溶接接合構造
【課題】Ｔ形継手及びＬ形継手において十分な強度性能が得られるようにした溶接継手構造を提案する。
【解決手段】第１接合材１の一方の側面１ａに対して第２接合材２の端面２ｂを略直交方向から突合せてこれら両者を溶接にて接合して得られる溶接継手構造において、第１接合材１の一方の側面１ａに該一方の側面１ａ上に開口する嵌入凹部３を形成し、該嵌入凹部３に第２接合材２の端部２ａを嵌入させた状態で、第１接合材１の他方の側面１ｂ側に配置した溶接熱源Ｈから一方の側面１ａ側に向けて溶接熱を加えるように構成する。係る構成によれば、第１接合材１における嵌入凹部３の底壁面３ａから側壁面３ｂにかけての屈曲部分と、第２接合材２の端面２ｂから側面２ｃにかけての屈曲部分が、溶融金属層を介して溶融接合されるとともに、該溶融金属の一部が第１接合材１の接合面１ａと第２接合材２の側面２ｃとの隅部に適度に現出してここに良好な形体で隅肉が形成され、溶接強度に優れた信頼性の高い溶接接合構造が得られる。
【解決手段】第１接合材１の一方の側面１ａに対して第２接合材２の端面２ｂを略直交方向から突合せてこれら両者を溶接にて接合して得られる溶接継手構造において、第１接合材１の一方の側面１ａに該一方の側面１ａ上に開口する嵌入凹部３を形成し、該嵌入凹部３に第２接合材２の端部２ａを嵌入させた状態で、第１接合材１の他方の側面１ｂ側に配置した溶接熱源Ｈから一方の側面１ａ側に向けて溶接熱を加えるように構成する。係る構成によれば、第１接合材１における嵌入凹部３の底壁面３ａから側壁面３ｂにかけての屈曲部分と、第２接合材２の端面２ｂから側面２ｃにかけての屈曲部分が、溶融金属層を介して溶融接合されるとともに、該溶融金属の一部が第１接合材１の接合面１ａと第２接合材２の側面２ｃとの隅部に適度に現出してここに良好な形体で隅肉が形成され、溶接強度に優れた信頼性の高い溶接接合構造が得られる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、Ｔ形又はＬ形の溶接継手構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
Ｔ形又はＬ形の溶接継手においては、例えば、特許文献１に示されるように、隅肉溶接で施工するのが一般的である。しかし、この隅肉溶接は、Ｔ形又はＬ形に組まれた二つの部材の衝合部の両端部分をそれぞれ外側から溶接する必要があることから、例えば、その溶接対象物が箱状構造物であって、且つ内部に作業スペースを十分にとれないような場合には、隅肉溶接を適正に行なうことができず、その結果、溶接施工の信頼性、特に強度性能の信頼性が担保できないことになる。
【０００３】
このような事情から、所謂「深溶込溶接」が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２（図３、図４）参照）。
【０００４】
特許文献１に示されるものは、板厚方向に重ねた二枚の板材の一方の板材側から溶接熱源により溶接熱を加えて該一方の板材を局部的に溶融させるとともに、さらにその溶接熱を他方の板材側に伝達して該他方の板材を溶融させることで、一方側からのみの加熱によって二枚の板材を溶接接合するようにしたものである。
【０００５】
また、引用文献２の図３及び図４に示されるものは、二枚の板材をＴ形に突き合わせ、横方向に延びる一方の板材の外側から溶接熱源により溶接熱を加えて該一方の板材を局部的に溶融させるとともに、さらにその溶接熱を縦方向に延びる他方の板材側に伝達して該他方の板材の端部側を溶融させることで、一方の板材側からのみ溶接熱を加えることで二枚の板材を溶接するようにしたものである。
【０００６】
ここで、この深溶込溶接によるＴ形継手及びＬ形継手の溶接構造について、さらに図面を参照して詳しく説明する。
【０００７】
図７には、横方向に延びる第１接合材１と、該第１接合材１の一方の側面１ａにその端面２ｂを衝合させた状態で縦方向に延びる第２接合材２からなるＴ形継手の溶接施工前の状態を示している。このＴ形継手に対する溶接は、図８に示すように、上記第１接合材１の他方の側面１ｂ側における入熱点Ｐを、上記第２接合材２の側面２ｃの延長上位置よりも所定寸法だけ上記第２接合材２の板厚方向内側寄り位置に設定する。そして、上記入熱点Ｐに適宜の溶接熱源Ｈから溶接熱を加えて溶接を行なう。
【０００８】
この場合、上記入熱点Ｐに加えられた溶接熱は、温度曲線「Ｔ」で示すように、該入熱点Ｐから上記第２接合材２側へ向かって拡散伝達されるが、上記第１接合材１の一方の側面１ａと上記第２接合材２の端面２ｂの衝合面部分は、溶接熱の伝達方向において素材が分断されることから、ここに空気層が存在し、この空気層が断熱層となり上記第２接合材２側への伝熱が抑制され、その結果、溶接熱は断熱層が存在せず伝熱性の良好な上記第１接合材１内を側方へ偏位しながら伝達される。
【０００９】
即ち、溶接熱は、図８に示す温度曲線「Ｔ」のように、上記第１接合材１の一方の側面１ａから他方の側面１ｂに向かうに伴って入熱方向から側方へ次第に偏位するように伝達される。
【００１０】
このため、溶融金属層Ｍは、温度曲線「Ｔ」の変化状態に対応するように、入熱点Ｐから上記第２接合材２の接合端部２ａ側に向かうに伴って次第に側方へ偏位するように生成され、この溶融金属層Ｍの先端部分は上記第２接合材２の角部２ｄから側方へ外れた位置で上記第１接合材１の一方の側面１ａ上に現れる。換言すれば、上記第２接合材２側は溶融温度まで温度が上昇せず、従って、上記角部２ｄは溶接されず、所要の溶接強度が担保されないことになる。
【００１１】
なお、上記第１接合材１側における入熱点Ｐを上記第２接合材２の側面２ｃの延長上に設定した場合には、上記溶融金属層Ｍの先端部が上記場合よりもさらに側方へ偏位することから、溶接強度がさらに低下することとなる。
【００１２】
図９には、横方向に延びる第１接合材１と、該第１接合材１の端部１ｄ寄りの一方の側面１ａにその端面２ｂを衝合させた状態で縦方向に延びる第２接合材２からなるＬ形継手の溶接接合前の状態を示している。
【００１３】
また、図１０には、このＬ形継手に対する溶接状態を示している。ここで、上記第１接合材１の他方の側面１ｂ側における入熱点Ｐを、上記第２接合材２の側面２ｃの延長上位置よりも所定寸法だけ上記第２接合材２の板厚方向内側寄り位置に設定する。そして、上記入熱点Ｐに、溶接熱源Ｈから溶接熱を加えて溶接を行なう。
【００１４】
係る設定状態下で溶接が行なわれることで、温度曲線「Ｔ」で示すように溶接熱が伝達され、さらにこれに対応するように溶融金属層Ｍが現れるが、その変化状態等は上述のＴ形継手の場合と同様であるので、ここでの説明を省略する。
【００１５】
【特許文献１】特開２０００−１６７６７０号公報
【特許文献２】特開２００３−５３５６７号公報
【特許文献３】特開平５−１２６０９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
以上のように、従来の深溶込溶接を用いたＴ形継手及びＬ形継手における溶接継手構造によれば、上記第１接合材１の一方の側面１ａと上記第２接合材２の側面２ｃで構成される隅部に該両側面１ａ、２ｃに跨って良好な隅肉が形成できないため、その溶接接合部の強度性能が十分に得られないという問題があった。
【００１７】
そこで、本願発明では、Ｔ形継手及びＬ形継手において十分な強度性能が得られるようにした溶接継手構造を提案することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本願発明ではかかる課題を解決するための具体的手段として次のような構成を採用している。
【００１９】
本願の第１の発明では、第１接合材１の一方の側面１ａに対して第２接合材２の端面２ｂを略直交方向から突合せてこれら両者を溶接にて接合して得られる溶接継手構造において、上記第１接合材１の一方の側面１ａに該一方の側面１ａ上に開口する嵌入凹部３を形成し、該嵌入凹部３に上記第２接合材２の端部２ａを嵌入させた状態で、上記第１接合材１の他方の側面１ｂ側に配置した溶接熱源Ｈから上記一方の側面１ａ側に向けて溶接熱を加えるように構成したことを特徴としている。
【００２０】
本願の第２の発明では、上記第１の発明に係る溶接継手構造において、上記第１接合材１の他方の側面１ｂにおける溶接熱の入熱点Ｐの位置を、該第１接合材１の上記嵌入凹部３の隅部３ｃに対応する位置よりも該嵌入凹部３の幅方向内側寄り位置に対応するように設定することを特徴としている。
【００２１】
本願の第３の発明では、上記第１又は第２の発明に係る溶接継手構造において、上記第１接合材１の板厚ｔａが溶接許容肉厚ｔ以上であるときは、上記他方の側面１ｂの上記入熱点Ｐを含む所定範囲に切欠部１１を設け、該切欠部１１の底面１１ａから上記一方の側面１ａまでの肉厚ｔａが該溶接許容肉厚ｔ以下となるように設定することを特徴としている。
【００２２】
本願の第４の発明では、上記第３の発明に係る溶接継手構造において、上記所定範囲を上記入熱点Ｐの近傍領域としたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２３】
本願発明では次のような効果が得られる。
【００２４】
（ａ）本願の第１の発明に係る溶接継手構造によれば、第１接合材１の一方の側面１ａに対して第２接合材２の端面２ｂを略直交方向から突合せてこれら両者を溶接にて接合して得られる溶接継手構造において、上記第１接合材１の一方の側面１ａに該一方の側面１ａ上に開口する嵌入凹部３を形成し、該嵌入凹部３に上記第２接合材２の端部２ａを嵌入させた状態で、上記第１接合材１の他方の側面１ｂ側に配置した溶接熱源Ｈから上記一方の側面１ａ側に向けて溶接熱を加えるように構成している。
【００２５】
係る構成によれば、上記第１接合材１の他方の側面１ｂ側から一方の側面１ａ側に向けて溶接熱が加えられると、該溶接熱は上記一方の側面１ａ上の入熱点Ｐから他方の側面１ｂに向かって上記第１接合材１内を拡散移動し、さらに上記他方の側面１ｂに設けた上記嵌入凹部３部分からここに嵌入された上記第２接合材２の端面２ｂ側へ移動する。しかし、上記嵌入凹部３の底壁面３ａと上記第２接合材２の端面２ｂとの衝合部分では、上記第１接合材１と上記第２接合材２が不連続であってこの不連続部分が断熱層となることから、上記嵌入凹部３側から上記第２接合材２側への伝熱が抑制されることになる。
【００２６】
このため、上記入熱点Ｐから上記第１接合材１内を上記嵌入凹部３側に向かって伝達される溶接熱は、断熱層が存在する上記嵌入凹部３の底壁面３ａと側壁面３ｂの隅部の近傍に蓄熱されつつ、全体として該部分から断熱層が存在しない上記嵌入凹部３の側壁面３ｂ寄りへ偏向しながら伝達されることになる。
【００２７】
このような溶接熱の伝熱形態に対応して、上記第１接合材１側の蓄熱部位、即ち、上記嵌入凹部３の底壁面３ａと側壁面３ｂの隅部の近傍に溜まった熱は、その蓄熱量が多いことから、上記断熱層の断熱作用に拘らず、次第に上記第２接合材２側へ伝達され、その結果、該第２接合材２の角部２ｄ部分は溶融温度以上に昇温され効率良く溶融される。また、上記第１接合材１の上記嵌入凹部３の側壁面３ｂに対応する部分も、該側壁面３ｂ寄りへ偏向されながら伝達された溶接熱によって溶融温度以上に昇温され効率良く溶融される。
【００２８】
このような両部位のそれぞれにおける溶融によって、上記第１接合材１における上記嵌入凹部３の底壁面３ａから側壁面３ｂにかけての屈曲部分と、上記第２接合材２の端面２ｂから側面２ｃにかけての屈曲部分が、溶融金属層を介して溶融接合されるとともに、該溶融金属の一部が上記第１接合材１の接合面１ａと上記第２接合材２の側面２ｃとの隅部に適度に現出してここに良好な形体で隅肉が形成される。
【００２９】
以上の結果、上記第１接合材１の一方の側面１ａに嵌入凹部３を形成し、該嵌入凹部３に上記第２接合材２の端部２ａを嵌入させた状態で、上記第１接合材１の他方の側面１ｂ側に配置した溶接熱源Ｈから上記一方の側面１ａ側に向けて溶接熱を加えるように構成することで、溶接強度に優れた信頼性の高い溶接接合構造が得られるものである。
【００３０】
（ｂ）本願の第２の発明に係る溶接継手構造によれば、上記（ａ）に記載の効果に加えて、以下のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、上記第１接合材１の他方の側面１ｂにおける溶接熱の入熱点Ｐの位置を、該第１接合材１の上記嵌入凹部３の隅部３ｃに対応する位置よりも該嵌入凹部３の幅方向内側寄り位置に対応するように設定しているので、溶接熱の入熱方向から側方寄りへの偏向現象にも拘らず、上記嵌入凹部３の隅部３ｃの近傍が効率良く溶融され、例えば、上記入熱点Ｐを上記隅部３ｃに対応する位置に設定した場合のような上記第１接合材１側のみが溶融落下して切欠きが残るというような問題が確実に防止され、より一層、溶接強度に優れた信頼性の高い溶接接合構造が得られることになる。
【００３１】
（ｃ）本願の第３の発明に係る溶接継手構造によれば、上記（ａ）又は（ｂ）に記載の効果に加えて、以下のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、上記第１接合材１の板厚ｔａが溶接許容肉厚ｔ以上であるときは、上記他方の側面１ｂの上記入熱点Ｐを含む所定範囲に切欠部１１を設け、該切欠部１１の底面１１ａから上記一方の側面１ａまでの肉厚ｔａが該溶接許容肉厚ｔ以下となるように設定しているので、上記第１接合材１の肉厚の大小に影響されることなく、信頼性の高い溶接継手構造を得ることができる。
【００３２】
（ｄ）本願の第４の発明に係る溶接継手構造によれば、上記（ｃ）に記載の効果に加えて、以下のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、上記所定範囲を上記入熱点Ｐの近傍領域としているので、溶接施工後に上記切欠部１１に肉盛溶接を施して該切欠部１１を消滅させる場合において、その肉盛量を可及的に少なくすることができ、この結果、作業工数の低減によって溶接接合コストの低廉化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本願発明を好適な実施形態に基づいて具体的に説明する。
【００３４】
Ｉ：第１の実施形態
図１には、本願発明の溶接継手構造が適用される第１の実施形態に係るＴ形継手Ｚ１の溶接施工前の仮組み状態を示し、また図２には上記Ｔ形継手Ｚ１に深溶込溶接を施工した場合の溶接熱の流れ、及び溶融金属層の生成状態を示している。
【００３５】
上記Ｔ形継手Ｚ１は、所定厚さの板材でなる第１接合材１と第２接合材２をＴ形に組付けて構成される。
【００３６】
上記第１接合材１は、所定厚さの板材で構成され、その両側面１ａ、１ｂのうち、一方の側面１ａには次述の第２接合材２が接合され、他方の側面１ｂ側には適宜の溶接熱源Ｈが配置される。なお、この第１接合材１の厚さ「ｔ１」は、深溶込溶接において許容される一般的な溶接許容板厚「ｔ」と同等かそれ以下に設定される。
【００３７】
また、上記第１接合材１の一方の側面１ａには、該側面１ａ上に開口して紙面に直交する方向へ延びる溝状の嵌入凹部３が予め形成されている。この嵌入凹部３は、底壁面３ａと左右の側壁面３ｂ、３ｂを備えるとともに、該底壁面３ａと側壁面３ｂの交差部分を隅部３ｃとしている。
【００３８】
上記第２接合材２は、上記嵌入凹部３内に略密接状態で嵌入可能な板厚をもつ板材で構成され、その接合端部２ａを上記第１接合材１側の上記嵌入凹部３に嵌入させた状態に仮組みされる。この第２接合材２を上記第１接合材１の嵌入凹部３に嵌入させた状態では、該第２接合材２の端面２ｂ及び両側面２ｃ、２ｃが、上記嵌入凹部３の底壁面３ａ及び両側壁面３ｂ、３ｂに、それぞれ近接対向しており、特に上記第２接合材２の端面２ｂは上記第１接合材１の他方の側面１ｂ側へ指向している。
【００３９】
次に、図２に基づいて上記Ｔ形継手Ｚ１への溶接施工について説明する。
【００４０】
溶接の施工に際しては、上記第１接合材１の他方の側面１ｂ側に溶接熱源Ｈを配置する。この溶接熱源Ｈとしては、深溶込みが可能な溶接熱を供給し得る溶接手段であれば良く、例えば、アーク溶接装置、電子ビーム溶接装置、レーザビーム溶接装置、ガスシールド溶接装置等、種々の溶接装置を採用できる。
【００４１】
ここで、上記Ｔ形継手Ｚ１への溶接施工は、上記第２接合材２の接合端部２ａの左右両角部２ｄ，２ｄに順次行なうものとする。この場合、上記溶接熱源Ｈによる上記第１接合材１側への溶接熱の入熱点Ｐの設定であるが、この実施形態では、図２に示すように、上記溶接熱源Ｈの入熱線が、上記嵌入凹部３の隅部３ｃ（即ち、上記第２接合材２の角部２ｄ）の位置よりも、該嵌入凹部３の幅方向内側寄りへ適宜寸法だけ偏位した位置に対応するように、上記入熱点Ｐの位置を設定している。
【００４２】
このように上記溶接熱源Ｈの入熱点Ｐを設定した上で、該溶接熱源Ｈから上記入熱点Ｐに所定の溶接熱を加えながら、該溶接熱源Ｈを所定速度で上記嵌入凹部３の長手方向（紙面に直交する方向）へ移動させて溶接を行なう。この場合の溶接状態は、以下の通りである。
【００４３】
上記溶接熱源Ｈによって上記入熱点Ｐに溶接熱が加えられると、この溶接熱は、上記第１接合材１の他方の側面１ｂ側から上記一方の側面１ａ側に向かって上記第１接合材１内を拡散移動し、さらに上記他方の側面１ｂに設けた上記嵌入凹部３部分からここに嵌入された上記第２接合材２の端面２ｂ側へ移動するものと考えられる。
【００４４】
しかし、上記嵌入凹部３の底壁面３ａと上記第２接合材２の端面２ｂとの衝合部分では、上記第１接合材１と上記第２接合材２が不連続であってこの不連続部分が断熱層となることから、上記嵌入凹部３側から上記第２接合材２側への伝熱が抑制されることになる。
【００４５】
このため、上記入熱点Ｐから上記第１接合材１内を上記嵌入凹部３側に向かって伝達される溶接熱は、断熱層が存在する上記嵌入凹部３の底壁面３ａと側壁面３ｂの隅部の近傍に蓄熱されつつ、全体としては該部分から、断熱層が存在しない上記嵌入凹部３の側壁面３ｂ寄りへ偏向しながら該第１接合材１内を伝達されることになる。
【００４６】
このような溶接熱の伝熱形態に対応して、上記第１接合材１側の蓄熱部位、即ち、上記嵌入凹部３の底壁面３ａと側壁面３ｂの隅部３ｃの近傍に溜まった熱は、その蓄熱量が多いことから、上記断熱層の断熱作用に拘らず、該断熱層を介して次第に上記第２接合材２側へ伝達される。この結果、上記第２接合材２の角部２ｄ部分は、溶融温度以上に昇温され効率良く溶融される。また、上記第１接合材１の上記嵌入凹部３の側壁面３ｂに対応する部分も、該側壁面３ｂ寄りへ偏向されながら伝達された溶接熱によって溶融温度以上に昇温され効率良く溶融される。
【００４７】
このような両部位のそれぞれにおける溶融によって、上記第１接合材１における上記嵌入凹部３の底壁面３ａから側壁面３ｂにかけての屈曲部分と、上記第２接合材２の端面２ｂから側面２ｃにかけての屈曲部分が、溶融金属層Ｍを介して溶融接合されるとともに、該溶融金属の一部が上記第１接合材１の接合面１ａと上記第２接合材２の側面２ｃとの隅部に適度に現出してここに良好な形体で隅肉Ｍａが形成される。以上と同様の溶接は、他方の入熱点Ｐに対しても施工される。
【００４８】
以上の溶接施工によって、上記Ｔ形継手Ｚ１においては、上記第１接合材１の一方の側面１ａに嵌入凹部３を形成し、該嵌入凹部３に上記第２接合材２の端部２ａを嵌入させた状態で、上記第１接合材１の他方の側面１ｂ側に配置した溶接熱源Ｈから上記一方の側面１ａ側に向けて溶接熱を加えるように構成することで、溶接強度に優れた信頼性の高い溶接接合構造が得られるものである。
【００４９】
なお、この実施形態のように、上記第１接合材１の他方の側面１ｂにおける溶接熱の入熱点Ｐの位置を、該第１接合材１の上記嵌入凹部３の隅部３ｃに対応する位置よりも該嵌入凹部３の幅方向内側寄り位置に対応するように設定することで、溶接熱の入熱方向から側方寄りへの偏向現象にも拘らず、上記嵌入凹部３の隅部３ｃの近傍が効率良く溶融され、例えば、上記入熱点Ｐを上記隅部３ｃに対応する位置に設定した場合のような上記第１接合材１側のみが溶融落下して切欠きが残るというような問題が確実に防止され、より一層、溶接強度に優れた信頼性の高い溶接接合構造が得られることになる。
【００５０】
ＩＩ：第２の実施形態
図３には、本願発明の溶接継手構造が適用される第２の実施形態に係るＬ形継手Ｚ２の溶接施工前の仮組み状態を示し、また図４には上記Ｌ形継手Ｚ２に深溶込溶接を施工した場合の溶接熱の流れ、及び溶融金属層の生成状態を示している。
【００５１】
上記Ｔ形継手Ｚ２は、所定厚さの板材でなる第１接合材１と第２接合材２を、これらの端部同士をＬ形に突き合わせて構成される。
【００５２】
上記第１接合材１は、所定厚さの板材で構成され、その一方の側面１ａの端部寄り部位に、該一方の側面１ａと端面１ｃの双方に開口するＬ形断面をもち且つ紙面に直交する方向へ延びる段差状の嵌入凹部３が形成されている。この嵌入凹部３は、底壁面３ａとこれに直交する側壁面３ｂを備えるとともに、該底壁面３ａと側壁面３ｂの交差部分を隅部３ｃとしている。また、この第１接合材１の他方の側面１ｂ側には適宜の溶接熱源Ｈが配置される。なお、この第１接合材１の厚さ「ｔ１」は、深溶込溶接において許容される一般的な溶接許容板厚「ｔ」と同等かそれ以下に設定される。
【００５３】
上記第２接合材２は、上記嵌入凹部３内に略密接状態で嵌入可能な板厚をもつ板材で構成され、その接合端部２ａを上記第１接合材１側の上記嵌入凹部３に嵌入させた状態に仮組みされる。この第２接合材２を上記第１接合材１の嵌入凹部３に嵌入させた状態では、該第２接合材２の端面２ｂ及び一方の側面２ｃが、上記嵌入凹部３の底壁面３ａ及び側壁面３ｂに、それぞれ近接対向しており、特に上記端面２ｂは上記第１接合材１の他方の側面１ｂ側へ指向している。
【００５４】
次に、図４に基づいて上記Ｌ形継手Ｚ２への溶接施工について説明する。なお、このＬ形継手Ｚ２においては、上記第１接合材１側の上記嵌入凹部３の隅部３ｃと該隅部３ｃ部分に嵌入された上記第２接合材２の一方の角部２ｄの溶接部と、上記第１接合材１の端面１ｃ部分と上記第２接合材２の他方の角部２ｄの溶接部、の二つの溶接部位がある。このうち、後者の溶接部は、上記Ｌ形継手Ｚ２の外面に露出していることから、外部から通常の突合せ溶接を施工できるので、ここでの説明は省略する。従って、ここでは、深溶込溶接による前者の溶接部に対する溶接施工についてのみ説明する。
【００５５】
前者の溶接部位への溶接施工に際しては、上記第１接合材１の他方の側面１ｂ側に溶接熱源Ｈを配置する。なお、この溶接熱源Ｈとしては、深溶込みが可能な溶接熱を供給し得る溶接手段であれば良く、例えば、アーク溶接装置、電子ビーム溶接装置、レーザビーム溶接装置、ガスシールド溶接装置等、種々の溶接装置を採用できることは、上記第１の実施形態の場合と同様である。
【００５６】
先ず、上記溶接熱源Ｈによる上記第１接合材１側への溶接熱の入熱点Ｐの設定であるが、この実施形態では、図４に示すように、上記溶接熱源Ｈの入熱線が、上記嵌入凹部３の隅部３ｃ（即ち、上記第２接合材２の角部２ｄ）の位置よりも上記端面１ｃ寄り（即ち、上記嵌入凹部３の幅方向内側寄り）へ適宜寸法だけ偏位した位置に対応するように、上記入熱点Ｐの位置を設定している。
【００５７】
このように上記溶接熱源Ｈの入熱点Ｐを設定した上で、該溶接熱源Ｈから上記入熱点Ｐに所定の溶接熱を加えながら、該溶接熱源Ｈを所定速度で上記嵌入凹部３の長手方向（紙面に直交する方向）へ移動させて溶接を行なう。この場合の溶接状態は、以下の通りである。
【００５８】
上記溶接熱源Ｈによって上記入熱点Ｐに溶接熱が加えられると、この溶接熱は、上記第１接合材１の他方の側面１ｂ側から上記一方の側面１ａ側に向かって上記第１接合材１内を拡散移動し、さらに上記他方の側面１ｂに設けた上記嵌入凹部３部分からここに嵌入された上記第２接合材２の端面２ｂ側へ移動するものと考えられる。
【００５９】
しかし、上記嵌入凹部３の底壁面３ａと上記第２接合材２の端面２ｂとの衝合部分では、上記第１接合材１と上記第２接合材２が不連続であってこの不連続部分が断熱層となることから、上記嵌入凹部３側から上記第２接合材２側への伝熱が抑制されることになる。
【００６０】
このため、上記入熱点Ｐから上記第１接合材１内を上記嵌入凹部３側に向かって伝達される溶接熱は、断熱層が存在する上記嵌入凹部３の底壁面３ａと側壁面３ｂの隅部の近傍に蓄熱されつつ、全体としては該部分から、断熱層が存在しない上記嵌入凹部３の側壁面３ｂ寄りへ偏向しながら該第１接合材１内を伝達されることになる。
【００６１】
このような溶接熱の伝熱形態に対応して、上記第１接合材１側の蓄熱部位、即ち、上記嵌入凹部３の底壁面３ａと側壁面３ｂの隅部３ｃの近傍に溜まった熱は、その蓄熱量が多いことから、上記断熱層の断熱作用に拘らず、該断熱層を介して次第に上記第２接合材２側へ伝達される。この結果、上記第２接合材２の角部２ｄ部分は、溶融温度以上に昇温され効率良く溶融される。また、上記第１接合材１の上記嵌入凹部３の側壁面３ｂに対応する部分も、該側壁面３ｂ寄りへ偏向されながら伝達された溶接熱によって溶融温度以上に昇温され効率良く溶融される。
【００６２】
このような両部位のそれぞれにおける溶融によって、上記第１接合材１における上記嵌入凹部３の底壁面３ａから側壁面３ｂにかけての屈曲部分と、上記第２接合材２の端面２ｂから側面２ｃにかけての屈曲部分が、溶融金属層Ｍを介して溶融接合されるとともに、該溶融金属の一部が上記第１接合材１の接合面１ａと上記第２接合材２の側面２ｃとの隅部に適度に現出してここに良好な形体で隅肉Ｍａが形成される。
【００６３】
以上の溶接施工によって、上記Ｌ形継手Ｚ２においては、上記第１接合材１の一方の側面１ａに嵌入凹部３を形成し、該嵌入凹部３に上記第２接合材２の端部２ａを嵌入させた状態で、上記第１接合材１の他方の側面１ｂ側に配置した溶接熱源Ｈから上記一方の側面１ａ側に向けて溶接熱を加えるように構成することで、溶接強度に優れた信頼性の高い溶接接合構造が得られるものである。
【００６４】
ＩＩＩ：第３の実施形態
図５には、本願発明の溶接継手構造が適用される第３の実施形態に係るＴ形継手Ｚ３の溶接施工前の仮組み状態を示している。このＴ形継手Ｚ３の溶接は、上記第１の実施形態において説明したＴ形継手Ｚ１に対する溶接と同じ手法にて施工されるが、該第１の実施形態の場合と異なる点は、上記第１接合材１の板厚「ｔ１」が溶接許容板厚「ｔ」よりも大きい点であり、このような場合における溶接継手構造を提案するのがこの実施形態である。
【００６５】
即ち、この実施形態では、図５に示すように、上記第１接合材１の一方の側面１ａ側に、左右の入熱点Ｐ、Ｐを共に含むような幅寸法をもつ凹溝状の切欠部１１を形成し、該切欠部１１の底壁面１１ａから上記他方の側面１ｂまでの板厚「ｔa」が上記溶接許容厚さ「ｔ」以下となるように上記第１接合材１の板厚を調整し、この調整された板厚の下で、溶接熱源Ｈを用いて深溶込溶接を施工することで、上記第１の実施形態の場合と同様に、溶接強度に優れた信頼性の高い溶接接合構造が得られるものである。
【００６６】
なお、この場合の溶接状態については第１の実施形態における該当説明を援用し、ここでの説明は省略する。
【００６７】
ところで、上述のように、上記第１接合材１の他方の側面１ｂ側に上記切欠部１１を設けることで、該第１接合材１の板厚に左右されることなく常に良好な溶接性能が得られる訳であるが、上記切欠部１１は上記溶接熱源Ｈを用いた深溶込溶接の施工完了後に、適宜の肉盛溶接を施して該切欠部１１を埋める必要があるが、この実施形態のように上記切欠部１１が上記二つの入熱点Ｐ、Ｐを包含するような幅広溝であると、それだけ肉盛量が多くなり、作業工数等のコスト面において不利である。
【００６８】
このような第３の実施形態における不利な点を改善する溶接継手構造として、次述の第４の実施形態に係る溶接継手構造を提案するものである。
【００６９】
ＩＶ：第４の実施形態
図６に示す第４の実施形態においては、上記第３の実施形態に係る溶接継手構造を基調とした上で、上記第３の実施形態のように上記切欠部１１に二つの入熱点Ｐ、Ｐが包含されるように該切欠部１１を単一の広幅断面状に形成するのではなく、該各入熱点Ｐ、Ｐのそれぞれを個別に包含し得るような小幅溝状に形成したものである。
【００７０】
このように構成することで、上記切欠部１１が小幅である分だけ該切欠部１１の事後的な肉盛溶接による肉盛量が減少し、作業工数等のコスト面において有利である。
【００７１】
なお、この場合の溶接状態については第１の実施形態における該当説明を援用し、ここでの説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本願発明の第１の実施の形態に係るＴ形の溶接継手構造の溶接施工前における状態説明図である。
【図２】図１に示した溶接継手構造の溶接施工後における状態説明図である。
【図３】本願発明の第２の実施の形態に係るＬ形の溶接継手構造の溶接施工前における状態説明図である。
【図４】図３に示した溶接継手構造の溶接施工後における状態説明図である。
【図５】本願発明の第３の実施の形態に係るＴ形の溶接継手構造の溶接施工前における状態説明図である。
【図６】本願発明の第４の実施の形態に係るＴ形の溶接継手構造の溶接施工前における状態説明図である。
【図７】従来のＴ形の溶接継手構造の溶接施工前における状態説明図である。
【図８】従来のＴ形の溶接継手構造の溶接施工後における状態説明図である。
【図９】従来のＬ形の溶接継手構造の溶接施工前における状態説明図である。
【図１０】従来のＬ形の溶接継手構造の溶接施工後における状態説明図である。
【符号の説明】
【００７３】
１ ・・第１接合材
１ａ ・・一方の側面
１ｂ ・・他方の側面
２ ・・第２接合材
２ａ ・・接合端部
２ｂ ・・端面
２ｃ ・・側面
２ｄ ・・角部
３ ・・嵌入凹部
３ａ ・・底壁面
３ｂ ・・側壁面
３ｃ ・・隅部
１０ ・・肉盛部
１１ ・・切欠部
Ｈ ・・溶接熱源
Ｍ ・・溶融金属層
Ｍａ ・・隅肉部
Ｐ ・・入熱点
ｔ ・・溶接許容板厚
Ｔ ・・温度曲線
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、Ｔ形又はＬ形の溶接継手構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
Ｔ形又はＬ形の溶接継手においては、例えば、特許文献１に示されるように、隅肉溶接で施工するのが一般的である。しかし、この隅肉溶接は、Ｔ形又はＬ形に組まれた二つの部材の衝合部の両端部分をそれぞれ外側から溶接する必要があることから、例えば、その溶接対象物が箱状構造物であって、且つ内部に作業スペースを十分にとれないような場合には、隅肉溶接を適正に行なうことができず、その結果、溶接施工の信頼性、特に強度性能の信頼性が担保できないことになる。
【０００３】
このような事情から、所謂「深溶込溶接」が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２（図３、図４）参照）。
【０００４】
特許文献１に示されるものは、板厚方向に重ねた二枚の板材の一方の板材側から溶接熱源により溶接熱を加えて該一方の板材を局部的に溶融させるとともに、さらにその溶接熱を他方の板材側に伝達して該他方の板材を溶融させることで、一方側からのみの加熱によって二枚の板材を溶接接合するようにしたものである。
【０００５】
また、引用文献２の図３及び図４に示されるものは、二枚の板材をＴ形に突き合わせ、横方向に延びる一方の板材の外側から溶接熱源により溶接熱を加えて該一方の板材を局部的に溶融させるとともに、さらにその溶接熱を縦方向に延びる他方の板材側に伝達して該他方の板材の端部側を溶融させることで、一方の板材側からのみ溶接熱を加えることで二枚の板材を溶接するようにしたものである。
【０００６】
ここで、この深溶込溶接によるＴ形継手及びＬ形継手の溶接構造について、さらに図面を参照して詳しく説明する。
【０００７】
図７には、横方向に延びる第１接合材１と、該第１接合材１の一方の側面１ａにその端面２ｂを衝合させた状態で縦方向に延びる第２接合材２からなるＴ形継手の溶接施工前の状態を示している。このＴ形継手に対する溶接は、図８に示すように、上記第１接合材１の他方の側面１ｂ側における入熱点Ｐを、上記第２接合材２の側面２ｃの延長上位置よりも所定寸法だけ上記第２接合材２の板厚方向内側寄り位置に設定する。そして、上記入熱点Ｐに適宜の溶接熱源Ｈから溶接熱を加えて溶接を行なう。
【０００８】
この場合、上記入熱点Ｐに加えられた溶接熱は、温度曲線「Ｔ」で示すように、該入熱点Ｐから上記第２接合材２側へ向かって拡散伝達されるが、上記第１接合材１の一方の側面１ａと上記第２接合材２の端面２ｂの衝合面部分は、溶接熱の伝達方向において素材が分断されることから、ここに空気層が存在し、この空気層が断熱層となり上記第２接合材２側への伝熱が抑制され、その結果、溶接熱は断熱層が存在せず伝熱性の良好な上記第１接合材１内を側方へ偏位しながら伝達される。
【０００９】
即ち、溶接熱は、図８に示す温度曲線「Ｔ」のように、上記第１接合材１の一方の側面１ａから他方の側面１ｂに向かうに伴って入熱方向から側方へ次第に偏位するように伝達される。
【００１０】
このため、溶融金属層Ｍは、温度曲線「Ｔ」の変化状態に対応するように、入熱点Ｐから上記第２接合材２の接合端部２ａ側に向かうに伴って次第に側方へ偏位するように生成され、この溶融金属層Ｍの先端部分は上記第２接合材２の角部２ｄから側方へ外れた位置で上記第１接合材１の一方の側面１ａ上に現れる。換言すれば、上記第２接合材２側は溶融温度まで温度が上昇せず、従って、上記角部２ｄは溶接されず、所要の溶接強度が担保されないことになる。
【００１１】
なお、上記第１接合材１側における入熱点Ｐを上記第２接合材２の側面２ｃの延長上に設定した場合には、上記溶融金属層Ｍの先端部が上記場合よりもさらに側方へ偏位することから、溶接強度がさらに低下することとなる。
【００１２】
図９には、横方向に延びる第１接合材１と、該第１接合材１の端部１ｄ寄りの一方の側面１ａにその端面２ｂを衝合させた状態で縦方向に延びる第２接合材２からなるＬ形継手の溶接接合前の状態を示している。
【００１３】
また、図１０には、このＬ形継手に対する溶接状態を示している。ここで、上記第１接合材１の他方の側面１ｂ側における入熱点Ｐを、上記第２接合材２の側面２ｃの延長上位置よりも所定寸法だけ上記第２接合材２の板厚方向内側寄り位置に設定する。そして、上記入熱点Ｐに、溶接熱源Ｈから溶接熱を加えて溶接を行なう。
【００１４】
係る設定状態下で溶接が行なわれることで、温度曲線「Ｔ」で示すように溶接熱が伝達され、さらにこれに対応するように溶融金属層Ｍが現れるが、その変化状態等は上述のＴ形継手の場合と同様であるので、ここでの説明を省略する。
【００１５】
【特許文献１】特開２０００−１６７６７０号公報
【特許文献２】特開２００３−５３５６７号公報
【特許文献３】特開平５−１２６０９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
以上のように、従来の深溶込溶接を用いたＴ形継手及びＬ形継手における溶接継手構造によれば、上記第１接合材１の一方の側面１ａと上記第２接合材２の側面２ｃで構成される隅部に該両側面１ａ、２ｃに跨って良好な隅肉が形成できないため、その溶接接合部の強度性能が十分に得られないという問題があった。
【００１７】
そこで、本願発明では、Ｔ形継手及びＬ形継手において十分な強度性能が得られるようにした溶接継手構造を提案することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本願発明ではかかる課題を解決するための具体的手段として次のような構成を採用している。
【００１９】
本願の第１の発明では、第１接合材１の一方の側面１ａに対して第２接合材２の端面２ｂを略直交方向から突合せてこれら両者を溶接にて接合して得られる溶接継手構造において、上記第１接合材１の一方の側面１ａに該一方の側面１ａ上に開口する嵌入凹部３を形成し、該嵌入凹部３に上記第２接合材２の端部２ａを嵌入させた状態で、上記第１接合材１の他方の側面１ｂ側に配置した溶接熱源Ｈから上記一方の側面１ａ側に向けて溶接熱を加えるように構成したことを特徴としている。
【００２０】
本願の第２の発明では、上記第１の発明に係る溶接継手構造において、上記第１接合材１の他方の側面１ｂにおける溶接熱の入熱点Ｐの位置を、該第１接合材１の上記嵌入凹部３の隅部３ｃに対応する位置よりも該嵌入凹部３の幅方向内側寄り位置に対応するように設定することを特徴としている。
【００２１】
本願の第３の発明では、上記第１又は第２の発明に係る溶接継手構造において、上記第１接合材１の板厚ｔａが溶接許容肉厚ｔ以上であるときは、上記他方の側面１ｂの上記入熱点Ｐを含む所定範囲に切欠部１１を設け、該切欠部１１の底面１１ａから上記一方の側面１ａまでの肉厚ｔａが該溶接許容肉厚ｔ以下となるように設定することを特徴としている。
【００２２】
本願の第４の発明では、上記第３の発明に係る溶接継手構造において、上記所定範囲を上記入熱点Ｐの近傍領域としたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２３】
本願発明では次のような効果が得られる。
【００２４】
（ａ）本願の第１の発明に係る溶接継手構造によれば、第１接合材１の一方の側面１ａに対して第２接合材２の端面２ｂを略直交方向から突合せてこれら両者を溶接にて接合して得られる溶接継手構造において、上記第１接合材１の一方の側面１ａに該一方の側面１ａ上に開口する嵌入凹部３を形成し、該嵌入凹部３に上記第２接合材２の端部２ａを嵌入させた状態で、上記第１接合材１の他方の側面１ｂ側に配置した溶接熱源Ｈから上記一方の側面１ａ側に向けて溶接熱を加えるように構成している。
【００２５】
係る構成によれば、上記第１接合材１の他方の側面１ｂ側から一方の側面１ａ側に向けて溶接熱が加えられると、該溶接熱は上記一方の側面１ａ上の入熱点Ｐから他方の側面１ｂに向かって上記第１接合材１内を拡散移動し、さらに上記他方の側面１ｂに設けた上記嵌入凹部３部分からここに嵌入された上記第２接合材２の端面２ｂ側へ移動する。しかし、上記嵌入凹部３の底壁面３ａと上記第２接合材２の端面２ｂとの衝合部分では、上記第１接合材１と上記第２接合材２が不連続であってこの不連続部分が断熱層となることから、上記嵌入凹部３側から上記第２接合材２側への伝熱が抑制されることになる。
【００２６】
このため、上記入熱点Ｐから上記第１接合材１内を上記嵌入凹部３側に向かって伝達される溶接熱は、断熱層が存在する上記嵌入凹部３の底壁面３ａと側壁面３ｂの隅部の近傍に蓄熱されつつ、全体として該部分から断熱層が存在しない上記嵌入凹部３の側壁面３ｂ寄りへ偏向しながら伝達されることになる。
【００２７】
このような溶接熱の伝熱形態に対応して、上記第１接合材１側の蓄熱部位、即ち、上記嵌入凹部３の底壁面３ａと側壁面３ｂの隅部の近傍に溜まった熱は、その蓄熱量が多いことから、上記断熱層の断熱作用に拘らず、次第に上記第２接合材２側へ伝達され、その結果、該第２接合材２の角部２ｄ部分は溶融温度以上に昇温され効率良く溶融される。また、上記第１接合材１の上記嵌入凹部３の側壁面３ｂに対応する部分も、該側壁面３ｂ寄りへ偏向されながら伝達された溶接熱によって溶融温度以上に昇温され効率良く溶融される。
【００２８】
このような両部位のそれぞれにおける溶融によって、上記第１接合材１における上記嵌入凹部３の底壁面３ａから側壁面３ｂにかけての屈曲部分と、上記第２接合材２の端面２ｂから側面２ｃにかけての屈曲部分が、溶融金属層を介して溶融接合されるとともに、該溶融金属の一部が上記第１接合材１の接合面１ａと上記第２接合材２の側面２ｃとの隅部に適度に現出してここに良好な形体で隅肉が形成される。
【００２９】
以上の結果、上記第１接合材１の一方の側面１ａに嵌入凹部３を形成し、該嵌入凹部３に上記第２接合材２の端部２ａを嵌入させた状態で、上記第１接合材１の他方の側面１ｂ側に配置した溶接熱源Ｈから上記一方の側面１ａ側に向けて溶接熱を加えるように構成することで、溶接強度に優れた信頼性の高い溶接接合構造が得られるものである。
【００３０】
（ｂ）本願の第２の発明に係る溶接継手構造によれば、上記（ａ）に記載の効果に加えて、以下のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、上記第１接合材１の他方の側面１ｂにおける溶接熱の入熱点Ｐの位置を、該第１接合材１の上記嵌入凹部３の隅部３ｃに対応する位置よりも該嵌入凹部３の幅方向内側寄り位置に対応するように設定しているので、溶接熱の入熱方向から側方寄りへの偏向現象にも拘らず、上記嵌入凹部３の隅部３ｃの近傍が効率良く溶融され、例えば、上記入熱点Ｐを上記隅部３ｃに対応する位置に設定した場合のような上記第１接合材１側のみが溶融落下して切欠きが残るというような問題が確実に防止され、より一層、溶接強度に優れた信頼性の高い溶接接合構造が得られることになる。
【００３１】
（ｃ）本願の第３の発明に係る溶接継手構造によれば、上記（ａ）又は（ｂ）に記載の効果に加えて、以下のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、上記第１接合材１の板厚ｔａが溶接許容肉厚ｔ以上であるときは、上記他方の側面１ｂの上記入熱点Ｐを含む所定範囲に切欠部１１を設け、該切欠部１１の底面１１ａから上記一方の側面１ａまでの肉厚ｔａが該溶接許容肉厚ｔ以下となるように設定しているので、上記第１接合材１の肉厚の大小に影響されることなく、信頼性の高い溶接継手構造を得ることができる。
【００３２】
（ｄ）本願の第４の発明に係る溶接継手構造によれば、上記（ｃ）に記載の効果に加えて、以下のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、上記所定範囲を上記入熱点Ｐの近傍領域としているので、溶接施工後に上記切欠部１１に肉盛溶接を施して該切欠部１１を消滅させる場合において、その肉盛量を可及的に少なくすることができ、この結果、作業工数の低減によって溶接接合コストの低廉化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本願発明を好適な実施形態に基づいて具体的に説明する。
【００３４】
Ｉ：第１の実施形態
図１には、本願発明の溶接継手構造が適用される第１の実施形態に係るＴ形継手Ｚ１の溶接施工前の仮組み状態を示し、また図２には上記Ｔ形継手Ｚ１に深溶込溶接を施工した場合の溶接熱の流れ、及び溶融金属層の生成状態を示している。
【００３５】
上記Ｔ形継手Ｚ１は、所定厚さの板材でなる第１接合材１と第２接合材２をＴ形に組付けて構成される。
【００３６】
上記第１接合材１は、所定厚さの板材で構成され、その両側面１ａ、１ｂのうち、一方の側面１ａには次述の第２接合材２が接合され、他方の側面１ｂ側には適宜の溶接熱源Ｈが配置される。なお、この第１接合材１の厚さ「ｔ１」は、深溶込溶接において許容される一般的な溶接許容板厚「ｔ」と同等かそれ以下に設定される。
【００３７】
また、上記第１接合材１の一方の側面１ａには、該側面１ａ上に開口して紙面に直交する方向へ延びる溝状の嵌入凹部３が予め形成されている。この嵌入凹部３は、底壁面３ａと左右の側壁面３ｂ、３ｂを備えるとともに、該底壁面３ａと側壁面３ｂの交差部分を隅部３ｃとしている。
【００３８】
上記第２接合材２は、上記嵌入凹部３内に略密接状態で嵌入可能な板厚をもつ板材で構成され、その接合端部２ａを上記第１接合材１側の上記嵌入凹部３に嵌入させた状態に仮組みされる。この第２接合材２を上記第１接合材１の嵌入凹部３に嵌入させた状態では、該第２接合材２の端面２ｂ及び両側面２ｃ、２ｃが、上記嵌入凹部３の底壁面３ａ及び両側壁面３ｂ、３ｂに、それぞれ近接対向しており、特に上記第２接合材２の端面２ｂは上記第１接合材１の他方の側面１ｂ側へ指向している。
【００３９】
次に、図２に基づいて上記Ｔ形継手Ｚ１への溶接施工について説明する。
【００４０】
溶接の施工に際しては、上記第１接合材１の他方の側面１ｂ側に溶接熱源Ｈを配置する。この溶接熱源Ｈとしては、深溶込みが可能な溶接熱を供給し得る溶接手段であれば良く、例えば、アーク溶接装置、電子ビーム溶接装置、レーザビーム溶接装置、ガスシールド溶接装置等、種々の溶接装置を採用できる。
【００４１】
ここで、上記Ｔ形継手Ｚ１への溶接施工は、上記第２接合材２の接合端部２ａの左右両角部２ｄ，２ｄに順次行なうものとする。この場合、上記溶接熱源Ｈによる上記第１接合材１側への溶接熱の入熱点Ｐの設定であるが、この実施形態では、図２に示すように、上記溶接熱源Ｈの入熱線が、上記嵌入凹部３の隅部３ｃ（即ち、上記第２接合材２の角部２ｄ）の位置よりも、該嵌入凹部３の幅方向内側寄りへ適宜寸法だけ偏位した位置に対応するように、上記入熱点Ｐの位置を設定している。
【００４２】
このように上記溶接熱源Ｈの入熱点Ｐを設定した上で、該溶接熱源Ｈから上記入熱点Ｐに所定の溶接熱を加えながら、該溶接熱源Ｈを所定速度で上記嵌入凹部３の長手方向（紙面に直交する方向）へ移動させて溶接を行なう。この場合の溶接状態は、以下の通りである。
【００４３】
上記溶接熱源Ｈによって上記入熱点Ｐに溶接熱が加えられると、この溶接熱は、上記第１接合材１の他方の側面１ｂ側から上記一方の側面１ａ側に向かって上記第１接合材１内を拡散移動し、さらに上記他方の側面１ｂに設けた上記嵌入凹部３部分からここに嵌入された上記第２接合材２の端面２ｂ側へ移動するものと考えられる。
【００４４】
しかし、上記嵌入凹部３の底壁面３ａと上記第２接合材２の端面２ｂとの衝合部分では、上記第１接合材１と上記第２接合材２が不連続であってこの不連続部分が断熱層となることから、上記嵌入凹部３側から上記第２接合材２側への伝熱が抑制されることになる。
【００４５】
このため、上記入熱点Ｐから上記第１接合材１内を上記嵌入凹部３側に向かって伝達される溶接熱は、断熱層が存在する上記嵌入凹部３の底壁面３ａと側壁面３ｂの隅部の近傍に蓄熱されつつ、全体としては該部分から、断熱層が存在しない上記嵌入凹部３の側壁面３ｂ寄りへ偏向しながら該第１接合材１内を伝達されることになる。
【００４６】
このような溶接熱の伝熱形態に対応して、上記第１接合材１側の蓄熱部位、即ち、上記嵌入凹部３の底壁面３ａと側壁面３ｂの隅部３ｃの近傍に溜まった熱は、その蓄熱量が多いことから、上記断熱層の断熱作用に拘らず、該断熱層を介して次第に上記第２接合材２側へ伝達される。この結果、上記第２接合材２の角部２ｄ部分は、溶融温度以上に昇温され効率良く溶融される。また、上記第１接合材１の上記嵌入凹部３の側壁面３ｂに対応する部分も、該側壁面３ｂ寄りへ偏向されながら伝達された溶接熱によって溶融温度以上に昇温され効率良く溶融される。
【００４７】
このような両部位のそれぞれにおける溶融によって、上記第１接合材１における上記嵌入凹部３の底壁面３ａから側壁面３ｂにかけての屈曲部分と、上記第２接合材２の端面２ｂから側面２ｃにかけての屈曲部分が、溶融金属層Ｍを介して溶融接合されるとともに、該溶融金属の一部が上記第１接合材１の接合面１ａと上記第２接合材２の側面２ｃとの隅部に適度に現出してここに良好な形体で隅肉Ｍａが形成される。以上と同様の溶接は、他方の入熱点Ｐに対しても施工される。
【００４８】
以上の溶接施工によって、上記Ｔ形継手Ｚ１においては、上記第１接合材１の一方の側面１ａに嵌入凹部３を形成し、該嵌入凹部３に上記第２接合材２の端部２ａを嵌入させた状態で、上記第１接合材１の他方の側面１ｂ側に配置した溶接熱源Ｈから上記一方の側面１ａ側に向けて溶接熱を加えるように構成することで、溶接強度に優れた信頼性の高い溶接接合構造が得られるものである。
【００４９】
なお、この実施形態のように、上記第１接合材１の他方の側面１ｂにおける溶接熱の入熱点Ｐの位置を、該第１接合材１の上記嵌入凹部３の隅部３ｃに対応する位置よりも該嵌入凹部３の幅方向内側寄り位置に対応するように設定することで、溶接熱の入熱方向から側方寄りへの偏向現象にも拘らず、上記嵌入凹部３の隅部３ｃの近傍が効率良く溶融され、例えば、上記入熱点Ｐを上記隅部３ｃに対応する位置に設定した場合のような上記第１接合材１側のみが溶融落下して切欠きが残るというような問題が確実に防止され、より一層、溶接強度に優れた信頼性の高い溶接接合構造が得られることになる。
【００５０】
ＩＩ：第２の実施形態
図３には、本願発明の溶接継手構造が適用される第２の実施形態に係るＬ形継手Ｚ２の溶接施工前の仮組み状態を示し、また図４には上記Ｌ形継手Ｚ２に深溶込溶接を施工した場合の溶接熱の流れ、及び溶融金属層の生成状態を示している。
【００５１】
上記Ｔ形継手Ｚ２は、所定厚さの板材でなる第１接合材１と第２接合材２を、これらの端部同士をＬ形に突き合わせて構成される。
【００５２】
上記第１接合材１は、所定厚さの板材で構成され、その一方の側面１ａの端部寄り部位に、該一方の側面１ａと端面１ｃの双方に開口するＬ形断面をもち且つ紙面に直交する方向へ延びる段差状の嵌入凹部３が形成されている。この嵌入凹部３は、底壁面３ａとこれに直交する側壁面３ｂを備えるとともに、該底壁面３ａと側壁面３ｂの交差部分を隅部３ｃとしている。また、この第１接合材１の他方の側面１ｂ側には適宜の溶接熱源Ｈが配置される。なお、この第１接合材１の厚さ「ｔ１」は、深溶込溶接において許容される一般的な溶接許容板厚「ｔ」と同等かそれ以下に設定される。
【００５３】
上記第２接合材２は、上記嵌入凹部３内に略密接状態で嵌入可能な板厚をもつ板材で構成され、その接合端部２ａを上記第１接合材１側の上記嵌入凹部３に嵌入させた状態に仮組みされる。この第２接合材２を上記第１接合材１の嵌入凹部３に嵌入させた状態では、該第２接合材２の端面２ｂ及び一方の側面２ｃが、上記嵌入凹部３の底壁面３ａ及び側壁面３ｂに、それぞれ近接対向しており、特に上記端面２ｂは上記第１接合材１の他方の側面１ｂ側へ指向している。
【００５４】
次に、図４に基づいて上記Ｌ形継手Ｚ２への溶接施工について説明する。なお、このＬ形継手Ｚ２においては、上記第１接合材１側の上記嵌入凹部３の隅部３ｃと該隅部３ｃ部分に嵌入された上記第２接合材２の一方の角部２ｄの溶接部と、上記第１接合材１の端面１ｃ部分と上記第２接合材２の他方の角部２ｄの溶接部、の二つの溶接部位がある。このうち、後者の溶接部は、上記Ｌ形継手Ｚ２の外面に露出していることから、外部から通常の突合せ溶接を施工できるので、ここでの説明は省略する。従って、ここでは、深溶込溶接による前者の溶接部に対する溶接施工についてのみ説明する。
【００５５】
前者の溶接部位への溶接施工に際しては、上記第１接合材１の他方の側面１ｂ側に溶接熱源Ｈを配置する。なお、この溶接熱源Ｈとしては、深溶込みが可能な溶接熱を供給し得る溶接手段であれば良く、例えば、アーク溶接装置、電子ビーム溶接装置、レーザビーム溶接装置、ガスシールド溶接装置等、種々の溶接装置を採用できることは、上記第１の実施形態の場合と同様である。
【００５６】
先ず、上記溶接熱源Ｈによる上記第１接合材１側への溶接熱の入熱点Ｐの設定であるが、この実施形態では、図４に示すように、上記溶接熱源Ｈの入熱線が、上記嵌入凹部３の隅部３ｃ（即ち、上記第２接合材２の角部２ｄ）の位置よりも上記端面１ｃ寄り（即ち、上記嵌入凹部３の幅方向内側寄り）へ適宜寸法だけ偏位した位置に対応するように、上記入熱点Ｐの位置を設定している。
【００５７】
このように上記溶接熱源Ｈの入熱点Ｐを設定した上で、該溶接熱源Ｈから上記入熱点Ｐに所定の溶接熱を加えながら、該溶接熱源Ｈを所定速度で上記嵌入凹部３の長手方向（紙面に直交する方向）へ移動させて溶接を行なう。この場合の溶接状態は、以下の通りである。
【００５８】
上記溶接熱源Ｈによって上記入熱点Ｐに溶接熱が加えられると、この溶接熱は、上記第１接合材１の他方の側面１ｂ側から上記一方の側面１ａ側に向かって上記第１接合材１内を拡散移動し、さらに上記他方の側面１ｂに設けた上記嵌入凹部３部分からここに嵌入された上記第２接合材２の端面２ｂ側へ移動するものと考えられる。
【００５９】
しかし、上記嵌入凹部３の底壁面３ａと上記第２接合材２の端面２ｂとの衝合部分では、上記第１接合材１と上記第２接合材２が不連続であってこの不連続部分が断熱層となることから、上記嵌入凹部３側から上記第２接合材２側への伝熱が抑制されることになる。
【００６０】
このため、上記入熱点Ｐから上記第１接合材１内を上記嵌入凹部３側に向かって伝達される溶接熱は、断熱層が存在する上記嵌入凹部３の底壁面３ａと側壁面３ｂの隅部の近傍に蓄熱されつつ、全体としては該部分から、断熱層が存在しない上記嵌入凹部３の側壁面３ｂ寄りへ偏向しながら該第１接合材１内を伝達されることになる。
【００６１】
このような溶接熱の伝熱形態に対応して、上記第１接合材１側の蓄熱部位、即ち、上記嵌入凹部３の底壁面３ａと側壁面３ｂの隅部３ｃの近傍に溜まった熱は、その蓄熱量が多いことから、上記断熱層の断熱作用に拘らず、該断熱層を介して次第に上記第２接合材２側へ伝達される。この結果、上記第２接合材２の角部２ｄ部分は、溶融温度以上に昇温され効率良く溶融される。また、上記第１接合材１の上記嵌入凹部３の側壁面３ｂに対応する部分も、該側壁面３ｂ寄りへ偏向されながら伝達された溶接熱によって溶融温度以上に昇温され効率良く溶融される。
【００６２】
このような両部位のそれぞれにおける溶融によって、上記第１接合材１における上記嵌入凹部３の底壁面３ａから側壁面３ｂにかけての屈曲部分と、上記第２接合材２の端面２ｂから側面２ｃにかけての屈曲部分が、溶融金属層Ｍを介して溶融接合されるとともに、該溶融金属の一部が上記第１接合材１の接合面１ａと上記第２接合材２の側面２ｃとの隅部に適度に現出してここに良好な形体で隅肉Ｍａが形成される。
【００６３】
以上の溶接施工によって、上記Ｌ形継手Ｚ２においては、上記第１接合材１の一方の側面１ａに嵌入凹部３を形成し、該嵌入凹部３に上記第２接合材２の端部２ａを嵌入させた状態で、上記第１接合材１の他方の側面１ｂ側に配置した溶接熱源Ｈから上記一方の側面１ａ側に向けて溶接熱を加えるように構成することで、溶接強度に優れた信頼性の高い溶接接合構造が得られるものである。
【００６４】
ＩＩＩ：第３の実施形態
図５には、本願発明の溶接継手構造が適用される第３の実施形態に係るＴ形継手Ｚ３の溶接施工前の仮組み状態を示している。このＴ形継手Ｚ３の溶接は、上記第１の実施形態において説明したＴ形継手Ｚ１に対する溶接と同じ手法にて施工されるが、該第１の実施形態の場合と異なる点は、上記第１接合材１の板厚「ｔ１」が溶接許容板厚「ｔ」よりも大きい点であり、このような場合における溶接継手構造を提案するのがこの実施形態である。
【００６５】
即ち、この実施形態では、図５に示すように、上記第１接合材１の一方の側面１ａ側に、左右の入熱点Ｐ、Ｐを共に含むような幅寸法をもつ凹溝状の切欠部１１を形成し、該切欠部１１の底壁面１１ａから上記他方の側面１ｂまでの板厚「ｔa」が上記溶接許容厚さ「ｔ」以下となるように上記第１接合材１の板厚を調整し、この調整された板厚の下で、溶接熱源Ｈを用いて深溶込溶接を施工することで、上記第１の実施形態の場合と同様に、溶接強度に優れた信頼性の高い溶接接合構造が得られるものである。
【００６６】
なお、この場合の溶接状態については第１の実施形態における該当説明を援用し、ここでの説明は省略する。
【００６７】
ところで、上述のように、上記第１接合材１の他方の側面１ｂ側に上記切欠部１１を設けることで、該第１接合材１の板厚に左右されることなく常に良好な溶接性能が得られる訳であるが、上記切欠部１１は上記溶接熱源Ｈを用いた深溶込溶接の施工完了後に、適宜の肉盛溶接を施して該切欠部１１を埋める必要があるが、この実施形態のように上記切欠部１１が上記二つの入熱点Ｐ、Ｐを包含するような幅広溝であると、それだけ肉盛量が多くなり、作業工数等のコスト面において不利である。
【００６８】
このような第３の実施形態における不利な点を改善する溶接継手構造として、次述の第４の実施形態に係る溶接継手構造を提案するものである。
【００６９】
ＩＶ：第４の実施形態
図６に示す第４の実施形態においては、上記第３の実施形態に係る溶接継手構造を基調とした上で、上記第３の実施形態のように上記切欠部１１に二つの入熱点Ｐ、Ｐが包含されるように該切欠部１１を単一の広幅断面状に形成するのではなく、該各入熱点Ｐ、Ｐのそれぞれを個別に包含し得るような小幅溝状に形成したものである。
【００７０】
このように構成することで、上記切欠部１１が小幅である分だけ該切欠部１１の事後的な肉盛溶接による肉盛量が減少し、作業工数等のコスト面において有利である。
【００７１】
なお、この場合の溶接状態については第１の実施形態における該当説明を援用し、ここでの説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本願発明の第１の実施の形態に係るＴ形の溶接継手構造の溶接施工前における状態説明図である。
【図２】図１に示した溶接継手構造の溶接施工後における状態説明図である。
【図３】本願発明の第２の実施の形態に係るＬ形の溶接継手構造の溶接施工前における状態説明図である。
【図４】図３に示した溶接継手構造の溶接施工後における状態説明図である。
【図５】本願発明の第３の実施の形態に係るＴ形の溶接継手構造の溶接施工前における状態説明図である。
【図６】本願発明の第４の実施の形態に係るＴ形の溶接継手構造の溶接施工前における状態説明図である。
【図７】従来のＴ形の溶接継手構造の溶接施工前における状態説明図である。
【図８】従来のＴ形の溶接継手構造の溶接施工後における状態説明図である。
【図９】従来のＬ形の溶接継手構造の溶接施工前における状態説明図である。
【図１０】従来のＬ形の溶接継手構造の溶接施工後における状態説明図である。
【符号の説明】
【００７３】
１ ・・第１接合材
１ａ ・・一方の側面
１ｂ ・・他方の側面
２ ・・第２接合材
２ａ ・・接合端部
２ｂ ・・端面
２ｃ ・・側面
２ｄ ・・角部
３ ・・嵌入凹部
３ａ ・・底壁面
３ｂ ・・側壁面
３ｃ ・・隅部
１０ ・・肉盛部
１１ ・・切欠部
Ｈ ・・溶接熱源
Ｍ ・・溶融金属層
Ｍａ ・・隅肉部
Ｐ ・・入熱点
ｔ ・・溶接許容板厚
Ｔ ・・温度曲線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１接合材（１）の一方の側面（１ａ）に対して第２接合材（２）の端面（２ｂ）を略直交方向から突合せてこれら両者を溶接にて接合して得られる溶接継手構造であって、
上記第１接合材（１）の一方の側面（１ａ）に該側面（１ａ）上に開口する嵌入凹部（３）が形成され、
該嵌入凹部（３）に上記第２接合材（２）の端部（２ａ）を嵌入させた状態で、上記第１接合材（１）の他方の側面（１ｂ）側に配置した溶接熱源（Ｈ）から上記一方の側面（１ａ）側に向けて溶接熱を加えるように構成されたことを特徴とする溶接継手構造。
【請求項２】
請求項１において、
上記第１接合材（１）の他方の側面（１ｂ）における溶接熱の入熱点（Ｐ）の位置を、該第１接合材（１）の上記嵌入凹部（３）の隅部（３ｃ）に対応する位置よりも該嵌入凹部（３）の幅方向内側寄り位置に対応するように設定したことを特徴とする溶接継手構造。
【請求項３】
請求項１又は２において、
上記第１接合材（１）の板厚（ｔａ）が溶接許容肉厚（ｔ）以上であるときは、上記他方の側面（１ｂ）の上記入熱点（Ｐ）を含む所定範囲に切欠部（１１）を設け、該切欠部（１１）の底面（１１ａ）から上記一方の側面（１ａ）までの肉厚（ｔａ）が該溶接許容肉厚（ｔ）以下となるように設定されることを特徴とする溶接継手構造。
【請求項４】
請求項３において、
上記所定範囲を上記入熱点（Ｐ）の近傍領域としたことを特徴とする溶接継手構造。
【請求項１】
第１接合材（１）の一方の側面（１ａ）に対して第２接合材（２）の端面（２ｂ）を略直交方向から突合せてこれら両者を溶接にて接合して得られる溶接継手構造であって、
上記第１接合材（１）の一方の側面（１ａ）に該側面（１ａ）上に開口する嵌入凹部（３）が形成され、
該嵌入凹部（３）に上記第２接合材（２）の端部（２ａ）を嵌入させた状態で、上記第１接合材（１）の他方の側面（１ｂ）側に配置した溶接熱源（Ｈ）から上記一方の側面（１ａ）側に向けて溶接熱を加えるように構成されたことを特徴とする溶接継手構造。
【請求項２】
請求項１において、
上記第１接合材（１）の他方の側面（１ｂ）における溶接熱の入熱点（Ｐ）の位置を、該第１接合材（１）の上記嵌入凹部（３）の隅部（３ｃ）に対応する位置よりも該嵌入凹部（３）の幅方向内側寄り位置に対応するように設定したことを特徴とする溶接継手構造。
【請求項３】
請求項１又は２において、
上記第１接合材（１）の板厚（ｔａ）が溶接許容肉厚（ｔ）以上であるときは、上記他方の側面（１ｂ）の上記入熱点（Ｐ）を含む所定範囲に切欠部（１１）を設け、該切欠部（１１）の底面（１１ａ）から上記一方の側面（１ａ）までの肉厚（ｔａ）が該溶接許容肉厚（ｔ）以下となるように設定されることを特徴とする溶接継手構造。
【請求項４】
請求項３において、
上記所定範囲を上記入熱点（Ｐ）の近傍領域としたことを特徴とする溶接継手構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−２９７７３０（Ｐ２００９−２９７７３０Ａ）
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１５２５６１（Ｐ２００８−１５２５６１）
【出願日】平成２０年６月１１日（２００８．６．１１）
【出願人】（３０８０１５６６９）株式会社香西鉄工所 (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月１１日（２００８．６．１１）
【出願人】（３０８０１５６６９）株式会社香西鉄工所 (3)
【Ｆターム（参考）】
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