隅肉溶接継手および溶接方法
【課題】橋梁の鋼床版とその補強に用いられるリブ材の隅肉溶接継手に好適なガスシールドアーク溶接法を用いた、疲労特性に優れる略Ｔ字型の隅肉溶接継手を提供する。
【解決手段】平板２と縦板１の突合せ部にレ開先（くさび状空隙）を有する略Ｔ字型の隅肉溶接継手を以下の条件で溶接し、裏波ビードを形成し、表ビード側脚長が縦板板厚１／２以上、４倍以下、更に裏波ビード側脚長を２ｍｍ以上、縦板板厚以下とする。（１）溶接方法：正極性ガスメタルアーク溶接、（２）シールドガス：ＣＯ２比率が６０％以上で残部がＡｒ，Ｈｅ，Ｈ２，Ｏ２の２種または３種以上からなる混合ガス、あるいは、１００％ＣＯ２ガス、（３）溶接ワイヤ：ソリッドワイヤ
【解決手段】平板２と縦板１の突合せ部にレ開先（くさび状空隙）を有する略Ｔ字型の隅肉溶接継手を以下の条件で溶接し、裏波ビードを形成し、表ビード側脚長が縦板板厚１／２以上、４倍以下、更に裏波ビード側脚長を２ｍｍ以上、縦板板厚以下とする。（１）溶接方法：正極性ガスメタルアーク溶接、（２）シールドガス：ＣＯ２比率が６０％以上で残部がＡｒ，Ｈｅ，Ｈ２，Ｏ２の２種または３種以上からなる混合ガス、あるいは、１００％ＣＯ２ガス、（３）溶接ワイヤ：ソリッドワイヤ
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスシールドアーク溶接法を用いた略Ｔ字型の隅肉溶接継手に関し、疲労強度に優れ、橋梁の鋼床版とその補強に用いられるリブ材の隅肉溶接継手およびその溶接方法に好適なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車、建機、橋梁など繰返し載荷を受ける溶接構造物の疲労強度は、溶接継手部への応力集中や溶接の引張り残留応力によって大きな影響を受け、構造物全体の疲労強度は溶接継手部の疲労強度に支配されているといっても過言ではない。
【０００３】
溶接部の疲労強度向上を目的として応力集中の緩和や残留応力のコントロールが研究され、溶接止端部をグラインダー等で機械的に滑らかにすることや、ＴＩＧやプラズマで溶接止端部を再溶融すること（例えば、特許文献１）が提案されているがこれらの方法は施工能率が大幅に低下する。
【０００４】
また、残留応力のコントロールを目的とした止端部処理として、溶接止端部を球形のショット材を用いてピーニング処理し機械的に圧縮残留応力を付与する方法が良く知られている。
【０００５】
溶接構造物が橋梁の場合、図３に示すように鋼床版２には補強のため、リブ材１がガスシールドアーク溶接法による隅肉溶接で取り付けられる。
【０００６】
鋼床版２とリブ材１の隅肉溶接継手では、疲労強度の確保を目的として、リブ材の隅肉溶接部の溶込みを７５〜１００％に管理する手法が用いられているが、使用年数によっては図４に示すような、リブ材１の隅肉溶接部３の溶け込み先端を起点とし鋼床版２に伝播する疲労による亀裂が観察されることがある。
【０００７】
特許文献２，３は隅肉溶接継手の疲労強度を向上させる方法に関し、特許文献２は、レーザ溶接による隅肉溶接を、ウエブの片側から高出力のレーザを照射し、ウエブを貫通する完全溶込みとする方法が記載されている。
【０００８】
特許文献３は、疲労強度に優れる隅肉溶接継手に関し、隅肉溶接のルート部のリブ板および／または主板に雲母など薄片の耐熱物を固着し、その後溶接することにより溶接ルード部に未溶着部を導入して必要な脚長を確保しながら止端部の応力集中を低減することが記載されている。
【特許文献１】特公昭５４−３０３８６号公報
【特許文献２】特開２０００−６１６７３号公報
【特許文献３】特開平８−２６７２３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献２記載の方法は、レーザ溶接設備が高価であることと、溶加材を用いないことから接合部の強度低下や溶接止端部への応力集中が懸念され、特許文献３記載の方法は、溶接継手に未溶着部が生じることから継手強度が低下する。
【００１０】
そこで、本発明は、橋梁の補強に用いられるリブ材の隅肉溶接継手に好適な、疲労強度に優れる隅肉溶接継手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】
【００１１】
発明者等は、鋼床版とリブ材の隅肉溶接を対象に、施工能率や施工の安定性を損なわずに、入熱を低減し、疲労強度を向上させる隅肉溶接方法および隅肉溶接継手について鋭意検討し、以下の知見を得た。
【００１２】
（１）鋼床版とリブ材の未溶融部をなくし溶込み先端への応力集中を低減させる溶接として、溶接部においてリブ材全厚を完全に溶融させ、裏波ビードを得ることが有効である。
【００１３】
（２）ガスシールドアーク溶接を用いて、溶接用ワイヤをマイナス極とする正極性とし、溶接用鋼ワイヤに質量％でＲＥＭ：０．０１５〜０．１００質量％含有したワイヤを用い、適切な開先角度を選定した場合、容易にリブ材を完全に溶融させ、裏波ビードを得ることができる。
【００１４】
（３）更に、シールドガスにＡｒ，Ｈｅ，Ｈ２，Ｏ２，ＣＯ２の２種または３種以上よりなる混合ガスを用い、混合ガス中のＣＯ２比率を６０％以上、あるいは、シールドガスに１００％ＣＯ２を用いることによって、コストを抑え、裏波ビードを得ることができる。
【００１５】
（４）上記隅肉溶接方法による隅肉溶接継手で、一定の条件を満たす溶接部が特に疲労強度に優れる。
【００１６】
本発明は、これらの知見に基づいて更に検討を加えてなされたもので、すなわち、本発明は
１．平板と縦板の隅肉溶接継手であって、前記隅肉溶接継手はレ開先を片面側から、裏波ビードが得られるように溶接した完全溶け込み溶接部を備え、前記完全溶け込み溶接部は、表ビード側脚長が縦板板厚の１／２以上、４倍以下であることを特徴とする平板と縦板の隅肉溶接継手。
２．１記載の隅肉溶接継手において更に裏波ビード側脚長を２ｍｍ以上、縦板板厚以下とすることを特徴とする平板と縦板の隅肉溶接継手。
３．平板と縦板の突合せ部にレ開先（くさび状空隙）を有する略Ｔ字型の隅肉溶接継手を以下の条件で完全溶け込み溶接し、裏波ビードを形成する隅肉溶接方法であって、表ビード側脚長が縦板板厚１／２以上、４倍以下であることを特徴とする平板と縦板の隅肉溶接方法。
（１）溶接方法：正極性ガスメタルアーク溶接
（２）シールドガス：ＣＯ２比率が６０％以上で残部がＡｒ，Ｈｅ，Ｈ２，Ｏ２の２種または３種以上からなる混合ガス、あるいは、１００％ＣＯ２ガス
（３）溶接ワイヤ：成分組成が質量％でＲＥＭ：０．０１５〜０．１００％を含有するソリッドワイヤ
４．更に裏波ビード側脚長を２ｍｍ以上、縦板板厚以下とすることを特徴とする３記載の平板と縦板の隅肉溶接方法。
５．平板および／または縦板が耐疲労亀裂伝播鋼であることを特徴とする１または２記載の隅肉溶接継手。
６．平板および／または縦板が耐疲労亀裂伝播鋼であることを特徴とする３または４記載の隅肉溶接方法。
７．平板が橋梁における鋼床版で、縦板がリブ板であることを特徴とする１、２または５のいずれか一つに記載の隅肉溶接継手。
８．平板が橋梁における鋼床版で、縦板がリブ板であることを特徴とする３、４または６のいずれか一つに記載の隅肉溶接方法。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、橋梁の補強に用いられるリブ材の略Ｔ字型の隅肉溶接継手において溶接部への応力集中が低減し、溶接による引張り残留応力が減少するので疲労強度が向上する。更に、溶接施工能率および溶接部ビード外観にも優れ産業上極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明は、平板と縦板の突合せ部にレ開先を有する略Ｔ字型の隅肉溶接継手を、深溶け込みが得られる正極性ガスメタルアーク溶接とソリッドワイヤの組合せで溶接し、裏波ビードが形成される完全溶込み溶接継手とすることを特徴とする。以下、本発明を、略Ｔ字型隅肉溶接における平板を橋梁における鋼床版とし、縦板を前記鋼床版を補強するＵ字型リブ材の一端（以下、リブ板）として、図面を用いて詳細に説明する。尚、本発明において略Ｔ字型とは平板に対して縦板が傾いている場合と直立している場合のいずれも含むものとする。
【００１９】
図１は、本発明に係る略Ｔ字型隅肉溶接継手を説明する概略断面図を示し、鋼床版２にリブ板１が完全溶け込み溶接で溶接され、溶接金属３は裏波ビードを形成する。
【００２０】
鋼床版２とリブ板１の隅肉溶接において、リブ板１のルート部の全厚Ｌ２を完全に溶融させ、裏波ビードを得ることで鋼床版２とリブ板１の間に未溶融部を残存させず、溶込み先端への応力集中を緩和する。
【００２１】
リブ板１のルート部の全厚Ｌ２を完全に溶融させず、裏波ビードが得られない溶接では、溶け込み先端に残存する未溶融部に応力が集中し、構造部材として疲労強度の向上が図れない。
【００２２】
また、溶込み先端には、スラグ巻込みやピットによる欠陥も生じやすいが、裏波ビードを得ることでこれらスラグ巻込みやピット等の欠陥の発生が回避できる。よって、完全溶込み溶接とする。
【００２３】
更に、溶接トーチ側である、表側の溶接ビードの脚長（以下、溶接ビード表側脚長、図１中、Ｌ１）をリブ材の板厚ｔの１／２以上、４倍以下とする。溶接ビード表面側の止端部への応力集中が低減され、完全溶け込み溶接と相俟って疲労強度が向上する。溶接ビード表側下脚長（図１中、Ｌ１）がリブ厚ｔの１／２未満では表側の溶接ビードの止端部への応力集中により構造部材としての疲労強度が向上しない。
【００２４】
一方、多パス溶接により、溶接ビード表側下脚長（図１中、Ｌ１）がリブ厚ｔの４倍超えになると、溶接数が増加して作業能率が著しく低下するようになるので４倍以下とする。
【００２５】
尚、本発明では完全溶け込み溶接継手として裏波ビードを得るが、裏波ビードの脚長（以下、裏面脚長、図１中、Ｌ３）を２ｍｍ以上とすることが止端部への応力集中をより緩和するが、裏面脚長がリブ材の板厚ｔを超えると裏波ビード形状が不揃いとなり、かつ、オーバーラップ等の溶接欠陥が発生し易い、よって、裏面脚長は、２ｍｍ以上、リブ材の板厚ｔ以下とすることで構造部材としての疲労向上に対して好ましい。
【００２６】
安定した完全溶け込み溶接とするため、本発明ではガスメタルアーク溶接において深溶け込み溶接が可能なように、極性は正極性（溶接ワイヤ：マイナス極）として高電流溶接条件とし、更に、略Ｔ字型の隅肉溶接部に開先加工を施し、シールドガス、溶接ワイヤを選定するのが好ましい。
【００２７】
１．開先形状
鋼床版に対しリブ材が直立する完全なＴ字型隅肉継手の場合、リブ材の片面側からの溶接で完全溶け込みとし、裏波ビードを形成するためにリブ材に開先加工を施し、溶接部にレ開先を形成するのが好ましい。
【００２８】
前記開先加工は、開先角度θが２０°以上３５°以下の狭開先とすることが好ましい。ルートフェイスは溶け込み部先端に未溶着部が残存しないように０ｍｍとすることが好ましい。
【００２９】
鋼床版に取り付けるリブ材は平板をＵ字状断面に曲げ加工するため、Ｕ字の開口部で両端部が平行にならず、鋼床版（平板）に対してリブ板（縦板）が溶接側と反対方向に倒れることで自然とレ形開先が形成される。
【００３０】
当該レ開先の場合も、開先角度２０°以上、３５°以下となるようにリブ板（縦板）に開先加工を施すことが好ましい。
【００３１】
２．シールドガス
逆極性ガスメタルアーク溶接では、シールドガス中のＣＯ２ガス比率が高くなるとアーク不安定となり溶接施工性が低下していたが、正極性ガスメタルアーク溶接法では、最も安価なＣＯ２１００％あるいは、６０％以上の混合ガスにおいて安定かつ深溶け込みの溶接施工が可能である。混合ガスの残部はＡｒ，Ｈｅ，Ｈ２，Ｏ２の２種または３種以上とする。尚、％は体積％とする。
【００３２】
３．溶接ワイヤ
溶接ワイヤはフラックス入りワイヤと比較して深溶け込みが得られるソリッドワイヤとする。鋼素線の表面にめっきを施し、あるいは潤滑剤を塗布したソリッドワイヤも支障なく使用できる。溶接ワイヤは高電流かつ深い溶込み溶接が可能なように０．８ｍｍ径以上、１．６ｍｍ径以下とする。以下、溶接ワイヤの化学成分について説明する。説明において含有量％はｍａｓｓ％とする。
【００３３】
溶接ワイヤはスパッタ発生量の低減に加えて、溶接ビード下端形状の平滑化や上端アンダーカットの低減が可能な希土類元素（以下、ＲＥＭという）：０．０１５〜０．１００％を含有するものが好ましい。
【００３４】
溶接用ワイヤにＲＥＭを添加すると、溶滴移行が安定化するとともに、アーク点の安定と集中により溶融池の揺動を抑制し、平滑なビード形状を得ることが可能となる。
【００３５】
この効果により、従来のガスシールドアーク溶接用ワイヤを用いたグロビュール移行では得られなかったアーク安定性、スパッタ低減、深溶込み、平滑なビード形状とアンダーカットの低減が可能である。
【００３６】
ＲＥＭ含有量が０．０１５％未満では上記のアーク安定化と溶接ビード平滑化の効果はなく０．１００％を超えて添加するとワイヤ製造工程中の割れ、溶接金属の靭性低下を招く。よって、ＲＥＭ量は０．０１０〜０．１００％の範囲を満足するのが好ましい。なお好ましくは０．０２５〜０．０５０％である。
【００３７】
ＲＥＭは、周期表の３族に属する元素の総称である。本発明では、原子番号５７〜７１の元素を使用するのが好ましく、特にＣｅ，Ｌａが好適である。これらの元素を混合して使用する場合は、Ｃｅ：４５〜８０％、Ｌａ：１０〜４５％含有する混合物が好ましい。更に、所望する特性に応じて下記の元素を含有する。
【００３８】
Ｔｉ：０．０２〜０．５０％，Ｚｒ：０．０２〜０．５０％の１種または２種以上
Ｔｉ，Ｚｒは、いずれも強脱酸剤として作用し、さらに溶接金属の強度を増加する元素である。さらに溶融メタルの脱酸による粘性向上によって溶滴の挙動を安定化（すなわちハンピングビードを抑制）に加えて溶接ビード形状を平滑化する作用も有する。このような効果を有する故に高電流溶接においては有効な元素であり、Ｔｉ，Ｚｒは、１種または２種以上添加する。
【００３９】
Ｔｉが０．０２％未満、Ｚｒが０．０２％未満では、上述した効果が得られない。一方、Ｔｉが０．５０％を超える場合、Ｚｒが０．５０％を超える場合は、溶滴が粗大化して大粒のスパッタが多量に発生する。従って、Ｔｉを０．０２％以上、０．５０％以下、および／または、Ｚｒを０．０２％以上、０．５０％以下を含有するのが好ましい。
【００４０】
Ｏ： ０．００８０％以下
Ｏは、正極性のＣＯ２ガスメタルアーク溶接において溶接ワイヤ先端に懸垂した溶滴に発生するアーク点を不安定にするとともに、溶滴の挙動を不安定にする働きがある。よって、溶接ワイヤの酸素量を高くすると高電流溶接におけるＲＥＭのアーク安定化効果を低下させ、鋼中のＯ量が０．００８０％を超えると高電流溶接においてスパッタを多発させる。また、Ｏは、製鋼（溶鋼）においてＲＥＭと激しく反応してスラグを形成する性質を有する。
【００４１】
したがって、好適には、鋼中のＯ量は、０．００８０％以下が好ましい。より好ましくは０．００１０％以上、０．００５０％以下に調整するのが好ましい。
【００４２】
Ｃａ：０．０００８％以下
Ｃａは、製鋼および鋳造時およびに伸線加工時に鋼素線に混入、付着する不純物である。しかし、ＣＯ２ガスメタルアーク溶接では、高電流溶接においてアークの安定性を阻害する作用を有する。Ｃａ含有量が０．０００８％を超えると、ＲＥＭ 添加による安定化効果を阻害するので、０．０００８％以下が好ましい。
【００４３】
Ａｌ：０．００５〜３．００％
Ａｌは強脱酸剤として作用し、さらに溶接金属の強度を増加する元素である。さらに、溶融メタルの脱酸による粘性向上によって溶滴挙動を安定化させハンピングビードを抑制し、溶融プールを安定化し、隅肉溶接ビードにおけるアンダーカットの抑制に効果がある。
【００４４】
上述した効果は、Ａｌ含有量が０．００５％未満では得られず、一方、Ａｌ含有量が３．００％を超える場合は、溶接金属結晶粒の粗大化と靭性を著しく低下させるため、０．００５％以上、３．００％以下が好ましい。
【００４５】
Ｃ：０．２０％以下
Ｃは、溶接金属の強度を確保するために重要な元素であり、さらに溶鋼の粘性を低下させて流動性を向上する効果がある。Ｃ含有量が０．２０％を超えると、溶滴および溶融プールの挙動が不安定となるのみならず、溶接金属の靭性低下を招く。
従って、好適には、Ｃ含有量は０．２０％以下で、さらに、好適には、０．０１〜０．１０％である。
【００４６】
Ｓｉ：０．０５〜２．５％
Ｓｉは、脱酸作用を有し、溶接金属の脱酸のためには不可欠な元素である。Ｓｉ含有量が０．０５％未満では、溶融メタルの脱酸が不足し、溶接金属にブローホールが発生する。
【００４７】
さらに正極性溶接におけるアークの広がりを抑え、溶滴を微細にし挙動を安定化する効果を有するが、添加とともに微細なスパッタが増す傾向にあり、０．６５％以下の添加が望ましい。
【００４８】
また、２．５％を超えると、溶接金属の靭性が著しく低下する。従って、好適には、Ｓｉは０．０５〜２．５％、さらに、好適には、０．０５〜０．６５％が望ましい。
【００４９】
Ｍｎ：０．２５〜３．５％
Ｍｎは、Ｓｉと同様に、脱酸作用を有し、 溶融メタルの脱酸のためには不可欠な元素である。Ｍｎ含有量が０．２５％未満では、溶融メタルの脱酸が不足し、溶接金属にブローホールが発生する。
【００５０】
一方、３．５％を超えると、溶接金属の靭性が低下する。従って、好適には、Ｍｎは０．２５〜３．５％、さらに、好適には、０．４５〜３．５％が望ましい。
【００５１】
Ｐ：０．０５０％以下
Ｐは、鋼の融点を低下させるとともに電気抵抗率を向上させ、溶融効率を向上させる元素である。さらに正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接において溶滴を微細化しアークを安定化させる作用も有する。
【００５２】
Ｐ含有量が０．０５０％を超えると、正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接における溶融金属の粘性が低下しすぎてアークが不安定となり、小粒のスパッタが多量に発生するのみならず、溶接金属に高温割れを生じる危険性が向上する。
従って、Ｐは、好適には、０．０５０％以下、より好ましくは０．００２％以上、０．０３０％以下である。
【００５３】
Ｓ：０．０２０％以下
Ｓは、溶融金属の粘性を低下させ、ワイヤ先端に懸垂した溶滴の離脱を助け、正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接においてアークを安定化する。
【００５４】
また、Ｓは、正極性の溶接においてアークを広げ溶融金属の粘性を低下させてビードを平滑にする働きを有する。Ｓ含有量が０．０２０％を超えると、小粒のスパッタが発生するのみならず、ＲＥＭ析出物が粗大化し加工性および鋼片の歩留りが低下する。
従って、Ｓは好適には、０．０２０％以下、より好ましくは０．００２以上、０．０２０％以下である。更に、所望する特性に応じて以下の元素を含有させてもよい。
【００５５】
Ｃｒ：３．０％以下，Ｎｉ：３．０％以下，Ｍｏ：１．５％以下，Ｃｕ：３．０量％以下，Ｂ：０．０１５％以下，Ｍｇ：０．２０％以下、Ｎｂ：０．５％以下，Ｖ：０．５％以下の一種または二種以上
Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ｂ，Ｍｇは、いずれも溶接金属の強度を増加させ、かつ耐候性を向上させる元素である。これらの元素の含有量が微少である場合は、このような効果が得られない。
【００５６】
一方、過剰に含有させると、溶接金属の靭性低下を招く。従って、Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ｂ，Ｍｇを含有させる場合は、それぞれＣｒ：０．０２〜３．０％，Ｎｉ：０．０５〜３．０％，Ｍｏ：０．０５〜１．５％，Ｃｕ：０．０５〜３．０％，Ｂ：０．０００５〜０．０１５％，Ｍｇ：０．００１〜０．２０％の範囲内を満足するのが好ましい。
【００５７】
Ｎｂ，Ｖは、いずれも溶接金属の強度，靭性を増加させ、かつアークの安定性を向上させる元素である。これらの元素の含有量が微少である場合は、上述の効果が得られない。一方、過剰に含有させると、溶接金属の靭性低下を招く。
従って、Ｎｂ，Ｖを含有させる場合、好ましくは、それぞれＮｂ：０．００５〜０．５％，Ｖ：０．００５〜０．５％である。
【００５８】
上記した鋼素線の成分以外の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物であるが、鋼材を溶製する段階や鋼素線を製造する段階で不可避的に混入するＮは、０．０２００％以下に低減するのが好ましい。
【００５９】
溶接ワイヤの製造方法は以下のようである。常法により転炉または電気炉等を用いて、上記した組成を有する溶鋼を溶製する。次いで、得られた溶鋼を、連続鋳造法や造塊法等によって鋼材（たとえばビレット等）を製造する。
【００６０】
鋼材は加熱後、熱間圧延を施し、さらに乾式の冷間圧延（すなわち伸線）を施して鋼素線を製造する。熱間圧延や冷間圧延の操業条件は、特定の条件に限定せず、所望の寸法形状の鋼素線を製造する条件であれば良い。
【００６１】
さらに鋼素線は、必要に応じて焼鈍−酸洗され、冷間で乾式あるいは湿式伸線加工した後、最後に潤滑油を塗布して、所定の製品すなわち溶接ワイヤとなる。
【００６２】
本発明に係るＣＯ２ガスメタルアーク溶接の好適な溶接条件は、溶接速度２０〜３５ｃｍ／ｍｉｎ、溶接電流２５０〜３５０Ａ、アーク電圧２８〜３５Ｖ、トーチの傾き３０〜６０°、後退角５〜４５°で、高能率化を目的としたタンデム溶接技術の採用は高能率、高品位な溶接部が得られる溶接法として有効である。
【００６３】
本発明によれば、優れた疲労強度を備えた、溶接施工能率および溶接部ビード外観に優れる鋼床版とリブ材の略Ｔ字型の隅肉溶接継手が得ることが可能であるが、更に、安全性を向上させる場合、鋼床版および／またはリブ材に耐疲労亀裂伝播特性に優れる耐疲労鋼を用いることが有効である。
【００６４】
耐疲労鋼は例えば、ＡＦＤ（ａｎｔｉ−ｆａｔｉｇｕｅ ｄａｍａｇｅ）鋼（登録商標：ＪＦＥスチール社製、ＪＦＥ技報、Ｎｏ．５，２００４年８月、Ｐ１３−１８参照）が使用可能である。図２はＡＦＤ鋼の性能を示す試験結果の一例で、普通鋼と比較して亀裂伝播速度が遅く、疲労亀裂の進展が抑制される。
【００６５】
図２はデッキプレート（板厚１２ｍｍ）を表１に示す成分組成の普通鋼とＡＦＤ鋼で製造し、繰り返し応力範囲１３４ＭＰａで応力集中部に半楕円状疲労亀裂（深さ２ｍｍ、長さ１０ｍｍ）が発生した場合の亀裂伝播速度を求めた結果を示す。
【００６６】
【表１】
【００６７】
尚、鋼床版および／またはリブ材にＳｉ−Ｍｎ系のＪＩＳ Ｇ３１０６に規定された溶接構造用圧延鋼材（ＳＭ材）、やＪＩＳＧ３１３６に規定された建築構造用鋼材（ＳＮ材）を用いても本発明の効果が損なわれることはない。
【実施例】
【００６８】
表２に示す成分組成の鋼床版（板厚１２ｍｍ）にＵリブ材（板厚６ｍｍ）の隅肉溶接を行ない図１に示す疲労試験体を製作し、疲労試験に供した。表５に疲労試験条件を示す。
【００６９】
隅肉溶接は種々の開先角度のレ開先を、種々の組成の溶接ワイヤ（ワイヤ径１．４ｍｍ）を用い、ＣＯ２ガスメタルアーク溶接で極性を変化させて行った。溶接後、溶接部の形状を測定した。裏波の認められない溶接部は、疲労試験後に切断し溶込み深さを測定した。
【００７０】
表３に溶接ワイヤ（Ｃｕめっきを含む）の化学成分を、表４にＣＯ２ガスメタルアーク溶接の溶接電流、溶接電圧、溶接速度を示す。
【００７１】
【表２】
【００７２】
【表３】
【００７３】
【表４】
【００７４】
【表５】
【００７５】
表６に溶接条件、溶接部形状評価結果に併せて疲労試験結果を示す。疲労試験結果は
４０万回の疲労試験において１ｍｍ以上の亀裂発生のないものを優（○）、貫通には至っていないが１ｍｍ以上の亀裂が発生したものを良（△）、板厚１２ｍｍの鋼床板あるいは溶接ビードに貫通亀裂の発生したものを不可（×）として評価した。
【００７６】
【表６】
【００７７】
Ｎｏ．１〜５は、完全溶込み（リブ材の溶込み率１００％）かつ表側脚長をリブ材厚の１／２以上（３ｍｍ以上）の継手とすることで疲労試験において貫通亀裂のない良好な部材特性が得られた。更に、Ｎｏ．１〜３は、裏面脚長を２ｍｍ以上、リブ材厚以下（６ｍｍ以下）とすることで亀裂発生のない優れた部材特性が得られた。
【００７８】
Ｎｏ．６はリブ材の溶込み率８０％と浅く、Ｎｏ．７は表側脚長が２ｍｍ（リブ材厚の１／２未満）と短く疲労試験において貫通亀裂が認められており、部材として十分な特性が得らなかった。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明を説明する図。
【図２】耐疲労鋼の疲労亀裂伝播速度を示す図。
【図３】橋梁の構造を説明する図。
【図４】橋梁における疲労亀裂の発生状況を説明する図。
【符号の説明】
【００８０】
１ リブ材
２ 鋼床版
３ 溶接金属
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスシールドアーク溶接法を用いた略Ｔ字型の隅肉溶接継手に関し、疲労強度に優れ、橋梁の鋼床版とその補強に用いられるリブ材の隅肉溶接継手およびその溶接方法に好適なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車、建機、橋梁など繰返し載荷を受ける溶接構造物の疲労強度は、溶接継手部への応力集中や溶接の引張り残留応力によって大きな影響を受け、構造物全体の疲労強度は溶接継手部の疲労強度に支配されているといっても過言ではない。
【０００３】
溶接部の疲労強度向上を目的として応力集中の緩和や残留応力のコントロールが研究され、溶接止端部をグラインダー等で機械的に滑らかにすることや、ＴＩＧやプラズマで溶接止端部を再溶融すること（例えば、特許文献１）が提案されているがこれらの方法は施工能率が大幅に低下する。
【０００４】
また、残留応力のコントロールを目的とした止端部処理として、溶接止端部を球形のショット材を用いてピーニング処理し機械的に圧縮残留応力を付与する方法が良く知られている。
【０００５】
溶接構造物が橋梁の場合、図３に示すように鋼床版２には補強のため、リブ材１がガスシールドアーク溶接法による隅肉溶接で取り付けられる。
【０００６】
鋼床版２とリブ材１の隅肉溶接継手では、疲労強度の確保を目的として、リブ材の隅肉溶接部の溶込みを７５〜１００％に管理する手法が用いられているが、使用年数によっては図４に示すような、リブ材１の隅肉溶接部３の溶け込み先端を起点とし鋼床版２に伝播する疲労による亀裂が観察されることがある。
【０００７】
特許文献２，３は隅肉溶接継手の疲労強度を向上させる方法に関し、特許文献２は、レーザ溶接による隅肉溶接を、ウエブの片側から高出力のレーザを照射し、ウエブを貫通する完全溶込みとする方法が記載されている。
【０００８】
特許文献３は、疲労強度に優れる隅肉溶接継手に関し、隅肉溶接のルート部のリブ板および／または主板に雲母など薄片の耐熱物を固着し、その後溶接することにより溶接ルード部に未溶着部を導入して必要な脚長を確保しながら止端部の応力集中を低減することが記載されている。
【特許文献１】特公昭５４−３０３８６号公報
【特許文献２】特開２０００−６１６７３号公報
【特許文献３】特開平８−２６７２３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献２記載の方法は、レーザ溶接設備が高価であることと、溶加材を用いないことから接合部の強度低下や溶接止端部への応力集中が懸念され、特許文献３記載の方法は、溶接継手に未溶着部が生じることから継手強度が低下する。
【００１０】
そこで、本発明は、橋梁の補強に用いられるリブ材の隅肉溶接継手に好適な、疲労強度に優れる隅肉溶接継手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】
【００１１】
発明者等は、鋼床版とリブ材の隅肉溶接を対象に、施工能率や施工の安定性を損なわずに、入熱を低減し、疲労強度を向上させる隅肉溶接方法および隅肉溶接継手について鋭意検討し、以下の知見を得た。
【００１２】
（１）鋼床版とリブ材の未溶融部をなくし溶込み先端への応力集中を低減させる溶接として、溶接部においてリブ材全厚を完全に溶融させ、裏波ビードを得ることが有効である。
【００１３】
（２）ガスシールドアーク溶接を用いて、溶接用ワイヤをマイナス極とする正極性とし、溶接用鋼ワイヤに質量％でＲＥＭ：０．０１５〜０．１００質量％含有したワイヤを用い、適切な開先角度を選定した場合、容易にリブ材を完全に溶融させ、裏波ビードを得ることができる。
【００１４】
（３）更に、シールドガスにＡｒ，Ｈｅ，Ｈ２，Ｏ２，ＣＯ２の２種または３種以上よりなる混合ガスを用い、混合ガス中のＣＯ２比率を６０％以上、あるいは、シールドガスに１００％ＣＯ２を用いることによって、コストを抑え、裏波ビードを得ることができる。
【００１５】
（４）上記隅肉溶接方法による隅肉溶接継手で、一定の条件を満たす溶接部が特に疲労強度に優れる。
【００１６】
本発明は、これらの知見に基づいて更に検討を加えてなされたもので、すなわち、本発明は
１．平板と縦板の隅肉溶接継手であって、前記隅肉溶接継手はレ開先を片面側から、裏波ビードが得られるように溶接した完全溶け込み溶接部を備え、前記完全溶け込み溶接部は、表ビード側脚長が縦板板厚の１／２以上、４倍以下であることを特徴とする平板と縦板の隅肉溶接継手。
２．１記載の隅肉溶接継手において更に裏波ビード側脚長を２ｍｍ以上、縦板板厚以下とすることを特徴とする平板と縦板の隅肉溶接継手。
３．平板と縦板の突合せ部にレ開先（くさび状空隙）を有する略Ｔ字型の隅肉溶接継手を以下の条件で完全溶け込み溶接し、裏波ビードを形成する隅肉溶接方法であって、表ビード側脚長が縦板板厚１／２以上、４倍以下であることを特徴とする平板と縦板の隅肉溶接方法。
（１）溶接方法：正極性ガスメタルアーク溶接
（２）シールドガス：ＣＯ２比率が６０％以上で残部がＡｒ，Ｈｅ，Ｈ２，Ｏ２の２種または３種以上からなる混合ガス、あるいは、１００％ＣＯ２ガス
（３）溶接ワイヤ：成分組成が質量％でＲＥＭ：０．０１５〜０．１００％を含有するソリッドワイヤ
４．更に裏波ビード側脚長を２ｍｍ以上、縦板板厚以下とすることを特徴とする３記載の平板と縦板の隅肉溶接方法。
５．平板および／または縦板が耐疲労亀裂伝播鋼であることを特徴とする１または２記載の隅肉溶接継手。
６．平板および／または縦板が耐疲労亀裂伝播鋼であることを特徴とする３または４記載の隅肉溶接方法。
７．平板が橋梁における鋼床版で、縦板がリブ板であることを特徴とする１、２または５のいずれか一つに記載の隅肉溶接継手。
８．平板が橋梁における鋼床版で、縦板がリブ板であることを特徴とする３、４または６のいずれか一つに記載の隅肉溶接方法。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、橋梁の補強に用いられるリブ材の略Ｔ字型の隅肉溶接継手において溶接部への応力集中が低減し、溶接による引張り残留応力が減少するので疲労強度が向上する。更に、溶接施工能率および溶接部ビード外観にも優れ産業上極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明は、平板と縦板の突合せ部にレ開先を有する略Ｔ字型の隅肉溶接継手を、深溶け込みが得られる正極性ガスメタルアーク溶接とソリッドワイヤの組合せで溶接し、裏波ビードが形成される完全溶込み溶接継手とすることを特徴とする。以下、本発明を、略Ｔ字型隅肉溶接における平板を橋梁における鋼床版とし、縦板を前記鋼床版を補強するＵ字型リブ材の一端（以下、リブ板）として、図面を用いて詳細に説明する。尚、本発明において略Ｔ字型とは平板に対して縦板が傾いている場合と直立している場合のいずれも含むものとする。
【００１９】
図１は、本発明に係る略Ｔ字型隅肉溶接継手を説明する概略断面図を示し、鋼床版２にリブ板１が完全溶け込み溶接で溶接され、溶接金属３は裏波ビードを形成する。
【００２０】
鋼床版２とリブ板１の隅肉溶接において、リブ板１のルート部の全厚Ｌ２を完全に溶融させ、裏波ビードを得ることで鋼床版２とリブ板１の間に未溶融部を残存させず、溶込み先端への応力集中を緩和する。
【００２１】
リブ板１のルート部の全厚Ｌ２を完全に溶融させず、裏波ビードが得られない溶接では、溶け込み先端に残存する未溶融部に応力が集中し、構造部材として疲労強度の向上が図れない。
【００２２】
また、溶込み先端には、スラグ巻込みやピットによる欠陥も生じやすいが、裏波ビードを得ることでこれらスラグ巻込みやピット等の欠陥の発生が回避できる。よって、完全溶込み溶接とする。
【００２３】
更に、溶接トーチ側である、表側の溶接ビードの脚長（以下、溶接ビード表側脚長、図１中、Ｌ１）をリブ材の板厚ｔの１／２以上、４倍以下とする。溶接ビード表面側の止端部への応力集中が低減され、完全溶け込み溶接と相俟って疲労強度が向上する。溶接ビード表側下脚長（図１中、Ｌ１）がリブ厚ｔの１／２未満では表側の溶接ビードの止端部への応力集中により構造部材としての疲労強度が向上しない。
【００２４】
一方、多パス溶接により、溶接ビード表側下脚長（図１中、Ｌ１）がリブ厚ｔの４倍超えになると、溶接数が増加して作業能率が著しく低下するようになるので４倍以下とする。
【００２５】
尚、本発明では完全溶け込み溶接継手として裏波ビードを得るが、裏波ビードの脚長（以下、裏面脚長、図１中、Ｌ３）を２ｍｍ以上とすることが止端部への応力集中をより緩和するが、裏面脚長がリブ材の板厚ｔを超えると裏波ビード形状が不揃いとなり、かつ、オーバーラップ等の溶接欠陥が発生し易い、よって、裏面脚長は、２ｍｍ以上、リブ材の板厚ｔ以下とすることで構造部材としての疲労向上に対して好ましい。
【００２６】
安定した完全溶け込み溶接とするため、本発明ではガスメタルアーク溶接において深溶け込み溶接が可能なように、極性は正極性（溶接ワイヤ：マイナス極）として高電流溶接条件とし、更に、略Ｔ字型の隅肉溶接部に開先加工を施し、シールドガス、溶接ワイヤを選定するのが好ましい。
【００２７】
１．開先形状
鋼床版に対しリブ材が直立する完全なＴ字型隅肉継手の場合、リブ材の片面側からの溶接で完全溶け込みとし、裏波ビードを形成するためにリブ材に開先加工を施し、溶接部にレ開先を形成するのが好ましい。
【００２８】
前記開先加工は、開先角度θが２０°以上３５°以下の狭開先とすることが好ましい。ルートフェイスは溶け込み部先端に未溶着部が残存しないように０ｍｍとすることが好ましい。
【００２９】
鋼床版に取り付けるリブ材は平板をＵ字状断面に曲げ加工するため、Ｕ字の開口部で両端部が平行にならず、鋼床版（平板）に対してリブ板（縦板）が溶接側と反対方向に倒れることで自然とレ形開先が形成される。
【００３０】
当該レ開先の場合も、開先角度２０°以上、３５°以下となるようにリブ板（縦板）に開先加工を施すことが好ましい。
【００３１】
２．シールドガス
逆極性ガスメタルアーク溶接では、シールドガス中のＣＯ２ガス比率が高くなるとアーク不安定となり溶接施工性が低下していたが、正極性ガスメタルアーク溶接法では、最も安価なＣＯ２１００％あるいは、６０％以上の混合ガスにおいて安定かつ深溶け込みの溶接施工が可能である。混合ガスの残部はＡｒ，Ｈｅ，Ｈ２，Ｏ２の２種または３種以上とする。尚、％は体積％とする。
【００３２】
３．溶接ワイヤ
溶接ワイヤはフラックス入りワイヤと比較して深溶け込みが得られるソリッドワイヤとする。鋼素線の表面にめっきを施し、あるいは潤滑剤を塗布したソリッドワイヤも支障なく使用できる。溶接ワイヤは高電流かつ深い溶込み溶接が可能なように０．８ｍｍ径以上、１．６ｍｍ径以下とする。以下、溶接ワイヤの化学成分について説明する。説明において含有量％はｍａｓｓ％とする。
【００３３】
溶接ワイヤはスパッタ発生量の低減に加えて、溶接ビード下端形状の平滑化や上端アンダーカットの低減が可能な希土類元素（以下、ＲＥＭという）：０．０１５〜０．１００％を含有するものが好ましい。
【００３４】
溶接用ワイヤにＲＥＭを添加すると、溶滴移行が安定化するとともに、アーク点の安定と集中により溶融池の揺動を抑制し、平滑なビード形状を得ることが可能となる。
【００３５】
この効果により、従来のガスシールドアーク溶接用ワイヤを用いたグロビュール移行では得られなかったアーク安定性、スパッタ低減、深溶込み、平滑なビード形状とアンダーカットの低減が可能である。
【００３６】
ＲＥＭ含有量が０．０１５％未満では上記のアーク安定化と溶接ビード平滑化の効果はなく０．１００％を超えて添加するとワイヤ製造工程中の割れ、溶接金属の靭性低下を招く。よって、ＲＥＭ量は０．０１０〜０．１００％の範囲を満足するのが好ましい。なお好ましくは０．０２５〜０．０５０％である。
【００３７】
ＲＥＭは、周期表の３族に属する元素の総称である。本発明では、原子番号５７〜７１の元素を使用するのが好ましく、特にＣｅ，Ｌａが好適である。これらの元素を混合して使用する場合は、Ｃｅ：４５〜８０％、Ｌａ：１０〜４５％含有する混合物が好ましい。更に、所望する特性に応じて下記の元素を含有する。
【００３８】
Ｔｉ：０．０２〜０．５０％，Ｚｒ：０．０２〜０．５０％の１種または２種以上
Ｔｉ，Ｚｒは、いずれも強脱酸剤として作用し、さらに溶接金属の強度を増加する元素である。さらに溶融メタルの脱酸による粘性向上によって溶滴の挙動を安定化（すなわちハンピングビードを抑制）に加えて溶接ビード形状を平滑化する作用も有する。このような効果を有する故に高電流溶接においては有効な元素であり、Ｔｉ，Ｚｒは、１種または２種以上添加する。
【００３９】
Ｔｉが０．０２％未満、Ｚｒが０．０２％未満では、上述した効果が得られない。一方、Ｔｉが０．５０％を超える場合、Ｚｒが０．５０％を超える場合は、溶滴が粗大化して大粒のスパッタが多量に発生する。従って、Ｔｉを０．０２％以上、０．５０％以下、および／または、Ｚｒを０．０２％以上、０．５０％以下を含有するのが好ましい。
【００４０】
Ｏ： ０．００８０％以下
Ｏは、正極性のＣＯ２ガスメタルアーク溶接において溶接ワイヤ先端に懸垂した溶滴に発生するアーク点を不安定にするとともに、溶滴の挙動を不安定にする働きがある。よって、溶接ワイヤの酸素量を高くすると高電流溶接におけるＲＥＭのアーク安定化効果を低下させ、鋼中のＯ量が０．００８０％を超えると高電流溶接においてスパッタを多発させる。また、Ｏは、製鋼（溶鋼）においてＲＥＭと激しく反応してスラグを形成する性質を有する。
【００４１】
したがって、好適には、鋼中のＯ量は、０．００８０％以下が好ましい。より好ましくは０．００１０％以上、０．００５０％以下に調整するのが好ましい。
【００４２】
Ｃａ：０．０００８％以下
Ｃａは、製鋼および鋳造時およびに伸線加工時に鋼素線に混入、付着する不純物である。しかし、ＣＯ２ガスメタルアーク溶接では、高電流溶接においてアークの安定性を阻害する作用を有する。Ｃａ含有量が０．０００８％を超えると、ＲＥＭ 添加による安定化効果を阻害するので、０．０００８％以下が好ましい。
【００４３】
Ａｌ：０．００５〜３．００％
Ａｌは強脱酸剤として作用し、さらに溶接金属の強度を増加する元素である。さらに、溶融メタルの脱酸による粘性向上によって溶滴挙動を安定化させハンピングビードを抑制し、溶融プールを安定化し、隅肉溶接ビードにおけるアンダーカットの抑制に効果がある。
【００４４】
上述した効果は、Ａｌ含有量が０．００５％未満では得られず、一方、Ａｌ含有量が３．００％を超える場合は、溶接金属結晶粒の粗大化と靭性を著しく低下させるため、０．００５％以上、３．００％以下が好ましい。
【００４５】
Ｃ：０．２０％以下
Ｃは、溶接金属の強度を確保するために重要な元素であり、さらに溶鋼の粘性を低下させて流動性を向上する効果がある。Ｃ含有量が０．２０％を超えると、溶滴および溶融プールの挙動が不安定となるのみならず、溶接金属の靭性低下を招く。
従って、好適には、Ｃ含有量は０．２０％以下で、さらに、好適には、０．０１〜０．１０％である。
【００４６】
Ｓｉ：０．０５〜２．５％
Ｓｉは、脱酸作用を有し、溶接金属の脱酸のためには不可欠な元素である。Ｓｉ含有量が０．０５％未満では、溶融メタルの脱酸が不足し、溶接金属にブローホールが発生する。
【００４７】
さらに正極性溶接におけるアークの広がりを抑え、溶滴を微細にし挙動を安定化する効果を有するが、添加とともに微細なスパッタが増す傾向にあり、０．６５％以下の添加が望ましい。
【００４８】
また、２．５％を超えると、溶接金属の靭性が著しく低下する。従って、好適には、Ｓｉは０．０５〜２．５％、さらに、好適には、０．０５〜０．６５％が望ましい。
【００４９】
Ｍｎ：０．２５〜３．５％
Ｍｎは、Ｓｉと同様に、脱酸作用を有し、 溶融メタルの脱酸のためには不可欠な元素である。Ｍｎ含有量が０．２５％未満では、溶融メタルの脱酸が不足し、溶接金属にブローホールが発生する。
【００５０】
一方、３．５％を超えると、溶接金属の靭性が低下する。従って、好適には、Ｍｎは０．２５〜３．５％、さらに、好適には、０．４５〜３．５％が望ましい。
【００５１】
Ｐ：０．０５０％以下
Ｐは、鋼の融点を低下させるとともに電気抵抗率を向上させ、溶融効率を向上させる元素である。さらに正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接において溶滴を微細化しアークを安定化させる作用も有する。
【００５２】
Ｐ含有量が０．０５０％を超えると、正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接における溶融金属の粘性が低下しすぎてアークが不安定となり、小粒のスパッタが多量に発生するのみならず、溶接金属に高温割れを生じる危険性が向上する。
従って、Ｐは、好適には、０．０５０％以下、より好ましくは０．００２％以上、０．０３０％以下である。
【００５３】
Ｓ：０．０２０％以下
Ｓは、溶融金属の粘性を低下させ、ワイヤ先端に懸垂した溶滴の離脱を助け、正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接においてアークを安定化する。
【００５４】
また、Ｓは、正極性の溶接においてアークを広げ溶融金属の粘性を低下させてビードを平滑にする働きを有する。Ｓ含有量が０．０２０％を超えると、小粒のスパッタが発生するのみならず、ＲＥＭ析出物が粗大化し加工性および鋼片の歩留りが低下する。
従って、Ｓは好適には、０．０２０％以下、より好ましくは０．００２以上、０．０２０％以下である。更に、所望する特性に応じて以下の元素を含有させてもよい。
【００５５】
Ｃｒ：３．０％以下，Ｎｉ：３．０％以下，Ｍｏ：１．５％以下，Ｃｕ：３．０量％以下，Ｂ：０．０１５％以下，Ｍｇ：０．２０％以下、Ｎｂ：０．５％以下，Ｖ：０．５％以下の一種または二種以上
Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ｂ，Ｍｇは、いずれも溶接金属の強度を増加させ、かつ耐候性を向上させる元素である。これらの元素の含有量が微少である場合は、このような効果が得られない。
【００５６】
一方、過剰に含有させると、溶接金属の靭性低下を招く。従って、Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ｂ，Ｍｇを含有させる場合は、それぞれＣｒ：０．０２〜３．０％，Ｎｉ：０．０５〜３．０％，Ｍｏ：０．０５〜１．５％，Ｃｕ：０．０５〜３．０％，Ｂ：０．０００５〜０．０１５％，Ｍｇ：０．００１〜０．２０％の範囲内を満足するのが好ましい。
【００５７】
Ｎｂ，Ｖは、いずれも溶接金属の強度，靭性を増加させ、かつアークの安定性を向上させる元素である。これらの元素の含有量が微少である場合は、上述の効果が得られない。一方、過剰に含有させると、溶接金属の靭性低下を招く。
従って、Ｎｂ，Ｖを含有させる場合、好ましくは、それぞれＮｂ：０．００５〜０．５％，Ｖ：０．００５〜０．５％である。
【００５８】
上記した鋼素線の成分以外の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物であるが、鋼材を溶製する段階や鋼素線を製造する段階で不可避的に混入するＮは、０．０２００％以下に低減するのが好ましい。
【００５９】
溶接ワイヤの製造方法は以下のようである。常法により転炉または電気炉等を用いて、上記した組成を有する溶鋼を溶製する。次いで、得られた溶鋼を、連続鋳造法や造塊法等によって鋼材（たとえばビレット等）を製造する。
【００６０】
鋼材は加熱後、熱間圧延を施し、さらに乾式の冷間圧延（すなわち伸線）を施して鋼素線を製造する。熱間圧延や冷間圧延の操業条件は、特定の条件に限定せず、所望の寸法形状の鋼素線を製造する条件であれば良い。
【００６１】
さらに鋼素線は、必要に応じて焼鈍−酸洗され、冷間で乾式あるいは湿式伸線加工した後、最後に潤滑油を塗布して、所定の製品すなわち溶接ワイヤとなる。
【００６２】
本発明に係るＣＯ２ガスメタルアーク溶接の好適な溶接条件は、溶接速度２０〜３５ｃｍ／ｍｉｎ、溶接電流２５０〜３５０Ａ、アーク電圧２８〜３５Ｖ、トーチの傾き３０〜６０°、後退角５〜４５°で、高能率化を目的としたタンデム溶接技術の採用は高能率、高品位な溶接部が得られる溶接法として有効である。
【００６３】
本発明によれば、優れた疲労強度を備えた、溶接施工能率および溶接部ビード外観に優れる鋼床版とリブ材の略Ｔ字型の隅肉溶接継手が得ることが可能であるが、更に、安全性を向上させる場合、鋼床版および／またはリブ材に耐疲労亀裂伝播特性に優れる耐疲労鋼を用いることが有効である。
【００６４】
耐疲労鋼は例えば、ＡＦＤ（ａｎｔｉ−ｆａｔｉｇｕｅ ｄａｍａｇｅ）鋼（登録商標：ＪＦＥスチール社製、ＪＦＥ技報、Ｎｏ．５，２００４年８月、Ｐ１３−１８参照）が使用可能である。図２はＡＦＤ鋼の性能を示す試験結果の一例で、普通鋼と比較して亀裂伝播速度が遅く、疲労亀裂の進展が抑制される。
【００６５】
図２はデッキプレート（板厚１２ｍｍ）を表１に示す成分組成の普通鋼とＡＦＤ鋼で製造し、繰り返し応力範囲１３４ＭＰａで応力集中部に半楕円状疲労亀裂（深さ２ｍｍ、長さ１０ｍｍ）が発生した場合の亀裂伝播速度を求めた結果を示す。
【００６６】
【表１】
【００６７】
尚、鋼床版および／またはリブ材にＳｉ−Ｍｎ系のＪＩＳ Ｇ３１０６に規定された溶接構造用圧延鋼材（ＳＭ材）、やＪＩＳＧ３１３６に規定された建築構造用鋼材（ＳＮ材）を用いても本発明の効果が損なわれることはない。
【実施例】
【００６８】
表２に示す成分組成の鋼床版（板厚１２ｍｍ）にＵリブ材（板厚６ｍｍ）の隅肉溶接を行ない図１に示す疲労試験体を製作し、疲労試験に供した。表５に疲労試験条件を示す。
【００６９】
隅肉溶接は種々の開先角度のレ開先を、種々の組成の溶接ワイヤ（ワイヤ径１．４ｍｍ）を用い、ＣＯ２ガスメタルアーク溶接で極性を変化させて行った。溶接後、溶接部の形状を測定した。裏波の認められない溶接部は、疲労試験後に切断し溶込み深さを測定した。
【００７０】
表３に溶接ワイヤ（Ｃｕめっきを含む）の化学成分を、表４にＣＯ２ガスメタルアーク溶接の溶接電流、溶接電圧、溶接速度を示す。
【００７１】
【表２】
【００７２】
【表３】
【００７３】
【表４】
【００７４】
【表５】
【００７５】
表６に溶接条件、溶接部形状評価結果に併せて疲労試験結果を示す。疲労試験結果は
４０万回の疲労試験において１ｍｍ以上の亀裂発生のないものを優（○）、貫通には至っていないが１ｍｍ以上の亀裂が発生したものを良（△）、板厚１２ｍｍの鋼床板あるいは溶接ビードに貫通亀裂の発生したものを不可（×）として評価した。
【００７６】
【表６】
【００７７】
Ｎｏ．１〜５は、完全溶込み（リブ材の溶込み率１００％）かつ表側脚長をリブ材厚の１／２以上（３ｍｍ以上）の継手とすることで疲労試験において貫通亀裂のない良好な部材特性が得られた。更に、Ｎｏ．１〜３は、裏面脚長を２ｍｍ以上、リブ材厚以下（６ｍｍ以下）とすることで亀裂発生のない優れた部材特性が得られた。
【００７８】
Ｎｏ．６はリブ材の溶込み率８０％と浅く、Ｎｏ．７は表側脚長が２ｍｍ（リブ材厚の１／２未満）と短く疲労試験において貫通亀裂が認められており、部材として十分な特性が得らなかった。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明を説明する図。
【図２】耐疲労鋼の疲労亀裂伝播速度を示す図。
【図３】橋梁の構造を説明する図。
【図４】橋梁における疲労亀裂の発生状況を説明する図。
【符号の説明】
【００８０】
１ リブ材
２ 鋼床版
３ 溶接金属
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板と縦板の隅肉溶接継手であって、前記隅肉溶接継手はレ開先を片面側から、裏波ビードが得られるように溶接した完全溶け込み溶接部を備え、前記完全溶け込み溶接部は、表ビード側脚長が縦板板厚の１／２以上、４倍以下であることを特徴とする平板と縦板の隅肉溶接継手。
【請求項２】
請求項１記載の隅肉溶接継手において更に裏波ビード側脚長を２ｍｍ以上、縦板板厚以下とすることを特徴とする平板と縦板の隅肉溶接継手。
【請求項３】
平板と縦板の突合せ部にレ開先（くさび状空隙）を有する略Ｔ字型の隅肉溶接継手を以下の条件で完全溶け込み溶接し、裏波ビードを形成する隅肉溶接方法であって、表ビード側脚長が縦板板厚１／２以上、４倍以下であることを特徴とする平板と縦板の隅肉溶接方法。
（１）溶接方法：正極性ガスメタルアーク溶接
（２）シールドガス：ＣＯ２比率が６０％以上で残部がＡｒ，Ｈｅ，Ｈ２，Ｏ２の２種または３種以上からなる混合ガス、あるいは、１００％ＣＯ２ガス
（３）溶接ワイヤ：成分組成が質量％でＲＥＭ：０．０１５〜０．１００％を含有するソリッドワイヤ
【請求項４】
更に裏波ビード側脚長を２ｍｍ以上、縦板板厚以下とすることを特徴とする請求項３記載の平板と縦板の隅肉溶接方法。
【請求項５】
平板および／または縦板が耐疲労亀裂伝播鋼であることを特徴とする請求項１または２記載の隅肉溶接継手。
【請求項６】
平板および／または縦板が耐疲労亀裂伝播鋼であることを特徴とする請求項３または４記載の隅肉溶接方法。
【請求項７】
平板が橋梁における鋼床版で、縦板がリブ板であることを特徴とする請求項１、２または５のいずれか一つに記載の隅肉溶接継手。
【請求項８】
平板が橋梁における鋼床版で、縦板がリブ板であることを特徴とする請求項３、４または６のいずれか一つに記載の隅肉溶接方法。
【請求項１】
平板と縦板の隅肉溶接継手であって、前記隅肉溶接継手はレ開先を片面側から、裏波ビードが得られるように溶接した完全溶け込み溶接部を備え、前記完全溶け込み溶接部は、表ビード側脚長が縦板板厚の１／２以上、４倍以下であることを特徴とする平板と縦板の隅肉溶接継手。
【請求項２】
請求項１記載の隅肉溶接継手において更に裏波ビード側脚長を２ｍｍ以上、縦板板厚以下とすることを特徴とする平板と縦板の隅肉溶接継手。
【請求項３】
平板と縦板の突合せ部にレ開先（くさび状空隙）を有する略Ｔ字型の隅肉溶接継手を以下の条件で完全溶け込み溶接し、裏波ビードを形成する隅肉溶接方法であって、表ビード側脚長が縦板板厚１／２以上、４倍以下であることを特徴とする平板と縦板の隅肉溶接方法。
（１）溶接方法：正極性ガスメタルアーク溶接
（２）シールドガス：ＣＯ２比率が６０％以上で残部がＡｒ，Ｈｅ，Ｈ２，Ｏ２の２種または３種以上からなる混合ガス、あるいは、１００％ＣＯ２ガス
（３）溶接ワイヤ：成分組成が質量％でＲＥＭ：０．０１５〜０．１００％を含有するソリッドワイヤ
【請求項４】
更に裏波ビード側脚長を２ｍｍ以上、縦板板厚以下とすることを特徴とする請求項３記載の平板と縦板の隅肉溶接方法。
【請求項５】
平板および／または縦板が耐疲労亀裂伝播鋼であることを特徴とする請求項１または２記載の隅肉溶接継手。
【請求項６】
平板および／または縦板が耐疲労亀裂伝播鋼であることを特徴とする請求項３または４記載の隅肉溶接方法。
【請求項７】
平板が橋梁における鋼床版で、縦板がリブ板であることを特徴とする請求項１、２または５のいずれか一つに記載の隅肉溶接継手。
【請求項８】
平板が橋梁における鋼床版で、縦板がリブ板であることを特徴とする請求項３、４または６のいずれか一つに記載の隅肉溶接方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−２９０１１６（Ｐ２００８−２９０１１６Ａ）
【公開日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１３８２３２（Ｐ２００７−１３８２３２）
【出願日】平成１９年５月２４日（２００７．５．２４）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月２４日（２００７．５．２４）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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