溶接継手の製造方法
【課題】管の端面の溶け落ちやフランジの熱歪みが抑制されるとともに溶接品質を十分に満足することができる溶接継手の製造方法を提供する。
【解決手段】管１と板状のフランジ２から成る溶接継手の製造方法であって、フランジ２の貫通孔３の小径部３ａ内に管１の端面１ａを途中配置した状態で、貫通孔３の大径部３ｂと小径部３ａを繋ぐ段部３ｃの最内側に角部３ｄを形成し、角部３ｄに電極５ａを指向させてＴＩＧ溶接トーチ５を回動し、段部３ｃを溶融して管１を全周溶着する。
【解決手段】管１と板状のフランジ２から成る溶接継手の製造方法であって、フランジ２の貫通孔３の小径部３ａ内に管１の端面１ａを途中配置した状態で、貫通孔３の大径部３ｂと小径部３ａを繋ぐ段部３ｃの最内側に角部３ｄを形成し、角部３ｄに電極５ａを指向させてＴＩＧ溶接トーチ５を回動し、段部３ｃを溶融して管１を全周溶着する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管とフランジの接合に用いられる溶接継手の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用の内燃機関に接続される排気管同士の締結は、それぞれの排気管の端部に板状のフランジを溶接固定し、このフランジ同士をボルト、ナット等により締結することが行われている。
【０００３】
そして、排気管の端部にフランジを溶接固定してなる溶接継手の製造方法として、フランジ内の環状段部と管端部との間に溶接部を形成することが一般的である。例えば、特許文献１には、図６に示すように、フランジ１０１の貫通孔の内周面に段部１０２を形成し、段部１０２と管１０３の端面１０４とを同一面にして溶接トーチ１０５を端面１０４に沿って回動し、貫通孔と管を全周溶着することが開示されている。このような溶接には、溶接棒（ワイヤ）をアーク熱で溶融させるＭＩＧ溶接が一般的に使われる。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示される溶接継手の製造方法にＴＩＧ溶接を適用する場合、ＴＩＧ溶接トーチ１０５の電極１０５ａを段部１０２と端面１０４の中間に指向させてＴＩＧ溶接すると、端面１０４の肉厚がフランジ１０１の肉厚に対しはるかに小さい、すなわち、端面１０４の熱容量がフランジ１０１の熱容量よりも小さいため、端面１０４に溶け落ち部１０６が発生するおそれがある。そこで、図７に示すように、電極１０５ａを熱容量の大きいフランジ１０１側（図の左方向）にずらして指向させると、端面１０４の溶け落ちの問題は解消されるものの、フランジ１０１に対する入熱量が増加するため、フランジ１０１が熱によって歪んでしまい、フランジ締結面１０７の平面度が悪化し、フランジ同士の締結性（シール性）が損なわれるおそれがある。また、フランジ１０１にクレータ１０８が生じるおそれがあり、溶接品質を十分に満足することができないおそれがある。
【０００５】
【特許文献１】実開昭６３−１５４８８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記問題に鑑み、フランジ内の環状段部と管端部とをＴＩＧ溶接で接合するにおいて、管の端面の溶け落ちやフランジの熱歪みが抑制されるとともに溶接品質を十分に満足することができる溶接継手の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１の発明によれば、管と板状のフランジから成る溶接継手の製造方法であって、前記フランジの貫通孔の小径部内に前記管の端面を途中配置した状態で、前記貫通孔の大径部と前記小径部を繋ぐ段部の最内側に角部を形成し、該角部に電極を指向させてＴＩＧ溶接トーチを回動し、前記段部を溶融して前記管を全周溶着する。
【０００８】
２番目の発明では、１番目の発明において、小径部と管の間に溶加材を介在した状態でＴＩＧ溶接トーチを回動する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、フランジ内の環状段部と管端部とをＴＩＧ溶接で接合するにおいて、管の端面の溶け落ちやフランジの熱歪みが抑制されるとともに溶接品質を十分に満足することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明を実施するための最良の形態を図１乃至図５に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１及び図２は本発明の第１の実施形態に係る溶接継手の製造方法を示し、溶加材を用いないＴＩＧ溶接例である。図１は管１の端面１ａとフランジ２の貫通孔３を溶接する前の状態を示す断面図であり、管１の軸１ｂより左半分を表す。図２は端面１ａと貫通孔３を溶接した後の状態を示す断面図である。図の上方が溶接姿勢における上方であり、管は略鉛直に支持される。
【００１２】
金属製の管１は、電縫鋼管や２つのモナカ半体を溶接してなる管等、任意の管を用いることができる。また、管１の軸１ｂに直交する断面形状は、真円、楕円、長円、複数の異なる円弧を繋げた形状や、多角形等、任意である。また、管１は多重管でも構わないが、その際は、少なくとも１つの管に対し本発明の製造方法が適用される。
【００１３】
金属製のフランジ２は管１よりも肉厚の板状体であり、その中央部には貫通孔３が穿設されている。そして、貫通孔３は小径部３ａと、大径部３ｂと、小径部３ａと大径部３ｂを繋ぐ段部３ｃから構成されている。段部３ｃの上面は略平面であり、段部３ｃの最内側に角部３ｄを有する。また、フランジ２と図示しないフランジ付管や排気系部品を締結するためのボルト挿通孔４が複数個、周方向に間隔を有して穿設されている。
【００１４】
そして、小径部３ａ内に管１の端面１ａを、角部３ｄ対し軸１ｂ方向にＸ量ずらして途中配置し、図示しない治具により管１とフランジ２を位置決め固定する。尚、Ｘの量は、後述する溶接ビード６の形成量に応じて適宜設定される。
【００１５】
次に、ＴＩＧ溶接トーチ５の電極５ａを角部３ｄに指向させるとともにＴＩＧ溶接トーチ５を軸１ｂ周りに回動し、段部３ｃをＴＩＧアークにより全周溶融する。そして、溶融した段部３ｃは、端面１ａ及び小径部３ａに向かって自重で流下した後、自然冷却にて固化し溶接ビード６となって端面１ａと貫通孔３が全周溶着される。尚、角部３ｄは最小Ｒ形状であるのが望ましい。
【００１６】
本実施形態によれば、管端から離隔した被溶融部（段部３ｃ）が、溶融して溶着部へ移動するので、段部３ｃを溶融するだけの入熱量で管とフランジを溶接できるため、管の端面の溶け落ちやフランジの熱歪みが抑制されるとともに溶接品質を十分に満足することができる。
【実施例２】
【００１７】
図３は本発明の第２の実施形態に係る溶接継手の製造方法を示す。尚、第１の実施形態と同一態様部分には同一符号を付してその説明は省略する。
【００１８】
フランジ１２における段部１３ｃの最内側の角部１３ｄは、面取りされている。溶接ビードを形成するために必要な被溶融体積分さえ確保できれば、段部１３ｃ及び角部１３ｄの形状は任意である。
【００１９】
本実施形態によれば、第１の実施形態と同様な効果が得られる。また、縁部１３ｄを切削加工によらず、プレス加工で形成することができ、フランジの加工コストを低減することができる。
【実施例３】
【００２０】
図４は本発明の第３の実施形態に係る溶接継手の製造方法を示す。尚、第１の実施形態と同一態様部分には同一符号を付してその説明は省略する。
【００２１】
フランジ２２における段部２３ｃの最内側の角部２３ｄは、大きく面取りした形状である。溶接ビードを形成するために必要な被溶融体積分さえ確保できれば、このように角部２３ｄを大面取り形状としても構わない。
【００２２】
本実施形態によれば、第２の実施形態と同様な効果が得られる。
【実施例４】
【００２３】
図５は本発明の第４の実施形態に係る溶接継手の製造方法を示す。尚、第１の実施形態と同一態様部分には同一符号を付してその説明は省略する。
【００２４】
フランジ２の小径部３ａと管１の外周面との間に溶加材７（ニッケルや銀や銅などのロウ材等）を介在した状態で、ＴＩＧ溶接トーチを軸１ｂ周りに回動し、ＴＩＧアークによる入熱で段部３ｃを溶融するのと同時に溶加材７も溶融する。溶融した溶加材７は、小径部３ａと管１の外周面との隙間を埋めて両者を溶着する。尚、溶加材は貫通孔３の周方向の少なくとも一部（全周も含む）に介在すればよい。
【００２５】
本実施形態によれば、第１の実施形態と同様な効果が得られるとともに、管とフランジを内外両側から溶着するため、両者をよりいっそう強固に溶着することができる。
【００２６】
以上、本発明の実施形態を説明してきたが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲の変更があっても本発明に包含される。溶融部に溶接ワイヤ（溶加材）を供給しながら本発明を行っても構わない。また、本発明の前後に管の外側にＴＩＧ溶接やＭＩＧ溶接を追加しても構わない。また、フランジの貫通孔の数は任意であり、排気集合管（エキゾーストマニホールド）のように複数のブランチパイプが接続される複数の貫通孔が形成された共通フランジの継手構造にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る溶接継手の製造方法における溶着前の状態を示す断面図
【図２】本発明の第１の実施形態に係る溶接継手の製造方法における溶着後の状態を示す断面図
【図３】本発明の第２の実施形態に係る溶接継手の製造方法における溶着前の状態を示す断面図
【図４】本発明の第３の実施形態に係る溶接継手の製造方法における溶着前の状態を示す断面図
【図５】本発明の第４の実施形態に係る溶接継手の製造方法における溶着後の状態を示す断面図
【図６】従来技術１に関する溶接状態を示す断面図
【図７】従来技術１に関する他の溶接状態を示す断面図
【符号の説明】
【００２８】
１ 管
１ａ 端面
１ｂ 軸
２，１２，２２ フランジ
３ 貫通孔
３ａ 小径部
３ｂ 大径部
３ｃ，１３ｃ，２３ｃ 段部
３ｄ，１３ｄ，２３ｄ 角部
５ ＴＩＧ溶接トーチ
５ａ 電極
６ 溶接ビード
７ 溶加材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管とフランジの接合に用いられる溶接継手の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用の内燃機関に接続される排気管同士の締結は、それぞれの排気管の端部に板状のフランジを溶接固定し、このフランジ同士をボルト、ナット等により締結することが行われている。
【０００３】
そして、排気管の端部にフランジを溶接固定してなる溶接継手の製造方法として、フランジ内の環状段部と管端部との間に溶接部を形成することが一般的である。例えば、特許文献１には、図６に示すように、フランジ１０１の貫通孔の内周面に段部１０２を形成し、段部１０２と管１０３の端面１０４とを同一面にして溶接トーチ１０５を端面１０４に沿って回動し、貫通孔と管を全周溶着することが開示されている。このような溶接には、溶接棒（ワイヤ）をアーク熱で溶融させるＭＩＧ溶接が一般的に使われる。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示される溶接継手の製造方法にＴＩＧ溶接を適用する場合、ＴＩＧ溶接トーチ１０５の電極１０５ａを段部１０２と端面１０４の中間に指向させてＴＩＧ溶接すると、端面１０４の肉厚がフランジ１０１の肉厚に対しはるかに小さい、すなわち、端面１０４の熱容量がフランジ１０１の熱容量よりも小さいため、端面１０４に溶け落ち部１０６が発生するおそれがある。そこで、図７に示すように、電極１０５ａを熱容量の大きいフランジ１０１側（図の左方向）にずらして指向させると、端面１０４の溶け落ちの問題は解消されるものの、フランジ１０１に対する入熱量が増加するため、フランジ１０１が熱によって歪んでしまい、フランジ締結面１０７の平面度が悪化し、フランジ同士の締結性（シール性）が損なわれるおそれがある。また、フランジ１０１にクレータ１０８が生じるおそれがあり、溶接品質を十分に満足することができないおそれがある。
【０００５】
【特許文献１】実開昭６３−１５４８８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記問題に鑑み、フランジ内の環状段部と管端部とをＴＩＧ溶接で接合するにおいて、管の端面の溶け落ちやフランジの熱歪みが抑制されるとともに溶接品質を十分に満足することができる溶接継手の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１の発明によれば、管と板状のフランジから成る溶接継手の製造方法であって、前記フランジの貫通孔の小径部内に前記管の端面を途中配置した状態で、前記貫通孔の大径部と前記小径部を繋ぐ段部の最内側に角部を形成し、該角部に電極を指向させてＴＩＧ溶接トーチを回動し、前記段部を溶融して前記管を全周溶着する。
【０００８】
２番目の発明では、１番目の発明において、小径部と管の間に溶加材を介在した状態でＴＩＧ溶接トーチを回動する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、フランジ内の環状段部と管端部とをＴＩＧ溶接で接合するにおいて、管の端面の溶け落ちやフランジの熱歪みが抑制されるとともに溶接品質を十分に満足することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明を実施するための最良の形態を図１乃至図５に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１及び図２は本発明の第１の実施形態に係る溶接継手の製造方法を示し、溶加材を用いないＴＩＧ溶接例である。図１は管１の端面１ａとフランジ２の貫通孔３を溶接する前の状態を示す断面図であり、管１の軸１ｂより左半分を表す。図２は端面１ａと貫通孔３を溶接した後の状態を示す断面図である。図の上方が溶接姿勢における上方であり、管は略鉛直に支持される。
【００１２】
金属製の管１は、電縫鋼管や２つのモナカ半体を溶接してなる管等、任意の管を用いることができる。また、管１の軸１ｂに直交する断面形状は、真円、楕円、長円、複数の異なる円弧を繋げた形状や、多角形等、任意である。また、管１は多重管でも構わないが、その際は、少なくとも１つの管に対し本発明の製造方法が適用される。
【００１３】
金属製のフランジ２は管１よりも肉厚の板状体であり、その中央部には貫通孔３が穿設されている。そして、貫通孔３は小径部３ａと、大径部３ｂと、小径部３ａと大径部３ｂを繋ぐ段部３ｃから構成されている。段部３ｃの上面は略平面であり、段部３ｃの最内側に角部３ｄを有する。また、フランジ２と図示しないフランジ付管や排気系部品を締結するためのボルト挿通孔４が複数個、周方向に間隔を有して穿設されている。
【００１４】
そして、小径部３ａ内に管１の端面１ａを、角部３ｄ対し軸１ｂ方向にＸ量ずらして途中配置し、図示しない治具により管１とフランジ２を位置決め固定する。尚、Ｘの量は、後述する溶接ビード６の形成量に応じて適宜設定される。
【００１５】
次に、ＴＩＧ溶接トーチ５の電極５ａを角部３ｄに指向させるとともにＴＩＧ溶接トーチ５を軸１ｂ周りに回動し、段部３ｃをＴＩＧアークにより全周溶融する。そして、溶融した段部３ｃは、端面１ａ及び小径部３ａに向かって自重で流下した後、自然冷却にて固化し溶接ビード６となって端面１ａと貫通孔３が全周溶着される。尚、角部３ｄは最小Ｒ形状であるのが望ましい。
【００１６】
本実施形態によれば、管端から離隔した被溶融部（段部３ｃ）が、溶融して溶着部へ移動するので、段部３ｃを溶融するだけの入熱量で管とフランジを溶接できるため、管の端面の溶け落ちやフランジの熱歪みが抑制されるとともに溶接品質を十分に満足することができる。
【実施例２】
【００１７】
図３は本発明の第２の実施形態に係る溶接継手の製造方法を示す。尚、第１の実施形態と同一態様部分には同一符号を付してその説明は省略する。
【００１８】
フランジ１２における段部１３ｃの最内側の角部１３ｄは、面取りされている。溶接ビードを形成するために必要な被溶融体積分さえ確保できれば、段部１３ｃ及び角部１３ｄの形状は任意である。
【００１９】
本実施形態によれば、第１の実施形態と同様な効果が得られる。また、縁部１３ｄを切削加工によらず、プレス加工で形成することができ、フランジの加工コストを低減することができる。
【実施例３】
【００２０】
図４は本発明の第３の実施形態に係る溶接継手の製造方法を示す。尚、第１の実施形態と同一態様部分には同一符号を付してその説明は省略する。
【００２１】
フランジ２２における段部２３ｃの最内側の角部２３ｄは、大きく面取りした形状である。溶接ビードを形成するために必要な被溶融体積分さえ確保できれば、このように角部２３ｄを大面取り形状としても構わない。
【００２２】
本実施形態によれば、第２の実施形態と同様な効果が得られる。
【実施例４】
【００２３】
図５は本発明の第４の実施形態に係る溶接継手の製造方法を示す。尚、第１の実施形態と同一態様部分には同一符号を付してその説明は省略する。
【００２４】
フランジ２の小径部３ａと管１の外周面との間に溶加材７（ニッケルや銀や銅などのロウ材等）を介在した状態で、ＴＩＧ溶接トーチを軸１ｂ周りに回動し、ＴＩＧアークによる入熱で段部３ｃを溶融するのと同時に溶加材７も溶融する。溶融した溶加材７は、小径部３ａと管１の外周面との隙間を埋めて両者を溶着する。尚、溶加材は貫通孔３の周方向の少なくとも一部（全周も含む）に介在すればよい。
【００２５】
本実施形態によれば、第１の実施形態と同様な効果が得られるとともに、管とフランジを内外両側から溶着するため、両者をよりいっそう強固に溶着することができる。
【００２６】
以上、本発明の実施形態を説明してきたが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲の変更があっても本発明に包含される。溶融部に溶接ワイヤ（溶加材）を供給しながら本発明を行っても構わない。また、本発明の前後に管の外側にＴＩＧ溶接やＭＩＧ溶接を追加しても構わない。また、フランジの貫通孔の数は任意であり、排気集合管（エキゾーストマニホールド）のように複数のブランチパイプが接続される複数の貫通孔が形成された共通フランジの継手構造にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る溶接継手の製造方法における溶着前の状態を示す断面図
【図２】本発明の第１の実施形態に係る溶接継手の製造方法における溶着後の状態を示す断面図
【図３】本発明の第２の実施形態に係る溶接継手の製造方法における溶着前の状態を示す断面図
【図４】本発明の第３の実施形態に係る溶接継手の製造方法における溶着前の状態を示す断面図
【図５】本発明の第４の実施形態に係る溶接継手の製造方法における溶着後の状態を示す断面図
【図６】従来技術１に関する溶接状態を示す断面図
【図７】従来技術１に関する他の溶接状態を示す断面図
【符号の説明】
【００２８】
１ 管
１ａ 端面
１ｂ 軸
２，１２，２２ フランジ
３ 貫通孔
３ａ 小径部
３ｂ 大径部
３ｃ，１３ｃ，２３ｃ 段部
３ｄ，１３ｄ，２３ｄ 角部
５ ＴＩＧ溶接トーチ
５ａ 電極
６ 溶接ビード
７ 溶加材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管と板状のフランジから成る溶接継手の製造方法であって、
前記フランジの貫通孔の小径部内に前記管の端面を途中配置した状態で、前記貫通孔の大径部と前記小径部を繋ぐ段部の最内側に角部を形成し、該角部に電極を指向させてＴＩＧ溶接トーチを回動し、
前記段部を溶融して前記管を全周溶着することを特徴とする溶接継手の製造方法。
【請求項２】
前記小径部と前記管の間に溶加材を介在した状態でＴＩＧ溶接トーチを回動することを特徴とする請求項１に記載の溶接継手の製造方法。
【請求項１】
管と板状のフランジから成る溶接継手の製造方法であって、
前記フランジの貫通孔の小径部内に前記管の端面を途中配置した状態で、前記貫通孔の大径部と前記小径部を繋ぐ段部の最内側に角部を形成し、該角部に電極を指向させてＴＩＧ溶接トーチを回動し、
前記段部を溶融して前記管を全周溶着することを特徴とする溶接継手の製造方法。
【請求項２】
前記小径部と前記管の間に溶加材を介在した状態でＴＩＧ溶接トーチを回動することを特徴とする請求項１に記載の溶接継手の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−２４８１９０（Ｐ２００９−２４８１９０Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１１７８４８（Ｐ２００８−１１７８４８）
【出願日】平成２０年４月１日（２００８．４．１）
【出願人】（３９００１０２２７）株式会社三五 (148)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月１日（２００８．４．１）
【出願人】（３９００１０２２７）株式会社三五 (148)
【Ｆターム（参考）】
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