JP2019005773A - 突合せ溶接の手直し方法 - Google Patents

Abstract

【課題】引けによる強度低下を抑制しつつ、良好なプレス成形性を確保することのできる突合せ溶接の手直し方法。【解決手段】第１の板（Ｗ１）と、第１の板（Ｗ１）よりも厚い第２の板（Ｗ３）とを、突き合わせて溶接し、溶接部（Ｗ３１）を形成する溶接工程（ＳＴ１）と、溶接部（Ｗ３１）に肉盛溶接を行い、肉盛部（Ｗ４）を形成する肉盛工程（ＳＴ２）と、を備える突合せ溶接の手直し方法である。溶接工程（ＳＴ１）では、第１の板（Ｗ１）の主面（Ｗ１ａ）の一方と第２の板（Ｗ３）の主面（Ｗ３ａ）の一方とが面一となるように、第１の板（Ｗ１）及び第２の板（Ｗ３）が突き合わされて溶接される。第１の板（Ｗ１）の厚み方向における、第１の板（Ｗ１）の他方の主面（Ｗ１ｂ）から肉盛部（Ｗ４）の頂部（Ｗ４ａ）までの長さｔ２と、第１の板（Ｗ１）の厚みｔ１との関係は、ｔ１≦ｔ２≦１．１０×ｔ１を満たす。【選択図】図２

Description

本発明は、突合せ溶接の手直し方法に関し、特に、厚みの異なる板同士を突き合わせて溶接する突合せ溶接の手直し方法に関する。

このような突合せ溶接方法の一例が、特許文献１に開示されている。

特開２０１６−０６８０９２号公報

このような突合せ溶接方法により形成した溶接物は、溶接部に引けが生じやすく、引けが生じると、機械的強度が低下する。そこで、引けの発生した溶接部に肉盛溶接を行うことによって、手直しする。

ところで、このような突合せ溶接方法により形成した溶接物を、曲面を有する形状にプレス成形することがある。しかし、肉盛溶接部が、その周辺の部位より張り出た形状を有したり、溶接物に強度を付与し過ぎたりするため、良好なプレス成形性を確保できないことが有った。

本発明は、引けによる強度低下を抑制しつつ、良好なプレス成形性を確保するものとする。

本発明に係る突合せ溶接の手直し方法は、
第１の板と、当該第１の板よりも厚い第２の板とを、突き合わせて溶接し、溶接部を形成する溶接工程と、
当該溶接工程において当該溶接部に引けが発生した場合、当該溶接部に肉盛溶接を行い、肉盛部を形成する肉盛工程と、を備える突合せ溶接の手直し方法であって、
前記溶接工程では、前記第１の板の面であって厚み方向に直交する面である主面の一方と前記第２の板の主面の一方とが面一となるように、前記第１の板及び前記第２の板が突き合わされて溶接され、
前記肉盛工程では、前記溶接部における前記第１及び前記第２の板の一方の主面側に、前記肉盛部を形成した場合、前記第１の板の厚み方向における、前記第１の板の他方の主面から前記肉盛部の頂部までの長さｔ２と、前記第１の板の厚みｔ１との関係は、
ｔ１≦ｔ２≦１．１０×ｔ１
を満たす。
このような構成によれば、肉盛部を形成することによって、引けによる強度の低下を抑制することができる。しかも、肉盛部の頂部が所定の範囲内に位置するため、肉盛溶接された溶接物は、良好にプレス成形することができる。

本発明は、引けによる強度低下を抑制しつつ、良好なプレス成形性を確保することができる。

実施の形態１に係る突合せ溶接の手直し方法の一工程を示す模式図である。 実施の形態１に係る突合せ溶接の手直し方法の一工程を示す模式図である。 実施の形態２に係る突合せ溶接の手直し方法の一工程を示す模式図である。 実施の形態２に係る突合せ溶接の手直し方法の一工程を示す模式図である。 実施の形態１に係る突合せ溶接の手直し方法の一変形例の一工程を示す模式図である。 実施の形態１に係る突合せ溶接の手直し方法の一変形例の一工程を示す模式図である。 疲労試験片を示す模式上面図である。 疲労試験片を示す模式断面図である。 繰り返し回数に対する応力振幅を示すグラフである。 フレームの製造方法の一工程を示す模式斜視図である。 フレームの製造方法の一工程を示す模式断面図である。 フレームの製造方法の一工程を示す模式斜視図である。 フレームの製造方法の一工程を示す模式断面図である。 フレームの製造方法の一工程を示す模式斜視図である。 フレームの製造方法の一工程を示す模式断面図である。 フレームの製造方法の一工程を示す模式斜視図である。 フレームの製造方法の一工程を示す模式断面図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。図１〜図６では、分かりやすくするため、ハッチングの記載が省略されている。

（実施の形態１）
図１及び図２を参照して実施の形態１について説明する。図１及び図２は、実施の形態１に係る突合せ溶接の手直し方法の一工程を示す模式図である。

図１に示すように、第１の板Ｗ１と、第２の板Ｗ３とを、突き合わせて溶接し、溶接部Ｗ３１を形成する（溶接工程ＳＴ１）。第１の板Ｗ１は、厚みｔ１を有し、第２の板Ｗ３は、厚みｔ１よりも厚い厚みｔ３を有する。第１の板Ｗ１及び第２の板Ｗ３は、金属材料からなり、例えば、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔｉ又はこれらの合金からなる。このＦｅ合金の一例として、ＳＵＳ（ステンレス鋼）が挙げられる。溶接方法として、レーザ溶接を利用することができる。具体的には、第１の板Ｗ１の一方の主面Ｗ１ａと第２の板Ｗ３の一方の主面Ｗ３ａとが面一となるように、第１の板Ｗ１及び第２の板Ｗ３が突き合わされて溶接されている。つまり、第１の板Ｗ１の一方の主面Ｗ１ａと第２の板Ｗ３の一方の主面Ｗ３ａとは、１つの仮想平面３１ａ上に配置されている。主面Ｗ１ａは、第１の板Ｗ１の厚み方向に直交する面であり、主面Ｗ３ａは、第２の板Ｗ３の厚み方向に直交する面である。ところで、溶接部Ｗ３１に引けが発生する場合がある。このような場合、例えば、溶接部Ｗ３１における第１の板Ｗ１及び第２の板Ｗ３の一方の主面Ｗ１ａ、Ｗ３ａ側の表面は、仮想平面３１ａよりも凹んだ形状を有する。また、溶接部Ｗ３１における第１の板Ｗ１及び第２の板Ｗ３の一方の主面Ｗ１ｂ、Ｗ３ｂ側の表面は、仮想平面３１ｂと実質的に平行な平面、それに近い形状、又は仮想平面３１ｂと一回以上交差する形状を有する。

続いて、図２に示すように、溶接部Ｗ３１に肉盛溶接を行い、肉盛部Ｗ４を形成する（肉盛工程ＳＴ２）。溶接部Ｗ３１における第１の板Ｗ１及び第２の板Ｗ３の一方の主面Ｗ１ａ、Ｗ３ａ側に、肉盛部Ｗ４を形成した場合、肉盛部Ｗ４の頂部Ｗ４ａは、仮想平面３１ａから、第１の板Ｗ１の厚みｔ１の１０％までの範囲内に位置する。つまり、第１の板Ｗ１の厚み方向における、第１の板Ｗ１の他方の主面Ｗ１ｂから肉盛部Ｗ４の頂部Ｗ４ａまでの長さｔ２は、以下の関係式１を満たす。
ｔ１≦ｔ２≦１．１０×ｔ１ （…関係式１）
長さｔ２は、関係式１を満たす場合、後述するプレス成形に大きな阻害しないため、好ましい。第１の板Ｗ１、溶接部Ｗ３１、及び肉盛部Ｗ４が接続する部位の曲率半径Ｒは、所定の値を超えればよく、図２に示す例では、２ｍｍ以上とした。第２の板Ｗ３、溶接部Ｗ３１、及び肉盛部Ｗ４が接続する部位の曲率半径Ｒも、同様に、所定の値を超えればよく、図２に示す例では、２ｍｍ以上とした。溶接物Ｗ１０の疲労強度を向上することができる。

肉盛工程ＳＴ２の完了後において、溶接物Ｗ１０は、プレス成形してもよい。溶接物Ｗ１０において、肉盛部Ｗ４の頂部Ｗ４ａは、仮想平面３１ａから第１の板Ｗ１の厚みｔ１の１０％までの範囲内に位置するため、頂部Ｗ４ａが仮想平面３１ａから突き出る長さや、肉盛部Ｗ４によって溶接物に付与する強度が所定の範囲内に抑制される。よって、広く利用されるプレス成形機を用いて、良好にプレス成形することができる。

（実施の形態２）
次に、図３及び図４を参照して実施の形態２について説明する。図３及び図４は、実施の形態２に係る突合せ溶接の手直し方法の一工程を示す模式図である。

図３に示すように、第１の板Ｗ１と、第２の板Ｗ３とを、突き合わせて溶接し、溶接部Ｗ３１を形成する（溶接工程ＳＴ２１）。具体的には、第１の板Ｗ１の一方の主面Ｗ１ａと第２の板Ｗ３の一方の主面Ｗ３ａとが面一となるように、第１の板Ｗ１及び第２の板Ｗ３が突き合わされて溶接されている。つまり、第１の板Ｗ１の一方の主面Ｗ１ａと第２の板Ｗ３の一方の主面Ｗ３ａとは、１つの仮想平面３１ａ上に配置されている。第１の板Ｗ１の一方の主面Ｗ１ｂと第２の板Ｗ３の一方の主面Ｗ３ｂとは、段差が有るもの、略平行である。ここで、主面Ｗ１ｂと主面Ｗ３ｂとを繋ぐ仮想平面３１ｂがある。溶接部Ｗ３１に引けが発生する場合がある。このような場合、例えば、溶接部Ｗ３１における第１の板Ｗ１及び第２の板Ｗ３の一方の主面Ｗ１ａ、Ｗ３ａ側の表面は、仮想平面３１ａと実質的に平行な平面、又はそれに近い形状を有する。また、溶接部Ｗ３１における第１の板Ｗ１及び第２の板Ｗ３の一方の主面Ｗ１ｂ、Ｗ３ｂ側の表面は、仮想平面３１ｂよりも凹んだ形状を有する。

続いて、図４に示すように、溶接部Ｗ３１に肉盛溶接を行い、肉盛部Ｗ５を形成する（肉盛工程ＳＴ２２）。溶接部Ｗ３１における第１の板Ｗ１及び第２の板Ｗ３の一方の主面Ｗ１ａ、Ｗ３ａ側に、肉盛部Ｗ５を形成した場合、肉盛部Ｗ５の表面は、仮想平面３１ｂ上、又は仮想平面３１ｂから仮想平面３１ａ側に位置する。

肉盛工程ＳＴ２２の完了後において、溶接物Ｗ２０は、プレス成形してもよい。ここで、溶接物Ｗ２０において、肉盛部Ｗ５の表面は、仮想平面３１ｂ上、又は仮想平面３１ｂから仮想平面３１ａ側に位置し、且つ、溶接部Ｗ３１における第１の板Ｗ１及び第２の板Ｗ３の一方の主面Ｗ１ａ、Ｗ３ａ側の表面は、仮想平面３１ａと実質的に平行な平面、又はそれに近い形状を有する。そのため、肉盛部Ｗ５によって溶接物に付与する強度が所定の範囲内に抑制される。よって、広く利用されるプレス成形機を用いて、良好にプレス成形することができる。

（実施の形態１の一変形例）
次に、図５及び図６を参照して実施の形態１の変形例について説明する。図５及び図６は、実施の形態１に係る突合せ溶接の手直し方法の一変形例の一工程を示す模式図である。実施の形態１の変形例は、上記した実施の形態１に係る突合せ溶接の手直し方法（図１及び図２参照）と、実施の形態２に係る突合せ溶接の手直し方法（図３及び図４参照）とを組み合わせた突合せ溶接の手直し方法とを含む方法である。

図５に示すように、第１の板Ｗ１と、第２の板Ｗ３とを、突き合わせて溶接し、溶接部Ｗ３１を形成する（溶接工程ＳＴ１１）。溶接部Ｗ３１に引けが発生した場合、溶接部Ｗ３１における第１の板Ｗ１及び第２の板Ｗ３の一方の主面Ｗ１ａ、Ｗ３ａ側の表面は、仮想平面３１ａよりも凹んだ形状を有する。また、溶接部Ｗ３１における第１の板Ｗ１及び第２の板Ｗ３の一方の主面Ｗ１ｂ、Ｗ３ｂ側の表面は、仮想平面３１ｂよりも凹んだ形状を有する。

続いて、図２に示すように、溶接部Ｗ３１に肉盛溶接を行い、肉盛部Ｗ４及び肉盛部Ｗ５を形成する（肉盛工程ＳＴ１２）。具体的には、溶接部Ｗ３１における第１の板Ｗ１及び第２の板Ｗ３の一方の主面Ｗ１ａ、Ｗ３ａ側に、肉盛部Ｗ４を形成し、且つ、溶接部Ｗ３１における第１の板Ｗ１及び第２の板Ｗ３の一方の主面Ｗ１ｂ、Ｗ３ｂ側に、肉盛部Ｗ５を形成する。

肉盛工程ＳＴ１２の完了後において、溶接物Ｗ１０ａは、プレス成形してもよい。溶接物Ｗ１０ａにおいて、肉盛部Ｗ４の頂部Ｗ４ａは、仮想平面３１ａから第１の板Ｗ１の厚みｔ１の１０％までの範囲内に位置するため、頂部Ｗ４ａが仮想平面３１ａから突き出る長さや、肉盛部Ｗ４によって溶接物に付与する強度が所定の範囲内に抑制される。また、肉盛部Ｗ５の表面は、仮想平面３１ｂ上、又は仮想平面３１ｂから仮想平面３１ａ側に位置するため、肉盛部Ｗ５によって溶接物に付与する強度が所定の範囲内に抑制される。これらによって、広く利用されるプレス成形機を用いて、良好にプレス成形することができる。

（疲労強度試験）
次に、図７Ａ、図７Ｂ、及び図８を参照して、実施の形態１に係る突合せ溶接の手直し方法の一変形例を用いて形成した溶接物について疲労強度の試験結果について説明する。図７Ａは、疲労試験片を示す模式上面図である。図７Ｂは、疲労試験片を示す模式断面図である。図８は、繰り返し回数に対する応力振幅を示すグラフである。

図７Ａ、及び図７Ｂに示す疲労強度試験片Ｗ４０と同じ形状の疲労強度試験片を製造した。この製造した疲労強度試験片は、実施の形態１に係る突合せ溶接の手直し方法の一変形例を用いて形成した溶接物Ｗ１０ａの実施例と、その比較例である。比較例は、肉盛部Ｗ４を形成しない、又は肉盛部Ｗ４の頂部Ｗ４ａの位置が違うところを除いて、実施の形態１に係る突合せ溶接の手直し方法の一変形例と同じ方法を用いて形成した溶接物である。

疲労強度試験片Ｗ４０は、板Ｗ４１と、板Ｗ４３と、溶接部Ｗ４３１とを備える。疲労強度試験片Ｗ４０が、溶接物Ｗ１０ａの実施例である場合、板Ｗ４１と、板Ｗ４３と、溶接部Ｗ４３１とは、それぞれ、第１の板Ｗ１（図１参照）と、第２の板Ｗ３と、溶接部Ｗ３１とに相当する。溶接部Ｗ４３１は、疲労強度試験片Ｗ４０の長手方向における略真中に位置する。図７Ａに示す疲労強度試験片Ｗ４０の各部位の長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６［ｍｍ］は、それぞれ、１８，２０，１２．５，２５，４０，９０である。

引け率Ｓｒ［％］−３０％、−１６％、−０％、＋１０％を示す疲労強度試験片Ｗ４０の例をそれぞれ製造した。なお、引け率Ｓｒは、引けが有る場合、負の値を示し、引けが無く逆に張り出る形状である場合、正の値を示すように設定した。引け率Ｓｒは、以下の関係式２によって表わされる。引け率Ｓｒは、肉盛りした頂部Ｗ４ａ（図２参照）のｔ２相当のｔ１に対する割合となる。
Ｓｒ＝（ｔ２−ｔ１）／ｔ１×１００ （…関係式２）

図８に示すように、引け率Ｓｒ−３０％、−１６％、−０％、＋１０％の順に、疲労強度が向上した。すなわち、肉盛溶接を行うこと、引け率Ｓｒが増加し、疲労強度が向上すると考えられる。

（溶接方法の一具体例）
次に、図９Ａ〜図１２Ａ、及び図９Ｂ〜図１２Ｂを参照して、実施の形態１に係る溶接方法と同じ構成を有する溶接方法の手直し方法を含むフレームの製造方法について説明する。図９Ａ〜図１２Ａは、フレームの製造方法の一工程を示す模式斜視図である。図９Ｂ〜図１２Ｂは、フレームの製造方法の一工程を示す模式断面図である。

図９Ａ、及び図９Ｂに示すように、フレームの素材（図示略）を切断し、フレーム本体部材Ｗ１１と、フレーム端部材Ｗ１２、Ｗ１３とを形成する（切断工程ＳＴ１０１）。フレーム本体部材Ｗ１１は、第１の板Ｗ１の一具体例であり、フレーム端部材Ｗ１２、Ｗ１３は、第２の板Ｗ３の一具体例である。フレーム端部材Ｗ１２、Ｗ１３は、フレーム本体部材Ｗ１１よりも大きな厚みを備える。

図１０Ａ、及び図１０Ｂに示すように、フレーム端部材Ｗ１２、Ｗ１３を、フレーム本体部材Ｗ１１の所定の部位に押し当てるように固定させる（固定工程ＳＴ１０２）。すなわち、フレーム端部材Ｗ１２、Ｗ１３と、フレーム本体部材Ｗ１１とが、突き合わされている。言い換えると、フレーム端部材Ｗ１２、Ｗ１３がフレーム本体部材Ｗ１１の一部を挟みこみように配置される。

図１１Ａ、及び図１１Ｂに示すように、レーザをフレーム端部材Ｗ１２、Ｗ１３とフレーム本体部材Ｗ１１との境界又はその近傍に照射して、フレーム端部材Ｗ１２、Ｗ１３を、フレーム本体部材Ｗ１１に溶接することによって、溶接部Ｗ１２１、Ｗ１３１とを形成する（溶接工程ＳＴ１０３）。溶接部Ｗ１２１は、フレーム端部材Ｗ１２とフレーム本体部材Ｗ１１との境界に位置し、溶接部Ｗ１３１は、フレーム端部材Ｗ１３とフレーム本体部材Ｗ１１との境界に位置する。さらに、溶接部Ｗ１２１と、溶接部Ｗ１３１とを肉盛溶接することによって、手直しする（手直し工程ＳＴ１０４）。具体的には、上記した実施の形態１に係る突合せ溶接の手直し方法の一変形例（図５及び図６参照）を利用する。ＴＩＧ溶接やＭＡＧ溶接を利用することができる。ＴＩＧ溶接を用いた場合、スラグやスパッタがあまり発生しないため、好ましい。溶接ガスとしてＡｒを用いるとよい。溶接ワイヤとして、軟鋼用ＴＩＧワイヤ、フェライト系ステンレスワイヤを用いるとよい。このような溶接ワイヤは、エキゾーストマニホールド等の排気処理部品等を形成するための溶接方法に利用されることが知られている。

図１２Ａ、及び図１２Ｂに示すように、接合したフレーム本体部材Ｗ１１とフレーム端部材Ｗ１２、Ｗ１３とを、断面コの字状、又は断面Ｕ字形状に変形させるように、プレス成形する（プレス成形工程ＳＴ１０５）。ここで、フレーム本体部材Ｗ１１とフレーム端部材Ｗ１２、Ｗ１３とは、高い溶接強度で接合されているため、プレス成形しても互いにしっかりと接合したままである。プレス成形後のフレーム本体部材Ｗ１１とフレーム端部材Ｗ１２、Ｗ１３とは、適宜、加工をして、例えば、車両に搭載されるシャシーフレームの一部材として利用することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

ＳＴ１、ＳＴ１１、ＳＴ２１、ＳＴ１０３ 溶接工程
ＳＴ２、ＳＴ１２、ＳＴ２２、ＳＴ１０４ 肉盛工程（手直し工程）
Ｗ１０、Ｗ１０ａ、Ｗ２０、Ｗ１２１、Ｗ１３１ 溶接物
Ｗ１，Ｗ１１ 第１の板（フレーム本体部材） Ｗ１ａ、Ｗ１ｂ 主面
Ｗ１２、Ｗ１３ フレーム端部材
Ｗ３ 第２の板 Ｗ３ａ、Ｗ３ｂ 主面
Ｗ３１ 溶接部
Ｗ４ 肉盛部 Ｗ４ａ 頂部

Claims (1)

1. 第１の板と、当該第１の板よりも厚い第２の板とを、突き合わせて溶接し、溶接部を形成する溶接工程と、
   当該溶接工程において当該溶接部に引けが発生した場合、当該溶接部に肉盛溶接を行い、肉盛部を形成する肉盛工程と、を備える突合せ溶接の手直し方法であって、
   前記溶接工程では、前記第１の板の面であって厚み方向に直交する面である主面の一方と前記第２の板の主面の一方とが面一となるように、前記第１の板及び前記第２の板が突き合わされて溶接され、
   前記肉盛工程では、前記溶接部における前記第１及び前記第２の板の一方の主面側に、前記肉盛部を形成した場合、前記第１の板の厚み方向における、前記第１の板の他方の主面から前記肉盛部の頂部までの長さｔ２と、前記第１の板の厚みｔ１との関係は、
   ｔ１≦ｔ２≦１．１０×ｔ１
   を満たす、
   突合せ溶接の手直し方法。

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