KR20200133016A

KR20200133016A - 이재 접합용 아크 용접법, 접합 보조 부재, 이재 용접 이음, 및 접합 보조 부재를 구비한 판재

Info

Publication number: KR20200133016A
Application number: KR1020207033176A
Authority: KR
Inventors: 레이이치 스즈키
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2016-12-27
Filing date: 2017-12-19
Publication date: 2020-11-25
Also published as: CN110114181B; KR20190089025A; WO2018123716A1; EP3563961A1; KR102225141B1; CN110114181A

Abstract

이재 용접 이음(1)은, 알루미늄 합금 혹은 마그네슘 합금제의 상판(10)과, 상판(10)에 아크 용접된, 강제의 하판(20)을 구비하고, 상판(10)은, 하판(20)과의 중첩면에 면하는 원형 구멍(11)을 갖고, 축부(31)와 플랜지부(32)를 가진 단차를 갖는 외형 형상을 갖고, 또한 축부(31) 및 플랜지부(32)를 관통하는 중공부(33)가 형성되고, 축부(31)의 최대 외경(P_D1) 및 플랜지부(32)의 폭(P_D2)이 상판(10)의 구멍(11)의 직경(B_D)보다 각각 크고, 축부(31)가 플랜지부측에서 잘록부(39)를 갖는 강제의 접합 보조 부재(30)를 더 구비한다. 접합 보조 부재(30)는, 상판(10)에 마련된 구멍(11)에 압입되고, 접합 보조 부재(30)의 중공부(33)는, 철 합금, 또는, Ni 합금의 용접 금속(40)으로 충전됨과 함께, 용접 금속(40)과, 용융된 하판(20) 및 접합 보조 부재(30)의 일부에 의해 용융부(W)가 형성된다.

Description

이재 접합용 아크 용접법, 접합 보조 부재, 이재 용접 이음, 및 접합 보조 부재를 구비한 판재{ARC WELDING METHOD FOR MULTIMATERIAL JOINING, JOINING ASSISTANCE MEMBER, MULTIMATERIAL WELDED JOINT, AND PLATE MATERIAL EQUIPPED WITH JOINING ASSISTANCE MEMBER}

본 발명은, 이재 접합용 아크 용접법, 접합 보조 부재, 이재 용접 이음, 및 접합 보조 부재를 구비한 판재에 관한 것이다.

자동차를 대표로 하는 수송 기기에는, (a) 유한 자원인 석유 연료 소비, (b) 연소에 수반되어 발생하는 지구 온난화 가스인 CO₂, (c) 주행 비용 등의 각종 억제를 목적으로 하여, 주행 연비의 향상이 항상 요구되고 있다. 그 수단으로서는, 전기 구동의 이용 등 동력계 기술의 개선 외에, 차체 중량의 경량화도 개선책의 하나이다. 경량화에는 현재의 주요 재료로 되어 있는 강을, 경량 소재인 알루미늄 합금, 마그네슘 합금, 탄소 섬유 등으로 치환하는 수단이 있다. 그러나, 모두를 이들 경량 소재로 치환하기 위해서는, 고비용화나 강도 부족이 되는 등의 과제가 있고, 해결책으로서 강과 경량 소재를 적재 적소에 조합한, 소위 멀티머티리얼이라 불리는 설계 방법이 주목을 받고 있다.

강과 상기 경량 소재를 조합하기 위해서는, 필연적으로 이들을 접합하는 개소가 생기게 된다. 강끼리나 알루미늄 합금끼리, 마그네슘 합금끼리에서는 용이한 용접이, 이재에서는 매우 곤란함이 알려져 있다. 이 이유로서, 강과 알루미늄 혹은 마그네슘의 용융 혼합부에는 매우 취성의 성질인 금속간 화합물(IMC)이 생성되어, 인장이나 충격과 같은 외부 응력으로 용융 혼합부가 용이하게 파괴되어 버리는 것에 있다. 이 때문에, 저항 스폿 용접법이나 아크 용접법과 같은 용접법을 이재 접합에는 채용할 수 없고, 다른 접합법을 사용하는 것이 일반적이다. 강과 탄소 섬유의 접합도, 후자가 금속이 아니기 때문에 용접을 사용할 수 없다.

종래의 이재 접합 기술의 예로서는, 강 소재와 경량 소재의 양쪽에 관통 구멍을 형성하여 볼트와 너트로 상하로부터 구속하는 수단을 들 수 있다. 또한, 다른 예로서는, 코오킹 부재를 강력한 압력을 가하여 편측으로부터 삽입하고, 코오킹 효과에 의해 구속하는 수단이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).

또한, 다른 예로서는, 알루미늄 합금 소재에 강제의 접합 부재를 펀치로서 압입함으로써 천공과 접합 부재를 임시 구속하고, 다음에 강 소재와 중첩하고, 상하 양쪽으로부터 구리 전극으로 물고, 압력과 고전류를 순간적으로 부여하여 강 소재와 접합 부재를 저항 용접하는 수단이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 2 참조).

또한, 다른 예로서는, 마찰 교반 접합 툴을 사용하여 알루미늄 합금과 강의 소재끼리를 직접 접합하는 수단도 개발되어 있다(예를 들어, 특허문헌 3 참조).

일본 특허 공개 제2002-174219호 공보 일본 특허 공개 제2009-285678호 공보 일본 특허 제5044128호 공보

그러나, 볼트와 너트에 의한 접합법은, 강 소재와 경량 소재가 폐단면 구조를 구성하는 경우(도 32a 참조), 너트를 넣을 수 없어 적용할 수 없다. 또한, 적용 가능한 개단면 구조의 이음의 경우(도 32b, 도 32c 참조)라도, 너트를 돌려 넣는 데 시간을 요해 능률이 나쁘다는 과제가 있다.

또한, 특허문헌 1에 기재된 접합법은, 비교적 용이한 방법이지만, 강의 강도가 높은 경우에는 삽입할 수 없는 문제가 있고, 또한, 접합 강도는 마찰력과 코오킹 부재의 강성에 의존하므로, 높은 접합 강도가 얻어지지 않는다는 문제가 있다. 또한, 삽입 시에는 표면·이면 양측으로부터 지그로 누를 필요가 있기 때문에, 폐단면 구조에는 적용할 수 없다는 과제도 있다.

또한, 특허문헌 2에 기재된 접합법도, 폐단면 구조에는 적용할 수 없고, 또한, 저항 용접법은 설비가 매우 고가라는 과제가 있다.

특허문헌 3에 기재된 접합법은, 알루미늄 합금 소재를 저온 영역에서 소성 유동시키면서 강 소재면에 압력을 가함으로써, 양쪽 소재가 서로 용융되는 일이 없어, 금속간 화합물의 생성을 방지하면서 금속 결합력이 얻어진다고 할 수 있고, 강과 탄소 섬유도 접합 가능하다는 연구 성과도 있다. 그러나, 본 접합법도 폐단면 구조에는 적용할 수 없고, 또한 높은 압력을 필요로 하므로 기계적으로 대형으로 되며, 고가라는 문제가 있다. 또한, 접합력으로서도 그다지 높아지지 않는다.

따라서, 기존의 이재 접합 기술은, (i) 부재나 개선 형상이 개단면 구조에 한정되고, (ii) 접합 강도가 낮고, (iii) 설비 비용이 고가라는 등의 1개 이상의 문제를 갖고 있다. 이 때문에, 다양한 소재를 조합한 멀티머티리얼 설계를 보급시키기 위해서는, (i') 개단면 구조와 폐단면 구조의 양쪽에 적용할 수 있고, (ii') 접합 강도가 충분히 높으며, 또한 신뢰성도 높고, (iii') 저비용이라는 모든 요소를 겸비한, 사용하기 쉬운 신기술이 요구되고 있다.

본 발명은, 전술한 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 알루미늄 합금(이하 「Al 합금」이라고도 함) 혹은 마그네슘 합금(이하, 「Mg 합금」이라고도 함)과 강의 이재를, 이미 세상에 보급되어 있는 저렴한 아크 용접 설비를 사용하여, 강고하게 또한 신뢰성이 높은 품질로 접합할 수 있고, 또한 개단면 구조에도 폐단면 구조에도 제한없이 적용할 수 있는, 이재 접합용 아크 용접법, 접합 보조 부재, 이재 용접 이음, 및 접합 보조 부재를 구비한 판재를 제공하는 것에 있다.

여기서, Al 합금 혹은 Mg 합금과 강을 용융 접합시키려고 하면, 상술한 바와 같이 금속간 화합물(IMC)의 생성을 피할 수 없다. 한편, 강끼리의 용접은 가장 높은 접합 강도와 신뢰성을 나타내는 것은, 과학적으로도 실적적으로도 자명하다.

따라서, 본 발명자들은, 강끼리의 용접을 결합력으로서 사용하고, 또한 구속력을 이용하여 이재의 접합을 달성하는 수단을 고안하였다.

본 발명의 상기 목적은, 하기의 구성에 의해 달성된다.

알루미늄 합금 혹은 마그네슘 합금제의 제1 판과, 강제의 제2 판을 접합하는 이재 접합용 아크 용접법이며,

상기 제1 판에 원형 구멍을 형성하는 공정과,

축부와 플랜지부를 가진 단차를 갖는 외형 형상을 갖고, 또한, 상기 축부 및 상기 플랜지부를 관통하는 중공부가 형성되고, 상기 축부의 최대 외경 P_D1 및 상기 플랜지부의 폭 P_D2가 상기 제1 판의 구멍의 직경 B_D보다 각각 크고, 상기 축부가 플랜지부측에서 잘록부를 갖는 강제의 접합 보조 부재를, 상기 제1 판의 구멍에 압입하는 공정과,

상기 제1 판과 상기 제2 판을 중첩하는 공정과,

이하의 (a) 내지 (e) 중 어느 방법에 의해, 상기 접합 보조 부재의 중공부를 용접 금속으로 충전함과 함께, 상기 제2 판 및 상기 접합 보조 부재를 용접하는 공정

을 구비하는 이재 접합용 아크 용접법.

(a) 철 합금, 또는, Ni 합금의 상기 용접 금속이 얻어지는 용접 와이어를 용극으로서 사용하는 가스 실드 아크 용접법.

(b) 상기 용접 와이어를 용극으로서 사용하는 논가스 아크 용접법.

(c) 상기 용접 와이어를 비용극 필러로서 사용하는 가스 텅스텐 아크 용접법.

(d) 상기 용접 와이어를 비용극 필러로서 사용하는 플라스마 아크 용접법.

(e) 철 합금, 또는, Ni 합금의 상기 용접 금속이 얻어지는 피복 아크 용접봉을 용극으로서 사용하는 피복 아크 용접법.

강제이며, 축부와 플랜지부를 가진 단차를 갖는 외형 형상을 갖고, 또한, 상기 축부 및 상기 플랜지부를 관통하는 중공부가 형성되고, 상기 축부의 최대 외경 P_D1 및 상기 플랜지부의 폭 P_D2가 상기 제1 판의 구멍의 직경 B_D보다 각각 크고, 상기 축부가 플랜지부측에서 잘록부를 갖는 접합 보조 부재.

강제이며, 축부와 플랜지부를 가진 단차를 갖는 외형 형상을 갖고, 또한, 상기 축부 및 상기 플랜지부를 관통하는 중공부가 형성되고, 상기 축부의 최대 외경 P_D1, 상기 플랜지부의 폭 P_D2 및 상기 제1 판의 구멍의 직경 B_D의 관계가 P_D2>P_D1>B_D이고, 상기 축부가 플랜지부측에서 잘록부를 갖는 접합 보조 부재.

알루미늄 합금 혹은 마그네슘 합금제의 제1 판과, 해당 제1 판에 아크 용접된, 강제의 제2 판을 구비하는 이재 용접 이음이며,

상기 제1 판은, 상기 제2 판과의 중첩면에 면하는 원형 구멍을 갖고,

상기 제1 판에 마련된 구멍 내에 고정되어 있는 축부와, 플랜지부를 가진 단차를 갖는 외형 형상을 갖고, 또한, 상기 축부 및 상기 플랜지부를 관통하는 중공부가 형성되고, 상기 축부의 최대 외경 P_D1 및 상기 플랜지부의 폭 P_D2가 상기 제1 판의 구멍의 직경 B_D보다 각각 크고, 상기 축부가 플랜지부측에서 잘록부를 갖는 강제의 접합 보조 부재를 더 구비하고,

상기 접합 보조 부재의 중공부는, 철 합금, 또는, Ni 합금의 용접 금속으로 충전됨과 함께, 상기 용접 금속과, 용융된 상기 제2 판 및 상기 접합 보조 부재의 일부에 의해 용융부가 형성되는 이재 용접 이음.

강제의 판재와 아크 용접함으로써 이재 용접 이음을 형성 가능한 접합 보조 부재를 구비한 판재이며,

원형 구멍을 갖는 알루미늄 합금 혹은 마그네슘 합금제의 판재와,

축부와, 플랜지부를 가진 단차를 갖는 외형 형상을 갖고, 또한, 상기 축부 및 상기 플랜지부를 관통하는 중공부가 형성되고, 상기 축부의 최대 외경 P_D1 및 상기 플랜지부의 폭 P_D2가 상기 판재의 구멍의 직경 B_D보다 각각 크고, 상기 축부가 플랜지부측에서 잘록부를 갖는 강제의 접합 보조 부재

를 구비하고,

상기 접합 보조 부재는, 상기 축부가 상기 판재에 마련된 구멍 내에 고정됨으로써, 상기 판재에 설치되어 있는 접합 보조 부재를 구비한 판재.

본 발명에 따르면, 알루미늄 합금 혹은 마그네슘 합금과, 강의 이재를, 저렴한 아크 용접 설비를 사용하여, 강고하게 또한 신뢰성이 높은 품질로 접합할 수 있고, 또한 개단면 구조에도 폐단면 구조에도 제한없이 적용할 수 있다.

도 1a는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 이재 용접 이음의 사시도이다.
도 1b는 도 1a의 I-I선을 따른 이재 용접 이음의 단면도이다.
도 2a는 제1 실시 형태의 접합 보조 부재의 측면도이다.
도 2b는 제1 실시 형태의 접합 보조 부재의 정면도이다.
도 3a는 제1 실시 형태의 접합 보조 부재의 제1 변형예의 측면도이다.
도 3b는 제1 실시 형태의 접합 보조 부재의 제2 변형예의 측면도이다.
도 4는 제1 변형예의 접합 보조 부재를 사용한 이재 용접 이음의 도 1b에 대응하는 단면도이다.
도 5a는 제1 실시 형태의 접합 보조 부재의 제3 변형예의 정면도이다.
도 5b는 제1 실시 형태의 접합 보조 부재의 제4 변형예의 정면도이다.
도 5c는 제1 실시 형태의 접합 보조 부재의 제5 변형예의 정면도이다.
도 5d는 제1 실시 형태의 접합 보조 부재의 제6 변형예의 정면도이다.
도 6a는 제1 실시 형태의 이재 접합용 아크 용접법의 천공 작업을 도시하는 도면이다.
도 6b는 제1 실시 형태의 이재 접합용 아크 용접법의 압입 작업을 도시하는 도면이다.
도 6c는 제1 실시 형태의 이재 접합용 아크 용접법의 중첩 작업을 도시하는 도면이다.
도 6d는 제1 실시 형태의 이재 접합용 아크 용접법의 용접 작업을 도시하는 도면이다.
도 7a는 과잉 용착부가 형성되지 않은 이재 용접 이음을 도시하는 단면도이다.
도 7b는 도 7a의 이재 용접 이음에 판 두께 방향(3차원 방향)의 외부 응력이 작용한 상태를 도시하는 단면도이다.
도 8은 도 1b의 이재 용접 이음에 판 두께 방향(3차원 방향)의 외부 응력이 작용한 상태를 도시하는 단면도이다.
도 9a는 용접 금속의 용입을 설명하기 위한 이재 용접 이음의 단면도이다.
도 9b는 용접 금속의 용입을 설명하기 위한 이재 용접 이음의 단면도이다.
도 10a는 알루미늄제의 상판과 강제의 하판을 겹쳐 관통 용접한 비교예로서의 이재 용접 이음의 사시도이다.
도 10b는 도 10a의 이재 용접 이음의 단면도이다.
도 11a는 도 10a의 이재 용접 이음에 전단 인장이 작용한 상태를 도시하는 단면도이다.
도 11b는 도 11a의 이재 용접 이음을 도시하는 사시도이다.
도 12a는 도 10a의 이재 용접 이음에 상하 박리 인장이 작용한 상태를 도시하는 단면도이다.
도 12b는 도 12a의 이재 용접 이음을 도시하는 사시도이다.
도 13a는 구멍을 갖는 알루미늄제의 상판과 강제의 하판을 겹쳐 관통 용접한 비교예로서의 이재 용접 이음의 사시도이다.
도 13b는 도 13a의 이재 용접 이음의 단면도이다.
도 14a는 도 13a의 이재 용접 이음에 전단 인장이 작용한 상태를 도시하는 단면도이다.
도 14b는 도 13a의 이재 용접 이음에 전단 인장이 작용하여, 접합부가 90° 가까이 어긋난 상태를 도시하는 사시도이다.
도 15a는 도 13a의 이재 용접 이음에 상하 박리 인장이 작용한 상태를 도시하는 단면도이다.
도 15b는 도 15a의 이재 용접 이음을 도시하는 사시도이다.
도 16a는 제1 실시 형태의 이재 용접 이음의 단면도이다.
도 16b는 도 16a의 이재 용접 이음에 상하 박리 인장이 작용한 상태를 도시하는 사시도이다.
도 17a는 제1 실시 형태의 이재 용접 이음에 전단 인장이 작용한 상태를 도시하는 단면도이다.
도 17b는 금속간 화합물이 생성된 제1 실시 형태의 이재 용접 이음에 전단 인장이 작용한 상태를 도시하는 단면도이다.
도 18a는 상판과 하판 사이에 공극이 존재하는 아크 용접 전의 상태를 도시하는 상판, 하판 및 접합 보조 부재의 단면도이다.
도 18b는 아크 용접 후의 상태를 열 수축력과 함께 나타내는 이재 용접 이음의 단면도이다.
도 19는 접합 보조 부재의 축부의 직경이 너무 작은 이재 용접 이음에 전단 방향의 응력이 작용한 상태를 도시하는 단면도이다.
도 20은 상향 자세로 아크 용접이 실시되어 있는 상태를 도시하는 도면이다.
도 21은 제1 실시 형태의 접합 보조 부재의 제7 변형예를 도시하는 측면도이다.
도 22a는 제1 실시 형태의 접합 보조 부재의 치수 관계를 설명하기 위한 상판, 하판 및 접합 보조 부재의 단면도이다.
도 22b는 제1 실시 형태의 제1 변형예의 접합 보조 부재의 치수 관계를 설명하기 위한 상판, 하판 및 접합 보조 부재의 단면도이다.
도 23a는 제1 실시 형태의 이재 접합용 아크 용접법의 제1 변형예를 설명하기 위한 상판과 하판의 사시도이다.
도 23b는 제1 실시 형태의 이재 접합용 아크 용접법의 제1 변형예를 설명하기 위한 상판과 하판의 단면도이다.
도 24a는 제1 실시 형태의 이재 접합용 아크 용접법의 제2 변형예를 설명하기 위한 상판과 하판의 사시도이다.
도 24b는 제1 실시 형태의 이재 접합용 아크 용접법의 제2 변형예를 설명하기 위한 상판과 하판의 단면도이다.
도 25a는 제1 실시 형태의 이재 접합용 아크 용접법의 제3 변형예를 설명하기 위한 상판, 하판 및 접합 보조 부재의 사시도이다.
도 25b는 제1 실시 형태의 이재 접합용 아크 용접법의 제3 변형예를 설명하기 위한 상판, 하판 및 접합 보조 부재의 단면도이다.
도 26a는 제1 실시 형태의 이재 접합용 아크 용접법의 제4 변형예를 설명하기 위한 이재 용접 이음의 사시도이다.
도 26b는 제1 실시 형태의 이재 접합용 아크 용접법의 제4 변형예를 설명하기 위한 이재 용접 이음의 단면도이다.
도 27a는 도 3a의 제1 변형예의 접합 보조 부재를 도시하는 상면도, 측면도 및 하면도이다.
도 27b는 제1 실시 형태의 접합 보조 부재의 제8 변형예를 도시하는 상면도, 측면도 및 하면도이다.
도 27c는 제1 실시 형태의 접합 보조 부재의 제9 변형예를 도시하는 상면도, 측면도 및 하면도이다.
도 28은 제1 실시 형태의 접합 보조 부재의 제10 변형예를 도시하는 측면도이다.
도 29는 제1 실시 형태의 접합 보조 부재의 제11 변형예를 도시하는 측면도이다.
도 30은 제1 실시 형태의 이재 접합용 아크 용접법, 및 이재 용접 이음의 제5 변형예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 31a는 도 30의 하판에 팽출부를 드로잉 가공하기 전의 상태를 도시하는 도면이다.
도 31b는 도 30의 하판에 팽출부가 드로잉 가공된 후의 상태를 도시하는 도면이다.
도 32a는 제1 실시 형태의 이재 용접 이음이 적용된 폐단면 구조를 도시하는 사시도이다.
도 32b는 제1 실시 형태의 이재 용접 이음이 적용된, L자판과 평판에 의한 개단면 구조를 도시하는 사시도이다.
도 32c는 제1 실시 형태의 이재 용접 이음이 적용된, 2매의 평판에 의한 개단면 구조를 도시하는 사시도이다.
도 33a는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 이재 용접 이음의 사시도이다.
도 33b는 도 33a의 I-I선을 따른 이재 용접 이음의 단면도이다.
도 34a는 제2 실시 형태의 접합 보조 부재의 측면도이다.
도 34b는 제2 실시 형태의 접합 보조 부재의 정면도이다.
도 35는 제1 변형예의 접합 보조 부재를 사용한 이재 용접 이음의 도 33b에 대응하는 단면도이다.
도 36a는 제2 실시 형태의 접합 보조 부재의 제3 변형예의 정면도이다.
도 36b는 제2 실시 형태의 접합 보조 부재의 제4 변형예의 정면도이다.
도 37a는 제2 실시 형태의 이재 용접 이음의 단면도이다.
도 37b는 도 37a의 VI-VI선을 따른 단면도이다.
도 38a는 제2 실시 형태의 이재 접합용 아크 용접법의 천공 작업을 도시하는 도면이다.
도 38b는 제2 실시 형태의 이재 접합용 아크 용접법의 압입 작업을 도시하는 도면이다.
도 38c는 제2 실시 형태의 이재 접합용 아크 용접법의 중첩 작업을 도시하는 도면이다.
도 38d는 제2 실시 형태의 이재 접합용 아크 용접법의 용접 작업을 도시하는 도면이다.
도 39는 압입 작업의 과정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 40은 압입 작업의 과정에 있어서, 플랜지부의 노출면이 상판의 표면보다도 내측에 위치할 때까지 압입되는 경우를 설명하기 위한 단면도이다.
도 41a는 용접 금속의 용입을 설명하기 위한 이재 용접 이음의 단면도이다.
도 41b는 용접 금속의 용입을 설명하기 위한 이재 용접 이음의 단면도이다.
도 42a는 제2 실시 형태의 이재 용접 이음의 단면도이다.
도 42b는 도 42a의 이재 용접 이음에 상하 박리 인장이 작용한 상태를 도시하는 사시도이다.
도 43a는 제2 실시 형태의 이재 용접 이음에 전단 인장이 작용한 상태를 도시하는 단면도이다.
도 43b는 금속간 화합물이 생성된 제2 실시 형태의 이재 용접 이음에 전단 인장이 작용한 상태를 도시하는 단면도이다.
도 44는 상향 자세로 아크 용접이 실시되어 있는 상태를 도시하는 도면이다.
도 45는 제2 실시 형태의 접합 보조 부재의 치수 관계를 설명하기 위한 상판, 하판 및 접합 보조 부재의 단면도이다.
도 46은 용접 금속의 미충전 높이를 설명하기 위한 이재 용접 이음의 단면도이다.
도 47은 중공부가 충전된 이재 용접 이음에 판 두께 방향(3차원 방향)의 외부 응력이 작용한 상태를 도시하는 단면도이다.
도 48a는 미충전 높이가 높은 경우의 이재 용접 이음을 도시하는 단면도이다.
도 48b는 도 48a의 이재 용접 이음에 판 두께 방향(3차원 방향)의 외부 응력이 작용한 상태를 도시하는 단면도이다.
도 49a는 제2 실시 형태의 이재 접합용 아크 용접법의 제1 변형예를 설명하기 위한 상판과 하판의 사시도이다.
도 49b는 제2 실시 형태의 이재 접합용 아크 용접법의 제1 변형예를 설명하기 위한 상판과 하판의 단면도이다.
도 50a는 제2 실시 형태의 이재 접합용 아크 용접법의 제2 변형예를 설명하기 위한 상판과 하판의 사시도이다.
도 50b는 제2 실시 형태의 이재 접합용 아크 용접법의 제2 변형예를 설명하기 위한 상판과 하판의 단면도이다.
도 51은 제2 실시 형태의 이재 접합용 아크 용접법의 제3 변형예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 52a는 제2 실시 형태의 이재 용접 이음이 적용된 폐단면 구조를 도시하는 사시도이다.
도 52b는 제2 실시 형태의 이재 용접 이음이 적용된, L자판과 평판에 의한 개단면 구조를 도시하는 사시도이다.
도 52c는 제2 실시 형태의 이재 용접 이음이 적용된, 2매의 평판에 의한 개단면 구조를 도시하는 사시도이다.
도 53은 제2 실시 형태의 이재 접합용 아크 용접법의 제4 변형예를 도시하는 도면이다.
도 54는 제2 실시 형태의 이재 접합용 아크 용접법의 제5 변형예를 도시하는 도면이다.

이하, 본 발명에 관한 이재 접합용 아크 용접법, 접합 보조 부재, 이재 용접 이음, 및 접합 보조 부재를 구비한 판재의 각 실시 형태에 대하여, 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.

(제1 실시 형태)

본 실시 형태의 이재 접합용 아크 용접법은, 서로 중첩되는, 알루미늄 합금 혹은 마그네슘 합금제의 상판(10)(제1 판)과, 강제의 하판(20)(제2 판)을, 강제의 접합 보조 부재(30)를 통해, 후술하는 아크 용접법에 의해 접합함으로써, 도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같은 이재 용접 이음(1)을 얻는 것이다.

상판(10)에는, 판 두께 방향으로 관통하여, 하판(20)의 중첩면에 면하는 원형 구멍(11)이 마련되어 있고, 이 구멍(11)에 접합 보조 부재(30)가 압력을 가하여 삽입된다.

도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이, 접합 보조 부재(30)는, 상판(10)의 구멍(11)에 압입 고정되는 축부(31)와, 상판(10)의 상면에 배치되며, 축부(31)에 대하여 외향의 플랜지부(32)를 가진 단차를 갖는 외형 형상을 갖는다. 접합 보조 부재(30)에는, 축부(31) 및 플랜지부(32)를 관통하는 원형 중공부(33)가 형성되어 있다.

또한, 후술하는 바와 같이, 축부(31)의 최대 외경 P_D1 및 플랜지부(32)의 폭 P_D2는, 상판(10)의 구멍(11)의 직경 B_D보다 각각 크게 설정되어 있다(도 22a 참조).

또한, 본 실시 형태에서는, 축부(31)의 외형 형상은, 플랜지부측에서 잘록부(39)를 갖는 구성으로 하고 있다. 구체적으로, 축부(31)는, 외주면이 선단으로부터 플랜지부(12)측을 향하여 서서히 직경 확대되며, 최대 외경 P_D1을 규정하는 테이퍼부(35)와, 해당 테이퍼부(35)의 최대 외경 P_D1보다도 소직경인 소직경 원통부(36)를 갖는다. 따라서, 소직경 원통부(36)에 의해, 축부(31)의 외형 형상은, 플랜지부측에서 잘록부(39)를 갖는다.

축부(31)의 외형 형상은, 플랜지부측에서 잘록부(39)를 가짐으로써, 상판(10)에 코오킹 구속력을 갖고 접합 보조 부재(30)를 고정하는 것이면, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 3a에 도시한 바와 같이, 축부(31)는, 외주면이 선단으로부터 플랜지부(32)까지 서서히 직경 축소되는 직경 축소 테이퍼부(37)로 해도 된다. 또한, 도 3b에 도시한 바와 같이, 축부(31)는, 선단측에 마련된 대직경 원통부(38)와, 플랜지부측에 마련된 소직경 원통부(36)로 구성해도 된다.

또한, 잘록부(39)에 있어서의 기능은, 도 2a, 도 3a, 도 3b의 접합 보조 부재(30) 중 어느 것에서도 실질적으로 변하지 않기 때문에, 임의의 접합 보조 부재(30)를 사용하여 이후의 설명을 행하고 있다. 또한, 도 4는 도 3a의 접합 보조 부재(30)를 사용한 경우의 이재 용접 이음(1)의 도 1b에 대응하는 단면도이다.

접합 보조 부재(30)의 플랜지부(32)의 외형 형상은, 도 2b에 도시한 바와 같은 원형에 한정되지 않고, 용접 후에 상판(10)에 형성된 구멍(11)을 폐색하고 있으면, 임의의 형상으로 할 수 있다. 예를 들어, 도 5a 내지 도 5d에 도시한 사각형 이상의 다각형이어도 된다. 또한, 도 5b에 도시한 바와 같이, 다각형의 코너부를 둥글게 해도 된다.

또한, 이들 접합 보조 부재(30)에서는, 후술하는 플랜지부(32)의 폭 P_D2는, 가장 짧은 대향면간 거리로 규정된다.

이와 같이, 접합 보조 부재(30)가 상판(10)에 압입됨으로써, 축부(31) 및 중공부(33)는 상판(10)의 구멍(11)과 동축상에 위치하고 있다.

또한, 접합 보조 부재(30)의 중공부(33)에는, 아크 용접에 의해 필러재(용접 재료)가 용융된, 철 합금, 또는, Ni 합금의 용접 금속(40)이 충전됨과 함께, 용접 금속(40)과, 용융된 하판(20) 및 접합 보조 부재(30)의 일부에 의해 용융부 W가 형성된다. 따라서, 용융부 W는, 상판(10)의 구멍(11) 내에도 배치되어, 접합 보조 부재(30)와 하판(20)을 용접하고 있고, 이에 의해, 상판(10)과 하판(20)이 접합된다.

이하, 이재 용접 이음(1)을 구성하는 이재 접합용 아크 용접법에 대하여, 도 6a 내지 도 6d를 참조하여 설명한다.

먼저, 도 6a에 도시한 바와 같이, 상판(10)에 구멍(11)을 뚫는 천공 작업을 행한다(스텝 S1). 다음에, 도 6b에 도시한 바와 같이, 접합 보조 부재(30)의 축부(31)를, 상판(10)의 상면으로부터, 상판(10)의 구멍(11)에 압입한다(스텝 S2). 또한, 도 6c에 도시한 바와 같이, 상판(10)과 하판(20)을 중첩하는 중첩 작업을 행한다(스텝 S3). 그리고, 도 6d에 도시한 바와 같이, 이하에 상세하게 설명하는 (a) 용극식 가스 실드 아크 용접법, (b) 논가스 아크 용접법, (c) 가스 텅스텐 아크 용접법, (d) 플라스마 아크 용접법, (e) 피복 아크 용접법 중 어느 아크 용접 작업을 행함으로써, 상판(10)과 하판(20)을 접합한다(스텝 S4). 또한, 도 6d는, (a) 용극식 가스 실드 아크 용접법을 사용하여 아크 용접 작업이 행해진 경우를 도시하고 있다.

스텝 S1의 천공 작업의 구체적인 방법으로서는, a) 펀치를 사용한 펀칭, b) 금형을 사용한 프레스 형 펀칭, c) 레이저, 플라스마, 워터 제트법 등에 의한 절단을 들 수 있다.

또한, 스텝 S4의 아크 용접 작업은, 상판(10)의 구멍(11) 내의 용접 금속(40)을 통해 접합 보조 부재(30)와 하판(20)을 접합하고, 또한 접합 보조 부재(30)에 마련된 중공부(33)를 충전하기 위해 필요하다. 따라서, 아크 용접에는 충전재가 되는 필러재(용접 재료)의 삽입이 불가결하게 된다. 구체적으로, 이하의 4개의 아크 용접법에 의해, 필러재가 용융되어 용접 금속(40)이 형성된다.

(a) 용극식 가스 실드 아크 용접법은, 일반적으로 MAG(마그)나 MIG(미그)라 불리는 용접법이며, 솔리드 와이어 혹은 플럭스 혼입 와이어를 필러 겸 아크 발생 용극으로서 사용하고, CO₂, Ar, He 등의 실드 가스로 용접부를 대기로부터 차단하여 건전한 용접부를 형성하는 방법이다.

(b) 논가스 아크 용접법은, 셀프 실드 아크 용접법이라고도 불리며, 특수한 플럭스 혼입 와이어를 필러 겸 아크 발생 용극으로서 사용하고, 한편, 실드 가스를 불필요로 하여, 건전한 용접부를 형성하는 수단이다.

(c) 가스 텅스텐 아크 용접법은, 가스 실드 아크 용접법의 일종이지만 비용극식이며, 일반적으로 TIG(티그)라고도 불린다. 실드 가스는, Ar 또는 He의 불활성 가스가 사용된다. 텅스텐 전극과 모재 사이에는 아크가 발생하고, 필러 와이어는 아크로 옆으로부터 송급된다.

일반적으로, 필러 와이어는 통전되지 않지만, 통전시켜 용융 속도를 높이는 핫 와이어 방식 TIG도 있다. 이 경우, 필러 와이어에는 아크는 발생하지 않는다.

(d) 플라스마 아크 용접법은 TIG와 원리는 동일하지만, 가스의 2중 계통화와 고속화에 의해 아크를 긴축시켜, 아크력을 높인 용접법이다.

(e) 피복 아크 용접법은, 금속의 심선에 플럭스를 도포한 피복 아크 용접봉을 필러로서 사용하는 아크 용접법이며, 실드 가스는 불필요하다.

필러재(용접 재료)의 재질에 대해서는, 용접 금속(40)이 Fe 합금으로 되는 것이면, 일반적으로 사용되는 용접용 와이어 또는 용접봉이 적용 가능하다. 또한, Ni 합금에서도 철과의 용접에는 문제가 발생하지 않으므로 적용 가능하다.

구체적으로는, JIS로서 (a) Z3312, Z3313, Z3317, Z3318, Z3321, Z3323, Z3334, (b) Z3313, (c) Z3316, Z3321, Z3334, (d) Z3211, Z3221, Z3223, Z3224, AWS(American Welding Society)로서, (a) A5. 9, A5. 14, A5. 18, A5. 20, A5. 22, A5. 28, A5. 29, A5. 34, (b) A5. 20, (c) A5. 9, A5. 14, A5. 18, A5. 28, (d) A5. 1, A5. 4, A5. 5, A5. 11과 같은 규격재가 유통되고 있다.

이들 아크 용접법을 사용하여 접합 보조 부재(30)의 중공부(33)를 필러재로 충전하지만, 일반적으로 필러 와이어 혹은 용접봉의 목표 위치는 이동시킬 필요가 없고, 적절한 송급 시간이 지나 아크를 끊어 용접 종료시키면 된다. 단, 중공부(33)의 면적이 큰 경우에는, 필러 와이어 혹은 용접봉의 목표 위치를 중공부(33) 내에서 원을 그리도록 이동시켜도 된다.

용접 금속(40)은 접합 보조 부재(30)의 중공부(33)를 충전하고, 또한 접합 보조 부재(30)의 표면에 과잉 용착부 Wa를 형성하는 것이 바람직하다(도 1b 참조). 과잉 용착부를 형성하지 않은, 즉, 도 7a에 도시한 바와 같이, 중공부(33)가 용접 후에 외관상 남는 상태이면, 특히 판 두께 방향(3차원 방향)의 외부 응력에 대해서는, 접합 강도가 부족하게 될 가능성이 있다(도 7b 참조). 이 때문에, 과잉 용착부 Wa를 형성함으로써, 도 8에 도시한 바와 같이, 판 두께 방향(3차원 방향)의 외부 응력에 대해서는, 접합 보조 부재(30)의 변형이 억제되어, 높은 접합 강도가 얻어진다.

한편, 과잉 용착부측과 반대측의 용입에 대해서는, 도 9a에 도시한 바와 같이, 하판(20)을 적절하게 용융하고 있을 필요가 있다. 또한, 도 9b에 도시한 바와 같이, 하판(20)의 판 두께를 초과하여 용접 금속(40)이 형성되는, 소위 이파(裏波)가 나오는 상태로까지 녹아도 문제는 없다.

단, 하판(20)이 녹지 않고, 용접 금속(40)이 얹혀 있을 뿐이면, 높은 강도는 얻어지지 않는다. 또한, 용접 금속(40)이 너무 깊게 용입되어, 용접 금속(40)과 하판(20)이 녹아 떨어져 버리지 않도록 용접할 필요가 있다.

이상의 작업에 의해, Al 합금이나 Mg 합금제의 상판(10)과 강제의 하판(20)은 높은 강도로 접합된다.

이하, 상기 아크 용접법에 있어서 사용되는 강제의 접합 보조 부재(30)의 역할에 대하여 설명한다.

먼저, 접합 보조 부재를 사용하지 않고, 도 10a 및 도 10b에 도시한 바와 같이, 단순히 알루미늄제의 상판(10)과 강제의 하판(20)을 겹치고, 상판측으로부터 강 혹은 니켈 합금제 용접 와이어를 사용한 아크 용접을 정점에서 일정 시간 유지한 아크 스폿 용접을 행한 경우, 형성되는 용접 금속(40a)은 알루미늄과 강, 혹은 알루미늄과 강과 니켈의 합금이 된다. 이 합금은, 알루미늄 함유량이 많으므로 취성적 특성인 금속간 화합물(IMC)을 나타내고 있다. 이와 같은 이재 용접 이음(100a)은, 일견 접합되어 있는 것처럼 보여도, 가로 방향으로 인장 응력이 가해지면(전단 인장), 도 11a 및 도 11b에 도시한 바와 같이, 용접 금속(40a)이 용이하게 파괴되어, 어긋나 버린다. 또한, 세로 방향으로 인장 응력이 가해지는(박리 인장) 경우라도, 도 12a 및 도 12b에 도시한 바와 같이, 용접 금속(40a)이 파단되거나, 혹은 용접 금속(40a)과 상판(10)의 경계부 혹은 용접 금속(40a)과 하판(20)의 경계부가 파단되어, 상판(10)이 빠지게 되어 접합이 어긋나 버린다.

이와 같이 단순히 알루미늄제의 상판(10)과 강제의 하판(20)을 겹쳐, 관통 용접하려고 해도, 용접 금속(40a)은 전부분이 금속간 화합물로 되어 버리므로, 전단 인장에도 박리 인장에도 약하여, 용접 이음으로서는 실용되지 않는다.

또한, 도 13a 및 도 13b에 도시한 바와 같이, 상판(10)에 적당한 사이즈의 구멍(11)을 뚫어 두고, 그 구멍(11)을 매립하도록 강 혹은 니켈 합금의 용접 재료를 녹여 넣는 방법이 생각된다.

이 경우, 용접 초기에 형성되는 하판(20)으로 되어 있는 강과 용접 재료로 형성되는 용접 금속(40b)은 알루미늄을 녹이지 않으므로, 금속간 화합물은 생성되지 않아, 높은 강도와 인성을 갖고 있고, 하판(20)과 강고하게 결합되어 있다. 또한, 상판(10)에 뚫린 구멍(11)의 내부에 형성된 용접 금속(40b)은, 알루미늄이 용융되는 비율이 매우 적어, 금속간 화합물의 생성은 대폭 억제되고, 특히 중심부는 건전성을 갖고 있다. 단, 상판(10)에 마련된 구멍(11)의 근방에 한정하면, 알루미늄과 강, 혹은 알루미늄과 니켈의 금속 화합물층을 형성한다. 이와 같은 이재 용접 이음(100b)에 대해, 도 14a에 도시한 바와 같이, 전단 인장 응력이 가해진 경우, 하판측은 강고하게 금속 결합되어 있기 때문에, 높은 응력에 견딜 수 있다. 한편, 상판측은 금속간 화합물이 구멍 주위에 형성되어 있기는 하지만, 그것이 박리되어 움직이는 것은 형상적으로 불가능하기 때문에, 초기에는 상판(10), 하판(20)의 모재가 변형된다. 이 때문에, 거의 변형되지 않고 취성 파단되는 도 11a 및 도 11b의 이재 용접 이음(100a)과 비교하면, 변형 능력의 향상이 보인다. 그러나, 모재의 변형이 진행되어, 도 14b에 도시한 바와 같이, 접합부가 90° 가까이 경사지면 상하 박리 인장과 동일한 상태가 된다. 이와 같이 되면 구멍(11)의 주위부에 형성된 금속간 화합물이 박리되어, 상판(10)이 용접부로부터 용이하게 빠져 버린다. 즉, 개선이 불충분하다. 이 결과는, 도 15a 및 도 15b에 도시한 바와 같이, 상하 인장 방향 시험에서도 물론 동일하다.

상기 2개의 이재 용접 이음(100a, 100b)에 있어서의 과제로부터, 전단 방향의 인장 응력 및 상하 박리 방향의 응력에도 견딜 수 있도록 본 실시 형태의 2단계 형상의 접합 보조 부재(30)가 사용된다. 즉, 도 6a 내지 도 6d에 도시한 바와 같이, 상판(10)에 천공을 실시하고, 또한 접합 보조 부재(30)의 축부(31)를 상판(10)에 마련된 구멍(11)에 압입하여 고정한 후, 접합해야 할 하판(20)과 겹치고, 상판(10) 및 접합 보조 부재(30)의 내부를 충전하도록 아크 용접으로 용접 금속(40)을 형성한다. 이와 같이 하면, 단면으로서는 접합 보조 부재(30), 용접 금속(40), 하판(20)이 강고한 금속 결합에 의해 용접 접합되어 있는 상태가 된다. 상판(10)에 마련된 구멍(11)보다도 광폭인 접합 보조 부재(30)의 플랜지부(32)의 최대의 역할은, 상하 박리 응력에 대한 저항이다. 도 8에 도시한 바와 같이, 적절한 사이즈의 접합 보조 부재(30)를 적용함으로써, 상판(10)과 용접 금속(40)의 계면이 박리되어 빠져 버리는 현상을 방지하는 것이 가능해진다. 일반적으로, 용접 금속(40)은, 충분히 소성 변형한 후, 파단된다. 또한, 접합 보조 부재(30)는, 전단 방향의 인장 응력에 대해서도, 초기 응력에 대하여 악영향을 미치는 일은 없고, 또한 모재 변형에 의한 용접부가 90° 경사(도 14b 참조) 후의 박리 응력 변화에 대하여, 상판(10)과 용접 금속(40)의 계면이 박리되어 빠져 버리는 현상을 방지한다.

또한, 상세는 후술하지만, 접합 보조 부재(30)의 플랜지부(32)는, 면적이 크고, 또한 두께 P_H2가 클수록 판 두께 방향(3차원 방향)의 외부 응력에 대하여 강도를 증가시키기 때문에, 바람직하다. 그러나, 필요 이상으로 크면 중량 증가 요인이나, 상판(10)의 표면으로부터의 돌출 과잉에 의해, 미적 외관 열화나 근접하는 다른 부재와의 간섭이 발생한다. 이 때문에, 접합 보조 부재(30)의 사이즈는, 필요 설계에 따라서 결정된다.

또한, 접합 보조 부재(30)는, Al 합금이나 Mg 합금의 용융을 피하기 위한 방호벽 작용을 갖는다. 이 작용은, 접합 보조 부재(30)의 축부(31)가 주로 담당한다. Al 합금이나 Mg 합금의 접합부에서 가장 용융되기 쉬운 개소는, 구멍(11)의 내면이나, 해당 내면의 주위의 표면이다. 이들 면을 접합 보조 부재(30)로 덮음으로써, 아크 용접의 열이 직접 Al 합금이나 Mg 합금에 전달되는 것을 방지하여, 강과 혼합되어 금속간 화합물(IMC)을 만드는 것을 방지한다. 아크 용접의 용입 범위가 접합 보조 부재(30)와 하판(20)만으로 되면, Al이나 Mg의 용접 금속(40)에 대한 희석은 제로가 되어, IMC는 완전히 방지된다. 따라서, 축부(31)는, 도 17a에 도시한 바와 같이, 판 폭 방향(2차원 방향)의 외부 응력에 대한 저항 작용으로서 작용한다.

한편, 본 실시 형태에서는 IMC의 발생이 제로일 필요는 없고, IMC의 다소의 형성은 허용된다. 도 17b에 도시한 바와 같이, 구멍(11)의 내면에 IMC가 형성되어도, 용접 금속(40)이 연성과 적당한 강도를 갖고 있으면, 용접 금속(40)이 판 폭 방향(2차원 방향)으로의 외부 응력에 대한 저항 작용으로서 작용하므로, 용접 금속(40)의 주위에 형성되는 IMC층의 영향은 작기 때문이다. 또한, IMC는 취성적이지만, 구조체로서 인장 응력이 작용해도, 접합부에는 압축 응력과 인장 응력이 동시에 작용하는 구조로 되어 있어, 압축력에 대하여 IMC는 충분한 강도를 유지하기 때문에, IMC층의 형성은 파괴 전파로는 되지 않는다. 따라서, 접합 보조 부재(30)의 축부(31)는 반드시, 상판(10)의 판 두께와 동일할 필요는 없다.

또한, 접합 보조 부재(30)는, Al 합금 혹은 Mg 합금인 상판(10)과 강인 하판(20)을 중첩할 때, 중첩면에 발생하는 공극(갭) g를 최소화하는 역할을 한다(도 18a 참조). 아크 용접 공정에서는, 용접 금속(40)은 열 수축하기 때문에, 그때, 하판(20)과 접합 보조 부재(30)가 모두 근접하는 방향으로 힘이 작용한다. 그것에 의해, 용접 전에 다소의 공극 g가 있어도, 도 18b에 도시한 바와 같이, 용접 후에는 공극 g는 감소되어, 접합부의 설계 정밀도가 높아진다.

이상 설명한 바와 같이, 접합 보조 부재(30)는, 축부(31)와 플랜지부(32) 각각에 역할이 있지만, 축부(31)의 최대 외경 P_D1 및 플랜지부(32)의 폭 P_D2는 상판(10)에 마련한 구멍(11)의 직경 B_D보다도 대직경이며, 또한 축부(31)와 플랜지부(32)의 경계 부분에는 직경이 작은 "잘록부(39)"를 마련할 필요가 있다. 축부(31)의 최대 외경 P_D1이 상판(10)의 구멍 직경보다도 작으면, 접합 상태에 있어서도, 상판(10)을 수평 방향으로 구속하는 힘은 없기 때문에, 도 19에 도시한 바와 같이, 수평 방향의 전단 응력을 받으면 비교적 용이하게 접합 보조 부재(30)와 상판(10)의 구멍(11) 간의 간극만큼 어긋남이 발생한다.

그 후, 접합 보조 부재(30)는 용이하게는 이동하지 않지만, 약간이라도 어긋남이 발생하기 쉬운 상태가 되는 것은, 설계 정밀도의 열화 요인이므로, 허용되지 않는다. 따라서, 접합 상태에 있어서 접합 보조 부재(30)와 상판(10)의 구멍(11) 간에는 간극이 없는 상태로 할 필요가 있다. 이 상태를 실현하기 위해서는, 접합 보조 부재(30)의 축부(31)의 최대 외경 P_D1을 상판(10)의 구멍(11)의 직경 B_D보다도 크게 설계하고, 압력을 가하여 삽입함으로써 이룰 수 있다. 그러나, 금속에는 탄성이라는 성질이 있어, 다소의 왜곡은 응력이 소실되면 원래대로 되돌아간다. 반대로 말하면, 원래대로 되돌리는 힘이 있다는 것이며, 압력을 가하여 압입해도, 되돌려질 가능성이 있다. 따라서 이와 같은 문제가 일어나지 않도록 하기 위해, 축부(31)에 있어서의 플랜지부측의 경계 영역에 잘록부(39)를 마련하여, 접합 보조 부재(30)의 압입 시에, 상판(10)의 모재의 일부가 잘록부(39)에 금속 유입됨으로써 코오킹 효과를 얻어, 용이하게 접합 보조 부재(30)가 어긋나지 않도록 할 수 있다.

이와 같이 접합 보조 부재(30)를 압입시킴으로써, 몇몇 부차적 효과도 얻어진다. 하나는, 어떤 자세로도 접합할 수 있게 되는 것이다. 상판(10)의 구멍(11)의 직경 B_D에 대하여 축부(31)의 최대 외경 P_D1이 작아, 용이하게 출납할 수 있으면, 예를 들어 상향 자세가 된 경우에는 접합 보조 부재(30)가 낙하되어 버려, 접합할 수 없다. 그러나, 도 20에 도시한 바와 같이, 접합 보조 부재(30)를 상판(10)의 구멍(11)에 압입하고 있으면, 접합 보조 부재(30)는 용이하게는 낙하되지 않으므로, 접합 작업이 가능하다.

또한, 접합 공정 전, 예를 들어 접합과는 다른 공장에서 접합 보조 부재(30)를 상판(10)인 알루미늄이나 마그네슘 합금에 통합하여 압입해 두어, 용이하게는 어긋나지 않기 때문에, 접합 공장으로 반송하여 접합 공정으로 할 수 있다.

압입 방법에 대해서는 수단을 불문하지만, 사람의 손으로 압입하거나, 해머 등으로 두드리거나, 유압, 수압, 공기압, 가스압, 전기 구동 등의 동력을 사용하는 프레스기를 사용하거나 하는 등의 실용적 수단을 들 수 있다. 또한, 접합 보조 부재(30)는 구멍(11)에 돌려 넣음으로써 압입도 가능하고, 그와 같은 수단을 사용하는 경우에는, 축부(31)의 선단에 나사형의 규칙적인 기복을 마련하여 돌려 넣기 쉽게 할 수 있다. 예를 들어, 도 21에 도시한 바와 같이, 축부(31)의 테이퍼부(35)에는, 홈(35a)이 형성되어도 된다.

또한, 압입 압력이 강하면 축부(31)뿐만 아니라, 플랜지부(32)의 일부까지 상판(10)의 모재에 압입되는 경우가 있지만, 문제는 없다(도 4 참조). 오히려, 플랜지부(32)의 외경이 비원형(도 5a, 도 5b, 도 5c, 도 5d 참조)이면, 플랜지부(32)의 일부가 상판(10)의 모재에 압입됨으로써, 상판(10)이 하판(20)에 대하여 수평 방향의 회전력이 작용하였을 때 비교적 약한 힘으로 코오킹 효과가 떨어져 회전해버리는 현상을 방지하는 효과가 있어, 바람직하다.

이상의 이유로부터, 접합 보조 부재(30)는, 강제이며, 축부(31)와 플랜지부(32)를 가진 단차를 갖는 외형 형상을 갖고, 또한, 축부(31) 및 플랜지부(32)를 관통하는 중공부(33)가 형성되고, 축부(31)의 최대 외경 P_D1 및 플랜지부(32)의 폭 P_D2가 상판(10)의 구멍(11)보다 각각 크고, 축부(31)가 플랜지부측에서 잘록부(39)를 갖는 것이 사용된다.

또한, 강제의 접합 보조 부재(30)의 재질은, 순철 및 철 합금이면, 특별히 제한되는 것은 아니고, 예를 들어 연강, 탄소강, 스테인리스강 등을 들 수 있다.

또한, 접합 보조 부재(30)의 각종 치수는, 도 22a 및 도 22b에 도시한 바와 같이, 상판(10)과의 관계로 다음과 같이 설정된다. 또한, 도 22a는 본 실시 형태의 접합 보조 부재(30)를 사용한 경우를 도시하고, 도 22b는 제1 변형예의 접합 보조 부재(30)를 사용한 경우를 도시한다.

·축부 높이 P_H1

축부 높이 P_H1은, 상판(10)의 판 두께 B_H의 10％ 이상 100％ 이하로 설계된다. 접합 보조 부재(30)의 축부(31)는, 상술한 Al, Mg의 상판(10)의 용접 공정 시의 용융량 저감, 및 접합 보조 부재(30)의 상판(10)의 구멍(11)으로의 압입에 의한 코오킹 구속 효과가 있다. 축부 높이 P_H1이 클수록, 아크열의 상판(10)으로의 전열을 방지하기 때문에, 전자의 효과가 높아져 바람직하다. 그러나, 축부 높이 P_H1이, 상판(10)의 판 두께 B_H를 초과하여 커지면, 상판(10)과 하판(20)에 갭이 생겨 버리므로 바람직하지 않다. 따라서, 축부 높이 P_H1의 상한은, 판 두께 B_H에 대해 100％이다. 한편, 10％보다 작으면, 전자의 효과가 얻어지지 않게 되어, 상판(10)의 용융에 의한 용접 금속(40)의 취화가 현저해진다. 또한, 후자의 코오킹 구속 효과도 얻어지지 않게 되어, 용이하게 어긋나 버린다. 따라서, 축부 높이 P_H1의 하한은 10％이다.

·축부의 최대 외경 P_D1

축부(31)의 최대 외경 P_D1은, 상판(10)의 구멍(11)의 직경 B_D(이하 「구멍 직경 B_D」라고도 함)에 대해 102％ 이상 125％ 이하로 설계된다. 접합 보조 부재(30)의 축부(31)에는, 상판(10)으로의 압입에 의한 코오킹 구속을 하게 하는 작용이 있다. 그 효과를 발휘시키기 위해서는, 상판(10)의 구멍 직경보다도 커야만 한다. 구멍 직경 B_D에 대해, 최저 2％ 이상 크지 않으면, 상판 구멍 근방에 적절한 압력을 가할 수 없다. 그 때문에 최대 102％ 이상이다. 한편, 축부(31)의 최대 외경 P_D1이 커질수록, 코오킹력은 강해지지만, 압입에 필요한 힘이 커져, 간편성이 손상되고, 나아가 상판 구멍 주변의 압력에 견디지 못하고, 균열이 발생해 버리게 될지도 모른다. 이들 이유로부터 축부(31)의 최대 외경 P_D1의 상한은 결정되고, 구체적으로는 125％로 한다.

·플랜지부의 폭 P_D2

플랜지부(32)의 폭 P_D2는, 상판(10)의 구멍(11)의 직경 B_D에 대해 105％ 이상으로 설계된다. 접합 보조 부재(30)의 플랜지부(32)는, 상술한 바와 같이, 판 두께 방향으로의 외부 응력, 바꿔 말하면 박리하는 응력이 작용하였을 때에 대한 저항력으로서의 주체적 역할을 갖는다. 부재 구성 중에서는, 축부(31)도 상판(10)에 대한 코오킹 구속 효과로 어느 정도, 박리 응력에 대한 저항력을 갖지만, 플랜지부(32)는 그 역할이 크다. 접합 보조 부재(30)는 플랜지부(32)의 폭 P_D2가 크고, 또한 두께가 클수록 판 두께 방향(3차원 방향)의 외부 응력에 대하여 강도를 증가시키기 때문에, 바람직하다. 플랜지부(32)의 폭 P_D2가 구멍(11)의 직경 B_DX에 대해 105％ 미만이면, 접합 보조 부재(30)가 판 두께 방향으로의 외부 응력에 대하여 탄소성 변형한 경우, 상판(10)의 구멍(11)의 크기 이하의 겉보기 치수로 용이하게 되기 쉽고, 그러면 상판(10)이 빠져 버리기 쉬워진다. 즉, 접합 보조 부재(30)가 높은 저항력을 나타내지 않는다. 따라서, 플랜지부(32)의 폭 P_D2는, 구멍(11)의 직경 B_D의 105％를 각각 하한으로 한다. 보다 바람직하게는, 플랜지부(32)의 폭 P_D2는, 구멍(11)의 직경 B_D의 120％를 각각 하한으로 하면 된다. 한편, 접합부 강도의 관점에서는 상한을 설정할 필요는 없다.

·플랜지부의 두께 P_H2

플랜지부(32)의 두께 P_H2는, 상판(10)의 판 두께 B_H의 50％ 이상 150％ 이하로 설계된다. 상기에서 설명한 바와 같이, 접합 보조 부재(30)의 플랜지부(32)는 외형 치수가 크고, 또한 두께 P_H2가 클수록 판 두께 방향(3차원 방향)의 외부 응력에 대하여 강도를 증가시키기 때문에, 바람직하다. 이 플랜지부(32)의 두께 P_H2는 이음의 상판(10)의 판 두께 B_H에 따라서 크게 함으로써 높은 저항력을 발휘한다. 플랜지부(32)의 두께 P_H2가 상판(10)의 판 두께 B_H의 50％ 미만이면, 접합 보조 부재(30)의 플랜지부(32)가 판 두께 방향으로의 외부 응력에 대하여 용이하게 탄소성 변형이 발생하여, 상판(10)의 구멍(11)의 크기 이하의 겉보기 치수가 되면, 빠지기 쉬워진다. 즉, 접합 보조 부재(30)가 높은 저항력을 나타내지 않는다. 따라서, 플랜지부(32)의 두께 P_H2는 상판(10)의 판 두께 B_H의 50％를 하한으로 한다. 한편, 플랜지부(32)의 두께 P_H2를 상판(10)의 판 두께 B_H의 150％를 초과하여 크게 하면, 이음 강도적으로는 문제가 없지만, 과잉으로 돌출된 형상으로 되어 외관이 나쁠 뿐만 아니라, 중량도 무거워진다. 따라서, 플랜지부(32)의 두께 P_H2는, 상판(10)의 판 두께 B_H의 150％ 이하로 할 필요가 있다.

또한, 도 1b에 도시한 바와 같이, 아크에 의한 충전 용접 공정에 있어서, 접합 보조 부재(30)의 표면 상에 과잉 용착부 Wa가 형성될 때, 과잉 용착부 Wa의 직경 W_D는, 접합 보조 부재(30)의 중공부(33)의 직경 P_S의 105％ 이상으로 설정된다.

상술한 바와 같이, 접합 보조 부재(30)는, 판 두께 방향(3차원 방향)의 외부 응력에 대하여 저항력을 발휘하는 역할이 있지만, 중공부(33)를 완전히 매립하지 않으면 높은 저항력을 발휘하지 않는다. 중공부(33)가 완전히 매립되지 않고, 중공부(33)의 내측면이 남은 상태이면, 접합 보조 부재(30)와 용접 금속(40)의 결합 면적이 부족하여, 용이하게 어긋나 버리는 경우가 있다. 접합 보조 부재(30)와 용접 금속(40)의 결합 면적을 높이기 위해서는, 완전히 충전하고, 과잉 용착부 Wa가 형성되는 것이 바람직하다. 과잉 용착부 Wa가 형성되면, 그 직경 W_D는 접합 보조 부재(30)의 중공부(33)의 직경 P_S를 초과하게 된다. 과잉 용착부 Wa의 직경 W_D는, 각각 접합 보조 부재(30)의 중공부(33)의 직경 P_S의 105％ 이상으로 하면 확실하게 과잉 용착부가 형성되게 되기 때문에, 이것을 하한값으로 한다.

또한, 상판(10) 및 하판(20)의 판 두께에 대해서는, 반드시 한정될 필요는 없지만, 시공 능률과, 겹침 용접으로서의 형상을 고려하면, 상판(10)의 판 두께는, 4.0㎜ 이하인 것이 바람직하다. 한편, 아크 용접의 입열을 고려하면, 판 두께가 과도하게 얇으면 용접 시에 녹아 떨어져 버려, 용접이 곤란하기 때문에, 상판(10), 하판(20) 모두 0.5㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

이상의 구성에 의해, 상판(10)이 알루미늄 합금 혹은 마그네슘 합금, 하판(20)이 강인 소재를 강고하게 접합할 수 있다.

여기서, 이종 금속끼리를 직접 접합하는 경우의 과제로서는, IMC의 형성이라는 과제 이외에, 또 하나의 과제가 알려져 있다. 그것은, 이종 금속끼리가 접하면, 갈바니 전지를 형성하기 때문에 부식을 가속하는 원인이 된다. 이 원인(전지의 양극 반응)에 의한 부식은 전식이라 불리고 있다. 이종 금속끼리가 접하는 면에 물이 있으면 부식이 진행되므로, 접합 개소로서 물이 들어가기 쉬운 장소에 본 실시 형태가 적용되는 경우에는, 전식 방지를 목적으로 하여, 물의 침입을 방지하기 위한 실링 처리를 실시할 필요가 있다. 본 접합법에서도 Al 합금이나 Mg 합금과 강이 접하는 면은 복수 형성되므로, 수지계의 접착제를 한층 더한 이음 강도 향상의 목적뿐만 아니라, 실링재로서 사용하는 것이 바람직하다.

예를 들어, 도 23a 및 도 23b에 도시한 제1 변형예와 같이, 상판(10) 및 하판(20)의 접합면에서, 용접부 주위에 접착제(60)를 전체 둘레에 걸쳐 환형으로 도포해도 된다. 또한, 접착제(60)를 상판(10) 및 하판(20)의 접합면에서, 용접부 주위에 전체 둘레에 걸쳐 도포하는 방법으로서는, 도 24a 및 도 24b에 도시한 제2 변형예와 같이, 용접 개소를 제외한 접합면의 전체면에 도포하는 경우도 포함되고, 이에 의해, 상판(10), 하판(20) 및 용접 금속(40)의 전식 속도를 늦출 수 있다.

또한, 도 25a 및 도 25b에 도시한 제3 변형예와 같이, 상판(10)의 구멍(11)의 주위와 접합 보조 부재(30)의 하면 사이에 접착제(60)를 도포해도 된다. 이에 의해, 상판(10), 접합 보조 부재(30), 및 용접 금속(40)의 전식 속도를 늦출 수 있다.

또한, 도 26a 및 도 26b에 도시한 제4 변형예와 같이, 접합 보조 부재(30)와 상판(10)의 표면의 경계부에 접착제(60)를 도포해도 된다. 이에 의해, 전식 속도 저하의 효과가 얻어진다. 또한, 도 25a 및 도 25b에 도시한 제3 변형예에서는, 도포는 용접 공정 전에만 실시할 수 있지만, 도 26a 및 도 26b에 도시한 제4 변형예에서는, 도포는 용접 공정 전이라도 용접 공정 후라도 가능하다.

또한, 접합 보조 부재(30)의 상판(10)과의 접촉면은, 도 27a에 도시한 바와 같이, 반드시 평탄한 면일 필요는 없다. 즉, 접합 보조 부재(30)의 상판(10)과의 접촉면은, 도 27b 및 도 27c에 도시한 바와 같이, 필요에 따라서 슬릿(34a, 34b)을 마련해도 된다. 특히, 상판(10)과의 접촉면측에 원주형 슬릿(34a), 격자형 슬릿(34b), 또는 방사형 슬릿(도시하지 않음)을 마련하면, 접착제(60)의 도포가 슬릿(34a, 34b)의 간극에 들어가 빠져나가지 않게 되기 때문에, 안정된 접착이 행해지고, 실링의 효과도 확실해진다. 이와 같은 평탄하지 않은 면의 경우의 접합 보조 부재(30)의 플랜지부(32)의 두께 P_H2의 정의는, 높이가 가장 큰 부분으로 한다.

또한, 도 28에 도시한 바와 같이, 접합 보조 부재(30)의 변에 닿는 개소에는, 사용 시의 안전성이나 단조 시의 제한 등의 점에서, 둥그스름하게 하는 것에는 전혀 문제가 없다. 특히, 중공부(33)의 상면 단부면은 유발 형상으로 넓게 해 두면, 용접 금속(40)과 접합 보조 부재(30)의 친화성이 향상되고, 외관이 향상되는 효과도 있다.

또한, 접합 보조 부재(30)에 형성되는 중공부(33)의 면은 평탄한 원통면이어도 상관없지만, 도 29에 도시한 바와 같이, 나사 홈(33a)을 형성하고 있어도 상관없다. 본 공법에서는 수나사는 사용하지 않지만, 나사 홈(33a)이 있음으로써, 아크 용접 시에 용융지와의 접촉 표면적이 증가되어, 보다 강고하게 용접 금속(40)과 접합 보조 부재(30)가 결합된다. 나사 홈(33a) 등 평탄면이 아닌 경우의 구멍(11)의 직경 P_S는, 가장 넓은 대면간 거리로 정의한다.

또한, 도 30에 도시한 제5 변형예와 같이, 하판(20)에 팽출부(21)를 마련해도 된다.

Al 합금이나 Mg 합금제의 상판(10)의 판 두께가 비교적 얇은 경우에는, 하판(20)은 무가공으로 하고, 상판(10)은 천공하여, 접합 시에 접합 보조 부재(30)를 구멍(11)에 삽입하는 것만으로 양호한 용접이 가능해진다. 그러나, 상판(10)의 판 두께가 크면, 용접 공정에서, 접합 보조 부재(30)의 중공부(33)를 충전하는 데 시간이 걸려, 능률이 나빠진다. 또한, 열량이 과대해져, 충전 완료되는 것보다 먼저 하판(20)의 강판이 녹아 떨어져 버리기 쉬워진다. 이 때문에, 하판(20)에 대하여 드로잉 가공으로 팽출부(21)를 마련하면, 구멍(11)의 체적이 작아지므로 용락 결함을 방지하면서, 충전할 수 있다.

또한, 제5 변형예에서는, 하판(20)의 팽출부(21)는, 상판(10)과 하판(20)을 위치 정렬하기 위한 표지가 되어, 하판(20)의 팽출부(21)와 상판(10)의 구멍(11)을 용이하게 맞출 수 있어, 중첩 작업의 효율 향상으로 이어진다.

또한, 팽출부(21)의 드로잉 가공은, 도 31a에 도시한 바와 같이, 하판(20)의 팽출부(21)가 형성되는 부분의 주변부를 다이(52)로 구속한다. 그리고, 도 31b에 도시한 바와 같이, 팽출부(21)가 형성되는 부분에 압력을 가하여 펀치(53)를 압입함으로써, 팽출부(21)가 성형된다.

또한, 본 실시 형태의 용접법은, 접합 면적이 작은 점용접이라 할 수 있으므로, 어느 정도의 접합 면적을 갖는 실용 부재끼리의 중첩 부분 J를 접합하는 경우에는, 본 용접법을 도 32a 내지 도 32c에 도시한 바와 같이, 복수 실시하면 된다. 이에 의해, 중첩 부분 J에 있어서 강고한 접합이 행해진다. 본 실시 형태는, 도 32b 및 도 32c에 도시한 바와 같은 개단면 구조에도 사용할 수 있지만, 특히 도 32a에 도시한 바와 같은 폐단면 구조에 있어서 적합하게 사용할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 이재 접합용 아크 용접법에 의하면, 상판(10)에 원형 구멍(11)을 형성하는 공정과, 축부(31)와 플랜지부(32)를 가진 단차를 갖는 외형 형상을 갖고, 또한, 축부(31) 및 플랜지부(32)를 관통하는 중공부(33)가 형성되고, 축부(31)의 최대 외경 P_D1 및 플랜지부(32)의 폭 P_D2가 상판(10)의 구멍(11)의 직경 B_D보다도 각각 크고, 축부(31)가 플랜지부측에서 잘록부(39)를 갖는 강제의 접합 보조 부재(30)를, 상판(10)에 마련된 구멍(11)에 압입하는 공정과, 상판(10)과 하판(20)을 중첩하는 공정과, 이하의 (a) 내지 (e) 중 어느 방법에 의해, 접합 보조 부재(30)의 중공부(33)를 용접 금속(40)으로 충전함과 함께, 하판(20) 및 접합 보조 부재(30)를 용접하는 공정을 구비한다.

(a) 철 합금, 또는, Ni 합금의 용접 금속(40)이 얻어지는 용접 와이어를 용극으로서 사용하는 가스 실드 아크 용접법.

(e) 철 합금, 또는, Ni 합금의 용접 금속(40)이 얻어지는 피복 아크 용접봉을 용극으로서 사용하는 피복 아크 용접법.

이에 의해, Al 합금 혹은 Mg 합금의 상판(10)과 강의 하판(20)을, 저렴한 아크 용접 설비를 사용하여, 강고하게 또한 신뢰성이 높은 품질로 접합할 수 있고, 또한 개단면 구조에도 폐단면 구조에도 제한없이 적용할 수 있다.

또한, 하판(20)에는, 드로잉 가공에 의해 팽출부(21)가 형성되어 있고, 중첩 공정에 있어서, 하판(20)의 팽출부(21)가, 상판(10)의 구멍(11) 내에 배치된다. 이에 의해, 상판(10)의 판 두께가 큰 경우라도 용락 결함을 방지하여 용접할 수 있고, 또한, 상판(10)과 하판(20)을 용이하게 위치 결정할 수 있다.

또한, 중첩 공정 전에, 상판(10)과 하판(20) 중 적어도 한쪽의 중첩면에는, 구멍(11)의 주위에, 전체 둘레에 걸쳐 접착제(60)를 도포하는 공정을 더 구비한다. 이에 의해, 접착제는, 이음 강도 향상 외에, 실링재로서 작용하여, 상판(10), 하판(20) 및 용접 금속(40)의 전식 속도를 늦출 수 있다.

또한, 압입 공정에 있어서, 접합 보조 부재(30)와, 해당 접합 보조 부재와 대향하는 상판(10) 사이의 적어도 한쪽의 대향면에, 접착제(60)를 도포한다. 이에 의해, 상판(10), 접합 보조 부재(30) 및 용접 금속(40)의 전식 속도를 늦출 수 있다.

또한, 압입 공정 시, 또는, 충전 용접 공정 후에, 접합 보조 부재(30)와, 상판(10)의 표면의 경계부에 접착제(60)를 도포한다. 이에 의해, 상판(10)과 접합 보조 부재(30)의 접합 강도를 향상시킬 수 있다.

또한, 접합 보조 부재(30)의 축부(31)의 높이 P_H1은, 상판(10)의 판 두께 B_H의 10％ 이상 100％ 이하이므로, 용접 공정 시의 상판(10)의 용융량을 저감할 수 있고, 또한, 접합 보조 부재(30)를 상판(10)의 구멍(11)에 코오킹 구속할 수 있다.

또한, 접합 보조 부재(30)의 축부(31)의 최대 외경 P_D1은, 상판(10)의 구멍(11)의 직경 B_D에 대해 102％ 이상 125％ 이하이므로, 접합 보조 부재(30)를 상판(10)의 구멍(11)에 코오킹 구속할 수 있다.

또한, 접합 보조 부재(30)의 플랜지부(32)의 폭 P_D2는, 상판(10)의 구멍(11)의 직경 B_D에 대해 105％ 이상이므로, 접합 보조 부재(30)는, 판 두께 방향의 외부 응력에 대한 저항력으로서 기능할 수 있다.

또한, 접합 보조 부재(30)의 플랜지부(32)의 두께 P_H2는, 상판(10)의 판 두께 B_H의 50％ 이상 150％ 이하이므로, 접합 보조 부재(30)는, 외관성 및 중량 증가를 고려하면서, 판 두께 방향의 외부 응력에 대한 저항력으로서 기능할 수 있다.

또한, 충전 용접 공정에 있어서, 접합 보조 부재의 표면 상에 과잉 용착부 Wa가 형성되고, 또한 과잉 용착부 Wa의 직경 W_D가, 접합 보조 부재(30)의 중공부(33)의 직경 P_S에 대해, 105％ 이상이 되므로, 과잉 용착부 Wa는, 판 두께 방향의 외부 응력에 대한 저항력으로서 기능할 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 접합 보조 부재(30)는 강제이며, 축부(31)와 플랜지부(32)를 가진 단차를 갖는 외형 형상을 갖고, 또한, 축부(31) 및 플랜지부(32)를 관통하는 중공부(33)가 형성되고, 축부(31)의 최대 외경 P_D1 및 플랜지부(32)의 폭 P_D2가 상판(10)의 구멍(11)의 직경 B_D보다 각각 크고, 축부(31)가 플랜지부측에서 잘록부(39)를 갖는다. 이에 의해, 접합 보조 부재(30)는, 상술한 이재 접합용 아크 용접법에 적합하게 사용된다.

또한, 본 실시 형태의 이재 용접 이음(1)은, 알루미늄 합금 혹은 마그네슘 합금제의 상판(10)과, 상판(10)에 아크 용접된, 강제의 하판(20)을 구비하고, 상판(10)은, 하판(20)과의 중첩면에 면하는 원형 구멍(11)을 갖고, 상판(10)에 마련된 구멍(11)에 압입되어 있는 축부(31)와, 플랜지부(32)를 가진 단차를 갖는 외형 형상을 갖고, 또한, 축부(31) 및 플랜지부(32)를 관통하는 중공부(33)가 형성되고, 축부(31)의 최대 외경 P_D1 및 플랜지부(32)의 폭 P_D2가 상판(10)의 구멍(11)의 직경 B_D보다 각각 크고, 축부(31)가 플랜지부측에서 잘록부(39)를 갖는 강제의 접합 보조 부재(30)를 더 구비하고, 접합 보조 부재(30)의 중공부(33)는, 철 합금, 또는, Ni 합금의 용접 금속(40)으로 충전됨과 함께, 용접 금속(40)과, 용융된 하판(20) 및 접합 보조 부재(30)의 일부에 의해 용융부 W가 형성된다.

이에 의해, Al 합금 혹은 Mg 합금의 상판(10)과 강의 하판(20)을 구비한 이재 용접 이음(1)은, 저렴한 아크 용접 설비를 사용하여, 강고하게 또한 신뢰성이 높은 품질로 접합되고, 또한 개단면 구조에도 폐단면 구조에도 제한없이 적용할 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 접합 보조 부재를 구비한 판재는, 원형 구멍(11)을 갖는 알루미늄 합금 혹은 마그네슘 합금제의 상판(알루미늄 합금 혹은 마그네슘 합금제의 판재)(10)과, 축부(31)와 플랜지부(32)를 가진 단차를 갖는 외형 형상을 갖고, 또한 축부(31) 및 플랜지부(32)를 관통하는 중공부(33)가 형성되고, 축부(31)의 최대 외경 P_D1 및 플랜지부(32)의 폭 P_D2가 상판(10)의 구멍(11)의 직경 B_D보다 각각 크고, 축부(31)가 플랜지부측에서 잘록부(39)를 갖는 강제의 접합 보조 부재를 구비하고, 접합 보조 부재(30)는, 축부(31)가 상판(10)에 마련된 구멍(11) 내에 고정됨으로써, 상판(10)에 설치되어 있다.

이에 의해, 접합 보조 부재를 구비한 판재는, 강제의 하판(강제의 판재)(20)과 아크 용접함으로써, 강고하게 또한 신뢰성이 높은 품질로 이재 용접 이음을 형성할 수 있다.

또한, 본 발명은, 전술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 적절히, 변형, 개량 등이 가능하다.

(제2 실시 형태)

본 실시 형태의 이재 접합용 아크 용접법은, 서로 중첩되는, 알루미늄 합금 혹은 마그네슘 합금제의 상판(10)(제1 판)과, 강제의 하판(20)(제2 판)을, 강제의 접합 보조 부재(30)를 통해, 후술하는 아크 용접법에 의해 접합함으로써, 도 33a 및 도 33b에 도시한 바와 같은 이재 용접 이음(1)을 얻는 것이다. 또한, 제2 실시 형태에서는, 상기 제1 실시 형태의 도면의 일부를 유용하여 설명한다.

상판(10)에는, 판 두께 방향으로 관통하여, 하판(20)의 중첩면에 면하는 원형 구멍(11)이 마련되어 있고(도 38a 참조), 이 구멍(11)에 접합 보조 부재(30) 전체가 압력을 가하여 삽입된다.

도 34a 및 도 34b에 도시한 바와 같이, 접합 보조 부재(30)는, 축부(31)와, 해당 축부(31)에 대하여 외향의 플랜지부(32)를 가진 단차를 갖는 외형 형상을 갖는다. 접합 보조 부재(30)에는, 축부(31) 및 플랜지부(32)를 관통하는 원형 중공부(33)가 형성되어 있다.

또한, 접합 보조 부재(30)는, 후술하는 바와 같이, 축부(31)의 최대 외경 P_D1, 플랜지부(32)의 폭 P_D2, 및 상판(10)의 구멍(11)의 직경 B_D의 관계가, P_D2>P_D1>B_D를 만족시킴과 함께, 전체의 두께 P_H가 상판(10)의 판 두께 B_H 이하로 설계된다(도 45 참조).

또한, 본 실시 형태에서는, 축부(31)의 외형 형상은, 플랜지부측에서 잘록부(39)를 갖는 구성으로 하고 있다. 구체적으로, 축부(31)는, 외주면이 선단으로부터 플랜지부(12)측을 향하여 서서히 직경 확대되며, 최대 외경 P_D1을 규정하는 테이퍼부(35)와, 해당 테이퍼부(35)의 최대 외경 P_D1보다도 소직경의 소직경 원통부(36)를 갖는다. 따라서, 소직경 원통부(36)에 의해, 축부(31)의 외형 형상은, 플랜지부측에서 잘록부(39)를 갖는다.

또한, 잘록부(39)에 있어서의 기능은, 도 2a, 도 3a, 도 3b의 접합 보조 부재(30) 중 어느 것이어도 실질적으로 변하지 않기 때문에, 임의의 접합 보조 부재(30)를 사용하여 이후의 설명을 행하고 있다. 또한, 도 35는 도 3a의 접합 보조 부재(30)를 사용한 경우의 이재 용접 이음(1)의 도 33b에 대응하는 단면도이다.

접합 보조 부재(30)의 플랜지부(32)의 외형 형상은, 도 34b에 도시한 바와 같은 육각형에 한정되지 않고, 용접 후에 상판(10)에 형성된 구멍(11)을 폐색하고 있으면, 임의의 형상으로 할 수 있다. 즉, 도 36a에 도시한 원형이나, 도 36b에 도시한 타원형, 도 34b, 도 5a 내지 도 5d에 도시한 사각형 이상의 다각형이어도 된다. 또한, 도 5b에 도시한 바와 같이, 다각형의 코너부를 둥글게 해도 된다.

또한, 본 실시 형태에서는, 플랜지부(32)는, 상판(10) 내에 압입되어 사용된다. 이 때문에, 상판(10)과 하판(20)이 1개만의 접합 보조 부재(30)로 접합되는 경우, 진원형 플랜지부(32)에서는, 상판(10)에 강한 수평 방향의 회전력 F_R이 가해지면, 접합 보조 부재(30)를 중심으로 도는 것처럼 상판(10)이 회전해 버릴 가능성이 있다. 이 때문에, 플랜지부(32)의 외경 형상을, 타원형이나 다각형으로 함으로써, 도 37b에 도시한 바와 같이, 회전력 F_R이 가해져도, 상판(10)이 하판(20)에 대하여 상대적으로 회전하는 것을 방지할 수 있다.

이와 같이, 접합 보조 부재(30) 전체가 상판(10)에 압입됨으로써, 축부(31) 및 중공부(33)는 상판(10)의 구멍(11)과 동축상에 위치하고 있다.

이하, 이재 용접 이음(1)을 구성하는 이재 접합용 아크 용접법에 대하여, 도 38a 내지 도 38d를 참조하여 설명한다.

먼저, 도 38a에 도시한 바와 같이, 상판(10)에 구멍(11)을 뚫는 천공 작업을 행한다(스텝 S1). 다음에, 도 38b에 도시한 바와 같이, 접합 보조 부재(30) 전체를, 상판(10)의 상면으로부터, 상판(10)의 구멍(11)에 압입한다(스텝 S2). 또한, 도 38c에 도시한 바와 같이, 상판(10)과 하판(20)을 중첩하는 중첩 작업을 행한다(스텝 S3). 그리고, 도 38d에 도시한 바와 같이, 이하에 상세하게 설명하는 (a) 용극식 가스 실드 아크 용접법, (b) 논가스 아크 용접법, (c) 가스 텅스텐 아크 용접법, (d) 플라스마 아크 용접법, (e) 피복 아크 용접법 중 어느 아크 용접 작업을 행함으로써, 상판(10)과 하판(20)을 접합한다(스텝 S4). 또한, 도 38d는, (a) 용극식 가스 실드 아크 용접법을 사용하여 아크 용접 작업이 행해진 경우를 나타내고 있다.

스텝 S2의 압입 작업에서는, 도 39에 도시한 바와 같이, 플랜지부(32)의 노출면(32a)이 상판(10)의 상면(제1 판의 표면)(10a)과 대략 단차가 없는 동일면이 될 때까지, 접합 보조 부재(30)가, 상판(10)의 상면(10a)으로부터 구멍(11)에 압입된다. 플랜지부(32)가 상판(10)의 상면(10a)으로부터 돌출되어 있으면 미관이 나쁠뿐만 아니라, 상판(10) 상에 다른 부재가 조합되는 경우, 접합 보조 부재(30)의 돌출이 방해될 우려가 있기 때문이다. 또한, 상판(10)의 상면(10a)이 용접 후도 평탄성을 유지하는 것은 설계 자유도의 면에서 가치가 있다.

단, 접합 보조 부재(30)의 압입 깊이에 대해서는, 도 40에 도시한 바와 같이, 상판(10)의 상면(10a)보다 함몰되어 있어도, 이음 강도에는 그다지 악영향을 주지 않기 때문에, 허용된다.

한편, 접합 보조 부재(30)의 하면은 상판(10)의 하면(=하판(20)과의 맞춤면)으로부터 튀어나오지 않도록 할 필요가 있다. 튀어나오면, 접합 보조 부재(30)를 압입한 상판(10)과 하판(20) 사이에 갭이 생겨, 조립 정밀도가 나빠지기 때문이다.

단, 처음부터 상판(10)과 하판(20) 사이에 갭이 있음을 알고 있는, 특수한 케이스에서는, 그 갭에 따라서 상판(10)의 하면으로부터의 접합 보조 부재(30)의 돌출이 허용된다.

이상의 이유로부터, 접합 보조 부재(30)의 두께 P_H는, 상판(10)의 판 두께 B_H 이하로 설계된다.

또한, 압입 작업에 대해서는, 그 수단을 불문하지만, 해머 등으로 두드리거나, 유압, 수압, 공기압, 가스압, 전기 구동 등의 동력을 사용하는 프레스기를 사용하는 등의 실용적 수단을 들 수 있다.

또한, 돌려 넣는 것도 가능하고, 그와 같은 수단을 사용하는 경우에는, 축부(31)의 선단에 나사형의 규칙적인 기복을 마련하여 돌려 넣기 쉽게 할 수 있다. 예를 들어, 도 21에 도시한 바와 같이, 축부(31)의 테이퍼부(35)에는, 나선형 홈(35a)이 형성되어도 된다.

또한, 스텝 S4의 아크 용접 작업은, 상판(10)의 구멍(11) 내의 용접 금속(40)을 통해 접합 보조 부재(30)와 하판(20)을 접합하고, 또한 접합 보조 부재(30)에 마련된 중공부(33)를 충전하기 위해서 필요하다. 따라서, 아크 용접에는 충전재가 되는 필러재(용접 재료)의 삽입이 불가결하게 된다. 구체적으로, 이하의 4개의 아크 용접법에 의해, 필러재가 용융되어 용접 금속(40)이 형성된다.

(a) 용극식 가스 실드 아크 용접법은, 일반적으로 MAG(마그)이나 MIG(미그)라 불리는 용접법이며, 솔리드 와이어 혹은 플럭스 혼입 와이어를 필러 겸 아크 발생 용극으로서 사용하고, CO₂, Ar, He, O₂와 같은 실드 가스로 용접부를 대기로부터 차단하여 건전한 용접부를 형성하는 방법이다.

(c) 가스 텅스텐 아크 용접법은, 가스 실드 아크 용접법의 1종이지만 비용극식이며, 일반적으로 TIG(티그)라고도 불린다. 실드 가스는, Ar 또는 He의 불활성 가스가 사용된다. 텅스텐 전극과 모재 사이에는 아크가 발생하고, 필러 와이어는 아크로 옆으로부터 송급된다.

필러재(용접 재료)의 재질에 대해서는, 용접 금속(40)이 Fe 합금이 되는 것이면, 일반적으로 사용되는 용접용 와이어 또는 용접봉이 적용 가능하다. 또한, Ni 합금에서도 철과의 용접에는 문제가 발생하지 않으므로 적용 가능하다.

용접 금속(40)의 용입에 대해서는, 도 41a에 도시한 바와 같이, 하판(20)을 적절하게 용융하고 있을 필요가 있다. 또한, 도 41b에 도시한 바와 같이, 하판(20)의 판 두께를 초과하여 용접 금속(40)이 형성되는, 소위 이파가 나오는 상태로까지 녹아도 문제는 없다.

단, 하판(20)이 녹지 않고, 용접 금속(40)이 얹혀 있을 뿐이면, 금속 결합이 불완전하므로, 이음으로서 높은 강도는 얻어지지 않는다. 또한, 용접 금속(40)이 너무 깊게 용입되어, 용접 금속(40)과 하판(20)이 녹아 떨어져 버리지 않도록 용접할 필요가 있다.

먼저, 접합 보조 부재를 사용하지 않고, 도 10a 및 도 10b에 도시한 바와 같이, 단순히 알루미늄제의 상판(10)과 강제의 하판(20)을 겹치고, 상판측으로부터 강 혹은 니켈 합금제 용접 와이어를 사용한 아크 용접을 정점에서 일정 시간 유지한 아크 스폿 용접을 행한 경우, 형성되는 용접 금속(40a)은 알루미늄과 강, 혹은 알루미늄과 강과 니켈의 합금이 된다. 이 합금은, 알루미늄 함유량이 많으므로 취성적 특성인 금속간 화합물(IMC)을 나타내고 있다. 이와 같은 이재 용접 이음(100a)은, 일견 접합되어 있는 것처럼 보여도, 가로 방향으로 인장 응력이 가해지면(전단 인장), 도 11a 및 도 11b에 도시한 바와 같이, 용접 금속(40a)이 용이하게 파괴되어, 어긋나 버린다. 또한, 세로 방향으로 인장 응력이 가해지는(박리 인장) 경우에도, 도 12a 및 도 12b에 도시한 바와 같이, 용접 금속(40a)이 파단되거나, 혹은 용접 금속(40a)과 상판(10)의 경계부 혹은 용접 금속(40a)과 하판(20)의 경계부가 파단되어, 상판(10)이 빠지게 되어 접합이 어긋나 버린다.

상기 2개의 이재 용접 이음(100a, 100b)에 있어서의 과제로부터, 전단 방향의 인장 응력 및 상하 박리 방향의 응력에도 견딜 수 있도록 본 실시 형태의 2단계 형상의 접합 보조 부재(30)가 사용된다. 즉, 도 38a 내지 도 38d에 도시한 바와 같이, 상판(10)에 천공을 실시하고, 또한 중공부(33)를 갖는 접합 보조 부재(30)를 상판(10)에 마련된 구멍(11)에 압입하여 고정한 후, 접합해야 할 하판(20)과 겹치고, 상판(10) 및 접합 보조 부재(30)의 내부를 충전하도록 아크 용접으로 용접 금속(40)을 형성한다. 이와 같이 하면, 단면으로서는 접합 보조 부재(30), 용접 금속(40), 하판(20)이 강고한 금속 결합에 의해 용접 접합되어 있는 상태가 된다. 상판(10)에 마련된 구멍(11)보다도 광폭인 접합 보조 부재(30)의 플랜지부(32)의 최대의 역할은, 상하 박리 응력에 대한 저항이다. 도 42a에 도시한 바와 같이, 적절한 사이즈의 접합 보조 부재(30)를 적용함으로써, 상판(10)과 용접 금속(40)의 계면이 박리되어 빠져 버리는 현상을 방지하는 것이 가능해진다. 일반적으로, 용접 금속(40)은 충분히 소성 변형한 후, 파단된다. 또한, 접합 보조 부재(30)는, 전단 방향의 인장 응력에 대해서도, 초기 응력에 대하여 악영향을 미치는 일은 없고, 또한 모재 변형에 의한 용접부가 90° 경사(도 42b 참조) 후의 박리 응력 변화에 대하여, 상판(10)과 용접 금속(40)의 계면이 박리되어 빠져 버리는 현상을 방지한다.

또한, 접합 보조 부재(30)의 플랜지부(32)는 면적이 크고, 또한 두께 P_H2가 클수록 판 두께 방향(3차원 방향)의 외부 응력에 대하여 강도를 증가시키기 때문에, 바람직하다. 그러나, 면적이나 두께가 과잉으로 크면, 압입에 필요한 압력이 높아져, 강력한 프레스 장치가 필요하게 될 뿐만 아니라, 상판에 대하여 과도한 왜곡을 발생시키는 결과, 상판(10) 혹은 접합 보조 부재(30)에 균열이 생기거나, 변형되어 버린다. 따라서, 상판(10)의 재질, 판 두께, 구멍 직경을 고려하여 적절한 사이즈로 한다.

또한, 접합 보조 부재(30)는, Al 합금이나 Mg 합금의 용융을 피하기 위한 방호벽 작용을 갖는다. Al 합금이나 Mg 합금의 접합부에서 가장 용융되기 쉬운 개소는, 구멍(11)의 내면이나, 해당 내면의 주위의 표면이다. 이들 면을 접합 보조 부재(30)로 덮음으로써(도 43a의 영역 X 참조), 아크 용접의 열이 직접 Al 합금이나 Mg 합금에 전달되는 것을 방지하여, 강과 혼합되어 금속간 화합물(IMC)을 만드는 것을 방지한다. 아크 용접의 용입 범위가 접합 보조 부재(30)와 하판(20)만으로 되면, Al이나 Mg의 용접 금속(40)에 대한 희석은 제로가 되어, IMC는 완전히 방지된다.

단, 본 실시 형태에서는 IMC의 발생이 제로일 필요는 없고, IMC의 다소의 형성은 허용된다. 도 43b에 도시한 바와 같이, 구멍(11)의 내면에 IMC가 형성되어도, 용접 금속(40)이 연성과 적당한 강도를 갖고 있으면, 용접 금속(40)이 판 폭 방향(2차원 방향)으로의 외부 응력에 대한 저항 작용으로서 작용하므로, 용접 금속(40)의 주위에 형성되는 IMC층의 영향은 작기 때문이다. 또한, IMC는 취성적이지만, 구조체로서 인장 응력이 작용해도, 접합부에는 압축 응력과 인장 응력이 동시에 작용하는 구조로 되어 있어, 압축력에 대하여 IMC는 충분한 강도를 유지하기 때문에, IMC층의 형성은 파괴 전파로는 되지 않는다. 따라서, 접합 보조 부재(30)는 반드시, 상판(10)의 판 두께와 동일할 필요는 없다.

이상 설명한 바와 같이, 접합 보조 부재(30)는, (1) 용접 시에 상판(10)의 소재인 알루미늄 합금이나 마그네슘 합금의 용융에 의한 IMC 생성을 방지하고, (2) 용접 후에 상판(10)과 하판(20)을 강고하게 결합시키는 역할을 갖는다. 그러나, 용접 공정 전에 상판(10)에 세트할 때, 단순히 압입하는 것만으로는, 용이하게 상판(10)으로부터 빠져 버려, 용접 공정에 지장을 초래하는 경우가 있다. 예를 들어, 상판(10)에 접합 보조 부재(30)를 세트한 후, 이격된 장소로 반송시켜 용접하는 경우나, 용접하는 자세가 횡방향이나 상방향(도 44 참조) 등의 경우가 전형적으로 해당한다. 이들 케이스에서는 불가피하게 빠져 버리는 경우가 있고, 그 경우, 용접할 수 없다. 이와 같은 사태를 방지하기 위해, 용접할 때까지 접합 보조 부재(30)를 상판(10)에 일시적으로 임시 고정해 둘 필요가 있다. 그 대책으로서, 상판(10)의 소재인 금속의 탄소성 변형을 이용한 "코오킹"의 기능을 접합 보조 부재(30)에 부여한다.

구체적으로는, 접합 보조 부재(30)의 플랜지부(32)뿐만 아니라, 축부(31)의 최대 외경 P_D1도 상판(10)에 마련한 구멍(11)의 직경 B_D보다도 대직경으로 하고, 또한 축부(31)의 플랜지부(32)와의 경계 부분에 직경이 작은 잘록부(39)를 마련함으로써 달성된다.

접합 보조 부재(30)의 축부(31)의 최대 외경 P_D1을 상판(10)의 구멍(11)의 직경 B_D보다도 약간 크게 설계하고, 압력을 가하여 삽입함으로써, 상판(10)의 소재는 탄소성 변형되어 확대된다. 이후, 직경이 작은 잘록부(39)가 삽입되면, 확대하는 압력이 내려가기 때문에, 탄성 변형분은 금속 유입되어, 형상적인 코오킹 효과가 얻어진다. 이와 같이 소재 자신의 탄성력을 이용하여 접합 보조 부재(30)가 용이하게는 어긋나지 않도록 할 수 있다.

또한, 축부(31)의 축방향 단면은, 압입하기 쉽도록, 상판(10)의 구멍(11)과 상사인 원형 단면으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 플랜지부(32)의 폭 P_D2는, 상판(10)의 판 두께 방향으로의 박리 응력에 대하여 플랜지부(32)가 저항 작용을 발휘하기 때문에, 축부(31)의 최대 외경 P_D1보다도 상대적으로 크게 할 필요가 있다.

이상의 이유로부터, 접합 보조 부재(30)는 강제이며, 축부(31)와 플랜지부(32)를 가진 단차를 갖는 외형 형상을 갖고, 또한 축부(31) 및 플랜지부(32)를 관통하는 중공부(33)가 형성되고, 축부(31)의 최대 외경 P_D1, 플랜지부(32)의 폭 P_D2 및 상판(10)의 구멍(11)의 직경 B_D의 관계가 P_D2>P_D1>B_D이며, 축부(31)가 플랜지부측에서 잘록부(39)를 갖고, 두께 P_H가 상판(10)의 판 두께 B_H 이하인 것이 사용된다.

또한, 도 45는 접합 보조 부재(30)의 각종 치수를 나타내고 있다. 즉, 본 실시 형태에서는, 축부(31)의 최대 외경 P_D1, 플랜지부(32)의 폭 P_D2 및 상판(10)의 구멍(11)의 직경 B_D의 관계를 P_D2>P_D1>B_D로 하고, 접합 보조 부재(30)의 두께 P_H를 상판(10)의 판 두께 B_H 이하로 하는 이들 규정 외에, 이하와 같이 접합 보조 부재(30)의 치수가 규정된다.

·플랜지부의 폭 P_D2

플랜지부(32)의 폭 P_D2는, 상판(10)의 구멍(11)의 직경 B_D에 대해 110％ 이상 200％ 이하로 설계된다. 상술한 바와 같이, 플랜지부(32)는 면적이 크고, 또한 두께 P_H2가 클수록 판 두께 방향(3차원 방향)의 외부 응력에 대하여 강도를 증가시키기 때문에, 바람직하다. 플랜지부(32)의 폭 P_D2가 상판(10)의 구멍(11)의 직경 B_D에 대해 110％ 미만이면, 플랜지부(32)가 판 두께 방향으로의 외부 응력에 대하여 탄소성 변형된 경우에, 상판(10)의 구멍(11)의 크기 이하의 겉보기 직경으로 용이하게 되기 쉽고, 그러면 상판(10)이 빠져 버리기 쉬워진다. 즉, 플랜지부(32)가 높은 저항력을 나타내지 않는다. 따라서, 플랜지부(32)의 폭 P_D2는, 상판(10)의 구멍(11)의 직경 B_D의 110％를 하한으로 한다. 보다 바람직하게는, 120％를 하한으로 하면 된다. 한편, 플랜지부(32)는 축부(31)보다도 단면적이 크기 때문에, 압입에 보다 큰 힘을 필요로 하여, 상판(10)에 큰 왜곡을 부여하므로, 넓은 면적을 압입하면 상판(10)에 균열이 생기는 등 파손되어 버리는 경우가 있다. 따라서, 플랜지부(32)의 폭(직경) P_D2는 200％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

·플랜지부의 두께 P_H2

플랜지부(32)의 두께 P_H2는, 상판(10)의 판 두께 B_H의 20％ 이상 80％ 이하로 설계된다. 접합 보조 부재(30)의 플랜지부(32)는, 판 두께 방향으로의 외부 응력, 바꿔 말하면 박리하는 응력이 작용하였을 때에 대한 저항력으로서의 주체적 역할을 담당한다. 부재 구성 중에서는, 축부(31)와 잘록부(39)도 상판(10)에 대한 코오킹 효과로 어느 정도, 박리 응력에 대한 저항력을 갖지만, 상대적으로는 플랜지부(32)의 역할이 크다. 플랜지부(32)는 면적이 크고, 또한 두께 P_H2가 클수록 판 두께 방향(3차원 방향)의 외부 응력에 대하여 강도를 증가시키기 때문에, 바람직하다. 두께 P_H2가 상판(10)의 판 두께 B_H의 20％ 미만이면, 접합 보조 부재(30)의 플랜지부(32)가 판 두께 방향으로의 외부 응력에 대하여 용이하게 탄소성 변형이 발생하여, 상판(10)이 접합 보조 부재(30)로부터 빠져 버리기 쉬워진다. 즉 높은 저항력을 나타내지 않는다. 따라서, 플랜지부(32)의 두께 P_H2는, 상판(10)의 판 두께 B_H의 20％를 하한으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 플랜지부(32)의 두께 P_H2는, 상판(10)의 판 두께 B_H의 80％를 초과하여 크게 하면, 상판(10)과 접합 보조 부재(30)를 일시적으로 코오킹하는 작용이 있는 잘록부(39)와 축부(31)의 높이가 합계로 20％ 미만이 되어, 코오킹력이 약해진다. 또한, 플랜지부(32)는 축부(31)보다도 단면적이 크기 때문에, 압입에 보다 큰 힘을 필요로 하여, 상판(10)에 큰 왜곡을 부여하므로, 깊게 압입하면 상판(10)에 균열이 생기는 등 파손되어 버리는 경우가 있다. 따라서, 플랜지부(32)의 두께 P_H2는, 상판(10)의 판 두께 B_H의 80％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 도 46에 도시한 바와 같이, 플랜지부(32)의 노출면(32a)으로부터의 용접 금속(40)의 미충전 높이 P_H3은, 상판(10)의 판 두께 B_H의 30％ 이하로 설정된다. 용접 금속(40)은 접합 보조 부재(30)의 중공부(33)를 충전하고, 그 표면 위치가 접합 보조 부재(30)의 표면과 동일한 높이로 되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 도 47에 도시한 바와 같이, 판 두께 방향(3차원 방향)의 외부 응력에 대하여, 접합 보조 부재(30)의 변형이 억제되어, 높은 강도가 얻어진다. 한편, 도 48a에 도시한 바와 같이, 미충전 높이 P_H3이 과도하게 크면, 접합 보조 부재(30)와 용접 금속(40)의 결합 면적이 작아지므로, 접합 강도가 낮아진다. 상판(10)의 판 두께 B_H의 70％ 미만만 충전되어 있으면, 이음 접합 강도의 저하가 현저하여, 도 48b에 도시한 바와 같이, 접합 보조 부재(30)가 변형되어, 상판(10)이 빠지기 쉬워진다. 이 때문에, 미충전 높이를 상판(10)의 판 두께 B_H의 30％를 하한으로 한다.

한편, 이상적으로는, 상술한 바와 같이, 용접 금속(40)은, 상판(10)의 표면과 동일한 높이로 충전되는 것이 좋다. 단, 접합 후의 이재 용접 이음(1)이 더 큰 구조체에 조립될 때, 접합부의 상부 공간에 여유가 있는 경우에는, 접합 보조 부재(30)의 중공부(33) 전체면을 용접 금속(40)으로 충전하여, 과잉 용착부가 더 형성되어도 된다.

예를 들어, 도 49a 및 도 49b에 도시한 제1 변형예와 같이, 상판(10) 및 하판(20)의 접합면에서, 용접부 주위에 접착제(60)를 전체 둘레에 걸쳐 환형으로 도포해도 된다. 또한, 접착제(60)를 상판(10) 및 하판(20)의 접합면에서, 용접부 주위에 전체 둘레에 걸쳐 도포하는 방법으로서는, 도 50a 및 도 50b에 도시한 제2 변형예와 같이, 용접 개소를 제외한 접합면의 전체면에 도포하는 경우도 포함되고, 이에 의해, 상판(10), 하판(20) 및 용접 금속(40)의 전식 속도를 늦출 수 있다.

또한, 도 28에 도시한 바와 같이, 접합 보조 부재(30)의 변에 닿는 개소에는, 사용 시의 안전성이나 단조 시의 제한 등의 점에서, 둥그스름하게 하는 것에는 전혀 문제가 없다. 특히, 중공부(33)의 상면 단부면은 유발형으로 넓게 해 두면, 용접 금속(40)과 접합 보조 부재(30)의 친화성이 향상되고, 외관이 향상되는 효과도 있다.

또한, 접합 보조 부재(30)에 형성되는 중공부(33)의 면은 평탄한 원통면이어도 상관없지만, 도 29에 도시한 바와 같이, 나사 홈(33a)을 형성하고 있어도 상관없다. 본 공법에서는 수나사는 사용하지 않지만, 나사 홈(33a)이 있음으로써, 아크 용접 시에 용융지와의 접촉 표면적이 증가되어, 보다 강고하게 용접 금속(40)과 접합 보조 부재(30)가 결합된다. 나사 홈(33a) 등 평탄면이 아닌 경우의 구멍(11)의 직경 PS는, 가장 넓은 대면간 거리로 정의한다.

또한, 도 51에 도시한 변형예와 같이, 하판(20)에 팽출부(21)를 마련해도 된다.

또한, 이 변형예에서는, 하판(20)의 팽출부(21)는, 상판(10)과 하판(20)을 위치 정렬하기 위한 표지가 되어, 하판(20)의 팽출부(21)와 상판(10)의 구멍(11)을 용이하게 맞출 수 있어, 중첩 작업의 효율 향상으로 이어진다.

또한, 팽출부(21)의 드로잉 가공은, 도 31a에 도시한 바와 같이, 하판(20)의 팽출부(21)가 형성되는 부분의 주변부를 다이(50)로 구속한다. 그리고, 도 31b에 도시한 바와 같이, 팽출부(21)가 형성되는 부분에 압력을 가하여 펀치(51)를 압입함으로써, 팽출부(21)가 성형된다.

또한, 본 실시 형태의 용접법은, 접합 면적이 작은 점용접이라 할 수 있으므로, 어느 정도의 접합 면적을 갖는 실용 부재끼리의 중첩 부분 J를 접합하는 경우에는, 본 용접법을 도 52a 내지 도 52c에 도시한 바와 같이, 복수 실시하면 된다. 이에 의해, 중첩 부분 J에 있어서 강고한 접합이 행해진다. 본 실시 형태는, 도 52b 및 도 52c에 도시한 바와 같은 개단면 구조에도 사용할 수 있지만, 특히 도 52a에 도시한 바와 같은 폐단면 구조에 있어서 적합하게 사용할 수 있다.

또한, 도 53 및 도 54에 도시한 바와 같이, 본 접합법에서는, 상판(10) 내에 매립된 접합 보조 부재(30)는 상판(10)의 표리면으로부터 돌출되지 않기 때문에, 용접 공정의 전공정으로서, 금형(70) 등을 사용하여, 접합 보조 부재(30)가 매립된 상판(10)(접합 보조 부재를 구비한 상판(10))의 Al이나 Mg 모재를 프레스 성형하는 것이 용이하다. 또한, 그 후공정으로서, 프레스 성형된 접합 보조 부재를 구비한 상판(10)과, 하판(20)이 중첩되어, 용접된다. 본 용접법은, 물론, 개단면 구조, 폐단면 구조를 구별하지 않고, 모두 제조 가능하다.

이와 같은 접합 보조 부재를 구비한 상판(10)은, 프레스 성형 공정 전에는, 모두 대략 평탄하게 형성되기 때문에, 취급성이 좋다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 이재 접합용 아크 용접법에 의하면, 상판(10)에 원형 구멍(11)을 형성하는 공정과, 축부(31)와 플랜지부(32)를 가진 단차를 갖는 외형 형상을 갖고, 또한 축부(31) 및 플랜지부(32)를 관통하는 중공부(33)가 형성되고, 축부(31)의 최대 외경 P_D1, 플랜지부(32)의 폭 P_D2 및 상판(10)의 구멍(11)의 직경 B_D의 관계가, P_D2>P_D1>BD이며, 축부(31)가 플랜지부측에서 잘록부(39)를 갖는 강제의 접합 보조 부재(30)를, 플랜지부(32)의 노출면이 상판(10)의 표면과 대략 단차가 없는 또는 내측에 위치하도록, 상판(10)에 마련된 구멍(11)에 압입하는 공정과, 상판(10)과 하판(20)을 중첩하는 공정과, 이하의 (a) 내지 (e) 중 어느 방법에 의해, 접합 보조 부재(30)의 중공부(33)를 용접 금속(40)으로 충전함과 함께, 하판(20) 및 접합 보조 부재(30)를 용접하는 공정을 구비한다.

이에 의해, Al 합금 혹은 Mg 합금의 상판(10)과 강의 하판(20)을 저렴한 아크 용접 설비를 사용하여, 강고하게 또한 신뢰성이 높은 품질로 접합할 수 있고, 또한 개단면 구조에도 폐단면 구조에도 제한없이 적용할 수 있다.

또한, 접합 보조 부재(30)의 두께 P_H가 상판(10)의 판 두께 B_H 이하이므로, 접합 보조 부재(30)의 플랜지부(32)의 노출면이 상판(10)의 표면과 대략 단차가 없이 위치하도록, 상판(10)에 마련된 구멍(11)에 압입되면, 접합 보조 부재(30)가 상판(10)의 하면으로부터 돌출되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 하판(20)에는, 드로잉 가공에 의해 팽출부(21)가 형성되어 있고, 중첩 공정에 있어서, 하판(20)의 팽출부(21)가 상판(10)의 구멍(11) 내에 배치된다. 이에 의해, 상판(10)의 판 두께가 큰 경우라도 용락 결함을 방지하여 용접할 수 있고, 또한, 상판(10)과 하판(20)을 용이하게 위치 결정할 수 있다.

또한, 압입 공정 시, 상판(10)은 프레스 성형된다. 즉, 접합 보조 부재(30)는, 상판(10)의 상면(10a)으로부터 돌출되지 않으므로, 접합 보조 부재(30)가 압입된 상판(10)을 금형 등을 사용하여 원하는 형상으로 프레스 성형할 수 있다.

또한, 접합 보조 부재(30)의 플랜지부(32)의 두께 P_H2는, 상판(10)의 판 두께 B_H의 20％ 이상 80％ 이하이므로, 접합 보조 부재(30)는 코오킹 작용을 부여하는 축부(31)의 길이를 확보하면서, 판 두께 방향의 외부 응력에 대한 저항력으로서 기능할 수 있다.

또한, 접합 보조 부재(30)의 플랜지부(32)의 폭 P_D2는, 상판(10)의 구멍(11)의 직경 B_D에 대해 110％ 이상 200％ 이하이므로, 접합 보조 부재(30)의 상판(10)에 대한 압입성을 고려하면서, 접합 보조 부재(30)가 판 두께 방향의 외부 응력에 대한 저항력으로서 기능할 수 있다.

또한, 충전 용접 공정에 있어서, 상기 플랜지부의 노출면으로부터의 상기 용접 금속의 미충전 높이 P_H3이, 상기 제1 판의 판 두께 B_H의 30％ 이하이므로, 이재 용접 이음(1)의 접합 강도를 확보할 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 접합 보조 부재(30)는 강제이며, 축부(31)와 플랜지부(32)를 가진 단차를 갖는 외형 형상을 갖고, 또한, 축부(31) 및 플랜지부(32)를 관통하는 중공부(33)가 형성되고, 축부(31)의 최대 외경 P_D1, 플랜지부(32)의 폭 P_D2 및 상판(10)의 구멍(11)의 직경 B_D의 관계가 P_D2>P_D1>B_D이며, 축부(31)가 플랜지부측에서 잘록부(39)를 갖는다. 이에 의해, 접합 보조 부재(30)는, 상술한 이재 접합용 아크 용접법에 적합하게 사용된다.

또한, 본 실시 형태의 이재 용접 이음(1)은, 알루미늄 합금 혹은 마그네슘 합금제의 상판(10)과, 상판(10)에 아크 용접된, 강제의 하판(20)을 구비하고, 상판(10)은, 하판(20)과의 중첩면에 면하는 원형 구멍(11)을 갖고, 축부(31)와 플랜지부(32)를 가진 단차를 갖는 외형 형상을 갖고, 또한 축부(31) 및 플랜지부(32)를 관통하는 중공부(33)가 형성되고, 축부(31)의 최대 외경 P_D1, 플랜지부(32)의 폭 P_D2 및 상판(10)의 구멍(11)의 직경 B_D의 관계가 P_D2>P_D1>B_D이며, 축부(31)가 플랜지부측에서 잘록부(39)를 갖는 강제의 접합 보조 부재(30)를 더 구비하고, 접합 보조 부재(30)는, 플랜지부(32)의 노출면(32a)이 상판(10)의 상면(10a)과 대략 단차가 없이 또는 내측에 위치하도록, 상판(10)의 구멍(11) 내에 고정되어 있고, 접합 보조 부재(30)의 중공부(33)는, 철 합금, 또는, Ni 합금의 용접 금속(40)으로 충전됨과 함께, 용접 금속(40)과, 용융된 하판(20) 및 접합 보조 부재(30)의 일부에 의해 용융부 W가 형성된다.

또한, 본 실시 형태의 접합 보조 부재를 구비한 판재는, 원형 구멍(11)을 갖는 알루미늄 합금 혹은 마그네슘 합금제의 상판(알루미늄 합금 혹은 마그네슘 합금제의 판재)(10)과, 축부(31)와 플랜지부(32)를 가진 단차를 갖는 외형 형상을 갖고, 또한 축부(31) 및 플랜지부(32)를 관통하는 중공부(33)가 형성되고, 축부(31)의 최대 외경 P_D1, 플랜지부(32)의 폭 P_D2 및 상판(10)의 구멍(11)의 직경 B_D의 관계가 P_D2>P_D1>B_D이며, 축부(31)가 플랜지부측에서 잘록부(39)를 갖는 강제의 접합 보조 부재(30)를 구비한다. 그리고, 접합 보조 부재(30)는, 플랜지부(32)의 노출면(32a)이 상판(10)의 표면과 대략 단차가 없이 또는 내측에 위치하도록, 상판(10)의 구멍(11) 내에 고정되어 있다.

(1) 알루미늄 합금 혹은 마그네슘 합금제의 제1 판과, 강제의 제2 판을 접합하는 이재 접합용 아크 용접법이며,

상기 제1 판에 원형 구멍을 형성하는 공정과,

축부와 플랜지부를 가진 단차를 갖는 외형 형상을 갖고, 또한, 상기 축부 및 상기 플랜지부를 관통하는 중공부가 형성되고, 상기 축부의 최대 외경 및 상기 플랜지부의 폭이 상기 제1 판의 구멍의 직경보다 각각 크고, 상기 축부가 플랜지부측에서 잘록부를 갖는 강제의 접합 보조 부재를, 상기 제1 판의 구멍에 압입하는 공정과,

상기 제1 판과 상기 제2 판을 중첩하는 공정과,

을 구비하는 이재 접합용 아크 용접법.

(2) 상기 제2 판에는, 드로잉 가공에 의해 팽출부가 형성되어 있고,

상기 중첩 공정에 있어서, 상기 제2 판의 팽출부가, 상기 제1 판의 구멍 내에 배치되는, (1)에 기재된 이재 접합용 아크 용접법.

(3) 상기 중첩 공정 전에, 상기 제1 판과 상기 제2 판 중 적어도 한쪽의 중첩면에는, 상기 구멍의 주위에, 전체 둘레에 걸쳐 접착제를 도포하는 공정을 더 구비하는, (1) 또는 (2)에 기재된 이재 접합용 아크 용접법.

(4) 상기 압입 공정에 있어서, 상기 접합 보조 부재와, 해당 접합 보조 부재와 대향하는 상기 제1 판 사이의 적어도 한쪽의 대향면에, 접착제를 도포하는, (1) 내지 (3) 중 어느 것에 기재된 이재 접합용 아크 용접법.

(5) 상기 압입 공정 시, 또는, 상기 충전 용접 공정 후에, 상기 접합 보조 부재와, 상기 제1 판의 표면의 경계부에 접착제를 도포하는, (1) 내지 (4) 중 어느 것에 기재된 이재 접합용 아크 용접법.

(6) 상기 접합 보조 부재의 축부의 높이 P_H1은, 상기 제1 판의 판 두께 B_H의 10％ 이상 100％ 이하인, (1) 내지 (5) 중 어느 것에 기재된 이재 접합용 아크 용접법.

(7) 상기 접합 보조 부재의 축부의 최대 외경 P_D1은, 상기 제1 판의 구멍의 직경 B_D에 대해 102％ 이상 125％ 이하인, (1) 내지 (6) 중 어느 것에 기재된 이재 접합용 아크 용접법.

(8) 상기 접합 보조 부재의 플랜지부의 폭 P_D2는, 상기 제1 판의 구멍의 직경 B_D에 대해 105％ 이상인, (1) 내지 (7) 중 어느 것에 기재된 이재 접합용 아크 용접법.

(9) 상기 접합 보조 부재의 플랜지부의 두께 P_H2는, 상기 제1 판의 판 두께 B_H의 50％ 이상 150％ 이하인, (1) 내지 (8) 중 어느 것에 기재된 이재 접합용 아크 용접법.

(10) 상기 충전 용접 공정에 있어서, 상기 접합 보조 부재의 표면 상에 과잉 용착부가 형성되며, 또한 상기 과잉 용착부의 직경 W_D가, 상기 접합 보조 부재의 중공부의 직경 P_S에 대해, 105％ 이상이 되는, (1) 내지 (11) 중 어느 것에 기재된 이재 접합용 아크 용접법.

(11) (1) 내지 (10) 중 어느 것에 기재된 이재 접합용 아크 용접법에 사용되고,

강제이며, 축부와 플랜지부를 가진 단차를 갖는 외형 형상을 갖고, 또한, 상기 축부 및 상기 플랜지부를 관통하는 중공부가 형성되고, 상기 축부의 최대 외경 및 상기 플랜지부의 폭이 상기 제1 판의 구멍의 직경보다 각각 크고, 상기 축부가 플랜지부측에서 잘록부를 갖는, 접합 보조 부재.

(12) 알루미늄 합금 혹은 마그네슘 합금제의 제1 판과, 해당 제1 판에 아크 용접된, 강제의 제2 판을 구비하는 이재 용접 이음이며,

상기 제1 판에 마련된 구멍에 압입되어 있는 축부와, 플랜지부를 가진 단차를 갖는 외형 형상을 갖고, 또한, 상기 축부 및 상기 플랜지부를 관통하는 중공부가 형성되고, 상기 축부의 최대 외경 및 상기 플랜지부의 폭이 상기 제1 판의 구멍의 직경보다 각각 크고, 상기 축부가 플랜지부측에서 잘록부를 갖는 강제의 접합 보조 부재를 더 구비하고,

상기 접합 보조 부재의 중공부는, 철 합금, 또는, Ni 합금의 용접 금속으로 충전됨과 함께, 상기 용접 금속과, 용융된 상기 제2 판 및 상기 접합 보조 부재의 일부에 의해 용융부가 형성되는, 이재 용접 이음.

(13) 상기 제1 판의 구멍 내에는, 상기 제2 판에 형성된 팽출부가 배치되는, (12)에 기재된 이재 용접 이음.

(14) 상기 제1 판과 상기 제2 판 중 적어도 한쪽의 상기 중첩면에는, 상기 구멍의 주위에, 전체 둘레에 걸쳐 마련된 접착제를 구비하는, (12) 또는 (13)에 기재된 이재 용접 이음.

(15) 상기 접합 보조 부재와, 해당 접합 보조 부재와 대향하는 상기 제1 판 사이의 적어도 한쪽의 대향면에 마련된 접착제를 구비하는, (12) 내지 (14) 중 어느 것에 기재된 이재 용접 이음.

(16) 상기 접합 보조 부재와, 상기 제1 판의 표면의 경계부에 마련된 접착제를 구비하는, (12) 내지 (15) 중 어느 것에 기재된 이재 용접 이음.

(17) 상기 접합 보조 부재의 축부의 높이 P_H1은, 상기 제1 판의 판 두께 B_H의 10％ 이상 100％ 이하인, (12) 내지 (16) 중 어느 것에 기재된 이재 용접 이음.

(18) 상기 접합 보조 부재의 축부의 최대 외경 P_D1은, 상기 제1 판의 구멍의 직경 B_DX에 대해 102％ 이상 125％ 이하인, (12) 내지 (17) 중 어느 것에 기재된 이재 용접 이음.

(19) 상기 접합 보조 부재의 플랜지부의 폭 P_D2는, 상기 제1 판의 구멍의 직경 B_DX에 대해 105％ 이상인, (12) 내지 (18) 중 어느 것에 기재된 이재 용접 이음.

(20) 상기 접합 보조 부재의 플랜지부의 두께 P_H2는, 상기 제1 판의 판 두께 B_H의 50％ 이상 150％ 이하인, (12) 내지 (19) 중 어느 것에 기재된 이재 용접 이음.

(21) 상기 접합 보조 부재의 표면 상에 과잉 용착부가 형성되고, 또한 상기 과잉 용착부의 직경 W_D가, 상기 접합 보조 부재의 중공부의 직경 P_S에 대해, 105％ 이상이 되는, (12) 내지 (20) 중 어느 것에 기재된 이재 용접 이음.

(22) 상기 접합 보조 부재의 축부는, 상기 제1 판의 구멍에 압입되어 고정되어 있는, (12) 내지 (21) 중 어느 것에 기재된 이재 용접 이음.

(23) 강제의 판재와 아크 용접함으로써 이재 용접 이음을 형성 가능한 접합 보조 부재를 구비한 판재이며,

축부와, 플랜지부를 가진 단차를 갖는 외형 형상을 갖고, 또한, 상기 축부 및 상기 플랜지부를 관통하는 중공부가 형성되고, 상기 축부의 최대 외경 및 상기 플랜지부의 폭이 상기 판재의 구멍의 직경보다 각각 크고, 상기 축부가 플랜지부측에서 잘록부를 갖는 강제의 접합 보조 부재

를 구비하고,

상기 접합 보조 부재는, 상기 축부가 상기 판재에 마련된 구멍 내에 고정됨으로써, 상기 판재에 설치되어 있는, 접합 보조 부재를 구비한 판재.

(24) 상기 접합 보조 부재의 축부는, 상기 판재의 구멍에 압입되어 고정되어 있는, (23)에 기재된 접합 보조 부재를 구비한 판재.

(25) 알루미늄 합금 혹은 마그네슘 합금제의 제1 판과, 강제의 제2 판을 접합하는 이재 접합용 아크 용접법이며,

상기 제1 판에 원형 구멍을 형성하는 공정과,

축부와 플랜지부를 가진 단차를 갖는 외형 형상을 갖고, 또한, 상기 축부 및 상기 플랜지부를 관통하는 중공부가 형성되고, 상기 축부의 최대 외경 P_D1, 상기 플랜지부의 폭 P_D2 및 상기 제1 판의 구멍의 직경 B_D의 관계가 P_D2>P_D1>B_D이며, 상기 축부가 플랜지부측에서 잘록부를 갖는 강제의 접합 보조 부재를, 상기 플랜지부의 노출면이 상기 제1 판의 표면과 대략 단차가 없이 또는 내측에 위치하도록, 상기 제1 판의 구멍에 압입하는 공정과,

상기 제1 판과 상기 제2 판을 중첩하는 공정과,

을 구비하는 이재 접합용 아크 용접법.

(26) 상기 접합 보조 부재의 두께가 상기 제1 판의 판 두께 이하인, (25)에 기재된 이재 접합용 아크 용접법.

(27) 상기 제2 판에는, 드로잉 가공에 의해 팽출부가 형성되어 있고,

상기 중첩 공정에 있어서, 상기 제2 판의 팽출부가, 상기 제1 판의 구멍 내에 배치되는, (25) 또는 (26)에 기재된 이재 접합용 아크 용접법.

(28) 상기 중첩 공정 전에, 상기 제1 판과 상기 제2 판 중 적어도 한쪽의 중첩면에는, 상기 구멍의 주위에, 전체 둘레에 걸쳐 접착제를 도포하는 공정을 더 구비하는, (25) 내지 (27) 중 어느 것에 기재된 이재 접합용 아크 용접법.

(29) 상기 압입 공정 후에, 상기 제1 판은, 프레스 성형되는, (25) 내지 (28) 중 어느 것에 기재된 이재 접합용 아크 용접법.

(30) 상기 접합 보조 부재의 플랜지부의 두께 P_H2는, 상기 제1 판의 판 두께 B_H의 20％ 이상 80％ 이하인, (25) 내지 (29) 중 어느 것에 기재된 이재 접합용 아크 용접법.

(31) 상기 접합 보조 부재의 플랜지부의 폭 P_D2는, 상기 제1 판의 구멍의 직경 B_D에 대해 110％ 이상 200％ 이하인, (25) 내지 (30) 중 어느 것에 기재된 이재 접합용 아크 용접법.

(32) 상기 충전 용접 공정에 있어서, 상기 플랜지부의 노출면으로부터의 상기 용접 금속의 미충전 높이 P_H3이, 상기 제1 판의 판 두께 B_H의 30％ 이하인, (25) 내지 (31) 중 어느 것에 기재된 이재 접합용 아크 용접법.

(33) (25) 내지 (32) 중 어느 것에 기재된 이재 접합용 아크 용접법에 사용되고,

강제이며, 축부와 플랜지부를 가진 단차를 갖는 외형 형상을 갖고, 또한, 상기 축부 및 상기 플랜지부를 관통하는 중공부가 형성되고, 상기 축부의 최대 외경 P_D1, 상기 플랜지부의 폭 P_D2 및 상기 제1 판의 구멍의 직경 B_D의 관계가 P_D2>P_D1>B_D이며, 상기 축부가 플랜지부측에서 잘록부를 갖는, 접합 보조 부재.

(34) 알루미늄 합금 혹은 마그네슘 합금제의 제1 판과, 해당 제1 판에 아크 용접된, 강제의 제2 판을 구비하는 이재 용접 이음이며,

축부와 플랜지부를 가진 단차를 갖는 외형 형상을 갖고, 또한, 상기 축부 및 상기 플랜지부를 관통하는 중공부가 형성되고, 상기 축부의 최대 외경 P_D1, 상기 플랜지부의 폭 P_D2 및 상기 제1 판의 구멍의 직경 B_D의 관계가 P_D2>P_D1>B_D이며, 상기 축부가 플랜지부측에서 잘록부를 갖는 강제의 접합 보조 부재를 더 구비하고,

상기 접합 보조 부재는, 상기 플랜지부의 노출면이 상기 제1 판의 표면과 대략 단차가 없이 또는 내측에 위치하도록, 상기 제1 판의 구멍 내에 고정되어 있고,

(35) 상기 접합 보조 부재의 두께가 상기 제1 판의 판 두께 이하인, (34)에 기재된 이재 용접 이음.

(36) 상기 제1 판의 구멍 내에는, 상기 제2 판에 형성된 팽출부가 배치되는, (34) 또는 (35)에 기재된 이재 용접 이음.

(37) 상기 제1 판과 상기 제2 판 중 적어도 한쪽의 상기 중첩면에는, 상기 구멍의 주위에, 전체 둘레에 걸쳐 마련된 접착제를 구비하는, (34) 내지 (36) 중 어느 것에 기재된 이재 용접 이음.

(38) 상기 접합 보조 부재의 플랜지부의 두께 P_H2는, 상기 제1 판의 판 두께 B_H의 20％ 이상 80％ 이하인, (34) 내지 (37) 중 어느 것에 기재된 이재 용접 이음.

(39) 상기 접합 보조 부재의 플랜지부의 폭 P_D2는, 상기 제1 판의 구멍의 직경 B_D에 대해 110％ 이상 200％ 이하인, (34) 내지 (38) 중 어느 것에 기재된 이재 용접 이음.

(40) 상기 플랜지부의 노출면으로부터의 상기 용접 금속의 미충전 높이 P_H3이, 상기 제1 판의 판 두께 B_H의 30％ 이하인, (34) 내지 (39) 중 어느 것에 기재된 이재 용접 이음.

(41) 상기 접합 보조 부재는, 상기 제1 판의 구멍에 압입되어 고정되어 있는, (34) 내지 (40) 중 어느 것에 기재된 이재 용접 이음.

(42) 강제의 판재와 아크 용접함으로써 이재 용접 이음을 형성 가능한 접합 보조 부재를 구비한 판재이며,

축부와 플랜지부를 가진 단차를 갖는 외형 형상을 갖고, 또한, 상기 축부 및 상기 플랜지부를 관통하는 중공부가 형성되고, 상기 축부의 최대 외경 P_D1, 상기 플랜지부의 폭 P_D2 및 상기 판재의 구멍의 직경 B_D의 관계가 P_D2>P_D1>B_D이며, 상기 축부가 플랜지부측에서 잘록부를 갖는 강제의 접합 보조 부재

를 구비하고,

상기 접합 보조 부재는, 상기 플랜지부의 노출면이 상기 판재의 표면과 대략 단차가 없이 또는 내측에 위치하도록, 상기 판재의 구멍 내에 고정되어 있는, 접합 보조 부재를 구비한 판재.

(43) 상기 접합 보조 부재의 두께가 상기 판재의 판 두께 이하인, (42)에 기재된 접합 보조 부재를 구비한 판재.

(44) 상기 접합 보조 부재는, 상기 판재의 구멍에 압입되어 고정되어 있는, (42) 또는 (43)에 기재된 접합 보조 부재를 구비한 판재.

본 출원은, 2016년 12월 27일에 출원된 일본 특허 출원(특허 출원 제2016-254215호) 및 2016년 12월 27일에 출원된 일본 특허 출원(특허 출원 제2016-254216호)에 기초하는 것이고, 그 내용은 여기에 참조로서 포함된다.

10 : 상판
11 : 구멍
20 : 하판
30 : 접합 보조 부재
31 : 축부
32 : 플랜지부
33 : 중공부
40 : 용접 금속
W : 용융부
Wa : 과잉 용착부

Claims

알루미늄 합금 혹은 마그네슘 합금제의 제1 판과, 강제의 제2 판을 접합하는 이재 접합용 아크 용접법이며,
상기 제1 판에 원형 구멍을 형성하는 공정과,
축부와 플랜지부를 가진 단차를 갖는 외형 형상을 갖고, 또한, 상기 축부 및 상기 플랜지부를 관통하는 중공부가 형성되고, 상기 축부의 최대 외경 P_D1 및 상기 플랜지부의 폭 P_D2가 상기 제1 판의 구멍의 직경 B_D보다 각각 크고, 상기 축부가 플랜지부측에서 잘록부를 갖는 강제의 접합 보조 부재를, 상기 제1 판의 구멍에 압입하는 공정과,
상기 제1 판과 상기 제2 판을 중첩하는 공정과,
이하의 (a) 내지 (e) 중 어느 방법에 의해, 상기 접합 보조 부재의 중공부를 용접 금속으로 충전함과 함께, 상기 제2 판 및 상기 접합 보조 부재를 용접하는 공정
을 구비하는 이재 접합용 아크 용접법.
(a) 철 합금, 또는, Ni 합금의 상기 용접 금속이 얻어지는 용접 와이어를 용극으로서 사용하는 가스 실드 아크 용접법.
(b) 상기 용접 와이어를 용극으로서 사용하는 논가스 아크 용접법.
(c) 상기 용접 와이어를 비용극 필러로서 사용하는 가스 텅스텐 아크 용접법.
(d) 상기 용접 와이어를 비용극 필러로서 사용하는 플라스마 아크 용접법.
(e) 철 합금, 또는, Ni 합금의 상기 용접 금속이 얻어지는 피복 아크 용접봉을 용극으로서 사용하는 피복 아크 용접법.
제1항에 있어서,
상기 제2 판에는, 드로잉 가공에 의해 팽출부가 형성되어 있고,
상기 중첩 공정에 있어서, 상기 제2 판의 팽출부가, 상기 제1 판의 구멍 내에 배치되는 이재 접합용 아크 용접법.
제1항에 있어서,
상기 중첩 공정 전에, 상기 제1 판과 상기 제2 판 중 적어도 한쪽의 중첩면에는, 상기 구멍의 주위에, 전체 둘레에 걸쳐 접착제를 도포하는 공정을 더 구비하는 이재 접합용 아크 용접법.
제1항에 있어서,
상기 압입 공정에 있어서, 상기 접합 보조 부재와, 해당 접합 보조 부재와 대향하는 상기 제1 판 사이의 적어도 한쪽의 대향면에, 접착제를 도포하는 이재 접합용 아크 용접법.
제1항에 있어서,
상기 압입 공정 시, 또는, 상기 충전 용접 공정 후에, 상기 접합 보조 부재와, 상기 제1 판의 표면의 경계부에 접착제를 도포하는 이재 접합용 아크 용접법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 이재 접합용 아크 용접법에 사용되고,
강제이며, 축부와 플랜지부를 가진 단차를 갖는 외형 형상을 갖고, 또한, 상기 축부 및 상기 플랜지부를 관통하는 중공부가 형성되고, 상기 축부의 최대 외경 P_D1 및 상기 플랜지부의 폭 P_D2가 상기 제1 판의 구멍의 직경 B_D보다 각각 크고, 상기 축부가 플랜지부측에서 잘록부를 갖는 접합 보조 부재.
알루미늄 합금 혹은 마그네슘 합금제의 제1 판과, 해당 제1 판에 아크 용접된, 강제의 제2 판을 구비하는 이재 용접 이음이며,
상기 제1 판은, 상기 제2 판과의 중첩면에 면하는 원형 구멍을 갖고,
상기 제1 판에 마련된 구멍 내에 고정되어 있는 축부와, 플랜지부를 가진 단차를 갖는 외형 형상을 갖고, 또한, 상기 축부 및 상기 플랜지부를 관통하는 중공부가 형성되고, 상기 축부의 최대 외경 P_D1 및 상기 플랜지부의 폭 P_D2가 상기 제1 판의 구멍의 직경 B_D보다 각각 크고, 상기 축부가 플랜지부측에서 잘록부를 갖는 강제의 접합 보조 부재를 더 구비하고,
상기 접합 보조 부재의 중공부는, 철 합금, 또는, Ni 합금의 용접 금속으로 충전됨과 함께, 상기 용접 금속과, 용융된 상기 제2 판 및 상기 접합 보조 부재의 일부에 의해 용융부가 형성되는 이재 용접 이음.
제7항에 있어서,
상기 제1 판의 구멍 내에는, 상기 제2 판에 형성된 팽출부가 배치되는 이재 용접 이음.
제7항에 있어서,
상기 제1 판과 상기 제2 판 중 적어도 한쪽의 상기 중첩면에는, 상기 구멍의 주위에, 전체 둘레에 걸쳐 마련된 접착제를 구비하는 이재 용접 이음.
제7항에 있어서,
상기 접합 보조 부재와, 해당 접합 보조 부재와 대향하는 상기 제1 판 사이의 적어도 한쪽의 대향면에 마련된 접착제를 구비하는 이재 용접 이음.
제7항에 있어서,
상기 접합 보조 부재와, 상기 제1 판의 표면의 경계부에 마련된 접착제를 구비하는 이재 용접 이음.
제7항에 있어서,
상기 접합 보조 부재의 축부는, 상기 제1 판의 구멍에 압입되어 고정되어 있는 이재 용접 이음.
강제의 판재와 아크 용접함으로써 이재 용접 이음을 형성 가능한 접합 보조 부재를 구비한 판재이며,
원형 구멍을 갖는 알루미늄 합금 혹은 마그네슘 합금제의 판재와,
축부와, 플랜지부를 가진 단차를 갖는 외형 형상을 갖고, 또한, 상기 축부 및 상기 플랜지부를 관통하는 중공부가 형성되고, 상기 축부의 최대 외경 P_D1 및 상기 플랜지부의 폭 P_D2가 상기 판재의 구멍의 직경 B_D보다 각각 크고, 상기 축부가 플랜지부측에서 잘록부를 갖는 강제의 접합 보조 부재
를 구비하고,
상기 접합 보조 부재는, 상기 축부가 상기 판재에 마련된 구멍 내에 고정됨으로써, 상기 판재에 설치되어 있는 접합 보조 부재를 구비한 판재.
제13항에 있어서,
상기 접합 보조 부재의 축부는, 상기 판재의 구멍에 압입되어 고정되어 있는 접합 보조 부재를 구비한 판재.