JPS6297785A - アルミニウム薄板の超音波シ−ム溶接法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明はアルミニウム薄板を超音波シーム溶接する方
法に関するものである。

従来の技術 アルミニウム薄板、例えば板厚１．０簡以下のアルミニ
ウム薄板をシーム溶接する方法として従来から超音波溶
接法が知られている。従来の一般的な超音波シーム溶接
法における溶接前の状況をシーム方向に対し直角な断面
で第２図（Ａ＞に示し、またそれにより得られた継手部
の状況を同じ断面で第２図（Ｂ）に示す。これらの図に
おいて１は）フンビル（基台）、２は溶接チップであっ
て、シーム溶接すべきアルミニウム薄板３．４の端部を
重ね合せ、その重ね合せ部分をチップ２とアンビル１と
の間に挟み、適宜加圧しながらデツプ２により水平方向
の超音波撮動エネルギを与えることによりアルミニウム
薄板３．４を同相接合し、かつチップ２およびアンビル
１に対しアルミニウム薄板３．４を相対的に移動させる
ことによりシーム溶接がなされる。

このような超音波シーム溶接においては、溶接熱影響が
ほとんどなく、鋳造組織を生成したり金属間化合物を生
成したりすることがないため、熱処理型アルミニウム合
金にも適しており、また異種金属との接合にも利用でき
る。

ところで従来の一般的な超音波シーム溶接では、重ね継
手部の変形度、すなわち第２図（Ａ＞、（Ｂ）に示すよ
うに溶接前の重ね合せ厚み（２枚の薄板の合計厚み）を
ｔ　Ｏ’＝溶接後の溶接部の最小厚みを１１とし、（１
：ｏ−ｔｌ）／ｊｏで表わされる変形度は、５％以下で
良いとされ、このことはある意味で超音波シーム溶接法
の利点とされていた。またこの場合、第２図（Ｂ）に示
すように重ね継手の上側のアルミニウム薄板３のみが変
形してその部分に凹み５が形成されるのが通常でおる。

発明が解決すべき問題点 しかしながら前述のような従来のアルミニウム薄板の超
音波シーム溶接では溶接速度が例えば板厚０．２ｍにお
いては１　ｍ　／　ｍｉｎ程度に過ぎず、他のシーム溶
接法例えば薄鋼板の抵抗溶接によるシーム溶接などに比
べて格段に遅く、したがって溶接作業能率が著しく低い
問題があった。

この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、従
来の一般的なアルミニウム薄板の超音波シーム溶接法と
比較して格段に高速でシーム溶接し得るようにした方法
を提供することを目的とするものである。

問題点を解決するための手段 本発明者等は上述の目的を達成するべく鋭怠寅験、検討
を重ねた結果、超音波シーム溶接すべき重ね合せ部分の
重ね代を特定の範囲内とし、かつその重ね合せ部分を従
来の通常の超音波シーム溶接法では考えられないような
高い変形度で変形させつつ超音波シーム溶接することに
よって、従来よりも格段に高速でシーム溶接できること
を見出し、この発明をなすに至ったのである。

具体的には、この発明の方法は、アルミニウム薄板の端
部同士を重ね合せて、その重ね合せ部分を超音波シーム
溶接するにあたり、重ね合せ部の重ね代を０．５〜４．
０＃の範囲内として、その重ね合せ部の全体を押し潰し
ながらその厚み変形度か２０〜５０％の範囲内となるよ
うに超音波シーム溶接することを特徴とするものである
。

作　　　用 この発明の超音波シーム溶接においては、第１図（Ａ＞
に示すように）容接ターベきアルミニウム薄板３．４の
端部同士を重ね合せるにあたってその重ね合せ部６の重
ね代りを０．５〜４．０簡の範囲内とする。そしでその
重ね合せ部６の変形度、すなわち溶接前における全厚み
をｔＱ、溶接後の厚みをｔｌとし、 （（ｊｏ　−ｔｌ　）／ｌｏ　）Ｘ　１００（％）で表
わされる変形度が２０〜５０％の範囲内となるように重
ね合せ部６の全体を押し潰しなからシーム溶接して、第
１図（Ｂ）に示すような重ね継手部７を形成する。

ここで、上述のように２０〜５０％という高い変形度で
重ね合せ部６の全体を押し潰しなからシーム溶接するこ
とは、第１図（Ｂ）から明らかなように上側のアルミニ
ウム薄板３が押し潰されるのみならず、下側のアルミニ
ウム薄板４もほぼ対称的に押し潰されて、平坦に近い重
ね継手部すなわちいわゆるマツシュシーム形の継手を形
成することを意味する。このような高変形度でマツシュ
シーム形継手を形成Ｊるシーム溶接法は、抵抗溶接法等
では行なわれていたが、超音波シーム溶接では従来全く
行なわれていなかった。すなわら、従来の超音波シーム
溶接では既に述べたように５％以下の変形度で上面側の
アルミニウム薄板のみを変形させるのが常識とされ、か
つそれがある意味で利点とされており、したがって２０
％以上の高い変形度で上面側のアルミニウム薄板と下面
側のアルミニウム薄板との両者を全体的に押し潰してマ
ツシュシーム溶接することは全く考えられなかったので
ある。

上述のように０．５〜４Ｈｎ幅の重ね合せ部に２０〜５
０％という高変形度を与えてマツシュシーム形の溶接を
行なうことによって、従来の通常の超音波シーム溶接の
場合よりも格段に高速でシーム溶接することができる。

その事実は、本発明者等の詳細な実験により見出された
ことであるが、その理由は次のように考えられる。すな
わち、前述の第１図において、重ね合せ部６に超音波（
辰動を印加しながら加圧した場合、この発明の方法では
重ね合せ部６が大きい変形度で押し潰され、かつ重ね合
されたアルミニウム薄板３．４の端部３Ａ、４Ａで最も
大きい変形か生じてマツシュシーム形継　。

手を形するが、この際アルミニウム薄板３．４の端部３
Ａ、４Ａは未変形部分による拘束を受けないため、その
重ね合せ部６では上下両薄板ともに横方向に容易に拡が
り、その結果接合界面８も容易に拡大するため、その接
合界面８では容易に新生面（活性な面）同士が出現し、
同相接合か行なわれ易くなるものと思われる。そして特
に超音波シーム溶接では超音波振動による界面の表面酸
化物等の除去も同時に行なわれるため、一層接合し易く
なる。

これに対し第２図に示したような従来の超音波シーム溶
接によるいわゆるラップシーム溶接では変形は主として
子側の薄板の溶接部付近に限られ、その周辺から未変形
部分による拘束を受ける。そのため変形時の横方向の拡
がりはきわめて少なく、そのため接合界面８の拡大も少
ないから、接合界面８での新生面の出現も少なく、した
がって接合は主として前述の超音波振動作用のみによっ
て行なわれることになり、接合の容易さがこの発明の場
合より劣り、高速での接合が困難であったものと考えら
れる。

ここで、アルミニウム薄板の重ね合せ部における重ね代
が０．５Ｍ未満ては、溶接中に溶接の進行に伴なって重
ね合せたアルミニウム薄板同士のズレが生じ易くなり、
シーム溶接か不可能となるおそれが強い。一方重ね代が
４．０簡を焔えれば、雫ね合せ部の薄板端部まで充分に
変形させることかできなくなり、第２図に示した従来法
の場合と同様に端部に未変形部分が生じてその拘束によ
り２０％以上の高変形が困難となり、マツシュシーム形
の継手部が得られず、そのためこの発明で目的とする高
速溶接を達成できない。したがってこの発明では重ね代
を０．５〜４．０面の範囲内とした。

また変形度が２０％未満では横方向への拡がりが少なく
なって接合界面での新生面の出現が少なくなり、高速溶
接が困難となる。一方変形度が５０％を越える場合、接
合部が母材板厚より薄くなって強度上問題が生じる。し
たがってこの発明では変形度を２０〜５０％の範囲内と
した。

なお上述のように変形度が２０〜５０％となるように重
ね代を４．０．以下とすることが重要でおるが、このほ
か溶接時の加圧力を大きくしたりあるいは超音波撮動エ
ネルギを大きくする等の手段を併用することが望ましい
。

ところで前述のように重ね代を０．５〜４．０ｍの範囲
内として２０％以上の高変形度で超音波シーム溶接した
場合、重ね代が下限の０．５簡に近ければ、溶接の進行
とともに重ね合せたアルミニウム薄板か次第に離れる方
向へずれて行き、溶接後半で溶接が不可能となることも
める。これを防止するためには、次のＡ、Ｂ、Ｃで示す
ような方法を適用することか好ましい。

Ａ：予想されるズレ量を見込み、そのズレ量に応じて、
予め溶接終端部の重ね代が溶接始端部よりも大きくなる
ように重ね合せておく。この場合）ｄ接始端部側に対す
る溶接終端部の重ね代増加分は、通常は溶接長さ２５０
ｍｍ当り０．５〜２．Ｏ＃程度にすることが好ましい。

Ｂ：溶接終端部を予め別途超音波スポット溶接等により
仮付けしておく。

Ｃ：被溶接物でおるアルミニウム薄板を、溶接部の幅方
向両側においてそれぞれ５０Ｋｇ以上の荷重でクランプ
しておく。

ここで、これらの方法Ａ〜Ｃは、いずれかを中独で適用
しても良いが、２以上を併用すれば一層確実にズレを防
止することができる。

なおこの発明で対象とするアルミニウムとしては、純ア
ルミニウムのみならず、アルミニウム合金をも含むこと
は勿論である。ざらに、この発明で対象とするアルミニ
ウム薄板の厚みは、要は超音波シーム溶接可能な程度で
あれば特に限定しないが、通常は１．０ｍｍ以下であれ
ば適用可能であり、そのうちでも特に０．５＃以下のも
のにこの発明の方法を好適に適用できる。

実施例 供試材としてＪＩＳ　Ａ３０５２Ｐ−Ｈ３８材の厚さ０
．３ｍｍ、幅１２０！Ｍｉ、長さ２５０馴のアルミニウ
ム合金薄板を用い、溶接機として出力１２００Ｗの超音
波溶接機を用いて、第１表中に示すような条件で超音波
シーム溶接を行ない、溶接性を調べた。その結果を第１
表中に示す。なお溶接性は溶接継手部に１８０゜曲げを
与えて、溶接部か剥離しないものを良好と判定した。

第　　　１　　　表 第１表から明らかなように、重ね代を０．５〜４．０ｍ
の範囲内としかつ溶接加圧力を１５Ｈｆｆとして２０％
以上の変形度を与えた本発明例の場合、溶接速度が６７
ｎ／分までは）容接部の剥離が生じなかった。これに対
し重ね代を４．０簡を越える幅とするかまたは溶接加圧
力を小ざくしで、変形度を５％とした比較例では、１ｍ
／分の溶接速度で剥離が生じてしまった。これらの結果
から、この発明の方法によれば溶接速度を従来よりも格
段に高速化し得ることが解る。なお重ね代を始端におい
て０．５＃１未満とした比較例では溶接中のズレにより
溶接が不可能となった。

発明の効果 前述の実施例から明らかなようにこの発明のアルミニウ
ム薄板の超音波シーム溶接法によれば、従来の超音波シ
ーム溶接と比較して格段に溶接速度を高速化することが
でき、そのため溶接作業能率を従来より顕著に向上させ
ることができる多大な効果が１ｑられる。

【図面の簡単な説明】 第１図（Ａ＞、（Ｂ）はこの発明の超音波シーム溶接法
を説明するための図で、その（Ａ）は）容接前の状況を
示す略解的な断面図、（Ｂ）は溶接後の状況を示す略解
的な断面図でおる。第２図（Ａ）、（Ｂ）は後者の一般
的な超音波シーム溶接法を説明するための図で、その（
Ａ＞は溶接前の状況を示す略解的な断面図、（Ｂ）は溶
接後の状況を示す略解的な断面図である。 １・・・アンビル、　２・・・溶接デツプ、　３．４・
・・アルミニウム薄板、　６・・・重ね合せ部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. アルミニウム薄板の端部同士を重ね合せて、その重ね合
   せ部分を超音波シーム溶接するにあたり、重ね代を０．
   ５〜４．０ｍｍの範囲内とし、その重ね合せ部の全体を
   押し潰しながらその厚みの変形度が２０〜５０％となる
   ようにシーム溶接することを特徴とするアルミニウム薄
   板の超音波シーム溶接法。