JP2003071565A - スタッド部材の溶接方法と溶接構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 アルミ製パネル７の溶接位置に、アルミ
製スタッドボルト１の頭部３よりも小径の貫通孔８を形
成しておく。貫通孔８を頭部３の溶接側端面４で塞ぐよ
うな位置関係におき、頭部３の錐面４と貫通孔８の孔縁
部との間にアーク放電を発生させる。対向する部分がほ
ぼリング状に適度に溶融したら、頭部３を孔縁部に押し
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。溶融アルミから放出されるガスは、アルミ製
パネル７の上面側に加えて、貫通孔８を介して下面側へ
も放出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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）。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【符号の説明】

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

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パネルにスタッド部材を溶接する方法で
   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。
2. 【請求項２】 アルミ製パネルにアルミ製スタッド部材
   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。
3. 【請求項３】 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溶接構造体。