JP4545309B2

JP4545309B2 - 溶接継手構造

Info

Publication number: JP4545309B2
Application number: JP2000385690A
Authority: JP
Inventors: 保夫小林; 裕介木村; 章二竹内
Original assignee: Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Priority date: 2000-12-19
Filing date: 2000-12-19
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2020-12-19
Also published as: JP2002178189A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接継手構造に係わり、特に、アルミニウムおよびアルミニウム合金の押出形材を、高エネルギー・ビーム溶接によって好適に溶接できる溶接継手構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高エネルギービーム溶接、特にレーザー溶接は、高エネルギー出力装置およびその制御装置の発展により、比較的厚肉のアルミニウム部品の溶接が可能になり、溶接ロボット等を利用した自動溶接技術の利用とあいまって、建設業界や自動車業界において、部品の量産工程中に取り入れられ始めている。アルミニウムやアルミニウム合金は、レーザー溶接を利用することにより、作業環境の改善や溶接ひずみの大幅な軽減など大きな利点を得ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一方、高品質のレーザー溶接継手を得るためには、従来のアーク溶接（ＭＩＧ，ＴＩＧ等）に比較して、溶接前の継手の組立精度、位置精度を高い水準に保つことが必要になる。このことは、被溶接材の形状を限定したり、継手の準備費用を高騰させる等して、レーザー溶接の広範な利用を阻害する要因となっている。
【０００４】
例えば、厚さ２ｍｍのアルミニウム板の２枚を一部重ね合わせて、重ね溶接ないし重ねすみ肉溶接する場合、最新のアーク溶接技術では、２枚の板間のギャップが自身の板厚に匹敵する２ｍｍ程度であっても溶接可能である。一方、同じ被溶接材の重ねレーザー溶接においては、板間のギャップは０．１ｍｍ以内、最悪でも０．３ｍｍ以内であることが要求される。重ねすみ肉溶接において、は当然のことながら重ね位置の板の面方向についても高精度に組み立てられていないと、ロボット等による自動溶接において正確なすみ肉位置にレーザー・ビームを照射することができない。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、溶接対象となっている両部材間の嵌合部の隙間を狭めて、レーザー溶接も自由に採用することができる溶接継手構造を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明をなすに至った経緯について説明すると、アルミニウム等からなる押出形材は、比較的自由かつ安価に複雑な断面形状や断面部分により変動する肉厚分布を実現することができ、諸工業で広く利用されている。アルミニウム等からなる押出形材を組み合わせて利用する場合、一方の押出形材に外方へ突き出したフィレットを設け、もう一方の形材の断面には、そのフィレットを受ける溝部を設ける。場合により、それらの組み合わせ部を２箇所以上設ける等の工夫によって、押出形材どうしの組み合わせ位置を定めやすくするいわゆる嵌合が良く利用される。
【０００７】
フィレットと溝部を合わせたときに、若干の弾性変形を利用して組み合わせ形状が外れ難くなるような工夫も可能である。
溶接継手構造にフィレットと溝部からなる嵌合部を利用すれば、被溶接材の位置関係が規定され、溶接前の組立が容易になる。なお、ここでいう嵌合部は、単なる嵌め合わせ部分に限られることなく、例えば、両部材間の位置決めを助けるように設けられた断面部分と定義される広い意味で用いる。
ここで、本願の発明者等は、鋭意研究を行った結果、溶接箇所であるアルミニウム等からなる両押出形材の嵌合部が複数ある場合に、それら嵌合部の形状や位置を工夫することによって、また凹凸嵌合部分を利用することによって、先に溶接した嵌合部の溶接ひずみが、次に溶接する嵌合部の両押出形材相互間の隙間を狭めるように設定することが可能であって、高品質な溶接継手構造を得られることを見い出し、本発明をするに至った。
【０００８】
すなわち、請求項１にかかる発明では、一方の押出形材と他方の押出形材がそれらの外周部に個々に離間し設けられた少なくとも２箇所の嵌合部を溶接することによって前記両形材を連結してなる溶接継手構造において、前記一方の押出形材の外部にその長さ方向に沿って溝を形成するように鉤形フィレットを形成し、他方の押出形材の外部にその外方に張り出すように形成されて前記溝に嵌合するフィレットあるいは脚部を形成し、前記一方の押出形材に前記他方の押出形材が、前記鉤形フィレットの溝に前記フィレットあるいは脚部を嵌合させ、前記他方の押出形材の前記鉤形フィレットあるいは脚部と離間した部分を前記一方の押出形材の外部に嵌合させた位置において溶接がなされ、更に前記鉤形フィレットの溝に前記フィレットあるいは脚部を嵌合させた嵌合部において溶接がなされるとともに、前記鉤形フィレットの溝に前記フィレットあるいは脚部を嵌合させた嵌合部を溶接する以前に他の嵌合部においてなされた溶接部分の溶接ひずみによって、前記嵌合部における前記押出形材のフィレットまたは脚部と前記鉤形フィレットとの重ね合わせ面どうしの間隙が狭められ、この間隔が狭められた状態で重ね合わせ部分が重ね溶接されてなることを特徴とする。
請求項２にかかる発明では、前記溶接箇所がそれぞれ高エネルギー・ビーム溶接であることを特徴とする。
【０００９】
本願発明では、鉤形フィレットの溝にフィレットあるいは脚部を嵌合させた嵌合部とは異なる箇所であって両部材が嵌合している他の嵌合部を先の嵌合部の溶接に先立って溶接し、このときの溶接ひずみによって前記鉤形フィレットの溝にフィレットあるいは脚部を嵌合させた嵌合部の両フィレット間あるいはフィレットと脚部間の重ね合わせ面どうしの間隔を狭め、次いでこの間隔が狭まった嵌合部を重ね溶接するものであるから、前記鉤形フィレットの溝にフィレットあるいは脚部を嵌合させた嵌合部については、溶接する前に両部材の嵌合部の間隔が開きすぎてレーザー溶接できない場合でも、この嵌合部とは異なる箇所であって前記両部材が嵌合している箇所を溶接した後は、このときの溶接ひずみによって前記鉤形フィレットの溝にフィレットあるいは脚部を嵌合させた嵌合部の両フィレット間またはフィレットと脚部間の重ね合わせ面どうしの間隔を狭めることができ、このためレーザー溶接の導入可能性が高くなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１１】
＜第１の実施の形態＞
図１は本発明の第１の実施の形態を示している。アルミニウム合金ＪＩＳＡ６ＮＯ１合金からなる押出形材１と同アルミニウム合金ＪＩＳＡ６ＮＯ１合金からなる押出形材２とを、それらの２箇所の嵌合部１０、１１をそれぞれ溶接することによってそれら両押出形材１、２を連結させた溶接継手構造の例である。
【００１２】
押出形材１はほぼ角管であるが、側面部１ａの下部側には底面部１ｂが延長するように外方へ突出するフィレット３が設けられている。押出形材２も、前記押出形材１よりも大きいほぼ角管であって、上面部２ａの一側部２ｂ側には該一側面部２ｂが延長するように上方へ突出するフィレット４が設けられている。このフィレット４は図１では若干外側へ傾斜して形成しているが、必ずしも傾斜する必要はなくストレート状のままであってもよい。また、押出形材２の上面部２ａの他側部２ｃ側には、先端が直角に折り曲げられた断面Ｌ字状の鉤形フィレット５が形成されている。この鉤形フィレット５と押出形材２の上面部２ａとの間で、前記押出形材１のフィレット３が挿入される溝６が形成されている。
【００１３】
押出形材２のフィレット４とそれに対向する押出形材１の側面部１ｃとは嵌合部１０を構成する。
また、押出形材２の鉤形フィレット５と押出形材１のフィレット３とは、ともに凹凸嵌合する嵌合部１１を構成している。
【００１４】
ここで、前記２箇所の嵌合部１０、１１の関係は、それら２箇所の嵌合部のうちの一つの嵌合部１０が溶接された際に、この溶接された部分の溶接ひずみによって、他の嵌合部１１の両押出形材間の間隔、つまり、鉤型フィレット５とフィレット３との間隔Ｌが狭められるように、それら２箇所の嵌合部１０、１１の形状と位置がそれぞれ設定されている。
【００１５】
次に、上記構成の溶接継手構造とされた両押出形材の溶接方法について説明する。
まず、押出形材２の上側に押出形材１を、押出形材１の底面部１ｂと側面部１ｃとからなる角部が押出形材２のフィレット４の根元に合わせるとともに、押出形材１のフィレット３を押出形材２の鉤形フィレット５に合わせ、この状態で、押出形材をその軸線方向へずらして、図１に示すように両押出形材１、２をセットする。
【００１６】
次いで、嵌合部１０をレーザー溶接で重ね溶接すると、溶接ビードＡの熱収縮によって押出形材１は押出形材２に対して相対的に図中矢印（イ）の方向へ回転変位する。したがって、フィレット３と鉤形フィレット５との嵌合部である嵌合部１１では、押出形材１のフィレット３は押出形材２の上面部２ａから離れようとして、押出形材２に設けられた鉤形フィレット５の下面に押し付けられる。つまり、フィレット３と鉤型フィレット５との間隔Ｌが狭められて０に近づく。この結果、嵌合部１１のレーザーを用いた次の重ね溶接部分の高品質が達成できる。
【００１７】
なお、前記した実施の形態では、フィレット４を外側へ傾斜させているが、フィレット４は鉛直方向へ起立させ、代わりに押出形材１の側面部１ｃを内側へ傾斜させてもよい。また、押出形材２に設けた鉤形フィレット５の下面を傾斜させてもよい。
【００１８】
＜第２の実施の形態＞
図２は、本発明の第２の実施の形態を示している。
本実施例は、アルミニウム合金ＪＩＳＡ６ＮＯ１合金からなるほぼ円筒形状の押出形材２０と、やはりアルミニウム合金ＪＩＳＡ６ＮＯ１からなる押出形材を短尺に切り出してなるブラケット２１とを、それらの２箇所の嵌合部２２、２３をそれぞれ溶接することによってそれら両押出形材２０、２１を連結させた溶接継手構造の例である。
【００１９】
前記押出形材２０は断面ほぼ円形であり、その外周部には断面Ｌ字状の鉤形フィレット２４が設けられている。この鉤形フィレット２４と、押出形材本体の円弧状外周部との間で、後述する第２の脚部２６が挿入される溝２７が形成されている。
前記ブラケット２１は、断面円形の押出形材２０の外周に取り付けられる断面略Ａ字状に形成されるものであって、アルミニウム合金の押出形材の断面として成形されたものである。このブラケット２１の基端部には、それぞれ外方へ張り出すように延びかつ押出形材２０の曲率とほぼ同じ曲率で湾曲された第１、第２の脚部２５、２６が形成されている。
【００２０】
ブラケット２１の第１の脚部２５とそれに対応する押出形材２０の外周部所定箇所２０ａは嵌合部２２を構成する。また、ブラケットの第２の脚部２６と前記押出形材２０の鉤形フィレット２４とは、ともに凹凸嵌合する嵌合部２３を構成する。
【００２１】
ここで、前記２箇所の嵌合部２２、２３の関係は、それら２箇所の嵌合部のうちの一つの嵌合部２２が溶接された際に、この溶接された部分の溶接ひずみによって、他の嵌合部２３の両押出形材間の間隔、つまり、第２の脚部２６と鉤形フィレット２４との間隔Ｍが狭められるように、それら２箇所の嵌合部２２、２３の位置と形状（特に、嵌合部を構成する、ブラケット２１の第１の脚部２５と押出形材２０の外周部所定箇所２０ａがともにほぼ同じ曲率で湾曲するように形成されている）がそれぞれ設定されている。
【００２２】
上記構成の溶接継手構造とされた両押出形材の溶接方法について説明すると、まず、ブラケット２１の第２の脚部２６を押出形材２０の鉤形フィレット２４に嵌め合わせる（嵌合部２３）とともに、ブラケットの第１の脚部２５を押出形材２０の外周部所定箇所２０ａに重ね合わせる（嵌合部２２）。
【００２３】
次いで、嵌合部２２をレーザー溶接で重ね溶接すると、溶接ビードＢの熱収縮によって第１の脚部２５の外側の円弧状凸曲面部分が曲率半径が大きくなるようにひずみ、これに伴いブラケット２１全体が押出形材２０に対して矢印（ロ）のような曲率をもつように変形し、その結果、嵌合部２３では、ブラケット２１の第２の脚部２６が、押出形材２１に設けられた鉤形フィレット２４の内面に押し付けられる。つまり、第２の脚部２６と鉤型フィレット２４との間隔Ｍが狭められて０に近づく。この結果、嵌合部２３のレーザーを用いた次の重ね溶接部分の高品質が達成できる。
【００２４】
なお、前述の各実施の形態では、アルミニウム合金の押出形材として丸形あるいは角形のものを例に挙げて説明したが、これに限られることなく、他の形状、例えば断面凸形やＴ字状あるいは山形の押出形材であっても、本発明は適用可能である。
また、本発明の溶接用継手構造を得るには、押出形状の断面を利用することが工業的に安価で大量生産に適しているが、継手の一方または両方に鋳物、ダイキャスト、鋳造等によって成形された押出形材を用いることも可能である。
また、アルミニウムの他、マグネシウムとその合金からなる押出形材を用いた場合にも本発明は適用可能である。
さらに、前述の各実施の形態では、２箇所の嵌合部をレーザー溶接するものについて説明したが、これに限られることなく、３箇所以上の嵌合部をレーザー溶接する場合にも、本発明が適用可能なことは言うまでもない。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、鉤形フィレットの溝にフィレットあるいは脚部を嵌合させた嵌合部とは異なる箇所であって両部材が嵌合している箇所を先の嵌合部の溶接に先立って溶接し、このときの溶接ひずみによって鉤形フィレットの溝にフィレットあるいは脚部を嵌合させたの嵌合部の両フィレット間あるいはフィレットと脚部の重ね合わせ面どうしの間隔を狭め、次いでこの間隔が狭まった嵌合部を重ね溶接するものであるから、前記嵌合部については、溶接する前に両部材の嵌合部の間隔が開きすぎてレーザー溶接できない場合でも、前記嵌合部とは異なる箇所であって前記両部材が接触している箇所を溶接した後は、このときの溶接ひずみによって嵌合部の両部材間の間隔を狭めることができ、このためレーザー溶接の導入可能性が高くなる。この結果、レーザー溶接を採用するにあたり、溶接前の組立精度や位置精度をそれほど高い水準に保つ必要がなく、大幅なコストダウンが可能となる。また、レーザー溶接などの高エネルギー・ビーム溶接に適した溶接継手が提供され、自動車工業や建築業において利用される押出形材、特にアルミニウム等の押出形材の生産性および品質の向上に貢献するところが大である。また、一つの嵌合部を、両部材の嵌合面がそれぞれ断面円弧状に湾曲状態で配置し、他の嵌合部を凹凸嵌合されている構成にしても、より一層レーザー溶接の導入が容易になる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による溶接継手構造の第１の実施の形態を示す斜視図である。
【図２】本発明による溶接継手構造の第２の実施の形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１押出形材
２押出形材
３フィレット
４フィレット
５鉤形フィレット
１０嵌合部
１１嵌合部
２０押出形材
２１ブラケット（押出形材）
２２嵌合部
２３嵌合部
２４鉤形フィレット
２５第１の脚部
２６第２の脚部

Claims

一方の押出形材と他方の押出形材がそれらの外周部に個々に離間し設けられた少なくとも２箇所の嵌合部を溶接することによって前記両形材を連結してなる溶接継手構造において、
前記一方の押出形材の外部にその長さ方向に沿って溝を形成するように鉤形フィレットを形成し、他方の押出形材の外部にその外方に張り出すように形成されて前記溝に嵌合するフィレットあるいは脚部を形成し、前記一方の押出形材に前記他方の押出形材が、前記鉤形フィレットの溝に前記フィレットあるいは脚部を嵌合させ、前記他方の押出形材の前記鉤形フィレットあるいは脚部と離間した部分を前記一方の押出形材の外部に嵌合させた位置において溶接がなされ、更に前記鉤形フィレットの溝に前記フィレットあるいは脚部を嵌合させた嵌合部において溶接がなされるとともに、
前記鉤形フィレットの溝に前記フィレットあるいは脚部を嵌合させた嵌合部を溶接する以前に他の嵌合部においてなされた溶接部分の溶接ひずみによって、前記嵌合部における前記押出形材のフィレットまたは脚部と前記鉤形フィレットとの重ね合わせ面どうしの間隙が狭められ、この間隔が狭められた状態で重ね合わせ部分が重ね溶接されてなることを特徴とする溶接継手構造。
前記溶接箇所がそれぞれ高エネルギー・ビーム溶接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。