JP2023147359A - 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

Abstract

【課題】追加の加工工程を必要とすることなく重ね隅肉溶接継手の溶接変形量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、（Ｗ０－２．０≦Ｗ１≦Ｗ０＋２．０）および（０．５≦Ｔ／ｔ≦１．５）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。第１鋼材と第２鋼材との隙間（ｍｍ）をｓとして、上記Ｗ０は、Ｔ≧ｔの場合は、（Ｗ０＝６（Ｔ／ｔ）＋６ｓ）によって求められ、Ｔ＜ｔの場合は、（Ｗ０＝１６－１０（ｔ／Ｔ）＋６ｓ）によって求められる。【選択図】 図７

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重ね合わせて一方の部材の端部を他方の部材の表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、溶接の際に、溶接部の熱収縮が母材に拘束されることによって溶接部に残留応力が発生し、溶接変形が発生する場合がある。

隅肉溶接継手の溶接変形量が大きくなると、部品としての信頼性を確保するために、矯正工程を追加したり、施工条件を見直したりする必要が生じるので、製造コストが増加する。このため、溶接変形量はできるだけ小さくする必要がある。

この点に関して、従来、溶接変形量を小さくするための種々の技術が提案されている。例えば、特許文献１に開示された溶接継手構造材では、重ね溶接される一対の部材のうちの一方の部材の端部に屈曲部または厚肉部が形成される。特許文献１には、屈曲部または厚肉部によって溶接熱が吸収され、溶接変形が抑制されることが記載されている。

また、例えば、特許文献２には、第１の鋼板および第２の鋼板を重ね合わせ隅肉溶接する方法が開示されている。特許文献２に開示された方法では、第１の鋼板において第２の鋼板と接する面と反対側の面に補強部を設けた後、補強部の端部と、第１の鋼板の端部と第２の鋼板の表面との間を溶接金属が覆うように隅肉溶接が行われる。特許文献２には、上記のように隅肉溶接を行うことによって、溶接継手の溶接変形が抑制されることが記載されている。

特開２０００－２６３２３５号公報 国際公開第２０１７／０４７６６５号

しかしながら、特許文献１に開示された溶接継手構造を実現するためには、一方の部材に屈曲部または厚肉部を形成する工程が必要になる。また、特許文献２に開示された方法では、補強部を設ける工程が必要になる。このように、特許文献１および２に開示された技術では、溶接工程とは異なる加工工程を追加する必要がある。その結果、溶接継手の製造コストが増加する。

そこで、本発明は、追加の加工工程を必要とすることなく重ね隅肉溶接継手の溶接変形量を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）式および（ii）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。
Ｗ_０－２．０≦Ｗ_１≦Ｗ_０＋２．０ ・・・（ｉ）
０．５≦Ｔ／ｔ≦１．５ ・・・（ii）
上記式において、Ｗ_１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）を表す。
また、Ｗ_０は、Ｔ≧ｔの場合は、下記の（iii）式によって求められ、Ｔ＜ｔの場合は、（iv）式によって求められる。
Ｗ_０＝６（Ｔ／ｔ）＋６ｓ ・・・（iii）
Ｗ_０＝１６－１０（ｔ／Ｔ）＋６ｓ ・・・（iv）
上記式において、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）前記溶接工程では、オーステナイト系ステンレス鋼の溶加材を用いて溶接する、上記（１）に記載の重ね隅肉溶接継手の製造方法。

（３）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）または（２）に記載の重ね隅肉溶接継手の製造方法。

（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）式および（ii）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。
Ｗ_０－２．０≦Ｗ_１≦Ｗ_０＋２．０ ・・・（ｉ）
０．５≦Ｔ／ｔ≦１．５ ・・・（ii）
上記式において、Ｗ_１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）を表す。
また、Ｗ_０は、Ｔ≧ｔの場合は、下記の（iii）式によって求められ、Ｔ＜ｔの場合は、（iv）式によって求められる。
Ｗ_０＝６（Ｔ／ｔ）＋６ｓ ・・・（iii）
Ｗ_０＝１６－１０（ｔ／Ｔ）＋６ｓ ・・・（iv）
上記式において、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）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）式および（ii）式を満たす、重ね隅肉溶接継手。
Ｗ_０－３．２≦Ｗ_２≦Ｗ_０＋１．２ ・・・（ｖ）
０．５≦Ｔ／ｔ≦１．５ ・・・（ii）
上記式において、Ｗ_２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）を表す。
また、Ｗ_０は、Ｔ≧ｔの場合は、下記の（iii）式によって求められ、Ｔ＜ｔの場合は、（iv）式によって求められる。
Ｗ_０＝６（Ｔ／ｔ）＋６ｓ ・・・（iii）
Ｗ_０＝１６－１０（ｔ／Ｔ）＋６ｓ ・・・（iv）
上記式において、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）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（６）に記載の重ね隅肉溶接継手。

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、追加の加工工程を必要とすることなく重ね隅肉溶接継手の溶接変形量を抑制することができる。

図１は、重ね隅肉溶接継手の一例を示す図である。 図２は、上側の鋼材の変形態様の一例を示す図である。 図３は、下側の鋼材の変形態様の一例を示す図である。 図４は、上側の鋼材および下側の鋼材がともに裏側に凸となるように変形する場合を示す図である。 図５は、上側の鋼材および下側の鋼材がともに表側に凸となるように変形する場合を示す図である。 図６は、上側の鋼材および下側の鋼材が逆方向へ変形する場合を示す図である。 図７は、図１の重ね隅肉溶接継手の溶接部の近傍を示す拡大断面図である。 図８は、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。 図９は、重ね隅肉溶接継手の変形例を示す図である。

（本発明者による検討）
本発明者は、重ね隅肉溶接継手の溶接変形量を抑制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。）の溶接変形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（ｂ）には、鋼材１０，１２の積層方向Ｘ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。以下の説明では、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。

図１に示すように、溶接継手１００では、溶接部１４は鋼材１２の表面に位置している。したがって、積層方向Ｘにおいて、溶接部１４の中心は、溶接継手１００の中心よりも表側に位置している。これにより、溶接部１４近傍では、溶接継手１００の裏側よりも表側における熱収縮が大きくなる。その結果、積層方向Ｘと溶接部１４の溶接線方向Ｙとに直交する方向Ｚ（以下、溶接部１４の幅方向Ｚとする。）から見て、鋼材１０に対して、図２に矢印Ａで示すように、裏側（鋼材１２側）に向かって凸となるように変形させようとする力が作用する。

一方で、溶接部１４の幅方向Ｚにおける熱収縮によって、鋼材１２に対して、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。さらに、溶接部１４の溶接線方向Ｙにおける熱収縮によって、図３に矢印Ｂで示すように、鋼材１２には、幅方向Ｚから見て、表側（鋼材１０側）に向かって凸となるように座屈させようとする力が作用する。

このように、溶接継手１００では、溶接時の溶接部１４の熱収縮によって、鋼材１０および鋼材１２に対して、互いに逆方向に変形させようとする力が作用する。溶接継手１００では、鋼材１０を変形させようとする力と鋼材１２を変形させようとする力とが互いに影響し合うことによって、溶接変形が生じていると考えられる。

この点に関して、本発明者が詳細な検討を行った結果、鋼材１０と鋼材１２との重ね幅Ｗ_１（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、溶接継手１００の変形態様に大きく影響することが分かった。

具体的には、重ね幅Ｗ_１を大きくすることによって鋼材１０の変形が鋼材１２の変形に比べて優位になる傾向があることが分かった。これにより、図４に矢印Ａおよび矢印Ｂ１で示すように、鋼材１０だけでなく、鋼材１２も、裏側（鋼材１２側）に向かって凸となるように変形する場合があることが分かった。

また、重ね幅Ｗ_１を小さくすることによって鋼材１２の変形が鋼材１０の変形に比べて優位になる傾向があることが分かった。これにより、図５に矢印Ａ１および矢印Ｂで示すように、鋼材１２だけでなく、鋼材１０も、表側（鋼材１０側）に向かって凸となるように変形する場合があることが分かった。

また、重ね幅Ｗ_１を適切に設定することによって、図６に矢印Ａ，Ｂで示すように、鋼材１０および鋼材１２が逆方向へ変形することが分かった。この場合、鋼材１０および鋼材１２の逆方向への変形が相殺し合うことによって、図４および図５に示した場合（鋼材１０および鋼材１２が同じ方向へ変形する場合）に比べて溶接継手１００の溶接変形を抑制できることが分かった。以下、溶接継手１００の溶接変形を最も小さくできる重ね幅を、重ね幅の最適値という。

本発明者がさらに検討を進めた結果、鋼材１０，１２の厚みも、溶接継手１００の溶接変形に大きく影響することが分かった。したがって、重ね幅の最適値は、鋼材１０，１２の厚みによっても変わる。

具体的には、溶接時の鋼材１０，１２の変形量は、厚みが大きくなることによって小さくなる。例えば、鋼材１０の厚みよりも鋼材１２の厚みの方が大きい場合には、鋼材１０の変形量が大きくなり、鋼材１２の変形量が小さくなる。この場合、例えば、重ね幅Ｗ_１を小さくすることによって、鋼材１２の変形の影響を大きくすることが考えられる。これにより、鋼材１０および鋼材１２の変形が相殺し合い、溶接継手１００の溶接変形を抑制することができる。

一方、鋼材１０の厚みの方が鋼材１２の厚みよりも大きい場合には、鋼材１０の変形量が小さくなり、鋼材１２の変形量が大きくなる。この場合、溶接継手１００の溶接変形を小さくするためには、例えば、重ね幅Ｗ_１を大きくすることによって、鋼材１０の変形の影響を大きくすることが考えられる。これにより、鋼材１０および鋼材１２の変形が相殺し合い、溶接継手１００の溶接変形を抑制することができる。

なお、溶接継手１００を製造する際には、種々の要因により、図７に示すように、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。本発明者の検討の結果、鋼材１０と鋼材１２との隙間ｓも、溶接継手１００の溶接変形に大きく影響することが分かった。したがって、重ね幅の最適値は、鋼材１０と鋼材１２との隙間ｓの大きさによっても変わる。

具体的には、隙間ｓが大きくなるほど、鋼材１２が変形しやすくなることが分かった。したがって、隙間ｓが大きい場合には、重ね幅Ｗ_１を大きくすることによって、鋼材１０の変形の影響を大きくすることが考えられる。これにより、鋼材１０および鋼材１２の変形が相殺し合い、溶接継手１００の溶接変形を抑制することができる。

上記の知見に基づいて、本発明者が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）式および（ii）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、溶接継手１００の溶接変形を抑制できることが分かった。
Ｗ_０－２．０≦Ｗ_１≦Ｗ_０＋２．０ ・・・（ｉ）
０．５≦Ｔ／ｔ≦１．５ ・・・（ii）
上記式において、Ｗ_１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）を表す。
また、Ｗ_０は、鋼材１０および鋼材１２の重ね幅の最適値であって、Ｔ≧ｔの場合は、下記の（iii）式によって求められ、Ｔ＜ｔの場合は、（iv）式によって求められる。
Ｗ_０＝６（Ｔ／ｔ）＋６ｓ ・・・（iii）
Ｗ_０＝１６－１０（ｔ／Ｔ）＋６ｓ ・・・（iv）
上記式において、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８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８（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、上側鋼材１０および下側鋼材１２はそれぞれ鋼板である。本実施形態では、上側鋼材１０および下側鋼材１２の厚みはそれぞれ、例えば、０．５ｍｍ以上４．０ｍｍ以下に設定される。

次に、図１および図８（ｂ）に示すように、溶接機２０（図８参照）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。なお、図８（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。

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７および図８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）式および（ii）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。
Ｗ_０－２．０≦Ｗ_１≦Ｗ_０＋２．０ ・・・（ｉ）
０．５≦Ｔ／ｔ≦１．５ ・・・（ii）
上記式において、Ｗ_１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）を表す。
また、Ｗ_０は、上側鋼材１０および下側鋼材１２の重ね幅の最適値であって、Ｔ≧ｔの場合は、下記の（iii）式によって求められ、Ｔ＜ｔの場合は、（iv）式によって求められる。
Ｗ_０＝６（Ｔ／ｔ）＋６ｓ ・・・（iii）
Ｗ_０＝１６－１０（ｔ／Ｔ）＋６ｓ ・・・（iv）
上記式において、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、上側鋼材１０および下側鋼材１２の相互作用が小さくなり、かつ上側鋼材１０と下側鋼材１２との接触が生じにくくなることによって、下側鋼材１２が変形しやすくなる。言い換えると、隙間ｓが大きくなるほど、溶接継手１００に溶接変形が生じやすくなる。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、上側鋼材１０および下側１２の相互作用が小さくなりやすい。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。

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。

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Ｗ_２は、溶接前の上側鋼材１０と下側鋼材１２との重ね幅Ｗ_１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）式および（ii）式を満たすことが好ましい。
Ｗ_０－３．２≦Ｗ_２≦Ｗ_０＋１．２ ・・・（ｖ）
０．５≦Ｔ／ｔ≦１．５ ・・・（ii）
上記式において、Ｗ_２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）を表す。
また、Ｗ_０は、上側鋼材１０および下側鋼材１２の重ね幅の最適値であって、Ｔ≧ｔの場合は、下記の（iii）式によって求められ、Ｔ＜ｔの場合は、（iv）式によって求められる。
Ｗ_０＝６（Ｔ／ｔ）＋６ｓ ・・・（iii）
Ｗ_０＝１６－１０（ｔ／Ｔ）＋６ｓ ・・・（iv）
上記式において、ｓは、上側鋼材１０と下側鋼材１２との隙間（ｍｍ）を表す。

なお、図７に示すように、本実施形態に係る重ね隅肉溶接継手では、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Ｗ_２が求められる。

本実施形態によれば、上側鋼材１０と下側鋼材１２の重ね幅Ｗ_１（Ｗ_２）が適切に設定されることにより、溶接変形量が抑制される。そのため、追加の加工工程（熱処理、矯正、補強部の設置などの溶接変形量を抑制するための特別な加工）を必要としない。よって、追加の加工工程に要するコストを削減できる。つまり、重ね隅肉溶接継手の溶接変形量を低コストで抑制する技術を提供することができる。

（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９に示すような溶接継手１００に本発明を適用してもよい。

図９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、追加の加工工程を必要とすることなく溶接変形量を抑制することができる。なお、図９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７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Ｗ_１を変えて作製し、溶接継手に生じる溶接変形の大きさを調査した。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。また、溶接部１４の長さは１００ｍｍとした。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％Ｏ_２とした。

表１において、重ね幅Ｗ_１は、図７および図８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、重ね幅の最適値Ｗ_０は、上述の（iii）式または（iv）式によって求めた値であり、重ね幅Ｗ_２は、図７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、表１において、溶接継手の欄の「表に凸」とは、上側鋼材１０または下側鋼材１２が、溶接部１４の幅方向Ｚから見て、積層方向Ｘにおける表側に向かって凸となるように変形したことを示し、「裏に凸」とは、上側鋼材１０または下側鋼材１２が、幅方向Ｚから見て、積層方向Ｘにおける裏側に向かって凸となるように変形したことを示す。また、表１の溶接継手の変形量は、下側鋼材１２のうち、溶接部１４が形成された部分の積層方向Ｘにおける変形量を意味する。当該変形量は、下側鋼材１２の裏面１２ｂ（図１（ｂ）参照）において測定した。具体的には、裏面１２ｂにおいて溶接部１４に対応する部分の積層方向Ｘにおける位置を溶接部１４の溶接線方向Ｙに沿って測定し、積層方向Ｘにおいて最も高い位置と最も低い位置との差を変形量とした。なお、下側鋼材１２が裏側に向かって凸となるように変形している場合には、測定開始点（溶接線方向Ｙにおける測定領域の一端部）および測定終了点（溶接線方向Ｙにおける測定領域の他端部）の高さの平均値を、最も高い位置の高さとした。また、下側鋼材１２が表側に向かって凸となるように変形している場合には、測定開始点および測定終了点の高さの平均値を、最も低い位置の高さとした。

表１に示すように、溶接時の上側鋼材１０および下側鋼材１２の重ね幅Ｗ_１と、重ね幅の最適値Ｗ_０との差が２．０ｍｍ以下であったＮｏ．２、４、９、１１、１５、１７、１８、２１の本発明例の溶接継手では、上側鋼材１０と下側鋼材１２とが積層方向Ｘにおいて反対方向に変形した。これにより、上側鋼材１０および下側鋼材１２の変形が相殺し合い、溶接変形を抑制することができた。

一方、溶接時の上側鋼材１０および下側鋼材１２の重ね幅Ｗ_１と、重ね幅の最適値Ｗ_０との差が３．０ｍｍ以上であったＮｏ．１、３、５～８、１０、１２～１４、１６、１９、２０、２２の比較例の溶接継手では、上側鋼材１０と下側鋼材１２とが積層方向Ｘにおいて同じ方向に変形した。このため、比較例の各溶接継手では、上側鋼材１０および下側鋼材１２の厚みおよび隙間ｓが等しい本発明例の溶接継手に比べて、変形量が大きくなった。

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、溶接継手の溶接変形量を抑制することができることが分かる。特に、本発明によれば、溶加材として、溶接変形が生じやすいオーステナイト系ステンレス鋼を用いた場合でも、溶接継手１００の溶接変形を十分に抑制できることが分かる。

なお、比較例の溶接継手のうち、Ｎｏ．１、７、８、１０、１３、１４、１６、２０の溶接継手では、溶接時の上側鋼材１０および下側鋼材１２の重ね幅Ｗ_１が重ね幅の最適値Ｗ_０よりも小さく、下側鋼材１２の変形が上側鋼材１０の変形に比べて優位になったと考えられる。このため、Ｎｏ．１、７、８、１０、１３、１４、１６、２０の溶接継手では、上側鋼材１０および下側鋼材１２がともに、表側に凸となるように変形したと考えられる。また、Ｎｏ．３、５、６、１２、１９、２２の溶接継手では、溶接時の上側鋼材１０および下側鋼材１２の重ね幅Ｗ_１が重ね幅の最適値Ｗ_０よりも大きく、上側鋼材１０の変形が下側鋼材１２の変形に比べて優位になったと考えられる。このため、Ｎｏ．３、５、６、１２、１９、２２の溶接継手では、上側鋼材１０および下側鋼材１２がともに、裏側に凸となるように変形したと考えられる。

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、追加の加工工程を必要とすることなく重ね隅肉溶接継手の溶接変形量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

Claims (7)

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）式および（ii）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。
   Ｗ_０－２．０≦Ｗ_１≦Ｗ_０＋２．０ ・・・（ｉ）
   ０．５≦Ｔ／ｔ≦１．５ ・・・（ii）
   上記式において、Ｗ_１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）を表す。
   また、Ｗ_０は、Ｔ≧ｔの場合は、下記の（iii）式によって求められ、Ｔ＜ｔの場合は、（iv）式によって求められる。
   Ｗ_０＝６（Ｔ／ｔ）＋６ｓ ・・・（iii）
   Ｗ_０＝１６－１０（ｔ／Ｔ）＋６ｓ ・・・（iv）
   上記式において、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. 前記溶接工程では、オーステナイト系ステンレス鋼の溶加材を用いて溶接する、請求項１に記載の重ね隅肉溶接継手の製造方法。
3. 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または２に記載の重ね隅肉溶接継手の製造方法。
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）式および（ii）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。
   Ｗ_０－２．０≦Ｗ_１≦Ｗ_０＋２．０ ・・・（ｉ）
   ０．５≦Ｔ／ｔ≦１．５ ・・・（ii）
   上記式において、Ｗ_１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）を表す。
   また、Ｗ_０は、Ｔ≧ｔの場合は、下記の（iii）式によって求められ、Ｔ＜ｔの場合は、（iv）式によって求められる。
   Ｗ_０＝６（Ｔ／ｔ）＋６ｓ ・・・（iii）
   Ｗ_０＝１６－１０（ｔ／Ｔ）＋６ｓ ・・・（iv）
   上記式において、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、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。
6. 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）式および（ii）式を満たす、重ね隅肉溶接継手。
   Ｗ_０－３．２≦Ｗ_２≦Ｗ_０＋１．２ ・・・（ｖ）
   ０．５≦Ｔ／ｔ≦１．５ ・・・（ii）
   上記式において、Ｗ_２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）を表す。
   また、Ｗ_０は、Ｔ≧ｔの場合は、下記の（iii）式によって求められ、Ｔ＜ｔの場合は、（iv）式によって求められる。
   Ｗ_０＝６（Ｔ／ｔ）＋６ｓ ・・・（iii）
   Ｗ_０＝１６－１０（ｔ／Ｔ）＋６ｓ ・・・（iv）
   上記式において、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. 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６に記載の重ね隅肉溶接継手。

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