(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開先形状を有する穴を備えたバネ鋼板の第１母材と、前記穴に貫通する炭素鋼管の第２母材とよりなり、前記第１母材の穴に貫通した第２母材の先端側の第１母材の外側と、この外側とは反対側の内側とで前記第２母材の外周と第１母材の穴とをアーク溶接により３層の肉盛りによって溶接するにおいて、
第１層については全周溶接の中で初め部と残余部との溶接速度は外側及び内側のいずれも最適な同一速度とし、溶接電流を初め部では外側及び内側のいずれも最適な同一電流で残余部では外側及び内側のいずれも初め部の溶接電流より低電流とし、アーク電圧を初め部では外側及び内側のいずれも最適な同一電圧で残余部では外側及び内側のいずれも初め部の電圧より低電圧とし、
第２層については全周溶接の中で初め部と残余部との溶接速度は外側及び内側のいずれも前記第１層の溶接速度より早い同一速度とし、溶接電流を外側は初め部では前記第１層の初め部の溶接電流より低電流とし、残余部では前記第１層の初め部の溶接電流より高電流とし、内側は初め部と残余部のいずれも前記外側の残余部の溶接電流と同一電流とし、アーク電圧を外側は初め部では前記第１層の初め部のアーク電圧より低電圧とし、残余部では前記第１層の初め部のアーク電圧より高電圧とし、内側は初め部と残余部のいずれも前記外側の残余部の電圧と同一電圧とし、
第３層については全周溶接の中で溶接速度は外側の初め部は前記第１層の溶接速度より低速度で、残余部は前記第１層の溶接速度と同一速度とし、溶接電流を外側は初め部では前記第２層の内側の溶接電流と同一電流とし、残余部では前記第２層の内側の溶接電流より高電流とし、内側は初め部では前記外側の始め部の溶接電流より高電流とし、残余部では前記外側の残余部の溶接電流と同一電流とし、アーク電圧を外側は初め部では前記第２層の内側のアーク電圧と同一電圧とし、残余部では前記外側の始め部の電圧より高電圧とし、内側は初め部では前記外側の始め部の電圧より高電圧とし、残余部では前記外側の残余部の電圧と同一電圧としたことを特徴とする炭素鋼の溶接方法。
【請求項２】
開先形状を有する穴を備えたバネ鋼板の第１母材と、前記穴に貫通する炭素鋼管の第２母材とよりなり、前記第１母材の穴に貫通した第２母材の先端側の第１母材の外側と、この外側とは反対側の内側とで前記第２母材の外周と第１母材の穴とをアーク溶接により３層の肉盛りによって溶接するにおいて、
第１層については全周溶接の中で初め部と残余部との溶接速度は４０ｃｍ±３ｃｍ／ｍｉｎとし、溶接電流を初め部では外側及び内側のいずれも２７０Ａ±５Ａで残余部では外側及び内側のいずれも２４０Ａ±５Ａとし、アーク電圧を初め部では外側及び内側のいずれも３０Ｖ±１Ｖで残余部では外側及び内側のいずれも２８Ｖ±１Ｖとし、
第２層については全周溶接の中で初め部と残余部との溶接速度は外側及び内側のいずれも４５ｃｍ±３ｃｍ／ｍｉｎとし、溶接電流を外側は初め部では２６０Ａ±５Ａで残余部では２９０Ａ±５Ａとし、内側は初め部と残余部のいずれも２９０Ａ±５Ａとし、アーク電圧を外側は初め部では２９Ｖ±１Ｖでと残余部では３１Ｖ±１Ｖとし、内側は初め部と残余部のいずれも３１Ｖ±１Ｖとし、
第３層については全周溶接の中で溶接速度は外側の初め部は３５ｃｍ±３ｃｍ／ｍｉｎで、残余部は４０ｃｍ±３ｃｍ／ｍｉｎとし、溶接電流を外側は初め部では２９０Ａ±５Ａで残余部では３１０Ａ±５Ａとし、内側は初め部では３００Ａ±５Ａで残余部では３１０Ａ±５Ａとし、アーク電圧を外側は初め部では３１Ｖ±１Ｖで残余部では３５Ｖ±１Ｖとし、内側は初め部では３３Ｖ±１Ｖで残余部では３５Ｖ±１Ｖとしたことを特徴とする炭素鋼の溶接方法。
【請求項３】
第１母材の穴の開先角度を５０°前後としたことを特徴とする請求項１及び請求項２に記載の炭素鋼の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭素鋼の溶接方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車体に遠心力が作用した場合、車体のローリングを少なくして走行安定性を向上する目的でサスペンションにスタビライザが取り付けられている。このスタビライザは図３で示すように、左右一対のバネ鋼板１の先端間に炭素鋼管４を溶接した構造であり、バネ鋼板１の先端間の炭素鋼管４がローリングを抑制する有効部としている。
【０００３】
前記バネ鋼板１と炭素鋼管４との溶接は図４にも示すように、バネ鋼板１の先端の両側面に外側開先３０ａ、内側３０ｂを有する穴２を備え、この穴２に炭素鋼管４の端部を貫通し、炭素鋼管４の先端側の外側Ａと、この外側Ａとは反対側の内側Ｂとで炭素鋼管４の外周と穴２とをアーク溶接により外側溶接５０及び内側溶接６０を施している。
【０００４】
前記外側溶接５０及び内側溶接６０のいずれも第１層外側ビード５０ａ、内側ビード６０ａ、第２層外側ビード５０ｂ、内側ビード６０ｂ及び第３層外側ビード５０ｃ、内側ビード６０ｃの３層の肉盛りによって溶接されている。これら３層の溶接条件としては下記のように設定されていた。
0003880764.tif 000002
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来では、第１層外側ビード５０ａと内側ビード６０ａとの間にルート残り１００が発生し、また、前記従来の溶接条件では第２層外側ビード５０ｂ、内側ビード６０ｂには境界割れ７０やピンホール８０が生じる。特に内側Ｂよりも大きく温度上昇下降して熱膨脹収縮する外側Ａの第２層外側ビード５０ｂの方が境界割れが多く見られる。同様に第３層外側ビード５０ｃ、内側ビード６０ｃにも境界割れが生じることもあるが、治具等の関係もあるがオーバラップ９０の未溶着が生じ、これも内側Ｂよりも大きく温度上昇下降して熱膨脹収縮する外側Ａの第３層外側ビード５０ｂの方がオーバラップ９０が多く見られる。よって、従来の炭素鋼の溶接方法では溶接結合強度や品質に影響を及ぼしていた。
【０００６】
本発明は、溶接結合強度や品質を向上した炭素鋼の溶接方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため本発明は、開先形状を有する穴を備えたバネ鋼板の第１母材と、前記穴に貫通する炭素鋼管の第２母材とよりなり、前記第１母材の穴に貫通した第２母材の先端側の第１母材の外側と、この外側とは反対側の内側とで前記第２母材の外周と第１母材の穴とをアーク溶接により３層の肉盛りによって溶接するにおいて、第１層については全周溶接の中で初め部と残余部との溶接速度は外側及び内側のいずれも最適な同一速度とし、溶接電流を初め部では外側及び内側のいずれも最適な同一電流で残余部では外側及び内側のいずれも初め部の溶接電流より低電流とし、アーク電圧を初め部では外側及び内側のいずれも最適な同一電圧で残余部では外側及び内側のいずれも初め部の電圧より低電圧とし、第２層については全周溶接の中で初め部と残余部との溶接速度は外側及び内側のいずれも前記第１層の溶接速度より早い同一速度とし、溶接電流を外側は初め部では前記第１層の初め部の溶接電流より低電流とし、残余部では前記第１層の初め部の溶接電流より高電流とし、内側は初め部と残余部のいずれも前記外側の残余部の溶接電流と同一電流とし、アーク電圧を外側は初め部では前記第１層の初め部のアーク電圧より低電圧とし、残余部では前記第１層の初め部のアーク電圧より高電圧とし、内側は初め部と残余部のいずれも前記外側の残余部の電圧と同一電圧とし、第３層については全周溶接の中で溶接速度は外側の初め部は前記第１層の溶接速度より低速度で、残余部は前記第１層の溶接速度と同一速度とし、溶接電流を外側は初め部では前記第２層の内側の溶接電流と同一電流とし、残余部では前記第２層の内側の溶接電流より高電流とし、内側は初め部では前記外側の始め部の溶接電流より高電流とし、残余部では前記外側の残余部の溶接電流と同一電流とし、アーク電圧を外側は初め部では前記第２層の内側のアーク電圧と同一電圧とし、残余部では前記外側の始め部の電圧より高電圧とし、内側は初め部では前記外側の始め部の電圧より高電圧とし、残余部では前記外側の残余部の電圧と同一電圧としたことを特徴とするものである。
【０００８】
また、開先形状を有する穴を備えたバネ鋼板の第１母材と、前記穴に貫通する炭素鋼管の第２母材とよりなり、前記第１母材の穴に貫通した第２母材の先端側の第１母材の外側と、この外側とは反対側の内側とで前記第２母材の外周と第１母材の穴とをアーク溶接により３層の肉盛りによって溶接するにおいて、第１層については全周溶接の中で初め部と残余部との溶接速度は４０ｃｍ±３ｃｍ／ｍｉｎとし、溶接電流を初め部では外側及び内側のいずれも２７０Ａ±５Ａで残余部では外側及び内側のいずれも２４０Ａ±５Ａとし、アーク電圧を初め部では外側及び内側のいずれも３０Ｖ±１Ｖで残余部では外側及び内側のいずれも２８Ｖ±１Ｖとし、  第２層については全周溶接の中で初め部と残余部との溶接速度は外側及び内側のいずれも４５ｃｍ±３ｃｍ／ｍｉｎとし、溶接電流を外側は初め部では２６０Ａ±５Ａで残余部では２９０Ａ±５Ａとし、内側は初め部と残余部のいずれも２９０Ａ±５Ａとし、アーク電圧を外側は初め部では２９Ｖ±１Ｖでと残余部では３１Ｖ±１Ｖとし、内側は初め部と残余部のいずれも３１Ｖ±１Ｖとし、第３層については全周溶接の中で溶接速度は外側の初め部は３５ｃｍ±３ｃｍ／ｍｉｎで、残余部は４０ｃｍ±３ｃｍ／ｍｉｎとし、溶接電流を外側は初め部では２９０Ａ±５Ａで残余部では３１０Ａ±５Ａとし、内側は初め部では３００Ａ±５Ａで残余部では３１０Ａ±５Ａとし、アーク電圧を外側は初め部では３１Ｖ±１Ｖで残余部では３５Ｖ±１Ｖとし、内側は初め部では３３Ｖ±１Ｖで残余部では３５Ｖ±１Ｖとしたことを特徴とするものである。
【０００９】
前記した第１母材の穴の開先角度を５０°前後としたことを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１において、１はバネ鋼板の第１母材であり、４は炭素鋼管の第２母材である。前記第１母材のバネ鋼板１には穴２を有しており、この穴２に前記第２母材の炭素鋼管４が貫通され第炭素鋼管４の先端側のバネ鋼板１の外側Ａと、この外側Ａとは反対側の内側Ｂとで炭素鋼管４の外周とバネ鋼板１の穴２とをアーク溶接により３層の外側溶接５及び内側溶接６の肉盛りによって溶接している。尚、１例ではあるが、前記バネ鋼板１の厚みＤ１は２０ｍｍ、炭素鋼管４の肉厚Ｄ２は１２〜１５ｍｍで穴２の貫通部位の径Ｄ３は１００φであり、穴２より貫通突出した炭素鋼管４の突出長さＬは１０ｍｍである。
【００１１】
前記外側溶接５及び内側溶接６の肉盛りはバネ鋼板１の穴２に形成した外側開先３ａ及び内側開先３ｂと炭素鋼管４の外周囲との間で第１層外側ビード５ａ、第２層外側ビード５ｂ、第３層外側ビード５ｃ及び第１層内側ビード６ａ、第２層内側ビード６ｂ第３層内側ビード６ｃによって外側Ａと内側Ｂとのそれぞれが３層の肉盛りによって溶接されている。この構成としてはスタビライザの左右一対のバネ鋼板１の先端間に炭素鋼管４を溶接した従来例と同様であるが、本発明は下記のような穴２の開先角度θと３層の溶接条件として従来の問題点を解消したものである。
【００１２】
すなわち、穴２の開先角度θは外側開先３ａ及び内側開先３ｂのいずれにおいても５０°前後とし、好ましくは５０°に設定する。また、３層の溶接条件は下記の通りとする。
【００１３】
［第１層目］
〔外側〕                初め部Ｓ１      残余部Ｓ２
溶接電流（Ａ）              ２７０±５      ２４０±５
アーク電圧（Ｖ）              ３０±１Ｖ      ２８±１Ｖ
溶接速度（ｃｍ／ｍｉｎ）      ４０±３        ４０±３
ウィービング幅（ｍｍ）          ２±０．５      ２±０．５
ウィービング回数（ｃｐｍ）  １８０±３        １８０±３
［第１層目］
〔内側〕                初め部Ｓ１      残余部Ｓ２
溶接電流（Ａ）              ２７０±５      ２４０±５
アーク電圧（Ｖ）              ３０±１Ｖ      ２８±１Ｖ
溶接速度（ｃｍ／ｍｉｎ）      ４０±３        ４０±３
ウィービング幅（ｍｍ）          ２±０．５      ２±０．５
ウィービング回数（ｃｐｍ）  １８０±３      １８０±３
［第２層目］
〔外側〕                初め部Ｓ１      残余部Ｓ２
溶接電流（Ａ）              ２６０±５      ２９０±５
アーク電圧（Ｖ）              ２９±１Ｖ      ３１±１Ｖ
溶接速度（ｃｍ／ｍｉｎ）      ４５±３        ４５±３
ウィービング幅（ｍｍ）          ３±０．５      ４±０．５
ウィービング回数（ｃｐｍ）  １２０±３      １２０±３
［第２層目］
〔内側〕                初め部Ｓ１      残余部Ｓ２
溶接電流（Ａ）              ２９０±５      ２９０±５
アーク電圧（Ｖ）              ３１±１Ｖ      ３１±１Ｖ
溶接速度（ｃｍ／ｍｉｎ）      ４５±３        ４５±３
ウィービング幅（ｍｍ）          ３±０．５      ４±０．５
ウィービング回数（ｃｐｍ）  １２０±３      １２０±３
［第３層目］
〔外側〕                初め部Ｓ１      残余部Ｓ２
溶接電流（Ａ）              ２９０±５      ３１０±５
アーク電圧（Ｖ）              ３１±１Ｖ      ３５±１Ｖ
溶接速度（ｃｍ／ｍｉｎ）      ３５±３        ４０±３
ウィービング幅（ｍｍ）          ４±０．５      ６±０．５
ウィービング回数（ｃｐｍ）    ６０±３        ６０±３
［第３層目］
〔内側〕                初め部Ｓ１      残余部Ｓ２
溶接電流（Ａ）              ３００±５      ３１０±５
アーク電圧（Ｖ）              ３３±１Ｖ      ３５±１Ｖ
溶接速度（ｃｍ／ｍｉｎ）      ４０±３        ４０±３
ウィービング幅（ｍｍ）          ４±０．５      ６±０．５
ウィービング回数（ｃｐｍ）    ６０±３        ６０±３
尚、第１層目の溶接開始時点では予め余熱を付与しておくことは従前通りである。前記初め部Ｓ１と残余部Ｓ２については図２で示すように、０点を溶接開始、終点とした場合に初め部Ｓ１は炭素鋼管４の全周溶接の中で１／３周（１２０゜）であり、残余部Ｓ２は前記初め部Ｓ１に続いて終点までの２／３周（２４０゜）であるが、多少増減することもありこれに限定されるものではない。
【００１４】
上記の溶接条件において第１層目の溶接電流を従来では外内側共全周に渡って２４０Ａ±５Ａであったが初め部Ｓ１にルート割れが発生し、２８０Ａ±５Ａではビード内微細凝固割れが発生するため、初め部Ｓ１は中間値で安全側の２７０Ａ±５Ａに設定し、残余部Ｓ２はこれより低電流の２４０Ａ±５Ａに設定したことによりルート割れを抑止した。また、穴２の開先角度θを外側開先３ａ及び内側開先３ｂのいずれにおいても５０°前後とし、好ましくは５０°に設定することにより外側ビード５ａと内側ビード６ａとの間にルート残り１００の発生を抑制するものである。
【００１５】
第２層目の溶接条件においては、従来では外内側共全周に渡って２９０Ａ±５Ａであったが外側Ａの初め部Ｓ１のビード盛り上がりが大きくなるため、外側Ａの初め部Ｓ１のみ約１０％下げた２６０Ａ±５Ａに設定したことによりビード盛り上がりを抑制し、境界割れやピンホールの発生を抑止した。
【００１６】
第３層目の溶接条件においては、従来では外内側共全周に渡って溶接電流、アーク電圧、溶接速度の設定は３１０Ａ±５Ａ，３５Ｖ±１Ｖ、３５ｃｍ±３ｃｍ／ｍｉｎであり、初め部Ｓ１のビードの盛り上がりが大きく境界割れが発生し、２８０Ａ±５Ａでは溶け込みが浅いため、内側Ｂの初め部Ｓ１は電流値を３１０Ａ±５Ａと２８０Ａ±５Ａの中間の３００Ａ±５にし、溶接速度を４０ｃｍ±３ｃｍ／ｍｉｎに上げて設定したことによりや境界割れを抑制し良好な溶け込みとし、また外側Ａについては従来の条件では溶接条件でオーバラップの未溶着や境界割れが生じていたが、本発明においては初め部Ｓ１の電流値を２９０Ａ±５Ａに下げ、溶け込みの確保のために溶接速度を３５ｃｍ±３ｃｍ／ｍｉｎのままに設定したことによりオーバラップの未溶着や境界割れを抑止した。
【００１７】
尚、本発明の実施形態においてスタビライザのバネ鋼板１と炭素鋼管４との溶接について説明したがこれに限定するものではなく、炭素鋼の各種のワーク等の溶接に適用することができる。
【００１８】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によると、炭素鋼材をアーク溶接により３層の肉盛りによって溶接するにおいて、溶接電流、アーク電圧及び溶接速度を外側及び内側と溶接初め部及び残余部について特定の溶接条件に設定することにより、従来の問題点を解消し溶接結合強度や品質を向上し従来の問題点を解消した炭素鋼の溶接方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の溶接部位の断面図
【図２】本発明の溶接部位の外側の端面図
【図３】スタビライザの斜視図
【図４】従来の溶接部位の断面図
【符号の説明】
１      バネ鋼板
２      穴
３ａ    外側開先
３ｂ    内側開先
４      炭素鋼管
５      外側溶接
６      内側溶接
【図１】
0003880764.tif 000003
【図２】
0003880764.tif 000004
【図３】
0003880764.tif 000005
【図４】
0003880764.tif 000006