KR20170045357A - 용접 구조 부재 및 그 제조 방법 - Google Patents

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신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
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Abstract

이 용접 구조 부재는 제1 면 및 제2 면을 갖는 베이스 금속 부재와; 상기 제1 면에 대해, 맞댐면을 갖고 단부면이 맞대어진 접합 금속 부재와; 상기 제1 면에 형성되는 용접 비드와; 상기 베이스 금속 부재의 상기 제2 면에 형성되는 덧살부를 구비하고, 상기 용접 비드는 상기 맞댐 단부의 전방으로 이격된 위치에 용접 비드 단부를 갖는다.

Description

용접 구조 부재 및 그 제조 방법 {WELDED STRUCTURE MEMBER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 용접 구조 부재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본원은 2014년 10월 3일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2014-204583호 및 2015년 8월 11일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2015-158817호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
최근, 자동차의 연비 향상을 위해 차체의 경량화가 진행되고 있다. 그리고, 차체의 경량화를 실현하기 위해, 고강도 강판끼리를 용접한 용접 구조 부재가 차체 재료로서 사용되고 있다.
차체 재료로서 사용되는 용접 구조 부재에는 우수한 피로 강도가 요구된다. 그러나, 종래, 고강도 강판을 사용한 경우라도 용접 구조 부재의 피로 강도를 충분히 향상시키는 것은 어려운 것이 알려져 있다. 따라서, 예를 들어 특허문헌 1에, 용접 구조 부재의 피로 강도를 향상시키기 위한 기술이 제안되어 있다.
특허문헌 1에 기재되어 있는 필릿 아크 용접 조인트는 금속 부재끼리를 필릿 아크 용접할 때에 형성되는 필릿 비드와는 별도로, 보강용 비드를 구비하고 있다. 보강용 비드는 필릿 비드를 기점으로 하여, 해당 필릿 비드와 동일면 내에 형성된다. 이 보강용 비드에 의해, 용접 조인트의 피로 강도를 향상시킬 수 있다.
국제 공개 제2013/157557호
그런데, 차체의 언더 보디부(현가 장치를 지지하는 부분)에서는 용접 구조 부재로서 T자 형상의 용접 조인트(이하, T자 조인트라고도 함)가 사용된다. 언더 보디부는 차체 하중을 지지하는 부분이므로, 언더 보디부에 이용되는 T자 조인트에서는 특히 피로 강도를 향상시킬 필요가 있다.
특허문헌 1에 있어서도, 입강판 및 횡강판으로 이루어지는 T자 조인트가 개시되어 있다. 특허문헌 1의 T자 조인트에서는 입강판과 횡강판을 접합하는 필릿 비드에 대해 교차하도록 보강용 비드가 형성되어 있다. 특허문헌 1에는 상기와 같이 보강용 비드를 형성함으로써, T자 조인트의 변형이 방지되고, 피로 수명이 향상되는 것이 기재되어 있다.
그러나, 특허문헌 1의 기술에서는, T자 조인트의 구조에 따라서는 제조상의 제약이 많아지는 경우가 있다. 이하, 구체적으로 설명한다.
상술한 바와 같이, 특허문헌 1의 기술에서는 필릿 비드에 대해 교차하도록 보강용 비드를 형성해야만 한다. 이로 인해, 보강용 비드를 형성할 때에는 용접 토치를 필릿 비드에 대해 교차하도록 이동시켜야만 한다. 이때, 입강판과 횡강판 사이에서 용접 토치를 원활하게 이동시킬 수 있으면, 적절한 보강용 비드를 용이하게 형성할 수 있다. 그러나, 예를 들어 도 25에 도시하는 T자 조인트(1)와 같이, 입강판(2)이 횡강판(3)에 대해 크게 기울어서 용접되어 있는 경우에는, 입강판(2)과 횡강판(3)이 예각으로 교차하는 부분이 발생한다. 이 부분에서는 보강용 비드를 형성할 때에, 용접 토치(4)의 이동 방향[필릿 비드(5)에 교차하는 방향]으로 충분한 스페이스를 확보할 수 없다. 이 경우, 입강판(2)과 횡강판(3) 사이에서 용접 토치(4)를 원활하게 이동시키는 것이 어려워져, 적절한 보강용 비드를 용이하게 형성할 수 없게 된다.
본 발명은 이와 같은 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, T자 형상의 접합부를 갖는 용접 구조 부재에 있어서, 피로 강도를 용이하게 향상시킬 수 있는 구성을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 요지는 하기와 같다.
(1) 본 발명의 제1 형태는 서로 표리를 이루는 제1 면 및 제2 면을 갖는 베이스 금속 부재와; 상기 제1 면에 대해, 맞댐면을 갖고 단부면이 맞대어진 접합 금속 부재와; 상기 제1 면에 형성됨과 함께, 상기 접합 금속 부재를 상기 베이스 금속 부재에 대해 접합하는 용접 비드와; 상기 베이스 금속 부재의 상기 제2 면에 형성됨과 함께, 상기 제2 면에 대향하고 또한 상기 베이스 금속 부재를 투과하는 시선으로 본 경우에 상기 맞댐면과 상기 용접 비드 중 적어도 한쪽에 겹치도록 선상으로 형성되는 덧살부를 구비하고, 상기 맞댐면의 단부인 맞댐 단부로부터 당해 맞댐면이 존재하는 방향을 향하는 방향을 후방, 그 역의 방향을 전방으로 할 때, 상기 용접 비드는 상기 맞댐 단부의 전방으로 이격된 위치에 용접 비드 단부를 갖는 용접 구조 부재이다.
(2) 상기 (1)에 기재된 용접 구조 부재에서는, 상기 제2 면에 대향하고 또한 상기 베이스 금속 부재를 투과하는 시선으로 본 경우에, 상기 덧살부가 상기 맞댐 단부로부터 후방으로 1.9㎜ 내지 7.0㎜ 이격된 위치에 걸쳐서 마련되어도 된다.
(3) 상기 (2)에 기재된 용접 구조 부재에서는, 상기 제2 면에 대향하고 또한 상기 베이스 금속 부재를 투과하는 시선으로 본 경우에, 상기 맞댐 단부로부터 전방으로 상기 덧살부 전단이 위치하고, 또한 상기 맞댐 단부로부터 후방으로 상기 덧살부 후단이 위치하고 있어도 된다.
(4) 상기 (2) 또는 (3)에 기재된 용접 구조 부재에서는, 상기 제2 면에 대향하고 또한 상기 베이스 금속 부재를 투과하는 시선으로 본 경우에, 상기 덧살부가 상기 맞댐면에 대해 평행이어도 된다.
(5) 상기 (2) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 용접 구조 부재에서는, 상기 맞댐 단부와 상기 용접 비드 단부의 이격 거리 LW(㎜)와, 상기 베이스 금속 부재의 판 두께 T(㎜)가 하기 식 (A)를 만족시켜도 된다.
－0.125LW＋4.06㎜≤T≤4.5㎜ …식 (A)
(6) 상기 (2) 내지 (5) 중 어느 한 항에 기재된 용접 구조 부재에서는, 상기 덧살부의 길이가 10.0㎜ 이상이어도 된다.
(7) 상기 (1)에 기재된 용접 구조 부재에서는, 상기 제2 면에 대향하고 또한 상기 베이스 금속 부재를 투과하는 시선으로 본 경우에, 상기 덧살부가 상기 용접 비드 단부로부터 후방으로 0.1㎜ 내지 3.0㎜ 이격된 위치에 걸쳐서 마련되어도 된다.
(8) 상기 (7)에 기재된 용접 구조 부재에서는, 상기 제2 면에 대향하고 또한 상기 베이스 금속 부재를 투과하는 시선으로 본 경우에, 상기 용접 비드 단부로부터 전방으로 상기 덧살부 전단이 위치하고, 또한 상기 용접 비드 단부로부터 후방으로 상기 덧살부 후단이 위치하고 있어도 된다.
(9) 상기 (7) 또는 (8)에 기재된 용접 구조 부재에서는, 상기 제2 면에 대향하고 또한 상기 베이스 금속 부재를 투과하는 시선으로 본 경우에, 상기 덧살부가 상기 용접 비드에 대해 평행이어도 된다.
(10) 상기 (7) 내지 (9)에 기재된 용접 구조 부재에서는, 상기 맞댐 단부와 상기 용접 비드 단부의 이격 거리 LW(㎜)와, 상기 베이스 금속 부재의 판 두께 T(㎜)가 하기 식 (B)를 만족시켜도 된다.
0.8㎜≤T<－0.125LW＋4.06㎜ …식 (B)
(11) 상기 (7) 내지 (10) 중 어느 한 항에 기재된 용접 구조 부재에서는, 상기 덧살부의 길이가 6.0㎜ 이상이어도 된다.
(12) 상기 (1) 내지 (11) 중 어느 한 항에 기재된 용접 구조 부재에서는, 상기 덧살부는 상기 제2 면으로부터의 높이가 2.0㎜ 이상 20.0㎜ 이하여도 된다.
(13) 상기 (1) 내지 (12) 중 어느 한 항에 기재된 용접 구조 부재에서는, 상기 덧살부가, 상기 베이스 금속 부재와 다른 부재의 접합에 관여하지 않는 덧살 비드여도 된다.
(14) 상기 (1) 내지 (13) 중 어느 한 항에 기재된 용접 구조 부재에서는, 상기 덧살부가 상기 베이스 금속 부재의 내부까지 침입하도록 형성되어도 된다.
(15) 상기 (1) 내지 (14) 중 어느 한 항에 기재된 용접 구조 부재에서는, 상기 용접 비드가 상기 베이스 금속 부재를 관통하지 않아도 된다.
(16) 상기 (1) 내지 (15) 중 어느 한 항에 기재된 용접 구조 부재에서는, 상기 베이스 금속 부재가 270㎫ 이상의 인장 강도를 갖는 강판이어도 된다.
(17) 본 발명의 제2 형태는, 상기 (1) 내지 (16) 중 어느 한 항에 기재된 상기 용접 구조 부재를 제조하는 방법이며, 상기 베이스 금속 부재의 상기 제1 면과, 상기 접합 금속 부재의 상기 단부면을 상기 맞댐면에서 접합하는 용접 비드를 부여하는 용접 비드 부여 공정과; 상기 용접 비드 부여 공정 전, 또는 상기 용접 비드 부여 공정 후에, 상기 베이스 금속 부재의 상기 제2 면에, 아크 용접 또는 납땜에 의해 상기 덧살부를 부여하는 덧살부 부여 공정을 구비하는 용접 구조 부재의 제조 방법이다.
본 발명에 따르면, 간단한 구성에 의해, 즉 베이스 금속 부재의 제2 면(이면)에 선상의 덧살부를 형성함으로써 용접 구조 부재의 피로 강도를 향상시킬 수 있다. 이 경우, 제조상의 제약이 적어, 용접 구조 부재의 피로 강도를 용이하게 향상시킬 수 있다. 구체적으로는, 예를 들어 접합 금속 부재의 판상부가 베이스 금속 부재의 판상부에 대해 크게 기울어서 용접되어 있는 경우라도, 양 판상부 사이에 덧살부를 형성할 필요가 없으므로, 제조상의 제약이 많아지지 않는다. 이에 의해, 피로 강도가 향상된 용접 구조 부재를 용이하게 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 용접 구조 부재(10A)를 도시하는 사시도이다.
도 2는 동 실시 형태에 관한 용접 구조 부재(10A)를 하방에서 본 사시도이다.
도 3은 동 실시 형태에 관한 용접 구조 부재(10A)의 일부를 도시하는 측면도이다.
도 4는 동 실시 형태에 관한 용접 구조 부재(10A)의 맞댐면, 용접 비드 및 덧살부의 투영도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태의 변형예에 관한 용접 구조 부재(10A')의 맞댐면, 용접 비드 및 덧살부의 투영도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 용접 구조 부재(10B)를 도시하는 사시도이다.
도 7은 동 실시 형태에 관한 용접 구조 부재(10B)를 하방에서 본 사시도이다.
도 8은 동 실시 형태에 관한 용접 구조 부재(10B)의 일부를 도시하는 측면도이다.
도 9는 동 실시 형태에 관한 용접 구조 부재(10B)의 맞댐면, 용접 비드 및 덧살부의 투영도이다.
도 10a는 컴퓨터 해석에 의해 얻어진, 덧살부의 길이마다의, 맞댐 단부에 대한 덧살부의 전단 위치와 맞댐 단부에 있어서의 최대 주응력의 최댓값의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10b는 컴퓨터 해석에 의해 얻어진, 덧살부의 길이마다의, 맞댐 단부에 대한 덧살부의 후단 위치와 맞댐 단부에 있어서의 최대 주응력의 최댓값의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11a는 맞댐 단부에 있어서의 최대 주응력의 최댓값의 감소율이 30％일 때의, 덧살부의 길이와 해당 덧살부의 전단 위치의 하한의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11b는 맞댐 단부에 있어서의 최대 주응력의 최댓값의 감소율이 50％일 때의, 덧살부의 길이와 해당 덧살부의 전단 위치의 하한의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11c는 맞댐 단부에 있어서의 최대 주응력의 최댓값의 감소율이 75％일 때의, 덧살부의 길이와 해당 덧살부의 전단 위치의 하한의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11d는 맞댐 단부에 있어서의 최대 주응력의 최댓값의 감소율이 90％일 때의, 덧살부의 길이와 해당 덧살부의 전단 위치의 하한의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12a는 맞댐 단부에 있어서의 최대 주응력의 최댓값의 감소율이 30％일 때의, 덧살부의 길이와 해당 덧살부의 전단 위치의 상한의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12b는 맞댐 단부에 있어서의 최대 주응력의 최댓값의 감소율이 50％일 때의, 덧살부의 길이와 해당 덧살부의 전단 위치의 상한의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12c는 맞댐 단부에 있어서의 최대 주응력의 최댓값의 감소율이 75％일 때의, 덧살부의 길이와 해당 덧살부의 전단 위치의 상한의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12d는 맞댐 단부에 있어서의 최대 주응력의 최댓값의 감소율이 90％일 때의, 덧살부의 길이와 해당 덧살부의 전단 위치의 상한의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 13a는 맞댐 단부에 있어서의 최대 주응력의 최댓값의 감소율이 30％일 때의, 덧살부의 길이와 해당 덧살부의 후단 위치의 하한의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 13b는 맞댐 단부에 있어서의 최대 주응력의 최댓값의 감소율이 50％일 때의, 덧살부의 길이와 해당 덧살부의 후단 위치의 하한의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 13c는 맞댐 단부에 있어서의 최대 주응력의 최댓값의 감소율이 75％일 때의, 덧살부의 길이와 해당 덧살부의 후단 위치의 하한의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 13d는 맞댐 단부에 있어서의 최대 주응력의 최댓값의 감소율이 90％일 때의, 덧살부의 길이와 해당 덧살부의 후단 위치의 하한의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 14a는 맞댐 단부에 있어서의 최대 주응력의 최댓값의 감소율이 30％일 때의, 덧살부의 길이와 해당 덧살부의 후단 위치의 상한의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 14b는 맞댐 단부에 있어서의 최대 주응력의 최댓값의 감소율이 50％일 때의, 덧살부의 길이와 해당 덧살부의 후단 위치의 상한의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 14c는 맞댐 단부에 있어서의 최대 주응력의 최댓값의 감소율이 75％일 때의, 덧살부의 길이와 해당 덧살부의 후단 위치의 상한의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 14d는 맞댐 단부에 있어서의 최대 주응력의 최댓값의 감소율이 90％일 때의, 덧살부의 길이와 해당 덧살부의 후단 위치의 상한의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 15a는 컴퓨터 해석에 의해 얻어진, 덧살부의 길이마다의, 용접 비드 단부에 대한 덧살부의 전단 위치와 용접 비드 단부에 있어서의 최대 주응력의 최댓값의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 15b는 컴퓨터 해석에 의해 얻어진, 덧살부의 길이마다의, 용접 비드 단부에 대한 덧살부의 후단 위치와 용접 비드 단부에 있어서의 최대 주응력의 최댓값의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 16a는 용접 비드 단부에 있어서의 최대 주응력의 최댓값의 감소율이 30％일 때의, 덧살부의 길이와 해당 덧살부의 전단 위치의 하한의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 16b는 용접 비드 단부에 있어서의 최대 주응력의 최댓값의 감소율이 50％일 때의, 덧살부의 길이와 해당 덧살부의 전단 위치의 하한의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 16c는 용접 비드 단부에 있어서의 최대 주응력의 최댓값의 감소율이 75％일 때의, 덧살부의 길이와 해당 덧살부의 전단 위치의 하한의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 16d는 용접 비드 단부에 있어서의 최대 주응력의 최댓값의 감소율이 90％일 때의, 덧살부의 길이와 해당 덧살부의 전단 위치의 하한의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 17a는 용접 비드 단부에 있어서의 최대 주응력의 최댓값의 감소율이 30％일 때의, 덧살부의 길이와 해당 덧살부의 전단 위치의 상한의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 17b는 용접 비드 단부에 있어서의 최대 주응력의 최댓값의 감소율이 50％일 때의, 덧살부의 길이와 해당 덧살부의 전단 위치의 상한의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 17c는 용접 비드 단부에 있어서의 최대 주응력의 최댓값의 감소율이 75％일 때의, 덧살부의 길이와 해당 덧살부의 전단 위치의 상한의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 17d는 용접 비드 단부에 있어서의 최대 주응력의 최댓값의 감소율이 90％일 때의, 덧살부의 길이와 해당 덧살부의 전단 위치의 상한의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 18a는 용접 비드 단부에 있어서의 최대 주응력의 최댓값의 감소율이 30％일 때의, 덧살부의 길이와 해당 덧살부의 후단 위치의 하한의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 18b는 용접 비드 단부에 있어서의 최대 주응력의 최댓값의 감소율이 50％일 때의, 덧살부의 길이와 해당 덧살부의 후단 위치의 하한의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 18c는 용접 비드 단부에 있어서의 최대 주응력의 최댓값의 감소율이 75％일 때의, 덧살부의 길이와 해당 덧살부의 후단 위치의 하한의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 18d는 용접 비드 단부에 있어서의 최대 주응력의 최댓값의 감소율이 90％일 때의, 덧살부의 길이와 해당 덧살부의 후단 위치의 하한의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 19a는 용접 비드 단부에 있어서의 최대 주응력의 최댓값의 감소율이 30％일 때의, 덧살부의 길이와 해당 덧살부의 후단 위치의 상한의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 19b는 용접 비드 단부에 있어서의 최대 주응력의 최댓값의 감소율이 50％일 때의, 덧살부의 길이와 해당 덧살부의 후단 위치의 상한의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 19c는 용접 비드 단부에 있어서의 최대 주응력의 최댓값의 감소율이 75％일 때의, 덧살부의 길이와 해당 덧살부의 후단 위치의 상한의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 19d는 용접 비드 단부에 있어서의 최대 주응력의 최댓값의 감소율이 90％일 때의, 덧살부의 길이와 해당 덧살부의 후단 위치의 상한의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 20은 판 두께와 최대 주응력의 최댓값의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 21은 판 두께와 최대 주응력의 최댓값의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 22는 판 두께와 최대 주응력의 최댓값의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 23은 판 두께와 최대 주응력의 최댓값의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 24는 연장 비드 길이(맞댐 단부와 용접 비드 단부의 이격 거리 LW)와, 베이스(맞댐 단부)/선단 응력(용접 비드 단부) 역전 판 두께의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 25는 종래의 T자 조인트를 도시하는 도면이다.
본 발명자들은 횡판의 표면과 입판의 단부면을 용접 비드에 의해 용접하여 얻어지는 T자 용접 조인트 부재에 있어서, 피로 강도를 용이하게 향상시킬 수 있는 구성에 대해 예의 검토했다. 그 결과, 본 발명자들은,
(a) 덧살 비드를 횡판의 이면(입판과의 접합부가 존재하지 않는 면)에 형성하는 경우에는, 덧살 비드를 횡판의 표면에 형성하는 경우에 비해 최대 주응력을 저감시키는 효과가 높고, 또한 작업성을 손상시키지 않으므로, 효율적으로 피로 강도를 향상 가능한 것을 새롭게 알아내었다.
또한, 본 발명자들은
(b) T자 용접 조인트 부재를 구성하는 횡판에 있어서, 접합부의 근방에 있어서 발생하는 최대 주응력의 값은 접합부의 단부 근방 또는 용접 비드의 단부 근방에 있어서 커지고, 이들의 위치로부터 피로 파괴가 발생하는 것,
(c) 횡판의 두께가 클수록, 접합부의 단부 근방의 최대 주응력이, 용접 비드의 단부 근방의 최대 주응력에 비해 커지는 경향이 있고, 횡판의 두께가 작을수록, 용접 비드의 단부 근방의 최대 주응력이 접합부의 단부 근방의 최대 주응력에 비해 커지는 경향이 있는 것 및
(d) 입판을 횡판의 표면에 대해 수직인 방향으로 인장한 경우, 입판과 횡판의 접합부의 근방에 있어서 발생하는 최대 주응력의 방향은 접합부 또는 용접 비드의 연신 방향에 대해 평행이 되는 것을 새롭게 알아내었다.
이하, 본 발명에 대해 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에 기초하여 상세하게 설명한다.
《제1 실시 형태》
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 용접 구조 부재(10A)를 도시하는 사시도이고, 도 2는 용접 구조 부재(10A)를 하방에서 본 사시도이고, 도 3은 용접 구조 부재(10A)의 일부를 도시하는 측면도이고, 도 4는 용접 구조 부재(10A)의 맞댐면(32), 용접 비드(24) 및 덧살부(30a, 30b)의 투영도이다. 또한, 도 1 및 도 2에 있어서, 점선의 원(41a, 41b, 42a, 42b, 43a, 43b, 44a, 44b, 45a, 45b)은 후술하는 시뮬레이션에 있어서 해석 모델에 형성한 구멍의 위치를 나타내고 있다. 상세는 후술한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 용접 구조 부재(10A)는 제1 방향 D1로 연장되는 접합 금속 부재(12)와, 제1 방향 D1에 교차하는 제2 방향 D2로 연장됨과 함께, 접합 금속 부재(12)의 단부면이 접합되는 베이스 금속 부재(14)와, 접합 금속 부재(12)를 베이스 금속 부재(14)에 접합하는 용접 비드(24)와, 베이스 금속 부재(14)의 이면에 형성되는 덧살부(30a, 30b)를 구비한다.
용접 구조 부재(10A)는 접합부가 T자 형상을 나타내도록 접합 금속 부재(12)와 베이스 금속 부재(14)를 접합한, 소위 T자 조인트이다. 본 실시 형태에 관한 용접 구조 부재(10A)는 후술하는 표면(14a)에 평행인 방향으로 투영된 경우에, 접합 금속 부재(12)와 베이스 금속 부재(14)의 접합부가 T자 형상을 나타낸다.
본 실시 형태에 관한 용접 구조 부재(10A)에서는, 제1 방향 D1은 제2 방향 D2에 대해 수직이지만, 제1 방향 D1이 제2 방향 D2에 대해 경사져 있어도 된다. 즉, 본 실시 형태에 관한 용접 구조 부재(10A)에서는 접합 금속 부재(12)가 베이스 금속 부재(14)에 대해 수직이 되도록 베이스 금속 부재(14)에 용접되어 있지만, 접합 금속 부재(12)가 베이스 금속 부재(14)에 대해 경사지도록 베이스 금속 부재(14)에 용접되어도 된다. 또한, 이하의 설명에서는 제1 방향 D1을 상하 방향으로 하고, 제2 방향 D2를 좌우 방향으로 한다.
접합 금속 부재(12)는 판상의 금속 부재로 구성된다. 또한, 접합 금속 부재(12)는 개단면 형상의 판상부(121)에 의해 구성된다. 접합 금속 부재(12)의 판상부(121)는 한 쌍의 측벽부(121a, 121b)와, 저벽부(121c)를 포함한다. 한 쌍의 측벽부(121a, 121b)는 서로의 면이 마주 향하도록 평행하게 마련된다. 저벽부(121c)는 측벽부(121a)의 일단부 및 측벽부(121b)의 일단부를 접속하도록 마련된다.
베이스 금속 부재(14)는 판상의 금속 부재로 구성되고, 서로 표리를 이루는 표면(14a) 및 이면(14b)을 갖는다. 또한, 베이스 금속 부재(14)는 개단면 형상의 판상부(141)에 의해 구성된다. 베이스 금속 부재(14)의 판상부(141)는 한 쌍의 측벽부(141a, 141b)와, 천장판부(141c)를 포함한다. 한 쌍의 측벽부(141a, 141b)는 서로의 면이 마주 향하도록 평행하게 마련된다. 천장판부(141c)는 측벽부(141a)의 일단부 및 측벽부(141b)의 일단부를 접속하도록 마련된다.
이하의 설명에서는 베이스 금속 부재(14)의 표면 중, 천장판부(141c)의 표면에 상당하는 부분을 베이스 금속 부재(14)의 표면(14a)이라고 칭하고, 베이스 금속 부재(14)의 이면 중, 천장판부(141c)의 이면에 상당하는 부분을 베이스 금속 부재(14)의 이면(14b)이라고 칭한다.
또한, 접합 금속 부재(12)의 단부면과, 베이스 금속 부재(14)의 표면(14a)의 접합 계면을 맞댐면(32)이라고 칭한다. 또한, 맞댐면(32)의 단부인 맞댐 단부(32a, 32b)를 기준으로 하고, 당해 맞댐면(32)이 존재하는 방향을 향하는 방향을 후방, 그 역의 방향을 전방이라고 칭한다.
접합 금속 부재(12)와 베이스 금속 부재(14)를 용접할 때에, 접합 금속 부재(12)의 일부 및 베이스 금속 부재(14)의 일부가 용융되므로, 양 부재를 실제로 용접한 상태에 있어서는, 접합 계면인 맞댐면(32)을 명확하게 규정할 수는 없다. 따라서, 본 발명에서는 접합 금속 부재(12)와 베이스 금속 부재(14)를 용접할 때에, 양 부재가 용융되어 있지 않은 것이라고 가정하고[바꾸어 말하면, 접합 금속 부재(12)와, 베이스 금속 부재(14)가 용접 전의 형상을 유지하고 있다고 가정하고], 맞댐면(32)을 규정한다. 따라서, 본 발명에서는 맞댐면(32) 및 접합 금속 부재(12)의 단부면을, 베이스 금속 부재(14)의 표면(14a)에 대해 수직인 방향에서 본 경우에는, 맞댐면(32)의 외측 에지와 접합 금속 부재(12)의 단부면의 외측 에지가 일치한다.
접합 금속 부재(12) 및 베이스 금속 부재(14)는 각각, 예를 들어 금속판을 굽힘 가공함으로써 얻어진다. 금속판의 재료는 특별히 한정되지 않고, 강이나 알루미늄이어도 된다. 일례로서, 접합 금속 부재(12) 및 베이스 금속 부재(14)의 재료로서, 인장 강도가 270㎫ 이상인 강판을 사용할 수 있다. 특히, 용접 구조 부재(10A)의 강도를 충분히 확보하기 위해서는, 접합 금속 부재(12) 및 베이스 금속 부재(14)의 재료로서, 인장 강도가 590㎫ 이상인 강판을 사용하는 것이 바람직하고, 인장 강도가 780㎫ 이상인 강판을 사용하는 것이 더욱 바람직하고, 인장 강도가 980㎫ 이상인 강판을 사용하는 것이 더욱 바람직하고, 인장 강도가 1180㎫ 이상인 강판을 사용하는 것이 더욱 바람직하고, 인장 강도가 1500㎫ 이상인 강판을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
베이스 금속 부재(14)의 두께는, 예를 들어 자동차 언더 보디 부재의 재료로서 양호하게 사용되는 강판의 두께와 동일 정도이면 된다. 구체적으로는, 베이스 금속 부재(14)의 두께는 0.8㎜ 내지 4.5㎜의 범위로 설정되면 된다.
단, 후술하는 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 용접 구조 부재(10A)에서는 맞댐 단부(32a, 32b)의 근방에 있어서의 최대 주응력을 저감시키도록 덧살부(30a, 30b)가 마련된다. 베이스 금속 부재(14)의 두께가 클수록, 용접 비드 단부(24a, 24b)의 근방에 있어서의 최대 주응력보다도 맞댐 단부(32a, 32b)의 근방에 있어서의 최대 주응력이 커지는 경향이 있으므로, 본 실시 형태에 관한 용접 금속 부재(10A)의 최대 주응력을 저감시키기 위해서는, 맞댐 단부(32a, 32b)의 근방에 덧살부(30a, 30b)를 마련하는 것이 유효하다.
상기의 경향에 기초하여 발명자들이 더욱 연구를 거듭한 결과, 본 실시 형태에 관한 용접 구조 부재(10A)는 맞댐 단부(32a, 32b)와 용접 비드 단부(24a, 24b)의 이격 거리 LW(㎜)와, 베이스 금속 부재(14)의 판 두께 T(㎜)가, 하기 식 (A)를 만족시키도록 설정되는 것이 바람직한 것을 발견했다.
－0.125LW＋4.06㎜≤T≤4.5㎜ …식 (A)
단, 식 (A)를 만족시키지 않는 경우라도, 맞댐 단부(32a, 32b)의 근방에 덧살부(30a, 30b)를 마련하는 것이 바람직하다. 맞댐 단부(32a, 32b)의 근방에 있어서의 최대 주응력을 저감시킬 수 있기 때문이다.
또한, 접합 금속 부재(12)의 두께는 부재에 요구되는 성능에 따라 선택할 수 있다.
용접 비드(24)는 맞댐면(32)을 따라 평면에서 볼 때 대략 U자 형상으로 형성되고, 접합 금속 부재(12)의 단부면과, 베이스 금속 부재(14)의 표면(14a)을 접합한다.
본 실시 형태에서는, 용접 비드(24)는 접합 금속 부재(12)의 측벽부(121a)와 베이스 금속 부재(14)의 표면(14a)을 접합하는 측벽 비드부(241a)와, 접합 금속 부재(12)의 측벽부(121b)와 베이스 금속 부재(14)의 표면(14a)을 접합하는 측벽 비드부(241b)와, 접합 금속 부재(12)의 저벽부(121c)와 베이스 금속 부재(14)의 표면(14a)을 접합하는 저벽 비드부(241c)를 포함한다. 용접 비드(24)는, 예를 들어 아크 용접에 의해 형성된다.
본 실시 형태에서는, 용접 비드(24)는 베이스 금속 부재(14)의 표면(14a)으로부터, 베이스 금속 부재(14)의 판 두께 방향으로 소정의 깊이 위치까지 형성되어 있다. 즉, 용접 비드(24)는 베이스 금속 부재(14)를 관통하지 않도록 형성되어 있다. 단, 용접 비드(24)는 베이스 금속 부재(14)를 관통하도록 형성되어도 된다.
용접 비드(24)는 각각, 접합 금속 부재(12)와 베이스 금속 부재(14) 사이의 맞댐면(32)의 맞댐 단부(32a, 32b)보다도 전방으로 이격된 위치에, 용접 비드 단부(24a, 24b)를 갖는다. 맞댐 단부(32a, 32b)와 용접 비드 단부(24a, 24b)의 이격 거리 LW(㎜)는 베이스 금속 부재(14)의 판 두께 T를 고려하여 상술한 식 (A)를 만족시키도록 설정되는 것이 바람직하다.
또한, 접합 금속 부재(12) 및 베이스 금속 부재(14)가 용접 전의 형상을 유지하고 있다고 가정하고, 접합 금속 부재(12)와 베이스 금속 부재(14) 사이에 형성되는 비드를 용접 비드(24)라고 규정한다.
덧살부(30a, 30b)는 베이스 금속 부재(14)와, 다른 부재의 접합에 관여하지 않는 덧살 비드이고, 도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 베이스 금속 부재(14)의 이면(14b)에 선상으로 형성된다.
덧살부(30a)는 접합 금속 부재(12)의 측벽부(121a)에 대응하여 마련되고, 덧살부(30b)는 접합 금속 부재(12)의 측벽부(121b)에 대응하여 마련된다. 덧살부(30a, 30b)는, 예를 들어 용접 재료를 사용하여, 아크 용접, 또는 납땜에 의해 형성된다. 아크 용접에 의해 덧살부(30a, 30b)를 형성하는 경우, 베이스 금속 부재(14)의 내부까지 침입하도록 덧살부(30a, 30b)가 형성되기 때문에, 맞댐 단부(32a, 32b)의 근방의 최대 주응력을 저감시킬 수 있고, 용접 구조 부재의 피로 강도를 더욱 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 덧살부(30a, 30b)를 형성하기 전의 판상부(141)의 형상이 유지되어 있다고 가정하고, 판상부(141)의 이면(14b)에 형성되는 비드를 덧살부(30a, 30b)라고 규정한다.
덧살부(30a, 30b)는 베이스 금속 부재(14)의 이면(14b)에 형성되기 때문에, 베이스 금속 부재(14)의 표면(14a)에 형성되는 경우에 비해, 제조상의 제약이 적다. 예를 들어, 판상부(121)가 판상부(141)에 대해 크게 기울어서 용접되어 있는 경우라도, 판상부(121)와 판상부(141) 사이가 아니고, 판상부(141)의 이면(14b)에 덧살부(30a, 30b)를 형성하면 되므로, 덧살부(30a, 30b)를 용이하게 형성할 수 있다. 이에 의해, 용접 구조 부재(10A)를 용이하게 제조할 수 있다.
또한, 베이스 금속 부재(14)의 이면(14b)에 덧살부(30a, 30b)가 형성되는 경우, 예를 들어 용접 구조 부재(10A)를 차체 재료로서 사용하는 경우에, 덧살부(30a, 30b)를, 외관에 나타나지 않는 위치에 형성할 수도 있다. 이 경우, 덧살부(30a, 30b)에 의해 차체의 미감이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
덧살부(30a, 30b)의 전후 방향의 길이는 각각, 6.0㎜ 이상이면 되고, 10.0㎜ 이상인 것이 바람직하고, 14.0㎜ 이상인 것이 보다 바람직하고, 20.0㎜ 이상인 것이 더욱 바람직하다.
덧살부(30a, 30b)의 폭은 각각, 5.0㎜ 이상인 것이 바람직하고, 6.0㎜ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 덧살부(30a, 30b)의 폭은 각각, 접합 금속 부재(12)의 두께, 즉 맞댐면(32)의 폭보다도 큰 것이 바람직하다. 덧살부(30a, 30b)의 폭은 40.0㎜를 초과해도 맞댐 단부(32a, 32b)의 근방의 최대 주응력을 저감시키는 효과는 포화되고, 부품 중량 및 작업량이 증가하게 되므로, 30.0㎜ 이하인 것이 바람직하고, 20.0㎜ 이하인 것이 더욱 바람직하다.
도 3에 도시한 바와 같이, 덧살부(30a)의 높이 H, 즉, 베이스 금속 부재(14)의 이면(14b)으로부터의 돌출 높이는 2.0㎜ 이상인 것이 바람직하다. 덧살부(30a)의 높이 H는 20.0㎜를 초과해도 맞댐 단부(32a, 32b)의 근방의 최대 주응력을 저감시키는 효과는 포화되고, 부품 중량 및 작업량이 증가하게 되므로, 20.0㎜ 이하인 것이 바람직하고, 10.0㎜ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 덧살부(30b)의 높이에 대해서도 마찬가지이다.
접합 금속 부재(12)를 베이스 금속 부재(14)의 표면에 대해 수직인 방향으로 인장한 경우, 베이스 금속 부재(14)의 맞댐 단부의 근방에 있어서 발생하는 최대 주응력의 방향은 맞댐면의 연신 방향에 대해 평행인 방향이다. 따라서, 덧살부(30a, 30b)는 맞댐면(32)에 대해 대략 평행하게 형성되어 있는 것이 바람직하다.
환언하면, 베이스 금속 부재(14)의 이면(14b)에 대향하고 또한 베이스 금속 부재(14)를 투과하는 시선으로 본 경우에, 덧살부(30a, 30b)는 맞댐면의 연신 방향에 대해 평행하게 형성되는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 덧살부(30a)는 충돌 측면(322a) 및 측벽 비드부(241a)에 대해 대략 평행이고, 덧살부(30b)는 충돌 측면(322b) 및 측벽 비드부(241b)에 대해 대략 평행인 것이 바람직하다.
이하, 본 실시 형태에 관한 용접 구조 부재(10A)의 맞댐면(32), 용접 비드(24) 및 덧살부(30a, 30b)의 위치 관계를 설명한다.
도 4는 맞댐면(32)과, 용접 비드(24)와, 덧살부(30a, 30b)를, 베이스 금속 부재(14)의 표면(14a)에 대해 수직인 방향(본 실시 형태에서는 제1 방향 D1)으로 투영한 도면이다. 또한, 도 4에 있어서는, 맞댐면(32)과, 용접 비드(24)와, 덧살부(30a, 30b)의 위치 관계를 이해하기 쉽게 하기 위해, 맞댐면(32) 및 용접 비드(24)를 투영한 부분에는 해칭을 긋고 있다. 또한, 덧살부(30a, 30b)를 투영한 부분의 외측 에지를 파선으로 나타내고 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 용접 구조 부재(10A)에서는, 맞댐면(32)은 한 쌍의 맞댐 단부(32a, 32b)를 갖고, 맞댐 단부(32a)로부터 맞댐 단부(32b)를 향해 대략 U자 형상으로 연장된다. 구체적으로는, 맞댐면(32)은 충돌 측면(322a, 322b)과, 충돌 저면(322c)을 포함한다. 충돌 저면(322c)은 접합 금속 부재(12)의 저벽부(121c)(도 1 참조)와 베이스 금속 부재의 판상부(141)(도 1 참조)의 맞댐면이다. 충돌 측면(322a)은 측벽부(121a)(도 1 참조)와 판상부(141)의 맞댐면이다. 충돌 측면(322b)은 측벽부(121b)(도 1 참조)와 판상부(141)의 맞댐면이다. 충돌 측면(322a)은 충돌 저면(322c)으로부터 맞댐면(32)의 한쪽의 맞댐 단부(32a)를 향해 직선상으로 연장되고, 충돌 측면(322b)은 충돌 저면(322c)으로부터 맞댐면(32)의 다른 쪽의 맞댐 단부(32b)를 향해 직선상으로 연장된다. 본 실시 형태에서는 충돌 측면(322a, 322b)이 각각 직선부에 대응한다. 또한, 도 4에 있어서는, 충돌 저면(322c)과 충돌 측면(322a, 322b)의 경계 및 저벽 비드부(241c)와 측벽 비드부(241a, 241b)의 경계를 각각 이점 쇄선으로 나타내고 있다.
본 실시 형태에 관한 용접 구조 부재(10A)에서는 베이스 금속 부재(14)의 이면(14b)에 대향하고 또한 베이스 금속 부재(14)를 투과하는 시선으로 본 경우에, 덧살부(30a, 30b)의 전단은 맞댐 단부(32a, 32b)로부터 후방으로 1.9㎜ 이격된 위치보다도 전방에 마련되고, 또한 덧살부(30a, 30b)의 후단은 맞댐 단부(32a, 32b)로부터 후방으로 7.0㎜ 이격된 위치보다도 후방에 마련된다. 즉, 베이스 금속 부재(14)의 이면(14b) 중, 도 3에 있어서 크로스 해칭으로 나타내는 영역을 덮도록 덧살부(30a)가 형성된다.
또한, 베이스 금속 부재(14)의 이면(14b)에 대향하고 또한 베이스 금속 부재(14)를 투과하는 시선으로 본 경우에, 맞댐 단부(32a, 32b)로부터 전방으로 덧살부(30a, 30b)의 전단이 위치하고, 또한 맞댐 단부(32a, 32b)로부터 후방으로 덧살부(30a, 30b)의 후단이 위치하고 있는 것이 바람직하다.
덧살부(30a, 30b)의 전단은 용접 비드 단부(24a, 24b)의 근방까지 연장되어도 된다. 구체적으로는, 용접 비드 단부(24a, 24b)로부터 후방으로 0.1㎜ 이격된 위치보다도 전방까지 연장되어도 된다. 이 경우, 용접 비드 단부(24a, 24b) 근방의 최대 주응력도 저감시킬 수 있다.
덧살부(30a, 30b)는, 도 4에 도시한 바와 같이 맞댐 단부(32a, 32b)의 근방에 있어서, 맞댐면(32) 및 용접 비드(24)에 겹쳐 있다. 구체적으로는, 덧살부(30a)는 충돌 측면(322a)에 대응하여 마련되고, 맞댐 단부(32a) 근방에 있어서 충돌 측면(322a) 및 측벽 비드부(241a)에 겹쳐 있다. 덧살부(30b)는 충돌 측면(322b)에 대응하여 마련되고, 맞댐 단부(32b) 근방에 있어서 충돌 측면(322b) 및 측벽 비드부(241b)에 겹쳐 있다.
또한, 도 4에 도시하는 예에서는 덧살부(30a, 30b)가 맞댐면(32) 및 용접 비드(24)에 겹쳐 있지만, 덧살부(30a, 30b)는 맞댐면(32) 및 용접 비드(24) 중 어느 한쪽에만 겹쳐 있는 구성이어도 된다.
덧살부(30a)의 후단은 맞댐 단부(32a, 32b)로부터 후방으로 8.0㎜ 이격된 위치보다도 후방에 마련되는 것이 바람직하고, 맞댐 단부(32a, 32b)로부터 후방으로 10.0㎜ 이격된 위치보다도 후방에 마련되는 것이 보다 바람직하고, 맞댐 단부(32a, 32b)로부터 후방으로 14.0㎜ 이격된 위치보다도 후방에 마련되는 것이 더욱 바람직하다.
덧살부(30a)의 전단은 맞댐 단부(32a, 32b)로부터 후방으로 0.4㎜ 이격된 위치보다도 전방에 마련되는 것이 바람직하고, 맞댐 단부(32a, 32b)로부터 전방으로 0.3㎜ 이격된 위치보다도 전방에 마련되는 것이 바람직하고, 맞댐 단부(32a, 32b)로부터 전방으로 0.7㎜ 이격된 위치보다도 전방에 마련되는 것이 더욱 바람직하고, 맞댐 단부(32a, 32b)로부터 전방으로 1.7㎜ 이격된 위치보다도 전방에 마련되는 것이 더욱 바람직하다.
용접 구조 부재(10A)의 제조 방법은 접합 금속 부재(12)의 단부면과 베이스 금속 부재(14)의 표면(14a)을 접합하는 용접 비드(24)를 부여하는 용접 비드 부여 공정과, 베이스 금속 부재(14)의 이면(14b)에, 아크 용접 또는 납땜에 의해 덧살부(30a, 30b)를 부여하는 덧살부 부여 공정을 갖는다. 용접 비드 부여 공정과 덧살부 부여 공정은 어느 것이든 먼저 행해도 되지만, 용접 비드 부여 공정을 행하고 나서 덧살부 부여 공정을 행하는 쪽이 작업성의 관점에서 바람직하다.
상술한 구성에 의하면, 덧살부(30a, 30b)에 의해 맞댐 단부(32a, 32b)의 근방의 강성을 높임으로써 최대 주응력을 저감시킬 수 있으므로, 용접 구조 부재(10A)의 피로 강도를 높일 수 있다.
도 5에 본 실시 형태의 변형예에 관한 용접 구조 부재(10A')를 도시한다. 상술한 제1 실시 형태에 관한 용접 구조 부재(10A)에서는 측벽부(121a)와 측벽부(121b)가 서로 평행하게 마련되는 경우에 대해 설명했지만, 측벽부(121a)와 측벽부(121b)가 서로 평행하게 마련되지 않아도 된다. 예를 들어, 판상부(121)가, 개방단측이 개방되는 개단면 형상을 갖고 있는 경우에는, 맞댐면(32), 용접 비드(24) 및 덧살부(30a, 30b)의 투영도는 도 5에 도시하는 도면이 된다. 이 경우, 충돌 측면(322a, 322b)에 있어서 각각, 충돌 저면(322c)측을 후방으로 하고, 그 역측을 전방으로 하여 전후 방향을 정의한다. 그리고, 충돌 측면(322a, 322b)에 대해 각각 정의한 전후 방향을 기준으로 하여, 제1 실시 형태에 관한 용접 구조 부재(10A)와 마찬가지로, 맞댐면(32), 용접 비드(24) 및 덧살부(30a, 30b)의 위치 관계를 규정한다.
《제2 실시 형태》
이어서, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 용접 구조 부재(10B)에 대해 설명한다. 제2 실시 형태에 관한 용접 구조 부재(10B)는 덧살부(30a, 30b)가 형성되는 위치를 제외하고 제1 실시 형태에 관한 용접 구조 부재(10A)와 동일한 구성을 가지므로, 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 부호를 부여하여 설명을 생략한다.
도 6 내지 도 9에 제2 실시 형태에 관한 용접 구조 부재(10B)를 도시한다. 더 상세하게는, 도 6은 용접 구조 부재(10B)를 상방에서 본 사시도이고, 도 7은 용접 구조 부재(10B)를 하방에서 본 사시도이고, 도 8은 용접 구조 부재(10B)의 일부를 도시하는 측면도이고, 도 9는 용접 구조 부재(10B)의 맞댐면(32), 용접 비드(24) 및 덧살부(30a, 30b)의 투영도이다.
전술한 제1 실시 형태에 관한 용접 구조 부재(10A) 및 그 제1 변형예에 관한 용접 구조 부재(10A')에서는 베이스 금속 부재(14)의 이면(14b) 중, 맞댐 단부(32a, 32b)의 근방에 대응하는 영역에 덧살부(30a, 30b)를 마련하는 구성을 갖는다. 이 구성에 의하면, 맞댐 단부(32a, 32b)의 근방에 있어서의 최대 주응력을 저감시키는 것이 가능해져, 용접 구조 부재(10A)의 피로 강도를 높이는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 제2 실시 형태에 관한 용접 구조 부재(10B)는 베이스 금속 부재(14)의 이면(14b) 중, 용접 비드 단부(24a, 24b)의 근방에 있어서의 영역에 덧살부(30a, 30b)를 마련하는 구성을 갖는다. 이 구성에 의하면, 용접 비드 단부(24a, 24b)의 근방에 있어서의 최대 주응력을 저감시키는 것이 가능해져, 용접 구조 부재(10B)의 피로 강도를 높이는 효과를 얻을 수 있다.
제2 실시 형태에 관한 용접 구조 부재(10B)의 접합 금속 부재(12)의 두께 및 베이스 금속 부재(14)의 두께는 각각, 제1 실시 형태에 관한 용접 구조 부재(10A)와 마찬가지로, 예를 들어 0.8㎜ 내지 4.5㎜의 범위로 설정되면 된다.
단, 제2 실시 형태에 관한 용접 구조 부재(10B)에서는 용접 비드 단부(24a, 24b)의 근방에 있어서의 최대 주응력을 저감시키도록 덧살부(30a, 30b)가 마련된다. 베이스 금속 부재(14)의 두께가 작을수록, 맞댐 단부(32a, 32b)의 근방에 있어서의 최대 주응력보다도 용접 비드 단부(24a, 24b)의 근방에 있어서의 최대 주응력이 커지는 경향이 있다. 따라서, 용접 비드 단부(24a, 24b)의 근방에 있어서의 최대 주응력을 저감시키는 것을 목적으로 하는 본 실시 형태에 관한 용접 구조 부재(10B)에서의 최대 주응력을 저감시키기 위해서는, 용접 비드 단부(24a, 24b)의 근방에 덧살부(30a, 30b)를 마련하는 것이 유효하다.
상기의 경향에 기초하여 발명자들이 더욱 연구를 거듭한 결과, 본 실시 형태에 관한 용접 구조 부재(10B)는 맞댐 단부(32a, 32b)와 용접 비드 단부(24a, 24b)의 이격 거리 LW(㎜)와, 베이스 금속 부재(14)의 판 두께 T(㎜)가, 하기 식 (B)를 만족시키도록 설정되는 것이 바람직한 것을 발견했다.
0.8㎜≤T<－0.125LW＋4.06㎜ …식 (B)
단, 식 (B)를 만족시키지 않는 경우라도, 용접 비드 단부(24a, 24b)의 근방에 덧살부(30a, 30b)를 마련하는 것이 바람직하다. 용접 비드 단부(24a, 24b)의 근방에 있어서의 최대 주응력을 저감시킬 수 있기 때문이다.
또한, 접합 금속 부재(12)의 두께는 부재에 요구되는 성능에 따라 선택할 수 있다.
이하, 제2 실시 형태에 관한 용접 구조 부재(10B)의 맞댐면(32), 용접 비드(24) 및 덧살부(30a, 30b)의 위치 관계를 설명한다.
도 8에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 용접 구조 부재(10B)에서는 베이스 금속 부재(14)의 이면(14b)에 대향하고 또한 베이스 금속 부재(14)를 투과하는 시선으로 본 경우에, 덧살부(30a, 30b)의 전단은 용접 비드 단부(24a, 24b)로부터 후방으로 0.1㎜ 이격된 위치보다도 전방에 마련되고, 또한 덧살부(30a, 30b)의 후단은 용접 비드 단부(24a, 24b)로부터 후방으로 3.0㎜ 이격된 위치보다도 후방에 마련된다.
또한, 도 8에 도시하는 예에서는 용접 비드 단부(24a, 24b)로부터 전방으로 덧살부(30a, 30b)의 전단이 위치하고, 또한 용접 비드 단부(24a, 24b)로부터 후방으로 덧살부(30a, 30b)의 후단이 위치하고 있다. 그러나, 덧살부(30a, 30b)의 전단은 용접 비드 단부(24a, 24b)보다도 후방에 마련되어 있어도 된다.
덧살부(30a)의 후단은 용접 비드 단부(24a, 24b)로부터 후방으로 5.0㎜ 이격된 위치보다도 후방에 마련되는 것이 바람직하고, 용접 비드 단부(24a, 24b)로부터 후방으로 10.0㎜ 이격된 위치보다도 후방에 마련되는 것이 더욱 바람직하다.
덧살부(30a)의 전단은 용접 비드 단부(24a, 24b)로부터 전방으로 0.3㎜ 이격된 위치보다도 전방에 마련되는 것이 바람직하고, 용접 비드 단부(24a, 24b)로부터 전방으로 1.2㎜ 이격된 위치보다도 전방에 마련되는 것이 더욱 바람직하고, 용접 비드 단부(24a, 24b)로부터 전방으로 1.9㎜ 이격된 위치보다도 전방에 마련되는 것이 보다 바람직하다.
이상, 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에 기초하여 본 발명을 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시 형태만으로 한정되는 것은 아니고, 특허 청구의 범위 내에서 다양한 개변을 할 수 있다.
예를 들어, 맞댐 단부(32a, 32b)의 근방에 덧살부(30a, 30b)를 마련하는 제1 실시 형태와, 용접 비드 단부(24a, 24b)의 근방에 덧살부(30a, 30b)를 마련하는 제2 실시 형태를 조합하여, 맞댐 단부(32a, 32b)의 근방으로부터 용접 비드 단부(24a, 24b)의 근방에 걸쳐서 덧살부(30a, 30b)를 마련하는 구성으로 해도 된다. 이 경우, 맞댐 단부(32a, 32b)와 용접 비드 단부(24a, 24b) 사이에서 덧살부(30a, 30b)가 분할되어 있어도 된다.
또한, 상술한 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에서는 양 맞댐 단부(32a, 32b)의 근방 또는 양 용접 비드 단부(24a, 24b)의 근방에 덧살부(30a, 30b)를 형성하는 경우에 대해 설명했지만, 덧살부(30a, 30b) 중 어느 한쪽을 형성하지 않아도 된다.
또한, 상술한 제1 실시 형태 또는 제2 실시 형태에서는 덧살부(30a, 30b)가 맞댐면(32) 또는 용접 비드(24)에 대해 대략 평행하게 연장되어 형성되는 경우에 대해 설명했지만, 덧살부(30a, 30b)가 맞댐면(32) 또는 용접 비드(24)에 대해 경사 방향으로 연장되어 형성되어도 된다. 덧살부(30a, 30b)가 맞댐면(32) 또는 용접 비드(24)에 대해 경사 방향으로 연장되어 형성되는 경우라도, 덧살부(30a, 30b)가 맞댐 단부(32a, 32b)로부터 후방으로 1.9㎜ 내지 7.0㎜ 이격된 위치, 또는 용접 비드 단부(24a, 24b)로부터 후방으로 0.1㎜ 내지 3.0㎜ 이격된 위치에 걸쳐서 마련됨으로써, 맞댐 단부(32a, 32b)의 근방 또는 용접 비드 단부(24a, 24b)의 근방에 있어서의 최대 주응력을 저감시키는 것이 가능해져, 용접 구조 부재의 피로 강도를 높이는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에서는, 판상부(121)는 제1 방향 D1 및 제2 방향 D2에 대해 직교하는 방향으로 개구하는 개단면 형상을 갖고 있지만, 판상부(121)가 제2 방향 D2로 개구하는 개단면 형상을 갖고 있어도 된다.
또한, 상술한 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에서는 접합 금속 부재(12) 전체가 판상부(121)로서 구성되는 경우에 대해 설명했지만, 접합 금속 부재(12)와 베이스 금속 부재(14)의 접합면이 개단면 형상을 갖고 있으면, 접합 금속 부재(12)가 판상부와 다른 형상을 갖는 부분(예를 들어, 기둥 형상부)을 구비하고 있어도 된다. 접합 금속 부재(12)는, 예를 들어 예각을 갖는 각기둥이어도 된다.
또한, 상술한 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에서는 판상부(121)가 개단면 형상을 갖는 경우에 대해 설명했지만, 본 발명은 다양한 형상의 판상부를 갖는 용접 구조 부재에 적용할 수 있다. 따라서, 예를 들어 접합 금속 부재(12)가, 상술한 판상부(121) 대신에, 단순한 평판상의 판상부, 단면 L자 형상의 판상부 또는 단면 H자 형상의 판상부를 갖고 있어도 된다.
또한, 상술한 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에서는 측벽부(141a, 141b)를 갖는 베이스 금속 부재(14)에 대해 설명했지만, 본 발명은 평판부를 갖는 다양한 베이스 금속 부재를 구비한 용접 구조 부재에 적용할 수 있다. 따라서, 베이스 금속 부재가 측벽부(141a, 141b)를 갖고 있지 않아도 된다.
또한, 상술한 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에서는 베이스 금속 부재(14)와 접합 금속 부재(12)의 접합면이 평면인 경우에 대해 설명했지만, 본 발명은 베이스 금속 부재(14)와 접합 금속 부재(12)의 접합면이 곡면인 용접 구조 부재에 적용해도 된다.
또한, 상술한 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에서는 용접 비드(24)가 저벽 비드부(241c)를 갖는 경우에 대해 설명했지만, 용접 비드가 저벽 비드부를 갖고 있지 않아도 된다.
(시뮬레이션에 기초하는 검토 1)
이하, 컴퓨터를 사용한 시뮬레이션 결과와 함께, 제1 실시 형태에 관한 구성의 효과를 더 상세하게 설명한다. 이 시뮬레이션에서는 도 1 내지 4에서 설명한 용접 구조 부재(10A)와 동일한 구성을 갖는 해석 모델(이하, 제1 모델이라고도 함)을 작성했다. 그리고, 제1 모델에 있어서, 덧살부(30a, 30b)의 전후 방향에 있어서의 위치 및 길이를 변화시켜, 맞댐면(32)의 맞댐 단부(32a, 32b) 근방에 발생하는 최대 주응력을 구했다. 또한, 비교를 위해, 덧살부(30a, 30b)를 갖고 있지 않은 해석 모델(이하, 제2 모델이라고도 함)을 작성하고, 맞댐면(32)의 맞댐 단부(32a, 32b) 근방에 발생하는 최대 주응력을 구했다.
또한, 제1 모델 및 제2 모델 모두, 도 1 및 도 2에 있어서 점선의 원(41a, 41b, 42a, 42b, 43a, 43b, 44a, 44b, 45a, 45b)으로 나타내는 위치에 구멍을 형성했다(이하, 점선으로 나타낸 이들 원을 각각 구멍이라고 함). 시뮬레이션에서는 구멍(42a, 42b, 43a, 43b, 44a, 44b, 45a, 45b)에 각각 고정 지그(강체)를 배치하여, 베이스 금속 부재(14)를 고정했다. 그리고, 구멍(41a, 41b)에 원기둥상의 부재(강체)를 통과시키고, 그 부재를 통해 판상부(121)[접합 금속 부재(12)]를 판상부(141)의 표면(14a)에 대해 수직인 방향으로 2.0kN의 힘으로 인장했다.
제1 모델 및 제2 모델의 구성은 모두, 하기와 같이 규정했다. 또한, 상술한 바와 같이, 제1 모델에 있어서, 덧살부(30a, 30b)의 전후 방향에 있어서의 위치는 다양하게 변화시켰다.
(해석 모델의 구성)
ㆍ 접합 금속 부재
재질: 강
두께: 2.6㎜
높이(제1 방향 D1의 길이): 80㎜
좌우 방향(제2 방향 D2)의 길이: 70㎜
전후 방향(도 4 참조)의 길이: 80㎜
구멍(41a)의 위치: 측벽부(121a)의 중앙
구멍(41b)의 위치: 측벽부(121b)의 중앙
영률: 210000㎫
포와송비: 0.3
ㆍ 베이스 금속 부재
재질: 강
두께: 2.6㎜
높이(제1 방향 D1의 길이): 50㎜
좌우 방향(제2 방향 D2)의 길이: 300㎜
전후 방향(도 4 참조)의 길이: 150㎜
구멍(42a, 42b)의 중심간 거리: 230㎜
구멍(43a, 43b)의 중심간 거리: 230㎜
구멍(44a, 44b)의 중심간 거리: 230㎜
구멍(45a, 45b)의 중심간 거리: 230㎜
구멍(42a, 43a)의 중심간 거리: 100㎜
구멍(42b, 43b)의 중심간 거리: 100㎜
표면(14a)으로부터 구멍(44a, 44b, 45a, 45b)의 중심까지의 상하 방향의 거리: 25㎜
영률: 210000㎫
포와송비: 0.3
ㆍ 용접 비드
폭[맞댐 단부(32a, 32b)(도 4 참조)로부터 전방으로 돌출되는 부분을 제외한 부분의 폭]: 4.3㎜
높이[맞댐 단부(32a, 32b)로부터 전방으로 돌출되는 부분을 제외한 부분의 높이]: 5.0㎜
폭[맞댐 단부(32a, 32b)로부터 전방으로 돌출되는 부분의 폭]: 10.6㎜
높이[맞댐 단부(32a, 32b)로부터 전방으로 돌출되는 부분의 높이): 2.2㎜
맞댐 단부(32a, 32b)로부터의 돌출량(거리 LW): 13.7㎜
영률: 210000㎫
포와송비: 0.3
ㆍ 덧살부(제1 모델)
폭: 6.0㎜
높이: 2.0㎜
길이: 10.0㎜, 12.0㎜, 14.0㎜, 16.0㎜, 19.8㎜, 23.6㎜, 26.0㎜, 28.0㎜
덧살부(30a)의 좌우 방향의 위치: 덧살부(30a)의 중심선과 충돌 측면(322a)(도 4 참조)의 좌측 에지가 일치
덧살부(30b)의 좌우 방향의 위치: 덧살부(30b)의 중심선과 충돌 측면(322b)(도 4 참조)의 우측 에지가 일치
영률: 210000㎫
포와송비: 0.3
또한, 접합 금속 부재(12) 및 베이스 금속 부재(14)의 재료의 항복을 고려하여 해석을 행한 경우와, 항복을 고려하지 않고 해석을 행한 경우에, 제1 모델에 발생하는 응력과 제2 모델에 발생하는 응력의 대소 관계는 바뀌지 않는다. 따라서, 제1 모델에 발생하는 최대 주응력과 제2 모델에 발생하는 최대 주응력의 대소 관계를 상대적으로 평가하는 경우에는, 재료의 항복의 유무를 고려하지 않아도 된다. 따라서, 본 시뮬레이션에서는 해석을 간단하게 하기 위해, 접합 금속 부재(12) 및 베이스 금속 부재(14)의 재료의 항복을 고려하지 않고 탄성 해석을 행하였다. 또한, 상기와 같이 최대 주응력의 대소 관계를 상대적으로 평가하는 경우에는 재료의 항복을 고려하지 않아도 되므로, 본 시뮬레이션에 의해, 임의의 인장 강도의 접합 금속 부재(12) 및 베이스 금속 부재(14)를 구비한 용접 구조 부재의 평가를 행할 수 있다. 즉, 본 시뮬레이션에 의해, 예를 들어 인장 강도가 270㎫인 재료를 사용한 용접 구조 부재의 평가를 행할 수도 있고, 인장 강도가 1500㎫인 재료를 사용한 용접 구조 부재의 평가를 행할 수도 있다.
도 10a에 덧살부(30a)(도 4 참조)의 길이마다의, 덧살부(30a)의 전단 위치와 맞댐 단부(32a) 근방에 발생하는 최대 주응력의 최댓값의 관계를 나타낸다. 또한, 덧살부(30a)의 전단 위치란, 전후 방향에 있어서, 맞댐 단부(32a)(도 4 참조)를 기준으로 한 경우에 있어서의 덧살부(30a)의 전단의 위치를 의미한다. 도 10a에 있어서는 덧살부(30a)의 전단이 맞댐 단부(32a)보다도 전방에 위치하고 있는 경우에 덧살부(30a)의 전단 위치를 양의 값으로 나타내고, 덧살부(30a)의 전단이 맞댐 단부(32a)보다도 후방에 위치하고 있는 경우에 덧살부(30a)의 전단 위치를 음의 값으로 나타내고 있다. 예를 들어, 도 4에 도시한 용접 구조 부재(10A)에서는 덧살부(30a)의 전단이 맞댐 단부(32a)보다도 전방에 위치하고 있으므로, 덧살부(30a)의 전단 위치는 양의 값으로 나타난다. 또한, 도 10a에 있어서는, 덧살부(30a, 30b)를 갖고 있지 않은 해석 모델에 있어서의 최대 주응력의 최댓값(830㎫)을 파선으로 나타내고 있다. 또한, 설명은 생략하지만, 덧살부(30b)의 전단 위치와 맞댐 단부(32b) 근방에 발생하는 최대 주응력의 최댓값의 관계도, 도 10a에 나타내는 관계와 동일한 관계가 되었다.
도 10b에 덧살부(30a)(도 4 참조)의 길이마다의, 덧살부(30a)의 후단 위치와 맞댐 단부(32a) 근방에 발생하는 최대 주응력의 최댓값의 관계를 나타낸다. 또한, 덧살부(30a)의 후단 위치란, 전후 방향에 있어서, 맞댐 단부(32a)(도 4 참조)를 기준으로 한 경우에 있어서의 덧살부(30a)의 후단의 위치를 의미한다. 도 10b에 있어서는 덧살부(30a)의 후단이 맞댐 단부(32a)보다도 전방에 위치하고 있는 경우에 덧살부(30a)의 후단 위치를 양의 값으로 나타내고, 덧살부(30a)의 후단이 맞댐 단부(32a)보다도 후방에 위치하고 있는 경우에 덧살부(30a)의 후단 위치를 음의 값으로 나타내고 있다. 예를 들어, 도 4에 도시한 용접 구조 부재(10A)에서는 덧살부(30a)의 후단이 맞댐 단부(32a)보다도 후방에 위치하고 있으므로, 덧살부(30a)의 후단 위치는 음의 값으로 나타난다. 또한, 도 10b에 있어서도 도 10a와 마찬가지로, 덧살부(30a, 30b)를 갖고 있지 않은 해석 모델에 있어서의 최대 주응력의 최댓값(830㎫)을 파선으로 나타내고 있다. 또한, 설명은 생략하지만, 덧살부(30b)의 후단 위치와 맞댐 단부(32b) 근방에 발생하는 최대 주응력의 최댓값의 관계도, 도 10b에 나타내는 관계와 동일한 관계가 되었다.
도 10a 및 도 10b로부터, 본 발명에 따르면, 덧살부(30a, 30b)의 전단 위치 및 후단 위치를 적절하게 설정함으로써, 맞댐면(32)의 맞댐 단부(32a, 32b)에 있어서의 최대 주응력의 최댓값을 저감시킬 수 있는 것을 알 수 있다. 구체적으로는 도 10a로부터, 덧살부(30a, 30b)의 길이가 10.0㎜로 짧은 경우라도, 덧살부(30a, 30b)의 전단 위치를 8.0㎜ 이하, 바람직하게는 7.0㎜ 이하로 설정함으로써, 덧살부가 없는 경우보다도 최대 주응력의 최댓값을 확실하게 저감시킬 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 덧살부(30a, 30b)의 전단 위치를 0 내지 6.0㎜, 바람직하게는 0 내지 4.0㎜, 더욱 바람직하게는 2.0 내지 4.0㎜로 설정함으로써, 최대 주응력의 최댓값을 충분히 저감시킬 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 10b로부터 알 수 있는 바와 같이, 덧살부(30a, 30b)의 길이에 관계없이, 덧살부(30a, 30b)의 후단 위치를 －3.6㎜ 이하로 함으로써, 덧살부가 없는 경우보다도 최대 주응력의 최댓값을 저감시킬 수 있었다. 또한, 도 10a 및 도 10b로부터, 덧살부(30a, 30b)의 길이가 14.0㎜ 이상이 되면, 응력 저감 효과가 특히 커지고, 덧살부(30a, 30b)의 길이가 19.8㎜ 이상이 되면, 응력 저감 효과가 대략 동일해지는 것을 알 수 있다. 이것으로부터, 덧살부(30a, 30b)의 길이를 14.0㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 본 발명의 효과를 최대한으로 발휘하기 위해서는, 덧살부의 길이를 19.8㎜ 이상으로 하는 것이 보다 바람직한 것을 알 수 있다.
(시뮬레이션에 기초하는 검토 2)
도 10a를 참조하여, 상술한 시뮬레이션에서는 덧살부(30a, 30b)의 길이가 10.0㎜인 경우, 덧살부(30a, 30b)의 전단 위치가 3.0㎜일 때에 최대 주응력의 최댓값이 760㎫까지 감소했다. 상술한 바와 같이, 덧살부를 갖고 있지 않은 해석 모델에 있어서의 최대 주응력의 최댓값은 830㎫이었다. 따라서, 덧살부(30a, 30b)를 마련함으로써, 최대 주응력의 최댓값이 최대로 70㎫ 감소한 것을 알 수 있다. 이때의 최대 주응력의 최댓값의 감소율(덧살부를 갖고 있지 않은 해석 모델에 대한 최대 주응력의 최댓값의 감소율)을 100％로 하면, 감소율이 30％(21㎫의 감소)가 될 때의 덧살부(30a, 30b)의 전단 위치는 －2.5㎜ 및 7.0㎜였다. 즉, 덧살부(30a, 30b)의 전단 위치가 －2.5㎜ 내지 7.0㎜의 범위에 있는 경우에, 최대 주응력의 최댓값의 감소율(이하, 간단히 감소율이라고 함)을 30％ 이상으로 할 수 있다. 즉, 감소율을 30％ 이상으로 하기 위한 덧살부(30a, 30b)의 전단 위치의 하한은 －2.5㎜이고, 상한은 7.0㎜이다.
마찬가지로, 덧살부(30a, 30b)의 길이가 12.0㎜인 경우, 덧살부(30a, 30b)의 전단 위치가 3.0㎜일 때에 최대 주응력의 최댓값이 752㎫까지 감소했다. 상술한 바와 같이, 덧살부를 갖고 있지 않은 해석 모델에 있어서의 최대 주응력의 최댓값은 830㎫이었다. 따라서, 덧살부(30a, 30b)를 마련함으로써, 최대 주응력의 최댓값이 최대로 78㎫ 감소한 것을 알 수 있다. 이때의 감소율을 100％로 하면, 감소율이 30％(23.4㎫의 감소)가 될 때의 덧살부(30a, 30b)의 전단 위치는 －2.3㎜ 및 8.7㎜였다. 즉, 감소율을 30％ 이상으로 하기 위한 덧살부(30a, 30b)의 전단 위치의 하한은 －2.3㎜이고, 상한은 8.7㎜이다.
상세한 설명은 생략하지만, 덧살부(30a, 30b)의 길이가 14.0㎜, 16.0㎜, 19.8㎜, 23.6㎜, 28.0㎜인 경우에 대해, 감소율을 50％ 이상, 75％ 이상 및 90％ 이상으로 하기 위한 덧살부(30a, 30b)의 위치에 대해서도 마찬가지로 검토를 행하였다. 또한, 상술한 제1 모델에 있어서, 베이스 금속 부재(14)의 두께를 3.5㎜ 및 3.0㎜로 설정하여 상술한 시뮬레이션과 동일한 시뮬레이션을 행하였다. 그리고, 감소율과 덧살부(30a, 30b)의 관계에 대해 동일한 검토를 행하였다. 또한, 베이스 금속 부재(14)의 두께가 3.5㎜ 및 3.0㎜인 경우는 덧살부(30a, 30b)의 길이를, 10.0㎜, 12.0㎜, 14.0㎜, 16.0㎜, 20.0㎜, 24.0㎜, 28.0㎜로 했다. 이들의 검토 결과를, 베이스 금속 부재(14)의 두께가 2.6㎜인 경우의 검토 결과와 함께 도 11a 내지 도 14d에 나타낸다.
도 11a로부터 알 수 있는 바와 같이, 베이스 금속 부재(14)의 두께 및 덧살부(30a, 30b)의 길이에 관계없이, 덧살부(30a, 30b)의 전단 위치의 하한이 －1.9㎜ 이상이면, 감소율을 적어도 30％로 할 수 있다. 바꾸어 말하면, (A) 덧살부(30a, 30b)의 전단을, 맞댐 단부(32a, 32b)로부터 후방으로 1.9㎜의 위치보다도 전방에 위치시킴으로써 적어도 30％의 감소율을 실현할 수 있다. 또한, 도 11b, 11c, 11d로부터, 덧살부(30a, 30b)의 전단을, 맞댐 단부(32a, 32b)로부터 후방으로 0.4㎜의 위치보다도 전방에 위치시키는 것이 바람직하고, 맞댐 단부(32a, 32b)로부터 전방으로 0.7㎜의 위치보다도 전방에 위치시키는 것이 보다 바람직하고, 맞댐 단부(32a, 32b)보다도 전방에 1.7㎜의 위치보다도 전방에 위치시키는 것이 더욱 바람직한 것을 알 수 있었다.
도 12a로부터 알 수 있는 바와 같이, 감소율이 30％가 될 때의 덧살부(30a, 30b)의 전단 위치의 상한은 덧살부(30a, 30b)의 길이의 증가에 따라 상승했다. 이와 같은 관계는, 도 12b 및 도 12c에 나타낸 바와 같이, 감소율이 50％ 및 75％인 경우에도 확인할 수 있었다. 한편, 도 12d에 나타낸 바와 같이, 감소율이 90％인 경우에는 덧살부(30a, 30b)의 길이가 증가해도, 덧살부(30a, 30b)의 전단 위치의 상한은 크게 상승하지 않았다. 구체적으로는, 덧살부(30a, 30b)의 길이에 관계없이, 덧살부(30a, 30b)의 전단 위치의 상한이 7.5㎜ 이하인 경우에, 감소율을 적어도 90％로 할 수 있었다. 도 12d에 나타낸 결과로부터, 덧살부(30a, 30b)의 전단을, 맞댐 단부(32a, 32b)(도 4 참조)로부터 전방으로 7.5㎜의 위치, 보다 바람직하게는 맞댐 단부(32a, 32b)로부터 전방으로 7.0㎜의 위치보다도 후방에 위치시킴으로써, 최대 주응력의 최댓값을 충분히 감소시킬 수 있는 것을 알 수 있다.
도 13a로부터 알 수 있는 바와 같이, 감소율이 30％가 될 때의 덧살부(30a, 30b)의 후단 위치의 하한은 덧살부(30a, 30b)의 길이의 증가에 따라 저하되었다. 이와 같은 관계는, 도 13b, 13c, 13d에 나타낸 바와 같이, 감소율이 50％, 75％ 및 90％인 경우에도 확인할 수 있었다.
또한, 도 14b, 14c, 14d에 나타낸 바와 같이, 감소율이 50％ 및 75％ 및 90％인 경우의 덧살부(30a, 30b)의 후단 위치의 상한은 덧살부(30a, 30b)의 길이의 증가에 따라 저하되었다. 한편, 도 14a에 나타낸 바와 같이, 감소율이 30％인 경우에는 덧살부(30a, 30b)의 길이가 증가해도, 덧살부(30a, 30b)의 후단 위치의 상한은 크게 저하되지 않았다.
또한, 도 14a로부터 알 수 있는 바와 같이, 베이스 금속 부재(14)의 판 두께가 2.6㎜인 경우, 덧살부(30a, 30b)의 길이에 관계없이, 덧살부(30a, 30b)의 후단 위치의 상한이 －7.0㎜ 이하이면, 감소율을 적어도 30％로 할 수 있다. 여기서, 맞댐 단부(32a, 32b)의 근방에 발생하는 최대 주응력의 최댓값은 베이스 금속 부재(14)의 두께가 3.5㎜인 경우보다도 3.0㎜인 경우의 쪽이 높아지고, 베이스 금속 부재(14)의 두께가 3.0㎜인 경우보다도 2.6㎜인 경우의 쪽이 높아진다. 따라서, 특히, 베이스 금속 부재(14)의 두께가 작은 경우에, 감소율을 크게 하는 것이 바람직하다. 이 관점에서는, 덧살부(30a, 30b)의 후단 위치의 상한을 －7.0㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다고 할 수 있다. 바꾸어 말하면, (B) 덧살부(30a, 30b)의 후단을, 맞댐 단부(32a, 32b)로부터 후방으로 7.0㎜의 위치보다도 후방에 위치시킴으로써, 적어도 30％의 감소율을 실현할 수 있다. 이에 의해, 맞댐 단부(32a, 32b) 근방에 발생하는 최대 주응력의 최댓값을 충분히 저감시킬 수 있으므로, 베이스 금속 부재(14)의 두께가 작은 경우라도 용접 구조 부재(10)의 피로 강도를 충분히 확보할 수 있다.
상기 (A), (B)를 근거로 하면, 더 확실하게 30％ 이상의 감소율을 실현시키기 위해서는, 적어도 맞댐 단부(32a, 32b)로부터 후방으로 1.9㎜ 내지 7.0㎜ 이격된 위치에 걸쳐서 덧살부(30a, 30b)가 마련되는 것이 바람직하다고 할 수 있다.
또한, 개선율이 더욱 향상되는 90％로 생각하면 도 11d, 도 12d와 같이, 덧살부 전단 위치는 상한, 하한 모두 양의 값이 된다. 또한, 도 13d, 도 14d와 같이, 덧살부 후단 위치는 상한, 하한 모두 음의 값이 된다. 이들의 점에서, 보다 양호한 개선을 실시하기 위해서는, 덧살부(30a, 30b)는 맞댐 단부(32a, 32b)를 걸치도록 마련되는 것이 바람직하다고 할 수 있다.
(시뮬레이션에 기초하는 검토 3)
이하, 컴퓨터를 사용한 시뮬레이션 결과와 함께, 제2 실시 형태에 관한 구성의 효과를 더 상세하게 설명한다. 이 시뮬레이션에서는, 도 6 내지 9에서 설명한 용접 구조 부재(10B)와 동일한 구성을 갖는 해석 모델(이하, 제3 모델이라고도 함)을 작성했다. 그리고, 제3 모델에 있어서, 덧살부(30a, 30b)의 전후 방향에 있어서의 위치 및 길이를 변화시켜, 용접 비드 단부(24a, 24b) 근방에 발생하는 최대 주응력을 구했다. 또한, 비교를 위해, 덧살부(30a, 30b)를 갖고 있지 않은 해석 모델(이하, 제4 모델이라고도 함)을 작성하여, 용접 비드 단부(24a, 24b) 근방에 발생하는 최대 주응력을 구했다.
또한, 제3 모델 및 제4 모델 모두에, 도 6 및 도 7에 있어서 점선의 원(41a, 41b, 42a, 42b, 43a, 43b, 44a, 44b, 45a, 45b)으로 나타내는 위치에 구멍을 형성했다(이하, 점선으로 나타낸 이들 원을 각각 구멍이라고 함). 시뮬레이션에서는 구멍(42a, 42b, 43a, 43b, 44a, 44b, 45a, 45b)에 각각 고정 지그(강체)를 배치하고, 베이스 금속 부재(14)를 고정했다. 그리고, 구멍(41a, 41b)에 원기둥상의 부재(강체)를 통과시키고, 그 부재를 통해 판상부(121)[접합 금속 부재(12)]를 판상부(141)의 표면(14a)에 대해 수직인 방향으로 2.0kN의 힘으로 인장했다.
제3 모델 및 제4 모델의 구성은 모두, 하기와 같이 규정했다. 또한, 상술한 바와 같이, 제3 모델에 있어서, 덧살부(30a, 30b)의 전후 방향에 있어서의 위치는 다양하게 변화시켰다.
(해석 모델의 구성)
ㆍ 접합 금속 부재
재질: 강
두께: 2.6㎜
높이(제1 방향 D1의 길이): 80㎜
좌우 방향(제2 방향 D2)의 길이: 70㎜
전후 방향(도 9 참조)의 길이: 80㎜
구멍(41a)의 위치: 측벽부(121a)의 중앙
구멍(41b)의 위치: 측벽부(121b)의 중앙
영률: 210000㎫
포와송비: 0.3
ㆍ 베이스 금속 부재
재질: 강
두께: 2.0m
높이(제1 방향 D1의 길이): 50㎜
좌우 방향(제2 방향 D2)의 길이: 300㎜
전후 방향(도 9 참조)의 길이: 150㎜
구멍(42a, 42b)의 중심간 거리: 230㎜
구멍(43a, 43b)의 중심간 거리: 230㎜
구멍(44a, 44b)의 중심간 거리: 230㎜
구멍(45a, 45b)의 중심간 거리: 230㎜
구멍(42a, 43a)의 중심간 거리: 100㎜
구멍(42b, 43b)의 중심간 거리: 100㎜
표면(14a)으로부터 구멍(44a, 44b, 45a, 45b)의 중심까지의 상하 방향의 거리: 25㎜
영률: 210000㎫
포와송비: 0.3
ㆍ 용접 비드
폭[맞댐 단부(32a, 32b)(도 9 참조)로부터 전방으로 돌출되는 부분을 제외한 부분의 폭]: 4.3㎜
높이[맞댐 단부(32a, 32b)로부터 전방으로 돌출되는 부분을 제외한 부분의 높이]: 5.0㎜
폭[맞댐 단부(32a, 32b)로부터 전방으로 돌출되는 부분의 폭): 10.6㎜
높이[맞댐 단부(32a, 32b)로부터 전방으로 돌출되는 부분의 높이): 2.2㎜
맞댐 단부(32a, 32b)로부터의 돌출량(거리 LW): 13.7㎜
영률: 210000㎫
포와송비: 0.3
ㆍ 덧살부(제3 모델)
폭: 6.0㎜
높이: 2.0㎜
길이: 6.0㎜, 10.0㎜, 12.0㎜, 14.0㎜, 16.0㎜, 20.0㎜, 24.0㎜, 28.0㎜
덧살부(30a)의 좌우 방향의 위치: 덧살부(30a)의 중심선과 충돌 측면(322a)(도 9 참조)의 좌측 에지가 일치
덧살부(30b)의 좌우 방향의 위치: 덧살부(30b)의 중심선과 충돌 측면(322b)(도 9 참조)의 우측 에지가 일치
영률: 210000㎫
포와송비: 0.3
또한, 접합 금속 부재(12) 및 베이스 금속 부재(14)의 재료의 항복을 고려하여 해석을 행한 경우와, 항복을 고려하지 않고 해석을 행한 경우에, 제3 모델에 발생하는 응력과 제4 모델에 발생하는 응력의 대소 관계는 바뀌지 않는다. 따라서, 제3 모델에 발생하는 최대 주응력과 제4 모델에 발생하는 최대 주응력의 대소 관계를 상대적으로 평가하는 경우에는 재료의 항복의 유무를 고려하지 않아도 된다. 따라서, 본 시뮬레이션에서는 해석을 간단하게 하기 위해, 접합 금속 부재(12) 및 베이스 금속 부재(14)의 재료의 항복을 고려하지 않고, 탄성 해석을 행하였다. 또한, 상기와 같이 최대 주응력의 대소 관계를 상대적으로 평가하는 경우에는 재료의 항복을 고려하지 않아도 되므로, 본 시뮬레이션에 의해, 임의의 인장 강도의 접합 금속 부재(12) 및 베이스 금속 부재(14)를 구비한 용접 구조 부재의 평가를 행할 수 있다. 즉, 본 시뮬레이션에 의해, 예를 들어 인장 강도가 270㎫인 재료를 사용한 용접 구조 부재의 평가를 행할 수도 있고, 인장 강도가 1500㎫인 재료를 사용한 용접 구조 부재의 평가를 행할 수도 있다.
도 15a에 덧살부(30a)(도 9 참조)의 길이마다의, 덧살부(30a)의 전단 위치와 용접 비드 단부(24a) 근방에 발생하는 최대 주응력의 최댓값의 관계를 나타낸다. 또한, 덧살부(30a)의 전단 위치란, 전후 방향에 있어서, 용접 비드 단부(24a)(도 9 참조)를 기준으로 한 경우에 있어서의 덧살부(30a)의 전단의 위치를 의미한다. 도 15a에 있어서는, 덧살부(30a)의 전단이 용접 비드 단부(24a)보다도 전방에 위치하고 있는 경우에 덧살부(30a)의 전단 위치를 양의 값으로 나타내고, 덧살부(30a)의 전단이 용접 비드 단부(24a)보다도 후방에 위치하고 있는 경우에 덧살부(30a)의 전단 위치를 음의 값으로 나타내고 있다. 예를 들어, 도 9에 도시한 용접 구조 부재(10B)에서는 덧살부(30a)의 전단이 용접 비드 단부(24a)보다도 전방에 위치하고 있으므로, 덧살부(30a)의 전단 위치는 양의 값으로 나타난다. 또한, 도 15a에 있어서는 덧살부(30a, 30b)를 갖고 있지 않은 해석 모델에 있어서의 최대 주응력의 최댓값(1273㎫)을 파선으로 나타내고 있다. 또한, 설명은 생략하지만, 덧살부(30b)의 전단 위치와 용접 비드 단부(24b) 근방에 발생하는 최대 주응력의 최댓값의 관계도, 도 15a에 나타내는 관계와 동일한 관계가 되었다.
도 15b에 덧살부(30a)(도 9 참조)의 길이마다의, 덧살부(30a)의 후단 위치와 용접 비드 단부(24a) 근방에 발생하는 최대 주응력의 최댓값의 관계를 나타낸다. 또한, 덧살부(30a)의 후단 위치란, 전후 방향에 있어서, 용접 비드 단부(24a)(도 9 참조)를 기준으로 한 경우에 있어서의 덧살부(30a)의 후단의 위치를 의미한다. 도 15b에 있어서는, 덧살부(30a)의 후단이 용접 비드 단부(24a)보다도 전방에 위치하고 있는 경우에 덧살부(30a)의 후단 위치를 양의 값으로 나타내고, 덧살부(30a)의 후단이 용접 비드 단부(24a)보다도 후방에 위치하고 있는 경우에 덧살부(30a)의 후단 위치를 음의 값으로 나타내고 있다. 예를 들어, 도 9에 도시한 용접 구조 부재(10B)에서는 덧살부(30a)의 후단이 용접 비드 단부(24a)보다도 후방에 위치하고 있으므로, 덧살부(30a)의 후단 위치는 음의 값으로 나타난다. 또한, 도 15b에 있어서도 도 15a와 마찬가지로, 덧살부(30a, 30b)를 갖고 있지 않은 해석 모델에 있어서의 최대 주응력의 최댓값(1273㎫)을 파선으로 나타내고 있다. 또한, 설명은 생략하지만, 덧살부(30b)의 후단 위치와 용접 비드 단부(24b) 근방에 발생하는 최대 주응력의 최댓값의 관계도, 도 15b에 나타내는 관계와 동일한 관계가 되었다.
도 15a 및 도 15b로부터, 본 발명에 따르면, 덧살부(30a, 30b)의 전단 위치 및 후단 위치를 적절하게 설정함으로써, 용접 비드 단부(24a, 24b)에 있어서의 최대 주응력의 최댓값을 저감시킬 수 있는 것을 알 수 있다. 구체적으로는, 도 15a로부터, 덧살부(30a, 30b)의 길이가 6.0㎜로 짧은 경우라도, 덧살부(30a, 30b)의 전단 위치를 －1.7㎜ 이상 4.7㎜ 이하로 설정함으로써, 덧살부가 없는 경우보다도 최대 주응력의 최댓값을 확실하게 저감시킬 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 덧살부(30a, 30b)의 전단 위치를 －0.1㎜ 내지 3.7㎜, 바람직하게는 0.5㎜ 내지 3.0㎜, 더욱 바람직하게는 1.0㎜ 내지 2.4㎜로 설정함으로써, 최대 주응력의 최댓값을 충분히 저감시킬 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 15b로부터 알 수 있는 바와 같이, 덧살부(30a, 30b)의 길이에 관계없이, 덧살부(30a, 30b)의 후단 위치를 －1.3㎜ 이하로 함으로써, 덧살부가 없는 경우보다도 최대 주응력의 최댓값을 저감시킬 수 있었다.
(시뮬레이션에 기초하는 검토 4)
도 15a를 참조하여, 상술한 시뮬레이션에서는 덧살부(30a, 30b)의 길이가 6.0㎜인 경우, 덧살부(30a, 30b)의 전단 위치가 1.3㎜일 때에 최대 주응력의 최댓값이 958㎫까지 감소했다. 상술한 바와 같이, 덧살부를 갖고 있지 않은 해석 모델에 있어서의 최대 주응력의 최댓값은 1273㎫이었다. 따라서, 덧살부(30a, 30b)를 마련함으로써, 최대 주응력의 최댓값이 최대로 315㎫ 감소한 것을 알 수 있다. 이때의 최대 주응력의 최댓값의 감소율(덧살부를 갖고 있지 않은 해석 모델에 대한 최대 주응력의 최댓값의 감소율)을 100％로 하면, 감소율이 30％(95㎫의 감소)가 될 때의 덧살부(30a, 30b)의 전단 위치는 －0.5㎜ 및 4.1㎜였다. 즉, 덧살부(30a, 30b)의 전단 위치가 －0.5㎜ 내지 4.1㎜의 범위에 있는 경우에, 최대 주응력의 최댓값의 감소율(이하, 간단히 감소율이라고 함)을 30％ 이상으로 할 수 있다. 즉, 감소율을 30％ 이상으로 하기 위한 덧살부(30a, 30b)의 전단 위치의 하한은 －0.5㎜이고, 상한은 4.1㎜이다.
마찬가지로, 덧살부(30a, 30b)의 길이가 10.0㎜인 경우, 덧살부(30a, 30b)의 전단 위치가 2.3㎜일 때에 최대 주응력의 최댓값이 940㎫까지 감소했다. 상술한 바와 같이, 덧살부를 갖고 있지 않은 해석 모델에 있어서의 최대 주응력의 최댓값은 1273㎫이었다. 따라서, 덧살부(30a, 30b)를 마련함으로써, 최대 주응력의 최댓값이 최대로 333㎫ 감소한 것을 알 수 있다. 이때의 감소율을 100％로 하면, 감소율이 30％(100㎫의 감소)가 될 때의 덧살부(30a, 30b)의 전단 위치는 －0.3㎜ 및 7.6㎜였다. 즉, 감소율을 30％ 이상으로 하기 위한 덧살부(30a, 30b)의 전단 위치의 하한은 －0.3㎜이고, 상한은 7.6㎜이다.
상세한 설명은 생략하지만, 덧살부(30a, 30b)의 길이가 12.0㎜, 14.0㎜, 16.0㎜, 20.0㎜, 24.0㎜, 28.0㎜인 경우에 대해, 감소율을 50％ 이상, 75％ 이상 및 90％ 이상으로 하기 위한 덧살부(30a, 30b)의 위치에 대해서도 마찬가지로 검토를 행하였다. 또한, 상술한 제3 모델에 있어서, 베이스 금속 부재(14)의 두께를 2.3㎜, 1.6㎜ 및 1.2㎜로 설정하여 상술한 시뮬레이션과 동일한 시뮬레이션을 행하였다. 그리고, 감소율과 덧살부(30a, 30b)의 관계에 대해 동일한 검토를 행하였다. 또한, 베이스 금속 부재(14)의 두께가 2.3㎜, 1.6㎜ 및 1.2㎜인 경우에 대해서도, 덧살부(30a, 30b)의 길이를, 6.0㎜, 10.0㎜, 12.0㎜, 14.0㎜, 16.0㎜, 20.0㎜, 24.0㎜, 28.0㎜로 했다. 이들의 검토 결과를, 베이스 금속 부재(14)의 두께가 2.0㎜인 경우의 검토 결과와 함께 도 16a 내지 도 19d에 나타낸다.
도 16a로부터 알 수 있는 바와 같이, 베이스 금속 부재(14)의 두께 및 덧살부(30a, 30b)의 길이에 관계없이, 덧살부(30a, 30b)의 전단 위치의 하한이 －0.1㎜ 이상이면, 감소율을 적어도 30％로 할 수 있다. 바꾸어 말하면, (C) 덧살부(30a, 30b)의 전단을, 용접 비드 단부(24a, 24b)(도 9 참조)로부터 후방으로 0.1㎜의 위치보다도 전방에 위치시킴으로써, 적어도 30％의 감소율을 실현할 수 있다. 또한, 도 16b 내지 도 16d로부터, 덧살부(30a, 30b)의 전단을, 용접 비드 단부(24a, 24b)로부터 전방으로 0.3㎜의 위치보다도 전방에 위치시키는 것이 바람직하고, 용접 비드 단부(24a, 24b)로부터 전방으로 1.2㎜의 위치보다도 전방에 위치시키는 것이 보다 바람직하고, 용접 비드 단부(24a, 24b)보다도 전방에 1.9㎜의 위치보다도 전방에 위치시키는 것이 더욱 바람직한 것을 알 수 있었다.
도 17a로부터 알 수 있는 바와 같이, 감소율이 30％가 될 때의 덧살부(30a, 30b)의 전단 위치의 상한은 덧살부(30a, 30b)의 길이의 증가에 따라 상승했다. 이와 같은 관계는, 도 17b에 도시한 바와 같이 감소율이 50％인 경우에도 확인할 수 있었다. 한편, 도 17c, 도 17d에 도시한 바와 같이 감소율이 75％ 및 90％인 경우에는, 덧살부(30a, 30b)의 길이가 증가해도, 덧살부(30a, 30b)의 전단 위치의 상한은 크게 상승하지 않았다. 구체적으로는, 덧살부(30a, 30b)의 길이에 관계없이, 덧살부(30a, 30b)의 전단 위치의 상한이 2.3㎜ 이하인 경우에, 감소율을 90％로 할 수 있었다.
도 18a로부터 알 수 있는 바와 같이, 감소율이 30％가 될 때의 덧살부(30a, 30b)의 후단 위치의 하한은 덧살부(30a, 30b)의 길이의 증가에 따라 저하되었다. 이와 같은 관계는, 도 18b 내지 도 18d에 도시한 바와 같이, 감소율이 50％, 75％ 및 90％인 경우에도 확인할 수 있었다.
도 19a, 도 19b로부터 알 수 있는 바와 같이, 감소율이 30％ 또는 50％가 될 때의 덧살부(30a, 30b)의 후단 위치의 상한은 대략 일정했다. 한편, 도 19c, 도 19d로부터 알 수 있는 바와 같이, 감소율이 75％ 또는 90％가 될 때의 덧살부(30a, 30b)의 후단 위치의 상한은 덧살부(30a, 30b)의 길이의 증가에 따라 저하되었다.
또한, 도 19a로부터 알 수 있는 바와 같이, 베이스 금속 부재(14)의 판 두께 및 덧살부(30a, 30b)의 길이에 관계없이, 덧살부(30a, 30b)의 후단 위치의 상한이 －3.0㎜ 이하이면, 감소율을 적어도 30％로 할 수 있다. 바꾸어 말하면, (D) 덧살부(30a, 30b)의 후단을, 용접 비드 단부(24a, 24b)로부터 후방으로 3.0㎜의 위치보다도 후방에 위치시킴으로써, 적어도 30％의 감소율을 실현할 수 있다. 이에 의해, 용접 비드 단부(24a, 24b) 근방에 발생하는 최대 주응력의 최댓값을 충분히 저감시킬 수 있으므로, 베이스 금속 부재(14)의 두께가 작은 경우라도, 용접 구조 부재(10)의 피로 강도를 충분히 확보할 수 있다.
상기 (C), (D)를 근거로 하면, 더 확실하게 30％ 이상의 감소율을 실현시키기 위해서는, 적어도 용접 비드 단부로부터 후방으로 0.1㎜ 내지 3.0㎜ 이격된 위치에 걸쳐서 덧살부(30a, 30b)가 마련되는 것이 바람직하다고 할 수 있다.
또한, 개선율이 더욱 향상되는 90％로 생각하면 도 16d, 도 17d와 같이, 덧살부 전단 위치는 상한, 하한 모두 양의 값이 된다. 또한, 도 18d, 도 19d와 같이, 덧살부 후단 위치는 상한, 하한 모두 음의 값이 된다. 이들의 점에서, 보다 양호한 개선을 실시하기 위해서는, 덧살부(30a, 30b)는 용접 비드 단부(24a, 24b)에 걸쳐 있도록 마련되는 것이 바람직하다고 할 수 있다.
(시뮬레이션에 기초하는 검토 5)
이하, 컴퓨터를 사용한 시뮬레이션 결과와 함께, 베이스 금속 부재(14)의 판 두께를 변화시킨 경우에 있어서의, 맞댐 단부(32a, 32b) 근방에 발생하는 최대 주응력과 용접 비드 단부(24a, 24b) 근방에 발생하는 최대 주응력의 관계를 상세하게 설명한다. 이 시뮬레이션에서는, 도 1 내지 도 4에서 설명한 용접 구조 부재(10A)와 동일한 구성이며, 덧살부(30a, 30b)를 갖고 있지 않은 해석 모델(이하, 제5 모델이라고도 함)을 작성하여, 맞댐 단부(32a, 32b) 근방에 발생하는 최대 주응력과 용접 비드 단부(24a, 24b) 근방에 발생하는 최대 주응력을 구했다.
또한, 제5 모델에, 도 1 및 도 2에 있어서 점선의 원(41a, 41b, 42a, 42b, 43a, 43b, 44a, 44b, 45a, 45b)으로 나타내는 위치에 구멍을 형성했다(이하, 점선으로 나타낸 이들 원을 각각 구멍이라고 함). 시뮬레이션에서는 구멍(42a, 42b, 43a, 43b, 44a, 44b, 45a, 45b)에 각각 고정 지그(강체)를 배치하고, 베이스 금속 부재(14)를 고정했다. 그리고, 구멍(41a, 41b)에 원기둥상의 부재(강체)를 통과시키고, 그 부재를 통해 판상부(121)[접합 금속 부재(12)]를 판상부(141)의 표면(14a)에 대해 수직인 방향으로 2.0kN의 힘으로 인장했다.
제5 모델의 구성은 하기와 같이 규정했다. 또한, 상술한 바와 같이, 베이스 금속 부재(14)의 판 두께를 다양하게 변화시켰다.
(해석 모델의 구성)
ㆍ 접합 금속 부재
재질: 강
두께: 2.6㎜
높이(제1 방향 D1의 길이): 80㎜
좌우 방향(제2 방향 D2)의 길이: 70㎜
전후 방향(도 9 참조)의 길이: 80㎜
구멍(41a)의 위치: 측벽부(121a)의 중앙
구멍(41b)의 위치: 측벽부(121b)의 중앙
영률: 210000㎫
포와송비: 0.3
ㆍ 베이스 금속 부재
재질: 강
두께: 1.2㎜, 1.6㎜, 2.0㎜, 2.3㎜, 2.6㎜, 3.0㎜, 3.5㎜
높이(제1 방향 D1의 길이): 50㎜
좌우 방향(제2 방향 D2)의 길이: 300㎜
전후 방향(도 9 참조)의 길이: 150㎜
구멍(42a, 42b)의 중심간 거리: 230㎜
구멍(43a, 43b)의 중심간 거리: 230㎜
구멍(44a, 44b)의 중심간 거리: 230㎜
구멍(45a, 45b)의 중심간 거리: 230㎜
구멍(42a, 43a)의 중심간 거리: 100㎜
구멍(42b, 43b)의 중심간 거리: 100㎜
표면(14a)으로부터 구멍(44a, 44b, 45a, 45b)의 중심까지의 상하 방향의 거리: 25㎜
영률: 210000㎫
포와송비: 0.3
ㆍ 용접 비드
폭[맞댐 단부(32a, 32b)(도 9 참조)로부터 전방으로 돌출되는 부분을 제외한 부분의 폭]: 4.3㎜
높이[맞댐 단부(32a, 32b)로부터 전방으로 돌출되는 부분을 제외한 부분의 높이]: 5.0㎜
폭[맞댐 단부(32a, 32b)로부터 전방으로 돌출되는 부분의 폭]: 10.6㎜
높이[맞댐 단부(32a, 32b)로부터 전방으로 돌출되는 부분의 높이]: 2.2㎜
맞댐 단부(32a, 32b)로부터의 돌출량(거리 LW): 10.4㎜, 13.7㎜, 17.0㎜, 20.0㎜
영률: 210000㎫
포와송비: 0.3
용접 비드의 맞댐 단부(32a, 32b)로부터의 돌출량(거리 LW)을 10.4㎜, 13.7㎜, 17.0㎜, 20.0㎜의 경우에 대해, 베이스 금속 부재(14)의 판 두께를 변화시켰을 때의 맞댐 단부(32a, 32b) 근방에 발생하는 최대 주응력과 용접 비드 단부(24a, 24b) 근방에 발생하는 최대 주응력을 시뮬레이션한 결과를 도 20, 도 21, 도 22, 도 23에 나타낸다. 맞댐 단부(32a, 32b) 근방에 발생하는 최대 주응력과 용접 비드 단부(24a, 24b) 근방에 발생하는 최대 주응력의 대소 관계는 판 두께와 용접 비드의 맞댐 단부(32a, 32b)로부터의 돌출량(거리 LW)과 상관이 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 맞댐 단부(32a, 32b) 근방에 발생하는 최대 주응력과 용접 비드 단부(24a, 24b) 근방에 발생하는 최대 주응력이 일치하는 베이스 금속 부재(14)의 판 두께와 용접 비드의 맞댐 단부(32a, 32b)로부터의 돌출량(거리 LW)의 관계를 도 24에 나타낸다. 도 24로부터, 맞댐 단부(32a, 32b) 근방에 발생하는 최대 주응력과 용접 비드 단부(24a, 24b) 근방에 발생하는 최대 주응력이 일치하는 조건은, 베이스 금속 부재(14)의 판 두께 T(㎜)가 하기 식 (C)를 만족시켰을 때인 것을 알 수 있었다.
－0.125LW＋4.06㎜＝T㎜ …식 (C)
이 결과로부터, 식 (C)의 좌변보다도 우변이 큰 경우는, 맞댐 단부(32a, 32b) 근방에 발생하는 최대 주응력이 용접 비드 단부(24a, 24b) 근방에 발생하는 최대 주응력보다 커지고, 맞댐 단부(32a, 32b) 근방에 덧살부(30a, 30b)를 마련하는 것이 바람직한 것을 알 수 있었다. 또한, 식 (C)의 좌변보다도 우변이 작은 경우는, 용접 비드 단부(24a, 24b) 근방에 발생하는 최대 주응력이 맞댐 단부(32a, 32b) 근방에 발생하는 최대 주응력보다도 커지고, 용접 비드 단부(24a, 24b) 근방에 덧살부(30a, 30b)를 마련하는 것이 바람직한 것을 알 수 있었다.
특히 상술한 식 (C)의 좌변의 값과 우변의 값이 가까운 경우에는, 용접 비드 단부(24a, 24b) 근방과 맞댐 단부(32a, 32b) 근방의 양쪽에 덧살부(30a, 30b)를 마련하는 것이 바람직한, 상술한 식 (C)의 좌변의 값보다도 우변의 값이 큰 경우라도, 최대 주응력이 큰 맞댐 단부(32a, 32b) 근방에 덧살부를 마련한 결과, 용접 비드 단부(24a, 24b) 근방의 최대 주응력이 커지고, 맞댐 단부(32a, 32b) 근방의 최대 주응력의 저감이 피로 강도의 향상의 대책이 되기 때문이다.
본 발명에 따르면, T자 형상의 접합부를 갖는 용접 구조 부재에 있어서, 피로 강도를 용이하게 향상시킬 수 있는 구성을 제공할 수 있다.
10A, 10A', 10B : 용접 구조 부재
12 : 접합 금속 부재
121 : 판상부
121a, 121b : 측벽부
121c : 저벽부
14 : 베이스 금속 부재
14a : 표면(제1 면)
14b : 이면(제2 면)
141 : 판상부
141a, 141b : 측벽부
141c : 천장판부
24 : 용접 비드
24a, 24b : 용접 비드 단부
241a, 241b : 측벽 비드부
241c : 저벽 비드부
30a, 30b : 덧살부
32 : 맞댐면
32a, 32b : 맞댐 단부
322a, 322b : 충돌 측면
322c : 충돌 저면

Claims (17)

  1. 서로 표리를 이루는 제1 면 및 제2 면을 갖는 베이스 금속 부재와;
    상기 제1 면에 대해, 맞댐면을 갖고 단부면이 맞대어진 접합 금속 부재와;
    상기 제1 면에 형성됨과 함께, 상기 접합 금속 부재를 상기 베이스 금속 부재에 대해 접합하는 용접 비드와;
    상기 베이스 금속 부재의 상기 제2 면에 형성됨과 함께, 상기 제2 면에 대향하고 또한 상기 베이스 금속 부재를 투과하는 시선으로 본 경우에 상기 맞댐면과 상기 용접 비드 중 적어도 한쪽에 겹치도록 선상으로 형성되는 덧살부를 구비하고,
    상기 맞댐면의 단부인 맞댐 단부로부터 당해 맞댐면이 존재하는 방향을 향하는 방향을 후방, 그 역의 방향을 전방으로 할 때, 상기 용접 비드는 상기 맞댐 단부의 전방으로 이격된 위치에 용접 비드 단부를 갖는 것을 특징으로 하는 용접 구조 부재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 면에 대향하고 또한 상기 베이스 금속 부재를 투과하는 시선으로 본 경우에, 상기 덧살부가 상기 맞댐 단부로부터 후방으로 1.9㎜ 내지 7.0㎜ 이격된 위치에 걸쳐서 마련되는 것을 특징으로 하는 용접 구조 부재.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2 면에 대향하고 또한 상기 베이스 금속 부재를 투과하는 시선으로 본 경우에, 상기 맞댐 단부로부터 전방으로 상기 덧살부
    전단이 위치하고, 또한 상기 맞댐 단부로부터 후방으로 상기 덧살부 후단이 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 용접 구조 부재.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제2 면에 대향하고 또한 상기 베이스 금속 부재를 투과하는 시선으로 본 경우에, 상기 덧살부가 상기 맞댐면에 대해 평행인 것을 특징으로 하는 용접 구조 부재.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 맞댐 단부와 상기 용접 비드 단부의 이격 거리 LW(㎜)와, 상기 베이스 금속 부재의 판 두께 T(㎜)가 하기 식 (A)를 만족시키는 것을 특징으로 하는 용접 구조 부재.
    －0.125LW＋4.06㎜≤T≤4.5㎜ …식 (A)
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 덧살부의 길이가 10.0㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 용접 구조 부재.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제2 면에 대향하고 또한 상기 베이스 금속 부재를 투과하는 시선으로 본 경우에, 상기 덧살부가 상기 용접 비드 단부로부터 후방으로 0.1㎜ 내지 3.0㎜ 이격된 위치에 걸쳐서 마련되는 것을 특징으로 하는 용접 구조 부재.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2 면에 대향하고 또한 상기 베이스 금속 부재를 투과하는 시선으로 본 경우에, 상기 용접 비드 단부로부터 전방으로 상기 덧살부 전단이 위치하고, 또한 상기 용접 비드 단부로부터 후방으로 상기 덧살부 후단이 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 용접 구조 부재.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 제2 면에 대향하고 또한 상기 베이스 금속 부재를 투과하는 시선으로 본 경우에, 상기 덧살부가 상기 용접 비드에 대해 평행인 것을 특징으로 하는 용접 구조 부재.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 맞댐 단부와 상기 용접 비드 단부의 이격 거리 LW(㎜)와, 상기 베이스 금속 부재의 판 두께 T(㎜)가 하기 식 (B)를 만족시키는 것을 특징으로 하는 용접 구조 부재.
    0.8㎜≤T<－0.125LW＋4.06㎜ …식 (B)
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 덧살부의 길이가 6.0㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 용접 구조 부재.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 덧살부는 상기 제2 면으로부터의 높이가 2.0㎜ 이상 20.0㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 용접 구조 부재.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 덧살부가, 상기 베이스 금속 부재와 다른 부재의 접합에 관여하지 않는 덧살 비드인 것을 특징으로 하는 용접 구조 부재.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 덧살부가 상기 베이스 금속 부재의 내부까지 침입하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 용접 구조 부재.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용접 비드가 상기 베이스 금속 부재를 관통하지 않는 것을 특징으로 하는 용접 구조 부재.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스 금속 부재가 270㎫ 이상의 인장 강도를 갖는 강판인 것을 특징으로 하는 용접 구조 부재.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 기재된 상기 용접 구조 부재를 제조하는 방법이며,
    상기 베이스 금속 부재의 상기 제1 면과, 상기 접합 금속 부재의 상기 단부면을 상기 맞댐면에서 접합하는 용접 비드를 부여하는 용접 비드 부여 공정과;
    상기 용접 비드 부여 공정 전, 또는 상기 용접 비드 부여 공정 후에, 상기 베이스 금속 부재의 상기 제2 면에, 아크 용접 또는 납땜에 의해 상기 덧살부를 부여하는 덧살부 부여 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 용접 구조 부재의 제조 방법.
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