JP2003071565A - Welding method for stud member and welding structure - Google Patents
Welding method for stud member and welding structureInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】 本発明は、スタッド部材の
新規な溶接方法と、新規な溶接構造体に関する。詳しく
は、ブローホール等の溶接欠陥の発生を抑制することが
できる溶接技術に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a novel welding method for a stud member and a novel welded structure. More specifically, the present invention relates to a welding technique capable of suppressing the occurrence of welding defects such as blowholes.
【０００２】[0002]
【従来の技術】 近年、車体の軽量化等を目的として、
構造部材のアルミニウム化が進められ、アルミニウム又
はアルミニウム合金（以下、単に「アルミ」という）の
溶接構造体が多く使用されるようになってきた。なかで
も、アルミ製パネルに部材を取付けるために、アルミ製
パネルにアルミ製スタッド部材が溶接された構造体が多
用される。ここでいうスタッド部材とは、ほぼ平坦なパ
ネル面に植設される部材をいい、スタッドボルトに代表
される。パネルにスタッドボルトが溶接されて植設され
ていると、種々の部材をパネルに固定することが可能と
なる。図３と図４は、アルミ製スタッドボルト２０をア
ルミ製パネル３０に溶接する前後の状態を示している。
図３に示すように、アルミ製スタッドボルト２０は、軸
部２１と頭部２２とからなる。軸部２１には雄ねじが形
成されており、軸部２１より大径の頭部２２には、中心
に頂点を持つ錐面２３が形成されている。このアルミ製
スタッドボルト２０をアルミ製パネル３０の表面に溶接
する際には、アーク溶接装置を用いて、アルミ製スタッ
ドボルト２０の錐面２３とアルミ製パネル３０との間に
アーク放電を発生させる。この溶接アークによりアルミ
製スタッドボルト２０の頭部２２とアルミ製パネル３０
の一部が適当に溶融したらアルミ製スタッドボルト２０
に外力を加えて頭部２２をアルミ製パネル３０に押し付
ける。その後、溶融金属が凝固することによって溶接が
完了する。溶接アークによってアルミを溶融させるかわ
りに、抵抗発熱を利用してアルミを溶融させるプロジェ
クション溶接機が用いられることもある。2. Description of the Related Art Recently, in order to reduce the weight of a vehicle body,
With the progress of aluminization of structural members, welded structures made of aluminum or aluminum alloys (hereinafter, simply referred to as “aluminum”) have come to be widely used. Among them, a structure in which an aluminum stud member is welded to an aluminum panel is often used to attach the member to the aluminum panel. The stud member here means a member that is planted on a substantially flat panel surface, and is represented by a stud bolt. If stud bolts are welded and planted in the panel, various members can be fixed to the panel. 3 and 4 show the states before and after welding the aluminum stud bolt 20 to the aluminum panel 30.
As shown in FIG. 3, the aluminum stud bolt 20 includes a shaft portion 21 and a head portion 22. A male screw is formed on the shaft portion 21, and a head portion 22 having a larger diameter than the shaft portion 21 is formed with a conical surface 23 having a vertex at the center. When welding the aluminum stud bolt 20 to the surface of the aluminum panel 30, an arc welding device is used to generate arc discharge between the conical surface 23 of the aluminum stud bolt 20 and the aluminum panel 30. . The head 22 of the aluminum stud bolt 20 and the aluminum panel 30 are formed by this welding arc.
Aluminum stud bolt 20 when a part of it melts properly
An external force is applied to the head 22 to press it against the aluminum panel 30. Then, the molten metal is solidified to complete the welding. Instead of melting aluminum by a welding arc, a projection welding machine that melts aluminum by using resistance heating may be used.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】 溶接部にはブローホ
ールが生じ易い。例えばアルミ材を溶接すると、アルミ
材に含まれていた水素等のガスが溶融アルミから放出さ
れ、これが溶接部に閉じこめられてブローホール（ボイ
ドともいう）ができやすい。雰囲気ガスが巻込まれてブ
ローホールが発生する場合もある。図４は溶接部に大き
なブローホールＨができた場合を例示している。大きな
ブローホールＨができると必要な溶接強度が得られな
い。また、大きなブローホールＨができたか否かが外観
からではわからない。現状では、大きなブローホールＨ
ができて必要な溶接強度が得られない場合があること
と、それがわからない事が大きな問題となっている。現
状では、大きなブローホールＨが一定の確率で生じるも
のとし、安全率を見込んだ数のスタッドボルトを溶接す
ることによって、現実に折り合いをつけている。[Problems to be Solved by the Invention] Blow holes are likely to occur in a welded portion. For example, when an aluminum material is welded, a gas such as hydrogen contained in the aluminum material is released from the molten aluminum, which is trapped in the welded portion and easily forms a blow hole (also called a void). Blow holes may be generated due to the inclusion of atmospheric gas. FIG. 4 illustrates the case where a large blow hole H is formed in the welded portion. If a large blow hole H is formed, the required welding strength cannot be obtained. Further, it is not possible to know from the appearance whether or not a large blow hole H is formed. Currently, a large blowhole H
It is a big problem that there is a case where the required welding strength is not obtained and that it is not known. Under the present circumstances, it is assumed that a large blowhole H is generated with a certain probability, and the number of stud bolts is welded in consideration of the safety factor to actually make a compromise.
【０００４】スタッドボルト２０の頭部２２の端面に突
起を設け、この突起によって溶接時に生じるガスが溶接
部に閉じ込められないようにする技術が特開平５−２３
８５７号公報に開示されている。この技術では、接合強
度や伝達トルクやパネル板厚などに応じて突起部の形状
を設定する必要があり、使用状況に応じてスタッドボル
トの種類数が多くなってしまう。また、それぞれのスタ
ッドボルトを製造するための専用型が必要となる。従来
形状のスタッドボルトをそのまま使用しながらブローホ
ールの発生を安定的に防ぎたいという要請には応えられ
ない。A technique is provided in which a protrusion is provided on the end face of the head portion 22 of the stud bolt 20 so that the gas generated during welding is not trapped in the welded portion by this protrusion.
It is disclosed in Japanese Patent No. 857. In this technique, it is necessary to set the shape of the protrusion according to the joining strength, the transmission torque, the panel plate thickness, and the like, and the number of types of stud bolts increases depending on the usage situation. In addition, a dedicated mold for manufacturing each stud bolt is required. We cannot meet the demand for stable prevention of blowholes while using the stud bolts of the conventional shape as they are.
【０００５】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であって、スタッド部材を溶接する際にブローホール等
の溶接欠陥の発生を少なくすることを目的とする。な
お、上記ではブローホール等の溶接欠陥が特に問題とな
るアルミ部材の場合を例示して説明したが、ブローホー
ルが溶接強度を低下させるという問題はアルミに限られ
ない。The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to reduce the occurrence of welding defects such as blowholes when welding stud members. In the above description, the case of an aluminum member in which welding defects such as blow holes are a particular problem has been described, but the problem that the blow holes reduce the welding strength is not limited to aluminum.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】 上述した課題は、各請
求項に記載した構成の発明によって解決される。第１の
溶接方法では、スタッド部材の溶接側端部径よりも小径
の貫通孔をパネルに用意し、その貫通孔をスタッド部材
の溶接側端部で塞ぐようにパネルとスタッド部材を位置
決めし、その位置関係でパネルとスタッド部材を溶接す
る。Means for Solving the Problems The above-mentioned problems can be solved by the inventions having the configurations described in the claims. In the first welding method, a through hole having a diameter smaller than the diameter of the welding side end of the stud member is prepared in the panel, and the panel and the stud member are positioned so that the through hole is closed by the welding side end of the stud member. The panel and the stud member are welded in that positional relationship.
【０００７】上記の溶接方法によると、溶融金属から放
出されたガスは、スタッド部材の周囲から放出されるの
みならず、貫通孔を介してパネルの反溶接側の面にも放
出される。従来の溶接方法によると溶接部に封じられて
ブローホールを形成するガスは、貫通孔によってパネル
の反溶接側の面にスムースに放出される。このために溶
接部に大きなブローホールが発生する確率をほぼ皆無に
することができる。この溶接方法では、従来形状のスタ
ッド部材をそのまま使用することが可能である。なお貫
通孔はスタッド部材と同心位置に１箇所設けるのが好ま
しいが、小さな貫通孔を複数形成しても構わない。貫通
孔の存在によって、スタッド部材の溶接側端面とパネル
との接触面積が減る場合が存在するが、そのことより
も、ブローホール等の溶接欠陥が一定の確率で発生して
溶接強度が不足するスタッド部材が混在することが大き
な問題であり、これが防げることが技術的には重要であ
る。溶接強度が安定することが重要であり、安定さえす
れば、必要な溶接強度が得られる条件を設定することに
よって、溶接強度が不足するスタッド部材が混在する事
を防止できる。According to the above-mentioned welding method, the gas released from the molten metal is released not only from the periphery of the stud member, but also via the through hole to the surface of the panel opposite to the welding side. According to the conventional welding method, the gas that is enclosed in the weld and forms the blow hole is smoothly discharged to the surface of the panel opposite to the welding side by the through hole. For this reason, the probability that large blowholes are generated in the welded portion can be almost eliminated. In this welding method, the stud member having the conventional shape can be used as it is. It is preferable to provide one through hole at a position concentric with the stud member, but a plurality of small through holes may be formed. The presence of the through holes may reduce the contact area between the weld-side end surface of the stud member and the panel, but rather than that, welding defects such as blowholes occur with a certain probability and the welding strength becomes insufficient. The mixing of stud members is a big problem, and it is technically important to prevent this. It is important that the welding strength is stable, and if the welding strength is stable, it is possible to prevent mixing of stud members having insufficient welding strength by setting the conditions for obtaining the required welding strength.
【０００８】第２の溶接方法は、ブローホール等の溶接
欠陥が問題となりやすいアルミ部材に特に適した溶接方
法であり、スタッド部材の溶接側端面に中心に頂点を持
つ錐面を用意し、その錐面よりも小径の貫通孔をパネル
に用意し、その貫通孔をスタッド部材の錐面で塞ぐよう
にパネルとスタッド部材を位置決めし、その位置関係で
アルミ製パネルとアルミ製スタッド部材を溶接する。こ
の溶接方法によると、スタッド部材の錐面と貫通孔を形
成すれパネルの孔縁との間に溶接部が形成され、ブロー
ホールの発生と溶接面積の低下をともに抑制することが
できる。アルミ部材は鋼材と比べて強度が低いことか
ら、ブローホールの発生と溶接面積の低下をともに抑制
できることが極めて効果的である。なおここでいう錐面
は、円錐面に限られず、角錐であってもよいし、球面の
一部であってもよい。スタッド部材の軸心の回りに対称
であり、軸心部において最も膨出している形状であれば
よい。The second welding method is a welding method particularly suitable for an aluminum member in which welding defects such as blowholes are likely to be a problem. Prepare a through hole with a diameter smaller than the conical surface in the panel, position the panel and the stud member so that the through hole is blocked by the conical surface of the stud member, and weld the aluminum panel and the aluminum stud member in that positional relationship. . According to this welding method, a welded portion is formed between the conical surface of the stud member and the hole edge of the panel in which the through hole is formed, and it is possible to suppress the occurrence of blow holes and the reduction of the welded area. Since aluminum members have lower strength than steel materials, it is extremely effective to be able to suppress the occurrence of blowholes and the reduction of the welding area. The conical surface here is not limited to a conical surface, and may be a pyramid or a part of a spherical surface. Any shape may be used as long as it is symmetrical about the axis of the stud member and is most bulged at the axis.
【０００９】本発明は、新規な溶接構造体を実現する。
この構造体は、アルミ製パネルにアルミ製スタッド部材
が溶接された構造体であり、パネルには貫通孔が形成さ
れており、スタッド部材が溶接された面と反対側のパネ
ル面にスタッド部材が露出している事を特徴とする。こ
の溶接構造体は、溶接部にブローホールが形成されてお
らず、設計どおりの溶接強度を備えているものと期待す
ることができる。The present invention provides a novel welded structure.
This structure is a structure in which an aluminum stud member is welded to an aluminum panel, a through hole is formed in the panel, and the stud member is on the panel surface opposite to the surface on which the stud member is welded. Characterized by being exposed. It can be expected that this welded structure does not have blow holes formed in the welded portion and has the weld strength as designed.
【００１０】[0010]
【発明の実施の形態】 以下、本発明の一実施形態を図
面に基づいて説明する。図１は、溶接前のアルミ製スタ
ッドボルト１とアルミ製パネル７を示している。同図に
示すように、アルミ製スタッドボルト１は、軸部２と頭
部３とからなる。軸部２には雄ねじが形成されている。
頭部３は軸部２より大径である。頭部３の先端面、即
ち、溶接側端面は、先細りのテーパー状に形成された錐
面４を有している。錐面４は、アルミ製スタッドボルト
１の軸心部で最も大きく膨出し、周辺に向かって膨出距
離が逓減している。錐面４はアルミ製スタッドボルト１
の軸心の回りに対称である。このアルミ製スタッドボル
ト１が本発明でいうスタッド部材である。なお、スタッ
ド部材はスタッドボルトに限定されるものではなく、軸
部形状がたとえばピン等であっても良い。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an aluminum stud bolt 1 and an aluminum panel 7 before welding. As shown in the figure, the aluminum stud bolt 1 includes a shaft portion 2 and a head portion 3. A male screw is formed on the shaft portion 2.
The head 3 has a larger diameter than the shaft 2. The front end surface of the head portion 3, that is, the welding side end surface has a tapered conical surface 4 formed in a tapered shape. The conical surface 4 bulges most at the axial center of the aluminum stud bolt 1, and the bulging distance gradually decreases toward the periphery. Conical surface 4 is aluminum stud bolt 1
Is symmetric about the axis of. This aluminum stud bolt 1 is the stud member in the present invention. The stud member is not limited to the stud bolt, and the shaft portion may have a pin shape or the like.
【００１１】アルミ製パネル７には、予め所定の溶接位
置に、スタッドボルト１の頭部３よりも小径の貫通孔８
を形成しておく。なお、アルミ製スタッドボルト１の頭
部３の横断面形状は、貫通孔８と同心位置に頭部３を突
き合わせたときに、孔縁部に十分な投影面積（溶接面
積）が得られるものにしておく。A through hole 8 having a diameter smaller than that of the head portion 3 of the stud bolt 1 is previously formed in the aluminum panel 7 at a predetermined welding position.
Is formed. The cross-sectional shape of the head 3 of the aluminum stud bolt 1 should be such that a sufficient projected area (welding area) can be obtained at the edge of the hole when the head 3 is abutted with the through hole 8 concentrically. Keep it.
【００１２】アルミ製スタッドボルト１をアルミ製パネ
ル７に溶接する際には、アーク溶接装置のチャック（図
示省略）でアルミ製スタッドボルト１をつかみ、頭部３
とアルミ製パネル７の貫通孔８が同心状態で近接するよ
うに保持する。即ち、貫通孔８をアルミ製スタッドボル
ト１の溶接側端面４で塞ぐような位置関係にパネル７と
スタッドボルト１を位置決めする。この位置関係で、ス
タッドボルト１の錐面４とパネル７の貫通孔８の孔縁部
との間にアーク放電を発生させる。なお、アーク溶接装
置は周知の構成のものを使用するので詳しい説明は省略
する。溶接アークにより、アルミ製パネル７の孔縁部に
沿ったほぼリング状の部分が溶融し、アルミ製スタッド
ボルト１の頭部３の孔縁部に対向する部分がリング状に
溶融する。適当な範囲と深さに溶融が進行したら、アー
ク電流を遮断するとともにアルミ製スタッドボルト１に
外力を加えて頭部３をアルミ製パネル７に押し付け、ア
ルミ製スタッドボルト１をアルミ製パネル７に植付ける
（図２参照）。When welding the aluminum stud bolt 1 to the aluminum panel 7, the aluminum stud bolt 1 is gripped by a chuck (not shown) of an arc welding device and the head 3
And the through holes 8 of the aluminum panel 7 are concentrically held close to each other. That is, the panel 7 and the stud bolt 1 are positioned in such a positional relationship that the through hole 8 is closed by the welding-side end surface 4 of the aluminum stud bolt 1. With this positional relationship, arc discharge is generated between the conical surface 4 of the stud bolt 1 and the hole edge portion of the through hole 8 of the panel 7. Since the arc welding device has a well-known structure, detailed description thereof will be omitted. Due to the welding arc, a substantially ring-shaped portion along the hole edge portion of the aluminum panel 7 is melted, and a portion of the head portion 3 of the aluminum stud bolt 1 facing the hole edge portion is melted in a ring shape. When the melting progresses to an appropriate range and depth, the arc current is cut off and an external force is applied to the aluminum stud bolt 1 to press the head 3 against the aluminum panel 7, and the aluminum stud bolt 1 is attached to the aluminum panel 7. Plant (see Figure 2).
【００１３】溶融したアルミからは水素等のガスが放出
されるが、そのガスは、リング状溶融部分の外周部、即
ち、アルミ製パネル７の上面側から放出されるのみなら
ず、リング状溶融部分の内周部から貫通孔８を介してア
ルミ製パネル７の下面側にも放出される。従来の溶接方
法によると、溶融アルミの深部となっていた中心部分に
貫通孔８が開いている訳であるから、ガスは閉じ込めら
れ難い。したがって、溶接部にブローホールが発生する
確率は著減され、ほぼ確実に溶接欠陥のない溶接部が形
成される。溶融金属が凝固することによって溶接が完了
する。図２から明らかように、溶接部は錐面４に沿って
形勢されるために、溶接部面積は頭部３の投影面積にほ
ぼ等しい。貫通孔８を形成しても溶接部面積は減少せ
ず、従前と同レベルの溶接強度が得られる。重要なこと
は、設計した溶接強度で溶接されないスタッドボルトが
ほぼ皆無となることであり、これによって、過大な数の
スタットボルトを用いて安全を確保する必要が無くな
る。図２から明らかに、この溶接方法で得られる構造体
は、図４の従来の構造体と相違しており、アルミ製パネ
ル７に貫通孔８が形成されており、スタッド部材１が溶
接された面と反対側のパネル面にスタッド部材１が露出
している。この溶接構造体は、意図した溶接強度で溶接
されているものとすることができる。A gas such as hydrogen is released from the molten aluminum, and the gas is not only released from the outer peripheral portion of the ring-shaped molten portion, that is, the upper surface side of the aluminum panel 7, but also the ring-shaped molten material. It is also discharged from the inner peripheral portion of the portion to the lower surface side of the aluminum panel 7 through the through hole 8. According to the conventional welding method, since the through hole 8 is opened in the central portion which is the deep portion of the molten aluminum, it is difficult to trap the gas. Therefore, the probability of blowholes occurring in the weld is significantly reduced, and a weld having no welding defects is almost certainly formed. The welding is completed by the solidification of the molten metal. As is apparent from FIG. 2, the weld area is approximately equal to the projected area of the head 3 because the weld is urged along the conical surface 4. Even if the through hole 8 is formed, the welded area does not decrease and the same level of welding strength as before can be obtained. Importantly, there is almost no stud bolts that are not welded at the designed weld strength, which eliminates the need to use an excessive number of stat bolts to ensure safety. As is clear from FIG. 2, the structure obtained by this welding method is different from the conventional structure shown in FIG. 4, in which the through hole 8 is formed in the aluminum panel 7, and the stud member 1 is welded. The stud member 1 is exposed on the panel surface opposite to the surface. The welded structure may be welded with the intended weld strength.
【００１４】上述の例では、アーク溶接する場合を説明
したが、プロジェクション溶接する場合でも、ブローホ
ールが発生し難くなる。In the above example, the case of arc welding has been described, but blow holes are less likely to occur even in the case of projection welding.
【００１５】[0015]
【発明の効果】 以上説明したように、本発明によれ
ば、スタッド部材をパネルに溶接する際にブローホール
等の溶接欠陥が発生し難くなり、ほぼ確実に意図した溶
接強度が確保できるという効果がある。As described above, according to the present invention, it is difficult for welding defects such as blow holes to occur when welding a stud member to a panel, and it is possible to almost surely secure an intended welding strength. There is.
【図１】 本発明の一実施形態に係る、溶接する前のア
ルミ製スタッドボルトとアルミ製パネルを説明する断面
図である。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an aluminum stud bolt and an aluminum panel before welding according to an embodiment of the present invention.
【図２】 本発明の一実施形態に係る、溶接した後のア
ルミ製スタッドボルトとアルミ製パネルを示す断面図で
ある。FIG. 2 is a cross-sectional view showing an aluminum stud bolt and an aluminum panel after welding according to an embodiment of the present invention.
【図３】 従来の、溶接する前のアルミ製スタッドボル
トとアルミ製パネルを説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a conventional aluminum stud bolt and aluminum panel before welding.
【図４】 従来の、溶接した後のアルミ製スタッドボル
トとアルミ製パネルを示す断面図であり、大きなブロー
ホールができた状態を示す。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a conventional aluminum stud bolt and aluminum panel after welding, showing a state in which a large blow hole is formed.
１：アルミ製スタッドボルト（スタッド部材） ４：錐面（溶接側端面） ７：アルミ製パネル ８：貫通孔 Ｈ：ブローホール 1: Aluminum stud bolt (stud member) 4: Conical surface (welding side end surface) 7: Aluminum panel 8: Through hole H: Blowhole
Claims (3)
あり、スタッド部材の溶接側端部径よりも小径の貫通孔
をパネルに用意し、その貫通孔をスタッド部材の溶接側
端部で塞ぐようにパネルとスタッド部材を位置決めし、
その位置関係でパネルとスタッド部材を溶接する方法。1. A method of welding a stud member to a panel, wherein a through hole having a diameter smaller than a diameter of a welding side end of the stud member is prepared in the panel, and the through hole is closed by a welding side end of the stud member. Position the panel and stud member on
The method of welding the panel and the stud member according to the positional relationship.
を溶接する方法であり、スタッド部材の溶接側端面に中
心に頂点を持つ錐面を用意し、その錐面よりも小径の貫
通孔をパネルに用意し、その貫通孔をスタッド部材の錐
面で塞ぐようにパネルとスタッド部材を位置決めし、そ
の位置関係でパネルとスタッド部材を溶接する方法。2. A method for welding an aluminum stud member to an aluminum panel, wherein a conical surface having an apex at the center is prepared on the welding side end surface of the stud member, and a through hole having a diameter smaller than that conical surface is formed in the panel. A method of preparing, positioning the panel and the stud member so that the through hole is closed by the conical surface of the stud member, and welding the panel and the stud member in that positional relationship.
が溶接された構造体であり、パネルには貫通孔が形成さ
れており、スタッド部材が溶接された面と反対側のパネ
ル面にスタッド部材が露出している溶接構造体。3. A structure in which an aluminum stud member is welded to an aluminum panel, a through hole is formed in the panel, and the stud member is provided on the panel surface opposite to the surface on which the stud member is welded. Exposed welded structure.
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