JP2006116568A

JP2006116568A - 閉断面溶接構造体

Info

Publication number: JP2006116568A
Application number: JP2004307482A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Ema; 光弘江間; Yoshihaya Imamura; 美速今村; Takeshi Matsumoto; 松本　　剛
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2004-10-21
Filing date: 2004-10-21
Publication date: 2006-05-11

Abstract

【課題】溶接部端部における疲労強度を高めることができるアルミニウム合金製の溶接構造体を提供する。
【解決手段】第１フレーム部材１及び第２フレーム部材２は共にアルミニウム合金板の幅方向の両端を断面形状が「Ｕ」の字状になるように湾曲された形状を有している。第１フレーム部材１の両端部間に第２フレーム部材２の両端部の外側面を重ね、第１フレーム部材１の両端部を第２フレーム部材２の両端部の外側面に重ねすみ肉溶接して接合する。また、第１フレーム部材１と第２フレーム部材２との重ね代の重ねすみ肉溶接のビード３の近傍をリベット止めしてリベット止め部４を設ける。これによって第１フレーム部材１と第２フレーム部材２との接合強度が向上し、溶接部端部に応力が集中することに起因する疲労亀裂の発生を抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車用フレーム、自動車用衝突吸収部材、その他の構造部材として使用されるアルミニウム合金製の閉断面溶接構造体に関する。

従来から、自動車用フレーム、自動車用衝突吸収部材、その他の構造部材として鉄系部材が多用されている。ところで、これらの構造部材を軽量化することを目的としてアルミニウム材又はアルミニウム合金材の適用が検討されている。なかでも、長手方向にわたって断面形状を自由に設計することができる板溶接構造部材の適用が検討されている。例えば、板材をプレスで断面「コ」の字状に成型した素材同士を溶接することによって形成された閉断面溶接構造体が注目されている。

このような閉断面溶接構造体に関する従来技術として例えば特開２００３−１７５８５８号公報が挙げられる。図３は上記先行技術文献に開示された従来技術を示す斜視図、図４はその縦断面図である。

図３及び図４において、この溶接構造体における第１フレーム部材２１はアルミニウム合金板の幅方向の両端を断面形状が「コ」字状になるように湾曲された形状を有している。第１フレーム部材２１の内面に位置決め部材２４が溶接により接合されている。位置決め部材２４はアルミニウム合金板の１方向の両端を断面形状が「コ」の字状になるように湾曲した形状を有しており、その両端部の外側面の間隔は、第１フレーム部材２１の内側面の間隔と等しくなっている。位置決め部材２４はその外面全体が第１フレーム部材２１の内面に嵌合するように第１フレーム部材２１内に配置され溶接により接合されている。位置決め部材２４の端部の先端は第１フレーム部材２１の端部の先端よりも低くなっており、この高さの差は第２フレーム２２が第１フレーム部材２１内に入り込む長さと等しくなっている。

アルミニウム合金板からなる連結部材２５が位置決め部材２４の内面に対して垂直に溶接により接合されている。連結部材２５の平面形状は位置決め部材２４の断面形状における内面の輪郭と一致している。従って、連結部材２５により、位置決め部材２４の両端部が連結されている。

第２のフレーム部材２２はアルミニウム合金板の幅方向の両端部を断面形状が「コ」の字状になるように湾曲された形状を有しており、第２フレーム部材２２の両端部の外側面の間隔は第１フレーム部材２１の両端部の内側の間隔と一致している。アルミニウム合金板からなる連結部材２６が第２フレーム部材２２の内面に対して垂直に溶接により接合されている。連結部材２６の平面形状は第２フレーム部材２２の断面形状における内面の輪郭と一致している。従って、連結部材２６により第２フレーム部材２２の両端部が連結されている。

第２フレーム部材２２の端部の外側面を第１フレーム部材２１の端部の内側面に重ね合わせながら第２フレーム部材２２の端部の先端部を第１レーム部材２１の内面に溶接された連結部材２４の先端部に当接するように嵌合させ、この状態で、第１フレーム部材２１の端部を第２フレーム部材２２の外側面に重ねすみ肉溶接し、アルミニウム合金製の溶接構造体が形成される。

特開２００３−１７５８５８号公報

しかしながら、上記従来技術には、重ねすみ肉溶接により形成した溶接構造体の溶接部の端部に、被溶接材が未溶接のまま露出する場合があり、溶接端部に被溶接材が未溶接のまま露出した溶接構造体をそのまま複数組み付けてフレーム構造体を形成した場合、組み付け時の荷重又は使用時の荷重が溶接最端部に集中することによって最端部から疲労亀裂が発生するという問題点がある。図５は、重ねすみ肉溶接した溶接構造体の応力集中部を示す説明図である。図５において、外部被溶接材１１と内部被溶接材１２とが上述した従来技術と同様に重ねすみ肉溶接されている。重ねすみ肉溶接部１３の端部に被溶接材の未溶接部分が露出しておりこの部分が応力集中部１４となり、この応力集中部１４から疲労亀裂が発生し易い。

このような問題点を解消するために、すみ肉溶接を延長して回し溶接を行い、これによって未溶接の素材を溶接端部に露出させないような工夫がなされている。図６はこのような回し溶接を示す説明図である。図６において、外側被溶接材１１と内側被溶接材１２との接合部端部が回し溶接され、回し溶接部１５が形成されている。外側及び内側の被溶接材１１、１２の端部は溶接金属で覆われている。

しかしながら、このような回し溶接は、閉断面を有する溶接構造体の中央部におけるトーチの取り回しが困難であることから、その部分におけるミグ自動溶接を行うことが非常に困難であり、この回し溶接だけを採用するには問題がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、溶接部端部における応力集中をなくし、溶接部端部における疲労強度を高めることができるアルミニウム合金製の溶接構造体を提供することを目的とする。なお、本願明細書において、アルミニウム合金には純アルミニウムが含まれるものとする。

本願第１発明に係る閉断面溶接構造体は、アルミニウム合金製の断面「Ｕ」字状の第１部材と、アルミニウム合金製の断面「Ｕ」字状の第２部材とを、前記第１部材の端部の内面を前記第２部材の端部の外面に重ね合わせてすみ肉溶接することにより閉断面構造とした閉断面溶接構造体において、前記第１部材と前記第２部材との間の重ねすみ肉溶接部と、前記第１部材と前記第２部材との重ね合わせ部に設けられた仮付け部と、を有することを特徴とする。

本願第２発明に係る閉断面溶接構造体は、アルミニウム合金製の断面「Ｕ」字状の第１部材と、アルミニウム合金製の断面「Ｕ」字状の第２部材とを、前記第１部材の端部の内面を前記第２部材の端部の外面に重ね合わせてすみ肉溶接することにより閉断面構造とした閉断面溶接構造体において、前記第１部材と前記第２部材との間の重ねすみ肉溶接部分を延長した回し溶接部と、前記第１部材と前記第２部材との重ね合わせ部に設けられた仮付け部と、を有することを特徴とする。

本願第１及び第２発明に係る閉断面溶接構造体において、前記仮止め部はリベット止め部又はスポット溶接部であることが好ましい。

また、本願第３発明に係る閉断面溶接構造体は、アルミニウム合金製の断面「Ｕ」字状の第１部材と、アルミニウム合金製の断面「Ｕ」字状の第２部材とを、前記第１部材の端部の内面を前記第２部材の端部の外面に重ね合わせてすみ肉溶接することにより閉断面構造とした閉断面溶接構造体において、前記第１部材と前記第２部材との間の重ねすみ肉溶接部と、前記第１部材と前記第２部材との重ね合わせ部に前記重ねすみ肉溶接ビードとは別に設けられた接合部分とを有することを特徴とする。

この場合において、上記接合部分は、アーク溶接、レーザー溶接、電子ビーム溶接（ＥＢＷ）又は摩擦攪拌溶接（ＦＳＷ）による接合部分であることが好ましい。

本願第１発明に係る閉断面溶接構造体によれば、前記第１部材と前記第２部材との間の重ねすみ肉溶接部と、前記第１部材と前記第２部材との重ね合わせ部に設けられた仮付け部とを有するので、溶接部端部の接合強度が向上し、溶接部端部への応力の集中を防止して疲労強度を高めることができる。また、回し溶接の必要がなくなるか又は回し溶接の長さが短くて済むので、溶接自体が容易となる。

本願第２発明に係る閉断面溶接構造体によれば、重ねすみ肉溶接部分を延長した回し溶接部と、前記第１部材と前記第２部材との重ね合わせ部に設けられた仮付け部とを有するので、溶接部端部の接合強度が向上し、溶接部端部への応力の集中を防止して疲労強度を高めることができる。また、回し溶接の長さが短くてすむので、溶接自体が容易となる。

本願の請求項３に係る閉断面溶接構造体によれば、第１部材と第２部材との重ね代にリベット止め部又はスポット溶接部を形成したので、重ね合わせ部における第１部材と第２部材との接合強度が向上し、この部分における応力の集中をなくし、疲労強度を高めることができる。

本願第３発明に係る閉断面溶接構造体によれば、前記第１部材と前記第２部材との間の重ねすみ肉溶接部と、前記第１部材と前記第２部材との重ね合わせ部に前記重ねすみ肉溶接ビードとは別に設けられた接合部分とを設けたので、溶接部の接合強度が向上し、溶接部端部への応力集中を防止して溶接部端部における疲労強度を高めることができる。

本願の請求項５に記載の発明によれば、重ねすみ肉溶接ビードとは別に、アーク溶接、レーザー溶接、電子ビーム溶接（ＥＢＷ）又は摩擦攪拌溶接（ＦＳＷ）による接合部分を設けたので、重ね合わせ部における第１部材と第２部材との接合強度が向上し、この部分における応力の集中をなくし、疲労強度を高めることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るアルミニウム合金製の溶接構造体の斜視図である。

図１において、第１フレーム部材１はアルミニウム合金板の幅方向の両端を断面形状が「Ｕ」の字状になるように湾曲された形状を有している。また第２フレーム部材２も第１フレーム部材１と同様、アルミニウム合金板の幅方向の両端部を断面形状が「Ｕ」の字状になるように湾曲された形状を有している。

第２フレーム部材２の両端部の外側面の間隔は第１フレーム部材１の両端部の内側面の間隔と一致している。このような第１フレーム部材１の両端部間に、第２フレーム部材２の両端部の外側面を嵌合し、重ね代部分における第１フレーム部材１の両端部を第２フレーム部材２の両端部の外側面に重ねすみ肉溶接して両フレーム部材を接合し、重ねすみ肉溶接のビード３を形成して溶接接合体を構成する。

第１フレーム部材１と第２フレーム部材２との重ね合わせ部である溶接部端部には、すみ肉溶接のビード３に沿って例えば２乃至３箇所にリベット止め部４が形成されている。リベット止め部４は通常、重ねすみ肉溶接の前に予め形成される。

次に、上述の如く構成された本実施形態に係る閉断面溶接構造体の動作について説明する。第１フレーム部材１と第２フレーム部材２との重ね合わせ部である溶接部の端部に、例えば重ねすみ肉溶接のビード３に沿うように、リベット止め部４を設けたので、溶接部端部における第１フレーム部材１と第２フレーム部材２との接合強度が高まる。従って、この溶接構造体を複数組み付けてフレーム構造体を形成した場合、組み付け時の荷重又はフレーム構造体使用時の荷重が溶接最端部に集中することが防止され、これによって疲労亀裂の発生を抑制することができる。

また、リベットを用いる場合は、素材を「Ｕ」字状に加工する際にプレス加工にて同じ穴をあけることができるので、仮付け、仮付け位置の位置決め及びラップ代の長さ統一が容易になる。なお、溶接のみの場合には、治具又はリブ等で位置決めする必要がある。

図２は、本発明の第２実施形態を示す斜視図である。図２において、この閉断面溶接構造体は、第１フレーム部材１と第２フレーム部材２との重ねすみ肉溶接ビード３に沿って重ねすみ肉溶接部とは別にアーク溶接してアーク溶接ビードを形成したものである。

このように、重ねすみ肉溶接のビード３に沿ってアーク溶接のビード５を形成することにより、第１フレーム部材１と第２フレーム部材２との接合強度が高まり、溶接部端部への応力の集中がなくなり、これによって、溶接部端部における疲労亀裂の発生を抑制することができる。

本発明において、上記各実施形態を夫々重ね合わせ部における第１フレーム部材１と第２フレーム部材２との位置決めを行うための位置決め部材又は連結部材を有しない場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、第１フレーム部材１又は第２フレーム部材２に、重ね合わせるための位置決め部材又は連結部材を設けることもできる。

また、本発明において、第１フレーム部材と第２フレーム部材との重ね合わせ部の端部にリベット止め部を形成する代わりにスポット溶接を施しても良い。

本願第２発明において、重ねすみ肉溶接ビードとは別に設ける接合部分は、アーク溶接、レーザー溶接、電子ビーム溶接（ＥＢＷ）又は摩擦攪拌溶接（ＦＳＷ）による接合部分であるが、これらの溶接は、線溶接のみならず点溶接であってもよい。レーザー溶接、ＥＢＷ（電子ビーム）溶接による接合は片面施工が可能であり、下穴が不要であるため好ましい。また。アーク溶接は片面施工可能であり、しかも本溶接と同手段を使用することができるので、特に好ましい。

なお、第１部材と第２部材との接合に適用される回し溶接とリベット止めとの接合強度は、例えば次ぎのようになる。即ち、回し溶接とリベット止めとの併用は回し溶接のみ又はリベット止めのみの場合に比べて接合強度が強く、また回し溶接のみはリベット止めのみの場合よりも接合強度が強い。

本発明の閉断面溶接構造体は、複数組み付けてフレーム構造体を構成した場合、組み付け時の荷重又は使用時の荷重が溶接最端部に集中することによる疲労亀裂の発生を抑制することができるものであり、構成材料の軽量化を図る自動車製造分野で特に有用である。

第１実施形態に係る閉断面溶接構造体を示す斜視図である。第２実施形態に係る閉断面溶接構造体を示す斜視図である。従来技術を示す斜視図である。図３の縦断面図である。重ねすみ肉溶接された溶接構造体を示す斜視図である。回しすみ肉溶接された溶接構造体を示す斜視図である。

符号の説明

１：第１フレーム部材
２：第２フレーム部材
３：重ねすみ肉溶接のビード
４：リベット止め部
５：アーク溶接のビード
１１：外側被溶接材
１２：内側被溶接材
１３：重ねすみ肉溶接部
１４：応力集中部
１５：回し溶接部
２１：第１フレーム部材
２２：第２フレーム部材
２４：位置決め部材
２５：連結部材
２６：連結部材

Claims

アルミニウム合金製の断面「Ｕ」字状の第１部材と、アルミニウム合金製の断面「Ｕ」字状の第２部材とを、前記第１部材の端部の内面を前記第２部材の端部の外面に重ね合わせてすみ肉溶接することにより閉断面構造とした閉断面溶接構造体において、前記第１部材と前記第２部材との間の重ねすみ肉溶接部と、前記第１部材と前記第２部材との重ね合わせ部に設けられた仮付け部と、を有することを特徴とする閉断面溶接構造体。
アルミニウム合金製の断面「Ｕ」字状の第１部材と、アルミニウム合金製の断面「Ｕ」字状の第２部材とを、前記第１部材の端部の内面を前記第２部材の端部の外面に重ね合わせてすみ肉溶接することにより閉断面構造とした閉断面溶接構造体において、前記第１部材と前記第２部材との間の重ねすみ肉溶接部分を延長した回し溶接部と、前記第１部材と前記第２部材との重ね合わせ部に設けられた仮付け部と、を有することを特徴とする閉断面溶接構造体。
前記仮止め部は、リベット止め部又はスポット溶接部であることを特徴とする請求項１又は２に記載の閉断面溶接構造体。
アルミニウム合金製の断面「Ｕ」字状の第１部材と、アルミニウム合金製の断面「Ｕ」字状の第２部材とを、前記第１部材の端部の内面を前記第２部材の端部の外面に重ね合わせてすみ肉溶接することにより閉断面構造とした閉断面溶接構造体において、前記第１部材と前記第２部材との間の重ねすみ肉溶接部と、前記第１部材と前記第２部材との重ね合わせ部に前記重ねすみ肉溶接ビードとは別に設けられた接合部分とを有することを特徴とする閉断面溶接構造体。
上記接合部分は、アーク溶接、レーザー溶接、電子ビーム溶接（ＥＢＷ）又は摩擦攪拌溶接（ＦＳＷ）による接合部分であることを特徴とする請求項４に記載の閉断面溶接構造体。