説明

薄板部材の溶接方法、およびその方法を用いた缶体の製造方法

【課題】金属性薄板部材同士の溶接時、余分な部品を必要とせず作業性を向上させて溶接部の品質を向上させ、応力集中部のないビード形状を得ることの出来る溶接方法を提供する。
【解決手段】第1の薄板部材1の一端にはL字型端部1aが形成され、第2の薄板部材2の一端にはL字型端部2aに延伸して形成された冠部2bが設けられ、両L字型端部1a、1bの端部面1c,2cが接し、前記冠部2bが第1の薄板部材のL字型端部1aを覆って冠部20がかしめ加工され突き合わせ部20が形成された後、この突き合わせ部が溶融される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、薄板部材を溶接する方法およびその溶接方法を用いた缶体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
金属の板同士を溶接する際、溶接部の保持方法や、溶接金属同士とトーチの位置関係、溶接部への入熱量等の条件により溶接の品質が左右される。また溶接する金属の板厚が薄くなれば、この条件はさらに厳密になる。
例えば近年普及している貯湯式給湯器においては、沸き上げた湯を貯えておくために大容量の金属製貯湯タンクを備えているが、その構造は、胴体と呼ばれる本体筒状の部品に鏡板と呼ばれるお椀状の部品が全周にわたり溶接され貯湯タンクが形成されている。
内圧の変動する貯湯タンクを長寿命化するには、溶接部の応力集中を緩和し、かつ溶接部での隙間腐食の発生を抑える必要があるが、そのためには溶接部の仕上がりが突合せ溶接と同様のビード形状となることが効果的である。
しかし貯湯タンクにおいては、経済性の側面から板厚を薄くすることが有効であるが、先述の通り板厚が薄いほど安定した溶接は困難である。そこで薄板での溶接の品質を安定させる方法として、接合しようとする薄板の端部をL字型に屈曲して突合せ、その突合せ部分を予め屈曲した部分を覆うような形に加工した板部品で被覆し、プレス等により気密にかしめてその上部から溶接を行うことで薄板及び被覆した板部品全てを溶融する例が示されている(例えば、特許文献1)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特公昭46−019533号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら上記特許文献1に示された溶接方法は、突き合わせ部品を覆うような形の板部品が必要であり、部品数の増加に伴うコスト高となる上、溶接時に、板部品に先に入熱するため薄板を溶融することができず、また板部品の分だけ溶融する体積が増加するため、接合しようとする薄板への入熱量も必然的に多くなり、熱による溶接後の歪み量が多くなる。
また溶融する金属が板部品の分だけ増加するため、仕上がりのビードが材料板厚に比べ肉厚になり、ビード付け根部分に応力集中が生じる等の問題点がある。
【0005】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであって、部品数を増加させることなく、薄板同士の溶接の作業性を向上させて溶接部の品質を確保し、かつ応力集中部のないビード形状を得ることの出来る溶接方法およびその溶接方法を用いた缶体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
第1の発明は、第1の薄板部材と第2の薄板部材の溶接方法であって、第1の薄板部材の一端には、L字型端部が設けられており、第2の薄板部材の一端にはL字型端部に延伸して形成された冠部が設けられており、第1、第2の薄板部材のL字型端部の端部面が互いに接し、第2の薄板部材の冠部が第1の薄板部材のL字型端部を覆い、かつ冠部がかしめ加工されて突き合わせ部が形成された後、加熱によって突き合わせ部が溶融されるものである。
第2の発明は、前記第1の薄板部材を缶体の胴体部とし、第2の薄板部材を鏡板とし、前記第1の発明を用いた缶体の製造方法である。
【発明の効果】
【0007】
第1の発明は上記のような薄板部材の溶接方法であり、第2の発明はあるいは缶体の製造方法であるので、第1の発明においては第1,第2の部材、第2の発明においては胴体と鏡板をかしめるために別部品を必要とせず、単純な形状のかしめ構造を採用しているため、コストを低減させることが可能となる。また第1の発明においては第1,第2の部材、第2の発明においては胴体と鏡板の部材の突き合わせ部を先行文献1に比較して少ない入熱で効率よく溶融させることができ、部材同士の溶け別れを防止して溶接による歪みを緩和し、かつ応力集中の発生する可能性の少ないビードを形成することができ、また缶体では加えて溶接部の隙間腐食のない長寿命のものが得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】実施の形態1による突き合わせ部を示す図である。
【図2】実施の形態1による溶接時の状態を示す図である。
【図3】実施の形態1による溶接結果を示す図である。
【図4】実施の形態2による突き合わせ部を示す図である。
【図5】実施の形態3による実施の形態1を採用した貯湯タンクの製造方法を示す図である。
【図6】実施の形態4による実施の形態2を採用した貯湯タンクの製造方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1について、図に基づいて説明する。
図1は、実施の形態1による薄板部材の溶接方法における、第1の薄板部材1と第2の薄板部材2の突き合わせ部20を示す断面図である。第1の薄板部材1の一端には、高さHを有するL字型端部1aが形成されている。第2の薄板部材2の一端にも、同様の高さHを有するL字型端部2aが形成されているとともに、このL字型端部2aから延伸して冠部2bが設けられている。この冠部2bは前記第1の薄板部材1のL字型端部2aの頂部より深さhを有している。これら第1,第2の薄板部材1,2はそれぞれ別々に製作されており、第1の薄板部材1のL字型端部1aの端部面1cと第2の薄板部材2のL字型端部2aの端部面2cとが接して、第2の薄板部材2の冠部2bが覆うように組み合わされた後、かしめ加工されて互いに密着するような突き合わせ部20を形成している。
この実施の形態1における第1,第2の薄板部材1,2の厚さtは、0.5mm、L字型端部の高さHは、2mm、冠部2bの深さhは、1.2mmであり、薄板の材質はフェライト系ステンレスであるが、これに限定されるものでない。
【0010】
図2は、実施の形態1における第1,第2の薄板部材1,2の溶接時の状態を示している。溶接トーチ3を突き合わせ部20の頂部付近に配置して、TIG溶接にて溶接する。この際、入熱より薄板部材1,2が互いに離れようとする反り変形が生じようとしても、冠部2bでかしめ加工された突き合わせ部20を有した溶接方法を採用しているので、第1,第2の薄板部材1,2同士が離れることがなく、従って溶接トーチ3の位置が突き合わせ部20から大幅にずれることがなく、それらの関係を所定の位置に保持することができる。
また、第1,第2の薄板部材1,2のL字型端部1a、2aの端部面1c、2cを接して互いに冠部2bで覆うとともにかしめて密着させ被溶接材同士という必要最小限の材料量で突き合わせ部20を形成して別部品を、不要としているので、余分な入熱を必要とせず効率よく入熱され、熱影響による歪みが少なく第1,第2の薄板部材1,2同士の溶け別れを防止し、かつ突き合わせ部20が溶融するので、溶接棒あるいは溶接ワイヤを用いることなく溶接ビードを形成することができる。
【0011】
図3に第1,第2の薄板部材1,2の突き合わせ部20が溶融後のビード5を示す。ビード肉厚Wが薄板部材1,2の厚さtとほぼ同じ厚さであり、ビード付け根部6の応力集中が生じる可能性の少ない完全溶け込み形状が形成される。
このように薄板部材tとの差異が少ないビード肉厚Wを得るには、図1に示した冠部2bの深さh寸法を適切に選択することによって達成できる。すなわち、冠部2bの寸法は溶接後に必要とされるビード形状との体積比較によって決定される。
このようにこの実施の形態1による薄板部材の溶接方法では、溶接すべき部位に別部品を用いることなく、被溶接材同士のみで構成された突き合わせ部に入熱を行うので、入熱が溶融すべき突き合わせ部に直接入熱できるので、省エネルギ化がはかれて熱影響による歪みが少ない。また溶接接合面の密な接触を部品数の少ない小型、簡単な構造で溶接部の完全溶け込みが形成され、腐食防止が可能で、適正なビード厚さを形成し応力集中を防止し、また疲労強度も向上し材料の薄板化がはかれるという効果がある。
【0012】
実施の形態2.
次に、実施の形態2を図に基づいて説明する。
図4は、実施の形態2による第1の薄板部材1と第2の薄板部材2の突き合わせ部20を示す断面図である。第1の薄板部材1の一端には、鈍角θを有したL字型端部1aが形成されている。第2の薄板部材2の一端には鋭角θを有したL字型端部2aが形成されているとともに、このL字型端部2aから延伸して冠部2bが設けられている。この冠部2bは前記第1の薄板部材1のL字型端部1aの頂部より深さhを有している。このような突き合わせ部20は、前述した実施の形態1と同様に溶融されるので、説明を省略する。そして、この実施の形態2による溶接でも実施の形態1と同様の効果がある。
【0013】
実施の形態3.
次に、実施の形態3による缶体の製造方法を図に基づいて説明する。
図5は、実施の形態3による缶体である貯湯式給湯器の貯湯タンク30の製造方法を示している。円筒の両端面に前述した実施の形態1の第1の部材1と同様なL字型端部7aが形成された胴体7と、この胴体7の両端に鏡板8が設けられている。鏡板8の前記胴体7と結合される部分には前述した実施の形態1の第2の部材2と同様なL字型端部8aに延伸して形成された冠部8bが設けられている。
上記胴体7のL字型端部7aを鏡板8の冠部8bが覆うように組み合わされた後、かしめ加工されて端部面7c、8cが互いに密着するような突き合わせ部20を形成している。この実施の形態3における板厚、L字型端部の寸法は実施の形態1と同様である。このような端部構造が設けられた胴体7と鏡板8とが突き合わせ部20を形成するよう組み合わせ後、実施の形態1と同様に突き合わせ部20の上方からTIG溶接を行う。
この際図5に示すように、鏡板8の外側から治具10を用いて加圧することで、L字型端部7a,8aの端部面7c、8cを密着状態に保持し続けることができ、入熱が行き届き突き合わせ部20の溶融をより完全なものとすることが可能となる。また完成した貯湯タンク30の全長寸法のばらつきが少なく、寸法精度の高い貯湯タンク30を簡単な生産工程を経て製作することができる。
さらには、実施の形態1で述べたように溶接部の完全溶け込みが形成されているので、この実施の形態3の貯湯タンク30の如く、高温度でかつ温度サイクルが印加される製品において、溶接部の隙間腐食および応力集中のない長寿命の貯湯タンク30を製造することができる。
【0014】
実施の形態4.
次に、実施の形態4による缶体である貯湯式給湯器の貯湯タンク30の製造方法を図に基づいて、前述した実施の形態3との相異する点を主体に説明する。
図6の胴体7の一端には実施の形態2の第1の薄板部材1と同様な鈍角θを有したL字型端部7aが形成されている。また、鏡板8の一端には実施の形態2の第2の薄板部材2と同様な鋭角θを有したL字型端部8aが形成されているとともに、このL字型端部8aから延伸して冠部8bが設けられている。
このような端部構造が設けられた胴体7と鏡板8とが突き合わせ部20を形成するよう組み合わされ、治具10で鏡板8の外側より押圧される。ここで鏡板8は、この実施の形態4も、前述した実施の形態3でも同様であるが一般にプレスで成型された高寸法精度、高真円度の製品である。図6に示すように胴体7と鏡板8とを組み合わせ治具10で両鏡板8を外側から押圧すると、胴体7のL字型端部7aが鏡板8のL字型端部8aの全周にわたり均等に乗り上げる状態となり、胴体7と両鏡板8が自動的に同一軸上に配置されるとともに端部面7c、8cが密着する。すなわち高精度の鏡板8が拘束治具の役割を果たすことで、胴体7が鏡板8に倣い、胴体7の中心軸が鏡板8の中心軸にアライメントされる。これは仮に胴体7のL字型端部7aの鈍角θの精度が得られてないとしても、鏡板8の外側からの加圧によって塑性変形して鏡板8の形状に倣うという効果がある。
以上のような状態に胴体7,鏡板8を保持してTIG溶接を行うことにより、前記実施の形態3と同様の効果が得られる。
【0015】
なお、前述した鏡板8の外側からの加圧する方法は、実施の形態1,2の薄板部材1,2の溶接時に、薄板部材1,2の両端から加圧することに応用してもよい。
またさらに、板厚を0.5mmの場合としたが、0.4mmの板厚の貯湯タンクにも適用可能である。
さらには、TIG溶接法を採用しているが、これに限定されず他の溶接法であってもよく、材質をフェライト系ステンレスとしたがオーステナイト系、マルテンサイト系等のステンレスや、缶体に適用可能な他の材質であってもよい。
【符号の説明】
【0016】
1 第1の薄板部材、1a L字型端部、1c 端部面、2 第2の薄板部材、
2a L字型端部、2b 冠部、2c 端部面、7 胴体、7a L字型端部、
8 鏡板、8a L字型端部、8b 冠部、10 治具、20 突き合わせ部、
30 給湯タンク、θ 鈍角、θ 鋭角。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1の薄板部材と第2の薄板部材の溶接方法であって、前記第1の薄板部材の一端には、L字型端部が設けられており、前記第2の薄板部材の一端にはL字型端部に延伸して形成された冠部が設けられており、
前記第1、第2の薄板部材のL字型端部の端部面が互いに接し、前記第2の薄板部材の冠部が前記第1の薄板部材のL字型端部を覆い、かつ前記冠部がかしめ加工されて突き合わせ部が形成された後、加熱によって前記突き合わせ部が溶融されることを特徴とする薄板部材の溶接方法。
【請求項2】
前記第1の薄板部材の一端は、鈍角に立ち上げられて形成されたL字型端部であり、前記第2の薄板部材の一端は鋭角に立ち上げられたL字型端部に延伸して形成された冠部が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の薄板部材の溶接方法。
【請求項3】
前記第1、第2の薄板部材のL字型端部の端部面が密に接するよう押圧されて溶融されることを特徴とする請求項1または請求項2のいずれか1項に記載の薄板部材の溶接方法。
【請求項4】
胴体部と鏡板部とを有する缶体の製造方法であって、前記第1の薄板部材が前記缶体の胴体部とし、前記第2の薄板部材が前記鏡板部とした前記請求項1または請求項2のいずれか1項に記載の薄板部材の溶接方法を用いることを特徴とする缶体の製造方法。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate

【図5】
image rotate

【図6】
image rotate


【公開番号】特開2011−121076(P2011−121076A)
【公開日】平成23年6月23日(2011.6.23)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−279404(P2009−279404)
【出願日】平成21年12月9日(2009.12.9)
【出願人】(000006013)三菱電機株式会社 (33,312)
【Fターム(参考)】