JP6344478B2 - 溶接構造部材及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、溶接構造部材及びその製造方法に関する。
本願は、２０１４年１０月３日に、日本に出願された特願２０１４−２０４５８３号、及び、２０１５年８月１１日に、日本に出願された特願２０１５−１５８８１７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
近年、自動車の燃費向上のために、車体の軽量化が進められている。そして、車体の軽量化を実現するために、高強度鋼板同士を溶接した溶接構造部材が車体材料として用いられている。
車体材料として用いられる溶接構造部材には、優れた疲労強度が求められる。しかしながら、従来、高強度鋼板を用いた場合でも溶接構造部材の疲労強度を十分に向上させることは難しいことが知られている。そこで、たとえば特許文献１に、溶接構造部材の疲労強度を向上させるための技術が提案されている。
特許文献１に記載されている隅肉アーク溶接継手は、金属部材同士を隅肉アーク溶接する際に形成される隅肉ビードとは別に、補剛用ビードを備えている。補剛用ビードは、隅肉ビードを起点として、該隅肉ビードと同一面内に形成される。この補剛用ビードによって、溶接継手の疲労強度を向上させることができる。
国際公開第２０１３／１５７５５７号
ところで、車体の足回り部（懸架装置を支持する部分）では、溶接構造部材としてＴ字状の溶接継手（以下、Ｔ字継手ともいう。）が用いられる。足回り部は車体荷重を支持する部分であるので、足回り部に利用されるＴ字継手では、特に疲労強度を向上させる必要がある。
特許文献１においても、立鋼板および横鋼板からなるＴ字継手が開示されている。特許文献１のＴ字継手では、立鋼板と横鋼板とを接合する隅肉ビードに対して交差するように、補剛用ビードが形成されている。特許文献１には、上記のように補剛用ビードを形成することによって、Ｔ字継手の変形が防止され、疲労寿命が向上することが記載されている。
しかしながら、特許文献１の技術では、Ｔ字継手の構造によっては製造上の制約が多くなる場合がある。以下、具体的に説明する。
上述したように、特許文献１の技術では、隅肉ビードに対して交差するように補剛用ビードを形成しなければならない。このため、補剛用ビードを形成する際には、溶接トーチを隅肉ビードに対して交差するように移動させなければならない。このとき、立鋼板と横鋼板との間で溶接トーチを円滑に移動させることができれば、適切な補剛用ビードを容易に形成することができる。しかしながら、たとえば、図２５に示すＴ字継手１のように、立鋼板２が横鋼板３に対して大きく傾いて溶接されている場合には、立鋼板２と横鋼板３とが鋭角に交わる部分が生じる。この部分では、補剛用ビードを形成する際に、溶接トーチ４の移動方向（隅肉ビード５に交差する方向）に十分なスペースを確保できない。この場合、立鋼板２と横鋼板３との間で溶接トーチ４を円滑に移動させることが難しくなり、適切な補剛用ビードを容易に形成することができなくなる。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、Ｔ字形状の接合部を有する溶接構造部材において、疲労強度を容易に向上できる構成を提供することを目的としている。
本発明の要旨は下記の通りである。
（１）本発明の第一の態様は、互いに表裏をなす第一の面及び第二の面を有するベース金属部材と；前記第一の面に対して、突き当て面をもって端面が突き当てられた接合金属部材と；前記第一の面に形成されるとともに、前記接合金属部材を前記ベース金属部材に対して接合する溶接ビードと；前記ベース金属部材の前記第二の面に形成されるとともに、前記第二の面に対向してかつ前記ベース金属部材を透過する視線で見た場合に前記突き当て面と前記溶接ビードとの少なくとも一方に重なるように線状に形成される肉盛部と；を備え、前記突き当て面の端部である突き当て端部から当該突き当て面が存在する方向に向かう方向を後方、その逆の方向を前方とするとき、前記溶接ビードは、前記突き当て端部の前方に離間した位置に溶接ビード端部を有する溶接構造部材である。
（２）上記（１）に記載の溶接構造部材では、前記第二の面に対向してかつ前記ベース金属部材を透過する視線で見た場合に、前記肉盛部が前記突き当て端部から後方に１．９ｍｍから７．０ｍｍ離間した位置に亘って設けられてもよい。
（３）上記（２）に記載の溶接構造部材では、前記第二の面に対向してかつ前記ベース金属部材を透過する視線で見た場合に、前記突き当て端部から前方に前記肉盛り部前端が位置し、かつ前記突き当て端部から後方に前記肉盛り部後端が位置していてもよい。
（４）上記（２）又は（３）に記載の溶接構造部材では、前記第二の面に対向してかつ前記ベース金属部材を透過する視線で見た場合に、前記肉盛部が前記突き当て面に対し平行であってもよい。
（５）上記（２）〜（４）のいずれか一項に記載の溶接構造部材では、前記突き当て端部と前記溶接ビード端部との離間距離ＬＷ（ｍｍ）と、前記ベース金属部材の板厚Ｔ（ｍｍ）とが下記式（Ａ）を満たしてもよい。
−０．１２５ＬＷ＋４．０６ｍｍ≦Ｔ≦４．５ｍｍ ・・・式（Ａ）
（６）上記（２）〜（５）のいずれか一項に記載の溶接構造部材では、前記肉盛部の長さが１０．０ｍｍ以上であってもよい。
（７）上記（１）に記載の溶接構造部材では、前記第二の面に対向してかつ前記ベース金属部材を透過する視線で見た場合に、前記肉盛部が前記溶接ビード端部から後方に０．１ｍｍから３．０ｍｍ離間した位置に亘って設けられてもよい。
（８）上記（７）に記載の溶接構造部材では、前記第二の面に対向してかつ前記ベース金属部材を透過する視線で見た場合に、前記溶接ビード端部から前方に前記肉盛り部前端が位置し、かつ前記溶接ビード端部から後方に前記肉盛り部後端が位置していてもよい。
（９）上記（７）又は（８）に記載の溶接構造部材では、前記第二の面に対向してかつ前記ベース金属部材を透過する視線で見た場合に、前記肉盛部が前記溶接ビードに対し平行であってもよい。
（１０）上記（７）〜（９）に記載の溶接構造部材では、前記突き当て端部と前記溶接ビード端部との離間距離ＬＷ（ｍｍ）と、前記ベース金属部材の板厚Ｔ（ｍｍ）とが下記式（Ｂ）を満たしてもよい。
０．８ｍｍ≦Ｔ＜−０．１２５ＬＷ＋４．０６ｍｍ ・・・式（Ｂ）
（１１）上記（７）〜（１０）のいずれか一項に記載の溶接構造部材では、前記肉盛部の長さが６．０ｍｍ以上であってもよい。
（１２）上記（１）〜（１１）のいずれか一項に記載の溶接構造部材では、前記肉盛部は、前記第二の面からの高さが２．０ｍｍ以上２０．０ｍｍ以下であってもよい。
（１３）上記（１）〜（１２）のいずれか一項に記載の溶接構造部材では、前記肉盛部が、前記ベース金属部材と他の部材との接合に関与しない肉盛りビードであってもよい。
（１４）上記（１）〜（１３）のいずれか一項に記載の溶接構造部材では、前記肉盛部が、前記ベース金属部材の内部まで侵入するように形成されてもよい。
（１５）上記（１）〜（１４）のいずれか一項に記載の溶接構造部材では、前記溶接ビードが前記ベース金属部材を貫通しなくてもよい。
（１６）上記（１）〜（１５）のいずれか一項に記載の溶接構造部材では、前記ベース金属部材が、２７０ＭＰａ以上の引張強度を有する鋼板であってもよい。
（１７）本発明の第二の態様は、上記（１）〜（１６）のいずれか一項に記載の前記溶接構造部材を製造する方法であって、前記ベース金属部材の前記第一の面と、前記接合金属部材の前記端面とを前記突き当て面で接合する溶接ビードを付与する溶接ビード付与工程と；前記溶接ビード付与工程の前、又は、前記溶接ビード付与工程の後に、前記ベース金属部材の前記第二の面に、アーク溶接又はロウ付けにより前記肉盛部を付与する肉盛部付与工程と；を備える溶接構造部材の製造方法である。
本発明によれば、簡単な構成によって、すなわちベース金属部材の第二の面（裏面）に線状の肉盛部を形成することによって溶接構造部材の疲労強度を向上できる。この場合、製造上の制約が少なく、溶接構造部材の疲労強度を容易に向上できる。具体的には、たとえば、接合金属部材の板状部がベース金属部材の板状部に対して大きく傾いて溶接されている場合でも、両板状部の間に肉盛部を形成する必要がないので、製造上の制約が多くならない。これにより、疲労強度が向上した溶接構造部材を容易に製造できる。
本発明の第一実施形態に係る溶接構造部材１０Ａを示す斜視図である。 同実施形態に係る溶接構造部材１０Ａを下方から見た斜視図である。 同実施形態に係る溶接構造部材１０Ａの一部を示す側面図である。 同実施形態に係る溶接構造部材１０Ａの突き当て面、溶接ビード、および肉盛部の投影図である。 本発明の第一実施形態の変形例に係る溶接構造部材１０Ａ’の突き当て面、溶接ビード、および肉盛部の投影図である。 本発明の第二実施形態に係る溶接構造部材１０Ｂを示す斜視図である。 同実施形態に係る溶接構造部材１０Ｂを下方から見た斜視図である。 同実施形態に係る溶接構造部材１０Ｂの一部を示す側面図である。 同実施形態に係る溶接構造部材１０Ｂの突き当て面、溶接ビード、および肉盛部の投影図である。 コンピュータ解析によって得られた、肉盛部の長さごとの、突き当て端部に対する肉盛部の前端位置と突き当て端部における最大主応力の最大値との関係を示すグラフである。 コンピュータ解析によって得られた、肉盛部の長さごとの、突き当て端部に対する肉盛部の後端位置と突き当て端部における最大主応力の最大値との関係を示すグラフである。 突き当て端部における最大主応力の最大値の減少率が３０％のときの、肉盛部の長さと該肉盛部の前端位置の下限との関係を示すグラフである。 突き当て端部における最大主応力の最大値の減少率が５０％のときの、肉盛部の長さと該肉盛部の前端位置の下限との関係を示すグラフである。 突き当て端部における最大主応力の最大値の減少率が７５％のときの、肉盛部の長さと該肉盛部の前端位置の下限との関係を示すグラフである。 突き当て端部における最大主応力の最大値の減少率が９０％のときの、肉盛部の長さと該肉盛部の前端位置の下限との関係を示すグラフである。 突き当て端部における最大主応力の最大値の減少率が３０％のときの、肉盛部の長さと該肉盛部の前端位置の上限との関係を示すグラフである。 突き当て端部における最大主応力の最大値の減少率が５０％のときの、肉盛部の長さと該肉盛部の前端位置の上限との関係を示すグラフである。 突き当て端部における最大主応力の最大値の減少率が７５％のときの、肉盛部の長さと該肉盛部の前端位置の上限との関係を示すグラフである。 突き当て端部における最大主応力の最大値の減少率が９０％のときの、肉盛部の長さと該肉盛部の前端位置の上限との関係を示すグラフである。 突き当て端部における最大主応力の最大値の減少率が３０％のときの、肉盛部の長さと該肉盛部の後端位置の下限との関係を示すグラフである。 突き当て端部における最大主応力の最大値の減少率が５０％のときの、肉盛部の長さと該肉盛部の後端位置の下限との関係を示すグラフである。 突き当て端部における最大主応力の最大値の減少率が７５％のときの、肉盛部の長さと該肉盛部の後端位置の下限との関係を示すグラフである。 突き当て端部における最大主応力の最大値の減少率が９０％のときの、肉盛部の長さと該肉盛部の後端位置の下限との関係を示すグラフである。 突き当て端部における最大主応力の最大値の減少率が３０％のときの、肉盛部の長さと該肉盛部の後端位置の上限との関係を示すグラフである。 突き当て端部における最大主応力の最大値の減少率が５０％のときの、肉盛部の長さと該肉盛部の後端位置の上限との関係を示すグラフである。 突き当て端部における最大主応力の最大値の減少率が７５％のときの、肉盛部の長さと該肉盛部の後端位置の上限との関係を示すグラフである。 突き当て端部における最大主応力の最大値の減少率が９０％のときの、肉盛部の長さと該肉盛部の後端位置の上限との関係を示すグラフである。 コンピュータ解析によって得られた、肉盛部の長さごとの、溶接ビード端部に対する肉盛部の前端位置と溶接ビード端部における最大主応力の最大値との関係を示すグラフである。 コンピュータ解析によって得られた、肉盛部の長さごとの、溶接ビード端部に対する肉盛部の後端位置と溶接ビード端部における最大主応力の最大値との関係を示すグラフである。 溶接ビード端部における最大主応力の最大値の減少率が３０％のときの、肉盛部の長さと該肉盛部の前端位置の下限との関係を示すグラフである。 溶接ビード端部における最大主応力の最大値の減少率が５０％のときの、肉盛部の長さと該肉盛部の前端位置の下限との関係を示すグラフである。 溶接ビード端部における最大主応力の最大値の減少率が７５％のときの、肉盛部の長さと該肉盛部の前端位置の下限との関係を示すグラフである。 溶接ビード端部における最大主応力の最大値の減少率が９０％のときの、肉盛部の長さと該肉盛部の前端位置の下限との関係を示すグラフである。 溶接ビード端部における最大主応力の最大値の減少率が３０％のときの、肉盛部の長さと該肉盛部の前端位置の上限との関係を示すグラフである。 溶接ビード端部における最大主応力の最大値の減少率が５０％のときの、肉盛部の長さと該肉盛部の前端位置の上限との関係を示すグラフである。 溶接ビード端部における最大主応力の最大値の減少率が７５％のときの、肉盛部の長さと該肉盛部の前端位置の上限との関係を示すグラフである。 溶接ビード端部における最大主応力の最大値の減少率が９０％のときの、肉盛部の長さと該肉盛部の前端位置の上限との関係を示すグラフである。 溶接ビード端部における最大主応力の最大値の減少率が３０％のときの、肉盛部の長さと該肉盛部の後端位置の下限との関係を示すグラフである。 溶接ビード端部における最大主応力の最大値の減少率が５０％のときの、肉盛部の長さと該肉盛部の後端位置の下限との関係を示すグラフである。 溶接ビード端部における最大主応力の最大値の減少率が７５％のときの、肉盛部の長さと該肉盛部の後端位置の下限との関係を示すグラフである。 溶接ビード端部における最大主応力の最大値の減少率が９０％のときの、肉盛部の長さと該肉盛部の後端位置の下限との関係を示すグラフである。 溶接ビード端部における最大主応力の最大値の減少率が３０％のときの、肉盛部の長さと該肉盛部の後端位置の上限との関係を示すグラフである。 溶接ビード端部における最大主応力の最大値の減少率が５０％のときの、肉盛部の長さと該肉盛部の後端位置の上限との関係を示すグラフである。 溶接ビード端部における最大主応力の最大値の減少率が７５％のときの、肉盛部の長さと該肉盛部の後端位置の上限との関係を示すグラフである。 溶接ビード端部における最大主応力の最大値の減少率が９０％のときの、肉盛部の長さと該肉盛部の後端位置の上限との関係を示すグラフである。 板厚と最大主応力の最大値との関係を示すグラフである。 板厚と最大主応力の最大値との関係を示すグラフである。 板厚と最大主応力の最大値との関係を示すグラフである。 板厚と最大主応力の最大値との関係を示すグラフである。 延長ビード長さ（突き当て端部と溶接ビード端部との離間距離ＬＷ）と、つけ根（突き当て端部）／先端応力（溶接ビード端部）逆転板厚との関係を示すグラフである。 従来のＴ字継手を示す図である。
本発明者らは、横板の表面と立板の端面とを溶接ビードにより溶接して得られるＴ字溶接継手部材において、疲労強度を容易に向上できる構成について鋭意検討した。その結果、本発明者らは、
（ａ）肉盛りビードを横板の裏面（立板との接合部が存在しない面）に形成する場合には、肉盛りビードを横板の表面に形成する場合に比べ最大主応力を低減させる効果が高く、且つ、作業性を損なわないため、効率良く疲労強度を向上可能であること、
を新たに知見した。
更に、本発明者らは
（ｂ）Ｔ字溶接継手部材を構成する横板において、接合部の近傍において生じる最大主応力の値は、接合部の端部近傍又は溶接ビードの端部近傍において大きくなり、これらの位置から疲労破壊が発生すること、
（ｃ）横板の厚みが大きいほど、接合部の端部近傍の最大主応力が、溶接ビードの端部近傍の最大主応力に比べて大きくなる傾向があり、横板の厚みが小さいほど、溶接ビードの端部近傍の最大主応力が接合部の端部近傍の最大主応力に比べて大きくなる傾向があること、及び、
（ｄ）立板を横板の表面に対して垂直な方向に引っ張った場合、立板と横板の接合部の近傍において生じる最大主応力の方向は、接合部又は溶接ビードの延伸方向に対して平行になること、
を新たに知見した。
以下、本発明について第一実施形態及び第二実施形態に基づき詳しく説明する。
≪第一実施形態≫
図１は、本発明の第一実施形態に係る溶接構造部材１０Ａを示す斜視図であり、図２は、溶接構造部材１０Ａを下方から見た斜視図であり、図３は、溶接構造部材１０Ａの一部を示す側面図であり、図４は、溶接構造部材１０Ａの突き当て面３２、溶接ビード２４、および肉盛部３０ａ，３０ｂの投影図である。なお、図１および図２において、点線の丸４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂは、後述するシミュレーションにおいて解析モデルに形成した穴の位置を示している。詳細は後述する。
図１に示すように、本実施形態に係る溶接構造部材１０Ａは、第１方向Ｄ１に延在する接合金属部材１２と、第１方向Ｄ１に交差する第２方向Ｄ２に延在するとともに、接合金属部材１２の端面が接合されるベース金属部材１４と、接合金属部材１２をベース金属部材１４に接合する溶接ビード２４と、ベース金属部材１４の裏面に形成される肉盛部３０ａ，３０ｂと、を備える。
溶接構造部材１０Ａは、接合部がＴ字形状を呈するように接合金属部材１２とベース金属部材１４とを接合した、いわゆるＴ字継手である。本実施形態に係る溶接構造部材１０Ａは、後述する表面１４ａに平行な方向に投影された場合に、接合金属部材１２とベース金属部材１４との接合部がＴ字形状を呈する。
本実施形態に係る溶接構造部材１０Ａでは、第１方向Ｄ１は第２方向Ｄ２に対して垂直であるが、第１方向Ｄ１が第２方向Ｄ２に対して傾斜していてもよい。すなわち、本実施形態に係る溶接構造部材１０Ａでは、接合金属部材１２がベース金属部材１４に対して垂直になるようにベース金属部材１４に溶接されているが、接合金属部材１２がベース金属部材１４に対して傾斜するようにベース金属部材１４に溶接されてもよい。なお、以下の説明では、第１方向Ｄ１を上下方向とし、第２方向Ｄ２を左右方向とする。
接合金属部材１２は、板状の金属部材から構成される。また、接合金属部材１２は開断面形状の板状部１２１により構成される。接合金属部材１２の板状部１２１は、一対の側壁部１２１ａ，１２１ｂと、底壁部１２１ｃとを含む。一対の側壁部１２１ａ，1２１ｂは、互いの面が向き合うように平行に設けられる。底壁部１２１ｃは、側壁部１２１ａの一端部および側壁部１２１ｂの一端部を接続するように設けられる。
ベース金属部材１４は、板状の金属部材から構成され、互いに表裏をなす表面１４ａおよび裏面１４ｂを有する。また、ベース金属部材１４は、開断面形状の板状部１４１により構成される。ベース金属部材１４の板状部１４１は、一対の側壁部１４１ａ，１４１ｂと、天板部１４１ｃとを含む。一対の側壁部１４１ａ，1４１ｂは、互いの面が向き合うように平行に設けられる。天板部１４１ｃは、側壁部１４１ａの一端部および側壁部１４１ｂの一端部を接続するように設けられる。
以下の説明では、ベース金属部材１４の表面のうち、天板部１４１ｃの表面に相当する部分をベース金属部材１４の表面１４ａと称し、ベース金属部材１４の裏面のうち、天板部１４１ｃの裏面に相当する部分をベース金属部材１４の裏面１４ｂと称する。
また、接合金属部材１２の端面と、ベース金属部材１４の表面１４ａとの接合界面のことを突き当て面３２と称する。更に、突き当て面３２の端部である突き当て端部３２ａ，３２ｂを基準として、当該突き当て面３２が存在する方向に向かう方向を後方、その逆の方向を前方と称する。
接合金属部材１２とベース金属部材１４とを溶接する際に、接合金属部材１２の一部およびベース金属部材１４の一部が溶融するので、両部材を実際に溶接した状態においては、接合界面である突き当て面３２を明確に規定することはできない。そこで、本発明では、接合金属部材１２とベース金属部材１４とを溶接する際に、両部材が溶融していないものと仮定して（言い換えると、接合金属部材１２と、ベース金属部材１４とが溶接前の形状を維持していると仮定して）、突き当て面３２を規定する。したがって、本発明では、突き当て面３２および接合金属部材１２の端面を、ベース金属部材１４の表面１４ａに対して垂直な方向に見た場合には、突き当て面３２の外縁と接合金属部材１２の端面の外縁とが一致する。
接合金属部材１２およびベース金属部材１４はそれぞれ、たとえば、金属板を曲げ加工することによって得られる。金属板の材料は特に限定されず、鋼やアルミであってもよい。一例として、接合金属部材１２およびベース金属部材１４の材料として、引張強度が２７０ＭＰａ以上の鋼板を用いることができる。特に、溶接構造部材１０Ａの強度を十分に確保するためには、接合金属部材１２およびベース金属部材１４の材料として、引張強度が５９０ＭＰａ以上の鋼板を用いることが好ましく、引張強度が７８０ＭＰａ以上の鋼板を用いることが更に好ましく、引張強度が９８０ＭＰａ以上の鋼板を用いることが更に好ましく、引張強度が１１８０ＭＰａ以上の鋼板を用いることが更に好ましく、引張強度が１５００ＭＰａ以上の鋼板を用いることが更に好ましい。
ベース金属部材１４の厚みは、たとえば、自動車足回り部材の材料としてよく使用される鋼板の厚みと同程度であればよい。具体的には、ベース金属部材１４の厚みは０．８ｍｍ〜４．５ｍｍの範囲に設定されればよい。
ただし、後述するように、本実施形態に係る溶接構造部材１０Ａでは、突き当て端部３２ａ，３２ｂの近傍における最大主応力を低減させるように肉盛部３０ａ，３０ｂが設けられる。ベース金属部材１４の厚みが大きいほど、溶接ビード端部２４ａ，２４ｂの近傍における最大主応力よりも突き当て端部３２ａ，３２ｂの近傍における最大主応力が大きくなる傾向があることから、本実施形態に係る溶接金属部材１０Ａの最大主応力を低減させるには、突き当て端部３２ａ，３２ｂの近傍に肉盛部３０ａ，３０ｂを設けることが有効である。
上記の傾向に基づき発明者らが更に研究を重ねた結果、本実施形態に係る溶接構造部材１０Ａは突き当て端部３２ａ，３２ｂと溶接ビード端部２４ａ，２４ｂとの離間距離ＬＷ（ｍｍ）と、ベース金属部材１４の板厚Ｔ（ｍｍ）とが、下記式（Ａ）を満たすように設定されることが好ましいことを発見した。
−０．１２５ＬＷ＋４．０６≦Ｔ≦４．５・・・式（Ａ）
ただし、式（Ａ）を満足しない場合であっても、突き当て端部３２ａ，３２ｂの近傍に肉盛部３０ａ，３０ｂを設けることが好ましい。突き当て端部３２ａ，３２ｂの近傍における最大主応力を低減させることができるためである。
尚、接合金属部材１２の厚みは、部材に要求される性能に応じて選択することができる。
溶接ビード２４は、突き当て面３２に沿って平面視で略Ｕ字形状に形成され、接合金属部材１２の端面と、ベース金属部材１４の表面１４ａとを接合する。
本実施形態では、溶接ビード２４は、接合金属部材１２の側壁部１２１ａとベース金属部材１４の表面１４ａとを接合する側壁ビード部２４１ａと、接合金属部材１２の側壁部１２１ｂとベース金属部材１４の表面１４ａとを接合する側壁ビード部２４１ｂと、接合金属部材１２の底壁部１２１ｃとベース金属部材１４の表面１４ａとを接合する底壁ビード部２４１ｃと、を含む。溶接ビード２４は、たとえば、アーク溶接によって形成される。
本実施形態では、溶接ビード２４は、ベース金属部材１４の表面１４ａから、ベース金属部材１４の板厚方向に所定の深さ位置まで形成されている。すなわち、溶接ビード２４は、ベース金属部材１４を貫通しないように形成されている。ただし、溶接ビード２４は、ベース金属部材１４を貫通するように形成されてもよい。
溶接ビード２４は、それぞれ、接合金属部材１２とベース金属部材１４との間の突き当て面３２の突き当て端部３２ａ，３２ｂよりも前方に離間した位置に、溶接ビード端部２４ａ，２４ｂを有する。突き当て端部３２ａ，３２ｂと溶接ビード端部２４ａ，２４ｂとの離間距離ＬＷ（ｍｍ）は、ベース金属部材１４の板厚Ｔを考慮して上述の式（Ａ）を満たすように設定されることが好ましい。
尚、接合金属部材１２およびベース金属部材１４が溶接前の形状を維持していると仮定して、接合金属部材１２とベース金属部材１４との間に形成されるビードを、溶接ビード２４と規定する。
肉盛部３０ａ，３０ｂは、ベース金属部材１４と、他の部材との接合に関与しない肉盛りビードであり、図２〜図４に示すように、ベース金属部材１４の裏面１４ｂに線状に形成される。
肉盛部３０ａは接合金属部材１２の側壁部１２１ａに対応して設けられ、肉盛部３０ｂは接合金属部材１２の側壁部１２１ｂに対応して設けられる。肉盛部３０ａ，３０ｂは、たとえば、溶接材料を用いて、アーク溶接、又はロウ付けによって形成される。アーク溶接によって肉盛部３０ａ，３０ｂを形成する場合、ベース金属部材１４の内部まで侵入するように肉盛部３０ａ，３０ｂが形成されるため、突き当て端部３２ａ，３２ｂの近傍の最大主応力を低減させることができ、溶接構造部材の疲労強度を更に向上させることが可能となる。
尚、肉盛部３０ａ，３０ｂを形成する前の板状部１４１の形状が維持されていると仮定して、板状部１４１の裏面１４ｂに形成されるビードを肉盛部３０ａ，３０ｂと規定する。
肉盛部３０ａ，３０ｂは、ベース金属部材１４の裏面１４ｂに形成されるため、ベース金属部材１４の表面１４ａに形成される場合に比べて、製造上の制約が少ない。たとえば、板状部１２１が板状部１４１に対して大きく傾いて溶接されている場合でも、板状部１２１と板状部１４１との間ではなく、板状部１４１の裏面１４ｂに肉盛部３０ａ，３０ｂを形成すればよいので、肉盛部３０ａ，３０ｂを容易に形成できる。これにより、溶接構造部材１０Ａを容易に製造できる。
さらに、ベース金属部材１４の裏面１４ｂに肉盛部３０ａ，３０ｂが形成される場合、たとえば、溶接構造部材１０Ａを車体材料として用いる場合に、肉盛部３０ａ，３０ｂを、外観に表れない位置に形成することもできる。この場合、肉盛部３０ａ，３０ｂによって車体の美感が損なわれることを防止できる。
肉盛部３０ａ，３０ｂの前後方向の長さはそれぞれ、６．０ｍｍ以上であればよく、１０．０ｍｍ以上であることが好ましく、１４．０ｍｍ以上であることがより好ましく、２０．０ｍｍ以上であることがさらに好ましい。
肉盛部３０ａ，３０ｂの幅はそれぞれ、５．０ｍｍ以上であることが好ましく、６．０ｍｍ以上であることが更に好ましい。また、肉盛部３０ａ，３０ｂの幅はそれぞれ、接合金属部材１２の厚さ、すなわち、突き当て面３２の幅よりも大きいことが好ましい。肉盛部３０ａ，３０ｂの幅は、４０．０ｍｍを超えても突き当て端部３２ａ，３２ｂの近傍の最大主応力を低減させる効果は飽和し、部品重量及び作業量が増加することになるため、３０．０ｍｍ以下であることが好ましく、２０．０ｍｍ以下であることが更に好ましい。
図３に示すように、肉盛部３０ａの高さＨ、すなわち、ベース金属部材１４の裏面１４ｂからの突出高さは、２．０ｍｍ以上であることが好ましい。肉盛部３０ａの高さＨは、２０．０ｍｍを超えても突き当て端部３２ａ，３２ｂの近傍の最大主応力を低減させる効果は飽和し、部品重量及び作業量が増加することになるため、２０．０ｍｍ以下であることが好ましく、１０．０ｍｍ以下であることが更に好ましい。肉盛部３０ｂの高さについても同様である。
接合金属部材１２をベース金属部材１４の表面に対して垂直な方向に引っ張った場合、ベース金属部材１４の突き当て端部の近傍において生じる最大主応力の方向は、突き当て面の延伸方向に対して平行な方向である。従って、肉盛部３０ａ，３０ｂは、突き当て面３２に対して略平行に形成されていることが好ましい。
換言すると、ベース金属部材１４の裏面１４ｂに対向してかつベース金属部材１４を透過する視線で見た場合に、肉盛部３０ａ，３０ｂは突き当て面の延伸方向に対し平行に形成されることが好ましい。具体的には、肉盛部３０ａは、突き当て側面３２２ａおよび側壁ビード部２４１ａに対して略平行であり、肉盛部３０ｂは、突き当て側面３２２ｂおよび側壁ビード部２４１ｂに対して略平行であることが好ましい。
以下、本実施形態に係る溶接構造部材１０Ａの突き当て面３２、溶接ビード２４、および肉盛部３０ａ，３０ｂの位置関係を説明する。
図４は、突き当て面３２と、溶接ビード２４と、肉盛部３０ａ，３０ｂとを、ベース金属部材１４の表面１４ａに対して垂直な方向（本実施形態では、第１方向Ｄ１）に投影した図である。なお、図４においては、突き当て面３２と、溶接ビード２４と、肉盛部３０ａ，３０ｂとの位置関係を理解し易くするために、突き当て面３２および溶接ビード２４を投影した部分にはハッチングを付している。また、肉盛部３０ａ，３０ｂを投影した部分の外縁を破線で示している。
図４に示すように、本実施形態に係る溶接構造部材１０Ａでは、突き当て面３２は、一対の突き当て端部３２ａ，３２ｂを有し、突き当て端部３２ａから突き当て端部３２ｂに向かって略Ｕ字状に延びる。具体的には、突き当て面３２は、突き当て側面３２２ａ、３２２ｂと、突き当て底面３２２ｃとを含む。突き当て底面３２２ｃは、接合金属部材１２の底壁部１２１ｃ（図１参照）とベース金属部材の板状部１４１（図１参照）との突き当て面である。突き当て側面３２２ａは、側壁部１２１ａ（図１参照）と板状部１４１との突き当て面である。突き当て側面３２２ｂは、側壁部１２１ｂ（図１参照）と板状部１４１との突き当て面である。突き当て側面３２２ａは、突き当て底面３２２ｃから突き当て面３２の一方の突き当て端部３２ａに向かって直線状に延び、突き当て側面３２２ｂは、突き当て底面３２２ｃから突き当て面３２の他方の突き当て端部３２ｂに向かって直線状に延びる。本実施形態では、突き当て側面３２２ａ、３２２ｂがそれぞれ直線部に対応する。なお、図４においては、突き当て底面３２２ｃと突き当て側面３２２ａ，３２２ｂとの境界、及び、底壁ビード部２４１ｃと側壁ビード部２４１ａ，２４１ｂとの境界をそれぞれ二点鎖線で示している。
本実施形態に係る溶接構造部材１０Ａでは、ベース金属部材１４の裏面１４ｂに対向してかつベース金属部材１４を透過する視線で見た場合に、肉盛部３０ａ，３０ｂの前端は、突き当て端部３２ａ，３２ｂから後方に１．９ｍｍ離間した位置よりも前方に設けられ、且つ、肉盛部３０ａ，３０ｂの後端は、突き当て端部３２ａ，３２ｂから後方に７．０ｍｍ離間した位置よりも後方に設けられる。すなわち、ベース金属部材１４の裏面１４ｂのうち、図３においてクロスハッチングで示す領域を覆うように、肉盛部３０ａが形成される。
また、ベース金属部材１４の裏面１４ｂに対向してかつベース金属部材１４を透過する視線で見た場合に、突き当て端部３２ａ，３２ｂから前方に肉盛り部３０ａ，３０ｂの前端が位置し、かつ、突き当て端部３２ａ，３２ｂから後方に前肉盛り３０ａ，３０ｂの部後端が位置していることが好ましい。
肉盛部３０ａ，３０ｂの前端は、溶接ビード端部２４ａ，２４ｂの近傍にまで延在してもよい。具体的には、溶接ビード端部２４ａ，２４ｂから後方に０．１ｍｍ離間した位置よりも前方にまで延在してもよい。この場合、溶接ビード端部２４ａ，２４ｂ近傍の最大主応力も低減させることができる。
肉盛部３０ａ，３０ｂは、図４に示すように、突き当て端部３２ａ，３２ｂの近傍において、突き当て面３２および溶接ビード２４に重なっている。具体的には、肉盛部３０ａは、突き当て側面３２２ａに対応して設けられ、突き当て端部３２ａ近傍において突き当て側面３２２ａおよび側壁ビード部２４１ａに重なっている。肉盛部３０ｂは、突き当て側面３２２ｂに対応して設けられ、突き当て端部３２ｂ近傍において突き当て側面３２２ｂおよび側壁ビード部２４１ｂに重なっている。
尚、図４に示す例では肉盛部３０ａ，３０ｂが突き当て面３２および溶接ビード２４に重なっているが、肉盛部３０ａ，３０ｂは、突き当て面３２および溶接ビード２４のいずれか一方のみに重なっている構成であってもよい。
肉盛部３０ａの後端は、突き当て端部３２ａ，３２ｂから後方に８．０ｍｍ離間した位置よりも後方に設けられることが好ましく、突き当て端部３２ａ，３２ｂから後方に１０．０ｍｍ離間した位置よりも後方に設けられることがより好ましく、突き当て端部３２ａ，３２ｂから後方に１４．０ｍｍ離間した位置よりも後方に設けられることが更に好ましい。
肉盛部３０ａの前端は、突き当て端部３２ａ，３２ｂから後方に０．４ｍｍ離間した位置よりも前方に設けられることが好ましく、突き当て端部３２ａ，３２ｂから前方に０．３ｍｍ離間した位置よりも前方に設けられることが好ましく、突き当て端部３２ａ，３２ｂから前方に０．７ｍｍ離間した位置よりも前方に設けられることが更に好ましく、突き当て端部３２ａ，３２ｂから前方に１．７ｍｍ離間した位置よりも前方に設けられることが更に好ましい。
溶接構造部材１０Ａの製造方法は、接合金属部材１２の端面とベース金属部材１４の表面１４ａとを接合する溶接ビード２４を付与する溶接ビード付与工程と、ベース金属部材１４の裏面１４ｂに、アーク溶接又はロウ付けにより肉盛部３０ａ，３０ｂを付与する肉盛部付与工程と、を有する。溶接ビード付与工程と肉盛部付与工程は、どちらを先に行ってもよいが、溶接ビード付与工程を行ってから肉盛部付与工程を行う方が作業性の観点から好ましい。
上述の構成によれば、肉盛部３０ａ，３０ｂにより突き当て端部３２ａ，３２ｂの近傍の剛性を高めることで最大主応力を低減させることができるため、溶接構造部材１０Ａの疲労強度を高めることができる。
図５に、本実施形態の変形例に係る溶接構造部材１０Ａ’を示す。上述の第一実施形態に係る溶接構造部材１０Ａでは、側壁部１２１ａと側壁部１２１ｂとが互いに平行に設けられる場合について説明したが、側壁部１２１ａと側壁部１２１ｂとが互いに平行に設けられなくてもよい。たとえば、板状部１２１が、開放端側が開くような開断面形状を有している場合には、突き当て面３２、溶接ビード２４および肉盛部３０ａ，３０ｂの投影図は、図５に示す図になる。この場合、突き当て側面３２２ａ、３２２ｂにおいてそれぞれ、突き当て底面３２２ｃ側を後方とし、その逆側を前方として前後方向を定義する。そして、突き当て側面３２２ａ、３２２ｂについてそれぞれ定義した前後方向を基準として、第一実施形態に係る溶接構造部材１０Ａと同様に、突き当て面３２、溶接ビード２４、および肉盛部３０ａ，３０ｂの位置関係を規定する。
≪第二実施形態≫
次に、本発明の第二実施形態に係る溶接構造部材１０Ｂについて説明する。第二実施形態に係る溶接構造部材１０Ｂは、肉盛部３０ａ，３０ｂが形成される位置を除いて第一実施形態に係る溶接構造部材１０Ａと同じ構成を有するため、同じ構成要素には同じ参照符号を付して説明を省略する。
図６〜図９に、第二実施形態に係る溶接構造部材１０Ｂを示す。より詳細には、図６は、溶接構造部材１０Ｂを上方から見た斜視図であり、図７は、溶接構造部材１０Ｂを下方から見た斜視図であり、図８は、溶接構造部材１０Ｂの一部を示す側面図であり、図９は、溶接構造部材１０Ｂの突き当て面３２、溶接ビード２４、及び、肉盛部３０ａ，３０ｂの投影図である。
前述した第一実施形態に係る溶接構造部材１０Ａ、及びその第一変形例に係る溶接構造部材１０Ａ’では、ベース金属部材１４の裏面１４ｂのうち、突き当て端部３２ａ，３２ｂの近傍に対応する領域に肉盛部３０ａ，３０ｂを設ける構成を有する。この構成によれば、突き当て端部３２ａ，３２ｂの近傍における最大主応力を低減させることが可能となり、溶接構造部材１０Ａの疲労強度を高める効果を得ることが出来る。
一方、第二実施形態に係る溶接構造部材１０Ｂは、ベース金属部材１４の裏面１４ｂのうち、溶接ビード端部２４ａ，２４ｂの近傍における領域に肉盛部３０ａ，３０ｂを設ける構成を有する。この構成によれば、溶接ビード端部２４ａ，２４ｂの近傍における最大主応力を低減させることが可能となり、溶接構造部材１０Ｂの疲労強度を高める効果を得ることが出来る。
第二実施形態に係る溶接構造部材１０Ｂの接合金属部材１２の厚みおよびベース金属部材１４の厚みは、それぞれ、第一実施形態に係る溶接構造部材１０Ａと同様に、たとえば、０．８ｍｍ〜４．５ｍｍの範囲に設定されればよい。
ただし、第二実施形態に係る溶接構造部材１０Ｂでは、溶接ビード端部２４ａ，２４ｂの近傍における最大主応力を低減させるように肉盛部３０ａ，３０ｂが設けられる。ベース金属部材１４の厚みが小さいほど、突き当て端部３２ａ，３２ｂの近傍における最大主応力よりも溶接ビード端部２４ａ，２４ｂの近傍における最大主応力が大きくなる傾向がある。従って、溶接ビード端部２４ａ，２４ｂの近傍における最大主応力を低減させることを目的とする本実施形態に係る溶接構造部材１０Ｂでの最大主応力を低減させるには、溶接ビード端部２４ａ，２４ｂの近傍に肉盛り部３０ａ，３０ｂを設けることが有効である。
上記の傾向に基づき発明者らが更に研究を重ねた結果、本実施形態に係る溶接構造部材１０Ｂは突き当て端部３２ａ，３２ｂと溶接ビード端部２４ａ，２４ｂとの離間距離ＬＷ（ｍｍ）と、ベース金属部材１４の板厚Ｔ（ｍｍ）とが、下記式（Ｂ）を満たすように設定されることが好ましいことを発見した。
０．８ｍｍ≦Ｔ＜−０．１２５ＬＷ＋４．０６ｍｍ ・・・式（Ｂ）
ただし、式（Ｂ）を満足しない場合であっても、溶接ビード端部２４ａ，２４ｂの近傍に肉盛部３０ａ，３０ｂを設けることが好ましい。溶接ビード端部２４ａ，２４ｂの近傍における最大主応力を低減させることができるためである。
尚、接合金属部材１２の厚みは、部材に要求される性能に応じて選択することができる。
以下、第二実施形態に係る溶接構造部材１０Ｂの突き当て面３２、溶接ビード２４、および肉盛部３０ａ，３０ｂの位置関係を説明する。
図８に示すように、本実施形態に係る溶接構造部材１０Ｂでは、ベース金属部材１４の裏面１４ｂに対向してかつベース金属部材１４を透過する視線で見た場合に、肉盛部３０ａ，３０ｂの前端は、溶接ビード端部２４ａ，２４ｂから後方に０．１ｍｍ離間した位置よりも前方に設けられ、且つ、肉盛部３０ａ，３０ｂの後端は、溶接ビード端部２４ａ，２４ｂから後方に３．０ｍｍ離間した位置よりも後方に設けられる。
尚、図８に示す例では、溶接ビード端部２４ａ，２４ｂから前方に肉盛り部３０ａ，３０ｂの前端が位置し、かつ溶接ビード端部２４ａ，２４ｂから後方に肉盛り部３０ａ，３０ｂの後端が位置している。しかしながら、肉盛部３０ａ，３０ｂの前端は、溶接ビード端部２４ａ，２４ｂよりも後方に設けられていてもよい。
肉盛部３０ａの後端は、溶接ビード端部２４ａ，２４ｂから後方に５．０ｍｍ離間した位置よりも後方に設けられることが好ましく、溶接ビード端部２４ａ，２４ｂから後方に１０．０ｍｍ離間した位置よりも後方に設けられることが更に好ましい。
肉盛部３０ａの前端は、溶接ビード端部２４ａ，２４ｂから前方に０．３ｍｍ離間した位置よりも前方に設けられることが好ましく、溶接ビード端部２４ａ，２４ｂから前方に１．２ｍｍ離間した位置よりも前方に設けられることが更に好ましく、溶接ビード端部２４ａ，２４ｂから前方に１．９ｍｍ離間した位置よりも前方に設けられることがより好ましい。
以上、第一実施形態及び第二実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内で種々の改変をすることができる。
例えば、突き当て端部３２ａ，３２ｂの近傍に肉盛部３０ａ，３０ｂを設ける第一実施形態と、溶接ビード端部２４ａ，２４ｂの近傍に肉盛部３０ａ，３０ｂを設ける第二実施形態とを組み合わせ、突き当て端部３２ａ，３２ｂの近傍から溶接ビード端部２４ａ，２４ｂの近傍に亘って肉盛部３０ａ，３０ｂを設ける構成としてもよい。この場合、突き当て端部３２ａ，３２ｂと溶接ビード端部２４ａ，２４ｂとの間で肉盛部３０ａ，３０ｂが分割されていてもよい。
また、上述の第一実施形態及び第二実施形態では、両突き当て端部３２ａ，３２ｂの近傍又は両溶接ビード端部２４ａ，２４ｂの近傍に肉盛部３０ａ，３０ｂを形成する場合について説明したが、肉盛部３０ａ，３０ｂのうちのいずれか一方を形成しなくてもよい。
また、上述の第一実施形態又は第二実施形態では、肉盛部３０ａ，３０ｂが突き当て面３２又は溶接ビード２４に対して略平行に延在して形成される場合について説明したが、肉盛部３０ａ，３０ｂが突き当て面３２又は溶接ビード２４に対して斜め方向に延在して形成されてもよい。肉盛部３０ａ，３０ｂが突き当て面３２又は溶接ビード２４に対して斜め方向に延在して形成される場合であっても、肉盛部３０ａ，３０ｂが、突き当て端部３２ａ，３２ｂから後方に１．９ｍｍから７．０ｍｍ離間した位置、又は、溶接ビード端部２４ａ，２４ｂから後方に０．１ｍｍから３．０ｍｍ離間した位置に亘って設けられることで、突き当て端部３２ａ，３２ｂの近傍又は溶接ビード端部２４ａ，２４ｂの近傍における最大主応力を低減させることが可能となり、溶接構造部材の疲労強度を高める効果を得ることが出来る。
また、上述の第一実施形態及び第二実施形態では、板状部１２１は、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２に対して直交する方向に開口する開断面形状を有しているが、板状部１２１が、第２方向Ｄ２に開口する開断面形状を有していてもよい。
また、上述の第一実施形態及び第二実施形態では、接合金属部材１２全体が板状部１２１として構成される場合について説明したが、接合金属部材１２とベース金属部材１４との接合面が開断面形状を有していれば、接合金属部材１２が板状部と他の形状を有する部分（たとえば、柱状部）とを備えていてもよい。接合金属部材１２は、例えば、鋭角を有する角柱であってもよい。
また、上述の第一実施形態及び第二実施形態では、板状部１２１が開断面形状を有する場合について説明したが、本発明は、種々の形状の板状部を有する溶接構造部材に適用できる。したがって、たとえば、接合金属部材１２が、上述の板状部１２１の代わりに、単なる平板状の板状部、断面Ｌ字形状の板状部または断面Ｈ字形状の板状部を有していてもよい。
また、上述の第一実施形態及び第二実施形態では、側壁部１４１ａ，１４１ｂを有するベース金属部材１４について説明したが、本発明は、平板部を有する種々のベース金属部材を備えた溶接構造部材に適用できる。したがって、ベース金属部材が側壁部１４１ａ，１４１ｂを有していなくてもよい。
また、上述の第一実施形態及び第二実施形態では、ベース金属部材１４と接合金属部材１２の接合面が平面である場合について説明したが、本発明はベース金属部材１４と接合金属部材１２の接合面が曲面である溶接構造部材にも適用しても良い。
また、上述の第一実施形態及び第二実施形態では、溶接ビード２４が底壁ビード部２４１ｃを有する場合について説明したが、溶接ビードが底壁ビード部を有していなくてもよい。
（シミュレーションに基づく検討１）
以下、コンピュータを用いたシミュレーション結果とともに、第一実施形態に係る構成の効果をより詳細に説明する。このシミュレーションでは、図１〜４で説明した溶接構造部材１０Ａと同様の構成を有する解析モデル（以下、第１モデルともいう。）を作成した。そして、第１モデルにおいて、肉盛部３０ａ，３０ｂの前後方向における位置および長さを変化させて、突き当て面３２の突き当て端部３２ａ，３２ｂ近傍に生じる最大主応力を求めた。また、比較のために、肉盛部３０ａ，３０ｂを有していない解析モデル（以下、第２モデルともいう。）を作成し、突き当て面３２の突き当て端部３２ａ，３２ｂ近傍に生じる最大主応力を求めた。
なお、第１モデルおよび第２モデルともに、図１および図２において点線の丸４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂで示す位置に穴を形成した（以下、点線で示したこれらの丸をそれぞれ穴という。）。シミュレーションでは、穴４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂにそれぞれ固定治具（剛体）を配置して、ベース金属部材１４を固定した。そして、穴４１ａ，４１ｂに円柱状の部材（剛体）を通し、その部材を介して板状部１２１（接合金属部材１２）を板状部１４１の表面１４ａに対して垂直な方向に２．０ｋＮの力で引っ張った。
第１モデルおよび第２モデルの構成はともに、下記のように規定した。なお、上述のように、第１モデルにおいて、肉盛部３０ａ，３０ｂの前後方向における位置は種々変化させた。
（解析モデルの構成）
・接合金属部材
材質：鋼
厚み：２．６ｍｍ
高さ（第１方向Ｄ１の長さ）：８０ｍｍ
左右方向（第２方向Ｄ２）の長さ：７０ｍｍ
前後方向（図４参照）の長さ：８０ｍｍ
穴４１ａの位置：側壁部１２１ａの中央
穴４１ｂの位置：側壁部１２１ｂの中央
ヤング率：２１００００ＭＰａ
ポアソン比：０．３
・ベース金属部材
材質：鋼
厚み：２．６ｍｍ
高さ（第１方向Ｄ１の長さ）：５０ｍｍ
左右方向（第２方向Ｄ２）の長さ：３００ｍｍ
前後方向（図４参照）の長さ：１５０ｍｍ
穴４２ａ，４２ｂの中心間距離：２３０ｍｍ
穴４３ａ，４３ｂの中心間距離：２３０ｍｍ
穴４４ａ，４４ｂの中心間距離：２３０ｍｍ
穴４５ａ，４５ｂの中心間距離：２３０ｍｍ
穴４２ａ，４３ａの中心間距離：１００ｍｍ
穴４２ｂ，４３ｂの中心間距離：１００ｍｍ
表面１４ａから穴４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂの中心までの上下方向の距離：２５ｍｍ
ヤング率：２１００００ＭＰａ
ポアソン比：０．３
・溶接ビード
幅（突き当て端部３２ａ，３２ｂ（図４参照）から前方に突出する部分を除く部分の幅）：４．３ｍｍ
高さ（突き当て端部３２ａ，３２ｂから前方に突出する部分を除く部分の高さ）：５．０ｍｍ
幅（突き当て端部３２ａ，３２ｂから前方に突出する部分の幅）：１０．６ｍｍ
高さ（突き当て端部３２ａ，３２ｂから前方に突出する部分の高さ）：２．２ｍｍ
突き当て端部３２ａ，３２ｂからの突出量（距離ＬＷ）：１３．７ｍｍ
ヤング率：２１００００ＭＰａ
ポアソン比：０．３
・肉盛部（第１モデル）
幅：６．０ｍｍ
高さ：２．０ｍｍ
長さ：１０．０ｍｍ、１２．０ｍｍ、１４．０ｍｍ、１６．０ｍｍ、１９．８ｍｍ、２３．６ｍｍ、２６．０ｍｍ、２８．０ｍｍ
肉盛部３０ａの左右方向の位置：肉盛部３０ａの中心線と突き当て側面３２２ａ（図４参照）の左縁とが一致
肉盛部３０ｂの左右方向の位置：肉盛部３０ｂの中心線と突き当て側面３２２ｂ（図４参照）の右縁とが一致
ヤング率：２１００００ＭＰａ
ポアソン比：０．３
なお、接合金属部材１２およびベース金属部材１４の材料の降伏を考慮して解析を行った場合と、降伏を考慮せずに解析を行った場合とで、第１モデルに生じる応力と第２モデルに生じる応力との大小関係は変わらない。したがって、第１モデルに生じる最大主応力と第２モデルに生じる最大主応力との大小関係を相対的に評価する場合には、材料の降伏の有無を考慮しなくてもよい。そこで、本シミュレーションでは、解析を簡単にするため、接合金属部材１２およびベース金属部材１４の材料の降伏を考慮せずに、弾性解析を行った。また、上記のように最大主応力の大小関係を相対的に評価する場合には材料の降伏を考慮しなくてもよいので、本シミュレーションによって、任意の引張強度の接合金属部材１２およびベース金属部材１４を備えた溶接構造部材の評価を行うことができる。すなわち、本シミュレーションによって、たとえば、引張強度が２７０ＭＰａの材料を用いた溶接構造部材の評価を行うこともできるし、引張強度が１５００ＭＰａの材料を用いた溶接構造部材の評価を行うこともできる。
図１０Ａに、肉盛部３０ａ（図４参照）の長さごとの、肉盛部３０ａの前端位置と突き当て端部３２ａ近傍に生じる最大主応力の最大値との関係を示す。なお、肉盛部３０ａの前端位置とは、前後方向において、突き当て端部３２ａ（図４参照）を基準とした場合における肉盛部３０ａの前端の位置を意味する。図１０Ａにおいては、肉盛部３０ａの前端が突き当て端部３２ａよりも前方に位置している場合に肉盛部３０ａの前端位置を正の値で示し、肉盛部３０ａの前端が突き当て端部３２ａよりも後方に位置している場合に肉盛部３０ａの前端位置を負の値で示している。たとえば、図４に示した溶接構造部材１０Ａでは、肉盛部３０ａの前端が突き当て端部３２ａよりも前方に位置しているので、肉盛部３０ａの前端位置は正の値で示される。また、図１０Ａにおいては、肉盛部３０ａ，３０ｂを有していない解析モデルにおける最大主応力の最大値（８３０ＭＰａ）を破線で示している。なお、説明は省略するが、肉盛部３０ｂの前端位置と突き当て端部３２ｂ近傍に生じる最大主応力の最大値との関係も、図１０Ａに示す関係と同様の関係になった。
図１０Ｂに、肉盛部３０ａ（図４参照）の長さごとの、肉盛部３０ａの後端位置と突き当て端部３２ａ近傍に生じる最大主応力の最大値との関係を示す。なお、肉盛部３０ａの後端位置とは、前後方向において、突き当て端部３２ａ（図４参照）を基準とした場合における肉盛部３０ａの後端の位置を意味する。図１０Ｂにおいては、肉盛部３０ａの後端が突き当て端部３２ａよりも前方に位置している場合に肉盛部３０ａの後端位置を正の値で示し、肉盛部３０ａの後端が突き当て端部３２ａよりも後方に位置している場合に肉盛部３０ａの後端位置を負の値で示している。たとえば、図４に示した溶接構造部材１０Ａでは、肉盛部３０ａの後端が突き当て端部３２ａよりも後方に位置しているので、肉盛部３０ａの後端位置は負の値で示される。また、図１０Ｂにおいても図１０Ａと同様に、肉盛部３０ａ，３０ｂを有していない解析モデルにおける最大主応力の最大値（８３０ＭＰａ）を破線で示している。なお、説明は省略するが、肉盛部３０ｂの後端位置と突き当て端部３２ｂ近傍に生じる最大主応力の最大値との関係も、図１０Ｂに示す関係と同様の関係になった。
図１０Ａおよび図１０Ｂから、本発明によれば、肉盛部３０ａ，３０ｂの前端位置および後端位置を適切に設定することによって、突き当て面３２の突き当て端部３２ａ，３２ｂにおける最大主応力の最大値を低減できることが分かる。具体的には、図１０Ａから、肉盛部３０ａ，３０ｂの長さが１０．０ｍｍと短い場合でも、肉盛部３０ａ，３０ｂの前端位置を８．０ｍｍ以下、好ましくは７．０ｍｍ以下に設定することによって、肉盛部が無い場合よりも最大主応力の最大値を確実に低減できることが分かる。また、肉盛部３０ａ，３０ｂの前端位置を０〜６．０ｍｍ、好ましくは０〜４．０ｍｍ、さらに好ましくは２．０〜４．０ｍｍに設定することによって、最大主応力の最大値を十分に低減できることが分かる。また、図１０Ｂから分かるように、肉盛部３０ａ，３０ｂの長さにかかわらず、肉盛部３０ａ，３０ｂの後端位置を−３．６ｍｍ以下にすることによって、肉盛部が無い場合よりも最大主応力の最大値を低減できた。また、図１０Ａおよび図１０Ｂから、肉盛部３０ａ，３０ｂの長さが１４．０ｍｍ以上になると、応力低減効果が特に大きくなり、肉盛部３０ａ，３０ｂの長さが１９．８ｍｍ以上になると、応力低減効果がほぼ同じとなることが分かる。このことから、肉盛部３０ａ，３０ｂの長さを１４．０ｍｍ以上とすることが好ましく、本発明の効果を最大限に発揮するためには、肉盛部の長さを１９．８ｍｍ以上とするのがより好ましいことが分かる。
（シミュレーションに基づく検討２）
図１０Ａを参照して、上述のシミュレーションでは、肉盛部３０ａ，３０ｂの長さが１０．０ｍｍの場合、肉盛部３０ａ，３０ｂの前端位置が３．０ｍｍのときに最大主応力の最大値が７６０ＭＰａまで減少した。上述のように、肉盛部を有していない解析モデルにおける最大主応力の最大値は８３０ＭＰａであった。したがって、肉盛部３０ａ，３０ｂを設けることによって、最大主応力の最大値が最大で７０ＭＰａ減少したことが分かる。このときの最大主応力の最大値の減少率（肉盛部を有していない解析モデルに対する最大主応力の最大値の減少率）を１００％とすると、減少率が３０％（２１ＭＰａの減少）になるときの肉盛部３０ａ，３０ｂの前端位置は、−２．５ｍｍおよび７．０ｍｍであった。すなわち、肉盛部３０ａ，３０ｂの前端位置が−２．５ｍｍ〜７．０ｍｍの範囲にある場合に、最大主応力の最大値の減少率（以下、単に減少率という。）を３０％以上にすることができる。すなわち、減少率を３０％以上にするための肉盛部３０ａ，３０ｂの前端位置の下限は−２．５ｍｍであり、上限は７．０ｍｍである。
同様に、肉盛部３０ａ，３０ｂの長さが１２．０ｍｍの場合、肉盛部３０ａ，３０ｂの前端位置が３．０ｍｍのときに最大主応力の最大値が７５２ＭＰａまで減少した。上述のように、肉盛部を有していない解析モデルにおける最大主応力の最大値は８３０ＭＰａであった。したがって、肉盛部３０ａ，３０ｂを設けることによって、最大主応力の最大値が最大で７８ＭＰａ減少したことが分かる。このときの減少率を１００％とすると、減少率が３０％（２３．４ＭＰａの減少）になるときの肉盛部３０ａ，３０ｂの前端位置は、−２．３ｍｍおよび８．７ｍｍであった。すなわち、減少率を３０％以上にするための肉盛部３０ａ，３０ｂの前端位置の下限は−２．３ｍｍであり、上限は８．７ｍｍである。
詳細な説明は省略するが、肉盛部３０ａ，３０ｂの長さが１４．０ｍｍ、１６．０ｍｍ、１９．８ｍｍ、２３．６ｍｍ、２８．０ｍｍの場合について、減少率を５０％以上、７５％以上、および９０％以上にするための肉盛部３０ａ，３０ｂの位置についても同様に検討を行った。さらに、上述の第１モデルにおいて、ベース金属部材１４の厚みを３．５ｍｍおよび３．０ｍｍに設定して上述のシミュレーションと同様のシミュレーションを行った。そして、減少率と肉盛部３０ａ，３０ｂとの関係について同様の検討を行った。なお、ベース金属部材１４の厚みが３．５ｍｍおよび３．０ｍｍの場合は、肉盛部３０ａ，３０ｂの長さを、１０．０ｍｍ、１２．０ｍｍ、１４．０ｍｍ、１６．０ｍｍ、２０．０ｍｍ、２４．０ｍｍ、２８．０ｍｍとした。これらの検討結果を、ベース金属部材１４の厚みが２．６ｍｍの場合の検討結果とともに図１１Ａ〜図１４Ｄに示す。
図１１Ａから分かるように、ベース金属部材１４の厚みおよび肉盛部３０ａ，３０ｂの長さにかかわらず、肉盛部３０ａ，３０ｂの前端位置の下限が−１．９ｍｍ以上であれば、減少率を少なくとも３０％にすることができる。言い換えると、（Ａ）肉盛部３０ａ，３０ｂの前端を、突き当て端部３２ａ，３２ｂから後方に１．９ｍｍの位置よりも前方に位置させることによって、少なくとも３０％の減少率を実現できる。また、図１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄから、肉盛部３０ａ，３０ｂの前端を、突き当て端部３２ａ，３２ｂから後方に０．４ｍｍの位置よりも前方に位置させることが好ましく、突き当て端部３２ａ，３２ｂから前方に０．７ｍｍの位置よりも前方に位置させることがより好ましく、突き当て端部３２ａ，３２ｂよりも前方に１．７ｍｍの位置よりも前方に位置させることがさらに好ましいことが分かった。
図１２Ａから分かるように、減少率が３０％になるときの肉盛部３０ａ，３０ｂの前端位置の上限は、肉盛部３０ａ，３０ｂの長さの増加に従って上昇した。このような関係は、図１２Ｂおよび図１２Ｃに示すように、減少率が５０％および７５％の場合にも確認できた。一方、図１２Ｄに示すように、減少率が９０％の場合には、肉盛部３０ａ，３０ｂの長さが増加しても、肉盛部３０ａ，３０ｂの前端位置の上限は大きく上昇しなかった。具体的には、肉盛部３０ａ，３０ｂの長さにかかわらず、肉盛部３０ａ，３０ｂの前端位置の上限が７．５ｍｍ以下の場合に、減少率を少なくとも９０％にすることができた。図１２Ｄに示した結果から、肉盛部３０ａ，３０ｂの前端を、突き当て端部３２ａ，３２ｂ（図４参照）から前方に７．５ｍｍの位置、より好ましくは突き当て端部３２ａ，３２ｂから前方に７．０ｍｍの位置よりも後方に位置させることによって、最大主応力の最大値を十分に減少させることができることが分かる。
図１３Ａから分かるように、減少率が３０％になるときの肉盛部３０ａ，３０ｂの後端位置の下限は、肉盛部３０ａ，３０ｂの長さの増加に従って低下した。このような関係は、図１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄに示すように、減少率が５０％、７５％および９０％の場合にも確認できた。
また、図１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄに示すように、減少率が５０％および７５％および９０％の場合の肉盛部３０ａ，３０ｂの後端位置の上限は、肉盛部３０ａ，３０ｂの長さの増加に従って低下した。一方、図１４Ａに示すように、減少率が３０％の場合には、肉盛部３０ａ，３０ｂの長さが増加しても、肉盛部３０ａ，３０ｂの後端位置の上限は大きく低下しなかった。
なお、図１４Ａから分かるように、ベース金属部材１４の板厚が２．６ｍｍの場合、肉盛部３０ａ，３０ｂの長さにかかわらず、肉盛部３０ａ，３０ｂの後端位置の上限が−７．０ｍｍ以下であれば、減少率を少なくとも３０％にすることができる。ここで、突き当て端部３２ａ，３２ｂの近傍に発生する最大主応力の最大値は、ベース金属部材１４の厚みが３．５ｍｍの場合よりも３．０ｍｍの場合の方が高くなり、ベース金属部材１４の厚みが３．０ｍｍの場合よりも２．６ｍｍの場合の方が高くなる。したがって、特に、ベース金属部材１４の厚みが小さい場合に、減少率を大きくすることが好ましい。この観点からは、肉盛部３０ａ，３０ｂの後端位置の上限を−７．０ｍｍ以下にすることが好ましいといえる。言い換えると、（Ｂ）肉盛部３０ａ，３０ｂの後端を、突き当て端部３２ａ，３２ｂから後方に７．０ｍｍの位置よりも後方に位置させることによって、少なくとも３０％の減少率を実現できる。これにより、突き当て端部３２ａ，３２ｂ近傍に発生する最大主応力の最大値を十分に低減できるので、ベース金属部材１４の厚みが小さい場合でも、溶接構造部材１０の疲労強度を十分に確保できる。
上記（Ａ）、（Ｂ）を踏まえると、より確実に３０％以上の減少率を実現させるためには、少なくとも突き当て端部３２ａ，３２ｂから後方に１．９ｍｍから７．０ｍｍ離間した位置に亘って肉盛部３０ａ，３０ｂが設けられることが好ましいと言える。
また、さらに改善率の向上する９０％で考えると図１１Ｄ、図１２Ｄのように、肉盛り部前端位置は、上限、下限とも正の値となる。また、図１３Ｄ、図１４Ｄのように、肉盛り部後端位置は上限、下限とも負の値となる。これらのことから、よりよい改善を実施するためには、肉盛り部３０ａ，３０ｂは突き当て端部３２ａ，３２ｂを跨ぐように設けられることが好ましいと言える。
（シミュレーションに基づく検討３）
以下、コンピュータを用いたシミュレーション結果とともに、第二実施形態に係る構成の効果をより詳細に説明する。このシミュレーションでは、図６〜９で説明した溶接構造部材１０Ｂと同様の構成を有する解析モデル（以下、第３モデルともいう。）を作成した。そして、第３モデルにおいて、肉盛部３０ａ，３０ｂの前後方向における位置および長さを変化させて、溶接ビード端部２４ａ，２４ｂ近傍に生じる最大主応力を求めた。また、比較のために、肉盛部３０ａ，３０ｂを有していない解析モデル（以下、第４モデルともいう。）を作成し、溶接ビード端部２４ａ，２４ｂ近傍に生じる最大主応力を求めた。
なお、第３モデルおよび第４モデルともに、図６および図７において点線の丸４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂで示す位置に穴を形成した（以下、点線で示したこれらの丸をそれぞれ穴という。）。シミュレーションでは、穴４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂにそれぞれ固定治具（剛体）を配置して、ベース金属部材１４を固定した。そして、穴４１ａ，４１ｂに円柱状の部材（剛体）を通し、その部材を介して板状部１２１（接合金属部材１２）を板状部１４１の表面１４ａに対して垂直な方向に２．０ｋＮの力で引っ張った。
第３モデルおよび第４モデルの構成はともに、下記のように規定した。なお、上述のように、第３モデルにおいて、肉盛部３０ａ，３０ｂの前後方向における位置は種々変化させた。
（解析モデルの構成）
・接合金属部材
材質：鋼
厚み：２．６ｍｍ
高さ（第１方向Ｄ１の長さ）：８０ｍｍ
左右方向（第２方向Ｄ２）の長さ：７０ｍｍ
前後方向（図９参照）の長さ：８０ｍｍ
穴４１ａの位置：側壁部１２１ａの中央
穴４１ｂの位置：側壁部１２１ｂの中央
ヤング率：２１００００ＭＰａ
ポアソン比：０．３
・ベース金属部材
材質：鋼
厚み：２．０ｍ
高さ（第１方向Ｄ１の長さ）：５０ｍｍ
左右方向（第２方向Ｄ２）の長さ：３００ｍｍ
前後方向（図９参照）の長さ：１５０ｍｍ
穴４２ａ，４２ｂの中心間距離：２３０ｍｍ
穴４３ａ，４３ｂの中心間距離：２３０ｍｍ
穴４４ａ，４４ｂの中心間距離：２３０ｍｍ
穴４５ａ，４５ｂの中心間距離：２３０ｍｍ
穴４２ａ，４３ａの中心間距離：１００ｍｍ
穴４２ｂ，４３ｂの中心間距離：１００ｍｍ
表面１４ａから穴４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂの中心までの上下方向の距離：２５ｍｍ
ヤング率：２１００００ＭＰａ
ポアソン比：０．３
・溶接ビード
幅（突き当て端部３２ａ，３２ｂ（図９参照）から前方に突出する部分を除く部分の幅）：４．３ｍｍ
高さ（突き当て端部３２ａ，３２ｂから前方に突出する部分を除く部分の高さ）：５．０ｍｍ
幅（突き当て端部３２ａ，３２ｂから前方に突出する部分の幅）：１０．６ｍｍ
高さ（突き当て端部３２ａ，３２ｂから前方に突出する部分の高さ）：２．２ｍｍ
突き当て端部３２ａ，３２ｂからの突出量（距離ＬＷ）：１３．７ｍｍ
ヤング率：２１００００ＭＰａ
ポアソン比：０．３
・肉盛部（第３モデル）
幅：６．０ｍｍ
高さ：２．０ｍｍ
長さ：６．０ｍｍ、１０．０ｍｍ、１２．０ｍｍ、１４．０ｍｍ、１６．０ｍｍ、２０．０ｍｍ、２４．０ｍｍ、２８．０ｍｍ
肉盛部３０ａの左右方向の位置：肉盛部３０ａの中心線と突き当て側面３２２ａ（図９参照）の左縁とが一致
肉盛部３０ｂの左右方向の位置：肉盛部３０ｂの中心線と突き当て側面３２２ｂ（図９参照）の右縁とが一致
ヤング率：２１００００ＭＰａ
ポアソン比：０．３
なお、接合金属部材１２およびベース金属部材１４の材料の降伏を考慮して解析を行った場合と、降伏を考慮せずに解析を行った場合とで、第３モデルに生じる応力と第４モデルに生じる応力との大小関係は変わらない。したがって、第３モデルに生じる最大主応力と第４モデルに生じる最大主応力との大小関係を相対的に評価する場合には、材料の降伏の有無を考慮しなくてもよい。そこで、本シミュレーションでは、解析を簡単にするため、接合金属部材１２およびベース金属部材１４の材料の降伏を考慮せずに、弾性解析を行った。また、上記のように最大主応力の大小関係を相対的に評価する場合には材料の降伏を考慮しなくてもよいので、本シミュレーションによって、任意の引張強度の接合金属部材１２およびベース金属部材１４を備えた溶接構造部材の評価を行うことができる。すなわち、本シミュレーションによって、たとえば、引張強度が２７０ＭＰａの材料を用いた溶接構造部材の評価を行うこともできるし、引張強度が１５００ＭＰａの材料を用いた溶接構造部材の評価を行うこともできる。
図１５Ａに、肉盛部３０ａ（図９参照）の長さごとの、肉盛部３０ａの前端位置と溶接ビード端部２４ａ近傍に生じる最大主応力の最大値との関係を示す。なお、肉盛部３０ａの前端位置とは、前後方向において、溶接ビード端部２４ａ（図９参照）を基準とした場合における肉盛部３０ａの前端の位置を意味する。図１５Ａにおいては、肉盛部３０ａの前端が溶接ビード端部２４ａよりも前方に位置している場合に肉盛部３０ａの前端位置を正の値で示し、肉盛部３０ａの前端が溶接ビード端部２４ａよりも後方に位置している場合に肉盛部３０ａの前端位置を負の値で示している。たとえば、図９に示した溶接構造部材１０Ｂでは、肉盛部３０ａの前端が溶接ビード端部２４ａよりも前方に位置しているので、肉盛部３０ａの前端位置は正の値で示される。また、図１５Ａにおいては、肉盛部３０ａ，３０ｂを有していない解析モデルにおける最大主応力の最大値（１２７３ＭＰａ）を破線で示している。なお、説明は省略するが、肉盛部３０ｂの前端位置と溶接ビード端部２４ｂ近傍に生じる最大主応力の最大値との関係も、図１５Ａに示す関係と同様の関係になった。
図１５Ｂに、肉盛部３０ａ（図９参照）の長さごとの、肉盛部３０ａの後端位置と溶接ビード端部２４ａ近傍に生じる最大主応力の最大値との関係を示す。なお、肉盛部３０ａの後端位置とは、前後方向において、溶接ビード端部２４ａ（図９参照）を基準とした場合における肉盛部３０ａの後端の位置を意味する。図１５Ｂにおいては、肉盛部３０ａの後端が溶接ビード端部２４ａよりも前方に位置している場合に肉盛部３０ａの後端位置を正の値で示し、肉盛部３０ａの後端が溶接ビード端部２４ａよりも後方に位置している場合に肉盛部３０ａの後端位置を負の値で示している。たとえば、図９に示した溶接構造部材１０Ｂでは、肉盛部３０ａの後端が溶接ビード端部２４ａよりも後方に位置しているので、肉盛部３０ａの後端位置は負の値で示される。また、図１５Ｂにおいても図１５Ａと同様に、肉盛部３０ａ，３０ｂを有していない解析モデルにおける最大主応力の最大値（１２７３ＭＰａ）を破線で示している。なお、説明は省略するが、肉盛部３０ｂの後端位置と溶接ビード端部２４ｂ近傍に生じる最大主応力の最大値との関係も、図１５Ｂに示す関係と同様の関係になった。
図１５Ａおよび図１５Ｂから、本発明によれば、肉盛部３０ａ，３０ｂの前端位置および後端位置を適切に設定することによって、溶接ビード端部２４ａ，２４ｂにおける最大主応力の最大値を低減できることが分かる。具体的には、図１５Ａから、肉盛部３０ａ，３０ｂの長さが６．０ｍｍと短い場合でも、肉盛部３０ａ，３０ｂの前端位置を−１．７ｍｍ以上４．７ｍｍ以下に設定することによって、肉盛部が無い場合よりも最大主応力の最大値を確実に低減できることが分かる。また、肉盛部３０ａ，３０ｂの前端位置を−０．１ｍｍ〜３．７ｍｍ、好ましくは０．５ｍｍ〜３．０ｍｍ、さらに好ましくは１．０ｍｍ〜２．４ｍｍに設定することによって、最大主応力の最大値を十分に低減できることが分かる。また、図１５Ｂから分かるように、肉盛部３０ａ，３０ｂの長さにかかわらず、肉盛部３０ａ，３０ｂの後端位置を−１．３ｍｍ以下にすることによって、肉盛部が無い場合よりも最大主応力の最大値を低減できた。
（シミュレーションに基づく検討４）
図１５Ａを参照して、上述のシミュレーションでは、肉盛部３０ａ，３０ｂの長さが６．０ｍｍの場合、肉盛部３０ａ，３０ｂの前端位置が１．３ｍｍのときに最大主応力の最大値が９５８ＭＰａまで減少した。上述のように、肉盛部を有していない解析モデルにおける最大主応力の最大値は１２７３ＭＰａであった。したがって、肉盛部３０ａ，３０ｂを設けることによって、最大主応力の最大値が最大で３１５ＭＰａ減少したことが分かる。このときの最大主応力の最大値の減少率（肉盛部を有していない解析モデルに対する最大主応力の最大値の減少率）を１００％とすると、減少率が３０％（９５ＭＰａの減少）になるときの肉盛部３０ａ，３０ｂの前端位置は、−０．５ｍｍおよび４．１ｍｍであった。すなわち、肉盛部３０ａ，３０ｂの前端位置が−０．５ｍｍ〜４．１ｍｍの範囲にある場合に、最大主応力の最大値の減少率（以下、単に減少率という。）を３０％以上にすることができる。すなわち、減少率を３０％以上にするための肉盛部３０ａ，３０ｂの前端位置の下限は−０．５ｍｍであり、上限は４．１ｍｍである。
同様に、肉盛部３０ａ，３０ｂの長さが１０．０ｍｍの場合、肉盛部３０ａ，３０ｂの前端位置が２．３ｍｍのときに最大主応力の最大値が９４０ＭＰａまで減少した。上述のように、肉盛部を有していない解析モデルにおける最大主応力の最大値は１２７３ＭＰａであった。したがって、肉盛部３０ａ，３０ｂを設けることによって、最大主応力の最大値が最大で３３３ＭＰａ減少したことが分かる。このときの減少率を１００％とすると、減少率が３０％（１００ＭＰａの減少）になるときの肉盛部３０ａ，３０ｂの前端位置は、−０．３ｍｍおよび７．６ｍｍであった。すなわち、減少率を３０％以上にするための肉盛部３０ａ，３０ｂの前端位置の下限は−０．３ｍｍであり、上限は７．６ｍｍである。
詳細な説明は省略するが、肉盛部３０ａ，３０ｂの長さが１２．０ｍｍ、１４．０ｍｍ、１６．０ｍｍ、２０．０ｍｍ、２４．０ｍｍ、２８．０ｍｍの場合について、減少率を５０％以上、７５％以上、および９０％以上にするための肉盛部３０ａ，３０ｂの位置についても同様に検討を行った。さらに、上述の第３モデルにおいて、ベース金属部材１４の厚みを２．３ｍｍ、１．６ｍｍ、および１．２ｍｍに設定して上述のシミュレーションと同様のシミュレーションを行った。そして、減少率と肉盛部３０ａ，３０ｂとの関係について同様の検討を行った。なお、ベース金属部材１４の厚みが２．３ｍｍ、１．６ｍｍ、および１．２ｍｍの場合についても、肉盛部３０ａ，３０ｂの長さを、６．０ｍｍ、１０．０ｍｍ、１２．０ｍｍ、１４．０ｍｍ、１６．０ｍｍ、２０．０ｍｍ、２４．０ｍｍ、２８．０ｍｍとした。これらの検討結果を、ベース金属部材１４の厚みが２．０ｍｍの場合の検討結果とともに図１６Ａ〜図１９Ｄに示す。
図１６Ａから分かるように、ベース金属部材１４の厚みおよび肉盛部３０ａ，３０ｂの長さにかかわらず、肉盛部３０ａ，３０ｂの前端位置の下限が−０．１ｍｍ以上であれば、減少率を少なくとも３０％にすることができる。言い換えると、（Ｃ）肉盛部３０ａ，３０ｂの前端を、溶接ビード端部２４ａ，２４ｂ（図９参照）から後方に０．１ｍｍの位置よりも前方に位置させることによって、少なくとも３０％の減少率を実現できる。また、図１６Ｂ〜図１６Ｄから、肉盛部３０ａ，３０ｂの前端を、溶接ビード端部２４ａ，２４ｂから前方に０．３ｍｍの位置よりも前方に位置させることが好ましく、溶接ビード端部２４ａ，２４ｂから前方に１．２ｍｍの位置よりも前方に位置させることがより好ましく、溶接ビード端部２４ａ，２４ｂよりも前方に１．９ｍｍの位置よりも前方に位置させることがさらに好ましいことが分かった。
図１７Ａから分かるように、減少率が３０％になるときの肉盛部３０ａ，３０ｂの前端位置の上限は、肉盛部３０ａ，３０ｂの長さの増加に従って上昇した。このような関係は、図１７Ｂに示すように、減少率が５０％の場合にも確認できた。一方、図１７Ｃ、図１７Ｄに示すように、減少率が７５％及び９０％の場合には、肉盛部３０ａ，３０ｂの長さが増加しても、肉盛部３０ａ，３０ｂの前端位置の上限は大きく上昇しなかった。具体的には、肉盛部３０ａ，３０ｂの長さにかかわらず、肉盛部３０ａ，３０ｂの前端位置の上限が２．３ｍｍ以下の場合に、減少率を９０％にすることができた。
図１８Ａから分かるように、減少率が３０％になるときの肉盛部３０ａ，３０ｂの後端位置の下限は、肉盛部３０ａ，３０ｂの長さの増加に従って低下した。このような関係は、図１８Ｂ〜図１８Ｄに示すように、減少率が５０％、７５％および９０％の場合にも確認できた。
図１９Ａ、図１９Ｂから分かるように、減少率が３０％又は５０％になるときの肉盛部３０ａ，３０ｂの後端位置の上限は、ほぼ一定であった。一方、図１９Ｃ、図１９Ｄから分かるように、減少率が７５％又は９０％になるときの肉盛部３０ａ，３０ｂの後端位置の上限は、肉盛部３０ａ，３０ｂの長さの増加に従って低下した。
なお、図１９Ａから分かるように、ベース金属部材１４の板厚および、肉盛部３０ａ，３０ｂの長さにかかわらず、肉盛部３０ａ，３０ｂの後端位置の上限が−３．０ｍｍ以下であれば、減少率を少なくとも３０％にすることができる。言い換えると、（Ｄ）肉盛部３０ａ，３０ｂの後端を、溶接ビード端部２４ａ，２４ｂから後方に３．０ｍｍの位置よりも後方に位置させることによって、少なくとも３０％の減少率を実現できる。これにより、溶接ビード端部２４ａ，２４ｂ近傍に発生する最大主応力の最大値を十分に低減できるので、ベース金属部材１４の厚みが小さい場合でも、溶接構造部材１０の疲労強度を十分に確保できる。
上記（Ｃ）、（Ｄ）を踏まえると、より確実に３０％以上の減少率を実現させるためには、少なくとも溶接ビード端部から後方に０．１ｍｍから３．０ｍｍ離間した位置に亘って肉盛部３０ａ，３０ｂが設けられることが好ましいと言える。
また、さらに改善率の向上する９０％で考えると図１６Ｄ、図１７Ｄのように、肉盛り部前端位置は上限、下限とも正の値となる。また、図１８Ｄ、図１９Ｄのように、肉盛り部後端位置は上限、下限とも負の値となる。これらのことから、よりよい改善を実施するためには、肉盛り部３０ａ，３０ｂは溶接ビード端部２４ａ，２４ｂを跨ぐように設けられることが好ましいと言える。
（シミュレーションに基づく検討５）
以下、コンピュータを用いたシミュレーション結果とともに、ベース金属部材１４の板厚を変化させた場合における、突き当て端部３２ａ，３２ｂ近傍に生じる最大主応力と溶接ビード端部２４ａ，２４ｂ近傍に生じる最大主応力との関係を詳細に説明する。このシミュレーションでは、図１〜図４で説明した溶接構造部材１０Ａと同様の構成であって、肉盛り部３０ａ，３０ｂを有していない解析モデル（以下、第５モデルともいう。）を作成し、突き当て端部３２ａ，３２ｂ近傍に生じる最大主応力と溶接ビード端部２４ａ，２４ｂ近傍に生じる最大主応力を求めた。
なお、第５モデルに、図１および図２において点線の丸４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂで示す位置に穴を形成した（以下、点線で示したこれらの丸をそれぞれ穴という。）。シミュレーションでは、穴４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂにそれぞれ固定治具（剛体）を配置して、ベース金属部材１４を固定した。そして、穴４１ａ，４１ｂに円柱状の部材（剛体）を通し、その部材を介して板状部１２１（接合金属部材１２）を板状部１４１の表面１４ａに対して垂直な方向に２．０ｋＮの力で引っ張った。
第５モデルの構成は下記のように規定した。なお、上述のように、ベース金属部材１４の板厚を種々変化させた。
（解析モデルの構成）
・接合金属部材
材質：鋼
厚み：２．６ｍｍ
高さ（第１方向Ｄ１の長さ）：８０ｍｍ
左右方向（第２方向Ｄ２）の長さ：７０ｍｍ
前後方向（図９参照）の長さ：８０ｍｍ
穴４１ａの位置：側壁部１２１ａの中央
穴４１ｂの位置：側壁部１２１ｂの中央
ヤング率：２１００００ＭＰａ
ポアソン比：０．３
・ベース金属部材
材質：鋼
厚み：１．２ｍｍ、１．６ｍｍ、２．０ｍｍ、２．３ｍｍ、２．６ｍｍ、３．０ｍｍ、３．５ｍｍ
高さ（第１方向Ｄ１の長さ）：５０ｍｍ
左右方向（第２方向Ｄ２）の長さ：３００ｍｍ
前後方向（図９参照）の長さ：１５０ｍｍ
穴４２ａ，４２ｂの中心間距離：２３０ｍｍ
穴４３ａ，４３ｂの中心間距離：２３０ｍｍ
穴４４ａ，４４ｂの中心間距離：２３０ｍｍ
穴４５ａ，４５ｂの中心間距離：２３０ｍｍ
穴４２ａ，４３ａの中心間距離：１００ｍｍ
穴４２ｂ，４３ｂの中心間距離：１００ｍｍ
表面１４ａから穴４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂの中心までの上下方向の距離：２５ｍｍ
ヤング率：２１００００ＭＰａ
ポアソン比：０．３
・溶接ビード
幅（突き当て端部３２ａ，３２ｂ（図９参照）から前方に突出する部分を除く部分の幅）：４．３ｍｍ
高さ（突き当て端部３２ａ，３２ｂから前方に突出する部分を除く部分の高さ）：５．０ｍｍ
幅（突き当て端部３２ａ，３２ｂから前方に突出する部分の幅）：１０．６ｍｍ
高さ（突き当て端部３２ａ，３２ｂから前方に突出する部分の高さ）：２．２ｍｍ
突き当て端部３２ａ，３２ｂからの突出量（距離ＬＷ）：１０．４ｍｍ、１３．７ｍｍ、１７．０ｍｍ、２０．０ｍｍ
ヤング率：２１００００ＭＰａ
ポアソン比：０．３
溶接ビードの突き当て端部３２ａ，３２ｂからの突出量（距離ＬＷ）を１０．４ｍｍ、１３．７ｍｍ、１７．０ｍｍ、２０．０ｍｍの場合について、ベース金属部材１４の板厚を変化させたときの突き当て端部３２ａ，３２ｂ近傍に生じる最大主応力と溶接ビード端部２４ａ，２４ｂ近傍に生じる最大主応力をシミレーションした結果を図２０、図２１、図２２、図２３に示す。突き当て端部３２ａ，３２ｂ近傍に生じる最大主応力と溶接ビード端部２４ａ，２４ｂ近傍に生じる最大主応力の大小関係は、板厚と溶接ビードの突き当て端部３２ａ，３２ｂからの突出量（距離ＬＷ）と相関があることが分かった。さらに、突き当て端部３２ａ，３２ｂ近傍に生じる最大主応力と溶接ビード端部２４ａ，２４ｂ近傍に生じる最大主応力が一致するベース金属部材１４の板厚と溶接ビードの突き当て端部３２ａ，３２ｂからの突出量（距離ＬＷ）の関係を、図２４に示す。図２４から、突き当て端部３２ａ，３２ｂ近傍に生じる最大主応力と溶接ビード端部２４ａ，２４ｂ近傍に生じる最大主応力が一致する条件は、ベース金属部材１４の板厚Ｔ（ｍｍ）下記式（Ｃ）を満足するときであることが分かった。
−０．１２５ＬＷ＋４．０６ｍｍ＝Ｔｍｍ・・・式（Ｃ）
この結果より、式（Ｃ）の左辺よりも右辺が大きい場合は、突き当て端部３２ａ，３２ｂ近傍に生じる最大主応力が溶接ビード端部２４ａ，２４ｂ近傍に生じる最大主応力より大きくなり、突き当て端部３２ａ，３２ｂ近傍に肉盛部３０ａ，３０ｂを設けることが好ましいことが分かった。また、式（Ｃ）の左辺よりも右辺が小さい場合は、溶接ビード端部２４ａ，２４ｂ近傍に生じる最大主応力が突き当て端部３２ａ，３２ｂ近傍に生じる最大主応力よりも大きくなり、溶接ビード端部２４ａ，２４ｂ近傍に肉盛部３０ａ，３０ｂを設けることが好ましいことが分かった。
特に上述の式（Ｃ）の左辺の値と右辺の値が近い場合は、溶接ビード端部２４ａ，２４ｂ近傍と突き当て端部３２ａ，３２ｂ近傍の双方に肉盛部３０ａ，３０ｂを設けることが好ましい、上述の式（Ｃ）の左辺の値よりも右辺の値が大きい場合でも、最大主応力が大きい突き当て端部３２ａ，３２ｂ近傍に肉盛部を設置した結果、溶接ビード端部２４ａ，２４ｂ近傍の最大主応力が大きくなり、突き当て端部３２ａ，３２ｂ近傍の最大主応力の低減が疲労強度の向上の対策となるためである。
本発明によれば、Ｔ字形状の接合部を有する溶接構造部材において、疲労強度を容易に向上できる構成を提供することができる。
１０Ａ、１０Ａ’、１０Ｂ 溶接構造部材
１２ 接合金属部材
１２１ 板状部
１２１ａ，１２１ｂ 側壁部
１２１ｃ 底壁部
１４ ベース金属部材
１４ａ 表面（第一の面）
１４ｂ 裏面（第二の面）
１４１ 板状部
１４１ａ，１４１ｂ 側壁部
１４１ｃ 天板部
２４ 溶接ビード
２４ａ，２４ｂ 溶接ビード端部
２４１ａ、２４１ｂ 側壁ビード部
２４１ｃ 底壁ビード部
３０ａ，３０ｂ 肉盛部
３２ 突き当て面
３２ａ，３２ｂ 突き当て端部
３２２ａ、３２２ｂ 突き当て側面
３２２ｃ 突き当て底面

Claims (17)

  1. 互いに表裏をなす第一の面及び第二の面を有するベース金属部材と；
    前記第一の面に対して、突き当て面をもって端面が突き当てられた接合金属部材と；
    前記第一の面に形成されるとともに、前記接合金属部材を前記ベース金属部材に対して接合する溶接ビードと；
    前記ベース金属部材の前記第二の面に形成されるとともに、前記第二の面に対向してかつ前記ベース金属部材を透過する視線で見た場合に前記突き当て面と前記溶接ビードとの少なくとも一方に重なるように線状に形成される肉盛部と；
    を備え、
    前記突き当て面の端部である突き当て端部から当該突き当て面が存在する方向に向かう方向を後方、その逆の方向を前方とするとき、前記溶接ビードは、前記突き当て端部の前方に離間した位置に溶接ビード端部を有する
    ことを特徴とする溶接構造部材。
  2. 前記第二の面に対向してかつ前記ベース金属部材を透過する視線で見た場合に、前記肉盛部が前記突き当て端部から後方に１．９ｍｍから７．０ｍｍ離間した位置に亘って設けられる
    ことを特徴とする請求項１に記載の溶接構造部材。
  3. 前記第二の面に対向してかつ前記ベース金属部材を透過する視線で見た場合に、前記突き当て端部から前方に前記肉盛り部前端が位置し、かつ前記突き当て端部から後方に前記肉盛り部後端が位置していることを特徴とする請求項２に記載の溶接構造部材。
  4. 前記第二の面に対向してかつ前記ベース金属部材を透過する視線で見た場合に、前記肉盛部が前記突き当て面に対し平行である
    ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の溶接構造部材。
  5. 前記突き当て端部と前記溶接ビード端部との離間距離ＬＷ（ｍｍ）と、前記ベース金属部材の板厚Ｔ（ｍｍ）とが下記式（Ａ）を満たす
    ことを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の溶接構造部材。
    −０．１２５ＬＷ＋４．０６ｍｍ≦Ｔ≦４．５ｍｍ ・・・式（Ａ）
  6. 前記肉盛部の長さが１０．０ｍｍ以上である
    ことを特徴とする請求項２から５のいずれか一項に記載の溶接構造部材。
  7. 前記第二の面に対向してかつ前記ベース金属部材を透過する視線で見た場合に、前記肉盛部が前記溶接ビード端部から後方に０．１ｍｍから３．０ｍｍ離間した位置に亘って設けられる
    ことを特徴とする請求項１に記載の溶接構造部材。
  8. 前記第二の面に対向してかつ前記ベース金属部材を透過する視線で見た場合に、前記溶接ビード端部から前方に前記肉盛り部前端が位置し、かつ前記溶接ビード端部から後方に前記肉盛り部後端が位置していることを特徴とする請求項７に記載の溶接構造部材。
  9. 前記第二の面に対向してかつ前記ベース金属部材を透過する視線で見た場合に、前記肉盛部が前記溶接ビードに対し平行である
    ことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の溶接構造部材。
  10. 前記突き当て端部と前記溶接ビード端部との離間距離ＬＷ（ｍｍ）と、前記ベース金属部材の板厚Ｔ（ｍｍ）とが下記式（Ｂ）を満たす
    ことを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載の溶接構造部材。
    ０．８ｍｍ≦Ｔ＜−０．１２５ＬＷ＋４．０６ｍｍ ・・・式（Ｂ）
  11. 前記肉盛部の長さが６．０ｍｍ以上である
    ことを特徴とする請求項７から１０のいずれか一項に記載の溶接構造部材。
  12. 前記肉盛部は、前記第二の面からの高さが２．０ｍｍ以上２０．０ｍｍ以下である
    ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の溶接構造部材。
  13. 前記肉盛部が、前記ベース金属部材と他の部材との接合に関与しない肉盛りビードである
    ことを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の溶接構造部材。
  14. 前記肉盛部が、前記ベース金属部材の内部まで侵入するように形成されている
    ことを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の溶接構造部材。
  15. 前記溶接ビードが前記ベース金属部材を貫通しない
    ことを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載の溶接構造部材。
  16. 前記ベース金属部材が、２７０ＭＰａ以上の引張強度を有する鋼板である
    ことを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載の溶接構造部材。
  17. 請求項１〜１６のいずれか一項に記載の前記溶接構造部材を製造する方法であって、
    前記ベース金属部材の前記第一の面と、前記接合金属部材の前記端面とを前記突き当て面で接合する溶接ビードを付与する溶接ビード付与工程と；
    前記溶接ビード付与工程の前、又は、前記溶接ビード付与工程の後に、前記ベース金属部材の前記第二の面に、アーク溶接又はロウ付けにより前記肉盛部を付与する肉盛部付与工程と；
    を備えることを特徴とする溶接構造部材の製造方法。
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