(57)【要約】【課題】  推進軸を構成する高張力鋼管へのバランスウェイト溶接を、同一の溶接装置により前段溶接と後段溶接とから成る一対の溶接処理にて行い、溶接部の残留応力の除去及び熱影響部硬さの低減を図り、捻り疲労強度の向上を図ることができる推進軸のバランスウェイト溶接方法を提供する。【解決手段】  高張力鋼管１１の両端に継手部材１２、１３を溶接した推進軸１４の高張力鋼管の表面にバランスウェイト１５、１６を抵抗溶接により溶接する推進軸のバランスウェイト溶接方法であって、電流値を５ｋＡ〜２０ｋＡ、且つ通電時間を１５サイクル〜４０サイクルとした前段溶接と、電流値を６ｋＡ〜２４ｋＡ、且つ通電時間を５０サイクル〜１２０サイクルとした後段溶接とから成る一対の溶接処理を同一の溶接装置により行う。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高張力鋼管の両端に継手部材を溶接した推進軸の前記高張力鋼管の表面にバランスウェイトを抵抗溶接により溶接する推進軸のバランスウェイト溶接方法であって、
電流値を５ｋＡ〜２０ｋＡ、且つ通電時間を１５サイクル〜４０サイクルとした前段溶接と、電流値を６ｋＡ〜２４ｋＡ、且つ通電時間を５０サイクル〜１２０サイクルとした後段溶接とから成る一対の溶接処理を同一の溶接装置により行う
ことを特徴とする推進軸のバランスウェイト溶接方法。
【請求項２】
前記後段溶接は、前段溶接後１サイクル以上のクール時間後に行うことを特徴とする請求項１記載の推進軸のバランスウェイト溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高張力鋼管の両端に継手部材が溶接され、回転の不釣り合いを調整するバランスウェイトが取り付けられた推進軸であって、捻り疲労強度特性に優れた推進軸のバランスウェイト溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のエンジンの駆動力を変速機から終減速装置に伝達する推進軸（プロペラシャフト）は、例えば、図３に示すように鋼管１の一側端に継手部材としてのジョイント２が、他側端に滑り継手（スプライン）３が溶接されて２継手形推進軸４が構成されている。推進軸４は、鍛造品であるジョイント２、滑り継手３の重量バランス、溶接部の肉盛りの不均一等に起因する不釣り合いや取付部の偏心により振れ回り運動をしており、不釣り合いに起因する車体振動やこもり音、各部共振による破損の防止のため不釣り合いを極力少なくすることが必要であり、特に、高速回転時に振動が少ないことが重要である。不釣り合いの修正は、図示のような２継手形推進軸４では２箇所で行われ、鋼管１のジョイント２側端部近傍及び滑り継手３側端部近傍の表面に夫々バランスウェイト５、６を取り付けて周方向の重量バランス調整が行われる。バランスウェイト５、６は、プロジェクション部（突起部）５ａ、６ａが鋼管１の表面に加圧された状態でプロジェクション溶接、スポット溶接等の電気抵抗溶接により溶接される。
【０００３】
推進軸４は、軽量化（薄肉化）、コストの低減を図るために鋼管１の材料として高張力鋼管（ハイテン材）が採用されているが、薄肉化により捻り疲労の最弱部がバランスウェイト溶接部となり、捻り疲労強度が低下して溶接部に亀裂７が発生することがある。疲労強度の低下の原因としては、バランスウェイト５、６を鋼管１にプロジェクション溶接やスポット溶接による溶接部の急加熱、急冷による引張残留応力等の影響によるものである。
【０００４】
そこで、捻り疲労改善対策として、バランスウェイト溶接後、溶接部を局所的あるいは推進軸全体を５５０℃〜８５０℃に加熱（後熱処理）する方法（例えば、特許文献１参照。）、バランスウェイトのプロジェクション溶接による残留応力等の発生軽減のため、鋼管材料の低炭素化、バランスウェイト材料も引張強さ７０kgf/mm2以上のものを使用し、短時間接合する方法（例えば、特許文献２参照。）等が提案されている。
【特許文献１】特開平６−２４６４４０号公報
【特許文献２】特許第３１８７２７４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特開平６−２４６４４０号公報に開示されている方法は、鋼管にバランスウェイトを溶接する設備とは別に後熱処理をするための熱源及び設備を設けて、バランスウェイトの溶接部を加熱しなければ後熱効果がなく、捻り疲労強度の向上を図ることができず、設備費、工程時間が大幅に増加してコストアップになるという問題がある。
また、特許第３１８７２７４号に開示されている方法は、短時間接合であり、接合部の信頼性が低く、捻り疲労強度にバラツキが大きく接合部の信頼性が低い。バランスウェイトの高張力鋼化は、材料費の増加、他の材質のバランスウェイトと混ざらないように管理が必要である等の問題がある。
【０００６】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、推進軸を構成する高張力鋼管へのバランスウェイト溶接を、同一の溶接装置により前段溶接と後段溶接とから成る一対の溶接処理にて行い、溶接部の残留応力の除去及び熱影響部硬さの低減を図り、捻り疲労強度の向上を図ることができる推進軸のバランスウェイト溶接方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、高張力鋼管の両端に継手部材を溶接した推進軸の前記高張力鋼管の表面にバランスウェイトを抵抗溶接により溶接する推進軸のバランスウェイト溶接方法であって、電流値を５ｋＡ〜２０ｋＡ、且つ通電時間を１５サイクル〜４０サイクルとした前段溶接と、電流値を６ｋＡ〜２４ｋＡ、且つ通電時間を５０サイクル〜１２０サイクルとした後段溶接とから成る一対の溶接処理を同一の溶接装置により行うことを特徴としている。
【０００８】
バランスウェイトのプロジェクション溶接を、前段溶接と後段溶接とから成る一対の溶接処理を同一の溶接装置にて実施し、前段溶接によりバランスウェイトのプロジェクション部を高張力鋼管に溶着し、後段溶接により溶接部（ナゲット）と母材としての高張力鋼管との間に後熱効果部を形成する。前段溶接及び後段溶接の各溶接条件を最適化することで、溶接部の残留応力及び熱影響部硬さを低減することができる。
【０００９】
そして、前段溶接の条件は、電流値を大きく、通電時間を短くしてバランスウェイトのプロジェクション部の溶接面積を小さくして高張力鋼管への影響を少なくし、後段溶接の条件は、前段溶接よりも電流値を小さく、通電時間を長くして溶接部の後熱効果部の均一な移熱効果を得るようにしている。
請求項２の発明は、前記後段溶接は、前段溶接後１サイクル以上のクール時間後に行うことを特徴としている。
【００１０】
前段溶接後、１サイクル以上のクール時間をおいて後段溶接を行うことで、前段溶接によるバランスウェイトのプロジェクション部の溶接と後段溶接による溶接部の後熱効果とを分けて前段溶接による後熱効果への影響をなくす。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、バランスウェイトのプロジェクション溶接を、前段溶接と後段溶接とから成る一対の溶接処理を同一の溶接装置にて実施し、前段溶接及び後段溶接の各溶接条件を最適化することで、溶接部は、後熱効果により残留応力及び熱影響部硬さを低減することができ、溶接割れ及び捻り疲労強度の向上を図ることができる。
そして、前段溶接は、電流値を大きく、通電時間を短くすることで、バランスウェイトのプロジェクション部の溶接面積を小さくして、母材である高張力鋼管への影響を少なくすることができ、後段溶接は、前段溶接よりも電流値を小さく、通電時間を長くすることで、溶接部の後熱効果部の均一な移熱効果を得ることができ、バランスウェイトの溶接部の残留応力の除去、熱影響部硬さの低減をバラツキなく安定して実施することができる。
【００１２】
また、同一の溶接設備にて短時間の後段溶接工程を実施するだけでよく、設備の増設の必要がなく、現状のライン設備、冶具を使用してインライン化で行うことができ、バランスウェイト材料も変更がないためにコストアップも殆どない。
請求項２の発明によれば、前段溶接後１サイクル以上のクール時間をおいて後段溶接を行うことで、前段溶接によるバランスウェイトのプロジェクション部の溶接と後段溶接によるナゲットの後熱効果とを分けることができ、前段溶接による後熱効果への影響をなくすことができ、良好な後熱効果部を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明者は、上記の問題を解決するために高張力鋼管の両端に継手部材を溶接し、前記高張力鋼管に電気抵抗溶接（プロジェクション溶接）によりバランスウェイトを溶接した推進軸における前記バランスウェイトの溶接部の溶接割れ及び捻り疲労強度に及ぼす影響に関して種々研究し、以下の知見を得た。
バランスウェイトのプロジェクション溶接は、従来から１回通電にて実施されているが、前段溶接（通電Ｉ）と後段溶接（通電II）とから成る一対の溶接処理を同一の溶接装置にて実施し、前段溶接によりバランスウェイトのプロジェクション部（突起部）を高張力鋼管に溶着し、後段溶接により溶接部（ナゲット）と高張力鋼管（母材）との間に後熱効果部を形成する。そして、前段溶接及び後段溶接の各溶接条件を最適化することで、溶接部は、後熱効果により残留応力及び熱影響部硬さが低減し、溶接割れ及び捻り疲労強度が改善される。
【００１４】
前段溶接の条件は、電流値を大きく、通電時間を短くし、具体的には、電流値を５ｋＡ〜２０ｋＡ、通電時間を１５サイクル〜４０サイクルとして、バランスウェイトのプロジェクション部の溶接面積を小さくして、高張力鋼管への影響を少なくする。また、後段溶接の条件は、前段溶接よりも電流値を小さく、通電時間を長くし、具体的には、電流値を６ｋＡ〜２４ｋＡ、通電時間を５０サイクル〜１２０サイクルとして、溶接部の後熱効果部の均一な移熱効果を得る。
【００１５】
更に、前段溶接後１サイクル以上のクール時間をおいて後段溶接を行い、前段溶接によるバランスウェイトのプロジェクション部の溶接処理と後段溶接による溶接部の後熱効果処理とを分けて前段溶接による後熱効果への影響をなくす。
尚、前段溶接は、バランスウェイトのプロジェクション部の溶接であり、後段溶接は、溶接部の後熱効果部を得るためのもので厳密には溶接とは異なるものであるが後段溶接と称する。
【実施例】
【００１６】
（１）使用した部材
推進軸の中空鋼管として、
材質：引張強さ735 ＭＰａ級高張力鋼管
サイズ：φ114.3 ｍｍ×４ ｍｍ（肉厚）
を用い、
バランスウェイトとして、
材質：引張強さ270 ＭＰａ級鋼板（軟鋼材）
サイズ：板厚2.3 ｍｍ、長さ14〜83.5×幅４０ ｍｍ
プロジェクション部：φ5.5 ｍｍ×高さ1.1 ｍｍ×２個
を用いた。
【００１７】
（２）捻り疲労試験
図１に示すように（１）の高張力鋼管１１の両端に継手部材としてのジョイント１２、滑り継手１３を溶接して推進軸１４を構成し、高張力鋼管１１のジョイント１２側端部近傍及び滑り継手１３側端部近傍の表面に夫々（１）のバランスウェイト１５、１６を、プロジェクション部（突起部）１５ａ、１６ａに10kgf〜1000kgfの加圧力を加えてプロジェクション溶接により溶接した推進軸モデル２０を１１体（試験体Ａ〜Ｋ）を製作した。図２は、図１の溶接部の拡大断面図である。
【００１８】
バランスウェイト１５、１６の溶接は、前段溶接（通電Ｉ）と後段溶接（通電II）各１回の２回通電とし、前段溶接の条件は、電流値を５ｋＡ〜２０ｋＡの範囲、通電時間を１５サイクル〜４０サイクルの範囲、後段溶接の条件は、電流値を６ｋＡ〜２４ｋＡの範囲、通電時間を５０サイクル〜１２０サイクルの範囲とした。
捻り疲労試験機は、電気油圧式捻り疲労試験機を用い、負荷トルク一定にて試験体Ａ〜Ｋの捻り疲労試験を行った。また、図２に砂地で示す溶接部（ナゲット）１７と高張力鋼管１１との間に形成される後熱効果部１８の×印で示す部位における熱影響部硬さ（ＨＶ）を測定した。その結果を表１に示す。
【００１９】
（３）試験結果
実施例Ａ〜Ｅは、前段溶接及び後段溶接の条件が本発明で規定した範囲内であり、疲労寿命の繰り返し数が４０万回以上であり、破損部位がジョイント部であった。これは、溶接部１７の強度が十分にあり、且つ後熱効果部１８に均一な移熱効果が得られた結果、溶接部１７の捻り疲労強度が増し、ジョイント１２が破損したものである。このように、バランスウェイト１５、１６と高張力鋼管１１との溶接部の接合強度を向上させることができ、バランスウェイト接合部の捻り疲労強度を大きく改善することができる。
【００２０】
実施例Ａは、前段溶接の電流値を大きく、通電時間を短くしたことでバランスウェイトのプロジェクション部の溶接面積が小さくなって高張力鋼管（母材）１１への影響が少なく、後段溶接の電流値を前段溶接よりも小さくし（約７５％）、通電時間を前段溶接よりも長く（約５倍）としたことで後熱効果部の均一な移熱効果が得られ、溶接部の捻り疲労強度が高くなってジョイント部で破損した。疲労寿命の繰り返し数も６３万回と最も長寿命であった。従って、実施例Ａは、前段溶接及び後段溶接の条件が最適条件に近いものと推定される。
【００２１】
実施例Ｂと実施例Ｃは、前段溶接及び後段溶接の条件が近似しており、疲労寿命の繰り返し数も近似した４０万回、４２万回であった。実施例Ｄは、前段溶接条件が実施例Ａと同じであり、後段溶接において通電時間も同じであるが、電流値が実施例Ａの電流値の半分であったために後熱効果に差が生じたもので、疲労寿命の繰り返し数は、実施例Ａに次ぐ４５万回であった。
【００２２】
実施例Ｅは、前段溶接の電流値が実施例Ｄの電流値の半分、通電時間が約２倍であり、後段溶接の電流値が実施例Ｄの４倍、通電時間が半分であり、前段及び後段の溶接条件が実施例Ｄの場合と異なるものであったが、疲労寿命の繰り返し数が４３万回と実施例Ｄと略同様の結果が得られた。
比較例Ｆは、疲労寿命の繰り返し数が３３万回、破損部位がバランスウェイト部（溶接部）１５であった。これは、前段溶接条件が実施例Ｅと同じであるが、後段溶接の電流値が実施例Ｅの半分であるために通電時間を２倍にしても後熱効果が不十分となり、捻り疲労強度が低く、バランスウェイト部で破損した。
【００２３】
比較例Ｇは、疲労寿命の繰り返し数が２０万回と実施例Ｂ〜Ｅの半分程度であり、破損部位がバランスウェイト部であった。これは、前段溶接の条件が実施例Ｂと同じであり、後段溶接の電流値も略同じであるが、通電時間が実施例Ｂの１／３以下の２０サイクルと短いために後熱効果が不十分となり、溶接部の捻り疲労強度が低下してバランスウェイト部で破損した。
【００２４】
比較例Ｈは、疲労寿命の繰り返し数が１９万回と最も低く、破損部位がバランスウェイト部であった。これは、前段溶接の条件は実施例Ｂと同じであるが、前段溶接と後段溶接との間にクール時間が無いために後段溶接の際に前段溶接の影響を受け、しかも後段溶接の電流値が２ｋＡと極めて小さく且つ通電時間も２０サイクルと短いために後熱効果が不十分となり、溶接部の捻り疲労強度が低下してバランスウェイト部で破損した。
【００２５】
比較例Ｉは、疲労寿命の繰り返し数が２３万回と低く、破損部位がバランスウェイト部であった。これは、前段溶接の電流値が２０ｋＡ、通電時間が６０サイクルと実施例Ａ〜Ｄに比べて大きいために熱影響部の硬さが硬くなり、後段溶接の電流値が４ｋＡと小さく且つ通電時間も２０サイクルと短いために後熱効果が不十分となり、溶接部の捻り疲労強度が低下して、バランスウェイト部で破損した。
【００２６】
従来例Ｊ、Ｋは、前段溶接（１回の通電）のみによりプロジェクション溶接したもので、疲労寿命は比較例Ｇ、Ｉと略同じであるが、破損部位がバランスウェイト溶接部であった。これは、後段溶接が実施されないためにナゲットの後熱効果部が形成されず、溶接部の捻り疲労強度が低下してバランスウェイト部で破損した。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
表１から明らかなように、バランスウェイトのプロジェクション溶接において前段溶接と後段溶接の溶接処理を行い、前段溶接（通電Ｉ）は、電流値を５ｋＡ〜２０ｋＡ、且つ通電時間を１５サイクル〜４０サイクルの条件とし、後段溶接（通電II）は、電流値を６ｋＡ〜２４ｋＡ、且つ通電時間を５０サイクル〜１２０サイクルの条件として、前段溶接後１サイクル以上のクール時間をおいて後段溶接を行うことで、溶接部の残留応力の除去、熱影響部硬さの低減をバラツキなく安定して実施することができ、捻り疲労強度の向上を図ることができた。
【００２９】
また、同一の溶接設備にて短時間の後段溶接工程のみを実施するだけでよく、設備の増設の必要がなく、現状のライン設備、冶具を使用してインライン化で行うことができ、バランスウェイト材料（軟鋼材）も変更がないためにコストアップも殆どない。
尚、上記実施例においては、溶接処理を前段溶接と後段溶接とから成る一対の溶接処理とし、後段溶接を１回としたが、１回目の後段溶接の後に更に異なる条件（例えば、１回目の後段溶接に対して電流値を６ｋＡ〜２４ｋＡ、通電時間を５０サイクル〜１２０サイクルで２回目の後段溶接を行い後熱処理を実施してもよい。このように後段溶接を２回実施することで溶接部（ナゲット）の後熱効果を更に有効にすることが可能である。また、上記実施例ではプロジェクション溶接について説明したが、スポット溶接にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る推進軸のバランスウェイト溶接方法を適用した推進軸の斜視図である。
【図２】図１のバランスウェイトの溶接部の拡大断面図である。
【図３】従来の溶接方法によりバランスウェイトを溶接した推進軸の捻り疲労により亀裂が発生する場合の説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
１１  高張力鋼管
１２  ジョイント（継手部材）
１３  滑り継手（継手部材）
１４  推進軸
１５、１６  バランスウェイト
１５ａ、１６ａ  プロジェクション部
１７  溶接部
１８  後熱効果部
２０  推進軸モデル（試験体）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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