JP2008137024A - 疲労強度に優れた溶接継手 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】構造用鋼のアーク溶接継手において、当該継手に形成した余盛の止端部における応力集中係数Ktを 1.0<Kt≦1.5 の範囲とし、かつ溶接金属の平均硬さHWM、余盛止端部の硬さHBおよび熱影響部最低硬さHminについて所定の関係を満足させる。
【選択図】図1
Description
余盛止端部からの疲労き裂発生は、余盛止端部に生じる応力集中に大きく影響される。従って、従来から余盛止端部の形状改善による疲労強度向上技術が提案されている。
また、特許文献3には、鋼板母材と溶接金属の化学組成を調整することにより、余盛止端部の曲率半径を改善する方法が提案されている。
さらに、グラインダー処理等により余盛止端部を研削して滑らかにする方法も従来からよく知られている。
同図に示したとおり、溶接継手の疲労強度σwは、応力集中係数が大きくなるほど低下する。
「渡辺,松本,中野,斉藤:高強度鋼溶接継手の疲労強度とその支配因子−応力集中と溶接残留応力の効果−,溶接学会論文集13(1995)3,P.438〜443」
すなわち、特許文献1は、溶接金属部での破壊を回避するものであるが、溶接継手の疲労強度を改善する効果は得られていない。
すなわち、溶接継手に対して特許文献2および3のような余盛止端部形状改善方法により応力集中係数Ktを低下させても、余盛を完全に削除してKt=1.0としない限りは、図1に破線で示したように余盛止端部における応力集中による疲労強度の低下を完全に抑制することはできず、溶接継手の疲労強度σwは平滑材の疲労強度σw0より必ず低くなるという問題があった。
1.溶融させた金属によって2枚の鋼板を接合した構造用鋼のアーク溶接継手において、当該継手に形成した余盛の止端部における応力集中係数Ktを 1.0<Kt≦1.5 の範囲とし、かつ溶接金属の平均硬さHWM、余盛止端部の硬さHBおよび熱影響部最低硬さHminが下記(1)式および(2)式を満足することを特徴とする疲労強度に優れた溶接継手。
記
そして、溶接金属の平均硬さHWMは、溶融境界から溶接金属側に1.0mmの範囲における平均硬さとする。
また、余盛止端部の硬さHBは、溶融境界を挟んで隣り合う溶接金属側の測定点と熱影響部側の測定点との測定値をそれぞれHv1、Hv2とし、溶融境界から溶融金属側の測定点までの距離をl1、溶融境界から熱影響部側の測定点までの距離を12として、次式
さらに、熱影響部最低硬さHminは、溶融境界と母材原質部との間の範囲における最低硬さとする。
また、本発明によれば、溶接余盛を完全に削除して平滑な形状にしなくても平滑材と同等の疲労強度が得られるため、本発明の溶接継手は疲労破壊が問題となる溶接構造物に対して有効であり、さらに高強度鋼を適用すれば設計疲労強度を高めることが可能となる。
さて、発明者らは、種々の硬さおよびノッチ形状を持つ均質試験片を用いて片振引張疲労試験を行ったところ、疲労強度は、硬さとノッチ部の応力集中係数Ktで整理できるという知見を得た。
そこで、次に発明者らは、種々の溶接継手を作製して片振引張疲労試験を行い、疲労き裂の発生位置における硬さおよび疲労強度の関係について調査した。対象とした継手は、溶融させた金属によって2枚の鋼板を接合した構造用鋼のアーク溶接継手である。
余盛止端部に作用する応力が平滑部に作用する応力より著しく高い場合、すなわち余盛止端部の応力集中係数Ktが著しく高い場合には、溶接部の硬度分布に関係なく余盛止端部において疲労き裂が発生する。
そこで、応力集中係数Ktの許容上限について調査したところ、Kt=1.5 までであれば、溶接部の硬度分布を制御することにより、余盛止端部での疲労き裂発生を防止できることが判明した。
同図に示したとおり、溶接継手の応力集中係数KtがKt≦1.5 で、なおかつ硬さ分布を適正な範囲に調整した場合、450MPa以上の高い200万回疲労強度を得ることができた。
また、●印の場合はいずれも、疲労き裂は平滑部で発生していた。
そこで、本発明では、余盛止端部の応力集中係数Ktについて、 1.0<Kt≦1.5 の範囲に限定したのである。
より具体的には、溶接条件を制御して溶着量を減らす等の方法により余盛止端部形状を改善することが考えられる。また、前述したTIG処理やグラインダー処理等の溶接後の付加的な施工を行うことが考えられる。ただし、継手が前掲(1)式および(2)式を満足するならば、余盛を完全に削除する必要はない。
まず、溶接金属の硬さHwmについて調査した。
その結果、溶接金属におけるき裂発生を抑制するためには、応力集中係数Ktおよび熱影響部最低硬さHminとの関係で、溶接金属の硬さHwmについて、前掲(1)式の範囲を満足させる必要があることが判明した。
供試鋼として490MPa級、780MPa級および980MPa級の鋼材(板厚:12mm)を用意した。供試鋼の機械的特性を表1に示す。
各供試鋼に片面V溝加工を施し、サブマージアーク溶接によってビードオンプレートで溶接継手を作製した。溶接条件を表2に示す。
これらの溶接継手のビード側表層から0.5mmの深さ位置の硬さ分布(発明例1,2および比較例1のみ)について調べた結果を、図3に示す。
これらの溶接継手から、図4に示す形状の疲労試験片を作製し、発明例2,4,5および比較例1,2,5に関しては、余盛止端部を研磨して余盛角θ、止端半径ρなどを制御した。
表3に、各溶接継手の余盛止端部形状パラメータを示す。
また、表4には、各溶接継手の溶接金属の平均硬さHWM、余盛止端部の硬さHB、熱影響部最低硬さHminならびに200万回疲労強度σWおよびき裂発生位置について調べた結果を示す。
なお、前掲(3)式を用いて応力集中係数Ktを算出するための止端部形状パラメータのうち、tpとaについてはいずれの継手においてもtp=0、a=0である。
比較例2は、前掲(1)式を満足しなかった。
比較例3は、応力集中係数Ktが本発明の適正範囲である1.0<Kt≦1.5を満たさず、また前掲(1)式および(2)式も満足しなかった。
比較例4,5はいずれも、前掲(2)式を満足しなかった。さらに、比較例4は、応力集中係数Ktも1.0<Kt≦1.5から外れていた。
これら5つの溶接継手においては、疲労き裂が溶融境界または溶融境界に近い溶接金属部において発生した。その際、き裂発生位置の硬さと疲労強度の関係は、応力集中の影響で平滑材の疲労強度より低くなった。
これらの溶接継手では、余盛止端部に応力集中が発生するにもかかわらず、疲労き裂は平滑部から発生した。その際、き裂発生位置の硬さと疲労強度の関係はKt=1.0の平滑材の場合(図2参照)と同様であり、平滑材と同等の疲労強度が得られた。
Claims (3)
- 溶融させた金属によって2枚の鋼板を接合した構造用鋼のアーク溶接継手において、当該継手に形成した余盛の止端部における応力集中係数Ktを 1.0<Kt≦1.5 の範囲とし、かつ溶接金属の平均硬さHWM、余盛止端部の硬さHBおよび熱影響部最低硬さHminが下記(1)式および(2)式を満足することを特徴とする疲労強度に優れた溶接継手。
記
- 請求項1において、Ktの調整手段が、母材鋼板に対応した溶接材料の成分組成の調整、溶接条件の制御および溶接後の付加的な施工による余盛止端部の形状制御のうちから選んだ少なくともいずれか一種であることを特徴とする疲労強度に優れた溶接継手。
- 請求項1において、溶接金属の平均硬さHWM、余盛止端部の硬さHBおよび熱影響部最低硬さHminの調整手段が、母材鋼板に対応した溶接材料の成分組成の調整および溶接条件の制御のうちから選んだ少なくともいずれか一種であることを特徴とする疲労強度に優れた溶接継手。
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008178910A (ja) * | 2006-12-25 | 2008-08-07 | Nippon Steel Corp | 耐疲労き裂発生特性に優れた隅肉溶接継手 |
CN101607336B (zh) * | 2009-07-14 | 2011-06-01 | 哈尔滨工业大学 | 可使低匹配对接接头按母材强度承载的焊缝形状设计方法 |
JP4865112B1 (ja) * | 2011-02-23 | 2012-02-01 | 新日本製鐵株式会社 | 溶接継手の製造方法及び溶接継手 |
JP2015108588A (ja) * | 2013-12-05 | 2015-06-11 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 配管系溶接部の応力解析システム及び応力解析方法 |
JP2021074740A (ja) * | 2019-11-07 | 2021-05-20 | 日本製鉄株式会社 | 溶接継手、及び自動車部品 |
JP7432723B2 (ja) | 2020-12-18 | 2024-02-16 | ポスコホールディングス インコーポレーティッド | 溶接部の疲労強度に優れた溶接部材及びその製造方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11104838A (ja) * | 1997-10-01 | 1999-04-20 | Nippon Steel Corp | 疲労強度の優れた構造用鋼溶接継手 |
JP2001300730A (ja) * | 2000-04-17 | 2001-10-30 | Kawasaki Steel Corp | 油井用高強度マルテンサイト系ステンレス鋼管の接続方法 |
JP2004337938A (ja) * | 2003-05-16 | 2004-12-02 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 疲労強度の高い溶接継手 |
-
2006
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11104838A (ja) * | 1997-10-01 | 1999-04-20 | Nippon Steel Corp | 疲労強度の優れた構造用鋼溶接継手 |
JP2001300730A (ja) * | 2000-04-17 | 2001-10-30 | Kawasaki Steel Corp | 油井用高強度マルテンサイト系ステンレス鋼管の接続方法 |
JP2004337938A (ja) * | 2003-05-16 | 2004-12-02 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 疲労強度の高い溶接継手 |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008178910A (ja) * | 2006-12-25 | 2008-08-07 | Nippon Steel Corp | 耐疲労き裂発生特性に優れた隅肉溶接継手 |
CN101607336B (zh) * | 2009-07-14 | 2011-06-01 | 哈尔滨工业大学 | 可使低匹配对接接头按母材强度承载的焊缝形状设计方法 |
JP4865112B1 (ja) * | 2011-02-23 | 2012-02-01 | 新日本製鐵株式会社 | 溶接継手の製造方法及び溶接継手 |
WO2012114532A1 (ja) * | 2011-02-23 | 2012-08-30 | 新日本製鐵株式会社 | 溶接継手の製造方法及び溶接継手 |
CN102770227A (zh) * | 2011-02-23 | 2012-11-07 | 新日本制铁株式会社 | 焊接接头的制造方法 |
CN102770227B (zh) * | 2011-02-23 | 2015-07-15 | 新日铁住金株式会社 | 焊接接头的制造方法以及焊接接头 |
US9138828B2 (en) | 2011-02-23 | 2015-09-22 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Method of production of welded joint |
JP2015108588A (ja) * | 2013-12-05 | 2015-06-11 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 配管系溶接部の応力解析システム及び応力解析方法 |
JP2021074740A (ja) * | 2019-11-07 | 2021-05-20 | 日本製鉄株式会社 | 溶接継手、及び自動車部品 |
JP7376779B2 (ja) | 2019-11-07 | 2023-11-09 | 日本製鉄株式会社 | 溶接継手、及び自動車部品 |
JP7432723B2 (ja) | 2020-12-18 | 2024-02-16 | ポスコホールディングス インコーポレーティッド | 溶接部の疲労強度に優れた溶接部材及びその製造方法 |
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Publication number | Publication date |
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