JPWO2014084317A1 - 隅肉アーク溶接継手の形成方法及び隅肉アーク溶接継手 - Google Patents

隅肉アーク溶接継手の形成方法及び隅肉アーク溶接継手 Download PDF

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Abstract

一筆書きで形成される隅肉ビード(53)の領域のうち、曲部に補剛用ビード(55A、55B)を形成する。このとき、補剛用ビード(55A、55B)の溶接開始位置が、隅肉ビードの近くの領域で、他の溶接ビードと交わらずに単独で存在しないようにする。

Description

本発明は、隅肉アーク溶接継手の形成方法及び隅肉アーク溶接継手に関し、特に、複数の金属部材を隅肉アーク溶接するために用いて好適なものである。
例えば、自動車分野では、環境保全のため、車体の軽量化による燃費の向上とともに、衝突安全性の向上が求められている。そのため、高強度鋼板を使用して薄肉化するとともに車体構造を最適化して、車体の軽量化と衝突安全性の向上を図るために、これまで種々の取組みがなされてきた。
車体の軽量化を図る高強度鋼板には、大きな疲労強度も求められる。通常、溶接部材に用いられる母材の疲労強度は鋼板強度に比例して増加するが、溶接継手の疲労強度は、鋼板の強度が増加しても殆ど増加しないことが知られている。このことが、高強度薄鋼板の使用による車体の軽量化を阻害している。
特に、サスペンションアームやサブフレームなどの足回り部材は、溶接部の疲労強度がより重要となる。これらの足回り部材の溶接には、隅肉アーク溶接が多く用いられる。したがって、足回り部材の軽量化を達成するには、隅肉アーク溶接継手の疲労強度を高めることが課題となる。
図1に、上側鋼材1と下側鋼材2とを重ね合わせ、上側鋼材1と下側鋼材2との当接部分の両側にできる隅部のうち、片側の隅部のみを溶接して形成した代表的な重ね隅肉溶接継手の断面形状を示す。このような重ね隅肉溶接継手においては、隅肉溶接ビード3の止端部4や、ルート部5に応力が集中し、疲労き裂が荷重と垂直の方向に進展して溶接継手が破壊する。そのため、疲労強度を向上するには止端部4やルート部5の応力集中を低減することが重要になってくる。なお、以下の説明では、隅肉溶接ビードを必要に応じて隅肉ビードと称する。
従来、隅肉溶接継手の疲労強度を向上させる手段として、適切な形状・位置にリブ等の補強部材を溶接することや、グラインダー処理や化粧盛り溶接などにより、溶接ビードの止端部を仕上げ加工することなどが行われている。しかしながら、別の部材を溶接するとコストの増加につながる。また、止端部の仕上げ加工では手間がかかる。したがって、これらの手段は、自動車部品のような大量生産品の製造に適用できる技術ではない。
また、溶接方法の観点から、止端部への応力集中を低減する技術が、特許文献1、2に提案されている。
特許文献1には、溶接金属の化学成分を最適化して止端部の曲率半径を大きくすることにより、止端部への応力集中を低減して疲労強度を向上させる方法が開示されている。
特許文献2には、鋼板の一面に他方の鋼板の端面を断面T形に突き合わせ、突き合わせ部分の両側に隅肉ビードを形成する際、溶接ビードを延長する溶接ビード構造が開示されている。
特許文献3には、平板状の部材の板面と角形部材とを突き合わせた際に平板状の部材に接する角形部材の稜の全ての部分に対して隅肉溶接する場合に、角形部材の角部に、互いに十字状に交差する直線状の溶接部分を形成することが開示されている。
しかしながら、特許文献1〜3に開示された技術では、図1に示すような鋼板1、2の重ね合わせ部の片側だけを溶接して形成した代表的な重ね隅肉溶接継手のルート部5への応力集中を低減する効果は期待できない。
また、特許文献2に開示された技術では、溶接ビードを延長することにより、溶接ビードの溶接開始点(始端部)と、溶接ビードの溶接終了点(終端部)の疲労強度は向上する。しかしながら、溶接ビードの中間部の疲労強度の向上に対しては効果がほとんどない。
また、特許文献3に開示された技術では、隅肉ビードの近くに単独で残る溶接開始点の数が多くなる。溶接開始点の止端部の形状は盛り上がり、この盛り上がり角度が急峻なため、溶接開始点が単独で存在していると、当該溶接開始点に容易に応力が集中する。
以上のように、特許文献1〜3に開示された技術では、薄い板厚の金属板を隅肉溶接することにより自動車足回り部材等の繰り返し荷重が付加される溶接構造部材を形成した場合に、疲労破壊の発生を抑制することが容易ではない。
特開平06−340947号公報 特開平09−253843号公報 特開昭51−14844号公報
そこで、本発明では、薄い板厚の金属部材を隅肉溶接することにより形成された溶接構造部材の疲労による割れの発生を抑制できるようにすることを目的とする。
本発明の隅肉アーク溶接継手の形成方法は、一方の金属部材の板面部分および板厚部分の少なくとも何れか一方と、他方の金属部材の板面部分との当接部分の端の領域である隅部であって、少なくとも一部に少なくとも1つの曲部がある隅部の少なくとも一部の領域に対して隅肉アーク溶接をして隅肉アーク溶接継手を形成する方法であって、前記隅部の前記曲部を含む領域に対し、前記隅肉アーク溶接により隅肉ビードを形成し、少なくとも1つの前記曲部の一個所または複数個所に、前記隅肉アーク溶接とは別のアーク溶接によって補剛用ビードを、当該補剛用ビードの溶接開始点または溶接終了点が前記隅肉ビードと重なるように形成し、前記一方の金属部材と前記他方の金属部材とのうち、前記補剛用ビードを形成しない他は前記隅肉アーク溶接継手と同じ条件で形成された隅肉アーク溶接継手に、前記隅肉アーク溶接継手に付加されることが想定される繰り返し荷重が付加された際に、より大きな引張応力が生じる方の前記金属部材の方向に前記補剛用ビードを形成し、前記一方の金属部材と前記他方の金属部材とのうち、少なくとも1つの金属部材は、3.2mm以下の板厚を有する金属板から形成されていることを特徴とする。
本発明の隅肉アーク溶接継手は、一方の金属部材の板面部分および板厚部分の少なくとも何れか一方と、他方の金属部材の板面部分との当接部分の端の領域である隅部であって、少なくとも一部に少なくとも1つの曲部がある隅部の少なくとも一部の領域に対して隅肉アーク溶接をすることにより形成される隅肉アーク溶接継手であって、前記隅部の前記曲部を含む領域に対し、前記隅肉アーク溶接により隅肉ビードが形成されており、少なくとも1つの前記曲部の一個所または複数個所に、前記隅肉アーク溶接とは別のアーク溶接によって補剛用ビードが形成されており、前記補剛用ビードは、当該補剛用ビードの溶接開始点または溶接終了点が前記隅肉ビードと重なるように形成されており、且つ、前記一方の金属部材と前記他方の金属部材とのうち、前記補剛用ビードを形成しない他は前記隅肉アーク溶接継手と同じ条件で形成された隅肉アーク溶接継手に、前記隅肉アーク溶接継手に付加されることが想定される繰り返し荷重が付加された際に、より大きな引張応力が生じる方の前記金属部材の方向に形成されており、前記一方の金属部材と前記他方の金属部材とのうち、少なくとも1つの金属部材は、3.2mm以下の板厚を有する金属板から形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、薄い板厚の金属部材を隅肉溶接することにより形成された溶接構造部材の疲労による割れの発生を抑制することができる。
図1は、重ね隅肉溶接継手の断面形状を示す図である。 図2は、重ね隅肉溶接継手を形成した試験片を示す図である。 図3は、補剛用ビードを配置しない場合と補剛用ビードを配置した場合について、疲労寿命(回)を示す図である。 図4は、補剛用ビードの硬さと鋼部材最大硬さとの差に応じた疲労寿命(回)を示す図である。 図5は、溶接構造部材の第1の例を示す図である。 図6は、溶接構造部材の第2の例を示す図である。 図7は、溶接構造部材の第3の例を示す図である。 図8は、溶接構造部材の第4の例を示す図である。 図9は、溶接構造部材の第5の例を示す図である。 図10は、溶接構造部材の第5の例を示す図である。
本発明の隅肉アーク溶接継手及びその形成方法の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
例えば、自動車用の薄鋼板を隅肉溶接する場合、生産性の観点から、薄鋼板の(表裏ではなく)片側のみにしか、隅肉ビードを置かないことがある。
例えば、一方の薄鋼板の板厚部分を他方の薄鋼板の板面部分に当接させて隅肉溶接する場合には、当該一方の薄鋼板と他方の薄鋼板の当接部分の両側にできる隅部のうち片側の隅部にしか、隅肉アーク溶接を行わないようにするのが普通である(後述する図5〜図8を参照)。
また、一方の薄鋼板の板面部分を他方の薄鋼板の板面部分に当接させて重ね隅肉溶接をする場合であっても、当該一方の薄鋼板と他方の薄鋼板の当接部分の両側にできる隅部のうち、片側の隅部にしか、隅肉アーク溶接を行わないようにするのが普通である(後述する図9、図10を参照)。
板厚が薄いので、隅部(接合部)の片側(表側)を隅肉溶接した後、すぐに板の反対側(裏側)を隅肉溶接すると、鋼板が冷え切っていないために、鋼板自体が溶け落ちるという問題があるからである。
なお、隅部(接合部)とは、一方の金属部材の板面部分および板厚部分の少なくとも何れか一方と、他方の金属部材の板面部分との当接部分の端の領域をいう。このような隅部(接合部)の少なくとも一部の領域に対して隅肉アーク溶接が行われる。
そこで、本発明者らは、少なくとも一方の鋼部材を板厚が3.2mm以下の薄鋼板とした2つの鋼部材の当接部分の両側にできる隅部(接合部)のうち、片側の隅部(接合部)のみを隅肉溶接した溶接構造部材を対象として疲労試験を行った。その結果、このような溶接構造部材では、隅肉ビードに疲労き裂が発生する場合があることが判明した。以下の説明では、2つの鋼部材の当接部分の両側にできる隅部(接合部)のうちの片側の隅部(接合部)を、必要に応じて、「片側の隅部(接合部)」と称する。
前述したように、足回り材等の溶接構造部材では、部材の構造上、両側の隅部(接合部)ではなく片側の隅部(接合部)に隅肉溶接される溶接個所がある。疲労き裂はそのような溶接個所で発生しやすいことが予想される。そこで、本発明者らは、基本的な重ね隅肉溶接継手を例に、疲労き裂の発生の原因と、疲労き裂の発生を抑制するための手段について検討した。
ここでは、図1に示される鋼板1、2の重ね部の片側の隅部のみを隅肉アーク溶接した重ね隅肉溶接継手を検討の対象とした。本発明者らは、隅肉アーク溶接によって形成された隅肉ビード3に、上側鋼板1に沿って引張力F1が作用し、下側鋼板2に沿って引張力F2が作用する場合に、鋼板1、2がどのように変形するかを、三次元有限要素法を用いて解析した。
その結果、上側鋼板1の中心軸(鋼板の厚みと幅の中心を通り、鋼板の長手方向に平行な1本の線)と下側鋼板2の中心軸とのずれにより、大きな曲げモーメントが発生し、下側鋼板2が、隅肉ビード3の近傍で曲がり、ルート部5が開口することが分かった。このことが、ルート部5への応力集中を高め、疲労き裂の発生を引き起こす原因であると考えられる。
そこで、本発明者らは、下側鋼板2の曲がりを抑制する手段についてさらに検討した。
その結果、図2に示すようにすれば、疲労き裂の発生を抑制することができることを確認した。すなわち、溶接開始点の位置が隅肉ビード3と重なるようにするとともに溶接終了点の位置が下側鋼板2の表面になるようにして、隅肉アーク溶接とは別のアーク溶接を行って、隅肉ビード3と別のアーク溶接ビード(補剛用ビード3A)を形成する。このようにすれば、補剛用ビード3Aが、前述した曲げモーメントが付加される方向に対する鋼板及び溶接金属の剛性を高める部材として機能して下側鋼板2の曲がりを抑制することができる。したがって、疲労き裂の発生を抑制することができる。前述したように、溶接ビードの始端部のビード形状は盛り上がる形状となるのに対し、終端部のビート形状は扁平となり、終端部の応力集中は低減するからである。
また、補剛用ビード3Aの溶接終了点を下側鋼板2にするのは、上側鋼板1の表面に対しては圧縮の応力が、下側鋼板2の表面に対しては引張の応力が作用するからである。すなわち、鋼板1、2のうち、補剛用ビード3Aを形成していない溶接構造部材に、溶接構造部材に想定される繰り返し荷重が付加された際に、より大きな引張の応力が作用する鋼板の方向に補剛用ビード3Aを形成する。
尚、各図では、楕円全体の領域が見えている箇所を溶接終了点として示している。
次に、実際の試験片を作成して補剛用ビードの効果について調べた。
試験片として、板厚2.3mm、板幅60mmの下側鋼板2に、板厚2.3mm、板幅35mmの上側鋼板1を上から重ね代20mmで重ね、重ね部を隅肉アーク溶接して、上側鋼板1の端部に、幅7mm、長さ40mmの隅肉ビード3を形成した試験片Aを作製した。
次に、隅肉ビード3に加え、さらに隅肉ビード3の中央部に一部が重なるように、ビードオン溶接により長さ10mm、幅6mmの補剛用ビード3Aを、隅肉ビード3を溶接開始点として形成した試験片Bを作製した(図2参照)。
これらの試験片A、Bの疲労試験を実施した。
その結果、図3に示すように、隅肉ビードの途中に補剛用ビードを形成した場合には、継手の疲労強度が向上することが確認された。
また、補剛用ビードと鋼板の硬さ(ビッカース硬さ)の大小関係による疲労寿命の変化について調べた。
硬さが182Hvの鋼板1、2を用いるとともに、硬さHwが150Hvの溶接金属を用いて、前述した試験片Aと同様の試験片Cを形成して疲労試験を実施した。
また、硬さが192Hvの鋼板1、2を用いるとともに、硬さHwがそれぞれ150、183、270の溶接金属を用いて、前述した試験片Bと同様の試験片D、E、Fを形成して疲労試験を実施した。
その結果、図4に示すように、補剛用ビードを付与するとことで疲労寿命が向上し、さらに、補剛用ビードの硬さHwが、鋼部材最大硬さHbよりも大きいと、さらに疲労寿命が向上することが分かった。
尚、図4の「−36」、「1」、及び「88」は、補剛用ビードの硬さHwから鋼部材最大硬さHbを減算した値を示す。また、鋼板最大硬さHbと補剛用ビードの硬さHwについては後述する。
また、T形断面の溶接継手のように、板厚部分と板面部分とが接合されて形成される隅肉アーク溶接継手の隅部を溶接するものが一般的である。この場合にも、鋼部材の形状によっては、片側の隅部しか溶接できない場合がある。本発明者らは、このような隅肉アーク溶接継手の片側の隅部のみに隅肉アーク溶接を行う場合でも、重ね隅肉アーク溶接と同様に取り扱うことができることを確認した。
以上のように補剛用ビードによる効果が確認されたので、続いて、この補剛用ビードにより鋼部材の剛性を高める手段を溶接構造部材の隅肉溶接に適用することについて検討した。
自動車用の溶接構造部材、特に足回り用の溶接構造部材では、前述した試験片のような板と板とを単純に重ね隅肉溶接したものなどは少なく、さまざまな形状の部材があり、また、繰返し荷重の付加される方向もさまざまである。そのような溶接構造部材に効果的な補剛用ビードの形成方法について検討した結果、一筆書きの要領で形成される隅肉ビードの領域のうち、溶接線が曲がっている部分である曲部の領域(第1の領域)の一個所または複数個所に補剛用ビードを形成することが有効であることが判明した。
特に、一筆書きの要領で形成される隅肉ビードの領域のうち、溶接線の屈曲部及び湾曲部の少なくとも何れか一方の領域(第2の領域)の一個所または複数個所に補剛用ビードを形成することが有効であることが判明した。
また、隅肉ビードの溶接開始点と溶接終了点とが連結しておらず、隅肉ビードの溶接開始点が溶接終了点と異なる位置にある場合には、前述した第1の領域または第2の領域のうち、隅肉ビードの溶接開始点よりも最大主応力の大きさ(引張応力)が大きい領域(第3の領域)の一個所または複数個所に補剛用ビードを形成することが有効であることが判明した。
特に、隅肉ビードの溶接開始点側を鋼材の隅部から延長している場合に、このような第3の領域の一個所または複数個所に補剛用ビードを形成することが有効であることが判明した。
また、前述した第1の領域、第2の領域、または第3の領域のうち、補剛用ビードを形成していない溶接構造部材に付加されると想定される繰り返し荷重を当該溶接構造部材に付加した際に疲労き裂が最初に発生する領域(第4の領域)に補剛用ビードを形成することが有効であることが判明した。疲労き裂が最初に発生する個所は最大主応力の大きさが最大(引張応力が最大)になる個所に対応する。
特に、隅肉ビードの溶接線の曲率が一定である場合には、このような第4の領域に補剛用ビードを形成することが有効である。
隅肉ビードにおける応力は、例えば、3次元CADを利用したFEM応力解析により、繰り返し荷重が溶接構造部材に負荷された時の応力の分布を求めることにより得ることができる。また、隅肉ビードにおける応力は、実際の溶接構造部材を用いて応力付加試験を行い、その際に歪ゲージなどを用いて歪の分布を調べることによっても得ることができる。
以下に、補剛用ビードを隅肉溶接ビードに適用する場合の具体例を、図5〜10に示す溶接構造部材を用いて説明する。なお、これらの例では、各図に示す白抜きの矢印方向に繰り返し荷重が付加されるものとする。
図5は、溶接構造部材の第1の例を示す図である。
図5に示す溶接構造部材50は、角型鋼管を用いたボックス材52の一つの側面(表面)に、チャンネル材(溝形鋼)51の一端部を当接させ、当接した部分のうち、チャンネル材51の板面の外側にある部分のみを隅肉溶接することにより形成される。
図5に示すように、隅肉ビード53を形成する際には、チャンネル材51とボックス材52の当接部であってチャンネル材51の板面の外側にある当接部の一端の領域を溶接開始点とせずに、当該領域よりも当接部に沿って一定の距離だけ当該領域から離れた箇所を溶接開始点として延長ビード54を形成した後、隅肉ビード53を連続して形成する。同様に、当該当接部の他端の領域を溶接終了点とせずに、当該領域よりも当該当接部に沿って一定の距離だけ当該領域から離れた箇所を溶接終了点として隅肉ビード53を形成した後、延長ビードを連続して形成する。
溶接構造部材50に形成される隅肉ビード53は、その途中に2つの屈曲部を有する。ここでは、溶接構造部材50に付加されると想定される繰り返し荷重を、補剛用ビードを形成していない溶接構造部材50に付加すると、当該屈曲部(チャンネル材(溝形鋼)51のコーナー部)の方が、隅肉ビード53(延長ビード)の溶接開始位置よりも、最大主応力の大きさが大きくなるものとする。
また、ここでは、溶接構造部材50に付加されると想定される繰り返し荷重を、補剛用ビードを形成していない溶接構造部材50に付加した際に疲労き裂が最初に発生する個所は、当該屈曲部であるとする。
そこで、ここでは、隅肉ビード53の2カ所の屈曲部が溶接開始点となり、ボックス材52の表面が溶接終了点となるように、それぞれ補剛用ビード55A、55Bを形成する。補剛用ビードは一箇所に1本ずつ形成すれば十分である。
図6は、溶接構造部材の第2の例を示す図である。
図6に示す溶接構造部材60は、円形鋼管を用いたパイプ状のボックス材62の表面に、チャンネル材(一端をパイプ材の形状に合わせて加工した溝形鋼)61の当該一端部を当接させ、当接した部分のうち、チャンネル材61の板面の外側にある部分のみを隅肉溶接することにより形成される。
図6に示すように、隅肉ビード63を形成する際には、チャンネル材61とボックス材62の当接部であってチャンネル材61の板面の外側にある当接部の一端の領域を溶接開始点とせずに、当該領域よりも当接部に沿って一定の距離だけ当該領域から離れた箇所を溶接開始点とし、延長ビード64を形成した後、隅肉ビード63を連続して形成する。同様に、当該当接部の他端の領域を溶接終了点とせずに、当該領域よりも当接部に沿って一定の距離だけ当該領域から離れた箇所を溶接終了点とし、隅肉ビード63を形成した後、延長ビードを連続して形成する。
溶接構造部材60に形成される隅肉ビード63も、図5に示した溶接ビード53と同様に、途中に2つの屈曲部を有する。そこで、ここでは、隅肉ビード63の2カ所の屈曲部の位置が溶接開始点となり、ボックス材62の表面が溶接終了点となるように、それぞれ補剛用ビード65A、65Bを形成する。補剛用ビードは一箇所に1本ずつ形成すれば十分である。また、隅肉ビード63には、ボックス材62の曲率と同一の曲率(0を上回る一定の曲率)を有する領域がある。溶接構造部材60では、この領域よりも、屈曲部の方が最大主応力の大きさが大きくなるものとし、ここでは、この領域には補剛用ビードを形成していない。
図7は、溶接構造部材の第3の例を示す図である。
図7に示す溶接構造部材70は、角型鋼管を用いたボックス材72の一つの側面(表面)に、円形鋼管を用いたパイプ状のチャンネル材71の一端部を当接させ、当接した部分のうち、チャンネル材71の板面の外側にある部分のみを隅肉溶接することにより形成される。
図7に示すように、隅肉ビード73の溶接開始点と溶接終了点とは連結され、隅肉ビード73には始端部と終端部が(独立して)存在しない。
溶接構造部材70に形成される隅肉ビード73は、概ね、チャンネル材71の曲率と同一の曲率(0を上回る一定の曲率)を有する。そこで、溶接構造部材70に付加されると想定される繰り返し荷重を、補剛用ビードを形成していない溶接構造部材70に付加した際に疲労き裂が最初に発生する個所が溶接開始点となり、ボックス材72の表面が溶接終了点となるように、補剛用ビード74を形成する。具体的に、ここでは、荷重が付加される側と正反対の箇所を補剛用ビード74の溶接開始点とする。補剛用ビードは一箇所に1本ずつ形成すれば十分である。
また、図7では、隅肉ビード73に1本の補剛用ビード74を配置している。しかしながら、より強度を高めるために、例えば、補剛用ビード74から一定の距離を置いて、補剛用ビード74の両側に、それぞれ1本ずつ計2本の補剛用ビードを配置してもよい。
図8は、溶接構造部材の第4の例を示す図である。
図8に示す溶接構造部材80は、角型鋼管を用いたボックス材82の一つの側面(表面)に、薄鋼板を成形して上面と下面とが開口した中空直方体形状としたチャンネル材81の一端部を当接させ、当接した部分のうち、チャンネル材81の板面の外側にある部分のみを隅肉溶接することにより形成される。
図8に示すように、隅肉ビード83の溶接開始点と溶接終了点とは連結され、隅肉ビード83には始端部と終端部が(独立して)存在しない。
溶接構造部材80に形成される隅肉ビード83は途中に4つの屈曲部を有する。ここでは、溶接構造部材80に付加されると想定される繰り返し荷重を、補剛用ビードを形成していない溶接構造部材80に付加した際に疲労き裂が最初に発生する個所は、当該屈曲部になるものとする。
そこで、ここでは、隅肉ビード83の4カ所の屈曲部の位置が溶接開始点となり、ボックス材82の表面が溶接終了点となるように、それぞれ補剛用ビード84A、84B、84Cを形成する。補剛用ビードは一箇所に1本ずつ形成すれば十分である。
ここで、後述する実施例(表2の試験片記号C9、D12、C10等)の結果から、本発明者らは、隅肉アーク溶接を行って溶接される鋼部材の少なくとも一方の鋼部材が、板厚3.2mm以下の鋼板から形成される溶接構造部材では、補剛用ビードの溶接開始位置を隅肉ビード側にせずにボックス材側にすると、補剛用ビードを形成しても、疲労寿命が向上せず、むしろ低下する場合もあることを見出した。すなわち、本発明者らは、補剛用ビードの溶接開始位置が、隅肉ビードの近くの領域で、他の溶接ビードと交わらずに単独で存在していると、補剛用ビードを形成しても、疲労寿命が向上せず、むしろ低下する場合もあることを見出した。
そこで、本実施形態では、前述したように、補剛用ビードの溶接開始位置が、隅肉ビードの近くの領域で、他の溶接ビードと交わらずに単独で存在せず、且つ、隅肉ビードと重なる領域であって、隅部の曲がっている領域(曲部)に溶接開始点または溶接終了点が位置するように、補剛用ビードを形成することを原則とする。
また、特許文献3に記載の技術では、隅部から延長している溶接ビードと隅部の溶接ビードとが一筆書きの要領で形成される(すなわち、これらの溶接ビードが同一のアーク溶接により形成される)。このために、隅肉ビードの近くの位置で、他の溶接ビードと交わらずに単独で存在してしまう溶接開始点の数が必要以上に多くなってしまう。
これに対し、本実施形態では、1回の溶接作業で一筆書きの要領で形成される隅肉ビードの溶接開始点から溶接終了点の間の領域であって、隅部の曲がっている領域(曲部)に、補剛用ビードを形成する。
また、隅肉ビードの溶接作業と補剛用ビードの溶接作業とを別々に行う。すなわち、隅肉ビードと補剛用ビードとを別のアーク溶接で形成し、隅肉ビードと重なるように形成される補剛用ビードの溶接開始点または溶接終了点が、隅肉ビードと区別される状態で残るようにする。
以上のようにすることにより、補剛用ビードの溶接開始点及び溶接終了点の位置の自由度が向上する。したがって、隅肉ビードの近くの位置で、他の溶接ビードと交わらずに単独で存在してしまう溶接開始点の数が必要以上に多くなってしまうことを抑制することができる。
以上の図5〜図8は、一方の鋼部材の板厚部分と他方の鋼部材の板面部分が相互に接合された隅肉アーク溶接継手の例を示すものである。
図9は、溶接構造部材の第5の例を示す図である。
図9に示す溶接構造部材90は、チャンネル材(両側のフランジ部の先端部のそれぞれが一定の曲率で湾曲するように加工された溝形鋼)91の両側のフランジ部の裏面をボックス材92の相互に対向する側面に取り付け、フランジ部の先端部を重ね隅肉溶接することにより形成される。図9に示すように、隅肉ビード93を形成する際には、フランジ部の先端部と基端部との境界(前記湾曲した領域とその他の領域と境界)の一端の領域を溶接開始点とせずに、当該領域よりも当該湾曲した領域の曲率に沿って一定の距離だけ当該領域から離れた箇所を溶接開始点として延長ビード94Aを形成した後、隅肉ビード93を連続して形成する。同様に、フランジ部の先端部と基端部との境界の他端の領域を溶接終了点とせずに、当該領域よりも前記湾曲した領域の曲率に沿って一定の距離だけ当該領域から離れた箇所を溶接終了点として隅肉ビード93を形成した後、延長ビード94Bを連続して形成する。
溶接構造部材90に形成される隅肉ビード93は、概ね、チャンネル材91のフランジ部の先端部の曲率と同一の曲率(0を上回る一定の曲率)を有する。そこで、溶接構造部材90に付加されると想定される繰り返し荷重を、補剛用ビードを形成していない溶接構造部材90に付加した際に疲労き裂が最初に発生する個所が溶接開始点となり、ボックス材92の表面が溶接終了点となるように、補剛用ビード95を形成する。具体的に、ここでは、隅肉ビード93の溶接線に沿う方向の中央部(最深部)を補剛用ビード95の溶接開始点とする。補剛用ビードは一箇所に1本ずつ形成すれば十分である。
また、図9では、隅肉ビード93の最深部に1本の補剛用ビード95を配置している。しかしながら、より強度を高めるために、例えば、隅肉ビード95の全長の1/3と2/3の長さ位置の付近に、それぞれ1本ずつ計2本の補剛用ビードを配置してもよい。
前述したように、チャンネル材91のフランジ部の反対側にも、隅肉ビード93、延長ビード94A、94B、及び補剛用ビード95と同様に、重ね隅肉ビード、延長ビード、及び補剛用ビードが形成されている。
図9は、一方の鋼部材と他方の鋼部材の板面部分同士が相互に接合された隅肉アーク溶接継手(重ね隅肉アーク溶接継手)の例を示すものである。
図10は、溶接構造部材の第6の例を示す図である。
図10に示す溶接構造部材100は、角型鋼管を用いたボックス材52と、角型鋼管の先端部の相互に対向する二組の面のうち一組の面がボックス材52の形状に合わせて切り取られたフランジ材51とを用いて構成される。フランジ材51の先端部の切り取られていない部分の裏面がボックス材52の表面と当接するとともに、フランジ材51の先端部が切り取られた部分の板厚部分がボックス材52の表面に当接するように、ボックス材52とフランジ材51とが組み合わせて、当接部を隅肉溶接することにより溶接構造部材100が形成される。
溶接構造部材100に形成される隅肉ビード103は、その途中に屈曲部を有する。溶接構造部材100に付加されると想定される繰り返し荷重を、補剛用ビードを形成していない溶接構造部材100に付加した際に疲労き裂が最初に発生する個所は、フランジ材51の先端部が切り取られた部分の板厚部分とボックス材52の表面とが当接している隅部における屈曲部であるとする。
そこで、ここでは、隅肉ビード103のこれら2カ所の屈曲部の位置が溶接開始点となり、ボックス材102の表面が溶接終了点となるように、それぞれ補剛用ビード104A、104Bを形成する。補剛用ビードは一箇所に1本ずつ形成すれば十分である。
図10は、一方の鋼材の板面部分と板厚部分の双方が他方の鋼材の板面部分に接合された隅肉アーク溶接継手の例を示すものである。また、図10に示すように、隅部の屈曲部の全てに対して補剛用ビードを形成しなくてもよい。
以上、本実施形態の基本的な事項について説明したが、本実施形態を構成する個々の要件や好ましい要件についてさらに詳細に説明する。
(溶接構造部材)
本実施形態では、隅肉アーク溶接を行って溶接される鋼部材の少なくとも一方の鋼部材が、板厚3.2mm以下の鋼板から形成される溶接構造部材(隅肉アーク溶接継手)を対象とする。また、振動荷重のような繰り返し荷重が付加される溶接構造部材(隅肉アーク溶接継手)を対象とする。
そのような溶接構造部材は、隅肉溶接ビードの止端部またはルート部に疲労き裂が発生しやすく、簡単な手段により疲労強度を向上させることが求められているためである。
また、隅部が少なくとも1つの曲部を有する溶接構造部材を対象とする。さらに、当該曲部の少なくとも1つを含むように隅肉ビードが一筆書きの要領で形成される溶接構造部材を対象とする。当該曲部は屈曲部であっても湾曲部であってもよい。また、曲部の曲率は一定であってもよいし、変化してもよい。また、一筆書きの要領で形成された隅肉ビードが少なくとも1つあれば、1つの溶接構造部材に形成する隅肉ビードの数は、1つであっても複数であってもよい。
このような溶接構造部材であれば、隅肉ビードの形成に用いる溶接機及び溶接材料を用いて、隅肉溶接の後に続いて補剛用ビードの溶接を行うことにより、簡単に溶接構造部材の疲労強度を向上させることができる。
(補剛用ビードの配置態様)
補剛用ビードの溶接開始位置または溶接終了位置は、隅肉ビードと重なるように形成する必要がある。補剛用ビードが隅肉ビードと離れて形成されると、鋼板の剛性を高める部材として機能しないからである。
本実施形態では、隅肉ビードと重なる位置を溶接開始点にするとともに、隅部(接合部)を構成する鋼部材のうち、表面により大きな引張の応力が作用する鋼部材の表面を溶接終了点として、補剛用ビードを形成することを原則とする。前述したように、溶接開始点では、止端部の形状が盛り上がり、且つ、盛り上がりの角度が急峻なため、容易に応力集中が生じるからである。
ただし、2つの独立した隅肉ビードに対して補剛用ビードを共用させる場合には、補剛用ビードの溶接開始点は一方の隅肉ビードと重なり、溶接終了点は他方の隅肉ビードと重なることになる。すなわち、補剛用ビードの溶接開始点と溶接終了点との何れかが隅肉ビードと重なるようにし、且つ、補剛用ビードの溶接開始点が他の溶接ビードと交わらずに単独で存在しないようにしていればよい。このようにすれば、補剛用ビードの溶接開始点の位置のビード形状が盛り上がることを抑制できるからである。
また、溶接構造部材において、繰り返し荷重が付加されても応力が殆ど発生しないような個所や、繰り返し荷重が付加されて応力が発生しても破断する虞がない個所がある場合には、当該箇所を補剛用ビードの溶接開始点としてもよい。このようにする場合には、補剛用ビードの溶接開始点が他の溶接ビードと交わらずに単独で存在することになる。このような個所を補剛用ビードの溶接開始点にすれば、当該個所のビード形状が盛り上がっていても、隅肉アーク溶接継手の疲労強度に大きな影響を与えないからである。
また、補剛用ビードを隅肉溶接ビードの上に形成してもよいし、予め補剛用ビードに相当する溶接ビードを隅肉溶接の前に配置しておき、その上に隅肉ビードを配置することも可能である。すなわち、補剛用ビードの溶接開始位置または溶接終了位置が隅肉ビードと重なるようにしていれば、補剛用ビードは隅肉ビードの上にあっても下にあってもよい。
一方、本実施形態では、補剛用ビードの溶接終了点は、前述したように、隅部(接合部)を構成する鋼部材のうち、溶接構造部材に繰り返し荷重が付加された際に、より大きな引張の応力が作用する鋼板の領域とすることを原則とする。溶接終了点では、ビード形状が扁平となるので、応力集中が生じにくいからである。
隅肉ビードに対する補剛用ビードの配置位置は、前述した第1の領域を有することを前提として、第2の領域、第3の領域、及び第4の領域の少なくとも何れか1つの領域の一個所または複数個所となる。また、このような領域に補剛用ビードを配置していれば、その他の領域に補剛用ビードを配置してもよい。
(補剛用ビードの長さLa)
補剛用ビードの長さLaは、下記の(A)の条件を満たすようにするのが好ましい。
(A) 補剛用ビードの長さLa≧隅肉ビードの幅W×2
ここで、補剛用ビードの長さLaは、隅肉ビードと補剛用ビードとの接点を起点として、補剛用ビードの溶融端までの長さである。
補剛用ビードの長さLaが短い場合には十分に鋼部材の剛性を高めることができず、溶接継手の疲労強度を向上させる機能を発揮できない。隅肉ビードの止端部から突出する補剛用ビードの長さLaが隅肉ビードの幅W以上であれば、溶接構造部材に付加される荷重の程度によっては疲労強度を向上させる機能を発揮できるが、より剛性を高めるためには、補剛用ビードの長さを隅肉ビードの幅Wの2倍以上とするのが好ましい。
また、補剛用ビードの長さLaの上限は、溶接で製造する鋼製品の形状・構造により制約を受ける。例えば、隅肉ビードの長さをLとすると、補剛用ビードの長さLaを0.5×L未満にすることができる。
(補剛用ビードの高さHa)
補剛用ビードの鋼部材の表面からの高さHaは、補剛用ビードを形成する鋼部材の厚さt(mm)に対して、下記の(B)の条件を満たすのが好ましい。
(B) 補剛用ビードの高さHa≧鋼部材の厚さt×0.5
補剛用ビードの高さHaが、補剛用ビードが形成される鋼部材の厚さtの0.5倍(=t/2)未満であると、補剛用ビードとしての機能を十分に発揮しない。補剛用ビードの高さHaが大きいほど、その効果は大きいが、鋼板への裏抜けや溶け落ちを避けるため自ずと限界がある。したがって、補剛用ビードの高さHaを、補剛用ビードが形成される鋼部材の厚さt以下にするのが現実的である。
(補剛用ビードの幅Wa)
また、補剛用ビードの幅Waは、下記の(C)の条件を満たすようにするのが好ましい。
(C) 補剛用ビードの幅Wa≧隅肉ビードの幅W×0.5
補剛用ビードの幅Waが隅肉ビードの幅Wの0.5倍(W/2)未満であると、補剛用ビードとしての機能を十分に発揮しない。補剛用ビードの幅Waの上限は、特に定めないが、補剛用ビードの高さHaと同様に、裏抜けや溶け落ちない範囲で補剛用ビードを形成する必要があるので、その観点から自ずと定まる。
なお、自動車用の溶接構造部材の溶接は、ロボットによる自動溶接によって行われるので、隅肉ビードを施工する溶接機、及び溶接材料をそのまま用いて補剛用ビードを形成することが効率的であり、その条件で十分に疲労特性を向上させる効果が得られる。しかし、溶接構造部材によって求められる疲労強度も異なるので、補剛用ビードの長さ、幅、および高さは前述した範囲内で選択するのが好ましい。
(補剛用ビードの硬さHw)
補剛用ビードの硬さ、すなわち、補剛用ビードの溶接金属の硬さHwは、補剛用ビードが置かれる方の鋼部材の鋼板最大硬さHbに対して、下記の(D)の条件を満たすようにするのが好ましい。
(D) 補剛用ビードの溶接金属の硬さHw>鋼板最大硬さHb
補剛用ビードの溶接金属の硬さHwが、鋼板最大硬さHbより大きいと、溶接止端部へのひずみの集中が抑制され、疲労寿命(回数)を向上させることができる。
補剛用ビードの溶接金属の硬さHwは以下のように測定する。まず、溶接構造部材の補剛用ビードが形成された部分を、補剛用ビードの長手方向の中央において、溶接線に対し垂直に切断して、切断面を研磨する。そして、当該切断面の位置であって、鋼板(母材)表面から板厚方向に0.2mm深さの位置において、鋼板(母材)表面と平行方向に硬さを測定する。具体的には、当該位置における溶融境界の一点を起点として、溶接金属方向に0.2mm間隔で5点のビッカース硬さをビッカース硬さ計で測定し、測定値の算術平均値を算出する。なお、平均値は、溶融境界の硬さを除外した5点で算出する。測定に際して付加する荷重は、1kgfが好ましい。
鋼板最高硬さHbは以下のように測定する。まず、溶接構造部材の補剛用ビードが形成された部分を、補剛用ビードの長手方向の中央において、溶接線に対し垂直に切断して、切断面を研磨する。そして、当該切断面の位置であって、鋼板(母材)表面から板厚方向に0.2mm深さの位置において、鋼板(母材)表面と平行方向に硬さを測定する。具体的には、当該位置における溶融境界の一点を起点として、母材方向に0.2mm間隔で、溶融境界から10mm離れた位置までビッカース硬さをビッカース硬さ計で測定し、そのうち最大の値を鋼板最高硬さHbとする。なお、鋼板最高硬さHbを求める際に溶融境界の硬さは除外する。測定に際して付加する荷重は、1kgfが好ましい。また、補剛用ビードの溶接金属の硬さHw(ビッカース硬さ)を測定する際の起点と、鋼板最高硬さHb(ビッカース硬さ)を測定する際の起点とを一致させ、且つ、補剛用ビードの溶接金属の硬さHw(ビッカース硬さ)を測定する方向と、鋼板最高硬さHb(ビッカース硬さ)を測定する方向とを互いに反対向き(これらの方向のなす角度を180°)にする。
(補剛用ビードの角度)
補剛用ビードの角度γは、下記(E)の条件を満たすようにするのが好ましい。
(E) 45°≦補剛用ビードの角度γ≦135°
補剛用ビードが鋼板の剛性を高め、曲がりを抑制する機能を発揮するためには、補剛用ビードの角度γは45〜135°であることが好ましい。角度γが45°未満又は135°超であると、補剛用ビードの前記機能が低下する。
ここで、図5〜図9に示すようして補剛用ビードを形成する場合(隅部(接合部)における曲部が、ボックス材52、62、72、82、92の一つの面において構成される場合)には、補剛用ビードの角度γは、隅肉ビードの補剛用ビードと重なる点における接線に対する角度である。
一方、図10に示すようにして補剛用ビードを形成する場合(隅部(接合部)における曲部が、ボックス材102の連続する二つの面において構成される場合)には、補剛用ビードの角度は、当該二つの面のうち補剛用ビードが形成される面の隅肉ビードと補剛用ビードとのなす角度とする。
(その他の要件)
隅肉ビードの施工時や補剛用ビードの施工時のアーク溶接条件や使用する溶接ワイヤの組成は、常法に従えばよく、特定のものに限定されない。ただし、前記のように、同じ溶接機器を用いて隅肉ビードの施工と補剛用ビードの施工とを連続的に行うことが生産上好ましい。しかし、補剛用ビードの鋼板の剛性を高める機能が担保される限り、両者の溶接条件や使用する溶接ワイヤの組成が異なってもよい。
また、溶接継手では、隅肉ビードに重なるように補剛用ビードを形成するために、溶接継手の周辺に、補剛用ビードを、所要の角度、及び、所要の長さ、高さ、幅で形成し得る領域があることが必要である。
以上のように本実施形態では、溶接構造部材が繰り返し振動応力にさらされる場合でも、補剛用ビードを付与するという簡単な手段により、疲労破壊の発生を顕著に抑制することができる。
以上のように、補剛用ビードの付与のみでも鋼部材の疲労強度を大きく向上させることができる。ただし、溶接の開始点及び終了点における応力集中を低減する施工と、補剛用ビードの施工とを組み合わせるとより疲労強度を向上した継手を得ることができる。例えば、図5、図6、図9に示したように、隅肉ビードを隅部から延長し、隅部と離れた位置に隅肉ビードの溶接開始点と溶接終了点とのそれぞれを配置したうえで(すなわち前述した延長ビードを形成したうえで)、補剛用ビードを付与することができる。ただし、このような隅肉ビードの延長は、必ずしも必要ではない。
また、本発明者らは、鋼部材以外の金属部材であっても、本実施形態の手法を適用することができることを確認した。例えば、鋼部材の代わりに、アルミニウム部材またはステンレス部材に本実施形態の手法を適用することができる。また、本発明者らは、異種の金属部材についても本実施形態の手法を適用することができることを確認した。
尚、以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
次に、本発明の実施例について説明する。実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
図5〜図10に示す形状の溶接構造部材50、60、70、80、90、100を作製した。また、補剛用ビードの溶接開始点と溶接終了点を入れ替えた他は、図5〜図10に示す形状の溶接構造部材50、60、70、80、90、100と同じ溶接構造部材を作製した。また、補剛用ビードを形成しない他は、図5〜図10に示す形状の溶接構造部材50、60、70、80、90、100と同じ溶接構造部材を作製した。
そして、これらの溶接構造部材を疲労試験に供した。
溶接構造部材に用いた鋼部材と溶接材料を、表1に示す。表1において、鋼材Aおよび鋼材Bの2種類の鋼部材を用いた。尚、鋼板Aおよび鋼板Bとして、それぞれ2つの板厚(2.3mm、2.6mm)のものを用意した。また、ワイヤAおよびワイヤBの2種類の溶接材料を用いた。ワイヤAおよびワイヤBの径は1.2mmである。
Figure 2014084317
本実施例において、図5に示すに示すボックス材52の大きさは、300mm×150mm×50mmである。チャンネル材51の大きさは、フランジ幅80mm×ウエブ幅75mm×高さ80mmである。
本実施例において、図6に示すボックス材62の大きさは、直径150mm×高さ(軸方向の長さ)300mmである。チャンネル材61の大きさは、フランジ幅80mm×隅部(接合部)のウエブ幅75mm×高さ(最大値)80mmである。
本実施例において、図7に示すボックス材72の大きさは、300mm×100mm×50mmである。チャンネル部材71の大きさは、直径50mm×高さ(軸方向の長さ)150mmである。
本実施例において、図8に示すボックス材82の大きさは、300mm×150mm×50mmである。チャンネル材81の大きさは、180mm×75mm×56mmである。
本実施例において、図9に示すボックス材92の大きさは、300mm×100mm×50mmである。チャンネル材91の大きさは、フランジ幅75mm×ウエブ幅105mm×高さ80mmである。チャンネル材81のフランジの先端の曲率半径は50mmである。
本実施例において、図10に示すボックス材102の大きさは、300mm×100mm×50mmである。チャンネル材101は、180mm×75mm×56mmの角型鋼管の56mmの長さの部分を先端から30mm切り欠いたものである。
補剛用ビードの溶接開始点(表2の補剛用ビードの開始位置)を、隅肉ビードの上にする場合と、ボックス材上にする場合とのそれぞれについて補剛用ビードを形成した。
また、補剛用ビードの溶接開始点を、隅肉ビードの上にするとともに、補剛用ビードの溶接終了点(表2〜表12の補剛用ビードの終了位置)を、ボックス材の上にする場合と、補剛用ビードの溶接開始点を、隅肉ビードの上にするとともに、補剛用ビードの溶接終了点を、チャンネル材上にする場合とのそれぞれについて補剛用ビードを形成した。
また、補剛用ビードを、隅部(接合部)における曲部に形成した場合と、隅部における直線部に形成した場合とのそれぞれについて補剛用ビードを形成した。
また、補剛用ビードの長さLa、補剛用ビードの高さHa、および補剛用ビードの幅Waを変えて補剛用ビードを形成した。
溶接条件は、以下の通りである。
<共通する溶接条件>
溶接方式 消耗式電極溶接
溶接電源 DP350(株式会社ダイヘン製)
溶接モード DC−Pulse
溶接姿勢 下向き水平
チップ鋼板間距離(突き出し長さ) 15mm
シールドガス種 Ar+20%CO
シールドガス流量 20L/min
<隅肉ビードの形成条件>
トーチ角度 下板からの起こし角60°、前進角0°
ねらい位置 重ね部の隅
溶接速度 80cm/min
溶接電流及び電圧 アンダーカットが出ない値を設定
一例:板厚2.3mmの隅肉アーク溶接の
場合、約220A、約24V)
<補剛用ビードの形成条件>
トーチ角度 鋼板からの起こし角90°、前進角0°
ねらい位置と溶接方向 試験片の幅方向中央で、隅肉ビードの溶接
金属表面を起点とし、隅肉ビードに直角方
向に下側鋼板へ溶接
溶接速度 50cm/min
溶接電流及び電圧 隅肉ビードの2/3程度の溶接電流を設定
一例:板厚2.3mmの鋼板に補剛用ビー
ドを配置する場合、150A、21V
作製した試験片の一方の鋼部材(ボックス材)と他方の鋼部材(チャンネル材)を、荷重の方向が図5〜図10の白抜きの矢印で示された方向になるように電気油圧式疲労試験装置で把持して、荷重範囲を一定(応力範囲一定)、荷重比を−1、繰返し周波数を5Hzにて、疲労試験に供した。
補剛用ビードの硬さHwと鋼板最大硬さHbは、それぞれ前述した方法で測定した。
実施例の効果を、表2〜表12に基づいて説明する。
Figure 2014084317
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試験片記号C1、C5、C7、C9、C11、C14は、それぞれ、図5、図6、図7、図8、図9、図10に示した溶接構造部材50、60、70、80、90、100に対して補剛用ビードを形成していない溶接構造部材の結果である。これらの溶接構造部材の疲労寿命を基準に、補剛用ビードの効果を検証した。表2〜表12の「基準とした試験片記号」に記載されている試験片記号の疲労寿命を基準として「疲労寿命向上率」を算出した。本実施例では、「疲労寿命向上率」が120%を超える場合に、補剛用ビードによる効果があるものであると判定した。
D1〜D9は、図5に示した溶接構造部材50を対象に補剛用ビードの効果を評価したものである。溶接構造部材50では、補剛用ビードを形成しないと、隅肉ビード53の屈曲部におけるボックス材52側の溶接止端部でき裂が発生した(C1の「き裂発生位置」を参照)。このため、この箇所の疲労寿命を補剛用ビード55A、55Bによって高める必要がある。そこで、隅肉ビード53の屈曲部の位置を溶接開始位置とし、ボックス材52の表面を溶接終了位置として、補剛用ビード55A、55Bを形成した(D1〜D9の「補剛用ビードの開始位置」の「隅肉ビード角」、「補剛用ビードの終了位置」の「ボックス材上」を参照)。
D1〜D9に示すように、以上のようにして補剛用ビード55A、55Bを形成することにより、疲労寿命は増加し、き裂の発生位置は隅肉ビード53の止端部から補剛用ビード55A、55Bの終端部に変化した(D1〜D9の「き裂発生位置」の「補剛用ビード終端部」を参照)。
また、D1〜D3、D8に示されるように、前述した(A)〜(E)の条件を満たさないと、疲労寿命の向上代は低下する傾向となる。
具体的に、D1では、補剛用ビードの長さLaが隅肉ビードの幅Wの2倍以上でない(D1の「La/W」が200%以上にならず、(A)の条件を満たさない)。D2では、補剛用ビードの角度γが45°〜135°の範囲にない(D2の「補剛用ビードの角度」が45°〜135°にならず、(E)の条件を満たさない)。D3では、補剛用ビードの高さHaが、補剛用ビードが形成される鋼部材の厚さtの0.5倍以上でなく、且つ、補剛用ビードの幅Waが隅肉ビードの幅Wの0.5倍以上でない(D3の「Ha/t」が50%以上にならず(B)の条件を満たさないとともに、D3の「Wa/W」が50%以上ならず、(C)の条件を満たさない)。D8では、き裂の発生するボックス材の最大硬さ(鋼板最大硬さHb)が、補剛用ビードの(溶接金属の)硬さHwを上回っていない(D8の「補剛用ビード溶接金属硬さHw」が「ボックス材最大硬さHb」を上回らず、(D)の条件を満たさない)。しかし、何れの場合でも、疲労寿命向上率は120%を上回った。
D10は、図6に示した溶接構造部材60を対象に補剛用ビードの効果を評価したものである。溶接構造部材60では、補剛用ビードを形成しないと、隅肉ビード63の屈曲部におけるボックス材62側の溶接止端部でき裂が発生した(C5の「き裂発生位置」を参照)。このため、この箇所の疲労寿命を補剛用ビード65A、65Bによって高める必要がある。そこで、隅肉ビード63の屈曲部を溶接開始位置とし、ボックス材62の表面を溶接終了位置として、補剛用ビード65A、65Bを形成した(D10の「補剛用ビードの開始位置」の「隅肉ビード角」、「補剛用ビードの終了位置」の「ボックス材上」を参照)。
D10に示すように、以上のようにして補剛用ビード65A、65Bを形成することにより、疲労寿命は増加し、き裂の発生位置は隅肉ビード63の止端部から補剛用ビード65A、65Bの終端部に変化した(D10の「き裂発生位置」の「補剛用ビード終端部」を参照)。
尚、表には示していないが、図6に示した溶接構造部材60でも、前述した(A)〜(E)の条件を満たさないと、疲労寿命の向上代は低下する傾向になることを確認した。
D11は、図7に示した溶接構造部材70を対象に補剛用ビードの効果を評価したものである。溶接構造部材70では、補剛用ビードを形成しないと、隅肉ビード73の荷重が付加される点と正反対の個所におけるボックス材72側の溶接止端部でき裂が発生した(C7の「き裂発生位置」を参照)。そこで、隅肉ビード73のこの個所を溶接開始位置とし、ボックス材62の表面を溶接終了位置として、補剛用ビード74を形成した(D11の「補剛用ビードの開始位置」の「隅肉ビード上」、「補剛用ビードの終了位置」の「ボックス材上」を参照)。
D11に示すように、以上のようにして補剛用ビード74を形成することにより、疲労寿命は増加し、き裂の発生位置は隅肉ビード73の止端部から補剛用ビード74の終端部に変化した(D11の「き裂発生位置」の「補剛用ビード終端部」を参照)。
尚、表には示していないが、図7に示した溶接構造部材70でも、前述した(A)〜(E)の条件を満たさないと、疲労寿命の向上代は低下する傾向になることを確認した。
D12は、図8に示した溶接構造部材80を対象に補剛用ビードの効果を評価したものである。溶接構造部材80では、補剛用ビードを形成しないと、隅肉ビード83の屈曲部におけるボックス材82側の溶接止端部でき裂が発生した(C9の「き裂発生位置」を参照)。このため、この箇所の疲労寿命を補剛用ビード84A、4B、84Cによって高める必要がある。そこで、隅肉ビード83の屈曲部を溶接開始位置とし、ボックス材82の表面を溶接終了位置として、補剛用ビード84A、84B、84Cを形成した(D12の「補剛用ビードの開始位置」の「隅肉ビード角」、「補剛用ビードの終了位置」の「ボックス材上」を参照)。なお、図8では隠れていて見えないもう一つの屈曲部にも、他の補剛用ビードと同様に補剛用ビードを形成した。
D12に示すように、以上のようにして補剛用ビード84A、84B、84Cを形成することにより、疲労寿命は増加し、き裂の発生位置は隅肉ビード83の止端部から隅肉ビード53のルート部に変化した(D12の「き裂発生位置」の「補剛用ビード終端部」を参照)。
尚、表には示していないが、図8に示した溶接構造部材80でも、前述した(A)〜(E)の条件を満たさないと、疲労寿命の向上代は低下する傾向になることを確認した。
D13〜D20は、図9に示した溶接構造部材90を対象に補剛用ビードの効果を評価したものである。溶接構造部材90では、補剛用ビードを形成しないと、隅肉ビード93の溶接線に沿う方向の中央部で、ルート部からき裂が発生した(C11の「き裂発生位置」を参照)。このため、この箇所の疲労寿命を補剛用ビード95によって高める必要がある。そこで、隅肉ビード93の溶接線に沿う方向の中央部を溶接開始位置とし、ボックス材92の表面を溶接終了位置として、補剛用ビード95を形成した(D13〜D20の「補剛用ビードの開始位置」の「隅肉ビード上」、「補剛用ビードの終了位置」の「ボックス材上」を参照)。
D13〜D20に示すように、以上のようにして補剛用ビード95を形成することにより、疲労寿命は増加し、き裂の発生位置は、隅肉ビード93の中央部のルート部側から補剛用ビード95の終端部に変化した(D13〜D20の「き裂発生位置」の「補剛用ビード終端部」を参照)。
また、D13〜D15、D19に示すように、前述した(A)〜(E)の条件を満たさないと、疲労寿命の向上代は低下する傾向となる。
具体的に、D13では、補剛用ビードの長さLaが隅肉ビードの幅Wの2倍以上でない(D13の「La/W」が200%以上にならず、(A)の条件を満たさない)。D14では、補剛用ビードの角度γが45°〜135°の範囲にない(D14の「La/W」が200%以上にならず、(E)の条件を満たさない)。D15では、補剛用ビードの高さHaが、補剛用ビードが形成される鋼部材の厚さtの0.5倍以上でなく、且つ、補剛用ビードの幅Waが隅肉ビードの幅Wの0.5倍以上でない(D15の「Ha/t」が50%以上にならず(B)の条件を満たさないとともに、D15の「Wa/W」が50%以上ならず、(C)の条件を満たさない)。D19では、き裂の発生するボックス材の最大硬(鋼板最大硬さHb)さが、補剛用ビードの(溶接金属の)硬さHwを上回っていない(D19の「補剛用ビード溶接金属硬さHw」が「ボックス材最大硬さHb」を上回らず、(D)の条件を満たさない)。しかし、何れの場合でも、疲労寿命向上率は120%を上回った。
D21は、図10に示した溶接構造部材100を対象に補剛用ビードの効果を評価したものである。溶接構造部材100では、補剛用ビードを形成しないと、隅肉ビード103の屈曲部のうち、チャンネル材101の板面部分と当接している屈曲部におけるボックス材102側の溶接止端部でき裂が発生した(C14の「き裂発生位置」を参照)。このため、この箇所の疲労寿命を補剛用ビード104A、104Bによって高める必要がある。そこで、隅肉ビード103の当該屈曲部を溶接開始位置とし、ボックス材102の表面を溶接終了位置として、補剛用ビード104A、104Bを形成した(D21の「補剛用ビードの開始位置」の「隅肉ビード角」、「補剛用ビードの終了位置」の「ボックス材上」を参照)。
D21に示すように、以上のようにして補剛用ビード104A、104Bを形成することにより、疲労寿命は増加し、き裂の発生位置は隅肉ビード103の止端部から補剛用ビード104A、104Bの終端部に変化した(D21の「き裂発生位置」の「補剛用ビード終端部」を参照)。
尚、表には示していないが、図10に示した溶接構造部材100でも、前述した(A)〜(E)の条件を満たさないと、疲労寿命の向上代は低下する傾向になることを確認した。
C2は、図5に示した溶接構造部材50に対し、補剛用ビードの溶接終了点を、補剛用ビードを形成していない溶接構造部材50に荷重を付加した際にき裂が発生するボックス材52側ではなく、チャンネル材51側にしたものの結果を示す。
C3は、図5に示した溶接構造部材50に対し、補剛用ビードの溶接開始点と溶接終了点を入れ替えたものの結果を示す。
C4は、図5に示した溶接構造部材50に対し、隅肉ビード53の屈曲部に補剛用ビードを形成せずに、隅肉ビード53の領域のうち、チャンネル材51のウエブの幅方向の中央の領域に、隅肉ビード53内を溶接開始位置とし、ボックス材52の表面を溶接終了位置として、補剛用ビードを形成したものの結果を示す。
C2〜C4の何れの場合でも、疲労寿命向上率は120%を下回った。
C6は、図6に示した溶接構造部材60に対し、補剛用ビードの溶接開始点と溶接終了点を入れ替えたものの結果を示す。C8は、図7に示した溶接構造部材70に対し、補剛用ビードの溶接開始点と溶接終了点を入れ替えたものの結果を示す。C10は、図8に示した溶接構造部材80に対し、補剛用ビードの溶接開始点と溶接終了点を入れ替えたものの結果を示す。
C6、C8、C10の何れの場合でも、疲労寿命向上率は120%を下回った。
C12は、図9に示した溶接構造部材90に対し、補剛用ビードの溶接終了点を、補剛用ビードを形成していない溶接構造部材90に荷重を付加した際にき裂が発生するボックス材92側ではなく、チャンネル材91側にしたものの結果を示す。
C13は、図9に示した溶接構造部材90に対し、補剛用ビードの溶接開始点と溶接終了点を入れ替えたものの結果を示す。
C12、C13の何れの場合でも、疲労寿命向上率は120%を下回った。
C15は、図10に示した溶接構造部材100に対し、補剛用ビードの溶接開始点と溶接終了点を入れ替えたものの結果を示す。
C15の場合では、疲労寿命向上率は120%を下回った。
本発明は、例えば、機械工業などの溶接を利用する産業分野で利用することができる。
本発明の隅肉アーク溶接継手の形成方法は、一方の金属部材の板面部分および板厚部分の少なくとも何れか一方と、他方の金属部材の板面部分との当接部分の端の領域である隅部であって、少なくとも一部に少なくとも1つの曲部がある隅部の少なくとも一部の領域に対して隅肉アーク溶接をして隅肉アーク溶接継手を形成する方法であって、前記隅部の前記曲部を含む領域に対し、前記隅肉アーク溶接により隅肉ビードを形成し、少なくとも1つの前記曲部の一個所または複数個所に、前記隅肉アーク溶接とは別のアーク溶接によって補剛用ビードを、当該補剛用ビードの溶接開始点または溶接終了点が前記隅肉ビードと重なるように形成し、前記一方の金属部材と前記他方の金属部材とのうち、前記補剛用ビードを形成しない他は前記隅肉アーク溶接継手と同じ条件で形成された隅肉アーク溶接継手に、前記隅肉アーク溶接継手に付加されることが想定される繰り返し荷重が付加された際に、より大きな引張応力が生じる方の前記金属部材の方向に前記補剛用ビードを形成し、前記当接部分の両側にできる前記隅部のうち、片側の前記隅部に対して、前記隅肉ビードを形成し、前記一方の金属部材と前記他方の金属部材は、3.2mm以下の板厚を有する金属板から形成されていることを特徴とする。
本発明の隅肉アーク溶接継手は、一方の金属部材の板面部分および板厚部分の少なくとも何れか一方と、他方の金属部材の板面部分との当接部分の端の領域である隅部であって、少なくとも一部に少なくとも1つの曲部がある隅部の少なくとも一部の領域に対して隅肉アーク溶接をすることにより形成される隅肉アーク溶接継手であって、前記隅部の前記曲部を含む領域に対し、前記隅肉アーク溶接により隅肉ビードが形成されており、少なくとも1つの前記曲部の一個所または複数個所に、前記隅肉アーク溶接とは別のアーク溶接によって補剛用ビードが形成されており、前記補剛用ビードは、当該補剛用ビードの溶接開始点または溶接終了点が前記隅肉ビードと重なるように形成されており、且つ、前記一方の金属部材と前記他方の金属部材とのうち、前記補剛用ビードを形成しない他は前記隅肉アーク溶接継手と同じ条件で形成された隅肉アーク溶接継手に、前記隅肉アーク溶接継手に付加されることが想定される繰り返し荷重が付加された際に、より大きな引張応力が生じる方の前記金属部材の方向に形成されており、前記隅肉ビードは、前記当接部分の両側にできる前記隅部のうち、片側の前記隅部に対して形成されており、前記一方の金属部材と前記他方の金属部材は、3.2mm以下の板厚を有する金属板から形成されていることを特徴とする。
図1は、重ね隅肉溶接継手の断面形状を示す図である。 図2は、重ね隅肉溶接継手を形成した試験片を示す図である。 図3は、補剛用ビードを配置しない場合と補剛用ビードを配置した場合について、疲労寿命(回)を示す図である。 図4は、補剛用ビードの硬さと鋼最大硬さとの差に応じた疲労寿命(回)を示す図である。 図5は、溶接構造部材の第1の例を示す図である。 図6は、溶接構造部材の第2の例を示す図である。 図7は、溶接構造部材の第3の例を示す図である。 図8は、溶接構造部材の第4の例を示す図である。 図9は、溶接構造部材の第5の例を示す図である。 図10は、溶接構造部材の第の例を示す図である。
その結果、図4に示すように、補剛用ビードを付与するとことで疲労寿命が向上し、さらに、補剛用ビードの硬さHwが、鋼最大硬さHbよりも大きいと、さらに疲労寿命が向上することが分かった。
尚、図4の「−36」、「1」、及び「88」は、補剛用ビードの硬さHwから鋼部材最大硬さHbを減算した値を示す。また、鋼板最大硬さHbと補剛用ビードの硬さHwについては後述する。
溶接構造部材60に形成される隅肉ビード63も、図5に示した隅肉ビード53と同様に、途中に2つの屈曲部を有する。そこで、ここでは、隅肉ビード63の2カ所の屈曲部の位置が溶接開始点となり、ボックス材62の表面が溶接終了点となるように、それぞれ補剛用ビード65A、65Bを形成する。補剛用ビードは一箇所に1本ずつ形成すれば十分である。また、隅肉ビード63には、ボックス材62の曲率と同一の曲率(0を上回る一定の曲率)を有する領域がある。溶接構造部材60では、この領域よりも、屈曲部の方が最大主応力の大きさが大きくなるものとし、ここでは、この領域には補剛用ビードを形成していない。
また、図9では、隅肉ビード93の最深部に1本の補剛用ビード95を配置している。しかしながら、より強度を高めるために、例えば、隅肉ビード95の全長の1/3と2/3の長さ位置の付近に、それぞれ1本ずつ計2本の補剛用ビードを配置してもよい。
前述したように、チャンネル材91のフランジ部の反対側にも、隅肉ビード93、延長ビード94A、94B、及び補剛用ビード95と同様に、隅肉ビード、延長ビード、及び補剛用ビードが形成されている。
図9は、一方の鋼部材と他方の鋼部材の板面部分同士が相互に接合された隅肉アーク溶接継手(重ね隅肉アーク溶接継手)の例を示すものである。
図10は、溶接構造部材の第6の例を示す図である。
図10に示す溶接構造部材100は、角型鋼管を用いたボックス材102と、角型鋼管の先端部の相互に対向する二組の面のうち一組の面がボックス材102の形状に合わせて切り取られたフランジ材101とを用いて構成される。フランジ材101の先端部の切り取られていない部分の裏面がボックス材52の表面と当接するとともに、フランジ材101の先端部が切り取られた部分の板厚部分がボックス材102の表面に当接するように、ボックス材102とフランジ材101とが組み合わせて、当接部を隅肉溶接することにより溶接構造部材100が形成される。
本実施例において、図9に示すボックス材92の大きさは、300mm×100mm×50mmである。チャンネル材91の大きさは、フランジ幅75mm×ウエブ幅105mm×高さ80mmである。チャンネル材1のフランジの先端の曲率半径は50mmである。
本実施例において、図10に示すボックス材102の大きさは、300mm×100mm×50mmである。チャンネル材101は、180mm×75mm×56mmの角型鋼管の56mmの長さの部分を先端から30mm切り欠いたものである。
Figure 2014084317
Figure 2014084317
Figure 2014084317
また、D1〜D3、D8に示されるように、前述した(A)〜(E)の条件を満たさないと、疲労寿命の向上代は低下する傾向となる。
具体的に、D1では、補剛用ビードの長さLaが隅肉ビードの幅Wの2倍以上でない(D1の「La/W」が200%以上にならず、(A)の条件を満たさない)。D2では、補剛用ビードの角度γが45°〜135°の範囲にない(D2の「補剛用ビードの角度」が45°〜135°にならず、(E)の条件を満たさない)。D3では、補剛用ビードの高さHaが、補剛用ビードが形成される鋼部材の厚さtの0.5倍以上でなく、且つ、補剛用ビードの幅Waが隅肉ビードの幅Wの0.5倍以上でない(D3の「Ha/t」が50%以上にならず(B)の条件を満たさないとともに、D3の「Wa/W」が50%以上ならず、(C)の条件を満たさない)。D8では、補剛用ビードの(溶接金属の)硬さHwが、き裂の発生するボックス材の最大硬さ(鋼板最大硬さHb)を上回っていない(D8の「補剛用ビード溶接金属硬さHw」が「ボックス材最大硬さHb」を上回らず、(D)の条件を満たさない)。しかし、何れの場合でも、疲労寿命向上率は120%を上回った。
D11は、図7に示した溶接構造部材70を対象に補剛用ビードの効果を評価したものである。溶接構造部材70では、補剛用ビードを形成しないと、隅肉ビード73の荷重が付加される点と正反対の個所におけるボックス材72側の溶接止端部でき裂が発生した(C7の「き裂発生位置」を参照)。そこで、隅肉ビード73のこの個所を溶接開始位置とし、ボックス材2の表面を溶接終了位置として、補剛用ビード74を形成した(D11の「補剛用ビードの開始位置」の「隅肉ビード上」、「補剛用ビードの終了位置」の「ボックス材上」を参照)。
D12は、図8に示した溶接構造部材80を対象に補剛用ビードの効果を評価したものである。溶接構造部材80では、補剛用ビードを形成しないと、隅肉ビード83の屈曲部におけるボックス材82側の溶接止端部でき裂が発生した(C9の「き裂発生位置」を参照)。このため、この箇所の疲労寿命を補剛用ビード84A、4B、84Cによって高める必要がある。そこで、隅肉ビード83の屈曲部を溶接開始位置とし、ボックス材82の表面を溶接終了位置として、補剛用ビード84A、84B、84Cを形成した(D12の「補剛用ビードの開始位置」の「隅肉ビード角」、「補剛用ビードの終了位置」の「ボックス材上」を参照)。なお、図8では隠れていて見えないもう一つの屈曲部にも、他の補剛用ビードと同様に補剛用ビードを形成した。
D12に示すように、以上のようにして補剛用ビード84A、84B、84Cを形成することにより、疲労寿命は増加し、き裂の発生位置は隅肉ビード83の止端部から補剛用ビード84A、84B、84Cの終端部に変化した(D12の「き裂発生位置」の「補剛用ビード終端部」を参照)。
尚、表には示していないが、図8に示した溶接構造部材80でも、前述した(A)〜(E)の条件を満たさないと、疲労寿命の向上代は低下する傾向になることを確認した。
また、D13〜D15、D19に示すように、前述した(A)〜(E)の条件を満たさないと、疲労寿命の向上代は低下する傾向となる。
具体的に、D13では、補剛用ビードの長さLaが隅肉ビードの幅Wの2倍以上でない(D13の「La/W」が200%以上にならず、(A)の条件を満たさない)。D14では、補剛用ビードの角度γが45°〜135°の範囲にない(D14の「補剛用ビードの角度」が45°〜135°以上にならず、(E)の条件を満たさない)。D15では、補剛用ビードの高さHaが、補剛用ビードが形成される鋼部材の厚さtの0.5倍以上でなく、且つ、補剛用ビードの幅Waが隅肉ビードの幅Wの0.5倍以上でない(D15の「Ha/t」が50%以上にならず(B)の条件を満たさないとともに、D15の「Wa/W」が50%以上ならず、(C)の条件を満たさない)。D19では、補剛用ビードの(溶接金属の)硬さHwが、き裂の発生するボックス材の最大硬さ(鋼板最大硬さHb)を上回っていない(D19の「補剛用ビード溶接金属硬さHw」が「ボックス材最大硬さHb」を上回らず、(D)の条件を満たさない)。しかし、何れの場合でも、疲労寿命向上率は120%を上回った。
本発明の隅肉アーク溶接継手の形成方法は、一方の金属部材の板面部分および板厚部分の少なくとも何れか一方と、他方の金属部材の板面部分との当接部分の端の領域である隅部であって、少なくとも一部に少なくとも1つの曲部がある隅部の少なくとも一部の領域に対して隅肉アーク溶接をして隅肉アーク溶接継手を形成する方法であって、前記当接部分の両側にできる前記隅部のうち、一方の片側の前記隅部の前記曲部を含む領域に対し、前記隅肉アーク溶接により隅肉ビードを形成し、他方の片側の前記隅部に対しては、前記隅肉アーク溶接により隅肉ビードを形成せず、少なくとも1つの前記曲部の一個所または複数個所に、前記隅肉アーク溶接とは別のアーク溶接によって補剛用ビードを、当該補剛用ビードの溶接開始点または溶接終了点が前記隅肉ビードと重なるように形成し、前記一方の金属部材と前記他方の金属部材とのうち、前記補剛用ビードを形成しない他は前記隅肉アーク溶接継手と同じ条件で形成された隅肉アーク溶接継手に、前記隅肉アーク溶接継手に付加されることが想定される繰り返し荷重が付加された際に、より大きな引張応力が生じる方の前記金属部材の方向に前記補剛用ビードを形成し、前記一方の金属部材と前記他方の金属部材は、3.2mm以下の板厚を有する金属板から形成されていることを特徴とする。
本発明の隅肉アーク溶接継手は、一方の金属部材の板面部分および板厚部分の少なくとも何れか一方と、他方の金属部材の板面部分との当接部分の端の領域である隅部であって、少なくとも一部に少なくとも1つの曲部がある隅部の少なくとも一部の領域に隅肉アーク溶接る隅肉アーク溶接継手であって、前記当接部分の両側にできる前記隅部のうち、一方の片側の前記隅部の前記曲部を含む領域に対し、前記隅肉アーク溶接部としての隅肉ビードを有し他方の片側の前記隅部に対し、前記隅肉アーク溶接部としての隅肉ビードを有しておらず、少なくとも1つの前記曲部の一個所または複数個所に、前記隅肉アーク溶接とは別のアーク溶接部である補剛用ビードを有し、前記補剛用ビードの溶接開始点または溶接終了点前記隅肉ビードと重なる位置にあり前記補剛用ビードは、前記一方の金属部材と前記他方の金属部材とのうち、前記補剛用ビードをしない他は前記隅肉アーク溶接継手と同じ隅肉アーク溶接継手に、前記隅肉アーク溶接継手に付加されることが想定される繰り返し荷重が付加された際に、より大きな引張応力が生じる方の前記金属部材の方向に存在し、前記一方の金属部材と前記他方の金属部材は、3.2mm以下の板厚を有する金属板から形成されていることを特徴とする。

Claims (16)

  1. 一方の金属部材の板面部分および板厚部分の少なくとも何れか一方と、他方の金属部材の板面部分との当接部分の端の領域である隅部であって、少なくとも一部に少なくとも1つの曲部がある隅部の少なくとも一部の領域に対して隅肉アーク溶接をして隅肉アーク溶接継手を形成する方法であって、
    前記隅部の前記曲部を含む領域に対し、前記隅肉アーク溶接により隅肉ビードを形成し、
    少なくとも1つの前記曲部の一個所または複数個所に、前記隅肉アーク溶接とは別のアーク溶接によって補剛用ビードを、当該補剛用ビードの溶接開始点または溶接終了点が前記隅肉ビードと重なるように形成し、
    前記一方の金属部材と前記他方の金属部材とのうち、前記補剛用ビードを形成しない他は前記隅肉アーク溶接継手と同じ条件で形成された隅肉アーク溶接継手に、前記隅肉アーク溶接継手に付加されることが想定される繰り返し荷重が付加された際に、より大きな引張応力が生じる方の前記金属部材の方向に前記補剛用ビードを形成し、
    前記当接部分の両側にできる前記隅部のうち、片側の前記隅部に対して、前記隅肉ビードを形成し、
    前記一方の金属部材と前記他方の金属部材とのうち、少なくとも1つの金属部材は、3.2mm以下の板厚を有する金属板から形成されていることを特徴とする隅肉アーク溶接継手の形成方法。
  2. 前記補剛用ビードの溶接開始点が、他の溶接ビードと重なるように、前記補剛用ビードを形成することを特徴とする請求項1に記載の隅肉アーク溶接継手の形成方法。
  3. 前記補剛用ビードの溶接開始点が、前記隅肉ビードと重なるように、前記補剛用ビードを形成することを特徴とする請求項2に記載の隅肉アーク溶接継手の形成方法。
  4. 前記曲部は、屈曲部と湾曲部とのうち少なくとも何れか一方を含むことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の隅肉アーク溶接継手の形成方法。
  5. 前記曲部を構成する領域であって、前記補剛用ビードを形成しない他は前記隅肉アーク溶接継手と同じ条件で形成された隅肉アーク溶接継手に前記繰り返し荷重が付加された際に、前記隅肉ビードの溶接開始位置よりも最大主応力の大きさが大きくなる領域に、前記補剛用ビードを形成することを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の隅肉アーク溶接継手の形成方法。
  6. 前記曲部を構成する領域であって、前記補剛用ビードを形成しない他は前記隅肉アーク溶接継手と同じ条件で形成された隅肉アーク溶接継手に前記繰り返し荷重が付加された際に、最大主応力の大きさが最大になる領域に、前記補剛用ビードを形成することを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の隅肉アーク溶接継手の形成方法。
  7. 前記補剛用ビードの硬さHwは、前記一方の金属部材と前記他方の金属部材とのうち、前記補剛用ビードが形成される前記金属部材の金属部材最大硬さHbを上回ることを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の隅肉アーク溶接継手の形成方法。
  8. 前記補剛用ビードの長さLaは、前記隅肉ビードの幅Wの2倍以上であり、
    前記補剛用ビードの高さHaは、前記一方の金属部材と前記他方の金属部材とのうち、前記補剛用ビードが形成される前記金属部材の厚さtの0.5倍以上であり、
    前記補剛用ビードの幅Waは、前記隅肉ビードの幅Wの0.5倍以上であり、
    前記隅肉ビードに対する前記補剛用ビードの角度γは、45°以上135°以下であることを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載の隅肉アーク溶接継手の形成方法。
  9. 一方の金属部材の板面部分および板厚部分の少なくとも何れか一方と、他方の金属部材の板面部分との当接部分の端の領域である隅部であって、少なくとも一部に少なくとも1つの曲部がある隅部の少なくとも一部の領域に対して隅肉アーク溶接をすることにより形成される隅肉アーク溶接継手であって、
    前記隅部の前記曲部を含む領域に対し、前記隅肉アーク溶接により隅肉ビードが形成されており、
    少なくとも1つの前記曲部の一個所または複数個所に、前記隅肉アーク溶接とは別のアーク溶接によって補剛用ビードが形成されており、
    前記補剛用ビードは、当該補剛用ビードの溶接開始点または溶接終了点が前記隅肉ビードと重なるように形成されており、且つ、前記一方の金属部材と前記他方の金属部材とのうち、前記補剛用ビードを形成しない他は前記隅肉アーク溶接継手と同じ条件で形成された隅肉アーク溶接継手に、前記隅肉アーク溶接継手に付加されることが想定される繰り返し荷重が付加された際に、より大きな引張応力が生じる方の前記金属部材の方向に形成されており、
    前記隅肉ビードは、前記当接部分の両側にできる前記隅部のうち、片側の前記隅部に対して形成されており、
    前記一方の金属部材と前記他方の金属部材とのうち、少なくとも1つの金属部材は、3.2mm以下の板厚を有する金属板から形成されていることを特徴とする隅肉アーク溶接継手。
  10. 前記補剛用ビードの溶接開始点が、他の溶接ビードと重なる位置にあることを特徴とする請求項9に記載の隅肉アーク溶接継手。
  11. 前記補剛用ビードの溶接開始点が、前記隅肉ビードと重なる位置にあることを特徴とする請求項10に記載の隅肉アーク溶接継手。
  12. 前記曲部は、屈曲部と湾曲部とのうち少なくとも何れか一方を含むことを特徴とする請求項9〜11の何れか1項に記載の隅肉アーク溶接継手。
  13. 前記補剛用ビードは、前記曲部を構成する領域であって、前記補剛用ビードを形成しない他は前記隅肉アーク溶接継手と同じ条件で形成された隅肉アーク溶接継手に前記繰り返し荷重が付加された際に、前記隅肉ビードの溶接開始位置よりも最大主応力の大きさが大きくなる領域に形成されていることを特徴とする請求項9〜12の何れか1項に記載の隅肉アーク溶接継手。
  14. 前記補剛用ビードは、前記曲部を構成する領域であって、前記補剛用ビードを形成しない他は前記隅肉アーク溶接継手と同じ条件で形成された隅肉アーク溶接継手に前記繰り返し荷重が付加された際に、最大主応力の大きさが最大になる領域に形成されていることを特徴とする請求項9〜12の何れか1項に記載の隅肉アーク溶接継手。
  15. 前記補剛用ビードの硬さHwは、前記一方の金属部材と前記他方の金属部材とのうち、前記補剛用ビードが形成される前記金属部材の金属部材最大硬さHbを上回ることを特徴とする請求項9〜14の何れか1項に記載の隅肉アーク溶接継手。
  16. 前記補剛用ビードの長さLaは、前記隅肉ビードの幅Wの2倍以上であり、
    前記補剛用ビードの高さHaは、前記一方の金属部材と前記他方の金属部材とのうち、前記補剛用ビードが形成される前記金属部材の厚さtの0.5倍以上であり、
    前記補剛用ビードの幅Waは、前記隅肉ビードの幅Wの0.5倍以上であり、
    前記隅肉ビードに対する前記補剛用ビードの角度γは、45°以上135°以下であることを特徴とする請求項9〜15の何れか1項に記載の隅肉アーク溶接継手。
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