WO2021065067A1 - 溶接方法、板状部材およびエレベーター設備 - Google Patents
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- B66B11/00—Main component parts of lifts in, or associated with, buildings or other structures
- B66B11/02—Cages, i.e. cars
Definitions
- This disclosure relates to welding methods, plate members and elevator equipment.
- Galvanized steel sheets are widely used for structural members and building materials including housings for car bodies and office equipment for the purpose of rust prevention.
- laser welding which enables high-speed deep penetration welding, has a small heat effect, and has low distortion, is being applied.
- lap welding of galvanized steel sheets it is necessary to take measures to allow zinc vapor to escape in order to prevent welding defects due to diffusion of zinc vapor melted by laser heat into the steel sheet base material and contamination due to residual zinc.
- a spacer or jig is used to provide a gap between the members to be welded to be overlapped, and steam escapes from the gap.
- a protrusion is formed on one galvanized steel sheet and a recess is formed on the other galvanized steel sheet, and the protrusion is fitted into the recess to form a gap between the two galvanized steel sheets.
- Patent Document 1 is a method of forming a protrusion and a recess in a steel plate to provide a gap, it is difficult to apply the method when joining flat members to be welded. There is a problem that the shape of the member to be welded cannot be freely determined.
- the present disclosure has been made in view of the above-mentioned actual conditions, and an object of the present disclosure is to provide a high-quality welding method, plate-shaped member, and elevator equipment whose shape can be freely determined.
- the welding method according to the present disclosure is a welding method in which a first member and a second member are overlapped and welded, and a grooved first member and a second member are formed.
- the coating layer is provided on a surface and at least one of the surfaces.
- the shape can be freely determined, and high-quality welding methods, plate-shaped members, and elevator equipment can be easily provided.
- Cross-sectional view of a first member and a second member welded by the welding method according to the embodiment of the present disclosure Perspective view of the first member and the second member welded by the welding method according to the embodiment of the present disclosure.
- the figure which shows the 1st member to be welded by the welding method which concerns on the modification of this disclosure The figure which shows the 1st member to be welded by the welding method which concerns on the modification of this disclosure.
- the figure which shows the 1st member to be welded by the welding method which concerns on the modification of this disclosure The figure which shows the 1st member to be welded by the welding method which concerns on the modification of this disclosure.
- Partial enlarged view showing a first member welded by the welding method according to the modified example of the present disclosure Partial enlarged view showing a first member welded by the welding method according to the modified example of the present disclosure.
- Partial enlarged view showing a first member welded by the welding method according to the modified example of the present disclosure Partial enlarged view showing a first member welded by the welding method according to the modified example of the present disclosure.
- the figure which shows the 1st member to be welded by the welding method which concerns on the modification of this disclosure The figure which shows the overlapped 1st member and 2nd member which are
- the welding method according to the present embodiment is a method of welding the first member 10 shown in FIGS. 1 and 2 to the second member 20, and as shown in FIG. 3, a groove is formed in the first member 10.
- the holding step (step S103) for holding and the melting step (step S104) for melting the welding target region R of the first member 10 and the second member 20 are provided.
- the direction in which the groove 11 formed in the first member 10 extends is set as the x direction
- the direction perpendicular to the x direction and the thickness direction of the second member 20 is set as the y direction
- the thickness direction of the second member 20 is set as the z direction.
- the xy plane is a plane parallel to the third surface 21 of the second member 20.
- a groove forming step (step S101) of forming a pair of linear grooves 11 along the x direction on the first surface 12 of the first member 10 is executed.
- the first member 10 is formed by coating both surfaces of a steel plate base material mainly composed of iron with zinc or zinc-plated layers 12a and 13a mainly composed of zinc, and the boiling point of zinc is about 900 ° C. It is lower than the melting temperature of about 1500 ° C.
- the thickness t1 of the first member 10 may have a thickness that secures the strength used as the reinforcing member, and is preferably 0.5 mm or more and 3.0 mm or less.
- the groove 11 is formed by scraping off the first surface 12 with a groove processing tip.
- the cross section of the groove 11 is rectangular. At this time, the galvanized layer 12a in the portion where the groove 11 is formed is removed. Further, the end portion 11a of the groove 11 is formed at a position that does not reach the end portion 10a of the first member 10. This is because when the first member 10 is superposed on the second member 20, the space between the groove 11 and the second member 20 becomes a closed space. Therefore, the length L1 of the groove 11 in the x direction is shorter than the length L2 of the first member 10 in the x direction. When the closed space is formed, if the zinc-plated layer 21a is formed on the second member 20 described later, the zinc vapor stays in the groove 11 and a sacrificial anticorrosion action can be obtained.
- the lower limit of the depth h1 of the groove 11 is equal to or larger than the thickness of the galvanized layer 12a, and when the first member 10 and the second member 20 are overlapped, the space between the groove 11 and the second member 20 is formed.
- the depth is such that the galvanized layer 21a of the second member 20 can release the evaporated vapor.
- the upper limit of the depth h1 of the groove 11 is a depth capable of forming a penetration of the second member 20 by 0.1 mm or more.
- the depth h1 is preferably 0.02 mm or more and 0.2 mm or less, and more preferably 0.05 mm or more and 0.1 mm or less with respect to the plate thickness of 1.0 mm or more and 2.0 mm or less.
- the lower limit of the width w1 of the groove 11 is preferably larger than the width at which the first member 10 is melted in the melting step (step S104). As a result, the vapor vaporized by the galvanized layer 21a can escape.
- the upper limit of the width w1 of the groove 11 is preferably 5 times, more preferably 3 times, the width of melting the first member 10 in the melting step (step S104). As a result, the portion from which the galvanized layer 12a is removed can be reduced. Corrosion can be prevented by reducing the part where the zinc plating is removed.
- the width w1 is preferably 1 mm or more and 5 mm or less, and more preferably 2 mm or more and 4 mm or less.
- a processing step (step S102) of processing the first member 10 on which the groove 11 is formed into a shape having a hat-shaped cross section is executed.
- the valley fold line 14 shown in FIG. 4 is bent at a right angle to the valley fold
- the mountain fold line 15 is bent at a right angle to the mountain fold.
- the first member 10 having the hat-shaped cross section shown in FIGS. 1 and 2 can be obtained.
- a holding step (step S103) of superimposing and holding the first member 10 on the second member 20 is executed.
- the second member 20 is formed by coating both surfaces of a steel plate base material mainly composed of iron with zinc or zinc-plated layers 21a and 22a mainly composed of zinc.
- the second member 20 is a design panel used for a landing door, a car door, or a car room wall of an elevator facility, and is a third surface 21 that comes into contact with the first surface 12 of the first member 10.
- a fourth surface 22 which is the back surface of the third surface 21.
- the contact means that the surface portions of each other are in contact with each other.
- the fourth surface 22 is a design surface that appears on the appearance of the product.
- the thickness t2 of the second member 20 may have a thickness that secures the strength used as the design panel, and is preferably 1.0 mm or more and 2.0 mm or less. Specifically, first, the second member 20 is placed at a position where the fourth surface 22 of the second member 20 is in contact with the surface plate of the laser apparatus. Next, the first member is aligned with the mounting position of the second member 20 at the position where the third surface 21 of the second member 20 and the first surface 12 of the first member 10 are in contact with each other. Place 10 on it. After that, the second surface 13 on the back surface of the first surface 12 is pressed and brought into contact with each other to hold it.
- the space 16 is a closed space. It is preferable that the space 16 has a volume in which the pressure inside the space 16 does not exceed the reference value due to the steam generated by the irradiation of the laser.
- the reference value is a pressure at which blow holes and sputtering are not generated due to the pressure of the steam of the galvanized layer 21a evaporated by welding, for example, 2 atm.
- a region suitable for welding is a welding target region R defined along the groove 11 of the first member 10.
- a melting step (step S104) of melting the welding target region R of the first member 10 and the second member 20 is executed.
- the melting step (step S104) is performed using a laser apparatus.
- laser welding narrow beads and deep penetration shapes can be obtained due to the steep energy density distribution that is characteristic of lasers. From this, even if it is a thin steel plate, high-speed and precise heat input control can be performed regardless of the material such as the steel plate member or the stainless steel material. Therefore, the heat effect on the member to be welded is small, and the appearance surface can be welded with low distortion.
- the laser device is easy to automate, welding can be performed more efficiently, so welding by laser is adopted.
- the laser device includes an optical system including a laser oscillator, various mirrors, a condenser lens, a welding head device that moves the laser head to a desired position, and the shapes of the first member 10 and the second member 20.
- An image recognition processing device that monitors the welding position and condition, various sensors including a distance measurement sensor and a temperature sensor, processing programs, and various data are stored, and a laser oscillator and welding head are stored based on the recognition results of the image recognition processing device. It is equipped with a control device that controls the drive device and the like.
- the laser apparatus may also have a function of measuring the thickness of the first member 10 and the second member 20 and irradiating the laser with an output suitable for the thickness.
- a laser is continuously applied to the first member 10 and the second member 20 placed on the surface plate of the laser apparatus from the direction of the arrow 200 to the welding target region R of the second surface 13 of the first member 10. Or irradiate intermittently.
- the output of the laser is controlled to an output that does not cause welding marks on the fourth surface 22 of the second member 20.
- the penetration depth of the second member 20 is controlled to 0.1 mm or more and 0.3 mm or less.
- the direction of the arrow 200 is the direction perpendicular to the second surface 13 and is the ⁇ z direction.
- the steel plate base material in the welding target region R melts, and the boiling point of zinc is lower than the melting point of the steel plate base material, so that the galvanized layers 12a, 13a, and 21a evaporate.
- the galvanized layer 13a arranged on the second surface 13 of the first member 10 evaporates, it diffuses in the z direction. Since the galvanized layer 12a arranged on the first surface 12 of the first member 10 is removed when the groove 11 is formed, zinc vapor is not generated. Even if the galvanized layer 12a remains on the first surface 12, the vaporized vapor moves in the x direction or the ⁇ x direction inside the space 16 and escapes to the space 16 to obtain the vaporized vapor.
- the vapor vaporized by the galvanized layer 21a arranged on the third surface 21 of the second member 20 moves in the x direction or the ⁇ x direction inside the space 16, and the steam escapes to the space 16 to cause the vapor. Pressure is relieved and welding defects are suppressed. Since the space 16 is a closed space, the vapor evaporated from the galvanized layer 21a is not released to the outside but stays there, and when the temperature drops, it adheres to the zinc-removed portion of the groove 11 and can prevent corrosion. ..
- the galvanized layer 22a arranged on the fourth surface 22 of the second member 20 does not evaporate because the steel plate base material does not melt up to that portion.
- the plate-shaped member 100 includes a first member 10 which is a reinforcing member, a second member 20 which is a design panel, and a welded portion 30 which joins the first member 10 and the second member 20. ..
- the first member 10 has a hat-shaped cross-sectional shape, and has a pair of grooves 11 extending in the x direction on the first surface 12.
- the first surface 12 of the peripheral portion of the groove 11 is a flat surface and is in contact with the third surface 21 of the second member 20.
- the first member 10 has the same configuration as that described in the welding method described above.
- the second member 20 is formed by coating both sides of a steel plate base material mainly composed of iron with zinc or zinc-plated layers 21a and 22a mainly composed of zinc.
- the second member 20 is a design panel used for a landing door, a car door, or a car room wall of an elevator facility, and is a third surface 21 that comes into contact with the first surface 12 of the first member 10.
- a fourth surface 22 which is the back surface of the third surface 21.
- the third surface 21 is a plane that can come into contact with the first surface 12 of the first member 10.
- the fourth surface 22 is a design surface that appears in the appearance.
- the thickness t2 of the second member 20 may have a thickness that secures the strength used as the design panel. Elevator equipment will be installed inside the building.
- the design panels used in elevator equipment place importance on harmony with the interior of the building, and various appearances are required according to the indoor equipment.
- it is manufactured by various means such as painting the fourth surface 22 or attaching a stainless steel material to perform hairline, etching or mirror finish.
- the welded portion 30 is a portion where the temperature of the first member 10 and the second member 20 are melted by laser irradiation and then the temperature is lowered to solidify, and the welded portion 30 includes a protruding portion 31.
- the protruding portion 31 when the laser is irradiated, the melted first member 10 and the second member 20 protrude into the groove 11, and the first member 10 and the second member 20 protruding into the groove 11 Is solidified.
- the joint cross section of the welded portion 30, the first member 10 and the second member 20 is larger than that in the case where the protruding portion 31 is not provided, and the joint strength between the first member 10 and the second member 20 is increased. Will also grow.
- the welding method and the plate-shaped member of the present embodiment by forming the groove 11 in the first member 10, a space is provided between the first member 10 and the second member 20.
- the vapor of the zinc-plated layer 21a formed and evaporated by the laser irradiation moves in the x-direction or ⁇ x direction inside the space 16, and the vapor escapes to the space 16 to relieve the pressure. Welding defects are suppressed. Since the space 16 is a closed space, the vapor vaporized by the galvanized layer 21a is not released to the outside but stays there, and when the temperature drops, it adheres to the inner wall of the space 16 and thereby forms the groove 11.
- the galvanized layer 12a is reformed at the portion where the galvanized layer 12a is removed, corrosion can be prevented. Further, by forming the groove 11 in the first member 10, welding defects can be suppressed, so that it can be easily carried out at low cost.
- the joint cross section becomes larger and the joint strength between the first member 10 and the second member 20 becomes larger than that in the case where the groove 11 is not provided.
- the depth h1 of the groove 11 is 0.02 mm or more and 0.2 mm or less with respect to the plate thickness of 1.0 mm or more and 2.0 mm or less
- the joint strength is stably increased and 0.05 mm or more and 0.1 mm or less. Then, the joint strength becomes larger.
- the depth h1 of the groove 11 is a depth that does not deform the first member 10, it is possible to prevent the first member 10 from being deformed by the heat during welding.
- the groove 11 is formed in the first member 10 and the first member 10 and the second member 20 can be overlapped with each other, and the shape can be freely determined. Therefore, the second member 20 Can be welded even if it is required to be flat. Further, since the depth h1 of the groove 11 determines the gap through which the vaporized vapor of the galvanized layer 21a escapes, it is easy to manage the gap for steam escape. Further, since the groove 11 can be formed in the first member 10 by the machining tip, the groove forming step (step S101) and the machining step (step S102) can be continuously executed by a machine tool including a turret punch press. Therefore, the processes can be integrated and the process can be simplified. As described above, high-quality welding can be easily realized at low cost.
- first member 10 is a reinforcing member having a hat-shaped cross section and the second member 20 is a design panel of an elevator facility has been described.
- the shapes of the first member 10 and the second member 20 are not particularly limited as long as they can be welded on top of each other.
- the shapes of the first member 10 and the second member 20 may include a curved surface shape as long as they can be welded on top of each other.
- the cross-sectional shape of the groove 11 is not limited as long as the space 16 is formed.
- the cross-sectional shape of the groove 11 may be triangular as shown in FIG. 11A, semicircular as shown in FIG. 11B, or trapezoidal as shown in FIG. 11C. Good. By doing so, the shape of the space 16 can be made easier for the vapor of the galvanized layer 21a to escape.
- the groove 11 only needs to allow the vapor of the galvanized layer 21a to escape, and the shape of the groove 11 formed on the first surface 12 of the first member 10 is not particularly limited.
- the groove 11 may be formed in a zigzag shape as shown in FIG. 12A, or may be formed in a meandering manner as shown in FIG. 12B. By doing so, the length of the welded portion 30 can be increased, and the first member 10 and the second member 20 can be joined more strongly. Further, the groove 11 may be formed into a quadrangle in a plan view as shown in FIG.
- FIG. 12C may be formed in a shape in which a pair of semicircles are connected by a pair of straight lines in a plan view as shown in FIG. 12D. May be done. Even in these cases, the length of the welded portion 30 can be increased, and the first member 10 and the second member 20 can be joined more strongly. Since the grooves 11 shown in FIGS. 12C and 12D are provided along the closed line shape, the volume of the space 16 can be increased and the pressure of the vapor of the galvanized layer 21a can be relatively reduced.
- a mark 17 indicating the position of the groove 11 may be provided on the second surface 13. As shown in FIG. 13A, the mark 17 may be provided at a position indicating the end portion 11a of the groove 11. Further, as shown in FIG. 13B, a linear mark 17 may be provided along the groove 11.
- the mark 17 is provided by laser marking, engraving, press working with a die, or the like. The mark 17 makes the position of the groove 11 clear, and serves as a mark indicating the position when irradiating the welding target area R with the laser. Further, if the mark 17 is photographed with a camera and the image is recognized, automatic welding can be easily performed.
- the groove 11 only needs to be able to release the vapor of the galvanized layer 21a, and as shown in FIG. 14, the groove 11 is provided at a position where the end portion 11a of the groove 11 reaches the end portion 10a of the first member 10. It may be formed.
- the space 16 formed by superimposing the first member 10 on the second member 20 is a space that reaches the end portion 10a and is open. As a result, the steam of the galvanized layer 21a can be discharged to the outside, and the pressure of the steam can be further reduced.
- the first member 10 and the second member 20 coat both sides of the iron-based steel plate base material with zinc or zinc-based zinc-plated layers 12a, 13a, 21a, 22a.
- the first member 10 and the second member 20 are galvanized on at least one surface of the first surface 12 of the first member 10 and the third surface 21 of the second member 20. It may have a coating layer including a layer.
- the first member 10 may have a zinc-plated layer 12a on the first surface 12, and the second member 20 may be a member having no coating layer. In this case, since the galvanized layer 12a of the welding target region R is removed by forming the groove 11, the generation of zinc vapor can be suppressed and welding defects can be suppressed.
- the first member 10 may be a member having a zinc-plated layer 21a on the third surface 21 of the second member 20 and having no coating layer. In this case, the effect of allowing the vapor of the galvanized layer 21a to escape to the space 16 can be obtained. Further, the first member 10 and the second member 20 may have another coating layer instead of the galvanized layer. When the melting points of the base materials of the first member 10 and the second member 20 are higher than the boiling points of the coating layer, the effect of allowing the vapor of the coating layer to escape to the space 16 can be similarly obtained.
- step S101 an example in which the groove 11 is formed by scraping the groove 11 with a groove processing tip in the groove forming step (step S101) has been described.
- the method for forming the groove 11 is not limited, and the groove 11 may be formed by pressing. In this case, since the coating layer is not removed, corrosion can be further prevented.
- step S102 an example of bending the first member 10 into a shape having a hat-shaped cross section in the processing step (step S102) has been described.
- processing other than bending processing may be performed, and one or more of processing including bending processing, cutting processing, and drilling processing may be performed.
- step S104 the melting step (step S104) is executed by using the laser apparatus. If the welding target region R of the first member 10 and the second member 20 can be melted, the welding target region R may be melted by another method.
- the plate-shaped member 100 is used as a design panel for elevator equipment. According to the present embodiment, no welding mark is left on the surface of the design panel, and the appearance of the material is not spoiled. It is also excellent in fire resistance.
- the equipment in which the plate-shaped member 100 is used is not limited, and even if the plate-shaped member 100 is used for a self-standing board such as a switchboard and a control board, an indoor unit and an outdoor unit provided in an air conditioner, a water heater, and a lighting device. Good.
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Abstract
第1の部材(10)と第2の部材(20)とを重ね合わせて溶接する溶接方法であって、保持工程と、溶融工程と、を備える。保持工程において、溝(11)が形成された第1の部材(10)と第2の部材(20)とを、第1の部材(10)の溝(11)が形成された面を第2の部材(20)に当接して保持する。溶融工程において、溝(11)に沿って画定された、第1の部材(10)と第2の部材(20)の溶接対象領域Rを溶融する。第1の部材(10)における溝(11)が形成された面と、第2の部材(20)における第1の部材(10)と当接する面と、のうち少なくとも何れか1つの面に被覆層を有する。
Description
この開示は、溶接方法、板状部材およびエレベーター設備に関する。
防錆目的で亜鉛メッキ鋼板が、車体および事務機器の筐体を含む構造部材および建築資材に広く用いられている。薄鋼板の溶接には高速での深溶込み溶接が可能で熱影響が小さく低歪みであるレーザ溶接の適用が進んでいる。亜鉛メッキ鋼板の重ね溶接では、レーザ熱により溶融した亜鉛蒸気が、鋼板母材に拡散することによる溶接不良および亜鉛の残留による汚染を防ぐため、亜鉛蒸気の逃がし対策を施す必要があり、亜鉛メッキ鋼板同士の重ね合せた領域に所定の隙間を形成する方法などがある。
一般的にはスペーサまたは冶具を用いて、重ね合せる溶接対象部材の間に隙間を設けて、隙間から蒸気を逃がす。また、特許文献1は、一方の亜鉛メッキ鋼板に突起部を他方の亜鉛メッキ鋼板に窪み部を形成し、突起部を窪み部に嵌合させて、両亜鉛メッキ鋼板間に隙間を形成して、この隙間から亜鉛の蒸気を外部に逃がす方法を開示している。
しかしながら、重ね合せて溶接される溶接対象部材の間に隙間を設けるためにスペーサまたは冶具を用いるとコスト増となり、またその隙間の維持も困難を伴うため、溶接の品質維持が困難である。さらに、溶接対象部材の間の隙間の大きさによっては、溶接の熱による部材の変形を許容しやすく、意匠性を求める製品は高品質を得られないという課題がある。
また、特許文献1に開示された方法は、鋼板に突起部と窪み部を形成して隙間を設ける方法であるため、平坦な溶接対象部材を接合する場合には適用することは困難であり、溶接対象部材の形状を自由に決定できないという課題がある。
本開示は、上記実状に鑑みてなされたものであり、形状を自由に決定でき、容易に高品質な溶接方法、板状部材およびエレベーター設備を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本開示に係る溶接方法は、第1の部材と第2の部材とを重ね合わせて溶接する溶接方法であって、溝が形成された第1の部材と第2の部材とを、第1の部材の溝が形成された側の面を第2の部材の面に当接して保持する保持工程と、溝によって画定された、第1の部材と第2の部材の溶接対象領域内で第1の部材と第2の部材とを溶融する溶融工程と、を備え、第1の部材における溝が形成された面と、第2の部材における第1の部材と当接する面と、のうち少なくとも何れか1つの面に被覆層を有する。
本開示によれば、形状を自由に決定でき、容易に高品質な溶接方法、板状部材およびエレベーター設備を提供することができる。
以下、本開示の実施の形態に係る重ね合わせ溶接方法および板状部材について説明する。
本実施の形態に係る溶接方法は、図1および図2に示す第1の部材10を第2の部材20に溶接する方法であって、図3に示すように、第1の部材10に溝11を形成する溝形成工程(ステップS101)と、第1の部材10を補強部材の形状に曲げ加工する加工工程(ステップS102)と、第1の部材10を第2の部材20に重ね合わせて保持する保持工程(ステップS103)と、第1の部材10と第2の部材20の溶接対象領域Rを溶融する溶融工程(ステップS104)と、を備える。
理解を容易にするために、相互に直交するxyz座標を設定し、適宜参照する。第1の部材10に形成される溝11が延びる方向をx方向、x方向および第2の部材20の厚み方向に垂直な方向をy方向、第2の部材20の厚み方向をz方向と設定する。xy平面は、第2の部材20の第3の面21に平行な面である。
図4および図5に示すように、第1の部材10の第1の面12にx方向に沿って一対の直線状の溝11を形成する溝形成工程(ステップS101)を実行する。第1の部材10は、鉄を主体とする鋼板母材の両面に亜鉛又は亜鉛を主体とする亜鉛メッキ層12a、13aを被覆したものであり、亜鉛の沸点は、約900℃であり、鋼板の溶融温度である約1500℃よりも低い。第1の部材10の厚みt1は、補強部材として用いる強度を確保する厚みを有すればよく、0.5mm以上3.0mm以下が好ましい。溝11は、溝加工用チップにより第1の面12が削り取られて形成される。溝11の断面は矩形である。このとき、溝11が形成された部分の亜鉛メッキ層12aは除去される。また、溝11の端部11aは、第1の部材10の端部10aに到達しない位置に形成される。これは、第1の部材10を第2の部材20に重ねたとき、溝11と第2の部材20との間の空間を閉じた空間とするためである。このため、x方向における溝11の長さL1は、x方向における第1の部材10の長さL2より短い。閉じた空間を形成したとき、後述する第2の部材20に亜鉛メッキ層21aが形成されていると、亜鉛蒸気が溝11に留まって犠牲防食作用を得ることができる。
溝11の深さh1の下限値は亜鉛メッキ層12aの厚み以上で、第1の部材10と第2の部材20を重ねたとき、溝11と第2の部材20との間の空間に、第2の部材20の亜鉛メッキ層21aが蒸発した蒸気を逃がすことができる深さである。溝11の深さh1の上限値は、第2の部材20の溶け込みを0.1mm以上形成することが可能な深さである。具体的には、板厚み1.0mm以上2.0mm以下に対して深さh1は、0.02mm以上0.2mm以下が好ましく、0.05mm以上0.1mm以下がより好ましい。また、溝11の幅w1の下限値は、溶融工程(ステップS104)で第1の部材10が溶融する幅より大きいことが好ましい。これにより、亜鉛メッキ層21aが蒸発した蒸気を逃がすことができる。溝11の幅w1の上限値は、溶融工程(ステップS104)で第1の部材10を溶融する幅の5倍であることが好ましく、3倍であることがより好ましい。これにより、亜鉛メッキ層12aが除去される部分を少なくできる。亜鉛メッキが除去される部分を少なくすることで、腐蝕を防止できる。幅w1は、具体的には、1mm以上5mm以下が好ましく、2mm以上4mm以下がより好ましい。
つぎに、溝11が形成された第1の部材10をハット形の断面を有する形状に加工する加工工程(ステップS102)を実行する。詳細には、図4に示す谷折り線14を谷折りに直角に曲げ加工し、山折り線15を山折りに直角に曲げ加工する。これにより、図1および図2に示すハット形の断面を有する第1の部材10を得ることができる。なお、効率的に製造するため、ターレットパンチプレスを含む工作機械により溝形成工程(ステップS101)および加工工程(ステップS102)を連続して実行するとよい。
つぎに、図6および図7に示すように、第1の部材10を第2の部材20に重ね合わせて保持する保持工程(ステップS103)を実行する。第2の部材20は、第1の部材10と同様に、鉄を主体とする鋼板母材の両面に亜鉛又は亜鉛を主体とする亜鉛メッキ層21a、22aを被覆したものである。第2の部材20は、エレベーター設備の乗り場の戸、かごの戸、またはかご室壁に用いられる意匠パネルであり、第1の部材10の第1の面12と当接する第3の面21と、第3の面21の裏面である第4の面22と、を有する。ここで、当接とは、互いの表面部分が当たって接していることを意味する。第4の面22は、製品の外観に表れる意匠面である。第2の部材20の厚みt2は、意匠パネルとして用いる強度を確保する厚みを有すればよく、1.0mm以上2.0mm以下が好ましい。詳細には、まず、第2の部材20の第4の面22をレーザ装置の定盤に接する位置に第2の部材20を載置する。つぎに、第2の部材20の第3の面21と第1の部材10の第1の面12とが接する位置に、第2の部材20の取り付け位置に位置合わせをして第1の部材10を載置する。その後、第1の面12の裏面の第2の面13を押圧して当接させて保持する。この結果、第1の部材10の第1の面12と第2の部材20の第3の面21とが当接し、第1の部材10の溝11と第2の部材20の第3の面21とによって、空間16が形成される。溝11の端部11aが第1の部材10の端部10aに到達しない位置に形成されているため、空間16は閉じた空間である。空間16は、レーザの照射によって発生した蒸気により、空間16の内部の圧力が基準値を超えない体積を有することが好ましい。基準値は、溶接により蒸発した亜鉛メッキ層21aの蒸気の圧力によりブローホールおよびスパッタを発生させない圧力であり、例えば、2気圧である。溶接に適している領域は、第1の部材10の溝11に沿って画定された溶接対象領域Rである。
つぎに、第1の部材10と第2の部材20の溶接対象領域Rを溶融する溶融工程(ステップS104)を実行する。溶融工程(ステップS104)は、レーザ装置を用いて実行される。レーザによる溶接は、レーザの特性である急峻なエネルギー密度分布によって、狭いビードと深い溶け込み形状を得られる。このことから、薄鋼板であっても、鋼板部材またはステンレス材といった材質にかかわらず、高速であり、かつ精密な入熱制御を行うことができる。そのため、被溶接部材に対して熱影響が少なく、外観面を低歪みで溶接することが出来る。また、レーザ装置は自動化が容易であることから、より効率的に溶接することが出来るので、レーザによる溶接を採用する。
レーザ装置は、レーザ発振器、各種ミラー、集光レンズなどを含む光学系と、レーザヘッドを目的の任意の位置に移動する溶接ヘッド装置と、第1の部材10および第2の部材20の形状、溶接位置および状態などを監視する画像認識処理装置と、距離測定センサおよび温度センサを含む各種センサ類、加工プログラム及び各種データが保存され、画像認識処理装置の認識結果に基づいてレーザ発振器及び溶接ヘッド駆動装置などを制御する、制御装置などを備えている。レーザ装置は、溶接品質をより向上させるために、第1の部材10および第2の部材20の厚みを測定して、当該厚みに適合した出力のレーザを照射する機能も備えるとよい。
レーザ装置の定盤に載置した第1の部材10と第2の部材20とに、矢印200の方向から、第1の部材10の第2の面13の溶接対象領域Rにレーザを連続的又は断続的に照射する。レーザの出力は、第2の部材20の第4の面22に溶接痕跡を生じさせない出力に制御する。好ましくは、第2の部材20の溶け込み深さを0.1mm以上0.3mm以下に制御する。矢印200の方向は、第2の面13に垂直な方向であり、-z方向である。レーザが照射されると溶接対象領域Rの鋼板母材が溶融し、鋼板母材の融点より亜鉛の沸点が低いため、亜鉛メッキ層12a、13a、21aが蒸発する。第1の部材10の第2の面13に配置された亜鉛メッキ層13aは蒸発するとz方向に拡散する。第1の部材10の第1の面12に配置された亜鉛メッキ層12aは、溝11を形成するときに除去されているので、亜鉛の蒸気は発生しない。仮に、第1の面12に亜鉛メッキ層12aが残存していたとしても、蒸発した蒸気は、空間16の内部でx方向または-x方向に移動し、蒸気が空間16に逃げることにより、その圧力が緩和され、溶接不良が抑えられる。第2の部材20の第3の面21に配置された亜鉛メッキ層21aが蒸発した蒸気は、空間16の内部でx方向または-x方向に移動し、蒸気が空間16に逃げることにより、その圧力が緩和され、溶接不良が抑えられる。空間16が閉じた空間であるため、亜鉛メッキ層21aが蒸発した蒸気は、外部に放出されず滞留し、温度が下がると、溝11の亜鉛が除去された部分に付着し、腐蝕を防止できる。第2の部材20の第4の面22に配置された亜鉛メッキ層22aは、その部分まで鋼板母材が溶融しないため、蒸発しない。レーザの照射によって第1の部材10と第2の部材20の溶接対象領域Rの温度が上昇すると、図8および図9に示すように、溶接対象領域Rが部分的に溶融し、温度が下がり凝固すると溶接部30となり、溶融した際に、第1の部材10と第2の部材20が溶融したものが溝11にはみ出し、はみ出し部31も形成される。また、亜鉛メッキ層13aはレーザの照射により一部は溝11とはみ出し部31で形成される空間に到達するため、この空間は亜鉛メッキの犠牲防食により耐食性能が高まる。その結果、第1の部材10と第2の部材20が溶接された図10に示す板状部材100が得られる。
板状部材100は、補強部材である第1の部材10と、意匠パネルである第2の部材20と、第1の部材10と第2の部材20とを接合する溶接部30と、を備える。
第1の部材10は、ハット形の断面形状を有し、第1の面12にx方向に延びる一対の溝11を有する。溝11の周辺部の第1の面12は、平面であり、第2の部材20の第3の面21に当接している。第1の部材10は、上述した溶接方法で説明した構成と同様である。
第2の部材20は、第1の部材10と同様に、鉄を主体とする鋼板母材の両面に亜鉛又は亜鉛を主体とする亜鉛メッキ層21a、22aを被覆したものである。第2の部材20は、エレベーター設備の乗り場の戸、かごの戸、またはかご室壁に用いられる意匠パネルであり、第1の部材10の第1の面12と当接する第3の面21と、第3の面21の裏面である第4の面22と、を有する。第3の面21は、第1の部材10の第1の面12に当接できる平面である。第4の面22は、外観に表れる意匠面である。第2の部材20の厚みt2は、意匠パネルとして用いる強度を確保する厚みを有すればよい。エレベーター設備は、建物内部に設けられる。このため、エレベーター設備に用いられる意匠パネルは、建物内部との調和が重視され、室内装置に合わせて種々多様な外観が要求される。例えば、第4の面22に塗装を施したり、ステンレス材を貼り付けてヘアライン、エッチング又は鏡面仕上げを施したりするなど、種々の手段で製作される。
溶接部30は、レーザの照射によって第1の部材10と第2の部材20とが溶融したのち、温度が下がり凝固した部分であり、はみ出し部31を含む。はみ出し部31は、レーザが照射された際に第1の部材10と第2の部材20とが溶融したものが溝11にはみ出し、溝11にはみ出した第1の部材10と第2の部材20とが凝固したものである。溶接部30と、第1の部材10および第2の部材20と、の接合断面が、はみ出し部31がない場合に比べて大きくなり、第1の部材10と第2の部材20との接合強度も大きくなる。
以上のように、本実施の形態の溶接方法および板状部材によれば、第1の部材10に溝11を形成することで、第1の部材10と第2の部材20との間に空間16が形成され、レーザが照射されて蒸発した亜鉛メッキ層21aの蒸気が、空間16の内部でx方向または-x方向に移動し、蒸気が空間16に逃げることにより、その圧力が緩和され、溶接不良が抑えられる。空間16が閉じた空間であるため、亜鉛メッキ層21aが蒸発した蒸気は、外部に放出されず滞留し、温度が下がると、空間16の内壁に付着し、これにより、溝11を形成する際に亜鉛メッキ層12aが除去された部分に亜鉛メッキ層12aが再形成されるため、腐蝕を防止できる。また、第1の部材10に溝11を形成することで、溶接不良が抑えられるため、容易に低コストで実施することが可能である。
また、レーザの照射によって第1の部材10と第2の部材20とが溶融したものが溝11にはみ出し、はみ出し部31が形成される。これにより、溝11がない場合での接合と比べ、接合断面が大きくなり、第1の部材10と第2の部材20との接合強度が大きくなる。特に、板厚み1.0mm以上2.0mm以下に対して溝11の深さh1が、0.02mm以上0.2mm以下では、接合強度が安定して大きくなり、0.05mm以上0.1mm以下では、接合強度がより大きくなる。また、溝11の深さh1が第1の部材10を変形させない深さであることによって、溶接する時の熱によって第1の部材10が変形することを防止できる。
また、第1の部材10に溝11が形成され、第1の部材10と第2の部材20が重ね合わせることができる形状であればよく、形状を自由に決定できるため、第2の部材20を平坦であることを要求される場合であっても、溶接可能である。また、溝11の深さh1により、亜鉛メッキ層21aが蒸発した蒸気を逃がす隙間が決定されるため、蒸気逃がし用の隙間の管理が容易である。また、加工用チップにより第1の部材10に溝11を形成することができることにより、ターレットパンチプレスを含む工作機械により溝形成工程(ステップS101)および加工工程(ステップS102)を連続して実行できるため、工程を集約でき、工程の簡素化が実現できる。以上のように、低コストで容易に高品質な溶接を実現できる。
(変形例)
上述の実施の形態では、第1の部材10がハット形の断面を有する補強部材であり、第2の部材20が、エレベーター設備の意匠パネルである例について説明した。第1の部材10と第2の部材20の形状は、互いに重ねて溶接できる形状であれば、特に限定されない。第1の部材10と第2の部材20の形状は、互いに重ねて溶接できれば、曲面形状を含んでもよい。
上述の実施の形態では、第1の部材10がハット形の断面を有する補強部材であり、第2の部材20が、エレベーター設備の意匠パネルである例について説明した。第1の部材10と第2の部材20の形状は、互いに重ねて溶接できる形状であれば、特に限定されない。第1の部材10と第2の部材20の形状は、互いに重ねて溶接できれば、曲面形状を含んでもよい。
上述の実施の形態では、第1の部材10の溝11の断面が矩形である例について説明したが、空間16が形成されればよく、溝11の断面形状は限定されない。例えば、溝11の断面形状は、図11Aに示すように、三角形であってもよく、図11Bに示すように、半円形であってもよく、図11Cに示すように、台形であってもよい。このようにすることで、空間16の形状を亜鉛メッキ層21aの蒸気をより逃げやすくできる。
また、上述の実施の形態では、溝11が直線状に形成される例について説明した。溝11は、亜鉛メッキ層21aの蒸気を逃がすことができればよく、第1の部材10の第1の面12に形成される溝11の形状は特に限定されない。溝11は、図12Aに示すように、ジグザグ状に形成されてもよく、図12Bに示すように、蛇行して形成されてもよい。このようにすることで、溶接部30の長さを長くすることができ、第1の部材10と第2の部材20とをより強く接合することができる。また、溝11は、図12Cに示すように、平面視で、四角形に形成されてもよく、図12Dに示すように、平面視で、一対の半円を一対の直線でつないだ形状に形成されてもよい。これらの場合であっても、溶接部30の長さを長くすることができ、第1の部材10と第2の部材20とをより強く接合することができる。図12Cおよび図12Dに示す溝11は、閉じた線形状に沿って設けられているため、空間16の体積を大きくでき、亜鉛メッキ層21aの蒸気の圧力を相対的に小さくできる。
上述の実施の形態では、第1の部材10の第2の面13に溝11の位置を示す目印がない例について説明した。第2の面13に溝11の位置を示すマーク17を設けてもよい。図13Aに示すように、溝11の端部11aを示す位置に、マーク17を設けてもよい。また、図13Bに示すように、溝11に沿って線状のマーク17を設けてもよい。マーク17は、レーザマーキング、刻印又は金型によるプレス加工などにより設けられる。マーク17によって、溝11の位置が明確となり、溶接対象領域Rにレーザを照射する際の位置を示す目印となる。さらにマーク17をカメラで撮影して画像認識すれば、自動溶接とすることも容易になる。
上述の実施の形態では、溝11の端部11aが、第1の部材10の端部10aに到達しない位置に形成される例について説明した。溝11は、亜鉛メッキ層21aの蒸気を逃がすことができればよく、図14に示すように、溝11の端部11aが、第1の部材10の端部10aに到達する位置に、溝11を形成してもよい。この場合、図15に示すように、第1の部材10を第2の部材20に重ね合わせて形成された空間16は、端部10aに到達し、開放された空間である。これにより、亜鉛メッキ層21aの蒸気を外部に放出できより蒸気の圧力を小さくできる。
上述の実施の形態では、第1の部材10および第2の部材20が、鉄を主体とする鋼板母材の両面に亜鉛又は亜鉛を主体とする亜鉛メッキ層12a、13a、21a、22aを被覆したものである例について説明した。第1の部材10および第2の部材20は、第1の部材10の第1の面12と、第2の部材20の第3の面21と、のうち少なくとも何れか1つの面に亜鉛メッキ層を含む被覆層を有してもよい。第1の部材10の第1の面12に亜鉛メッキ層12aを有し、第2の部材20は被覆層を有さない部材であってもよい。この場合、溶接対象領域Rの亜鉛メッキ層12aは、溝11の形成により除去されるため、亜鉛蒸気の発生を抑えることができ、溶接不良が抑えられる。また、第2の部材20の第3の面21に亜鉛メッキ層21aを有し、第1の部材10は被覆層を有さない部材であってもよい。この場合、空間16に亜鉛メッキ層21aの蒸気をより逃がす効果を得ることができる。また、第1の部材10および第2の部材20は、亜鉛メッキ層に代えて他の被覆層を有してもよい。第1の部材10と第2の部材20の母材の融点が、被覆層の沸点よりも高い場合、同様に、空間16に被覆層の蒸気をより逃がす効果を得ることができる。
上述の実施の形態では、溝形成工程(ステップS101)において、溝11を溝加工用チップにより第1の面12が削り取って形成する例について説明した。溝形成工程(ステップS101)において、規定の溝11を形成することができれば、溝11を形成する方法は限定されず、プレスによって溝11を形成してもよい。この場合、被覆層が除去されないため腐蝕をより防止できる。
上述の実施の形態では、加工工程(ステップS102)において、第1の部材10をハット形の断面を有する形状に曲げ加工する例について説明した。加工工程(ステップS102)において、曲げ加工以外の加工を実施してもよく、曲げ加工、切断加工、穴開け加工を含む加工のうち1または2以上の加工を実施してもよい。
上述の実施の形態では、溶融工程(ステップS104)が、レーザ装置を用いて実行される例について説明した。第1の部材10と第2の部材20の溶接対象領域Rを溶融することができれば、他の方法で溶接対象領域Rを溶融してもよい。
上述の実施の形態では、板状部材100が、エレベーター設備の意匠パネルとして用いられる例について説明した。本実施の形態によれば、意匠パネルの表面に溶接跡が残ることがなく、素材の見栄えを損なうことがない。また、耐火性の点でも優れている。板状部材100が用いられる設備は限定されず、板状部材100は、配電盤および制御盤などの自立盤、空調機器に備えられる室内機および室外機、給湯機、照明機器、に用いられてもよい。
本開示は、本開示の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この開示を説明するためのものであり、本開示の範囲を限定するものではない。すなわち、本開示の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の開示の意義の範囲内で施される様々な変形が、この開示の範囲内とみなされる。
本出願は、2019年9月30日に出願された、日本国特許出願特願2019-179657号に基づく。本明細書中に日本国特許出願特願2019-179657号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。
10 第1の部材、10a 端部、11 溝、11a 端部、12 第1の面、12a 亜鉛メッキ層、13 第2の面、13a 亜鉛メッキ層、14 谷折り線、15 山折り線、16 空間、17 マーク、20 第2の部材、21 第3の面、21a 亜鉛メッキ層、22 第4の面、22a 亜鉛メッキ層、30 溶接部、31 はみ出し部、100 板状部材、200 矢印、R 溶接対象領域。
Claims (11)
- 第1の部材と第2の部材とを重ね合わせて溶接する溶接方法であって、
溝が形成された前記第1の部材と前記第2の部材とを、前記第1の部材の前記溝が形成された側の面を前記第2の部材の面に当接して保持する保持工程と、
前記溝によって画定された、前記第1の部材と前記第2の部材の溶接対象領域内で前記第1の部材と前記第2の部材とを溶融する溶融工程と、
を備え、
前記第1の部材における前記溝が形成された面と、前記第2の部材における前記第1の部材と当接する面と、のうち少なくとも何れか1つの面に被覆層を有する、
溶接方法。 - 前記第1の部材に前記溝を形成する溝形成工程を備え、
前記保持工程において、前記溝形成工程で前記溝が形成された前記第1の部材と、前記第2の部材と、を保持する、
請求項1に記載の溶接方法。 - 前記溶融工程において、前記溝に沿って、前記第1の部材における前記溝が形成された面の裏面にレーザを照射することにより前記第1の部材と前記第2の部材との前記溶接対象領域を溶融する、
請求項1または2に記載の溶接方法。 - 前記溝の幅は、前記溶融工程において前記第1の部材と前記第2の部材とが溶融する幅より大きい、
請求項1から3の何れか1項に記載の溶接方法。 - 前記保持工程において、前記第1の部材の前記溝が形成された面を前記第2の部材に当接して保持したとき、前記第1の部材の前記溝と、前記第2の部材と、によって形成された空間は、閉じた空間である、
請求項1から4の何れか1項に記載の溶接方法。 - 前記第1の部材と前記第2の部材の融点は、前記被覆層の沸点よりも高い、
請求項1から5の何れか1項に記載の溶接方法。 - 溝が形成された第1の部材と、
前記第1の部材の前記溝が形成された面に当接して配置された第2の部材と、
前記溝が形成された部分に形成され、前記第1の部材と前記第2の部材とを接合する溶接部と、
を備え、
前記第1の部材における前記溝が形成された面と、前記第2の部材における前記第1の部材と当接する面と、のうち少なくとも何れか1つの面に被覆層を有する、
板状部材。 - 前記溶接部は、前記溝にはみ出したはみ出し部を含む、
請求項7に記載の板状部材。 - 前記溝の幅は、前記溶接部の幅より大きい、
請求項7または8に記載の板状部材。 - 前記第1の部材と前記第2の部材の融点は、前記被覆層の沸点よりも高い、
請求項7から9の何れか1項に記載の板状部材。 - 請求項7から10の何れか1項に記載の板状部材を備えるエレベーター設備。
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2020
- 2020-05-13 WO PCT/JP2020/019053 patent/WO2021065067A1/ja active Application Filing
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