JP2006281246A

JP2006281246A - 隅肉溶接用開先の構造

Info

Publication number: JP2006281246A
Application number: JP2005102269A
Authority: JP
Inventors: Makoto Matsuo; 誠松尾; Hitoshi Ozaki; 仁尾崎; Yoshinao Ono; 義直小野; Okiaki Hayashida; 興明林田; Takao Ando; 孝朗安東
Original assignee: MATSUO KOGYOSHO KK; Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: MATSUO KOGYOSHO KK; Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2006-10-19

Abstract

【課題】隅肉溶接において溶着部における剛性急変緩和（θの増大）による応力集中の緩和を図ると共に、溶接冷却時の収縮変形による残留応力発生の緩和を図るようにした隅肉溶接用開先の構造を提供する。
【解決手段】溶接すべき溶接母材７の開先部７ｃ、７ｅ側の端部が被溶接母材８に角度を成して当接され、溶接すべき溶接母材７を開先部７ｃ、７ｅに沿って被溶接母材８に溶接する隅肉溶接用開先の構造であって、溶接すべき溶接母材７の溶接溶け込み部７ｄ'より更に奥側に残留応力発生緩和の空間部Ｓを設けた構成としたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶接すべき溶接母材の開先部側の端部が被溶接母材の溶接面に角度を成して当接され、前記当接部を前記開先部に沿って隅肉溶接する隅肉溶接用開先の構造に関する。

図５は、従来の片側隅肉溶接の溶接部の一例を示し、溶接すべき溶接母材としての鋼板１の端面１ａが被溶接母材としての鋼板２の溶接面（上面）２ａに垂直に当接され、当接部の片側隅部を端面１ａに沿って溶接材３により隅肉溶接するものである。また、図６は、鋼板４の開先部４ａを所定の角度（例えば、４５°）の傾斜面とし、端面４ｂを鋼板５の溶接面５ａに当接し、開先部４ａに沿って溶接材３により隅肉溶接するものである。

隅肉溶接方法として、第１の部材から第２の部材の面に当接されて形成された当接部から離れるに従ってその深さが浅くなる溝を第２の部材の面に形成した後、前記当接部から離れるに従って溶接材の厚みが緩やかに減少するように隅肉溶接を施工するものとして、溶接材と母材との強度差により生ずる歪み集中を低減させて低サイクル疲労強度を低減させるようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、一方の溶接部材の嵌合凹部に、他方の被溶接部材の嵌合凸部が嵌入されると共に前記嵌合凹部の開口部周縁において、両被溶接部材が溶接固定されてなる溶接継手であり、嵌合凹部の開口端の内側に位置して、嵌合凸部の外周面に環状溝を形成し、溶接時に溶接材が環状溝に十分に溶け込み、溶接後にルート部が残らず、溶接材のルート割れを防止し、機械的強度を増強させるものが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
特開平１０−３４３２８号公報特開２０００−１５８１２８号公報

ところで、図５に示すような片側隅肉溶接の場合、冷却時の溶接ビードをなす溶接材３の冷却時の収縮により、鋼板１の端面１ａと鋼板２の上面２ａとの板合わせ面には図７に示すようにあたかも溶接端部を起点として亀裂が発生しているのと同じような変形（θが小さい変形）が生じる。そのため、ビード状の溶接材３の付け根部３ａの部分は、構造的に応力集中部であり、局部収縮の発生、また、溶接冷却時の溶接ビードの収縮変形による残留応力の発生、それらに起因する微細なクラックの溶接欠陥発生等のおそれが大きい。

また、負荷時においては、前記θが鋭角（０〜２０°）であり、応力集中係数が大きいために前記付け根部３ａに高い残留応力が発生し、疲労強度を低下させるという問題がある。図６に示す開先構造の溶接においても同様である。
特許文献１に開示されている溶接技術は、隅肉溶接において冷却時の溶接ビードをなす溶接材の冷却時の収縮により、第１部材と第２部材との板合わせ面に上述したような溶接端部を起点として亀裂が発生する場合については何ら記載されておらず、従って、対処もされていない。

また、特許文献２に開示されている溶接技術は、溶接部を全周に亘り溶接する溶接継手に関するものであり、溶接対象が異なるために上述のような片側隅肉溶接のような不具合は発生しない。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、隅肉溶接において溶着部における剛性急変緩和（θの増大）による応力集中の緩和を図ると共に、溶接冷却時の収縮変形による残留応力発生の緩和を図るようにした隅肉溶接用開先の構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の隅肉溶接用開先の構造の発明は、溶接すべき溶接母材の開先部側の端部が被溶接母材に角度を成して当接され、前記溶接すべき溶接母材を前記開先部に沿って前記被溶接母材に溶接する隅肉溶接用開先の構造であって、前記溶接すべき溶接母材の溶接溶け込み部より更に奥側に残留応力発生緩和の空間部を設けたことを特徴としている。

請求項２の隅肉溶接用開先の構造は、請求項１において、前記空間部は、前記溶接すべき溶接母材又は被溶接母材の少なくとも何れか一方に設けることを特徴としている。
請求項３の隅肉溶接用開先の構造は、請求項１において、前記空間部は、前記溶接すべき溶接母材の開先端面と被溶接母材との間に所定の高さＺを有し、その幅ｗが前記高さＺの略３〜４倍であることを特徴としている。

請求項１の隅肉溶接用開先の構造によれば、溶接冷却時の収縮変形を、母材側に形成した空間部で変形させるため、溶接材に発生する残留応力を低減することができる。また、隅肉部の溶接熱が十分に届きにくいところの奥が空間になっているために溶接熱が他部に伝達しにくいので、溶接の溶け込みが十分に行われ、且つ冷却も徐冷されるため、溶融部ビードの収縮変形による残留応力の発生も少なく、溶接冷却時の溶接ビード割れの不具合を減少させることができる。また、負荷時の亀裂の発生の疲労強度を向上させることができる等の効果がある。

また、請求項２の隅肉溶接用開先の構造によれば、空間部は溶接すべき溶接母材又は被溶接母材部材の少なくとも何れか一方に設ければよく、溶接母材の開先加工費・工数の低減が図られる。
また、請求項３の隅肉溶接用開先の構造によれば、空間部は、溶接すべき溶接母材の開先端面と被溶接母材との間に所定の高さＺに対してその幅ｗを高さＺの略３〜４倍とすることで、空間部が、溶接時における断熱空間として作用し、溶接材が凝固する際の急冷が防止されると共に、溶接冷却時における溶接ビードの収縮変形時には空間部の周囲が変形することで残留応力の発生を低減させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面により詳細に説明する。
図１は、本発明に係る突合わせ片側隅肉溶接用開先の構造の溶接部を示し、片側隅肉溶接すべき溶接母材としての鋼板７が被溶接部材としての鋼板８の板面８ａに対して垂直に配置されている。尚、鋼板７と８とは同じ材質及び同じ板厚とされている。鋼板７は、開先部側の端部としての端面７ａを残して板面７ｄ側に端面７ａに平行に開口する切欠７ｂが設けられている。この切欠７ｂは、空間部Ｓとされ、開先部としての開先端面７ｅ及び奥面７ｃによって形成されている。また、その奥面７ｃが後述する鋼板７の隅肉溶接を行う際の溶接溶け込み部７ｄ'よりも更に奥側に位置するようになっている。

本実施形態（片側隅肉溶接）の場合、切欠７ｂの開先端面７ｅは、鋼板８の端面８ａから所定の高さ（隙間）Ｚ（約１ｍｍ程度）とされ、板面７ｄから奥面７ｃまでの幅ｗは、高さＺの略３倍程度（ｗ≒３Ｚ）とされている。即ち、鋼板７の板厚ｔは、前記高さ（隙間）Ｚの略４倍（ｔ≒４Ｚ）程度とされている。この切欠７ｂは、鋼板７の溶接方向（以下「長手方向」という）に沿って全長に亘り設けられている。このようにして鋼板７の開先が構成されている。切欠７ｂの奥面７ｃと上面との連設部は、隅Ｒとされているが、この隅Ｒは、切欠７ｂを機械加工する際に生じるもので、特に隅Ｒに限定するものではなく、直角をなしていてもよい。

以下に片側隅肉溶接について説明する。
図１に示すように鋼板７の開先部側の端部としての端面７ａを鋼板８の板面８ａの溶接すべき位置に図示のように垂直に当接させて配置し、不図示の支持具により支持する。この状態において、鋼板７の開先端面７ｅと鋼板８の板面８ａとの間に切欠７ｂによる空間部Ｓが画成される。

次いで、鋼板７の板面７ｄの切欠７ｂが開口する側と鋼板８の板面８ａとのなす隅部を例えば、ＴＩＧ溶接により溶接材３で隅肉溶接する。この溶接時に鋼板７の板面７ｄの一部７ｄ'と鋼板８の板面８ａの一部８ａ'とが溶接材３と共に溶融して溶着される（以下「溶融部７ｄ'、８ａ'」という）。
図２に示すように溶接材３は、切欠７ｂを凸形状をなして横切りながら鋼板８の板面８ａの溶融部８ａ'へと連続している。そして、切欠７ｂの奥面７ｃは、鋼板７の溶融部７ｄ'から略距離２Ｚ程奥まって位置しており、間に空間部Ｓｂが形成されている。この空間部Ｓｂは、溶接時における断熱空間として作用し、溶接後の鋼板７の冷却速度が緩和され、溶接ビードとしての溶接材３の収縮による溶接材（溶接部）３と切欠７ｂの上面との溶接境界部分３ａの残留応力を低減する。

また、空間部Ｓｂの幅ｗが高さＺの略３倍（ｗ≒３Ｚ）あるために溶接冷却時における溶接ビードの収縮変形時には鋼板７の開先端面７ｅを含む空間部Ｓｂの周囲が変形して残留応を低減することが可能となる。更に、溶接材３の溶接境界部分３ａと切欠７ｂの上面とのなす角θが鈍角をなすことで、当該溶接境界部分３ａにおける応力集中が少ない。従って、負荷時における当該溶接境界部分３ａの疲労強度が向上する。

図３は、本発明の他の実施形態を示し、溶接すべき溶接母材である鋼板１１の端面１１ａに両側の板面１１ｂ、１１ｃ側から中央に向けて空間部Ｓを形成する切欠１１ｄ、１１ｅを設け、両側隅肉溶接に適用したものである。この場合も切欠１１ｄ、１１ｅの形状及び大きさは図１に示す場合と同様である。そして、鋼板１１の両面１１ｂ、１１ｃの切欠１１ｄ、１１ｅの各開口部と被溶接母材としての鋼板１２とのなす隅部を溶接材３により隅肉溶接する。この場合も図１及び図２に示す片側隅肉溶接と同様の作用効果がある。

図４は、本発明の他の実施形態を示し、被溶接母材としての鋼板１４の板面１４ａに空間部Ｓを形成する凹部１４ｂを設けたものである。この凹部１４ｂは、鋼板１３の端面１３ａが開先端面１４ｃ（開先部）までが前記所定の深さＺをなし、その幅ｗが深さＺの略４倍程度（ｗ≒４Ｚ）とされている。即ち、奥面１４ｃ（開先部）が鋼板１３の溶融部１３ｂ'から２Ｚ程奥まって位置することにより空間部Ｓが形成されている。そして、溶接すべき溶接母材としての鋼板１３の端面１３ａの一側を前記深さＺ程度の幅だけ凹部１４ｂの一側の開口縁部（板面１４ａ上）に載置して鋼板１４に垂直に配置し、凹部１４ｂの他側の開口側との間に前記深さＺ程度の間隔を存して凹部１４ｂと鋼板１３の板面１３ｂとのなす隅部を溶接材３で溶接するようにしたものである。この場合にも前記図１及び図２に示す構造の片側隅肉溶接と同様の作用効果を得ることが可能である。

本発明に係る隅肉溶接用開先の構造の実施形態の説明図である。図１の溶接部の拡大図である。本発明に係る隅肉溶接用開先の構造の他の実施形態を示す説明図である。本発明に係る隅肉溶接用開先の構造の他の実施形態の説明図である。従来の片側隅肉溶接用開先の構造の説明図である。従来の片側隅肉溶接用開先の構造の他の説明図である。図５の溶接部の拡大図である。

符号の説明

７、８、１１、１２、１３、１４鋼板（溶接母材）
７ａ、１１ａ、１３ａ端面（端部）
７ｂ、１１ｄ、１１ｅ、１４ｂ切欠（空間部Ｓ）
７ｃ奥面（開先部）
７ｅ開先端面（開先部）

Claims

溶接すべき溶接母材の開先部側の端部が被溶接母材に角度を成して当接され、前記溶接すべき溶接母材を前記開先部に沿って前記被溶接母材に溶接する隅肉溶接用開先の構造であって、前記溶接すべき溶接母材の溶接溶け込み部より更に奥側に残留応力発生緩和の空間部を設けたことを特徴とする隅肉溶接用開先の構造。
前記空間部は、前記溶接すべき溶接母材又は被溶接母材の少なくとも何れか一方に設けることを特徴とする請求項１記載の隅肉溶接用開先の構造。
前記空間部は、前記溶接すべき溶接母材の開先端面と被溶接母材との間に所定の高さＺを有し、その幅ｗが前記高さＺの略３〜４倍であることを特徴とする請求項１記載の隅肉溶接用開先の構造。