JP2001138055A - スタッド溶接による部材の接合方法 - Google Patents
スタッド溶接による部材の接合方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 溶接時の板状母材の熱変形などを有効に防止
することができ、仕上げなどの後加工も省け、しかも板
状母材の厚さ限界を一層小さくできるスタッド溶接によ
る部材接合方法を提供する。 【解決手段】 スタッド溶接を行うに先立って、スタッ
ド材２が接合される金属製板状母材１を複数層の金属積
層体１０で構成するとともに、その金属積層体１０の少
なくとも一つの層間における少なくともスタッド材溶接
対応領域Ｗに、厚さ方向での金属非接触部１Ｃ（１１
Ｃ）（２１Ｃ）を設ける。これにより、板状母材１の接
合反対面１ｂの窪み変形などが抑制される。
することができ、仕上げなどの後加工も省け、しかも板
状母材の厚さ限界を一層小さくできるスタッド溶接によ
る部材接合方法を提供する。 【解決手段】 スタッド溶接を行うに先立って、スタッ
ド材２が接合される金属製板状母材１を複数層の金属積
層体１０で構成するとともに、その金属積層体１０の少
なくとも一つの層間における少なくともスタッド材溶接
対応領域Ｗに、厚さ方向での金属非接触部１Ｃ（１１
Ｃ）（２１Ｃ）を設ける。これにより、板状母材１の接
合反対面１ｂの窪み変形などが抑制される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、各種機器のパネ
ル、パーソナルコンピュータ用ケース、さらには、カー
テンウォールなどの製造に用いられる溶接技術に関連
し、特に、薄肉の金属製板状母材に対して棒材やボルト
などの金属製スタッド材を接合・固定するために用いら
れるスタッド溶接による部材接合方法に関する。
ル、パーソナルコンピュータ用ケース、さらには、カー
テンウォールなどの製造に用いられる溶接技術に関連
し、特に、薄肉の金属製板状母材に対して棒材やボルト
などの金属製スタッド材を接合・固定するために用いら
れるスタッド溶接による部材接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、スタッド溶接は、図８に
示すように、アルミニウムないしはアルミニウム合金な
どからなる金属製の板状母材１０１の接合面１０１ａに
対してボルトなどのスタッド材１０２の基端を離間状態
に近接配置してアークを発生させ、板状母材１０１の熱
影響部１０３が適当な溶融状態になった時点で、スタッ
ド材１０２を板状母材１０１に押し付けて溶着させるも
ので、スタッド材１０２を板状母材１０１に比較的簡単
に固定させことができることから各種分野で採用されて
いる。
示すように、アルミニウムないしはアルミニウム合金な
どからなる金属製の板状母材１０１の接合面１０１ａに
対してボルトなどのスタッド材１０２の基端を離間状態
に近接配置してアークを発生させ、板状母材１０１の熱
影響部１０３が適当な溶融状態になった時点で、スタッ
ド材１０２を板状母材１０１に押し付けて溶着させるも
ので、スタッド材１０２を板状母材１０１に比較的簡単
に固定させことができることから各種分野で採用されて
いる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
スタッド溶接では、板状母材１０１の肉厚ｔが、例え
ば、１ｍｍにも満たない程度の薄肉であると、板状母材
１０１が溶接時に熱的な悪影響を受ける。つまり、スタ
ッド材１０２の接合反対面１０１ｂが溶接時に生じる熱
影響部１０３に近接しているために、溶接後の凝固収縮
により小さな窪み状の変形が生じやすい。その変形量ｄ
が小さくても、商品イメージを下げるものであれば、後
処理として、ヘアーライン加工などで変形を是正してい
る。
スタッド溶接では、板状母材１０１の肉厚ｔが、例え
ば、１ｍｍにも満たない程度の薄肉であると、板状母材
１０１が溶接時に熱的な悪影響を受ける。つまり、スタ
ッド材１０２の接合反対面１０１ｂが溶接時に生じる熱
影響部１０３に近接しているために、溶接後の凝固収縮
により小さな窪み状の変形が生じやすい。その変形量ｄ
が小さくても、商品イメージを下げるものであれば、後
処理として、ヘアーライン加工などで変形を是正してい
る。
【０００４】しかし、その変形量ｄが大きいと、ヘアー
ライン加工を繰り返さなければならず、それでも、変形
を是正できないこともある。とくに、板状母材１０１の
肉厚ｔが０．８ｍｍ以下の場合には、大きな変形が起き
やすく、スタッド溶接を採用しないのが普通であり、換
言すれば、このような変形が起ることが板状母材１０１
の薄肉化を進める上での障害となっている。
ライン加工を繰り返さなければならず、それでも、変形
を是正できないこともある。とくに、板状母材１０１の
肉厚ｔが０．８ｍｍ以下の場合には、大きな変形が起き
やすく、スタッド溶接を採用しないのが普通であり、換
言すれば、このような変形が起ることが板状母材１０１
の薄肉化を進める上での障害となっている。
【０００５】この発明は、上記問題を解決するためにな
されたものであり、溶接時の板状母材の熱変形などを有
効に防止することができ、余計な仕上げ加工も省け、し
かも板状母材の薄肉化にも対応可能なスタッド溶接によ
る部材接合方法を提供することを課題とする。
されたものであり、溶接時の板状母材の熱変形などを有
効に防止することができ、余計な仕上げ加工も省け、し
かも板状母材の薄肉化にも対応可能なスタッド溶接によ
る部材接合方法を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題は、スタッド溶
接を行うに先立って、スタッド材が接合される金属製板
状母材を複数層の金属積層体で構成するとともに、その
金属積層体の少なくとも一つの層間における少なくとも
スタッド材溶接対応領域に厚さ方向での金属非接触部を
設けることを特徴とするスタッド溶接による部材接合方
法によって解決される。
接を行うに先立って、スタッド材が接合される金属製板
状母材を複数層の金属積層体で構成するとともに、その
金属積層体の少なくとも一つの層間における少なくとも
スタッド材溶接対応領域に厚さ方向での金属非接触部を
設けることを特徴とするスタッド溶接による部材接合方
法によって解決される。
【０００７】この発明によれば、溶接時の熱が前記金属
非接触部により板状母材の反対接合面側に伝達されにく
くなり、この反対接合面側での熱影響が抑制される。こ
のため、板状母材の接合反対面に溶接時の凝固収縮など
に起因した熱変形の発生が抑制され、変形を是正するた
めのヘアーライン加工などが不要となり、製作費用が低
減されるとともに、薄肉の板状母材を問題なく採用可能
となる。
非接触部により板状母材の反対接合面側に伝達されにく
くなり、この反対接合面側での熱影響が抑制される。こ
のため、板状母材の接合反対面に溶接時の凝固収縮など
に起因した熱変形の発生が抑制され、変形を是正するた
めのヘアーライン加工などが不要となり、製作費用が低
減されるとともに、薄肉の板状母材を問題なく採用可能
となる。
【０００８】一例として、前記金属非接触部が層状の剥
離剤で構成されている場合を挙げうる。この場合には、
複数の板材を、例えばクラッド圧延加工して板状母材を
製作する際に、板材の所定領域に剥離剤を塗布しておく
ことにより、同工程で簡単に金属非接触部を存在させる
ことが可能となる。
離剤で構成されている場合を挙げうる。この場合には、
複数の板材を、例えばクラッド圧延加工して板状母材を
製作する際に、板材の所定領域に剥離剤を塗布しておく
ことにより、同工程で簡単に金属非接触部を存在させる
ことが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を図面
にしたがって説明する。
にしたがって説明する。
【００１０】図１は、この発明の一実施形態にかかるス
タッド溶接による部材接合方法の説明図である。
タッド溶接による部材接合方法の説明図である。
【００１１】スタッド材２が接合される金属製板状母材
１は、アルミニウム（その合金を含む）であり、スタッ
ド材２が接合される表面が接合面１ａであり、その接合
面１ａの裏面が接合反対面１ｂとなっている。
１は、アルミニウム（その合金を含む）であり、スタッ
ド材２が接合される表面が接合面１ａであり、その接合
面１ａの裏面が接合反対面１ｂとなっている。
【００１２】一方、前記スタッド材２は、板状母材１と
他の部材とを螺着接合させるためのアルミニウム製のボ
ルトであり、その先端部２ａが雄ねじに形成されてお
り、その直径Ｒは、板状母材１の肉厚ｔよりもかなり大
きく、６〜１０ｍｍ程度である。また、このスタッド材
２の基端部２ｂの下端面２ｃにおける中心位置には、溶
接時に主に溶融する円錐状の突起部３が一体形成されて
いる。
他の部材とを螺着接合させるためのアルミニウム製のボ
ルトであり、その先端部２ａが雄ねじに形成されてお
り、その直径Ｒは、板状母材１の肉厚ｔよりもかなり大
きく、６〜１０ｍｍ程度である。また、このスタッド材
２の基端部２ｂの下端面２ｃにおける中心位置には、溶
接時に主に溶融する円錐状の突起部３が一体形成されて
いる。
【００１３】前記板状母材１は、厚さｔａ，ｔｂが例え
ば０．３〜０．８ｍｍの範囲内で選択された二枚の板状
のアルミニウム材１Ａ，１Ｂを圧延加工して接合してな
る金属積層体１０からなる。これらクラッド材１Ａ，１
Ｂ間（層間）には、図２に示すように、スタッド材溶接
対応領域Ｗの部分が金属非接触部１Ｃとなっており、こ
の金属非接触部１Ｃは、例えばグラファイトのような層
状の剥離剤からなる。この剥離剤層１Ｃは、前記アルミ
ニウム材１Ａ，１Ｂを圧延加工するにあたって両者間に
塗布しておくことにより形成されたものであり、スタッ
ド材溶接対応領域Ｗにあれば十分であるが、広範囲に設
けてもよい。
ば０．３〜０．８ｍｍの範囲内で選択された二枚の板状
のアルミニウム材１Ａ，１Ｂを圧延加工して接合してな
る金属積層体１０からなる。これらクラッド材１Ａ，１
Ｂ間（層間）には、図２に示すように、スタッド材溶接
対応領域Ｗの部分が金属非接触部１Ｃとなっており、こ
の金属非接触部１Ｃは、例えばグラファイトのような層
状の剥離剤からなる。この剥離剤層１Ｃは、前記アルミ
ニウム材１Ａ，１Ｂを圧延加工するにあたって両者間に
塗布しておくことにより形成されたものであり、スタッ
ド材溶接対応領域Ｗにあれば十分であるが、広範囲に設
けてもよい。
【００１４】次に、このような板状母材１にスタッド材
２をスタッド溶接で接合する方法について説明する。
２をスタッド溶接で接合する方法について説明する。
【００１５】まず、図１、図２に示すように、スタッド
材２の先端部２ａをスタッドガンのチャック部Ｍに装着
したあと、スタッド材２の下端面２ｃの突起部３を、板
状母材１の接合面１ａに離間状態に近接配置する。
材２の先端部２ａをスタッドガンのチャック部Ｍに装着
したあと、スタッド材２の下端面２ｃの突起部３を、板
状母材１の接合面１ａに離間状態に近接配置する。
【００１６】そして、通電を開始して、図３に示すよう
に、スタッド２の突起部３と板状母材１の接合面１ａと
の間の空間Ｓにアークを発生させると、スタッド材２の
突起部３と板状母材１の接合面１ａの中央部とが溶融し
始める。
に、スタッド２の突起部３と板状母材１の接合面１ａと
の間の空間Ｓにアークを発生させると、スタッド材２の
突起部３と板状母材１の接合面１ａの中央部とが溶融し
始める。
【００１７】そこで、これらが適当に溶融したときに、
コンデンサの充電電荷の放電により、電流を急速に遮断
するとともに、スタッドガン内のチャック移動機構の働
きで、チャック部Ｍを板状母材１側へ移動させ、図４に
示すように、スタッド材２の下端面２ｃを板状母材１の
接合面１ａに押し付ける。この状態を保持しながら溶融
金属（熱影響部）４の冷却固化を待って、図５に示すよ
うに、チャック部Ｍを取り外す。これにより、スタッド
材２が板状母材１に対して垂直に立設する態様で確実に
接合固定された接合体Ａを得ることができる。
コンデンサの充電電荷の放電により、電流を急速に遮断
するとともに、スタッドガン内のチャック移動機構の働
きで、チャック部Ｍを板状母材１側へ移動させ、図４に
示すように、スタッド材２の下端面２ｃを板状母材１の
接合面１ａに押し付ける。この状態を保持しながら溶融
金属（熱影響部）４の冷却固化を待って、図５に示すよ
うに、チャック部Ｍを取り外す。これにより、スタッド
材２が板状母材１に対して垂直に立設する態様で確実に
接合固定された接合体Ａを得ることができる。
【００１８】前記板状母材１における二枚のアルミニウ
ム材１Ａ，１Ｂ間には、スタッド材溶接対応領域Ｗに位
置して層状の剥離剤１Ｃが設けられているので、溶接時
に生じる熱が接合反対面１ｂ側に伝達されにくくなると
ともに、溶接後の凝固収縮力が剥離剤１Ｃのために反対
面側１ｂに伝わるのが抑制される。したがって、板状母
材１における接合反対面１ｂに窪み変形などが生じるの
を、有効に抑制することができる。
ム材１Ａ，１Ｂ間には、スタッド材溶接対応領域Ｗに位
置して層状の剥離剤１Ｃが設けられているので、溶接時
に生じる熱が接合反対面１ｂ側に伝達されにくくなると
ともに、溶接後の凝固収縮力が剥離剤１Ｃのために反対
面側１ｂに伝わるのが抑制される。したがって、板状母
材１における接合反対面１ｂに窪み変形などが生じるの
を、有効に抑制することができる。
【００１９】これにより、ヘアーライン加工などの後処
理としての行うことなく、品質の向上を図ることができ
るとともに、生産コストを引き下げることが可能とな
る。
理としての行うことなく、品質の向上を図ることができ
るとともに、生産コストを引き下げることが可能とな
る。
【００２０】さらに、前記熱的変形を防止できることか
ら、スタッド溶接に使用される板状母材１の厚さ限界を
さらに小さくすることができる。
ら、スタッド溶接に使用される板状母材１の厚さ限界を
さらに小さくすることができる。
【００２１】ところで、前記実施形態では、板状母材１
として、二枚のアルミニウム材１Ａ，１Ｂのクラッド材
からなる二層構造の積層体１０で構成したもので説明し
たが、三層以上の積層体で板状母材１を構成してもよ
く、その場合、少なくとも一つの層間に金属非接触部１
Ｃが存在すればよい。
として、二枚のアルミニウム材１Ａ，１Ｂのクラッド材
からなる二層構造の積層体１０で構成したもので説明し
たが、三層以上の積層体で板状母材１を構成してもよ
く、その場合、少なくとも一つの層間に金属非接触部１
Ｃが存在すればよい。
【００２２】また、金属非接触部は、前記剥離剤層１Ｃ
に限らず、例えば図６に示すように、中空部１１ｃで構
成することも可能である。
に限らず、例えば図６に示すように、中空部１１ｃで構
成することも可能である。
【００２３】また、アルミニウム材１Ａ，１Ｂの少なく
とも一方の対向面に、図７に示すように、前記スタッド
材溶接対応領域Ｗに対応する凹所２１Ｃを形成してから
両アルミニウム材１Ａ，１Ｂを重合させて板状母材１を
成形すれば、上記凹所２１Ｃが金属非接触部として構成
される。このような板状母材１を熱交換器用板に適用す
る場合には、上記凹所２１Ｃの空間を流体の流路として
利用することもできる。 ［実施例］つぎに、この発明の実施例を説明する。
とも一方の対向面に、図７に示すように、前記スタッド
材溶接対応領域Ｗに対応する凹所２１Ｃを形成してから
両アルミニウム材１Ａ，１Ｂを重合させて板状母材１を
成形すれば、上記凹所２１Ｃが金属非接触部として構成
される。このような板状母材１を熱交換器用板に適用す
る場合には、上記凹所２１Ｃの空間を流体の流路として
利用することもできる。 ［実施例］つぎに、この発明の実施例を説明する。
【００２４】アルミニウム製板状母材１を製作するた
め、厚さが０．３〜０．８ｍｍの範囲にある板状のアル
ミニウム材１Ａ，１Ｂを用意した。そして、下記表１に
示すような組み合わせにて、二つのアルミニウム材１
Ａ，１Ｂを、前記スタッド材溶接対応領域Ｗに、予めグ
ラファイトを剥離剤１Ｃとして層状に塗布しておき、ク
ラッド圧延加工により両者１Ａ，１Ｂを重合させて一体
化して金属積層体１０を製作した。圧延加工後、金属積
層体１０に所定の成型加工を施して所定の板状母材１を
製作した。
め、厚さが０．３〜０．８ｍｍの範囲にある板状のアル
ミニウム材１Ａ，１Ｂを用意した。そして、下記表１に
示すような組み合わせにて、二つのアルミニウム材１
Ａ，１Ｂを、前記スタッド材溶接対応領域Ｗに、予めグ
ラファイトを剥離剤１Ｃとして層状に塗布しておき、ク
ラッド圧延加工により両者１Ａ，１Ｂを重合させて一体
化して金属積層体１０を製作した。圧延加工後、金属積
層体１０に所定の成型加工を施して所定の板状母材１を
製作した。
【００２５】なお、スタッド材２として、直径３ｍｍ、
長さ１０ｍｍのスタッドボルトを使用した。
長さ１０ｍｍのスタッドボルトを使用した。
【００２６】そして、前記スタッド材２と板状母材１と
を公知のスタッド溶接装置を用いて、表１に示す条件に
て常法によりスタッド溶接を実施した後、板状母材１の
接合反対面１ｂを観察し、その面１ｂの溶接対応領域Ｗ
に生じている最大変形量ｄを測定した。
を公知のスタッド溶接装置を用いて、表１に示す条件に
て常法によりスタッド溶接を実施した後、板状母材１の
接合反対面１ｂを観察し、その面１ｂの溶接対応領域Ｗ
に生じている最大変形量ｄを測定した。
【００２７】また、比較例として、表１に示すように各
種厚さのアルミニウム材からなる単層の板状母材１に、
上記と同じスタッド材２をスタッド溶接したときの最大
変形量ｄも測定した。
種厚さのアルミニウム材からなる単層の板状母材１に、
上記と同じスタッド材２をスタッド溶接したときの最大
変形量ｄも測定した。
【００２８】それらの結果を表１に示す。
【００２９】
【表１】
【００３０】表１から明らかなように、比較例１〜３で
は、変形量が数十μｍ以上にもなったのに対して、実施
例１〜５では、変形量が一桁の値に留まっており、板状
母材を特定の板状母材を採用したことにより、溶接時の
熱的変形の発生を有効に防止できることが確認できた。
は、変形量が数十μｍ以上にもなったのに対して、実施
例１〜５では、変形量が一桁の値に留まっており、板状
母材を特定の板状母材を採用したことにより、溶接時の
熱的変形の発生を有効に防止できることが確認できた。
【００３１】
【発明の効果】以上のように、この発明は、金属製板状
母材を複数層の金属積層体で構成するとともに、その金
属積層体の少なくとも一つの層間における少なくともス
タッド材溶接対応領域に、厚さ方向での金属非接触部を
設けたので、板状母材の接合面にスタッド材を溶接した
際の熱が前記金属非接触部により板状母材の反対接合面
側に伝達されにくくなる。このため、板状母材の接合反
対面に溶接後の凝固収縮などに起因した熱変形を抑制で
き、変形を是正する後処理加工などが不要となり、製作
費用が低減されるとともに、スタッド溶接に使用される
板状母材の厚さ限界をさらに小さくすることができる。
母材を複数層の金属積層体で構成するとともに、その金
属積層体の少なくとも一つの層間における少なくともス
タッド材溶接対応領域に、厚さ方向での金属非接触部を
設けたので、板状母材の接合面にスタッド材を溶接した
際の熱が前記金属非接触部により板状母材の反対接合面
側に伝達されにくくなる。このため、板状母材の接合反
対面に溶接後の凝固収縮などに起因した熱変形を抑制で
き、変形を是正する後処理加工などが不要となり、製作
費用が低減されるとともに、スタッド溶接に使用される
板状母材の厚さ限界をさらに小さくすることができる。
【００３２】また、前記金属非接触部が層状の剥離剤で
構成されている場合には、板状母材を複数の金属板を、
例えばクラッド圧延加工で製作する際に、剥離剤を塗布
しておくことにより、同工程で簡単に金属非接触部を存
在させることが可能となる。
構成されている場合には、板状母材を複数の金属板を、
例えばクラッド圧延加工で製作する際に、剥離剤を塗布
しておくことにより、同工程で簡単に金属非接触部を存
在させることが可能となる。
【図１】この発明の一実施形態におけるスタッド溶接に
よる部材接合方法を、溶接前の状態で示す断面図であ
る。
よる部材接合方法を、溶接前の状態で示す断面図であ
る。
【図２】図１のIIの部分を示す拡大断面図である。
【図３】スタッド溶接時の板状母材の接合面とスタッド
材の状態を示す断面図である。
材の状態を示す断面図である。
【図４】スタッド溶接時に板状母材の接合面にスタッド
材を再度押し付けた状態を示す断面図である。
材を再度押し付けた状態を示す断面図である。
【図５】スタッド溶接によって得られた接合体を示す断
面図である。
面図である。
【図６】板状母材における金属非接触部の変形例を示す
断面図である。
断面図である。
【図７】板状母材における金属非接触部の別の変形例を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図８】従来のスタッド溶接による部材接合方法の説明
図である。
図である。
１・・・・・・・・・・・金属性板状母材 １Ａ，１Ｂ・・・・・・・スタッド材 １Ｃ・・・・・・・・・・金属非接触部（離型剤層） ２・・・・・・・・・・・スタッド材 １０・・・・・・・・・・積層体 １１Ｃ，２１Ｃ・・・・・金属非接触部（中空部） Ｗ・・・・・・・・・・・スタッド材溶接対応領域
Claims (2)
- 【請求項１】 スタッド溶接を行うに先立って、スタッ
ド材が接合される金属製板状母材を複数層の金属積層体
で構成するとともに、その金属積層体の少なくとも一つ
の層間における少なくともスタッド材溶接対応領域に厚
さ方向での金属非接触部を設けることを特徴とするスタ
ッド溶接による部材接合方法。 - 【請求項２】 前記金属非接触部が層状の剥離剤で構成
されてなる請求項１に記載のスタッド溶接による部材の
接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32994899A JP2001138055A (ja) | 1999-11-19 | 1999-11-19 | スタッド溶接による部材の接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32994899A JP2001138055A (ja) | 1999-11-19 | 1999-11-19 | スタッド溶接による部材の接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001138055A true JP2001138055A (ja) | 2001-05-22 |
Family
ID=18227061
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32994899A Pending JP2001138055A (ja) | 1999-11-19 | 1999-11-19 | スタッド溶接による部材の接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001138055A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003071565A (ja) * | 2001-09-05 | 2003-03-11 | Toyota Motor Corp | スタッド部材の溶接方法と溶接構造体 |
| WO2010068848A2 (en) * | 2008-12-12 | 2010-06-17 | Material Sciences Corporation | Welded metal laminate structure and method for welding a metal laminate structure |
| US20160221643A1 (en) * | 2013-09-26 | 2016-08-04 | Isoleermaterialenindustrie Pull B.V. | Method For Manufacturing A Laminar Construction Panel |
-
1999
- 1999-11-19 JP JP32994899A patent/JP2001138055A/ja active Pending
Cited By (6)
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