JP2017070977A - Welded joint, welded structure, construction machine and welding method - Google Patents
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Description
本発明は、裏当て金を用いた溶接継手、これを含んだ溶接構造物及び建設機械、並びに溶接方法に関する。 The present invention relates to a welded joint using a backing metal, a welded structure and a construction machine including the welded joint, and a welding method.
裏当て金付き突合せ溶接は母材の片面から溶接することができるため、裏側の溶接が困難な構造物においてよく使用される。しかし、母材と裏当て金との間にノッチ状の未溶着部が残ってしまい、母材に繰り返し外力が加わった際に未溶着部に応力が集中し疲労破壊を起こし易いという課題がある。 Since butt welding with a backing metal can be welded from one side of a base material, it is often used in structures where welding on the back side is difficult. However, a notch-shaped unwelded portion remains between the base material and the backing metal, and when external force is repeatedly applied to the base material, there is a problem that stress is concentrated on the unwelded portion and fatigue failure is likely to occur. .
それに対し、母材端部を曲げ加工して開先を特殊な形状として裏当て金を省略したり、特殊な裏当て金を用いたりして継手強度の向上を図る技術が提唱されている(特許文献1,2等参照)。
On the other hand, a technique for improving the joint strength by bending the base material end and omitting the backing metal with a special shape of the groove, or using a special backing metal has been proposed ( (See
しかし、特許文献1の技術では裏波溶接に高度な溶接技術が要求され、また溶接難易度が高いため溶接工が限定され、工数も増大する。何より開先の形成に手間を要する。一方の特許文献2の技術では、弾性係数や線膨張率の異なる二種類の材料で構成した特殊な裏当て金の製作に工数を要する。
However, the technique of
そこで本発明は、特殊な開先や裏当て金を要することなく、母材と裏当て金との間の未溶着部を起点とした疲労破壊を抑制することができる溶接継手、溶接構造物、建設機械及び溶接方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention does not require a special groove or backing metal, a welded joint that can suppress fatigue fracture starting from an unwelded portion between the base material and the backing metal, a welded structure, An object is to provide a construction machine and a welding method.
上記目的を達成するために、本発明に係る溶接継手は、第1の母材と、開先を突合せて前記第1の母材に対向させた第2の母材と、前記開先のルートギャップを跨いで前記第1及び第2の母材に取り付けた裏当て金とを備え、前記開先から離れるに連れて前記第2の母材の中立面を含む面から前記第1の母材の中立面が前記裏当て金と反対側に離れるように、前記開先を境にして前記第2の母材に対して前記第1の母材が傾斜していることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a welded joint according to the present invention includes a first base material, a second base material that faces the first base material with the groove facing each other, and the root of the groove. Backing metal attached to the first and second base materials across the gap, and the first base material from a surface including a neutral surface of the second base material as the distance from the groove increases. The first base material is inclined with respect to the second base material with the groove as a boundary so that a neutral surface of the material is away from the backing metal. .
本発明によれば、特殊な開先や裏当て金を要することなく、母材と裏当て金との間の未溶着部を起点とした疲労破壊を抑制することができる。 According to the present invention, fatigue failure starting from an unwelded portion between the base material and the backing metal can be suppressed without requiring a special groove or backing metal.
以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
1.溶接継手
図1は本発明の一実施形態に係る溶接継手を溶接線と直交する方向から見た図である。この図に示した溶接継手は、第1の母材31(以下、単に母材31と記載する)、第2の母材32(以下、単に母材32と記載する)及び裏当て金33を備えている。母材31,32は平板状の部材であって、開先34を突合せて互いに対向する突合せ継手である。開先34は特殊な形状にする必要はなく、例えば母材31,32の表側から裏側に向かって狭まるV字型のもので足りる。この開先34は、母材31,32の少なくとも一方の端面を斜めに形成することにより形成されている。母材31,32の表側とは溶接施工をする側であり、裏側とはその反対側である。裏当て金33は、開先34のルートギャップ34aを跨いで母材31,32の少なくとも一方の裏側に点溶接等によって取り付けられている(仮止めされている)。裏当て金33は材質や形状が特殊なものである必要はなく、従来から裏当て金付き突合せ溶接で使用されている一般的な平板形状のもので良い。
1. 1 is a view of a welded joint according to an embodiment of the present invention as viewed from a direction orthogonal to the weld line. The weld joint shown in this figure includes a first base material 31 (hereinafter simply referred to as base material 31), a second base material 32 (hereinafter simply referred to as base material 32), and a
母材31,32は、母材31の中立面P1が、開先34から離れるに連れて母材32の中立面P2を含む面P2’から裏当て金33と反対側に離れるように、母材31に対して母材32が開先34を境にして傾斜している。これにより、母材32の中立面P2を含む面P2’に母材31の中立面P1が含まれないようになっている(中立面P1が面P2’から外れている)。ルートギャップ34aの部分において、母材31,32のルート側の開先先端(図中の下端部)は対向しており、裏当て金33に母材31,32の開先先端の少なくとも一方が接触又は近接している。
The
2.溶接構造物
図2は本発明の一実施形態に係る溶接構造物を溶接線と直交する方向から見た図である。この図に示した溶接構造物は、溶接金属35と図1に示した溶接継手とを含んでいる。溶接金属35は、裏当て金33とは反対側から溶接を施工することによって開先34に形成されている。開先34に沿って溶接金属35を形成することで、母材31,32が互いに接合されている。この際の溶接施工は、開先34のルート側に裏当て金33があるため通常の裏当て金付き突合せ溶接と同じであり、裏波溶接のような高度な技能を必要としない。
2. Welded Structure FIG. 2 is a view of a welded structure according to an embodiment of the present invention as viewed from a direction orthogonal to the weld line. The welded structure shown in this figure includes a
この溶接方法(溶接構造物の製造方法)は次の通りである。まず、母材31の中立面P1が母材32の中立面P2を含む面P2’に含まれないように、開先34を突合せて母材31,32を対向させる。具体的には、前述したように、母材31の中立面P1が開先34から離れるに連れて母材32の中立面P2を含む面P2’から離れるように、母材31,32を互いに傾斜させた状態で開先34を突合せて対向させる。そして、開先34のルートギャップ34aを跨いで母材31,32に裏当て金33を取り付け、裏当て金33とは反対側から開先34に溶接金属35を形成する。
This welding method (manufacturing method of the welded structure) is as follows. First, the
3.比較例
図7は比較例に係る溶接構造物の模式図であって図2に対応する図である。この図に示した溶接構造物では、同じ板厚の平板状の母材A,Bが裏当て金付き突合せ溶接により接合されている。母材A,Bの中立面は同一平面に含まれているものとする。溶接金属Dには、裏当て金Cと母材A,Bとの間に未溶着部Eが存在する。この溶接構造物に対して、例えば図7に矢印で示したように母材A,Bの面方向に引張荷重が繰り返し作用すると、未溶着部Eが疲労破壊の起点となるリスクが高まる。
3. Comparative Example FIG. 7 is a schematic view of a welded structure according to a comparative example and corresponds to FIG. In the welded structure shown in this figure, flat base materials A and B having the same thickness are joined by butt welding with a backing metal. The neutral surfaces of the base materials A and B are included in the same plane. In the weld metal D, an unwelded portion E exists between the backing metal C and the base materials A and B. For example, when a tensile load repeatedly acts on the welded structure in the surface direction of the base materials A and B as indicated by arrows in FIG.
4.効果
図3は本実施形態の作用を説明する図である。本実施形態の溶接構造物において、図3に太矢印で示したように母材31,32を離反させる方向に引張荷重が作用すると、母材31の中立面P1が母材32の中立面P2を含む面P2’に近付くような変形が生じる。溶接金属35の全体に対しては母材31,32が離反する方向に引張応力が発生するところ、先の変形に伴い、溶接金属35の表側には引張応力が、裏当て金33側には圧縮方向に応力が付加される。従って、溶接金属35の表側の引張応力は大きくなり、裏側の引張応力は小さくなる。こうして溶接金属35の裏側に作用する引張応力を軽減することにより、特殊な開先や裏当て金を要することなく、裏当て金付き突合せ溶接継手において疲労破壊の起点となり易い裏当て金側の引張応力を軽減することができ、疲労破壊を抑制することができる。
4). Effect FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the present embodiment. In the welded structure of the present embodiment, when a tensile load is applied in the direction in which the
なお、引張応力が大きくなる溶接金属35の表側においては、例えばグラインダー処理をして表面形状を滑らかにする、又はショットピーニング等により圧縮残留応力を付与する等、後処理によって疲労強度を改善することができる。
In addition, on the front side of the
5.実施例
(1)建設機械
図4は本発明に係る溶接継手の適用対象となり得る建設機械の一例である油圧ショベルの側面図である。以下の説明において断り書きのない場合は運転席の前方(同図中においては左方向)を機体の前方とする。なお、油圧ショベルの例示は本発明に係る溶接継手の適用対象を限定するものではなく、ホイールローダやクレーン、ブルドーザ等の他種の建設機械であっても、本発明に係る溶接継手は必要に応じて適用され得る。
5. Embodiment (1) Construction Machine FIG. 4 is a side view of a hydraulic excavator that is an example of a construction machine that can be applied to a welded joint according to the present invention. When there is no notice in the following description, the front of the driver's seat (the left direction in the figure) is the front of the aircraft. The illustration of the hydraulic excavator does not limit the application target of the welded joint according to the present invention, and the welded joint according to the present invention is necessary even for other types of construction machines such as wheel loaders, cranes, and bulldozers. Can be applied accordingly.
図4に示した油圧ショベルは、走行移動用の走行体4、及び走行体4の上部に旋回自在に搭載した旋回体5を備えている。旋回体5は、旋回体フレーム上に設置したエンジン室7、エンジン室7の前方左側に設けた運転室6、運転室6の右側から前方に延びるフロント作業機、及びエンジン室7の後方に設けたカウンタウェイト8を備えている。エンジン室7には、特に図示していないが、エンジンや熱交換器、バッテリー等の各種機器類が収容してある。
The hydraulic excavator shown in FIG. 4 includes a traveling
フロント作業機は、旋回体フレームに基部が回動自在に連結したブーム9、ブーム9の先端に回動自在に連結したアーム2、及びアーム2の先端に回動自在に連結したバケット12を備えている。ブーム9、アーム2及びバケット12は、それぞれ例えば油圧駆動式のブームシリンダ10、アームシリンダ11及びバケットシリンダ13によって前後方向に延びる鉛直面内で動作するようになっている。
The front work machine includes a
(2)ブーム
図5はブーム9を抜き出して表した側面図である。図5に示したように、ブーム9は、側板19,20、上板27及び下板28を溶接により接合することで中空に構成されていて、側面から見て上に凸となるように湾曲した形状に形成されている。このブーム9には、アームシリンダ11を連結するためのブラケット14、ブームシリンダ10を連結するためのボス15、ブーム9と旋回体5を連結するためのボス16、ブーム9とアーム2を連結するためのボス17が備わっている。ブーム9の左側面は複数の板材を接合してなっており、例えば湾曲部から基部側にかけての部分を見ても、ボス16を設けた基部側の側板19とボス15を設けた湾曲部の側板20とが突合せ溶接部21で接合してある。また、基部側の側板19には曲げ部18が設けられている。曲げ部18を設けることで、上から見てブーム9の基部(ボス16側の部分)がそれよりも前方側の部分より太くなっており、フロント作業機全体のモーメント荷重を支持するのに十分な剛性が与えられている。ブーム9の右側面も左側面と同様の構成である。
(2) Boom FIG. 5 is a side view of the
但し、突合せ溶接部21と曲げ部18が別々に存在する構造とする場合、ブーム9の製造過程において側板19の曲げ加工と側板19,20の接合の工程を要する。
However, in the case where the
図6はブーム9に本発明の一実施形態に係る溶接継手を適用した一実施例を示す図であり、図5中のiii−iii線による矢視断面図に相当する。この図6に示したように突合せ溶接部21を曲げ部18の位置に一致させ、前述した実施形態(図1−図3の例)のように側板19,20の中立面を曲げ部18と同じ角度に傾斜させて裏当て金付き突合せ溶接を施工する。これにより、側板19には曲げ部18のない板材を使用することができ、曲げ加工の工程を省略することができる。従って、ブーム9、ひいては油圧ショベルの製造効率を向上させることができる。溶接金属の裏当て金22側の部位に作用する引張応力、ひいては疲労破壊を抑制することができることは、前述した通りである。
6 is a view showing an example in which the welded joint according to the embodiment of the present invention is applied to the
なお、本実施例では、特に好適な適用箇所としてブーム9を例示したが、これは発明の適用箇所をブーム9に限定する意図ではなく、例えばアーム2や走行体4のフレーム等、他の箇所にも必要に応じて本発明は適用され得る。
In this embodiment, the
19…側板(第1の母材)、20…側板(第2の母材)、21…突合せ溶接部、22…裏当て金、31…第1の母材、32…第2の母材、33…裏当て金、34…開先、34a…ルートギャップ、35…溶接金属、P1…第1の母材の中立面、P2…第2の母材の中立面、P2’…第2の母材の中立面を含む面 19 ... side plate (first base material), 20 ... side plate (second base material), 21 ... butt weld, 22 ... backing metal, 31 ... first base material, 32 ... second base material, 33 ... backing metal, 34 ... groove, 34a ... root gap, 35 ... weld metal, P1 ... neutral surface of the first base material, P2 ... neutral surface of the second base material, P2 '... second Surface including the neutral surface of the base material
Claims (4)
開先を突合せて前記第1の母材に対向させた第2の母材と、
前記開先のルートギャップを跨いで前記第1及び第2の母材に取り付けた裏当て金とを備え、
前記開先から離れるに連れて前記第2の母材の中立面を含む面から前記第1の母材の中立面が前記裏当て金と反対側に離れるように、前記開先を境にして前記第2の母材に対して前記第1の母材が傾斜していることを特徴とする溶接継手。 A first base material;
A second base material that faces the first base material by facing a groove;
A backing metal attached to the first and second base materials across the root gap of the groove,
As the distance from the groove increases, the neutral surface of the first base material moves away from the surface including the neutral surface of the second base material to the side opposite to the backing metal. The first base material is inclined with respect to the second base material.
前記裏当て金とは反対側から前記開先に形成した溶接金属と
を備えたことを特徴とする溶接構造物。 A welded joint according to claim 1;
A welded structure comprising a weld metal formed on the groove from the side opposite to the backing metal.
前記開先から離れるに連れて前記第2の母材の中立面を含む面から前記第1の母材の中立面が裏当て金と反対側に離れるように、前記開先を境にして前記第2の母材に対して前記第1の母材を傾斜させ、
前記開先のルートギャップを跨いで前記第1及び第2の母材に裏当て金を取り付け、
前記裏当て金とは反対側から前記開先に溶接金属を形成することを特徴とする溶接方法。 A welding method for joining the first and second base materials facing each other by facing a groove,
As the distance from the groove increases, the neutral surface of the first base material separates from the surface including the neutral surface of the second base material away from the backing metal. Tilting the first base material with respect to the second base material,
Attaching a backing metal to the first and second base materials across the root gap of the groove,
A welding method comprising forming a weld metal on the groove from a side opposite to the backing metal.
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JP2015198875A JP2017070977A (en) | 2015-10-06 | 2015-10-06 | Welded joint, welded structure, construction machine and welding method |
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JP2019104056A (en) * | 2017-12-12 | 2019-06-27 | 日本車輌製造株式会社 | Weld joint |
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2015
- 2015-10-06 JP JP2015198875A patent/JP2017070977A/en active Pending
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