(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023093288
(43)【公開日】2023-07-04
(54)【発明の名称】スポット溶接継手性能の推定方法
(51)【国際特許分類】
G01N 3/00 20060101AFI20230627BHJP
G06F 30/23 20200101ALI20230627BHJP
【ＦＩ】
G01N3/00 Q
G06F30/23
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022072009
(22)【出願日】2022-04-26
(31)【優先権主張番号】P 2021208337
(32)【優先日】2021-12-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100129838
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 典輝
(74)【代理人】
【識別番号】100101203
【弁理士】
【氏名又は名称】山下 昭彦
(74)【代理人】
【識別番号】100104499
【弁理士】
【氏名又は名称】岸本 達人
(72)【発明者】
【氏名】上田 秀樹
(72)【発明者】
【氏名】古迫 誠司
(72)【発明者】
【氏名】中山 英介
【テーマコード（参考）】
2G061
5B146
【Ｆターム（参考）】
2G061AA01
2G061AA11
2G061AB01
2G061BA01
2G061CA01
2G061CB01
2G061CB19
2G061DA11
2G061EC04
5B146AA06
5B146DC05
5B146DJ01
5B146DJ07
(57)【要約】
【課題】スポット溶接継手における初期割れ深さと継手強度の関係を精度良く推定する。
【解決手段】スポット溶接継手の引張条件の有限要素法解析により、継手強度限界線と初期割れなし継手強度推定線を導出する、初期割れ深さ又はナゲット径と継手強度の関係の導出の過程と、評価対象のスポット溶接継手の溶接ナゲット径、および／又は、初期割れ深さを入力する継手条件入力の過程と、継手条件入力の過程で入力された溶接ナゲット径、および／又は、初期割れ深さを、継手強度限界線および初期割れなし継手強度推定線に適用し、継手強度に影響を及ぼさない初期割れ深さの限界、および／又は、継手強度に影響を及ぼさない溶接ナゲット径の限界を推定する継手性能推定の過程と、含む。
【選択図】図１
【解決手段】スポット溶接継手の引張条件の有限要素法解析により、継手強度限界線と初期割れなし継手強度推定線を導出する、初期割れ深さ又はナゲット径と継手強度の関係の導出の過程と、評価対象のスポット溶接継手の溶接ナゲット径、および／又は、初期割れ深さを入力する継手条件入力の過程と、継手条件入力の過程で入力された溶接ナゲット径、および／又は、初期割れ深さを、継手強度限界線および初期割れなし継手強度推定線に適用し、継手強度に影響を及ぼさない初期割れ深さの限界、および／又は、継手強度に影響を及ぼさない溶接ナゲット径の限界を推定する継手性能推定の過程と、含む。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
スポット溶接継手の性能を推定する方法であって、
前記スポット溶接継手の引張条件の有限要素法解析により、継手強度限界線と初期割れなし継手強度推定線を導出する、初期割れ深さ又はナゲット径と継手強度の関係の導出の過程と、
評価対象のスポット溶接継手の溶接ナゲット径、および／又は、初期割れ深さを入力する継手条件入力の過程と、
前記継手条件入力の過程で入力された前記溶接ナゲット径、および／又は、前記初期割れ深さを、前記継手強度限界線および前記初期割れなし継手強度推定線に適用し、継手強度に影響を及ぼさない初期割れ深さの限界、および／又は、継手強度に影響を及ぼさない溶接ナゲット径の限界を推定する継手性能推定の過程と、含む、
スポット溶接継手性能の推定方法。
前記スポット溶接継手の引張条件の有限要素法解析により、継手強度限界線と初期割れなし継手強度推定線を導出する、初期割れ深さ又はナゲット径と継手強度の関係の導出の過程と、
評価対象のスポット溶接継手の溶接ナゲット径、および／又は、初期割れ深さを入力する継手条件入力の過程と、
前記継手条件入力の過程で入力された前記溶接ナゲット径、および／又は、前記初期割れ深さを、前記継手強度限界線および前記初期割れなし継手強度推定線に適用し、継手強度に影響を及ぼさない初期割れ深さの限界、および／又は、継手強度に影響を及ぼさない溶接ナゲット径の限界を推定する継手性能推定の過程と、含む、
スポット溶接継手性能の推定方法。
【請求項2】
前記初期割れ深さ又はナゲット径と継手強度の関係の導出の過程で得られる継手強度は、引張せん断強度、十字引張強度、およびＬ字引張強度の少なくとも１つである、請求項１に記載のスポット溶接継手性能の推定方法。
【請求項3】
前記継手強度限界線は初期割れ深さを変数とする１次関数で表される継手強度であり、
前記割れなし継手強度推定線は溶接ナゲット径を変数とする１次関数で表される継手強度である、
請求項１又は２に記載のスポット溶接継手性能の推定方法。
前記割れなし継手強度推定線は溶接ナゲット径を変数とする１次関数で表される継手強度である、
請求項１又は２に記載のスポット溶接継手性能の推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、スポット溶接継手性能の推定に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、亜鉛系めっきを有する超ハイテン材のスポット溶接部において、液体金属脆化（以下、ＬＭＥ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｍｅｔａｌ Ｅｍｂｒｉｔｔｌｅｍｅｎｔ））割れが報告されており、特に、電極と鋼板間にクリアランスが存在する等の外乱条件下で、鋼板間の圧接部において割れが発生することがある。このような溶接プロセスで発生した初期割れは、その深さによっては溶接継手強度に影響を及ぼす場合があり、初期割れの深さと継手強度との関係を解明することは重要である。
【0003】
スポット溶接部の破断のメカニズムを解明するＦＥＭ解析に関する技術として、非特許文献１には、自動車用鋼板を対象にしたスポット溶接部の破断予測方法に関する技術が開示されている。非特許文献１に開示されている技術によれば、溶接部への負荷モードが異なる任意の板組に対して精度良く継手強度と破断形態を予測することが可能である。
【0004】
特許文献１には有限要素モデルを用いたスポット溶接破断解析方法、特許文献２には有限要素法解析を用いたスポット溶接部破断を考慮した衝突解析に関する方法、特許文献３には有限要素解析法モデルによるスポット溶接部破断判定方法に関してそれぞれ述べられている。
しかしながら、これらの手法では溶接部の初期割れは考慮されておらず、初期割れ深さと継手強度との関係の明確化に関しては述べられていない。
しかしながら、これらの手法では溶接部の初期割れは考慮されておらず、初期割れ深さと継手強度との関係の明確化に関しては述べられていない。
【0005】
非特許文献２には、有限要素法解析を用いて溶接部の初期割れを考慮し継手強度との関係について述べられている。
しかしながら、この手法はナゲット周囲の熱影響部（以下、ＨＡＺ（Ｈｅａｔ Ａｆｆｅｃｔｅｄ Ｚｏｎｅ））を起点とした破断形態に限定されており、初期割れによる破断形態の変化については述べられていない。
また、溶接ナゲット径の違いによる破断形態および継手強度の変化についても述べられていない。溶接ナゲット径によっても破断形態および継手強度が変化する場合があるため、溶接ナゲット径および破断形態の影響についても継手強度を明確にすることは重要である。
しかしながら、この手法はナゲット周囲の熱影響部（以下、ＨＡＺ（Ｈｅａｔ Ａｆｆｅｃｔｅｄ Ｚｏｎｅ））を起点とした破断形態に限定されており、初期割れによる破断形態の変化については述べられていない。
また、溶接ナゲット径の違いによる破断形態および継手強度の変化についても述べられていない。溶接ナゲット径によっても破断形態および継手強度が変化する場合があるため、溶接ナゲット径および破断形態の影響についても継手強度を明確にすることは重要である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0006】
【非特許文献1】上田秀樹、他３名、「応力三軸度を考慮したスポット溶接部破断予測技術の研究（第１報）」、自動車技術会論文集、Ｖｏｌ．４４、Ｎｏ．２、ｐ７２７（２０１３）
【非特許文献2】Ｆｒａｃｔｕｒｅ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｓｐｏｔ ｗｅｌｄｅｄ ｕｌｔｒａ－ｈｉｇｈ－ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｓｔｅｅｌ ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｌｉｑｕｉｄ ｍｅｔａｌ ｅｍｂｒｉｔｔｌｅｍｅｎｔ ｃｒａｃｋ、 Ｍａｔｅｒｉａｌｓ＆Ｄｅｓｉｇｎ、２１０（２０２１）１１００７５
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開２００７－０９０３６６号公報
【特許文献2】特開２００７－２６３８３０号公報
【特許文献3】特開２０１０－１２７９３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
そこで本発明は、初期割れ深さと継手強度の関係を精度良く推定することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
非特許文献１には、自動車用鋼板を対象にしたスポット溶接部の破断予測方法に関する技術が開示されている。この技術を適用すればスポット溶接部の強度評価において、溶接部周辺の組織に応じ適正な変形抵抗曲線と破断基準を設定した精緻な解析モデルを構築できる。
発明者はこの解析モデルから、これをさらに発展させることで、破断形態と継手強度を精度良く予測でき、初期割れを考慮した条件においてスポット溶接継手の破断形態と継手強度を精度良く予測できると考えた。
本発明は、このような着想を得て、これを具体化させることで完成させた。以下、本発明について説明する。
発明者はこの解析モデルから、これをさらに発展させることで、破断形態と継手強度を精度良く予測でき、初期割れを考慮した条件においてスポット溶接継手の破断形態と継手強度を精度良く予測できると考えた。
本発明は、このような着想を得て、これを具体化させることで完成させた。以下、本発明について説明する。
【0010】
本発明の１つの態様は、スポット溶接継手の性能を推定する方法であって、スポット溶接継手の引張条件の有限要素法解析により、継手強度限界線と初期割れなし継手強度推定線を導出する、初期割れ深さ又はナゲット径と継手強度の関係の導出の過程と、評価対象のスポット溶接継手の溶接ナゲット径、および／又は、初期割れ深さを入力する継手条件入力の過程と、継手条件入力の過程で入力された溶接ナゲット径、および／又は、初期割れ深さを、継手強度限界線および初期割れなし継手強度推定線に適用し、継手強度に影響を及ぼさない初期割れ深さの限界、および／又は、継手強度に影響を及ぼさない溶接ナゲット径の限界を推定する継手性能推定の過程と、含む、スポット溶接継手の性能の推定方法である。
【0011】
初期割れ深さ又はナゲット径と継手強度の関係の導出の過程で得る継手強度は、引張せん断強度、十字引張強度、およびＬ字引張強度の少なくとも１つであってよい。
【0012】
継手強度限界線は初期割れ深さを変数とする１次関数で表される継手強度であり、割れなし継手強度推定線は溶接ナゲット径を変数とする１次関数で表される継手強度であってよい。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、対象となる継手について都度引張試験を行うことなく初期割れ深さと継手強度の関係を精度良く推定することが可能で、継手性能の推定方法用いて溶接部を備えた部材を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【発明を実施するための形態】
【0015】
１．スポット溶接継手性能の推定方法Ｓ１０
図１に１つの形態例にかかるスポット溶接継手性能の推定方法Ｓ１０の流れを示す。スポット溶接継手性能の推定方法Ｓ１０は、初期割れ深さ又はナゲット径と継手強度の関係の導出の過程Ｓ１１と、継手条件入力の過程Ｓ１２と、継手性能推定の過程Ｓ１３とを備えている。以下に各過程について説明する。
図１に１つの形態例にかかるスポット溶接継手性能の推定方法Ｓ１０の流れを示す。スポット溶接継手性能の推定方法Ｓ１０は、初期割れ深さ又はナゲット径と継手強度の関係の導出の過程Ｓ１１と、継手条件入力の過程Ｓ１２と、継手性能推定の過程Ｓ１３とを備えている。以下に各過程について説明する。
【0016】
１．１．初期割れ深さ又はナゲット径と継手強度の関係の導出の過程Ｓ１１
初期割れ深さ又はナゲット径と継手強度の関係の導出の過程Ｓ１１では、スポット溶接継手の引張条件の有限要素法解析（ＦＥＭ解析）により、引張せん断強さ（ＴＳＳ）における継手強度限界線、十字引張強さ（ＣＴＳ）における継手強度限界線、およびＬ字引張強さ（ＬＴＳ）における継手強度限界線の少なくとも１つと、初期割れなしの継手によるＴＳＳにおける継手強度推定線、初期割れなしの継手によるＣＴＳにおける継手強度推定線、および初期割れなし継手によるＬＴＳにおける継手強度推定線の少なくとも１つと、を導出する。以下、より具体的に説明する。
初期割れ深さ又はナゲット径と継手強度の関係の導出の過程Ｓ１１では、スポット溶接継手の引張条件の有限要素法解析（ＦＥＭ解析）により、引張せん断強さ（ＴＳＳ）における継手強度限界線、十字引張強さ（ＣＴＳ）における継手強度限界線、およびＬ字引張強さ（ＬＴＳ）における継手強度限界線の少なくとも１つと、初期割れなしの継手によるＴＳＳにおける継手強度推定線、初期割れなしの継手によるＣＴＳにおける継手強度推定線、および初期割れなし継手によるＬＴＳにおける継手強度推定線の少なくとも１つと、を導出する。以下、より具体的に説明する。
【0017】
１．１．１．引張せん断強さ（ＴＳＳ）
図２に非特許文献１に開示されたスポット溶接に基づくＴＳＳを得るための継手の解析モデルの１例を示す。図２（ａ）はＴＳＳ解析用の継手の試験片形状を示した図で、鋼板１１および鋼板１２の一部を重ね合わせて、重ね合わせた部分の中央をスポット溶接してスポット溶接部１３とする。図２（ｂ）はＴＳＳ解析用の継手の解析モデル２０で、鋼板２１および鋼板２２の一部を重ね合わせて、重ね合わせ部の中央にスポット溶接部２３を備える試験片モデルを板幅方向１／２対称形でモデル化をしている。図２（ｃ）は解析モデル２０のうち、スポット溶接部２３の拡大図で、スポット溶接部２３では、溶接ナゲット２４、ＨＡＺ２５、ＨＡＺ２５から母材２７への遷移層２６、および、母材２７の組織毎に要素集合を分け、それぞれに変形抵抗曲線と破断基準を設定する。
図２に非特許文献１に開示されたスポット溶接に基づくＴＳＳを得るための継手の解析モデルの１例を示す。図２（ａ）はＴＳＳ解析用の継手の試験片形状を示した図で、鋼板１１および鋼板１２の一部を重ね合わせて、重ね合わせた部分の中央をスポット溶接してスポット溶接部１３とする。図２（ｂ）はＴＳＳ解析用の継手の解析モデル２０で、鋼板２１および鋼板２２の一部を重ね合わせて、重ね合わせ部の中央にスポット溶接部２３を備える試験片モデルを板幅方向１／２対称形でモデル化をしている。図２（ｃ）は解析モデル２０のうち、スポット溶接部２３の拡大図で、スポット溶接部２３では、溶接ナゲット２４、ＨＡＺ２５、ＨＡＺ２５から母材２７への遷移層２６、および、母材２７の組織毎に要素集合を分け、それぞれに変形抵抗曲線と破断基準を設定する。
【0018】
さらに、鋼板２１と鋼板２２と間の圧接部を起点とした初期割れ２８も設定する。鋼板２１の片側端部２１ａを完全拘束、鋼板２２の片側端部２２ａに矢印方向への引張負荷を与えた条件でＦＥＭ解析を行い、破断形態と継手強度を求める。
【0019】
ここで、継手強度とは引張時に試験片にかかる荷重の最大値である。本ＦＥＭ解析では破断基準に到達した要素を削除して剛性の低下を図ることで、実試験片を用いた引張試験を模擬している。
本形態では、溶接ナゲット径（溶接した鋼板の界面に沿った方向における溶接ナゲットの大きさ）を鋼板の厚さｔ（ｍｍ）に対して、５×ｔ０．５（ｍｍ）、４×ｔ０．５（ｍｍ）、および、３×ｔ０．５（ｍｍ）でそれぞれＦＥＭ解析を行う。例えば厚さｔとして１．６ｍｍとすることができる。
また、本形態では、初期割れ２８の深さを０．１ｍｍから１．４ｍｍまで０．１ｍｍごとにそれぞれ設定した解析モデル、および、割れなし（初期割れ２８の深さが０ｍｍ）の解析モデルで同様のＦＥＭ解析を行う。
本形態では、溶接ナゲット径（溶接した鋼板の界面に沿った方向における溶接ナゲットの大きさ）を鋼板の厚さｔ（ｍｍ）に対して、５×ｔ０．５（ｍｍ）、４×ｔ０．５（ｍｍ）、および、３×ｔ０．５（ｍｍ）でそれぞれＦＥＭ解析を行う。例えば厚さｔとして１．６ｍｍとすることができる。
また、本形態では、初期割れ２８の深さを０．１ｍｍから１．４ｍｍまで０．１ｍｍごとにそれぞれ設定した解析モデル、および、割れなし（初期割れ２８の深さが０ｍｍ）の解析モデルで同様のＦＥＭ解析を行う。
【0020】
上記ＦＥＭ解析の結果として、図３には初期割れの深さ（ｍｍ）と継手の引張せん断強さ（ＴＳＳ）（ｋＮ）との関係を示す。図３でナゲット径が５×ｔ０．５（ｍｍ）である例を◆および◇、溶接ナゲット径が４×ｔ０．５（ｍｍ）である例を●および〇、溶接ナゲット径が３×ｔ０．５（ｍｍ）である例を■および□で示している。その中でソリッドマーク（◆、●、■）は初期割れがない継手と同じ破断形態（以下、通常破断）、オープンマーク（◇、〇、□）は初期割れを起点とした破断形態（以下、割れ起点破断）をそれぞれ示している。
【0021】
図３からわかるように、いずれの溶接ナゲット径においてもソリッドマーク（通常破断）のＴＳＳよりもオープンマーク（割れ起点破断）のＴＳＳの方が低くなっており、いずれの溶接ナゲット径においても破断形態が通常破断から割れ起点破断に変化することでＴＳＳが低下する。
【0022】
本ＦＥＭ解析条件ではＨＡＺ組織の圧接部に初期割れを設定しているため（図２の初期割れ２８）、初期割れの深さに応じて板厚方向への破壊が急速に進展し、割れ起点破断に至る。すなわち、破断形態が通常破断から急速な割れ起点破断に変化する条件において継手のＴＳＳが低下するＴＳＳ限界点が存在する（図３のＡ、Ｂ、Ｃ）。このＴＳＳ限界点（Ａ、Ｂ、Ｃ）は、各溶接ナゲット径において破断形態が変化する境界（通常破断から割れ起点破断へ変化する境界）で表され、図３では、各溶接ナゲット径でソリッドマーク（通常破断）に最も近いオープンマーク（割れ起点破断）である。
【0023】
このＴＳＳ限界点から、図３の直線で表したように線形関数でＴＳＳの限界線（継手強度限界線）を近似でき、具体的には次の式（１）のように初期割れ深さを変数とする一次関数で表すことができる。
Ｆ１Ｔ＝ａＴ・ＣＤ＋ｂＴ …（１）
ここで、Ｆ１ＴはＴＳＳ（ｋＮ）、ＣＤは初期割れの深さ（ｍｍ）、ａＴとｂＴは－１００～１００の範囲の定数を示す。これら定数の具体的な値は、初期割れの深さおよび溶接ナゲット径を変更した複数のＦＥＭ解析データから得ることができる。
Ｆ１Ｔ＝ａＴ・ＣＤ＋ｂＴ …（１）
ここで、Ｆ１ＴはＴＳＳ（ｋＮ）、ＣＤは初期割れの深さ（ｍｍ）、ａＴとｂＴは－１００～１００の範囲の定数を示す。これら定数の具体的な値は、初期割れの深さおよび溶接ナゲット径を変更した複数のＦＥＭ解析データから得ることができる。
【0024】
一方、図４に溶接ナゲット径と初期割れなし継手のＴＳＳとの関係を示す。溶接ナゲット径と初期割れなし継手のＴＳＳは、式（２）に示すように溶接ナゲット径を変数とする１次関数で、初期割れなし継手強度推定線として近似ができる。
Ｆ２Ｔ＝ｃＴ・ＮＤ＋ｄＴ …（２）
ここで、Ｆ２ＴはＴＳＳ（ｋＮ）、ＮＤは溶接ナゲット径（ｍｍ）、ｃＴとｄＴは－５０～５０の範囲の定数を示す。これら定数の具体的な値は、初期割れのない溶接ナゲット径を変更した複数のＦＥＭ解析データから得ることができる。
Ｆ２Ｔ＝ｃＴ・ＮＤ＋ｄＴ …（２）
ここで、Ｆ２ＴはＴＳＳ（ｋＮ）、ＮＤは溶接ナゲット径（ｍｍ）、ｃＴとｄＴは－５０～５０の範囲の定数を示す。これら定数の具体的な値は、初期割れのない溶接ナゲット径を変更した複数のＦＥＭ解析データから得ることができる。
【0025】
１．１．２．十字引張強さ（ＣＴＳ）
本形態では上記した引張せん断強さ（ＴＳＳ）に関し、継手強度限界線、および、初期割れなし強度推定線とは別に、又は、これとともに、十字引張強さ（ＣＴＳ）に関して、継手強度限界線、および、初期割れなし継手強度推定線も考慮できる。これらＣＴＳに関する継手強度限界線、および初期割れなし継手強度推定線を得るための考え方は上記ＴＳＳに関する継手強度限界線および初期割れなし継手強度推定線と同様であるが、具体的には次の通りである。
本形態では上記した引張せん断強さ（ＴＳＳ）に関し、継手強度限界線、および、初期割れなし強度推定線とは別に、又は、これとともに、十字引張強さ（ＣＴＳ）に関して、継手強度限界線、および、初期割れなし継手強度推定線も考慮できる。これらＣＴＳに関する継手強度限界線、および初期割れなし継手強度推定線を得るための考え方は上記ＴＳＳに関する継手強度限界線および初期割れなし継手強度推定線と同様であるが、具体的には次の通りである。
【0026】
図５にスポット溶接に関する十字引張強さ解析のための継手の解析モデルの１例を示した。図５（ａ）は当該継手の試験片３０を示した図で、鋼板３１および鋼板３２を十字状に重ね合わせてその中央にスポット溶接で接合してスポット溶接部３３が形成されている。図５（ｂ）は十字引張強さ解析のための継手の解析モデル４０で、十字状に重ね合わせて中央に溶接部４３を設けた試験片の鋼板４１および鋼板４２の板幅方向をそれぞれ１／２にした１／４対称形でモデル化をしている。図５（ｃ）は解析モデル４０のうち、スポット溶接部４３周辺の拡大図で、スポット溶接部４３では、溶接ナゲット４４、ＨＡＺ４５、ＨＡＺ４５から母材４７への遷移層４６、および母材４７の組織毎に要素集合を分けてそれぞれに変形抵抗曲線と破断基準を設定する。また、鋼板間の圧接部を起点とした初期割れ４８も設定する。一方の鋼板４２のつかみ部４２ａを完全拘束、他方の鋼板４１のつかみ部４１ａに矢印方向への引張負荷を与えた条件でＦＥＭ解析を行い、破断形態と継手強度を求める。
【0027】
図６に初期割れ深さと、継手における十字引張強さ（ＣＴＳ）と、の関係を示す。図６は図３と同様にプロットし、継手におけるＣＴＳ限界点（Ｄ、Ｅ）から継手強度限界線を近似すると式（３）のように、初期割れ深さを変数とする１次関数で表すことができる。なお、本例の３×ｔ０．５（ｍｍ）のように割れ起点破断が起こらない条件もある。
Ｆ１Ｃ＝ａＣ・ＣＤ＋ｂＣ …（３）
ここで、Ｆ１ＣはＣＴＳ（ｋＮ）、ＣＤは初期割れ深さ（ｍｍ）、ａＣとｂＣは－１００～１００の範囲の定数を示す。これら定数の具体的な値は、初期割れ深さおよび溶接ナゲット径を変更した複数のＦＥＭ解析データから得ることができる。
Ｆ１Ｃ＝ａＣ・ＣＤ＋ｂＣ …（３）
ここで、Ｆ１ＣはＣＴＳ（ｋＮ）、ＣＤは初期割れ深さ（ｍｍ）、ａＣとｂＣは－１００～１００の範囲の定数を示す。これら定数の具体的な値は、初期割れ深さおよび溶接ナゲット径を変更した複数のＦＥＭ解析データから得ることができる。
【0028】
図７に溶接ナゲット径と、初期割れなしの継手におけるＣＴＳと、の関係を示す。溶接ナゲット径と初期割れなし継手のＣＴＳは、式（４）に示すように溶接ナゲット径を変数とする１次関数で、初期割れなし継手強度推定線として近似ができる。
Ｆ２Ｃ＝ｃＣ・ＮＤ＋ｄＣ …（４）
ここで、Ｆ２ＣはＣＴＳ（ｋＮ）、ＮＤは溶接ナゲット径（ｍｍ）、ｃＣとｄＣは－５０～５０の範囲の定数を示す。これら定数の具体的な値は、初期割れのない溶接ナゲット径を変更した複数のＦＥＭ解析データから得ることができる。
Ｆ２Ｃ＝ｃＣ・ＮＤ＋ｄＣ …（４）
ここで、Ｆ２ＣはＣＴＳ（ｋＮ）、ＮＤは溶接ナゲット径（ｍｍ）、ｃＣとｄＣは－５０～５０の範囲の定数を示す。これら定数の具体的な値は、初期割れのない溶接ナゲット径を変更した複数のＦＥＭ解析データから得ることができる。
【0029】
１．１．３．Ｌ字引張強さ（ＬＴＳ）
同様に、Ｌ字引張強さ（ＬＴＳ）に関して、継手強度限界線、および、初期割れなし継手強度推定線も考慮できる。これらＬＴＳに関する継手強度限界線、および初期割れなし継手強度推定線を得るための考え方は上記ＴＳＳに関する継手強度限界線および初期割れなし継手強度推定線と同様であるが、具体的には次の通りである。本発明ではＬＴＳのみが考慮されてもよいし、上記したＴＳＳ及びＣＴＳの少なくとも一方と合わせて考慮されてもよい。
同様に、Ｌ字引張強さ（ＬＴＳ）に関して、継手強度限界線、および、初期割れなし継手強度推定線も考慮できる。これらＬＴＳに関する継手強度限界線、および初期割れなし継手強度推定線を得るための考え方は上記ＴＳＳに関する継手強度限界線および初期割れなし継手強度推定線と同様であるが、具体的には次の通りである。本発明ではＬＴＳのみが考慮されてもよいし、上記したＴＳＳ及びＣＴＳの少なくとも一方と合わせて考慮されてもよい。
【0030】
図８にスポット溶接に関するＬ字引張強さ解析のための継手の解析モデルの１例を示した。図８（ａ）は当該継手の試験片５０を示した図で、Ｌ字状の鋼板５１および鋼板５２を図８（ａ）のように重ね合わせてそのフランジ中央にスポット溶接で接合してスポット溶接部５３が形成されている。図８（ｂ）はＬ字引張強さ解析のための継手の解析モデル６０で、重ね合わせてフランジ中央に溶接部６３を設けたＬ字状の試験片の鋼板６１および鋼板６２の板幅方向をそれぞれ１／２にした１／２対称形でモデル化をしている。図８（ｃ）は解析モデル６０のうち、スポット溶接部６３周辺の拡大図で、スポット溶接部６３では、溶接ナゲット６４、ＨＡＺ６５、ＨＡＺ６５から母材６７への遷移層６６、および母材６７の組織毎に要素集合を分けてそれぞれに変形抵抗曲線と破断基準を設定する。また、鋼板間の圧接部を起点とした初期割れ６８も設定する。一方の鋼板６２のつかみ部６２ａを完全拘束、他方の鋼板６１のつかみ部６１ａに矢印方向への引張負荷を与えた条件でＦＥＭ解析を行い、破断形態と継手強度を求める。
【0031】
図９に初期割れ深さと、継手におけるＬ字引張強さ（ＬＴＳ）と、の関係を示す。図９は図３と同様にプロットし、継手におけるＬＴＳ限界点（Ｆ、Ｇ、Ｈ）から継手強度限界線を近似すると式（５）のように、初期割れ深さを変数とする１次関数で表すことができる。
Ｆ１Ｌ＝ａＬ・ＣＤ＋ｂＬ …（５）
ここで、Ｆ１ＬはＬＴＳ（ｋＮ）、ＣＤは初期割れ深さ（ｍｍ）、ａＬとｂＬは－１００～１００の範囲の定数を示す。これら定数の具体的な値は、初期割れ深さおよび溶接ナゲット径を変更した複数のＦＥＭ解析データから得ることができる。
Ｆ１Ｌ＝ａＬ・ＣＤ＋ｂＬ …（５）
ここで、Ｆ１ＬはＬＴＳ（ｋＮ）、ＣＤは初期割れ深さ（ｍｍ）、ａＬとｂＬは－１００～１００の範囲の定数を示す。これら定数の具体的な値は、初期割れ深さおよび溶接ナゲット径を変更した複数のＦＥＭ解析データから得ることができる。
【0032】
図１０に溶接ナゲット径と、初期割れなしの継手におけるＬＴＳと、の関係を示す。溶接ナゲット径と初期割れなし継手のＬＴＳは、式（６）に示すように溶接ナゲット径を変数とする１次関数で、初期割れなし継手強度推定線として近似ができる。
Ｆ２Ｌ＝ｃＬ・ＮＤ＋ｄＬ …（６）
ここで、Ｆ２ＬはＬＴＳ（ｋＮ）、ＮＤは溶接ナゲット径（ｍｍ）、ｃＬとｄＬは－５０～５０の範囲の定数を示す。これら定数の具体的な値は、初期割れのない溶接ナゲット径を変更した複数のＦＥＭ解析データから得ることができる。
Ｆ２Ｌ＝ｃＬ・ＮＤ＋ｄＬ …（６）
ここで、Ｆ２ＬはＬＴＳ（ｋＮ）、ＮＤは溶接ナゲット径（ｍｍ）、ｃＬとｄＬは－５０～５０の範囲の定数を示す。これら定数の具体的な値は、初期割れのない溶接ナゲット径を変更した複数のＦＥＭ解析データから得ることができる。
【0033】
１．１．４．その他
上記では、解析モデルを作成してＦＥＭ解析により各継手強度限界線および初期割れなし強度推定線を得たが、これに限らず実際の試験片を作製して試験を行い、その実測値データを用いて上記各継手強度限界線および初期割れなし強度推定線を得てもよい。
上記では、解析モデルを作成してＦＥＭ解析により各継手強度限界線および初期割れなし強度推定線を得たが、これに限らず実際の試験片を作製して試験を行い、その実測値データを用いて上記各継手強度限界線および初期割れなし強度推定線を得てもよい。
【0034】
また、上記で引張せん断強さ（ＴＳＳ）における継手強度限界線である式（１）、十字引張強さ（ＣＴＳ）における継手強度限界線である式（３）、およびＬ字引張強さ（ＬＴＳ）における継手強度限界線である式（５）を求めるに際して、当該限界線（近似式）を得るための点は、限界点（各溶接ナゲット径において破断形態が変化する境界、すなわち通常破断から割れ起点破断へ変化する境界）とし、図３、図６、図９では、各溶接ナゲット径でソリッドマーク（通常破断）に最も近いオープンマーク（割れ起点破断）のみを用いた。
これに対して、その代わりに、継手強度限界線を得るための点として、割れ起点破断となった全ての点（すなわち、図３、図６、図９における全てのオープンマーク）を用いてもよい。発明者らの検討によれば、いずれの場合も概ね同じ近似式を得ることができることが確認された。
これに対して、その代わりに、継手強度限界線を得るための点として、割れ起点破断となった全ての点（すなわち、図３、図６、図９における全てのオープンマーク）を用いてもよい。発明者らの検討によれば、いずれの場合も概ね同じ近似式を得ることができることが確認された。
【0035】
１．２．継手条件入力の過程Ｓ１２
継手条件入力の過程Ｓ１２では、評価対象のスポット溶接継手の溶接ナゲット径（ｍｍ）、および／又は、初期割れ深さ（ｍｍ）を入力する。すなわち、この過程では、各継手強度限界線（式（１）、式（３）、式（５））、各割れなし継手強度推定線（式（２）、式（４）、式（６））における値を得るために必要な情報を入力する。従って、式（１）、式（３）、式（５）に対しては初期割れの深さ（ｍｍ）、式（２）、式（４）、式（６）に対しては溶接ナゲット径（ｍｍ）をそれぞれ入力する。
継手条件入力の過程Ｓ１２では、評価対象のスポット溶接継手の溶接ナゲット径（ｍｍ）、および／又は、初期割れ深さ（ｍｍ）を入力する。すなわち、この過程では、各継手強度限界線（式（１）、式（３）、式（５））、各割れなし継手強度推定線（式（２）、式（４）、式（６））における値を得るために必要な情報を入力する。従って、式（１）、式（３）、式（５）に対しては初期割れの深さ（ｍｍ）、式（２）、式（４）、式（６）に対しては溶接ナゲット径（ｍｍ）をそれぞれ入力する。
【0036】
１．３．継手性能推定の過程Ｓ１３
継手性能推定の過程Ｓ１３では、式（１）～式（６）のうち必要に応じた式を適用して、継手強度に影響を及ぼさない初期割れ深さの限界、および／又は、継手強度に影響を及ぼさない溶接ナゲット径の限界を算出し、これら限界を推定する。より詳しくは次の通りである。
継手性能推定の過程Ｓ１３では、式（１）～式（６）のうち必要に応じた式を適用して、継手強度に影響を及ぼさない初期割れ深さの限界、および／又は、継手強度に影響を及ぼさない溶接ナゲット径の限界を算出し、これら限界を推定する。より詳しくは次の通りである。
【0037】
１．３．１．継手強度に影響を及ぼさない初期割れ深さの限界の推定
始めに、継手条件入力の過程Ｓ１２で入力した評価対象のスポット溶接継手のナゲット径をＮＤｅとし、式（２）のＮＤにＮＤｅを代入して初期割れなし継手のＴＳＳを算出する。この計算により溶接ナゲット径がＮＤｅの初期割れなし継手のＴＳＳであるＦ２Ｔｅを得る。
始めに、継手条件入力の過程Ｓ１２で入力した評価対象のスポット溶接継手のナゲット径をＮＤｅとし、式（２）のＮＤにＮＤｅを代入して初期割れなし継手のＴＳＳを算出する。この計算により溶接ナゲット径がＮＤｅの初期割れなし継手のＴＳＳであるＦ２Ｔｅを得る。
【0038】
次に、式（１）を用いて初期割れ深さを算出する。すなわち、求めたＦ２Ｔｅを式（１）のＦ１Ｔに代入し、初期割れの深さＣＤについて解き、初期割れ深さＣＤｅを得る。
【0039】
これによれば、径がＮＤｅである溶接ナゲットでは初期割れ深さがＣＤｅで破断形態が変化（通常破断から割れ起点破断への変化）、すなわち、継手強度が低下するため、径がＮＤｅの溶接ナゲットでは初期割れ深さがＣＤｅまでは継手強度に影響を及ぼさないと推定することができる。
【0040】
１．３．２．継手強度に影響を及ぼさない溶接ナゲット径の限界の推定
始めに、継手条件入力の過程Ｓ１２で入力した評価対象のスポット溶接継手の初期割れ深さをＣＤｆとし、式（１）のＣＤにＣＤｆを代入してＴＳＳを算出する。この計算により初期割れ深さがＣＤｆのＴＳＳであるＦ１Ｔｆを得る。
始めに、継手条件入力の過程Ｓ１２で入力した評価対象のスポット溶接継手の初期割れ深さをＣＤｆとし、式（１）のＣＤにＣＤｆを代入してＴＳＳを算出する。この計算により初期割れ深さがＣＤｆのＴＳＳであるＦ１Ｔｆを得る。
【0041】
次に、式（２）を用いて溶接ナゲット径を算出する。すなわち、求めたＦ１Ｔｆを式（２）のＦ２Ｔに代入し、溶接ナゲット径について解き、溶接ナゲット径ＮＤｆを得る。
【0042】
これによれば、初期割れ深さＣＤｆでは溶接ナゲット径ＮＤｆで破断形態が変化（通常破断から割れ起点破断への変化）、すなわち、継手強度が低下するため、初期割れ深さがＣＤｆでは溶接ナゲット径ＮＤｆまでは継手強度に影響を及ぼさないと推定することができる。
【0043】
上記では式（１）、式（２）を用いて推定を行った。すなわちＴＳＳによる推定の過程を説明したが、これに加えて、又は、これに代えて式（３）、式（４）を用いてＣＴＳによる推定、式（５）、式（６）を用いてＬＴＳによる推定を行うことができる。その際には上記を式（１）の代わりに式（３）、式（５）を用い、式（２）の代わりに式（４）、式（６）を用い、ＴＳＳをＣＴＳ、ＬＴＳに読み替えればよい。
【0044】
２．効果等
本発明によれば、継手強度に影響を及ぼさない初期割れ深さの限界を推定することができる。これにより、評価対象のスポット溶接継手の溶接ナゲット径から、初期割れがどの深さまでであれば継手強度に影響を及ぼさないかを推定でき、初期割れの許容範囲を設定することができる。
さらに本発明においては、継手強度に影響を及ぼさない溶接ナゲット径の大きさを推定することができる。これにより、評価対象のスポット溶接継手の初期割れ深さから、初期割れを許容し得る溶接ナゲット径の大きさを設定することができる。
このように本発明によれば、評価対象の継手に対して都度引張試験を行うことなく初期割れ深さと継手強度との関係を精度良く推定することが可能で、継手性能の推定方法を用いて溶接部を備えた部材を製造することができる。
本発明によれば、継手強度に影響を及ぼさない初期割れ深さの限界を推定することができる。これにより、評価対象のスポット溶接継手の溶接ナゲット径から、初期割れがどの深さまでであれば継手強度に影響を及ぼさないかを推定でき、初期割れの許容範囲を設定することができる。
さらに本発明においては、継手強度に影響を及ぼさない溶接ナゲット径の大きさを推定することができる。これにより、評価対象のスポット溶接継手の初期割れ深さから、初期割れを許容し得る溶接ナゲット径の大きさを設定することができる。
このように本発明によれば、評価対象の継手に対して都度引張試験を行うことなく初期割れ深さと継手強度との関係を精度良く推定することが可能で、継手性能の推定方法を用いて溶接部を備えた部材を製造することができる。
【0045】
３．スポット溶接継手性能の推定装置
図１１は、上記したスポット溶接継手性能の推定方法Ｓ１０に沿って具体的に演算を行う１つの形態にかかるスポット溶接継手性能の推定装置７０の構成を概念的に表した図である。スポット溶接継手性能の推定装置７０は、入力手段７１、演算装置７２、および表示手段７８を有している。そして演算装置７２は、演算手段７３、ＲＡＭ７４、記憶手段７５、受信手段７６、および、出力手段７７を備えている。また、入力手段７１にはキーボード７１ａ、マウス７１ｂ、および記憶媒体の１つとして機能する外部記憶装置７１ｃが含まれている。
図１１は、上記したスポット溶接継手性能の推定方法Ｓ１０に沿って具体的に演算を行う１つの形態にかかるスポット溶接継手性能の推定装置７０の構成を概念的に表した図である。スポット溶接継手性能の推定装置７０は、入力手段７１、演算装置７２、および表示手段７８を有している。そして演算装置７２は、演算手段７３、ＲＡＭ７４、記憶手段７５、受信手段７６、および、出力手段７７を備えている。また、入力手段７１にはキーボード７１ａ、マウス７１ｂ、および記憶媒体の１つとして機能する外部記憶装置７１ｃが含まれている。
【0046】
演算手段７３は、いわゆるＣＰＵ（中央演算子）により構成されており、上記した各構成部材に接続され、これらを制御することができる手段である。また、記憶媒体として機能する記憶手段７５等に記憶された各種プログラムを実行し、これに基づいて上記したスポット溶接継手性能の推定方法Ｓ１０の各処理のためのデータ生成やデータベースからのデータの選択をする手段として演算をおこなうのも演算手段７３である。
【0047】
ＲＡＭ７４は、演算手段７３の作業領域や一時的なデータの記憶手段として機能する構成部材である。ＲＡＭ７４は、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、フラッシュメモリ等で構成することができ、公知のＲＡＭと同様である。
【0048】
記憶手段７５は、各種演算の根拠となるプログラムやデータが保存される記憶媒体として機能する部材である。また記憶手段７５には、プログラムの実行により得られた中間、最終の各種結果を保存することができてもよい。より具体的には記憶手段７５には、プログラムが記憶（保存）されている。またその他情報も併せて保存されていてもよい。
【0049】
ここで、保存されているプログラムには、上記したスポット溶接継手性能の推定方法Ｓ１０の各処理を演算する根拠となるプログラムが含まれる。すなわち、プログラムは、図１に示したスポット溶接継手性能の推定方法Ｓ１０の各過程に対応するように、初期割れ深さ又はナゲット径と継手強度の関係の導出の過程Ｓ１１で得た式（１）～式（６）が記憶手段７５に記憶され、継手条件入力の過程Ｓ１２による入力が入力手段７１に行われた結果により、継手性能推定の過程Ｓ１３で説明した演算を行うステップを含んでいる。
【0050】
受信手段７６は、外部からの情報を演算装置７２に適切に取り入れるための機能を有する構成部材であり、入力手段７１が接続される。いわゆる入力ポート、入力コネクタ等もこれに含まれる。
【0051】
出力手段７７は、得られた結果のうち外部に出力すべき情報を適切に外部に出力する機能を有する構成部材であり、モニター等の表示手段７８や各種装置がここに接続される。いわゆる出力ポート、出力コネクタ等もこれに含まれる。
【0052】
入力装置７１には、例えばキーボード７１ａ、マウス７１ｂ、外部記憶装置７１ｃ等が含まれる。キーボード７１ａ、マウス７１ｂは公知のものを用いることができ、説明は省略する。
外部記憶装置７１ｃは、公知の外部接続可能な記憶手段であり、記憶媒体としても機能する。ここには特に限定されることなく、必要とされる各種プログラム、データを記憶させておくことができる。例えば上記した記憶手段７５と同様のプログラム、データがここに記憶されていても良い。
外部記憶装置７１ｃとしては、公知の装置を用いることができる。これには例えばＣＤ－ＲＯＭおよびＣＤ－ＲＯＭドライブ、ＤＶＤおよびＤＶＤドライブ、ハードディスク、各種メモリ等を挙げることができる。
外部記憶装置７１ｃは、公知の外部接続可能な記憶手段であり、記憶媒体としても機能する。ここには特に限定されることなく、必要とされる各種プログラム、データを記憶させておくことができる。例えば上記した記憶手段７５と同様のプログラム、データがここに記憶されていても良い。
外部記憶装置７１ｃとしては、公知の装置を用いることができる。これには例えばＣＤ－ＲＯＭおよびＣＤ－ＲＯＭドライブ、ＤＶＤおよびＤＶＤドライブ、ハードディスク、各種メモリ等を挙げることができる。
【0053】
また、その他、ネットワークや通信により受信手段７６を介して演算装置に情報が提供されてもよい。同様にネットワークや通信により出力手段７７を介して外部の機器に情報を送信することができてもよい。
【0054】
このようなスポット溶接継手性能の推定装置７０によれば、上記説明した継手性能推定方法Ｓ１０を効率的に精度よく行なうことが可能となる。このような継手性能推定装置７０としては例えばコンピュータを用いることができ、プログラムはコンピュータプログラムとすることができる。
【実施例0055】
以下、実施例により、本発明に係るスポット溶接継手性能の推定方法について、より詳しく説明する。ただし、本発明は実施例に限定されるものではない。
【0056】
評価対象としたのは板厚１．６ｍｍの９８０ＭＰａ級鋼板を用いたスポット溶接の引張せん断解析用の継手である。
【0057】
初期割れ深さ又はナゲット径と継手強度の関係の導出の過程Ｓ１１では、溶接ナゲット径の大きさを３×ｔ０．５（ｍｍ）、４×ｔ０．５（ｍｍ）、５×ｔ０．５（ｍｍ）のそれぞれについて、初期割れ深さを０．０ｍｍ（割れなし）から１．４ｍｍまで０．１ｍｍごとに図２に示したように解析モデルを作成した。そしてそれぞれの解析モデルに対して引張条件のＦＥＭ解析により、上記説明したようにして式（１）、式（２）に対応する式（１）’、式（２）’を得た。具体的には次の通りである。ここで近似式は表計算ソフトウエア（マイクロソフトExcel）を用いて最小二乗法により求めた。なお、本例は引張せん断解析用の継手についての例であるが、参考として十字引張強さ解析用の継手も解析して式（３）、式（４）に対応する式（３）’、式（４）’を得た。
Ｆ１Ｔ＝－１７．１・ＣＤ＋３２．０ …（１）’
Ｆ２Ｔ＝６．７・ＮＤ－１３．２ …（２）’
Ｆ１Ｃ＝－３．５・ＣＤ＋１０．３ …（３）’
Ｆ２Ｃ＝１．５・ＮＤ－０．３ …（４）’
Ｆ１Ｔ＝－１７．１・ＣＤ＋３２．０ …（１）’
Ｆ２Ｔ＝６．７・ＮＤ－１３．２ …（２）’
Ｆ１Ｃ＝－３．５・ＣＤ＋１０．３ …（３）’
Ｆ２Ｃ＝１．５・ＮＤ－０．３ …（４）’
【0058】
次に、継手条件入力の過程Ｓ１２で、溶接ナゲット径が４．５×ｔ０．５（≒５．７ｍｍ）の溶接部を有する継手を対象とした。
そして、継手性能推定の過程Ｓ１３で、式（１）’および式（２）’から初期割れ深さ０．４ｍｍで破断形態が変化、すなわち、継手強度が低下するため、初期割れ深さ０．４ｍｍまでは継手強度に影響を及ぼさないことが推定される。
そして、継手性能推定の過程Ｓ１３で、式（１）’および式（２）’から初期割れ深さ０．４ｍｍで破断形態が変化、すなわち、継手強度が低下するため、初期割れ深さ０．４ｍｍまでは継手強度に影響を及ぼさないことが推定される。
【0059】
また、継手条件入力の過程Ｓ１２で、割れ深さを０．３ｍｍの溶接部を有する継手を対象とした。
そして継手性能推定の過程Ｓ１３で、式（１）’および式（２）’より溶接ナゲット径５．９６ｍｍで破断形態が変化、すなわち、継手強度が低下するため、溶接ナゲット径５．９６ｍｍまでは継手強度に影響を及ぼさないことが推定される。
そして継手性能推定の過程Ｓ１３で、式（１）’および式（２）’より溶接ナゲット径５．９６ｍｍで破断形態が変化、すなわち、継手強度が低下するため、溶接ナゲット径５．９６ｍｍまでは継手強度に影響を及ぼさないことが推定される。
【符号の説明】
【0060】
２０ スポット溶接によるＴＳＳを得るための継手の解析モデル
４０ スポット溶接によるＣＴＳを得るための継手の解析モデル
６０ スポット溶接によるＬＴＳを得るための継手の解析モデル
７０ スポット溶接継手性能の推定装置
Ｓ１０ スポット溶接継手性能の推定方法
Ｓ１１ 初期割れ深さ又はナゲット径と継手強度の関係の導出の過程
Ｓ１２ 継手条件入力の過程
Ｓ１３ 継手性能推定の過程
４０ スポット溶接によるＣＴＳを得るための継手の解析モデル
６０ スポット溶接によるＬＴＳを得るための継手の解析モデル
７０ スポット溶接継手性能の推定装置
Ｓ１０ スポット溶接継手性能の推定方法
Ｓ１１ 初期割れ深さ又はナゲット径と継手強度の関係の導出の過程
Ｓ１２ 継手条件入力の過程
Ｓ１３ 継手性能推定の過程
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】