WO2023063053A1 - フレーム構造体の製造方法 - Google Patents

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WO2023063053A1
WO2023063053A1 PCT/JP2022/035534 JP2022035534W WO2023063053A1 WO 2023063053 A1 WO2023063053 A1 WO 2023063053A1 JP 2022035534 W JP2022035534 W JP 2022035534W WO 2023063053 A1 WO2023063053 A1 WO 2023063053A1
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WO
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frame member
frame structure
welding
hollow member
manufacturing
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/035534
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
雄貴 藤田
大貴 山川
拓巳 中原
成一 橋本
美速 今村
Original Assignee
株式会社神戸製鋼所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社神戸製鋼所 filed Critical 株式会社神戸製鋼所
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K31/00—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K37/00—Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a frame structure.
  • a frame structure used for a vehicle or various industrial machines is often provided with a connection member such as a bracket that connects to another member or a main body of the vehicle, etc., on a part of the frame member.
  • the connecting member is not only provided at a linear portion of the frame member, but also may be provided at or near the bent portion when the frame member is bent.
  • As means for attaching such a connecting member there is a method of attaching to the frame member by mechanical fastening means such as bolts (Patent Document 1).
  • the mounting position of the connecting member can be adjusted by making the shape of the mounting hole, for example, an elongated hole, and the accuracy of the mounting portion of the connecting member can be easily adjusted.
  • the man-hours for drilling and the like are increased, and bolts and the like are used. Therefore, the number of parts for attaching the connecting members is increased, and the weight of the entire frame structure is increased.
  • Patent Documents 2 and 3 there is a technique of attaching a connecting member to a frame member by welding. According to these techniques, the bracket can be joined to the frame member without increasing the number of parts, so an increase in the weight of the frame structure can be suppressed.
  • the joint surface of the connecting member is deformed due to thermal strain during welding, making it difficult to ensure geometrical positional accuracy with respect to the joining member.
  • bending is generally performed by a press or bender (push bending, pull bending, mandrel bending machine), etc.
  • a press or bender push bending, pull bending, mandrel bending machine
  • the amount of deformation due to this correction tends to increase, and springback of the member also occurs, so it is difficult to keep the accuracy of the frame member itself within a predetermined range.
  • thermal strain due to welding accumulates, making it difficult to manufacture a highly accurate structure close to the designed shape.
  • the present invention provides a method for manufacturing a frame structure, which is capable of manufacturing a frame structure in which a plurality of connecting members are welded to a hollow member having a bent portion with high precision while suppressing deterioration in precision due to thermal strain. intended to
  • the present invention consists of the following configurations.
  • a method for manufacturing a frame structure in which a plurality of connection members are welded along the longitudinal direction to a curved long hollow member comprising: a welding step of welding the connection member to the hollow member; a cooling step of flowing a cooling medium inside from an end portion of the hollow member after the welding step; including Repeating the welding step and the cooling step by the number of the connecting members, A method for manufacturing a frame structure.
  • a frame structure in which a plurality of connecting members are welded to a hollow member having a bent portion can be manufactured with high accuracy while suppressing deterioration in accuracy due to thermal strain.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a frame structure.
  • 2 is a cross-sectional view of the frame member taken along line II-II shown in FIG. 1.
  • FIG. FIG. 3 is an overall configuration diagram of a frame structure manufacturing apparatus.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the configuration of the frame bending portion and how the bracket is arranged on the stand.
  • FIG. 5A is a front view of the manufacturing apparatus showing the initial state of the upper base plate.
  • FIG. 5B is a front view of the manufacturing apparatus showing a state in which the upper base plate is lowered toward the lower base plate.
  • FIG. 6A is a front view of a manufacturing apparatus showing a manufacturing process of a frame structure;
  • FIG. 6B is a front view of the manufacturing apparatus showing the manufacturing process of the frame structure.
  • FIG. 6C is a front view of the manufacturing apparatus showing the manufacturing process of the frame structure.
  • FIG. 6D is a front view of the manufacturing apparatus showing the manufacturing process of the frame structure.
  • FIG. 7A is a schematic cross-sectional view showing the flow of air entering from the end of the frame member.
  • FIG. 7B is a schematic cross-sectional view showing the flow of air entering from the end of the frame member.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the frame structure 11.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the frame member taken along line II-II shown in FIG. 1.
  • FIG. The frame structure 11 has an elongated frame member 13 and a bracket 15 as a connecting member.
  • the frame structure 11 has a plurality of brackets 15 which are spaced apart along the longitudinal direction of the frame member 13 .
  • the frame member 13 is, for example, a hollow extruded member having a rectangular cross section perpendicular to the axial direction, and is curved as a whole. In a cross-sectional view of the frame member 13 , one diagonal direction substantially coincides with the bending direction of the frame member 13 .
  • the frame member 13 may be a round pipe or a polygonal pipe other than the above. It may have a shape having protrusions such as ribs on the outside. Moreover, the shape which has a protrusion part inside may be sufficient.
  • This frame member 13 is a bending member processed by an arbitrary forming machine such as press molding or a bender.
  • the frame member 13 is preferably made of an aluminum alloy from the viewpoint of weight reduction, but may be made of a steel material such as mild steel or high-strength steel with higher strength.
  • the aluminum alloy various aluminum alloys such as heat-treated alloys such as 6000 series and 7000 series, and non-heat-treated alloys such as 5000 series can be used.
  • the heat-treatable aluminum alloy is preferably T1 or T5 tempered, or may be locally softened in the vicinity of the bent portion.
  • the bracket 15 is integrally connected to the frame member 13 at the longitudinal intermediate portion of the frame member 13 .
  • the bracket 15 has a plate material or a shape obtained by bending a plate material, and one side of the bracket 15 is welded to the frame member 13 .
  • the bracket 15 is preferably made of the same material that can be welded to the frame member 13. For example, if the frame member 13 is an aluminum alloy, the bracket 15 is also made of an aluminum alloy.
  • FIG. 3 is an overall configuration diagram of a manufacturing apparatus for the frame structure 11. As shown in FIG. In the following description, the description is omitted or simplified by assigning the same reference numerals to the same members and the same parts.
  • a manufacturing apparatus (hereinafter also referred to as a manufacturing apparatus) 100 for the frame structure 11 includes a support portion 17 that supports one end portion 13A of the frame member 13, a support portion 18 that supports the other end portion 13B, and a frame.
  • a plurality of stands 20A, 20B, 20C, and 20D arranged to face the bracket 15 in the middle of the longitudinal direction of the member 13, a frame bending portion 21, and a welding portion 23 are provided.
  • the support portion 17 has a grip portion 17a that supports the frame member 13, and a leg portion 17b to which the grip portion 17a is fixed at one end.
  • the support portion 18 similarly has a grip portion 18a and a leg portion 18b.
  • the stand 20 ⁇ /b>A has a fixing portion 19 a on which the bracket 15 is placed and leg portions 19 b supporting the fixing portion 19 a to position the bracket 15 on the frame member 13 .
  • the stands 20B, 20C, and 20D also have leg portions 19b for supporting the fixing portion 19a, and the brackets 15 are positioned on the frame member 13, similarly to the stand 20A.
  • the frame bending portion 21 is arranged in the longitudinally intermediate portion of the frame member 13 and applies a bending load to the frame member 13 in the vertical direction in FIG. As a result, the intermediate portion of the frame member 13 is elastically deformed in the vertical direction by bending the ends 13A, 13B and the intermediate portion of the frame member 13 at three points.
  • the welding part 23 welds the bracket 15 to the frame member 13 .
  • the welding part 23 performs fusion welding such as MIG or TIG at the tip of the welding torch 24, and various welding conditions such as welding speed, welding current, and welding voltage during welding can be adjusted.
  • the manufacturing apparatus 100 includes cooling nozzles 31 and 33 and an air supply section 35 .
  • the cooling nozzle 31 is arranged at a position facing one end 13A of the frame member 13 .
  • the cooling nozzle 33 is arranged at a position facing the other end 13B of the frame member 13 .
  • the air supply unit 35 supplies air, which is a cooling medium, to the cooling nozzles 31 and 33 and causes the cooling nozzles 31 and 33 to eject the air.
  • the air ejected from the cooling nozzles 31 flows into the frame member 13 from one end 13A of the frame member 13 .
  • the air ejected from the cooling nozzles 33 flows into the frame member 13 from the other end 13B of the frame member 13 .
  • the air sent into the frame member 13 from the cooling nozzles 31 and 33 contains an appropriate amount of inert gas such as nitrogen dioxide (NO 2 ), carbon dioxide (CO 2 ), or helium (He) as required.
  • inert gas such as nitrogen dioxide (NO 2 ), carbon dioxide (CO 2 ), or helium (He) as required.
  • NO 2 nitrogen dioxide
  • CO 2 carbon dioxide
  • He helium
  • a liquid such as water may be used as the cooling medium, post-treatment such as drying can be eliminated if air is used.
  • the manufacturing apparatus 100 also includes a lower base plate 25 , an upper base plate 27 , and an elevation driving section 29 .
  • the upper base plate 27 is arranged above and substantially parallel to the lower base plate 25 .
  • the elevation driving unit 29 vertically moves the upper base plate 27 while being parallel to the surface of the lower base plate 25 .
  • the leg portions 17 b and 18 b of the support portions 17 and 18 and the leg portion 21 a of the frame bending portion 21 are fixed to the lower base plate 25 .
  • Legs 19b for supporting the stands 20A, 20B, 20C, and 20D are fixed to the upper base plate 27, and openings (not shown) are formed through the legs 17b and 18b, respectively.
  • the manufacturing apparatus 100 has a control unit 37.
  • the control section 37 is connected to the welding section 23 , the air supply section 35 and the elevation drive section 29 , and the welding section 23 , the air supply section 35 and the elevation drive section 29 are controlled by the control section 37 .
  • FIG. 4 is an explanatory view showing the configuration of the frame bending portion 21 and how the bracket 15 is arranged on the stand 20A.
  • the frame bending portion 21 includes a gripping portion 43 that grips the frame member 13, a support mechanism 45 that vertically supports the gripping portion 43, and a driving portion 47 that drives the gripping portion 43 vertically.
  • the grip portion 43 has a lower support portion 43a and an upper support portion 43b, and sandwiches the frame member 13 between the lower support portion 43a and the upper support portion 43b. At this time, the gripping portion 43 sandwiches the frame member 13 in one diagonal direction.
  • the frame member 13 is fixed to the grip portion 43 by fastening the lower support portion 43a and the upper support portion 43b with fastening members such as bolts. By sandwiching the frame member 13 in the diagonal direction with the gripping portions 43, it is possible to avoid a portion of the frame member 13 from being pressed against the surface when a bending load is applied to the frame member 13, thereby preventing local cross-sectional deformation.
  • the support mechanism 45 has a fixed portion 45a fixed to the leg portion 21a and a sliding portion 45b, and the grip portion 43 is fixed to the sliding portion 45b.
  • the driving portion 47 drives the slide portion 45b up and down to apply a downward pulling force or an upward pushing force to the frame member 13 via the grip portion 43 .
  • the support portions 17 and 18 that support both ends of the frame member 13 include grip portions 17 a and 18 a having a grip mechanism similar to that of the grip portion 43 .
  • the gripping portions 17a and 18a sandwich and fix the frame member 13 in one diagonal direction.
  • the pedestal 20A has its leg portion 19b erected on the upper base plate 27, and the bracket 15 is mounted on the upper surface of the fixed portion 19a provided at the upper end of the leg portion 19b.
  • a pair of pins 49 are provided on the stand 20A so as to protrude from the upper surface of the fixed portion 19a, and the bracket 15 is formed with openings 15a corresponding to the pins 49. As shown in FIG.
  • the pair of pins 49 are provided on the table 20A such that the positional relationship with the support portions 17 and 18 is a predetermined reference position.
  • the bracket 15 is placed on the upper surface of the fixed part 19a by inserting the pin 49 into each opening 15a.
  • a clamp 51 is attached to the pin 49 protruding from the opening 15a. By attaching the clamp 51, the bracket 15 is positioned and fixed to the fixing portion 19a.
  • pedestals 20B, 20C, and 20D have the same configuration as the pedestal 20A, so description thereof will be omitted.
  • FIG. 5A is a front view of the manufacturing apparatus 100 showing the initial state of the upper base plate 27.
  • FIG. FIG. 5B is a front view of manufacturing apparatus 100 showing a state in which upper base plate 27 is lowered toward lower base plate 25 .
  • the elevation drive unit 29 lifts and lowers the upper base plate 27 to separate the upper base plate 27 from the lower base plate 25 .
  • the reference position of the bracket 15 described above is adjusted by driving the base upper plate 27 upward by the elevation drive unit 29 .
  • the bracket 15 is fixed to the stands 20A, 20B, 20C, and 20D in this state and positioned with respect to the frame member 13 .
  • Welding portion 23 is then driven to weld bracket 15 positioned relative to frame member 13 to frame member 13 .
  • bracket 15 is released. That is, when the pedestals 20A, 20B, 20C, and 20D are lowered integrally with the upper base plate 27, the bracket 15 remains on the frame member 13 side because the frame member 13 is fixed to the support portions 17 and 18, and the bracket 15 and the stands 20A, 20B, 20C and 20D are separated.
  • the bracket 15 may be welded to the frame member 13 continuously over its entire length, but it may also be welded intermittently over its entire length.
  • intermittently welding the welding length in one welding can be shortened, the amount of heat input can be suppressed, and thermal strain can be efficiently suppressed while ensuring sufficient welding strength.
  • short welds may be intermittently performed to finally weld the bracket 15 to the frame member 13 over its entire length.
  • a bending load may be applied to the frame member 13 by the frame bending portion 21.
  • the brackets 15 fixed to the stands 20A, 20B, 20C, and 20D and arranged at the reference position are temporarily welded to the frame member 13, for example.
  • the upper base plate 27 is lowered toward the lower base plate 25 by the elevation drive unit 29 to release the temporary fixation of the bracket 15 .
  • the bracket 15 is permanently welded to the frame member 13 in a state in which the frame member 13 is elastically deformed by applying a bending load to the intermediate portion of the frame member 13 in the longitudinal direction by the frame bending portion 21 . In this way, the final welding is performed in an elastically deformed state of the frame member 13 to which the bracket 15 is temporarily fixed. shape can be approximated.
  • FIGS. 7A and 7B are schematic cross sections showing the flow of the air CA introduced from the end of the frame member 13. It is a diagram.
  • the case where the brackets 15 supported by the stands 20A, 20B, 20C, and 20D are welded to the frame member 13 in order will be described as an example.
  • the welding part 23 is driven to weld the bracket 15 supported by the stand 20A to the frame member 13 by the welding torch 24 (welding step).
  • the air supply unit 35 is driven to flow air as a cooling medium into the frame member 13 (cooling process).
  • air is allowed to flow into the frame member 13 so that the air hits the bent portion BA of the frame member 13 at the welded portion WA of the bracket 15 .
  • air is jetted from a cooling nozzle 31 arranged on one end 13A side of the frame member 13 far from the welded portion WA of the bracket 15, and directed toward the inside of the frame member 13 (arrow A in FIG. 6A). direction) let the air flow in.
  • FIG. 7A the air CA flowed in from one end 13A of the frame member 13 flows along the frame member 13 inside the frame member 13, and flows from the other end 13B of the frame member 13. leak.
  • the air CA flows to the other end portion 13B while hitting the bent portion BA of the frame member 13 at the welded portion WA.
  • the welded portion WA of the bracket 15 and an area in the vicinity including the welded portion WA are effectively cooled by the air CA. Then, the temperature of the welded portion of the frame member 13 heated by the welding and its surroundings is measured, and the welded portion of the frame member 13 and its surroundings in the region including the welded portion WA and the welded portion WA of the bracket 15 is lowered to 70° C. or less. Allow to cool to Temperature measurement means include, for example, local temperature measurement using a contact thermometer, temperature measurement using a non-contact thermometer, overall temperature measurement using a temperature sensor or thermography, and the like.
  • the air supply unit 35 is driven to flow air as a cooling medium into the frame member 13 (cooling process).
  • air is allowed to flow into the frame member 13 so that the air hits the bent portion BB of the frame member 13 at the welded portion WB of the bracket 15 .
  • air is jetted from a cooling nozzle 31 arranged on one end 13A side of the frame member 13 far from the welded portion WB of the bracket 15, and directed toward the inside of the frame member 13 (arrow A in FIG. 6B). direction) let the air flow in.
  • the air CA introduced from one end portion 13A of the frame member 13 flows along the frame member 13 inside the frame member 13, and the frame member 13 at the welded portion WB. It flows to the other end 13B while hitting the bent portion BB.
  • the welded portion WB of the bracket 15 and the area near the welded portion WB are effectively cooled by the air CA. Then, the temperature of the welded portion of the frame member 13 heated by the welding and its surroundings is measured, and the welded portion of the frame member 13 and its surroundings in the region including the welded portion WB of the bracket 15 and the welded portion WB is lowered to 70° C. or less. Allow to cool to
  • the air supply unit 35 is driven to flow air as a cooling medium into the frame member 13 (cooling process).
  • air is allowed to flow into the interior of the frame member 13 so that the air hits the bent portion BC of the frame member 13 at the welded portion WC of the bracket 15 .
  • air is jetted from a cooling nozzle 33 arranged on the other end 13B side of the frame member 13 far from the welded portion WC of the bracket 15, and directed toward the inside of the frame member 13 (arrow B in FIG. 6C). direction) let the air flow in.
  • FIG. 7B the air CA introduced from the other end 13B of the frame member 13 flows inside the frame member 13 along the frame member 13, and flows from the one end 13A of the frame member 13. leak.
  • the air CA flows to one end portion 13A while hitting the bent portion BC of the frame member 13 at the welded portion WC.
  • the welded portion WC of the bracket 15 and the area near the welded portion WC are effectively cooled by the air CA.
  • the temperature of the welded portion of the frame member 13 heated by the welding and its surroundings is measured, and the welded portion of the frame member 13 and its surroundings in the area including the welded portion WC of the bracket 15 and the welded portion WC is lowered to 70° C. or less. Allow to cool to
  • the air supply unit 35 is driven to flow air as a cooling medium into the frame member 13 (cooling process).
  • air is allowed to flow into the interior of the frame member 13 so that the air hits the bent portion BD of the frame member 13 at the welded portion WD of the bracket 15 .
  • air is jetted from a cooling nozzle 33 disposed on the other end 13B side of the frame member 13 far from the welded portion WD of the bracket 15, and directed toward the inside of the frame member 13 (arrow B in FIG. 6D). direction) let the air flow in.
  • the air CA introduced from the other end portion 13B of the frame member 13 flows along the frame member 13 inside the frame member 13, and the frame member 13 at the welded portion WD. It flows to one end 13A while hitting the bend BD.
  • the welded portion WD of the bracket 15 and an area near the welded portion WD are effectively cooled by the air CA. Then, the temperature of the welded portion of the frame member 13 heated by the welding and its surroundings is measured, and the welded portion of the frame member 13 and its surroundings in the area including the welded portion WD of the bracket 15 and the welded portion WD is lowered to 70° C. or less. Allow to cool to
  • brackets 15 are welded along the longitudinal direction of the frame member 13 by repeating the welding of the brackets 15 to the frame member 13 and the cooling by the inflow of the air CA into the frame member 13.
  • a frame structure 11 is manufactured.
  • cooling at the time of welding is generally performed by direct cooling by applying a cooling medium such as air to the welded part such as the weld bead or by contacting the welded part with a cooling member such as copper or brass. done.
  • a cooling medium such as air
  • a cooling member such as copper or brass.
  • this manufacturing method the welding of the brackets 15 to the frame member 13 and the cooling by the inflow of air CA into the frame member 13 are repeated, and the plurality of brackets 15 are formed along the longitudinal direction of the frame member 13.
  • a welded frame structure 11 is manufactured.
  • the air CA is caused to flow inside the frame member 13 to cool the welded portions WA, WB, WC, and WD, thereby controlling thermal strain. Heat removal from the WD can be stably performed.
  • the accumulation of thermal strain can be suppressed, the correction amount for correcting deformation due to thermal strain can be suppressed, and the frame structure 11 having a shape close to the designed shape can be manufactured.
  • the process of welding the next bracket 15 can be started quickly. This can shorten the time between welding passes and improve productivity.
  • the air CA is flowed in such that it hits the bent portions BA, BB, BC, and BD of the welded portions WA, WB, WC, and WD of the bracket 15, so that the welded portions WA, WB, and WC, WD and their adjacent areas can be effectively cooled by air CA.
  • the flow of the air CA inside the frame member 13 can be made smooth in one direction, and the cooling efficiency can be improved. Thermal strain can be controlled more accurately.
  • the air CA is introduced from either end 13A, 13B of the frame member 13 far from the welded portions WA, WB, WC, WD of the bracket 15 .
  • the turbulent flow of the air CA is promoted until the air CA that has flowed in reaches the welded portions WA, WB, WC, and WD. Therefore, the heat transfer coefficient by the air CA in the welded portions WA, WB, WC, WD and the regions in the vicinity thereof is increased, and the cooling efficiency is improved.
  • the cooling process by setting the temperature of the welded portion of the frame member 13 and its surroundings to 70° C. or less, it is possible to more efficiently suppress thermal strain when welding materials with large thermal strain. In particular, it is possible to effectively suppress thermal distortion such as MIG welding with a large amount of heat input.
  • the order of welding the brackets 15 supported by the stands 20A, 20B, 20C, and 20D to the frame member 13 is not limited to the above example.
  • an extruded material made of a heat-treated aluminum alloy having a Vickers hardness of 60 HV and a tensile strength of 155 N/mm 2 and having undergone T1 refining was used as the frame member 13.
  • a plurality of brackets 15 were welded to this frame member 13, and then tempering (low temperature annealing) was performed at 190° C. for 3 hours to obtain a T5 refining.
  • the Vickers hardness of the bracket 15 after welding was about 60 HV (6 mm to 7 mm from the welded portion), which was almost the same as before welding. Furthermore, after being tempered to T5, the Vickers hardness was about 85 HV (at a position 6 mm to 7 mm from the welded portion), and the heat-affected softened portion did not exist. Moreover, it was also confirmed that the frame structure 11 manufactured by this manufacturing method did not lose its dimensional accuracy at the temperature level during the tempering process.
  • the air CA is caused to flow into the frame member 13 to forcibly cool the inside of the frame member 13, whereby the heat generated by the welding is reduced. It is considered that the affected part became slightly hardened without softening.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and those skilled in the art can make modifications and applications by combining each configuration of the embodiments with each other, based on the description of the specification and well-known techniques. It is also contemplated by the present invention that it falls within the scope of protection sought.
  • a bracket has been exemplified as a connection member, it is not limited to a bracket, and may be a structural member such as another frame, a part to be joined to a frame member, a functional member, or the like.
  • a method for manufacturing a frame structure in which a plurality of connection members are welded along the longitudinal direction to a curved long hollow member comprising: a welding step of welding the connection member to the hollow member; a cooling step of flowing a cooling medium inside from an end portion of the hollow member after the welding step; including A method for manufacturing a frame structure, wherein the welding step and the cooling step are repeated by the number of the connecting members.
  • welding of the connecting member to the hollow member and cooling by inflow of the cooling medium into the hollow member are repeated to form a plurality of connecting members along the longitudinal direction of the hollow member.
  • the cooling medium is flowed into the interior of the hollow member to cool the welded portion, thereby controlling thermal strain.
  • the accumulation of thermal strain can be suppressed, the correction amount for correcting deformation due to thermal strain can be suppressed, and a frame structure having a shape close to the designed shape can be manufactured.
  • the process of welding the next connecting member can be started quickly. This can shorten the time between welding passes and improve productivity.
  • the method of manufacturing the frame structure according to 1. by setting the welded portion of the connection member and the area including at least the welded portion and the surrounding area to 70° C. or less, the heat generated when welding a material with large thermal strain is reduced. Distortion can be suppressed more efficiently. In particular, it is possible to effectively suppress thermal distortion such as MIG welding with a large amount of heat input.

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Abstract

曲げ部を有する中空部材に複数の接続用部材を溶接したフレーム構造体を、熱歪による精度低下を抑えて高精度に製造することが可能なフレーム構造体の製造方法を提供する。湾曲した長尺のフレーム部材に複数のブラケットが長手方向に沿って溶接されたフレーム構造体の製造方法であって、フレーム部材にブラケットを溶接する溶接工程と、溶接工程後にフレーム部材の端部から冷却媒体である空気を内部へ流入させる冷却工程と、を含み、溶接工程及び冷却工程を、ブラケットの数だけ繰り返し行う。

Description

フレーム構造体の製造方法
　本発明は、フレーム構造体の製造方法に関する。
　車両又は各種の産業機械等に使用されるフレーム構造体は、フレーム部材の一部に、他の部材又は車両等の本体部に接続するブラケット等の接続用部材を設けることが多い。接続用部材は、フレーム部材の直線状の部位に設けられるだけでなく、フレーム部材に曲げ加工が施されている場合には、その曲げ部又は曲げ部の近傍に設けられる場合もある。接続用部材は、フレーム構造体の組み付け先との間で高精度に接合するため、接続相手側の部材と相対的に一定の幾何学的な位置精度を有するようにフレーム部材へ取り付ける必要がある。
　このような接続用部材を取り付ける手段として、フレーム部材にボルト等の機械的締結手段により取り付ける方法がある（特許文献１）。この方法によれば、取り付け孔の形状を、例えば長孔等にすることで、接続用部材の取り付け位置を調整でき、接続用部材の取り付け部の精度の調整が容易となる。
　しかし、この方法では孔加工等の工数が増える上にボルト等を使用するため、接続用部材の取り付け部分の部品点数が多くなり、フレーム構造体全体の重量が増加する欠点がある。
　これに対して、接続用部材を溶接によってフレーム部材に取り付ける技術がある（特許文献２、３）。これらの技術によれば、部品点数を増加させずにブラケットをフレーム部材に接合できるため、フレーム構造体の重量の増加が抑えられる。
日本国実用新案登録第２５８８６９８号公報 日本国特開２００５－０６６６６８号公報 日本国特開２００１－２３９９７８号公報
　しかしながら、溶接による取り付けは、溶接時の熱歪により接続用部材の接合面が変形するため、接合相手側の部材との幾何学的な位置精度の確保が困難となる。これに加えて、例えば曲げ部を有するフレーム部材においては、一般的にプレスやベンダー（押し曲げ、引き曲げ、マンドレル曲げ加工機）等により曲げ加工が行われるが、曲げ加工の寸法精度を得るための矯正が必要となる。この矯正による変形量は大きくなりがちで、部材のスプリングバックも生じるため、フレーム部材自体の精度を所定の範囲に収めることは難しい。
　特に、曲げ部を有するフレーム部材に複数の接続用部材を溶接する場合では、溶接による熱歪が累積し、設計形状に近い高精度な構造体を製造することが困難であった。
　そこで本発明は、曲げ部を有する中空部材に複数の接続用部材を溶接したフレーム構造体を、熱歪による精度低下を抑えて高精度に製造することが可能なフレーム構造体の製造方法を提供することを目的とする。
　本発明は下記の構成からなる。
　湾曲した長尺の中空部材に複数の接続用部材が長手方向に沿って溶接されたフレーム構造体の製造方法であって、
　前記中空部材に前記接続用部材を溶接する溶接工程と、
　前記溶接工程後に前記中空部材の端部から冷却媒体を内部へ流入させる冷却工程と、
　を含み、
　前記溶接工程及び前記冷却工程を、前記接続用部材の数だけ繰り返し行う、
　フレーム構造体の製造方法。
　本発明によれば、曲げ部を有する中空部材に複数の接続用部材を溶接したフレーム構造体を、熱歪による精度低下を抑えて高精度に製造できる。
図１は、フレーム構造体を示す斜視図である。 図２は、図１に示すII－II線で切断したフレーム部材の断面図である。 図３は、フレーム構造体の製造装置の全体構成図である。 図４は、フレーム曲げ部の構成と、置き台にブラケットを配置する様子を示す説明図である。 図５Ａは、ベース上板の初期状態を示す製造装置の正面図である。 図５Ｂは、ベース上板をベース下板側へ下げた状態を示す製造装置の正面図である。 図６Ａは、フレーム構造体の製造工程を示す製造装置の正面図である。 図６Ｂは、フレーム構造体の製造工程を示す製造装置の正面図である。 図６Ｃは、フレーム構造体の製造工程を示す製造装置の正面図である。 図６Ｄは、フレーム構造体の製造工程を示す製造装置の正面図である。 図７Ａは、フレーム部材の端部から流入させた空気の流れを示す概略断面図である。 図７Ｂは、フレーム部材の端部から流入させた空気の流れを示す概略断面図である。
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
　ここでは一例として車両のラダーフレーム、ルーフフレーム等に用いるフレーム構造体を説明するが、フレーム構造体の適用対象、形状はこれに限らない。
＜フレーム構造体＞
　図１は、フレーム構造体１１を示す斜視図である。図２は、図１に示すII－II線で切断したフレーム部材の断面図である。
　フレーム構造体１１は、長尺状のフレーム部材１３と、接続用部材であるブラケット１５とを有する。フレーム構造体１１は、複数のブラケット１５を有しており、これらのブラケット１５は、フレーム部材１３の長手方向に沿って間隔をあけて設けられている。
　フレーム部材１３は、例えば軸方向に垂直な断面が四角形の中空押出部材であって、全体が弓状に湾曲している。フレーム部材１３の断面視において、一方の対角線方向は、フレーム部材１３の湾曲方向と略一致している。フレーム部材１３は、上記以外にも、丸パイプ、多角形パイプであってもよい。外側にリブのような突起部を有する形状であってもよい。また、内側に突起部を有する形状であってもよい。このフレーム部材１３は、プレス成形、又はベンダーなどの任意の成形機によって加工された曲げ部材である。
　フレーム部材１３は、アルミニウム合金が軽量化の観点から好ましいが、より強度の高い軟鋼、高張力鋼等の鋼材であってもよい。アルミニウム合金としては、６０００系、７０００系等の熱処理合金、又は５０００系等の非熱処理合金等、各種のアルミニウム合金を採用できる。熱処理型のアルミニウム合金は、Ｔ１，Ｔ５調質されたものが好ましく、また、曲げ部近傍を局部的に軟化させたものでもよい。
　ブラケット１５は、フレーム部材１３の長手方向の中間部にフレーム部材１３と一体に接続される。ブラケット１５は板材、又は板材を折り曲げ加工した形状であり、その一辺がフレーム部材１３に溶接される。ブラケット１５は、フレーム部材１３と溶接可能な同種の材料であることが好ましく、例えば、フレーム部材１３がアルミニウム合金であればブラケット１５もアルミニウム合金とする。
＜フレーム構造体の製造装置＞
　図３は、フレーム構造体１１の製造装置の全体構成図である。以下の説明では、同一の部材、同一の部位に対して同一の符号を付与することで、その説明を省略又は簡単化する。
　フレーム構造体１１の製造装置（以下、製造装置ともいう。）１００は、フレーム部材１３の一方の端部１３Ａを支持する支持部１７と、他方の端部１３Ｂを支持する支持部１８と、フレーム部材１３の長手方向の途中でブラケット１５を対向させて配置する複数の置き台２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄと、フレーム曲げ部２１と、溶接部２３とを備える。
　支持部１７は、フレーム部材１３を支持する把持部１７ａと、把持部１７ａが一端部に固定された脚部１７ｂとを有する。支持部１８も同様に、把持部１８ａと脚部１８ｂとを有する。
　置き台２０Ａは、ブラケット１５を載置する固定部１９ａと、固定部１９ａを支持する脚部１９ｂとを有し、ブラケット１５をフレーム部材１３に位置決めする。置き台２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄも置き台２０Ａと同様に、固定部１９ａを支持する脚部１９ｂとを有し、ブラケット１５をフレーム部材１３に位置決めする。
　フレーム曲げ部２１は、フレーム部材１３の長手方向の中間部に配置され、フレーム部材１３に図３の上下方向に曲げ荷重を負荷する。これにより、フレーム部材１３の端部１３Ａ，１３Ｂと中間部との３点曲げによって、フレーム部材１３の中間部に上下方向の弾性変形が付与される。
　溶接部２３は、ブラケット１５をフレーム部材１３に溶接する。溶接部２３は、ＭＩＧ、ＴＩＧ等の溶融溶接を溶接トーチ２４の先端で行い、溶接時における溶接速度、溶接電流、溶接電圧等の各種溶接条件が調整可能となっている。
　製造装置１００は、冷却ノズル３１，３３と、エア供給部３５とを備える。冷却ノズル３１は、フレーム部材１３の一方の端部１３Ａの対向位置に配置される。冷却ノズル３３は、フレーム部材１３の他方の端部１３Ｂの対向位置に配置される。エア供給部３５は、冷却ノズル３１，３３へ冷却媒体である空気を供給し、各冷却ノズル３１，３３から空気を噴出させる。冷却ノズル３１から噴出される空気は、フレーム部材１３の一方の端部１３Ａからフレーム部材１３の内部へ流入される。同様に、冷却ノズル３３から噴出される空気は、フレーム部材１３の他方の端部１３Ｂからフレーム部材１３の内部へ流入される。なお、冷却ノズル３１，３３からフレーム部材１３の内部へ送り込む空気には、必要に応じて二酸化窒素（ＮＯ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）あるいはヘリウム（Ｈｅ）等の不活性ガスを適量含ませてもよい。また、冷却媒体として、水等の液体を用いてもよいが、空気を用いれば乾燥等の後処理を不要にできる。
　また、製造装置１００は、ベース下板２５と、ベース上板２７と、昇降駆動部２９とを備える。ベース上板２７は、ベース下板２５の上側に略平行に配置される。昇降駆動部２９は、ベース上板２７を、ベース下板２５の板面と平行にしたまま昇降移動させる。ベース下板２５には、支持部１７，１８の脚部１７ｂ，１８ｂとフレーム曲げ部２１の脚部２１ａとが固定される。ベース上板２７には、置き台２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄを支持する脚部１９ｂが固定され、脚部１７ｂ，１８ｂをそれぞれ貫通する開口部（図示略）が形成されている。
　製造装置１００は、制御部３７を有している。制御部３７は、溶接部２３、エア供給部３５及び昇降駆動部２９に接続されており、溶接部２３、エア供給部３５及び昇降駆動部２９は、制御部３７によって制御される。
　図４は、フレーム曲げ部２１の構成と、置き台２０Ａにブラケット１５を配置する様子を示す説明図である。
　フレーム曲げ部２１は、フレーム部材１３を把持する把持部４３と、把持部４３を昇降自在に支持する支持機構４５と、把持部４３を昇降駆動する駆動部４７とを備える。
　把持部４３は、下側支持部４３ａと上側支持部４３ｂとを有し、下側支持部４３ａと上側支持部４３ｂとの間にフレーム部材１３を挟み込む。このとき、把持部４３は、フレーム部材１３の一方の対角線方向に挟み込む。そして、ボルト等の締結部材によって下側支持部４３ａと上側支持部４３ｂとを締結することで、フレーム部材１３が把持部４３に固定される。把持部４３がフレーム部材１３の対角方向を挟み込むことで、フレーム部材１３の曲げ荷重負荷時に、フレーム部材１３の一部に面押しが生じるのを回避し、局所的な断面変形を防止できる。
　支持機構４５は、脚部２１ａに固定された固定部４５ａとスライド部４５ｂとを有し、スライド部４５ｂに把持部４３が固定される。駆動部４７は、スライド部４５ｂを昇降駆動して、把持部４３を介してフレーム部材１３に下側への引張り力又は上側への押し上げ力を付与する。なお、フレーム部材１３の両端部を支持する支持部１７，１８は、把持部４３と同様の把持機構を有する把持部１７ａ，１８ａを備える。把持部１７ａ，１８ａは、フレーム部材１３をその一方の対角線方向に挟み込んで固定している。
　置き台２０Ａは、その脚部１９ｂがベース上板２７に立設され、脚部１９ｂの上端に設けた固定部１９ａの上面にブラケット１５が載置される。置き台２０Ａには、一対のピン４９が固定部１９ａの上面から突出して設けられ、ブラケット１５には、ピン４９に対応した開口孔１５ａが形成されている。一対のピン４９は、支持部１７，１８との位置関係が所定の基準位置となるように、置き台２０Ａに設けられている。
　ブラケット１５は、それぞれの開口孔１５ａにピン４９を挿入して固定部１９ａの上面に載置される。開口孔１５ａから突出したピン４９にはクランプ５１が装着される。クランプ５１の装着によって、ブラケット１５は、固定部１９ａに位置決めされて固定される。
　なお、置き台２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄは、置き台２０Ａと同様の構成であるので、説明を省略する。
　図５Ａは、ベース上板２７の初期状態を示す製造装置１００の正面図である。図５Ｂは、ベース上板２７をベース下板２５側へ下げた状態を示す製造装置１００の正面図である。
　図５Ａに示すように、昇降駆動部２９は、ベース上板２７を昇降駆動して、ベース上板２７をベース下板２５から離反させる。上記したブラケット１５の基準位置は、昇降駆動部２９によりベース上板２７を上昇駆動させることで調整される。ブラケット１５は、この状態で置き台２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄに固定されてフレーム部材１３に対して位置決めされる。そして、溶接部２３は、フレーム部材１３に対して位置決めされたブラケット１５をフレーム部材１３に溶接するように駆動される。
　図５Ｂに示すように、昇降駆動部２９がベース上板２７をベース下板２５に向けて下降させると、ブラケット１５の固定が解除される。つまり、置き台２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄがベース上板２７と一体に下降すると、フレーム部材１３が支持部１７，１８に固定されているため、ブラケット１５がフレーム部材１３側に残り、ブラケット１５と置き台２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄとが離別する。
＜ブラケットの溶接＞
　上記構成の製造装置１００によってブラケット１５をフレーム部材１３に溶接させるには、昇降駆動部２９によってベース上板２７を上昇駆動させることで、置き台２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄに固定されたブラケット１５を基準位置に配置させる。この状態において、溶接部２３を駆動させ、溶接トーチ２４によってブラケット１５をフレーム部材１３に溶接する。このとき、フレーム部材１３とブラケット１５とのギャップ量を調整することにより、溶接熱量を効率よく制御できる。また、フレーム部材１３とブラケット１５とのギャップによって熱歪みによる変位が吸収されて、高精度な形状精度が得られる。
　ブラケット１５は、全長にわたって連続的にフレーム部材１３へ溶接してもよいが、ブラケット１５の全長を連続溶接せずに断続的に溶接してもよい。断続的に溶接することにより、一度の溶接における溶接長を短くして入熱量を抑えることができ、十分な溶接強度を確保しつつ熱歪を効率的に抑えることができる。なお、短い溶接を断続的に行い、最終的にブラケット１５を全長にわたってフレーム部材１３に溶接してもよい。
　また、製造装置１００によってブラケット１５をフレーム部材１３に溶接させる際に、フレーム曲げ部２１でフレーム部材１３に曲げ荷重を付与してもよい。具体的には、置き台２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄに固定されて基準位置に配置されたブラケット１５を、例えば、部分的にフレーム部材１３に溶接して仮止めする。その後、昇降駆動部２９によってベース上板２７をベース下板２５に向けて下降させ、仮止め後のブラケット１５の固定を解除させる。さらに、フレーム曲げ部２１によってフレーム部材１３の長手方向の中間部に曲げ荷重を負荷してフレーム部材１３を弾性変形させた状態で、ブラケット１５をフレーム部材１３に本溶接する。このように、ブラケット１５を仮止めしたフレーム部材１３を弾性変形させた状態で本溶接することで、本溶接時の熱歪みがフレーム部材１３に残存することを抑制でき、フレーム構造体１１を設計形状に近づけることができる。
＜製造手順＞
　上記構成の製造装置１００により、フレーム構造体１１を製造する手順を説明する。
　図６Ａ～図６Ｄは、フレーム構造体１１の製造工程を示す製造装置１００の正面図であり、図７Ａ及び図７Ｂは、フレーム部材１３の端部から流入させた空気ＣＡの流れを示す概略断面図である。なお、本例では、置き台２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄに支持したブラケット１５を順にフレーム部材１３へ溶接する場合を例示して説明する。
（置き台２０Ａのブラケット１５の接合）
　図６Ａに示すように、溶接部２３を駆動させ、置き台２０Ａに支持させたブラケット１５を溶接トーチ２４によってフレーム部材１３に溶接する（溶接工程）。
　置き台２０Ａのブラケット１５のフレーム部材１３への溶接直後、エア供給部３５を駆動させてフレーム部材１３の内部に冷却媒体である空気を流入させる（冷却工程）。
　このとき、ブラケット１５の溶接部ＷＡにおけるフレーム部材１３の曲げ部ＢＡに空気が当たるように、フレーム部材１３の内部に空気を流入させる。具体的には、ブラケット１５の溶接部ＷＡから遠いフレーム部材１３の一方の端部１３Ａ側に配置させた冷却ノズル３１から空気を噴出させ、フレーム部材１３の内部へ向かって（図６Ａにおける矢印Ａ方向）空気を流入させる。すると、図７Ａに示すように、フレーム部材１３の一方の端部１３Ａから流入させた空気ＣＡは、フレーム部材１３の内部をフレーム部材１３に沿って流れ、フレーム部材１３の他方の端部１３Ｂから流出する。このとき、空気ＣＡは、溶接部ＷＡにおけるフレーム部材１３の曲げ部ＢＡに当たりながら他方の端部１３Ｂへ流れる。これにより、ブラケット１５の溶接部ＷＡ及び溶接部ＷＡを含む近傍の領域が空気ＣＡによって効果的に冷却される。そして、溶接によって加熱されたフレーム部材１３の溶接部とその周囲を検温し、ブラケット１５の溶接部ＷＡ及び溶接部ＷＡを含む領域におけるフレーム部材１３の溶接部とその周囲を、７０℃以下になるまで冷却させる。検温の手段としては、例えば接触式温度計による局部的な検温、非接触温度計による検温、温度センサーやサーモグラフィでの全体的な検温等があげられる。
（置き台２０Ｂのブラケット１５の接合）
　置き台２０Ａに支持させたブラケット１５をフレーム部材１３に溶接して冷却したら、図６Ｂに示すように、溶接部２３を駆動させ、置き台２０Ｂに支持させたブラケット１５を溶接トーチ２４によってフレーム部材１３に溶接する（溶接工程）。
　置き台２０Ｂのブラケット１５のフレーム部材１３への溶接直後、エア供給部３５を駆動させ、フレーム部材１３の内部に冷却媒体である空気を流入させる（冷却工程）。
　このとき、ブラケット１５の溶接部ＷＢにおけるフレーム部材１３の曲げ部ＢＢに空気が当たるように、フレーム部材１３の内部に空気を流入させる。具体的には、ブラケット１５の溶接部ＷＢから遠いフレーム部材１３の一方の端部１３Ａ側に配置させた冷却ノズル３１から空気を噴出させ、フレーム部材１３の内部へ向かって（図６Ｂにおける矢印Ａ方向）空気を流入させる。この場合も、図７Ａに示すように、フレーム部材１３の一方の端部１３Ａから流入させた空気ＣＡは、フレーム部材１３の内部をフレーム部材１３に沿って流れ、溶接部ＷＢにおけるフレーム部材１３の曲げ部ＢＢに当たりながら他方の端部１３Ｂへ流れる。これにより、ブラケット１５の溶接部ＷＢ及び溶接部ＷＢを含む近傍の領域が空気ＣＡによって効果的に冷却される。そして、溶接によって加熱されたフレーム部材１３の溶接部とその周囲を検温し、ブラケット１５の溶接部ＷＢ及び溶接部ＷＢを含む領域におけるフレーム部材１３の溶接部とその周囲を、７０℃以下になるまで冷却させる。
（置き台２０Ｃのブラケット１５の接合）
　置き台２０Ｂに支持させたブラケット１５をフレーム部材１３に溶接して冷却したら、図６Ｃに示すように、溶接部２３を駆動させ、置き台２０Ｃに支持させたブラケット１５を溶接トーチ２４によってフレーム部材１３に溶接する（溶接工程）。
　置き台２０Ｃのブラケット１５のフレーム部材１３への溶接直後、エア供給部３５を駆動させ、フレーム部材１３の内部に冷却媒体である空気を流入させる（冷却工程）。
　このとき、ブラケット１５の溶接部ＷＣにおけるフレーム部材１３の曲げ部ＢＣに空気が当たるように、フレーム部材１３の内部に空気を流入させる。具体的には、ブラケット１５の溶接部ＷＣから遠いフレーム部材１３の他方の端部１３Ｂ側に配置させた冷却ノズル３３から空気を噴出させ、フレーム部材１３の内部へ向かって（図６Ｃにおける矢印Ｂ方向）空気を流入させる。すると、図７Ｂに示すように、フレーム部材１３の他方の端部１３Ｂから流入させた空気ＣＡは、フレーム部材１３の内部をフレーム部材１３に沿って流れ、フレーム部材１３の一方の端部１３Ａから流出する。このとき、空気ＣＡは、溶接部ＷＣにおけるフレーム部材１３の曲げ部ＢＣに当たりながら一方の端部１３Ａへ流れる。これにより、ブラケット１５の溶接部ＷＣ及び溶接部ＷＣを含む近傍の領域が空気ＣＡによって効果的に冷却される。そして、溶接によって加熱されたフレーム部材１３の溶接部とその周囲を検温し、ブラケット１５の溶接部ＷＣ及び溶接部ＷＣを含む領域におけるフレーム部材１３の溶接部とその周囲を、７０℃以下になるまで冷却させる。
（置き台２０Ｄのブラケット１５の接合）
　置き台２０Ｃに支持させたブラケット１５をフレーム部材１３に溶接して冷却したら、図６Ｄに示すように、溶接部２３を駆動させ、置き台２０Ｄに支持させたブラケット１５を溶接トーチ２４によってフレーム部材１３に溶接する（溶接工程）。
　置き台２０Ｄのブラケット１５のフレーム部材１３への溶接直後、エア供給部３５を駆動させ、フレーム部材１３の内部に冷却媒体である空気を流入させる（冷却工程）。
　このとき、ブラケット１５の溶接部ＷＤにおけるフレーム部材１３の曲げ部ＢＤに空気が当たるように、フレーム部材１３の内部に空気を流入させる。具体的には、ブラケット１５の溶接部ＷＤから遠いフレーム部材１３の他方の端部１３Ｂ側に配置させた冷却ノズル３３から空気を噴出させ、フレーム部材１３の内部へ向かって（図６Ｄにおける矢印Ｂ方向）空気を流入させる。この場合も、図７Ｂに示すように、フレーム部材１３の他方の端部１３Ｂから流入させた空気ＣＡは、フレーム部材１３の内部をフレーム部材１３に沿って流れ、溶接部ＷＤにおけるフレーム部材１３の曲げ部ＢＤに当たりながら一方の端部１３Ａへ流れる。これにより、ブラケット１５の溶接部ＷＤ及び溶接部ＷＤを含む近傍の領域が空気ＣＡによって効果的に冷却される。そして、溶接によって加熱されたフレーム部材１３の溶接部とその周囲を検温し、ブラケット１５の溶接部ＷＤ及び溶接部ＷＤを含む領域におけるフレーム部材１３の溶接部とその周囲を、７０℃以下になるまで冷却させる。
　上記のように、フレーム部材１３へのブラケット１５の溶接及びフレーム部材１３の内部への空気ＣＡの流入による冷却を繰り返すことにより、フレーム部材１３の長手方向に沿って複数のブラケット１５が溶接されたフレーム構造体１１が製造される。
　ところで、溶接時における冷却は、一般的に、溶接ビードなどの溶接部に空気などの冷却媒体を当てたり、溶接部に銅や真鍮などの冷却部材を当接させたりして直接冷却することが行われる。しかし、この場合、溶接部への冷却媒体の当て方や冷却部材の当接の仕方等により温度制御が難しくなる場合がある。
　これに対して、本製造方法では、フレーム部材１３へのブラケット１５の溶接及びフレーム部材１３の内部への空気ＣＡの流入による冷却を繰り返し、フレーム部材１３の長手方向に沿って複数のブラケット１５が溶接されたフレーム構造体１１を製造する。このように、ブラケット１５を溶接するたびにフレーム部材１３の内部に空気ＣＡを流して溶接部ＷＡ，ＷＢ，ＷＣ，ＷＤを冷却して熱歪を制御するので、溶接部ＷＡ，ＷＢ，ＷＣ，ＷＤの抜熱を安定的に行うことができる。これにより、熱歪の累積が抑えられ、熱歪による変形を矯正するための矯正量を抑制することができ、設計形状に近い形状のフレーム構造体１１を製造することができる。また、ブラケット１５を溶接するたびに冷却することにより、次のブラケット１５の溶接工程に迅速に移行できる。これにより、溶接のパス間の時間を短縮でき、生産性を向上できる。
　また、冷却工程において、空気ＣＡがブラケット１５の溶接部ＷＡ，ＷＢ，ＷＣ，ＷＤにおける曲げ部ＢＡ，ＢＢ，ＢＣ，ＢＤに当たるように空気ＣＡを流入させるので、ブラケット１５の溶接部ＷＡ，ＷＢ，ＷＣ，ＷＤ及びその近傍の領域を空気ＣＡによって効果的に冷却させることができる。
　しかも、フレーム部材１３の一方の端部１３Ａまたは他方の端部１３Ｂから空気ＣＡを流入させることにより、フレーム部材１３の内部における空気ＣＡの流れを一方向にして円滑にでき、冷却効率を高めて熱歪をより精度よく制御することができる。
　また、フレーム部材１３におけるブラケット１５の溶接部ＷＡ，ＷＢ，ＷＣ，ＷＤから遠いいずれかの端部１３Ａ，１３Ｂから空気ＣＡを流入させる。これにより、流入させた空気ＣＡが溶接部ＷＡ，ＷＢ，ＷＣ，ＷＤに到達するまでに空気ＣＡの乱流が促進される。したがって、溶接部ＷＡ，ＷＢ，ＷＣ，ＷＤ及びその近傍の領域における空気ＣＡによる熱伝達率が高められ、冷却効率が向上される。
　また、冷却工程において、フレーム部材１３の溶接部とその周囲を７０℃以下とすることにより、熱歪の大きい材料を溶接する際の熱歪をより効率的に抑制することができる。特に、入熱量の大きいＭＩＧ溶接等の熱歪を効果的に抑制できる。
　なお、置き台２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄに支持したブラケット１５をフレーム部材１３へ溶接する順番は上記の例に限らない。
　ここで、本製造方法によって、フレーム部材１３に複数のブラケット１５を溶接してフレーム構造体１１を作製し、溶接による熱影響を検証した。
　フレーム部材１３としては、ビッカース硬さ６０ＨＶ、引張強さ１５５Ｎ／ｍｍ２のＴ１調質した熱処理型アルミニウム合金からなる押出材を用いた。このフレーム部材１３に複数のブラケット１５を溶接し、その後、１９０℃で３時間のテンパー処理（低温焼き鈍し）を行ってＴ５調質とした。
　その結果、ブラケット１５の溶接後におけるビッカース硬さは６０ＨＶ程度（溶接部から６ｍｍ～７ｍｍの位置）であり、溶接前とほとんど変わらなかった。さらに、テンパー処理によってＴ５調質とした後は、ビッカース硬さが８５ＨＶ程度（溶接部から６ｍｍ～７ｍｍの位置）となり、熱影響軟化部が存在しない状態となった。しかも、本製造方法によって作製したフレーム構造体１１は、テンパー処理時の温度レベルでは寸法精度崩れが発生しないことも確認された。
　このように、本製造方法によれば、フレーム部材１３へのブラケット１５の溶接直後に、フレーム部材１３の内部に空気ＣＡを流入させ、フレーム部材１３の内部から強制冷却することにより、溶接による熱影響部が軟化することなく若干硬くなったと考えられる。
　このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。
　例えば、接続用部材としてブラケットを例示して説明したが、ブラケットに限らず、他のフレーム等の構造用部材、フレーム部材に接合する部品、機能部材等であってもよい。
　以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１）　湾曲した長尺の中空部材に複数の接続用部材が長手方向に沿って溶接されたフレーム構造体の製造方法であって、
　前記中空部材に前記接続用部材を溶接する溶接工程と、
　前記溶接工程後に前記中空部材の端部から冷却媒体を内部へ流入させる冷却工程と、
　を含み、
　前記溶接工程及び前記冷却工程を、前記接続用部材の数だけ繰り返し行う、フレーム構造体の製造方法。
　このフレーム構造体の製造方法によれば、中空部材への接続用部材の溶接及び中空部材の内部への冷却媒体の流入による冷却を繰り返し、中空部材の長手方向に沿って複数の接続用部材が溶接されたフレーム構造体を製造する。このように、接続用部材を溶接するたびに中空部材の内部に冷却媒体を流して溶接部を冷却して熱歪を制御するので、溶接部の抜熱を安定的に行うことができる。これにより、熱歪の累積が抑えられ、熱歪による変形を矯正するための矯正量を抑制することができ、設計形状に近い形状のフレーム構造体を製造することができる。また、接続用部材を溶接するたびに冷却することにより、次の接続用部材の溶接工程に迅速に移行できる。これにより、溶接のパス間の時間を短縮でき、生産性を向上できる。
（２）　前記冷却工程において、前記冷却媒体が前記接続用部材の溶接部における曲げ部に当たるように前記冷却媒体を流入させる、（１）に記載のフレーム構造体の製造方法。
　このフレーム構造体の製造方法によれば、冷却媒体が接続用部材の溶接部における曲げ部に当たるように冷却媒体を流入させることにより、接続用部材の溶接部及び少なくとも溶接部を含む領域を冷却媒体によって効果的に冷却させることができる。
（３）　前記冷却工程において、前記中空部材の一方の端部または他方の端部から前記冷却媒体を流入させる、（１）または（２）に記載のフレーム構造体の製造方法。
　このフレーム構造体の製造方法によれば、中空部材の一方の端部または他方の端部から冷却媒体を流入させることにより、中空部材の内部における冷却媒体の流れを一方向にして円滑にでき、冷却効率を高めて熱歪をより精度よく制御することができる。
（４）　前記冷却工程において、前記中空部材における前記接続用部材の溶接部に対して遠い端部から前記冷却媒体を流入させる、（３）に記載のフレーム構造体の製造方法。
　このフレーム構造体の製造方法によれば、中空部材における接続用部材の溶接部から遠い端部から冷却媒体を流入させることにより、流入させた冷却媒体が溶接部に到達するまでに層流から乱流に遷移する。これにより、溶接部及び少なくとも溶接部を含む領域における冷却媒体による熱伝達率が高められ、冷却効率が向上される。
（５）　前記冷却工程において、前記接続用部材の溶接部及び少なくとも前記溶接部を含む領域における前記溶接部とその周囲を、７０℃以下に冷却させる、（１）～（４）のいずれか一つに記載のフレーム構造体の製造方法。
　このフレーム構造体の製造方法によれば、接続用部材の溶接部及び少なくとも溶接部を含む領域における溶接部とその周囲を７０℃以下とすることにより、熱歪の大きい材料を溶接する際の熱歪をより効率的に抑制することができる。特に、入熱量の大きいＭＩＧ溶接等の熱歪を効果的に抑制できる。
（６）　前記冷却工程において、前記中空部材の内部へ前記冷却媒体として空気を流入させる、（１）～（５）のいずれか一つに記載のフレーム構造体の製造方法。
　このフレーム構造体の製造方法によれば、冷却媒体として空気を用いるので、安価に冷却を行うことができ、しかも、液体等の冷却媒体を用いる場合と比べ、乾燥等の後処理が不要で生産効率が高くなる。
（７）　前記溶接工程において、
　前記中空部材の長手方向の途中に前記接続用部材を仮止めし、
　前記中空部材の長手方向の中間部に曲げ荷重を負荷して前記中空部材を弾性変形させた状態で、前記接続用部材を前記中空部材に本溶接する、（１）～（６）のいずれか一つに記載のフレーム構造体の製造方法。
　このフレーム構造体の製造方法によれば、接続用部材を仮止めした中空部材を弾性変形させた状態で本溶接することで、本溶接時の熱歪みが中空部材に残存することを抑制でき、フレーム構造体をより設計形状に近づけることができる。
　なお、本出願は、２０２１年１０月１５日出願の日本特許出願（特願２０２１－１６９６９６）に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。
　１１　フレーム構造体
　１３　フレーム部材（中空部材）
　１３Ａ，１３Ｂ　端部
　１５　ブラケット（接続用部材）
　ＢＡ，ＢＢ，ＢＣ，ＢＤ　曲げ部
　ＣＡ　空気（冷却媒体）
　ＷＡ，ＷＢ，ＷＣ，ＷＤ　溶接部

Claims (13)

  1. 　湾曲した長尺の中空部材に複数の接続用部材が長手方向に沿って溶接されたフレーム構造体の製造方法であって、
    　前記中空部材に前記接続用部材を溶接する溶接工程と、
    　前記溶接工程後に前記中空部材の端部から冷却媒体を内部へ流入させる冷却工程と、
    　を含み、
    　前記溶接工程及び前記冷却工程を、前記接続用部材の数だけ繰り返し行う、
    　フレーム構造体の製造方法。
  2. 　前記冷却工程において、前記冷却媒体が前記接続用部材の溶接部における曲げ部に当たるように前記冷却媒体を流入させる、
    　請求項１に記載のフレーム構造体の製造方法。
  3. 　前記冷却工程において、前記中空部材の一方の端部または他方の端部から前記冷却媒体を流入させる、
    　請求項１に記載のフレーム構造体の製造方法。
  4. 　前記冷却工程において、前記中空部材の一方の端部または他方の端部から前記冷却媒体を流入させる、
    　請求項２に記載のフレーム構造体の製造方法。
  5. 　前記冷却工程において、前記中空部材における前記接続用部材の溶接部に対して遠い端部から前記冷却媒体を流入させる、
    　請求項３に記載のフレーム構造体の製造方法。
  6. 　前記冷却工程において、前記中空部材における前記接続用部材の溶接部に対して遠い端部から前記冷却媒体を流入させる、
    　請求項４に記載のフレーム構造体の製造方法。
  7. 　前記冷却工程において、前記接続用部材の溶接部及び少なくとも前記溶接部を含む領域における前記溶接部とその周囲を、７０℃以下に冷却させる、
    　請求項１～６のいずれか一項に記載のフレーム構造体の製造方法。
  8. 　前記冷却工程において、前記中空部材の内部へ前記冷却媒体として空気を流入させる、
    　請求項１～６のいずれか一項に記載のフレーム構造体の製造方法。
  9. 　前記冷却工程において、前記中空部材の内部へ前記冷却媒体として空気を流入させる、
    　請求項７に記載のフレーム構造体の製造方法。
  10. 　前記溶接工程において、
    　前記中空部材の長手方向の途中に前記接続用部材を仮止めし、
    　前記中空部材の長手方向の中間部に曲げ荷重を負荷して前記中空部材を弾性変形させた状態で、前記接続用部材を前記中空部材に本溶接する、
    　請求項１～６のいずれか一項に記載のフレーム構造体の製造方法。
  11. 　前記溶接工程において、
    　前記中空部材の長手方向の途中に前記接続用部材を仮止めし、
    　前記中空部材の長手方向の中間部に曲げ荷重を負荷して前記中空部材を弾性変形させた状態で、前記接続用部材を前記中空部材に本溶接する、
    　請求項７に記載のフレーム構造体の製造方法。
  12. 　前記溶接工程において、
    　前記中空部材の長手方向の途中に前記接続用部材を仮止めし、
    　前記中空部材の長手方向の中間部に曲げ荷重を負荷して前記中空部材を弾性変形させた状態で、前記接続用部材を前記中空部材に本溶接する、
    　請求項８に記載のフレーム構造体の製造方法。
  13. 　前記溶接工程において、
    　前記中空部材の長手方向の途中に前記接続用部材を仮止めし、
    　前記中空部材の長手方向の中間部に曲げ荷重を負荷して前記中空部材を弾性変形させた状態で、前記接続用部材を前記中空部材に本溶接する、
    　請求項９に記載のフレーム構造体の製造方法。
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