JP2012228732A - 打撃端子およびハンマーピーニング処理方法並びにそれを用いた溶接継手 - Google Patents
打撃端子およびハンマーピーニング処理方法並びにそれを用いた溶接継手 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】打撃端子として、その先端部が該端子の進行方向に1mm以上10mm以下の長さを持ち、かつその進行方向に対する直角断面での曲率半径が1mm以上10mm以下の円弧状になる端子を用いて打撃を付加し、溶接止端を挟んで母材と溶接金属にわたる領域である溶接止端部に対して打撃痕を形成する。
【選択図】図2
Description
また、特許文献2記載のレーザ衝撃ハンマーピーニング方法は、素材の前処理が必要で、かつ装置が高価で大きいため、鋼橋の製造に適用することは難しいという問題がある。
本発明は、上記した知見に基づきなされたものである。
1.空気圧振動方式を用い、溶接止端部に打撃を付加することによって溶接継手部の疲労強度向上を図るハンマーピーニング処理を行うための打撃端子であって、
上記打撃端子の先端部が、該打撃端子の進行方向における長さ:1mm以上10mm以下であって、かつその進行方向に直角な断面での曲率半径が1mm以上10mm以下の円弧状であることを特徴とする打撃端子。
上記打撃端子として、その先端部が該端子の進行方向に1mm以上10mm以下の長さを持ち、かつその進行方向に対する直角断面での曲率半径が1mm以上10mm以下の円弧状になる端子を用いて打撃を付加し、溶接止端を挟んで母材と溶接金属にわたる領域である溶接止端部に対して打撃痕を形成することを特徴とするハンマーピーニング処理方法。
上記打撃により形成された打撃痕の曲率半径が2mm以上であることを特徴とする溶接継手。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上、特徴となる部分を模式的に示している。そのために、各構成要素の寸法比率などが実際と異なる場合がある。
なお、本発明の説明において、止端または溶接止端は、母材の面と溶接金属の表面との交線を意味する(非特許文献2参照)。
本発明における打撃端子は、図4に示すように、打撃端子の先端部が、進行方向(Y方向)に対して直角となる断面(XZ断面)において、a1mmの長さを有する頂部に、曲率半径(r1):1mm以上10mm以下の円弧状の外周部(図4(a))を有するものであって、かつ進行方向(Y方向)に1mm以上10mm以下の長さb1mmを有する略蒲鉾形状(図4(b))のものである。なお、上記の長さa1は、5〜9.5mmの範囲が好適である。これは、母材および止端側の広い範囲に打撃することができ、溶接部における止端形状の平滑化に有利だからである。
また、楕円形の長径(r3)は、8mmを越えると溶接止端に打撃することが困難になるため、短径より大きく、6mm程度までが好ましい。
また、b1およびb2は、a1およびa2と同じかより小さいことが好ましい。これは、打撃端子の接触面積が過度に大きくなると、単位面積あたりにかかる力が弱くなって安定した形状が得られにくいからである。
というのは、80°を超えた場合には、溶接金属に対して効果的な打撃を付加することが若干困難となり、一方、40°に満たないと、母材に対して効果的な打撃を付加することができないおそれが招来するからである。
ただし、打撃中の目視による確認は、困難であり、危険も伴うことから、打撃開始時に、打撃端子の先端を打撃位置に接触させた状態で、角度の目視確認をすれば問題はない。
すなわち、角度の確認については一連の作業のうち、初回の打撃の際に範囲内に入っていることを確認できればよい。これは、作業者本人が確認することが困難であることと、全ての作業中に確認することは非効率であるという理由からである。
なお、その上限に特段の制限はないが、溶接金属側では、8mm程度であり、一方、母材側では、10mm程度である。
その際に、上記打撃により形成された打撃痕の曲率半径を、2mm以上とすることが本発明では必須である。
というのは、打撃痕の曲率半径が2mmに満たないと、打撃の付加による応力集中緩和の効果が十分に得られないからである。なお、その上限に特段の制限はないが、溶接部の脚長を越えない程度が好ましい。
ついで、上記溶接継手の止端に、上記打撃端子によるハンマーピーニングを、空気圧:約6kg/cm2、周波数:90Hzの各条件を固定条件とし、母材に対する打撃の角度(以下、打撃角度という)を45〜70°(度)の範囲内で施した。なお、打撃角度は、打撃開始直前に、透明プラスチック製の分度器を脇に置いて、共同作業者に目視で確認してもらった。
表1に、試験No.と上記の端子形状、打撃角度をそれぞれ示す。
また、破断回数(応力範囲:200MPa)は、図6(a)に示した試験体を用いて、疲労試験機に母材1の両端をチャッキングし、リブ2の長手方向に繰返し応力(応力比:0.1,周波数:5〜10Hz)を与えることにより求めた。なお、本発明では、破断回数が応力範囲:200MPaにおいて106回を超えていることが良好であるとした。
さらに、上記打撃端子による打撃痕の領域(溶接止端部)の大きさを測定した。具体的には、デジタルノギスを用い、リブ端を基準として、打撃前に予めリブ端−溶接止端の距離を測定しておき、打撃後に再びリブ端を基準として、打撃痕の縁までの距離を、溶接金属側、母材側でそれぞれ測定した。その後、溶接止端から打撃痕の縁までの距離を溶接金属側、母材側で差分をとることによりそれぞれ求めた。
打撃痕の曲率半径(止端半径)、破断回数(応力範囲:200MPa)および溶接止端部の範囲の測定結果を、表1にそれぞれ併記する。
発明例については、打撃端子の先端半径:4.5mm,3mmおよび1.5mmの3種類、長さ:3mm,5mmおよび9mmの3種類を準備した。一方、比較例として、グラインダ処理を施したもの(比較例Aシリーズ)と溶横後の処理を行わなかったもの(溶接まま、比較例Bシリーズ)の疲労試験を行った。
試験結果を表2に示す。
2 リブ
3 溶接金属(ビード)
4 止端
5 打撃端子(チッパー)
6 溝
7 疲労き裂
8 打撃痕
Claims (8)
- 空気圧振動方式を用い、溶接止端部に打撃を付加することによって溶接継手部の疲労強度向上を図るハンマーピーニング処理を行うための打撃端子であって、
上記打撃端子の先端部が、該打撃端子の進行方向における長さ:1mm以上10mm以下であって、かつその進行方向に直角な断面での曲率半径が1mm以上10mm以下の円弧状であることを特徴とする打撃端子。 - 前記打撃端子の先端部における直角な断面が、楕円形の長径を軸とした楕円弧状であって、該楕円形の短径が1mm以上であることを特徴とする請求項1に記載の打撃端子。
- 空気圧振動方式の打撃端子を用い、溶接止端部に打撃を付加することによって溶接継手部の疲労強度向上を図るハンマーピーニング処理方法において、
上記打撃端子として、その先端部が該端子の進行方向に1mm以上10mm以下の長さを持ち、かつその進行方向に対する直角断面での曲率半径が1mm以上10mm以下の円弧状になる端子を用いて打撃を付加し、溶接止端を挟んで母材と溶接金属にわたる領域である溶接止端部に対して打撃痕を形成することを特徴とするハンマーピーニング処理方法。 - 前記打撃端子を用いて打撃を付加するに際し、その打撃角度を母材の表面に対して60°±20°の範囲とすることを特徴とする請求項3に記載のハンマーピーニング処理方法。
- 前記打撃端子の進行方向に対する直角断面で、該打撃端子の先端部を、楕円形の長径を軸とした楕円弧状とし、該楕円形の短径を1mm以上としたことを特徴とする請求項3または4に記載のハンマーピーニング処理方法。
- 前記溶接止端部が、溶接止端を挟んで、溶接金属側に2mm以上でかつ母材側に2mm以上の領域にわたることを特徴とする請求項3〜5のいずれかに記載のハンマーピーニング処理方法。
- 前記請求項3〜6のいずれかに記載のハンマーピーニング処理方法によって、溶接止端を挟んで母材と溶接金属にわたる溶接止端部に打撃を付加された溶接継手であって、
上記打撃により形成された打撃痕の曲率半径が2mm以上であることを特徴とする溶接継手。 - 前記溶接止端部が、溶接止端を挟んで、溶接金属側に2mm以上でかつ母材側に2mm以上の領域にわたることを特徴とする請求項7に記載の溶接継手。
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