説明

隅肉溶接用開先の構造

【課題】 隅肉溶接において溶着部における剛性急変緩和(θの増大)による応力集中の緩和を図ると共に、溶接冷却時の収縮変形による残留応力発生の緩和を図るようにした隅肉溶接用開先の構造を提供する。
【解決手段】 溶接すべき溶接母材7の開先部7c、7e側の端部が被溶接母材8に角度を成して当接され、溶接すべき溶接母材7を開先部7c、7eに沿って被溶接母材8に溶接する隅肉溶接用開先の構造であって、溶接すべき溶接母材7の溶接溶け込み部7d'より更に奥側に残留応力発生緩和の空間部Sを設けた構成としたものである。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、溶接すべき溶接母材の開先部側の端部が被溶接母材の溶接面に角度を成して当接され、前記当接部を前記開先部に沿って隅肉溶接する隅肉溶接用開先の構造に関する。
【背景技術】
【0002】
図5は、従来の片側隅肉溶接の溶接部の一例を示し、溶接すべき溶接母材としての鋼板1の端面1aが被溶接母材としての鋼板2の溶接面(上面)2aに垂直に当接され、当接部の片側隅部を端面1aに沿って溶接材3により隅肉溶接するものである。また、図6は、鋼板4の開先部4aを所定の角度(例えば、45°)の傾斜面とし、端面4bを鋼板5の溶接面5aに当接し、開先部4aに沿って溶接材3により隅肉溶接するものである。
【0003】
隅肉溶接方法として、第1の部材から第2の部材の面に当接されて形成された当接部から離れるに従ってその深さが浅くなる溝を第2の部材の面に形成した後、前記当接部から離れるに従って溶接材の厚みが緩やかに減少するように隅肉溶接を施工するものとして、溶接材と母材との強度差により生ずる歪み集中を低減させて低サイクル疲労強度を低減させるようにしたものが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
【0004】
また、一方の溶接部材の嵌合凹部に、他方の被溶接部材の嵌合凸部が嵌入されると共に前記嵌合凹部の開口部周縁において、両被溶接部材が溶接固定されてなる溶接継手であり、嵌合凹部の開口端の内側に位置して、嵌合凸部の外周面に環状溝を形成し、溶接時に溶接材が環状溝に十分に溶け込み、溶接後にルート部が残らず、溶接材のルート割れを防止し、機械的強度を増強させるものが提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
【特許文献1】特開平10−34328号公報
【特許文献2】特開2000−158128号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、図5に示すような片側隅肉溶接の場合、冷却時の溶接ビードをなす溶接材3の冷却時の収縮により、鋼板1の端面1aと鋼板2の上面2aとの板合わせ面には図7に示すようにあたかも溶接端部を起点として亀裂が発生しているのと同じような変形(θが小さい変形)が生じる。そのため、ビード状の溶接材3の付け根部3aの部分は、構造的に応力集中部であり、局部収縮の発生、また、溶接冷却時の溶接ビードの収縮変形による残留応力の発生、それらに起因する微細なクラックの溶接欠陥発生等のおそれが大きい。
【0006】
また、負荷時においては、前記θが鋭角(0〜20°)であり、応力集中係数が大きいために前記付け根部3aに高い残留応力が発生し、疲労強度を低下させるという問題がある。図6に示す開先構造の溶接においても同様である。
特許文献1に開示されている溶接技術は、隅肉溶接において冷却時の溶接ビードをなす溶接材の冷却時の収縮により、第1部材と第2部材との板合わせ面に上述したような溶接端部を起点として亀裂が発生する場合については何ら記載されておらず、従って、対処もされていない。
【0007】
また、特許文献2に開示されている溶接技術は、溶接部を全周に亘り溶接する溶接継手に関するものであり、溶接対象が異なるために上述のような片側隅肉溶接のような不具合は発生しない。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、隅肉溶接において溶着部における剛性急変緩和(θの増大)による応力集中の緩和を図ると共に、溶接冷却時の収縮変形による残留応力発生の緩和を図るようにした隅肉溶接用開先の構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するために請求項1の隅肉溶接用開先の構造の発明は、溶接すべき溶接母材の開先部側の端部が被溶接母材に角度を成して当接され、前記溶接すべき溶接母材を前記開先部に沿って前記被溶接母材に溶接する隅肉溶接用開先の構造であって、前記溶接すべき溶接母材の溶接溶け込み部より更に奥側に残留応力発生緩和の空間部を設けたことを特徴としている。
【0009】
請求項2の隅肉溶接用開先の構造は、請求項1において、前記空間部は、前記溶接すべき溶接母材又は被溶接母材の少なくとも何れか一方に設けることを特徴としている。
請求項3の隅肉溶接用開先の構造は、請求項1において、前記空間部は、前記溶接すべき溶接母材の開先端面と被溶接母材との間に所定の高さZを有し、その幅wが前記高さZの略3〜4倍であることを特徴としている。
【発明の効果】
【0010】
請求項1の隅肉溶接用開先の構造によれば、溶接冷却時の収縮変形を、母材側に形成した空間部で変形させるため、溶接材に発生する残留応力を低減することができる。また、隅肉部の溶接熱が十分に届きにくいところの奥が空間になっているために溶接熱が他部に伝達しにくいので、溶接の溶け込みが十分に行われ、且つ冷却も徐冷されるため、溶融部ビードの収縮変形による残留応力の発生も少なく、溶接冷却時の溶接ビード割れの不具合を減少させることができる。また、負荷時の亀裂の発生の疲労強度を向上させることができる等の効果がある。
【0011】
また、請求項2の隅肉溶接用開先の構造によれば、空間部は溶接すべき溶接母材又は被溶接母材部材の少なくとも何れか一方に設ければよく、溶接母材の開先加工費・工数の低減が図られる。
また、請求項3の隅肉溶接用開先の構造によれば、空間部は、溶接すべき溶接母材の開先端面と被溶接母材との間に所定の高さZに対してその幅wを高さZの略3〜4倍とすることで、空間部が、溶接時における断熱空間として作用し、溶接材が凝固する際の急冷が防止されると共に、溶接冷却時における溶接ビードの収縮変形時には空間部の周囲が変形することで残留応力の発生を低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
以下、本発明の実施形態を図面により詳細に説明する。
図1は、本発明に係る突合わせ片側隅肉溶接用開先の構造の溶接部を示し、片側隅肉溶接すべき溶接母材としての鋼板7が被溶接部材としての鋼板8の板面8aに対して垂直に配置されている。尚、鋼板7と8とは同じ材質及び同じ板厚とされている。鋼板7は、開先部側の端部としての端面7aを残して板面7d側に端面7aに平行に開口する切欠7bが設けられている。この切欠7bは、空間部Sとされ、開先部としての開先端面7e及び奥面7cによって形成されている。また、その奥面7cが後述する鋼板7の隅肉溶接を行う際の溶接溶け込み部7d'よりも更に奥側に位置するようになっている。
【0013】
本実施形態(片側隅肉溶接)の場合、切欠7bの開先端面7eは、鋼板8の端面8aから所定の高さ(隙間)Z(約1mm程度)とされ、板面7dから奥面7cまでの幅wは、高さZの略3倍程度(w≒3Z)とされている。即ち、鋼板7の板厚tは、前記高さ(隙間)Zの略4倍(t≒4Z)程度とされている。この切欠7bは、鋼板7の溶接方向(以下「長手方向」という)に沿って全長に亘り設けられている。このようにして鋼板7の開先が構成されている。切欠7bの奥面7cと上面との連設部は、隅Rとされているが、この隅Rは、切欠7bを機械加工する際に生じるもので、特に隅Rに限定するものではなく、直角をなしていてもよい。
【0014】
以下に片側隅肉溶接について説明する。
図1に示すように鋼板7の開先部側の端部としての端面7aを鋼板8の板面8aの溶接すべき位置に図示のように垂直に当接させて配置し、不図示の支持具により支持する。この状態において、鋼板7の開先端面7eと鋼板8の板面8aとの間に切欠7bによる空間部Sが画成される。
【0015】
次いで、鋼板7の板面7dの切欠7bが開口する側と鋼板8の板面8aとのなす隅部を例えば、TIG溶接により溶接材3で隅肉溶接する。この溶接時に鋼板7の板面7dの一部7d'と鋼板8の板面8aの一部8a'とが溶接材3と共に溶融して溶着される(以下「溶融部7d'、8a'」という)。
図2に示すように溶接材3は、切欠7bを凸形状をなして横切りながら鋼板8の板面8aの溶融部8a'へと連続している。そして、切欠7bの奥面7cは、鋼板7の溶融部7d'から略距離2Z程奥まって位置しており、間に空間部Sbが形成されている。この空間部Sbは、溶接時における断熱空間として作用し、溶接後の鋼板7の冷却速度が緩和され、溶接ビードとしての溶接材3の収縮による溶接材(溶接部)3と切欠7bの上面との溶接境界部分3aの残留応力を低減する。
【0016】
また、空間部Sbの幅wが高さZの略3倍(w≒3Z)あるために溶接冷却時における溶接ビードの収縮変形時には鋼板7の開先端面7eを含む空間部Sbの周囲が変形して残留応を低減することが可能となる。更に、溶接材3の溶接境界部分3aと切欠7bの上面とのなす角θが鈍角をなすことで、当該溶接境界部分3aにおける応力集中が少ない。従って、負荷時における当該溶接境界部分3aの疲労強度が向上する。
【0017】
図3は、本発明の他の実施形態を示し、溶接すべき溶接母材である鋼板11の端面11aに両側の板面11b、11c側から中央に向けて空間部Sを形成する切欠11d、11eを設け、両側隅肉溶接に適用したものである。この場合も切欠11d、11eの形状及び大きさは図1に示す場合と同様である。そして、鋼板11の両面11b、11cの切欠11d、11eの各開口部と被溶接母材としての鋼板12とのなす隅部を溶接材3により隅肉溶接する。この場合も図1及び図2に示す片側隅肉溶接と同様の作用効果がある。
【0018】
図4は、本発明の他の実施形態を示し、被溶接母材としての鋼板14の板面14aに空間部Sを形成する凹部14bを設けたものである。この凹部14bは、鋼板13の端面13aが開先端面14c(開先部)までが前記所定の深さZをなし、その幅wが深さZの略4倍程度(w≒4Z)とされている。即ち、奥面14c(開先部)が鋼板13の溶融部13b'から2Z程奥まって位置することにより空間部Sが形成されている。そして、溶接すべき溶接母材としての鋼板13の端面13aの一側を前記深さZ程度の幅だけ凹部14bの一側の開口縁部(板面14a上)に載置して鋼板14に垂直に配置し、凹部14bの他側の開口側との間に前記深さZ程度の間隔を存して凹部14bと鋼板13の板面13bとのなす隅部を溶接材3で溶接するようにしたものである。この場合にも前記図1及び図2に示す構造の片側隅肉溶接と同様の作用効果を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明に係る隅肉溶接用開先の構造の実施形態の説明図である。
【図2】図1の溶接部の拡大図である。
【図3】本発明に係る隅肉溶接用開先の構造の他の実施形態を示す説明図である。
【図4】本発明に係る隅肉溶接用開先の構造の他の実施形態の説明図である。
【図5】従来の片側隅肉溶接用開先の構造の説明図である。
【図6】従来の片側隅肉溶接用開先の構造の他の説明図である。
【図7】図5の溶接部の拡大図である。
【符号の説明】
【0020】
7、8、11、12、13、14 鋼板(溶接母材)
7a、11a、13a 端面(端部)
7b、11d、11e、14b 切欠(空間部S)
7c 奥面(開先部)
7e 開先端面(開先部)

【特許請求の範囲】
【請求項1】
溶接すべき溶接母材の開先部側の端部が被溶接母材に角度を成して当接され、前記溶接すべき溶接母材を前記開先部に沿って前記被溶接母材に溶接する隅肉溶接用開先の構造であって、前記溶接すべき溶接母材の溶接溶け込み部より更に奥側に残留応力発生緩和の空間部を設けたことを特徴とする隅肉溶接用開先の構造。
【請求項2】
前記空間部は、前記溶接すべき溶接母材又は被溶接母材の少なくとも何れか一方に設けることを特徴とする請求項1記載の隅肉溶接用開先の構造。
【請求項3】
前記空間部は、前記溶接すべき溶接母材の開先端面と被溶接母材との間に所定の高さZを有し、その幅wが前記高さZの略3〜4倍であることを特徴とする請求項1記載の隅肉溶接用開先の構造。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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