JP6726139B2 - 部材の製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、アーク溶接を伴う部材の製造方法に関する。

アルミニウム部材は、その外面に融点の高い酸化被膜を有する。このため、複数のアルミニウム部材の溶接を開始する際には、これらのアルミニウム部材に予熱を与え、酸化被膜が溶融し易くする必要があった。

また、特許文献１には、アルミニウム部材の溶接品質を向上させる方法が記載されている。具体的には、該文献には、複数のアルミニウム部材のミグ溶接を開始する際、酸化被膜の状態に応じて、出力電圧及びアーク長を制御することが記載されている。

特開２００５−４０８１２号公報

しかしながら、特許文献１に記載された方法では、複数のアルミニウム部材を溶接する工程が複雑化してしまう。
簡易的な方法で、アルミニウム、又は、アルミニウム合金に対するアーク溶接を良好に行うのが望ましい。

本開示の一側面である製造方法では、溶接トーチの先端部から延びる溶接ワイヤにてアーク放電を行うアーク溶接により、アルミニウムを含む金属からなる複数のアルミ部材を接合して得られる部材が製造される。溶接トーチは、アーク溶接がなされる箇所に向けてシールドガスを放出するよう構成される。また、複数のアルミ部材の外面には、第１端部から第２端部にかけて延びる溶接ラインと、第３端部から第４端部にかけて延びる予備ラインとが設けられており、予備ラインの第４端部は、溶接ラインの第１端部に繋がっている。

そして、溶接ワイヤが、外面におけるアーク溶接がなされる箇所に対し垂直な状態、又は、前進角方向に延びた状態で、予備ラインに沿って第３端部から第４端部に向かうアーク溶接と、溶接ラインに沿って第１端部から第２端部に向かうアーク溶接とが連続的に行われる。なお、前進角方向とは、溶接ラインに沿ったアーク溶接の際、先端側が根元側よりも第２端部側に位置した状態となる溶接ワイヤの延びる方向である。

そして、第４端部における前記予備ラインの向きが、予備ライン方向とされ、第１端部における前記溶接ラインの向きが、溶接ライン方向とされる。また、予備ラインは、第３端部に向かって第４端部から予備ライン方向に延びる直線と、第２端部に向かって第１端部から溶接ライン方向に延びる直線とがなす角度のうちの小さい方の角度が、鈍角となるよう調整されている。

このような構成によれば、溶接ラインに沿ったアーク溶接の前に、予備ラインに沿ったアーク溶接が行われ、これにより、複数のアルミ部材に予熱が与えられる。このため、溶接ラインに沿った溶接を良好に行うことができる。

また、溶接ワイヤは、アーク溶接がなされる箇所に対し垂直な状態、又は、前進角方向に延びた状態となる。このため、溶接ラインに沿ったアーク溶接の際、溶接の進行方向側にシールドガスが放出され、溶接ライン上の各位置を、アーク溶接がなされる前から効果的にシールドガスで覆うことが可能となる。これにより、溶接箇所に大気が進入して該溶接箇所の温度が上昇し、溶接箇所にブローホールが生じるのを抑制できる。

また、予備ラインと溶接ラインとが交差する角度は、鈍角となっている。このため、予備ラインに沿ったアーク溶接の完了後、溶接ラインに沿ったアーク溶接を開始する際、溶接の進行方向が大きく変わるのを抑制できる。これにより、溶接ラインに沿ったアーク溶接の開始時においても、溶接ライン上の各位置を、アーク溶接がなされる前から効果的にシールドガスで覆うことが可能となる。したがって、溶接箇所に大気が進入して溶接箇所の温度が上昇し、溶接箇所にブローホールが生じるのを抑制できる。また、溶接ラインに沿ったアーク溶接を開始する際に溶接の進行方向が変化する角度は鈍角となるため、溶接が進行する速度の低下を抑制できる。つまり、溶接ラインに沿ったアーク溶接を開始する際、より迅速に溶接の進行方向を変更できる。このため、溶接ラインと予備ラインとの交点付近が過度に加熱されるのを抑制でき、アーク溶接を安定した品質で行うことが可能となる。

したがって、簡易的な方法で、アルミニウム、又は、アルミニウム合金に対するアーク溶接を良好に行うことができる。

図１Ａは、溶接トーチの説明図である。図１Ｂは、予備ライン及び溶接ラインの一例を示す斜視図である。 図２Ａは、予備ライン及び溶接ラインの一例を示す上面図である。図２Ｂは、予備ライン及び溶接ラインの一例を示す上面図である。

以下、本開示の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本開示の実施の形態は、下記の実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。

［製造方法の説明］
本実施形態の製造方法では、図１Ａに示すように、アーク溶接により接合部材１００が製造される。なお、接合部材１００とは、例えば、自動車等の車両に用いられる部材であっても良い。アーク溶接とは、電流によって生じるアーク放電の熱を利用する溶接方法である。本実施形態では、一例として、ミグ溶接が用いられる。しかしながら、例えば、マグ溶接、ティグ溶接、又は、プラズマ溶接等といった、シールドガスが用いられる他の種類のアーク溶接が用いられても良い。

本実施形態のアーク溶接では、図１Ａの溶接トーチ１０が用いられる。溶接トーチ１０は、本体部１３と、先端部１２と、溶接ワイヤ１１とを有する。
本体部１３は、細長い形状を有しており、その先端部分が鉛直方向に対し傾斜するように屈曲している。

先端部１２は、本体部１３の先端から突出している細長い部位である。先端部１２は、鉛直方向に対し傾斜した方向に延びる。また、先端部１２は、アーク溶接の際、その先端からシールドガス１４を放出するよう構成されている。放出されたシールドガス１４は、母材における溶接箇所に向かう。なお、シールドガス１４は、先端部１２の先端から溶接ワイヤ１１が延びる方向に沿って、該先端から放出されても良い。

溶接ワイヤ１１は、アーク溶接の際にアーク放電を行う電極として用いられる。溶接ワイヤ１１は、溶接トーチ１０の内部を、本体部１３及び先端部１２に沿って貫通した状態で配置され、先端部１２の先端から、先端部１２の延びる方向に沿って直線状に延びる。より詳しくは、図１Ａ、１Ｂに示すように、先端部１２の先端から延びる溶接ワイヤ１１は、鉛直方向に対する角度１１ａがＸ°となるように傾斜している。なお、Ｘ°とは、一例として、０°より大きく、９０°未満の角度であっても良い。また、Ｘ°とは、一例として、０°より大きく、２０°未満の角度であっても良い。また、Ｘ°とは、一例として１０°又は略１０°であっても良い。

そして、接合部材１００の製造工程では、アルミニウムを含む金属からなる複数のアルミ部材１１０がアーク溶接により接合される。接合部材１００は、複数のアルミ部材１１０を接合することで得られる。複数のアルミ部材１１０の各々は、例えば、アルミニウムであっても良いし、アルミニウムを含む合金であっても良い。

より詳しくは、複数のアルミ部材１１０の外面に設けられた溶接ラインに沿って、アーク溶接が行われる。溶接ラインは、一例として、該外面における複数のアルミ部材１１０が互いに接触する部分に設けられ、第１端部から第２端部にかけて延びる。また、該外面には予備ラインがさらに設けられる。予備ラインは、第３端部から第４端部にかけて延び、第４端部が溶接ラインの第１端部に繋がる。

一例として、本実施形態では、図１Ａ、１Ｂに示すように、複数のアルミ部材１１０は、積層された板状の上側アルミ部材１２０及び下側アルミ部材１１０を含む。そして、図１Ｂ、２Ａに示すように、下側アルミ部材１１０の外面である溶接面１１１において、例えば、上側アルミ部材１２０の縁部に接触する部分に、直線状の溶接ライン２０が設けられても良い。なお、図２Ｂに示すように、上側アルミ部材１２０の縁部は、曲線状であっても良い。この場合、例えば、溶接面１１１における上側アルミ部材１２０の縁部に接触する部分に、曲線状の溶接ライン５０が設けられても良い。この他にも、例えば、溶接面１１１における上側アルミ部材１２０の縁部に接触する部分の近傍に、直線状又は曲線状の溶接ライン５０が設けられても良い。

また、一例として、図１Ｂ、２Ａに示すように、溶接面１１１に、直線状の溶接ライン２０に繋がる直線状の予備ライン３０が設けられても良い。また、一例として、図２Ｂに示すように、溶接面１１１に、曲線状の溶接ライン５０に繋がる曲線状の予備ライン６０が設けられても良い。無論、直線状の溶接ライン２０に繋がる曲線状の予備ラインが設けられても良いし、曲線状の溶接ライン５０に繋がる直線状の予備ラインが設けられても良い。

なお、予備ラインは、複数のアルミ部材の外面に跨って設けられていても良い。また、溶接面１１１は、例えば、平面又は曲面であっても良いし、凹凸を有していても良い。
ここで、第４端部における予備ラインが延びる向きを、予備ライン方向とする。図２Ａに示すように、予備ライン３０が直線状である場合には、予備ライン３０の延びる向きが予備ライン方向となる。一方、図２Ｂに示すように、予備ライン６０が曲線状である場合には、第４端部６１における予備ライン６０の接線６１ａが延びる向きが、予備ライン方向となる。

また、第１端部における溶接ラインの向きを、溶接ライン方向とする。図２Ａに示すように、溶接ライン２０が直線状である場合には、溶接ライン２０の延びる向きが溶接ライン方向となる。一方、図２Ｂに示すように、溶接ライン５０が曲線状である場合には、第１端部５１における溶接ライン５０の接線５１ａが延びる向きが、溶接ライン方向となる。

そして、予備ラインは、溶接ラインに対する進入角が鈍角となるように調整されている。なお、鈍角とは、９０°よりも大きく、１８０°未満である角度を意味する。また、進入角とは、予備ラインの第３端部に向かって第４端部から予備ライン方向に延びる直線と、溶接ラインの第２端部に向かって第１端部から溶接ライン方向に延びる直線とがなす角度のうちの、小さい方の角度を意味する。

具体的には、図２Ａに示すように、溶接ライン２０と予備ライン３０とが共に直線である場合には、第１端部２１（換言すれば、第４端部３１）にて溶接ライン２０と予備ライン３０とがなす角度のうち、小さい方の角度が、進入角度４０となる。また、図２Ｂに示すように、溶接ライン５０と予備ライン６０とが共に曲線である場合には、第１端部５１における溶接ライン５０の接線５１ａと、第４端部６１における予備ライン６０の接線６１ａとがなす角度のうち、小さい方の角度が、進入角度７０となる。なお、溶接ライン５０の接線５１ａは、第１端部５１から第２端部５２側に延びる。また、予備ライン６０の接線６１ａは、第４端部６１から第３端部６２側に延びる。

そして、複数のアルミ部材１１０を接合する際には、予備ラインに沿って第３端部から第４端部に向かうアーク溶接と、溶接ラインに沿って第１端部から第２端部に向かうアーク溶接とが、連続的に行われる。より詳しくは、まず、予備ラインに沿って第３端部から第４端部に向かうアーク溶接が行われる。そして、予備ラインに沿ったアーク溶接が第４端部に到達すると、そのまま溶接の進行方向が変更され、溶接ラインに沿って第１端部から第２端部に向かうアーク溶接が行われる。

予備ライン、及び、溶接ラインに沿ったアーク溶接の際は、先端部１２から延びる溶接ワイヤ１１が前進角方向又は垂直方向に延びた状態が維持されるよう、少なくとも溶接トーチ１０における先端部１２の向きが調整される。なお、図１Ｂは、予備ライン３０及び溶接ライン２０に沿ったアーク溶接により生じたビード１１１ａを示している。また、溶接ラインに沿ったアーク溶接の際、先端部１２からシールドガスが常時前進角方向に放出されるよう、先端部１２の向き等が調整されていても良い。

なお、前進角方向とは、溶接ラインに沿ったアーク溶接の際、先端側が根元側よりも第２端部側に位置した状態となる溶接ワイヤ１１の延びる方向である。換言すれば、前進角方向とは、図１Ａ、１Ｂに示すように、先端側が根元側よりも溶接の進行方向１５側に位置する状態となる溶接ワイヤ１１の延びる方向である。また、垂直方向とは、複数のアルミ部材１００の外面におけるアーク溶接がなされる箇所に対し垂直な方向である。

本実施形態では、先端部１２から延びる溶接ワイヤ１１が鉛直方向に対し上述したＸ°傾斜した状態となる。このため、例えば、溶接面が平面状であり、且つ、アーク溶接の際に溶接面が水平に配置された場合には、溶接ワイヤ１１は、溶接面の垂線に対しＸ°傾斜した状態となる。そして、溶接ラインに沿ったアーク溶接の際には、溶接ワイヤ１１が前進角方向又は垂直方向に延びた状態が維持されるよう、例えば、溶接の進行方向、又は、複数のアルミ部材１１０の向き等が調整される。また、例えば、平面状の溶接面が水平でない場合、又は、溶接面が曲面状である場合であっても、溶接ラインに沿ったアーク溶接の際には、該状態が維持されるよう、同様の調整がなされる。

［効果］
上記実施形態によれば、溶接ラインに沿ったアーク溶接の前に、予備ラインに沿ったアーク溶接が行われ、これにより、複数のアルミ部材１１０に予熱が与えられる。このため、溶接ラインに沿った溶接を良好に行うことができる。

また、溶接ワイヤ１１は、前進角方向又は垂直方向に延びた状態となる。このため、溶接ラインに沿ったアーク溶接の際、溶接の進行方向側にシールドガスが放出され、溶接ライン上の各位置を、アーク溶接がなされる前から効果的にシールドガスで覆うことが可能となる。これにより、溶接箇所に大気が進入して該溶接箇所の温度が上昇し、溶接箇所にブローホールが生じるのを抑制できる。

しかし、予備ラインと溶接ラインとの間の進入角度が鋭角の場合、予備ラインに沿ったアーク溶接の完了後、溶接ラインに沿ったアーク溶接を開始する際、溶接の進行方向が大きく変わる。このため、溶接ラインに沿ったアーク溶接の開始時に、溶接の進行方向側にシールドガスが十分に放出されず、溶接ライン上の各位置を、アーク溶接がなされる前から効果的にシールドガスで覆うのが困難となる。その結果、溶接箇所に大気が進入して該溶接箇所の温度が上昇し、溶接箇所にブローホールが生じ易くなる。さらに、短期間で溶接の進行方向を変更するのが困難となり、溶接ラインと予備ラインとの交点付近が過度に加熱される。

これに対し、上記実施形態では、予備ラインと溶接ラインとの間の進入角度は、鈍角となっている。このため、予備ラインに沿ったアーク溶接の完了後、溶接ラインに沿ったアーク溶接を開始する際、溶接の進行方向が大きく変わるのを抑制できる。これにより、溶接ラインに沿ったアーク溶接の開始時においても、溶接ライン上の各位置を、アーク溶接がなされる前から効果的にシールドガスで覆うことが可能となる。したがって、溶接箇所に大気が進入して溶接箇所の温度が上昇し、溶接箇所にブローホールが生じるのを抑制できる。また、溶接ラインに沿ったアーク溶接を開始する際に溶接の進行方向が変化する角度は鈍角となるため、溶接が進行する速度の低下を抑制できる。つまり、溶接ラインに沿ったアーク溶接を開始する際、短期間で溶接の進行方向を変更できる。このため、溶接ラインと予備ラインとの交点付近が過度に加熱されるのを抑制でき、アーク溶接を安定した品質で行うことが可能となる。

したがって、例えば、複数のアルミ部材１１０の酸化被膜の状態を把握したり、アーク溶接における出力電圧、又は、アーク長等を調整したりすること無く、簡易的な方法で、複数のアルミ部材１１０に対するアーク溶接を良好に行うことができる。

［他の実施形態］
（１）上記実施形態では、溶接ライン及び予備ラインの双方が直線状である場合と曲線状である場合とを例示した。しかしながら、溶接ライン及び予備ラインの一方が直線状であり、他方が曲線状であっても良い。

（２）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を、課題を解決できる限りにおいて省略してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

１０…溶接トーチ、１１…溶接ワイヤ、１２…先端部、１４…シールドガス、２０…溶接ライン、２１…第１端部、２２…第２端部、３０…予備ライン、３１…第４端部、３２…第３端部、４０…進入角度、５０…溶接ライン、５１…第１端部、５２…第２端部、６０…予備ライン、６１…第４端部、６２…第３端部、１００…接合部材、１１０…アルミ部材、１１０…下側アルミ部材、１１１…溶接面、１２０…上側アルミ部材。

Claims (1)

1. 溶接トーチの先端部から延びる溶接ワイヤにてアーク放電を行うアーク溶接により、アルミニウムを含む金属からなる複数のアルミ部材を接合して得られる部材の製造方法であって、
   前記溶接トーチは、前記アーク溶接がなされる箇所に向けてシールドガスを放出するよう構成され、
   前記複数のアルミ部材における平面状に広がる外面には、第１端部から第２端部にかけて延びる溶接ラインと、第３端部から第４端部にかけて延びる予備ラインとが設けられており、前記予備ラインの前記第４端部は、前記溶接ラインの第１端部に繋がっており、
   前記溶接ワイヤが、前記外面における前記アーク溶接がなされる箇所に対し垂直な状態、又は、前進角方向に延びた状態で、前記予備ラインに沿って前記第３端部から前記第４端部に向かう前記アーク溶接と、前記溶接ラインに沿って前記第１端部から前記第２端部に向かう前記アーク溶接とを連続的に行い、前記予備ラインに沿った前記アーク溶接が行われた後、そのまま、前記溶接ラインに沿った前記アーク溶接が行われ、
   前記前進角方向とは、前記溶接ラインに沿った前記アーク溶接の際、先端側が根元側よりも前記第２端部側に位置した状態となる前記溶接ワイヤの延びる方向であり、
   前記第４端部における前記予備ラインの向きを、予備ライン方向とし、
   前記第１端部における前記溶接ラインの向きを、溶接ライン方向とし、
   前記予備ラインは、前記第３端部に向かって前記第４端部から前記予備ライン方向に延びる直線と、前記第２端部に向かって前記第１端部から前記溶接ライン方向に延びる直線とがなす角度のうちの小さい方の角度が、鈍角となるよう調整されている
   製造方法。

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