JP4680534B2 - Welding method for cross-linked structure - Google Patents
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Description
本発明は、金属構造体の隙間部に挿入された金属ピースを溶接する架橋構造体の溶接方法に関する。 The present invention relates to a method for welding a crosslinked structure in which a metal piece inserted into a gap portion of a metal structure is welded.
金属構造体の隙間部に金属ピースを溶接してなる架橋構造体は、従来種々のものが知られており、例えば、オープンデッキ型シリンダブロックのウォータジャケット上端部にブリッジ材(補強材)を溶接してなるクローズドデッキ型シリンダブロックがある。 Various types of bridging structures are known in which metal pieces are welded to gaps in metal structures. For example, a bridge material (reinforcing material) is welded to the upper end of a water jacket of an open deck cylinder block. There is a closed deck type cylinder block.
このクローズドデッキ型シリンダブロックの製造方法として、例えば、オープンデッキ型シリンダブロックのウォータジャケットの上端部に、ブリッジ材を挿入した後、トップデッキから所定寸法離れたウォータジャケットの両側壁とブリッジ材の両側壁との間隙の下部にろう材を挿入し、その後、ウォータジャケットの両側壁とブリッジ材の両側壁とをトップデッキ側からレーザ溶接することにより、ブリッジ材の下部側壁をろう付けにより接合し、上部側壁はレーザ溶接により接合してクローズドデッキ型シリンダブロックを製造するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 As a manufacturing method of this closed deck type cylinder block, for example, after inserting the bridge material into the upper end of the water jacket of the open deck type cylinder block, both side walls of the water jacket and the both sides of the bridge material separated from the top deck by a predetermined dimension. Insert the brazing material in the lower part of the gap with the wall, and then join the lower side wall of the bridge material by brazing by laser welding the both side walls of the water jacket and the both side walls of the bridge material from the top deck side, It is known that the upper side wall is joined by laser welding to produce a closed deck type cylinder block (see, for example, Patent Document 1).
ところで、上記特許文献1に記載のクローズドデッキ型シリンダブロックのような架橋構造体を製造するにあたって、例えば、図7に部分平面図を、図8に図7のIII−III線断面図をそれぞれ示すように、オープンデッキ型シリンダブロックを形成する金属構造体101のウォータジャケットとなる隙間部102の上端部に挿入したブリッジ材である金属ピース103を、隙間部102と金属ピース103との全ての境界部、即ち隙間部102に接する境界部104、105と、これら境界部104、105を連結する隙間部102に接しない境界部106とを溶接部107として、境界部104の隙間部102に接する端を溶接始点に、境界部105の隙間部102に接する端を溶接終点にして溶接すると、隙間部102に接する溶接始点或いは溶接終点において、溶接部107の溶融金属が隙間部102に流れ落ちることになる。
By the way, in manufacturing a bridge structure such as the closed deck type cylinder block described in Patent Document 1, for example, FIG. 7 shows a partial plan view, and FIG. 8 shows a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. As described above, the
このため、図9に隙間部102側から境界部105の溶接部107を見た部分拡大側面図を示すように、溶接始点或いは溶接終点において、溶接部107に切欠き状の凹部108が形成されて該部分に応力の集中を招くことが懸念される。
Therefore, as shown in a partial enlarged side view of the
その対策として、図10に部分平面図を示すように、隙間部102に接する境界部104及び105は溶接部とせず、隙間部102に接しない境界部106のみを溶接部107として、境界部104側の端を溶接始点とし、境界部105側の端を溶接終点として溶接することが考えられる。
As a countermeasure, as shown in a partial plan view in FIG. 10, the
しかしながら、この溶接方法では、特にレーザ溶接のような高エネルギービームを用いて、深い溶接深さを得たり、微細な溶接加工を行ったりする場合には、ビームによって溶融された金属の流れがビームの移動に追従できないために、溶接終点部に穴状の凹部109が形成されてしまい、やはり応力の集中を招くことが懸念される。
However, in this welding method, particularly when a high-energy beam such as laser welding is used to obtain a deep welding depth or a fine welding process is performed, the flow of metal melted by the beam is reduced. Therefore, there is a concern that a hole-
なお、図7、図8、及び図10は、隙間部102に関して、金属ピース103の図示右側の境界部は溶接済状態を示しており、左側の境界部は未溶接状態を示している。
7, 8, and 10, with respect to the
従って、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、溶接部に応力集中を招く凹部を形成することなく、金属ピースを金属構造体に確実に溶接でき、充分な溶接強度が得られる架橋構造体の溶接方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention made in view of such a point is a cross-linked structure in which a metal piece can be reliably welded to a metal structure and a sufficient weld strength can be obtained without forming a recess that causes stress concentration in the weld. It is to provide a body welding method.
上記目的を達成する請求項1に記載の架橋構造体の溶接方法の発明は、金属構造体の隙間部に挿入された金属ピースを、上記金属構造体に溶接する架橋構造体の溶接方法において、上記金属構造体と上記金属ピースとの境界にあって、上記隙間部に接しない境界部を溶接部とし、該溶接部の長さ方向の両端以外を溶接始点及び溶接終点として、高エネルギービームにより、上記溶接始点から本溶接時よりも入力エネルギーが低い溶接条件で上記溶接部の全長を溶接するスロープイン溶接と、上記溶接部の全長を所定の入力エネルギーで溶接する本溶接と、本溶接時よりも入力エネルギーが低い溶接条件で上記溶接終点まで上記溶接部の全長を溶接するスロープアウト溶接とを順次行うことを特徴とする。 The invention of the method for welding a crosslinked structure according to claim 1, which achieves the above object, includes a welding method for a crosslinked structure in which a metal piece inserted in a gap portion of the metal structure is welded to the metal structure. A boundary between the metal structure and the metal piece that is not in contact with the gap is defined as a welded portion, and other than both ends in the length direction of the welded portion are defined as a welding start point and a welding end point. , Slope-in welding for welding the entire length of the welded portion under welding conditions with lower input energy than the main welding from the welding start point, main welding for welding the entire length of the welded portion with a predetermined input energy, and main welding And slope-out welding in which the entire length of the welded portion is welded to the welding end point under welding conditions with lower input energy.
請求項2に記載の発明は、請求項1の架橋構造体の溶接方法において、上記溶接始点及び上記溶接終点を上記溶接部の長さ方向中央部のほぼ同一点とし、上記スロープイン溶接では上記溶接始点から上記溶接部の長さ方向の一端まで溶接した後折り返して上記溶接部の長さ方向の他端まで溶接し、上記本溶接では上記他端から上記一端まで溶接し、上記スロープアウト溶接では上記一端から上記他端まで溶接した後折り返して上記溶接終点まで溶接することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the method for welding a crosslinked structure according to the first aspect, wherein the welding start point and the welding end point are substantially the same point in the central portion in the length direction of the welded portion. After welding from the welding start point to one end in the longitudinal direction of the welded portion, it is folded and welded to the other end in the lengthwise direction of the welded portion. In the main welding, welding is performed from the other end to the one end, and the slope-out welding is performed. Then, after welding from the said one end to the said other end, it is turned up and welded to the said welding end point.
請求項3に記載の発明は、請求項1または2の架橋構造体の溶接方法において、上記金属構造体はオープンデッキ型シリンダブロックであり、上記金属ピースは上記オープンデッキ型シリンダブロックのウォータジャケット上端部に圧入されたブリッジ材であることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the method for welding a crosslinked structure according to the first or second aspect, the metal structure is an open deck type cylinder block, and the metal piece is an upper end of a water jacket of the open deck type cylinder block. It is a bridge material press-fitted into the part.
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の架橋構造体の溶接方法において、上記高エネルギービームによる溶接は、電子ビームによる溶接であることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the method for welding a crosslinked structure according to any one of the first to third aspects, the welding by the high energy beam is welding by an electron beam.
請求項1の発明によると、隙間部に接しない金属構造体と金属ピースとの境界部を溶接部とするので、隙間部への溶融金属の流れ落ちが生じることがなく、かつ溶接部の長さ方向の両端以外を溶接始点及び溶接終点として、高エネルギービームにより、本溶接の前後に本溶接よりも入力エネルギーが低い溶接条件でスロープイン溶接及びスロープアウト溶接を行うので、ビームによって溶融された金属の流れをビームの移動に確実に追従させることができる。従って、溶接部に応力集中を招くような凹部を形成することなく、金属ピースを金属構造体に確実に溶接でき、充分な溶接強度が得られる。 According to the first aspect of the present invention, since the boundary between the metal structure and the metal piece that is not in contact with the gap is the weld, the molten metal does not flow into the gap and the length of the weld Since the welding start point and welding end point other than both ends of the direction are used, the high-energy beam performs slope-in welding and slope-out welding under welding conditions with lower input energy than the main welding before and after the main welding. Can be made to follow the movement of the beam reliably. Therefore, the metal piece can be reliably welded to the metal structure without forming a concave portion that causes stress concentration in the welded portion, and sufficient welding strength can be obtained.
請求項2の発明によると、スロープイン溶接及びスロープアウト溶接により、溶接部を合計で片道3回溶接し、本溶接で溶接部を片道1回溶接するので、溶接部をその全長に亘って均一に溶接でき、溶接品質の向上が図れる。
According to the invention of
請求項3の発明によると、溶接部に応力集中を招くような凹部のない良好なクローズドデッキ型シリンダブロックを簡単に製造することができる。
According to the invention of
請求項4の発明は、高エネルギービームによる溶接の具体例を示すもので、電子ビームによる溶接によって有効的に行うことができる。
The invention of
以下、本発明の実施の形態について、図1乃至図6を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6.
(第1実施の形態)
図1乃至図3は第1実施の形態を説明するための図で、図1は架橋構造体の部分平面図、図2は図1のI−I線断面図、図3は溶接走査を説明するための図である。
(First embodiment)
FIGS. 1 to 3 are diagrams for explaining the first embodiment, FIG. 1 is a partial plan view of a bridging structure, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. 1, and FIG. It is a figure for doing.
図1及び図2に示す架橋構造体1は、金属構造体2の隙間部3の上端部に、金属ピース4を挿入して溶接したもので、図1及び図2では、隙間部3に関して、金属ピース4の図示右側は溶接済状態を示しており、左側は未溶接状態を示している。
The bridging structure 1 shown in FIGS. 1 and 2 is obtained by inserting and welding a
金属構造体2には、隙間部3の上端部に、隙間部3の幅よりも大きい幅を有する金属ピース4の位置決め用溝5が形成されており、この位置決め用溝5に金属ピース4が挿入される。従って、金属ピース4が位置決め用溝5に挿入された状態では、隙間部3と金属ピース4との境界部として、隙間部3に関して金属ピース4の両側にそれぞれ、隙間部3に接する境界部11及び12と、これら境界部11と12に連結して隙間部3に接しない境界部13とが形成されることになる。
In the
本実施の形態では、金属ピース4の両側の隙間部3に接しない境界部13を、それぞれ溶接部15として、CO2レーザやYAGレーザ、電子ビーム等の高エネルギービームにより溶接し、隙間部3に接する境界部11及び12は溶接しない。このため、好ましくは、境界部11、12の幅寸法が出来る限り小さくなるように、金属ピース4を位置決め用溝5に圧入して、溶接部15の溶接時に溶融した金属が、境界部11及び12に流れ出ないようにする。
In the present embodiment, the
溶接部15は、その長さ方向中央部の同一点Sを溶接始点及び溶接終点として、先ず、溶接始点Sから本溶接よりも入力エネルギー(入熱量)が低い溶接条件で溶接部15の全長を溶接するスロープイン溶接を行い、次に、充分な溶け込み深さが得られる所定の入力エネルギーの溶接条件で溶接部15の全長を溶接する本溶接を行い、最後に、本溶接よりも入力エネルギーが低い溶接条件で溶接終点Sまで溶接部15の全長を溶接してビームを徐々に抜くスロープアウト溶接を行う。
The
スロープイン溶接及びスロープアウト溶接における溶接条件は、金属構造体2及び金属ピース4の材質、接合する深さ寸法に応じて、溶接速度(走査速度)や溶接電流を制御して、溶接部15への入力エネルギーを本溶接時よりも低くする。
Welding conditions in slope-in welding and slope-out welding are controlled by controlling the welding speed (scanning speed) and welding current according to the material of the
本実施の形態では、図3に示すように、最初のスロープイン溶接では、溶接始点Sから溶接部15の長さ方向の一端Saまで溶接走査(S1)した後、折り返して溶接部15の長さ方向の他端Sbまで溶接走査(S2)する。次の本溶接では、溶接部15の他端Sbから一端Saまで溶接走査(S3)する。その後のスロープアウト溶接では、溶接部15の一端Saから他端Sbまで溶接走査(S4)したら、折り返して溶接終点Sまで溶接走査(S5)する。
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, in the first slope-in welding, the welding scan (S 1) is performed from the welding start point S to one end Sa in the length direction of the
以上のように、本実施の形態によれば、隙間部3に接しない金属構造体2と金属ピース4との境界部13を溶接部15とし、その溶接部15の長さ方向中央部の同一点Sを溶接始点及び溶接終点として、本溶接の前後に本溶接よりも入力エネルギーが低い溶接条件でスロープイン溶接とスロープアウト溶接を行うようにしたので、ビームによって溶融された金属が隙間部3へ流れ落ちるのを確実に防止することができると共に、ビームによる溶融金属の流れをビームの移動に確実に追従させることができる。従って、溶接部15に応力集中を招く要因となる凹部を形成することなく、金属ピース4を金属構造体2に確実に溶接でき、充分な溶接強度を得ることができる。
As described above, according to the present embodiment, the
しかも、図3に示したように、スロープイン溶接ではS1及びS2の溶接走査を行い、スロープアウト溶接ではS4及びS5の溶接走査を行うことで、溶接部15をSa端からSb端まで合計で片道3回溶接し、本溶接ではS3の溶接走査により溶接部15を片道1回溶接するので、溶接部15をその全長に亘って均一に溶接でき、溶接品質を向上することができる。
In addition, as shown in FIG. 3, in the slope-in welding, the welding scanning of S1 and S2 is performed, and in the slope-out welding, the welding scanning of S4 and S5 is performed, so that the
(第2実施の形態)
図4乃至図6は、本発明の第2実施の形態を説明するクローズドデッキ型シリンダブロックの要部の構成を示すもので、図4はトップデッキ側から見た平面図、図5は図4のII−II線断面図、図6は図4のA部拡大図である。
(Second Embodiment)
4 to 6 show the structure of the main part of a closed deck type cylinder block for explaining the second embodiment of the present invention. FIG. 4 is a plan view seen from the top deck side, and FIG. II-II sectional view, FIG. 6 is the A section enlarged view of FIG.
この架橋構造体は、エンジンのクローズドデッキ型シリンダブロック21であり、金属構造体であるオープンデッキ型シリンダブロック22に形成された隙間部であるウォータジャケット23の上端部に、金属ピースであるブリッジ材24を圧入し、このブリッジ材24を電子ビームによりシリンダブロック22に溶接して製造されたものである。
This bridge structure is a closed deck
なお、本実施の形態におけるクローズドデッキ型シリンダブロック21(オープンデッキ型シリンダブロック22)は、ADC12で形成されている。また、ブリッジ材24は、ADC12とほぼ同等の強度を有する固溶強化型合金であるA5056で形成され、その幅W及び長さLは12.3mm、溶け込み深さは9mmとなっている。
In addition, the closed deck type cylinder block 21 (open deck type cylinder block 22) in this Embodiment is formed with ADC12. The
本実施の形態では、第1実施の形態と同様にして、ブリッジ材24をオープンデッキ型シリンダブロック22に溶接する。即ち、ブリッジ材24の両側のウォータジャケット23に接しないシリンダブロック22との境界部をそれぞれ溶接部25とし、各溶接部25の長さ方向中央部の同一点Sを溶接始点及び溶接終点として、図3に示したスロープイン溶接によるS1及びS2の溶接走査と、本溶接によるS3の溶接走査と、スロープアウト溶接によるS4及びS5の溶接走査とを順次に行って、ブリッジ材24をオープンデッキ型シリンダブロック22に溶接する。
In the present embodiment, the
ここで、電子ビームによる溶接走査S1〜S5の溶接条件は、例えば下表のように設定する。 Here, the welding conditions of the welding scans S1 to S5 by the electron beam are set as shown in the table below, for example.
このように、スロープイン溶接およびスロープアウト溶接における走査速度を本溶接における走査速度よりも速くして、単位時間当たりの入熱量(入力エネルギー)を本溶接時の1/5とすることで、溶接部25に応力集中を招くような凹部などの欠陥や、ウォータジャケット23への溶融金属の流れ落ちによる凹部のない良好なクローズドデッキ型シリンダブロック21を簡単に製造することができる。
Thus, the scanning speed in slope-in welding and slope-out welding is made faster than the scanning speed in main welding, and the amount of heat input per unit time (input energy) is set to 1/5 of that in main welding. A good closed
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、溶接始点及び溶接終点は、溶接部の長さ方向中央部に限らず、溶接部の両端以外の任意の位置に設定することができると共に、それらの位置も同一位置に限らず、近接して設定することもできる。また、スロープイン溶接およびスロープアウト溶接における溶接条件は、本溶接における入力エネルギー以下の条件で、異ならせることもできる。また、第2実施の形態では、走査速度に代えて、或いは走査速度と共に溶接電流値を制御して、スロープイン溶接及びスロープアウト溶接における入力エネルギーを本溶接時よりも低くすることもできる。更に、本発明は、クローズドデッキ型シリンダブロックの製造時の溶接に限らず、架橋構造体の製造時の溶接に広く適用することができる。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various change is possible in the range which does not deviate from the meaning of invention. For example, the welding start point and the welding end point are not limited to the central portion in the longitudinal direction of the welded portion, and can be set at arbitrary positions other than both ends of the welded portion. Can also be set. Moreover, the welding conditions in slope-in welding and slope-out welding can be made different under the conditions equal to or lower than the input energy in the main welding. In the second embodiment, the welding current value can be controlled instead of the scanning speed or together with the scanning speed so that the input energy in the slope-in welding and the slope-out welding can be made lower than that in the main welding. Furthermore, the present invention can be widely applied not only to welding at the time of manufacturing a closed deck cylinder block but also to welding at the time of manufacturing a bridge structure.
1 架橋構造体
2 金属構造体
3 隙間部
4 金属ピース
5 位置決め用溝
11、12、13 境界部
15 溶接部
21 クローズドデッキ型シリンダブロック(架橋構造体)
22 オープンデッキ型シリンダブロック(金属構造体)
23 ウォータジャケット(隙間部)
24 ブリッジ材(金属ピース)
25 溶接部
S 溶接始点・溶接終点
Sa 一端
Sb 他端
S1〜S5 溶接走査
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
22 Open deck cylinder block (metal structure)
23 Water jacket (gap)
24 Bridge material (metal piece)
25 Welded part S Welding start point / Welding end point Sa One end Sb Other end S1 to S5 Welding scan
Claims (4)
上記金属構造体と上記金属ピースとの境界にあって、上記隙間部に接しない境界部を溶接部とし、該溶接部の長さ方向の両端以外を溶接始点及び溶接終点として、高エネルギービームにより、上記溶接始点から本溶接時よりも入力エネルギーが低い溶接条件で上記溶接部の全長を溶接するスロープイン溶接と、
上記溶接部の全長を所定の入力エネルギーで溶接する本溶接と、
本溶接時よりも入力エネルギーが低い溶接条件で上記溶接終点まで上記溶接部の全長を溶接するスロープアウト溶接とを順次行うことを特徴とする架橋構造体の溶接方法。 In the welding method of the bridging structure in which the metal piece inserted in the gap portion of the metal structure is welded to the metal structure,
A boundary between the metal structure and the metal piece that is not in contact with the gap is defined as a welded portion, and other than both ends in the length direction of the welded portion are defined as a welding start point and a welding end point. , Slope-in welding that welds the entire length of the welded portion under welding conditions where the input energy is lower than that during main welding from the welding start point;
Main welding for welding the entire length of the weld with predetermined input energy;
A welding method for a bridged structure, comprising: sequentially performing slope-out welding for welding the entire length of the welded portion up to the welding end point under welding conditions having lower input energy than during main welding.
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