JP2011121076A - 薄板部材の溶接方法、およびその方法を用いた缶体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属性薄板部材同士の溶接時、余分な部品を必要とせず作業性を向上させて溶接部の品質を向上させ、応力集中部のないビード形状を得ることの出来る溶接方法を提供する。
【解決手段】第１の薄板部材１の一端にはＬ字型端部１ａが形成され、第２の薄板部材２の一端にはＬ字型端部２ａに延伸して形成された冠部２ｂが設けられ、両Ｌ字型端部１ａ、１ｂの端部面１ｃ，２ｃが接し、前記冠部２ｂが第１の薄板部材のＬ字型端部１ａを覆って冠部２０がかしめ加工され突き合わせ部２０が形成された後、この突き合わせ部が溶融される。
【選択図】図１

Description

この発明は、薄板部材を溶接する方法およびその溶接方法を用いた缶体の製造方法に関するものである。

金属の板同士を溶接する際、溶接部の保持方法や、溶接金属同士とトーチの位置関係、溶接部への入熱量等の条件により溶接の品質が左右される。また溶接する金属の板厚が薄くなれば、この条件はさらに厳密になる。
例えば近年普及している貯湯式給湯器においては、沸き上げた湯を貯えておくために大容量の金属製貯湯タンクを備えているが、その構造は、胴体と呼ばれる本体筒状の部品に鏡板と呼ばれるお椀状の部品が全周にわたり溶接され貯湯タンクが形成されている。
内圧の変動する貯湯タンクを長寿命化するには、溶接部の応力集中を緩和し、かつ溶接部での隙間腐食の発生を抑える必要があるが、そのためには溶接部の仕上がりが突合せ溶接と同様のビード形状となることが効果的である。
しかし貯湯タンクにおいては、経済性の側面から板厚を薄くすることが有効であるが、先述の通り板厚が薄いほど安定した溶接は困難である。そこで薄板での溶接の品質を安定させる方法として、接合しようとする薄板の端部をＬ字型に屈曲して突合せ、その突合せ部分を予め屈曲した部分を覆うような形に加工した板部品で被覆し、プレス等により気密にかしめてその上部から溶接を行うことで薄板及び被覆した板部品全てを溶融する例が示されている（例えば、特許文献１）。

特公昭４６−０１９５３３号公報

しかしながら上記特許文献１に示された溶接方法は、突き合わせ部品を覆うような形の板部品が必要であり、部品数の増加に伴うコスト高となる上、溶接時に、板部品に先に入熱するため薄板を溶融することができず、また板部品の分だけ溶融する体積が増加するため、接合しようとする薄板への入熱量も必然的に多くなり、熱による溶接後の歪み量が多くなる。
また溶融する金属が板部品の分だけ増加するため、仕上がりのビードが材料板厚に比べ肉厚になり、ビード付け根部分に応力集中が生じる等の問題点がある。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであって、部品数を増加させることなく、薄板同士の溶接の作業性を向上させて溶接部の品質を確保し、かつ応力集中部のないビード形状を得ることの出来る溶接方法およびその溶接方法を用いた缶体の製造方法を提供することを目的とする。

第１の発明は、第１の薄板部材と第２の薄板部材の溶接方法であって、第１の薄板部材の一端には、Ｌ字型端部が設けられており、第２の薄板部材の一端にはＬ字型端部に延伸して形成された冠部が設けられており、第１、第２の薄板部材のＬ字型端部の端部面が互いに接し、第２の薄板部材の冠部が第１の薄板部材のＬ字型端部を覆い、かつ冠部がかしめ加工されて突き合わせ部が形成された後、加熱によって突き合わせ部が溶融されるものである。
第２の発明は、前記第１の薄板部材を缶体の胴体部とし、第２の薄板部材を鏡板とし、前記第１の発明を用いた缶体の製造方法である。

第１の発明は上記のような薄板部材の溶接方法であり、第２の発明はあるいは缶体の製造方法であるので、第１の発明においては第１，第２の部材、第２の発明においては胴体と鏡板をかしめるために別部品を必要とせず、単純な形状のかしめ構造を採用しているため、コストを低減させることが可能となる。また第１の発明においては第１，第２の部材、第２の発明においては胴体と鏡板の部材の突き合わせ部を先行文献１に比較して少ない入熱で効率よく溶融させることができ、部材同士の溶け別れを防止して溶接による歪みを緩和し、かつ応力集中の発生する可能性の少ないビードを形成することができ、また缶体では加えて溶接部の隙間腐食のない長寿命のものが得られるという効果がある。

実施の形態１による突き合わせ部を示す図である。 実施の形態１による溶接時の状態を示す図である。 実施の形態１による溶接結果を示す図である。 実施の形態２による突き合わせ部を示す図である。 実施の形態３による実施の形態１を採用した貯湯タンクの製造方法を示す図である。 実施の形態４による実施の形態２を採用した貯湯タンクの製造方法を示す図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について、図に基づいて説明する。
図１は、実施の形態１による薄板部材の溶接方法における、第１の薄板部材１と第２の薄板部材２の突き合わせ部２０を示す断面図である。第１の薄板部材１の一端には、高さＨを有するＬ字型端部１ａが形成されている。第２の薄板部材２の一端にも、同様の高さＨを有するＬ字型端部２ａが形成されているとともに、このＬ字型端部２ａから延伸して冠部２ｂが設けられている。この冠部２ｂは前記第１の薄板部材１のＬ字型端部２ａの頂部より深さｈを有している。これら第１，第２の薄板部材１，２はそれぞれ別々に製作されており、第１の薄板部材１のＬ字型端部１ａの端部面１ｃと第２の薄板部材２のＬ字型端部２ａの端部面２ｃとが接して、第２の薄板部材２の冠部２ｂが覆うように組み合わされた後、かしめ加工されて互いに密着するような突き合わせ部２０を形成している。
この実施の形態１における第１，第２の薄板部材１，２の厚さｔは、０．５ｍｍ、Ｌ字型端部の高さＨは、２ｍｍ、冠部２ｂの深さｈは、１．２ｍｍであり、薄板の材質はフェライト系ステンレスであるが、これに限定されるものでない。

図２は、実施の形態１における第１，第２の薄板部材１，２の溶接時の状態を示している。溶接トーチ３を突き合わせ部２０の頂部付近に配置して、ＴＩＧ溶接にて溶接する。この際、入熱より薄板部材１，２が互いに離れようとする反り変形が生じようとしても、冠部２ｂでかしめ加工された突き合わせ部２０を有した溶接方法を採用しているので、第１，第２の薄板部材１，２同士が離れることがなく、従って溶接トーチ３の位置が突き合わせ部２０から大幅にずれることがなく、それらの関係を所定の位置に保持することができる。
また、第１，第２の薄板部材１，２のＬ字型端部１ａ、２ａの端部面１ｃ、２ｃを接して互いに冠部２ｂで覆うとともにかしめて密着させ被溶接材同士という必要最小限の材料量で突き合わせ部２０を形成して別部品を、不要としているので、余分な入熱を必要とせず効率よく入熱され、熱影響による歪みが少なく第１，第２の薄板部材１，２同士の溶け別れを防止し、かつ突き合わせ部２０が溶融するので、溶接棒あるいは溶接ワイヤを用いることなく溶接ビードを形成することができる。

図３に第１，第２の薄板部材１，２の突き合わせ部２０が溶融後のビード５を示す。ビード肉厚Ｗが薄板部材１，２の厚さｔとほぼ同じ厚さであり、ビード付け根部６の応力集中が生じる可能性の少ない完全溶け込み形状が形成される。
このように薄板部材ｔとの差異が少ないビード肉厚Ｗを得るには、図１に示した冠部２ｂの深さｈ寸法を適切に選択することによって達成できる。すなわち、冠部２ｂの寸法は溶接後に必要とされるビード形状との体積比較によって決定される。
このようにこの実施の形態１による薄板部材の溶接方法では、溶接すべき部位に別部品を用いることなく、被溶接材同士のみで構成された突き合わせ部に入熱を行うので、入熱が溶融すべき突き合わせ部に直接入熱できるので、省エネルギ化がはかれて熱影響による歪みが少ない。また溶接接合面の密な接触を部品数の少ない小型、簡単な構造で溶接部の完全溶け込みが形成され、腐食防止が可能で、適正なビード厚さを形成し応力集中を防止し、また疲労強度も向上し材料の薄板化がはかれるという効果がある。

実施の形態２．
次に、実施の形態２を図に基づいて説明する。
図４は、実施の形態２による第１の薄板部材１と第２の薄板部材２の突き合わせ部２０を示す断面図である。第１の薄板部材１の一端には、鈍角θ_１を有したＬ字型端部１ａが形成されている。第２の薄板部材２の一端には鋭角θ_２を有したＬ字型端部２ａが形成されているとともに、このＬ字型端部２ａから延伸して冠部２ｂが設けられている。この冠部２ｂは前記第１の薄板部材１のＬ字型端部１ａの頂部より深さｈを有している。このような突き合わせ部２０は、前述した実施の形態１と同様に溶融されるので、説明を省略する。そして、この実施の形態２による溶接でも実施の形態１と同様の効果がある。

実施の形態３．
次に、実施の形態３による缶体の製造方法を図に基づいて説明する。
図５は、実施の形態３による缶体である貯湯式給湯器の貯湯タンク３０の製造方法を示している。円筒の両端面に前述した実施の形態１の第１の部材１と同様なＬ字型端部７ａが形成された胴体７と、この胴体７の両端に鏡板８が設けられている。鏡板８の前記胴体７と結合される部分には前述した実施の形態１の第２の部材２と同様なＬ字型端部８ａに延伸して形成された冠部８ｂが設けられている。
上記胴体７のＬ字型端部７ａを鏡板８の冠部８ｂが覆うように組み合わされた後、かしめ加工されて端部面７ｃ、８ｃが互いに密着するような突き合わせ部２０を形成している。この実施の形態３における板厚、Ｌ字型端部の寸法は実施の形態１と同様である。このような端部構造が設けられた胴体７と鏡板８とが突き合わせ部２０を形成するよう組み合わせ後、実施の形態１と同様に突き合わせ部２０の上方からＴＩＧ溶接を行う。
この際図５に示すように、鏡板８の外側から治具１０を用いて加圧することで、Ｌ字型端部７ａ，８ａの端部面７ｃ、８ｃを密着状態に保持し続けることができ、入熱が行き届き突き合わせ部２０の溶融をより完全なものとすることが可能となる。また完成した貯湯タンク３０の全長寸法のばらつきが少なく、寸法精度の高い貯湯タンク３０を簡単な生産工程を経て製作することができる。
さらには、実施の形態１で述べたように溶接部の完全溶け込みが形成されているので、この実施の形態３の貯湯タンク３０の如く、高温度でかつ温度サイクルが印加される製品において、溶接部の隙間腐食および応力集中のない長寿命の貯湯タンク３０を製造することができる。

実施の形態４．
次に、実施の形態４による缶体である貯湯式給湯器の貯湯タンク３０の製造方法を図に基づいて、前述した実施の形態３との相異する点を主体に説明する。
図６の胴体７の一端には実施の形態２の第１の薄板部材１と同様な鈍角θ_１を有したＬ字型端部７ａが形成されている。また、鏡板８の一端には実施の形態２の第２の薄板部材２と同様な鋭角θ_２を有したＬ字型端部８ａが形成されているとともに、このＬ字型端部８ａから延伸して冠部８ｂが設けられている。
このような端部構造が設けられた胴体７と鏡板８とが突き合わせ部２０を形成するよう組み合わされ、治具１０で鏡板８の外側より押圧される。ここで鏡板８は、この実施の形態４も、前述した実施の形態３でも同様であるが一般にプレスで成型された高寸法精度、高真円度の製品である。図６に示すように胴体７と鏡板８とを組み合わせ治具１０で両鏡板８を外側から押圧すると、胴体７のＬ字型端部７ａが鏡板８のＬ字型端部８ａの全周にわたり均等に乗り上げる状態となり、胴体７と両鏡板８が自動的に同一軸上に配置されるとともに端部面７ｃ、８ｃが密着する。すなわち高精度の鏡板８が拘束治具の役割を果たすことで、胴体７が鏡板８に倣い、胴体７の中心軸が鏡板８の中心軸にアライメントされる。これは仮に胴体７のＬ字型端部７ａの鈍角θ_１の精度が得られてないとしても、鏡板８の外側からの加圧によって塑性変形して鏡板８の形状に倣うという効果がある。
以上のような状態に胴体７，鏡板８を保持してＴＩＧ溶接を行うことにより、前記実施の形態３と同様の効果が得られる。

なお、前述した鏡板８の外側からの加圧する方法は、実施の形態１，２の薄板部材１，２の溶接時に、薄板部材１，２の両端から加圧することに応用してもよい。
またさらに、板厚を０．５ｍｍの場合としたが、０．４ｍｍの板厚の貯湯タンクにも適用可能である。
さらには、ＴＩＧ溶接法を採用しているが、これに限定されず他の溶接法であってもよく、材質をフェライト系ステンレスとしたがオーステナイト系、マルテンサイト系等のステンレスや、缶体に適用可能な他の材質であってもよい。

１ 第１の薄板部材、１ａ Ｌ字型端部、１ｃ 端部面、２ 第２の薄板部材、
２ａ Ｌ字型端部、２ｂ 冠部、２ｃ 端部面、７ 胴体、７ａ Ｌ字型端部、
８ 鏡板、８ａ Ｌ字型端部、８ｂ 冠部、１０ 治具、２０ 突き合わせ部、
３０ 給湯タンク、θ_１ 鈍角、θ_２ 鋭角。

Claims (4)

1. 第１の薄板部材と第２の薄板部材の溶接方法であって、前記第１の薄板部材の一端には、Ｌ字型端部が設けられており、前記第２の薄板部材の一端にはＬ字型端部に延伸して形成された冠部が設けられており、
   前記第１、第２の薄板部材のＬ字型端部の端部面が互いに接し、前記第２の薄板部材の冠部が前記第１の薄板部材のＬ字型端部を覆い、かつ前記冠部がかしめ加工されて突き合わせ部が形成された後、加熱によって前記突き合わせ部が溶融されることを特徴とする薄板部材の溶接方法。
2. 前記第１の薄板部材の一端は、鈍角に立ち上げられて形成されたＬ字型端部であり、前記第２の薄板部材の一端は鋭角に立ち上げられたＬ字型端部に延伸して形成された冠部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の薄板部材の溶接方法。
3. 前記第１、第２の薄板部材のＬ字型端部の端部面が密に接するよう押圧されて溶融されることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の薄板部材の溶接方法。
4. 胴体部と鏡板部とを有する缶体の製造方法であって、前記第１の薄板部材が前記缶体の胴体部とし、前記第２の薄板部材が前記鏡板部とした前記請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の薄板部材の溶接方法を用いることを特徴とする缶体の製造方法。

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