JP5606789B2 - Ferrule for stud welding - Google Patents

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Description

本発明は、スタッド溶接用フェルールに関し、特に、スタッドの溶接部の疲労強度を向上させることができるスタッド溶接用フェルールに関するものである。   The present invention relates to a ferrule for stud welding, and more particularly to a ferrule for stud welding that can improve the fatigue strength of a welded portion of a stud.

従来、スタッド溶接を行う際に、溶接部近傍域の空気の流通を遮断することによって、発生したアークによって溶融した金属が空気と接触することによって酸化されることを防止し、良好な溶接を行うことができるようにすることを目的として、セラミック製のスタッド溶接用フェルールが使用されている。   Conventionally, when stud welding is performed, the flow of air in the vicinity of the welded portion is interrupted to prevent the metal melted by the generated arc from being oxidized by contact with air, and good welding is performed. In order to be able to do so, ceramic stud welding ferrules are used.

このスタッド溶接用フェルールは、例えば、図６に示すように、母材Ｗに接するフェルール３０の周壁３１の端面３３にガス抜き溝３４を、周壁３１の内部に中空部３２を、さらに、端面３３の反対側にスタッド挿入孔３５をそれぞれ形成して構成し、フェルール３０の周壁３１によりスタッドＳの溶接部の外周を囲むように、スタッド溶接ガン（図示省略）に装着して使用するようにしている。   For example, as shown in FIG. 6, this stud welding ferrule has a gas vent groove 34 in the end surface 33 of the peripheral wall 31 of the ferrule 30 in contact with the base material W, a hollow portion 32 in the peripheral wall 31, and an end surface 33. Stud insertion holes 35 are formed on the opposite side of the ferrule 30 so that the peripheral wall 31 of the ferrule 30 surrounds the outer periphery of the welded portion of the stud S and is used by being attached to a stud welding gun (not shown). Yes.

ところで、上記従来のスタッド溶接用フェルールは、溶接により発生する高温ガスの一部がフェルール３０の下端に放射状に形成したガス抜き溝３４から噴出するのに合わせて、溶融した金属が噴出し、溶接部の強度に寄与しないガス抜き溝３４に沿った溶接バリが生じたり、ガス抜き溝３４から噴出しきれないガス（以下、「余剰ガス」という。）が、フェルール３０のスタッド挿入孔３５の下端部の内周面に当たって、溶融した金属と母材Ｗとが接する箇所に回り込み、当該箇所で、余剰ガスのガス圧によって溶融した金属によって形成される溶接部が堰き止められ、広がりのある理想的な余盛形状と比較して、溶接部の疲労強度が低下するという問題があった。
また、フェルール３０のスタッド挿入孔３５の下端部の内周面に余剰ガスが当たることによって、フェルール３０の一部が溶解し、この溶解したガラス状の溶解成分が、溶融した金属と母材Ｗとが接する箇所に入り込むことによって、溶接部の疲労強度が低下するという問題もあった。 By the way, in the conventional ferrule for stud welding, the molten metal is ejected and welded in accordance with the ejection of a part of the high temperature gas generated by welding from the gas vent groove 34 formed radially at the lower end of the ferrule 30. Gas that does not contribute to the strength of the welded portion along the gas vent groove 34 or gas that cannot be ejected from the gas vent groove 34 (hereinafter referred to as “surplus gas”) is the lower end of the stud insertion hole 35 of the ferrule 30. Hitting the inner peripheral surface of the part, it wraps around the place where the molten metal and the base material W come into contact with each other, where the welded part formed by the molten metal is blocked by the gas pressure of the surplus gas, and has a wide ideal There was a problem that the fatigue strength of the welded portion was reduced as compared with a large surplus shape.
Further, when surplus gas hits the inner peripheral surface of the lower end portion of the stud insertion hole 35 of the ferrule 30, a part of the ferrule 30 is melted, and the melted glass-like melted component is composed of the molten metal and the base material W. There is also a problem that the fatigue strength of the welded portion is reduced by entering the portion where the contact is made.

この問題に対処するため、溶接により発生する高温ガスを、スタッド挿入孔の上端部から噴出させる、上吹きタイプのスタッド溶接用フェルールが提案されている。   In order to cope with this problem, a top blow type ferrule for stud welding in which high temperature gas generated by welding is ejected from the upper end portion of the stud insertion hole has been proposed.

このスタッド溶接用フェルール４０は、図７に示すように、スタッド挿入孔４５の上部４５ａの内周面に、該内周面とスタッドＳの外周面との間隔を保持するための複数個の上下方向に延びる突出部４６を等間隔に形成し、スタッド挿入孔４５の内周面とスタッドＳの外周面との隙間から発生する高温ガスを噴出させるように構成したもので、スタッド挿入孔４５の下部に連なる周壁４１の内周面４３を、アークによって溶融した金属の滞留部４２を形成する余盛用の壁面となるようにしている。   As shown in FIG. 7, the stud welding ferrule 40 has a plurality of upper and lower parts for maintaining a space between the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the stud S on the inner peripheral surface of the upper portion 45 a of the stud insertion hole 45. The protrusions 46 extending in the direction are formed at equal intervals, and high temperature gas generated from the gap between the inner peripheral surface of the stud insertion hole 45 and the outer peripheral surface of the stud S is ejected. The inner peripheral surface 43 of the peripheral wall 41 connected to the lower part is made to be a surfacing wall surface that forms a staying portion 42 of a metal melted by an arc.

そして、周壁４１の内周面４３を、スタッド挿入孔４５より大径とした円筒面からなる内周面４３Ａ（図７（ａ）参照）としたり、円錐台面からなる内周面４３Ｂ（図８（ａ）参照）、さらには、前記円錐台面の傾斜面を弧状に形成した内周面４３Ｃ（図８（ｂ）参照）とすることによって、滞留部４２を形成するようにしている（例えば、特許文献１参照）。   The inner peripheral surface 43 of the peripheral wall 41 is an inner peripheral surface 43A (see FIG. 7A) made of a cylindrical surface having a diameter larger than that of the stud insertion hole 45, or an inner peripheral surface 43B made of a truncated cone surface (FIG. 8). (Refer to (a)), and furthermore, by setting the inclined surface of the frustoconical surface as an arcuate inner peripheral surface 43C (see FIG. 8B), the staying portion 42 is formed (for example, Patent Document 1).

実開昭６１−２００６６６号公報Japanese Utility Model Publication No. 61-200666

ところで、上記従来のスタッド溶接用フェルール４０のうち、フェルール４０の周壁４１の内周面を、図７（ａ）に示すように、スタッド挿入孔４５より大径とした円筒面からなる内周面４３Ａとして、滞留部４２を形成するようにしたものは、図６に示すフェルール３０のガス抜き溝３４から溶融した金属が噴出するという問題点を解消できるものの、ガス抜き溝３４がない分、発生した高温ガスのうちスタッド挿入孔４５の上端部から噴出しきれない余剰ガスが、フェルール４０のスタッド挿入孔４５の下端部の内周面に当たって、溶融した金属と母材Ｗとが接する箇所に回り込みやすく（図７（ｂ）に示す矢符方向）、当該箇所で、余剰ガスのガス圧によって溶融した金属によって形成される溶接部Ｕが堰き止められ、広がりのある理想的な余盛形状と比較して、溶接部の疲労強度が低下するという問題があった。
また、フェルール４０のスタッド挿入孔４５の下端部の内周面に余剰ガスが当たることによって、フェルール４０の一部が溶解し、この溶解したガラス状の溶解成分が、溶融した金属と母材Ｗとが接する箇所に入り込むことによって、溶接部の疲労強度が低下するという問題もあった。
また、フェルール４０の周壁４１の内周面を、図８（ａ）に示すように、円錐台面からなる内周面４３Ｂ、さらには、図８（ｂ）に示すように、前記円錐台面の傾斜面を弧状に形成した内周面４３Ｃとしたものは、余剰ガスがフェルール４０の周壁４１の内周面に沿って外周側に若干逃げやすくなるものの、余剰ガスのガス圧の影響によって溶融した金属が外周側に流れにくく、このため、溶接部の断面積が拡大しないため、溶接部の強度、特に、疲労強度を高めることができなかった。
また、フェルール４０のスタッド挿入孔４５の下端部の内周面に余剰ガスが当たることによってフェルール４０が溶解したガラス状の溶解成分を、フェルール４０の周壁４１の内周面と母材Ｗとの隙間で完全に吸収することができないため、溶解したガラス状の溶解成分が溶融した金属と母材Ｗとが接する箇所に入り込むことによって溶接部の疲労強度が低下するという問題を完全に解消できるものではなかった。 By the way, in the conventional ferrule 40 for stud welding, as shown in FIG. 7A, the inner peripheral surface made of a cylindrical surface whose inner peripheral surface of the peripheral wall 41 of the ferrule 40 has a larger diameter than the stud insertion hole 45. As for 43A, in which the stay part 42 is formed, the problem that the molten metal is ejected from the gas vent groove 34 of the ferrule 30 shown in FIG. 6 can be solved, but there is no gas vent groove 34. Of the high temperature gas, surplus gas that cannot be ejected from the upper end portion of the stud insertion hole 45 hits the inner peripheral surface of the lower end portion of the stud insertion hole 45 of the ferrule 40 and wraps around the place where the molten metal contacts the base material W Easily (in the direction of the arrow shown in FIG. 7B), the weld U formed by the metal melted by the gas pressure of the surplus gas is dammed up at the location, and the spreading is wide Compared to specific weld reinforcement shape, fatigue strength of the welded portion is lowered.
Further, when surplus gas hits the inner peripheral surface of the lower end portion of the stud insertion hole 45 of the ferrule 40, a part of the ferrule 40 is melted, and the melted glass-like melted component becomes a molten metal and the base material W. There is also a problem that the fatigue strength of the welded portion is reduced by entering the portion where the contact is made.
Further, as shown in FIG. 8A, the inner peripheral surface of the peripheral wall 41 of the ferrule 40 is an inner peripheral surface 43B made of a truncated cone surface, and further, as shown in FIG. In the case of the inner peripheral surface 43C having a surface formed in an arc shape, the excess gas easily escapes to the outer peripheral side along the inner peripheral surface of the peripheral wall 41 of the ferrule 40. Therefore, the cross-sectional area of the welded portion does not increase, and thus the strength of the welded portion, particularly the fatigue strength, cannot be increased.
Further, the glass-like dissolved component dissolved by the ferrule 40 due to the surplus gas hitting the inner peripheral surface of the lower end portion of the stud insertion hole 45 of the ferrule 40 is formed between the inner peripheral surface of the peripheral wall 41 of the ferrule 40 and the base material W. Since it cannot be completely absorbed in the gap, it can completely eliminate the problem that the fatigue strength of the welded portion decreases due to the molten glassy molten component entering the contact point between the molten metal and the base material W It wasn't.

本発明は、上記従来のスタッド溶接用フェルールの有する問題点に鑑み、発生する高温ガスをスタッド挿入孔の上端部から噴出させるようにしたスタッド溶接用フェルールにおいて、溶接部が最適な余盛部分となるようにして、溶接部の疲労強度を向上させることができるようにしたスタッド溶接用フェルールを提供することを目的とする。   In view of the problems of the conventional stud welding ferrule, the present invention is a stud welding ferrule in which the generated high temperature gas is ejected from the upper end of the stud insertion hole. Thus, an object of the present invention is to provide a stud welding ferrule capable of improving the fatigue strength of a welded portion.

上記目的を達成するため、本発明のスタッド溶接用フェルールは、スタッド挿入孔の上部の内周面に、該内周面とスタッドの外周面との間隔を保持するための複数個の突出部を形成するとともに、スタッド挿入孔の下端部の内周面の内径を、溶融金属の滞留部となるスタッド挿入孔の下部の内周面の内径の１．２〜１．４倍に、該下端部の内周面の高さ方向の寸法を、１〜２ｍｍに設定した円筒面にすることにより溶接時にフェルールが溶解したガラス状の溶解成分を吸収するための空間を形成したことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the stud welding ferrule of the present invention has a plurality of protrusions for maintaining a space between the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the stud on the inner peripheral surface of the upper portion of the stud insertion hole. And forming the inner diameter of the inner peripheral surface of the lower end portion of the stud insertion hole to be 1.2 to 1.4 times the inner diameter of the inner peripheral surface of the lower portion of the stud insertion hole serving as a molten metal retention portion. A space for absorbing the glass-like melted component dissolved by the ferrule at the time of welding was formed by making the dimension in the height direction of the inner peripheral surface of the steel plate into a cylindrical surface set to 1 to 2 mm .

この場合において、溶融金属の滞留部となるスタッド挿入孔の下部の内周面の内径を、スタッド挿入孔の上部の内周面の内径と同一に形成することができる。   In this case, the inner diameter of the inner peripheral surface of the lower portion of the stud insertion hole, which is a stagnant portion of the molten metal, can be formed to be the same as the inner diameter of the inner peripheral surface of the upper portion of the stud insertion hole.

また、溶融金属の滞留部となるスタッド挿入孔の下部の内周面の内径を、スタッド挿入孔の上部の内周面の内径より大きく形成することができる。   In addition, the inner diameter of the inner peripheral surface of the lower portion of the stud insertion hole serving as the molten metal retention portion can be formed larger than the inner diameter of the inner peripheral surface of the upper portion of the stud insertion hole.

本発明のスタッド溶接用フェルールによれば、スタッド挿入孔の上部の内周面に、該内周面とスタッドの外周面との間隔を保持するための複数個の突出部を形成するとともに、スタッド挿入孔の下端部の内周面の内径を、溶融金属の滞留部となるスタッド挿入孔の下部の内周面の内径より大きな円筒面に形成することにより、溶接により発生する高温ガスをスタッド挿入孔の上端部から噴出させる上吹きタイプのスタッド溶接用フェルールにおいて、溶融金属の滞留部となるスタッド挿入孔の下部の内周面の内径より大きい円筒面に形成したスタッド挿入孔の下端部の内周面によって、余剰ガスを逃がす大きな空間を形成して、余剰ガスのガス圧の影響を低減することができる。これにより、溶融した金属が外周側に流れやすくなり、このため、溶接部の断面積が拡大し、溶接部の強度、特に、疲労強度を高めることができる。   According to the stud welding ferrule of the present invention, a plurality of protrusions are formed on the inner peripheral surface of the upper portion of the stud insertion hole to maintain the distance between the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the stud. By forming the inner diameter of the inner peripheral surface of the lower end of the insertion hole on a cylindrical surface larger than the inner diameter of the inner peripheral surface of the lower part of the stud insertion hole, which is a stagnant part of the molten metal, high temperature gas generated by welding is inserted into the stud. In a top-blow type stud welding ferrule that is ejected from the upper end of the hole, the inner end of the lower end of the stud insertion hole formed on the cylindrical surface that is larger than the inner diameter of the inner peripheral surface of the lower part of the stud insertion hole that becomes a stagnant part of the molten metal A large space for allowing excess gas to escape is formed by the peripheral surface, and the influence of the gas pressure of the excess gas can be reduced. As a result, the molten metal easily flows to the outer peripheral side, and therefore, the cross-sectional area of the welded portion is enlarged, and the strength of the welded portion, particularly the fatigue strength, can be increased.

また、フェルールのスタッド挿入孔の下端部の内周面に余剰ガスが当たることによってフェルールが溶解したガラス状の溶解成分を、溶融金属の滞留部となるスタッド挿入孔の下部の内周面の内径より大きい円筒面に形成したスタッド挿入孔の下端部の内周面によって形成した空間で完全に吸収することができる。これにより、溶解したガラス状の溶解成分が溶融した金属と母材とが接する箇所に入り込むことがなく、溶接部の強度、特に、疲労強度を高めることができる。   In addition, the inner diameter of the inner peripheral surface of the lower portion of the stud insertion hole, which is a stagnant part of the molten metal, removes the glass-like dissolved component melted by the ferrule when the surplus gas hits the inner peripheral surface of the lower end portion of the ferrule stud insertion hole. It can be completely absorbed in the space formed by the inner peripheral surface of the lower end portion of the stud insertion hole formed in the larger cylindrical surface. Thereby, the melted glassy melted component does not enter the portion where the melted metal and the base material come into contact with each other, and the strength of the welded portion, particularly the fatigue strength can be increased.

そして、前記スタッド挿入孔の下端部の円筒面に形成する内周面の内径を、溶融金属の滞留部となるスタッド挿入孔の下部の内周面の内径の１．２〜１．４倍に、該内周面の高さ方向の寸法を、１〜２ｍｍに設定することにより、余剰ガスの逃げ部及びフェルールが溶解したガラス状の溶解成分の吸収部としての十分な空間（容積）を確保し、溶融した金属が最適な余盛部分となるようにすることができる。And the inner diameter of the inner peripheral surface formed on the cylindrical surface of the lower end portion of the stud insertion hole is 1.2 to 1.4 times the inner diameter of the inner peripheral surface of the lower portion of the stud insertion hole that becomes the staying portion of the molten metal. By setting the height dimension of the inner peripheral surface to 1 to 2 mm, sufficient space (volume) is secured as a surplus gas escape portion and a glass-like dissolved component absorbing portion in which the ferrule is dissolved. In addition, the molten metal can be an optimum surplus portion.

また、溶融金属の滞留部となるスタッド挿入孔の下部の内周面の内径を、スタッド挿入孔の上部の内周面の内径と同一に形成することにより、溶接により発生する高温ガスをスタッド挿入孔の上端部から噴出させやすくして、余剰ガスのガス圧の影響を低減することができる。   In addition, by forming the inner diameter of the inner peripheral surface of the lower part of the stud insertion hole, which is a stagnant part of the molten metal, to be the same as the inner diameter of the inner peripheral surface of the upper part of the stud insertion hole, high temperature gas generated by welding is inserted into the stud. It is easy to eject from the upper end of the hole, and the influence of the gas pressure of excess gas can be reduced.

また、溶融金属の滞留部となるスタッド挿入孔の下部の内周面の内径を、スタッド挿入孔の上部の内周面の内径より大きく形成することにより、溶融した金属が最適な余盛部分となるような滞留部を確実に形成するようにすることができる。   In addition, by forming the inner diameter of the inner peripheral surface of the lower part of the stud insertion hole, which is a stagnant part of the molten metal, larger than the inner diameter of the inner peripheral surface of the upper part of the stud insertion hole, It is possible to reliably form such a staying portion.

本発明のスタッド溶接用フェルールの一実施例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。One Example of the ferrule for stud welding of this invention is shown, (a) is a top view, (b) is AA sectional drawing of (a). 同スタッド溶接用フェルールを用いた場合のスタッド溶接の説明図で、（ａ）はスタッドにフェルールを取り付けた状態を、（ｂ）はスタッドの溶接部の概略図である。It is explanatory drawing of the stud welding at the time of using the same ferrule for stud welding, (a) is the state which attached the ferrule to the stud, (b) is the schematic of the welding part of a stud. 同スタッド溶接用フェルールを用いた場合と、従来のスタッド溶接用フェルールを用いた場合のスタッド溶接部の疲労強度を示す両対数疲労曲線図である。It is a logarithmic fatigue curve figure which shows the fatigue strength of the stud welding part at the time of using the ferrule for stud welding, and the case where the ferrule for conventional stud welding is used. 本発明のスタッド溶接用フェルールの変形実施例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。The modification example of the ferrule for stud welding of this invention is shown, (a) is a top view, (b) is AA sectional drawing of (a). 同スタッド溶接用フェルールを用いた場合のスタッド溶接の説明図で、（ａ）はスタッドにフェルールを取り付けた状態を、（ｂ）はスタッドの溶接部の概略図である。It is explanatory drawing of the stud welding at the time of using the same ferrule for stud welding, (a) is the state which attached the ferrule to the stud, (b) is the schematic of the welding part of a stud. 従来のスタッド溶接用フェルールを示す一部断面の正面図である。It is a front view of the partial cross section which shows the conventional ferrule for stud welding. 従来の上吹きタイプのスタッド溶接用フェルールを示し、（ａ）は周壁の内周面を円筒面としたものを示す一部断面の正面図、（ｂ）はこのスタッド溶接用フェルールを用いた場合のスタッド溶接の説明図である。A conventional top blow type ferrule for stud welding is shown, (a) is a front view of a partial cross section showing the inner peripheral surface of the peripheral wall as a cylindrical surface, and (b) is a case where this stud welding ferrule is used. It is explanatory drawing of stud welding of. 従来の上吹きタイプのスタッド溶接用フェルールを示し、（ａ）は周壁の内周面を円錐台面としたものを示す一部断面の正面図、（ｂ）は周壁の内周面を前記円錐台面の傾斜面を弧状としたものを示す一部断面の正面図、（ｃ）は（ｂ）に示すスタッド溶接用フェルールを用いた場合のスタッド溶接の説明図である。The conventional top blow type ferrule for stud welding is shown, (a) is the front view of the partial cross section which shows what used the internal peripheral surface of the surrounding wall as the truncated cone surface, (b) is the truncated cone surface. The front view of the partial cross section which shows what made the inclined surface of this to be arc shape, (c) is explanatory drawing of stud welding at the time of using the ferrule for stud welding shown in (b).

以下、本発明のスタッド溶接用フェルールの実施の形態を、図面に基づいて説明する。   Embodiments of the stud welding ferrule of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図１〜図２に、本発明のスタッド溶接用フェルールの一実施例を示す。   1 to 2 show an embodiment of a ferrule for stud welding according to the present invention.

このスタッド溶接用フェルール１は、スタッド挿入孔３の上部の内周面３ａに、この内周面３ａとスタッドＳの外周面との間隔を保持するための複数個の上下方向に延びる突出部６を形成するとともに、スタッド挿入孔３の下端部の内周面３ｃの内径Ｄ２を、溶融金属の滞留部２０となるスタッド挿入孔３の下部の内周面３ｂの内径Ｄ１より大きな円筒面５に形成するようにしている。   The stud welding ferrule 1 has a plurality of vertically extending protrusions 6 for maintaining a distance between the inner peripheral surface 3 a and the outer peripheral surface of the stud S on the inner peripheral surface 3 a at the top of the stud insertion hole 3. And the inner diameter D2 of the inner peripheral surface 3c at the lower end of the stud insertion hole 3 is changed to a cylindrical surface 5 larger than the inner diameter D1 of the inner peripheral surface 3b at the lower portion of the stud insertion hole 3 serving as the molten metal retaining portion 20. Try to form.

スタッド挿入孔３の下部の内周面３ｂは、スタッドＳの溶接部の余盛部分を決定する溶融金属の滞留部２０を形成するものである。
そして、溶融金属の滞留部２０が小さすぎる場合には、溶接部を十分な大きさの余盛部分とすることができず、また、大きすぎる場合には、スタッド溶接用フェルールの本来の機能を果たせないものとなるため、スタッド挿入孔３の下部の内周面３ｂの内径Ｄ１は、スタッドＳの直径Ｄｓの１．２〜１．４倍（図示の実施例（直径１６ｍｍスタッド溶接用フェルール）においては、溶融金属の滞留部２０となるスタッド挿入孔３の下部の内周面３ｂの内径Ｄ１を、スタッド挿入孔３の上部の内周面３ａの内径Ｄと同じ、２１ｍｍ）に設定するようにしている。 The inner peripheral surface 3b at the lower portion of the stud insertion hole 3 forms a retained portion 20 of molten metal that determines the surplus portion of the welded portion of the stud S.
If the molten metal staying portion 20 is too small, the welded portion cannot be a sufficiently large surplus portion. If it is too large, the original function of the stud welding ferrule is not achieved. Since the inner diameter D1 of the inner peripheral surface 3b at the lower part of the stud insertion hole 3 is 1.2 to 1.4 times the diameter Ds of the stud S (the embodiment shown in the figure (16 mm diameter ferrule for stud welding)) , The inner diameter D1 of the lower inner peripheral surface 3b of the stud insertion hole 3 serving as the molten metal retaining portion 20 is set to 21 mm), which is the same as the inner diameter D of the upper inner peripheral surface 3a of the stud insertion hole 3. I have to.

ところで、本実施例においては、溶融金属の滞留部２０となるスタッド挿入孔３の下部の内周面３ｂの内径Ｄ１を、スタッド挿入孔３の上部の内周面３ａの内径Ｄと同一に形成することにより、溶接により発生する高温ガスをスタッド挿入孔３の上端部から噴出させやすくしたが、図４〜図５に示す変形実施例のように、溶融金属の滞留部２０となるスタッド挿入孔３の下部の内周面３ｂの内径Ｄ１を、スタッド挿入孔３の上部の内周面３ａの内径Ｄより大きく形成する（この変形実施例においては、溶融金属の滞留部２０となるスタッド挿入孔３の下部の内周面３ｂを下方に向けて内径が漸次拡大する円錐台面４からなる内周面に形成するようにしている。）ことができる。   By the way, in the present embodiment, the inner diameter D1 of the lower inner peripheral surface 3b of the stud insertion hole 3 that becomes the molten metal retention portion 20 is formed to be the same as the inner diameter D of the inner peripheral surface 3a of the upper portion of the stud insertion hole 3. As a result, the hot gas generated by welding is easily ejected from the upper end portion of the stud insertion hole 3, but the stud insertion hole that becomes the molten metal retention portion 20 as in the modified embodiments shown in FIGS. 3 is formed larger than the inner diameter D of the inner peripheral surface 3a of the upper part of the stud insertion hole 3 (in this modified embodiment, the stud insertion hole serving as the molten metal retaining part 20) 3 is formed on the inner peripheral surface of the truncated cone surface 4 whose inner diameter gradually increases toward the lower side.

そして、図４〜図５に示す変形実施例においては、スタッド挿入孔３の下部の円錐台面４からなる内周面３ｂの下端の内径Ｄ１を、スタッド挿入孔３の内径Ｄの１．０５〜１．２５倍、より好ましくは、１．１〜１．２倍（図示の実施例（直径１６ｍｍスタッド溶接用フェルール）においては、スタッド挿入孔３の内径Ｄを１９ｍｍ、円錐台面４に形成する内周面３ｂの下端の内径Ｄ１を２１ｍｍ（スタッド挿入孔３の内径Ｄの１．１倍））に、内周面３ｂの高さ方向の寸法Ｈ１を、スタッド挿入孔３の内径Ｄの０．１〜０．４倍、より好ましくは、０．１５〜０．３倍（図示の実施例（直径１６ｍｍスタッド溶接用フェルール）においては、スタッド挿入孔３の内径を１９ｍｍ、円錐台面４に形成する内周面３ｂの下端の内径Ｄ１の内径を２１ｍｍ、スタッド挿入孔３の上部の内周面３ａに対する円錐台面４からなる内周面３ｂの傾斜角度θを１５°として、内周面３ｂの高さ方向の寸法Ｈ１を３．７ｍｍ（スタッド挿入孔３の内径Ｄの０．２倍））に、それぞれ設定するようにしている。   4 to 5, the inner diameter D1 at the lower end of the inner peripheral surface 3b made of the truncated cone surface 4 below the stud insertion hole 3 is set to 1.05 to the inner diameter D of the stud insertion hole 3. 1.25 times, more preferably 1.1 to 1.2 times (in the illustrated embodiment (16 mm diameter stud welding ferrule), the inner diameter D of the stud insertion hole 3 is 19 mm and the inner surface of the truncated cone surface 4 is formed. The inner diameter D1 of the lower end of the circumferential surface 3b is 21 mm (1.1 times the inner diameter D of the stud insertion hole 3), and the height dimension H1 of the inner circumferential surface 3b is set to 0. 0 of the inner diameter D of the stud insertion hole 3. 1 to 0.4 times, more preferably 0.15 to 0.3 times (in the illustrated embodiment (16 mm diameter stud welding ferrule), the stud insertion hole 3 has an inner diameter of 19 mm and a truncated cone surface 4. The inner diameter of the inner diameter D1 at the lower end of the inner peripheral surface 3b is The inclination angle θ of the inner peripheral surface 3b composed of the truncated cone surface 4 with respect to the inner peripheral surface 3a at the top of the stud insertion hole 3 is 15 °, and the height H1 of the inner peripheral surface 3b is 3.7 mm (stud insertion) The inner diameter D of the hole 3 is set to 0.2 times))).

なお、スタッド挿入孔３の下部の内周面３ｂの形状は、図１〜図２に示す実施例の円筒面としたり、図４〜図５に示す変形実施例の円錐台面４とするほか、傾斜面を弧状に形成することができる。
この場合も、内周面３ｂの下端の内径Ｄ１及び内周面３ｂの高さ方向の寸法Ｈ１は、上記の数値を適用するようにする。 In addition, the shape of the inner peripheral surface 3b below the stud insertion hole 3 is the cylindrical surface of the embodiment shown in FIGS. 1 to 2 or the truncated cone surface 4 of the modified embodiment shown in FIGS. The inclined surface can be formed in an arc shape.
Also in this case, the above numerical values are applied to the inner diameter D1 at the lower end of the inner peripheral surface 3b and the dimension H1 in the height direction of the inner peripheral surface 3b.

スタッド挿入孔３の下端部の円筒面５からなる内周面３ｃは、余剰ガスを逃がすための大きな空間を形成して、余剰ガスのガス圧の影響を低減するためのもので、この空間を形成することによって、溶融した金属が外周側に流れやすくなり、溶融した金属が最適な余盛部分となるようにすることができ、このため、溶接部の断面積が拡大し、溶接部の強度、特に、疲労強度を高めることができる。
また、併せて、フェルール１が溶解したガラス状の溶解成分を、上記空間で完全に吸収することができ、これによって、溶解したガラス状の溶解成分が溶融した金属と母材とが接する箇所に入り込むことがなく、溶接部の強度、特に、疲労強度を高めることができる。
そして、このような役割を果たす空間（容積）が形成されるように、その内径Ｄ２及び高さ方向の寸法Ｈ２を設定する必要がある。
そして、具体的には、スタッド挿入孔３の下端部の円筒面５からなる内周面３ｃの内径Ｄ２を、溶融金属の滞留部となるスタッド挿入孔３の下部の内周面３ｂの内径Ｄ１の１．２〜１．４倍（図示の実施例（直径１６ｍｍスタッド溶接用フェルール）においては、円筒面５からなる内周面３ｃの内径Ｄ２を２７．５ｍｍ（スタッド挿入孔３の下部の内周面３ｂの内径Ｄ１のスタッド挿入孔３の内径Ｄの１．３倍））に、内周面３ｂの高さ方向の寸法Ｈ２を、１〜２ｍｍ（図示の実施例（直径１６ｍｍスタッド溶接用フェルール）においては、１．２ｍｍ）に、それぞれ設定するようにしている。 The inner peripheral surface 3c formed of the cylindrical surface 5 at the lower end portion of the stud insertion hole 3 forms a large space for allowing excess gas to escape and reduces the influence of the gas pressure of the excess gas. By forming, it becomes easy for the molten metal to flow to the outer peripheral side, and the molten metal can be an optimal surplus portion, which increases the cross-sectional area of the welded portion and the strength of the welded portion. In particular, the fatigue strength can be increased.
In addition, the glass-like dissolved component in which the ferrule 1 is dissolved can be completely absorbed in the above space, and thereby, the molten metal-like dissolved component is in contact with the molten metal and the base material. Without entering, it is possible to increase the strength of the welded portion, particularly the fatigue strength.
And it is necessary to set the internal diameter D2 and the dimension H2 of the height direction so that the space (volume) which plays such a role may be formed.
Specifically, the inner diameter D2 of the inner peripheral surface 3c composed of the cylindrical surface 5 at the lower end of the stud insertion hole 3 is changed to the inner diameter D1 of the inner peripheral surface 3b at the lower portion of the stud insertion hole 3 serving as a staying portion of the molten metal. 1.2 to 1.4 times (in the illustrated embodiment (16 mm diameter ferrule for stud welding)), the inner diameter D2 of the inner peripheral surface 3c formed of the cylindrical surface 5 is 27.5 mm (inside the lower portion of the stud insertion hole 3). The dimension H2 in the height direction of the inner peripheral surface 3b is 1 to 2 mm (for the embodiment shown in the drawing (for 16 mm diameter stud welding)) Ferrule) is set to 1.2 mm).

また、スタッド挿入孔３の上部の内周面３ａに形成する、内周面３ａとスタッドＳの外周面との間隔を保持するための複数個の上下方向に延びる突出部６は、スタッドＳとスタッド挿入孔３との間に所定の隙間を形成し、発生する高温ガスをスタッド挿入孔３の上端部から噴出させるように構成するものであれば、特に限定されるものではなく、本実施例においては、内周面３ａに等間隔で４箇所に等間隔に突設して形成するようにしている。
突出部６のスタッド挿入孔３の内径方向の突出寸法は、スタッドＳがある程度の自由度を持ってスタッド挿入孔３に挿入される寸法であれば、特に限定されるものではなく、突出部６の内径方向の面とスタッド挿入孔３に挿入されたスタッドＳの周面との間に、０．２〜１．０ｍｍ程度の間隙が形成される寸法としている。
突出部６のスタッド挿入孔３の高さ方向の寸法は、余盛部分に影響を与えないように、円錐台面４に形成する内周面３ｂにかからない範囲の寸法であれば、特に限定されるものではなく、フェルール１の高さ方向の寸法の１０〜３０％程度の寸法としている。 Further, a plurality of vertically extending protrusions 6 formed on the inner peripheral surface 3a of the upper portion of the stud insertion hole 3 for maintaining the distance between the inner peripheral surface 3a and the outer peripheral surface of the stud S are This embodiment is not particularly limited as long as a predetermined gap is formed between the stud insertion hole 3 and the generated high temperature gas is ejected from the upper end of the stud insertion hole 3. In FIG. 3, the inner peripheral surface 3a is formed to protrude at equal intervals at four positions at equal intervals.
The protrusion dimension of the protrusion 6 in the inner diameter direction of the stud insertion hole 3 is not particularly limited as long as the stud S is inserted into the stud insertion hole 3 with a certain degree of freedom. Between the surface in the inner diameter direction and the peripheral surface of the stud S inserted in the stud insertion hole 3 is a dimension in which a gap of about 0.2 to 1.0 mm is formed.
The dimension of the protrusion 6 in the height direction of the stud insertion hole 3 is not particularly limited as long as it does not affect the inner peripheral surface 3b formed on the truncated cone surface 4 so as not to affect the overfilled portion. It is not a thing but it is set as the dimension about 10 to 30% of the dimension of the height direction of the ferrule 1. FIG.

以下、このスタッド溶接用フェルール１を用いて、母材Ｗに略垂直にスタッドＳを溶接する方法について説明する。
スタッド溶接ガン（図示省略）に、スタッドＳを装着するとともに、このスタッドＳに適合したスタッド挿入孔３を有するスタッド溶接用フェルール１を、フェルール１の周壁２によりスタッドＳの溶接部の外周を囲むようにして、装着するようにする。 Hereinafter, a method of welding the stud S substantially perpendicular to the base material W using the stud welding ferrule 1 will be described.
A stud welding gun (not shown) is fitted with a stud S, and a stud welding ferrule 1 having a stud insertion hole 3 adapted to the stud S is surrounded by a peripheral wall 2 of the ferrule 1 to surround the outer periphery of the welded portion of the stud S. To wear.

次に、スタッド溶接ガンを操作することにより、スタッドＳを母材Ｗに一旦当接した後、離間して、スタッドＳと母材Ｗ間にアークを発生させる。
この場合、フェルール１により、アークによって溶融した金属が、空気と接触することによって酸化されることを防止することができる。
そして、このスタッド溶接用フェルール１は、溶接により発生する高温ガスを、突出部６によって形成されるスタッド挿入孔３の上端部の内周面３ａとスタッドＳの外周面との隙間から噴出させる、上吹きタイプのスタッド溶接用フェルールにおいて、スタッド挿入孔３の下端部に円筒面５からなる内周面３ｃによって余剰ガスを逃がすための大きな空間を形成して、余剰ガスのガス圧の影響を低減することによって、溶融した金属が外周側に流れやすくなり、溶融した金属が最適な余盛部分となるようにすることができ、このため、溶接部の断面積が拡大し、溶接部の強度、特に、疲労強度を高めることができる。
また、併せて、フェルール１が溶解したガラス状の溶解成分を、上記空間で完全に吸収することができ、これによって、溶解したガラス状の溶解成分が溶融した金属と母材とが接する箇所に入り込むことがなく、溶接部の強度、特に、疲労強度を高めることができる。 Next, by operating the stud welding gun, the stud S is once brought into contact with the base material W and then separated to generate an arc between the stud S and the base material W.
In this case, the ferrule 1 can prevent the metal melted by the arc from being oxidized due to contact with air.
And this ferrule 1 for stud welding spouts the high temperature gas which generate | occur | produces by welding from the clearance gap between the inner peripheral surface 3a of the upper end part of the stud insertion hole 3 formed by the protrusion part 6, and the outer peripheral surface of the stud S, In the top-blowing type stud welding ferrule, a large space is formed at the lower end of the stud insertion hole 3 to allow excess gas to escape by the inner peripheral surface 3c formed of the cylindrical surface 5, thereby reducing the influence of the gas pressure of the excess gas. By doing so, it becomes easy for the molten metal to flow to the outer peripheral side, and the molten metal can be an optimal surplus portion, and therefore, the cross-sectional area of the welded portion is enlarged, the strength of the welded portion, In particular, fatigue strength can be increased.
In addition, the glass-like dissolved component in which the ferrule 1 is dissolved can be completely absorbed in the above space, and thereby, the molten metal-like dissolved component is in contact with the molten metal and the base material. Without entering, it is possible to increase the strength of the welded portion, particularly the fatigue strength.

図３に、上記図１〜図２に示す実施例のスタッド溶接用フェルール及び従来のスタッド溶接用フェルールを用いて溶接したスタッドの溶接部の剪断力（スタッド軸に対して直角方向の力）を繰り返しかけた場合の疲労強度を測定した実験結果（両対数疲労曲線図）を示す。
図３から明らかなように、上記実施例のスタッド溶接用フェルールは、従来のスタッド溶接用フェルールに比べて、疲労強度を大幅に向上させることができた。 FIG. 3 shows the shear force (force perpendicular to the stud axis) of the welded portion of the stud welded using the stud welding ferrule of the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 and the conventional stud welding ferrule. The experimental result (bilogarithmic fatigue curve figure) which measured the fatigue strength at the time of applying repeatedly is shown.
As is apparent from FIG. 3, the stud welding ferrule of the above example was able to significantly improve the fatigue strength compared to the conventional stud welding ferrule.

以上、本発明のスタッド溶接用フェルールについて、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。   As mentioned above, although the ferrule for stud welding of this invention was demonstrated based on the Example, this invention is not limited to the structure described in the said Example, In the range which does not deviate from the meaning, the structure is suitably comprised. It can be changed.

本発明のスタッド溶接用フェルールは、溶接部が最適な余盛部分となるようにして、溶接部の疲労強度を向上させることができる特性を有していることから、橋梁用の合成ゲタに用いるスタッド等、母材に略垂直にスタッドを溶接する際に用いるスタッド溶接用フェルールの用途に広く好適に用いることができる。   The ferrule for stud welding according to the present invention has a characteristic capable of improving the fatigue strength of the welded portion so that the welded portion becomes an optimum surplus portion, and is therefore used for a synthetic getter for a bridge. It can be used widely and suitably for the use of a ferrule for stud welding used when welding a stud substantially perpendicular to a base material such as a stud.

１ スタッド溶接用フェルール
２ 周壁
３ スタッド挿入孔
３ａ 内周面
３ｂ 内周面
３ｃ 内周面
４ 円錐台面
５ 円筒面
６ 突出部
Ｄ スタッド挿入孔の内径
Ｄ１ 溶融金属の滞留部となるスタッド挿入孔の下部の内周面の内径
Ｄ２ スタッド挿入孔の下端部の内周面の内径
Ｈ１ 溶融金属の滞留部となるスタッド挿入孔の下部の高さ方向の寸法
Ｈ２ スタッド挿入孔の下端部の内周面の高さ方向の寸法
Ｓ スタッド
Ｗ 母材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ferrule for stud welding 2 Peripheral wall 3 Stud insertion hole 3a Inner peripheral surface 3b Inner peripheral surface 3c Inner peripheral surface 4 Frustum surface 5 Cylindrical surface 6 Protrusion D Stud insertion hole inner diameter D1 Stud insertion hole of molten metal staying part Inner diameter of the inner peripheral surface of the lower portion D2 Inner diameter of the inner peripheral surface of the lower end portion of the stud insertion hole H1 Dimensions in the height direction of the lower portion of the stud insertion hole serving as a staying portion of the molten metal H2 Inner peripheral surface of the lower end portion of the stud insertion hole Dimension in height direction S Stud W Base material

Claims (3)

スタッド挿入孔の上部の内周面に、該内周面とスタッドの外周面との間隔を保持するための複数個の突出部を形成するとともに、スタッド挿入孔の下端部の内周面の内径を、溶融金属の滞留部となるスタッド挿入孔の下部の内周面の内径の１．２〜１．４倍に、該下端部の内周面の高さ方向の寸法を、１〜２ｍｍに設定した円筒面にすることにより溶接時にフェルールが溶解したガラス状の溶解成分を吸収するための空間を形成したことを特徴とするスタッド溶接用フェルール。 A plurality of protrusions are formed on the inner peripheral surface of the upper portion of the stud insertion hole to maintain the distance between the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the stud, and the inner diameter of the inner peripheral surface of the lower end portion of the stud insertion hole To 1.2 to 1.4 times the inner diameter of the inner peripheral surface of the lower portion of the stud insertion hole, which is a stagnant part of the molten metal, and the height direction dimension of the inner peripheral surface of the lower end is set to 1 to 2 mm. A stud welding ferrule characterized by forming a space for absorbing a glass-like melted component in which the ferrule is melted during welding by forming a set cylindrical surface. 溶融金属の滞留部となるスタッド挿入孔の下部の内周面の内径を、スタッド挿入孔の上部の内周面の内径と同一に形成したことを特徴とする請求項１記載のスタッド溶接用フェルール。   2. The ferrule for stud welding according to claim 1, wherein the inner diameter of the inner peripheral surface of the lower portion of the stud insertion hole serving as the molten metal retention portion is made the same as the inner diameter of the inner peripheral surface of the upper portion of the stud insertion hole. . 溶融金属の滞留部となるスタッド挿入孔の下部の内周面の内径を、スタッド挿入孔の上部の内周面の内径より大きく形成したことを特徴とする請求項１記載のスタッド溶接用フェルール。   2. The stud welding ferrule according to claim 1, wherein an inner diameter of a lower inner peripheral surface of the stud insertion hole serving as a molten metal retention portion is formed to be larger than an inner diameter of an upper inner peripheral surface of the stud insertion hole.
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