隅肉溶接継手が外力を受けた際、応力はどのように伝達され破断に至るのか。許容応力度設計法に基づいた具体的な計算例題を通して確認します。
【設計計算例題】
SS400鋼板（引張強さ $400\,\text{N/mm}^2$）を用いたT形継手に、静的引張せん断荷重 $P = 50\,\text{kN}\,(50,000\,\text{N})$ が作用する。両側連続隅肉溶接（サイズ $S = 6\,\text{mm}$）を施す場合に必要な有効溶接長さ $L$ を算出せよ。
（※SS400の長期許容せん断応力度 $f_s = 1.5\,\text{tf/cm}^2 \fallingdotseq 89\,\text{N/mm}^2$ とする）
【ステップ1：のど厚の算出】
脚長 $S = 6\,\text{mm}$ より、理論のど厚 $a$ は：
$a = 0.707 \times 6\,\text{mm} \fallingdotseq 4.2\,\text{mm}$
【ステップ2：必要有効のど断面積の計算】
作用荷重を許容せん断応力度で除して必要面積 $A_{\text{req}}$ を求めます。
$A_{\text{req}} = \frac{P}{f_s} = \frac{50,000\,\text{N}}{89\,\text{N/mm}^2} \fallingdotseq 561.8\,\text{mm}^2$
【ステップ3：必要有効溶接長さの算出】
両側溶接（2線溶接）であるため、溶接1線あたりの有効長さ $L_w$ は：
$L_w = \frac{A_{\text{req}}}{2 \times a} = \frac{561.8}{2 \times 4.2} \fallingdotseq 66.9\,\text{mm}$
【ステップ4：クレーター考慮と最終寸法の決定】
最小有効長さ規定（$10S = 60\,\text{mm}$）をクリアしていることを確認し、始終端のクレーター（$2S = 12\,\text{mm}$）を加算すると実溶接長は $66.9 + 12 = 78.9\,\text{mm}$。余裕を見て図面指示長さは片側80mm以上（両側計160mm）と決定します。
隅肉溶接の破壊メカニズムは、主応力軸が45度傾くことで理論のど厚断面に最大せん断応力が集中し、そこから滑り破壊が生じる現象です。静的破断だけでなく、低サイクル疲労下ではルート部からの亀裂進展が急速に進行するため、許容応力度の選定には衝撃係数や疲労限度を適切に織り込む必要があります。
