The effect of inclined angle on static strength of fillet welded joint for inclined hold frame at forward and afterward hold is studied. In this study normal shear strength of the inclined fillet welded joint and inclined partial penetrated welded joint are mainly considered with experimental results and FEM analysis results. And the parallel shear strength of the inclined welded joint is also discussed.

 The effect of gap depth of the fillet welded joint is quantitatively discussed and is considered about equivalency of the effect of grooving corrosion of the fillet welded joint for the parallel shear strength of fillet welded joint.

　

Key Words: Static Strength, Fillet Welded Joint, Inclined Angle, Partial Joint Penetration, Gap,

　

　船舶の経年使用時の安全性を確保するためには、船体構造部材の腐食衰耗による強度低下を正確に把握しておく必要があり、現在、孔食や溝食に関する研究を行っている^1）〜5）。腐食部材の残存強度に関連する船体隅肉溶接部の基本的な静的強度に関し、さらに研究を行った。即ち、バルクキャリアの船首側や船尾側のホールドフレームでは、ウェブは傾斜して船側外板に隅肉溶接されることから、主に、傾斜した隅肉溶接部の静的強度に及ぼす溶接部の傾斜角度（θ）、部分溶込み溶接やギャップの影響について検討した。部分溶込み溶接やギャップについては、直角に取り付けられた隅肉溶接部に関して、多くの研究^6）7）があるが、傾斜した隅肉溶接継手に関してはあまりないように思われる。尚、本報では、ウェブが横倒れするような横方向応力が作用し隅肉溶接部に局所的なせん断応力が発生する場合を想定して、特に、隅肉溶接継手の静的強度としては、溶接線直角方向のせん断強度と溶接線方向のせん断強度に注目した。

　

（1）傾斜角度の影響

　Fig. 1に示すような、溶接金属の純せん断試験片（Fig. 1（a））と傾斜継手試験片（Fig. 1（b））を、外板（板厚19mm）、ウェブ（板厚13mm、一部（θ=0°の場合）20mm）にそれぞれKA32鋼板を用い手溶接（溶接材料B17）で製作した。ここに、後者では傾斜継手の外板・ウェブをそれぞれ冶具に固定して、溶接線に直角方向に引っ張ることにより傾斜継手の溶接ビードにせん断応力を発生させた。試験は室温で行った。前者の試験溶接ビードの傾斜角度は0°（直角）、-20°（直角よりも小さくなる方向）、+20°（直角よりも大きくなる方向）の3種類とした。また、後者の傾斜角度は、-30°から+30°までの範囲で変化させた。

　

　

　

　

　

　

　

　尚、試験溶接ビードの長さは50mm、のど厚は4〜7mmの範囲（目標脚長7mm目標のど厚5mm）である。

　Photo 1に示すように、傾斜継手は、傾斜角度が＋、−に拘わらず、負荷と反対側の溶接ビードで破断した。この時に最大荷重に達した。溶接金属の純せん断強度は、Fig. 2に示すように、-20°から+20°の範囲で300〜360MPa（平均340MPa）であった。尚、隅肉溶接継手の引張強度（溶接のど厚で破断）は430〜550MPa（平均480MPa）である^1）。傾斜継手試験片（傾斜角度-30°から+30°）で得られた溶接線直角方向せん断強度は、Fig. 2（1）に示すように、溶接部の合計のど厚で割った場合、純せん断強度の約1/2か若干大きくなること、また、Fig. 2（2）に示すように、負荷と反対側の破断した溶接ビードののど厚で割った場合、純せん断強度程度か若干大きくなること、また、それぞれ、傾斜角度の影響を受けることが分かった。Fig. 3にFEM解析モデルを示す。FEM解析では、ウェブ：13mm、のど厚：5mmとし、2次元弾塑性解析で、解析コード：MSC/Marc、要素：2次元平面歪4節点四辺形要素，ヤング率：205.8GPa，降伏応力：314MPa（母材），加工硬化無しとした。尚、溶接金属の降伏応力は母材と同じとした。また、溶接残留応力、溶接変形については考慮していない。Photo 1に示したように、試験では外板を冶具に溶接していることから、解析モデルでは外板の周りを拘束し、ウェブの負荷部分に分布荷重をかけた。この際、この負荷部分の節点のX方向変位が等しくなるように保持した。Fig. 4にFEM解析結果を示す。このFig. 4から明らかなように、溶接ビードに局部的な曲げが負荷された場合には、（1）負荷と反対側の溶接ビード（溶接ビードAと記す）で大きな引張応力が発生すること、（2）直角に近いほど荷重側の溶接ビード（溶接ビードBと記す）の相当応力が大きくなりせん断強度が大きくなることが分かる。この（1）から「溶接ビードAで純せん断強度に達した時に溶接ビードは破断すること」、また、（2）から「傾斜角度が小さい場合には、溶接ビードAが純せん断強度に達する時点では、溶接ビードBの相当応力も大きくなることから溶接継手のせん断強度としては大きくなること」が推測される。さらに、溶接のど厚（5mm）他は同じにしてウェブ板厚（20mm）のみを変えたFEM解析を行い、結果を比較したところ「ウェブ板厚13mmの場合、ウェブは全面降伏する前に両側の溶接ビードが全面降伏する時の荷重は、ウェブ板厚20mmの場合の1/1.8」であることが分かった。このことから、ウェブ板厚20mmの試験で得られたせん断強度（EXP（W20）○）を1/1.8倍してウェブ板厚13mmの場合を推定した結果をFig. 2（1）中に示した（Mod.（W13）◆）。ほぼθ=0°でのせん断強度を推定していることが分かる。