はじめに
溶接継手の強度を正しく評価できると、「溶接サイズを大きくしすぎる（過剰設計）」や「小さすぎて破壊する」設計ミスを防げます。
この記事では、現場でよく使われるすみ肉溶接の強度計算を中心に解説します。
溶接継手の種類と強度
主な溶接継手の種類：
突合せ溶接（グルーブ溶接）：
板材を端面で突き合わせて溶接する
→ 完全溶込み溶接では母材と同等の強度が得られる
→ 強度が重要な部位（主桁・高応力部）に使う
すみ肉溶接（フィレット溶接）：
部材のコーナーを溶接する
→ 最も一般的な溶接形態
→ 引張・せん断・曲げ荷重に対する評価が必要
すみ肉溶接の基本計算
【のど断面でのせん断応力評価】
すみ肉溶接の強度は「のど断面」（喉断面）で評価する。
のど断面積 A = a × L
a：のど厚（= 脚長S × cos45° ≈ 0.707 × S）
L：溶接長さ（mm）
せん断応力 τ = F / A = F / (a × L)
許容せん断応力 τ_a（目安）：
一般的な構造用鋼（SM400等）の溶接部
→ τ_a = 100〜130 N/mm²（荷重条件・規格による）
【例題】
脚長S=8mm、溶接長L=100mm、荷重F=40kNの場合：
a = 0.707 × 8 = 5.66mm
A = 5.66 × 100 = 566mm²
τ = 40,000 / 566 ≈ 70.7 N/mm²
→ τ_a = 130 N/mm²以下であれば合格
曲げ荷重がかかる場合
溶接部に曲げモーメントが作用する場合：
溶接群の断面係数 Z_w を用いて
曲げ応力 σ = M / Z_w を計算する。
組み合わせ応力（引張＋せん断）の場合：
合成応力 σ_combined = √(σ² + 3τ²) ≤ 許容応力
【実務での対応】
実際の計算は参考書・設計ガイド（JIS・WES等）を参照する。
メーカーの溶接強度計算ツールや
CAE解析を補助的に使うことも多い。
溶接サイズ（脚長）の決め方
【板厚と脚長の関係】
板厚が薄い方の部材の板厚を基準に脚長を決める。
目安：脚長S ≥ 薄い方の板厚 × 0.7
最小脚長（JIS規格・参考値）：
板厚6mm以下 → S ≥ 3mm
板厚6〜12mm → S ≥ 4〜5mm
板厚12〜25mm → S ≥ 6mm
実際の設計では：
①必要な強度から計算で脚長を求める
②最小脚長以上であることを確認する
③溶接変形・母材への熱影響を考慮して過剰に大きくしすぎない
設計でよくある失敗
失敗①：溶接長さが短い
「端面だけ少し溶接」では全長溶接の数分の1の強度しかない
→ 有効溶接長を計算に反映する
失敗②：脚長が小さい
「ちょっとつけておけばいい」では荷重に耐えられない
→ 計算で脚長を決めて図面に明記する
失敗③：溶接部に集中荷重がかかる設計
溶接部の直上に曲げ荷重を集中させると破壊しやすい
→ 力の流れを分散させる設計を心がける
失敗④：連続溶接と断続溶接の使い分けを誤る
強度が必要な部位に断続溶接（間欠溶接）を使うと強度不足になる
→ 構造強度が必要な部位は連続溶接を使う
*設計×現場ラボ｜機械設計の実務知識を、現場目線で発信しています。*
コメント