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TWI678420B - 雷射焊接型鋼及其製造方法 - Google Patents

雷射焊接型鋼及其製造方法 Download PDF

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TWI678420B
TWI678420B TW105130298A TW105130298A TWI678420B TW I678420 B TWI678420 B TW I678420B TW 105130298 A TW105130298 A TW 105130298A TW 105130298 A TW105130298 A TW 105130298A TW I678420 B TWI678420 B TW I678420B
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家成徹
Toru IENARI
桜田康弘
Yasuhiro SAKURADA
朝田博
Hiroshi Asada
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日商日鐵日新製鋼股份有限公司
Nippon Steel Nisshin Co., Ltd.
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Abstract

提供焊接部之強度為優異的雷射焊接型鋼。於藉由由鋼板所構成的腹板材(4)及翼板材(3a‧3b)所形成的雷射焊接型鋼(1)，鋼板係以式(1)所獲得的碳當量Ceql為0.075以上0.15以下，腹板材(4)與翼板材(3a‧3b)之接合部分的焊接部(2)之硬度係為鋼板之硬度的1.2倍以上4倍以下，焊接部(2)之突出量為1mm以下，Ceql=C+(Si/50)+(Mn/25)+(P/2)+(Cr/25)+Ti‧‧‧(1)。

Description

雷射焊接型鋼及其製造方法
本發明係關於型鋼，更詳言之，係關於藉由雷射焊接而形成焊接部的型鋼。
歷來，已廣泛使用剖面為H形的H型鋼作為建築物等之結構構件。就此種H型鋼而言，如圖6所示，已知有藉由高頻焊接而將腹板(web)材與翼板(flange)材接合而製造的輕量焊接H型鋼(圖6之(a))；藉由電弧焊接而將腹板材與翼板材接合而製造的建築H型鋼(圖6之(b))、及藉由將中坯(bloom)等熱軋而製造的軋延H型鋼(圖6之(c))。
如圖6之(a)所示，於輕量焊接H型鋼，在高頻焊接時，為了將腹板材與翼板材對接，熔融的鋼被擠出，並形成焊珠(bead)。於輕量焊接H型鋼，因於鋼板表面與焊珠之間形成切口，受到負荷時，於切口產生應力集中，有切口作為起點而產生破壞的危險性。又，如圖6之(b)所示，於建築H型鋼，藉由於電弧焊接所使用的填充焊條(filler wire)而形成焊接滴珠。再者，如圖6之(c)所示，於軋延H型鋼，於腹板與翼板之交點部分存有稱為角間隆(fillet)的曲面部分。
於此，H型鋼於使用作為結構構件之際，於翼板材彼此之間，配置補強構件使與腹板材鄰接、或與其他構件接合而被使用。於此種情形，如 上述焊珠、焊接滴珠及角間隆的突出部有抑制補強構件的配置、抑制與其他構件之接合的可能性。然而，藉由切削等而將此等之突出部去除時，有所謂強度降低的問題。
為了解決此種問題，已提議藉由雷射焊接而將腹板材與翼板材接合的型鋼之製造方法(例如，參照專利文獻1~3)。於藉由雷射焊接製造型鋼的方法，因於焊接時未使用填充焊條，於焊接部不會形成突出部，無突出部阻礙補強構件的配置、或與其他構件的接合的情形。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本國專利公報「特開2009-119485號公報(2009年6月4日公開)」
[專利文獻2]日本國專利公報「特開2011-83781號公報(2011年4月28日公開)」
[專利文獻3]日本國專利公報「特開2012-152820號公報(2012年8月16日公開)」
[發明概要]
近年來，關於藉由雷射焊接所製造的雷射焊接型鋼，正冀求使焊接部的強度進一步提升。
本發明係鑑於前述問題點而提出，其目的係提供於焊接部的強度優異的雷射焊接型鋼。
為了解決上述課題，本發明之雷射焊接型鋼，係藉由由鋼板所構成的腹板材及翼板材所形成的雷射焊接型鋼，其特徵為前述鋼板係藉由式(1)所提供的碳當量Ceql為0.075以上0.15以下，前述腹板材與前述翼板材之接合部分的焊接部之硬度係為前述鋼板的硬度的1.2倍以上4倍以下，前述焊接部的突出量為1mm以下。
Figure TWI678420B_D0001
本發明之雷射焊接型鋼之製造方法係藉由由鋼板所構成的腹板材及翼板材所形成的雷射焊接型鋼之製造方法，其特徵為包含藉由雷射焊接將前述腹板材與前述翼板材接合的步驟，前述鋼板係式(1)所提供的碳當量Ceql為0.075以上0.15以下，前述腹板材與前述翼板材之接合部分的焊接部的硬度係為前述鋼板的硬度的1.2倍以上4倍以下，前述焊接部的突出量為1mm以下。
Figure TWI678420B_D0002
依據本發明，藉由焊接部的突出量為1mm以下，於由翼板材與腹板材所包圍的部分配置補強構件等時的自由度高，且將雷射焊接型鋼作為建築物等之結構構件來使用時，於設計‧施工面上為有利的。再者，藉由將碳當量Ceql作成0.075以上0.15以下，將焊接部的硬度作成鋼板的硬度之1.2倍以上4倍 以下，可提供雖然焊接部的突出量為1mm以下，但於焊接部的強度優異的雷射焊接型鋼。
1‧‧‧雷射焊接型鋼
2‧‧‧焊接部
3‧‧‧翼板材
4‧‧‧腹板材
5‧‧‧雷射光
6‧‧‧雷射焊燈
11‧‧‧夾具
12‧‧‧固定螺栓
13‧‧‧試驗機基部
15‧‧‧下材
16‧‧‧上材
α‧‧‧自腹板材4之表側的翼板材突出的焊接部2之長度
β‧‧‧自腹板材4之內側的翼板材3突出的焊接部2之長度
γ‧‧‧自腹板材4之表側突出的焊接部2之長度
δ‧‧‧自腹板材4之內側突出的焊接部2之長度
2a‧‧‧焊接部2中的硬度所示的位置
〔圖1〕(a)係呈示與本發明之實施形態1有關的雷射焊接型鋼之垂直於長度方向的剖面的圖，(b)係(a)的部分放大圖。
〔圖2〕係呈示碳當量Ceql與焊接部之硬度的關係的圖。
〔圖3〕係呈示與本發明之實施例1有關的雷射焊接方法的示意圖。
〔圖4〕係呈示實施例1中的疲勞試驗之示意圖。
〔圖5〕係(a)及(b)為斜裂痕試驗之示意圖。
〔圖6〕係(a)~(c)呈示歷來使用的H型鋼的圖。
〔圖7〕係呈示型鋼被使用作為建築物等之結構構件的情形之一例的圖。
〔圖8〕係(a)及(b)係說明輕量焊接CT型鋼及軋延CT型鋼中的突出量的圖。
〔圖9〕係呈示與本發明之實施形態2有關的雷射焊接型鋼之垂直於長度方向的剖面的圖。
〔圖10〕係與實施形態2有關的雷射焊接型鋼之角接合部的部分放大圖，(a)係呈示翼板材的端面與腹板材的面為對準的情形，(b)係呈示翼板材之端面相對於腹板材的面為突出的情形。
〔圖11〕係呈示型鋼作為建築物等之結構構件被使用的情形之一例的圖，(a)為呈示與實施形態2有關之雷射焊接型鋼，(b)為呈示軋延型鋼，(c)為呈示輕量焊接型鋼。
〔圖12〕係呈示與本發明之實施例2有關的雷射焊接方法的示意圖。
〔圖13〕係實施例2中的疲勞試驗的示意圖。
〔圖14〕係(a)~(c)為實施例2中的密接彎曲試驗之示意圖。
[用以實施發明之形態]
以下，關於本發明之實施形態，參照圖式而詳細地說明。
<實施形態1>
圖1之(a)係呈示與本實施形態有關的雷射焊接型鋼1之垂直於長度方向的剖面的圖，(b)係於(a)所示的雷射焊接型鋼1中的焊接部2之部分放大圖。
雷射焊接型鋼1係由鋼板所構成的2個翼板材3、將翼板材3彼此連接，與由鋼板所構成的腹板材4藉由雷射焊接而被接合的H型鋼。又，於本實施形態中，雷射焊接型鋼1雖描述垂直於長度方向的剖面為H形的H型鋼的情形，但並非限於此種。即，雷射焊接型鋼1係若為具有藉由雷射焊接所製造的T字狀之接合部的型鋼即可，可為I型鋼、T型鋼等之各種型鋼。又，於以下，有時將翼板材3及腹板材4稱為母材。
雷射焊接型鋼1係於翼板材3與腹板材4之接合部分，具有翼板材3與腹板材4所熔融形成的焊接部2。
與本實施形態有關的雷射焊接型鋼1係焊接部2的突出量為1mm以下，0.75mm以下者為較佳。焊接部2之突出量係指於垂直於雷射焊接型鋼1之長度方向的任意剖面，由翼板材3突出的焊接部2的長度、及由腹板材4突出的焊接部2的長度中，最大者之長度。
即，將雷射所照射的側作為腹板材4之表側時，於圖1之(b)所示的焊接部2，焊接部2之突出量係自腹板材4之表側的翼板材突出的焊接部2之長度α，自腹板材4之內側的翼板材3突出的焊接部2之長度β、自腹板材4之表側突出的焊接部2之長度γ、及自腹板材4之內側突出的焊接部2之長度δ之中，為最大長度者。與本實施形態有關的雷射焊接型鋼1係於任意處的剖面，α、β、γ、及δ所示的突出的焊接部之長度任一者皆為1mm以下。
其中，腹板材4之板厚係6mm以下為較佳。此係一旦腹板材4之板厚超過6mm時，使用雷射焊接而將翼板材3與腹板材4焊接之際，有必要提高輸入熱量。其結果，焊接部2之突出量，尤其於圖1之(b)，β及δ所示的內焊珠的長度有可能超過1mm。又，翼板材3之板厚並未被特別限定。
圖7係呈示型鋼被使用作為建築物等之結構構件的情形的一例的圖，(a)係呈示輕量焊接型鋼，(b)係呈示與本實施形態有關的雷射焊接型鋼1。
如圖7之(a)所示，於歷來使用的輕量焊接型鋼等之型鋼，於腹板材與翼板材之接合部分有突出部形成。附帶一提，此種型鋼於使用作為建築物等之結構構件的情形，於腹板材與翼板材所包圍的部分，有時配置補強構件而被使用。於此種場合，於歷來使用的輕量焊接型鋼等之型鋼，於腹板材與翼板材之接合部分有突出部形成，而補強構件之配置或形狀會被限制。
另一方面，如圖7之(b)所示，於與本實施形態有關的雷射焊接型鋼1，因焊接部2之突出量為1mm以下，補強構件的配置或形狀的自由度為高的。又，此種型鋼亦有被使用與其他構件接合的情形。於此種情形，因焊接部2之突出量亦為1mm以下，不會抑制焊接部2與其他構件的接合。如此，與本實 施形態有關的雷射焊接型鋼1與歷來的型鋼相比，於使用作為結構構件的情形，於設計‧施工面向上為有利的。
又，與本實施形態有關的雷射焊接型鋼1係焊接部2之硬度為由腹板材4及翼板材3所構成的母材之硬度的1.2倍以上、4倍以下。又，焊接部2之硬度係母材之硬度的2倍以上、3.5倍以下者為較佳。又，於本實施形態中所稱的硬度係指維氏硬度(Vickers hardness)(Hv0.2)。焊接部2之硬度係指焊接部2中的腹板材4與翼板材3之對接部(abutting part)，為腹板材4之厚度方向的中心的位置中的硬度。例如，焊接部2中的硬度係圖1之(b)所示的位置2a中的硬度。又，於腹板材4之硬度與翼板材3之硬度為不同的情形，將其平均值作為母材的硬度。
又，於雷射焊接型鋼1，(焊接部2之硬度)/(母材之硬度)所示的硬度比係可藉由母材的組成及雷射焊接的條件等而加以控制。
再者，與本實施形態有關的雷射焊接型鋼1之焊接部2係為下述式(1)所示的碳當量Ceql為0.075以上0.15以下。又，於下述式(1)，各自之元素記號係表示焊接部2中的各元素之重量%濃度。
Figure TWI678420B_D0003
其中，焊接部2中的碳當量Ceql係可直接測定焊接部2中的各元素之濃度而求得，但亦可使用腹板材4及翼板材3中的各元素之重量%濃度。此係雷射焊接與電弧焊接不同，因雷射焊接並未使用填充焊條，故由與腹板材4及 翼板材3相同組成的焊接部2被形成。又，於腹板材4及翼板材3使用組成相異的鋼板的情形，只要將其平均值作為焊接部2之組成即可。
圖2係呈示式(1)所示的碳當量Ceql與焊接部2之硬度之關係的圖。式(1)所示的碳當量Ceql係本案發明者專心檢討的結果發現者，如圖2所示，於碳當量Ceql與焊接部2之硬度之間，可知良好的相關被觀察到。
又，與本實施形態有關的雷射焊接型鋼1所使用的鋼板(翼板材3及腹板材4)可為施予淬火(quench)或回火(temper)等之熱精煉(thermal refining)處理的鋼板，又，亦可為未施予熱精煉處理的非熱精煉之鋼板。
如以上，與本實施形態有關的雷射焊接型鋼1係式(1)所示的碳當量Ceql為0.075以上0.15以下，焊接部2之突出量為1mm以下，焊接部2之硬度為母材之硬度之1.2倍以上4倍以下。據此，與本實施形態有關的雷射焊接型鋼1係產生以下之(i)及(ii)的效果。
(i)藉由焊接部2之突出量為1mm以下，於翼板材3與腹板材4所包圍的部分配置補強構件等之際的自由度為高的，且於將雷射焊接型鋼1使用作為建築物等之結構構件之際，於設計‧施工面向上為有利的。
(ii)藉由將碳當量Ceql作呈0.075以上0.15以下，將焊接部2之硬度作成母材之硬度的1.2倍以上4倍以下，雖然焊接部2的突出量為1mm以下，可作成於焊接部2的強度為優異的雷射焊接型鋼1。
<實施形態2>
於上述之實施形態1，說明藉由雷射焊接所製造的具有T字狀之接合部的雷射焊接型鋼。然而，本發明並未被限定於具有T字狀之接合部的雷射焊接型鋼。例如，亦可適用於具有角接合部的雷射焊接型鋼。
圖9係呈示與本實施形態有關的雷射焊接型鋼1之垂直於長度方向的剖面的圖。如圖9所示，雷射焊接型鋼1係藉由將由鋼板所構成的2個翼板材3a‧3b、與翼板材3a‧3b彼此接合且藉由雷射焊接與由鋼板所構成的腹板材4接合的型鋼。雷射焊接型鋼1係一者之翼板材3a與腹板材4藉由T字狀的接合部被接合，另一者之翼板材3b與腹板材4藉由角接合部被接合，而成為剖面為J形的型鋼(以下，稱為J型鋼)。
又，於本實施形態，雖說明雷射焊接型鋼1為J型鋼的情形，但並未被限定於此。即，雷射焊接型鋼1可為具有藉由雷射焊接而製造的角接合部的型鋼，亦可為剖面為
Figure TWI678420B_D0004
字狀之型鋼等之各種型鋼。
於雷射焊接型鋼1，翼板材3a‧3b與腹板材4之接合部分具有翼板材3與腹板材4經熔融形成的焊接部2。於本實施形態，亦與實施形態1同樣地，焊接部2之突出量為1mm以下，0.75mm以下者為較佳。其中，T字狀之接合部中的突出量因與實施形態1相同故省略說明，而說明角接頭部中的突出量。
圖10係角接合部之焊接部2的部分放大圖。其中，將製造實施形態2之雷射焊接型鋼1的情形之焊接方法示於圖12。如此圖所示，實施形態2之雷射焊接型鋼1係自腹板材之單面側照射雷射，可形成T字狀之接合部與角接合部。而且，與實施形態1同樣地，將雷射所照射的側作為腹板材4之表側。如圖10之(a)所示，於翼板材3b之端面3c與腹板材4之表側的面對齊的情形，焊接部2之突出量係指自腹板材4之背側之翼板材3b所突出的焊接部2之長度β及自腹板材4之背側所突出的焊接部2之長度δ中為最大長度者。又，如圖10之(b)所示，翼板材3b之端面3c對於腹板材4之表側面突出的情形，自腹板材4之表側的翼板 材3b所突出的焊接部2之長度α、自腹板材4之背側的翼板材3b所突出的焊接部2之長度β、自腹板材4之表側所突出的焊接部2之長度γ、自腹板材4之背側所突出的焊接部2之長度δ中，為最大長度者。與本實施形態有關的雷射焊接型鋼1係於角接合部之任意處的剖面，以α、β、γ、及δ所示的突出的焊接部之長度任一者皆為1mm以下。
又，關於本實施形態之雷射焊接，亦與實施形態1同樣地，考慮輸入熱量，腹板材4之板厚係6mm以下為較佳。
圖11係呈示使用型鋼作為建築物等之結構構件的情形之一例的圖，(a)係呈示與本實施形態有關的雷射焊接型鋼1，(b)係呈示軋延型鋼，(c)係呈示輕量焊接型鋼。
如圖11之(b)(c)所示，於軋延型鋼或輕量焊接型鋼，於腹板材與翼板材之接合部分有突出部(圖6之焊珠或角間隆)形成。因此，於腹板材與翼板材所包圍的部分配置補強構件的情形，由於腹板材與翼板材之接合部分之突出部，補強構件之配置或形狀會受限制。
另一方面，如圖11之(a)所示，於與本實施形態有關的雷射焊接型鋼1，因T字狀之接合部及角接合部之焊接部2的突出量為1mm以下，故與實施形態1同樣地，補強構件之配置或形狀之自由度成為高的。
又，與本實施形態有關的雷射焊接型鋼1係不限於T字狀之接合部，於角接合部亦與實施形態1同樣地，焊接部2之硬度為由腹板材4及翼板材3所構成的母材之硬度的1.2倍以上、4倍以下。又，焊接部2之硬度係母材之硬度的2倍以上、3.5倍以下為較佳。又，例如，角接合部之焊接部2中的硬度係指圖10所示位置2a中的硬度。
再者，與本實施形態有關的雷射焊接型鋼1之焊接部2並未限於T字狀之接合部，於角接合部亦與實施形態1同樣地，上述式(1)所示的碳當量Ceql為0.075以上0.15以下。
如以上所述，與本實施形態有關的雷射焊接型鋼1中的角接合部之焊接部2係與實施形態1同樣地，式(1)所示的碳當量Ceql為0.075以上0.15以下，突出量為1mm以下，硬度為母材之硬度的1.2倍以上4倍以下。據此，與本實施形態有關的雷射焊接型鋼1係與實施形態1同樣地，於翼板材3與腹板材4所包圍的部分配置補強構件等時之自由度高，且不限於T字狀之接合部，於角接合部亦雖然焊接部2之突出量為1mm以下，但於焊接部2之強度為優異。
如以上所述，與本發明之一實施形態有關的雷射焊接型鋼係藉由由鋼板所構成的腹板材及翼板材所形成的雷射焊接型鋼，其特徵為：前述鋼板係式(1)所獲得的碳當量Ceql為0.075以上0.15以下，前述腹板材與前述翼板材之接合部分的焊接部之硬度係為前述鋼板之硬度的1.2倍以上4倍以下，前述焊接部之突出量為1mm以下。
Figure TWI678420B_D0005
又，於與本發明有關的雷射焊接型鋼，前述腹板材係板厚可為6mm以下。
再者，於與本發明有關的雷射焊接型鋼，前述焊接部之硬度係前述鋼板之硬度的2倍以上3.5倍以下者為較佳。
此外，於與本發明有關的雷射焊接型鋼，前述焊接部之突出量係0.75mm以下者為較佳。
此外，於與本發明有關的雷射焊接型鋼之製造方法係藉由由鋼板所構成的腹板材及翼板材而形成的雷射焊接型鋼之製造方法，其特徵為包含藉由雷射焊接將前述腹板材與前述翼板材接合的步驟，前述鋼板係由式(1)所獲得的碳當量Ceql為0.075以上0.15以下，前述腹板材與前述翼板材之接合部分的焊接部之硬度係為前述鋼板之硬度的1.2倍以上4倍以下，前述焊接部之突出量為1mm以下。
Figure TWI678420B_D0006
又，於與本發明有關的雷射焊接型鋼之製造方法，前述腹板材係板厚可為6mm以下。
此外，於與本發明有關的雷射焊接型鋼之製造方法，前述焊接部之硬度係前述鋼板之硬度的2倍以上3.5倍以下者為較佳。
再者，於與本發明有關的雷射焊接型鋼之製造方法，前述焊接部之突出量係0.75mm以下者為較佳。
本發明並未被限定於上述各實施形態，於請求項所示的範圍內可有各種的變更，於適當組合於相異的實施形態中各自被揭示的技術手段而獲得的實施形態，亦包含於本發明之技術範圍內。
[實施例]
<第1實施例>
以下，藉由實施例及比較例，進一步詳細地說明本發明中之實施形態1，但本發明並未被限定於此等實施例。
如表1所示，使用具有碳當量Ceql的腹板材及翼板材，而藉由雷射焊接作成寬度100mm、高度100mm之H字狀的型鋼(實施例1~11及比較例1~12)。
其中，就翼板材而言，使用寬度100mm、長度4m之鋼板。就腹板材而言，使用寬度為〔100-(2片之翼板材的板厚的合計)/2〕mm、長度為4m之鋼板。使用的翼板材及腹板材之板厚係如表1所示。
又，於實施例1~11及比較例1~12，使用非熱精煉之鋼板作為翼板材及腹板材。
圖3係呈示與本實施例有關的雷射焊接方法的示意圖。如圖3所示，雷射焊接係藉由將腹板材4與翼板材3面對面對接，使用光纖雷射焊接機，自雷射焊燈6(laser torch 6)，以4.0kW~5.2kW之輸出，藉由照射光束點(beam spot)徑0.6mm之雷射光5而進行。又，將焊接速度作成4m/min，將對於翼板材3的雷射光5的照射角度θ作成10°。
又，為了比較，作成藉由高頻焊接所製造的輕量焊接H型鋼(比較例13、14)、及藉由熱軋所製造的軋延H型鋼(比較例15、16)。於疲勞強度試驗，將此等之H型鋼於腹板切斷而作成T字形狀，供給於試驗。再者，作為後處理，於比較例14係藉由將切削去除高頻焊接後之焊珠，於比較例16係藉由切削去除角間隆。
而且，對實施例1~11及比較例1~16，測量垂直於T字狀之型鋼的長度方向的任意剖面中的焊接部之突出量。將焊接部之突出量的測量結果示於表1。
圖8係說明輕量焊接型鋼及軋延型鋼中的突出量的圖，圖8之(a)係呈示輕量焊接型鋼，圖8之(b)係呈示軋延型鋼。
又，關於以高頻焊接作成的輕量焊接型鋼(比較例13、14)，於T字狀之型鋼之垂直於長度方向的任意剖面，於圖8之(a)，測量自α、β、γ及δ所示的腹板材及翼板材所突出的焊珠的長度，將其最大長度作為突出量。又，於以熱軋所作成的軋延型鋼(比較例15、16)，亦於T字狀之型鋼的垂直於長度方向的任意剖面，於圖8之(b)，測量自α、β、γ及δ所示的腹板材及翼板材所突出的角間隆的長度，將其最大的長度作為突出量。
如表1所示可知，使用板厚為6mm以下之腹板材，藉由雷射焊接所作成的實施例1~10及比較例1~11，焊接部之突出量為1mm以下。另一方面得知，以高頻焊接作成的比較例13及以熱軋作成的比較例15係任一者皆焊接部之突出量超過1mm。又得知，去除焊珠的比較例14及去除角間隆的比較例16係焊接部之突出量為1mm以下。
其次，於以雷射焊接作成的實施例1~11及比較例1~12、以及以高頻焊接作成的比較例13、14，測量焊接部之硬度、及翼板材及腹板材(母材)之硬度，算出焊接部硬度/母材硬度所示的硬度比。將硬度之測定結果及硬度比示於表2。又，於翼板材與腹板材之組成為不同的實施例6及比較例4，將翼板材之硬度與腹板材之硬度之平均值作為母材之硬度。又，於利用熱軋所作成的比較例15及16，因不存有焊接部，而對母材之硬度進行測定。
又，對實施例1~11及比較例1~16之型鋼，進行疲勞試驗、拉伸試驗、及斜裂痕破壞試驗。各自之試驗內容係如以下。
〔疲勞試驗〕
圖4係疲勞試驗之示意圖。如圖4所示，使翼板材3與試驗機基部13成為平行的方式，以固定螺栓12將翼板材3固定於試驗機基部13。而且，以 夾具11將腹板材4托住，以4次/秒對腹板材4施加母材強度的10~80%之拉伸荷重，並以完全脈衝進行試驗。而且，測量即使施加106次負荷亦未斷裂的荷重，將除以母材強度的值作為疲勞限度。又，測量施加母材強度的50%的荷重而至斷裂的次數。然後，比較例15所示的型鋼，將以施加母材強度的50%的荷重至斷裂的次數作為基準次數，相對於該基準次數的比作為疲勞壽命。將測定的疲勞限度及疲勞壽命示於表3。又，於疲勞試驗，對準型鋼斷裂的位置而示於表3。
〔拉伸試驗〕
拉伸試驗係按照JIS G 3353而進行，並測量斷裂位置。將測定結果示於表3。
〔斜裂痕試驗〕
圖5係呈示斜裂痕試驗之示意圖。如圖5之(a)所示，首先，於下材15與上材16之間，將T字狀之型鋼，與翼板材3及腹板材4一起，傾斜載置使與下材15連接。然後，對上材16施加朝向下材15的方向之荷重，壓縮至翼板材3與上材16密接，腹板材4與下材15密接(參照圖5之(b))。然後，測量試驗後之焊接部的裂痕的有無。將測量結果示於表3。
又，於雷射焊接型鋼，可考慮如使雷射照射側成為上方的方式載置的情形、及雷射照射側成為下方的方式載置的情形之2種載置方法。然而，因以任一方法作載置而進行試驗時，焊接部的裂痕的有無並無變化，故載置方法並未被特別限定。
又，對於未進行焊接的比較例15及16，測量斜裂痕試驗後之腹板材與翼板材之邊界部分中的裂痕的有無。
如表1~3所示可知，碳當量Ceql為低於0.075的比較例1、6、8、及10係於疲勞試驗，焊接部斷裂，又，於拉伸試驗，焊接部容易斷裂。再者，得知碳當量Ceql為0.15以上的比較例2、3、5、7、9及11係於疲勞試驗，焊接部斷裂，又，於斜裂痕試驗，容易產生裂痕。由以上可確認有將碳當量Ceql作成0.075以上0.15以下的必要。
又，硬度比超過4的比較例4係於疲勞試驗有焊接部斷裂，又，於斜裂痕試驗亦產生裂痕。由以上可確認有將硬度比作成4以下的必要。又，得知硬度比為低於1.2的比較例4.5係於疲勞試驗，焊接部斷裂，又，於拉伸試驗亦於焊接部斷裂。由以上可確認，硬度比作成1.2以上者為較佳。
再者，藉由將碳當量Ceql作成0.075以上0.15以下，將焊接部之硬度作成母材之硬度的1.2倍以上4倍以下，可確認可作成於拉伸試驗，焊接部無斷裂，且於斜裂痕試驗於焊接部未發生裂痕，又於疲勞壽命優異的雷射焊接型鋼。
又，腹板材之板厚超過6mm的實施例11，與腹板材之板厚為6mm以下的實施例1~10相比，焊接部的突出量為多的，由此可確認腹板材之板厚係6mm以下為較佳。
<第2實施例>
其次，本發明中，說明與實施形態2有關的J型鋼之實施例與比較例。如表4所示，使用具有碳當量Ceql的腹板材及翼板材，藉由雷射焊接作成寬度100mm、高度100mm之J字狀型鋼(實施例12~22及比較例17~28)。
其中，使用寬度100mm、長度4m之鋼板作為翼板材3a，使用寬度〔50+(腹板材4之板厚)/2〕mm、長度4m之鋼板作為翼板材3b。就腹板材4而言，使用寬度為〔100-(翼板材3a之板厚+翼板材3b之板厚)/2〕mm、長度為4m之鋼板。使用的翼板材及腹板材之板厚係如表4所示。
又，於實施例12~22及比較例17~28，使用非熱精煉之鋼板作為翼板材及腹板材。
如圖12所示，雷射焊接係將腹板材4面向翼板材3a‧3b對接，使用光纖雷射焊接機，以4.0kW~5.2kW的輸出，藉由照射光束點徑0.6mm之雷射光來進行。又，將焊接速度作成4m/min，將對翼板材3a‧3b的雷射光的照射角度θ作成10°。
又，為了比較，藉由切削去除利用高頻焊接所製造的輕量焊接H型鋼(比較例29、30)、及利用熱軋所製造的軋延H型鋼(比較例31、32)之一者的翼板材，而作成與角接合部同等形狀的樣品。
將此等之型鋼於腹板材4之中間位置切斷，呈含角接合部的L字形狀而供給於試驗。再者，於比較例30，藉由切削去除高頻焊接後之焊珠，於比較例32藉由切削去除軋延型鋼之角間隆。
然後，對實施例12~22及比較例17~28，測量L字狀之型鋼的垂直於長度方向的任意之剖面中的角接合部的焊接部之突出量。將焊接部之突出量的測量結果示於表4。
如表4所示，得知使用板厚為6mm以下的腹板材，於以雷射焊接作成的實施例12~22及比較例17~27，焊接部之突出量為1mm以下。另一方面，以高頻焊接作成的比較例29及以熱軋作成的比較例31係任一者皆焊接部之突出量超過1mm。又，得知去除焊珠的比較例29及去除角間隆的比較例31係焊接部之突出量為1mm以下。
其次，於以雷射焊接作成的實施例12~22及以比較例17~28、及以高頻焊接作成的比較例29、30，測量角接合部的焊接部之硬度、及翼板材及腹板材(母材)之硬度，算出焊接部硬度/母材硬度所示的硬度比。將硬度的測定結果及硬度比示於表5。又，於翼板材與腹板材的組成為相異的實施例17及比較例20，將翼板材之硬度與腹板材之硬度的平均值作為母材之硬度。又，於藉由熱軋所作成的比較例31及32，因無焊接部存在，而就母材之硬度進行測定。
又，對實施例12~22及比較例17~28之具有角接合部的L字形狀之型鋼，進行疲勞試驗、拉伸試驗、及密接彎曲試驗。各自之試驗內容係如下。
〔疲勞試驗〕
圖13為疲勞試驗之示意圖。如圖13所示，使翼板材3b與試驗機基部13成為平行的方式，以固定螺栓12將翼板材3b固定於試驗機基部13。然 後，以夾具11托住腹板材4，以4次/秒對腹板材4施加母材強度之10~80%的拉伸荷重，並進行完全脈衝試驗。而且，測量即使施加106次負荷亦未斷裂的荷重，將除以母材強度的值作為疲勞限度。又，測量施加母材強度的50%的荷重而至斷裂的次數。然後，比較例31所示的型鋼，將以施加母材強度的50%的荷重至斷裂的次數作為基準次數，相對於該基準次數的比作為疲勞壽命。將測定的疲勞限度及疲勞壽命示於表6。又，於疲勞試驗，合併型鋼斷裂位置而示於表6。
〔拉伸試驗〕
拉伸試驗係按照JIS G 3353而進行，並測量斷裂位置。將測定結果示於表6。
〔密接彎曲試驗〕
圖14係呈示密接彎曲試驗之示意圖。如圖14之(a)所示，首先，於下材15與上材16之間，將L字狀之型鋼，傾斜地載置使翼板材3b的端部與下材15連接、腹板材4之端部與上材16連接。然後，對上材16施加朝向下材15的方向之荷重，而使型鋼變形(參照圖14之(b))，壓縮至翼板材3b與下材15密接，腹板材4與上材16密接(參照圖14之(c))。然後，測量試驗後之焊接部的裂痕的有無。將測量結果示於表6。
又，對於未進行焊接的比較例31及32，測量密接彎曲試驗後之腹板材與翼板材之邊界部分中的裂痕的有無。
如表4~6所示，得知碳當量Ceql為低於0.075的比較例17、22、24及26，於疲勞試驗有焊接部斷裂，又，於拉伸試驗，於焊接部容易斷裂。再者，得知碳當量Ceql為0.15以上的比較例18、19、21、23、25及27，於疲勞試驗有焊接部斷裂，又，於密接彎曲試驗，容易產生裂痕。由以上可確認有碳當量Ceql作成0.075以上0.15以下的必要。
又，硬度比超過4的比較例20係於疲勞試驗，有焊接部斷裂，又，於斜裂痕試驗亦產生裂痕。由此可確認有硬度比作成4以下的必要。又，得知硬度比低於1.2的比較例20.5，於疲勞試驗有焊接部斷裂，又，於拉伸試驗亦於焊接部斷裂。由此可確認硬度比作成1.2以上者為較佳。
再者，可確認藉由將碳當量Ceql作成0.075以上0.15以下、將焊接部之硬度作成母材之硬度的1.2倍以上4倍以下，可作成於拉伸試驗無焊接部斷裂，於斜裂痕試驗，於焊接部不會產生裂痕，又於疲勞壽命優異的雷射焊接型鋼。
又，腹板材之板厚超過6mm的實施例22，與腹板材之板厚為6mm以下的實施例12~21相比，焊接部之突出量為多的，由此可確認腹板材之板厚係6mm以下者較佳。

Claims (3)

  1. 一種雷射焊接型鋼，其係藉由由鋼板所構成的腹板材及翼板材所形成的雷射焊接型鋼，其特徵在於：同時滿足前述鋼板係以式(1)所獲得的碳當量Ceql為0.075以上0.15以下之條件，以及前述腹板材與前述翼板材之接合部分的焊接部之硬度係為前述鋼板之硬度的2.8倍以上4倍以下之條件；又，將雷射所照射的側作為腹板材之表側時，將自前述腹板材之表側的前述翼板材突出的焊接部之長度作為α、將自前述腹板材之表側突出的焊接部之長度作為γ、將自前述腹板材之內側的前述翼板材突出的焊接部之長度作為β、及將自前述腹板材之內側突出的焊接部之長度作為δ；且α、β、γ、及δ所示的突出的焊接部之長度任一者皆為1mm以下，
    Figure TWI678420B_C0001
  2. 如請求項1之雷射焊接型鋼，其中前述腹板材係板厚為6mm以下。
  3. 一種雷射焊接型鋼之製造方法，其係藉由由鋼板所構成的腹板材及翼板材所形成的雷射焊接型鋼之製造方法，其特徵為：包含藉由雷射焊接將前述腹板材與前述翼板材加以接合的步驟，同時滿足前述鋼板係以式(1)所獲得的碳當量Ceql為0.075以上0.15以下之條件，以及前述腹板材與前述翼板材之接合部分的焊接部之硬度係為前述鋼板之硬度的2.8倍以上4倍以下之條件；又，將雷射所照射的側作為腹板材之表側時，將自前述腹板材之表側的前述翼板材突出的焊接部之長度作為α、將自前述腹板材之表側突出的焊接部之長度作為γ、將自前述腹板材之內側的前述翼板材突出的焊接部之長度作為β、及將自前述腹板材之內側突出的焊接部之長度作為δ；且α、β、γ、及δ所示的突出的焊接部之長度任一者皆為1mm以下，
    Figure TWI678420B_C0002
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