KR102106876B1

KR102106876B1 - 겹침 필릿 아크 용접 조인트

Info

Publication number: KR102106876B1
Application number: KR1020197001320A
Authority: KR
Inventors: 신지 고다마; 요시나리 이시다; 가즈키 마츠다
Original assignee: 닛폰세이테츠 가부시키가이샤
Priority date: 2016-07-06
Filing date: 2017-07-04
Publication date: 2020-05-07
Also published as: KR20190016586A; CN109414778A; US11498143B2; CN109414778B; US20190160575A1; MX2019000055A; JPWO2018008655A1; WO2018008655A1; JP6278291B1

Abstract

제1 금속판과, 제2 금속판과, 용접 비드를 갖는 겹침 필릿 아크 용접 조인트이며, 상기 제1 금속판의 일단부측의 영역은 절곡되어 있으며, 상기 용접 비드의 용접선에 수직인 단면에서 보아, 제1 방향에 있어서, 상기 제1 금속판의 상기 절곡되어 있는 영역의 선단의 위치가 상기 제2 금속판의 일단부측의 영역과 중복되고, 제2 방향에 있어서, 상기 제1 금속판의 상기 절곡되어 있는 영역에 이어지는 영역의 중심축과 상기 제2 금속판의 상기 일단부측의 영역의 중심축의 어긋남량이, 상기 제1 금속판과 제2 금속판의 판 두께의 평균값의 1/2배 이하이고, 상기 제2 금속판의 루트부로부터 상기 제1 금속판의 용접 지단부까지의 길이인 접합부 길이가 상기 제2 금속판의 판 두께의 2배 이상이며, 상기 제2 방향에 있어서의 상기 제1 금속판의 상기 용접 지단부의 위치가 제1 위치로부터 제2 위치까지의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 겹침 필릿 아크 용접 조인트.

Description

겹침 필릿 아크 용접 조인트

본 발명은 겹침 필릿 아크 용접 조인트에 관한 것이다.

본원은, 2016년 7월 6일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2016-134334호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

예를 들어, 자동차 분야에서는, 환경 보전을 위해서 차체의 경량화에 의한 연비의 향상과 함께, 충돌 안전성의 향상이 요구되고 있다. 그래서, 차체의 경량화와 충돌 안전성의 향상을 도모하기 위해서, 고강도 강판을 사용하여 차체에 사용되는 부재를 박육화함과 함께, 차체의 구조를 최적화하거나 하여, 지금까지 각종 연구가 행해지고 있다.

자동차의 섀시 부재에는, 겹침 필릿 아크 용접이 많이 사용되고 있으며, 통상의 정적인 인장 강도 외에, 반복 작용하는 힘을 견디어내도록, 충분한 피로 강도를 구비하는 것이 요구되고 있다. 일반적인 겹침 필릿 아크 용접에서는, 2매의 강판의 판면끼리가 대향하도록 겹치고, 한쪽 강판의 단부 영역(단부면 및 그 근방의 영역)과, 다른 쪽 강판의 판면 영역 중 당해 한쪽 강판의 단부의 근방 영역을 겹침 필릿 아크 용접함으로써 용접 비드를 형성한다.

이하의 설명에서는, 필요에 따라서 상기 한쪽 강판을 상판, 상기 다른 쪽 금속판을 하판이라고 한다.

통상, 용접 부재에 사용되는 모재의 피로 강도는, 강판의 강도에 비례하여 증가하지만, 용접 부재의 피로 강도는, 강판의 강도가 증가해도, 반드시 증가하지는 않는 것으로 알려져 있다. 이것이, 고강도 강판의 사용에 의한 차체의 경량화를 저해하고 있는 한 요인이다.

일반적으로, 용접 부재의 피로 강도를 지배하는 요인의 하나로서, 용접 비드의 형상에 기인하는 용접 지단부에의 응력 집중을 들 수 있다. 용접 지단부란, 강판과 용접 금속의 경계부 중, 용접 시에 용접 와이어를 공급하는 측의 경계부를 의미한다. 용접 지단부는 모재와는 불연속인 표면 형상으로 되기 때문에, 용접 지단부에 응력이 집중된다고 생각되고 있다. 특히, 겹침 필릿 아크 용접에 의해 제조된 겹침 필릿 용접 부재에 있어서의 전형적인 피로 균열은, 응력이 집중되는 하판(하측 강판)의 용접 지단부로부터 발생하는 경우가 많다.

그래서, 하판(하측 강판)의 용접 지단부의 표면을 그라인더 마무리 등에 의해 평활화함으로써, 하판(하측 강판)의 용접 지단부의 응력 집중 계수를 저감시켜, 피로 강도를 향상시키는 것이 행해지고 있다.

얇은 강판을 사용한 용접 구조물에서 다용되는 겹침 필릿 용접 부재에서는, 강판의 판 두께 방향에 있어서, 한쪽 강판의 판 두께 중심축과 다른 쪽 강판의 판 두께 중심축이 어긋나 있다. 여기서, 판 두께 중심축이란, 강판의 판 두께 방향의 중심을 통과하며, 또한 용접 비드의 용접선에 따른 방향과 강판의 판 두께 방향에 수직인 방향으로 연장되는 축을 의미한다. 이하의 설명에서는, 이 축을 필요에 따라서 「판 두께 중심축」이라고 칭한다.

이 때문에, 강판의 양단부에 인장력을 부여하면, 필릿 용접부에 큰 굽힘 모멘트가 걸리고, 용접 지단부뿐만 아니라 루트부에도 응력이 집중되어, 파단되는 경우가 있다. 루트부란, 강판과 용접 금속의 경계부 중, 용접 시에 용접 와이어를 공급하는 측과는 반대측의 경계부를 의미한다.

특허문헌 1에는, 이하와 같이 하여 겹침 필릿 아크 용접을 행하는 것이 개시되어 있다. 먼저, 한쪽 강판(하판)의 단부를 아랫쪽으로 절곡한다. 이어서, 다른 쪽 강판(상판)의 단부면을, 한쪽 강판의 판면의 당해 절곡된 부분에 맞닿게 한다. 그리고, 강판끼리의 맞닿음 부분을 필릿 용접한다. 특허문헌 1에서는, 이렇게 함으로써, 강판간의 판 두께 중심축의 어긋남을 작게 하여, 용접 조인트의 강도를 향상시킬 수 있다고 되어 있다.

그러나, 실제의 박강판의 용접 구조 부재에서는, 강판을 프레스 성형할 때의 스프링백이나 용접 전의 부재의 조합 정밀도의 불량에 의해, 강판간에 의도하지 않은 간극이 발생하는 경우가 많다. 즉, 특허문헌 1에는, 용접되는 각각의 강판을 맞닿게 한 후에 필릿 용접한다고 기재되어 있지만, 실제의 용접 구조 부재에서는, 도 12에 나타내는 바와 같이, 강판(1210, 1220) 사이에 간극(1230)이 있는 상태에서 용접되는 일이 많다.

또한, 특허문헌 1에서는, 단부를 절곡한 한쪽 강판의 판 두께 중심축과, 다른 쪽 강판의 판 두께 중심축의 판 두께 방향에 있어서의 어긋남량이, 양자의 판 두께의 평균값의 1/2 이하라면 양호한 조인트 강도가 얻어진다고 되어 있다. 그러나, 본 발명자들이, 특허문헌 1에 나타나 있는 것과 동일하게 하여 2매의 강판을 사용하여 겹침 필릿 아크 용접 조인트를 제조하고, 강판의 양단에 인장 하중을 가하는 축력 피로 시험을 행한 바, 충분한 피로 강도가 얻어지지 않아, 루트부가 조기에 파단되는 경우가 있었다. 특허문헌 1에서는, 루트부에 부하가 걸리지 않는 굽힘 피로 시험에 의해, 용접 지단부의 피로 강도만을 평가하고 있다.

이에 비해, 축력 피로 시험에서는, 재하(載荷) 시의 굽힘 모멘트에 의해 용접 지단부와 루트부가 모두 응력 집중 개소가 된다. 이 때문에, 보다 응력 집중 계수가 높아지는 루트부에서 파단되었다고 생각된다. 또한, 여기에서는, 금속판이 강판인 경우를 예로 들어 설명했지만, 이상은, 겹침 필릿 아크 용접 조인트를 제조할 수 있는 강판 이외의 금속판이라도 동일하다.

일본 특허 공개 평9-141427호 공보

본 발명은 이상과 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 금속판간에 간극이 있는 상태에 있어서도, 용접 지단부 및 루트부의 응력 집중이 작은 겹침 필릿 아크 용접 조인트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

(1) 본 발명의 일 양태에 관한 겹침 필릿 아크 용접 조인트는, 제1 금속판과, 제2 금속판과, 상기 제1 금속판 및 상기 제2 금속판의 접합부가 되는 용접 비드를 갖는 겹침 필릿 아크 용접 조인트이며, 상기 제1 금속판의 일단부측의 영역은 절곡되어 있으며, 상기 용접 비드는, 상기 제2 금속판과, 상기 제1 금속판의 상기 절곡되어 있는 영역 사이의 영역을 포함하는 영역에 있고, 상기 용접 비드의 용접선에 수직인 단면에서 보아, 제1 방향에 있어서, 상기 제1 금속판의 상기 절곡되어 있는 영역의 선단의 위치가 상기 제2 금속판의 일단부측의 영역과 중복되고, 제2 방향에 있어서, 상기 제1 금속판의 상기 절곡되어 있는 영역에 이어지는 영역의 중심축과 상기 제2 금속판의 상기 일단부측의 영역의 중심축의 어긋남량이, 상기 제1 금속판과 제2 금속판의 판 두께의 평균값의 1/2배 이하이고, 상기 제1 방향은, 상기 용접 비드의 상기 용접선에 따른 방향 및 상기 제2 금속판의 판 두께 방향에 수직인 방향이며, 상기 제2 방향은 상기 제2 금속판의 판 두께 방향이며, 상기 제2 금속판의 루트부로부터 상기 제1 금속판의 용접 지단부까지의 길이인 접합부 길이가 상기 제2 금속판의 판 두께의 2배 이상이며, 상기 제2 방향에 있어서의 상기 제1 금속판의 상기 용접 지단부의 위치가 제1 위치로부터 제2 위치까지의 범위에 있고, 상기 제1 위치는, 상기 제1 금속판의 상기 절곡되어 있는 영역에 이어지는 상기 영역의 판면 상의 위치이며, 상기 용접 비드가 형성되는 측의 판면 상의 위치이며, 상기 제2 위치는, 상기 제1 금속판의 상기 절곡되어 있는 영역에 이어지는 상기 영역의 상기 제2 방향에 있어서의 중심축의 위치인 것을 특징으로 한다.

상기 구성으로 이루어지는 겹침 필릿 아크 용접 조인트는, 금속판간에 간극이 있는 상태에 있어서도, 용접 지단부 및 루트부의 응력 집중이 작다.

(2) 본 발명의 다른 양태에 의하면, 상기 (1)에 기재된 겹침 필릿 아크 용접 조인트에 있어서, 상기 용접 비드의 용접선에 수직인 단면에서 보아, 상기 제1 금속판의 상기 절곡되어 있는 영역과, 상기 제2 금속판의 판면이 이루는 각도인 절곡 각도가 10° 이상 35° 이하이고, 상기 접합부 길이가 상기 제2 금속판의 판 두께의 2배 이상 4배 이하이고, 상기 제1 금속판의 루트부와 상기 제2 금속판의 상기 루트부의, 상기 제2 방향에 있어서의 거리가 상기 제2 금속판의 판 두께 이하여도 된다.

(3) 본 발명의 다른 양태에 의하면, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 겹침 필릿 아크 용접 조인트에 있어서, 상기 접합부 길이의 대표값이 상기 제2 금속판의 판 두께의 2배 이상이며, 상기 접합부 길이의 대표값은, 상기 겹침 필릿 아크 용접 조인트의 복수의 상기 단면에 있어서의 상기 접합부 길이에 기초하여 정해져도 된다.

(4) 본 발명의 다른 양태에 의하면, 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 것에 기재된 겹침 필릿 아크 용접 조인트에 있어서, 상기 제1 금속판과 상기 제2 금속판의 판 두께가 1.6mm 이상 3.4mm 이하여도 된다.

(5) 본 발명의 다른 양태에 의하면, 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 것에 기재된 겹침 필릿 아크 용접 조인트에 있어서, 상기 제1 금속판과 상기 제2 금속판은 아연 도금 강판이어도 된다.

본 발명에 따르면, 금속판간에 간극이 있는 상태에 있어서도, 용접 지단부 및 루트부의 응력 집중이 작은 겹침 필릿 아크 용접 조인트를 제공할 수 있다.

도 1은, 절곡 강판의 판 두께 중심축과 겹침 강판의 판 두께 중심축의, 판 두께 방향에 있어서의 어긋남이 없는 경우의 응력의 해석 결과의 일례를 나타내는 도면이며, 도 1의 (a)는 인장 하중을 가하기 전의 형상(초기 형상)을 나타내고, 도 1의 (b)는 인장 하중을 가한 후의 형상(인장 하중에 의한 변형 후의 형상)을 나타내고, 도 1의 (c)는 인장 하중을 가한 후의 각 부의 응력의 분포를 나타낸다.
도 2는, 겹침 강판의 판 두께 중심축이, 절곡 강판의 판 두께 중심축에 대하여, 절곡 강판 및 겹침 강판의 판 두께의 평균값의 1/2만큼 용접 지단부측으로 어긋나 있는 경우의 응력의 해석 결과의 일례를 나타내는 도면이며, 도 2의 (a)는 인장 하중을 가하기 전의 형상(초기 형상)을 나타내고, 도 2의 (b)는 인장 하중을 가한 후의 형상(인장 하중에 의한 변형 후의 형상)을 나타내고, 도 2의 (c)는 인장 하중을 가한 후의 각 부의 응력의 분포를 나타낸다.
도 3은, 겹침 강판의 판 두께 중심축이, 절곡 강판의 판 두께 중심축에 대하여, 절곡 강판 및 겹침 강판의 판 두께의 평균값의 1/2만큼 루트부측으로 어긋나 있는 경우의 해석 결과의 일례를 나타내는 도면이며, 도 3의 (a)는 인장 하중을 가하기 전의 형상(초기 형상)을 나타내고, 도 3의 (b)는 인장 하중을 가한 후의 형상(인장 하중에 의한 변형 후의 형상)을 나타내고, 도 3의 (c)는 인장 하중을 가한 후의 각 부의 응력의 분포를 나타낸다.
도 4는, 겹침 필릿 아크 용접이 실시됨으로써 제조되는 부재의 일례를 나타내는 개략도이며, 도 4의 (a)는 부재의 구성의 일례를 나타내는 사시도이며, 도 4의 (b)는, 도 4의 (a)에 나타내는 부재의 상면으로부터 평면에서 본 경우의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는, 겹침 필릿 아크 용접 조인트의 일례를 설명하기 위한 개략도이며, 용접선에 수직인 단면에서 본 단면도이다.
도 6은, 접합부 길이의 검토 시에 사용한 겹침 필릿 아크 용접 조인트의 모델의 일례를 설명하기 위한 개략도이며, 용접선에 수직인 단면을 상정한 도면이다.
도 7은, 겹침 강판의 루트부의 응력 집중 계수와 겹침 강판 위치의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 8은, 겹침 필릿 아크 용접 조인트의 각 부의 응력의 분포의 일례를 나타내는 개략도이며, 도 8의 (a)는 절곡 각도 α=45°, 겹침 강판 위치 x=1.2mm의 조건에서의 분포를 나타내고, 도 8의 (b)는 절곡 각도 α=30°, 겹침 강판 위치 x=1.8mm의 조건에서의 분포를 나타낸다.
도 9는, 겹침 강판의 루트부의 응력 집중 계수와, 접합부 길이를 겹침 강판의 판 두께로 나눈 값의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 10은, 겹침 필릿 아크 용접 조인트의 비교예를 나타내는 개략도이며, 도 10의 (a)는, 루트부의 간극이 큰 겹침 필릿 아크 용접 조인트의, 용접선에 수직인 단면에서 본 단면도이며, 도 10의 (b)는, 접합부 길이가 큰 겹침 필릿 아크 용접 조인트의, 용접선에 수직인 단면에서 본 단면도이다.
도 11은, 겹침 강판 위치와 절곡 각도의 관계의 일례를 설명하기 위한 개략도이다.
도 12는, 겹침 필릿 아크 용접 조인트를 제조할 때에 강판에 간극이 발생하는 것을 나타내는 개략도이며, 용접선에 수직인 단면에서 본 단면도이다.
도 13은, 2 패스 용접의 방법의 일례를 설명하기 위한 개략도이며, 도 13의 (a) 및 도 13의 (b)는, 각각 2 패스 용접으로 시공한 겹침 필릿 아크 용접 조인트의, 용접선에 수직인 단면에서 본 단면도이다.

(본 발명자들이 얻은 지견)

먼저, 본 발명자들이 얻은 지견을 설명한다. 본 발명자들은, 2매의 강판 중 한쪽 강판의 일단부측의 영역을 절곡하고, 당해 한쪽 강판을 하판, 다른 쪽 강판을 상판으로 하여, 당해 2매의 강판을 겹침 필릿 아크 용접함으로써 제조되는 겹침 필릿 아크 용접 조인트에 대하여 상세하게 검토하였다.

또한, 이하의 설명에 있어서는, 「일단부측의 영역을 절곡한 강판(하판)」을 필요에 따라서 「절곡 강판」이라고 칭하고, 「다른 쪽 강판(상판)」을 필요에 따라서 「겹침 강판」이라고 칭한다.

또한, 이하의 설명에 있어서, 특별히 정함이 없는 한, 간단히 「겹침 필릿 아크 용접 조인트」 또는 「절곡 강판을 사용한 겹침 필릿 아크 용접 조인트」라고 칭한 경우에는, 「2매의 강판 중 한쪽 강판의 일단부의 영역을 절곡하고, 당해 한쪽 강판을 하판, 다른 쪽 강판을 상판으로 하여, 당해 2매의 강판을 겹침 필릿 아크 용접함으로써 제조되는 겹침 필릿 아크 용접 조인트」를 가리키는 것으로 하고, 절곡 강판을 사용하지 않는 종래의 겹침 필릿 아크 용접 조인트는 「일반적인 겹침 필릿 아크 용접 조인트」라고 칭하기로 한다.

먼저, 본 발명자들은, 판 두께가 2mm인 강판에 의해 제조되는 겹침 필릿 아크 용접 조인트의 인장 하중에 대한 응력 집중 계수를 FEM(Finite Element Method) 해석으로 개산하였다. 도 1 내지 도 3은 그 결과의 일례를 나타내는 도면이다.

도 1 내지 도 3에 있어서, 도 1의 (a), 도 2의 (a) 및 도 3의 (a)는 인장 하중을 가하기 전의 형상(초기 형상)을 나타낸다. 도 1의 (b), 도 2의 (b) 및 도 3의 (b)는 인장 하중을 가한 후의 형상(인장 하중에 의한 변형 후의 형상)을 나타낸다. 도 1의 (c), 도 2의 (c) 및 도 3의 (c)는 인장 하중을 가한 후의 각 부의 응력의 분포를 나타낸다.

여기에서는, 겹침 필릿 아크 용접 조인트의 양단부(절곡 강판측의 단부, 겹침 강판측의 단부)에 30MPa의 인장 하중을 가한 경우에 대하여 FEM 해석을 행하였다.

도 1은, 절곡 각도 α가 45°이며, 절곡 강판의 판 두께 중심축과 겹침 강판의 판 두께 중심축에 판 두께 방향(Z축 방향)의 어긋남이 없는 경우의 응력의 해석 결과의 일례를 나타내는 도면이다.

여기서, 절곡 각도 α는, 절곡 강판의 절곡되어 있는 영역의 판면과 겹침 강판의 판면이 이루는 (예각측의) 각도이다(도 5를 참조).

본 실시 형태에 있어서, 판 두께 중심축이란, 강판의 판 두께 방향의 중심을 통과하며, 또한 용접 비드의 용접선에 따른 방향(Y축 방향, 길이 방향이라고도 칭함)과 강판의 판 두께 방향(Z축 방향)에 수직인 방향(X축 방향)으로 연장되는 축이다. 또한, 절곡 강판의 판 두께 중심축은, 절곡 강판의 절곡되어 있는 영역에 이어지는 영역(겹침 강판과 대략 평행한 영역)의 판 두께 중심축을 가리키는 것으로 한다.

도 1의 (c)에 나타내는 바와 같이, 절곡 강판에 있어서의 응력(상당 응력)은, 그 용접 지단부에서 최대가 되고, 그 값은 32MPa였다. 한편, 겹침 강판에 있어서의 응력(상당 응력)은, 그 루트부에서 최대가 되고, 그 값은 41MPa였다. 이와 같이, 판 두께 방향(Z축 방향)에 있어서, 절곡 강판의 판 두께 중심축과 겹침 강판의 판 두께 중심축에 어긋남이 없는 경우에는, 겹침 강판의 루트부의 응력이 41MPa가 되고, 약간 증가하기는 하지만, 겹침 강판의 루트부의 응력 집중 계수(의 최댓값)는 1.36으로 작다.

따라서, 도 1에 도시한 바와 같은, 겹침 필릿 아크 용접 조인트에서는, 일반적인 겹침 필릿 아크 용접 조인트(일단부측의 영역을 절곡시키지 않고 판면끼리를 대향시켜 겹침 필릿 아크 용접을 행함으로써 제조되는 용접 조인트)에 비해, 대폭적인 피로 강도의 향상을 기대할 수 있다.

도 2는, 절곡 각도 α가 45°이며, 겹침 강판의 판 두께 중심축이, 절곡 강판의 판 두께 중심축에 대하여, 절곡 강판 및 겹침 강판의 판 두께의 평균값의 1/2만큼 용접 지단부측으로 어긋나 있는 경우의 응력의 해석 결과의 일례를 나타내는 도면이다. 절곡 강판과 겹침 강판의 판 두께는 모두 2mm이기 때문에, 절곡 강판 및 겹침 강판의 판 두께의 평균값의 1/2는 1mm이다.

도 2의 (c)에 나타내는 바와 같이, 절곡 강판에 있어서의 응력(상당 응력)은, 그 용접 지단부에서 최대가 되고, 그 값은 53MPa였다. 한편, 겹침 강판에 있어서의 응력(상당 응력)은, 그 루트부에서 최대가 되고, 그 값은 93MPa였다.

겹침 강판의 판 두께 중심축이, 절곡 강판의 판 두께 중심축에 대하여 용접 지단부측으로 어긋나 있는 경우에, 겹침 필릿 아크 용접 조인트의 양단부에 인장 하중을 가하면, 도 2의 (b)에 나타내는 바와 같이, 절곡 강판은 용접 지단부측을 향해 볼록 형상으로 변형되고, 겹침 강판은 루트부측을 향해 볼록 형상으로 변형된다. 그 결과, 절곡 강판의 용접 지단부 및 겹침 강판의 루트부의 응력이 증가한다. 절곡 강판의 용접 지단부의 응력 집중 계수(의 최댓값)는 1.8, 겹침 강판의 루트부의 응력 집중 계수(의 최댓값)는 3.1이었다.

이와 같이, 겹침 강판의 판 두께 중심축이, 절곡 강판의 판 두께 중심축에 대하여 용접 지단부측으로 어긋나 있는 경우에는, 절곡 강판의 용접 지단부보다도, 겹침 강판의 루트부쪽이 보다 높은 응력 집중을 나타낸다. 일반적인 겹침 필릿 아크 용접 조인트의 응력 집중 계수는 4 정도로 되어 있다. 따라서, 겹침 강판의 루트부는 그것에 가까운 응력 집중 계수를 나타내는 것을 알 수 있다.

도 3은, 절곡 각도 α가 45°이며, 겹침 강판의 판 두께 중심축이, 절곡 강판의 판 두께 중심축에 대하여, 절곡 강판 및 겹침 강판의 판 두께의 평균값의 1/2만큼 루트부측으로 어긋나 있는 경우의 응력의 해석 결과의 일례를 나타내는 도면이다.

도 3의 (c)에 나타내는 바와 같이, 절곡 강판에 있어서의 응력(상당 응력)은, 그 루트부측의 판면에서 최대가 되고, 그 값은 53MPa였다. 한편, 겹침 강판에 있어서의 응력(상당 응력)은 그 용접 지단부에서 최대가 되고, 그 값은 64MPa였다.

겹침 강판의 판 두께 중심축이, 절곡 강판의 판 두께 중심축에 대하여 루트부측으로 어긋나 있는 경우에, 겹침 필릿 아크 용접 조인트의 양단부에 인장 하중을 가하면, 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 절곡 강판은 루트부측을 향해 볼록 형상으로 변형되고, 겹침 강판은 용접 지단부측을 향해 볼록 형상으로 변형된다. 즉, 도 2의 (b)에 나타내는 형상과는 반대 방향으로 강판이 변형된다. 그리고, 겹침 강판의 루트부에 있어서의 응력 집중이 없어지는 것을 알 수 있다.

또한, 절곡 강판의 루트부측의 판면의 응력 집중 계수(의 최댓값)는 1.8, 겹침 강판의 용접 지단부의 응력 집중 계수(의 최댓값)는 2.1이었다. 이와 같이, 겹침 강판의 판 두께 중심축이, 절곡 강판의 판 두께 중심축에 대하여 루트부측으로 어긋나 있는 경우쪽이, 용접 지단부측으로 어긋나 있는 경우보다도, 응력 집중 계수가 작아지는 것을 알 수 있다.

이상으로부터, 겹침 강판의 판 두께 중심축이, 절곡 강판의 판 두께 중심축에 대하여 용접 지단부측으로 어긋난 경우(즉, 도 2의 경우)의 겹침 강판의 루트부의 응력 집중 계수를 낮추는 것이, 겹침 필릿 아크 용접 조인트의 피로 강도에 있어서 중요한 것을 알 수 있다.

또한, 도 2의 (c) 및 도 3의 (c)에 있어서, 50MPa 이상의 고응력이 되는 영역의 경계를 실선으로 나타낸다. 도 1의 (c)에서는 50MPa 이상의 높은 응력을 나타내는 영역이 존재하지 않았다. 그러나, 도 2의 (c) 및 도 3의 (c)에서는, 50MPa 이상의 고응력이 되는 영역이 존재하고, 용접 지단부나 루트부의 근방에서 응력이 커져 있음을 알 수 있다.

겹침 필릿 아크 용접 조인트를 제조할 때, 2매의 강판의 판 두께 중심축의 판 두께 방향에 있어서의 위치가 어긋난 경우에는, 상판의 루트부의 응력 집중 계수가 가장 높아지는 것을 알았다. 이로부터, 본 발명자들은, 겹침 강판의 루트부의 응력 집중 계수를 낮출 필요가 있다고 생각하였다. 그래서, 본 발명자들은, 겹침 강판의 판 두께 중심축이, 절곡 강판의 판 두께 중심축에 대하여 루트부측으로 어긋나 있는 경우쪽이, 용접 지단부측으로 어긋나 있는 경우보다도, 용접 비드의 용접선에 따른 방향과 및 겹침 강판의 판 두께 방향에 수직인 방향에 있어서의 용접부의 길이가 긴 것에 착안하였다.

그리고, 겹침 강판의 루트부의 응력 집중 계수를 낮추기 위해서는, 용접 비드의 용접선에 따른 방향과 겹침 강판의 판 두께 방향에 수직인 방향에 있어서의 용접부의 길이를 길게 하는 것이 유효하다는 착상을 얻었다.

본 발명자들은, 이 착상에 기초하여, 접합부 길이를 길게 하는 것이 유효한 것을 발견하였다. 여기서, 접합부 길이란, 도 5에 있어서 L1로 나타내는 바와 같이, X-Z 단면에 있어서의, 용접 지단부(530)와 루트부(560)를 연결하는 직선의 길이이다.

이상과 같이, 접합부 길이 L1을 길게 함으로써 겹침 강판과 절곡 강판 사이의 하중의 전달이 원활해져, 겹침 강판의 루트부의 응력 집중 계수를 작게 할 수 있다고 생각된다. 접합부 길이 L1을 길게 하기 위해서는, 절곡 강판과 겹침측 강판 사이의 거리를 길게 할 필요가 있다.

절곡 강판을 크게 절곡하면, 절곡 강판의 루트부와 겹침 강판의 루트부의 간극이 너무 넓어진다. 그렇게 하면, 필릿 아크 용접 시에 용융 금속이 이 간극으로부터 유출되고, 1 패스 용접에서는, 적절한 용접 비드를 형성할 수 없게 되는 경우가 있다. 따라서, 접합부 길이 L1을 크게 한 후, 양호한 비드 형상을 유지하기 위해서는, 절곡 각도 α를 제한하는 것이 바람직하다는 것을 발견하였다.

이상과 같이, 본 발명자들은, 겹침 강판의 루트부와 절곡 강판의 용접 지단부의 거리, 즉, 접합부 길이 L1을 길게 함으로써, 절곡 강판의 판 두께 중심축에 대하여 겹침 강판의 판 두께 중심축이, 용접 지단부가 형성되어 있는 측(상판측)으로 어긋난 경우에도, 겹침 강판의 루트부의 응력 집중 계수를 저감시킬 수 있음을 발견하였다. 또한, 절곡 각도 α와, 절곡 강판 및 겹침 강판의 루트부의 간극을 제한함으로써, 접합부 길이 L1을 길게 하면서, 1 패스 용접 시의 용접 시공 불량을 억제할 수 있음을 발견하였다. 이하에 설명하는 실시 형태는, 이상의 지견에 기초하여 이루어진 것이다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 일 실시 형태를 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시 형태에 한정되지 않는 것은 자명하다.

본 실시 형태에서는, 금속판이 강판인 경우를 예로 들어 설명하지만, 금속판은 강판이 아니어도 된다. 도 4는, 후술하는 본 실시 형태의 방법으로 겹침 필릿 아크 용접이 실시됨으로써 제조되는 부재의 일례를 나타내는 도면이다.

도 4에 나타내는 부재는, 예를 들어 자동차의 섀시부의 프레임 부재이지만, 자동차의 섀시부의 프레임 부재에 한정되지 않는다. 도 4의 (a)는 부재(400)의 구성의 일례를 나타내는 사시도이다. 도 4의 (b)는, 도 4의 (a)에 나타내는 부재(400)의 상면(용접 비드(430)가 형성되어 있는 면)의 일례를 나타내는 도면이다.

도 4의 (a)에 있어서, 부재(400)는, 겹침 필릿 아크 용접에 의해 형성되는 용접 비드(430, 440)로 강판(410, 420)을 접합함으로써 구성된다. 이와 같이, 용접 비드(430, 440)는 강판(410, 420)의 접합부가 된다.

도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이, 강판(410) 및 강판(420)의 판 폭 방향(Y축 방향)에 수직인 단면(X-Z 단면)의 형상은, コ 형상이다. 즉, 강판(410) 및 강판(420)의 단면 형상은, 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이, X-Z 단면에 있어서, Z축에 평행한 영역과, 이 영역과 연속되며 또한 X축에 평행한 영역을 갖는다. 강판(410) 또는 강판(420)에 있어서, 강판의 일단부가 타단부보다도 돌출되며, 또한 돌출된 단부의 선단 부분이 부재(400)의 내측으로 절곡된 형상을 갖는다.

강판(410 및 420)과 같은 형상은, 굽힘 가공이 아니라 프레스 가공에 의해 형성할 수 있다. 또한, 후술하는 본 실시 형태의 방법으로 겹침 필릿 아크 용접이 실시되는 대상이 되는 부재는, 도 4에 도시한 바와 같은 부재(400)에 한정되는 것은 아니다.

또한, 굽힘 가공을 행하여 제조되는 부재에 대하여, 후술하는 본 실시 형태의 방법으로 겹침 필릿 아크 용접을 실시해도 된다.

도 5는, 본 실시 형태에 따른 겹침 필릿 아크 용접 조인트의 일례를 나타내는 도면이다. 도 5는, 도 4에 나타내는 용접 비드(430)가 형성되어 있는 영역과 그 근방의 영역 X-Z 단면(X축 및 Z축을 포함하는 평면)을 나타낸다. 여기서, X-Z 단면은 Y축에 수직인 단면이다.

또한, 도 4에 나타내는 용접 비드(440)가 형성되어 있는 측의 겹침 필릿 아크 용접 조인트는, 도 5에 나타내는 겹침 필릿 아크 용접 조인트와, 강판(410, 420)의 판 폭 방향(Y축 방향)을 회전축으로 하는 회전 대칭의 관계에 있다. 따라서, 여기서는, 용접 비드(430)가 형성되어 있는 측의 겹침 필릿 아크 용접 조인트를 상세하게 설명하고, 용접 비드(440)가 형성되어 있는 측의 겹침 필릿 아크 용접 조인트의 상세한 설명을 생략한다.

도 5에 나타내는 예에 있어서는, 강판(410)이 절곡 강판이며, 강판(420)이 겹침 강판이다. 이하의 설명에서는, 필요에 따라서, 강판(410)을 절곡 강판(410)이라 칭하고, 강판(420)을 겹침 강판(420)이라 칭한다. 또한, 도 4에 있어서, 용접 비드(440)가 형성되는 측의 겹침 필릿 아크 용접 조인트에서는, 강판(420)이 절곡 강판이 되고, 강판(410)이 겹침 강판이 된다.

<절곡 강판 및 겹침 강판의 일단부측의 형상과 기본적인 배치>

도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 절곡 강판(410)의 일단부측의 영역(X축의 정방향측의 단부의 영역)은 절곡되어 있다. 한편, 겹침 강판(420)의 일단부측(X축의 부방향측)의 영역은 절곡되어 있지 않다.

또한, 절곡 강판(410)의 절곡되어 있는 영역에 이어지는 영역(도 5의 절곡 강판(410)의 영역(410b))과, 겹침 강판(420)의 일단부측의 영역(도 5의 겹침 강판(420)의 420a))은, 대략 평행한 것이 바람직하다.

도 5에 있어서, 절곡 강판(410)의 일단부측의 절곡되어 있는 영역을 영역(410a)이라 하고, 겹침 강판(420)의 일단부측의 영역을 영역(420a)이라 한다. 또한, 절곡 강판(410)의 절곡되어 있는 영역(410a)에 이어지는 영역을 영역(410b)이라 한다.

절곡 강판(410)의 영역(410a)의 선단(X축의 정방향측의 단부)의 X축 방향의 위치는, 겹침 강판(420)의 영역(420a)의 X축 방향의 위치 중 어느 것과 중복된다. 바꾸어 말하면, X축 방향에 있어서, 절곡 강판(410)의 영역(410a)의 선단의 위치가 겹침 강판(420)의 영역(420a)과 중복된다.

겹침 강판(420)의 영역(420a)에 있어서, 겹침 강판(420)의 적어도 일부의 영역의 Z축 방향의 위치는, 절곡 강판(410)의 영역(410a)의 Z축 방향의 위치 중 어느 것과 중복되어도 된다.

또한, 도 4 및 도 5에서는, 겹침 강판(420)의 일부 영역의 Z축 방향의 위치가, 절곡 강판(410)의 영역(410a)의 Z축 방향에 있어서의 위치 중 어느 것과 중복되는 경우를 예로 들어 나타낸다.

절곡 강판(410) 및 겹침 강판(420)의 판 두께나, 절곡 강판(410)의 영역(410a)의 길이나, 절곡 각도 α 등에 따라서, 겹침 강판(420)의 전부의 영역의 Z축 방향에 있어서의 위치가, 절곡 강판(410)의 절곡되어 있는 영역(410a)의 Z축 방향에 있어서의 위치 중 어느 것과 중복되어 있어도 된다.

이하의 설명에서는, 「절곡 강판(410)의 영역(410b)(도 5의 절곡 강판(410)의 X축에 평행한 영역)」를 필요에 따라서, 「절곡 강판(410)의 경사져 있지 않은 영역(410b)」이라 칭한다. 겹침 강판(420)은 그 일단부측에, 절곡 강판(410)의 영역(410b)과 대략 평행한 영역, 즉, 영역(420a)을 가지고 있으면, 기타 영역에 있어서는 절곡되어 있어도 된다. 기타 영역이란, 예를 들어 도 4의 겹침 강판(420)의 Z축에 평행한 부분이다. 또한, 절곡 강판(410)은 그 일단부측의 영역에 더하여, 기타 영역에서 절곡되어 있어도 된다. 기타 영역이란, 도 4의 절곡 강판(410)의 Z축에 평행한 부분이다.

<판 두께 중심축의 어긋남 범위>

도 5에 있어서, 절곡 강판(410)의 판 두께 중심축과 겹침 강판(420)의 영역(420a)의 판 두께 중심축의 어긋남량은, 용접 지단부(530, 540)가 형성되는 측(Z축의 정방향측) 및 루트부(550, 560)가 형성되는 측(Z축의 부방향측)의 어느 것에 있어서도, 절곡 강판(410)의 판 두께 t_PB와 겹침 강판(420)의 판 두께 t_PL의 평균값의 1/2배 이하로 한다.

여기서, 절곡 강판(410)의 판 두께 중심축과 겹침 강판(420)의 판 두께 중심축의 어긋남량은, Z축 방향에 있어서의, 절곡 강판(410)의 영역(410b)의 판 두께 중심축(510)과 겹침 강판(420)의 영역(420a)의 판 두께 중심축(520) 사이의 길이이다. 전술한 바와 같이, 판 두께 중심축이란, X-Z 단면에 있어서, 강판의 판 두께 방향에 있어서의 중심을 통과하며 또한 강판의 표면과 평행한 방향으로 연장되는 축을 말한다.

도 5에서는, 겹침 강판(420)의 영역(420a)의 판 두께 중심축(520)이, 절곡 강판(410)의 영역(410b)의 판 두께 중심축(510)에 대하여, 용접 지단부(530, 540)이 형성되는 측(Z축의 정방향측)으로 어긋이나 있는 경우를 예로 들어 나타낸다. 절곡 강판(410) 및 겹침 강판(420)의 판 두께 중심축(510, 520)의 어긋남 범위가 전술한 범위라면, 겹침 강판(420)의 영역(420a)의 판 두께 중심축(520)이, 절곡 강판(410)의 영역(410b)의 판 두께 중심축(510)에 대하여, 루트부(550, 560)가 형성되는 측(Z축의 부방향측)으로 어긋나 있어도 된다.

도 5에 도시되는 겹침 필릿 아크 용접 조인트의 예에서는, Z축의 부방향이란, 절곡 강판(410)의 영역(410a)이 절곡되는 방향이다. 바꾸어 말하면, Z축의 부방향이란, 겹침 강판(420)에 대하여, 절곡 강판(410)의 영역(410a)의 선단이 위치하는 방향이다.

또한, 절곡 강판(410)에 있어서, Z축의 정방향측의 면을 상측면, Z축의 부방향측의 면을 하측면이라 칭해도 되고, 겹침 강판(420)에 있어서, Z축의 정방향측의 면을 상측면, Z축의 부방향측의 면을 하측면이라 칭해도 된다. 즉, 도 5에 도시되는 겹침 필릿 아크 용접 조인트의 예에서는, 절곡 강판(410)의 상측면 상에는, 용접 지단부(530) 및 루트부(550)가 위치한다. 또한, 겹침 강판(420)의 상측면 상에는 용접 지단부(540)가 위치하고, 겹침 강판(420)의 하측면 상에는 루트부(560)가 위치한다.

절곡 강판(410) 및 겹침 강판(420)의 판 두께 중심축의 어긋남량이, 절곡 강판(410)의 판 두께 t_PB와 겹침 강판(420)의 판 두께 t_PL의 평균값의 1/2배를 상회하면, 겹침 필릿 아크 용접 조인트에 인장 하중 등의 하중이 가해진 경우에, 겹침 필릿 아크 용접 조인트가 크게 면외 변형된다. 그 때문에, 이러한 면외 변형이 일어나는 것을 억제하기 위해서, 절곡 강판(410) 및 겹침 강판(420)의 판 두께 중심축의 어긋남량을, 절곡 강판(410)의 판 두께 t_PB와 겹침 강판(420)의 판 두께 t_PL의 평균값의 1/2배 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 일반적인 겹침 필릿 아크 용접 조인트보다도 판 두께 중심축의 어긋남량을 작게 하는 관점에서, 상기 「1/2배 이하」 대신에 「1/2배 미만」을 채용해도 된다.

<접합부 길이의 범위>

도 6은, 접합부 길이 L1의 검토 시에 사용한 겹침 필릿 아크 용접 조인트의 모델의 일례를 나타내는 도면이다. 도 6에서도, 도 5와 동일하게, 절곡 강판(610) 및 겹침 강판(620)의 X-Z 단면을 나타낸다.

여기에서는, 절곡 강판(610)의 판 두께 t_PB와 겹침 강판(620)의 판 두께 t_PL이 모두 1.8mm로 동등한 것으로 하였다. 또한, 절곡 강판(610)의 경사져 있지 않은 영역의 판 두께 중심축(630)에 대하여 겹침 강판(620)의 판 두께 중심축(640)이, 용접 지단부(650, 660)가 형성되어 있는 측(Z축의 정방향측)으로, 절곡 강판(610)의 판 두께 t_PB의 1/2배만큼 어긋난 위치가 되게, 절곡 강판(610) 및 겹침 강판(620)의 위치를 고정한 상태에서, 절곡 강판(610) 및 겹침 강판(620)을 배치하는 것으로 하였다.

또한, 도 6에 있어서, 절곡 강판(610)의 일단부측의 절곡되어 있는 영역을 영역(610a)이라 하고, 겹침 강판(620)의 일단부측의 영역을 영역(620a)이라 한다. 또한, 절곡 강판(610)의 절곡되어 있는 영역(610a)에 이어지는 영역을 영역(610b)이라 한다.

이상과 같은 배치에서, 절곡 각도 α와, 겹침 강판(620)의 X축 방향(용접 비드(430)의 용접선에 따른 방향(Y축 방향) 및 겹침 강판(420)의 판 두께 방향(Z축 방향)에 수직인 방향)의 위치를 변화시켜, 가장 응력이 집중되는 겹침 강판(620)의 루트부(680)의 응력 집중 계수를 저감할 수 있는 조인트 형상을, FEM에 의한 해석을 행하여 검토하였다.

여기에서는 FEM에 의한 해석을 단순화시키기 위해서, 도 6에 나타내는 바와 같이, 절곡 강판(610)의 용접 지단부(650)의 위치를, 절곡 강판(610)의 절곡부의 기점(굴곡점)의 위치로 하였다. 또한, 겹침 강판(620)의 용접 지단부(660)의 위치를, 겹침 강판(620)의 일단부(선단)의 상단(Z축의 정방향측의 단부)의 위치로 하고, 겹침 강판(620)의 루트부(680)의 위치를, 겹침 강판(620)의 일단부(선단)의 하단의 위치로 하였다. 또한, 절곡 강판(610)의 루트부(670)를, 절곡 강판(610)의 절곡되어 있는 영역의 판면 상이며, 겹침 강판(620)과 대향하는 측의 판면 상에 배치하고, 그 X축 방향의 위치를, 겹침 강판(620)의 일단부(선단)의 X축 방향의 위치와 동일한 위치로 하였다.

이상의 조건 하에, 절곡 각도 α를 45°, 30°, 20°, 10°로 변화시킴과 함께, 겹침 강판(620)의 일단부(선단)의 X축 방향의 위치 x(단위는 mm)를 변화시키고, 각각의 상태에 있어서, FEM에 의한 해석을 행하여, 겹침 필릿 아크 용접 조인트(절곡 강판(610), 겹침 강판(620) 및 용접 비드(690))의 루트부의 응력을 계산하였다.

여기서, 겹침 강판(620)의 일단부(선단)의 X축 방향의 위치 x의 값은, 절곡 강판(610)의 굽힘 시작의 기점이 되는 위치를 0(제로, x=0)이라 하였다(전술한 바와 같이 도 6에서는, 절곡 강판(610)의 굽힘 시작의 기점이 되는 위치는, 절곡 강판(610)의 용접 지단부(650)의 위치와 동일한 위치임). 그리고, 겹침 강판(620)의 일단부(선단)의 위치가 X축의 정방향으로 어긋날수록(절곡 강판(610)으로부터 멀어질수록) 겹침 강판(620)의 일단부(선단)의 X축 방향의 위치의 값은 커지는 것으로 한다. 또한, 이하의 설명에서는, 「겹침 강판(620)의 일단부(선단)의 X축 방향의 위치」를 필요에 따라서 「겹침 강판 위치 x」라고 칭한다. 이상의 FEM에 의한 해석의 결과 그래프를 도 7 내지 도 9에 나타낸다.

도 7은, 겹침 강판(620)의 루트부(680)의 응력 집중 계수와 겹침 강판 위치 x의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 어느 절곡 각도 α에 있어서도, 겹침 강판 위치 x의 값이 큰 쪽이, 겹침 강판(620)의 루트부(680)의 응력 집중 계수는 작아지는 것을 알 수 있다.

또한, 도 8은, 겹침 필릿 아크 용접 조인트의 각 부의 응력의 분포의 일례를 나타내는 도면이다. 도 8의 (a)는 절곡 각도 α=45°, 겹침 강판 위치 x=1.2mm의 조건에서의 분포를 나타내고, 도 8의 (b)는 절곡 각도 α=30°, 겹침 강판 위치 x=1.8mm의 조건에서의 분포를 나타낸다.

이상의 결과로부터, 겹침 강판 위치 x가 큰(즉, 접합부의 X축 방향의 길이가 긴) 쪽이, 절곡 강판(610)과 겹침 강판(620) 사이의 하중의 전달이 원활해진다고 생각된다.

겹침 강판(620)의 루트부(680)로부터 절곡 강판(610)의 용접 지단부(650)까지의 길이(접합부 길이 L1)를, 접합부의 X축 방향의 길이의 지표로 하여, 겹침 강판(620)의 루트부(680)의 응력 집중 계수를 재정리한 결과를 도 9에 나타낸다. 도 9는, 겹침 강판(620)의 루트부(680)의 응력 집중 계수와, 접합부 길이 L1을 겹침 강판(620)의 판 두께 t_PL로 나눈 값의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.

도 9에 나타내는 바와 같이, 절곡 각도 α 및 겹침 강판 위치 x에 관계없이 접합부 길이 L1로, 겹침 강판(620)의 루트부(680)의 응력 집중 계수를 정리할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 접합부 길이 L1이 겹침 강판(620)의 판 두께 t_PL의 2배 미만이 되면, 겹침 강판(620)의 루트부(680)의 응력 집중 계수가 급격하게 커지는 것을 알 수 있다.

이로부터, 접합부 길이 L1을 겹침 강판(620)의 판 두께 t_PL의 2배 이상(L1≥2×t_PL)으로 함으로써, 겹침 강판(620)의 루트부(680)의 응력 집중 계수를 대략 2 정도, 즉, 일반적인 겹침 필릿 아크 용접 조인트의 절반 정도로 억제할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 본 발명자들은, 강종이나 판 두께의 조건을 바꾸어도 이러한 경향이 나타나고 있음을 확인하였다.

또한, 접합부 길이 L1의 상한값은 특별히 한정되지 않지만, 겹침 필릿 아크 용접에 있어서 충분한 살붙임을 확보하는 관점에서, 예를 들어 겹침 강판(620)의 판 두께 t_PL의 5배 이하(L1≤5×t_PL)로 하는 것이 바람직하다.

이상으로부터, 본 실시 형태에서는, 접합부 길이 L1을 겹침 강판(420)의 판 두께 t_PL의 2배 이상으로 한다. 여기서, 용접 비드(430)의 접합부 길이 L1은, 용접 비드(430)의 장소에 따라서 상이한 경우가 있다. 이러한 경우, 용접 비드(430)의 접합부 길이 L1로서 대표값을 채용하는 것이 바람직하다.

본 실시 형태에서는, 예를 들어 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 6군데의 위치(461 내지 466)에 있어서의 접합부 길이 L1의 평균값을, 용접 비드(430)의 접합부 길이 L1의 대표값으로 하는 것이 바람직하다. 위치(461)는, 용접 비드(430)의 용접 개시 위치(451)로부터 용접의 진행 방향(용접 예정 개소에 대한 용접 와이어의 상대적인 진행 방향)으로 15mm만큼 이격된 위치이다. 위치(462)는, 용접 비드(430)의 용접 종료 위치(452)로부터 용접의 진행 방향과 반대 방향으로 15mm만큼 이격된 위치이다. 위치(463 내지 466)는, 위치(461, 462)를 양단으로 하는 Y축 방향(용접 비드(430)의 용접선에 따른 방향)의 범위를 5 등분하는 위치이다.

또한, 용접 비드의 용접 개시 위치와 용접 종료 위치가 서로 겹치는 경우에도, 전술한 바와 같이, 6군데의 위치에서의 X-Z 단면에 있어서의 접합부 길이 L1의 평균값을 용접 비드의 접합부 길이 L1의 대표값으로 할 수 있다.

또한, 용접 비드(430)의 접합부 길이 L1의 대표값은, 반드시 전술한 것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 평균값 대신에 중앙값을 사용할 수 있다. 또한, 5 등분으로 하지 않고, n 등분(n은 2 이상의 정수)으로 하여 산출해도 된다.

<절곡 강판의 용접 지단부의 위치>

본 실시 형태에서는, 절곡 강판(410)의 용접 지단부(530)의 Z축 방향(겹침 강판(420)의 판 두께 방향)에 있어서의 위치를, 제1 위치로부터 제2 위치까지의 범위로 한다.

여기서, 제1 위치는, 절곡 강판(410)의 영역(410b)의 판면 상의 위치이며, 용접 비드(430)가 형성되는 측의 판면 상(Z축의 정방향측의 판면 상)의 위치이다. 이 제1 위치는, 용접 비드(430)가 형성되지 않은 영역의 위치여도 된다. 제2 위치는, Z축 방향에 있어서의, 절곡 강판(410)의 영역(410b)의 판 두께 중심축(510)의 위치이다.

또한, 이하의 설명에서는, 「절곡 강판(410)의 영역(410b)의 판면이며, 용접 비드(430)가 형성되는 측의 판면(Z축의 정방향측의 판면)」을 필요에 따라서 「절곡 강판(410)의 영역(410b)의 표면」이라 칭한다.

절곡 강판(410)의 용접 지단부(530)가 절곡 강판(410)의 영역(410b)의 표면 상에 있으면, 용접 지단부(530)의 형상을 매끄럽게 할 수 있으므로 바람직하다. 한편, 절곡 강판(410)의 용접 지단부(530)가, 절곡 강판(410)의 절곡되어 있는 영역에 위치하면, 용접 지단부(530)에 오목부가 발생하고, 당해 오목부가 발생하고 있는 부분에 응력 집중이 발생한다.

절곡 강판(410)의 용접 지단부(530)의 Z축 방향에 있어서의 위치가, 절곡 강판(410)의 영역(410b)의 판 두께 중심축(510)의 위치보다도, 절곡 강판(410)의 영역(410a)의 선단측(Z축의 부방향측)에 위치하면, 이 오목부의 형상이 크며 또한 복잡해지고, 큰 면외 변형이 발생할 우려가 있다.

이상으로부터 본 실시 형태에서는, 절곡 강판(410)의 용접 지단부(530)의 Z축 방향에 있어서의 위치를, 절곡 강판(410)의 영역(410b)의 표면의 위치(즉, 상기 제1 위치)로부터, 절곡 강판(410)의 영역(410b)의 판 두께 중심축(510)의 위치(즉, 상기 제2 위치)까지의 범위로 한다.

이상의 설명에서는, <판 두께 중심축의 어긋남 범위>, <접합부 길이의 범위> 및 <절곡 강판의 용접 지단부의 위치>를 규정함으로써, 겹침 필릿 조인트의 루트부(550, 560)의 응력 집중 계수를 저감시킬 수 있음을 나타냈다.

두꺼운 강판의 용접과 같이 복수 패스의 용접을 행하면, 조인트의 형상에 특별한 제약을 두지 않고, 이러한 조건을 만족시키는 용접 시공이 가능해진다. 그러나, 예를 들어 생산성이 중시되는 자동차 부재에서는 1 패스 용접으로 제조되는 것이 많기 때문에, 용융 금속의 유출이나 용락 결함이 발생하지 않는 안정한 용접 시공을 행할 것이 요구된다. 따라서, 이하와 같이, <루트부간의 간극>, <접합부 길이의 상한> 및 <절곡 각도의 범위>를 규정하는 것이 바람직하다.

<루트부간의 간극>

본 실시 형태에서는, 도 5에 도시한 바와 같이, 절곡 강판(410)과 겹침 강판(420)에 간극이 있는 상태에서 용접 조인트를 제작해도, 루트부(550, 560)의 응력 집중을 저감시킬 수 있는 방법을 제안하고 있다. 그러나, 루트부(550)와 루트부(560)의 간극 g(겹침 강판(420)의 판 두께 방향(Z축 방향)에 있어서의 루트부(550)와 루트부(560)의 거리)가 과도하게 커지면, 도 10의 (a)에 나타내는 바와 같이, 용접 시공 시에 이 간극 g로부터 용융 금속이 유출되어(도 10의 (a)의 백색 화살표선을 참조), 용접 시공이 불량해진다. 이 때문에, 1 패스 용접에 의해 양호한 용접 시공을 행하기 위해서는 루트부(550)와 루트부(560)의 간극 g에 상한을 설정할 필요가 있다.

본 발명자들의 경험에 의하면, 절곡 강판을 사용하지 않는 일반적인 겹침 필릿 아크 용접 조인트에서는, 루트부의 간극이 겹침 강판의 판 두께 1.5배 정도 이상이 되면 용접 시공이 불량해진다. 본 실시 형태에 따른 절곡 강판(410)을 사용한 겹침 필릿 아크 용접 조인트에서는, 절곡 강판(410)의 영역(410a)이 겹침 강판(420)에 대하여 경사져 있기 때문에, 루트부(550)와 루트부(560)의 간극 g가 겹침 강판(420)의 판 두께 1.5배여도, 루트부(550)와 루트부(560)의 간극 g로부터 용융 금속이 유출되기 쉬워진다.

따라서, 안정된 용접 시공을 실현하기 위해서는, 루트부(550)와 루트부(560)의 간극 g의 상한을 겹침 강판(420)의 판 두께 t_PL로 하는 것이 바람직하다. 즉, (g≤t_PL)과의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다.

<접합부 길이의 상한>

상술한 <접합부 길이의 범위>의 항에 있어서, 접합부 길이 L1의 하한값을 겹침 강판(420)의 판 두께 t_PL의 2배(즉, L1≥2×t_PL)로 함으로써, 루트부(550, 560)의 응력 집중 계수를 저감시킬 수 있음을 나타냈다. <접합부 길이의 범위>의 항에서 설명한 바와 같이, 루트부(550, 560)의 응력 집중 계수를 저하시킨다는 관점에서는 접합부 길이 L1의 상한은, 특별히 제한되지 않는다. 그러나, 실제로 1 패스로 용접 조인트를 제작하기 위한 용접 시공성의 관점에서 접합부 길이 L1에 상한을 설정하는 것이 바람직하다.

도 10의 (b)에 나타내는 바와 같이, 접합부 길이 L1을 크게 하기 위해서는 용접 입열을 증가시켜 용접 비드(430)의 폭(X축 방향의 길이)을 확장할 필요가 있다. 그러나, 용접 입열을 과도하게 증가시키면, 절곡 강판(410)이 녹아 떨어지거나(도 10의 (b)의 백색 화살표선을 참조), 겹침 강판(420)측의 용접 지단부(540)에 천공 결함이 발생하거나 하는 경우가 있다. 접합부 길이 L1을 겹침 강판(420)의 판 두께 t_PL의 4배 이하(즉, L1≤4t_PL)로 함으로써, 이들의 용접 시공 불량이 발생하지 않는 것을 확인할 수 있었다.

따라서, 접합부 길이 L1의 상한을 겹침 강판(420)의 판 두께 t_PL의 4배로 하는 것이 바람직하다. 즉, (L1≤4t_PL)과의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다. 또한, <접합부 길이의 범위>의 항에서, 접합부 길이 L1의 상한을 5×t_PL로 하였지만, 이것은 복수 패스에서의 용접을 전제로 한 값이며, 1 패스 용접을 전제로 하면, 접합부 길이 L1의 상한은 4×t_PL인 것이 바람직하다.

<절곡 각도의 범위>

접합부 길이 L1이나 루트부(550, 560)의 간극 g와 동일하게 절곡 강판(410)의 절곡 각도 α도 용접 시공성에 영향을 미친다. 절곡 각도 α가 큰 경우에는, 도 10의 (a)에 도시한 바와 같이, 루트부(550, 560)의 간극 g가 커지기 쉽기 때문에 용융 금속의 유출에 의한 용접 시공 불량이 발생하기 쉬워진다.

한편, 절곡 각도 α가 작은 상태에서, 절곡 강판(410) 및 겹침 강판(420)의 판 두께 중심축의 어긋남량을, 절곡 강판(410)의 판 두께 t_PB와 겹침 강판(420)의 판 두께 t_PL의 평균값의 1/2배 이하로 하려고 하면, 도 10의 (b)에 도시한 바와 같이, 접합부 길이 L1의 큰 용접을 행할 필요가 있다.

그러나, <접합부 길이의 상한>의 항에서 설명한 바와 같이, 접합부 길이 L1이 큰 용접 비드(430)를 얻기 위해서는, 용접 입열을 높게 하여 용접 비드(430)의 폭을 확장할 필요가 있고, 거기에 수반하는 용접 시공 불량이 발생한다. 또한, 1 패스로 용접을 행하는 경우에 절곡 각도 α가 작으면, 절곡 강판(410)의 용접 지단부(530)의 Z축 방향의 위치가, 절곡 강판(410)의 절곡되어 있는 영역의 선단측(Z축의 부방향측)에 위치하고, 절곡 강판(410)의 용접 지단부(530)가 응력 집중 개소가 되기 쉬워진다.

이들 문제를 회피하기 위해서, 절곡 각도 α를 10° 이상 35° 이하로 하는 것이 바람직하다.

1 패스 용접으로 안정된 용접 시공을 행하기 위한 절곡 각도 α의 적정 범위를 검증하기 위해서, 본 발명자들은, 절곡 각도 α 및 겹침 강판 위치 x를 바꾼 복수의 겹침 필릿 아크 용접 조인트를 제조하였다. 용접 방법은, 자동차의 섀시부의 프레임 부재에서 일반적으로 사용되는 펄스 마그 용접법으로 하였다. 또한, 여기서는, 판 두께 3.2mm의 강판을 사용하였다. 그 결과를 도 11에 도시한다. 도 11은, 겹침 강판 위치 x(여기에서는, xmm/t_PLmm(겹침 강판의 판 두께)로 규격화되어 있음)와 절곡 각도 α의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.

도 11에 도시한 바와 같이, 절곡 각도 α와 겹침 강판 위치 x/t_PL의 양쪽이 큰 경우에는, 절곡 강판(410)과 겹침 강판(420) 사이의 간극이 증가하고, 그 간극으로부터 용융 금속이 유출되어 버려 용접 시공 불량이 되었다(도 11의 「용융 금속의 유출」이라 표기하는 부분을 참조). 용융 금속의 유출이 발생하지 않는 바람직한 범위는, 약 「x/t_PL≤-0.125×α+6.875」의 조건을 만족시키는 범위이다.

또한, 절곡 각도 α가 작으며(α<10), 겹침 강판 위치 x/t_PL이 큰(x/t_PL>5) 경우에는, 절곡 강판(410)의 용접 지단부(530)의 Z축 방향의 위치가, 절곡 강판(410)의 경사져 있지 않은 영역(410b)의 판 두께 중심축(510)의 위치보다도 절곡 강판(410)의 절곡되어 있는 영역(410a)의 내측(Z축의 정방향측)으로 되도록, 고입열의 용접 조건을 설정하면, 절곡 강판(410)에 천공 결함이 발생해버렸다(도 11의 「절곡 강판측 지단부 위치의 범위 밖」이라 표기하는 부분을 참조).

또한, 절곡 각도 α와 겹침 강판 위치 x/t_PL의 양쪽이 작은 경우에는, 절곡 강판(410)에 겹침 강판(420)이 충돌해버려, 상술한 <판 두께 중심축의 어긋남 범위>의 항에서 설명한 기준(절곡 강판(410) 영역(410b)의 판 두께 중심축과 겹침 강판(420)의 영역(420a)의 판 두께 중심축의 어긋남량을, 절곡 강판(410)의 판 두께 t_PB와 겹침 강판(420)의 판 두께 t_PL의 평균값의 1/2배 이하로 하는 것)이라는 조건을 만족시킬 수 없었다(도 11의 「배치 기준의 범위 밖」이라고 표기하는 부분을 참조). 이 조건을 만족시키는 바람직한 범위는, 약 「x/t_PL≥-0.2×α+5」의 조건을 만족시키는 범위이다.

또한, 절곡 각도 α의 값에 관계없이 겹침 강판 위치 x/t_PL이 1.8 미만(x/t_PL<1.8)으로 작은 경우에는, 상술한 <접합부 길이의 범위>의 항에서 설명한 기준(L1≥2×t_PL)의 기준을 만족시킬 수 없었다(도 11의 「L1 기준의 범위 밖」이라고 표기하는 부분을 참조).

1 패스로 용접을 행하는 경우에도, 도 11에 나타내는 다각형의 내측의 영역값이 되는 조건에서 겹침 필릿 용접 조인트를 제조하면, <접합부 길이의 범위>, <판 두께 중심축의 어긋남 범위>, <절곡 강판의 용접 지단부의 위치>, <루트부간의 간극> 및 <접합부 길이의 상한>의 항에서 설명한 기준을 만족시킬 수 있으며, 또한 루트부(550, 560)의 간극 g의 확대에 의한 용접 시공 불량이 발생하지 않기 때문에 바람직하다.

이상으로부터, 1 패스로 용접하는 것을 상정하면, 절곡 각도 α를 10° 이상 35° 이하(즉, 10°≤α≤35°)의 범위로 하고, 또한 접합부 길이 L1의 상한을 겹침 강판(420)의 판 두께 t_PL의 4배로 하여 루트부(550, 560)의 간극 g의 상한을 겹침 강판(420)의 판 두께 t_PL로 하는 것이 바람직하다.

<강판>

본 실시 형태에서는, 겹침 필릿 아크 용접 조인트의 응력 집중을 저감시키는 것을 목적으로 하고 있다. 따라서, 강판의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 인장 강도가 270MPa 정도인 연강판으로부터 인장 강도가 1180MPa 정도인 초하이텐 강판까지 각종 인장 강도의 강판을 사용할 수 있다. 단, 부재의 경량화의 관점에서는 하이텐 강판(예를 들어, JISG3101에 기재되어 있는 방법으로 측정한 경우의 인장 강도가 590MPa 이상인 강판)을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 동종의 강판을 조합해도, 이종의 강판을 조합해도 된다.

또한, 강판의 판 두께에 대해서도 특별한 제약은 없다. 단, 부재에 부하가 걸린 경우의 굽힘 모멘트에 의한 부재의 변형을 억제하는 관점에서, 절곡 강판(410) 및 겹침 강판(420)의 한쪽 또는 양쪽에, 판 두께가 1.6mm 이상 3.4mm 이하인 박강판을 사용하면 효과적이다. 또한, 판 두께가 동일한 강판을 사용해도, 판 두께가 다른 강판을 사용해도 된다.

또한, 부재의 내식성의 관점에서, 아연 도금 강판(표면에 아연 도금이 실시된 강판)이 사용되는 경우가 있다. 그러나, 일반적인 겹침 필릿 아크 용접 조인트에서는, 루트부에 아연 증기에 의한 블로우 홀이 발생하기 쉽고, 이것이 문제가 되는 경우가 있다. 본 실시 형태에 따른 겹침 필릿 아크 용접 조인트에서는, 루트부(550, 560)가 간극을 가지거나, 선으로 접촉(겹침 강판(420)의 일단부면(선단면)의 가공의 상태에 따라서는 복수의 점에서 접촉)되거나 중 어느 상태가 된다. 이 때문에, 용접 시의 아연 증기는, 용융 금속 내로 진입하지 않고, 루트부(550, 560)측에 있어서 절곡 강판(410) 및 겹침 강판(420) 사이에서 배출되기 쉬워진다. 따라서, 블로우 홀을 억제할 수 있다.

따라서, 절곡 강판(410) 및 겹침 강판(420)의 한쪽 또는 양쪽에, 아연 도금 강판을 사용하면 내식성이 얻어지기 효과적이다. 또한, 아연 도금은, 도금에 아연이 포함되어 있는 것이면 되고, 예를 들어 용융 아연 도금 강판이나 합금화 용융 아연 도금 강판 등이 아연 도금 강판에 포함된다. 또한, 아연 도금 이외의 도금이 표면에 실시된 강판을, 절곡 강판(410) 및 겹침 강판(420)의 한쪽 또는 양쪽에 사용해도 된다.

<제조 방법>

이어서, 겹침 필릿 아크 용접 조인트의 제조 방법의 일례를 설명한다.

먼저, 평면상의 강판을 2매 준비한다. 이어서, 2매의 강판 중, 한쪽 강판의 일단부측의 영역을 절곡한다. 절곡 각도 α는, 부재의 형상이나 부재에 가해진다고 상정되는 하중 등에 기초하여 설계자가 정한다. 1 패스로 겹침 필릿 아크 용접 조인트를 제조하는 경우에는, 절곡 각도 α가 10° 이상 35° 이하의 범위가 되도록 한다. 복수 패스로 겹침 필릿 아크 용접 조인트를 제조하는 경우에는, 절곡 각도 α를 10° 이상 35° 이하의 범위로 해도 되고, 하지 않아도 된다. 단, 가공의 작업성 등의 관점에서, 절곡 각도 α를 10° 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하여 절곡 강판(410)을 제조한다. 또한, 2매의 강판 중, 다른 쪽 강판은 겹침 강판(420)이 된다.

이어서, 절곡 강판(410)과 겹침 강판(420)의 위치 결정을 행한다. 이 위치 결정 시에는, 절곡 강판(410)의 영역(410b)의 판면과, 겹침 강판(420)의 판면이 대략 평행해지도록 한다.

또한, 판 두께 방향(Z축 방향)에 있어서의 절곡 강판(410) 및 겹침 강판(420)의 판 두께 중심축의 어긋남량을, 절곡 강판(410)의 판 두께 T_PB와 겹침 강판(420)의 판 두께 T_PL의 평균값의 1/2배 이하로 한다.

또한, 절곡 강판(410)의 절곡되어 있는 영역(410a)의 선단의 X축 방향의 위치와, 겹침 강판(420)의 영역(420a)의 X축 방향의 위치 중 어느 것이 서로 중복되며, 또한 겹침 강판(420)의 영역(420a)에 있어서, 겹침 강판(420)의 적어도 일부의 영역의 Z축 방향의 위치와, 절곡 강판(410)의 영역(410a)의 Z축 방향의 위치 중 어느 것이 서로 중복되도록, (용접 전의) 절곡 강판(410)의 영역(410a)과, (용접 전의) 겹침 강판(420)의 일단부가, 맞닿은 상태 또는 간격을 갖는 상태에서 서로 대향하도록 한다.

또한, (용접 전의) 절곡 강판(410)의 영역(410a)과, (용접 전의) 겹침 강판(420)의 일단부 사이의 거리는, 용접부 길이 L1이 겹침 강판의 판 두께 t_PL의 2배 이상이 되도록 정해진다. 용접부 길이 L1은, 부재의 형상이나 부재에 가해진다고 상정되는 하중이나, 절곡 강판(410) 및 겹침 강판(420)의 형상·사이즈(절곡 각도 α가 절곡되어 있는 영역의 길이 등) 등에 기초하여 설계자가 정한다.

본 발명자들은, 용접 방법이나 강판의 두께 등의 용접 조건을 바꾸어도, 절곡 각도 α 및 겹침 강판 위치 x/t_PL이, 도 11에 나타내는 다각형 내의 영역의 값이 되는 조건에서 겹침 필릿 용접 조인트를 제조하면, 1 패스 용접으로, 상술한 <접합부 길이의 범위>, <판 두께 중심축의 어긋남 범위>, <절곡 강판의 용접 지단부의 위치>, <루트부간의 간극> 및 <접합부 길이의 상한>의 항에서 설명한 기준을 만족시킬 수 있음을 확인하였다.

1 패스로 용접을 행하는 경우에는, 절곡 강판(410)과 겹침 강판(420)의 위치 결정을 행할 때, 「1.8≤x/t_PL≤5」, 「x/t_PL≤-0.125×α+6.875」 및 「x/t_PL≥-0.2×α+5」의 조건을 추가로 만족시키는 것이 바람직하다.

한편, 복수 패스로 용접을 행하는 경우에는, 절곡 강판(410)과 겹침 강판(420)의 위치 결정을 행할 때, 반드시 상기 「1.8≤x/t_PL≤5」, 「x/t_PL≤-0.125×α+6.875」 및 「x/t_PL≥-0.2×α+5」의 조건을 만족시킬 필요는 없다. 단, 복수 패스로 용접을 행하는 경우에도, 1 패스로 용접을 행하는 경우와 동일하게 하여, 절곡 강판(410)과 겹침 강판(420)의 위치 결정을 행해도 된다.

이상과 같이 하여 위치 결정을 행하고, 절곡 강판(410) 및 겹침 강판(420)을 지그 등을 사용하여 고정한다.

이어서, 절곡 강판(410)의 절곡되어 있는 영역(410a)과, 겹침 강판(420)의 일단부의 서로 대향하는 영역에 대하여, Z축의 정방향측으로부터(절곡 강판(410)의 절곡되어 있는 영역(410a)의 선단보다도 겹침 강판(420)이 전방측에 보이는 방향으로부터) 용접 와이어를 공급하고, Y축 방향(절곡 강판(410) 및 겹침 강판(420)의 판 폭 방향)에 따라서 겹침 필릿 아크 용접을 행한다.

용접 와이어의 종류는 특별히 한정되지 않고, 오버 매칭이 되어도 언더 매칭이 되어도 되지만, 오버 매칭으로 함으로써, 더 높은 용접부 피로 강도를 기대할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 가스 실드 아크 용접을 행한다. 그 때, 본 실시 형태에서는 실드 가스로서, 불활성 가스의 일례인 아르곤 가스(Ar 가스)와, 탄산 가스(CO₂ 가스) 또는 산소 가스(O₂ 가스)를 포함하는 혼합 가스를 사용한다.

실드 가스에 대한 탄산 가스(CO₂ 가스)의 체적 비율을, 예를 들어 3체적％ 이상 20체적％ 이하로 할 수 있다. 또한, 실드 가스에 대한 산소 가스(O₂ 가스)의 체적 비율을, 예를 들어 1체적％ 이상 4체적％ 이하로 할 수 있다.

전술한 바와 같이, 절곡 강판(410)의 용접 지단부(530)를, 절곡 강판(410)의 경사져 있지 않은 영역의 표면 상에 위치시키는 것이 바람직하다. 그를 위해서는, 1회의 용접으로 이루어지는 용접 비드의 폭을 넓게 하는 것이 바람직하다. 이러한 관점에서, 아크 방전에 의해 발생하는 플라스마를 확장하기 쉽게 하여, 1회의 용접으로 이루어지는 용접 비드의 폭을 넓게 할 수 있도록, 탄산 가스(CO₂ 가스), 산소 가스(O₂ 가스)의 양을 저감시키는 것이 바람직하다. 따라서, 실드 가스에 대한 탄산 가스(CO₂ 가스)의 체적 비율을, 예를 들어 3체적％ 이상 10체적％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 또한 실드 가스에 대한 산소 가스(O₂ 가스)의 체적 비율을, 예를 들어 1체적％ 이상 3체적％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 용접 현상이 불안정해지는 것을 억제하기 위해서, 실드 가스에 대한 탄산 가스(CO₂ 가스)의 체적 비율을, 예를 들어 5체적％ 이상 10체적％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 또한 실드 가스에 대한 산소 가스(O₂ 가스)의 체적 비율을, 예를 들어 2체적％ 이상 3체적％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

이상과 같이 하여 겹침 필릿 아크 용접 조인트가 제조된다.

또한, 여기에서는, 강판을 2매 준비하는 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 1매의 강판의 일단부측을 절곡 강판으로 하고, 타단부측을 겹침 강판으로 하여, 겹침 필릿 아크 용접 조인트를 제조해도 된다.

이상과 같이 본 실시 형태에 따른 겹침 필릿 아크 용접 조인트에서는, 용접부 길이 L1을 겹침 강판(420)의 판 두께 t_PL의 2배 이상으로 한다. 또한, 절곡 강판(410) 및 겹침 강판(420)의 판 두께 중심축(510, 520)의 어긋남량을, 절곡 강판(410)의 판 두께 t_PB와 겹침 강판(420)의 판 두께 t_PL의 평균값의 1/2배 이하로 한다. 또한, 절곡 강판(410)의 용접 지단부(530)의 Z축 방향의 위치를, 절곡 강판(410)의 경사져 있지 않은 영역의 판면 상의 위치이며, 용접 비드(430)가 형성되는 측의 판면 상의 위치로부터, 절곡 강판(410)의 경사져 있지 않은 영역의 판 두께 중심축(510)의 위치까지의 범위로 한다.

이렇게 겹침 필릿 아크 용접 조인트를 구성함으로써, 강판간에 간극이 있는 상태에 있어서도, 용접 지단부(530, 540) 및 루트부(550, 560)의 응력 집중이 작은 겹침 필릿 아크 용접 조인트를 제공할 수 있다.

특히, 일반적인 겹침 필릿 아크 용접 조인트로 큰 응력 집중이 발생하는 겹침 강판(420)의 루트부(560)의 응력 집중을 저감시킬 수 있다. 따라서, 용접 부재의 피로 강도를 향상시킬 수 있고, 예를 들어 고강도 강판에 대하여 겹침 필릿 아크 용접을 행하여 자동차의 섀시 부재를 제조할 수 있다. 이에 의해, 차체의 경량화를 도모하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시 형태에 따른 겹침 필릿 아크 용접 조인트에서는, 절곡 각도 α를 10° 이상 35° 이하로 하고, 루트부(550, 560)의 간극 g가 겹침 강판(420)의 판 두께 t_PL 이하로 하고, 접합부 길이 L1이 겹침 강판의 판 두께 t_PL의 4배 이하로 한다. 이러한 겹침 필릿 용접 조인트를 제조할 때, 겹침 강판 위치(x/t_PL)를 1.8 이상 5 이하의 범위로 하는 것과, 「x/t_PL≤-0.125×α+6.875」 및 「x/t_PL≥-0.2×α+5」의 조건을 만족시키도록 한다. 이렇게 함으로써, 1 패스로 용접을 행하는 것이 가능해져, 용접 횟수(패스수)를 저감시킬 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 금속판이 강판인 경우를 예로 들어 설명했지만, 전술한 조건은, 강판 이외의 금속판을 사용한 경우에도 동일하게 되므로, 금속판은 강판에 한정되지 않는다.

본 발명의 다른 실시 형태에 따른 겹침 필릿 아크 용접 조인트는, 제1 금속판과, 제2 금속판과, 상기 제1 금속판 및 상기 제2 금속판의 접합부가 되는 용접 비드를 갖는 겹침 필릿 아크 용접 조인트이며, 상기 제1 금속판의 일단부측의 영역은 절곡되어 있으며, 상기 제1 금속판의 상기 절곡되어 있는 영역의 선단의 제1 방향의 위치는, 상기 제2 금속판의 일단부측의 영역의 상기 제1 방향의 위치 중 어느 것과 중복되고, 상기 제1 방향은, 상기 용접 비드의 용접선에 따른 방향 및 상기 제2 금속판의 판 두께 방향에 수직인 방향이며, 상기 제2 금속판의 일단부측의 영역에 있어서, 상기 제2 금속판의 적어도 일부의 영역의 제2 방향의 위치는, 상기 제1 금속판의 상기 절곡되어 있는 영역의 제2 방향의 위치 중 어느 것과 중복되고, 상기 제2 방향은, 상기 제2 금속판의 판 두께 방향이며, 상기 제2 금속판의 일단부측의 영역과, 상기 제1 금속판의 상기 절곡되어 있는 영역에 이어지는 영역은, 대략 평행이며, 상기 용접 비드는, 상기 제2 금속판과, 상기 제1 금속판의 상기 절곡되어 있는 영역 사이의 영역을 포함하는 영역에 있고, 상기 제1 금속판의 상기 절곡되어 있는 영역에 이어지는 영역의 상기 제2 방향의 중심과, 상기 제2 금속판의 일단부측의 영역의 상기 제2 방향의 중심의, 상기 제2 방향에 있어서의 어긋남량은, 상기 제1 금속판 및 제2 금속판의 판 두께의 평균값의 1/2배 이하이고, 상기 겹침 필릿 아크 용접 조인트의 단면에 있어서, 접합부 길이는 상기 제2 금속판의 판 두께의 2배 이상이며, 상기 겹침 필릿 아크 용접 조인트의 단면은, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 따라서 자른 단면이며, 상기 접합부 길이는 상기 제2 금속판의 루트부로부터 상기 제1 금속판의 용접 지단부까지의 길이이며, 상기 제1 금속판의 용접 지단부의 상기 제2 방향의 위치는, 제1 위치로부터 제2 위치까지의 범위에 있고, 상기 제1 위치는, 상기 제1 금속판의 상기 절곡되어 있는 영역에 이어지는 영역의 판면 상의 위치이며, 상기 용접 비드가 형성되는 측의 판면 상의 위치이며, 상기 제2 위치는, 상기 제1 금속판의 상기 절곡되어 있는 영역에 이어지는 영역의 상기 제2 방향에 있어서의 중심의 위치인 것을 특징으로 한다.

(실시예)

이어서, 본 발명에 따른 겹침 필릿 아크 용접 조인트의 실시예를 설명한다.

강판으로서, 판 두께가 1.8mm인 980MPa급 아연 도금 강판과, 판 두께가 3.2mm인 590MPa급의 비도금 강판을 사용하였다.

판 두께가 1.8mm인 980MPa급 아연 도금 강판을 사용하여 겹침 필릿 아크 용접 조인트를 제조할 때에는, 용접 와이어로서 780MPa급 용접 와이어를 사용하였다. 판 두께가 3.2mm인 590MPa급의 비도금 강판을 사용하여 겹침 필릿 아크 용접 조인트를 제조할 때에는, 용접 와이어로서 490MPa급 용접 와이어 또는 780MPa급 용접 와이어를 사용하였다.

실드 가스로서, Ar 가스에 CO₂ 가스를 3체적％ 내지 20체적％ 혼합시킨 혼합 가스, 또는 Ar 가스에 O₂ 가스를 1체적％ 내지 2체적％ 혼합시킨 혼합 가스를 사용하였다.

용접 방법은 펄스 마그 용접으로 하고, 판 두께가 1.8mm인 강판에 대해서는, 용접 전류를 180A, 용접 전압을 22V, 용접 속도를 0.6 내지 1.0m/min으로 하여 용접하였다. 또한, 판 두께가 3.2mm인 강판에 대해서는, 용접 전류를 250A, 용접 전압을 27V, 용접 속도를 0.5 내지 1.0m/min으로 하였다. 용접 속도를 변화시킴으로써, 최대한 용접 시의 용락을 방지함과 함께, 용접 비드폭을 변화시켜 지단부 위치가 다른 용접 시험편을 제작하였다.

이상의 조건에서 펄스 마그 용접을 1 패스 또는 2 패스로 행함으로써, 절곡 강판을 사용한 겹침 필릿 아크 용접 조인트와 일반적인 겹침 필릿 아크 용접 조인트를 제조하였다. 또한, 전술한 바와 같이, 절곡 강판을 사용한 겹침 필릿 아크 용접 조인트는, 2매의 강판 중 한쪽 강판 단부를 절곡하고, 2매의 강판을 겹침 필릿 아크 용접함으로써 제조되는 겹침 필릿 아크 용접 조인트이다. 즉, 상술한 실시 형태에서 설명한 겹침 필릿 아크 용접 조인트이다. 한편, 일반적인 겹침 필릿 아크 용접 조인트는, 강판의 단부를 절곡시키지 않고 판면끼리를 대향시켜 겹침 필릿 아크 용접을 행함으로써 제조되는 겹침 필릿 아크 용접 조인트이다.

절곡 강판을 사용한 겹침 필릿 아크 용접 조인트에 대해서는, 절곡 각도 α와, 겹침 강판 위치 x와, 절곡 강판의 판 두께 중심축과 겹침 강판의 판 두께 중심축의 어긋남량과, 절곡 강판의 루트부와 겹침 강판의 루트부의 간극 g가 상이한 것을 제조하였다.

일반적인 겹침 필릿 아크 용접 조인트에 대해서는, 2매의 강판의 판 두께 중심축의 어긋남량(2매의 강판의 판 두께 중심축의 Z축 방향에 있어서의 어긋남량)이 상이한 것을 제조하였다. 또한, 일반적인 겹침 필릿 아크 용접 조인트에 대해서는, 강판끼리가 그 단부 근방에 있어서 맞닿아 있는 것(간극이 없는 것)과, 강판의 판면간에 간극이 있는 것을 제조하였다.

절곡 강판을 사용한 겹침 필릿 아크 용접 조인트 및 일반적인 겹침 필릿 아크 용접 조인트의 각각에 대하여, 용접 시공성을 평가하였다. 블로우 홀의 발생, 용접 금속의 유출, 또는 용접 금속의 천공이 발생하고, 외관상 용접이 적절하게 행해지지 않은 것에 대해서는, 용접 시공성을 「불량」이라 하였다. 한편, 외관상 용접이 적절하게 행해진 것에 대해서는, 용접 시공성을 「양호」라고 하였다.

용접 시공성이 「양호」인 겹침 필릿 아크 용접 조인트의 각각에 대하여, JISZ2273에 따라서 응력비 0.1의 축력 피로 시험을 행하여, 피로 한도 강도 및 피로 한도를 초과하는 하중에서 균열이 발생한 위치를 조사하였다.

시험 하중을 겹침 강판의 단면적으로 나눈 값을 시험 응력이라 하고, 하중 부하의 반복수가 200만회에서, 용접부에 균열이 발생하지 않게 되는 응력 범위를 피로 한도라고 간주하였다. 이하에서는, 피로 한도를 피로 강도라 칭하는 경우가 있다. 또한, 용접 시공성이 「불량」인 용접 조인트에 대해서는, 이러한 조사를 행하지 않았다.

피로 강도의 판정은, 이하에 나타내는 [표 1]의 번호 1의 실험예에 있어서의 피로 강도를 기준으로, 각 실시예의 당해 피로 강도에 대한 향상률(각 번호의 실험예에 있어서의 피로 강도를, 번호 1의 실험예에 있어서의 피로 강도로 나눈 값)이 2배 이상인 경우의 판정을 「합격」이라 하고, 그렇지 않은 경우를 「불합격」이라 하였다.

또한, 절곡 강판을 사용한 겹침 필릿 아크 용접 조인트에 대해서는, 절곡 강판의 용접 지단부의 위치를 확인하였다. 절곡 강판의 용접 지단부가, 절곡 강판의 경사져 있지 않은 영역의 표면 상에 있는 경우 「우수」라고 하였다. Z축 방향에 있어서의 절곡 강판의 용접 지단부의 위치가, 절곡 강판의 경사져 있지 않은 영역의 판 두께 중심축의 위치보다도 절곡 강판의 선단측의 위치인 경우 「불량」이라 하였다.

절곡 강판의 용접 지단부가, 상기한 어느 위치가 아닌 경우(Z축 방향에 있어서의 절곡 강판의 용접 지단부의 위치가, 절곡 강판의 경사져 있지 않은 영역의 표면 위치와, 절곡 강판의 경사져 있지 않은 영역의 판 두께 중심축의 위치 사이의 위치에 있는 경우) 「양호」라고 하였다.

이상의 결과를 [표 1] 내지 [표 3]에 나타낸다. 또한, [표 1] 내지 [표 3]의 「강판」의 란에 있어서, 「590」은 판 두께가 3.2mm인 590MPa급 비도금 강판을 2매 사용한 것을 나타내고, 「980」은 「판 두께가 1.8mm인 980MPa급 아연 도금 강판을 2매 사용한 것을 나타낸다.

「용접 와이어」의 란에 있어서, 「780」은 780MPa급 용접 와이어를 나타내고, 「490」은 490MPa급 용접 와이어를 나타낸다.

「실드 가스」의 란에 있어서, 「Ar+20％CO₂」는 Ar 가스에 CO₂ 가스를 20체적％ 혼합시킨 혼합 가스를 나타내고, 「Ar+5％CO₂」는 Ar 가스에 CO₂ 가스를 5체적％ 혼합시킨 혼합 가스를 나타내고, 「Ar+3％CO₂」는 Ar 가스에 CO₂ 가스를 3체적％ 혼합시킨 혼합 가스를 나타낸다. 「Ar+2％O₂」는 Ar 가스에 O₂ 가스를 2체적％ 혼합시킨 혼합 가스를 나타내고, 「Ar+1％O₂」는 Ar 가스에 O₂ 가스를 1체적％ 혼합시킨 혼합 가스를 나타낸다.

「절곡각」은 절곡 강판의 절곡 각도 α를 나타낸다.

「판 두께 중심의 어긋남」의 란에서는, 번호 4 내지 28의 실험예([표 2] 및 [표 3])에 대해서는, 절곡 강판의 판 두께 중심축과 겹침 강판의 판 두께 중심축의 어긋남량을 나타내고, 번호 1 내지 3의 실험예([표 1])에 대해서는, 2매의 강판의 판 두께 중심축의 어긋남량을 나타내고 있다.

「+」는, 절곡 강판의 경사져 있지 않은 영역의 판 두께 중심축에 대한, 겹침 강판의 일단부측의 영역의 판 두께 중심축이, 용접 지단부가 형성되어 있는 측(Z축의 정방향측)으로 어긋나 있는 것을 나타낸다. 「-」은, 절곡 강판의 경사져 있지 않은 영역의 판 두께 중심축에 대한, 겹침 강판의 일단부측의 영역의 판 두께 중심축이, 루트부가 형성되어 있는 측(Z축의 부방향측)으로 어긋나 있는 것을 나타낸다.

또한, [표 1] 내지 [표 3]에서는, 이들 어긋남량은 평균 판 두께 t(절곡 강판의 판 두께 t_PB와 겹침 강판의 판 두께 t_PL의 평균 판 두께)에 대한 배수로 표기하고 있다.

「x 위치」의 란에서는, 겹침 강판 위치 x를 나타낸다. 「g」의 란에서는, 겹침 강판의 판 두께 방향에 있어서의 절곡 강판의 루트부와 겹침 강판의 루트부의 간극을 나타낸다. 「L1」의 란에서는, 용접부 길이를 나타낸다.

「지단부 위치」의 란에서는, 절곡 강판의 용접 지단부의 위치를 나타내고, [표 1] 내지 [표 3]에서는, 그 위치를 전술한 「우수」, 「양호」, 「불량」으로 나타낸다. 또한, 「균열 위치」의 란에서는, 피로 균열이 최초에 발생한 위치를 나타낸다. 「루트」는 루트부로부터 피로 균열이 발생한 것을 의미하고, 「지단부」는 용접 지단부로부터 피로 균열이 발생한 것을 의미한다.

「종래에 대한 향상률」의 란에서는, 번호 1의 실험예 피로 강도를 기준으로 한 피로 강도(각 번호의 피로 강도÷번호 1의 피로 강도)를 나타낸다. 「판정」은 전술한 피로 강도의 판정 기준을 나타낸다.

먼저, 일반적인 겹침 필릿 아크 용접 조인트에 대하여 설명한다. [표 1]의 번호 1 내지 3의 일반적인 겹침 필릿 아크 용접 조인트의 실험예이며, 모두 1 패스 용접을 행하여 제작한 것이다. 단, 이하에 설명한 바와 같이, 번호 2의 실험예에서는, 1 패스 용접으로는 용접 시공 불량이 되어, 피로 강도의 판정에 제공되는 용접 조인트를 제조할 수 없었다.

[표 1]의 번호 1에 나타내는 바와 같이, 590MPa급의 비도금 강판에서 일반적인 겹침 필릿 용접한 경우의 피로 강도는 70MPa였다. 한편, 번호 2에 나타내는 바와 같이, 980MPa급의 아연 도금 강판에서, 2매의 강판의 판 두께 중심축의 어긋남량을 1t로 하여 일반적인 겹침 필릿 아크 용접을 행하면, 2매의 강판에 간극이 없기 때문에, 아연 증기에 의한 블로우 홀이 발생하여, 용접 시공 불량이 되었다.

그래서, 번호 3에 나타내는 바와 같이, 2매의 강판에 0.5mm의 간극을 마련하면, 블로우 홀을 방지할 수는 있었지만, 2매의 강판의 판 두께 중심축의 어긋남량이 2.3mm(=1t+0.5mm)가 되고, 피로 강도는 번호 1의 실험예보다도 낮은 값이었다. 그 때문에, 전술한 판정 조건에 있어서 「불합격」이 되었다. 즉, 번호 3의 실험예에서는, 980MPa급 강판을 사용함에도 불구하고, 590MPa급 강판을 사용한 번호 1의 겹침 필릿 조인트보다도 낮은 피로 강도를 나타냈다.

그래서, 본 실시예에서는 전술한 바와 같이, 590MPa급의 비도금 강판 및 980MPa급 아연 도금 강판의 어느 것에 있어서도, 피로 강도의 판정은, 번호 1의 실험예에 있어서의 피로 강도를 기준으로 하였다([표 1] 내지 [표 3]의 「종래에 대한 향상률」의 란을 참조).

이어서, 절곡 강판을 사용한 겹침 필릿 아크 용접 조인트에 대하여 설명한다. [표 2] 및 [표 3]의 번호 4 내지 28이 절곡 강판을 사용한 겹침 필릿 아크 용접 조인트의 실험예이다. 번호 4 내지 18, 22 내지 28의 실험예에서는 1 패스 용접을 행하고, 번호 19 내지 21의 실험예에서는 2 패스 용접을 행하였다. 단, 이하에 설명한 바와 같이, 번호 24, 25의 실험예에서는 1 패스 용접으로는 용접 시공 불량이 되고, 피로 강도의 판정에 제공되는 용접 조인트를 제조할 수 없었다.

번호 22에 나타내는 바와 같이, 절곡 강판의 판 두께 중심축과 겹침 강판의 판 두께 중심축의 어긋남량이 +0.8t(평균 판 두께 t의 80％)로 큰 경우에는, 일반적인 겹침 필릿 아크 용접 조인트보다도 피로 강도는 높아지기는 하지만, 전술한 피로 강도의 판정 조건에 있어서 「불합격」이 되었다.

번호 23에 나타내는 바와 같이, 절곡 각도 α가 크고, 겹침 강판 위치 x가 비교적 작은 경우에는, 용접부 길이 L1이 겹침 강판의 판 두께 tPL의 2배 미만이고, 전술한 피로 강도의 판정 조건에 있어서 「불합격」이 되었다.

번호 24, 25에 나타내는 바와 같이, 절곡 각도 α는 적정하지만, 겹침 강판 위치 x가 큰 경우에는, 절곡 강판의 루트부와 겹침 강판의 루트부의 간극 g가, 겹침 강판의 판 두께 t_PL의 1.3배 이상으로 커지기 때문에, 겹침 강판의 용접 지단부에 천공 결함이 발생하여, 1 패스 용접으로는 용접 시공 불량이 되었다.

또한, 번호 26, 27에 나타내는 바와 같이, 절곡 각도 α가 작고, 겹침 강판 위치 x가 큰 경우에는, 절곡 강판의 용접 지단부가, 절곡 강판의 절곡되어 있는 영역의 선단측에 위치한다.

번호 26의 실험예에서는, 절곡 강판의 용접 지단부(도 5의 용접 지단부(530))가, 절곡 강판의 경사져 있지 않은 영역의 판 두께 중심축(도 5의 판 두께 중심축(510))보다 하측(절곡 강판의 절곡되어 있는 영역의 선단측)이 되었다. 그 때문에, 절곡 강판의 용접 지단부의 위치가 불량해지고, 피로 강도가 낮은 지단부로부터 파단되어, 전술한 피로 강도의 판정 기준에 있어서 「불합격」이 되었다.

또한, 번호 27은, Ar 가스에 CO₂ 가스를 5체적％ 혼합시킨 혼합 가스를 실드 가스로서 사용한 경우의 실험예이며, 용접부 길이 L1이 커지기는 하지만, 절곡 강판의 용접 지단부(도 5의 용접 지단부(530))가 절곡 강판의 경사져 있지 않은 영역의 판 두께 중심축(도 5의 판 두께 중심축(510))보다 하측(절곡 강판의 절곡되어 있는 영역의 선단측)이 되었기 때문에, 절곡 강판의 용접 지단부의 위치가 불량해졌다. 그 때문에, 피로 강도의 판정 기준이 「불합격」이었다.

번호 28에 나타내는 바와 같이, 절곡 강판의 판 두께 중심축과 겹침 강판의 판 두께 중심축의 어긋남량이 -0.7t(평균 판 두께 t의 70％)로 큰 경우에는, 일반적인 겹침 필릿 아크 용접 조인트보다도 피로 강도는 높아지기는 하지만, 전술한 피로 강도의 판정 조건에 있어서 「불합격」이 되었다.

한편, 번호 4 내지 18에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 따른 겹침 필릿 아크 용접 조인트에 있어서는, 용접 시공성은 「양호」해지고, 피로 강도도 전술한 판정 조건에 있어서 「합격」이 되었다. 또한, 번호 4 내지 18에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 따른 겹침 필릿 아크 용접 조인트에 있어서는, 용접 시공성 및 피로 강도는, 강판의 판 두께·종류나, 용접 와이어에 의존하지 않는 것을 알 수 있다.

번호 19 내지 21의 실험예는 1 패스 용접으로의 시공이 곤란하였기 때문에, 도 13의 (a), 도 13의 (b)에 나타내는 2 패스 용접으로 시공한 것이지만, 모두 <판 두께 중심축의 어긋남 범위>, <접합부 길이의 범위> 및 <절곡 강판의 용접 지단부의 위치>의 규정을 만족시키고 있어, 전술한 피로 강도의 판정 기준은 합격이었다.

또한, 번호 19, 21의 실험예에서는, 도 13의 (a)에 나타내는 바와 같이 하여, 1회째 용접으로 용접 비드(430a)를 형성하고, 2회째 용접으로 용접 비드(430b)를 형성하여, 용접 비드(430)로 하였다. 번호 20의 실험예에서는, 도 13의 (b)에 나타내는 바와 같이 하여, 1회째 용접으로 용접 비드(430a)를 형성하고, 2회째 용접으로 용접 비드(430b)를 형성하여, 용접 비드(430)로 하였다.

또한, 이상 설명한 본 발명의 실시 형태는, 모두 본 발명을 실시하는 데 있어서의 구체화의 예를 나타낸 것에 지나지 않고, 이들에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정적으로 해석되어서는 안되는 것이다. 즉, 본 발명은 그 기술 사상, 또는 그 주요한 특징으로부터 일탈하지 않고, 각종 형태로 실시할 수 있다.

이상에서 설명한 용어에 대하여, 이하와 같은 대응 관계여도 된다.

「제1 금속판」은, 예를 들어 절곡 강판(410)에 대응한다.

「제2 금속판」은, 예를 들어 겹침 강판(420)에 대응한다.

「제1 방향」은, 예를 들어 X축 방향에 대응한다.

「제2 방향」은, 예를 들어 Z축 방향에 대응한다.

「상기 제1 금속판의 상기 절곡되어 있는 영역에 이어지는 영역의 상기 제2 방향의 중심과, 상기 제2 금속판의 일단부측의 영역의 상기 제2 방향의 중심의, 상기 제2 방향에 있어서의 어긋남량」은, 예를 들어 절곡 강판(410)의 판 두께 중심축과 겹침 강판(420)의 판 두께 중심축의 어긋남량에 대응한다.

「상기 겹침 필릿 아크 용접 조인트의 단면」은, 예를 들어 겹침 필릿 아크 용접 조인트의 X-Z 단면에 대응한다(도 5 등을 참조).

본 발명에 따른 겹침 필릿 아크 용접 조인트는, 겹침 필릿 용접을 행하기 위해 사용하기에 적합한 것이며, 금속판간에 간극이 있는 상태에 있어서도, 용접 지단부 및 루트부의 응력 집중이 작은 겹침 필릿 아크 용접 조인트로 할 수 있다. 따라서, 본 발명은 산업상 이용 가능성이 높다.

400: 부재
410: 절곡 강판
410a: 절곡 강판의 일단부측의 절곡되어 있는 영역
410b: 절곡 강판의 절곡되어 있는 영역에 이어지는 영역
420: 겹침 강판
420a: 겹침 강판의 일단부측의 영역
430, 440: 용접 비드
510: 절곡 강판의 판 두께 중심축
520: 겹침 강판의 판 두께 중심축
530: 절곡 강판의 용접 지단부
540: 겹침 강판의 용접 지단부
550: 절곡 강판의 루트부
560: 겹침 강판의 루트부

Claims

제1 금속판과, 제2 금속판과, 상기 제1 금속판 및 상기 제2 금속판의 접합부가 되는 용접 비드를 갖는 겹침 필릿 아크 용접 조인트이며,
상기 제1 금속판의 일단부측의 영역은 절곡되어 있으며,
상기 용접 비드는, 상기 제2 금속판과, 상기 제1 금속판의 상기 절곡되어 있는 영역 사이의 영역을 포함하는 영역에 있고,
상기 용접 비드의 용접선에 수직인 단면에서 보아,
제1 방향에 있어서, 상기 제1 금속판의 상기 절곡되어 있는 영역의 선단의 위치가 상기 제2 금속판의 일단부측의 영역과 중복되고,
제2 방향에 있어서, 상기 제1 금속판의 상기 절곡되어 있는 영역에 이어지는 영역의 중심축과 상기 제2 금속판의 상기 일단부측의 영역의 중심축의 어긋남량이, 상기 제1 금속판과 제2 금속판의 판 두께의 평균값의 1/2배 이하이고,
상기 제1 방향은, 상기 용접 비드의 상기 용접선에 따른 방향 및 상기 제2 금속판의 판 두께 방향에 수직인 방향이며, 상기 제2 방향은 상기 제2 금속판의 판 두께 방향이며,
상기 제2 금속판의 루트부로부터 상기 제1 금속판의 용접 지단부까지의 길이인 접합부 길이가 상기 제2 금속판의 판 두께의 2배 이상이며,
상기 제2 방향에 있어서의 상기 제1 금속판의 상기 용접 지단부의 위치가 제1 위치로부터 제2 위치까지의 범위에 있고,
상기 제1 위치는, 상기 제1 금속판의 상기 절곡되어 있는 영역에 이어지는 상기 영역의 판면 상의 위치이며, 상기 용접 비드가 형성되는 측의 판면 상의 위치이며,
상기 제2 위치는, 상기 제1 금속판의 상기 절곡되어 있는 영역에 이어지는 상기 영역의, 상기 제2 방향에 있어서의 중심축의 위치인
것을 특징으로 하는, 겹침 필릿 아크 용접 조인트.
제1항에 있어서, 상기 용접 비드의 용접선에 수직인 단면에서 보아,
상기 제1 금속판의 상기 절곡되어 있는 영역과, 상기 제2 금속판의 판면이 이루는 각도인 절곡 각도가 10° 이상 35° 이하이고,
상기 접합부 길이가 상기 제2 금속판의 판 두께의 2배 이상 4배 이하이고,
상기 제1 금속판의 루트부와 상기 제2 금속판의 상기 루트부의, 상기 제2 방향에 있어서의 거리가 상기 제2 금속판의 판 두께 이하인
것을 특징으로 하는, 겹침 필릿 아크 용접 조인트.
제1항에 있어서, 상기 접합부 길이의 대표값이 상기 제2 금속판의 판 두께의 2배 이상이며,
상기 접합부 길이의 대표값은, 상기 겹침 필릿 아크 용접 조인트의 복수의 상기 단면에 있어서의 상기 접합부 길이에 기초하여 정해지는
것을 특징으로 하는, 겹침 필릿 아크 용접 조인트.
제2항에 있어서, 상기 접합부 길이의 대표값이 상기 제2 금속판의 판 두께의 2배 이상이며,
상기 접합부 길이의 대표값은, 상기 겹침 필릿 아크 용접 조인트의 복수의 상기 단면에 있어서의 상기 접합부 길이에 기초하여 정해지는
것을 특징으로 하는, 겹침 필릿 아크 용접 조인트.
제1항에 있어서, 상기 제1 금속판과 상기 제2 금속판의 판 두께가 1.6mm 이상 3.4mm 이하인
것을 특징으로 하는, 겹침 필릿 아크 용접 조인트.
제2항에 있어서, 상기 제1 금속판과 상기 제2 금속판의 판 두께가 1.6mm 이상 3.4mm 이하인
것을 특징으로 하는, 겹침 필릿 아크 용접 조인트.
제3항에 있어서, 상기 제1 금속판과 상기 제2 금속판의 판 두께가 1.6mm 이상 3.4mm 이하인
것을 특징으로 하는, 겹침 필릿 아크 용접 조인트.
제4항에 있어서, 상기 제1 금속판과 상기 제2 금속판의 판 두께가 1.6mm 이상 3.4mm 이하인
것을 특징으로 하는, 겹침 필릿 아크 용접 조인트.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 금속판과 상기 제2 금속판은 아연 도금 강판인
것을 특징으로 하는 겹침 필릿 아크 용접 조인트.