KR20150046222A

KR20150046222A - 필렛 아크 용접 조인트의 형성 방법 및 필렛 아크 용접 조인트

Info

Publication number: KR20150046222A
Application number: KR1020157007098A
Authority: KR
Inventors: 쇼코 츠치야; 신지 고다마; 유우이치 요시다; 요시나리 이시다; 마사히로 오가와
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2012-11-29
Filing date: 2013-11-28
Publication date: 2015-04-29
Also published as: RU2015105793A; CA2877237A1; BR112015003868B1; KR101649837B1; RU2617307C2; CN104520059B; BR112015003868A2; EP2926939B1; US10035208B2; IN2014DN11167A; EP2926939A1; CA2877237C; ES2658222T3; MX352721B; US20150196967A1; JPWO2014084317A1; CN104520059A; EP2926939A4; MX2015002240A; WO2014084317A1

Abstract

일필서로 형성되는 필렛 비드(53)의 영역 중, 곡부에 보강용 비드(55A, 55B)를 형성한다. 이때, 보강용 비드(55A, 55B)의 용접 개시 위치가, 필렛 비드의 근방의 영역에서, 다른 용접 비드와 교차하지 않고 단독으로 존재하지 않도록 한다.

Description

필렛 아크 용접 조인트의 형성 방법 및 필렛 아크 용접 조인트{METHOD FOR FORMING FILLET ARC WELDING JOINT AND FILLET ARC WELDING JOINT}

본 발명은, 필렛 아크 용접 조인트의 형성 방법 및 필렛 아크 용접 조인트에 관한 것으로, 특히, 복수의 금속 부재를 필렛 아크 용접하기 위해 이용하는 데 적합한 것이다.

예를 들어, 자동차 분야에서는, 환경 보전을 위한, 차체의 경량화에 의한 연비의 향상과 함께, 충돌 안전성의 향상이 요구되고 있다. 그로 인해, 고강도 강판을 사용해서 박육화함과 함께 차체 구조를 최적화하여, 차체의 경량화와 충돌 안전성의 향상을 도모하기 위해, 지금까지 다양한 대처가 이루어져 있었다.

차체의 경량화를 도모하는 고강도 강판에는, 큰 피로 강도도 요구된다. 통상, 용접 부재에 사용되는 모재의 피로 강도는 강판 강도에 비례해서 증가하지만, 용접 조인트의 피로 강도는 강판의 강도가 증가해도 거의 증가하지 않는 것이 알려져 있다. 이것이, 고강도 박강판의 사용에 의한 차체의 경량화를 저해하고 있다.

특히, 서스펜션 아암이나 서브 프레임 등의 하체 부재는, 용접부의 피로 강도가 보다 중요해진다. 이들 하체 부재의 용접에는, 필렛 아크 용접이 많이 사용된다. 따라서, 하체 부재의 경량화를 달성하기 위해서는, 필렛 아크 용접 조인트의 피로 강도를 높이는 것이 과제가 된다.

도 1에, 상측 강재(1)와 하측 강재(2)를 중첩하고, 상측 강재(1)와 하측 강재(2)와의 접촉 부분의 양측에 생기는 코너부 중, 편측의 코너부만을 용접해서 형성한 대표적인 겹침 필렛 용접 조인트의 단면 형상을 나타낸다. 이와 같은 겹침 필렛 용접 조인트에 있어서는, 필렛 용접 비드(3)의 지단부(4)나, 루트부(5)에 응력이 집중하고, 피로 균열이 하중과 수직의 방향으로 진전하여 용접 조인트가 파괴된다. 그로 인해, 피로 강도를 향상시키기 위해서는 지단부(4)나 루트부(5)의 응력 집중을 저감하는 것이 중요하게 되고 있다. 또한, 이하의 설명에서는, 필렛 용접 비드를 필요에 따라서 필렛 비드라고 칭한다.

종래, 필렛 용접 조인트의 피로 강도를 향상시키는 수단으로서, 적절한 형상ㆍ위치에 리브 등의 보강 부재를 용접하는 것이나, 그라인더 처리나 화장 덧댐 용접 등에 의해, 용접 비드의 지단부를 마무리 가공하는 것 등이 행해지고 있다. 그러나, 다른 부재를 용접하면 비용의 증가에 연결된다. 또한, 지단부의 마무리 가공에는 수고가 든다. 따라서, 이들 수단은, 자동차 부품과 같은 대량 생산품의 제조에 적용할 수 있는 기술은 아니다.

또한, 용접 방법의 관점에서, 지단부에의 응력 집중을 저감하는 기술이, 특허문헌 1, 2에 제안되어 있다.

특허문헌 1에는, 용접 금속의 화학 성분을 최적화하여 지단부의 곡률 반경을 크게 함으로써, 지단부에의 응력 집중을 저감하여 피로 강도를 향상시키는 방법이 개시되어 있다.

특허문헌 2에는, 강판의 한 면에 다른 쪽의 강판 단부면을 단면 T형으로 맞대고, 맞댐 부분의 양측에 필렛 비드를 형성할 때, 용접 비드를 연장하는 용접 비드 구조가 개시되어 있다.

특허문헌 3에는, 평판 형상의 부재 판면과 각형 부재를 맞대었을 때에 평판 형상의 부재에 접하는 각형 부재의 모서리 모든 부분에 대해 필렛 용접하는 경우에, 각형 부재의 코너부에, 서로 십자 형상으로 교차하는 직선상의 용접 부분을 형성하는 것이 개시되어 있다.

그러나, 특허문헌 1 내지 3에 개시된 기술에서는, 도 1에 도시하는 바와 같은 강판(1, 2)의 중첩부의 편측만을 용접해서 형성한 대표적인 겹침 필렛 용접 조인트의 루트부(5)에의 응력 집중을 저감하는 효과는 기대할 수 없다.

또한, 특허문헌 2에 개시된 기술에서는, 용접 비드를 연장함으로써, 용접 비드의 용접 개시점(시단부)과, 용접 비드의 용접 종료점(종단부)의 피로 강도는 향상된다. 그러나, 용접 비드의 중간부 피로 강도의 향상에 대해서는 효과가 거의 없다.

또한, 특허문헌 3에 개시된 기술에서는, 필렛 비드의 근방에 단독으로 남는 용접 개시점의 수가 많아진다. 용접 개시점의 지단부의 형상은 융기되고, 이 융기 각도가 급준하므로, 용접 개시점이 단독으로 존재하고 있으면, 당해 용접 개시점에 용이하게 응력이 집중된다.

이상과 같이, 특허문헌 1 내지 3에 개시된 기술에서는, 얇은 판 두께의 금속판을 필렛 용접함으로써 자동차 하체 부재 등의 반복 하중이 부가되는 용접 구조 부재를 형성한 경우에, 피로 파괴의 발생을 억제하는 것이 용이하지 않다.

일본 특허 공개 평06-340947호 공보 일본 특허 공개 평09-253843호 공보 일본 특허 공개 소51-14844호 공보

따라서, 본 발명에서는, 얇은 판 두께의 금속 부재를 필렛 용접함으로써 형성된 용접 구조 부재의 피로에 의한 균열의 발생을 억제할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 필렛 아크 용접 조인트의 형성 방법은, 한쪽의 금속 부재의 판면 부분 및 판 두께 부분 중 적어도 어느 한쪽과, 다른 쪽의 금속 부재의 판면 부분과의 접촉 부분의 단부의 영역인 코너부이며, 적어도 일부에 적어도 하나의 곡부가 있는 코너부 중 적어도 일부의 영역에 대해 필렛 아크 용접을 하여 필렛 아크 용접 조인트를 형성하는 방법이며, 상기 코너부의 상기 곡부를 포함하는 영역에 대해, 상기 필렛 아크 용접에 의해 필렛 비드를 형성하고, 적어도 하나의 상기 곡부의 1개소 또는 복수 개소에, 상기 필렛 아크 용접과는 별도의 아크 용접에 의해 보강용 비드를, 당해 보강용 비드의 용접 개시점 또는 용접 종료점이 상기 필렛 비드와 겹치도록 형성하고, 상기 한쪽의 금속 부재와 상기 다른 쪽의 금속 부재 중, 상기 보강용 비드를 형성하지 않는 다른 상기 필렛 아크 용접 조인트와 동일 조건으로 형성된 필렛 아크 용접 조인트에, 상기 필렛 아크 용접 조인트에 부가되는 것이 상정되는 반복 하중이 부가되었을 때에, 보다 큰 인장 응력이 생기는 쪽의 상기 금속 부재의 방향으로 상기 보강용 비드를 형성하고, 상기 한쪽의 금속 부재와 상기 다른 쪽의 금속 부재 중 적어도 하나의 금속 부재는, 3.2㎜ 이하의 판 두께를 갖는 금속판으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 필렛 아크 용접 조인트는, 한쪽의 금속 부재의 판면 부분 및 판 두께 부분 중 적어도 어느 한쪽과, 다른 쪽의 금속 부재의 판면 부분과의 접촉 부분의 단부의 영역인 코너부이며, 적어도 일부에 적어도 하나의 곡부가 있는 코너부 중 적어도 일부의 영역에 대해 필렛 아크 용접을 함으로써 형성되는 필렛 아크 용접 조인트이며, 상기 코너부의 상기 곡부를 포함하는 영역에 대해, 상기 필렛 아크 용접에 의해 필렛 비드가 형성되어 있고, 적어도 하나의 상기 곡부의 1개소 또는 복수 개소에, 상기 필렛 아크 용접과는 별도의 아크 용접에 의해 보강용 비드가 형성되어 있고, 상기 보강용 비드는, 당해 보강용 비드의 용접 개시점 또는 용접 종료점이 상기 필렛 비드와 겹치도록 형성되어 있고, 또한, 상기 한쪽의 금속 부재와 상기 다른 쪽의 금속 부재 중, 상기 보강용 비드를 형성하지 않는 다른 상기 필렛 아크 용접 조인트와 동일 조건으로 형성된 필렛 아크 용접 조인트에, 상기 필렛 아크 용접 조인트에 부가되는 것이 상정되는 반복 하중이 부가되었을 때에, 보다 큰 인장 응력이 생기는 쪽의 상기 금속 부재의 방향으로 형성되어 있고, 상기 한쪽의 금속 부재와 상기 다른 쪽의 금속 부재 중 적어도 하나의 금속 부재는, 3.2㎜ 이하의 판 두께를 갖는 금속판으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 얇은 판 두께의 금속 부재를 필렛 용접함으로써 형성된 용접 구조 부재의 피로에 의한 균열의 발생을 억제할 수 있다.

도 1은 겹침 필렛 용접 조인트의 단면 형상을 도시하는 도면이다.
도 2는 겹침 필렛 용접 조인트를 형성한 시험편을 도시하는 도면이다.
도 3은 보강용 비드를 배치하지 않는 경우와 보강용 비드를 배치한 경우에 대해, 피로 수명(회)을 도시하는 도면이다.
도 4는 보강용 비드의 경도와 강 부재 최대 경도와의 차에 따른 피로 수명(회)을 도시하는 도면이다.
도 5는 용접 구조 부재의 제1 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 용접 구조 부재의 제2 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 용접 구조 부재의 제3 예를 나타내는 도면이다.
도 8은 용접 구조 부재의 제4 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 용접 구조 부재의 제5 예를 나타내는 도면이다.
도 10은 용접 구조 부재의 제5 예를 나타내는 도면이다.

본 발명의 필렛 아크 용접 조인트 및 그 형성 방법의 실시 형태에 대해 도면을 사용해서 상세하게 설명한다.

예를 들어, 자동차용의 박강판을 필렛 용접하는 경우, 생산성의 관점에서, 박강판의 (표리가 아니라) 편측에만, 필렛 비드를 두는 경우가 있다.

예를 들어, 한쪽의 박강판의 판 두께 부분을 다른 쪽의 박강판의 판면 부분에 접촉시켜 필렛 용접하는 경우에는, 당해 한쪽의 박강판과 다른 쪽의 박강판의 접촉 부분의 양측에 생기는 코너부 중 편측의 코너부에만, 필렛 아크 용접을 행하도록 하는 것이 보통이다(후술하는 도 5 내지 도 8을 참조).

또한, 한쪽의 박강판의 판면 부분을 다른 쪽의 박강판의 판면 부분에 접촉시켜 겹침 필렛 용접을 하는 경우라도, 당해 한쪽의 박강판과 다른 쪽의 박강판의 접촉 부분의 양측에 생기는 코너부 중, 편측의 코너부에만, 필렛 아크 용접을 행하도록 하는 것이 보통이다(후술하는 도 9, 도 10을 참조).

판 두께가 얇으므로, 코너부(접합부)의 편측(표면측)을 필렛 용접한 후, 바로 판의 반대측(이면측)을 필렛 용접하면, 강판이 완전히 냉각되어 있지 않기 때문에, 강판 자체가 용락된다고 하는 문제가 있기 때문이다.

또한, 코너부(접합부)란, 한쪽의 금속 부재의 판면 부분 및 판 두께 부분 중 적어도 어느 한쪽과, 다른 쪽의 금속 부재의 판면 부분과의 접촉 부분의 단부의 영역을 말한다. 이와 같은 코너부(접합부) 중 적어도 일부의 영역에 대해 필렛 아크 용접이 행해진다.

따라서, 본 발명자들은, 적어도 한쪽의 강 부재를 판 두께가 3.2㎜ 이하의 박강판으로 한 2개의 강 부재의 접촉 부분의 양측에 생기는 코너부(접합부) 중 편측의 코너부(접합부)만을 필렛 용접한 용접 구조 부재를 대상으로 하여 피로 시험을 행했다. 그 결과, 이와 같은 용접 구조 부재에서는, 필렛 비드에 피로 균열이 발생하는 경우가 있는 것이 판명되었다. 이하의 설명에서는, 2개의 강 부재의 접촉 부분의 양측에 생기는 코너부(접합부) 중의 편측 코너부(접합부)를, 필요에 따라서, 「편측의 코너부(접합부)」라고 칭한다.

전술한 바와 같이, 하체 부재 등의 용접 구조 부재에서는, 부재의 구조상, 양측의 코너부(접합부)가 아니라 편측의 코너부(접합부)에 필렛 용접되는 용접 개소가 있다. 피로 균열은 그와 같은 용접 개소에서 발생하기 쉬운 것이 예상된다. 따라서, 본 발명자들은, 기본적인 겹침 필렛 용접 조인트를 예로, 피로 균열의 발생 원인과, 피로 균열의 발생을 억제하기 위한 수단에 대해 검토했다.

여기서는, 도 1에 도시되는 강판(1, 2)의 겹침부의 편측의 코너부만을 필렛 아크 용접한 겹침 필렛 용접 조인트를 검토의 대상으로 했다. 본 발명자들은, 필렛 아크 용접에 의해 형성된 필렛 비드(3)에, 상측 강판(1)을 따라서 인장력 F1이 작용하고, 하측 강판(2)을 따라서 인장력 F2가 작용하는 경우에, 강판(1, 2)이 어떻게 변형되는지를, 3차원 유한 요소법을 사용해서 해석했다.

그 결과, 상측 강판(1)의 중심축(강판의 두께와 폭의 중심을 통과하고, 강판의 길이 방향으로 평행한 1개의 선)과 하측 강판(2)의 중심축과의 어긋남에 의해, 큰 굽힘 모멘트가 발생하고, 하측 강판(2)이, 필렛 비드(3)의 근방에서 구부러져, 루트부(5)가 개구되는 것을 알 수 있었다. 이것이, 루트부(5)에의 응력 집중을 높여, 피로 균열의 발생을 야기하는 원인이라고 생각된다.

따라서, 본 발명자들은, 하측 강판(2)의 구부러짐을 억제하는 수단에 대해 더욱 검토했다.

그 결과, 도 2에 도시한 바와 같이 하면, 피로 균열의 발생을 억제할 수 있는 것을 확인했다. 즉, 용접 개시점의 위치가 필렛 비드(3)와 겹치도록 함과 함께 용접 종료점의 위치가 하측 강판(2)의 표면으로 되도록 하여, 필렛 아크 용접과는 별도의 아크 용접을 행하여, 필렛 비드(3)와 다른 아크 용접 비드[보강용 비드(3A)]를 형성한다. 이와 같이 하면, 보강용 비드(3A)가, 전술한 굽힘 모멘트가 부가되는 방향에 대한 강판 및 용접 금속의 강성을 높이는 부재로서 기능하여 하측 강판(2)의 구부러짐을 억제할 수 있다. 따라서, 피로 균열의 발생을 억제할 수 있다. 전술한 바와 같이, 용접 비드의 시단부의 비드 형상은 융기되는 형상으로 되는 것에 반해, 종단부의 비드 형상은 편평하게 되어, 종단부의 응력 집중은 저감하기 때문이다.

또한, 보강용 비드(3A)의 용접 종료점을 하측 강판(2)으로 하는 것은, 상측 강판(1)의 표면에 대해서는 압축의 응력이, 하측 강판(2)의 표면에 대해서는 인장 응력이 작용하기 때문이다. 즉, 강판(1, 2) 중, 보강용 비드(3A)를 형성하고 있지 않은 용접 구조 부재에, 용접 구조 부재에 상정되는 반복 하중이 부가되었을 때에, 보다 큰 인장 응력이 작용하는 강판의 방향으로 보강용 비드(3A)를 형성한다.

또한, 각 도면에서는, 타원 전체의 영역이 보이고 있는 개소를 용접 종료점으로서 나타내고 있다.

다음에, 실제의 시험편을 작성하여 보강용 비드의 효과에 대해 조사했다.

시험편으로서, 판 두께 2.3㎜, 판 폭 60㎜의 하측 강판(2)에, 판 두께 2.3㎜, 판 폭 35㎜의 상측 강판(1)을 위로부터 겹침값 20㎜로 겹치고, 겹침부를 필렛 아크 용접하여, 상측 강판(1)의 단부에, 폭 7㎜, 길이 40㎜의 필렛 비드(3)를 형성한 시험편 A를 제작했다.

다음에, 필렛 비드(3) 외에, 또한 필렛 비드(3)의 중앙부에 일부가 겹치도록, 비드 온 용접에 의해 길이 10㎜, 폭 6㎜의 보강용 비드(3A)를, 필렛 비드(3)를 용접 개시점으로서 형성한 시험편 B를 제작했다(도 2 참조).

이들 시험편 A, B의 피로 시험을 실시했다.

그 결과, 도 3에 도시하는 바와 같이, 필렛 비드의 도중에 보강용 비드를 형성한 경우에는, 조인트의 피로 강도가 향상되는 것이 확인되었다.

또한, 보강용 비드와 강판의 경도(비커스 경도)의 대소 관계에 의한 피로 수명의 변화에 대해 조사했다.

경도가 182Hv의 강판(1, 2)을 사용함과 함께, 경도 Hw가 150Hv의 용접 금속을 사용해서, 전술한 시험편 A와 마찬가지의 시험편 C를 형성해서 피로 시험을 실시했다.

또한, 경도가 192Hv의 강판(1, 2)을 사용함과 함께, 경도 Hw가 각각 150, 183, 270의 용접 금속을 사용해서, 전술한 시험편 B와 마찬가지의 시험편 D, E, F를 형성해서 피로 시험을 실시했다.

그 결과, 도 4에 도시하는 바와 같이, 보강용 비드를 부여함으로써 피로 수명이 향상되고, 또한, 보강용 비드의 경도 Hw가, 강 부재 최대 경도 Hb보다도 크면, 피로 수명이 더 향상되는 것을 알 수 있었다.

또한, 도 4의 「-36」, 「1」 및 「88」은, 보강용 비드의 경도 Hw로부터 강 부재 최대 경도 Hb를 감산한 값을 나타낸다. 또한, 강판 최대 경도 Hb와 보강용 비드의 경도 Hw에 대해서는 후술한다.

또한, T형 단면의 용접 조인트, 판 두께 부분과 판면 부분이 접합되어 형성되는 필렛 아크 용접 조인트의 코너부를 용접하는 것이 일반적이다. 이 경우에도, 강 부재의 형상에 따라서는, 편측의 코너부밖에 용접할 수 없는 경우가 있다. 본 발명자들은, 이와 같은 필렛 아크 용접 조인트의 편측 코너부에만 필렛 아크 용접을 행하는 경우에서도, 겹침 필렛 아크 용접과 마찬가지로 취급할 수 있는 것을 확인했다.

이상과 같이 보강용 비드에 의한 효과가 확인되었으므로, 계속해서, 이 보강용 비드에 의해 강 부재의 강성을 높이는 수단을 용접 구조 부재의 필렛 용접에 적용하는 것에 대해 검토했다.

자동차용의 용접 구조 부재, 특히 하체용의 용접 구조 부재에서는, 전술한 시험편과 같은 판과 판을 단순하게 겹침 필렛 용접한 것 등은 적고, 다양한 형상의 부재가 있고, 또한, 반복 하중이 부가되는 방향도 각양각색이다. 그와 같은 용접 구조 부재에 효과적인 보강용 비드의 형성 방법에 대해 검토한 결과, 일필서의 요령으로 형성되는 필렛 비드의 영역 중, 용접선이 구부러져 있는 부분인 곡부의 영역(제1 영역)의 1개소 또는 복수 개소에 보강용 비드를 형성하는 것이 유효한 것이 판명되었다.

특히, 일필서의 요령으로 형성되는 필렛 비드의 영역 중, 용접선의 굴곡부 및 만곡부 중 적어도 어느 한쪽의 영역(제2 영역)의 1개소 또는 복수 개소에 보강용 비드를 형성하는 것이 유효한 것이 판명되었다.

또한, 필렛 비드의 용접 개시점과 용접 종료점이 연결되어 있지 않고, 필렛 비드의 용접 개시점이 용접 종료점과 다른 위치에 있는 경우에는, 전술한 제1 영역 또는 제2 영역 중, 필렛 비드의 용접 개시점보다도 최대 주응력의 크기(인장 응력)가 큰 영역(제3 영역)의 1개소 또는 복수 개소에 보강용 비드를 형성하는 것이 유효한 것이 판명되었다.

특히, 필렛 비드의 용접 개시점측을 강재의 코너부로부터 연장되어 있는 경우에, 이와 같은 제3 영역의 1개소 또는 복수 개소에 보강용 비드를 형성하는 것이 유효한 것이 판명되었다.

또한, 전술한 제1 영역, 제2 영역 또는 제3 영역 중, 보강용 비드를 형성하고 있지 않은 용접 구조 부재에 부가된다고 상정되는 반복 하중을 당해 용접 구조 부재에 부가했을 때에 피로 균열이 최초에 발생하는 영역(제4 영역)에 보강용 비드를 형성하는 것이 유효한 것이 판명되었다. 피로 균열이 최초에 발생하는 개소는 최대 주응력의 크기가 최대(인장 응력이 최대)가 되는 개소에 대응한다.

특히, 필렛 비드의 용접선 곡률이 일정한 경우에는, 이와 같은 제4 영역에 보강용 비드를 형성하는 것이 유효하다.

필렛 비드에 있어서의 응력은, 예를 들어 3차원 CAD를 이용한 FEM 응력 해석에 의해, 반복 하중이 용접 구조 부재에 부하되었을 때의 응력 분포를 구함으로써 얻을 수 있다. 또한, 필렛 비드에 있어서의 응력은, 실제의 용접 구조 부재를 사용해서 응력 부가 시험을 행하고, 그 때에 변형 게이지 등을 사용해서 변형 분포를 조사하는 것에 의해서도 얻을 수 있다.

이하에, 보강용 비드를 필렛 용접 비드에 적용하는 경우의 구체예를, 도 5 내지 도 10에 도시하는 용접 구조 부재를 사용해서 설명한다. 또한, 이 예에서는, 각 도면에 도시하는 흰색 화살표 방향으로 반복 하중이 부가되는 것으로 한다.

도 5는 용접 구조 부재의 제1 예를 나타내는 도면이다.

도 5에 도시하는 용접 구조 부재(50)는, 각형 강관을 사용한 박스재(52)의 하나의 측면(표면)에, 채널재(홈형 강)(51)의 일단부를 접촉시키고, 접촉한 부분 중, 채널재(51)의 판면의 외측에 있는 부분만을 필렛 용접함으로써 형성된다.

도 5에 도시하는 바와 같이, 필렛 비드(53)를 형성할 때에는, 채널재(51)와 박스재(52)의 접촉부이며 채널재(51)의 판면의 외측에 있는 접촉부의 일단부의 영역을 용접 개시점으로 하지 않고, 당해 영역보다도 접촉부를 따라서 일정한 거리만큼 당해 영역으로부터 이격된 개소를 용접 개시점으로서 연장 비드(54)를 형성한 후, 필렛 비드(53)를 연속해서 형성한다. 마찬가지로, 당해 접촉부의 타단부의 영역을 용접 종료점으로 하지 않고, 당해 영역보다도 당해 접촉부를 따라서 일정한 거리만큼 당해 영역으로부터 이격된 개소를 용접 종료점으로서 필렛 비드(53)를 형성한 후, 연장 비드를 연속해서 형성한다.

용접 구조 부재(50)에 형성되는 필렛 비드(53)는, 그 도중에 2개의 굴곡부를 갖는다. 여기서는, 용접 구조 부재(50)에 부가된다고 상정되는 반복 하중을, 보강용 비드를 형성하고 있지 않은 용접 구조 부재(50)에 부가하면, 당해 굴곡부[채널재(홈형 강)(51)의 코너부]의 쪽이, 필렛 비드(53)(연장 비드)의 용접 개시 위치보다도, 최대 주응력의 크기가 커지는 것으로 한다.

또한, 여기서는, 용접 구조 부재(50)에 부가된다고 상정되는 반복 하중을, 보강용 비드를 형성하고 있지 않은 용접 구조 부재(50)에 부가했을 때에 피로 균열이 최초에 발생하는 개소는, 당해 굴곡부인 것으로 한다.

따라서, 여기서는, 필렛 비드(53)의 2군데의 굴곡부가 용접 개시점으로 되고, 박스재(52)의 표면이 용접 종료점으로 되도록, 각각 보강용 비드(55A, 55B)를 형성한다. 보강용 비드는 1개소에 1개씩 형성하면 충분하다.

도 6은 용접 구조 부재의 제2 예를 나타내는 도면이다.

도 6에 도시하는 용접 구조 부재(60)는 원형 강관을 사용한 파이프 형상의 박스재(62)의 표면에, 채널재(일단부를 파이프재의 형상에 맞춰서 가공한 홈형 강)(61)의 당해 일단부를 접촉시키고, 접촉한 부분 중, 채널재(61)의 판면의 외측에 있는 부분만을 필렛 용접함으로써 형성된다.

도 6에 도시하는 바와 같이, 필렛 비드(63)를 형성할 때에는, 채널재(61)와 박스재(62)의 접촉부이며 채널재(61)의 판면의 외측에 있는 접촉부의 일단부의 영역을 용접 개시점으로 하지 않고, 당해 영역보다도 접촉부를 따라서 일정한 거리만큼 당해 영역으로부터 이격된 개소를 용접 개시점으로 하고, 연장 비드(64)를 형성한 후, 필렛 비드(63)를 연속해서 형성한다. 마찬가지로, 당해 접촉부의 타단부의 영역을 용접 종료점으로 하지 않고, 당해 영역보다도 접촉부를 따라서 일정한 거리만큼 당해 영역으로부터 이격된 개소를 용접 종료점으로 하고, 필렛 비드(63)를 형성한 후, 연장 비드를 연속해서 형성한다.

용접 구조 부재(60)에 형성되는 필렛 비드(63)도, 도 5에 도시한 용접 비드(53)와 마찬가지로, 도중에 2개의 굴곡부를 갖는다. 따라서, 여기서는, 필렛 비드(63)의 2군데의 굴곡부의 위치가 용접 개시점으로 되고, 박스재(62)의 표면이 용접 종료점으로 되도록, 각각 보강용 비드(65A, 65B)를 형성한다. 보강용 비드는 1개소에 1개씩 형성하면 충분하다. 또한, 필렛 비드(63)에는 박스재(62)의 곡률과 동일한 곡률(0을 상회하는 일정한 곡률)을 갖는 영역이 있다. 용접 구조 부재(60)에서는, 이 영역보다도, 굴곡부의 쪽이 최대 주응력의 크기가 커지는 것으로 하고, 여기서는, 이 영역에는 보강용 비드를 형성하고 있지 않다.

도 7은 용접 구조 부재의 제3 예를 나타내는 도면이다.

도 7에 도시하는 용접 구조 부재(70)는 각형 강관을 사용한 박스재(72)의 하나의 측면(표면)에, 원형 강관을 사용한 파이프 형상의 채널재(71)의 일단부를 접촉시키고, 접촉한 부분 중, 채널재(71)의 판면의 외측에 있는 부분만을 필렛 용접함으로써 형성된다.

도 7에 도시하는 바와 같이, 필렛 비드(73)의 용접 개시점과 용접 종료점과는 연결되고, 필렛 비드(73)에는 시단부와 종단부가 (독립적으로) 존재하지 않는다.

용접 구조 부재(70)에 형성되는 필렛 비드(73)는, 대략, 채널재(71)의 곡률과 동일한 곡률(0을 상회하는 일정한 곡률)을 갖는다. 따라서, 용접 구조 부재(70)에 부가된다고 상정되는 반복 하중을, 보강용 비드를 형성하고 있지 않은 용접 구조 부재(70)에 부가했을 때에 피로 균열이 최초에 발생하는 개소가 용접 개시점으로 되고, 박스재(72)의 표면이 용접 종료점으로 되도록, 보강용 비드(74)를 형성한다. 구체적으로, 여기서는, 하중이 부가되는 측과 정반대의 개소를 보강용 비드(74)의 용접 개시점으로 한다. 보강용 비드는 1개소에 1개씩 형성하면 충분하다.

또한, 도 7에서는, 필렛 비드(73)에 1개의 보강용 비드(74)를 배치하고 있다. 그러나, 보다 강도를 높이기 위해, 예를 들어, 보강용 비드(74)로부터 일정한 거리를 두고, 보강용 비드(74)의 양측에, 각각 1개씩 합계 2개의 보강용 비드를 배치해도 좋다.

도 8은 용접 구조 부재의 제4 예를 나타내는 도면이다.

도 8에 도시하는 용접 구조 부재(80)는 각형 강관을 사용한 박스재(82)의 하나의 측면(표면)에, 박강판을 성형해서 상면과 하면이 개구된 중공 직육면체 형상으로 한 채널재(81)의 일단부를 접촉시키고, 접촉한 부분 중, 채널재(81)의 판면의 외측에 있는 부분만을 필렛 용접함으로써 형성된다.

도 8에 도시하는 바와 같이, 필렛 비드(83)의 용접 개시점과 용접 종료점은 연결되고, 필렛 비드(83)에는 시단부와 종단부가 (독립적으로) 존재하지 않는다.

용접 구조 부재(80)에 형성되는 필렛 비드(83)는 도중에 4개의 굴곡부를 갖는다. 여기서는, 용접 구조 부재(80)에 부가된다고 상정되는 반복 하중을, 보강용 비드를 형성하고 있지 않은 용접 구조 부재(80)에 부가했을 때에 피로 균열이 최초에 발생하는 개소는, 당해 굴곡부로 되는 것으로 한다.

따라서, 여기서는, 필렛 비드(83)의 4군데의 굴곡부의 위치가 용접 개시점으로 되고, 박스재(82)의 표면이 용접 종료점으로 되도록, 각각 보강용 비드(84A, 84B, 84C)를 형성한다. 보강용 비드는 1개소에 1개씩 형성하면 충분하다.

여기서, 후술하는 실시예(표 2의 시험편 기호 C9, D12, C10 등)의 결과로부터, 본 발명자들은, 필렛 아크 용접을 행하여 용접되는 강 부재 중 적어도 한쪽의 강 부재가, 판 두께 3.2㎜ 이하인 강판으로 형성되는 용접 구조 부재에서는, 보강용 비드의 용접 개시 위치를 필렛 비드측으로 하지 않고 박스재측으로 하면, 보강용 비드를 형성해도, 피로 수명이 향상되지 않고, 오히려 저하되는 경우도 있는 것을 발견했다. 즉, 본 발명자들은, 보강용 비드의 용접 개시 위치가, 필렛 비드의 근방의 영역에서, 다른 용접 비드와 교차하지 않고 단독으로 존재하고 있으면, 보강용 비드를 형성해도, 피로 수명이 향상되지 않고, 오히려 저하되는 경우도 있는 것을 발견했다.

따라서, 본 실시 형태에서는, 전술한 바와 같이, 보강용 비드의 용접 개시 위치가, 필렛 비드의 근방의 영역에서, 다른 용접 비드와 교차하지 않고 단독으로 존재하지 않고, 또한, 필렛 비드와 겹치는 영역이며, 코너부가 구부러진 영역(곡부)에 용접 개시점 또는 용접 종료점이 위치하도록, 보강용 비드를 형성하는 것을 원칙으로 한다.

또한, 특허문헌 3에 기재된 기술에서는, 코너부로부터 연장되어 있는 용접 비드와 코너부의 용접 비드가 일필서의 요령으로 형성된다(즉, 이들 용접 비드가 동일한 아크 용접에 의해 형성됨). 이로 인해, 필렛 비드의 근방의 위치에서, 다른 용접 비드와 교차하지 않고 단독으로 존재하게 되는 용접 개시점의 수가 필요 이상으로 많아져 버린다.

이에 대해, 본 실시 형태에서는, 1회의 용접 작업에 의해 일필서의 요령으로 형성되는 필렛 비드의 용접 개시점으로부터 용접 종료점의 사이의 영역이며, 코너부가 구부러진 영역(곡부)에, 보강용 비드를 형성한다.

또한, 필렛 비드의 용접 작업과 보강용 비드의 용접 작업을 따로따로 행한다. 즉, 필렛 비드와 보강용 비드를 별도의 아크 용접으로 형성하고, 필렛 비드와 겹치도록 형성되는 보강용 비드의 용접 개시점 또는 용접 종료점이, 필렛 비드와 구별되는 상태로 남도록 한다.

이상과 같이 함으로써, 보강용 비드의 용접 개시점 및 용접 종료점의 위치의 자유도가 향상된다. 따라서, 필렛 비드의 근방의 위치에서, 다른 용접 비드와 교차하지 않고 단독으로 존재하게 되는 용접 개시점의 수가 필요 이상으로 많아져 버리는 것을 억제할 수 있다.

이상의 도 5 내지 도 8은, 한쪽의 강 부재의 판 두께 부분과 다른 쪽의 강 부재의 판면 부분이 서로 접합된 필렛 아크 용접 조인트의 예를 나타내는 것이다.

도 9는 용접 구조 부재의 제5 예를 나타내는 도면이다.

도 9에 도시하는 용접 구조 부재(90)는, 채널재(양측의 플랜지부의 선단부의 각각이 일정한 곡률로 만곡하도록 가공된 홈형 강)(91)의 양측 플랜지부의 이면을 박스재(92)의 서로 대향하는 측면에 설치하고, 플랜지부의 선단부를 겹쳐 필렛 용접함으로써 형성된다. 도 9에 도시하는 바와 같이, 필렛 비드(93)를 형성할 때에는, 플랜지부의 선단부와 기단부와의 경계(상기 만곡한 영역과 그 밖의 영역과의 경계)의 일단부의 영역을 용접 개시점으로 하지 않고, 당해 영역보다도 당해 만곡한 영역의 곡률을 따라서 일정한 거리만큼 당해 영역으로부터 이격된 개소를 용접 개시점으로서 연장 비드(94A)를 형성한 후, 필렛 비드(93)를 연속해서 형성한다. 마찬가지로, 플랜지부의 선단부와 기단부와의 경계의 타단부의 영역을 용접 종료점으로 하지 않고, 당해 영역보다도 상기 만곡한 영역의 곡률을 따라서 일정한 거리만큼 당해 영역으로부터 이격된 개소를 용접 종료점으로서 필렛 비드(93)를 형성한 후, 연장 비드(94B)를 연속해서 형성한다.

용접 구조 부재(90)에 형성되는 필렛 비드(93)는, 대략, 채널재(91)의 플랜지부의 선단부의 곡률과 동일한 곡률(0을 상회하는 일정한 곡률)을 갖는다. 따라서, 용접 구조 부재(90)에 부가된다고 상정되는 반복 하중을, 보강용 비드를 형성하고 있지 않은 용접 구조 부재(90)에 부가했을 때에 피로 균열이 최초에 발생하는 개소가 용접 개시점으로 되고, 박스재(92)의 표면이 용접 종료점으로 되도록, 보강용 비드(95)를 형성한다. 구체적으로, 여기서는, 필렛 비드(93)의 용접선을 따르는 방향의 중앙부(최심부)를 보강용 비드(95)의 용접 개시점으로 한다. 보강용 비드는 1개소에 1개씩 형성하면 충분하다.

또한, 도 9에서는, 필렛 비드(93)의 최심부에 1개의 보강용 비드(95)를 배치하고 있다. 그러나, 보다 강도를 높이기 위해, 예를 들어, 필렛 비드(95)의 전체 길이 1/3과 2/3의 길이 위치의 부근에, 각각 1개씩 합계 2개의 보강용 비드를 배치해도 좋다.

전술한 바와 같이, 채널재(91)의 플랜지부의 반대측에도, 필렛 비드(93), 연장 비드(94A, 94B) 및 보강용 비드(95)와 마찬가지로, 겹침 필렛 비드, 연장 비드 및 보강용 비드가 형성되어 있다.

도 9는 한쪽의 강 부재와 다른 쪽의 강 부재의 판면 부분끼리가 서로 접합된 필렛 아크 용접 조인트(겹침 필렛 아크 용접 조인트)의 예를 나타내는 것이다.

도 10은 용접 구조 부재의 제6 예를 나타내는 도면이다.

도 10에 도시하는 용접 구조 부재(100)는 각형 강관을 사용한 박스재(52)와, 각형 강관의 선단부의 서로 대향하는 2조의 면 중 1조의 면이 박스재(52)의 형상에 맞춰서 절취된 플랜지재(51)를 사용해서 구성된다. 플랜지재(51)의 선단부가 절취되어 있지 않은 부분의 이면이 박스재(52)의 표면과 접촉함과 함께, 플랜지재(51)의 선단부가 절취된 부분의 판 두께 부분이 박스재(52)의 표면에 접촉하도록, 박스재(52)와 플랜지재(51)가 조합하여, 접촉부를 필렛 용접함으로써 용접 구조 부재(100)가 형성된다.

용접 구조 부재(100)에 형성되는 필렛 비드(103)는, 그 도중에 굴곡부를 갖는다. 용접 구조 부재(100)에 부가된다고 상정되는 반복 하중을, 보강용 비드를 형성하고 있지 않은 용접 구조 부재(100)에 부가했을 때에 피로 균열이 최초에 발생하는 개소는, 플랜지재(51)의 선단부가 절취된 부분의 판 두께 부분과 박스재(52)의 표면이 접촉하고 있는 코너부에 있어서의 굴곡부인 것으로 한다.

따라서, 여기서는, 필렛 비드(103)의 이들 2군데의 굴곡부의 위치가 용접 개시점으로 되고, 박스재(102)의 표면이 용접 종료점으로 되도록, 각각 보강용 비드(104A, 104B)를 형성한다. 보강용 비드는 1개소에 1개씩 형성하면 충분하다.

도 10은 한쪽의 강재의 판면 부분과 판 두께 부분의 양쪽이 다른 쪽의 강재의 판면 부분에 접합된 필렛 아크 용접 조인트의 예를 나타내는 것이다. 또한, 도 10에 도시하는 바와 같이, 코너부의 굴곡부 모두에 대해 보강용 비드를 형성하지 않아도 좋다.

이상, 본 실시 형태의 기본적인 사항에 대해 설명했지만, 본 실시 형태를 구성하는 개개의 요건이나 바람직한 요건에 대해 더욱 상세하게 설명한다.

(용접 구조 부재)

본 실시 형태에서는, 필렛 아크 용접을 행하여 용접되는 강 부재 중 적어도 한쪽의 강 부재가, 판 두께 3.2㎜ 이하인 강판으로 형성되는 용접 구조 부재(필렛 아크 용접 조인트)를 대상으로 한다. 또한, 진동 하중과 같은 반복 하중이 부가되는 용접 구조 부재(필렛 아크 용접 조인트)를 대상으로 한다.

그와 같은 용접 구조 부재는, 필렛 용접 비드의 지단부 또는 루트부에 피로 균열이 발생하기 쉬워, 간단한 수단에 의해 피로 강도를 향상시키는 것이 요구되어 있기 때문이다.

또한, 코너부가 적어도 하나의 곡부를 갖는 용접 구조 부재를 대상으로 한다. 또한, 당해 곡부 중 적어도 1개를 포함하도록 필렛 비드가 일필서의 요령으로 형성되는 용접 구조 부재를 대상으로 한다. 당해 곡부는 굴곡부이어도 만곡부이어도 좋다. 또한, 곡부의 곡률은 일정해도 좋고, 변화되어도 좋다. 또한, 일필서의 요령으로 형성된 필렛 비드가 적어도 1개 있으면, 1개의 용접 구조 부재에 형성하는 필렛 비드의 수는, 1개이어도 복수이어도 좋다.

이와 같은 용접 구조 부재이면, 필렛 비드의 형성에 사용하는 용접기 및 용접 재료를 사용해서, 필렛 용접 이후에 이어서 보강용 비드의 용접을 행함으로써, 간단히 용접 구조 부재의 피로 강도를 향상시킬 수 있다.

(보강용 비드의 배치 형태)

보강용 비드의 용접 개시 위치 또는 용접 종료 위치는, 필렛 비드와 겹치도록 형성할 필요가 있다. 보강용 비드가 필렛 비드와 이격되어 형성되면, 강판의 강성을 높이는 부재로서 기능하지 않기 때문이다.

본 실시 형태에서는, 필렛 비드와 겹치는 위치를 용접 개시점으로 함과 함께, 코너부(접합부)를 구성하는 강 부재 중, 표면에 의해 큰 인장 응력이 작용하는 강 부재의 표면을 용접 종료점으로 하여, 보강용 비드를 형성하는 것을 원칙으로 한다. 전술한 바와 같이, 용접 개시점에서는 지단부의 형상이 융기되고, 또한, 융기의 각도가 급준하므로, 용이하게 응력 집중이 생기기 때문이다.

단, 2개의 독립된 필렛 비드에 대해 보강용 비드를 공용시키는 경우에는, 보강용 비드의 용접 개시점은 한쪽의 필렛 비드와 겹치고, 용접 종료점은 다른 쪽의 필렛 비드와 겹치게 된다. 즉, 보강용 비드의 용접 개시점과 용접 종료점 중 어느 하나가 필렛 비드와 겹치도록 하고, 또한, 보강용 비드의 용접 개시점이 다른 용접 비드와 교차하지 않고 단독으로 존재하지 않도록 하고 있으면 좋다. 이와 같이 하면, 보강용 비드의 용접 개시점의 위치 비드 형상이 융기되는 것을 억제할 수 있기 때문이다.

또한, 용접 구조 부재에 있어서, 반복 하중이 부가되어도 응력이 거의 발생하지 않는 개소나, 반복 하중이 부가되어 응력이 발생해도 파단될 우려가 없는 개소가 있는 경우에는, 당해 개소를 보강용 비드의 용접 개시점으로 해도 좋다. 이와 같이 하는 경우에는, 보강용 비드의 용접 개시점이 다른 용접 비드와 교차하지 않고 단독으로 존재하게 된다. 이와 같은 개소를 보강용 비드의 용접 개시점으로 하면, 당해 개소의 비드 형상이 융기되어 있어도, 필렛 아크 용접 조인트의 피로 강도에 큰 영향을 주지 않기 때문이다.

또한, 보강용 비드를 필렛 용접 비드 상에 형성해도 좋고, 미리 보강용 비드에 상당하는 용접 비드를 필렛 용접 전에 배치해 두고, 그 위에 필렛 비드를 배치하는 것도 가능하다. 즉, 보강용 비드의 용접 개시 위치 또는 용접 종료 위치가 필렛 비드와 겹치도록 하고 있으면, 보강용 비드는 필렛 비드 상에 있어도 하에 있어도 좋다.

한편, 본 실시 형태에서는, 보강용 비드의 용접 종료점은, 전술한 바와 같이, 코너부(접합부)를 구성하는 강 부재 중, 용접 구조 부재에 반복 하중이 부가되었을 때에, 보다 큰 인장 응력이 작용하는 강판의 영역으로 하는 것을 원칙으로 한다. 용접 종료점에서는 비드 형상이 편평하게 되므로, 응력 집중이 생기기 어렵기 때문이다.

필렛 비드에 대한 보강용 비드의 배치 위치는, 전술한 제1 영역을 갖는 것을 전제로 하여, 제2 영역, 제3 영역 및 제4 영역 중 적어도 어느 하나의 영역의 1개소 또는 복수 개소가 된다. 또한, 이와 같은 영역에 보강용 비드를 배치하고 있으면, 그 밖의 영역에 보강용 비드를 배치해도 좋다.

(보강용 비드의 길이 La)

보강용 비드의 길이 La는, 하기의 (A)의 조건을 만족하도록 하는 것이 바람직하다.

(A) 보강용 비드의 길이 La≥필렛 비드의 폭 W×2

여기서, 보강용 비드의 길이 La는, 필렛 비드와 보강용 비드와의 접점을 기점으로 하여, 보강용 비드의 용융 단부까지의 길이이다.

보강용 비드의 길이 La가 짧은 경우에는 충분히 강 부재의 강성을 높일 수 없어, 용접 조인트의 피로 강도를 향상시키는 기능을 발휘할 수 없다. 필렛 비드의 지단부로부터 돌출되는 보강용 비드의 길이 La가 필렛 비드의 폭 W 이상이면, 용접 구조 부재에 부가되는 하중의 정도에 따라서는 피로 강도를 향상시키는 기능을 발휘할 수 있지만, 보다 강성을 높이기 위해서는, 보강용 비드의 길이를 필렛 비드의 폭 W의 2배 이상으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 보강용 비드의 길이 La의 상한은, 용접으로 제조하는 강 제품의 형상ㆍ구조에 의해 제약을 받는다. 예를 들어, 필렛 비드의 길이를 L로 하면, 보강용 비드의 길이 La를 0.5×L 미만으로 할 수 있다.

(보강용 비드의 높이 Ha)

보강용 비드의 강 부재의 표면으로부터의 높이 Ha는, 보강용 비드를 형성하는 강 부재의 두께 t(㎜)에 대해, 하기의 (B)의 조건을 만족하는 것이 바람직하다.

(B) 보강용 비드의 높이 Ha≥강 부재의 두께 t×0.5

보강용 비드의 높이 Ha가, 보강용 비드가 형성되는 강 부재의 두께 t의 0.5배(=t/2) 미만이면, 보강용 비드로서의 기능을 충분히 발휘하지 않는다. 보강용 비드의 높이 Ha가 클수록, 그 효과는 크지만, 강판에의 뒤배임이나 용락을 피하기 위해 저절로 한계가 있다. 따라서, 보강용 비드의 높이 Ha를, 보강용 비드가 형성되는 강 부재의 두께 t 이하로 하는 것이 현실적이다.

(보강용 비드의 폭 Wa)

또한, 보강용 비드의 폭 Wa는, 하기의 (C)의 조건을 만족하도록 하는 것이 바람직하다.

(C) 보강용 비드의 폭 Wa≥필렛 비드의 폭 W×0.5

보강용 비드의 폭 Wa가 필렛 비드의 폭 W의 0.5배(W/2) 미만이면, 보강용 비드로서의 기능을 충분히 발휘하지 않는다. 보강용 비드의 폭 Wa의 상한은, 특별히 정하지 않지만, 보강용 비드의 높이 Ha와 마찬가지로, 뒤배임이나 용락되지 않는 범위에서 보강용 비드를 형성할 필요가 있으므로, 그 관점에서 저절로 정해진다.

또한, 자동차용의 용접 구조 부재의 용접은 로봇에 의한 자동 용접에 의해 행해지므로, 필렛 비드를 시공하는 용접기 및 용접 재료를 그대로 사용해서 보강용 비드를 형성하는 것이 효율적이며, 그 조건에서 충분히 피로 특성을 향상시키는 효과가 얻어진다. 그러나, 용접 구조 부재에 의해 요구되는 피로 강도도 다르므로, 보강용 비드의 길이, 폭 및 높이는 전술한 범위 내에서 선택하는 것이 바람직하다.

(보강용 비드의 경도 Hw)

보강용 비드의 경도, 즉, 보강용 비드의 용접 금속의 경도 Hw는, 보강용 비드가 놓이는 쪽의 강 부재의 강판 최대 경도 Hb에 대해, 하기의 (D)의 조건을 만족하도록 하는 것이 바람직하다.

(D) 보강용 비드의 용접 금속의 경도 Hw>강판 최대 경도 Hb

보강용 비드의 용접 금속의 경도 Hw가, 강판 최대 경도 Hb보다 크면, 용접 지단부에의 변형의 집중이 억제되어, 피로 수명(횟수)을 향상시킬 수 있다.

보강용 비드의 용접 금속의 경도 Hw는 이하와 같이 측정한다. 먼저, 용접 구조 부재의 보강용 비드가 형성된 부분을, 보강용 비드의 길이 방향 중앙에서, 용접선에 대해 수직으로 절단하여, 절단면을 연마한다. 그리고, 당해 절단면의 위치이며, 강판(모재) 표면으로부터 판 두께 방향으로 0.2㎜ 깊이의 위치에서, 강판(모재) 표면과 평행 방향으로 경도를 측정한다. 구체적으로는, 당해 위치에서의 용융 경계의 1점을 기점으로 하여, 용접 금속 방향으로 0.2㎜ 간격이고 5점의 비커스 경도를 비커스 경도계로 측정하고, 측정값의 산술 평균값을 산출한다. 또한, 평균값은 용융 경계의 경도를 제외한 5점으로 산출한다. 측정 시에 부가하는 하중은 1kgf가 바람직하다.

강판 최고 경도 Hb는 이하와 같이 측정한다. 먼저, 용접 구조 부재의 보강용 비드가 형성된 부분을, 보강용 비드의 길이 방향 중앙에서, 용접선에 대해 수직으로 절단하여, 절단면을 연마한다. 그리고, 당해 절단면의 위치이며, 강판(모재) 표면으로부터 판 두께 방향으로 0.2㎜ 깊이의 위치에서, 강판(모재) 표면과 평행 방향으로 경도를 측정한다. 구체적으로는, 당해 위치에서의 용융 경계의 1점을 기점으로 하여, 모재 방향으로 0.2㎜ 간격이고, 용융 경계로부터 10㎜ 이격된 위치까지 비커스 경도를 비커스 경도계로 측정하고, 그 중 최대의 값을 강판 최고 경도 Hb로 한다. 또한, 강판 최고 경도 Hb를 구할 때에 용융 경계의 경도는 제외한다. 측정 시에 부가하는 하중은, 1kgf가 바람직하다. 또한, 보강용 비드의 용접 금속의 경도 Hw(비커스 경도)를 측정할 때의 기점과, 강판 최고 경도 Hb(비커스 경도)를 측정할 때의 기점을 일치시키고, 또한, 보강용 비드의 용접 금속의 경도 Hw(비커스 경도)를 측정하는 방향과, 강판 최고 경도 Hb(비커스 경도)를 측정하는 방향을 서로 반대 방향(이들 방향의 이루는 각도를 180°)으로 한다.

(보강용 비드의 각도)

보강용 비드의 각도 γ는, 하기 (E)의 조건을 만족하도록 하는 것이 바람직하다.

(E) 45°≤보강용 비드의 각도 γ≤135°

보강용 비드가 강판의 강성을 높여, 구부러짐을 억제하는 기능을 발휘하기 위해서는, 보강용 비드의 각도 γ는 45 내지 135°인 것이 바람직하다. 각도 γ가 45° 미만 또는 135° 초과이면, 보강용 비드의 상기 기능이 저하된다.

여기서, 도 5 내지 도 9에 도시하는 바와 같이 하여 보강용 비드를 형성하는 경우[코너부(접합부)에 있어서의 곡부가, 박스재(52, 62, 72, 82, 92) 중 하나의 면에 있어서 구성되는 경우]에는, 보강용 비드의 각도 γ는 필렛 비드의 보강용 비드와 겹치는 점에 있어서의 접선에 대한 각도이다.

한편, 도 10에 도시하는 바와 같이 하여 보강용 비드를 형성하는 경우[코너부(접합부)에 있어서의 곡부가, 박스재(102)가 연속되는 2개의 면에 있어서 구성되는 경우]에는, 보강용 비드의 각도는, 당해 2개의 면 중 보강용 비드가 형성되는 면의 필렛 비드와 보강용 비드와의 이루는 각도로 한다.

(그 밖의 요건)

필렛 비드의 시공시나 보강용 비드의 시공시의 아크 용접 조건이나 사용하는 용접 와이어의 조성은, 통상법에 따르면 좋고, 특정한 것에 한정되지 않는다. 단, 상기와 같이, 동일한 용접 기기를 사용해서 필렛 비드의 시공과 보강용 비드의 시공을 연속적으로 행하는 것이 생산상 바람직하다. 그러나, 보강용 비드의 강판 강성을 높이는 기능이 담보되는 한, 양자의 용접 조건이나 사용하는 용접 와이어의 조성이 달라도 된다.

또한, 용접 조인트에서는 필렛 비드에 겹치도록 보강용 비드를 형성하기 위해, 용접 조인트의 주변에, 보강용 비드를, 소요의 각도 및 소요의 길이, 높이, 폭으로 형성할 수 있는 영역이 있는 것이 필요하다.

이상과 같이 본 실시 형태에서는, 용접 구조 부재가 반복 진동 응력에 노출되는 경우라도, 보강용 비드를 부여한다고 하는 간단한 수단에 의해, 피로 파괴의 발생을 현저하게 억제할 수 있다.

이상과 같이, 보강용 비드의 부여만으로도 강 부재의 피로 강도를 크게 향상시킬 수 있다. 단, 용접의 개시점 및 종료점에 있어서의 응력 집중을 저감하는 시공과, 보강용 비드의 시공을 조합하면 보다 피로 강도를 향상시킨 조인트를 얻을 수 있다. 예를 들어, 도 5, 도 6, 도 9에 도시하는 바와 같이, 필렛 비드를 코너부로부터 연장되고, 코너부와 이격된 위치에 필렛 비드의 용접 개시점과 용접 종료점의 각각을 배치한 후에(즉 전술한 연장 비드를 형성한 후에), 보강용 비드를 부여할 수 있다. 단, 이와 같은 필렛 비드의 연장은, 반드시 필요하지 않다.

또한, 본 발명자들은, 강 부재 이외의 금속 부재이어도, 본 실시 형태의 방법을 적용할 수 있는 것을 확인했다. 예를 들어, 강 부재 대신에, 알루미늄 부재 또는 스테인리스 부재에 본 실시 형태의 방법을 적용할 수 있다. 또한, 본 발명자들은, 이종의 금속 부재에 대해서도 본 실시 형태의 방법을 적용할 수 있는 것을 확인했다.

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, 다양한 형태로 실시할 수 있다.

<실시예>

다음에, 본 발명의 실시예에 대해 설명한다. 실시예에서의 조건은, 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위해 채용한 일 조건예이며, 본 발명은, 이 일 조건예로 한정되는 것은 아니다. 본 발명은, 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 본 발명의 목적을 달성하는 한, 다양한 조건을 채용할 수 있는 것이다.

도 5 내지 도 10에 도시하는 형상의 용접 구조 부재(50, 60, 70, 80, 90, 100)를 제작했다. 또한, 보강용 비드의 용접 개시점과 용접 종료점을 교체한 것 외에는, 도 5 내지 도 10에 도시하는 형상의 용접 구조 부재(50, 60, 70, 80, 90, 100)와 동일한 용접 구조 부재를 제작했다. 또한, 보강용 비드를 형성하지 않는 것 외에는, 도 5 내지 도 10에 도시하는 형상의 용접 구조 부재(50, 60, 70, 80, 90, 100)와 동일한 용접 구조 부재를 제작했다.

그리고, 이들 용접 구조 부재를 피로 시험에 제공했다.

용접 구조 부재에 사용한 강 부재와 용접 재료를, 표 1에 나타낸다. 표 1에 있어서, 강재 A 및 강재 B의 2종류의 강 부재를 사용했다. 또한, 강판 A 및 강판 B로서, 각각 2개의 판 두께(2.3㎜, 2.6㎜)의 것을 준비했다. 또한, 와이어 A 및 와이어 B의 2종류의 용접 재료를 사용했다. 와이어 A 및 와이어 B의 직경은 1.2㎜이다.

본 실시예에 있어서, 도 5에 도시하는 박스재(52)의 크기는, 300㎜×150㎜×50㎜이다. 채널재(51)의 크기는 플랜지 폭 80㎜×웹 폭 75㎜×높이 80㎜이다.

본 실시예에 있어서, 도 6에 도시하는 박스재(62)의 크기는, 직경 150㎜×높이(축 방향의 길이) 300㎜이다. 채널재(61)의 크기는, 플랜지 폭 80㎜×코너부(접합부)의 웹 폭 75㎜×높이(최대값) 80㎜이다.

본 실시예에 있어서, 도 7에 도시하는 박스재(72)의 크기는, 300㎜×100㎜×50㎜이다. 채널 부재(71)의 크기는, 직경 50㎜×높이(축 방향의 길이) 150㎜이다.

본 실시예에 있어서, 도 8에 도시하는 박스재(82)의 크기는, 300㎜×150㎜×50㎜이다. 채널재(81)의 크기는, 180㎜×75㎜×56㎜이다.

본 실시예에 있어서, 도 9에 도시하는 박스재(92)의 크기는, 300㎜×100㎜×50㎜이다. 채널재(91)의 크기는, 플랜지 폭 75㎜×웹 폭 105㎜×높이 80㎜이다. 채널재(81)의 플랜지의 선단 곡률 반경은 50㎜이다.

본 실시예에 있어서, 도 10에 도시하는 박스재(102)의 크기는, 300㎜×100㎜×50㎜이다. 채널재(101)는, 180㎜×75㎜×56㎜의 각형 강관의 56㎜의 길이의 부분을 선단으로부터 30㎜ 절결한 것이다.

보강용 비드의 용접 개시점(표 2의 보강용 비드의 개시 위치)을, 필렛 비드 상으로 하는 경우와, 박스재 상으로 하는 경우의 각각에 대해 보강용 비드를 형성했다.

또한, 보강용 비드의 용접 개시점을, 필렛 비드 상으로 함과 함께, 보강용 비드의 용접 종료점(표 2 내지 표 12의 보강용 비드의 종료 위치)을, 박스재 상으로 하는 경우와, 보강용 비드의 용접 개시점을, 필렛 비드 상으로 함과 함께, 보강용 비드의 용접 종료점을, 채널재 상으로 하는 경우의 각각에 대해 보강용 비드를 형성했다.

또한, 보강용 비드를, 코너부(접합부)에 있어서의 곡부에 형성한 경우와, 코너부에 있어서의 직선부에 형성한 경우의 각각에 대해 보강용 비드를 형성했다.

또한, 보강용 비드의 길이 La, 보강용 비드의 높이 Ha 및 보강용 비드의 폭 Wa를 바꿔서 보강용 비드를 형성했다.

용접 조건은, 이하와 같다.

<공통되는 용접 조건>

용접 방식 소모식 전극 용접

용접 전원 DP350(가부시끼가이샤 다이헨제)

용접 모드 DC-Pulse

용접 자세 하향 수평

칩 강판간 거리(돌출 길이) 15㎜

실드 가스종 Ar＋20％ CO₂

실드 가스 유량 20L/min

<필렛 비드의 형성 조건>

토치 각도 하판으로부터의 기립각 60°, 전진각 0°

목표 위치 겹침부의 코너

용접 속도 80㎝/min

용접 전류 및 전압 언더컷이 나오지 않는 값을 설정

일례:판 두께2.3㎜의 필렛 아크 용접의

경우, 약 220A, 약 24V

<보강용 비드의 형성 조건>

토치 각도 강판으로부터의 기립각 90°, 전진각 0°

목표 위치와 용접 방향 시험편의 폭 방향 중앙에서, 필렛 비드의 용 접 금속 표면을 기점으로 하고, 필렛 비드에 직각 방향으로 하측 강판에 용접

용접 속도 50㎝/min

용접 전류 및 전압 필렛 비드의 2/3 정도의 용접 전류를 설정

일례:판 두께 2.3㎜의 강판에 보강용 비드를 배치하는 경우, 150A, 21V

제작한 시험편의 한쪽의 강 부재(박스재)와 다른 쪽의 강 부재(채널재)를, 하중의 방향이 도 5 내지 도 10의 흰색 화살표로 나타내어진 방향으로 되도록 전기 유압식 피로 시험 장치에 의해 파지하여, 하중 범위를 일정(응력 범위 일정), 하중비를 -1, 반복 주파수를 5㎐로, 피로 시험에 제공했다.

보강용 비드의 경도 Hw와 강판 최대 경도 Hb는, 각각 전술한 방법에 의해 측정했다.

실시예의 효과를, 표 2 내지 표 12에 기초하여 설명한다.

시험편 기호 C1, C5, C7, C9, C11, C14는, 각각, 도 5, 도 6, 도 7, 도 8, 도 9, 도 10에 도시한 용접 구조 부재(50, 60, 70, 80, 90, 100)에 대해 보강용 비드를 형성하고 있지 않은 용접 구조 부재의 결과이다. 이들 용접 구조 부재의 피로 수명을 기준으로, 보강용 비드의 효과를 검증했다. 표 2 내지 표 12의 「기준으로 한 시험편 기호」에 기재되어 있는 시험편 기호의 피로 수명을 기준으로 하여 「피로 수명 향상률」을 산출했다. 본 실시예에서는, 「피로 수명 향상률」이 120％를 초과하는 경우에, 보강용 비드에 의한 효과가 있는 것이라고 판정했다.

D1 내지 D9는, 도 5에 도시한 용접 구조 부재(50)를 대상으로 보강용 비드의 효과를 평가한 것이다. 용접 구조 부재(50)에서는 보강용 비드를 형성하지 않으면, 필렛 비드(53)의 굴곡부에 있어서의 박스재(52)측의 용접 지단부에서 균열이 발생했다(C1의 「균열 발생 위치」를 참조). 이로 인해, 이 개소의 피로 수명을 보강용 비드(55A, 55B)에 의해 높일 필요가 있다. 따라서, 필렛 비드(53)의 굴곡부 위치를 용접 개시 위치로 하고, 박스재(52)의 표면을 용접 종료 위치로 하여, 보강용 비드(55A, 55B)를 형성했다(D1 내지 D9의 「보강용 비드의 개시 위치」의 「필렛 비드각」, 「보강용 비드의 종료 위치」의 「박스재 상」을 참조).

D1 내지 D9에 도시하는 바와 같이, 이상과 같이 하여 보강용 비드(55A, 55B)를 형성함으로써, 피로 수명은 증가하고, 균열의 발생 위치는 필렛 비드(53)의 지단부로부터 보강용 비드(55A, 55B)의 종단부로 변화했다(D1 내지 D9의 「균열 발생 위치」의 「보강용 비드 종단부」를 참조).

또한, D1 내지 D3, D8에 도시되는 바와 같이, 전술한 (A) 내지 (E)의 조건을 만족하지 않으면, 피로 수명의 향상값은 저하되는 경향으로 된다.

구체적으로, D1에서는 보강용 비드의 길이 La가 필렛 비드의 폭 W의 2배 이상이 아니다[D1의 「La/W」가 200％ 이상으로 되지 않고, (A)의 조건을 만족하지 않음]. D2에서는 보강용 비드의 각도 γ가 45° 내지 135°의 범위에 없다[D2의 「보강용 비드의 각도」가 45° 내지 135°가 되지 않고, (E)의 조건을 만족하지 않음]. D3에서는, 보강용 비드의 높이 Ha가, 보강용 비드가 형성되는 강 부재의 두께 t의 0.5배 이상이 아니고, 또한, 보강용 비드의 폭 Wa가 필렛 비드의 폭 W의 0.5배 이상이 아니다[D3의 「Ha/t」가 50％ 이상으로 되지 않고 (B)의 조건을 만족하지 않음과 함께, D3의 「Wa/W」가 50％ 이상으로 되지 않고, (C)의 조건을 만족하지 않음]. D8에서는 균열이 발생하는 박스재의 최대 경도(강판 최대 경도 Hb)가, 보강용 비드의(용접 금속의) 경도 Hw를 상회하고 있지 않다[D8의 「보강용 비드 용접 금속 경도 Hw」가 「박스재 최대 경도 Hb」를 상회하지 않고, (D)의 조건을 만족하지 않음]. 그러나, 어떠한 경우에서도, 피로 수명 향상률은 120％를 상회했다.

D10은, 도 6에 도시한 용접 구조 부재(60)를 대상으로 보강용 비드의 효과를 평가한 것이다. 용접 구조 부재(60)에서는 보강용 비드를 형성하지 않으면, 필렛 비드(63)의 굴곡부에 있어서의 박스재(62)측의 용접 지단부에서 균열이 발생했다(C5의 「균열 발생 위치」를 참조). 이로 인해, 이 개소의 피로 수명을 보강용 비드(65A, 65B)에 의해 높일 필요가 있다. 따라서, 필렛 비드(63)의 굴곡부를 용접 개시 위치로 하고, 박스재(62)의 표면을 용접 종료 위치로 하여, 보강용 비드(65A, 65B)를 형성했다(D10의 「보강용 비드의 개시 위치」의 「필렛 비드각」, 「보강용 비드의 종료 위치」의 「박스재 상」을 참조).

D10에 도시하는 바와 같이, 이상과 같이 하여 보강용 비드(65A, 65B)를 형성함으로써, 피로 수명은 증가하고, 균열의 발생 위치는 필렛 비드(63)의 지단부로부터 보강용 비드(65A, 65B)의 종단부로 변화했다(D10의 「균열 발생 위치」의 「보강용 비드 종단부」를 참조).

또한, 표에는 나타내고 있지 않지만, 도 6에 도시한 용접 구조 부재(60)에서도, 전술한 (A) 내지 (E)의 조건을 만족하지 않으면, 피로 수명의 향상값은 저하되는 경향으로 되는 것을 확인했다.

D11은, 도 7에 도시한 용접 구조 부재(70)를 대상으로 보강용 비드의 효과를 평가한 것이다. 용접 구조 부재(70)에서는 보강용 비드를 형성하지 않으면, 필렛 비드(73)의 하중이 부가되는 점과 정반대의 개소에 있어서의 박스재(72)측의 용접 지단부에서 균열이 발생했다(C7의 「균열 발생 위치」를 참조). 따라서, 필렛 비드(73)의 이 개소를 용접 개시 위치로 하고, 박스재(62)의 표면을 용접 종료 위치로 하여, 보강용 비드(74)를 형성했다(D11의 「보강용 비드의 개시 위치」의 「필렛 비드 상」, 「보강용 비드의 종료 위치」의 「박스재 상」을 참조).

D11에 도시하는 바와 같이, 이상과 같이 하여 보강용 비드(74)를 형성함으로써, 피로 수명은 증가하고, 균열의 발생 위치는 필렛 비드(73)의 지단부로부터 보강용 비드(74)의 종단부로 변화했다(D11의 「균열 발생 위치」의 「보강용 비드 종단부」를 참조).

또한, 표에는 나타내고 있지 않지만, 도 7에 도시한 용접 구조 부재(70)에서도, 전술한 (A) 내지 (E)의 조건을 만족하지 않으면, 피로 수명의 향상값은 저하되는 경향으로 되는 것을 확인했다.

D12는, 도 8에 도시한 용접 구조 부재(80)를 대상으로 보강용 비드의 효과를 평가한 것이다. 용접 구조 부재(80)에서는 보강용 비드를 형성하지 않으면, 필렛 비드(83)의 굴곡부에 있어서의 박스재(82)측의 용접 지단부에서 균열이 발생했다(C9의 「균열 발생 위치」를 참조). 이로 인해, 이 개소의 피로 수명을 보강용 비드(84A, 4B, 84C)에 의해 높일 필요가 있다. 따라서, 필렛 비드(83)의 굴곡부를 용접 개시 위치로 하고, 박스재(82)의 표면을 용접 종료 위치로 하여, 보강용 비드(84A, 84B, 84C)를 형성했다(D12의 「보강용 비드의 개시 위치」의 「필렛 비드각」, 「보강용 비드의 종료 위치」의 「박스재 상」을 참조). 또한, 도 8에서는 가려져 있어서 보이지 않는 또 하나의 굴곡부에도, 다른 보강용 비드와 마찬가지로 보강용 비드를 형성했다.

D12에 도시하는 바와 같이, 이상과 같이 하여 보강용 비드(84A, 84B, 84C)를 형성함으로써, 피로 수명은 증가하고, 균열의 발생 위치는 필렛 비드(83)의 지단부로부터 필렛 비드(53)의 루트부로 변화했다(D12의 「균열 발생 위치」의 「보강용 비드 종단부」를 참조).

또한, 표에는 나타내고 있지 않지만, 도 8에 도시한 용접 구조 부재(80)에서도, 전술한 (A) 내지 (E)의 조건을 만족하지 않으면, 피로 수명의 향상값은 저하되는 경향으로 되는 것을 확인했다.

D13 내지 D20은, 도 9에 도시한 용접 구조 부재(90)를 대상으로 보강용 비드의 효과를 평가한 것이다. 용접 구조 부재(90)에서는 보강용 비드를 형성하지 않으면, 필렛 비드(93)의 용접선을 따르는 방향의 중앙부에서, 루트부로부터 균열이 발생했다(C11의 「균열 발생 위치」를 참조). 이로 인해, 이 개소의 피로 수명을 보강용 비드(95)에 의해 높일 필요가 있다. 따라서, 필렛 비드(93)의 용접선을 따르는 방향의 중앙부를 용접 개시 위치로 하고, 박스재(92)의 표면을 용접 종료 위치로 하여, 보강용 비드(95)를 형성했다(D13 내지 D20의 「보강용 비드의 개시 위치」의 「필렛 비드 상」, 「보강용 비드의 종료 위치」의 「박스재 상」을 참조).

D13 내지 D20에 도시하는 바와 같이, 이상과 같이 하여 보강용 비드(95)를 형성함으로써, 피로 수명은 증가하고, 균열의 발생 위치는 필렛 비드(93)의 중앙부의 루트부측으로부터 보강용 비드(95)의 종단부로 변화했다(D13 내지 D20의 「균열 발생 위치」의 「보강용 비드 종단부」를 참조).

또한, D13 내지 D15, D19에 도시하는 바와 같이, 전술한 (A) 내지 (E)의 조건을 만족하지 않으면, 피로 수명의 향상값은 저하되는 경향으로 된다.

구체적으로, D13에서는 보강용 비드의 길이 La가 필렛 비드의 폭 W의 2배 이상은 아니다[D13의 「La/W」가 200％ 이상으로 되지 않고, (A)의 조건을 만족하지 않음]. D14에서는 보강용 비드의 각도 γ가 45° 내지 135°의 범위에 없다[D14의 「La/W」가 200％ 이상으로 되지 않고, (E)의 조건을 만족하지 않음]. D15에서는 보강용 비드의 높이 Ha가, 보강용 비드가 형성되는 강 부재의 두께 t의 0.5배 이상이 아니고, 또한, 보강용 비드의 폭 Wa가 필렛 비드의 폭 W의 0.5배 이상이 아니다[D15의 「Ha/t」가 50％ 이상으로 되지 않고, (B)의 조건을 만족하지 않음과 함께, D15의 「Wa/W」가 50％ 이상으로 되지 않고, (C)의 조건을 만족하지 않음]. D19에서는 균열이 발생하는 박스재의 최대 경도(강판 최대 경도 Hb)가, 보강용 비드의(용접 금속의) 경도 Hw를 상회하고 있지 않다[D19의 「보강용 비드 용접 금속 경도 Hw」가 「박스재 최대 경도 Hb」를 상회하지 않고, (D)의 조건을 만족하지 않음]. 그러나, 어떠한 경우에서도, 피로 수명 향상률은 120％를 상회했다.

D21은, 도 10에 도시한 용접 구조 부재(100)를 대상으로 보강용 비드의 효과를 평가한 것이다. 용접 구조 부재(100)에서는 보강용 비드를 형성하지 않으면, 필렛 비드(103)의 굴곡부 중, 채널재(101)의 판면 부분과 접촉하고 있는 굴곡부에 있어서의 박스재(102)측의 용접 지단부에서 균열이 발생했다(C14의 「균열 발생 위치」를 참조). 이로 인해, 이 개소의 피로 수명을 보강용 비드(104A, 104B)에 의해 높일 필요가 있다. 따라서, 필렛 비드(103)의 당해 굴곡부를 용접 개시 위치로 하고, 박스재(102)의 표면을 용접 종료 위치로 하여, 보강용 비드(104A, 104B)를 형성했다(D21의 「보강용 비드의 개시 위치」의 「필렛 비드각」, 「보강용 비드의 종료 위치」의 「박스재 상」을 참조).

D21에 도시하는 바와 같이, 이상과 같이 하여 보강용 비드(104A, 104B)를 형성함으로써, 피로 수명은 증가하고, 균열의 발생 위치는 필렛 비드(103)의 지단부로부터 보강용 비드(104A, 104B)의 종단부로 변화했다(D21의 「균열 발생 위치」의 「보강용 비드 종단부」를 참조).

또한, 표에는 나타내고 있지 않지만, 도 10에 도시한 용접 구조 부재(100)에서도, 전술한 (A) 내지 (E)의 조건을 만족하지 않으면, 피로 수명의 향상값은 저하되는 경향으로 되는 것을 확인했다.

C2는, 도 5에 도시한 용접 구조 부재(50)에 대해, 보강용 비드의 용접 종료점을, 보강용 비드를 형성하고 있지 않은 용접 구조 부재(50)에 하중을 부가했을 때에 균열이 발생하는 박스재(52)측이 아니라, 채널재(51)측으로 한 것의 결과를 나타낸다.

C3은, 도 5에 도시한 용접 구조 부재(50)에 대해, 보강용 비드의 용접 개시점과 용접 종료점을 교체한 것의 결과를 나타낸다.

C4는, 도 5에 도시한 용접 구조 부재(50)에 대해, 필렛 비드(53)의 굴곡부에 보강용 비드를 형성하지 않고, 필렛 비드(53)의 영역 중, 채널재(51)의 웨브 폭 방향의 중앙 영역에, 필렛 비드(53) 내를 용접 개시 위치로 하고, 박스재(52)의 표면을 용접 종료 위치로 하여, 보강용 비드를 형성한 것의 결과를 나타낸다.

C2 내지 C4의 어떠한 경우에서도, 피로 수명 향상률은 120％를 하회했다.

C6은, 도 6에 도시한 용접 구조 부재(60)에 대해, 보강용 비드의 용접 개시점과 용접 종료점을 교체한 것의 결과를 나타낸다. C8은, 도 7에 도시한 용접 구조 부재(70)에 대해, 보강용 비드의 용접 개시점과 용접 종료점을 교체한 것의 결과를 나타낸다. C10은, 도 8에 도시한 용접 구조 부재(80)에 대해, 보강용 비드의 용접 개시점과 용접 종료점을 교체한 것의 결과를 나타낸다.

C6, C8, C10의 어떠한 경우에서도, 피로 수명 향상률은 120％를 하회했다.

C12는, 도 9에 도시한 용접 구조 부재(90)에 대해, 보강용 비드의 용접 종료점을, 보강용 비드를 형성하고 있지 않은 용접 구조 부재(90)에 하중을 부가했을 때에 균열이 발생하는 박스재(92)측이 아니라, 채널재(91)측으로 한 것의 결과를 나타낸다.

C13은, 도 9에 도시한 용접 구조 부재(90)에 대해, 보강용 비드의 용접 개시점과 용접 종료점을 교체한 것의 결과를 나타낸다.

C12, C13의 어떠한 경우에서도, 피로 수명 향상률은 120％를 하회했다.

C15는, 도 10에 도시한 용접 구조 부재(100)에 대해, 보강용 비드의 용접 개시점과 용접 종료점을 교체했지만 결과를 나타낸다.

C15의 경우에서는, 피로 수명 향상률은 120％를 하회했다.

본 발명은, 예를 들어, 기계 공업 등의 용접을 이용하는 산업 분야에서 이용할 수 있다.

Claims

한쪽의 금속 부재의 판면 부분 및 판 두께 부분 중 적어도 어느 한쪽과, 다른 쪽의 금속 부재의 판면 부분과의 접촉 부분의 단부의 영역인 코너부이며, 적어도 일부에 적어도 하나의 곡부가 있는 코너부 중 적어도 일부의 영역에 대해 필렛 아크 용접을 하여 필렛 아크 용접 조인트를 형성하는 방법이며,
상기 코너부의 상기 곡부를 포함하는 영역에 대해, 상기 필렛 아크 용접에 의해 필렛 비드를 형성하고,
적어도 하나의 상기 곡부의 1개소 또는 복수 개소에, 상기 필렛 아크 용접과는 별도의 아크 용접에 의해 보강용 비드를, 당해 보강용 비드의 용접 개시점 또는 용접 종료점이 상기 필렛 비드와 겹치도록 형성하고,
상기 한쪽의 금속 부재와 상기 다른 쪽의 금속 부재 중, 상기 보강용 비드를 형성하지 않는 다른 상기 필렛 아크 용접 조인트와 동일 조건으로 형성된 필렛 아크 용접 조인트에, 상기 필렛 아크 용접 조인트에 부가되는 것이 상정되는 반복 하중이 부가되었을 때에, 보다 큰 인장 응력이 생기는 쪽의 상기 금속 부재의 방향으로 상기 보강용 비드를 형성하고,
상기 접촉 부분의 양측에 생기는 상기 코너부 중, 편측의 상기 코너부에 대해, 상기 필렛 비드를 형성하고,
상기 한쪽의 금속 부재와 상기 다른 쪽의 금속 부재 중 적어도 하나의 금속 부재는, 3.2㎜ 이하의 판 두께를 갖는 금속판으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 필렛 아크 용접 조인트의 형성 방법.
제1항에 있어서,
상기 보강용 비드의 용접 개시점이, 다른 용접 비드와 겹치도록, 상기 보강용 비드를 형성하는 것을 특징으로 하는, 필렛 아크 용접 조인트의 형성 방법.
제2항에 있어서,
상기 보강용 비드의 용접 개시점이, 상기 필렛 비드와 겹치도록, 상기 보강용 비드를 형성하는 것을 특징으로 하는, 필렛 아크 용접 조인트의 형성 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 곡부는, 굴곡부와 만곡부 중 적어도 어느 한쪽을 포함하는 것을 특징으로 하는, 필렛 아크 용접 조인트의 형성 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 곡부를 구성하는 영역이며, 상기 보강용 비드를 형성하지 않는 다른 상기 필렛 아크 용접 조인트와 동일 조건으로 형성된 필렛 아크 용접 조인트에 상기 반복 하중이 부가되었을 때에, 상기 필렛 비드의 용접 개시 위치보다도 최대 주응력의 크기가 커지는 영역에, 상기 보강용 비드를 형성하는 것을 특징으로 하는, 필렛 아크 용접 조인트의 형성 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 곡부를 구성하는 영역이며, 상기 보강용 비드를 형성하지 않는 다른 상기 필렛 아크 용접 조인트와 동일 조건으로 형성된 필렛 아크 용접 조인트에 상기 반복 하중이 부가되었을 때에, 최대 주응력의 크기가 최대가 되는 영역에, 상기 보강용 비드를 형성하는 것을 특징으로 하는, 필렛 아크 용접 조인트의 형성 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 보강용 비드의 경도 Hw는, 상기 한쪽의 금속 부재와 상기 다른 쪽의 금속 부재 중, 상기 보강용 비드가 형성되는 상기 금속 부재의 금속 부재 최대 경도 Hb를 상회하는 것을 특징으로 하는, 필렛 아크 용접 조인트의 형성 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 보강용 비드의 길이 La는, 상기 필렛 비드의 폭 W의 2배 이상이며,
상기 보강용 비드의 높이 Ha는, 상기 한쪽의 금속 부재와 상기 다른 쪽의 금속 부재 중, 상기 보강용 비드가 형성되는 상기 금속 부재의 두께 t의 0.5배 이상이며,
상기 보강용 비드의 폭 Wa는, 상기 필렛 비드의 폭 W의 0.5배 이상이며,
상기 필렛 비드에 대한 상기 보강용 비드의 각도 γ는, 45° 이상 135° 이하인 것을 특징으로 하는, 필렛 아크 용접 조인트의 형성 방법.
한쪽의 금속 부재의 판면 부분 및 판 두께 부분 중 적어도 어느 한쪽과, 다른 쪽의 금속 부재의 판면 부분과의 접촉 부분의 단부의 영역인 코너부이며, 적어도 일부에 적어도 하나의 곡부가 있는 코너부 중 적어도 일부의 영역에 대해 필렛 아크 용접을 함으로써 형성되는 필렛 아크 용접 조인트이며,
상기 코너부의 상기 곡부를 포함하는 영역에 대해, 상기 필렛 아크 용접에 의해 필렛 비드가 형성되어 있고,
적어도 하나의 상기 곡부의 1개소 또는 복수 개소에, 상기 필렛 아크 용접과는 별도의 아크 용접에 의해 보강용 비드가 형성되어 있고,
상기 보강용 비드는, 당해 보강용 비드의 용접 개시점 또는 용접 종료점이 상기 필렛 비드와 겹치도록 형성되어 있고, 또한, 상기 한쪽의 금속 부재와 상기 다른 쪽의 금속 부재 중, 상기 보강용 비드를 형성하지 않는 다른 상기 필렛 아크 용접 조인트와 동일 조건으로 형성된 필렛 아크 용접 조인트에, 상기 필렛 아크 용접 조인트에 부가되는 것이 상정되는 반복 하중이 부가되었을 때에, 보다 큰 인장 응력이 생기는 쪽의 상기 금속 부재의 방향으로 형성되어 있고,
상기 필렛 비드는, 상기 접촉 부분의 양측에 생기는 상기 코너부 중, 편측의 상기 코너부에 대해 형성되어 있고,
상기 한쪽의 금속 부재와 상기 다른 쪽의 금속 부재 중 적어도 하나의 금속 부재는, 3.2㎜ 이하의 판 두께를 갖는 금속판으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 필렛 아크 용접 조인트.
제9항에 있어서,
상기 보강용 비드의 용접 개시점이, 다른 용접 비드와 겹치는 위치에 있는 것을 특징으로 하는, 필렛 아크 용접 조인트.
제10항에 있어서,
상기 보강용 비드의 용접 개시점이, 상기 필렛 비드와 겹치는 위치에 있는 것을 특징으로 하는, 필렛 아크 용접 조인트.
제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 곡부는, 굴곡부와 만곡부 중 적어도 어느 한쪽을 포함하는 것을 특징으로 하는, 필렛 아크 용접 조인트.
제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 보강용 비드는, 상기 곡부를 구성하는 영역이며, 상기 보강용 비드를 형성하지 않는 다른 상기 필렛 아크 용접 조인트와 동일 조건으로 형성된 필렛 아크 용접 조인트에 상기 반복 하중이 부가되었을 때에, 상기 필렛 비드의 용접 개시 위치보다도 최대 주응력의 크기가 커지는 영역에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 필렛 아크 용접 조인트.
제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 보강용 비드는, 상기 곡부를 구성하는 영역이며, 상기 보강용 비드를 형성하지 않는 다른 상기 필렛 아크 용접 조인트와 동일 조건으로 형성된 필렛 아크 용접 조인트에 상기 반복 하중이 부가되었을 때에, 최대 주응력의 크기가 최대가 되는 영역에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 필렛 아크 용접 조인트.
제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 보강용 비드의 경도 Hw는, 상기 한쪽의 금속 부재와 상기 다른 쪽의 금속 부재 중, 상기 보강용 비드가 형성되는 상기 금속 부재의 금속 부재 최대 경도 Hb를 상회하는 것을 특징으로 하는, 필렛 아크 용접 조인트.
제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 보강용 비드의 길이 La는, 상기 필렛 비드의 폭 W의 2배 이상이며,
상기 보강용 비드의 높이 Ha는, 상기 한쪽의 금속 부재와 상기 다른 쪽의 금속 부재 중, 상기 보강용 비드가 형성되는 상기 금속 부재의 두께 t의 0.5배 이상이며,
상기 보강용 비드의 폭 Wa는, 상기 필렛 비드의 폭 W의 0.5배 이상이며,
상기 필렛 비드에 대한 상기 보강용 비드의 각도 γ는, 45° 이상 135° 이하인 것을 특징으로 하는, 필렛 아크 용접 조인트.