JP5742685B2 - スポット溶接部の破断判定値の予測方法、予測システム、及びスポット溶接部を備えた部材の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の第1の態様は、有限要素法解析によりスポット溶接部の破断予測を実施する際に用いられる、破断判定値の予測方法であって、あらかじめ破断判定値が算出された複数の鋼種について、当該破断判定値を、当該鋼種の機械的特性及び/又は化学成分により特定される材質パラメータ毎にまとめ、破断判定値の分布から破断判定値の近似マスターカーブを決定する、マスターカーブ決定工程と、評価対象となる鋼種の機械的特性及び/又は化学成分により、評価対象となる鋼種の材質パラメータを算出する、材質パラメータ算出工程と、マスターカーブ決定工程により決定された近似マスターカーブと、材質パラメータ算出工程により算出された評価対象となる鋼種の材質パラメータとを用いて、評価対象となる鋼種の破断判定値を算出する、破断判定値算出工程とを備える、破断判定値の予測方法である。
上記非特許文献1によれば、スポット溶接部の破断形態が、母材部分とHAZでの延性破壊とナゲット内での延性に乏しい破壊とに分類でき、母材破断とHAZ破断とでは相当塑性ひずみ、ナゲット内破断では最大主応力を破断判定値に用いることが適しているといえる。以下、相当塑性ひずみの破断判定値を破断ひずみ、最大主応力の破断判定値を破断応力という。
第1実施形態に係る本発明の破断判定値の予測方法S10(以下、単に「予測方法S10」という。)を図1に示す。図1に示すように、予測方法S10は、あらかじめ破断判定値が算出された複数の鋼種について、当該破断判定値を、鋼種の機械的特性及び/又は化学成分により特定される材質パラメータ毎にまとめ、破断判定値の分布から破断判定値の近似マスターカーブを決定する、マスターカーブ決定工程S1と、評価対象となる鋼種の機械的特性及び/又は化学成分により、評価対象となる鋼種の材質パラメータを算出する、材質パラメータ算出工程S2と、マスターカーブ決定工程S1により決定された近似マスターカーブ、及び、材質パラメータ算出工程S2により算出された評価対象となる鋼種の材質パラメータを用いて、当該評価対象となる鋼種の破断判定値を算出する、破断判定値算出工程S3とを備えている。
工程S1は、あらかじめ破断判定値が算出された複数の鋼種について、当該破断判定値を、鋼種の機械的特性及び/又は化学成分により特定される材質パラメータ毎にまとめ、破断判定値の分布から破断判定値の近似マスターカーブを決定する工程である。以下、工程S1の具体例として、スポット溶接継手の引張試験とFEM解析とによって破断判定値が既知である複数の鋼種として母材強度クラス440MPa級〜980MPa級の鋼板6種類を用い、近似マスターカーブを決定した例を示す。
ParamEh = El+b1×Cb2+b3×Mnb4 … (2)
ParamSh = c1×TSBM+c2×TSWM … (3)
ParamSh = c1×TSBM+c2×3.2×(マルテンサイトの硬度) … (3’)
m1:CrEb = 0.003×ParamEb−0.007 … (4)
m2:CrEh = 0.1052×Ln(ParamEh)−0.4108 … (5)
m3:CrSh = 757.631×Ln(ParamSh)−4344.9 … (6)
式(4)〜(6)から分かるように、直線や対数曲線として近似マスターカーブを決定することができる。また、マスターカーブと材質パラメータの分布との差異が大きい場合は、a1、a2、b1、b2、b3、b4、c1、c2を設定しなおし、マスターカーブm1〜m3を再度決定することが好ましい。
工程S2は、評価対象となる鋼種(すなわち、破断判定値が未算出である鋼種)について、その機械的特性及び/又は化学成分により材質パラメータを算出する工程である。具体的には、評価対象種の破断伸びEl、引張強さTS、化学成分の含有量(質量%)を特定したうえで、例えば、上記式(1)〜(3)を用いて評価対象鋼種に係る材質パラメータParamEb、ParamEh、ParamShをそれぞれ算出する。評価対象種の破断伸びEl、引張強さTS、化学成分の含有量(質量%)については、公知の手法により簡易に特定することができる。具体的には、公知の試験装置、分析装置等を用いて特定することができる。或いは、評価対象種に係る文献データを用いてもよい。また、鋼材の材質情報を記載したミルシートがある場合は、そのデータを用いてもよい。
工程S3は、工程S1により決定された近似マスターカーブと、工程S2により算出された評価対象となる鋼種の材質パラメータとを用いて、当該評価対象となる鋼種の破断判定値を算出する工程である。具体的には、例えば、工程S2により算出された材質パラメータParamEb、ParamEh、ParamShの値を、上記式(4)〜(6)にそれぞれ代入することにより、破断判定値CrEb、CrEh、CrShを算出することができる。算出された破断判定値は、それぞれ、母材部分における破断判定値の予測値、HAZ部分における破断判定値の予測値、ナゲット部分における破断判定値の予測値とすることができる。
第2実施形態に係る本発明の破断判定値の予測システム10(以下、単に「予測システム10」という。)を図11に示す。図11に示すように、予測システム10は、複数の鋼種の破断判定値を蓄積したデータベース1と、データベース1から選択された複数の破断判定値を、機械的特性及び/又は化学成分により特定される材質パラメータ毎にまとめ、該破断判定値の分布から破断判定値の近似マスターカーブを決定する、マスターカーブ決定手段2と、評価対象となる鋼種の機械的特性及び/又は化学成分により、該評価対象となる鋼種の材質パラメータを算出する、材質パラメータ算出手段3と、マスターカーブ決定手段2により決定された近似マスターカーブと、材質パラメータ算出手段3により算出された評価対象となる鋼種の材質パラメータとを用いて、評価対象となる鋼種の破断判定値を算出する、破断判定値算出手段4とを備えている。
第3実施形態に係る本発明は、上記第1実施形態に係る本発明の破断判定値の予測方法により予測された破断判定値を用いて有限要素法解析を行い、解析結果に基づいて部材のスポット溶接部の大きさ及び/又は打点間隔を決定し、該決定された大きさ及び/又は打点間隔にしたがって部材をスポット溶接する工程を備える、スポット溶接部を備えた部材の製造方法である。当該製造方法によれば、溶接ナゲット径や打点位置を適切なものとすることができる。本発明に係る製造方法により製造された部材は、例えば、自動車の構造部材として用いることができ、自動車の衝突変形中における溶接部破断を抑制し、適切にエネルギーを吸収すること可能である。
破断伸びEl:30%
引張強さTS:627MPa
溶接金属部の硬さHv:380
炭素成分量C:0.07質量%
マンガン成分量Mn:2.44質量%
また、従来の方法により算出された破断判定値は、CrEb=0.26、CrEh=0.10、CrSh=800となった。
Claims (4)
- 有限要素法解析によりスポット溶接部の破断予測を実施する際に用いられる、破断判定値の予測方法であって、
あらかじめ破断判定値が算出された複数の鋼種について、該破断判定値を、該鋼種の機械的特性及び/又は化学成分により特定される材質パラメータ毎にまとめ、該破断判定値の分布から破断判定値の近似マスターカーブを決定する、マスターカーブ決定工程と、
評価対象となる鋼種の機械的特性及び/又は化学成分により、該評価対象となる鋼種の材質パラメータを算出する、材質パラメータ算出工程と、
前記マスターカーブ決定工程により決定された前記近似マスターカーブと前記材質パラメータ算出工程により算出された前記評価対象となる鋼種の材質パラメータとを用いて、該評価対象となる鋼種の破断判定値を算出する、破断判定値算出工程と、
を備える、破断判定値の予測方法。 - 母材部分の破断判定値の予測に用いられる前記材質パラメータが、鋼種の機械的特性及び化学成分により特定・算出されるものであり、
HAZ部分の破断判定値の予測に用いられる前記材質パラメータが、鋼種の機械的特性及び化学成分により特定・算出されるものであり、
ナゲット部分の破断判定値の予測に用いられる前記材質パラメータが、鋼種の機械的特性及び/又は化学成分により特定・算出されるものである、
請求項1に記載の破断判定値の予測方法。 - 有限要素法解析によりスポット溶接部の破断予測を実施する際に用いられる、破断判定値の予測システムであって、
複数の鋼種の破断判定値を蓄積したデータベースと、
前記データベースから選択された複数の前記破断判定値を、機械的特性及び/又は化学成分により特定される材質パラメータ毎にまとめ、該破断判定値の分布から破断判定値の近似マスターカーブを決定する、マスターカーブ決定手段と、
評価対象となる鋼種の機械的特性及び/又は化学成分により、該評価対象となる鋼種の材質パラメータを算出する、材質パラメータ算出手段と、
前記マスターカーブ決定手段により決定された前記近似マスターカーブと前記材質パラメータ算出手段により算出された前記評価対象となる鋼種の材質パラメータとを用いて、該評価対象となる鋼種の破断判定値を算出する、破断判定値算出手段と、
を備える、破断判定値の予測システム。 - 請求項1又は2に記載の破断判定値の予測方法により予測された破断判定値を用いて有限要素法解析を行い、解析結果に基づいて部材のスポット溶接部の大きさ及び/又は打点間隔を決定し、該決定された大きさ及び/又は打点間隔にしたがって部材をスポット溶接する工程を備える、スポット溶接部を備えた部材の製造方法。
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