JP2007237198A

JP2007237198A - 発泡金属部材の溶接方法

Info

Publication number: JP2007237198A
Application number: JP2006059783A
Authority: JP
Inventors: 猛 ▲濱▼田; Takeshi Hamada
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2006-03-06
Filing date: 2006-03-06
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2026-03-06
Also published as: JP4709035B2

Abstract

【課題】発泡金属部材同士を溶接接合するに際し、溶融プールを安定に形成し維持することができて、発泡金属部材同士の溶接接合を容易に行うことができるようにした、発泡金属部材の溶接方法を提供すること。
【解決手段】一対の発泡金属部材１，１の端面同士を突き合わせて突き合せ線を形成し、前記突き合せ線上に前記発泡金属部材１，１と少なくとも主成分が同一成分からなる金属製板状溶加材２を載置し、ＭＩＧアークにより前記金属製板状溶加材と前記突き合せ端面同士とを溶融させ溶け込みを得て、前記一対の発泡金属部材１，１を溶接接合する。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶接法としてＭＩＧアーク溶接又はレーザ溶接を用い、発泡金属からなる発泡金属部材同士の溶接接合を容易に行うことができるようにした、発泡金属部材の溶接方法に関するものである。

発泡金属は、アルミニウムあるいはマグネシウム等の軽金属中に多数の空孔（セル）を含む構造をなす多孔質金属材料であり、軽量であって、衝撃吸収性、吸音・制振性、断熱性などの優れた特徴を備えている。そして最近では、発泡金属の代表である発泡アルミニウム（発泡純アルミニウム又は発泡アルミニウム合金）は、その優れた衝撃吸収性と充填複合化による強度・剛性の向上効果とを生かす目的で、自動車・車両などのフレーム充填材として採用されつつある。

ところで、発泡アルミニウムの採用拡大に伴って発泡アルミニウム部材同士を接合することが必要となっており、ボルト・ナット、あるいは接着剤を用いる方法による欠点を解消できる接合方法として、溶接接合が有力視されている。この発泡アルミニウム部材同士の溶接接合について、超音波溶接を行うことや、磁場による溶接性の改善を図ることなどが学会発表されているものの、これらは工業的に容易ではないと思われるものである。また、インターネットによる検索によると、発泡金属同士のスポット溶接による溶接接合と、発泡金属同士のシーム溶接による溶接接合とについての情報が見受けられる（非特許文献１）。

一方、本発明者らは、一対の四角柱形状の発泡アルミニウム部材の端面同士を突き合わせて突き合せ線（突き合せ溶接線）を形成し、溶加材としてアルミニウム合金製フィラーワイヤ（ワイヤ外径：１．２ｍｍφ）を用いて、溶接電流６０〜１２０Ａ程度の低電流のＴＩＧアーク溶接により前記突き合せ線に沿って突き合わせ全周溶接を行い、前記突き合せ端面同士を部分溶け込み溶融させて、一対の発泡アルミニウム部材を溶接接合した。

その結果、継手効率１００％の発泡アルミニウム部材継手が得られた。しかしながら、発泡アルミニウム部材同士の前記ＴＩＧアーク溶接では、溶融プールを溶け落ちなく安定に維持することが大変に難しく、溶融プールを安定に維持するために、溶接速度、フィラーワイヤの送給速度及びアーク揺動条件（揺動幅、揺動回数など）を頻繁に調整する必要があり、熟練が必要であって、また、溶接速度も３〜５ｃｍ／分程度と低いものであった。

このように、発泡アルミニウムの種々の分野への応用を拡大するためにも、発泡アルミニウム部材同士の溶接接合を容易に行えるようにすることが必要とされている。
三菱マテリアル高性能材料、「発泡金属の加工」、［online］、[平成１８年２月１日検索]、インターネット＜URL:http://www.mmc.co.jp/nfac/hpm/okegawa/OHP/products/happou/kakou.html＞

そこで本発明の課題は、発泡金属部材同士を溶接接合するに際し、溶融プールを安定に形成し維持することができて、発泡金属部材同士の溶接接合を容易に行うことができるようにした、発泡金属部材の溶接方法を提供することにある。

前記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。

請求項１の発明は、一対の発泡金属部材の端面同士を突き合わせて突き合せ線を形成し、前記突き合せ線上に前記発泡金属部材と少なくとも主成分が同一成分からなる金属製板状溶加材を載置し、ＭＩＧアークにより前記金属製板状溶加材と前記突き合せ端面同士とを溶融させ溶け込みを得て、前記一対の発泡金属部材を溶接接合することを特徴とする発泡金属部材の溶接方法である。

請求項２の発明は、請求項１記載の発泡金属部材の溶接方法において、前記発泡金属部材が発泡アルミニウム部材であり、前記金属製板状溶加材がアルミニウム製板状溶加材であることを特徴とするものである。

請求項３の発明は、一対の発泡金属部材の端面同士を、その間に前記発泡金属部材と少なくとも主成分が同一成分からなる金属製板状溶加材を挟んで突き合わせ、レーザにより前記金属製板状溶加材と前記突き合せ端面同士とを溶融させ溶け込みを得て、前記一対の発泡金属部材を溶接接合することを特徴とする発泡金属部材の溶接方法である。

請求項４の発明は、請求項３記載の発泡金属部材の溶接方法において、前記発泡金属部材が発泡アルミニウム部材であり、前記金属製板状溶加材がアルミニウム製板状溶加材であることを特徴とするものである。

請求項１と請求項２の溶接方法によれば、一対の発泡金属部材の端面同士を突き合わせて形成した突き合せ線上に金属製板状溶加材を載置するようにしたものであるから、この金属製板状溶加材の存在によってＭＩＧアークを容易、かつ安定に発生させることができるとともに、溶融プールを安定に形成し維持することができるので、フィラーワイヤを用いたＴＩＧアーク溶接の場合とは違って、溶接中に各種溶接条件を頻繁に調整しなくてすみ、発泡金属部材同士の溶接接合を容易に行うことができる。また、ＭＩＧアーク溶接を用いて前記ＴＩＧアーク溶接の場合に比べて溶接用ワイヤに高い溶接電流を流して使用でき、溶接速度を向上（溶接時間を短縮）することができる。

請求項３と請求項４の溶接方法によれば、一対の発泡金属部材の端面同士をその間に金属製板状溶加材を挟んで突き合わせるようにしたものであるから、レーザによって溶融させる金属製板状溶加材の存在によって溶融プールを安定に形成し維持することができるので、フィラーワイヤを用いたＴＩＧアーク溶接の場合とは違って、溶接中に各種溶接条件を頻繁に調整しなくてすみ、発泡金属部材同士の溶接接合を容易に行うことができる。また、高いパワー密度の熱源によるレーザ溶接により、前記ＴＩＧアーク溶接の場合に比べて溶接速度を大幅に向上することができる。

以下、本発明の実施例について説明する。

本発明において、溶接法としてＭＩＧアークスポット溶接を用いて、発泡アルミニウム部材１，１同士を溶接接合する溶接試験を行った。表１に、この溶接試験における、発泡アルミニウム部材１，１の成分等及び寸法、アルミニウム合金製板状溶加材２の材質及び寸法、及びＭＩＧアークスポット溶接条件を示す。

この溶接試験について説明する。図１に示すように、一対の発泡アルミニウム部材１，１の端面同士を突き合わせて突き合せ線を形成し、その突き合せ線上に本例では約６０ｍｍ間隔ごとに厚み１．５〜３ｍｍ×幅１０ｍｍ×長さ１０ｍｍのアルミニウム合金製板状溶加材２を載置し、これらの各載置点においてＭＩＧアークスポット溶接し、アルミニウム合金製板状溶加材２を完全溶融させるとともにその直下の前記突き合せ端面同士を溶融させ溶け込みを得て、発泡アルミニウム部材１，１を溶接接合する溶接試験を行った。なお、図１において、３はＭＩＧアークスポット溶接用トーチ、４は溶接用ワイヤをそれぞれ示す。

その結果、アルミニウム合金製板状溶加材２の存在によってＭＩＧアークを容易、かつ安定に発生させることができるとともに、溶融プールを安定に形成し維持することができた（アルミニウム合金製板状溶加材２が無い場合には、ＭＩＧアークによる切断状態となってしまう）。これにより、溶接中にフィラーワイヤ送給速度やアーク揺動条件を頻繁に調整するという熟練を要するＴＩＧアーク溶接の場合とは違って、溶接電流などの溶接条件を調整しなくてすみ、発泡アルミニウム部材１，１同士の溶接接合を容易に行うことができた。また、ＴＩＧアークスポット溶接の場合に比べてワイヤ４に高い溶接電流を流して使用でき、溶接時間を短縮させることができる。

図２は、図１に示す本発明の溶接方法による発泡アルミニウム部材同士の溶接接合部の模式的断面図である。同図に示すように、部分溶け込み溶接となっており、表１に示す条件での本発明の溶接方法では、溶け込み深さは約５ｍｍ程度であった。

図３は表１に示す条件での本発明の溶接方法において、アルミニウム合金製板状溶加材の厚みとそれに対する適正溶接条件との関係を示すグラフ図である。同図に示すように、アルミニウム合金製板状溶加材２の厚みがその代表値である２ｍｍの場合の適正溶接条件は、溶接電流１００Ａのときアーク時間１．５秒、溶接電流８０Ａのときアーク時間２．５秒、溶接電流６０Ａのときアーク時間３．５秒、である。

前記した実施例１は、ＭＩＧアークスポット溶接を用いる溶接方法であるが、本発明の溶接方法では、アルミニウム合金製板状溶加材として、前記した幅１０ｍｍ×長さ１０ｍｍのＭＩＧアークスポット溶接用の板状溶加材２に代えて、発泡アルミニウム部材１，１の突き合せ線（突き合せ溶接線）と同じ長さの板状溶加材を該突き合せ線上に載置することにより、ＭＩＧアーク溶接による発泡アルミニウム部材１，１のシーム溶接を行うことも可能である。この場合、突き合せ溶接線の後半部での溶融プールの溶け落ちを防止するため、例えば、溶接の進行に従って溶接電流を徐々に減少させるようにすることがよい。

一対の発泡アルミニウム部材１１，１１の端面同士を、その間にアルミニウム合金製板状溶加材１２を挟んで突き合わせ（図４参照）、このアルミニウム合金製板状溶加材１２の長手方向に沿って該板状溶加材１２を狙って本実施例ではＣＯ_２レーザを照射し、アルミニウム合金製板状溶加材１２と前記突き合せ端面同士とを溶融させ溶け込み得て、発泡アルミニウム部材１１，１１同士を溶接接合（溶け込み深さ約５ｍｍの部分溶け込み溶接）する溶接試験を行った。この場合、レーザを照射するレーザ溶接方法に用いるレーザ光は、アルミニウム合金製板状溶加材１２に対してエネルギーを与えることができれば特に前記ＣＯ_２レーザに限定されず、例えば、ＹＡＧレーザ、半導体レーザ、ファイバレーザなどを挙げることができる。表２に、この溶接試験における、発泡アルミニウム部材１１，１１の成分等及び寸法、アルミニウム合金製板状溶加材１２の材質及び寸法、及びＣＯ_２レーザ溶接条件を示す。

その結果、レーザによって溶融させるアルミニウム合金製板状溶加材１２の存在によって溶融プールを安定に形成し維持することができた。これにより、溶接中にフィラーワイヤ送給速度やアーク揺動条件を頻繁に調整するという熟練を要するＴＩＧアーク溶接の場合とは違って、溶接条件を調整しなくてすみ、発泡アルミニウム部材１１，１１同士の溶接接合を容易に行うことができた。また、高いパワー密度の熱源によるレーザ溶接により、前記ＴＩＧアーク溶接の場合に比べて溶接速度を大幅に向上することができる。

本発明の溶接方法を説明するための図である。図１に示す本発明の溶接方法による発泡アルミニウム部材同士の溶接接合部の模式的断面図である。表１に示す条件での本発明の溶接方法において、アルミニウム合金製板状溶加材の厚みとそれに対する適正溶接条件との関係を示すグラフ図である。本発明の溶接方法を説明するための図である。

符号の説明

１，１１…発泡アルミニウム部材
２，１２…アルミニウム合金製板状溶加材
３…ＭＩＧアークスポット溶接用トーチ
４…溶接用ワイヤ

Claims

一対の発泡金属部材の端面同士を突き合わせて突き合せ線を形成し、前記突き合せ線上に前記発泡金属部材と少なくとも主成分が同一成分からなる金属製板状溶加材を載置し、ＭＩＧアークにより前記金属製板状溶加材と前記突き合せ端面同士とを溶融させ溶け込みを得て、前記一対の発泡金属部材を溶接接合することを特徴とする発泡金属部材の溶接方法。
前記発泡金属部材が発泡アルミニウム部材であり、前記金属製板状溶加材がアルミニウム製板状溶加材であることを特徴とする請求項１記載の発泡金属部材の溶接方法。
一対の発泡金属部材の端面同士を、その間に前記発泡金属部材と少なくとも主成分が同一成分からなる金属製板状溶加材を挟んで突き合わせ、レーザにより前記金属製板状溶加材と前記突き合せ端面同士とを溶融させ溶け込みを得て、前記一対の発泡金属部材を溶接接合することを特徴とする発泡金属部材の溶接方法。
前記発泡金属部材が発泡アルミニウム部材であり、前記金属製板状溶加材がアルミニウム製板状溶加材であることを特徴とする請求項３記載の発泡金属部材の溶接方法。