CN109414778A - 电弧搭接角焊接头 - Google Patents

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Abstract

一种电弧搭接角焊接头，具有第1金属板、第2金属板以及焊道，其特征在于，所述第1金属板的一端侧的区域被折曲，在与所述焊道的焊接线垂直的截面的截面视图中，在第1方向上，所述第1金属板的所述被折曲了的区域的前端的位置与所述第2金属板的一端侧的区域重叠，在第2方向上，所述第1金属板的与所述被折曲了的区域连续的区域的中心轴与所述第2金属板的所述一端侧的区域的中心轴的偏离量为所述第1金属板和第2金属板的板厚的平均值的1/2倍以下，从所述第2金属板的根部到所述第1金属板的焊趾部为止的长度即接合部长度为所述第2金属板的板厚的2倍以上，在所述第2方向上的所述第1金属板的所述焊趾部的位置处于从第1位置到第2位置的范围。

Description

电弧搭接角焊接头
技术领域
本发明涉及电弧搭接角焊接头。
本申请基于在2016年7月6在日本提出的专利申请2016-134334号要求优先权，在此援引其内容。
背景技术
例如，在汽车领域，为了环境保护，要求在通过车身的轻量化来提高燃油经济性的同时，提高碰撞安全性。因此，为了谋求车身的轻量化和碰撞安全性的提高，使用高强度钢板来使车身所使用的构件薄壁化，并且使车身的结构最佳化等，迄今为止进行了各种努力。
在汽车的行走构件中，较多地使用电弧搭接角焊，除了通常的静态抗拉强度以外，还要求具备足够的疲劳强度，以耐受反复作用的力。在一般的电弧搭接角焊中，通过两块钢板的板面彼此对向地重叠，且将一方钢板的端部的区域(端面及其附近的区域)和另一方钢板的板面的区域之中的位于该一方钢板的端部的附近的区域进行电弧搭接角焊，来形成焊道。
在以下的说明中，根据需要，将上述的一方钢板称为上板，将上述的另一方金属板称为下板。
已知：通常，焊接构件所使用的母材的疲劳强度与钢板的强度成比例地增加，但即使钢板的强度增加，焊接构件的疲劳强度也不一定增加。这是阻碍由高强度钢板的使用带来的车身的轻量化的一个原因。
一般地，作为支配焊接构件的疲劳强度的主要因素之一，可以举出由焊道的形状引起的向焊趾部的应力集中。焊趾部是指钢板与焊缝金属的边界部之中的、在焊接时供给焊丝的一侧的边界部。由于焊趾部成为与母材不连续的表面形状，因此认为应力集中于焊趾部。特别是，通过电弧搭接角焊制造的搭接角焊构件中的典型的疲劳裂纹大多从应力集中的下板(下侧钢板)的焊趾部产生。
因此，通过利用砂轮机打磨加工等使下板(下侧钢板)的焊趾部的表面平滑化，来降低下板(下侧钢板)的焊趾部的应力集中系数，从而提高疲劳强度。
在使用了薄钢板的焊接结构物中大多使用的搭接角焊构件中，在钢板的板厚方向上，一方钢板的板厚中心轴与另一方钢板的板厚中心轴偏离(错开)。在此，板厚中心轴是指通过钢板的板厚方向的中心且在与沿着焊道的焊接线的方向和钢板的板厚方向垂直的方向上延伸的轴。在以下的说明中，根据需要，将该轴称为“板厚中心轴”。
因此，若对钢板的两端部施加拉伸力，则会对搭接角焊部施加较大的弯曲力矩，应力不仅集中于焊趾部，也集中于根部，有时会断裂。根部是指钢板与焊缝金属的边界部之中的、与在焊接时供给焊丝的一侧相反的一侧的边界部。
在专利文献1中，公开了按以下方式进行电弧搭接角焊的技术。首先，将一方钢板(下板)的端部向下方折曲。接着，使另一方钢板(上板)的端面与一方钢板的板面的该折曲了的部分触接。然后，对钢板彼此的触接部分进行搭接角焊。在专利文献1中，通过按这种方式进行电弧搭接角焊，能够减小钢板间的板厚中心轴的偏离，提高焊接接头的强度。
然而，在实际的薄钢板的焊接结构构件中，由于对钢板进行冲压成形时的回弹、焊接前的构件的组合精度的不良，大多会在钢板间产生非预期的间隙。即，在专利文献1中记载了：在使要被焊接的各个钢板触接后进行搭接角焊，但在实际的焊接结构构件中，如图12所示，大多会在钢板1210、1220之间存在间隙1230的状态下进行焊接。
另外，在专利文献1中记载了：如果将端部折曲了的一方钢板的板厚中心轴与另一方钢板的板厚中心轴的在板厚方向上的偏离量为两者的板厚的平均值的1/2以下，则能够得到良好的接头强度。然而，本发明人与专利文献1所示的方案同样地使用两块钢板制造电弧搭接角焊接头，并进行了对钢板的两端施加拉伸载荷的轴向力疲劳试验，结果不能够得到足够的疲劳强度，有时根部提前断裂。在专利文献1中，通过不对根部施加负荷的弯曲疲劳试验，仅评价了焊趾部的疲劳强度。
与此相对，在轴向力疲劳试验中，由于加载荷时的弯曲力矩，焊趾部和根部均成为应力集中部位。因此，认为在应力集中系数变得更高的根部断裂。再者，在此，列举金属板为钢板的情况为例进行了说明，但以上的情况对于能够制造电弧搭接角焊接头的钢板以外的金属板而言也是同样。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本国特开平9-141427号公报
发明内容
本发明是鉴于以上那样的问题而完成的，其目的是提供即使在金属板间存在间隙的状态下焊趾部以及根部的应力集中也小的电弧搭接角焊接头。
(1)本发明的一方式涉及的电弧搭接角焊接头，具有第1金属板、第2金属板、和成为所述第1金属板与所述第2金属板的接合部的焊道，其特征在于，所述第1金属板的一端侧的区域被折曲，所述焊道处于包含所述第2金属板与所述第1金属板的所述被折曲了的区域之间的区域的区域，在与所述焊道的焊接线垂直的截面的截面视图中，在第1方向上，所述第1金属板的所述被折曲了的区域的前端的位置与所述第2金属板的一端侧的区域重叠，在第2方向上，所述第1金属板的与所述被折曲了的区域连续的区域的中心轴与所述第2金属板的所述一端侧的区域的中心轴的偏离量为所述第1金属板与第2金属板的板厚的平均值的1/2倍以下，所述第1方向是与沿着所述焊道的所述焊接线的方向以及所述第2金属板的板厚方向垂直的方向，所述第2方向是所述第2金属板的板厚方向，从所述第2金属板的根部到所述第1金属板的焊趾部的长度即接合部长度为所述第2金属板的板厚的2倍以上，所述第2方向上的所述第1金属板的所述焊趾部的位置处于从第1位置到第2位置的范围，所述第1位置是所述第1金属板的与所述被折曲了的区域连续的所述区域的板面上的位置，且是形成所述焊道的一侧的板面上的位置，所述第2位置是所述第1金属板的与所述被折曲了的区域连续的所述区域的在所述第2方向上的中心轴的位置。
由上述结构构成的电弧搭接角焊接头，即使在金属板间存在间隙的状态下，焊趾部以及根部的应力集中也小。
(2)根据本发明的另一方式，在上述(1)所述的电弧搭接角焊接头中，也可以：在与所述焊道的焊接线垂直的截面的截面视图中，所述第1金属板的所述被折曲了的区域与所述第2金属板的板面构成的角度即折曲角度为10°以上且35°以下，所述接合部长度为所述第2金属板的板厚的2倍以上且4倍以下，所述第1金属板的根部与所述第2金属板的所述根部的在所述第2方向上的距离为所述第2金属板的板厚以下。
(3)根据本发明的另一方式，在上述(1)或(2)所述的电弧搭接角焊接头中，也可以：所述接合部长度的代表值为所述第2金属板的板厚的2倍以上，所述接合部长度的代表值基于所述电弧搭接角焊接头的多个所述截面中的所述接合部长度来确定。
(4)根据本发明的另一方式，在上述(1)至(3)的任一项所述的电弧搭接角焊接头中，所述第1金属板和所述第2金属板的板厚可以为1.6mm以上且3.4mm以下。
(5)根据本发明的另一方式，在上述(1)至(4)的任一项所述的电弧搭接角焊接头中，所述第1金属板和所述第2金属板可以为镀锌钢板。
根据本发明，能够提供即使在金属板间存在间隙的状态下焊趾部以及根部的应力集中也小的电弧搭接角焊接头。
附图说明
图1是表示折曲钢板的板厚中心轴与搭接钢板的板厚中心轴在板厚方向上没有偏离的情况下的应力的解析结果的一例的图，图1(a)表示施加拉伸载荷前的形状(初始形状)，图1(b)表示施加拉伸载荷后的形状(由拉伸载荷引起的变形后的形状)，图1(c)表示施加拉伸载荷后的各部分的应力的分布。
图2是表示搭接钢板的板厚中心轴相对于折曲钢板的板厚中心轴向焊趾部侧仅偏离了折曲钢板和搭接钢板的板厚的平均值的1/2的情况下的应力的解析结果的一例的图，图2(a)表示施加拉伸载荷前的形状(初始形状)，图2(b)表示施加拉伸载荷后的形状(由拉伸载荷引起的变形后的形状)，图2(c)表示施加拉伸载荷后的各部分的应力的分布。
图3是表示搭接钢板的板厚中心轴相对于折曲钢板的板厚中心轴向根部侧仅偏离了折曲钢板和搭接钢板的板厚的平均值的1/2的情况下的应力的解析结果的一例的图，图3(a)表示施加拉伸载荷前的形状(初始形状)，图3(b)表示施加拉伸载荷后的形状(由拉伸载荷引起的变形后的形状)，图3(c)表示施加拉伸载荷后的各部分的应力的分布。
图4是表示通过实施电弧搭接角焊而制造的构件的一例的概略图，图4(a)是表示构件的构成的一例的立体图，图4(b)是表示从图4(a)所示的构件的上表面俯视的情况下的一例的图。
图5是用于说明电弧搭接角焊接头的一例的概略图，是对与焊接线垂直的截面进行截面观察所得到的截面图。
图6是用于说明在研究接合部长度时使用的电弧搭接角焊接头的模型的一例的概略图，是设想了与焊接线垂直的截面的图。
图7是表示搭接钢板的根部的应力集中系数与搭接钢板位置的关系的一例的图表。
图8是表示电弧搭接角焊接头的各部的应力的分布的一例的概略图，图8(a)表示折曲角度α＝45°、搭接钢板位置x＝1.2mm的条件下的分布，图8(b)表示折曲角度α＝30°、搭接钢板位置x＝1.8mm的条件下的分布。
图9是表示搭接钢板的根部的应力集中系数与将接合部长度除以搭接钢板的板厚得到的值的关系的一例的图表。
图10是表示电弧搭接角焊接头的比较例的概略图，图10(a)是对根部的间隙大的电弧搭接角焊接头的、与焊接线垂直的截面进行截面观察所得到的截面图，图10(b)是对接合部长度大的电弧搭接角焊接头的、与焊接线垂直的截面进行截面观察所得到的截面图。
图11是用于说明搭接钢板位置与折曲角度的关系的一例的概略图。
图12是表示在制造电弧搭接角焊接头时在钢板上产生间隙的情形的概略图，是对与焊接线垂直的截面进行截面观察所得到的截面图。
图13是用于说明2道(pass)焊接的方法的一例的概略图，图13(a)以及图13(b)分别是对以2道焊接施工形成的电弧搭接角焊接头的、与焊接线垂直的截面进行截面观察所得到的截面图。
具体实施方式
(本发明人得到的见解)
首先，说明本发明人得到的见解。本发明人将两块钢板中的一方钢板的一端侧的区域折曲，将该一方钢板作为下板，将另一方钢板作为上板，将该两块钢板进行电弧搭接角焊，对由此制造的电弧搭接角焊接头进行了详细研究。
再者，在以下的说明中，根据需要将“将一端侧的区域折曲了的钢板(下板)”称为“折曲钢板”，根据需要将“另一方钢板(上板)”称为“搭接钢板”。
另外，在以下的说明中，只要没有特别说明，则在仅称为“电弧搭接角焊接头”或“使用了折曲钢板的电弧搭接角焊接头”的情况下，是指“将两块钢板中的一方钢板的一端的区域折曲，将该一方钢板作为下板，将另一方钢板作为上板，对该两块钢板进行电弧搭接角焊而制造的电弧搭接角焊接头”，将不使用折曲钢板的现有的电弧搭接角焊接头称为“一般的电弧搭接角焊接头”。
首先，本发明人通过FEM(有限元法：Finite Element Method)解析来估算采用板厚为2mm的钢板制造的电弧搭接角焊接头的相对于拉伸载荷的应力集中系数。图1～图3是表示该结果的一例的图。
在图1～图3中，图1(a)、图2(a)及图3(a)表示施加拉伸载荷前的形状(初始形状)。图1(b)、图2(b)及图3(b)表示施加拉伸载荷后的形状(由拉伸载荷引起的变形后的形状)。图1(c)、图2(c)及图3(c)表示施加拉伸载荷后的各部分的应力的分布。
在此，对向电弧搭接角焊接头的两端部(折曲钢板侧的端部、搭接钢板侧的端部)施加了30MPa的拉伸载荷的情况进行FEM解析。
图1是表示折曲角度α为45°、且折曲钢板的板厚中心轴与搭接钢板的板厚中心轴没有板厚方向(Z轴方向)上的偏离的情况下的应力解析结果的一例的图。
在此，折曲角度α是折曲钢板的被折曲了的区域的板面与搭接钢板的板面构成的(锐角侧的)角度(参照图5)。
在本实施方式中，板厚中心轴是指通过钢板的板厚方向的中心、且在与沿着焊道的焊接线的方向(也称为Y轴方向、长度方向)和钢板的板厚方向(Z轴方向)垂直的方向(X轴方向)上延伸的轴。另外，折曲钢板的板厚中心轴是指折曲钢板的与被折曲了的区域连续的区域(与搭接钢板大致平行的区域)的板厚中心轴。
如图1(c)所示，折曲钢板中的应力(相当应力)在其焊趾部成为最大，其值为32MPa。另一方面，搭接钢板中的应力(相当应力)在其根部成为最大，其值为41MPa。这样，当在板厚方向(Z轴方向)上折曲钢板的板厚中心轴与搭接钢板的板厚中心轴没有偏离的情况下，搭接钢板的根部的应力成为41MPa，虽然稍微增加，但搭接钢板的根部的应力集中系数(的最大值)较小，为1.36。
因此，在如图1所示的电弧搭接角焊接头中，相对于一般的电弧搭接角焊接头(通过不将一端侧的区域折曲而使板面彼此对向地进行电弧搭接角焊而制造的焊接接头)，能够期待大幅度的疲劳强度的提高。
图2是表示折曲角度α为45°、且搭接钢板的板厚中心轴相对于折曲钢板的板厚中心轴向焊趾部仅偏离了折曲钢板和搭接钢板的板厚的平均值的1/2的情况下的应力解析结果的一例的图。由于折曲钢板和搭接钢板的板厚均为2mm，因此折曲钢板和搭接钢板的板厚的平均值的1/2为1mm。
如图2(c)所示，折曲钢板中的应力(相当应力)在其焊趾部成为最大，其值为53MPa。另一方面，搭接钢板中的应力(相当应力)在其根部成为最大，其值为93MPa。
在搭接钢板的板厚中心轴相对于折曲钢板的板厚中心轴向焊趾部侧偏离了的情况下，当对电弧搭接角焊接头的两端部施加拉伸载荷时，如图2(b)所示，折曲钢板朝向焊趾部侧变形为凸形状，搭接钢板朝向根部侧变形为凸形状。其结果是，折曲钢板的焊趾部以及搭接钢板的根部的应力增加。折曲钢板的焊趾部的应力集中系数(的最大值)为1.8，搭接钢板的根部的应力集中系数(的最大值)为3.1。
这样，在搭接钢板的板厚中心轴相对于折曲钢板的板厚中心轴向焊趾部侧偏离了的情况下，与折曲钢板的焊趾部相比，搭接钢板的根部显示出更高的应力集中。一般的电弧搭接角焊接头的应力集中系数为4左右。因此，可知搭接钢板的根部显示出与其接近的应力集中系数。
图3是表示折曲角度α为45°、且搭接钢板的板厚中心轴相对于折曲钢板的板厚中心轴向根部侧仅偏离了折曲钢板和搭接钢板的板厚的平均值的1/2的情况下的应力解析结果的一例的图。
如图3(c)所示，折曲钢板中的应力(相当应力)在其根部侧的板面成为最大，其值为53MPa。另一方面，搭接钢板中的应力(相当应力)在其焊趾部成为最大，其值为64MPa。
在搭接钢板的板厚中心轴相对于折曲钢板的板厚中心轴向根部侧偏离了的情况下，当对电弧搭接角焊接头的两端部施加拉伸载荷时，如图3(b)所示，折曲钢板朝向根部侧变形为凸形状，搭接钢板朝向焊趾部侧变形为凸形状。即，钢板向与图2(b)所示的形状相反的方向变形。而且可知搭接钢板的根部的应力集中消失。
另外，折曲钢板的根部侧的板面的应力集中系数(的最大值)为1.8，搭接钢板的焊趾部的应力集中系数(的最大值)为2.1。这样，可知，搭接钢板的板厚中心轴相对于折曲钢板的板厚中心轴向根部侧偏离了的情况与向焊趾部侧偏离了的情况相比，应力集中系数变小。
由以上可知，降低搭接钢板的板厚中心轴相对于折曲钢板的板厚中心轴向焊趾部侧偏离了的情况(即，图2的情况)下的搭接钢板的根部的应力集中系数对电弧搭接角焊接头的疲劳强度而言是重要的。
此外，在图2(c)及图3(c)中，用实线表示达到50MPa以上的高应力的区域的边界。在图1(c)中，不存在显示出50MPa以上的高应力的区域。但是可知，在图2(c)及图3(c)中，存在达到50MPa以上的高应力的区域，应力在焊趾部、根部的附近变大。
可知，在制造电弧搭接角焊接头时，在两块钢板的板厚中心轴的在板厚方向上的位置偏离了的情况下，上板的根部的应力集中系数最高。因此，本发明人认为需要降低搭接钢板的根部的应力集中系数。因此，本发明人着眼于下述情形：搭接钢板的板厚中心轴相对于折曲钢板的板厚中心轴向根部侧偏离了的情况与向焊趾部侧偏离了的情况相比，与沿着焊道的焊接线的方向以及搭接钢板的板厚方向垂直的方向上的焊接部的长度长。
而且，得到了如下见解：为了降低搭接钢板的根部的应力集中系数，使与沿着焊道的焊接线的方向和搭接钢板的板厚方向垂直的方向上的焊接部的长度增长是有效的。
本发明人发现，基于该见解，增长接合部长度是有效的。在此，如图5中L1所示，接合部长度是指X-Z截面中的、将焊趾部530和根部560连结的直线的长度。
认为通过如以上那样增长接合部长度L1，搭接钢板与折曲钢板之间的载荷的传递变得顺畅，能够减小搭接钢板的根部的应力集中系数。为了增长接合部长度L1，需要增长折曲钢板与重叠侧钢板之间的距离。
若将折曲钢板大幅地折曲，则折曲钢板的根部与搭接钢板的根部的间隙变得过大。这样，在电弧搭接角焊时熔融金属从该间隙流出，当采用单道焊接时，有时不能够形成适当的焊道。因此，发现为了在增大接合部长度L1的基础上保持良好的焊道形状，优选限制折曲角度α。
如以上那样，本发明人发现，通过增长搭接钢板的根部与折曲钢板的焊趾部的距离、即接合部长度L1，即使是在搭接钢板的板厚中心轴相对于折曲钢板的板厚中心轴向形成有焊趾部的一侧(上板侧)偏离了的情况，也能够降低搭接钢板的根部的应力集中系数。另外发现，通过限制折曲角度α、和折曲钢板与搭接钢板的根部的间隙，能够增长接合部长度L1，并且抑制单道焊接时的焊接施工不良。以下说明的实施方式是基于以上的见解而完成的。
以下，参照附图对本发明的一实施方式进行说明。再者，不言而喻，本发明并不限定于以下的实施方式。
在本实施方式中，列举金属板为钢板的情况为例进行说明，但金属板也可以不是钢板。图4是表示通过利用后述的本实施方式的方法实施电弧搭接角焊而制造的构件的一例的图。
图4所示的构件例如是汽车的行走部分的车架构件，但并不限定于汽车的行走部分的车架构件。图4(a)是表示构件400的构成的一例的立体图。图4(b)是表示图4(a)所示的构件400的上表面(形成有焊道430的面)的一例的图。
在图4(a)中，构件400通过利用通过电弧搭接角焊形成的焊道430、440将钢板410、420接合而构成。这样，焊道430、440成为钢板410、420的接合部。
如图4(a)所示，钢板410以及钢板420的与板宽方向(Y轴方向)垂直的截面(X-Z截面)的形状为“コ”字形状。即，如图4(a)所示，钢板410以及钢板420的截面形状在X-Z截面中具有与Z轴平行的区域、和与该区域连续且与X轴平行的区域。在钢板410或钢板420中，钢板的一端部比另一端部突出、且突出的端部的前端部分具有向构件400的内侧折曲的形状。
钢板410及420的形状可以通过冲压加工而不是弯曲加工来形成。再者，成为利用后述的本实施方式的方法实施电弧搭接角焊的对象的构件，并不限定于图4所示那样的构件400。
另外，也可以利用后述的本实施方式的方法对进行弯曲加工而制造的构件实施电弧搭接角焊。
图5是表示本实施方式涉及的电弧搭接角焊接头的一例的图。图5表示形成有图4所示的焊道430的区域及其附近的区域的X-Z截面(包含X轴和Z轴的平面)。在此，X-Z截面是与Y轴垂直的截面。
再者，形成有图4所示的焊道440的一侧的电弧搭接角焊接头，与图5所示的电弧搭接角焊接头存在以钢板410、420的板宽方向(Y轴方向)为旋转轴的旋转对称的关系。因此，在此，对形成有焊道430的一侧的电弧搭接角焊接头进行详细说明，省略形成有焊道440的一侧的电弧搭接角焊接头的详细说明。
在图5所示的例子中，钢板410是折曲钢板，钢板420是搭接钢板。在以下的说明中，根据需要，将钢板410称为折曲钢板410，将钢板420称为搭接钢板420。再者，在图4中，在形成有焊道440的一侧的电弧搭接角焊接头中，钢板420成为折曲钢板，钢板410成为搭接钢板。
<折曲钢板及搭接钢板的一端侧的形状和基本的配置>
如图4及图5所示，折曲钢板410的一端侧的区域(X轴的正方向侧的那一端的区域)被折曲。另一方面，搭接钢板420的一端侧(X轴的负方向侧)的区域没有被折曲。
另外，优选：折曲钢板410的与被折曲了的区域连续的区域(图5的折曲钢板410的区域410b)与搭接钢板420的一端侧的区域(图5的搭接钢板420的区域420a)大致平行。
在图5中，将折曲钢板410的一端侧的被折曲了的区域记为区域410a，将搭接钢板420的一端侧的区域记为区域420a。另外，将折曲钢板410的与被折曲了的区域410a连续的区域记为区域410b。
折曲钢板410的区域410a的前端(X轴的正方向侧的那一端)的X轴方向的位置与搭接钢板420的区域420a的X轴方向的位置中的任一位置重叠。换言之，在X轴方向上，折曲钢板410的区域410a的前端的位置与搭接钢板420的区域420a重叠。
在搭接钢板420的区域420a中，搭接钢板420的至少一部分区域的Z轴方向的位置可以与折曲钢板410的区域410a的Z轴方向的位置中的任一位置重叠。
再者，在图4以及图5中，列举搭接钢板420的一部分区域的Z轴方向的位置与折曲钢板410的区域410a的在Z轴方向上的位置中的任一位置重叠的情况为例来示出。
根据折曲钢板410以及搭接钢板420的板厚、折曲钢板410的区域410a的长度、折曲角度α等，搭接钢板420的全部区域的在Z轴方向上的位置也可以与折曲钢板410的被折曲了的区域410a的在Z轴方向上的位置中的任一位置重叠。
在以下的说明中，根据需要，将“折曲钢板410的区域410b(图5的折曲钢板410的与X轴平行的区域)”称为“折曲钢板410的未倾斜的区域410b”。搭接钢板420如果在其一端侧具有与折曲钢板410的区域410b大致平行的区域、即区域420a，则在其他区域也可以被折曲。其他区域例如是图4的搭接钢板420的与Z轴平行的部分。另外，折曲钢板410除了其一端侧的区域以外，还可以在其他区域被折曲。其他区域是图4的折曲钢板410的与Z轴平行的部分。
<板厚中心轴的偏离的范围>
在图5中，折曲钢板410的板厚中心轴与搭接钢板420的区域420a的板厚中心轴的偏离量，不论在形成有焊趾部530、540的一侧(Z轴的正方向侧)和形成有根部550、560的一侧(Z轴的负方向侧)中的哪一侧都设为折曲钢板410的板厚tPB与搭接钢板420的板厚tPL的平均值的1/2倍以下。
在此，折曲钢板410的板厚中心轴与搭接钢板420的板厚中心轴的偏离量，是指在Z轴方向上的、折曲钢板410的区域410b的板厚中心轴510与搭接钢板420的区域420a的板厚中心轴520之间的长度。如上所述，板厚中心轴是指在X-Z截面中通过钢板的板厚方向上的中心、且在与钢板的表面平行的方向上延伸的轴。
在图5中，列举搭接钢板420的区域420a的板厚中心轴520相对于折曲钢板410的区域410b的板厚中心轴510向形成有焊趾部530、540的一侧(Z轴的正方向侧)偏离了的情况为例进行示出。只要折曲钢板410和搭接钢板420的板厚中心轴510、520的偏离的范围在上述范围，则也可以搭接钢板420的区域420a的板厚中心轴520相对于折曲钢板410的区域410b的板厚中心轴510向形成有根部550、560的一侧(Z轴的负方向侧)偏离。
在图5所示的电弧搭接角焊接头的例子中，Z轴的负方向是指折曲钢板410的区域410a被折曲的方向。换言之，Z轴的负方向是指相对于搭接钢板420，折曲钢板410的区域410a的前端所处的方向。
另外，在折曲钢板410中，也可以将Z轴的正方向侧的面称为上侧面，将Z轴的负方向侧的面称为下侧面，在搭接钢板420中，也可以将Z轴的正方向侧的面称为上侧面，将Z轴的负方向侧的面称为下侧面。即，在图5所示的电弧搭接角焊接头的例子中，焊趾部530以及根部550位于折曲钢板410的上侧面上。另外，焊趾部540位于搭接钢板420的上侧面上，根部560位于搭接钢板420的下侧面上。
若折曲钢板410和搭接钢板420的板厚中心轴的偏离量大于折曲钢板410的板厚tPB与搭接钢板420的板厚tPL的平均值的1/2倍，则在对电弧搭接角焊接头施加了拉伸载荷等载荷的情况下，电弧搭接角焊接头较大地进行面外变形。因此，为了抑制发生这样的面外变形，优选将折曲钢板410和搭接钢板420的板厚中心轴的偏离量设为折曲钢板410的板厚tPB与搭接钢板420的板厚tPL的平均值的1/2倍以下。
再者，从与一般的电弧搭接角焊接头相比使板厚中心轴的偏离量较小的观点出发，也可以采用“小于1/2倍”来代替上述“1/2倍以下”。
<接合部长度的范围>
图6是表示在研究接合部长度L1时使用的电弧搭接角焊接头的模型的一例的图。在图6中，也与图5同样地表示折曲钢板610及搭接钢板620的X-Z截面。
在此，折曲钢板610的板厚tPB和搭接钢板620的板厚tPL相等，都为1.8mm。另外，在以成为搭接钢板620的板厚中心轴640相对于折曲钢板610的未倾斜的区域的板厚中心轴630向形成有焊趾部650、660的一侧(Z轴的正方向侧)仅偏离了折曲钢板610的板厚tPB的1/2倍的位置的方式固定了折曲钢板610和搭接钢板620的位置的状态下，配置了折曲钢板610及搭接钢板620。
另外，在图6中，将折曲钢板610的一端侧的被折曲了的区域记为区域610a，将搭接钢板620的一端侧的区域记为区域620a。另外，将折曲钢板610的与被折曲了的区域610a连续的区域记为区域610b。
在以上那样的配置中，使折曲角度α和搭接钢板620的X轴方向(与沿着焊道430的焊接线的方向(Y轴方向)以及搭接钢板420的板厚方向(Z轴方向)垂直的方向)的位置变化，进行FEM解析来研究了能够降低应力最集中的搭接钢板620的根部680的应力集中系数的接头形状。
在此，为了使FEM解析简单化，如图6所示，将折曲钢板610的焊趾部650的位置设为折曲钢板610的折曲部的起点(弯曲点)的位置。另外，将搭接钢板620的焊趾部660的位置设为搭接钢板620的一端(前端)的上端(Z轴的正方向侧的那一端)的位置，将搭接钢板620的根部680的位置设为搭接钢板620的一端(前端)的下端的位置。另外，将折曲钢板610的根部670配置在折曲钢板610的被折曲了的区域的板面上且与搭接钢板620对向的一侧的板面上，将其X轴方向的位置设为与搭接钢板620的一端(前端)的X轴方向的位置相同的位置。
在以上的条件下，使折曲角度α变化为45°、30°、20°、10°，并且使搭接钢板620的一端(前端)的X轴方向的位置x(单位为mm)变化，在各个状态下进行FEM解析，来计算电弧搭接角焊接头(折曲钢板610、搭接钢板620、搭接钢板620以及焊道690)的根部的应力。
在此，关于搭接钢板620的一端(前端)的X轴方向的位置x的值，将成为折曲钢板610的弯曲开始的起点的位置设为0(零，x＝0)(如上所述，在图6中，成为折曲钢板610的弯曲开始的起点的位置是与折曲钢板610的焊趾部650的位置相同的位置)。而且，搭接钢板620的一端(前端)的位置越向X轴的正方向偏移(越远离折曲钢板610)，搭接钢板620的一端(前端)的X轴方向的位置的值越大。再者，在以下的说明中，根据需要将“搭接钢板620的一端(前端)的X轴方向的位置”称为“搭接钢板位置x”。在图7～图9中示出以上的FEM解析的结果的图表。
图7是表示搭接钢板620的根部680的应力集中系数与搭接钢板位置x的关系的一例的图表。如图7所示可知，不论在哪个折曲角度α下，搭接钢板位置x的值大时搭接钢板620的根部680的应力集中系数都小。
另外，图8是表示电弧搭接角焊接头的各部分的应力的分布的一例的图。图8(a)表示折曲角度α＝45°、且搭接钢板位置x＝1.2mm的条件下的分布，图8(b)表示折曲角度α＝30°、且搭接钢板位置x＝1.8mm的条件下的分布。
根据以上的结果，可认为搭接钢板位置x大(即，接合部的X轴方向的长度长)时，折曲钢板610与搭接钢板620之间的载荷的传递变得顺畅。
在图9中示出将从搭接钢板620的根部680到折曲钢板610的焊趾部650的长度(接合部长度L1)作为接合部的X轴方向的长度的指标而对搭接钢板620的根部680的应力集中系数进行再整理所得到的结果。图9是表示搭接钢板620的根部680的应力集中系数与将接合部长度L1除以搭接钢板620的板厚tPL得到的值的关系的一例的图。
如图9所示可知，能够与折曲角度α以及搭接钢板位置x无关地以接合部长度L1整理搭接钢板620的根部680的应力集中系数。另外可知，若接合部长度L1小于搭接钢板620的板厚tPL的2倍，则搭接钢板620的根部680的应力集中系数急剧地增大。
由此可知，通过将接合部长度L1设为搭接钢板620的板厚tPL的2倍以上(L1≥2×tPL)，能够将搭接钢板620的根部680的应力集中系数大致抑制为2左右、即一般的电弧搭接角焊接头的一半左右。再者，本发明人确认到：即使改变钢种、板厚的条件也显示出这样的倾向。
另外，接合部长度L1的上限值没有特别限定，但从在电弧搭接角焊中确保充分的堆焊的观点出发，例如优选设为搭接钢板620的板厚tPL的5倍以下(L1≤5×tPL)。
根据以上内容，在本实施方式中，将接合部长度L1设为搭接钢板420的板厚tPL的2倍以上。在此，焊道430的接合部长度L1有时会根据焊道430的位置而不同。在这样的情况下，优选采用代表值作为焊道430的接合部长度L1。
在本实施方式中，例如，如图4(b)所示，优选将6处位置461～466的接合部长度L1的平均值作为焊道430的接合部长度L1的代表值。位置461是从焊道430的焊接开始位置451向焊接的行进方向(焊丝相对于预定焊接部位的相对的行进方向)仅离开15mm的位置。位置462是从焊道430的焊接结束位置452向与焊接的行进方向相反的方向仅离开15mm的位置。位置463～466是将以位置461、462为两端的Y轴方向(沿着焊道430的焊接线的方向)的范围进行5等分的位置。
再者，在焊道的焊接开始位置和焊接结束位置相互重叠的情况下，也可以如上述那样将6处位置的X-Z截面中的接合部长度L1的平均值作为焊道的接合部长度L1的代表值。
另外，焊道430的接合部长度L1的代表值并不一定限定于上述的值。例如，可以使用中央值来代替平均值。另外，也可以不进行5等分，而作为n等分(n为2以上的整数)来算出。
<折曲钢板的焊趾部的位置>
在本实施方式中，将折曲钢板410的焊趾部530的在Z轴方向(搭接钢板420的板厚方向)上的位置设在从第1位置到第2位置的范围。
在此，第1位置是折曲钢板410的区域410b的板面上的位置，且是形成焊道430的一侧的板面上(Z轴的正方向侧的板面上)的位置。该第1位置也可以是未形成焊道430的区域的位置。第2位置是在Z轴方向上的、折曲钢板410的区域410b的板厚中心轴510的位置。
再者，在以下的说明中，根据需要将“作为折曲钢板410的区域410b的板面的、形成焊道430的一侧的板面(Z轴的正方向侧的板面)”称为“折曲钢板410的区域410b的表面”。
若折曲钢板410的焊趾部530在折曲钢板410的区域410b的表面上，则能够使焊趾部530的形状平滑，因此是优选的。另一方面，若折曲钢板410的焊趾部530位于折曲钢板410的被折曲了的区域，则在焊趾部530产生凹陷，在产生该凹陷的部分产生应力集中。
若折曲钢板410的焊趾部530的在Z轴方向上的位置位于比折曲钢板410的区域410b的板厚中心轴510的位置靠折曲钢板410的区域410a的前端侧(Z轴的负方向侧)的位置，则该凹陷的形状大且复杂，有可能产生大的面外变形。
根据以上内容，在本实施方式中，将折曲钢板410的焊趾部530的在Z轴方向上的位置设在从折曲钢板410的区域410b的表面的位置(即，所述第1位置)到折曲钢板410的区域410b的板厚中心轴510的位置(即，所述第2位置)的范围。
在以上的说明中，显示出：通过规定<板厚中心轴的偏离的范围>、<接合部长度的范围>、以及<折曲钢板的焊趾部的位置>，能够降低搭接角焊接头的根部550、560的应力集中系数。
如果如厚钢板的焊接那样进行多道焊接，则不用对接头的形状设置特别的限制，就能够进行满足这些条件的焊接施工。然而，例如在重视生产率的汽车构件中，大多通过单道焊接来进行制造，因此要求进行不产生熔融金属的流出和烧穿缺陷的稳定的焊接施工。因此，优选如以下那样规定<根部间的间隙>、<接合部长度的上限>、以及<折曲角度的范围>。
<根部间的间隙>
在本实施方式中，提出了即使如图5所示那样在折曲钢板410与搭接钢板420存在间隙的状态下制作焊接接头也能够降低根部550、560的应力集中的方法。但是，若根部550与根部560的间隙g(搭接钢板420的板厚方向(Z轴方向)上的根部550与根部560的距离)过大，则如图10(a)所示，在焊接施工时熔融金属会从该间隙g流出(参照图10(a)的空心箭头线)，从而变得焊接施工不良。因此，为了通过单道焊接进行良好的焊接施工，需要对根部550与根部560的间隙g设定上限。
根据本发明人的经验，在不使用折曲钢板的一般的电弧搭接角焊接头中，若根部的间隙为搭接钢板的板厚的1.5倍程度以上，则变得焊接施工不良。在本实施方式涉及的使用了折曲钢板410的电弧搭接角焊接头中，由于折曲钢板410的区域410a相对于搭接钢板420倾斜，因此，即使根部550与根部560的间隙g为搭接钢板420的板厚的1.5倍，熔融金属也容易从根部550与根部560的间隙g流出。
因此，为了实现稳定的焊接施工，优选将根部550与根部560的间隙g的上限设为搭接钢板420的板厚tPL。即，优选满足(g≤tPL)这一关系。
<接合部长度的上限>
在上述的<接合部长度的范围>这项中，显示出：通过将接合部长度L1的下限值设为搭接钢板420的板厚tPL的2倍(即，L1≥2×tPL)，能够降低根部550、560的应力集中系数。如在<接合部长度的范围>这项中说明的那样，从降低根部550、560的应力集中系数的观点出发，接合部长度L1的上限没有特别限制。然而，从用于实际采用单道来制作焊接接头的焊接施工性的观点出发，优选对接合部长度L1设定上限。
如图10(b)所示，为了增大接合部长度L1，需要增加焊接线能量来扩大焊道430的宽度(X轴方向的长度)。但是，若过度增加焊接线能量，则有时折曲钢板410烧穿(参照图10(b)的空心箭头线)、或在搭接钢板420侧的焊趾部540产生空洞缺陷。通过将接合部长度L1设为搭接钢板420的板厚tPL的4倍以下(即，L1≤4tPL)，能够确认到不会产生这些焊接施工不良。
因此，优选将接合部长度L1的上限设为搭接钢板420的板厚tPL的4倍。即，优选满足(L1≤4tPL)这一关系。再者，在<接合部长度的范围>这项中，将接合部长度L1的上限设为5×tPL，但这是以多道焊接为前提的值，若以单道焊接为前提，则优选接合部长度L1的上限为4×tPL。
<折曲角度的范围>
与接合部长度L1、根部550、560的间隙g同样地，折曲钢板410的折曲角度α也会对焊接施工性带来影响。在折曲角度α大的情况下，如图10(a)所示，根部550、560的间隙g容易变大，因此容易发生由熔融金属的流出引起的焊接施工不良。
另一方面，若在折曲角度α小的状态下使折曲钢板410和搭接钢板420的板厚中心轴的偏离量为折曲钢板410的板厚tPB与搭接钢板420的板厚tPL的平均值的1/2倍以下，则需要如图10(b)所示那样进行接合部长度L1大的焊接。
但是，如在<接合部长度的上限>这项中说明的那样，为了得到接合部长度L1大的焊道430，需要提高焊接线能量来扩大焊道430的宽度，会发生与之相伴的焊接施工不良。另外，在采用单道来进行焊接的情况下，若折曲角度α小，则折曲钢板410的焊趾部530的Z轴方向的位置位于折曲钢板410的被折曲了的区域的前端侧(Z轴的负方向侧)，折曲钢板410的焊趾部530容易成为应力集中部位。
为了避免这些问题，优选将折曲角度α设为10°以上且35°以下。
为了验证用于通过单道焊接来进行稳定的焊接施工的折曲角度α的适当范围，本发明人制造了改变折曲角度α以及搭接钢板位置x的多个电弧搭接角焊接头。焊接方法为在汽车的行走部分的车架构件中通常所使用的脉冲MAG焊接法。另外，在此，使用了板厚为3.2mm的钢板。在图11中示出其结果。图11是表示搭接钢板位置x(在此，以x mm/tPL mm(搭接钢板的板厚)标准化)与折曲角度α的关系的一例的图。
如图11所示，在折曲角度α和搭接钢板位置x/tPL双方大的情况下，折曲钢板410与搭接钢板420之间的间隙增加，熔融金属会从该间隙流出，变得焊接施工不良(参照图11的表述为“熔融金属的流出”的部分)。不发生熔融金属的流出的优选范围大致是满足“x/tPL≤-0.125×α+6.875”这一条件的范围。
另外，在折曲角度α小(α<10)且搭接钢板位置x/tPL大(x/tPL>5)的情况下，若以使得折曲钢板410的焊趾部530的Z轴方向的位置比折曲钢板410的未倾斜的区域410b的板厚中心轴510的位置靠折曲钢板410的被折曲了的区域410a的内侧(Z轴的正方向侧)的方式设定高线能量的焊接条件，则会在折曲钢板410产生空洞缺陷(参照图11的表述为“折曲钢板侧趾部位置的范围外”的部分)。
而且，在折曲角度α和搭接钢板位置x/tPL双方小的情况下，搭接钢板420会碰到折曲钢板410，不能够满足在上述的<板厚中心轴的偏离的范围>这项中说明的基准(使折曲钢板410的区域410b的板厚中心轴与搭接钢板420的区域420a的板厚中心轴的偏离量为折曲钢板410的板厚tPB与搭接钢板420的板厚tPL的平均值的1/2倍以下)这一条件(参照图11的表述为“配置基准的范围外”的部分)。满足该条件的优选范围大致是满足“x/tPL≥-0.2×α+5”这一条件的范围。
另外，在与折曲角度α的值无关，搭接钢板位置x/tPL小至小于1.8(x/tPL<1.8)的情况下，不能够满足在上述的<接合部长度的范围>这项中说明的基准(L1≥2×tPL这一基准)(参照图11的表述为“L1基准的范围外”的部分)。
即使在采用单道进行焊接的情况下，只要在成为图11所示的多边形的内侧的区域的值的条件下制造搭接角焊接头，就能够满足在<接合部长度的范围>、<板厚中心轴的偏离的范围>、<折曲钢板的焊趾部的位置>、<根部间的间隙>、以及<接合部长度的上限>这些项中说明的基准，并且不会产生由根部550、560的间隙g的扩大引起的焊接施工不良，因此是优选的。
根据以上情况，若假定采用单道来焊接，则优选将折曲角度α设为10°以上且35°以下(即，10°≤α≤35°)的范围，并且，将接合部长度L1的上限设为搭接钢板420的板厚tPL的4倍，将根部550、560的间隙g的上限设为搭接钢板420的板厚tPL。
<钢板>
在本实施方式中，以降低电弧搭接角焊接头的应力集中为目的。因此，钢板的种类没有特别限定。例如，能够使用从抗拉强度为270MPa左右的软钢板到抗拉强度为1180MPa左右的超高强度钢板这样的各种抗拉强度的钢板。但是，从构件的轻量化的观点出发，优选使用高强度钢板(例如，用JISG3101所记载的方法测定的情况下的抗拉强度为590MPa以上的钢板)。另外，可以组合同种的钢板，也可以组合不同种的钢板。
另外，关于钢板的板厚也没有特别的限制。但是，从抑制对构件施加负荷的情况下的由弯曲力矩引起的构件的变形的观点出发，当折曲钢板410和搭接钢板420的一方或双方使用板厚为1.6mm以上且3.4mm以下的薄钢板时是有效的。另外，可以使用板厚相同的钢板，也可以使用板厚不同的钢板。
另外，从构件的耐腐蚀性的观点出发，有时使用镀锌钢板(在表面施加了镀锌层的钢板)。然而，在一般的电弧搭接角焊接头中，在根部容易产生由锌蒸气引起的气孔，这有时会成为问题。在本实施方式涉及的电弧搭接角焊接头中，根部550、560成为具有间隙或线接触(根据搭接钢板420的一端面(前端面)的加工的状态，有时以多个点接触)的任一状态。因此，焊接时的锌蒸气不会进入到熔融金属内，在根部550、560侧容易从折曲钢板410与搭接钢板420之间排出。因此，能够抑制气孔。
因此，当折曲钢板410和搭接钢板420的一方或双方使用镀锌钢板时，能够得到耐腐蚀性，是有效的。再者，镀锌层只要是在镀层中含有锌的镀层即可，例如，热浸镀锌钢板、合金化热浸镀锌钢板等被包括在镀锌钢板中。另外，也可以将在表面施加了镀锌层以外的镀层的钢板用于折曲钢板410以及搭接钢板420的一方或双方。
<制造方法>
接着，说明电弧搭接角焊接头的制造方法的一例。
首先，准备两块平面状的钢板。接着，将两块钢板中的一方钢板的一端侧的区域折曲。折曲角度α由设计者基于构件的形状、设想施加于构件的载荷等来决定。在采用单道来制造电弧搭接角焊接头的情况下，使折曲角度α处于10°以上且35°以下的范围。在采用多道来制造电弧搭接角焊接头的情况下，可以使折曲角度α处于10°以上且35°以下的范围，也可以不使折曲角度α处于10°以上且35°以下的范围。但是，从加工的操作性等观点出发，优选使折曲角度α为10°以上。这样地制造折曲钢板410。再者，两块钢板中的另一方钢板成为搭接钢板420。
接着，进行折曲钢板410和搭接钢板420的定位。在该定位时，使折曲钢板410的区域410b的板面与搭接钢板420的板面大致平行。
另外，将板厚方向(Z轴方向)上的折曲钢板410和搭接钢板420的板厚中心轴的偏离量设为折曲钢板410的板厚TPB与搭接钢板420的板厚TPL的平均值的1/2倍以下。
另外，(焊接前的)折曲钢板410的区域410a和(焊接前的)搭接钢板420的一端以触接的状态或具有间隔的状态下相互对向，以使得折曲钢板410的被折曲了的区域410a的前端的X轴方向的位置与搭接钢板420的区域420a的X轴方向的位置中的任一位置相互重叠，并且，在搭接钢板420的区域420a中，搭接钢板420的至少一部分区域的Z轴方向的位置与折曲钢板410的区域410a的Z轴方向的位置中的任一位置相互重叠。
另外，(焊接前的)折曲钢板410的区域410a与(焊接前的)搭接钢板420的一端之间的距离被设定以使得焊接部长度L1成为搭接钢板的板厚tPL的2倍以上。焊接部长度L1由设计者基于构件的形状、设想施加于构件的载荷、折曲钢板410以及搭接钢板420的形状、尺寸(折曲角度α、被折曲了的区域的长度等)等来决定。
本发明人确认到：即使改变焊接方法、钢板厚度等焊接条件，若在折曲角度α以及搭接钢板位置x/tPL成为图11所示的多边形内的区域的值的条件下制造搭接角焊接头，则也能够满足在上述的<接合部长度的范围>、<板厚中心轴的偏离的范围>、<折曲钢板的焊趾部的位置>、<根部间的间隙>、以及<接合部长度的上限>这些项中说明的基准。
在采用单道进行焊接的情况下，在进行折曲钢板410和搭接钢板420的定位时，优选进一步满足“1.8≤x/tPL≤5”、“x/tPL≤-0.125×α+6.875”以及“x/tPL≥-0.2×α+5”这些条件。
另一方面，在以多道进行焊接的情况下，在进行折曲钢板410和搭接钢板420的定位时，不一定需要满足上述的“1.8≤x/tPL≤5”、“x/tPL≤-0.125×α+6.875”以及“x/tPL≥-0.2×α+5”这些条件。但是，即使在以多道进行焊接的情况下，也可以与以单道进行焊接的情况相同地进行折曲钢板410和搭接钢板420的定位。
如以上那样进行定位，使用夹具等固定折曲钢板410以及搭接钢板420。
接着，相对于折曲钢板410的被折曲了的区域410a和搭接钢板420的一端的相互对向的区域，从Z轴的正方向侧(从看上去搭接钢板420比折曲钢板410的被折曲了的区域410a的前端靠跟前侧的方向)供给焊丝，沿着Y轴方向(折曲钢板410以及搭接钢板420的板宽方向)进行电弧搭接角焊。
焊丝的种类没有特别限定，可以为超强匹配(overmatching)也可以为低强匹配(undermatching)，但通过设为超强匹配，能够期待更高的焊接部疲劳强度。
另外，在本实施方式中，进行气体保护电弧焊。此时，在本实施方式中，作为保护气体，使用包含作为惰性气体的一例的氩气(Ar气体)与二氧化碳(CO2气体)或氧气(O2气体)的混合气体。
可将二氧化碳(CO2气体)相对于保护气体的体积比例设为例如3体积％以上且20体积％以下。另外，可将氧气(O2气体)相对于保护气体的体积比例设为例如1体积％以上且4体积％以下。
优选如上述那样使折曲钢板410的焊趾部530位于折曲钢板410的未倾斜的区域的表面上。为此，优选扩大通过一次焊接而形成的焊道的宽度。从这样的观点出发，优选减少二氧化碳(CO2气体)、氧气(O2气体)的量，以使得能够使由电弧放电产生的等离子体容易扩展，从而扩大通过一次焊接而形成的焊道的宽度。因此，优选将二氧化碳(CO2气体)相对于保护气体的体积比例设为例如3体积％以上且10体积％以下，另外，优选将氧气(O2气体)相对于保护气体的体积比例设为例如1体积％以上且3体积％以下。另外，为了抑制焊接现象变得不稳定的情形，优选将二氧化碳(CO2气体)相对于保护气体的体积比例设为例如5体积％以上且10体积％以下，另外，更优选将氧气(O2气体)相对于保护气体的体积比例设为例如2体积％以上且3体积％以下。
如以上那样制造电弧搭接角焊接头。
再者，在此，列举准备两块钢板的情况为例进行了说明。然而，也可以将一块钢板的一端侧作为折曲钢板，将其另一端侧作为搭接钢板，来制造电弧搭接角焊接头。
如上所述，在本实施方式涉及的电弧搭接角焊接头中，将焊接部长度L1设为搭接钢板420的板厚tPL的2倍以上。另外，将折曲钢板410和搭接钢板420的板厚中心轴510、520的偏离量设为折曲钢板410的板厚tPB与搭接钢板420的板厚tPL的平均值的1/2倍以下。另外，将折曲钢板410的焊趾部530的Z轴方向的位置设在从作为折曲钢板410的未倾斜的区域的板面上的位置的、形成焊道430的一侧的板面上的位置到折曲钢板410的未倾斜的区域的板厚中心轴510的位置的范围。
通过这样构成电弧搭接角焊接头，能够提供即使在钢板间存在间隙的状态下焊趾部530、540以及根部550、560的应力集中也小的电弧搭接角焊接头。
特别是能够降低在一般的电弧搭接角焊接头中产生大的应力集中的搭接钢板420的根部560的应力集中。因此，能够提高焊接构件的疲劳强度，例如，能够对高强度钢板进行电弧搭接角焊来制造汽车的行走构件。由此，能够实现车身的轻量化。
另外，在本实施方式涉及的电弧搭接角焊接头中，将折曲角度α设为10°以上且35°以下，将根部550、560的间隙g设为搭接钢板420的板厚tPL以下，将接合部长度L1设为搭接钢板的板厚tPL的4倍以下。在制造这样的搭接角焊接头时，使搭接钢板位置(x/tPL)处于1.8以上且5以下的范围，以及满足“x/tPL≤-0.125×α+6.875”和“x/tPL≥-0.2×α+5”这些条件。由此，能够以单道进行焊接，能够减少焊接次数(道数)。
再者，在本实施方式中，列举金属板为钢板的情况为例进行了说明，但上述的条件在使用钢板以外的金属板的情况下也是相同的，因此金属板不限定于钢板。
本发明的另一实施方式涉及的电弧搭接角焊接头，具有第1金属板、第2金属板、和成为所述第1金属板与所述第2金属板的接合部的焊道，其特征在于，所述第1金属板的一端侧的区域被折曲，所述第1金属板的所述被折曲了的区域的前端的第1方向的位置与所述第2金属板的一端侧的区域的所述第1方向的位置中的任一位置重叠，所述第1方向是与沿着所述焊道的焊接线的方向以及所述第2金属板的板厚方向垂直的方向，在所述第2金属板的一端侧的区域中，所述第2金属板的至少一部分区域的第2方向的位置与所述第1金属板的所述被折曲了的区域的第2方向的位置中的任一位置重叠，所述第2方向是所述第2金属板的厚度方向，所述第2金属板的一端侧的区域与所述第1金属板的与所述被折曲了的区域连续的区域大致平行，所述焊道处于包含所述第2金属板和所述第1金属板的所述被折曲了的区域之间的区域的区域，所述第1金属板的与所述被折曲了的区域连续的区域的所述第2方向的中心与所述第2金属板的一端侧的区域的所述第2方向的中心在所述第2方向上的偏离量为所述第1金属板与第2金属板的板厚的平均值的1/2倍以下，在所述电弧搭接角焊接头的截面中，接合部长度为所述第2金属板的板厚的2倍以上，所述电弧搭接角焊接头的截面是沿着所述第1方向以及所述第2方向剖切得到的截面，所述接合部长度是从所述第2金属板的根部到所述第1金属板的焊趾部的长度，所述第1金属板的焊趾部的所述第2方向的位置处于从第1位置到第2位置的范围，所述第1位置是所述第1金属板的与所述被折曲了的区域连续的区域的板面上的位置，且是形成所述焊道的一侧的板面上的位置，所述第2位置是所述第1金属板的与所述被折曲了的区域连续的区域的在所述第2方向上的中心的位置。
(实施例)
接着，说明本发明涉及的电弧搭接角焊接头的实施例。
作为钢板，使用板厚为1.8mm的980MPa级的镀锌钢板和板厚为3.2mm的590MPa级的非镀覆钢板。
在使用板厚为1.8mm的980MPa级的镀锌钢板制造电弧搭接角焊接头时，作为焊丝使用780MPa级焊丝。在使用板厚为3.2mm的590MPa级的非镀覆钢板制造电弧搭接角焊接头时，作为焊丝使用490MPa级焊丝或780MPa级焊丝。
作为保护气体，使用了向Ar气体中混合了3体积％～20体积％的CO2气体的混合气体、或者向Ar气体中混合了1体积％～2体积％的O2气体的混合气体。
焊接方法为脉冲MAG焊接，对于板厚为1.8mm的钢板，将焊接电流设为180A，焊接电压设为22V，焊接速度设为0.6～1.0m/min来进行焊接。另外，对于板厚为3.2mm的钢板，将焊接电流设为250A，焊接电压设为27V，焊接速度设为0.5～1.0m/min。通过使焊接速度变化，在极力防止焊接时的烧穿的同时，使焊道宽度变化，来制作了趾部位置不同的焊接试件。
通过在以上的条件下以单道或2道进行脉冲MAG焊接，来制造了使用了折曲钢板的电弧搭接角焊接头、和一般的电弧搭接角焊接头。再者，如上所述，使用了折曲钢板的电弧搭接角焊接头，是通过将两块钢板中的一方钢板的端部折曲且对两块钢板进行电弧搭接角焊而制造的电弧搭接角焊接头。即，是在上述实施方式中说明了的电弧搭接角焊接头。另一方面，一般的电弧搭接角焊接头，是通过不将钢板的端部折曲而使板面彼此对向来进行电弧搭接角焊从而制造的电弧搭接角焊接头。
关于使用了折曲钢板的电弧搭接角焊接头，制造了折曲角度α、搭接钢板位置x、折曲钢板的板厚中心轴与搭接钢板的板厚中心轴的偏离量、以及折曲钢板的根部与搭接钢板的根部的间隙g不同的电弧搭接角焊接头。
关于一般的电弧搭接角焊接头，制造了两块钢板的板厚中心轴的偏离量(两块钢板的板厚中心轴的在Z轴方向上的偏离量)不同的电弧搭接角焊接头。另外，关于一般的电弧搭接角焊接头，制造了钢板彼此在其端部附近触接的电弧搭接角焊接头(没有间隙的电弧搭接角焊接头)和在钢板的板面之间存在间隙的电弧搭接角焊接头。
关于使用了折曲钢板的电弧搭接角焊接头、以及一般的电弧搭接角焊接头，分别评价了焊接施工性。关于发生了气孔、焊缝金属的流出、或焊缝金属的空洞，在外观上未能适当地进行焊接的电弧搭接角焊接头，将焊接施工性评价为“不良”。另一方面，关于在外观上适当地进行了焊接的电弧搭接角焊接头，将焊接施工性评价为“良”。
关于焊接施工性为“良”的电弧搭接角焊接头，分别按照JISZ2273进行应力比为0.1的轴向力疲劳试验，对在疲劳极限强度以及超过疲劳极限的载荷下产生裂纹的位置进行了调查。
将试验载荷除以搭接钢板的截面积而得到的值作为试验应力，使载荷负荷的反复次数为200万次，将变得在焊接部不产生裂纹的应力范围视为疲劳极限。以下有时将疲劳极限称为疲劳强度。再者，关于焊接施工性为“不良”的焊接接头，没有进行这样的调查。
疲劳强度的判定，以下面所示的表1中的编号1的实验例中的疲劳强度为基准，将各实施例的相对于该疲劳强度的提高率(将各编号的实验例中的疲劳强度除以编号1的实验例中的疲劳强度而得到的值)为2倍以上的情况判定为“合格”，将不是这样的情况的情况判定为“不合格”。
另外，关于使用了折曲钢板的电弧搭接角焊接头，确认了折曲钢板的焊趾部的位置。将折曲钢板的焊趾部处于折曲钢板的未倾斜的区域的表面上的情况判为“优”。将Z轴方向上的折曲钢板的焊趾部的位置为比折曲钢板的未倾斜的区域的板厚中心轴的位置靠折曲钢板的前端侧的位置的情况判为“不良”。
将折曲钢板的焊趾部不处于上述的任何位置的情况(Z轴方向上的折曲钢板的焊趾部的位置位于折曲钢板的未倾斜的区域的表面的位置与折曲钢板的未倾斜的区域的板厚中心轴的位置之间的位置的情况)判为“良”。
在表1～表3中示出以上的结果。再者，在表1～表3的“钢板”这栏中，“590”表示使用了两块板厚为3.2mm的590MPa级非镀覆钢板，“980”表示使用了两块板厚为1.8mm的980MPa级镀锌钢板。
在“焊丝”这栏中，“780”表示780MPa级焊丝，“490”表示490MPa级焊丝。
在“保护气体”这栏中，“Ar+20％CO2”表示向Ar气体中混合了20体积％的CO2气体的混合气体，“Ar+5％CO2”表示向Ar气体中混合了5体积％的CO2气体的混合气体，“Ar+3％CO2”表示向Ar气体中混合了3体积％的CO2气体的混合气体。“Ar+2％O2”表示向Ar气体中混合了2体积％的O2气体的混合气体，“Ar+1％O2”表示向Ar气体中混合了1体积％的O2气体的混合气体。
“折曲角”表示折曲钢板的折曲角度α。
在“板厚中心的偏离”这栏中，关于编号4～28的实验例(表2及表3)，表示折曲钢板的板厚中心轴与搭接钢板的板厚中心轴的偏离量，关于编号1～3的实验例(表1)，表示两块钢板的板厚中心轴的偏离量。
“+”表示搭接钢板的一端侧的区域的板厚中心轴相对于折曲钢板的未倾斜的区域的板厚中心轴向形成有焊趾部的一侧(Z轴的正方向侧)偏离。“-”表示搭接钢板的一端侧的区域的板厚中心轴相对于折曲钢板的未倾斜的区域的板厚中心轴向形成有根部的一侧(Z轴的负方向侧)偏离。
再者，在表1～表3中，这些偏离量以相对于平均板厚t(折曲钢板的板厚tPB与搭接钢板的板厚tPL的平均板厚)的倍数来表示。
在“x位置”这栏中，示出搭接钢板位置x。在“g”这栏中，示出在搭接钢板的板厚方向上的折曲钢板的根部与搭接钢板的根部的间隙。在“L1”这栏中，示出焊接部长度。
在“趾部位置”这栏中，示出折曲钢板的焊趾部的位置，在表1～表3中，用上述的“优”、“良”、“不良”表示其位置。另外，在“裂纹位置”这栏中，示出最初产生疲劳裂纹的位置。“根部”意指从根部产生了疲劳裂纹，“趾部”意指从焊趾部产生了疲劳裂纹。
在“相对于以往的提高率”这栏中，示出以编号1的实验例的疲劳强度为基准的疲劳强度(各编号的疲劳强度÷编号1的疲劳强度)。“判定”表示上述疲劳强度的判定基准。
首先，对一般的电弧搭接角焊接头进行说明。表1中的编号1～3是一般的电弧搭接角焊接头的实验例，均是进行单道焊接而制作的。但是，如以下说明的那样，在编号2的实验例中，在单道焊接中变得焊接施工不良，不能够制造有助于疲劳强度的判定的焊接接头。
如表1中的编号1所示，采用590MPa级的非镀覆钢板进行一般的搭接角焊的情况下的疲劳强度为70MPa。另一方面，如编号2所示，当采用980MPa级的镀锌钢板，且将两块钢板的板厚中心轴的偏离量设为1t从而进行一般的电弧搭接角焊时，由于在两块钢板之间没有间隙，因此产生由锌蒸气引起的气孔，变得焊接施工不良。
于是，当如编号3所示那样，在两块钢板间设定0.5mm的间隙时，虽然能够防止气孔，但两块钢板的板厚中心轴的偏离量变为2.3mm(＝1t+0.5mm)，疲劳强度为比编号1的实验例低的值。因此，在上述的判定条件下成为“不合格”。即，在编号3的实验例中，虽然使用了980MPa级钢板，但显示出比使用了590MPa级钢板的编号1的搭接角焊接头低的疲劳强度。
因此，在本实施例中，如前述那样，不论590MPa级的非镀覆钢板和980MPa级镀锌钢板的哪一方，疲劳强度的判定均以编号1的实验例中的疲劳强度为基准(参照表1～表3的“相对于以往的提高率”这栏)。
接着，对使用了折曲钢板的电弧搭接角焊接头进行说明。表2以及表3中的编号4～28是使用了折曲钢板的电弧搭接角焊接头的实验例。在编号4～18、22～28的实验例中进行了单道焊接，在编号19～21的实验例中进行了2道焊接。但是，如以下说明的那样，在编号24、25的实验例中，在单道焊接中变得焊接施工不良，不能够制造有助于疲劳强度的判定的焊接接头。
如编号22所示，在折曲钢板的板厚中心轴与搭接钢板的板厚中心轴的偏离量大至+0.8t(平均板厚t的80％)的情况下，虽然疲劳强度比一般的电弧搭接角焊接头高，但在上述的疲劳强度的判定条件下成为“不合格”。
如编号23所示，在折曲角度α大且搭接钢板位置x比较小的情况下，焊接部长度L1小于搭接钢板的板厚tPL的2倍，在上述的疲劳强度的判定条件下成为“不合格”。
如编号24、25所示，在折曲角度α适当、但搭接钢板位置x大的情况下，折曲钢板的根部与搭接钢板的根部之间的间隙g增大至搭接钢板的板厚tPL的1.3倍以上，因此在搭接钢板的焊趾部产生空洞缺陷，在单道焊接中成为焊接施工不良。
另外，如编号26、27所示，在折曲角度α小且搭接钢板位置x大的情况下，折曲钢板的焊趾部位于折曲钢板的被折曲了的区域的前端侧。
在编号26的实验例中，折曲钢板的焊趾部(图5的焊趾部530)比折曲钢板的未倾斜的区域的板厚中心轴(图5的板厚中心轴510)靠下侧(折曲钢板的被折曲了的区域的前端侧)。因此，折曲钢板的焊趾部的位置变得不良，变得从疲劳强度低的焊趾部断裂，在上述的疲劳强度的判定基准下成为“不合格”。
另外，编号27是将向Ar气体中混合了5体积％的CO2气体的混合气体用作为保护气体的情况下的实验例，虽然焊接部长度L1变大，但折曲钢板的焊趾部(图5的焊趾部530)比折曲钢板的未倾斜的区域的板厚中心轴(图5的板厚中心轴510)靠下侧(折曲钢板的被折曲了的区域的前端侧)，因此折曲钢板的焊趾部的位置变得不良。因此，在疲劳强度的判定基准下是“不合格”的。
如编号28所示，在折曲钢板的板厚中心轴与搭接钢板的板厚中心轴的偏离量大至-0.7t(平均板厚t的70％)的情况下，虽然疲劳强度比一般的电弧搭接角焊接头高，但在上述的疲劳强度的判定条件下成为“不合格”。
另一方面，如编号4～18所示，在本发明涉及的电弧搭接角焊接头中，焊接施工性变得“良好”，疲劳强度也在上述的判定条件下成为“合格”。另外，如编号4～18所示可知，在本发明涉及的电弧搭接角焊接头中，焊接施工性及疲劳强度不依赖于钢板的板厚、种类、焊丝。
编号19～21的实验例，由于难以进行单道焊接的施工，因此是通过图13(a)、图13(b)所示的2道焊接来施工的，但均满足<板厚中心轴的偏离的范围>、<接合部长度的范围>及<折曲钢板的焊趾部的位置>的规定，在上述的疲劳强度的判定基准下是合格的。
再者，在编号19、21的实验例中，如图13(a)所示，通过第1次焊接形成焊道430a，通过第2次焊接形成焊道430b，将这些焊道作为焊道430。在编号20的实验例中，如图13(b)所示，通过第1次焊接形成焊道430a，通过第2次焊接形成焊道430b，将这些焊道作为焊道430。
再者，以上说明的本发明的实施方式都不过是表示实施本发明时的具体化的例子的实施方式，本发明的技术范围并不被这些实施方式限定性地解释。即，本发明能够在不脱离其技术思想或其主要特征的情况下以各种形式实施。
关于以上说明了的术语，也可以是以下那样的对应关系。
“第1金属板”例如对应于折曲钢板410。
“第2金属板”例如对应于搭接钢板420。
“第1方向”例如对应于X轴方向。
“第2方向”例如对应于Z轴方向。
“所述第1金属板的与所述被折曲了的区域连续的区域的所述第2方向的中心与所述第2金属板的一端侧的区域的所述第2方向的中心在所述第2方向上的偏离量”，例如对应于折曲钢板410的板厚中心轴与搭接钢板420的板厚中心轴的偏离量。
“所述电弧搭接角焊接头的截面”例如对应于电弧搭接角焊接头的X-Z截面(参照图5等)。
产业上的可利用性
本发明涉及的电弧搭接角焊接头适用于进行搭接角焊，能够成为即使在金属板间存在间隙的状态下焊趾部以及根部的应力集中也小的电弧搭接角焊接头。因此，本发明在产业上的可利用性高。
附图标记说明
400：构件
410：折曲钢板
410a：折曲钢板的一端侧的被折曲了的区域
410b：折曲钢板的与被折曲了的区域连续的区域
420：搭接钢板
420a：搭接钢板的一端侧的区域
430、440：焊道
510：折曲钢板的板厚中心轴
520：搭接钢板的板厚中心轴
530：折曲钢板的焊趾部
540：搭接钢板的焊趾部
550：折曲钢板的根部
560：搭接钢板的根部

Claims (5)

1.一种电弧搭接角焊接头，具有第1金属板、第2金属板、和成为所述第1金属板与所述第2金属板的接合部的焊道，其特征在于，
所述第1金属板的一端侧的区域被折曲，
所述焊道处于包含所述第2金属板与所述第1金属板的所述被折曲了的区域之间的区域的区域，
在与所述焊道的焊接线垂直的截面的截面视图中，
在第1方向上，所述第1金属板的所述被折曲了的区域的前端的位置与所述第2金属板的一端侧的区域重叠，
在第2方向上，所述第1金属板的与所述被折曲了的区域连续的区域的中心轴与所述第2金属板的所述一端侧的区域的中心轴的偏离量为所述第1金属板与第2金属板的板厚的平均值的1/2倍以下，
所述第1方向是与沿着所述焊道的所述焊接线的方向以及所述第2金属板的板厚方向垂直的方向，所述第2方向是所述第2金属板的板厚方向，
从所述第2金属板的根部到所述第1金属板的焊趾部的长度即接合部长度为所述第2金属板的板厚的2倍以上，
所述第2方向上的所述第1金属板的所述焊趾部的位置处于从第1位置到第2位置的范围，
所述第1位置是所述第1金属板的与所述被折曲了的区域连续的所述区域的板面上的位置，且是形成所述焊道的一侧的板面上的位置，
所述第2位置是所述第1金属板的与所述被折曲了的区域连续的所述区域的在所述第2方向上的中心轴的位置。
2.根据权利要求1所述的电弧搭接角焊接头，其特征在于，
在与所述焊道的焊接线垂直的截面的截面视图中，
所述第1金属板的所述被折曲了的区域与所述第2金属板的板面构成的角度即折曲角度为10°以上且35°以下，
所述接合部长度为所述第2金属板的板厚的2倍以上且4倍以下，
所述第1金属板的根部与所述第2金属板的所述根部的在所述第2方向上的距离为所述第2金属板的板厚以下。
3.根据权利要求1或2所述的电弧搭接角焊接头，其特征在于，
所述接合部长度的代表值为所述第2金属板的板厚的2倍以上，
所述接合部长度的代表值基于所述电弧搭接角焊接头的多个所述截面中的所述接合部长度来确定。
4.根据权利要求1～3的任一项所述的电弧搭接角焊接头，其特征在于，
所述第1金属板和所述第2金属板的板厚为1.6mm以上且3.4mm以下。
5.根据权利要求1～4的任一项所述的电弧搭接角焊接头，其特征在于，
所述第1金属板和所述第2金属板为镀锌钢板。
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