溶接ナットに強度区分はありません

強度区分 9 はもう規格にありません

ナットの強度区分は ISO 898-2 にあり、2022 年の第 4 版が挙げているのは 04、05、5、6、8、10、12 です。その版の冒頭にある変更点の一覧に、 強度区分 9 は完全に削除されたとはっきり書かれています。 序文が理由を挙げていて、市場の需要が失われたか減ったから、と。 そして置き換え先も書いてあります。区分 5 と区分 9 は、 それぞれ区分 6 と区分 10 で代替する、と。

ですから 9 と刻まれたナットは間違いではなく、前の版の部品です。 そして今の対応先は 10 であって 8 ではありません。 不具合を追っている最中に誰かが代替品を手配するとき、この一行が結果を分けます。 どの区分があり、それぞれの数字が何を約束していて、いつ上位への置き換えが許されるのかは the nut has one number（英語）にあります。

では溶接ナットの規格は何を規定しているのか

ISO 21670 が扱うのはフランジ付き六角溶接ナット、M5 から M16 です。 技術的納入条件の節を読むと、まったく別の軸に沿って規定された部品が出てきます。

• まず溶接性。鋼は炭素 0.25 % 以下、炭素当量 0.53 % 以下。 算式は C ＋ Mn/6 ＋ (Cr+Mo+V)/5 ＋ (Ni+Cu)/15 です。快削鋼は認められません。
• 調質は任意で、しかも上限つき。規格自身の呼び方の例が Weld nut ISO 21670 - M10 - St で、 意味も書き下してあります。鋼製、調質なし、 強度区分 10.9 の相手ボルトまたはねじに使える、と。 調質品は呼び方に QT を足し、そのときは 硬さが 300 HV を超えてはならない。 硬さをそれ以上に上げられる炭素は、溶接性の上限がすでに使い切っています。
• 強さは区分ではなく保証荷重として出てきます。 表 2 が呼び径ごとに一つの数値を与えます。M5 は 14,800 N、M10 は 60,300 N、 M12 は 88,500 N、M16 は 164,900 N。試験方法は ISO 898-2 から借りていますが、 区分の体系は借りていません。
• ねじは 6G です。6H ではありません。製品等級 A、 ねじは ISO 724、公差域クラスは ISO 965-3 の 6G。 あの文字と数字がそれぞれ何を決めているかは thread tolerance classes（英語）にあります。
• 無めっきで納入されます。 製造業者が施す防錆処理は溶接性を損なってはならない、とされています。 めっきが普段ねじのはめあいで何を使ってしまうのかは plating and thread tolerance（英語）にあります。
• 刻印は製造業者のマークです。要求はそれだけで、 フランジの反対側の面に、M5 以上で。 区分の刻印はありません。区分そのものがないからです。 区分の刻印があるときそれが何を意味するのかは a mark is a claim, not a certificate（英語）にあります。

適合試験は溶接の部分を消してから行われます

機械的性質の節に、規格の代金に見合うだけの一行があります。 ナットは表 2 の保証荷重を満たすこと、試験は ISO 898-2 に従うこと、そして 疑義がある場合、溶接突起は試験の前に除去すること。

これは「その数値が何をカバーしているか」の宣言として読めます。 保証荷重は、何にも取り付けられていないナットで検証されます。 しかも、それを溶接ナットたらしめている突起を先に削り落としてから。 数値が語っているのはねじ山と本体で、 実際に組んだ継手については何も言っていません。 溶接ビード、板、穴、熱。どれもその数値の外側にあり、 機械的性質の節には一度も出てきません。

これは規格の欠陥ではありません。再現できる数値を得る唯一の方法です。 ただし、カタログから写した保証荷重は、 あなたの部品に付いたナットについての約束ではないということでもあります。 ナットの区分がナットについての言明であって、 相手材が実際に何山保持できるかについての言明ではないのと同じ構造で、 そちらは when the parent cannot be the nut（英語）にあります。

継手の反対側がナットなのかタップ穴なのかで何が変わるのかは、 スタッドの利点とされているものは、たいていタップ穴の利点で扱っています。 溶接ナットは、そのどちらでもない三つめの選択肢です。板に付いたナットは買ってきた部品ですが、 それを保持しているのは自分の溶接工程です。

では熱処理の話はどうなるのか

いちばん自然な仮説ですし、正面から答える価値があります。 規格がその手前に関門を二つ置いていて、どちらも見えにくいからです。

一つめは、既定の部品には失うべき熱処理がないことです。 ISO 21670 自身の呼び方の例は、素の鋼の溶接ナットを調質なしと書き、 QT は指定して初めて付くものとしています。 ラインに流れているのが既定品なら、 もともと存在しないマルテンサイト組織を溶接熱が焼き戻すことはできません。 QT 版だったとしても上限は 300 HV ですから、硬さが落ちられる幅がそもそも狭い。

二つめの関門は、誰もが最初に手を伸ばすその試験の中にあります。 ISO 898-2 は、冷間鍛造の調質なしナットに典型的な加工硬化状態の鋼について、 ISO 18265 には硬さと引張強さの換算がない、と説明しています。 そのためこの種のナットでは最低硬さは参考値にすぎず、 疑義がある場合の判定基準にはならないと明記されています。 強制されるのは上限の 334 HV のほうで、 これはナットを脆くしてしまう意図しない工程を捕まえるためにあります。 失敗した部品を硬さ試験に出しても、何も決まらない数値が返ってくることがあり、 同じ試験の有効な使い方は、高すぎる値を探すほうです。

これで溶接が潔白だと決まるわけではありません。 仮説は検証できる形に書き直す必要があり、 いちばん素直な試験ではそれに答えられないかもしれない、ということです。 なめたねじ山から何が先に壊れたかを読む話は stripped threads（英語）、 裂けた面の光っている半分については why stainless galls（英語）に別の読み方があります。

同じ疑いを等級付きのボルトに向けると、答えは逆になります。 そちらでは焼入れ焼戻しこそが区分の数字が述べているものであり、 規格はそれに最低焼戻し温度を定めています。 どちらの部品でも論の決め手は、その部品が論の前提とする状態にいたことがあるかどうかです。

誰も開かない表

ISO 21670 は取付け寸法で終わります。そしてこの節が、 溶接ナットの取付けがそもそも規格の内側にあるのかどうかを静かに決めています。 呼び径ごとに板厚の下限と上限、 そして H11 の穴径が与えられています。

驚かれるのは上限のほうです。M12 の溶接ナットは板厚 1.5 から 3.0 mm に対して規定されています。 手元にあるからという理由で 6 mm のブラケットに溶接すれば、 溶接条件も突起のつぶれ方も熱の逃げ方も、 寸法表が前提にしている範囲から全部出ていきます。 穴も同じで、あれはパイロット部の逃げであり、 H11 は仕様であって、レーザーが切ったままの寸法のことではありません。

溶接ナットを図面に入れる前に決めること

• 区分ではなく規格を書く。区分で溶接ナットを呼ぶのは、 ISO 21670 が発行していないものを呼ぶことです。この規格が発行する呼び方は Weld nut ISO 21670 - M12 - St の形で、 QT は 300 HV の上限が付いてくる別の判断です。
• 板厚を表 3 と突き合わせる。薄いほうだけでなく、両端とも。
• そのトルク値の出どころを聞く。ISO 21670 が与えるのは保証荷重で、 トルクはありません。ISO 898-2 は適用範囲でトルクと締付け力を規定しないと述べています。 溶接継手の締付け仕様はどこか別の場所から来ていて、その場所には名前があるはずです。 数値を出した工具の側に何が要求されているのかは トルクレンチの規格に保管の規定はありませんにあります。
• 保証荷重が突起を除去した状態で検証されたかを聞く。 疑義があればそうすると規格が書いている以上、それがその数値の記述している状態です。

この記事は六つの手順のどれか一つには収まりません。手順をまたいで出てくるか、組み付けたあとに出てくる話です。ここに行き着く判断がどこで下されているかはねじの決め方にまとめてあります。

よくある質問

強度区分 9 のナットというものは存在するのですか。

存在していました。ISO 898-2:2012 には強度区分 9 があり、2022 年の第 4 版がこれを完全に削除しています。理由として挙げられているのは市場需要の消失または減少です。同じ序文が置き換えも示していて、区分 5 と区分 9 はそれぞれ区分 6 と区分 10 で代替する、としています。ですから 9 と刻まれたナットは不適合品ではなく前の版の部品で、今の対応先は 10 です。

なぜ溶接ナットには保証荷重があって強度区分がないのですか。

二つの要求が逆を向いているからです。低い区分より上の強度区分は炭素と熱処理で到達しますが、ISO 21670 は溶接できるようにするために炭素を 0.25 %、炭素当量を 0.53 % で抑えています。そのうえで強さを呼び径ごとの保証荷重として直接規定し、任意の調質版を硬さ 300 HV 以下で認めています。強さは区分から推し量るのではなく、荷重として書かれています。

溶接すると溶接ナットの熱処理は壊れますか。

まず呼び方を確認してください。ISO 21670 は素の鋼の溶接ナットを調質なしと記述していますから、既定品には溶接熱が焼き戻すマルテンサイト組織がそもそもありません。QT 版であれば硬さの上限は 300 HV で、失える幅は狭い。これで溶接工程が不具合の原因でないと決まるわけではありませんが、熱処理が飛んだという筋書きを前提にはできず、その部品について立証する必要がある、ということです。

失敗したナットを硬さ試験に出しました。何か分かりますか。

分かることもありますが、先に ISO 898-2 が限界値について何と言っているかを読んでください。調質なしのナット、つまり冷間鍛造の量産ナットがたいていそうですが、これについては最低硬さは参考値にすぎず、疑義がある場合の判定基準にはならないと明記されています。ISO 18265 に加工硬化状態の鋼の硬さと引張の換算がないためです。強制されるのは上限の 334 HV で、ナットを脆くした工程を捕まえるためにあります。低い値は思ったほど何も証明せず、高い値のほうがよほど証明します。

M12 の溶接ナットを 6 mm の板に付けてもよいですか。

ISO 21670 の範囲内ではできません。取付け寸法の表は M12 に対して板厚 1.5 から 3.0 mm、穴径 14.8 mm の H11 を規定しています。ここでは板が厚いほど強い継手になるとはかぎりません。設計が前提にしている突起のつぶれ方と熱の逃げ方が、どちらも変わってしまうからです。板をどうしても厚くするなら、それはナットのカタログを読んで決めることではなく、溶接工程と一緒に決めることです。

参考資料

• ISO 21670:2014 — フランジ付き六角溶接ナット；4.2 材料と炭素当量、4.3 公差域クラス 6G、4.4 保証荷重と突起の除去、4.5 無めっき納入、第 5 節 呼び方、第 6 節 刻印、第 7 節および表 3 取付け寸法
• ISO 898-2:2022 — 強度区分を規定したナット；第 1 節 適用範囲（溶接性の除外を含む）、序文および導入部の区分 9 削除と調質なしナットの硬さに関する記述
• ISO 965-3 — ISO 一般用メートルねじ、構造用ねじの寸法許容差（公差域クラス 6G の出典）
• ISO 18265 — 金属材料の硬さ換算（加工硬化状態では換算が成立しないことの根拠として ISO 898-2 が引用）

ISO の二件はいずれも公開されているプレビュー PDF から読みました。ISO 21670:2014 のプレビューには技術的納入条件の全条文と両方の表が入っています。ISO 898-2:2022 のプレビューには適用範囲、まえがき、序文が入っていますが、強度の表は入っていません。ここで引用した条文はそれらのページからのもので、ISO 898-2 の表から取った数値は購入版で確認してください。ISO 21670 が扱うのはフランジ付き六角溶接ナットだけです。角溶接ナット、フランジなし溶接ナット、かしめナット、ブラインドナットはそれぞれ別の文書で、材料も寸法も別の規則に従います。ここの数値はひとつも移せません。ISO 965-3 と ISO 18265 のカタログ番号は第二の情報源では照合していません。内部リンクの多くはまだ英語版のみです。