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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023042307
(43)【公開日】2023-03-27
(54)【発明の名称】アーク溶接継手、溶接構造体及びそれらの製造方法
(51)【国際特許分類】
B23K 9/23 20060101AFI20230317BHJP
B23K 31/00 20060101ALI20230317BHJP
【ＦＩ】
B23K9/23 A
B23K31/00 G
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021149541
(22)【出願日】2021-09-14
(71)【出願人】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100099759
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 篤
(74)【代理人】
【識別番号】100123582
【弁理士】
【氏名又は名称】三橋 真二
(74)【代理人】
【識別番号】100187702
【弁理士】
【氏名又は名称】福地 律生
(74)【代理人】
【識別番号】100162204
【弁理士】
【氏名又は名称】齋藤 学
(74)【代理人】
【識別番号】100195213
【弁理士】
【氏名又は名称】木村 健治
(74)【代理人】
【識別番号】100202441
【弁理士】
【氏名又は名称】岩田 純
(72)【発明者】
【氏名】松田 和貴
(72)【発明者】
【氏名】児玉 真二
(72)【発明者】
【氏名】久保田 典禎
【テーマコード（参考）】
4E001
【Ｆターム（参考）】
4E001AA03
4E001CA02
4E001DD02
4E001DD04
(57)【要約】
【課題】アーク溶接対象に高張力鋼材が含まれる場合にアーク溶接部の塗装性や疲労強度を向上させる。
【解決手段】アーク溶接継手であって、第１の鋼材と、第２の鋼材と、前記第１の鋼材及び前記第２の鋼材を接合するアーク溶接部とを有し、前記第１の鋼材及び前記第２の鋼材のうちの少なくとも一方が９８０ＭＰａ以上の引張強さを有し、前記アーク溶接部が溶接ビードを有し、前記溶接ビードが少なくとも定常部を有し、前記定常部における前記溶接ビードの表面に溶接スラグが付着しておらず、前記定常部における前記溶接ビードの止端部が５．００μｍ以下の表面粗さＲａを有する、アーク溶接継手。
【選択図】図１
【解決手段】アーク溶接継手であって、第１の鋼材と、第２の鋼材と、前記第１の鋼材及び前記第２の鋼材を接合するアーク溶接部とを有し、前記第１の鋼材及び前記第２の鋼材のうちの少なくとも一方が９８０ＭＰａ以上の引張強さを有し、前記アーク溶接部が溶接ビードを有し、前記溶接ビードが少なくとも定常部を有し、前記定常部における前記溶接ビードの表面に溶接スラグが付着しておらず、前記定常部における前記溶接ビードの止端部が５．００μｍ以下の表面粗さＲａを有する、アーク溶接継手。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
アーク溶接継手であって、第１の鋼材と、第２の鋼材と、前記第１の鋼材及び前記第２の鋼材を接合するアーク溶接部とを有し、
前記第１の鋼材及び前記第２の鋼材のうちの少なくとも一方が９８０ＭＰａ以上の引張強さを有し、
前記アーク溶接部が溶接ビードを有し、
前記溶接ビードが少なくとも定常部を有し、
前記定常部における前記溶接ビードの表面に溶接スラグが付着しておらず、
前記定常部における前記溶接ビードの止端部が５．００μｍ以下の表面粗さＲａを有する、
アーク溶接継手。
前記第１の鋼材及び前記第２の鋼材のうちの少なくとも一方が９８０ＭＰａ以上の引張強さを有し、
前記アーク溶接部が溶接ビードを有し、
前記溶接ビードが少なくとも定常部を有し、
前記定常部における前記溶接ビードの表面に溶接スラグが付着しておらず、
前記定常部における前記溶接ビードの止端部が５．００μｍ以下の表面粗さＲａを有する、
アーク溶接継手。
【請求項2】
前記定常部における前記溶接ビードの止端部が２０°以上５０°以下のフランク角を有する、
請求項１に記載のアーク溶接継手。
請求項１に記載のアーク溶接継手。
【請求項3】
前記アーク溶接部を構成する溶接金属のビッカース硬さが３００ＨＶ以上である、
請求項１又は２に記載のアーク溶接継手。
請求項１又は２に記載のアーク溶接継手。
【請求項4】
前記溶接ビードが少なくとも始端部と前記定常部とを有し、
前記始端部における前記溶接ビードの表面に溶接スラグが付着していない、
請求項１～３のいずれか１項に記載のアーク溶接継手。
前記始端部における前記溶接ビードの表面に溶接スラグが付着していない、
請求項１～３のいずれか１項に記載のアーク溶接継手。
【請求項5】
前記溶接ビードが少なくとも始端部と前記定常部とを有し、
前記始端部における前記溶接ビードの止端部が５．００μｍ以下の表面粗さＲａを有する、
請求項１～４のいずれか１項に記載のアーク溶接継手。
前記始端部における前記溶接ビードの止端部が５．００μｍ以下の表面粗さＲａを有する、
請求項１～４のいずれか１項に記載のアーク溶接継手。
【請求項6】
前記溶接ビードが少なくとも始端部と前記定常部とを有し、
前記始端部における前記溶接ビードの止端部が２０°以上５０°以下のフランク角を有する、
請求項１～５のいずれか１項に記載のアーク溶接継手。
前記始端部における前記溶接ビードの止端部が２０°以上５０°以下のフランク角を有する、
請求項１～５のいずれか１項に記載のアーク溶接継手。
【請求項7】
請求項１～６のいずれか１項に記載のアーク溶接継手を備える、
溶接構造体。
溶接構造体。
【請求項8】
第１の鋼材と第２の鋼材とをアーク溶接部を介して接合すること、及び、
前記アーク溶接部に対して研磨剤を用いたブラスト処理を施すこと、
を含み、
前記第１の鋼材及び前記第２の鋼材のうちの少なくとも一方が９８０ＭＰａ以上の引張強さを有し、
前記研磨剤の粒子径が前記アーク溶接部の局所止端半径よりも小さい、
アーク溶接継手の製造方法。
前記アーク溶接部に対して研磨剤を用いたブラスト処理を施すこと、
を含み、
前記第１の鋼材及び前記第２の鋼材のうちの少なくとも一方が９８０ＭＰａ以上の引張強さを有し、
前記研磨剤の粒子径が前記アーク溶接部の局所止端半径よりも小さい、
アーク溶接継手の製造方法。
【請求項9】
前記アーク溶接部が溶接ビードを有し、
前記溶接ビードが少なくとも定常部を有し、
前記定常部における前記溶接ビードの止端部が２０°以上５０°以下のフランク角を有する、
請求項８に記載のアーク溶接継手の製造方法。
前記溶接ビードが少なくとも定常部を有し、
前記定常部における前記溶接ビードの止端部が２０°以上５０°以下のフランク角を有する、
請求項８に記載のアーク溶接継手の製造方法。
【請求項10】
フラックス入りワイヤを用いて前記第１の鋼材と前記第２の鋼材とをアーク溶接する、
請求項８又は９に記載のアーク溶接継手の製造方法。
請求項８又は９に記載のアーク溶接継手の製造方法。
【請求項11】
前記ブラスト処理がウェットブラスト処理である、
請求項８～１０のいずれか１項に記載のアーク溶接継手の製造方法。
請求項８～１０のいずれか１項に記載のアーク溶接継手の製造方法。
【請求項12】
前記アーク溶接部を構成する溶接金属のビッカース硬さが３００ＨＶ以上である、
請求項８～１１のいずれか１項に記載のアーク溶接継手の製造方法。
請求項８～１１のいずれか１項に記載のアーク溶接継手の製造方法。
【請求項13】
前記アーク溶接部が溶接ビードを有し、
前記溶接ビードが少なくとも始端部を有し、
前記始端部における前記溶接ビードの止端部が２０°以上５０°以下のフランク角を有する、
請求項８～１２のいずれか１項に記載のアーク溶接継手の製造方法。
前記溶接ビードが少なくとも始端部を有し、
前記始端部における前記溶接ビードの止端部が２０°以上５０°以下のフランク角を有する、
請求項８～１２のいずれか１項に記載のアーク溶接継手の製造方法。
【請求項14】
請求項８～１３のいずれか１項に記載の製造方法によってアーク溶接継手を得ること、
を含む、溶接構造体の製造方法。
を含む、溶接構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願はアーク溶接継手、溶接構造体及びそれらの製造方法を開示する。
【背景技術】
【0002】
鋼材同士を接合する技術としてアーク溶接が知られている。アーク溶接の課題としてはアーク溶接部において疲労強度及び塗装性が低下し易いことが挙げられる。自動車の足回り部材等では高張力鋼を用いた薄肉化が進んでおり、アーク溶接部の疲労強度等を改善することが一層望まれる。例えば、溶接条件の改良や溶接構造の工夫等により、アーク溶接部の疲労強度を改善することがあり得る。しかしながら、高張力鋼が適用される部材では、要求される疲労強度も高く、これらの方法のみによる改善は困難である。
【0003】
アーク溶接部の疲労強度を向上させる手法として、ブラスト処理をはじめとする、圧縮残留応力付与処理が知られている。しかしながら、溶接対象に高張力鋼材が含まれる場合、この処理が有効でない場合がある。溶接対象に高張力鋼材が含まれる場合、狭窄した溶接止端部まで圧縮残留応力付与処理が届かない場合や、或いは、この処理によってアーク溶接部の表面の粗さが増大し、それによって疲労強度が低下してしまう場合があるためである。高張力鋼材のような高強度な材料は、微小な欠陥に対する敏感性が高い。そのため、軟鋼では疲労強度を低下させる要因とはならないような微小な欠陥であっても、高張力鋼では疲労強度を低下させる場合がある。
【0004】
特許文献１には、ショットブラスト処理を施したアーク溶接部材が開示されている。具体的には、１５００ＭＰａ級鋼材をアーク溶接したうえで、アーク溶接部に対してφ０．３ｍｍの研磨剤を用いてショットブラスト処理を施している。しかしながら、特許文献１に開示された方法では、ブラスト処理により大きな圧痕が生じる場合があり、その圧痕部における応力集中により、疲労強度が低下する場合がある。また、特許文献１に開示された方法では、溶接止端部にスラグが残存する場合があり、スラグの残存に起因して塗装不良が生じる虞がある。また、スラグ下部の溶接金属表面にブラスト処理が届かず、疲労強度が低下する場合がある。
【0005】
特許文献２には、アーク溶接止端部にハンマーピーニングする方法が開示されている。特許文献２に開示された方法は、止端部に対してのみの処理であり、溶接ビード表面の電着塗装性は向上しない。また、高張力鋼に対してアーク溶接を施した場合、溶接金属が高強度となることから、ピンにより直接打撃を行う様式のピーニング処理では、一度に処理できる範囲が狭く、溶接ビード全体の処理を行うには不向きである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２０１３－２２６５８５号公報
【特許文献2】国際公開第２０１９／０６４９３０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
以上の通り、従来技術においては、アーク溶接対象に高張力鋼材（９８０ＭＰａ以上の引張強さを有するもの）が含まれる場合にアーク溶接部の塗装性や疲労強度を向上させることに関して、改善の余地がある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本願は上記課題を解決するための手段の一つとして、
アーク溶接継手であって、第１の鋼材と、第２の鋼材と、前記第１の鋼材及び前記第２の鋼材を接合するアーク溶接部とを有し、
前記第１の鋼材及び前記第２の鋼材のうちの少なくとも一方が９８０ＭＰａ以上の引張強さを有し、
前記アーク溶接部が溶接ビードを有し、
前記溶接ビードが少なくとも定常部を有し、
前記定常部における前記溶接ビードの表面に溶接スラグが付着しておらず、
前記定常部における前記溶接ビードの止端部が５．００μｍ以下の表面粗さＲａ（算術平均粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３）に相当、以下同様）を有する、
アーク溶接継手
を開示する。
アーク溶接継手であって、第１の鋼材と、第２の鋼材と、前記第１の鋼材及び前記第２の鋼材を接合するアーク溶接部とを有し、
前記第１の鋼材及び前記第２の鋼材のうちの少なくとも一方が９８０ＭＰａ以上の引張強さを有し、
前記アーク溶接部が溶接ビードを有し、
前記溶接ビードが少なくとも定常部を有し、
前記定常部における前記溶接ビードの表面に溶接スラグが付着しておらず、
前記定常部における前記溶接ビードの止端部が５．００μｍ以下の表面粗さＲａ（算術平均粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３）に相当、以下同様）を有する、
アーク溶接継手
を開示する。
【0009】
本開示のアーク溶接継手において、
前記定常部における前記溶接ビードの止端部が２０°以上５０°以下のフランク角を有していてもよい。
前記定常部における前記溶接ビードの止端部が２０°以上５０°以下のフランク角を有していてもよい。
【0010】
本開示のアーク溶接継手において、
前記アーク溶接部を構成する溶接金属のビッカース硬さが３００ＨＶ以上であってもよい。
前記アーク溶接部を構成する溶接金属のビッカース硬さが３００ＨＶ以上であってもよい。
【0011】
本開示のアーク溶接継手において、
前記溶接ビードが少なくとも始端部と前記定常部とを有していてもよく、
前記始端部における前記溶接ビードの表面に溶接スラグが付着していなくてもよい。
前記溶接ビードが少なくとも始端部と前記定常部とを有していてもよく、
前記始端部における前記溶接ビードの表面に溶接スラグが付着していなくてもよい。
【0012】
本開示のアーク溶接継手において、
前記溶接ビードが少なくとも始端部と前記定常部とを有していてもよく、
前記始端部における前記溶接ビードの止端部が５．００μｍ以下の表面粗さＲａを有していてもよい。
前記溶接ビードが少なくとも始端部と前記定常部とを有していてもよく、
前記始端部における前記溶接ビードの止端部が５．００μｍ以下の表面粗さＲａを有していてもよい。
【0013】
本開示のアーク溶接継手において、
前記溶接ビードが少なくとも始端部と前記定常部とを有していてもよく、
前記始端部における前記溶接ビードの止端部が２０°以上５０°以下のフランク角を有していてもよい。
前記溶接ビードが少なくとも始端部と前記定常部とを有していてもよく、
前記始端部における前記溶接ビードの止端部が２０°以上５０°以下のフランク角を有していてもよい。
【0014】
本願は上記課題を解決するための手段の一つとして、
本開示のアーク溶接継手を備える、溶接構造体
を開示する。
本開示のアーク溶接継手を備える、溶接構造体
を開示する。
【0015】
本願は上記課題を解決するための手段の一つとして、
第１の鋼材と第２の鋼材とをアーク溶接部を介して接合すること、及び、
前記アーク溶接部に対して研磨剤を用いたブラスト処理を施すこと、
を含み、
前記第１の鋼材及び前記第２の鋼材のうちの少なくとも一方が９８０ＭＰａ以上の引張強さを有し、
前記研磨剤の粒子径が前記アーク溶接部の局所止端半径よりも小さい、
アーク溶接継手の製造方法
を開示する。
第１の鋼材と第２の鋼材とをアーク溶接部を介して接合すること、及び、
前記アーク溶接部に対して研磨剤を用いたブラスト処理を施すこと、
を含み、
前記第１の鋼材及び前記第２の鋼材のうちの少なくとも一方が９８０ＭＰａ以上の引張強さを有し、
前記研磨剤の粒子径が前記アーク溶接部の局所止端半径よりも小さい、
アーク溶接継手の製造方法
を開示する。
【0016】
本開示のアーク溶接継手の製造方法において、
前記アーク溶接部が溶接ビードを有していてもよく、
前記溶接ビードが少なくとも定常部を有していてもよく、
前記定常部における前記溶接ビードの止端部が２０°以上５０°以下のフランク角を有していてもよい。
前記アーク溶接部が溶接ビードを有していてもよく、
前記溶接ビードが少なくとも定常部を有していてもよく、
前記定常部における前記溶接ビードの止端部が２０°以上５０°以下のフランク角を有していてもよい。
【0017】
本開示のアーク溶接継手の製造方法において、
フラックス入りワイヤを用いて前記第１の鋼材と前記第２の鋼材とをアーク溶接してもよい。
フラックス入りワイヤを用いて前記第１の鋼材と前記第２の鋼材とをアーク溶接してもよい。
【0018】
本開示のアーク溶接継手の製造方法において、
前記ブラスト処理がウェットブラスト処理であってもよい。
前記ブラスト処理がウェットブラスト処理であってもよい。
【0019】
本開示のアーク溶接継手の製造方法において、
前記アーク溶接部を構成する溶接金属のビッカース硬さが３００ＨＶ以上であってもよい。
前記アーク溶接部を構成する溶接金属のビッカース硬さが３００ＨＶ以上であってもよい。
【0020】
本開示のアーク溶接継手の製造方法において、
前記アーク溶接部が溶接ビードを有していてもよく、
前記溶接ビードが少なくとも始端部を有していてもよく、
前記始端部における前記溶接ビードの止端部が２０°以上５０°以下のフランク角を有していてもよい。
前記アーク溶接部が溶接ビードを有していてもよく、
前記溶接ビードが少なくとも始端部を有していてもよく、
前記始端部における前記溶接ビードの止端部が２０°以上５０°以下のフランク角を有していてもよい。
【0021】
本願は上記課題を解決するための手段の一つとして、
上記本開示の製造方法によってアーク溶接継手を得ること、
を含む、溶接構造体の製造方法
を開示する。
上記本開示の製造方法によってアーク溶接継手を得ること、
を含む、溶接構造体の製造方法
を開示する。
【発明の効果】
【0022】
本開示のアーク溶接継手は、アーク溶接部の塗装性や疲労強度に優れる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】アーク溶接継手の構成を概略的に示している。
【図4】溶接スラグの付着の有無を確認する方法を示している。
【図5】溶接スラグの付着の状態の一例を示している。
【図6】フランク角の特定方法を概略的に示している。
【図7】フランク角の特定方法を概略的に示している。
【図8】アーク溶接継手の溶接構造の一例を概略的に示している。
【図9】アーク溶接継手の溶接構造の一例を概略的に示している。
【図10】アーク溶接部の局所止端半径の特定方法を概略的に示している。
【図11】始端部付近のビード形状の一例を示している。
【図14】溶接狙い位置と局所止端半径／厚み（板厚）との関係の一例を示している。
【図15】溶接狙い位置の一例を概略的に示している。
【図16】溶接狙い位置の一例を概略的に示している。
【図17】溶接狙い位置の一例を概略的に示している。
【図18】ブラスト投射方向（投射角度）の一例を概略的に示している。
【発明を実施するための形態】
【0024】
１．アーク溶接継手
図１～３に示されるように、一実施形態に係るアーク溶接継手１００は、第１の鋼材１０と、第２の鋼材２０と、前記第１の鋼材１０及び前記第２の鋼材２０を接合するアーク溶接部３０とを有する。アーク溶接継手１００においては、前記第１の鋼材１０及び前記第２の鋼材２０のうちの少なくとも一方が９８０ＭＰａ以上の引張強さを有し、前記アーク溶接部３０が溶接ビード３１を有し、前記溶接ビード３１が少なくとも定常部３１ａを有し、前記定常部３１ａにおける前記溶接ビード３１の表面に溶接スラグが付着しておらず、前記定常部３１ａにおける前記溶接ビード３１の止端部３１ａｘが５．００μｍ以下の表面粗さＲａを有する。
図１～３に示されるように、一実施形態に係るアーク溶接継手１００は、第１の鋼材１０と、第２の鋼材２０と、前記第１の鋼材１０及び前記第２の鋼材２０を接合するアーク溶接部３０とを有する。アーク溶接継手１００においては、前記第１の鋼材１０及び前記第２の鋼材２０のうちの少なくとも一方が９８０ＭＰａ以上の引張強さを有し、前記アーク溶接部３０が溶接ビード３１を有し、前記溶接ビード３１が少なくとも定常部３１ａを有し、前記定常部３１ａにおける前記溶接ビード３１の表面に溶接スラグが付着しておらず、前記定常部３１ａにおける前記溶接ビード３１の止端部３１ａｘが５．００μｍ以下の表面粗さＲａを有する。
【0025】
１．１ 鋼材（母材）
アーク溶接継手１００においては、第１の鋼材１０及び第２の鋼材２０のうちの少なくとも一方が、９８０ＭＰａ以上の引張強さを有する。すなわち、アーク溶接継手１００においては、第１の鋼材１０の引張強さが９８０ＭＰａ以上、且つ、第２の鋼材２０の引張強さが９８０ＭＰａ未満であってもよく、第１の鋼材１０の引張強さが９８０ＭＰａ未満、且つ、第２の鋼材２０の引張強さが９８０ＭＰａ以上であってもよく、第１の鋼材１０及び第２の鋼材２０の双方の引張強さが９８０ＭＰａ以上であってもよい。このように、アーク溶接継手１００が、引張強さ９８０ＭＰａ以上の高強度の鋼材を含む場合に、アーク溶接部３０の疲労強度の問題が顕著となり易い。第１の鋼材１０と第２の鋼材２０とは、互いに同程度の引張強さを有してもよいし、互いに異なる引張強さを有してもよい。また、アーク溶接継手１００においては、第１の鋼材１０及び第２の鋼材２０のうちの少なくとも一方が、１０００ＭＰａ以上、１０５０ＭＰａ以上、１１００ＭＰａ以上、１１５０ＭＰａ以上、１１８０ＭＰａ以上又は１２００ＭＰａ以上の引張強さを有してもよい。引張強さの上限は特に限定されるものではないが、例えば、２５００ＭＰａ以下、２２００ＭＰａ以下又は２０００ＭＰａ以下であってもよい。尚、本願にいう鋼材の「引張強さ」とは、ＩＳＯ ６８９２－１：２００９にしたがうものである。
アーク溶接継手１００においては、第１の鋼材１０及び第２の鋼材２０のうちの少なくとも一方が、９８０ＭＰａ以上の引張強さを有する。すなわち、アーク溶接継手１００においては、第１の鋼材１０の引張強さが９８０ＭＰａ以上、且つ、第２の鋼材２０の引張強さが９８０ＭＰａ未満であってもよく、第１の鋼材１０の引張強さが９８０ＭＰａ未満、且つ、第２の鋼材２０の引張強さが９８０ＭＰａ以上であってもよく、第１の鋼材１０及び第２の鋼材２０の双方の引張強さが９８０ＭＰａ以上であってもよい。このように、アーク溶接継手１００が、引張強さ９８０ＭＰａ以上の高強度の鋼材を含む場合に、アーク溶接部３０の疲労強度の問題が顕著となり易い。第１の鋼材１０と第２の鋼材２０とは、互いに同程度の引張強さを有してもよいし、互いに異なる引張強さを有してもよい。また、アーク溶接継手１００においては、第１の鋼材１０及び第２の鋼材２０のうちの少なくとも一方が、１０００ＭＰａ以上、１０５０ＭＰａ以上、１１００ＭＰａ以上、１１５０ＭＰａ以上、１１８０ＭＰａ以上又は１２００ＭＰａ以上の引張強さを有してもよい。引張強さの上限は特に限定されるものではないが、例えば、２５００ＭＰａ以下、２２００ＭＰａ以下又は２０００ＭＰａ以下であってもよい。尚、本願にいう鋼材の「引張強さ」とは、ＩＳＯ ６８９２－１：２００９にしたがうものである。
【0026】
第１の鋼材１０及び第２の鋼材２０の化学組成や金属組織によらず、本開示の技術による効果が発揮される。すなわち、第１の鋼材１０及び第２の鋼材２０のうちの少なくとも一方が９８０ＭＰａ以上の引張強さを有する限り、各々の鋼材の化学組成や金属組織は特に限定されるものではない。鋼材１０、２０の化学組成や金属組織は、アーク溶接継手１００の用途等に応じて適宜決定され得る。鋼材１０、２０は、例えば、質量％で、Ｃ：０．０１～０．５０％、Ｓｉ：０．０１～３．５０％、Ｍｎ：０．１０～５．００％、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．０３００％以下、Ｎ：０．０１００％以下、Ｏ：０～０．０２０、Ａｌ：０～１．０００％、Ｂ：０～０．０１０％、Ｎｂ：０～０．１５０％、Ｔｉ：０～０．２０％、Ｍｏ：０～３．００％、Ｃｒ：０～２．００％、Ｖ：０～１．００％、Ｎｉ：０～２．００％、Ｗ：０～１．００％、Ｔａ：０～０．１０％、Ｃｏ：０～３．００％、Ｓｎ：０～１．００％、Ｓｂ：０～０．５０％、Ｃｕ：０～２．００％、Ａｓ：０～０．０５０％、Ｍｇ：０～０．１００％、Ｃａ：０～０．１００％、Ｚｒ：０～０．１００％、Ｈｆ：０～０．１００％、及び、ＲＥＭ：０～０．１００％を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる化学組成を有していてもよい。また、上記化学組成において、任意添加元素の含有量の下限は０．０００１％又は０．００１％であってもよい。
【0027】
第１の鋼材１０及び第２の鋼材２０の各々の形状は特に限定されるものではない。例えば、第１の鋼材１０及び第２の鋼材２０のうちの少なくとも一方が板状（鋼板）であってよい。この場合、板厚は特に限定されるものではなく、アーク溶接継手１００の用途に応じて適宜決定されればよい。板厚は、例えば、０．５ｍｍ以上、０．８ｍｍ以上、１．０ｍｍ以上、１．２ｍｍ以上又は２．０ｍｍ以上であってもよく、１０．０ｍｍ以下、８．０ｍｍ以下、７．０ｍｍ以下、６．０ｍｍ以下、５．０ｍｍ以下、４．０ｍｍ以下、又は３．０ｍｍ以下であってもよい。特に、板厚が０．６ｍｍ以上４．０ｍｍ以下、中でも、０．８ｍｍ以上２．９ｍｍ以下である場合に高い効果が期待できる。板厚が薄過ぎると、後述するブラスト処理によって板が変形する虞がある。板厚が厚過ぎると、溶接残留応力が増大し、アーク溶接部３０に対するブラスト効果が低下する虞がある。板厚は、鋼材の全体において同一であってもよいし、鋼材の部位ごとに異なっていてもよい。
【0028】
１．２ アーク溶接部
図１に示されるように、アーク溶接部３０は溶接ビード３１を有する。また、溶接ビード３１は、少なくとも定常部３１ａを有する。図１に示されるように、溶接ビード３１は、定常部３１ａに加えて、始端部３１ｂや終端部３１ｃを有していてもよい。尚、溶接ビード３１が始端部３１ｂや終端部３１ｃを有する場合、「始端部」とは、溶接ビード３１の始端側の先端から１５ｍｍの長さ、又は、溶接ビード全長の２５％の長さのうちの短い方の長さの範囲をいい、「終端部」とは、溶接ビード３１の終端側の先端から１５ｍｍの長さ、又は、溶接ビード全長の２５％の長さのうちの短い方の長さの範囲をいい、「定常部」とは、溶接ビード３１のうち始端部及び終端部を除いた部分をいう。尚、アーク溶接部３０は、アーク溶接によって元の鋼材から変化した部分をいい、上記の溶接ビード３１のほか、母材熱影響部等も含み得るが、本開示の技術において、溶接ビード３１以外の部分の形態は特に限定されるものではない。
図１に示されるように、アーク溶接部３０は溶接ビード３１を有する。また、溶接ビード３１は、少なくとも定常部３１ａを有する。図１に示されるように、溶接ビード３１は、定常部３１ａに加えて、始端部３１ｂや終端部３１ｃを有していてもよい。尚、溶接ビード３１が始端部３１ｂや終端部３１ｃを有する場合、「始端部」とは、溶接ビード３１の始端側の先端から１５ｍｍの長さ、又は、溶接ビード全長の２５％の長さのうちの短い方の長さの範囲をいい、「終端部」とは、溶接ビード３１の終端側の先端から１５ｍｍの長さ、又は、溶接ビード全長の２５％の長さのうちの短い方の長さの範囲をいい、「定常部」とは、溶接ビード３１のうち始端部及び終端部を除いた部分をいう。尚、アーク溶接部３０は、アーク溶接によって元の鋼材から変化した部分をいい、上記の溶接ビード３１のほか、母材熱影響部等も含み得るが、本開示の技術において、溶接ビード３１以外の部分の形態は特に限定されるものではない。
【0029】
１．２．１ 溶接スラグの付着の有無
アーク溶接継手１００においては、定常部３１ａにおける溶接ビード３１の表面に溶接スラグが付着していない。すなわち、定常部３１ａにおいて、止端部３１ａｘを含む溶接ビード全体にブラスト処理が及んでいるものといえる。これにより、アーク溶接部３０が疲労強度や塗装性に一層優れたものとなる。
アーク溶接継手１００においては、定常部３１ａにおける溶接ビード３１の表面に溶接スラグが付着していない。すなわち、定常部３１ａにおいて、止端部３１ａｘを含む溶接ビード全体にブラスト処理が及んでいるものといえる。これにより、アーク溶接部３０が疲労強度や塗装性に一層優れたものとなる。
【0030】
アーク溶接継手１００においては、上述の通り、溶接ビード３１が少なくとも始端部３１ｂを有していてもよく、この場合、始端部３１ｂにおける溶接ビード３１の表面に溶接スラグが付着していないほうがよい。これにより、アーク溶接部３０が疲労強度や塗装性に一層優れたものとなる。
【0031】
アーク溶接継手１００においては、上述の通り、溶接ビード３１が少なくとも終端部３１ｃを有していてもよく、この場合、終端部３１ｃにおける溶接ビード３１の表面に溶接スラグが付着していないほうがよい。これにより、アーク溶接部３０が疲労強度や塗装性に一層優れたものとなる。
【0032】
尚、本願において「溶接ビードの表面に溶接スラグが付着していない」とは、溶接ビード３１の表面に溶接スラグが実質的に付着していないことを意味し、溶接スラグがごく少量付着していることを許容するものである。溶接ビード３１のうち、定常部３１ａ、始端部３１ｂ及び終端部３１ｃの各々について、下記の方法にて溶接ビード面積Ａ２に対するスラグ面積Ａ１の比Ａ１／Ａ２を測定することで、定常部３１ａ、始端部３１ｂ及び終端部３１ｃの各々の表面における溶着スラグの付着の有無を判断することができる。具体的には、図４に示されるように、溶接ビードを俯瞰した向きから、溶接長３０ｍｍ以上（３０ｍｍ以下のビードである場合は全長）の範囲で写真を撮影する。写真に含まれる溶接ビードを始端部、定常部及び終端部に区切る。始端部、定常部及び終端部の各々について、写真上のスラグ面積Ａ１（図４にいうスラグ部ハッチング）と溶接ビード面積Ａ２（スラグが付着している部分（スラグ部ハッチング）とスラグが付着していない部分との合計面積）を測定する。定常部３１ａにおける溶接ビード面積Ａ２ａに対するスラグ面積Ａ１ａの比Ａ１ａ／Ａ２ａが０．１以下である場合に、定常部３１ａにおいて「溶接ビードの表面に溶接スラグが付着していない」ものとみなす。始端部３１ｂや終端部３１ｃについても同様であり、すなわち、始端部３１ｂにおける溶接ビード面積Ａ２ｂに対するスラグ面積Ａ１ｂの比Ａ１ｂ／Ａ２ｂが０．１以下である場合に、始端部３１ｂにおいて「溶接ビードの表面に溶接スラグが付着していない」ものとみなし、終端部３１ｃにおける溶接ビード面積Ａ２ｃに対するスラグ面積Ａ１ｃの比Ａ１ｃ／Ａ２ｃが０．１以下である場合に、終端部３１ｃにおいて「溶接ビードの表面に溶接スラグが付着していない」ものとみなす。図５に示されるように、溶接スラグは、溶接ビードの止端部近傍に残存し易い。本開示の技術においては、例えば、後述するようにブラスト処理における研磨剤として粒子径の小さなものを用いることで、止端部近傍における溶接スラグが効果的に除去され、これにより少なくとも定常部３１ａにおいて、好ましくは少なくとも定常部３１ａ及び始端部３１ｂにおいて、より好ましくは定常部３１ａ、始端部３１ｂ及び終端部３１ｃにおいて「溶接ビードの表面に溶接スラグが付着していない」アーク溶接継手１００が得られる。尚、図４及び５は例示に過ぎず、図４は溶接ビード面積Ａ２に対するスラグ面積Ａ１の比が０．１（１０％）を超えている、すなわち「溶接ビードの表面に溶接スラグが付着している」ものである。
【0033】
１．２．２ 表面粗さ
アーク溶接部３０において疲労き裂が発生し易い部分は、止端部近傍の表面である。当該表面には、溶融池に生じる揺動と凝固との関係で、リップルと呼ばれる波目模様が生じる。さらに、後述のブラスト処理等を施した場合、研磨剤の衝突によって材料表面に塑性変形を生じさせて圧痕が生じ、これにより表面粗さが変化する。微小な凹凸によって疲労強度がどの程度低下するかは、アーク溶接部３０の強度によって異なり、高強度であるほど、微小な凹凸に敏感に反応して疲労強度が低下し易い。すなわち、上記のように引っ張り強さが９８０ＭＰａ以上の高張力鋼材のアーク溶接部３０では、低強度な鋼材のアーク溶接部では問題にならなかった微小なサイズの凹凸であっても疲労強度を悪化させる原因となる場合がある。
アーク溶接部３０において疲労き裂が発生し易い部分は、止端部近傍の表面である。当該表面には、溶融池に生じる揺動と凝固との関係で、リップルと呼ばれる波目模様が生じる。さらに、後述のブラスト処理等を施した場合、研磨剤の衝突によって材料表面に塑性変形を生じさせて圧痕が生じ、これにより表面粗さが変化する。微小な凹凸によって疲労強度がどの程度低下するかは、アーク溶接部３０の強度によって異なり、高強度であるほど、微小な凹凸に敏感に反応して疲労強度が低下し易い。すなわち、上記のように引っ張り強さが９８０ＭＰａ以上の高張力鋼材のアーク溶接部３０では、低強度な鋼材のアーク溶接部では問題にならなかった微小なサイズの凹凸であっても疲労強度を悪化させる原因となる場合がある。
【0034】
上述した問題を回避する観点から、アーク溶接継手１００においては、定常部３１ａにおける溶接ビード３１の止端部３１ａｘが、５．００μｍ以下の表面粗さＲａを有することが重要である。当該表面粗さＲａは、４．５０μｍ以下、４．００μｍ以下又は３．５０μｍ以下であってもよい。
【0035】
アーク溶接継手１００においては、上述の通り、溶接ビード３１が少なくとも始端部３１ｂを有していてもよく、この場合、上記と同様の観点から、始端部３１ｂにおける溶接ビード３１の止端部３１ｂｘが、５．００μｍ以下の表面粗さＲａを有していてもよい。当該表面粗さＲａは、４．５０μｍ以下、４．００μｍ以下又は３．５０μｍ以下であってもよい。
【0036】
アーク溶接継手１００においては、上述の通り、溶接ビード３１が少なくとも終端部３１ｃを有していてもよく、この場合、上記と同様の観点から、終端部３１ｃにおける溶接ビード３１の止端部が、５．００μｍ以下の表面粗さＲａを有していてもよい。当該表面粗さＲａは、４．５０μｍ以下、４．００μｍ以下又は３．５０μｍ以下であってもよい。
【0037】
尚、本願にいう止端部の「表面粗さＲａ」とは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３にいう「算術平均粗さＲａ」に相当するものである。止端部の表面粗さＲａは以下のようにして測定する。まず、溶接ビードの長手方向に垂直な止端部の断面写真をトレースし、鋼材とアーク溶接部との境界部を原点として鋼材表面に沿う方向にｘ軸、鋼材表面と直交する方向にｙ軸をとり、ｘ＝０～２００μｍの範囲で、３次多項式にて止端形状を近似する。そして、近似式とトレース形状点の最短距離を求め、近似線より上なら＋、下なら－を付記してｙｉとする。また、原点から、それぞれの最短距離の線と近似線の交わる点までの距離をｘｉとし、（ｘｉ、ｙｉ）をプロットすると、表面の巨視的なうねりを除いた凹凸形状のプロファイルが得られる。当該プロファイルのｘｉ＝０～２００μｍの範囲で算出した算術平均粗さＲａを、本願にいう「止端部の表面粗さ」とする。尚、表面粗さの測定方法は、以下の非特許文献１に記載されたものと同じである。
非特許文献１：Kazuki Matsuda, Shinji Kodama, "Observation of fatigue microcracks and estimation of fatigue strength of a thin sheet arc welded part considering micro-ripples", International Journal of Fatigue, Volume 145, April 2021, 106087
非特許文献１：Kazuki Matsuda, Shinji Kodama, "Observation of fatigue microcracks and estimation of fatigue strength of a thin sheet arc welded part considering micro-ripples", International Journal of Fatigue, Volume 145, April 2021, 106087
【0038】
１．２．３ フランク角
図２に示されるように、定常部３１ａにおいて、溶接ビード３１の止端部３１ａｘは、鋼材１０又は２０の表面に対して、フランク角θａを有して盛り上がっている。止端部のような狭窄した箇所に対して、後述のブラスト処理を施す場合、狭窄した箇所に研磨剤が堆積して、止端部の表面にブラスト処理の効果が及ばない場合がある。すなわち、疲労き裂の起点となる止端部においてブラスト処理が十分に施されない虞がある。また、ウェットブラスト処理の場合には、狭窄した箇所に水が滞留し、研磨剤の運動エネルギーを減衰させ、同様の問題が生じ得る。この問題は、フランク角が大きい場合（止端が急峻である場合）に生じ易い。また、フランク角が大きいと、止端部の応力集中係数が増加するため、これによっても疲労強度が低下し易くなる。一方、フランク角が小さ過ぎる場合には、止端部近傍の表面凹凸が増大する傾向があり、当該表面凹凸に起因して応力集中が生じ易くなり、疲労強度が低下する場合がある。以上の観点から、アーク溶接継手１００においては、定常部３１ａにおける溶接ビード３１の止端部３１ａｘが、２０°以上５０°以下のフランク角θａを有するとよい。フランク角θａは、２１°以上、２２°以上、２３°以上、２４°以上又は２５°以上であってもよく、４９°以下、４８°以下又は４７°以下であってもよい。
図２に示されるように、定常部３１ａにおいて、溶接ビード３１の止端部３１ａｘは、鋼材１０又は２０の表面に対して、フランク角θａを有して盛り上がっている。止端部のような狭窄した箇所に対して、後述のブラスト処理を施す場合、狭窄した箇所に研磨剤が堆積して、止端部の表面にブラスト処理の効果が及ばない場合がある。すなわち、疲労き裂の起点となる止端部においてブラスト処理が十分に施されない虞がある。また、ウェットブラスト処理の場合には、狭窄した箇所に水が滞留し、研磨剤の運動エネルギーを減衰させ、同様の問題が生じ得る。この問題は、フランク角が大きい場合（止端が急峻である場合）に生じ易い。また、フランク角が大きいと、止端部の応力集中係数が増加するため、これによっても疲労強度が低下し易くなる。一方、フランク角が小さ過ぎる場合には、止端部近傍の表面凹凸が増大する傾向があり、当該表面凹凸に起因して応力集中が生じ易くなり、疲労強度が低下する場合がある。以上の観点から、アーク溶接継手１００においては、定常部３１ａにおける溶接ビード３１の止端部３１ａｘが、２０°以上５０°以下のフランク角θａを有するとよい。フランク角θａは、２１°以上、２２°以上、２３°以上、２４°以上又は２５°以上であってもよく、４９°以下、４８°以下又は４７°以下であってもよい。
【0039】
上述したように溶接ビード３１は少なくとも始端部３１ｂを有していてもよく、この場合、図３に示されるように、始端部３１ｂにおいて溶接ビード３１の止端部３１ｂｘが鋼材１０又は２０の表面に対してフランク角θｂを有して盛り上がっている。アーク溶接継手１００においては、始端部３１ｂにおける溶接ビード３１の止端部３１ｂｘが、２０°以上５０°以下のフランク角θｂを有するようにしてもよい。これによる効果については上述した通りである。フランク角θｂは、２１°以上、２２°以上、２３°以上、２４°以上又は２５°以上であってもよく、４９°以下、４８°以下又は４７°以下であってもよい。フランク角θｂは、フランク角度θａよりも大きくてもよく、小さくてもよく、フランク角θａと同じであってもよいが、通常、フランク角度θｂはフランク角度θａよりも大きい。
【0040】
溶接ビード３１が終端部３１ｃを有する場合も上記と同様である。すなわち、終端部３１ｃにおける溶接ビード３１の止端部についても、２０°以上、２１°以上、２２°以上、２３°以上、２４°以上又は２５°以上、５０°以下、４９°以下、４８°以下又は４７°以下のフランク角を有するものであってよい。
【0041】
尚、止端部のフランク角θは以下のようにして測定する。すなわち、図６に示されるように、アーク溶接継手について、止端部近傍の断面（溶接ビードの長手方向と直交する断面）の写真を取得する。当該断面において、溶接ビード３１と鋼材１０又は２０との境界点Ｐ１を特定する。境界点Ｐ１を通り、且つ、鋼材１０又は２０の表面に沿った直線Ｌ１を特定する。鋼材１０又は２０の表面から鋼材厚みの５％の高さＨにあり、且つ、直線Ｌ１と平行な直線Ｌ２を特定する。直線Ｌ２と溶接ビード３１の止端部の表面との交点Ｐ２を特定する。境界点Ｐ１と交点Ｐ２とを結んだ直線Ｌ３を特定する。直線Ｌ１と直線Ｌ３とのなす角度のうち、高さＨ側且つ溶接ビード側の角度を、フランク角θとして特定する。尚、鋼材の表面が湾曲している場合は、図７に示されるように、境界点Ｐ１における鋼材表面の接線を直線Ｌ１として特定すればよい。
【0042】
１．２．４ ビッカース硬さ
アーク溶接部は、溶接ワイヤ及び鋼材（母材）の成分が混合した溶接金属によって構成される。そのため、軟らかいワイヤを用いた場合でも、鋼材が高強度で合金元素が濃ければ、アーク溶接部を構成する溶接金属の強度はある程度高くなる。そのため、アーク溶接部では、母材がある程度の高強度であっても比較的軟らかいワイヤを用いる場合が多い。しかしながら、本開示のアーク溶接継手１００のように、母材に引張強さ９８０ＭＰａ以上の高強度鋼材が含まれる場合、母材と溶接ワイヤとの成分の差が大きく、アンダマッチ（母材強度＞溶接金属強度）となる場合が多い。過度なアンダマッチは継手の静的強度の低下を招くため、９８０ＭＰａ級以上の母材に対しては、高強度なワイヤを用いる場合がある。高強度なワイヤを用いた場合、アーク溶接部を構成する溶接金属も高強度となる。高強度なアーク溶接部に対してはブラスト処理によるピーニング効果が効き難く、また研磨剤が当たった箇所からピーニング効果が及ぶ範囲が、低強度材の場合と比べて狭くなる。このような場合には、溶接止端部の最奥までブラスト処理が及んでいなければ、疲労き裂の起点となる位置にまでピーニング効果が及ばないため、疲労強度の向上効果は得られない。
アーク溶接部は、溶接ワイヤ及び鋼材（母材）の成分が混合した溶接金属によって構成される。そのため、軟らかいワイヤを用いた場合でも、鋼材が高強度で合金元素が濃ければ、アーク溶接部を構成する溶接金属の強度はある程度高くなる。そのため、アーク溶接部では、母材がある程度の高強度であっても比較的軟らかいワイヤを用いる場合が多い。しかしながら、本開示のアーク溶接継手１００のように、母材に引張強さ９８０ＭＰａ以上の高強度鋼材が含まれる場合、母材と溶接ワイヤとの成分の差が大きく、アンダマッチ（母材強度＞溶接金属強度）となる場合が多い。過度なアンダマッチは継手の静的強度の低下を招くため、９８０ＭＰａ級以上の母材に対しては、高強度なワイヤを用いる場合がある。高強度なワイヤを用いた場合、アーク溶接部を構成する溶接金属も高強度となる。高強度なアーク溶接部に対してはブラスト処理によるピーニング効果が効き難く、また研磨剤が当たった箇所からピーニング効果が及ぶ範囲が、低強度材の場合と比べて狭くなる。このような場合には、溶接止端部の最奥までブラスト処理が及んでいなければ、疲労き裂の起点となる位置にまでピーニング効果が及ばないため、疲労強度の向上効果は得られない。
【0043】
これに対し、後述するように、ブラスト処理の条件を工夫することで、アーク溶接部３０を構成する溶接金属が高強度で硬質であったとしても、アーク溶接部３０において優れた疲労強度及び塗装性を確保することができる。この点、アーク溶接継手１００においては、アーク溶接部３０を構成する溶接金属のビッカース硬さが２６０ＨＶ以上、２７０ＨＶ以上、２８０ＨＶ以上、２９０ＨＶ以上又は３００ＨＶ以上であってもよい。
【0044】
尚、アーク溶接部を構成する溶接金属のビッカース硬さは、以下のように測定する。すなわち、溶接ビード３１の定常部３１ａにおいて断面サンプルを採取し、当該断面における溶接金属表面のうち、鋼材１０又は２０とアーク溶接部３０との境界から０．５ｍｍ以上離れた位置、且つ、ビード表面から０．５ｍｍ以上離れた位置（すなわち、アーク溶接部３０のビード表面から０．５ｍｍ以上深い位置にある内部）について、荷重２００ｇｆで５点以上ビッカース硬さを測定し、最大と最小を省いた平均値を「アーク溶接部を構成する溶接金属のビッカース硬さ」とする。
【0045】
１．３ 継手の溶接構造
アーク溶接継手１００における溶接構造は特に限定されるものではない。例えば、図８に示されるような重ねすみ肉溶接構造を有するものであってもよいし、図９に示されるようなＴ字すみ肉溶接構造を有するものであってもよいし、これら以外の構造を有するものであってもよい。図８や図９に示された構造においては、例えば、少なくとも領域Ｘにおいて、上述したようなフランク角θ等が満たされる一方で、領域Ｘとは反対側のビード止端において、上述したようなフランク角θ等が満たされなくてもよい。すなわち、溶接ビード３１は、一方側の止端とそれとは反対側（他方側）の止端とで異なる構造を有していてもよい。
アーク溶接継手１００における溶接構造は特に限定されるものではない。例えば、図８に示されるような重ねすみ肉溶接構造を有するものであってもよいし、図９に示されるようなＴ字すみ肉溶接構造を有するものであってもよいし、これら以外の構造を有するものであってもよい。図８や図９に示された構造においては、例えば、少なくとも領域Ｘにおいて、上述したようなフランク角θ等が満たされる一方で、領域Ｘとは反対側のビード止端において、上述したようなフランク角θ等が満たされなくてもよい。すなわち、溶接ビード３１は、一方側の止端とそれとは反対側（他方側）の止端とで異なる構造を有していてもよい。
【0046】
２．溶接構造体
本開示の技術は、溶接構造体としての側面も有する。すなわち、本開示の溶接構造体は、上記のアーク溶接継手１００を備える。アーク溶接継手１００は、上述した構成を備えることで、引張強さ９８０ＭＰａ以上の鋼材を含みつつも、アーク溶接部３０の疲労強度や塗装性に優れたものとなる。このようなアーク溶接継手１００は、様々な溶接構造体に適用可能である。例えば、アーク溶接継手１００をより有効に活かせる溶接構造体として、各種の自動車部材が挙げられる。特に、ロアアーム、サブフレーム、トーションビーム等の足回り部材が好適である。
本開示の技術は、溶接構造体としての側面も有する。すなわち、本開示の溶接構造体は、上記のアーク溶接継手１００を備える。アーク溶接継手１００は、上述した構成を備えることで、引張強さ９８０ＭＰａ以上の鋼材を含みつつも、アーク溶接部３０の疲労強度や塗装性に優れたものとなる。このようなアーク溶接継手１００は、様々な溶接構造体に適用可能である。例えば、アーク溶接継手１００をより有効に活かせる溶接構造体として、各種の自動車部材が挙げられる。特に、ロアアーム、サブフレーム、トーションビーム等の足回り部材が好適である。
【0047】
３．アーク溶接継手の製造方法
上記のアーク溶接継手１００は、例えば、以下の方法によって製造することができる。すなわち、本開示のアーク溶接継手の製造方法は、
第１の鋼材１０と第２の鋼材２０とをアーク溶接部３０を介して接合すること、及び、
前記アーク溶接部３０に対して研磨剤を用いたブラスト処理を施すこと、
を含み、
前記第１の鋼材１０及び前記第２の鋼材２０のうちの少なくとも一方が９８０ＭＰａ以上の引張強さを有し、
前記研磨剤の粒子径が前記アーク溶接部３０の局所止端半径よりも小さいことを特徴とする。
上記のアーク溶接継手１００は、例えば、以下の方法によって製造することができる。すなわち、本開示のアーク溶接継手の製造方法は、
第１の鋼材１０と第２の鋼材２０とをアーク溶接部３０を介して接合すること、及び、
前記アーク溶接部３０に対して研磨剤を用いたブラスト処理を施すこと、
を含み、
前記第１の鋼材１０及び前記第２の鋼材２０のうちの少なくとも一方が９８０ＭＰａ以上の引張強さを有し、
前記研磨剤の粒子径が前記アーク溶接部３０の局所止端半径よりも小さいことを特徴とする。
【0048】
３．１ アーク溶接
第１の鋼材１０と第２の鋼材２０とのアーク溶接の条件（電流値、溶接速度、シールドガス等）は特に限定されるものではない。一例については後述する。アーク溶接に用いられるワイヤについても、公知のソリッドワイヤやフラックス入りワイヤをいずれも採用可能である。特に、フラックス入りワイヤを用いて第１の鋼材１０と第２の鋼材２０とをアーク溶接した場合に、溶接ビード３１の止端部が好適な形状となり易い。すなわち、フラックス入りワイヤはソリッドワイヤと比べ熱容量が小さく、アーク長が長くなり易いため、また、溶接スラグが溶接金属表面を覆い易いため、なだらかで凹凸の少ない止端形状が得られ易い。このようにアーク溶接時にフラックス入りワイヤを採用し、且つ、後述のブラスト処理を行うことで、止端形状がなだらかになり易く、ブラスト処理が止端の最奥部まで及び易くなり、且つ、溶接金属の表面凹凸も低減され易い。すなわち、溶接ビードの表面に付着したスラグを適切に除去できるとともに、上記した表面粗さＲａやフランク角θが達成され易く、アーク溶接部３０において一層優れた疲労強度や塗装性を確保し易い。
第１の鋼材１０と第２の鋼材２０とのアーク溶接の条件（電流値、溶接速度、シールドガス等）は特に限定されるものではない。一例については後述する。アーク溶接に用いられるワイヤについても、公知のソリッドワイヤやフラックス入りワイヤをいずれも採用可能である。特に、フラックス入りワイヤを用いて第１の鋼材１０と第２の鋼材２０とをアーク溶接した場合に、溶接ビード３１の止端部が好適な形状となり易い。すなわち、フラックス入りワイヤはソリッドワイヤと比べ熱容量が小さく、アーク長が長くなり易いため、また、溶接スラグが溶接金属表面を覆い易いため、なだらかで凹凸の少ない止端形状が得られ易い。このようにアーク溶接時にフラックス入りワイヤを採用し、且つ、後述のブラスト処理を行うことで、止端形状がなだらかになり易く、ブラスト処理が止端の最奥部まで及び易くなり、且つ、溶接金属の表面凹凸も低減され易い。すなわち、溶接ビードの表面に付着したスラグを適切に除去できるとともに、上記した表面粗さＲａやフランク角θが達成され易く、アーク溶接部３０において一層優れた疲労強度や塗装性を確保し易い。
【0049】
アーク溶接部は、上述の通り、止端部のフランク角がなだらかであるほうがよい。また、上述の通り、アーク溶接部を構成する溶接金属は硬質なものであってもよい。具体的には、アーク溶接部３０が溶接ビード３１を有してもよく、溶接ビード３１が少なくとも定常部３１ａを有してもよく、定常部３１ａにおける溶接ビード３１の止端部３１ａｘが２０°以上５０°以下のフランク角θａを有してもよい。また、溶接ビード３１が少なくとも始端部３１ｂを有してもよく、始端部３１ｂにおける溶接ビード３１の止端部３１ｂｘが２０°以上５０°以下のフランク角θｂを有していてもよい。さらに、アーク溶接部３０を構成する溶接金属のビッカース硬さが３００ＨＶ以上であってもよい。
【0050】
３．２ ブラスト処理
上記のようにしてアーク溶接を行った後は、アーク溶接部３０に対してブラスト処理を施す。アーク溶接部３０にブラスト処理を施すことで、スラグやスケールの除去ができ、さらにはピーニング効果により疲労強度が向上する。
上記のようにしてアーク溶接を行った後は、アーク溶接部３０に対してブラスト処理を施す。アーク溶接部３０にブラスト処理を施すことで、スラグやスケールの除去ができ、さらにはピーニング効果により疲労強度が向上する。
【0051】
ただし、上述したように、溶接対象に高強度鋼材が含まれる場合、アーク溶接部も高強度となり、ピーニング効果の影響範囲が狭くなる。そのため、ブラスト処理を施した場合に、例えば止端部までピーニング効果が及ばない虞がある。また、止端部の最奥部（疲労き裂の起点となる部分）を構成する溶接金属が硬いほどピーニング効果が及び難くなる。このように、アーク溶接対象として高強度の鋼材を採用した場合、アーク溶接部にブラスト処理を施しても疲労強度が向上しない場合がある。また、止端部にまでブラスト処理の効果を及ぼすことができない場合、止端部に付着したスラグが除去できない。この点、スラグの残存によってアーク溶接部の塗装性も低下してしまう。また、疲労き裂は止端部の最も湾曲した応力集中が生じ易い部分から生じ、スラグが残存している場合には、スラグの下部からき裂が生じることとなる。上述の通り、溶接対象に高強度鋼材が含まれる場合、ピーニング効果の影響範囲が狭く、スラグの下部においてブラスト処理の効果が及んでいないことが想定され、スラグの下部からのき裂の発生を抑制できず、疲労強度が向上し難い。
【0052】
上記の問題を解消するため、本開示の方法においては、ブラスト処理に用いる研磨剤として、粒子径の小さなものを用いる。具体的には、研磨剤の粒子径がアーク溶接部３０の局所止端半径よりも小さい。これにより、研磨剤が止端部にまで入り込み易くなり、且つ、止端部における研磨剤の堆積等も回避され易くなり、ブラスト処理によるピーニング効果を止端部まで及ばせ易くなる。研磨剤には、アーク溶接部３０の局所止端半径よりも小さな粒子径を有するものと、局所止端半径以上の粒子径を有するものとが混在していてもよいが、局所止端半径よりも小さな粒子径を有するものができるだけ多いほうがよい。具体的には、ブラスト処理に使用される研磨剤の全体を基準（１００質量％）として、アーク溶接部３０の局所止端半径よりも小さな粒子径を有するものが５０質量％以上、６０質量％以上、７０質量％以上、８０質量％以上、９０質量％以上、９５質量％以上又は９９質量％以上を占めるとよい。
【0053】
尚、アーク溶接部３０の局所止端半径は、以下の通りに定義されるものである。すなわち、図１０に示されるように、止端部近傍の断面（溶接ビードの長手方向と直交する断面）において、溶接ビードと鋼材との境界点Ｐ１を特定する。また、鋼材表面よりも上であって鋼材厚みの５％、７．５％、及び１０％となる位置に、鋼材表面に沿った直線Ｌ１と平行な線を引き、それぞれがビード表面（溶接金属表面）と交わる点ＰＡ、ＰＢ、ＰＣを特定する。鋼材の表面に沿った直線Ｌ１に直交し、且つ、境界点Ｐ１を通る直線Ｌ０を特定する。直線Ｌ０上に中心を有し、且つ、境界点Ｐ１と点ＰＡとを通る円ＣＡと、直線Ｌ０上に中心を有し、且つ、境界点Ｐ１と点ＰＢとを通る円ＣＢと、直線Ｌ０上に中心を有し、且つ、境界点Ｐ１と点ＰＣとを通る円ＣＣとを各々特定する。３つの円ＣＡ～ＣＣについて、各々の半径を求め、その平均値を「局所止端半径」と定義する。
【0054】
ブラスト処理の条件は、上述の通り小さな粒子径を有する研磨剤を用いること以外は、従来のブラスト処理と同様の条件であってよい。ブラスト処理は、ショットブラスト（ドライブラスト）であってもよいし、ウェットブラストであってもよい。ショットブラストは、エア圧等により研磨剤を対象に投射する技術である。ウェットブラストは、研磨剤と液体（例えば水）とを混合したスラリー（泥）を対象に投射する技術である。本開示の方法においては、ブラスト処理がウェットブラスト処理である場合に一層高い効果が期待できる。ウェットブラストは、研磨剤とともに液体（水）を混合することで、ショットブラストよりも粒径の小さい研磨剤を用いることができる。ショットブラストでは研磨剤が軽すぎると運動エネルギーが小さくなり、空気抵抗により速度が減衰し、加工力が著しく低下する一方で、ウェットブラストではこのような問題は生じ難い。また、ウェットブラストによれば、対象物をブラスト処理すると同時に、水により研磨剤や研削屑を洗い流すことができるため、研磨剤の堆積等を防ぎ易く、洗浄性が良好になる。また、ウェットブラストによれば、粉塵の飛散も生じ難い。
【0055】
３．３ 補足
アーク溶接部の開始位置（始端）におけるブラスト処理について補足する。始端部においては、定常部よりも、止端形状が急峻になり易い（図３のθｂのほうが、図２のθａよりも大きくなり易い）ことから、応力集中が高くなり易く、疲労き裂の発生起点となり易い。始端部付近の溶接ビードの外観は、例えば、図１１に示される通りである。図１２は、図１１中のＳ（始端部）の位置で採取したサンプルについての光学顕微鏡による断面写真である。図１３は、図１１中のＭ（定常部）の位置で採取したサンプルについての光学顕微鏡による断面写真である。図１２及び１３から、定常部と比べて始端部の方が、急峻な止端形状となることが分かる。このように、一般的に始端付近の止端部は定常部の止端部よりも急峻になる場合が多く、定常部にブラスト処理を施すことを前提にブラスト条件を選定すると、始端側の止端部において、適切にブラスト処理が施されない場合がある。その結果、始端付近の止端部から疲労き裂が生じてしまい、継手としての疲労強度が低下する虞がある。この問題を回避するためには、始端側の止端部においても、上述のように、局所止端半径を測定し、適切な粒径の研磨剤を用いてブラスト処理を施すことが好ましい。
アーク溶接部の開始位置（始端）におけるブラスト処理について補足する。始端部においては、定常部よりも、止端形状が急峻になり易い（図３のθｂのほうが、図２のθａよりも大きくなり易い）ことから、応力集中が高くなり易く、疲労き裂の発生起点となり易い。始端部付近の溶接ビードの外観は、例えば、図１１に示される通りである。図１２は、図１１中のＳ（始端部）の位置で採取したサンプルについての光学顕微鏡による断面写真である。図１３は、図１１中のＭ（定常部）の位置で採取したサンプルについての光学顕微鏡による断面写真である。図１２及び１３から、定常部と比べて始端部の方が、急峻な止端形状となることが分かる。このように、一般的に始端付近の止端部は定常部の止端部よりも急峻になる場合が多く、定常部にブラスト処理を施すことを前提にブラスト条件を選定すると、始端側の止端部において、適切にブラスト処理が施されない場合がある。その結果、始端付近の止端部から疲労き裂が生じてしまい、継手としての疲労強度が低下する虞がある。この問題を回避するためには、始端側の止端部においても、上述のように、局所止端半径を測定し、適切な粒径の研磨剤を用いてブラスト処理を施すことが好ましい。
【0056】
アーク溶接条件の詳細について補足する。アーク溶接の電流値は、例えば、８０Ａ以上２５０Ａ以下であってもよい。また、溶接速度は０．６ｍ／ｍｉｎ以上１．２ｍ／ｍｉｎ以下であってもよい。また、シールドガスは、アルゴンと二酸化炭素との混合ガスであってよく、この場合、混合ガスに占める二酸化炭素の割合は５体積％以上２０体積％以下であってもよい。溶接狙い位置と局所止端半径／厚み（板厚）との関係は例えば図１４に示されるような関係であってもよい。尚、図１４は、電圧について、溶接電源の一元設定時から±０、＋２Ｖ、－２Ｖに設定した場合である。図１４をもとに、局所止端半径を求めることもできる。溶接狙い位置は、例えば、図１５に示される通りであり、より具体的には、重ねすみ肉溶接の場合は図１６で示される領域Ｙ、Ｔ字すみ肉溶接の場合は図１７で示される領域Ｙを溶接狙い位置としてもよい。
【0057】
ブラスト処理条件の詳細について補足する。ブラスト圧力は０．２ＭＰａ以上０．４ＭＰａ以下であってもよい。また、投影距離は３０ｍｍ以上又は６０ｍｍ以上、１５０ｍｍ以下又は１２０ｍｍ以下であってもよい。研磨剤としては、例えば、ガラス、ジルコニア、アルミナ又はＳＵＳ等からなるものを用いることができる。研磨剤の形状は粒子状であればよく、例えば、ビーズ状、グリッド状又はカットワイヤ状であってよい。上述したように研磨剤は所定の粒子径を有し得る。ここで、研磨剤の「粒子径」とは研磨剤の球相当直径（研磨剤の粒子の体積を球に換算した場合における当該球の直径）をいう。研磨剤の粒子径は、上述の通りアーク溶接部の局所止端半径に応じて決定されればよい。ブラストの投射方向（投射角度）は、図１８に示されるように、例えば、９０°（鋼材表面の真上）から４５°（鋼材表面に対して斜め４５°）の間であってもよい。
【0058】
４．溶接構造体の製造方法
本開示の技術は溶接構造体の製造方法としての側面も有する。すなわち、本開示の溶接構造体の製造方法は、上記の製造方法によってアーク溶接継手を得ること、を含む。溶接構造体の製造に際しては、上記の手順でアーク溶接継手を得ること以外は、公知の工程が採用されてよい。溶接構造体の用途等に応じて適切な工程が採用され得る。
本開示の技術は溶接構造体の製造方法としての側面も有する。すなわち、本開示の溶接構造体の製造方法は、上記の製造方法によってアーク溶接継手を得ること、を含む。溶接構造体の製造に際しては、上記の手順でアーク溶接継手を得ること以外は、公知の工程が採用されてよい。溶接構造体の用途等に応じて適切な工程が採用され得る。
【実施例0059】
以下、実施例を示しつつ、本開示の技術についてさらに詳細に説明するが、本開示の技術は以下の実施例に限定されるものではない。
【0060】
１．母材の準備
母材として、引張強さ９８９ＭＰａの鋼からなる鋼板Ａと、引張強さ１２１２ＭＰａの鋼からなる鋼板Ｂと、引張強さ４４１ＭＰａの鋼からなる鋼板Ｃとの３種類を用意した。板厚はともに２．９ｍｍであった。
母材として、引張強さ９８９ＭＰａの鋼からなる鋼板Ａと、引張強さ１２１２ＭＰａの鋼からなる鋼板Ｂと、引張強さ４４１ＭＰａの鋼からなる鋼板Ｃとの３種類を用意した。板厚はともに２．９ｍｍであった。
【0061】
２．溶接ワイヤの準備
アーク溶接用の溶接ワイヤとして、Ａｒ＋ＣＯ２シールドガス用の４９０ＭＰａ級鋼用ソリッドワイヤａと、７８０ＭＰａ級鋼用ソリッドワイヤｂと、７８０ＭＰａ級鋼用フラックス入りワイヤｃとの３種類を用意した。
アーク溶接用の溶接ワイヤとして、Ａｒ＋ＣＯ２シールドガス用の４９０ＭＰａ級鋼用ソリッドワイヤａと、７８０ＭＰａ級鋼用ソリッドワイヤｂと、７８０ＭＰａ級鋼用フラックス入りワイヤｃとの３種類を用意した。
【0062】
３．アーク溶接及びブラスト処理
上記の母材に対して、鋼板Ａ同士、鋼板Ｂ同士又は鋼材Ｃ同士をアーク溶接（重ねすみ肉溶接）して接合し、その後、アーク溶接部にブラスト処理を施した。表１に、各例についてのアーク溶接条件及びブラスト条件を示す。また、各例に共通する条件は以下の通りである。
上記の母材に対して、鋼板Ａ同士、鋼板Ｂ同士又は鋼材Ｃ同士をアーク溶接（重ねすみ肉溶接）して接合し、その後、アーク溶接部にブラスト処理を施した。表１に、各例についてのアーク溶接条件及びブラスト条件を示す。また、各例に共通する条件は以下の通りである。
【0063】
（各例に共通するアーク溶接条件）
溶接電流：２３５Ａ
溶接速度：０．８ｍ／ｍｉｎ
シールドガス：Ａｒ＋２０％ＣＯ２
直流パルスモード
溶接電流：２３５Ａ
溶接速度：０．８ｍ／ｍｉｎ
シールドガス：Ａｒ＋２０％ＣＯ２
直流パルスモード
【0064】
【0065】
４．電着塗装性の評価
上記のようにして得られた各々のアーク溶接継手に対して、まず、脱脂処理及び化成処理を施した。次いで、膜厚が２０μｍとなるように電着塗装を行った。そして、電着塗装後の溶接ビード部を鋼板の表面に垂直な方向から写真撮影し、その写真を画像解析することにより、溶接ビードの面積に対する電着塗装不良部の面積の比率を測定し、この比率を「塗装不良面積率」とした。なお、溶接ビードの長さは１２０ｍｍとした。この溶接ビードから、溶接始端部（溶接ビードの溶接開始側の端から１５ｍｍまでの領域）と終端部（溶接ビードの溶接終了側の端から１５ｍｍまでの領域）とを除いた、長さ９０ｍｍの領域に対し、上述の測定を行った。塗装不良面積率が５％以下の溶接継手を合格「○」、５％超の溶接継手を不合格「×」と判断した。
上記のようにして得られた各々のアーク溶接継手に対して、まず、脱脂処理及び化成処理を施した。次いで、膜厚が２０μｍとなるように電着塗装を行った。そして、電着塗装後の溶接ビード部を鋼板の表面に垂直な方向から写真撮影し、その写真を画像解析することにより、溶接ビードの面積に対する電着塗装不良部の面積の比率を測定し、この比率を「塗装不良面積率」とした。なお、溶接ビードの長さは１２０ｍｍとした。この溶接ビードから、溶接始端部（溶接ビードの溶接開始側の端から１５ｍｍまでの領域）と終端部（溶接ビードの溶接終了側の端から１５ｍｍまでの領域）とを除いた、長さ９０ｍｍの領域に対し、上述の測定を行った。塗装不良面積率が５％以下の溶接継手を合格「○」、５％超の溶接継手を不合格「×」と判断した。
【0066】
５．疲労特性の評価
上記のようにして得られた各々のアーク溶接継手について、アーク溶接部の疲労特性を評価した。ビード定常部の評価では始終端部を除いた溶接ビードの安定した箇所から、始端部の評価では始端側の溶接ビード端部から、それぞれ溶接線方向に幅２０ｍｍの試験片を採取し、平面曲げ疲労試験を実施した。載荷条件は応力比－１の両振りの変位制御、破断条件は試験片に作用する曲げモーメントが１Ｎ・ｍ以下となった時点、疲労限σＷは１０７回未破断時点の応力振幅［ＭＰａ］とした。また、応力の基準は試験片中央における溶接止端部の応力集中を考慮しない場合の曲げ応力の最大値（曲げモーメントＭ［Ｎ・ｍｍ］、試験片幅ｈ［ｍｍ］、板厚ｔ［ｍｍ］とすると、６Ｍ／ｈｔ２［ＭＰａ］）とした。
上記のようにして得られた各々のアーク溶接継手について、アーク溶接部の疲労特性を評価した。ビード定常部の評価では始終端部を除いた溶接ビードの安定した箇所から、始端部の評価では始端側の溶接ビード端部から、それぞれ溶接線方向に幅２０ｍｍの試験片を採取し、平面曲げ疲労試験を実施した。載荷条件は応力比－１の両振りの変位制御、破断条件は試験片に作用する曲げモーメントが１Ｎ・ｍ以下となった時点、疲労限σＷは１０７回未破断時点の応力振幅［ＭＰａ］とした。また、応力の基準は試験片中央における溶接止端部の応力集中を考慮しない場合の曲げ応力の最大値（曲げモーメントＭ［Ｎ・ｍｍ］、試験片幅ｈ［ｍｍ］、板厚ｔ［ｍｍ］とすると、６Ｍ／ｈｔ２［ＭＰａ］）とした。
【0067】
曲げ載荷における疲労限には板厚影響が存在するため、板厚影響を考慮した下記の（１）式の関係を満足する疲労限σＷ［ＭＰａ］が得られた場合に、良好な疲労限「○」が得られたものと判断した。（１）式を満たさない場合を「×」と判断した。さらに、（１）式を満たすとともに、（２）式を満たす場合は、より優れた疲労限「◎」が得られたものと判断した。
２２１＋５６／ｔ≦σＷ＜２３２＋５１／ｔ …（１）
２３２＋５１／ｔ≦σＷ …（２）
２２１＋５６／ｔ≦σＷ＜２３２＋５１／ｔ …（１）
２３２＋５１／ｔ≦σＷ …（２）
【0068】
６．評価結果
下記表１に各例のアーク溶接条件、ブラスト処理条件、電着塗装性の評価結果、及び、疲労特性の評価結果を示す。
下記表１に各例のアーク溶接条件、ブラスト処理条件、電着塗装性の評価結果、及び、疲労特性の評価結果を示す。
【0069】
【表1】
【0070】
表１に示される結果をまとめると、以下の通りである。
【0071】
Ｎｏ．４及び１０については、研磨剤の粒径が局所止端半径よりも大きく、止端部にスラグが残存した。これにより塗装性が悪化した。また、スラグ下部においてブラスト処理が十分に施されておらず、十分な疲労特性が得られなかった。
【0072】
Ｎｏ．９については、定常部における溶接ビードの止端部の表面粗さＲａが５μｍ超であった。これにより、疲労試験において微小凹凸による応力集中が生じ、十分な疲労特性が得られなかった。
【0073】
Ｎｏ．１２については、研磨剤の粒径が局所止端半径よりも大きく、止端部にスラグが残存した。これにより塗装性が悪化した。一方で、アーク溶接部を構成する溶接金属のビッカース硬さが３００ＨＶ未満と軟らかかったため、残存したスラグの周辺部分に施されたブラスト処理効果がスラグ下部にまで及び、良好な疲労特性が得られた。
【0074】
Ｎｏ．１４については、研磨剤の粒径が局所止端半径よりも大きく、止端部にスラグが残存した。これにより塗装性が悪化した。一方で、母材鋼板が低強度であり、結果としてアーク溶接部を構成する溶接金属のビッカース硬さが３００ＨＶ未満と軟らかくなったため、残存したスラグの周辺部分に施されたブラスト処理効果がスラグ下部にまで及び、良好な疲労特性が得られた。
【0075】
これに対し、Ｎｏ．１～３、５～８及び１３については、定常部における溶接ビードの表面に溶接スラグが付着しておらず、且つ、定常部における溶接ビードの止端部が５．００μｍ以下の表面粗さを有するものであり、これにより、優れた塗装性及び疲労特性を有していた。また、Ｎｏ．１１については、始端部における溶接ビードの表面に溶接スラグが付着しておらず、且つ、始端部における溶接ビードの止端部が５．００μｍ以下の表面粗さを有するものであり、これにより、優れた塗装性及び疲労特性を有していた。尚、Ｎｏ．１１については、定常部においても溶接ビードの表面に溶接スラグが付着しておらず、且つ、溶接ビードの止端部が５．００μｍ以下の表面粗さを有するものであった。
【符号の説明】
【0076】
１０ 第１の鋼材
２０ 第２の鋼材
３０ アーク溶接部
３１ 溶接ビード
３１ａ 定常部
３１ａｘ 止端部
３１ｂ 始端部
３１ｂｘ 止端部
３１ｃ 終端部
１００ アーク溶接継手
２０ 第２の鋼材
３０ アーク溶接部
３１ 溶接ビード
３１ａ 定常部
３１ａｘ 止端部
３１ｂ 始端部
３１ｂｘ 止端部
３１ｃ 終端部
１００ アーク溶接継手
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
