JP2017124434A - 溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被接合部材同士の間に隙間が生じた場合に、レーザ溶接による溶接部の肉痩せを防ぐことができる溶接方法を提供すること。【解決手段】被接合部材１ａの接合端面７ａと被接合部材１ｂの接合端面７ｂとの隙間３に、隙間３の両端からはみ出すように溶加板５を挟む。溶加板５は、被接合部材１の外周面２側から差し込んで、被接合部材１同士の隙間３の厚み４の全体を埋めるように配置される。溶加板５は、被接合部材１と同等か、それ以上の強度を有する材質とする。被接合部材１同士の隙間３に溶加板５を挟んだ後、被接合部材１の外周面２側から溶接機９を用いて溶加板５をレーザ照射して、一対の被接合部材１を溶接する。【選択図】図１

Description

本発明は、溶接方法に関するものである。

従来、部材同士の接合部をレーザ溶接する場合、接合部を含み周囲ごと溶かして溶接が行われている。このとき、溶接部に凹部であるアンダーフィルが生じ、表面の凹部が外観を損なったり、凹部に応力集中が生じて強度が低下したりする場合がある。

アンダーフィルによる影響をなくすための方法として、被接合部材の端部に形成した突出部の接合端面を突合せてレーザ溶接を行った後、溶接部にできたアンダーフィルによる凹部の深さ以上に突出部を切削して接合部の表面を平らにする方法がある（例えば、特許文献１参照）。

他に、被接合部材の切断面のばりの方向を同じにして突合せ、切断面のダレ側にフィラー材を供給して、ダレ側からレーザ溶接を行う方法もある（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１１−５１０１９号公報 特許第２８０８９４３号公報

しかしながら、フィラー材を供給しながら溶接する方法では、フィラー材の供給装置がさらに必要になり、母材を溶かして溶接するレーザ溶接のメリットが生かせない。また、溶接部の加工精度や取付精度により、被接合部材同士の間に大きな隙間が生じた場合は、供給したフィラー材が垂れ落ちやすいという問題点がある。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、被接合部材同士の間に隙間が生じた場合に、レーザ溶接による溶接部の肉痩せを防ぐことができる溶接方法を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために、本発明は、一対の被接合部材の接合端面同士の隙間に、前記隙間からはみ出すように溶加板を挟む工程ａと、前記溶加板をレーザ照射して前記一対の被接合部材を溶接する工程ｂと、を具備することを特徴とする溶接方法である。

前記工程ａでは、前記溶加板を２枚以上重ねて挟んでもよい。
また、前記溶加板の少なくとも１辺に、前記溶加板の片面側に増厚して形成された増厚部を設けてもよいし、前記溶加板の少なくとも１辺に、前記溶加板の両面側に増厚して形成された増厚部を設けてもよい。

前記被接合部材が、例えば、断面が矩形の中空体である場合、前記工程ａで、２辺に前記増厚部が設けられた第１の溶加板を前記被接合部材同士の隙間の隅部に挟み、１辺に前記増厚部が設けられた第２の溶加板を前記被接合部材同士の隙間の前記隅部を除く部分に挟むことが望ましい。

本発明では、一対の被接合部材の接合端面同士の隙間に、隙間からはみ出すように溶加板を挟んでレーザ溶接することにより、被接合部材同士の間に隙間が生じた場合でも、溶接部の肉痩せを防ぐことができる。また、必要に応じて、隙間に溶加板を２枚以上重ねて挟んだり、溶加板の少なくとも１辺に、溶加板の片面側または両面側に増厚して形成された増厚部を設けたりすれば、溶加材の不足によって生じる欠陥を回避することができる。

本発明によれば、被接合部材同士の間に隙間が生じた場合に、レーザ溶接による溶接部の肉痩せを防ぐことができる溶接方法を提供できる。

被接合部材１同士の溶接方法を示す図 被接合部材１および溶加板５の概要を示す図 隙間３ａの厚み４ａが大きい部分での被接合部材１同士の溶接方法を示す図 被接合部材に目違いや段差がある例を示す図 被接合部材２３同士の隙間に溶加板２５を挟んだ状態を示す図 溶加板２５の斜視図 被接合部材２３および溶加板２５の概要を示す図 片面側に増厚部３５が形成された溶加板３３を用いる例を示す図 片面側に増厚部３５が形成された溶加板３３を用いる例を示す図

以下、図面に基づいて、本発明の第１の実施の形態について詳細に説明する。図１は、被接合部材１同士の溶接方法を示す図である。図１（ａ）は、被接合部材１同士の隙間３付近を示す図、図１（ｂ）は、被接合部材１同士の隙間３に溶加板５を挟んだ状態を示す図である。図２は、被接合部材１および溶加板５の概要を示す図であり、図２（ａ）は、被接合部材１の斜視図、図２（ｂ）は、溶加板５の平面図を示す。

第１の実施の形態では、図１（ａ）や図２（ａ）に示す一対の被接合部材１をレーザ溶接により溶接する。図２（ａ）に示すように、上段の被接合部材１ａ、下段の被接合部材１ｂは、いずれも断面が矩形の中空体である。図１（ａ）に示すように、被接合部材１ａの接合端面７ａと被接合部材１ｂの接合端面７ｂとの間には、隙間３がある。

被接合部材１ａと被接合部材１ｂとをレーザ溶接により溶接するには、まず、図１（ａ）に示す被接合部材１ａの接合端面７ａと被接合部材１ｂの接合端面７ｂとの隙間３に、図１（ｂ）に示すように、隙間３の両端からはみ出すように溶加板５を挟む。溶加板５は、被接合部材１同士の隙間３の厚み４の全体を埋めるように配置される。

溶加板５は、例えば、図２（ｂ）に示すような平面視において台形の板材とする。溶加板５は、被接合部材１と同等か、それ以上の強度を有する材質とする。溶加板５は、図２（ａ）に示す被接合部材１同士の隙間３に、図２（ｂ）に示すような配置となるように、被接合部材１の外周面２側から差し込まれる。

被接合部材１同士の隙間３に溶加板５を挟んだ後、図１（ｂ）に示すように、被接合部材１の外周面２側から溶接機９を用いて溶加板５をレーザ照射して、一対の被接合部材１を溶接する。

図３は、隙間３ａの厚み４ａが大きい部分での被接合部材１同士の溶接方法を示す図である。図３（ａ）は、被接合部材１同士の隙間３ａに溶加板５−１を挟んだ状態を示す図、図３（ｂ）は、被接合部材１同士の隙間３ａに溶加板５−２を追加して挟んだ状態を示す図である。

図１（ａ）、図２（ａ）に示す隙間３の厚み４が一定でなく、図３に示すように、厚み４ａが大きい隙間３ａが存在する場合、図３（ａ）に示すように、隙間３ａに溶加板５−１を差し込んだ後、図３（ｂ）に示すように、溶加板５−１の上側に溶加板５−２を追加で差し込んで、被接合部材１の隙間３ａの厚み４ａの全体を埋める。溶加板５−１、溶加板５−２は、いずれも被接合部材１の外周面２側から差し込んで配置される。

このように、第１の実施の形態によれば、被接合部材１ａの接合端面７ａと被接合部材１ｂの接合端面７ｂとの隙間３に、隙間３からはみ出し且つ隙間３の厚み４を埋めるように溶加板５を挟んでレーザ溶接することにより、被接合部材１同士の間に隙間３が生じた場合でも、溶接部の肉痩せを防ぐことができる。また、必要に応じて、隙間３ａに溶加板５を２枚重ねて挟むことにより、溶接前に各部位ごとに適量の溶加板５を追加することができるため、部分的に溶加材が不足することによって生じる欠陥を回避することができる。

なお、第１の実施の形態では、被接合部材１の隙間３の両端からはみ出すように溶加板５を配置したが、溶加板５は、少なくとも溶接機９でレーザ照射を行う側（外周面２側）にはみ出し、レーザ照射を行わない側（内周面６側）は被接合部材１の面位置に達していればよい。また、第１の実施の形態では、隙間に１枚または２枚の溶加板５を挟んだが、隙間に挟む溶加板５の枚数を３枚以上としてもよい。また、非接合部材１および溶加材５の形状は、図示した例には限られない。

図４は、被接合部材に目違いや段差がある例を示す図である。図１から図３に示す例では、被接合部材１同士に段差や目違いがなかったが、図４に示すように被接合部材に段差や目違いがある場合にも同様の方法で溶接が可能である。

図４（ａ）は、目違いのある被接合部材１１ａと被接合部材１１ｂとを示す図、図４（ｂ）は、被接合部材１１ａと被接合部材１１ｂとの隙間１４に溶加板１３を挟んだ状態を示す図である。図４（ａ）に示すように、被接合部材１１ａと被接合部材１１ｂとに目違いがある場合にも、被接合部材１１ａの接合端面１２ａと被接合部材１１ｂの接合端面１２ｂとの隙間１４に、図４（ｂ）に示すように、隙間１４を埋め且つ隙間１４の端部からはみ出るように溶加板１３を挟む。そして、レーザ照射を行って、被接合部材１１同士を溶接する。

図４（ｃ）は、段差のある被接合部材１７ａと被接合部材１７ｂとの溶接部を示す図である。図４（ｃ）に示すように、被接合部材１７ａと被接合部材１７ｂとに段差がある場合にも、被接合部材１７ａの接合端面と被接合部材１７ｂの接合端面との隙間に、接合部の厚みの全体を埋めるように隙間を埋め且つ隙間の端部からはみ出るように溶加板１９を挟む。そして、レーザ照射を行って、被接合部材１７同士を溶接する。

図４に示すように、設置誤差等によって目違いや段差が生じている場合にも、隙間の大きさやずれに対応するように溶加板の寸法を調整することにより、溶接前に部位ごとに適切な溶加板を挟んでおくことができ、部分的に溶加材が不足することによって生じる欠陥の回避が可能となる。

次に、第２の実施の形態について説明する。図５は、被接合部材２３同士の隙間に溶加板２５を挟んだ状態を示す図である。図６は、溶加板２５の斜視図であり、図６（ａ）は、溶加板２５ａの斜視図、図６（ｂ）は、溶加板２５ｂの斜視図を示す。図７は、被接合部材２３および溶加板２５の概要を示す図であり、図７（ａ）は、被接合部材２３の斜視図、図７（ｂ）は、溶加板２５の平面図を示す。

第２の実施の形態では、図７（ａ）に示すような一対の被接合部材２３をレーザ溶接により溶接する。図７（ａ）に示すように、上段の被接合部材２３ａ、下段の被接合部材２３ｂは、いずれも断面が矩形の中空体であり、被接合部材２３ａの接合端面と被接合部材２３ｂの接合端面との間には、隙間２９がある。

被接合部材２３ａと被接合部材２３ｂとをレーザ溶接により溶接するには、まず、図７（ａ）に示す被接合部材２３ａの接合端面と被接合部材２３ｂの接合端面との隙間２９に、図５に示すように、隙間の厚みの全体を埋め且つ隙間の両端からはみ出すように溶加板２５を挟む。溶加板２５は、被接合部材２３の外周面２２側に、溶加板２５の両面側に増厚して形成された増厚部２７が設けられる。

図６（ａ）に示すように、溶加板２５ａは、正方形の板材である。溶加板２５ａは、隣り合う２辺に増厚部２７ａが設けられる。図６（ｂ）に示すように、溶加板２５ｂは、長方形の板材である。溶加板２５ｂは、長辺のうち１辺に増厚部２７ｂが設けられる。溶加板２５は、被接合部材２３と同等か、それ以上の強度を有する材質とする。溶加板２５ａ、溶加板２５ｂは、図７（ａ）に示す被接合部材２３同士の隙間２９に、被接合部材２３の外周面２２側から差し込んで配置される。このとき、図７（ｂ）に示すような配置となるように、溶加板２５ａを被接合部材２３同士の隙間２９の隅部に挟み、溶加板２５ｂを被接合部材２３同士の隙間２９の隅部を除く部分に挟む。

被接合部材２３同士の隙間２９に溶加板２５を挟んだ後、図５に示すように、被接合部材２３の外周面２２側から溶接機９を用いて溶加板２５をレーザ照射して、一対の被接合部材２３を溶接する。

このように、第２の実施の形態によれば、被接合部材２３ａの接合端面と被接合部材２３ｂの接合端面との隙間２９に、隙間２９の厚みを埋め且つ隙間２９からはみ出すように溶加板２５を挟んでレーザ溶接することにより、被接合部材２３同士の間に隙間２９が生じた場合でも、溶接部の肉痩せを防ぐことができる。また、溶加板２５のレーザ照射側の端部に増厚部２７を設けることにより、肉痩せを防止するために必要な容積を補うために、非接合部材２３ａ、２３ｂからの溶加板２５の突出長さを短くすることができる。このため、レーザの焦点が合わせやすく、接合作業が容易である。また、溶加板２５の挿入代を作業者が容易に把握することができる。

なお、第２の実施の形態では、被接合部材２３の隙間２９の両端からはみ出すように溶加板２５を配置したが、溶加板２５は、少なくとも溶接機９でレーザ照射を行う側（外周面２２側）にはみ出し、レーザ照射を行わない側（内周面２４側）は被接合部材２３の面位置に達していればよい。

また、第２の実施の形態では、溶加板２５の両面側に増厚して増厚部２７を形成したが、溶加板の片面側のみに増厚して増厚部を設けてもよい。図８、図９は、片面側に増厚部３５が形成された溶加板３３を用いる例を示す図である。図９（ａ）は、被接合部材３１同士の隙間３７に溶加板３３を差し込んだ状態を示す図、図９（ｂ）は、被接合部材３１同士の隙間３７に追加の溶加板５を差し込んだ状態を示す図である。

図８、図９に示す例では、片方の面３３ａ側は増厚されず、もう片方の面３３ｂ側のみが増厚されて増厚部３５が形成された溶加板３３を用いる。被接合部材３１同士を溶接するには、図８に示すように、被接合部材３１ａの接合端面と被接合部材３１ｂの接合端面との隙間に溶加板３３を挟み、溶加板３３の増厚部３５側からレーザ照射を行う。

図９（ａ）に示すように、被接合部材３１ａの接合端面と被接合部材３１ｂの接合端面との隙間３７に溶加板３３を差し込んだ状態で隙間３７が埋まっていない場合、図９（ｂ）に示すように、溶加板３３の面３３ａ側に追加の溶加板５を差し込む。そして、被接合部材３１ａの接合端面と被接合部材３１ｂの接合端面との隙間３７に溶加板３３および溶加板５を挟んだ後、増厚部３５側からレーザ照射して一対の被接合部材３１を溶接する。

なお、図８、図９に示す例でも、溶加板は、少なくとも溶接機９でレーザ照射を行う側（外周面３２側）にはみ出し、レーザ照射を行わない側（内周面３４側）は被接合部材３１の面位置に達していればよい。

第１および第２の実施の形態では、被接合部材同士の間に溶加板を挟んでレーザ溶接をするため、溶加材を供給しながら溶接する方法と比較して、溶加材の供給装置が不要となり、溶接機の機器構成が簡単になる。また、溶加板を被接合部材同士の隙間に挟んでおけば、レーザ照射中に垂れ落ちにくく、溶け込み性能が高い。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１、１ａ、１ｂ、１１、１１ａ、１１ｂ、１７、１７ａ、１７ｂ、２３、２３ａ、２３ｂ、３１、３１ａ、３１ｂ………被接合部材
３、３ａ、１４、２９、３７………隙間
５、５−１、５−２、１３、１９、２５、３３………溶加板
７ａ、７ｂ、１２ａ、１２ｂ………接合端面
９………溶接機
２７、２７ａ、２７ｂ、３５………増厚部

Claims (5)

1. 一対の被接合部材の接合端面同士の隙間に、前記隙間からはみ出すように溶加板を挟む工程ａと、
   前記溶加板をレーザ照射して前記一対の被接合部材を溶接する工程ｂと、
   を具備することを特徴とする溶接方法。
2. 前記工程ａで、前記溶加板を２枚以上重ねて挟むことを特徴とする請求項１記載の溶接方法。
3. 前記溶加板の少なくとも１辺に、前記溶加板の片面側に増厚して形成された増厚部が設けられることを特徴とする請求項１または請求項２記載の溶接方法。
4. 前記溶加板の少なくとも１辺に、前記溶加板の両面側に増厚して形成された増厚部が設けられることを特徴とする請求項１または請求項２記載の溶接方法。
5. 前記被接合部材が、断面が矩形の中空体であり、
   前記工程ａで、２辺に前記増厚部が設けられた第１の溶加板を前記被接合部材同士の隙間の隅部に挟み、１辺に前記増厚部が設けられた第２の溶加板を前記被接合部材同士の隙間の前記隅部を除く部分に挟むことを特徴とする請求項３または請求項４記載の溶接方法。

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