JP6921932B2

JP6921932B2 - 溶接方法

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Publication number: JP6921932B2
Application number: JP2019236356A
Authority: JP
Inventors: 藤谷　泰之; 泰之藤谷; 渡辺　眞生; 眞生渡辺
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Machine Tool Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Machine Tool Co Ltd
Priority date: 2016-06-01
Filing date: 2019-12-26
Publication date: 2021-08-18
Anticipated expiration: 2036-06-01
Also published as: JP2020062688A

Description

本発明は溶接方法に関する。特に、鋳鉄からなる部品と鋼からなる部品との溶接構造を有する製品、例えば、機能部品及びケースとしては、自動車の差動装置におけるデフリングギヤ及びデフケース等に代表される複数の部材の溶接構造部品を製造する際の鋳鉄溶接方法に関する。

自動車などの駆動系部品は、高強度を要求されるため、強靭な鋼や鋳鉄などが用いられており、塑性加工や鋳造によって作られた部品が、ボルト締結構造によって組み立てられる方法が取られている。

この機械的締結構造を、溶接による締結構造に代替することができれば、軽量化が可能となるが、鋳鉄と鋼との溶接では、溶融凝固部及びその周辺で起こる相変態により生成する脆弱な組織や、熱膨張や収縮に伴い発生する応力のために、割れが発生しやすい。

このため、従来の鋳鉄の溶接では、Ｎｉ等のオーステナイト系の溶接ワイヤを供給しながら、溶接する方法が採用されている。

図４は、このようにして鋳鉄と鋼が溶接された状態を示す模式的断面図である。鋳鉄１１と鋼１２との間には、溶接ワイヤによるオーステナイト系の溶接金属４３が形成されている。

特許第５２９３８４０号公報

しかしながら、上述の方法では溶融時の割れは防止できても、溶接による熱影響部の硬化は避けることができず、溶接のままでは、この硬化した脆い領域（レデブライトとマルテンサイトからなる相）が破壊起点となり、溶接部の信頼性が低下するため、溶接後に熱処理をする必要が生じる。

ちなみに、上記特許文献１では、接合部分に予め空洞部を形成する技術が開示されている。

本発明では、上記技術的課題に鑑み、強度特性を改善することができる溶接方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する参考例に係る溶接方法は、第１部材と該第１部材よりも硬度の低い第２部材とを溶接する溶接方法であって、前記第１部材と前記第２部材との間に形成されたＶ形の開先に溶接ワイヤを突き出した状態で、前記溶接ワイヤを溶かして前記第１部材と前記第２部材との間に溶融金属を形成する第１工程と、前記溶融金属を溶接して前記第１部材と前記溶融金属との間の第１熱影響部を焼き戻す第２工程とを有することを特徴とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る溶接方法は、第１部材と該第１部材よりも硬度の低い第２部材とを溶接する溶接方法であって、前記第１部材と前記第２部材との間に形成されたＶ形の開先に溶接ワイヤを突き出した状態で、前記溶接ワイヤを溶かして前記第１部材と前記第２部材との間に溶融金属を形成する第１工程と、前記溶融金属を溶接して前記第１部材と前記溶融金属との間の第１熱影響部を焼き戻す第２工程とを有し、前記第２工程により溶接された前記溶融金属をさらに溶接して前記第２部材と前記溶融金属との間の第２熱影響部を焼き戻す第３工程を有することを特徴とする。
また、上記課題を解決する第２の発明に係る溶接方法は、上記第１の発明に係る溶接方法において、前記第３工程は、前記第１熱影響部と前記溶融金属との間の第３熱影響部を焼き戻すことを特徴とする。
また、上記課題を解決する第３の発明に係る溶接方法は、上記第１の発明に係る溶接方法において、前記第２工程は、前記第１熱影響部と前記第２熱影響部との中間付近よりも前記第２熱影響部側を溶接することを特徴とする。
また、上記課題を解決する第４の発明に係る溶接方法は、上記第３の発明に係る溶接方法において、前記第３工程は、前記第２工程と同じ位置を溶接することを特徴とする。
また、上記課題を解決する第５の発明に係る溶接方法は、上記第４の発明に係る溶接方法において、前記第２工程および前記第３工程は、高エネルギービームを用いて溶接する工程であり、前記第３工程は、前記第２工程よりもレーザを弱めて溶接することを特徴とする。

本発明に係る溶接方法によれば、強度特性を改善することができる。

本発明の実施例１に係る溶接方法について説明する模式的断面図である。（ａ）はインサート材を挿入した状態、（ｂ）は１パス目の溶接後の状態、（ｃ）は２パス目の溶接後の状態を、それぞれ示している。本発明の実施例２に係る溶接方法について説明する模式的断面図である。（ａ）は２パス目の溶接後の状態、（ｂ）は３パス目の溶接後の状態を、それぞれ示している。本発明の実施例３に係る溶接方法について説明する模式的断面図である。（ａ）はＶ形の開先の近傍に溶接ワイヤを突き出した状態、（ｂ）は１パス目の溶接後の状態、（ｃ）は２パス目の溶接後の状態を、それぞれ示している。従来の方法による溶接後の状態を示した模式的断面図である。

以下、本発明に係る溶接方法を実施例にて図面を用いて説明する。

［実施例１］
図１は、本実施例に係る溶接方法について説明する模式的断面図である。図１（ａ）はインサート材を挿入した状態、図１（ｂ）は１パス目の溶接後の状態、図１（ｃ）は２パス目の溶接後の状態を、それぞれ示している。

本実施例に係る溶接方法では、鋳鉄で構成される部品と鋼で構成される部品とを溶接する際に、まず、図１（ａ）に示すように、Ｎｉあるいはオーステナイト系ステンレス等のオーステナイト系材料であるインサート材１３を、鋳鉄１１と鋼１２との間に挿入する（第１工程）。鋳鉄１１（第１部材）よりも鋼１２（第２部材）の方が硬度は低く、鋼１２よりもインサート材１３（第３部材）の方が硬度は低い。なお、特に鉄系部材においては、硬度が高ければ脆性も高くなり（脆くなり）、硬度が低ければ脆性も低くなる（脆くなくなる。粘り強くなる）。本実施例では、各部材がこれらの関係を有するものとする。

次に、１パス目の溶接として、図１（ａ）の紙面上方側からレーザビームあるいは電子ビーム等の高エネルギービームにより、鋳鉄１１とインサート材１３との境界部分を溶接する（第２工程）。すると、図１（ｂ）に示すように、鋳鉄１１とインサート材１３との境界部分に溶接部１１Ａが形成され、溶接部１１Ａより鋳鉄１１側に熱影響部１１Ｂが形成される。この熱影響部１１Ｂは、既に説明したごとく硬化した脆い領域である。

さらに、２パス目の溶接として、図１（ｂ）の紙面上方側から高エネルギービームにより鋼１２とインサート材１３との境界部分を溶接する（第３工程）。すると、図１（ｃ）に示すように、鋼１２とインサート材１３との境界部分には溶接部１２Ａが形成される。また、２パス目の溶接の熱伝導により、１パス目の溶接で形成された鋳鉄１１の熱影響部１１Ｂを焼き戻す。これにより、熱影響部１１Ｂの硬度を低減することができる。

本実施例では、上述の方法により、非常に硬度の高い鋳鉄１１側の熱影響部１１Ｂの硬さを低減することができ、割れ防止を図るとともに、強度特性を改善することができる。

なお、上記２パス目の溶接において、溶接部１２Ａより鋼１２側にも熱影響部が形成されるが、この熱影響部は鋳鉄側の熱影響部１１Ｂに比べ硬くない（脆くない）ため、本実施例では言及していない。

［実施例２］
本実施例は、実施例１の作用効果に加え、実施例１における２パス目の溶接により形成される鋼１２側の熱影響部の硬さを低減するものである。以下では、本実施例における２パス目の溶接までの手順は実施例１と同様のため、説明を省略し、２パス目の溶接後から説明する。

図２は、本実施例に係る溶接方法について説明する模式的断面図である。図２（ａ）は２パス目の溶接後の状態、図２（ｂ）は３パス目の溶接後の状態を、それぞれ示している。

図２（ａ）に示すように、実施例１で説明した２パス目の溶接後、溶接部１２Ａより鋼１２側には熱影響部１２Ｂが形成される。

本実施例では、３パス目の溶接として、インサート材１３の中央すなわち溶接部１１Ａと溶接部１２Ａとから等間隔の位置を、図２（ａ）の紙面上方から高エネルギービームにより溶接する（第４工程）。すると、図２（ｂ）に示すように、インサート材１３の中央には溶接部１３Ａが形成される。なお、その際、溶接部１１Ａ，１２Ａまでは溶かしてもよいが、熱影響部１１Ｂ，１２Ｂは溶かさないようにする。

すると、上記３パス目の熱伝導により、１パス目の溶接で形成された鋳鉄１１側の熱影響部１１Ｂ、及び、２パス目の溶接で形成された鋼１２側の熱影響部１２Ｂを焼き戻すこととなる。これにより、熱影響部１１Ｂ，１２Ｂの硬度を低減することができる。

本実施例では、非常に硬度の高い鋳鉄１１側の熱影響部１１Ｂだけでなく、鋼１２側の熱影響部１２Ｂの硬さの低減も行うことができ、割れ防止を図るとともに、強度特性を維持することができる。

［実施例３］
本実施例は、板状の鋳鉄と鋼との間にＶ形の開先を形成し溶接を行う場合に用いる方法である。図３は、本実施例に係る溶接方法について説明する模式的断面図である。図３（ａ）はＶ形の開先の近傍に溶接ワイヤを突き出した状態、図３（ｂ）は１パス目の溶接後の状態、図３（ｃ）は２パス目の溶接後の状態を、それぞれ示している。

本実施例に係る溶接方法では、まず、図３（ａ）に示すように、板状の鋳鉄２１と鋼２２との間に形成されたＶ形の開先ａに、溶接ワイヤ２３を突き出した状態で、１パス目の溶接として、破線矢印で示す方向に向けて高エネルギービームにより溶接ワイヤ２３を溶かす。その際、開先ａ近傍の鋳鉄２１及び鋼２２も同時に溶ける。

すると、図３（ｂ）に示すように、鋳鉄２１と鋼２２との間に溶融金属３３が形成された状態となる。また、この溶融金属３３より鋳鉄２１側には熱影響部２１Ｂが、鋼２２側には熱影響部２２Ｂが、それぞれ形成される。

そこで、２パス目の溶接として、図３（ｂ）の破線矢印で示すように、溶融金属３３の鋳鉄２１側の熱影響部２１Ｂと鋼２２側の熱影響部２２Ｂとの中間付近より鋼２２側の熱影響部２２Ｂ寄りに高エネルギービームにより溶接する。すると、１パス目溶接で形成された鋳鉄２１側の熱影響部２１Ｂを焼き戻すこととなる。これにより、鋳鉄２１側の熱影響部２１Ｂの硬度を低減することができる。

図３（ｃ）に示すように、２パス目の溶接により、新たに溶接部３３´が形成され、また、溶接部３３´の鋳鉄２１側に熱影響部２１Ｂ´が、鋼２２側に熱影響部２２Ｂ´が、それぞれ形成される。そこで、レーザを弱めて破線矢印で示すように、２パス目の溶接と同じ位置を溶接すると、熱影響部２１Ｂ´，２２Ｂ´を焼き戻すこととなる。これにより、熱影響部２１Ｂ´，２２Ｂ´の硬度を低減することができる。

本実施例では、板状の鋳鉄と鋼との間にＶ形の開先を形成し溶接を行う場合に、鋳鉄２１側の熱影響部２１Ｂ，２１Ｂ´、及び、鋼２２側の熱影響部２２Ｂ´の硬さの低減を行うことができ、割れ防止を図るとともに、強度特性を維持することができる。

本発明は溶接方法として好適である。

１１鋳鉄（第１部材）
１１Ａ（鋳鉄１１側の）溶接部
１１Ｂ（鋳鉄１１側の）熱影響部
１２鋼（第２部材）
１２Ａ（鋼１２側の）溶接部
１２Ｂ（鋼１２側の）熱影響部
１３インサート材（第３部材）
２１（板状の）鋳鉄
２１Ｂ，２１Ｂ´ （鋳鉄２１側の）熱影響部
２２（板状の）鋼
２２Ｂ，２２Ｂ´ （鋼２２側の）熱影響部
２３溶接ワイヤ
３３溶融金属
３３´ 溶接部
４３インサート材

Claims

第１部材と該第１部材よりも硬度の低い第２部材とを溶接する溶接方法であって、
前記第１部材と前記第２部材との間に形成されたＶ形の開先に溶接ワイヤを突き出した状態で、前記溶接ワイヤを溶かして前記第１部材と前記第２部材との間に溶融金属を形成する第１工程と、
前記溶融金属を溶接して前記第１部材と前記溶融金属との間の第１熱影響部を焼き戻す第２工程とを有し、
前記第２工程により溶接された前記溶融金属をさらに溶接して前記第２部材と前記溶融金属との間の第２熱影響部を焼き戻す第３工程を有することを特徴とする溶接方法。
前記第３工程は、前記第１熱影響部と前記溶融金属との間の第３熱影響部を焼き戻すことを特徴とする請求項１に記載の溶接方法。
前記第２工程は、前記第１熱影響部と前記第２熱影響部との中間付近よりも前記第２熱影響部側を溶接することを特徴とする請求項１に記載の溶接方法。
前記第３工程は、前記第２工程と同じ位置を溶接することを特徴とする請求項３に記載の溶接方法。
前記第２工程および前記第３工程は、高エネルギービームを用いて溶接する工程であり、
前記第３工程は、前記第２工程よりもレーザを弱めて溶接することを特徴とする請求項４に記載の溶接方法。