JP3276072B2 - 浸炭部品の重ね合わせ溶接方法 - Google Patents

浸炭部品の重ね合わせ溶接方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、浸炭処理を施した
部品と板材との電子ビームやレーザビームなどの高エネ
ルギービームによる重ね合わせ溶接方法に係わり、とく
に浸炭処理を施したままでも支障なく溶接することがで
きる浸炭部品の重ね合わせ溶接方法に関するものであ
る。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】例えば、図2(a)に
示すように、浸炭焼入れおよび焼戻し処理された円筒状
部材A(浸炭部品)の一端側外周部に、スチールの薄板
をカップ状にプレス成形してなるプレス部材B(板材)
を嵌め込んで固定するに際しては、円筒状部材Aおよび
プレス部材Bを一体的に回転させながら、図中の矢印方
向からプレス部材Bの外周部に電子ビームを照射するこ
とによって、図2(b)に拡大して示すようにプレス部
材Bと円筒状部材Aとを一体的に溶融させて溶接金属M
を形成し、両部材A,Bを重ね合わせ溶接するようにし
ていた。
【0003】このとき、浸炭処理された円筒状部材Aを
そのまま溶接した場合には、浸炭層の溶融に基づく炭素
含有量の増加によって溶接金属中に亀裂が発生する可能
性が高くなることから、溶接に先だって円筒状部材Aの
被溶接部位表面に形成されている浸炭層を機械加工によ
って削除するか、あるいは円筒状部材Aの浸炭処理に際
して円筒状部材Aの被溶接部位に防炭処理を施すことに
よって被溶接部位に浸炭層が形成されないようにするよ
うにしており、これらの処理がこのような溶接部品の単
価高騰の原因となっているという問題があり、このよう
な問題の解消が従来の浸炭部品の溶接における課題とな
っていた。
【0004】
【発明の目的】本発明は、浸炭部品の溶接における上記
課題に着目してなされたものであって、あらかじめ防炭
処理を施したり、浸炭部分を機械加工によって削除した
りすることなく浸炭部品をそのまま溶接することがで
き、防炭処理や機械加工工数の省略によって、浸炭処理
部品に溶接を施してなる製品の製造コストを大幅に低減
することができる浸炭部品の重ね合わせ溶接方法を提供
することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に係わ
る浸炭部品の重ね合わせ溶接方法は、浸炭処理を施した
浸炭部品と板材とを重ね、板材の側から高エネルギービ
ームを照射して前記浸炭部品と板材とを重ね合わせ溶接
するに際し、溶接金属中の炭素含有量を溶接・冷却後に
マルテンサイト変態を生じない低炭素含有量として溶接
金属をソルバイト組織とする構成としたことを特徴とし
ており、浸炭部品の重ね合わせ溶接方法におけるこのよ
うな構成を前述した従来の課題を解決するための手段と
している。
【0006】本発明に係わる浸炭部品の重ね合わせ溶接
方法の実施態様として請求項2に記載された溶接方法に
おいては、溶接金属中の炭素含有量を0.22%以下と
する構成、同じく実施態様として請求項3に記載された
浸炭部品の重ね合わせ溶接方法においては、前記板材の
炭素含有量を0.10%以下とする構成としたことを特
徴とし、さらに実施態様として請求項4に係わる浸炭部
品の重ね合わせ溶接方法においては、高エネルギービー
ムとして電子ビームを照射する構成としたことを特徴と
している。
【0007】
【発明の作用】一般に、浸炭部品の表面には、最表面部
の炭素濃度が0.8〜0.9%にも及ぶ浸炭層が形成さ
れているので、このような浸炭部品に板材を直接重ねて
溶接した場合には、浸炭層中の炭素が溶接金属中に移行
して溶接金属の炭素濃度が増加することになる。そし
て、この溶接金属中の炭素濃度が増加すると、溶接時の
急加熱・急冷却によって溶接金属がマルテンサイト変態
を起こし、溶接金属中に微小な亀裂が生じるようにな
る。例えば溶接金属中の炭素濃度が0.22%を超えた
場合には、溶接条件によってはこのようなマルテンサイ
ト変態による微小亀裂が生じる危険性があり、炭素濃度
が0.30%を超えると、ほぼ確実にマルテンサイト変
態が生じ、溶接金属中に微小亀裂が発生することにな
る。
【0008】本発明に係わる浸炭部品の重ね合わせ溶接
方法においては、浸炭部品に板材を直接重ねると共に、
高エネルギービームを照射して溶接するに際し、溶接金
属中の炭素含有量を溶接・冷却後にマルテンサイト変態
が生じない程度の低炭素含有量とし、溶接金属をソルバ
イト組織としているので、溶接金属に亀裂が発生するこ
とがない。
【0009】そして、実施態様として請求項2に記載し
ているように、溶接金属中の炭素含有量を0.22%以
下とすることが望ましく、これによって溶接金属のマル
テンサイト変態が生じなくなり、亀裂の発生が防止され
ることになる。
【0010】また、このための具体的手段としては、例
えば請求項3に実施態様として記載しているように、浸
炭部品に重ね合わせ溶接する板材の炭素含有量を0.1
0%以下とすることが望ましく、これによって溶接金属
中の炭素含有量が少なくなりマルテンサイト変態および
亀裂の発生が防止されることになる。このとき、板材の
炭素含有量が0.10%を超えると、溶接条件などの変
動によっては、溶接金属中の炭素含有量が高くなって、
例えば0.22%を超えることがないと言えず、これに
よって溶接金属がマルテンサイト変態し、溶接金属に亀
裂が発生しやすくなる。
【0011】本発明に係わる浸炭部品の重ね合わせ溶接
方法の他の実施態様として請求項4に記載の重ね合わせ
溶接方法においては、電子ビーム溶接を採用しているの
で、ビード幅に対して溶け込み深さの大きい安定した溶
接ビードが得られることになる。
【0012】
【発明の効果】本発明の請求項1に係わる浸炭部品の重
ね合わせ溶接方法は、上記構成、すなわち浸炭部品に重
ねた板材の側から高エネルギービームを照射して浸炭部
品と板材とを重ね合わせ溶接するに際し、溶接金属中の
炭素含有量をマルテンサイト変態が生じない低炭素含有
量として、溶接金属をソルバイト組織とするものである
から、浸炭処理における防炭処理や、機械加工による浸
炭層の除去処理を行わなくても、溶接金属の亀裂を防止
することができ、このような浸炭処理部品からなる溶接
製品の製造コストを大幅に低減することができるという
極めて優れた効果をもたらすものである。
【0013】本発明に係わる浸炭部品の重ね合わせ溶接
方法の実施態様として請求項2に係わる重ね合わせ溶接
方法においては、溶接金属中の炭素含有量を0.22%
以下とするようにしているので、溶接金属のマルテンサ
イト変態が抑えられ、溶接金属の亀裂を防止することが
でき、請求項3に係わる浸炭部品の重ね合わせ溶接方法
においては、浸炭部品に重ね合わせ溶接される板材の炭
素含有量を0.10%以下とする構成のものであるか
ら、溶接条件が多少変動したとしても溶接金属中の炭素
含有量を確実に低減することができ、溶接金属のマルテ
ンサイト変態および溶接金属中における亀裂の発生を確
実に防止することができる。
【0014】さらに実施態様として請求項4に係わる浸
炭部品の重ね合わせ溶接方法においては、高エネルギー
ビームとして電子ビームを板材に照射する構成のもので
あるから、溶接ビードが微小な場合でも溶け込みの深い
安定した溶接金属を得ることができるという優れた効果
がもたらされる。
【0015】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体
的に説明する。
【0016】発明例 まず、肌焼鋼からなる素材をリング状に鍛造し、機械加
工によって所定の寸法に仕上げたのち、浸炭焼入れおよ
び焼戻し処理を施すことによって、浸炭部品として表層
部の炭素濃度が0.80%の浸炭層を備えた円筒状部材
Aを得た。
【0017】次に、円筒状部材Aにショットピーニング
による研掃処理を施したのち、図2に示したように、当
該円筒状部材Aの外周部に、炭素含有量0.10%の薄
鋼板からなるプレス部材B(溶接フランジ部の板厚t=
1.3mm)を嵌め込み、プレス部材Bの側から、加速
電圧:100kV,収束電流:484mA,溶接ビーム
電流:26mA,フィラメント電流:48Aの条件で電
子ビームを照射することにより、図1に示すように、プ
レス部材Bの側から円筒状部材Aに溶け込むビード幅W
=1.3mmの溶接金属Mを形成して、プレス部材Bと
円筒状部材Aとを電子ビーム溶接した。
【0018】そして、溶接終了後、溶接部から分析用試
料を採取すると共に、断面ミクロ試験片を切り出し、溶
接金属M中の炭素含有量を調べると共に、溶接金属Mお
よびその周辺部のミクロ組織を観察して、溶接金属M中
の割れ(亀裂)やブローホールなどの有無を調査した。
【0019】その結果、プレス部材Bから円筒状部材A
に対して1.1mmの溶込み深さPが得られると共に、
溶接金属M中の炭素含有量が0.20%であって、炭素
は特定部分に偏在することなく、溶接金属M中に均一に
分散していることが判明した。
【0020】また、溶接金属Mは粗粒化したソルバイト
組織であって、溶接金属M中にマルテンサイト変態は認
められず、亀裂やブローホールの発生もないことが確認
された。
【0021】さらに、溶接金属Mの周辺部におけるオー
ステナイト結晶粒度については、粒度番号8.1程度の
細粒であって、溶接時の熱影響による結晶粒の成長およ
び溶接割れ(焼割れ)の発生は、いずれも認められなか
った。
【0022】比較例 上記発明例と同様の工程によって得られた円筒状部材A
の外周部に、炭素含有量0.12%の薄鋼板からなるプ
レス部材Bを嵌め込み、同様に溶接条件によって電子ビ
ーム溶接を行い、溶接部から分析試料および断面ミクロ
試験片を採取し、溶接金属M中の炭素含有量,ミクロ組
織,溶接金属M中の割れやブローホールの発生を同様に
観察した。
【0023】その結果、炭素含有量が0.23%である
と共に、ビード幅W=1.3mm,溶込み深さP=1.
2mmの溶接金属Mが形成される一方、溶接金属M中に
マルテンサイトの形成が認められ、溶接金属M中に微小
な亀裂が発生していることが判明した。
【0024】以上のように、浸炭部品と板材との重ね合
わせ電子ビーム溶接において、板材の炭素含有量を0.
10%以下とすることによって、浸炭処理を施したまま
の浸炭部品に直接溶接した場合にも、溶接金属中の炭素
含有量を0.22%以下とすると共に、溶接金属をソル
バイト組織とすることができ、マルテンサイトの生成に
起因する割れの発生を防止することが可能となり、浸炭
層の除去工数や、浸炭処理時の防炭処理工数の省略によ
る大幅なコスト低減が可能であることが確認された。
【0025】なお、上記実施例においては、電子ビーム
溶接の場合について説明したが、本発明は電子ビーム溶
接のみに限定される訳ではなく、レーザー溶接において
も、例えば板材の炭素含有量を0.10%とすることに
よって、溶接金属中の炭素含有量を例えば0.22%以
下に低減するようになせば、浸炭層除去や浸炭時におけ
る防炭処理を行うことなく浸炭処理を施したままで溶接
したとしても溶接金属に割れが発生するようなことがな
く、浸炭部品を溶接してなる製品のコストを大幅に低減
することができるという同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる浸炭部品の重ね合わせ溶接方法
の実施例において得られた溶接ビードの形状を示す概略
説明図である。
【図2】(a) 浸炭部品に重ね合わせ溶接を施すこと
によって得られる製品の形状例を示す縦断面説明図であ
る。 (b) 図2(a)に示した製品の溶接部分の形状を示
す拡大説明図である。
【符号の説明】 A 円筒状部材(浸炭部品) B プレス部材(板材) M 溶接金属
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−22739(JP,A) 特開 昭57−121887(JP,A) 特開 昭48−17446(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 15/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 浸炭処理を施した浸炭部品と板材とを重
    ね、板材の側から高エネルギービームを照射して前記浸
    炭部品と板材とを重ね合わせ溶接するに際し、溶接金属
    中の炭素含有量を溶接・冷却後にマルテンサイト変態を
    生じない低炭素含有量として溶接金属をソルバイト組織
    とすることを特徴とする浸炭部品の重ね合わせ溶接方
    法。
  2. 【請求項2】 溶接金属中の炭素含有量を0.22%以
    下とすることを特徴とする請求項1記載の浸炭部品の重
    ね合わせ溶接方法。
  3. 【請求項3】 前記板材の炭素含有量を0.10%以下
    とすることを特徴とする請求項1または請求項2記載の
    浸炭部品の重ね合わせ溶接方法。
  4. 【請求項4】 高エネルギービームとして電子ビームを
    照射することを特徴とする請求項1ないし請求項3のい
    ずれかに記載の浸炭部品の重ね合わせ溶接方法。
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