JP7174530B2

JP7174530B2 - 重ね溶接装置および方法

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Publication number: JP7174530B2
Application number: JP2018076657A
Authority: JP
Inventors: 謙一土浦
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 2018-04-12
Filing date: 2018-04-12
Publication date: 2022-11-17
Anticipated expiration: 2038-04-12
Also published as: JP2019181527A

Description

本発明は、２つの材料を重ね溶接する重ね溶接装置および方法に関するものである。

従来より、板状のパネル裏面に、補強等の目的でリブを重ねて溶接する重ね溶接が行われていた。この重ね溶接により、板状のパネルが補強され、パネルの撓みあるいは変形が防止される。

このような重ね溶接では、メッキ処理されたリブを用いる技術が提案されている。

特開２００７－１６０３２６号特開平１０―２１６９７４号

しかしながら、従来の重ね溶接では、以下のような問題点があった。

すなわち、パネルの表側面は、家電製品等の外装面となるので、そのパネル表側面に悪影響が出ないようにパネルの裏面を溶接する必要があった。

そのため、強い出力で溶接することができず、強い溶接強度が得られない結果となってしまう。

すなわち、溶接の出力を上げれば強い溶接強度が得られるが、パネル表側面に微少な突起等が発生し、パネル表側面に塗装をした場合、その塗装面に線が表れる等の悪影響が生じてしまう。

また、メッキ処理されたリブを用いた場合、そのメッキが溶けることにより生じる金属蒸気の影響により、溶接強度が不均一となり、パネルとリブとが剥がれ易くなる。

接合面に存在するメッキ金属が溶接熱で溶融・蒸発するため、母材となる金属の接合を阻害し、溶融部にブローホールやピットの発生、亜鉛による粒界割れが起こり、溶接部の接合強度低下や脆化が発生する。

本発明は、上記した事情に着目してなされたものであり、その目的とするところは、パネル表側面に悪影響を出さずに強い溶接強度を得ることができる重ね溶接装置および方法を提供することである。

本発明は上述の問題を解決するためのものであり、以下の特徴を有する装置又は方法である。

１）第１の材料に第２の材料を重ねて溶接する重ね溶接装置であって、前記第２の材料に所定の成形加工を施して少なくとも２つ以上の成形加工部を形成し、前記成形加工部の形成位置は３点の窪みおよび突起が成形された三角形状であると共に、前記第１の材料に前記第２の材料を重ね、前記第２の材料の成形加工部の間に溶接を施し、２本の線溶接部を形成することを特徴とする重ね溶接装置である。

２）前記１）の発明は好ましくは、前記複数の成形加工部が列状に配置され、前記成形加工部の第１の列と第２の列との間に、所定間隔で２本の線状の溶接部が形成される。

３）前記１）、２）の発明は好ましくは、前記第１の材料と前記第２の材料の向かい合う面の両方またはいずれか一方に金属メッキが施されており、前記第２の材料の成形加工部により、前記第１の材料と前記第２の材料との間に隙間が形成される。

４）前記１）～３）の発明は好ましくは、前記成形加工部が、３点以上の窪みおよび突起からなる。

５）前記１）～４）の発明は好ましくは、前記第１の材料がパネルからなり、前記第２の材料がリブからなる。

６）第１の材料に第２の材料を重ねて溶接する重ね溶接方法であって、両面に金属メッキが施されている第２の材料を用意する工程と、前記第２の材料に、所定の成形加工を施して少なくとも２つ以上の成形加工部を形成する工程と、前記成形加工部を３点の窪みおよび突起が成形された三角形状に形成する工程と、前記第１の材料と前記第２の材料とを重ね合わせる工程と、前記第２の材料の成形加工部の間に溶接を施し、２本の線溶接部を形成する工程と、を有する重ね溶接方法である。

７）前記６）の発明は好ましくは、前記複数の成形加工部が列状に配置され、前記成形加工部の第１の列と第２の列との間に、所定間隔で２本の線状の溶接部が形成される。

８）前記６）、７）の発明は好ましくは、前記第１の材料と前記第２の材料の向かい合う面の両方またはいずれか一方に金属メッキが施されており、前記第２の材料の成形加工部により、前記第１の材料と前記第２の材料との間に隙間が形成される。

９）前記６）～８）の発明は好ましくは、前記成形加工部が、３点以上の窪みおよび突起からなる。

１０）前記６）～９）の発明は好ましくは、前記第１の材料がパネルからなり、前記第２の材料がリブからなる。

本発明によれば、パネルとリブとの重ね溶接において、パネル表側面に悪影響を出さずに強い溶接強度を得ることができるようになる。

、本発明を実施した重ね溶接方法により重ね溶接したパネル及びリブを示す説明図であり、（ａ）は、リブ側から見た斜視図であり、（ｂ）は、その断面図である。各成形加工部５を成形するための金型１９を示す説明図である。図１に示した各成形加工部５の窪み９を示す斜視図である。本発明を実施した重ね溶接方法を示すフローチャートである。パネル１とリブ３との重ね溶接の一例の溶接加工外観を示す説明図である。パネル１とリブ３との重ね溶接の一例の溶接加工を平面から見た説明図である。本発明を実施した重ね溶接方法の実験例の説明図である。本発明を実施した重ね溶接方法の実験例と比較するための比較例の説明図である。図７および図８で示した実験例および比較例におけるレーザ出力とせん断荷重（溶接強度）との関係を示すグラフである。

図１は、本発明を実施した重ね溶接方法により重ね溶接したパネル及びリブを示す説明図であり、（ａ）は、リブ側から見た斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）の矢印より見た断面図である。

図１に示すように、パネル（第１の材料）１の裏面側に、リブ（第２の材料）３が重ねられ、リブ３に、隙間用の成形加工により複数の成形加工部５が形成されており、その成形加工部５の間に、２本の線状の溶接が施されて溶接部７が形成され、それにより、パネル１とリブ３とが重ね溶接される。

リブ３の各成形加工部５は、図１（ａ）及び図３に示すように、リブ３の上面と下面に形成された３点の窪み９および突起１１からなり、その突起１１の先端１１ａがパネル１に当接することにより、パネル１とリブ３との間に隙間１３が形成される。なお、リブ３には、その両面に、金属メッキが施されている。なお、窪み９および突起１１は、それぞれ一対をなしている。

なお、この実施形態では、リブ（第２の材料）３の両面に金属メッキが施されていたが、これに限定されずに、パネル（第１の材料）１とリブ（第２の材料）３の向かい合う面の両方またはいずれか一方に金属メッキを施すようにしても良い。

図１に示すように、この実施形態では、複数の成形加工部５が列状に配置されており、その成形加工部５の第１の列１５と第２の列１７との間は、所定の間隔となっており、その第１の列１５と第２の列１７との間に、２本の線状の溶接部７が形成されている。

このように、この実施形態では、リブ３に隙間用の成形加工を施すと共に、成形加工部５の間に２本の線状の溶接部７を形成しているため、後述するように、パネル１の表側面１ａ（図１（ｂ））に悪影響を出さずに強い溶接強度を得ることができる。

次に、図４を参照して、本発明を実施した重ね溶接方法について説明する。

図２は、各成形加工部５を成形するための金型１９を示す説明図であり、図３は、図１に示した各成形加工部５の窪み９を示す斜視図であり、図４は、本発明を実施した重ね溶接方法を示すフローチャートである。

図４のステップ１０１において、パネル１と、両面に金属メッキが施されているリブ３とを用意する。

ステップ１０３において、両面に金属メッキが施されているリブ３に成形加工を行い、複数の成形加工部５を形成する。

ここで、各成形加工部５は、図２に示すような金型１９の上金型２１と下金型２３との間に、リブ３を載置してプレスして行くことにより形成される。

すなわち、金型１１のプレス加工により、リブ３の上面と下面に３点の窪み９および突起１１が同時に成形されて各成形加工部５となる。なお、成形加工部５の窪み９および突起１１は、３点以上とした方がより安定する。図３は、各成形加工部５の３点の窪み９を示す斜視図である。

ここで、図１（ａ）および図６に示すように、その成形加工部５の第１の列１５と第２の列１７との間は、所定の第１のピッチ間隔Ａとなっており、第１の列１５および第２の列１７のそれぞれにおける成形加工部５の間隔は、所定の第２のピッチ間隔Ｂとなっている。

また、図１及び図６に示すように、３点の窪み９および突起１１の形成位置は、略正三角形状となっており、３点の窪み９および突起１１の並び方向は、第１の列１５および第２の列１７のそれぞれで同じ方向となっている。

ステップ１０５において、リブ３における各成形加工部５の突起１１の先端１１ａがパネル１の裏面に当接するように、パネル１とリブ３とを重ね合わせる。

ここで、図１（ｂ）に示すように、各成形加工部５の突起１１により、パネル１とリブ３との間に隙間１３が形成される。

ステップ１０７において、リブ３の成形加工部５の間に、線状の溶接を行って、２本の線溶接部７が所定の間隔Ｃとなるように２本の線状の溶接部７を形成し、パネル１とリブ３とを重ね溶接する。

図５及び図６は、パネル１とリブ３との重ね溶接の一例を示す説明図であり、図５は、溶接加工の外観を示す説明図であり、図６は、溶接加工を平面から見た説明図である。なお、図５及び図６の溶接例では、パネル１が、両側端にフランジ１ａを有し、リブ３が、その中央部に突出部３ａを有する溶接例となっている。

図５及び図６に示すように、この溶接例では、テーブル２５上に重ねて載置されたパネル１とリブ３のリブ３を、複数のクランパ２７によって押さえ、レーザ溶接装置（重ね溶接装置）２９によって線溶接し、２本の線状の溶接部７を形成するようになっている。

図６のＤに示すように、複数のクランパ２７は、リブ３の各成形加工部５の３点の窪み９のほぼ中央部を押さえるようになっている。これにより、リブ３に偏荷重による歪みが生じることがなく、パネル１とリブ３との間に隙間１３が一定に保たれる。

ここで、その溶接により、リブ３のメッキが溶ける際に発生するメッキ金属蒸気が、パネル１とリブ３との間に形成された一定間隔の隙間１３から逃げるので、メッキ金属蒸気により、溶接強度が不均一となることが無い。

また、成形加工部５の間に２本の線状の溶接部７を形成するようにしているので、強い出力の溶接をしなくとも十分な溶接強度を得ることができ、パネル表側面に微少な突起等が発生することが無く、パネル表側面に塗装をした場合、その塗装面に線が表れてしまう等の悪影響が出てしまうことも無い。

次に、上述した本発明の効果を、実験例および比較例を用いて説明する。

図７は、本発明を実施した重ね溶接方法の実験例の説明図であり、図８は、本発明を実施した重ね溶接方法の実験例と比較するための比較例の説明図である。

図７および図８で示した実験例および比較例は、以下のような条件で行われた。

図７に示した実験例においては、パネル１の板厚を１.６ｍｍ、リブ３の板厚を１.２ｍｍとし、そのパネル１とリブ３とを、重ね幅Ｗ＝５０ｍｍおよび重ね深さＥ＝５０ｍｍで重ね、溶接長を５０ｍｍとし、パネル１とリブ３との間の隙間１３を、０.１ｍｍとし、その成形加工部５の第１の列１５と第２の列１７との間の第１のピッチ間隔Ａは、Ａ＝２０ｍｍとなし、第１の列１５および第２の列１７のそれぞれにおける成形加工部５の間の第２のピッチ間隔Ｂは、Ｂ＝３０ｍｍとしている。

そして、レーザ溶接装置２９による溶接速度を１５ｍ/ｍｉｎの一定とし、レーザ出力を、１.４～１.８ｋｗの１００％Ｄｕｔｙとして、２本の線溶接部７の間隔Ｃが３ｍｍとなるように重ね２本引きを行っている。

それにより、第１の列１５と第２の列１７との間に、２本の線溶接部７が形成される。

図８に示した比較例においては、パネル１の板厚を１.６ｍｍ、リブ３の板厚を１.２ｍｍとし、そのパネル１とリブ３とを、重ね幅Ｗ＝５０ｍｍおよび重ね深さＥ＝５０ｍｍで重ね、溶接長を５０ｍｍとし、パネル１とリブ３との間の隙間１３を、０.１ｍｍとし、その成形加工部５の第１の列１５と第２の列１７との間の第１のピッチ間隔Ａは、Ａ＝２０ｍｍとなし、第１の列１５および第２の列１７のそれぞれにおける成形加工部５の間の第２のピッチ間隔Ｂは、Ｂ＝３０ｍｍとしている。

そして、レーザ溶接装置２９による溶接速度を１５ｍ/ｍｉｎの一定とし、レーザ出力を、１.４～１.８ｋｗの１００％Ｄｕｔｙとして、重ね１本引きを行っている。

それにより、第１の列１５と第２の列１７との間に、１本の線溶接部７が形成される。

図９は、図７および図８で示した実験例および比較例におけるレーザ出力とせん断荷重（溶接強度）との関係を示すグラフである。なお、せん断荷重は、パネル１とリブ３との溶接による接合力を表している。

図９に示すように、図８に示した比較例の重ね１本引きの場合の溶接強度曲線Ｍと、図７に示した実験例の重ね２本引きの場合の溶接強度曲線Ｎとを比較すると、レーザ出力が１.６ｋＷ以上の有効な溶接領域では、重ね２本引きの場合の溶接強度（せん断荷重）が、重ね１本引きの場合の溶接強度の約２倍となり、基準強度（せん断荷重＝６.４２ＫＮ）を満たしていることがわかる。なお、レーザ出力が１.６ｋＷ以下の場合では、溶接が安定しない。

従って、溶接が安定する最小のレーザ出力である１.６ｋＷで重ね２本引き溶接を行えば、パネル表側面に悪影響を出さずに強い溶接強度を得ることができるようになる。

この発明は前述の発明の実施の形態に限定されることなく、適宜な変更を行うことにより、その他の態様で実施し得るものである。

すなわち、上記実施形態では、成形加工部５における３点の窪み９および突起１１の形成位置は、略正三角形状となっていたが、他の三角形状でも良い。

また、成形加工部５における窪み９および突起１１の数は、３点以外でも良い。

また、上記実施形態では、３点の窪み９および突起１１の並び方向は、第１の列１５および第２の列１７のそれぞれで同じ方向となっていたが、別々の方向としても良い。

１…パネル
３…リブ
５…成形加工部
７…溶接部
９…窪み
１１…突起
１３…隙間
１５…成形加工部の第１の列
１７…成形加工部の第２の列
１９…金型
２５…テーブル
２７…クランパ
２９…レーザ溶接装置

Claims

第１の材料に第２の材料を重ねて溶接する重ね溶接装置であって、前記第２の材料に所定の成形加工を施して少なくとも２つ以上の成形加工部を形成し、前記各成形加工部に３点の窪みおよび突起を設けて、前記各成形加工部の３点の窪みおよび突起を三角形状にそれぞれ配置し、前記第１の材料に前記第２の材料を重ね、前記第２の材料の前記各成形加工部における前記３点の窪みおよび突起の中央部をクランパによって押さえて、前記第２の材料の成形加工部の間に溶接を施し、２本の線溶接部を形成することを特徴とする重ね溶接装置。
前記複数の成形加工部が列状に配置され、前記成形加工部の第１の列と第２の列との間に、所定間隔で２本の線状の溶接部が形成されることを特徴とする請求項１に記載の重ね溶接装置。
前記第１の材料と前記第２の材料の向かい合う面の両方またはいずれか一方に金属メッキが施されており、前記第２の材料の成形加工部により、前記第１の材料と前記第２の材料との間に隙間が形成されることを特徴とする請求項１および２のいずれかに記載の重ね溶接装置。
前記成形加工部が、３点以上の窪みおよび突起からなることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の重ね溶接装置。
前記第１の材料がパネルからなり、前記第２の材料がリブからなることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の重ね溶接装置。
第１の材料に第２の材料を重ねて溶接する重ね溶接方法であって、
両面に金属メッキが施されている第２の材料を用意する工程と、
前記第２の材料に、所定の成形加工を施して少なくとも２つ以上の成形加工部を形成する工程と、
前記各成形加工部に、３点の窪みおよび突起を三角形状の配置でそれぞれ形成する工程と、
前記第１の材料と前記第２の材料とを重ね合わせる工程と、
前記第２の材料の前記各成形加工部における前記３点の窪みおよび突起の中央部をクランパによって押さえる工程と、
前記第２の材料の成形加工部の間に溶接を施し、２本の線溶接部を形成する工程と、を有する重ね溶接方法。
前記複数の成形加工部が列状に配置され、前記成形加工部の第１の列と第２の列との間に、所定間隔で２本の線状の溶接部が形成されることを特徴とする請求項６に記載の重ね溶接方法。
前記第１の材料と前記第２の材料の向かい合う面の両方またはいずれか一方に金属メッキが施されており、前記第２の材料の成形加工部により、前記第１の材料と前記第２の材料との間に隙間が形成されることを特徴とする請求項６および７のいずれかに記載の重ね溶接方法。
前記成形加工部が、３点以上の窪みおよび突起からなることを特徴とする請求項６～８のいずれかに記載の重ね溶接方法。
前記第１の材料がパネルからなり、前記第２の材料がリブからなることを特徴とする請求項６～９のいずれかに記載の重ね溶接方法。