JP3742265B2 - 車両用排気管集合部の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２つ以上の車両用排気管の一端部を平面視で円形状となるように１つにまとめ、その１つにまとめた排気管のへりを溶接してへり継手を形成する車両用排気管集合部の製造方法に関するものである。
【０００２】
周知のように、一般に、２つ以上の排気管のへりを溶接してへり継手を形成する場合、アーク溶接のメタル・イナートガス溶接（以下、単に「ミグ溶接」という）、アーク溶接のタングステン・イナートガス溶接（以下、単に「ティグ溶接」という）、電子ビーム溶接、レーザビーム溶接、プラズマ溶接等の溶接（溶融接合）方法が採用されている。
【０００３】
ところが、上述した溶接方法のうち、電子ビーム溶接、レーザビーム溶接、プラズマ溶接では、溶接時に形成されるビードの幅（ビード幅）が狭いため、排気管間に隙間（ギャップ）があったり、排気管の開先精度が悪かったりするような場合には、ビードに孔ができたり、ビードが不均一になったり等して安定した良好なビードが得られないおそれがあった。また、電子ビーム溶接やレーザビーム溶接は、コスト高でもあった。
【０００４】
そこで従来、へり継手の製造方法としては、主に、ミグ溶接やティグ溶接が採用されている。ミグ溶接は、溶極式アーク溶接であり、電極に金属棒を用いて金属棒と母材（被溶接物）との間にアークを発生させて、そのアークの熱で金属棒及び母材の一部を溶融して溶接するものである。また、ティグ溶接は、非溶極式アーク溶接であり、電極にタングステンを用い、タングステン電極と母材との間にアークを発生させて、そのアークの熱で母材の一部を溶融して溶接するものである。ここで、ティグ溶接を行う際に、溶加材を用いて、アークの熱で溶加材及び母材の一部を溶融して溶接することもある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したミグ溶接やティグ溶接においても、以下に示すような問題があった。
【０００６】
すなわち、ミグ溶接を採用した場合では、安定した良好なビードを形成することができるものの、溶極式アーク溶接であるためにスパッタが発生してしまう。特に、ミグ溶接を車両の排気管に採用する場合には、スパッタの発生は好ましくない。より詳しく説明すると、溶接時にスパッタが発生することにより、該スパッタが飛散して排気管の内面に付着するため、該排気管をそのままの状態で車両に取着して用いると、車両の運転時の排気熱や排気脈動等により排気管の内面からスパッタが離脱してしまうおそれがあった。その結果、排気管の内面から離脱したスパッタが他の車両部品に悪影響を与えてしまうこととなる。従って、排気管の内面にスパッタが付着した場合には、排気管の内面からスパッタを除去する作業が必要となり、作業性の悪化を招いていた。
【０００７】
また、ティグ溶接を採用した場合では、非溶極式アーク溶接であるためにスパッタが発生することはないものの、溶接速度が遅いために作業性が悪く、しかも排気管間の隙間が大きいとき等には、ビードに孔ができたり、ビードが不均一になったり等して安定した良好なビードが得られないおそれがあった。そこで、安定した良好なビードを得るために、ウィービングを行うこともあるが、作業性は更に悪化してしまう。加えて、ティグ溶接を行う際に、溶加材を用いたときには、溶接時においてスパッタが発生してしまうおそれもあった。
【０００８】
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、２つ以上の排気管の一端部を平面視で円形状となるように１つにまとめた集合部のへりを溶接する際に、スパッタの発生を防止することができると共に、作業性の向上を図ることができ、しかも安定した良好なビードを形成することのできる車両用排気管集合部の製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、２つ以上の排気管の一端部の間に金属製の仕切板を介在させ、平面視で円形状となるように当該排気管の一端部と仕切板とを１つにまとめて集合部を形成し、当該集合部の排気管の外側部にて排気管同士を溶接により接合した後、プラズマアークを該プラズマアークの長さ方向の軸が円錐面を描くように回転させた状態で、前記排気管の一端部のへり及び前記仕切板のへりに対してプラズマ溶接を行い、当該集合部においてへり継手を形成することを要旨としている。
【００１０】
上記請求項１に記載の発明によれば、２つ以上の排気管の一端部と仕切板とが平面視で円形状となるように１つにまとめられた集合部において、当該集合部の隣接する排気管同士を外側部にて溶接して当該排気管の一端部の位置決めを行う。その後に、プラズマアークの長さ方向の軸が円錐面を描くようにして回転すると、プラズマアークの熱で排気管の一端部のへり及び仕切板のへりが溶融してビードが形成され、仕切板を介して排気管同士を接合したへり継手が形成される。
【００１１】
この場合、プラズマアークを回転させないときよりも、プラズマアークを回転させたときの方が、排気管の一端部のへり及び仕切板のへりに対するプラズマアークの照射領域が増大するため、溶接時に形成されるビードの幅（ビード幅）を幅広にすることが可能となる。すなわち、プラズマアークを回転させた状態で排気管の一端部のへり及び仕切板のへりに対して溶接を行うことにより、平面視で円形状となるように１つにまとめられた排気管と仕切板との間に隙間があったり、排気管や仕切板の開先精度が悪かったりするような場合でも、安定した良好なビードが得られうる。
【００１２】
また、プラズマアークを用いた溶接は、非溶極式溶接であるために、スパッタが発生することはない。さらに、プラズマアークを回転させたプラズマ溶接では、安定した良好なビードが得られうるため、ウィービングを行う必要がなく、作業性が悪くなることもない。しかも、溶接時にスパッタの発生がなく、排気管からスパッタを除去する作業が不要であるため、溶接時における作業性の向上が図られ得る。
【００１６】
上記請求項１に記載の発明によれば、排気管の一端部と排気管の一端部との間に仕切板を介在させることにより、排気管を１つにまとめ易くすることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明を、車両の排気システムの一部を構成する排気マニホルドの分岐した４本の排気管に適用した第１の実施の形態を図１〜図６に基いて説明する。
【００２７】
図１は第１の実施の形態における溶接トーチの一部を模式的に示す断面図であり、図２はプラズマアークの回転状態を模式的に示す側面図であり、図３はプラズマアークの照射領域を模式的に示す平面図である。また、図４は第１の実施の形態における４本の排気管の一端部及び仕切板を１つに集合させた状態を模式的に示す平面図であり、図５は第１の実施の形態における被溶接部にビードを形成した状態を模式的に示す平面図であり、図６は図５のＡ−Ａ線断面図である。
【００２８】
図１，図４に示すように、本実施の形態の排気管１１は、曲げやプレス等の塑性加工を行うことにより、平面視で中心角９０度の扇形に相当する形状となるようにステンレス鋼から形成されている。排気管１１の肉厚は、それぞれ１．５ｍｍとなるように設定されている。仕切板１２は、排気管１１と排気管１１との間に介在されており、前述した排気管１１と同等のステンレス鋼から平面十字状に形成されている。仕切板１２は、肉厚２．０ｍｍ、長さ１０．０ｍｍとなるように設定されている。
【００２９】
図４に示される態様で、平面視で円形状（略円形状）となるように４本の排気管１１の一端部と仕切板１２とが１つにまとめられ、その状態で被溶接部Ｙ、すなわち排気管１１の一端部のへり１３及び仕切板１２のへり１４に対して溶接が行われてへり継手が形成されるようになっている。なお、図示しなかったが、４本の排気管１１の一端部と仕切板１２とを１つに集合させた部分では、排気管１１の外側部の所定間隔をおいた４箇所にて、排気管１１同士が溶接により接合されている。また、排気管１１と仕切板１２とが１つにまとめられた集合部（排気管１１の一端部に相当する）は、１本の排気管（図示略）に接続されるようになっており、それぞれの排気管１１の他端部は、排気ポート（図示略）に接続されるようになっている。
【００３０】
図１，図４，図６に示すように、排気管１１や仕切板１２の開先精度が悪い等の場合には、排気管１１と仕切板１２との金属部材間に隙間（ギャップ）が生じることがある。そこで、図６に示されるように、排気管１１と仕切板１２との隙間をそれぞれａ（ｍｍ），ｂ（ｍｍ）で表すと、本実施の形態では、ａ，ｂが２．５ｍｍ以下となるように設定されている。ここで、隙間が２．５ｍｍ以下というのは、該隙間が０ｍｍ、すなわち排気管１１と仕切板１２との間に隙間がない場合も含む趣旨である。排気管１１と仕切板１２との隙間を２．５ｍｍ以下となるように設定したのは、隙間が２．５ｍｍを超える場合には、隙間が大きくなりすぎて安定した良好なビード１５が得られないおそれがあるからである。また、溶接時における作業性を考慮すると、排気管１１と仕切板１２との間の隙間は小さければ、小さい程好ましく、当該隙間は、例えば２ｍｍ以下、１．７ｍｍ以下、１．５ｍｍ以下、１．３ｍｍ以下、１ｍｍ以下、０．８ｍｍ以下、０．５ｍｍ以下、０ｍｍとなるように設定することが好ましい。
【００３１】
図１に示すように、溶接トーチ１６は、タングステンからなる電極棒１７と、該電極棒１７を包囲するように形成された回転ノズル１８と、さらに該回転ノズル１８を包囲するように形成された外筒１９等とを備え、被溶接部Ｙに対して溶接を行うようになっている。
【００３２】
タングステンからなる電極棒１７は、非溶極式電極であり、電極棒１７と被溶接部Ｙとの電極間にはプラズマアークが発生するようになっている。また、図示しない制御手段により、電極間において、プラズマアークを発生させたり、プラズマアークの発生を中断させたりすることが行われる。
【００３３】
回転ノズル１８は、図示しない回転駆動手段に連結されており、該回転駆動手段の駆動によって回転するようになっている。また、回転ノズル１８内にはプラズマガスが給気されるようになっており、このプラズマガスにより、プラズマアークを発生させるための着火が可能となる。回転ノズル１８は、ノズル本体２０と、該ノズル本体２０に対して着脱可能なノズル部２１とを備え、銅材料から形成されている。
【００３４】
ノズル本体２０は略円筒状に形成されており、そのノズル本体２０の下部にはノズル部２１が支持されている。ノズル本体２０とノズル部２１とは、嵌合手段により嵌合されており、ノズル本体２０に対してノズル部２１を嵌脱させることにより、その着脱作業が容易に行われるようになっている。
【００３５】
ノズル部２１には、その偏心位置にノズル口２２が穿設されており、該ノズル口２２は電極棒１７に対して傾斜するように開口している。ノズル口２２の口径は、２ｍｍ〜５ｍｍ程度に設定されている。このノズル口２２により、プラズマアークは電極棒１７に対して傾斜した状態で発生することとなる。
【００３６】
そして、プラズマアークを電極棒１７に対して傾斜させた状態で、回転駆動手段を用いて回転ノズル１８を回転させることにより、プラズマアークを回転させない従来技術のプラズマ溶接よりも、プラズマアークを回転させる本実施の形態におけるプラズマ溶接の方が、被溶接部Ｙに対するプラズマアークの照射領域が増大し、溶接時に形成されるビード１５（図５，図６参照）の幅（ビード幅）を幅広にすることが可能となる。
【００３７】
すなわち、図２，図３に示すように、プラズマアークの長さ方向の軸（軸ａ，軸ｂ，軸ｃ，軸ｄ）が円錐面を描くようにして回転させられ、それに伴ってプラズマアークも円錐面を描くようにして回転させられることにより、プラズマアークの照射領域が増大することとなる。より詳しく説明すると、図２，図３に示される態様で、プラズマアークがその長さ方向の軸ａから軸ｂ，軸ｃ，軸ｄという順に回転させられ、それに伴ってプラズマアーク自体も小円Ａから，小円Ｂ，小円Ｃ，小円Ｄという順に回転されられることにより、小円Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを包含した大円のプラズマアークの照射領域が得られることとなる。なお、小円Ａ，Ｂ間、小円Ｂ，Ｃ間、小円Ｃ，Ｄ間、小円Ｄ，Ａ間においても、プラズマアークは連続的に回転させられるようになっている。
【００３８】
ここで、図２に示すように、プラズマアークの長さは、プラズマアークの長さ方向の軸（軸ａ，軸ｂ，軸ｃ，軸ｄ）が被溶接部Ｙに到達するまでの長さ（軸長）に相当するものである。本実施の形態では、プラズマアークの長さは、９ｍｍ以下となるように設定されている。プラズマアークの長さを９ｍｍ以下となるように設定した理由は、プラズマアークの長さが９ｍｍを超えると、安定したプラズマアークが得られなかったり、プラズマアーク自体が発生しなかったりするおそれがあるからである。また、プラズマアークの長さは、５ｍｍ以上８ｍｍ以下となるように設定することがより一層望ましく、６ｍｍ以上７ｍｍ以下となるように設定することが更に望ましい。
【００３９】
また、図２，図３に示すように、プラズマアークの回転幅は、被溶接部Ｙに対するプラズマアークの照射領域（平面視で円形をなしている）の直径に相当するものである。なお、プラズマアークを溶接方向へ移動させない状態では、プラズマアークの照射領域は、平面視で円形をなしているのだが、実際には溶接方向へ移動させられているために平面視で楕円形（略円形）をなすようになっている。本実施の形態では、プラズマアークの回転幅は、４ｍｍ以上１０ｍｍ以下となるように設定されている。プラズマアークの回転幅を４ｍｍ以上１０ｍｍ以下となるように設定したのは、プラズマアークの回転幅が、４ｍｍ未満の場合には、溶接時に幅広のビードが得られないおそれがあり、１０ｍｍを超える場合には、安定したプラズマアークが得られないおそれがあるからである。さらに、プラズマアークの回転幅は、５ｍｍ以上８ｍｍ以下となるように設定することがより一層好ましく、６ｍｍ以上７ｍｍ以下となるように設定することが更に好ましい。
【００４０】
図１に示すように、外筒１９は、略円筒状にステンレス鋼から形成されている。外筒１９と回転ノズル１８との間には、シールドガスが給気されるようになっており、このシールドガスにより、プラズマアークのアーク径が絞られると共に、溶接時において被溶接部Ｙの酸化や窒化等が抑制されるようになっている。
【００４１】
また、溶接を行う際に、被溶接部Ｙ上に図中二点鎖線で示した直径２ｍｍのワイヤ２３（溶加材）の一端を配置して用いると共に、被溶接部Ｙの幅方向に対するワイヤの一端の位置ズレを、被溶接部Ｙの幅方向の中間から１ｍｍ以内となるように設定してもよい。そして、溶接時にワイヤ２３を用いた場合において、ワイヤ２３は、その一端の位置が所定位置となるように連続的に送給されると同時に、溶接トーチ１６に追従するようにして溶接方向へ向かって移動させられるようになっている。
【００４２】
本実施の形態において、被溶接部Ｙに対して溶接を行うことにより、図５，図６に示すように、平面十字状のビード１５が形成されて、仕切板１２を介して排気管１１同士を接合したへり継手が形成されている。この平面十字状のビード１５は、孔や不均一な部分が生じていない安定した良好なものである。
【００４３】
本実施の形態においては、溶接速度を５〜６５（ｃｍ／ｍｉｎ）となるように設定した。ここで、溶接速度を５〜６５（ｃｍ／ｍｉｎ）としたのは、溶接速度が５（ｃｍ／ｍｉｎ）未満の場合には、ウィービングを行った溶接作業よりも作業性が悪化するおそれがあり、溶接速度が６５（ｃｍ／ｍｉｎ）を超える場合には、安定した良好なビードが得られないおそれがあるからである。また、溶接速度を例えば１０〜６０（ｃｍ／ｍｉｎ）、２０〜５０（ｃｍ／ｍｉｎ）、３０〜４０（ｃｍ／ｍｉｎ）となるように設定してもよい。
【００４４】
さて、本実施の形態の溶接トーチ１６を用いて、被溶接部Ｙに対して溶接を行う溶接方法（へり継手の製造方法）について以下に説明する。
【００４５】
まず、図４に示される態様の仕切板１２の中心部上に溶接トーチ１６（図１参照）のノズル部２１を配置し、電極棒１７と被溶接部Ｙとの電極間にプラズマアークを発生させると共に、プラズマアークの長さを９ｍｍ以下、プラズマアークの回転幅を４ｍｍ以上１０ｍｍ以下となるように設定する。
【００４６】
そして、溶接トーチ１６の回転ノズル１８を回転させることにより、プラズマアークを該プラズマアークの長さ方向の軸が円錐面を描くように回転させた状態で、図４中における仕切板１２の中心部に対して溶接を行う。この溶接により、図４中における仕切板１２の中心部及びその近傍部分において、ビード１５（図５参照）を形成する。このように、仕切板１２の中心部に対して溶接を行う際に、ワイヤ２３（図１参照）を用いてもよい。すなわち、ワイヤ２３の一端を仕切板１２の中心部上（仕切板１２の中心部と溶接トーチ１６のノズル部２１との間）に配置すると共に、被溶接部Ｙの幅方向に対するワイヤ２３の一端の位置ズレを、被溶接部Ｙの幅方向の中間から１ｍｍ以内となるように設定して溶接を行うようにしてもよい。
【００４７】
次に、プラズマアークの発生を中断させると共に、回転ノズル１８の回転を停止させた後に、溶接トーチ１６のノズル部２１の位置を、図４中における仕切板１２の中心部上から最上部上まで移動させる。そして、再び電極間にプラズマアークを発生させると共に、回転ノズル１８を回転させて、図４中における仕切板１２の最上部上から最下部上までの上下方向へノズル部２１を移動させながら溶接を行い、図４中の被溶接部Ｙの上下方向においてビード１５（図５参照）を形成する。このように被溶接部Ｙの上下方向にビード１５を形成する際においても、前述したのと同様に、ワイヤ２３（図１参照）を用いて溶接を行ってもよい。
【００４８】
その後、プラズマアークの発生を中断させると共に、回転ノズル１８の回転を停止させた後に、溶接トーチ１６のノズル部２１の位置を、図４中における仕切板１２の最下部上から最左部上まで移動させる。そして、電極間にプラズマアークを発生させると共に、回転ノズル１８を回転させて、図４中における仕切板１２の最左部上から最右部上までの左右方向へノズル部２１を移動させながら溶接を行い、図４中の被溶接部Ｙの左右方向においてビード１５（図５参照）を形成する。このように被溶接部Ｙの左右方向にビード１５を形成する際においても、前述したのと同様に、ワイヤ２３（図１参照）を用いて溶接を行ってもよい。
【００４９】
このようにしてビード１５を形成する場合、ビード１５の形成順序は、特に上述したものに限定されるものではなくて、例えば、図４に示される態様の仕切板１２の中心部、左右方向、上下方向の順にビード１５を形成するようにしてもよく、どのような形成順序であってもよい。要は、溶接時においてスパッタの発生がなく、排気管１１と排気管１１との間（排気管１１と仕切板１２との間）の隙間から排気ガスが外部へ漏出しないような密封状態で、しかも安定した良好なビードが形成されればよい。
【００５０】
以上のようにして、被溶接部Ｙ（４本の排気管１１のへり１３及び仕切板１２のへり１４）に対して溶接が行われることにより、図５，図６に示される態様で平面十字状の幅広のビード１５が形成され、４本の排気管１１の一端部と仕切板１２とが１つにまとめられた集合部にはへり継手が形成（製造）されることとなる。
【００５１】
以上詳述した本実施の形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
【００５２】
・本実施の形態では、プラズマアークを該プラズマアークの長さ方向の軸（軸ａ，軸ｂ，軸ｃ，軸ｄ）が円錐面を描くように回転させた状態で、被溶接部Ｙに対して溶接を行うこととした。これにより、プラズマアークを回転させない従来技術のプラズマ溶接よりも、プラズマアークを回転させる本実施の形態におけるプラズマ溶接の方が、被溶接部Ｙに対するプラズマアークの照射領域が増大するため、溶接時に形成されるビード１５の幅（ビード幅）を幅広にすることができる。すなわち、プラズマアークを回転させた状態で被溶接部Ｙに対して溶接を行うことにより、排気管１１と仕切板１２との間に隙間があったり、排気管１１や仕切板１２の開先精度が悪かったりするような場合でも、安定した良好なビードを得ることができる。
【００５３】
・本実施の形態の溶接方法によれば、非溶極式溶接であるため、溶接を行う際にワイヤ２３を用いないときには、スパッタの発生を防止することができる。また、溶接を行う際にワイヤ２３を用いたときでも、被溶接部Ｙの幅方向に対するワイヤ２３の一端の位置ズレを、被溶接部Ｙの幅方向の中間から１ｍｍ以内となるように設定することにより、溶接時におけるスパッタの発生を防止することができる。
【００５４】
従って、本実施の形態によれば、溶接を行う際に、ワイヤ２３を用いるかどうかにかかわらず、スパッタの発生を防止することができる。
【００５５】
・本実施の形態によれば、溶接時に排気管１１の内面にスパッタが付着することがないため、スパッタが他の車両部品に悪影響を与えてしまうことを未然に防止することができる。
【００５６】
・本実施の形態の溶接方法によれば、安定した良好なビード１５を得ることができるため、ウィービングを行う必要がなく、作業性の悪化を防止することができる。また、溶接時にスパッタの発生がなく、排気管１１の内面からスパッタを除去する作業が不要であるため、溶接時における作業性の向上を図ることができる。
【００５７】
・本実施の形態では、プラズマアークの長さを０．９ｍｍ以下、プラズマアークの回転幅を４ｍｍ以上１０ｍｍ以下となるように設定することとした。このため、電極間にプラズマアークを確実に発生させたり、安定したプラズマアークを得たり、溶接時において幅広のビード１５を得たりすることができる。
【００５８】
・本実施の形態では、排気管１１と仕切板１２との隙間を２．５ｍｍ以下となるように設定したため、溶接した際において、ビード１５に孔ができたり、ビード１５が不均一等になったりすることを防止することができる。
【００５９】
・本実施の形態では、溶接速度を５〜６５（ｃｍ／ｍｉｎ）となるように設定することとした。このため、被溶接部Ｙに対して溶接を行う際に、スパッタの発生を確実に防止することができると共に、作業性の向上を確実に図ることができ、しかも安定した良好なビード１５を確実に形成することができる。
【００６０】
・本実施の形態によれば、被溶接部Ｙに対して溶接を行うことにより、図５，図６に示される態様で平面十字状の幅広のビード１５を形成することができ、４本の排気管１１の一端部と仕切板１２とを１つにまとめた集合部においてへり継手を形成（製造）することができる。
【００６１】
・本実施の形態の溶接トーチ１６によれば、ノズル本体２０に対してノズル部２１を嵌脱させることにより、その着脱作業を容易に行うことができる。
【００６２】
・本実施の形態によれば、排気管１１と排気管１１との間にステンレス鋼からなる平面十字状の仕切板１２を介在させたため、４本の排気管１１を１つにまとめ易くすることができる。
【００６３】
ここで、上述した本実施の形態における効果の一部を確認すべく、以下に示すような実験を行った。
【００６４】
すなわち、本実施の形態における溶接トーチ１６を用いると共に、溶接時においてプラズマアークの長さを９ｍｍ以下、プラズマアークの回転幅を４ｍｍ以上１０ｍｍ以下、溶接速度を４０（ｃｍ／ｍｉｎ）となるように設定した。また、溶接を行う際に、直径２ｍｍのワイヤ２３を用いた実験も行い、被溶接部Ｙの幅方向に対するワイヤ２３の一端の位置ズレを、被溶接部Ｙの幅方向の中間から２ｍｍ以下となるように適宜変更した。これらの実験結果を以下に記述する。
【００６５】
溶接を行う際に、ワイヤ２３を用いなかった実験では、溶接時においてスパッタが発生することは全くなかった。図７は、プラズマアークの長さに対するワイヤの位置ズレの関係において、スパッタレス溶接領域（スパッタの発生しない溶接領域）を示すグラフである。
【００６６】
図７に示すように、溶接を行う際に、ワイヤ２３を用いた実験でも、プラズマアークの長さを９ｍｍ以下（５ｍｍ以上９ｍｍ以下）となるように設定すると共に、前記位置ズレを１ｍｍ以下となるように設定することで、溶接時におけるスパッタの発生が全くないことを確認できた。
【００６７】
なお、図７に示されるように、プラズマアークの長さが５ｍｍ未満の部分は、ワイヤ２３を用いた際の溶接不可能領域である。つまり、溶接トーチ１６のノズル部２１と被溶接部Ｙとの間には、最低でもワイヤ２３の直径２ｍｍ分の隙間を確保する必要があり、しかも溶接トーチ１６のノズル部２１から電極棒１７までの距離を考慮すると、プラズマアークの長さは５ｍｍ以上必要となる。従って、プラズマアークの長さが５ｍｍ未満では、直径２ｍｍのワイヤ２３を用いて溶接を行うことが不可能となるため、溶接不可能領域が存在することとなる。
【００６８】
また、プラズマアークの長さが９ｍｍを超える部分（９ｍｍ以上１０ｍｍ以下）は、電極棒１７と被溶接部Ｙとの電極間の距離が大きくなりすぎてプラズマガスに対して着火せず（着火不可能領域）、プラズマアーク自体が発生しなかった。更に、プラズマアークの長さが５ｍｍ以上９ｍｍ以下の場合でも、前記位置ズレが１ｍｍを超えると、スパッタが発生してしまい、そのスパッタの発生量は０．１〜０．８（ｇ／ｍｉｎ）であった。
【００６９】
また、上述した本実施の形態における効果の一部を確認すべく、以下に示すような実験も行った。
【００７０】
すなわち、本実施の形態における溶接トーチ１６を用いると共に、溶接速度を５〜６５（ｃｍ／ｍｉｎ）となるように設定し、溶接速度に対する被溶接部Ｙの隙間の許容範囲を検討した。なお、溶接速度５（ｃｍ／ｍｉｎ）以上の溶接作業は、ウィービングを行った溶接作業よりも作業性はよい。図８は溶接速度に対する被溶接部の隙間の関係を示すグラフである。
【００７１】
図８に示すように、本実施の形態においては、被溶接部Ｙの隙間が２．５ｍｍ以下、又は溶接速度が５〜６５（ｃｍ／ｍｉｎ）であれば、被溶接部Ｙに対して安定した良好なビードを形成してへり継手を製造できることを確認できた。つまり、図８から理解できるように、本実施の形態において、被溶接部Ｙの隙間の許容範囲は２．５ｍｍ以下であるということがいえる。また、被溶接部Ｙの隙間が小さい場合には、溶接速度を速くし、被溶接部Ｙの隙間が大きい場合には、溶接速度を遅くすることにより、溶接作業を効率よく行うことができるともいえる。
【００７２】
次に、上記第１の実施の形態を更に具体化した実施例１〜実施例９、実施例１１〜実施例３０、実施例３１〜実施例６２について説明する。表１は実施例１〜実施例９を表し、表２は実施例１１〜実施例３０を表し、表３は実施例３１〜実施例６２を表している。
【００７３】
表１〜表３に示される各実施例は、図６に示される態様において、排気管１１と仕切板１２との間における隙間（被溶接部の隙間）、すなわちａ（ｍｍ），ｂ（ｍｍ）を適宜変更し、その状態で被溶接部Ｙに対して溶接を行ってビードを形成したものである。ここで、表１は溶接を行う際にワイヤを用いなかった場合を示し、表２，表３は溶接を行う際にワイヤを用いた場合を示している。そして、表１においては、溶接時に形成されたビードの外観を評価し、表２，表３においては、溶接時に形成されたビードの外観を評価すると共に、溶接時においてスパッタが発生するかどうかを判別した。
【００７４】
なお、表１に示した実施例１〜実施例９は、溶接速度が２０（ｃｍ／ｍｉｎ）の場合であり、表２，表３に示した実施例１１〜実施例３０、実施例３１〜実施例６２は、溶接速度が３０（ｃｍ／ｍｉｎ）の場合である。また、表１〜表３の外観評価の欄において、○は安定した良好なビードが得られたことを示す。
【００７５】
さらに、表２，表３のワイヤ位置ズレ（ｍｍ）の欄において、０，０．５，０．８，１とあるのは、被溶接部Ｙの幅方向に対するワイヤの一端の位置ズレが、被溶接部Ｙの幅方向の中間からどれだけ位置ズレしているのかを示し、表２，表３のスパッタ無しの欄において、○はスパッタが発生しなかったことを示す。
【００７６】
加えて、表３における被溶接部の隙間（ｍｍ）の欄において、隙間の無い側へのワイヤの位置ズレ、隙間のある側へのワイヤの位置ズレとあるのは、被溶接部Ｙの幅方向に対するワイヤの一端の位置ズレが、被溶接部Ｙの幅方向の中間からどちら側へ位置ズレしているのかを示している。それらの結果を表１〜表３に示す。
【００７７】
【表１】

【００７８】
【表２】

【００７９】
【表３】

【００８０】
表１に示すように、実施例１〜実施例９においては、安定した良好なビードが得られることがわかった。また、実施例１〜実施例９では、溶接時にワイヤを用いないために、スパッタが発生することはなかった。
【００８１】
表２，表３に示すように、実施例１１〜実施例３０、実施例３１〜実施例６２においても、スパッタが発生することなく、安定した良好なビードが得られることがわかった。また、表２，表３には示さなかったが、被溶接部Ｙの幅方向に対するワイヤの一端の位置ズレを、被溶接部Ｙの幅方向の中間から１ｍｍを超えるように設定した場合には、ビードに孔ができたり、ビードが不均一等になったりして安定した良好なビードが得られず、しかもスパッタが発生することもあった。
【００９４】
なお、前記実施の形態を次にように変更して実施することもできる。
【００９５】
・前記実施の形態では、４本の排気管１１を採用したが、排気管の本数は２本、３本でもよく、５本以上でもよく、排気管の本数は任意である。
【００９７】
・前記実施の形態では、小円Ａと小円Ｃ、小円Ｂと小円Ｄが相互に接するようにプラズマアークを回転させたが、小円Ａと小円Ｃ、小円Ｂと小円Ｄが相互に交わったり、離間したりするようにしてプラズマアークを回転させてもよい。
【００９８】
・前記実施の形態では、プラズマアークを反時計回りに回転させたが、逆に時計回りに回転させてもよい。また、プラズマアークを時計回りから反時計回りへ、又は、反時計回りから時計回りへというように回転方向を変えてプラズマアークを回転させるようにしてもよく、プラズマアークの回転方向はどのような方向であってもよい。
【００９９】
・前記実施の形態では、溶加材としてワイヤ２３を用いたが、例えば溶接棒を用いてもよく、特に前記実施の形態におけるワイヤ２３に限定されるものではない。また、前記実施の形態では、直径２ｍｍのワイヤ２３を用いたが、例えば１．８ｍｍ、１．５ｍｍ、１．２ｍｍ、１．０ｍｍ、０．８ｍｍ、０．５ｍｍ等の直径のワイヤを用いてよく、ワイヤの直径は特に前記実施の形態のものに限定されるわけではない。
【０１００】
・前記実施の形態の溶接トーチ１６において、ノズル本体２０とノズル部２１とを備えた回転ノズル１８は、高温に晒されるため、回転ノズル１８に対して冷却手段で冷却するようにしてもよい。また、ノズル本体２０とノズル部２１とを別体で形成したが、それらを一体形成するようにしてもよい。
【０１０１】
・前記実施の形態では、プラズマアークの長さ及び回転幅、溶接速度、金属部材間の隙間、被溶接部Ｙの幅方向に対するワイヤ２３の位置ズレ、ノズル口２２の口径等を所定値となるように設定したが、これらの数値は、特に前記実施の形態の所定値に限定されるものではない。
【０１０７】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、２つ以上の排気管の一端部と仕切板とを平面視で円形状となるように１つにまとめた集合部のへりを溶接する際に、スパッタの発生を防止することができると共に、作業性の向上を図ることができ、しかも安定した良好なビードを形成することができる。加えて、溶接時に排気管の内面にスパッタが付着することがないため、スパッタが他の車両部品に悪影響を与えてしまうことを未然に防止することができる。また、排気管の内面からスパッタを除去する作業が不要である。
【０１０８】
請求項１に記載の発明によれば、排気管の一端部と排気管の一端部との間に金属製の仕切板を介在させることにより、排気管を１つにまとめ易くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態における溶接トーチの一部を模式的に示す断面図である。
【図２】プラズマアークの回転状態を模式的に示す側面図である。
【図３】プラズマアークの照射領域を模式的に示す平面図である。
【図４】第１の実施の形態における４本の排気管の一端部及び仕切板を１つに集合させた状態を模式的に示す平面図である。
【図５】第１の実施の形態における被溶接部にビードを形成した状態を模式的に示す平面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ線断面図である。
【図７】プラズマアークの長さに対するワイヤの位置ズレの関係において、スパッタレス溶接領域を示すグラフである。
【図８】溶接速度に対する被溶接部の隙間の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１１ 排気管
１２ 仕切板
１３ へり（排気管）
１４ へり（仕切板）
１５ ビード
Ｙ 溶接部

Claims (1)

1. ２つ以上の排気管の一端部の間に金属製の仕切板を介在させ、平面視で円形状となるように当該排気管の一端部と仕切板とを１つにまとめて集合部を形成し、当該集合部の排気管の外側部にて排気管同士を溶接により接合した後、プラズマアークを該プラズマアークの長さ方向の軸が円錐面を描くように回転させた状態で、前記排気管の一端部のへり及び前記仕切板のへりに対してプラズマ溶接を行い、当該集合部においてへり継手を形成することを特徴とする車両用排気管集合部の製造方法。

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