JP6369448B2 - 重ね隅肉アーク溶接継手、該重ね隅肉アーク溶接継手を有する自動車用構造部品 - Google Patents
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Description
例えば、図16に示すような、2つの部品の端部103及び105を重ね合わせ、端部103に沿って端部103及び105全体に溶接ビード107が形成されるようにアーク溶接する重ね隅肉アーク溶接継手により組立てられた構造部品101においては、溶接ビード107に沿って平行な方向の溶接止端部109における応力集中が問題となるケースが多い。
さらに、エンジニアリング的には、図17に示すように、2つの部品の端部113及び115を重ね合わせて接合するにあたり、端部113及び115の一部に溶接ビード117が形成された重ね隅肉アーク溶接継手により構造部品111を組み立てる場合もある。このような重ね隅肉アーク溶接継手においては、アーク溶接により溶接ビード117の形成を開始又は終了する始終端部119における応力集中も問題となる。
しかしながら、特許文献2に開示された技術は、幅広の鋼板と幅狭の鋼板とを接合するものに限定されており、図17に示すような、接合される部位の長さが同程度である2つの部品の端部を重ね合わせてアーク溶接する場合には適用することができなかった。
溶接継手の疲労強度に関するこれまでの知見より、アーク溶接により形成された溶接継手の疲労強度低下の主な原因は残留応力や金属組織的因子ではなく、溶接ビード(溶接金属)の余盛り形状による応力集中が主因であると指摘されている。
本発明は、かかる知見に基づいてなされたものであり、具体的には以下の構成からなるものである。
前記他方の鋼板の表面に、前記一方の鋼板の端部が重なる重なり部の形状に合わせて、前記一方の鋼板の端部の側面部まで囲って凹む凹部を有し、
前記一方の鋼板の端部の先端縁に沿った方向における前記溶接ビードの両端部の溶接止端部が前記凹部の傾斜面部に位置することを特徴とするものである。
溶接ビード30は、鋼板10の突出部13の先端縁に沿って直線状に形成されており、溶接ビード30の端部31の溶接止端部33が凹部23の傾斜面部23aに位置している。
よって、本発明に係る重ね隅肉アーク溶接継手1は、従来の重ね隅肉アーク溶接継手51よりも応力集中係数が小さくなり、疲労強度が向上する。
傾斜角度0°では従来と同じ重ね隅肉アーク溶接継手であり、傾斜角度90°では傾斜面部23aを採れなくなるからである。また、傾斜角度θは90°に近いほど余盛角φが低減して応力集中係数Ktが緩和されて良好となる。
これらにより、突出部13の周縁全体にわたって溶接ビード40を回しこんで形成することで、疲労強度をより向上させることができる。
本実施例では、本発明に係る重ね隅肉アーク溶接継手1を有する試験体75(図6参照)、試験体71(図7参照)及び従来の重ね隅肉アーク溶接継手51を有する試験体81(図8参照)を用いて基礎疲労試験を行い、疲労強度を評価した。
切り出した2枚の鋼板片について、一方の鋼板片(鋼板10)の短辺端部を、凸状に突出した突出部13に加工し、他方の鋼板片(鋼板20)の表面21に、突出部13と重なる重なり部の形状に合わせて凹む凹部23を形成した。
表1に発明例及び比較例における供試材形状及び溶接条件を示す。
発明例1及び発明例2は、図9に示すように、鋼板10の板厚t1と鋼板20の板厚t2が等しく(t1=t2)、凹部23の凹み深さをd2=t1とした重ね隅肉アーク溶接継手1を有するものである。
発明例1は突出部13の側面部に至る周縁に沿って溶接ビード40を回しこんで形成したものであり、溶接ビード40の開始部45及び終了部47は鋼板10の表面15に設けられているのに対し、発明例2は鋼板10の突出部13の先端の縁に沿って直線状の溶接ビード30を形成したものである。
発明例5は、図12に示すように、鋼板10の板厚t1と鋼板20の板厚t2が等しく(t1=t2)、鋼板20の凹部23の凹み深さをd2=t1としたものである。
発明例6は、図13に示すように、鋼板10の板厚t1と鋼板20の板厚t2が異なり(t1≠t2)、鋼板20の凹部23の凹み深さをd2=t2としたものである。
発明例7は、図14に示すように、鋼板10の板厚t1と鋼板20の板厚が等しく(t1=t2)、鋼板20の凹部23の凹み深さをd2=t1-1mmとしたものである。
そして、駆動アームを介して試験体71、75又は81に目標応力が加えられるように繰返し荷重Pを与え、試験体71、75又は81に亀裂が発生するまで疲労試験を行った。
疲労試験においては、入力点の変位も同時に測定し、該変位の値が初期値より+1mm大きくなった時点で亀裂発生と判定し、試験機を止めた。
10 鋼板
11 端部
13 突出部
13a 段差部
15 表面
20 鋼板
21 表面
23 凹部
23a 傾斜面部
23b 重なり部
30 溶接ビード
31 端部
31a 端部
31b 端部
33 溶接止端部
33a 溶接止端部
33a 溶接止端部
35 定常部
35a 溶接止端部
40 溶接ビード
45 開始部
45a 溶接止端部
47 終了部
47a 溶接止端部
51 重ね隅肉アーク溶接継手(従来技術)
53 鋼板
54 端部
55 鋼板
57 表面
61 溶接ビード
71 試験体(発明例)
75 試験体(発明例)
81 試験体(比較例)
101 構造部品
103 端部
105 端部
107 溶接ビード
109 溶接止端部
111 構造部品
113 端部
115 端部
117 溶接ビード
119 始終端部
Claims (5)
- 一方の鋼板の端部の幅が他方の鋼板の端部の幅より狭い前記一方の鋼板の端部と前記他方の鋼板の端部を重ねると共に、前記一方の鋼板の端部の先端縁に沿って、前記一方の鋼板の端部と前記他方の鋼板の表面に形成された溶接ビードを有する重ね隅肉アーク溶接継手であって、
前記他方の鋼板の表面に、前記一方の鋼板の端部が重なる重なり部の形状に合わせて、前記一方の鋼板の端部の側面部まで囲って凹む凹部を有し、
前記一方の鋼板の端部の先端縁に沿った方向における前記溶接ビードの両端部の溶接止端部が前記凹部の傾斜面部に位置することを特徴とする重ね隅肉アーク溶接継手。 - 前記一方の鋼板の端部は、その一部が凸状に突出した突出部であることを特徴とする請求項1記載の重ね隅肉アーク溶接継手。
- 前記溶接ビードが前記一方の鋼板の端部の側面部に至るように回しこまれていることを特徴とする請求項1又は2記載の重ね隅肉アーク溶接継手。
- 前記他方の鋼板の表面を基準とした前記凹部の傾斜面部の傾斜角度をθとしたときに、0<θ<90°の関係を満たすことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の重ね隅肉アーク溶接継手。
- 請求項1乃至4のいずれかに記載の重ね隅肉アーク溶接継手を有する自動車用構造部品。
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