JPS6354480B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 開示技術は炭素鋼等をアーク溶接するに際し、
溶接部の硬さをアーク溶接プロセスで降下させる
冷却速度を制御する技術分野に属する。

而して、この発明は炭素鋼、鉄鋳物等の高炭素
含有鉄系素材を被溶接母材とするアーク溶接にお
いて、被溶接部に第１段基本アーク溶接を行つて
接合を行い、続いてビードを形成し溶接制御する
ようにしたアーク溶接方法に関する発明であり、
特に、ビードを形成する際、そのビードがアーク
溶接ビード部に使用中かかる荷重による平均応力
の設定比率以下に平均応力が作用するように、
又、アーク溶接ビードの冷却速度、或は、それと
後段ビードのそれが臨界冷却速度以下にして冷却
速度を制御してアーク溶接プロセス中に硬度を小
さくするように第１段のアーク溶接によるビード
形成後３〜45秒の短時間の間に行うようにしたア
ーク溶接方法に係る発明である。

＜従来技術＞ 周知の如く、炭素鋼、鉄鋳品等の中、高炭素含
有の鉄系素材に対するアーク溶接が種々のメリツ
トの点において広く採用されている。

＜発明が解決しようとする問題点＞ 而して、該種中、高炭素含有素材はそのアーク
溶接に際し溶接時の入熱が溶接条件によつて小さ
くなると、溶融金属、及び、その周囲近傍の熱影
響部の冷却速度が大きくなり、相対的に急冷さ
れ、その結果、硬さが上昇し、延性等の機械的性
質が劣化することが分つている。

これに対処するに、アーク溶接前にガスバー
ナ、炉等により溶接部を予熱したり、又、溶接後
熱処理を行い冷却速度を小さくしたりしている
が、基本的にアーク溶接装置とは別に加熱装置、
加熱手段が要り、したがつて、工数が多く作業性
が悪くなる欠点があるうえに設備費が高く、コス
ト高になる不利点があり、加えて加熱と溶接の間
隔制御が極めて困難である難点があつた。

＜発明の目的＞ この発明の目的は上述従来技術に基づく中、高
炭素含有鉄系材料ワークに対するアーク溶接に伴
う溶接溶融金属部等の硬さ抑制の問題点を解決す
べき技術的課題とし、被溶接母材の接合部に対す
るアーク溶接を行うに際し冷却速度を調整するよ
うにして機械製造産業における接合技術利用分野
に益する優れたアーク溶接方法を提供せんとする
ものである。

＜問題点を解決するための手段・作用＞ 上述目的に沿い先述特許請求の範囲を要旨とす
るこの発明の構成は前述問題点を解決するため
に、中、高炭素含有鉄系材料ワークに対しアーク
溶接を行うに際し、所定の接合部にアーク溶接を
行つて第１段の溶接ビードを形成し、該溶接ビー
ドの上に全部、或は、一部にオーバーラツプして
載置するように、又は、近接部位に第２段の溶接
ビードをアーク溶接により第１段の溶接ビード形
成後３〜45秒の短時間内に形成し、設定条件によ
り第１段の溶接ビード、或は、後続の第２段の溶
接ビードの冷却速度を少くとも前者の臨界冷却速
度以下にするようにし、又、強度的には溶融部に
作用する使用中の荷重による平均応力の１／３以
下の応力になるようなサイズにして、第２段の溶
接ビードの形成を第１段の溶接ビード形成後の設
定時間後に行うようにして後続の第２段の溶接ビ
ードをして溶接ビードの冷却速度を調節制御する
ことが可能であるようにし、アーク溶接プロセス
でアーク溶接部の硬さを降下させることが出来る
ようにした技術的手段を講じたものである。

＜実施例＞ 次に、この発明の実施例を図面に従つて説明す
れば以下の通りである。

第１図に示す実施例は通常の突合せ溶接の態様
であり、炭素鋼材料１に対して他の炭素鋼材料２
を被溶接母材として、その接合部３にまず周知の
アーク溶接手段を介して溶接を行い、第１段の溶
接ビード４を形成させる。

而して、該第１段の溶接ビード４はそれ自体の
みで充分に被溶接母材１，２を設定速度冷却硬化
で結合する。

さりながら、前述の如く、その溶接入熱が相対
的に被溶接母材１，２の熱容量に比べ小さい場合
はその冷却速度が臨界冷却速度以上になり、一種
の急冷状態になつて硬度が上がり、前述した如く
機械的性質が劣化することになる。

そこで、アーク溶接後、第１段の溶接ビード４
の形成直後から、例えば、３秒から45秒後程度の
間に該第１段の溶接ビード４の中心より設定距離
ｌ離隔した位置に第２段のビード５を併設してア
ーク溶接により形成する。

而して、該第２段の溶接ビード５の後形成につ
いては、第１段の溶接ビード４の接合強度を直接
的に何ら補強するものではないが、その冷却速度
を抑制して第１段の溶接ビード４の硬さを降下さ
せる機能を与えるものである。

その場合、設計条件としては該第１段の溶接ビ
ード４の溶接部の冷却速度が硬さ発生に係る臨界
冷却速度以下になるように第２段の溶接ビード５
の位置、及び、長さ等のサイズを溶融凝固部の形
状によつて選定すると共に、その厚み、即ち、被
溶接母材１からの突出量A⁰を第１段の溶接ビー
ド４の溶接部に使用中に作用する荷重による平均
応力に対する設定比率、例えば、１／５以下の応
力に相当する厚さであつて、突出量を被溶接母材
１の厚さＴの１／３になるようにする等に選定し
て決定する。

このようにすることにより、該第２段のビード
５により強度がオーバーにならず、冷却速度も所
定に制御されて徐冷され、硬さが降下される。

上述実施例に比し、第２図に示す実施例は第２
段の溶接ビード５をアーク溶接による第１段の溶
接ビード４に部分的にオーバーラツプさせて行
い、該第２段の溶接ビード５を該第１段の溶接ビ
ード４に側方接合させた態様であり、又、第３図
の実施例はアーク溶接の第１段の溶接ビード４の
上に第２段の溶接ビード５を重ねるようにした態
様である。

上述２つの実施例においても、アーク溶接によ
る第１段の溶接ビード４、或は、第２段の溶接ビ
ード５を含めての臨界冷却速度以下に冷却速度を
制御出来るようなサイズであつて、同じく溶接ビ
ード４，５の使用中に作用する荷重の平均応力の
１／５程度の応力になるようなサイズであるよう
に突出量A⁰を被溶接母材１の板厚Ｔの１／３程
度にするように選定してアーク溶接する。

上述２実施例においても設計条件でアーク溶接
後に第２段の溶接ビードを形成することにより、
溶接溶融部の冷却は徐々に行われ硬さは下げられ
る。

又、第４図に示す実施例は第２図に示す実施例
の変形態様であるが、アーク溶接後の第２段の溶
接ビード５′の第１段の溶接ビード４′に対する部
分オーバーラツプ部の突出量A⁰は被溶接母材
２′の板厚Ｔの１／３にしたものであり、アーク
溶接完了から３秒後の直後に第２段の溶接ビード
５′を形成するようにしたものである。

そして、第５図に示す実施例は第３図の実施例
の変形態様であり、第１段の溶接ビード４′上に
第２段の溶接ビード５′を重ね、更に、被溶接母
材２′上までオーバーハングして形成させたもの
であり、その第１段の溶接ビード４′上の第２段
の溶接ビード５′の突出量A⁰は同じく被溶接母材
２の板厚Ｔの１／３にされ、そのオーバーーハン
グ量、サイズ、形状は両者の使用時における印加
荷重の平均応力の１／５の平均応力に相当するオ
ーバーハング量であるように設計されると共に、
第１段の溶接ビード４′の冷却速度がその臨界冷
却速度以下であるように設計され、それにより硬
さ形成を抑制し降下するようにされている。

而して、上述各実施例におけるアーク溶接にお
ける第１段の溶接ビード４，４′の臨界冷却速度
に対する第２段の溶接ビード５，５′による冷却
速度調整制御の設計については、第６図に示す様
に、JIS S40CのC.C.T.曲線で示すと、臨界冷却
曲線Ａに対し実効上H_RC40の曲線Ｂより図上右側
に位置する冷却速度であれば充分である。

そして、第２段の溶接ビード５，５′の溶接開
始タイミングは第１段の溶接ビード４，４′の形
成直後でも良いが、例えば、３秒〜45秒間等の間
に適宜に設計的に選択すれば良い。

上述実施例に則す実験によれば、自動車のリヤ
サスペンシヨンアームのアーク溶接において、従
来技術に基づくワンパス溶接による溶接溶融部の
最高硬さがH_V600〜700の値であるのに対し、こ
の発明によれば最高硬さをH_V350程度にまで降下
させることが出来た。

尚、この発明の実施態様は上述各実施例に限る
ものでないことは勿論であり、アーク溶接による
第１段の溶接ビードに対し第２段の溶接ビードを
複数個設置する等種々の態様が採用可能である。

そして、前述の通り後段の溶接ビードの冷却速
度調整制御機能については、サイズ、位置、タイ
ミングについて被溶接母材の選定に応じて適宜設
計変更の採用が可能である。

＜発明の効果＞ 以上、この発明によれば、一対の被溶接母材接
合に用いるアーク溶接方法において、接合部に対
するアーク溶接を行つた後、該アーク溶接の第１
段の溶接ビード中心から所定範囲内に近接して、
或は、部分重合、全体重合させるように後続の溶
接ビードを形成するように第２段の溶接ビードを
形成し、而して、第２段の溶接ビードは溶接後の
材料にかかる荷重の第１段の溶接ビード、或は、
第２段の溶接ビードを含めての使用中の荷重によ
る平均応力に対する１／３以下の平均応力が作用
し、且つ、主ビードの臨界冷却速度以下の冷却速
度になるように、又、第１段の溶接ビード形成の
アーク溶接の直後から３〜45秒の短時間の設定タ
イミングで行うことの３条件に決定されるサイ
ズ、位置、時間で第２段の溶接ビードを形成する
ようにしたことにより、２パスのアーク溶接プロ
セスだけで確実に溶接中に溶接ビードの急冷を制
御し、臨界冷却速度内で徐冷することが出来、し
たがつて、硬さを降下させることが可能になり、
材料の接合強度が低下しないようにすることが出
来るという優れた効果が奏される。

したがつて、これまでのようにガスバーナ、炉
等を用いての予後熱が不要であり、作業が簡略で
あり、そのうえ特別に施設も要らず、低コストで
出来るうえに作業性が量産するうえに良好となる
著しいメリツトがある。

更に又、同一溶接母材、同一溶接条件であれ
ば、理論的解析と実験データにより同一程度で作
業を反復することが出来、製品精度上極めて好ま
しい結果が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の実施例を示すものであり、第
１，２，３図は平板アーク溶接の各実施例の断面
図、第４，５図はブロツクと板材のアーク溶接の
各実施例の断面図、第６図は冷却速度の１態様の
グラフ図である。 １，２，１′，２′…被溶接母材、４，４′…第
１段の溶接ビード、５，５′…第２段の溶接ビー
ド。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一対の被溶接母材に対しアーク溶接を行つた
   後該アーク溶接による溶接ビードに対し更に他の
   溶接ビードを続いて形成するようにしたアーク溶
   接方法において、上記アーク溶接を行つた後更に
   後段の溶接ビードを形成するに際し該アーク溶接
   による第１段の溶接ビード及びその後の第２段の
   溶接ビード形成による各溶接ビードの硬化に係る
   冷却速度について第１、２段の溶接ビードの少く
   とも第１段の溶接ビードの冷却速度が臨界冷却速
   度以下であるようにすると共に該先行アーク溶接
   による第１段の溶接ビード及び後続の第２段の溶
   接ビードについて後者の使用中にかかる荷重によ
   る平均応力が前者のそれの１／３以下であるよう
   に該後続の第２段の溶接ビードのサイズを決定し
   アーク溶接による第１段の溶接ビードの形成後３
   〜45秒の短時間内にて該第１段の溶接ビードの中
   心より設定距離の範囲内に該第２段の溶接ビード
   を形成するようにして溶接部分の冷却速度を小さ
   く制御するようにしたことを特徴とするアーク溶
   接方法。