JP2006334604A

JP2006334604A - 突合わせ溶接変形実験試験片

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Publication number: JP2006334604A
Application number: JP2005159040A
Authority: JP
Inventors: Kotaro Inose; 幸太郎猪瀬; Takaaki Matsuoka; 孝昭松岡
Original assignee: IHI Corp; Ishikawajima Inspection and Instrumentation Co Ltd
Current assignee: IHI Corp; Ishikawajima Inspection and Instrumentation Co Ltd
Priority date: 2005-05-31
Filing date: 2005-05-31
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2025-05-31
Also published as: JP4734513B2

Abstract

【課題】目違いや初期不整の影響を排除して定量的な評価を正確に実施可能な突合わせ溶接変形実験試験片を提供する。
【解決手段】試験片は、一枚の金属板からなる試験片本体(1)と、該試験片本体の周縁から外方に向けて互いに離反するよう突出して設けられ、該試験片本体と連続して一体をなす一対のタブ(2,3)と、該一対のタブ及び試験片本体の一方の平面上に該一対のタブのうちの一方のタブの中心近傍から他方のタブの中心近傍まで直線状に延びて設けられ、Ｖ型開先を模擬した断面Ｖ字状の溶接溝(4)とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、突合わせ溶接変形実験試験片に係り、詳しくは、金属板の突合わせ溶接変形実験に好適な試験片に関する。

造船、橋梁等の鋼構造物の分野では、鋼板の端縁同士を突き合わせて複数の鋼板を一体化させる突合わせ溶接が多用されており、これにより大型の鋼構造物を製造可能である。
このような大型の鋼構造物では、鋼板の突合わせ溶接後において構造物が十分な剛性、強度等を有していることが要求され、鋼板等の金属板、溶接材料及び溶接施工方法等に関し、予め対象となる金属板を突合わせ溶接した状態で性能評価しておくことが必要である。特に、突合わせ溶接後において板面が十分な平面度合いを有していることは重要であり、変形等を評価する突合わせ溶接変形実験の実施は不可欠である。

突合わせ溶接変形実験としては、従来、金属の延べ板から切り出した一対の試験片の端縁同士を開先を形成して互いに突き合わせ、必要に応じて一対の試験片を一定姿勢に保持するべく突き合わせた端縁の両端同士をエンドタブを用いて仮止めしておき、この状態で突合わせ溶接を行い、部材全体の変形を評価する実験方法が一般的である（非特許文献１等参照）。
接合・溶接技術Ｑ＆Ａ１０００：株式会社産業技術サービスセンター刊（１９９９年８月１１日発行）−１０３頁〜１０４頁（図１）等

しかしながら、突合わせ溶接変形実験において上記のように一対の別々の試験片同士を突き合わせて溶接する場合、試験片の端縁間にずれ、即ち目違いが生じ易く、当該目違いの大きさは試験毎に異なり、同一試験条件下であっても試験データにばらつきが生じて定量的な評価を正確に行えないという問題がある。
また、突き合わせた端縁の両端同士をエンドタブを用いて仮止めする場合においては、一対の試験片同士を常時完全同一の位置関係に維持することは不可能であり、上記目違いに加えて初期不整が生じ、上記問題はさらに顕著である。

この場合、例えば試験片を保持する治具の精度を高めることが考えられるが、治具の精度を高めることには限界があり、上記方法を行う限り、目違いや初期不整の影響を排除することは困難と言わざるを得ない。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、目違いや初期不整の影響を排除して定量的な評価を正確に実施可能な突合わせ溶接変形実験試験片を提供することにある。

上記した目的を達成するために、請求項１の突合わせ溶接変形実験試験片は、一枚の金属板からなる試験片本体と、該試験片本体の周縁から外方に向けて互いに離反するよう突出して設けられ、該試験片本体と連続して一体をなす一対のタブと、該一対のタブ及び前記試験片本体の一方の平面上に該一対のタブのうちの一方のタブの中心近傍から他方のタブの中心近傍まで直線状に延びて設けられ、Ｖ型開先を模擬した断面Ｖ字状の溶接溝とを備えたことを特徴とする。

これより、Ｖ型開先を模擬した断面Ｖ字状の溶接溝にアーク溶接を行い、溶接溝の底部が溶融（メルトスルー）して溶接金属が形成されると、Ｖ型開先にアーク溶接を施工したと同様の結果が得られる。この場合、溶接を施した試験片は分離した試験片同士を突き合わせるようなものでなくもともと一体物であるので、試験片同士を突き合わせた場合に生じる目違いが排除される。また、溶接時に試験片同士を一定姿勢に保持するための一対のタブも別体でなく試験片本体と一体に形成されているので、別体のタブを仮止めする場合に生じる初期不整についても排除される。

請求項２の突合わせ溶接変形実験試験片では、請求項１において、前記溶接溝は、底部の最小肉厚が１mm以下であることを特徴とする。
このように溶接溝の底部の最小肉厚が１mm以下であると、確実に溶接溝の底部が溶融（メルトスルー）して溶接金属が形成されるとともに、試験片による溶接金属の希釈率の低減が図られる。

請求項３の突合わせ溶接変形実験試験片では、請求項１または２において、前記溶接溝は、底部が内面角Ｒ加工されていることを特徴とする。
これにより、溶接溝の底部に溶融した溶接材料が良好に行き渡り、溶接溝の底部が確実に溶融（メルトスルー）して溶接金属が形成される。

請求項１の突合わせ溶接変形実験試験片によれば、Ｖ型開先を模擬した断面Ｖ字状の溶接溝にアーク溶接を行い、溶接溝の底部を溶融（メルトスルー）して溶接金属を形成することにより、Ｖ型開先にアーク溶接を施工したと同様の溶接状態を実現できる。そして、この場合、溶接を施した試験片はもともと一体物であるので、試験片同士を突き合わせた場合に生じる目違いの発生を排除することができ、また、溶接時に試験片同士を一定姿勢に保持するための一対のタブも別体でなく試験片本体と一体に形成されているので、別体のタブを仮止めする場合に生じる初期不整の発生についても排除することができる。

これにより、突合わせ溶接の変形実験において、目違いや初期不整の影響を排除して定量的な評価を正確に実施することができる。
請求項２の突合わせ溶接変形実験試験片によれば、溶接溝の底部の最小肉厚を１mm以下にすることにより、確実に溶接溝の底部を溶融（メルトスルー）させて溶接金属を形成させることができるとともに、試験片による溶接金属の希釈率の低減を図り、溶接品質の安定化を図ることができる。これにより、突合わせ溶接の変形実験における定量的な評価をより一層正確に実施することができる。

請求項３の突合わせ溶接変形実験試験片によれば、底部を内面角Ｒ加工することにより、溶接溝の底部に溶融した溶接材料を良好に行き渡らせ、溶接溝の底部をより一層確実に溶融（メルトスルー）させて溶接金属を形成させることができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１には、本発明に係る突合わせ溶接変形実験試験片の上視図が示され、図２には、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図が示されており、以下、これら図１、図２に基づき本発明に係る突合わせ溶接変形実験試験片の構造について説明する。
本実施形態において、本発明に係る突合わせ溶接変形実験試験片は、図１に示すように、長方形の鋼板（金属板）からなる試験片本体１と、当該試験片本体１と連続して一体をなすとともに当該試験片本体１の一対の長辺（周縁）から外方に向け互いに離反するよう突出する一対のタブ２、３とを備えている。なお、同図に示すように、一対のタブ２、３は例えば試験片本体１の中心線Ｘの延長上に形成されているが、これら一対のタブ２、３の位置は中心線Ｘの延長上に限定されるものではない。

そして、該一対のタブ２、３及び試験片本体１の一方の平面上（図示の面）には、一方のタブ２の中心近傍から他方のタブ３の中心近傍まで直線状に延びるようにして、Ｖ型開先を模擬した断面Ｖ字状の溶接溝４が形成されている。
図２に示すように、断面Ｖ字状の溶接溝４は、底部５と試験片本体１の他方の平面との距離、即ち溶接溝４の最小肉厚が所定寸法Ｄ（例えば、０mmより大きく１mm以下）となるように設定されている。そして、当該底部５には、所定Ｒ（例えば、Ｒ１．５mm以上）の内面角Ｒ加工が施されている。なお、溶接溝４の開口寸法Ｗは、鋼板の板厚Ｔと開口角度θ（例えば、６０°〜９０°）とに応じて適宜設定される。

このように構成される突合わせ溶接変形実験試験片は、実際には、鋼板の延べ板から試験片本体１と一対のタブ２、３とを一体物として切り出し、当該一体物の一方の平面上に切削加工によりタブ２の中心近傍からタブ３の中心近傍まで断面Ｖ字状の溶接溝４を直線状に形成するようにして製造される。但し、製造工程については特に限定されるものではない。

以下、このように構成された本発明に係る突合わせ溶接変形実験試験片の作用について説明する。
突合わせ溶接変形実験においては、先ず、断面Ｖ字状の溶接溝４に沿ってアーク溶接を施工する。
このように溶接溝４に沿ってアーク溶接を行うと、溶接材料と溶接溝４周辺の鋼が溶融して溶接溝４内に溶接金属が充填される。このとき、溶接溝４の底部５は最小肉厚が所定寸法Ｄ（例えば、０mmより大きく１mm以下）となるように極力薄く設定され、さらには底部５が内面角Ｒ加工されているため、図３に溶接金属の断面を示すように、溶融した溶接材料が底部５に良好に行き渡り、当該底部５は完全に溶融して所謂メルトスルーの状態となる。

底部５がメルトスルーの状態になると、一枚の試験片でありながら、一対の試験片の端縁同士を突き合わせて形成されるＶ型開先にアーク溶接を施工したと同様の溶接状態を実現することができる。
そして、溶接溝４内に充填された溶接金属が冷却したら、一対のタブ２、３を切り落とし、試験片本体１の一側１ａと他側１ｂとが純粋に溶接金属だけで接合された状態にする。即ち、一対のタブ２、３は、溶接時において試験片本体１の一側１ａと他側１ｂとを一定姿勢に保持しておくためのものであり、溶接施工後は必要がなくなるため、切り落とすようにする。なお、性能評価に影響がなければ一対のタブ２、３は切り落とさなくてもよい。

このようにして溶接溝４への溶接が完了したら、試験片本体１についての性能評価を行う。性能評価項目としては、試験片本体１を複数方向から写真撮影して試験片本体１の全体的な変形を評価する三次元写真計測、試験片本体１の溶接部分回りの角変形を評価する角変形計測、試験片本体１の横方向での収縮を計測する横収縮計測等がある。
角変形計測については、具体的には、図４に示すように予め試験片本体１上に規定された測定点（○印）の位置（一平面からの距離）をダイヤルゲージ等を用いて計測して評価を行う。また、横収縮計測については、具体的には、やはり図４に示すように予め試験片本体１上に規定された測定点（△印）間距離を測定して評価を行う。なお、三次元写真計測、角変形計測、横収縮計測等における評価方法については公知であり、ここでは説明を省略する。

このようにして性能評価を行うことになるが、本発明に係る突合わせ溶接変形実験試験片では、上述したように、試験片本体１及び一対のタブ２、３は溶接施工前にはもともと一枚の試験片からなる一体物である。
従って、性能評価を行うにあたり、試験片同士を突き合わせた場合に生じるずれ、即ち目違いの影響を確実に排除することができる。また、一対のタブ２、３についても別体でなく試験片本体１と一体に形成されているので、別体のタブを仮止めする場合に生じる初期不整の影響をも確実に排除することができる。これにより、突合わせ溶接の変形実験において、定量的な評価を正確に実施することができ、評価の信頼性を高めることができる。

また、上述したように、溶接溝４の底部５は最小肉厚が薄いことから、メルトスルーの実現とともに鋼による溶接金属の希釈率の低減を図り、溶接品質の安定化をも図ることができる。これにより、上記定量的な評価をより一層正確に実施することができる。
また、性能評価を行うにあたり、例えば溶接施工前に溶接溝４近傍に熱電対を取り付けておき、溶接時における溶接溝４周りの温度変化を測定しておくのがよい。このようにすれば、部材の熱ひずみの影響等を考慮して上記評価の精度を高めることが可能である。

以上で本発明に係る実施形態の説明を終えるが、実施形態は上記に限られるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
例えば、上記実施形態では、試験片本体１及びタブ２、３を鋼板としたが、本発明は如何なる種類の金属板にも適用可能である。
また、上記実施形態では、長方形の試験片本体１を採用したが、これに限られず、試験片本体１の形状は方形、円形等如何なるものであってもよい。

また、上記実施形態では、アーク溶接を施工する場合を例に説明したが、これに限られず、本発明は他の溶接方法（例えば、レーザー溶接等）に対しても同様に適用可能である。

本発明に係る突合わせ溶接変形実験試験片の上視図である。図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。溶接金属の断面を示す図である。角変形計測の測定点（○印）及び横収縮計測の測定点（△印）を示す図である。

符号の説明

１試験片本体
２、３タブ
４溶接溝
５底部

Claims

一枚の金属板からなる試験片本体と、
該試験片本体の周縁から外方に向けて互いに離反するよう突出して設けられ、該試験片本体と連続して一体をなす一対のタブと、
該一対のタブ及び前記試験片本体の一方の平面上に該一対のタブのうちの一方のタブの中心近傍から他方のタブの中心近傍まで直線状に延びて設けられ、Ｖ型開先を模擬した断面Ｖ字状の溶接溝と、
を備えたことを特徴とする突合わせ溶接変形実験試験片。
前記溶接溝は、底部の最小肉厚が１mm以下であることを特徴とする、請求項１記載の突合わせ溶接変形実験試験片。
前記溶接溝は、底部が内面角Ｒ加工されていることを特徴とする、請求項１または２記載の突合わせ溶接変形実験試験片。