JP6561749B2

JP6561749B2 - 異材接合継手及び溶接接合方法

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Publication number: JP6561749B2
Application number: JP2015197679A
Authority: JP
Inventors: 洋志溝端; 赤池　文敏; 文敏赤池; 服部　剛; 剛服部
Original assignee: Toyota Boshoku Corp
Current assignee: Toyota Boshoku Corp
Priority date: 2015-10-05
Filing date: 2015-10-05
Publication date: 2019-08-21
Anticipated expiration: 2035-10-05
Also published as: US20170095875A1; US10603737B2; JP2017070962A

Description

本発明は、自動車、飛行機、船、電車等の乗物、若しくは機械部品、建築構造物等に使用される鉄系材料とアルミニウム系材料のような融点の異なる材料同士間の異材接合継手及び溶接接合方法に関する。

互いに融点の異なる材料である鉄系材料（以下、単に鋼材という）とアルミニウム系材料（純アルミニウム及びアルミニウム合金を総称したもので、以下、単にアルミニウム材という）とを接合する異材接合継手及び溶接接合方法は、下記特許文献１にて公開されている。この技術は、鋼材とアルミニウム材の接合箇所において鋼材に複数の貫通孔を開け、これらの貫通孔内にアルミニウム系材料の溶加材を充填して溶接を行うものである。この技術によれば、アルミニウム系材料の溶加材が母材としてのアルミニウム材と溶着すると共に、溶接時に貫通孔から鋼材表面上にあふれ出た溶加材が冷却された後に溶接ビードとなって貫通孔周りの鋼材に被せられた状態となることによって、異材である鋼材とアルミニウム材との接合が行われる。

特許第４４３８６９１号公報

しかし、上記従来技術の場合、溶接の進行とともに溶接部位への入熱量が多くなって、溶加材の溶融量が溶接の進行とともに増大し、極端な場合は母材としてのアルミニウム材までが溶融する恐れがある。即ち、溶接開始側領域と溶接終了側領域とでは溶接品質にばらつきが生ずる問題がある。なぜなら、上記従来技術では、複数の貫通孔の各中心線を溶接線が通るように連続して溶接を行うため、鋼材及びアルミニウム材に溶接の進行とともに溶接熱の蓄積が生じる。

このような問題に鑑み本発明の課題は、第１の材料から成る第１部材と第１の材料より融点の低い第２の材料から成る第２部材との接合箇所において第１部材に複数の貫通孔を開け、これらの貫通孔内に第２の材料から成る溶加材を充填することにより第１部材と第２部材とを溶接接合するものにおいて、溶接箇所である貫通孔毎に時間をおいて溶接を行うことにより、溶接に伴って発生する熱の蓄積の影響を抑制して、溶接開始側領域と溶接終了側領域との溶接品質のばらつきを抑制することにある。

第１発明は、第１の材料から成る第１部材と前記第１の材料に比べて融点の低い第２の材料から成る第２部材とが溶接部によって接合されて成る異材接合継手であって、前記接合箇所において前記第１部材に複数の貫通孔が開けられており、これらの貫通孔内に前記第２の材料から成る溶加材が充填されており、各貫通孔に対応した溶接箇所において、前記第２部材の前記貫通孔に臨む面に堆積されて形成された溶接ビードの厚さの頂点が、溶接箇所毎に互いに独立して形成されている。

第１発明において、第１部材には、普通鋼、高張力鋼（ハイテン）などの鋼材を含む。また、第２部材には、純アルミニウム系材、アルミニウム合金系材などのアルミニウム材、並びにマグネシウム材を含む。更に、貫通孔の形状は、円、楕円、多角形などを採用することができる。

また、互いに隣接する溶接箇所における溶接ビードは、その堆積厚さの頂点よりも堆積厚さの小さい周辺領域で、互いに接触して一体化されていてもよいし、互いに非接触とされて分離されていてもよい。

第１発明によれば、溶接箇所である貫通孔毎に独立して溶接を行うことにより、第２部材の貫通孔に臨む面に堆積されて形成される溶接ビードの厚さの頂点が、溶接箇所毎に互いに独立して形成される。そのため、溶接の進行に伴う溶接熱の蓄積が抑制され、その蓄熱の影響による溶接箇所毎の溶接品質のばらつきを抑制することができる。

第２発明は、鋼材とアルミニウム材の接合箇所において鋼材に複数の貫通孔を開けられており、これらの貫通孔内にアルミニウム系材料の溶加材を充填された部位を溶接部として、鋼材とアルミニウム材とが接合されて成る異材接合継手であって、各貫通孔に対応した溶接箇所において、アルミニウム材の前記貫通孔に臨む面に堆積されて形成された溶接ビードの厚さの頂点が、溶接箇所毎に互いに独立して形成されている。

第２発明において、鋼材には、普通鋼、高張力鋼（ハイテン）などを含む。また、アルミニウム材には、純アルミニウム系材、アルミニウム合金系材などを含む。

第２発明によっても上記第１発明と同様に、溶接の進行に伴う溶接熱の蓄積が抑制され、その蓄熱の影響による溶接箇所毎の溶接品質のばらつきを抑制することができる。

第３発明は、上記第１又は第２発明において、溶接の進行における溶接開始側は溶接終了側に比べて前記貫通孔を形成する壁面が傾斜して形成されている。

第３発明において、貫通孔を形成する壁面の傾斜は、壁面を連続的に傾斜してもよいし、壁面を階段状に形成して全体として傾斜させてもよい。また、傾斜の角度や方向は適宜設定することができる。更に、傾斜は、溶接の進行における溶接開始側から溶接終了側に向けて、傾斜の程度を連続的に変化させてもよいし、溶接箇所を複数のグループに分け、そのグループ毎に変化させてもよい。

第３発明によれば、溶接開始側は、溶接終了側に比べて貫通孔を形成する壁面が傾斜して形成されているので、貫通孔の内部に充填される溶加材の量は、溶接開始側は多く、溶接終了側は少なくされる。そのため、溶接開始側は、その入熱量を多めにして溶接を安定させ、溶接終了側は熱の蓄積量を考慮して溶接部位への入熱量を抑制して、溶接開始側領域と溶接終了側領域との溶接品質のばらつきを抑制することができる。

第４発明は、上記第１ないし第３発明のいずれかにおいて、溶接の進行における溶接終了側は溶接開始側に比べて前記貫通孔同士の間隔を広くする、及び／又は前記貫通孔の面積を小さくする。

第４発明において、貫通孔同士の間隔の変化、又は貫通孔の面積の変化は、溶接の進行に応じて順次変化するように連続的に変化させてもよいし、溶接箇所を複数のグループに分け、そのグループ毎に変えるように段階的に行ってもよい。また、変化の大きさは適宜設定することができる。

第４発明によれば、溶接開始側は、貫通孔同士の間隔が狭くされているため、単位体積当りの第１部材又は鋼材としての熱容量が比較的小さく、溶接開始後速やかに第１部材又は鋼材の温度を上昇させて溶接を安定させることができる。一方、溶接終了側は、溶接開始側に比べて各溶接箇所における貫通孔同士の間隔が広いため、単位体積当りの第１部材又は鋼材の熱容量が比較的大きくされ、各溶接箇所における溶接に伴う温度上昇を抑制することができる。又は、溶接終了側は、溶接開始側に比べて各溶接箇所における貫通孔の面積を小さくして、単位体積当りの第１部材又は鋼材の熱容量が比較的大きくされるため、各溶接箇所における溶接に伴う温度上昇を抑制する。そのため、溶接開始側領域と溶接終了側領域との溶接品質のばらつきを抑制することができる。

第５発明は、第１の材料から成る第１部材と、前記第１の材料に比べて融点の低い第２の材料から成る第２部材との接合箇所において前記第１部材に複数の貫通孔を開け、これらの貫通孔内に前記第２の材料から成る溶加材を充填することにより前記第１部材と前記第２部材とを溶接接合する溶接接合方法であって、各貫通孔に対応した溶接箇所毎に行う溶接を、溶接熱の蓄積を抑制するように時間を空けて行う。

第５発明において、第１部材には、普通鋼、高張力鋼（ハイテン）などの鋼材を含む。また、第２部材には、純アルミニウム系材、アルミニウム合金系材などのアルミニウム材、並びにマグネシウム材を含む。更に、貫通孔の形状は、円、楕円、多角形などを採用することができる。

第５発明によれば、一つの溶接箇所の溶接後に、次の溶接箇所の溶接が行われるまでに時間を空けるため、溶接熱の蓄積が抑制される。そのため、各溶接箇所における溶接部位への入熱量のアンバランスが抑制され、溶接開始側領域と溶接終了側領域との溶接品質のばらつきを抑制することができる。

第６発明は、鋼材とアルミニウム材の接合箇所において鋼材に複数の貫通孔を開け、これらの貫通孔内にアルミニウム系材料の溶加材を充填することにより鋼材とアルミニウム材とを溶接接合する溶接接合方法であって、各貫通孔に対応した溶接箇所毎に行う溶接を、溶接熱の蓄積を抑制するように時間を空けて行う。

第６発明において、鋼材には、普通鋼、高張力鋼（ハイテン）などを含む。また、アルミニウム材には、純アルミニウム系材、アルミニウム合金系材などを含む。

第６発明によっても第５発明と同様、各溶接箇所における溶接部位への入熱量のアンバランスが抑制され、溶接開始側領域と溶接終了側領域との溶接品質のばらつきを抑制することができる。

第７発明は、上記第５又は第６発明において、複数の溶接箇所のうち、今溶接を行う溶接箇所と、次に溶接を行う溶接箇所との間に、他の溶接箇所を挟む順序で溶接を行う。

第７発明において、他の溶接箇所とは、今行う溶接よりも前に溶接が終了した溶接箇所でもよいし、これから溶接を行う溶接箇所でもよい。

第７発明によれば、次の溶接箇所は、今の溶接箇所からは離間した位置にあるため、次の溶接箇所の溶接に対する今の溶接による熱の蓄積の影響は抑制される。そのため、各溶接箇所における溶接部位への入熱量のアンバランスが抑制され、溶接開始側領域と溶接終了側領域との溶接品質のばらつきを抑制することができる。

第８発明は、上記第５ないし第７発明のいずれかにおいて、各溶接箇所における溶接は、前記貫通孔の壁面に沿って行う。

溶接により第１部材又は鋼材と第２部材又はアルミニウム材とが接合されるためには、溶加材が第２部材又はアルミニウム材と溶着することと溶接ビードが貫通孔周りの第１部材又は鋼材に被せられることが重要で、貫通孔の中心付近に溶接ビードが厚く形成されることは重要ではない。第８発明によれば、接合のために重要な溶加材を形成すべく、貫通孔の壁面に沿う溶接を重点的に行うことにより溶接時間を短縮し、溶接による熱の蓄積を抑制することができる。従って、熱の蓄積の影響による各溶接箇所における溶接部位への入熱量のアンバランスが抑制され、溶接開始側領域と溶接終了側領域との溶接品質のばらつきを抑制することができる。

第９発明は、上記第５ないし第８発明のいずれかにおいて、溶接の進行における溶接終了側は溶接開始側に比べて溶接に伴って新たに加えられる入熱量を少なくするように溶接電流及び／又は溶接速度を制御する。

第９発明において、入熱量を少なくする制御は、溶接電流量を小さくする、又は溶接速度を速くすることによって行うことができる。なお、溶接の制御は、オープンループ制御でも、フィードバック制御でもよい。また、入熱量を少なくする制御は、溶接の進行に応じて順次変化するように連続的に行ってもよいし、溶接箇所を複数のグループに分け、そのグループ毎に変えるように段階的に行ってもよい。

第９発明によれば、溶接の進行に伴って各溶接箇所に新たに加えられる入熱量が少なくされるため、溶接の進行に伴って溶接による熱の蓄積量が増大しても、熱の蓄積の影響で溶接箇所における溶接部位への入熱量が増大するのを抑制することができる。そのため、各溶接箇所における溶接部位への入熱量のアンバランスが抑制され、各溶接箇所における溶接は適切に行われて、溶接開始側領域と溶接終了側領域との溶接品質のばらつきを抑制することができる。

第１０発明は、上記第５ないし第９発明のいずれかにおいて、溶接の進行における溶接開始側は溶接終了側に比べて前記貫通孔を形成する壁面が傾斜して形成されている。

第１０発明において、貫通孔を形成する壁面の傾斜は、壁面を連続的に傾斜してもよいし、壁面を階段状に形成して全体として傾斜させてもよい。また、傾斜の角度や方向は適宜設定することができる。更に、傾斜は、溶接の進行における溶接開始側から溶接終了側に向けて、傾斜の程度を連続的に変化させてもよいし、溶接箇所を複数のグループに分け、そのグループ毎に変化させてもよい。

第１０発明によれば、溶接開始側は、溶接終了側に比べて貫通孔を形成する壁面が傾斜して形成されているので、貫通孔の内部に充填される溶加材の量は、溶接開始側は多く、溶接終了側は少なくされる。そのため、溶接開始側は、その入熱量を多めにして溶接を安定させ、溶接終了側は熱の蓄積量を考慮して溶接部位への入熱量を抑制して、溶接開始側領域と溶接終了側領域との溶接品質のばらつきを抑制することができる。

第１１発明は、上記第５ないし第１０発明のいずれかにおいて、溶接の進行における溶接終了側は溶接開始側に比べて前記貫通孔同士の間隔を広くする、及び／又は前記貫通孔の面積を小さくする。

第１１発明において、貫通孔同士の間隔の変化、又は貫通孔の面積の変化は、溶接の進行に応じて順次変化するように連続的に変化させてもよいし、溶接箇所を複数のグループに分け、そのグループ毎に変えるように段階的に行ってもよい。また、変化の大きさは適宜設定することができる。

第１１発明によれば、溶接開始側は、貫通孔同士の間隔が狭くされているため、単位体積当りの第１部材又は鋼材としての熱容量が比較的小さく、溶接開始後速やかに第１部材又は鋼材の温度を上昇させて溶接を安定させることができる。一方、溶接終了側は、溶接開始側に比べて各溶接箇所における貫通孔同士の間隔が広いため、単位体積当りの第１部材又は鋼材の熱容量が比較的大きくされ、各溶接箇所における溶接に伴う温度上昇を抑制することができる。又は、溶接終了側は、溶接開始側に比べて各溶接箇所における貫通孔の面積を小さくして、単位体積当りの第１部材又は鋼材の熱容量が比較的大きくされるため、各溶接箇所における溶接に伴う温度上昇を抑制する。そのため、溶接開始側領域と溶接終了側領域との溶接品質のばらつきを抑制することができる。

本発明の異材接合継手及び溶接接合方法の第１実施形態を示す平面図である。図１におけるＩＩ−ＩＩ線断面矢視拡大図である。図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線断面矢視図である。第１実施形態における鋼材とアルミニウム材とを重ね合わせた状態の平面図である。図４におけるＶ−Ｖ線断面矢視図である。第１実施形態における溶接制御システムのブロック図である。第１実施形態における溶接電流の変化を示すグラフである。第１実施形態における溶接作業の様子を説明する部分断面斜視図である。第１実施形態における溶接作業の様子を説明する説明図である。本発明の異材接合継手及び溶接接合方法の第２実施形態を説明する説明図である。本発明の異材接合継手及び溶接接合方法の第３実施形態における溶接電流の制御マップ内容を示すグラフである。本発明の異材接合継手及び溶接接合方法の第４実施形態における溶接速度の制御マップ内容を示すグラフである。本発明の異材接合継手及び溶接接合方法の第５実施形態における図２と同様の断面図である。第５実施形態における図３と同様の断面図である。本発明の異材接合継手及び溶接接合方法の第６実施形態における図４と同様の平面図である。本発明の異材接合継手及び溶接接合方法の第７実施形態における図４と同様の平面図である。

図１は、本発明の第１実施形態を示す。第１実施形態は、平板状の鋼材１と平板状のアルミニウム材２を溶接接合して成る異材接合継手及び溶接接合方法である。溶接を行う前は、図４、５に示されるように、鋼材１とアルミニウム材２との接合部位が互いに重ね合わされ、その重ね合わされた部位において、鋼材１に複数（ここでは６個）の貫通孔１ａが開けられている。従って、この状態では、貫通孔１ａを通してアルミニウム材２の貫通孔１ａに対応部分が外部に露出している。ここでは、各貫通孔１ａは、一つの直線上に沿って形成されている。なお、貫通孔１ａの数、大きさ、形状、並べ方などは、適宜変更可能である。また、鋼材１は、普通鋼、高張力鋼（ハイテン）などを含み、アルミニウム材２は、純アルミニウム系材、アルミニウム合金系材などを含む。鋼材１は、本発明における第１部材に相当し、アルミニウム材２は、本発明における第２部材に相当する。

この場合、溶接はアーク溶接によって行われ、図８のように、溶接トーチ１１を溶接を施すべき貫通孔１ａ上に位置させてアーク溶接を行う。その結果、溶接トーチ１１の溶接棒１１ａが溶けて、溶けた溶加材が貫通孔１ａ内に充填される。ここで、溶接棒１１ａはアルミニウム系材料にて構成されており、溶加材は、貫通孔１ａから露出している部位のアルミニウム材２と溶着される。溶接は、図２、３、８のように、溶加材が貫通孔１ａから鋼材１の表面上にあふれ出るように行われる。鋼材１表面上にあふれ出た溶加材は、冷却された後に溶接ビード３となって貫通孔１ａ周りの鋼材１に被せられる。このように、アルミニウム材２は溶接ビード３と溶着され、鋼材１は溶接ビード３と機械結合される。その結果、異材である鋼材１とアルミニウム材２との接合が行われる。溶接ビード３が本発明における溶接部となる。

図６は、溶接トーチ１１に通電されるアーク溶接のための電流、及び溶接トーチ１１の各溶接箇所への移動を制御する制御システムを示す。溶接トーチ１１には、溶接システム１３により所定の溶接電流が供給され、溶接トーチ１１を各溶接箇所へ移動させるための駆動モータ１２にも、溶接システム１３により所定の駆動電流が供給される。それらの溶接電流及び駆動電流は、溶接システム１３に接続されたコンピュータ１４によって制御される。コンピュータ１４は、溶接電流を予め設定された電流に制御すべく溶接システム１３から実際に溶接トーチ１１に供給されている溶接電流値を入力している。また、コンピュータ１４は、溶接トーチ１１の位置を制御すべく溶接システム１３から溶接トーチ１１の現位置信号を入力している。更に、コンピュータ１４は、溶接トーチ１１の溶接時の移動速度（溶接速度）を制御すべく溶接システム１３から溶接トーチ１１の現在の移動速度（溶接速度）信号を入力している。

図７は、溶接システム１３から溶接トーチ１１に供給される溶接電流を示す。各貫通孔１ａに対応して行われる溶接時の溶接電流は、全体として矩形波とされている。即ち、溶接トーチ１１が各貫通孔１ａに沿って一定速度で移動する間、各貫通孔１ａの上に位置する間は溶接トーチ１１に所定値に制御された溶接電流が供給され、各貫通孔１ａ間を移動する間は溶接トーチ１１に供給される溶接電流はゼロとされている。

このように溶接電流が制御されることにより、溶接は溶接トーチ１１が貫通孔１ａ上に位置している間のみ行われ、貫通孔１ａ間を移動するときは溶接電流が遮断される。そのため、溶接に伴って発生する熱は溶接電流が遮断される分だけ抑制され、鋼材１及びアルミニウム材２に蓄積される熱量は抑制される。即ち、溶接の進行に伴って蓄積される熱量の増加が抑制される。各貫通孔１ａにおける溶接時には一定の溶接熱が発生するが、それ以前に蓄積されている熱量が溶接の進行とともに増加しないため、各溶接箇所における溶接部位への入熱量のアンバランスが抑制され、溶接開始側領域と溶接終了側領域との溶接品質のばらつきを抑制することができる。

図９は、各貫通孔１ａに対して行われる溶接の順序を示す。図９において、「Ａ」で示すパターンでは、直列に並んだ複数の貫通孔１ａに対して、外側、内側、外側、内側の順で溶接する場合を示す。図中、数字は溶接順序を示す。従って、この場合、最初に「１」で示す図９にて左端の貫通孔１ａに対して溶接が行われ、次に「２」で示す真中付近の貫通孔１ａに対して溶接が行われる。以後、数字の順序で溶接が行われる。

比較例としての「Ｄ」で示すパターンでは、直列に並んだ複数の貫通孔１ａの内、図９にて左端の貫通孔１ａから右端の貫通孔１ａに向けて順番に溶接が行われる。数字が溶接の順序を示す。

「Ａ」で示すパターンで溶接を行う場合は、溶接が行われる箇所間に他の溶接箇所を挟んで溶接箇所間が互いに離間した位置となる。そのため、先に行われた溶接熱の影響が次に行われる溶接に与える影響は、「Ｄ」で示すパターンで溶接を行う場合に比べて抑制される。従って、各溶接箇所における溶接部位への入熱量のアンバランスが抑制され、溶接開始側領域と溶接終了側領域との溶接品質のばらつきを抑制することができる。

「Ｂ」で示すパターンは、直列に並んだ複数の貫通孔１ａに対して、図９にて左端の貫通孔１ａから右端の貫通孔１ａに向けて一つ飛ばしで繰り返し溶接が行われる。図中、数字が溶接の順序を示す。また、「Ｃ」で示すパターンは、直列に並んだ複数の貫通孔１ａに対して、内側、外側、内側、外側の順で溶接する場合を示す。図中、数字は溶接順序を示す。従って、この場合、最初に「１」で示す図９にて真中付近の貫通孔１ａに対して溶接が行われ、次に「２」で示す右端の貫通孔１ａに対して溶接が行われる。以後、数字の順序で溶接が行われる。

「Ｂ」及び「Ｃ」で示すパターンで溶接を行う場合も、「Ａ」で示すパターンの場合と同様、溶接が行われる箇所間に他の溶接箇所を挟んで溶接箇所間が互いに離間した位置となる。そのため、先に行われた溶接熱の影響が次に行われる溶接に与える影響は、「Ｄ」で示すパターンで溶接を行う場合に比べて抑制される。従って、各溶接箇所における溶接部位への入熱量のアンバランスが抑制され、溶接開始側領域と溶接終了側領域との溶接品質のばらつきを抑制することができる。

このように各貫通孔１ａに対応する各溶接箇所を連続して溶接せず、各溶接箇所毎に独立して溶接を行うことにより、各溶接箇所に対応する溶接ビード３は互いに独立して形成される。即ち、各溶接ビード３のアルミニウム材２からの厚さの頂点Ｐ（図１〜３参照）は、各溶接箇所毎に形成される。

図１０は、本発明の第２実施形態を示す。第２実施形態が第１実施形態に対して特徴とする点は、各溶接箇所における溶接を貫通孔１ａの壁面に沿って行うようにした点である。その他の構成は第１実施形態と同一であり、同一部分の再度の説明は省略する。

第２実施形態では、溶接トーチ１１における溶接棒１１ａの溶接時の移動軌跡を、図１０の矢印で示すように、貫通孔１ａの壁面の内側に沿わせている。そのため、溶接に伴う溶加材は貫通孔１ａの壁面に沿って充填され、貫通孔１ａの中心部に充填される溶加材の量が抑制されて溶接ビード３の厚さは抑制される。

溶接により鋼材１とアルミニウム材２とが接合されるためには、溶加材がアルミニウム材２と溶着することと溶接ビード３が貫通孔１ａ周りの鋼材１に被せられることが重要で、貫通孔１ａの中心付近に溶接ビード３が厚く形成されることは重要ではない。第２実施形態によれば、接合のために重要な溶加材を形成すべく、貫通孔１ａの壁面に沿う溶接を重点的に行うことにより溶接時間を短縮し、溶接による熱の蓄積を抑制することができる。従って、熱の蓄積の影響による各溶接箇所における溶接部位への入熱量のアンバランスが抑制され、溶接開始側領域と溶接終了側領域との溶接品質のばらつきを抑制することができる。

図１１は、本発明の第３実施形態を示す。第３実施形態が第１実施形態に対して特徴とする点は、溶接の進行における溶接終了側は溶接開始側に比べて溶接に伴って新たに加えられる入熱量を少なくするように溶接電流を制御する点である。その他の構成は第１実施形態と同一であり、同一部分の再度の説明は省略する。

第３実施形態では、溶接の進行と共に、溶接電流が漸次小さくされている。係る溶接電流の制御は、溶接位置と関係付けして、図１１のように、コンピュータ１４のメモリに予めマップとして記憶されている。コンピュータ１４は、そのマップによって設定された溶接電流となるように溶接システム１３を介してフィードバック制御する。なお、このとき、溶接電圧及び溶接速度は、溶接の進行と共に変化させず、一定とされている。

第３実施形態によれば、各溶接箇所に新たに加えられる入熱量が、溶接の進行に伴って少なくされるため、溶接の進行に伴って溶接による熱の蓄積量が増大しても、熱の蓄積の影響で溶接箇所における溶接部位への入熱量が増大するのを抑制することができる。そのため、各溶接箇所における溶接部位への入熱量のアンバランスが抑制され、各溶接箇所における溶接は適切に行われて、溶接開始側領域と溶接終了側領域との溶接品質のばらつきを抑制することができる。

図１２は、本発明の第４実施形態を示す。第４実施形態が第１実施形態に対して特徴とする点は、溶接の進行における溶接終了側は溶接開始側に比べて溶接に伴って新たに加えられる入熱量を少なくするように溶接速度を制御する点である。その他の構成は第１実施形態と同一であり、同一部分の再度の説明は省略する。

第４実施形態では、溶接の進行と共に、溶接速度が漸次速くされている。係る溶接速度の制御は、溶接位置と関係付けして、図１２のように、コンピュータ１４のメモリに予めマップとして記憶されている。コンピュータ１４は、そのマップによって設定された溶接速度となるように溶接システム１３を介してフィードバック制御する。この場合、溶接速度の切換は、各溶接箇所の溶接開始点に対応して行われるようにされている。なお、このとき、溶接電流は、溶接の進行と共に変化させず、一定とされている。

第４実施形態においても、上述の第３実施形態と同様の作用効果を達成することができる。

図１３、１４は、本発明の第５実施形態を示す。第５実施形態が第１実施形態に対して特徴とする点は、溶接の進行における溶接開始側は溶接終了側に比べて溶接箇所の貫通孔を形成する壁面が傾斜して形成されている点である。その他の構成は第１実施形態と同一であり、同一部分の再度の説明は省略する。

第５実施形態では、図１４のように、溶接が開始される図にて左端の貫通孔１ａの壁面は大きく傾斜して形成され、溶接が終了される図にて右端の貫通孔１ａの壁面は傾斜されていない。そして、図にて左右両端の貫通孔１ａの間にある貫通孔１ａは、図にて左側から右側に移るにつれて、その壁面の傾斜が漸次少なくなるようにされている。

このように形成されたため、貫通孔１ａの内部に充填される溶加材の量は、溶接が開始される溶接開始側は多く、溶接が終了される溶接終了側は少なくされる。そのため、溶接開始側の入熱量を多めにして溶接を安定させ、溶接終了側は熱の蓄積量を考慮して溶接部位への入熱量を抑制して、溶接開始側領域と溶接終了側領域との溶接品質のばらつきを抑制することができる。なお、図１３、１４では、壁面の傾斜を壁面が上側を向くようにしたが、壁面が下側を向くようにしてもよい。後者のように下向きとした場合は、溶加材の量を変えないで、溶加材と母材であるアルミニウム材２との溶着面を大きくすることができ、鋼材１とアルミニウム材２との接合強度を強くすることができる。

図１５は、本発明の第６実施形態を示す。第６実施形態が第１実施形態に対して特徴とする点は、溶接の進行における溶接終了側は溶接開始側に比べて各溶接箇所における貫通孔１ａ同士の間隔を広くした点である。その他の構成は第１実施形態と同一であり、同一部分の再度の説明は省略する。

第６実施形態では、溶接開始点である図１５にて左端の貫通孔１ａから右側に進む程、貫通孔１ａ同士の間隔が広くされている。図１５にて左端の貫通孔１ａと左から２番目の貫通孔１ａとの距離がＬ１、左から２番目の貫通孔１ａと左から３番目の貫通孔１ａとの距離がＬ２、以降それぞれ右側の貫通孔１ａとの距離がＬ３、Ｌ４、Ｌ５とされている。そして、各距離の大きさは、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３＜Ｌ４＜Ｌ５とされている。ここでは、各貫通孔１ａは、その大きさが互いに等しくされ、直径Ｄ０の円形とされている。

第６実施形態によれば、溶接開始側は、貫通孔１ａ同士の間隔が狭くされているため、単位体積当りの鋼材１としての熱容量が比較的小さく、溶接開始後速やかに鋼材１の温度を上昇させて溶接を安定させることができる。一方、溶接終了側は、溶接開始側に比べて各溶接箇所における貫通孔１ａ同士の間隔が広いため、単位体積当りの鋼材１の熱容量が比較的大きくされ、各溶接箇所における溶接に伴う温度上昇を抑制することができる。そのため、溶接開始側領域と溶接終了側領域との溶接品質のばらつきを抑制することができる。

図１６は、本発明の第７実施形態を示す。第７実施形態が第１実施形態に対して特徴とする点は、溶接の進行における溶接終了側は溶接開始側に比べて各溶接箇所における貫通孔１ａの面積を小さくした点である。その他の構成は第１実施形態と同一であり、同一部分の再度の説明は省略する。

第７実施形態では、溶接開始点である図１６にて左端の貫通孔１ａから右側に進む程、貫通孔１ａの大きさが小さくされている。各貫通孔１ａは円形とされており、その直径が図１６にて左端の貫通孔１ａではＤ１、左から２番目の貫通孔１ａではＤ２とされ、以降右側に続く貫通孔１ａの直径がＤ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６とされている。そして、各直径の大きさは、Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３＞Ｄ４＞Ｄ５＞Ｄ６とされている。ここでは、各貫通孔１ａ同士の間隔は、互いに等しくされ、Ｌ０とされている。

第７実施形態によれば、溶接開始側は、貫通孔１ａの面積が大きくされているため、単位体積当りの鋼材１としての熱容量が比較的小さく、溶接開始後速やかに鋼材１の温度を上昇させて溶接を安定させることができる。一方、溶接終了側は、溶接開始側に比べて各溶接箇所における貫通孔１ａの大きさが次第に小さくされているため、単位体積当りの鋼材１の熱容量が溶接終了側ほど大きくされ、各溶接箇所における溶接に伴う温度上昇を抑制することができる。そのため、溶接開始側領域と溶接終了側領域との溶接品質のばらつきを抑制することができる。

以上、特定の実施形態について説明したが、本発明は、それらの外観、構成に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。例えば、上記実施形態では、溶接をアーク溶接によって行うものとしたが、貫通孔１ａ内に溶加材を充填でき、溶接ビード３が形成できるものであれば、レーザ溶接などでもよい。

１鋼材（第１部材）
１ａ貫通孔
２アルミニウム材（第２部材）
３溶接ビード（溶接部）
１１溶接トーチ
１１ａ溶接棒
１２駆動モータ
１３溶接システム
１４コンピュータ

Claims

第１の材料から成る第１部材と前記第１の材料に比べて融点の低い第２の材料から成る第２部材とが溶接部によって接合されて成る異材接合継手であって、
前記接合箇所において前記第１部材に複数の貫通孔が開けられており、これらの貫通孔内に前記第２の材料から成る溶加材が充填されており、
各貫通孔に対応した溶接箇所において、前記第２部材の前記貫通孔に臨む面に堆積されて形成された溶接ビードの厚さの頂点が、溶接箇所毎に互いに独立して形成されており、
溶接の進行における溶接開始側は溶接終了側に比べて前記貫通孔を形成する壁面が傾斜して形成されている異材接合継手。
鋼材とアルミニウム材の接合箇所において鋼材に複数の貫通孔を開けられており、これらの貫通孔内にアルミニウム系材料の溶加材を充填された部位を溶接部として、鋼材とアルミニウム材とが接合されて成る異材接合継手であって、
各貫通孔に対応した溶接箇所において、アルミニウム材の前記貫通孔に臨む面に堆積されて形成された溶接ビードの厚さの頂点が、溶接箇所毎に互いに独立して形成されており、
溶接の進行における溶接開始側は溶接終了側に比べて前記貫通孔を形成する壁面が傾斜して形成されている異材接合継手。
請求項１又は２において、
溶接の進行における溶接終了側は溶接開始側に比べて前記貫通孔同士の間隔を広くする、及び／又は前記貫通孔の面積を小さくする異材接合継手。
第１の材料から成る第１部材と、前記第１の材料に比べて融点の低い第２の材料から成る第２部材との接合箇所において前記第１部材に複数の貫通孔を開け、これらの貫通孔内に前記第２の材料から成る溶加材を充填することにより前記第１部材と前記第２部材とを溶接接合する溶接接合方法であって、
各貫通孔に対応した溶接箇所毎に行う溶接を、溶接熱の蓄積を抑制するように時間を空けて行い、
溶接の進行における溶接開始側は溶接終了側に比べて前記貫通孔を形成する壁面が傾斜して形成されている溶接接合方法。
鋼材とアルミニウム材の接合箇所において鋼材に複数の貫通孔を開け、これらの貫通孔内にアルミニウム系材料の溶加材を充填することにより鋼材とアルミニウム材とを溶接接合する溶接接合方法であって、
各貫通孔に対応した溶接箇所毎に行う溶接を、溶接熱の蓄積を抑制するように時間を空けて行い、
溶接の進行における溶接開始側は溶接終了側に比べて前記貫通孔を形成する壁面が傾斜して形成されている溶接接合方法。
請求項４又は５において、
複数の溶接箇所のうち、今溶接を行う溶接箇所と、次に溶接を行う溶接箇所との間に、他の溶接箇所を挟む順序で溶接を行う溶接接合方法。
請求項４ないし６のいずれかにおいて、
各溶接箇所における溶接は、前記貫通孔の壁面に沿って行う溶接接合方法。
請求項４ないし７のいずれかにおいて、
溶接の進行における溶接終了側は溶接開始側に比べて溶接に伴って新たに加えられる入熱量を少なくするように溶接電流及び／又は溶接速度を制御する溶接接合方法。
請求項４ないし８のいずれかにおいて、
溶接の進行における溶接終了側は溶接開始側に比べて前記貫通孔同士の間隔を広くする、及び／又は前記貫通孔の面積を小さくする溶接接合方法。