スポット溶接の熱影響部での亀裂について

質問

自動車用燃料タンクのスポット溶接部周囲の熱影響部において
自動車走行時の振動により亀裂が発生するのですが、その亀裂が
発生するまでの振動回数を予測することを考えております。
実際の振動試験で熱影響部にひずみゲージを取付け、測定値から
応力振幅を算出し、Ｓ－Ｎ曲線で寿命を予測できるのではないかと
考えておりますが、適切なＳ-Ｎ曲線が見当たりません。タンクの
材質はＳＥＣＣで、板厚は1.2mmです。Ｓ１０ＣのＳ-Ｎ線図（引張
圧縮）で代用できるのではないかと思いますが、そもそもこのような
方法に信憑性があるのでしょうか。ご存知の方がいらっしゃいましたら
よろしくお願いいたします。

回答No.8

noname#230359

色々と記載されているお方が居ますが、
自動車走行時の振動により、
? スポット溶接部に掛かる応力が何[N]になるか
? スポット溶接部に掛かる応力が引張＆圧縮なのか、曲げなのか、その組み合わせなのか
? 振動パターンで、どれ位の繰り返し回数なのか
等々は、明確化しないとシミュレーションできません。

悪路走行時に、どのような振動又は重力等の加速度が、満タンに近い自動車用燃料タンクに
加わるか、その時サスから加わる振動は幾らか？
それに、エンジン等からの微振動と共振した場合の条件は、如何なのかも不明です。
そのようなデータは、自動車メーカーでしか持ち合わせていません。
また、その値が製作のノウハウです。

何も知らないお方が、文献のみで記載されておりますが、前述内容からのアプローチも
貴社のお客様規格に合った計算方法やシミュレーションが必要と考えます。

回答No.7

noname#230359

再出
（６）の追記を訂正（抹消）します。

ひずみゲージを貼る方法は、自動車、電車などのスポット溶接の評価方法として昔ながらの方法なようです。
その手順
　　? JIS Z 3136 スポット溶接継手の引張せん断試験方法
　　　 に則りタンクと同じ材質、溶接条件の試料を用意し初期のせん断荷重を求める。

　　? 試料のナゲットの真上に貼付けて試験荷重を掛け、ひずみとの関係を求める。

　　? 試料を疲れ試験にかけ、荷重を変えて L-N 線図を作成する。

　　? タンク実物のナゲット各所にひずみゲージを貼り付け振動試験機にかけ、ひずみを測る。

これで振動試験での各所に掛かる荷重が判り、それが L-N 線図にプロットできて破壊するかしないか予測できる。

　　? 確認するため実物の振動試験を所定回数まで行う。

溶接強度の改良は試料により?、（ ? ）、?を実施。?で確認

溶接箇所を変更する改良は?、（ ? ）による。

注意点問題点として
　　ナゲットにひずみゲージを精度良く貼るのは難しい。
　　実物では荷重方向とゲージ方向を一致させねばならない。
　　根本的に横方向への引張りせん断のみで縦方向の荷重については評価できない。

＞亀裂が発生するまでの振動回数を予測する

この手順を踏めば可能なこと判りました？
普通の S-N 線図が使えないこと、その回避のために L-N 線図を取るべきなことは判りました？
他の論点も多々ありますがとりあえず

回答（４）、（５）とえらく違ってきた回答（８）は何故？

こんな邪魔が迷惑なので私の回答（６）、（７）は質問者に順にステップふんで理解してもらおうする意図からです。返答有れば追加していきます。

　　No.30114 溶接部せん断強度について
　　http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?&tid=206628&event=QE0004

このデタラメ回答が見破れれば、かなり進展早いと思われ。

回答No.6

noname#230359

（２）再出

スポット溶接の疲労強度を評価するには先ず規格を調べる。

　　JISZ3138 スポット溶接継手の疲れ試験方法
　　http://kikakurui.com/z3/Z3138-1989-01.html
　　（簡易版は図が無く見づらい。『ＪＩＳ検索』で正規版の閲覧を）

結果はふつうの S-N 線図ではなく、応力 → 荷重 にした L-N 線図 。
　　8.試験結果の報告 試験結果の報告書には，次の事項を詳細に記録する
　　　(6)試験片の形状，寸法
　　　(7)スポット溶接機の種類，定格容量など
　　　(8)スポット溶接条件
　　　(9)スポット溶接継手の静的な引張せん断荷重、引張荷重（十字形又は U 字形），ナゲット径

応力＝荷重／断面積ながら、スポット溶接について断面積とは何なのか容易に決められない。
?詳細に記録する?は、諸条件を変えるなら参考にならないかも、、と裏解釈できる。

グラフの形は S-N 線図と同じなのは当たり前。しかしこうする背景をじっくり考えてみるべき。そうすれば何をすべきかが判ってくる。

　　スポット溶接継手の疲れ限度とL-N曲線の推定法　　→プレビューをクリック
　　http://ci.nii.ac.jp/naid/110003425856

　　スポット溶接継手の疲労強度はどのように評価されますか
　　http://www-it.jwes.or.jp/qa/details.jsp?pg_no=0040020250

ＪＩＳに引用規格として挙げている
　　　JIS Z 3136 スポット溶接継手の引張せん断試験方法
　　　JIS Z 3139 スポット溶接継手の断面試験方法
　　　JIS Z 3140 スポット溶接部の検査方法

これも必読。疲労強度より静的強度の方が大事でしょう。

＞うーんと　とりあえず　破壊試験を繰り返し　データーをとっていくのだ
実に名言！

＞後で社長のお陰ですと、手柄は上司とすると出世も可能です。
都合にあわせて故障するパソコンのエラー！

＞実際の振動試験で熱影響部にひずみゲージを取付け、、、

となると如何ほどのスペース？ゲージのサイズは？　カタログが必要。。。アイデアに浮んだとしても即ボツ。やったことないオッチャン設計は別として

回答No.5

noname#230359

エラーにより、追記できなく、再投稿します。

一般的には、
? 特に曲げ応力を含む応力は、材料の板厚表面が、最大値となります。
　 ですから、板厚表面に最大応力が走ると考えます。
? スポット溶接の板厚組み合わせとナゲット径資料では、母材が高張力鋼板でない限り、
　 ナゲット径の溶着強度 ＞ ナゲット径円周強度　となります。
　 これにより、簡易のナゲット強度検査が可能となる訳です。
? スポット溶接位置と部品形状を検討するに際、CAE解析しナゲット径部に振動が
　 伝わらない方向にする(振動を、せん断方向にするか、引張方向にするかや
　 、ビード形状を両板厚に付け板厚形状受けさせる、等々)
にて、工夫します。

自動車メーカーであれば、昔からの走行試験データがあるので、どの応力形態が、
スポット溶接ナゲット周囲に経年にて亀裂を生みださせるかのノウハウがあります。
真正面から貴社取引先からのデータ入手は、困難でしょうが、貴社社長を経由し、アプローチ
して、後で社長のお陰ですと、手柄は上司とすると出世も可能です。

回答No.4

noname#230359

> 自動車用燃料タンクのスポット溶接部周囲の熱影響部において、
アニール等々のアドバイスをするナンセンスのお方には、ビックリします。

さて、熱影響部分は通常の溶接でも、
溶接ビードの強度 ＞ 母材強度 ＞ 熱影響部母材強度(溶接２番部強度)
とされ、溶接の文献や資料に指針が掲載されています。
また、“Ｓ１０ＣのＳ-Ｎ線図（引張圧縮）で代用できるのではないかと思いますが、…”
ですが、メーカーの仕事なら、『一般社団法人日本機械学会』等から、有料の資料を入手し
貴社のデーターとすべきです。

その他に、問題は多々あります。
特に曲げ応力を含む応力は、材料の板厚表面が、最大値となります。
ですから、板厚表面に最大応力が走ると考えます。
この事から、スポットの打痕による凹も重要な確認項目になり、集中応力も確認要素です。
板厚の組み合わせでと、溶接の重要度にて、ナゲット径が一般的な(溶接メーカーや
自動車メーカー等の)技術資料や文献資料に記載があり、それ等を参考にします。

参考URL：

http://www.jsme.or.jp/japanese/contents/05/eleman00.html

回答No.3

noname#230359

燃料タンクの溶接、スポット溶接ですか。
シームレス溶接ではないのですか。
タンクの溶接ですよね。タンクを固定するＢＫＴではないですよね。
弊社の部品でタンクバンドがあります。これは部品３個をスポット溶接で固定してます。板厚は１．２と０．８で塗装仕上げです。
タンクバンドで特に不具合は発生してません。

お礼

バッフルプレートはスポット溶接です。
ご回答ありがとうございました。

回答No.2

noname#230359

溶接という特殊な条件下では並の方法では難しいのでは

　　http://www.kawaju.co.jp/techno-wm/showroom/25-2.html

＞適切なＳ-Ｎ曲線が見当たりません

残留応力なんて要考慮なら、そもそも無いと思えます。

＞スポット溶接部周囲の熱影響部

にアニールを施せば亀裂が生じなくなったとしたら、、、
これは挙げられてるような手段では評価ができないです。

溶接部の静的強度と物性がどう変化してるか、これも難しい問題でしょうが、そこを問題の取っ掛かりとすべきでしょう。

お礼

貴重な情報をありがとうございました。

回答No.1

noname#230359

うーんと
とりあえず
破壊試験を繰り返し
データーをとっていくのだ

ついでに実機の振動（エンジン回転数と）の関係も見てね

話はそれからだ

お礼

アドバイスありがとうございました。