JP3017378B2 - 焼結材溶接継手構造部材 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は主に自動車の動力伝達系
等に用いられる鉄系焼結材の溶接継手部を持った構造部
材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】鉄系焼
結材の溶接は、鉄系焼結材同士を溶接し、或いは一方が
鉄系焼結材で他方が鋼材等の他材料として溶接する場合
がある。しかし、鉄系焼結材は多孔質であるため、一般
のアーク溶接などで溶接すると、母材の空孔が集合し、
大きなブローホールが溶接金属に形成され、溶接部の強
度が確保できなくなると共に割れが発生する。

【０００３】このため、特開平４−２８４９８９号に代
表される如く、特定の成分の溶加材を供給しながら、レ
ーザ溶接する方法が提案されている。しかしながら、溶
接継手部の引張特性において、必ずしも母材と同等の強
度が得られないケースがあり、母材並の強度が必要な重
要部材への適用が難しい状況である。

【０００４】本発明は、上記従来技術の問題点を解決
し、鉄系焼結材の溶接において、母材並の強度の溶接継
手が得られる技術を提供することを目的とするものであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記課題を
解決するために鋭意研究を重ねた結果、対象とする材料
組合せの溶接継手の引張特性において、焼結材同士であ
れば、強度の低い側の焼結母材と同等の引張強度が得ら
れ、焼結材と他材料の組合せの場合は、強度の低い側の
材料と同等の引張強度が得られる継手構造を持った構造
部材を見い出し、ここに本発明をなしたものである。

【０００６】すなわち、本発明は、鉄系焼結材同士、鉄
系焼結材と鋼材、鋳鋼、鋳鉄または中高炭素鋼との溶接
継手を持った構造部材において、溶接金属の平均硬さが
ビッカース硬さＨｖ（以下、Ｈｖで示されるビッカース
硬さは、全て測定荷重５００ｇ以下で測定した値を意味
する）で１００〜３５０の範囲であって、かつ、鉄系焼
結材側の溶接熱影響部の最高硬さＨｖが１００〜４５０
の範囲であることを特徴とする焼結材溶接継手構造部材
を要旨としている。

【０００７】また、他の本発明は、鉄系焼結材同士、鉄
系焼結材と鋼材、鋳鋼、鋳鉄又は中高炭素鋼との溶接継
手部を持った構造部材において、鉄系焼結材側の溶接熱
影響部の最高硬さＨvが４５０を超え６００以下の範囲
であって、かつ、溶接金属の平均硬さＨvが１００〜３
５０の範囲であることを特徴とする焼結材溶接継手構造
部材を要旨としている。

【０００８】更に、他の本発明は、鉄系焼結材同士、鉄
系焼結材と鋼材、鋳鋼、鋳鉄又は中高炭素鋼との溶接継
手部を持った構造部材において、溶接金属の平均硬さＨ
vが３５０を超え５００以下の範囲であって、かつ、鉄
系焼結材側の溶接熱影響部の最高硬さＨvが１００〜４
５０の範囲であることを特徴とする焼結材溶接継手構造
部材を要旨としている。

【０００９】以下に本発明を更に詳細に説明する。

【作用】

【００１０】本発明が対象とする溶接継手は、少なくと
も片方が鉄系焼結材で構成されている。鉄系焼結材に
は、通常ポアと呼ばれている空洞が存在している。一
方、鉄系焼結材はその強度を確保するためにＣが０.３
％程度以上添加されている。したがって、これを溶接す
ると、溶接金属は勿論のこと、溶接熱影響部も硬化する
傾向がある。溶接金属については適当な溶加材を添加す
ることにより、硬さを低減することが可能であるが、溶
接熱影響部については何らかの熱処理を行うか、或いは
硬化が低減される条件で溶接する必要がある。

【０００９】硬度が高く、かつ空洞が存在する鉄系焼結
材は、いわゆる切欠強度が極めて低いため、少なくとも
片方が鉄系焼結材で構成されている溶接継手(溶接金属
に欠陥がない場合)の引張試験を行うと、鉄系焼結材母
材の強度に比べて、かなり低い強度で焼結材側の溶接熱
影響部で破断する。

【００１０】但し、この傾向は、単に溶接熱影響部の硬
さのみで決定されるものでなく、ある硬さ以上の範囲で
は、溶接熱影響部の硬さと溶接金属の硬さのバランスが
関係することが判明した。

【００１１】すなわち、具体的には、図１に示すよう
に、溶接金属の硬さＨvが１００〜３５０の範囲で、
かつ、鉄系焼結材側の溶接熱影響部の最高硬さＨvが１
００〜４５０の範囲であること、鉄系焼結材側の溶接
熱影響部の最高硬さＨvが４５０を超え６００以下の範
囲であって、かつ、溶接金属の平均硬さＨvが１００〜
３５０の範囲であること、溶接金属の平均硬さＨvが
３５０を超え５００以下の範囲であって、かつ、鉄系焼
結材側の溶接熱影響部の最高硬さＨvが１００〜４５０
の範囲であること、というバランスが必要である。

【００１２】このようなバランスは、要するに、溶接継
手全体としては、溶接熱影響部、溶接金属部ともに或る
硬さ以下である場合(上記)には、パランスが良い。し
かし、溶接熱影響部の最高硬さが高い範囲(上記)にお
いては、溶接金属の硬さを低い範囲に抑えることが重要
である。これにより溶接熱影響部における硬化部にかか
る応力が、硬さの低い溶接金属部に吸収され、低強度破
壊が阻止される。一方、溶接金属の硬さが高い範囲(上
記)においては、この溶接金属は応力の吸収能が低い
ため、溶接熱影響部の最高硬さを低いレベルにまで抑え
る必要がある。

【００１３】以上のように、焼結材側の溶接熱影響部と
溶接金属部の硬さバランスの良い継手構造とすることに
より、引張特性として、鉄系焼結材同士の場合は鉄系焼
結材母材並の強度が得られ、鉄系焼結材材と他の材料と
の組合せの場合は強度の低い他の材料側母材と同等の強
度が得られる。

【００１４】鋼材を代表とする他の材料側の熱影響部の
硬さに制限されないのは、一般にこのような溶製材には
空洞欠陥(強度に影響する)が存在しないため、一般にい
われているように、切欠が存在しない場合の強度は、硬
さとほぼ比例して強度が上がるため、高硬度＝低引張強
度といった式が成立しないからである。

【００１５】なお、溶接継手の硬さを制御する方法とし
て、溶接金属については組織がオーステナイト或いはオ
ーステナイトとの混合組織になるような、溶加材を利用
したり、溶接後熱処理により軟化させたりすることで制
御できる。また、溶接熱影響部については、予熱を施し
て溶接したり、冷却速度の遅い溶接条件を選定して溶接
したり、多重パスの溶接により熱影響部を軟化させた
り、或いは後熱処理により全体の硬さを低下させたりす
ることで制御することができる。

【００１６】溶接方法の種類としてはレーザ溶接が最も
好ましいが、プラズマアーク溶接等の高エネルギービー
ムを用いた溶接法も可能である。

【００１７】また、本発明において、他の材料側として
は、鉄系焼結材との異材溶接として利用される鋼材、鋳
鋼、鋳鉄又は中高炭素鋼である。これらは溶製材であ
り、種々の組成のものが可能である。

【００１８】次に本発明の実施例を示す。

【００１９】

【実施例１】本例は焼結材同士の溶接継手の例である。

【００２０】表１に示す鉄系焼結材(サイズ：５mm厚×
(５０＋５０)mm幅×１００mm長さ)に対して、表２の条
件でレーザ溶接を行った後、図２に示す引張試験片を採
取して継手引張試験を行った。溶接に当たり、予熱、後
熱を施したり、溶加材の成分や供給速度を変化させて、
種々の硬さの溶接継手を得た。

【００２１】継手引張試験結果及び硬さ測定結果を表３
に示す。引張試験結果の基準判定として、母材強度の９
０％以上の継手効率が得られたものを合格とした。表３
より明らかなように、本発明例は、いずれも、焼結材母
材側で破断している。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】

【表３】

【００２５】

【実施例２】本例は焼結材と鋼材の異材溶接継手の例で
ある。

【００２６】実施例１で用いた鉄系焼結材と、ＳＭ４９
０Ａ鋼材(サイズは焼結材と同じ)との突き合わせ溶接を
行った上で、継手引張試験を行った。試験要領は実施例
１と同様である。継手引張試験結果及び硬さ測定結果を
表４に示す。表４より明らかなように、本発明例は、い
ずれも、焼結材母材側で破断している。

【００２７】

【表４】

【００２８】

【実施例３】本例は鉄系焼結材と鋳鋼、鋳鉄又は中高炭
素鋼との異材溶接継手の例である。

【００２９】実施例１と同様の鉄系焼結材を用い、この
焼結材とＳＣ４８０、焼結材とＦＣＤ５００、焼結材と
Ｓ２５Ｃ又はＳ５０Ｃの組合せ継手について、実施例２
と同様の溶接試験を行った結果、本発明で規定される硬
さバランスを有する場合は、鉄系焼結材母材側で破断
し、鉄系焼結材の母材並強度が得られることが確認され
た。

【００３０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
鉄系焼結材同士、或いは鉄系焼結材と鋼材、鋳鋼、鋳鉄
又は中高炭素鋼との溶接継手部において、強度の低い側
の母材並の強度の溶接継手が得られるので、鉄系焼結部
材の溶接に寄与する効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における溶接熱影響部の硬さと溶接金属
の硬さのバランス関係を示す図である。

【図２】引張試験片を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 芳野文人 神奈川県藤沢市宮前字裏河内100番１株 式会社神戸製鋼所藤沢事業所内 (56)参考文献 特開 平４−339591（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 31/00 B23K 26/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄系焼結材同士、鉄系焼結材と鋼材、鋳
   鋼、鋳鉄または中高炭素鋼との溶接継手を持った構造部
   材において、溶接金属の平均硬さがビッカース硬さＨｖ
   （測定荷重５００ｇ以下）で１００〜３５０の範囲であ
   って、かつ、鉄系焼結材側の溶接熱影響部の最高硬さＨ
   ｖ（測定荷重５００ｇ以下）が１００〜４５０の範囲で
   あることを特徴とする焼結材溶接継手構造部材。
2. 【請求項２】 鉄系焼結材同士、鉄系焼結材と鋼材、鋳
   鋼、鋳鉄または中高炭素鋼との溶接継手を持った構造部
   材において、溶接金属の平均硬さがビッカース硬さＨｖ
   （測定荷重５００ｇ以下）で１００〜３５０の範囲であ
   って、かつ、鉄系焼結材側の溶接熱影響部の最高硬さＨ
   ｖ（測定荷重５００ｇ以下）が４５０を超え６００以下
   の範囲であることを特徴とする焼結材溶接継手構造部
   材。
3. 【請求項３】 鉄系焼結材同士、鉄系焼結材と鋼材、鋳
   鋼、鋳鉄または中高炭素鋼との溶接継手を持った構造部
   材において、溶接金属の平均硬さがビッカース硬さＨｖ
   （測定荷重５００ｇ以下）で３５０を超え５００以下の
   範囲であって、かつ、鉄系焼結材側の溶接熱影響部の最
   高硬さＨｖ（測定荷重５００ｇ以下）が１００〜４５０
   の範囲であることを特徴とする焼結材溶接継手構造部
   材。