(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属構造体の隙間部に挿入された金属ピースを、上記金属構造体に溶接する架橋構造体の溶接方法において、
上記金属構造体と上記金属ピースとの境界にあって、上記隙間部に接しない境界部を溶接部とし、該溶接部の長さ方向の両端以外を溶接始点及び溶接終点として、高エネルギービームにより、上記溶接始点から本溶接時よりも入力エネルギーが低い溶接条件で上記溶接部の全長を溶接するスロープイン溶接と、
上記溶接部の全長を所定の入力エネルギーで溶接する本溶接と、
本溶接時よりも入力エネルギーが低い溶接条件で上記溶接終点まで上記溶接部の全長を溶接するスロープアウト溶接とを順次行うことを特徴とする架橋構造体の溶接方法。
【請求項２】
上記溶接始点及び上記溶接終点を上記溶接部の長さ方向中央部のほぼ同一点とし、上記スロープイン溶接では上記溶接始点から上記溶接部の長さ方向の一端まで溶接した後折り返して上記溶接部の長さ方向の他端まで溶接し、上記本溶接では上記他端から上記一端まで溶接し、上記スロープアウト溶接では上記一端から上記他端まで溶接した後折り返して上記溶接終点まで溶接することを特徴とする請求項１に記載の架橋構造体の溶接方法。
【請求項３】
上記金属構造体はオープンデッキ型シリンダブロックであり、上記金属ピースは上記オープンデッキ型シリンダブロックのウォータジャケット上端部に圧入されたブリッジ材であることを特徴とする請求項１または２に記載の架橋構造体の溶接方法。
【請求項４】
上記高エネルギービームによる溶接は、電子ビームによる溶接であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の架橋構造体の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属構造体の隙間部に挿入された金属ピースを溶接する架橋構造体の溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属構造体の隙間部に金属ピースを溶接してなる架橋構造体は、従来種々のものが知られており、例えば、オープンデッキ型シリンダブロックのウォータジャケット上端部にブリッジ材（補強材）を溶接してなるクローズドデッキ型シリンダブロックがある。
【０００３】
このクローズドデッキ型シリンダブロックの製造方法として、例えば、オープンデッキ型シリンダブロックのウォータジャケットの上端部に、ブリッジ材を挿入した後、トップデッキから所定寸法離れたウォータジャケットの両側壁とブリッジ材の両側壁との間隙の下部にろう材を挿入し、その後、ウォータジャケットの両側壁とブリッジ材の両側壁とをトップデッキ側からレーザ溶接することにより、ブリッジ材の下部側壁をろう付けにより接合し、上部側壁はレーザ溶接により接合してクローズドデッキ型シリンダブロックを製造するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１０３０６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記特許文献１に記載のクローズドデッキ型シリンダブロックのような架橋構造体を製造するにあたって、例えば、図７に部分平面図を、図８に図７のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図をそれぞれ示すように、オープンデッキ型シリンダブロックを形成する金属構造体１０１のウォータジャケットとなる隙間部１０２の上端部に挿入したブリッジ材である金属ピース１０３を、隙間部１０２と金属ピース１０３との全ての境界部、即ち隙間部１０２に接する境界部１０４、１０５と、これら境界部１０４、１０５を連結する隙間部１０２に接しない境界部１０６とを溶接部１０７として、境界部１０４の隙間部１０２に接する端を溶接始点に、境界部１０５の隙間部１０２に接する端を溶接終点にして溶接すると、隙間部１０２に接する溶接始点或いは溶接終点において、溶接部１０７の溶融金属が隙間部１０２に流れ落ちることになる。
【０００６】
このため、図９に隙間部１０２側から境界部１０５の溶接部１０７を見た部分拡大側面図を示すように、溶接始点或いは溶接終点において、溶接部１０７に切欠き状の凹部１０８が形成されて該部分に応力の集中を招くことが懸念される。
【０００７】
その対策として、図１０に部分平面図を示すように、隙間部１０２に接する境界部１０４及び１０５は溶接部とせず、隙間部１０２に接しない境界部１０６のみを溶接部１０７として、境界部１０４側の端を溶接始点とし、境界部１０５側の端を溶接終点として溶接することが考えられる。
【０００８】
しかしながら、この溶接方法では、特にレーザ溶接のような高エネルギービームを用いて、深い溶接深さを得たり、微細な溶接加工を行ったりする場合には、ビームによって溶融された金属の流れがビームの移動に追従できないために、溶接終点部に穴状の凹部１０９が形成されてしまい、やはり応力の集中を招くことが懸念される。
【０００９】
なお、図７、図８、及び図１０は、隙間部１０２に関して、金属ピース１０３の図示右側の境界部は溶接済状態を示しており、左側の境界部は未溶接状態を示している。
【００１０】
従って、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、溶接部に応力集中を招く凹部を形成することなく、金属ピースを金属構造体に確実に溶接でき、充分な溶接強度が得られる架橋構造体の溶接方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成する請求項１に記載の架橋構造体の溶接方法の発明は、金属構造体の隙間部に挿入された金属ピースを、上記金属構造体に溶接する架橋構造体の溶接方法において、上記金属構造体と上記金属ピースとの境界にあって、上記隙間部に接しない境界部を溶接部とし、該溶接部の長さ方向の両端以外を溶接始点及び溶接終点として、高エネルギービームにより、上記溶接始点から本溶接時よりも入力エネルギーが低い溶接条件で上記溶接部の全長を溶接するスロープイン溶接と、上記溶接部の全長を所定の入力エネルギーで溶接する本溶接と、本溶接時よりも入力エネルギーが低い溶接条件で上記溶接終点まで上記溶接部の全長を溶接するスロープアウト溶接とを順次行うことを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１の架橋構造体の溶接方法において、上記溶接始点及び上記溶接終点を上記溶接部の長さ方向中央部のほぼ同一点とし、上記スロープイン溶接では上記溶接始点から上記溶接部の長さ方向の一端まで溶接した後折り返して上記溶接部の長さ方向の他端まで溶接し、上記本溶接では上記他端から上記一端まで溶接し、上記スロープアウト溶接では上記一端から上記他端まで溶接した後折り返して上記溶接終点まで溶接することを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２の架橋構造体の溶接方法において、上記金属構造体はオープンデッキ型シリンダブロックであり、上記金属ピースは上記オープンデッキ型シリンダブロックのウォータジャケット上端部に圧入されたブリッジ材であることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の架橋構造体の溶接方法において、上記高エネルギービームによる溶接は、電子ビームによる溶接であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によると、隙間部に接しない金属構造体と金属ピースとの境界部を溶接部とするので、隙間部への溶融金属の流れ落ちが生じることがなく、かつ溶接部の長さ方向の両端以外を溶接始点及び溶接終点として、高エネルギービームにより、本溶接の前後に本溶接よりも入力エネルギーが低い溶接条件でスロープイン溶接及びスロープアウト溶接を行うので、ビームによって溶融された金属の流れをビームの移動に確実に追従させることができる。従って、溶接部に応力集中を招くような凹部を形成することなく、金属ピースを金属構造体に確実に溶接でき、充分な溶接強度が得られる。
【００１６】
請求項２の発明によると、スロープイン溶接及びスロープアウト溶接により、溶接部を合計で片道３回溶接し、本溶接で溶接部を片道１回溶接するので、溶接部をその全長に亘って均一に溶接でき、溶接品質の向上が図れる。
【００１７】
請求項３の発明によると、溶接部に応力集中を招くような凹部のない良好なクローズドデッキ型シリンダブロックを簡単に製造することができる。
【００１８】
請求項４の発明は、高エネルギービームによる溶接の具体例を示すもので、電子ビームによる溶接によって有効的に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図６を参照して説明する。
【００２０】
（第１実施の形態）
図１乃至図３は第１実施の形態を説明するための図で、図１は架橋構造体の部分平面図、図２は図１のＩ−Ｉ線断面図、図３は溶接走査を説明するための図である。
【００２１】
図１及び図２に示す架橋構造体１は、金属構造体２の隙間部３の上端部に、金属ピース４を挿入して溶接したもので、図１及び図２では、隙間部３に関して、金属ピース４の図示右側は溶接済状態を示しており、左側は未溶接状態を示している。
【００２２】
金属構造体２には、隙間部３の上端部に、隙間部３の幅よりも大きい幅を有する金属ピース４の位置決め用溝５が形成されており、この位置決め用溝５に金属ピース４が挿入される。従って、金属ピース４が位置決め用溝５に挿入された状態では、隙間部３と金属ピース４との境界部として、隙間部３に関して金属ピース４の両側にそれぞれ、隙間部３に接する境界部１１及び１２と、これら境界部１１と１２に連結して隙間部３に接しない境界部１３とが形成されることになる。
【００２３】
本実施の形態では、金属ピース４の両側の隙間部３に接しない境界部１３を、それぞれ溶接部１５として、ＣＯ２レーザやＹＡＧレーザ、電子ビーム等の高エネルギービームにより溶接し、隙間部３に接する境界部１１及び１２は溶接しない。このため、好ましくは、境界部１１、１２の幅寸法が出来る限り小さくなるように、金属ピース４を位置決め用溝５に圧入して、溶接部１５の溶接時に溶融した金属が、境界部１１及び１２に流れ出ないようにする。
【００２４】
溶接部１５は、その長さ方向中央部の同一点Ｓを溶接始点及び溶接終点として、先ず、溶接始点Ｓから本溶接よりも入力エネルギー（入熱量）が低い溶接条件で溶接部１５の全長を溶接するスロープイン溶接を行い、次に、充分な溶け込み深さが得られる所定の入力エネルギーの溶接条件で溶接部１５の全長を溶接する本溶接を行い、最後に、本溶接よりも入力エネルギーが低い溶接条件で溶接終点Ｓまで溶接部１５の全長を溶接してビームを徐々に抜くスロープアウト溶接を行う。
【００２５】
スロープイン溶接及びスロープアウト溶接における溶接条件は、金属構造体２及び金属ピース４の材質、接合する深さ寸法に応じて、溶接速度（走査速度）や溶接電流を制御して、溶接部１５への入力エネルギーを本溶接時よりも低くする。
【００２６】
本実施の形態では、図３に示すように、最初のスロープイン溶接では、溶接始点Ｓから溶接部１５の長さ方向の一端Ｓａまで溶接走査（Ｓ１）した後、折り返して溶接部１５の長さ方向の他端Ｓｂまで溶接走査（Ｓ２）する。次の本溶接では、溶接部１５の他端Ｓｂから一端Ｓａまで溶接走査（Ｓ３）する。その後のスロープアウト溶接では、溶接部１５の一端Ｓａから他端Ｓｂまで溶接走査（Ｓ４）したら、折り返して溶接終点Ｓまで溶接走査（Ｓ５）する。
【００２７】
以上のように、本実施の形態によれば、隙間部３に接しない金属構造体２と金属ピース４との境界部１３を溶接部１５とし、その溶接部１５の長さ方向中央部の同一点Ｓを溶接始点及び溶接終点として、本溶接の前後に本溶接よりも入力エネルギーが低い溶接条件でスロープイン溶接とスロープアウト溶接を行うようにしたので、ビームによって溶融された金属が隙間部３へ流れ落ちるのを確実に防止することができると共に、ビームによる溶融金属の流れをビームの移動に確実に追従させることができる。従って、溶接部１５に応力集中を招く要因となる凹部を形成することなく、金属ピース４を金属構造体２に確実に溶接でき、充分な溶接強度を得ることができる。
【００２８】
しかも、図３に示したように、スロープイン溶接ではＳ１及びＳ２の溶接走査を行い、スロープアウト溶接ではＳ４及びＳ５の溶接走査を行うことで、溶接部１５をＳａ端からＳｂ端まで合計で片道３回溶接し、本溶接ではＳ３の溶接走査により溶接部１５を片道１回溶接するので、溶接部１５をその全長に亘って均一に溶接でき、溶接品質を向上することができる。
【００２９】
（第２実施の形態）
図４乃至図６は、本発明の第２実施の形態を説明するクローズドデッキ型シリンダブロックの要部の構成を示すもので、図４はトップデッキ側から見た平面図、図５は図４のＩＩ−ＩＩ線断面図、図６は図４のＡ部拡大図である。
【００３０】
この架橋構造体は、エンジンのクローズドデッキ型シリンダブロック２１であり、金属構造体であるオープンデッキ型シリンダブロック２２に形成された隙間部であるウォータジャケット２３の上端部に、金属ピースであるブリッジ材２４を圧入し、このブリッジ材２４を電子ビームによりシリンダブロック２２に溶接して製造されたものである。
【００３１】
なお、本実施の形態におけるクローズドデッキ型シリンダブロック２１（オープンデッキ型シリンダブロック２２）は、ＡＤＣ１２で形成されている。また、ブリッジ材２４は、ＡＤＣ１２とほぼ同等の強度を有する固溶強化型合金であるＡ５０５６で形成され、その幅Ｗ及び長さＬは１２．３ｍｍ、溶け込み深さは９ｍｍとなっている。
【００３２】
本実施の形態では、第１実施の形態と同様にして、ブリッジ材２４をオープンデッキ型シリンダブロック２２に溶接する。即ち、ブリッジ材２４の両側のウォータジャケット２３に接しないシリンダブロック２２との境界部をそれぞれ溶接部２５とし、各溶接部２５の長さ方向中央部の同一点Ｓを溶接始点及び溶接終点として、図３に示したスロープイン溶接によるＳ１及びＳ２の溶接走査と、本溶接によるＳ３の溶接走査と、スロープアウト溶接によるＳ４及びＳ５の溶接走査とを順次に行って、ブリッジ材２４をオープンデッキ型シリンダブロック２２に溶接する。
【００３３】
ここで、電子ビームによる溶接走査Ｓ１〜Ｓ５の溶接条件は、例えば下表のように設定する。
【００３４】
【表１】
0004680534.tif 000002
【００３５】
このように、スロープイン溶接およびスロープアウト溶接における走査速度を本溶接における走査速度よりも速くして、単位時間当たりの入熱量（入力エネルギー）を本溶接時の１／５とすることで、溶接部２５に応力集中を招くような凹部などの欠陥や、ウォータジャケット２３への溶融金属の流れ落ちによる凹部のない良好なクローズドデッキ型シリンダブロック２１を簡単に製造することができる。
【００３６】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、溶接始点及び溶接終点は、溶接部の長さ方向中央部に限らず、溶接部の両端以外の任意の位置に設定することができると共に、それらの位置も同一位置に限らず、近接して設定することもできる。また、スロープイン溶接およびスロープアウト溶接における溶接条件は、本溶接における入力エネルギー以下の条件で、異ならせることもできる。また、第２実施の形態では、走査速度に代えて、或いは走査速度と共に溶接電流値を制御して、スロープイン溶接及びスロープアウト溶接における入力エネルギーを本溶接時よりも低くすることもできる。更に、本発明は、クローズドデッキ型シリンダブロックの製造時の溶接に限らず、架橋構造体の製造時の溶接に広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１実施の形態を説明するための架橋構造体の部分平面図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ線断面図である。
【図３】第１実施の形態における溶接走査を説明するための図である。
【図４】本発明の第２実施の形態を説明するクローズドデッキ型シリンダブロックの要部の構成を示すトップデッキ側から見た平面図である。
【図５】図４のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図６】図４のＡ部拡大図である。
【図７】従来の溶接方法を説明するための架橋構造体の部分平面図である。
【図８】図７のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図９】図７の溶接方法による溶接部を隙間部側から見た部分拡大側面図である。
【図１０】図７の溶接方法の改良案を説明するための架橋構造体の部分平面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１    架橋構造体
２    金属構造体
３    隙間部
４    金属ピース
５    位置決め用溝
１１、１２、１３    境界部
１５    溶接部
２１    クローズドデッキ型シリンダブロック（架橋構造体）
２２    オープンデッキ型シリンダブロック（金属構造体）
２３    ウォータジャケット（隙間部）
２４    ブリッジ材（金属ピース）
２５    溶接部
Ｓ      溶接始点・溶接終点
Ｓａ    一端
Ｓｂ    他端
Ｓ１〜Ｓ５    溶接走査
【図１】
0004680534.tif 000003
【図２】
0004680534.tif 000004
【図３】
0004680534.tif 000005
【図４】
0004680534.tif 000006
【図５】
0004680534.tif 000007
【図６】
0004680534.tif 000008
【図７】
0004680534.tif 000009
【図８】
0004680534.tif 000010
【図９】
0004680534.tif 000011
【図１０】
0004680534.tif 000012