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JP6432267B2 - Welded structural members that reduce stress concentration - Google Patents
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Description

本発明は、溶接ビードとブラケットの接点における応力集中を低減する溶接構造部材に関し、特に自動車の足回り部材などの繰り返し荷重が付加される溶接構造部材に関する。   The present invention relates to a welded structural member that reduces stress concentration at a contact point between a weld bead and a bracket, and more particularly to a welded structural member to which a repeated load is applied, such as an underbody member of an automobile.

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、これまで種々の取組みがなされてきた。   In the automobile field, in order to preserve the environment, there is a demand for improved collision safety as well as improved fuel economy by reducing the weight of the vehicle body. For this reason, various efforts have been made so far in order to reduce the thickness by using a high-strength steel sheet and optimize the vehicle body structure to reduce the weight of the vehicle body and improve the collision safety.

車体の軽量化を図る高強度鋼板には、疲労強度も求められる。通常、溶接部材に用いられる母材の疲労強度は、鋼板強度に比例して増加するが、溶接継手の疲労強度は、鋼板強度が増加しても、殆ど増加しないことが知れている。このことが、高強度鋼板の使用による車体の軽量化を阻害している。   Fatigue strength is also required for high-strength steel sheets that reduce the weight of the vehicle body. Usually, the fatigue strength of the base material used for the welded member increases in proportion to the steel plate strength, but it is known that the fatigue strength of the welded joint hardly increases even when the steel plate strength increases. This hinders the weight reduction of the vehicle body due to the use of high-strength steel plates.

特に、サスペンションアームやサブフレームなどの自動車の足回り部材において、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ており、足回り用の溶接構造部材は、部材の構造上、鋼部材と鋼部材の接合部(重なり部)の片側のみ隅肉溶接される溶接個所があり、疲労き裂はそのような場所で発生しやすい。そのため、足回り部材の軽量化を達成するには、接合部の片側のみ隅肉溶接される隅肉溶接継手の疲労強度を高めることが課題となる。   In particular, the fatigue strength of the welded portion is more important in automobile underbody members such as suspension arms and subframes. Fillet arc welding is often used for welding these suspension members, and the welding structure member for the suspension is only on one side of the joint (overlapping portion) between the steel member and the steel member due to the structure of the member. There are welds where fillets are welded, and fatigue cracks are likely to occur in such places. Therefore, in order to achieve weight reduction of the suspension member, it is a problem to increase the fatigue strength of the fillet welded joint that is fillet welded only on one side of the joint.

従来、隅肉溶接継手の疲労強度を向上させる手段として、グラインダー処理や化粧盛り溶接などによるビード止端部の仕上げ加工や、適切な形状、位置にリブなどの補強部材を溶接することなどが行われている。止端部の仕上げ加工は手間がかかり、別の部材を溶接するとコストの増加につながるという問題があり、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。   Conventionally, as means for improving the fatigue strength of fillet welded joints, finish processing of bead toes by means of grinder processing or decorative fill welding, and welding of reinforcing members such as ribs to appropriate shapes and positions have been performed. It has been broken. Finishing the toe portion is time consuming, and there is a problem that welding another member leads to an increase in cost, and it is not a technology that can be applied to the manufacture of mass-produced products such as automobile parts.

被溶接部材の構造の面から止端部への応力集中を低減させる技術が、特許文献1に開示されている。特許文献1には、ブラケットの側面に円弧状の切欠きを設け、構造部材とブラケットとの溶接部の始終端の止端での応力を低減することが開示されている。   A technique for reducing stress concentration from the structural surface of the member to be welded to the toe is disclosed in Patent Document 1. Patent Document 1 discloses that an arc-shaped notch is provided on the side surface of the bracket to reduce the stress at the toe at the start and end of the welded portion between the structural member and the bracket.

しかし、特許文献1に記載された技術では、自動車の足回り部材などの繰り返し荷重が付加される溶接構造部材の隅肉溶接において、止端部での応力低減が十分でなく、さらに応力を低減させる必要があった。   However, in the technique described in Patent Document 1, in fillet welding of a welded structural member to which repeated loads are applied, such as an automobile underbody member, stress reduction at the toe portion is not sufficient, and stress is further reduced. It was necessary to let them.

一方、溶接方法の面から止端部への応力集中を低減させる技術が、特許文献2に開示されている。特許文献2には、鋼板の一面に他方の鋼板の端面を突き合わせ、突合せ部分の両側に隅肉ビードを形成し、さらに、この溶接ビードを延長する溶接ビード構造が開示されている。特許文献2に開示の溶接ビード構造は、止端部を、他の鋼板の端部から遠ざけることによって止端部への応力集中を緩和するものである。しかし、ルート部への応力集中を低減する効果はなく、疲労破壊の発生を効果的に抑制することはできない。   On the other hand, Patent Document 2 discloses a technique for reducing stress concentration from the surface of the welding method to the toe portion. Patent Document 2 discloses a weld bead structure in which the end face of the other steel plate is butted against one surface of the steel plate, fillet beads are formed on both sides of the butted portion, and this weld bead is extended. The weld bead structure disclosed in Patent Document 2 relaxes the stress concentration on the toe portion by moving the toe portion away from the end portions of other steel plates. However, there is no effect of reducing stress concentration on the root portion, and the occurrence of fatigue failure cannot be effectively suppressed.

特開2004−169864号公報JP 2004-169864 A 特開平09−253843号公報JP 09-253843 A

本発明では、このような実情に鑑み、接合部の片側のみを隅肉溶接され、自動車の足回り部材などの繰り返し荷重が付加される溶接構造部材において、簡単な構造で、止端部及びルート部での疲労による割れの発生の防止を可能にする溶接構造部材を提供することを課題とする。   In the present invention, in view of such a situation, only one side of the joint portion is fillet welded, and a welded structure member to which a repeated load such as an undercarriage member of an automobile is applied has a simple structure, a toe portion and a route. It is an object of the present invention to provide a welded structure member that can prevent the occurrence of cracks due to fatigue at the joint.

本発明者らは、上記課題を解決する手段について鋭意研究した。その結果、側面に円弧状の切欠きを設けたブラケットと構造部材との接合部の片側のみを隅肉溶接される溶接構造部材において、延長ビードを形成し、その際に、切欠きと溶接ビード上端部との位置を限定することで、溶接ビードの止端部での応力集中がさらに緩和されるとともに、ルート部での応力集中も緩和されるとの知見を得た。   The present inventors diligently studied on means for solving the above problems. As a result, an extension bead is formed in the welded structural member that is fillet welded only on one side of the joint portion between the bracket and the structural member provided with the arc-shaped notch on the side surface. At that time, the notch and the weld bead are formed. It was found that the stress concentration at the toe portion of the weld bead is further relaxed and the stress concentration at the root portion is also mitigated by limiting the position with the upper end portion.

本発明は、このような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。
(1)鋼板から形成されるブラケットと構造部材が隅肉溶接された溶接構造部材であって、前記ブラケットは、1又は2のフランジを有し、該ブラケットの開放された側面の少なくとも片側に円弧状の切欠きが形成されており、前記ブラケットと構造部材の重なり部に対して、ブラケットの片側面からのみ前記隅肉溶接が行われており、該隅肉溶接による溶接ビードは、少なくとも前記切欠きが形成された側面においてブラケットの端部から延長して形成されるとともに、溶接ビードの上端部が、前記切欠きの中心の高さ位置以下にある切欠き部分と接触するように形成されていることを特徴とする溶接構造部材。
(2)ブラケット幅をW、前記側面から切欠きの中心の高さ位置にある切欠き部分までの距離をdとしたとき、d/Wが0.05〜0.15であることを特徴とする前記(1)に記載の溶接構造部材。
The present invention has been made based on such knowledge, and the gist thereof is as follows.
(1) A welded structural member in which a bracket formed from a steel plate and a structural member are fillet welded, the bracket having one or two flanges, and a circle on at least one side of the open side surface of the bracket An arc-shaped notch is formed, and the fillet welding is performed only on one side of the bracket with respect to the overlapping portion of the bracket and the structural member, and the weld bead by the fillet welding is at least the cut. It is formed so as to extend from the end of the bracket on the side surface where the notch is formed, and the upper end of the weld bead is formed so as to come into contact with the notch portion below the center height position of the notch. A welded structure member characterized by comprising:
(2) When the bracket width is W and the distance from the side surface to the notch at the center height of the notch is d, d / W is 0.05 to 0.15. The welded structure member according to (1).

本発明によれば、ブラケットを構造部材に隅肉溶接して固定された溶接構造部材において、その部材が繰り返し振動応力にさらされる場合でも、ブラケットの切欠きと溶接ビードとが接触する構造とすることにより、疲労破壊の発生を顕著に抑制する、疲労特性に優れた溶接構造部材を提供することができる。   According to the present invention, in a welded structural member fixed to a structural member by fillet welding the bracket, even if the member is repeatedly exposed to vibration stress, the bracket notch and the weld bead are in contact with each other. Thus, it is possible to provide a welded structure member that significantly suppresses the occurrence of fatigue failure and has excellent fatigue characteristics.

円弧状の切欠きを有するブラケットを示す図である。(a)は鋼板から形成されたブラケットであり、(b)はフランジを示す。It is a figure which shows the bracket which has an arc-shaped notch. (A) is the bracket formed from the steel plate, (b) shows a flange. 切欠きと溶接ビードが接触していない溶接構造部材を示す図である。(a)は溶接構造部材を示し、(b)はフランジを示す。It is a figure which shows the welded structural member which a notch and the weld bead are not contacting. (A) shows a welded structural member and (b) shows a flange. 切欠きと溶接ビードが接触している溶接構造部材を示す図である。(a)は溶接構造部材を示し、(b)はフランジを示す。It is a figure which shows the welding structural member which the notch and the weld bead are contacting. (A) shows a welded structural member and (b) shows a flange. 円弧状の切欠きを有するブラケットから構成される溶接構造部材を示す図である。(a)はコの字型の開口を下側にしたブラケットから構成される溶接構造部材を示し、(b)は板状のブラケットから構成される溶接構造部材を示す。It is a figure which shows the welding structure member comprised from the bracket which has an arc-shaped notch. (A) shows the welding structural member comprised from the bracket which made the U-shaped opening the lower side, (b) shows the welding structural member comprised from a plate-shaped bracket. ブラケット幅Wと切欠き深さdの比率(d/W)に対する応力集中係数Ktの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the stress concentration factor Kt with respect to the ratio (d / W) of the bracket width W and the notch depth d. 試験用ブラケットの外観を示す図である。It is a figure which shows the external appearance of the bracket for a test.

まず、本発明の切欠きを有するブラケットの一例について、図面を用いて説明する。   First, an example of a bracket having a notch according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図1には、円弧状の切欠きを有するブラケットを示す。(a)は鋼板から形成されたブラケットであり、(b)はフランジを示す。ブラケット1は、構成要素であるフランジ2や種々連結部材など(図示省略)を含むものである(特許文献1、参照)。ブラケット1は、板厚5mm以下の鋼板で形成され、鋼板の鋼種や成分組成は、特に限定されない。また、ブラケット1は、コの字型であり、開放された側面3に切欠き4を有している。   FIG. 1 shows a bracket having an arcuate notch. (A) is the bracket formed from the steel plate, (b) shows a flange. The bracket 1 includes a flange 2 that is a constituent element, various connecting members, and the like (not shown) (see Patent Document 1). The bracket 1 is formed of a steel plate having a thickness of 5 mm or less, and the steel type and component composition of the steel plate are not particularly limited. The bracket 1 is U-shaped and has a notch 4 on the open side surface 3.

切欠き4に近い側のフランジ2の溶接される端部から、他端部側に向かう方向を高さ方向としたとき、ブラケット1は、ブラケット高さHを有し、それと直行する方向を幅方向としたとき、ブラケット1は、ブラケット幅Wを有する。そして、切欠き4は、点線で示した円の中心を切欠きの中心5とする円弧形状であり、切欠き半径rを有する。また、切欠きの中心5の高さ位置にある切欠き部分と側面3との距離dは、切欠きの半径rより小さく示してある。なお、以下、距離dを「切欠き深さ」ということもある。そして、ブラケット1の端部から下端の切欠きの位置までの高さH1は、疲労強度が低下しないように、溶接ビード高さの1/2以上、例えば、3mm以上となるように形成されている。   When the direction from the welded end of the flange 2 on the side close to the notch 4 to the other end is defined as the height direction, the bracket 1 has a bracket height H and the direction perpendicular thereto is the width. When the direction is taken, the bracket 1 has a bracket width W. The notch 4 has an arc shape with the center of the circle indicated by the dotted line as the center 5 of the notch, and has a notch radius r. Further, the distance d between the notch portion at the height position of the notch center 5 and the side surface 3 is shown smaller than the notch radius r. Hereinafter, the distance d may be referred to as “notch depth”. The height H1 from the end of the bracket 1 to the position of the notch at the lower end is formed to be ½ or more of the weld bead height, for example, 3 mm or more so that the fatigue strength does not decrease. Yes.

このようなブラケットと構造部材を溶接した溶接構造部材を、自動車の足回り部材などの繰り返し荷重が付加される溶接構造部材とするためには、止端部及びルート部での応力をさらに低減させて、疲労特性を向上させる必要がある。   In order to make such a welded structural member welded with a bracket and a structural member a welded structural member to which a repeated load is applied, such as an automobile underbody member, stress at the toe portion and the root portion is further reduced. Therefore, it is necessary to improve the fatigue characteristics.

まず、本発明者らは、溶接ビードの止端部での応力集中をさらに緩和するために、溶接ビードを延長することを検討した。   First, the present inventors examined extending the weld bead in order to further alleviate the stress concentration at the toe portion of the weld bead.

図2に、切欠きと溶接ビードが接触していない溶接構造部材を示す図である。(a)は溶接構造部材を示し、(b)はフランジを示す。この溶接構造部材は、円弧状の切欠きを有するブラケット1のフランジ2の片面からのみ構造部材6と隅肉溶接し、溶接ビードが側面3から延長するようにしたものである。なお、(a)の点線は、隠れている部分の溶接ビードを示している。   FIG. 2 is a view showing a welded structural member in which the notch and the weld bead are not in contact with each other. (A) shows a welded structural member and (b) shows a flange. This welded structural member is formed by fillet welding with the structural member 6 only from one side of the flange 2 of the bracket 1 having an arc-shaped notch so that the weld bead extends from the side surface 3. In addition, the dotted line of (a) has shown the weld bead of the hidden part.

この溶接構造部材のブラケット1に関して、有限要素法(FEM)による応力分布解析を行った。その結果、ブラケット1と溶接ビード7が接触する切欠き4の周辺部分(以下、「接触部分」とする)に応力が集中していた。   With respect to the bracket 1 of this welded structural member, stress distribution analysis was performed by a finite element method (FEM). As a result, stress was concentrated on the peripheral portion (hereinafter referred to as “contact portion”) of the notch 4 where the bracket 1 and the weld bead 7 are in contact.

このように、接触部分8に応力が集中するのは、切欠き4へ応力が効率よく分散していないためと考えた。そこで、本発明者らは、切欠き4へ応力を効率よく分散させるには、切欠き4と溶接ビードを適切な位置関係となるようにする必要があると予想し、切欠き4と溶接ビードの位置関係を検討した。   Thus, the stress is concentrated on the contact portion 8 because the stress is not efficiently dispersed in the notch 4. Therefore, the present inventors anticipate that it is necessary to ensure that the notch 4 and the weld bead have an appropriate positional relationship in order to efficiently distribute the stress to the notch 4, and the notch 4 and the weld bead. The positional relationship was examined.

図3は、切欠きと溶接ビードが接触している溶接構造部材を示す図である。(a)は溶接構造部材を示し、(b)はフランジを示す。この溶接構造部材は、円弧状の切欠きを有するブラケット1のフランジ2の片面からのみ構造部材6と隅肉溶接する際に、切欠き4の下端と溶接ビード7の上端を接触するようにし、さらに、溶接ビードが側面3から延長するようにしたものである。なお、(a)の点線は、隠れている部分の溶接ビードを示している。   FIG. 3 is a view showing a welded structural member in which a notch and a weld bead are in contact with each other. (A) shows a welded structural member and (b) shows a flange. When this welded structural member is welded to the structural member 6 only from one side of the flange 2 of the bracket 1 having an arc-shaped cutout, the lower end of the cutout 4 and the upper end of the weld bead 7 are brought into contact with each other. Further, the weld bead extends from the side surface 3. In addition, the dotted line of (a) has shown the weld bead of the hidden part.

この溶接構造部材において、上記同様に、ブラケット1に関して、有限要素法(FEM)による応力分布解析を行った。その結果、接触部分8の応力が低減されていた。これは、切欠き4と溶接ビード7を接触させると、接触部分8に応力が集中しなくなり、切欠きにより応力が分散するものと考える。   In this welded structural member, the stress distribution analysis by the finite element method (FEM) was performed on the bracket 1 in the same manner as described above. As a result, the stress at the contact portion 8 was reduced. It is considered that when the notch 4 and the weld bead 7 are brought into contact with each other, the stress is not concentrated on the contact portion 8 and the stress is dispersed by the notch.

また、切欠きの中心5の高さを超える位置にある切欠き部分と溶接ビード7が接触するようにした溶接構造部材において、同様に、検討したが、接触部分8に応力が集中した。これは、溶接ビード7が切欠きを覆うように形成されるため、切欠き4による応力の分散効果が低減するものと考える。   Further, in the welded structure member in which the notch portion at a position exceeding the height of the center 5 of the notch and the weld bead 7 are in contact with each other, the stress is concentrated on the contact portion 8. This is because the weld bead 7 is formed so as to cover the notch, so that the stress dispersion effect by the notch 4 is reduced.

以上、検討結果をまとめると、以下の通りである。
溶接ビード7の上端部が、切欠きの中心5の高さ以下の位置にある切欠き部分と接触するように溶接構造部材を構成することで、接触部分8の応力集中が低減し、疲労特性に優れた溶接構造部材とすることができる。なお、切欠きの中心5から切欠き下端までの範囲を「応力低減範囲a」という。
The examination results are summarized as follows.
By configuring the welded structure member so that the upper end portion of the weld bead 7 is in contact with the notch portion at a position equal to or lower than the height of the center 5 of the notch, stress concentration at the contact portion 8 is reduced, and fatigue characteristics are reduced. It can be set as the welded structure member excellent in. The range from the notch center 5 to the notch lower end is referred to as “stress reduction range a”.

本発明は、以上のような検討過程を経て上記(1)に記載の発明に至ったものであり、そのような本発明について、さらに、必要な要件や好ましい要件について順次説明する。   The present invention has reached the invention described in the above (1) through the examination process as described above, and the necessary and preferred requirements will be further described in order.

(ブラケットの形状)
本発明のブラケットは、図1に示すものに限らず、1又は2のフランジと、開放された側面の少なくとも片側に円弧状の切欠きを有するものである。次に、ブラケットの他の例を示す。
(Bracket shape)
The bracket of the present invention is not limited to that shown in FIG. 1, but has one or two flanges and an arc-shaped cutout on at least one side of the opened side surface. Next, another example of the bracket is shown.

図4には、円弧状の切欠きを有するブラケットから構成される溶接構造部材を示す図である。(a)はコの字型の開口を下側にしたブラケットから構成される溶接構造部材であり、(b)は板状のブラケットから構成される溶接構造部材である。図1及び図4(a)のブラケット1は、いずれも、コの字型のブラケット1であり、コの字の開口の方向を変えたものである。   FIG. 4 is a view showing a welded structure member constituted by a bracket having an arcuate notch. (A) is a welding structure member comprised from the bracket which made the U-shaped opening the lower side, (b) is a welding structure member comprised from a plate-shaped bracket. Each of the brackets 1 in FIGS. 1 and 4A is a U-shaped bracket 1 in which the direction of the U-shaped opening is changed.

図1に示すブラケット1は、ブラケット1の開放された2箇所の側面3の両側に切欠きを有しているが、図4(a)に示すブラケット1は、ブラケット1の開放された4箇所の側面3のうち2箇所に、切欠き4を設けている。ブラケット1において、溶接されるフランジ2の面に対して少なくとも1箇所、切欠きを設ける必要があり、開放された側面3の全てに切欠きを設けてもよい。   The bracket 1 shown in FIG. 1 has notches on both sides of the two side surfaces 3 where the bracket 1 is opened, but the bracket 1 shown in FIG. The notch 4 is provided in two places in the side surface 3 of this. In the bracket 1, it is necessary to provide at least one notch on the surface of the flange 2 to be welded, and the notch may be provided on all of the open side surfaces 3.

図4(b)は、板状のブラケットを示しており、ブラケット1の開放された側面3の両側に、切欠き4を設けている。また、ブラケット1の開放された側面3の片側に切欠きを設けてもよい。   FIG. 4B shows a plate-like bracket, and notches 4 are provided on both sides of the open side surface 3 of the bracket 1. Further, a notch may be provided on one side of the open side surface 3 of the bracket 1.

図1及び図4に示したブラケットの形状は、一例であり、その他の形状としても、本発明の効果を得ることができる。   The shape of the bracket shown in FIGS. 1 and 4 is an example, and the effects of the present invention can be obtained with other shapes.

(切欠きの形状)
図1には、円形状の曲線の円弧から形成されている切欠き4を示したが、楕円状などの曲線で形成された環状の円弧や放物線状の曲線の一部であってもよい。切欠き4が、円形状及び楕円形状の曲線の円弧の場合は、切欠きの中心5は、円形状及び楕円形状の曲線の中心であり、蛇行(波打)する曲線で形成された環状の円弧の場合は、切欠きの中心5は、円相当中心とする。切欠き4が放物線状の曲線の一部の場合は、放物線に中心はないので、側面3からブラケット幅W方向に最も凹んだ曲線の位置を、切欠き中心の高さ位置とする。
(Notch shape)
Although FIG. 1 shows the notch 4 formed from a circular curved arc, it may be a circular arc formed by an elliptical curve or a part of a parabolic curve. When the notch 4 is a circular arc and an elliptical curved arc, the notch center 5 is the center of the circular and elliptical curve, and is an annular shape formed by a meandering (waving) curve. In the case of an arc, the notch center 5 is the circle equivalent center. When the notch 4 is a part of a parabolic curve, the parabola has no center, and the position of the curve that is most concave in the bracket width W direction from the side surface 3 is defined as the height position of the notch center.

切欠き深さdは、切欠き半径rと同じ又は小さくするのが好ましい。切欠き深さdを、切欠き半径rより大きくすると、ブラケット1の強度が低下する。切欠き4が、円形状の曲線の円弧の場合は、切欠きの半径rは、円形状の半径である。   The notch depth d is preferably equal to or smaller than the notch radius r. When the notch depth d is larger than the notch radius r, the strength of the bracket 1 is lowered. When the notch 4 is a circular curved arc, the notch radius r is a circular radius.

切欠き4が、楕円形状の曲線の円弧の場合は、切欠きの半径rは、次のようにする。
・楕円形状の曲線の長軸の方向がブラケット幅W方向と一致する場合は、長半径
・楕円形状の曲線の短軸の方向がブラケット幅W方向と一致する場合は、短半径
・それ以外の場合は、側面3からブラケット幅W方向に最も凹んだ円弧の位置から、その位置を通るブラケット幅方向の線と、切欠き中心を通る高さ方向の線とが交差する位置までの距離
When the notch 4 is an elliptical curved arc, the notch radius r is set as follows.
・ If the direction of the major axis of the elliptical curve matches the bracket width W direction, the major radius ・ If the direction of the minor axis of the elliptical curve matches the bracket width W direction, the minor radius ・ Other In this case, the distance from the position of the arc that is most recessed in the bracket width W direction from the side surface 3 to the position where the line in the bracket width direction that passes through the position intersects the line in the height direction that passes through the notch center.

蛇行(波打つ)する曲線で形成された環状の円弧の場合は、切欠きの半径rは、円相当半径とする。放物線状の曲線の円弧の場合は、側面3からブラケット幅W方向に最も凹んだ位置から、その位置を通るブラケット幅方向の線と、側面3に沿った高さ方向の線とが交差する位置までの距離を半径とする。   In the case of an annular arc formed by a meandering (waving) curve, the radius r of the notch is a circle equivalent radius. In the case of a parabolic curved arc, the position where the line in the bracket width direction passing through the position intersects the line in the height direction along the side surface 3 from the position most recessed in the bracket width W direction from the side surface 3. The distance to is the radius.

(溶接ビード)
溶接ビードは、ブラケット1のフランジ2の片面からのみ構造部材6と隅肉溶接し、側面3から延長するように形成されるものにおいて、溶接ビード7の上端部が、応力低減範囲aにある切欠き4と接触するように形成されるものである。
(Weld bead)
The weld bead is formed so as to be welded to the structural member 6 only from one side of the flange 2 of the bracket 1 and extend from the side surface 3, and the upper end portion of the weld bead 7 is in a stress reduction range a. It is formed so as to be in contact with the notch 4.

溶接ビード7の上端部が、応力低減範囲aの範囲外、すなわち、応力低減範囲aより上部の切欠き4と接触する場合や、応力低減範囲aより下部の切欠き4がない部分と接触する場合は、応力の分散が低減する。図3では、切欠き4の下端の部分と溶接ビード7の上端部が接触しているが、応力低減範囲aの範囲内であれば、溶接ビード7が、切欠き4を覆うように切欠き4の部分に接触するようにしてもよい。   The upper end portion of the weld bead 7 is in contact with the notch 4 outside the range of the stress reduction range a, that is, when the upper part of the weld bead 7 is not above the stress reduction range a, or in contact with the portion without the notch 4 below the stress reduction range a. If so, the stress dispersion is reduced. In FIG. 3, the lower end portion of the notch 4 and the upper end portion of the weld bead 7 are in contact with each other, but the weld bead 7 is notched so as to cover the notch 4 within the range of the stress reduction range a. You may make it contact 4 part.

また、溶接ビード7は、溶接の止端部における応力集中を低減させて、疲労強度を向上させるために、開始終了点のそれぞれにおいて、フランジ4の当接部を超えて延長ビードを形成する。延長ビードの長さは、止端部の応力が低減できる範囲であれば、特に限定されないが、10〜40mmが好ましい。また、図2及び図3では、コの字状のブラケット1にあわせて、溶接ビード7をコの字状に形成しているが、切欠き4を有する2枚のフランジ2の下方の端部のみを構造部材6と溶接し、溶接ビード7を各1本ずつ直線状に2本形成してもよい。   Further, the weld bead 7 forms an extended bead beyond the contact portion of the flange 4 at each of the start and end points in order to reduce stress concentration at the toe portion of the weld and improve fatigue strength. The length of the extended bead is not particularly limited as long as the stress at the toe portion can be reduced, but is preferably 10 to 40 mm. In FIGS. 2 and 3, the weld bead 7 is formed in a U-shape in accordance with the U-shaped bracket 1, but the lower end of the two flanges 2 having the notches 4. Only the welding bead 7 may be welded to the structural member 6 and two welding beads 7 may be formed linearly one by one.

(切欠き深さとブラケット幅の関係)
ブラケット幅Wと切欠き深さdの比率(d/W)を0.05〜0.15とすることが好ましい。この範囲とすることで、ブラケット1の切欠き4と溶接ビード7の接触部分8の周辺における応力集中がより低減する。
(Relationship between notch depth and bracket width)
The ratio (d / W) of the bracket width W to the notch depth d is preferably 0.05 to 0.15. By setting it as this range, the stress concentration in the periphery of the contact portion 8 between the notch 4 of the bracket 1 and the weld bead 7 is further reduced.

図5には、ブラケット幅Wと切欠き深さdの比率(d/W)に対する応力集中係数Ktの関係を示す。右図は、ブラケットにかける応力の方向を示す。このように、切欠きがない場合と比較して、切欠きを設けて、溶接ビードとの接触を調整した場合は、応力集中係数Ktが低くなる。そして、比率(d/W)を0.05〜0.15の範囲とすると、応力集中係数Ktが3以下となり、好ましい。   FIG. 5 shows the relationship of the stress concentration factor Kt to the ratio (d / W) between the bracket width W and the notch depth d. The right figure shows the direction of stress applied to the bracket. Thus, compared with the case where there is no notch, when the notch is provided and the contact with the weld bead is adjusted, the stress concentration coefficient Kt is lowered. When the ratio (d / W) is in the range of 0.05 to 0.15, the stress concentration coefficient Kt is preferably 3 or less.

(その他の要件)
溶接構造部材は、アーク溶接によって組み付けられたものが好ましい。溶接ビード施工時のアーク溶接条件や使用する溶接ワイヤの組成は、常法に従えばよく、特定のものに限定されない。また、シールドガスとしては、100%COガスの他、Arガスと3〜20%COガスとの混合ガスなどを用いることができる。
(Other requirements)
The welded structural member is preferably assembled by arc welding. The arc welding conditions at the time of welding bead construction and the composition of the welding wire to be used may be in accordance with ordinary methods and are not limited to specific ones. In addition to 100% CO 2 gas, a mixed gas of Ar gas and 3 to 20% CO 2 gas can be used as the shielding gas.

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。   Next, examples of the present invention will be described. The conditions in the examples are one example of conditions used for confirming the feasibility and effects of the present invention, and the present invention is based on this one example of conditions. It is not limited. The present invention can adopt various conditions as long as the object of the present invention is achieved without departing from the gist of the present invention.

図6に、試験用ブラケットの外観を示す。試験用ブラケットは、表1に示す成分組成の鋼板を板厚2.6mm、高さ50mmのコの字型として、表2に示す、切欠き半径r、切欠き深さd、ブラケット幅Wとなるように加工した。   FIG. 6 shows the appearance of the test bracket. The test bracket is a U-shaped steel plate having a component composition shown in Table 1 having a thickness of 2.6 mm and a height of 50 mm, and a notch radius r, a notch depth d, and a bracket width W shown in Table 2. It processed so that it might become.

Figure 0006432267
Figure 0006432267

Figure 0006432267
Figure 0006432267

これら試験用ブラケットを板状の構造部材上に図3のように配置して、両者の接合部をブラケットの外側よりアーク溶接により、隅肉溶接して溶接構造部材を作製した。アーク溶接は、以下に示す溶接条件で、表3に示す溶接ワイヤを用いて実施した。ただし、各試験用ブラケットにおいて、表2に示す、中心切欠き位置と溶接ビード上端部の距離Lbになるように溶接した。なお、中心切欠き位置とは、切欠き中心の高さにある切欠きの位置であり、下端切欠き位置とは、最も下端の切欠きの位置を示す。   These test brackets were arranged on a plate-like structural member as shown in FIG. 3, and a welded structural member was prepared by welding the joints of the two by arc welding from the outside of the bracket. Arc welding was performed using the welding wires shown in Table 3 under the welding conditions shown below. However, each test bracket was welded so as to have a distance Lb between the center notch position and the upper end of the weld bead shown in Table 2. The center notch position is the position of the notch at the height of the notch center, and the lower end notch position indicates the position of the lowest notch.

溶接方式 消耗式電極溶接
シールドガス Ar+20%CO
シールドガス流量 20L/min
溶接速度 80cm/min
溶接電流及び電圧 アンダーカットがでない値を設定、230A、25V
Welding method Consumable electrode welding Shielding gas Ar + 20% CO 2
Shielding gas flow rate 20L / min
Welding speed 80cm / min
Welding current and voltage Set values that are not undercut, 230A, 25V

Figure 0006432267
Figure 0006432267

比較例1は、切欠きを有さない試験用ブラケットである。比較例2は、中心切欠き位置と溶接ビード上端部の距離Lbが、中心切欠き位置と下端切欠き位置の距離Lc(応力低減範囲a)より大きくなるように、すなわち、溶接ビードが切欠きと接触しないように溶接した。発明例1〜7は、中心切欠き位置と溶接ビード上端部の距離Lbが中心切欠き位置と下端切欠き位置の距離Lcより小さくなるように溶接した。また、溶接ビードの始終端は、ブラケットのフランジ幅から各20mm延長するように、延長ビードLaを形成した。   Comparative Example 1 is a test bracket that does not have a notch. In Comparative Example 2, the distance Lb between the center notch position and the upper end of the weld bead is larger than the distance Lc (stress reduction range a) between the center notch position and the lower end notch position, that is, the weld bead is notched. Welded to avoid contact. In Invention Examples 1 to 7, welding was performed such that the distance Lb between the center notch position and the upper end of the weld bead was smaller than the distance Lc between the center notch position and the lower end notch position. Further, an extension bead La was formed so that the start and end of the weld bead extended 20 mm each from the flange width of the bracket.

作製した試験用溶接構造部材を、荷重方向Pが図6に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、荷重範囲一定(応力範囲一定)、荷重比−1、繰返し周波数5Hzにて、疲労試験をした。表4に、疲労試験の結果を示す。   The manufactured welded structural member for test is gripped by an electrohydraulic fatigue test apparatus so that the load direction P is the direction indicated by the arrow in FIG. 6, and the load range is constant (stress range is constant) and the load ratio is -1. A fatigue test was conducted at a repetition frequency of 5 Hz. Table 4 shows the results of the fatigue test.

Figure 0006432267
Figure 0006432267

比較例1は、ブラケットに切欠きを形成していないため、溶接ビードとブラケットとの接点において、応力集中が発生し、疲労寿命が低い。そして、比較例2は、ブラケットに切欠きを形成したものであるが、溶接ビードが、切欠きと接触していないため、溶接ビードとブラケットとの接触部分において、応力集中が発生した。比較例2は比較例1より疲労寿命が増加しているが、依然として十分な疲労強度が得られていない。これより、ブラケットに切欠きを形成するだけは、十分な疲労強度が得られないため、切欠きと溶接ビードとの位置関係を適切にする必要がある。   In Comparative Example 1, since notches are not formed in the bracket, stress concentration occurs at the contact point between the weld bead and the bracket, and the fatigue life is low. In Comparative Example 2, a notch was formed in the bracket, but since the weld bead was not in contact with the notch, stress concentration occurred at the contact portion between the weld bead and the bracket. Although the fatigue life of Comparative Example 2 is greater than that of Comparative Example 1, sufficient fatigue strength is still not obtained. Accordingly, sufficient fatigue strength cannot be obtained simply by forming a notch in the bracket, and therefore the positional relationship between the notch and the weld bead needs to be appropriate.

発明例1及び2は、溶接ビードの上端部が、中心切欠き位置と下端切欠き位置の間に形成されており、溶接ビードが切欠きと接触する部分を多くしている。発明例3〜7は、溶接ビードの上端部が、下端切欠きと接触するように形成されている。また、発明例1〜5は、円形状の円弧の切欠きで、発明例6は楕円形状の円弧の切欠きで、発明例7は放物線形状の曲線の一部の切欠きである。これらの疲労寿命の回数は、いずれも700000を超え、応力低減範囲aの範囲内で、溶接ビードの上端部と切欠きが接触するように形成しているので、応力集中が低減されることがわかる。   In Invention Examples 1 and 2, the upper end portion of the weld bead is formed between the center notch position and the lower end notch position, and the weld bead has a larger portion in contact with the notch. In Invention Examples 3 to 7, the upper end portion of the weld bead is formed so as to contact the lower end notch. Inventive Examples 1 to 5 are circular arc cutouts, Inventive Example 6 is an elliptical arc cutout, and Inventive Example 7 is a partial cutout of a parabolic curve. The number of these fatigue lives exceeds 70,000, and the upper end of the weld bead and the notch are in contact with each other within the range of the stress reduction range a, so that the stress concentration can be reduced. Recognize.

発明例1〜3、5〜7は、ブラケット幅Wと切欠き深さdの比率d/Wが、0.05〜0.15であるのに対して、発明例4は比率d/Wが0.20である。発明例4の寿命疲労の回数が他の発明例より少ない。このように、ブラケット幅Wに対する切欠き深さdの割合を最適化することで、溶接ビードとブラケットの接触部における応力をより低減することができ、疲労寿命を増加させることができる。   Inventive Examples 1 to 3 and 5 to 7 have a ratio d / W of the bracket width W to the notch depth d of 0.05 to 0.15, whereas Inventive Example 4 has a ratio d / W. 0.20. The number of times of life fatigue of Invention Example 4 is smaller than that of other Invention Examples. Thus, by optimizing the ratio of the notch depth d to the bracket width W, the stress at the contact portion between the weld bead and the bracket can be further reduced, and the fatigue life can be increased.

前述したように、本発明によれば、ブラケットを構造部材に溶接して固定された溶接構造部材において、その部材が繰り返し振動応力にさらされる場合でも、溶接ビードとブラケットの切欠きとが接触する構造とすることにより、疲労破壊の発生を顕著に抑制できる、疲労特性に優れた溶接構造部材を提供することができる。本発明は、産業上の利用可能性が高いものである。   As described above, according to the present invention, in the welded structural member fixed by welding the bracket to the structural member, the weld bead and the notch of the bracket come into contact even when the member is repeatedly subjected to vibration stress. By adopting a structure, it is possible to provide a welded structural member having excellent fatigue characteristics that can significantly suppress the occurrence of fatigue failure. The present invention has high industrial applicability.

1 ブラケット
2 フランジ
3 側面
4 切欠き
5 切欠きの中心
6 構造部材
7 溶接ビード
8 接触部分
a 応力低減範囲
d 側面と切欠きの距離(切欠き深さ)
r 切欠きの半径
H ブラケット高さ
H1 ブラケットの端部から下端の切欠きの位置までの高さ
W ブラケット幅
P 荷重方向
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Bracket 2 Flange 3 Side surface 4 Notch 5 Center of notch 6 Structural member 7 Weld bead 8 Contact part a Stress reduction range d Distance between side surface and notch (notch depth)
r Notch radius H Bracket height H1 Height from bracket end to bottom notch position W Bracket width P Load direction

Claims (2)

鋼板から形成されるブラケットと構造部材が隅肉溶接された溶接構造部材であって、前記ブラケットは、1又は2のフランジを有し、該ブラケットの開放された側面の少なくとも片側に円弧状の切欠きが形成されており、前記ブラケットと構造部材の重なり部に対して、ブラケットの片側面からのみ前記隅肉溶接が行われており、該隅肉溶接による溶接ビードは、少なくとも前記切欠きが形成された側面においてブラケットの端部から延長して形成されるとともに、溶接ビードの上端部が、前記切欠きの中心の高さ位置以下にある切欠き部分と接触するように形成されていることを特徴とする溶接構造部材。 A welded structural member in which a bracket formed from a steel plate and a structural member are fillet welded, and the bracket has one or two flanges, and an arcuate cut is formed on at least one side of the open side surface of the bracket. A notch is formed, and the fillet welding is performed only from one side surface of the bracket to the overlapping portion of the bracket and the structural member, and at least the notch is formed in the weld bead by the fillet welding. The side surface is formed to extend from the end portion of the bracket, and the upper end portion of the weld bead is formed so as to be in contact with the notch portion below the center height position of the notch. A welded structural member. ブラケット幅をW、前記側面から切欠きの中心の高さ位置にある切欠き部分までの距離をdとしたとき、d/Wが0.05〜0.15であることを特徴とする請求項1に記載の溶接構造部材。   The d / W is 0.05 to 0.15, where d is the bracket width W and d is the distance from the side surface to the notch portion at the center height of the notch. The welded structure member according to 1.
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