JP7587341B2 - Welding structure and welding method - Google Patents
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Description
本発明は、溶接構造及び溶接方法に関する。 The present invention relates to a welded structure and a welding method.
従来、製造コストを低減することができる溶接方法が提案されている(特許文献1参照。)。この溶接方法は、第1部材と第2部材との突き合わせ部にレーザ光を集光して照射して溶接用金属材料を溶かしながら第1部材と第2部材とのレーザ溶接を行う。そして、この溶接方法は、第1部材と第2部材との突き合わせ部に開先加工を施さないで、かつ、レーザ光の集光径をφ0.2mm以下とすることを特徴とする。 A welding method that can reduce manufacturing costs has been proposed (see Patent Document 1). In this welding method, a laser beam is focused and irradiated onto the butted portion between the first and second members to melt the welding metal material while laser welding the first and second members. This welding method is characterized in that no groove preparation is performed on the butted portion between the first and second members, and the focused diameter of the laser beam is set to φ0.2 mm or less.
特許文献1に記載された溶接方法においては、レーザ光の集光径を小さくすることによって、溶接品の溶接に起因する歪みの発生を抑制することが可能である。しかしながら、この溶接方法においては、溶接部の深さ方向において溶接用金属材料の溶融成分の撹拌が不十分である。そのため、溶接部での割れや、溶接部の低強度化が起こりやすいという問題点があった。 In the welding method described in Patent Document 1, the focused diameter of the laser light is reduced, making it possible to suppress the occurrence of distortion of the welded product due to welding. However, in this welding method, the molten components of the welding metal material are not stirred sufficiently in the depth direction of the weld. This causes problems such as cracks in the weld and a decrease in the strength of the weld.
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明は、溶接構造の溶接に起因する歪みの発生を抑制ないし防止するとともに、溶接部での割れの発生及び溶接部の低強度化を抑制ないし防止し得る溶接構造及び溶接方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the problems associated with the conventional technology. The present invention aims to provide a welded structure and welding method that can suppress or prevent the occurrence of distortion caused by welding in a welded structure, and can suppress or prevent the occurrence of cracks in the welded portion and the weakening of the welded portion.
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。その結果、溶接部の幅方向の大きさや溶接部の成分等を規定することなどにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。 The inventors conducted extensive research to achieve the above objective. As a result, they discovered that the above objective could be achieved by specifying the width of the weld and the composition of the weld, and thus completed the present invention.
本発明によれば、溶接構造の溶接に起因する歪みの発生を抑制ないし防止するとともに、溶接部での割れの発生及び溶接部の低強度化を抑制ないし防止し得る溶接構造及び溶接方法を提供することができる。 The present invention provides a welded structure and welding method that can suppress or prevent the occurrence of distortion caused by welding in a welded structure, as well as suppress or prevent the occurrence of cracks in the welded portion and the weakening of the welded portion.
以下、本発明の一実施形態に係る溶接構造及び溶接方法について詳細に説明する。まず、本発明の一実施形態に係る溶接構造について詳細に説明する。次に、本発明の一実施形態に係る溶接方法について詳細に説明する。しかる後、溶接構造及び溶接方法の一例について図面を参照しながら詳細に説明する。 The welding structure and welding method according to one embodiment of the present invention will be described in detail below. First, the welding structure according to one embodiment of the present invention will be described in detail. Next, the welding method according to one embodiment of the present invention will be described in detail. After that, an example of the welding structure and welding method will be described in detail with reference to the drawings.
<1>溶接構造
本実施形態の溶接構造は、鋳鉄からなる鋳鉄部材と、炭素鋼又は合金鋼からなる鋼部材と、鋳鉄部材及び鋼部材を接合する溶接部とを有する。そして、溶接部は、溶接部の幅方向の大きさが3.0mm以下である。また、溶接部は、ニッケル及びケイ素を含む。さらに、溶接部は、溶接部の中央線上の任意部位におけるケイ素濃度が0.9質量%以上である。
<1> Welded structure The welded structure of this embodiment includes a cast iron member made of cast iron, a steel member made of carbon steel or alloy steel, and a welded portion joining the cast iron member and the steel member. The welded portion has a width direction size of 3.0 mm or less. The welded portion also contains nickel and silicon. Furthermore, the welded portion has a silicon concentration of 0.9 mass% or more at any position on the center line of the welded portion.
ここで、鋳鉄部材における鋳鉄としては、特に限定されるものではないが、例えば、日本工業規格に規定されたFCD450、FCD600、FCD700、FCD800などを挙げることができる。なお、特に限定されるものではないが、FCD450を適用することが好適である。 The cast iron in the cast iron member is not particularly limited, but examples include FCD450, FCD600, FCD700, and FCD800 as specified in the Japanese Industrial Standards. Although not particularly limited, it is preferable to use FCD450.
また、鋼部材における炭素鋼又は合金鋼としては、鋳鉄よりもケイ素含有量が少なければ特に限定されるものではないが、例えば、日本工業規格に規定されたSCr417H、SCr420H、SCM420H、SCM418H、SNCM420Hなどを挙げることができる。なお、特に限定されるものではないが、SCM420Hを適用することが好適である。 The carbon steel or alloy steel in the steel member is not particularly limited as long as it has a lower silicon content than cast iron, but examples include SCr417H, SCr420H, SCM420H, SCM418H, and SNCM420H, as specified in the Japanese Industrial Standards. Although not particularly limited, it is preferable to use SCM420H.
そして、「溶接部の幅方向」とは、「溶接部の長さ方向」及び「溶接部の深さ方向」に直交する方向を意味する。 The "width direction of the weld" means the direction perpendicular to the "length direction of the weld" and the "depth direction of the weld".
また、「溶接部の幅方向の大きさ」とは、鋳鉄部材のレーザービーム照射側端面と鋼部材のレーザービーム照射側端面とで形成される端面における溶接部の幅方向の長さを意味する。なお、例えば、図5におけるXは溶接部の幅方向の大きさを示す。ここで、このような面を想定する場合、溶接部表面の微細凹凸は無視してよい。なお、鋳鉄部材のレーザービーム照射側端面と鋼部材のレーザービーム照射側端面とで形成される端面を、「溶接構造の表面」ということがある。 The "widthwise size of the weld" refers to the widthwise length of the weld at the end surface formed by the end surface of the cast iron member on the laser beam irradiation side and the end surface of the steel member on the laser beam irradiation side. For example, X in FIG. 5 indicates the widthwise size of the weld. When considering such a surface, fine irregularities on the surface of the weld may be ignored. The end surface formed by the end surface of the cast iron member on the laser beam irradiation side and the end surface of the steel member on the laser beam irradiation side is sometimes referred to as the "surface of the welded structure."
さらに、「溶接部の中央線」とは、溶接構造の表面から溶接部の最深位置までの距離を2等分する溶接部の2等分線を規定した際、この2等分線の長さを2等分するような溶接部の深さ方向に平行な線を意味する。 Furthermore, "center line of the weld" means a line parallel to the depth direction of the weld that halves the length of a bisector of the weld that halves the distance from the surface of the welded structure to the deepest position of the weld.
なお、ケイ素濃度は、例えば、蛍光X線分析装置や、電子線マイクロアナライザ(EPMA)によって測定することができる。また、後述するニッケル濃度や炭素濃度も、上記同様に測定することができる。 The silicon concentration can be measured, for example, by an X-ray fluorescence analyzer or an electron probe microanalyzer (EPMA). The nickel concentration and carbon concentration, which will be described later, can also be measured in the same manner as above.
特に限定されるものではないが、ケイ素濃度やニッケル濃度は、蛍光X線分析装置(測定条件は、例えば、電圧:50kV、電流:200μA、ライブタイム:100secである。)によって測定することが好ましい。また、特に限定されるものではないが、炭素濃度は、電子線マイクロアナライザ(EPMA)(測定条件は、例えば、電圧:10kV、電流:70nA、スポット分析領域:φ0.05~0.5μmである。)によって測定することが好ましい。 Although not particularly limited, it is preferable to measure the silicon concentration and nickel concentration with an X-ray fluorescence analyzer (measurement conditions are, for example, voltage: 50 kV, current: 200 μA, and live time: 100 sec). Also, although not particularly limited, it is preferable to measure the carbon concentration with an electron probe microanalyzer (EPMA) (measurement conditions are, for example, voltage: 10 kV, current: 70 nA, and spot analysis area: φ0.05 to 0.5 μm).
蛍光X線分析装置としては、例えば、微小領域マイクロX線蛍光分析装置(Bruker社製、M4 TRANDO)を利用することができる。また、電子線マイクロアナライザ(EPMA)としては、例えば、電子線マイクロアナライザ(EPMA)(株式会社島津製作所製、EPMA-1600)を利用することができる。 As an example of an X-ray fluorescence analyzer, a micro-area X-ray fluorescence analyzer (M4 TRADO, manufactured by Bruker) can be used. As an example of an electron probe microanalyzer (EPMA), an electron probe microanalyzer (EPMA) (EPMA-1600, manufactured by Shimadzu Corporation) can be used.
上述のように、本実施形態の溶接構造は、鋳鉄からなる鋳鉄部材と、炭素鋼又は合金鋼からなる鋼部材と、鋳鉄部材及び鋼部材を接合する所定の溶接部とを有する。所定の溶接部は、溶接部の幅方向の大きさが3.0mm以下であり、かつ、ニッケル及びケイ素を含み、溶接部の中央線上の任意部位におけるケイ素濃度が0.9質量%以上である。そのため、溶接構造の溶接に起因する歪みの発生を抑制ないし防止するとともに、溶接部での割れの発生及び溶接部の低強度化を抑制ないし防止することができる。 As described above, the welded structure of this embodiment has a cast iron member made of cast iron, a steel member made of carbon steel or alloy steel, and a specified weld that joins the cast iron member and the steel member. The specified weld has a width dimension of 3.0 mm or less, contains nickel and silicon, and has a silicon concentration of 0.9 mass% or more at any location on the center line of the weld. Therefore, it is possible to suppress or prevent the occurrence of distortion caused by welding in the welded structure, and to suppress or prevent the occurrence of cracks in the weld and the weakening of the weld.
溶接部の幅方向の大きさが3.0mm超である場合には、溶接構造の溶接に起因する歪みが生じやすい。溶接構造の溶接に起因する歪みの発生を抑制ないし防止するという観点からは、溶接部の幅方向の大きさは小さければ小さいほど好ましい。特に限定されるものではないが、溶接部の幅方向の大きさは2.0mm以下であることが好ましく、1.0mm以下であることがより好ましく、0.5mm以下であることが更に好ましい。 If the width of the weld exceeds 3.0 mm, distortion due to welding of the welded structure is likely to occur. From the viewpoint of suppressing or preventing the occurrence of distortion due to welding of the welded structure, the smaller the width of the weld, the better. Although not particularly limited, the width of the weld is preferably 2.0 mm or less, more preferably 1.0 mm or less, and even more preferably 0.5 mm or less.
一方、溶接部での割れの発生や溶接部の低強度化を抑制ないし防止することができれば、特に限定されるものではないが、溶接部の幅方向の大きさは0.1mm以上であることが好ましく、0.2mm以上であることがより好ましく、0.3mm以上であることが更に好ましい。 On the other hand, as long as it is possible to suppress or prevent the occurrence of cracks in the welded portion or the weakening of the welded portion, there are no particular limitations, but the width of the welded portion is preferably 0.1 mm or more, more preferably 0.2 mm or more, and even more preferably 0.3 mm or more.
なお、溶接部の幅方向の大きさの下限値は、例えば、要求性能に応じて設定される溶接部の幅方向の大きさに応じて適宜設定できるが、これに限定されるものではない。溶接部の幅方向の大きさの下限値は、例えば、詳しくは後述する溶接方法において突き合わせ部から鋳鉄部材側にずれた位置にファイバーレーザービームを照射する際に、突き合わせ部からファイバーレーザービームを照射する位置までの距離(溶接点オフセット量)などに応じて適宜設定できる。特に限定されるものではないが、溶接部の幅方向の大きさを0.1mmに設定する場合には、突き合わせ部からファイバーレーザービームを照射する位置までの距離(溶接点オフセット量)は50μm以下とすることが好ましい。 The lower limit of the width of the weld can be set appropriately according to the width of the weld, which is set according to the required performance, but is not limited to this. The lower limit of the width of the weld can be set appropriately according to the distance from the butt to the position where the fiber laser beam is irradiated (welding point offset amount) when the fiber laser beam is irradiated to a position shifted from the butt to the cast iron member side in a welding method described in detail later. Although not particularly limited, when the width of the weld is set to 0.1 mm, it is preferable that the distance from the butt to the position where the fiber laser beam is irradiated (welding point offset amount) is 50 μm or less.
また、ニッケル及びケイ素が含まれない場合には、溶接部での割れの発生や溶接部の低強度化が生じやすい。 In addition, if nickel and silicon are not included, cracks are more likely to occur in the welds and the strength of the welds will decrease.
さらに、溶接部の中央線上の任意部位におけるケイ素濃度が0.9質量%未満である場合には、溶接部での割れの発生や溶接部の低強度化が生じやすい。溶接部での割れの発生や溶接部の低強度化を抑制ないし防止するという観点からは、溶接部の中央線上の任意部位におけるケイ素濃度は高ければ高いほど好ましい。特に限定されるものではないが、溶接部の中央線上の任意部位におけるケイ素濃度は1.1質量%以上であることが好ましい。 Furthermore, if the silicon concentration at any point on the center line of the weld is less than 0.9 mass%, cracks are likely to occur in the weld and the strength of the weld is likely to decrease. From the viewpoint of suppressing or preventing cracks from occurring in the weld and the strength of the weld, the higher the silicon concentration at any point on the center line of the weld, the more preferable it is. Although not particularly limited, it is preferable that the silicon concentration at any point on the center line of the weld is 1.1 mass% or more.
一方、溶接部での割れの発生や溶接部の低強度化を抑制ないし防止することができれば、特に限定されるものではないが、溶接部の中央線上の任意部位におけるケイ素濃度は4.0質量%以下であることが好ましく、3.0質量%以下であることがより好ましく、2.0質量%以下であることが更に好ましい。 On the other hand, as long as it is possible to suppress or prevent the occurrence of cracks in the welded portion or the weakening of the welded portion, there are no particular limitations, but the silicon concentration at any point on the center line of the welded portion is preferably 4.0 mass% or less, more preferably 3.0 mass% or less, and even more preferably 2.0 mass% or less.
なお、溶接部の中央線上の任意部位におけるケイ素濃度の上限値は、例えば、用いる鋳鉄部材に応じて適宜設定できるが、これに限定されるものではない。溶接部の中央線上の任意部位におけるケイ素濃度の上限値は、例えば、詳しくは後述する溶接方法において突き合わせ部から鋳鉄部材側にずれた位置にファイバーレーザービームを照射する際に、突き合わせ部からファイバーレーザービームを照射する位置までの距離(溶接点オフセット量)などに応じて適宜設定できる。 The upper limit of the silicon concentration at any point on the center line of the weld can be set appropriately depending on, for example, the cast iron member used, but is not limited to this. The upper limit of the silicon concentration at any point on the center line of the weld can be set appropriately depending on, for example, the distance from the butt joint to the position where the fiber laser beam is irradiated (welding point offset amount) when the fiber laser beam is irradiated to a position shifted from the butt joint toward the cast iron member in the welding method described in detail later.
現時点においては、以下のような理由により、上述の効果が得られていると考えている。 At present, we believe that the above-mentioned effects have been achieved for the following reasons:
鋳鉄からなる鋳鉄部材と、炭素鋼又は合金鋼からなる鋼部材とを溶接する際に、鋳鉄部材と鋼部材とを突き合わせた突き合わせ部に、ニッケル含有溶接用金属材料を供給する。そして、ニッケル含有溶接用金属材料の供給とともに、突き合わせ部から鋳鉄部材側にずれた位置にファイバーレーザービームを照射すると、形成される溶接部の幅方向の大きさを3.0mm以下にすることができる。その結果、溶接構造の溶接に起因する歪みの発生を抑制ないし防止することができる。 When welding a cast iron member made of cast iron and a steel member made of carbon steel or alloy steel, a nickel-containing welding metal material is supplied to the butt joint where the cast iron member and the steel member are butted together. Then, by irradiating a fiber laser beam to a position shifted from the butt joint toward the cast iron member while supplying the nickel-containing welding metal material, the width of the welded portion formed can be reduced to 3.0 mm or less. As a result, the occurrence of distortion due to welding in the welded structure can be suppressed or prevented.
また、鋳鉄からなる鋳鉄部材と、炭素鋼又は合金鋼からなる鋼部材とを溶接する際に、鋳鉄部材と鋼部材とを突き合わせた突き合わせ部に、ニッケル含有溶接用金属材料を供給する。そして、ニッケル含有溶接用金属材料の供給とともに、突き合わせ部から鋳鉄部材側にずれた位置にファイバーレーザービームを照射すると、突き合わせ部に供給されたニッケル含有溶接用金属材料の成分に、鋳鉄部材からケイ素成分が溶け込む。 When welding a cast iron member made of cast iron and a steel member made of carbon steel or alloy steel, a nickel-containing welding metal material is supplied to the butt joint where the cast iron member and the steel member are butted together. Then, as the nickel-containing welding metal material is supplied, a fiber laser beam is irradiated to a position shifted from the butt joint toward the cast iron member, and silicon components from the cast iron member dissolve into the components of the nickel-containing welding metal material supplied to the butt joint.
一般的に、鋳鉄部材のケイ素含有量(質量%)は、鋼部材のケイ素含有量(質量%)よりも多い。そのため、鋼部材側にずれた位置にファイバービームを照射する場合と比較して、鋳鉄部材側にずれた位置にファイバーレーザービームを照射する場合は、ニッケル含有溶接用金属材料の成分に多くのケイ素成分を効果的に溶け込ませることができる。 In general, the silicon content (mass%) of cast iron components is greater than the silicon content (mass%) of steel components. Therefore, compared to irradiating a fiber beam at a position shifted toward the steel component, irradiating a fiber laser beam at a position shifted toward the cast iron component allows a greater amount of silicon to be effectively dissolved into the components of the nickel-containing welding metal material.
これにより、ニッケル含有溶接用金属材料の溶融成分の粘性や表面張力が低下し、形成される溶接部の深さ方向においてニッケル含有溶接用金属材料の溶融成分の撹拌が促進されて、ニッケル含有溶接用金属材料の成分が溶接部の深部まで供給される。その結果、溶接部での割れの発生や溶接部の低強度化を抑制ないし防止することができる。 This reduces the viscosity and surface tension of the molten components of the nickel-containing welding metal material, promoting the stirring of the molten components of the nickel-containing welding metal material in the depth direction of the weld to be formed, and the components of the nickel-containing welding metal material are supplied deep into the weld. As a result, the occurrence of cracks in the weld and the weakening of the weld can be suppressed or prevented.
また、ニッケル含有溶接用金属材料の溶融成分の粘性や表面張力が低下し、形成される溶接部の深さ方向においてニッケル含有溶接用金属材料の溶融成分の撹拌が促進される。これによって、溶接部において脆性組織であるマルテンサイトの形成が抑制されるとともに延性組織であるオーステナイトの形成が促進される。その結果、溶接部での割れの発生や溶接部の低強度化が抑制ないし防止されたとも考えることができる。なお、溶接部の炭素量とオーステナイトとの相関関係は、シェフラー状態図から予測される。 In addition, the viscosity and surface tension of the molten components of the nickel-containing welding metal material are reduced, promoting the stirring of the molten components of the nickel-containing welding metal material in the depth direction of the weld that is formed. This suppresses the formation of martensite, a brittle structure, in the weld and promotes the formation of austenite, a ductile structure. As a result, it can be considered that the occurrence of cracks in the weld and the weakening of the weld are suppressed or prevented. The correlation between the carbon content of the weld and austenite can be predicted from the Schaeffler phase diagram.
ただし、上記の理由以外の理由により上述のような効果が得られていたとしても、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。 However, it goes without saying that even if the above-mentioned effects were achieved for reasons other than those mentioned above, they would still be within the scope of the present invention.
そして、特に限定されるものではないが、溶接部は、溶接部の中央線上の任意部位におけるケイ素濃度が1.1質量%以上であり、かつ、溶接部の中央線上のケイ素濃度の平均値(平均ケイ素濃度)が1.5質量%以上であることが好ましい。 Although not particularly limited, it is preferable that the silicon concentration at any location on the center line of the weld is 1.1 mass% or more, and the average silicon concentration (average silicon concentration) on the center line of the weld is 1.5 mass% or more.
ここで、溶接部の中央線上のケイ素濃度の平均値は、溶接部の中央線の長さを10以上の均等長さに分割するような分割領域を規定し、各分割領域のケイ素濃度を測定し、測定した各分割領域のケイ素濃度を用いて平均値を算出する。溶接部の中央線を均等長さに分割する際には、妥当な平均値を算出することができれば、特に限定されるものではないが、10以上に分割することが好ましく、15以上に分割することがより好ましい。なお、溶接部の中央線を均等長さに分割する際には、妥当な平均値を算出することができれば、分割数の上限については特に限定されるものではなく、例えば、30以下に分割することが好ましく、25以下に分割することがより好ましい。特に、20分割することが好ましい。 Here, the average silicon concentration on the center line of the weld is calculated by dividing the length of the center line of the weld into 10 or more equal lengths, measuring the silicon concentration of each divided region, and using the measured silicon concentration of each divided region to calculate the average value. When dividing the center line of the weld into equal lengths, there is no particular limit as long as a reasonable average value can be calculated, but it is preferable to divide it into 10 or more, and more preferable to divide it into 15 or more. When dividing the center line of the weld into equal lengths, there is no particular limit as to the upper limit of the number of divisions as long as a reasonable average value can be calculated, but it is preferable to divide it into 30 or less, and more preferable to divide it into 25 or less. In particular, it is preferable to divide it into 20.
上述のように、溶接部の中央線上の任意部位におけるケイ素濃度が1.1質量%以上であり、かつ、溶接部の中央線上のケイ素濃度の平均値(平均ケイ素濃度)が1.5質量%以上である溶接部を有する溶接構造とすることにより、溶接部での割れの発生や溶接部の低強度化をより抑制ないし防止することができる。 As described above, by forming a welded structure having a weld in which the silicon concentration at any location on the center line of the weld is 1.1 mass% or more, and the average silicon concentration (average silicon concentration) on the center line of the weld is 1.5 mass% or more, it is possible to further suppress or prevent the occurrence of cracks in the weld and the weakening of the weld.
また、特に限定されるものではないが、溶接部は、溶接部の中央線上の任意部位におけるニッケル濃度が0.5質量%以上40質量%以下であることが好ましい。特に限定されるものではないが、低廉化の観点からは、溶接部の中央線上の任意部位におけるニッケル濃度が30質量%以下であることがより好ましく、20質量%以下であることが更に好ましく、10質量%以下であることが特に好ましい。ニッケル含有量が10質量%程度である低廉なニッケル含有溶接用金属材料を適用した場合、ファイバーレーザービームを照射する位置を制御することによって、最大ニッケル濃度を5質量%以下とすることが可能である。また、そのとき、最小ニッケル濃度を0.50質量%とすることも可能である。 Although not particularly limited, the nickel concentration at any location on the center line of the weld is preferably 0.5 mass% or more and 40 mass% or less. From the viewpoint of cost reduction, although not particularly limited, the nickel concentration at any location on the center line of the weld is more preferably 30 mass% or less, even more preferably 20 mass% or less, and particularly preferably 10 mass% or less. When an inexpensive nickel-containing welding metal material with a nickel content of about 10 mass% is used, it is possible to make the maximum nickel concentration 5 mass% or less by controlling the position where the fiber laser beam is irradiated. In addition, it is also possible to make the minimum nickel concentration 0.50 mass%.
ニッケル含有溶接用金属材料の成分に鋳鉄部材からケイ素成分を溶け込ませて、ニッケル含有溶接用金属材料の粘性や表面張力が低下する溶接方法においては、ニッケル含有量が10質量%程度である低廉なニッケル含有溶接用金属材料を適用しても、所望の効果を得ることができるという利点がある。 In a welding method in which silicon components from a cast iron member are dissolved into the components of a nickel-containing welding metal material, thereby reducing the viscosity and surface tension of the nickel-containing welding metal material, there is an advantage in that the desired effect can be obtained even when using an inexpensive nickel-containing welding metal material with a nickel content of about 10 mass%.
なお、溶接部におけるニッケルは、通常、ニッケル含有溶接用金属材料に由来するものであるが、これに限定されるものではなく、鋳鉄部材や鋼部材に由来するものであってもよい。また、ニッケル濃度の上限値は、通常はファイバーレーザービームを照射する位置(溶接点)で測定され、ニッケル濃度の下限値は、通常は溶接部の最深位置で測定される。 The nickel in the weld is usually derived from the nickel-containing metal material for welding, but is not limited to this and may be derived from cast iron or steel members. The upper limit of the nickel concentration is usually measured at the position where the fiber laser beam is irradiated (the welding point), and the lower limit of the nickel concentration is usually measured at the deepest position of the weld.
上述のように、溶接部の中央線上の任意部位におけるニッケル濃度が0.5質量%以上40質量%以下である溶接部を有する溶接構造とすることにより、溶接構造の溶接に起因する歪みの発生を抑制ないし防止するとともに、溶接部での割れの発生及び溶接部の低強度化を抑制ないし防止することができる。 As described above, by forming a welded structure having a welded portion in which the nickel concentration at any point on the center line of the welded portion is 0.5 mass% or more and 40 mass% or less, it is possible to suppress or prevent the occurrence of distortion caused by welding in the welded structure, as well as to suppress or prevent the occurrence of cracks in the welded portion and the weakening of the welded portion.
さらに、特に限定されるものではないが、溶接部は、溶接部の中央線の長さを10以上の均等長さに分割するような分割領域を規定した際、中央線上のニッケル濃度のうちの最大ニッケル濃度の分割領域に対する最小ニッケル濃度の分割領域のニッケル濃度比が0.1以上であることが好ましい。 Furthermore, although not particularly limited, when the weld is divided into divided regions that divide the length of the center line of the weld into 10 or more equal lengths, it is preferable that the nickel concentration ratio of the divided region with the minimum nickel concentration to the divided region with the maximum nickel concentration on the center line is 0.1 or more.
上述のように、溶接部の中央線の長さを10以上の均等長さに分割するような分割領域を規定した際、中央線上のニッケル濃度のうちの最大ニッケル濃度の分割領域に対する最小ニッケル濃度の分割領域のニッケル濃度比が0.1以上である溶接部を有する接合構造とすることにより、溶接部での割れの発生及び溶接部の低強度化をより抑制ないし防止することができる。 As described above, when the length of the center line of the weld is divided into 10 or more equal lengths, by forming a joint structure having a weld in which the nickel concentration ratio of the divided area with the minimum nickel concentration to the divided area with the maximum nickel concentration on the center line is 0.1 or more, it is possible to further suppress or prevent the occurrence of cracks in the weld and the weakening of the weld.
また、最大ニッケル濃度の分割領域に対する最小ニッケル濃度の分割領域のニッケル濃度比は、ニッケル含有溶接用金属材料に由来するニッケル成分が溶接部の深部まで供給され、局所集中が抑制されていることを示す指標である。これにより、ニッケル含有溶接用金属材料が有効に活用されていることが分かる。 In addition, the nickel concentration ratio of the area with the minimum nickel concentration to the area with the maximum nickel concentration is an indicator that the nickel components derived from the nickel-containing welding metal material are supplied deep into the weld, and local concentration is suppressed. This shows that the nickel-containing welding metal material is being used effectively.
なお、最大ニッケル濃度の分割領域に対する最小ニッケル濃度の分割領域のニッケル濃度比の上限値は、理論的には最大ニッケル濃度と最小ニッケル濃度とが同じときに1である。また、最大ニッケル濃度は、通常はファイバーレーザービームを照射する位置(溶接点)で測定され、最小ニッケル濃度は、通常は溶接部の最深位置で測定される。 The upper limit of the nickel concentration ratio of the divided area of the minimum nickel concentration to the divided area of the maximum nickel concentration is theoretically 1 when the maximum nickel concentration and the minimum nickel concentration are the same. Furthermore, the maximum nickel concentration is usually measured at the position where the fiber laser beam is irradiated (the welding point), and the minimum nickel concentration is usually measured at the deepest position of the weld.
そして、特に限定されるものではないが、溶接部は、溶接部の中央線の長さを10以上の均等長さに分割するような分割領域を規定した際、各分割領域の炭素濃度を測定し、測定した各分割領域の炭素濃度を用いて算出した平均値(平均炭素濃度)が1.0質量%以上であることが好ましく、1.5質量%以上であることがより好ましく、2.0質量%以上であることが更に好ましく、2.4質量%以上であることが特に好ましい。 Although not particularly limited, when the weld is divided into divided regions such that the length of the center line of the weld is divided into 10 or more equal lengths, the carbon concentration of each divided region is measured, and the average value (average carbon concentration) calculated using the measured carbon concentrations of each divided region is preferably 1.0 mass% or more, more preferably 1.5 mass% or more, even more preferably 2.0 mass% or more, and particularly preferably 2.4 mass% or more.
一方、溶接部での割れの発生及び溶接部の低強度化を抑制ないし防止することができれば、特に限定されるものではないが、炭素濃度の平均値(平均炭素濃度)は4.0質量%以下であることが好ましく、3.6質量%以下であることがより好ましく、3.2質量%以下であることが更に好ましい。 On the other hand, as long as it is possible to suppress or prevent the occurrence of cracks in the welded portion and the weakening of the welded portion, there are no particular limitations, but the average carbon concentration (average carbon concentration) is preferably 4.0 mass% or less, more preferably 3.6 mass% or less, and even more preferably 3.2 mass% or less.
上述のように、溶接部の中央線の長さを10以上の均等長さに分割するような分割領域を規定した際、各分割領域の炭素濃度を測定し、測定した各分割領域の炭素濃度を用いて算出した平均値(平均炭素濃度)が1.0質量%以上である溶接部を有する溶接構造とすることにより、溶接部での割れの発生及び溶接部の低強度化を抑制ないし防止することができる。 As described above, when dividing the length of the center line of the weld into 10 or more equal lengths, the carbon concentration of each divided area is measured, and a weld structure is created having a weld with an average value (average carbon concentration) of 1.0 mass% or more calculated using the measured carbon concentrations of each divided area, thereby suppressing or preventing the occurrence of cracks in the weld and weakening of the weld.
また、特に限定されるものではないが、溶接部は、溶接部の幅方向の大きさに対する溶接部の深さ方向の大きさの比(アスペクト比(Y/X))が4以上であることが好ましい。なお、図5におけるXは溶接部の幅方向の大きさを示し、図5におけるYは溶接部の深さ方向の大きさを示す。溶接構造の溶接に起因する歪みの発生を抑制ないし防止するとともに、溶接部での割れの発生及び溶接部の低強度化を抑制ないし防止するという観点からは、溶接部の幅方向の大きさに対する溶接部の深さ方向の大きさの比(アスペクト比(Y/X))は大きければ大きいほど好ましい。特に限定されるものではないが、溶接部の幅方向の大きさに対する溶接部の深さ方向の大きさの比(アスペクト比(Y/X))は8以上であることがより好ましく、12以上であることが更に好ましい。なお、現時点における溶接部の幅方向の大きさに対する溶接部の深さ方向の大きさの比(アスペクト比(Y/X))の上限値は16程度である。 Although not particularly limited, the welded portion preferably has a ratio of the depth of the welded portion to the width of the welded portion (aspect ratio (Y/X)) of 4 or more. In FIG. 5, X indicates the width of the welded portion, and Y indicates the depth of the welded portion. From the viewpoint of suppressing or preventing the occurrence of distortion due to welding of the welded structure, and suppressing or preventing the occurrence of cracks in the welded portion and the weakening of the welded portion, the larger the ratio of the depth of the welded portion to the width of the welded portion (aspect ratio (Y/X)), the more preferable. Although not particularly limited, the ratio of the depth of the welded portion to the width of the welded portion (aspect ratio (Y/X)) is more preferably 8 or more, and even more preferably 12 or more. In addition, the upper limit of the ratio of the depth of the welded portion to the width of the welded portion (aspect ratio (Y/X)) at present is about 16.
上述のように、溶接部の幅方向の大きさに対する溶接部の深さ方向の大きさの比が4以上である溶接部を有する溶接構造とすることにより、溶接に起因する歪みをより抑制ないし防止するとともに、溶接部での割れの発生をより抑制ないし防止し、かつ、溶接部の低強度化をより抑制ないし防止することができる。 As described above, by forming a welded structure having a weld where the ratio of the depth of the weld to the width of the weld is 4 or more, it is possible to further suppress or prevent distortion caused by welding, further suppress or prevent the occurrence of cracks in the weld, and further suppress or prevent a decrease in the strength of the weld.
さらに、特に限定されるものではないが、溶接部は、鋳鉄部材に由来する成分及び鋼部材に由来する成分の合計に対する鋳鉄部材に由来する成分の比が0.50超であることが好ましく、0.60以上であることがより好ましく、0.75以上であることが更に好ましい。なお、溶接部の確実な形成という観点からは、鋳鉄部材に由来する成分及び鋼部材に由来する成分の合計に対する鋳鉄部材に由来する成分の比の上限値は0.99以下であることが好ましい。 Furthermore, although not particularly limited, the ratio of the components derived from the cast iron member to the sum of the components derived from the cast iron member and the components derived from the steel member in the weld is preferably greater than 0.50, more preferably 0.60 or more, and even more preferably 0.75 or more. From the viewpoint of reliable formation of the weld, the upper limit of the ratio of the components derived from the cast iron member to the sum of the components derived from the cast iron member and the components derived from the steel member is preferably 0.99 or less.
ここで、「鋳鉄部材に由来する成分及び鋼部材に由来する成分の合計に対する鋳鉄部材に由来する成分の比」は、溶接後においても鋳鉄部材と鋼部材との突き合わせ部が観察できる場合には、突き合わせ部と溶接部の中央線とのずれに基づいて算出することができる。また、溶接後において鋳鉄部材と鋼部材との突き合わせ部が観察できない場合には、上記比は、鋳鉄部材、鋼部材及び溶接部の成分を分析し、それらの配合割合から算出することができる。 Here, the "ratio of components originating from the cast iron member to the sum of components originating from the cast iron member and components originating from the steel member" can be calculated based on the deviation between the center line of the butt joint and the weld, if the butt joint between the cast iron member and the steel member can be observed even after welding. Also, if the butt joint between the cast iron member and the steel member cannot be observed after welding, the above ratio can be calculated from the composition ratio of the components of the cast iron member, the steel member, and the weld.
上述のように、鋳鉄部材に由来する成分及び鋼部材に由来する成分の合計に対する鋳鉄部剤に由来する成分の比が好ましくは0.5超であり、より好ましくは0.6以上であり、更に好ましくは0.75以上である溶接部を有する溶接構造とすることにより、溶接部におけるケイ素濃度及び炭素濃度を増加させることができる。これにより、ニッケル含有溶接用金属材料の溶融成分の粘性や表面張力が低下し、形成される溶接部の深さ方向においてニッケル含有溶接用金属材料の溶融成分の撹拌が促進されて、ニッケル含有溶接用金属材料の成分が溶接部の深部まで供給される。また、溶接部において脆性組織であるマルテンサイトの形成が抑制されるとともに、延性組織であるオーステナイトの形成が促進される。その結果、溶接部での割れの発生や溶接部の低強度化を抑制ないし防止することができる。 As described above, by forming a weld structure having a weld in which the ratio of the components derived from the cast iron material to the total of the components derived from the cast iron member and the components derived from the steel member is preferably greater than 0.5, more preferably 0.6 or more, and even more preferably 0.75 or more, the silicon concentration and carbon concentration in the weld can be increased. This reduces the viscosity and surface tension of the molten components of the nickel-containing welding metal material, promoting stirring of the molten components of the nickel-containing welding metal material in the depth direction of the weld to be formed, and the components of the nickel-containing welding metal material are supplied deep into the weld. In addition, the formation of martensite, which is a brittle structure, is suppressed in the weld, and the formation of austenite, which is a ductile structure, is promoted. As a result, the occurrence of cracks in the weld and the weakening of the weld can be suppressed or prevented.
そして、特に限定されるものではないが、鋳鉄部材がデフケースであり、鋼部材がリングギヤであることが好ましい。 Although not particularly limited, it is preferable that the cast iron member be the differential case and the steel member be the ring gear.
鋳鉄部材で形成されたデフケースと鋼部材で形成されたリングギヤと上述した溶接部とを有する溶接構造とすることにより、溶接構造の溶接に起因する歪みの発生を抑制ないし防止するとともに、溶接部での割れの発生及び溶接部の低強度化を抑制ないし防止することができる。また、デフケースとリングギヤとを溶接によって接合するため、ボルトを用いて接合する必要がなく、デフケースにフランジを形成する必要がなく、リングギヤを薄肉化することが可能であるため、デフケースとリングギヤとが溶接された溶接構造の軽量化を実現することができる。 By forming a welded structure having a differential case made of cast iron material, a ring gear made of steel material, and the above-mentioned welded parts, it is possible to suppress or prevent the occurrence of distortion due to welding in the welded structure, as well as suppress or prevent the occurrence of cracks in the welded parts and the weakening of the welded parts. In addition, since the differential case and the ring gear are joined by welding, there is no need to join them using bolts, there is no need to form a flange on the differential case, and it is possible to thin the ring gear, which makes it possible to realize a lightweight welded structure in which the differential case and ring gear are welded.
<2>溶接方法
本実施形態の溶接方法は、本発明の溶接構造を形成する溶接方法の一形態である。この溶接方法は、鋳鉄からなる鋳鉄部材と、炭素鋼又は合金鋼からなる鋼部材とを突き合わせた突き合わせ部に、ニッケル含有溶接用金属材料を供給するとともに、突き合わせ部から鋳鉄部材側にずれた位置にファイバーレーザービームを照射する工程を有する。
<2> Welding method The welding method of this embodiment is one form of a welding method for forming a welded structure of the present invention. This welding method includes a step of supplying a nickel-containing welding metallic material to a butt joint between a cast iron member made of cast iron and a steel member made of carbon steel or alloy steel, and irradiating a fiber laser beam to a position shifted from the butt joint toward the cast iron member.
ここで、鋳鉄からなる鋳鉄部材と、炭素鋼又は合金鋼からなる鋼部材とは、上記の実施形態において説明したものと同等のものである。 Here, the cast iron member made of cast iron and the steel member made of carbon steel or alloy steel are equivalent to those described in the above embodiment.
また、ニッケル含有溶接用金属材料としては、特に限定されるものではないが、例えば、ニッケル含有溶接ワイヤを挙げることができる。ニッケル含有溶接ワイヤは、低廉化の観点からは、ニッケル含有量が少なければ少ないほど好ましい。例えば、ニッケル含有量が10質量%以下であるニッケル含有溶接ワイヤは、材料費が抑えられ、製造コストを抑制できるという観点からは好適である。しかしながら、これに限定されるものではなく、例えば、ニッケル含有量が10質量%超97質量%以下であるものを適用することもできる。ニッケル含有溶接ワイヤとしては、特に限定されるものではないが、例えば、日本工業規格に規定されたY308、Y310などを挙げることができる。なお、特に限定されるものではないが、Y308を適用することが好適である。 The nickel-containing welding metal material is not particularly limited, but may be, for example, nickel-containing welding wire. From the viewpoint of reducing costs, the lower the nickel content of the nickel-containing welding wire, the more preferable it is. For example, nickel-containing welding wire with a nickel content of 10% by mass or less is preferable from the viewpoint of reducing material costs and manufacturing costs. However, this is not limited, and for example, a nickel content of more than 10% by mass and 97% by mass or less may be applied. The nickel-containing welding wire is not particularly limited, but may be, for example, Y308, Y310, etc., as specified in the Japanese Industrial Standards. It is preferable to apply Y308, although this is not particularly limited.
さらに、ファイバーレーザービームを照射するファイバーレーザー溶接機としては、上述した溶接部を形成することができれば特に限定されるものではなく、従来公知のファイバーレーザー溶接機を利用することができる。 Furthermore, the fiber laser welding machine that irradiates the fiber laser beam is not particularly limited as long as it can form the above-mentioned weld, and any conventionally known fiber laser welding machine can be used.
上述のように、本実施形態の溶接方法は、鋳鉄からなる鋳鉄部材と、炭素鋼又は合金鋼からなる鋼部材とを突き合わせた突き合わせ部に、ニッケル含有溶接用金属材料を供給するとともに、突き合わせ部から鋳鉄部材側にずれた位置にファイバーレーザービームを照射する工程を有するので、溶接構造の溶接に起因する歪みの発生が抑制ないし防止され、溶接部での割れの発生及び溶接部の低強度化が抑制ないし防止された溶接構造を形成することができる。 As described above, the welding method of this embodiment includes a step of supplying a nickel-containing welding metal material to a butt joint between a cast iron member made of cast iron and a steel member made of carbon steel or alloy steel, and irradiating a fiber laser beam to a position shifted from the butt joint toward the cast iron member. This suppresses or prevents the occurrence of distortion due to welding in the welded structure, and makes it possible to form a welded structure in which the occurrence of cracks in the welded portion and the weakening of the welded portion are suppressed or prevented.
なお、特に限定されるものではないが、本実施形態の溶接方法では、ファイバーレーザービームの照射位置をケイ素含有量(質量%)が多い鋳鉄部材側にずらして、ケイ素成分をニッケル含有溶接用金属材料の成分に積極的に溶け込ませている。これにより、ニッケル含有溶接用金属材料の粘性や表面張力を低下させるため、ニッケル含有溶接用金属材料におけるニッケル含有量が少なくても溶接部においてオーステナイトの形成が促進される。その結果、製造コストを抑制しつつ、溶接部の割れを効果的に抑制ないし防止できる。 Although not particularly limited, in the welding method of this embodiment, the irradiation position of the fiber laser beam is shifted toward the cast iron member with a high silicon content (mass %), and the silicon component is actively dissolved into the components of the nickel-containing welding metal material. This reduces the viscosity and surface tension of the nickel-containing welding metal material, and promotes the formation of austenite in the weld even if the nickel-containing welding metal material has a low nickel content. As a result, it is possible to effectively suppress or prevent cracks in the weld while suppressing manufacturing costs.
そして、特に限定されるものではないが、ファイバーレーザービームを照射する位置を、突き合わせ部から鋳鉄部材側に50μm以上ずれた位置にすることが好ましい。 Although not particularly limited, it is preferable to set the position where the fiber laser beam is irradiated to a position shifted from the butted portion toward the cast iron member by 50 μm or more.
上述のように、ファイバーレーザービームを照射する際に、ファイバーレーザービームを照射する位置を、突き合わせ部から鋳鉄部材側に50μm以上ずれた位置にすることにより、溶接構造の溶接に起因する歪みの発生が抑制ないし防止され、溶接部での割れの発生及び溶接部の低強度化が抑制ないし防止された溶接構造を形成することができる。 As described above, by setting the position at which the fiber laser beam is irradiated to a position shifted by 50 μm or more from the butt joint toward the cast iron member, the occurrence of distortion due to welding in the welded structure is suppressed or prevented, and a welded structure can be formed in which the occurrence of cracks in the welded portion and the weakening of the welded portion are suppressed or prevented.
また、溶接部での割れの発生及び溶接部の低強度化が抑制ないし防止された溶接構造を形成するという観点からは、突き合わせ部からファイバーレーザービームを照射する位置までの距離(溶接点オフセット量)は大きければ大きいほど好ましい。例えば、突き合わせ部からファイバーレーザービームを照射する位置までの距離(溶接点オフセット量)は100μm以上であることがより好ましく、150μm以上であることが更に好ましい。一方、溶接構造の溶接に起因する歪みの発生が抑制ないし防止されれば特に限定されるものではないが、突き合わせ部からファイバーレーザービームを照射する位置までの距離(溶接点オフセット量)は、1.5mm以下であることが好ましく、1.0mm以下であることがより好ましく、500μm以下であることが更に好ましく、200μm以下であることが特に好ましい。 In addition, from the viewpoint of forming a welded structure in which the occurrence of cracks at the welded portion and the weakening of the welded portion are suppressed or prevented, the greater the distance from the butt joint to the position where the fiber laser beam is irradiated (welding point offset amount), the more preferable. For example, the distance from the butt joint to the position where the fiber laser beam is irradiated (welding point offset amount) is more preferably 100 μm or more, and even more preferably 150 μm or more. On the other hand, while there are no particular limitations as long as the occurrence of distortion due to welding of the welded structure is suppressed or prevented, the distance from the butt joint to the position where the fiber laser beam is irradiated (welding point offset amount) is preferably 1.5 mm or less, more preferably 1.0 mm or less, even more preferably 500 μm or less, and particularly preferably 200 μm or less.
<3>以下、溶接構造及び溶接方法について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、デフケースとリングギヤとを溶接する場合を例示しているが、本発明はこれに限定されるものではない。また、以下で引用する図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。 <3> The welding structure and welding method will be described in detail below with reference to the drawings. Note that, although an example of welding a differential case and a ring gear is shown, the present invention is not limited to this. Also, the dimensional ratios in the drawings cited below have been exaggerated for the convenience of explanation and may differ from the actual ratios.
図1は、溶接構造及び溶接方法を説明するための溶接構造の概略構成図である。図1に示すように、溶接構造10は、デフケース12と、リングギヤ14とを有する。なお、詳しくは後述する溶接後において、デフケース12とリングギヤ14とを突き合わせた突き合わせ部Aに、デフケース12、リングギヤ14及びニッケル含有溶接ワイヤWに由来する溶接部が形成される。つまり、溶接後において、溶接構造10は、デフケース12と、リングギヤ14と、デフケース12及びリングギヤ14を接合する溶接部とを有する。
Figure 1 is a schematic diagram of a welded structure for explaining the welded structure and the welding method. As shown in Figure 1, the welded
ここで、デフケース12は、上述したように鋳鉄からなる鋳鉄部材で形成されており、リングギヤ14は、上述したように炭素鋼又は合金鋼からなる鋼部材で形成されている。
Here, the
デフケース12とリングギヤ14との突き合わせ部Aに、ニッケル含有溶接ワイヤWが供給されるとともに、ファイバーレーザービームBが照射されることによって、デフケース12とリングギヤ14との接合する溶接部が形成され、デフケース12とリングギヤ14とが溶接される。突き合わせ部Aは、デフケース12及びリングギヤ14に備えられた同軸的に配置される円周部121,141を突き合わせて形成される。
Nickel-containing welding wire W is supplied to the butt joint A between the
ファイバーレーザービームBは、突き合わせ部Aに近接して配置されたノズルNから出射される。ノズルNは、図示しないガスの流路を備え、アルゴン(Ar)や窒素(N2)等のシールドガスを吹き出してもよい。 The fiber laser beam B is emitted from a nozzle N disposed in the vicinity of the butted portion A. The nozzle N may include a gas flow passage (not shown) and may blow out a shielding gas such as argon (Ar) or nitrogen (N 2 ).
ここで、図2は、溶接前の図1に示すa-a線に沿った断面図である。そして、図3は、図1に示す矢印b方向からの矢視図である。また、図4は、図3に示すd-d線に沿った断面図である。さらに、図5は、溶接後の図1に示すa-a線に沿った断面図である。なお、図5におけるXは溶接部の幅方向の大きさを示し、図5におけるYは溶接部の深さ方向の大きさを示す。また、同一の構成については、同一の符号を付すことにより重複する説明を省略する。 Here, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line a-a in FIG. 1 before welding. And FIG. 3 is a view seen from the direction of arrow b in FIG. 1. Also, FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line d-d in FIG. 3. Furthermore, FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line a-a in FIG. 1 after welding. Note that X in FIG. 5 indicates the size of the weld in the width direction, and Y in FIG. 5 indicates the size of the weld in the depth direction. Also, the same components are given the same reference numerals to avoid redundant explanations.
図2に示すように、デフケース12は、回転軸に沿う方向に突出した突部123を有する。リングギヤ14は、突部123が嵌合する孔143を有する。デフケース12及びリングギヤ14は、突部123及び孔143を嵌合させて接続する。デフケース12は、モータ等を備える回転駆動装置に接続される。リングギヤ14は、デフケース12とともに一体的に回転する。ノズルNは固定されている。
As shown in FIG. 2, the
溶接の際、ファイバーレーザービームBの出射位置及び出射方向は固定されたまま、図3(及び図1)に示すように、デフケース12及びリングギヤ14が矢印cで示す周方向に回転する。ファイバーレーザービームBの照射位置が、円周部121,141の周方向に相対的に移動しつつ、デフケース12及びリングギヤ14は溶接される。デフケース12及びリングギヤ14は円周部121,141の全周で溶接される。
During welding, the emission position and emission direction of the fiber laser beam B remain fixed, and as shown in FIG. 3 (and FIG. 1), the
ニッケル含有溶接ワイヤWは、ニッケル含有溶接ワイヤWが巻回されたワイヤリールからニッケル含有溶接ワイヤWを送り出すワイヤ送給機構によって供給される。ニッケル含有溶接ワイヤWは、デフケース12及びリングギヤ14の回転に合わせて順次供給される。
The nickel-containing welding wire W is supplied by a wire feeding mechanism that feeds the nickel-containing welding wire W from a wire reel around which the nickel-containing welding wire W is wound. The nickel-containing welding wire W is supplied sequentially in accordance with the rotation of the
ファイバーレーザービームBの照射位置及びその近傍は、CCDカメラ等の撮影装置Cによって撮影される。溶接の際、作業者は、撮影装置Cによって撮影された画像を液晶ディスプレイ等の表示装置で確認する。デフケース12及びリングギヤ14は、ファイバーレーザービームBの照射位置が監視されつつ溶接される。
The irradiation position of the fiber laser beam B and its vicinity are photographed by an imaging device C such as a CCD camera. During welding, the worker checks the image photographed by the imaging device C on a display device such as a liquid crystal display. The
図4に示すように、ファイバーレーザービームBの照射位置は、突き合わせ部Aから鋳鉄部材であるデフケース12及び鋼部材であるリングギヤ14のうちの相対的にケイ素含有量(質量%)が多い鋳鉄部材であるデフケース12側にずれている。このため、図5に示すように、ファイバーレーザービームBの照射によって、デフケース12、リングギヤ14及びニッケル含有溶接ワイヤWが溶融して形成される溶接部16は、突き合わせ部Aからデフケース12側にずれて位置する。
As shown in FIG. 4, the irradiation position of the fiber laser beam B is shifted from the butt joint A toward the
ファイバーレーザービームBの照射位置を監視しつつ溶接することによって、照射位置がリングギヤ側に逸れることなく、ファイバーレーザービームBはデフケース12側にずれた位置に確実に照射される。このため、回転軸まわりに形成される環状の溶接部16の全体で溶接部16はケイ素含有量(質量%)が多い鋳鉄部材であるデフケース12側にずれて形成される。これにより、溶接部16の全体で割れが効果的に抑制されて部材同士が確実に接合される。
By welding while monitoring the irradiation position of the fiber laser beam B, the irradiation position does not deviate toward the ring gear side, and the fiber laser beam B is reliably irradiated at a position shifted toward the
上述した溶接方法と異なり、デフケース12及びリングギヤ14を回転することなく固定し、ファイバーレーザービームBの出射位置及び出射方向、並びにニッケル含有溶接ワイヤWの供給位置を変化させつつ周方向に溶接する場合、ノズルN及びニッケル含有溶接ワイヤW等を移動させる駆動装置並びにこれらを制御する制御装置が必要である。そのため、溶接装置が複雑になるおそれがある。一方、上述した溶接方法では、ファイバーレーザービームBの出射位置及び出射方法を固定したままデフケース12及びリングギヤ14を周方向に回転させることによって溶接するため、ファイバーレーザービームBを移動させて溶接する場合のような大掛かりな装置が必要なく、簡便な溶接装置を利用することができる。
Unlike the above-mentioned welding method, when the
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明する。しかしながら、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.
(実施例1~実施例4、比較例1~比較例5)
図6は、実施例の溶接構造の図2及び図5に対応した要部を拡大して示す断面図である。図6に示すように、互いに突き合わされたとき回転軸まわりに環状の隙間221,241が部材間で形成されるデフケース22とリングギヤ24とを実際に溶接して溶接構造20を形成した。実施例において、隙間221,241以外の構成要素は、上述した実施形態と略同様である。
(Examples 1 to 4, Comparative Examples 1 to 5)
6 is an enlarged cross-sectional view of a main portion of the welded structure of the embodiment, which corresponds to FIG. 2 and FIG. 5. As shown in FIG. 6, the
ここで、デフケース22は、球状黒鉛鋳鉄として日本工業規格に規定されたFCD450で形成した。なお、デフケース22において、突き合わせ部Aを形成する溶接面における浸炭層を除去して、図4に示すような溝を形成した。
Here, the
また、リングギヤ24は、肌焼き鋼として日本工業規格に規定されたSCM420Hで形成した。なお、リングギヤは浸炭してある。
The
さらに、ニッケル含有溶接ワイヤWとしては、日本工業規格に規定されたY308によって形成されたニッケル含有溶接ワイヤを用いた。なお、ニッケル含有溶接ワイヤは、ニッケル含有量が10質量%であり、径がφ0.6mmである。また、溶接の際、ニッケル含有溶接ワイヤを供給速度7m/min供給した。 The nickel-containing welding wire W used was made of Y308, which is specified in the Japanese Industrial Standards. The nickel-containing welding wire had a nickel content of 10% by mass and a diameter of φ0.6 mm. During welding, the nickel-containing welding wire was fed at a feed rate of 7 m/min.
デフケース22及びリングギヤ24の回転軸に沿って位置をずらして設定した複数の照射位置(突き合わせ部Aを0、鋳鉄部材側を(+)、鋼部材側を(-)とし、-200μm~+200μmで設定した。)のそれぞれで、シールドガスとしての窒素(N2)を吹き出しながら、溶接速度5m/minでファイバーレーザービームB(出力:3800~4200W、スポット径:φ0.2mm、デフォーカス:-2mm(但し、材料の内部方向が(-)である。))を照射し、溶接部26を形成して、デフケース22及びリングギヤ24を接合した。つまり、ファイバーレーザービームBの所定の照射によってデフケース22と、リングギヤ24と、デフケース22、リングギヤ24及びニッケル含有溶接ワイヤWが溶融して形成される所定の溶接部26とを有する溶接構造を形成した。
At each of a plurality of irradiation positions (butt joint A is 0, the cast iron member side is (+), and the steel member side is (-), and set at -200 μm to +200 μm) set by shifting the position along the rotation axis of the
各例の仕様の一部を表1に示す。 Some specifications for each example are shown in Table 1.
なお、表1中の「ビーム照射位置」は、デフケース22とリングギヤ24との突き合わせ部Aからの回転軸に沿った方向の離隔距離である。ビーム照射位置が正(+)の場合、ビームの照射位置は突き合わせ部Aよりもデフケース22側に位置する。例えば、ビーム照射位置が+200μmの場合、突き合わせ部Aから回転軸に沿った方向に200μmデフケース22側にずれた位置にファイバーレーザービームBを照射したことを意味する。一方、ビーム照射位置が負(-)の場合、ビームの照射位置は突き合わせ部Aよりもリングギヤ24側に位置する。例えば、ビーム照射位置が-200μmの場合、突き合わせ部Aから回転軸に沿った方向に200μmリングギヤ24側にずれた位置にファイバーレーザービームBを照射したことを意味する。
The "beam irradiation position" in Table 1 is the distance from the butt joint A between the
また、表1中の「溶接部の幅方向の大きさ(X)」は、溶接部の長さ方向に直交し、溶接部の深さ方向に平行な溶接部の断面において、溶接構造の表面での溶接部の幅方向に沿った溶接部の長さである。なお、図5におけるXは溶接部の幅方向の大きさを示す。 In addition, the "width of the weld (X)" in Table 1 is the length of the weld along the width of the weld on the surface of the welded structure in a cross section of the weld perpendicular to the length of the weld and parallel to the depth of the weld. Note that X in Figure 5 indicates the width of the weld.
さらに、表1中の「溶接部の深さ方向の大きさ(Y)」は、溶接部の長さ方向に直交し、溶接部の深さ方向に平行な溶接部の断面において、溶接構造の表面から溶接部の最深位置までの溶接部の深さ方向の長さである。なお、図5におけるYは溶接部の深さ方向の大きさを示す。 Furthermore, the "depth of the weld (Y)" in Table 1 is the depth of the weld from the surface of the welded structure to the deepest position of the weld in a cross section of the weld perpendicular to the length of the weld and parallel to the depth of the weld. Note that Y in Figure 5 indicates the depth of the weld.
また、表1中の「アスペクト比(Y/X)」は、溶接部の幅方向の大きさに対する溶接部の深さ方向の大きさの比である。 In addition, the "aspect ratio (Y/X)" in Table 1 is the ratio of the depth of the weld to the width of the weld.
さらに、表1中の「平均炭素濃度」は、溶接部の中央線の長さを20の均等長さに分割するような分割領域を規定し、その分割領域ごとの中央線上の炭素濃度を電子線マイクロアナライザ(EPMA)(株式会社島津製作所製、EPMA-1600)(測定条件は、電圧:10kV、電流:70nA、スポット分析領域:φ0.05~0.5μmである。)によって測定し、各炭素濃度から得られた算術平均値である。 Furthermore, the "average carbon concentration" in Table 1 is the arithmetic average value obtained by dividing the length of the center line of the weld into 20 equal-length divided regions and measuring the carbon concentration on the center line of each divided region using an electron probe microanalyzer (EPMA) (manufactured by Shimadzu Corporation, EPMA-1600) (measurement conditions: voltage: 10 kV, current: 70 nA, spot analysis region: φ0.05-0.5 μm).
また、表1中の「最小ケイ素濃度」は、溶接部の中央線の長さを20の均等長さに分割するような分割領域を規定し、その分割領域ごとの中央線上のケイ素濃度を微小領域マイクロX線蛍光分析装置(Bruker社製、M4 TRANDO)(測定条件は、電圧:50kV、電流:200μA、ライブタイム:100secである。)によって測定して得られた各ケイ素濃度のうちの最小値である。 The "minimum silicon concentration" in Table 1 is the minimum value of each silicon concentration obtained by dividing the length of the center line of the weld into 20 equal-length divided regions and measuring the silicon concentration on the center line of each divided region using a micro-area micro X-ray fluorescence analyzer (M4 TRADO, manufactured by Bruker) (measurement conditions: voltage: 50 kV, current: 200 μA, live time: 100 sec).
さらに、表1中の「平均ケイ素濃度」は、溶接部の中央線の長さを20の均等長さに分割するような分割領域を規定し、その分割領域ごとの中央線上のケイ素濃度を微小領域マイクロX線蛍光分析装置(Bruker社製、M4 TRANDO)(測定条件は、電圧:50kV、電流:200μA、ライブタイム:100secである。)によって測定し、各ケイ素濃度から得られた算術平均値である。 The "average silicon concentration" in Table 1 is the arithmetic average value obtained by dividing the length of the center line of the weld into 20 equal-length regions and measuring the silicon concentration on the center line of each divided region using a micro-area micro X-ray fluorescence analyzer (M4 TRADO, manufactured by Bruker) (measurement conditions: voltage: 50 kV, current: 200 μA, live time: 100 sec).
また、表1中の「最大ニッケル濃度」及び「最小ニッケル濃度」は、溶接部の中央線の長さを20の均等長さに分割するような分割領域を規定し、その分割領域ごとの中央線上のニッケル濃度を微小領域マイクロX線蛍光分析装置(Bruker社製、M4 TRANDO)(測定条件は、電圧:50kV、電流:200μA、ライブタイム:100secである。)によって測定して得られた各ニッケル濃度のうちの最大値及び最小値である。 The "maximum nickel concentration" and "minimum nickel concentration" in Table 1 are the maximum and minimum nickel concentrations obtained by dividing the length of the center line of the weld into 20 equal-length regions and measuring the nickel concentration on the center line of each divided region using a micro-area micro X-ray fluorescence analyzer (M4 TRADO, manufactured by Bruker) (measurement conditions: voltage: 50 kV, current: 200 μA, live time: 100 sec).
さらに、表1中の「ニッケル濃度比」は、最大ニッケル濃度に対する最小ニッケル濃度の比である。 Furthermore, the "nickel concentration ratio" in Table 1 is the ratio of the minimum nickel concentration to the maximum nickel concentration.
また、表1中の「鋳鉄部材由来成分比」は、突き合わせ部と溶接部の中央線とのずれに基づいて算出した。例えば、突き合わせ部と溶接部の中央線とにずれがない場合には、鋳鉄部材由来成分比は0.5であり、突き合わせ部に対して溶接部の中央線が鋳鉄部材側にずれている場合には、鋳鉄部材由来成分比は0.5超であるといった要領である。なお、鋼部材由来成分比は、1-(鋳鉄部材由来成分比)で算出できる。 The "cast iron component derived component ratio" in Table 1 was calculated based on the offset between the center line of the butt joint and the weld joint. For example, if there is no offset between the center line of the butt joint and the weld joint, the cast iron component derived component ratio is 0.5, and if the center line of the weld joint is offset toward the cast iron member relative to the butt joint, the cast iron component derived component ratio is over 0.5. The steel component derived component ratio can be calculated as 1 - (cast iron component derived component ratio).
[性能評価]
上記各例の溶接構造について、溶接部の割れ、溶接部の平均硬さ、及び溶接部の強度を下記の要領で観察、測定して、評価した。得られた結果を表2に示す。
[Performance evaluation]
The welded structures of the above examples were observed, measured, and evaluated for cracks in the welded joints, average hardness of the welded joints, and strength of the welded joints in the following manner. The results are shown in Table 2.
(溶接部の割れ)
各例の溶接構造の溶接部の断面を光学顕微鏡(Leica社製、DMI5000M、倍率:100~500倍)を用いて観察し、割れの有無等を評価した。なお、表2中の「溶接部の割れ」の項目における「無」は、割れが観察されなかったことを意味し、「有」は、割れが観察されたことを意味し、「有(微小)」は、割れが観察されたが、観察された割れが微小サイズであったことを意味する。
(Weld cracks)
The cross section of the welded portion of each example of the welded structure was observed using an optical microscope (Leica, DMI5000M, magnification: 100 to 500 times) to evaluate the presence or absence of cracks, etc. In Table 2, in the "Cracks in Welded Portion" section, "None" means that no cracks were observed, "Yes" means that cracks were observed, and "Yes (Micro)" means that cracks were observed, but the observed cracks were microscopic.
(溶接部の平均硬さ)
各例の溶接構造の溶接部の平均硬さを測定して、評価した。なお、溶接部の平均硬さは、各例の溶接構造の溶接部の断面において、溶接部の中央線の長さを20の均等長さに分割するような分割領域を規定し、その分割領域ごとの中央線上のビッカース硬さを日本工業規格におけるビッカース硬さ試験-試験方法(JIS Z 2244-2009)に準拠し、試験荷重を300gfとして測定し、各ビッカース硬さから得られた算術平均値である。
(Average hardness of welded part)
The average hardness of the welded portion of each example was measured and evaluated. The average hardness of the welded portion was determined by dividing the length of the center line of the welded portion into 20 equal lengths in the cross section of the welded portion of each example, and measuring the Vickers hardness on the center line of each divided region in accordance with the Vickers Hardness Test - Test Method (JIS Z 2244-2009) in the Japanese Industrial Standards at a test load of 300 gf, and the average hardness of the welded portion was determined as the arithmetic average value obtained from each Vickers hardness.
(溶接部の強度)
各例の溶接構造を精密万能試験機(株式会社島津製作所製、オートグラフAG-X)を用いて4点曲げ試験(試験条件は、下支点間距離:55mm、上支点間距離:10mm、押込み速度:2mm/minである。)をしたときの破断状態を観察し、強度を評価した。なお、表2中の「溶接部の強度」の項目における「×」は、鋳鉄部材、鋼部材などの母材が破断する母材破断が生じることなく、溶接部が破断したことを意味し、「○」は、溶接部が破断するよりも先に母材破断が生じた頻度が高いことを意味し、「◎」は、溶接部が破断することなく、母材破断(鋳鉄部材側)が生じたことを意味する。
(Strength of welded joints)
The welded structure of each example was subjected to a four-point bending test (test conditions: lower support distance: 55 mm, upper support distance: 10 mm, and push-in speed: 2 mm/min) using a precision universal testing machine (Shimadzu Corporation, Autograph AG-X), and the fracture state was observed to evaluate the strength. In Table 2, "x" in the "Weld Strength" section means that the weld fractured without base material fracture, which is the fracture of the base material such as a cast iron member or a steel member, "○" means that the base material fracture occurred more frequently before the weld fractured, and "◎" means that the base material fracture (cast iron member side) occurred without the weld fracture.
表1及び表2より、本発明の範囲に属する実施例1~4は、本発明外の比較例1~5と比較して、溶接部での割れの発生及び溶接部の低強度化が抑制ないし防止できることが分かる。また、実施例1~4は、外観観察の結果、溶接構造の溶接に起因する歪みの発生が抑制ないし防止されていた。 From Tables 1 and 2, it can be seen that Examples 1 to 4, which are within the scope of the present invention, are able to suppress or prevent the occurrence of cracks in the welded parts and the weakening of the welded parts, compared to Comparative Examples 1 to 5, which are outside the present invention. Furthermore, as a result of visual observation, Examples 1 to 4 suppressed or prevented the occurrence of distortion due to welding in the welded structure.
この理由は、鋳鉄からなる鋳鉄部材及び炭素鋼又は合金鋼のうちケイ素含有量が相対的に多い鋳鉄からなる鋳鉄部材で形成されたデフケース側に照射位置をずらしてファイバーレーザービームを照射したことによって、以下の(1)~(3)の特徴を有する溶接部が形成されたためであると考えられる。 The reason for this is believed to be that by shifting the irradiation position and irradiating the fiber laser beam to the differential case side, which is made of a cast iron member made of cast iron and a cast iron member made of carbon steel or alloy steel with a relatively high silicon content, a welded joint having the following characteristics (1) to (3) was formed.
(1)溶接部は、溶接部の幅方向の大きさが3.0mm以下である。
(2)溶接部は、ニッケル及びケイ素を含む。
(3)溶接部は、溶接部の中央線上の任意部位におけるケイ素濃度が0.9質量%以上である。
(1) The weld has a width dimension of 3.0 mm or less.
(2) The weld contains nickel and silicon.
(3) The weld has a silicon concentration of 0.9 mass % or more at any location on the center line of the weld.
そして、実施例1や比較例1~5と比較して、実施例2~4が溶接部での割れの発生及び溶接部の低強度化を抑制ないし防止できる理由は、上記同様にデフケース側にファイバーレーザービームを照射したことによって、上記(1)~(3)の特徴に加えて、以下の(4)の特徴を有する溶接部が形成されたためであるとも考えられる。 The reason why Examples 2 to 4 are able to suppress or prevent the occurrence of cracks in the welded parts and the weakening of the welded parts compared to Example 1 and Comparative Examples 1 to 5 is thought to be because, as described above, the fiber laser beam is irradiated onto the differential case side, forming a welded part that has the following characteristic (4) in addition to the characteristics (1) to (3) above.
(4)溶接部は、溶接部の中央線上の任意部位におけるケイ素濃度が1.1質量%以上であり、かつ、溶接部の中央線上のケイ素濃度の平均値(平均ケイ素濃度)が1.5質量%以上である。 (4) The weld has a silicon concentration of 1.1 mass% or more at any location on the center line of the weld, and the average silicon concentration (average silicon concentration) on the center line of the weld is 1.5 mass% or more.
なお、溶接部は、平均ケイ素濃度が1.5質量%以上であることから、鋳鉄部材で形成されたデフケース側からケイ素成分が効果的に溶け込んでいることが分かる。 The welded area has an average silicon concentration of 1.5 mass% or more, which indicates that the silicon component is effectively dissolved into the differential case, which is made of cast iron.
また、比較例1~5と比較して、実施例1~4が溶接部での割れの発生及び溶接部の低強度化を抑制ないし防止できる理由は、上記同様にデフケース側にファイバーレーザービームを照射したことによって、上記(1)~(3)又は(1)~(4)の特徴に加えて、以下の(5)の特徴を有する溶接部が形成されたためとも考えられる。 The reason why Examples 1 to 4 are able to suppress or prevent cracking and weakening of the welded parts compared to Comparative Examples 1 to 5 is thought to be because, as described above, the fiber laser beam is irradiated onto the differential case side, forming a welded part that has the following characteristic (5) in addition to the characteristics (1) to (3) or (1) to (4) above.
(5)溶接部は、溶接部の中央線上の任意部位におけるニッケル濃度が0.5質量%以上40質量%以下である。 (5) The weld has a nickel concentration of 0.5% by mass or more and 40% by mass or less at any location on the center line of the weld.
さらに、実施例1や比較例1~5と比較して、実施例2~4が溶接部での割れの発生及び溶接部の低強度化を抑制ないし防止できる理由は、上記同様にデフケース側にファイバーレーザービームを照射したことによって、上記(1)~(3)、(1)~(4)又は(1)~(5)のいずれかの特徴に加えて、以下の(6)の特徴を有する溶接部が形成されたためとも考えられる。 Furthermore, the reason why Examples 2 to 4 are able to suppress or prevent the occurrence of cracks in the welded portion and the weakening of the welded portion compared to Example 1 and Comparative Examples 1 to 5 is thought to be because, as described above, the fiber laser beam is irradiated onto the differential case side, forming a welded portion having the following characteristic (6) in addition to any one of the characteristics (1) to (3), (1) to (4), or (1) to (5) above.
(6)溶接部は、溶接部の中央線の長さを20の均等長さに分割するような分割領域を規定した際、中央線上のニッケル濃度のうちの最大ニッケル濃度の分割領域に対する最小ニッケル濃度の分割領域のニッケル濃度比が0.1以上である。 (6) When the weld is divided into 20 equal-length divided regions along the center line, the nickel concentration ratio of the divided region with the minimum nickel concentration to the divided region with the maximum nickel concentration on the center line is 0.1 or more.
なお、ニッケル濃度比が0.1以上であることから、ニッケル含有溶接ワイヤの成分にケイ素成分が溶け込み、ニッケル含有溶接ワイヤの溶融成分の粘性や表面張力が低下して、形成される溶接部の深さ方向においてニッケル含有溶接ワイヤの溶融成分の撹拌が促進されていることが分かる。 In addition, since the nickel concentration ratio is 0.1 or more, it can be seen that the silicon component dissolves into the components of the nickel-containing welding wire, the viscosity and surface tension of the molten components of the nickel-containing welding wire decrease, and the stirring of the molten components of the nickel-containing welding wire is promoted in the depth direction of the weld that is formed.
そして、比較例1~5と比較して、実施例1~4が溶接部での割れの発生及び溶接部の低強度化を抑制ないし防止できる理由は、上記同様にデフケース側にファイバーレーザービームを照射したことによって、上記(1)~(3)、(1)~(4)、(1)~(5)又は(1)~(6)のいずれかの特徴に加えて、以下の(7)の特徴を有する溶接部が形成されたためとも考えられる。 The reason why Examples 1 to 4 are able to suppress or prevent cracking and weakening of the welded parts compared to Comparative Examples 1 to 5 is thought to be because, by irradiating the differential case side with a fiber laser beam in the same manner as above, a welded part having the following characteristic (7) in addition to any of the characteristics (1) to (3), (1) to (4), (1) to (5), or (1) to (6) above is formed.
(7)溶接部は、溶接部の幅方向の大きさに対する溶接部の深さ方向の大きさの比が4以上である。 (7) The ratio of the depth of the weld to the width of the weld is 4 or greater.
また、比較例1~5と比較して、実施例1~4が溶接部での割れの発生及び溶接部の低強度化を抑制ないし防止できる理由は、上記同様にデフケース側にファイバーレーザービームを照射したことによって、上記(1)~(3)、(1)~(4)、(1)~(5)、(1)~(6)又は(1)~(7)のいずれかの特徴に加えて、以下の(8)又は(9)の特徴を有する溶接部が形成されたためとも考えられる。 The reason why Examples 1 to 4 are able to suppress or prevent cracking and weakening of the welded parts compared to Comparative Examples 1 to 5 is thought to be because, as described above, the fiber laser beam is irradiated onto the differential case side, forming a welded part having the following characteristic (8) or (9) in addition to any of the characteristics (1) to (3), (1) to (4), (1) to (5), (1) to (6), or (1) to (7) above.
(8)溶接部は、鋳鉄部材に由来する成分及び鋼部材に由来する成分の合計に対する鋳鉄部材に由来する成分の比が0.50超である。
(9)溶接部は、鋳鉄部材に由来する成分及び鋼部材に由来する成分の合計に対する鋳鉄部材に由来する成分の比が0.60以上である。
(8) In the weld, the ratio of components derived from the cast iron member to the sum of components derived from the cast iron member and components derived from the steel member is greater than 0.50.
(9) In the welded portion, the ratio of components derived from the cast iron member to the sum of components derived from the cast iron member and components derived from the steel member is 0.60 or more.
なお、比較例1~5と比較して、実施例1~4、特に実施例2~4が溶接部での割れの発生及び溶接部の低強度化を抑制ないし防止できる理由は、上記同様にデフケース側にファイバーレーザービームを照射したことによって、上記(1)~(3)、(1)~(4)、(1)~(5)、(1)~(6)、(1)~(7)又は(1)~(7)、(8)若しくは(9)のいずれかの特徴に加えて、以下の(10)の特徴を有する溶接部が形成されたためとも考えられる。 The reason why Examples 1 to 4, and especially Examples 2 to 4, are able to suppress or prevent cracking and weakening of the welded parts compared to Comparative Examples 1 to 5 is thought to be because, by irradiating the differential case side with a fiber laser beam in the same manner as above, a welded part having the following characteristic (10) in addition to any of the characteristics (1) to (3), (1) to (4), (1) to (5), (1) to (6), (1) to (7), or (1) to (7), (8), or (9) above is formed.
(10)溶接部は、溶接部の中央線の長さを20の均等長さに分割するような分割領域を規定した際、各分割領域の炭素濃度を測定し、測定した各分割領域の炭素濃度を用いて算出した平均値(平均炭素濃度)が好ましくは1.0質量%以上、より好ましくは1.5質量%以上、更に好ましくは2.0質量%以上、特に好ましくは2.4質量%以上である。 (10) When the weld is divided into 20 equal-length divided regions, the carbon concentration of each divided region is measured, and the average value (average carbon concentration) calculated using the measured carbon concentrations of each divided region is preferably 1.0 mass% or more, more preferably 1.5 mass% or more, even more preferably 2.0 mass% or more, and particularly preferably 2.4 mass% or more.
また、実施例1や比較例1~5と比較して、実施例2~4が溶接部での割れの発生及び溶接部の低強度化を抑制ないし防止できる理由は、溶接部に含まれるオーステナイトが増加したためとも考えられる。 In addition, the reason that Examples 2 to 4 are able to suppress or prevent the occurrence of cracks in the welded parts and the weakening of the welded parts compared to Example 1 and Comparative Examples 1 to 5 is thought to be due to the increased amount of austenite contained in the welded parts.
つまり、溶接部の平均硬さが600HV以上の場合、溶接部は延性組織であるオーステナイトよりも脆性組織マルテンサイトを多く含む。一方、溶接部の平均硬さが600HV未満の場合、溶接部は延性組織であるオーステナイトを脆性組織であるマルテンサイトよりも多く含む。したがって、溶射部に含まれるオーステナイトが増加したため、溶接部の割れが効果的に防止されているとも考えられる。 In other words, when the average hardness of the weld is 600 HV or more, the weld contains more brittle martensite than ductile austenite. On the other hand, when the average hardness of the weld is less than 600 HV, the weld contains more ductile austenite than brittle martensite. Therefore, it can be said that the increased amount of austenite in the sprayed part effectively prevents cracks in the weld.
さらに、比較例1~5と比較して、実施例1~4、特に実施例2~4が溶接部での割れの発生及び溶接部の低強度化を抑制ないし防止できる理由は、鋳鉄からなる鋳鉄部材及び炭素鋼又は合金鋼のうちケイ素含有量が相対的に多い鋳鉄からなる鋳鉄部材で形成されたデフケース側に50μm以上、好ましくは100μm以上照射位置をずらしてファイバーレーザービームを照射したことによって、上記(1)~(3)の特徴を有する溶接部が形成されたためであるとも考えられる。 Furthermore, the reason why Examples 1 to 4, especially Examples 2 to 4, are able to suppress or prevent the occurrence of cracks in the welded parts and the weakening of the welded parts compared to Comparative Examples 1 to 5 is thought to be because the fiber laser beam was irradiated with a shift of 50 μm or more, preferably 100 μm or more, toward the differential case side formed of a cast iron member made of cast iron and a cast iron member made of carbon steel or alloy steel with a relatively high silicon content, thereby forming a welded part having the above characteristics (1) to (3).
このように、実施例2~4と実施例1とを比較すると、ファイバーレーザービームを照射して溶接する場合には、炭素鋼又は合金鋼からなる鋼部材で形成されたリングギヤ側より鋳鉄からなる鋳鉄部材で形成されたデフケース側に100μm以上ビーム照射位置をずらすことがより好ましいことが分かる。 Thus, comparing Examples 2 to 4 with Example 1, it can be seen that when welding by irradiating a fiber laser beam, it is more preferable to shift the beam irradiation position by 100 μm or more from the ring gear side, which is made of a steel member made of carbon steel or alloy steel, to the differential case side, which is made of a cast iron member made of cast iron.
以上、本発明を若干の実施形態及び実施例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々の変形が可能である。 The present invention has been described above using a few embodiments and examples, but the present invention is not limited to these and various modifications are possible within the scope of the claims.
10,20 溶接構造
12,22 デフケース(鋳鉄部材)
14,24 リングギヤ(鋼部材)
16,26 溶接部
121,141 円周部
123 突部
143 孔
221,241 隙間
A 突き合わせ部
B ファイバーレーザービーム
C 撮影装置
N ノズル
W ニッケル含有溶接ワイヤ(ニッケル含有溶接用金属材料)
10, 20 Welded
14, 24 Ring gear (steel member)
16, 26 Welded
Claims (2)
前記溶接部は、前記溶接部の幅方向の大きさが3.0mm以下であり、前記溶接部は、ニッケル及びケイ素を含み、
前記溶接部は、前記溶接部の中央線上の任意部位におけるケイ素濃度が0.9質量%以上2.0質量%以下であり、前記溶接部の平均炭素濃度が2.0質量%以上3.2質量%以下であり、
前記鋳鉄部材と前記鋼部材とを突き合わせた突き合わせ部に、ニッケル含有溶接用金属材料を供給するとともに、前記突き合わせ部から前記鋳鉄部材側にずれた位置にファイバーレーザービームを照射する工程を有することを特徴とする溶接方法。 A welding method for forming a welded structure having a cast iron member made of cast iron, a steel member made of carbon steel or alloy steel, and a welded part joining the cast iron member and the steel member, comprising:
The weld has a width direction dimension of 3.0 mm or less, and the weld contains nickel and silicon;
The weld has a silicon concentration of 0.9% by mass or more and 2.0% by mass or less at an arbitrary site on a center line of the weld, and an average carbon concentration of the weld is 2.0% by mass or more and 3.2% by mass or less ,
A welding method comprising the steps of: supplying a nickel-containing welding metal material to a butt joint between the cast iron member and the steel member; and irradiating a fiber laser beam to a position shifted from the butt joint toward the cast iron member.
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