完全な カーダンパーの 重量は数百トンにもなり、転倒トルクは数千トンメートルを超えます。各作業サイクルでは、構造物に交互の荷重、衝撃応力、疲労サイクルがかかります。その鋼構造は機械の骨格として機能し、溶接欠陥があると数万回の作業サイクル後に構造破損につながる可能性があります。本稿では自動車用ダンパーの鋼構造溶接技術のポイントを構造・工程・品質の3つの側面から解説します。
自動車ダンパーの鋼構造の中心となる耐荷重部材には次のものがあります。
主桁には通常、転倒時の曲げモーメントやせん断力に耐えるQ345B/Q345C鋼製の板厚20mm～60mmの箱形梁が採用されています。
端桁は主桁の端を接続します。エンドガーダーとメインガーダーの間の突合せ溶接は完全溶け込みクラス I 溶接であり、100% UT の合格が必要です。
鉄道車両の重量を直接支える転車台（転覆台）。構造は円形箱桁やトラス式複合構造が多い。駆動システムとの接続領域は応力集中が高く、溶接設計はクラス I と評価されており、溶接後の残留応力の制御が必要です。
ローラーサポートブラケットは総自重と動的荷重に耐えます。ベースプレートの厚さは 80 mm から 120 mm の範囲であり、予熱、パス間の温度制御、および溶接後熱処理 (PWHT) が必要な超厚板溶接に分類されます。
保持アームやバッキング プレートなどのコンポーネントは、転倒のたびに鉄道車両からの動的衝撃に耐えます。多くの場合、高張力鋼と耐摩耗鋼 (例: Q345 + NM400) の間の異種鋼溶接が含まれます。溶接材料の適合性と溶接手順の資格は別途検証する必要があります。
油圧駆動システムのヒンジ ポイント サポートは、典型的な高応力集中領域です。溶接部は、SN 曲線の F2 または G クラスに対応する、BS 7608 または IIW (国際溶接協会) 疲労設計標準に従って評価される疲労強度設計要件を満たしている必要があります。
溶接金属の機械的特性が設計要件を満たしていることを確認するために、溶接金属の機械的特性が設計要件を満たしていることを確認するために、継手構成の各タイプについて、製造溶接の前に溶接手順認定テスト (PQR) を完了する必要があります。主要な評価指標には次のものが含まれます。
テスト項目 |
一般的な要件 (Q345B/C) |
抗張力 |
≧490MPa |
降伏強さ |
≧345MPa |
破断後の伸び |
≥ 21% |
-20℃/-40℃における衝撃エネルギー(KV₂) |
≥ 34J / ≥ 27J (厚さと設計温度による) |
曲げ試験 |
フェースベンド・ルートベンド180°、クラック無し |
厚板 (40 mm 以上) および低温条件で使用される鋼の場合、母材の層状引裂き感受性を評価するには、追加の Z 方向引張試験が必要です。重要な耐荷重部材には、Z 方向の面積の縮小 ψz ≥ 35% が必要です。
母材の機械的特性 (GB/T 1591 Q345 シリーズ)
財産 |
Q345B |
Q345C |
Q345D |
降伏強さ ReL (MPa) |
≥ 345 |
≥ 345 |
≥ 345 |
引張強さRm(MPa) |
470–630 |
470–630 |
470–630 |
伸びA(%) |
≥ 21 |
≥ 22 |
≥ 22 |
衝撃試験温度(℃) |
+20 |
0 |
-20 |
衝撃エネルギー KV₂ (J) |
≥ 34 |
≥ 34 |
≥ 34 |
炭素換算 CEV (代表値) |
0.40～0.44 |
0.38～0.42 |
0.36～0.40 |
溶接消耗品のマッチングパラメータ
卑金属 |
溶接方法 |
ワイヤー・電極 |
フラックス/ガス |
適用規格 |
Q345B/C |
見た |
H08MnA / H10Mn2 |
SJ101 |
GB/T 5293 |
Q345B/C |
FCAW |
E71T-1 / E71T-11 |
80%Ar+20%CO₂ |
AWS A5.20 |
Q345B/C |
GMAW |
ER70S-6 |
80%Ar+20%CO₂ |
AWS A5.18 |
Q345B/C |
スマウ |
E5015 / E5016 |
— |
GB/T 5117 |
Q345+NM400 |
FCAW |
E110T1-K3 |
80%Ar+20%CO₂ |
AWS A5.29 |
溶接方法適用マトリックス
溶接方法 |
略語 |
適用可能な溶接部 |
厚み範囲(mm) |
ポジション |
入熱量(kJ/cm) |
効率 |
サブマージアーク溶接 |
見た |
主桁縦継目、周方向継目 |
20～60 |
PA/PB |
25～40 |
高い |
ガスシールド溶接 |
GMAW/FCAW |
短い縫い目、すみ肉溶接 |
12～40 |
すべてのポジション |
12～28日 |
中くらい |
被覆金属アーク溶接 |
スマウ |
仮付け溶接、補修溶接 |
6～40 |
すべてのポジション |
8～30 |
低い |
車のダンパーの鋼構造の溶接は、複数の溶接方法の組み合わせを採用しています。
サブマージアーク溶接（SAW） ：H08MnA/H10Mn2ワイヤとSJ101焼結フラックスを使用し、主桁縦継ぎ目や円周継ぎ目などの長い直線継ぎ目に使用します。溶接電流 600 A ～ 1000 A、アーク電圧 30 V ～ 38 V。
ガスシールド溶接 (GMAW/FCAW) : ショートシーム、隅肉溶接、現場設置溶接に使用されます。フラックス入りワイヤ E71T-1 または E71T-11、全姿勢溶接、低スパッタ、容易なスラグ除去。
シールドメタルアーク溶接 (SMAW) : 仮付け溶接、補修溶接、および密閉空間溶接に使用されます。低水素電極 E5015/E5016、使用前に 350℃～400℃で 2 時間ベーキング。
厚板溶接の鍵は熱サイクル制御にあり、予熱、パス間温度、溶接後の熱処理からなる管理システムが必要です。
予熱
板厚25mm以上またはカーボン換算CEV≧0.45%の場合、予熱温度≧100℃。
板厚40mm以上の場合、予熱温度120℃～150℃。
板厚60mm以上、拘束性の高いT継手の場合は予熱温度150℃～200℃としてください。
予熱ゾーン: 溶接部の両側で少なくとも ≥ 75 mm。赤外線温度計によるリアルタイム監視付きの電気加熱パッドまたは火炎加熱を使用します。
ジョイントタイプ |
厚さ(mm) |
線径(mm) |
溶接電流(A) |
アーク電圧 (V) |
溶接速度(cm/min) |
入熱量(kJ/cm) |
レイヤー/パス |
溝角度 |
隙間(mm) |
バット（主桁長・継ぎ目） |
20～30 |
φ4.0 |
550～650 |
30–34 |
40～50 |
20～30 |
2レイヤー、2パス |
60° |
0–2 |
バット（主桁長・継ぎ目） |
30～40 |
φ4.0 |
600～750 |
32–36 |
35～45 |
28–38 |
3 レイヤー、4 パス |
60° |
0–2 |
尻（端桁尻） |
40～60 |
φ5.0 |
700～900 |
34–38 |
30～40 |
35～50 |
4 レイヤー、6 パス |
50° |
0～3 |
Tジョイント（ウェブフランジ） |
20～30 |
φ4.0 |
500～600 |
28–32 |
45–55 |
16～24 |
1レイヤー、1パス |
— |
— |
Tジョイント（ウェブフランジ） |
30～40 |
φ4.0 |
600～700 |
30–34 |
35～45 |
24–36 |
2レイヤー、2パス |
— |
— |
パス間温度制御
多層多パス溶接では、パス間温度を予熱温度から250℃までに厳密に管理する必要があります。
溶接パスごとに少なくとも 3 つのパス間温度記録を持つ、専任の温度監視担当者を指名します。
過熱の場合は、溶接を停止し、熱影響部の粒子の粗大化を防ぐために冷却してください。
溶接後熱処理 (PWHT)
板厚40 mm以上の重要な耐荷重溶接の場合は、溶接後に580℃～620℃で応力除去熱処理を行ってください。
保持時間は 2.5 分/mm として計算され、最低 2 時間です。
加熱速度 ≤ 200℃/h、冷却速度 ≤ 260℃/h; 300℃以下の空冷。
全体として炉処理できない大型コンポーネントの場合は、代替手段として局所熱処理または振動応力除去 (VSR) を使用します。
自動車用ダンパーの主桁は長さが20mを超え、溶接の変形制御は組立精度に直結します。変形制御戦略は次のとおりです。
設計面: 偏心収縮を低減するために、溶接部は断面の中立軸を中心に対称に配置されます。
プロセス側面: 溶接順序 (対称溶接、バックステップ溶接、スキップ溶接)、SAW 入熱 25 kJ/cm ～ 40 kJ/cm。
固定面：専用の溶接治具と変形防止工具を使用します。主桁の上向きキャンバーを 3 mm/10 m ～ 5 mm/10 m に設定します。
以下のパラメータ マトリックスは、自動車のダンパーの鋼構造で使用される一般的な接合タイプと厚さの範囲に基づいており、手順の認定によって検証されており、WPS 準備の参考として役立ちます。
ワイヤーグレード: H08MnA / H10Mn2;フラックス：SJ101（焼結タイプ）350℃×2h焼成。極性: DC 逆極性 (DCEP)。
ジョイントタイプ |
厚さ(mm) |
線径(mm) |
電流(A) |
電圧(V) |
速度(cm/分) |
ガス流量(L/min) |
入熱量(kJ/cm) |
突き出し量(mm) |
尻（全体位） |
12～20 |
φ1.2 |
220～280 |
24–28 |
25～35 |
15～20 |
12～20 |
15～20 |
バット（フラット） |
20～40 |
φ1.6 |
280～360 |
26–32 |
20～30 |
18 ～ 25 日 |
18～28 |
18 ～ 25 日 |
フィレット（短い縫い目） |
10～20 |
φ1.2 |
200～260 |
22～26 |
30～40 |
15～20 |
8～16 |
15～20 |
フィレット（現場溶接） |
20～30 |
φ1.6 |
260～320 |
26–30 |
20～30 |
18 ～ 25 日 |
16～24 |
18～22 |
FCAW ワイヤ グレード: E71T-1 (全位置) / E71T-11 (垂直下向き)。シールドガス: 80%Ar + 20%CO₂;極性：DCEP。
電極径(mm) |
厚さ(mm) |
電流(A) |
電圧(V) |
速度(cm/分) |
入熱量(kJ/cm) |
代表的な用途 |
φ3.2 |
6～12 |
100～130 |
22～26 |
12 ～ 18 日 |
8～14 |
仮付け溶接、ルートパス |
φ4.0 |
10～20 |
150～180 |
24–28 |
10–16 |
14–22 |
フィリング、カバーパス |
φ5.0 |
16–40 |
200～250 |
26–30 |
10–14 |
20～30 |
厚板充填 |
電極グレード：E5015（J507）/E5016（J506）、低水素タイプ。使用前に350℃～400℃で2時間焼き、オンデマンドで使用できるようオーブンに入れておきます。
パラメータ |
ナローギャップ GMAW |
ナローギャップSAW |
従来のV溝（比較用） |
溝角度 |
10°～15° |
8°～12° |
60° |
溝深さ |
60～100mm |
60～100mm |
60～100mm |
根の隙間 |
2～4mm |
2～4mm |
0～3mm |
レイヤーごとのパス数 |
1-2 |
1-2 |
3～5 |
総充填量 |
40% ～ 60% 削減 |
45% ～ 65% 削減 |
参照 |
溶接入熱 |
15～25kJ/cm |
25～40kJ/cm |
35～60kJ/cm |
パス間温度 |
200℃以下 |
250℃以下 |
250℃以下 |
溶接後の変形 |
30% ～ 50% 削減 |
35% ～ 55% 削減 |
参照 |
熱処理: 部品全体に対して炉処理が好ましい。実現できない場合は、局部加熱用のフレキシブルセラミック電熱パッドを使用し、溶接部の両側の板厚の 3 倍以上、300 mm 以上の領域をカバーし、熱電対間隔 ≤ 300 mm、温度差 ±20℃ 以内に制御してください。
IIW の公式に基づく: CEV = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15
CEV値 |
厚さ < 25 mm |
厚さ25～40mm |
厚さ40～60mm |
厚さ > 60 mm |
< 0.40 |
予熱なし |
予熱なし |
75℃以上 |
100℃以上 |
0.40～0.45 |
予熱なし |
75℃以上 |
100℃以上 |
125℃以上 |
0.45～0.50 |
50℃以上 |
100℃以上 |
125℃以上 |
150℃以上 |
> 0.50 |
75℃以上 |
125℃以上 |
150℃以上 |
175℃以上 |
Q345B の一般的な CEV: ≈ 0.40 ～ 0.44。 Q345C の場合: ≈ 0.38 ～ 0.42。
周囲温度 ≤ 5℃の場合は、すべての予熱温度に 25℃ を加えてください。
自動車ダンパーの鋼構造溶接部の品質検査システムには次の段階が含まれます。
すべての溶接部は 100% 目視検査されるものとします。受け入れ基準:
均一な溶接外観、補強量 0 ～ 3 mm、幅偏差 ≤ 2 mm。
アンダーカット、融着の欠如、表面の多孔性、クレーター亀裂、またはその他の表面欠陥はありません。
鋭いノッチのないスムーズな溶接止端遷移 (特に疲労しやすい領域で重要)。
溶接クラス |
UT超音波検査 |
MT磁性粒子 |
RT 放射線検査 |
クラスI |
100% (GB/T グレード II は許容可能) |
100% |
スポットチェック 10% ～ 20% |
クラス II |
20% (GB/T グレード III は許容可能) |
重要な領域では 100% |
— |
クラスIII |
— |
スポットチェック |
— |
厚さ 40 mm 以上の完全溶け込み溶接の場合は、TOFD (飛行時間回折) またはフェーズド アレイ超音波検査 (PAUT) を追加して、欠陥検出率と定量精度を向上させます。
製品溶接試験板は、製品と同じ炉バッチ、同じ工程で溶接し、製品と一緒に熱処理するものとします。
テストプレートからのサンプルは、引張、曲げ、衝撃試験 (機械的特性の完全なセット) を受けなければなりません。
衝撃試験温度は、設計上の最低使用温度 (通常 -20℃ または -40℃) によって決定されます。
主桁のキャンバー/スイープ: トータル ステーションまたはレーザー トラッカーで測定します。偏差をL/1000以内に制御。
重要な取り付け面の平面度: ≤ 1 mm/m。
ヒンジ穴の同軸度：≦φ0.5mm。
アブラブラスト洗浄グレード: Sa2.5 (GB/T 8923 あたり)。
コーティングシステム: ジンクリッチエポキシプライマー (75 μm) + エポキシ雲母鉄中間体 (100 μm) + ポリウレタントップコート (50 μm)。乾燥膜の総厚さ ≥ 225 μm。
密着性試験：クロスカット法、グレード0～1まで可。
溶接管理システム (WMS) により、次のことが可能になります。
溶接パラメータ（電流、電圧、速度、入熱）をリアルタイムで取得および保存します。
溶接工の識別と資格のトレーサビリティ。
消耗品バッチのトレーサビリティとベーキング記録。
溶接箇所のNDTレポート対応、デジタル配信をサポート。
複雑な接合部や極厚板の溶接では、有限要素溶接シミュレーション技術 (Sysweld / Abaqus Welding Interface など) が次の目的で使用されます。
温度場をシミュレートし、予熱スキームを最適化します。
残留応力を予測し、PWHT パラメータをガイドします。
変形を予測し、溶接順序や反変形量を最適化します。
ナローギャップ溶接: 厚さ 60 mm 以上の完全溶け込み溶接の場合、開先角度 10° ～ 15° のナローギャップ GMAW または SAW を使用し、充填体積を 40% ～ 60% 削減します。
ロボット溶接ワークステーション: ポジショナー付き 6 軸溶接ロボット、繰り返し位置決め精度 ±0.1 mm。
フィールド溶接技術: 移動式耐候性溶接シェルターとポータブル熱処理装置を備えた、大型部品の現場設置溶接用。
自動車ダンパー鋼構造物の溶接は、次の規格に準拠する必要があります。
GB/T 12469 – 溶接の品質保証 – 鋼の溶融溶接継手の欠陥の分類と等級付け
GB 50661 – 鋼構造物の溶接に関する規定
NB/T 47014 – 圧力機器の溶接手順認定 (参考)
AWS D1.1 – 構造溶接コード – 鉄鋼 (輸出プロジェクト用)
EN 1090-2 – 鋼構造およびアルミニウム構造の施工 (CE マーク付きプロジェクト、EXC3/EXC4 レベル)
ISO 3834-2 – 溶接の品質要件 – 包括的な品質要件 (システム認証)
溶接工の資格: すべての溶接工は、ISO 3834-2 認証を通じて、対応する溶接方法 (GB/T 5185 または ISO 9606 による) の資格証明書を保持し、定期的な再トレーニングとスキルの再評価を受けなければなりません。
カーダンプは、港湾ターミナル、火力発電所、鉄鋼および冶金産業でのバルク資材の荷降ろしに広く使用されており、1 日に数百回の取引を実行し、年間処理量は数千万トンに達します。
消耗品の受入検査から溶接の納品、プロセスシミュレーションから非破壊検査に至るまで、本書は業界の参考として、自動車ダンパー鋼構造の溶接技術システムを体系的に紹介します。
さらに詳しい内容については、 カーダンパー 鋼構造物の溶接加工や技術的なご相談など、お気軽にお問い合わせください。
