(57)【要約】【課題】溶接部の疲労強度の低下要因を取り除いて、溶接部の疲労強度を母材の疲労強度ないしそれ以上に高める。【解決手段】溶加材を用いて形成される軽金属製溶接部品を強化する方法であって、投射圧をＰ（ＭＰａ）、投射時間をｔ（秒）とした場合において、　３７．８０２×Ｐ−０．１７７１≦ｔ≦９０でかつ０＜Ｐ≦０．７　の条件を満たす投射圧および投射時間で、溶接部品Ｗの表面にセラミックビーズ１を投射するショットピーニング処理を行う。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶加材を用いて形成される軽金属製溶接部品を強化する方法であって、投射圧をＰ（ＭＰａ）、投射時間をｔ（秒）とした場合において、　３７．８０２×Ｐ−０．１７７１≦ｔ≦９０でかつ０＜Ｐ≦０．７　の条件を満たす投射圧および投射時間で、軽金属製溶接部品の表面に投射材を投射するショットピーニング処理を行うことを特徴とする軽金属製溶接部品の強化方法。
【請求項２】
５０００系アルミニウム合金からなる溶接部品の表面に対するショットピーニング処理に、少なくとも母材よりも硬い投射材を用いる請求項１に記載の軽金属製溶接部品の強化方法。
【請求項３】
投射材の粒径を２０〜５０μｍとした請求項１または２に記載の軽金属製溶接部品の強化方法。
【請求項４】
投射材の材質をセラミックビーズとした請求項１ないし３のいずれかに記載の軽金属製溶接部品の強化方法。
【請求項５】
請求項１〜４のうちのいずれかに記載の軽金属製溶接部品の強化方法による表面処理が施してあることを特徴とする軽金属製溶接部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、自動車部品などの軽金属からなる各種溶接部品の疲労強度を高めるのに利用される軽金属製溶接部品の強化方法およびこの強化方法による表面処理が施された軽金属製溶接部品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来において、ショットピーニング処理を施すことで疲労強度の向上を図る溶接部品の強化方法は、一般的に鋼製の溶接部品に対して頻繁に行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、軽金属製溶接部品、とくに、固溶強化合金であるアルミニウム合金からなる溶接部品において、溶接後の材料収縮による引張り残留応力および溶接熱による熱影響部の軟化により、溶接部の疲労強度が母材の疲労強度に対して著しく低下していることから、従来において、軽金属製の溶接部品を設計するにあたっては、溶接部の低い疲労強度を考慮して設計しなくてはならず、設計の自由度あるいは製造の自由度が制限されてしまうという問題があり、この問題を解決することが従来の課題となっている。
【０００４】
【発明の目的】
本発明は、このような従来の課題にかんがみてなされたものであって、上記した溶接部の疲労強度の低下要因を取り除いて、溶接部の疲労強度を母材の疲労強度ないしそれ以上に高めることが可能である軽金属製溶接部品の強化方法を提供すると共に、母材並みの疲労強度を有する軽金属製溶接部品を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、鋭意研究を重ねてきた結果、軽金属製の溶接部品に対して、所定の条件でショットピーニング処理を施すことで、形状の因子を除いて考えた場合において、溶接部の疲労強度を母材の疲労強度ないしそれ以上に高めることが可能であることを見出すに至った。
【０００６】
本発明に係わる軽金属製溶接部品の強化方法では、溶加材を用いて形成される軽金属製溶接部品を強化する方法であって、投射圧をＰ（ＭＰａ）、投射時間をｔ（秒）とした場合において、３７．８０２×Ｐ−０．１７７１≦ｔ≦９０でかつ０＜Ｐ≦０．７の条件を満たす投射圧および投射時間で、軽金属製溶接部品の表面に投射材を投射するショットピーニング処理を行うことを特徴としている。
【０００７】
【発明の効果】
本発明による軽金属製溶接部品の強化方法では、上記した構成としたことにより、溶接後の材料収縮による引張り残留応力や溶接熱による熱影響部の軟化といった疲労強度の低下要因を取り除いて、溶接部の疲労強度を母材の疲労強度ないしそれ以上に高めることができ、その結果、設計自由度あるいは製造自由度を大幅に拡げることが可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明に係わる軽金属製溶接部品の強化方法において、投射材の粒径を２０〜５０μｍとすることが望ましい。
【０００９】
この理由は、従来の鋼製溶接部品に対するショットピーニングに用いられる粒径約８００μｍの投射材を本発明に係わる軽金属製溶接部品の強化方法に採用した場合、鋼製溶接部品に比較して硬度の低いアルミニウムにおいては面粗度が荒れてしまい、疲労強度に悪影響を及ぼすためであり、とくに、投射材の粒径の上限を５０μｍとするのは、この値以下では面粗度に悪影響を及ぼすことがないからであり、この際、投射材の粒径の下限を２０μｍとするのは、疲労強度を高める因子である圧縮残留応力の付与には、投射量および投射材質量に依存する投射圧が大きく影響するからであり、粒径が２０μｍ未満では投射材質量が小さくて十分な投射圧が得られない、すなわち、圧縮残留応力を付与することができないからである。
【００１０】
また、本発明に係わる軽金属製溶接部品の強化方法において、投射材の粒径の硬さは少なくとも母材よりも硬いことが望ましく、セラミックビーズを用いることがより望ましい。
【００１１】
この理由は、ショットピーニングの効果の一つに挙げられる溶接部の加工硬化を実現するために、被投射材よりも硬い投射材が不可欠であるからであり、微細な粒径を得る観点からもセラミックビーズを用いることが望ましい。
【００１２】
軽金属製溶接部品、とくに、固溶強化合金である５０００系アルミニウム合金製の溶接部品において、上記した溶接部の疲労強度の低下要因、すなわち、溶接後の材料収縮による引張り残留応力および溶接熱による熱影響部の軟化を取り除くためには、ショットピーニングにより圧縮残留応力および加工硬化を付与することが有効であり、ショットピーニングの投射圧および投射時間が上記圧縮残留応力および加工硬化の付与に最も影響を及ぼす。
【００１３】
つまり、ショットピーニングの投射圧および投射時間が、本発明の請求項１に係わる軽金属製溶接部品の強化方法におけるショットピーニング条件　３７．８０２×Ｐ−０．１７７１≦ｔ≦９０でかつ０＜Ｐ≦０．７　を満たすとき、形状因子を除いて考えた場合、溶接部の疲労強度が母材の疲労強度と同等ないしそれ以上となるような圧縮残留応力および加工硬化の付与が可能となる。
【００１４】
ここで、３７．８０２×Ｐ−０．１７７１≦ｔを満足しない投射圧および投射時間では、ショットピーニング処理が不十分であり、圧縮残留応力および加工硬化がいずれも小さくなって、溶接部の硬度は低くそして疲労強度は母材並みにならない（図３の比較例１参照）。
【００１５】
また、投射圧が０．７ＭＰａを超えると、溶接部品の面粗度が大きくなって疲労強度は母材並みにならず（図３の比較例２参照）、一方、投射時間が９０秒を超えると、オーバーピーニングによって圧縮残留応力が小さくなって、溶接部の硬度は低くそして疲労強度は母材並みにならない（図３の比較例３参照）。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の実施例について詳細な説明をするが、本発明はこのような実施例のみに限定されないことはいうまでもない。
【００１７】
この実施例において、図１に示すように、５０００系アルミニウム合金であるＡ５１５４アルミニウム合金に焼きなまし処理（３４５℃×３ｈの材料加熱の後、空冷処理）を施し、このようにして得た材料をＭＩＧ溶接してなるＴ字形状をなす部品を溶接部品Ｗとして用いた。
【００１８】
この溶接部品Ｗを強化するショットピーニング装置において、投射材１が溶接ビード（溶接部）２の長手方向に均等に当たるように投射方向を調整し、ガン３の振動幅±１０ｍｍ，振動速度２ｃｍ／ｓにて、溶接部品Ｗに対する表面処理を実施した。
【００１９】
この際、投射材１には、母材（Ａ５１５４アルミニウム合金）よりも硬い粒径が２０μｍのセラミックビーズを用い、投射圧をＰ（ＭＰａ）、投射時間をｔ（秒）とした場合において、　３７．８０２×Ｐ−０．１７７１≦ｔ≦９０でかつ０＜Ｐ≦０．７　の条件を満たすべく、投射圧０．４ＭＰａ，投射量１．５ｋｇ／ｍｉｎおよび投射時間６０秒として３回実施した（実施例１〜３）。
【００２０】
なお、３７．８０２×Ｐ−０．１７７１≦ｔを満足しない投射圧および投射時間で表面処理を行った場合を比較例１とし、また、投射圧を０．７ＭＰａ以上として表面処理を行った場合を比較例２とし、さらに、投射時間を９０秒以上として表面処理を行った場合を比較例３とした。
【００２１】
表１に、実施例１〜３，比較例１〜３および表面処理なしの場合の各残留応力（ＭＰａ），セラミックビーズ１の粒径Ｒ（μｍ），溶接ビード硬さ（Ｈｖ）および１０６回疲労強度（ＭＰａ）を示し、母材（Ａ５１５４アルミニウム合金）の溶接部硬さ（Ｈｖ）および１０６回疲労強度（ＭＰａ）を合わせて示した。
【００２２】
【表１】
2004009197.tif 000003
【００２３】
また、図２に、上記表面処理後における各溶接部品ＷのＳ−Ｎ曲線と、母材の疲労強度と、表面処理なし溶接部品の疲労強度を示し、図３に、投射圧および投射時間の関係を示す。
【００２４】
表１および図２から、実施例１〜３における表面処理を行った溶接部品Ｗにおいて、溶接後の材料収縮による引張り残留応力や溶接熱による熱影響部の軟化といった疲労強度の低下要因が取り除かれて、溶接ビード２の疲労強度が母材の疲労強度を大いに上回っていることが実証できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる軽金属製溶接部品の強化方法の一実施例を示すショットピーニング装置によるショットピーニング処理説明図である。
【図２】本発明に係わる軽金属製溶接部品の強化方法による表面処理後の溶接部品のＳ−Ｎ曲線，母材疲労強度および表面処理なし溶接部品の疲労強度を示すグラフである。
【図３】本発明に係わる軽金属製溶接部品の強化方法における投射圧および投射時間の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１　セラミックビーズ（投射材）
２　溶接ビード（溶接部）
Ｗ　溶接部品
【図１】
2004009197.tif 000004
【図２】
2004009197.tif 000005
【図３】
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