JP2017087217A

JP2017087217A - 溶接方法及び溶接部検査方法

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Publication number: JP2017087217A
Application number: JP2015215878A
Authority: JP
Inventors: 諒西塔; Ryo Saito
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2015-11-02
Filing date: 2015-11-02
Publication date: 2017-05-25

Abstract

【課題】超音波探傷試験に代わる検査方法によって溶接部の検査を可能とする。
【解決手段】チューブ１１とヨーク１２とを溶接によって接合する。チューブ１１とヨーク１２との接合面に磁石部材３０を設ける。接合面間には、磁石部材３０を介在させるための小空間Ｋが形成されている。そして、これらチューブ１１とヨーク１２とを溶接する。この際、所望の溶け込み深さＨの範囲内に磁石部材３０を設け、チューブ１１とヨーク１２とを磁石部材３０を取り込むようにして溶接する。
【選択図】図３

Description

本発明は、溶接方法及び溶接部検査方法に関する。

二つの金属部材を接合するための技術として溶接が広く用いられている。例えば、自動車等に用いられるプロペラシャフトを製造する際、チューブとヨークとを溶接によって接合して一体化させている。

図５（Ａ）に示すように、チューブ９９とヨーク９８とを溶接する場合、強度確保の観点から、溶け込み深さＨをチューブ９９の板厚ｔ以上（Ｈ≧ｔ）とすることが必要とされている。これに対して、図５（Ｂ）に示すように、溶け込み深さＨがチューブ９９の板厚ｔ未満である場合（Ｈ＜ｔ）、十分な強度を確保することができない。そこで、正常溶接と溶接不良との判別を行うために溶接部の検査（非破壊検査）が行われている。

従来、このようなチューブ９９とヨーク９８との溶接部の検査は、超音波探傷試験により行われている。超音波探傷試験については、例えば特許文献１に開示されている。

特開２０１５−１４１０７５号公報

超音波探傷試験を実施するためには技能が必要であり、また、その作業者は資格を要する。更に超音波探傷試験を行うためには多くの工数が発生するという課題がある。
そこで、本発明は、超音波探傷試験に代わる検査方法によって溶接部の検査が可能となる溶接方法、及び溶接部の検査方法を提供することを目的とする。

本発明は、第一部材と第二部材とを溶接によって接合する方法であって、前記第一部材と前記第二部材との接合面に磁石部材を設け、前記第一部材と前記第二部材とを溶接する。

この溶接方法によれば、第一部材と第二部材との溶接が適切に行われて溶接が十分であると、その溶接（溶接する際の熱）によって磁石部材による磁力はなくなる（低下する）が、溶接が不十分であると、磁石部材による磁力が残る。このため、溶接部の磁性（磁力）を確認することで、溶接の良否判定が可能となる。つまり、超音波探傷試験に代わる検査方法によって溶接部の検査が可能となる。なお、前記磁石部材は、磁化させた金属部材とすることができる。

また、磁石部材を第一部材及び第二部材（母材）の熱影響部に設けてもよいが、所望の溶け込み深さ範囲内に前記磁石部材を設け、前記第一部材と前記第二部材とを前記磁石部材を取り込むようにして溶接するのが好ましい。
この場合、溶着金属と溶融母材（第一部材及び第二部材）とが溶融凝固した溶融金属に磁石部材が取り込まれることで、磁石部材の磁力はなくなる（低下する）。つまり、所望の溶け込み深さまで溶接されていれば、磁石部材による磁力はなくなる（低下する）が、所望の溶け込み深さに到達していない場合（つまり、溶接不良の場合）、磁石部材による磁力が残る。このため、溶接部の磁性を確認することで、溶接不良を検知することが可能となる。

また、前記第一部材と前記第二部材との接合面間に、前記磁石部材を介在させるための小空間が形成されているのが好ましい。これにより、第一部材及び第二部材を従来とおりの開先形状として、溶接が可能となる。

また、前記接合面の全長にわたって前記磁石部材を設けるのが好ましい。これにより、溶接部の全長検査が可能となる。例えば、第一部材及び第二部材が環状であって、これらの部材の環状の部分同士を接合する場合、磁石部材も環状とすればよく、これにより全周検査が可能となる。

また、前記第一部材は、円筒部材であり、前記第二部材は、前記第一部材の軸端面と突き合わせられる円筒部、及び、前記第一部材と前記円筒部との突き合わせ部の径方向内側又は径方向外側に設けられている環状の裏当て部を有しており、前記磁石部材は、前記第一部材、前記円筒部及び前記裏当て部によって囲まれた領域に設けられるのが好ましい。これにより、裏当て部に到達するまで溶接の溶けこみ深さがあれば、磁力はなくなる（低下する）。これに対して、溶けこみ深さが裏当て部にまで到達していない場合、磁力が残る。このため、溶接部の磁性を確認することで、磁力が（強く）残っている場合、溶け込み深さが不十分であると判定することが可能となる。

また、本発明は、第一部材と第二部材との溶接部の検査を非破壊で行う方法であって、前記溶接方法によって溶接されて得た溶接部の磁性を確認する。
この方法により、超音波探傷試験に代わって溶接部の検査が可能となる。また、溶接部の検査が容易となり、検査時間の短縮化に貢献できる。なお、磁性の確認は、溶接部に磁粉を与えて目視確認してもよく、又は、磁性の弱さ（強さ）を計測器によって計測してもよい。

本発明によれば、超音波探傷試験に代わる検査方法によって溶接部の検査が可能となる。

本発明の溶接方法によって接合される第一部材及び第二部材の一部を拡大した断面図である。チューブとヨークとの溶接方法を説明する断面図である。チューブとヨークとの溶接方法を説明する断面図である。溶接不良の場合を示す断面図である。従来の溶接方法を説明する断面図であり、（Ａ）は正常溶接の場合であり、（Ｂ）は溶接不良の場合を示している。

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は、本発明の溶接方法によって接合される第一部材及び第二部材の一部を拡大した断面図である。以下に説明する形態では、第一部材は自動車に用いられるプロペラシャフトのチューブ１１であり、第二部材はこのチューブ１１と接合されるヨーク１２である。

チューブ１１は機械構造用炭素鋼鋼管からなり、ヨーク１２は機械構造用炭素鋼材からなる環状の部材である。なお、これらチューブ１１及びヨーク１２の材質はその他の鋼材であってよい。
チューブ１１は、円筒形状の部材（円筒部材）からなる。ヨーク１２は、円筒部１３及び環状の裏当て部１４を有している。円筒部１３は、チューブ１１の軸端面２１と突き合わせられる。裏当て部１４は、チューブ１１と円筒部１３との突き合わせ部１０の径方向内側に設けられている。円筒部１３と裏当て部１４とは、一つの部材（機械構造用炭素鋼材）から成形されたものであり、これらは一体不可分である。つまり、円筒部１３の軸２２面の径方向内側部から、裏当て部１４が軸方向に向かって延びて設けられており、ヨーク１２は、段付き形状を有している。そして、図２に示すように、径方向外側からチューブ１１とヨーク１２とは溶接によって接合される。なお、溶接は半自動溶接や自動溶接等とすることができる。

なお、ここで説明する溶接方法（及び溶接部検査方法）は、プロペラシャフトのチューブ１１とヨーク１２との接合以外においても適用可能である。例えば、第一部材は円筒部材からなり、第二部材は第一部材の軸端面と突き合わせられる円筒部、及び、これら第一部材と円筒部との突き合わせ部の径方向外側に設けられている環状の裏当て部を有しているものであってもよい。この場合、径方向内側から第一部材と第二部材とは溶接によって接合される。

図２及び図３は、チューブ１１とヨーク１２との溶接方法を説明する断面図である。
チューブ１１の軸方向端部１５の外周側に開先が形成されている。また、ヨーク１２が有する円筒部１３の軸方向端部１６の外周側に開先が形成されている。チューブ１１の軸端面２１の内周側に切り欠き部２４が形成されている。また、ヨーク１２において円筒部１３の軸端面２２と裏当て部１４の外周面２３とが交差する部分に切り欠き部２５が形成されている。チューブ１１側の切り欠き部２４とヨーク１２側の切り欠き部２５とが連続して小空間Ｋが形成される。この小空間Ｋに磁石部材３０が設けられる。

チューブ１１の軸方向端部１５をヨーク１２の裏当て部１４の径方向外側に位置させ、かつ、チューブ１１の軸端面２１と円筒部１３の軸端面２２とを突き合わせた状態とする。そして、図３に示すように、チューブ１１とヨーク１２との接合部に対して溶接が行われる。

チューブ１１とヨーク１２との溶接は、裏当て部１４に達するまで行われる。つまり、溶融母材（チューブ１１及びヨーク１２）と溶着金属とが溶融凝固した溶融金属Ｍ（図２参照）が、裏当て部１４にまで達している。前記溶着金属は、溶接中に付加される金属材料である溶加材から溶接部に移行した金属である。溶接前に状態で、前記小空間Ｋは裏当て部１４の径方向外側に位置していることから、この小空間Ｋに設置される磁石部材３０は、開先側の表面から所望の（所定の）溶け込み深さＨ（図３参照）の範囲内に設けられることになる。そして、磁石部材３０を取り込むようにしてチューブ１１とヨーク１２とは溶接される。

磁石部材３０は、磁化させた金属部材（主成分を鉄とする金属材料）とすることができ、強磁性体からなる。図３に示すように、溶接されると、溶融金属Ｍに磁石部材３０も溶融して取り込まれることで、磁石部材３０の磁力はなくなる（又は低下する）。つまり、所望の溶け込み深さまで溶接されていれば、磁石部材３０による磁力はなくなる（又は低下する）。
しかし、図４に示すように、溶融金属Ｍが所望の溶け込み深さに到達していない場合、溶接しても、磁石部材３０による磁力が残る。図４に示す状態は溶接不良の場合を示している。図４では溶融金属Ｍが裏当て部１４にまで達しておらず、溶け込み深さが不足している。

チューブ１１とヨーク１２とを溶接する場合、溶け込み深さＨがチューブ１１の板厚ｔ以上（Ｈ≧ｔ）である場合（図３参照）が正常であり良品となる。これに対して、図４に示すように、溶け込み深さＨがチューブ１１の板厚ｔ未満である場合（Ｈ＜ｔ）、溶接不良であって十分な強度を確保することができず、不良品となる。

そこで、前記溶接方法による溶接部Ｗの検査方法として、チューブ１１とヨーク１２との溶接部Ｗの磁性を確認することで、溶接不良を検知することが可能となる。磁性の確認は、溶接部Ｗの表面に磁粉を与えて目視確認してもよく、又は、磁性の弱さ（強さ）を計測器によって計測してもよい。溶接部Ｗの表面に対して磁粉を与えて確認する場合、正常溶接されたものとの対比によって行うことができる。つまり、正常溶接された場合と、溶接不良であった場合との磁粉の広がり方の違いを確認することで、検査が可能となる。計測器を用いる場合、計測値と閾値との比較によって良否の判定を行うことができる。

以上のように、チューブ１１とヨーク１２とを溶接によって接合する方法は、チューブ１１とヨーク１２との接合面（２１，２２）に磁石部材３０を設け（図２参照）、そして、これらチューブ１１とヨーク１２とを溶接する（図３参照）。この溶接方法によれば、チューブ１１とヨーク１２との間の溶接が適切に行われて溶接が十分であると（図３参照）、その溶接（溶接する際の熱）によって磁石部材３０による磁力はなくなる（又は低下する）が、溶接が不十分であると（図４参照）、磁石部材３０による磁力が残る。このため、溶接後に溶接部Ｗの磁性（磁力）を確認することで、溶接の良否判定が可能となる。

また、本実施形態の方法では、溶接前に、図２に示すように、磁石部材３０が、チューブ１１、ヨーク１２の円筒部１３及び裏当て部１４によって囲まれた領域に設けられている。これにより、溶接作業を行って、裏当て部１４に到達するまで溶接の溶けこみ深さがあれば（図３参照）、磁力はなくなる（又は低下する）。これに対して、図４に示すように、溶けこみ深さが裏当て部１４にまで到達していない場合、磁力が残る。このため、溶接部Ｗの磁性を確認することで、磁力が（強く）残っている場合、溶け込み深さが不十分であると判定することが可能となる。

また、本実施形態の方法では、図３に示すように、所望の溶け込み深さ範囲内に磁石部材３０を設け、この磁石部材３０を取り込むようにしてチューブ１１とヨーク１２とを溶接している。磁石部材３０が溶融金属Ｍに取り込まれることで、磁石部材３０の磁力はなくなる（又は低下する）。つまり、所望の溶け込み深さまで溶接されていれば、磁石部材３０による磁力はなくなる（又は低下する）。

さらに、チューブ１１及びヨーク１２は円筒形状を有しており、全周にわたって溶接される。そこで、チューブ１１とヨーク１２との接合面の間の全長にわたって磁石部材３０が設けられている。つまり、磁石部材３０は環状となっている。これにより、溶接部Ｗの全長検査（全周検査）が可能となる。

また、本実施形態では、図２に示すように、チューブ１１とヨーク１２との接合面間に、磁石部材３０を介在させるための小空間Ｋが形成されている。この小空間Ｋは、チューブ１１及びヨーク１２（円筒部）の軸方向端部１５，１６において、開先が形成されている外周側部よりも径方向内側に形成されている。したがって、チューブ１１及びヨーク１２を従来とおりの開先形状として、溶接が可能となる。

そして、以上のようなチューブ１１とヨーク１２との溶接が行われることで得られた溶接部Ｗの検査を非破壊で行う方法は、前記溶接方法によって溶接されて得たチューブ１１とヨーク１２との間の溶接部Ｗの磁性（の弱さ）を確認することによって行われる。磁粉を用いる場合、溶接部Ｗの外周面に磁粉を与えればよい。この方法によれば溶接部Ｗの検査が容易となり、検査時間の短縮化に貢献できる。そして、従来の超音波探傷試験に代わって溶接部Ｗの検査が可能となる。

以上のとおり開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。つまり、本発明の溶接方法及び検査方法は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。
例えば、前記実施形態では、溶接の対象をチューブ１１とヨーク１２としたが、これら以外の金属部材を溶接によって接合する場合においても、前記溶接方法を適用することができる。また、溶接の対象は、筒状の部材以外であってもよく、板状である第一部材と第二部材とを溶接する場合においても、前記溶接方法を適用することができる。更に、溶接方法は、前記のような裏当て部が無い溶接（例えば突合せ溶接や、隅肉溶接）であってもよい。例えば、金属部材の板厚が大きく、これらを突き合わせ溶接する場合、両面に開先が形成されるが、この場合、例えば、一面側の開先と他面側の開先との間の板厚中央部に磁石部材を設けて溶接を行えばよい。
このように突合せ溶接や、隅肉溶接の場合であっても、両部材の接合面に磁石部材を設け、これらを溶接すればよい。そして、この溶接部の磁性を確認することで、溶接部の非破壊検査が可能となる。

１０：突き合わせ部１１：チューブ（第一部材）１２：ヨーク（第二部材）
１３：円筒部１４：裏当て部２１：軸端面
３０：磁石部材Ｈ：溶け込み深さＫ：小空間
Ｍ：溶融金属Ｗ：溶接部

Claims

第一部材と第二部材とを溶接によって接合する方法であって、前記第一部材と前記第二部材との接合面に磁石部材を設け、前記第一部材と前記第二部材とを溶接する、溶接方法。
所望の溶け込み深さ範囲内に前記磁石部材を設け、前記第一部材と前記第二部材とを前記磁石部材を取り込むようにして溶接する、請求項１に記載の溶接方法。
前記第一部材と前記第二部材との接合面間に、前記磁石部材を介在させるための小空間が形成されている、請求項１又は２に記載の溶接方法。
前記接合面の全長にわたって前記磁石部材を設ける、請求項１〜３のいずれか一項に記載の溶接方法。
前記第一部材は、円筒部材であり、
前記第二部材は、前記第一部材の軸端面と突き合わせられる円筒部、及び、前記第一部材と前記円筒部との突き合わせ部の径方向内側又は径方向外側に設けられている環状の裏当て部を有しており、
前記磁石部材は、前記第一部材、前記円筒部及び前記裏当て部によって囲まれた領域に設けられる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の溶接方法。
第一部材と第二部材との溶接部の検査を非破壊で行う方法であって、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の溶接方法によって溶接されて得た溶接部の磁性を確認する、溶接部検査方法。