JP4357788B2

JP4357788B2 - 閉鎖容器の突合せ溶接方法

Info

Publication number: JP4357788B2
Application number: JP2002076273A
Authority: JP
Inventors: 徳次郎小西; 義範柴田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-03-19
Filing date: 2002-03-19
Publication date: 2009-11-04
Anticipated expiration: 2022-03-19
Also published as: JP2003275869A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部が実質的に閉じられた閉鎖容器を突合せ溶接する方法に係り、特にアルミニウム系材料からなる閉鎖容器の製造に向けて好適な突合せ溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に構造体を突合せ溶接する場合は、熱変形による位置ずれを防止するため、該構造体を構成する接合要素の突合せ部の複数箇所を事前に仮付け溶接した後、突合せ部の全体を本溶接するようにしている。この場合、仮付け溶接そのものにより熱変形が生じてしまったのでは、本来的な意味をなさないことになり、そこで、小入熱で必要最低限の溶接強度が得られる条件で仮付け溶接を行うようにしている。しかし、このような条件で仮付け溶接を行うと、溶込みが浅くなる分、溶着金属の余盛りが大きくなり、特に構造体がアルミニウム系材料からなる場合は、その熱伝導率の大きさにより前記余盛りが過大に現われるようになる。
【０００３】
図６は、アルミニウム系材料からなる構造体を構成する接合要素ＡとＢとの突合せ部Ｃに対して仮付け溶接（アーク溶接）を実施した後の接合部の状態を示したもので、溶着金属Ｄの溶込み深さｄ１が浅くなっている一方で、余盛り高さｄ２が過大に現われ、この仮付け部においては実質的に板厚がかなり増大している。したがって、その後、前記仮付け部を含めた突合せ部Ｃの全体を本溶接すると、図７に示すように仮付け部において溶接ビードＥが裏面側まで到達しない現象、すなわち裏波が形成されない現象が起こり、未溶着部Ｆが残って所望の溶接品質を確保することが困難になる。そこで従来は、本溶接する側とは反対側で仮付け溶接を行い、仮付け溶接で生じる余盛りの影響を受けないように配慮していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、構造体が、例えば圧力容器のように内部が実質的に閉じられた閉鎖容器である場合は、内部に溶接トーチを入れることができないため、表面側（本溶接と同じ側）で仮付け溶接をせざるを得ず、上記した仮付け部における溶込み不足を解消することは極めて困難である、という問題があった。
なお、本溶接の溶接入熱を増加させることで、上記溶込み不足を解消することができるが、アルミニウム系材料の場合は、融点が低いため溶落ちを生じ易いという制約があり、実質、その対策は断念せざるを得ない状況にあった。
【０００５】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、本溶接する側と同じ側で仮付け溶接を行っても余盛りを十分に低く抑えることができ、もって本溶接においても十分なる裏波が得られて溶接品質の向上に寄与する閉鎖容器の突合せ溶接方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、アルミニウム系材料からなる閉鎖容器を構成する接合要素の突合せ部に、必要最低限の溶接強度が得られる仮付け溶接をした後、前記仮付け部を含めた突合せ部の全体を表面側から本溶接する閉鎖容器の突合せ溶接方法において、接合要素の突合せ部の表面側に、裏側面まで貫通しない凹穴を、該凹穴の底の部分の板厚が前記仮付け溶接で得られる溶込み深さよりも小さくなるよう形成しておき、アーク溶接により、前記凹穴内で裏面側まで溶込みを到達させながら仮付け溶接をし、しかる後、前記仮付け部を含めた突合せ部の全体を裏波が形成されるように本溶接することを特徴とする。
このように行う閉鎖容器の突合せ溶接方法においては、突合せ部の表面側に形成した凹穴内で仮付け溶接を行うので、余盛りの発生が抑えられ、結果として、仮付け部の板厚増大も抑えられるので、本溶接に際して溶込み不足が生じることはなくなる。また、凹穴の底の部分の板厚が仮付け溶接で得られる溶込み深さよりも小さくなるよう形成するので、仮付け溶接における溶込みも裏面側まで到達し、確実に裏波が得られるようになる。
【０００７】
本発明において、上記凹穴の幅は、本溶接によるビード幅より小さく設定するのが望ましく、これにより表面に凹穴の痕跡が残ることもない。
本発明は、上記凹穴の形状を問うものではないが、溶着金属が断面円錐形状に形成されることから、これに倣って錐形状（円錐形状、角錐形状）とするのが望ましい。また、この凹穴を形成する方法も任意であり、例えば、閉鎖容器の接合要素を突合せた状態として座ぐり穴加工により形成しても、あるいは各接合要素の突合せ端面の縁部に、予め相互に突合せた状態で凹穴を合成する切欠を型押し加工により形成するようにしてもよい。
本発明はさらに、接合対象とする閉鎖容器の種類を、アルミニウム系材料からなる圧力容器とし、この場合は、溶接品質の保証も十分となるので、圧力容器としての適用範囲が拡大する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基いて説明する。
【０００９】
図１は、本発明に係る突合せ溶接方法により製造されるアルミニウム合金製の圧力容器を示したもので、圧力容器１は、円筒形シェル（接合要素）２とこの円筒形シェル２の両端に本発明の方法により突合せ溶接された半球形シェル（接合要素）３、４とからなっている。この種の圧力容器１は、その一方の半球形シェル３に給排口５が設けられるとはいえ、全体として閉鎖容器となっており、したがって、円筒形シェル２とこれに、少なくとも後付けされる半球形シェル３または４との突合せ部６または７に対しては、前記したように内側から仮付け溶接を行うことはできず、本溶接と同じく外側からの仮付け溶接となる。
【００１０】
本実施の形態において、上記２つの半球形シェル３、４のうち、給排口５を設けた側の半球形シェル３は、円筒形シェル２に対して後付けされるようになっており、したがって、ここでは、この後付けされる半球形シェル３と円筒形シェル２との突合せ部６に対する仮付け溶接は、本溶接と同じく外側からの施工となる。
このため、本実施の形態においては、上記円筒形シェル２とこれに後付けされる半球形シェル３との突合せ部６の表面側に、図２にも示すように、予め円錐形状の凹穴１０を形成する。凹穴１０は、ここでは円筒形シェル２と半球形シェル３とを突合せた状態として、両者の突合せ部６に座ぐり穴加工を施すことにより形成されたもので、円周方向に等配して複数個（一例として、３〜４個）形成されている。
【００１１】
上記凹穴１０は、図２に示すように、通常の仮付け溶接で得られる溶込み深さｄ１（図６）を各シェル２および３の板厚（ここでは、４〜５ｍｍ）ｔから減じた値と同等かそれよりわずか大きくなるようにその深さｈが設定（ｈ≧ｔ−ｄ１）されている。換言すれば、この凹穴１０の底の実質的な板厚ｔ１は、通常の仮付け溶接で得られる溶込み深さｄ１よりも小さく（ｔ１＜ｄ１）なっている。凹穴１０はまた、後述の本溶接による溶接ビード１５の幅Ｗ（図４）よりも小さくなるようにその最大径（幅）ｗが設定されている。
【００１２】
圧力容器１の製造に際しては、先ず、円筒形シェル２の他端と他方の半球形シェル４とを突合せ、両者の突合せ部７を溶接する。この場合、円筒形シェル２の一端は開放されているので、両者の突合わせ部７の複数箇所（３〜４箇所）を内側から仮付け溶接（アーク溶接）し、その後、表面側から該突合せ部７の全周をアーク溶接（ＭＩＧ等）する。したがって、この溶接に際しては、突合わせ部７の裏面側にも十分に溶込みが到達し、いわゆる裏波が確実に形成されて、溶接品質も十分となる。
【００１３】
上記円筒形シェル２に対する他方の半球形シェル４の接合が完了したら、次に、円筒形シェル２と一方の半球形シェル３とを突合せ溶接する。この突合せ溶接に際しては、先ず、円筒形シェル２と半球形シェル３とを突合せ、両者の突合せ部６に座ぐり穴加工を施して、円周方向の必要箇所に上記凹穴１０を形成し、続いて、この凹穴１０内で仮付け溶接（アーク溶接）を行う。すると、凹穴１０の底の板厚ｔ１（図２）が、通常の仮付け溶接で得られる溶込み深さｄ１（図６）よりも小さくなっていることから、図３に示すように、母材の溶込みが裏面側まで到達し、これにより溶着金属１２は両シェル２、３の一般面からほとんど盛上がることなく形成される。すなわち、余盛りがほとんど形成されない状態となり、したがって、その後に、円筒形シェル２と半球形シェル３との突合せ部６の全周をアーク溶接（ＭＩＧ等）すると、図４に示すように、仮付け溶接部においても裏面側まで溶込みが到達し、いわゆる裏波が確実に形成され、この結果、溶接品質も十分となる。また、この本溶接による溶接ビード１１は、同じく図４に示すように、両シェル２、３の一般面から十分に盛上がるので、前記凹穴１０もこの溶接ビード１１により完全に被覆され、表面に凹穴１０の痕跡（アンダーカット）が残ることもなくなって、強度面および意匠面での不安も一掃される。
【００１４】
ここで、上記実施の形態においては、凹穴１０を座ぐり穴加工により形成するようにしたが、この凹穴１０を形成する方法は任意であり、例えば、図５に示すように、円筒形シェル２および半球形シェル３の各突合せ端面の縁部に、相互に突合せた状態で凹穴を合成する角形の切欠１３を、予め型押し加工により形成するようにしてもよい。この場合は、円筒形シェル２と半球形シェル３とを突合せた状態で、両者の突合せ部６に角錐形状の凹穴が形成されるため、上記座ぐり穴加工により凹穴１０を形成する場合のように、円筒形シェル２と半球形シェル３とを現物合せしてから座ぐり穴加工をする面倒な作業が不要になる。
【００１５】
なお、上記円筒形シェル２と半球形シェル３との突合せ部６に形成する凹穴１０の形状は、上記した錘形状とすることなく、単純な円形穴、角穴としてもよいことはもちろんである。
また、本発明で行う溶接の種類は任意であり、上記したＭＩＧ以外にも、ＴＩＧ、レーザ溶接等を採用することができる。
さらに、本発明の適用対象は任意であり、上記したアルミニウム系材料からなる圧力容器１以外にも、内部が実質的に閉じられた種々の閉鎖容器の溶接に適用でき、また、その適用材種も、上記したアルミニウム系以外の種々の材料に適用できる。
【００１６】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明に係る閉鎖容器の突合せ溶接方法によれば、本溶接する側と同じ側で仮付け溶接を行っても余盛りを十分に低く抑えることができるので、仮付け部においても裏波を形成する十分な溶込みが得られ、良好な溶接品質を確保することができ、特にアルミニウム系のように熱伝導性の良好な材料からなる閉鎖容器の製造に向けて好適となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る突合せ溶接方法により製造されるアルミニウム系材料製の圧力容器の構造を示す模式図である。
【図２】本突合せ溶接方法の実施に際して突合せ部に形成する凹穴の形状を示す断面図である。
【図３】本突合せ溶接方法による仮付け溶接後の接合部の状態を示す断面図である。
【図４】本突合せ溶接方法による本溶接後の接合部の状態を示す断面図である。
【図５】本突合せ溶接方法で採用する凹穴形成の他の実施形態を示す斜視図である。
【図６】従来の突合せ溶接方法による仮付け溶接後の接合部の状態を示す断面図である。
【図７】従来の突合せ溶接方法による本溶接後の接合部の状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１圧力容器（閉鎖容器）
２円筒形シェル（接合要素）
３半球形シェル（接合要素）
６突合せ部
１０凹穴
１１溶接ビード
１２仮付け溶接の溶着金属
１３凹穴形成用切欠

Claims

アルミニウム系材料からなる閉鎖容器を構成する接合要素の突合せ部に、必要最低限の溶接強度が得られる仮付け溶接をした後、前記仮付け部を含めた突合せ部の全体を表面側から本溶接する閉鎖容器の突合せ溶接方法において、接合要素の突合せ部の表面側に、裏側面まで貫通しない凹穴を、該凹穴の底の部分の板厚が前記仮付け溶接で得られる溶込み深さよりも小さくなるよう形成しておき、アーク溶接により、前記凹穴内で裏面側まで溶込みを到達させながら仮付け溶接をし、しかる後、前記仮付け部を含めた突合せ部の全体を裏波が形成されるように本溶接することを特徴とする閉鎖容器の突合せ溶接方法。
凹穴の幅を、本溶接によるビード幅より小さく設定することを特徴とする請求項１に記載の閉鎖容器の突合せ溶接方法。
凹穴が、錘形状をなすことを特徴とする請求項１または２に記載の閉鎖容器の突合せ溶接方法。
閉鎖容器が、圧力容器であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の閉鎖容器の突合せ溶接方法。