(57)【要約】【課題】金属板の材質及び対象部材の種類によらず、重ね溶接継手の疲労強度を安定して向上させることができる金属重ね溶接継手の疲労強度向上方法を提供する。【解決手段】先ず、２枚の金属板１ａ，１ｂを重ね溶接した重ね継手の溶接金属２の中央部１０ａを超音波衝撃処理し、その後、金属板１ａと金属板１ｂとの重ね合わせ部（重ね溶接継手部）に形成された隙間３と溶接金属２との境界４の直上域１０ｂを、処理する側の金属板の厚さｔｍｍに対して、ｔ〜２ｔｍｍの幅で超音波衝撃処理する。【選択図】図１
2008000802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の金属板からなる重ね溶接継手の溶接部を、少なくとも片面から超音波衝撃処理する疲労強度向上方法であって、
前記溶接部の中央部を超音波衝撃処理した後、前記重ね溶接継手部に形成された隙間と溶接金属との境界の直上域を含む領域を、処理する側の金属板の厚さｔｍｍに対して、ｔ〜２ｔｍｍの幅で超音波衝撃処理することを特徴とする金属重ね溶接継手の疲労強度向上方法。
【請求項２】
隙間と溶接金属との境界の直上域を含む領域を超音波処理する際に、処理部分の中心が前記境界の直上から溶接金属側にｔｍｍ以内の範囲に位置するようにして処理することを特徴とする請求項１に記載の金属重ね溶接継手の疲労強度向上方法。
【請求項３】
複数の金属板からなる重ね隅肉溶接継手の溶接部を、超音波衝撃処理する疲労強度向上方法であって、
前記継手の重ね合わせ部と反対側の溶接止端部を超音波衝撃処理した後、前記重ね隅肉溶接継手部に形成された隙間と溶接金属との境界の直上域を含む領域を、処理する側の金属板の厚さｔｍｍに対して、ｔ〜２ｔｍｍの幅で超音波衝撃処理し、更に、溶接始終端の止端部を超音波衝撃処理することを特徴とする金属重ね溶接継手の疲労強度向上方法。
【請求項４】
複数の金属板からなる重ね隅肉溶接継手の溶接部を、超音波衝撃処理する疲労強度向上方法であって、
前記継手の重ね合わせ部と反対側の溶接止端部を超音波衝撃処理した後、溶接始終端の止端部を超音波衝撃処理し、更に、前記重ね隅肉溶接継手部に形成された隙間と溶接金属との境界の直上域を含む領域を、処理する側の金属板の厚さｔｍｍに対して、ｔ〜２ｔｍｍの幅で超音波衝撃処理することを特徴とする金属重ね溶接継手の疲労強度向上方法。
【請求項５】
複数の金属板からなる重ね隅肉溶接継手の溶接部を、超音波衝撃処理する疲労強度向上方法であって、
前記継手の溶接始終端の止端部を超音波衝撃処理した後、この継手の重ね合わせ部と反対側の溶接止端部を超音波衝撃処理し、更に、前記重ね隅肉溶接継手部に形成された隙間と溶接金属との境界の直上域を含む領域を、処理する側の金属板の厚さｔｍｍに対して、ｔ〜２ｔｍｍの幅で超音波衝撃処理することを特徴とする金属重ね溶接継手の疲労強度向上方法。
【請求項６】
溶接始終端の止端部を超音波衝撃処理する際に、中心軸を含む少なくとも１つの断面における先端半径が１．０〜２．０ｍｍである先端工具を使用することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の金属重ね溶接継手の疲労強度向上方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄、アルミニウム、チタン、マグネシウム又はこれらの合金等からなる金属板を溶接した構造部材の重ね溶接継手及び重ね隅肉溶接継手（以下、これらをあわせて重ね溶接継手ともいう）に対する疲労強度向上方法に関し、特に、自動車、家電製品、重電機器、建築構造物、船舶、橋梁、建設機械、各種プラント及びペンストック等に用いられる金属重ね溶接継手の疲労強度向上方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属板を２枚以上重ねて溶接した重ね溶接継手においては、溶融しない金属板間の隙間は溶接金属に対して鋭い切欠きとなり、その先端から疲労亀裂が発生して疲労強度が低下するという問題点がある。このため、重ね溶接継手の耐疲労特性を向上させる方法が切望されている。
【０００３】
近年、このような疲労問題に対して、溶接部等の疲労強度向上を目的とした超音波衝撃処理が開発されている（例えば、特許文献１〜８参照。）。この超音波衝撃処理とは、超音波発生機で発生させた数十ｋＨｚの超音波振動をピン等の工具を介して対象物に押し当てて、塑性変形により表面形状の改善及び残留応力の緩和・再配置等を行う処理である。
【０００４】
そして、例えば、特許文献１及び２等には、溶接部及び機械加工穴に超音波衝撃処理を適用することにより、疲労強度を向上させる方法及び装置が開示されている。また、特許文献３には、溶接部又は塑性加工部に対して超音波衝撃処理を行い、その後その処理部の品質保証検査を行うことによって疲労強度を向上させる方法が開示されている。
【０００５】
更に、特許文献４には、重ね隅肉溶接継手のルート部の金属板表面又は表裏面に、超音波衝撃処理によって形成される圧痕の幅を規定することにより、疲労強度向上を図った回転体が開示されている。更にまた、特許文献５及び６には、スポット溶接継手の両面又は片面から、ナゲット形成部及び／又はナゲット形成部周辺に超音波衝撃処理を施すことにより、疲労強度向上を図った処理方法が開示されている。更にまた、特許文献７及び８に記載の重ね溶接継手の疲労強度向上方法では、重ね溶接継手の溶接止端部の近傍を超音波振動端子で打撃する際の条件、具体的には、超音波振動端子の直径及び打撃位置を規定している。
【０００６】
【特許文献１】米国特許６１７１４１５号公報
【特許文献２】米国特許６３３８７６５号公報
【特許文献３】特開２００３−１１３４１８号公報
【特許文献４】特開２００４−１６９０６３号公報
【特許文献５】特開２００４−１２２１４４号公報
【特許文献６】特開２００４−１２２１５２号公報
【特許文献７】特開２００４−１３１７４４号公報
【特許文献８】特開２００４−１３０３１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前述した従来の技術には以下に示す問題点がある。前述した従来技術のうち、特許文献１には、溶接構造物の補修を目的として溶接部への超音波衝撃処理の適用技術が開示されているが、溶接部への適用に関して処理部についての詳細な記述は無く、重ね溶接継手についても何ら記載されていない。また、特許文献１に記載の技術では、溶接部各部の超音波衝撃処理順序及び処理幅を規定しておらず、溶接トーチを後ろから追いかけるように溶接部の処理を行っている。これらの理由から、特許文献１に記載の技術では、重ね溶接継手の疲労強度を向上させることはできないという問題点がある。
【０００８】
特許文献２には、超音波エネルギーを振動に変換するトランスデューサーのヘッドに針状の工具を取り付けた装置、及びその装置によるドリル穴への処理方法が開示されているが、前述した特許文献１と同様に重ね溶接継手についての記載は無く、また溶接部各部の超音波衝撃処理順序及び処理幅についても規定されていない。このため、特許文献２に記載の技術には、重ね溶接継手の疲労強度を向上させることはできないという問題点がある。
【０００９】
特許文献３には、主にアーク溶接継手を対象として、金属の止端、ＨＡＺ部及び溶接部に対して処理を行い、応力集中を生じにくいように形状を変形させると共に圧縮残留応力を導入する超音波衝撃処理方法が開示されているが、この特許文献３に記載の技術は、溶接部各部の超音波衝撃処理順序お及び処理幅を規定した方法ではないため、重ね溶接継手の疲労強度を向上させることはできないという問題点がある。
【００１０】
特許文献４には、重ね隅肉溶接継手のルート部の金属板表面又は表裏面に、超音波衝撃処理によって形成される圧痕の幅を１〜５ｍｍにした回転体が開示されているが、溶接部各部の超音波衝撃処理の順序についての記述はない。また、特許文献４には、実施例として、厚さが３．２ｍｍ又は４．０ｍｍの鋼材の重ね隅肉継手に対して、超音波衝撃処理部分の幅を板厚よりも狭くしたことが記載されているに過ぎないため、重ね溶接継手の疲労強度を向上させることはできないという問題点がある。
【００１１】
特許文献５及び６には、スポット溶接部の両面又は片面から、ナゲット形成部とナゲット周囲の両方又は片方に超音波衝撃処理を施す方法が記載されており、その処理部の板厚減少量を、特許文献５に記載の技術では０．０３ｍｍ以上、板厚の１５％以下と規定しており、特許文献６に記載の技術では０．０３ｍｍ以上、板厚の３０％以下と規定しているが、溶接部各部の超音波衝撃処理の順序及び処理幅に関する記載は無い。また、特許文献５の段落００３８及び特許文献６の段落００６７には、先端工具の幅に関して、望ましい直径が２．０〜８．０ｍｍ、先端曲率半径が１０〜１００ｍｍとの記載があるのみで、対象とする超音波衝撃処理部分の幅については何ら記載されていない。更に、実施例に関しては、特許文献５には厚さが１．６ｍｍの鋼材、特許文献６には厚さが１．２ｍｍの鋼材のスポット溶接継手について超音波衝撃処理部の板厚減についての記載はあるが、前述したように超音波衝撃処理部分の幅についての記載は無い。このため、これら特許文献５及び６に記載の技術では、重ね溶接継手の疲労強度が十分に向上しないという問題点がある。
【００１２】
特許文献７に記載の技術は、超音波振動端子の中央の位置ｘ１を、板厚ｔ１の重ね溶接継手の溶接止端を原点として−ｔ１≦ｘ１≦ｔ１の範囲内に規定し、かつ超音波振動端子の直径を２〜８ｍｍと規定しているが、この特許文献７には、溶接部各部の超音波衝撃処理順序および処理部の圧痕に相当する処理幅に関する記載は無いため、超音波衝撃処理部の疲労強度が十分に向上しないという問題点がある。
【００１３】
特許文献８に記載の技術は、重ね隅肉継手を対象とし、直径が２〜８ｍｍの超音波振動端子を用いて、その中央の位置を溶接止端から隅肉脚長の１／４〜１／２の距離の範囲内に規定し、続いて隙間の先端の表側および／又は裏側を、その板厚の距離の範囲内に超音波振動端子の中心を位置させて超音波衝撃処理しているが、この処理方法では、重ね隅肉継手で重要な溶接始終端の止端部を超音波衝撃処理していないため、超音波衝撃処理部の疲労強度が十分に向上しないという問題点がある。
【００１４】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであって、金属板の材質及び対象部材の種類によらず、重ね溶接継手の疲労強度を安定して向上させることができる金属重ね溶接継手の疲労強度向上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】
【００１５】
本発明に係る金属重ね溶接継手の疲労強度向上方法は、複数の金属板からなる重ね溶接継手の溶接部を、少なくとも片面から超音波衝撃処理する疲労強度向上方法であって、前記溶接部の中央部を超音波衝撃処理した後、前記重ね溶接継手部に形成された隙間と溶接金属との境界の直上域を含む領域を、処理する側の金属板の厚さｔｍｍに対して、ｔ〜２ｔｍｍの幅で超音波衝撃処理することを特徴とする。
【００１６】
この疲労強度向上方法では、隙間と溶接金属との境界の直上域を含む領域を超音波処理する際に、処理部分の中心が前記境界の直上から溶接金属側にｔｍｍ以内の範囲に位置するようにして処理してもよい。
【００１７】
本発明に係る他の金属重ね溶接継手の疲労強度向上方法は、複数の金属板からなる重ね隅肉溶接継手の溶接部を、超音波衝撃処理する疲労強度向上方法であって、前記継手の重ね合わせ部と反対側の溶接止端部を超音波衝撃処理した後、前記重ね隅肉溶接継手部に形成された隙間と溶接金属との境界の直上域を含む領域を、処理する側の金属板の厚さｔｍｍに対して、ｔ〜２ｔｍｍの幅で超音波衝撃処理し、更に、溶接始終端の止端部を超音波衝撃処理することを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る他の金属重ね溶接継手の疲労強度向上方法は、複数の金属板からなる重ね隅肉溶接継手の溶接部を、超音波衝撃処理する疲労強度向上方法であって、前記継手の重ね合わせ部と反対側の溶接止端部を超音波衝撃処理した後、溶接始終端の止端部を超音波衝撃処理し、更に、前記重ね隅肉溶接継手部に形成された隙間と溶接金属との境界の直上域を含む領域を、処理する側の金属板の厚さｔｍｍに対して、ｔ〜２ｔｍｍの幅で超音波衝撃処理することを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る他の金属重ね溶接継手の疲労強度向上方法は、複数の金属板からなる重ね隅肉溶接継手の溶接部を、超音波衝撃処理する疲労強度向上方法であって、前記継手の溶接始終端の止端部を超音波衝撃処理した後、この継手の重ね合わせ部と反対側の溶接止端部を超音波衝撃処理し、更に、前記重ね隅肉溶接継手部に形成された隙間と溶接金属との境界の直上域を含む領域を、処理する側の金属板の厚さｔｍｍに対して、ｔ〜２ｔｍｍの幅で超音波衝撃処理することを特徴とする。
【００２０】
これらの金属重ね溶接継手の疲労強度向上方法では、溶接始終端の止端部を超音波衝撃処理する際に、中心軸を含む少なくとも１つの断面における先端半径が１．０〜２．０ｍｍである先端工具を使用することもできる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、疲労亀裂発生の起点となる重ね溶接継手部又は重ね隅肉溶接継手部に形成される隙間と溶接金属との境界部分における残留応力を、圧縮残留応力にすることができるため、金属板の材質及び対象部材の種類によらず重ね溶接継手の疲労強度を安定して向上させることが可能であり、その工業的意味は大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。図１（ａ）はスポット溶接した重ね溶接継手に本発明の疲労強度向上方法を適用した場合の状態を示す平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すＡ−Ａ線による断面図である。また、図２及び図３は本発明の重ね溶接継手の疲労強度向上方法を示す斜視図である。
【００２３】
本発明者は、金属板同士をスポット溶接した重ね溶接継手の疲労強度を向上する方法として、超音波衝撃処理について検討を行った。図４（ａ）はスポット溶接した重ね溶接継手の疲労亀裂発生位置を示す平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）に示すＢ−Ｂ線による断面図である。本発明者は、先ず、重ね溶接継手にせん断荷重が繰返し作用する場合の疲労破壊挙動について詳細に調査した。その結果、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、スポット溶接した重ね溶接継手の場合、重ね溶接継手部、即ち金属板１ａと金属板１ｂとの重ね合わせ部に形成された隙間３と溶接金属２との境界４から疲労亀裂５が発生し、金属板１ａ又は溶接金属２を横切るように疲労亀裂５が進展して重ね溶接継手の破壊に至ることが判明した。隙間３の溶接金属２との境界４は非常に鋭く、応力集中の高い領域であり、容易に疲労亀裂５が発生する。また、隙間３に接する溶接金属２は熱収縮により引張の残留応力が発生しているため、隙間３における溶接金属２との境界４も同様に引張残留応力の状態となり、これが疲労強度を低下させる大きな因子であることが判明した。
【００２４】
一方、超音波衝撃処理は先端工具によって処理した金属板の表面に塑性変形を与え、その表面の形状を滑らかにすると共に、表面の残留応力を圧縮にする作用により疲労強度を向上させる効果があるが、重ね溶接継手の疲労亀裂は、重ね溶接継手部に形成された隙間で発生しているため、先端工具によってこのような隙間と溶接金属との境界を直接処理することは困難である。
【００２５】
そこで、本発明者は、超音波衝撃処理と残留応力分布との関係について詳細に調べた。図５は金属板に超音波衝撃処理を施したときの板厚方向における残留応力の分布を示す図である。その結果、図５に示すように、金属板に超音波衝撃処理を施した場合、板厚方向における残留応力には、金属板１の表面１１から少し内側の部分に圧縮残留応力の最大値１２が存在し、金属板１の表面１１から最大値１２を示す部分までの距離１４は、超音波衝撃処理以前の残留応力分布及び超音波衝撃処理部分の幅ｗに極めて大きな影響を受けることを見出した。
【００２６】
また、隙間３と溶接金属２との境界４及び溶融境界近傍の部分は、溶接時の凝固収縮により広く引張残留応力が分布しており、この状態で隙間３の溶接金属２との境界４の直上域を超音波衝撃処理すると、この境界４の近傍に圧縮残留応力を付与することが可能である。しかしながら、その領域は極めて限られるため、重ね溶接継手の疲労強度を十分に向上させることができないことが判明した。更に、隙間３と溶接金属２との境界４から発生する疲労亀裂は、溶接金属２内を伝播することが多いため、溶接金属２の残留応力を圧縮応力にすることが重ね溶接継手の疲労強度の更なる向上に必要であることも見出した。
【００２７】
上述した知見より、本発明に係る重ね溶接継手の疲労強度向上方法においては、先ず、図２に示すように、溶接部の中央部分、例えばスポット溶接及びレーザー溶接による重ね溶接継手の場合は、溶接金属２の中央部１０ａに対して超音波衝撃処理を行い、この部分に圧縮残留応力を発生させる。その後、図１及び図３に示すように、重ね溶接継手部に形成された隙間３と溶接金属２との境界４の直上域１０ｂを超音波衝撃処理する。これにより、この境界４の近傍から溶接金属２の中央部にかけた広い範囲に圧縮残留応力を分布させることができるため、疲労強度が大幅に向上する。なお、本発明の重ね溶接継手の疲労強度向上方法において、隙間３と溶接金属２との境界４の直上域１０ｂを処理するとは、超音波衝撃処理部分が、隙間３と溶接金属２とが接する位置の直上の部分を含むことを意味する。
【００２８】
ここで、溶接金属２の中央部１０ａを超音波衝撃処理することにより生じる圧縮残留応力は、、隙間３と溶接金属２との境界４の直上域１０ｂを超音波衝撃処理する際に影響を受けるため、その絶対値が若干低下する。しかしながら、前述したように、疲労亀裂は隙間３と溶接金属２との境界４から発生するため、重ね溶接継手の疲労強度に対しては、隙間３と溶接金属２との境界４における圧縮残留応力が最大である場合に最も大きく向上し、溶接金属２の中央部１０ａにおける圧縮残留応力の低下はほとんど影響はない。従って、疲労強度を更に向上させるためには、先ず、溶接金属２の中央部１０ａを超音波衝撃処理し、その後、隙間３と溶接金属２との境界４の直上域１０ｂを超音波衝撃処理することが有効である。一方、本発明者は、隙間３と溶接金属２との境界４の直上域１０ｂを超音波衝撃処理した後、溶接金属２の中央部１０ａの超音波衝撃処理した場合、疲労強度向上効果はわずかなものになることを知見した。
【００２９】
また、本発明の重ね溶接継手の疲労強度向上方法においては、金属板１ａ，１ｂの厚さをｔｍｍとしたとき、隙間３と溶接金属２との境界４の直上域１０ｂを超音波衝撃処理する際の処理幅ｗ（ｍｍ）を下記数式（１）で表される範囲内とする。本発明者は、隙間３と溶接金属２との境界４の残留応力分布に影響を及ぼす他の因子として、超音波衝撃処理の幅ｗと圧縮残留応力の最大値１２の位置について検討し、処理幅ｗが大きければ大きい程、圧縮残留応力が最大値１２を示す位置が表面から遠くなることを知見した。そして、この知見をもとに、圧縮残留応力が最大値１２を示す位置が隙間３と溶接金属２との境界４になるように処理幅ｗを制御したところ、この境界４及びその近傍に大きな圧縮残留応力を付与することが可能となり、重ね溶接継手の疲労強度を飛躍的に向上させることができることを発見した。
【００３０】
【数１】
2008000802.tif 000003
【００３１】
ここで、超音波衝撃処理の幅ｗがｔｍｍ未満の場合、圧縮残留応力が最大値１２を示す位置が隙間３よりも表面１１に近くなり、隙間３と溶接金属２との境界４における圧縮残留応力が大幅に低下する。その結果、疲労強度の大幅な向上は見込めない。一方、超音波衝撃処理の幅ｗが２ｔｍｍを超えると、圧縮残留応力が最大値１２を示す位置が隙間３よりも深くなるだけでなく、重ね継手の厚さ方向における全領域にわたって残留応力が分布するため、圧縮残留応力の絶対値が小さくなり、やはり疲労強度の大幅な向上は望めない。また、上記数式（１）を満たす処理幅の本発明の超音波衝撃処理方法は、重ね隅肉継手の片面から処理することで疲労強度向上効果が得られるが、両面から処理を行うことにより、隙間３と溶接金属２との境界４における圧縮残留応力をより確実なものにでき、片面から処理した場合以上の疲労強度向上が期待できる。
【００３２】
なお、本発明の金属重ね溶接継手の疲労強度向上方法における「処理幅」とは、連続的にある方向に沿って超音波衝撃処理が施される場合、１つの先端工具が処理する幅、即ち、塑性変形によって生じる圧痕の幅を意味し、複数の先端工具が付属している場合の全体の幅、及び１つの先端工具の処理方向に沿った処理長さとは異なる。また、前述した特許文献７及び８で規定している「溶接止端を原点とした先端工具の中心位置の移動範囲」とも異なる。
【００３３】
また、本発明の重ね溶接継手の疲労強度向上方法は、同じ厚さの２枚の金属板を重ね溶接した継手に限定されるものではない。例えば、板厚が異なる２枚の金属板を重ね溶接した継手の場合には、裏面側の金属板の板厚は残留応力の分布及び疲労強度の向上にはさほど影響を及ぼさないため、超音波衝撃処理を施す側の金属板の板厚をｔｍｍとし、上記（１）式を満足する処理幅ｗで超音波衝撃処理する。これにより、溶接継手の疲労強度を顕著に向上させることができる。同様に、３枚以上の金属板を重ね溶接した継手の場合にも、超音波衝撃処理を施す側の金属の板厚から、上記（１）式を満足する処理幅ｗを設定することにより、溶接継手の疲労強度を向上させることができる。
【００３４】
更に、本発明の金属重ね溶接継手の疲労強度向上方法においては、超音波衝撃処理された部分の中心が、隙間３と溶接金属２との境界４の直上よりも溶接金属２側にｔｍｍ以内の範囲に位置していることが好ましい。図６及び図７は隙間３と溶接金属２との境界４と超音波衝撃処理部分との関係を示す図である。本発明者は、隙間３と溶接金属２との境界４の直上域１０ｂを超音波衝撃処理する際の先端工具７の中心位置について詳細に検討した。その結果、図７に示すように、板厚がｔｍｍである２枚の金属板１ａ，１ｂにおける隙間３と溶接金属２との境界４の直上１７よりも、溶接金属２側にｔｍｍ以内の範囲に超音波衝撃処理部分の中心、即ち、先端工具８の中心軸が位置していると、重ね溶接継手の疲労強度向上により効果的であることを見出した。
【００３５】
これは、重ね溶接継手の溶接金属２が、熱影響部及び母材部（金属板１ａ，１ｂ）よりも硬いため、先端工具８の中心軸が隙間３と溶接金属２との境界４の直上１７又は、図６に示すように直上１７よりも母材（金属板１ａ）側にある場合には、溶接金属２よりも熱影響部の変形が大きくなり、隙間３との境界４近傍の溶接金属２の変形が相対的に小さくなることがあり、そうすると、溶接金属２の圧縮残留応力の絶対値もさほど大きくならないためである。また、超音波衝撃処理部分の中心軸の位置が、隙間３と溶接金属２との境界４の直上１７から溶接金属２側にｔｍｍよりも更に溶接金属２の中心側の場合、隙間３との境界４近傍の溶接金属２の塑性変形が小さくなり、圧縮残留応力が小さくなることがある。これに対して、図７に示すように、先端工具８の中心軸の位置を、隙間３と溶接金属２との境界４の直上１７よりも、溶接金属２側にｔｍｍ以内の範囲にすると、溶接金属２の変形を促進し、十分な絶対値の圧縮残留応力を発生させることができ、ひいては大きな疲労強度向上効果をもたらすことができる。
【００３６】
次に、本発明に係る他の重ね溶接継手の疲労強度向上方法として、重ね隅肉溶接継手の疲労強度を向上させる方法について説明する。図８（ａ）は重ね隅肉溶接継手に本発明の疲労強度向上方法を適用した場合の状態を示す平面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）に示すＣ−Ｃ線による断面図である。重ね隅肉溶接継手の場合は、重ね隅肉溶接継手部、即ち２枚の金属板の重ね合わせ部に形成される隙間３と溶接金属２との境界４、重ね合わせ部と反対側の溶接止端部１０ｃ及び溶接始終端における止端部１０ｄの３箇所が疲労亀裂発生の起点となる。そこで、本発明者は、これらの位置の処理順序と圧縮残留応力の分布と疲労強度との関係を検討したところ、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、これら３箇所を超音波衝撃処理処理する際に、少なくとも隙間３と溶接金属２との境界４の直上域１０ｂを、重ね合わせ部と反対側の止端部１０ｃよりも後に処理すると、隙間３と溶接金属２との境界４、溶接止端部１０ｃ及び溶接始終端２ａの止端部１０ｄにおける圧縮残留応力のバランスを最適な状態にすることができ、継手の疲労強度のさらなる向上に効果的であることが判明した。
【００３７】
図９〜図１１は重ね隅肉溶接継手の疲労強度を向上させる第１の方法をその工程順に示す斜視図である。重ね隅肉溶接継手の疲労強度を向上させる場合は、例えば、先ず、図９に示すように、重ね合わせ部と反対側の溶接止端部１０ｃを超音波衝撃処理した後、図１０に示すように、重ね隅肉溶接継手部、即ち２枚の金属板１ａ，１ｂの重ね合わせ部に形成された隙間３と溶接金属２との境界４の直上域１０ｂを超音波衝撃処理し、更に、図１１に示すように、金属板１ａ，１ｂにおける溶接始終端２ａの止端部１０ｄを超音波衝撃処理する。
【００３８】
図１２〜図１４は重ね隅肉溶接継手の疲労強度を向上させる第２の方法をその工程順に示す斜視図である。図１２に示すように、重ね合わせ部と反対側の溶接止端部１０ｃを超音波衝撃処理した後、図１３に示すように、２枚の金属板１ａ，１ｂにおける溶接始終端２ａの止端部１０ｄを超音波衝撃処理し、更に、図１４に示すように、重ね隅肉溶接継手部、即ち金属板１ａ，１ｂの重ね合わせ部に形成された隙間３と溶接金属２との境界４の直上域１０ｂを超音波衝撃処理してもよい。
【００３９】
図１５〜図１７は重ね隅肉溶接継手の疲労強度を向上させる第３の方法をその工程順に示す斜視図である。図１５に示すように、溶接始終端２ａの止端部１０ｄを超音波衝撃処理した後、図１６に示すように、重ね合わせ部と反対側の溶接止端部１０ｃを超音波衝撃処理し、更に、図１７に示すように、重ね隅肉溶接継手部、即ち金属板１ａ，１ｂの重ね合わせ部に形成された隙間３と溶接金属２との境界４の直上域１０ｂを超音波衝撃処理することもできる。
【００４０】
上述した３通りの方法は、いずれも重ね隅肉溶接継手の疲労強度のさらなる向上に効果がある。そして、これらの方法を適用することにより、重ね隅肉継手の溶接止端部１０ｃ及び溶接始終端２ａの止端部１０ｄは、圧縮残留応力が付与されると共に止端形状が滑らかに改善される。これらの効果に加えて、隙間３と溶接金属２との境界４に最も大きな圧縮残留応力が付与される効果により、溶接継手における疲労亀裂の発生を抑制し、疲労強度を大きく向上させることが可能となる。
【００４１】
図１８は重ね隅肉溶接継手の溶接始終端の止端部１０ｄへの超音波処理と、重ね合わせ部と反対側の溶接止端部１０ｃへの超音波衝撃処理とを連続的に行う方法を示す斜視図である。図１８に示すように、この重ね溶接継手の疲労強度向上方法においては、重ね合わせ部と反対側の溶接止端部１０ｃへの超音波衝撃処理と、溶接始終端２ａの止端部１０ｄへの超音波衝撃処理とを、同じ先端工具８を使用して連続的に行っても差し支えない。
【００４２】
また、本発明者は、溶接始終端２ａの止端部１０ｄを超音波衝撃処理する際の先端工具の形状について検討した。図１９〜図２１は本発明の他の疲労強度向上方法において、溶接始終端２ａの止端部１０ｄを超音波衝撃処理する際に使用する先端工具の形状を示す図である。検討の結果、本発明者は、図１９に示すように、中心軸ｘを含む少なくとも１つの断面における先端半径ｒが１．０〜２．０ｍｍである先端工具７ａを使用することにより、溶接継手の疲労強度向上効果をより高られることを見出した。なお、先端半径ｒが２．０ｍｍよりも大きい先端工具を使用すると、溶接始終端２ａの止端部１０ｄを処理する際に、先端工具が金属板１ａ，１ｂに接触し、金属板１ａ，１ｂと溶接金属２とが交差する三重点の付近の処理ができなくなることがある。一方、先端半径ｒが１．０ｍｍよりも小さい先端工具では、金属板１ａ，１ｂに接触して金属板１ａ，１ｂと溶接金属２とが交差する三重点の付近の処理は可能であるが、止端半径がさほど大きくならないため、応力集中が高い状態のままとなって疲労強度の向上がさほど期待できないことがある。このため、先端工具７としては、中心軸ｘを含む少なくとも１つの断面における先端半径ｒが１．０〜２．０ｍｍの範囲のものを使用することが好ましい。また、その形状は特に限定されるものではなく、図２０に示すような全体が軸対称形の先端工具７ｂを使用してもよく、図２１に示すような扁平な形状の先端工具７ｃを使用することもできる。
【００４３】
更に、本発明の重ね隅肉溶接継手の疲労強度向上方法においては、溶接始終端２ａの止端部１０ｄ以外の部分を処理する際の先端工具の形状について特に規定していないが、その先端は曲面又は平面からなる凸形状であり、先端凸部の高さは小さい方が好ましく、この先端凸部の高さが１ｍｍ以下のものがより好ましい。工具先端の形状は、１つの曲率半径で形成される半球状の先端であっても、複数の曲率半径からなる球殻状のものであっても差し支え無い。また、本発明においては、先端工具の幅の絶対値についても規定していないが、この先端工具の幅及び断面積が大きいと、金属板に十分な塑性変形を与えるために大きな出力の装置を必要とし、操作性及び可搬性に支障をきたすことがある。一方、先端工具の幅が小さいと、塑性変形を与える幅及び断面積も小さくなり、表面の曲率半径が小さくなるため、応力集中がさほど下がらず、十分な疲労強度向上効果が得られないことがある。従って、これらの実用的な観点から、先端工具の幅は１〜１０ｍｍとすることが好ましい。
【００４４】
更にまた、先端工具の材質についても特に規定するものではなく、金属板に塑性加工を与えるのに十分な硬度を有する材質のものであればよく、例えば工具鋼及びセラミックス等でも差し支え無い。
【００４５】
なお、重ね隅肉溶接継手の隙間３と溶接金属２との境界４の直上域１０ｂを超音波衝撃処理する際の処理幅ｗの範囲は、前述した重ね溶接継手の隙間３と溶接金属２の境界４の直上域１０ｂを処理する際の処理幅ｗの範囲と同様である。
【００４６】
図２２（ａ）はスポット溶接以外の方法で溶接した重ね溶接継手に本発明の疲労強度向上方法を適用した場合の状態を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＥ−Ｅ線による断面図である。本発明の重ね溶接継手の疲労強度向上方法は、重ね溶接継手の溶接方法を特に限定するものではなく、図１に示すスポット溶接以外にも、プロジェクション溶接等の各種抵抗溶接、又は、図２２（ａ）及び（ｂ）に示すようなレーザー溶接、電子ビーム溶接等の各種ビーム溶接、アーク溶接、拡散溶接、摩擦溶接及び摩擦攪拌溶接等で溶接されたものであっても本発明の処理方法を適用して、疲労強度を向上させることができる。また、スポット溶接等の抵抗溶接では、いわゆる散りが発生した場合、重ね溶接継手の疲労強度が低下することが知られているが、散りが発生した場合でも本発明の方法を用いることで、高い疲労強度を得ることができる。
【００４７】
更に、重ね隅肉溶接継手の形態についても特に限定するものではなく、図８（ａ）及び（ｂ）に示すようなアーク溶接による重ね隅肉継手以外にも、裏当て金付きの溶接継手に対しても適用可能である。
【００４８】
更にまた、本発明の重ね溶接継手の疲労強度向上方法は、図４（ａ）及び（ｂ）に示すような重ね溶接継手に対して引張せん断応力が発生する方向６に荷重がかかる場合に限定されるものではなく、金属板１ａ，１ｂに対して垂直な方向、即ち溶接部を引き剥がす方向に荷重がかかる場合、及びこれらの荷重が混合する場合においても溶接継手の疲労強度向上に有効である。
【００４９】
更にまた、本発明の適用対象とする金属板は特に限定されるものではなく、鉄及びその合金、アルミニウム及びその合金、チタニウム及びその合金、マグネシウム及びその合金等からなる金属板を重ね溶接した継手であれば、溶接部を含む部材の形状が板状、管状、形材及び複雑な形状の部材であってもよく、いずれの場合においても、本発明の方法を適用することが可能である。
【００５０】
なお、本発明の重ね溶接継手の疲労強度向上方法においては、超音波衝撃処理する際に付与する超音波は２０〜３２ｋＨｚ、ピン振幅は２５〜３５μｍとし、塑性変形量（変形深さ）は２０〜３０μｍとすることが好ましい。
【実施例１】
【００５１】
以下、本発明の実施例及び本発明の範囲から外れる比較例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明する。先ず、本発明の実施例１について説明する。本実施例においては、下記表１に示す板厚ｔが１．２ｍｍ又は１．６ｍｍで、引張強度が２９０ＭＰａ級又は７８０ＭＰａ級の鋼板を使用し、夫々同鋼種及び同板厚の組み合わせで重ね合わせてスポット溶接し、重ね溶接継手を製作した。その際の溶接条件は、１．２ｍｍ厚の２９０ＭＰａ級鋼板の場合は、加圧力を２．９４ｋＮ、電流を７．０ｋＡとし、１．２ｍｍ厚の７８０ＭＰａ級鋼板の場合は、加圧力を４．８３ｋＮ、電流を６．３ｋＡとし、電極先端径、溶接時間及び保持時間については、いずれの鋼板も夫々５．５ｍｍ、２８０ｍｓ及び１００ｍｓとした。また、１．６ｍｍ厚の２９０ＭＰａ級鋼板の場合は、加圧力を３．９２ｋＮ、電流を８．２ｋＡとし、１．６ｍｍ厚の７８０ＭＰａ級鋼板の場合は、加圧力を６．４４ｋＮ、電流を７．５ｋＡとし、電極先端径、溶接時間及び保持時間は、いずれの鋼板も夫々６．５ｍｍ、３６０ｍｓ及び１４０ｍｓとした。
【００５２】
【表１】
2008000802.tif 000004
【００５３】
次に、上述した方法で製作した各溶接継手に対して、本発明の方法による超音波衝撃処理を施した後、その疲労強度を評価した。また、比較のために、本発明の範囲から外れる処理順序及び処理幅で超音波衝撃処理を施した試験片、並びに超音波衝撃処理を施さない試験片を製作し、実施例の試験片と同様の方法で疲労強度を評価した。その際、超音波衝撃処理は、幅が２〜６ｍｍで先端形状が球状、凸部の高さが０．１〜０．８ｍｍの先端工具を使用し、いずれも１パスで表裏面について処理を行った。超音波衝撃処理した試験片を、ＪＩＳ規格  Ｚ３１３８に規定されているスポット溶接の疲れ試験方法に基づき、せん断方向に載荷する疲労試験を行った。疲労試験条件は、応力比（＝最小荷重／最大荷重）を０．０５とする片振り荷重制御疲労試験とし、室温下で大気中で行った。そして、荷重の制御が困難となる寿命を破断寿命とし、破断寿命が２００万回となる荷重範囲を疲労強度として、各試験片での評価結果を比較した。各試験片への処理条件及び得られた疲労試験結果を上記表１に併せて示す。なお、上記表１における下線は、本発明の範囲外であることを示す。また、上記表１に示す処理部分及び順序は、溶接部中央を処理した後で隙間と溶接金属との境界の直上域を処理した場合を「Ａ」、隙間と溶接金属との境界の直上域を処理した後で溶接部中央を処理した場合を「Ｂ」、隙間と溶接金属との境界の直上域のみを処理した場合を「Ｃ」とした。更に、上記表１に示す処理位置は、隙間と溶接金属との境界の直上域を処理した際の先端工具の中心の位置である。
【００５４】
上記表１に示すように、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５は、１．２ｍｍ厚の２９０ＭＰａ級鋼板を使用した実施例の溶接継手である。これら実施例Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５の継手は、同じ金属板を使用し、処理部分及び処理順序が本発明の範囲外である比較例Ｎｏ．２１及びＮｏ．２２の継手、並びに処理部分の幅が本発明の範囲外である比較例Ｎｏ．２３及びＮｏ．２４の継手に比べて、疲労強度が約３０％向上していた。また、同じ金属板を使用し、超音波衝撃処理を施さなかった比較例Ｎｏ．３７の継手と比べると５０％近く疲労強度が向上していた。これら実施例Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５の継手のうち、実施例Ｎｏ．３の継手は、隙間と溶接金属との境界の直上域の超音波衝撃処理において、先端工具の中心が境界の直上から溶接金属側に１．２ｍｍ（板厚ｔ＝１．２ｍｍ）以内であったため、特に高い疲労強度を示していた。
【００５５】
Ｎｏ．６〜Ｎｏ．１０は、１．２ｍｍ厚の７８０ＭＰａ級鋼板を使用した実施例の溶接継手である。これら実施例Ｎｏ．６〜Ｎｏ．１０の継手は、同じ金属板を使用し、処理部分及び処理順序が本発明の範囲外である比較例Ｎｏ．２５及びＮｏ．２６の継手、並びに処理部分の幅が本発明の範囲外である比較例Ｎｏ．２７及びＮｏ．２８の継手に比べて、約３０％の疲労強度向上効果が認められた。また、同じ金属板を使用し、超音波衝撃処理を施さなかった比較例Ｎｏ．３８の継手と比べると、５０％近く疲労強度が向上していた。これら実施例Ｎｏ．６〜Ｎｏ．１０の継手のうち、実施例Ｎｏ．８の継手は、隙間と溶接金属との境界の直上域の超音波衝撃処理において、先端工具の中心が境界の直上から溶接金属側に１．２ｍｍ（板厚ｔ＝１．２ｍｍ）以内にあったため、特に高い疲労強度を示していた。
【００５６】
Ｎｏ．１１〜Ｎｏ．１５は、１．６ｍｍ厚の２９０ＭＰａ級鋼板を使用した実施例の溶接継手である。これら実施例Ｎｏ．１１〜Ｎｏ．１５の継手は、同じ金属板を使用し、処理部分及び処理順序が本発明の範囲外である比較例Ｎｏ．２９及びＮｏ．３０の継手、並びに処理部分の幅が本発明の範囲外である比較例Ｎｏ．３１及びＮｏ．３２の継手に比べて、約３０％の疲労強度向上効果が認められた。また、同じ金属板を使用し、超音波衝撃処理を施さなかった比較例Ｎｏ．３９の継手と比べると４０％近く疲労強度が向上していた。これら実施例Ｎｏ．１１〜Ｎｏ．１５の継手のうち、実施例Ｎｏ．１３の継手は、隙間と溶接金属との境界の直上域の超音波衝撃処理において、先端工具の中心が境界の直上から溶接金属側に１．６ｍｍ（板厚ｔ＝１．６ｍｍ）以内であったため、特に高い疲労強度を示していた。
【００５７】
Ｎｏ．１６〜Ｎｏ．２０は、１．６ｍｍ厚の７８０ＭＰａ級鋼板を使用した実施例の溶接継手である。これら実施例Ｎｏ．１６〜Ｎｏ．２０の継手は、同じ金属板を使用し、処理部分及び処理順序が本発明の範囲外である比較例Ｎｏ．３３及びＮｏ．３４の継手、並びに処理部分の幅が本発明の範囲外である比較例Ｎｏ．３５及びＮｏ．３６の継手に比べて、約４０％の疲労強度向上効果が認められた。また、同じ金属板を使用し、超音波衝撃処理を施さなかった比較例Ｎｏ．４０の継手と比べると、６０％近く疲労強度が向上していた。これら実施例Ｎｏ．１６〜Ｎｏ．２０の継手のうち、実施例Ｎｏ．１８の継手は、隙間と溶接金属との境界の直上域の超音波衝撃処理において、先端工具の中心が境界の直上から溶接金属側に１．６ｍｍ（板厚ｔ＝１．６ｍｍ）以内にあったため、特に高い疲労強度を示していた。
【００５８】
以上の結果から、本発明の疲労強度向上方法は、重ねスポット溶接継手の疲労強度向上に有効であることが確認された。
【実施例２】
【００５９】
次に、本発明の実施例２について説明する。図２３（ａ）は本実施例の試験片の形状を示す平面図であり、図２３（ｂ）は図２３（ａ）に示すＦ−Ｆ線による断面図である。本実施例においては、下記表２及び表３に示す引張強度レベル及び板厚の熱延鋼板を使用して、図２３（ａ）及び（ｂ）に示す溶接部２を含む試験片（重ね隅肉溶接継手）を製作した。そして、各継手に下記表２及び表３に示す幅の先端工具で超音波衝撃処理を施した後、疲労試験を行った。各継手の溶接には、炭酸ガスアーク溶接を用い、溶接条件は溶接電流を１９０〜２１０Ａ、電圧を２７Ｖ、溶接速度を８０ｃｍ／分とし、１パスで溶接した。また、比較のために、本発明の範囲から外れる処理順序及び処理幅で超音波衝撃処理を施した試験片、並びに超音波衝撃処理を施さない試験片を製作し、実施例の試験片と同様の方法で疲労強度を評価した。更に、溶接始終端２ａの止端部１０ｄ以外の部分については、幅が５〜１０ｍｍで、先端形状が球状、凸部の高さが０．２〜１．０ｍｍの先端工具を使用して、いずれも１パスで超音波衝撃処理を行った。
【００６０】
【表２】
2008000802.tif 000005
【００６１】
【表３】
2008000802.tif 000006
【００６２】
疲労試験条件は、応力比（＝最小荷重／最大荷重）を０．１とする片振り荷重制御疲労試験とし、室温下で大気中で行った。そして、荷重の制御が困難となる寿命を破断寿命とし、破断寿命が２００万回となる荷重範囲を鋼板の断面積（＝板厚×試験片幅）で除した値を疲労強度とし、各試験片の評価結果を比較した。各試験片への処理条件及び得られた疲労試験結果を上記表２及び表３に併せて示す。なお、上記表２及び表３における下線は、本発明の範囲外であることを示す。また、上記表２及び表３に示す処理部分及び順序は、重ね合わせ部と反対側の溶接止端部を超音波衝撃処理した後、隙間と溶接金属との境界の直上域を含む領域を処理し、その後、溶接始終端の止端部を処理した場合を「Ａ１」、重ね合わせ部と反対側の溶接止端部を超音波衝撃処理した後、溶接始終端の止端部を処理し、その後、隙間と溶接金属との境界の直上域を処理した場合を「Ａ２」、溶接始終端の止端部を処理した後、重ね合わせ部と反対側の溶接止端部を超音波衝撃処理し、その後、隙間と溶接金属との境界の直上域を含む領域を処理した場合を「Ａ３」、隙間と溶接金属との境界の直上域を処理した後、重ね合わせ部と反対側の溶接止端部を超音波衝撃処理し、その後、溶接始終端の止端部を処理した場合を「Ｂ」、重ね合わせ部と反対側の溶接止端部を超音波衝撃処理した後、隙間と溶接金属との境界の直上域のみを処理した場合を「Ｃ」とした。更に、上記表２及び表３に示す処理位置は、隙間と溶接金属との境界の直上域を処理した際の先端工具の中心の位置である。
【００６３】
上記表２及び表３に示すように、Ｎｏ．４１〜Ｎｏ．４９は、２．３ｍｍ厚の４４０ＭＰａ級鋼板を使用した実施例の溶接継手である。これら実施例Ｎｏ．４１〜Ｎｏ．４９の継手は、同じ金属板を使用し、処理部分及び処理順序が本発明の範囲外である比較例Ｎｏ．７７及びＮｏ．７８の継手、並びに処理部分の幅が本発明の範囲外である比較例Ｎｏ．７９及びＮｏ．８０の継手に比べて、疲労強度が約２０％向上していた。また、同じ金属板を使用し、超音波衝撃処理を施さなかった比較例Ｎｏ．９３の継手と比べると７０％近く疲労強度が向上していた。これら実施例Ｎｏ．４１〜Ｎｏ．４９の継手のうち、溶接始終端２ａの止端部１０ｄの処理に際し、先端工具の先端半径ｒを本発明の範囲内とした実施例Ｎｏ．４１、Ｎｏ．４２、Ｎｏ．４４、Ｎｏ．４７、Ｎｏ．４９の継手は、先端半径ｒが本発明の範囲外であった実施例Ｎｏ．４３及びＮｏ．４５の継手よりも１０％程度疲労強度が高かった。また、隙間と溶接金属との境界の直上域の超音波衝撃処理において、先端工具の中心が境界の直上から溶接金属側に２．３ｍｍ（板厚ｔ＝２．３ｍｍ）以内にあった実施例Ｎｏ．４６及びＮｏ．４８の継手は、特に高い疲労強度を示しており、この２例のうち先端半径ｒが１．０〜２．０ｍｍの範囲内であった実施例Ｎｏ．４６の継手は、最も高い疲労強度を示した。
【００６４】
Ｎｏ．５０〜Ｎｏ．５８は、２．３ｍｍ厚の７８０ＭＰａ級鋼板を使用した実施例の溶接継手である。これら実施例Ｎｏ．５０〜Ｎｏ．５８の継手は、同じ金属板を使用し、処理部分及び処理順序が本発明の範囲外である比較例Ｎｏ．８１及びＮｏ．８２の継手、並びに処理部分の幅が本発明の範囲外である比較例Ｎｏ．８３及びＮｏ．８４の継手に比べて、１８％以上の疲労強度向上効果が認められた。また、同じ金属板を使用し、超音波衝撃処理を施さなかった比較例Ｎｏ．９４の継手と比べると７０％以上疲労強度が向上していた。これら実施例Ｎｏ．５０〜Ｎｏ．５８の継手のうち、溶接始終端２ａの止端部１０ｄの処理に際し、先端工具の先端半径ｒを本発明の範囲内とした実施例Ｎｏ．５０、Ｎｏ．５１、Ｎｏ．５３、Ｎｏ．５６及びＮｏ．５８の継手は、先端半径ｒが本発明の範囲外であった実施例Ｎｏ．５２及びＮｏ．５４の継手よりも１０％程度疲労強度が高かった。また、隙間と溶接金属との境界の直上域の超音波衝撃処理において、先端工具の中心が境界の直上から溶接金属側に２．３ｍｍ（板厚ｔ＝２．３ｍｍ）以内にあった実施例Ｎｏ．５５及びＮｏ．５７の継手は、特に高い疲労強度を示しており、この２例のうち先端半径ｒが１．０〜２．０ｍｍの範囲内であった実施例Ｎｏ．５５の継手は、最も高い疲労強度を示した。
【００６５】
Ｎｏ．５９〜Ｎｏ．６７は、３．２ｍｍ厚の４４０ＭＰａ級鋼板を使用した実施例の溶接継手である。これら実施例Ｎｏ．５９〜Ｎｏ．６７の継手は、同じ金属板を使用し、処理部分及び処理順序が本発明の範囲外である比較例Ｎｏ．８５及びＮｏ．８６の継手、並びに処理部分の幅が本発明の範囲外である比較例Ｎｏ．８７及びＮｏ．８８の継手に比べて、２０％以上の疲労強度向上効果が認められた。また、同じ金属板を使用し、超音波衝撃処理を施さなかった比較例Ｎｏ．９５の継手と比べると疲労強度が９０％以上向上していた。これら実施例Ｎｏ．５９〜Ｎｏ．６７の継手のうち、溶接始終端２ａの止端部１０ｄの処理に際し、先端工具の先端半径ｒが本発明の範囲内であった実施例Ｎｏ．５９、Ｎｏ．６０、Ｎｏ．６２、Ｎｏ．６５、Ｎｏ．６７の継手は、先端半径ｒが本発明の範囲外であった実施例Ｎｏ．６１及びＮｏ．６３の継手よりも１０％程度疲労強度が高かった。また、隙間と溶接金属との境界の直上域の超音波衝撃処理において、先端工具の中心が境界の直上から溶接金属側に３．２ｍｍ（板厚ｔ＝３．２ｍｍ）以内にあった実施例Ｎｏ．６４及びＮｏ．６６の継手は、特に高い疲労強度を示しており、この２例のうち先端半径ｒが１．０〜２．０ｍｍの範囲内であった実施例Ｎｏ．６４の継手は、最も高い疲労強度を示した。
【００６６】
Ｎｏ．６８〜Ｎｏ．７６は、３．２ｍｍ厚の７８０ＭＰａ級鋼板を使用した実施例の溶接継手である。これら実施例Ｎｏ．６８〜Ｎｏ．７６の継手は、同じ金属板を使用し、処理部分及び処理順序が本発明の範囲外である比較例Ｎｏ．８９及びＮｏ．９０の継手、並びに処理部分の幅が本発明の範囲外である比較例Ｎｏ．９１及びＮｏ．９２の継手に比べて、３５％以上の疲労強度向上効果が認められた。また、同じ金属板を使用し、超音波衝撃処理を施さなかった比較例Ｎｏ．９６の継手と比べると、疲労強度は１００％以上向上していた。これら実施例Ｎｏ．６８〜Ｎｏ．７６の継手のうち、溶接始終端２ａの止端部１０ｄの処理に際し、先端工具の先端半径ｒを本発明の範囲内とした実施例Ｎｏ．６８、Ｎｏ．６９、Ｎｏ．７１、Ｎｏ．７４及びＮｏ．７６の継手は、先端半径ｒが本発明の範囲外であった実施例Ｎｏ．７０及びＮｏ．７２の継手よりも１０％程度疲労強度が高かった。また、隙間と溶接金属との境界の直上域の超音波衝撃処理において、先端工具の中心を境界の直上から溶接金属側に３．２ｍｍ（板厚ｔ＝３．２ｍｍ）以内とした実施例Ｎｏ．７３及びＮｏ．７５の継手は、特に高い疲労強度を示しており、この２例のうち先端半径ｒが１．０〜２．０ｍｍの範囲内であった実施例Ｎｏ．７３の継手は、最も高い疲労強度を示した。
【００６７】
上述の如く、本発明の疲労強度向上方法は、重ね隅肉アーク溶接継手においても疲労強度向上に有効であることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】（ａ）はスポット溶接した重ね溶接継手に本発明の疲労強度向上方法を適用した場合の状態を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ線による断面図である。
【図２】本発明の疲労強度向上方法において、スポット溶接した重ね溶接継手の溶接部中央に超音波衝撃処理を施す工程を示す斜視図である。
【図３】本発明の疲労強度向上方法において、スポット溶接した重ね溶接継手の重ね合わせ部に形成された隙間と溶接金属の境界の直上域に超音波衝撃処理を施す工程を示す斜視図である。
【図４】（ａ）はスポット溶接した重ね溶接継手の疲労亀裂発生位置を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＢ−Ｂ線による断面図である。
【図５】金属板に超音波衝撃処理を施した場合の板厚方向における残留応力の分布を示す図である。
【図６】隙間３と溶接金属との境界４と超音波衝撃処理部分との関係を示す図である。
【図７】隙間３と溶接金属との境界４と超音波衝撃処理部分との関係を示す図である。
【図８】（ａ）は重ね隅肉溶接継手に本発明の疲労強度向上方法を適用した場合の状態を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＣ−Ｃ線による断面図である。
【図９】本発明の他の疲労強度向上方法において、重ね隅肉溶接継手の重ね合わせ部と反対側の溶接止端部に超音波衝撃処理する工程を示す斜視図である。
【図１０】本発明の他の疲労強度向上方法において、図９に示す溶接止端部への超音波衝撃処理後に、隙間と溶接金属との境界の直上域に超音波衝撃処理する工程を示す斜視図である。
【図１１】本発明の他の疲労強度向上方法において、図１０に示す溶接金属との境界の直上域に超音波衝撃処理した後、溶接始終端の止端部を超音波処理する工程を示す斜視図である。
【図１２】本発明の他の疲労強度向上方法において、重ね隅肉溶接継手の重ね合わせ部と反対側の溶接止端部に超音波衝撃処理する工程を示す斜視図である。
【図１３】本発明の他の疲労強度向上方法において、図１２に示す溶接止端部への超音波衝撃処理後に、溶接始終端の止端部を超音波処理する工程を示す斜視図である。
【図１４】本発明の他の疲労強度向上方法において、図１３に示す溶接始終端の止端への超音波処理後に、隙間と溶接金属との境界の直上域に超音波衝撃処理する工程を示す斜視図である。
【図１５】本発明の他の疲労強度向上方法において、重ね隅肉溶接継手の溶接始終端の止端部を超音波処理する工程を示す斜視図である。
【図１６】本発明の他の疲労強度向上方法において、図１５に示す溶接始終端の止端への超音波処理後に、重ね合わせ部と反対側の溶接止端部に超音波衝撃処理する工程を示す斜視図である。
【図１７】本発明の他の疲労強度向上方法において、図１６に示す溶接止端部への超音波衝撃処理後に、隙間と溶接金属との境界の直上域に超音波衝撃処理する工程を示す斜視図である。
【図１８】重ね隅肉溶接継手の溶接始終端の止端部への超音波処理と、重ね合わせ部と反対側の溶接止端部への超音波衝撃処理とを連続的に行う方法を示す斜視図である。
【図１９】本発明の他の疲労強度向上方法において、溶接始終端２ａの止端部１０ｄを超音波衝撃処理する際に使用する先端工具の形状を示す断面図である。
【図２０】本発明の他の疲労強度向上方法において、溶接始終端２ａの止端部１０ｄを超音波衝撃処理する際に使用する他の先端工具の形状を示す斜視図である。
【図２１】本発明の他の疲労強度向上方法において、溶接始終端２ａの止端部１０ｄを超音波衝撃処理する際に使用する他の先端工具の形状を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ｂ）に示すＤ−Ｄ線による断面図である。
【図２２】（ａ）はスポット溶接以外の方法で溶接した重ね溶接継手に本発明の疲労強度向上方法を適用した場合の状態を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＥ−Ｅ線による断面図である。
【図２３】（ａ）は実施例２の試験片の形状を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＦ−Ｆ線による断面図である。
【符号の説明】
【００６９】
１、１ａ、１ｂ  金属板
２  溶接金属
２ａ  溶接始終端
３  隙間
４  境界
５  疲労亀裂
６  荷重方向
７、７ａ、７ｂ、７ｃ  先端工具
８  先端工具の直径
１０ａ  溶接金属中央部
１０ｂ  境界４の直上域
１０ｃ  重ね合わせ部と反対側の止端部
１０ｄ  溶接始終端の止端部
１１  金属板表面
１２  縮残留応力の最大値
１４  金属板の表面から縮残留応力の最大値を示す部分までの距離
１７  境界４の直上
２０  境界４の直上１７から溶接金属側にｔｍｍ以内の範囲
ｒ  先端工具の先端半径
ｔ  金属板の板厚
ｗ  処理幅
ｘ  先端工具の中心軸
【図１】
2008000802.tif 000007
【図２】
2008000802.tif 000008
【図３】
2008000802.tif 000009
【図４】
2008000802.tif 000010
【図５】
2008000802.tif 000011
【図６】
2008000802.tif 000012
【図７】
2008000802.tif 000013
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【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】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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