
发明效果
通过将本发明涉及的汽车车身中的构件的接合构造应用于例如A柱与下纵梁的接合部、A柱与上边梁的接合部、或者门梁与其安装部等，由此，能够不使具有1470MPa以上的拉伸强度的淬火部的汽车车身的构造构件的载重性能降低，能够抑制伴随由焊接导致的HAZ软化的冲击吸收性能的降低。
附图说明
图1是表示本发明涉及的汽车车身中的构件的接合构造的说明图，图1(a)为立体图，图1(b)为图1(a)中A－A’剖视图，图1(c)是表示第一构件的淬火部、过渡部以及母材部的拉伸强度的曲线图。
图2是表示本发明者们对具有图1(a)、图1(b)所示的构造的汽车车身用焊接接头进行的FEM解析的条件的说明图。
图3是总结并表示解析出的案例(基础，案例A～F)的说明图。
图4是总结并表示解析出案例(基础，案例A～F)的解析结果的曲线图。
图5是表示淬火部、过渡部以及母材部的拉伸强度的分布的曲线图。
图6是表示三维热弯淬火的说明图。
具体实施方式
以下，参照添付附图对本发明涉及的汽车车身中的构件的接合构造进行说明。
图1是表示本发明涉及的汽车车身中的构件的接合构造10的说明图，图1(a)是立体图，图1(b)是图1(a)中A－A’剖视图，图1(c)是表示第一构件11的淬火部、过渡部以及母材部的拉伸强度的曲线图。另外，图1(b)表示各构成构件的板厚中心位置。
如图1(a)、图1(b)所示，本发明涉及的接合构造10具有第一构件11以及第二构件12。
第一构件11是利用边参照图6边说明的三维热弯淬火加工方法制造的构件。另外，为了容易观察，第一构件11中的弯曲部省略地进行表示。
第一构件11具有没有外凸缘的封闭的中空的剖面横截面形状。在图1的例子中，第一构件11是对所谓的角型钢管进行加工而得，具有四边形(矩形)的剖面形状。
第一构件11并不限定于四边形的剖面形状。第一构件11还可以具有三角形、五边形等的四边形以外的多边形的剖面形状，或者，具有圆形、椭圆形等剖面形状，或者将这些形状部分地组合而得到的剖面形状。
第一构件11是向一方向(图1(a)中留白箭头方向)延伸的钢制的构件。如图1(c)所示，第一构件11将淬火部、过渡部以及母材部朝向一方向并按照该顺序排列地具备。另外，淬火部、过渡部、母材部参照后述的图3进一步进行说明。
淬火部具有由马氏体构成的金属组织，具有1470MPa以上的拉伸强度。母材部具有小于700MPa的拉伸强度。进而，过渡部是在淬火部与母材部之间，拉伸强度从淬火部的拉伸强度向母材部的拉伸强度逐渐地变化的过渡区域。
由薄钢板(steel sheet)来制作焊接钢管，将该焊接钢管作为原管利用三维热弯淬火来制作第一构件11。薄钢板通过淬火来进行钢成分等的设计调整，以便得到所期望的硬度。薄钢板的强度考虑到对焊接管的加工等，通常设为700MPa左右或者700MPa以下。
第二构件12为钢制，与在一方向上的第一构件11的外面11a的一部分进行叠合。该叠合部从第一构件的淬火部起经过过渡部且跨母材部地存在。
第二构件12在与第一构件11的叠合部上具有与第一构件11接合的焊接部13。焊接部13为弧焊部，但是并不限定于弧焊部，还可以是激光焊接部、电阻点焊部。
第二构件12由第三构件14和第四构件15构成。第三构件14具有与第一构件11的三边11－1、11－2、11－3重叠，并且拥有2个外凸缘14a的帽形的剖面形状。另一方面，第四构件15是所谓的闭合板，与第三构件14的2个凸缘14a重叠地被接合，并且在与第一构件11的剩余的一边11－4重叠的状态下通过焊接被接合。
第二构件12在上下左右面具有用于与第一构件11焊接的操作孔即接合孔12a，在接合孔12a的缘处被弧焊于第一构件11。
这样，本发明涉及的接合构造10具有通过第二构件12将第一构件11夹入的构造，通过对在第二构件12的上下左右面设置的接合孔12a的缘进行弧焊，由此，第二构件12被接合于第一构件11。
接合构造10中的焊接部13仅存在于第一构件11中的过渡部或者母材部。由此，接合构造10能够不使具有1470MPa以上的拉伸强度的淬火部的汽车车身的构造构件的载重性能降低，能够抑制伴随由焊接导致的HAZ软化的冲击吸收性能的降低。对其理由进行说明。
图2是表示本发明者们对具有图1(a)、图1(b)所示的构造的接合构造10进行了FEM解析的条件的说明图。
如上所示，若将与第二构件12的接合孔12a相当的第一构件11的位置作为母材部而将第二构件12接合于第一构件11，则能够避免由HAZ软化造成的强度差，能够抑制由冲击载荷负载时的应力集中导致的第一构件11的断裂的顾虑。
但是，在使设置于第一构件11的母材沿轴向变长时，存在载重性能(loadresistant performance)降低的可能性。于是，对于具有图1(a)、图1(b)所示的构造的接合构造10中的第一构件11与第二构件12重叠的部分，以图2所示的解析条件，利用FEM解析对淬火长度和载重性能进行了调查。
如图2所示，第一构件11是全长280mm，剖面形状为35×45mm的矩形，板厚为1.4mm。第二构件12由第三、四构件14、15构成，全长70mm，板厚为1.8mm，从与第一构件11的淬火部临近的一侧的焊接部(接合孔12a)的端部起到与第一构件11的淬火部临近的一侧的第二构件12的端部的长度L为24mm。如同图所示，由于完全限制第二构件12的一方的端部，并对构件施加弯曲变形，因此，对第一构件11的另一方的端部赋予1000mm/s的速度，使其强制位移。
在图3以及表1中总结并表示所解析的案例(基础，案例A～F)。图3中的符号16是第一构件11中的淬火部，符号17是第一构件11中的过渡部，符号18是第一构件11中的母材部。
第一构件11中的向一方向的过渡部17的长度设定为12mm。另外，如图3所示，长度X利用将与第一构件11的淬火部临近的一侧的第二构件12的端部的位置设为原点的向一方向的坐标来表示。
图3中的基础是淬火部16以及过渡部17均没有与第二构件12重叠的情况，案例A、B是过渡部17的一部分与第二构件12重叠的情况。另外，案例C～F中是过渡部17与第二构件12重叠，并且淬火部16的与第二构件的重叠量随着从案例C到案例F而增加的情况。
在图4以及表1中总结并表示解析的案例(基础，案例A～F)的解析结果。性能评价以施加位移后的方向的载荷来进行，设为对完全限制后的部位施加的载荷的最大值。图4的曲线图中的纵轴的载荷基比是将基础设为1的比。
另外，图5是表示淬火部16、过渡部17以及母材部18的拉伸强度的分布的曲线图。
如图4以及表1所示，利用长度L、X，将第一构件11的淬火部的长度作为第二构件12与第一构件11的淬火部的重叠量(Overlap)进行整理。
如图4以及表1所示可知，在比(X/L)为0.25以上时，载荷性能飞跃性地提高，需要使淬火部16重叠的接头构造。另外，如案例E、F的所示可知，若在过渡部17形成焊接部13则进一步有效。
通过以上的理由，焊接部13仅存在于过渡部17或者母材部18。尤其是，从与第一构件11的淬火部16临近的一侧的第二构件12的端部起到第一构件11的淬火部16为止的长度X(mm)、与从与第一构件11的淬火部16临近的一侧的焊接部12a的端部起到与第一构件11的淬火部16临近的一侧的第二构件12的端部为止的长度L(mm)的比(X/L)为0.25以上是所希望的。
[表1]
符号 X[mm] X/L 载荷基比
基础 -30 -1.25 1.000
A -10 -0.42 1.004
B -2 -0.08 1.008
C 6 0.25 1.012
D 10 0.42 1.039
E 14 0.58 1.064
F 22 0.92 1.139
符号说明
10 汽车车身中的构件的接合构造
11 第一构件
11a 外面
11－1～11－4 边
12 第二构件
12a 接合孔
13 焊接部
14 第三构件
14a 外凸缘
15 第四构件
16 淬火部
17 过渡部
18 母材部

Claims (6)

1.一种汽车车身中的构件的接合构造，其特征在于，
上述接合构造具备钢制的第一构件以及钢制的第二构件，上述第一构件具有无外凸缘的封闭的中空的剖面横截面，且向一方向延伸，并且该第一构件沿着该一方向具备拉伸强度为1470MPa以上的淬火部、拉伸强度小于700MPa的母材部以及在上述淬火部与上述母材部之间拉伸强度从上述淬火部的拉伸强度起向上述母材部的拉伸强度逐渐地变化的过渡部，上述第二构件通过叠合部与上述第一构件的外表面的一部分叠合，上述第一构件以及上述第二构件在上述叠合部被焊接，
在上述接合构造中，
上述叠合部从上述第一构件的上述淬火部起经过上述过渡部且跨上述母材部地存在，以及
通过上述焊接被形成的焊接部在上述第一构件中存在于上述过渡部或者上述母材部。
2.如权利要求1所述的汽车车身中的构件的接合构造，其中，
在上述一方向上，从与上述第一构件的上述淬火部临近的一侧的上述第二构件的端部起到该第一构件的上述淬火部的端部为止的长度X(mm)、与从与上述第一构件的上述淬火部临近的一侧的上述焊接部的端部起到与上述第一构件的上述淬火部临近的一侧的上述第二构件的端部为止的长度L(mm)的比(X/L)为0.25以上，
其中，长度X利用将与第一构件的淬火部临近的一侧的第二构件的端部的位置设为原点的向上述一方向的坐标来表示。
3.如权利要求1或2所述的汽车车身中的构件的接合构造，其中，
上述焊接部为弧焊部、激光焊接部或者电阻点焊部。
4.如权利要求1～3中任一项所述的汽车车身中的构件的接合构造，其中，
上述第一构件具有矩形的剖面形状，并且，上述第二构件由第三构件与第四构件构成，上述第三构件具有与上述第一构件的三边重叠的帽形的剖面，上述第四构件与该第三构件的2个凸缘重叠地接合，且与上述第一构件的剩余的一边重叠。
5.如权利要求1～4中任一项所述的汽车车身中的构件的接合构造，其中，
上述第二构件具有形成上述焊接部时的操作孔即接合孔。
6.如权利要求1～5中任一项所述的汽车车身中的构件的接合构造，其中，
上述第一构件通过三维热弯淬火被制造。
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