(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の金属部材の板面部分および板厚部分の少なくとも何れか一方と、他方の金属部材の板面部分との当接部分の端の領域である隅部であって、少なくとも一部に少なくとも１つの曲部がある隅部の少なくとも一部の領域に対して隅肉アーク溶接をして隅肉アーク溶接継手を形成する方法であって、
前記当接部分の両側にできる前記隅部のうち、一方の片側の前記隅部の前記曲部を含む領域に対し、前記隅肉アーク溶接により隅肉ビードを形成し、他方の片側の前記隅部に対しては、前記隅肉アーク溶接により隅肉ビードを形成せず、
少なくとも１つの前記曲部の一個所または複数個所に、前記隅肉アーク溶接とは別のアーク溶接によって補剛用ビードを、当該補剛用ビードの溶接開始点または溶接終了点が前記隅肉ビードと重なるように形成し、
前記一方の金属部材と前記他方の金属部材とのうち、前記補剛用ビードを形成しない他は前記隅肉アーク溶接継手と同じ条件で形成された隅肉アーク溶接継手に、前記隅肉アーク溶接継手に付加されることが想定される繰り返し荷重が付加された際に、より大きな引張応力が生じる方の前記金属部材の方向に前記補剛用ビードを形成し、
前記一方の金属部材と前記他方の金属部材は、３．２ｍｍ以下の板厚を有する金属板から形成されていることを特徴とする隅肉アーク溶接継手の形成方法。
【請求項２】
前記補剛用ビードの溶接開始点が、他の溶接ビードと重なるように、前記補剛用ビードを形成することを特徴とする請求項１に記載の隅肉アーク溶接継手の形成方法。
【請求項３】
前記補剛用ビードの溶接開始点が、前記隅肉ビードと重なるように、前記補剛用ビードを形成することを特徴とする請求項２に記載の隅肉アーク溶接継手の形成方法。
【請求項４】
前記曲部は、屈曲部と湾曲部とのうち少なくとも何れか一方を含むことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の隅肉アーク溶接継手の形成方法。
【請求項５】
前記曲部を構成する領域であって、前記補剛用ビードを形成しない他は前記隅肉アーク溶接継手と同じ条件で形成された隅肉アーク溶接継手に前記繰り返し荷重が付加された際に、前記隅肉ビードの溶接開始位置よりも最大主応力の大きさが大きくなる領域に、前記補剛用ビードを形成することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の隅肉アーク溶接継手の形成方法。
【請求項６】
前記曲部を構成する領域であって、前記補剛用ビードを形成しない他は前記隅肉アーク溶接継手と同じ条件で形成された隅肉アーク溶接継手に前記繰り返し荷重が付加された際に、最大主応力の大きさが最大になる領域に、前記補剛用ビードを形成することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の隅肉アーク溶接継手の形成方法。
【請求項７】
前記補剛用ビードの硬さＨｗは、前記一方の金属部材と前記他方の金属部材とのうち、前記補剛用ビードが形成される前記金属部材の金属部材最大硬さＨｂを上回ることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の隅肉アーク溶接継手の形成方法。
【請求項８】
前記補剛用ビードの長さＬａは、前記隅肉ビードの幅Ｗの２倍以上であり、
前記補剛用ビードの高さＨａは、前記一方の金属部材と前記他方の金属部材とのうち、前記補剛用ビードが形成される前記金属部材の厚さｔの０．５倍以上であり、
前記補剛用ビードの幅Ｗａは、前記隅肉ビードの幅Ｗの０．５倍以上であり、
前記隅肉ビードに対する前記補剛用ビードの角度γは、４５°以上１３５°以下であることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の隅肉アーク溶接継手の形成方法。
【請求項９】
一方の金属部材の板面部分および板厚部分の少なくとも何れか一方と、他方の金属部材の板面部分との当接部分の端の領域である隅部であって、少なくとも一部に少なくとも１つの曲部がある隅部の少なくとも一部の領域に隅肉アーク溶接部を有する隅肉アーク溶接継手であって、
前記当接部分の両側にできる前記隅部のうち、一方の片側の前記隅部の前記曲部を含む領域に対し、前記隅肉アーク溶接部としての隅肉ビードを有し、他方の片側の前記隅部に対し、前記隅肉アーク溶接部としての隅肉ビードを有しておらず、
少なくとも１つの前記曲部の一個所または複数個所に、前記隅肉アーク溶接部とは別のアーク溶接部である補剛用ビードを有し、
前記補剛用ビードの溶接開始点または溶接終了点は前記隅肉ビードと重なる位置にあり、
前記補剛用ビードは、前記一方の金属部材と前記他方の金属部材とのうち、前記補剛用ビードを有しない他は前記隅肉アーク溶接継手と同じ隅肉アーク溶接継手に、前記隅肉アーク溶接継手に付加されることが想定される繰り返し荷重が付加された際に、より大きな引張応力が生じる方の前記金属部材の方向に存在し、
前記一方の金属部材と前記他方の金属部材は、３．２ｍｍ以下の板厚を有する金属板から形成されていることを特徴とする隅肉アーク溶接継手。
【請求項１０】
前記補剛用ビードの溶接開始点が、他の溶接ビードと重なる位置にあることを特徴とする請求項９に記載の隅肉アーク溶接継手。
【請求項１１】
前記補剛用ビードの溶接開始点が、前記隅肉ビードと重なる位置にあることを特徴とする請求項１０に記載の隅肉アーク溶接継手。
【請求項１２】
前記曲部は、屈曲部と湾曲部とのうち少なくとも何れか一方を含むことを特徴とする請求項９〜１１の何れか１項に記載の隅肉アーク溶接継手。
【請求項１３】
前記補剛用ビードは、前記曲部を構成する領域であって、前記補剛用ビードを有しない他は前記隅肉アーク溶接継手と同じ隅肉アーク溶接継手に前記繰り返し荷重が付加された際に、前記隅肉ビードの溶接開始位置よりも最大主応力の大きさが大きい領域に存在することを特徴とする請求項９〜１２の何れか１項に記載の隅肉アーク溶接継手。
【請求項１４】
前記補剛用ビードは、前記曲部を構成する領域であって、前記補剛用ビードを有しない他は前記隅肉アーク溶接継手と同じ隅肉アーク溶接継手に前記繰り返し荷重が付加された際に、最大主応力の大きさが最大になる領域に存在することを特徴とする請求項９〜１２の何れか１項に記載の隅肉アーク溶接継手。
【請求項１５】
前記補剛用ビードの硬さＨｗは、前記一方の金属部材と前記他方の金属部材とのうち、前記補剛用ビードが形成される前記金属部材の金属部材最大硬さＨｂを上回ることを特徴とする請求項９〜１４の何れか１項に記載の隅肉アーク溶接継手。
【請求項１６】
前記補剛用ビードの長さＬａは、前記隅肉ビードの幅Ｗの２倍以上であり、
前記補剛用ビードの高さＨａは、前記一方の金属部材と前記他方の金属部材とのうち、前記補剛用ビードが形成される前記金属部材の厚さｔの０．５倍以上であり、
前記補剛用ビードの幅Ｗａは、前記隅肉ビードの幅Ｗの０．５倍以上であり、
前記隅肉ビードに対する前記補剛用ビードの角度γは、４５°以上１３５°以下であることを特徴とする請求項９〜１５の何れか１項に記載の隅肉アーク溶接継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、隅肉アーク溶接継手の形成方法及び隅肉アーク溶接継手に関し、特に、複数の金属部材を隅肉アーク溶接するために用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車分野では、環境保全のため、車体の軽量化による燃費の向上とともに、衝突安全性の向上が求められている。そのため、高強度鋼板を使用して薄肉化するとともに車体構造を最適化して、車体の軽量化と衝突安全性の向上を図るために、これまで種々の取組みがなされてきた。【０００３】
車体の軽量化を図る高強度鋼板には、大きな疲労強度も求められる。通常、溶接部材に用いられる母材の疲労強度は鋼板強度に比例して増加するが、溶接継手の疲労強度は、鋼板の強度が増加しても殆ど増加しないことが知られている。このことが、高強度薄鋼板の使用による車体の軽量化を阻害している。【０００４】
特に、サスペンションアームやサブフレームなどの足回り部材は、溶接部の疲労強度がより重要となる。これらの足回り部材の溶接には、隅肉アーク溶接が多く用いられる。したがって、足回り部材の軽量化を達成するには、隅肉アーク溶接継手の疲労強度を高めることが課題となる。【０００５】
図１に、上側鋼材１と下側鋼材２とを重ね合わせ、上側鋼材１と下側鋼材２との当接部分の両側にできる隅部のうち、片側の隅部のみを溶接して形成した代表的な重ね隅肉溶接継手の断面形状を示す。このような重ね隅肉溶接継手においては、隅肉溶接ビード３の止端部４や、ルート部５に応力が集中し、疲労き裂が荷重と垂直の方向に進展して溶接継手が破壊する。そのため、疲労強度を向上するには止端部４やルート部５の応力集中を低減することが重要になってくる。なお、以下の説明では、隅肉溶接ビードを必要に応じて隅肉ビードと称する。【０００６】
従来、隅肉溶接継手の疲労強度を向上させる手段として、適切な形状・位置にリブ等の補強部材を溶接することや、グラインダー処理や化粧盛り溶接などにより、溶接ビードの止端部を仕上げ加工することなどが行われている。しかしながら、別の部材を溶接するとコストの増加につながる。また、止端部の仕上げ加工では手間がかかる。したがって、これらの手段は、自動車部品のような大量生産品の製造に適用できる技術ではない。【０００７】
また、溶接方法の観点から、止端部への応力集中を低減する技術が、特許文献１、２に提案されている。
特許文献１には、溶接金属の化学成分を最適化して止端部の曲率半径を大きくすることにより、止端部への応力集中を低減して疲労強度を向上させる方法が開示されている。
特許文献２には、鋼板の一面に他方の鋼板の端面を断面Ｔ形に突き合わせ、突き合わせ部分の両側に隅肉ビードを形成する際、溶接ビードを延長する溶接ビード構造が開示されている。【０００８】
特許文献３には、平板状の部材の板面と角形部材とを突き合わせた際に平板状の部材に接する角形部材の稜の全ての部分に対して隅肉溶接する場合に、角形部材の角部に、互いに十字状に交差する直線状の溶接部分を形成することが開示されている。【０００９】
しかしながら、特許文献１〜３に開示された技術では、図１に示すような鋼板１、２の重ね合わせ部の片側だけを溶接して形成した代表的な重ね隅肉溶接継手のルート部５への応力集中を低減する効果は期待できない。
また、特許文献２に開示された技術では、溶接ビードを延長することにより、溶接ビードの溶接開始点（始端部）と、溶接ビードの溶接終了点（終端部）の疲労強度は向上する。しかしながら、溶接ビードの中間部の疲労強度の向上に対しては効果がほとんどない。【００１０】
また、特許文献３に開示された技術では、隅肉ビードの近くに単独で残る溶接開始点の数が多くなる。溶接開始点の止端部の形状は盛り上がり、この盛り上がり角度が急峻なため、溶接開始点が単独で存在していると、当該溶接開始点に容易に応力が集中する。【００１１】
以上のように、特許文献１〜３に開示された技術では、薄い板厚の金属板を隅肉溶接することにより自動車足回り部材等の繰り返し荷重が付加される溶接構造部材を形成した場合に、疲労破壊の発生を抑制することが容易ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平０６−３４０９４７号公報
【特許文献２】特開平０９−２５３８４３号公報
【特許文献３】特開昭５１−１４８４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
そこで、本発明では、薄い板厚の金属部材を隅肉溶接することにより形成された溶接構造部材の疲労による割れの発生を抑制できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の隅肉アーク溶接継手の形成方法は、一方の金属部材の板面部分および板厚部分の少なくとも何れか一方と、他方の金属部材の板面部分との当接部分の端の領域である隅部であって、少なくとも一部に少なくとも１つの曲部がある隅部の少なくとも一部の領域に対して隅肉アーク溶接をして隅肉アーク溶接継手を形成する方法であって、前記当接部分の両側にできる前記隅部のうち、一方の片側の前記隅部の前記曲部を含む領域に対し、前記隅肉アーク溶接により隅肉ビードを形成し、他方の片側の前記隅部に対しては、前記隅肉アーク溶接により隅肉ビードを形成せず、少なくとも１つの前記曲部の一個所または複数個所に、前記隅肉アーク溶接とは別のアーク溶接によって補剛用ビードを、当該補剛用ビードの溶接開始点または溶接終了点が前記隅肉ビードと重なるように形成し、前記一方の金属部材と前記他方の金属部材とのうち、前記補剛用ビードを形成しない他は前記隅肉アーク溶接継手と同じ条件で形成された隅肉アーク溶接継手に、前記隅肉アーク溶接継手に付加されることが想定される繰り返し荷重が付加された際に、より大きな引張応力が生じる方の前記金属部材の方向に前記補剛用ビードを形成し、前記一方の金属部材と前記他方の金属部材は、３．２ｍｍ以下の板厚を有する金属板から形成されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の隅肉アーク溶接継手は、一方の金属部材の板面部分および板厚部分の少なくとも何れか一方と、他方の金属部材の板面部分との当接部分の端の領域である隅部であって、少なくとも一部に少なくとも１つの曲部がある隅部の少なくとも一部の領域に隅肉アーク溶接部を有する隅肉アーク溶接継手であって、前記当接部分の両側にできる前記隅部のうち、一方の片側の前記隅部の前記曲部を含む領域に対し、前記隅肉アーク溶接部としての隅肉ビードを有し、他方の片側の前記隅部に対し、前記隅肉アーク溶接部としての隅肉ビードを有しておらず、少なくとも１つの前記曲部の一個所または複数個所に、前記隅肉アーク溶接部とは別のアーク溶接部である補剛用ビードを有し、前記補剛用ビードの溶接開始点または溶接終了点は前記隅肉ビードと重なる位置にあり、前記補剛用ビードは、前記一方の金属部材と前記他方の金属部材とのうち、前記補剛用ビードを有しない他は前記隅肉アーク溶接継手と同じ隅肉アーク溶接継手に、前記隅肉アーク溶接継手に付加されることが想定される繰り返し荷重が付加された際に、より大きな引張応力が生じる方の前記金属部材の方向に存在し、前記一方の金属部材と前記他方の金属部材は、３．２ｍｍ以下の板厚を有する金属板から形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、薄い板厚の金属部材を隅肉溶接することにより形成された溶接構造部材の疲労による割れの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、重ね隅肉溶接継手の断面形状を示す図である。
【図２】図２は、重ね隅肉溶接継手を形成した試験片を示す図である。
【図３】図３は、補剛用ビードを配置しない場合と補剛用ビードを配置した場合について、疲労寿命（回）を示す図である。
【図４】図４は、補剛用ビードの硬さと鋼板最大硬さとの差に応じた疲労寿命（回）を示す図である。
【図５】図５は、溶接構造部材の第１の例を示す図である。
【図６】図６は、溶接構造部材の第２の例を示す図である。
【図７】図７は、溶接構造部材の第３の例を示す図である。
【図８】図８は、溶接構造部材の第４の例を示す図である。
【図９】図９は、溶接構造部材の第５の例を示す図である。
【図１０】図１０は、溶接構造部材の第６の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の隅肉アーク溶接継手及びその形成方法の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
例えば、自動車用の薄鋼板を隅肉溶接する場合、生産性の観点から、薄鋼板の（表裏ではなく）片側のみにしか、隅肉ビードを置かないことがある。
【００１９】
例えば、一方の薄鋼板の板厚部分を他方の薄鋼板の板面部分に当接させて隅肉溶接する場合には、当該一方の薄鋼板と他方の薄鋼板の当接部分の両側にできる隅部のうち片側の隅部にしか、隅肉アーク溶接を行わないようにするのが普通である（後述する図５〜図８を参照）。
【００２０】
また、一方の薄鋼板の板面部分を他方の薄鋼板の板面部分に当接させて重ね隅肉溶接をする場合であっても、当該一方の薄鋼板と他方の薄鋼板の当接部分の両側にできる隅部のうち、片側の隅部にしか、隅肉アーク溶接を行わないようにするのが普通である（後述する図９、図１０を参照）。
【００２１】
板厚が薄いので、隅部（接合部）の片側（表側）を隅肉溶接した後、すぐに板の反対側（裏側）を隅肉溶接すると、鋼板が冷え切っていないために、鋼板自体が溶け落ちるという問題があるからである。
なお、隅部（接合部）とは、一方の金属部材の板面部分および板厚部分の少なくとも何れか一方と、他方の金属部材の板面部分との当接部分の端の領域をいう。このような隅部（接合部）の少なくとも一部の領域に対して隅肉アーク溶接が行われる。
【００２２】
そこで、本発明者らは、少なくとも一方の鋼部材を板厚が３．２ｍｍ以下の薄鋼板とした２つの鋼部材の当接部分の両側にできる隅部（接合部）のうち、片側の隅部（接合部）のみを隅肉溶接した溶接構造部材を対象として疲労試験を行った。その結果、このような溶接構造部材では、隅肉ビードに疲労き裂が発生する場合があることが判明した。以下の説明では、２つの鋼部材の当接部分の両側にできる隅部（接合部）のうちの片側の隅部（接合部）を、必要に応じて、「片側の隅部（接合部）」と称する。
【００２３】
前述したように、足回り材等の溶接構造部材では、部材の構造上、両側の隅部（接合部）ではなく片側の隅部（接合部）に隅肉溶接される溶接個所がある。疲労き裂はそのような溶接個所で発生しやすいことが予想される。そこで、本発明者らは、基本的な重ね隅肉溶接継手を例に、疲労き裂の発生の原因と、疲労き裂の発生を抑制するための手段について検討した。
【００２４】
ここでは、図１に示される鋼板１、２の重ね部の片側の隅部のみを隅肉アーク溶接した重ね隅肉溶接継手を検討の対象とした。本発明者らは、隅肉アーク溶接によって形成された隅肉ビード３に、上側鋼板１に沿って引張力Ｆ１が作用し、下側鋼板２に沿って引張力Ｆ２が作用する場合に、鋼板１、２がどのように変形するかを、三次元有限要素法を用いて解析した。
【００２５】
その結果、上側鋼板１の中心軸（鋼板の厚みと幅の中心を通り、鋼板の長手方向に平行な１本の線）と下側鋼板２の中心軸とのずれにより、大きな曲げモーメントが発生し、下側鋼板２が、隅肉ビード３の近傍で曲がり、ルート部５が開口することが分かった。このことが、ルート部５への応力集中を高め、疲労き裂の発生を引き起こす原因であると考えられる。
【００２６】
そこで、本発明者らは、下側鋼板２の曲がりを抑制する手段についてさらに検討した。
その結果、図２に示すようにすれば、疲労き裂の発生を抑制することができることを確認した。すなわち、溶接開始点の位置が隅肉ビード３と重なるようにするとともに溶接終了点の位置が下側鋼板２の表面になるようにして、隅肉アーク溶接とは別のアーク溶接を行って、隅肉ビード３と別のアーク溶接ビード（補剛用ビード３Ａ）を形成する。このようにすれば、補剛用ビード３Ａが、前述した曲げモーメントが付加される方向に対する鋼板及び溶接金属の剛性を高める部材として機能して下側鋼板２の曲がりを抑制することができる。したがって、疲労き裂の発生を抑制することができる。前述したように、溶接ビードの始端部のビード形状は盛り上がる形状となるのに対し、終端部のビート形状は扁平となり、終端部の応力集中は低減するからである。
【００２７】
また、補剛用ビード３Ａの溶接終了点を下側鋼板２にするのは、上側鋼板１の表面に対しては圧縮の応力が、下側鋼板２の表面に対しては引張の応力が作用するからである。すなわち、鋼板１、２のうち、補剛用ビード３Ａを形成していない溶接構造部材に、溶接構造部材に想定される繰り返し荷重が付加された際に、より大きな引張の応力が作用する鋼板の方向に補剛用ビード３Ａを形成する。
尚、各図では、楕円全体の領域が見えている箇所を溶接終了点として示している。
【００２８】
次に、実際の試験片を作成して補剛用ビードの効果について調べた。
試験片として、板厚２.３ｍｍ、板幅６０ｍｍの下側鋼板２に、板厚２.３ｍｍ、板幅３５ｍｍの上側鋼板１を上から重ね代２０ｍｍで重ね、重ね部を隅肉アーク溶接して、上側鋼板１の端部に、幅７ｍｍ、長さ４０ｍｍの隅肉ビード３を形成した試験片Ａを作製した。
次に、隅肉ビード３に加え、さらに隅肉ビード３の中央部に一部が重なるように、ビードオン溶接により長さ１０ｍｍ、幅６ｍｍの補剛用ビード３Ａを、隅肉ビード３を溶接開始点として形成した試験片Ｂを作製した（図２参照）。
これらの試験片Ａ、Ｂの疲労試験を実施した。
その結果、図３に示すように、隅肉ビードの途中に補剛用ビードを形成した場合には、継手の疲労強度が向上することが確認された。
【００２９】
また、補剛用ビードと鋼板の硬さ（ビッカース硬さ）の大小関係による疲労寿命の変化について調べた。
硬さが１８２Ｈｖの鋼板１、２を用いるとともに、硬さＨｗが１５０Ｈｖの溶接金属を用いて、前述した試験片Ａと同様の試験片Ｃを形成して疲労試験を実施した。
また、硬さが１９２Ｈｖの鋼板１、２を用いるとともに、硬さＨｗがそれぞれ１５０、１８３、２７０の溶接金属を用いて、前述した試験片Ｂと同様の試験片Ｄ、Ｅ、Ｆを形成して疲労試験を実施した。
【００３０】
その結果、図４に示すように、補剛用ビードを付与するとことで疲労寿命が向上し、さらに、補剛用ビードの硬さＨｗが、鋼板最大硬さＨｂよりも大きいと、さらに疲労寿命が向上することが分かった。
尚、図４の「−３６」、「１」、及び「８８」は、補剛用ビードの硬さＨｗから鋼部材最大硬さＨｂを減算した値を示す。また、鋼板最大硬さＨｂと補剛用ビードの硬さＨｗについては後述する。
【００３１】
また、Ｔ形断面の溶接継手のように、板厚部分と板面部分とが接合されて形成される隅肉アーク溶接継手の隅部を溶接するものが一般的である。この場合にも、鋼部材の形状によっては、片側の隅部しか溶接できない場合がある。本発明者らは、このような隅肉アーク溶接継手の片側の隅部のみに隅肉アーク溶接を行う場合でも、重ね隅肉アーク溶接と同様に取り扱うことができることを確認した。
【００３２】
以上のように補剛用ビードによる効果が確認されたので、続いて、この補剛用ビードにより鋼部材の剛性を高める手段を溶接構造部材の隅肉溶接に適用することについて検討した。
【００３３】
自動車用の溶接構造部材、特に足回り用の溶接構造部材では、前述した試験片のような板と板とを単純に重ね隅肉溶接したものなどは少なく、さまざまな形状の部材があり、また、繰返し荷重の付加される方向もさまざまである。そのような溶接構造部材に効果的な補剛用ビードの形成方法について検討した結果、一筆書きの要領で形成される隅肉ビードの領域のうち、溶接線が曲がっている部分である曲部の領域（第１の領域）の一個所または複数個所に補剛用ビードを形成することが有効であることが判明した。
【００３４】
特に、一筆書きの要領で形成される隅肉ビードの領域のうち、溶接線の屈曲部及び湾曲部の少なくとも何れか一方の領域（第２の領域）の一個所または複数個所に補剛用ビードを形成することが有効であることが判明した。
【００３５】
また、隅肉ビードの溶接開始点と溶接終了点とが連結しておらず、隅肉ビードの溶接開始点が溶接終了点と異なる位置にある場合には、前述した第１の領域または第２の領域のうち、隅肉ビードの溶接開始点よりも最大主応力の大きさ（引張応力）が大きい領域（第３の領域）の一個所または複数個所に補剛用ビードを形成することが有効であることが判明した。
【００３６】
特に、隅肉ビードの溶接開始点側を鋼材の隅部から延長している場合に、このような第３の領域の一個所または複数個所に補剛用ビードを形成することが有効であることが判明した。
また、前述した第１の領域、第２の領域、または第３の領域のうち、補剛用ビードを形成していない溶接構造部材に付加されると想定される繰り返し荷重を当該溶接構造部材に付加した際に疲労き裂が最初に発生する領域（第４の領域）に補剛用ビードを形成することが有効であることが判明した。疲労き裂が最初に発生する個所は最大主応力の大きさが最大（引張応力が最大）になる個所に対応する。
特に、隅肉ビードの溶接線の曲率が一定である場合には、このような第４の領域に補剛用ビードを形成することが有効である。
【００３７】
隅肉ビードにおける応力は、例えば、３次元ＣＡＤを利用したＦＥＭ応力解析により、繰り返し荷重が溶接構造部材に負荷された時の応力の分布を求めることにより得ることができる。また、隅肉ビードにおける応力は、実際の溶接構造部材を用いて応力付加試験を行い、その際に歪ゲージなどを用いて歪の分布を調べることによっても得ることができる。
【００３８】
以下に、補剛用ビードを隅肉溶接ビードに適用する場合の具体例を、図５〜１０に示す溶接構造部材を用いて説明する。なお、これらの例では、各図に示す白抜きの矢印方向に繰り返し荷重が付加されるものとする。
図５は、溶接構造部材の第１の例を示す図である。
図５に示す溶接構造部材５０は、角型鋼管を用いたボックス材５２の一つの側面（表面）に、チャンネル材（溝形鋼）５１の一端部を当接させ、当接した部分のうち、チャンネル材５１の板面の外側にある部分のみを隅肉溶接することにより形成される。
【００３９】
図５に示すように、隅肉ビード５３を形成する際には、チャンネル材５１とボックス材５２の当接部であってチャンネル材５１の板面の外側にある当接部の一端の領域を溶接開始点とせずに、当該領域よりも当接部に沿って一定の距離だけ当該領域から離れた箇所を溶接開始点として延長ビード５４を形成した後、隅肉ビード５３を連続して形成する。同様に、当該当接部の他端の領域を溶接終了点とせずに、当該領域よりも当該当接部に沿って一定の距離だけ当該領域から離れた箇所を溶接終了点として隅肉ビード５３を形成した後、延長ビードを連続して形成する。
【００４０】
溶接構造部材５０に形成される隅肉ビード５３は、その途中に２つの屈曲部を有する。ここでは、溶接構造部材５０に付加されると想定される繰り返し荷重を、補剛用ビードを形成していない溶接構造部材５０に付加すると、当該屈曲部（チャンネル材（溝形鋼）５１のコーナー部）の方が、隅肉ビード５３（延長ビード）の溶接開始位置よりも、最大主応力の大きさが大きくなるものとする。
【００４１】
また、ここでは、溶接構造部材５０に付加されると想定される繰り返し荷重を、補剛用ビードを形成していない溶接構造部材５０に付加した際に疲労き裂が最初に発生する個所は、当該屈曲部であるとする。
そこで、ここでは、隅肉ビード５３の２カ所の屈曲部が溶接開始点となり、ボックス材５２の表面が溶接終了点となるように、それぞれ補剛用ビード５５Ａ、５５Ｂを形成する。補剛用ビードは一箇所に１本ずつ形成すれば十分である。
【００４２】
図６は、溶接構造部材の第２の例を示す図である。
図６に示す溶接構造部材６０は、円形鋼管を用いたパイプ状のボックス材６２の表面に、チャンネル材（一端をパイプ材の形状に合わせて加工した溝形鋼）６１の当該一端部を当接させ、当接した部分のうち、チャンネル材６１の板面の外側にある部分のみを隅肉溶接することにより形成される。
【００４３】
図６に示すように、隅肉ビード６３を形成する際には、チャンネル材６１とボックス材６２の当接部であってチャンネル材６１の板面の外側にある当接部の一端の領域を溶接開始点とせずに、当該領域よりも当接部に沿って一定の距離だけ当該領域から離れた箇所を溶接開始点とし、延長ビード６４を形成した後、隅肉ビード６３を連続して形成する。同様に、当該当接部の他端の領域を溶接終了点とせずに、当該領域よりも当接部に沿って一定の距離だけ当該領域から離れた箇所を溶接終了点とし、隅肉ビード６３を形成した後、延長ビードを連続して形成する。
【００４４】
溶接構造部材６０に形成される隅肉ビード６３も、図５に示した隅肉ビード５３と同様に、途中に２つの屈曲部を有する。そこで、ここでは、隅肉ビード６３の２カ所の屈曲部の位置が溶接開始点となり、ボックス材６２の表面が溶接終了点となるように、それぞれ補剛用ビード６５Ａ、６５Ｂを形成する。補剛用ビードは一箇所に1本ずつ形成すれば十分である。また、隅肉ビード６３には、ボックス材６２の曲率と同一の曲率（０を上回る一定の曲率）を有する領域がある。溶接構造部材６０では、この領域よりも、屈曲部の方が最大主応力の大きさが大きくなるものとし、ここでは、この領域には補剛用ビードを形成していない。
【００４５】
図７は、溶接構造部材の第３の例を示す図である。
図７に示す溶接構造部材７０は、角型鋼管を用いたボックス材７２の一つの側面（表面）に、円形鋼管を用いたパイプ状のチャンネル材７１の一端部を当接させ、当接した部分のうち、チャンネル材７１の板面の外側にある部分のみを隅肉溶接することにより形成される。
図７に示すように、隅肉ビード７３の溶接開始点と溶接終了点とは連結され、隅肉ビード７３には始端部と終端部が（独立して）存在しない。
【００４６】
溶接構造部材７０に形成される隅肉ビード７３は、概ね、チャンネル材７１の曲率と同一の曲率（０を上回る一定の曲率）を有する。そこで、溶接構造部材７０に付加されると想定される繰り返し荷重を、補剛用ビードを形成していない溶接構造部材７０に付加した際に疲労き裂が最初に発生する個所が溶接開始点となり、ボックス材７２の表面が溶接終了点となるように、補剛用ビード７４を形成する。具体的に、ここでは、荷重が付加される側と正反対の箇所を補剛用ビード７４の溶接開始点とする。補剛用ビードは一箇所に１本ずつ形成すれば十分である。
【００４７】
また、図７では、隅肉ビード７３に１本の補剛用ビード７４を配置している。しかしながら、より強度を高めるために、例えば、補剛用ビード７４から一定の距離を置いて、補剛用ビード７４の両側に、それぞれ１本ずつ計２本の補剛用ビードを配置してもよい。
【００４８】
図８は、溶接構造部材の第４の例を示す図である。
図８に示す溶接構造部材８０は、角型鋼管を用いたボックス材８２の一つの側面（表面）に、薄鋼板を成形して上面と下面とが開口した中空直方体形状としたチャンネル材８１の一端部を当接させ、当接した部分のうち、チャンネル材８１の板面の外側にある部分のみを隅肉溶接することにより形成される。
図８に示すように、隅肉ビード８３の溶接開始点と溶接終了点とは連結され、隅肉ビード８３には始端部と終端部が（独立して）存在しない。
【００４９】
溶接構造部材８０に形成される隅肉ビード８３は途中に４つの屈曲部を有する。ここでは、溶接構造部材８０に付加されると想定される繰り返し荷重を、補剛用ビードを形成していない溶接構造部材８０に付加した際に疲労き裂が最初に発生する個所は、当該屈曲部になるものとする。
そこで、ここでは、隅肉ビード８３の４カ所の屈曲部の位置が溶接開始点となり、ボックス材８２の表面が溶接終了点となるように、それぞれ補剛用ビード８４Ａ、８４Ｂ、８４Ｃを形成する。補剛用ビードは一箇所に１本ずつ形成すれば十分である。
【００５０】
ここで、後述する実施例（表２の試験片記号Ｃ９、Ｄ１２、Ｃ１０等）の結果から、本発明者らは、隅肉アーク溶接を行って溶接される鋼部材の少なくとも一方の鋼部材が、板厚３．２ｍｍ以下の鋼板から形成される溶接構造部材では、補剛用ビードの溶接開始位置を隅肉ビード側にせずにボックス材側にすると、補剛用ビードを形成しても、疲労寿命が向上せず、むしろ低下する場合もあることを見出した。すなわち、本発明者らは、補剛用ビードの溶接開始位置が、隅肉ビードの近くの領域で、他の溶接ビードと交わらずに単独で存在していると、補剛用ビードを形成しても、疲労寿命が向上せず、むしろ低下する場合もあることを見出した。
【００５１】
そこで、本実施形態では、前述したように、補剛用ビードの溶接開始位置が、隅肉ビードの近くの領域で、他の溶接ビードと交わらずに単独で存在せず、且つ、隅肉ビードと重なる領域であって、隅部の曲がっている領域（曲部）に溶接開始点または溶接終了点が位置するように、補剛用ビードを形成することを原則とする。
【００５２】
また、特許文献３に記載の技術では、隅部から延長している溶接ビードと隅部の溶接ビードとが一筆書きの要領で形成される（すなわち、これらの溶接ビードが同一のアーク溶接により形成される）。このために、隅肉ビードの近くの位置で、他の溶接ビードと交わらずに単独で存在してしまう溶接開始点の数が必要以上に多くなってしまう。
【００５３】
これに対し、本実施形態では、１回の溶接作業で一筆書きの要領で形成される隅肉ビードの溶接開始点から溶接終了点の間の領域であって、隅部の曲がっている領域（曲部）に、補剛用ビードを形成する。
また、隅肉ビードの溶接作業と補剛用ビードの溶接作業とを別々に行う。すなわち、隅肉ビードと補剛用ビードとを別のアーク溶接で形成し、隅肉ビードと重なるように形成される補剛用ビードの溶接開始点または溶接終了点が、隅肉ビードと区別される状態で残るようにする。
以上のようにすることにより、補剛用ビードの溶接開始点及び溶接終了点の位置の自由度が向上する。したがって、隅肉ビードの近くの位置で、他の溶接ビードと交わらずに単独で存在してしまう溶接開始点の数が必要以上に多くなってしまうことを抑制することができる。
以上の図５〜図８は、一方の鋼部材の板厚部分と他方の鋼部材の板面部分が相互に接合された隅肉アーク溶接継手の例を示すものである。
【００５４】
図９は、溶接構造部材の第５の例を示す図である。
図９に示す溶接構造部材９０は、チャンネル材（両側のフランジ部の先端部のそれぞれが一定の曲率で湾曲するように加工された溝形鋼）９１の両側のフランジ部の裏面をボックス材９２の相互に対向する側面に取り付け、フランジ部の先端部を重ね隅肉溶接することにより形成される。図９に示すように、隅肉ビード９３を形成する際には、フランジ部の先端部と基端部との境界（前記湾曲した領域とその他の領域と境界）の一端の領域を溶接開始点とせずに、当該領域よりも当該湾曲した領域の曲率に沿って一定の距離だけ当該領域から離れた箇所を溶接開始点として延長ビード９４Ａを形成した後、隅肉ビード９３を連続して形成する。同様に、フランジ部の先端部と基端部との境界の他端の領域を溶接終了点とせずに、当該領域よりも前記湾曲した領域の曲率に沿って一定の距離だけ当該領域から離れた箇所を溶接終了点として隅肉ビード９３を形成した後、延長ビード９４Ｂを連続して形成する。
【００５５】
溶接構造部材９０に形成される隅肉ビード９３は、概ね、チャンネル材９１のフランジ部の先端部の曲率と同一の曲率（０を上回る一定の曲率）を有する。そこで、溶接構造部材９０に付加されると想定される繰り返し荷重を、補剛用ビードを形成していない溶接構造部材９０に付加した際に疲労き裂が最初に発生する個所が溶接開始点となり、ボックス材９２の表面が溶接終了点となるように、補剛用ビード９５を形成する。具体的に、ここでは、隅肉ビード９３の溶接線に沿う方向の中央部（最深部）を補剛用ビード９５の溶接開始点とする。補剛用ビードは一箇所に1本ずつ形成すれば十分である。
【００５６】
また、図９では、隅肉ビード９３の最深部に１本の補剛用ビード９５を配置している。しかしながら、より強度を高めるために、例えば、隅肉ビード９５の全長の１／３と２／３の長さ位置の付近に、それぞれ１本ずつ計２本の補剛用ビードを配置してもよい。
前述したように、チャンネル材９１のフランジ部の反対側にも、隅肉ビード９３、延長ビード９４Ａ、９４Ｂ、及び補剛用ビード９５と同様に、隅肉ビード、延長ビード、及び補剛用ビードが形成されている。
図９は、一方の鋼部材と他方の鋼部材の板面部分同士が相互に接合された隅肉アーク溶接継手（重ね隅肉アーク溶接継手）の例を示すものである。
【００５７】
図１０は、溶接構造部材の第６の例を示す図である。
図１０に示す溶接構造部材１００は、角型鋼管を用いたボックス材１０２と、角型鋼管の先端部の相互に対向する二組の面のうち一組の面がボックス材１０２の形状に合わせて切り取られたフランジ材１０１とを用いて構成される。フランジ材１０１の先端部の切り取られていない部分の裏面がボックス材５２の表面と当接するとともに、フランジ材１０１の先端部が切り取られた部分の板厚部分がボックス材１０２の表面に当接するように、ボックス材１０２とフランジ材１０１とが組み合わせて、当接部を隅肉溶接することにより溶接構造部材１００が形成される。
【００５８】
溶接構造部材１００に形成される隅肉ビード１０３は、その途中に屈曲部を有する。溶接構造部材１００に付加されると想定される繰り返し荷重を、補剛用ビードを形成していない溶接構造部材１００に付加した際に疲労き裂が最初に発生する個所は、フランジ材５１の先端部が切り取られた部分の板厚部分とボックス材５２の表面とが当接している隅部における屈曲部であるとする。
【００５９】
そこで、ここでは、隅肉ビード１０３のこれら２カ所の屈曲部の位置が溶接開始点となり、ボックス材１０２の表面が溶接終了点となるように、それぞれ補剛用ビード１０４Ａ、１０４Ｂを形成する。補剛用ビードは一箇所に１本ずつ形成すれば十分である。
図１０は、一方の鋼材の板面部分と板厚部分の双方が他方の鋼材の板面部分に接合された隅肉アーク溶接継手の例を示すものである。また、図１０に示すように、隅部の屈曲部の全てに対して補剛用ビードを形成しなくてもよい。
【００６０】
以上、本実施形態の基本的な事項について説明したが、本実施形態を構成する個々の要件や好ましい要件についてさらに詳細に説明する。
（溶接構造部材）
本実施形態では、隅肉アーク溶接を行って溶接される鋼部材の少なくとも一方の鋼部材が、板厚３．２ｍｍ以下の鋼板から形成される溶接構造部材（隅肉アーク溶接継手）を対象とする。また、振動荷重のような繰り返し荷重が付加される溶接構造部材（隅肉アーク溶接継手）を対象とする。
そのような溶接構造部材は、隅肉溶接ビードの止端部またはルート部に疲労き裂が発生しやすく、簡単な手段により疲労強度を向上させることが求められているためである。
【００６１】
また、隅部が少なくとも１つの曲部を有する溶接構造部材を対象とする。さらに、当該曲部の少なくとも１つを含むように隅肉ビードが一筆書きの要領で形成される溶接構造部材を対象とする。当該曲部は屈曲部であっても湾曲部であってもよい。また、曲部の曲率は一定であってもよいし、変化してもよい。また、一筆書きの要領で形成された隅肉ビードが少なくとも１つあれば、１つの溶接構造部材に形成する隅肉ビードの数は、１つであっても複数であってもよい。
このような溶接構造部材であれば、隅肉ビードの形成に用いる溶接機及び溶接材料を用いて、隅肉溶接の後に続いて補剛用ビードの溶接を行うことにより、簡単に溶接構造部材の疲労強度を向上させることができる。
【００６２】
（補剛用ビードの配置態様）
補剛用ビードの溶接開始位置または溶接終了位置は、隅肉ビードと重なるように形成する必要がある。補剛用ビードが隅肉ビードと離れて形成されると、鋼板の剛性を高める部材として機能しないからである。
本実施形態では、隅肉ビードと重なる位置を溶接開始点にするとともに、隅部（接合部）を構成する鋼部材のうち、表面により大きな引張の応力が作用する鋼部材の表面を溶接終了点として、補剛用ビードを形成することを原則とする。前述したように、溶接開始点では、止端部の形状が盛り上がり、且つ、盛り上がりの角度が急峻なため、容易に応力集中が生じるからである。
【００６３】
ただし、２つの独立した隅肉ビードに対して補剛用ビードを共用させる場合には、補剛用ビードの溶接開始点は一方の隅肉ビードと重なり、溶接終了点は他方の隅肉ビードと重なることになる。すなわち、補剛用ビードの溶接開始点と溶接終了点との何れかが隅肉ビードと重なるようにし、且つ、補剛用ビードの溶接開始点が他の溶接ビードと交わらずに単独で存在しないようにしていればよい。このようにすれば、補剛用ビードの溶接開始点の位置のビード形状が盛り上がることを抑制できるからである。
【００６４】
また、溶接構造部材において、繰り返し荷重が付加されても応力が殆ど発生しないような個所や、繰り返し荷重が付加されて応力が発生しても破断する虞がない個所がある場合には、当該箇所を補剛用ビードの溶接開始点としてもよい。このようにする場合には、補剛用ビードの溶接開始点が他の溶接ビードと交わらずに単独で存在することになる。このような個所を補剛用ビードの溶接開始点にすれば、当該個所のビード形状が盛り上がっていても、隅肉アーク溶接継手の疲労強度に大きな影響を与えないからである。
【００６５】
また、補剛用ビードを隅肉溶接ビードの上に形成してもよいし、予め補剛用ビードに相当する溶接ビードを隅肉溶接の前に配置しておき、その上に隅肉ビードを配置することも可能である。すなわち、補剛用ビードの溶接開始位置または溶接終了位置が隅肉ビードと重なるようにしていれば、補剛用ビードは隅肉ビードの上にあっても下にあってもよい。
一方、本実施形態では、補剛用ビードの溶接終了点は、前述したように、隅部（接合部）を構成する鋼部材のうち、溶接構造部材に繰り返し荷重が付加された際に、より大きな引張の応力が作用する鋼板の領域とすることを原則とする。溶接終了点では、ビード形状が扁平となるので、応力集中が生じにくいからである。
【００６６】
隅肉ビードに対する補剛用ビードの配置位置は、前述した第１の領域を有することを前提として、第２の領域、第３の領域、及び第４の領域の少なくとも何れか１つの領域の一個所または複数個所となる。また、このような領域に補剛用ビードを配置していれば、その他の領域に補剛用ビードを配置してもよい。
【００６７】
（補剛用ビードの長さＬａ）
補剛用ビードの長さＬａは、下記の（Ａ）の条件を満たすようにするのが好ましい。
（Ａ）  補剛用ビードの長さＬａ≧隅肉ビードの幅Ｗ×２
ここで、補剛用ビードの長さＬａは、隅肉ビードと補剛用ビードとの接点を起点として、補剛用ビードの溶融端までの長さである。
【００６８】
補剛用ビードの長さＬａが短い場合には十分に鋼部材の剛性を高めることができず、溶接継手の疲労強度を向上させる機能を発揮できない。隅肉ビードの止端部から突出する補剛用ビードの長さＬａが隅肉ビードの幅Ｗ以上であれば、溶接構造部材に付加される荷重の程度によっては疲労強度を向上させる機能を発揮できるが、より剛性を高めるためには、補剛用ビードの長さを隅肉ビードの幅Ｗの２倍以上とするのが好ましい。
【００６９】
また、補剛用ビードの長さＬａの上限は、溶接で製造する鋼製品の形状・構造により制約を受ける。例えば、隅肉ビードの長さをＬとすると、補剛用ビードの長さＬａを０．５×Ｌ未満にすることができる。
【００７０】
（補剛用ビードの高さＨａ）
補剛用ビードの鋼部材の表面からの高さＨａは、補剛用ビードを形成する鋼部材の厚さｔ（ｍｍ）に対して、下記の（Ｂ）の条件を満たすのが好ましい。
（Ｂ）  補剛用ビードの高さＨａ≧鋼部材の厚さｔ×０．５
補剛用ビードの高さＨａが、補剛用ビードが形成される鋼部材の厚さｔの０．５倍（＝ｔ／２）未満であると、補剛用ビードとしての機能を十分に発揮しない。補剛用ビードの高さＨａが大きいほど、その効果は大きいが、鋼板への裏抜けや溶け落ちを避けるため自ずと限界がある。したがって、補剛用ビードの高さＨａを、補剛用ビードが形成される鋼部材の厚さｔ以下にするのが現実的である。
【００７１】
（補剛用ビードの幅Ｗａ）
また、補剛用ビードの幅Ｗａは、下記の（Ｃ）の条件を満たすようにするのが好ましい。
（Ｃ）  補剛用ビードの幅Ｗａ≧隅肉ビードの幅Ｗ×０．５
補剛用ビードの幅Ｗａが隅肉ビードの幅Ｗの０．５倍（Ｗ／２）未満であると、補剛用ビードとしての機能を十分に発揮しない。補剛用ビードの幅Ｗａの上限は、特に定めないが、補剛用ビードの高さＨａと同様に、裏抜けや溶け落ちない範囲で補剛用ビードを形成する必要があるので、その観点から自ずと定まる。
【００７２】
なお、自動車用の溶接構造部材の溶接は、ロボットによる自動溶接によって行われるので、隅肉ビードを施工する溶接機、及び溶接材料をそのまま用いて補剛用ビードを形成することが効率的であり、その条件で十分に疲労特性を向上させる効果が得られる。しかし、溶接構造部材によって求められる疲労強度も異なるので、補剛用ビードの長さ、幅、および高さは前述した範囲内で選択するのが好ましい。
【００７３】
（補剛用ビードの硬さＨｗ）
補剛用ビードの硬さ、すなわち、補剛用ビードの溶接金属の硬さＨｗは、補剛用ビードが置かれる方の鋼部材の鋼板最大硬さＨｂに対して、下記の（Ｄ）の条件を満たすようにするのが好ましい。
（Ｄ）  補剛用ビードの溶接金属の硬さＨｗ＞鋼板最大硬さＨｂ
補剛用ビードの溶接金属の硬さＨｗが、鋼板最大硬さＨｂより大きいと、溶接止端部へのひずみの集中が抑制され、疲労寿命（回数）を向上させることができる。
【００７４】
補剛用ビードの溶接金属の硬さＨｗは以下のように測定する。まず、溶接構造部材の補剛用ビードが形成された部分を、補剛用ビードの長手方向の中央において、溶接線に対し垂直に切断して、切断面を研磨する。そして、当該切断面の位置であって、鋼板（母材）表面から板厚方向に０．２ｍｍ深さの位置において、鋼板（母材）表面と平行方向に硬さを測定する。具体的には、当該位置における溶融境界の一点を起点として、溶接金属方向に０．２ｍｍ間隔で５点のビッカース硬さをビッカース硬さ計で測定し、測定値の算術平均値を算出する。なお、平均値は、溶融境界の硬さを除外した５点で算出する。測定に際して付加する荷重は、１ｋｇｆが好ましい。
【００７５】
鋼板最高硬さＨｂは以下のように測定する。まず、溶接構造部材の補剛用ビードが形成された部分を、補剛用ビードの長手方向の中央において、溶接線に対し垂直に切断して、切断面を研磨する。そして、当該切断面の位置であって、鋼板（母材）表面から板厚方向に０．２ｍｍ深さの位置において、鋼板（母材）表面と平行方向に硬さを測定する。具体的には、当該位置における溶融境界の一点を起点として、母材方向に０．２ｍｍ間隔で、溶融境界から１０ｍｍ離れた位置までビッカース硬さをビッカース硬さ計で測定し、そのうち最大の値を鋼板最高硬さＨｂとする。なお、鋼板最高硬さＨｂを求める際に溶融境界の硬さは除外する。測定に際して付加する荷重は、１ｋｇｆが好ましい。また、補剛用ビードの溶接金属の硬さＨｗ（ビッカース硬さ）を測定する際の起点と、鋼板最高硬さＨｂ（ビッカース硬さ）を測定する際の起点とを一致させ、且つ、補剛用ビードの溶接金属の硬さＨｗ（ビッカース硬さ）を測定する方向と、鋼板最高硬さＨｂ（ビッカース硬さ）を測定する方向とを互いに反対向き（これらの方向のなす角度を１８０°）にする。
【００７６】
（補剛用ビードの角度）
補剛用ビードの角度γは、下記（Ｅ）の条件を満たすようにするのが好ましい。
（Ｅ）  ４５°≦補剛用ビードの角度γ≦１３５°
補剛用ビードが鋼板の剛性を高め、曲がりを抑制する機能を発揮するためには、補剛用ビードの角度γは４５〜１３５°であることが好ましい。角度γが４５°未満又は１３５°超であると、補剛用ビードの前記機能が低下する。
【００７７】
ここで、図５〜図９に示すようして補剛用ビードを形成する場合（隅部（接合部）における曲部が、ボックス材５２、６２、７２、８２、９２の一つの面において構成される場合）には、補剛用ビードの角度γは、隅肉ビードの補剛用ビードと重なる点における接線に対する角度である。
一方、図１０に示すようにして補剛用ビードを形成する場合（隅部（接合部）における曲部が、ボックス材１０２の連続する二つの面において構成される場合）には、補剛用ビードの角度は、当該二つの面のうち補剛用ビードが形成される面の隅肉ビードと補剛用ビードとのなす角度とする。
【００７８】
（その他の要件）
隅肉ビードの施工時や補剛用ビードの施工時のアーク溶接条件や使用する溶接ワイヤの組成は、常法に従えばよく、特定のものに限定されない。ただし、前記のように、同じ溶接機器を用いて隅肉ビードの施工と補剛用ビードの施工とを連続的に行うことが生産上好ましい。しかし、補剛用ビードの鋼板の剛性を高める機能が担保される限り、両者の溶接条件や使用する溶接ワイヤの組成が異なってもよい。
【００７９】
また、溶接継手では、隅肉ビードに重なるように補剛用ビードを形成するために、溶接継手の周辺に、補剛用ビードを、所要の角度、及び、所要の長さ、高さ、幅で形成し得る領域があることが必要である。
【００８０】
以上のように本実施形態では、溶接構造部材が繰り返し振動応力にさらされる場合でも、補剛用ビードを付与するという簡単な手段により、疲労破壊の発生を顕著に抑制することができる。
【００８１】
以上のように、補剛用ビードの付与のみでも鋼部材の疲労強度を大きく向上させることができる。ただし、溶接の開始点及び終了点における応力集中を低減する施工と、補剛用ビードの施工とを組み合わせるとより疲労強度を向上した継手を得ることができる。例えば、図５、図６、図９に示したように、隅肉ビードを隅部から延長し、隅部と離れた位置に隅肉ビードの溶接開始点と溶接終了点とのそれぞれを配置したうえで（すなわち前述した延長ビードを形成したうえで）、補剛用ビードを付与することができる。ただし、このような隅肉ビードの延長は、必ずしも必要ではない。
【００８２】
また、本発明者らは、鋼部材以外の金属部材であっても、本実施形態の手法を適用することができることを確認した。例えば、鋼部材の代わりに、アルミニウム部材またはステンレス部材に本実施形態の手法を適用することができる。また、本発明者らは、異種の金属部材についても本実施形態の手法を適用することができることを確認した。
【００８３】
尚、以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【実施例】
【００８４】
次に、本発明の実施例について説明する。実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。【００８５】
図５〜図１０に示す形状の溶接構造部材５０、６０、７０、８０、９０、１００を作製した。また、補剛用ビードの溶接開始点と溶接終了点を入れ替えた他は、図５〜図１０に示す形状の溶接構造部材５０、６０、７０、８０、９０、１００と同じ溶接構造部材を作製した。また、補剛用ビードを形成しない他は、図５〜図１０に示す形状の溶接構造部材５０、６０、７０、８０、９０、１００と同じ溶接構造部材を作製した。
そして、これらの溶接構造部材を疲労試験に供した。【００８６】
溶接構造部材に用いた鋼部材と溶接材料を、表１に示す。表１において、鋼材Ａおよび鋼材Ｂの２種類の鋼部材を用いた。尚、鋼板Ａおよび鋼板Ｂとして、それぞれ２つの板厚（２．３ｍｍ、２．６ｍｍ）のものを用意した。また、ワイヤＡおよびワイヤＢの２種類の溶接材料を用いた。ワイヤＡおよびワイヤＢの径は１．２ｍｍである。【００８７】
【表１】
0005843015.tif 000002
【００８８】
本実施例において、図５に示すに示すボックス材５２の大きさは、３００ｍｍ×１５０ｍｍ×５０ｍｍである。チャンネル材５１の大きさは、フランジ幅８０ｍｍ×ウエブ幅７５ｍｍ×高さ８０ｍｍである。
本実施例において、図６に示すボックス材６２の大きさは、直径１５０ｍｍ×高さ（軸方向の長さ）３００ｍｍである。チャンネル材６１の大きさは、フランジ幅８０ｍｍ×隅部（接合部）のウエブ幅７５ｍｍ×高さ（最大値）８０ｍｍである。【００８９】
本実施例において、図７に示すボックス材７２の大きさは、３００ｍｍ×１００ｍｍ×５０ｍｍである。チャンネル部材７１の大きさは、直径５０ｍｍ×高さ（軸方向の長さ）１５０ｍｍである。
本実施例において、図８に示すボックス材８２の大きさは、３００ｍｍ×１５０ｍｍ×５０ｍｍである。チャンネル材８１の大きさは、１８０ｍｍ×７５ｍｍ×５６ｍｍである。【００９０】
本実施例において、図９に示すボックス材９２の大きさは、３００ｍｍ×１００ｍｍ×５０ｍｍである。チャンネル材９１の大きさは、フランジ幅７５ｍｍ×ウエブ幅１０５ｍｍ×高さ８０ｍｍである。チャンネル材９１のフランジの先端の曲率半径は５０ｍｍである。
本実施例において、図１０に示すボックス材１０２の大きさは、３００ｍｍ×１００ｍｍ×５０ｍｍである。チャンネル材１０１は、１８０ｍｍ×７５ｍｍ×５６ｍｍの角型鋼管の５６ｍｍの長さの部分を先端から３０ｍｍ切り欠いたものである。
【００９１】
補剛用ビードの溶接開始点（表２の補剛用ビードの開始位置）を、隅肉ビードの上にする場合と、ボックス材上にする場合とのそれぞれについて補剛用ビードを形成した。
また、補剛用ビードの溶接開始点を、隅肉ビードの上にするとともに、補剛用ビードの溶接終了点（表２〜表１２の補剛用ビードの終了位置）を、ボックス材の上にする場合と、補剛用ビードの溶接開始点を、隅肉ビードの上にするとともに、補剛用ビードの溶接終了点を、チャンネル材上にする場合とのそれぞれについて補剛用ビードを形成した。【００９２】
また、補剛用ビードを、隅部（接合部）における曲部に形成した場合と、隅部における直線部に形成した場合とのそれぞれについて補剛用ビードを形成した。
また、補剛用ビードの長さＬａ、補剛用ビードの高さＨａ、および補剛用ビードの幅Ｗａを変えて補剛用ビードを形成した。【００９３】
溶接条件は、以下の通りである。
＜共通する溶接条件＞
溶接方式                消耗式電極溶接
溶接電源                ＤＰ３５０（株式会社ダイヘン製）
溶接モード              ＤＣ−Ｐｕｌｓｅ
溶接姿勢                下向き水平
チップ鋼板間距離（突き出し長さ）  １５ｍｍ
シールドガス種          Ａｒ＋２０％ＣＯ２
シールドガス流量        ２０Ｌ／ｍｉｎ
＜隅肉ビードの形成条件＞
トーチ角度              下板からの起こし角６０°、前進角０°
ねらい位置              重ね部の隅
溶接速度                ８０ｃｍ／ｍｉｎ
溶接電流及び電圧        アンダーカットが出ない値を設定
一例：板厚２．３ｍｍの隅肉アーク溶接の
場合、約２２０Ａ、約２４Ｖ）
＜補剛用ビードの形成条件＞
トーチ角度              鋼板からの起こし角９０°、前進角０°
ねらい位置と溶接方向    試験片の幅方向中央で、隅肉ビードの溶接
金属表面を起点とし、隅肉ビードに直角方
向に下側鋼板へ溶接
溶接速度                ５０ｃｍ／ｍｉｎ
溶接電流及び電圧        隅肉ビードの２／３程度の溶接電流を設定
一例：板厚２．３ｍｍの鋼板に補剛用ビー
ドを配置する場合、１５０Ａ、２１Ｖ【００９４】
作製した試験片の一方の鋼部材（ボックス材）と他方の鋼部材（チャンネル材）を、荷重の方向が図５〜図１０の白抜きの矢印で示された方向になるように電気油圧式疲労試験装置で把持して、荷重範囲を一定（応力範囲一定）、荷重比を−１、繰返し周波数を５Ｈｚにて、疲労試験に供した。
補剛用ビードの硬さＨｗと鋼板最大硬さＨｂは、それぞれ前述した方法で測定した。
実施例の効果を、表２〜表１２に基づいて説明する。【００９５】
【表２】
0005843015.tif 000003
【００９６】
【表３】
0005843015.tif 000004
【００９７】
【表４】
0005843015.tif 000005
【００９８】
【表５】
0005843015.tif 000006
【００９９】
【表６】
0005843015.tif 000007
【０１００】
【表７】
0005843015.tif 000008
【０１０１】
【表８】
0005843015.tif 000009
【０１０２】
【表９】
0005843015.tif 000010
【０１０３】
【表１０】
0005843015.tif 000011
【０１０４】
【表１１】
0005843015.tif 000012
【０１０５】
【表１２】
0005843015.tif 000013
【０１０６】
試験片記号Ｃ１、Ｃ５、Ｃ７、Ｃ９、Ｃ１１、Ｃ１４は、それぞれ、図５、図６、図７、図８、図９、図１０に示した溶接構造部材５０、６０、７０、８０、９０、１００に対して補剛用ビードを形成していない溶接構造部材の結果である。これらの溶接構造部材の疲労寿命を基準に、補剛用ビードの効果を検証した。表２〜表１２の「基準とした試験片記号」に記載されている試験片記号の疲労寿命を基準として「疲労寿命向上率」を算出した。本実施例では、「疲労寿命向上率」が１２０％を超える場合に、補剛用ビードによる効果があるものであると判定した。【０１０７】
Ｄ１〜Ｄ９は、図５に示した溶接構造部材５０を対象に補剛用ビードの効果を評価したものである。溶接構造部材５０では、補剛用ビードを形成しないと、隅肉ビード５３の屈曲部におけるボックス材５２側の溶接止端部でき裂が発生した（Ｃ１の「き裂発生位置」を参照）。このため、この箇所の疲労寿命を補剛用ビード５５Ａ、５５Ｂによって高める必要がある。そこで、隅肉ビード５３の屈曲部の位置を溶接開始位置とし、ボックス材５２の表面を溶接終了位置として、補剛用ビード５５Ａ、５５Ｂを形成した（Ｄ１〜Ｄ９の「補剛用ビードの開始位置」の「隅肉ビード角」、「補剛用ビードの終了位置」の「ボックス材上」を参照）。【０１０８】
Ｄ１〜Ｄ９に示すように、以上のようにして補剛用ビード５５Ａ、５５Ｂを形成することにより、疲労寿命は増加し、き裂の発生位置は隅肉ビード５３の止端部から補剛用ビード５５Ａ、５５Ｂの終端部に変化した（Ｄ１〜Ｄ９の「き裂発生位置」の「補剛用ビード終端部」を参照）。【０１０９】
また、Ｄ１〜Ｄ３、Ｄ８に示されるように、前述した（Ａ）〜（Ｅ）の条件を満たさないと、疲労寿命の向上代は低下する傾向となる。
具体的に、Ｄ１では、補剛用ビードの長さＬａが隅肉ビードの幅Ｗの２倍以上でない（Ｄ１の「Ｌａ／Ｗ」が２００％以上にならず、（Ａ）の条件を満たさない）。Ｄ２では、補剛用ビードの角度γが４５°〜１３５°の範囲にない（Ｄ２の「補剛用ビードの角度」が４５°〜１３５°にならず、（Ｅ）の条件を満たさない）。Ｄ３では、補剛用ビードの高さＨａが、補剛用ビードが形成される鋼部材の厚さｔの０．５倍以上でなく、且つ、補剛用ビードの幅Ｗａが隅肉ビードの幅Ｗの０．５倍以上でない（Ｄ３の「Ｈａ／ｔ」が５０％以上にならず（Ｂ）の条件を満たさないとともに、Ｄ３の「Ｗａ／Ｗ」が５０％以上ならず、（Ｃ）の条件を満たさない）。Ｄ８では、補剛用ビードの（溶接金属の）硬さＨｗが、き裂の発生するボックス材の最大硬さ（鋼板最大硬さＨｂ）を上回っていない（Ｄ８の「補剛用ビード溶接金属硬さＨｗ」が「ボックス材最大硬さＨｂ」を上回らず、（Ｄ）の条件を満たさない）。しかし、何れの場合でも、疲労寿命向上率は１２０％を上回った。
【０１１０】
Ｄ１０は、図６に示した溶接構造部材６０を対象に補剛用ビードの効果を評価したものである。溶接構造部材６０では、補剛用ビードを形成しないと、隅肉ビード６３の屈曲部におけるボックス材６２側の溶接止端部でき裂が発生した（Ｃ５の「き裂発生位置」を参照）。このため、この箇所の疲労寿命を補剛用ビード６５Ａ、６５Ｂによって高める必要がある。そこで、隅肉ビード６３の屈曲部を溶接開始位置とし、ボックス材６２の表面を溶接終了位置として、補剛用ビード６５Ａ、６５Ｂを形成した（Ｄ１０の「補剛用ビードの開始位置」の「隅肉ビード角」、「補剛用ビードの終了位置」の「ボックス材上」を参照）。【０１１１】
Ｄ１０に示すように、以上のようにして補剛用ビード６５Ａ、６５Ｂを形成することにより、疲労寿命は増加し、き裂の発生位置は隅肉ビード６３の止端部から補剛用ビード６５Ａ、６５Ｂの終端部に変化した（Ｄ１０の「き裂発生位置」の「補剛用ビード終端部」を参照）。
尚、表には示していないが、図６に示した溶接構造部材６０でも、前述した（Ａ）〜（Ｅ）の条件を満たさないと、疲労寿命の向上代は低下する傾向になることを確認した。【０１１２】
Ｄ１１は、図７に示した溶接構造部材７０を対象に補剛用ビードの効果を評価したものである。溶接構造部材７０では、補剛用ビードを形成しないと、隅肉ビード７３の荷重が付加される点と正反対の個所におけるボックス材７２側の溶接止端部でき裂が発生した（Ｃ７の「き裂発生位置」を参照）。そこで、隅肉ビード７３のこの個所を溶接開始位置とし、ボックス材７２の表面を溶接終了位置として、補剛用ビード７４を形成した（Ｄ１１の「補剛用ビードの開始位置」の「隅肉ビード上」、「補剛用ビードの終了位置」の「ボックス材上」を参照）。
【０１１３】
Ｄ１１に示すように、以上のようにして補剛用ビード７４を形成することにより、疲労寿命は増加し、き裂の発生位置は隅肉ビード７３の止端部から補剛用ビード７４の終端部に変化した（Ｄ１１の「き裂発生位置」の「補剛用ビード終端部」を参照）。
尚、表には示していないが、図７に示した溶接構造部材７０でも、前述した（Ａ）〜（Ｅ）の条件を満たさないと、疲労寿命の向上代は低下する傾向になることを確認した。【０１１４】
Ｄ１２は、図８に示した溶接構造部材８０を対象に補剛用ビードの効果を評価したものである。溶接構造部材８０では、補剛用ビードを形成しないと、隅肉ビード８３の屈曲部におけるボックス材８２側の溶接止端部でき裂が発生した（Ｃ９の「き裂発生位置」を参照）。このため、この箇所の疲労寿命を補剛用ビード８４Ａ、８４Ｂ、８４Ｃによって高める必要がある。そこで、隅肉ビード８３の屈曲部を溶接開始位置とし、ボックス材８２の表面を溶接終了位置として、補剛用ビード８４Ａ、８４Ｂ、８４Ｃを形成した（Ｄ１２の「補剛用ビードの開始位置」の「隅肉ビード角」、「補剛用ビードの終了位置」の「ボックス材上」を参照）。なお、図８では隠れていて見えないもう一つの屈曲部にも、他の補剛用ビードと同様に補剛用ビードを形成した。
【０１１５】
Ｄ１２に示すように、以上のようにして補剛用ビード８４Ａ、８４Ｂ、８４Ｃを形成することにより、疲労寿命は増加し、き裂の発生位置は隅肉ビード８３の止端部から補剛用ビード８４Ａ、８４Ｂ、８４Ｃの終端部に変化した（Ｄ１２の「き裂発生位置」の「補剛用ビード終端部」を参照）。
尚、表には示していないが、図８に示した溶接構造部材８０でも、前述した（Ａ）〜（Ｅ）の条件を満たさないと、疲労寿命の向上代は低下する傾向になることを確認した。
【０１１６】
Ｄ１３〜Ｄ２０は、図９に示した溶接構造部材９０を対象に補剛用ビードの効果を評価したものである。溶接構造部材９０では、補剛用ビードを形成しないと、隅肉ビード９３の溶接線に沿う方向の中央部で、ルート部からき裂が発生した（Ｃ１１の「き裂発生位置」を参照）。このため、この箇所の疲労寿命を補剛用ビード９５によって高める必要がある。そこで、隅肉ビード９３の溶接線に沿う方向の中央部を溶接開始位置とし、ボックス材９２の表面を溶接終了位置として、補剛用ビード９５を形成した（Ｄ１３〜Ｄ２０の「補剛用ビードの開始位置」の「隅肉ビード上」、「補剛用ビードの終了位置」の「ボックス材上」を参照）。【０１１７】
Ｄ１３〜Ｄ２０に示すように、以上のようにして補剛用ビード９５を形成することにより、疲労寿命は増加し、き裂の発生位置は、隅肉ビード９３の中央部のルート部側から補剛用ビード９５の終端部に変化した（Ｄ１３〜Ｄ２０の「き裂発生位置」の「補剛用ビード終端部」を参照）。【０１１８】
また、Ｄ１３〜Ｄ１５、Ｄ１９に示すように、前述した（Ａ）〜（Ｅ）の条件を満たさないと、疲労寿命の向上代は低下する傾向となる。
具体的に、Ｄ１３では、補剛用ビードの長さＬａが隅肉ビードの幅Ｗの２倍以上でない（Ｄ１３の「Ｌａ／Ｗ」が２００％以上にならず、（Ａ）の条件を満たさない）。Ｄ１４では、補剛用ビードの角度γが４５°〜１３５°の範囲にない（Ｄ１４の「補剛用ビードの角度」が４５°〜１３５°以上にならず、（Ｅ）の条件を満たさない）。Ｄ１５では、補剛用ビードの高さＨａが、補剛用ビードが形成される鋼部材の厚さｔの０．５倍以上でなく、且つ、補剛用ビードの幅Ｗａが隅肉ビードの幅Ｗの０．５倍以上でない（Ｄ１５の「Ｈａ／ｔ」が５０％以上にならず（Ｂ）の条件を満たさないとともに、Ｄ１５の「Ｗａ／Ｗ」が５０％以上ならず、（Ｃ）の条件を満たさない）。Ｄ１９では、補剛用ビードの（溶接金属の）硬さＨｗが、き裂の発生するボックス材の最大硬さ（鋼板最大硬さＨｂ）を上回っていない（Ｄ１９の「補剛用ビード溶接金属硬さＨｗ」が「ボックス材最大硬さＨｂ」を上回らず、（Ｄ）の条件を満たさない）。しかし、何れの場合でも、疲労寿命向上率は１２０％を上回った。
【０１１９】
Ｄ２１は、図１０に示した溶接構造部材１００を対象に補剛用ビードの効果を評価したものである。溶接構造部材１００では、補剛用ビードを形成しないと、隅肉ビード１０３の屈曲部のうち、チャンネル材１０１の板面部分と当接している屈曲部におけるボックス材１０２側の溶接止端部でき裂が発生した（Ｃ１４の「き裂発生位置」を参照）。このため、この箇所の疲労寿命を補剛用ビード１０４Ａ、１０４Ｂによって高める必要がある。そこで、隅肉ビード１０３の当該屈曲部を溶接開始位置とし、ボックス材１０２の表面を溶接終了位置として、補剛用ビード１０４Ａ、１０４Ｂを形成した（Ｄ２１の「補剛用ビードの開始位置」の「隅肉ビード角」、「補剛用ビードの終了位置」の「ボックス材上」を参照）。【０１２０】
Ｄ２１に示すように、以上のようにして補剛用ビード１０４Ａ、１０４Ｂを形成することにより、疲労寿命は増加し、き裂の発生位置は隅肉ビード１０３の止端部から補剛用ビード１０４Ａ、１０４Ｂの終端部に変化した（Ｄ２１の「き裂発生位置」の「補剛用ビード終端部」を参照）。
尚、表には示していないが、図１０に示した溶接構造部材１００でも、前述した（Ａ）〜（Ｅ）の条件を満たさないと、疲労寿命の向上代は低下する傾向になることを確認した。【０１２１】
Ｃ２は、図５に示した溶接構造部材５０に対し、補剛用ビードの溶接終了点を、補剛用ビードを形成していない溶接構造部材５０に荷重を付加した際にき裂が発生するボックス材５２側ではなく、チャンネル材５１側にしたものの結果を示す。【０１２２】
Ｃ３は、図５に示した溶接構造部材５０に対し、補剛用ビードの溶接開始点と溶接終了点を入れ替えたものの結果を示す。
Ｃ４は、図５に示した溶接構造部材５０に対し、隅肉ビード５３の屈曲部に補剛用ビードを形成せずに、隅肉ビード５３の領域のうち、チャンネル材５１のウエブの幅方向の中央の領域に、隅肉ビード５３内を溶接開始位置とし、ボックス材５２の表面を溶接終了位置として、補剛用ビードを形成したものの結果を示す。
Ｃ２〜Ｃ４の何れの場合でも、疲労寿命向上率は１２０％を下回った。【０１２３】
Ｃ６は、図６に示した溶接構造部材６０に対し、補剛用ビードの溶接開始点と溶接終了点を入れ替えたものの結果を示す。Ｃ８は、図７に示した溶接構造部材７０に対し、補剛用ビードの溶接開始点と溶接終了点を入れ替えたものの結果を示す。Ｃ１０は、図８に示した溶接構造部材８０に対し、補剛用ビードの溶接開始点と溶接終了点を入れ替えたものの結果を示す。
Ｃ６、Ｃ８、Ｃ１０の何れの場合でも、疲労寿命向上率は１２０％を下回った。【０１２４】
Ｃ１２は、図９に示した溶接構造部材９０に対し、補剛用ビードの溶接終了点を、補剛用ビードを形成していない溶接構造部材９０に荷重を付加した際にき裂が発生するボックス材９２側ではなく、チャンネル材９１側にしたものの結果を示す。
Ｃ１３は、図９に示した溶接構造部材９０に対し、補剛用ビードの溶接開始点と溶接終了点を入れ替えたものの結果を示す。
Ｃ１２、Ｃ１３の何れの場合でも、疲労寿命向上率は１２０％を下回った。【０１２５】
Ｃ１５は、図１０に示した溶接構造部材１００に対し、補剛用ビードの溶接開始点と溶接終了点を入れ替えたものの結果を示す。
Ｃ１５の場合では、疲労寿命向上率は１２０％を下回った。
【産業上の利用可能性】
【０１２６】
本発明は、例えば、機械工業などの溶接を利用する産業分野で利用することができる。
【図１】
0005843015.tif 000014
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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