JP6838886B2 - 溶接構造体及び溶接構造体の作製方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶接構造体及び溶接構造体の作製方法に関する。

従来、Ｔ字継手部を備えたレーザー溶接形鋼にあって、形成された溶融部の形状を適正なものとして所望の接合強度、所望の耐食性を確保したレーザー溶接形鋼を提供する方法として、以下の技術が提案されている。

かかるレーザー溶接は、いずれも鋼板からなるフランジ材に対してウェブ材の端部に垂直に押し当てられて形作られたＴ字状継手部がレーザー光の片側からの１パス照射によって溶融接合された形鋼であって、当該形鋼長手方向に垂直な断面の溶接部形状を、ａ：ウェブ材の表溶融幅（溶接側）、ｂ：ウェブ材の裏溶融幅（非溶接側）、ｃ：フランジ材の板圧方向最大溶け込み深さ、ｄ：フランジ材の表溶融幅（溶接側）、ｅ：フランジ材の裏溶融幅（非溶接側）、Ｔｗ：ウェブ材の板厚としたとき、ａ＞０ｍｍ、ｂ＞０ｍｍ、ｃ≧０．１４Ｔｗ、ｄ≧０ｍｍ、ｅ≧０ｍｍ、ａ＋ｄ≦２ｍｍ、ｂ＋e≦２ｍｍとしたことを特徴とするものである（特許文献１）。

しかしながら、かかる方法は、フランジ材に対してウェブ材の端部が隙間なく当接していることが条件となる。すなわち、例えば、プレス抜き加工で加工された端面は長手方向に対して垂直に形成されておらず、斜面状に形成されるため、ウェブ材の端部がフランジ材の表面に隙間なく配置できない場合には、この方法では適切な溶融接合を行なうことができないという課題がある。

勿論、最新の技術においては、ファインブランキング抜きやシェービング抜き等のように垂直な断面を作製する打ち抜き技術は存在するが、高コストであり、生産性が低いことから、このような傾きを有する端面をそのまま利用して、安定かつ強力に溶接された溶接構造体及び溶接構造体の作成方法が望まれている。

特開２０１２−１５２８２０号公報

本発明は、垂直な端面を有していないプレス断面を有する第２母材を使用して、第１母材に対してこのプレス断面をそのまま溶接した場合であっても、安定した高強度の溶接強度を有する溶接構造体を提供し、またこの溶接構造体の作製方法を提供することにある。

本発明は、上述の目的を達成するために、以下の手段を採った。

本発明にかかる溶接構造体は、
金属からなる第１母材と、
端面が傾いて形成されているプレス断面を有する金属からなる第２母材と、
を有し、
前記第２母材の端面が前記第１母材に対向するように立設して配置されてなり、かつ前記第２母材の端面が前記第１母材の面に対する隙間を減少させるように垂直方向から傾いて立設された状態で溶接されていることを特徴とする。

かかる構成を採用することによって、端面が傾斜して形成されていても、隙間を減少させた状態で溶接することができるので、溶接強度を向上させることができる。

また、本発明にかかる溶接構造体において、前記第２母材の端面と前記第１母材の面との隙間が、０．３ｍｍ以下となるように傾けて溶接されていることを特徴とするものであってもよい。隙間が０．３ｍｍ以下の状態で溶接することによって、溶接強度を飛躍的に向上させることができる。

また、本発明にかかる溶接構造体において、前記第２母材は屈曲部が形成され、溶接部位に対して前記屈曲部より遠い側の前記第２母材は、前記第１母材に対して垂直に立設されていることを特徴とするものであってもよい。かかる構成を採用することによって、第１母材に対して第２母材を傾けて溶接しても屈曲部より遠い部分は垂直に立設させた立設部を形成することができる。

さらに、本発明にかかる溶接構造体において、前記第２母材の溶接部位は、前記第２母材の所望の立設位置よりずらした位置に溶接されていることを特徴とするものであってもよい。かかる構成を採用することによって、所望の位置に第２母材を立設することができる。

さらに、本発明にかかる溶接構造体において、前記第２母材と、前記第１母材とを架設する架設部材を備えていることを特徴とするものであってもよい。かかる構成を採用することによって、第２母材をさらに強固に第１母材に固定することができる。

さらに、本発明にかかる溶接構造体において、前記第１母材は、自動車用シートレール装置のアッパーレール又はロアレールであることを特徴とするものであってもよい。本発明の溶接構造体は、シートレール装置のアッパーレール又はロアレールに好適に適用することができる。

さらに、本発明にかかる溶接構造体を作製する方法は、
プレス抜き加工によって、端面をプレス方向に対して傾斜を有するように加工するプレス抜き工程と、
前記プレス抜き工程によって抜き加工された第２母材の端面を溶接される第１母材に対して隙間を減少させるように傾斜して配置する配置工程と、
前記配置工程によって配置された第１母材と第２母材とをレーザー溶接する溶接工程と、
からなることを特徴とする。

さらに、前記溶接構造体を作製する方法において、
前記プレス抜き工程において抜き加工された第２母材に屈曲部を形成する屈曲工程を含むことを特徴とするものであってもよい。

本発明は、垂直な端面を有していないプレス断面を有する第２母材を使用して、第１母材に対してこのプレス断面をそのまま溶接しても、安定した高強度の溶接強度を有する溶接構造体を提供し、またこの溶接構造体の作製方法を提供する。

図１は、実施形態にかかる溶接構造体１００を示す模式図である。 図２は、実施形態にかかる第２母材２０の作製方法を示す模式図である。 図３は、プレス加工によって作製された第２母材２０を垂直に立設した場合の状態を示す模式図である。 図４は、実施形態にかかる溶接構造体１００の別形態を示す模式図である。 図５は、実施形態にかかる溶接構造体１００の別形態を示す模式図である。 図６は、本発明にかかる溶接構造体１００を自動車のシートレール装置のアッパーレールに適用した例を示す模式図である。 図７は、本発明にかかる溶接構造体１００の効果を説明するための比較例を示す模式図である。 図８は、本発明にかかる溶接方法の別実施形態を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面に沿って詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態及び図面は、本発明の実施形態の一部を例示するものであり、これらの構成に限定する目的に使用されるものではない。また、各図において対応する構成要素には同一又は類似の符号が付されている。

本実施形態にかかる溶接構造体１００は、図１に示すように、鋼材や鋼板等の金属からなる第１母材１０と、プレス抜き加工によって加工された端面を有する金属製の第２母材２０とを、レーザー溶接機５０によってレーザー溶接したものである。

溶接構造体１００に使用される第２母材２０は、図２に示すように、パンチ６１とダイ６２によるプレス抜き加工によって抜き加工されたものである。従って、第２母材２０の端面２１は、パンチ６１の押圧によってせん断面や破断面が形成され、端面（断面）２１は第２母材２０の平面２２に対して垂直な面ではなく傾きを有するプレス抜き端面が形成される。この傾きは限定されるものではないが、概ね１°〜１５°くらいの範囲で形成されることが多く、この傾きは金型によって調整することができる。このような傾いた端面２１を有する第２母材２０は垂直に立設して溶接すると、図３に示すように、第１母材１０と第２母材２０との間に大きな隙間が形成されてしまいレーザー溶接によって、完全に溶接されない部位が発生したり、穴あき部が形成されたり、溶接の弱い部位が発生する可能性がある。また、接点が小さいため、溶接後に製品が傾いてしまう可能性がある。そこで、本発明では、傾いた端面２１を有する第２母材２０は、第１母材１０に対して傾けた状態で溶接される。傾けた状態とすることで第１母材１０と第２母材２０の端面との全体の隙間をより狭くすることができ、レーザー溶接した場合であっても溶接強度の向上を図ることができる。この際に傾いた端面２１と同じ角度だけ傾けて溶接することが最も好ましい。例えば、３°傾いた端面を有する第２母材２０に対しては、第２母材２０を３°傾けた状態にし、隙間がなるべく小さくなるようにしてレーザー溶接されたものであることが好ましい。しかし、完全に同一角度でなくても、隙間がすべての部位で０．３ｍｍ以下となるように傾けた状態でレーザー溶接されたものであれば、問題なく溶接することができる。より好ましくは０．２ｍｍ以下の隙間で溶接したものが好ましい。

こうして作製された溶接構造体１００は、第１母材１０と第２母材２０の溶接の隙間減少及び溶接面の増大による溶接強度の向上を図ることができる。また、安定した溶接を行なうことができるため、作業性又は量産性の向上を図ることができる。

なお、本実施形態は、上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得る。

前述した溶接構造体１００において、図４に示すように第２母材２０に屈曲部２３を設けてもよい。屈曲部２３は、溶接部位から所定の距離において曲げ加工されたものであり、第２母材２０の屈曲部２３より上方部分が垂直に立設できるようにしたものである。すなわち、第２母材２０を溶接する際の傾き具合に応じて、屈曲部２３を屈曲させることで溶接部位より遠い部分を垂直に立設することができる。例えば、第２母材２０の傾きが３°である場合には、（１８０°−３°）の屈曲部２３を設けることによって屈曲部２３より上を垂直に立設することができる。溶接位置は、図４に示すように、垂直に立設される第２母材２０の中心線βと、溶接部における中心線γとの間隔ｘ分、予めずらした状態で溶接することによって、第２母材２０の垂直部分を所望の位置に配置することができる。すなわち、屈曲点から溶接部までの垂直距離ｘ、屈曲角度θの場合には、ｘ＝ｙtanθ分、予めずらして溶接するとよい。

また、このように屈曲形成された溶接構造体１００に対して、図５に示すように、第２母材２０の一部と、第１母体１０の一部に架設するように架設部材２２を取り付けることによって、第２母材２０をより強固に固定することができる。

また、前述した溶接構造体１００において、第１母材１０の面を予め傾きに合うように傾斜して配置し、第２母材２０を第１母材１０に対して傾けて溶接することで第２母材２０が所望の傾きとなるようにすることができる。例えば、図６に自動車用のシートレール装置のアッパーレールに応用した例が示してある。アッパーレールが第１母材１０に相当し、このアッパーレールに取り付けられる例えばブラケット等の溶接部材が第２母材２０に相当する。自動車用のシートレール装置のアッパーレール（１０）は、少なくとも天面１３とこの天面１３から垂直に形成される側面１４とを備え、天面１３にシート用のブラケット２０等が溶接される。このアッパーレールは、ハイテンション鋼を使用しているため、折り曲げの際にスプリングバッグ現象が発生する。そのため９０°に曲げたい場合には、９０°＋αの角度で一端曲げを作製する必要がある。そのため、図６に示すように、天面１３に本来不要な角度αを設けた後、後工程でプレスによって平面に戻すといった工程を行っている。ここで平面にしないと、従来の端面が垂直な第２母材を溶接した場合、図７に示すように第２母材が傾いてしまうからである。しかし、本実施形態にかかる第２母材２０を使用することによって、天面を平面に戻す工程を行なうことなく、傾斜した状態で溶接することで第２母材２０を垂直に立設させることができる。そのため、後工程が不要となる。同様にしてロアレールにも適用することができる。この場合ロアレールが第１母材１０に相当し、ロアレールに溶接される溶接部材が第２母材２０に相当する。

以上のような溶接構造体は、以下の工程による溶接方法によって作製することができる。本実施形態にかかる溶接方法は、主として、プレス抜き工程、配置工程及び溶接工程とを含んでいる。

プレス抜き工程は、図２に示すように、いわゆるパンチ６１とダイ６２からなる金型でプレスによって第２母材２０を作製する工程である。プレス抜き加工は、パンチ６１の押圧によって、第２母材２０にせん断面と破断面が形成されやすく、端面２１は垂直な面ではなく傾きを有する破断面又はせん断面が形成される。端面２１の傾きは、パンチ６１とダイ６２の調整により傾きを調整することができ、所望の角度の端面２１を作製することができる。

配置工程は、傾きを有する端面２１に合わせて、図１に示すように、第１母材１０と第２母材２０との隙間が０．３ｍｍ以下となるように傾けて配置する。配置方法は特に限定するものではなく、種々の方式を使用することができる。例えば、第２母材２０の傾きに適応する治具を作製してもよい。

溶接工程は、０．３ｍｍ以下の隙間に配置された第１母材１０及び第２母材２０をレーザー溶接機５０によって溶接する工程である。使用するレーザーは特に限定するものではなく、ＣＯ_２レーザーやＹＡＧレーザーその他溶接に使用可能なレーザーであればどのようなレーザーを使用してもよい。レーザーは、図８に示すように、第１母材１０に対して第２母材２０の反対側からレーザーを照射してもよい。

本溶接方法において、プレス抜き工程において抜き加工された第２母材２０に前述した屈曲部２３を形成する屈曲工程を含んでいても良い。屈曲工程は、溶接工程の前に行っても良いし、溶接工程の後に行っても良い。

また、本溶接方法において、第１母材１０を加工する加工工程を含んでいても良い。例えば、シートレール装置のアッパーレールのように第１母材１０を予め加工する工程を含んでいてもよい。かかる工程によって、第２母材２０の立設方向を所望の方向に設置することができる。

こうした上記実施形態にかかる溶接方法によって溶接された溶接構造物によれば、溶接の隙間減少及び溶接面の増大による溶接強度の向上を図ることができる。また、安定した溶接を行なうことができるため、作業性又は量産性の向上を図ることができる。さらに、溶接の隙間減少により溶接機ティーチングの修正時間を削減することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得る。

上述した実施形態で示すように、様々な金属部品の溶接構造体として、産業上利用可能である。

１０…第１母材、１３…天面、１４…側面、２０…第２母材、２１…端面、２２…平面、２３…屈曲部、５０…レーザー溶接機、６１…パンチ、６２…ダイ、１００…溶接構造体

Claims (6)

1. 金属からなる第１母材と、
   端面が側面に対して傾いて形成されているプレス断面を有する金属からなる第２母材と、
   を有し、
   前記第２母材は、前記第２母材の端面が前記第１母材の溶接される面に対向するように立設して配置されてなり、かつ前記第２母材の端面が前記第１母材の面に対する隙間を減少させるように傾いて立設され、
   かつ前記第２母材は屈曲部が形成され、溶接部位に対して前記屈曲部より遠い側の前記第２母材の側面は、前記第１母材の溶接される面に対して垂直にされた状態でレーザー溶接されていることを特徴とする溶接構造体。
2. 前記第２母材の端面と前記第１母材の面との隙間が、０．３ｍｍ以下となるように傾けて溶接されていることを特徴とする請求項１記載の溶接構造体。
3. 前記第２母材の溶接部位は、前記第２母材の所望の立設位置よりずらした位置に溶接されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶接構造体。
4. 前記第２母材と、前記第１母材とを架設する架設部材を備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の溶接構造体。
5. 前記第１母材は、自動車用シートレール装置のアッパーレール又はロアレールであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の溶接構造体。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の溶接構造体を作製する方法において、
   プレス抜き加工によって、端面をプレス方向に対して傾斜を有するように加工するプレス抜き工程と、
   前記プレス抜き工程において抜き加工された前記第２母材に屈曲部を形成する屈曲工程と、
   前記プレス抜き工程によって抜き加工された第２母材の端面を溶接される第１母材に対して隙間を減少させるように傾斜して配置する配置工程と、
   前記配置工程によって配置された前記第１母材と前記第２母材とをレーザー溶接する溶接工程と、
   からなることを特徴とする溶接構造体の作製方法。
   

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