JP2024007883A - 溶接構造物の補強方法 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｔ継手により片側溶接された継手部の反溶接部側に見隠し空間を有する溶接構造物について、周囲のスペースの存否に関わらず、継手部に生じる曲げ応力を軽減することができる補強方法を提供する。【解決手段】溶接構造物は、第１板部材と、第１板部材にＴ継手により片側溶接された第２板部材と、を含み、第１板部材に対する第２板部材の継手部の反溶接部側に見隠し空間を有する。補強方法は、開口形成工程（＃１０）と、裏当て材配置工程（＃２０）と、肉盛溶接工程（＃３０）と、を備える。開口形成工程では、第１板部材に、溶接部に沿いつつ見隠し空間につながる開口を形成する。裏当て材配置工程では、開口から見隠し空間に裏当て材を挿入し、第１板部材と第２板部材とに架け渡すように見隠し空間に裏当て材を配置する。肉盛溶接工程では、開口を通じて裏当て材上に溶接材を肉盛溶接し、肉盛溶接された溶接材で開口を埋める。【選択図】図８

Description

本開示は、溶接構造物の補強方法に関する。

溶接構造物は、複数の鋼材を含む。複数の鋼材が組み合わされて溶接されることにより、溶接構造物が製作される。例えば、特開平９－２２５６３６号公報（特許文献１）には、セラミックス製の裏当て材を用いたＴ継手による溶接技術が開示されている。この溶接技術により、溶接構造物を製作する際、接合部に良好な裏なみを形成することができ、鉄鋼部材の溶接品質を向上することができる、と特許文献１に記載されている。

特開平９－２２５６３６号公報

溶接構造物は、鉄道車両、船舶、橋梁、建築物などの様々な分野で利用される。ここで、溶接構造物が、外部から隔離された見隠し空間を有する場合がある。以下、このような溶接構造物を見隠し空間付き溶接構造物とも言う。

図１～図３に、見隠し空間付き溶接構造物２の一例を示す。図１は、溶接構造物２の斜視図である。図２は、溶接構造物２の正面図である。図３は、溶接構造物２における溶接継手の部分を拡大した断面図である。

図１～図３に示す溶接構造物２は、鋼材として、天板部材２１、及び２つの側板部材２２Ａ，２２Ｂを含み、さらに下板部材２３、前板部材２４及び後板部材２５を含む。これらの板部材２１，２２Ａ，２２Ｂ，２３，２４，２５は、互いにＴ継手により溶接されて、一体化されている。具体的には、天板部材２１、２つの側板部材２２Ａ，２２Ｂ、及び下板部材２３によって、実質的に角筒状の部分が形成され、この角筒状部分は、前後方向に延びている。角筒状部分の前と後は、それぞれ前板部材２４と後板部材２５によって閉塞されている。このため、溶接構造物２は、天板部材２１、２つの側板部材２２Ａ，２２Ｂ、下板部材２３、前板部材２４及び後板部材２５によって囲まれた見隠し空間Ｓを有する。

図３を参照して、側板部材２２Ａは、天板部材２１にＴ継手により片側溶接されている。側板部材２２Ａの外面２２Ａｏが外部に開放され、側板部材２２Ａの内面２２Ａｉが内側の見隠し空間Ｓに露出している。天板部材２１に対する側板部材２２Ａの溶接部Ｗは、片側溶接により、外部に開放された外面２２Ａｏ側に形成されている。見隠し空間Ｓに露出する内面２２Ａｉ側には、溶接部Ｗは形成されていない。つまり、天板部材２１に対する側板部材２２Ａの継手部の反溶接部側に、見隠し空間Ｓが存在している。このような側板部材２２Ａ側の継手部の状態は、側板部材２２Ｂ側についても同様である。

溶接構造物２には、設計上で想定された荷重が負荷される。例えば、図２を参照して、天板部材２１の上面２１１に部品取り付け部２６が接合されており、２つの側板部材２２Ａ，２２Ｂそれぞれの開放された下端部２２１Ａ，２２１Ｂを固定点にして、引張荷重Ｆが部品取り付け部２６に負荷される。このような引張荷重Ｆが溶接構造物２に負荷されると、天板部材２１に曲げモーメントが作用して曲げ応力が生じる。この曲げ応力により、溶接構造物２が変形する。図２には、天板部材２１が変形した様子の一例を二点鎖線で示している。溶接構造物２の強度設計では、このような変形を許容できるように、負荷される引張荷重Ｆが初期設定される。

しかしながら、溶接構造物２が長年使用されることにより、溶接構造物２に負荷される引張荷重Ｆが当初の設計値より増加することがある。荷重の増加に伴って、天板部材２１と側板部材２２Ａ，２２Ｂとの継手部に生じる曲げ応力が増加する。この場合、曲げ応力を軽減するために、補修により溶接構造物２を補強せざるを得ない。

以下、図４を参照して、従来の補強方法を説明する。図４は、従来の補強方法を説明するための溶接構造物２の正面図である。従来の補強方法では、部品取り付け部２６と天板部材２１とに架け渡すように、補強部材２７を溶接構造物２の外表面に取り付ける。具体的には、補強部材２７の一方端を、部品取り付け部２６の側面２６１に接合し、補強部材２７の他方端を、天板部材２１の上面２１１に接合する。天板部材２１において、天板部材２１と補強部材２７との接合位置は、天板部材２１と側板部材２２Ａとの継手部の近傍にある。側板部材２２Ｂ側についても、側板部材２２Ａ側と同様に補強部材２７を取り付ける。補強部材２７によって、継手部の剛性が向上し、継手部に生じる曲げ応力を軽減することができる。

上述した従来の補強方法では、溶接構造物２の周囲に、補強部材２７を設置できるスペースが必要となる。ただし、溶接構造物２の周囲に十分なスペースを確保することができないことがある。例えば、溶接構造物２が鉄道車両用の台車枠に用いられる場合、他の部品や車体の存在により、溶接構造物２の周囲のスペースが制限されることが多い。このような場合、補強部材２７の設置が困難になり、従来の補強方法では対応できない。また、特許文献１に記載された溶接技術は、溶接構造物２を製作するときに適用される技術であり、見隠し空間付き溶接構造物２の補修を想定していない。

本開示の目的は、Ｔ継手により片側溶接された継手部の反溶接部側に見隠し空間を有する溶接構造物について、周囲のスペースの存否に関わらず、継手部に生じる曲げ応力を軽減することができる溶接構造物の補強方法を提供することである。

本開示に係る補強方法は、溶接構造物の補強方法である。溶接構造物は、第１板部材と、第１板部材にＴ継手により片側溶接された第２板部材と、を含み、第１板部材に対する第２板部材の継手部の反溶接部側に見隠し空間を有する。補強方法は、開口形成工程と、裏当て材配置工程と、肉盛溶接工程と、を備える。開口形成工程では、第１板部材に、溶接部に沿いつつ見隠し空間につながる開口を形成する。裏当て材配置工程では、開口から見隠し空間に裏当て材を挿入し、第１板部材と第２板部材とに架け渡すように見隠し空間に裏当て材を配置する。肉盛溶接工程では、開口を通じて裏当て材上に溶接材を肉盛溶接し、肉盛溶接された溶接材で開口を埋める。

本開示に係る補強方法によれば、Ｔ継手により片側溶接された継手部の反溶接部側に見隠し空間を有する溶接構造物について、周囲のスペースの存否に関わらず、継手部に生じる曲げ応力を軽減することができる。

図１は、見隠し空間付き溶接構造物の斜視図である。 図２は、図１に示す溶接構造物の正面図である。 図３は、図２に示す溶接構造物における溶接継手の部分を拡大した断面図である。 図４は、従来の補強方法を説明するための溶接構造物の正面図である。 図５は、本実施形態に係る補強方法によって補修される見隠し空間付き溶接構造物の斜視図である。 図６は、図５に示す溶接構造物の正面図である。 図７は、図６に示す溶接構造物における溶接継手の部分の拡大した断面図である。 図８は、第１実施形態に係る補強方法を示すフローチャートである。 図９は、開口形成工程の様子を示す拡大断面図である。 図１０は、裏当て材配置工程の様子を示す拡大断面図である。 図１１は、肉盛溶接工程の途中の様子を示す拡大断面図である。 図１２は、肉盛溶接工程の終了時の様子を示す拡大断面図である。 図１３は、第１実施形態に係る補強方法によって補修された溶接構造物の正面図である。 図１４は、第２実施形態に係る補強方法における裏当て材配置工程の様子を示す拡大断面図である。 図１５は、第３実施形態に係る補強方法における裏当て材配置工程の様子を示す拡大断面図である。

本開示の実施形態に係る補強方法は、溶接構造物の補強方法である。溶接構造物は、第１板部材と、第１板部材にＴ継手により片側溶接された第２板部材と、を含み、第１板部材に対する第２板部材の継手部の反溶接部側に見隠し空間を有する。補強方法は、開口形成工程と、裏当て材配置工程と、肉盛溶接工程と、を備える。開口形成工程では、第１板部材に、溶接部に沿いつつ見隠し空間につながる開口を形成する。裏当て材配置工程では、開口から見隠し空間に裏当て材を挿入し、第１板部材と第２板部材とに架け渡すように見隠し空間に裏当て材を配置する。肉盛溶接工程では、開口を通じて裏当て材上に溶接材を肉盛溶接し、肉盛溶接された溶接材で開口を埋める（第１の構成）。

第１の構成の補強方法によって補強する溶接構造物は、見隠し空間付き溶接構造物である。具体的には、溶接構造物は、第１板部材と、第１板部材にＴ継手により片側溶接された第２板部材と、を含む。見隠し空間は、第１板部材に対する第２板部材の継手部の反溶接部側に存在している。このため、溶接構造物は、Ｔ継手により片側溶接された第１板部材と第２板部材との継手部の反溶接部側に見隠し空間を有する。

第１の構成の補強方法では、このような見隠し空間付き溶接構造物に、開口形成工程、裏当て材配置工程、及び肉盛溶接工程の各処理を順に施す。具体的には、開口形成工程にて、第１板部材に、溶接部に沿いつつ見隠し空間につながる開口を形成する。これにより、隔離されていた見隠し空間が、開口を通じて第１板部材の外部に開放される。次に、裏当て材配置工程にて、開口から見隠し空間に裏当て材を挿入する。見隠し空間が開口を通じて第１板部材の外部に開放されているため、開口から見隠し空間に裏当て材を挿入することが可能になる。そして、見隠し空間に挿入された裏当て材を、第１板部材と第２板部材とに架け渡すように、見隠し空間に配置する。これにより、裏当て材が、開口の奥で、第１板部材及び第２板部材に対して傾いた姿勢で見隠し空間を区切る。

次に、肉盛溶接工程にて、開口を通じて裏当て材上に溶接材を肉盛溶接する。裏当て材上の空間が開口を通じて第１板部材の外部に開放されているため、裏当て材上に溶接材を肉盛溶接することが可能になる。そして、肉盛溶接された溶接材で開口を埋める。これにより、Ｔ継手により片側溶接された第１板部材と第２板部材との継手部の見隠し空間側が、溶接材で肉盛溶接され、さらに第１板部材に形成された開口が、肉盛溶接された溶接材で埋められる。このように継手部の見隠し空間側に肉盛溶接された溶接材によって、継手部が補強される。これにより、継手部の剛性が向上し、継手部に生じる曲げ応力を軽減することができる。しかも、肉盛溶接された溶接材は、第１板部材の外側に実質的に突出していない。したがって、溶接構造物の周囲のスペースの存否に関わらず、継手部に生じる曲げ応力を軽減することができる。

上記補強方法において、裏当て材は、鋼製の主板部を含んでいてもよい（第２の構成）。

第２の構成の場合、裏当て材の主板部が溶接材と溶着し、裏当て材が溶接材と共に溶接構造物と一体化される。これにより、肉盛溶接工程後に裏当て材が脱落することはない。

第２の構成の補強方法は、好ましくは、下記の構成を備える。裏当て材配置工程では、見隠し空間に配置された裏当て材の主板部の一方側縁及び他方側縁を、それぞれに対応する第１板部材及び第２板部材に仮止めする（第３の構成）。

第３の構成の場合、見隠し空間に配置された裏当て材が、第１板部材及び第２板部材に対して安定する。このため、肉盛溶接工程で肉盛溶接を容易に行える。

第１の構成の補強方法において、裏当て材は、鋼製の主板部と、主板部の一方側縁及び他方側縁にそれぞれ接合されたセラミックスタブと、を含んでいてもよい（第４の構成）。

第４の構成の場合、裏当て材の主板部が溶接材と溶着し、裏当て材が溶接材と共に溶接構造物と一体化される。これにより、肉盛溶接工程後に裏当て材が脱落することはない。しかも、セラミックスタブは肉盛溶接で溶けないため、裏当て材上に肉盛溶接された溶接材のうち、セラミックスタブ近傍の部分は、良好な性状になる。

第４の構成の補強方法は、好ましくは、下記の構成を備える。裏当て材配置工程では、見隠し空間に配置された裏当て材の主板部の一方側縁及び他方側縁を、それぞれに対応する第１板部材及び第２板部材に仮止めする（第５の構成）。

第５の構成の場合、見隠し空間に配置された裏当て材が、第１板部材及び第２板部材に対して安定する。このため、肉盛溶接工程で肉盛溶接を容易に行える。

第１の構成の補強方法において、裏当て材は、セラミックス製の主板部を含んでいてもよい（第６の構成）。

第６の構成の場合、セラミックス製の主板部は肉盛溶接で溶けないため、裏当て材上に肉盛溶接された溶接材のうち、主板部近傍の部分は、良好な性状になる。

上記補強方法において、好ましくは、溶接構造物が鉄道車両用の台車枠である（第７の構成）。

第７の構成のような鉄道車両用の台車枠は、他の部品や車体の存在により、周囲のスペースが制限されることが多い。このような場合であっても、継手部に生じる曲げ応力を軽減することができる。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。各図において同一又は相当の構成については同一符号を付し、重複する説明を繰り返さない。

［溶接構造物１］
図５～図７に、本実施形態に係る補強方法によって補修される溶接構造物１の一例を示す。図５は、溶接構造物１の斜視図である。図６は、溶接構造物１の正面図である。図７は、溶接構造物１における溶接継手の部分を拡大した断面図である。溶接構造物１は、見隠し空間付き溶接構造物であり、図１～図３に示す溶接構造物２に相当する。

図５～図７を参照して、溶接構造物１は、鋼材として、第１板部材１１、及び２つの第２板部材１２Ａ，１２Ｂを含み、さらに第３板部材１３、第４板部材１４及び第５板部材１５を含む。例えば、第１板部材１１は天板部材であり、第２板部材１２Ａ，１２Ｂはそれぞれ側板部材である。第３板部材１３、第４板部材１４及び第５板部材１５は、それぞれ下板部材、前板部材及び後板部材である。この場合、溶接構造物１において、第１板部材１１が上側に配置され、第２板部材１２Ａ，１２Ｂがそれぞれ左側と右側に配置され、第３板部材１３が下側に配置される。第４板部材１４が前側に配置され、第５板部材１５が後側に配置される。ただし、各板部材１１，１２Ａ，１２Ｂ，１３，１４，１５の上下、左右、及び前後の用語は、溶接構造物１の姿勢に応じて定められるものに過ぎない。つまり、各板部材１１，１２Ａ，１２Ｂ，１３，１４，１５の上下、左右、及び前後の用語は、溶接構造物１の姿勢を限定するものではない。

各板部材１１，１２Ａ，１２Ｂ，１３，１４，１５の材質は、溶接が可能な材質であればよく、典型的な例では鋼である。板部材１１，１２Ａ，１２Ｂ，１３，１４，１５は、互いにＴ継手により溶接されて、一体化されている。具体的には、第１板部材１１、２つの第２板部材１２Ａ，１２Ｂ、及び第３板部材１３によって、実質的に角筒状の部分が形成されている。この角筒状部分は、前後方向に延びている。角筒状部分の前と後は、それぞれ第４板部材１４と第５板部材１５によって閉塞されている。このため、溶接構造物１は、第１板部材１１、２つの第２板部材１２Ａ，１２Ｂ、第３板部材１３、第４板部材１４及び第５板部材１５によって囲まれた見隠し空間Ｓを有する。

図７を参照して、第２板部材１２Ａは、第１板部材１１にＴ継手により片側溶接されている。第２板部材１２Ａの外面１２Ａｏが外部に開放され、第２板部材１２Ａの内面１２Ａｉが内側の見隠し空間Ｓに露出している。第１板部材１１に対する第２板部材１２Ａの溶接部Ｗは、片側溶接により、外部に開放された外面１２Ａｏ側に形成されている。見隠し空間Ｓに露出する内面１２Ａｉ側には、溶接部Ｗは形成されていない。つまり、第１板部材１１に対する第２板部材１２Ａの継手部の反溶接部側に、見隠し空間Ｓが存在している。このため、溶接構造物１は、Ｔ継手により片側溶接された第１板部材１１と第２板部材１２Ａとの継手部の反溶接部側に見隠し空間Ｓを有する。

図７には、片側溶接による溶接部Ｗが、開先溶接によって形成された例が示されている。この場合、第１板部材１１に対する第２板部材１２Ａの継手部の反溶接部側に、ルート部Ｒが存在する。ルート部Ｒは、未溶着の隙間であり、見隠し空間Ｓにつながっている。片側溶接による溶接部Ｗが、隅肉溶接によって形成される場合もある。この場合でも、第１板部材１１に対する第２板部材１２Ａの継手部の反溶接部側に、見隠し空間Ｓにつながるルート部Ｒが存在する。このような第２板部材１２Ａ側の継手部の状態は、第２板部材１２Ｂ側についても同様である。

溶接構造物１には、設計上で想定された荷重が負荷される。例えば、図６を参照して、第１板部材１１の上面１１１に部品取り付け部１６が接合されており、２つの第２板部材１２Ａ，１２Ｂそれぞれの開放された下端部１２１Ａ，１２１Ｂを固定点にして、引張荷重Ｆが部品取り付け部１６に負荷される。このような引張荷重Ｆが溶接構造物１に負荷されると、第１板部材１１に曲げモーメントが作用して曲げ応力が生じる。この曲げ応力により、溶接構造物１が変形する。図６には、第１板部材１１が変形した様子の一例を二点鎖線で示している。溶接構造物１の強度設計では、このような変形を許容できるように、負荷される引張荷重Ｆが初期設定される。

溶接構造物１は、鉄道車両で利用される。具体的には、溶接構造物１は、鉄道台車用の台車枠である。この場合、部品取り付け部１６には、台車枠以外の他の部品（例：モータ）が取り付けられる。ただし、溶接構造物は、鉄道車両で利用されるものに限定されず、船舶、橋梁、建築物などの分野で利用されるものであってもよい。

しかしながら、溶接構造物１が長年使用されることにより、溶接構造物１に負荷される引張荷重Ｆが当初の設計値より増加することがある。荷重の増加に伴って、第１板部材１１と第２板部材１２Ａ，１２Ｂとの継手部に生じる曲げ応力が増加する。この場合、曲げ応力を軽減するために、補修により溶接構造物１を補強する必要がある。以下、図８～図１５を参照して、本実施形態に係る溶接構造物１の補強方法について説明する。

［補強方法］
＜第１実施形態＞
図８は、第１実施形態に係る溶接構造物１の補強方法を示すフローチャートである。図８に示すように、本実施形態の補強方法は、開口形成工程（＃１０）と、裏当て材配置工程（＃２０）と、肉盛溶接工程（＃３０）と、を含む。補強方法では、上述した見隠し空間付き溶接構造物１に、開口形成工程（＃１０）、裏当て材配置工程（＃２０）、及び肉盛溶接工程（＃３０）の各処理を順に施す。

図９～図１２は、本実施形態の補強方法を説明するための模式図である。具体的には、各図は、溶接構造物１における溶接継手の部分を拡大した断面図である。図９には、開口形成工程（＃１０）の様子が示される。図１０には、裏当て材配置工程（＃２０）の様子が示される。図１１及び図１２には、肉盛溶接工程（＃３０）の様子が示される。図１１は、肉盛溶接工程の途中の様子を示し、図１２は、肉盛溶接工程の終了時の様子を示している。

図９を参照して、開口形成工程（＃１０）では、第１板部材１１に、開口Ｈを形成する。開口Ｈは、片側溶接による溶接部Ｗに沿いつつ見隠し空間Ｓにつながっている。開口Ｈは、溶接部Ｗの延在方向に沿って実質的に直線状である。溶接部Ｗの延在方向において、開口Ｈは見隠し空間Ｓの全域に形成される。ただし、溶接部Ｗの延在方向において、開口Ｈが見隠し空間Ｓの一部に形成されていてもよい。

開口Ｈを形成するとき、第１板部材１１と第２板部材１２Ａとの継手部のうち、見隠し空間Ｓ側の部分が除去される。これにより、ルート部Ｒが除去される。このように除去された部分は、開口Ｈに含まれる。開口Ｈの形成方法は、特に限定されない。例えば、開口Ｈの形成方法として、ドリル、又は砥石による穴あけ加工を採用することができ、レーザー、プラズマ、又はガスによる穴あけ加工を採用してもよい。

開口形成工程の処理を施すことにより、隔離されていた見隠し空間Ｓが、開口Ｈを通じて第１板部材１１の外部に開放される。

次に、図１０を参照して、裏当て材配置工程（＃２０）では、外部に開放された開口Ｈから見隠し空間Ｓに裏当て材１７を挿入する。そして、見隠し空間Ｓに挿入された裏当て材１７を、第１板部材１１と第２板部材１２Ａとに架け渡すように配置する。つまり、見隠し空間Ｓにおいて、開口Ｈ（第１板部材１１と第２板部材１２Ａとの継手部のうち、開口Ｈの形成時に除去された上記の部分を含む）を跨ぐように裏当て材１７を配置する。これにより、裏当て材１７が、開口Ｈの奥で、第１板部材１１及び第２板部材１２Ａに対して傾いた姿勢で見隠し空間Ｓを区切る。

裏当て材１７は、平面視で実質的に矩形であり、板状の部材である。本実施形態の裏当て材１７は、鋼製の主板部１７１を含む。裏当て材配置工程の終了時、裏当て材１７の主板部１７１の一方側縁及び他方側縁は、それぞれ第１板部材１１及び第２板部材１２Ａと接触した状態となっている。

ここで、裏当て材配置工程のとき、予め裏当て材１７にワイヤ（図示略）を取り付けておいてもよい。ワイヤによって裏当て材１７を吊るした状態で、裏当て材１７を見隠し空間Ｓに挿入することができるため、作業性がよくなる。さらに、ワイヤで吊るした裏当て材１７を見隠し空間Ｓ内で引き込むことにより、裏当て材１７が第１板部材１１及び第２板部材１２Ａと強く接触した状態になるため、第１板部材１１及び第２板部材１２Ａに対して裏当て材１７が安定する。なお、ワイヤは、後述する肉盛溶接工程の後に切断すればよい。

次に、図１１を参照して、肉盛溶接工程（＃３０）では、外部に開放された開口Ｈを通じて裏当て材１７上に溶接材１８を肉盛溶接する。そして、図１２を参照して、肉盛溶接された溶接材１８で開口Ｈを埋める。これにより、Ｔ継手により片側溶接された第１板部材１１と第２板部材１２Ａとの継手部の見隠し空間Ｓ側が、溶接材１８で肉盛溶接される。さらに、第１板部材１１に形成された開口Ｈが、肉盛溶接された溶接材１８で埋められる。このように継手部の見隠し空間Ｓ側に肉盛溶接された溶接材１８によって、継手部が補強される。

ここで、肉盛溶接工程のとき、溶接肉盛された溶接材１８を適度に冷ましながら、肉盛溶接を断続的に実施すればよい。第１板部材１１及び第２板部材１２Ａの過剰な温度上昇を抑制することができるため、強度に対する熱影響が少なくなる。

肉盛溶接工程が終了したとき、溶接材１８が第１板部材１１の上面１１１に表出している。この場合、グラインダなどによって溶接材１８の表面を研削して滑らかにしてもよい。

第２板部材１２Ｂ側についても、第２板部材１２Ａ側と同様に、開口形成工程（＃１０）、裏当て材配置工程（＃２０）、及び肉盛溶接工程（＃３０）の各処理を順に施せばよい。ただし、強度的に問題が生じなければ、第２板部材１２Ａ側及び第２板部材１２Ｂ側のいずれか一方に、上記各処理を施せばよい。

図１３は、第１実施形態に係る補強方法によって補修された溶接構造物１０の正面図である。図１３を参照して、補修された溶接構造物１０は、第１板部材１１と第２板部材１２Ａとの継手部の見隠し空間Ｓ側に肉盛溶接された溶接材１８を備え、第１板部材１１と第２板部材１２Ｂとの継手部の見隠し空間Ｓ側に肉盛溶接された溶接材１８を備える。肉盛溶接された溶接材１８によって、それぞれの継手部が補強される。

［効果］
本実施形態の補強方法によれば、補修された溶接構造物１０は、第１板部材１１と第２板部材１２Ａとの継手部の見隠し空間Ｓ側に肉盛溶接された溶接材１８を備え、溶接材１８によって、継手部が補強される。これにより、継手部の剛性が向上し、継手部に生じる曲げ応力を軽減することができる。しかも、肉盛溶接された溶接材１８は、第１板部材１１の外側に実質的に突出していない。したがって、溶接構造物１０の周囲のスペースの存否に関わらず、継手部に生じる曲げ応力を軽減することができる。

また、本実施形態では、裏当て材１７が鋼製の主板部１７１を含むため、裏当て材１７の主板部１７１が溶接材１８と溶着する。このため、裏当て材１７が溶接材１８と共に溶接構造物１０と一体化される。これにより、肉盛溶接工程後に裏当て材１７が脱落することはない。

本実施形態では、溶接構造物１は、鉄道台車用の台車枠である。鉄道車両用の台車枠は、他の部品や車体の存在により、周囲のスペースが制限されることが多い。このような場合であっても、継手部に生じる曲げ応力を軽減することができる。

＜第２実施形態＞
図１４は、第２実施形態の補強方法を説明するための模式図である。具体的には、図１４は、溶接構造物１における溶接継手の部分を拡大した断面図である。図１４には、裏当て材配置工程（＃２０）の様子が示される。本実施形態の補強方法は、裏当て材配置工程にて裏当て材１７を仮止めする点で、第１実施形態の補強方法と異なる。

図１４を参照して、裏当て材配置工程（＃２０）では、見隠し空間Ｓに配置された裏当て材１７を第１板部材１１及び第２板部材１２に仮止めする。具体的には、裏当て材１７の主板部１７１の一方側縁及び他方側縁を、それぞれに対応する第１板部材１１及び第２板部材１２に仮止めする。図１４には、点溶接部Ｂで仮止めされた例が示される。仮止め方法は、特に限定されない。例えば、仮止め方法として、溶接を採用することができる。溶接は、点溶接であっても、線溶接であってもよい。施工容易性の観点から、点溶接が好ましい。また、仮止め方法として、接着剤による接合を採用してもよい。

本実施形態の場合、見隠し空間Ｓに配置された裏当て材１７が、第１板部材１１及び第２板部材１２に対して安定する。このため、肉盛溶接工程で肉盛溶接を容易に行える。

＜第３実施形態＞
図１５は、第３実施形態の補強方法を説明するための模式図である。具体的には、図１５は、溶接構造物１における溶接継手の部分を拡大した断面図である。図１５には、裏当て材配置工程（＃２０）の様子が示される。本実施形態の補強方法は、裏当て材１７ａの構成において、第１実施形態の補強方法と異なる。

図１５を参照して、裏当て材１７ａは、平面視で実質的に矩形であり、全体で見て板状の部材である。本実施形態の裏当て材１７ａは、鋼製の主板部１７１ａと、２つのセラミックスタブ１７２Ａ，１７２Ｂと、を含む。セラミックスタブ１７２Ａ，１７２Ｂは、主板部１７１ａの一方側縁及び他方側縁にそれぞれ接合されている。接合方法は、特に限定されない。例えば、接合方法として、接着剤（例：熱硬化性樹脂）による接合を採用することができる。裏当て材配置工程の終了時、裏当て材１７ａの主板部１７１ａの一方側縁及び他方側縁は、それぞれ第１板部材１１及び第２板部材１２Ａと接触した状態となっている。また、セラミックスタブ１７２Ａ，１７２Ｂは、それぞれ第１板部材１１及び第２板部材１２Ａと接触した状態となっている。

ここで、肉盛溶接工程のとき、溶接の熱によって、主板部１７１ａの温度が上昇する。主板部１７１ａの温度が著しく上昇すると、セラミックスタブ１７２Ａ，１７２Ｂと主板部１７１ａとの接合が緩み、セラミックスタブ１７２Ａ，１７２Ｂが主板部１７１ａから脱落するおそれがある。このような脱落を防止するため、第１板部材１１に接触しているセラミックスタブ１７２Ａと、このセラミックスタブ１７２Ａ近傍の主板部１７１ａの一部と、を背面から覆うように、セラミックスタブ１７２Ａ及び主板部１７１ａに金属製フィルムを貼り付けていてもよい。第２板部材１２に接触しているセラミックスタブ１７２Ｂと、このセラミックスタブ１７２Ｂ近傍の主板部１７１ａの一部と、を背面から覆うように、セラミックスタブ１７２Ｂ及び主板部１７１ａに金属製フィルムを貼り付けていてもよい。金属製フィルムは、特に限定されない。例えば、金属製フィルムとして、アルミニウム製フィルムを採用することができる。

本実施形態の場合、裏当て材１７ａの主板部１７１ａは鋼製であるため、主板部１７１ａが溶接材１８と溶着する。このため、裏当て材１７ａが溶接材１８と共に溶接構造物１０と一体化される。これにより、肉盛溶接工程後に裏当て材１７ａが脱落することはない。しかも、セラミックスタブ１７２Ａ，１７２Ｂは肉盛溶接で溶けないため、裏当て材１７ａ上に肉盛溶接された溶接材１８のうち、セラミックスタブ１７２Ａ，１７２Ｂ近傍の部分は、良好な性状になる。

本実施形態の裏当て材１７ａは、第２実施形態の補強方法に適用することも可能である。

以上、本開示の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本開示を実施するための例示に過ぎない。したがって、本開示は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。

例えば、第１実施形態及び第２実施形態において、裏当て材は、セラミックス製の主板部を含んでいてもよい。この場合、セラミックス製の主板部は肉盛溶接で溶けないため、裏当て材上に肉盛溶接された溶接材のうち、主板部近傍の部分は、良好な性状になる。

本実施形態による効果を確認するため、弾塑性有限要素法による数値シミュレーション解析（ＦＥＭ解析）を実施した。本発明例として、図１３に示す本実施形態の補強方法によって補修された溶接構造物のモデルを作製した。比較例として、図６に示す補修されていない溶接構造物のモデルを作製した。参考例として、図４に示す従来の補強方法によって補修された溶接構造物のモデルを作製した。

各板部材の材質、寸法及び板厚は、全てのモデルで同じとした。特に、第１板部材（比較例及び参考例では天板部材）及び第２板部材（参考例では側板部材）の板厚は、それぞれ９ｍｍ及び６ｍｍとした。

各モデルにおいて、２つの第２板部材（参考例では側板部材）それぞれの開放された下端部を固定点にして、部品取り付け部に引張荷重Ｆを負荷した。引張荷重Ｆは８．２ｋＮとした。そして、第１板部材（参考例では天板部材）の変形量を評価した。

具体的には、各モデルに引張荷重Ｆを負荷した状態で、引張荷重Ｆの方向において、第１板部材と部品取り付け部との接合部の座標Ｐ１を抽出するとともに、第１板部材と第２板部材との継手部の座標Ｐ２を抽出した。各モデルにおいて、抽出した座標Ｐ１と座標Ｐ２との差を算出して、第１板部材（参考例では天板部材）の変形量とした。比較例の変形量を基準にして、本発明例の変形量と参考例の変形量を比較した。結果は以下の通りであった。

本発明例の変形量は、比較例の０．５２倍であった。参考例の変形量は、比較例の０．４１倍であった。本発明例及び参考例のいずれの変形量も、比較例より小さかった。また、本発明例の変形量は、参考例の変形量と同等であった。この結果より、本実施形態の補強方法によって補修された溶接構造物は、従来の補強方法によって補修された溶接構造物と同レベルに強化されることが実証された。

１：溶接構造物
１１：第１板部材
１２Ａ，１２Ｂ：第２板部材
１３：第３板部材
１４：第４板部材
１５：第５板部材
１６：部品取り付け部
１７，１７ａ：裏当て材
１７１，１７１ａ：主板部
１７２Ａ，１７２Ｂ：セラミックスタブ
１８：溶接材
Ｓ：見隠し空間
Ｗ：溶接部
Ｈ：開口

Claims (7)

1. 第１板部材と、前記第１板部材にＴ継手により片側溶接された第２板部材と、を含み、前記第１板部材に対する前記第２板部材の継手部の反溶接部側に見隠し空間を有する溶接構造物の補強方法であって、
   前記第１板部材に、溶接部に沿いつつ前記見隠し空間につながる開口を形成する開口形成工程と、
   前記開口から前記見隠し空間に裏当て材を挿入し、前記第１板部材と前記第２板部材とに架け渡すように前記見隠し空間に前記裏当て材を配置する裏当て材配置工程と、
   前記開口を通じて前記裏当て材上に溶接材を肉盛溶接し、肉盛溶接された前記溶接材で前記開口を埋める肉盛溶接工程と、を備える、溶接構造物の補強方法。
2. 請求項１に記載の溶接構造物の補強方法であって、
   前記裏当て材は、鋼製の主板部を含む、溶接構造物の補強方法。
3. 請求項２に記載の溶接構造物の補強方法であって、
   前記裏当て材配置工程では、前記見隠し空間に配置された前記裏当て材の前記主板部の一方側縁及び他方側縁を、それぞれに対応する前記第１板部材及び前記第２板部材に仮止めする、溶接構造物の補強方法。
4. 請求項１に記載の溶接構造物の補強方法であって、
   前記裏当て材は、鋼製の主板部と、前記主板部の一方側縁及び他方側縁にそれぞれ接合されたセラミックスタブと、を含む、溶接構造物の補強方法。
5. 請求項４に記載の溶接構造物の補強方法であって、
   前記裏当て材配置工程では、前記見隠し空間に配置された前記裏当て材の前記主板部の一方側縁及び他方側縁を、それぞれに対応する前記第１板部材及び前記第２板部材に仮止めする、溶接構造物の補強方法。
6. 請求項１に記載の溶接構造物の補強方法であって、
   前記裏当て材は、セラミックス製の主板部を含む、溶接構造物の補強方法。
7. 請求項１～６のいずれか１項に記載の溶接構造物の補強方法であって、
   前記溶接構造物が鉄道車両用の台車枠である、溶接構造物の補強方法。
   

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