JP4709035B2 - Welding method for metal foam parts - Google Patents
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本発明は、溶接法としてMIGアーク溶接又はレーザ溶接を用い、発泡金属からなる発泡金属部材同士の溶接接合を容易に行うことができるようにした、発泡金属部材の溶接方法に関するものである。 The present invention relates to a method for welding a foam metal member, in which MIG arc welding or laser welding is used as a welding method, so that the weld metal members made of foam metal can be easily joined together.
発泡金属は、アルミニウムあるいはマグネシウム等の軽金属中に多数の空孔(セル)を含む構造をなす多孔質金属材料であり、軽量であって、衝撃吸収性、吸音・制振性、断熱性などの優れた特徴を備えている。そして最近では、発泡金属の代表である発泡アルミニウム(発泡純アルミニウム又は発泡アルミニウム合金)は、その優れた衝撃吸収性と充填複合化による強度・剛性の向上効果とを生かす目的で、自動車・車両などのフレーム充填材として採用されつつある。 Foam metal is a porous metal material with a structure containing many pores (cells) in a light metal such as aluminum or magnesium. It is lightweight and has shock absorption, sound absorption / damping, heat insulation, etc. It has excellent features. Recently, foamed aluminum (foamed pure aluminum or foamed aluminum alloy), which is a representative of foam metal, is used for automobiles, vehicles, etc. for the purpose of taking advantage of its excellent impact absorption and strength / stiffness improvement effect by filling composite. It is being adopted as a frame filler.
ところで、発泡アルミニウムの採用拡大に伴って発泡アルミニウム部材同士を接合することが必要となっており、ボルト・ナット、あるいは接着剤を用いる方法による欠点を解消できる接合方法として、溶接接合が有力視されている。この発泡アルミニウム部材同士の溶接接合について、超音波溶接を行うことや、磁場による溶接性の改善を図ることなどが学会発表されているものの、これらは工業的に容易ではないと思われるものである。また、インターネットによる検索によると、発泡金属同士のスポット溶接による溶接接合と、発泡金属同士のシーム溶接による溶接接合とについての情報が見受けられる(非特許文献1)。 By the way, it is necessary to join foamed aluminum members with the expansion of the use of foamed aluminum. Welding joining is regarded as a promising joining method that can eliminate the disadvantages of bolts, nuts, or adhesives. ing. Although it has been announced at the conference that ultrasonic welding and improvement of weldability by magnetic fields are being carried out on the welded joint between the aluminum foam members, these are considered to be not industrially easy. . Moreover, according to the search by the internet, information about welding joint by spot welding between foam metals and welding joint by seam welding between foam metals can be found (Non-Patent Document 1).
一方、本発明者らは、一対の四角柱形状の発泡アルミニウム部材の端面同士を突き合わせて突き合せ線(突き合せ溶接線)を形成し、溶加材としてアルミニウム合金製フィラーワイヤ(ワイヤ外径:1.2mmφ)を用いて、溶接電流60〜120A程度の低電流のTIGアーク溶接により前記突き合せ線に沿って突き合わせ全周溶接を行い、前記突き合せ端面同士を部分溶け込み溶融させて、一対の発泡アルミニウム部材を溶接接合した。 On the other hand, the present inventors butted the end faces of a pair of quadrangular columnar foamed aluminum members to form a butt line (butt welding line), and used an aluminum alloy filler wire (wire outer diameter: 1.2mmφ), butt welding is performed along the butt line by low current TIG arc welding with a welding current of about 60 to 120A, the butt end faces are partially melted and melted, and a pair of The foamed aluminum member was welded.
その結果、継手効率100%の発泡アルミニウム部材継手が得られた。しかしながら、発泡アルミニウム部材同士の前記TIGアーク溶接では、溶融プールを溶け落ちなく安定に維持することが大変に難しく、溶融プールを安定に維持するために、溶接速度、フィラーワイヤの送給速度及びアーク揺動条件(揺動幅、揺動回数など)を頻繁に調整する必要があり、熟練が必要であって、また、溶接速度も3〜5cm/分程度と低いものであった。 As a result, a foamed aluminum member joint with a joint efficiency of 100% was obtained. However, in the TIG arc welding between the foamed aluminum members, it is very difficult to maintain the molten pool stably without being melted, and in order to maintain the molten pool stably, the welding speed, the feeding speed of the filler wire, and the arc The swing conditions (swing width, number of swings, etc.) must be frequently adjusted, skill is required, and the welding speed is as low as 3 to 5 cm / min.
このように、発泡アルミニウムの種々の分野への応用を拡大するためにも、発泡アルミニウム部材同士の溶接接合を容易に行えるようにすることが必要とされている。
そこで本発明の課題は、発泡金属部材同士を溶接接合するに際し、溶融プールを安定に形成し維持することができて、発泡金属部材同士の溶接接合を容易に行うことができるようにした、発泡金属部材の溶接方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a foam pool that can stably form and maintain a melt pool when welding metal foam metal members to each other, and can easily perform weld joint between metal foam members. It is providing the welding method of a metal member.
前記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。 In order to solve the above problems, the present invention takes the following technical means.
請求項1の発明は、一対の発泡金属部材の端面同士を突き合わせて突き合せ線を形成し、前記突き合せ線上に前記発泡金属部材と少なくとも主成分が同一成分からなる金属製板状溶加材を載置し、MIGアークにより前記金属製板状溶加材と前記突き合せ端面同士とを溶融させ溶け込みを得て、前記一対の発泡金属部材を溶接接合することを特徴とする発泡金属部材の溶接方法である。 According to the first aspect of the present invention, the end faces of a pair of foam metal members are butted together to form a butt line, and on the butt line, a metal plate-like filler material having at least the same main component as the foam metal member. The metal plate-like filler metal and the butt end faces are melted by MIG arc to obtain penetration, and the pair of foam metal members are welded together. It is a welding method.
請求項2の発明は、請求項1記載の発泡金属部材の溶接方法において、前記発泡金属部材が発泡アルミニウム部材であり、前記金属製板状溶加材がアルミニウム製板状溶加材であることを特徴とするものである。 According to a second aspect of the present invention, in the method for welding a foam metal member according to the first aspect, the foam metal member is a foam aluminum member, and the metal plate-like filler material is an aluminum plate-like filler material. It is characterized by.
請求項3の発明は、一対の発泡金属部材の端面同士を、その間に前記発泡金属部材と少なくとも主成分が同一成分からなる金属製板状溶加材を挟んで突き合わせ、レーザにより前記金属製板状溶加材と前記突き合せ端面同士とを溶融させ溶け込みを得て、前記一対の発泡金属部材を溶接接合することを特徴とする発泡金属部材の溶接方法である。 According to a third aspect of the present invention, the end faces of a pair of foam metal members are abutted with each other with a metal plate-like filler material having at least the same main component as the foam metal member interposed therebetween, and the metal plate is irradiated by a laser. It is a welding method of a metal foam member characterized by melting the shape filler metal and the butt end faces to obtain penetration and welding the pair of metal foam members.
請求項4の発明は、請求項3記載の発泡金属部材の溶接方法において、前記発泡金属部材が発泡アルミニウム部材であり、前記金属製板状溶加材がアルミニウム製板状溶加材であることを特徴とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the method for welding a foam metal member according to the third aspect, the foam metal member is a foam aluminum member, and the metal plate filler is an aluminum plate filler. It is characterized by.
請求項1と請求項2の溶接方法によれば、一対の発泡金属部材の端面同士を突き合わせて形成した突き合せ線上に金属製板状溶加材を載置するようにしたものであるから、この金属製板状溶加材の存在によってMIGアークを容易、かつ安定に発生させることができるとともに、溶融プールを安定に形成し維持することができるので、フィラーワイヤを用いたTIGアーク溶接の場合とは違って、溶接中に各種溶接条件を頻繁に調整しなくてすみ、発泡金属部材同士の溶接接合を容易に行うことができる。また、MIGアーク溶接を用いて前記TIGアーク溶接の場合に比べて溶接用ワイヤに高い溶接電流を流して使用でき、溶接速度を向上(溶接時間を短縮)することができる。
According to the welding method of
請求項3と請求項4の溶接方法によれば、一対の発泡金属部材の端面同士をその間に金属製板状溶加材を挟んで突き合わせるようにしたものであるから、レーザによって溶融させる金属製板状溶加材の存在によって溶融プールを安定に形成し維持することができるので、フィラーワイヤを用いたTIGアーク溶接の場合とは違って、溶接中に各種溶接条件を頻繁に調整しなくてすみ、発泡金属部材同士の溶接接合を容易に行うことができる。また、高いパワー密度の熱源によるレーザ溶接により、前記TIGアーク溶接の場合に比べて溶接速度を大幅に向上することができる。
According to the welding method of
以下、本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below.
本発明において、溶接法としてMIGアークスポット溶接を用いて、発泡アルミニウム部材1,1同士を溶接接合する溶接試験を行った。表1に、この溶接試験における、発泡アルミニウム部材1,1の成分等及び寸法、アルミニウム合金製板状溶加材2の材質及び寸法、及びMIGアークスポット溶接条件を示す。
In the present invention, a welding test was performed in which the
この溶接試験について説明する。図1に示すように、一対の発泡アルミニウム部材1,1の端面同士を突き合わせて突き合せ線を形成し、その突き合せ線上に本例では約60mm間隔ごとに厚み1.5〜3mm×幅10mm×長さ10mmのアルミニウム合金製板状溶加材2を載置し、これらの各載置点においてMIGアークスポット溶接し、アルミニウム合金製板状溶加材2を完全溶融させるとともにその直下の前記突き合せ端面同士を溶融させ溶け込みを得て、発泡アルミニウム部材1,1を溶接接合する溶接試験を行った。なお、図1において、3はMIGアークスポット溶接用トーチ、4は溶接用ワイヤをそれぞれ示す。
This welding test will be described. As shown in FIG. 1, the end faces of a pair of
その結果、アルミニウム合金製板状溶加材2の存在によってMIGアークを容易、かつ安定に発生させることができるとともに、溶融プールを安定に形成し維持することができた(アルミニウム合金製板状溶加材2が無い場合には、MIGアークによる切断状態となってしまう)。これにより、溶接中にフィラーワイヤ送給速度やアーク揺動条件を頻繁に調整するという熟練を要するTIGアーク溶接の場合とは違って、溶接電流などの溶接条件を調整しなくてすみ、発泡アルミニウム部材1,1同士の溶接接合を容易に行うことができた。また、TIGアークスポット溶接の場合に比べてワイヤ4に高い溶接電流を流して使用でき、溶接時間を短縮させることができる。
As a result, the presence of the aluminum alloy plate-
図2は、図1に示す本発明の溶接方法による発泡アルミニウム部材同士の溶接接合部の模式的断面図である。同図に示すように、部分溶け込み溶接となっており、表1に示す条件での本発明の溶接方法では、溶け込み深さは約5mm程度であった。 FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a welded joint between foamed aluminum members by the welding method of the present invention shown in FIG. As shown in the figure, partial penetration welding was performed. In the welding method of the present invention under the conditions shown in Table 1, the penetration depth was about 5 mm.
図3は表1に示す条件での本発明の溶接方法において、アルミニウム合金製板状溶加材の厚みとそれに対する適正溶接条件との関係を示すグラフ図である。同図に示すように、アルミニウム合金製板状溶加材2の厚みがその代表値である2mmの場合の適正溶接条件は、溶接電流100Aのときアーク時間1.5秒、溶接電流80Aのときアーク時間2.5秒、溶接電流60Aのときアーク時間3.5秒、である。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the thickness of the aluminum alloy plate-like filler metal and the appropriate welding conditions for it in the welding method of the present invention under the conditions shown in Table 1. As shown in the figure, when the thickness of the aluminum alloy plate-
前記した実施例1は、MIGアークスポット溶接を用いる溶接方法であるが、本発明の溶接方法では、アルミニウム合金製板状溶加材として、前記した幅10mm×長さ10mmのMIGアークスポット溶接用の板状溶加材2に代えて、発泡アルミニウム部材1,1の突き合せ線(突き合せ溶接線)と同じ長さの板状溶加材を該突き合せ線上に載置することにより、MIGアーク溶接による発泡アルミニウム部材1,1のシーム溶接を行うことも可能である。この場合、突き合せ溶接線の後半部での溶融プールの溶け落ちを防止するため、例えば、溶接の進行に従って溶接電流を徐々に減少させるようにすることがよい。
Example 1 described above is a welding method using MIG arc spot welding, but in the welding method of the present invention, as the plate-like filler material made of aluminum alloy, for MIG arc spot welding having a width of 10 mm and a length of 10 mm as described above. In place of the plate-
一対の発泡アルミニウム部材11,11の端面同士を、その間にアルミニウム合金製板状溶加材12を挟んで突き合わせ(図4参照)、このアルミニウム合金製板状溶加材12の長手方向に沿って該板状溶加材12を狙って本実施例ではCO2レーザを照射し、アルミニウム合金製板状溶加材12と前記突き合せ端面同士とを溶融させ溶け込み得て、発泡アルミニウム部材11,11同士を溶接接合(溶け込み深さ約5mmの部分溶け込み溶接)する溶接試験を行った。この場合、レーザを照射するレーザ溶接方法に用いるレーザ光は、アルミニウム合金製板状溶加材12に対してエネルギーを与えることができれば特に前記CO2レーザに限定されず、例えば、YAGレーザ、半導体レーザ、ファイバレーザなどを挙げることができる。表2に、この溶接試験における、発泡アルミニウム部材11,11の成分等及び寸法、アルミニウム合金製板状溶加材12の材質及び寸法、及びCO2レーザ溶接条件を示す。
The end surfaces of the pair of
その結果、レーザによって溶融させるアルミニウム合金製板状溶加材12の存在によって溶融プールを安定に形成し維持することができた。これにより、溶接中にフィラーワイヤ送給速度やアーク揺動条件を頻繁に調整するという熟練を要するTIGアーク溶接の場合とは違って、溶接条件を調整しなくてすみ、発泡アルミニウム部材11,11同士の溶接接合を容易に行うことができた。また、高いパワー密度の熱源によるレーザ溶接により、前記TIGアーク溶接の場合に比べて溶接速度を大幅に向上することができる。
As a result, the molten pool was stably formed and maintained by the presence of the aluminum alloy plate-
1,11…発泡アルミニウム部材
2,12…アルミニウム合金製板状溶加材
3…MIGアークスポット溶接用トーチ
4…溶接用ワイヤ
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