(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの金属部材を隅肉溶接することにより形成された隅肉溶接継手であって、
少なくとも一方の前記金属部材の表面に、前記隅肉溶接によって形成された溶接ビードを有する側に凸になるようにプレス成型により設けたリブ状突起であるプレスビードを有し、
当該プレスビードの一部が前記溶接ビードと接するか重なることを特徴とする隅肉溶接継手。
【請求項２】
前記プレスビードの長手方向が、前記溶接ビードの溶接止端線の方向に対して４５°以上１３５°以下であることを特徴とする請求項１に記載の隅肉溶接継手。
【請求項３】
前記プレスビードは、前記溶接ビードの始端部、終端部、屈曲部及び当該溶接ビードの途中の当該始終端部よりも高い応力が負荷される箇所の少なくとも１つにおいて、前記溶接ビードに沿って位置することを特徴とする請求項１又は２に記載の隅肉溶接継手。
【請求項４】
前記プレスビードの止端部半径Ｒａ（ｍｍ）が、当該プレスリードを有する金属部材の厚さｔ（ｍｍ）以上であることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の隅肉溶接継手。
【請求項５】
前記プレスビードの長手方向の長さをＬａ、高さをＨａ、幅をＷａ、前記溶接ビードの幅をＷ、プレスリードを有する金属部材の厚さをｔとしたとき、
Ｌａ≧２Ｗ、
Ｈａ≧ｔ、
Ｗａ≧Ｗ、
を満足することを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の隅肉溶接継手。
【請求項６】
前記プレスビードが、前記溶接ビードと交差することを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の隅肉溶接継手。
【請求項７】
前記プレスビードが、前記溶接ビードにおいて予め求めた最大主応力が発生する部分で重なることを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項に記載の隅肉溶接継手。
【請求項８】
前記プレスビードが形成された金属部材と溶接される金属部材には、前記プレスビードと溶接される箇所において、前記プレスビードが嵌め込まれる切り欠き部を有することを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか１項に記載の隅肉溶接継手。
【請求項９】
前記金属部材の少なくとも一方が折れ曲がった角部を有する断面形状の金属部材であり、それを他方の金属部材に隅肉溶接して形成される隅肉溶接継手であって、
生成された溶接ビードの角部において、プレスビードが重なることを特徴とする請求項１〜８のうちいずれか１項に記載の隅肉溶接継手。
【請求項１０】
少なくとも２つの金属部材を隅肉溶接することにより隅肉溶接継手を形成する方法であって、
少なくとも一方の前記金属部材の表面に、前記隅肉溶接によって形成される溶接ビードを有する側に凸になるようにリブ状突起であるプレスビードをプレス成型し、
当該プレスビードの一部が前記溶接ビードと接するか重なるように、前記金属部材を隅肉溶接することを特徴とする隅肉溶接継手の製造方法。
【請求項１１】
前記プレスビードの長手方向を、前記溶接ビードの溶接止端線の方向に対して４５°以上１３５°以下に形成することを特徴とする請求項１０に記載の隅肉溶接継手の製造方法。
【請求項１２】
前記溶接ビードの始端部、終端部、屈曲部及び当該溶接ビードの途中の当該始終端部よりも高い応力が負荷される箇所の少なくとも１つにおいて、前記溶接ビードに沿ってプレスビードを形成することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の隅肉溶接継手の製造方法。
【請求項１３】
前記プレスビードの止端部半径Ｒａ（ｍｍ）を、プレスリードを有する金属部材の厚さｔ（ｍｍ）以上に形成することを特徴とする請求項１０〜１２のうちいずれか１項に記載の隅肉溶接継手の製造方法。
【請求項１４】
前記プレスビードの長手方向の長さをＬａ、高さをＨａ、幅をＷａ、前記溶接ビードの幅をＷ、プレスリードを有する金属部材の厚さをｔとしたとき、
Ｌａ≧２Ｗ、
Ｈａ≧ｔ、
Ｗａ≧Ｗ、
を満足することを特徴とする請求項１０〜１３のうち何れか１項に記載の隅肉溶接継手の製造方法。
【請求項１５】
前記溶接ビードと交差するプレスビードを形成することを特徴とする請求項１０〜１４のうちいずれか１項に記載の隅肉溶接継手の製造方法。
【請求項１６】
前記溶接ビードに関して予め求めた最大主応力が発生する溶接部分において、前記プレスビードが接するか重なるように形成することを特徴とする請求項１０〜１５のうちいずれか１項に記載の隅肉溶接継手の製造方法。
【請求項１７】
前記プレスビードが形成された金属部材と溶接される金属部材には、前記プレスビードと溶接される箇所において、前記プレスビードが嵌め込まれる切り欠き部を形成することを特徴とする請求項１０〜１６のうちいずれか１項に記載の隅肉溶接継手の製造方法。
【請求項１８】
前記金属部材の少なくとも一方が折れ曲がった角部を有する断面形状の金属部材であり、それを他方の金属部材に隅肉溶接して形成される隅肉溶接継手を形成する方法であって、生成された溶接ビードの角部にプレスリードが重なるように、前記他方の金属部材にプレスビードを予め形成することを特徴とする請求項１０〜１７のうちいずれか１項に記載の隅肉溶接継手の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、隅肉溶接継手及びその製造方法に関し、特に、複数の金属部材を隅肉溶接するために用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、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、これまで種々の取り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。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。【０００４】
図１Ａ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との当接部分の両面にできる隅部のうち、片面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。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。このような重ね隅肉溶接継手においては、上下の鋼板に引張荷重Ｆ1、Ｆ２が作用すると、隅肉ビード３を中心に回転変形が生じ、隅肉ビード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。【０００５】
溶接継手の疲労強度を向上させる方法として、従来、主としてビード形状の改善による溶接止端部の応力集中の低減が取り組まれてきた。例えば、溶接止端部のグラインダー処理、或いはティグ溶接で止端部を再溶融してフランク角を広げる後処理が施されている。さらに、特許文献１では、プレス成型により被溶接部材に予め傾斜部を設けておき、その傾斜部に溶接ビードが重なるように溶接することによって、溶接ビードの止端部のフランク角を広げる手法が提案されている。【０００６】
特許文献２及び３には、付加的な溶接ビードを形成して、溶接止端部への応力集中を緩和する技術が開示されており、具体的には、特許文献２には、溶接ビードを延長する技術、特許文献３には、補剛用ビードを形成する技術が開示されている。【０００７】
特許文献４及び５には、溶接ビードに処理を施し、溶接止端部を滑らかにして、溶接止端部への応力集中を緩和する技術が開示されており、具体的には、特許文献４には、溶接ビードにろう付けを施す技術、特許文献５には、プラズマを用いて溶接止端部を再溶融する技術が開示されている。【０００８】
特許文献６には、溶接ビードが形成される溶接予定箇所の近傍に、被溶接部材にプレス加工して突起を予め形成し、溶接部への応力集中を緩和する技術が開示されている。具体的には、特許文献６には、複数枚の板状部材を重ね合わせて溶接して形成された線状溶接部の両端部を各々囲繞する形状でプレスビードを形成することで、板状部材に加わった引張荷重や捻り荷重をプレスビードで吸収させ、線状溶接部の両端部に応力が集中することを防ぐことが開示されている。【０００９】
特許文献７には、平板状のブラケットのロアレールの側壁部側に、上方に突出するビード部をロアレールの側壁部に沿って設けることが開示されている。特許文献７には、上方へ突出した前記ビード部によって、アーク溶接のトーチとブラケット上面との間隔が広くなり、アーク溶接の溶接性が向上することが開示されている。【００１０】
特許文献８には、自動車用リッドヘミング部の溶接固着構造が開示されている。特許文献８には、リッドインナパネルの縁に沿ってはぜ折りしたリッドアウタパネルの縁を該インナパネルの隆起部にアーク溶接固着することによって、衝突時等の大きな外力に対して十分耐え得ることが開示されている。【００１１】
しかしながら、これらの手法は、図１Ａに示す重ね隅肉溶接継手のように構造的に応力集中の生じる部位、すなわち、止端部４やルート部５に対して疲労強度向上効果は小さく、抜本的な疲労強度向上が実現できない。特に、薄鋼板の溶接部材では、板厚が薄いが故に部材の剛性が下がり、載荷によって、図１Ａの下側鋼材２のうち上側鋼材１の下側に重なった部分が隅肉ビード３を中心に回転変形し易くなる。そのため、疲労き裂は溶接止端部４だけでなくルート部５から発生することもあり、溶接止端部形状の改善のみでは疲労強度或いは疲労寿命の向上が不十分となる。【００１２】
また、薄板溶接構造物では、溶接入熱の過多による溶接変形を防止するため、継手全長を溶接せずに、図１Ｂ（ａ）に示すような部分的な溶接ビード３０１で溶接構造物が作製される場合が多く、部分的な溶接ビード３０１には開始端部３０１Ｓ及び終端部３０１Ｅが形成される。従来のビード形状改善手法は、図１Ｂ（ｃ）に示される溶接ビード形状の安定する中間部３０１Ｍを対象とする技術である。しかし、図１Ｂ（ｂ）に示すように、開始端部３０１Ｓは溶込み不良が生じたり、凸型の止端部形状となり、止端部４Ｓの疲労き裂の発生箇所となりやすい。また、図１Ｂ（ｄ）に示すように、終端部３０１Ｅは溶接金属の厚みが薄くなり、ルート部５Ｅからのき裂が発生しやすくなる。このように、実際の溶接構造物では、溶接ビードの始終端３０１Ｓ及び３０１Ｅにおいてき裂が発生しやすくなるため、溶接構造物全体の疲労強度向上効果は期待できない。【００１３】
すなわち、薄鋼板の溶接部材で、特に重ね隅肉溶接継手やT字隅肉溶接継手を含む溶接構造物の疲労強度を向上させるためには、部材の剛性を高めて面外変形を抑制することによって、構造的な応力集中を低減させることが重要と考えられる。部材の剛性を高め、構造的な応力集中を下げることができれば、溶接ビードの開始端部及びルート部を含む溶接構造物全体の疲労強度向上効果が可能になると考えられる。【００１４】
特許文献９には、溶接開始点の位置が隅肉ビード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の表面になるようにして、隅肉ビードとは別に補剛用のアーク溶接ビードを形成することにより、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合成を高める部材として機能して下側鋼板の曲がりを抑制する技術が提案されている。【００１５】
また、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ため、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。【００１６】
このような課題に対し、特許文献１０には、金属部材と金属部材を隅肉アーク溶接して溶接継手を製造する際、隅肉ビードを起点として、隅肉ビードとは別のビードを、該隅肉ビードと同一面内で所要の角度をもって、少なくとも一方の金属部材の表面に少なくとも一つ形成することにより、溶接継手の疲労強度を向上させる技術が提案されている。【００１７】
しかしながら、特許文献９、１０に開示された技術では、隅肉ビードを形成後、当該隅肉ビードに対して所定の方向に補剛用の溶接ビードを形成する必要があるため、複雑形状の部品への適用が困難であり、溶接工程が増え、生産性の向上が制限されるという問題がある。【００１８】
また、一般に溶接ビードの開始点では、溶け込みが不十分となったり、さらに溶接欠陥が発生しやすい。特許文献９、１０に開示された技術では、補剛用ビードの溶接開始点が隅肉溶接ビードと重なるので、この重なった部分で溶け込みが不十分になったり、溶接欠陥が発生する虞がある。一方、前記補剛用ビードの母材金属への溶け込みを解消するために、補剛用ビードの溶接開始点の加熱を十分に行うと、溶接開始点において母材金属を過度に熱することになり、母材金属の強度の低下を招くという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００８−２２１３００号公報
【特許文献２】特開平０９−２５３８４３号公報
【特許文献３】特許第５５２２３１７号公報
【特許文献４】特開２０１３−０３１８７８号公報
【特許文献５】特開２０１４−００４６０９号公報
【特許文献６】特開２０１０−１１０７９３号公報
【特許文献７】特開２００３−３４１３９１号公報
【特許文献８】実開昭５４−１００９２５号公報
【特許文献９】国際公開第２０１３／１５７５５７号
【特許文献１０】国際公開第２０１４／０８４３１７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明は、上記実情に鑑み、溶接構造部材の疲労破壊の強度を犠牲にすること無く、生産性を高めるとともに複雑形状の部品への適用が容易な、隅肉溶接継手及びその製造方法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】
【００２１】
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、２つの鋼部材の当接部分の両面の隅部ではなく片面側の隅部だけに隅肉溶接される溶接箇所がある。疲労き裂はそのような溶接箇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。【００２２】
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、薄鋼板の片面側のみにしか、隅肉ビードを置かないことがある。これは、板厚が薄いので、隅部の片面側、すなわち、隅部の表側を隅肉溶接した後、すぐに板の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。【００２３】
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面にできる隅部のうち、片面側の隅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、隅肉ビードのルート部５に疲労き裂が発生する場合があることが判明した。【００２４】
ここでは、図１Ａに示される鋼板１、２の重ね部の片面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）を下側鋼板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として、補剛用ビードを溶接ビードで形成するのではなく、溶接前に予めプレスで形成することを検討した。【００２７】
その結果、図２に示すように隅肉ビード３と交差若しくは接するように下側鋼板２の一部をプレス成型によりリブ状の突起３Ａ（以下、このような突起を「プレスビード」という。）を予め形成し、プレスビード３Ａの凸側の端部が隅肉ビード３と重なるように隅肉アーク溶接を行って隅肉ビード３を形成する。このようにすれば、プレスビード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。【００２８】
これらの観察結果から、以下の知見を得た。
（Ｉ）隅肉溶接ビードに交差若しくは接するように、プレスビードを形成することにより、隅肉溶接の疲労強度を高めることができることを見出した。
なお、プレスビード３Ａを隅肉ビード３側に凸となるように配置する場合は、図３（ａ）に示されるように、隅肉ビード溶接時の溶融金属がプレスビード３Ａによってせき止められ、良好な溶接ビード形状が得られる。しかし、プレスビードが隅肉ビード側に凹になるように配置すると、図３（ｂ）に示されるように、溶接時の溶融金属がプレスビードの凹み部に流れ出し（下の下図）、溶接ビードの肉厚が低下し十分な溶接金属強度が得られない。【００２９】
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する「重ね隅肉溶接」以外に、金属部材の縁端を他の金属板の表面上に隅肉溶接して溶接構造部材を製造する場合（以下、「突き合わせ隅肉溶接」、または「Ｔ字隅肉溶接」と呼ぶことがある）がある。この様な溶接継手に対しても、隅肉溶接された金属板の表面上に、隅肉ビードを有する側に凸になるように前記プレスビードを少なくとも１つ以上、当該プレスビードの一部が前記隅肉ビードと重なるように形成することが有効であることが判明した。【００３０】
（II）また、外部からの負荷が直接的に加えられる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にプレス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箇所は最大主応力になる箇所に対応する。このとき、最大主応力の方向も予め知見できる場合は、その最大主応力方向に沿うようにプレスビードを形成するとよい。つまり、プレスビードの長手方向が最大主応力方向になるとよい。【００３１】
なお、溶接ビードにおける応力集中に関しては、形状の変化率が高い溶接止端部に応力が集中し、溶接止端部における垂線方向が最大主応力の方向となる場合が多い。このため、溶接ビードと母材金属の境界となる溶接ビードの外縁端（以下、「溶接止端線」という。）に対して直角方向にプレスビードを配置することが疲労強度向上に有効となる。ここでの溶接ビードの止端線方向は以下のように定義する。すなわち、（ａ）直線の隅肉ビードに対しては文字通りの溶接線方向（図４（ａ）の実線の矢印方向）、（ｂ）曲線の隅肉ビードに対しては隅肉ビードの接線方向（図４（ｂ）の実線の矢印方向）、（ｃ）隅肉ビードの始端部及び終端部（以下、「始終端部」と略称する。）近傍（但し、先端を除く。）に対してはその隅肉ビード止端部の接線方向（図４（ｃ）の実線の矢印方向）、（ｄ）隅肉ビードの始終端部の先端においてはビード先端の止端部の接線方向、すなわち溶接線に対して直角方向（図４（ｄ）の実線の矢印方向）を意味する。【００３２】
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下の通りである。【００３３】
本発明の隅肉溶接継手は、少なくとも２つの金属部材を隅肉溶接することにより形成された隅肉溶接継手であって、少なくとも１つの金属部材の表面に、隅肉溶接によって形成された溶接ビードを有する側に凸になるようにプレス成型により設けたリブ状突起であるプレスビードを有し、当該プレスビードの一部が溶接ビードと接するか重なることを特徴とする。【００３４】
また、本発明の隅肉溶接継手の他の例では、プレスビードの長手方向と、溶接ビードの溶接止端線の方向とのなす角度が４５°以上１３５°以下であっても良い。【００３５】
また、本発明の隅肉溶接継手の他の例では、前記溶接ビードの始端部、終端部、屈曲部及び当該溶接ビードの途中の当該始終端部よりも高い応力が負荷される箇所の少なくとも１つにおいて、前記溶接ビードに沿って位置するプレスビードを有していても良い。【００３６】
また、本発明の隅肉溶接継手の他の例では、止端部半径Ｒａ（ｍｍ）が、プレスビードを有する金属部材の厚さｔ（ｍｍ）以上であるプレスビードを有していても良い。【００３７】
また、本発明の隅肉溶接継手の他の例では、プレスビードの長手方向の長さをＬａ、高さをＨａ、幅をＷａ、溶接ビードの幅をＷ、プレスビードを有する金属部材の厚さをｔとしたとき、Ｌａ≧２Ｗ、Ｈａ≧ｔ、Ｗａ≧Ｗ  を満足するものであっても良い。【００３８】
また、プレスビードは、溶接ビードと交差するように形成されていても良い。【００３９】
また、プレスビードは、溶接ビードにおいて予め求めた最大主応力が発生する部分で重なるように形成されていても良い。【００４０】
また、本発明の隅肉溶接継手の他の例では、プレスビードが形成された金属部材と溶接される金属部材には、プレスビードと溶接される箇所において、プレスビードが嵌め込まれる切り欠き部を有していても良い。【００４１】
また、本発明の隅肉溶接継手の他の例では、金属部材の少なくとも一方が折れ曲がった角部を有する断面形状の金属部材であり、それを他方の金属部材に隅肉溶接して形成される隅肉溶接継手であって、生成された溶接ビードの角部でプレスビードが重なるように形成されていても良い。【００４２】
また、本発明の隅肉溶接継手を形成する方法は、少なくとも２つの金属部材を隅肉溶接することにより隅肉溶接継手を形成する方法であって、少なくとも１つの金属部材の表面に、隅肉溶接によって形成された溶接ビードを有する側に凸になるようにリブ状突起であるプレスビードをプレス成型し、プレスビードの一部が溶接ビードと接するか重なるように、金属部材を隅肉溶接することを特徴とする。【００４３】
また、プレスビードの長手方向と、溶接ビードの止端線方向とのなす角度が４５°以上１３５°以下となるようにプレスビードを形成することによってプレスビード効果が高くなる。【００４４】
また、本発明の隅肉溶接継手を形成する他の方法において、前記溶接ビードの始端部、終端部、屈曲部及び当該溶接ビードの途中の当該始終端部よりも高い応力が負荷される箇所の少なくとも１つにおいて、前記溶接ビードに沿って位置するプレスビードを形成しても良い。【００４５】
また、本発明の隅肉溶接継手を形成する他の方法において、止端部半径Ｒａ（ｍｍ）がプレスリードを有する金属部材の厚さｔ（ｍｍ）以上であるプレスビードを形成しても良い。【００４６】
また、プレスビードの長手方向の長さをＬａ、高さをＨａ、幅をＷａ、溶接ビードの幅をＷ、プレスリードを有する金属部材の厚さをｔとしたとき、Ｌａ≧２Ｗ、Ｈａ≧ｔ、Ｗａ≧Ｗ  を満足するようにプレスビードを形成しても良い。【００４７】
また、プレスビードを、溶接ビードと交差するように形成しても良い。【００４８】
また、溶接ビードにおいて予め求めた最大主応力が発生する部分で重なる箇所に、プレスビードを形成しても良い。【００４９】
また、本発明の隅肉溶接継手を形成する他の方法では、プレスビードが形成された金属部材と溶接される金属部材には、プレスビードと溶接される箇所において、プレスビードが嵌め込まれる切り欠き部を形成しても良い。【００５０】
また、本発明の隅肉溶接継手を形成する他の方法では、前記金属部材の少なくとも一方が折れ曲がった角部を有する断面形状の金属部材であり、それを他方の金属部材に隅肉溶接して形成される隅肉溶接継手を形成する方法であって、生成された溶接ビードの角部にプレスリードが重なるように、前記他方の金属部材にプレスビードを予め形成しても良い。
【発明の効果】
【００５１】
本発明によれば、溶接ビードを形成後、補強用のビードを更に形成しない。そのため、複雑形状の部品への適用が容易であって、溶接工程が簡略化されて生産性を向上できるとともに、溶接ビード上に重ねて溶接を行うことに起因する強度の低下という問題を解消することができる。また、溶接トーチの到達が困難である極めて狭い箇所であっても、本発明によれば、プレスビードによって補強することができる。また、溶接ビードと異なり、プレスビードは高さと止端部半径を自由に設定することができるので、十分な剛性向上効果を得ることができ、補強用のプレスビード自体から疲労き裂が発生することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１Ａ】図１Ａは、重ね隅肉溶接継手の断面形状を示す断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂ（ａ）は部分的な溶接ビードで作製された溶接構造物の上面図であり、図１Ｂ（ｂ）は図１Ｂ（ａ）の溶接構造部の部分的な溶接ビードの開始端における断面図であり、図１Ｂ（ｃ）は図１Ｂ（ａ）の溶接構造部の部分的な溶接ビードの中間部における断面図であり、図１Ｂ（ｄ）は図１Ｂ（ａ）の溶接構造部の部分的な溶接ビードの終端部における断面図である。
【図２】図２は、重ね隅肉溶接継手の試験片の試験片を示す上面図である。
【図３】図３（ａ）は、プレスビードを隅肉ビード側に凸となるように配置した状態を示す断面図であり、図３（ｂ）は、プレスビードを隅肉ビード側に凸となるように配置した状態を示す断面図である。
【図４】図４（ａ）は、直線の隅肉ビードの場合における止端線方向と溶接線方向との関係を示す上面図であり、図４（ｂ）は、曲線の隅肉ビードの場合における止端線方向と隅肉ビードの接線方向との関係を示す上面図であり、図４（ｃ）は、隅肉ビードの始端部及び終端部近傍における隅肉ビードの接線方向とビードの止端線方向との関係を示す上面図であり、図４（ｄ）は、隅肉ビードの始端部及び終端部の先端における隅肉ビードの接線方向とビードの止端線方向との関係を示す上面図である。
【図５】図５（ａ）は、隅肉ビードの中央部付近に接するように下側鋼板に凸のプレスビードを配置した例を示す上面図であり、図５（ｂ）は、隅肉ビードの中央部付近に接するように上側鋼板に凸のプレスビードを配置した例を示す上面図であり、図５（ｃ）〜（ｆ）は、隅肉ビードの始終端部に接するように下側鋼板に凸のプレスビードを配置した例を示す上面図であり、図５（ｇ）は、図５（ｂ）及び（ｆ）に示したプレスビードの配置形態を組み合わせた例を示す上面図である。
【図６Ａ】図６Ａ（１）は、本発明の突き合わせ隅肉継手の一例であって、隅肉ビードの中央部付近に接するように下側鋼板に凸のプレスビードを配置した場合の斜視図であり、図６Ａ（２）は、図６Ａ（１）の断面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明の突き合わせ隅肉継手の一例であって、隅肉ビードの始終端部に接するように下側鋼板に凸のプレスビードを前記隅肉ビードの始終端部のそれぞれに配置した場合の斜視図である。
【図６Ｃ】図６Ｃ（１）は、本発明の突き合わせ隅肉継手の一例であって、上側鋼板に予め切り欠きを設け、プレスビードに前記切り欠きが嵌まるように構成した場合の斜視図であり、図６Ｃ（２）は、図６Ｃ（１）の断面図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、本発明の突き合わせ隅肉継手の一例であって、Ｔ字隅肉継手の下側鋼板に、隅肉ビードの始終端部に接するように下側鋼板に凸のプレスビードを前記隅肉ビードに対して平行に配置した場合の斜視図である。
【図７】図７（ａ）は、隅肉ビードに屈曲部を有する重ね隅肉ビードにより形成された本発明の溶接継手の上面図であり、図７（ｂ）は、ブラケット材の角部において隅肉ビードと接するようにプレスビードが配置された構造の本発明の突き合わせ隅肉継手の斜視図である。
【図８】図８は、溶接構造部材の第１の例を示す斜視図である。
【図９】図９は、溶接構造部材の第２の例を示す斜視図である。
【図１０】図１０は、溶接構造部材の第３の例を示す斜視図である。
【図１１】図１１は、溶接構造部材の第４の例を示す斜視図である。
【図１２】図１２（ａ）は、溶接ビードの長さ方向に対して垂直な断面で、当該溶接ビードを切断したときの断面図であり、図１２（ｂ）は、プレスビードの長さ方向に対して垂直な断面で、当該プレスビードを切断したときの断面図である。
【図１３】図１３は、図１２で示される溶接ビードの溶接止端部における隅肉ビードの曲率半径との関係を示すグラフである。
【図１４】図１４は、補剛ビード無しの重ね隅肉溶接継手と、補剛ビードとして溶接ビードが形成された重ね隅肉溶接継手と、補剛ビードとしてプレスビードが形成された重ね隅肉溶接継手を用いて行われた疲労強度試験の結果を示すグラフである。
【図１５】図１５は、図１４の疲労強度試験に用いられた重ね隅肉溶接継手の上面図である。
【図１６】図１６（ａ）は、図５（ａ）、（ｂ）、（ｅ）、（ｆ）及び（ｇ）に示された重ね隅肉溶接継手を用いて行われた疲労試験の結果を示すグラフであり、図１６（ｂ）は、図１６（ａ）の疲労試験に用いられた比較例としての重ね隅肉溶接継手の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
まず、本発明の隅肉溶接継手及びその製造方法の基本的な事項について図面を用いて詳細に説明する。以下、主に隅肉溶接継手を用いて本発明を説明するが、本発明の隅肉溶接継手及びその製造方法は、自動車用の溶接構造部材に限らず、鉄道車両や航空機等の輸送用機器、機械構造物、家電等、複数の材料や部材などから構成される構造物に利用することができる。また、本発明は、鋼板に限らず、鉄板、アルミニウム板、チタン合金板、金属及び樹脂を含む板材に適用することができる。
【００５４】
（プレスビードの断面形状）
前述したように、本発明は、隅肉溶接継手に用いられる金属部材を、隅肉ビードを有する側に凸になるようにプレス成型して、前記金属部材の表面にリブ状突起を予め形成することを特徴とする。本発明において、前記リブ状突起を「プレスビード」と称する。プレスビードの形成方向に対して垂直な断面形状は、プレス成形が可能であれば特に限定されず、多角形型、半楕円型、半円等の種々の形状を適用することができる。また、プレスビードの形成方向と平行な断面形状は、プレス成形が可能であれば特に限定されない。
【００５５】
（重ね隅肉ビードの場合のプレスビードの配置態様）
前述したように、本発明は、隅肉ビードと交差若しくは接するように下側鋼板の一部にプレスビードを予め形成し、プレスビードの凸側の端部が隅肉ビードと重なるように隅肉溶接を行って隅肉ビードを形成することを特徴としている。
【００５６】
重ね隅肉ビードの場合、図５（ａ）に示すように隅肉ビードの中央部付近に接するように下側鋼板に凸のプレスビードを配置しても良い。図５（ａ）に示されるプレスビードの配置態様の場合、下側鋼板の回転変形が抑制され、隅肉ビード止端部からのき裂を抑制することができる。
【００５７】
また、図５（ｂ）に示すように、隅肉ビードの中央部付近に接するように上側鋼板に凸のプレスビードを配置しても良い。図５（ｂ）に示されるプレスビードの配置態様の場合、上側鋼板の回転変形が抑制されるため、特に、隅肉ビードのルート部からのき裂を抑制することができる。
【００５８】
また、図５（ｃ）〜（ｆ）に示すように、隅肉ビードの始終端部に接するように、下側鋼板に隅肉ビード止端部よりも長い凸のプレスビードを配置しても良い。特に、隅肉ビードの止端部から少なくとも10mm以上長いプレスビードを形成することによって、隅肉ビードの終始端部の剛性を高め、終始端部からの亀裂を抑制する効果がある。図５（ｃ）、（ｄ）及び（ｆ）のそれぞれに示されたプレスビードは、溶接ビードの始端部及び終端部において、その長手方向と溶接ビードの溶接止端線の方向とのなす角度が４５°以上１３５°以下になるように形成されている。図５（ｅ）に示されたプレスビードは、溶接ビードの始端部及び終端部において、その長手方向が溶接ビードの溶接止端線の方向に対して平行になるように形成されている。下側鋼板の幅が狭く、図５（ａ）のような長いプレスビードを配置することが困難な場合、図５（ｃ）〜（ｆ）に示すプレスビードの配置態様は、有効である。
【００５９】
更に、図５（ａ）〜（ｆ）に示された前述の配置態様の２つ以上を組み合わせた配置態様であっても良い。前述したいずれの配置態様であっても、プレスビードは、重ね隅肉ビードにより形成された溶接継手の剛性を向上する効果を有する。すなわち、前記プレスビードは、上下鋼板に引張荷重を加えた場合の板厚方向の回転変形を抑制し、隅肉ビードに作用する応力集中を低減し、疲労寿命向上に効果を発揮する。例えば、図５（ｂ）及び（ｆ）に示したプレスビードの配置形態を組み合わせて、図５（ｇ）に示す溶接継手を製造しても良い。図５（ｇ）に示すプレスビードの配置形態によれば、ルート部からのき裂抑制効果と溶接ビードの始端部及び終端部からのき裂抑制効果を相乗的に得ることができる。
【００６０】
（プレスビードの配置態様による疲労寿命向上効果の検証）
プレスビードの配置態様による疲労寿命向上への効果を調査するため、図５（ａ）、（ｂ）、（ｅ）、（ｆ）及び（ｇ）に示された重ね隅肉溶接継手を用いて疲労試験を行った。また、本発明によるプレスビードの配置態様と比較するため、隅肉ビードに沿って隅肉ビードと同等の長さのプレスビードが形成された重ね隅肉溶接継手（図１６（ｂ）に示す）と、プレスビード等の補剛ビードが形成されていない重ね隅肉溶接継手を用いて疲労試験を行った。
【００６１】
疲労試験に用いられたそれぞれの形態の重ね隅肉溶接継手は、板厚2.6mmの780MPa級鋼板に、予め各々のプレスビードを成形し、その上に板厚3.2mmの780MPa級鋼板を重ねて隅肉溶接することによって製造された。また、それぞれの形態の重ね隅肉溶接継手において、プレスビードは、高さがHa’=1、止端部半径がρ’=1になるように形成された。ここで、Ha’及びρ’は、各々、溶接ビード高さ（Ｈｂ）／板厚（ｔ）と、止端部半径（Ｒｂ）／板厚（ｔ）の値を示す。
【００６２】
尚、図５（ａ）、（ｂ）、（ｆ）及び（ｇ）のプレスビードは、長さがLa=50mmになるように形成され、図５（ｅ）及び図１６（ｂ）のプレスビードは、長さがLa=25mmになるように形成された。
【００６３】
疲労試験は、汎用の軸力疲労試験機を用いて、上板１と下板２を互いに反対方向に（後述される図１５と同様に、図１５に示される矢印方向に）、最小荷重1kN、最大荷重11kNが印加されるように繰り返し荷重を作用させた。
【００６４】
疲労試験の結果を図１６（ａ）に示す。補剛ビードを有しない重ね隅肉溶接継手の場合、破断寿命は17万回で、溶接始終端からき裂が発生した。図５（ａ）に示す重ね隅肉溶接継手の場合、破断寿命は5.2倍に増加し、き裂発生位置は隅肉ビードのルート部となった。図５（ｂ）に示す重ね隅肉溶接継手の場合、破断寿命が1.5倍に増加したものの、その増加率は小さかった。図５（ｂ）に示す重ね隅肉溶接継手では、下板の回転変形抑制効果が期待できず、隅肉ビード始終端の止端部からき裂が発生したため疲労寿命延長効果が小さかったと考えられる。
【００６５】
図５（ｅ）及び（ｆ）の重ね隅肉溶接継手の疲労寿命は、各々、3.1倍、4.0倍に増加したが、図５（ａ）に示す重ね隅肉溶接継手に比べると疲労寿命延長効果は小さい。き裂発生部は隅肉ビードのルート部であり、隅肉ビード始終端の止端部のき裂抑制効果は得られたものの、図５（ｅ）及び（ｆ）の重ね隅肉溶接継手は、図５（ａ）に示す重ね隅肉溶接継手に比べて、ルート部の変形を抑制する効果が小さかったためと考えられる。
【００６６】
図５（ｇ）の重ね隅肉溶接継手は、大幅な疲労寿命延長効果が得られた。図５（ｆ）に示されたプレスビードによる隅肉ビード始終端のき裂抑制効果と、図５（ｂ）に示されたプレスビードによるルート部の変形抑制効果が相乗効果で作用したためと考えられる。
【００６７】
比較例としての図１６（ｂ）に示す重ね隅肉溶接継手の場合、疲労寿命延長効果が小さい。隅肉ビードと平行のプレスビードを配置しても、下板の回転変形を抑制する効果は発揮されず、隅肉ビード始終端のき裂抑制ができなかったためである。
【００６８】
（突き合わせ隅肉継手の場合のプレスビードの配置態様）
一方、Ｔ字隅肉継手（突き合わせ隅肉継手）の場合、下側鋼板からのき裂が発生しやすいという課題を考慮する必要がある。このような課題を考慮した配置態様として、図６Ａ（１）に示すように隅肉ビード３の中央部付近に接するように下側鋼板２に凸のプレスビード３Ａを配置しても良い。また、図６Ｂに示すように隅肉ビード３の始終端部に接するように下側鋼板２に凸のプレスビード３Ａを前記隅肉ビード３の始終端部のそれぞれに配置しても良い。或いは、図６Ｃ（１）に示すように上側鋼板１に予め切り欠き１Ａを設け、プレスビード３Ａに前記切り欠き１Ａが嵌まるように前記上側鋼板１を配置し、隅肉ビード３とプレスビード３Ａが交差するように下側鋼板２に凸のプレスビード３Ａを配置しても良い。
【００６９】
更に、図６Ａ〜図６Ｃに示された前述の配置態様の２つ以上を組み合わせた配置態様であっても良く。図６Ａに示された前述の配置態様に、下側鋼板にプレスビードが形成されている図５（ａ）、（ｃ）〜（ｆ）に示された配置形態を組み合わせても良い。例えば、図６Ｄに示されたＴ字隅肉継手は、図６Ｃ（１）及び（２）に示されるＴ字隅肉継手の下側鋼板２に、図５（ｅ）に示すように隅肉ビード３の始終端部に接するように下側鋼板２に凸のプレスビード３Ａａを前記隅肉ビード３に対して平行に配置しても良い。
【００７０】
前述したいずれの配置態様であっても、プレスビードは、突き合わせ隅肉継手の剛性を向上する効果を有する。
図６Ａ（２）は、図６Ａ（１）の上側鋼板１及び下側鋼板２の中心線を通る平面から見た断面図である。また、図６Ｃ（２）は、図６Ｃ（１）の上側鋼板１及び下側鋼板２の中心線を通る平面から見た断面図である。これらの断面図に示されるように、上下鋼板に引張荷重を加えた場合、プレスビードによって下側鋼板の面外変形が抑制される構造になっている。従って、前記プレスビードは、上下鋼板に引張荷重を加えた場合の板厚方向の回転変形を抑制し、隅肉ビードに作用する応力集中を低減する剛性向上効果によって、疲労寿命向上に効果を発揮する。
【００７１】
また、本発明のプレスビードは溶接ビードの線状部分だけで無く、溶接止端線の方向が変化する溶接部分（以下、「屈曲部」という。）溶接部分に対しても適用できる。例えば、溶接ビードがＬ字状、Ｖ字状或いはＵ字状に形成されている場合、当該溶接ビードの溶接止端線は２つの方向を含む。隅肉ビードが前記屈曲部を持つ場合、当該屈曲部に応力集中しやすいため、屈曲部にプレスビードを配置すると、疲労強度向上に有効となる。
図７（ａ）は、隅肉ビード３に屈曲部１Ｂを有する重ね隅肉ビードにより形成された本発明の溶接継手の上面図である。図７（ｂ）は、ブラケット材１８の角部１８Ｂにおいて隅肉ビード３と接するようにプレスビード３Ａが配置された構造の本発明の突き合わせ隅肉継手の斜視図である。
図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すようにプレスビードは、屈曲部において隅肉ビードと交差するか、或いは、その端部が隅肉ビードを重なるように形成する必要がある。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十分に機能しないからである。
【００７２】
以上では、各種の溶接継手を例にプレスビードの適正な配置を述べたが、実際の溶接継手は、多数の部材で構成されるため複数の溶接線が近接して配置される場合が考えられる。そこで、２つの独立した隅肉ビードに対して同一のプレスビードを共用させる場合には、プレスビードの開始点（一方の端部）を一方の隅肉ビードと重ね、終了点（他方の端部）を他方の隅肉ビードと重ねるように配置してもよい。すなわち、プレスビードの端部のうちの何れかが、２つの独立した隅肉ビードのうちの何れかと重なるように形成しても良い。
【００７３】
溶接継手のき裂発生位置が予め予想される場合は、き裂発生箇所における最大主応力の方向にプレスビードを配置することが有効である。主応力の方向は、一般的には、溶接止端線と垂直方向になる場合が多い。なお、き裂発生箇所が実験で予測できない場合は例えば、３次元ＣＡＤを利用したＦＥＭ応力解析により、荷重が溶接構造部材に負荷された時の応力の分布から応力集中部を求めることによりき裂発生箇所を把握することができる。また、実際の溶接構造部材を用いて応力負荷試験を行い、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。
【００７４】
（プレスビードの長さ）
プレスビードが上面視で線状になるように成型しても良く、或いはプレスビードが上面視で複数の線状部分で構成されるように成型しても良いが、プレスビードの長さ（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）  プレスビードの長さ（Ｌａ）≧隅肉ビードの幅（Ｗ）×２
尚、図５（ｆ）のプレスビード３Ａの３Ａ１及び３Ａ２（或いは３Ａ３及び３Ａ４）に示されるように１つのプレスビードが複数の線状の膨出部分で構成される場合、線状の膨出部分はそれぞれ上記（Ａ）の条件を満たす長さを有することが好ましい。
【００７５】
プレスビードの長さ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、溶接継ぎ手の疲労強度を向上させる機能を発揮できない。隅肉ビードから突出するプレスビードの長さが隅肉ビードの幅以上であれば、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、プレスビードの長さ（Ｌａ）を隅肉ビードの幅（Ｗ）の２倍以上とするのが好ましい。
【００７６】
また、プレスビードの長さの上限は、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、プレスビードの長さ（Ｌａ）を０．５×Ｌ未満にすることができる。
【００７７】
（プレスビードの高さ）
前述したようにプレスビードの形成方向と平行な断面形状は特に限定されないので、１つのプレスビードにおいて、高さが一定で無くても良い。但し、プレスビードの鋼部材の表面からの高さ（Ｈａ）は、プレス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）  プレスビードの高さ（Ｈａ）≧鋼部材の厚さ（ｔ）
プレスビードの高さが、プレスビードが形成される鋼部材の厚さに満たないと、プレスビードはその機能を十分に発揮しない。
【００７８】
溶接部の剛性向上効果を得るためには補剛ビードの高さは高いほど好ましい。しかし、溶接ビードでビード高さを高くしようとすると入熱過多となり、溶接部に溶落ち欠陥が発生してしまう。溶落ち欠陥を防止するために溶接電圧を低めに設定すると溶接止端部の形状が急峻となり疲労き裂の発生原因となってしまう。
【００７９】
一方、溶接止端部の応力集中を低減するには、止端部のフランク角を広げること、すなわち、止端角θを小さくする必要がある。そのため、溶接部の剛性向上効果を得るためには、補剛ビードを高くするとともに、止端角θを小さくする必要がある。
【００８０】
そこで、板厚2.6mmの鋼板の表面に50mm長さ溶接ビードを形成し、溶接ビード高さと溶接止端部の形状との関係を調査した。溶接条件は薄板溶接で一般的なパルスマグ溶接（溶接電流=115A, 溶接電圧=22V）及びショートアーク溶接（溶接電流=115A, 溶接電圧=18V）とし、溶接速度を30〜100cm/minに変化させて溶接ビード高さを変化させた。なお、従来の特許文献では止端部形状としてフランク角を指標に用いているが、本発明者らの知見ではフランク角或いは止端角θよりも止端部半径の方が応力集中係数を示す指標として適していると考えられるため、止端部半径を止端部形状の指標とした。ここで、溶接ビードの止端部半径とは、図１２（ａ）に示されるように、溶接止端部４における隅肉ビード３の曲率半径Ｒｂである。この結果を図１３のグラフに示す。
【００８１】
パルスマグ溶接、ショートアーク溶接共に、溶接速度を遅くしてビード高さ（Ｈｂ）を高くすると止端部半径（Ｒｂ）が小さくなる傾向を示した。また、パルスマグ溶接、ショートアーク溶接共に、溶接速度を遅くしてビード高さ（Ｈｂ）を高くすると、鋼板裏面が溶融してしまい溶接ビードの溶け落ちが懸念された。以上に示すように、溶接ビードで止端部半径の拡大と溶接ビード高さの増加を両立することは困難であることが分かる。特にパルスマグ溶接の場合、止端部半径を安定して1.0mm超にすることは困難である。
【００８２】
括弧内の数値は、溶接ビード高さ（Ｈｂ）／板厚（ｔ）と、止端部半径（Ｒｂ）／板厚（ｔ）の値を示すが、溶接ビード高さの最大値は、パルスマグ溶接で板厚程度、ショートアーク溶接で板厚の1.3倍程度であった。また、止端部半径の最大値は各々の溶接法で板厚の0.92倍、0.54倍程度であった。
【００８３】
プレス成型により作製されるビードは、溶接に伴うビード形状の制約を受けない点で、溶接ビートに対して異なる。そのため、プレスビードは、止端部半径の拡大とビード高さの増加を両立でき、しかも幅寸の変更が容易であるので、溶接補剛ビードを上回る疲労強度向上効果が期待できる。ここで、プレスビードの止端部半径とは、図１２（ｂ）に示されるように、プレスビードの根元部分の曲率半径Ｒａである。
【００８４】
そこで、補剛ビードとして溶接ビードが形成された重ね隅肉溶接継手と、補剛ビードとしてプレスビードが形成された重ね隅肉溶接継手を用いて、疲労強度試験を行い、それぞれの疲労強度向上効果を比較した。
【００８５】
前記試験に用いられた重ね隅肉溶接継手を図１５に示す。前記重ね隅肉溶接継手は、板厚2.6mmの780MPa級鋼板の上に板厚3.2mmの780MPa級鋼板を重ねて隅肉溶接されたものであって、隅肉溶接ビードの中央に溶接線と垂直方向の補剛ビードが配置されている構造を有する。
【００８６】
疲労試験は、汎用の軸力疲労試験機を用いて、図１５の上板１と下板２を互いに反対方向に（図１５の矢印方向に）、最小荷重0.9kN、最大荷重9.9kNが印加されるように繰り返し荷重を作用させた。この疲労強度試験の結果を図１４に示す。試験片条件として、図１４に記載したHa’及びρ’は、各々、補剛ビード高さ、補剛ビードの止端部半径を板厚（ｔ）で除した値である。
【００８７】
補剛ビード無しの場合、破断寿命は23万回で、溶接始終端からき裂が発生した。補剛ビードとして溶接補剛ビードが形成された場合、補剛ビード高さに増加に応じて、破断寿命は1.6倍、2.4倍に増加したが、疲労き裂は溶接始終端だけでなく補剛ビード端からも発生するようになった。一方、補剛ビードがプレスビードの場合、補剛ビード高さに増加に応じて疲労寿命が大幅に増加した。プレスビードの止端部半径を板厚と同等（ρ’=1）と大きくしたため、プレスビード端部からのき裂が無くなり、ビード高さの増加に応じた疲労寿命向上効果が得られたと考えられる。
【００８８】
以上の検討結果によれば、プレスビードによって溶接ビードを上回る疲労寿命延長効果を得るには、Ha’≧1、ρ’≧1とすることが望ましい。
【００８９】
（プレスビードの幅）
また、プレスビードの幅（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）  プレスビードの幅（Ｗａ）≧隅肉ビードの幅（Ｗ）
前述したように、プレスビードの形成方向に対して垂直な断面形状は特に限定されないが、プレスビードの幅が隅肉ビードの幅に満たないと、プレスビードとしての機能を十分に発揮しない。プレスビードの幅の上限は、溶接構造部材に求められる疲労強度を確保することができ、製品の機能が損なわれない限り、特に定めないが、プレスビードによる局部的な剛性の向上を図るためには溶接ビード幅の３倍以下とすることが望ましい。
【００９０】
（プレスビードの形成方向の角度）
プレスビードの形成方向の角度（γ）は、下記（Ｄ）の条件を満たすようにするのが好ましい。
（Ｄ）  ４５°≦プレスビードの角度（γ）≦１３５°
プレス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、き裂発生箇所における最大主応力の方向にプレスビードを配置することが望ましい。その最大主応力の方向は、溶接止端線と垂直方向になる場合が多いため、隅肉溶接ビードの止端線方向とプレスビードとの交差角度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、プレスビードによる剛性向上機能が低下する。なお、設計上最大応力方向が既知の場合は、その方向にプレスビードの長手方向が一致するように形成するとよい。
前記プレスビードの前記交差角度γのより好ましい角度は、６０°以上１２０°以下であり、特に好ましくは、８０°以上１００°以下である。
【００９１】
（その他の要件）
プレスビードの施工条件や隅肉ビード施工時のアーク溶接条件及び溶接ワイヤの組成は、常法に従えば良く、特定のものに限定されない。
また、溶接継手では、隅肉ビードに重なるようにプレスビードを形成するために、溶接継手の周辺に、プレスビードを、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。
【００９２】
以上のように本発明では、溶接構造部材が繰り返し応力にさらされる場合でも、プレス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。
【００９３】
また、本発明者らは、鋼部材以外の金属部材であっても、本発明の手法を適用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発明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発明の手法を適用できることを確認した。
【００９４】
以下に、プレスビードを隅肉溶接継手に適用する場合の具体的な実施形態を、図８〜１０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。
【００９５】
（第１の実施形態）
図８は、溶接構造部材の第１の実施形態を示す斜視図である。
図８に示す溶接構造部材１０は、１つのチャンネル材（溝型鋼）１２の上面１２Ａに、他のチャンネル材１１の一端部を当接させ、当接した部分のうち、チャンネル材１１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。
【００９６】
隅肉ビード１３は、その途中に２つの角部１６Ａ、１６Ｂが存在する。ここでは、溶接構造部材１０に付加されると想定される繰り返し荷重を、溶接構造部材１０に付加すると、チャンネル材１１の角部１６Ａ、１６Ｂと隅肉ビードの終始端部１６Ｃにおいて主応力が大きく、１６Ｃにおける主応力が最大主応力になるものとする。
【００９７】
この場合、まず、最大主応力の位置である終始端部１６Ｃにプレスビードを形成すれば、疲労強度が向上する。終始端部１６Ｃにプレスビードを形成することで、繰り返し荷重が付与されたとき最初に破壊する位置は角部１６Ａ、１６Ｂに移る。そこで、角部１６Ａ、１６Ｂにプレスビードを形成すれば、さらに疲労強度が上がる。図８では、終始端部１６Ｃの位置にチャンネル材１１に予め切り欠き部１４を形成しておき、プレスビード１５Ｃが嵌めこまれるようにしているので、さらに疲労強度が向上する。図示していないが、角部１６Ａ、１６Ｂの位置においても、チャンネル材１１に予め切り欠き部を形成しておき、プレスビード１５Ａ、１５Ｂがチャンネル材１１を交差するようにすると疲労強度がさらに向上する。前記隅肉ビード１３側に凸になるように、前記上面１２Ａにプレスビード１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃを形成する。プレスビードは一箇所に１本ずつ形成すれば十分である。
【００９８】
図８に示すように、隅肉ビード１３を形成する際には、当該隅肉ビード１３の方向に対して交差する方向に、当該隅肉ビード１３と重なる箇所が含まれるように、前記上面部分１２Ａを予めプレスしてプレスビード１５Ａ、１５Ｂ及び１５Ｃを形成する。前記プレスビード１５Ａ、１５Ｂ及び１５Ｃは、前記チャンネル材１１の前記一端部と前記上面１２Ａとの接触性を十分に確保し、不要なクリアランスを形成しないように形成する必要がある。
【００９９】
（第２の実施形態）
図９は、溶接構造部材の第２の実施形態を示す斜視図である。
図９は、一方の金属部材と他方の金属部材の板面部分同士が相互に接合された重ね隅肉アーク溶接継手の例を示すものである。
図９に示す溶接構造部材２０は、チャンネル材２１の両側のフランジ部の裏面をチャンネル材２２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２３が形成される部分が含まれるように、チャンネル材２２の側面２２Ａには、チャンネル材２１のフランジ部の先端部とチャンネル材２２の基端部との境界（端部２６Ａ、２６Ｂ）近傍に対応する箇所において、前記隅肉ビード２３側に凸状のプレスビード２５Ａ、２５Ｂを予め形成する。
【０１００】
また、前記隅肉ビード２３の接合強度を向上させるため、図９に示すように、チャンネル材２１のフランジ部の側面２１Ａ側に、隅肉ビード２３が形成される部分が含まれるように、前記隅肉ビード２３の方向に対して交差する方向に、前記隅肉ビード２３側に凸状のプレスビード２５Ｃを形成していても良い。前記プレスビード２５Ｃは、前記フランジ部の先端の中央に形成されることが好ましいが、複数本形成しても良い。
【０１０１】
（第３の実施形態）
図１０は、溶接構造部材の第３の実施形態を示す斜視図である。
図１０に示す溶接構造部材３０は、角型金属管を用いたボックス材３２と、角型金属管の先端部の相互に対応する二組の面のうち一組の面がボックス材３２の形状に合わせて切り取られたボックス材３１とを用いて構成される。
ボックス材３１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３２の表面３２Ａ２と当接するとともに、ボックス材３１の先端部が切り取られた部分の板厚部分がボックス材３２の表面に当接するように、ボックス材３２とボックス材３１とが組み合わされて、当接部を隅肉溶接することにより溶接構造部材３０が形成される。
【０１０２】
溶接構造部材３０に形成される隅肉ビード３３は、その途中に少なくとも角部３６Ａ〜３６Ｅの角部を有する。溶接構造部材３０に付加されると想定される繰り返し荷重を、プレスビードを形成していない溶接構造部材３０に付加した際に疲労き裂が最初に発生する箇所は、ボックス材３１の先端部が切り取られた部分の板厚部分とボックス材３２の表面とが当接している角部であるとする。
【０１０３】
しかし、角型金属管３１に加わる荷重の方向を考慮すると、角部３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｅはボックス材３２の側面３２Ａ１と３２Ｃ、３２Ａ１と３２Ｂ、３２Ｂと３２Ａ２の境界部分であるために、当該部分にプレスビードを形成することによって前記隅肉ビード３３の接合強度を向上させる効果は低い。そこで、ここでは、角部３６Ａ〜３６Ｅ等に代えて、ボックス材３２の側面３２Ａ１及び３２Ａ２の少なくともいずれかにおいて、隅肉ビード３３が形成される部分が含まれるように、少なくとも１つのプレスビードを形成する。
尚、図１０において、ボックス材３２の側面３２Ａ１のみに１つのプレスビード３５Ａが、その凸型部分の端部と隅肉ビード３３が重複するように形成されているが、前記プレスビードの数は、同一の側面に複数形成されていても良い。
【０１０４】
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、本発明はその技術的思想、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。
【０１０５】
（第４の実施形態）
図１１は、溶接構造部材の第４の実施形態を示す斜視図である。
図１１に示すように、下側鋼板２の上面に、チャンネル材１１の一端部を当接させ、当接した部分のうち、チャンネル材１１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。第４の実施形態は、チャンネル材１１の角部１６Ａ、１６Ｂと隅肉ビードの終始端部１６Ｃにおいて、隅肉ビード４３に沿って形成されたプレスビード４５Ａ、４５Ｂ及び４５Ｃを有することを特徴とする。これらのプレスビードは、当該隅肉ビード４３と重なる箇所が含まれるように、チャンネル材１１の角部１６Ａ、１６Ｂと隅肉ビードの終始端部１６Ｃに対応する箇所を予めプレスすることによって形成される。
【実施例】
【０１０６】
次に、本発明の実施例について説明するが、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。【０１０７】
図８〜１０に示す形状の溶接構造部材１０、２０、３０の比較例及び発明例を、表２〜４に示すプレスビードの形成条件にて作製し、これらの溶接構造部材を疲労試験に供した。なお、図１４の疲労強度試験の結果に基づく知見を基に、プレスビードの止端部半径は、板厚と同等（ρ’=1）とした。【０１０８】
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及び鋼材Ｂの２種類の鋼部材を用いた。尚、鋼板Ａ及び鋼板Ｂとして、それぞれ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及びワイヤＢの２種類の溶接材料を用いた。ワイヤＡ及びＢの径は１．２ｍｍである。【０１０９】
【表１】
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【０１１０】
本実施例において、図８に示すハット材１２のサイズは、Ｘ方向（長さ）３００ｍｍ×Ｙ方向（幅）１５０ｍｍ×Ｚ方向（高さ）８０ｍｍである。ブラケット材１１のサイズは、Ｘ方向（幅）８０ｍｍ×Ｙ方向（幅）７５ｍｍ×Ｚ方向（高さ）８０ｍｍである。【０１１１】
本実施例において、図９に示すハット材２２のサイズは、Ｘ方向（長さ）３００ｍｍ×Ｙ方向（幅）１００ｍｍ×Ｚ方向（高さ）５０ｍｍである。ブラケット材２１のサイズは、Ｘ方向（幅）７５ｍｍ×Ｙ方向（幅）１０５ｍｍ×Ｚ方向（高さ）８０ｍｍである。【０１１２】
本実施例において、図１０に示すボックス材３２のサイズは、Ｘ方向（長さ）３００ｍｍ、Ｙ方向（幅）１００ｍｍ、Ｚ方向（高さ）５０ｍｍである。もう一方のブラケット材３１は、Ｘ方向（幅）７６ｍｍ、Ｙ方向（長さ）１８０ｍｍ、Ｚ方向（高さ）５６ｍｍの角型鋼管の１８０ｍｍの長さの部分を先端から２５ｍｍ切り欠いたものである。【０１１３】
尚、共通する溶接条件として、以下の形成条件にて隅肉ビードを形成した。
溶接方法          パルスマグ溶接
溶接電流          １５０〜２００Ａ
溶接電圧          ２０〜２５Ｖ
ねらい位置        重ね部の隅
溶接速度          ６０〜８０ｃｍ／ｍｉｎ【０１１４】
作製した溶接構造部材を、荷重の方向が図８〜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０．１、繰り返し周波数を５Ｈｚにて、疲労試験に供した。【０１１５】
本実施例では、プレスビードを配置しない溶接構造部材の疲労寿命に対して、プレスビードを配置した溶接構造部材を同一の加重範囲で試験した場合の「疲労寿命向上率」が１２０％を超える場合に、プレスビードによる効果があるものであると判定した。【０１１６】
（実施形態１に基づく実施例について）
図８及び表２に基づいて、実施形態１における実施例の結果を述べる。
図８に示す溶接構造部材１０は、ハット部材１２の上面１２Ａにコの字形状のブラケット材１１を配置し、ブラケット材の外周部を隅肉溶接することにより形成される。
尚、試験片Ｃ−１はプレスビードを配置しない比較例であり、試験片Ｃ−２〜５はプレスビードを配置した発明例である。【０１１７】
プレスビードを配置しない比較例Ｃ−１では、隅肉ビード開始端部もしくは終端部のハット材側の溶接止端部１６Ｃにき裂が発生した。そこで、発明例Ｃ−２ではハット材の上面の隅肉ビード始終端部に相当する位置にプレスビード１５Ｃを配置した。なお、プレスビードの配置位置が隅肉ビードの始終端の先端部であるため、プレスビードの方向は、溶接止端部１６Ｃの溶接止端線に対して９０°、すなわち溶接線と平行になる方向とした。また、発明例Ｃ−２では、ハット材に切り欠きを設けず、隅肉ビードとプレスビードが接する状態とした。疲労試験の結果、寿命向上率は１８０％超の増加を示し、き裂発生位置が隅肉ビード始終端部から隅肉ビード角部に変化した。
そこで、発明例Ｃ−３ではプレスビードを隅肉ビード始終端部に加え、隅肉ビード角部（１５Ａ、１５Ｂ）にも配置した。本発明例では、プレスビードの配置位置を増やしたこと、プレスビードの長さ（Ｌａ／Ｗ）を増加させた効果で疲労寿命向上率が２７０％となった。一方、き裂発生位置は隅肉ビード角部から、隅肉ビードの始終端部とプレスビードの境界部となった。【０１１８】
隅肉ビード始終端部の疲労寿命を更に増加させるため、発明例Ｃ−４ではブラケット材１１の端部に切り欠き１４を設け、プレスビードの凸部がブラケットの切り欠きに嵌まるように配置し、隅肉ビードがプレスビードに乗り上がるように溶接施工を行った例である。プレスビードと隅肉ビードの重なり範囲を増やすことによって、隅肉ビード始終端部の剛性が更に高まり、疲労寿命向上率は３６５％となった。
発明例Ｃ−５はブラケット材の角部にも切り欠きを設け、隅肉ビードとプレスビードが交差するようにプレスビードを配置した例であるが、疲労寿命向上率は５４８％と大幅に増加した。【０１１９】
【表２】
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【０１２０】
（実施形態２に基づく実施例について）
図９及び表３に基づいて、実施形態２における実施例を述べる。
図９に示す溶接構造部材２０は、ハット部材２２にコの字状のブラケット２１をかぶせるように配置して、重ね隅肉溶接で接合することによって作製される。
プレスビードを配置しない比較例Ｄ−１では、隅肉ビード中央のルート部（図１Ａの符号５に相当する箇所）からき裂が発生した。そこで、発明例Ｄ−２では隅肉ビードの始終端部に接するようにプレスビード２５Ａ、２５Ｂを配置した。なお、プレスビードの角度はそこでの止端線に対して９０°、すなわち隅肉ビードの溶接線に対して４５°とした。疲労試験の結果、寿命向上率は１３２％の増加を示した。
発明例Ｄ−３は、Ｄ−２と同じプレスビードの配置としたがプレスビードの長さ及び高さをＤ−２よりも大きくした。その結果、疲労寿命向上率は２１２％と更に増加を示した。
発明例Ｄ−４は隅肉ビード始終端部に加え、隅肉ビード中央部のブラケット２１側にプレスビード２５Ｃを配置したものであるが、プレスビードの増加による溶接継手の剛性向上効果によって疲労寿命向上率は３４７％と大幅に増加した。【０１２１】
【表３】
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【０１２２】
（実施形態３に基づく実施例について）
図１０及び表４に基づいて、実施形態３における実施例を述べる。
図１０に示す溶接構造部材３０は、ボックス材３１とボックス材３２をＴ字形状に配置した溶接継手である。ボックス材の側面は突合せ隅肉溶接、ボックス材の上下面は重ね隅肉溶接で接合されている。ボックス材３１に水平方向の荷重が働くと、ボックス材３２の突合せ隅肉溶接側面に疲労き裂が発生しやすいため、この箇所にプレスビードを配置すると良い。
プレスビードを配置しない比較例Ｅ−１では、隅肉ビード中央部のボックス材３２側の溶接止端部からき裂が発生した。そこで、その箇所の隅肉ビードに接するようにプレスビードを配置した。
発明例Ｅ−２はプレスビードの設置角度を溶接止端線に対して３０°としたため、剛性向上効果が不十分であり、疲労寿命向上率は１２９％にとどまった。
発明例Ｅ−３はプレスビードのサイズを大きくし、プレスビードの設置角度を溶接止端線に対して４５°とすることによって、疲労寿命向上率は２３９％に増加した。
発明例Ｅ−４はプレスビードの幅、高さを大きくし、プレスビードの設置角度を溶接止端線に対して９０°（３５Ａ）とすることによって、疲労寿命向上率は４１７％と大幅に増加した。【０１２３】
【表４】
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【産業上の利用可能性】
【０１２４】
以上、主に隅肉溶接継手を用いて本発明を説明したが、本発明は、機械工業をはじめ、鋼板などの金属部材の溶接産業において利用可能性が高いものである。すなわち、本発明は、自動車用の溶接構造部材に限らず、鉄道車両や航空機等の輸送用機器、機械構造物、家電等、複数の材料や部材などから構成される構造物に利用することができる。また、本発明は、鋼板に限らず、鉄板、アルミニウム板、チタン合金板、金属及び樹脂を含む板材に適用することができる。
【符号の説明】
【０１２５】
１    上側鋼材
１Ａ    切り欠き
２    下側鋼材
３    隅肉溶接ビード
３Ａ    プレスビード
４    止端部
５    ルート部
１０    溶接構造部材
１１    チャンネル材
１２    ハット材
１３    隅肉ビード
１４    切り欠き部
１５Ａ〜１５Ｃ    プレスビード
１６Ａ、１６Ｂ    チャンネル材の角部
１６Ｃ    隅肉ビードの終始端部
２０    溶接構造部材
２１    チャンネル材
２２    チャンネル材
２３    隅肉ビード
２４    隅肉ビード
２５Ａ〜２５Ｃ    プレスビード
３０    溶接構造部材
３１    ボックス材
３２    ボックス材
３３    隅肉ビード
３５Ａ    プレスビード
３６Ａ〜３６Ｅ    隅肉ビードの角部
４０    溶接構造部材
４３    隅肉ビード
４５Ａ〜４５Ｃ    プレスビード
θ    止端角
【要約】
本発明は、隅肉溶接継手の製造方法及び隅肉溶接継手において、溶接構造部材の疲労破壊の強度を犠牲にすること無く、生産性を高める隅肉溶接継手及びその製造方法を提供する。本発明の隅肉溶接継手は、少なくとも２つの金属部材を隅肉溶接することにより形成された隅肉溶接継手であって、少なくとも一方の前記金属部材の表面に、前記隅肉溶接によって形成された溶接ビードを有する側に凸になるようにプレス成型により設けたリブ状突起であるプレスビードを有し、当該プレスビードの一部が前記溶接ビードと接するか重なることを特徴とする。【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
0006008072.tif 000007
【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６Ａ】
0006008072.tif 000012
【図６Ｂ】
0006008072.tif 000013
【図６Ｃ】
0006008072.tif 000014
【図６Ｄ】
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【図７】
0006008072.tif 000016
【図８】
0006008072.tif 000017
【図９】
0006008072.tif 000018
【図１０】
0006008072.tif 000019
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
0006008072.tif 000024
【図１６】
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