JP2009241116A

JP2009241116A - 金属材の溶接方法及び金属材の接合体

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Publication number: JP2009241116A
Application number: JP2008091590A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Sobagaki; 正側垣; Masashi Oikawa; 昌志及川; Naoki Kawada; 直樹河田; Yosuke Otsuka; 陽介大塚; Okuhiro Kimura; 億尋木村; Takehito Asai; 岳仁浅井
Original assignee: Tokyu Car Corp
Current assignee: Tokyu Car Corp
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2009-10-22

Abstract

【課題】作業性に優れると共に、接合体の歪みを抑えつつ水密性・気密性を十分に確保できる金属材の接合方法及び金属材の接合体を提供する。
【解決手段】この金属材の溶接方法では、接合体１の接合強度は、スポット溶接部１１によって十分に確保され、接合ラインＬの封止は、連続溶接部１２によって実現される。したがって、連続溶接部１２のみによって外板２，２の接合と封止とを両立させる場合とは異なり、外板２，２の重ね合わせ部分３への入熱を低減でき、接合体１の歪みを抑えつつ水密性・気密性を十分に確保できる。また、レーザ溶接を行うに先立って電気抵抗スポット溶接を行うことで、先に形成したスポット溶接部１１を重ね合わせ部分３の固定手段として機能させることができる。したがって、レーザ溶接の際に、隙間管理のための治具や仮固定が不要となり、作業性にも優れたものとなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属材の溶接方法及び金属材の接合体に関する。

従来、例えば鉄道車両構体の外板として用いる金属体の溶接方法では、スポットシーラによって金属材を接合することによって接合体の水密性及び気密性を確保していた。しかしながら、スポットシーラは有機物であるため、経年変化による劣化の問題がある。また、近年では、有機物の使用を極力排除すべきという環境的な背景もある。そこで、スポットシーラに代えて、レーザ溶接による連続溶接部を形成することにより、金属材の接合体の水密性及び気密性を確保する技術がある（例えば特許文献１参照）。
特開２００６−１３６９０４号公報

しかしながら、レーザ溶接を用いた連続溶接部によって金属材の接合と封止とを両立させようとする場合、連続溶接部を形成するために必要な入熱が増大し、接合体における歪みの発生が問題となる。また、レーザ溶接時に金属材間の厳格な隙間管理が要求され、治具の導入などが必須となるため、作業性の点で解決すべき課題があった。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、作業性に優れると共に、接合体の歪みを抑えつつ水密性・気密性を十分に確保できる金属材の接合方法及び金属材の接合体を提供することを目的とする。

上記課題の解決のため、本発明に係る金属材の溶接方法は、互いに重ね合わせた金属材の溶接方法であって、所定の接合ラインに沿って金属材の重ね合わせ部分に電気抵抗スポット溶接によるスポット溶接部を形成する工程と、スポット溶接部に沿って金属材にレーザ溶接による連続溶接部を形成する工程と、を備えたことを特徴としている。

この金属材の溶接方法では、接合体の接合強度は、スポット溶接部によって十分に確保され、接合ラインの封止は、連続溶接部によって実現される。したがって、連続溶接部のみによって金属材の接合と封止とを両立させる場合とは異なり、金属材の重ね合わせ部分への入熱を低減させることが可能となるため、接合体の歪みを抑えつつ水密性・気密性を十分に確保できる。また、レーザ溶接を行うに先立って電気抵抗スポット溶接を行うことで、先に形成したスポット溶接部を重ね合わせ部分の固定手段として機能させることができる。したがって、レーザ溶接の際に、隙間管理のための治具や仮固定が不要となり、作業性にも優れたものとなる。

また、スポット溶接部を結ぶように連続溶接部を形成することが好ましい。この場合、スポット溶接部によって金属材間の隙間が低減した部分をレーザ溶接するので、好適な連続溶接部を形成できる。また、スポット溶接部と連続溶接部とが結合することで、接合体の強度が高められる。

また、レーザ溶接の際、金属材におけるレーザ照射位置に向けてフィラーワイヤを供給することが好ましい。この場合、レーザ溶接において金属材の隙間に対する許容範囲が広くなるため、より簡単に接合体の水密性・気密性を確保できる。

また、本発明に係る金属材の接合体は、互いに重ね合わせた金属材の接合体であって、所定の接合ラインに沿って金属材の重ね合わせ部分に形成された電気抵抗スポット溶接によるスポット溶接部と、スポット溶接部に沿って形成されたレーザ溶接による連続溶接部と、を備えたことを特徴としている。

この金属材の接合体では、スポット溶接部によって接合強度が十分に確保され、連続溶接部は接合ラインの封止部として機能する。したがって、連続溶接部のみによって金属材の接合と封止とを両立させる場合とは異なり、金属材の重ね合わせ部分への入熱が低減しており、歪みを抑えつつ水密性・気密性を十分に確保できる。

また、連続溶接部は、スポット溶接部を結ぶように形成されていることが好ましい。この場合、接合体の強度を一層高めることができる。

本発明によれば、作業性に優れると共に、接合体の歪みを抑えつつ水密性・気密性を十分に確保できる。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る金属材の溶接方法及び金属材の接合体の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る金属材の溶接方法の一実施形態を用いて製作された接合体を示す斜視図である。同図に示すように、接合体１は、重ね合わせた２つの外板２，２を接合してなる部材であり、例えば鉄道車両の側構体を構成する幕パネル・腰パネル・吹寄せパネル等として用いられるものである。

外板２，２は、例えばステンレス鋼によって形成され、例えば１ｍｍ程度の厚さを有している。外板２，２は、ステンレス鋼の他、アルミ合金、高張力鋼、その他の一般的な金属鋼材から形成される場合もある。外板２，２の重ね合わせ部分３には、例えば鉄道車両の長手方向に沿う接合ラインＬが設けられており、接合ラインＬに沿って溶接及び封止がなされている。

より具体的には、この外板２，２の重ね合わせ部分３には、電気抵抗スポット溶接によるスポット溶接部１１と、レーザ溶接による連続溶接部１２とが形成されている。スポット溶接部１１は、接合ラインＬに沿って所定の間隔をもって一直線状に複数形成され、外板２，２同士を強固に接合している。

一方、連続溶接部１２は、接合ラインＬに沿ってスポット溶接部１１を結ぶように直線状に形成されている。スポット溶接部１１と連続溶接部１２とが結合する部分では、図２に示すように、接合体１の内部で面内方向に扁平に形成されるスポット溶接部１１の略中心を通るように、連続溶接部１２が接合体の厚さ方向に形成されている。

連続溶接部１２は、例えば車両外面となる接合体１の一方面１ａ側から、例えば車両内面となる接合体の他方面１ｂ側まで貫通している。これにより、連続溶接部１２は、外板２，２同士の接合強度を強化する他、外板２，２を接合ラインＬに沿って封止する封止部として機能し、接合体１の水密性・気密性を確保している。

続いて、上述した外板２，２の溶接方法について説明する。

この溶接にあたっては、まず、被接合体となる外板２，２を用意し、これを定盤（不図示）で重ね合わせる。次に、外板２，２に電気抵抗スポット溶接を施す。電気抵抗スポット溶接にあたっては、図３に示すように、溶接電源２１に接続された一対の電極２２，２２を導入する。そして、接合ラインＬ上の所定の位置を電極２２，２２の先端で挟み、局所的に電流及び圧力を付与することにより、スポット溶接部１１を形成する。その後、電極２２，２２の位置を接合ラインＬに沿って移動させながら、同様の作業を繰り返すことにより、スポット溶接部１１を所定の間隔で複数形成する。

スポット溶接部１１を形成した後、外板２，２にレーザ溶接を施す。レーザ溶接にあたっては、図４に示すように、レーザ溶接装置３１を導入する。レーザ溶接装置３１は、加工ヘッド３２と、フィラー供給装置３３と、走査装置３４とを含んで構成されている。加工ヘッド３２からは、波長１．０６４μｍ、出力約４．０ｋＷのＹＡＧレーザ光３５が出射され、フィラー供給装置３３からは、パイプ３６を介して外板２，２と同材質のフィラーワイヤ３７がＹＡＧレーザ光３５の照射位置３８に向けて供給される。走査装置３４は、例えば０．５ｍ／ｍｉｎの速度で加工ヘッド３２を接合ラインＬに沿って走査する。

また、図示しないが、レーザ溶接にあたっては、レーザ照射位置３８の近傍にアシストガスを供給するガス供給装置が導入される。フィラー供給装置３３のパイプ３６及びガス供給装置のノズルは加工ヘッド３２に固定され、加工ヘッド３２と共に移動可能となっている。

このようなレーザ溶接装置３１を用いてＹＡＧレーザ光３５の照射位置３８を接合ラインＬに沿って走査することにより、接合ラインＬ上には、スポット溶接部１１を結ぶように直線状の連続溶接部１２が順次形成される。これにより、図１に示した接合体１が完成する。

以上説明したように、この金属材の溶接方法では、接合体１の接合強度は、スポット溶接部１１によって十分に確保され、接合ラインＬの封止は、連続溶接部１２によって実現される。したがって、連続溶接部１２のみによって外板２，２の接合と封止とを両立させる場合とは異なり、外板２，２の重ね合わせ部分３への入熱を低減させることが可能となるため、接合体１の歪みを抑えつつ水密性・気密性を十分に確保できる。

また、レーザ溶接を行うに先立って電気抵抗スポット溶接を行うことで、先に形成したスポット溶接部１１を重ね合わせ部分３の固定手段として機能させることができる。したがって、レーザ溶接の際に、隙間管理のための治具や仮固定が不要となり、作業性にも優れたものとなる。

更に、この金属材の溶接方法では、スポット溶接部１１の略中心を結ぶように連続溶接部１２を形成している。これにより、スポット溶接部１１によって外板２，２の隙間が低減した部分をレーザ溶接できるので、好適な連続溶接部を形成できる。また、スポット溶接部１１と連続溶接部１２とが結合することで（図２参照）、接合体１の強度が高められる。

また、この金属材の溶接方法では、レーザ溶接の際、レーザ照射位置３８に向けてフィラーワイヤ３７を供給している。これにより、レーザ溶接において外板２，２の隙間に対する許容範囲が広くなるため、より簡単に接合体１の水密性・気密性を確保できる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上述した実施形態では、接合ラインＬに沿ってスポット溶接部１１を一直線状に形成し、スポット溶接部１１を結ぶように連続溶接部１２を形成しているが、スポット溶接部は、接合ラインＬに対して一定の幅を持たせて形成してもよく、連続溶接部は、必ずしもスポット溶接部と結合していなくてもよい。

図５は、変形例に係る接合体を示す斜視図である。同図に示す接合体４１では、例えば接合ラインＬを跨ぐようにスポット溶接部１１が千鳥状に形成され、スポット溶接部１１の間の略中央部分を通るように、接合ラインＬに沿って連続溶接部１２が形成されている。なお、連続溶接部１２は、千鳥状のスポット溶接部１１のうちの一方の列のスポット溶接部１１を結ぶように形成されていてもよく、双方の列のスポット溶接部１１をそれぞれ結ぶように２列に形成してもよい。

本発明に係る金属材の溶接方法の一実施形態を用いて製作された接合体を示す斜視図である。図１におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。本発明に係る金属材の溶接方法の一実施形態を示す斜視図である。図３の後続の工程を示す斜視図である。本発明の変形例に係る接合体の斜視図である。

符号の説明

１…接合体、２…外板（金属材）、３…重ね合わせ部分、１１…スポット溶接部、１２…連続溶接部、３７…フィラーワイヤ、３８…照射位置、Ｌ…接合ライン。

Claims

互いに重ね合わせた金属材の溶接方法であって、
所定の接合ラインに沿って前記金属材の重ね合わせ部分に電気抵抗スポット溶接によるスポット溶接部を形成する工程と、
前記スポット溶接部に沿って前記金属材にレーザ溶接による連続溶接部を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする金属材の溶接方法。
前記スポット溶接部を結ぶように前記連続溶接部を形成することを特徴とする請求項１記載の金属材の溶接方法。
前記レーザ溶接の際、前記金属材におけるレーザ照射位置に向けてフィラーワイヤを供給することを特徴とする請求項１又は２記載の金属材の溶接方法。
互いに重ね合わせた金属材の接合体であって、
所定の接合ラインに沿って前記金属材の重ね合わせ部分に形成された電気抵抗スポット溶接によるスポット溶接部と、
前記スポット溶接部に沿って形成されたレーザ溶接による連続溶接部と、
を備えたことを特徴とする金属材の接合体。
前記連続溶接部は、前記スポット溶接部を結ぶように形成されていることを特徴とする請求項４記載の金属材の接合体。