JPH1110383A

JPH1110383A - 溶接部材及びその溶接部成形方法

Info

Publication number: JPH1110383A
Application number: JP9176479A
Authority: JP
Inventors: Nobuyoshi Masumoto; 展祥増本; Tatsushi Ito; 達志伊藤
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1997-06-17
Filing date: 1997-06-17
Publication date: 1999-01-19

Abstract

(57)【要約】【課題】溶接部材（即ち、溶接構造物）を大形化又は
重量化することなく、疲労限度を向上できる溶接部材及
びその溶接部成形方法の提供。【解決手段】溶接部(22)と非溶接部(21)とを有して溶
接部(22)が相手材(1) に溶接される溶接部材(2) におい
て、溶接部(22)に非溶接部(21)の板厚(to)を越える喉厚
を与える曲がりを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶接部材及びその
溶接部成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】よく知られる通り、溶接構造物の長期的
な品質確保は溶接部の疲労強度に依存する。そこで溶接
部の疲労強度を確保するため、開先形状や溶接欠陥阻止
法等の溶接条件の最適選択、溶接後の溶接部の表面研
磨、溶接後の溶接部の表面塗装による錆止め、溶接後の
溶接部の残留応力の除去、そして溶接部寸法の大形化等
が講じられている。この内、溶接部寸法の大形化は「溶
接部寸法が大きいほど疲労限度が向上する」との事実
（第１事実）に基づいている。そこで特に高繰り返し負
荷を受ける溶接構造物ではその構成部品である溶接部材
の板厚を、本来的には当該負荷に十分耐えられる板厚以
上の厚さとし、その厚い板厚の溶接部材で溶接するのが
普通である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが上記従来技術
には未解決とされる事項が多々ある。例えば溶接部寸法
の大形化は、必然的に溶接部材（即ち、溶接構造物）の
大形化又は重量化を招く。ところが「溶接部材（即ち、
溶接構造物）が大形化又は重量化するほど疲労限度が低
下する」という事実（第２事実）があり、上記第１事実
に対する背反事象となっている。

【０００４】本発明は、上記実情に鑑み、溶接部材（即
ち、溶接構造物）を大形化又は重量化することなく、疲
労限度を向上できる溶接部材及びその溶接部成形方法を
提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び効果】上記の目的を達
成するため、本発明に係る第１の溶接部材は、溶接部と
非溶接部とを有して溶接部が相手材に溶接される溶接部
材において、溶接部に非溶接部の板厚を越える喉厚を与
える曲がりを有することを特徴としている。

【０００６】上記第１構成によれば、次のような効果を
奏する。溶接部材（即ち、溶接構造物）なる母材に対し
本来的に加わる負荷は、非溶接部の薄い板厚で受け、一
方、溶接部における疲労強度は、非溶接部の板厚を越え
る喉厚を与える曲がりを有する（即ち、厚い板厚の）溶
接部で受ける。従って母材強度及び疲労強度に何ら問題
が生ずることなく、溶接部材（即ち、溶接構造物）を軽
量化できる。しかもこの軽量化によって母材（即ち、非
溶接部）の負荷が軽減され、かつ溶接部の負荷も軽減さ
れる（即ち、疲労強度が向上する）。従って溶接部材
（即ち、溶接構造物）を大形化又は重量化することな
く、疲労限度を向上できる。

【０００７】第２の溶接部材は、上記第１の溶接部材に
おいて、曲がりの先端部は相手材の溶接部に面接触又は
線接触する形状であることを特徴としている。

【０００８】上記第２構成によれば、次のような効果を
奏する。曲がりの先端部は相手材の溶接部に面接触又は
線接触して溶接されるが、先端部が相手材に密接してい
るため、すみ肉溶接等でよく見かける隙間欠陥等が生じ
難い。即ち密接部位間の溶け込みを十分に確保でき、溶
接欠陥の発生を未然に阻止できる。

【０００９】第３の溶接部材の溶接部成形方法は、溶接
部と非溶接部とを有して溶接部が相手材に溶接される溶
接部材の溶接部成形方法において、溶接部を塑性変形さ
せたときの曲がりが非溶接部の板厚を越える喉厚を与え
る寸法条件を設定する第１工程と、前記寸法条件に基づ
き溶接部を塑性変形させる第２工程と有することを特徴
としている。

【００１０】上記第３構成によれば、次のような効果を
奏する。塑性変形させた後、所定の喉厚ｔ１を設けるこ
ともできるが、これでは例えば形状が複雑であるとき、
所定の喉厚ｔ１を設けるときに生ずる例えば切断材が増
える（即ち、歩留りが大きい）。このような不都合を回
避したのが第３構成である。

【００１１】第４の溶接部材の溶接部成形方法は、溶接
部と非溶接部とを有して溶接部が相手材に溶接される溶
接部材の溶接部成形方法において、溶接部を塑性変形さ
せたときの曲がりが非溶接部の板厚を越える喉厚を与え
る寸法条件を設定する第１段階と、溶接部を塑性変形さ
せる第２段階と、溶接部を塑性変形させたとき曲がりの
先端部が相手材の溶接部に面接触又は線接触する形状に
成形する第３段階とを有することを特徴としている。
尚、第３段階での成形加工としては、切削加工や矯正加
工で構わない。

【００１２】上記第４構成によれば、次のような効果を
奏する。溶接部が面接触又は線接触する形状になるた
め、相手材の溶接部の組合せを精度良く行える。このた
め溶接部のバラツキが少なく、溶接品質が安定して得ら
れる。

【００１３】第５の溶接部材の溶接部成形方法は、上記
第３又は第４の溶接部材の溶接部成形方法において、第
３での第２工程又は第４での第２段階は、スピニング加
工、バーリング加工及びフランジ成形加工のいずれかか
ら選択されることを特徴としている。

【００１４】曲げ加工には、上記３種の加工法の外、鍛
造や絞り加工等を採用しても構わない。但し上記３種の
加工法の夫々は、小さな成形荷重で所望の溶接部の成形
形状を得られる。即ち大きな成形荷重を発生する成形機
を不要としている。尚、上記３種の加工法の夫々は、詳
細を後述する実施例において詳記するように、各種形状
の溶接部に対して実際試行され、そして第１〜第４構成
の夫々の作用効果を確実が確認されている。

【００１５】

【発明の実施の形態及び実施例】本発明に好適な実施例
を図１〜図１８を参照して説明する。図１に第１実施例
を示す。図１は溶接部材１（以下、相手材１とする）
と、溶接部材２との突き合わせ溶接を示す。相手材１は
非溶接部１１と、溶接部１２とを有する。そして溶接部
１２にはＪ形開先が施され、その先端が裏当て１２１と
なっている。一方、溶接部材２も非溶接部２１と、溶接
部２２とを有している。そして溶接部２２は、同図１に
示す通り、予め曲げられている。

【００１６】ここで曲げは、図２に示すように、非溶接
部２１を固定し、喉厚ｔ１（溶接深さ）と非溶接部２１
の板厚ｔｏとの関係が「ｔ１＞ｔｏ」となるように、寸
法設定され、この寸法に基づき、力Ｆを加えて曲げてあ
り、この喉厚ｔ１部が溶接部２２とされている。尚、曲
げ後の溶接部２２の先端部２２１は、図１にも示すよう
に、相手材１の裏当て１２１上面に密接するように、曲
げの前に切断等により成形してある。勿論、曲げの後に
切断等による成形をしても構わない。

【００１７】第１実施例の効果を表１の試験成績を参照
して説明する。

【００１８】

【表１】

【００１９】表１中には第１実施例の外、第１従来品と
第２従来品とが記載されている。第１従来品は、図３に
示す従来の突き合わせ溶接、第２従来品は、図４に示す
従来の裏当て突き合わせ溶接である。尚、第１、第２従
来品での溶接部材２Ａの板厚は第１実施例での溶接部材
２の非溶接部２１の板厚ｔｏと同じ、第２従来品での裏
当て材３の板厚は「ｔ１−ｔｏ」である。一方、第１従
来品での相手材１Ａは溶接部材２Ａの板厚ｔｏ相当の喉
厚ｔｏを有し、Ｊ形開先が施され、その先端が裏当て１
２１となっている。第２従来品での相手材１は第１実施
例での相手材１と同じである。

【００２０】即ち表１は、第１実施例、第１、第２従来
品の夫々の引っ張り成績及び曲げ成績を母材設定応力
（非溶接部２１に生ずる応力）、最大発生応力（溶接部
２２の複数サンプル部位での最大応力）、応力集中率
（＝最大発生応力／母材設定応力）及び寿命比（疲労強
度）で表したものである。即ち第１実施例における実際
効果は次の通り。

【００２１】（１）表１より第１実施例の疲労強度（寿
命比参照）は、引っ張りでは第１従来品と比べて１３．
５倍、第２従来品と比べて５倍、曲げでは第１従来品と
比べて３９．１倍、第２従来品と比べて７倍である。こ
のような長寿命化は同表１の応力集中率の低下でも現れ
ている。

【００２２】（２）また第１実施例での溶接部材２は、
曲げ後の溶接部２２の先端部２２１が相手材１の裏当て
１２１上面に密接するように予め成形してある。このた
め、すみ肉溶接でよく生ずる隙間欠陥等が生じ難い。即
ち第１実施例での先端部２２１と裏当て１２１上面との
密接部位の組織検査によれば、密接部位において、十分
な溶け込みが確認された。

【００２３】（３）即ち溶接部材２（即ち溶接構造物）
に対して本来的に加わる負荷は、非溶接部２１の薄い板
厚ｔｏで受け、一方、溶接部２２における疲労強度は、
非溶接部２１の板厚ｔｏを越える喉厚を与える曲がりを
有する（即ち、厚い板厚の）溶接部２２で受ける。従っ
て母材強度及び疲労強度に何ら問題が生ずることなく、
溶接部材２（即ち溶接構造物）を軽量化できる。しかも
この軽量化によって母材（即ち非溶接部２１）の負荷が
軽減され、かつ溶接部２２の負荷も軽減される（即ち疲
労強度が向上する）。従って溶接部材２（即ち溶接構造
物）を大形化又は重量化することなく、疲労限度を向上
できる。

【００２４】第２実施例を図５に示す。尚、第２実施例
及び後述する他の実施例（第３〜第８実施例）と、夫々
の図とにおいて、第１実施例と同一機能部材には同一符
号を付し重複説明を省略する。そして予め説明すれば、
これら実施例はいずれも第１実施例の構成を基礎として
いる。従ってこれら実施例はいずれも第１実施例の効果
と同様の効果を奏する。従って各実施例の説明では、第
１実施例とは異なる顕著な効果のみ、その都度述べるこ
ととする。

【００２５】即ち第２実施例は、図５に示すように、い
わゆる両フランジ溶接への適用例である。図示するよう
に、溶接部材１、２の溶接部１２、２２は共に予め曲げ
られ、喉厚を「ｔ１＞ｔｏ」の関係とされている。

【００２６】第３実施例は、図６に示すように、いわゆ
るレ形開先を有し、ルート間隔を備えて裏当て３を施し
た突き合わせ溶接したものである。他は、図示するよう
に、第１実施例と同様構成である。

【００２７】即ち第１〜３実施例から明らかなように、
第１実施例における溶接部材２（即ち溶接部２２に非溶
接部２１の板厚ｔｏを越える喉厚ｔ１を与える曲がりを
有する溶接部材２）は各種開先溶接に対し、また単なる
突き合わせ溶接として適用できる。尚、後者「単なる突
き合わせ溶接」とは、溶接部材２の溶接部２２の曲げ同
志の突き合わせによって開先が自生される構成（即ち第
２実施例）を指す。

【００２８】第４〜第８実施例を実際の溶接構造物に基
づき説明する。溶接構造物は図７に示す油圧式ショベル
４０のアーム４５（特に第２アーム４５４での各溶接部
位）を例に掲げている。先ず油圧式ショベル４０を詳述
する。

【００２９】油圧式ショベル４０は、図７に示すよう
に、下部走行体４１上に上部旋回体４２を有し、上部旋
回体４２上にエンジン４３と、一方のカウンタウエイト
４４と、他方の関節式の作業機４５とを有し、作業機４
５の先端にバケット４６を有して土砂を掘削自在とされ
ている。作業機４５は上部旋回体４２に基端をピン連結
され第１油圧シリンダ４５１によって俯仰自在とされた
ブーム４５２と、ブーム４５２の先端に基端をピン連結
され第２油圧シリンダ４５３によって俯仰自在とされた
アーム４５４と、アーム４５４に基端をピン連結されて
先端にバケット４６をピン連結する第３油圧シリンダ４
５５とを有して構成される。つまりバケット４６はアー
ム４５４の先端に基端をピン連結され第３油圧シリンダ
４５５によって回転自在とされている。

【００３０】従って油圧式ショベル４０は上部旋回体４
２の旋回や各油圧シリンダ４５１、４５３、４５５の作
動によって土砂を掘削することになるが、この掘削時、
バケット４６の前端に設けた複数本の刃先４６１が掘削
荷重を均等に受けないことや旋回動作等のために、車体
のフレーム（図示せず）は勿論のこと、特に作業機４５
等に曲げ、引っ張り、圧縮、捻じり等の繰り返し負荷が
生ずる。従って作業機４５はいわゆる箱形構造とされて
耐疲労強度化が図られている。即ち第４〜第８実施例は
かかる疲労強度を要請された作業機４５についてのもの
である。

【００３１】作業機４５の一方であるアーム４５４と、
これに装着された第３油圧シリンダ４５５とを図８に示
す。即ち第４実施例は図８のＸ１−Ｘ１断面図における
実施例であり、詳細は図９〜図１１の通りである（尚、
この実施例構成は図８のＸ２−Ｘ２断面図でもほぼ同様
構成となる）。第５実施例は図８のＸ３−Ｘ３断面図に
おける実施例であり、詳細は図１２〜図１４の通りであ
る。第６実施例は図８のＸ４−Ｘ４断面図における実施
例であり、詳細は図１５〜図１７の通りである。第７実
施例は図８のＸ５−Ｘ５断面図における実施例であり、
詳細は図１５、図１６、図１８の通りである。第８実施
例は図８のＸ６−Ｘ６断面図における実施例であり、詳
細は図１５、図１６、図１９の通りである。以下、第４
〜第８実施例夫々の詳細を述べる。

【００３２】第４実施例は図９〜図１１に示される。第
３油圧シリンダ４５５のロッド先端は、図８のＸ１−Ｘ
１断面図である図９に示す通り（図８のＸ２−Ｘ２断面
図である第３油圧シリンダ４５５のシリンダのボトム側
も同じ）、溶接部材２なるロッド２は円筒部材とされ、
相手材１なるピンボス部１（鋳鋼又は鍛造品）に対し、
図１０に示す通り第１実施例と同様に、ロッド２の溶接
部２２は予め曲げられ、喉厚ｔ１を非溶接部材の肉厚ｔ
ｏよりも厚く（ｔ１＞ｔｏ）されて突き合わせ溶接され
ている。

【００３３】ここで曲げは、図１１に示す通り、所謂ス
ピニング加工で曲げられる。即ち、抑え部材５１でロッ
ド２を固定し、型５２の先端をロッド２の先端の開口部
に挿入し押し当て、開口部外周からローラ５３をロッド
２の軸心Ｓ１の方向に強圧Ｐ１する。ここで抑え部材５
１と、型５２とを回転Ｐ２させることにより、ローラ５
３が回転しＰ３、ここローラ５３の前記強圧Ｐ１によっ
て開口部は先端より漸時窄まってゆく。所定の窄みを得
たとき、抑え部材５１及び型５２の回転を停止させ、か
つローラ５３を後退させてロッド２を取り外す。これに
より前記開口部の窄まりは「ｔ１＞ｔｏ」を満足する喉
厚ｔ１（即ち溶接部２２）となる。

【００３４】第５実施例は図１２〜図１４に示される。
アーム４５４の側板２（溶接部材２である）は、図８の
Ｘ３−Ｘ３断面図である図１２に示す通り、ブーム４５
２先端とのピン連結のためのボス部を有する例えば鋳鋼
品（相手材１）との突き合わせ溶接部位を有する。第５
実施例はこの突き合わせ溶接部位であり、同図１３
（ａ）の断面図及び（ｂ）の平面図に示す通り第１実施
例同様に、側板２の溶接部２２は予め曲げられ、喉厚ｔ
１を非溶接部材の肉厚ｔｏよりも厚く（ｔ１＞ｔｏ）さ
れてて突き合わせ溶接されている。

【００３５】ここで曲げは、図１４に示す通り、所謂バ
ーリング加工で曲げられる。即ち側板２をダイ６１とス
トリッパ６２との間に挟み込む。そして先細形状のパン
チ６３を側板２に設けた孔内に押し込んで孔内周を折り
曲げたものである。即ちこの折り曲げ部が側板２の溶接
部２２となる。

【００３６】第６〜第８実施例は図１５〜図１８に示さ
れる。アーム４５４の側板２（溶接部材２）は、図８の
Ｘ４−Ｘ４断面図である図１５（第６実施例）、Ｘ５−
Ｘ５断面図である図１６（第７実施例）、Ｘ６−Ｘ６断
面図である図１７（第８実施例）に示す通り、各種溶接
部形状を要請される。例えば第６実施例は図１５に示す
通り直線の溶接部２２を有し、第７実施例は図１６に示
す通り曲線の溶接部２２を有し、第８実施例は図１７に
示す通り直線間に挟まれた曲線の溶接部２２を有する。
このような溶接部２２も、同図１５（ａ）、１６
（ａ）、１７（ａ）に示す通り第１実施例と同様に、予
め曲げられ、喉厚ｔ１を非溶接部材の肉厚ｔｏよりも厚
く（ｔ１＞ｔｏ）されてて突き合わせ溶接されている。

【００３７】ここで曲げは、図１８に示す通り、所謂フ
ランジ成形加工で曲げられる。即ち側板２をダイ７１と
ストリッパ７２との間に挟み込んで先細形状のパンチ７
３を側板２の外周を押し込んで成形したものである。

【００３８】尚、上記スピニング加工、バーリング加工
及びフランジ成形加工は、油圧式ショベル４０のアーム
４５４という実機に基づく第４〜第８実施例において最
適とされた採択した加工法であるが、溶接部材や溶接部
の形状によっては、曲げ加工だけでなく鍛造等、また場
合によっては絞り加工等を採用しても構わない。

【００３９】即ち第４〜第８実施例によれば、次のよう
な効果を奏する。これら実施例をブーム４５２にも適用
したところ、作業機４５の強度を低下させることなく、
作業機４５の全体重量を約２８％軽減させた。具体的に
は従来の作業機４５の溶接部材２（特に側板や上下板）
の板厚はｔ１（＞ｔｏ）である。これに対し第４〜第８
実施例では溶接部２２だけをｔ１（喉厚ｔ１）とし、非
溶接部２１の板厚ｔｏ（即ち元板の板厚ｔｏである）と
したため、作業機４５の全体重量が、上記の通り、大幅
に低減したものである。

【００４０】そして実機である油圧式ショベル４０のカ
ウンタウエイト４４の重量は、油圧式ショベル４０のバ
ランス上の観点から、作業機４５の全体重量の前記軽量
化分の数倍分だけ軽量化できる（尚、機種によって倍率
は異なる）。このためカウンタウエイト４４を軽量化で
き、もってエンジン４３の燃料消費（即ち、例機の掘削
効率）を大幅に向上させた。即ち掘削効率の増大、省エ
ネ化を達成している。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例での突き合わせ溶接の説明図であ
る。

【図２】第１実施例での溶接部の曲げの説明図である。

【図３】第１従来品での突き合わせ溶接の説明図であ
る。

【図４】第２従来品での突き合わせ溶接の説明図であ
る。

【図５】第２実施例での突き合わせ溶接の説明図であ
る。

【図６】第３実施例での突き合わせ溶接の説明図であ
る。

【図７】油圧式ショベルの側面図である。

【図８】図７のアームの側面図である。

【図９】第４実施例なる図８のＸ１−Ｘ１断面図であ
る。

【図１０】図９のロッドの一部断面図である。

【図１１】図９のロッドの溶接部のスピニング加工を示
す図である。

【図１２】第５実施例なる図８のＸ３−Ｘ３断面図であ
る。

【図１３】図１２での側板の図であり、（ａ）は断面
図、（ｂ）は正面図である。

【図１４】図１３での側板の溶接部のバーリング加工を
示す図である。

【図１５】第６実施例での直線溶接部を有する側板の図
であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は正面図である。

【図１６】第７実施例での曲線溶接部を有する側板の図
であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は正面図である。

【図１７】第８実施例での直線溶接部と曲線溶接部とを
有する側板の図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は正面
図である。

【図１８】第６〜第８実施例での側板の溶接部のフラン
ジ成形加工を示す図である。

【符号の説明】

１相手材２溶接部材２１非溶接部２２溶接部ｔｏ板厚

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶接部と非溶接部とを有して溶接部が相
手材に溶接される溶接部材において、溶接部に非溶接部
の板厚を越える喉厚を与える曲がりを有することを特徴
とする溶接部材。
【請求項２】請求項１記載の溶接部材において、曲が
りの先端部は相手材の溶接部に面接触又は線接触する形
状であることを特徴とする溶接部材。
【請求項３】溶接部と非溶接部とを有して溶接部が相
手材に溶接される溶接部材の溶接部成形方法において、
溶接部を塑性変形させたときの曲がりが非溶接部の板厚
を越える喉厚を与える寸法条件を設定する第１工程と、
前記寸法条件に基づき溶接部を塑性変形させる第２工程
と有することを特徴とする溶接部材の溶接部成形方法。
【請求項４】溶接部と非溶接部とを有して溶接部が相
手材に溶接される溶接部材の溶接部成形方法において、
溶接部を塑性変形させたときの曲がりが非溶接部の板厚
を越える喉厚を与える寸法条件を設定する第１段階と、
溶接部を塑性変形させる第２段階と、溶接部を塑性変形
させたとき曲がりの先端部が相手材の溶接部に面接触又
は線接触する形状に成形する第３段階とを有することを
特徴とする溶接部材の溶接部成形方法。
【請求項５】請求項４記載の溶接部材の溶接部成形方
法において、第３段階の成形は、切削加工であることを
特徴とする溶接部材の溶接部成形方法。
【請求項６】請求項４記載の溶接部材の溶接部成形方
法において、第３段階の成形は、金型を用いて矯正する
矯正加工であることを特徴とする溶接部材の溶接部成形
方法。
【請求項７】請求項３又は４記載の溶接部材の溶接部
成形方法において、請求項３での第２工程又は請求項４
での第２段階は、スピニング加工、バーリング加工及び
フランジ成形加工のいずれかから選択されることを特徴
とする溶接部材の溶接部成形方法。