JP2016193448A

JP2016193448A - スタッド溶接方法

Info

Publication number: JP2016193448A
Application number: JP2015075150A
Authority: JP
Inventors: 敏馬場; Satoshi Baba
Original assignee: Nippon Stud Welding Co Ltd
Current assignee: Nippon Stud Welding Co Ltd
Priority date: 2015-04-01
Filing date: 2015-04-01
Publication date: 2016-11-17
Anticipated expiration: 2035-04-01
Also published as: JP6242836B2

Abstract

【課題】母材の下向きの溶接面にスタッドを溶接する際に、スタッド挿入孔とスタッドの隙間から高温ガスと共に溶融した金属が噴出することを防止しながら、溶接部の継手強度を十分確保することができるようにしたスタッド溶接方法を提供すること。
【解決手段】スタッド挿入孔１５を備え、スタッド溶接部を囲うように配設する筒状のフェルール１を使用し、母材Ｗの下向きの溶接面にスタッドＳを溶接するに当たり、スタッド挿入孔１５の直径ｄとスタッドＳの直径の差を１ｍｍ以下に設定するとともに、スタッド溶接時にスタッド溶接部から発生するガスを放射方向に放出させるための開放部１４が、母材Ｗの溶接面から５ｍｍの範囲において２０％〜５０％の面積割合で形成されるようにしてスタッドＳを溶接する。
【選択図】図１

Description

本発明は、スタッド溶接方法に関し、特に、スタッド挿入孔を備え、スタッド溶接部を囲うように配設する筒状のフェルールを使用し、母材の下向きの溶接面にスタッドを溶接するためのスタッド溶接方法に関するものである。

従来、スタッド溶接を行う際に、溶接部近傍域の空気の流通を遮断することによって、発生したアークによって溶融した金属が空気と接触することによって酸化されることを防止し、良好な溶接を行うことができるようにすることを目的として、セラミック製のスタッド溶接用フェルールが使用されている。

このスタッド溶接用フェルールは、例えば、図６に示すように、母材Ｗに接するフェルール３の周壁３１の端面３３にガス抜き溝３４を、周壁３１の内部に中空部３２を、さらに、端面３３の反対側にスタッド挿入孔３５をそれぞれ形成して構成し、フェルール３の周壁３１によりスタッドＳの溶接部の外周を囲むように、スタッド溶接ガン（図示省略）に装着して使用するようにしている（例えば、特許文献１参照。）。

ところで、上記従来のスタッド溶接用フェルールは、溶接により発生する高温ガスがフェルール３の下端に放射状に形成したガス抜き溝３４やスタッド挿入孔３５とスタッドＳの隙間から噴出させるようにすることで、噴出しきれない余剰ガスが、フェルール３の周壁３１の内周面に当たって、溶融した金属と母材Ｗとが接する箇所に回り込み、溶接不良箇所を生じさせることを未然に防止することによって、溶接部の継手強度を十分確保することができるようにしていた。

実開昭６１−２００６６６号公報

しかしながら、上記従来のスタッド溶接用フェルールを、母材の下向きの溶接面にスタッドを溶接するために使用した場合、特に、溶接により多量の高温ガスが発生する直径１６ｍｍ以上の大きな直径のスタッドを溶接するために使用した場合、スタッド挿入孔３５とスタッドＳの隙間から高温ガスと共に溶融した金属が噴出し、下方で作業をしている作業者が火傷を負ったり、スタッド溶接ガンが損傷を受けたり、溶融した金属の噴出により溶着金属が不足し、溶接部の継手強度を十分確保することができなくなるといった問題があった。

本発明は、上記従来のスタッド溶接用フェルールを母材の下向きの溶接面にスタッドを溶接するために使用した場合の問題点に鑑み、母材の下向きの溶接面にスタッドを溶接する際に、スタッド挿入孔とスタッドの隙間から高温ガスと共に溶融した金属が噴出することを防止しながら、溶接部の継手強度を十分確保することができるようにしたスタッド溶接方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のスタッド溶接方法は、スタッド挿入孔を備え、スタッド溶接部を囲うように配設する筒状のフェルールを使用し、母材の下向きの溶接面にスタッドを溶接するスタッド溶接方法において、スタッド挿入孔の直径とスタッドの直径の差を１ｍｍ以下に設定するとともに、スタッド溶接時にスタッド溶接部から発生するガスを放射方向に放出させるための開放部が、母材の溶接面から５ｍｍの範囲において２０％〜５０％の面積割合で形成されるようにしてスタッドを溶接することを特徴とする。

この場合において、前記開放部が、フェルールの母材の溶接面に対する環状の当接面を横断するガス抜き溝で構成されてなるようにすることができる。

また、前記開放部が、フェルールの端面と、母材の溶接面との間に設定された隙間で構成されてなるようにすることができる。

また、前記隙間を設定する隙間設定機構を、溶接装置に付設してなるようにすることができる。

また、前記隙間を設定する隙間設定機構を、フェルールの端面に設けた隙間設定片で構成することができる。

本発明のスタッド溶接方法によれば、スタッド挿入孔の直径とスタッドの直径の差を１ｍｍ以下に設定することにより、母材の下向きの溶接面にスタッドを溶接するために使用した場合、特に、溶接により多量の高温ガスが発生する直径１６ｍｍ以上の大きな直径のスタッドを溶接するために使用した場合においても、スタッド挿入孔とスタッドの隙間からの高温ガスの噴出量を抑制することができ、これにより、高温ガスと共に溶融した金属が噴出することをなくし、下方で作業をしている作業者が火傷を負ったり、スタッド溶接ガンが損傷を受けたり、溶融した金属の噴出により溶着金属が不足することを防止することができる。
また、これと併せて、スタッド溶接時にスタッド溶接部から発生するガスを放射方向に放出させるための開放部が、母材の溶接面から５ｍｍの範囲において２０％〜５０％の面積割合で形成されるようにしてスタッドを溶接することにより、開放部から噴出しきれない余剰ガスの量を抑制することができ、これにより、フェルールの周壁の内周面に当たって、溶融した金属と母材とが接する箇所に回り込み、溶接不良を起こすことをなくし、上記の溶融した金属の噴出により溶着金属が不足することを防止できることと相俟って、溶接部の継手強度を十分確保することができる。

また、前記開放部が、フェルールの母材の溶接面に対する環状の当接面を横断するガス抜き溝で構成されてなるようにすることにより、２０％〜５０％の面積割合でガス抜き溝を形成したフェルールを使用するだけで、開放部を構成することができる。

また、前記開放部が、フェルールの端面と、母材の溶接面との間に設定された隙間で構成されてなるようにすることにより、隙間を適宜設定するだけで、開放部を構成することができる。

また、前記隙間を設定する隙間設定機構を、溶接装置に付設してなるようにすることにより、隙間を簡易かつ正確に設定することができる。

また、前記隙間を設定する隙間設定機構を、フェルールの端面に設けた隙間設定片で構成することにより、隙間設定片を設けたフェルールを使用するだけで、隙間を簡易かつ正確に設定することができる。

本発明のスタッド溶接方法に使用するフェルールの一例を示す説明図である。従来のフェルールの一例を示す説明図である。本発明のスタッド溶接方法に使用する隙間設定機構を示す説明図である。本発明のスタッド溶接方法に使用するフェルールの一例を示す説明図である。本発明のスタッド溶接方法に使用するフェルールの一例を示す説明図である。従来のフェルールを示す正面断面図である。

以下、本発明のスタッド溶接方法の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

本発明のスタッド溶接方法は、図１又は図４に示すような、スタッド挿入孔１５、２５を備え、スタッド溶接部を囲うように配設する筒状のフェルール１、２を使用し、母材Ｗの下向きの溶接面（水平面と平行な下向きの溶接面のほか、下向きの傾斜した溶接面を含む。）にスタッドＳを溶接（上向き溶接）するに当たり、スタッド挿入孔１５、２５の直径ｄとスタッドＳの直径の差を１ｍｍ以下、好ましくは、０．８ｍｍ以下、さらに好ましくは、０．６ｍｍ以下に設定するとともに、スタッド溶接時にスタッド溶接部から発生するガスを放射方向に放出させるための開放部１４、２４が、母材Ｗの溶接面から５ｍｍの範囲において２０％〜５０％、好ましくは、２５％〜４０％の面積割合で形成されるようにしてスタッドＳを溶接するものである。

そして、図１に示すフェルール１においては、開放部１４が、フェルール１の母材Ｗの溶接面に対する環状の当接面となる、フェルール１の周壁１１の端面１３を横断するガス抜き溝１４で構成されている。

ここで、図１に示すフェルール１は、直径１９ｍｍのスタッドＳに対応するもので、スタッド挿入孔１５の直径ｄとスタッドＳの直径の差は、０．６ｍｍ、開放部１４としてのガス抜き溝１４の面積割合は、２７％であり、周壁１１の内部に形成された中空部１２の容積は、６５００ｍｍ^３（スタッドＳが挿入された状態で、１８００ｍｍ^３）となっている。

ちなみに、図２（図６）に示す、上向きの溶接面（下向き溶接）に適用する、従来のフェルール３は、直径１９ｍｍのスタッドＳに対応するもので、スタッド挿入孔３５の直径ｄとスタッドＳの直径の差は、１．３ｍｍ、開放部３４としてのガス抜き溝３４の面積割合は、８％であり、周壁１１の内部に形成された中空部１２の容積は、６６００ｍｍ^３（スタッドＳが挿入された状態で、２０００ｍｍ^３）となっている。

また、図４に示すフェルール２においては、開放部２４が、フェルール２の周壁２１の端面２３と、母材Ｗの溶接面との間に設定された隙間Ｃで構成されている。

この場合において、隙間Ｃを設定するために、図３に示す隙間設定機構４を、溶接装置５に付設して用いることができる。
この隙間設定機構４は、フェルール２を中心部に開口した孔部４１に装着した状態で、母材Ｗの溶接面に対して３点で当接する隙間設定片４２を、母材Ｗの溶接面に当接させることで、隙間Ｃを簡易かつ正確に設定することができるようにしている。

ここで、図４に示すフェルール２は、直径１９ｍｍのスタッドＳに対応するもので、スタッド挿入孔２５の直径ｄとスタッドＳの直径の差は、０．６ｍｍ、開放部２４の面積割合は、３０％（隙間Ｃを、１．５ｍｍに設定した場合。）であり、周壁１１の内部に形成された中空部２２の容積は、６０００ｍｍ^３（スタッドＳが挿入された状態で、１４００ｍｍ^３）となっている。

なお、フェルール２の周壁２１の端面２３は、フェルール１の母材Ｗの溶接面に対して平行な面で構成するほか、図４に示すフェルール２のように、周壁２１の内周面の角部にアールＲを付けたり、傾斜（面取り）を付けることが好ましく、これにより、溶接により発生する高温ガスの流れを円滑にすることができる。

また、図３〜図４に示す実施形態では、隙間設定機構４を溶接装置（スタッド溶接ガン）５に付設するようにしたが、隙間Ｃを設定する隙間設定機構を、図５に示すフェルール２Ａのように、フェルール２Ａの周壁２１の端面２３に設けた隙間設定片２６で構成すること、より具体的には、例えば、フェルール２Ａの製造時に母材Ｗの溶接面に対して３点で当接する針状の隙間設定片２６を埋め込んだり、装着するようにし、フェルール２Ａを、この隙間設定片２６を介して、母材Ｗの溶接面に当接させることで、隙間Ｃを簡易かつ正確に設定することもできる。

ここで、図５に示すフェルール２Ａは、直径１９ｍｍのスタッドＳに対応するもので、スタッド挿入孔２５の直径ｄとスタッドＳの直径の差は、０．６ｍｍ、開放部２４の面積割合は、３０％（隙間設定片２６の高さｈを、１．５ｍｍに設定した場合。）であり、周壁１１の内部に形成された中空部２２の容積は、６０００ｍｍ^３（スタッドＳが挿入された状態で、１４００ｍｍ^３）となっている。

このスタッド溶接方法によれば、フェルール１、２、２Ａのスタッド挿入孔１５、２５の直径とスタッドＳの直径の差を１ｍｍ以下に設定することにより、母材Ｗの下向きの溶接面にスタッドＳを溶接するために使用した場合、特に、溶接により多量の高温ガスが発生する直径１６ｍｍ以上の大きな直径のスタッドＳを溶接するために使用した場合においても、スタッド挿入孔１５、２５とスタッドＳの隙間からの高温ガスの噴出量を抑制することができ、これにより、高温ガスと共に溶融した金属が噴出することをなくし、下方で作業をしている作業者が火傷を負ったり、溶接装置（スタッド溶接ガン）５が損傷を受けたり、溶融した金属の噴出により溶着金属が不足することを防止することができる。
また、これと併せて、スタッド溶接時にスタッド溶接部から発生するガスを放射方向に放出させるための開放部１４、２４が、母材Ｗの溶接面から５ｍｍの範囲において２０％〜５０％の面積割合で形成されるようにしてスタッドＳを溶接することにより、開放部１４、２４から噴出しきれない余剰ガスの量を抑制することができ、これにより、フェルール１、２、２Ａの周壁１１、２１の内周面に当たって、溶融した金属と母材Ｗとが接する箇所に回り込み、溶接不良を起こすことをなくし、上記の溶融した金属の噴出により溶着金属が不足することを防止できることと相俟って、溶接部の継手強度を十分確保することができる。

以上、本発明のスタッド溶接方法について、複数の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

本発明のスタッド溶接方法は、母材の下向きの溶接面にスタッドを溶接する際に、スタッド挿入孔とスタッドの隙間から高温ガスと共に溶融した金属が噴出することを防止しながら、溶接部の継手強度を十分確保することができる特性を有していることから、母材の下向きの溶接面にスタッドを溶接する用途に好適に用いることができる。

１フェルール
１１周壁
１２中空部
１３端面
１４開放部（ガス抜き溝）
１５スタッド挿入孔
２フェルール
２Ａフェルール
２１周壁
２２中空部
２３端面
２４開放部
２５スタッド挿入孔
２６隙間設定片
３フェルール
４隙間設定機構
４１孔部
４２隙間設定片
５溶接装置（スタッド溶接ガン）
Ｓスタッド
Ｃ隙間

Claims

スタッド挿入孔を備え、スタッド溶接部を囲うように配設する筒状のフェルールを使用し、母材の下向きの溶接面にスタッドを溶接するスタッド溶接方法において、スタッド挿入孔の直径とスタッドの直径の差を１ｍｍ以下に設定するとともに、スタッド溶接時にスタッド溶接部から発生するガスを放射方向に放出させるための開放部が、母材の溶接面から５ｍｍの範囲において２０％〜５０％の面積割合で形成されるようにしてスタッドを溶接することを特徴とするスタッド溶接方法。
前記開放部が、フェルールの母材の溶接面に対する環状の当接面を横断するガス抜き溝で構成されてなることを特徴とする請求項１記載のスタッド溶接方法。
前記開放部が、フェルールの端面と、母材の溶接面との間に設定された隙間で構成されてなることを特徴とする請求項１記載のスタッド溶接方法。
前記隙間を設定する隙間設定機構を、溶接装置に付設してなることを特徴とする請求項３記載のスタッド溶接方法。
前記隙間を設定する隙間設定機構を、フェルールの端面に設けた隙間設定片で構成したことを特徴とする請求項３記載のスタッド溶接方法。