JP2023147358A - 重ね隅肉溶接継手の製造方法、重ね隅肉溶接継手の重ね幅の設定方法および重ね隅肉溶接継手 - Google Patents
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Abstract
【課題】重ね隅肉溶接継手の割れの発生を抑制する技術を提供する。【解決手段】重ね隅肉溶接継手の溶接方法は、第１鋼材の縁部に沿って溶接部が形成されるように第１鋼材の縁部と第２鋼材の表面とを隅肉溶接する溶接工程を備える。第１鋼材および第２鋼材の重ね幅（ｍｍ）をＷ１とし、第１鋼材の厚み（ｍｍ）をＴとし、第２鋼材の厚み（ｍｍ）をｔとし、第１鋼材と第２鋼材との隙間（ｍｍ）をｓとして、前記溶接工程では、前記溶接部の溶接線方向に直交する断面において、（Ｗ１≧６．０＋２ｓ－（ｔ－Ｔ））が満たされるように、前記第１鋼材と前記第２鋼材とを溶接する。【選択図】 図２
Description
本発明は、重ね隅肉溶接継手の製造方法、重ね隅肉溶接継手の重ね幅の設定方法および重ね隅肉溶接継手に関する。
自動車の排気系部品などの製造において、２つの部材の一部同士を上下に重ね合わせて、上側の部材の端部を下側の部材の上面に溶接する重ね隅肉溶接が利用されている。この重ね隅肉溶接によって得られる隅肉溶接継手では、下側の部材において割れが発生する場合がある。
そこで、従来、隅肉溶接継手において割れが生じることを防止するための技術が提案されている。例えば、特許文献１には、２枚の鋼板を重ね合わせ、上板端部と下板を溶融し、該上板端部に沿って溶接する重ねすみ肉溶接方法が開示されている。
特許文献１に開示された重ねすみ肉溶接方法では、溶融部と下板の端部との距離を、溶接速度および下板の板厚を変数とする式によって規定している。これにより、下板において割れが発生することを防止している。
しかしながら、本発明者による検討の結果、特許文献１に記載された要件を満たすように溶接継手を製造した場合でも、下側の部材に割れが発生する場合があることが分かった。
そこで、本発明は、重ね隅肉溶接継手の割れの発生を適切に抑制する技術を提供することを目的とする。
本発明は、下記の重ね隅肉溶接継手の製造方法、重ね隅肉溶接継手の重ね幅の設定方法および重ね隅肉溶接継手を要旨とする。
（１）所定の厚みを有する第１鋼材の一部を、所定の厚みを有する第２鋼材上に重ねた状態で、前記第１鋼材の縁部に沿って溶接部が形成されるように、前記縁部と前記第２鋼材の表面とを隅肉溶接する溶接工程を備え、
前記溶接工程では、前記溶接部の溶接線方向に直交する断面において、下記の（ｉ）式、（ii）式および（iii）式が満たされるように、前記第１鋼材と前記第２鋼材とを溶接する、重ね隅肉溶接継手の製造方法。
Ｗ１≧６．０＋２ｓ－（ｔ－Ｔ） ・・・（ｉ）
０．５≦Ｔ≦３．０ ・・・（ii）
０．５≦ｔ≦３．０ ・・・（iii）
上記式において、Ｗ１は第１鋼材および第２鋼材の重ね幅（ｍｍ）を表し、Ｔは第１鋼材の厚み（ｍｍ）を表し、ｔは第２鋼材の厚み（ｍｍ）を表し、ｓは第１鋼材と第２鋼材との隙間（ｍｍ）を表し、０以上である。
前記溶接工程では、前記溶接部の溶接線方向に直交する断面において、下記の（ｉ）式、（ii）式および（iii）式が満たされるように、前記第１鋼材と前記第２鋼材とを溶接する、重ね隅肉溶接継手の製造方法。
Ｗ１≧６．０＋２ｓ－（ｔ－Ｔ） ・・・（ｉ）
０．５≦Ｔ≦３．０ ・・・（ii）
０．５≦ｔ≦３．０ ・・・（iii）
上記式において、Ｗ１は第１鋼材および第２鋼材の重ね幅（ｍｍ）を表し、Ｔは第１鋼材の厚み（ｍｍ）を表し、ｔは第２鋼材の厚み（ｍｍ）を表し、ｓは第１鋼材と第２鋼材との隙間（ｍｍ）を表し、０以上である。
（２）前記第１鋼材と前記第２鋼材との隙間は０．２ｍｍ以上である、上記（１）に記載の重ね隅肉溶接継手の製造方法。
（３）前記溶接工程では、前記溶接部の溶接線方向に直交する前記断面において、下記の（iv）式が満たされるように、前記第１鋼材と前記第２鋼材とを溶接する、上記（１）または（２）に記載の重ね隅肉溶接継手の製造方法。
６．０＋２ｓ－（ｔ－Ｔ）≦Ｗ１≦８．０＋２ｓ－（ｔ－Ｔ） ・・・（iv）
上記式において、Ｗ１は第１鋼材および第２鋼材の重ね幅（ｍｍ）を表し、Ｔは第１鋼材の厚み（ｍｍ）を表し、ｔは第２鋼材の厚み（ｍｍ）を表し、ｓは第１鋼材と第２鋼材との隙間（ｍｍ）を表し、０以上である。
６．０＋２ｓ－（ｔ－Ｔ）≦Ｗ１≦８．０＋２ｓ－（ｔ－Ｔ） ・・・（iv）
上記式において、Ｗ１は第１鋼材および第２鋼材の重ね幅（ｍｍ）を表し、Ｔは第１鋼材の厚み（ｍｍ）を表し、ｔは第２鋼材の厚み（ｍｍ）を表し、ｓは第１鋼材と第２鋼材との隙間（ｍｍ）を表し、０以上である。
（４）所定の厚みを有する第１鋼材の一部を、所定の厚みを有する第２鋼材上に重ねた状態で、前記第１鋼材の縁部に沿って溶接部が形成されるように前記縁部と前記第２鋼材の表面とを隅肉溶接して重ね隅肉溶接継手を製造する際の、前記第１鋼材と前記第２鋼材との重ね幅の設定方法であって、
前記溶接部の溶接線方向に直交する断面において、下記の（ｉ）式、（ii）式および（iii）式が満たされるように、前記重ね幅を設定する、重ね隅肉溶接継手の重ね幅の設定方法。
Ｗ１≧６．０＋２ｓ－（ｔ－Ｔ） ・・・（ｉ）
０．５≦Ｔ≦３．０ ・・・（ii）
０．５≦ｔ≦３．０ ・・・（iii） 上記式において、Ｗ１は第１鋼材および第２鋼材の重ね幅（ｍｍ）を表し、Ｔは第１鋼材の厚み（ｍｍ）を表し、ｔは第２鋼材の厚み（ｍｍ）を表し、ｓは第１鋼材と第２鋼材との隙間（ｍｍ）を表し、０以上である。
前記溶接部の溶接線方向に直交する断面において、下記の（ｉ）式、（ii）式および（iii）式が満たされるように、前記重ね幅を設定する、重ね隅肉溶接継手の重ね幅の設定方法。
Ｗ１≧６．０＋２ｓ－（ｔ－Ｔ） ・・・（ｉ）
０．５≦Ｔ≦３．０ ・・・（ii）
０．５≦ｔ≦３．０ ・・・（iii） 上記式において、Ｗ１は第１鋼材および第２鋼材の重ね幅（ｍｍ）を表し、Ｔは第１鋼材の厚み（ｍｍ）を表し、ｔは第２鋼材の厚み（ｍｍ）を表し、ｓは第１鋼材と第２鋼材との隙間（ｍｍ）を表し、０以上である。
（５）前記第１鋼材と前記第２鋼材との隙間は０．２ｍｍ以上である、上記（４）に記載の重ね隅肉溶接継手の重ね幅の設定方法。
（６）前記溶接部の溶接線方向に直交する前記断面において、下記の（iv）式が満たされるように、前記重ね幅を設定する、上記（４）または（５）に記載の重ね隅肉溶接継手の重ね幅の設定方法。
６．０＋２ｓ－（ｔ－Ｔ）≦Ｗ１≦８．０＋２ｓ－（ｔ－Ｔ） ・・・（iv）
上記式において、Ｗ１は第１鋼材および第２鋼材の重ね幅（ｍｍ）を表し、Ｔは第１鋼材の厚み（ｍｍ）を表し、ｔは第２鋼材の厚み（ｍｍ）を表し、ｓは第１鋼材と第２鋼材との隙間（ｍｍ）を表し、０以上である。
６．０＋２ｓ－（ｔ－Ｔ）≦Ｗ１≦８．０＋２ｓ－（ｔ－Ｔ） ・・・（iv）
上記式において、Ｗ１は第１鋼材および第２鋼材の重ね幅（ｍｍ）を表し、Ｔは第１鋼材の厚み（ｍｍ）を表し、ｔは第２鋼材の厚み（ｍｍ）を表し、ｓは第１鋼材と第２鋼材との隙間（ｍｍ）を表し、０以上である。
（７）所定の厚みを有する第１鋼材の一部が所定の厚みを有する第２鋼材上に重ねられ、前記第１鋼材の縁部に沿って形成された溶接部によって前記縁部と前記第２鋼材の表面とが隅肉溶接された重ね隅肉溶接継手であって、
前記溶接部の溶接線方向に直交する断面において、下記の（ｖ）式、（ii）式および（iii）式を満たす、重ね隅肉溶接継手。
Ｗ２≧４．８＋２ｓ－（ｔ－Ｔ） ・・・（ｖ）
０．５≦Ｔ≦３．０ ・・・（ii）
０．５≦ｔ≦３．０ ・・・（iii）
上記式において、Ｗ２は第１鋼材および第２鋼材の重ね幅（ｍｍ）を表し、Ｔは第１鋼材の厚み（ｍｍ）を表し、ｔは第２鋼材の厚み（ｍｍ）を表し、ｓは第１鋼材と第２鋼材との隙間（ｍｍ）を表し、０以上である。
前記溶接部の溶接線方向に直交する断面において、下記の（ｖ）式、（ii）式および（iii）式を満たす、重ね隅肉溶接継手。
Ｗ２≧４．８＋２ｓ－（ｔ－Ｔ） ・・・（ｖ）
０．５≦Ｔ≦３．０ ・・・（ii）
０．５≦ｔ≦３．０ ・・・（iii）
上記式において、Ｗ２は第１鋼材および第２鋼材の重ね幅（ｍｍ）を表し、Ｔは第１鋼材の厚み（ｍｍ）を表し、ｔは第２鋼材の厚み（ｍｍ）を表し、ｓは第１鋼材と第２鋼材との隙間（ｍｍ）を表し、０以上である。
（８）前記第１鋼材と前記第２鋼材との隙間は０．２ｍｍ以上である、上記（７）に記載の重ね隅肉溶接継手。
（９）前記溶接部の溶接線方向に直交する断面において、下記の（vi）式を満たす、上記（７）または（８）に記載の重ね隅肉溶接継手。
４．８＋２ｓ－（ｔ－Ｔ）≦Ｗ２≦７．２＋２ｓ－（ｔ－Ｔ） ・・・（vi）
上記式において、Ｗ２は第１鋼材および第２鋼材の重ね幅（ｍｍ）を表し、Ｔは第１鋼材の厚み（ｍｍ）を表し、ｔは第２鋼材の厚み（ｍｍ）を表し、ｓは第１鋼材と第２鋼材との隙間（ｍｍ）を表し、０以上である。
４．８＋２ｓ－（ｔ－Ｔ）≦Ｗ２≦７．２＋２ｓ－（ｔ－Ｔ） ・・・（vi）
上記式において、Ｗ２は第１鋼材および第２鋼材の重ね幅（ｍｍ）を表し、Ｔは第１鋼材の厚み（ｍｍ）を表し、ｔは第２鋼材の厚み（ｍｍ）を表し、ｓは第１鋼材と第２鋼材との隙間（ｍｍ）を表し、０以上である。
本発明によれば、重ね隅肉溶接継手の割れの発生を適切に抑制することができる。
（本発明者による検討）
本発明者は、重ね隅肉溶接継手の割れを防止する技術について詳細な検討を行った。具体的には、図１に示すような、２枚の鋼材１０，１２を備えた隅肉重ね溶接継手１００（以下、溶接継手１００と略記する。）において、鋼材１２に生じる割れについて詳細な検討を行った。その結果、以下に説明する知見を得た。なお、図１において（ａ）は、溶接継手１００を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）の溶接継手１００のｂ－ｂ部分を示す概略断面図である。
本発明者は、重ね隅肉溶接継手の割れを防止する技術について詳細な検討を行った。具体的には、図１に示すような、２枚の鋼材１０，１２を備えた隅肉重ね溶接継手１００（以下、溶接継手１００と略記する。）において、鋼材１２に生じる割れについて詳細な検討を行った。その結果、以下に説明する知見を得た。なお、図１において（ａ）は、溶接継手１００を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）の溶接継手１００のｂ－ｂ部分を示す概略断面図である。
図１に示す溶接継手１００は、従来の一般的な隅肉重ね溶接継手と同様に、鋼材１０の一部を鋼材１２に重ねた状態で、鋼材１０の縁部１０ａに沿って溶接部（溶接金属）１４が形成されるように、縁部１０ａを鋼材１２の表面１２ａに隅肉溶接することによって製造されたものである。
なお、図１には、鋼材１０，１２の積層方向Ｘ、溶接部１４の溶接線方向Ｙ、および積層方向Ｘと溶接線方向Ｙとに直交する方向Ｚ（以下、溶接部１４の幅方向Ｚとする。）が示されている。積層方向Ｘは、鋼材１０および鋼材１２の厚み方向に平行な方向である。本明細書では、積層方向Ｘにおいて鋼材１０側を溶接継手１００の表側とし、鋼材１２側を溶接継手１００の裏側とする。
溶接継手１００の鋼材１２において生じる割れについて本発明者が詳細な検討を行った結果、鋼材１２の割れの発生には、溶接の際の鋼材１２の変形が大きく影響することが分かった。また、本発明者の検討の結果、鋼材１２の変形には、鋼材１０と鋼材１２との重ね幅Ｗ１（鋼材１０および鋼材１２が互いに重なっている部分の幅方向Ｚにおける長さ）が影響することが分かった。以下、具体的に説明する。
本発明者は、有限要素法を用いた熱応力解析を行うことにより、溶接継手１００の変形態様（冷却後の変形態様）について調査した。具体的には、溶接継手１００を模擬した２次元解析モデルを作成し、重ね幅Ｗ１と冷却後の溶接継手１００の溶接部１４近傍に発生する幅方向Ｚのひずみとの関係ついて調査した。なお、溶接継手１００を製造する際には、図２に示すように、種々の要因により、積層方向Ｘにおいて鋼材１０と鋼材１２との間に隙間ｓを設ける場合がある。本解析においても、鋼材１０と鋼材１２との間に、０．５ｍｍの隙間を設けた。図３に、解析結果を示す。
なお、図３においては、溶接部１４の近傍の解析結果を示している。図３（ａ）は、重ね幅Ｗ１を３ｍｍに設定した解析モデルの解析結果を示し、図３（ｂ）は、重ね幅Ｗ１を１３ｍｍに設定した解析モデルの解析結果を示す。本解析では、鋼材１０，１２としてそれぞれ、フェライト系ステンレス鋼（１７Ｃｒ－１．２Ｍｏ－０．２Ｔｉ－０．０９Ｓｉ－０．０２Ｃ，Ｎ）を想定した物性値を設定し、溶接部１４として、オーステナイト系ステンレス鋼（日本ウェルディング・ロッド株式会社製のＷＥＬ ＭＩＧ ３０８）を想定した物性値を設定した。鋼材１０の厚みは１．０ｍｍとし、鋼材１０の幅方向Ｚの長さは６０ｍｍとした。鋼材１２の厚みは１．０ｍｍとし、鋼材１２の幅方向Ｚの長さは６０ｍｍとした。また、本解析では、溶接時（加熱および冷却時）に、溶接継手１００の溶接部近傍及び重なり部近傍以外（鋼材１０は、鋼材１２の重なり部１２ｃ（図４参照）の端部から５ｍｍより外側、鋼材１２は、重なり部１２ｃの端部から３０ｍｍより外側）の板厚方向Ｘの変形が拘束されているものとした。
図３（ａ）に示すように、重ねＷ１が小さい場合には、鋼材１２の裏面１２ｂ側の部分のうち、鋼材１２の厚み方向において溶接部１４に対向する部分に引張ひずみが発生している。この場合、引張ひずみが発生した部分において、亀裂が発生しやすくなると考えられる。一方、図３（ｂ）に示すように、重ねＷ１が大きい場合には、鋼材１２において溶接部１４の近傍の部分に圧縮ひずみが発生している。この圧縮ひずみにより、鋼材１２の裏面１２ｂ側において亀裂が発生することを防止できると考えられる。以下、図３（ａ），（ｂ）に示したように、重ねＷ１によって、ひずみの発生態様が異なる理由を説明する。
図４および図５は、溶接継手１００の溶接部１４近傍の変形態様を説明するための図であり、（ａ）は、加熱中の溶接継手１００を示す図であり、（ｂ）は、冷却中の溶接継手１００を示す図である。なお、図４は、鋼材１０と鋼材１２との重ね幅を小さく設定した場合の変形態様を示す図であり、図５は、鋼材１０と鋼材１２との重ね幅を大きく設定した場合の変形態様を示す図である。
図４（ａ）に示すように、鋼材１０と鋼材１２との重ね幅が小さい場合には、溶接中に鋼材１２が加熱されると、鋼材１２の表面１２ａ側が、溶接部１４を中心として幅方向Ｚに熱膨張する。この熱膨張に伴って、鋼材１２の裏面１２ｂ側も幅方向Ｚに伸長し、幅方向Ｚにおいて引張ひずみが生じる。なお、鋼材１２のうち、幅方向Ｚにおいて溶接部１４よりも鋼材１０側の部分（以下、重なり部１２ｃと記載する。）は、加熱時に高温になりやすい。このため、鋼材１２において溶接部１４の近傍の部分のうち、重なり部１２ｃ側には大きな拘束力は作用せず、熱膨張しやすい。一方、鋼材１２のうち、溶接部１４から見て重なり部１２ｃとは反対側の部分（以下、非重なり部１２ｄと記載する。）は、熱拡散によって冷却されやすい。このため、溶接部１４の近傍の部分のうち非重なり部１２ｄ側は、非重なり部１２ｄによって拘束されることによって変形が多少抑制される。このため、鋼材１２の溶接部１４近傍の部分では、重なり部１２ｃ側への熱膨張量が、非重なり部１２ｄ側への熱膨張量よりも大きくなりやすい。また、その後の冷却時には、図４（ｂ）に示すように、溶接部１４が熱収縮することによって、鋼材１２には、溶接部１４の溶接線方向Ｙから見て溶接部１４を底部としてＶ字状に変形させようとする力が作用する。これにより、重なり部１２ｃが鋼材１０側に向かって湾曲し、鋼材１２の裏面１２ｂに、幅方向Ｚにおいて引張ひずみが生じる。これらの引張ひずみにより、鋼材１２の裏面１２ｂ側において割れが生じると推定される。
図５（ａ）に示すように、鋼材１０と鋼材１２との重ね幅が大きい場合も同様に、溶接中に鋼材１２が加熱されると、鋼材１２の表面１２ａ側が、溶接部１４を中心として幅方向Ｚに熱膨張する。ただし、鋼材１０と鋼材１２との重ね幅が大きい場合には、熱拡散によって重なり部１２ｃが冷却されやすく、重なり部１２ｃの変形が抑制される。このため、鋼材１０と鋼材１２との重ね幅が大きい場合には、鋼材１２において溶接部１４の近傍の部分が、重なり部１２ｃ側および非重なり部１２ｄ側から拘束される。その結果、溶接部１４の近傍において、鋼材１２の裏面１２ｂ側の部分に圧縮ひずみが発生する。その後の冷却時には、図５（ｂ）に示すように、溶接部１４が熱収縮するが、鋼材１２において溶接部１４近傍の部分は重なり部１２ｃ側および非重なり部１２ｄ側から拘束されているので、図４（ｂ）に示したような変形は生じない。これにより、鋼材１２の裏面１２ｂ側に生じている圧縮ひずみが維持される。これらの圧縮ひずみにより、鋼材１２の裏面１２ｂ側において割れが生じることを防止できると推定される。
以上のことから、鋼材１２の割れは、鋼材１０および鋼材１２の重ね幅Ｗ１（鋼材１０および鋼材１２が互いに重なっている部分の幅方向Ｚにおける長さ）を調整し、鋼材１０によって鋼材１２の変形を適切に拘束することで防止することができると考えられる。
なお、本発明者の検討の結果、鋼材１２の変形は、鋼材１２の厚みを大きくすることによっても抑制できることが分かった。特に、鋼材１０に比べて鋼材１２の厚みを大きくすることによって、割れを抑制しやすくなる。また、本発明者の検討の結果、鋼材１０と鋼材１２との隙間ｓ（図２参照）も、鋼材１２の割れ発生に大きく影響することが分かった。具体的には、隙間ｓが大きくなるほど、鋼材１０による鋼材１２の拘束が弱くなり、鋼材１２が変形しやすくなる。その結果、鋼材１２に割れが生じやすくなる。
上記の知見に基づいて、本発明者が鋼材１０と鋼材１２の適切な重ね幅についてさらに検討を進めた結果、溶接部１４の溶接線方向Ｙに直交する断面において、下記の（ｉ）式、（ii）式および（iii）式が満たされるように、鋼材１０と鋼材１２とを溶接することによって、鋼材１２の割れ発生を抑制できることが分かった。
Ｗ１≧６．０＋２ｓ－（ｔ－Ｔ） ・・・（ｉ）
０．５≦Ｔ≦３．０ ・・・（ii）
０．５≦ｔ≦３．０ ・・・（iii）
上記式において、Ｗ１は鋼材１０および鋼材１２の重ね幅（ｍｍ）を表し、Ｔは鋼材１０の厚み（ｍｍ）を表し、ｔは鋼材１２の厚み（ｍｍ）を表し、ｓは、鋼材１０と鋼材１２との隙間（ｍｍ）を表し、０以上である。
Ｗ１≧６．０＋２ｓ－（ｔ－Ｔ） ・・・（ｉ）
０．５≦Ｔ≦３．０ ・・・（ii）
０．５≦ｔ≦３．０ ・・・（iii）
上記式において、Ｗ１は鋼材１０および鋼材１２の重ね幅（ｍｍ）を表し、Ｔは鋼材１０の厚み（ｍｍ）を表し、ｔは鋼材１２の厚み（ｍｍ）を表し、ｓは、鋼材１０と鋼材１２との隙間（ｍｍ）を表し、０以上である。
（本発明の実施形態）
以下、本発明の実施の形態に係る重ね隅肉溶接継手の製造方法について図面を用いて説明する。図６は、本発明の一実施形態に係る重ね隅肉溶接継手の製造方法を説明するための図である。以下においては、図１に示す溶接継手１００を製造する場合について説明する。なお、本実施形態に係る重ね隅肉溶接継手の製造方法には、重ね隅肉溶接継手の重ね幅の設定方法が含まれる。本実施形態では、鋼材１０が第１鋼材に対応し、鋼材１２が第２鋼材に対応する。
以下、本発明の実施の形態に係る重ね隅肉溶接継手の製造方法について図面を用いて説明する。図６は、本発明の一実施形態に係る重ね隅肉溶接継手の製造方法を説明するための図である。以下においては、図１に示す溶接継手１００を製造する場合について説明する。なお、本実施形態に係る重ね隅肉溶接継手の製造方法には、重ね隅肉溶接継手の重ね幅の設定方法が含まれる。本実施形態では、鋼材１０が第１鋼材に対応し、鋼材１２が第２鋼材に対応する。
図６（ａ）に示すように、溶接継手１００を製造する際には、まず、鋼材１０の一部を鋼材１２上に重ねる。なお、本明細書において、鋼材１０の一部を鋼材１２上に重ねるとは、鋼材１２の厚み方向から見て鋼材１０の一部が鋼材１２に重なるように鋼材１０および鋼材１２を配置することを意味する。したがって、鋼材１０の一部を鋼材１２上に重ねるとは、鋼材１２に接触するように鋼材１２上に鋼材１０の一部を置く場合に限定されず、鋼材１０と鋼材１２との間に隙間が形成されるように鋼材１２上に鋼材１０の一部を配置する場合が含まれる。以下の説明では、上側に配置される鋼材を上側鋼材と記載し、下側に配置される鋼材を下側鋼材と記載する。
上側鋼材１０および下側鋼材１２の材料としては、例えば、炭素鋼またはステンレス鋼（フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、二相系ステンレス鋼等）等の種々の鋼を用いることができる。本実施形態では、例えば、Ｔｉおよび／またはＮｂを含有したステンレス鋼が用いられる。本実施形態では、上側鋼材１０および下側鋼材１２のうち互いに重なる部分は、平坦な板形状を有している。本実施形態では、上側鋼材１０および下側鋼材１２はそれぞれ鋼板である。
上側鋼材１０および下側鋼材１２の厚みはそれぞれ、０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下に設定される。なお、上述したように、上側鋼材１０に比べて下側鋼材１２の厚みを大きくすることによって、下側鋼材１２の割れの発生を抑制しやすくなる。言い換えると、上側鋼材１０に比べて下側鋼材１２の厚みを十分に大きくできない場合には、下側鋼材１２の割れの発生を抑制しにくくなる。このような場合でも、本発明によれば、下側鋼材１２の割れの発生を適切に抑制できる。上側鋼材１０の厚みと下側鋼材１２の厚みの関係については後述する。
次に、図１および図６（ｂ）に示すように、溶接機２０（図６参照）および溶加材（図示せず）を用いて、上側鋼材１０の縁部１０ａに沿って溶接部（溶接金属）１４が形成されるように、上側鋼材１０の縁部１０ａを下側鋼材１２の表面１２ａに隅肉溶接する（溶接工程）。これにより、溶接継手１００が製造される。溶接部１４の下側鋼材１２への溶け込み深さは、例えば、下側鋼材１２の厚みの１／４以上３／４以下に設定される。なお、図６（ｂ）においては、溶接機２０のトーチが示されている。溶加材としては、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼または二相系ステンレス鋼を用いることができる。
本実施形態では、溶接工程における入熱量は、例えば１５０～３００Ｊ／ｍｍに設定され、溶接速度は、１０～２０ｍｍ／ｓに設定される。シールドガスとしては、例えば、アルゴンと酸素の混合ガスが用いられる。
溶接工程では、図示しない保持部材によって上側鋼材１０および下側鋼材１２を保持した状態で、上側鋼材１０と下側鋼材１２とが溶接される。図１、図２および図６を参照して、本実施形態では、溶接部１４の溶接線方向Ｙに直交する断面において、下記の（ｉ）式、（ii）式および（iii）式が満たされるように、上側鋼材１０と下側鋼材１２とを溶接する。
Ｗ１≧６．０＋２ｓ－（ｔ－Ｔ） ・・・（ｉ）
０．５≦Ｔ≦３．０ ・・・（ii）
０．５≦ｔ≦３．０ ・・・（iii）
上記式において、Ｗ１は上側鋼材１０および下側鋼材１２の重ね幅（ｍｍ）を表し、Ｔは上側鋼材１０の厚み（ｍｍ）を表し、ｔは下側鋼材１２の厚み（ｍｍ）を表し、ｓは、上側鋼材１０と下側鋼材１２との隙間（ｍｍ）を表す。
Ｗ１≧６．０＋２ｓ－（ｔ－Ｔ） ・・・（ｉ）
０．５≦Ｔ≦３．０ ・・・（ii）
０．５≦ｔ≦３．０ ・・・（iii）
上記式において、Ｗ１は上側鋼材１０および下側鋼材１２の重ね幅（ｍｍ）を表し、Ｔは上側鋼材１０の厚み（ｍｍ）を表し、ｔは下側鋼材１２の厚み（ｍｍ）を表し、ｓは、上側鋼材１０と下側鋼材１２との隙間（ｍｍ）を表す。
本実施形態では、上側鋼材１０と下側鋼材１２との間の隙間ｓは、０ｍｍ以上に設定される。隙間ｓは設けなくてもよい。また、隙間ｓが存在するときは、隙間ｓの上限値は、１．０ｍｍ、上側鋼材１０の厚みＴ（ｍｍ）および下側鋼材１２の厚みｔ（ｍｍ）のうち最も小さい値以下に設定される。例えば、厚みＴが０．４ｍｍで、厚みｔが０．６ｍｍの場合、隙間ｓは、０．４ｍｍ以下に設定される。また、例えば、厚みＴが１．２ｍｍで、厚みｔが１．１ｍｍの場合、隙間ｓは、１．０ｍｍ以下に設定される。
なお、上述したように、隙間ｓが存在する場合、隙間ｓが大きくなるほど、下側鋼材１２に割れが生じやすくなる。このため、本発明は、隙間ｓが存在する場合、すなわち、隙間ｓが０ｍｍよりも大きい場合に好適に用いられ、０．１ｍｍ以上の場合により好適に用いられ、０．２ｍｍ以上の場合にさらに好適に用いられる。
また、隙間ｓが溶接線方向Ｙに連続的に存在している場合に、下側鋼材１２に割れが生じやすくなる。このため、本発明の効果は、隙間ｓが０ｍｍよりも大きい部分が、溶接線方向Ｙに沿って５０ｍｍ以上連続して存在する溶接継手１００において好適に用いられる。
上側鋼材１０と下側鋼材１２との重ね幅が大きくなり過ぎると、溶接継手１００の重量が増加する。したがって、溶接継手１００の軽量化を実現しつつ、下側鋼材１２の割れ発生を防止するためには、溶接部１４の溶接線方向Ｙに直交する断面において、下記の（iv）式が満たされるように、上側鋼材１０および下側鋼材１２を溶接することが好ましい。
６．０＋２ｓ－（ｔ－Ｔ）≦Ｗ１≦８．０＋２ｓ－（ｔ－Ｔ） ・・・（iv）
上記式において、Ｗ１は上側鋼材１０および下側鋼材１２の重ね幅（ｍｍ）を表し、Ｔは上側鋼材１０の厚み（ｍｍ）を表し、ｔは下側鋼材１２の厚み（ｍｍ）を表し、ｓは上側鋼材１０と下側鋼材１２との隙間（ｍｍ）を表し、０以上である。
６．０＋２ｓ－（ｔ－Ｔ）≦Ｗ１≦８．０＋２ｓ－（ｔ－Ｔ） ・・・（iv）
上記式において、Ｗ１は上側鋼材１０および下側鋼材１２の重ね幅（ｍｍ）を表し、Ｔは上側鋼材１０の厚み（ｍｍ）を表し、ｔは下側鋼材１２の厚み（ｍｍ）を表し、ｓは上側鋼材１０と下側鋼材１２との隙間（ｍｍ）を表し、０以上である。
なお、溶接部１４は上側鋼材１０の縁部１０ａに溶け込むので、溶接継手１００においては、上側鋼材１０と下側鋼材１２との重ね幅Ｗ２は、溶接前の上側鋼材１０と下側鋼材１２との重ね幅Ｗ１に比べて、０．８～１．２ｍｍ程度小さくなる。したがって、本実施形態に係る溶接継手１００は、溶接部１４の溶接線方向Ｙに直交する断面において、下記の（ｖ）式を満たすことが好ましい。
Ｗ２≧４．８＋２ｓ－（ｔ－Ｔ） ・・・（ｖ）
上記式において、Ｗ２は上側鋼材１０および下側鋼材１２の重ね幅（ｍｍ）を表し、Ｔは上側鋼材１０の厚み（ｍｍ）を表し、ｔは下側鋼材１２の厚み（ｍｍ）を表し、ｓは上側鋼材と下側鋼材との隙間（ｍｍ）を表し、０以上である。
Ｗ２≧４．８＋２ｓ－（ｔ－Ｔ） ・・・（ｖ）
上記式において、Ｗ２は上側鋼材１０および下側鋼材１２の重ね幅（ｍｍ）を表し、Ｔは上側鋼材１０の厚み（ｍｍ）を表し、ｔは下側鋼材１２の厚み（ｍｍ）を表し、ｓは上側鋼材と下側鋼材との隙間（ｍｍ）を表し、０以上である。
なお、本実施形態に係る重ね隅肉溶接継手では、図２に示すように、溶接部１４のうち上側鋼材１０側に最も溶け込んだ位置１４ａを上側鋼材１０の端部として、溶接継手１００における上側鋼材１０および下側鋼材１２の重ね幅Ｗ２が求められる。
また、溶接継手１００の軽量化を実現しつつ、下側鋼材１２の割れ発生を防止するためには、溶接部１４の溶接線方向Ｙに直交する断面において、溶接継手１００が、下記の（vi）式を満たすことが好ましい。
４．８＋２ｓ－（ｔ－Ｔ）≦Ｗ２≦７．２＋２ｓ－（ｔ－Ｔ） ・・・（vi）
上記式において、Ｗ２は上側鋼材１０および下側鋼材１２の重ね幅（ｍｍ）を表し、Ｔは上側鋼材１０の厚み（ｍｍ）を表し、ｔは下側鋼材１２の厚み（ｍｍ）を表し、ｓは上側鋼材１０と下側鋼材１２との隙間（ｍｍ）を表し、０以上である。
４．８＋２ｓ－（ｔ－Ｔ）≦Ｗ２≦７．２＋２ｓ－（ｔ－Ｔ） ・・・（vi）
上記式において、Ｗ２は上側鋼材１０および下側鋼材１２の重ね幅（ｍｍ）を表し、Ｔは上側鋼材１０の厚み（ｍｍ）を表し、ｔは下側鋼材１２の厚み（ｍｍ）を表し、ｓは上側鋼材１０と下側鋼材１２との隙間（ｍｍ）を表し、０以上である。
（変形例）
上述の実施形態では、第１鋼材および第２鋼材として、鋼板（板状部材）を用いる場合について説明したが、第１鋼材および第２鋼材の形状は上述の例に限定されず、種々の形状の鋼材を第１鋼材および第２鋼材として用いることができる。例えば、第１鋼材および／または第２鋼材として、筒状の鋼材（鋼管）を用いてもよい。また、第１鋼材および／または第２鋼材として、種々の形状の成形品を用いてもよい。具体的には、例えば、図７に示すような溶接継手１００に本発明を適用してもよい。
上述の実施形態では、第１鋼材および第２鋼材として、鋼板（板状部材）を用いる場合について説明したが、第１鋼材および第２鋼材の形状は上述の例に限定されず、種々の形状の鋼材を第１鋼材および第２鋼材として用いることができる。例えば、第１鋼材および／または第２鋼材として、筒状の鋼材（鋼管）を用いてもよい。また、第１鋼材および／または第２鋼材として、種々の形状の成形品を用いてもよい。具体的には、例えば、図７に示すような溶接継手１００に本発明を適用してもよい。
図７に示す溶接継手１００では、上側鋼材１０（外側の鋼材）および下側鋼材１２（内側の鋼材）がともに筒形状を有している。本実施形態においても、上述した要件を満たすように溶接継手１００を製造することによって、下側鋼材１２の割れ発生を抑制することができる。なお、図７に示した溶接継手１００では、上側鋼材１０および下側鋼材１２が円筒形状を有しているが、上側鋼材１０および下側鋼材１２が角筒形状を有していてもよい。また、上側鋼材１０および下側鋼材１２として、他の種々の形状の成形品を用いてもよい。
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
図１および図２に示した溶接継手１００と同様の構成を有する溶接継手を、上側鋼材１０の厚みＴ、下側鋼材１２の厚みｔ、上側鋼材１０と下側鋼材１２との隙間ｓ、および上側鋼材１０と下側鋼材１２との重ね幅Ｗ１を変えて作製し、下側鋼材１２の裏面１２ｂ側に発生する割れの有無を調査した。具体的には、試験板として、６０ｍｍ×１５０ｍｍの長方形の鋼板２枚を用意し、一方の鋼板（上側鋼材１０）の裏面と他方の鋼板（下側鋼材１２）の表面とが長辺側において重さなるように配置し、上側の鋼板の板厚方向に延びる一つの端面と、これにほぼ直交する下側の鋼板の表面とが接合するようにアーク溶接を行い、溶接継手を得た。溶接部１４の下側鋼材１２への溶け込み深さは、下側鋼材１２の厚みの１／２とした。また、溶接部１４の長さは１００ｍｍとした。割れの発生の有無は、目視で確認した。具体的には、溶接線方向Ｙに沿って長さ２ｍｍ以上の亀裂が発生している場合に、割れが発生したと判定した。溶接条件および調査結果を下記の表１に示す。なお、上側鋼材１０および下側鋼材１２の材料としては、フェライト系ステンレス鋼（日鉄ステンレス株式会社製のＮＳＳＣ４３６Ｓ：１７Ｃｒ－１．２Ｍｏ－０．２Ｔｉ－０．０９Ｓｉ－０．０２Ｃ，Ｎ）およびオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）を用いた。溶加材としては、オーステナイト系ステンレス鋼（日本ウェルディング・ロッド株式会社製のＷＥＬ ＭＩＧ ３０８）を用い、シールドガスは、Ａｒ＋２％Ｏ２とした。
表１において、重ね幅Ｗ１は、図２および図６に示したように、溶接時における上側鋼材１０および下側鋼材１２の重ね幅を表し、重ね幅Ｗ１の下限値Ｗ０は、上述の（ｉ）式の右辺によって求めた値であり、重ね幅Ｗ２は、図２に示したように、溶接継手１００における上側鋼材１０および下側鋼材１２の重ね幅を表す。また、重ね幅Ｗ２の下限値は、上述の（ｖ）式の右辺によって算出される値である。
表１に示すように、溶接時の鋼材１０および鋼材１２の重ね幅Ｗ１が下限値Ｗ０以上であったＮｏ．２、３、５、６、８、９、１１、１２、１４、１５、１９、２０の本発明例の溶接継手では、鋼材１２の裏面１２ｂにおいて割れが発生しなかった。
一方、溶接時の鋼材１０および鋼材１２の重ね幅Ｗ１が下限値Ｗ０よりも小さかったＮｏ．１、４、７、１０、１３、１６～１８の比較例の溶接継手では、鋼材１２の裏面１２ｂにおいて割れが発生した。
以上の結果から、本発明の要件を満たした重ね隅肉溶接継手の製造方法によれば、溶接継手において割れが発生することを抑制することができることが分かる。
本発明によれば、第１鋼材と第２鋼材との重ね幅を適切に設定することによって、重ね隅肉溶接継手の割れの発生を抑制することができる。
１０，１２ 鋼材
１０ａ 縁部
１２ａ 表面
１２ｂ 裏面
１４ 溶接部
１００ 溶接継手
１０ａ 縁部
１２ａ 表面
１２ｂ 裏面
１４ 溶接部
１００ 溶接継手
Claims (9)
- 所定の厚みを有する第１鋼材の一部を、所定の厚みを有する第２鋼材上に重ねた状態で、前記第１鋼材の縁部に沿って溶接部が形成されるように、前記縁部と前記第２鋼材の表面とを隅肉溶接する溶接工程を備え、
前記溶接工程では、前記溶接部の溶接線方向に直交する断面において、下記の（ｉ）式、（ii）式および（iii）式が満たされるように、前記第１鋼材と前記第２鋼材とを溶接する、重ね隅肉溶接継手の製造方法。
Ｗ１≧６．０＋２ｓ－（ｔ－Ｔ） ・・・（ｉ）
０．５≦Ｔ≦３．０ ・・・（ii）
０．５≦ｔ≦３．０ ・・・（iii）
上記式において、Ｗ１は第１鋼材および第２鋼材の重ね幅（ｍｍ）を表し、Ｔは第１鋼材の厚み（ｍｍ）を表し、ｔは第２鋼材の厚み（ｍｍ）を表し、ｓは第１鋼材と第２鋼材との隙間（ｍｍ）を表し、０以上である。 - 前記第１鋼材と前記第２鋼材との隙間は０．２ｍｍ以上である、請求項１に記載の重ね隅肉溶接継手の製造方法。
- 前記溶接工程では、前記溶接部の溶接線方向に直交する前記断面において、下記の（iv）式が満たされるように、前記第１鋼材と前記第２鋼材とを溶接する、請求項１または２に記載の重ね隅肉溶接継手の製造方法。
６．０＋２ｓ－（ｔ－Ｔ）≦Ｗ１≦８．０＋２ｓ－（ｔ－Ｔ） ・・・（iv）
上記式において、Ｗ１は第１鋼材および第２鋼材の重ね幅（ｍｍ）を表し、Ｔは第１鋼材の厚み（ｍｍ）を表し、ｔは第２鋼材の厚み（ｍｍ）を表し、ｓは第１鋼材と第２鋼材との隙間（ｍｍ）を表し、０以上である。 - 所定の厚みを有する第１鋼材の一部を、所定の厚みを有する第２鋼材上に重ねた状態で、前記第１鋼材の縁部に沿って溶接部が形成されるように前記縁部と前記第２鋼材の表面とを隅肉溶接して重ね隅肉溶接継手を製造する際の、前記第１鋼材と前記第２鋼材との重ね幅の設定方法であって、
前記溶接部の溶接線方向に直交する断面において、下記の（ｉ）式、（ii）式および（iii）式が満たされるように、前記重ね幅を設定する、重ね隅肉溶接継手の重ね幅の設定方法。
Ｗ１≧６．０＋２ｓ－（ｔ－Ｔ） ・・・（ｉ）
０．５≦Ｔ≦３．０ ・・・（ii）
０．５≦ｔ≦３．０ ・・・（iii）
上記式において、Ｗ１は第１鋼材および第２鋼材の重ね幅（ｍｍ）を表し、Ｔは第１鋼材の厚み（ｍｍ）を表し、ｔは第２鋼材の厚み（ｍｍ）を表し、ｓは第１鋼材と第２鋼材との隙間（ｍｍ）を表し、０以上である。 - 前記第１鋼材と前記第２鋼材との隙間は０．２ｍｍ以上である、請求項４に記載の重ね隅肉溶接継手の重ね幅の設定方法。
- 前記溶接部の溶接線方向に直交する前記断面において、下記の（iv）式が満たされるように、前記重ね幅を設定する、請求項４または５に記載の重ね隅肉溶接継手の重ね幅の設定方法。
６．０＋２ｓ－（ｔ－Ｔ）≦Ｗ１≦８．０＋２ｓ－（ｔ－Ｔ） ・・・（iv）
上記式において、Ｗ１は第１鋼材および第２鋼材の重ね幅（ｍｍ）を表し、Ｔは第１鋼材の厚み（ｍｍ）を表し、ｔは第２鋼材の厚み（ｍｍ）を表し、ｓは第１鋼材と第２鋼材との隙間（ｍｍ）を表、０以上である。 - 所定の厚みを有する第１鋼材の一部が所定の厚みを有する第２鋼材上に重ねられ、前記第１鋼材の縁部に沿って形成された溶接部によって前記縁部と前記第２鋼材の表面とが隅肉溶接された重ね隅肉溶接継手であって、
前記溶接部の溶接線方向に直交する断面において、下記の（ｖ）式、（ii）式および（iii）式を満たす、重ね隅肉溶接継手。
Ｗ２≧４．８＋２ｓ－（ｔ－Ｔ） ・・・（ｖ）
０．５≦Ｔ≦３．０ ・・・（ii）
０．５≦ｔ≦３．０ ・・・（iii）
上記式において、Ｗ２は第１鋼材および第２鋼材の重ね幅（ｍｍ）を表し、Ｔは第１鋼材の厚み（ｍｍ）を表し、ｔは第２鋼材の厚み（ｍｍ）を表し、ｓは第１鋼材と第２鋼材との隙間（ｍｍ）を表し、０以上である。 - 前記第１鋼材と前記第２鋼材との隙間は０．２ｍｍ以上である、請求項７に記載の重ね隅肉溶接継手。
- 前記溶接部の溶接線方向に直交する断面において、下記の（vi）式を満たす、請求項７または８に記載の重ね隅肉溶接継手。
４．８＋２ｓ－（ｔ－Ｔ）≦Ｗ２≦７．２＋２ｓ－（ｔ－Ｔ） ・・・（vi）
上記式において、Ｗ２は第１鋼材および第２鋼材の重ね幅（ｍｍ）を表し、Ｔは第１鋼材の厚み（ｍｍ）を表し、ｔは第２鋼材の厚み（ｍｍ）を表し、ｓは第１鋼材と第２鋼材との隙間（ｍｍ）を表し、０以上である。
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