JP2014180680A - 突当溶接装置、突当溶接方法及びテーラードブランク - Google Patents
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【解決手段】第1被溶接部の開く角度が平面視で第2被溶接部の内角以上となるように第1板状部材100の一部を押し上げて撓ませる押上装置321,322と、前記押し上げを解除し、第1板状部材100と第2板状部材210,220とを突き当てる位置決め装置311〜314及び押下装置323,324と、互いに突き当てた状態で第1被溶接部と第2被溶接部とを溶接し、第1板状部材100の撓みをなくす溶接装置と、を含む。
【選択図】図1
Description
例えば、特許文献1には、中央鋼板を加圧して弾性変形させた後に前記加圧を解除することで、中央鋼板と、その両側に配置される鋼板とを密着させて溶接する溶接方法について記載されている。
一方、溶接線が折線状である場合、特許文献1に記載の方法を用いたとしても鋼板同士を密着させることができず、溶接時に溶け落ち等の不具合を生じる可能性がある。
また、前記した押し上げを解除した後、突当手段によって第1板状部材と第2板状部材とを突き当てる。変形していない状態において第1板状部材の外角は、第2被溶接部の内角よりも小さい。したがって、押し上げを解除して第1板状部材又は第2板状部材の撓みが小さくなると、第1被溶接部と第2被溶接部とが互いに突き当てられて密着する。この状態において、押上手段による押し上げが解除された第1被溶接部又は第2被溶接部には若干の撓みが残っている。
さらに、溶接手段によって、互いに突き当てた状態で第1被溶接部と第2被溶接部とを溶接する。この過程において、第1被溶接部及び第2被溶接部が溶融する分、その撓みが解消される。したがって、第1板状部材と第2板状部材とを、溶け落ち等が生じることなく適切に突当溶接できる。
また、突当工程において前記した押し上げを解除し、第1板状部材と第2板状部材とを突き当てる。押し上げを解除することで第1板状部材又は第2板状部材の撓みが小さくなり、第1被溶接部と第2被溶接部とが互いに密着した状態で突き当てられる。
さらに、溶接工程において第1被溶接部と第2被溶接部とを互いに突き当てた状態で溶接する。この過程において、第1被溶接部及び第2被溶接部が溶融する分、第1板状部材又は第2板状部材の撓みが解消される。したがって、第1板状部材と第2板状部材とを適切に突当溶接できる。
図1は、本発明の第1実施形態に係る突当溶接装置に、第1板状部材及び第2板状部材を載置した状態を示す斜視図である。突当溶接装置300は、第1板状部材100と、この第1板状部材100を挟むように左右両側に配置される2枚の第2板状部材210,220と、を突当溶接するための装置である。
以下では、突当溶接装置300の説明に先立って、被溶接部材である第1板状部材100と、第2板状部材210,220と、について説明する。
図2(a)に示すように、第1板状部材100は、平面視でT字状に形成された板状部材(例えば、軟鋼)である。第1板状部材100は、幅狭部101と、幅広部102と、矩形部103と、を有している。
幅狭部101は、平面視で線分ABを上底とし、線分CD(>AB)を下底とする等脚台形状を呈している。幅広部102は、平面視で線分ABを上底とし、線分EF(>AB)を下底とする等脚台形状を呈している。幅狭部101の下底CDは、幅広部102の下底EFよりも短い。
すなわち、第1板状部材100は、変形していない状態において平面視で外角θ1a,θ1bを有するV字状の第1被溶接部100a,100bを有している。なお、第1被溶接部100aとは、第1板状部材100のうち第2板状部材210に突き当てられて溶接される部分であり、平面視でV字状(折線状)を呈している。第1被溶接部100bについても同様である。
矩形部103は、平面視で線分EFを長辺とし、線分FGを短辺とする矩形状を呈している。
第2板状部材210は、平面視で台形状に形成された板状部材(例えば、高張力鋼:High Tensile Strength Steel)である。第2板状部材210は、平面視で線分IJを上底、線分KL(>IJ)を下底とする台形状を呈している。第2板状部材210の上底JIと脚JKとは、内角θ21をなしている。ここで、「内角」とは、平面視でV字状(折線状)を呈する第2板状部材210が有する角度(第2板状部材210が存在する側の角度)ある。なお、第2板状部材の形状によっては、内角が180°を超える場合もある。
つまり、第2板状部材210は、変形していない状態において平面視で第1被溶接部100aの外角θ1aよりも内角θ21が大きい第2被溶接部210aを有している。前記した第2被溶接部210aとは、第2板状部材210のうち第1板状部材100に突き当てられて溶接される部分であり、平面視でV字状(折線状)を呈している。
したがって、符号A,Jで示す箇所が上下方向で一致するように第1板状部材100と第2板状部材210とを重ね合わせると、図2(b)に示す重なりZ1,Z2ができる。なお、この状態において第1板状部材100及び第2板状部材210は、いずれも弾性変形していない。
本実施形態では、図2(a)に示すように、第1板状部材100を左右方向で挟むように第2板状部材210,220を配置し、突当溶接することによって平面視で矩形状のテーラードブランク10(図6参照)を作成する。
再び、図1に戻って説明を続ける。突当溶接装置300は、ベーステーブル301,302と、位置決め装置311〜314と、押上装置321,322と、押下装置323,324と、第1クランプ331,332(図4参照)と、第2クランプ341,342(図4参照)と、溶接装置(図示せず)と、制御装置(図示せず)と、を備えている。
位置決め装置313,314(突当手段)は、突き当てを行う際の所定位置まで第2板状部材220を移動させる装置である。
押下装置323,324(突当手段)は、ベーステーブル301,302の間において、第1板状部材100よりも上側に配置されている。押下装置323,324は、制御装置からの指令に従って上下方向で移動可能であり、第1板状部材100を下向きに押し下げて前記した撓みを解消する機能を有している。
前記した弱圧モードは、第1板状部材100が押上装置321,322によって上向きに押し上げられる際(又は、押下装置323,324によって下向きに押し下げられる際)、第1板状部材100の変形を許容するモードである。例えば、弱圧モードにおいて押上装置321から上向きに押し上げられると、第1板状部材100は第1クランプ331によって弱圧で押さえられた状態で、ベーステーブル301と第1クランプ331との間を摺動しつつ変形する(図4(b)、(c)参照)。
一方、強圧モードは、弱圧モードよりも強い力で押さえ付けることで、第1板状部材100の位置を固定するモードである。
溶接装置は、主に、電源装置(図示せず)と、この電源装置からの電力でアーク放電する溶接トーチ350(図5(c)参照)と、制御装置からの指令に従って溶接トーチ350を移動させる多軸多関節ロボット(図示せず)と、を有している。なお、溶接装置の詳細については説明を省略する。
制御装置は、位置決め装置311〜314が有する各アクチュエータの駆動、押上装置321,322及び押下装置323,324の上下方向の移動、各クランプによる押圧の実行・解除、溶接装置による溶接(溶接位置、アーク電流等)等を制御する。なお、制御装置が実行する処理の詳細については後記する。
図4、図5は、突当溶接装置が実行する突当溶接の流れを示す説明図(図3に示すY−Y線から視た端面図)である。なお、図4の上下方向に引いた一点鎖線L1,L2は、溶接線L1,L2(図3参照)のうちY−Y線と交わる箇所に対応している。
このとき、図3に示す点A,B,J,Nは、左右方向において略一直線上に位置している。また、第2板状部材210は、上底IJ及び脚JKが溶接線L1と略平行になるように配置される。同様に、第2板状部材220は、上底MN及び脚NOが溶接線L2と略平行になるように配置される。当該配置は自動で行ってもよいし、手動で行ってもよい。
次に制御装置は、図4(b)に示すように、押上装置321,322によって第1板状部材100を下側から上向きに押し上げる。そうすると、第1板状部材100が弾性変形し、前方(紙面手前側)から視て撓んだ状態になる。また、第1被溶接部100a,100b(図2(a)参照)は、溶接線L1,L2よりも内側に移動する。
これによって、第2被溶接部210aの角部Jを第1被溶接部100aの角部Aに当接させ、かつ、第2被溶接部220bの角部Nを第1被溶接部100bの角部Bに当接させるための空間ができる。
次に制御装置は、図5(a)に示すように、押上装置321,322による押し上げを解除すると共に、押下装置323,324を下向きに移動させる。そうすると、第1板状部材100の弾性変形が徐々に解消され、第1被溶接部100aが溶接線L1に近づき、第1被溶接部100bが溶接線L2に近づく。
図6に示すように、第1板状部材100の左右側面は、第2板状部材210の左側面及び第2板状部材220の右側面に密着している。
次に制御装置は、溶接トーチ350を移動させ、溶接線L1に沿って第1被溶接部100aと第2被溶接部210aとを溶接する(図5(c)参照)。同様に、制御装置は、溶接線L2に沿って第1被溶接部100bと第2被溶接部220bとを溶接する。
そうすると、第1被溶接部100a,100b及び第2被溶接部210a,220bがアーク放電の熱によって溶融する。
本実施形態に係る突当溶接装置300によれば、第1板状部材100と第2板状部材210,220とを接合する際の溶接線L1,L2がV字状である場合にも、各板状部材を密着させた状態で溶接できる。
図11に示す比較例では、第1板状部材100と第2板状部材210,220とが密着するように寸法を測っても、加工時に寸法ばらつきや誤差が生じ得る(図11(a)参照)。この場合、第1板状部材100と第2板状部材210,220とを突き合わせると隙間G1,G2が生じ(図11(b)参照)、溶接工程において溶け落ち等の溶接不良が生じるおそれがある。
したがって、第1板状部材100の一部を押し上げて撓ませた後、第2板状部材210,220に突き当てると、角度差(θ21−θ1a)だけ若干の撓みが残る。また、この撓みを戻そうとする応力によって第1板状部材100が第2板状部材210,220を外側に押圧する。したがって、第1板状部材100と第2板状部材210,220とを密着した状態で溶接することができ、溶け落ち等の溶接不良を確実に防止できる。
第2実施形態では、第2板状部材210,220に切欠h1,h2(図7参照)が形成されている点が異なるが、その他(突当溶接装置300の構成、突当熔接の手順等)については第1実施形態と同様である。したがって、当該異なる部分について説明し、第1実施形態と重複する部分については説明を省略する。
第1実施形態と同様の手順で(図4、図5参照)、第1板状部材100を上下方向で撓ませて第2板状部材210,220に突き当てると、図7(b)に示す状態になる。この状態において、第1板状部材100と第2板状部材210,220とは、切欠h1,h2が形成された箇所を除いて互いに密着している。
本実施形態によれば、第2被溶接部210a,220bの角部(第1板状部材の角部A,Bに対応)に切欠h1,h2が形成された第2板状部材210,220を使用する。
第2板状部材210,220に切欠h1,h2が形成されていない場合、突当工程において、第1被溶接部100aと第2被溶接部210aとが干渉し、第1被溶接部100bと第2被溶接部220bとが干渉する可能性がある。
第3実施形態は、第1実施形態と比較して、第1板状部材100及び第2板状部材200の形状が異なる。また、第3実施形態では、第1板状部材100の一方側(左方側)から第2板状部材200を突き当てて溶接する点が異なるが、その他については第1実施形態と同様である。したがって、当該異なる部分について説明し、第1実施形態と重複する部分については説明を省略する。
第1板状部材100は、平面視で線分ABを上底とし線分CD(>AB)を下底とする台形部103と、この台形部103と対称軸Y1を基準として線対称である台形部104と、を有している。なお、第1板状部材100は、例えば軟鋼であり、第2板状部材200よりも厚さが薄い。
第2板状部材200の角部Gの内角θbは、第1板状部材100の角部Aの外角θaよりも大きい。また、第2板状部材200の線分GJ,GLの長さは、それぞれ第1板状部材100の線分AD,AFの長さに略等しい。
それぞれの対称軸が左右方向に沿うように第1板状部材100及び第2板状部材200をベーステーブル(図示せず)上に載置する。なお、ベーステーブルには、第1板状部材100の下側から押上装置(図示せず)を上昇させるための孔(符号P1、P2に対応する箇所:図示せず)が2つ形成されている。
制御装置は押上装置(図示せず)によって符号P1,P2で示す2箇所を上向きに押し上げる。そうすると、第1板状部材100が弾性変形して撓み、台形部103,104の脚AD,AFが、図8(a)に示す溶接線L3よりも若干右側に移動する。
また、制御装置は、位置決め装置313,314によって第2板状部材200を右向きに移動させ、辺GJ,GLがV字状の溶接線L3に略一致した状態で第2クランプ(図示せず)により位置決めする。
次に、制御装置は、押上装置による押圧を解除し、押下装置(図示せず)を下向きに移動させることで第1板状部材100の撓みを小さくし、第1板状部材100の左側面を第2板状部材200の右側面に突き当てて密着させる(図8(b)参照)。
次に、制御装置は、溶接線L3に沿って溶接トーチ(図示せず)を移動させ、第1板状部材100と第2板状部材200とをアーク溶接する。溶接線L3付近の第1板状部材100、第2板状部材200が溶融することで、突当工程の終了時に残っていた撓みが解消される。
本実施形態に係る突当溶接装置300によれば、図8(a)に示す形状の第1板状部材100と第2板状部材200とを密着させた状態で溶接できる。また、溶接線L3付近の第1板状部材100と第2板状部材200を溶融させることによって、撓みや残留応力のないテーラードブランク10を作成できる。
第4実施形態では、第1板状部材100(図9(a)参照)が第3実施形態で説明した第2板状部材200(図8(a)参照)と同様の形状であり、第2板状部材200(図9(a)参照)が第3実施形態で説明した第1板状部材100(図8(a)参照)と同様の形状となっている。また、一対の押上装置及び押下装置(図示せず)によって第1板状部材100を上下方向で押圧する点が、第3実施形態と異なる。したがって、当該異なる部分について説明し、第3実施形態と重複する部分については説明を省略する。
また、制御装置は、辺AD,AFが溶接線L4に略一致するまで第2板状部材200を右向きに移動させて位置決めする。
次に、制御装置は、溶接線L4に沿って溶接トーチ(図示せず)を移動させることで第1板状部材100の撓みを解消しつつ、第1板状部材100と第2板状部材200とを溶接する。
本実施形態に係る突当溶接装置300によれば、図9(a)に示す形状の第1板状部材100と第2板状部材200とを密着させた状態で溶接できる。また、溶接線L4付近の第1板状部材100と第2板状部材200を溶融させることによって、撓みや残留応力のないテーラードブランク10を作成できる。
第5実施形態は、第3実施形態と比較して、第1板状部材100の辺AFが辺CEと平行であり、第2板状部材200の辺GLが辺IKと平行である点が異なる。また、第1板状部材100を上下方向で押圧する一対の押上装置及び押下装置(図示せず)が設置されている点が第3実施形態と異なる。したがって、当該異なる部分について説明し、第3実施形態と重複する部分については説明を省略する。
また、制御装置は、辺GJ,GLが溶接線L5に略一致するまで第2板状部材200を右向きに移動させて位置決めする。
次に、制御装置は、溶接線L5に沿って溶接トーチ(図示せず)を移動させることで第1板状部材100の撓みを解消しつつ、第1板状部材100と第2板状部材200とを溶接する。
本実施形態に係る突当溶接装置300によれば、図10(a)に示す形状の第1板状部材100と第2板状部材200とを密着させた状態で溶接できる。また、溶接線L5付近の第1板状部材100と第2板状部材200を溶融させることによって、撓みや残留応力のないテーラードブランク10を作成できる。
以上、本発明に係る突当溶接装置300について各実施形態により説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、前記各実施形態では、押上装置321,322によって第1板状部材100を撓ませた後、押下装置323,324によって第1板状部材100を下向きに押圧する場合について説明したが、押下装置323,324を省略してもよい。この場合でも、溶接工程において第1板状部材100の弾性変形を戻そうとする力と自重とによって、第1板状部材100の板面が平面状に戻る。
また、切欠h1,h2を、円弧以外の形状(例えば、矩形状)に形成してもよい。
また、前記各実施形態では、第1板状部材100が軟鋼であり、第2板状部材210,220が第1板状部材100よりも板厚が厚い高張力鋼である場合について説明したが、これに限らない。すなわち、第1板状部材100、及び第2板状部材210の素材及び厚さについては、適宜選択できる。なお、素材及び厚さを考慮して撓みやすいほうの板状部材を押上装置321,322によって撓ませることが好ましい。
100 第1板状部材
100a,100b 第1被溶接部
200,210,220 第2板状部材
210a,220b 第2被溶接部
300 突当溶接装置
301,302 ベーステーブル
311,312,313,314 位置決め装置(突当手段)
321,322 押上装置(押上手段)
323,324 押下装置(突当手段)
331,332 第1クランプ(突当手段)
341,342 第2クランプ(突当手段)
350 溶接トーチ(溶接手段)
Claims (3)
- 変形していない状態において平面視で所定の外角を有する折線状の第1被溶接部を備えた第1板状部材と、変形していない状態において平面視で前記外角よりも大きい内角を有する折線状の第2被溶接部を備えた第2板状部材と、を互いに突き当てた状態で溶接する突当溶接装置であって、
前記第1被溶接部の前記外角が、平面視で前記第2被溶接部の前記内角以上となるように、前記第1板状部材の一部又は前記第2板状部材の一部を押し上げて撓ませる押上手段と、
前記押し上げを解除し、前記第1板状部材と前記第2板状部材とを突き当てる突当手段と、
互いに突き当てた状態で前記第1被溶接部と前記第2被溶接部とを溶接し、前記第1板状部材の撓みをなくす溶接手段と、を備える
ことを特徴とする突当溶接装置。 - 第1板状部材と第2板状部材とを互いに突き当てた状態で溶接する突当溶接方法であって、
前記第1板状部材は、変形していない状態において平面視で所定の外角を有する折線状の第1被溶接部を備え、
前記第2板状部材は、変形していない状態において平面視で前記外角よりも大きい内角を有する折線状の第2被溶接部を備え、
前記第1被溶接部の前記外角が、平面視で前記第2被溶接部の前記内角以上となるように、前記第1板状部材の一部又は前記第2板状部材の一部を押し上げて撓ませる押上工程と、
前記押し上げを解除し、前記第1板状部材と前記第2板状部材とを突き当てる突当工程と、
互いに突き当てた状態で前記第1被溶接部と前記第2被溶接部とを溶接し、前記第1板状部材の撓みをなくす溶接工程と、を含む
ことを特徴とする突当溶接方法。 - 請求項2に記載の突当溶接方法によって、前記第1板状部材と前記第2板状部材とが突当溶接されることで製造されるテーラードブランク。
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