JP7466161B2

JP7466161B2 - 接合方法

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Publication number: JP7466161B2
Application number: JP2022546263A
Authority: JP
Inventors: 潤司藤原; 龍幸中川
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
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Filing date: 2021-08-25
Publication date: 2024-04-12
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Description

本発明は、接合方法に関するものである。

特許文献１には、第１の金属材と、第１の金属材に対して溶接が困難な異種材とを重ね合わせた状態にし、異種材の貫通部を介して溶加材（溶接ワイヤ）をアーク溶接するようにした接合構造が開示されている。

このとき、溶融した溶加材によって、異種材の貫通部の上面側の外周部に覆い被さるようにつば部分を形成する。これにより、第１の金属材に対する溶加材の凝固収縮によるつば部分と第１の金属材との圧縮固定力によって、異種材と第１の金属材とを固定するようにしている。

国際公開第２０１８／０３０２７２号

ところで、特許文献１の発明では、第３の金属材のつば部分と第２の金属材との重ね合わせ面の隙間を通って、外部から水分が侵入するおそれがある。そして、侵入した水分によって、第３の金属材のつば部分と第２の金属材とが重なり合う部分で電食が発生してしまい、接合強度が低下するおそれがある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、金属材と異種材とが重なり合う部分で電食が発生するのを抑えることにある。

第１の態様は、金属材で構成された第１の部材と、該第１の部材に対して溶接が困難な材料で構成された第２の部材とを、互いに重ね合わせた状態で接合する接合方法であって、前記第２の部材には、前記第１の部材に向かって貫通する貫通部が形成されており、前記第１の部材に対して溶接可能な第１溶加材を、前記貫通部を介して該第１の部材に溶接することで、該第１の部材との間で前記第２の部材を圧縮固定させる第３の部材を形成する第１工程と、前記第２の部材に対して溶接可能な第２溶加材を、前記第３の部材の表面を覆うとともに該第２の部材に溶接することで、第４の部材を形成する第２工程とを備えている。

第１の態様では、第１工程において、第２の部材の貫通部を介して第１溶加材を第１の部材に溶接して、第３の部材を形成する。第２工程において、第３の部材の表面を第２溶加材で覆うとともに第２の部材に溶接して、第４の部材を形成する。

このように、第４の部材で第３の部材の表面を覆うとともに、第４の部材を第２の部材に溶接して、第２の部材と第３の部材との隙間を第４の部材で塞ぐことで、第２の部材及び第３の部材の重ね合わせ部分に、外部から水分が侵入するのを抑えることができる。

これにより、第２の部材と第３の部材とが重なり合う部分で電食が発生するのを抑え、接合強度を確保することができる。

第２の態様は、第１の態様において、前記第１工程では、前記第１の部材に対して前記第１溶加材を短絡アーク溶接することで、前記第３の部材を形成し、前記第２工程では、前記第２の部材に対して前記第２溶加材をパルス溶接することで、前記第４の部材を形成する。

第２の態様では、第１工程において、第１の部材に対して第１溶加材を短絡アーク溶接する。第２工程において、第２の部材に対して第２溶加材をパルス溶接する。

このように、第１工程では、貫通部を介して第１溶加材を第１の部材に溶接する際に、アークの広がりが小さく、短絡状態とアーク状態を繰り返す短絡アーク溶接を行うようにしている。これにより、第２の部材への入熱量を抑えながら第３の部材を形成することができる。なお、短絡アーク溶接には、正送と逆送とを繰り返すワイヤ送給制御を取り入れた溶接方法を含むものとする。

また、第２工程では、アークの広がりが大きい正極性や交流によるパルス溶接を行うようにしている。これにより、第３の部材の表面全体を覆うように、溶融した第２溶加材を広げて第４の部材を形成することができる。

第３の態様は、第１又は２の態様において、前記第２溶加材の外径は、前記第１溶加材の外径と同じ、又は該第１溶加材の外径よりも大きい。

第３の態様では、第２溶加材の外径を、第１溶加材の外径と同じ、又は第１溶加材の外径よりも大きくしている。

具体的に、第１溶加材は、貫通部を介して第１の部材に溶接するものであり、貫通部に挿通させ易くするために、細径であるのが好ましい。例えば、貫通部が２～５ｍｍの孔の場合、外径が０．８ｍｍ、０．９ｍｍ、１．０ｍｍ、又は１．２ｍｍの第１溶加材を選定すればよい。

一方、第２溶加材は、第３の部材の表面全体に広げて溶接するものであり、アークを広げやすくするために、太径であるのが好ましい。また、第２溶加材の外径が大きいと、座屈を抑えることができて好ましい。例えば、上述した外径の第１溶加材に対し、外径が１．２ｍｍ、１．４ｍｍ、又は１．６ｍｍの第２溶加材を選定すればよい。

第４の態様は、第１乃至３の態様のうち何れか１つにおいて、前記第２工程は、前記第３の部材の外周縁に沿って前記第２溶加材を溶接することで、前記第４の部材の外周部を形成する外周形成工程と、前記外周形成工程の後、前記第３の部材の表面の中央部分を覆うように前記第２溶加材を溶接することで、前記外周部に溶接された前記第４の部材の中央部を形成する中央形成工程とを含む。

第４の態様では、第２工程において、第４の部材を、中央部と外周部とに分けて形成するようにしている。

具体的に、第２溶加材を溶接して外周部を形成することで、第３の部材の表面の外周部分を覆い、その後、第３の部材の中央部の表面の中央部分に第２溶加材を溶接することで、第４の部材の中央部と外周部とをなじませることができる。

また、外周形成工程の後で中央形成工程を行うようにしたから、中央形成工程において第３の部材の中央部分に溶融させた第２溶加材が流れ出すのを、外周部でせき止めることができる。

第５の態様は、第１乃至３の態様のうち何れか１つにおいて、前記第２工程は、前記第３の部材の表面の中央部分を覆うように前記第２溶加材を溶接することで、前記第４の部材の中央部を形成する中央形成工程と、前記中央形成工程の後、前記第３の部材の外周縁に沿って前記第２溶加材を溶接することで、前記中央部と前記第２の部材とに溶接された前記第４の部材の外周部を形成する外周形成工程とを含む。

第５の態様では、第２工程において、第４の部材を、中央部と外周部とに分けて形成するようにしている。

具体的に、第２溶加材を溶接して中央部を形成することで、第３の部材の表面の中央部分を覆い、その後、中央部の外周縁に沿って第２溶加材を溶接して外周部を形成することで、第４の部材の中央部と外周部とをなじませることができる。

第６の態様は、第１乃至５の態様のうち何れか１つにおいて、前記第１工程は、前記貫通部を介して前記第１の部材に前記第１溶加材を溶接することで、該貫通部の内部に第１接合部を形成する第１接合工程と、前記第１接合工程の後、該第１接合工程とは異なる溶接条件によって、前記第１接合部に前記第１溶加材を溶接することで、前記貫通部よりも径方向外方に張り出して該貫通部の周縁部を押さえる第２接合部を形成する第２接合工程とを含む。

第６の態様では、第１工程において、第３の部材を、第１接合部と第２接合部とに分けて形成することで、第２の部材の材料特性を考慮した溶接法又は溶接条件の使い分けをすることができる。

例えば、溶融した第１溶加材を、貫通部を介して第１の部材に溶接する際には、溶け込みに必要な入熱で、アークの広がりが小さく、短絡状態とアーク状態を繰り返す短絡アーク溶接を行い、第１接合部を形成すればよい。その後、第２の部材を溶融しない程度の低入熱で、アークの広がりが大きい正極性や交流によるパルス溶接を行い、第２接合部を形成すればよい。これにより、第２の部材への入熱量を抑えながら、第２接合部を形成することができる。

なお、溶接条件としては、短絡アーク溶接とパルス溶接とを変更する場合の他、例えば、溶加材の外径を変更するようにしてもよい。

本開示の態様によれば、金属材と異種材とが重なり合う部分で電食が発生するのを抑えることができる。

図１は、本実施形態１に係る接合構造を説明するための側面断面図である。図２は、本実施形態２に係る接合構造を説明するための側面断面図である。図３は、本実施形態３に係る接合構造を説明するための側面断面図である。図４は、本実施形態４に係る接合構造を説明するための側面断面図である。図５は、本実施形態５に係る接合構造を説明するための側面断面図である。図６は、本実施形態６に係る接合構造を説明するための側面断面図である。図７は、本実施形態７に係る接合構造を説明するための側面断面図である。図８は、本実施形態８に係る接合構造を説明するための側面断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

《実施形態１》
図１は、金属材で構成された第１の部材１０と、第１の部材１０に対して溶接が困難な材料で構成された第２の部材２０と、溶加材としての第１溶加材６で構成された第３の部材３０とを互いに接合するための接合構造を示している。

第１の部材１０は、金属材で構成された板状の部材である。

第２の部材２０は、第１の部材１０に対して溶接が困難な材料で構成された板状の部材である。第２の部材２０は、第１の部材１０の上側に重ね合わされている。第２の部材２０は、円形状の貫通部２１を有する。

なお、本実施形態では、貫通部２１を円形状の貫通孔として説明するが、楕円状や長孔状の貫通孔であってもよい。

第３の部材３０は、第１の部材１０と同種系の金属材である第１溶加材６で構成されている。ここで、同種系の金属材とは、互いに溶接可能な金属であり、同じ材質同士だけではなく、鉄系金属材同士、非鉄系金属材同士などの溶接接合性がよい金属材のことである。言い換えると、同種系の金属材とは、溶接の相性がよい同種系の材料のことである。

具体的には、溶接時における第１の部材１０と第３の部材３０との組み合わせとしては、以下のものが挙げられる。例えば、鉄系金属材の組合せとしては、軟鋼と軟鋼、ステンレスとステンレス、軟鋼とハイテン（高張力鋼）、ハイテンとハイテン等がある。また、非鉄系金属材としては、アルミとアルミ、アルミとアルミ合金、アルミ合金とアルミ合金等がある。

また、異種材としての第２の部材２０は、同種系の金属材としての第１の部材１０及び第３の部材３０とは、異なる材質の材料であり、第１の部材１０及び第３の部材３０に対して溶接が困難な材質である。

例えば、同種系の金属材としての第１の部材１０及び第３の部材３０を鉄系金属材にした場合、異種材としての第２の部材２０は、銅材やアルミ材等の非鉄系金属材である。

第３の部材３０は、貫通部２１を介して第１の部材１０に溶接される。第３の部材３０には、貫通部２１の周縁部を押さえるフランジ部３１が設けられる。そして、第１の部材１０に対して第３の部材３０が凝固収縮することで、フランジ部３１と第１の部材１０との間に、異種材である第２の部材２０が圧縮固定される。

ところで、第３の部材３０のフランジ部３１と第２の部材２０とが重なり合う部分では、外部から水分が侵入することで電食が発生するおそれがある。

そこで、本実施形態では、第２の部材２０及び第３の部材３０が重なり合う部分の隙間を第４の部材４０で塞ぐようにしている。

具体的に、第４の部材４０は、第２の部材２０と溶接可能な同種系の金属材である溶加材としての第２溶加材７で構成されている。第４の部材４０は、第３の部材３０の表面を覆っている。第４の部材４０は、第２の部材２０に溶接されている。

〈接合方法〉
以下では、第１の部材１０として軟鋼材、第２の部材２０としてアルミ材、第１の部材１０に対する溶加材である第３の部材３０として軟鋼材、第２の部材２０に対する溶加材である第４の部材４０としてアルミ材を用いた場合について説明する。また、貫通部２１の孔径を５ｍｍ、第１溶加材６の外径を１．２ｍｍ、第２溶加材７の外径を１．６ｍｍとする。

アーク溶接機１は、ノズル２と、チップ３とを備えている。ノズル２は、溶接対象物の溶接箇所にシールドガス等を供給する。チップ３は、第３の部材３０に対して溶接電流を供給する。

アーク溶接機１は、軟鋼材である第１溶加材６を溶接する際には、アルゴン（Ar）と炭酸ガス（CO2）の混合ガスをシールドガスとして使用するマグ（Metal Active Gas）溶接、又は炭酸ガス（CO2）をシールドガスとして使用する炭酸ガスアーク溶接を行う。

アーク溶接機１は、アルミ材である第２溶加材７を溶接する際には、アルゴン（Ar）をシールドガスとして使用するアルゴンガス溶接を行う。

アーク溶接機１は、第１工程を行う。第１工程では、溶接電極としての第１溶加材６を、貫通部２１を介して、母材としての第１の部材１０に溶接する。この際に、第１溶加材６と第１の部材１０とが短絡している短絡状態と、第１溶加材６と第１の部材１０との間にアークが発生しているアーク状態とを繰り返す短絡アーク溶接を行う。短絡アーク溶接では、アーク５の広がりが小さくなる。

アーク溶接機１は、貫通部２１を介して、第１の部材１０に溶接電極としての第１溶加材６（第３の部材３０）を送給しながら溶接電流を供給することで、第１溶加材６と第１の部材１０との短絡を開放させ、第１溶加材６と第１の部材１０との間にアーク５を発生させる。

このように、アーク状態のときに発生しているアーク５によって、第１溶加材６の先端に溶滴を生成する。一方、短絡状態のときに、第１溶加材６の先端に生成した溶滴を、第１の部材１０に接触させて移行する。

アーク溶接により溶融した第３の部材３０は、第１の部材１０に溶融結合されるとともに、貫通部２１内に積層されていく。そして、溶融した第３の部材３０は、貫通部２１内を埋め尽くした後、貫通部２１の上面側の周縁部に流れ出し、フランジ状に広がる。

溶融した第３の部材３０がビードとなる過程で、第３の部材３０には、貫通部２１の周縁部を押さえるフランジ部３１が設けられる。フランジ部３１は、第２の部材２０における第１の部材１０とは反対側の面（図１では上面）において、貫通部２１よりも径方向外方に張り出している。

そして、第１の部材１０に対して第３の部材３０が凝固収縮することで、フランジ部３１と第１の部材１０との間に、異種材である第２の部材２０が圧縮固定される。

このように、第３の部材３０である溶加材としての溶接ワイヤを溶融させ、第２の部材２０の貫通部２１を介して第１の部材１０に対して供給することで、強度を確保するためのフランジ形状のビードを第２の部材２０上に形成し、第２の部材２０を圧縮固定にて挟み込むことができるようにしている。

なお、第２の部材２０と第３の部材３０とが溶融接合されている必要性はない。仮に、溶融接合することで金属間化合物が形成されても、フランジ形状による圧縮固定を目的としているため、問題はない。

アーク溶接機１は、第２工程を行う。第２工程では、第２の部材２０に対して溶接可能な第２溶加材７（第４の部材４０）を、第３の部材３０の表面を覆うとともに第２の部材２０に溶接する。具体的に、アーク溶接機１は、第２溶加材７を第２の部材２０に溶接する際に、正極性による直流溶接や極性を切り替える交流溶接において、ピーク電流とベース電流を交互に繰り返すパルス波形よるパルス溶接を行う。パルス溶接では、第２の部材２０を溶融しない程度の低入熱で、アーク５の広がりを大きくし、溶接電極としての第２溶加材７側への入熱を多くし溶着量を増やすことができる。

パルス溶接では、ピーク電流とベース電流とからなる１パルスに１回の割合で第２溶加材７の先端に生成されている溶滴を第２溶加材７から離脱させ、フランジ部３１や第２の部材２０側へ離脱移行する。

ここで、正極性による直流溶接とは、直流による溶接において、溶接電極としての第２溶加材７をマイナス極側（負極）にし、母材としての第１の部材１０及び第２の部材２０をプラス極側（正極）にすることで、溶接電極としての第２溶加材７に対する入熱を大きくして溶接を行うものである。これにより、母材の入熱は抑えられ、溶接電極としての第２溶加材７の溶融が促進される。

また、極性を切り替える交流による交流溶接では、交流による溶接において、例えばピーク電流の波形をプラス極側となる逆極性にし、ベース電流の波形をマイナス極側となる正極性とする。逆極性のピーク電流時には、母材としての第１の部材１０、第２の部材２０をマイナス極側、溶接電極としての第２溶加材７をプラス極側にする。正極性のベース電流時には、母材としての第１の部材１０、第２の部材２０をプラス極側、溶接電極としての第２溶加材７をマイナス極側にする。

このように、極性を切り替える交流による交流溶接とは、逆極性のピーク電流時に母材としての第１の部材１０、第２の部材２０に対する入熱を大きくして溶接を行い、正極性のベース電流時に溶接電極としての第２溶加材７に対する入熱を大きくして溶接を行うものである。これにより、母材の入熱は直流溶接よりも抑えられ、溶接電極としての第２溶加材７の溶融が促進される。

なお、正極性によるパルス溶接を行うとしたが、アーク５の広がりは小さいが第２の部材２０への入熱を抑える溶接法として、アーク状態と短絡状態を繰り返す短絡アーク溶接を行ってもよい。

アーク溶接機１は、第３の部材３０の表面に第２溶加材７（第４の部材４０）を送給しながら溶接電流を供給することで、アーク５を発生させる。アーク溶接により溶融した第４の部材４０は、第２の部材２０に溶融結合されるとともに、第３の部材３０の表面を覆うように積層されていく。

以上のように、本実施形態に係る接合方法では、第４の部材４０で第３の部材３０の表面を覆うとともに、第４の部材４０を第２の部材２０に溶接することで、第２の部材２０と第３の部材３０との隙間を、外部から水分が侵入するのを防止するように第４の部材４０で塞いでいる。このようにすれば、第２の部材２０及び第３の部材３０の重ね合わせ部分に、外部から水分が侵入するのを抑えることができる。

これにより、第２の部材２０と第３の部材３０とが重なり合う部分で電食が発生するのを抑え、接合強度を確保することができる。

このように、第３の部材３０とは異なり、第２の部材２０と同じ材質の溶加材としての第２溶加材７（第４の部材４０）により２回目の溶接を行い、第３の部材３０で形成したフランジ形状のビード上に溶融金属を覆いかぶさるように溶接し、フランジ形状サイズよりも大きくビードを形成するようにしている。これにより、第２の部材２０と同じ材質の第４の部材４０による溶融接合を可能としている。

また、同じ材質同士で溶融接合させることで、一般的によく使われる接着剤やシール剤、シーリング剤などの異なる工法を使用せずに、外部からの水分などの侵入を抑制し、電食を抑制することができる。

なお、基本的には、第１の部材１０及び第３の部材３０は、第２の部材２０及び第４の部材４０よりも融点が高い材質を使用するものとする。よって、第３の部材３０と第４の部材４０との界面は、溶融接合していないか、又は、少しだけ溶融接合している状態となる。

これにより、第３の部材３０のフランジ形状のビード上に第４の部材４０をビード形成しても、第３の部材３０のフランジ形状を変形させるなどの影響もなく、第４の部材４０のビードを形成することができる。

《実施形態２》
以下、前記実施形態１と同じ部分については同じ符号を付し、相違点についてのみ説明する。

図２に示すように、第２の部材２０は、貫通部２１を有する。貫通部２１は、第１の部材１０に向かって先細となるテーパー部２２を有する。

アーク溶接機１は、第１工程を行う。第１工程では、第１溶加材６（第３の部材３０）を、短絡アーク溶接により溶融する。溶融した第３の部材３０は、貫通部２１のテーパー部２２に沿って、貫通部２１の中央側に集まるように流れ、第１の部材１０に溶融結合される。

そして、溶融した第３の部材３０は、貫通部２１内を埋め尽くすことで、テーパー部２２の上面にフランジ状に広がる。

溶融した第３の部材３０がビードとなる過程で、第３の部材３０には、貫通部２１のテーパー部２２を押さえるフランジ部３１が設けられる。

アーク溶接機１は、第２工程を行う。第２工程では、第３の部材３０の表面に第２溶加材７（第４の部材４０）を送給しながら溶接電流を供給することで、アーク５を発生させる。アーク溶接により溶融した第４の部材４０は、第２の部材２０に溶融結合されるとともに、第３の部材３０の表面を覆うように積層されていく。

以上のように、本実施形態に係る接合方法によれば、貫通部２１にテーパー部２２を設け、テーパー部２２に沿った形状にフランジ部３１を凝固させることで、第２の部材２０から飛び出すフランジ部３１の厚みを抑えることができる。これにより、第２の部材２０から飛び出す第４の部材４０の厚みも抑えることができる。

《実施形態３》
図３に示すように、第２の部材２０は、第１の部材１０とは反対側の面（図３では上面）に開口する段差部２５と、段差部２５の底面に形成された貫通部２１とを有する。

アーク溶接機１は、第１工程を行う。第１工程では、第１溶加材６（第３の部材３０）を、短絡アーク溶接により溶融する。溶融した第３の部材３０は、第１の部材１０に溶融結合される。

そして、溶融した第３の部材３０は、貫通部２１内を埋め尽くした後、貫通部２１の上面側の周縁部、つまり、段差部２５の底面に流れ出し、フランジ状に広がる。

溶融した第３の部材３０がビードとなる過程で、第３の部材３０には、貫通部２１の周縁部を押さえるフランジ部３１が設けられる。

アーク溶接機１は、第２工程を行う。第２工程では、第３の部材３０の表面に第２溶加材７（第４の部材４０）を送給しながら溶接電流を供給することで、アーク５を発生させる。アーク溶接により溶融した第４の部材４０は、第２の部材２０の段差部２５に溶融結合されるとともに、第３の部材３０の表面を覆うように積層されていく。

以上のように、本実施形態に係る接合方法によれば、第３の部材３０のフランジ部３１を段差部２５内に配置して、第２の部材２０からフランジ部３１が飛び出すのを抑えることができる。また、第２の部材２０から飛び出す第４の部材４０の厚みを抑えることができる。

《実施形態４》
図４に示すように、第２の部材２０は、第１の部材１０とは反対側の面（図４では上面）に開口する段差部２５と、段差部２５の底面に形成された貫通部２１とを有する。段差部２５の底面は、貫通部２１に向かって傾斜している。

アーク溶接機１は、第１工程を行う。第１工程では、第１溶加材６（第３の部材３０）を、短絡アーク溶接により溶融する。溶融した第３の部材３０は、第１の部材１０に溶融結合される。また、溶融した第３の部材３０が段差部２５の傾斜面にかかる場合には、段差部２５の傾斜面に沿って貫通部２１に向かって流れ、第１の部材１０に向かって溶融結合される。

そして、溶融した第３の部材３０は、貫通部２１内を埋め尽くした後、貫通部２１の上面側の周縁部、つまり、段差部２５の底面に流れ出し、段差部２５の傾斜面にフランジ状に広がる。

溶融した第３の部材３０がビードとなる過程で、第３の部材３０には、段差部２５の傾斜面を押さえるフランジ部３１が設けられる。

アーク溶接機１は、第２工程を行う。第２工程では、第３の部材３０の表面に第２溶加材７（第４の部材４０）を送給しながら溶接電流を供給することで、アーク５を発生させる。アーク溶接により溶融した第４の部材４０は、段差部２５の傾斜面に沿って流れる。より具体的には、第３の部材３０と第２の部材２０との外部側からの隙間を塞ぐように効果的に流れる。そして、溶融した第４の部材４０は、第２の部材２０に溶融結合されるとともに、第３の部材３０の表面を覆うように積層されていく。

以上のように、本実施形態に係る接合方法によれば、段差部２５の底面を貫通部２１に向かって傾斜させることで、溶融した第３の部材３０が貫通部２１に向かって流れ易くなる。

また、溶融した第４の部材４０が、段差部２５の傾斜面に沿って流れることで、第３の部材３０と第２の部材２０との外部側からの隙間を効果的に塞ぐとともに、第２の部材２０に溶融結合することができる。

また、第３の部材３０のフランジ部３１を段差部２５内に配置して、第２の部材２０からフランジ部３１が飛び出すのを抑えることができる。また、第２の部材２０から飛び出す第４の部材４０の厚みを抑えることができる。

《実施形態５》
図５に示すように、第２の部材２０は、第１の部材１０との重ね合わせ面（図５では下面）に開口する段差部２５と、段差部２５の底面に形成された貫通部２１とを有する。

第１の部材１０は、段差部２５に向かって膨出した膨出部１５を有する。膨出部１５は、段差部２５に嵌め込まれている。

そして、溶融した第３の部材３０は、貫通部２１内を埋め尽くした後、貫通部２１の上面側の周縁部に流れ出し、フランジ状に広がる。

以上のように、本実施形態に係る接合方法によれば、第１の部材１０に第２の部材２０を重ね合わせる際に、膨出部１５に対して段差部２５を嵌め込むようにすれば、第１の部材１０及び第２の部材２０の位置合わせを容易に行うことができる。

また、第１の部材１０に対して第３の部材３０をアーク溶接により溶融させる際、第１の部材１０における膨出部１５の裏側の空いたスペース（空間）部分を利用することで、第２の部材２０に対して反対側の面である第１の部材１０の裏面に裏波を十分に形成することができる。これにより、第１の部材１０の裏側からも溶接したように溶接ビードを形成する、いわゆる裏波溶接によりさらに強度を高めることができる。

また、第１の部材１０における膨出部１５の裏側に空いたスペース部分を設けることにより、第１の部材１０の裏面側から溶接ビードが裏波として一部張り出した場合のスペースを確保することができる。

《実施形態６》
図６に示すように、第２の部材２０は、貫通部２１を有する。

アーク溶接機１は、第１工程を行う。第１工程は、第１接合工程と、第２接合工程とを含む。第１接合工程では、貫通部２１を介して第１の部材１０に第１溶加材６を溶接することで、貫通部２１の内部に第１接合部３５を形成する。

具体的に、溶融した第３の部材３０を、貫通部２１を介して第１の部材１０に溶接する際には、溶け込みに必要な入熱で、アーク５の広がりが小さく、短絡状態とアーク状態を繰り返す短絡アーク溶接を行い、第１接合部３５を形成する。

第２接合工程では、第１接合工程とは異なる溶接条件によって、第１接合部３５に第１溶加材６を溶接する。具体的に、第２の部材２０を溶融しない程度の低入熱で、アーク５の広がりが大きく、溶接電極としての第１溶加材６側への入熱を多くして溶着量を増やすことができるように、正極性や極性を切り替える交流によるパルス溶接を行い、第２接合部３６を形成する。これにより、第２の部材２０への入熱量を抑えながら、フランジ部３１を形成することができる。

なお、溶接条件としては、短絡アーク溶接とパルス溶接とを変更する場合の他、例えば、第１溶加材６の外径を変更するようにしてもよい。例えば、第１接合工程で使用する第１溶加材６の外径が０．８ｍｍ、０．９ｍｍ、１．０ｍｍ、又は１．２ｍｍの何れかである場合に、第２接合工程で使用する第１溶加材６の外径を１．２ｍｍ、１．４ｍｍ、又は１．６ｍｍの何れかにすればよい。第１溶加材６の外径を変更した場合、第２接合工程を短絡アーク溶接で行うようにしてもよい。

このように、溶融した第３の部材３０がビードとなる過程で、第３の部材３０には、第１接合部３５と、第２接合部３６とが設けられる。第１接合部３５は、第１の部材１０に溶融結合している。第２接合部３６は、第１接合部３５に溶融結合して、貫通部２１の周縁部を押さえるフランジ部３１を構成している。

なお、第１接合部３５の上部は、中央が窪んだ形状になるように溶接することが好ましい。これにより、第１接合部３５に対して第２接合部３６を溶接する際に、溶接位置が定まり易くなる。また、溶融している第２接合部３６が、第１接合部３５の窪んだ中央側に集まり易くなり、第２接合部３６の形状をより整えることができる。

以上のように、本実施形態に係る接合方法によれば、第３の部材３０を、第１接合部３５と第２接合部３６とに分けて形成することで、第２の部材２０の材料特性を考慮した溶接法又は溶接条件の使い分けをすることができる。

なお、第１の部材１０及び第２の部材２０の形状は、あくまでも一例であり、その他の組み合わせであってもよい。

《実施形態７》
図７に示すように、第２の部材２０は、貫通部２１を有する。

アーク溶接機１は、第１工程を行う。第１工程では、第１溶加材６（第３の部材３０）を、短絡アーク溶接により溶融する。溶融した第３の部材３０は、第１の部材１０に溶融結合される。溶融した第３の部材３０は、貫通部２１内を埋め尽くした後、貫通部２１の上面側の周縁部に流れ出し、フランジ状に広がる。

アーク溶接機１は、第２工程を行う。第２工程は、中央形成工程と、外周形成工程とを含む。中央形成工程では、第３の部材３０の表面の中央部分を覆うように第２溶加材７を溶接することで、第４の部材４０の中央部４１を形成する。

具体的に、第３の部材３０の表面の中央部分に第２溶加材７（第４の部材４０）を送給しながら溶接電流を供給することで、アーク５を発生させる。アーク溶接により溶融した第４の部材４０は、第３の部材３０の表面を覆うように積層されていく。これにより、第４の部材４０の中央部４１が形成される。

外周形成工程では、第３の部材３０の外周縁に沿って第２溶加材７を溶接することで、中央部４１と第２の部材２０とに溶接された第４の部材４０の外周部４２を形成する。

具体的に、中央部４１の外周縁に沿ってアーク溶接機１のノズル２を旋回させることで、中央部４１の外周縁に対して、溶融した第４の部材４０を供給する。溶融した第４の部材４０は、中央部４１と第２の部材２０とに溶接される。これにより、第４の部材４０の外周部４２が形成される。

なお、中央形成工程及び外周形成工程は、短絡アーク溶接又はパルス溶接の何れの溶接法で行ってもよい。

以上のように、本実施形態に係る接合方法によれば、アーク溶接によって中央部４１を形成して第３の部材３０の表面の中央部分を覆い、その後、中央部４１の外周縁に沿ってアーク溶接を行って外周部４２を形成することで、中央部４１と外周部４２とをなじませることができる。

《実施形態８》
図８に示すように、第２の部材２０は、貫通部２１を有する。

アーク溶接機１は、第２工程を行う。第２工程は、外周形成工程と、中央形成工程とを含む。外周形成工程では、第３の部材３０の外周縁に沿って第２溶加材７を溶接することで、第４の部材４０の外周部４２を形成する。

具体的に、フランジ部３１の外周縁に沿ってアーク溶接機１のノズル２を旋回させることで、フランジ部３１の外周縁に対して、溶融した第２溶加材７（第４の部材４０）を供給する。溶融した第４の部材４０は、フランジ部３１の外周縁に沿って第２の部材２０に溶接される。これにより、第４の部材４０の外周部４２が形成される。

中央形成工程では、第３の部材３０の表面の中央部分を覆うように第２溶加材７を溶接することで、外周部４２に溶接された第４の部材４０の中央部４１を形成する。

具体的に、第３の部材３０の表面の中央部分に第４の部材４０を送給しながら溶接電流を供給することで、アーク５を発生させる。アーク溶接により溶融した第４の部材４０は、外周部４２に溶融結合されるとともに、第３の部材３０の表面を覆うように積層されていく。これにより、第４の部材４０の中央部４１が形成される。

以上のように、本実施形態に係る接合方法によれば、アーク溶接によって外周部4２を形成して第３の部材３０の表面の外周部分を覆い、その後、第３の部材３０の表面の中央部分にアーク溶接を行って中央部４１を形成することで、中央部４１と外周部４２とをなじませることができる。

また、外周形成工程の後で中央形成工程を行うようにしたから、中央形成工程において第３の部材３０の中央部分に溶融させた第２溶加材が流れ出すのを、外周部４２でせき止めることができる。

《その他の実施形態》
前記実施形態については、以下のような構成としてもよい。

本実施形態では、第１の部材１０に対してアーク溶接を行うようにしたが、この形態に限定するものではない。具体的に、第３の部材３０としての溶加材には、溶極式（消耗電極式）と非溶極式（非消耗電極式）がある。そこで、例えば、第３の部材３０として使用した溶極式（消耗電極式）の溶加材としての溶接ワイヤの代わりに、非溶極式（非消耗電極式）の溶加材としてのフィラーワイヤを用いて第１の部材１０に対してレーザ溶接を行うレーザフィラー溶接を行うようにしてもよい。

レーザフィラー溶接では、第１の部材１０に対してレーザを照射して第１の部材１０の表面の溶込みをしっかりと確保した後、供給されるフィラーワイヤのみにレーザを照射し、第３の部材３０であるフィラーワイヤを溶融させることができる。これにより、第２の部材２０への入熱を抑えながら、貫通部２１内を第３の部材３０で埋め尽くすことができる。

また、レーザのパワー密度を下げるためにデフォーカスさせてビーム径を大きく確保することで、レーザのビーム径の外周部分を利用して、第２の部材２０に予熱を与えることができる。これにより、第３の部材３０である溶融したフィラーワイヤを、第２の部材２０に対してなじみやすくできる。そして、この効果により、第２の部材２０と第３の部材３０との隙間を、外部から水分が侵入するのを防止するように塞ぐことで、第２の部材２０と第３の部材３０との重ね合わせ部分に、外部から水分が侵入するのを抑えることができる。

また、アーク溶接とレーザ溶接を用いたハイブリット溶接で、第３の部材３０を及び第４の部材４０を形成しても良い。具体的に説明すると、第３の部材３０をレーザフィラー溶接により形成し、第４の部材４０をアーク溶接にて形成するハイブリット溶接で形成してもよい。

また、第３の部材３０を溶極式の溶加材を用いたアーク溶接にて形成し、第４の部材４０を非溶極式の溶加材としてのフィラーワイヤを用いたレーザフィラー溶接により形成するハイブリット溶接で形成してもよい。

さらに、これらのレーザ溶接を組み合わせた構成としてもよい。例えば、レーザのパワー密度を下げるためにデフォーカスさせて相対的に出力を下げる、又は、レーザの連続出力をパルス発振出力に変更する、パルス発振出力のＯＮとＯＦＦの比率であるデューティ（Duty）を下げる等の出力を低下させたレーザを、第２の部材２０の貫通部２１の外周側及び第３の部材３０の上部側の少なくとも一つ以上の箇所に予め照射して予熱するようにしてもよい。このようにすれば、第２の部材２０、第３の部材３０、及び第４の部材４０の溶接時のなじみを向上させることができる。これにより、第２の部材２０、第３の部材３０、及び第４の部材４０との重ね合わせ部分に、外部から水分が侵入するのを抑えることができる。

また、本実施形態では、第１の部材１０として軟鋼材、第２の部材２０としてアルミ材を用いた構成について説明したが、例えば、第１の部材１０としてアルミ材、第２の部材２０として軟鋼材を用いた形態であってもよい。この場合、第２の部材２０の軟鋼材の融点が、第１の部材１０のアルミ材の融点よりも高いため、第１の部材１０に第３の部材３０を溶接する際に、短絡アーク溶接を行う必要が無い。

以上説明したように、本発明は、金属材と異種材とが重なり合う部分で電食が発生するのを抑えることができるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。

６第１溶加材
７第２溶加材
１０第１の部材
２０第２の部材
２１貫通部
３０第３の部材
３５第１接合部
３６第２接合部
４０第４の部材
４１中央部
４２外周部

Claims

金属材で構成された第１の部材と、該第１の部材に対して溶接が困難な材料で構成された第２の部材とを、互いに重ね合わせた状態で接合する接合方法であって、
前記第２の部材には、前記第１の部材に向かって貫通する貫通部が形成されており、
前記第１の部材に対して溶接可能な第１溶加材を、前記貫通部を介して該第１の部材に溶接することで、該第１の部材との間で前記第２の部材を圧縮固定させる第３の部材を形成する第１工程と、
前記第２の部材に対して溶接可能な第２溶加材を、前記第３の部材の表面を覆うとともに該第２の部材に溶接することで、第４の部材を形成する第２工程とを備えた
ことを特徴とする接合方法。
請求項１において、
前記第１工程では、前記第１の部材に対して前記第１溶加材を短絡アーク溶接することで、前記第３の部材を形成し、
前記第２工程では、前記第２の部材に対して前記第２溶加材をパルス溶接することで、前記第４の部材を形成する
ことを特徴とする接合方法。
請求項１又は２において、
前記第２溶加材の外径は、前記第１溶加材の外径と同じ、又は該第１溶加材の外径よりも大きい
ことを特徴とする接合方法。
請求項１乃至３のうち何れか１つにおいて、
前記第２工程は、
前記第３の部材の外周縁に沿って前記第２溶加材を溶接することで、前記第４の部材の外周部を形成する外周形成工程と、
前記外周形成工程の後、前記第３の部材の表面の中央部分を覆うように前記第２溶加材を溶接することで、前記外周部に溶接された前記第４の部材の中央部を形成する中央形成工程とを含む
ことを特徴とする接合方法。
請求項１乃至３のうち何れか１つにおいて、
前記第２工程は、
前記第３の部材の表面の中央部分を覆うように前記第２溶加材を溶接することで、前記第４の部材の中央部を形成する中央形成工程と、
前記中央形成工程の後、前記第３の部材の外周縁に沿って前記第２溶加材を溶接することで、前記中央部と前記第２の部材とに溶接された前記第４の部材の外周部を形成する外周形成工程とを含む
ことを特徴とする接合方法。
請求項１乃至５のうち何れか１つにおいて、
前記第１工程は、
前記貫通部を介して前記第１の部材に前記第１溶加材を溶接することで、該貫通部の内部に第１接合部を形成する第１接合工程と、
前記第１接合工程の後、該第１接合工程とは異なる溶接条件によって、前記第１接合部に前記第１溶加材を溶接することで、前記貫通部よりも径方向外方に張り出して該貫通部の周縁部を押さえる第２接合部を形成する第２接合工程とを含む
ことを特徴とする接合方法。