JPS6233074A - アルミニウム合金鋳造製部材にアルミニウム合金ダイカスト製部材を溶接する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はアルミニウム合金ダイカスト製部材とアルミニ
ウム合金鋳造製部材との溶接継手形状に関する。さらに
詳しくは、前記両部材を気密性よく溶接しうる溶接継手
形状に関する。

［従来の技術Ｊ アルミニウム合金は展伸材のほかに、重力鋳造ないし低
圧鋳造による鋳造品、ダイカスト品などとして各種分野
で広範囲に使用されている。

しかしこれらアルミニウム合金製品はそれぞれ長所を有
する反面、短所を有している。

たとえばダイカスト製品は鋳造品にくらべて生産性がよ
い、寸法精度がよい、後加工が少なくてよい、鋳肌が平
滑である、薄肉の鋳造ができるなどの長所を有するが、
溶接がきわめて困難であるという短所を有している。

すなわち、ダイカスト鋳造は溶湯を高速・高圧で金型キ
ャビティ内に流入させるものであるから、流入過渡期に
溶瀉金属内へ空気が乱入し、これが鋳巣を形成する原因
となっている。その他の原因としては、離型剤から発生
するガスもあげられるが、主に前記の空気巻込みであり
、その大部分が肉眼や顕微鏡では目視することのできな
いような微細な状態で散在し、その内圧も著しく高いも
のとなっている。

以上のような鋳巣は、軽合金のダイカスト製品において
一般的に生じているのであるが、アルミニウム合金ダイ
カスト製品においても同様であり、かかる製品にイナー
トガスアーク溶接を施す際には独特な問題が発生する。

すなわち、アークによってアルミニウム母材は相当の深
さまで溶融し、このときに高圧の微細気泡が加熱された
状態で集約されつつ急激に開放されるために、溶接ビー
ド部分に気泡破裂によるブローホールが発生したり、円
滑に連続すべきビードが切れたりする。このような現象
がパイプの接合部や容器の蓋の溶接部において生じると
、溶接部の気密性が損われ、圧力容器や流通管のような
ばあいには、溶接欠陥となる。

さらに、このような気泡破裂はシールドガスの流れを乱
し、本来のシールド機能が不充分になったり、アーク自
体の形態に異常を来たし、これが原因となって均一で良
質なビードがえられがたいという問題がある。

一方、アルミニウム合金鋳造品はダイカスト品にくらべ
て生産性がわるく、寸法精度がわるい・などの短所を有
する反面、ダイカスト品のごとき高圧の微細気泡を含有
せず、溶接が容易であるという長所を有している。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明者らはアルミニウム合金のダイカスト品と鋳造品
とのそれぞれの長所を生かしてダイカスト製部材と鋳造
製部材を作製し、それらを相互に溶接接合することを試
みた。

しかし、ダイカスト製部材と鋳造製部材とを溶接しよう
としてもダイカスト製部材の前述のごとき溶接性のわる
さに起因して、これら両部材を良好に溶接接合すること
ができなかった。

しかるに、本発明者らは前記両部材の溶接接合について
さらに鋭意研究を重ねた結果、ダイカスト製部材の微細
気泡の開放によるブローホールの発生を抑えうる溶接継
手形状を見出し、本発明を完成するに至った。

［問題点を解決するための手段１ すなわち本発明は、アルミニウム合金鋳造製部材（Ａ）
にアルミニウム合金ダイカスト製部材（８）をイナート
ガスアーク溶接により接合せしめる際の溶接継手形状で
あって、部材（Ａ）の溶接部位の表面に重ね合される部
材（８）の溶接部位が、その先端に向けて徐々に肺内に
形成されるとともにその先端が前記表面に関しほぼ垂直
に切落された断面形状とされ、溶接アークが部材（８）
の前記先端からわずかに離れた部材（Ａ）の表面に向け
られて溶接されるように構成されてなるアルミニウム合
金ダイカスト製部材とアルミニウム合金鋳造製部材との
溶接継手形状に関する。

［作　用］ アルミニウム合金鋳造製部材に溶接接合されるべきアル
ミニウム合金ダイカスト製部材の溶接部位の形状を前記
のごとき特定の形状にして溶接部位の熱容量を少なくす
ることによって、鋳造製部材の側の溶込み量を充分に多
くしてもダイカスト製部材の前記部位を少ない入熱量で
選択的に溶融することができ、それによってダイカスト
製部材の側の溶込み量を少なくして溶接することができ
、そのためブローホールの発生が抑えられ、欠陥のない
・気密性の高い溶接部がえられる。

［実施例〕 本発明の溶接継手形状はアルミニウム合金ダイカスト製
部材とアルミニウム合金鋳造製部材とのイナートガスア
ーク溶接に適用されるものである。ここでアルミニウム
合金鋳造製部材とは重力鋳造品および低圧鋳造品をいう
。またイナートガスアーク溶接としてはＨＩＧ（Ｍｅｔ
ａｌＩｎｅｒｔ　Ｇａ５）ｌ接、溶加材を用いるＴＩＧ
（Ｔｕｎｏｓｔｅｎ夏ｎｅｒｔ　Ｇａ５）溶接などがあ
げられるが、とくにＲＩＧ溶接に好ましく適用される。

つぎに本発明を内燃機関のインテークマニホルドにおい
て、アルミニウム合金鋳造製の本体にアルミニウム合金
ダイカスト製の冷却水通路カバープレートを旧Ｇ溶接す
るばあいを例にとって説明する。

第１図はインテークマニホルドの平面図、第２図はその
正面図、第３図は第１図の（Ａ）−（Ａ）轢断面図、第
４図は該インテークマニホルドの部分拡大底面図、第５
図は冷却水通路カバープレートの拡大平面図、第６図は
第５図の（８）−（８）線断面図、第７図は前記インテ
ークマニホルドにカバープレートを溶接するために合せ
た状態を示すものである。

図面において、（１）はアルミニウム合金鋳造製のイン
テークマニホルド本体である。本体（１）の上面には気
化器の取付座（２が形成されており、本体（１）の内部
には気化器に連通ずる混合気集合部（３）および該集合
部（３）から内燃機関の各気筒の吸気ボートに向って延
びる３つの分岐通路１４）、（５）、（６）が設けられ
ている。（刀は本体（１）を内燃機関に取付けるための
７ランジである。

本体（１）の下面には前記集合部（３）のほぼ下部に対
応する部位に略円筒形の周壁（８）が一体内に突設され
ており、該周壁（８）の下面が後記カバープレートとの
合せ面（９）を構成している。周壁（８）の内部は底が
開放されたハウジング（Ｋ））を構成し、内燃機関の冷
却水ジャケットからの冷却水が流入する流入口が開口し
ている。ハウジング（２）内には冷却水の流路をジグザ
クにするための邪魔壁（１２）が突設されている。

（２０）はハウジングηを閉塞するためのアルミニウム
合金ダイカスト製のカバープレートであり、本体（１）
の周壁（８）の外周より若干小さくつくられている。

カバープレート（２０）はその外周部が立上がった形状
とされており、その立上り部の上面が本体（１）との合
せ面（２１）を構成している。カバープレート（２０）
には本体（１）の邪魔壁（１２）に対応する邪魔壁【２
２）が設けられると共に、ハウジングη内に流入した冷
却水を流出させるための出口管（２３）が一体内に設け
られている。

なお、本体（１）の周壁（８）の内周面には相対向する
位置に位置決め片（１３）、（１４）が一体内に形成さ
れており、一方力バープレート（２０）には本体（１）
の前記位置決め片（１３）、（１４）に対応する部位に
それぞれ一対の突起片（２４ａ）および（２４ｉ１）、
ならびに（２５ａ）および（２５ｂ）が一体内に形成さ
れている。そして本体（１）にカバープレート（２０）
を合せるとき、一対の突起片（２４ａ）と（２４ｂ）と
の間に位置決め片（１３）を、他の一対の突起片（２５
ａ　）と（２５ｂ）との間に位置決め片（１４）をそれ
ぞれ嵌め込むようにすることにより、本体（１）にカバ
ープレート（２０）が位置決めされる。

なお本体（１）は鋳造品であり、カバープレート（２０
）がダイカスト品であって、とくに本体（１）の位置決
め片（１３）、（１４）の寸法および位置精度が高くな
いから、前記嵌合方式による位置決め手段だけでは正確
な位置決めが困難である。そこでさらに正確な位置決め
手段が併用されている。

すなわちカバープレート（２０）の下面（溶接時にはこ
の面が上面になる）に一対の円筒形のボス（２６ａ）　
、（２６ｂ）を一体内に設けておき、前記仮の位置決め
手段で本体（１）にカバープレート（２０）を位置決め
したのち、予め設定されている溶接ワイヤの移動軌跡に
対して正確に位置決めされている一対のクランプビンを
カバープレート（２０）の前記ボス（２６ａ）　、（２
６ｂ）のボス穴にｍめ込むことによって、カバープレー
ト（２０）の正確な位置決めをしている。

つぎに本発明の特徴とする溶接継手形状について詳述す
る。

前記実施例においては、第７図に示されるごとく本体（
１）にカバープレート（２０）を合せ、カバープレート
（２０）の外周部の全周を本体（１）に旧Ｇ溶接する。

第８図はその溶接部位の拡大断面図（たとえば第７図の
（Ｃ）−（Ｃ）線拡大部分断面図）である。

第８図に示されるごとく、アルミニウム合金鋳造製の本
体（１）の合せ面（９）に重ね合わされるアルミニウム
合金ダイカスト製のカバープレート（２０）の溶接部位
が、その先端に向けて徐々に薄肉に形成されるとともに
その先端が前記合せ面（９）に関し、はぼ垂直に切落さ
れた断面形状とされている。そして溶接時には旧Ｇトー
チ（３０）の溶接用ワイヤ（３１）がカバープレート（
２０）の先端面（２７）からわずかに離れた本体（１）
の合せ面（９）に連なる面上を移動するようにして溶接
が行なわれる。

つぎに旧Ｇ溶接の具体例を示す。

カバープレート（２０）の先端面（２７）の＾さく旧を
１．５馴、傾斜面（２８）が合せ面（９）となす角度（
α）を４５度、先端面（２７）と溶接ワイヤ（３１）と
の平行距離（０）を１．Ｏｊｗとした。カバープレート
（２０）としてはＡＤＣ１２（ＪＩＳ　Ｈ５３０２）相
当品である、Ｃｕ　２．３％、Ｓｉ　９．６％、Ｍｇ０
．２９％、ＺｎＯ０６５％、ＦｅＯ，７５％、Ｈｎ　０
．２７％、Ｎｉ　Ｏ，０６％、８口０，１％、残部Ｎか
らなる化学組成のアルミニウム合金をダイカスト鋳造し
たものであって、比重２．１３のものを用いた。本体（
１）としてはＡＣ４Ｂ（ＪＩＳ　Ｈ５２０２）相当品で
ある、Ｃｕ　２．２％、Ｓｉ　　８．９％、Ｈｇ　０１
４５　％、Ｚｎ　０１６３　％、Ｆｅ　　Ｏ，７３％、
Ｈｎ　Ｏ，３０％、残部Ｎからなる化学組成のアルミニ
ウム合金を低圧鋳造したものを用いた。

ＨＩＧ溶接の条件はつぎのとおりである。

アーク電流：　　１３０　　Ａ アーク電圧：１６Ｖ アークパルス：　なし 溶接ワイヤ直径：　　１．２Ｍ シールドガス：　１００％Ａｒ 流量２５１／分 トーチ移動速度（平均）ニア０α／分 なおワイヤ材質としては、Ａ３３５６（ＪＩＳ　Ｚ３２
３２　）相当品の、Ｓｉ　Ｏ，０６％、ＨＱ　５．０３
％、Ｆｅ０．０９％、Ｈｎｏ、１２％、Ｔｉ　０．０８
％、Ｃｒ　Ｏ，１０％、Ｃｕ微量、２ｎ微量、残部Ｍか
らなる化学組成のものを用いた。

前記の諸条件下で旧Ｇ溶接してえた溶接部断面の写真の
スケッチ図を第９図に示す。第９図に示されるごとく、
溶接ピード（４０）にはブローホールがまったく認めら
れなかった。またえられた製品５０個について、ハウジ
ング（財）内に２　Ｋ９／ｄの気圧をかけて水中で気密
試験を行なったところ、全数合格であった。

本発明の溶接継手形状によるどきは、前記のごとくブロ
ーホールなどの欠陥がなく、気密性の高い溶接部かえら
れるのであるが１、その理由を、溶接局部の変化状態を
模式的に示す第１０〜１２図にもとづいて説明する。本
発明においては、ＷＩＧトーチ（３０）の溶接ワイヤ（
３１）はカバープレート（２０）の先端面（２７）より
わずかに離れた本体（１）の表面上を移動するようにさ
れているから、第１０図に示されること（任意の溶接部
位の加熱初期においては鋳造製部材である本体（１）の
表面のみが溶融して溶融池（４１）が形成され、ダイカ
スト製部材であるカバープレート（２０）の方は未だ溶
融していない。加熱が進行すると、第１１図に示される
ごとく、本体（１）の溶込み憬が多くなり溶融池が深く
なるが、カバープレート（２０）の方はその先端部がわ
ずかに溶融するにすぎない。加熱がさらに進行すると、
第１２図に示されるごとく、それまでの本体（１）への
充分な入熱量の一部により、カバープレート（２０）の
方も溶融されるが、前述のごとくカバープレート（２０
）は先端方向に徐々に薄肉にされているから、少量の入
熱量でその薄肉部が選択的に溶融され、その溶込み儂は
少急に止められる。このようにして本体（１）およびカ
バープレート（２０）の溶込みがなされかつ溶接ワイヤ
（３１）からの金属供給により、最終的に第９図に示さ
れるような溶接部がえられる。

本発明においては前記のごとく、鋳造製部材の溶込み量
を充分に多くする一方、気泡を含有するダイカスト製部
材の溶込み口を両部材の融合一体化を損ねない範囲で極
力少なくすることができ、そのためブローホールの発生
が可及的に低減され、気密性の高い溶接部がえられる。

本発明における前記のごとき配慮がなされていない溶接
継手形状、たとえば第１５〜１８図に示される溶接継手
形状のばあいは、鋳造製部材（１００）とダイカスト製
部材（１０１）との溶融一体化を良好に行なおうとすれ
ば、必然的にダイカスト製部材（１０１）の側の入熱ｍ
、溶込みωを多くしなければならず、そうするとブロー
ホールの発生が多くなる。

本発明の溶接継手形状において、ダイカスト製部材にお
ける傾斜角（α）、先端面（２７）の高さく旧、先端面
（２７）と溶接ワイヤ（３１）との距離（Ｄ）などは旧
Ｇ溶接の条件などにも依存し、一義的に決定することは
困難であり、実験的に決めることが好ましいが、前述の
１０条４／１のばあいは通常つぎの範囲が好ましい。

傾斜角（α）＝３０〜６０匪 先端面の高さく旧；１．０〜２．０部ｍｇ距離（Ｄ）：
Ｏ〜１．５＃ｌｌＲ なおダイカスト製部材（２０）の傾斜面（２８）は平面
でなくてもよく、多少凸状であっても、凹状であっても
よい。また先端面（２７）も両部材の合せ面に対して必
ずしも垂直である必要はなく、垂直から多少傾斜してい
てもよい。

本発明において用いるアルミニウム合金鋳造製部材の材
質としてはとくに制限はなく、前述のＡＣ４Ｂのほかに
、ＡＣ２Ａ、　ＡＣ２Ｂ１ＡＣ３ＡＳＡＣ４Ａ。

ＡＣ４Ｃ，ＡＣ４０などが用いられる。

またアルミニウム合金ダイカスト製部材の材質もとくに
制限はなく、前述のＡＤＣＩ２のほかに、ＡＤＣＩ、Ａ
ＤＣｌｏなどが用いられる。なおアルミニウム合金ダイ
カスト品は気泡の含有率によりその比重が広範囲に変化
するものであるが、本発明においては比重が２，６９〜
２．７３の範囲にある比較的気泡含有率の高いダイカス
ト品でも何ら問題なく使用することができる。

溶接ワイヤとしては前述のＡ３３５６以外にもＡ４０６
３　、Ａ３５５６　、Ａ３６５４　、Ａ３１８３などが
用いられる。シールドガスとしては１００ｘ＾「以外に
も、８５％Ａｒ　＋　１５％Ｈｅ　、　９８％Ａ「＋２
％Ｏ２などの通常のＨＩＧ　ｍ接円シールドガスがいず
れも用いられる。

本発明においては、さらに前記のごとくアルミニウム合
金鋳造製のインテークマニホルド本体（１）にアルミニ
ウム合金ダイカスト品のカバープレート（２０）を溶接
して気密構造とするばあいなどにおいて、溶接開始部と
終了部を特定の部位にとることによってより完全な気密
構造がえられることが見出された。

第１９図は第７図における本体（１）の周！（８１上の
任意な点（Ｐ）から溶接を開始し、１周して該点（Ｐ）
で溶接を終了するばあいの断面図であるが、このばあい
溶接開始点（Ｐ）における本体（１）は冷たいので本体
（１）の溶込み良が過少となり、本体（１）とカバープ
レート（２０）との間の融合が良好に行なわれがたく、
この部分に洩れが発生しゃすい。本体（１）の溶込み量
を多くしようとすると、カバープレート（２０）への入
熱争が多くなり、ブローホールが発生しやすくなる。

そこで本発明者らは、第２０図に示されるごとく、溶接
開始部＜ｎ７部）における周壁（８）の肉厚を大きくし
、カバープレート（２０）の外周縁から離れた点（０）
を溶接開始点（終了点）とすることを試みたのであるが
、このばあい捨てビード（５０）の形成時の熱で溶接部
位における溶接部位の本体（１）はある程度余熱される
けれども、溶接部位の本体（１）の熱容量自体が大きく
なっているので、やはり溶接部位における本体（１）の
溶込みかが少ない。

前記の点に鑑み鋭意研究を重ねた結果、アルミニウム合
金ｗＩ造製部材にアルミニウム合金ダイカスト製部材を
旧Ｇ溶接する際に、その溶接開始部および終了部（以下
、溶接開始・終了部という）をアルミニウム合金ｖＩ造
製部材の側であって、両部材の溶接部位から離れた部位
に設定し、かつ溶接開始・終了部と溶接部位との間に溝
を設けることによって前記問題が解消されることが見出
された。

第１３図は前記実ｔＪＡＢ様の一実施例を示す断面図で
あり、第７８の（Ｄ）−（Ｄ）　１部分断面図に対応す
る。この実施例においてはインテークマニホルド本体（
１）に設けられているハーネスクランプのためのボス（
１５）を溶接開始・終了部として利用するものであり、
ボス（１５）と周壁（８）との門に溝（１６）が形成さ
れている。この溝（１Ｇ）を設けたことによって、溝（
１６）とカバープレート（２０）の先端との間に熱容ω
の小さい角部（１７）が形成される。

このような溶接開始・終了部を別途設けたばあいの旧Ｇ
溶接の仕方を説明すると、第１４図にに示すごとく、前
記ボス（１５）上の点（Ｒ）から溶接を開始し、捨てビ
ード（５Ｇ）を形成しながら旧０トーチ（３０）をカバ
ープレート（２０）の先端方向に進行させる。そしてト
ーチ（３０）が溝（１６）を横切ると、本体（１）の前
記角部（１７）が加熱されるが、この部位は熱容量が小
さく比較的小さい入熱はで溶融するから、カバープレー
ト（２０）への入熱量を適量に維持しながら本体（１）
の溶込みを確保でき、この部位での気密性が確保される
。

そして溶接ビード（４０）を形成しながら旧Ｇトーチ（
３０）をカバープレート（２０）の外周を１周させ、つ
いで再度溝（１６）を横切り、ボス（１５）上の開始点
（０）の近傍で溶接を終了する。

本発明において、溝（１６）の断面形状は前記熱容量の
小さい角部（１７）が形成されるかぎりとくに制限はな
く、Ｕ字形状、７字形状、半円形状、角形形状など種々
の形状をとりうるものである。

Ｉｆ！　（１６）の深さは前記角部（１７）の断面積（
これによって本体（１）の溶込み量がほぼ決まる）をど
のように設定するかによってかわるが、カバープレート
（２０）の寸法などを前述の実施例のごとくするばあい
は、３〜５ａ＊程度が適当である。

前記実施例では、溶接開始・終了部としてボス（１５）
を利用したが、別途専用のものを設けてもよい。そのば
あい溶接開始・終了部の表面が本体（１）とカバープレ
ート（２０）の合せ面とほぼ同一平面になるようにする
のが、溶接操作が容易な点から好ましい。

また溶接開始・終了部は気密性に影響を与えない部位に
設けることが必要であり、たとえばカバープレート（２
０）の表面などを溶接開始・終了部とすると捨てビード
の部位にカバープレートの溶込みによりブローホールが
発生し、その部位の気密性がそれだけ低下することにな
るから好ましくない。

以上本発明をアルミニウム合金鋳造製部材であるインテ
ークマニホルド本体にアルミニウム合金ダイカスト製部
材である冷却水通路カバープレートを旧Ｇ溶接するばあ
いを例にとって説明したが、本発明はかかる例に限定さ
れるものではなく、両部材を旧Ｇ溶接あるいはＴＩＧ溶
接して気密溝３ｍ（たとえば各種密閉容器、流体を流す
管状体など）をうるばあいに好適に適用されるものであ
る。

［発明の効果］ アルミニウム合金鋳造製部材とアルミニウム合金ダイカ
スト製部材とをイナートガスアーク溶接する際の継手形
状を前記特定の形状とすることにより、ダイカスト製部
材に含有される高圧の気泡の開放によるブローホールの
発生が可及的に低減され、気密性の高い溶接部かえられ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用されるインテークマニホルドの一
例を示す平面図、第２図はその正面図、第３図は第１図
の（Ａ）−（Ａ）轢断面図、第４図は該インテークマニ
ホルドの部分拡大底面図、第５図は冷却水通路カバープ
レートの拡大平面図、第６図は第５図の（８）−（８）
　ｉｉｌ断面図、第７図は前記インテークマニホルドに
カバープレートを合せた状態を示す平面図、第８図は第
７図の（Ｃ）−（Ｃ）縮拡大部分断面図、第９図はえら
れた溶接部の溶接状態を示す断面図、第１０〜１２図は
溶接部位の溶融過程を示す断面図、第１３図は本発明の
別の実施例を示す断面図、第１４図は第１３図の実施例
における溶接状態を示す断面図、第１５〜１８図はそれ
ぞれ本発明の範囲外の溶接継手形状の例を示す断面図、
第１９〜２０図はそれぞれ本発明の範囲外の溶接継手形
状のさらに別の例を示す断面図である。 （図面の主要符号） （１）ニアルミニウム合金鋳造製インテークマニホルド
本体 （２Ｇ）　ニアルミニウム合金ダイカスト製カバープレ
ート （３０）　：　ＨＩＧ　トーチ （３１）：溶接ワイヤ （４０）　：溶接ビード ；ｔ７１　口 １、イーｊｙｖ＝ｉ、／１ｚ）−＄４’ｔ’　２　図／
ｒ′３図 ２０：力バールート ／ｉ７５図 ／ｌ′６図 ２１：合せ面 １　：インテークマニホルド本体 ２０ニップＩく−フメＬノート 才１３図 才１４図 ３０　：　ＩＩＬＴＧ　）−チ 、ｔ’１５図　　　　　　；ｔ’１６０オ１７図　　　
　　才１８図 Ｊ′１９図 才２０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　アルミニウム合金鋳造製部材（Ａ）にアルミニウム
   合金ダイカスト製部材（８）をイナートガスアーク溶接
   により接合せしめる際の溶接継手形状であって、部材（
   Ａ）の溶接部位の表面に重ね合される部材（Ｂ）の溶接
   部位が、その先端に向けて徐々に薄肉に形成されるとと
   もにその先端が前記表面に関しほぼ垂直に切落された断
   面形状とされ、溶接アークが部材（Ｂ）の前記先端から
   わずかに離れた部材（Ａ）の表面に向けられて溶接され
   るように構成されてなるアルミニウム合金ダイカスト製
   部材とアルミニウム合金鋳造製部材との溶接継手形状。