JP2014140853A - Welding method and welding product - Google Patents
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本発明は、溶接方法および溶接品に関する。 The present invention relates to a welding method and a welded article.
従来、溶接品質向上のための様々な試みがなされている。例えば特許文献1に記載された互いに溶接されたリングギヤおよびデフケースは、これらの周方向に沿って形成された溶接部の径方向幅内にリングギヤが受ける荷重の中心部が位置するように形作られている。これによって溶接部に無理な荷重が作用することが防止されるため、溶接部の耐荷重性能が高められる。 Conventionally, various attempts have been made to improve welding quality. For example, the ring gear and the differential case that are welded to each other described in Patent Document 1 are formed so that the center of the load that the ring gear receives is positioned within the radial width of the welded portion formed along the circumferential direction. Yes. This prevents an unreasonable load from acting on the welded portion, so that the load bearing performance of the welded portion is enhanced.
これに対し、本発明者らは、さらなる溶接品質向上のため、上述のような部材形状の工夫による溶接部の特性改善とは別に、溶接部の組織制御による溶接割れの防止について鋭意検討した。本発明者らは、特に、例えばリングギヤおよびデフケースのような互いに炭素含有量の異なる部材同士を溶接する場合における、溶接部の組織制御による溶接割れの防止について鋭意検討した。 On the other hand, in order to further improve the welding quality, the present inventors diligently studied prevention of weld cracking by controlling the structure of the welded part, in addition to improving the characteristics of the welded part by devising the member shape as described above. In particular, the inventors of the present invention have made extensive studies on the prevention of weld cracking by controlling the structure of the welded part when welding members having different carbon contents such as a ring gear and a differential case.
本発明は、このような検討の結果なされたものであり、溶接部の組織制御によって効果的に溶接割れを防止できる溶接方法および溶接品を提供することを目的とする。 The present invention has been made as a result of such studies, and an object thereof is to provide a welding method and a welded product that can effectively prevent weld cracking by controlling the structure of the welded portion.
上記目的を達成するための本発明の溶接方法は、炭素含有量の異なる部材同士を溶接する溶接工程を有する。溶接工程では、部材同士を突き合せた突き合せ部に溶接用金属材料が供給されるとともに、突き合せ部から炭素含有量の少ない一方の部材側にずれた位置にビームが照射されることによって部材同士が溶接される。 The welding method of the present invention for achieving the above object has a welding step of welding members having different carbon contents. In the welding process, the welding metal material is supplied to the butted portion where the members are butted together, and the beam is irradiated to a position shifted from the butted portion toward one member having a small carbon content. They are welded together.
上記目的を達成するための本発明の溶接品は、炭素含有量の異なる部材同士および溶接用金属材料が溶融して形成された溶接部を有する。溶接部は、部材同士が突き合された突き合せ部から炭素含有量の少ない一方の部材側にずれて位置する。 The welded product of the present invention for achieving the above object has welds formed by melting members having different carbon contents and a metal material for welding. The welded portion is shifted from the butted portion where the members are butted to one member side having a small carbon content.
上記構成を有する溶接方法によれば、突き合された部材のうち炭素含有量の少ない一方の側にずれた位置にビームが照射され、また、上記構成を有する溶接品においては炭素含有量の少ない一方の側にずれた位置に溶接部が形成される。このため溶接部の炭素含有量が抑えられる。その結果、溶接部において脆性組織であるマルテンサイトが抑制されるとともに延性組織であるオーステナイトが増加するため、溶接割れを効果的に防止できる。 According to the welding method having the above configuration, the beam is irradiated to a position shifted to one side having a small carbon content among the butted members, and the welded product having the above configuration has a low carbon content. A weld is formed at a position shifted to one side. For this reason, the carbon content of the weld zone is suppressed. As a result, martensite, which is a brittle structure, is suppressed in the welded portion, and austenite, which is a ductile structure, increases, so that weld cracks can be effectively prevented.
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率と異なる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, the dimension ratio of drawing is exaggerated on account of description, and differs from an actual ratio.
図1において概説すると、本実施形態の溶接方法によって、異種材によって形成されたリングギヤ11およびデフケース12(炭素含有量の異なる部材)が溶接され、リングギヤ11およびデフケース12が接合した溶接品10が作製される。
As outlined in FIG. 1, the
リングギヤ11は、デフケース12を形成する材料よりも炭素含有量の少ない材料によって形成される。リングギヤ11は、例えば鋼材によって形成される。鋼材は、例えばJIS規格に規定されたSCr417H、SCr420H、SCM420H、SCM418H、SNCM420H等である。デフケース12は、例えば鋳鉄材によって形成される。鋳鉄材は、例えばJIS規格に規定されたFCD450、FCD600、FCD700、FCD800等である。
The
リングギヤ11とデフケース12とを突き合せた突き合せ部13に溶接ワイヤW(溶接用金属材料)が供給されるとともにレーザビームBが照射されることによって、リングギヤ11およびデフケース12は溶接される。突き合せ部13は、リングギヤ11およびデフケース12に備えられた同軸的に配置される円周部14、15を突き合せて形成される。
When the welding wire W (metal material for welding) is supplied to the
レーザビームBは、突き合せ部13に近接して配置されたノズルNから出射される。レーザビームBは、発振器によって発振された後、集光レンズ等を含む集光光学系を経てノズルNから出射される。レーザビームBは、例えばCO2レーザであるが、これに限定されない。レーザビームBは、例えばYAGレーザであってもよい。ノズルNは、ガスの流路を備え、アルゴンや窒素等のシールドガスを吹き出してもよい。
The laser beam B is emitted from a nozzle N disposed in the vicinity of the abutting
図2に示すように、デフケース12は回転軸に沿う方向に突出した突部16を有する。リングギヤ11は、突部16が嵌合する孔17を有する。リングギヤ11およびデフケース12は、突部16および孔17を嵌合させて接続する。デフケース12は、モータ等を備える回転駆動装置に接続される。リングギヤ11はデフケース12とともに一体的に回転する。ノズルNは固定されている。
As shown in FIG. 2, the
溶接の際、レーザビームBの出射位置および出射方向は固定されたまま、図3に示すようにリングギヤ11およびデフケース12が周方向に回転する。レーザビームBの照射位置が円周部14、15の周方向に相対的に移動しつつリングギヤ11およびデフケース12は溶接される。リングギヤ11およびデフケース12は円周部14、15の全周で溶接される。
During welding, the
溶接ワイヤWは、溶接ワイヤWが巻回されたワイヤリールから溶接ワイヤWを送り出すワイヤ送給機構によって供給される。溶接ワイヤWはリングギヤ11およびデフケース12の回転に合わせて順次供給される。
The welding wire W is supplied by a wire feeding mechanism that feeds the welding wire W from a wire reel around which the welding wire W is wound. The welding wire W is sequentially supplied in accordance with the rotation of the
溶接ワイヤWはニッケルを含む。溶接ワイヤWのニッケルの含有量は好ましくは10質量%以下であるが、これに限定されず10質量%より多くてもよい。溶接ワイヤWを形成する材料は、例えばJIS規格に規定されたY308、Y310等Niを含有する溶接ワイヤである。 The welding wire W contains nickel. The content of nickel in the welding wire W is preferably 10% by mass or less, but is not limited thereto and may be more than 10% by mass. The material for forming the welding wire W is, for example, a welding wire containing Ni such as Y308 and Y310 defined in JIS standards.
レーザビームBの照射位置およびその近傍は、CCDカメラ等の撮影装置Cによって撮影される。溶接の間、作業者は、撮影装置Cによって撮影された画像を液晶ディスプレイ等の表示装置で確認する。リングギヤ11およびデフケース12は、レーザビームBの照射位置が監視されつつ溶接される。
The irradiation position of the laser beam B and its vicinity are photographed by a photographing device C such as a CCD camera. During welding, the operator confirms an image photographed by the photographing device C with a display device such as a liquid crystal display. The
図4に示すように、レーザビームBの照射位置は、突き合せ部13から炭素含有量の少ないリングギヤ11側にずれている。このため、図5に示すように、レーザビームBの照射によってリングギヤ11、デフケース12、および溶接ワイヤWが溶融して形成される溶接部18は、突き合せ部13からリングギヤ11側にずれて位置する。
As shown in FIG. 4, the irradiation position of the laser beam B is shifted from the
本実施形態の作用効果を述べる。 The effect of this embodiment is described.
本実施形態の溶接方法によれば、リングギヤ11およびデフケース12のうち炭素含有量の少ないリングギヤ11側にずれた位置にレーザビームBが照射され、また、溶接品10においては炭素含有量の少ないリングギヤ11側にずれた位置に溶接部18が形成される。このため、溶接部18の炭素含有量が抑えられる。その結果、溶接部18において脆性組織であるマルテンサイトが抑制されるとともに延性組織であるオーステナイトが増加するため、溶接割れを効果的に防止できる。溶接部18の炭素量とオーステナイトとの相関関係は、シェフラー状態図から予測される。
According to the welding method of the present embodiment, the laser beam B is irradiated to a position shifted to the
レーザビームBの照射位置を監視しつつ溶接することによって、照射位置がデフケース12側に逸れることなく、レーザビームBはリングギヤ11側にずれた位置に確実に照射される。このため、回転軸まわりに形成される環状の溶接部18の全体で溶接部18は炭素含有量の少ないリングギヤ11側にずれて形成される。従って、溶接部18の全体で溶接割れが効果的に抑制されて部材同士が確実に接合される。
By welding while monitoring the irradiation position of the laser beam B, the laser beam B is reliably irradiated to the position shifted to the
本実施形態と異なり、リングギヤ11およびデフケース12を回転することなく固定し、レーザビームBの出射位置および出射方向、ならびに溶接ワイヤWの供給位置を変化させつつ周方向に溶接する場合、ノズルNおよび溶接ワイヤW等を移動させる駆動装置ならびにこれらを制御する制御装置が必要である。そのため溶接装置が複雑になる虞がある。一方、本実施形態では、レーザビームBの出射位置および出射方向を固定したままリングギヤ11およびデフケース12を周方向に回転させることによって溶接するため、レーザビームBを移動させて溶接する場合のような大掛かりな装置が必要なく、従って溶接装置を簡単にできる。
Unlike the present embodiment, when the
溶接ワイヤWがニッケルを含むことによって、溶接部18で延性組織であるオーステナイトが増加するため、溶接割れをより効果的に防止できる。
When the welding wire W contains nickel, austenite, which is a ductile structure, increases in the welded
ニッケルの含有量が10質量%以下である溶接ワイヤWを用いることによって、材料費が抑えられるため、製造コストを抑制できる。本実施形態ではレーザビームBの照射位置の制御によって溶接部18の炭素含有量が抑えられるため、溶接ワイヤWに含まれるニッケルの量が少なくても溶接部18でオーステナイトが増加する。従ってコストを抑えつつ溶接割れを効果的に防止できる。
By using the welding wire W having a nickel content of 10% by mass or less, the material cost can be suppressed, so that the manufacturing cost can be suppressed. In this embodiment, since the carbon content of the welded
<実施例>
本発明者らは、図6に示すような、互いに突き合されたとき回転軸まわりに環状の隙間24が部材間で形成されるリングギヤ21とデフケース22とを実際に溶接して溶接品20を作製した。隙間24以外の構成については、実施例は実施形態と略同様である。
<Example>
As shown in FIG. 6, the inventors actually weld the welded
リングギヤ21を形成する材料は、肌焼き鋼としてJIS規格に規定されたSCM418Hである。デフケース22を形成する材料は、黒鉛鋳鉄としてJIS規格に規定されたFCD700である。本発明者らは、JIS規格に規定されたY308によって形成された溶接ワイヤWを用いた。照射するレーザビームBは、CO2レーザである。
The material forming the
本発明者らは、リングギヤ21およびデフケース22の回転軸に沿って位置をずらして設定した複数の照射位置のそれぞれでレーザビームBの出力を変えて溶接した。レーザビームBの照射によってリングギヤ21、デフケース22、および溶接ワイヤWが溶融して形成される溶接部25の強度、溶接部25における破断の有無、溶接部25の硬さ、および溶接部25の深さに関し、レーザビームBの出力および照射位置に応じて異なる結果が得られた。下の表1〜表4にその結果を示す。
The inventors changed the output of the laser beam B at each of a plurality of irradiation positions set by shifting the positions along the rotation axes of the
表1〜表4に記載されたレーザビーム照射位置は、リングギヤ21とデフケース22との突き合せ部23からの回転軸に沿う方向の離隔距離である。
The laser beam irradiation position described in Tables 1 to 4 is a separation distance in a direction along the rotation axis from the abutting
表1〜表4でレーザビーム照射位置が正の場合、レーザビームBの照射位置は突き合せ部23よりもリングギヤ21側に位置する。例えばレーザビーム照射位置が0.2mmの場合、突き合せ部23から軸方向に0.2mmリングギヤ21側にずれた位置にレーザビームBは照射される。
When the laser beam irradiation position is positive in Tables 1 to 4, the irradiation position of the laser beam B is located closer to the
表1〜表4でレーザビーム照射位置が負の場合、レーザビームBの照射位置は突き合せ部23よりもデフケース22側に位置する。例えばレーザビーム照射位置が−0.2mmの場合、突き合せ部23から軸方向に0.2mmデフケース22側にずれた位置にレーザビームBは照射される。
When the laser beam irradiation position is negative in Tables 1 to 4, the irradiation position of the laser beam B is located closer to the
表1は、溶接部25の硬化後の強度について得られた結果を示す。表1の〇は、溶接部25の強度がデフケース22の強度以上であることを表す。デフケース22の強度はリングギヤ21の強度に比べ低い。表1の×は、溶接部25の強度がデフケース22の強度より小さいことを表す。表中の斜線部分については溶接を行っておらず、これは表2〜表4についても同様である。
Table 1 shows the results obtained for the strength of the welded
表1の結果から、炭素含有量が相対的に少ないリングギヤ21側にレーザビームBを照射して溶接すると、炭素含有量が相対的に多いデフケース22側にレーザビームBを照射して溶接する場合に比べ、強度の高い溶接部25が得られることが分かる。
From the results of Table 1, when welding is performed by irradiating the laser beam B on the
表2は、硬化後の溶接部25における破断の有無について得られた結果を示す。表2の○は、溶接部25で破断が生じなかったことを示す。表2の×は溶接部25で破断が生じたことを示す。
Table 2 shows the results obtained for the presence or absence of breakage in the welded
表2の結果から、炭素含有量が相対的に少ないリングギヤ21側にレーザビームBを照射して溶接することによって、溶接部25の破断を防止できることが分かる。
From the results in Table 2, it can be seen that the welded
表3は、硬化後の溶接部25の硬さについて得られた結果を示す。表3の○は、溶接部25の硬さがビッカース硬さで400Hv以下であることを示す。表3の×は、溶接部25の硬さがビッカース硬さで400Hvより大きいことを示す。
Table 3 shows the results obtained for the hardness of the welded
表3の○で示された溶接部25の硬さが400Hv以下の場合、溶接部25はマルテンサイトよりもオーステナイトを多く含む。表3の×で示された溶接部25の硬さが400Hvより大きい場合、溶接部25はオーステナイトよりもマルテンサイトを多く含む。
When the hardness of the welded
表3の結果から、炭素含有量が相対的に多いデフケース22側にレーザビームBを照射して溶接する場合に比べ、炭素含有量が相対的に少ないリングギヤ21側にレーザビームBを照射して溶接することによって、溶接部25に含まれるオーステナイトが増加することが分かる。
From the results of Table 3, the laser beam B is irradiated on the
溶接部25が延性組織であるオーステナイトをマルテンサイトよりも多く含むことによって、溶接割れが効果的に防止される。レーザビームBの照射位置が突き合せ部23から炭素含有量の相対的に少ないリングギヤ21側に離隔するほど、溶接部25で炭素含有量が減少してオーステナイトが増加するため、溶接割れをより効果的に防止できる。
When the welded
表4は、硬化後の溶接部25の深さについて得られた結果を示す。表4の○は、溶接部25の深さが深く、溶接部25がリングギヤ21およびデフケース22の外表面から隙間24まで突き合せ部23を完全に貫通して形成されたことを示す。表4の△は、溶接部25が隙間24に達したが突き合せ部23を完全には貫通していない場合を示す。表4の×は、溶接部25が隙間24に達することなく突き合せ部23を貫通しない場合を示す。
Table 4 shows the results obtained for the depth of the welded
表4の結果から、炭素含有量が相対的に少ないリングギヤ21側にレーザビームBを照射して溶接することによって、溶接部25を深く形成できることが分かる。溶接部25が深く形成されると、部材同士が強固に接合される。
From the results of Table 4, it can be seen that the welded
表1〜表4の結果から、レーザビームBの照射位置は、好ましくは、突き合せ部23よりもリングギヤ21側で、かつ突き合せ部23からリングギヤ21側に0.2mmずれた位置までの間であり、より好ましくは、突き合せ部23からリングギヤ21側に0.2mmずれた位置であることが分かった。
From the results of Tables 1 to 4, the irradiation position of the laser beam B is preferably between the
突き合せ部23からリングギヤ21側に0.2mmずれた位置でレーザビームBが照射されることによって、表1〜表4の結果のとおり、溶接部25の破断および溶接割れを効果的に防止でき、また溶接部25を深く形成して部材同士の接合を強固にできる。
By irradiating the laser beam B at a position shifted by 0.2 mm from the butted
本発明は、上述した実施形態および実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変できる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications can be made within the scope of the claims.
例えば、溶接される部材は、互いに炭素含有量の異なる部材であればリングギヤおよびデフケースに限定されず、他のものであってもよい。 For example, the members to be welded are not limited to the ring gear and the differential case as long as they have different carbon contents, and other members may be used.
また、実施形態および実施例では、レーザビームの出射位置および出射方向を固定したままリングギヤおよびデフケースを周方向に回転させることによって溶接したが、これに限定されない。本発明は、リングギヤおよびデフケースを回転することなく固定し、レーザビームの出射位置および出射方向を変化させつつ周方向に溶接する形態を含む。また、ビームは、レーザビームに限定されず、電子ビームであってもよい。 In the embodiments and examples, welding is performed by rotating the ring gear and the differential case in the circumferential direction while fixing the emission position and emission direction of the laser beam, but the present invention is not limited to this. The present invention includes a form in which the ring gear and the differential case are fixed without rotating and welded in the circumferential direction while changing the emission position and the emission direction of the laser beam. The beam is not limited to a laser beam, and may be an electron beam.
10、20 溶接品、
11、21 リングギヤ(炭素含有量の少ない一方の部材)、
12、22 デフケース(他方の部材)、
13、23 突き合せ部、
14 円周部、
15 円周部、
16 突部、
17 孔、
18、25 溶接部、
24 隙間、
B レーザビーム(ビーム)、
C 撮影装置、
N ノズル、
W 溶接ワイヤ(溶接用金属材料)。
10, 20 welded product,
11, 21 Ring gear (one member with low carbon content),
12, 22 Differential case (the other member),
13, 23 Butting part,
14 Circumference,
15 circumference,
16 protrusions,
17 holes,
18, 25 welds,
24 gap,
B Laser beam (beam),
C photographing device,
N nozzle,
W Welding wire (welding metal material).
Claims (7)
当該溶接部は、前記部材同士が突き合された突き合せ部から炭素含有量の少ない一方の前記部材側にずれて位置する、溶接品。 Members having different carbon contents and welds formed by melting metal materials for welding,
The welded portion is a welded product that is shifted from a butted portion where the members are butted to one of the members having a low carbon content.
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