(57)【要約】【課題】溶接に伴う変形を一段と抑制することができるようにした溶接方法を提供する。【解決手段】閉断面構造のサイドシル２とクロスメンバー３をＴ継手の形態で突き合わせて溶接するにあたり、サイドシル２の内部に冷却ノズル５を臨ませる。冷却ノズル５から溶接位置Ｗの背面側に向けて冷却媒体として液体窒素６を吹き付け、溶接トーチ４にて溶接する直前の位置を冷却しながらミグ溶接を施す。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム系押出材からなる被溶接部材同士を溶接するにあたり、溶接部近傍を強制冷却しながら溶接を施すことを特徴とする溶接方法。
【請求項２】
被溶接部材がパイプ状のものであって、一方の被溶接部材の側面に他方の被溶接部材の端面を突き当ててＴ継手の形態で溶接するにあたり、一方の被溶接部材の内周面のうち他方の被溶接部材の突き当て位置相当部を強制冷却することを特徴とする請求項１に記載の溶接方法。
【請求項３】
溶接中に、一方の被溶接部材の内周面のうち他方の被溶接部材の突き当て位置相当部に冷却媒体を吹き付けることを特徴とする請求項２に記載の溶接方法。
【請求項４】
冷却媒体が液体もしくは気体状のものであることを特徴とする請求項３に記載の溶接方法。
【請求項５】
溶接前に、一方の被溶接部材の内周面のうち他方の被溶接部材の突き当て位置相当部に冷却媒体として揮発温度が１００℃以下の液体を塗布することを特徴とする請求項２に記載の溶接方法。
【請求項６】
アルミニウム系押出材からなるパイプ状の被溶接部材同士を突き合わせた上で溶接するにあたり、被溶接部材の内部に冷却媒体を通流させながら溶接を施すことを特徴とする溶接方法。
【請求項７】
被溶接部材同士を突き合わせるのに代えて、一方の被溶接部材に他方の被溶接部材を貫通させた状態で溶接を施すことを特徴とする請求項６に記載の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム系押出材からなる被溶接部材同士を溶接する方法に関し、特にパイプ状のアルミニウム系押出材を用いて自動車の車体フレームに代表されるようなフレーム構造体を組み立てるのに好適な溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のフレーム構造体の接合もしくは溶接方法として例えば特許文献１，２に記載のものが知られている。
【０００３】
これらの特許文献１，２に記載の技術では、車体フレームを構成することになる例えば角パイプ状のアルミニウム系押出材同士を突き合わせた上でその突き合わせ部の全周をアーク溶接等によりいきなり溶接したのでは熱変形による車体フレームの寸法精度の低下が余儀なくされる点を考慮し、アルミニウム系押出材同士の溶接に際してその溶接の向きおよび順番の最適化を図ることで変形を抑制するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３５６１７７号公報  （図１）
【０００５】
【特許文献２】
特開２００２−３６１４２９号公報  （図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１，２に代表されるような従来の技術では、使用するアルミニウム系押出材の断面形状や板厚さらには溶接条件に応じてその都度溶接の向きおよび順番を検討し直す必要があり、工数増加とともに変形抑制効果の上で限界がある。特にアルミニウム系押出材はその製法の影響のために板材等と比較して肉厚の寸法精度が低いため、アーク溶接ではその肉厚のばらつきによる溶接品質の低下や溶接時の入熱による収縮等の変形が発生しやすく、なおも改善の余地を残している。
【０００７】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、とりわけ溶接に伴う変形を一段と抑制することができるようにした溶接方法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、アルミニウム系押出材からなる被溶接部材同士を溶接するにあたり、溶接部近傍を強制冷却しながら溶接を施すことを特徴とするものであり、より具体的には請求項２に記載のように、被溶接部材がパイプ状のものであって、一方の被溶接部材の側面に他方の被溶接部材の端面を突き当ててＴ継手の形態で溶接するにあたり、一方の被溶接部材の内周面のうち他方の被溶接部材の突き当て位置相当部を強制冷却することを特徴とする。
【０００９】
溶接の手法は例えばアーク溶接の一つであるミグ（ＭＩＧ）溶接とし、また強制冷却のための手段としては、例えば請求項３，４に記載のように、溶接中に、一方の被溶接部材の内周面のうち他方の被溶接部材の突き当て位置相当部に液体もしくは気体状の冷却媒体を吹き付けるものとする。
【００１０】
したがって、請求項１に記載の発明では、被溶接部材のうち溶接部周辺は溶接に伴う熱的影響で温度上昇しようとするが、強制冷却されていることによりその温度上昇が抑制され、且つ均一な温度分布となる。そのため、被溶接部材の膨張や収縮ひいては溶接に伴う熱変形が抑制されて、精度良く溶接することが可能となる。
【００１１】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、溶接に伴う被溶接部材の熱変形を抑制して精度の良い溶接継手とすることができるほか、溶接部の温度も安定化するために溶接品質も安定したものとなる効果がある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１，２は本発明の好ましい第１の実施の形態を示す図であり、図３に示すようにフレーム構造体として自動車の略矩形状の車体フレーム１を組み立てる場合の例を示している。
【００１３】
フレーム構造体である図３の車体フレーム１は、被溶接部材たるフレーム要素として機能することになる互いにほぼ平行な閉断面構造のサイドシル２，２同士の間に同じく被溶接部材たるフレーム要素として機能することになる閉断面構造の前後一対のクロスメンバー３，３を架橋的に配置し、それらサイドシル２，２とクロスメンバー３，３とを突き合わせた上でＴ継手の形態で例えばミグ（ＭＩＧ）溶接によるすみ肉溶接にて溶接接合することにより組み立てられる。なお、サイドシル２およびクロスメンバー３はいずれもアルミニウムもしくはアルミニウム合金製のもので、均一断面の角パイプ状の押出材がそのまま使用されている。
【００１４】
図１はサイドシル２とクロスメンバー３の突き合わせ部の詳細を示しており、その突き合わせ部に消耗性電極８を有する溶接トーチ４にてミグ（ＭＩＧ）溶接を施すにあたり、サイドシル２の内部に冷却ノズル５を挿入し、サイドシル２の内周面のうちクロスメンバー３の突き当て位置相当部にノズル開口部５ａを臨ませて、溶接位置Ｗ近傍に向けて冷却媒体として例えば液体窒素６を吹き付け、溶接と並行して溶接位置Ｗの背面側から強制冷却する。冷却媒体としては、液体窒素６のほかドライアイスが気化した炭酸ガス、冷風（空気）、水等を使用することができ、例えば溶接条件等に応じて適宜最適なものを選定する。ただし、冷却媒体として水を使用する場合には常温では気化しにくいので霧状（ミスト状）にして吹き付けることが望ましい。そして、溶接トーチ４の移動に伴う溶接の進行に併せて冷却ノズル５も移動させるものとし、図２に示すように溶接トーチ５が通過する直前の位置もしくは直後の位置を積極的に強制冷却する。
【００１５】
また、別の冷却方法としては、図４に示すように溶接に先立ってサイドシル２の内部に冷却ノズル５を挿入し、サイドシル２の内周面のうちクロスメンバー３の突き当て位置相当部に向けて揮発温度が１００℃以下の液体状の冷却媒体、例えば水を霧状にして吹き付けて、サイドシルの内周面２に予め水の膜７を形成しておく。その後に図５に示すようにサイドシル２に対してクロスメンバー３を突き当てて、上記と同様に溶接トーチ４にてミグ溶接を施す。この場合には、図６に示すように溶接時の熱で背面側の水の膜７が順次気化して熱を奪うことで強制冷却される。
【００１６】
このように本実施の形態によれば、溶接時の熱的影響で溶接部Ｗの周辺は温度上昇しようとするものの、溶接と並行して強制冷却することでその温度上昇が抑制されて均一な温度分布となることから、サイドシル２やクロスメンバー３の溶接に伴う膨張や収縮が抑制され、その結果として車体フレーム１としての溶接変形が抑制されて高精度な車体フレーム１を組み立てることが可能となる。
【００１７】
また、例えば溶接トーチ４と同じ方向から冷却媒体を吹き付けて強制冷却した場合には、冷却媒体がシールドガス（例えばアルゴン等）を流れを乱して溶接ビードの品質や安定性を阻害するおそれがあるが、本実施の形態では溶接部位の背面側からの強制冷却であるためにそのような不都合を生じることがない。特に、溶接トーチ４と同じ方向から冷却媒体として水を吹き付けて強制冷却した場合には、溶接ビードの中に多数のブローホールが生じることがあるが、本実施の形態ではそのような溶接欠陥が生じることがない。
【００１８】
図７には本発明の第２の実施の形態を示し、図３とほぼ同様の車体フレーム１１を組み立てる場合の例を示している。
【００１９】
図７に示すように、各一対のサイドシル１２，１２およびクロスメンバー１３，１３はいずれもアルミニウムもしくはアルミニウム合金製の角パイプ状の押出材をもって形成されており、クロスメンバー１３の両端は斜めにカットされているとともに、サイドシル１２の両端にはクロスメンバー１３を受容するために斜めにカットされて切欠部１４が形成されている。なお、サイドシル１２にはその閉断面の内部に隔壁１５が形成されている。
【００２０】
そして、図８，９から明らかなように、各サイドシル１２，１２の切欠部１４とクロスメンバー１３，１３の両端をそれぞれ突き合わせて位置決めした上で、その突き合わせ部に消耗性電極８を有する溶接トーチ４にてミグ（ＭＩＧ）溶接を施すことにより車体フレーム１１が組み立てられる。その溶接の際に、サイドシル１２の空洞部１２ａもしくは１２ｂを有効利用して、その空隙部１２ａもしくは１２ｂに冷却媒体として冷却風もしくは冷却水を通流させ、溶接部Ｗを強制冷却しながら溶接を行うものとする。こうすることにより、先の実施の形態と同様の効果が得られることになる。
【００２１】
図１０は本発明の第３の実施の形態を示し、各パイプ状のサイドシル１２とクロスメンバー１３とを突き合わせるのに代えて、サイドシル２２側に予めクロスメンバー１３を受容し得る穴２２ａを形成しておく一方、クロスメンバー１３の端部をその穴２２ａに挿入し、実質的にサイドシル２２にクロスメンバー１３を不完全ながら貫通させた上でその穴２２ａの周縁部に沿って溶接トーチ４にてミグ溶接を施すようにしたものである。そして、溶接時にはサイドシル２２の空洞部２２ｂ内に単独でもしくはクロスメンバー１３の空洞部１３ａとともに冷却媒体として冷却風もしくは冷却水を通流させ、溶接部Ｗを強制冷却しながら溶接を行うものとする。
【００２２】
この実施の形態によれば、貫通方式の接合であるが故に、図８，９に示したようにサイドシル１２とクロスメンバー１３の端部同士を突き合わせる場合と比べて、クロスメンバー１３の長さ寸法を厳格に管理する必要がなくなる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施の形態として図３に示す車体フレームを溶接にて組み立てる際の要部拡大斜視図。
【図２】図１の水平断面説明図。
【図３】フレーム構造体の一例として車体フレームの概略を示す斜視図。
【図４】図１の変形例を示す要部斜視図。
【図５】図４に続く溶接時の要部斜視図。
【図６】図５の水平断面説明図。
【図７】本発明の第２の実施の形態として車体フレームを溶接にて組み立てる際の要部分解斜視図。
【図８】図７のサイドシルとクロスメンバーを突き合わせた状態を示す要部斜視図。
【図９】図８の断面説明図。
【図１０】本発明の第３の実施の形態としてサイドシルとクロスメンバーを溶接する際の要部断面図。
【符号の説明】
１…車体フレーム（フレーム構造体）
２…サイドシル（被溶接部材）
３…クロスメンバー（被溶接部材）
４…溶接トーチ
５…冷却ノズル
６…液体窒素（冷却媒体）
７…水の膜（冷却媒体）
１１…車体フレーム（フレーム構造体）
２２…サイドシル（被溶接部材）
Ｗ…溶接部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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