CN110603115A - 层叠造型部件的接合方法及结构体、以及层叠造型部件 - Google Patents

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Abstract

提供一种层叠造型部件的接合方法及结构体、以及层叠造型部件，能够在不受层叠造型部件的尺寸、形状的复杂度制约的情况下，简单且高品质地制作。层叠造型部件通过在熔敷焊道层上反复层叠下一层的所述熔敷焊道层而造型，该熔敷焊道层由使用电弧而使焊料熔融并凝固的熔敷焊道形成。将这些多个层叠造型部件经由与层叠一起造型出的焊接接头焊接，从而形成一体的结构体。

Description

层叠造型部件的接合方法及结构体、以及层叠造型部件
技术领域
本发明涉及层叠造型部件的接合方法及结构体、以及层叠造型部件。
背景技术
近年来，作为生产手段的3D打印的需求不断变高。特别是关于将金属材料应用于造型材料的技术，在航空业界等中正在进行面向其实用化的研究开发。在使用金属材料来进行造型的3D打印中，使用电弧、激光等热源来使金属粉体、金属线熔融，并通过层叠熔融金属而得到造型物。例如在专利文献1中记载了像这样层叠熔融金属来制造造型物的技术。
在专利文献1中记载了一种模具的制造方法，该模具的制造方法包括如下工序：生成表现模具的形状的形状数据；基于所生成的形状数据，将模具分割为沿着等高线的层叠体；以及基于所得到的层叠体的形状数据，制作供给焊料的焊炬的移动路线。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本国专利第3784539号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，根据专利文献1所记载的技术，能够制造的层叠造型物的大小根据制造装置而受到限制。例如，在制造装置为在多关节臂的前端部具备焊炬的焊接机器人的情况下，所制造的层叠造型物的大小为多关节臂的可动范围内的大小。因此，难以制作可动范围以上的大小的层叠造型物。
另外，在层叠结构物是在中途具有细径部的外伸形状、或者具有折回部的形状、进而在桁架结构的节点部分、弦构件与斜向构件交叉的T字形、Y字形、K字形的接头(TYK接头)部分等更复杂的形状的情况下，有时难以通过一次层叠造型来制作层叠结构物。
通常，在层叠造型物的制造中，以通过一次制造工序来制作整个结构物作为前提。这是因为，通过一次进行层叠造型，从而可进行减少了工时的高效率的制造，并且，可将尺寸变化、材料的品质变化抑制在最小限度。因此，若上述那样的层叠结构物的大小过大、或是复杂形状，则有时无法应用通常的层叠造型物的制造，对层叠造型物的制造产生制约。
本发明的目的在于，提供一种能够在不受层叠造型部件的尺寸、形状的复杂度制约的情况下，简单且高品质地制作的层叠造型部件的接合方法及结构体、以及层叠造型部件。
用于解决课题的手段
本发明包括下述结构。
(1)一种层叠造型部件的接合方法，在所述层叠造型部件的接合方法中，将多个层叠造型部件经由焊接接头进行焊接而成为一体的结构体，所述层叠造型部件是在由使用电弧而使焊料熔融并凝固的熔敷焊道形成的熔敷焊道层上反复层叠下一层的所述熔敷焊道层而造型成的，所述焊接接头是与所述层叠一起造型而成的。
根据该层叠造型部件的接合方法，通过将多个层叠造型部件经由由熔敷焊道层造型出的焊接接头来焊接，从而制作一体的结构体，该层叠造型部件由多个熔敷焊道构成的熔敷焊道层层叠造型而成。因此，能够制作比通过制造装置能够造型的层叠造型部件的最大尺寸大的结构体。另外，即使在结构体具有复杂的形状的情况下，也能够在不产生制约的情况下简单且高品质地制作结构体。
(2)根据(1)所述的层叠造型部件的接合方法，其中，所述熔敷焊道层由配置成多列的所述熔敷焊道形成，将所述下一层的熔敷焊道层以从前一层的熔敷焊道层的层端缘在层面内向一方向错开的方式层叠，从而造型所述焊接接头的坡口形状。
根据该层叠造型部件的接合方法，由于通过层叠造型形成焊接接头的形状，因此与通过切削等后加工来形成焊接接头的情况相比，能够削减加工工时。
(3)根据(1)或(2)所述的层叠造型部件的接合方法，
其中，
在所述焊接接头配置垫板，将所述层叠造型部件彼此与所述垫板一起进行焊接。
根据该层叠造型部件的接合方法，层叠造型部件与被焊接部件被牢固地焊接。
(4)根据(3)所述的层叠造型部件的接合方法，其中，
在所述熔敷焊道形成使所述熔敷焊道的焊道延伸设置方向端部弯曲而成的弯曲部，
在前一层的熔敷焊道层上反复层叠所述下一层的熔敷焊道层，并通过所述弯曲部造型所述垫板。
根据该层叠造型部件的接合方法，垫板与层叠造型部件一体造型，因此无需另行准备作为垫板的构件，另外，无需固定垫板。因而，能够容易地进行层叠造型部件与被焊接部件的焊接。
(5)根据(3)所述的层叠造型部件的接合方法，其中，
所述熔敷焊道层由配置成多列的所述熔敷焊道形成，
以将所述熔敷焊道层中的所述熔敷焊道的排列方向的一端部在所述熔敷焊道层内向焊道延伸设置方向的一侧错开的方式来造型所述垫板。
根据该层叠造型部件的接合方法，垫板与层叠造型部件一体造型，因此无需另行准备作为垫板的构件，另外，无需固定垫板。因而，能够容易地进行层叠造型部件与被焊接部件的焊接。
(6)根据(1)所述的层叠造型部件的接合方法，其中，
所述熔敷焊道层由环状的熔敷焊道形成，
将所述下一层的熔敷焊道层在前一层的熔敷焊道层中的所述环状的内周侧和外周侧中的至少一方层叠，从而在所述层叠造型部件造型所述焊接接头。
根据该层叠造型部件的接合方法，由于通过造型形成焊接接头，因此与通过切削等后加工来形成焊接接头的情况相比，能够削减加工工时。
(7)一种结构体，其通过将多个层叠造型部件彼此经由焊接接头相互焊接而成，所述层叠造型部件是使焊料熔融并凝固而成的熔敷焊道层层叠而得到的，所述焊接接头是所述熔敷焊道层层叠而成的。
根据该结构体，由于多个层叠造型部件被焊接而构成为一体，因此能够得到比制作各个层叠造型部件的制造装置可造型的最大尺寸大的尺寸。另外，得到即使结构体具有无法一次层叠造型的复杂形状，也能够简单地制造结构体的结构。
(8)根据(7)所述的结构体，其中，所述焊接接头为对接接头、T字接头、十字接头、角接接头、垫板接头、搭接接头、端接接头中的至少任一方。
根据该结构体，能够以较高的焊接强度来接合层叠造型部件。
(9)根据(7)或(8)所述的结构体，其中，所述层叠造型部件呈圆筒状，所述层叠造型部件彼此同轴地焊接。
根据该结构体，成为圆筒状的层叠造型部件同轴地接合的结构，容易得到轴长较长的管体。
(10)根据(7)至(9)中任一项所述的结构体，其中，在所述焊接接头设置有所述熔敷焊道层层叠而得到的垫板，所述层叠造型部件彼此与所述垫板一起被焊接。
根据该结构体，层叠造型部件与被焊接部件被牢固地焊接。
(11)一种层叠造型部件，其构成(7)至(10)中任一项所述的结构体，其中，
能够焊接于与所述层叠造型部件不同的其他层叠造型部件的所述焊接接头由层叠的所述熔敷焊道层造型而成。
根据该层叠造型部件，由于为层叠造型部件彼此能够经由层叠造型出的焊接接头进行焊接的结构，因此能够使接合结构变得简单，也能够削减用于接合的工时。
(12)一种层叠造型部件，其构成(7)至(10)中任一项所述的结构体，其中，
能够焊接于被焊接部件的所述焊接接头由层叠的所述熔敷焊道层造型而成。
根据该层叠造型部件，通过将层叠造型部件焊接于与该层叠造型部件不同的其他被焊接部件，从而能够简单地得到任意形状的结构体。
发明效果
根据本发明，能够在不受层叠造型部件的尺寸、形状的复杂度制约的情况下简单且高品质地制造结构体。
附图说明
图1是用于层叠造型部件的制作的制造装置的结构图。
图2A是示出结构体的一结构例的层叠造型部件的分解立体图。
图2B是示出结构体的一结构例的整体立体图。
图3A是示出第一结构例的层叠造型部件的制作步骤的工序说明图。
图3B是示出第一结构例的层叠造型部件的制作步骤的工序说明图。
图3C是示出第一结构例的层叠造型部件的制作步骤的工序说明图。
图4A是示出第一结构例的将层叠造型部件与被焊接部件接合的步骤的工序说明图。
图4B是示出第一结构例的将层叠造型部件与被焊接部件接合的步骤的工序说明图。
图5是示出层叠造型部件和被焊接部件的变形例的示意性的主要部位立体图。
图6是示出被焊接部件的其他例子的示意性的主要部位立体图。
图7是示出在前一层熔敷焊道的正上方层叠有熔敷焊道的情形的示意性说明图。
图8A是示意性示出通过造型而形成的焊接接头的坡口形状的剖视图。
图8B是示意性示出通过造型而形成的焊接接头的坡口形状的剖视图。
图8C是示意性示出通过造型而形成的焊接接头的坡口形状的剖视图。
图8D是示意性示出通过造型而形成的焊接接头的坡口形状的剖视图。
图9是第二结构例的层叠造型部件和被焊接部件的剖视图。
图10A是示意性示出作为第二结构例的变形例的层叠造型部件和被焊接部件的剖视图。
图10B是示意性示出作为第二结构例的变形例的层叠造型部件和被焊接部件的剖视图。
图11是第三结构例的层叠造型部件和被焊接部件的剖视图。
图12A是示出第四结构例的层叠造型部件的造型作步骤的说明图。
图12B是示出第四结构例的层叠造型部件的造型作步骤的说明图。
图12C是示出第四结构例的层叠造型部件的造型作步骤的说明图。
图13A是示出图12C所示的层叠造型部件与被焊接部件的焊接步骤的示意性立体图。
图13B是示出图12C所示的层叠造型部件与被焊接部件的焊接步骤的示意性立体图。
图14A是示意性示出图13A所示的层叠造型部件与被焊接部件的焊接接头的剖视图。
图14B是示意性示出将图14A的焊接接头设为V型坡口的情况下的层叠造型部件和被焊接部件的剖视图。
图15是示出将图13A所示的熔敷焊道的延伸设置方向设为与焊接接头的开口的深度方向正交的方向的情况下的、层叠造型部件与被焊接部件的焊接步骤的示意性立体图。
图16A是示出层叠造型部件和被焊接部件的示意性立体图。
图16B是示出通过层叠造型部件和被焊接部件而形成有焊接接头的状态的示意性立体图。
图17是示出对层叠造型部件与被焊接部件进行焊接的情形的说明图。
图18是示出第五结构例的圆筒状的层叠造型部件与圆筒状的被焊接部件的立体图。
图19A是示出图18的XIX-XIX线剖面的剖视图。
图19B是示出使图19A所示的层叠造型部件与被焊接部件嵌合的状态的剖视图。
图20是示出对层叠造型部件与被焊接部件进行焊接以制作结构体的情形的说明图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。本发明的结构体是对于通过后述的层叠造型工序而形成的多个层叠造型部件、借助于在该层叠造型工序中一起造型的焊接接头进行焊接而得到的。由此，能够制造比由于制造装置的可动范围的制约而作为一个层叠造型部件所能够制作的最大尺寸大的结构体。
图1是用于层叠造型部件的制作的制造装置的结构图。
本结构的制造装置100具备层叠造型装置11以及对层叠造型装置11进行统一控制的控制器15。层叠造型装置11具有在前端轴包括焊炬17的焊接机器人19、以及向焊炬17供给焊料(焊接线)M的焊料供给部21。控制器15具有CAD/CAM部31、轨道运算部33、存储部35以及与它们连接的控制部37。
焊接机器人19为多关节机器人，焊料M被支承为能够向设置于前端轴的焊炬17连续供给。焊炬17的位置、姿态能够在机器人臂的自由度的范围内三维地任意设定。
焊炬17具有未图示的保护喷嘴，从保护喷嘴供给保护气体。作为电弧焊接法，可以是保护电弧焊、二氧化碳电弧焊接等自耗电极式、TIG焊接、等离子体电弧焊接等非自耗电极式中的任一方，也可以根据制作的层叠造型体来适当选择。
例如，在自耗电极式的情况下，在保护喷嘴的内部配置导电嘴，被供给熔融电流的焊料M保持于导电嘴。焊炬17在保持焊料M的同时，在保护气体气氛中从焊料M的前端产生电弧。焊料M通过安装于机器人臂等的未图示的取出机构而从焊料供给部21向焊炬17送给。然后，若使焊炬17移动并且使连续送给的焊料M熔融以及凝固，则在基座27上形成线状的熔敷焊道25。
CAD/CAM部31被输入要制作的层叠造型部件23的形状数据，基于该形状数据，分割为相互平行的多个层P(1)……P(n)，并生成表示各层P(1)……P(n)的形状的层形状数据。轨道运算部33基于所生成的层形状数据而求出焊炬17的移动轨迹。存储部35存储所生成的层形状数据、焊炬17的移动轨迹等数据，还存储使焊炬17移动的驱动程序。
控制部37通过执行基于存储于存储部35的层形状数据、焊炬17的移动轨迹的驱动程序，来驱动焊接机器人19。换句话说，焊接机器人19按照来自控制器15的指令，基于由轨道运算部33生成的焊炬17的移动轨迹，一边利用电弧使焊料M熔融一边移动焊炬17。在图1中，示出了在由钢板构成的基座27上层叠熔敷焊道25以造型圆筒状的层叠造型部件23的情形。
图1所示的层叠熔敷焊道25而造型出的层叠造型部件23具有制造装置100所能够制作的最大尺寸以下的尺寸。在图2A中示出了结构体的一结构例。在此，与层叠造型部件23分开地准备其他层叠造型部件23Ua、23Da。这些层叠造型部件23Ua、23Da均由上述的制造装置100造型，且尺寸为制造装置100的可造型的最大尺寸以下。
如图2B所示，关于3个层叠造型部件23、23Ua、23Da，以在层叠造型部件23的上方配置有层叠造型部件23Ua、在层叠造型部件23的下方配置有层叠造型部件23Da的状态，对彼此的接合部进行焊接。由此，制作一体的结构体29。
在以上述方式得到的结构体29中，由于多个层叠造型部件23、23Ua、23Da经由在层叠造型部件的层叠造型工序中一起造型出的焊接接头而焊接，因此具有比层叠造型部件的制造装置100能够造型的最大的层叠造型部件的尺寸大的尺寸。换句话说，能够制作比制造装置100的可造型的最大尺寸大的层叠造型物。在此所例示的结构体29由3个部件构成，但并不局限于此，可以是任意个数。另外，层叠造型部件23、23Ua、23Da彼此经由各自所形成的焊接接头而焊接。作为焊接接头的结构，在例如对接接头的情况下，能够采用设置各种坡口形状、垫板等各种方式。另外，焊接接头并不局限于对接接头，也可以是其他各种的焊接接头。
有时即使结构体比可造型的最大尺寸小，但由于结构体的形状复杂而难以通过一次层叠造型进行制作。在这样的情况下，在将结构体的形状分割为多个层叠造型部件，并造型出各层叠造型部件之后，经由焊接接头而彼此焊接，由此能够在不受形状的复杂度制约的情况下，简单且高品质地制作结构体。
以下，对具有坡口形状的层叠造型部件23的造型方法以及层叠造型部件23的接合方法进行说明。结构体29并不局限于仅将多个层叠造型部件接合的方式，接合对象的一部分也可以是层叠造型部件以外的部件。因此，在以下的说明中，将与层叠造型部件接合的对象构件作为“被焊接部件”来进行说明。换句话说，被焊接部件既可以是层叠造型部件，也可以是通过其他加工方法制作出的部件。
＜第一结构例＞
在以下的说明中，特别是对用于将图2B所示那样的层叠造型部件23、23Ua、23Da彼此焊接的焊接接头的造型步骤进行说明。图3A、图3B、图3C是示出第一结构例的层叠造型部件的造型步骤的示意性说明图。
在本结构的对接焊接接头的造型中，如图3A所示，首先，在基座27上造型由多列熔敷焊道25构成的熔敷焊道层(第一层的熔敷焊道层34A)。
接着，如图3B所示，在第一层的熔敷焊道层34A上，以从第一层的熔敷焊道层34A的层端缘36a在层面内沿熔敷焊道25的延伸设置方向K错开的方式层叠并造型第二层的熔敷焊道层34B。同样地，以从第二层的熔敷焊道层34B的层端缘36b在层面内沿熔敷焊道25的延伸设置方向K错开的方式层叠第三层的熔敷焊道层34C。通过重复上述那样的熔敷焊道25的层叠，从而如图3C所示那样，通过熔敷焊道层34A、34B、34C的层端缘36a、36b、36c得到具有图中用虚线示出的焊接接头(包括坡口)41的层叠造型部件23。
在图示例子中，示出了3层熔敷焊道层，但实际上通过更多层熔敷焊道层来形成坡口。另外，图示范围为整个层叠造型部件的一部分的范围。图3C为取下图3B所示的基座27后的、具有“レ”型坡口形状的焊接接头(JIS Z 3001)41的层叠造型部件23。
如图4A所示，以上述方式造型出的层叠造型部件23以与作为接合对象的被焊接部件39抵接的方式配置。在图示例子中，关于焊接接头41的形状，为了容易理解，用实线示出了大致外形。另外，在此所示的被焊接部件39作为与上述的层叠造型部件23同样地通过多个熔敷焊道层造型出的部件而示出。并且，如图4B所示，通过经由焊接接头41焊接的焊接部43，制作出层叠造型部件23与被焊接部件39一体化后的结构体29A。
作为将层叠造型部件23与被焊接部件39焊接的焊接装置，能够原样地使用造型层叠造型部件的制造装置100的焊接机器人19，但也可以另外使用其他焊接装置。
本结构的结构体29A通过将层叠造型部件23与被焊接部件39经由与层叠造型部件23的层叠造型工序一起造型出的焊接接头焊接而被制作。因此，能够不受制造装置100的可动范围限制地制作比层叠造型部件的制造装置100可造型的最大尺寸大的结构体29A。另外，在结构体29A具有复杂的形状的情况下，也能够在不产生制约的情况下简单且高品质地制作结构体29A。此外，由于与层叠造型部件23的层叠造型工序一起地形成焊接接头，因此与通过切削加工等来形成焊接接头的情况相比，能够削减加工工时。
＜变形例＞
图5是示出层叠造型部件和被焊接部件的变形例的示意性的主要部位立体图。
在变形例的层叠造型部件23A中，将各熔敷焊道层34A、34B、34C，34D以相对于熔敷焊道25的延伸设置方向K沿正交方向错开的方式进行造型。这样，通过将熔敷焊道25在熔敷焊道层内向一方向错开，从而造型出“レ”型坡口形状的焊接接头41A。关于其他部分，与第一结构例相同。在以下的说明中，对于相同部分，通过标注相同的附图标记或者相当的附图标记而简化或省略其说明。
根据本结构的层叠造型部件23A，由于以使熔敷焊道25连续地较长的方式造型焊接接头41A，因此与第一变形例的情况相比，可加快焊接接头41A的造型速度并缩短生产节拍时间。
如图6所示，被焊接部件39也可以是通过机械加工等制作的任意部件。在该情况下，也通过将层叠造型部件23与被焊接部件39A经由“レ”型坡口形状的焊接接头41焊接来制作结构体。
在上述例子中，如图3B所示，将熔敷焊道25以从前一层的熔敷焊道25朝向沿着熔敷焊道25的基座27上表面的焊道排列方向错开焊道排列的间距Pt的一半(Pt/2)的方式进行层叠。根据该层叠结构，在熔敷焊道之间不容易产生间隙，但并不局限于此。例如，也可以如图7所示意性地示出那样，将熔敷焊道25在前一层的熔敷焊道的正上方层叠、即以相同的间距Pt在相同相位层叠。在该情况下，能够使焊炬的移动路线在各层共通，从而能够进一步简化层叠处理。熔敷焊道25的剖面形状并非为完美的圆形，而呈朝向相邻的熔敷焊道扩宽的扁平状。因此，图示例子中的熔敷焊道之间的间隙实际上更小。
＜其他变形例＞
图8A～图8D是示意性示出通过造型形成的焊接接头的坡口形状的剖视图。
前述的焊接接头41为图8A所示那样的“レ”型坡口的焊接接头。
此外，焊接接头41也可以是如图8B所示那样由层叠造型部件23B与被焊接部件39B形成的V型坡口的焊接接头41B，也可以是图8C所示的形成于层叠造型部件23C的K型坡口的焊接接头41C，还可以是图8D所示的形成于层叠造型部件23D和被焊接部件39C的X型坡口的焊接接头41D。焊接接头除了上述的坡口形状以外，还可以是I型、J型、两面J型、U型、H型等其他坡口形状。
＜第二结构例＞
接下来，对使用垫板焊接层叠造型部件的焊接接头的结构进行说明。
图9是第二结构例的层叠造型部件和被焊接部件的剖视图，示出使用垫板对焊接接头进行焊接的情况。
在本结构例中，在通过图9中的进深方向(纸面垂直方向)上层叠单个熔敷焊道25而形成的层叠造型部件23与同样地沿进深方向延伸的平板状的被焊接部件39的焊接接头41E，配置垫板45。通过对该垫板45、层叠造型部件23、以及被焊接部件39进行焊接，从而得到成为一体的结构体。垫板45既可以是与层叠造型部件23和被焊接部件39分开地准备的、通过熔敷焊道层叠造型的板材，也可以是通过层叠造型部件的制造装置100与层叠造型部件23同时地造型出的构件。此外，也可以将垫板45设为通过层叠造型以外的加工而制作出的板材。
根据该结构体，能够通过单面焊接来将层叠造型部件23与被焊接部件39接合。垫板45使用适合于层叠造型部件23与被焊接部件39的接合的构件，或者使用与层叠造型部件23为相同材质的构件。
＜变形例＞
图10A、图10B是示意性示出作为第二结构例的变形例的层叠造型部件和被焊接部件的剖视图。
图10A是在图8A所示的“レ”型坡口的焊接接头41配置有垫板45的结构。另外，图10B是在图8B所示的V型坡口的焊接接头41B配置有垫板45的结构。
在任一情况下，垫板45均既可以是另行准备的层叠造型出的板材，也可以是与层叠造型部件同时造型出的部分。根据该结构，层叠造型部件彼此与垫板45一起焊接，从而双方的部件牢固地接合。另外，能够削减保护气体的使用量和作业时间，可高效地进行焊接。
＜第三结构例＞
接下来，对与层叠造型部件一体地造型有垫板的结构体的结构进行说明。
图11是一体地造型有垫板的层叠造型部件23、以及焊接于层叠造型部件23的被焊接部件39的剖视图。
本结构例的层叠造型部件23设置弯曲部，该弯曲部通过使熔敷焊道25的焊道延伸设置方向端部呈大致曲柄状地弯曲与被焊接部件39的厚度相应的量而成。该熔敷焊道25在图11中的进深方向(纸面垂直方向)层叠，从而得到弯曲部形成为垫板47的层叠造型部件23。并且，垫板47以与沿进深方向延伸的平板状的被焊接部件39的焊接背面39a相向的方式构成焊接接头41F。
根据本结构，通过与层叠造型部件23一体地造型垫板47，从而无需另行准备作为垫板的构件，能够简化焊接接头41F的焊接工序。
＜第四结构例＞
接下来，对使用了与焊接接头一体地造型有垫板的层叠造型部件的结构体的结构进行说明。
图12A～图12C是示出通过长度不同的多个熔敷焊道25而一体地造型有坡口和垫板的层叠造型部件的造型作步骤的说明图。
关于本结构的层叠造型部件，首先，如图12A所示那样，在基座27上形成多列熔敷焊道25，并且关于坡口和垫板的部位，通过变更熔敷焊道25的延伸设置方向K的长度、形成位置而形成。换句话说，将熔敷焊道25的排列方向(延伸设置方向K的正交方向)一端部的熔敷焊道以在熔敷焊道层内向焊道延伸设置方向的一侧错开的方式形成。由此，造型第一层的熔敷焊道层34A。
接着，如图12B所示那样，在第一层的熔敷焊道层34A之上层叠具有与第一层的熔敷焊道层34A相同的长度(形状)的熔敷焊道25，从而形成与第一层的相同的形状的第二层的熔敷焊道层34B。以下以同样的方式依次在前一层的熔敷焊道层上层叠第三层的熔敷焊道层34C、第四层熔敷焊道层34D。由此，如图12C所示，造型出一体形成有具有坡口的焊接接头41和垫板47A的层叠造型部件23E。图12C示出了取下图12B所示的基座27后的、具有“レ”型坡口形状的焊接接头41的层叠造型部件23E。
图13A、图13B是示出图12C所示的层叠造型部件23E与被焊接部件39的焊接步骤的示意性立体图。
如图13A所示，在层叠造型部件23E的垫板47A以对接的方式配置预先准备的被焊接部件39。在图示例子中，关于焊接接头41、垫板47A的形状，为了容易理解而用实线示出了外形。
如图13B所示，通过将层叠造型部件23E与被焊接部件39经由焊接接头41进行焊接而得到的焊接部43，制作出层叠造型部件23E与被焊接部件39一体化的结构体29B。图示例子的被焊接部件39与本结构例的层叠造型部件23E同样地，在层叠造型部件23E的厚度方向上形成有多个熔敷焊道层。被焊接部件39也可以是通过机械加工等另行制作的任意部件。
＜变形例＞
图14A是示出上述的图13A所示的层叠造型部件23E与被焊接部件39的焊接接头的说明图。在该图中，示出了一体地造型有“レ”型坡口的焊接接头41和垫板47A的层叠造型部件23E、以及层叠多个熔敷焊道层而成的被焊接部件39的焊接前的状态。
图14B示出了通过同样的步骤制作出的一体地造型有V型坡口的焊接接头41B和垫板47A的层叠造型部件23F、以及被焊接部件39的焊接前的状态。焊接接头的坡口形状除了“レ”型、V型以外，也可以与上述同样地为K型、X型、I型、J型、两面J型、U型、H型等任意形状。
在上述的层叠造型部件23E(与23F相同)、被焊接部件39中，熔敷焊道25的延伸设置方向K与焊接接头41的开口的深度方向平行，但并不局限于此。例如，也可以如图15所示那样，将熔敷焊道25的延伸设置方向K设为与焊接接头41的开口的深度方向正交的方向。另外，熔敷焊道25的层叠位置既可以如图示例子那样为前一层熔敷焊道的正上方，也可以错开焊道排列的间距Pt的一般来层叠。
＜第五结构例＞
接下来，对将第五结构例的结构体应用于T字接头的例子进行说明。
图16A是示出层叠造型部件23G和被焊接部件39D的示意性立体图，图16B是示出通过层叠造型部件23G和被焊接部件39D而形成有焊接接头的状态的示意性立体图。
如图16A所示，层叠造型部件23G是层叠有由多个熔敷焊道25构成的熔敷焊道层的板状构件，在一端部形成具有从板厚方向倾斜的“レ”型坡口的焊接接头41。
被焊接部件39D是层叠有由多个熔敷焊道25构成的熔敷焊道层的板状构件。在被焊接部件39D的与层叠造型部件23G接合的接合侧的板面通过层叠造型形成有倒置焊道26。倒置焊道26沿着接合的层叠造型部件23G的坡口形成。被焊接部件39D可以是通过其他加工方法制作出的部件，倒置焊道26可以是将另行准备的板材、棒材安装于被焊接部件39D的结构。倒置焊道26也可以由多根熔敷焊道25构成。
如图16B所示，关于层叠造型部件23G和被焊接部件39D，以配置为倒置焊道26在焊接接头41的背面侧具有规定的间隙的方式，将层叠造型部件23G的焊接接头41从与被焊接部件39D的板面垂直的方向抵接于该板面。换句话说，通过层叠造型部件23G和被焊接部件39D构成T字接头，并通过对该T字接头进行焊接来将双方的部件接合。
图17是示出对层叠造型部件23G与被焊接部件39D进行焊接的情形的说明图。
如该图所示，被焊接部件39D将板面沿铅垂方向配置，层叠造型部件23G将板面沿水平方向配置。并且，使图1所示的焊接机器人19的焊炬17从层叠造型部件23G的上方沿着焊接接头41的坡口移动，同时进行焊接。
此时，焊料M与接头母材熔融而得到的熔液被倒置焊道26拦截，被放置从坡口落下。因此，熔液被贮留在由层叠造型部件23G的坡口、被焊接部件39D、以及倒置焊道26围起的区域内而凝固，从而形成焊接部43。
根据本结构，在单侧角焊中，通过倒置焊道26截止向焊接部的背侧熔融流出的熔液，从而能够形成完全熔透的焊接接头。在该情况下，在不会产生未熔敷部情况下漂亮地形成背侧的焊道，因此能够防止接合部中的龟裂的进展，并能够提高焊接强度。另一方面，在取代倒置焊道26而另行设置垫板进行了焊接的情况下，在垫板与被焊接部件39D之间、或者在垫板与层叠造型部件23G之间，有可能产生未熔敷部。在该情况下，由于在负载的负荷的作用下未熔敷部的剥离、龟裂的进展，有可能焊接强度变得不充分。
本结构的焊接接头41为与图5所示的焊接接头41A同样的坡口，但也可以如图4A所示的焊接接头41那样，为变更了熔敷焊道的方向的结构。
＜第六结构例＞
接下来，对通过焊接而一体形成了圆筒状的层叠造型部件和圆筒状的被焊接部件的结构体进行说明。
图18是示出圆筒状的层叠造型部件23H和圆筒状的被焊接部件39E的立体图。
本结构的层叠造型部件23H具有圆筒状的主体部49、以及与主体部49的轴向一端部的内周面接触地设置且向轴向外侧突出的内侧圆筒部51。主体部49和内侧圆筒部51分别通过呈螺旋状或者圆环状地层叠有熔敷焊道25的熔敷焊道层来造型。换句话说，层叠造型部件23H由主体部49与内侧圆筒部51一体地造型而成，从内侧圆筒部51的主体部49突出的部分成为能够与不同于层叠造型部件23H的其他部件焊接的焊接接头。
被焊接部件39E是通过呈螺旋状或者圆环状地层叠有熔敷焊道25的熔敷焊道层而造型成圆筒状的层叠造型部件。被焊接部件39E的内径造型为比层叠造型部件23H的内侧圆筒部51的外径稍大。
图19A是示出图18的XIX-XIX线剖面的剖视图，图19B是示出使层叠造型部件23H与被焊接部件39E嵌合的状态的剖视图。
如图19A、图19B所示，被焊接部件39E沿着圆筒轴插入层叠造型部件23H的内侧圆筒部51。由此，在层叠造型部件23H的内侧圆筒部51的外周以抵接的状态同轴地嵌合被焊接部件39E的内周。此时，在形成于层叠造型部件23H的主体部49与内侧圆筒部51之间的径向的台阶部53、与被焊接部件39E的插入前端侧的端部55之间，预留有环状的轴向的间隙57。通过该间隙57，将作为层叠造型部件23H的主体部49的一端的台阶部53和被焊接部件39E的端部55作为焊接接头41C、将内侧圆筒部51作为垫板来发挥功能。
图20是示出将层叠造型部件23H与被焊接部件39E焊接来制作结构体的情形的说明图。
在已使层叠造型部件23H与被焊接部件39E嵌合的状态下，使焊炬17(也参照图1)在上述的间隙57内沿着周向移动，同时对层叠造型部件23H与被焊接部件39E进行焊接。由此，在间隙57形成焊接部43，得到一体形成有层叠造型部件23H与被焊接部件39E的结构体29C。
根据本结构的结构体29C，通过对小型的层叠造型部件(层叠造型部件23H、被焊接部件39E)彼此进行焊接，从而能够容易地制作超过例如图1所示的焊接机器人19的可动范围的尺寸的结构体。另外，能够简单且高品质地制作具有二重结构的结构体29C。
在上述例子中，为将下一层的熔敷焊道层在前一层的熔敷焊道层的环状的内周侧进行层叠的结构，但也可以是在环状的外周侧进行层叠的结构。在该情况下，将层叠造型部件23H与被焊接部件39E以留有轴向的间隙的方式进行嵌合，从内周侧对该间隙进行焊接。
另外，上述例子为薄壁结构，但在设为更为厚壁的结构体的情况下，只要在径向上设为多层熔敷焊道层来形成并接合上述的K型、X型坡口等焊接接头即可。
这样，本发明并不限定于上述的实施方式，关于将实施方式的各结构彼此组合的情况、或本领域技术人员基于说明书的记载以及公知的技术而进行变更、应用的情况，当然也是本发明可预测的情况，且包含于要求保护的范围内。
例如，在上述结构例中，以T接头为例对对接接头进行了说明，但对于其他的十字接头、角接接头、垫板接头、搭接接头、边缘接头等各种焊接接头(JIS Z 3001)，也能够应用本接合方法。
本申请基于2017年4月27日提出申请的日本国专利申请(特愿2017-88781)、以及于2017年9月15日提出申请的日本国专利申请(特愿2017-177813)，将其内容通过参照而引用于此。
附图标记说明：
23、23A、23B、23C、23D、23E、23F、23G、23H、23Ua、23Da...层叠造型部件；
25...熔敷焊道；
29、29A、29B、29C...结构体；
36a、36b、36c...层端缘；
39、39A、39B、39C、39D、39E...被焊接部件；
41、41A、41B、41C...焊接接头；
43...焊接部；
47、47A...垫板；
M...焊料。

Claims (17)

1.一种层叠造型部件的接合方法，其中，
在所述层叠造型部件的接合方法中，将多个层叠造型部件经由焊接接头进行焊接而成为一体的结构体，所述层叠造型部件是在由使用电弧而使焊料熔融并凝固的熔敷焊道形成的熔敷焊道层上反复层叠下一层的所述熔敷焊道层而造型成的，所述焊接接头是与所述层叠一起造型而成的。
2.根据权利要求1所述的层叠造型部件的接合方法，其中，
所述熔敷焊道层由配置成多列的所述熔敷焊道形成，
将所述下一层的熔敷焊道层以从前一层的熔敷焊道层的层端缘在层面内向一方向错开的方式层叠，从而造型所述焊接接头的坡口形状。
3.根据权利要求1或2所述的层叠造型部件的接合方法，其中，
在所述焊接接头配置垫板，将所述层叠造型部件彼此与所述垫板一起进行焊接。
4.根据权利要求3所述的层叠造型部件的接合方法，其中，
在所述熔敷焊道形成使所述熔敷焊道的焊道延伸设置方向端部弯曲而成的弯曲部，
在前一层的熔敷焊道层上反复层叠所述下一层的熔敷焊道层，并通过所述弯曲部造型所述垫板。
5.根据权利要求3所述的层叠造型部件的接合方法，其中，
所述熔敷焊道层由配置成多列的所述熔敷焊道形成，
以将所述熔敷焊道层中的所述熔敷焊道的排列方向的一端部在所述熔敷焊道层内向焊道延伸设置方向的一侧错开的方式来造型所述垫板。
6.根据权利要求1所述的层叠造型部件的接合方法，其中，
所述熔敷焊道层由环状的熔敷焊道形成，
将所述下一层的熔敷焊道层在前一层的熔敷焊道层中的所述环状的内周侧与外周侧中的至少一方层叠，从而在所述层叠造型部件造型所述焊接接头。
7.一种结构体，其中，
所述结构体通过将多个层叠造型部件彼此经由焊接接头相互焊接而成，所述层叠造型部件是使焊料熔融并凝固而成的熔敷焊道层层叠而得到的，所述焊接接头是所述熔敷焊道层层叠而成的。
8.根据权利要求7所述的结构体，其中，
所述焊接接头为对接接头、T字接头、十字接头、角接接头、垫板接头、搭接接头、端接接头中的至少任一方。
9.根据权利要求7或8所述的结构体，其中，
所述层叠造型部件呈圆筒状，所述层叠造型部件彼此同轴地焊接。
10.根据权利要求7或8所述的结构体，其中，
在所述焊接接头设置有所述熔敷焊道层层叠而得到的垫板，所述层叠造型部件彼此与所述垫板一起被焊接。
11.根据权利要求9所述的结构体，其中，
在所述焊接接头设置有所述熔敷焊道层层叠而得到的垫板，所述层叠造型部件彼此与所述垫板一起被焊接。
12.一种层叠造型部件，其构成权利要求7或8所述的结构体，其中，
能够焊接于与所述层叠造型部件不同的其他层叠造型部件的所述焊接接头由层叠的所述熔敷焊道层造型而成。
13.一种层叠造型部件，其构成权利要求9所述的结构体，其中，
能够焊接于与所述层叠造型部件不同的其他层叠造型部件的所述焊接接头由层叠的所述熔敷焊道层造型而成。
14.一种层叠造型部件，其构成权利要求10所述的结构体，其中，
能够焊接于与所述层叠造型部件不同的其他层叠造型部件的所述焊接接头由层叠的所述熔敷焊道层造型而成。
15.一种层叠造型部件，其构成权利要求7或8所述的结构体，其中，
能够焊接于被焊接部件的所述焊接接头由层叠的所述熔敷焊道层造型而成。
16.一种层叠造型部件，其构成权利要求9所述的结构体，其中，
能够焊接于被焊接部件的所述焊接接头由层叠的所述熔敷焊道层造型而成。
17.一种层叠造型部件，其构成权利要求10所述的结构体，其中，
能够焊接于被焊接部件的所述焊接接头由层叠的所述熔敷焊道层造型而成。
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