JP2013181626A - Joint structure and welding method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、継手構造及び溶接方法に関するもので、特に、突合せ部に空洞が形成された部材間を溶接によって接合するための継手構造、及びその溶接方法に関する。 The present invention relates to a joint structure and a welding method, and more particularly, to a joint structure for joining members having cavities formed in butt portions by welding, and a welding method thereof.
例えば、歯部にヘリカルギヤが形成されたリングギヤをデフケースのフランジに溶接する場合、特許文献1に記載された継手構造を採用することが可能である。この場合、まず、デフケースのフランジの外周にリングギヤの内周を嵌合させて、リングギヤとデフケースのフランジとの間に突合せ部を形成する。次に、この突合せ部に沿ってレーザヘッドを円形軌道で操作することにより、突合せ部の両側(リングギヤ軸線方向両側)をレーザ溶接する。これにより、突合せ部の両側に溶接部が形成されて、リングギヤとデフケースのフランジとが接合される。
For example, when a ring gear having a helical gear formed on the tooth portion is welded to the flange of the differential case, the joint structure described in
このようにして形成された溶接部を含む継手構造において、突合せ部が全域に亘って密着されている場合、溶接部の管理、特に、突合せ部の両側の各溶接部の溶込み深さの管理が難しい。そこで、出願人は、一方の部材(例えば、デフケースのフランジ)の突合せ面に凹部を設けて突合せ部に空洞を形成することを試みた。このような突合せ部に空間部が形成された継手構造では、各溶接部の止端部、すなわち、各溶接部の内側(空洞に臨む側)の端部と凹部との間に切欠き(応力集中部)が形成されて、その結果、疲れ強さが著しく低下することがある。 In a joint structure including a welded portion formed in this way, when the butt portion is in close contact over the entire region, management of the welded portion, particularly management of the penetration depth of each welded portion on both sides of the butt portion. Is difficult. Therefore, the applicant tried to form a cavity in the butt portion by providing a recess in the butt surface of one member (for example, the flange of the differential case). In such a joint structure in which a space portion is formed in the butt portion, a notch (stress) is formed between the toe portion of each welded portion, that is, the inner end (side facing the cavity) and the recessed portion of each welded portion. (Concentrated portion) is formed, and as a result, the fatigue strength may be significantly reduced.
なお、両部材(リングギヤ及びデフケースのフランジ)の各々に溝部を設けることにより、各溶接部の止端部に上述した切欠き(応力集中部)が形成されないように突合せ部に空洞を形成することも可能であるが、この場合、製造コストが大幅に増加するとともに溶接部の止端部の形状にばらつきが発生して、延いては溶接部の疲れ強さにばらつきが生じてしまう。 In addition, by providing a groove in each of the two members (ring gear and flange of the differential case), a cavity is formed in the butt portion so that the above-described notch (stress concentration portion) is not formed in the toe portion of each welded portion. However, in this case, the manufacturing cost is greatly increased, the shape of the toe portion of the welded portion is varied, and the fatigue strength of the welded portion is also varied.
そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、疲れ強さが確保される継手構造及びその溶接方法を提供することを課題としてなされたものである。 Then, this invention is made | formed in view of the said situation, and it is made as a subject to provide the joint structure with which fatigue strength is ensured, and its welding method.
上記課題を解決するために、本発明の継手構造は、第1部材と第2部材との突合せ部が溶接される継手構造であって、前記突合せ部に形成される空洞と、前記突合せ部の前記空洞を挟む両側に形成される溶接部と、を備えて、前記溶接部の空洞側の端部に作用する応力を内側応力、前記溶接部の空洞側とは反対側の端部に作用する応力を外側応力と定義すると、前記溶接部の溶込み深さは、前記外側応力と前記内側応力との比率に基づき決定されることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, the joint structure of the present invention is a joint structure in which a butt portion between a first member and a second member is welded, and a cavity formed in the butt portion, and the butt portion A weld portion formed on both sides of the cavity, and a stress acting on an end of the weld portion on the cavity side acting as an inner stress, and acting on an end portion on the opposite side of the weld portion from the cavity side. When stress is defined as outer stress, the penetration depth of the weld is determined based on a ratio between the outer stress and the inner stress.
上記課題を解決するために、本発明の溶接方法は、第1部材と第2部材との突合せ部を溶接して該突合せ部の空洞を挟む両側に溶接部を形成する方法であって、前記溶接部の空洞側の端部に作用する応力を内側応力、前記溶接部の空洞側とは反対側の端部に作用する応力を外側応力と定義すると、前記外側応力と前記内側応力との比率に基づき決定された溶込み深さで溶接が実行されることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the welding method of the present invention is a method of welding a butt portion between a first member and a second member to form a weld portion on both sides sandwiching a cavity of the butt portion. When the stress acting on the end of the welded portion on the cavity side is defined as the inner stress, and the stress acting on the end of the welded portion opposite to the cavity side is defined as the outer stress, The welding is performed at a penetration depth determined based on the above.
(発明の態様)
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明(以下、請求可能発明と称する)の態様を例示し、例示された各態様について説明する。ここでは、各態様を、特許請求の範囲と同様に、項に区分すると共に各項に番号を付し、必要に応じて他の項の記載を引用する形式で記載する。これは、請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載、実施形態の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得る。
なお、以下の各項において、(1)〜(8)項の各々が、特許請求の範囲に記載した請求項1〜8の各々に相当する。
(Aspect of the Invention)
In the following, aspects of the invention that is recognized as being capable of being claimed in the present application (hereinafter referred to as claimable invention) will be exemplified, and each exemplified aspect will be described. Here, as in the claims, each aspect is divided into paragraphs, numbers are assigned to the respective paragraphs, and the descriptions of other paragraphs are cited as necessary. This is for the purpose of facilitating the understanding of the claimable invention, and is not intended to limit the combination of the constituent elements constituting the claimable invention to those described in the following sections. In other words, the claimable invention should be construed in consideration of the description accompanying each section, the description of the embodiment, etc., and as long as the interpretation is followed, another aspect is added to the aspect of each section. Moreover, the aspect which deleted the component from the aspect of each term can also be one aspect of the claimable invention.
In the following items, each of items (1) to (8) corresponds to each of
(1)第1部材と第2部材との突合せ部が溶接される継手構造であって、突合せ部に形成される空洞と、突合せ部の空洞を挟む両側に形成される溶接部と、を備えて、溶接部の空洞側の端部に作用する応力を内側応力、溶接部の空洞側とは反対側の端部に作用する応力を外側応力と定義すると、溶接部の溶込み深さは、外側応力と内側応力との比率に基づき決定される継手構造。
本項に記載の継手構造によれば、外側応力と内側応力との比率に基づき決定された溶込み深さの溶接部(溶接ビード)が突合せ部の空洞を挟む両側に形成されて継手構造が構成されるので、該比率を、例えば、試験片の疲れ試験において、破断が内側起点、すなわち、溶接部の空洞側の止端部の切欠き起点で発生しないように設定することにより、継手構造の疲れ強さを確保することができる。
本項の態様において、突合せ部に形成される空洞は、第1部材又は第2部材の突合せ面に凹部を設けることにより形成することが可能である。このようにして突合せ部に空洞を形成することにより、第1部材及び第2部材の両部材の突合せ面に凹部を設けて突合せ部に空洞を形成する場合と比較して、製造コスト(加工工数)の増加を抑制することが可能である。
(1) A joint structure in which a butt portion between a first member and a second member is welded, and includes a cavity formed in the butt portion and welded portions formed on both sides sandwiching the cavity of the butt portion. If the stress acting on the end of the weld on the cavity side is defined as the inner stress, and the stress acting on the end opposite to the weld on the cavity side is defined as the outer stress, the penetration depth of the weld is A joint structure that is determined based on the ratio of external stress to internal stress.
According to the joint structure described in this section, a welded portion (weld bead) having a penetration depth determined based on the ratio of the outer stress and the inner stress is formed on both sides of the butt cavity and the joint structure is Since the ratio is set, for example, in the fatigue test of the test piece, by setting the fracture so that the fracture does not occur at the inner starting point, that is, the notch starting point of the toe portion on the cavity side of the welded portion, the joint structure The fatigue strength can be secured.
In the aspect of this section, the cavity formed in the butt portion can be formed by providing a recess in the butt surface of the first member or the second member. By forming a cavity in the abutting portion in this way, the manufacturing cost (the number of processing steps) is compared with the case where a recess is provided in the abutting surface of both the first member and the second member to form a cavity in the abutting portion. ) Can be suppressed.
(2)溶接部の溶込み深さをA、突合せ部の溶込み深さ方向の長さをHと定義すると、
A>H×0.2である(1)の継手構造。
本項に記載の継手構造によれば、溶接部の溶込み深さAを、突合せ部の溶込み深さ方向の長さHの0.2倍よりも大きく設定することにより、(1)の比率を、試験片の疲れ試験において、破断が内側起点で発生しないように設定することが可能である。これにより、継手構造の疲れ強さを確保することができる。なお、レーザ溶接を用いる場合、溶込み深さ方向は、レーザ光照射方向と換言することができる。
(2) If the penetration depth of the weld is defined as A and the length of the butt portion in the penetration depth direction is defined as H,
The joint structure according to (1), wherein A> H × 0.2.
According to the joint structure described in this section, by setting the penetration depth A of the welded portion to be larger than 0.2 times the length H of the butt portion in the penetration depth direction, The ratio can be set so that the fracture does not occur at the inner starting point in the fatigue test of the specimen. Thereby, the fatigue strength of the joint structure can be ensured. In addition, when using laser welding, a penetration depth direction can be paraphrased with a laser beam irradiation direction.
(3)内側応力をσA、外側応力をσE、切欠き係数をβと定義すると、
σA/σE<1/βである(1)、(2)の継手構造。
本項に記載の継手構造によれば、内側応力を外側応力で除した商(σA/σE)を、切欠きによる疲れ低下率(1/β)よりも小さく設定することにより、(1)の比率を、試験片の疲れ試験において、破断が内側起点で発生しないように設定することが可能である。これにより、継手構造の疲れ強さを確保することができる。
(3) If the internal stress is defined as σ A , the external stress as σ E , and the notch coefficient as β,
The joint structure of (1) and (2) where σ A / σ E <1 / β.
According to the joint structure described in this section, by setting the quotient (σ A / σ E ) obtained by dividing the inner stress by the outer stress to be smaller than the fatigue reduction rate (1 / β) due to the notch, (1 ) Ratio can be set so that the fracture does not occur at the inside starting point in the fatigue test of the test piece. Thereby, the fatigue strength of the joint structure can be ensured.
(4)突合せ部の溶込み深さ方向の長さを2B(2B=H)、空洞の溶込み深さ方向の長さを2bと定義すると、
b/B<0.6である(1)乃至(3)の継手構造。
本項に記載の継手構造によれば、空洞の溶込み深さ方向の長さを突合せ部の溶込み深さ方向の長さで除した商を、0.6よりも小さく設定することにより、(1)の比率を、試験片の疲れ試験において、破断が内側起点で発生しないように設定することが可能である。これにより、継手構造の疲れ強さを確保することができる。
本項の態様において、試験片における突合せ部の断面の縦方向(荷重付与方向)の幅(突合せ部の溶込み深さ方向の長さ)を2B、試験片における突合せ部の断面の横方向の幅をt、試験片における切欠き長さ(空洞の溶込み深さ方向の長さ)を2b、3点曲げによって試験片に作用する曲げモーメントをMとした場合、内側応力σA、外側応力σEは、各々、
σA=3bM/2t(B3−b3) (数式1)
σE=3bM/2t(B3−b3) (数式2)
である。数式1、2から、
σA/σE=b/B (数式3)
が導かれる。すなわち、数式3を(3)の不等式に代入することにより、
b/B<1/β (数式4)
が導かれる。
そして、本願出願人は、鋭意研究の結果、上述した試験片の切欠きによる疲れ低下率(1/β)が0.6よりも小さい場合に、疲れ試験において、試験片の破断が外側起点で発生する、換言すると、試験片の破断が内側起点、すなわち、溶接部の空洞側の止端部の切欠き起点で発生しないことを突き止めた。したがって、数式4の1/βに0.6を代入することにより、以下の不等式(数式5)が導かれる。
b/B<0.6 (数式5)
ここで、2B=Hであることから数式5のBにHを代入するとともに2b=H−2Aであることから数式5のbにH−2Aを代入して数式を変形することにより、(2)の不等式、すなわち、
A>H×0.2 (数式6)
に整合される。
(4) If the length of the butt portion in the penetration depth direction is defined as 2B (2B = H) and the length of the cavity in the penetration depth direction is defined as 2b,
The joint structure of (1) to (3) where b / B <0.6.
According to the joint structure described in this section, by setting the quotient obtained by dividing the length in the penetration depth direction of the cavity by the length in the penetration depth direction of the butt portion, by setting it smaller than 0.6, The ratio of (1) can be set so that the fracture does not occur at the inner starting point in the fatigue test of the test piece. Thereby, the fatigue strength of the joint structure can be ensured.
In the aspect of this section, the width (length in the penetration depth direction of the butt portion) of the cross section of the butt portion of the test piece is 2B, and the cross section of the butt portion of the test piece is When the width is t, the notch length (length in the direction of penetration of the cavity) in the test piece is 2b, and the bending moment acting on the test piece by three-point bending is M, the inner stress σ A and the outer stress σ E is
σ A = 3 bM / 2t (B 3 −b 3 ) (Formula 1)
σ E = 3bM / 2t (B 3 −b 3 ) (Formula 2)
It is. From
σ A / σ E = b / B (Formula 3)
Is guided. That is, by substituting
b / B <1 / β (Formula 4)
Is guided.
Then, as a result of intensive research, the applicant of the present application has found that when the fatigue reduction rate (1 / β) due to the notch of the test piece described above is smaller than 0.6, the fracture of the test piece starts from the outside in the fatigue test. It has been found that the occurrence of the test piece, in other words, the breakage of the test piece does not occur at the inner starting point, that is, at the notch starting point of the toe end portion on the cavity side of the welded portion. Therefore, by substituting 0.6 for 1 / β of
b / B <0.6 (Formula 5)
Here, since 2B = H, H is substituted for B in Formula 5 and 2b = H-2A. Therefore, H-2A is substituted for b in
A> H × 0.2 (Formula 6)
To be consistent.
(5)第1部材と第2部材との突合せ部を溶接して該突合せ部の空洞を挟む両側に溶接部を形成する方法であって、溶接部の空洞側の端部に作用する応力を内側応力、溶接部の空洞側とは反対側の端部に作用する応力を外側応力と定義すると、外側応力と内側応力との比率に基づき決定された溶込み深さで溶接が実行される溶接方法。
本項に記載の溶接方法によれば、溶接部(溶接ビード)の外側応力と内側応力との比率に基づき決定された溶込み深さとなるように突合せ部の空洞を挟む両側を溶接して第1部材と第2部材とを接合させるので、該比率を、例えば、試験片の疲れ試験において、破断が内側起点、すなわち、溶接部の空洞側の止端部の切欠き起点で発生しないように設定することにより、当該溶接方法によって形成される継手構造の疲れ強さを確保することができる。
(5) A method of forming a welded portion on both sides sandwiching the cavity of the butted portion by welding the butted portion of the first member and the second member, and applying stress acting on the end of the welded portion on the cavity side Welding is performed at a penetration depth determined based on the ratio between the outer stress and the inner stress, when the inner stress and the stress acting on the end opposite to the cavity side of the weld are defined as the outer stress. Method.
According to the welding method described in this section, both sides sandwiching the cavity of the butt portion are welded so that the penetration depth is determined based on the ratio of the outer stress and the inner stress of the welded portion (weld bead). Since the first member and the second member are joined, the ratio is set so that, for example, in the fatigue test of the test piece, the fracture does not occur at the inner starting point, that is, the notch starting point at the toe portion on the cavity side of the welded portion. By setting, the fatigue strength of the joint structure formed by the welding method can be ensured.
(6)溶接部の溶込み深さをA、突合せ部の溶込み深さ方向の長さをHと定義すると、
A>H×0.2となるように溶接が実行される(1)の溶接方法。
本項に記載の溶接方法によれば、溶接部の溶込み深さAを、突合せ部の溶込み深さ方向の長さHの0.2倍よりも大きく設定することにより、(1)の比率を、試験片の疲れ試験において、破断が内側起点で発生しないように設定することが可能である。これにより、当該溶接方法によって形成される継手構造の疲れ強さを確保することができる。なお、レーザ溶接を用いる場合、溶込み深さ方向は、レーザ光照射方向と換言することができる。
(6) If the penetration depth of the weld is defined as A and the length of the butt portion in the penetration depth direction is defined as H,
The welding method according to (1), wherein welding is performed so that A> H × 0.2.
According to the welding method described in this section, by setting the penetration depth A of the welded portion to be larger than 0.2 times the length H of the butt portion in the penetration depth direction, The ratio can be set so that the fracture does not occur at the inner starting point in the fatigue test of the specimen. Thereby, the fatigue strength of the joint structure formed by the welding method can be ensured. In addition, when using laser welding, a penetration depth direction can be paraphrased with a laser beam irradiation direction.
(7)内側応力をσA、外側応力をσE、切欠き係数をβと定義すると、
σA/σE<1/βとなるように溶接が実行される(5)、(6)の溶接方法。
本項に記載の溶接方法によれば、内側応力を外側応力で除した商(σA/σE)を、切欠きによる疲れ低下率(1/β)よりも小さく設定することにより、(5)の比率を、試験片の疲れ試験において、破断が内側起点で発生しないように設定することが可能である。これにより、当該溶接方法によって形成される継手構造の疲れ強さを確保することができる。
(7) If the inner stress is σ A , the outer stress is σ E , and the notch coefficient is β,
The welding method according to (5) or (6), wherein welding is performed so that σ A / σ E <1 / β.
According to the welding method described in this section, the quotient (σ A / σ E ) obtained by dividing the inner stress by the outer stress is set smaller than the fatigue reduction rate (1 / β) due to the notch (5 ) Ratio can be set so that the fracture does not occur at the inside starting point in the fatigue test of the test piece. Thereby, the fatigue strength of the joint structure formed by the welding method can be ensured.
(8)突合せ部の溶込み深さ方向の長さを2B(2B=H)、空洞の溶込み深さ方向の長さを2bと定義すると、
b/B<0.6となるように溶接が実行される(5)乃至(7)の溶接方法。
本項に記載の溶接方法によれば、空洞の溶込み深さ方向の長さ方向の長さを突合せ部の溶込み深さ方向の長さで除した商を、0.6よりも小さく設定することにより、(5)の比率を、試験片の疲れ試験において、破断が内側起点で発生しないように設定することが可能である。これにより、当該溶接方法によって形成される継手構造の疲れ強さを確保することができる。
本項の態様において、試験片における突合せ部の断面の縦方向(荷重付与方向)の幅(突合せ部の溶込み深さ方向の長さ)を2B、試験片における突合せ部の断面の横方向の幅をt、試験片における切欠き長さ(空洞の溶込み深さ方向の長さ)を2b、3点曲げによって試験片に作用する曲げモーメントをMとした場合、内側応力σA、外側応力σEは、各々、
σA=3bM/2t(B3−b3) (数式1)
σE=3bM/2t(B3−b3) (数式2)
である。数式1、2から、
σA/σE=b/B (数式3)
が導かれる。すなわち、数式3を(7)の不等式に代入することにより、
b/B<1/β (数式4)
が導かれる。
そして、本願出願人は、鋭意研究の結果、上述した試験片の切欠きによる疲れ低下率(1/β)が0.6よりも小さい場合に、疲れ試験において、試験片の破断が外側起点で発生する、換言すると、試験片の破断が内側起点、すなわち、溶接部の空洞側の止端部の切欠き起点で発生しないことを突き止めた。したがって、数式4の1/βに0.6を代入することにより、以下の不等式(数式5)が導かれる。
b/B<0.6 (数式5)
ここで、2B=Hであることから数式5のBにHを代入するとともに2b=H−2Aであることから数式5のbにH−2Aを代入して数式を変形することにより、(6)の不等式、すなわち、
A>H×0.2 (数式6)
に整合される。
(8) If the length of the butt portion in the penetration depth direction is defined as 2B (2B = H), and the length of the cavity in the penetration depth direction is defined as 2b,
The welding method of (5) to (7), wherein welding is performed so that b / B <0.6.
According to the welding method described in this section, the quotient obtained by dividing the length of the cavity in the penetration depth direction by the length of the butt portion in the penetration depth direction is set to be smaller than 0.6. By doing so, it is possible to set the ratio of (5) so that the fracture does not occur at the inside starting point in the fatigue test of the test piece. Thereby, the fatigue strength of the joint structure formed by the welding method can be ensured.
In the aspect of this section, the width (length in the penetration depth direction of the butt portion) of the cross section of the butt portion of the test piece is 2B, and the cross section of the butt portion of the test piece is When the width is t, the notch length (length in the direction of penetration of the cavity) in the test piece is 2b, and the bending moment acting on the test piece by three-point bending is M, the inner stress σ A and the outer stress σ E is
σ A = 3 bM / 2t (B 3 −b 3 ) (Formula 1)
σ E = 3bM / 2t (B 3 −b 3 ) (Formula 2)
It is. From
σ A / σ E = b / B (Formula 3)
Is guided. That is, by substituting
b / B <1 / β (Formula 4)
Is guided.
Then, as a result of intensive research, the applicant of the present application has found that when the fatigue reduction rate (1 / β) due to the notch of the test piece described above is smaller than 0.6, the fracture of the test piece starts from the outside in the fatigue test. It has been found that the occurrence of the test piece, in other words, the breakage of the test piece does not occur at the inner starting point, that is, at the notch starting point of the toe end portion on the cavity side of the welded portion. Therefore, by substituting 0.6 for 1 / β of
b / B <0.6 (Formula 5)
Here, since 2B = H, H is substituted for B in
A> H × 0.2 (Formula 6)
To be consistent.
本発明によれば、疲れ強さが確保される継手構造及びその溶接方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the joint structure by which fatigue strength is ensured, and its welding method can be provided.
本発明の一実施形態を添付した図を参照して説明する。本実施形態では、差動装置のデフケース1(第1部材)とリングギヤ2(第2部材)との継手構造及びその溶接方法を説明する。なお、以下の説明において、図1における上下方向を軸線方向(特許請求の範囲における溶込み深さ方向に一致)、図1における左右方向を径方向と各々定義する。また、軸線は、リングギヤ2の中心線に一致する。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the present embodiment, a joint structure between a differential case 1 (first member) and a ring gear 2 (second member) of a differential device and a welding method thereof will be described. In the following description, the vertical direction in FIG. 1 is defined as the axial direction (corresponding to the penetration depth direction in the claims), and the horizontal direction in FIG. 1 is defined as the radial direction. Further, the axis line coincides with the center line of the
図1に示されるように、本実施形態の継手構造は、デフケース1とリングギヤ2との突合せ部3(以下、突合せ部3)の空洞4を挟む軸線方向両側に溶接部5,6が形成される。リングギヤ2は、外周2aにヘリカルギヤが形成されて内周2c(内円筒面、図2参照)がデフケース1の外周1a(図2参照)に嵌合される。デフケース1の外周1aには、該外周1aの軸線方向中央に設けられて該外周1aの周方向へ延びる凹部7が形成される。なお、凹部7の軸線方向長さは、空洞4の軸線方向の長さ2b(図3参照)を決定する。換言すると、凹部7の軸線方向長さは、各溶接部5,6の溶込み深さAに応じて決定される。また、デフケース1の外周1a(外周面)に対する凹部7の深さは、空洞4の幅W(図1参照)を決定する。
As shown in FIG. 1, in the joint structure of this embodiment, welded
図1及び図2に示されるように、凹部7は、該凹部7の底部を形成する外円筒面7aと該外円筒面7aの軸線方向両側に形成される傾斜面7cとを有する。デフケース1の外周1aにリングギヤ2の内周2cが嵌合された状態における、軸平面による断面において、リングギヤ2の内周2cと凹部7の各傾斜面7cとは鋭角をなす。換言すると、この断面における空洞4の軸線方向両端部は鋭角をなす。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図2に示されるのは、溶接部5を含む突合せ部3の一部(図1における下側部分)が拡大して示された図である。ここで、溶接部5と溶接部6とは図1において上下対称に形成されるので、溶接部5のみを説明して、溶接部6の説明を省略する。溶接部5は、突合せ部3の一側(図1及び図2における下側)をレーザ溶接することにより形成される。より詳細には、溶接部5は、突合せ部3の稜8にレーザ光を軸線方向(ここでは図2における上方向)へ照射するとともにこのレーザ光を突合せ部3の稜8に沿って円軌道で走査することにより形成される。
FIG. 2 is an enlarged view of a part of the
図2に示されるように、軸平面による断面において、溶接部5は、デフケース1の表面1d及びリングギヤ2の表面2dから空洞4に向けて延びて長さAを有する。換言すると、溶接部5は、稜8から空洞4に向けて延びて溶込み深さがAである。溶接部5の始端部5eは、溶接部5の止端部5aに対して幅が大きく且つ平坦に形成される。また、溶接部5の止端部5aと凹部7の傾斜面7cとの間には、切欠き9(応力集中部)が形成される。そして、本実施形態では、溶接部5の止端部5a(空洞4側の端部)に作用する応力を内側応力(図3のσA)、溶接部5の始端部5e(空洞4側とは反対側の端部)に作用する応力を外側応力(図3のσE)と各々定義すると、溶接部5の溶込み深さAは、外側応力と内側応力との比率に基づき決定される。
As shown in FIG. 2, the welded
次に、溶接部5の溶込み深さAが具体的にどのようにして決定されるのかを説明する。
本願出願人は、デフケース1とリングギヤ2との要求される疲れ強さを備える継手構造の条件を得ることを目的として、試験片P(図4参照)を用いて疲れ試験(3点曲げ試験)を実施した。本疲れ試験で使用される試験片Pは、外径240mm、内径70mm、溶接径145mm、厚さ20mmの溶接突合せ材10(図5参照)からワイヤカットで切り出されたものである。また、試験片Pは、全長L1(溶接突合せ材10の半径方向の長さ)が70mmで、全長L1方向の中央に溶接部5が形成される。
Next, how the penetration depth A of the welded
The applicant of the present application uses the test piece P (see FIG. 4) for the fatigue test (three-point bending test) for the purpose of obtaining the condition of the joint structure having the required fatigue strength between the
なお、溶接突合せ材10は、溶接部5を境界に内周側の部材11の材料がデフケース1と同じFCD450、溶接部5を境界に外周側の部材12の材料がリングギヤ2と同じSCM420である。また、溶接突合せ材10は、突合せ部3の軸線方向両側がレーザ溶接されることにより、内周側の部材11と外周側の部材12とが接合される。図4に示されるように、本疲れ試験における3点曲げのスパンL2は50mm、試験片Pの幅tは20mmである。
The
図6〜図11に示されるのは、本疲れ試験の試験結果を試験片Pの種別P1〜P6毎にまとめた図表である。なお、試験片を特定するために必要に応じてPに続けて2桁の番号を付与する。例えば、試験片P12は、種別P1の試験片のうちの第2試験片を表す。また、静的試験において溶接部5が破断した試験片Pの試験結果においては、図6〜図11の図表に記載していない。ここで、種別P3の試験片P31〜P33は、FCD450の無垢材である。すなわち、試験片P31〜P33には、溶接部5及び中空4が形成されていない。
6 to 11 are tables in which the test results of the fatigue test are summarized for each of the types P1 to P6 of the test pieces P. FIG. In addition, in order to specify a test piece, a 2-digit number is given after P as necessary. For example, the test piece P12 represents the second test piece of the type P1 test pieces. Moreover, in the test result of the test piece P in which the
種別P4の試験片P41〜P43には、突合せ部3に空洞4が形成されていない。この場合、2b=0である。また、各試験片P41〜P43においては、溶接部5が突合せ部3を高さ(2B)方向(軸線方向)へ貫通されているが、突合せ部3の高さ(2B)方向(軸線方向)両側から溶け込み深さAでレーザ溶接した場合と等価として計算した結果である。この場合、2B=2Aである。
The
図12は、図6〜図11の本疲れ試験の試験結果を、縦軸を公称応力、横軸を繰返し数としたS−N線図の座標上にプロットしたものである。この図に示されるように、本疲れ試験において、溶接部5が内側起点で破断した試験片P、すなわち、溶接部5が止端部5a側の切欠きを起点に破断した種別P1の試験片P11〜P15、及び種別P2の試験片P21〜P25の各プロット点によって、直線Q1(S−N曲線)が得られた。
FIG. 12 is a plot of the results of the fatigue tests of FIGS. 6 to 11 on the coordinates of the SN diagram with the vertical axis representing the nominal stress and the horizontal axis representing the number of repetitions. As shown in this figure, in this fatigue test, the test piece P in which the welded
また、溶接部5が外側起点で破断した試験片P、すなわち、溶接部5が始端部5e側を起点に破断した種別P4の試験片P41〜P43、種別P5の試験片P51、P53及び種別P6の試験片P61〜P63の各プロット点によって、直線Q2(S−N曲線)が得られた。このように、本疲れ試験の試験結果、すなわち、溶接部5が内側起点で破断する各試験片Pのプロット点及び溶接部5が外側起点で破断する各試験片Pのプロット点は、S−N曲線を形成する各々の直線Q1、Q2によって統整される。なお、図12における直線Q3は、種別P3、すなわち、無垢材の試験片P32、P33によって得られたS−N曲線(直線)である。
Further, the test piece P in which the welded
そして、本願出願人は、溶接部5が内側起点で破断する場合に疲れ強さの確保が困難であることから、疲れ強さが確保される条件は、溶接部5が外側起点で破断する条件によって見出されると考えた。そこで、本願出願人は、上記疲れ試験の試験結果に基づき、一定の繰返し数(例えば100万回の繰返し数)において、外側起点で破断する試験片Pの公称応力σE(図3参照)に対する内側起点で破断する試験片Pの公称応力σA(図3参照)の比率(σE/σA)が、疲れ強さ低下率1/β(β:切欠き係数)よりも小さい条件(σE/σA<1/β、以下、条件1)を満たす時に、溶接部5が外側起点で破断する、すなわち、疲れ強さが確保されると結論付けた。
And since the applicant of the present application cannot easily secure fatigue strength when the welded
図13は、試験片Pの各種別P1〜P6の疲れ限度を比較するためのものであり、縦軸を100万回の繰返し数に耐える公称応力、横軸をb/B(突合せ部3の軸線方向長さに対する空洞4の軸線方向長さの比率)とした図表である。なお、空洞4を有する試験片Pの切欠き係数βは1.60に設定される(β=1.60)。
FIG. 13 is for comparing the fatigue limit of each type P1 to P6 of the test piece P, where the vertical axis is the nominal stress that can withstand 1 million cycles, and the horizontal axis is b / B (of the butt 3). It is a chart made into the ratio of the axial direction length of the
ここで、図3に示されるように、試験片Pの高さ方向の幅(突合せ部3の溶込み深さ方向の長さ)を2B、試験片Pの厚さ方向の幅をt(図4参照)、試験片Pにおける切欠き長さ(空洞4の溶込み深さ方向の長さ)を2b、3点曲げによって試験片Pに作用する曲げモーメントをMとした場合、内側応力σA、外側応力σEは、各々、
σA=3bM/2t(B3−b3) (数式1)
σE=3bM/2t(B3−b3) (数式2)
である。数式1、2から、
σA/σE=b/B (数式3)
が導かれる。そして、数式3を条件1の不等式に代入することにより、
b/B<1/β (数式4)
が導かれる。
Here, as shown in FIG. 3, the width of the test piece P in the height direction (the length of the butting
σ A = 3 bM / 2t (B 3 −b 3 ) (Formula 1)
σ E = 3bM / 2t (B 3 −b 3 ) (Formula 2)
It is. From
σ A / σ E = b / B (Formula 3)
Is guided. And by substituting
b / B <1 / β (Formula 4)
Is guided.
図13に示される図表から、溶接部5の破断モードが内側起点から外側起点へ転換する時のb/B値は約0.6である。したがって、疲れ強さ低下率1/βを0.6に設定すると(1/β=0.6)、数式4から、
b/B<0.6 (数式5)
が導かれる。なお、図13に示される図表から理解できるように、種別P5の試験片Pは、b/B値が0.59である時に、疲れ限度が急激に低下して外側起点の破断から内側起点の破断に転換する。このことから判断しても、疲れ強さ低下率1/βを0.6に設定することは妥当である。
From the chart shown in FIG. 13, the b / B value when the fracture mode of the welded
b / B <0.6 (Formula 5)
Is guided. In addition, as can be understood from the chart shown in FIG. 13, when the b / B value is 0.59, the test piece P of the type P5 has a fatigue limit drastically decreased, and from the fracture at the outer origin, Convert to break. Even judging from this, it is reasonable to set the fatigue
ここで、試験片Pの高さ方向の幅2B(図3参照)はデフケース1とリングギヤ2との突合せ部3の軸線方向の長さH(図1参照)に一致する、すなわち、2B=Hであることから数式5のBにHを代入するとともに、図3から理解できるように2b=H−2Aであることから数式5のbにH−2Aを代入することにより、
A>H×0.2 (数式6)
が導かれる。
Here, the
A> H × 0.2 (Formula 6)
Is guided.
次に、本実施形態の溶接方法を説明する。
まず、レーザ溶接の前工程で、デフケース1(第1部材)の外周1aにリングギヤ2の内周2cを嵌合させて、デフケース1とリングギヤ2との間に、軸線方向の長さがH(2B)の突合せ部3を形成しておく。突合せ部3は、軸線方向中央に軸線方向の長さが2bの空洞4を有する。なお、上記2bは、レーザ溶接によって空洞4の軸線方向両側に形成される溶接部5,6の溶込み深さAが上記数式6を満たすように設定される。
Next, the welding method of this embodiment is demonstrated.
First, in the pre-process of laser welding, the
次に、デフケース1とリングギヤ2との突合せ部3の軸線方向両側の稜8(図2参照)にレーザ光を軸線方向(図2においては上方向)へ照射するとともに該レーザ光を稜8に沿って円軌道で走査する。これにより、図1に示されるように、空洞4の軸線方向両側に溶込み深さAの溶接部5,6が形成されて、デフケース1とリングギヤ2とが接合される。
Next, a laser beam is irradiated in the axial direction (upward in FIG. 2) to the ridges 8 (see FIG. 2) on both sides in the axial direction of the abutting
本実施形態は以下の効果を奏する。
本実施形態によれば、溶接部5,6の外側応力σEと内側応力σAとの比率(σA/σE)、換言すると、突合せ部3の軸線方向長さ2B(H)に対する空洞4の軸線方向長さ2bの比率(b/B)、に基づき決定された溶込み深さAとなるように突合せ部3の空洞4を挟む両側を溶接する、具体的には、A>H×0.2を満たす条件で突合せ部3の空洞4を挟む両側を溶接して、デフケース1(第1部材)とリングギヤ2(第2部材)とを接合させることにより、疲れ試験において、溶接部5,6の破断が外側起点で発生するように継手構造を構成することができる。
これにより、空洞4と溶接部5,6の止端部5a,6aと間に形成される切欠き9(応力集中部)の鋭さ(形状係数α)に関わらず、内側起点とした溶接部5,6の早期の破断を防ぐことが可能であり、このような継手構造を備える差動装置においては、要求される疲れ強さを確保することができる。
また、切欠き9に起因する応力集中を緩和するための溝加工を省くことが可能であるため、製造コストを削減することができる。
さらに、切欠き9の形状を制御する必要がなく、溶込み深さAのみを管理すればよいので、検査工程における工数を削減することができる。
This embodiment has the following effects.
According to this embodiment, the ratio (σ A / σ E ) between the outer stress σ E and the inner stress σ A of the
As a result, the welded
Further, since it is possible to omit the groove processing for relaxing the stress concentration caused by the
Furthermore, since it is not necessary to control the shape of the
なお、実施形態は上記に限定されるものではなく、例えば、次のように構成することができる。
溶接部5,6は、空洞4の軸線方向両側に形成されていれば、例えば、図14に示されるように、溶接部5の外径D5と溶接部6の外径D6とは必ず一致させる必要はない。外径D5及びD6は、例えば、差動装置に作用する力、製造工程の合理化の要求等に応じて決定することができる。
In addition, embodiment is not limited above, For example, it can comprise as follows.
If the
1 デフケース(第1部材)、2 リングギヤ(第2部材)、3 突合せ部、4 空洞、5,6 溶接部 1 Differential case (1st member), 2 Ring gear (2nd member), 3 Butt part, 4 Cavity, 5, 6 Welded part
Claims (8)
前記突合せ部に形成される空洞と、
前記突合せ部の前記空洞を挟む両側に形成される溶接部と、
を備えて、
前記溶接部の空洞側の端部に作用する応力を内側応力、前記溶接部の空洞側とは反対側の端部に作用する応力を外側応力と定義すると、
前記溶接部の溶込み深さは、前記外側応力と前記内側応力との比率に基づき決定されることを特徴とする継手構造。 A joint structure in which a butt portion between the first member and the second member is welded,
A cavity formed in the butt,
Welds formed on both sides of the butt portion sandwiching the cavity;
With
When the stress acting on the end of the welded portion on the cavity side is defined as inner stress, and the stress acting on the end of the welded portion opposite to the cavity side is defined as outer stress,
The joint structure according to claim 1, wherein the penetration depth of the weld is determined based on a ratio between the outer stress and the inner stress.
A>H×0.2
であることを特徴とする請求項1に記載の継手構造。 When the penetration depth of the weld is defined as A and the length of the butt portion in the penetration depth direction is defined as H,
A> H × 0.2
The joint structure according to claim 1, wherein:
σA/σE<1/β
であることを特徴とする請求項1又は2に記載の継手構造。 Defining the inner stress as σ A , the outer stress as σ E , and the notch coefficient as β,
σ A / σ E <1 / β
The joint structure according to claim 1 or 2, wherein:
b/B<0.6
であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の継手構造。 When the length of the butt portion in the penetration depth direction is defined as 2B (2B = H) and the length of the cavity in the penetration depth direction is defined as 2b,
b / B <0.6
The joint structure according to any one of claims 1 to 3, wherein:
前記溶接部の空洞側の端部に作用する応力を内側応力、前記溶接部の空洞側とは反対側の端部に作用する応力を外側応力と定義すると、
前記外側応力と前記内側応力との比率に基づき決定された溶込み深さで溶接が実行されることを特徴とする溶接方法。 A method of forming welds on both sides sandwiching a cavity of the butted portion by welding the butted portion of the first member and the second member,
When the stress acting on the end of the welded portion on the cavity side is defined as inner stress, and the stress acting on the end of the welded portion opposite to the cavity side is defined as outer stress,
The welding method, wherein welding is performed at a penetration depth determined based on a ratio between the outer stress and the inner stress.
A>H×0.2
となるように溶接が実行されることを特徴とする請求項5に記載の溶接方法。 When the penetration depth of the weld is defined as A and the length of the butt portion in the penetration depth direction is defined as H,
A> H × 0.2
The welding method according to claim 5, wherein welding is performed so that
σA/σE<1/β
となるように溶接が実行されることを特徴とする請求項5又は6に記載の溶接方法。 Defining the inner stress as σ A , the outer stress as σ E , and the notch coefficient as β,
σ A / σ E <1 / β
The welding method according to claim 5 or 6, wherein welding is performed so that
b/B<0.6
となるように溶接が実行されることを特徴とする請求項5乃至7のいずれかに記載の溶接方法。 When the length of the butt portion in the penetration depth direction is defined as 2B (2B = H) and the length of the cavity in the penetration depth direction is defined as 2b,
b / B <0.6
The welding method according to claim 5, wherein welding is performed so that
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KR20160010303A (en) * | 2014-07-17 | 2016-01-27 | 지엠 글로벌 테크놀러지 오퍼레이션스 엘엘씨 | Weld for differential assembly |
US10125855B2 (en) | 2015-03-30 | 2018-11-13 | Musashi Seimitsu Industry Co., Ltd. | Transmission device |
JP2019181487A (en) * | 2018-04-03 | 2019-10-24 | 株式会社Subaru | Welding method and welding structure |
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