JP3813031B2 - 溶接継手構造材 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、重ねすみ肉溶接を施す溶接継手構造材に関し、特に、鉄道車両、船舶、自転車、自動二輪車及び自動車等のフレーム用部材等の継手形状に特徴のある溶接継手構造材に関する。
【0002】
【従来の技術】
近時、鉄道車両、船舶、自動車の軽量化を目的として、アルミニウム又はアルミニウム合金材(以下、アルミニウム又はアルミニウム合金を総称してアルミという。)が使用されている。これらは外板をはじめ構造部材にも適用されている。これらの部位において、アルミ板同士又はアルミ板とアルミ押出材若しくはアルミ鋳物材との組み合わせで、溶接施工されることが多い。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このアルミ部材を溶接する場合、アルミ部材は鋼に比べて熱伝導が良いため、鋼に比べて大きなエネルギを必要とし、例えば、アーク溶接では大電流、かつ低速度溶接が必要となる。図11は従来の溶接継手構造材を示す断面図である。
【0004】
図11に示すように、1対のアルミ部材100、101を重ねすみ肉溶接する場合、溶接の熱により下側のアルミ部材101に変形を生じ、溶接すべき溶接部Aにおいて、アルミ部材100、101との間に隙間が生じて、十分な溶接金属を溶接継手に形成することができず溶接不良が生じるという問題点がある。
【0005】
このため、溶接するにあたり溶接電流を更に高くして、溶着量を増やさなければならない。このため、溶接入熱が増加し、アルミ部材101の変形が大きくなり、更に隙間が広がり溶着不良欠陥を生じるようになる。従って、溶接部の強度ひいては溶接構造物全体の剛性及び信頼性が劣るという問題点がある。
【0006】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、部材の変形による溶接不良を防止することができる溶接継手構造材を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る溶接継手構造材は、1対の部材を重ね合わせ、一方の部材の端面と他方の部材の表面との間に形成されるすみ部を溶接する重ねすみ肉溶接により接合されて構成された溶接継手構造材において、前記他方の部材の接合部から重ね合わせ側の端面に至る重ね端部には、この重ね端部の剛性を高めると共に、溶接熱を吸収する部位が形成されていることを特徴とする。
【0008】
この場合、前記部位は、屈曲部であることが好ましい。又は、前記部位は、前記他方の部材の他の部分よりも肉厚の厚肉部であることが好ましい。
【0009】
また、前記1対の部材はアルミニウム又はアルミニウム合金からなるものとすることができ、前記他方の部材は押出形材、鍛造材及び鋳造材からなる群から選択された1種であることが好ましい。
【0010】
更に、前記屈曲部における前記接合部から遠い方の表面とすみ肉溶接の接合部における前記一方の部材の端面との間の距離をLとし、前記接合部における前記他方の部材の厚さをtとするとき、前記Lと前記tとはL>4tである前記屈曲部とすみ肉溶接の接合部との間の距離をLとし、前記接合部における前記他方の部材の厚さをtとするとき、前記Lと前記tとはL>4tであることが好ましい。また、前記屈曲部の先端面と前記一方の部材の重ね合わせ面との間の距離をNとし、前記接合部における前記他方の部材の厚さをtとするとき、前記Nと前記tとはN>4tであることが好ましい。
【0011】
更にまた、前記他方の部材の重ね端部における先端面と前記接合部における前記一方の部材の端面との間の距離をMとし、前記接合部における前記他方の部材の厚さをtとするとき、前記Mと前記tとはM>8tであることが好ましい。また、前記重ね端部における先端部の厚さをHとし、前記接合部における前記他方の部材の厚さをtとするとき、前記Hと前記tとはH>1.6tであることが好ましい。そして、前記他方の部材の前記重ね端部における先端部は拘束されていることが好ましい。
【0012】
本発明においては、1対の部材が重ね合されて溶接により接合されて構成された溶接継手構造材において、部材にこの部材の剛性を高めると共に、接合部の溶接熱を吸収する部位を形成することにより、重ねすみ肉溶接において、溶接熱による部材の変形を抑制することができると共に、溶接部が過剰な熱影響の曝されること防止することができるため、部材の変形による溶接不良を防止することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例に係る溶接継手構造材について詳細に説明する。図1は本発明の第1実施例に係る溶接継手構造材を示す断面図である。図2及び図3は本発明の第1実施例の数値既定条件を説明する断面図である。
【0014】
本実施例は本発明を重ねすみ肉溶接に適用したものである。図1に示すように、部材1及び2が重ね合されている。下側になっている部材2には端部に屈曲部3が形成されている。この屈曲部3は部材2の一部が下方へ突出して板厚とほぼ同一寸法の厚さに形成されている。この屈曲部3の長さは部材2の板厚をtとするとき、部材1の裏面側の端面1aから2t乃至8tの長さに形成されている。また、この屈曲部3が形成されている位置は溶接により接合される接合部Aから、10t乃至20t離れた位置に形成されている。
【0015】
このように、部材1、2のうち、下側の部材2が屈曲部3を有しているので、例えば、アーク溶接により溶接する場合、部材2の剛性が増大して、溶接熱による変形が抑制されると共に、屈曲部3先端が熱溜まりとなり、溶接部A近傍が過剰な熱影響に曝されるのを防止することができる。このため、溶接する際に、部材2が熱に曝されても、部材2が変形して、溶接部Aに隙間があくことなく、即ち、部材1、2同士が離れることなく、溶接部Aに十分な溶接金属を形成することができるため、十分に高い継手強度を得ることができる。
【0016】
本実施例において、図2に示すように、屈曲部3が曲げ加工により部材2の板厚tとほぼ同一の幅に形成されている。この屈曲部3aと溶接部Aとの距離をLとし、屈曲部3aの端面と部材1の裏面側の端面1aとの距離をNとする。このとき、Nの値を2tと一定にし、Lの値を4t以上にすることにより、高い継手強度を得ることができる。また、Lの値を10t以上にすることにより、より一層高い継手強度を得ることができる。従って、Lの値は4t以上とする。更に好ましくはLの値は10t以上にする。
【0017】
また、本実施例においては、図3に示すように、Lの値を6tと一定にし、Nの値を4t以上にすることにより、高い継手強度を得ることができる。また、Nの値を6t以上にすることにより、より一層高い継手強度を得ることができる。従って、Nの値は4t以上とする。更に好ましくはNの値は6t以上とする。なお、本実施例においては、屈曲部3aの形成方法は曲げ加工に限定されるものではなく、種々の方法を使用することができる。
【0018】
次に、本発明の第2実施例について図4を参照して詳細に説明する。図4は本発明の第2実施例に係る溶接継手構造材を示す断面図である。本実施例は第1実施例と比較して、屈曲部3aが厚肉部4に変わった点で異なり、それ以外は第1実施例と同様の構成である。この厚肉部4は部材2の一部が下方へ突出し、部材2の板厚tよりも幅広に形成されている。
【0019】
本実施例において、図4に示すように、第1実施例と同様に、部材2の板厚をtとし、厚肉部4の端部と溶接部Aとの距離をMとし、厚肉部4の肉厚をHとする。このとき、Mの値を8t以上にすることにより、高い継手強度を得ることができる。また、Mの値を10t以上にすることにより、より一層高い継手強度を得ることができ、良好な溶接性を確保することができる。従って、Mの値は8t以上とする。更に好ましくはMの値は10t以上とする。
【0020】
また、Hの値は1.6t以上にすると高い継手強度を得ることができる。また、Hの値を2t以上にすると、より一層高い継手強度を得ることができる。従って、Hの値は1.6t以上とする。更に好ましくはHの値は2t以上にする。
【0021】
更に、Mの値を8t以上とし、Hの値を1.6以上にすることにより、更に一層高い継手強度が得られると共に、良好な溶接性を確保することができる。
【0022】
上述のいずれの実施例においても、下側の部材2は、押出形材並びに押出形材と同様に端部の形状を自由に変化させることが比較的容易な鍛造材及び鋳造材であってもよく、同様な効果を得ることができる。
【0023】
図5は本発明の溶接継手構造材の溶接方法を示す断面図である。図5に示すように、下側の部材2に形成された厚肉部4の端面を銅材5等で拘束して、溶接する。この銅材5等で拘束することを併用することにより、下側の部材2の変形をより一層抑制することができると共に、部材2の冷却効果もあり、継手強度の安定化により一層の効果を発揮する。なお、厚肉部4の端面を拘束する拘束材として銅材5を使用したが、特にこれに限定されるものではなく、厚肉部4の端面を拘束することができれば、金属又はセラミックス等材料は問わないが、冷却効果を考慮すると、熱伝導性が高い材料であることが好ましく、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅及び銅合金等の金属材料とすることが望ましい。なお、屈曲部3に適用しても同様の効果を得ることができる。
【0024】
更に、溶接方法自体は、アーク溶接以外にも、レーザ溶接、プラズマ溶接又はTIG溶接等の溶融溶接及びこれらの組み合わせであれば、いずれの溶接方法でも適用可能である。
【0025】
なお、本発明は上述のいずれの実施例にも限定されず、種々の変形が可能である。図6及び7は、本発明の第1実施例の変形例を示す断面図であり、図8乃至10は、本発明の第2実施例の変形例を示す断面図である。
【0026】
例えば、図6及び7に示されるように、屈曲部3の形成方向を上側に向けて形成することもでき、屈曲部3の形成方向は溶接作業に影響しない範囲で自由に設定することができる。また、屈曲部3の曲げ角度は直角に限定されるものでない。
【0027】
また、図8乃至10に示すように、厚肉部4の形成方向は溶接作業に影響しない範囲で自由に設定することができ、例えば、図8に示すように、厚肉部4の形成方向を上側に向けて形成することもできる。厚肉部4の形状は角形に限定されるものではなく、図9及び10に示されるように、円形又は板を丸めた形状とすることもできる。また、楕円形でもよい。押出形材、鍛造材及び鋳造材において、本発明の範囲内で適宜変更可能である。
【0028】
【実施例】
以下、本発明の範囲に入る溶接構造材の実施例について、その溶接継手構造材の継手強度を比較例と比較して具体的に説明する。
【0029】
第1実施例
本実施例は、図2に示す形状の部材を接合したものである。部材1、2として、JIS H4000に規定された厚さ1.5mm、幅200mm、長さ300mmのA5182−O材を使用した。溶接に際にして、図1に示すように、予め重ねた部材1、2のうち、下側の部材2の端を曲げ半径RをR=1×tとして曲げ加工した。その曲げ加工の表面と溶接部A(ルート部)との距離Lを変化させた。なお、部材1の端面1aから部材2の曲げ加工端までの距離Nは2t(3mm)とした。
【0030】
このアルミ材の端部を重ね合せて、JIS Z 3232に規定されたA5356WY溶接ワイヤを使用したMIG溶接とし、表1に示す溶接条件により重ねすみ肉溶接を行った。
【0031】
溶接後、溶接後の断面形状を観察すると共に、継手引張試験片を各3本採取して継手強度を測定し、溶接部の健全性を評価した。
【0032】
溶接部の健全性の評価は、試験片3本の平均継手強度が母材の強度の70%以上のものを○とし、平均継手強度が母材の強度の60%以上70%未満のものを△とし、平均継手強度が母材の強度の60%未満のものを×とした。この結果を表2に示す。
【0033】
【表1】
【0034】
【表2】
【0035】
上記表2に示すように、本発明に範囲に入る実施例No.1乃至6はいずれも溶接部の健全性は良好であった。なお、Lの長さが10t以上である実施例No.3乃至6は更に良好な溶接部の健全性を得ることができた。
【0036】
一方、比較例No.49及び50は、Lの長さが1t及び2tと本発明の範囲から外れるため、溶接部の強度が乏しく健全な溶接部を得ることができなかった。
【0037】
第2実施例
本実施例は、図3に示す形状の部材を接合したものである。部材1、2として、第1実施例と同様の材料を使用した。
【0038】
図2に示すように、予め重ねた部材1、2の下側の部材2の端を曲げ半径RをR=1×tとして曲げ加工した。その曲げ加工の表面と溶接部A(ルート部)との距離Lを4t(6mm)とした。部材1の端面1aから部材2の曲げ加工端までの距離Nを種々に変化させて、第1実施例と同様にアルミ材の端部を重ね合せて、同様の溶接ワイヤ、溶接方法及び溶接条件により重ねすみ肉溶接を行った。
【0039】
溶接後、第1実施例と同様に溶接後の断面形状を観察すると共に、継手引張試験片を各3本採取して継手強度を測定し、溶接部の健全性を評価した。なお、溶接部の健全性の評価は第1実施例と同様に行った。この結果を表3に示す。
【0040】
【表3】
【0041】
上記表3に示すように、本発明の範囲に入る実施例No.7乃至10はいずれも溶接部の健全性は良好であった。なお、Nの長さが6t以上である実施例No.8乃至10は更に良好な溶接部の健全性を得ることができた。
【0042】
一方、比較例No.51乃至53は、Lの長さが1t、2t及び3tと本発明の範囲から外れるため、溶接部の強度が乏しく、健全な溶接部を得ることができなかった。
【0043】
第3実施例
本実施例は、図4に示す形状の部材を接合したものである。部材1、2として、JIS H4100に規定された溶接部位の厚さ2mm、幅150mm、長さ300mmのA6N01−T5材を使用した。溶接に際にして、図4に示すように、予め、重ねた部材1、2の下側の部材2となる押出し材の端の部分を溶接部位よりも厚くなるように成形した。このため、端の部分の厚さHを溶接部位の厚さtに対する比率を変化させ、部材2端と溶接位置寸法Mを変化させた。
【0044】
このアルミ材の端部を重ね合せて、JIS Z 3232に規定されたA5356WY溶接ワイヤを使用したMIG溶接とし、表4に示す溶接条件により重ねすみ肉溶接を行った。
【0045】
溶接後、溶接後の断面形状を観察すると共に、継手引張試験片を各3本採取して継手強度を測定し、溶接部の健全性を評価した。なお、溶接部の健全性の評価は第1実施例と同様に行った。この結果を表5に示す。
【0046】
【表4】
【0047】
【表5】
【0048】
【表6】
【0049】
上記表5及び表6に示すように、本発明の範囲に入る実施例No.11乃至48はいずれも溶接部の健全性は良好であった。なお、Mの長さが10t以上又はHの長さが2.0t以上である実施例No.38乃至41及び実施例No.45乃至48は更に良好な溶接部の健全性を得ることができた。
【0050】
一方、比較例No.54乃至57は、Hの長さが1.2t及び1.4tであると共に、Mの長さが4t及び6tであり本発明の範囲から外れるため、溶接部の強度が乏しく、健全な溶接部を得ることができなかった。
【0051】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明においては、1対の部材が重ね合されて溶接により接合されて構成された溶接継手構造材において、部材にこの部材の剛性を高めると共に、接合部の溶接熱を吸収する部位を形成することにより、重ねすみ肉溶接において、溶接熱による部材の変形を抑制することができると共に、溶接部が過剰な熱影響の曝されること防止することができるため、部材の変形による溶接不良を防止することができる。
【0052】
特に、溶接熱により変形を生じ易い板厚が1.5mm乃至2mm程度のアルミニウム又はアルミニウム合金材でも溶接熱による変形とそれに伴う溶接部継手強度の劣化を抑えて良好な継手強度を得ることができる。従って、これをもってこの分野の産業に多大な貢献をなす。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係る溶接継手構造材を示す断面図である。
【図2】本発明の第1実施例の数値既定条件を説明する断面図である。
【図3】本発明の第1実施例の数値既定条件を説明する断面図である。
【図4】本発明の第2実施例に係る溶接継手構造材を示す断面図である。
【図5】本発明の溶接継手構造材の溶接方法を示す断面図である。
【図6】本発明の第1実施例の変形例を示す断面図である。
【図7】本発明の第1実施例の変形例を示す断面図である。
【図8】本発明の第2実施例の変形例を示す断面図である。
【図9】本発明の第2実施例の変形例を示す断面図である。
【図10】本発明の第2実施例の変形例を示す断面図である。
【図11】従来の溶接継手構造材を示す断面図である。
【符号の説明】
1、2;部材
1a;端面
3、3a;屈曲部
4;厚肉部
5;銅材
100、101;アルミニウム部材
A;溶接部
Claims (10)
- 1対の部材を重ね合わせ、一方の部材の端面と他方の部材の表面との間に形成されるすみ部を溶接する重ねすみ肉溶接により接合されて構成された溶接継手構造材において、前記他方の部材の接合部から重ね合わせ側の端面に至る重ね端部には、この重ね端部の剛性を高めると共に、溶接熱を吸収する部位が形成されていることを特徴とする溶接継手構造材。
- 前記部位は、屈曲部であることを特徴とする請求項1に記載の溶接継手構造材。
- 前記屈曲部における前記接合部から遠い方の表面とすみ肉溶接の接合部における前記一方の部材の端面との間の距離をLとし、前記接合部における前記他方の部材の厚さをtとするとき、前記Lと前記tとはL>4tであることを特徴とする請求項2に記載の溶接継手構造材。
- 前記屈曲部の先端面と前記一方の部材の重ね合わせ面との間の距離をNとし、前記接合部における前記他方の部材の厚さをtとするとき、前記Nと前記tとはN>4tであることを特徴とする請求項2に記載の溶接継手構造材。
- 前記部位は、前記他方の部材の他の部分よりも肉厚の厚肉部であることを特徴とする請求項1に記載の溶接継手構造材。
- 前記他方の部材の重ね端部における先端面と前記接合部における前記一方の部材の端面との間の距離をMとし、前記接合部における前記他方の部材の厚さをtとするとき、前記Mと前記tとはM>8tであることを特徴とする請求項5に記載の溶接継手構造材。
- 前記重ね端部における先端部の厚さをHとし、前記接合部における前記他方の部材の厚さをtとするとき、前記Hと前記tとはH>1.6tであることを特徴とする請求項5又は6に記載の溶接継手構造材。
- 前記1対の部材はアルミニウム又はアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の溶接継手構造材。
- 前記他方の部材は押出形材、鍛造材及び鋳造材からなる群から選択された1種であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の溶接継手構造材。
- 前記他方の部材の前記重ね端部における先端部は拘束されていることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の溶接継手構造材。
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