KR20140004235A

KR20140004235A - 용접에 의한 조인트 구조 및 그 용접 품질 검사 방법

Info

Publication number: KR20140004235A
Application number: KR1020137031471A
Authority: KR
Inventors: 신고 이와타니; 게이스케 우치다
Original assignee: 도요타지도샤가부시키가이샤
Priority date: 2011-06-01
Filing date: 2011-06-01
Publication date: 2014-01-10
Also published as: CN103596721B; US20140083191A1; EP2716400B1; WO2012164701A1; JPWO2012164701A1; EP2716400A1; EP2716400A4; JP5660209B2; CN103596721A

Abstract

용접에 의한 조인트 구조는, 제1 부재와 제2 부재의 대향면 사이에 맞댐부와, 그 맞댐부에 인접하는 2단의 간극을 포함하고, 2단의 간극의 반대측에 위치하는 맞댐부의 조인트로부터 2단의 간극을 향해 용입된 용접 비드가 맞댐부에 용접에 의해 형성된다. 대향면의 사이에서는, 맞댐부 이외의 부분이 서로 이격되어 있고, 용접 비드의 폭을 A, 2단의 간극 중 맞댐부에 인접하는 1단째의 간극의 폭을 B, 2단의 간극 중 1단째의 간극에 인접하는 2단째의 간극의 폭을 C로 하였을 때, B＜A/2＜C의 관계를 갖는다.

Description

용접에 의한 조인트 구조 및 그 용접 품질 검사 방법 {WELDED JOINT STRUCTURE AND WELD QUALITY DETECTION METHOD}

본 발명은, 예를 들어 차량용 차동 기어 장치에 관한 것으로, 용접에 의한 조인트 구조 및 그 용접 품질을 검사하기 위한 용접 품질 검사 방법에 관한 것이다.

종래, 이러한 종류의 기술로서, 예를 들어 하기의 특허문헌 1에는, 차량용 차동 기어 장치 및 그 구성 부품의 용접 방법이 기재되어 있다. 특허문헌 1에는, 도 11에 단면도로 도시하는 바와 같이, 디퍼렌셜 케이스의 플랜지부(61)에 링 기어(62)를 끼워 넣어 용접하는 기술이 기재되어 있다. 여기서, 플랜지부(61)의 일측면에는, 링 기어(62)측으로 돌출시켜 선단이 링 기어(62)의 일단부면에 접촉하는 환 형상 돌기(웹)(63)가 설치된다. 이 웹(63)에 의해, 서로 조합된 플랜지부(61)와 링 기어(62) 사이에 웹(63)을 끼워, 플랜지부(61)의 외주측과 내주측에 각각 환 형상의 외주측 간극(64)과 내주측 간극(65)이 형성된다. 그리고, 외주측 간극(64)에, 예를 들어 니켈을 포함한 첨가 재료를 공급하면서 레이저 빔에 의해 용접한다. 이 용접에 의해, 내주측 간극(65)에 잉여 첨가 재료가 유출됨으로써, 용접 비드(66)에 국소적인 융기부가 생기지 않도록 하여, 외주면이 평활한 용접 비드(66)를 형성하도록 하고 있다. 또한, 상기한 내주측 간극(65)보다 내측에는, 플랜지부(61)의 접촉면(67)과 링 기어(62)의 접촉면(68)을 맞대는 맞댐부(69)가 설치된다. 이 맞댐부(69)에 의해, 용접 공정에서의 변형 거동을 개선하도록 하고 있다.

또한, 하기의 특허문헌 2에는, 용접부의 용입 깊이를 초음파를 사용하여 검사하는 방법이 기재되어 있다. 이 검사 방법을 특허문헌 1에 기재된 용접부의 품질에도 적용하는 것이 고려된다.

유럽 특허 출원 공개 공보 제1719572호 일본 특허 출원 공개 평6-167479호 공보

그런데, 특허문헌 1에 기재된 용접 방법에서는, 용접 후에, 플랜지부(61)의 접촉면(67)과 링 기어(62)의 접촉면(68)이 서로 맞대어진 상태로 되어 버린다. 이로 인해, 도 11에 화살표로 나타내는 바와 같이, 용접시의 응고 수축에 의해, 이들 접촉면(67, 68)이 서로 밀어, 인장 방향의 잔류 응력이 발생할 우려가 있었다. 이로 인해, 차동 기어 장치의 작동시에, 잔류 응력에 의해 용접부의 피로 강도가 저하될 우려가 있었다.

한편, 특허문헌 2에 기재된 검사 방법에서는, 초음파 센서의 검사 정밀도에 의존하여 검사하고 있으므로, 용접 품질에 대해 오판정의 우려가 있었다. 또한, 이 오판정을 방지하기 위해, 용접시에 여분의 입열을 투여하는 것이 생각되지만, 이 경우는 용접 설비가 고비용으로 될 우려가 있었다.

본 발명은 상기 사정에 비추어 이루어진 것이며, 그 목적은, 용접에 의한 조인트 구조의 피로 강도를 향상시키는 것, 또한 그 용접 품질 검사의 정밀도 향상을 도모하는 것에 있다.

(1) 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제1 형태는, 제1 부재와 제2 부재의 대향면의 사이에 맞댐부를 설치하는 동시에, 맞댐부에 인접하는 2단의 간극을 설치하고, 2단의 간극의 반대측에 위치하는 맞댐부의 조인트로부터 2단의 간극을 향해 용입된 용접 비드를 맞댐부에 용접에 의해 형성하여 이루어지는 용접에 의한 조인트 구조이며, 대향면의 사이에서는, 맞댐부 이외의 부분이 서로 이격되어 있고, 용접 비드의 폭을 A, 2단의 간극 중 맞댐부에 인접하는 1단째의 간극의 폭을 B, 2단의 간극 중 1단째의 간극에 인접하는 2단째의 간극의 폭을 C로 하였을 때, B＜A/2＜C의 관계를 갖는 것을 취지로 한다.

상기 (1)의 구성에 따르면, 용접 비드의 폭을 A, 1단째의 간극의 폭을 B, 2단째의 간극의 폭을 C로 하면, 그들 사이의 관계를 B＜A/2＜C로 하였으므로, 용접 비드의 용입 깊이가, 맞댐부의 길이 이상, 또한 맞댐부와 1단째의 간극의 합계의 길이 이하로 된다. 또한, 대향면 사이에서는, 맞댐부 이외의 부분이 서로 이격되어 있으므로, 맞댐부를 용접 비드에 의해 관통 용접함으로써, 용접 후에는 대향면 사이에 접촉면이 없어진다.

(2) 상기 목적을 달성하기 위해, 상기 (1)의 구성에 있어서, 대향면은 원환상을 이루고, 맞댐부, 1단째의 간극 및 2단째의 간극은 순차 동심원 형상으로 형성되고, 맞댐부에 1단째의 간극에 도달하는 용접 비드를 원주 방향으로 연속적으로 형성한 것이 바람직하다.

(3) 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제2 형태는, 청구항 1 또는 2에 기재된 용접에 의한 조인트 구조의 초음파 센서를 사용한 용접 품질 검사 방법이며, 초음파 센서에 의한 검사 범위의 일단부를, 맞댐부와 1단째의 간극의 경계에 정합시키는 것을 취지로 한다.

상기 (3)의 구성에 따르면, 초음파 센서에 의한 검사 범위의 일단부를, 맞댐부와 1단째의 간극의 경계에 정합시켰으므로, 맞댐부가 용접 비드에 의해 관통 용접되지 않을 때에는, 용접 비드가 초음파 센서에 의해 검출되지 않는다.

(4) 상기 목적을 달성하기 위해, 상기 (3)의 구성에 있어서, 1단째의 간극의 길이를, 초음파 센서에 의한 검사 범위의 폭 이상으로 하는 것이 바람직하다.

상기 (4)의 구성에 따르면, 1단째의 간극까지 신장된 용접 비드는 초음파 센서에 의해 검출되지만, 실제의 용접 비드가 외란에 의해 짧아져도, 초음파 센서에 의한 검사 범위 전부(대부분)에 용접 비드가 위치할 가능성이 높아져, 검사 범위 전부(대부분)에 용접 비드가 위치하면, 용접 비드가 없다고 오검출할 우려가 줄어든다.

상기 (1) 또는 (2)의 구성에 따르면, 용접에 의한 조인트 구조의 피로 강도를 향상시킬 수 있고, 초음파 센서를 사용한 용접 품질 검사의 편차에 의한 오판정을 저감할 수 있다.

상기 (3) 또는 (4) 중 어느 하나의 구성에 따르면, 용접 품질 검사의 정밀도 향상을 도모할 수 있다.

도 1은 일 실시 형태에 관하여, 차량용 차동 기어 장치를 도시하는 단면도.
도 2는 동 실시 형태에 관하여, 도 1의 차동 기어 장치의 쇄선 사각의 부분에 대해, 용접의 모습을 도시하는 확대 단면도.
도 3은 동 실시 형태에 관하여, 도 2의 쇄선 사각의 부분을 도시하는 확대 단면도.
도 4는 동 실시 형태에 관하여, 도 3의 부분의 용접 전의 상태를 도시하는 확대 단면도.
도 5는 동 실시 형태에 관하여, 용접 품질 검사의 모습을 도시하는 도 3에 준하는 단면도.
도 6은 동 실시 형태에 관하여, 종래예와 본 실시 형태의 용접 후의 피로 강도의 차이를 나타내는 그래프.
도 7은 동 실시 형태에 관하여, 용접 비드가 초음파 센서에 의해 검출되지 않는 경우의 모습을 도시하는 단면도.
도 8은 동 실시 형태에 관하여, 용접 비드가 초음파 센서에 의해 검출되는 경우의 모습을 도시하는 단면도.
도 9는 동 실시 형태에 관하여, 비교예에 관한 용접 품질 검사의 모습을 도시하는 단면도.
도 10은 다른 실시 형태에 관하여, 도 3에 준하는 확대 단면도.
도 11은 종래예에 관하여, 플랜지부와 링 기어의 조인트 구조를 도시하는 단면도.

이하, 본 발명에 있어서의 용접에 의한 조인트 구조 및 그 용접 품질 검사 방법을 구체화한 일 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1에, 이 실시 형태에 있어서의 차량용 차동 기어 장치(1)를 단면도에 의해 도시한다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 차동 기어 장치(1)는, 축심 X1 상에 있어서 서로 대향하는 한 쌍의 사이드 기어(2)와, 축심 X1을 사이에 두고 서로 대향하고, 또한 한 쌍의 사이드 기어(2)에 각각 맞물리는 한 쌍의 피니언(3)과, 그들 사이드 기어(2) 및 피니언(3)을 각각 회전 가능하게 지지한 상태에서 수용하는 디퍼렌셜 케이스(4)와, 디퍼렌셜 케이스(4)의 외주에 조립되어 용접된 원환상의 링 기어(5)를 구비한다. 디퍼렌셜 케이스(4)는, 본 발명의 제1 부재에 상당하고, 원통 형상 외주면(6)을 포함하고, 그 원통 형상 외주면(6)으로부터 외주측으로 일체로 돌출된 원환상의 플랜지부(7)를 포함한다. 이 플랜지부(7)는, 축심 X1의 방향을 향한 원환상을 이루는 일측면(8)을 갖는다. 링 기어(5)는, 본 발명의 제2 부재에 상당하고, 플랜지부(7)의 일측면(8)에 대향해 원환상을 이루는 일단부면(9)을 갖는다. 이들 일측면(8) 및 일단부면(9)에서 플랜지부(7)와 링 기어(5)가 용접된다.

이 실시 형태에 있어서, 디퍼렌셜 케이스(4)는, 예를 들어 주철 등의 금속에 의해, 예를 들어 주조, 절삭 가공 및 연삭 가공 등의 공정을 거쳐 제조된다. 링 기어(5)는, 예를 들어 합금강 등의 금속에 의해, 예를 들어 절삭 가공, 기어 컷팅 가공 및 열처리 등의 공정을 거쳐 제조된다.

상기한 차동 기어 장치(1)는, 예를 들어 변속기, 트랜스퍼 또는 종감속기 등(각각 도시 생략)에 설치된다. 그리고, 링 기어(5)에 입력되는 동력을 한 쌍의 사이드 기어(2)의 회전차를 허용하면서, 그들 사이드 기어(2)에 각각 연결된 회전 부재로서, 예를 들어 좌우 한 쌍의 구동륜이나 전후 한 쌍의 구동 차축 등에 각각 전달하도록 되어 있다.

도 2에, 도 1의 차동 기어 장치(1)의 쇄선 사각 S1의 부분에 대해, 용접의 모습을 확대 단면도에 의해 도시한다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 디퍼렌셜 케이스(4)의 플랜지부(7)와 링 기어(5)는, 서로 대향하는 일측면(8) 및 일단부면(9)에, 맞댐부(11)와, 그 맞댐부(11)에 인접하는 2단의 환 형상 간극(12, 13)을 구비한다. 그리고, 2단의 환 형상 간극(12, 13)의 반대측에 위치하는 맞댐부(11)의 조인트(11a)를 따라 노즐(41)로부터 용접 와이어(42)를 공급하면서, 레이저 발진기(도시 생략)로부터 고밀도의 레이저 빔(43)을 조사함으로써, 맞댐부(11)에 용접이 행해진다. 이 용접에 의해, 상기 조인트(11a)로부터 2단의 환 형상 간극(12, 13)을 향해 용입된 용접 비드(14)를 맞댐부(11)에 형성함으로써, 용접에 의한 조인트 구조가 구성된다.

도 3에, 도 2의 쇄선 사각 S2의 부분을 확대 단면도에 의해 도시한다. 도 4에, 도 3의 부분의 용접 전의 상태를 확대 단면도에 의해 도시한다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 서로 대향하는 플랜지부(7)의 일측면(8)과 링 기어(5)의 일단부면(9) 사이에는, 그 직경 방향(R)의 외주측에 원환상을 이루는 맞댐부(11)가 설치되는 동시에, 그 맞댐부(11)에 인접하는 2단의 환 형상 간극(12, 13)이 형성된다. 2단의 환 형상 간극(12, 13)은, 맞댐부(11)의 직경 방향(R)의 내주연 e1에 인접하는 제1 환 형상 간극(12)과, 제1 환 형상 간극(12)의 직경 방향(R)의 내주연 e2에 인접하는 제2 환 형상 간극(13)을 포함한다.

맞댐부(11)는, 용접되기 전에 축심 X1의 방향 X에 있어서 서로 대향하고, 서로 접촉하는 한 쌍의 접촉면(21, 22)을 포함한다. 도 4에 도시하는 접촉면(21, 22)은, 도 3에 있어서 2점 쇄선으로 나타내어진다. 이들 맞댐부(11), 제1 환 형상 간극(12) 및 제2 환 형상 간극(13)은 순차 동심원 형상으로 형성된다. 여기서, 플랜지부(7)의 일측면(8)과 링 기어(5)의 일단부면(9) 사이에서는, 맞댐부(11) 이외의 부분이 서로 이격되어 있다. 즉, 플랜지부(7)의 일측면(8)과 링 기어(5)의 일단부면(9) 사이에서는, 맞댐부(11) 이외의 부분에 접촉면을 갖지 않는다. 그리고, 도 2, 도 3에 도시하는 바와 같이, 맞댐부(11)[접촉면(21, 22)의 부분]에는, 제1 환 형상 간극(12)에 도달하는 용접 비드(14)가 원주 방향으로 연속적으로 형성된다.

도 3, 도 4에 도시하는 바와 같이, 링 기어(5)의 일단부면(9)은, 접촉면(22)과 동일한 높이의 평탄면을 이룬다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 이 일단부면(9)은, 직경 방향(R)의 내측을 향함에 따라 절곡되어, 링 기어(5)의 내주면(10)으로 연속된다. 한편, 도 3, 도 4에 도시하는 바와 같이, 플랜지부(7)의 일측면(8)은, 접촉면(21)과, 그 접촉면(21)의 내주연[맞댐부(11)의 내주연] e1에 인접하여 형성된 2단의 환 형상 오목 홈(23, 24)을 포함한다. 즉, 접촉면(21)의 내주연[맞댐부(11)의 내주연이기도 함] e1에 인접하여 형성된 제1 환 형상 오목 홈(23)과, 그 제1 환 형상 오목 홈(23)의 내주연[제1 환 형상 간극(12)의 내주연이기도 함] e2에 인접하여 형성된 제2 환 형상 오목 홈(24)을 포함한다. 제1 환 형상 오목 홈(23)은, 축심 X1의 방향 X의 최대 깊이 t1을 갖고, 제2 환 형상 오목 홈(24)은, 축심 X1의 방향 X의 최대 깊이 t2를 갖는다. 제2 환 형상 오목 홈(24)의 최대 깊이 t2는, 제1 환 형상 오목 홈(23)의 최대 깊이 t1보다도 크다. 제1 환 형상 오목 홈(23)의 접촉면(21)에 인접하는 부분은, 직경 방향(R)의 내측을 향해 테이퍼를 이룬다. 마찬가지로, 제2 환 형상 오목 홈(24)의 제1 환 형상 오목 홈(23)에 인접하는 부분은, 직경 방향(R)의 내측을 향해 테이퍼를 이룬다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 제2 환 형상 오목 홈(24)은, 그 내주측이 디퍼렌셜 케이스(4)의 원통 형상 외주면(6)을 향해 매끄럽게 만곡되면서 연속된다.

이와 같이 하여, 플랜지부(7)의 일측면(8)과 링 기어(5)의 일단부면(9) 사이에는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 맞댐부(11)와, 그 맞댐부(11)의 내주연 e1에 인접하는 제1 환 형상 간극(12)과, 제1 환 형상 간극(12)의 내주연 e2에 인접하는 제2 환 형상 간극(13)과, 제2 환 형상 간극(13)에 인접하고, 제2 환 형상 간극(13)보다도 축심 X1의 방향 X의 치수가 큰 제3 환 형상 간극(15)이 형성된다. 즉, 제2 환 형상 간극(13)보다 내주측에서는, 플랜지부(7)의 일측면(8)과 링 기어(5)의 일단부면(9)이 이격되도록 형성된다.

여기서, 도 3, 도 4에 있어서, 맞댐부(11)를 구성하는 2개의 접촉면(21, 22)의 직경 방향(R)의 길이를 「L1」로 하고, 제1 환 형상 오목 홈(23)의 직경 방향(R)의 길이를 「L2」, 양쪽의 길이 L1, L2의 합계의 길이를 「L3」으로 한다. 이 경우, 길이 L1이, 직경 방향(R)에 미리 정해진 필요 용접 깊이의 하한값과 동일하게 설정된다. 또한, 합계의 길이 L3이, 직경 방향(R)에 미리 정해진 필요 용접 깊이의 상한값과 동일하게 설정된다. 이 합계의 길이 L3은, 레이저 발진기의 출력 용량을 억제하기 위해, 용접 비드(14)의 직경 방향(R)의 길이(다리 길이)가 최저한의 길이로 되도록 설정된다. 그리고, 이 실시 형태에서는, 도 3, 도 4에 도시하는 바와 같이, 용접 비드(14)의 폭(용접 비드 폭)을 「A」, 2단의 간극(12, 13)의 중 1단째의 제1 환 형상 간극(12)의 폭을 「B」, 2단의 간극(12, 13)의 중 2단째의 제2 환 형상 간극(13)의 폭을 「C」로 하였을 때, 「B＜A/2＜C」의 관계를 갖도록 설정된다. 또한, 도 3, 도 4에 있어서, 제1 환 형상 간극(12)의 폭 B는, 용접에 의해 메워지는 제1 치수 D1과 동일하게 설정되고, 제2 환 형상 간극(13)의 폭 C는, 제1 치수 D1보다도 큰 용접에 의해 메워지지 않는 제2 치수 D2와 동일하게 설정된다. 여기서, 제2 환 형상 간극(13)의 폭을 「C」는, 용융지(溶融池)의 용락(溶落)을 방지하기 위해, 용접 비드 폭 A의 절반보다도 커지도록 설정하고 있다.

도 3은 용접 상태의 일례를 도시한다. 도 3은 용접 비드(14)의 직경 방향(R)에 있어서의 용입 깊이가, 합계의 길이 L3에 대응하는 깊이에 일치한 상태를 도시한다. 제1 환 형상 간극(12)의 폭 B와 일치하는 제1 환 형상 오목 홈(23)의 축심 X1의 방향 X의 최대 깊이 t1은, 용접 비드 폭 A의 2분의 1보다도 작게 설정된다. 따라서, 이 실시 형태에서는, 제1 환 형상 오목 홈(23)이, 그 내주연 e2까지 용접 비드(14)에 의해 메워진다. 즉, 제1 환 형상 오목 홈(23)의 축심 X1의 방향 X의 최대 깊이 t1은, 용접 비드(14)에 의해 메워지도록 설정된다. 또한, 용접 비드(14)의 용입 깊이는, 필요 용접 깊이의 하한값 이상, 또한 필요 용접 깊이의 상한값 이하인 경우에는, 플랜지부(7)와 링 기어(5)의 직경 방향(R)의 용접 깊이(용접 다리 길이)와 동등해진다.

상기한 바와 같이 제1 환 형상 오목 홈(23)이 형성됨으로써, 맞댐부(11)의 내주연 e1의 위치에, 필요 용접 깊이의 하한값이 정합된다. 또한, 플랜지부(7)의 일측면(8)과 링 기어(5)의 일단부면(9) 사이에, 용접에 의해 메워지는 제1 치수 D1로 설정된 제1 환 형상 간극(12)이 형성된다.

또한, 상기한 바와 같이 제2 환 형상 오목 홈(24)이 형성됨으로써, 제1 환 형상 간극(12)의 내주연 e2의 위치에, 필요 용접 깊이의 상한값이 정합된다. 또한, 플랜지부(7)의 일측면(8)과 링 기어(5)의 일단부면(9) 사이에, 제1 치수 D1보다도 큰, 용접에 의해 메워지지 않는 제2 치수 D2로 설정된 제2 환 형상 간극(13)이 형성된다.

도 2에 있어서, 레이저 빔(43)의 출력은, 예를 들어 용접 비드(14)의 용접 깊이의 편차 범위의 평균값이, 필요 용접 깊이의 상한값과 거의 일치하도록 미리 실험적으로 구해져 설정된다. 또한, 레이저 빔(43)의 출력은, 예를 들어 레이저 빔 용접에 의해 형성되는 용접 비드(14)의 용입 깊이의 편차 범위의 최소값이 필요 용접 깊이의 하한값보다도 커지도록 미리 실험적으로 구해져 설정된다. 제1 환 형상 간극(12)의 외주연, 즉 맞댐부(11)의 내주연 e1은, 필요 용접 깊이의 하한값에 대응하는 위치에 정합된다. 그리고, 레이저 빔(43)에 의한 플랜지부(7)와 링 기어(5)의 용접은, 플랜지부(7) 및 링 기어(5)의 외주연으로부터 제1 환 형상 간극(12)에 도달하는 깊이의 용접 비드(14)를, 플랜지부(7) 및 링 기어(5)의 원주 방향을 따라 연속적으로 형성하게 된다. 이로 인해, 예를 들어 용접 비드(14)의 용입 깊이에 편차가 발생하여, 그 용입 깊이가 필요 용접 깊이의 상한값보다 얕아지는 경우가 있어도, 플랜지부(7) 및 링 기어(5)의 원주 방향으로 연속되면서, 맞댐부(11)를 직경 방향(R)에 관통하도록 용접할 수 있다.

도 5에, 용접 품질 검사의 모습을 도 3에 준하는 단면도에 의해 도시한다. 이 용접 품질 검사에서는, 비파괴 검사의 한 방법인 초음파 검사가 채용되고, 도 5에 있어서, 플랜지부(7)의 일측면(8)과는 반대의 측면에 초음파 센서(46)를 접촉시키고, 그 센서(46)로부터 플랜지부(7)의 내부의 일측면(8)을 향해 초음파 빔(47)을 방사한다. 이때, 용접 비드(14)의 내주측에 인접하여 위치하는 불연속부, 즉, 제1 환 형상 간극(12)에 있어서의 초음파 빔(47)의 반사파를 검출한다. 그리고, 제1 환 형상 간극(12)의 외주연[맞댐부(11)의 내주연이기도 함] e1의 직경 방향(R)의 위치를 확인함으로써, 용접 비드(14)의 용입 깊이에 일치하는 용접 비드(14)의 내주 단부의 위치를 측정한다. 이 용접 비드(14)의 내주 단부의 위치가, 필요 용접 깊이의 하한값 이상으로 될 때에, 용접 품질이 양호한 「관통 용접」이라고 판정할 수 있다. 또한, 그 용접 비드(14)의 내주 단부의 위치가, 필요 용접 깊이의 하한값 미만으로 될 때에, 용접 품질이 불량인 「비관통 용접」이라고 판정할 수 있다.

이 실시 형태에서는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 초음파 센서(46)에 의한 검사 범위의 일단부, 즉 초음파 빔(47)의 상단부를, 맞댐부(11)와 제1 환 형상 간극(12)의 경계, 즉 맞댐부(11)의 내주연 e1에 정합시키고 있다. 또한, 제1 환 형상 간극(12)의 길이, 즉 직경 방향(R)의 길이 L2를, 초음파 센서(46)에 의한 검사 범위의 폭, 즉 초음파 빔(47)의 폭 W1 이상으로 설정하고 있다. 이 실시 형태에서는, 초음파 빔(47)의 폭 W1을, 필요 용접 깊이의 상한값과 하한값의 차(L3-L1=L2)로 되도록 설정하고 있다. 이에 의해, 초음파 센서(46)에 의한 검사 오차가 필요 용접 깊이의 하한값과 상한값 사이에 들어가도록 하고 있다.

일례로서, 이 실시 형태에서는, 도 5에 있어서, 맞댐부(11)의 직경 방향(R)의 길이 L1을, 요구 강도에 맞추어, 용접 비드(14)의 하한 다리 길이인 「5.0(mm)」로 설정할 수 있다. 또한, 맞댐부(11)와 제1 환 형상 간극(12)을 맞춘 직경 방향(R)의 길이 L3을, 용접 비드(14)의 상한 다리 길이인 「6.0(mm)」로 설정할 수 있다. 또한, 제1 환 형상 간극(12)의 직경 방향(R)의 길이 L2를, 기존의 초음파 센서(46)의 검출 능력±「0.5(mm)」인 「1.0(mm)」로 설정할 수 있다. 또한, 초음파 센서(46)의 검사 위치를, 제1 환 형상 간극(12)의 직경 방향(R)에 있어서의 중간 위치로 설정할 수 있다. 즉, 플랜지부(7)의 외주연으로부터 직경 방향(R)으로 「5.5(mm)」의 깊이에, 초음파 센서(46)의 중심 위치를 정합시킨다.

이 경우, 예를 들어 용접 비드 폭 A를 「1.0(mm)」로, 제1 환 형상 간극(12)의 폭 B를 「0.4(mm)」로, 제2 환 형상 간극(13)의 폭 C를 「1.0(mm)」로 각각 설정할 수 있다.

이상 설명한 이 실시 형태에 있어서의 용접에 의한 조인트 구조에 따르면, 용접 비드(14)의 폭을 A, 제1 환 형상 간극(12)의 폭을 B, 제2 환 형상 간극(13)의 폭을 C로 하면, 그들 사이의 관계가 「B＜A/2＜C」로 되도록 설정된다. 따라서, 용접 비드(14)의 용입 깊이가, 맞댐부(11)[접촉면(21, 22)]의 길이 L1 이상, 또한 맞댐부(11)[접촉면(21, 22)]의 길이 L1과 제1 환 형상 간극(12)의 길이 L2의 합계의 길이 L3 이하로 된다. 또한, 플랜지부(7)의 일측면(8)과 링 기어(5)의 일단부면(9) 사이에서는, 맞댐부(11) 이외의 부분이 서로 이격되어 있다. 따라서, 맞댐부(11)를 용접 비드(14)에 의해 관통 용접할 수 있고, 용접 후에는 상기한 일측면(8)과 일단부면(9) 사이에 접촉면이 없어진다. 이로 인해, 종래예와는 달리, 용접 후에, 플랜지부(7)의 일측면(8)과 링 기어(5)의 일단부면(9) 사이에서, 접촉면끼리가 서로 미는 일이 없어, 일측면(8)과 일단부면(9) 사이에서 인장 방향의 잔류 응력이 발생하는 일이 없다. 이 결과, 플랜지부(7)의 일측면(8)과 링 기어(5)의 일단부면(9) 사이에서, 용접에 의한 조인트 구조의 피로 강도를 향상시킬 수 있다.

도 6에, 종래예와 본 실시 형태의 용접 후의 피로 강도의 차이를 그래프에 의해 나타낸다. 이 그래프로부터, 맞댐부가 남는 종래예와 비교하여, 이 실시 형태에서는, 피로 강도가「1.2배」정도 향상되는 것을 알 수 있다.

이 실시 형태에서는, 용접을 위한 레이저 빔(43)에 다소의 출력 편차가 있어도, 용접 비드(14)의 직경 방향(R)의 길이(다리 길이)가, 필요 용접 깊이의 하한값으로부터 상한값의 사이의 길이로 된다. 이로 인해, 맞댐부(11)[접촉면(21, 22)]가 잔존하는 것을 방지하여, 용접 비드(14)의 다리 길이의 로버스트성을 향상시킬 수 있다.

또한, 이 실시 형태에 있어서의 용접 품질 검사 방법에 따르면, 초음파 센서(46)에 의한 검사 범위의 일단부[도 5에 있어서의 초음파 빔(47)의 상단부]를, 맞댐부(11)와 제1 환 형상 간극(12)의 경계, 즉 맞댐부(11)의 내주연 e1에 정합시키고 있다. 따라서, 맞댐부(11)가 용접 비드(14)에 의해 관통 용접되지 않을 때에는, 용접 비드(14)가 초음파 센서(46)에 의해 검출되지 않는다. 도 7에, 이 경우의 모습을 단면도에 의해 도시한다. 이 경우는, 용접 품질이 불량인「비관통 용접」이라고 하여 판정은「NG」로 된다. 이에 대해, 맞댐부(11)가 용접 비드(14)에 의해 관통 용접될 때는, 용접 비드(14)가 초음파 센서(46)에 의해 검출된다. 도 8에, 이 경우의 모습을 단면도에 의해 도시한다. 이 경우는, 용접 품질이 양호한 「관통 용접」이라고 하여 판정은「OK」로 된다. 이와 같이, 이 실시 형태에서는, 용접 품질의 양부에 맞추어 「관통 용접」인 것을 정확하게 판정할 수 있어, 용접 품질의 판정 정밀도를 향상시킬 수 있다. 이것은, 초음파 센서(46)를 사용한 용접 품질 검사의 편차에 의한 오판정을 저감할 수 있다.

도 9에, 비교예에 관한 용접 품질 검사의 모습을 단면도에 의해 도시한다. 이 비교예에서는, 플랜지부(7)와 링 기어(5)의 대향면 사이에는, 맞댐부(11)가 설치될 뿐이며, 2단의 간극(12, 13)은 형성되어 있지 않다. 이 경우, 용접 비드(14)의 다리 길이가, 필요 용접 깊이 위치[초음파 센서(46)의 중심 위치] P1에 도달하고 있지 않아, 용접 품질이 불량인 경우라도, 용접 비드(14)의 하단부에 초음파 빔(47)이 가해지면, 용접 비드(14)가 검출되었다고 하여 판정은「OK」로 되어 버리는 경우가 있어, 판정 정밀도가 나빴다. 이에 대해, 본 실시 형태에서는, 용접 품질의 판정 정밀도가 높아진다.

또한, 이 실시 형태에서는, 제1 환 형상 간극(12)의 직경 방향(R)의 길이 L2를, 초음파 센서(46)에 의한 검사 범위의 폭 W1 이상으로 설정하고 있다. 따라서, 제1 환 형상 간극(12)까지 신장된 용접 비드(14)는, 초음파 센서(46)에 의해 검출되지만, 실제의 용접 비드(14)가 외란의 영향에 의해 짧아져도, 초음파 센서(46)에 의한 검사 범위 전부(대부분)에 용접 비드(14)가 위치할 가능성이 높아져, 그 검사 범위 전부(대부분)에 용접 비드(14)가 위치하면, 용접 비드(14)가 없다고 오검출할 우려가 줄어든다. 이로 인해, 용접 품질의 판정 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있고, 그 결과로서 용접 품질 검사의 정밀도 향상을 도모하는 것에 있다.

이 실시 형태에서는, 용접 품질 검사에 관하여 상기한 바와 같은 작용 효과를 가지므로, 이하와 같은 부수적인 작용 효과를 얻을 수 있다. 즉, 용접 비드(14)의 다리 길이 편차를 피하기 위해 용접시에 레이저 발진기의 출력을 필요 이상으로 증대시킬 필요가 없어, 용접 비용을 저감할 수 있다. 또한, 용접 비드(14)의 다리 길이의 편차를 어느 정도 허용할 수 있으므로, 레이저 발진기의 출력 관리를 위한 설비를 생략할 수 있다. 또한, 초음파 센서(46)를 필요 이상으로 고정밀도의 센서로 할 필요가 없다. 이것에 더하여, 용접 품질의 오판정을 저감할 수 있으므로, 용접 품질의 OK 판정품에 대해, 가부 손실을 없앨 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 발명의 취지를 일탈하는 일이 없는 범위에서 구성의 일부를 적절하게 변경하여 이하와 같이 실시할 수도 있다.

(1) 상기 실시 형태에서는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 플랜지부(7)의 일측면(8)에만, 맞댐부(11)에 인접하는 2단의 환 형상 오목 홈(23, 24)을 형성함으로써, 2단의 환 형상 간극(12, 13)을 형성하였다. 이에 대해, 도 10에 도시하는 바와 같이, 링 기어(5)의 일단부면(9)에만, 맞댐부(11)에 인접하는 2단의 환 형상 오목 홈(23, 24)을 형성함으로써, 2단의 환 형상 간극(12, 13)을 형성해도 된다. 혹은, 플랜지부의 일측면과 링 기어의 일단부면의 양쪽에, 맞댐부에 인접하는 2단의 환 형상 오목 홈을 형성함으로써, 2단의 환 형상 간극을 형성할 수도 있다.

(2) 상기 실시 형태에서는, 본 발명을 차량용 차동 기어 장치(1)로 구체화하였지만, 본 발명을 차동 기어 장치 이외의 기계나 부품으로 구체화할 수도 있다.

본 발명은, 기계나 부품의 제조에 관한 것으로, 조인트 구조의 용접에 이용할 수 있다.

4 : 디퍼렌셜 케이스(제1 부재)
5 : 링 기어(제2 부재)
7 : 플랜지부
8 : 일측면(대향면)
9 : 일단부면(대향면)
11 : 맞댐부
11a : 조인트
12 : 제1 환 형상 간극(1단째의 간극)
13 : 제2 환 형상 간극(2단째의 간극)
14 : 용접 비드
21 : 접촉면
22 : 접촉면
23 : 제1 환 형상 오목 홈
24 : 제2 환 형상 오목 홈
46 : 초음파 센서
47 : 초음파 빔

Claims

제1 부재와 제2 부재의 대향면 사이에 맞댐부를 설치하는 동시에, 상기 맞댐부에 인접하는 2단의 간극을 설치하고, 상기 2단의 간극의 반대측에 위치하는 상기 맞댐부의 조인트로부터 상기 2단의 간극을 향해 용입된 용접 비드를 상기 맞댐부에 용접에 의해 형성하여 이루어지는 용접에 의한 조인트 구조이며,
상기 대향면의 사이에서는, 상기 맞댐부 이외의 부분이 서로 이격되어 있고,
상기 용접 비드의 폭을 A, 상기 2단의 간극 중 상기 맞댐부에 인접하는 1단째의 간극의 폭을 B, 상기 2단의 간극 중 상기 1단째의 간극에 인접하는 2단째의 간극의 폭을 C로 하였을 때, B＜A/2＜C의 관계를 갖는 것을 특징으로 하는, 용접에 의한 조인트 구조.
제1항에 있어서, 상기 대향면은 원환상을 이루고, 상기 맞댐부, 상기 1단째의 간극 및 상기 2단째의 간극은 순차 동심원 형상으로 형성되고, 상기 맞댐부에 상기 1단째의 간극에 도달하는 용접 비드를 원주 방향으로 연속적으로 형성한 것을 특징으로 하는, 용접에 의한 조인트 구조.
제1항 또는 제2항에 기재된 용접에 의한 조인트 구조의 초음파 센서를 사용한 용접 품질 검사 방법이며,
상기 초음파 센서에 의한 검사 범위의 일단부를, 상기 맞댐부와 상기 1단째의 간극과의 경계에 정합시키는 것을 특징으로 하는, 용접 품질 검사 방법.
제3항에 있어서, 상기 1단째의 간극의 길이를, 상기 초음파 센서에 의한 검사 범위의 폭 이상으로 하는 것을 특징으로 하는, 용접 품질 검사 방법.