JP2021112763A

JP2021112763A - 接合体の製造方法

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Publication number: JP2021112763A
Application number: JP2020006184A
Authority: JP
Inventors: 慎也佐藤; Shinya Sato
Original assignee: Futaba Industrial Co Ltd
Current assignee: Futaba Industrial Co Ltd
Priority date: 2020-01-17
Filing date: 2020-01-17
Publication date: 2021-08-05
Anticipated expiration: 2040-01-17
Also published as: JP7343409B2

Abstract

【課題】接合状態の向上を図ることができる接合体の製造方法を提案する。【解決手段】金属製の複数の板材を所定方向に重ねて溶接した接合体の製造方法であって、この製造方法は、複数の板材のうち所定方向の端に位置する第１板材に入熱を行い溶接することを含む。溶接することには、複数の板材に溶け込みが生じる第１の入熱と、第１の入熱よりも入熱量の小さい第２の入熱と、を交互に繰り返しつつ入熱位置を移動させることが含まれる。【選択図】図１

Description

本開示は、金属製の複数の板材を所定方向に重ねて溶接する技術に関する。

従来、金属製の複数の板材を溶接して接合した接合体の製造が行われている。特許文献１には、重ね合わせた上板及び下板のうち、下板の主たる面と、上板の端面と、により構成される角部分を溶接するいわゆる隅肉溶接を行う構成が開示されている。

特開２０１２−１２５８２１号公報

従来の隅肉溶接では、２つの母材の間の溶接ルート部にて溶接を行う。溶接位置が溶接ルート部からずれると、溶接不良が生じ易い。溶接位置が下板側にずれると、下板の溶け落ちが生じやすくなってしまい、また上板が溶融しないため溶接が実現されない。一方、溶接位置が上板側にずれると、下板への入熱が小さくなり、下板の溶け込みを確保できない。また、溶接装置の出力を上げて入熱量を大きくすると、上板の溶け落ちが生じやすくなってしまう。

本開示の目的は、接合状態の向上を図ることができる接合体の製造方法を提案することである。

本開示の一態様は、金属製の複数の板材を所定方向に重ねて溶接した接合体の製造方法であって、複数の板材のうち所定方向の端に位置する第１板材に入熱を行い溶接することを含む。溶接することには、複数の板材に溶け込みが生じる第１の入熱と、第１の入熱よりも入熱量の小さい第２の入熱と、を交互に繰り返しつつ入熱位置を移動させることが含まれる。

このような製造方法であれば、相対的に入熱量の大きい第１の入熱により、複数の板材全体に熱を加えることができる。また相対的に入熱量の小さい第２の入熱を行うことで、入熱量を低下させすぎることなく、過剰に加熱してしまうことを抑制できる。したがって、入熱量が小さいことによる溶け込み不足、及び、入熱量が過剰であることによる溶け落ちの発生を抑制し、接合状態のよい接合体を製造することができる。

上述した製造方法において、複数の板材のうち所定方向と反対の端に位置する第２板材を除く少なくとも１つの板材は、第２板材における第２板材の端面から離れた所定の位置に端面が位置するように配置されていてもよい。また上述した溶接することは、第１板材の端面に沿って行われてもよい。このような製造方法であれば、いわゆる隅肉溶接と同等の溶接を実現することができる。

また、上述した製造方法において、溶接することは、アーク溶接により実現されてもよい。また、第１の入熱をパルス溶接にて実現し、第２の入熱を短絡溶接により実現してもよい。このような製造方法であれば、第１の入熱をパルス溶接によって実現することができ、第２の入熱を短絡溶接によって実現することができる。またこの製造方法では、ビードの形成に溶接ワイヤが用いられるため、溶接ワイヤでビードを盛ることができ、溶け落ちによる孔あきを高度に抑制することができる。

また上述した製造方法において、複数の板材のうち所定方向と反対の端に位置する第２板材は、複数の板材のうち第２板材を除く板材よりも厚くてもよい。このような製造方法であれば、第２板材が他の板材よりも相対的に厚いため、第２板材の溶け落ちの発生を高度に抑制することができる。

また上述した製造方法において、溶接することは、第１板材における上述した所定方向を向く面に入熱することを含んでもよい。このような製造方法であれば、より高い精度で第１板材から入熱を行うことができる。そのため、第１板材に入熱ができずに溶接ができなくなる危険を低減できる。

図１Ａ〜１Ｃは、実施形態に係る接合体の製造方法を説明する模式的な側面図であって、図１Ａは第１の入熱を説明する図であり、図１Ｂは第２の入熱を説明する図であり、図１Ｃは溶接が行われた後の状態を説明する図である。実施形態に係る接合体の製造方法を説明する模式的な平面図である。実施例に係る消音器の製造方法を説明する模式的な断面図である。図４Ａは実施例に係る消音器を説明する模式的な正面断面図であり、図４Ｂは消音器のマフラーシェルに係る側面図である。

以下に本開示の実施形態を図面と共に説明する。
［１．接合体の製造方法］
＜接合体の構成＞
以下に説明する接合体の製造方法は、金属製の複数の板材を所定方向に重ねて溶接した接合体の製造方法である。ここでいう複数の板材の材料は、溶接による接合が可能な金属材料であれば特に限定されない。複数の板材は、材料の異なる２種類以上の板材であってもよい。また、接合体を構成する複数の板材は、少なくとも接合される部分が板状の形状であればよい。複数の板材の形状は、溶接する箇所を重ねて配置可能であれば特に限定されない。

以下では、２枚の金属板材を接合した接合体の製造方法を図示して説明する。図１Ａに示されるように、接合体には第１板材１１及び第２板材１２が含まれる。第１板材１１及び第２板材１２は、主たる面が隣接するように重ねて配置されている。第２板材１２は、第１板材１１よりも厚い板材である。なお、３枚以上の板材を溶接する場合には、第１板材１１と第２板材１２の間に配置して溶接してもよい。

第１板材１１が、複数の板材のうち所定方向の端に位置する板材に相当する。また、第２板材１２が、複数の板材のうち所定方向と反対の端に位置する板材に相当する。ここでいう所定方向とは、第１板材１１と第２板材１２の重なる方向であって、第２板材１２から第１板材１１に向かう方向である。

第１板材１１は、第２板材１２における該第２板材１２の端面１２ａから離れた所定の位置に端面１１ａが位置するように配置されている。つまり、第２板材１２は第１板材１１よりも外側に突き出している。また、第１板材１１の端面１１ａは、第２板材１２の主たる面のうち所定方向を向く面である接合面１２ｂ上に位置し、接合面１２ｂと交差するように配置されている。

なお、３枚以上の板材を溶接する場合は、第２板材１２を除く少なくとも１つ又は全部の板材が上述した第１板材１１と同様の位置及び態様で配置されていてもよい。また、３枚以上の板材を溶接する場合は、第２板材１２を最も厚い板材としてもよい。言い換えると、第２板材１２が、複数の板材のうち第２板材１２を除く板材よりも厚く構成されていてもよい。

＜接合体の溶接＞
溶接の具体的方法について説明する。本実施形態では、第１板材１１と第２板材１２との溶接ルート部ではなく、第１板材１１に入熱を行い溶接する。より詳細には、第１板材１１における所定方向を向く面である入熱面１１ｂに入熱する。また本実施形態では、アーク溶接により溶接を行う。このアーク溶接では、第１の入熱と、第２の入熱と、を交互に繰り返す。

＜第１の入熱＞
第１の入熱は、溶接対象となる複数の板材の全てに溶け込みを生じさせる入熱である。図１Ａに示されるように、溶接ワイヤ２１は、入熱面１１ｂに向けて設定される。ここでは、アーク溶接としてパルス溶接（パルスアーク溶接）を行う。このパルス溶接は、１回以上のパルス出力を含むものであり、パルス出力の所定期間の経過、又は、ピーク電流を所定回数出力するまでを１つの単位とする。

＜第２の入熱＞
第２の入熱は、第１の入熱よりも入熱量の小さい入熱である。ここでは、アーク溶接として短絡溶接（短絡アーク溶接）を行う。図１Ｂに示されるように、第１の入熱によって第１板材１１及び第２板材１２に溶け込みが生じ、溶融池１３が形成されている。この状態で短絡溶接を行うことで、直前の第１の入熱を含む過去の入熱を利用して板材を溶融させる。この操作によって、図１Ｃに示されるように、ビード１４が形成される。

＜入熱位置の移動＞
図２に示されるように、アーク溶接が為される位置である入熱位置２２は、第１板材１１の端面１１ａに沿って移動する。移動中、第１の入熱と、第２の入熱と、が交互に繰り返される。なお、第１の入熱と第２の入熱との切替え頻度、及び、入熱位置２２の移動の速度は特に限定されず、板材の種別、板厚、出力などを考慮して適宜設定してもよい。

なお、複数の板材を溶接する際に、各板材の間に生じる隙間の大きさは特に限定されない。例えば、隙間の大きさは、板材の板厚よりも大きくてもよい。

［３．効果］
上述した接合体の製造方法であれば、以下の効果が得られる。
（ｉ）上述した接合体の製造方法では、第１の入熱により、複数の板材全体に熱を加える。ここで、第１の入熱は入熱量が大きい入熱操作であるため、いずれかの板材、特に第２板材１２の溶け込みが不足してしまうことによる接合不良を抑制できる。また、第１の入熱と交互に、相対的に入熱量の小さい第２の入熱を行うことで、入熱量を低下させすぎることなく、過剰に加熱してしまうことを抑制できる。そのため、いずれかの板材、特に第１板材１１が溶け落ちてしまうことによる接合不良を抑制できる。

なお、第１の入熱のみを継続して場合、過剰な溶け込みが発生しやすくなってしまう。また、第１の入熱のみを断続的に行う場合、言い換えると、第２の入熱を行うタイミングで何らの入熱を行わない場合は、溶接状態の位置によるバラつきが生じやすくなってしまう。しかし、第２の入熱を行うことで溶接状態を均一化でき、接合状態のよい接合体を製造することができる。ここでいう溶接状態とは、例えば、第２板材１２における溶融深さや盛られるビード１４の量などを指す。

（ｉｉ）上述した接合体の製造方法では、第１板材１１の端面１１ａに沿って溶接が行われる。そして、第１板材１１を含む第２板材１２以外の板材は、第２板材１２の端面１２ａから離れた所定の位置に端面が位置するように配置されている。すなわち、いわゆる隅肉溶接と同等の溶接を実現することができる。さらに、上述した接合体の製造方法では、第１板材１１を狙って入熱するため、溶接ルート部を正確に狙うことが望まれる従来の方法と比較して、入熱位置のバラつきに起因する溶接状態のバラつきが生じにくい。そのため、接合体の接合状態の向上を図ることができ、特に３枚以上の板材を重ねて溶接する場合に有効である。

（ｉｉｉ）上述した接合体の製造方法では、アーク溶接による溶接を行うため、溶接ワイヤ２１によってビード１４を盛ることができる。その結果、溶け落ちによる孔あきを高度に抑制することができる。また、パルス溶接による第１の入熱と、短絡溶接による第２の入熱と、を交互に行うことで、入熱量を好適に調整することができる。

（ｉｖ）上述した接合体の製造方法では、第２板材１２が他の板材よりも相対的に厚いため、第２板材１２の溶け落ちの発生を高度に抑制することができる。
（ｖ）上述した接合体の製造方法では、第１板材１１の入熱面１１ｂを狙って入熱するため、より高い精度で第１板材１１からの入熱を実現することができる。その結果、第１板材１１に入熱ができずに溶接ができなくなる危険を低減できる。

［４．実施例］
図３に示す消音器３１は、マフラーシェル４１と、アウタープレート４２と、を含む。なお、消音器３１にはインレットパイプ、アウトレットパイプ、それらのパイプをマフラーシェル４１内に保持する保持部品、及び、それらのパイプが貫通する貫通孔などが含まれるが、溶接工程に関係性の薄い要素の説明は割愛する。

マフラーシェル４１は、筒状の形状であり、少なくともアウタープレート４２と溶接する箇所においては内管５１及び外管５２を有する二重管構造である。内管５１と外管５２は、端部を揃えて配置される。

アウタープレート４２は、筒状の側板４２ａを有する。側板４２ａはマフラーシェル４１の端部に挿入され、溶接によりマフラーシェル４１に接合される。側板４２ａは、内管５１及び外管５２よりも板厚が大きい。内管５１の板厚をｔ１、外管５２の板厚をｔ２、側板４２ａの板厚をｔ３としたとき、ｔ１≦ｔ３、及び、ｔ２≦ｔ３となる。なおｔ１とｔ２はいずれが厚くてもよく、同じ厚さでもよい。

溶接方法について説明する。トーチ３は、マフラーシェル４１の外管５２の上側面５２ａに出力する。この位置は、外管５２の外周面であり、内管５１及びアウタープレート４２の側板４２ａと重なる位置である。溶接はアーク溶接であって、溶接位置を周方向に移動させつつ、パルス溶接と短絡溶接とを交互に行う。

このような溶接方法によって溶接を行うことで、側板４２ａの溶け込みが十分に行われ、かつ、マフラーシェル４１の溶け落ちが抑制された、接合状態のよい消音器３１が製造される。

なおマフラーシェルは、図４Ａ、図４Ｂに示されるように、一枚の板により二重管として形成されたものであってもよい。例えば、マフラーシェル４１は、一枚の板を巻いて二重とし、端部が重なった部分をスポット溶接により接合し、さらに、所望の形状に加圧等により変形させて製造してもよい。このように、上述した溶接方法により接合される複数の板材は、その一部又は全部が１つの板材として繋がっていてもよい。

上記本実施例において、消音器３１が接合体の一例である。また、マフラーシェル４１の内管５１及び外管５２、並びに、アウタープレート４２の側板４２ａが、複数の板材の一例である。また、外管５２が第１板材の一例であり、側板４２ａが第２板材の一例である。

［５．その他の実施形態］
以上本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。

（５ａ）上記実施形態では、第１の入熱をパルス溶接により実現し、第２の入熱を短絡溶接により実現する構成を例示した。しかしながら、第１の入熱によって溶接の対象となる板材に溶け込みが生じ、かつ、第１の入熱と第２の入熱との入熱量に差が生じていれば、それらの具体的な手段は特に限定されない。なお第１の入熱は、複数の入熱方法の組み合わせであってもよい。例えば、ピーク電流値が２種類以上に設定された複数回のパルス出力の組み合わせによって第１の入熱の一単位が構成されていてもよい。また第２の入熱も同様に、複数の入熱方法の組み合わせであってもよい。

（５ｂ）上記実施形態では、溶接のための入熱を、第１板材１１の入熱面１１ｂ、又は、外管５２の上側面５２ａに対して行う構成を例示した。しかしながら第１板材１１の端面１１ａや外管５２の端面５２ｂに対して入熱を行う構成であってもよい。

（５ｃ）上記実施形態では、第２板材１２が他の板材よりも外側に広く突き出し、他の板材は端面が揃えられ、それらの端面が第２板材１２の端面から離れた位置に配置された状態で溶接が行われる構成を例示した。しかしながら、各板材の相対的な位置は特に限定されない。

（５ｄ）上記実施形態では、第２板材１２が他の板材よりも厚い構成を例示したが、板材の厚さは特に限定されない。例えば、また、第２板材１２よりも他の板材の厚さが大きくてもよい。また、溶接する対象となる板材の厚さはいずれも同じであってもよいし、いずれも異なっていてもよい。

（５ｅ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。

３…トーチ、１１…第１板材、１１ａ…端面、１１ｂ…入熱面、１２…第２板材、１２ａ…端面、１２ｂ…接合面、１３…溶融池、１４…ビード、２１…溶接ワイヤ、３１…消音器、４１…マフラーシェル、４２…アウタープレート、４２ａ…側板、５１…内管、５２…外管、５２ａ…上側面、５２ｂ…端面

Claims

金属製の複数の板材を所定方向に重ねて溶接した接合体の製造方法であって、
前記複数の板材のうち前記所定方向の端に位置する第１板材に入熱を行い溶接することを含み、
前記溶接することは、前記複数の板材に溶け込みが生じる第１の入熱と、前記第１の入熱よりも入熱量の小さい第２の入熱と、を交互に繰り返しつつ入熱位置を移動させることを含む、接合体の製造方法。
請求項１に記載の接合体の製造方法であって、
前記複数の板材のうち前記所定方向と反対の端に位置する第２板材を除く少なくとも１つの板材は、前記第２板材における該第２板材の端面から離れた所定の位置に端面が位置するように配置されており、
前記溶接することは、前記第１板材の前記端面に沿って行われる、接合体の製造方法。
請求項１又は請求項２に記載の接合体の製造方法であって、
前記溶接することは、アーク溶接であって、前記第１の入熱をパルス溶接にて実現し、前記第２の入熱を短絡溶接により実現する、接合体の製造方法。
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の接合体の製造方法であって、
前記複数の板材のうち前記所定方向と反対の端に位置する第２板材は、前記複数の板材のうち前記第２板材を除く板材よりも厚い、接合体の製造方法。
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の接合体の製造方法であって、
前記溶接することは、前記第１板材における前記所定方向を向く面に入熱することを含む、接合体の製造方法。