JP2005118811A

JP2005118811A - ハイドロフォーム用素管、ハイドロフォーム用素管の製造方法およびハイドロフォーム成形品

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Publication number: JP2005118811A
Application number: JP2003355633A
Authority: JP
Inventors: Koichi Hiramatsu; 浩一平松
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-10-15
Filing date: 2003-10-15
Publication date: 2005-05-12

Abstract

【課題】種々の形状のハイドロフォーム成形品を容易に得ることができ、ハイドロフォーム成形時に破損し難いハイドロフォーム用素管とその製造方法を提供するとともに、破損なく容易に製造されたハイドロフォーム成形品を提供する。
【解決手段】ハイドロフォーム用素管を構成する管体同士の接合部分に余盛部を形成し、接合部分と余盛部とからなる接合部の強度を少なくとも１つの管体の強度以上とする。このとき、余盛部を形成するための消耗電極または溶接ワイヤとしてＳｉおよびＭｎを含むものを用い、溶接時に用いるシールドガスとして酸素原子を含むガスを含むものを用いることで余盛部中のＳｉおよびＭｎの含量を調整する。
【選択図】図３

Description

本発明は、２以上の管体が接合されてなるハイドロフォーム用素管、このハイドロフォーム用素管の製造方法、およびこのハイドロフォーム用素管を材料としてなるハイドロフォーム成形品に関する。

ハイドロフォーム成形法は、成形型内に金属製のハイドロフォーム用素管（以下、本明細書においては単に素管と略する）を配置するとともに素管の内部に液圧を負荷することで、素管を成形型の型面の形状に応じた形状に成形する方法である。

このようなハイドロフォーム成形法は種々の金属製品を製造する際に用いられているが、例えばトラックのフレーム等に代表される、部分毎の周長差が大きい成形品を製造する場合、成形が極めて困難となり、成形過程での破断や局部的な減肉現象が出る場合がある。

すなわち、トラックのフレームのうちサイドメンバは、衝突時の衝撃等を吸収するために車両の前方部および後方部を低強度に形成する必要があり、車室内を破損から守るために車室の外側となる中央部を高強度に形成する必要がある。このとき、図７に示すように、サイドメンバ１００のうち前方部ａ₁および後方部ａ₂の周長を小さく、中央部ｂの周長を大きく形成することで、前方部ａ₁および後方部ａ₂を低強度に中央部ｂを高強度にすることが考えられる。

しかし、肉厚が一定かつ周長が一定の素管を用いる場合には、図８に示すように、ハイドロフォーム成形時における中央部ｂの拡管率が非常に大きくなる。このため中央部ｂの材料伸び特性が低下し、それ以上の成形が困難になる。したがって、この場合はさらに焼鈍加工等の中間工程を施し、材料の伸び特性を回復させ再び成形する必要があった。この場合、複数の工程を経ることから、生産の効率が悪くなる。また、メッキ材などを素管とする場合には、メッキ層が焼失する危険があるため焼鈍工程を適用できない問題もあった。そしてこの場合、前方部ａ₁および後方部ａ₂の肉厚が中央部ｂに比べて大きくなるため、前方部ａ₁および後方部ａ₂の強度が必要以上に大きくなる問題もあった。

このため、従来より、素管を周長の異なる管体を溶接してなるものとすることで、素管の部分毎の拡径率の差を小さくすることがおこなわれている。この場合、図９に示すように、各々の素管に由来する部分の拡径率の差が小さくなる。このため、周長が大きく且つ高強度の部分を、特別な後加工なしにハイドロフォーム成形することが可能となる。

この溶接は、一般にレーザー溶接法によって行われている。これらの溶接法によると、溶接時の熱影響部が小さく、かつ溶接部分の組織が緻密になるため溶接された部分が伸び易くなる利点がある。

しかしその一方で、これらの溶接法によると、図１０に示すように略同じ周長の接合端部同士が対向した状態（いわゆる突き当て状態）で管体１０１および管体１０２を溶接する場合には、その端部同士を完全に溶け込ませることは困難であり、未溶接部分１０３が生じ易い。さらに、溶融金属が凝固する際に表面張力により隣接する溶融金属を引っ張るため、接合部分１０５が凹形状となる。このため、管体同士の接合部分１０５の肉厚ｔ₀は管体１０１の肉厚ｔ₁および管体１０２の肉厚ｔ₂よりも小さくなり、接合部分１０５が素管１０６の最弱部分となり易い。ハイドロフォーム成形時には、素管１０６にかかる液圧はどの部分でも同じであるため、素管１０６の最弱部分が液圧によって破損し易く、接合部分１０５がハイドロフォーム成形時に破損し易い問題があった。

また、例えば、図１１に示すように周長の大きな管体１０７の内部に周長のやや小さな管体１０８を挿入した状態（いわゆる重ね隅肉状態）で溶接する場合にも、溶融金属が凝固する際に表面張力により隣接する溶融金属を引っ張って接合部分１０５が凹形状となる。このため、この場合も管体同士の接合部分１０５の肉厚ｔ₀は管体１０７の肉厚ｔ₁および管体１０８の肉厚ｔ₂よりも小さくなり、接合部分１０５が素管１０６の最弱部分となり易く、接合部分がハイドロフォーム成形時に破損しやすい問題がある。

また、その他にも、素管のうち接合部分を素管よりも大径の補強管内部に挿入して、接合部分を補強した上でハイドロフォーム成形を行う技術も開発されているが（例えば、特許文献１）、この場合には、素管の形状が直管形状に限られる等の問題がある。
特開２００１−３３４３１６号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、後加工を施すことなく種々の形状のハイドロフォーム成形品を容易に得ることができ、ハイドロフォーム成形時に破損し難いハイドロフォーム用素管、およびその製造方法を提供することと、容易に破損なく製造されたハイドロフォーム成形品を提供することを目的とする。

本発明のハイドロフォーム用素管は、２以上の管体の端部同士が溶接されてなるハイドロフォーム用素管であって、上記管体同士の接合部分には消耗電極又は溶接ワイヤーを材料とする余盛部が形成され、接合部分と余盛部とからなる接合部の強度が少なくとも１つの上記管体の強度以上であることを特徴とする。

このハイドロフォーム用素管において、上記接合部ののど厚は少なくとも１つの上記管体の肉厚以上であることが好ましく、上記余盛部を構成する金属の強度は少なくとも１つの上記管体を構成する金属の強度以上であることが好ましい。

本発明の第１のハイドロフォーム用素管の製造方法は、２以上の管体の端部同士を溶接してハイドロフォーム用素管を製造する方法であって、消耗電極を用いた溶接方法または溶接ワイヤーを用いた溶接方法で上記管体同士の接合部分に余盛部を形成しつつ上記管体同士を溶接し、上記管体同士の接合部分と余盛部とからなる接合部の強度を少なくとも１つの上記管体の強度以上とすることを特徴とする。

このハイドロフォーム用素管の製造方法において、上記接合部ののど厚を少なくとも１つの上記管体の肉厚以上とすることが好ましく、上記余盛部を構成する金属の強度を少なくとも１つの上記管体を構成する金属の強度以上とすることが好ましい。

また、このハイドロフォーム用素管の製造方法において、上記消耗電極または上記溶接ワイヤはＳｉおよびＭｎを含み、少なくとも上記消耗電極または上記溶接ワイヤを酸素原子を含むガスを含むシールドガスに曝しつつ上記管体同士を溶接し、ＳｉおよびＭｎの一部を酸化して上記余盛部中のＳｉおよびＭｎの含量を調整することが好ましい。

本発明の第２のハイドロフォーム用素管の製造方法は、ＳｉおよびＭｎを含む２以上の管体の端部同士を溶接してハイドロフォーム用素管を製造する方法であって、少なくともその接合部分を酸素原子を含むガスを含むシールドガスに曝しつつ上記管体同士を溶接し、ＳｉおよびＭｎの一部を酸化して接合部分中のＳｉおよびＭｎの含量を調整することを特徴とする。

本発明の第１のハイドロフォーム成形品は、第１のハイドロフォーム用素管の製造方法で製造されたハイドロフォーム用素管を材料としてなることを特徴とする。

本発明の第２のハイドロフォーム成形品は、第２のハイドロフォーム用素管の製造方法で製造されたハイドロフォーム用素管を材料としてなることを特徴とする。

本発明のハイドロフォーム用素管において、管体同士の接合部分には消耗電極又は溶接ワイヤーを材料とする余盛部が形成され、接合部分と余盛部とからなる接合部の強度が少なくとも１つの管体の強度以上となる。このため、管体の端部同士を完全に溶け込ませなくても、接合部の強度は余盛部のみか又は余盛部と接合部分とによって確保されて、接合部は素管のうちで最弱部分ではなくなり、ハイドロフォーム成形時に接合部が破損することがなくなる。したがって、本発明の素管は後加工を施すことなく容易に種々の形状にハイドロフォーム成形することができる。

本発明の第１のハイドロフォーム用素管の製造方法において、消耗電極を用いた溶接方法または溶接ワイヤーを用いた溶接方法で管体同士の接合部分に余盛部を形成しつつ管体同士を溶接することで、上述したように、接合部を素管のうちで最弱部分でない部分とすることができ、ハイドロフォーム成形時に破損しない接合部を持つ素管を後加工を要さず容易に製造することができる。

また、このハイドロフォーム用素管の製造方法において、消耗電極または溶接ワイヤをＳｉおよびＭｎを含むものとする場合、少なくとも消耗電極または溶接ワイヤを酸素原子を含むガスを含むシールドガスに曝しつつ管体同士を溶接すると、ＳｉおよびＭｎの一部を酸化して余盛部中のＳｉおよびＭｎの含量が少なくなる。余盛部中のＳｉおよびＭｎの含量が少なくなると接合部の伸び率が大きくなり、ハイドロフォーム成形時にも、より破損し難い素管となる。そして、伸び率が大きいことからハイドロフォーム成形で拡管した部分が脆くなることはないため、この素管を用いる場合にはハイドロフォーム成形後に強度向上のための後加工を特に必要としない。

本発明の第２のハイドロフォーム用素管の製造方法によると、ＳｉおよびＭｎを含む２以上の管体の端部同士を溶接してハイドロフォーム用素管を製造する場合にも、管体同士の接合部分を酸素原子を含むガスを含むシールドガスに曝しつつ管体同士を溶接することで、上述と同様に接合部の伸び率が大きくなる。このため、得られた素管はハイドロフォーム成形時に破損し難いものとなる。そして、上述と同様にこの素管を用いる場合にはハイドロフォーム成形後に強度向上のための後加工を特に必要としない。

本発明の第１のハイドロフォーム成形品は、第１のハイドロフォーム用素管の製造方法で製造されたハイドロフォーム用素管を材料としてなるものであり、接合部の強度が高い素管を材料としてなることから、後加工を施すことなく容易に種々の形状に形成されたものとなり、破損のない良好な形状をもつものとなる。

また、本発明の第２のハイドロフォーム成形品は、第２のハイドロフォーム用素管の製造方法で製造されたハイドロフォーム用素管を材料としてなるものであり、接合部分の伸び率が大きい素管を材料としてなることから、後加工を施すことなく容易に種々の形状に形成されたものとなり、破損のない良好な形状をもつものとなる。

本発明の素管は、２以上の管体の端部同士が溶接されてなるハイドロフォーム用素管である。本発明の素管は、トラックフレームのサイドメンバや、車両のアクセルハウジング等の、種々の周長や肉厚となる部分をもつハイドロフォーム成形品を製造する為の材料となる。また、上述したように、所望するハイドロフォーム成形品の形状に応じて同一の素管内に種々の周長や肉厚を持つ部分を形成することで、素管をハイドロフォーム成形して得られるハイドロフォーム成形品を、焼鈍加工等の後加工を施さなくても強度に優れたものとすることができる。

管体としては種々の形状や材料からなるものを用いることができ、異なる材料からなる２種以上の管体を組み合わせて用いることもできるし、異なる肉厚をもつ２種以上の管体を組み合わせて用いることもできるが、隣接する管体同士の接合端部は、各々略同形状であることが好ましい。隣接する管体同士は、突き当て状態および重ね隅肉状態のどちらで溶接されたものであっても良いが、特に、突き当て状態で溶接されている場合には、接合される接合端部のうち少なくとも一方は、予め端面が斜めに切断処理が施された（いわゆる開先処理）のちに溶接されていることが望ましい。また、管体としてはそれぞれ異なる材料からなるものを用いることもできるし、それぞれ異なる肉厚を持つものを用いることもできる。例えば、ハイドロフォーム成形時に大きく拡管する部分となる管体の肉厚を厚肉にすることで、得られたハイドロフォーム成形品の肉厚を略一定とすることもできる。

本発明の素管において、管体同士の接合部分には消耗電極又は溶接ワイヤーを材料とする余盛部が形成されている。そして、接合部分と余盛部とからなる接合部の強度が少なくとも１つの管体の強度以上である。ここで、溶接ワイヤーの形状は特に限定されず、例えば棒状等のものであっても良い。したがって、溶接棒や溶加材と呼ばれるものも本発明における溶接ワイヤーに含まれる。

管体同士の接合部分に余盛部が形成されていることで、接合部分の肉厚が小さい場合でも、余盛部に起因して接合部の強度が高くなり、接合部の強度は少なくとも１つの管体の強度以上となる。したがって、接合部が最弱部ではなくなり、この素管をハイドロフォーム成形に供する際に接合部が液圧によって破損することが防止される。

接合部の強度は、余盛部を厚肉に形成して接合部ののど厚を少なくとも１つの管体の肉厚以上とするか、余盛部を構成する金属の強度を少なくとも１つの管体を構成する金属以上の強度をもつものとすることが好ましい。

例えば余盛部を厚肉に形成し、接合部ののど厚を少なくとも１つの管体の肉厚以上とする場合には、接合部ののど厚によって接合部の強度が確保されるため、消耗電極又は溶接ワイヤーを構成する金属を特に高強度のものとしなくても接合部の強度を充分な強度とすることができる。

また、余盛部を構成する金属の強度を少なくとも１つの管体を構成する金属の強度以上とする場合には、余盛部を構成する金属の強度によって接合部の強度が確保されるため、接合部ののど厚を特に大きく形成しなくても接合部の強度を充分な強度とすることができる。なお、この場合、消耗電極又は溶接ワイヤーを構成する金属として管体を構成する金属よりも高強度のものを用いて接合部分の強度を高めることができる。この場合には、少なくとも余盛部は管体以上の強度を持つ金属から構成されることとなり、接合部の強度はより高くなり、ハイドロフォーム成形時における接合部の破損はより確実に防止される。

余盛部の肉厚や消耗電極又は溶接ワイヤーを構成する金属の強度は、ハイドロフォーム成形時における素管の拡管率等に応じて適宜設定することができる。

本発明の第１の素管の製造方法は、上述したハイドロフォーム用素管を製造する方法である。すなわち、消耗電極を用いた溶接方法または溶接ワイヤーを用いた溶接方法で管体同士の接合部分に余盛部を形成しつつ管体同士を溶接し、管体同士の接合部分と余盛部とからなる接合部の強度を少なくとも１つの管体の強度以上とする方法である。

消耗電極を用いた溶接方法とは、ＭＩＧ溶接やＭＡＧ溶接等の方法が挙げられ、溶接ワイヤーを用いた溶接方法とは、ＴＩＧフィラー溶接やレーザーフィラー溶接、プラズマフィラー溶接等の方法が挙げられる。消耗電極を用いた溶接方法では接合部分に消耗電極由来の余盛部が形成され、溶接ワイヤーを用いた溶接方法では、接合部分に溶接ワイヤー由来の余盛部が形成される。

余盛部は、上述と同様に、厚肉に形成することで接合部の強度を確保することもできるし、高強度の金属により構成することで接合部の強度を確保することもできる。そして、上述した本発明のハイドロフォーム用素管と同様に、接合部ののど厚を管体の肉厚以上とすることが好ましく、余盛部を構成する金属の強度を管体を構成する金属の強度以上とすることが好ましい。

ここで、一般に消耗電極や溶接ワイヤには、電極やワイヤの電気抵抗を増大させ溶融性を向上させることを主たる目的として、Ｓｉが添加されている。また、素管等の鋼材に含有されるＳの凝固割れを回避することを主たる目的として、Ｍｎが添加されている。そして、接合部のＳｉおよびＭｎの含量が少ない場合には、接合部の伸び率が大きくなることが知られている。接合部の伸び率が大きくなると、素管がハイドロフォーム成形時に液圧によって膨張する際に破損し難くなる利点がある。

接合部のＳｉおよびＭｎの含量を少なくするためには、ＳｉおよびＭｎの含量が少ない消耗電極または溶接ワイヤを用いて溶接を行うことが有効であるが、所望する素管毎に異なる組成の消耗電極または溶接ワイヤを準備する場合には消耗電極又は溶接ワイヤに要するコストが高くなる問題がある。

一方、消耗電極や溶接ワイヤに含まれるＳｉおよびＭｎは、溶接時に用いるシールドガス中に含まれるＣＯ₂ガスやＯ₂ガス中の酸素元素によって酸化される。酸化されたＳｉおよびＭｎは、余盛部あるいは溶け込み部の内部に入らず、スラグとなる。このため、シールドガス中の酸素原子を含むガスによって接合部に含まれるＳｉおよびＭｎ含量が低減し、接合部の降伏点（ｙｐ）が小さくなるとともに伸び率が改善されることが知られている。

参考までに、シールドガス中のＣＯ₂ガス濃度と余盛部の伸び率との関係を表すグラフを図１に示し、シールドガス中のＣＯ₂ガス濃度と余盛部のｙｐとの関係を表すグラフを図２に示す。なお、図１および図２に示すグラフは、シールドガスとしてＡｒガスとＣＯ₂ガスとの混合ガスを用い、消耗電極としてＳｉおよびＭｎを含む消耗電極（ＹＭ−２５、日鐵住金溶接工業株式会社製）を用いて、ＭＩＧ溶接によって形成された余盛部の伸び率およびｙｐを測定したものである。

図１に示すようにシールドガス中のＣＯ₂ガス濃度が高くなるほど余盛部の伸び率は大きくなり、図２に示すように、シールドガス中のＣＯ₂ガス濃度が高くなるほど余盛部のｙｐは小さくなる。

本発明の発明者らは、シールドガス中の酸素原子を含むガスの量を適宜調整して、接合部のｙｐを接合部が最弱部分とならない程度の大きさとし、接合部の伸び率をハイドロフォーム成形による変形が充分行われる程度のものとすることで、より破断のない良好な形状のハイドロフォーム成形品を得るための素管を製造することができることを見いだした。なお、接合部の強度は、ｙｐ以外にも例えば接合部の肉厚等によっても左右されるため、余盛部の肉厚を併せて調整することで、接合部の強度を充分なものとすることができる。

そして、シールドガス中の酸素元素を含むガスの濃度は、素管を製造する際に個々に容易に調整することができるため、上述したようなＳｉやＭｎの含量が少ない消耗電極や溶接ワイヤを別途製造するよりも、容易且つ安価に余盛部中のＳｉおよびＭｎの含量を調整することができる。

また、第２のハイドロフォーム用素管の製造方法として、管体同士を溶接する際にレーザー溶接等の消耗電極または溶接ワイヤを用いない方法を用いるとともに、管体をＳｉおよびＭｎを含むものとし、管体同士の接合部分を酸素原子を含むガスを含むシールドガスに曝しつつ溶接することもできる。この場合、同様にＳｉおよびＭｎの一部を酸化することで接合部分中のＳｉおよびＭｎの含量が少なくなる。この場合には余盛部による接合部の強度向上の効果は得られないが、接合部分は伸び率が高い部分となっているため、ハイドロフォーム成形時に破損し難くなる。

本発明の第１のハイドロフォーム用素管の製造方法で製造された素管を材料としてなるハイドロフォーム成形品は、接合部の強度が高い素管を材料としてなることから、後加工を施すことなく容易に種々の形状に形成されたものとなり、破損のない良好な形状をもつものとなる。また、消耗電極や溶接ワイヤとしてＳｉおよびＭｎを含むものを用いる場合には、ハイドロフォーム製品は、適度な伸び率と充分な強度を兼ね備えた素管を材料としたものとなり、より良好な形状を持つものとなる。

本発明の第２のハイドロフォーム用素管の製造方法で製造された素管を材料としてなる素管は、接合部分の伸び率が大きい素管を材料としてなることから、後加工を施すことなく容易に種々の形状に形成されたものとなり、破損のない良好な形状をもつものとなる。

以下、本発明を図面を基にして説明する。

（実施例１）
本発明の実施例１の素管を表す側面図を図３に示す。

本発明の実施例１の素管１は、２つの管体２の端部同士が溶接されて一体化されたものである。２つの管体２のうち、周長が小さい第１の管体３は、ＳＴＫＭ１３Ｂからなり、肉厚ｔ₁が約２．９ｍｍのものである。また、第１の管体３と溶接され一体化されている第２の管体５は、ＳＴＫＭ１３Ｂからなり、第１の管体３の外周長よりも僅かに大きい内周長をもつ小径部６と、小径部６よりも外周長および内周長が大きい大径部７と、小径部６と大径部７とを滑らかに連結する中間部８とを持つ。第２の管体５は、肉厚ｔ₂が約２．９ｍｍのものである。

第２の管体５のうち小径部６の端部には第１の管体３の一端が挿入され、第１の管体３と第２の管体５とは重ね隅肉形状で溶接されている。このときの溶接方法はＭＩＧ溶接法であり、消耗電極としてＳｉおよびＭｎを含む消耗電極（ＹＭ−２５、日鐵住金溶接工業株式会社製）を用い、シールドガスとして、アルゴンガスとＣＯ₂ガスとの混合気体であり、ＣＯ₂ガスが、シールドガス全体のうち２０％含まれているものを用いている。第１の管体３と第２の管体５との継ぎ目部分は溶接時の熱によって溶融するため、第１の管体３、第２の管体５および消耗電極の一部が互いに溶け込んだ接合部分１０となる。そして、接合部分１０のさらに上側には、消耗電極を材料とした余盛部１１が形成されている。そして、余盛部１１と接合部分１０とからなる接合部１２ののど厚ｔ₀は約３．２ｍｍとなっている。

本実施例１の素管１は、余盛部１１が形成され、余盛部１１と接合部分１０とからなる接合部１２ののど厚ｔ₀が、第１の管体３の肉厚ｔ₁および第２の管体５の肉厚ｔ₂よりも大きくなっている。このため、接合部１２の強度は第１の管体３および第２の管体５の強度よりも大きくなっている。

なお、溶接の際のシールドガスとして酸素元素を含むＣＯ₂ガスが用いられているが、ＣＯ₂の濃度が比較的低いため、接合部１２にはＳｉおよびＭｎが充分に含まれ、接合部１２のｙｐはあまり低減していない。また、接合部１２ののど厚ｔ₀が第１の管体３の肉厚ｔ₁および第２の管体５の肉厚ｔ₂よりも充分に大きいことから、接合部１２は充分な強度を持ち、素管１の最弱部ではなくなっている。したがって、この素管１をハイドロフォーム成形する際にも、接合部１２が破損することはなく、良好な形状のハイドロフォーム製品が得られる。そして、ＣＯ₂による酸化によって接合部１２のＳｉおよびＭｎの含量が低減している分だけ、接合部１２の伸び率が大きくなって、ハイドロフォーム成形時の接合部１２の破損がより確実に防止される。

また、この素管１は異なる周長を持つ２つの管体２が接合されてなるものであり、予め周長の異なる部分をもつものである。したがって、周長の大きい部分を形成するためにハイドロフォーム成形によって素管１を大きく拡径する必要はないことから、強度の高いハイドロフォーム成形品を後加工なく容易に成形することが可能となる。

以下、本実施例１の素管１の製造方法を説明する。

先ず、第１の管体３および第２の管体５を準備する。第１の管体３としては直管をそのまま用い、第２の管体５としては直管をプレス成形で拡管して大径部７および中間部８を形成したものを用いる。

次に、第２の管体５のうち大径部７の端部を第１の管体３の一端の内部に挿入し、第１の管体３と第２の管体５とをＭＩＧ溶接で溶接する。

この溶接によって、第１の管体３と第２の管体５とが接合されて素管１が形成される。接合部１２ののど厚ｔ₀は第１の管体３の肉厚ｔ₁および第２の管体５の肉厚ｔ₂に対して充分に大きく形成されているため、接合部１２の強度は充分に保たれて、接合部１２の破損は防止される。そして、溶接時に用いるシールドガス中に酸素元素を含むＣＯ₂ガスが含まれているため、接合部１２のＳｉおよびＭｎ含量は低減し、接合部１２の伸び率は大きくなり、ハイドロフォーム成形時の接合部１２の破損がより確実に防止される。

（実施例２）
本発明の実施例１の素管を表す側面図を図４に示す。

本発明の実施例２の素管１５は、２つの管体１６の端部同士が溶接されて一体化されたものである。２つの管体１６のうち、小径である第１の管体１７は、ＳＴＫＭ１３Ｂ製であり、肉厚ｔ₁が約２．９ｍｍのものである。また、第１の管体１７と溶接され一体化される第２の管体１８は、ＳＴＫＭ１３Ｂ製であり、第１の管体１７の内径および外径と略同じ内径および外径を持つ小径部２０と、小径部２０よりも外径および内径が大きい大径部２１と、大径部２１と小径部２０とを滑らかに連結する中間部２２とを持つ。第２の管体１８の肉厚ｔ₂は約２．９ｍｍである。

第１の管体１７と第２の管体１８とは、第２の管体１８のうち小径部２０の端部が第１の管体１７の一端と突き当てられ、突き当て形状で溶接されている。このときの溶接方法は、実施例１と同じ消耗電極を用いたＭＩＧ溶接である。

実施例２の素管１５には、実施例１と同様に第１の管体１７、第２の管体１８および消耗電極からなる接合部分２３が形成され、接合部分２３の上側には消耗電極を材料とした余盛部２５が形成されている。本実施例２の素管１５において、接合部２６ののど厚ｔ₀は約３．２ｍｍである。

本実施例２の素管１５では、余盛部２５が厚肉に形成され、余盛部２５と接合部分２３とからなる接合部２６ののど厚ｔ₀が、第１の管体１７の肉厚ｔ₁および第２の管体１８の肉厚ｔ₂よりも大きくなっている。このため、接合部２６の強度は第１の管体１７および第２の管体１８の強度よりも大きくなり、接合部２６は素管１５の最弱部ではなくなっている。したがって、この素管１５をハイドロフォーム成形する際にも、接合部２６が破損することはなく、良好な形状のハイドロフォーム製品が得られる。

なお、溶接の際のシールドガスとして酸素元素を含むＣＯ₂ガスが用いられ、ＣＯ₂ガスの濃度は実施例１で用いたシールドガス中のＣＯ₂ガスの濃度よりも高いため、接合部２６のはＳｉおよびＭｎ含量は実施例１よりも低くなり、接合部２６のｙｐが低減している。しかし、本実施例２の素管１５において、余盛部２５は実施例１よりも厚肉に形成されており、接合部２６ののど厚ｔ₀が第１の管体１７の肉厚ｔ₁および第２の管体１８の肉厚ｔ₂よりも充分に大きいために、接合部２６は充分な強度を持ち、素管１５の最弱部ではなくなっている。したがって、この素管１５をハイドロフォーム成形する際にも、接合部２６が破損することはなく、良好な形状のハイドロフォーム製品が得られる。そして、シールドガスとしてＣＯ₂ガスの濃度が比較的高いものを用いていることから、接合部２６の伸び率がより大きくなっており、ハイドロフォーム成形時の接合部２６の破損がさらに確実に防止される。

また、この素管１５は実施例１と同様に異なる周長を持つ２つの管体１６が接合されてなるものであるため、周長の大きい部分を形成するためにハイドロフォーム成形によって素管１５を大きく拡径する必要はないことから、強度の高いハイドロフォーム成形品を後加工なく容易に成形することが可能となる。

以下、本実施例２の素管１５の製造方法を説明する。

先ず、第１の管体１７および第２の管体１８を準備する。第１の管体１７は直管をそのまま用い、第２の管体１８は直管をプレス成形で縮管して小径部２０および中間部２２を形成したものである。

次に、第２の管体１８のうち小径部２０の端部を第１の管体１７の一端と対向させて配置し、第１の管体１７と第２の管体１８とをＭＩＧ溶接で溶接する。このときの溶接の条件は、シールドガス以外は実施例１と同じである。シールドガスとしては、アルゴンガスとＣＯ₂ガスとの混合気体であり、ＣＯ₂ガスが、シールドガス全体のうち２０％含まれているものを用いた。

この溶接によって、第１の管体１７と第２の管体１８とが接合されて素管１５が形成された。この製造方法においては、シールドガス中のＣＯ₂ガス量が実施例１よりも多いため、得られた素管１５のうち余盛部２５および接合部分２３の伸び率は実施例１のものよりも大きくなる。したがって、より拡管率の大きいハイドロフォーム成形に供しても、接合部２６の破損は生じにくくなる。そして、この場合も、接合部２６ののど厚ｔ₀は充分に大きいため、接合部２６の強度は充分に確保され、ハイドロフォーム成形により接合部２６に破損が生じることは防止される。

本実施例２の素管１５を用いたトラックフレームのサイドメンバの模式斜視図を図５に示し、本実施例２の素管１５を用いたアクセルハウジングの模式斜視図を図６に示す。

本実施例２の素管１５を材料とするトラックフレームのサイドメンバ２７は、図５に示すように周長の小さい部分である吸収域２８と、周長の大きい部分である確保域２９とを持つ。確保域２９は素管１５のうち第２の管体１８の大径部２１からなる部分であり、吸収域２８は素管１５のうち第１の管体１７からなる部分である。また、吸収域２８と確保域２９とは同程度の肉厚となるように形成されている。このため、吸収域２８は強度が低く、確保域２９は強度が高くなっている。したがって、衝突時等には吸収域２８が壊れて衝撃を吸収するとともに確保域２９によって車室内が守られる。

また、本実施例２の素管１５を材料とするアクセルハウジング３０は、図６に示すように周長の小さい部分である車軸３１と、周長の大きい部分であるギヤケース３２とを持つ。尚、車軸３１は図６中破線で示す部分である。車軸３１は素管１５のうち第１の管体１７からなる部分であり、ギヤケース３２は素管１５のうち第２の管体１８の大径部２１からなる部分である。ギヤケース３２は車軸３１に比べて非常に周長が大きくなっているが、車軸３１とギヤケース３２とのハイドロフォーム成形時の拡管率には大きな差がなく、ハイドロフォーム成形によって周長の大きいギヤケース３２が脆くなることはない。したがって、特に焼鈍加工等の後加工を施す必要はないため、このアクセルハウジングは容易且つ安価に製造されたハイドロフォーム成形品となる。

シールドガス中のＣＯ₂ガス濃度と余盛部の伸び率との関係を表すグラフである。シールドガス中のＣＯ₂ガス濃度と余盛部のｙｐとの関係を表すグラフである。実施例１の素管を表す模式断面図である。実施例２の素管を表す模式断面図である。実施例２の素管を材料としてなるトラックフレームのサイドメンバを表す模式斜視図である。実施例２の素管を材料としてなるアクセルハウジングを表す模式斜視図である。トラックフレームのサイドメンバを模式的に表す図である。トラックフレームのサイドメンバの各部分の周長と、肉厚および周長一定の素管の周長とを比較するグラフである。トラックフレームのサイドメンバの各部分の周長と、異なる周長を持つ素管の周長とを比較するグラフである。突き当て状態で溶接された従来の素管を表す模式断面図である。重ね隅肉状態で溶接された従来の素管を表す模式断面図である。

符号の説明

１：素管２：管体３：第１の管体ｔ₁：第１の管体の肉厚５：第２の管体ｔ₂：第２の管体の肉厚１０：接合部分１１：余盛部１２：接合部ｔ₀：接合部ののど厚
１５：素管１６：管体１７：第１の管体ｔ₁：第１の管体の肉厚１８：第２の管体ｔ₂：第２の管体の肉厚２３：接合部分２５：余盛部２６：接合部ｔ₀：接合部ののど厚

Claims

２以上の管体の端部同士が溶接されてなるハイドロフォーム用素管であって、
前記管体同士の接合部分には消耗電極又は溶接ワイヤーを材料とする余盛部が形成され、該接合部分と該余盛部とからなる接合部の強度が少なくとも１つの前記管体の強度以上であることを特徴とするハイドロフォーム用素管。
前記接合部ののど厚は少なくとも１つの前記管体の肉厚以上である請求項１に記載のハイドロフォーム用素管。
前記余盛部を構成する金属の強度は少なくとも１つの前記管体を構成する金属の強度以上である請求項１に記載のハイドロフォーム用素管。
２以上の管体の端部同士を溶接してハイドロフォーム用素管を製造する方法であって、
消耗電極を用いた溶接方法または溶接ワイヤーを用いた溶接方法で前記管体同士の接合部分に余盛部を形成しつつ前記管体同士を溶接し、前記管体同士の接合部分と該余盛部とからなる接合部の強度を少なくとも１つの前記管体の強度以上とすることを特徴とするハイドロフォーム用素管の製造方法。
前記接合部ののど厚を少なくとも１つの前記管体の肉厚以上とする請求項４に記載のハイドロフォーム用素管の製造方法。
前記余盛部を構成する金属の強度を少なくとも１つの前記管体を構成する金属の強度以上とする請求項４に記載のハイドロフォーム用素管の製造方法。
前記消耗電極または前記溶接ワイヤはＳｉおよびＭｎを含み、
少なくとも前記消耗電極または前記溶接ワイヤを酸素原子を含むガスを含むシールドガスに曝しつつ前記管体同士を溶接し、ＳｉおよびＭｎの一部を酸化して前記余盛部中のＳｉおよびＭｎの含量を調整する請求項４に記載のハイドロフォーム用素管の製造方法。
ＳｉおよびＭｎを含む２以上の管体の端部同士を溶接してハイドロフォーム用素管を製造する方法であって、
少なくともその接合部分を酸素原子を含むガスを含むシールドガスに曝しつつ前記管体同士を溶接し、ＳｉおよびＭｎの一部を酸化して該接合部分中のＳｉおよびＭｎの含量を調整することを特徴とするハイドロフォーム用素管の製造方法。
請求項４から請求項７の何れかに記載のハイドロフォーム用素管の製造方法で製造されたハイドロフォーム用素管を材料としてなることを特徴とするハイドロフォーム成形品。
請求項８に記載のハイドロフォーム用素管の製造方法で製造されたハイドロフォーム用素管を材料としてなることを特徴とするハイドロフォーム成形品。