JPH0349800Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は例えば車両のアクスルなどに使用され
る管部材の突き合わせ継手の改良に関する。

（従来の技術） 一般に管部材の端面を突き合わせて溶接により
結合する継手は、溶接金属の母材への溶け込みを
完全にするために管端を若干離して溶接し、かつ
その内側に円筒状の当金をあてて溶接だれを防止
するようにしている。

第４図は大型車両のリヤアクスル１を示すもの
であるが、通常、板材をプレス成型したアクスル
ハウジング２と、管部材からなるチユーブエンド
３とを突き合わせ溶接により、一体化して構成し
ている。

第５図はこの溶接の様子を具体的に示したもの
だが（ただし図面にはアクスルハウジング２とチ
ユーブエンド３の位置関係が逆に図示されてお
り、かつこれらを単に管部材と呼ぶ）、内径の異
なる２つの管部材１０と１１の端面を対峙させ、
かつその端面に傾斜した開先部１２をそれぞれ形
成したうえ、その内周に円筒状の当金１３をあて
がつて溶接を行い、溶着部１４を形成している。
内径の小さい方の管部材１０（肉厚の厚い方）に
は、管端内周に他方の内径と同一の環状段差面１
５を形成し、その部分に前記当金１３を挿入し
て、溶接金属の一部がこの当金１３の部分にまで
溶け込むように一層目の溶着部１４Ａを形成して
から、その外側から前記開先部１２を完全に埋め
て合わせるように二層目の熔着部１４Ｂを形成し
ている。なお、前記環状段差面１５の先端段部１
６は当金１３の位置決めを行うのであるが、この
部分の応力集中を緩和するように、所定の半径の
円弧面が形成されている。

（考案が解決しようとする問題点） ところでこのよう形成した管継手に曲げモーメ
ントを繰り返し作用させて破断実験を行うと、こ
の溶接部の近傍から亀裂が発生し、この亀裂が進
行してやがて破損に至ることが知られている。

図中ＡとＢは代表的な亀裂の発生位置で、亀裂
の進行方向を太い実線で示した。溶接部やその近
傍では動荷重に対する材質的な強度が母材よりも
低下することは知られている。このうち溶接部に
近い側のＡ点はボンド部と呼ばれ、靱性が低下し
た部分である（鈴木春義著「最新溶接ハンドブツ
ク」または機械設計便覧編集委員会編「機械設計
便覧」など参照）。溶接による熱影響で母材が特
にぜい化する部分は、経験によれば板厚が５〜30
mmの程度では溶接部から10〜30mm程度の位置にな
ることから、前記Ａ点もさることながらＢ点も材
質的に弱くなつている場合が多い。

ところで構造的な強度に注目して管の内側表層
部の応力分析を行つたところ、環状段差面の当金
の位置決めを行う段部に応力が集中し、その近傍
の材質的に弱くなつている溶接ボンド部や熱影響
部の応力も、平均応力よりも高くなつていること
が分かつた。

この管の内径変化による内側表層部の応力分布
と、管の外側表層部の応力分布との間には殆ど相
関性はなく、上記応力集中の状況は歪ゲージなど
による管外側の応力計測や、従来の力学的視点で
は、定量的に把握しえなかつた事項である。

ところで、当金の位置決めを行う環状段差面の
段部を溶接位置から離し、応力集中の影響が、材
質的に弱くなつている溶接ボンド部や熱影響部に
及ばない位置に設定できれば問題はないが、この
ようにするには環状段差面や当金の軸方向寸法を
長くする必要があり、材料費がかさむばかりか加
工手間もかかるものとなり、また用途によつては
スペース的に制約を受けることもあつてあまり長
く取ることはできない。

本考案はこのような問題に対し、管部材の当金
を挿入する環状段差面から管内周面に移行する内
径変化部をすくなくとも２段階にすることによ
り、応力集中を分散して、溶接部の強度を改善す
ることを目的とする。

（問題点を解決するための手段） すなわち本考案は、２つの管部材の端面を突き
合わせ、この突き合わせ面の内周に当金を配置
し、突き合わせ部分を外側から溶接して結合した
継手において、少なくとも一方の管部材の内周に
前記当金の位置決めをする第１の段差面を形成
し、さらにこの第１の段差面と管内周面との間に
これらとは内径の異なる第２の段差面を形成し、
これら第１の段差面と第２の段差面との内径変化
部は半径r₁の円弧をもつ第１の段部、また第２の
段差面と管内周面との内径変化部は半径r₃の円弧
をもつ第２の段部にそれぞれ形成し、かつ前記半
径の大きさをr₃＞r₁に設定すると共に、前記突き
合わせ面から第１の段部の円弧中心までの距離を
L₁、同じく第２の段部の円弧中心までの距離を
L₃として、L₃−L₁−r₁＞０となるように設定し
た。

（作用） このようにしたので、管内周面と環状段差面と
の段部に対しての応力の集中が緩和され、溶接に
よる熱的影響で材質的に強度が低下した部分の応
力値を低くして、溶接部の強度を改善することが
できる。

（実施例） 以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明す
る。

第１図に示すように、環状の第１の段差面１５
と管部材１０の内周面１８との間に、当金１３の
先端が当接する第２の段差面１９が形成され、第
１の段差面１５と内周面１８との間で内径を少な
くとも２段階に変化させてある。各段差面には第
１の段部２０と第２の段部２１が構成され、第１
の段差面１５の内径をd₁、第２の段差面１９の内
径をd₃、管部材１０の内周面の内径をd₂として、
各段部２０と２１には半径r₁、r₃の円弧面を形成
する。

前記内径d₁とd₃との差は内径d₂のいかんにかか
わらず、当金１３の位置決めを行うに必要最小限
に設定する。ただし当金１３は帯板を円筒状に巻
いて、その継ぎ目の部分の間〓により、当金１３
を管部材１０にプレス機などを介して圧入したと
きにスプリングバツクにより、段差面１５の内周
に密着させるのであるが、この圧入時に当金１３
の外径寸法のバラツキを考慮しても、第１の段部
２０を乗り越えることのない程度に、内径d₁とd₃
の差を最小限に設定し、これにより段部２０に対
しての応力集中を可及的に減じる。

次に第２の段部２１の円弧の半径r₃は、応力集
中を緩和する上からは、できるだけ大きく取るこ
とが望ましい。第１段目の段部２０から第２段目
の段部２１までの距離は、少なくとも第２の段部
２１の半径r₃の円弧中心がr₁の円弧に重なり合う
ことのないように、L₃−L₁−r₁＞０に設定する。
円弧が互いに重なると、双方の応力集中が相乗し
て、さらに強い応力集中が発生することが実験に
より確認されている。

このように、本考案では管部材１０の当金１３
を位置決めするための内径の変化部を２段階にし
ているので、個々の断面変化部の応力集中が小さ
くなると共に、管部材１０の軸方向に応力集中部
を分散することから、全体の応力値も低くなり、
内径変化部が溶接部に近接している場合でも、溶
接による母材のぜい化などによる影響を可及的に
減少して、その耐久性を高めることが可能とな
る。

第２の実施例は、内径変化部に対する応力集中
をさらに減少させるようにしたもので、第２の段
差面１９と内周面１８との間に、第１の段差面１
５とほぼ同一径の内径d₄をもつ第３の段差面２３
を形成したものである。このようにすると、溶接
部から第３の段差面２３までの断面形状の変化が
少なくなるので、これと共に当金１３の位置決め
に使用されることのない段部２１の半径r₃の円弧
を大きく取ることにより、応力集中の緩和効果が
大きくなるためである。

第３図は管部材１０の内側表層部に発生する応
力分布の状態を示すもので、形状１は従来例、形
状２は第１の実施例、形状３は第２の実施例をそ
れぞれ示す。従来例では段部を中心に応力の集中
が高く、このため溶接による母材の変化もあつ
て、曲げ応力の繰り返し作用により、この部分を
中心にして破断することがあるが、本考案では応
力集中が緩和される結果、母材のぜい化があつて
もその耐久性の向上が図れるのである。

（考案の効果） 以上のように本考案は、２つの管部材の端面を
突き合わせ、この突き合わせ面の内周に当金を配
置し、突き合わせ部分を外側から溶接して結合し
た継手において、少なくとも一方の管部材の内周
に前記当金の位置決めをする第１の段差面を形成
し、さらにこの第１の段差面と管内周面との間に
これらとは内径の異なる第２の段差面を形成し、
これら第１の段差面と第２の段差面との内径変化
部は半径r₁の円弧をもつ第１の段部、また第２の
段差面と管内周面との内径変化部は半径r₃の円弧
をもつ第２の段部にそれぞれ形成し、かつ前記半
径の大きさをr₃＞r₁に設定すると共に、前記突き
合わせ面から第１の段部の円弧中心までの距離を
L₁、同じく第２の段部の円弧中心までの距離を
L₃として、L₃−L₁−r₁＞０となるように設定した
ため、管部材の内径の変化部が円弧により形成さ
れると共に、少なくとも２段階となり、各断面変
化部の応力集中を小さく、かつ軸方向に分散する
ことができ、全体の応力値も減少し、これらの結
果、内径変化部が溶接部に近接していても、溶接
による母材のぜい化など材質的な強度低下部分の
応力値を下げることにより、溶接の影響を可及的
に減じ、溶接部の機械的強度の改善が図れるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の第１実施例の断面図、第２図
第２実施例の断面図、第３図は本考案と従来との
応力分布特性を比較してあらわす特性図である。
第４図、第５図は従来例の断面図である。 １０，１１……管部材、１３……当金、１４…
…溶着部、１５……段差面、１８……内周面、１
９……段差面、２０，２１……段部、２３……段
差面。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. ２つの管部材の端面を突き合わせ、この突き合
   わせ面の内周に当金を配置し、突き合わせ部分を
   外側から溶接して結合した継手において、少なく
   とも一方の管部材の内周に前記当金の位置決めを
   する第１の段差面を形成し、さらにこの第１の段
   差面と管内周面との間にこれらとは内径の異なる
   第２の段差面を形成し、これら第１の段差面と第
   ２の段差面との内径変化部は半径r₁の円弧をもつ
   第１の段部、また第２の段差面と管内周面との内
   径変化は半径r₃の円弧をもつ第２の段部にそれぞ
   れ形成し、かつ前記半径の大きさをr₃＞r₁に設定
   すると共に、前記突き合わせ面から第１の段部の
   円弧中心までの距離をL₁、同じく第２の段部の
   円弧中心までの距離をL₃として、L₃−L₁−r₁＞０
   となるように設定したことを特徴とする管の突合
   わせ溶接継手。