JP2017196950A - 接合構造体、該接合構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼板からなる複数の部品がＴ字溶接継手部を介して溶接接合されて、疲労強度と剛性に優れた接合構造体、該接合構造体の製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係る接合構造体１は、鋼板からなる部品２０及び部品３０がＴ字溶接継手部１１を介して溶接接合されたものであって、部品３０は、その表面３１に凹形状の凹部３３を屈曲形成することによって傾斜面部３７が形成され、Ｔ字溶接継手部１１は、傾斜面部３７に溶接ビード４０の溶接止端部４１が位置しているものであることを特徴とするものである。【選択図】 図１

Description

本発明は、複数の部品がＴ字溶接継手部を介して溶接接合された接合構造体、該接合構造体の製造方法に関する。

自動車車体シャシー部品のうちフレーム・足回り部品には、アーク溶接によって組み立てられた接合構造体が多い。シャシー・足回り部品等に求められる性能のうち、路面からの荷重入力等に対する耐久・疲労強度は最も重要な要求性能の一つである。そのため、シャシー・足回り部品等においては疲労強度の向上が求められている。

接合構造体の破壊の大半は疲労亀裂の発生に起因しており、その疲労亀裂のほとんどは溶接継手部、特に溶接止端部（溶接金属と被溶接母材との境界部）から発生すると言われている（非特許文献１）。
そして、溶接継手部の疲労強度に関するこれまでの知見より、溶接の疲労強度低下の要因がいくつか明らかにされており、その低下の主な要因は、残留応力や金属組織的因子ではなく、溶接継手部における溶接金属の余盛り形状による応力集中であると指摘されている。

近年、自動車の衝突安全性能の向上と燃費規制の対応とを両立するべく、自動車車体の軽量化がすすめられている。そのため、最近では、車体骨格部材はもとより、これまで防錆性確保の観点から最低限の肉厚確保が必要とされていたシャシー部品に対しても、これまで以上に高強度鋼板を適用し、薄肉化の検討がなされている。
鋼板を高強度化した場合、ゲージダウンや、溶接金属との強度差が大きくなること、また、成形時の残留応力が大きくなることなどにより、疲労強度がさらに低下することが懸念される。したがって、接合構造体の溶接継手部近傍における疲労強度の向上が課題であり、そのためには、溶接継手部における応力集中を低減することが重要である。

そこで、従来から、溶接継手部における応力集中を低減させる方法として、溶接止端部をグラインダーで研磨して滑らかにする、溶接金属を変更又はシールドガスを変更したりする溶接手法の改善により、溶接止端部の形状を滑らかにする等の対策が提案されている。例えば、特許文献１には、ピーニング処理により溶接止端部の形状を滑らかにする技術が開示されている。しかしながら、これらの方法は、後処理や工法の改善のためにコスト・工数が余分にかかるといった問題がある。

また、特許文献２には、一方の部品の隅肉溶接する部分の一部または全部に溶接方向に沿った溝を形成し、溶接時にその溝を溶着金属で埋めて溶接ビードの脚長が上記溝の幅よりも大きくなるように溶接する方法が開示されている。

ＷＯ２０１１／０５５８４８Ａ１ 特開２００８−１８３５６９号公報

溶接学会誌、第６２巻（１９９３）第８号、ｐ．５９５

一方の部品の端面を他方の部品の表面に載せてＴ字状に溶接したＴ字溶接継手を有する接合構造体においても、溶接継手部に繰返し荷重が負荷された場合、その疲労亀裂のほとんどは溶接継手部、特に溶接止端部から発生する。

特許文献２に開示されている溶接方法は、Ｔ字溶接継手を対象としたものであるが、一方の部材に形成された溝を溶接金属で埋めて溶接ビードの脚長が溝の幅よりも大きくなるように溶接するために、溶接金属を多く必要とすることと、溶接止端部は溝が形成されていない元の部材の表面に位置するものであるために、溶接止端部の形状を滑らかに緩和する効果が十分に得られない場合があるなどの課題があった。

さらに、自動車車体部品においては、疲労強度のみならず部品の剛性の向上も重要な課題であるものの、剛性についてはこれまで考慮されてこなかった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、溶接止端部の形状を緩和して疲労強度を向上しつつ部品の剛性を向上した接合構造体、該接合構造体の製造方法を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る接合構造体は、Ｔ字溶接継手部を介して鋼板からなる複数の部品が溶接接合されてなるものであって、前記Ｔ字溶接継手部は、溶接接合される一方の部品の表面から立ち上がる傾斜面部を有し、該傾斜面部に溶接ビードの溶接止端部が位置していることを特徴とするものである。

（２）上記（１）に記載のものにおいて、溶接接合される一方の部品の端面が当接している他方の部品の表面に凹形状又は凸形状が屈曲形成されていることにより前記傾斜面部が形成されていることを特徴とするものである。

（３）上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記表面を基準とした前記傾斜面部の傾斜角度をθとしたときに、30°≦θ＜90°の関係を満たすことを特徴とするものである。

（４）上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のものにおいて、前記傾斜面部の前記表面から頂部までの高さは、該傾斜面部が形成された部品の板厚よりも大きく設定したことを特徴とするものである。

（５）本発明に係る接合構造体の製造方法は、Ｔ字溶接継手部を介して鋼板からなる複数の部品が溶接接合されてなる接合構造体を製造するものであって、前記Ｔ字溶接継手部は、溶接接合される一方の部品の端面が当接している他方の部品の表面に凹形状又は凸形状を屈曲形成することによって該表面から立ち上がる傾斜面部が形成され、該傾斜面部に溶接ビードの溶接止端部が位置するように前記複数の部品が溶接接合されてなることを特徴とするものである。

本発明に係る接合構造体は、鋼板からなる複数の部品がＴ字溶接継手部を介して溶接接合されてなるものであって、前記Ｔ字溶接継手部は、溶接接合される一方の部品の表面から立ち上がる傾斜面部を有し、該傾斜面部に溶接ビードの溶接止端部が位置していることにより、前記溶接止端部に繰返し荷重が作用した時の応力集中が緩和され、溶接のコストと工程数を増やすことなく疲労強度を向上させることができる。さらに、溶接接合される一方の部品の端面が当接している他方の部品に凹形状又は凸形状を屈曲形成することによって前記傾斜面部が形成されることにより、接合された構造体の剛性を向上させることができる。

本発明の実施の形態に係る接合構造体の概略図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は図１（ａ）の矢視Ａ−Ａ断面図である。 従来の接合構造体の一例の概略図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は図２（ａ）の矢視Ａ−Ａ断面図である。 Ｔ字溶接継手部の断面図であり、（ａ）は従来のＴ字溶接継手部、（ｂ）は本発明の実施の形態におけるＴ字溶接継手部である（その１）。 Ｔ字溶接継手部の断面図であり、（ａ）は従来のＴ字溶接継手部、（ｂ）は本発明の実施の形態におけるＴ字溶接継手部である（その２） 本実施の形態に係るＴ字溶接継手部における傾斜面部の形状を説明する図である。 本実施の形態に係るＴ字溶接継手部における溶接ビードの溶接止端部の位置を説明する図である。 本実施の形態に係る接合構造体の他の態様を説明する図である（その１）。 本実施の形態に係る接合構造体におけるＴ字溶接継手部の他の態様を説明する図である（その１）。 本実施の形態に係る接合構造体において、形成された傾斜面部の配置を説明する図である。 本実施の形態に係る接合構造体の他の態様を説明する図である（その２）。 本実施の形態に係る接合構造体の他の態様を説明する図である（その３）。 実施例１における疲労試験方法を説明する説明図である。 実施例１における疲労試験方法に用いた部品の三面図である。 実施例１における比較例のＴ字溶接継手部の説明図である。 実施例２における発明例のＴ字溶接継手部を説明する説明図である。 実施例３においてＣＡＥ解析により得られた主応力分布のコンター図である。

本発明の実施の形態に係る接合構造体１について、図１〜図６を参照して以下に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

接合構造体１は、図１に示すように、Ｔ字溶接継手部１１を介して鋼板からなる複数の部品（部品２０及び部品３０）が溶接接合されたものである。なお、部品２０は、断面コ字状の２つの部品２０ａが接合されてなるものである。

Ｔ字溶接継手部１１は、部品２０の端部の端面２１が部品３０の表面３１に当接した状態で、部品２０の端部に沿って溶接されたものであり、部品２０の端部と部品３０の表面３１に溶接ビード４０が形成されている。

さらに、部品２０と溶接接合される部品３０は、その表面３１に凹形状の凹部３３が屈曲形成されることにより、表面３１には凹形状の底面部３５と、底面部３５から立ち上がる傾斜面部３７が形成されている。そして、Ｔ字溶接継手部１１において、傾斜面部３７に溶接ビード４０の溶接止端部４１が位置している。

＜疲労強度が向上する理由＞
部品３０の表面３１に凹部３３を屈曲形成することによって傾斜面部３７を形成し、傾斜面部３７に溶接ビード４０の溶接止端部４１が位置するように溶接接合することで、接合構造体１の疲労強度が向上する理由を図２〜４に基づいて以下に説明する。

図２に示すような従来の接合構造体３は、部品２０の端部の端面２１が部品５０の表面５１に当接した状態で、Ｔ字溶接継手部１３を介して部品２０と部品５０とが溶接接合されている。

部品２０の端部に沿って形成された溶接ビード４０は、部品５０の表面５１の上面に盛り上がるような形状であり、表面５１に曲率半径ρの溶接止端部４１が位置している（図３（ａ）参照）。

一方、本発明の実施の形態に係る接合構造体１においては、部品３０の表面３１に形成された傾斜面部３７に曲率半径ρ’の溶接止端部４１が位置している（図３（ｂ）参照）。

一般に、溶接ビード４０の溶接止端部４１における曲率半径ρが大きいと、応力集中係数Ktは小さくなり、溶接止端部４１における応力集中が緩和されることが知られている。

従来の接合構造体３のＴ字溶接継手部１３においては、部品２０と部品５０とを溶接接合する際に、重力と部品５０の表面５１の濡れ性によって溶接金属は平坦部へ垂れようとする（濡れ広がる）のに対し、溶接金属は表面張力の作用によって球状を保とうとする（図４（ａ）参照）。

一方、本実施の形態に係る接合構造体１のＴ字溶接継手部１１においては、部品３０の表面３１に傾斜面部３７が形成されており、部品２０と部品３０とを溶接接合する際に、溶接金属が表面張力により傾斜面部３７を駆け上がろうとし、さらに、重力が加わって溶接金属の液体表面が凹み形状となる（図４（ａ）参照）。

そのため、Ｔ字溶接継手部１１は、従来のＴ字溶接継手部１３と比較して溶接ビード４０の形状が滑らかで緩やかになろうとし、溶接止端部４１における曲率半径ρ’が大きくなる。

その結果、Ｔ字溶接継手部１１を有する接合構造体１は、従来のＴ字溶接継手部１３を有する接合構造体３よりも、溶接ビード４０の溶接止端部４１における応力集中係数が小さくなり、疲労強度が向上する。なお、傾斜面部３７の底面部３５からの角度が大きくなり過ぎると、溶接金属が傾斜面部３７を駆け上がりにくくなるため、当該角度は90°未満がよい。

さらに、接合構造体１においては、部品２０と接合する部品３０の表面３１に凹形状を屈曲形成しているため、部品２０と接合する部品５０が平板状である従来の接合構造体３よりも部品剛性が向上し、さらに、荷重を負荷した時に溶接ビード４０付近にて発生する応力を抑制することができる。この点については、後述する実施例において実証する。

＜傾斜面部の形状について＞
次に、部品３０の表面３１に形成される傾斜面部３７の好適な形状について説明する。
傾斜面部３７の形状は、図５に示すように、底面部３５を基準とした傾斜角度θ及び高さDにより規定できる。ここで、底面部３５は、本発明の表面に対応する。

ただし、傾斜面部３７は、部品３０の表面３１に凹部３３を屈曲形成することによって形成されたものであるため、図５に示すように、上方Ｒ部３７ａと、下方Ｒ部３７ｃと、上方Ｒ部３７ａと下方Ｒ部３７ｃを接続する傾斜平面部３７ｂとを有している。

そのため、本実施の形態では、傾斜面部３７の傾斜角度θは、凹部３３の底面部３５を基準とした傾斜平面部３７ｂの角度により表すものとする。

このとき、傾斜平面部３７ｂの傾斜角度は、前述したとおり、溶接金属が表面張力により傾斜面部３７を駆け上がりやすくするため、30°≦θ＜90°の関係を満たすものであることが好ましい。なお、傾斜平面部３７ｂが90°以上、すなわち底面部３５に対して垂直以上になると溶接金属に加わる重力の作用が表面張力の作用を打ち消すため、溶接止端部４１の曲率半径ρ’が小さくなって疲労強度低下につながり、良くない。

一方、底面部３５からの傾斜面部３７の頂部までの高さDは、部品の剛性向上の観点から部品３０の板厚tよりも大きく設定されたものであることが好ましい。

なお、Ｔ字溶接継手部１１において、溶接ビード４０の溶接止端部４１は、傾斜平面部３７ｂに位置するものに限定されるわけではなく、図６に示すように、上方Ｒ部３７ａ又は下方Ｒ部３７ｃに位置するものであっても良い。

＜他の態様について＞
上記の説明において、接合構造体１は、部品３０の表面３１に当接する部品２０の外周形状に合わせて、表面３１に凹部３３を屈曲形成したものであったが、図７に示すように、部品２０の端面２１に沿って部品３０の表面３１に凹部３３を屈曲形成することにより、傾斜面部３７を形成しても良い。

また、本発明に係る接合構造体は、例えば図８に示すように、部品６０の表面６１から突出する凸部６３を屈曲形成することで表面６１に傾斜面部６７を形成し、傾斜面部６７に溶接ビード４０の溶接止端部４１が位置するＴ字溶接継手部１５を介して部品２０と部品６０とが溶接接合されたものであってもよい。

図８に示すＴ字溶接継手部１５においても、傾斜面部６７に位置する溶接止端部４１の形状が滑らかに緩和（曲率半径が増加）されて応力集中が抑制されるため、疲労強度が向上する。

さらに、部品２０の端面２１が当接している部品６０の表面６１に凸部６３が屈曲形成されているため、Ｔ字溶接継手部１５を介して溶接接合された接合構造体は、従来の接合構造体３よりも、部品剛性が向上する。

凸部６３が屈曲形成された部品６０においても、傾斜面部６７は、図５に示す傾斜面部３７と同様、その上方Ｒ部と下方Ｒ部は屈曲し、該上方Ｒ部と下方Ｒ部とが平面部で接続されたものであると見なすことができて、図６に示すＴ字溶接継手部１１と同様、溶接止端部４１は、傾斜面部６７の上方Ｒ部、平面部又は下方Ｒ部のいずれの位置であっても良い。

本実施の形態に係る接合構造体１は、例えば図１と同様に部品２０の端部の全周に沿って部品６０の表面６１に傾斜面部６７が形成されているが、本発明に係る接合構造体は、例えば図９に示すように、荷重を負荷する方向において、部品６０の左右側方（図９（ｂ））、又は、前方及び後方（図９（ｃ））の表面６１に凸形状を屈曲形成して凸部６３を配置し、部品２０の端部の一部に沿って傾斜面部６７を形成したものであっても良い。予めＣＡＥ解析を行って応力集中が顕著な部分に傾斜面部を形成するのが効果的である。例えば、部品２０の角部に応力集中しやすい場合は、図９（ｄ）のように凸部６３を配置して傾斜面部を形成するとよい。

よって、本発明に係る接合構造体において、溶接接合される一方の部品の表面とは、部品３０の表面３１に凹部３３を屈曲形成した底面部３５（図５参照）、または、部品６０の表面６１から突出する凸部６３を屈曲形成する表面６１（図８参照）を示す。

なお、上記の説明において、部品２０は、断面コ字状の２つの部品２０ａそれぞれの開口部同士が対向して接合されたものであり、その断面が閉じたロの字形状であるが、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、部品２０ａのような開き部品であっても、端部の端面と部品３０の底面部３５とが当接した状態で、部品２０ａの端部に沿って部品３０と溶接接合したものでも良い。若しくは、図１０（ｃ）に示すように、閉断面形状である円筒状の部品２０ｂと部品３０とが、部品２０ｂの端部に沿って溶接接合されたものであっても良い。

また、上記の説明は、２つの部品（部品２０と部品３０、部品２０ａと部品３０、部品２０ｂと部品３０）とが溶接接合されてなる接合構造体１についてのものであったが、本発明に係る接合構造体において溶接接合される部品の個数には、特に制限はない。

さらに、本発明に係る接合構造体は、例えば図１１（ａ）に示すように、端部を段差状に屈曲形成して傾斜面部７７を形成した部品７０の端面と部品８０の表面とが当接し、溶接ビード４０の溶接止端部４１が傾斜面部７７に位置するＴ字溶接継手部１７を介して溶接接合された接合構造体７や、図１１（ｂ）に示すように、部品１００に形成された傾斜面部１０７を有するＴ字溶接継手部１１と、部品９０に形成された傾斜面部９７を有するＴ字溶接継手部１７の双方を介して、部品９０と部品１００を溶接接合した接合構造体８でも良い。

なお、本発明に係る接合構造体の製造方法として、溶接接合される複数の鋼板からなる部品のうち溶接接合されるいずれかの部品の表面に凹形状又は凸形状を屈曲形成することにより傾斜面部を形成するためには、プレス加工を適用することができる。

前述のとおり、溶接接合される一方の部品の表面とは、部品３０の表面３１に凹部３３を屈曲形成した底面部３５（図５参照）、または、部品６０の表面６１から突出する凸部６３を屈曲形成する表面６１（図８参照）を示す。

また、鋼板からなる部品をプレス成形する前工程として、プレス成形に供されるブランクの絞り工程や抜き工程等がある。

そこで、部品の表面に凹形状又は凸形状を屈曲形成する工程を複数の部品の絞り工程や抜き工程に組み込むことによって、工程数を増やすことなく、また、特別なプレス成形装置を必要せず、生産性を損なわずに経済性に優れ、疲労強度及び剛性が高い接合構造体を製造することができる。

また、本実施の形態に係る接合構造体の製造方法は、複数の鋼板からなる部品をアーク溶接により接合するものであるが、本発明に係る接合構造体の製造方法における溶接方法は、これに限定するものではない。

本発明の作用効果について確認するための実験を行った。これについて以下に説明する。
実施例１では、図１に示す接合構造体１を試験対象とし、図１２に示す疲労試験を行い、疲労強度を評価した。

＜供試材及び部品形状＞
接合構造体１は、図１２に示すように、部品２０及び部品３０を溶接接合して作製し、部品２０及び部品３０は、板厚t＝2.9mm、780MPa級の熱延鋼板を供試材とした。

部品２０は、図１３（ａ）に示す断面コ字形状の部品２０ａの開口部同士を接合して作製したものである。

部品３０は、図１３（ｂ）に示すように、断面コ字形状であり、表面３１に凹形状の凹部３３が屈曲形成されたものである。凹部３３は、凹形状の底面部３５と、底面部３５から立ち上がる傾斜面部３７を有している。

＜疲労試験方法及び条件＞
実施例１における疲労試験方法は、図１２に示すように、定盤（図示なし）上に固定された固定ジグに接合構造体１をセットし、接合構造体１に取り付けたコの字ブラケットにアクチュエータ（図示なし）を連結し、該アクチュエータを介して接合構造体１に繰り返し荷重を与えるものである。

そして、接合構造体１に5mmの亀裂長さが目視確認できるまでの繰り返し荷重のサイクル数を計測した。

疲労試験は、荷重の負荷方向をX方向とする曲げモードについて行い、負荷荷重を500又は750N、繰返し周波数を5Hz、繰返し荷重における応力比を0（片振り）とした。

実施例１では、部品３０の傾斜面部３７の形状パラメータとして傾斜角度θ及び高さD（図５参照）、及び、傾斜面部３７における溶接止端部４１の位置をそれぞれ変更した接合構造体１の疲労試験を行い、上記の形状パラメータ及び溶接止端部４１の位置の違いが疲労強度に及ぼす影響について検討した。

さらに、実施例１では、従来のＴ字溶接継手部１３を介して部品２０と部品５０が溶接接合された接合構造体３（図２参照）、及び、図１４に示すＴ字溶接継手部１９を介して部品２０と部品１１０とが溶接接合された接合構造体についても、上記の接合構造体１と同様に疲労試験を行い、5mmの亀裂が目視確認で発生するまでのサイクル数（亀裂発生までの繰り返し数）を計測した。

ここで、Ｔ字溶接継手部１９は、特許文献２に開示された方法により部品１１０に凹み形状の溝部１１３を形成し、溝部１１３に溶接金属を埋めるように部品２０と部品１１０を溶接接合し、溶接ビード４０の脚長が溝部１１３の幅よりも大きくなるように溶接止端部４１を位置するようにしたものである。

表１に、発明例における傾斜面部３７の形状パラメータ及び溶接止端部４１の位置、並びに、従来例および比較例である各接合構造体を用いた疲労試験における試験条件（荷重方向及び荷重）を示す。

表１において、No.4〜10、12は、発明例の接合構造体１（発明例、図１２）、No.1及び11は従来の接合構造体３（従来例、図２）、No.2は、Ｔ字溶接継手部１９を有する接合構造体（比較例１、図１４）、No.3は、本発明に係る接合構造体１において傾斜面部３７の傾斜角度θを90°としたもの（比較例２）である。
また、表１における溶接止端部位置は、図６に示すように、溶接止端部４１が傾斜面部３７の上方Ｒ部３７ａに位置するものをＡ、傾斜平面部３７ｂに位置するものをＢ、下方Ｒ部３７ｃに位置するものをＣと表記したものである。

＜疲労試験結果＞
疲労試験結果を、前掲した表１に示す。
表１より、発明例（No.4〜10、No.12）は、いずれの条件においても、従来例（No.1及び11）及び比較例（No.2及び3）よりも亀裂発生繰り返し数が著しく増加し、疲労強度が大幅に向上していることが分かる。さらに、荷重500Nの従来例であるNo.1と発明例のNO.8との亀裂発生までの繰り返し数の比率と、荷重750Nの従来例であるNo.11と発明例のNo.12との亀裂発生までの繰り返し数の比率を比べると、前者は1050000/75000＝14倍、後者は323000/11000≒29倍と後者の比率が高くなり、荷重が大きいほど、疲労強度向上の効果が大きい結果となった。

発明例において傾斜面部３７の高さDを変更した条件（No.4〜6、No.9及び10）を比較すると、傾斜面部３７の高さDの増加とともに、亀裂発生繰り返し数が増加し、疲労強度が向上している。

傾斜面部３７の傾斜角度θを変更した条件を比較すると、傾斜角度θ＝30°（No.9）に比べてθ＝45°（No.5）の方が、傾斜角度θ＝30°（No.10）に比べてθ＝45°（No.4）の方が亀裂発生繰り返し数は増加し、疲労強度が向上している。しかし、傾斜角度θ＝90°（No.3）においては、従来例及び比較例１と同程度の亀裂発生繰り返し数であり、疲労強度の向上はわずかであった。

傾斜面部３７における溶接止端部４１の位置を変更した条件（No.4、7、8）を比較すると、溶接止端部４１の位置が低くなるにつれて亀裂発生繰り返し数が増加し、疲労強度が向上している。

以上より、鋼板からなる複数の部品がＴ字溶接継手部を介して溶接接合された接合構造体において、溶接接合される一方の部品の端面が当接している他方の部品の表面に凹形状を屈曲形成することによって傾斜面部を形成し、該傾斜面部に溶接ビードの溶接止端部が位置するように複数の部品を溶接接合することにより、接合構造体の疲労強度を向上させることができることが実証された。

次に、図９に示す接合構造体５を試験対象として、実施例１と同様に疲労試験を行い、疲労強度を評価した。

＜供試材及び部品＞
接合構造体５は、図８に示すＴ字溶接継手部１５を介して部品２０と部品６０を溶接接合したものであり、部品２０及び６０は、板厚t＝2.9mm、780MPa級の熱延鋼板を供試材とした。

部品２０は、図１３（ａ）に示す断面コ字形状の部品２０ａの開口部同士を接合して作製したものである。

部品６０は、断面コ字形状であり、表面６１に凸形状の凸部６３を屈曲形成することにより、傾斜面部６７が形成されたものである。

＜疲労試験方法及び条件＞
本実施例２における疲労試験方法は、図１２に示す実施例１における疲労試験と同様、定盤（図示なし）上に固定された冶具に接合構造体５をセットし、接合構造体５に取り付けたコの字ブラケットに連結したアクチュエータ（図示なし）を介して接合構造体５に繰り返し荷重を与え、接合構造体５に5mmの亀裂長さが目視確認できるまでの繰り返し数（亀裂発生までの繰り返し数）を計測した。

疲労試験は、荷重の負荷方向をX方向とする曲げモードについて行い、負荷荷重を500又は750N、繰返し周波数を5Hz、繰返し荷重における応力比を0（片振り）とした。

実施例２では、図１５に示す部品６０の表面６１に屈曲形成した凸部６３の形状（高さH、幅W）、及び、傾斜面部６７の下端のＲ終わり部と部品２０の表面との距離Lを変更し、さらに、凸部６３の配置を部品２０の端部に沿って全周（図９（ａ）参照）、荷重負荷方向に対して部品２０の側部（図９（ｂ）参照）又は部品２０の前後部（図９（ｃ）参照）としたときの疲労強度に及ぼす影響を検討した。なお、凸部６３の高さHは、傾斜面部６７の高さDに相当する。

さらに、実施例２では、図２に示す従来のＴ字溶接継手部１３を介して部品２０と部品５０が溶接接合された接合構造体３についても同様に疲労試験を行い、5mmの亀裂が目視確認で発生するまでのサイクル数（亀裂発生までの繰り返し数）を計測した。

表２に、凸部６３の形状、位置及び配置を示す。

表２において、No.21は従来の接合構造体３（従来例）、No.22〜27は、発明例の接合構造体５（発明例、図９）である。

＜疲労試験結果＞
疲労試験結果を、前掲した表２に示す。
表２より、発明例（No.22〜29）は、いずれの条件においても、従来例（No.21）よりも亀裂発生までの繰り返し数が著しく増加し、疲労強度が向上していることが分かる。

凸部６３の配置を変更した条件（No.22〜24、および28）を比較すると、前後部に配置（No.24）した条件に比べて、角部のみに配置（No.28）した条件および側部に配置（No.23）した条件の方が、疲労強度が大きく向上し、さらに、凸部６３を部品２０の端部に沿って全周に配置することにより、疲労強度はさらに向上している。角部のみの配置においても疲労強度が向上するのは、本試験条件で応力解析すると角部に応力集中しているためである。

凸部６３の高さH（傾斜面部６７の高さD）を変更した条件(No.22及び25)においては、凸部６３の高さHが高くなると疲労強度が高くなる。

さらに、凸部６３の高さHが板厚t（2.9mm）よりも小さく設定された条件（No.27）においても、従来例（No.21）に比べて疲労強度が向上していることが分かる。

以上より、鋼板からなる複数の部品がＴ字溶接継手部を介して溶接接合された接合構造体において、溶接接合される一方の部品の端面が当接している他方の部品の表面に凸形状を屈曲形成することによって傾斜面部を形成し、該傾斜面部に溶接ビードの溶接止端部が位置するように複数の部品を溶接接合することにより、接合構造体の疲労強度を向上させることができることが実証された。

さらに、実施例３では、本発明に係る接合構造体において、溶接止端部の形状緩和と剛性向上の相乗効果について検討した。

ここでは、図１２に示す接合構造体１をモデル化してCAE解析（応力解析）を行った。
CAE解析において、接合構造体１に用いた部品２０及び３０は、実施例１及び２と同様、板厚t＝2.9mm、780MPa級の熱延鋼板を供試材として作成されたものとした。

そして、実施例１及び２における疲労試験と同様、接合構造体１に対して曲げモードの荷重を負荷し（図１２参照）、接合構造体１に発生する応力を求めた。

なお、比較対象として、従来技術のＴ字溶接継手部１３を介して部品２０と部品５０が溶接接合された接合構造体３（図２参照）についても、CAE解析を行った。

図１６に、5kNの荷重を負荷したときに接合構造体１及び３に発生した最大主応力分布の解析結果を示す。

接合構造体１及び３ともに、溶接止端部４１近傍において最大主応力が高い値を示しているものの、本発明に係る接合構造体１では、従来の接合構造体３に比べて最大主応力が大幅に低下している。

この結果から、本発明に係る接合構造体１におけるＴ字溶接継手部１１は、部品３０の表面３１に凹形状を屈曲形成することによって傾斜面部３７が形成されているため、平板上に端面を当接させて溶接接合された接合構造体３に比べて、部品剛性が上がって溶接接合された部分の応力分布が異なり、傾斜面部を含む凹部の応力が低減するため、発生応力も抑えられる。

したがって、本発明に係る接合構造体１においては、溶接止端部４１が傾斜面部３７に位置することにより、疲労強度と剛性が向上する相乗効果が得られることが実証された。

１ 接合構造体
３ 接合構造体（従来技術）
５ 接合構造体
７ 接合構造体
８ 接合構造体
１１ Ｔ字溶接継手部
１３ Ｔ字溶接継手部（従来技術）
１５ Ｔ字溶接継手部
１７ Ｔ字溶接継手部
１９ Ｔ字溶接継手部（比較例１）
２０ 部品
２１ 端面
３０ 部品
３１ 表面
３３ 凹部
３５ 底面部
３７ 傾斜面部
３７ａ 上方Ｒ部
３７ｂ 傾斜平面部
３７ｃ 下方Ｒ部
４０ 溶接ビード
４１ 溶接止端部
５０ 部品
５１ 表面
６０ 部品
６１ 表面
６３ 凸部
６７ 傾斜面部
７０ 部品
７７ 傾斜面部
８０ 部品
９０ 部品
９７ 傾斜面部
１００ 部品
１０７ 傾斜面部
１１０ 部品
１１３ 溝部

Claims (5)

1. Ｔ字溶接継手部を介して鋼板からなる複数の部品が溶接接合されてなる接合構造体であって、
   前記Ｔ字溶接継手部は、溶接接合される一方の部品の表面から立ち上がる傾斜面部を有し、該傾斜面部に溶接ビードの溶接止端部が位置していることを特徴とする接合構造体。
2. 溶接接合される一方の部品の端面が当接している他方の部品の表面に凹形状又は凸形状が屈曲形成されていることにより前記傾斜面部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の接合構造体。
3. 前記表面を基準とした前記傾斜面部の傾斜角度をθとしたときに、30°≦θ＜90°の関係を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の接合構造体。
4. 前記傾斜面部の前記表面から頂部までの高さは、該傾斜面部が形成された部品の板厚よりも大きく設定したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の接合構造体。
5. Ｔ字溶接継手部を介して鋼板からなる複数の部品が溶接接合されてなる接合構造体を製造する接合構造体の製造方法であって、
   前記Ｔ字溶接継手部は、溶接接合される一方の部品の端面が当接している他方の部品の表面に凹形状又は凸形状を屈曲形成することによって該表面から立ち上がる傾斜面部が形成され、該傾斜面部に溶接ビードの溶接止端部が位置するように前記複数の部品が溶接接合されてなることを特徴とする接合構造体の製造方法。