(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相手材に対して溶接される溶接部材の板状溶接端部を、その板端から所定部分について一方の板面側から押圧する第１の型と、上記板端から所定部分を残して他方の板面側から押圧する第２の型とで挟圧し、溶接端部の端面を第１の型の規制面で規制し、溶接端部の端部板面を第２の型の規制面で規制することにより、上記溶接端部に段付け加工を行う溶接端部成形方法において、上記第１の型の押圧部分と第２の型の押圧部分とに重合部分を持たせることにより、第１の型に形成された板面方向に凸となるＲ部と第２の型に形成された板面方向に凸となるＲ部との挟圧部分において圧縮応力場での塑性変形を生じさせることを特徴とする溶接端部成形方法。
【請求項２】
相手材に対して溶接される溶接部材の板状溶接端部を、その板端から所定部分について一方の板面側から押圧する第１の型と、上記板端から所定部分を残して他方の板面側から押圧する第２の型とで挟圧し、溶接端部の端面を第１の型の規制面で規制し、溶接端部の端部板面を第２の型の規制面で規制することにより、上記溶接端部に段付け加工を行う溶接端部成形装置において、上記第１の型の押圧部分と第２の型の押圧部分とに重合部分を持たせ、第１の型の板面方向に凸となるＲ部と第２の型の板面方向に凸となるＲ部とが重合部分において相対向するように配設されたことを特徴とする溶接端部成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、相手材に対して溶接される溶接部材の溶接端部成形方法、溶接端部成形装置及び溶接部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
溶接部材を大型化又は重量化することなく、疲労寿命を向上できる溶接部材及びその溶接部成形方法が、特開平１１−１０３８３号によって提案されている。図６は、上記溶接部材４４及びこの溶接部材４４を用いた溶接部を示す断面図である。ここでは溶接端部４６が形成された溶接部材４４と、相手材４１となる溶接部材との突き合わせ溶接がなされている。相手材４１の溶接端部４２にはＪ型開先が施され、その先端が裏当て４３となっている。一方、溶接部材４４の溶接端部４６は同図に示すように予め曲げ成形され、その先端面４８を上記裏当て４３に当接させている。そして溶接端部４６をこのように曲成することにより、喉厚ｔ１が溶接部材４４の板厚ｔ０よりも大きくなるようにしている。そしてこれにより、溶接部分における応力集中を緩和して、その疲労寿命の向上を可能としている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記手法によって溶接部分の疲労寿命を向上させるためには、溶接端部４６を曲成しなければならない。また溶接端部４６の先端面４８も、裏当て４３と面接触できるような面であることが望ましい。図７は、このような溶接端部４６の成形を行うための従来の成形装置を示す断面図である。同図に示すように、溶接部材４４を押さえ板３１と下型３２との間に挟み、上から上型３３を降下させる。上型３３は、溶接端部４６のうち端面から所定部分について上方から押圧し、下型３２は、上記溶接端部４６のうち上型３３によって押圧されない部分について下方から押圧する。そしてこれにより、溶接端部４６は下型３２と上型３３とに挟まれるようにして曲成される。ところがこのような曲成過程では、溶接端部４６に形成された曲率の小さい凸状曲成部分に、剪断割れを誘発することがある。このような剪断割れが生じると、溶接部の疲労寿命を却って低下させることになる。また従来の成形方法においては、上記のような曲成を施す前後のいずれかにおいて、切削加工等によって溶接端部４６の先端面４８を板面とほぼ並行となるように仕上げておき、裏当て４３と面接触させるようにしていた。そのため成形に手間がかかり、これがコストアップの一因になるという問題があった。これは、溶接部材４４に疲労寿命の向上と低コストが要求される建設機械の板金部材では、大きな問題となる。
【０００４】
この発明は、上記従来の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、従来同様に応力緩和によって疲労寿命を向上しながらも、曲成部分に剪断割れ等を誘発することなく、低コストに溶接端部の成形が可能な溶接端部成形方法を提供することにある。また溶接端部の成形を精度良く行うことができる溶接端部成形方法を提供することもこの発明の目的である。さらに上記溶接端部成形方法の実施に好適な溶接端部成形装置を提供すること、及び上記方法によって低コストに成形でき、確実に疲労寿命を向上させることが可能な溶接部材を提供することもこの発明の目的である。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び効果】
そこで請求項１の溶接端部成形方法は、相手材に対して溶接される溶接部材の板状溶接端部を、その板端から所定部分について一方の板面側から押圧する第１の型と、上記板端から所定部分を残して他方の板面側から押圧する第２の型とで挟圧し、溶接端部の端面を第１の型の規制面で規制し、溶接端部の端部板面を第２の型の規制面で規制することにより、上記溶接端部に段付け加工を行う溶接端部成形方法において、上記第１の型の押圧部分と第２の型の押圧部分とに重合部分を持たせることにより、第１の型に形成された板面方向に凸となるＲ部と第２の型に形成された板面方向に凸となるＲ部との挟圧部分において圧縮応力場での塑性変形を生じさせることを特徴としている。
【０００６】
また請求項２の溶接端部成形装置は、相手材に対して溶接される溶接部材の板状溶接端部を、その板端から所定部分について一方の板面側から押圧する第１の型と、上記板端から所定部分を残して他方の板面側から押圧する第２の型とで挟圧し、溶接端部の端面を第１の型の規制面で規制し、溶接端部の端部板面を第２の型の規制面で規制することにより、上記溶接端部に段付け加工を行う溶接端部成形装置において、上記第１の型の押圧部分と第２の型の押圧部分とに重合部分を持たせ、第１の型の板面方向に凸となるＲ部と第２の型の板面方向に凸となるＲ部とが重合部分において相対向するように配設されたことを特徴としている。
【０００８】
上記請求項１の溶接端部成形方法では、第１の型と第２の型との挟圧によって溶接端部が圧縮応力場において塑性変形され、この塑性変形によって段付け加工が行われる。従って段付け部分に剪断割れ、あるいは引張応力に起因する割れが生じるのを防止しながら、精度の良い成形加工を行うことができる。そしてこの方法によれば、精度の高い成形加工が行えるので、従来のように機械加工を施す必要がなく、そのため低コストでの溶接端部成形が可能となる。その上、溶接端部の塑性変形を一定の方向に向かって生じさせることができるので、段付け加工、端面及び端部板面の加工を円滑に行うことが可能となる。また溶接部分の応力を緩和して疲労寿命を確実に向上させることも可能である。そして請求項２の溶接端部成形装置によれば、上記請求項１の方法の実施に好適であるし、また請求項３によれば、上記請求項１の方法によって、低コストに成形でき、確実に疲労寿命を向上させることが可能な溶接部材を提供することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の溶接端部成形方法、溶接端部成形装置及び溶接部材の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１６】
図２は、上記溶接端部成形装置の断面図である。この溶接端部成形装置は、支持台１８に取り付けられた下型（第２の型）１２と、上記支持台１８に対し昇降可能に設けられた上型（第１の型）１３とを備えている。この上型１３は押圧部材１９に取り付けられたものであるが、この押圧部材１９には、バネ２０を介して押さえ板１１が取り付けられている。そしてこの押さえ板１１と下型１２とで板状の溶接部材４を挟持し、その溶接端部６に段付け加工を行うのである。
【００１７】
図１は、上記段付け加工を行う部分を拡大して示す断面図である。上記上型１３は、溶接端部６のうち、溶接部材４の端面７から距離Ｌまでの部分について上方から板面を押圧するものである。また上記下型１２は、溶接端部６のうち、上記端面７から距離Ｎまでの部分を残して下方から板面を押圧するものである。ここで距離Ｌは距離Ｎよりも大とされている。従って同図に示すＭの部分については、上型１３と下型１２とがオーバーラップして溶接端部６を挟圧することになる。そしてこのオーバーラップ部Ｍにおいては、上記上型１３には下方に凸となるＲ部１７が形成されている。そしてこのＲ部１７と相対向するようにして、上記下型１２にも、上記オーバーラップ部Ｍにおいて上方に凸となるＲ部１６が形成されている。さらに上記上型１３には、押さえ１１と下型１２とで挟持した溶接部材４の板面９とほぼ直交する先端当接面１５が、下方に向けて延びるように形成されている。一方、上記下型１２には、上記板面９とほぼ平行な下端当接面１４が、下型１２の上記Ｒ部１６よりも溶接部材４先端側において、挟持面２１よりもやや下方に形成されている。そしてこれら先端当接面１５と下端当接面１４とにより、閉塞部１０が形成されている。
【００１８】
上記溶接端部成形装置で行う溶接端部成形方法について、図３に基づいて説明する。溶接端部６の成形を行うには、まず図３（ａ）に示すように、溶接部材４を下型１２上に載置する。そしてバネ２０の弾発力によって、上記押さえ板１１と下型１２とにより溶接部材４を狭持する。この状態で上記押圧部材１９を押圧し、上型１３を下降させる。すると図３（ｂ）のように、溶接端部６は上型１３のＲ部１７と下型１２のＲ部１６とで上下から挟圧され、上記オーバーラップ部Ｍにおいて、圧縮応力場での塑性変形を生じることになる。そしてこの塑性変形によって、上記溶接端部６には、その先端側が下方に位置するような段付け加工がなされる。また図３（ａ）（ｂ）（ｃ）から明らかなように、溶接端部６は、上記塑性変形によって先端側へ延びるように変形するが、この溶接端部６の変形は上記閉塞部１０の先端当接面１５で規制される。そしてこの塑性変形の規制により、上記先端当接面１５によって溶接端部６の端面７が形成される。さらに上記溶接端部６は下方に向かっても塑性変形するが、この先端部の下方への変形は、上記閉塞部１０の下端当接面１４によって規制される。そしてこの塑性変形の規制により、下端当接面１４によって溶接端部６の端部板面８が形成される（図３（ｃ）参照）。
【００１９】
図４は、上記溶接端部成形装置を用いた成形方法で成形された溶接部材４を示す断面図である。上記段付け加工によって、溶接端部６には段付けがなされている。そしてこの溶接端部６には、上記下型１２の下端当接面１４による塑性変形の規制で形成された端部板面８と、上記上型１３の先端当接面１５による塑性変形の規制で形成された端面７とが形成されている。そして上記端部板面８を突き合わせ板面として相手材１の裏当て３に面接触させ、上記溶接端部６と相手材１のＪ型開先との間を溶接するようになっている。従って上記従来と同様に、溶接部材４の板厚ｔ０よりも大きな喉厚ｔ１が開先に形成されることになる。
【００２０】
上記溶接端部成形装置では、上型１３と下型１２とにオーバーラップ部Ｍを設けている。このオーバーラップ部Ｍでは、上型１３が溶接端部６を押圧する部分と下型１２が溶接端部６を押圧する部分とが重合するので、溶接端部６は上述のように圧縮応力場での塑性変形を起こすことになる。そしてこのような塑性変形で段付け加工がなされるので、上記成形装置及び成形方法では、大きな塑性変形量を確保して所望量の段付け加工を行いつつ、溶接端部６に剪断割れや引張応力に起因する割れが生じるのを防止しながら、精度の良い成形加工を行うことができる。そしてこの方法によれば、精度の高い成形加工が行えるので、従来のように機械加工を施す必要がなく、そのため低コストでの溶接端部成形が可能となる。また溶接部分の応力を緩和して疲労寿命を確実に向上させることも可能である。すなわち図５に、従来のアーク溶接継手（ａ）（ｂ）と、上記によって得られた溶接部材を用いたアーク溶接継手（ｃ）（ｄ）との疲労試験結果を対比して示しているが、同図から明らかなように、本実施形態の溶接部材を用いたアーク溶接継手（ｃ）（ｄ）によれば、母材許容被害量をはるかに超えた被害量に至っても破断せず、従来継手に比較して疲労寿命が格段に向上していることが確認された。
【００２１】
また上記成形装置では、上型１３の先端当接面１５と下型１２の下端当接面１４とによって、溶接端部６の塑性変形を規制する閉塞部１０を構成している。従って、溶接端部６の端面７は上型１３の先端当接面１５に密着して形成され、また端部板面８も下型１２の下端当接面１４に密着して形成される。つまり端面７の傾斜は先端当接面１５の傾斜と等しいものとなるのであり、これによって突き合わせ端面となる端面７の近傍に、溶接欠陥が生じるのを確実に防止することができる。また端部板面８も下端当接面１４の面形状の通りに成されるから、裏当て３の上面と密に面接触できる面として形成される。そしてそのために要するのは上型１３と下型１２とによる挟圧工程のみであって、何ら切削加工等を別途に施す必要がないから、大幅なコストダウンを図ることができる。
【００２２】
また上記オーバーラップ部Ｍでは、上型１３のＲ部１７と下型１２のＲ部１６とで溶接端部６を挟圧するようにしている。そのため挟圧された溶接端部６は円滑にその先端側へ向かって延びるように変形し、段付け加工及び端面７と端部板面８の成形を容易に行うことができる。
【００２３】
以上にこの発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、上記では下型１２と上型１３とに断面円弧状のＲ部１６、１７を形成しているが、これはテーパ面を連設して得られる多段テーパ形状にしても良い。また上記成形方法及び溶接部材は、種々の部品に適用が可能であるが、特に建設機械の板金部品のような大型部品に適用する場合には、その効果は大いに発揮される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態の溶接端部成形装置による段付け加工を説明する断面図である。
【図２】上記溶接端部成形装置の断面図である。
【図３】上記溶接端部成形装置による段付け加工方法を経時的に示す断面図である。
【図４】上記溶接端部成形装置で加工されたこの発明の一実施形態の溶接部材を示す断面図である。
【図５】上記溶接端部成形装置で加工された上記実施形態の溶接部材を用いたアーク溶接継手の疲労寿命を従来継手の疲労寿命と対比して示すグラフである。
【図６】従来例の溶接部材を示す断面図である。
【図７】従来例の溶接端部成形装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１  相手材
４  溶接部材
６  溶接端部
７  端面
８  端部板面
１２  下型
１３  上型
１４  下端当接面
１５  先端当接面
１６  Ｒ部
１７  Ｒ部
Ｍ  オーバーラップ部
【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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