JP5829425B2 - 重ね継手用の板状部材 - Google Patents

Description

本発明は、溶接時の溶け込み不良の発生を低減することを可能とした重ね継手用の板状部材に関するものである。

重ね継手は、第１の板状部材と第２の板状部材との２つの部材の端部を重ねてすみ肉溶接で接合する継手であり、ガセットプレートなどの小部材を主部材の面に取り付ける場合などに用いられる。

ここで、すみ肉溶接とは、ほぼ直交する２つの面のすみに溶接するほぼ三角形状の断面をもつ溶接のことをいう。すみ肉溶接は作用する荷重の方向により前面すみ肉溶接継手、側面すみ肉溶接継手、及び、これら両者の中間的な斜方すみ肉溶接継手などに分類される（例えば、非特許文献１参照）。

重ね継手は、第１の板状部材の端面（垂直面）と第２の板状部材の側面の交差コーナ部（直角コーナ部）を十分溶融させることによって、品質が確保される。

図３は、良好な溶け込みが行われた重ね継手の断面を示す図である。第１の板状部材１に第２の板状部材２が重なり、第１の板状部材１の端面と第２の板状部材２の側面との間に溶接欠陥（溶け込み不良）がなく、すみ肉溶接部Ａが形成されている。

図４は、溶接欠陥（溶け込み不良）が生じている重ね継手の断面を示す図である。第１の板状部材１の端面と第２の板状部材２の側面との間にすみ肉溶接部Ｂが溶接されているが、欠陥部Ｃが生じている。

このような溶込み不良があると、計画通りの強度が確保されず、使用中の破壊や、容器であれば漏洩を起す可能性があるため、溶込み不良の発生を抑える必要がある。

溶込み不良は、一般的には放射線透過検査を行えば検出できる。しかしながら、重ね継手に放射線透過検査を使用するのであれば、簡易型継手であるこの継手を使用した効果が出ないため、突合せ溶接にして放射線透過検査を行った方が良いと考えられる。また一般的に、重ね継手に対する非破壊検査は、液体浸透探傷検査、又は、磁粉探傷検査が適用されるが、これは表面検査であるため、図４の欠陥部Ｃに示すような内部欠陥は検出できない。

また、溶接完了後、容器であれば、一般的には、耐圧検査が行われるが、図４の欠陥部Ｃに示すような内部欠陥が小さい場合は、往々にして、耐圧検査も合格することが多い。その後、使用中に欠陥がき裂となって進展し、漏洩にいたる場合も多いと考えられる。従って、この内部欠陥を如何に発生させないように管理するかが大切となる。

溶接・接合技術概論、編者：社団法人溶接学会、発行所：産報出版株式会社、P209、P213

図２は、従来の重ね継手のすみ肉溶接の態様を示す図である。トーチ１３の先端部（タングステン電極）は、第１の板状部材１１の端面１１ａと第２の板状部材１２の上面１２ａが交わるコーナ部へ向けてほぼ45°の角度で進入する。

図中で、トーチ１３の先端と第１の板状部材１１の端面１１ａとの距離をl_A´とし、トーチ１３の先端と第２の板状部材１２の上面１２ａとの距離をl_B´とする場合、l_A´＝l_B´の場合には、トーチ１３の先端と第１の板状部材１１の端面１１ａと第２の板状部材１２の上面１２ａが交わるコーナ部との距離l_C´は、l_C´＝√2l_A´（または＝√2l_B´）となる。従って、この場合のl_C´寸法は、l_A´またはl_B´の√2倍（約1.4倍）になっている。

図２において、アークの発生し易い方向（位置）は次のように想定される。まず、アークの特性として、アークの硬直性があり、電極の向いている方向へアークが出易い傾向はある。しかしながら、一般的に、アークの発生し易い方向は、電極と母材までの距離が一番小さい位置にアークが出易い傾向がある。

従って、第１の板状部材１１の端面１１ａと第２の板状部材１２の上面１２ａが交わるコーナ部へアークが発生することが好ましいが、実際にはトーチ１３の先端と母材までの距離が一番小さい第１の板状部材１１の端面１１ａ及び第２の板状部材１２の上面１２ａに向かってアークが発生し易い。

通常は、溶接士の技量でカバーし、コーナ部を溶融するようトーチ１３を動かし、カバーしている。しかしながら、そのカバーが不十分であると、コーナ部の溶融不良に繋がる可能性が大きいことになり、コーナ部溶着不良の欠陥に繋がる可能性がある。

本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたもので、溶け込み不良の発生を低減することを可能とした重ね継手用の板状部材を提供しようとするものである。

本発明は、２つの板状部材の端部を水平に重ねて、溶接用のトーチの先端が、一方の板状部材の端面と他方の板状部材の側面とがなすコーナ部へ向けて進入してすみ肉溶接される重ね継手に用いられる板状部材であって、溶接される板状部材の端面は単一の傾斜面であり、板状部材の端面の傾斜面は、板状部材の側面に垂直な面に対して、60°より大きく90°未満、の角度をなすことを特徴とする。

本発明によれば、コーナ部の溶込み不足が発生し難い重ね継手用の板状部材を提供することが可能となる。

本発明の実施形態の重ね継手用部材の形状及び重ね継手のすみ肉溶接の態様を示す図である。 従来の重ね継手のすみ肉溶接の態様を示す図である。 良好な溶け込みが行われた重ね継手の断面を示す図である。 溶接欠陥（溶け込み不良）が生じている重ね継手の断面を示す図である。

以下、本発明の実施形態である重ね継手用部材について、図を参照して詳細に説明をする。

図１は、本発明の実施形態の重ね継手用部材を用いた重ね継手の断面を示す図である。

本実施形態の重ね継手１００は、第１の板状部材（第１の重ね継手用部材）１０１と第２の板状部材（第２の重ね継手用部材）１０２との２つの部材の端部を重ねてすみ肉溶接で接合する継手である。

第１の板状部材１０１は、端面１０１ａと上面１０１ｂと下面１０１ｃを有し、第２の板状部材１０２は、端面１０２ａと上面１０２ｂと下面１０２ｃを有する。第１の板状部材１０１の端面１０１ａと第２の板状部材１０２の端面１０２ａの端面は傾斜面となっている。

そして、第１の板状部材１０１の下面１０１ｃと第２の板状部材１０２は、上面１０２ｂとを接触させて、第１の板状部材１０１の端面１０１ａと第２の板状部材１０２の上面１０２ｂとがなすコーナ部、及び、第１の板状部材１０１の下面１０１ｃと第２の板状部材１０２の端面１０２ａとがなすコーナ部とを、それぞれすみ肉溶接することにより重ね継手１００が構成される。なお、本実施形態はあくまでも一例であり、継手設計によっては、片側のみの場合もある。

また、以下の説明では、第１の板状部材１０１の端面１０１ａと第２の板状部材１０２の上面１０２ｂとの間のすみ肉溶接について説明をするが、第１の板状部材１０１の下面１０１ｃと第２の板状部材１０２の端面１０２ａとの間のすみ肉溶接も同様に行ってよい。

図１に示すように、トーチ１０３の先端と第１の板状部材１０１の端面１０１ａとの距離をl_Aとし、トーチ１０３の先端と第２の板状部材１０２の上面１０２ｂの距離をl_Bとし、トーチ１０３の先端とコーナ部の距離をl_Cとする。

トーチ１０３の進入角度α（トーチ１０３の中心軸と第２の板状部材１０２の上面１０２ｂとがなす角度）を６０°とし、第１の板状部材１０１の端面１０１ａの角度β（第２の板状部材１０２の上面１０２ｂの法線と第１の板状部材１０１の端面１０１ａとがなす角度）を30°とした場合には、距離l_A＝距離l_Bとなり、l_Cは、l_C＝（2/√3）l_A（約1.15倍）となり、l_A、l_B、及びl_Cは、ほとんど同じ長さになっている。従って、アークが第１の板状部材１０１の端面１０１ａ、第２の板状部材１０２の上面１０２ｂ、それらのコーナ部へ満遍にアークが発生し、欠陥が発生しにくくなることが判る。

第１の板状部材１０１の端面１０１ａの上記角度βは、図上の計算的には30°以上であることが好ましいが、0°より大きな角度とすれば、トーチ１０３の先端と第１の板状部材１０１の端面１０１ａの距離をl_Aと、トーチ１０３の先端と第２の板状部材１０２の上面１０２ｂの距離をl_Bと、トーチ１０３の先端とコーナ部の距離をl_Cとの差が少なくなるため、欠陥の発生を減少させることができる。

以上説明したように、本実施形態の重ね継手によれば、重ね継手の第１の板状部材及び/又は第２の板状部材の端面を広角側に倒した斜面とし、電極先端と母材間の距離をほぼ等間隔にし、コーナ部にアークが届きやすい構造にしている。これにより、アークが各板状部材の端面、上面及びそのコーナ部にアークが均一に出易くなり、コーナ部の溶込み不足が発生し難い。したがって、端面の欠陥が出にくくなり、継手の信頼性向上に繋がる。

１００：重ね溶接継手
１０１：第１の板状部材
１０２：第２の板状部材

Claims (1)

1. ２つの板状部材の端部を水平に重ねて、溶接用のトーチの先端が一方の板状部材の端面と他方の板状部材の側面とがなすコーナ部へ向けて進入してすみ肉溶接される重ね継手に用いられる板状部材であって、
   前記溶接される少なくとも一方の板状部材の端面は単一の傾斜面であり、
   前記板状部材の端面の傾斜面は、前記板状部材の側面に垂直な面に対して、60°より大きく90°未満、の角度をなすことを特徴とする重ね継手用の板状部材。
   

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