JP4339791B2 - 管を部材に冶金的に取り付けるための方法 - Google Patents

Description

本発明は、概して冶金方法に係り、より詳しくは、管を部材に冶金的に取り付けるための方法に関する。

抵抗溶接（電気抵抗溶接とも称される）は、既知の冶金プロセスである。このプロセスでは、金属は、非常に短い時間で非常に大きい電流が通過することによって、それ自身の抵抗により、半溶解状態（即ち、軟らかい）又は溶解状態（即ち、溶けた状態）へと加熱され、次に圧力を印加することによって溶接される。

２つの部品を冶金的に一緒に取り付けるための従来の方法は、入口／出口管を車両燃料タンクカバーへと一緒に冶金的に取り付けるための既知の方法を更に備えている。既知の方法では、低炭素鋼の金属プレートが車両燃料タンクカバーのために得られ、低炭素鋼管は、入口／出口管のための得られる。貫通孔がプレートに打ち抜き穿孔され、該貫通孔を取り囲み該プレートから垂直に突出する全押し出し部を形成する。管の成形作業によって、該管には横断突出環状リムが形成される。この管は、それが、貫通孔の長さ方向の両端部を越えて長さ方向に延在するように貫通孔に挿入可能であるようにサイズが定められている。該管は、管のリムがプレート上に座して、プレートの全押し出し部がリムから突出するように貫通孔に挿入される。次に、管及びプレートは、貫通孔の近傍で一緒に溶接される。

溶接作業に亘って、溶鉱炉は、特定の温度及び温度勾配を有することを要求される。溶鉱炉は、溶接が実際に実行される前にプレート及び管から酸化物を除去するため大気圧減少制御手段を備えて維持されなければならない。また、溶接を実行するため充填材料のための銅リングが使用されなければならない。溶鉱炉を通って部品を移動させるためのセラミックチェーンプーリー機構が要求される。

必要とされているものは、例えば入口／出口管を車両燃料タンクカバーに冶金的に取り付ける等の、管を部材に冶金的に取り付けるための方法をより安価にすることである。

本発明の方法は、管を部材に冶金的に取り付けるための方法である。本方法は、工程（ａ）乃至（ｄ）を備える。工程（ａ）は、壁を有する部材を得る工程を備え、
該壁は、第１及び第２の両側部を備え、該第１の側部の上方に延在する部分押し出し部を備え、該部分押し出し部は貫通孔と該壁に略垂直に整列された長さ方向軸とを有し、貫通孔は長さ方向軸と略同軸に整列されている。工程（ｂ）は、部分押し出し部の角度に合致するテーパー端部を有する管を得る工程を備える。工程（ｃ）は、工程（ａ）及び（ｂ）の後、管が長さ方向軸と略同軸に整列し、テーパー端部が実質的に部分押し出し部のところで壁の第２の側部と接触した状態で、管及び部材を配置する工程を備える。工程（ｄ）は、工程（ｃ）の後、テーパー端部において部分押し出し部に近接したところに管及び部材を通して環状抵抗溶接電流経路を形成し、テーパー端部を部分押し出し部内へと相対的に動かして該部分押し出し部に抗してこれを変形させ、溶接領域を形成し、該溶接領域は、テーパー端部の少なくとも一部と、部分押し出し部の少なくとも一部とを備える。

本発明の参考例となる方法は、管を部材に冶金的に取り付けるための方法である。第１の方法は、工程（ａ）乃至（ｄ）を備える。工程（ａ）は、壁を有する部材を得る工程を備え、該壁は、第１及び第２の両側部を備え、該第１の側部の上方に延在する部分押し出し部を備え、該部分押し出し部は貫通孔を有する。工程（ｂ）は、端部を有する管を得る工程を備える。工程（ｃ）は、工程（ａ）及び工程（ｂ）の後、端部が部分押し出し部に近接して壁の第２の側部と接触した状態で、管及び部材を配置する工程を備える。工程（ｄ）は、工程（ｃ） の後、端部及び部分押し出し部に近接したところに管及び部材を通して抵抗溶接電流経路を形成し、端部を部分押し出し部内へと相対的に動かして該部分押し出し部に抗してこれを変形させ、溶接領域を形成し、該溶接領域は、端部の少なくとも一部と、部分押し出し部の少なくとも一部とを備える。第１の方法の一つの用途では、壁はプレートの壁であり、第１の方法の異なる用途では、壁は管状部材の壁である。

本発明の別の参考例となる方法は、管を部材に冶金的に取り付けるための方法である。第３の方法は、工程（ａ）乃至（ｄ）を備える。工程（ａ）は、壁を有する部材を得る工程を備え、該壁は、第１及び第２の両側部を備え、該第１の側部の上方に延在する部分押し出し部を備え、該部分押し出し部は貫通孔と壁に略垂直に整列された長さ方向軸を有し、該貫通孔は長さ方向軸と略同軸に整列されている。工程（ｂ）は、フランジ付き端部を有する管を得る工程を備える。工程（ｃ）は、工程（ａ）及び（ｂ）の後、管が長さ方向軸と略同軸に整列し、フランジ付き端部が実質的に部分押し出し部のところで壁の第２の側部と接触した状態で、管及び部材を配置する工程を備える。工程（ｄ）は、工程（ｃ）の後、フランジ付き端部において部分押し出し部に近接したところに管及び部材を通して環状抵抗溶接電流経路を形成し、フランジ付き端部を部分押し出し部内へと相対的に動かして該部分押し出し部に抗してこれを変形させ、溶接領域を形成し、該溶接領域は、フランジ付き端部の少なくとも一部と、部分押し出し部の少なくとも一部とを備える。

幾つかの利点及び効果が本発明の方法のうち１つ以上から引き出される。抵抗溶接は、ブレーズ溶接よりも安価である。車両燃料タンクカバー及び入口／出口管を一緒に冶金的に取り付けるための用途においては、取り付け毎に約１ドルのコストがかかる代わりに、取り付け毎に数セントしかコストがかからない。

本発明の参考例となる方法は、管を部材に冶金的に取り付けるためのものであり、図１におけるブロック図形態で示されている。当該参考例となる方法は、工程（ａ）乃至（ｄ）を備えている。工程（ａ）は、図１のブロック１０において「壁を有する部材を得る」工程として記載されている。工程（ａ）は、壁を有する部材を得る工程を備えており、当該壁は、第１及び第２の両側部を備え、第１の側部の上方に延在する部分押し出し部を備え、該部分押し出し部は貫通孔を有する。壁の「貫通孔を有する部分押し出し部」は、如何なる手段であろうが、壁の連結表面の上方に隆起され、壁の貫通孔を取り囲んだ壁の一部分であり、隆起壁部がその隆起されていない状態から垂直より小さい角度で隆起されたものである。これは、壁の隆起部が、その隆起されていない状態から略９０度に等しい角度にまで隆起されているところの該壁の「貫通孔を有する完全な押し出し部」とは対照的である。工程（ｂ）は、図１のブロック１２において、「管を得る」工程として記載されている。工程（ｂ）は、端部を有する管を得る工程を備えている。工程（ｃ）は、「管及び部材を配置する」工程として図１のブロック１４に記載されている。工程（ｃ）は、工程（ａ）及び（ｂ）の後に、端部が部分押し出し部に近接して壁の第２の側部と接触した状態に管及び部材を配置する工程を備える。「近接」という用語は、「接触場所」をも包含しているが、これに制限するものではない。工程（ｄ）は、図１のブロック１６において「溶接領域を形成する」工程として記載されている。工程（ｄ）は、工程（ｃ）の後で、端部及び部分押し出し部に近接して、管及び部材を介した抵抗溶接電流経路を形成し、端部を部分押し出し部に対して相対的に動かし、部分押し出し部に抗してこれを変形させ、該端部の少なくとも一部及び部分押し出し部の少なくとも一部を含む溶接領域を形成する。当業者に理解されるように、「相対的に動かす」という用語によって、部分押し出し部が静止した状態で端部を動かすこと、端部が静止した状態で部分押し出し部を動かすこと、又は、端部及び部分押し出し部の両方を動かすこと、が意味されている。

上記参考例となる方法の一つの用途では、そのような相対運動は、端部と部分押し出し部との間から表面汚染物質を押し出し、そのような相対運動は、端部と部分押し出し部との接触表面の間で丘部及び谷部を水平にし、端部の表面原子を部分押し出し部の表面原子と原子間結合距離以内に収める。上記参考例となる方法の一つの設備では、工程（ｄ）は、端部を溶解させず、部分押し出し部を溶解させない。別の設備では、工程（ｄ）は、端部の少なくとも一部若しくは部分押し出し部の少なくとも一部を溶解させるか、又は、端部の少なくとも一部及び部分押し出し部の少なくとも一部を溶解させる。

上記参考例となる方法の一例では、壁は、プレートの壁である。別の例では、壁は環状部材の壁である。一つの変形例では、管状部材は、略直円柱管状部材である。別の変形例では、管状部材は、略矩形形状を有する断面を持つ。該断面のための切断平面は、管状部材の長さ方向軸に垂直である。壁の他の例及び変形は、当業者には明らかである。

上記参考例となる方法の一つの可能性では、部分押し出し部は、壁に略垂直に整列した長さ方向軸を有し、貫通孔が、押し出し部の長さ方向軸と略同軸に整列されている。一つの変形では、貫通孔は、略円形又は略矩形の断面である断面を有し、断面のための切断平面は、管状部材の長さ方向軸に垂直である。部分押し出し部及び貫通孔の他の可能性及び変形は、当業者には明らかである。

上記参考例となる方法の一実施例では、管は、略直円柱管である。別の実施例では、管は、略矩形形状を持つ断面を有し、断面のための切断平面は、管の長さ方向軸に垂直である。管の他の例及び変形は、当業者には明らかである。

上記参考例となる方法の一つの用途では、端部は、テーパー端部である。第１の（又は任意の）方法を記載するという目的のために、管のテーパー端部は、略９０度よりも小さい角度で内側に延在する管端部である。別の用途では、端部はフランジ付き端部である。第１の（又は任意の）方法を記載するという目的のために、管のフランジ付き端部は、略９０度と等しい角度で外側に延在する管端部である。異なる用途では、端部は、管の長さ方向軸に略平行である略直線端部である。端部の他の形状は、当業者には明らかである。

上記参考例となる方法の一つの実施形態では、工程（ｃ）は、管を壁に略垂直に整列する工程を備えている。同じか又は別の実施形態では、工程（ｄ）は、環状（又は非環状）溶接領域を形成する。同じか又は別の実施形態では、工程（ｄ）は、部分押し出し部の形成箇所面前で壁の第１の側部と接触する抵抗溶接式の第１の電極と、管と接触する抵抗溶接式の第２の電極とを使用する。工程（ｄ）は、端部を部分押し出し部に対して相対的に動かして、部分押し出し部に抗してこれを変形させるように、第１及び第２の電極を相対的に動かす。一つの変形例では、第２の電極は、管の内部に配置されている。別の変形例では、第２の電極は、管の外側に配置されている。いずれかの変形例の一つの変更においては、非電極支持部は、管の内部又は外部に配置され、一つの例では、管を径方向に支持し、及び／又は、工程（ｄ）の間に管を軸方向に支持し、これを押すため、管の他方の端部の周りに延在している。

図２乃至図５を参照すると、図面を通して類似の参照番号は類似の要素を表している。本発明の実施例に係る方法は、管を部材に冶金的に取り付けるためのものであり、工程（ａ）乃至（ｄ）を備えている。工程（ａ）は、壁２０を有する部材１８を得る工程を備えている。壁２０は、第１及び第２の両側部２２及び２４を備え、第１の側部２２の上方に延在する部分押し出し部２６を備えている。部分押し出し部２６は、貫通孔２８を有し、壁２０に略垂直に整列された長さ方向軸３０を有している。貫通孔２８は、長さ方向軸３０と略同軸に整列されている。工程（ｂ）は、（図２に示されるように）部分押し出し部２６の角度に合致するテーパー端部３４を有する管３２を得る工程を備えている。工程（ｃ）は、工程（ａ）及び（ｂ）の後に、（図３に示されるように）管３２が長さ方向軸３０と略同軸に整列され、且つ、部分押し出し部２６のところでテーパー端部３４が壁２０の第２の側部２４と接触した状態で管３２及び部材１８を配置する工程を備えている。工程（ｄ）は、工程（ｃ）の後で、テーパー端部３４において及び部分押し出し部２６に近接して、管３２及び部材１８を通して環状抵抗性溶接電流経路を形成する工程と、（図３に示されるように）テーパー端部３４を部分押し出し部２６内へと相対的に動かして、（図４及び図５に示されるように）該部分押し出し部に抗してこれを変形させ、環状溶接領域３６を形成する工程と、を備えている。環状溶接領域３６は、テーパー端部３４の少なくとも一部と部分押し出し部２６の少なくとも一部とを備えている。

本発明の実施例に係る方法の一例では、工程（ｃ）は、部分押し出し部２６の形成箇所面前で壁２０の第１の側部２２と接触する環状抵抗溶接式の第１の電極３８と、管３２の内部に配置され、テーパー端部３４と接触する円柱抵抗溶接式の第２の電極４０とを使用する。一つの変形例では、第２の電極４０は、管３２のテーパー端部３４の角度に合致し、該テーパー端部に接触するテーパー先端部４２を有する。一つの変形例では、工程（ｄ）は、（図４に示されるように）第２の電極４０を長さ方向軸３０と略平行に第１の端部３８の内部で相対的に動かし、テーパー端部３４を部分押し出し部２６内へと相対的に動かし、該部分押し出し部に抗してこれを変形させる。図２乃至図５における番号が付与されていない矢印は、電極の相対運動の方向を指し示している。上記参考例となる方法のオプションの設備、例、可能性等は、当業者により理解することができるように、異なる形状の端部、又は、管の外側に配置された第２の電極で処理しなければならないものとは異なって、本発明の実施例に係る方法に等しく適用可能である。

図６を参照すると、本発明の別の参考例となる方法が開示されており、該方法は、管を部材に冶金的に取り付けるためのものであり、工程（ａ）乃至（ｄ）を備えている。工程（ａ）は、壁４６を有する部材４４を得る工程を備えている。壁４６は、第１及び第２の両側部４８及び５０を備え、第１の側部４８の上方に延在する部分押し出し部５２を備えている。部分押し出し部５２は、貫通孔５４を有し、壁４６に略垂直に整列された長さ方向軸５６を有している。貫通孔５４は、長さ方向軸５６と略同軸に整列されている。工程（ｂ）は、（図６に示されるように）フランジ付き端部６０を有する管５８を得る工程を備えている。工程（ｃ）は、工程（ａ）及び（ｂ）の後に、管５８が長さ方向軸５６と略同軸に整列され、且つ、フランジ付き端部６０が実質的に部分押し出し部５２のところで壁４６の第２の側部５０と接触した状態で管５８及び部材４４を配置する工程を備えている。工程（ｄ）は、工程（ｃ）の後で、フランジ付き端部６０において及び部分押し出し部５２に近接して、管５８及び部材４４を通して環状抵抗性溶接電流経路を形成する工程と、フランジ付き端部６０を部分押し出し部５２内へと相対的に動かして、該部分押し出し部に抗してこれを変形させ、環状溶接領域を形成する工程と、を備えている。該環状溶接領域は、フランジ付き端部６０の少なくとも一部と部分押し出し部５２の少なくとも一部とを備えている。

別の参考例となる方法の一例では、工程（ｄ）は、部分押し出し部５２の形成箇所面前で壁４６の第１の側部４８と接触する環状抵抗溶接式の第１の電極６２と、フランジ付き端部６０に近接して管５８の外側と接触する環状抵抗溶接式の第２の電極６４と、を使用する。非電極支持部６６は、管の内部に配置され、管５８の他方の端部６８に亘って延在する。図６で番号が付与されていない矢印は、電極及び支持部の相対運動の方向を指示している。図示しない一つの変形例では、第２の電極は、管の内部に配置され、管の他方の端部に亘って延在する円柱抵抗溶接式の第２の電極であり、非電極支持部は、管の外側に配置された環状支持部である。なお、上記別の参考例となる方法のオプションの設備、例、可能性等は、当業者により理解することができるように、異なる形状の端部で処理しなければならないものとは異なって、上記別の参考例となる方法に等しく適用可能である。

本発明の実施例に係る方法、及び／又は、参考例に係る方法のための一つの構成においては、部材は、略２ｍｍの厚さを有する例えばＡＩＳＩ１００８乃至１０１０等の低炭素鋼を備えるシート金属プレートであり、部分押し出し部のベースは、略１０ミリメートルの直径を有し、貫通孔は略２ミリメートルの直径を有する。この構成では、管は、略６ミリメートルの外径と、略２ミリメートルの厚さとを有する、例えばＡＩＳＩ１００８乃至１０１０等の低炭素鋼を備える。一つの実施形態では、約５０００アンペア（一つの変形例では１５，０００乃至２０，０００アンペア）の電流のパルス（１秒間のうち合計１／３）が、約１３６ｋｇ乃至約３６３ｋｇ（約３００乃至８００ポンド）の力が電極／支持部に加えられている間に、印加される。本発明の実施例に係る方法、及び／又は、参考例に係る方法は、当業者により理解されるように、特定の材料、寸法、電流及び力に限定されない。例えば銅、アルミニウム合金、ステンレス鋼等の任意の溶接可能材料を当業者により理解されるように使用することができる。管及び部材等の電流、力及び寸法の特定の選択は、当業者に通常のレベル以内に含まれている。

本発明の実施例に係る方法、及び／又は、参考例に係る方法のための一つの設計では、前述した電極は、抵抗溶接装置（図示せず）のＴ字形状の電極ホルダーに設置されている。一例では、図示されていないが、各々の電極は、管及び部材の対応する一つの周りに一緒に形成され管又は部材と係合する２つの区分から形成されている。該電極区分は、管又は部材の係合された部分の形状に略対応する表面を有する。該電極区分は、抵抗溶接装置のＴ字形状電極ホルダーのうち対応する上側又は下側に電極を設置する前に一緒に取り付けられている。

幾つかの利点及び効果が本発明の方法のうち１つ以上から引き出される。抵抗溶接は、ブレーズ溶接よりも安価である。車両燃料タンクカバー及び入口／出口管を一緒に冶金的に取り付けるための用途においては、取り付け毎に約１ドルのコストがかかる代わりに、取り付け毎に数セントしかコストがかからない。

本発明の幾つかの方法の前述した説明は、図示の目的のために与えられた。該説明は、包括的なものではなく、本発明を開示された正確な手続き又は正確な形態に限定するものではない。明らかに、多数の変更及び変形が上述した教えの観点で可能となる。本発明の範囲は、添付された請求の範囲によって画定されることが意図されている。

図１は、管を部材に冶金的に取り付けるための本発明の参考例となる方法のブロック図である。 図２は、テーパー端部を有する管、及び、管が部材と整列した状態を示す本発明の実施例に係る方法で使用される部材の概略側断面図である。 図３は、図２に示されるような図であるが、管及び部材の更に後の配置を示す図である。 図４は、図３に示されるような図であるが、管のテーパー端部の部分押し出し部への更に後の相対運動及び該部分押し出し部に抗して変形させた状態を示す図である。 図５は、図４に示されるような図であるが、溶接電極を取り外した状態で、部材に冶金的に取り付けられた管を示す図である。 図６は、本発明の別の参考例となる方法で使用される、フランジ端部を有する管及び部材の概略側断面図である。

Claims (4)

1. 管を部材に冶金的に取り付けるための方法であって、
   （ａ） 壁（２０）を有する部材（１８）を得る工程であって、該壁は、第１及び第２の両側部（２２，２４）を備え、該第１の側部（２４）の上方に延在する部分押し出し部（２６）を備え、該部分押し出し部は貫通孔（２８）と前記壁に略垂直に整列された長さ方向軸（３０）を有し、前記貫通孔は前記長さ方向軸と略同軸に整列されている、前記工程と、
   （ｂ） 前記部分押し出し部の角度に合致するテーパー端部（３４）を有する管（３２）を得る工程と、
   （ｃ） 前記工程（ａ）及び（ｂ）の後、前記管が前記長さ方向軸と略同軸に整列し、前記テーパー端部が実質的に前記部分押し出し部のところで前記壁の前記第２の側部（２４）と接触した状態で、前記管及び前記部材を配置する工程と、
   （ｄ） 前記工程（ｃ）の後、前記テーパー端部において前記部分押し出し部に近接したところに前記管及び前記部材を通して環状抵抗溶接電流経路を形成し、前記テーパー端部を前記部分押し出し部内へと相対的に動かして該部分押し出し部に抗してこれを変形させ、溶接領域を形成し、該溶接領域は、前記テーパー端部の少なくとも一部と、前記部分押し出し部の少なくとも一部とを備える、工程と、
   を備える、方法。
2. 前記工程（ｄ）では、前記部分押し出し部の形成箇所周面前で前記壁の第１の側部と接触する環状抵抗溶接式の第１の電極（３８）と、前記管の内部に配置され、前記テーパー端部と接触する円柱抵抗溶接式の第２の電極（４０）とを使用する、請求項１に記載の方法。
3. 前記第２の電極は、前記管のテーパー端部の角度と合致して該テーパー端部と接触するテーパー先端部（４２）を有する、請求項２に記載の方法。
4. 前記工程（ｄ）では、前記テーパー端部を前記部分押し出し部内へと相対的に動かし、該部分押し出し部に抗してこれを変形させるため、前記第２の電極を前記長さ方向軸に略平行に前記第１の電極内で相対移動する、請求項３に記載の方法。

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