技术领域
[0001] 本
发明设及一种利用W激光为热源的
激光焊接来形成T字状焊接接合部的焊接型 钢。
背景技术
[0002] 近年，作为制造用于构成
建筑物躯体的梁等的T型钢、Η型钢等型钢的方法，研究了 对
法兰和
腹板的Τ字状接合部照射激光的激光焊接法。
[0003] 例如
专利文献1中所见，将两片金属板相互垂直对接，从对接的金属板的表里两面 向对置的
位置沿着对接部同时照射两束激光。
[0004] 根据该方法，从腹板的两面方向对对接部照射激光，从提高生产性的观点来看未 必局效。
[0005] 因此，本
申请人提出仅从腹板的单面方向对对接部照射激光的方法。例如参照专 利文献2。
[0006] 在该方法中，是在制造将第二金属板的端部垂直地按压到第一金属板上而形成Τ 字状的焊接接合部的建筑构件时，作为焊接法使用照射激光的激光焊接法，将所述激光相 对于第一金属板W30度W下的倾斜
角度对已按压的第二金属板端部进行照射，W使该金属 板遍及板厚方向全域地烙融。
[0009] 专利文献1:日本特开2005-21912号
公报[0010] 专利文献2:日本特开2007-307591号公报
发明内容
[ocm]发明所要解决的问题
[0012] 根据专利文献2中提出的焊接方法，由于对已按压侧的腹板端部W使该腹板遍及 板厚方向全域地烙融的方式照射激光，因此能使烙融区域狭小且加深。其结果是，由于不仅 能形状
精度良好地焊接接合，即使法兰W及腹板(被焊接钢板)是电锻钢板也能使电锻层蒸 发的损伤区域尽量狭小，因此能减少焊接后的修补涂料的涂敷量。另外，由于能使烙融区域 加深，因此即使仅从单侧焊接，也能简便地制造具有所需的焊接强度的
型材。
[0013] 然而，在专利文献2所述的焊接方法中，由于对被焊接部照射激光而使被焊接部的 板厚方向全域烙融，因此根据对法兰的激光入射角、对腹板端部的激光的目标位置、W及激 光自身的
能量量的不同，有时烙融部的形成状况会改变而得不到期望的接合强度。另外，在 使用电锻钢板、特别是锋系电锻钢板作为材料的情况下，当烙融部的形成状况改变时，有时 电锻层的
蒸发状况会发生变化，制造出的焊接型钢的耐
腐蚀性劣化。
[0014] 本发明是为了消除运样的问题而提出的方案，目的在于提供一种激光焊接型钢， 其为具有T字状接合部的激光焊接型钢，能使形成的烙融部的形状适宜而确保期望的接合 强度、期望的
耐腐蚀性。
[0015] 用于解决问题的方案
[0016] 本发明的激光焊接型钢为实现该目的，提供一种型钢，将腹板的端部垂直地按压 在法兰上而成型的T字状接合部通过从腹板的单侧的面照射的激光所进行的一路照射被烙 融接合，其特征在于，法兰W及腹板的任一个都由钢板构成，沿着该型钢的长尺寸方向的截 面的焊接部形状为 a>0、b>0、c>0.14Tw、d>0、e>0。
[0017] 在法兰W及腹板的任一个都由锋系电锻钢板构成的情况下，优选a>0、b>0、c> 0.14Tw、d>0、e>0、a+d《2、b+e《2。
[0018] 其中，a为腹板的表面烙融宽度(激光照射侧）、b为腹板的背面烙融宽度(激光非照 射侧）、c为法兰的板厚方向最大焊透深度(maximum penet-ration d邱th)、d为法兰的表面 烙融宽度(激光照射侧）、e为法兰的背面烙融宽度(激光非照射侧）、Tw为腹板的板厚。单位 都为mm。
[0019] 另外，在将所述焊接部的法兰焊透面积设为Sf、将腹板焊透面积设为Su时，优选其 ttSf/Su为Sf/¾l<0.75。
[0020] 其中，近似于Sf = (d+Tw+e) X c/2、Su = (a+b) X Tw/2。
[0021] 发明的效果
[0022] 本发明的激光焊接型钢，是对将腹板的端部垂直地按压在法兰上而成型的Τ字状 接合部从单侧照射一路激光，所述接合部为被烙融接合而成的，并且规定了形成于所述接 合部的烙融焊接部的形状。
[0023] 因此，由本发明提供的激光焊接型钢具有稳定的接合强度，特别是即使W锋系电 锻钢板为材料的焊接型钢，也不会降低焊接部耐腐蚀性，因此，能低成本地制造具备高强 度、高耐腐蚀性的焊接型钢。
附图说明
[0024] 图1是说明对Τ字状接合部W来自单侧的一路照射来进行激光焊接方法的图。
[0025] 图2是说明沿着型钢的长尺寸方向的截面上的Τ字状接合部的烙融焊接部形状的 图。
[0026] 图3是说明在对Τ字状接合部W来自单侧的一路来进行激光焊接时的激光照射角 度9与对腹板端部的照射位置的关系的图。
具体实施方式
[0027] 在从单侧(腹板的表里的一侧-路的激光照射来焊接将腹板的端部垂直地按 压在法兰上而成型的T字状接合部时，如图1所示，当不恰当地进行对法兰的激光的照射角 度9、W及对腹板端部的激光的照射位置的设定时，就得不到期望的接合强度。另外，在W电 锻钢板为材料的情况下，当不恰当地进行照射角度ΘΚ及照射位置的设定时，有时候也会对 法兰的与腹板抵接的面的电锻层造成损伤。
[0028] 例如，当将所述激光的照射角度Θ设得小时，如图2所示，位于腹板和法兰的交点 (抵接位置)的上下的法兰表面烙融宽度dW及法兰背面烙融宽度e变大，有可能使焊接部的 耐腐蚀性劣化。
[0029] 相反，当将照射角度θ设得大时，虽然法兰烙融宽度d、e变小，但是腹板端面的焊透 变少。因此，容易产生未烙融部，无法确保足够的强度。另外，在将照射角度Θ设得大的情况 下，由于对法兰的焊透深度C也变大，因此，在法兰为薄板的情况下，会使热
变形变大，并且 在为电锻钢板的情况下，会使与腹板反向的面的电锻损伤宽度变大。
[0030] 因此，本
发明人等通过精密地调整对法兰的激光的照射角度Θ、Κ及对腹板端部的 激光的照射位置，发现了用于得到期望特性的最佳尺寸来作为图2所示的各部位的尺寸。
[0031] W下对其内容进行详细说明。
[0032] 首先，为了查证对所述法兰的激光的照射角度Θ、Κ及从腹板和法兰的抵接位置到 照射激光的位置的距离的影响，将照射角度ΘΚ及照射位置进行各种变更而进行了预备实 验（图1)。照射位置W如下坐标来表现，该坐标为W抵接位置为原点，取从该原点起在腹板 的激光照射面上为远离抵接位置的方向的坐标。
[0033] 使用在板厚为2.3111111且
抗拉强度为40(^/1111112的钢板上^每单面附着量90肖/1112设置 化-6%Al-3%Mg
合金电锻层，将宽度设为200mm且长度设为2000mm的烙融电锻钢板，W表！ 所示的条件进行激光焊接，得到T字状型钢。使用Ar作为保护气体，作为从斜横方向对激光 照射点吹气的侧吹气体使用。
[0034] 表 1[00巧]表1焊接条件
[0036] _
[0037] 然后，对于得到的T字状的激光焊接型钢，基于截面观察焊接部的图像测定了图2 所示的各部位的尺寸，并且测定了接合强度。另外目视观察了法兰的与腹板的非抵接面侧。
[0038] 此时，依据JIS G 3353进行了抗拉试验。在腹板的
母材断裂的情况下，只要断裂的 负载下的抗拉强度为400N/mm2W上，就判断接合强度为良好。另外，在焊接部断裂的情况 下，只要断裂负载除W腹板的实际截面积的值为400N/mm2W上，就判断接合强度为良好。另 夕h通过法兰的非抵接面侧的观察，将确认到电锻的再烙融所产生的损伤的设为有损伤，测 定其损伤宽度。
[0039] 其结果如表2~12所示。
[0040] 此外，在各表2~12中，数值附加下划线的为在抗拉试验中强度不足的情况。另外， 各表中的数字单位为mm。
[0041] 表 2
[0042] 表2:焊接部形状:a[(Κ)加]表5
[0化1] 表5:焊接部形状:d
[0059] 表 8
[0060] 表8:焊接部形状:b+e[006引 表11
[0069]表11:焊接部形状:Sf/Su
[0074] 为了确保由腹板和法兰的组合构成的Τ字状接合部的焊接强度，需要在法兰和腹 板相互抵接的面附近烙融而一体化。即，在通过来自单侧的一路的激光焊接来进行焊接的 情况下，存在腹板的表面烙融宽度W及背面烙融宽度(法兰的表面W及背面焊道）（a>〇、b >0)，并且需要对法兰焊透。根据上述表4的结果，可知对法兰的焊透深度C需要0.33mmW 上。由于该表4为对板厚2.3mm的钢板的试验结果，因此一般需要对法兰的焊透深度C为c/Tw = 0.33/2.3 = 0.14 至 0.14 XTw(mm)W 上。
[0075] 由于从法兰上表面倾斜地入射激光，因此，当入射角过大，或照射位置离法兰和腹 板的抵接位置过远时，会有腹板的表面烙融宽度W及背面烙融宽度变得不存在，在腹板端 面和法兰之间产生未烙融部而使强度降低的趋势。即，对于法兰的表面W及背面烙融宽度 d、e，各自需要使d>0(mm)、e>0(mm)。
[0076] 另外，在法兰为薄板的电锻钢板的情况下，由于当对法兰的焊透量增大时与腹板 反向的面的电锻损伤增大，并且产生热变形，因此对法兰的焊透量最好不要过大。
[0077] 进而，腹板和法兰的交点附近的烙融面积最好尽量小。锋系电锻钢板的截断端面 的牺牲防腐蚀作用一般而言效果不会超过2.3mm左右，在激光焊接部当考虑焊接部周围的 电锻蒸发时，通过使激光焊接所产生的烙融宽度为2mm左右W内，焊接部即使不实施修补涂 装也确保良好的耐腐蚀性。因此，可W使烙融的区域为2mmW内。
[0078] 目P，在W锋系电锻钢板为材料的情况下，为了抑制腹板和法兰的交点附近的耐腐 蚀性恶化，需要使a+d《2mm、b+e《2mm。
[0079] 从电锻钢板的牺牲防腐蚀的观点，优选法兰的损伤宽度也为2mmW下。但是，在表7 中，在当照射角度Θ为10°或者15°时目标位置为0.2mm的情况下，虽然a+d都为2mmW下，但 是，即使在相同条件下表12中的法兰损伤宽度也超过2mm。
[0080] 法兰损伤部不受激光照射，因此电锻并不由于蒸发而完全消失，所W不一定需要 设为2mmW下。但是，为了通过锋系电锻钢板的牺牲性防腐蚀作用使得即使不实施修补
涂装 也发挥良好的耐腐蚀性，优选使法兰损伤部宽度设为2mmW下，并且使Sf/Su<0.75来抑制 法兰的热变形。此外，Sf为焊接部的法兰焊透面积，Su为腹板焊透面积。法兰焊透面积是指 在沿着型钢的长尺寸方向的截面上显露于法兰内的、金属烙融了一次的区域的面积。腹板 焊透面积是指在沿着型钢的长尺寸方向的截面上显露于腹板内的、金属烙融了一次的区域 的面积。[0081 ]另外，当还考虑焊接部强度运一方面时，更优选使Sf/Su>0.15。
[0082] 其中，近似于Sf = (d+Tw+e) X c/2、Su = (a+b) X Tw/2。
[0083] 此外，在W锋系电锻钢板为材料的情况下，需要使曰+(1《2111111、6+6《2111111、进而优选 使Sf7Su<0.75,运样的设定通过进行自W往广泛应用的盐
水喷雾^干燥^湿润的重复试 验(CCT试验)作为耐腐蚀性评价的
加速试验而确认。（在本发明中，采用了在35°C下对5% 化C1进行两小时喷雾一在60 °C且30 % RH(
相对湿度）下进行四小时干燥一在50 °C且95 % RH 下进行两小时湿润的重复条件。）
[0084] 实施试验至200周期的结果为，在设定为3+(1《2111111、6+6《2111111的1'字状接合部的激 光焊接部中，最初焊接部被白诱
覆盖而未确认到红诱的产生，对于法兰的热影响部也是电 锻损伤部被白诱覆盖而未确认到红诱的产生。另外，也未观察到法兰部的热变形。
[0085] 然而，为了得到像上述那样的狭窄宽度的烙融部，需要使腹板端面整面高效地烙 融。因此，为了得到狭窄宽度的烙融部，从几何学考虑，在通过来自单侧的一路的激光焊接 来焊接T字状接合部时，比起W腹板表面一侧的腹板和法兰的交点为目标，W腹板背面一侧 的腹板和法兰的交点为目标更好。
[0086] 腹板表面上的距离法兰的目标位置乂由^ = Tw . tan9" (Tw为腹板板厚、Θ为对法兰 的激光入射角）求得。当使目标位置X为
激光束半径(D/2)W上时，在从几何学考虑的情况 下，由于激光不经过腹板表面和法兰的交点，因此会产生未烙融部。
[0087] 但是，实际上激光束径的周围也受热影响（热传导），在束径W上的范围内产生烙 融。该烙融产生的范围根据条件为束径的约1.1~2.5倍的范围。因此，目标位置X的上限值 为"2.5X化/2T(Tw ·化η目
[0088] 只要采用像上述那样的照射角Θ、目标位置X，通过来自单侧的一路的激光焊接来 焊接T字状接合部，就能得到规定形状的焊接部。
