TWI396600B - 面外角板熔接接頭及其製作方法 - Google Patents

面外角板熔接接頭及其製作方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI396600B
TWI396600B TW099127938A TW99127938A TWI396600B TW I396600 B TWI396600 B TW I396600B TW 099127938 A TW099127938 A TW 099127938A TW 99127938 A TW99127938 A TW 99127938A TW I396600 B TWI396600 B TW I396600B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
gusset
welded
sheet
notch
substrate
Prior art date
Application number
TW099127938A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201114536A (en
Inventor
Hiroshi Shimanuki
Teppei Okawa
Original Assignee
Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp filed Critical Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp
Publication of TW201114536A publication Critical patent/TW201114536A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI396600B publication Critical patent/TWI396600B/zh

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/02—Seam welding; Backing means; Inserts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K37/00—Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K31/00—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K31/00—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups
    • B23K31/12—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups relating to investigating the properties, e.g. the weldability, of materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K33/00—Specially-profiled edge portions of workpieces for making soldering or welding connections; Filling the seams formed thereby
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D7/00—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
    • C21D7/02—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working
    • C21D7/04—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the surface

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Butt Welding And Welding Of Specific Article (AREA)

Description

面外角板熔接接頭及其製作方法 發明領域
本發明係有關以填角熔接(fillet weld)將二個板構材加以熔接而成的面外角板熔接接頭及其製作方法。尤其，係有關具良好疲勞特性的面外角板熔接接頭及其製作方法。
本申請基於2009年8月24日於日本所申請之專利申請案2009-193201號，主張優先權，並於此引用其內容。
 發明背景
為了加固(stiffen)構造體之板構材、或將該構造體之板構材裝設到其他構材(例如其他板構材)，而以從板構材之板面突出作為附屬金屬材料的方式，於構造體之板構材填角熔接、裝設其他板構材，而形成有面外角板熔接接頭。
眾知，當該熔接接頭有重複應力(repeated stress)作用時，由於例如有顯著的應力集中於熔接止端部、或有拉伸殘留應力形成於熔接止端部，則從該熔接止端部會產生疲勞龜裂，且疲勞特性會顯著下降。
作為其對策，習知，為了抑制熔接止端部的應力集中，歷來，採取了如對熔接接頭的熔接止端部，施加研磨處理、TIG熔修(dressing)處理、或裝飾推熔接(decorative buildup welding)等，來增大止端部的曲率之方法。又，為了減低熔接止端部的拉伸殘留應力，歷來，採取了如對熔接止端部施加噴珠法(shot peening)、鎚擊法(hammer peening)、雷射衝擊法(laser peening)、或水噴流撞擊(water jet peening)等衝擊處理(impact treatment)(鎚擊處理)或熔接後熱處理之方法。
近年，有提出如實施已用超音波振動之衝擊處理(以下有時亦記為UIT處理(Ultrasonic Impact Treatment：超音波衝擊處理))，將壓縮殘留應力導入熔接止端部、或改善熔接止端部之形狀之方法。
例如，專利文獻1中，為了以壓縮殘留應力之導入，促使提升材料的疲勞特性，而揭示有下述方法：對欲使改善疲勞特性之方向，在直角方向的材料表面上形成依超音波衝擊處理之複數條加工帶，並使於該加工帶之中形成3處以上的邊緣至少與加工帶呈直角方向。又，專利文獻2中，為了促使提升熔接部的疲勞強度，而揭示有下述方法：以超音波衝擊處理裝置，於熔接止端部的附近形成曲率半徑R在2mm以上、且寬在1mm以上之溝，並以11次/mm以上的方法，來形成熔接止端部之每單位長度的衝擊密度。又，專利文獻3中，揭示有利用超音波的衝擊處理裝置及衝擊處理方法。
第7A圖~第7D圖係顯示習知的面外角板熔接接頭之製作順序的立體示意圖，乃顯示有面外角板熔接接頭101的端部周邊熔接(boxing)部110附近的狀況。
將角板片103填角熔接至基板102(第7A圖~第7B圖)，而於填角熔接部109形成有熔接止端部107、107’。
而且，如第7C圖~第7D圖所示，於填角熔接部109當中，對端部周邊熔接部110的熔接止端部107施加衝擊處理，而形成有衝擊處理痕111。而，第7A圖~第7D圖乃顯示有於基板102側的熔接止端部107施加有衝擊處理之狀態。
先行技術文獻 專利文獻
專利文獻1：特開2006-167724號公報
專利文獻2：特開2006-175512號公報
專利文獻3：美國專利第6、171、415號公報
如上述藉由對面外角板熔接接頭的熔接止端部施加衝擊處理，以將熔接止端部的形狀，製成應力難以集中且平順的(曲線性)形狀，並緩和熔接止端部及其附近的拉伸殘留應力，而賦有壓縮殘留應力。其結果，可防止裂縫自熔接止端部及其附近產生，而改善疲勞特性。以此種方法，可大幅抑制來自熔接止端部之疲勞裂縫的產生所引發的疲勞壽命之降低，而明顯地提升疲勞特性，但在以填角熔接的面外角板熔接接頭中，對疲勞特性之提升有其極限。
本發明人等為了可使面外角板熔接接頭之疲勞特性更加提升，而對面外角板熔接接頭之端部周邊熔接部之熔接止端部，施加超音波衝撃處理，並就其疲勞壽命加以檢討。其結果發現，許多的疲勞裂縫是從熔接根部發生，而妨礙到疲勞特性之改善。即，由於以對熔接止端部之衝擊處理，可抑制住來自熔接止端部的裂縫之發生，但熔接止端部的下一個是從容易發生疲勞裂縫的熔接根部，發生及顯露疲勞裂縫，而對面外角板之疲勞壽命造成影響。
對於來自此種填角熔接部的熔接根部之疲勞裂縫之發生，很明顯地，只要將填角熔接的熔接部作成完全熔接滲透的熔接部，便可去除熔接根部，而提升疲勞特性。但，為了進行完全熔接滲透的熔接，必須實施廣範圍的溝槽(groove)加工，而熔接作業上需要很長的時間，且在角板片的定位點熔接(tack welding)時難以環扣住角板片。因此，熔接作業的負担極大，且會增加成本。
在本發明中，有鑑於上述狀況，以提供一種可在對熔接止端部施加衝擊處理後使疲勞特性加以提升的面外角板熔接接頭中，進一步使疲勞特性提升之熔接接頭及其製作方法為目的。
本發明人等檢討了解除應力集中到熔接根部的一種有效的方法。
第6A圖及第6B圖係說明重複應力起作用時，應力集中到面外角板熔接接頭1之端部周邊熔接部10的剖面示意圖。如第6A圖所示，本發明人等藉由使熔接根部8的位置，從第6B圖顯示之習知的位置C(角板片3之基板2側之長邊方向端部)，往較該位置C更靠近角板片3內側的位置B移動，來控制填角熔接之腿長(leg length)，而發現了可使疲勞特性提升的效果。即，如第6A圖所示，以控制填角熔接之腿長，緩和應力的分散途徑之陡度，並避免應力集中到熔接根部8，而有效地使喉深(throat depth)增加。因而，可抑制裂縫發生在熔接根部8及喉深部。於是，可充分發揮對熔接止端部的衝擊處理之效果，而進一步使疲勞特性加以提升。本發明人等經由上述檢討之結果，而完成了本發明。
即，本發明之要旨如下。
(1)本發明之一態樣的面外角板熔接接頭之製作方法，係具備基板、從該基板之表面突出的角板片、及填角熔接部者。其係將前述角板片之長邊方向之端部的板寬方向之一端，往板寬w之方向切開，形成一個具有缺口高度a、缺口長度x、及小於80°以下之缺口角度θ的缺口部；並以具有前述缺口部之前述角板片之前述板寬w之方向之端面，與前述基板之表面呈相對向的方式，來配置前述角板片，且以使前述角板片側之預定腿長d2 大於前述缺口高度a以上的方式，進行填角熔接，來形成前述填角熔接部；前述填角熔接部係前述角板片側之腿長d2 ’大於前述角板片之板厚t2 的1/3以上，且該腿長d2 ’、前述基板側之腿長d1 ’、熔接滲透長度x’、及熔接滲透角度θ’滿足x’+d1 ’>d2 ’/sinθ’者；並且，於前述填角熔接部當中，對至少端部周邊熔接部之前述基板側的熔接止端部，施加可使疲勞特性改善的衝擊處理。
(2)上述(1)之面外角板熔接接頭之製作方法中，前述缺口角度θ為大於45°以上、小於75°以下亦可。
(3)本發明之一態樣的面外角板熔接接頭，係具備基板、從該基板之表面突出的角板片、及填角熔接部者，在前述填角熔接部中，前述角板片側之腿長d2 ’大於前述角板片之板厚t2 的1/3以上，且該腿長d2 ’、前述基板側之腿長d1 ’、熔接滲透長度x’、及熔接滲透角度θ’滿足x’+d1 ’>d2 ’/sinθ’，並且，於前述填角熔接部當中，至少端部周邊熔接部之前述基板側的熔接止端部，形成有衝擊處理痕跡。
(4)上述(3)之面外角板熔接接頭中，前述熔接滲透角度θ’為大於30°以上、小於75°以下亦可。
但，在角板片之長邊方向的剖面端部，熔接滲透長度x’係從點C’到熔接根部8為止的長度，該點C’係從角板片側的熔接止端部7’垂下至基板的垂線之垂足(foot of a perpendicular)。熔接滲透角度θ’係由線段7’8與線段8C’所形成之角度。此外，缺口高度a係從基板之表面到角板片缺口部之缺口位置A之高度。缺口長度x係從形成缺口部前的角板片之基板側之長邊方向的端部角C，到形成缺口部後的角板片之基板側之長邊方向的端部位置B為止的長度。缺口角度θ係由缺口部之線段AB與線段BC所形成之角度。
與未於角板片設置缺口之熔接根部相比，將角板片之長邊方向端面的基板側之角部予以切開，而於角板片設置缺口部，並將該角板片加以填角熔接至基板所得的熔接接頭中，熔接根部更可確實地往角板片之長邊方向大幅熔接滲透，而增加喉深。此外，在該熔接接頭中，由於有對應熔接根部位置來調整腿長，因此與以同長度將角板片側之腿長及基板側之腿長加以填角熔接之情況相比，更可加深喉深。
如此一來，與習知的熔接接頭相比，可將喉深增深大約25%以上，因此如第6A圖所示，可緩和應力集中至端部周邊熔接部，以防止來自熔接根部的疲勞破壞，而促使大幅提申面外角板熔接接頭之端部周邊熔接部的疲勞強度。
圖式簡單說明
第1圖係示意性顯示本發明之一實施形態中，熔接後的面外角板熔接接頭之第4B圖的A-A視局部剖面圖。
第2圖係示意性顯示本實施形態中，衝擊處理後的面外角板熔接接頭之第4D圖的B-B視局部剖面圖。
第3圖係顯示本實施形態中，面外角板熔接接頭之其他形態的局部剖面圖。
第4A圖係顯示本實施形態中面外角板熔接接頭之製作順序的立體示意圖。
第4B圖係顯示本實施形態中面外角板熔接接頭之製作順序的立體示意圖。
第4C圖係顯示本實施形態中面外角板熔接接頭之製作順序的立體示意圖。
第4D圖係顯示本實施形態中面外角板熔接接頭之製作順序的立體示意圖。
第5圖係顯示本實施形態中面外角板熔接接頭之角板片之其他形態的立體示意圖。
第6A圖係說明在本實施形態中，重複應力起作用時，應力集中至面外角板熔接接頭之端部周邊熔接部之狀況的剖面示意圖。
第6B圖係說明重複應力起作用時，應力集中至面外角板熔接接頭之端部周邊熔接部之狀況的剖面示意圖。
第6C圖係說明重複應力起作用時，應力集中至面外角板熔接接頭之端部周邊熔接部之狀況的剖面示意圖。
第7A圖係顯示習知的面外角板熔接接頭之製作順序的立體示意圖。
第7B圖係顯示習知的面外角板熔接接頭之製作順序的立體示意圖。
第7C圖係顯示習知的面外角板熔接接頭之製作順序的立體示意圖。
第7D圖係顯示習知的面外角板熔接接頭之製作順序的立體示意圖。
第8圖係顯示喉深及喉深之位置的剖面示意圖。
 用以實施發明之形態
以下，將具體說明本發明。
第1圖係顯示在第4B圖之面外角板熔接接頭1的角板片3之長邊方向的縱剖面─即第4B圖之A-A視剖面─的示意圖，乃顯示有對熔接止端部7實施衝擊處理前之狀態。第2圖係顯示第4D圖之B-B視剖面的示意圖，乃顯示有對熔接止端部7施加衝擊處理而形成有衝擊處理痕後之狀態。
在本發明之一實施形態中，為了促使提升熔接接頭之疲勞特性，而於角板片的角部設置缺口部，以確保夠大喉深，使重複應力對熔接根部之集中得以減少。即，如從第6A圖及第6B圖可知，喉深將會變大。而，喉深在JIS Z 3001中，係定義為從填角熔接之剖面的根部(熔接根部8)到表面為止之距離，為第8圖中的距離t。因此，依照熔接金屬表面與基材表面交接的熔接止端部7、7’之位置、或熔接金屬之熔接滲透形狀，從熔接根部8到熔接金屬表面為止之最短距離，有時會成為熔接根部8與熔接止端部7之距離、或熔接根部8與熔接止端部7’之距離。即，從熔接根部8到熔接金屬5表面為止之距離呈最小的熔接金屬5之表面上的點13(喉深之端點)，有時會與熔接止端部7或熔接止端部7’一致。
在第1圖及第2圖中，如下述來定義在熔接金屬5之各點及各尺寸。基板2側之熔接止端部7的位置係定義為點7，角板片3側之熔接止端部7’的位置係定義為點7’，熔接根部8的位置係定義為點8，而從角板片3側之熔接止端部7’往熔接前基板2之表面(線段78)垂下的垂線之垂足係定義為點C’。又，熔接後的熔接根部8與點C’之距離係定義為熔接滲透長度x’(mm)，線段7’8與線段8C’所形成之角度係定義為熔接滲透角度θ’(°)，線段7C’之大小係定義為基板2側之腿長d1 ’(mm)，而線段7’C’之大小係定義為角板片3側之腿長d2 ’(mm)。而，腿長係定義為從點C’到填角熔接之止端(熔接止端部7、7’)為止之距離。如後述，係將以改變熔接條件及腿長等條件而設置有缺口部4的角板片3，加以填角熔接至基板2，而製造出如第1圖所示之熔接接頭1。對該熔接接頭1之端部周邊熔接部10的熔接止端部7’施加超音波衝擊處理後，以疲勞試驗調查出如第2圖所示之熔接接頭1的疲勞特性。又，分別調查出基板2側之腿長d1 ’(mm)、角板片3側之腿長d2 ’(mm)、熔接滲透角度θ’(°)、及熔接滲透長度x’(mm)與疲勞特性之關係。而，端部周邊熔接部10係由以端部周邊熔接而形成之熔接部，以及形成於角板片之長邊方向端面之熔接部所形成。
其結果可知，在以於角板片3設置缺口部4、並進行熔接所得之熔接接頭1中，較未於角板片設置缺口部的熔接接頭相比，更可加深喉深，且具良好疲勞特性。但，當腿長d1 ’很小時，喉深部(熔接金屬5最薄的部分)之端點(在第8圖之點13)可能會靠近最有可能從角板片3側發生疲勞裂縫之基板2側之熔接止端部7。因此，從促使提升基板2側之熔接止端部7的疲勞特性之觀點可知，不宜將腿長d1 ’作得太小。
因而，在本實施形態中，係以熔接滲透長度x’及腿長d1 ’滿足下述式<1>的方式，而規定有熔接後之基板2側的熔接止端部7之位置、與最低限度的熔接滲透量。藉此，可避免喉深部之端點13成為基板2側之熔接止端部7，而確保具良好疲勞特性。
x’+d1 ’>d2 ’/sinθ’……<1>
又’熔接滲透長度x’及腿長d1 ’亦可滿足下述式<1’>。
x’+d1 ’<10d2 ’/sinθ’……<1’>
而，由於往角板片3中之熔接滲透(熔融線6往角板片3中之移動)變得愈深，熔接滲透角度θ’會變得愈小，因此在確保喉深之點上相當適宜。但，例如，在預先所需的溝槽加工上費時費力、為了確保熔接滲透而變得必須有複數條熔接路徑、或在熔接前的構材之環扣上費時費力，而使熔接作業時間增長。因此，熔接滲透角度θ’以35°~60°為佳。又，當熔接滲透角度θ’超過75°時，熔接滲透長度x’會很小，因此為了確保夠大的喉深而必須增加腿長d2 ’，且多層熔接(multilayer welding)等熔接作業相當費力。
本發明人等為進一步促使提升面外角板熔接接頭之疲勞特性，而調查出在具備形成有缺口部之角板片之熔接接頭之腿長的影響。即，以設置有缺口部的角板片，使角板片側之熔接腿長d2 ’，在角板片之板厚t2 的1/3倍到板厚t2 之5/7倍之間作變化來進行填角熔接，而製作出熔接接頭。而，以滿足<1>式的方式，使熔接滲透角度θ’在30°~75°之間作變化，而使基板側之腿長d1 ’大致呈恆定。對如此所製作出的熔接接頭之端部周邊熔接部的熔接止端部，施加用以改善疲勞特性的超音波衝擊處理後，以疲勞試驗，調查出熔接接頭之疲勞特性。
其結果發現，在已用設置在缺口部之角板片的熔接接頭中，一旦角板片側之腿長很小，則可能會有如第6C圖所示，在喉深部有強烈的應力流動，而從角板片3側之熔接止端部7’附近發生疲勞裂縫、或從熔接根部8發生疲勞裂縫，而貫通熔接金屬5的情況發生。因此，從促使提升疲勞特性之點可知，不宜將角板片側之腿長作得很小。故，再就角板片側之腿長加以檢討後之結果可知，為了使流過熔接金屬喉深部的應力降低，可藉由將角板片側之腿長d2 ’設在大於角板片之板厚t2 的1/3以上，來大幅提升疲勞特性。
因此，在本實施形態中，角板片側之腿長d2 ’乃在大於角板片之板厚t2 的1/3以上。在本實施形態之面外角板熔接接頭中，可藉由以角板片之板厚，來決定角板片側之腿長，而緩和在喉深部的應力集中。因此，可有效地發揮衝擊處理對熔接止端部7的疲勞特性之改善效果，而使熔接接頭之疲勞特性大幅提升。而，在慮及角板片之尺寸下，則是將腿長d2 ’設在小於角板片之板寬w以下。
在本實施形態之面外角板熔接接頭中，係如上述來規定角板片側之腿長d2 ’與角板片之板厚t2 之關係，並且以<1>式而規定有熔接滲透長度x’、熔接滲透角度θ’、基板側之腿長d1 ’、以及角板片側之腿長d2 ’之間的關係。由該等關係，可充分確保熔接部之喉深，並緩和在喉深部的應力集中。此外，對端部周邊熔接部之熔接止端部，施加用以改善疲勞特性的超音波衝撃處理，以使疲勞特性提升。再者，為了使應力集中減低，可增大基板側之腿長d1 ’、或可將熔接止端部7之形狀預先製作呈滑順狀態。
以下，將說明本發明一實施形態之面外角板熔接接頭之有效率的製作方法。
第4A圖~第4D圖係示意性地說明本實施形態之面外角板熔接接頭之製作方法順序的局部立體圖。面外角板熔接接頭1具備基板2(板厚t1 (mm))及角板片3(板厚t2 (mm))，該角板片3係已填角熔接在基板2之表面上者。而，垂直於基板2表面之方向(基板2之板厚t1 方向)與角板片3之板寬w方向(高度方向)一致。又，與角板片3之板寬w方向及板厚t2 方向呈正交之方向，乃角板片3之長邊方向。包含與板厚t2 (在該長邊方向之端面者)呈同方向之邊(角隅)的部分，乃角板片3之角部。
在本實施形態之面外角板熔接接頭中，於矩形之角板片3形成有缺口部4，該缺口部4係其基板2側之角部(角隅部)朝高度(板寬w)方向有切口者(第4A圖)。該缺口部4具有a(mm)及x(mm)之尺寸，前者係從與基板2呈相對向之角板片3之角部，到角板片3之高度方向(角板片3之板寬w方向)之尺寸，而後者係從與基板2呈相對向之角板片3之角部，到角板片3之長邊方向(朝向角板片3之長邊方向之中心的方向)之尺寸。
以具有缺口部4之角板片3的板寬w方向之端面與基板2之表面呈相對向的方式，將角板片配置在基板2上。爾後，將具有缺口部4的角板片3加以填角熔接於基板2。其結果是於角板片3與基板2呈相對向之面的周圍(四邊附近)，將形成填角熔接部9，而於該填角熔接部9當中，角板片3之長邊方向的端部(第4B圖所示之角板片3的右側端部)的周圍，將形成端部周邊熔接部10(第4B圖)。於如此所形成的填角熔接部9當中，對至少端部周邊熔接部10之熔接止端部7、7’附近，例如以超音波衝撃處理裝置12，施加使疲勞特性改善的衝擊處理(第4C圖)。其結果，係將在熔接止端部7、7’形成衝擊處理痕11(第4D圖)。
如第4A圖~第4D圖所示，面外角板熔接接頭通常多具有角板片之高度方向的長度(板寬w)大於板厚方向之長度(板厚t2 )以上之形狀(t2 ≦w)。即，係以板厚方向之端面與基板之板面呈相對向的方式，配置角板片，並將該端面之周圍(四邊)予以填角熔接至基板，而形成有如第4A圖~第4D圖所示之形狀的面外角板熔接接頭。因此，以下以如第4A圖~第4D圖所示之形狀的面外角板熔接接頭為例加以說明。
而，在本實施形態中，角板片之形狀並不限於以第4A圖~第4D圖所示之形狀(t2 ≦w)。例如，角板片之形狀亦可為如第5圖所示之形狀(t2 >w)。即，亦可為角板片之高度方向的長度(板寬w)小於板厚方向之長度(板厚t2 )之形狀。
又，端部周邊熔接部係形成於具有缺口部之角板片之角部(板厚方向之端面四角)。在此，為了簡便說明，以形成於角板片之長邊方向端部的端部周邊熔接部為例加以說明。
第1圖係顯示有在第4B圖之面外角板熔接接頭1的角板片3之長邊方向的縱剖面。即，第1圖係顯示第4B圖之A-A視剖面的示意圖，乃顯示出對熔接止端部7施加衝擊處理前之狀態。第2圖係顯示第4D圖之B-B視剖面的示意圖，乃顯示出形成有對熔接止端部7施加改善疲勞特性之衝擊處理後的衝擊處理痕11之狀態。
如第1圖及第4B圖所示，角板片3之長邊方向之端部(形成端部周邊熔接部10之端部)的角部當中，基板2側之角部呈缺口，而形成有缺口部4。該缺口部4乃用以增大以熔接金屬5所接合之面積、以充分確保喉深而形成者。
於第1圖中定義在填角熔接前之缺口部4之各點及各尺寸。缺口前的四角形狀之角板片3的長邊方向之端部─基板2側之角─係定義為角C。又，從角板片3側的基板2表面到基板2的高度方向離有缺口高度a(mm)、且在角板片3之長邊方向的端面位置，乃定義為位置A。即，在第1圖中的位置A，係從角C到角板片3之寬w方向(基板2之高度方向)離有缺口高度a(mm)之位置。此外，從角板片3之角C到角板片3之內側(從角板片3之端部、朝向角板片3之長邊方向之中心的方向)離有缺口長度x(mm)之位置，乃定義為位置B。而且，從位置A往熔接前之基板2表面(線段78)垂下的垂線之垂足，乃定義為點C”。該點C”與位置B之間的距離，乃定義為表面上看起來的缺口長度x”。在第1圖中，以位置A、位置B及角C所包圍之三角形的範圍，係往板厚方向呈缺口，而形成有缺口部4。又，在第1圖中，缺口長度x與表面上看起來的缺口長度x”一致。
在此，在第1圖及第2圖中，角C與點C’一致。即，從缺口位置A往熔接前之基板2表面(線段78)垂下的垂線之垂足、與從角板片3側之止端部7’往熔接前之基板2表面(線段78)垂下的垂線之垂足，乃以重疊的同一位置顯示。此時，角板片3之長邊方向的端面，乃對與基板2之上面呈正交。
而，該兩者有時亦有未呈正交之關係。例如，在第3圖中示意性顯示的熔接接頭之局部剖面圖中，缺口前的角板片3之形狀與第1圖所示之形狀相異。如此一來，在如第3圖所示之梯形的角板片的情況下，角C與點C’之位置將會相異。又，第3圖中的缺口長度x，與第1圖中的缺口長度x相較之下，會依照角C與點C”之間的距離而變長。以下，將以第1圖之面外角板熔接接頭1的情況為例加以說明。又，在扇形部的填角熔接的情況下，缺口長度x會依照角C與點C”之間的距離而變短。
該缺口高度a(從位置A到角C為止之長度)，必須以小於熔接接頭1之角板片3側的預定腿長d2 以下的方法而設定。一旦缺口高度a超過預定腿長d2 ，則於角板片3側之端部周邊熔接部，可能將殘留無法以熔接金屬5覆蓋的缺口部，而無法取得健全的熔接部。又，缺口部4只要形成於角板片3即可，因此對缺口高度a之下限並無特別規定。但，若缺口高度a過小，則以熔接而接合之面積會變小，因而會使抑制疲勞裂縫發生之效果降低。在一般以三條路徑以下熔接角板片3的情況下，係以缺口高度a在角板片3側之預定腿長d2 的80~90%為佳。
即，缺口高度a與預定腿長d2 之關係必須滿足下述<2>式，而以滿足下述<3>式為佳。
0<a≦d2 ……<2>
0.8d2 ≦a≦0.9d2 ……<3>
又，缺口高度a與角板片3側之腿長d2 ’之關係，係滿足下述<4>式。
d2 ’>a……<4>
而，預定腿長d1 、d2 係作為填角熔接時之目標之腿長。
另一方面，如第1圖所示，將線段AB與線段BC所形成之角度定義為缺口角度θ。該缺口角度θ係角板片3之缺口部4的缺口面S、與熔接前之基板2表面所形成之角度(形成缺口面之線段、與形成熔接前之基板上面之線段所形成的角度)。缺口角度θ、缺口長度x、與缺口高度a之間的關係，為了滿足下述<5>式，而從下述<6>式導出下述<7>式。
a/x=tanθ……<5>
a≦d2 ……<6>
xtanθ≦d2 ……<7>
於是，必須以滿足上述<7>式的方式，來設定缺口部4之尺寸(缺口長度x及缺口角度θ)。但，若慮及第3圖之情況，則表面上看起來的缺口長度x”、與缺口角度θ必須滿足下述<8>式。
x”tanθ≦d2 ……<8>
缺口長度x(mm)(或表面上看起來的缺口長度x”)只要滿足上述關係即可，並無特別規定。但，若缺口長度x變得過長，則缺口角度θ會變得過小。因此，會有以線段AB與線段BC所包圍之部分的間隙，在位置B的附近變得尤其狹隘，而難以於熔接時傳送熔接線或熔接棒等熔接材料的情況發生。此時，可能會產生熔接金屬無法充分送達至位置B，而造成熔接金屬之填充不足或熔接滲透不足等熔接不良的狀況發生。
又，一旦缺口角度θ變大，則缺口長度x會變短、或缺口部之表面積會變小。因此，缺口部4─將以熔接所接合之面積予以增大而使發生於根部之應力減低─之效果將會變小。
因此，為了使以熔接所接合之面積增大，係在x滿足上述<1>式的範圍內，以不會產生熔接不良又可確保缺口面積增大的方式，來選定缺口角度θ與缺口長度x即可。
又，為了減少熔接止端部7之應力集中，腿長d1 ’以盡可能大的程度為佳。又，為使易於後續之超音波衝擊處理，熔接止端部7及7’以盡可能可滑順熔接者為佳。
本發明人等準備形成有缺口部(以缺口高度a、缺口角度θ、及缺口長度x當中至少一個條件相異的方式而形成)的各種角板片，以恆定的預定腿長d2 之填角熔接而製作出熔接接頭。對該熔接接頭之端部周邊熔接部之熔接止端部進行超音波衝擊處理後，以疲勞試驗調查出疲勞特性。其結果證實，當缺口角度θ在小於80°以下時，可確實使熔接接頭之疲勞特性加以提升。因此，缺口部之缺口角度θ在小於80°以下。而，缺口角度θ之下限並無特別限制。當缺口角度θ在大於45°以上時，基板與角板片之間的間隙(缺口部之縫隙)夠充足，因而可確實使熔接線達至熔接根部。此時，可在較短時間內，有效又穩定地取得充分的熔接滲透。又，當缺口角度θ在小於75°以下時，可充分確保缺口長度x與喉深。此時，熔接接頭之疲勞特性有充分提升。於是，缺口角度θ以在45°以上、75°以下為佳。較佳者，是該缺口角度θ在50°以上、70°以下。
如以上，與未形成缺口之情況相比，藉由將缺口部設置在施有端部周邊熔接的角板片之長邊方向之端部、並加以填角熔接，可使填角熔接之熔接根部遠離熔接止端部，而使喉深增加。其結果，可緩和因重複應力之力之流動集中至熔接根部，而使熔接接頭之疲勞特性加以提升(參考第6A圖)。為了避免如上述於填角熔接部產生熔接滲透不足等熔接不良的情況，通常，係確保充分的熔接滲透並加以熔接。在本實施形態中，亦是以於包含熔接根部之位置B(參考第1圖、及第2圖)的部分，不會產生熔接滲透不足等熔接不良的方式，確保充分的熔接滲透而加以熔接。
如前述，係以熔接滲透長度x’與基板側之腿長d1 ’滿足上述<1>式的方式，將腿長d1 ’、d2 ’與熔接滲透角度θ’列入考量來進行熔接。其結果，可在熔接後之基板側的熔接止端部確保最低限度的熔接滲透量。於是，可避免喉深的最薄部分成為基板側的止端部，而確保良好的疲勞特性。
而，腿長d1 ’、d2 ’相對於預定腿長d1 、d2 ，乃分別滿足下述<9>及<10>式。
d1 ’≧d1 ……<9>
d2 ’≧d2 ……<10>
藉由如上述設置缺口部，可有效地製作如滿足上述<1>式之熔接接頭。
本發明人等為了如前述使面外角板熔接接頭之疲勞特性更加以提升，而以形成有缺口部之角板片，調查了在填角熔接部之腿長d1 ’及d2 ’之影響。其結果發現，一旦角板片側之腿長d2 ’很小，則相對於角板片之板厚t2 ，喉深會變小，因此在喉深部的應力會變高。此外並發現，藉由將角板片側之腿長d2 ’設成大於角板片之板厚t2 的1/3以上，可使熔接接頭之疲勞特性大幅提升。
因此，在本實施形態之熔接接頭之製作方法中，係以角板片側之腿長d2 ’大於角板片之板厚t2 的1/3以上(下述<11>式)的方式，來進行熔接。由於藉由控制角板片側之腿長d2 ’與角板片之板厚t2 之關係，可進一步確保充分的喉深，因此可使熔接根部之發生應力降低，而使熔接接頭之疲勞特性大幅提升。
d2 ’≧t2 /3……<11>
而，在平時的熔接中，基板側之腿長d1 ’與角板片側之腿長d2 ’多呈大致同樣的長度。但，必須基板側之腿長d1 ’滿足上述<1>式，且角板片側之腿長d2 ’滿足上述<1>式及上述<11>式。
如上述，在本實施形態之面外角板熔接接頭之製作方法中，係以在角板片設置預定缺口部，使角板片側之腿長d2 ’大於角板片之板厚t2 的1/3以上、且滿足<1>式的方式，來取得充分的熔接滲透，進行填角熔接。
而，宜以角板片之缺口角度θ在45°以上、75°以下的範圍內，形成缺口部。又，宜以取得充分的熔接滲透進行熔接之方式，來取得熔接滲透角θ’在30°以上、75°以下範圍內的填角熔接部。
如此一來，可藉由在角板片設置缺口部，充分確保熔接滲透來進行熔接，而使以熔接金屬所接合之各構材的剖面積增加，而大為確保喉深。因而可使發生於熔接根部的應力降低，並有效地使熔接接頭之疲勞特性大幅提升。
其次，在本實施形態之熔接接頭中，係於如上述所形成之填角熔接部當中，對至少端部周邊熔接部之熔接止端部，施加使熔接止端部本身之疲勞特性改善的衝擊處理。
該衝擊處理至少必須對在加有重複應力時，易發生疲勞裂縫的端部周邊熔接部之基板側之熔接止端部實施。但，亦可對端部周邊熔接部、或填角熔接部的所有熔接止端部施加衝擊處理。
使疲勞特性改善的衝擊處理亦可為噴珠法、鎚擊法等鎚擊處理。該衝擊處理方法並無特別限定。即，只要將熔接止端部加以衝擊到無法判別出衝擊處理前之熔接止端部的止端線之位置的程度，而使滑順的谷部形成於熔接止端部，以塑性流動(plastic flow)賦予壓縮殘留應力即可。
但，由於超音波衝撃處理裝置之衝擊處理(UIT處理)相當有效率，因此非常合適。對熔接止端部的該UIT衝撃處理之條件並無特別限定。此時，以因應材料(構材)所需之疲勞特性，進行適宜的UIT衝撃處理為佳。
以下，將舉例明示以超音波衝撃裝置施加衝擊處理(UIT處理)的情況。衝擊處理中，宜在下述範圍內使超音波衝撃痕11形成：即，垂直於熔接止端部之熔接線的剖面之曲率半徑r為1.0mm以上、10.0mm以下，而從鋼材(基板或角板片)表面往鋼材的厚度方向之深度f為0.05mm以上、1.0mm以下。較佳者，是該深度f在0.1mm以上、0.4mm以下。
衝擊處理痕(超音波衝擊痕)11之曲率半徑r在大於1.0mm以上時，可充分緩和應力集中至填角熔接部。又，該曲率半徑r在10.0mm以下時，隨著曲率半徑r之增加，緩和應力集中之效果亦會增加。此時，可進一步使熔接接頭之耐疲勞特性加以提升。可慮及處理時間來適宜地決定該曲率半徑r。而，衝擊處理痕(超音波衝撃痕)11通常係以熔接止端部7、7’為中心而形成。但，衝擊處理痕(超音波衝撃痕)11宜以包含熔接金屬5及熔接熱影響部之至少一部分的方式而形成。因此，宜以慮及促使衝擊處理痕11形成的位置，來選定超音波衝撃位置、及超音波衝撃痕之曲率半徑r。
又，對基板2或角板片3的衝擊處理痕(超音波衝撃痕)11之深度f在小於1.0mm以下時，隨著該深度f之增加，解放熔接止端部7附近的拉伸殘留應力之效果、或賦予壓縮殘留應力之效果亦會增加。因此，可預期熔接接頭的耐疲勞特性的大幅度提升。又，一旦增大深度f，則需要有充分的時間，因此需慮及效率來決定深度f。於是，超音波衝撃痕11之深度f以在小於1.0mm以下為宜。而，超音波衝撃痕11之深度f並無特別限制。以無法判別衝擊處理前之熔接止端部的止端線之位置之量而言，超音波衝撃痕11之深度f例如亦可在0.05mm以上。
又，用以實施超音波衝撃處理的超音波衝撃裝置12，例如，可使用前述專利文獻1~3中所揭示之裝置。可在慮及使形成的超音波衝撃痕11之形狀等條件的情況下，選定超音波衝撃裝置12之振動端子(稍)的形狀。
例如，宜將超音波衝撃裝置12前端之軸方向剖面的曲率半徑設在1.0mm以上、10mm以下。該前端形狀，將成為衝擊處理後超音波衝撃痕11的形狀。因此，一旦該曲率半徑過小，則於熔接止端部會形成缺口狀之溝，且應力集中會變高。另一方面，一旦曲率半徑過大，則因熔接焊珠之形狀，即便以衝擊處理衝擊熔接止端部，亦難以使預定曲率半徑r的超音波衝撃痕11形成。於是，為了確實形成預定曲率半徑r的超音波衝撃痕，超音波衝撃裝置12前端之軸方向剖面的曲率半徑在1.0mm以上、10mm以下的範圍內為佳。又，該曲率半徑在1.5mm以上、5.0mm以下較佳。
有關超音波衝撃處理之條件，亦只要依照用途所需之疲勞特性來適當地選擇即可。因此，超音波衝撃處理之條件並無特別限定。例如，宜以20kHz以上、50kHz以下的頻率使振動端子振動，並以0.01kW以上、4kW以下的功率(power)實施超音波衝撃。但，由於未有須以超音波振動進行衝擊之必要，因此亦可在以20kHz以下的低頻率、或不連續週期來進行衝擊。藉此，熔接止端部表面之金屬可塑性流動，來解放伴隨填角熔接部之冷卻而形成之拉伸殘留應力，而使壓縮之殘留應力場形成。又，藉由以加工所發生之熱不會從熔接止端部表面逸散的絕熱狀態，來施加重複超音波衝撃處理，可對熔接止端部附近施予如與熱鍛(hot forging)相同的作用。其結果，可使熔接止端部附近之結晶組織小型化，而改善熔接接頭之疲勞特性。
實施例
基板中，使用了JIS G3106所記載之鋼種JIS SM490B的鋼板(板厚14mm×寬50mm×長度500mm)。又，角板片中，使用了與基板同鋼種的鋼板(板厚14mm×寬50mm×長度100mm)。如第4A圖所示，將該角板片配置在基板上。即，使角板片之長邊方向與基板2之長邊方向一致，並使角板片之寬方向、與垂直於基板上面之方向一致。又，於基板之長邊方向及寬方向之大致中央部(上面的中心部)配置有角板片。
將如上述所配置之角板片填角熔接於基板，而製作出面外角板熔接接頭的試驗體。而，於基板下面亦設置有與基板上面的角板片相同的角板片(未圖示)。該下面之角板片的位置，係與上面之角板片的位置相同的位置。製作20體的面外角板熔接接頭之試驗體，並於該等20體當中，就其中16體於角板片設置有缺口部。此外，於該等16體當中，就其中2體，使用了與基板為同鋼種、且較其他14體之角板片板厚更厚的鋼板(板厚20mm×寬50mm×長度100mm)作為角板片。又，如第7B圖所示，於角板片未形成缺口部之4體的試驗體，係習知例的面外角板熔接接頭試驗體。
上述試驗體當中，就其中16體的試驗體，將角板片的長邊方向兩端的基板側之角部切開一部分缺口，而形成了缺口部4。此時，以滿足<2>式的方式決定缺口高度a與預定腿長d2 ，並且使缺口角度θ(基板表面與角板片之缺口面所形成之角度)在25~80°之間變化，而改變了缺口長度x。
而，角板片側之預定腿長d2 及基板側之預定腿長d1 係基於熔接設計基準等而分別設定。
上述試驗體皆以作為熔接線而用有YGW-11(JIS Z3321：線徑1.4mm)之二氧化碳氣體半自動熔接(GMAW：電壓35V、電流350A、速度3mm/sec、及氣體組成CO2 100%)加以熔接。
又，角板片側之腿長d2 ’係在角板片之板厚t2 的1/4以上、3/4以下範圍內。又，基板側之腿長d1 ’除了1體的試驗體以外，乃與角板片側之腿長d2 ’呈大致同等長度。該等腿長d1 ’及d2 ’除了1體的試驗體以外，分別大於基板側之預定腿長d1 、及角板片側之預定腿長d2 以上。
對如此所製作之面外角板熔接接頭試驗體之端部周邊熔接部之基板側的熔接止端部，以超音波衝撃處理裝置實施UIT處理，而形成了衝擊處理痕。該超音波衝撃處理裝置之振動端子(稍)前端之軸方向剖面的曲率半徑為1.0~10.0mm。又，UIT處理之條件為振動數：27kHz、功率：1kW。此外，在端部周邊熔接部之基板側的熔接止端部附近，形成有曲率半徑r在1.0~10.0mm、且表面深度f在小於1.0mm以下的衝擊處理痕。而，為加以比較，而未對上述20體之試驗體當中的2體施加UIT處理。
對最終所製作的所有面外角板熔接接頭之試驗體，施加了疲勞試驗。在該疲勞試驗中，測試了在應力振幅100MPa及應力比0.1的條件下直至斷裂為止之重複次數。
又，疲勞試驗後，沿著長邊方向將角板片板厚的大約中心部分予以切斷，而製作出用於剖面觀察之試料。以硝太蝕劑(nital)腐蝕該試料(試驗體)的長邊方向兩端部的端部周邊熔接部附近，而測定了熔接滲透長度(熔接金屬之侵入長度)x’、腿長d1 ’、腿長d2 ’、與喉深t。又，觀察了熔接止端部之衝擊處理部的形狀。
其結果顯示於表1。
而，表1之腿長d1 ’、腿長d2 ’、及喉深t，係形成有端部周邊熔接部之各位置(四個地方)的平均值。即，對腿長d1 ’、腿長d2 ’、及喉深t，乃有慮及角板片之長邊方向兩端部之端部周邊熔接部、及基板兩面之端部周邊熔接部。疲勞特性(直至斷裂為止的重複次數)係各試驗體之值。
在實施有UIT處理的No.2~5、7~20之試驗體中，於熔接止端部皆形成有衝擊處理痕，在曲率半徑r為1.0~10.0mm、且從鋼材表面到基板之厚度方向的深度f在小於1.0mm以下範圍內，而熔接止端部之形狀為曲線形。
如表1所示，於角板片未設置缺口部時，未施加有UIT處理的習知例─No.1之試驗片，與施加有UIT處理的習知例─No.2之試驗片在相較之下，其疲勞特性較為劣化。以此比較，確認了以UIT處理之疲勞特性之改善。又，在No.6之試驗片中，雖於角板片設置有充分的缺口部，且熔接接頭之各尺寸(例如，腿長d1 ’、d2 ’)皆滿足了<1>式，但未施加有UIT處理。因此，直至斷裂為止的重複次數為30萬次左右。該重複次數，與未施有UIT的No.1試驗體為同水準。如此一來，即便在形成有缺口部，且確保有腿長d1 ’、d2 ’之情況下，亦無法發揮因喉深之擴大所帶來的疲勞特性之改善效果。
在No.8及No.11之試驗體中，未於角板片設置缺口部，且熔接接頭之各尺寸並未滿足<1>式。此外，角板片側之腿長d2 ’亦不夠充分。因此，即便施加有UIT處理，亦無法使熔接接頭之疲勞特性提升。
又，在No.9、10及12之試驗體中，雖於角板片設置有缺口部，但角板片側之腿長d2 ’並未滿足上述<11>式。因此，無法使熔接接頭之疲勞特性提升。
在No.11及12之試驗體中，由於相對於角板片之板厚t2 ，腿長d2 ’較短，因而無法取得對應角板片之板厚t2 的喉深。因此，在喉深部之應力變高、且熔接金屬斷裂，而No.11及12之試驗體之壽命皆不太長。
相對於上述試驗體，於角板片形成具有充分尺寸的缺口部、且以滿足填角熔接部之尺寸(例如，上述<1>式)的條件加以填角熔接而施加有UIT處理之No.3及4之試驗體中，如表1中所示可知，熔接接頭之疲勞特性有大幅提升。
在No.13之試驗體中，與No.3之試驗體相較下，其缺口角度θ較小，且初期的缺口角度θ小於45°。於是，為了充分確保對熔接根部的熔接滲透，而加長了熔接時間。其結果發現，可充分確保最終的熔接滲透量、且熔接滲透長度x’滿足<1>式，而使疲勞特性提升之效果。而，當缺口角度θ很小時，為了確保對熔接根部的熔接滲透，必須有高度熔接技術及時間。因此，工業上，宜將缺口角度θ設定在適當範圍內。
在No.5之試驗體中，具有充分的尺寸之缺口部及填角熔接部。因此，與於角板片未形成缺口部的No.2之試驗體相較下，其熔接接頭之疲勞特性有改善。
在No.14之試驗體中，與No.13之試驗體相異，其缺口角度θ有超過75°。在該試驗體中，最終以熔接使缺口部充分熔接滲透。此時，熔接滲透角度θ’為75°，且填角熔接部之尺寸有滿足上述<1>式。其結果發現了熔接接頭之疲勞壽命的延長效果。又，由於No.14之試驗體的熔接滲透角度θ’較No.5之試驗體更小，因此No.14之試驗體的疲勞特性較No.5之試驗體更高。
在No.15之試驗體中，熔接滲透角度θ’小於45°、並發現有疲勞壽命之延長。與No.13之試驗體相同，熔接滲透角度θ’愈小愈好，但若慮及如上述現實面的熔接之熔接滲透量，則以大於30°以上為宜。
No.16及17之試驗體係其基板側之腿長d1 ’相對上較小之例。在No.16之試驗體中，由於填角熔接部之尺寸未滿足<1>式，因此熔接止端部之應力集中變大，而無法取得疲勞壽命之延長效果。另一方面，在No.17之試驗體中，填角熔接部之尺寸有滿足<1>式，且確認有使熔接接頭之疲勞特性提升之效果。
又，No.18之試驗體係其熔接滲透長度x’相對上較小之例。在該試驗體中，由於填角熔接部之尺寸未滿足<1>式，因此熔接止端部之應力集中變大，而無法取得疲勞壽命之延長效果。
No.19之試驗體係其缺口高度a較預定腿長d2 及腿長d2 ’更大之例。在該試驗體中，於角板片側之端部周邊熔接部會殘留未以熔接金屬覆蓋的缺口部，並從角板片側之熔接止端部7’發生龜裂，而無法取得充分的疲勞特性。而，在No.19之試驗體中，由於無法定義熔接滲透角度θ’(表1中的記號*)，因此使用位置A來取代熔接止端部7’，以評估熔接滲透角度θ’。
在No.20之試驗體中，係與No.3及No.13之試驗體相較下，其缺口角度θ更小之例。在該試驗體中，並無法確保充分的熔接滲透達至缺口部之前端為止。但，熔接滲透長度x’有滿足<1>式，且有觀察到使疲勞特性提升之效果。而，在No.3及No.13之試驗體中，與No.20之試驗體相較下，其熔接作業之負擔較小，而可輕易地確保對熔接根部的熔接滲透。因此，工業上，宜將缺口角度θ設定在適當的範圍內。
從該等結果確認出，藉由製作滿足上述條件的熔接接頭，可使熔接接頭之疲勞特性大幅提升。
產業上之可利用性
依據本發明，由於可在面外角板之熔接接頭，有效地加深熔接根部之熔接滲透、使喉深增大，而可緩和在熔接根部之應力的集中。於是，以如噴珠法或UIT處理之衝擊處理，可充分活用使熔接止端部之疲勞特性提升的效果，而可促使面外角板熔接接頭全體之疲勞特性更加提升。
1．．．面外角板熔接接頭(熔接接頭)
2．．．基板(鋼板)
3．．．角板片(鋼板)
4．．．角板片之缺口部(缺口部)
5．．．熔接金屬
6．．．熔融線(Fusion Line)
7．．．熔接止端部(基板側之熔接止端部)
7’．．．熔接止端部(角板片側之熔接止端部)
8．．．熔接根部
9．．．填角熔接部
10．．．端部周邊熔接部
101．．．面外角板熔接接頭
102．．．基板
103．．．角板片
107、107’．．．熔接止端部
109．．．填角熔接部
11．．．衝擊處理痕(超音波衝撃痕)
110．．．端部周邊熔接部
111．．．衝擊處理痕
12．．．超音波衝撃處理裝置(衝擊處理裝置)
13．．．離熔接根部最短距離的熔接金屬表面之位置
A．．．角板片之缺口部的高度方向端部之位置
B．．．角板片之缺口部的長邊方向端部之位置
C．．．形成缺口部前的角板片之長邊方向端部(角)
C’．．．從角板片側之熔接止端部往基板垂下之垂線與基板表面之交點
C”．．．從角板片之缺口位置A往基板垂下之垂線與基板表面之交點
R．．．曲率半徑
S．．．角板片之缺口面
a．．．缺口部之高度(mm)
w．．．板寬
x．．．缺口部之長度(mm)(從形成缺口部前的角板片之基板側端部C，到形成缺口後的角板片之基板側端部B為止之長度)
x’．．．熔接滲透長度(mm)(從由角板片側之熔接止端部往基板垂下之垂線與基板表面的交點，到熔接根部為止之長度)
x”．．．表面上看起來的缺口長度
θ．．．缺口角度(°)(基板表面與缺口面S之間的角度)
θ’．．．熔接滲透角度(°)(連結角板片側之熔接止端部與熔接根部之線、及連結從角板片側之熔接止端部往基板垂下之垂線與基板表面之交點之線所形成之角度)
d1 ．．．基板側之預定腿長(mm)
d2 ．．．角板片側之預定腿長(mm)
d1 ’．．．基板側之腿長(mm)
d2 ’．．．角板片側之腿長(mm)
f．．．衝擊處理痕之深度(mm)
r．．．衝擊處理痕之曲率半徑(mm)
t．．．喉深
t1 、t2 ．．．板厚
第1圖係示意性顯示本發明之一實施形態中，熔接後的面外角板熔接接頭之第4B圖的A-A視局部剖面圖。
第2圖係示意性顯示本實施形態中，衝擊處理後的面外角板熔接接頭之第4D圖的B-B視局部剖面圖。
第3圖係顯示本實施形態中，面外角板熔接接頭之其他形態的局部剖面圖。
第4A圖係顯示本實施形態中面外角板熔接接頭之製作順序的立體示意圖。
第4B圖係顯示本實施形態中面外角板熔接接頭之製作順序的立體示意圖。
第4C圖係顯示本實施形態中面外角板熔接接頭之製作順序的立體示意圖。
第4D圖係顯示本實施形態中面外角板熔接接頭之製作順序的立體示意圖。
第5圖係顯示本實施形態中面外角板熔接接頭之角板片之其他形態的立體示意圖。
第6A圖係說明在本實施形態中，重複應力起作用時，應力集中至面外角板熔接接頭之端部周邊熔接部之狀況的剖面示意圖。
第6B圖係說明重複應力起作用時，應力集中至面外角板熔接接頭之端部周邊熔接部之狀況的剖面示意圖。
第6C圖係說明重複應力起作用時，應力集中至面外角板熔接接頭之端部周邊熔接部之狀況的剖面示意圖。
第7A圖係顯示習知的面外角板熔接接頭之製作順序的立體示意圖。
第7B圖係顯示習知的面外角板熔接接頭之製作順序的立體示意圖。
第7C圖係顯示習知的面外角板熔接接頭之製作順序的立體示意圖。
第7D圖係顯示習知的面外角板熔接接頭之製作順序的立體示意圖。
第8圖係顯示喉深及喉深之位置的剖面示意圖。
1．．．面外角板熔接接頭(熔接接頭)
2．．．基板(鋼板)
3．．．角板片(鋼板)
4．．．角板片之缺口部(缺口部)
5．．．熔接金屬
6．．．熔融線(Fusion Line)
7．．．基板側之熔接止端部
7’．．．角板片側之熔接止端部
8．．．熔接根部
9．．．填角熔接部
10．．．端部周邊熔接部
12．．．超音波衝撃處理裝置
a．．．缺口部之高度(mm)
d1 ．．．基板側之預定腿長(mm)
d2 ．．．角板片側之預定腿長(mm)
d1 ’．．．基板側之腿長(mm)
d2 ’．．．角板片側之腿長(mm)
x．．．缺口部之長度(mm)
x’．．．熔接滲透長度(mm)
x”．．．表面上看起來的缺口長度
A．．．角板片之缺口部的高度方向端部之位置
B．．．角板片之缺口部的長邊方向端部之位置
C．．．形成缺口部前的角板片之長邊方向端部(角)
C’．．．從角板片側之熔接止端部往基板垂下之垂線與基板表面之交點
C”．．．從角板片之缺口位置A往基板垂下之垂線與基板表面之交點
S．．．角板片之缺口面
θ．．．缺口角度(°)
θ’．．．熔接滲透角度(°)

Claims (4)

  1. 一種面外角板熔接接頭之製作方法，係具備基板、從該基板之表面突出，且與前述基板表面垂直之高度方向為板寬w之方向，直交於前述板寬w之方向與板厚t2 之方向的方向為板長邊方向的板狀角板片、及填角熔接(fillet weld)部者，其特徵在於：將前述角板片之板長邊方向之端部之前述基板側的一端切開，形成一個具有前述角板片之板寬方向的缺口高度a、前述角板片之板長邊方向的缺口長度x、及小於80°以下之缺口角度θ的缺口部；以具有前述缺口部之前述角板片的前述板寬w之方向之端面與前述基板之表面呈相對向的方式，來配置前述角板片，且以使前述角板片側之預定腿長d2 在前述缺口高度a以上的方式，進行填角熔接，來形成前述填角熔接部，該填角熔接部係前述角板片側之腿長d2 ’為前述角板片之板厚t2 的1/3以上、且在前述角板片之板寬w以下，且具有滿足該腿長d2 ’、前述基板側之腿長d1 ’、熔接滲透長度x’、及熔接滲透角度θ’滿足x’+d1 ’>d2 ’/sin θ’之端部周邊熔接部者；於前述填角熔接部中，對至少前述端部周邊熔接(boxing)部之前述基板側的熔接止端部，施加衝擊處理(impact treatment)。
  2. 如申請專利範圍第1項之面外角板熔接接頭之製作方 法，其中前述缺口角度θ為45°以上、75°以下。
  3. 一種面外角板熔接接頭，係具備基板、從該基板之表面突出，且與前述基板表面垂直之高度方向為板寬w之方向，直交於前述板寬w之方向與板厚t2 之方向為板長邊方向，於前述板長邊方向之端部之前述基板側之一段設有缺口部的板狀角板片、及具有端部周邊熔接部之填角熔接部者，其特徵在於：在前述填角熔接部之前述端部周邊熔接部中，前述面外角板之前述板長邊方向之端部中之前述缺口部的全部被前述填角熔接部之熔接金屬所覆蓋，前述角板片側之腿長d2 ’為前述角板片之板厚t2 的1/3以上、且為前述面外角板之板寬w以下，且該腿長d2 ’、前述基板側之腿長d1 ’、前述角板之板長邊方向之熔接滲透長度x’、及熔接滲透角度θ’滿足x’+d1 ’>d2 ’/sin θ’，並且，前述填角熔接部中，至少前述端部周邊熔接部之前述基板側的熔接止端部形成有衝擊處理痕跡。
  4. 如申請專利範圍第3項之面外角板熔接接頭，其中前述熔接滲透角度θ’為30°以上、75°以下。
TW099127938A 2009-08-24 2010-08-20 面外角板熔接接頭及其製作方法 TWI396600B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009193201 2009-08-24

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201114536A TW201114536A (en) 2011-05-01
TWI396600B true TWI396600B (zh) 2013-05-21

Family

ID=43627889

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW099127938A TWI396600B (zh) 2009-08-24 2010-08-20 面外角板熔接接頭及其製作方法

Country Status (5)

Country Link
JP (1) JP5085743B2 (zh)
KR (1) KR101308773B1 (zh)
CN (1) CN102481652B (zh)
TW (1) TWI396600B (zh)
WO (1) WO2011024784A1 (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5910258B2 (ja) * 2011-04-06 2016-04-27 新日鐵住金株式会社 疲労特性に優れた構造物
JP5712843B2 (ja) * 2011-07-26 2015-05-07 新日鐵住金株式会社 横リブの疲労向上構造および鋼床版
JP2015182130A (ja) * 2014-03-26 2015-10-22 日立造船株式会社 溶接継手の製造方法および溶接継手
CN106112224B (zh) * 2016-07-21 2017-12-05 武汉天高熔接股份有限公司 钢结构u形肋板角焊缝全熔透焊接工艺
JP6885136B2 (ja) * 2017-03-27 2021-06-09 日本製鉄株式会社 鋼板接合構造
JP6897510B2 (ja) * 2017-03-29 2021-06-30 日本製鉄株式会社 溶接継手の疲労強度改善装置および疲労強度改善方法
CN108672893B (zh) * 2018-05-21 2020-04-24 天津工业大学 一种非对称角焊缝熔透形态及熔深的控制方法
CN110143255B (zh) * 2019-05-14 2020-07-03 上海外高桥造船有限公司 船体板架装置以及船体板架装置的焊接方法
CN114650945A (zh) * 2019-11-12 2022-06-21 株式会社小松制作所 搬运车辆的车身框架、搬运车辆、以及搬运车辆的车身框架制造方法
JP7295434B2 (ja) * 2020-01-17 2023-06-21 日本製鉄株式会社 溶接止端部の押圧装置及び当該押圧装置により溶接止端部が押圧された溶接構造体の製造方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002144082A (ja) * 2000-11-09 2002-05-21 Nippon Steel Corp 疲労強度に優れた軟鋼または４９０ＭＰａ級鋼の溶接継手およびその作製方法
JP2008055448A (ja) * 2006-08-30 2008-03-13 Komatsu Ltd 溶接継手構造および重ね隅肉溶接方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3002229B2 (ja) * 1990-05-14 2000-01-24 川崎製鉄株式会社 溶接継手の疲労強度向上法
JPH08276889A (ja) * 1995-04-04 1996-10-22 Nkk Corp 補強板の隅肉溶接方法
JP4189201B2 (ja) * 2002-10-30 2008-12-03 新日本製鐵株式会社 鋼材の溶接継手における熱影響部の靭性向上方法
JP5088035B2 (ja) * 2007-08-03 2012-12-05 新日本製鐵株式会社 耐疲労特性に優れた溶接継手の製作方法
CN101464248B (zh) * 2008-12-18 2011-07-20 山东大学 检测高强度钢角焊缝接头性能的方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002144082A (ja) * 2000-11-09 2002-05-21 Nippon Steel Corp 疲労強度に優れた軟鋼または４９０ＭＰａ級鋼の溶接継手およびその作製方法
JP2008055448A (ja) * 2006-08-30 2008-03-13 Komatsu Ltd 溶接継手構造および重ね隅肉溶接方法

Also Published As

Publication number Publication date
TW201114536A (en) 2011-05-01
WO2011024784A1 (ja) 2011-03-03
CN102481652A (zh) 2012-05-30
JPWO2011024784A1 (ja) 2013-01-31
KR101308773B1 (ko) 2013-09-17
KR20120046269A (ko) 2012-05-09
JP5085743B2 (ja) 2012-11-28
CN102481652B (zh) 2015-08-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI396600B (zh) 面外角板熔接接頭及其製作方法
KR100671037B1 (ko) 강재의 용접 이음부에 있어서의 열 영향부의 인성 향상방법
JP4719297B2 (ja) 耐疲労特性に優れた溶接継手及びその製造方法
JP6509235B2 (ja) 溶接構造体
JP5052918B2 (ja) 耐き裂発生伝播特性に優れた溶接継手、溶接構造体及び耐き裂発生伝播特性の向上方法
JP2009034721A (ja) 耐疲労特性に優れた溶接継手の製作方法およびその製作装置
JP5130478B2 (ja) 疲労特性に優れた突合せ溶接継手およびその製造方法
JP4757697B2 (ja) 隅肉溶接部の疲労性能向上方法
JP4837428B2 (ja) 溶接止端部の超音波衝撃処理方法
JP4709697B2 (ja) 金属重ね溶接継手の疲労強度向上方法
JP6662399B2 (ja) 疲労強度に優れた回し溶接継手および回し溶接方法
JP4767885B2 (ja) 脆性き裂伝播停止特性に優れた溶接継手、溶接構造体及び脆性き裂伝播停止特性の向上方法
JP6314670B2 (ja) 疲労特性に優れた構造物
JP2014172043A (ja) ピーニング施工方法とそれによって施工された溶接継手
JP6310605B1 (ja) レーザ溶接形鋼およびその製造方法
JP6623926B2 (ja) 溶接構造物の製造方法及び溶接構造物
JP2014233747A (ja) ガセット板の溶接方法
JP5433928B2 (ja) 耐脆性き裂伝播特性に優れた多層盛突合せ溶接継手及び溶接構造体
JP2015093318A (ja) 溶接継手及び溶接部の疲労強度向上方法
JP2013136094A (ja) 鋼材の溶接構造物
WO2017141470A1 (ja) レーザ溶接形鋼およびその製造方法
JP2013136096A (ja) 溶接構造物の疲労損傷抑制方法および打撃痕形成用工具
JP2013136093A (ja) 溶接構造物の疲労損傷抑制方法、その方法に用いられる打撃痕形成用工具、および溶接構造物
JP2013136090A (ja) 溶接構造物の疲労損傷抑制方法および打撃痕形成用工具
JP2014097510A (ja) ピーニング施工方法