(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の部材を突き合わせて当該突合部を溶接するに際し、上記板材の溶接端面を突き合わせた状態でその板材の長手方向に搬送しつつ上記突合部に溶接金属を盛り上げ、その突合部の溶接で与えられた熱を保有した状態で、かつ、板材の下面を変形可能に保持しつつ上方の余盛りビードを押し潰すことを特徴とする溶接部の強化方法。
【請求項２】
複数の部材を突き合わせて当該突合部を溶接する溶接手段と、当該溶接手段により溶接された溶接部を押し潰して余盛りビードを溶接部に食い込ませる押潰手段とを備えた溶接部の強化装置において、上記押潰手段が余盛りビードを押し潰す圧延ロールを有し、該圧延ロールが、前記余盛りビードを圧延して押し潰すほぼ円筒状のフラットロールと、このフラットロールに対向して配置され、前記フラットロールに押し潰されて前記余盛りビードの裏側に突出する突起が収納され得る凹溝を備えた溝付ロールとから構成されていることを特徴とする溶接部の強化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の部材を突き合わせて突合部を溶接した場合における当該溶接部の強度を向上させる溶接部の強化方法、強化装置及び強化された強化溶接部品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の溶接方法としては、図１（ａ）に示すように、開先面が形成された２枚の板材１，２を、その開先面で突き合わせた後に溶接金属３を溶かし込んで溶接を行うものが知られている。図中の符号４は溶接金属３が表面から盛り上がった余盛りビードを示し、符号５は余盛りビード４が板材１，２と接触するビード止端部を示し、符号６は板材１，２が溶着していない未溶着ルート部を示し、符号７は未溶着ルート部のルート先端部を示し、符号８は溶接金属の溶込深さを示す。
【０００３】
図１（ａ）に示すものに溶接面に垂直方向（図中イ方向）に引張り溶接面に１００Ｍｐａの応力を与えたところ、図８に示すように未溶着ルート部６のルート先端部７に２００Ｍｐａを越える高応力部が確認された。これは実溶込深さが小さく、未溶着ルート部６のルート先端部７に応力集中が生じたものと考えられる。このような応力集中部が生ずることは溶接材の疲労強度を低下させるので、極力避ける必要がある。
【０００４】
一方板材１，２を突合わせ溶接する際に、溶接される側と反対側に水冷された裏金を当てて溶接するようにして溶込深さを大きくするとともに未溶着ルート部６を極力小さくすることにより応力集中を緩和する方法が採られることがある。また、余盛りビード４を切削又は研削により除去することにより、ビード止端部をなくして応力集中を緩和する方法が採られることがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、裏金を使用する方法では、溶接金属が溶け込んで裏金とが固着することがあり、固着を解除するために余分な工数が必要になったり、裏金が損耗したり裏金金属が溶接金属中に溶け込んで溶接部の品質が低下するといった問題がある。
【０００６】
また、余盛りビード４を除去する方法では除去するために多大な工数が必要となるばかりか、溶込深さは変わらず応力集中を緩和することができず、余盛りビード４を除去した分、板厚が薄くなって強度低下が生ずるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、溶接部の応力集中を緩和し、溶接部の強度（例えば疲労強度）を向上させることができる溶接部の強化方法、溶接部の強化装置及び溶接部の強度が強化された強化溶接部品を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の溶接部の強化方法は、複数の部材を突き合わせて当該突合部を溶接するに際し、上記板材の溶接端面を突き合わせた状態でその板材の長手方向に搬送しつつ上記突合部に溶接金属を盛り上げ、その突合部の溶接で与えられた熱を保有した状態で、かつ、板材の下面を変形可能に保持しつつ上方の余盛りビードを押し潰すことを特徴とする。
【０００９】
本発明の溶接部の強化装置は、複数の部材を突き合わせて当該突合部を溶接する溶接手段と、当該溶接手段により溶接された溶接部を押し潰して余盛りビードを溶接部に食い込ませる押潰手段とを備えた溶接部の強化装置において、上記押潰手段が余盛りビードを押し潰す圧延ロールを有し、該圧延ロールが、前記余盛りビードを圧延して押し潰すほぼ円筒状のフラットロールと、このフラットロールに対向して配置され、前記フラットロールに押し潰されて前記余盛りビードの裏側に突出する突起が収納され得る凹溝を備えた溝付ロールとから構成されていることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態にかかる溶接部の強化装置を添付図面に基づいて説明する。
【００１３】
図２に示すように、板材１０ａ，１０ｂをそれぞれの開先面１０ｃで突き合わせて、圧延ロール１１により図中ロ方向に搬送するようになっている。圧延ロール１１の近傍であって搬送方向上流側に溶接トーチ１２が設けられている。圧延ロール１１は、円柱状のフラットロール１１ａと、両端部１１ｃが円柱状でありこれらの両端部１１ｃ間に凹溝１１ｄが形成された溝付ロール１１ｂとからなっている。凹溝１１ｄは溶接トーチ１２により溶接された部分の裏側に対応して配置されている。
【００１４】
次に、かかる実施の一形態の溶接部の強化装置の作用について説明する。板材１０ａ，１０ｂは開先面１０ｃを突き合わせた状態で圧延ロール１１により搬送される。この搬送動作と同時に溶接トーチ１２により開先面１０ｃに溶接金属を溶かし込み、板材１０ａ，１０ｂを接合する。このときの溶接状態は図１（ａ）に示すように溶接金属による余盛りビード４が突出して形成されている。溶接された板材１０ａ，１０ｂは搬送されて圧延ロール１１のフラットロール１１ａと溝付ロール１１ｂとの間に挟まれて、図１（ｂ）に示すように、余盛りビード４が潰される。図に示すように溶接金属３は板材１０ａ，１０ｂの板厚方向に押し込まれ、裏側に膨出部１４が形成される。ここで、溝付ロール１１ｂには凹溝１１ｄが形成されており、膨出部１４は溝付ロール１１ｂによって拘束を受けることなく形成される。
【００１５】
本強化装置では、溶接トーチ１２による溶接の直後に圧延ロール１１により余盛りビード４を押し潰すようにしているので、溶接とほぼ同時に圧延を行うことができ、溶接作業の生産性の低下を招くことがまったくない。
【００１６】
また、溶接した直後に余盛りビード４を圧延ロールにより圧延して潰すので、余盛りビード４及びこの周辺の板材１０ａ，１０ｂが溶接の際に与えられた熱を保有し変形抵抗が小さくなっており、余盛りビード４を押し潰すのに大きな圧延荷重を必要としない。
【００１７】
このように、圧延ロール１１により余盛りビード４が潰される結果、溶接金属３が押し込まれ、図１（ａ）の状態と比較して、溶込深さ１８が増大するとともにビード止端部１５が平らになる。これにより未溶着ルート部が板材の外側に押し出されて、ルート先端部１７、ビード止端部１５等の応力集中が軽減される。
【００１８】
図１（ｂ）の試料に、図中イ方向に引張荷重をかけ溶接面に垂直に１００Ｍｐａの引張応力を与えた場合の応力分布を計測した結果を図３に示す。未溶着ルート部１６のルート先端部１７に１２０Ｍｐａ程度の応力が確認されるにすぎず、図１（ａ）の試料の場合に比べて大幅に応力集中が緩和されていることがわかる（図８参照）。
【００１９】
また、図１（ａ）及び（ｂ）の試料の溶接面に垂直に引張荷重を繰り返しかける疲労試験を行ったところ、図１（ｂ）の試料の疲労寿命が、図１（ａ）の試料の疲労寿命の１０倍となり、本実施の形態における応力集中の緩和の効果が有効に強度の強化に寄与していることがわかる。
【００２０】
このように本実施の形態の溶接部の強化装置により製造された溶接部品では、応力集中を緩和することができ、強度（例えば疲労強度）の大幅な向上を期待することができるといった顕著な作用効果を奏するものである。したがって、本溶接部品を使用した装置の設計上の自由度を著しく向上させることができるとともに、その信頼性を著しく向上させることができる。
【００２３】
次に、図４に基づいて、本発明の実施の他の形態にかかる溶接部の強化装置について説明する。
【００２４】
図４に示すものは、２個の溝形鋼２０ａ，２０ｂのフランジ部先端の開先面２０ｃを図示しない側面ロールでその側面を押圧して突き合わせ、突合面のうち、まず上部の突合面に対して図中上に設けられた溶接トーチ２２により溶接するとともに、圧延ロール２１により余盛りビード２２を潰して平らにするものである。圧延ロール２１は上下２つの円柱状のフラットロール２１ａにより構成されている。
【００２５】
なお、圧延ロール２１で余盛りビード２３を潰した際に前記実施の形態と同様に裏面に膨出部が形成されるが、裏面側には中空部２０ｄが形成されているので、膨出部は圧延ロール等の他の部材と一切干渉することはなく形成される。したがって、圧延ロール２１の各フラットロール２１ａには図２のような凹溝は形成されていない。
【００２６】
この後、２個の溝形鋼２０ａ，２０ｂの上下を反転させて、残った片側の突合面に対して溶接トーチ２２により溶接を行うとともに圧延ロール２１により余盛りビードを押し潰して角形管の製造が完了する。
【００２７】
図４に示す溶接部の強化装置により製造された溶接部品においても、前記実施の形態の溶接部品と同様に応力集中を緩和し、強度の向上を図ることができる。
【００２８】
次に、図５に基づいて、本発明の実施の更に他の形態にかかる溶接部の強化装置について説明する。
【００２９】
図５に示すものは、２個の丸管３０ａ，３０ｂの先端に形成された開先面３０ｃを突き合わせ、突合面に対応して設けられた溶接トーチ３２により溶接するとともに、圧延ロール３１により余盛りビード３３を潰して平らにするものである。圧延ロール３１は３つの円柱状のフラットロール３１ａにより構成されている。
【００３０】
上記実施の形態と同様に、圧延ロール３１で余盛りビード３３を潰した際に裏面に膨出部が形成されるが、裏面側には中空部３０ｄが形成されているので、膨出部は圧延ロール等の他の部材と一切干渉することはない。したがって、圧延ロール３１の各フラットロール３１ａには図２のような凹溝は形成されていない。
【００３１】
図５に示す溶接部の強化装置により製造された溶接部品においても、前記実施の形態の溶接部品と同様に応力集中を緩和し、強度の向上を図ることができる。
次に、図６に基づいて、本発明の実施の他の形態にかかる溶接部の強化方法について説明する。
【００３２】
このものは、図６（ａ）に示すように、２枚の板材４０ａ，４０ｂの開先面４０ｃを突き合わせ、開先面４０ｃの裏側に裏金４１を配置し、図６（ｂ）に示すように開先面４０ｃに溶接金属４２を溶け込ませ、この後、図６（ｃ）に示すように余盛りビード４３を圧延等により押し潰して平らにしたものである。
【００３３】
図６（ｂ）に示すように溶接金属４２の溶け込みは板材４０ａ，４０ｂの板厚を超えたいわゆる１００％溶込が達成され、未溶着ルート部は形成されていないので、この状態でも応力集中はある程度緩和されるが、溶接金属４２と裏金４１との境界部４４が新たな応力集中源となる。図６（ｃ）に示すように余盛りビード４３を押し潰すことにより当該境界部４４が板材４０ａ，４０ｂの外側に押し出されて応力集中を更に緩和することができる。したがって、強度（例えば疲労強度）を著しく向上させることができる。
【００３４】
次に、図７に本発明の実施の他の形態の溶接部の強化方法について説明する。
【００３５】
このものは、図７（ａ）に示すように、２枚の板材５０ａ，５０ｂの開先面５０ｃを突き合わせ、開先面４０ｃの裏側に一方の板材５０ｂの先端に形成された裏金部５０ｄを配置し、図７（ｂ）に示すように開先面５０ｃに溶接金属５２を溶け込ませ、この後、図７（ｃ）に示すように余盛りビード５３を圧延等により押し潰して平らにしたものである。
【００３６】
図７（ａ）に示すように溶接金属５２の溶け込みは板材５０ａ，５０ｂの板厚を超えたいわゆる１００％溶込が達成され、未溶着ルート部は形成されていないので、この状態でも応力集中はある程度緩和されるが、溶接金属５２と裏金部５０ｄとの境界部５４が新たな応力集中源となる。図７（ｃ）に示すように余盛りビード５３を押し潰すことにより当該境界部５４が板材５０ａ，５０ｂの外側に押し出されて応力集中を更に緩和することができる。したがって、強度（例えば疲労強度）を著しく向上させることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、溶接部の応力集中を低減し溶接部の強度（例えば疲労強度）を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の溶接部の強化方法を示す図である。
【図２】本発明の実施の一形態の溶接部の強化装置を示す斜視図である。
【図３】図１の強化方法により製造された強化溶接部品の作用を示す図である。
【図４】本発明の実施の他の形態の溶接部の強化装置を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施の更に他の形態の溶接部の強化装置を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施の更に他の形態の溶接部の強化方法を示す図である。
【図７】本発明の実施の更に他の形態の溶接部の強化方法を示す図である。
【図８】従来の溶接部品の作用を示す図である。
【符号の説明】
１，２  板材
４  余盛りビード
１０ａ，１０ｂ  板材
１０ｃ  開先面
１１  圧延ロール
１１ａ  フラットロール
１１ｂ  溝付ロール
１１ｄ  凹溝
１２  溶接トーチ
２０ａ，２０ｂ  溝形鋼
２０ｃ  開先面
２１  圧延ロール
２１ａ，２１ｂ  フラットロール
２２  溶接トーチ
２３  余盛りビード
３０ａ，３０ｂ  丸管
３０ｃ  開先面
３１  圧延ロール
３１ａ  フラットロール
３２  溶接トーチ
３３  余盛りビード
４０ａ，４０ｂ  板材
４０ｃ  開先面
４１  裏金
４３  余盛りビード
５０ａ，５０ｂ  板材
５０ｃ  開先面
５０ｄ  裏金部
５３  余盛りビード
【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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【図７】
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【図８】
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