特開 2024-5783 ランオフプレート及びランオフプレートを用いた溶接加工方法

(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】P2024005783

(43)【公開日】2024-01-17

(54)【発明の名称】ランオフプレート及びランオフプレートを用いた溶接加工方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 37/06 20060101AFI20240110BHJP

   B23K 26/21 20140101ALI20240110BHJP

【ＦＩ】

B23K37/06 R

B23K26/21 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022106152

(22)【出願日】2022-06-30

(71)【出願人】

【識別番号】390014672

【氏名又は名称】株式会社アマダ

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】吉村 泰典

(72)【発明者】

【氏名】入江 真

(72)【発明者】

【氏名】舟木 厚司

【テーマコード（参考）】

4E168

【Ｆターム（参考）】

4E168BA13

4E168BA56

4E168BA83

4E168FB03

(57)【要約】

【課題】ランオフプレート１の除去工数を大幅に削減する。
【解決手段】母材１００（１０１及び１０２）を溶接する際に母材１００の溶接継手１００Ｊの母材端部１００Ｅに固定され、母材１００を溶接する接合作業の溶接終端部を母材１００に残さないためのランオフプレート１であって、母材端部１００Ｅに当接される突起部１０と、突起部１０の周囲に配置され、母材端部１００Ｅに突起部１０が当接した状態で母材１００に対して固定される本体部２０と、突起部１０と本体部２０とを繋ぎ接合作業時に生じる熱が加えられることで溶け落ちる接続部３０と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

母材を溶接する際に前記母材の溶接継手の母材端部に固定され、前記母材を溶接する接合作業の溶接終端部を前記母材に残さないためのランオフプレートであって、
前記母材端部に当接される突起部と、
前記突起部の周囲に配置され、前記母材端部に前記突起部が当接した状態で前記母材に対して固定される本体部と、
前記突起部と前記本体部とを繋ぎ、前記接合作業時に生じる熱が加えられることで溶け落ちる接続部と、
を備えるランオフプレート。

【請求項2】

前記接続部は、前記突起部と前記本体部との熱伝導経路である
請求項１に記載のランオフプレート。

【請求項3】

前記接続部は、前記溶接継手の延長線上の位置で前記突起部と前記本体部とを繋ぐ
請求項１に記載のランオフプレート。

【請求項4】

前記接続部は、前記溶接終端部に位置し、前記接合作業により溶け落ちる大きさである
請求項１に記載のランオフプレート。

【請求項5】

前記突起部は、前記接続部を除き、熱絶縁要素により前記本体部と熱絶縁されている
請求項１に記載のランオフプレート。

【請求項6】

前記接続部は、前記本体部が固定される際に変形せずに前記突起部を保持する剛性を有する
請求項１に記載のランオフプレート。

【請求項7】

前記突起部の大きさは、前記接続部が前記溶接終端部に位置した場合に、前記突起部に生じる溶融池及びクレータが前記突起部内に収まり、前記突起部に生じる溶融池の大きさが前記母材に生じる溶融池の大きさと比較して一致又は小さくなるサイズである
請求項１に記載のランオフプレート。

【請求項8】

前記母材はレーザ溶接により接合され、
前記溶接継手の長さ方向の寸法を長さ、前記溶接継手の幅方向の寸法を幅と定義した場合、前記接続部の長さは（１）式を満たし、前記接続部の幅は（２）式を満たす
請求項１に記載のランオフプレート。
ただし、ビードは、前記接合作業時に生じる溶接金属の盛り上がり部であり、ビードの幅は測定されたビード幅の最小値から最大値までの範囲に含まれる。
［数１］
接続部の長さ＝ビードの幅×０．３・・・（１）
［数２］
接続部の幅＝ビードの幅×０．３・・・（２）

【請求項9】

前記母材はレーザ溶接により接合され、
前記溶接継手の長さ方向の寸法を長さ、前記溶接継手の幅方向の寸法を幅と定義した場合、前記突起部の長さは（３）式を満たし、前記突起部の幅は（４）式を満たす
請求項１に記載のランオフプレート。
ただし、ビードは、前記接合作業時に生じる溶接金属の盛り上がり部であり、ビードの幅は測定されたビード幅の最小値から最大値までの範囲に含まれ、クレータは、前記接合作業時に前記ビードの終端部にできる窪み部である。
［数３］
突起部の長さ≧クレータの長さ・・・（３）
［数４］
突起部の幅≧ビードの幅×３・・・（４）

【請求項10】

前記本体部は、平行する２つのクランプバンドにより前記溶接継手の長さ方向に沿って固定され、前記溶接継手の長さ方向の寸法を長さ、前記溶接継手の幅方向の寸法を幅と定義した場合、前記本体部の長さは（５）式を満たし、前記本体部の幅は（６）式を満たす
請求項１に記載のランオフプレート。
ただし、
Ｘは、前記接合作業が前記母材から前記突起部に移動し、前記接続部が溶け落ちるまで、前記本体部が移動しないで固定されるに要する面積となる必要最低限の長さであり、
クランプの間隔は、前記２つのクランプバンド間の距離であり、
クランプの押さえ代は、前記クランプバンドが前記本体部を固定する前記溶接継手の幅方向の寸法である。
［数５］
本体部の長さ≧突起部の長さ＋接続部の長さ＋Ｘ・・・（５）
［数６］
本体部の幅≧クランプの間隔＋（２×クランプの押さえ代）・・・（６）

【請求項11】

前記突起部の平面形状は、一の辺が前記母材と当接する四角形状である
請求項１に記載のランオフプレート。

【請求項12】

前記突起部の平面形状は、一つの辺が前記母材と当接する三角形状、又は直径部分が前記母材と当接する半円形状である
請求項１に記載のランオフプレート。

【請求項13】

突合せ溶接、角継手溶接、すみ肉溶接、重ね継手溶接に用いることができる
請求項１に記載のランオフプレート。

【請求項14】

請求項１に記載のランオフプレートを用いた溶接加工方法であって、
前記溶接継手の前記母材端部に前記突起部を当接し、
前記本体部を前記母材に対して固定し、
前記接合作業を前記母材端部から前記突起部へ延長して前記接続部を溶け落とし、
前記接合作業後に前記母材に溶接された前記突起部を取り除く
ランオフプレートを用いた溶接加工方法。

【請求項15】

前記突起部へ延長した前記接合作業の溶接終端部は、前記接続部の位置に設定する
請求項１４に記載のランオフプレートを用いた溶接加工方法。

【請求項16】

前記接続部が前記溶接継手の延長線上に位置するように前記本体部を前記母材に固定する
請求項１５に記載のランオフプレートを用いた溶接加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ランオフプレート及びランオフプレートを用いた溶接加工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、溶接終端部にはクレータ又は溶落ちが生じることが知られており、これらの欠陥部位を溶接する母材に生じさせないようにするために、溶接終端部を継手の外側に設定するランオフプレートを用いた溶接加工が知られている（非特許文献１）。なお、本明細書で記載する「クレータ」とは、ＪＩＳ Ｚ３００１－７：２０１８ 番号７３１４６（ＩＳＯ／ＴＲ２５９０１－４：２０１６）で定義されるクレータ（crater）を指し、「溶落ち」は、ＪＩＳ Ｚ３００１－４：２０１３ 番号４７０１０（ＩＳＯ６５２０－１：１９９８ 番号５１０）で定義された溶落ち（burn through）を指す。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】横田 大和著「片面サブマージアーク溶接の終端割れ防止技術」ＫＯＢＥＬＣＯ書房 ２０１８年１０月号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、ランオフプレートは母材に溶接されてしまうため、ランオフプレートの除去工程に時間を要することとなる。ランオフプレートの除去は、グラインダによる研磨除去が一般的であり、ランオフプレートと母材との接合部の容積が大きければ大きいほど除去に多大な時間を要する。また、ランオフプレートを折り曲げて除去する方法もあるが、ランオフプレートを除去した際に母材に切欠きが生じる可能性があり、商品としての品質を満たさない場合がある。つまり、ランオフプレートを用いた溶接加工は、溶接終端部に生じる溶接欠陥を排除できるが、ランオフプレートの除去に手間がかかるという課題がある。ただし、ランオフプレートは溶接前の母材との固定のために一定のサイズが必要であるため、ランオフプレートのサイズの小型化には限界がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一態様は、母材を溶接する際に母材の溶接継手の母材端部に固定され、母材を溶接する接合作業の溶接終端部を母材に残さないためのランオフプレートであって、母材端部に当接される突起部と、突起部の周囲に配置され、母材端部に突起部が当接した状態で母材に対して固定される本体部と、突起部と本体部とを繋ぎ、接合作業時に生じる熱が加えられることで溶け落ちる接続部と、を備える。

【0006】

本発明の一態様であるランオフプレートによれば、母材の溶接継手の母材端部に当接される突起部を備えることにより、母材の接合作業を母材端部から突起部へ延長することができる。これにより、溶接終端部に生じる欠陥部位が母材に生じることを防止することができる。突起部の周囲に配置され、母材端部に突起部が当接した状態で母材に対して固定される本体部を備えることにより、突起部が母材端部に当接した状態を保持することができる。突起部と本体部とを繋ぎ、接合作業時に生じる熱が加えられることで溶け落ちる接続部を備えることにより、接合作業を母材端部から突起部へ延長することで接続部を溶け落とし、本体部を突起部から溶断することができる。これにより、母材には突起部のみが接合される。

【0007】

本発明の一態様は、母材の溶接継手の母材端部に当接される突起部と、突起部の周囲に配置され、母材端部に突起部が当接した状態で母材に対して固定される本体部と、突起部と本体部とを繋ぎ、接合作業時に生じる熱が加えられることで溶け落ちる接続部と、を備えるランオフプレートを用いた溶接加工方法であって、母材の溶接継手の母材端部に突起部を当接し、本体部を母材に対して固定し、接合作業を母材端部から突起部へ延長して接続部を溶け落とし、接合作業後に母材に溶接された突起部を取り除く。

【0008】

本発明の一態様であるランオフプレートを用いた溶接加工方法によれば、母材の溶接継手の母材端部に突起部を当接し、本体部を母材に対して固定することにより、突起部が母材端部に当接した状態を保持することができる。これにより、母材の接合作業の溶接終端部を母材端部から突起部へ延長することができ、溶接終端部に生じる欠陥部位が母材に生じることを防止することができる。接合作業を母材端部から突起部へ延長して接続部を溶け落とすことで、本体部を突起部から溶断することができる。これにより、母材には突起部のみが接合される。

【発明の効果】

【0009】

本発明の一態様によれば、ランオフプレートの除去工数を大幅に削減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本実施形態に係るランオフプレートの構成例を示す図である。

【図2A】図２Ａは、本実施形態に係るランオフプレートが母材に固定された状態、及び接合作業が母材端部から突起部へ延長された状態を示す図である。

【図2B】図２Ｂは、本実施形態に係るランオフプレートの接合作業後の本体部が溶断された状態を示す図である。

【図3】図３は、本実施形態に係るランオフプレートの各部寸法の位置を示す図である。

【図4】図４は、本実施形態に係るランオフプレートの突起部及び接続部の寸法を決定するためのメルトランテストを示す図である。

【図5A】図５Ａは、本実施形態に係るランオフプレートを固定する治具の一例を示す上面図であり、本体部の寸法の決定方法の一例を示す図である。

【図5B】図５Ｂは、本実施形態に係るランオフプレートを固定する治具の一例を示す側面図であり、本体部の寸法の決定方法の一例を示す図である。

【図6A】図６Ａは、接続部の適切な寸法を決定する試験を行った際の試験プレートを示す図である。

【図6B】図６Ｂは、接続部が溶け落ちる寸法を決定するための試験内容を示す図である。

【図7A】図７Ａは、接続部の試験結果を示す図である（その１）。

【図7B】図７Ｂは、接続部の試験結果を示す図である（その２）。

【図8A】図８Ａは、メルトランテストで得られたビード幅を示す図である。

【図8B】図８Ｂは、接続部の試験結果を示す図である（その３）。

【図8C】図８Ｃは、接続部の試験結果を示す図である（その４）。

【図9】図９は、メルトランテストで得られたクレータの長さを示す図である。

【図10A】図１０Ａは、突起部の試験結果を示す図である（その１）。

【図10B】図１０Ｂは、突起部の試験結果を示す図である（その２）。

【図10C】図１０Ｃは、突起部の試験結果を示す図である（その３）。

【図10D】図１０Ｄは、突起部の試験結果を示す図である（その４）。

【図11】図１１は、突起部の他の平面形状の例を示す図である。

【図12】図１２は、本実施形態に係るランオフプレートが適用可能な溶接継手の種類を例示する図である。

【図13A】図１３Ａは、本実施形態に係るランオフプレートを用いた溶接加工方法を模式的に示した図である（その１）。

【図13B】図１３Ｂは、本実施形態に係るランオフプレートを用いた溶接加工方法を模式的に示した図である（その２）。

【図13C】図１３Ｃは、本実施形態に係るランオフプレートを用いた溶接加工方法を模式的に示した図である（その３）。

【図13D】図１３Ｄは、本実施形態に係るランオフプレートを用いた溶接加工方法を模式的に示した図である（その４）。

【図13E】図１３Ｅは、本実施形態に係るランオフプレートを用いた溶接加工方法を模式的に示した図である（その５）。

【図14】図１４は、本実施形態に係るランオフプレートを用いた溶接加工方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図面を参照して、実施形態を説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

【0012】

［ランオフプレートの構成］
図１から図２Ｂを参照して本実施形態に係るランオフプレート１の構成を説明する。本実施形態に係るランオフプレート１は、母材１００（１０１及び１０２）を接合する際に母材１００の溶接継手１００Ｊの母材端部１００Ｅに固定されて用いられ、母材１００の接合作業の溶接終端部を、母材端部１００Ｅから外側へ延長するための板状の部材である。本実施形態では、例えば、母材１０１及び母材１０２はレーザ溶接によって接合されるが、アーク溶接であってもよい。

【0013】

図１は、本実施形態に係るランオフプレートの構成例を示す図である。図２Ａは、本実施形態に係るランオフプレートが母材に固定された状態、及び接合作業が母材端部から突起部へ延長された状態を示す図である。図２Ｂは、本実施形態に係るランオフプレートの接合作業後の本体部が溶断された状態を示す図である。なお、「接合作業」とは、母材１００を溶融して接合する作業である。例えば、レーザ溶接の場合、接合作業は、溶接継手１００Ｊへレーザを照射する作業に相当する。

【0014】

ランオフプレート１は、母材１００の溶接継手１００Ｊの母材端部１００Ｅに当接される突起部１０と、突起部１０の周囲に配置され、母材端部１００Ｅに突起部１０が当接した状態で母材１００に対して固定される本体部２０と、突起部１０と本体部２０とを繋ぎ、接合作業時に生じる熱が加えられることで溶け落ちる接続部３０と、を備えている。

【0015】

接続部３０は、突起部１０と本体部２０との熱伝導経路である。接続部３０は、接合作業の溶接終端部に位置し、接合作業により溶け落ちる大きさとなっている。接続部３０は、溶接継手１００Ｊの延長線上の位置で突起部１０と本体部２０とを繋いでもよい。

【0016】

突起部１０は、接続部３０を除き、熱絶縁要素により本体部と熱絶縁されている。本実施形態では、スリット４０が熱絶縁要素として設けられている。なお、熱絶縁要素はスリット４０に限定されない。例えば、熱絶縁要素は、突起部１０及び本体部２０に対して熱伝導率の低い部材であってもよく、接続部３０を除き、突起部１０の周囲に熱伝導率の低い部材を配置してもよい。

【0017】

ランオフプレート１は、例えば、レーザ加工機によって１枚の板金から切り出されてもよい。ランオフプレート１の材質は、ランオフプレート１と母材１００との境界面で母材の合金とは異なる合金が生成されることが許されない場合には母材と同じ材質が用いられるが、このような場合を除きランオフプレート１の材質は限定されない。ランオフプレート１の材質は、例えば、冷間圧延鋼板（SPCC: Steel Plate Cold Commercial）であってもよい。後述するメルトランテストに基づいて、ランオフプレート１の各部寸法を決定することで、本実施形態に係るランオフプレート１に求められる条件を満たすことができる。

【0018】

次に、図２Ａ及び図２Ｂを参照して、ランオフプレート１を用いた接合作業及び接合作業後のランオフプレート１の状態について説明する。図２Ａに示すように、接合作業は、溶接継手１００Ｊに沿って母材端部１００Ｅに向かって行われ、さらに母材端部１００Ｅからランオフプレート１の突起部１０へ延長して行われる。より詳細には、接合作業は、溶接終端部が接続部３０にかかる位置まで延長される。例えば、レーザの照射（溶接作業の一例）を、接続部３０の位置で終了してもよい。これにより、接続部３０は、接合作業時に生じる熱が加えられることで溶け落ちて、本体部２０を突起部１０から溶断することができる。また、接合作業により生じる欠陥部位は突起部１０に生じることとなる。したがって、突起部１０は、母材１００に欠陥部位が生じることを防止することができる。欠陥部位とは、溶接終端部に生じるクレータＣ又は溶落ちのことである。

【0019】

図２Ｂに示すように、接合作業後のランオフプレート１は、本体部２０（不図示）が突起部１０から切り離され、母材１００には突起部１０のみが接合されて残る。これにより、従来のランオフプレートに比べて母材１００に接合されて残る突起部１０が小さくなるので、除去工数を削減できる。なお、接合作業を溶接終端部が接続部３０にかかる位置まで延長される例を図示した。しかし、接合作業後に接続部３０が溶け落ちて本体部２０が突起部１０から溶断される限りにおいて、接合作業は溶接終端部が本体部２０にかかる位置まで延長されても構わない。換言すれば、レーザの照射（接合作業の一例）を、突起部１０及び接続部３０を通過して本体部２０まで延長しても構わない。

【0020】

上述したように、突起部１０は、母材１００に欠陥部位が生じることを防止する目的があり、接合作業で伝導された熱を母材１００と同様に十分に放熱する必要ある。しかし、突起部１０は、接合作業後の除去工数を削減するためにできる限り小さいことが望ましい。接続部３０は、接合作業により生じる熱が加えられることで溶け落ちて、本体部２０が突起部１０から溶断されてもよく、溶断されなかった場合であっても容易に手作業で折って取り除くことが可能である。一方で、本体部２０は、固定される際などの段取り作業中に作業性を確保するための十分な大きさと剛性を備え、かつ接続部３０は、治具等で母材に当接し押圧されても変形しないほどの剛性を有することが望ましい。これらの条件を満たすためには、ランオフプレート１の各部寸法を適切に設定することが望ましい。

【0021】

以下、図３から図５Ｂを参照して、ランオフプレート１の各部寸法の設定方法ついて説明する。図３は、本実施形態に係るランオフプレートの各部寸法の位置を示す図である。図４は、本実施形態に係るランオフプレートの突起部及び接続部の寸法を決定するためのメルトランテストを示す図である。図５Ａは、本実施形態に係るランオフプレートを固定する治具の上面図であり、本体部の寸法を決定する方法の一例を示す図である。図５Ｂは、本実施形態に係るランオフプレートを固定する治具の側面図であり、本体部の寸法を決定する方法の一例を示す図である。

【0022】

図３に示す、突起部１０の長さ１０Ｌ及び幅１０Ｗ、ならびに接続部３０の長さ３０Ｌ及び幅３０Ｗは、図４に示すメルトランテストの結果に基づいて決定される。本体部２０の長さ２０Ｌ及び幅２０Ｗは、本体部２０を固定する治具５０に基づいて決定してもよい。なお、図２Ａに示す、溶接継手１００Ｊの長さ方向の寸法を長さとし、溶接継手１００Ｊの幅方向の寸法を幅とする。

【0023】

メルトランテストとは、ランオフプレート１と同じ板厚及び材質の板金に母材１００を溶接する時と同様の接合作業を行うことで、接合作業時に生じるビードの幅及びクレータの長さを測定するテストである。図４に示すメルトランテストでは、ランオフプレート１と同じ板厚及び材質の板金ＳＭの位置ＷＳから位置ＷＥまで接合作業を行い、この時に生じたビードＢの幅ＢＷ及びクレータＣの長さＣＬを測定する。ビードＢは、接合作業時に生じる溶接金属ＷＭの盛り上がり部であり、クレータＣは、接合作業時にビードＢの終端部（位置ＷＥ）に生じる窪み部である。なお、ビードＢが形成される前の状態、すなわち接合作業時に生じる熱により母材が溶融してできた金属たまりを溶融池と呼ぶ。ビードＢの幅ＢＷ及びクレータＣの長さＣＬの測定方法については、図８Ａ及び図９を参照して後述する。

【0024】

なお、メルトランテストの「メルトラン」は、ＪＩＳ Ｚ３００１－１：２０１８ 番号１１７０７（ＩＳＯ／ＴＲ２５９０１－１：２０１６）で定義されるメルトラン（melt run）を指す。「ビード」は、ＪＩＳ Ｚ ３００１－７ 番号７３１０２（ＩＳＯ/ＴＲ ２５９０１－４）で定義されるビード（bead）を指し、「クレータ」は、ＪＩＳ Ｚ ３００１－７ 番号７３１４６（ＩＳＯ/ＴＲ ２５９０１－４）で定義されるクレータ（crater）を指す。「溶融池」は、ＪＩＳ Ｚ３００１－７：２０１８ 番号７３１４３（ＩＳＯ／ＴＲ２５９０１－４：２０１６）で定義される溶融池（molten pool）を指す。

【0025】

ここで、メルトランテストによりランオフプレート１と同じ板厚及び材質の板金に形成されたビードＢの幅ＢＷ及びクレータＣの長さＣＬの測定方法について、図８Ａ及び図９を参照して説明する。図８Ａは、メルトランテストで得られたビード幅を示す図である。図９は、メルトランテストにより得られたクレータの長さを示す図である。ビードＢの幅ＢＷ及びクレータＣの長さＣＬは、例えば、デジタルマイクロスコープにより測定することができる。具体的には、デジタルマイクロスコープで画面に映したビードＢの幅ＢＷ方向の両端に、デジタルマイクロスコープの機能で二本の平行線を重ね、デジタルマイクロスコープの機能で算出された平行線の距離をビードＢの幅ＢＷとしている。クレータＣ長さＣＬについても同様であり、デジタルマイクロスコープで画面に映したクレータＣの長さＣＬ方向の両端に、デジタルマイクロスコープの機能で二本の平行線を重ね、算出された平行線の距離をクレータＣの長さＣＬとしている。なお、ビードＢの幅ＢＷ方向の端部は波状になっており、ビードＢの幅ＢＷにはばらつきが生じる。そこで、本実施形態では、メルトランテストにより形成された１つのビードの幅の最大値と最小値の中央値に平行線を置いてビードＢの幅ＢＷを算出して寸法として記載している（図８Ａ）が、ビードＢの幅ＢＷの算出方法はこれに限定されず、ビードＢの幅ＢＷの最大値から最小値までのいずれかの値であればよい。又、単にビードＢの幅ＢＷと記載したものは、ビードＢの幅ＢＷの最小値から最大値までの範囲に含まれていればよい。

【0026】

メルトランテストにより測定されたビードＢの幅ＢＷに基づいて、接続部３０の長さ３０Ｌ及び幅３０Ｗが決定する。具体的には、接続部３０の長さ３０Ｌは（１）式を満たし、接続部３０の幅３０Ｗは（２）式を満たす。
［数１］
接続部の長さ＝ビードの幅×０．３・・・（１）
［数２］
接続部の幅＝ビードの幅×０．３・・・（２）

【0027】

（１）式、及び（２）式を満たすことで、接続部３０は、本体部２０が固定される際に変形せずに突起部１０を保持する剛性を有する。また、接続部３０は、接合作業により生じる熱が加えられることで溶け落ちる。仮に接続部３０が溶け落ちなかった場合でも接続部３０を容易に折って本体部２０を取り去ることができる。なお、（１）式及び（２）式の詳細については、図６Ａから図８Ｃを参照して後述する。

【0028】

メルトランテストにより測定されたビードＢの幅ＢＷ及びクレータＣの長さＣＬに基づいて、突起部１０の長さ１０Ｌ及び幅１０Ｗが決定する。具体的には、突起部１０の長さ１０Ｌは（３）式を満たし、突起部１０の幅１０Ｗは（４）式を満たす。
［数３］
突起部の長さ≧クレータの長さ・・・（３）
［数４］
突起部の幅≧ビードの幅×３・・・（４）

【0029】

（３）式、及び（４）式を満たすことで、突起部１０の大きさ（長さ１０Ｌ及び幅１０Ｗ）は、接続部３０が溶接終端部に位置した場合に、突起部１０に生じる溶融池及びクレータＣが突起部内に収まり、突起部１０に生じる溶融池の大きさが母材１００に生じる溶融池の大きさと比較して一致又は小さくなるサイズである。また、（３）式及び（４）式を満たすことで、突起部１０は、欠陥部位となるクレータＣ及び溶落ちを母材１００に生じさせない最小限の寸法となる。なお、（３）式及び（４）式の詳細については、図９から図１０Ｄを参照して後述する。

【0030】

次に、図５Ａ及び図５Ｂを参照して、ランオフプレート１を固定する治具５０を用いると想定した場合の本体部２０の長さ２０Ｌ及び幅２０Ｗを決定する方法の一例を説明する。図５Ａ及び図５Ｂには、ランオフプレート１を固定する治具５０の一例が示される。治具５０は、ベースプレート５１と、母材端部１００Ｅを含む母材端面に直交し、かつ溶接継手１００Ｊの延長線上の仮想線に対して平行する両サイドに位置して本体部２０を押圧可能なクランプバンド５２（５２Ｕ及び５２Ｌ）を備えている。母材１００（１０１及び１０２）及びランオフプレート１は、ベースプレート５１上に配置され、クランプバンド５２（５２Ｕ及び５２Ｌ）により固定される。より詳細には、突起部１０が母材端部１００Ｅに当接した状態で、本体部２０がクランプバンド５２（５２Ｕ及び５２Ｌ）の自重により溶接継手１００Ｊの長さ方向に沿って母材１００に固定されている。

【0031】

図５Ａを参照するに、本体部の長さ２０Ｌは、突起部１０と接続部３０の長さに長さＸを加えたものである。長さＸは、接合作業が母材１００から突起部１０に移動し、接続部３０が溶け落ちるまで、本体部２０が移動しないで固定されるに要する面積となる必要最低限の長さである。本体部２０の幅２０Ｗは、クランプの間隔５２Ｉに２つのクランプの押さえ代Ｈを加えたものである。クランプの間隔５２Ｉは、２つのクランプバンド５２（５２Ｕ及び５２Ｌ）間の距離であり、クランプの押さえ代Ｈは、一方のクランプバンド５２が本体部２０を固定する溶接継手１００Ｊの幅方向の寸法である。クランプの間隔５２Ｉは、クランプバンド５２とレーザ溶接機の溶接ヘッドとの干渉を考慮して決定される。２つのクランプの押さえ代Ｈは、接合作業が母材１００から突起部１０に移動し、接続部３０が溶け落ちるまで、本体部２０が移動しないで固定されるに要する面積となる必要最低限の長さである。

【0032】

このような固定方法の治具５０によって本体部２０が固定される場合、本体部２０の長さ２０Ｌは（５）式を満たし、本体部２０の幅２０Ｗは（６）式を満たす。
［数５］
本体部の長さ≧突起部の長さ＋接続部の長さ＋Ｘ・・・（５）
［数６］
本体部の幅≧クランプの間隔＋（２×クランプの押さえ代）・・・（６）

【0033】

次に、図６Ａから図８Ｃを参照して、接続部３０の長さ３０Ｌが満たす（１）式、及び接続部３０の幅３０Ｗが満たす（２）式を求めた時の試験内容及び試験結果について説明する。図６Ａは、接続部の適切な寸法を決定するための試験を行った際の試験プレートを示す図である。図６Ｂは、接続部が溶け落ちる寸法を決定するための試験内容を示す図である。図７Ａ及び図７Ｂは、接続部の試験結果を示す図である。図８Ｂ及び図８Ｃは、接続部の試験結果を示す図である。

【0034】

図６Ａに示すように、試験プレートＴＰにはスリットＳが設けられており、破線で囲まれた領域Ｒには接続部３０が形成されている。試験は接続部３０の長さＪＬ及び幅ＪＷを変更しながら行い、接続部３０の適切な寸法を決定した。試験プレートＴＰの各部寸法は、図６Ａに示す通りである。試験プレートＴＰの材質はＳＰＣＣであり、板厚は１．６ｍｍである。

【0035】

先ず、発明者らは、本体部２０を固定する際などの段取り作業中に接続部３０が変形せずに、突起部１０を保持する剛性を有する寸法を求める試験を行った。試験では、接続部３０の長さＪＬを０．２ｍｍに固定し、幅ＪＷを変化させた。レーザ溶接機の設定値は、送り速度が２００ｃｍ／ｍｉｎ、レーザ出力が２０００Ｗ、スポット径が０．７２ｍｍ、ガスシールドがアルゴン（Ａｒ）８０Ｌ／ｍｉｎであり、母材１００の接合作業時と同じである。この場合、メルトランテストで測定された接合作業時のビードＢの幅ＢＷは、１．８３ｍｍである（図８Ａ）。図７Ａでは、接続部３０の幅ＪＷを０．３ｍｍとして、試験プレートＴＰを作業者又は治具が本体部２０に相当する部位を母材側に相当する方向に押圧したところ、試験プレートＴＰは押圧力による接続部３０へのモーメントの掛かり方に起因して剛性を保てず塑性変形した。なお、本体部２０に相当する部位は、図７Ａに示す試験プレートＴＰの反り上がった側の部位である。続いて、図７Ｂでは、幅ＪＷを０．５ｍｍに変更して試験プレートＴＰを作業者又は治具が本体部２０に相当する部位を母材側に相当する方向に押圧したところ、試験プレートＴＰは変形せずに形状を維持した。したがって、ビードＢの幅ＢＷ（１．８３ｍｍ）に対して、突起部１０を保持する剛性を保てる接続部３０の幅３０Ｗの倍率は約０．３であり、接続部３０の幅３０Ｗが満たす（２）式が求められる。なお、溶接前の接続部３０が十分な剛性を持つかは、接続部３０の板厚に左右されるので、ビードＢの幅ＢＷは直接には関係ない。しかし、母材１００の板厚が厚くなるほど形成されるビード幅も大きくなる。つまり、板厚とビードＢの幅ＢＷは正の相関があるので、ビードＢの幅ＢＷを接続部３０の剛性を判断するための基準に用いることができる。

【0036】

次に、発明者らは、接合作業を母材端部１００Ｅから突起部１０へ延長した場合に、接続部３０が溶け落ちる寸法を求める試験を行った。図６Ｂに示すように、試験では接合作業時と同じ条件にてレーザ照射を試験プレートＴＰの位置ＷＳから位置ＷＥまで行った。なお、試験では、接続部３０の幅ＪＷを接続部３０が剛性を有する幅０．５ｍｍに固定し、長さＪＬを変化させた。図８Ｂでは、接続部３０の長さＪＬを０．２ｍｍとして溶接作業を行ったところ、スリットＳに接続部３０及びその周辺の溶融金属が溶け落ちずに凝固し、試験プレートＴＰは分離しなかった。続いて、図８Ｂでは、接続部の長さＪＬを０．５ｍｍに変更して接合作業を行ったところ、接続部３０が溶け落ち、試験プレートＴＰが溶断した。したがって、ビードＢの幅ＢＷ（１．８３ｍｍ）に対して、溶接終端部が接続部３０に位置し、接続部３０が溶け落ちる接続部３０の長さ３０Ｌの倍率は約０．３であり、接続部３０の長さ３０Ｌが満たす（１）式が求められる。

【0037】

次に、図９から図１０Ｄを参照して、突起部１０の長さ１０Ｌが満たす（３）式、及び突起部１０の幅１０Ｗが満たす（４）式を求めた時の試験内容及び試験結果をについて説明する。図９は、メルトランテストで得られたクレータの長さを示す図である。図１０Ａから図１０Ｃは、突起部の試験結果を示す図である。

【0038】

先ず、発明者らは、突起部１０の長さ１０Ｌを求めた。突起部１０は、母材１００に欠陥部位が生じることを防止することが求められる。したがって、突起部１０の長さ１０Ｌは、少なくとも溶接終端部を接続部３０に位置させた状態で、クレータＣが突起部１０に収まる長さが望ましい。したがって、突起部１０の長さ１０Ｌが満たす（３）式が求められる。

【0039】

次に、発明者らは、突起部１０の幅１０Ｗを求める試験を行った。試験は、ランオフプレート１と同形状の試験プレートを作成して行った。先ず、メルトランテストによりクレータＣの長さＣＬを測定した。なお、レーザ加工機の設定値は前記の通りである。図９に示すように、クレータＣの長さＣＬは、４．５ｍｍと測定された。そのため、突起部１０の長さ１０Ｌは（３）式を満たす５ｍｍに固定し、突起部１０の幅１０Ｗを変更した。

【0040】

図１０Ａは、突起部１０の幅１０Ｗを２ｍｍとして溶接作業を行った結果を示している。図１０Ａでは、突起部１０全体が溶融し、突起部１０の一部と接続部３０が溶け落ちて、母材１００までクレータＣが及んでいる。図１０Ｂは、突起部１０の幅１０Ｗを３ｍｍとして接合作業を行った結果を示し、図１０Ｃは、突起部１０の幅１０Ｗを４ｍｍとして接合作業を行った結果を示している。図１０Ｂ及び図１０Ｃでは、突起部１０は全体が溶け落ちずに母材１００に接合しているものの、クレータＣが過大となり、母材１００まで及んでいる。これは、突起部１０の熱容量が不足しており、メルトランテストの結果よりもクレータＣの容積が母材１００の方向に広がったためである。図１０Ｄは、突起部１０の幅を５ｍｍとして接合作業を行った結果を示している。図１０Ｄでは、クレータＣが母材１００に及んでいない。したがって、ビードＢの幅ＢＷ（１．８３ｍｍ）に対して、クレータＣの容積が母材１００側に広がらない突起部１０の幅１０Ｗの倍率は約３であり、突起部１０の幅１０Ｗが満たす（４）式が求められる。

【0041】

（３）式及び（４）式を満たす突起部１０の大きさにおいて、接続部３０が溶接終端部に位置した場合に、クレータＣの大きさと溶融池の大きさはほぼ一致する。より詳細には、クレータＣの幅と溶融池の幅がほぼ一致する。また、メルトランテストで生じる溶融池の幅と母材１００の接合作業時に生じる溶融池の幅はほぼ一致し、メルトランテストで生じるクレータＣの大きさと母材１００の接合作業時に生じるクレータＣの大きさはほぼ一致する。これは、（３）式及び（４）式を満たす突起部１０の容積が、母材１００と同等の熱伝導に耐えうる熱容量を有する容積となるためである。なお、例えば、突起部１０の板厚を母材１００の板厚よりも厚くするなどして、突起部１０は母材１００と同等以上の熱伝導率を有していてもよい。この場合、突起部１０に形成される溶融池及びクレータＣの大きさは、母材１００に形成される溶融池及びクレータＣの大きさよりも小さいサイズとなる。

【0042】

本実施形態では、突起部１０の平面形状は、一つの辺が母材１００と当接する四角形状であったが、突起部１０に生じる溶融池及びクレータＣが突起部１０内に収まり、突起部１０に生じる溶融池の大きさが母材１００に生じる溶融池の大きさと一致する大きさであれば、突起部１０の形状はこれに限定されない。すなわち（３）式及び（４）式を満たせば、突起部１０の形状はこれに限定されない。図１１は、突起部の他の平面形状の例を示す図である。図１１は、突起部１０の他の平面形状の例示に過ぎないが、突起部１０の平面形状は、一つの辺が母材１００と当接する三角形状ＰＳ１、又は直径部分が母材と当接する半円形状ＰＳ２であってもよく、突起部１０を囲んでいればよい。図１１において、Ｓ２０は、母材端部１００Ｅに突起部１０が当接した状態で母材１００に対して本体部２０が固定された状態を示している。Ｓ３０は、接合作業が突起部１０まで延長された状態を示している。Ｓ５０は、接続部３０が溶け落ちて本体部２０が突起部１０から溶断された状態を示している。

【0043】

また、ランオフプレート１は、複数種類の溶接継手に対応することができる。図１２は、本実施形態に係るランオフプレート１が適用可能な溶接継手の種類を例示する図である。例えば、ランオフプレート１は、図１２のＡに示す突合せ溶接ＷＴ１、Ｂに示す角継手溶接ＷＴ２、Ｃに示すすみ肉溶接ＷＴ３、Ｄに示す重ね継手溶接ＷＴ４に対応することができる。図中のｔ及び２ｔは、母材１００（１０１又は１０２）又はランオフプレート１の板厚を示している。なお、「突合せ溶接」は、ＪＩＳ Ｚ３００１－１：２０１８ 番号１１５０７（ＩＳＯ／ＴＲ２５９０１－４：２０１６）で定義される突合せ溶接（butt weld）を指す。「角継手」は、ＪＩＳ Ｚ３００１－１：２０１８ 番号１１３０７（ＩＳＯ／ＴＲ２５９０１－４：２０１６）で定義される角継手（corner joint）を指す。「すみ肉溶接」は、ＪＩＳ Ｚ３００１－１：２０１８ 番号１１５０６（ＩＳＯ／ＴＲ２５９０１－４：２０１６）で定義されるすみ肉溶接（fillet weld）を指す。「重ね継手」は、ＪＩＳ Ｚ３００１－１：２０１８ 番号１１３０４（ＩＳＯ／ＴＲ２５９０１－４：２０１６）で定義される重ね継手（lap joint）を指す。

【0044】

［ランオフプレートを用いた溶接加工方法］
図１３Ａから図１４を参照して、図１に示すランオフプレート１を用いた溶接加工方法について説明する。図１３Ａから図１３Ｄは、本実施形態係るランオフプレートを用いた溶接加工方法を模式的に示した図である。図１４は、本実施形態に係るランオフプレートを用いた溶接加工方法を示すフローチャートである。

【0045】

ステップＳ１０（図１３Ａ）において、例えば作業者が母材端部１００Ｅにランオフプレート１の突起部１０を当接させる。ステップＳ２０（図１３Ｂ）に進み、その状態でランオフプレート１は、母材１００に対して本体部２０を固定される。より詳細には、接続部３０が母材１００の溶接継手１００Ｊの延長線上に位置するように本体部２０を母材１００に固定する。なお、本体部２０の固定方法は、治具５０を用いてもよいし、溶接による仮止めであってもよい。

【0046】

ステップＳ３０（図１３Ｃ）に進み、作業者または加工機が接合作業を、母材端部１００Ｅを通過して溶融池が突起部１０内に収まり、溶接終端部が接続部３０に到達するように行う。ステップＳ４０（図１３Ｄ）に進み、溶接作業時に生じる熱が加えられることで接続部３０が溶け落ち、突起部１０から本体部２０が溶断される。ステップＳ４０において、接合作業が終了しビームＯＦＦすると、溶融池が凝固しクレータＣになる。クレータＣは溶融池とほぼ一致したサイズであり、溶融池と同じく突起部１０内に収まる。ステップＳ５０（図１３Ｅ）に進み、作業者は母材１００に溶接された突起部１０を除去する。例えば、グラインダを用いて研磨により突起部１０を除去する。なお、除去方法は、除去後の母材端部１００Ｅの品位を保てれば他の工具類を用いてもよい。

【0047】

［作用効果］
以上説明したように、本実施形態によれば以下作用効果が得られる。

【0048】

ランオフプレート１は、母材端部１００Ｅに当接される突起部１０と、突起部１０の周囲に配置され、母材端部１００Ｅに突起部１０が当接した状態で母材１００に対して固定される本体部２０と、突起部１０と本体部２０とを繋ぎ、接合作業時に生じる熱が加えられることで溶け落ちる接続部３０と備える。これにより、接合作業の溶接終端部を母材１００から排除することが可能となり、接合作業により生じる欠陥部位が母材１００に生じることを防止することができる。本体部２０が母材１００に固定されることにより、ランオフプレート１としての機能を満たすことができる。その上で、本開示のランオフプレート１は、本体部２０がクレータＣの熱を直接的に伝導されずに、母材１００に当接された状態を保ち続けることができる。また、接合作業を母材端部１００Ｅから突起部１０へ延長することで接続部３０を溶け落とすことができ、接続部３０は接合作業終了時に突起部１０と本体部２０を容易に分断することができる。したがって、ランオフプレート１は、ランオフプレートとしての機能を最小の母材１００との当接面で実現することができる。その結果、ランオフプレート１の除去工数を大幅に削減することができる。

【0049】

接続部３０は、突起部１０と本体部２０との熱伝導経路である。これにより、突起部１０と本体部２０とは、接続部３０を除いて突起部１０内の溶接に起因する熱を伝導できない。したがって、接続部３０からの熱伝導以外で本体部２０が溶融しなくなるため、接続部３０が溶け落ちるまで溶融による本体部２０の形状や剛性の変化を防ぐことができ、接続部３０が溶け落ちるまで当接状態を確実に維持できる。

【0050】

接続部３０は、溶接継手１００Ｊの延長線上の位置で突起部１０と本体部２０とを繋いでもよい。これにより、溶接継手１００Ｊの延長線上の位置で接続部３０を溶け落とすことができる。

【0051】

接続部３０は、溶接終端部に位置し、接合作業により溶け落ちる大きさである。これにより、接合作業を母材端部１００Ｅから突起部１０へ延長することで接続部３０を溶け落とすことができ、接続部３０は接合作業終了時に突起部１０と本体部２０とを容易に分断することができる。したがって、ランオフプレート１の機能を最小の母材１００との当接面で実現することができる。その結果、ランオフプレート１の除去工数を大幅に削減することができる。

【0052】

突起部１０は、接続部３０を除き、熱絶縁要素により本体部２０と熱絶縁されている。これにより、突起部１０と本体部２０とは、接続部３０を除いて突起部１０内の溶接に起因する熱を伝導できない。したがって、接続部３０からの熱伝導以外で本体部２０が溶融しなくなるため、接続部３０が溶け落ちるまで溶融による本体部２０の形状や剛性の変化を防ぐことができ、接続部３０が溶け落ちるまで当接状態を確実に維持できる。

【0053】

突起部１０の大きさは、接続部３０が溶接終端部に位置した場合に、突起部１０に生じる溶融池及びクレータＣが突起部１０内に収まり、突起部１０に生じる溶融池の大きさが母材１００に生じる溶融池の大きさと比較して一致又は小さくなるサイズである。換言すれば、突起部１０の大きさは、母材１００と同等の熱伝導に耐えうる熱容量を有する容積、又は母材１００と同等以上の熱伝導率を有する容積となる。したがって、ランオフプレート１は、母材１００との機械的な当接要件を満たしながら、且つ最小サイズのランオフプレートの機能を有する突起部１０を形成することができる。

【0054】

母材１００はレーザ溶接により接合され、溶接継手１００Ｊの長さ方向の寸法を長さ、溶接継手１００Ｊの幅方向の寸法を幅と定義した場合、接続部３０の長さ３０Ｌは（１）式を満たし、接続部３０の幅３０Ｗは（２）式を満たす。これにより、母材１００を接合する場合、ビードＢの幅ＢＷに基づいて、接続部３０の大きさを決定することができる。したがって、接続部３０に接合作業時に生じる熱を加えることで、接続部３０を適切に溶け落とすことができる。

【0055】

母材１００はレーザ溶接により接合され、溶接継手１００Ｊの長さ方向の寸法を長さ、溶接継手１００Ｊの幅方向の寸法を幅と定義した場合、突起部１０の長さ１０Ｌは（３）式を満たし、突起部１０の幅１０Ｗは（４）式を満たす。これにより、突起部１０の大きさを、母材１００に欠陥部位が生じさせることなく、かつ接合作業後の除去工数を大幅に削減することができるサイズとすることができる。したがって、溶接の品質を高めつつ、接合作業後のランオフプレート１の除去工数を大幅に削減することができる。

【0056】

本体部２０は、平行する２つのクランプバンド５２（５２Ｕ及び５２Ｌ）により溶接継手１００Ｊの長さ方向に沿って固定され、溶接継手１００Ｊの長さ方向の寸法を長さ、溶接継手１００Ｊの幅方向の寸法を幅と定義した場合、本体部２０の長さ２０Ｌは（５）式を満たし、本体部２０の幅２０Ｗは（６）式を満たす。ただし、長さＸは、接合作業が母材１００から突起部１０に移動し、接続部３０が溶け落ちるまで、本体部２０が移動しないで固定されるに要する面積となる必要最低限の長さである。クランプの間隔５２Ｉは、２つのクランプバンド５２（５２Ｕ及び５２Ｌ）間の距離であり、クランプの押さえ代Ｈは、一方のクランプバンド５２が本体部２０を固定する溶接継手１００Ｊの幅方向の寸法である。したがって、本体部の長さ２０Ｌは、突起部１０と接続部３０の長さに長さＸを加えたものとなり、本体部の幅２０Ｗは、クランプの間隔５２Ｉに２つのクランプの押さえ代Ｈを加えたものとなる。これにより、本体部２０の面積を、接合作業時も本体部２０が移動しないで固定されるに要する面積とすることができ、突起部１０を母材端部１００Ｅに当接させた状態で溶接作業を行うことができる。

【0057】

突起部１０の平面形状は、一つの辺が母材と当接する四角形状である。突起部１０の平面形状を四角形状とすることで、上記（３）式、及び（４）式を満たす四角形状を簡単に成型することができる。

【0058】

突起部１０の平面形状は、一つの辺が母材１００と当接する三角形状ＰＳ１、又は直径部分が母材１００と当接する半円形状ＰＳ２であってもよい。これにより、ランオフプレート１を固定する治具の形状や突起部の除去方法に合わせて突起部１０の形状を変えることができる。

【0059】

ランオフプレート１は、突合せ溶接ＷＴ１、角継手溶接ＷＴ２、すみ肉溶接ＷＴ３、重ね継手溶接ＷＴ４に用いることができる。これにより、複数の継手方法において母材１００に欠陥部位が生じることを防止することができる。

【0060】

突起部１０へ延長した接合作業の溶接終端部は、接続部３０の位置に設定する。これにより、接合作業の溶接終端部を母材１００から排除することが可能となり、接合作業により生じる欠陥部位が母材１００に生じることを防止することができる。

【符号の説明】

【0061】

１ ランオフプレート
１０ 突起部
２０ 本体部
３０ 接続部
４０ スリット
５０ 治具
５２（５２Ｕ及び５２Ｌ） クランプバンド
５２Ｉ クランプの間隔
１００（１０１及び１０２） 母材
１００Ｊ 溶接継手
１００Ｅ 母材端部
Ｂ ビード
ＢＷ ビードの幅
Ｃ クレータ
ＣＷ クレータの長さ
Ｈ クランプの押さえ代
ＰＳ１ 三角形状（突起部の形状）
ＰＳ２ 半円形状（突起部の形状）
ＷＭ 溶接金属
ＷＴ１ 突合せ溶接
ＷＴ２ 角継手溶接
ＷＴ３ すみ肉溶接
ＷＴ４ 重ね継手溶接

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図10C】

【図10D】

【図11】

【図12】

【図13A】

【図13B】

【図13C】

【図13D】

【図13E】

【図14】