JP4107183B2

JP4107183B2 - 溶接方法

Info

Publication number: JP4107183B2
Application number: JP2003189166A
Authority: JP
Inventors: 大樹藤原
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-07-01
Filing date: 2003-07-01
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2023-07-01
Also published as: JP2005021933A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、角筒状のアルミニウム系押出材等を溶接接合してフレーム構造体を組み立てるにあたり、少なくともその角筒状の被溶接部材同士をいわゆるＴ継手の形態で溶接接合する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のサスペンションメンバーや車体フレーム等のフレーム構造体をアルミニウム系の押出材を溶接して組み立てることが試みられており、その代表的なものとして例えば特許文献１に記載のものが知られている。
【０００３】
すなわち、同特許文献１に記載の技術では、角パイプ状のアルミニウム系押出材をフレーム要素として用いて、左右一対のサイドメンバ同士の間に複数のクロスメンバを突き当てて溶接を施すことによりいわゆる梯子形のフレーム構造体を組み立てるにあたり、特にクロスメンバの位置から張り出すことになるサイドメンバの長手方向両端部での変形を抑制することを目的として、サイドメンバに対するクロスメンバの突き当て部での溶接の向きおよび順番の最適化を図っている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３５６１７７号公報（図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の技術では、サイドメンバの長手方向両端部での変形を抑制することはできたとしても、溶接に伴うクロスメンバの倒れ現象の抑制は考慮されていないことから、例えば上記の倒れ現象に基づくサイドメンバとクロスメンバの直角度の低下が余儀なくされ、結果として溶接後のフレーム構造体に歪みが発生する。そして、フレーム構造体の寸法精度の確保のためには後工程で矯正作業すなわち歪み取りのための矯正作業が必須となり、加工工数の増加によりコストアップを招くこととなって好ましくない。特に、アルミニウム系押出材を用いている場合には、歪み取りのための局部加熱が困難であるばかりでなく、素材自体が軟質であるために歪み取りのための矯正力を加えると傷が付いたり打痕が発生しやすく、その矯正にも限界がある。
【０００６】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、特に角筒状の被溶接部材同士をいわゆるＴ継手の形態で溶接するにあたり、一方の被溶接部材の倒れ現象を未然に防止して、歪み取り作業の必要なくして溶接後の構造体の寸法精度の向上を図った溶接方法を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、四角筒状の一方の被溶接部材の端面を角筒状の他方の被溶接部材にＴ継手の形態で突き当てた上で、その一方の被溶接部材における端部外周面の四辺部全周にすみ肉溶接もしくは突き合わせ溶接を施して他方の被溶接部材と溶接接合する方法であって、一方の被溶接部材の四辺部のうち他方の被溶接部材の長手方向で正対することになる対向二辺部をそれぞれ第１，第２の辺部とし、一方の被溶接部材の端面を予めテーパ状に形成することにより、その一方の被溶接部材を他方の被溶接部材に突き当てたときに、当該一方の被溶接部材のうち第１の辺部からそれとは反対側の第２の辺部側に向かって漸次深さが小さくなるＶ溝状の開先を形成し、最初に第１の辺部の溶接を行うとともに、次いでそれとは反対側の第２の辺部の溶接を行い、その後から第１，第２の辺部以外の残りの二辺部の溶接を行うことを特徴とする。
【０００８】
この場合、被溶接部材は例えば請求項５に記載のようにアルミニウム系の押出材とし、溶接方法は例えばミグ（ＭＩＧ）溶接による。また、請求項２，３に記載のように残りの二辺部の溶接は同時に行うとともに、その溶接方向を互いに逆向きにして溶接を行うことが望ましい。
【０００９】
したがって、少なくとも請求項１に記載の発明では、他方の被溶接部材に突き当てるべき一方の被溶接部材の端面を予めテーパ状に形成して、その一方の被溶接部材を他方の被溶接部材に突き当てたときに、当該一方の被溶接部材のうち第１の辺部からそれとは反対側の第２の辺部側に向かって漸次深さが小さくなるＶ溝状の開先を形成しておくものとする。この開先の設定は、その部分を溶接する際の倒れ量（変形量）を予め見込んでおくことにほかならない。そして、最初にその開先を形成した第１の辺部の溶接を行うと、一方の被溶接部材は溶接ビード部の長手方向軸線を回転中心として開先分だけ倒れ現象を生ずることになる。
【００１０】
次に、溶接済みの第１の辺部とは反対側の第２の辺部の溶接を行うと、一方の被溶接部材は最初の倒れ方向と反対方向に先の倒れ量を相殺するように倒れ現象を生じ、結果としてその一方の被溶接部材は中立位置に戻ることになる。
【００１１】
この後、残りの二辺部の溶接を行うことで、突き当て部の四辺部全ての溶接が完了したことになる。この残り二辺部の溶接の際には、先行した二辺部の溶接が既に完了していることから、所定の治具等にて拘束した状態もしくは治具による拘束なしに溶接を施すことにより、溶接に伴う変形を抑制して規定寸法通りの溶接構造体とすることができる。
【００１２】
その結果として、歪み取りのための矯正作業の必要なくして、寸法精度の高い溶接構造体を得ることが可能となる。
【００１３】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、溶接に伴う変形見込み量を開先のかたちで設定した上で特定の順番で溶接を行うようにしたため、歪み取りのための矯正作業の必要なくして規定寸法通りの溶接構造体を得ることができ、加工工数の削減と併せて溶接構造体の寸法精度が大幅に向上する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１〜４は本発明の好ましい実施の形態を示す図であり、図５に示したように例えば車体フロア部の車体フレーム１を溶接にて組み立てる場合の例を示している。
【００１５】
図５に示す車体フレーム１は、先にも述べたように被溶接部材たるフレーム要素として機能することになる互いにほぼ平行な閉断面構造のサイドメンバ２，３同士の間に同じく被溶接部材たるフレーム要素として機能することになる閉断面構造の前後一対のクロスメンバ４，５を架橋的に配置し、それらサイドメンバ２，３とクロスメンバ４，５とを突き合わせた上でＴ継手の形態で例えばミグ（ＭＩＧ）溶接によるすみ肉溶接にて溶接接合することにより組み立てられる。なお、サイドメンバ２，３とクロスメンバ４，５の断面投影サイズを共に等しいものとした場合には、一部が突き合わせ溶接の形態となる。
【００１６】
ここで、サイドメンバ２，３およびクロスメンバ４，５はいずれもアルミニウムもしくはアルミニウム合金製のもので、均一断面の角筒状もしくは角パイプ状の押出材すなわち閉断面構造の押出材がそのまま使用されている。そして、サイドメンバ２，３の内部には複数の隔壁６が設けられている。
【００１７】
本実施の形態では、図５に示すような車体フレーム１を組み立てるにあたり、図４に示すようにサイドメンバ２，３のうちのいずれか一方と同じくクロスメンバ４，５のうちのいずれか一方とを予めＴ継手の形態で突き合わせて溶接を施した略直角定規状の二組のフレームセグメント７Ａ，７Ｂを用意し、それらフレームセグメント７Ａ，７Ｂ同士を略矩形状の配置となるように突き合わせた上で溶接を施すことにより図５のような車体フレーム１を得るものとする。
【００１８】
図４のような各フレームセグメント７Ａ，７Ｂを組み立てるにあたり、図１に示すようにサイドメンバ２または３に対して突き当てられることになるクロスメンバ４または５の端面を予めテーパ状に形成して、サイドメンバ２または３とクロスメンバ４または５とのなす内隅部であって且つクロスメンバ４または５の投影形状に相当することになる矩形状の突き当て部の四辺部８ａ〜８ｄのうち、その一辺部８ａ側から反対側の一辺部８ｂ側に向かって漸次深さが小さくなるＶ溝状の開先（グループ）９を形成しておくものとする。すなわち、上記突き当て部におけるクロスメンバ４または５の四辺部８ａ〜８ｄのうちサイドメンバ２または３の長手方向で正対することになる対向二辺部８ａ，８ｂの関係に着目し（一辺部８ａを第１の辺部とし、一辺部８ｂを第２の辺部とする）、クロスメンバ４または５をサイドメンバ２または３に突き当てたときに、クロスメンバ４または５のうち第１の辺部である一辺部８ａ側からそれとは反対側の第２の辺部である一辺部８ｂ側に向かって漸次深さが小さくなるＶ溝状の開先を形成しておくものとする。この開先９の設定によって、後述するようにサイドメンバ２または３に対してクロスメンバ４または５を突き当てて溶接するにあたり、その溶接に伴うクロスメンバ４または５の倒れ（変形）を積極的に容認するための見込み量を予め設定してあることになる。なお、図１では開先９の大きさを誇張して描いているが、サイドメンバ２または３に対しクロスメンバ４または５を直立させて双方の軸線同士が直角となるようにした状態では、その開先９の開口部の寸法Ｃが例えば０．５ｍｍ程度となるようにテーパの度合いが設定されている。
【００１９】
溶接の順番としては、図１の（Ａ）のようにサイドメンバ２または３に対してクロスメンバ４または５が直角となるようにその端面を突き当てたならば、同図（Ｂ）に示すように突き当て部の四辺部８ａ〜８ｄのうち開先９が開口している一辺部８ａの溶接を最初に行い、続いてそれとは反対側の一辺部８ｂの溶接を行うものとする。
【００２０】
ここで、図１の（Ｂ）における丸囲み数字は溶接の順番を示しており、また同図の矢印は溶接の方向を示している。したがって、一辺部８ａの溶接とそれと反対側の一辺部８ｂの溶接とでは溶接方向を互いに逆向きにして行うことになる。
【００２１】
図２の（Ａ）に示すように、開先９が開口している一辺部８ａについて溶接ビード部Ｂ１をもってその溶接を最初に行った場合には、同図（Ｂ）に示すようにクロスメンバ４または５はその溶接ビード部Ｂ１の長手方向を中心としてその開先９の度合いを小さくする方向に倒れθを生ずるものの、それに続いて同図（Ｂ），（Ｃ）に示すように反対側の一辺部８ｂの溶接を溶接ビード部Ｂ２をもって行った場合には、クロスメンバ４または５は先の場合と反対方向に倒れを生ずることになる。つまり、一辺部８ａの溶接に伴うクロスメンバ４または５の倒れと反対側の一辺部８ｂの溶接に伴う倒れが互いに相殺されて、結果としてクロスメンバ４または５はサイドメンバ２または３に対して直角となる中立位置に保持されることになる。
【００２２】
この後、残りの二辺部８ｃ，８ｄの溶接を順次行うものとし、より望ましくは残りの二辺部８ｃ，８ｄの溶接を同時に且つ溶接方向を互いに逆向きにして行う。こうすることにより、二辺部８ｃ，８ｄそれぞれの溶接条件が等しいものとなり、しかもその二辺部８ｃ，８ｄの溶接に際しては既に他の二辺部８ａ，８ｂの溶接が完了していることから、二辺部８ａ，８ｂの溶接時のようなクロスメンバ４または５の倒れ現象は生じにくいものとなる。
【００２３】
こうして得られたフレームセグメント７Ａ，７Ｂは、図４に基づいて先に説明したように二つ一組のフレームセグメント７Ａ，７Ｂ同士を略矩形状の配置となるように突き合わせた上で上記と同様に溶接を施すことにより図５に示した車体フレーム１として組み立てられることになる。このフレームセグメント７Ａ，７Ｂ同士の溶接の際にも、サイドメンバ２または３に対する突き当て部となるクロスメンバ４または５の端面に図１と同様の開先９を設定しておくものとする。
【００２４】
本発明者は、表１に示すように本実施の形態を含むいくつかの条件で上記のフレームセグメント７Ａ，７Ｂの溶接をｎ回ずつ実験的に行い、サイドメンバ２または３に対するクロスメンバ４または５の倒れ量θを角変形量（ｒａｄ）として計測してみた。その結果を図３に示す。表１にいう初期隙間量の「四辺部全て０ｍｍ」とは、クロスメンバ４または５の端面の四辺部８ａ〜８ｄそれぞれを完全にサイドメンバ２または３に密着させた状態で溶接を行った場合である。同様に、初期隙間量の「四辺部全て１ｍｍ」とは、クロスメンバ４または５の端面の四辺部８ａ〜８ｄそれぞれを１ｍｍの隙間を持たせた状態でサイドメンバ２または３に溶接を行った場合である。また、表１にいう本実施の形態とは、図１の（Ａ）に示したように開先９の開口部側の最大隙間Ｃを０．５ｍｍに設定した場合である。
【００２５】
【表１】

【００２６】
図３から明らかなように、初期隙間量を「四辺部全て０ｍｍ」とした場合には、サイドメンバ２または３に対するクロスメンバ４または５の倒れ量である角変形量（ｒａｄ）は比較的小さいものの、そのばらつきが大きくなる傾向にある。また、初期隙間量を「四辺部全て１ｍｍ」とした場合には、サイドメンバ２または３に対するクロスメンバ４または５の倒れ量である角変形量（ｒａｄ）はそのばらつきは小さいものの、角変形量の値そのものが大きくなる傾向にある。これに対して、本実施の形態によれば、サイドメンバ２または３に対するクロスメンバ４または５の倒れ量である角変形量（ｒａｄ）そのものの値とそのばらつきが他の二例に比べて著しく小さいことがわかる。
【００２７】
したがって、本実施の形態によれば、溶接を終えた段階で規定寸法通りの寸法精度の高いフレームセグメント７Ａ，７Ｂもしくは車体フレーム１を得ることができることから、従来のような歪み取りのための矯正作業が一切不要であり、加工工数の削減に大きく寄与できることになる。
【００２８】
ここで、本実施の形態では、単一のサイドメンバ２または３とクロスメンバ４または５を突き合わせて溶接することにより略直角定規状のフレームセグメント７Ａ，７Ｂを作製し、二つ一組のフレームセグメント７Ａ，７Ｂ同士を突き合わせて溶接することにより図５に示した車体フレーム１を組み立てる場合について説明したが、他の溶接手順にも本発明を適用することが可能である。例えば一対のサイドメンバ２，３同士の間に二本のクロスメンバ４，５を介在させ、それら一対のサイドメンバ２，３と同じく一対のクロスメンバ４，５を互いに突き合わせた状態で各突き合わせ部に溶接を施す場合にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施の形態を示す図で、（Ａ）はサイドメンバとクロスメンバの突き合わせ状態を示す説明図、（Ｂ）は同図（Ａ）の拡大平面図。
【図２】図１に示したサイドメンバとクロスメンバの溶接手順を示す工程説明図。
【図３】サイドメンバとクロスメンバとの突き合わせ部での隙間の大きさと、溶接に伴うクロスメンバの倒れ量およびそのばらつきとの関係を示すグラフ。
【図４】図５の車体フレームを得るための一対のフレームセグメント同士の関係を示す説明図。
【図５】フレーム構造体の一例として車体フレームの概略構造を示す斜視図。
【符号の説明】
１…車体フレーム
２，３…サイドメンバ（他方の被溶接部材）
４，５…クロスメンバ（一方の被溶接部材）
７Ａ，７Ｂ…フレームセグメント
８ａ…一辺部（第１の辺部）
８ｂ…一辺部（第２の辺部）
８ｃ…一辺部
８ｄ…一辺部
９…開先

Claims

四角筒状の一方の被溶接部材の端面を角筒状の他方の被溶接部材にＴ継手の形態で突き当てた上で、その一方の被溶接部材における端部外周面の四辺部全周にすみ肉溶接もしくは突き合わせ溶接を施して他方の被溶接部材と溶接接合する方法であって、
一方の被溶接部材の四辺部のうち他方の被溶接部材の長手方向で正対することになる対向二辺部をそれぞれ第１，第２の辺部とし、
一方の被溶接部材の端面を予めテーパ状に形成することにより、その一方の被溶接部材を他方の被溶接部材に突き当てたときに、当該一方の被溶接部材のうち第１の辺部からそれとは反対側の第２の辺部側に向かって漸次深さが小さくなるＶ溝状の開先を形成し、
最初に第１の辺部の溶接を行うとともに、次いでそれとは反対側の第２の辺部の溶接を行い、
その後から第１，第２の辺部以外の残りの二辺部の溶接を行うことを特徴とする溶接方法。
残りの二辺部の溶接は同時に行うことを特徴とする請求項１に記載の溶接方法。
残りの二辺部の溶接はその溶接方向を互いに逆向きにして行うことを特徴とする請求項２に記載の溶接方法。
最初に行う第１の辺部の溶接と二番目に行う第２の辺部の溶接は、その溶接方向を互いに逆向きにして行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の溶接方法。
被溶接部材がアルミニウム系の押出材であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の溶接方法。