(57)【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ひさし部を有するＬ字型端部が設けられており、
前記第１、第２の薄板部材の前記Ｌ字型端部のそれぞれには、該Ｌ字型端部同士が互いに接する接触面が設けられ、前記第２の薄板部材のひさし部は前記接触面が存在する方向に延伸して設けられており、前記第１、第２の薄板部材の前記接触面が接し、前記ひさし部が前記第１の薄板部材のＬ字型端部の頂部と所定の隙間を設けて覆うようにし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Ｌ字型端部は鈍角に立ち上げられて形成されており、前記第２の薄板部材のＬ字型端部は鋭角に立ち上げられて形成さ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字型端部の接触面が密に接するように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】
胴体部と鏡板部の端部同士を溶接して缶体を製造する缶体の製造方法であって、前記第１の薄板部材を前記胴体部または前記鏡板部のいずれかとし、前記第２の薄板部材を前記鏡板部または前記胴体部のいずれかとした前記請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の薄板溶接方法を用いたことを特徴とする缶体の製造方法。
【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部材同士と加熱トーチの位置関係、溶接部への入熱量等の条件により溶接部の品質が左右される。そして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、その貯湯タンクの缶体の構造は、一般的には、胴体と呼ばれる本体筒状の部品の上下に鏡板と呼ばれるお椀状の部品とが全周にわたり溶接され、缶体が形成されている。この周溶接部分については、これまでにも様々な形状の継手及び溶接方法の検討がなされている（例えば、特許文献１）。
しかし、これらの方法では周溶接部に隙間が生じ、応力集中が発生したり、貯める液体によっては隙間腐食の発生箇所となる。このため缶体の長寿命化には、隙間部を持たない突き合わせ継手とすることが望ましい。一般に薄板の突き合わせ溶接は継手間の隙間（ギャップ）や板厚方向の変位（目違い、すなわち２枚の板の板厚方向の変位のこと）を厳密に管理しなければ良好な突き合わせ継手が得られない。そこで溶接部近傍を両面から冶具などで拘束し、突き合わせ継手を実現したり（例えば、特許文献２）、継手形状を工夫し、突き合わせ溶接と同等のビード形状を得ている（例えば、特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−００９２９０号公報
【特許文献２】特開２００２−２６３８３５号公報
【特許文献３】特許第２５９３２３３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に示された温水容器は、胴と２つの鏡を備え、両鏡の端部が胴の内部に挿入され外側から溶接される構造を採用しており、その結果全周にわたり溶接隙間が形成されている。この溶接隙間に塩素イオンを含んだ水が入ると局部電池作用が原因となって隙間腐食が発生し、寿命が短くなるという問題点があり、また隙間先端部には応力が集中しやすく、缶体の内圧変動による疲労破壊が生じやすいという問題点もある。
【０００５】
上記問題点を解決するためには隙間部を持たない突き合わせ継手とすることが望ましい。上記特許文献２には突き合わせ溶接を実施している缶体が示されており、筒状の胴体と鏡板とが全周にわたり内側から突き合わせ溶接されている。
しかしながらこの構造では溶接作業時において、突き合わせ溶接部分に前述した目違いやギャップを極力少なくする必要があり、筒状の胴体と鏡板の突き合わせ端面の位置関係を一定に保持するために、缶体の内側と外側からの両面からの拘束治具が必要となる。このため缶体には機能上不必要な頂部に大きな開口を設ける必要があり、また内側からの溶接であるため、トーチの保持、回動等に大がかりな専用工具を必要とし、その結果作業性が悪くかつ、製造コスト高となるという問題点がある。
【０００６】
特許文献３には胴体にテーパ部を有する蓋板を押し当て、テーパ部が溶融するように溶接する技術が示されている。しかしながらこの方法では胴体と蓋体との相対位置を保持するのは、テーパ部と胴体の縁部との接触部での摩擦のみであり、溶接部分のギャップを管理する機構と板厚方向の拘束がない。このため胴体や蓋体の局部的な寸法バラツキや溶接時の熱変形によって、蓋体が径方向外側、あるいは胴体が内側に変形すると、溶接継手部が接触せずにギャップと目違いが生じて、溶接が困難となるという問題点がある。
【０００７】
この発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、薄板同士の溶接によって形成される、例えば貯湯式給湯器の缶体において、缶体を構成する胴体部と鏡板部との薄板溶接を専用工具による拘束治具を必要とせずに、溶接部のギャップや目違いの発生を防止し、突き合わせ溶接と同等の応力集中部のない溶接ビード形状を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、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、第２の薄板部材の一端にはひさし部を有するＬ字型端部が設けられており、第１、第２の薄板部材のＬ字型端部のそれぞれには、Ｌ字型端部同士が互いに接する接触面が設けられ、第２の薄板部材のひさし部は、接触面が存在する方向に延伸して設けられており、第１、第２の薄板部材の接触面が接し、ひさし部が第１の薄板部材のＬ字型端部の頂部と所定の隙間を設けて覆うようにし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。
【０００９】
第２の発明は、前記第１の薄板部材を胴体部または鏡板部のいずれかとし、前記第２の薄板部材を鏡板部または胴体部のいずれかとし、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】
【００１０】
第１の発明は上記のような溶接方法を採用しているので、第１、第２の薄板部材に目違いが生じたとしても、第１の薄板部材のＬ字型端部頂部と第２の薄板部材のひさし部との所定の隙間の寸法分、接触面に沿って設置位置の調整が可能で目違いの補正が可能となり、また特別の専用工具を必要としないので製造コストの低減がはかれる。またＬ字型端部およびひさし部の寸法を適宜設定することで、突き合わせ溶接と同等の溶接ビード形状が得られ、応力集中発生の恐れが無くなるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１による溶接部分の継手構造を示す図である。
【図２】実施の形態１による溶接結果を示す図である。
【図３】実施の形態２による貯湯タンクの缶体製造方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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Ｈ１を有するＬ字型端部１ａが立ち上がり曲げ角度θ１で形成されている。この立ち上がり曲げ角度θ１は鈍角である。第２の薄板部材２の一端にも高さＨ２を有するＬ字型端部２ａが立ち上がり曲げ角度θ２で形成されているとともに、前記Ｌ字型端部２ａから一体化して後述する接触面２ｃの存在する方向に延伸されたひさし部２ｂが設けられている。このひさし部２ｂの長さはＬであり、前記立ち上がり曲げ角度θ２は鋭角である。第２の薄板部材２のＬ字型端部２ａの高さＨ２は、第１の薄板部材１のＬ字型端部１ａの頂部１ｂと、第２の薄板部材２のひさし部２ｂとの間に隙間Ｇを有するよう設定されている。
【００１３】
これら第１の薄板部材１、第２の薄板部材２の材質はフェライト系ステンレスであるが、オーステナイト系ステンレスや一般の軟鋼であってもよく、特に限定されるものではない。
第１、第２の薄板部材１、２の板厚ｔは０．５ｍｍ〜２ｍｍであり、第１の薄板部材１のＬ字型端部１ａの高さＨ１は板厚ｔの２〜５倍程度、第２の薄板部材２のひさし部２ｂの長さＬは板厚ｔの２〜４倍程度である。また、隙間Ｇは０．２ｍｍ程度として設けられている。
【００１４】
第１の薄板部材１のＬ字型端部１ａの接触面１ｃと、第２の薄板部材２のＬ字型端部２ａの接触面２ｃとが互いに接触するように押し当てられて突き合わせ部２０を形成する。この状態でトーチ４にて加熱を行い、突き合わせ部２０全体を溶融させる。加熱はＴＩＧ溶接が用いられるがこれに限定されるものではない。このように実施の形態１による構成を採用した溶接継手においては、第１の薄板部材１のＬ字型端部１ａが鈍角で立ち上がり曲げ角度θ１で第２の薄板部材２のＬ字型端部２ａが鋭角で立ち上がり曲げ角度θ２で形成されているので、第１、第２の薄板部材１、２のセット時に多少の目違いが生じたとしても、接触面１ｃ、２ｃとが接触状態を保持したままいずれか一方のあるいは双方の薄板部材がすべり移動可能であり、目違いを減らすよう調整機能をはたす。
【００１５】
ＴＩＧ溶接実施後は図２に示すように、突き合わせ溶接と同等のビード７が得られる。ビード肉厚Ｗは、第１、第２の薄板部材１、２の厚さｔとほぼ同じ厚さであり、ビード付け根部７ａに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。このようなビード肉厚Ｗと、その長さＷＬを得るには、図１に示したＬ字型端部１ａ、２ａの高さＨ１、Ｈ２およびひさし部２ｂの長さＬを適切に選択することによって達成される。
【００１６】
さらに溶接の際、入熱により薄板部材１、２に歪みが生じたとしても、両部材が工具等で押圧されていれば、Ｌ字型端部１ａ、２ａの拘束により、薄板部材１、２の相対的位置関係が変わることはない。
このように、実施の形態１によれば溶接時における薄板部材１、２の突き合わせ部２０の接触面１ｃ、２ｃのギャップ発生を未然に防止でき、また目違いを減らすことができるので、余分な部品や特別な専用工具を必要とせずに安価で、入熱効果が向上した安定した溶接が行え、突き合わせ溶接と同等のビート形状を得ることができる。
【００１７】
実施の形態２．
次に、実施の形態２による缶体の製造方法を図に基づいて説明する。
図３は、実施の形態２による缶体３０である貯湯式給湯器の金属製貯湯タンクの製造方法を示す断面図である。円筒の両端面に前述した実施の形態１の第２の薄板部材２と同様なＬ字型端部８ａと、これに延伸したひさし部８ｂが形成された胴体部８と、この胴体部８の両端に鏡板部９が設けられている。鏡板部９の前記胴体部８と結合される部分には、前述した実施の形態１の第１の薄板部材１と同様なＬ字型端部９ａが形成されている。
上記胴体部８のひさし部８ｂが鏡板部９のＬ字型端部９ａの頂部９ｂを覆うように組み合わされた後、実施の形態１と同様にＬ字型端部８ａの接触面８ｃと、Ｌ字型端部９ａの接触面９ｃとが互いに接触するようにして突き合わせ部２０を形成するとともに、鏡板部９の外側から治具１０を用いて前記接触面８ｃ、９ｃが密に接触するように押しつけ加圧し、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。
【００１８】
このような方法で缶体３０を製造するので、トーチ４による入熱が行き届き、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。また完成した缶体３０である貯湯タンク全長のバラツキが少なく、寸法精度の高い貯湯タンクを、簡単な生産工程を経て安価に製作することができる。さらには溶接部が完全溶け込みで形成されるので、缶体３０である貯湯タンクの如く、高温度でかつ温度サイクルが印加される、あるいは繰り返し応力の発生する製品において、溶接部の隙間腐食および応力集中のない耐久性が向上し長寿命の缶体３０を製造することができる。
【００１９】
なお、この実施の形態２の缶体３０は、内径２００ｍｍ〜７００ｍｍ、全長が１ｍ〜２ｍの大きさであり、板厚は１ｍｍ程度である。またこの缶体３０は貯湯タンクに適用する例を示したが、湯水に限定されず、種々の液体であればよい。
またさらにこの実施の形態２で述べた鏡板部９の外側から加圧する方法を実施の形態１においても薄板部材１、２の両端から押しつけるよう加圧すると、さらに良品質の溶接部が得られる。
また、胴体部８の端部をひさし部８ｂを有するものとしたが、鏡板部９と胴体部８の端部構造を互いに入れ替えてもよい。
【符号の説明】
【００２０】
１  第１の薄板部材、１ａ  Ｌ字型端部、１ｂ  頂部、１ｃ  接触面、
２  第２の薄板部材、２ａ  Ｌ字型端部、２ｂ  ひさし部、２ｃ  接触面、８  胴体部、
８ａ  Ｌ字型端部、８ｂ  ひさし部、８ｃ  接触面、９  鏡板部、９ａ  Ｌ字型端部、
９ｂ  頂部、９ｃ  接触面、２０  突き合わせ部、３０  缶体、
θ１，θ２  立ち上がり曲げ角度。
【図１】
0005417349.tif 000002
【図２】
0005417349.tif 000003
【図３】
0005417349.tif 000004