(57)【要約】【課題】部材の厚さの増大を抑えると共に強度を向上させることができる溶接継手構造および重ね隅肉溶接方法を提供する。【解決手段】第１発明の溶接継手構造１は、第１母材部２と、第１母材部２と重ね合わされた第２母材部３と、第１母材部２の表面と第２母材部３の端面との隅に形成された溶接金属４とを備える。そして、第２母材部３の端面は、第１母材部側２がその反対側よりも奥側に位置するように傾斜しており、溶接金属４ののど厚ａ１は、第２母材部３の厚さｄ２以上の大きさを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１母材部と、
前記第１母材部と重ね合わされた第２母材部と、
前記第１母材部の表面と前記第２母材部の端面との隅に形成された溶接金属と、
を備え、
前記第２母材部の端面は、前記第１母材部側がその反対側よりも奥側に位置するように傾斜しており、
前記溶接金属ののど厚は、前記第２母材部の厚さ以上の大きさを有する、
溶接継手構造。
【請求項２】
前記第１母材部の厚さは、前記第２母材部の厚さより小さい、
請求項１に記載の溶接継手構造。
【請求項３】
前記第２母材部は、前記第１母材部の外表面に接するように重ね合わされており、
前記溶接金属は、前記第１母材部の外表面と前記第２母材部の端面との隅に形成されている、
請求項２に記載の溶接継手構造。
【請求項４】
第１部材と第２部材とを重ね合わせる工程と、
前記第１部材の表面と前記第２部材の端面との隅を隅肉溶接する工程と、
を備え、
前記第２部材の端面は、前記第１部材と前記第２部材とが重ね合わされた状態において、前記第１部材側がその反対側よりも奥側に位置するように傾斜している、
重ね隅肉溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接継手構造および重ね隅肉溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
部材同士を溶接して接合する方法の１つとして、従来、重ね隅肉溶接が知られている。この重ね隅肉溶接は、ある部材（以下、「第１部材」）に他の部材（以下、「第２部材」）を重ね合わせ、第１部材の表面と第２部材の端面との隅に溶接を施すものである。
【特許文献１】特開平８−２５０８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のような重ね隅肉溶接によって形成された溶接継手において強度を向上させるためには、隅肉（溶接金属）の「のど厚」を大きくすることが有効である。しかし、のど厚を大きくするためには、隅肉の脚長を大きくする必要がある。隅肉の脚長を大きくするには、第２部材の厚さを大きくする必要があるが、材料費の増大や生産性の低下を招く恐れがある。
【０００４】
本発明の課題は、部材の厚さの増大を抑えると共に強度を向上させることができる溶接継手構造および重ね隅肉溶接方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１発明の溶接継手構造は、第１母材部と、第１母材部と重ね合わされた第２母材部と、第１母材部の表面と第２母材部の端面との隅に形成された溶接金属とを備える。そして、第２母材部の端面は、第１母材部側がその反対側よりも奥側に位置するように傾斜しており、溶接金属ののど厚は、第２母材部の厚さ以上の大きさを有する。
【０００６】
この溶接継手構造では、第２母材部の端面は、第１母材部側がその反対側よりも奥側に位置するように傾斜しているため、第２母材部の端面が第１母材部の表面に対して垂直な場合よりも、溶接金属ののど厚を大きくすることができる。このため、第２母材部の厚さの増大を抑えながら、溶接金属ののど厚を第２母材部の厚さ以上の大きさにして溶接金属の強度を向上させることができる。これにより、この溶接継手構造では、部材の厚さの増大を抑えると共に強度を向上させることができる。また、溶接金属ののど厚を第２母材部の厚さ以上にすることによって、溶接金属が最弱断面となることを抑えることができる。このため、この溶接継手構造では、溶接金属の脚長のバラツキに因る強度のバラツキを低減させることができる。
【０００７】
第２発明の溶接継手構造は、第１発明の溶接継手構造であって、第１母材部の厚さは、第２母材部の厚さより小さい。
【０００８】
この溶接継手構造では、第１母材部の厚さが第２母材部の厚さより小さいため、第１母材部の材料費が低減されている。このため、この溶接継手構造では、製造コストを低減させることができる。また、第１母材部の厚さは、溶接金属ののど厚に影響を与えないため、溶接金属の強度を低下させる恐れが少ない。
【０００９】
第３発明の溶接継手構造は、第２発明の溶接継手構造であって、第２母材部は、第１母材部の外表面に接するように重ね合わされている。そして、溶接金属は、第１母材部の外表面と第２母材部の端面との隅に形成されている。
【００１０】
この溶接継手構造では、第２母材部や溶接金属よりも第１母材部の外表面から亀裂が生じやすくなっている。このため、亀裂が発生したとしても第１母材部の外表面に生じるため、外部から視認し易くなっており、安全性を向上させることができる。
【００１１】
第４発明の重ね隅肉溶接方法は、第１部材と第２部材とを重ね合わせる工程と、第１部材の表面と第２部材の端面との隅を隅肉溶接する工程とを備える。そして、第２部材の端面は、第１部材と第２部材とが重ね合わされた状態において、第１部材側がその反対側よりも奥側に位置するように傾斜している。
【００１２】
この重ね隅肉溶接方法では、第２部材の端面は、第１部材側がその反対側よりも奥側に位置するように傾斜しているため、第２部材の端面が第１部材の表面に対して垂直な場合よりも、のど厚の大きな溶接金属を容易に形成することができる。これにより、この重ね隅肉溶接方法では、部材の厚さの増大を抑えると共に強度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る溶接継手構造では、溶接金属ののど厚を大きくすることができるため、第２母材部の厚さの増大を抑えながら、溶接金属ののど厚を第２母材部の厚さ以上の大きさにして溶接金属の強度を向上させることができる。これにより、この溶接継手構造では、部材の厚さの増大を抑えると共に強度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
＜溶接継手構造の構成＞
本発明の一実施形態に係る溶接継手構造１を図１に示す。この溶接継手構造１は、第１母材部２と、第１母材部２と重ね合わされた第２母材部３と、第１母材部２の表面と第２母材部３の端面との隅に形成された溶接金属４とを備える。
【００１５】
第２母材部３は、第１母材部２の表面に接するように重ね合わされており、溶接金属４は、第１母材部２の表面と第２母材部３の端面との隅に形成されている。この第２母材部３の端面は、第１母材部２側がその反対側よりも奥側に位置するように傾斜しており、溶接金属４ののど厚ａ１は、第２母材部３の厚さｄ２以上の大きさになっている。
【００１６】
ここで、第２母材部３の端面の傾斜は、溶接金属４ののど厚ａ１が、第２母材部３の厚さｄ２以上となるように設定されている。例えば、溶接金属４の脚長ａ２，ａ３が等脚の場合には、第２母材部３の端面と第１母材部２の表面とのなす角が６７．４度以下であればよいことが計算によって求められる。なお、ここでいう「のど厚」とは、溶接金属４のサイズで定まる三角形断面の継手のルートＰ１から図った高さ（図１の符号ａ１参照）を意味しているが、溶接金属４の断面ルートから表面までの最短距離がのど厚として用いられてもよい。
【００１７】
また、第１母材部２の厚さｄ１は、第２母材部３の厚さｄ２より小さく、第２母材部３および溶接金属４より優先して亀裂が発生するような大きさに設定されている。
【００１８】
＜重ね隅肉溶接方法の内容＞
上記の溶接継手構造１は、図２に示す重ね隅肉溶接方法によって形成される。この重ね隅肉溶接方法は、図３に示すように、第１部材１１と第２部材１２とを重ね合わせる第１工程Ｓ１と、第１部材１１の表面と第２部材１２の端面１３とによって構成される隅を隅肉溶接する第２工程Ｓ２および第３工程Ｓ３とを備える。
【００１９】
第１工程Ｓ１では、第１部材１１と第２部材１２とがセッティングされる。ここでは、第１部材１１の表面に第２部材１２の先端部が重なるように、第１部材１１と第２部材１２とが重ね合わされる。第２部材１２の先端部は、その端面１３が傾斜するように加工されており、第１部材１１と第２部材１２とが重ね合わされた状態において、第２部材１２の端面１３は、第１部材１１側がその反対側よりも奥側に位置するように傾斜している。なお、ここでの第２部材１２の端面１３の角度θ１は、上述した第２母材部３の端面の角度に対応する角度であるが、溶接時の溶け込みによって第２部材１２の端面１３と第２母材部３の端面とは完全には一致しないため、溶接後に上記の第２母材部３の端面の角度となるように角度θ１が設定されてもよい。例えば、角度θ１が７０°以下に設定されればよい。
【００２０】
第２工程Ｓ２および第３工程Ｓ３では、図４に示すように、第１部材１１の表面と第２部材１２の端面１３との隅を溶接する隅肉溶接が行われる。ここでは、溶接トーチ１４が第１部材１１および第２部材１２に接近して、溶接トーチ１４の先端から突出する溶接ワイヤ１５の先端が、第１部材１１の表面と第２部材１２の端面１３との隅に差し込まれ、溶接が開始される。そして、溶接トーチ１４が溶接を行いながら移動することにより、第２部材１２の端面１３と第１部材１１の表面との間の空間およびその外側の部分までに亘って溶接金属４（図１参照）が形成され、上述した溶接継手構造１が形成される。なお、この隅肉溶接の工程では、第２工程Ｓ２における第１の隅肉溶接と、第３工程Ｓ３における第２の隅肉溶接とが行われる。
【００２１】
まず、第１の隅肉溶接では、図４（ａ）に示すように、溶接ワイヤ１５の先端が第１部材１１と第２部材１２とのルートＰ１に近接してルートＰ１に沿って（図４の紙面に垂直な方向に）移動することにより、第１部材１１と第２部材１２とのルートＰ１近傍の空間に溶接金属（以下、「第１層１６」と呼ぶ）が形成される（図４（ｂ）参照）。ここで、溶接トーチ１４は所定の第１角度θ２で傾斜した状態であり、ウィービングを行わずに移動する。
【００２２】
第１の隅肉溶接が終了すると、次に、第２の隅肉溶接が行われる。第２の隅肉溶接では、図４（ｂ）に示すように、第１の隅肉溶接によって形成された第１層１６の外側にさらに溶接が施され第２層が形成される。このとき、溶接トーチ１４は、第１層１６の外側に沿って第２部材１２の端面１３に平行に移動する。溶接トーチ１４は、上記の第１角度θ２より大きな第２角度θ３で傾斜しており、第１の隅肉溶接が行われる場合よりも起立した状態で移動する。また、溶接トーチ１４は、所定の周波数および振幅でウィービングしながら移動する。この第２の隅肉溶接で形成された第２層は第１層１６と溶融して第１層１６と共に溶接金属４となる。
【００２３】
なお、この重ね隅肉溶接方法は溶接ロボットによって自動的に行われるが、手作業での溶接において用いられることも可能である。
【００２４】
また、この重ね隅肉溶接方法で溶接される第１部材１１と第２部材１２とは平板に限らず管状の部材であってもよい。例えば、図５に示すように、円管状のフランジ部材１７とチューブ材１８との接合に本発明に係る重ね隅肉溶接方法が利用可能である。なお、図５（ａ）はフランジ部材１７とチューブ材１８とを含む油圧シリンダの一部の外観斜視図であり溶接前の状態を示している。図５（ｂ）は、溶接後の接合部分の断面図である。ここでは、フランジ部材１７の先端部がチューブ材１８の外周面（外表面）に重ねられており、チューブ材１８の外周面とフランジ部材１７の端面との隅に沿って溶接金属１９が形成されている。
【００２５】
さらに、この溶接継手構造および重ね隅肉溶接方法は、中空の円管同士の接合に限らず、中実の筒材の外周面に中空の円管材を重ねて接合する場合にも適用可能である。
【００２６】
＜特徴＞
（１）
本発明の溶接継手構造１および重ね隅肉溶接方法では、端面１３が傾斜した第２部材１２を第１部材１１に重ねて隅肉溶接することによって、溶接金属４ののど厚ａ１を大きくすることができる。これにより、第２部材１２の板厚の増大を抑えながら、強度を向上させることができる。
【００２７】
なお、一般的に、溶接継手構造として、裏波溶接によって接合された突合わせ継手構造が用いられることも多いが、このような構造は、強度には優れるが、裏面を平坦に加工する必要があるため、生産性に劣るという問題がある。また、溶接金属ののど厚を大きくして溶接金属の強度を向上させるためには突き合わされる両方の母材の板厚を増大させる必要があり、材料費が増大してしまう。これに対して、本発明の溶接継手構造１および重ね隅肉溶接方法では、溶接金属の強度を確保しながら、突合わせ継手構造よりも板厚を低減させることができ、材料費を削減することができる。また、裏波溶接後に必要とされるような加工が不要であり、生産性も高い。
【００２８】
（２）
本発明の溶接継手構造１および重ね隅肉溶接方法では、第１部材１１に垂直な端面を有する第２部材１２を溶接する場合と比べて、少ない溶接量でのど厚ａ１を大きくすることができる。このため、生産性を向上させることができる。
【００２９】
（３）
本発明の溶接継手構造１および重ね隅肉溶接方法では、のど厚ａ１を第２母材部３の厚さｄ２よりも大きくすることによって、溶接継手構造１における最弱断面を溶接金属４ではなく第１母材部２に位置させることができる。これにより、溶接継手構造１における疲労強度は、溶接金属４よりも第１母材部２の影響を受けやすくなるため、バラツキの生じ易い溶接金属４の脚長ａ２，ａ３の影響を受けることが抑えられ、溶接継手構造１の強度のバラツキが低減される。
【００３０】
（４）
この溶接継手構造１では、最弱断面が第１母材部２に位置することによって、亀裂が他の部分よりも第１母材部２から優先的に発生することになる。このため、溶接金属４のルートから溶接金属４の内部において亀裂が発生する場合と比べて、亀裂の発生を容易に発見することができる。
【実施例１】
【００３１】
次に、本発明の一実施例を説明する。
【００３２】
〔条件〕
この実施例では、図３において、厚さｄ１が６ｍｍである板状の第１部材１１と、厚さｄ２が９ｍｍである板状の第２部材１２とを用いて重ね隅肉溶接を行う。第２部材１２の端面１３の傾斜角度θ１は６０度である。溶接は溶接ロボットによる自動溶接によって行われ、溶接金属４の脚長ａ２，ａ３（図１参照）が９×９ｍｍの等脚形状となるように溶接条件が設定される。具体的な溶接条件は以下の通りである。
【００３３】
［第１の隅肉溶接での溶接条件］
溶接電流：２７５Ａ
溶接電圧：２８Ｖ
溶接トーチ１４の移動速度：３３ｃｍ／ｍｉｎ
ウィービングなし
溶接トーチ１４の傾斜角度（第１角度θ２）：３０°
［第２の隅肉溶接での溶接条件］
溶接電流：３２０Ａ
溶接電圧：３２Ｖ
溶接トーチ１４の移動速度：３５ｃｍ／ｍｉｎ
ウィービング周波数：３Ｈｚ
ウィービング振幅：１．５ｍｍ
溶接トーチ１４の傾斜角度（第２角度θ３）：５５°
〔結果〕
上記の条件で重ね隅肉溶接を行った結果、溶接金属４ののど厚ａ１が１１ｍｍである溶接継手構造１が得られた。
【００３４】
また、得られた溶接継手構造１に対して、第２母材部３を固定して第１母材部２に繰り返し荷重（図６の矢印Ｆ１参照）を負荷する疲労試験を行った結果、第１母材部２と溶接金属４との止端部Ｐ２から亀裂Ｃ１が発生した。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、部材の厚さの増大を抑えると共に強度を向上させることができる効果を有し、溶接継手構造および重ね隅肉溶接方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る溶接継手構造の断面図。
【図２】本発明に係る重ね隅肉溶接方法のフローを示す図。
【図３】第１工程における第１部材と第２部材とを示す図。
【図４】隅肉溶接における第１部材および第２部材と溶接トーチとを示す図。
【図５】本発明に係る溶接継手構造が適用可能な油圧シリンダの一部を示す図。
【図６】実施例１における溶接継手構造を示す図。
【符号の説明】
【００３７】
１      溶接継手構造
２      第１母材部
３      第２母材部
４      溶接金属
１１    第１部材
１２    第２部材
【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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