説明

発泡金属部材の溶接方法

【課題】発泡金属部材同士を溶接接合するに際し、溶融プールを安定に形成し維持することができて、発泡金属部材同士の溶接接合を容易に行うことができるようにした、発泡金属部材の溶接方法を提供すること。
【解決手段】一対の発泡金属部材1,1の端面同士を突き合わせて突き合せ線を形成し、前記突き合せ線上に前記発泡金属部材1,1と少なくとも主成分が同一成分からなる金属製板状溶加材2を載置し、MIGアークにより前記金属製板状溶加材と前記突き合せ端面同士とを溶融させ溶け込みを得て、前記一対の発泡金属部材1,1を溶接接合する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、溶接法としてMIGアーク溶接又はレーザ溶接を用い、発泡金属からなる発泡金属部材同士の溶接接合を容易に行うことができるようにした、発泡金属部材の溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
発泡金属は、アルミニウムあるいはマグネシウム等の軽金属中に多数の空孔(セル)を含む構造をなす多孔質金属材料であり、軽量であって、衝撃吸収性、吸音・制振性、断熱性などの優れた特徴を備えている。そして最近では、発泡金属の代表である発泡アルミニウム(発泡純アルミニウム又は発泡アルミニウム合金)は、その優れた衝撃吸収性と充填複合化による強度・剛性の向上効果とを生かす目的で、自動車・車両などのフレーム充填材として採用されつつある。
【0003】
ところで、発泡アルミニウムの採用拡大に伴って発泡アルミニウム部材同士を接合することが必要となっており、ボルト・ナット、あるいは接着剤を用いる方法による欠点を解消できる接合方法として、溶接接合が有力視されている。この発泡アルミニウム部材同士の溶接接合について、超音波溶接を行うことや、磁場による溶接性の改善を図ることなどが学会発表されているものの、これらは工業的に容易ではないと思われるものである。また、インターネットによる検索によると、発泡金属同士のスポット溶接による溶接接合と、発泡金属同士のシーム溶接による溶接接合とについての情報が見受けられる(非特許文献1)。
【0004】
一方、本発明者らは、一対の四角柱形状の発泡アルミニウム部材の端面同士を突き合わせて突き合せ線(突き合せ溶接線)を形成し、溶加材としてアルミニウム合金製フィラーワイヤ(ワイヤ外径:1.2mmφ)を用いて、溶接電流60〜120A程度の低電流のTIGアーク溶接により前記突き合せ線に沿って突き合わせ全周溶接を行い、前記突き合せ端面同士を部分溶け込み溶融させて、一対の発泡アルミニウム部材を溶接接合した。
【0005】
その結果、継手効率100%の発泡アルミニウム部材継手が得られた。しかしながら、発泡アルミニウム部材同士の前記TIGアーク溶接では、溶融プールを溶け落ちなく安定に維持することが大変に難しく、溶融プールを安定に維持するために、溶接速度、フィラーワイヤの送給速度及びアーク揺動条件(揺動幅、揺動回数など)を頻繁に調整する必要があり、熟練が必要であって、また、溶接速度も3〜5cm/分程度と低いものであった。
【0006】
このように、発泡アルミニウムの種々の分野への応用を拡大するためにも、発泡アルミニウム部材同士の溶接接合を容易に行えるようにすることが必要とされている。
【非特許文献1】三菱マテリアル高性能材料、「発泡金属の加工」、[online]、[平成18年2月1日検索]、インターネット<URL:http://www.mmc.co.jp/nfac/hpm/okegawa/OHP/products/happou/kakou.html>
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
そこで本発明の課題は、発泡金属部材同士を溶接接合するに際し、溶融プールを安定に形成し維持することができて、発泡金属部材同士の溶接接合を容易に行うことができるようにした、発泡金属部材の溶接方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
前記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【0009】
請求項1の発明は、一対の発泡金属部材の端面同士を突き合わせて突き合せ線を形成し、前記突き合せ線上に前記発泡金属部材と少なくとも主成分が同一成分からなる金属製板状溶加材を載置し、MIGアークにより前記金属製板状溶加材と前記突き合せ端面同士とを溶融させ溶け込みを得て、前記一対の発泡金属部材を溶接接合することを特徴とする発泡金属部材の溶接方法である。
【0010】
請求項2の発明は、請求項1記載の発泡金属部材の溶接方法において、前記発泡金属部材が発泡アルミニウム部材であり、前記金属製板状溶加材がアルミニウム製板状溶加材であることを特徴とするものである。
【0011】
請求項3の発明は、一対の発泡金属部材の端面同士を、その間に前記発泡金属部材と少なくとも主成分が同一成分からなる金属製板状溶加材を挟んで突き合わせ、レーザにより前記金属製板状溶加材と前記突き合せ端面同士とを溶融させ溶け込みを得て、前記一対の発泡金属部材を溶接接合することを特徴とする発泡金属部材の溶接方法である。
【0012】
請求項4の発明は、請求項3記載の発泡金属部材の溶接方法において、前記発泡金属部材が発泡アルミニウム部材であり、前記金属製板状溶加材がアルミニウム製板状溶加材であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0013】
請求項1と請求項2の溶接方法によれば、一対の発泡金属部材の端面同士を突き合わせて形成した突き合せ線上に金属製板状溶加材を載置するようにしたものであるから、この金属製板状溶加材の存在によってMIGアークを容易、かつ安定に発生させることができるとともに、溶融プールを安定に形成し維持することができるので、フィラーワイヤを用いたTIGアーク溶接の場合とは違って、溶接中に各種溶接条件を頻繁に調整しなくてすみ、発泡金属部材同士の溶接接合を容易に行うことができる。また、MIGアーク溶接を用いて前記TIGアーク溶接の場合に比べて溶接用ワイヤに高い溶接電流を流して使用でき、溶接速度を向上(溶接時間を短縮)することができる。
【0014】
請求項3と請求項4の溶接方法によれば、一対の発泡金属部材の端面同士をその間に金属製板状溶加材を挟んで突き合わせるようにしたものであるから、レーザによって溶融させる金属製板状溶加材の存在によって溶融プールを安定に形成し維持することができるので、フィラーワイヤを用いたTIGアーク溶接の場合とは違って、溶接中に各種溶接条件を頻繁に調整しなくてすみ、発泡金属部材同士の溶接接合を容易に行うことができる。また、高いパワー密度の熱源によるレーザ溶接により、前記TIGアーク溶接の場合に比べて溶接速度を大幅に向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例1】
【0016】
本発明において、溶接法としてMIGアークスポット溶接を用いて、発泡アルミニウム部材1,1同士を溶接接合する溶接試験を行った。表1に、この溶接試験における、発泡アルミニウム部材1,1の成分等及び寸法、アルミニウム合金製板状溶加材2の材質及び寸法、及びMIGアークスポット溶接条件を示す。
【0017】
【表1】

【0018】
この溶接試験について説明する。図1に示すように、一対の発泡アルミニウム部材1,1の端面同士を突き合わせて突き合せ線を形成し、その突き合せ線上に本例では約60mm間隔ごとに厚み1.5〜3mm×幅10mm×長さ10mmのアルミニウム合金製板状溶加材2を載置し、これらの各載置点においてMIGアークスポット溶接し、アルミニウム合金製板状溶加材2を完全溶融させるとともにその直下の前記突き合せ端面同士を溶融させ溶け込みを得て、発泡アルミニウム部材1,1を溶接接合する溶接試験を行った。なお、図1において、3はMIGアークスポット溶接用トーチ、4は溶接用ワイヤをそれぞれ示す。
【0019】
その結果、アルミニウム合金製板状溶加材2の存在によってMIGアークを容易、かつ安定に発生させることができるとともに、溶融プールを安定に形成し維持することができた(アルミニウム合金製板状溶加材2が無い場合には、MIGアークによる切断状態となってしまう)。これにより、溶接中にフィラーワイヤ送給速度やアーク揺動条件を頻繁に調整するという熟練を要するTIGアーク溶接の場合とは違って、溶接電流などの溶接条件を調整しなくてすみ、発泡アルミニウム部材1,1同士の溶接接合を容易に行うことができた。また、TIGアークスポット溶接の場合に比べてワイヤ4に高い溶接電流を流して使用でき、溶接時間を短縮させることができる。
【0020】
図2は、図1に示す本発明の溶接方法による発泡アルミニウム部材同士の溶接接合部の模式的断面図である。同図に示すように、部分溶け込み溶接となっており、表1に示す条件での本発明の溶接方法では、溶け込み深さは約5mm程度であった。
【0021】
図3は表1に示す条件での本発明の溶接方法において、アルミニウム合金製板状溶加材の厚みとそれに対する適正溶接条件との関係を示すグラフ図である。同図に示すように、アルミニウム合金製板状溶加材2の厚みがその代表値である2mmの場合の適正溶接条件は、溶接電流100Aのときアーク時間1.5秒、溶接電流80Aのときアーク時間2.5秒、溶接電流60Aのときアーク時間3.5秒、である。
【0022】
前記した実施例1は、MIGアークスポット溶接を用いる溶接方法であるが、本発明の溶接方法では、アルミニウム合金製板状溶加材として、前記した幅10mm×長さ10mmのMIGアークスポット溶接用の板状溶加材2に代えて、発泡アルミニウム部材1,1の突き合せ線(突き合せ溶接線)と同じ長さの板状溶加材を該突き合せ線上に載置することにより、MIGアーク溶接による発泡アルミニウム部材1,1のシーム溶接を行うことも可能である。この場合、突き合せ溶接線の後半部での溶融プールの溶け落ちを防止するため、例えば、溶接の進行に従って溶接電流を徐々に減少させるようにすることがよい。
【実施例2】
【0023】
一対の発泡アルミニウム部材11,11の端面同士を、その間にアルミニウム合金製板状溶加材12を挟んで突き合わせ(図4参照)、このアルミニウム合金製板状溶加材12の長手方向に沿って該板状溶加材12を狙って本実施例ではCOレーザを照射し、アルミニウム合金製板状溶加材12と前記突き合せ端面同士とを溶融させ溶け込み得て、発泡アルミニウム部材11,11同士を溶接接合(溶け込み深さ約5mmの部分溶け込み溶接)する溶接試験を行った。この場合、レーザを照射するレーザ溶接方法に用いるレーザ光は、アルミニウム合金製板状溶加材12に対してエネルギーを与えることができれば特に前記COレーザに限定されず、例えば、YAGレーザ、半導体レーザ、ファイバレーザなどを挙げることができる。表2に、この溶接試験における、発泡アルミニウム部材11,11の成分等及び寸法、アルミニウム合金製板状溶加材12の材質及び寸法、及びCOレーザ溶接条件を示す。
【0024】
【表2】

【0025】
その結果、レーザによって溶融させるアルミニウム合金製板状溶加材12の存在によって溶融プールを安定に形成し維持することができた。これにより、溶接中にフィラーワイヤ送給速度やアーク揺動条件を頻繁に調整するという熟練を要するTIGアーク溶接の場合とは違って、溶接条件を調整しなくてすみ、発泡アルミニウム部材11,11同士の溶接接合を容易に行うことができた。また、高いパワー密度の熱源によるレーザ溶接により、前記TIGアーク溶接の場合に比べて溶接速度を大幅に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【図1】本発明の溶接方法を説明するための図である。
【図2】図1に示す本発明の溶接方法による発泡アルミニウム部材同士の溶接接合部の模式的断面図である。
【図3】表1に示す条件での本発明の溶接方法において、アルミニウム合金製板状溶加材の厚みとそれに対する適正溶接条件との関係を示すグラフ図である。
【図4】本発明の溶接方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【0027】
1,11…発泡アルミニウム部材
2,12…アルミニウム合金製板状溶加材
3…MIGアークスポット溶接用トーチ
4…溶接用ワイヤ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
一対の発泡金属部材の端面同士を突き合わせて突き合せ線を形成し、前記突き合せ線上に前記発泡金属部材と少なくとも主成分が同一成分からなる金属製板状溶加材を載置し、MIGアークにより前記金属製板状溶加材と前記突き合せ端面同士とを溶融させ溶け込みを得て、前記一対の発泡金属部材を溶接接合することを特徴とする発泡金属部材の溶接方法。
【請求項2】
前記発泡金属部材が発泡アルミニウム部材であり、前記金属製板状溶加材がアルミニウム製板状溶加材であることを特徴とする請求項1記載の発泡金属部材の溶接方法。
【請求項3】
一対の発泡金属部材の端面同士を、その間に前記発泡金属部材と少なくとも主成分が同一成分からなる金属製板状溶加材を挟んで突き合わせ、レーザにより前記金属製板状溶加材と前記突き合せ端面同士とを溶融させ溶け込みを得て、前記一対の発泡金属部材を溶接接合することを特徴とする発泡金属部材の溶接方法。
【請求項4】
前記発泡金属部材が発泡アルミニウム部材であり、前記金属製板状溶加材がアルミニウム製板状溶加材であることを特徴とする請求項3記載の発泡金属部材の溶接方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2007−237198(P2007−237198A)
【公開日】平成19年9月20日(2007.9.20)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−59783(P2006−59783)
【出願日】平成18年3月6日(2006.3.6)
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】(出願人による申告)国等の委託研究の成果に係る特許出願〔平成17年度 独立行政法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)からの委託研究(高信頼性ポーラスアルミニウム材料の開発)、産業活力再生特別措置法第30条の適用を受けるもの〕
【出願人】(000001199)株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Fターム(参考)】