JP4746204B2 - 自動車の車体の溶接方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２つの部材を立向きですみ肉溶接する際の自動車の車体の溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車等の輸送用機器においては低燃費化の要求が高まり、より軽量な材料が求められるようになっている。この分野においては、構造材として従来鉄鋼が主に用いられてきたが、これに替わり、軽量で、耐食性に優れ、強度が高いアルミニウム合金が採用されるようになってきた。
【０００３】
このアルミニウム合金は溶接、ろう付け、機械的接合等により組み立てられ構造材とされるが、溶接を用いる場合には、ＭＩＧ溶接、ＹＡＧレーザ溶接が一般に採用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、アルミニウム合金を立向きですみ肉溶接を行う場合には、溶融アルミニウム合金の粘性が小さいことに起因する問題が発生することがある。この問題について図４を用いて詳述する。
【０００５】
図４（ａ）は、押出し成形されたアルミニウム角材の側面部に、アルミニウム板を立向きですみ肉溶接を行う際の模式図を示している。本例ではＭＩＧ溶接の場合を例示するが、ＹＡＧレーザ溶接の場合も事情は同様である。
まず、アルミニウム板１０１をアルミニウム角材１０２の所定の箇所に固定する。この際、アルミニウム板１０１とアルミニウム角材１０２との当接面には、僅かながら間隙１０３が生じている。
【０００６】
このような状態に各部材を固定した後にフィラーを一定速度で供給しながらアルミニウム板１０１とアルミニウム角材１０２との隅部に向けて、ＭＩＧトーチ１０４よりアークを照射してすみ肉溶接を行う。アーク照射により、フィラー及び母材が溶融して溶接が進行するのであるが、溶融したアルミニウム合金は粘性が小さく、かつ、立向きで溶接を実施しているので、溶湯が重力により前記した部材間の間隙１０３を伝って漏れ落ちてしまうという問題が発生することがあった。このように、溶湯が漏れ落ちてしまうと、溶接箇所に適切に肉盛りがされないばかりか、母材が薄くなりアンダーカット１０５（図４（ｂ））となり、適切なのど厚や溶け込みが得られずに溶接不良となってしまう。
【０００７】
前記した従来法で得られたすみ肉継手の様子を図４（ｂ）に示す。尚、図４（ｂ）においては図４（ａ）と同一の部材については同符号を付しその説明を省略する。すみ肉溶接中に、間隙１０３より溶湯が漏れ出すために、アルミニウム角材１０２にアンダーカット１０５が生じている。また、溶接により得られたビード１０６も溶湯の漏れ落ち量が溶接箇所により異なることに対応して幅が一定しておらず、すみ肉継手の強度が場所によりバラツイていることが推測される。
このような問題は、溶湯の粘性が小さいアルミニウム合金の立向きすみ肉溶接の場合に特に問題となるが、鉄等の他材料を立ち向きですみ肉溶接をする場合にも多かれ少なかれ発生していた。
【０００８】
従来は、このような溶接を行う場合には、部材間の間隙を減少させるために、固定用治具でアルミニウム角材１０２とアルミニウム板１０１を強く締め付けたり、アルミニウム角材１０２とアルミニウム板１０１の当接面の加工精度を高め両部材の密着性を上げる方法が取られていた。しかし、これらの方法では、数多くの固定用治具を必要としたり、加工精度を上げるために製造工程が増加したりする問題点があるばかりか、溶接姿勢（立向き）には変更がないために溶湯の漏れ落ちを本質的に解決することはできなかった。
【０００９】
また、極力立向き溶接を避け、溶接姿勢を水平とすることで溶湯の漏れ落ちを防止するという対策も考えられるが、自動車等の大型の構造物においては、溶接姿勢を水平にするためには車体全体を回転させる等の大掛かりな設備が必要となるとともに、製造工程が複雑となるため、作業効率を著しく悪化するという問題点がある。
【００１０】
本願発明は、前記のような問題点を解決するためになされたものであり、立向きのすみ肉溶接であっても、溶湯が溶接部材間の間隙から漏れ落ちることなく、確実に溶接を行うことができる自動車の車体の溶接方法を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の課題を解決するために以下のように構成した。請求項１の発明は、自動車の車体全体において垂直に配置された板状の第１の部材の側面を、水平に配置された四角筒状の第２の部材の垂直な側面にフィラーを用いて立向きですみ肉溶接を行う自動車の車体の溶接方法であって、前記第２の部材の垂直な側面に溶接線に沿って突条を設け、この突条に前記第１の部材の上端面を下方より当接して前記第１の部材の位置決めを行い、前記第１の部材、突条及び前記第２の部材とを一体にすみ肉溶接を行うことを特徴とする自動車の車体の溶接方法である。
【００１２】
請求項１の発明においては、水平に配置された四角筒状の第２の部材の垂直な側面に溶接線に沿って突条を設け、この突条に下方より、自動車の車体全体において垂直に配置された第１の部材の上端面を当接させるので、溶接の際の位置決めが容易になる。さらに、突条基部付近にフィラーを供給しながらアーク又はレーザを照射し、第１の部材と第２の部材のすみ肉溶接を行うと、アーク又はレーザ照射部において形成された溶湯（フィラーと母材の溶融金属）がアーク又はレーザ照射部周辺に存在する未溶接部の突条により支持されるので、立向き溶接であっても、溶湯が第１の部材と第２の部材との間隙を伝って垂れ落ちることがない。これにより、前記第１の部材、突条、前記第２の部材及びフィラーが一体に溶接されるので、溶接部に適正なのど厚、溶け込みを有するすみ肉継手を形成することが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。尚、本発明は、実施の形態の記述のみに限定されるものではなく、本発明の技術的思想を具現化する種々の変更が加えられうる。
【００１４】
図１（ａ）は、本発明の特徴である突条を有するアルミニウム合金押出し材の断面を示す模式図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のアルミニウム合金押出し材に溶接を行っている様子を示す模式図である。図２は、図１（ｂ）の溶接部分の一部拡大図である。図３は、アルミニウム合金圧延材に本発明の特徴である突条を設けた様子を示す模式図である。
【００１５】
図１（ａ）においてはアルミニウム合金押出しにより成形した角材１（第２の部材）に、本発明の特徴である突条２を設けている。被溶接材であるアルミニウム板３（第１の部材）は、溶接線に沿って設けられたこの突条２に下方から当接している。角材１（第２の部材）とアルミニウム板３（第１の部材）との接触面には僅かながら間隙４が存在する。本発明では、このように、角材１（第２の部材）の溶接線に沿って突条２を設けたので、溶接されるべきアルミニウム板３（第１の部材）をこの突条２に当接させるだけで位置決めを行うことが可能となり、位置決め作業が従来以上に容易になる。
【００１６】
アルミニウム板３（第１の部材）をこのように設置し、に固定用治具等で固定した後に、溶接を実行する。用いる溶接方法は、フィラーを供給しながら溶接を実施するものであれば、特に限定されることはないが、ＭＩＧ溶接又はＹＡＧレーザ溶接が好ましい。本実施の形態においては、ＭＩＧ溶接を採用している。
【００１７】
溶接の様子を図１（ｂ）に示した。ＭＩＧトーチ５（破線）を突条２の基底部の斜め上方略４５°程度に配置し、突条２がアルミニウム合金角材（第２の部材）より立ち上がる隅部を狙ってアークを照射しながら、白抜きの矢印で示した溶接方向に沿ってＭＩＧトーチ５を一定速度で移動させることにより両部材を立向きですみ肉溶接を行う。溶接点６の移動に伴い、溶接終了部にはビード７が形成されている。
【００１８】
続いて、図２を用いて、溶接点６の近傍における溶接挙動について詳述する。
アーク照射箇所において、突条２は数千度にも及ぶアーク熱のために完全に溶融し、角材１（第２の部材）の壁面及びアルミニウム板３（第１の部材）の端面とともに溶融池８を形成する。この溶融池８は、アークの風圧等により凹型のクレータとなる。さらにこの溶融池８には、アークより微細な金属液滴が絶えず供給されている。
【００１９】
角材１（第２の部材）に突条２を設けない従来法においては、この溶融池８中の溶融金属が、アルミニウム板３（第１の部材）と角材１（第２の部材）との当接面の微小な間隙４を伝って漏れ落ちるという問題が発生した。しかし、本願発明では、溶融池８に接した突条２が溶融池８の重みを支持する役割を果たすために、溶融池８中の溶融金属が漏れ落ちることを防ぐことが可能となり、適切なのど厚、溶け込み深さを有するすみ肉継手を形成することが可能となる。
【００２０】
角材１（第２の部材）に設ける突条２の厚さｄ（図２）は、厚ければ厚いほど溶融池８を支持する効果が大きくなる傾向が見られる。しかし、あまりにも厚すぎると、アーク照射により突条２自体が溶融しにくくなり突条２の直下のアルミニウム板３（第１の部材）の溶け込み深さが小さくなり、最悪の場合、突条２が溶け残り未溶接部が出来てしまい溶接不良となる恐れがある。これらの要素を勘案すると、アルミニウム合金をＭＩＧ溶接する場合には、突条２の厚さｄは、０．５〜１ｍｍの範囲であることが好ましい。
【００２１】
また突条２は、幅Ｌ（図２）が大きければ大きいほど溶融池８を支持する効果が大きくなる傾向が見られる。しかし、あまりにも突条２の幅Ｌを大きくすると、突条２が完全に溶解せずに溶け残ってしまうので、突条２の幅Ｌは、溶融池８の半径よりも小さくすることが好ましい。突条２の幅Ｌをこのような範囲とすることでアーク照射時に突条２を完全に溶融することができるので、突条２が原因となる溶接不良を避けることができる。
【００２２】
図３は、本発明の第２の実施形態である。この実施形態においては、アルミニウム板材をプレス成形により角材９（第２の部材）とし、さらに、本発明の特徴である突条１０を設けたものである。前記のようにこの突条１０は、アーク照射により完全に溶融する厚さと幅とを有するように形成されている。
この突条１０に、被溶接材であるアルミニウム板１１（第１の部材）を突条１０の下方から当接し、溶接を実行する。
【００２３】
本実施形態においても、溶接部に隣接した未溶融の突条１０が、溶融池を支持するので、アルミニウム板１１（第１の部材）と角材９（第２の部材）との間隙１２を通って漏れ落ちることが無いため、適切なのど厚と溶け込み深さとを有するすみ肉継手を形成することが可能となる。
【００２４】
なお、発明の実施の形態の項においては、溶湯の粘性が低いアルミニウム合金を代表例として説明を行っているが、これ以外の金属材料においても立向きすみ肉溶接を実施する際には、多かれ少なかれ溶融金属の漏れ落ちは発生するものであるので、アルミニウム合金以外の金属材料（例えば、鉄、銅、Ｔｉ等）にも、本発明は応用できるものである。
【００２５】
また、本実施の形態においてはＭＩＧ溶接を例にして説明を行ったが、ＹＡＧレーザ溶接においても溶融金属が漏れ落ちる現象が見られることには変わりがなく、本発明はＹＡＧレーザ溶接による立向きのすみ肉溶接にも応用できるものである。なお、この場合には、図１等に示されたＭＩＧトーチ５はＹＡＧレーザ照射ヘッドに置き換わるものである。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は前記のように構成したので次のような顕著な効果を奏する。
水平に配置された四角筒状の第２の部材の垂直な側面に、自動車の車体全体において垂直に配置された板状の第１の部材を立向きですみ肉溶接を行う場合に、第２の部材の垂直な側面に溶接線に沿って突条を設けて、この突条に第１の部材の上端面を下方より当接させて立向きですみ肉溶接を実行するので、第１の部材と第２の部材間の微小な間隙より溶融金属が漏れ落ちて溶接不良となってしまうという従来の問題を解決することが可能となった。これにより、立向きですみ肉溶接を行う場合でも、適切なのど厚と溶け込み深さを有する溶接部を形成することが可能になった。
また、第２の部材の垂直な側面に溶接線に沿って突条を設けたので、溶接を行う際の位置決めが容易になった。
【００２７】
また、従来は、前記した溶融金属の漏れ落ちが発生するために、自動車等の大型構造物のすみ肉溶接を行う場合には、構造物全体を回転して下向きですみ肉溶接を実行していたが、本発明の溶接方法を用いることで、立向きであっても十分な強度を有するすみ肉継手を形成することが可能となり、自動車等の製造工程及び製造コストを大幅に減少することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）：アルミニウム合金押出し材の断面を示す模式図である。
（ｂ）：図１（ａ）のアルミニウム合金押出し材に溶接を行っている様子を示す模式図である。
【図２】 図２は、図１（ｂ）の溶接部分の一部拡大図である。
【図３】 本発明の第２の実施形態を示す模式図である。
【図４】 従来法を示す模式図である。
【符号の説明】
１，９ 角材
２，１０ 突条
３，１１ アルミニウム板
４ 間隙
５ ＭＩＧトーチ
６ 溶接点
７ ビード
８ 溶融池
ｄ 突条の厚さ
Ｌ 突条の幅

Claims (1)

1. 自動車の車体全体において垂直に配置された板状の第１の部材の側面を、水平に配置された四角筒状の第２の部材の垂直な側面にフィラーを用いて立向きですみ肉溶接を行う自動車の車体の溶接方法であって、前記第２の部材の垂直な側面に溶接線に沿って突条を設け、この突条に前記第１の部材の上端面を下方より当接して前記第１の部材の位置決めを行い、前記第１の部材、突条及び前記第２の部材とを一体にすみ肉溶接を行うことを特徴とする自動車の車体の溶接方法。

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