ひずみ対策と製品の高精度化【通販モノタロウ】

ものづくりにおける接合方法の1つに、「溶接」があります。
本連載では「溶接」について、金属が接合するメカニズムから溶接の種類、また溶接の仕方まで、現場で使える知識をご紹介していきます。

第1章溶接の基礎

1. ひずみ防止策

溶接によるひずみの発生は、材料や製品形状、部材としての加工状態などによって個々に違います。したがって、その防止策もそれぞれの製品によって異なってきます。そこで、溶接に当たっては、製品に発生するひずみの量をできるだけ正確に把握し、その上で製品として許容される量までひずみの発生を抑えるため図5-1～図5-4に示すように、

(1)ひずみ発生の少ない継手を工夫する。

(2)適切な拘束用治具を使用するとともに逆ひずみを付ける（発生するひずみと反対の方向にひずませておく）。

(3)材料の加熱状態をできるだけ均一にできる溶接順序を工夫し、ひずみ発生を均一化し少なくする、などの方法を適用します。

なお、個々の製品のひずみの発生防止策やひずみ取りの基本は、「常に、製品あるいは試作品の製作段階などで発生するひずみの量をできるだけ正確に把握して記録します（できれば、分類などしてデータベース化しておきます）」。そうした記録集を、次に溶接しようとする製品のひずみ対策やひずみ取りの要領書に反映させることが、ひずみ対策の手間の少ない効率の良い製品づくりにつながります。

(1)板厚差のない継手に改善する

(2)剛性のある継手に改善する

(3)変形量の少ない継手に改善する

図5-1　継手の工夫によるひずみ対策

(1)深溶込み溶接法の利用

(2)溶着金属量の少なくなる溶接法の使用

(3)細間隙溶接法の利用

図5-2　継手の工夫によるひずみ対策

(1)角変形に対する逆ひずみ法

(2)縦曲がり変形に対する逆ひずみ法

図5-3　逆ひずみによるひずみ対策

(1)直線の連続溶接の場合

(2)溶接継手が合う場合

(3)全周溶接（例：パイプ）のような場合

図5-4　溶接順序の工夫によるひずみ対策

2. 溶接組み立て品の高精度ものづくり

溶接を利用する「ものづくり加工品」の高精度化は、これまで述べてきたひずみ対策だけでなく最近の技術や加工機械を利用することで、さらなる高精度化が可能となります。その一例が、「3D・CAD」と「高精度加工機」を組み合わせて利用する板金加工で、図5-5がこうしたものづくり手法で製作しようとする製品例です。

従来、こうした製品は、個々に加工された部材を溶接で仮組みし、本溶接されることで製品化されてきました。こうした手法では、仮組み時の誤差や多くの溶接箇所によるひずみの発生で製品精度を保つことがむつかしくなります。これに対し、図に示す板金加工的ものづくりによる方法では、溶接箇所をできる限り曲げ加工に置き換え、溶接部の組み付けも図中に示すようなホゾ継手を利用することで、高精度で剛性に富む組み付けができ、高精度溶接組み立て製品の製作が容易に可能となります。

図5-5 板金加工における高精度ものづくり製品例 (株)アマダ提供

3. 中・厚板製品の板金的ものづくり

こうした板金加工の手法を、溶接を利用する中・厚板のものづくりに利用とするのが「板金的ものづくり」として提案している手法です。図5-6が、板金加工的ものづくり法を中板溶接製品に適用した例で、従来的な手法ものと比較して示しています。(a)の板金的ものづくりによる製品では、(b)の従来法のものに比べ部材点数が少なく構造が簡素化されたことで製品のデザイン性が高められています。さらに、溶接箇所が少なくなったことで、(1)製品の製作時間が大幅に短縮できる、(2)製品寸法精度が確保しやすい、(3)製品強度が溶接部の品質に左右されず、溶接部の検査の必要性が少なくなる、などの効果が明瞭に期待できます

また、図5-7は、組み立て品の精度出しのむつかしい形材の「板金的ものづくり手法」による組み付け継手の工夫例です。写真のように、はめ込みや組み合わせにより、高精度の組み付けが可能となります。