JP7081430B2

JP7081430B2 - 溶接構造部材

Info

Publication number: JP7081430B2
Application number: JP2018186683A
Authority: JP
Inventors: 正裕小川; 真二児玉
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2018-10-01
Filing date: 2018-10-01
Publication date: 2022-06-07
Anticipated expiration: 2038-10-01
Also published as: JP2020055012A

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部と、
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部に対して略平行に延びる補剛ビード部と、を備え、
前記接合部材の前記突き当て面、前記溶接ビード部および前記補剛ビード部を、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、
前記溶接ビード部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、
前記溶接ビード部は、前記突き当て面の前記端部よりも前方に突出しており、
前記補剛ビード部は、前記溶接ビード部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、前記溶接ビード部と同じ側に設けられ、
前記補剛ビード部の幅は、前記補剛ビード部の後端から前方に行くにつれて増加した後、前記補剛ビード部の前端に向かって減少する、溶接構造部材。

（２）前記補剛ビード部のうち幅が最大となる部分は、前記突き当て面の前記前端から前方に５ｍｍの位置よりも後方に位置する、上記（１）に記載の溶接構造部材。

（３）前記補剛ビード部の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）または（２）に記載の溶接構造部材。

（４）前記補剛ビード部のうち幅が最大となる部分は、前記補剛ビード部の前後方向における中心よりも前方に位置する、上記（１）から（３）のいずれか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、補剛ビード部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、補剛ビード部を有する解析モデルを示す平面図である。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、補剛ビード部を有する解析モデルを示す平面図である。図１１は、補剛ビード部を有する解析モデルを示す平面図である。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、溶接ビード部および補剛ビード部を、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、溶接ビード部および補剛ビード部を、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、溶接ビード部および補剛ビード部を、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部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、溶接ビード部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に示すように、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に示すように、溶接ビード部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

（溶接ビード部）
幅ＷＢ（図２参照）：４．３ｍｍ
高さ（上下方向の長さ）：５．０ｍｍ
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部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、補剛ビード部２０の前後方向における長さＬ、および前後方向における補剛ビード部２０の中心位置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。補剛ビード部２０の形状は直方体とし、接合部材１４と補剛ビード部２０との左右方向における距離ｄは５．３ｍｍとした。

以下に、補剛ビード部２０の詳細な構成を示す。

（補剛ビード部）
幅Ｗ１（左右方向の長さ）：５．０ｍｍ
高さ（上下方向の長さ）：２．０ｍｍ
前後方向の長さＬ１：２０．０ｍｍ、２６．０ｍｍ、３２．０ｍｍ、３５．０ｍｍ、３８．０ｍｍ
距離ｄ：５．３ｍｍ
ヤング率：２１００００ＭＰａ
ポアソン比：０．３

図４は、補剛ビード部２０の長さＬ１を３２．０ｍｍに設定した解析モデルにおいて、補剛ビード部２０の中心位置Ｐ_１と境界部１８ａ，１８ｂの近傍に生じる最大主応力の最大値との関係を示す図である。

図４および後述の他の図において、補剛ビード部２０の中心位置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。

図４に示すように、本発明者らの解析の結果、補剛ビード部２０の長さＬ１が３２．０ｍｍに設定されている場合には、補剛ビード部２０の中心位置を適切に調整することによって、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（８３０ＭＰａ）よりも十分に小さくできることが分かった。

図５は、各解析モデルの補剛ビード部２０の長さＬ１と、各解析モデルにおいて最大主応力の最大値が最も低くなったときの値（最大主応力最大値の最小値）との関係を示す図である。図５に示した結果から、補剛ビード部２０の長さＬ１を長くすることによって、境界部１８ａ，１８ｂの近傍に生じる最大主応力の最大値を小さくできることが分かった。

上記の結果を踏まえて、本発明者らは、さらに、補剛ビード部の形状と、境界部１８ａ，１８ｂの近傍に生じる応力との関係について詳細な検討を行った。具体的には、図６に示すように、上述の補剛ビード部２０に代えて、前後方向において幅が変化する補剛ビード部３０を形成した解析モデル１０を作成し、上述の解析と同様の条件で解析を行った。なお、図６に示す補剛ビード部３０は、半楕円柱形状を有している。本解析では、補剛ビード部３０の長さＬ２を３２．０ｍｍとし、高さを２．０ｍｍとして、補剛ビード部３０の最大幅Ｗ２および前後方向における中心位置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。

図７および図８に解析結果を示す。なお、図７は、補剛ビード部３０の中心位置Ｐ_１と境界部１８ａ，１８ｂの近傍に生じる最大主応力の最大値との関係を示す図である。また、図８は、境界部１８ａ，１８ｂの近傍に生じる最大主応力最大値の最小値と補剛ビード部３０の最大幅Ｗ２との関係を示す図である。

図７に示すように、本解析でも、補剛ビード部３０の中心位置を適切に調整することによって、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（８３０ＭＰａ）よりも十分に小さくできることが分かった。本解析では、補剛ビード部３０の中心位置Ｐ_１を、接合部材１４の前端部１４ｃ，１４ｄの位置Ｐ_０（図６参照）から後方に０～１０ｍｍの範囲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効果的に低減できることが分かった。特に、補剛ビード部３０の中心位置Ｐ_１が、前端部１４ｃ，１４ｄの位置Ｐ_０から後方に５ｍｍ程度に位置する場合に、境界部１８ａ，１８ｂの近傍に生じる最大主応力の最大値の低下量が大きくなることも分かった。また、図８に示すように、補剛ビード部３０の最大幅Ｗ２を大きくすることによって、応力低減効果が向上することも分かった。

図９は、補剛ビード部２０を形成した場合の解析結果と、補剛ビード部３０を形成した場合の解析結果とを比較した図である。なお、上述の解析では、補剛ビード部２０を形成する場合には、幅Ｗ１（図３参照）を５．０ｍｍに固定して長さＬ１（図３参照）を変化させ、補剛ビード部３０を形成する場合には、長さＬ２（図６参照）を３２．０ｍｍに固定して最大幅Ｗ２（図６参照）を変化させている。したがって、評価基準を統一するために、図９では、補剛ビード部２０，３０の体積と、境界部１８ａ，１８ｂの近傍に生じる最大主応力の最大値の最小値とを比較している。

図９に示した結果から、補剛ビード部の体積が同じ場合には、補剛ビード部の長さを長くするよりも、前後方向において補剛ビード部の幅を変化させて、補剛ビード部の最大幅を大きくする方が、境界部１８ａ，１８ｂの近傍に生じる最大主応力の最大値を効果的に低減できることが分かった。なお、所定の応力低減効果を期待して補剛ビード部を形成する場合には、直線状の補剛ビード部を形成するよりも、前後方向において幅が変化する補剛ビード部を形成する方が、補剛ビード部の体積を小さくすることができる。このため、前後方向において幅が変化する補剛ビード部を形成する場合には、補剛ビード部を形成することによる溶接構造部材の重量増加を抑制することができる。

本発明者らはさらに、前後方向において幅を変化させた補剛ビード部３０において、幅が最大となる部分（最大幅Ｗ２を示す部分）の前後方向における位置と、境界部１８ａ，１８ｂの近傍に生じる応力との関係について検討を行った。具体的には、上述の補剛ビード部３０の代わりに、図１０および図１１に示す補剛ビード部３０ａ，３０ｂを形成した解析モデル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。

なお、図１０に示す補剛ビード部３０ａが上述の補剛ビード部３０と異なるのは、補剛ビード部３０ａの幅が最大となる部分（破線で示す部分）の位置Ｐ_２が、補剛ビード部３０ａの前後方向における中心位置Ｐ_１よりも３ｍｍ前方に位置している点である。また、図１１に示す補剛ビード部３０ｂが上述の補剛ビード部３０と異なるのは、補剛ビード部３０ｂの幅が最大となる部分（破線で示す部分）の位置Ｐ_２が、補剛ビード部３０ａの前後方向における中心位置Ｐ_１よりも３ｍｍ後方に位置している点である。

なお、図１０および図１１に示す補剛ビード部３０ａ，３０ｂにおいて、破線よりも前方の部分および破線よりも後方の部分はそれぞれ、平面視において１／４楕円形状を有している。本解析では、補剛ビード部３０ａ，３０ｂの長さＬ２は３２．０ｍｍとし、最大幅Ｗ２は７．５ｍｍとして、補剛ビード部３０ａ，３０ｂの前後方向における中心位置Ｐ_１を変化させて、境界部１８ａ，１８ｂの近傍に生じる最大主応力を求めた。

図１２～図１５に解析結果を示す。具体的には、図１２および図１３は、補剛ビード部３０ａ，３０ｂの中心位置Ｐ_１と境界部１８ａ，１８ｂの近傍に生じる最大主応力の最大値との関係を示す図である。図１２および図１３に示すように、本解析でも、補剛ビード部３０を形成する場合と同様に、補剛ビード部３０ａ，３０ｂの中心位置Ｐ_１を適切に調整することによって、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（８３０ＭＰａ）よりも十分に小さくできることが分かった。

図１４は、補剛ビード部３０，３０ａ，３０ｂを形成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が最も低くなったときの値を比較した図である。なお、図１４に示す補剛ビード部３０の解析結果は、最大幅Ｗ２を７．５ｍｍに設定した場合の解析結果である。図１４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の最小値は、補剛ビード部３０ａを形成した解析モデル１０において最も低くなった。この結果から、補剛ビード部のうち幅が最大となる部分を、補剛ビード部の前後方向における中心よりも前方に位置付けることによって、応力低減効果がさらに向上することが分かった。

図１５は、補剛ビード部３０，３０ａ，３０ｂの幅が最大になる部分（幅最大部）の位置と境界部１８ａ，１８ｂの近傍に生じる最大主応力の最大値との関係を示す図である。なお、補剛ビード部３０の幅が最大になる部分は、図６に示すように、補剛ビード部３０の前後方向における中心位置Ｐ_１に等しい。一方、図１０および図１１に示すように、補剛ビード部３０ａ，３０ｂの幅が最大になる部分の前後方向における位置は、位置Ｐ_２である。

なお、図１５において、補剛ビード部の幅最大部の位置は、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。幅最大部の位置が正の値で示されている場合には、幅最大部の位置が位置Ｐ_０よりも前方の位置であることを意味し、幅最大部の位置が負の値で示されている場合には、幅最大部の位置が位置Ｐ_０よりも後方の位置であることを意味する。

図１５に示した結果から、補剛ビード部の幅最大部が、接合部材１４の前端部１４ｃ，１４ｄの位置Ｐ_０から前方に５ｍｍの位置よりも後方に位置していることが好ましく、位置Ｐ_０から後方に１５ｍｍの位置よりも前方に位置することが好ましいことが分かった。

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に示すように、溶接構造部材３１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部３６と、補剛ビード部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、溶接ビード部３６および補剛ビード部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に示すように、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３１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３１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に示すように、溶接ビード部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、溶接ビード部３６によって隅肉溶接されている。溶接ビード部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。補剛ビード部３８は、ベース部材３２の平面４２ａ上において、溶接ビード部３６に対して略平行に延びるように形成される。

本実施形態では、溶接ビード部３６は、１本のビード３６ａによって構成されているが、複数のビードによって構成されてもよい。また、本実施形態では、補剛ビード部３８は、複数（本実施形態では３本）のビード３８ａによって構成されているが、１本のビードによって構成されてもよい。溶接ビード部３６および補剛ビード部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、溶接ビード部３６および補剛ビード部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、溶接ビード部３６および補剛ビード部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、溶接ビード部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から溶接ビード部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から溶接ビード部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、溶接ビード部３６および補剛ビード部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に示すように、溶接ビード部３６は、接合部材３４の突き当て面４４ａと補剛ビード部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、溶接ビード部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、溶接ビード部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、溶接ビード部３６は、端部４６ｂよりも前方に突出している。本実施形態では、溶接ビード部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。溶接ビード部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。

補剛ビード部３８は、溶接ビード部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、溶接ビード部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部３８の長さが、左右方向における補剛ビード部３８の長さよりも長くなるように、補剛ビード部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、補剛ビード部３８の後端は、端部４６ａよりも後方に位置し、補剛ビード部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、補剛ビード部３８の後端が、端部４６ａよりも前方に位置していてもよく、補剛ビード部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、補剛ビード部３８は、幅（左右方向における長さ）が、補剛ビード部３８の後端から前方に行くにつれて増加した後、補剛ビード部３８の前端に向かって減少するように形成されている。本実施形態では、補剛ビード部３８の前後方向における中央部が、左右方向において溶接ビード部３６から離れる方向に膨らむように、複数のビード３８ａが設けられている。

本実施形態では、補剛ビード部３８において幅が最大となる部分（幅最大部）の前後方向における位置Ｐ_２は、突き当て面４４ａの端部４６ａから前方に５ｍｍの位置よりも後方に位置していることが好ましい。また、上記位置Ｐ_２は、補剛ビード部３８の前後方向における中心の位置Ｐ_１よりも前方に位置することが好ましい。さらに、補剛ビード部３８の前後方向における中心位置Ｐ_１は、突き当て面４４ａの端部４６ａから後方に０～１０ｍｍの範囲に位置していることが好ましい。なお、補剛ビード部３８の幅最大部は、端部４６ａの近傍に設けられることが好ましい。

なお、補剛ビード部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、補剛ビード部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、補剛ビード部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、補剛ビード部３８の長さＬは、５０．０ｍｍ以下に設定されることが好ましい。補剛ビード部３８の最大幅（左右方向における最大長さ）は、例えば、５．０～９．０ｍｍに設定される。また、本実施形態では、左右方向における補剛ビード部３８と突き当て面４４ａとの距離ｄは、例えば、１６．０ｍｍ未満に設定される。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３１では、上記のように補剛ビード部３８を形成することにより、溶接ビード部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３１の疲労強度を向上させることができる。

また、本実施形態では、突き当て面４４ａの端部４６ａの近傍であれば、補剛ビード部３８が指定位置（設計上、指定された位置）から多少ずれた位置に形成されたとしても、同様の応力抑制効果を得ることができる。さらに、本実施形態では、溶接ビード部３６の外側に、補剛ビード部３８を形成すればよい。これらの結果、溶接構造部材３１の疲労強度を容易に向上させることができる。

なお、上述の実施形態では、１つの補剛ビード部３８を有する溶接構造部材３１について説明したが、補剛ビード部３８の数は、上述の例に限定されない。例えば、図１９に示す溶接構造部材３１ａのように、突き当て面４４ａの端部４６ｂの近傍にも同様に、補剛ビード部３８を形成してもよい。

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３１ｂ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、溶接ビード部３６および一対の補剛ビード部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３１ｂが上述の溶接構造部材３１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、溶接ビード部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部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。溶接ビード部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（溶接ビード部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部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部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３１ｂ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溶接ビード部
２０，３０，３８補剛ビード部
３１，３１ａ，３１ｂ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部と、
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部に対して略平行に延びる補剛ビード部と、を備え、
前記接合部材の前記突き当て面、前記溶接ビード部および前記補剛ビード部を、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、
前記溶接ビード部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、
前記溶接ビード部は、前記突き当て面の前記端部よりも前方に突出しており、
前記補剛ビード部は、前記溶接ビード部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、前記溶接ビード部と同じ側に設けられ、
前記補剛ビード部の幅は、前記補剛ビード部の後端から前方に行くにつれて増加した後、前記補剛ビード部の前端に向かって減少する、溶接構造部材。
前記補剛ビード部のうち幅が最大となる部分は、前記突き当て面の前記端部から前方に５ｍｍの位置よりも後方に位置する、請求項１に記載の溶接構造部材。
前記補剛ビード部の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または２に記載の溶接構造部材。
前記補剛ビード部のうち幅が最大となる部分は、前記補剛ビード部の前後方向における中心よりも前方に位置する、請求項１から３のいずれかに記載の溶接構造部材。