JP6051817B2 - 溶接構造物の疲労損傷抑制方法、その方法に用いられる打撃痕形成用工具、および溶接構造物 - Google Patents
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Description
鋼橋などの溶接構造物では、割れなどの欠陥が溶接部に生じたり、溶接ビードの形状が不適で応力集中が溶接ビードの止端(溶接ビードを形成する溶接金属の表面が金属製部材(母材)の表面と交わる境界)に発生したりすると、繰り返し応力による影響と溶接残留応力の影響が重畳して疲労き裂が溶接部に発生しやすくなり、疲労破壊をもたらす場合がある。
特許文献1には、溶接部の疲労強度向上方法およびそれを用いた溶接構造物に関し、溶接ビードの止端近傍を超音波振動しながら打撃して塑性変形させる加工装置により、特定寸法の溝を所定の打撃条件で加工することで高速に作業者の熟練度に依存しないで安心して疲労強度を向上させることが記載されている。
更に、特許文献3には、溶接継手の疲労特性改善打撃処理方法及びその装置に関し、先端が特定寸法の打撃ピンを用いて、溶接止端に打撃痕による特定寸法の溝部が形成されるように鋼材表面を圧縮して溶接部に圧縮残留応力を導入することが記載されている。
また、特許文献2に記載の方法は、溶接ビードの止端部に圧縮残留応力をレーザ衝撃ピーニングにより導入する方法であるため、素材の前処理が必要で、且つ装置が高価で大きく、鋼橋などの大形溶接構造物に適用することが難しいという問題点がある。
また、非特許文献1には、ハンマーピーニングを施すと疲労強度が低下する場合があるため、溶接止端の応力集中や残留応力を低減させる新たなハンマーピーニング法について検討した結果が記載されているが、ハンマーピーニングは、通常、作業者がピーニング工具を工具先端が溶接ビードの止端に斜め上方から当たるように持って行われる。このため、図4に示すように、母材1の表面上にリブ2を直立させた面外ガセット継手にハンマーピーニングを施した場合、溶接ビード3の止端4に応力集中となる深い溝が形成され、溶接ビード3の止端4の近傍から疲労き裂が発生するおそれがある。
なお、円形で形成された打撃痕形成面の円形の定義として、長径/短径の比が、1〜1.1であれば、略円形として使用できる。長径の向きは、溶接線に対して特定しない。
更に、本発明のうち請求項3に係る溶接構造物の疲労損傷抑制方法は、請求項1又は2記載の溶接構造物の疲労損傷抑制方法において、前記打撃痕形成用工具として、前記打撃痕形成面の周囲に0.15mm以上0.50mm以下の曲率半径で円弧状に湾曲する面取り部を有する打撃痕形成用工具を用いることを特徴としている。
更に、打撃痕形成用工具6としては、図2に示す形状に限らず、図3に示すように、打撃痕形成面7に対する垂直方向において傾斜する側面を有する円錐台形状に形成されるとともに、打撃痕形成面7の周囲に0.15mm以上0.50mm以下の曲率半径rOで円弧状に湾曲する面取り部8を形成したものを用いてもよい。
つまり、打撃痕形成面7が溶接ビード3の止端4と隣接するように打撃痕形成用工具6の位置を調整した後、打撃痕形成用工具6の打撃痕形成面7を母材1の表面に垂直に押し当てて打撃し、溶接ビード3の止端4より母材1側に5mmまでの領域において、最大深さが0.03mm以上0.50mm未満の打撃痕5を形成する。
これにより、複数の打撃痕5が、溶接ビード3の止端部4より母材1側に5mmまでの領域において、最大深さが0.03mm以上0.50mm未満で形成された溶接構造物が得られる。
ここで、打撃痕5が、溶接ビード3の止端4より母材1側に5mmまでの領域において、最大深さが0.03mm以上0.50mm未満で形成することとしたのは、次の理由による。打撃痕5の最大深さが溶接ビード3の止端4より母材1側に5mmを超えて形成されると、止端近傍に圧縮残留応力が十分に導入されないからである。
なお、打撃痕5が、溶接ビード3の止端4より母材1側に0.5mm離れた位置から3mmまでの領域において、最大深さが0.1mm以上0.50mm未満で形成されていると一層好ましい。この理由は、止端近傍への圧縮残留応力の導入が十分になされるからである。
また、表1の実施例5〜8は、溶接ビード3と隣接する母材1の表面に、溶接ビード3の止端4より母材側に5mmまでの領域において最大深さが0.03mm以上0.50mm未満の打撃痕5を打撃痕形成面7の直径Dが3mm、4mm、5mm、6mm、面取り部8の曲率半径rOが0.15mm、0.20mm、0.50mmの打撃痕形成用工具6により溶接ビード3に沿って連続的に形成した形成した場合を示している。
なお、表1のRaは打撃痕5の最大深さを示すものである。
したがって、実施例1〜8のように、打撃痕形成用工具6として、平坦でかつ半径が1.5mm以上3.0mm以下の円形で形成された打撃痕形成面7を先端に有する打撃痕形成用工具6を用い、打撃痕形成用工具6により溶接ビード3の止端4より母材1側に5mmまでの領域において、最大深さが0.03mm以上0.50mm未満の打撃痕5を溶接ビード3に沿って連続的に形成することで、溶接ビード3の止端4の近傍に300MPaを超える圧縮残留応力を導入することが可能となるので、鋼橋などの溶接構造物の溶接部に疲労き裂などの疲労損傷が発生することを確実に抑制することができる。
また、本発明者らは、図5に示す溶接継手を溶接電流:280A、溶接電圧:32V、溶接速度:28cpmの溶接条件にて試験片として作製し、打撃痕形成面の形状が矩形(3×4mm)の打撃痕形成用工具及び打撃痕形成面の形状が円形(半径1.5mm、直径3.0mm)の打撃痕形成用工具をそれぞれ用いて、ハンマーピーニング(空気圧:約0.588MPa(約6kg/cm2)、周波数:90Hz、移動速度:0.25mm/秒による)で打撃痕形成用工具を垂直に繰り返し打撃した。図8に、打撃痕形成面の形状が矩形の打撃痕形成用工具を用いて母材表面に打撃痕を形成した場合と打撃痕形成面の形状が円形の打撃痕形成用工具を用いて母材表面に打撃痕を形成した場合とを比較して示す写真を示す。
2…リブ
3…溶接ビード
4…止端
5…打撃痕
6,10,12…打撃痕形成用工具
7,11,13…打撃痕形成面
8…面取り部
Claims (4)
- 溶接ビードと隣接する母材の表面に打撃痕形成用工具を用いて打撃痕を形成するハンマーピーニング又は超音波衝撃処理を施す、溶接構造物の疲労損傷抑制方法であって、
前記打撃痕形成用工具として、平坦でかつ半径が1.5mm以上3.0mm以下の円形で形成された打撃痕形成面を先端に有する打撃痕形成用工具を用い、該打撃痕形成用工具により前記溶接ビードの止端より前記母材側に0.5mm離れた位置から3mmまでの領域において、最大深さが0.1mm以上0.50mm未満の打撃痕を前記溶接ビードに沿って連続的に形成することを特徴とする溶接構造物の疲労損傷抑制方法。 - 前記打撃痕形成用工具として、前記打撃痕形成面に対する垂直方向において傾斜する側面を有する円錐台形状に形成された打撃痕形成用工具を用いることを特徴とする請求項1記載の溶接構造物の疲労損傷抑制方法。
- 前記打撃痕形成用工具として、前記打撃痕形成面の周囲に0.15mm以上0.50mm以下の曲率半径で円弧状に湾曲する面取り部を有する打撃痕形成用工具を用いることを特徴とする請求項1又は2記載の溶接構造物の疲労損傷抑制方法。
- 溶接ビードと隣接する母材の表面に打撃痕を形成した溶接構造物であって、前記打撃痕が、前記溶接ビードの止端より前記母材側に0.5mm離れた位置から3mmまでの領域において、最大深さが0.1mm以上0.50mm未満で形成されていることを特徴とする溶接構造物。
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