JP7375175B2 - welded structure - Google Patents
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Description
本発明は、溶接構造に関し、特に、金属板同士の溶接に好適な溶接構造に関する。 The present invention relates to a welded structure, and particularly to a welded structure suitable for welding metal plates together.
鋼板同士を溶接によって互いに固定する構造は、一般機械において広く使われている。その一例として、油圧ショベルが挙げられる。油圧ショベルはブームやアーム等の構成部品で構成された作業腕を備えている。作業腕を動作させるために、油圧シリンダ等の伸縮部材が回転自由（回転自在）な回転軸を介して作業腕に取り付けられている。このとき作業腕であるブームやアームは、箱形状をした鋼板の溶接構造である場合が多い。油圧シリンダが取り付けられる回転軸は、ブームやアームを構成する側板に設けたボスと呼ばれる軸受部材によって支持される。このボスは、溶接によって側板に固定される場合が多い。 Structures in which steel plates are fixed to each other by welding are widely used in general machinery. One example is a hydraulic excavator. A hydraulic excavator has a working arm made up of components such as a boom and an arm. In order to operate the working arm, a telescopic member such as a hydraulic cylinder is attached to the working arm via a rotatable shaft. At this time, the boom or arm, which is the working arm, is often a welded box-shaped steel plate structure. A rotating shaft to which a hydraulic cylinder is attached is supported by a bearing member called a boss provided on a side plate that constitutes a boom or an arm. This boss is often fixed to the side plate by welding.
側板に固定されるボスには、回転軸を介して油圧シリンダから様々な方向の負荷を受ける。そのため、ブームやアームにおける側板と上下板とを接合した溶接部には、ブームやアームの動き、それらの負荷状況等に合わせて様々な応力が生じる。特に側板の面外変形によって、上下板との溶接部には曲げ変形が発生する。側板や上下板はブームやアームの剛性を高めるために、板厚が１０ｍｍから３０ｍｍ程度で製作される場合が多い。溶接の際には、上下板に突き合わせる側板の端面の角部に開先と呼ぶ切り欠き加工を施し、溶接金属を複数層に亘って積層することで互いに固定する。この際、側板と上下板との溶接部には、一部溶け込んでいない不溶着部と呼ばれる端面に沿った部位が存在する。 The boss fixed to the side plate receives loads in various directions from the hydraulic cylinder via the rotating shaft. Therefore, various stresses are generated in the welded portion where the side plate and the upper and lower plates of the boom or arm are joined, depending on the movement of the boom or arm, the load conditions thereof, and the like. In particular, due to out-of-plane deformation of the side plates, bending deformation occurs at the welds between the upper and lower plates. In order to increase the rigidity of the boom and arm, the side plates and upper and lower plates are often manufactured with a thickness of about 10 mm to 30 mm. During welding, a notch called a groove is made at the corner of the end face of the side plate that butts against the upper and lower plates, and multiple layers of weld metal are laminated to fix each other. At this time, in the welded portion between the side plate and the upper and lower plates, there is a portion along the end surface called a non-welded portion that is not partially melted.
この溶接部に曲げ変形が作用した場合、不溶着部と溶接金属の境界に生じる非常に高い応力集中によって、疲労き裂が発生する場合がある。そして、この不溶着部は箱形状をした構造の内側にあり、外部からは容易には観察できないため、製品の長期信頼性の確保において問題となりやすい。そして、溶接不溶着部先端に生じる応力を低減する方法として、特許文献１、２に記載のものが知られている。
When bending deformation is applied to this welded part, fatigue cracks may occur due to extremely high stress concentration occurring at the boundary between the unwelded part and the weld metal. Since this unwelded part is located inside the box-shaped structure and cannot be easily observed from the outside, it tends to pose a problem in ensuring the long-term reliability of the product. The methods described in
特許文献１に記載の技術は、互いに直交する金属板同士を溶接する際に生じる不溶着部の先端に一定の曲率を有した穴加工を施し、応力集中率を小さくするものである。また、その穴にピンを圧入することで、穴内面に圧縮残留応力を付与し、き裂発生を生じにくくするものである。
The technique described in
特許文献２に記載の技術は、金属製のデッキプレートの裏面に金属製のリブを溶接する構造において、デッキプレートの溶接部近傍に溝加工を施し、デッキプレートに曲げ変形が作用した際に溝部を積極的に変形させることで、溶接部の応力を低減するものである。
The technology described in
しかし、特許文献１、２に記載の従来技術には、次のような課題がある。
However, the conventional techniques described in
特許文献１に記載の技術のように、溶接不溶着部先端に一定の曲率を有する穴を加工することで、この部位に生じる応力を低下させることができる。さらに、穴にピンを圧入して圧縮残留応力を付与することで、より一層の疲労き裂発生寿命および進展寿命を延ばすことができる。しかし、不溶着部先端への穴加工やピン圧入は、当該部位が外部からアクセス可能な場合においてのみ作業が可能であり、箱形状をした閉空間の内側に存在する不溶着部に対しては作業ができない。
As in the technique described in
特許文献２に記載の技術は、デッキプレートの表面に溝加工を施すことで、デッキプレートをこの溝部で積極的に変形させ、近傍の溶接部の変形を小さくできるという点において疲労寿命向上の効果が期待できる。しかし、溝加工した部位の板厚は、溝の存在しないデッキプレートの板厚よりも減少しているため、溝部の引張強度や曲げ強度、剛性が低下してしまい、溝の存在しない部位の本来設計した板厚の機械的特性が生かせない。
The technology described in
本発明は、上記の課題に鑑みて、その目的は、不溶着部の存在する溶接部の応力をあるいはひずみを低減させ、強度や剛性を保ちつつ溶接部の疲労寿命を向上させることができる溶接構造を提供することである。
上記以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態により明らかにされる。In view of the above-mentioned problems, the purpose of the present invention is to reduce the stress or strain of a welded part where non-welded parts exist, and to improve the fatigue life of the welded part while maintaining strength and rigidity. It's about providing structure.
Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following embodiments.
上記目的を達成するため、代表的な本発明の溶接構造の一つは、一方の板材の端面が他方の板材の表面に当接して隅肉溶接することによって二枚の板材を固定する溶接構造であって、前記一方の板材の端面と前記他方の板材の表面の間の一部に前記隅肉溶接の溶接金属が達しておらず溶接されていない不溶着部が存在し、前記一方の板材には前記隅肉溶接の溶接金属が存在する側の反対側の側面から前記不溶着部に沿った方向に溝が形成されており、前記溝の長さが、前記一方の板材の板厚の２０％から３０％となっており、かつ、前記不溶着部から前記溝までの距離が、前記一方の板材の板厚の２０％から４０％となっていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, one typical welding structure of the present invention is a welding structure in which two plates are fixed by fillet welding with the end face of one plate abutting the surface of the other plate. Wherein, there is a non -welded part where the weld metal of the fillet weld does not reach a part between the end face of the one plate material and the surface of the other plate material, and the weld metal of the fillet weld does not reach and is not welded, and the one plate material A groove is formed in the direction along the non-welded part from the side opposite to the side where the weld metal of the fillet weld is present, and the length of the groove is equal to the thickness of the one plate material. 20% to 30%, and the distance from the non-welded portion to the groove is 20% to 40% of the thickness of the one plate material.
本発明によれば、溝の加工された板材に面外方向の曲げ変形が作用した場合、溝の開口部が開閉する方向に弾性変形することで、溝の加工された板材ともう一方の板材との境界に生じる不溶着部を含む溶接部の曲げ応力が緩和され、不溶着部を含む溶接部の疲労寿命が長くなる。したがって、溶接構造の耐久性及び信頼性が向上する。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。According to the present invention, when a bending deformation in an out-of-plane direction acts on a plate material with grooves processed, the opening of the groove is elastically deformed in the direction of opening and closing, thereby separating the plate material with the grooves and the other plate material. The bending stress of the welded part including the unwelded part that occurs at the boundary between the two parts is alleviated, and the fatigue life of the welded part including the unwelded part is extended. Therefore, the durability and reliability of the welded structure are improved.
Problems, configurations, and effects other than those described above will be made clear by the following description of the embodiments.
以下、本発明の溶接構造の実施形態について図面を用いて説明する。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the welded structure of the present invention will be described using the drawings.
［第１の実施形態］
（全体構成）
本発明の溶接構造の第１の実施形態の全体構成について図を用いて説明する。図１は本発明の第１の実施形態の溶接構造を示す全体構成を示す側面図である。図２は図１の溶接構造の変形時の図である。[First embodiment]
(overall structure)
The overall configuration of a first embodiment of the welded structure of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a side view showing the overall configuration of a welded structure according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram of the welded structure of FIG. 1 when it is deformed.
図１において、縦板１と横板３の鋼板二枚が互いに直交するように組まれている。縦板１は長手方向を縦方向として、横板３は長手方向を横方向として配置される。縦板１の下側（横板３側）の端面２は横板３の上側（縦板１側）表面に平行であり、縦板１の端面２は横板３の上側表面と当接する。これらの板同士を接合するため、縦板１と横板３が接する角部付近を溶接する。このとき溶接する側は後述する溝１０と反対側の角部である。縦板１と横板３を強固に溶接するために、縦板１の溶接する側の下部角部には開先４と呼ばれる減厚部が加工される。溶接金属５は開先４を埋めるように複数層盛られ、縦板１と横板３を接合する。そして、溶接金属５は縦脚長６と横脚長７を有する寸法で形成される。一般的に縦脚長６は縦板１の板厚Ｄ１以上で施工される場合が多い。
In FIG. 1, two steel plates, a
端面２と横板３で挟まれる溶接金属５が達していない領域は不溶着部８となり、不溶着部８側の溶接金属５との境界は不溶着部先端９となる。不溶着部先端９の形状はその曲率半径が数十ミクロンメートルとなる場合が多く、き裂状を呈する。
The area sandwiched between the
溶接金属５は高温で積層されるため、その冷却過程において体積収縮する。縦板１と横板３が溶接時の保持冶具などによって位置を固定された場合、溶接金属５の収縮力によって、溶接金属５が接している開先４の表面と横板３には引張力が発生する。これを溶接残留応力と呼び、しばしば溶接部の強度低下の原因となる。
Since the
第１の実施形態において、縦板１の端面２に平行な溝１０が、開先４が加工された面１１の反対側の裏面１２に加工されている。溝１０は溶接金属５が存在する反対側の裏面１２から、不溶着部８に沿った方向に所定長さ（深さ方向の長さ）Ｄ２で形成されている。
In the first embodiment, a
図２に、縦板１に図中右から左方向の荷重（図２の矢印）が作用した場合の変形図を示す。この場合、縦板１の開先４が加工された面１１には引張方向の応力が、そして裏面１２には圧縮方向の応力が発生する。不溶着部先端９にも圧縮応力が発生することが多いが、溶接後の溶接残留応力によってこの部位には縦板１や横板３を構成している材料の降伏点に近い引張応力が発生している。このため、縦板１の曲げ変形が繰り返された場合、不溶着部先端９においては、引張応力場の中での応力の繰返しとなる。そして、不溶着部先端９の極めて大きい応力集中により、疲労き裂が発生しやすい。
FIG. 2 shows a deformed view when a load (arrow in FIG. 2) is applied to the
しかし、縦板１が曲げ変形をした際に、本発明の溝１０の開口部が閉口するように変形するため、不溶着部先端９の変形（ひずみ）は、溝１０がない場合に比べて小さくなる。その結果、疲労き裂の発生までの寿命を長くし、加えてき裂進展速度を小さくできる。
However, when the
（溝の長さ）
第１の実施形態における溝の長さの例について図を用いて説明する。図３は溝１０の長さＤ２を縦板１の板厚Ｄ１で除した値（横軸）と、不溶着部先端９近傍の応力幅を縦板１の曲げ変形による公称応力幅で除した値（縦軸）の関係を示した特性図である。(Groove length)
An example of the groove length in the first embodiment will be explained with reference to the drawings. Figure 3 shows the value (horizontal axis) obtained by dividing the length D2 of the
図３において、溝１０の長さＤ２を縦板１の板厚Ｄ１で除した値が０．２５付近で、不溶着部先端９近傍の応力幅に対して縦板１の曲げ変形による公称応力幅で除した値が、最小値を示している。溝１０の長さが短い場合、図２の矢印の方向に荷重が作用することで、不溶着部先端９には引張応力が発生する。そして、溝１０の長さが長くなるに従い、その引張応力の絶対値は減少する。一方、溝１０の長さが長すぎる場合、不溶着部先端９には圧縮応力が発生する。したがって、応力の絶対値である応力幅としてはかえって増加してしまう。本実施形態において、溝１０の長さＤ２は、縦板１の板厚Ｄ１の２０％から３０％とすることで、不溶着部先端９の応力幅は最小とすることができ、その結果、疲労き裂の発生までの寿命を長くし、加えてき裂進展速度を小さくできる。
In FIG. 3, when the value obtained by dividing the length D2 of the
（溝の端面からの距離）
第１の実施形態における溝の端面からの距離の例について図を用いて説明する。図４は溝１０の端面２からの距離Ｄ３を縦板１の板厚Ｄ１で除した値（横軸）と、不溶着部先端９近傍の応力幅を縦板１の曲げ変形による公称応力幅で除した値（縦軸）の関係を示した特性図である。また、図５は溝が端面に近い場合の変形時の例を示す図である。(distance from the end face of the groove)
An example of the distance from the end surface of the groove in the first embodiment will be described with reference to the drawings. Figure 4 shows the value (horizontal axis) obtained by dividing the distance D3 from the
図４において、溝１０の端面２からの距離Ｄ３を縦板１の板厚Ｄ１で除した値が０．３付近で、不溶着部先端９近傍の応力幅に対して縦板１の曲げ変形による公称応力幅で除した値が、最小となっている。溝１０が端面２に近いと、溝１０の開口部直下の部材が図５のように変形し、端面２と横板３の接触面積が小さくなってしまう。そのため、図４で示されるように横軸の値が小さくなると、不溶着部先端９近傍の応力幅が増加する。また、溝１０が端面２から大きく離れると、溝１０の開口部の変形の効果が小さくなってしまう。このため、図４で示されるように横軸の値が所定以上大きくなると、不溶着部先端９近傍の応力幅は、溝１０がない場合に等しくなっていってしまう。
In FIG. 4, when the value obtained by dividing the distance D3 from the
本実施形態において、溝１０の端面２からの距離Ｄ３を縦板１の板厚Ｄ１の２０％から４０％とすることで、不溶着部先端９の応力幅は最小とすることができ、その結果、疲労き裂の発生までの寿命を長くし、加えてき裂進展速度を小さくできる。
In this embodiment, by setting the distance D3 of the
（溝の開口の幅）
第１の実施形態における溝の開口の幅の例について図を用いて説明する。図６は溝１０の開口部の開口方向の幅Ｄ４を縦板１の板厚Ｄ１で除した値（横軸）と、不溶着部先端９近傍の応力幅（縦軸）の関係を示した特性図である。(Width of groove opening)
An example of the width of the groove opening in the first embodiment will be described with reference to the drawings. Figure 6 shows the relationship between the value obtained by dividing the width D4 in the opening direction of the opening of the
図６において、溝１０の開口部の幅（縦板１の長手方向の溝の幅）Ｄ４を縦板１の板厚Ｄ１で除した値が０．１付近で、不溶着部先端９近傍の応力幅が最小となっている。溝１０の開口部の幅が小さすぎると、溝１０の開閉変形が小さくなり、縦板１の曲げ変形に対して、溝１０部の変形が無視できるほど小さくなってしまうため、不溶着部先端９近傍の応力低減効果は小さくなる。一方、溝１０の開口部の幅が大きいと、縦板１の曲げ変形の剛性が小さくなりすぎ、返って不溶着部先端９近傍の応力が大きくなってしまう。
In FIG. 6, the value obtained by dividing the width D4 of the opening of the groove 10 (width of the groove in the longitudinal direction of the vertical plate 1) by the plate thickness D1 of the
本実施形態において、溝１０の開口部の幅Ｄ４を縦板１の板厚Ｄ１の５％から１５％の範囲とすることで、不溶着部先端９の応力幅は最小とすることができ、その結果、疲労き裂の発生までの寿命を長くし、加えてき裂進展速度を小さくできる。
In this embodiment, by setting the width D4 of the opening of the
（溝の底部から溶接金属の表面までの距離）
第１の実施形態における溝の底部から溶接金属の表面までの距離について図を用いて説明する。図７は本発明の溶接構造の第１の実施形態における溝の底部１５から溶接金属５の表面までの距離Ｅを説明するための全体構成を示す側面図である。(distance from the bottom of the groove to the surface of the weld metal)
The distance from the bottom of the groove to the surface of the weld metal in the first embodiment will be explained using figures. FIG. 7 is a side view showing the overall configuration for explaining the distance E from the bottom 15 of the groove to the surface of the
図７において、溝１０の底部１５から溶接金属５の表面までの距離Ｅは、溝１０の最奥部である底部１５から端面２に平行な線をのばした場合の、底部１５から面１１側の溶接金属５の表面の位置までの距離である。距離Ｅは、溶接金属５が存在する位置では、溶接金属５が存在しない位置よりも増加し強度の低下を防止する。図７は、距離Ｅは縦板１の板厚Ｄ１以上となる位置となっている。
In FIG. 7, the distance E from the bottom 15 of the
縦板１に引張荷重が作用した場合、溝１０が存在している部位の板厚が、溝１０の無い部位の板厚に比べて小さいため、溝１０が存在している部位で引張破断することが懸念される。本実施形態では、溝１０が存在している部位の板厚が、縦板１の板厚Ｄ１と同等それ以上となっているため、引張強度の低下は生じない。さらに溝１０の底部１５は溝１０の開口部の高さの半分を曲率半径とする円弧状で形成されている。これにより溝１０の底部１５でのき裂発生も極力防ぐことができる。
When a tensile load is applied to the
本実施形態において、溝１０の存在により不溶着部先端９の応力幅は最小とすることができ、その結果、疲労き裂の発生までの寿命を長くし、加えてき裂進展速度を小さくできる。さらに、縦板１に引張荷重が作用した場合でも、強度低下を引き起こさない効果も有する。
In this embodiment, due to the presence of the
（第１の適用例）
本発明の溶接構造の第１の適用例について図を用いて説明する。図８は本発明の溶接構造の第１の適用例における油圧ショベルの一例を示す側面図であり、油圧ショベルにおける掘削時の一例を示している。図９および図１０は、本発明の溶接構造の第１の適用例における油圧ショベルのブームの一例を示す断面図であって、図８のＡ－Ａ’面での断面図である。図９は第１の変形状態を示し、図１０は第２の変形状態を示す。(First application example)
A first application example of the welded structure of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 8 is a side view showing an example of a hydraulic excavator in the first application example of the welded structure of the present invention, and shows an example of the hydraulic excavator during excavation. 9 and 10 are sectional views showing an example of a boom of a hydraulic excavator in a first application example of the welded structure of the present invention, and are sectional views taken along the line AA' in FIG. 8. FIG. 9 shows the first deformed state, and FIG. 10 shows the second deformed state.
図８において、油圧ショベル１６は、自走可能なクローラ式の下部走行体１７と、下部走行体１７上に旋回軸受装置１８を介して旋回自在に搭載された上部旋回体１９とを備えている。上部旋回体１９の前端部には、作業フロント２０が俯仰動（回動）可能に取り付けられている。
In FIG. 8, the
作業フロント２０は、掘削作業等を行うための多関節型の作業装置であり、作業腕を構成するブーム２１およびアーム２２と、作業腕の先端に取り付けられた作業具（アタッチメント）としてのバケット２３とで構成されている。
The
ブーム２１は、一対のブームシリンダ２４によって回動される。
The
図９は、油圧ショベル１６のブーム２１をブームセンターボス２８の位置Ａ－Ａ’面（図８）で切断した横断面図であり、バケット２３に対して押し荷重時におけるブーム２１の変形状態を示す図である。図１０は油圧ショベル１６のブーム２１をブームセンターボス２８の位置Ａ－Ａ’面（図８）で切断した横断面図であり、バケット２３に対して引き荷重時におけるブーム２１の変形状態を示す図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view of the
ブーム２１およびアーム２２は断面が矩形状の箱型構造体となっている。箱型構造体は、油圧ショベル１６の幅方向において間隔をもって対向した一対の板部材である側板２５と、両側板２５の上端側に配置される板部材である上板２６と、両側板２５の下端側に配置される板部材である下板２７とを備えている。ここで、上板２６と両側板２５、下板２７と両側板２５をそれぞれ溶接により接合することで箱型構造体が形成される。
The
本適用例において、両側板２５の内側には溝３２が加工されている。また、両側板２５の外側には、上板２６および下板２７との溶接位置に開先が溶接時に加工される。そして、上板２６および下板２７と両側板２５を接合する際は、上板２６および下板２７の外側から開先部で溶接される。その際、箱型構造体の内側には両側板２５と上板２６および下板２７との間に不溶着部３１が形成される。なお、図９、１０の不溶着部３１、溝３２、不溶着部先端３３は、図１の不溶着部８、溝１０、不溶着部先端９に相当する。また、図９、１０の側板２５は図１の縦板１に相当し、図１３の上板２６および下板２７は図１の横板３に相当する。
In this application example,
図９および図１０に示す油圧ショベル１６のブーム２１のボス２８には、ピン挿入孔２９に挿入された連結ピンを介して図８に示すブームシリンダ２４からの荷重が作用する。この荷重によって、図９および図１０に示すように、ブーム２１の上板２６と下板２７と側板２５には、面外方向（構造体の外面側の方向又は内面側の方向）に曲げ変形が生じる。
A load from the
溝３２は、側板２５が面外方向に曲げ変形を生じた場合、開口部が変形することで、不溶着部先端３３の応力（ひずみ）を小さくし、その結果、疲労き裂の発生までの寿命を長くし、加えてき裂進展速度を小さくできる。したがって、油圧ショベルの強度信頼性を向上させることができる。
When the
（第２の適用例）
本発明の溶接構造の第２の適用例について図を用いて説明する。図１１は、本発明の溶接構造の第２の適用例におけるダンプトラックの一例を示す側面図であり、鉱山で採掘した鉱物や土砂等を運搬する大型のダンプトラックの例を示している。図１２は、本発明の溶接構造の第２の適用例におけるダンプトラックのシャシーフレームの一例を示す斜視図である。図１３は、本発明の溶接構造の第２の適用例におけるダンプトラックのシャシーフレームの一例を示す断面図であり、シャシーフレームにおけるベースフレームの断面図を示している。(Second application example)
A second application example of the welded structure of the present invention will be explained using the drawings. FIG. 11 is a side view showing an example of a dump truck in a second application example of the welded structure of the present invention, and shows an example of a large dump truck that transports minerals, earth and sand extracted in a mine. FIG. 12 is a perspective view showing an example of a chassis frame of a dump truck in a second application example of the welded structure of the present invention. FIG. 13 is a sectional view showing an example of a chassis frame of a dump truck in a second application example of the welded structure of the present invention, and shows a sectional view of a base frame in the chassis frame.
図１１においてダンプトラック３４は大型の運搬車両であり、頑丈なフレーム構造をなす車体３５と、この車体３５上に傾動（起伏）可能に搭載された荷台３６とにより全体が構成されている。そして、車体３５は、フレーム３９、建屋３７、キャブ３８等を含んで構成されている。
In FIG. 11, a
図１２においてフレーム３９は車体３５のシャシーを構成するフレームで、このフレーム３９は、前後方向に延びる強固な支持構造体（溶接による製缶構造体）として形成されている。そして、フレーム３９は、前後方向に延びるベースフレーム４０と、このベースフレーム４０の前後方向の中間部に配置された上部横梁４１とにより構成されている。
In FIG. 12, a
ここで、ベースフレーム４０には、タイヤからの荷重を受ける座４２が複数個所設けられている。そして、走行中の地形による複雑な荷重がベースフレーム４０に作用する。
Here, the
図１３はベースフレーム４０の図１２におけるＢ部平面で切断される断面構造図である。断面は矩形状の箱型構造体となっている。箱型構造体は、ダンプトラック３４の幅方向において間隔をもって対向した一対の板部材である側板４３と、両側板４３の上端側に配置される板部材である上板４４と、両側板４３の下端側に配置される板部材である下板４５とを備えている。ここで、両側板４３と上板４４、両側板４３と下板４５とを溶接によりそれぞれ接合することで箱型構造体が形成される。
FIG. 13 is a cross-sectional structural diagram of the
本適用例において、側板４３の内側には溝４７が加工されている。また、側板４３には外側の溶接位置に開先が溶接時に加工される。上板４４および下板４５を側板４３と溶接する際は、側板４３の外側から開先部を用いて溶接される。その際、箱型構造体の内側には両側板４３と上板４４および下板４５との間に不溶着部４６が形成される。なお、図１３の不溶着部４６、溝４７、不溶着部先端４８は、図１の不溶着部８、溝１０、不溶着部先端９に相当する。また、図１３の側板４３は図１の縦板１に相当し、図１３の上板４４および下板４５は図１の横板３に相当する。
In this application example, a
溝４７は、側板４３が面外方向に曲げ変形を生じた場合、その開口部が変形することで、不溶着部先端４８の応力（ひずみ）を小さくし、その結果、疲労き裂の発生までの寿命を長くし、加えておよびき裂進展速度を小さくできる。したがって、ダンプトラックの強度信頼性を向上させることができる。
When the
（第３の適用例）
本発明の溶接構造の第３の適用例について図を用いて説明する。図１４は本発明の溶接構造の第３の適用例における鉄道用台車枠の一例を示す平面図である。図１５は本発明の溶接構造の第３の適用例における鉄道用台車枠の一例を示す断面図である。(Third application example)
A third application example of the welded structure of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 14 is a plan view showing an example of a railway bogie frame in a third application example of the welded structure of the present invention. FIG. 15 is a sectional view showing an example of a railway bogie frame in a third application example of the welded structure of the present invention.
図１４において、台車枠４９は、車両進行方向に沿って隔置される一対の側梁５０と、枕木方向に沿って備えられるとともに、側梁５０同士を連結するように備えられる一対の横梁５１を有する。車体を弾性支持する空気ばねが載置される空気ばね受座５２は、横梁５１の枕木方向の両端部と側梁５０の車両進行方向の中央部とに接続するように台車枠４９に備えられる。
In FIG. 14, the
図１５は図１４におけるＣ－Ｃ’面で切断した側梁５０の断面構造図である。断面の形状は矩形状の箱型構造体となっている。箱型構造体は、車両の進行方向の幅方向において間隔をもって対向した一対の板部材である側板５３と、両側板５３の上端側に配置される板部材である上板５４と、両側板５３の下端側に配置される板部材である下板５５とを備えている。ここで、両側板５３と上板５４、両側板５３と下板５５とを溶接によりそれぞれ接合することで箱型構造体が形成されている。
FIG. 15 is a cross-sectional structural diagram of the
本適用例において、上板５４と下板５５の内側には溝５７が加工されている。上板５４と下板５５には外側の溶接位置に開先が溶接時に加工される。側板５３を上板５４および下板５５と溶接する際は、側板５３に対して外側から開先部を用いて溶接される。その際、箱型構造体の内側には上板５４および下板５５と両側板５３との間に不溶着部５６が形成される。なお、図１５の不溶着部５６、溝５７、不溶着部先端５８は、図１の不溶着部８、溝１０、不溶着部先端９に相当する。また、図１５の上板５４および下板５５は図１の縦板１に相当し、図１５の側板５３は図１の横板３に相当する。
In this application example,
溝５７は上板５４および下板５５が面外方向に曲げ変形を生じた場合、その開口部が変形することで、不溶着部先端５８の応力（ひずみ）を小さくし、その結果、疲労き裂の発生までの寿命を長くし、加えてき裂進展速度を小さくできる。したがって、鉄道車両の台車枠の強度信頼性を向上させることができる。
When the
［第２の実施形態］
本発明の溶接構造の第２の実施形態について図を用いて説明する。図１６は本発明の第２の実施形態に係る溶接構造を示す全体構成を示す側面図である。第２の実施形態では、第１の実施形態と異なる点について主に説明し、同一の箇所には同一の符号を付してあり、特に説明がない部分は同じ説明を省略している。[Second embodiment]
A second embodiment of the welded structure of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 16 is a side view showing the overall configuration of a welded structure according to the second embodiment of the present invention. In the second embodiment, differences from the first embodiment will be mainly explained, and the same parts are given the same reference numerals, and the same explanations will be omitted for parts that are not particularly explained.
図１６の縦板１’は第１の実施形態の縦板１に基本的に相当するが、縦板１’には、溝１０の代りに溝１３が形成されている。そして、溝１３は、図１６に示すように、縦板１’と横板３の間の不溶着部８を含む形で所定の開口の幅Ｆを有する溝として裏面１２側から形成されている。溝１３は、例えば機械加工などによって形成される。溝１３の最奥部である底部１４は溝の開口の幅Ｆの曲率半径を持つ円弧上に加工されている。溝１３の底部１４は、溶接金属５との境界になり、不溶着部先端９を兼ねた構造となっている。
The vertical plate 1' of FIG. 16 basically corresponds to the
本実施形態によれば、不溶着部８の長さがあらかじめ機械加工などによってばらつきのない寸法に制御できるため、不溶着部先端９に発生する応力幅が有限要素法などの数値計算によって予測可能となる。また、不溶着部先端９が一定の曲率を有する円弧状となっているため、応力集中を小さくでき、この効果として、疲労き裂の発生までの寿命を長くし、加えてき裂進展速度を小さくできる。
According to this embodiment, since the length of the
［第３の実施形態］
本発明の溶接構造の第３の実施形態について図を用いて説明する。図１７は本発明の溶接構造の第３の実施形態を示す全体構成を示す側面図である。第３の実施形態では、第１の実施形態と異なる点について主に説明し、同一の箇所には同一の符号を付してあり、特に説明がない部分は同じ説明を省略している。[Third embodiment]
A third embodiment of the welded structure of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 17 is a side view showing the overall configuration of a third embodiment of the welded structure of the present invention. In the third embodiment, differences from the first embodiment will be mainly explained, the same parts are given the same reference numerals, and the same explanations are omitted for parts that are not particularly explained.
本実施形態において、縦板１’’は、第１の実施形態の縦板１とは異なり、横板３に対し垂直ではなく、垂直よりも一定角度θの傾きをもって溶接されている。傾く方向は開先４が加工された面（溶接金属５側の面）と反対側である。また下側端面２は、横板３の上側に平行である。そして、不溶着部８の上部で、かつ溶接金属５が表面に露出していない側の側面に、溝１０’が形成されている。溝１０’は必ずしも、不溶着部８側の端面２に平行でなくてもよい。図１６では、端面２の平行面よりも溝１０’の開口側を下側にして一定角度θだけ傾いている。溝１０’は、縦板１’’の溶接前の機械加工時に適正な角度をもって加工される。
In this embodiment, unlike the
本実施形態によれば、縦板１’’が横板３に対して傾いているため、溶接時に開先４をはっきりと観察でき、溶接トーチで容易にアクセスでき、生産効率が向上する。そして、縦板１’’に曲げ変形が作用した場合も、溝１０’が弾性変形することで、不溶着部先端９の応力幅を低減して、溶接構造の疲労寿命を向上させることができる。
According to this embodiment, since the vertical plate 1'' is inclined with respect to the
なお、本発明は上記した各実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications. For example, the above-described embodiments have been described in detail to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and the present invention is not necessarily limited to having all the configurations described. Furthermore, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. Furthermore, it is possible to add, delete, or replace some of the configurations of each embodiment with other configurations.
１、１’、１’’…縦板、 ２…端面、 ３…横板、 ４…開先、 ５…溶接金属、６…縦脚長、 ７…横脚長、 ８、３１、４６、５６…不溶着部、 ９、３３、４８、５８…不溶着部先端、 １０、１０’、１３、３２、４７、５７…溝、 １１…面、 １２…裏面、 １４、１５…底部、１６…油圧ショベル、１７…下部走行体、１８…旋回軸受装置、 １９…上部旋回体、 ２０…作業フロント、 ２１…ブーム、 ２２…アーム、 ２３…バケット、 ２４…ブームシリンダ、 ２５、４３、５３…側板、 ２６、４４、５４…上板、 ２７、４５、５５…下板、 ２８…ボス、 ２９…ピン挿入孔、 ３４…ダンプトラック、 ３５…車体、 ３６…荷台、 ３７…建屋、 ３８…キャブ、 ３９…フレーム、 ４０…ベースフレーム、 ４１…上部横梁、 ４２…座、 ４９…台車枠、 ５０…側梁、 ５１…横梁、 ５２…空気ばね受座、 Ｄ１…板厚、 Ｄ２…溝の長さ、 Ｄ３…距離、 Ｄ４…幅、 Ｅ…距離、 Ｆ…幅、 θ…一定角度 1, 1', 1''...vertical plate, 2...end surface, 3...horizontal plate, 4...groove, 5...welded metal, 6...vertical leg length, 7...horizontal leg length, 8, 31, 46, 56...not included Welded part, 9, 33, 48, 58...Unwelded part tip, 10, 10', 13, 32, 47, 57...Groove, 11...Surface, 12...Back surface, 14, 15...Bottom, 16...Hydraulic excavator, 17... Lower traveling body, 18... Swivel bearing device, 19... Upper rotating body, 20... Work front, 21... Boom, 22... Arm, 23... Bucket, 24... Boom cylinder, 25, 43, 53... Side plate, 26. 44, 54... Upper plate, 27, 45, 55... Lower plate, 28... Boss, 29... Pin insertion hole, 34... Dump truck, 35... Vehicle body, 36... Loading platform, 37... Building, 38... Cab, 39... Frame , 40... Base frame, 41... Upper cross beam, 42... Seat, 49... Bogie frame, 50... Side beam, 51... Cross beam, 52... Air spring seat, D1... Plate thickness, D2... Groove length, D3... Distance, D4...Width, E...Distance, F...Width, θ...Constant angle
Claims (6)
前記一方の板材の端面と前記他方の板材の表面の間の一部に前記隅肉溶接の溶接金属が達しておらず溶接されていない不溶着部が存在し、
前記一方の板材には前記隅肉溶接の溶接金属が存在する側の反対側の側面から前記不溶着部に沿った方向に溝が形成されており、
前記溝の長さが、前記一方の板材の板厚の２０％から３０％となっており、かつ、前記不溶着部から前記溝までの距離が、前記一方の板材の板厚の２０％から４０％となっていることを特徴とする溶接構造。 A welding structure in which two plates are fixed by fillet welding with the end face of one plate in contact with the surface of the other plate,
There is a non-welded part where the weld metal of the fillet weld does not reach a part between the end face of the one plate material and the surface of the other plate material and is not welded,
A groove is formed in the one plate material in a direction along the non-welded part from the side opposite to the side where the weld metal of the fillet weld is present,
The length of the groove is from 20% to 30% of the thickness of the one plate, and the distance from the non-welded part to the groove is from 20% to 30% of the thickness of the one plate. Welded structure characterized by 40% .
前記溝の幅が、前記一方の板材の板厚の５％から１５％となっていることを特徴とする溶接構造。 The welded structure according to claim 1,
A welded structure characterized in that the width of the groove is 5% to 15% of the thickness of the one plate .
前記溝の底部から前記溶接金属の表面までの距離は、前記一方の板材の板厚以上となっていることを特徴とする溶接構造。 The welded structure according to claim 1,
A welded structure characterized in that the distance from the bottom of the groove to the surface of the weld metal is greater than or equal to the thickness of the one plate .
当該溶接構造は、油圧ショベルの作業腕を構成するブームまたはアームに適用し、
前記ブームまたはアームの側板が前記一方の板材に相当し、前記ブームまたはアームの上板または下板が前記他方の板材に相当することを特徴とする溶接構造。 The welded structure according to any one of claims 1 to 3 ,
The welded structure is applied to the boom or arm that constitutes the working arm of a hydraulic excavator,
A welded structure characterized in that a side plate of the boom or arm corresponds to the one plate material, and an upper plate or a lower plate of the boom or arm corresponds to the other plate material.
当該溶接構造は、ダンプトラックのタイヤからの荷重を受ける座が設けられたベースフレームに適用し、
前記ベースフレームの側板が前記一方の板材に相当し、前記ベースフレームの上板または下板が前記他方の板材に相当することを特徴とする溶接構造。 The welded structure according to any one of claims 1 to 3 ,
The welded structure is applied to a base frame provided with a seat that receives the load from the tires of a dump truck,
A welded structure characterized in that a side plate of the base frame corresponds to the one plate material, and an upper plate or a lower plate of the base frame corresponds to the other plate material.
当該溶接構造は、鉄道用台車枠の側梁に適用し、
前記側梁の上板または下板が前記一方の板材に相当し、前記側梁の側板が前記他方の板材に相当することを特徴とする溶接構造。 The welded structure according to any one of claims 1 to 3 ,
The welded structure is applied to the side beams of railway bogie frames,
A welded structure characterized in that an upper plate or a lower plate of the side beam corresponds to the one plate material, and a side plate of the side beam corresponds to the other plate material.
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000199240A (en) | 1998-12-28 | 2000-07-18 | Yutani Heavy Ind Ltd | Boom structure of hydraulic excavator |
| JP2001105171A (en) | 1999-10-01 | 2001-04-17 | Watahan Technos Kk | Method for welding steel frame beam and steel frame column, and joing structure |
| JP2006281246A (en) | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Matsuo Kogyosho:Kk | Groove structure of fillet welding |
| WO2012114532A1 (en) | 2011-02-23 | 2012-08-30 | 新日本製鐵株式会社 | Manufacturing method for welded joint and welded joint |
| JP2016205024A (en) | 2015-04-24 | 2016-12-08 | 新日鐵住金株式会社 | Steel floor slab |
| JP2017014823A (en) | 2015-07-02 | 2017-01-19 | ショーボンド建設株式会社 | Expansion joint |
| JP2018009397A (en) | 2016-07-15 | 2018-01-18 | 日立建機株式会社 | Work machine |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0593660U (en) * | 1992-05-19 | 1993-12-21 | 住友建機株式会社 | Welding structure of oil tank in construction machinery |
| JP6432267B2 (en) * | 2014-10-03 | 2018-12-05 | 新日鐵住金株式会社 | Welded structural members that reduce stress concentration |
| JP7009748B2 (en) * | 2016-08-18 | 2022-01-26 | 日本製鉄株式会社 | Laminated fillet welded joint |
-
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000199240A (en) | 1998-12-28 | 2000-07-18 | Yutani Heavy Ind Ltd | Boom structure of hydraulic excavator |
| JP2001105171A (en) | 1999-10-01 | 2001-04-17 | Watahan Technos Kk | Method for welding steel frame beam and steel frame column, and joing structure |
| JP2006281246A (en) | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Matsuo Kogyosho:Kk | Groove structure of fillet welding |
| WO2012114532A1 (en) | 2011-02-23 | 2012-08-30 | 新日本製鐵株式会社 | Manufacturing method for welded joint and welded joint |
| JP2016205024A (en) | 2015-04-24 | 2016-12-08 | 新日鐵住金株式会社 | Steel floor slab |
| JP2017014823A (en) | 2015-07-02 | 2017-01-19 | ショーボンド建設株式会社 | Expansion joint |
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