JP7334561B2 - 突合せ溶接方法及びその装置 - Google Patents

Description

本発明は、板状のワークの端面部同士を突合せ溶接する突合せ溶接方法及びその装置に関する技術分野に属する。

従来より、２つの板状のワークの端面部同士を突合せ溶接することはよく知られている。また、１つの帯状のワークをリング状に回曲させて両端面部同士を突合せ溶接することで、リング部材を製造することも知られている（例えば、特許文献１参照）。さらに、１つの板状のワークを筒状になるように曲げて、相対向する両端面部同士を突合せ溶接することで、筒状部材を製造することも知られている。

特開２００２－２２４７７２号公報

ところで、突合せ溶接では、突合せ溶接する両端面部に対してコイニングを施して該両端面部を共に先細の突起状に形成する（突起部を形成する）場合がある。この場合、両端面部における突起部の先端同士を当接させることで、その当接部分の面積が小さくなって該当接部分の抵抗値を上昇させることができ、よって、突合せ溶接を良好に行うことができるようになる。

しかし、上記のように両端面部に対してコイニングを施す場合、コイニングの加工のばらつき等によって、突起部の先端位置の精度の向上には限界があり、両端面部における突起部の先端同士を良好に当接させることができない可能性が高い。

また、突合せ溶接では、突合せ溶接する両端面部に、突合せ溶接に適した値の圧縮応力が生じるように、ワークを突合せ方向に押圧する必要がある。

しかし、その押圧によるワークの圧縮変形量、つまりワークの押圧量は非常に小さく（例えば数十μｍ）、このため、その押圧量を適切に管理することが困難であり、両端面部に生じる圧縮応力を、常に突合せ溶接に適した値にすることが困難になる。また、ワークの押圧量が大きくなり過ぎると、ワーク自体が座屈する可能性がある。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ワークの突合せ溶接する両端面部に、突合せ溶接に適した値の圧縮応力を容易にかつ確実に生じさせて、該両端面部の突合せ溶接を良好に行うことが可能な突合せ溶接方法及びその装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明では、板状のワークの端面部同士を突合せ溶接する突合せ溶接方法を対象として、上記ワークの上記突合せ溶接する両端面部を、ワーク厚み方向の一側に屈曲成形する屈曲成形工程と、上記屈曲成形工程後に、上記ワークの上記屈曲成形された両端面部同士が向かい合うように、該ワークを固定台に配置して固定するワーク配置固定工程と、上記固定台に固定された上記ワークの上記屈曲成形された両端面部における屈曲先端部に加圧圧子を当接させて、該加圧圧子により、該両端面部を、上記屈曲成形前の形状と略同じ形状で互いに突合せられるように、同時に押圧変形させる押圧変形工程と、上記加圧圧子により上記屈曲成形前の形状と略同じ形状で互いに突合せられた上記両端面部間に通電することで、該両端面部同士を溶接接合する溶接工程とを備えるようにした。

上記の突合せ溶接方法により、ワークの突合せ溶接する両端面部をワーク厚み方向の一側に屈曲成形し、その後に、ワークを固定台に配置して固定した後に、該屈曲成形された両端面部における屈曲先端部に当接させた加圧圧子により、該両端面部を同時に押圧変形させることで、両端面部は、押圧変形の最初から、又は、その途中から、突合せ方向に圧縮変形して、屈曲成形前の形状と略同じ形状で互いに突合せられる。これにより、両端面部に、突合せ溶接に適した値の圧縮応力を生じさせることができる。このような圧縮応力を生じさせるための、屈曲成形された両端面部のワーク厚み方向一側への屈曲量は、屈曲成形しないでワークを突合せ方向に押圧する場合の押圧量（例えば数十μｍ）に比べてかなり大きくすることができ（例えば１ｍｍ程度）、その屈曲量は適切にかつ容易に管理することが可能になる。したがって、ワークの突合せ溶接する両端面部に、突合せ溶接に適した値の圧縮応力を容易にかつ確実に生じさせることができる。よって、該両端面部の突合せ溶接を良好に行うことができる。

尚、ワークの端面部同士の突合せ溶接は、２つのワークの端面部同士の突合せ溶接であってもよく、１つのワークの２つの端面部同士の突合せ溶接であってもよい。

上記突合せ溶接方法の一実施形態では、上記ワーク配置固定工程は、上記ワークの上記屈曲成形された両端面部の角部同士が当接するように、該ワークを固定台に配置して固定する工程であるものとする。

このことで、両端面部は、押圧変形の最初から突合せ方向に圧縮変形して、屈曲成形前の形状と略同じ形状で互いに突合せられる。このことから、両端面部のワーク厚み方向一側への屈曲量を管理するだけで、両端面部に、突合せ溶接に適した値の圧縮応力が生じるようになる。よって、ワークの突合せ溶接する両端面部に、突合せ溶接に適した値の圧縮応力をより一層容易にかつ確実に生じさせることができる。

上記突合せ溶接方法の別の実施形態では、上記ワーク配置固定工程は、上記ワークの上記屈曲成形された両端面部が所定間隔だけ互いに離間するように、該ワークを固定台に配置して固定する工程であるものとする。

このことにより、両端面部は、押圧変形の途中から突合せ方向に圧縮変形して、屈曲成形前の形状と略同じ形状で互いに突合せられる。このことから、両端面部のワーク厚み方向一側への屈曲量に加えて、両端面部の間隔（所定間隔）を管理する必要があるものの、両端面部の間隔も、屈曲成形しないでワークを突合せ方向に押圧する場合の押圧量に比べてかなり大きくすることができる。よって、突合せ溶接する両端面部に、突合せ溶接に適した値の圧縮応力を容易にかつ確実に生じさせることができる。尚、両端面部の間隔は、両端面部の角部が加圧圧子による押圧変形の途中で互いに当接して、そこから突合せ方向に圧縮変形することで、両端面部に、突合せ溶接に適した値の圧縮応力を生じるような値に設定される。この場合の両端面部のワーク厚み方向一側への屈曲量は、両端面部が押圧変形の最初から突合せ方向に圧縮変形する場合の屈曲量に比べて大きくなる。

本発明の別の態様は、板状のワークの端面部同士を突合せ溶接する突合せ溶接装置を対象とする。この突合せ溶接装置は、上記ワークの上記突合せ溶接する両端面部であって予めワーク厚み方向の一側に屈曲成形された両端面部同士が向かい合うように、該ワークを固定台に固定する固定部材と、上記固定部材により上記固定台に固定された上記ワークの上記屈曲成形された両端面部における屈曲先端部に当接して、該両端面部を、上記屈曲成形前の形状と略同じ形状で互いに突合せられるように、同時に押圧変形させる加圧圧子と、上記加圧圧子により上記屈曲成形前の形状と略同じ形状で互いに突合せられた上記両端面部間に通電して、該両端面部同士を溶接接合する２つの溶接電極とを備える。

この構成により、上記突合せ溶接方法と同様に、ワークの突合せ溶接する両端面部に、突合せ溶接に適した値の圧縮応力を容易にかつ確実に生じさせることができる。よって、該両端面部の突合せ溶接を良好に行うことができる。

上記突合せ溶接装置において、上記溶接電極は、上記固定部材を兼ねている、ことが好ましい。

このことで、突合せ溶接装置を簡単にかつ低コストで構成することができる。

上記突合せ溶接装置において、上記２つの溶接電極は、上記加圧圧子に対して上記両端面部の突合せ方向の両側近傍にそれぞれ配置されている、ことが好ましい。

これにより、ワークの突合せ溶接する両端面部に、突合せ溶接に適した値の電流を効率良く供給することができる。また、上記のように溶接電極が固定部材を兼ねている場合、２つの溶接電極（固定部材）の間隔が大きくなり過ぎると、加圧圧子によるワークの両端面部の押圧変形時に、ワークが座屈し易くなる。しかし、２つの溶接電極が加圧圧子に対して突合せ方向の両側近傍にそれぞれ配置されていることで、ワークの座屈を抑制して、ワークの突合せ溶接する両端面部に、突合せ溶接に適した値の圧縮応力を確実に生じさせることができる。

以上説明したように、本発明の突合せ溶接方法及び突合せ溶接装置によると、ワークの突合せ溶接する両端面部に、突合せ溶接に適した値の圧縮応力を容易にかつ確実に生じさせることができ、よって、該両端面部の突合せ溶接を良好に行うことができる。

本発明の実施形態に係る突合せ溶接装置の要部を示す側面図である。 固定部材を兼ねる溶接電極によりワークを固定台に固定した状態を示す図１相当図である。 ワークの屈曲成形された両端面部を、加圧圧子により押圧変形させている状態を示す図１相当図である。 ワークの両端面部が屈曲成形前の形状と略同じ形状で互いに突合せられた状態を示す図１相当図である。 ワークの屈曲成形された両端面部が所定間隔だけ互いに離間するように、ワークが固定台に配置されて固定された状態を示す図１相当図である。 ワークの両端面部が図５の状態から押圧変形されて該両端面部の角部が互いに当接した状態を示す図１相当図である。 ワークの突合せ先端が、ワークの幅方向に真っ直ぐに延びる第１部分と、ワークの幅方向に対して斜めに延びる第２部分とで構成されている場合を示す、ワーク厚み方向の一側から見た図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る突合せ溶接装置１の要部を示す。この突合せ溶接装置１は、板状のワーク１０の端面部１０ａ同士を突合せ溶接するものである。本実施形態では、突合せ溶接装置１は、２つのワーク１０の端面部１０ａ同士を突合せ溶接する。２つのワーク１０は、金属部材（金属板）であり、同じ種類の部材（例えば、鉄系部材）であってもよく、異なる種類の部材（例えば、鉄系部材及びアルミニウム合金部材）であってもよい。

本実施形態では、従来の突合せ溶接方法のように、ワーク１０の突合せ溶接する両端面部１０ａをそのまま互いに突合せてワーク１０を突合せ方向に押圧しながら溶接するのではなく、溶接前に予め、両端面部１０ａを、ワーク厚み方向の一側に屈曲成形しておく。屈曲成形された両端面部１０ａの屈曲形状（屈曲量ｈ１、曲率半径Ｒ）は、同じである。

突合せ溶接装置１は、２つのワーク１０が配置される固定台５に、該２つのワーク１０をそれぞれ固定する２つの固定部材を備えている。本実施形態では、溶接電極２が固定部材を兼ねている。固定台５の水平状にされた上面に、突合せ溶接する両端面部１０ａが予めワーク厚み方向の一側に屈曲成形されたワーク１０が配置される。各溶接電極２は、不図示の加圧装置により、上下移動可能に構成されているとともに、各ワーク１０を固定台５の上面に対して上側から押圧することが可能に構成されている。こうして各溶接電極２は、各ワーク１０を固定台５に対して上側から押圧することで、各ワーク１０を固定台５の上面に固定する。各溶接電極２は、各ワーク１０の幅方向（図１の紙面に垂直な方向）の全体に亘ってワーク１０に当接して押圧する。

２つのワーク１０は、該ワーク１０の屈曲成形された両端面部１０ａ同士が向かい合いかつ両端面部１０ａにおける屈曲先端部に後述の加圧圧子３が当接可能なように、固定台５に配置されて固定される。本実施形態では、図１に示すように、２つのワーク１０は、該ワーク１０の屈曲成形された両端面部１０ａの角部同士が当接するように、固定台５の上面に配置されて固定される。

突合せ溶接装置１は、加圧圧子３を更に備えている。この加圧圧子３は、不図示の加圧装置により、上下移動可能に構成されているとともに、溶接電極２により固定台５に固定されたワーク１０の屈曲成形された両端面部１０ａにおける屈曲先端部に、ワーク１０の幅方向の全体に亘って当接して、該両端面部１０ａを、屈曲成形前の形状（突合せ方向に真っ直ぐに延びた形状）と略同じ形状で互いに突合せられるように、同時に下側に押圧変形させることが可能に構成されている。

屈曲成形された両端面部１０ａは、加圧圧子３によって押圧されて、最終的に固定台５の上面に略沿って延びた状態で互いに突合せられる（図４参照）。このとき、両端面部１０ａは、互いに圧縮されるため、突合せ方向に圧縮変形することになる。すなわち、従来の突合せ溶接方法のように、屈曲成形しないで押圧部材（例えば溶接電極が兼ねる）によりワーク１０を突合せ方向に押圧した場合と同様の状態になる。こうして両端面部１０ａには、圧縮応力が生じることになる。この圧縮応力が突合せ溶接に適した値（例えば１００Ｎ／ｍｍ^２）になるように、両端面部１０ａのワーク厚み方向一側への屈曲量ｈ１が決められる。両端面部１０ａ（ここでは、ワーク１０における溶接電極２よりも突合せ先端側の部分）の圧縮変形量としては、それぞれ数十μｍとなる。この圧縮変形量は、従来の突合せ溶接方法における各ワーク１０の突合せ方向への押圧量と略同じである。

２つの溶接電極２は、加圧圧子３に対して両端面部１０ａの突合せ方向の両側近傍にそれぞれ配置されている。２つの溶接電極２は、加圧圧子３により屈曲成形前の形状と略同じ形状で互いに突合せられた両端面部１０ａ間に通電して、該両端面部１０ａ同士を溶接接合（拡散接合）する。

溶接電極２による両端面部１０ａ間への通電は、例えば、充電されているコンデンサーの放電により行ってもよい（コンデンサー溶接と呼ばれる）。このコンデンサー溶接は、特に異なる種類の部材の突合せ溶接に適している。これは、融点が低い側の部材を融解させることなく、拡散接合を良好に行えるからである。

ここで、上記の突合せ溶接装置１により２つのワーク１０の端面部１０ａ同士を突合せ溶接する方法を説明する。

最初に、プレス成形により、ワーク１０の突合せ溶接する両端面部１０ａを、ワーク厚み方向の一側に屈曲成形する。このときの屈曲量ｈ１（図１参照）は、上記の如く、加圧圧子３により押圧変形された両端面部１０ａに、突合せ溶接に適した値の圧縮応力が生じるような量（鉄系部材の場合、例えば１ｍｍ程度）である。また、屈曲成形された両端面部１０ａの曲率半径Ｒは、両端面部が加圧圧子３により押圧変形されたときに、塑性域を生じないで、上記圧縮応力が生じるような値（鉄系部材の場合、例えば２００ｍｍ程度）である。

続いて、図２に示すように、ワーク１０の屈曲成形された両端面部１０ａ同士が向かい合うように、該ワーク１０を固定台５の上面に配置して溶接電極２により固定する。本実施形態では、ワーク１０を、ワーク１０の屈曲成形されて斜め上側を向いた両端面部１０ａの角部同士が当接するように、固定台５の上面に配置して固定する。

次いで、図３に示すように、溶接電極２により固定台５の上面に固定されたワーク１０の両端面部１０ａにおける屈曲先端部に加圧圧子３を当接させて、該加圧圧子３により該両端面部１０ａを同時に下側に押圧変形させる。これにより、ワーク１０の両端面部１０ａは、両端面部１０ａの突合せ方向に圧縮変形しながら、固定台５の上面に略沿うように押圧変形される。最終的に、図４に示すように、ワーク１０の両端面部１０ａは、屈曲成形前の形状と略同じ形状で互いに突合せられる。これにより、両端面部１０ａには、突合せ溶接に適した値の圧縮応力が生じることになる。

尚、両端面部１０ａが突合せ方向に圧縮変形する際、溶接電極２（固定部材）により固定されている部分が、端面部１０ａから大きく離れていると、ワーク１０における溶接電極２よりも突合せ先端側の部分が座屈し易くなる。しかし、本実施形態では、固定部材を兼ねる溶接電極２が加圧圧子３の近傍に配置されているので、ワーク１０の座屈を抑制して、両端面部１０ａに、突合せ溶接に適した値の圧縮応力を確実に生じさせることができる。

続いて、上記のように加圧圧子３により屈曲成形前の形状と略同じ形状で互いに突合せられた両端面部１０ａ間に、溶接電極２を介して通電を行う。上記のように溶接電極２が加圧圧子３の近傍に配置されているので、ワーク１０の両端面部１０ａに、突合せ溶接に適した値の電流を効率良く供給することができる。こうして両端面部１０ａ同士が、ワーク１０の幅方向全体に亘って溶接接合される。

ここで、従来の突合せ溶接方法では、ワーク１０の両端面部１０ａに突合せ溶接に適した値の圧縮応力を生じさせるために、ワーク１０を突合せ方向に押圧することになる。この押圧量は、例えば数十μｍとかなり小さく、その押圧量を適切に管理することは困難である。

これに対し、本実施形態では、ワーク１０の両端面部１０ａのワーク厚み方向一側への屈曲量ｈ１を管理するだけで、ワーク１０の両端面部１０ａに突合せ溶接に適した値の圧縮応力を生じさせることができる。屈曲量ｈ１は、例えば１ｍｍ程度と、上記押圧量に比べてかなり大きくすることができるので、屈曲量ｈ１は適切にかつ容易に管理することが可能になる。

したがって、本実施形態では、ワーク１０の両端面部１０ａに、突合せ溶接に適した値の圧縮応力を容易にかつ確実に生じさせることができ、よって、該両端面部１０ａの突合せ溶接を良好に行うことができる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。

例えば、上記実施形態では、ワーク１０の屈曲成形された両端面部１０ａの角部同士が当接するように、該ワーク１０を固定台５に配置して固定したが、図５に示すように、ワーク１０の屈曲成形された両端面部１０ａが所定間隔ｓだけ互いに離間するように、該ワーク１０を固定台５に配置して固定するようにしてもよい。この場合、所定間隔ｓは、両端面部１０ａの角部が加圧圧子３による押圧変形の途中で互いに当接して（図６参照）、そこから突合せ方向に圧縮変形することで、両端面部１０ａに、突合せ溶接に適した値の圧縮応力を生じるような値に設定される。すなわち、両端面部１０ａが互いに当接したときの屈曲量が、ｈ１となるように、当初の屈曲量ｈ２と所定間隔ｓとを設定すればよい。当初の屈曲量ｈ２は、屈曲量ｈ１に比べて大きくなる。

このように両端面部１０ａを所定間隔ｓだけ互いに離間させる場合、屈曲量ｈ２に加えて、所定間隔ｓを管理する必要があるものの、所定間隔ｓも、屈曲成形しないでワーク１０を突合せ方向に押圧する場合の押圧量に比べてかなり大きくすることができる。よって、突合せ溶接する両端面部１０ａに、突合せ溶接に適した値の圧縮応力を容易にかつ確実に生じさせることができる。

また、上記実施形態では、溶接電極２が固定部材を兼ねているが、溶接電極２とは別に固定部材を設けてもよい。但し、２つの溶接電極２の間隔、及び、２つの固定部材の間隔は、短い方が好ましいので、上記実施形態のように溶接電極２が固定部材を兼ねていることが好ましい。

さらに、上記実施形態では、ワーク１０の突合せ先端が、ワーク１０の幅方向に真っ直ぐに延びているが、例えば図７（ワーク厚み方向の一側から見た図）に示すように、ワーク１０の突合せ先端が、ワーク１０の幅方向に真っ直ぐに延びる第１部分１０ｂと、ワーク１０の幅方向に対して斜めに延びる第２部分１０ｃとで構成されていてもよい。このような場合、従来の突合せ溶接方法のように、ワーク１０を突合せ方向に力Ｐ（矢印参照）で押圧した場合、第１部分１０ｂに対応する端面部１０ａと第２部分１０ｃに対応する端面部１０ａとでは、発生する圧縮応力が同じにならず、少なくとも一方の圧縮応力が突合せ溶接に適した値にならない可能性がある。

これに対して、第１部分１０ｂに対応する端面部１０ａ、及び、第２部分１０ｃに対応する端面部１０ａを屈曲成形して、上記実施形態と同様に加圧圧子３により押圧変形させれば、第１部分１０ｂに対応する端面部１０ａと第２部分１０ｃに対応する端面部１０ａとで、発生する圧縮応力を同じにすることができる。この場合、各ワーク１０において、第１部分１０ｂに対応する端面部１０ａ、及び、第２部分１０ｃに対応する端面部１０ａを屈曲成形する際、第１部分１０ｂに対応する端面部１０ａにおける、屈曲成形前の第１部分１０ｂに垂直な平面に沿った断面形状と、第２部分１０ｃに対応する端面部１０ａにおける、屈曲成形前の第２部分１０ｃに垂直な平面に沿った断面形状とが、屈曲成形後において同じになるようにする。

さらにまた、上記実施形態では、２つのワーク１０の端面部１０ａ同士を突合せ溶接したが、１つのワーク１０の２つの端面部１０ａ同士の突合せ溶接にも、本発明を適用することができる。この場合の突合せ溶接では、筒状部材やリング部材を製造することができる。１つのワーク１０の２つの端面部１０ａ同士の突合せ溶接により筒状部材を製造する場合には、固定台５が柱状部材とされ、該柱状部材の外周面に沿うように該ワーク１０が配置されることになる。

上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明は、板状のワークの端面部同士を突合せ溶接する突合せ溶接方法及び突合せ溶接装置に有用である。

１ 突合せ溶接装置
２ 溶接電極（固定部材）
３ 加圧圧子
５ 固定台
１０ ワーク
１０ａ 端面部

Claims (6)

1. 板状のワークの端面部同士を突合せ溶接する突合せ溶接方法であって、
   上記ワークの上記突合せ溶接する両端面部を、ワーク厚み方向の一側に屈曲成形する屈曲成形工程と、
   上記屈曲成形工程後に、上記ワークの上記屈曲成形された両端面部同士が向かい合うように、該ワークを固定台に配置して固定するワーク配置固定工程と、
   上記固定台に固定された上記ワークの上記屈曲成形された両端面部における屈曲先端部に加圧圧子を当接させて、該加圧圧子により、該両端面部を、上記屈曲成形前の形状と略同じ形状で互いに突合せられるように、同時に押圧変形させる押圧変形工程と、
   上記加圧圧子により上記屈曲成形前の形状と略同じ形状で互いに突合せられた上記両端面部間に通電することで、該両端面部同士を溶接接合する溶接工程とを備えることを特徴とする突合せ溶接方法。
2. 請求項１記載の突合せ溶接方法において、
   上記ワーク配置固定工程は、上記ワークの上記屈曲成形された両端面部の角部同士が当接するように、該ワークを固定台に配置して固定する工程であることを特徴とする突合せ溶接方法。
3. 請求項１記載の突合せ溶接方法において、
   上記ワーク配置固定工程は、上記ワークの上記屈曲成形された両端面部が所定間隔だけ互いに離間するように、該ワークを固定台に配置して固定する工程であることを特徴とする突合せ溶接方法。
4. 板状のワークの端面部同士を突合せ溶接する突合せ溶接装置であって、
   上記ワークの上記突合せ溶接する両端面部であって予めワーク厚み方向の一側に屈曲成形された両端面部同士が向かい合うように、該ワークを固定台に固定する固定部材と、
   上記固定部材により上記固定台に固定された上記ワークの上記屈曲成形された両端面部における屈曲先端部に当接して、該両端面部を、上記屈曲成形前の形状と略同じ形状で互いに突合せられるように、同時に押圧変形させる加圧圧子と、
   上記加圧圧子により上記屈曲成形前の形状と略同じ形状で互いに突合せられた上記両端面部間に通電して、該両端面部同士を溶接接合する２つの溶接電極とを備えることを特徴とする突合せ溶接装置。
5. 請求項４記載の突合せ溶接装置において、
   上記溶接電極は、上記固定部材を兼ねていることを特徴とする突合せ溶接装置。
6. 請求項４又は５記載の突合せ溶接装置において、
   上記２つの溶接電極は、上記加圧圧子に対して上記両端面部の突合せ方向の両側近傍にそれぞれ配置されていることを特徴とする突合せ溶接装置。

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