JP6988645B2

JP6988645B2 - 溶接構造部材

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Publication number: JP6988645B2
Application number: JP2018065604A
Authority: JP
Inventors: 正裕小川; 真二児玉
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2018-03-29
Publication date: 2022-01-05
Anticipated expiration: 2038-03-29
Also published as: JP2019171462A

Description

本発明は、溶接構造部材に関する。

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、高強度の薄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。

車体の構成部材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、高強度薄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。そこで、従来、溶接構造部材の疲労強度を向上させ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に開示された隅肉アーク溶接継手は、金属部材同士を接合するための隅肉ビードと、該隅肉ビードに重なるように形成された補剛用ビードとを備えている。特許文献１には、上記のように形成された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ことが記載されている。

国際公開第２０１３／１５７５５７号

しかしながら、本発明者らの種々の検討の結果、上記のように隅肉ビードと補剛用ビードとを重ねて形成した場合、ビード同士が重なる部分において応力集中が生じるおそれがあることが分かった。この場合には、応力集中部において疲労強度が低下することが考えられる。

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、優れた疲労強度を有する溶接構造部材を提供することを目的としている。

本発明は、下記の溶接構造部材を要旨とする。

（１）平面を有する厚みが４．５ｍｍ以下の第１板状部を含む、金属製のベース部材と、
前記ベース部材の前記平面に突き当てられた突き当て面、並びに前記突き当て面から前記平面に交差する方向に延びる互いに平行な第１面および第２面を有する厚みが４．５ｍｍ以下の第２板状部を含む、金属製の接合部材と、
前記突き当て面の前記第１面側の縁部に沿って延び、かつ前記ベース部材の前記平面と前記接合部材とを接合する溶接ビードと、
前記ベース部材の前記平面上に形成され、かつ前記溶接ビードに対して略平行に延びる補剛ビードと、を備え、
前記接合部材の前記突き当て面、前記溶接ビードおよび前記補剛ビードを、前記ベース部材の前記平面に対して垂直な方向に投影した場合に、
前記溶接ビードの延伸方向における前記突き当て面の端部を基準として、該端部から前記延伸方向に見て前記突き当て面が存在する方向を後方、その逆方向を前方とし、
前記溶接ビードは、前記突き当て面の前記端部よりも前方に突出しており、
前記補剛ビードは、前記溶接ビードの延伸方向に直交する方向において、前記突き当て面から見て、前記溶接ビードと同じ側に設けられ、
前記直交する方向における前記補剛ビードと前記突き当て面の前記第１面側の縁部との距離は、１６．０ｍｍ未満であり、
前記補剛ビードの後端の位置が、下記式（ｉ）の関係を満たす、溶接構造部材。
Ｐ_１＜０．０１２５Ｌ^２−０．７６８Ｌ＋０．０５７５ｄ^２−０．４６１ｄ＋８．２１・・・（ｉ）
但し、上記式において、Ｐ_１は、前記補剛ビードの後端の位置を示し、位置Ｐ_１が正の値で示される場合には、前記補剛ビードの後端が前記突き当て面の前記端部よりも前方に位置することを意味し、位置Ｐ_１が負の値で示される場合には、前記補剛ビードの後端が前記突き当て面の前記端部よりも後方に位置することを意味し、位置Ｐ_１を示す数値の絶対値は、前記補剛ビードの後端と前記突き当て面の前記端部との前後方向の距離を示す。Ｌは、前記補剛ビードの前後方向における長さであり、ｄは、前記直交する方向における前記補剛ビードと前記突き当て面の前記第１面側の縁部との距離である。

（２）前記補剛ビードの前記前後方向における中心は、前記突き当て面の前記端部から後方に０〜１０ｍｍの範囲に位置する、上記（１）に記載の溶接構造部材。

（３）前記補剛ビードの後端は、前記突き当て面の前記端部から後方に４０ｍｍの位置よりも前方に位置する、上記（１）または（２）に記載の溶接構造部材。

本発明によれば、溶接構造部材の疲労強度を向上させることができる。

図１は、溶接構造部材の解析モデルを示す斜視図である。図２は、解析モデルの左右方向における中央部を示す平面図である。図３は、補剛ビードを有する解析モデルを示す平面図である。図４は、解析結果を示す図である。図５は、解析結果を示す図である。図６は、解析結果を示す図である。図７は、解析結果を示す図である。図８は、解析結果を示す図である。図９は、解析結果を示す図である。図１０は、解析結果を示す図である。図１１は、解析結果を示す図である。図１２は、解析結果を示す図である。図１３は、解析結果を示す図である。図１４は、解析結果を示す図である。図１５は、解析結果を示す図である。図１６は、本発明の一実施形態に係る溶接構造部材を示す斜視図である。図１７は、ベース部材および接合部材を示す正面図である。図１８は、ベース部材、接合部材の突き当て面、溶接ビードおよび補剛ビードを、ベース部材の平面に対して垂直な方向に投影した図である。図１９は、本発明の他の実施形態に係る溶接構造部材のベース部材、接合部材の突き当て面、溶接ビードおよび補剛ビードを、ベース部材の平面に対して垂直な方向に投影した図である。図２０は、本発明のその他の実施形態に係る溶接構造部材のベース部材、接合部材の突き当て面、溶接ビードおよび補剛ビードを、ベース部材の平面に対して垂直な方向に投影した図である。

（本発明者らによる検討）
本発明者らは、溶接構造部材の疲労強度を向上させるために、種々の検討を行なった。具体的には、溶接構造部材の解析モデルを作成してＦＥＭ解析を行なうことによって、溶接構造部材の疲労強度についての検討を行なった。

図１は、溶接構造部材の解析モデルを示す斜視図である。図１に示すように、解析モデル１０は、第１方向Ｄ１に延びるベース部材１２、第１方向Ｄ１に直交する第２方向Ｄ２に延びる接合部材１４、およびベース部材１２と接合部材１４とを接合する溶接ビード１６を備えている。ベース部材１２および接合部材１４はそれぞれ、開断面形状を有している。以下の説明では、第１方向Ｄ１を左右方向とし、第２方向Ｄ２を上下方向とする。

図２は、解析モデル１０の左右方向における中央部を示す平面図である。図２に示すように、解析モデル１０の平面視において、溶接ビード１６は、接合部材１４の外面に沿って設けられている。以下の説明では、平面視において、第１方向（左右方向）Ｄ１に直交する方向を前後方向とする。

図１を参照して、ベース部材１２には、複数の穴１２ａ〜１２ｇが形成されている。また、前後方向において穴１２ｇに対向する位置にも穴１２ｈが形成されている。接合部材１４には、２つの穴１４ａ，１４ｂが形成されている。図１および図２を参照して、溶接ビード１６の両端は、接合部材１４の前端部１４ｃ，１４ｄよりも前方に突出している。

なお、本発明者らのこれまでの研究により、解析モデル１０では、接合部材１４を上方に引っ張った場合に、接合部材１４の前端部１４ｃ，１４ｄと溶接ビード部１６との境界部１８ａ，１８ｂの近傍において、最大主応力の値が大きくなり易いことが分かっている。このため、解析モデル１０と同様の構成を有する溶接構造部材では、上記境界部１８ａ，１８ｂの近傍において亀裂が発生し易いと考えられる。そのため、溶接構造部材の疲労強度を向上させるためには、境界部１８ａ，１８ｂの近傍の応力を低減させることが重要である。このような観点から、本発明者らは、以下に説明する解析を行なった。

以下に、解析モデル１０の詳細な構成を示す。

（ベース部材）
厚み：２．６ｍｍ
上下方向（第２方向Ｄ２）の長さ：５０ｍｍ
左右方向（第１方向Ｄ１）の長さ：３００ｍｍ
前後方向（第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２に直交する方向）の長さ：１５０ｍｍ
穴１２ｂ，１２ｃの中心間距離：２３０ｍｍ
穴１２ａ，１２ｄの中心間距離：２３０ｍｍ
穴１２ｆ，１２ｇの中心間距離：２３０ｍｍ
穴１２ｅ，１２ｈの中心間距離：２３０ｍｍ
穴１２ｂ，１２ａの中心間距離：１００ｍｍ
穴１２ｃ，１２ｄの中心間距離：１００ｍｍ
上面１３から穴１２ｆ，１２ｇ，１２ｅ，１２ｈ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

（接合部材）
厚み：２．６ｍｍ
上下方向の長さ：８０ｍｍ
左右方向の長さ：７０ｍｍ
前後方向の長さ：８０ｍｍ
穴１４ａの位置：側壁部１５ａの中央
穴１４ｂの位置：側壁部１５ｂの中央
ヤング率：２１００００ＭＰａ
ポアソン比：０．３

（溶接ビード）
幅Ｗ（図２参照）：４．３ｍｍ
高さ（上下方向の長さ）：５ｍｍ
接合部材の前端部から前方へ突出する部分の長さＬＢ（図２参照）：１３．７ｍｍ
ヤング率：２１００００ＭＰａ
ポアソン比：０．３

ＦＥＭ解析では、ベース部材１２の複数の穴１２ａ〜１２ｈに固定治具（剛体）を配置してベース部材１２を固定するとともに、接合部材１４の穴１４ａ，１４ｂに円柱状の部材（剛体）を通し、その部材を介して接合部材１４を上方（ベース部材１２から離れる方向）に２．０ｋＮの力で引っ張った。そして、解析モデル１０において、境界部１８ａ，１８ｂの近傍に生じる最大主応力を求めた。その結果、最大主応力の最大値は、８３０ＭＰａであった。なお、解析モデル１０は、左右対称形状を有しているので、境界部１８ａの近傍に生じる最大主応力と、境界部１８ｂの近傍に生じる最大主応力は等しい。

さらに、本発明者らは、図３に示すように、上述の解析モデル１０において、接合部材１４の外側でかつベース部材１２の上面１３に、前後方向に延びる一対の補剛ビード２０を形成して、上述の解析と同様に、接合部材１４を上方に２．０ｋＮの力で引っ張った。そして、上記境界部１８ａ，１８ｂの近傍に生じる最大主応力を求めた。なお、本発明者らは、接合部材１４と補剛ビード２０との左右方向における距離ｄ、補剛ビード２０の前後方向における長さＬ、前後方向における補剛ビード２０の後端の位置Ｐ_１が異なる複数の解析モデル１０を作成して、境界部１８ａ，１８ｂの近傍に生じる最大主応力を求めた。

以下に、補剛ビード２０の詳細な構成を示す。

（補剛ビード）
幅（左右方向の長さ）：６ｍｍ
高さ（上下方向の長さ）：２ｍｍ
前後方向の長さＬ：１４．０ｍｍ、２０．０ｍｍ、２６．０ｍｍ、３２．０ｍｍ
距離ｄ：５．３ｍｍ、８．０ｍｍ、１０．０ｍｍ、１２．０ｍｍ、１６．０ｍｍ、２４．０ｍｍ
ヤング率：２１００００ＭＰａ
ポアソン比：０．３

図４は、接合部材１４と補剛ビード２０との左右方向における距離ｄを５．３ｍｍに設定した解析モデルにおいて、境界部１８ａ，１８ｂの近傍に生じる最大主応力の最大値と補剛ビード２０の後端の位置Ｐ_１との関係を示す図である。なお、補剛ビード２０の長さＬは、１４．０ｍｍ、２０．０ｍｍ、２６．０ｍｍおよび３２．０ｍｍに設定した。

図４および後述の図５〜図１１では、補剛ビード２０の後端の位置Ｐ_１は、接合部材１４の前端部１４ｃ，１４ｄの位置Ｐ_０からの前後方向における距離で示す。位置Ｐ_１が正の値で示されている場合には、位置Ｐ_１が位置Ｐ_０よりも前方の位置であることを意味し、位置Ｐ_１が負の値で示されている場合には、位置Ｐ_１が位置Ｐ_０よりも後方の位置であることを意味する。

なお、図３に示したように、溶接ビード１６の両端部（接合部材１４の前端部１４ｃ，１４ｄよりも前方に突出した部分）の幅は、溶接ビード１６の他の部分の幅よりも大きい。このため、距離ｄを５．３ｍｍに設定した場合には、溶接ビード１６の端部と補剛ビード２０との間にほとんど隙間が生じない。

図４に示すように、本発明者らの解析の結果、距離ｄが５．３ｍｍに設定されている場合には、補剛ビード２０の後端の位置によっては、境界部１８ａ，１８ｂの近傍に生じる最大主応力の最大値が、補剛ビード２０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）よりも大きくなる場合があることが分かった。言い換えると、補剛ビードを形成したとしても、補剛ビードの位置によっては、溶接構造部材の疲労強度を向上させることができないばかりか逆に悪化させてしまう場合があることが分かった。そこで、本発明者らは、補剛ビードの位置と疲労強度との関係についてさらに検討を進めた。

図５は、補剛ビード２０の長さを１４．０ｍｍに設定した解析モデルにおいて、境界部１８ａ，１８ｂの近傍に生じる最大主応力の最大値と補剛ビード２０の後端の位置Ｐ_１との関係を示す図である。また、図６は、補剛ビード２０の長さを２０．０ｍｍに設定した解析モデルにおいて、境界部１８ａ，１８ｂの近傍に生じる最大主応力の最大値と補剛ビード２０の後端の位置Ｐ_１との関係を示す図であり、図７は、補剛ビード２０の長さを２６．０ｍｍに設定した解析モデルにおいて、境界部１８ａ，１８ｂの近傍に生じる最大主応力の最大値と補剛ビード２０の後端の位置Ｐ_１との関係を示す図である。なお、距離ｄは、５．３ｍｍ、８．０ｍｍ、１０．０ｍｍ、１２．０ｍｍ、１６．０ｍｍおよび２４．０ｍｍに設定した。

図５〜７に示したように、距離ｄを１６．０ｍｍ以上に設定した全ての解析モデルにおいて、境界部１８ａ，１８ｂの近傍に生じる最大主応力の最大値が、補剛ビード２０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）よりも大きくなることを防止できた。この結果から、距離ｄを１６．０ｍｍ以上に設定することによって、溶接構造物の疲労強度を適切に向上できることが分かる。

一方で、溶接構造部材を車体等の構成部材として用いる場合、他の構成部材との関係から、補剛ビードを形成するための領域を十分に確保できない場合がある。このため、距離ｄを１６．０ｍｍ以上確保できない場合があり得る。この場合には、補剛ビードを形成することによって、溶接構造部材の疲労強度を低下させる可能性がある。そこで、本発明者らは、距離ｄが１６．０ｍｍ未満の場合でも、溶接構造部材の疲労強度を向上させることができる構成について、さらに検討を進めた。

図８〜図１０は、距離ｄをそれぞれ８．０ｍｍ、１０．０ｍｍおよび１２．０ｍｍに設定した解析モデルにおいて、境界部１８ａ，１８ｂの近傍に生じる最大主応力の最大値と補剛ビード２０の後端の位置Ｐ_１との関係を示す図である。

上述の図４および図８〜図１０に示した解析結果から、補剛ビード２０の長さＬにかかわらず、補剛ビード２０の後端を、接合部材１４の前端部１４ｃ，１４ｄよりもある程度後方に位置付けることによって、境界部１８ａ，１８ｂの近傍に生じる最大主応力の最大値を、補剛ビード２０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）よりも十分に小さくできることが分かった。これは、補剛ビード２０によって、境界部１８ａ，１８ｂの近傍付近の剛性が高くなり、変形が抑制されたためだと考えられる。

一方で、前後方向において補剛ビード２０の後端が前端部１４ｃ，１４ｄに近付くことによって、境界部１８ａ，１８ｂの近傍に生じる最大主応力の最大値が上昇することが分かった。また、補剛ビード２０の後端がさらに前方に位置付けられることによって、境界部１８ａ，１８ｂの近傍に生じる最大主応力の最大値が、補剛ビード２０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）よりも大きくなる場合があることが分かった。これは、補剛ビード２０の近傍部分では、ベース部材１２が補強されて剛性が高くなるのに対し、補剛ビード２０から離れた部分では、補剛ビード２０による補強の影響が小さいからだと考えられる。この場合、上記近傍部分に比べて、上記離れた部分の剛性が相対的に低くなり、当該部分に変形が集中することによって、最大主応力の最大値が高くなると考えられる。

上記の結果に基づいて、本発明者らは、溶接構造部材の疲労強度を向上させることができる補剛ビード２０の形成位置についてさらに詳細な検討を進めた。その結果、以下に説明する位置に補剛ビード２０を形成することが好ましいことが分かった。

図１１は、境界部１８ａ，１８ｂの近傍に生じる最大主応力の最大値が８３０ＭＰａになるときの、位置Ｐ_１（図３参照）と距離ｄ（図３参照）との関係を示す図である。図１１に示すように、境界部１８ａ，１８ｂの近傍に生じる最大主応力の最大値が８３０ＭＰａになるときの位置Ｐ_１は、補剛ビード２０の長さＬにかかわらず、距離ｄが大きくなるのに従って、前方に移動することが分かる。また、境界部１８ａ，１８ｂの近傍に生じる最大主応力の最大値が８３０ＭＰａになるときの位置Ｐ_１は、長さＬが小さくなるほど、前方に移動することが分かる。そこで、上記の解析結果に基づいて、本発明者らは、境界部１８ａ，１８ｂの近傍に生じる最大主応力の最大値が８３０ＭＰａになるときの補剛ビード２０の後端の位置を、距離ｄ（ｍｍ）および長さＬ（ｍｍ）を用いた下記式（ii）によって表した。
Ｐ＝０．０１２５Ｌ^２−０．７６８Ｌ＋０．０５７５ｄ^２−０．４６１ｄ＋８．２１・・・（ii）
なお、上記式において、Ｐは、境界部１８ａ，１８ｂの近傍に生じる最大主応力の最大値が８３０ＭＰａになるときの補剛ビード２０の後端の位置を示す。位置Ｐが正の値で示される場合には、位置Ｐが位置Ｐ_０（図３参照）よりも前方の位置であることを意味し、位置Ｐが負の値で示される場合には、位置Ｐが位置Ｐ_０よりも後方の位置であることを意味する。位置Ｐを示す数値の絶対値は、位置Ｐと位置Ｐ_０との前後方向における距離（単位はｍｍ）を示す。

なお、図１１には、上記式（ii）によって算出した補剛ビード２０の後端の位置（境界部１８ａ，１８ｂの近傍に生じる最大主応力の最大値が８３０ＭＰａになるときの補剛ビード２０の後端の位置）を、予測値として破線の円で示している。図１１に示すように、上記式（ii）に基づいて算出した予測値は、解析結果とほぼ一致していることが分かる。

ここで、補剛ビード２０によって、境界部１８ａ，１８ｂの近傍に生じる最大主応力の最大値を低下させることができれば、溶接構造部材の疲労強度を向上させることができる。すなわち、補剛ビード２０を形成することによって、補剛ビード２０を形成しない場合よりも、境界部１８ａ，１８ｂの近傍に生じる最大主応力の最大値を低下させることができればよい。このことから、本発明者らは、距離ｄが１６．０ｍｍ未満の場合には、補剛ビード２０の後端の位置Ｐ_１（図３参照）を、上記式（ii）で求められる位置Ｐよりも後方に位置付けることによって、溶接構造部材の疲労強度を向上させることができると考えた。

また、本発明者らは、補剛ビード２０の好ましい位置についてさらに検討を進めた。図１２〜図１５は、境界部１８ａ，１８ｂの近傍に生じる最大主応力の最大値と前後方向における補剛ビード２０の中心位置Ｐ_２（図３参照）との関係を示す図である。なお、図１２〜図１５は、それぞれ距離ｄを５．３ｍｍ、８．０ｍｍ、１０．０ｍｍ、および１２．０ｍｍに設定した解析モデルの解析結果を示す。

図１２〜図１５では、補剛ビード２０の中心の位置Ｐ_２を示す数値の絶対値は、位置Ｐ_２と接合部材１４の前端部１４ｃ，１４ｄの位置Ｐ_０（図３参照）との前後方向における距離を示す。位置Ｐ_２が正の値で示されている場合には、位置Ｐ_２が位置Ｐ_０よりも前方の位置であることを意味し、位置Ｐ_２が負の値で示されている場合には、位置Ｐ_２が位置Ｐ_０よりも後方の位置であることを意味する。

図１２〜図１５に示した結果から、補剛ビード２０の中心位置Ｐ_２が、接合部材１４の前端部１４ｃ，１４ｄの位置Ｐ_０から後方に０〜１０ｍｍの範囲に位置する場合に、最大主応力の最大値が十分に低下することが分かった。

なお、上記のように補剛ビード２０を設けることによって、補剛ビード２０の近傍部分の剛性を高めることができる。しかしながら、ベース部材１２および接合部材１４が厚板（例えば、厚みが６．０ｍｍ以上）からなる場合には、ベース部材１２および接合部材１４の剛性がそもそも高いので、補剛ビード２０を設けたとしても、上記のような効果はほとんど得られない。言い換えると、補剛ビード２０を設けることによって得られる上記の効果は、ベース部材１２および接合部材１４が薄板（例えば、厚みが４．５ｍｍ以下、好ましくは３．０ｍｍ未満）からなる場合に得られる特有の効果である。

本発明は、上記の知見に基づいてなされたものである。

（本発明の実施形態の説明）
以下、本発明の実施形態に係る溶接構造部材について図面を用いて説明する。図１６は、本発明の一実施形態に係る溶接構造部材を示す斜視図である。

図１６を参照して、溶接構造部材３０は、第１方向Ｄ１に延びるベース部材３２と、第２方向Ｄ２に延びる接合部材３４と、ベース部材３２と接合部材３４とを接合する溶接ビード３６と、補剛ビード３８とを備えている。

なお、図１６に示した例では、第２方向Ｄ２が第１方向Ｄ１に対して垂直であるが、第２方向Ｄ２が第１方向Ｄ１に対して傾斜していてもよい。すなわち、本実施形態では、接合部材３４は、ベース部材３２に対して垂直になるようにベース部材３２に溶接されているが、接合部材３４が、ベース部材３２に対して傾斜するようにベース部材３２に溶接されてもよい。なお、以下においては、第１方向Ｄ１を左右方向とし、第２方向Ｄ２を上下方向とする。

図１７は、ベース部材３２および接合部材３４を示す正面図である。なお、図１７においては、溶接ビード３６および補剛ビード３８の図示は省略している。図１６および図１７を参照して、ベース部材３２は、第１板状部４２を含む。第１板状部４２は、平面４２ａを有する。なお、本実施形態では、第１板状部４２のみによってベース部材３２が構成されているが、ベース部材が、第１板状部４２に加えて他の形状を有する部分（例えば、柱状部または他の板状部等）を備えていてもよい。例えば、ベース部材３２が、図１に示したベース部材１２と同様の形状を有していてもよい。

図１７を参照して、接合部材３４は、第２板状部４４を含む。第２板状部４４は、ベース部材３２の平面４２ａに突き当てられた突き当て面４４ａ、並びに突き当て面４４ａから平面４２ａに交差する方向（本実施形態では、第２方向Ｄ２）に延びる第１面４４ｂおよび第２面４４ｃを有する。第１面４４ｂおよび第２面４４ｃは、互いに平行に設けられる。なお、本実施形態では、第２板状部４４のみによって接合部材３４が構成されているが、接合部材が、第２板状部４４に加えて他の形状を有する部分（例えば、柱状部または他の板状部等）を備えていてもよい。例えば、接合部材が、図１に示した接合部材１４と同様の形状を有していてもよい。

ベース部材３２および接合部材３４の材料としては、例えば、鋼等の種々の金属材料を用いることができる。具体的には、例えば、ベース部材３２および接合部材３４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３０の強度を十分に確保するためには、例えば、ベース部材３２および接合部材３４の材料として高強度鋼板（例えば、引張強度が５９０ＭＰａ以上の鋼板）が用いられる。溶接構造部材３０の強度をより向上させるためには、ベース部材３２および接合部材３４として用いられる鋼板の引張強度は、７８０ＭＰａ以上であることが好ましく、９８０ＭＰａ以上であることがより好ましく、１１８０ＭＰａ以上であることがさらに好ましい。また、ベース部材３２および接合部材３４としては、さらに高強度の鋼板（例えば、引張強度が１５００ＭＰａ以上の鋼板）を用いることもできる。本実施形態では、ベース部材３２および接合部材３４として薄板が用いられる。ベース部材３２の第１板状部４２の厚みおよび接合部材３４の第２板状部４４の厚みはそれぞれ４．５ｍｍ以下であり、自動車の足回り部材として使用される鋼板の厚みと同程度である。本実施形態では、第１板状部４２および第２板状部４４の厚みはそれぞれ、例えば、０．８ｍｍ〜４．５ｍｍの範囲に設定される。

図１６を参照して、溶接ビード３６は、ベース部材３２の平面４２ａと接合部材３４とを接合する。本実施形態では、ベース部材３２と接合部材３４とは、溶接ビード３６によって隅肉溶接されている。溶接ビード３６は、突き当て面４４ａ（図１７参照）の第１面４４ｂ側の縁部に沿って延びるように形成されている。補剛ビード３８は、ベース部材３２の平面４２ａ上において、溶接ビード３６に対して略平行に延びるように形成される。溶接ビード３６および補剛ビード３８はそれぞれ、例えば、アーク溶接によって形成される。なお、溶接ビード３６および補剛ビード３８の材料としては、公知の種々の溶接材料を用いることができる。

図１８は、ベース部材３２、接合部材３４（第２板状部４４）の突き当て面４４ａ、溶接ビード３６および補剛ビード３８を、ベース部材３２の平面４２ａ（図１７参照）に対して垂直な方向（本実施形態では、第２方向Ｄ２）に投影した図である。なお、本実施形態では、図１８に示すように、溶接ビード３６の延伸方向における突き当て面４４ａの端部４６ａ，４６ｂごとに、前後方向を規定する。具体的には、突き当て面４４ａの端部４６ａを基準とした場合、該端部４６ａから溶接ビード３６の延伸方向に見て突き当て面４４ａが存在する方向を後方、その逆方向を前方とする。また、突き当て面４４ａの端部４６ｂを基準とした場合、端部４６ｂから溶接ビード３６の延伸方向に見て突き当て面４４ａが存在する方向を後方、その逆方向を前方とする。

以下、接合部材３４、溶接ビード３６および補剛ビード３８の位置関係を説明するが、該位置関係は、図１８に示した投影図における位置関係のことである。

図１８を参照して、溶接ビード３６は、接合部材３４の突き当て面４４ａと補剛ビード３８との間を、突き当て面４４ａに沿って前後方向に延びている。より具体的には、溶接ビード３６は、左右方向（第１方向Ｄ１）における突き当て面４４ａの両縁部のうち、第１面４４ｂ（図１７参照）側の縁部に沿って延びている。突き当て面４４ａの端部４６ａを基準として、溶接ビード３６は、端部４６ａよりも前方に突出している。同様に、突き当て面４４ａの端部４６ｂを基準として、溶接ビード３６は、端部４６ｂよりも前方に突出している。本実施形態では、溶接ビード３６のうち、端部４６ａを基準として、端部４６ａよりも前方に突出する部分の長さＬＢは、例えば、２０ｍｍ以下である。溶接ビード３６のうち、端部４６ｂを基準として、端部４６ｂよりも前方に突出する部分の長さについても同様である。

補剛ビード３８は、溶接ビード３６の延伸方向（前後方向）に直交する方向（左右方向）において、突き当て面４４ａから見て、溶接ビード３６と同じ側に設けられている。本実施形態では、例えば、前後方向における補剛ビード３８の長さが、左右方向における補剛ビード３８の長さよりも長くなるように、補剛ビード３８が形成される。なお、図１８に示した例では、突き当て面４４ａの端部４６ａを基準として、補剛ビード３８の後端は、端部４６ａよりも後方に位置し、補剛ビード３８の前端は、端部４６ａよりも前方に位置している。しかしながら、補剛ビード３８の後端が、端部４６ａよりも前方に位置していてもよく、補剛ビード３８の前端が、端部４６ａよりも後方に位置していてもよい。

本実施形態では、補剛ビード３８の後端の位置は、下記式（ｉ）の関係を満たす。
Ｐ_１＜０．０１２５Ｌ^２−０．７６８Ｌ＋０．０５７５ｄ^２−０．４６１ｄ＋８．２１・・・（ｉ）
但し、上記式において、Ｐ_１は、補剛ビード３８の後端の位置を示し、位置Ｐ_１が正の値で示される場合には、補剛ビード３８の後端が突き当て面４４ａの端部４６ａよりも前方に位置することを意味し、位置Ｐ_１が負の値で示される場合には、補剛ビード３８の後端が突き当て面４４ａの端部４６ａよりも後方に位置することを意味する。位置Ｐ_１を示す数値の絶対値は、補剛ビード３８の後端と突き当て面４４ａの端部４６ａとの前後方向の距離（図１８において、位置Ｐ_１と位置Ｐ_０との前後方向における距離（ｍｍ））を示す。Ｌは、補剛ビード３８の前後方向における長さ（ｍｍ）であり、ｄは、溶接ビード３６の延伸方向（前後方向）に直交する方向（左右方向）における補剛ビード３８と突き当て面４４ａの第１面４４ｂ（図１７参照）側の縁部との距離（ｍｍ）である。本実施形態では、距離ｄは、１６．０ｍｍ未満である。

補剛ビード３８の前後方向における中心は、突き当て面４４ａの端部４６ａから後方に０〜１０ｍｍの範囲に位置することが好ましい。また、補剛ビード３８の後端は、例えば、突き当て面４４ａの端部４６ａから後方に４０ｍｍの位置よりも前方に位置することが好ましく、端部４６ａから後方に３０ｍｍの位置よりも前方に位置することがより好ましく、端部４６ａから後方に２５ｍｍの位置よりも前方に位置することがさらに好ましい。この場合、補剛ビード３８を配置するための領域が制限されていても、本発明を好適に利用できる。なお、補剛ビード３８の前後方向における長さＬは、例えば、１０．０ｍｍ以上に設定され、１４．０ｍｍ以上に設定されることが好ましい。また、補剛ビード３８の長さＬは、５０．０ｍｍ以下に設定されることが好ましい。補剛ビード３８の幅（左右方向における長さ）は、例えば、５．０〜９．０ｍｍに設定される。また、補剛ビード３８と突き当て面４４ａとの距離ｄは、５．３ｍｍ以上に設定されることが好ましい。

本実施形態に係る溶接構造部材３０では、補剛ビード３８を形成するための領域が制限されている場合（距離ｄを１６．０ｍｍ以上確保できない場合）でも、上述の規定を満たした領域に補剛ビード３８を形成することにより、溶接ビード３６の延伸方向における第２板状部４４の一方の端部と溶接ビード３６との境界部近傍において、大きな応力が発生することを抑制することができる。これにより、溶接構造部材３０の疲労強度を向上させることができる。

なお、上述の実施形態では、１つの補剛ビード３８を有する溶接構造部材３０について説明したが、補剛ビード３８の数は、上述の例に限定されない。

図１９は、本発明の他の実施形態に係る溶接構造部材３０ａのベース部材３２、接合部材３４（第２板状部４４）の突き当て面４４ａ、溶接ビード３６および補剛ビード３８，３８ａを、ベース部材３２の平面４２ａ（図１６参照）に対して垂直な方向に投影した図である。なお、図１９に示す溶接構造部材３０ａが上述の溶接構造部材３０と異なるのは、突き当て面４４ａの端部４６ｂの近傍にも、溶接ビード３６に対して略平行に延びるように補剛ビード３８ａが形成されている点である。詳細な説明は省略するが、補剛ビード３８ａと端部４６ｂとの位置関係は、補剛ビード３８と端部４６ａとの位置関係と同様である。

本実施形態に係る溶接構造部材３０ａでは、溶接ビード３６の延伸方向における第２板状部４４の両端部と溶接ビード３６との境界部近傍において、大きな応力が発生することを抑制することができる。

上述の実施形態では、接合部材３４が、平面視において直線状に延びる第２板状部４４を有する場合について説明したが、第２板状部４４の形状は上述の例に限定されない。

図２０は、本発明のその他の実施形態に係る溶接構造部材３０ｂのベース部材３２、接合部材３４（第２板状部４４）の突き当て面４４ａ、溶接ビード３６および一対の補剛ビード３８を、ベース部材３２の平面４２ａ（図１６参照）に対して垂直な方向に投影した図である。なお、図２０に示す溶接構造部材３０ｂが上述の溶接構造部材３０と異なるのは、接合部材３４の第２板状部４４が平面視においてＶ字形状を有している点、溶接ビード３６が平面視においてＶ字状に延びるように形成されている点、および一対の補剛ビード３８を有している点である。

本実施形態では、上記のように、第２板状部４４が平面視においてＶ字形状を有しているので、突き当て面４４ａも、平面視においてＶ字形状を有している。溶接ビード３６は、接合部材３４（第２板状部４４）の外面に沿ってＶ字状に延びるように設けられている。

本実施形態では、図２０に示すように、上記突き当て面４４ａの一対の端部（溶接ビード３６の延伸方向における端部）ごとに、上述の実施形態と同様に前後方向を定義して、上記一対の端部に対してそれぞれ補剛ビード３８が形成される。これにより、第２板状部４４の両端部と溶接ビード３６との境界部近傍において、大きな応力が発生することを抑制することができる。その結果、溶接構造部材３０ｂの疲労強度を向上させることができる。

なお、詳細な説明は省略するが、上述の解析モデル１０と同様に、接合部材が平面視においてＵ字形状を有している場合にも、上記突き当て面の端部ごとに前後方向を定義して、本発明を適用できる。

本発明によれば、優れた疲労強度を有する溶接構造部材が得られる。したがって、本発明に係る溶接構造部材は、たとえば、車体の構成部材として好適に用いることができる。

１０解析モデル
１２，３２ベース部材
１４，３４接合部材
１６，３６溶接ビード
２０，３８，３８ａ補剛ビード
３０，３０ａ，３０ｂ溶接構造部材

Claims

平面を有する厚みが４．５ｍｍ以下の第１板状部を含む、金属製のベース部材と、
前記ベース部材の前記平面に突き当てられた突き当て面、並びに前記突き当て面から前記平面に交差する方向に延びる互いに平行な第１面および第２面を有する厚みが４．５ｍｍ以下の第２板状部を含む、金属製の接合部材と、
前記突き当て面の前記第１面側の縁部に沿って延び、かつ前記ベース部材の前記平面と前記接合部材とを接合する溶接ビードと、
前記ベース部材の前記平面上に形成され、かつ前記溶接ビードに対して略平行に延びる補剛ビードと、を備え、
前記接合部材の前記突き当て面、前記溶接ビードおよび前記補剛ビードを、前記ベース部材の前記平面に対して垂直な方向に投影した場合に、
前記溶接ビードの延伸方向における前記突き当て面の端部を基準として、該端部から前記延伸方向に見て前記突き当て面が存在する方向を後方、その逆方向を前方とし、
前記溶接ビードは、前記突き当て面の前記端部よりも前方に突出しており、
前記補剛ビードは、前記溶接ビードの延伸方向に直交する方向において、前記突き当て面から見て、前記溶接ビードと同じ側に設けられ、
前記直交する方向における前記補剛ビードと前記突き当て面の前記第１面側の縁部との距離は、１６．０ｍｍ未満であり、
前記補剛ビードの後端の位置が、下記式（ｉ）の関係を満たす、溶接構造部材。
Ｐ_１＜０．０１２５Ｌ^２−０．７６８Ｌ＋０．０５７５ｄ^２−０．４６１ｄ＋８．２１・・・（ｉ）
但し、上記式において、Ｐ_１は、前記補剛ビードの後端の位置を示し、位置Ｐ_１が正の値で示される場合には、前記補剛ビードの後端が前記突き当て面の前記端部よりも前方に位置することを意味し、位置Ｐ_１が負の値で示される場合には、前記補剛ビードの後端が前記突き当て面の前記端部よりも後方に位置することを意味し、位置Ｐ_１を示す数値の絶対値は、前記補剛ビードの後端と前記突き当て面の前記端部との前後方向の距離を示す。Ｌは、前記補剛ビードの前後方向における長さであり、ｄは、前記直交する方向における前記補剛ビードと前記突き当て面の前記第１面側の縁部との距離である。
前記補剛ビードの前記前後方向における中心は、前記突き当て面の前記端部から後方に０〜１０ｍｍの範囲に位置する、請求項１に記載の溶接構造部材。
前記補剛ビードの後端は、前記突き当て面の前記端部から後方に４０ｍｍの位置よりも前方に位置する、請求項１または２に記載の溶接構造部材。