JP3002229B2 - 溶接継手の疲労強度向上法 - Google Patents
溶接継手の疲労強度向上法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、大気中および海水中での溶接鋼構造物にお
ける溶接継手の疲労強度向上法に関し、さらに詳しくは
溶接余盛止端部近傍を小径のハンマチップで打撃して母
材の降伏点と同程度の圧縮残留応力を付与する溶接継手
の疲労強度向上法に関するものである。
ける溶接継手の疲労強度向上法に関し、さらに詳しくは
溶接余盛止端部近傍を小径のハンマチップで打撃して母
材の降伏点と同程度の圧縮残留応力を付与する溶接継手
の疲労強度向上法に関するものである。
＜従来の技術＞ 溶接鋼構造物における溶接継手には多くの場合その溶
接部近傍には引張残留応力が誘起される。このような状
況下における溶接継手部に繰返し応力が作用する場合、
引張残留応力は平均応力として作用し、応力比効果が表
れる。このため実際に溶接継手に負荷される応力は所定
値を大きく上回り、長期間の繰返しによって構造物は疲
労破壊に至る。
接部近傍には引張残留応力が誘起される。このような状
況下における溶接継手部に繰返し応力が作用する場合、
引張残留応力は平均応力として作用し、応力比効果が表
れる。このため実際に溶接継手に負荷される応力は所定
値を大きく上回り、長期間の繰返しによって構造物は疲
労破壊に至る。
また、溶接鋼構造物には形状不連続部、溶接余盛によ
る応力集中部および溶接余盛止端部に存在する微細な切
欠などにより生ずる応力集中のため、大気中および海水
中で繰返し荷重を受ける溶接鋼構造物の破断寿命が短か
くなる。
る応力集中部および溶接余盛止端部に存在する微細な切
欠などにより生ずる応力集中のため、大気中および海水
中で繰返し荷重を受ける溶接鋼構造物の破断寿命が短か
くなる。
このような、溶接継手の疲労強度を改善するための機
械的処理としてハンマ打撃処理（ピーニング法）が採用
されており、「溶接学会誌、第51巻（1982）第７号66頁
〜72頁」には最適ピーニング条件が開示されている。こ
のハンマピーニング最適条件はハンマチップ先端半径Ｒ
＝5mm、ハンマ打撃角度θ＝40゜、打撃空気圧Ｐ＝4kg/c
m2、およびハンマ移動速度＝400mm/minである。以上の
条件によって溶接余盛止端部をハンマピーニングしなが
ら、表面の凹凸をなめらかに成形し、かつ溶接部表面の
引張残留応力を減少させあるいは圧縮残留応力を付与す
ることにより溶接部の疲労強度を改善するもので、この
改善度合は溶接のままに比較して上昇率は50％に達する
ことが紹介されている。
械的処理としてハンマ打撃処理（ピーニング法）が採用
されており、「溶接学会誌、第51巻（1982）第７号66頁
〜72頁」には最適ピーニング条件が開示されている。こ
のハンマピーニング最適条件はハンマチップ先端半径Ｒ
＝5mm、ハンマ打撃角度θ＝40゜、打撃空気圧Ｐ＝4kg/c
m2、およびハンマ移動速度＝400mm/minである。以上の
条件によって溶接余盛止端部をハンマピーニングしなが
ら、表面の凹凸をなめらかに成形し、かつ溶接部表面の
引張残留応力を減少させあるいは圧縮残留応力を付与す
ることにより溶接部の疲労強度を改善するもので、この
改善度合は溶接のままに比較して上昇率は50％に達する
ことが紹介されている。
しかしながら先端半径5mmのハンマチップを用いて溶
接余盛止端部をピーニングすると、ハンマチップ径が大
きいためハンマの跳ね返りが大きく、余盛止端部の局所
部まで密にピーニングをすることはできず、その疲労強
度の改善には限度があった。
接余盛止端部をピーニングすると、ハンマチップ径が大
きいためハンマの跳ね返りが大きく、余盛止端部の局所
部まで密にピーニングをすることはできず、その疲労強
度の改善には限度があった。
＜発明が解決しようとする課題＞ 本発明は、上記の問題を解決するためになされたもの
で、溶接余盛止端部の局所部まで密にピーニングして溶
接継手の疲労強度を大幅に改善することができる溶接継
手の疲労強度向上法を提供するためになされたものであ
る。
で、溶接余盛止端部の局所部まで密にピーニングして溶
接継手の疲労強度を大幅に改善することができる溶接継
手の疲労強度向上法を提供するためになされたものであ
る。
＜課題を解決するための手段＞ 本発明は、溶接鋼構造物における溶接継手の溶接余盛
止端部をハンマ打撃装置でハンマ打撃処理して溶接継手
の疲労強度を向上させる方法において、先端半径が1.0
〜2.8mmのハンマチップを用いて、打撃圧力３〜5kg/c
m2、ハンマ打撃角度30〜50度の条件で２〜３回打撃を繰
返すことによって、溶接余盛止端部表面に母材の降伏点
と同程度の圧縮残留応力を付与することを特徴とする溶
接継手の疲労強度向上法である。
止端部をハンマ打撃装置でハンマ打撃処理して溶接継手
の疲労強度を向上させる方法において、先端半径が1.0
〜2.8mmのハンマチップを用いて、打撃圧力３〜5kg/c
m2、ハンマ打撃角度30〜50度の条件で２〜３回打撃を繰
返すことによって、溶接余盛止端部表面に母材の降伏点
と同程度の圧縮残留応力を付与することを特徴とする溶
接継手の疲労強度向上法である。
＜発明をなすに至った経過および作用＞ 溶接継手の疲労強度を改善するためには、圧縮の残留
応力をより多く付与することが効果的である。
応力をより多く付与することが効果的である。
ハンマピーニング処理の場合には、溶接余盛止端部の
局所部までハンマチップで密にピーニングすることが肝
要である。局所部まで密にピーニングするためにはハン
マチップの先端半径が小さい方が有利であると思い至
り、先端半径が4mm、3mm、2.8mm、2mm、1mmのハンマチ
ップを用意して、そのことを確認する実験を行った。
局所部までハンマチップで密にピーニングすることが肝
要である。局所部まで密にピーニングするためにはハン
マチップの先端半径が小さい方が有利であると思い至
り、先端半径が4mm、3mm、2.8mm、2mm、1mmのハンマチ
ップを用意して、そのことを確認する実験を行った。
打撃圧力4.0kg/cm2、ハンマ打撃角度40度の条件でYS4
6の鋼材の溶接余盛止端部のピーニングを施工した。
6の鋼材の溶接余盛止端部のピーニングを施工した。
その結果、2.8mm、2mm、1mmのハンマチップを用いた
場合には、ハンマチップは跳ね返ることなく局所部まで
容易に密にピーニングすることができることがわかっ
た。これに対して4mm、3mmのハンマチップを用いた場合
には、溶接学会誌に記載された5mmのもの程にはハンマ
チップの跳ね返りはないが、局所部にわたって密にピー
ニングするためにはかなり努力を要した。
場合には、ハンマチップは跳ね返ることなく局所部まで
容易に密にピーニングすることができることがわかっ
た。これに対して4mm、3mmのハンマチップを用いた場合
には、溶接学会誌に記載された5mmのもの程にはハンマ
チップの跳ね返りはないが、局所部にわたって密にピー
ニングするためにはかなり努力を要した。
従って、本発明に用いるハンマチップの先端半径は1.
0〜2.8mmとした。また、母材の降伏点と同等の圧縮残留
応力を付与するには２〜３回打撃を繰返す必要があっ
た。
0〜2.8mmとした。また、母材の降伏点と同等の圧縮残留
応力を付与するには２〜３回打撃を繰返す必要があっ
た。
このようにハンマチップ先端半径を1.0〜2.8mmとし、
打撃圧力３〜5kg/cm2、ハンマ打撃角度30〜50度の条件
で２〜３回打撃を繰り返すことによって溶接余盛止端部
の局所部にわたって密にその表面形状をなめらかに成形
し、かつ溶接部表面に母材の降伏点と同程度の圧縮残留
応力を付与することができるようになった。
打撃圧力３〜5kg/cm2、ハンマ打撃角度30〜50度の条件
で２〜３回打撃を繰り返すことによって溶接余盛止端部
の局所部にわたって密にその表面形状をなめらかに成形
し、かつ溶接部表面に母材の降伏点と同程度の圧縮残留
応力を付与することができるようになった。
＜実施例＞ 本発明の実施例を以下に説明する。
第１図において、１はチップホルダ、２はハンマチッ
プでありその先端半径は2.0mmである。このチップホル
ダには振動装置が内蔵されており、耐圧ホース３を介し
て高圧ガスボンベ４と接続し、ハンマチップ２の先端を
母材６の溶接金属７の余盛止端部９に押し付けハンマ打
撃角度を30〜50度にした状態で2600回/min速度で打撃す
る。
プでありその先端半径は2.0mmである。このチップホル
ダには振動装置が内蔵されており、耐圧ホース３を介し
て高圧ガスボンベ４と接続し、ハンマチップ２の先端を
母材６の溶接金属７の余盛止端部９に押し付けハンマ打
撃角度を30〜50度にした状態で2600回/min速度で打撃す
る。
このとき、押し付け圧力は圧力ゲージ５を３〜5kg/mm
2設定することにより一定に保持しながら打撃ハンマを
２〜３回繰返して移動することによって、溶接継手部の
余盛止端部９には母材の降伏点と同程度の圧縮残留応力
を付与する。
2設定することにより一定に保持しながら打撃ハンマを
２〜３回繰返して移動することによって、溶接継手部の
余盛止端部９には母材の降伏点と同程度の圧縮残留応力
を付与する。
また、溶接余盛止端部の応力集中や微細切欠はハンマ
チップの先端半径を小さくしたことにより、その止端部
の局所部にわたって密に打撃されることから確実に軽減
あるいは除去される。
チップの先端半径を小さくしたことにより、その止端部
の局所部にわたって密に打撃されることから確実に軽減
あるいは除去される。
なお、圧縮残留応力σRESはσRES＝Ｅ（εＡ−σA/
E）で近似できる（第７図参照）。こゝに、E:ヤング
率、σA:負荷応力、εA:σＡに対応する歪。
E）で近似できる（第７図参照）。こゝに、E:ヤング
率、σA:負荷応力、εA:σＡに対応する歪。
この圧縮残留応力を付与するハンマ打撃条件は、σＡ
とεＡとの関係が材料によってきまるため、例えばハン
マチップ形状、打撃角度、圧力のようなσＡが材料に負
荷される条件によって決まる。
とεＡとの関係が材料によってきまるため、例えばハン
マチップ形状、打撃角度、圧力のようなσＡが材料に負
荷される条件によって決まる。
第３図（ａ）、第４図（ａ）は、それぞれすみ肉溶接
継手、突合せ溶接継手の例であり、これらは実構造物の
溶接施工に使用される代表的なものである。前述した条
件で第２図に示すように溶接余盛止端部およびその近傍
をハンマ打撃処理することにより、第５図に示すように
溶接のまゝの状態において引張残留応力を示す継手も、
母材の降伏点と同程度の圧縮残留応力に変換付与するも
のである。この結果として第３図（ｂ）、第４図（ｂ）
に示すように応力集中の軽減および微細切欠の削除した
ハンマ打撃処理後の余盛止端部10の継手形状が形成され
る。
継手、突合せ溶接継手の例であり、これらは実構造物の
溶接施工に使用される代表的なものである。前述した条
件で第２図に示すように溶接余盛止端部およびその近傍
をハンマ打撃処理することにより、第５図に示すように
溶接のまゝの状態において引張残留応力を示す継手も、
母材の降伏点と同程度の圧縮残留応力に変換付与するも
のである。この結果として第３図（ｂ）、第４図（ｂ）
に示すように応力集中の軽減および微細切欠の削除した
ハンマ打撃処理後の余盛止端部10の継手形状が形成され
る。
第４図の突合せ溶接継手の場合について、海水中にお
ける繰返し応力に対する破断寿命を調査しその結果を第
６図に示した。
ける繰返し応力に対する破断寿命を調査しその結果を第
６図に示した。
図から明らかなように例えば繰返し応力が200MPaのと
きに、破断寿命は溶接のままで105回でありハンマ打撃
処理のものは２×106回と約20倍であり、ハンマ打撃処
理の効果が著しい。また106回での疲労強度は溶接のま
までは約70MPaであるが、ハンマ打撃処理のものは約250
MPaと上昇率は250％と著しく向上している。
きに、破断寿命は溶接のままで105回でありハンマ打撃
処理のものは２×106回と約20倍であり、ハンマ打撃処
理の効果が著しい。また106回での疲労強度は溶接のま
までは約70MPaであるが、ハンマ打撃処理のものは約250
MPaと上昇率は250％と著しく向上している。
また、ハンマ打撃処理したものの大気中における疲労
強度も溶接のままのものに比して３倍程度向上した。
強度も溶接のままのものに比して３倍程度向上した。
＜発明の効果＞ 本発明によると、溶接余盛止端部の局所部に密にハン
マ打撃処理ができ、母材の降伏点と同程度の圧縮の残留
応力を付与でき、溶接余盛止端部の腐食疲労強度を著し
く向上することができる。
マ打撃処理ができ、母材の降伏点と同程度の圧縮の残留
応力を付与でき、溶接余盛止端部の腐食疲労強度を著し
く向上することができる。
第１図は、本発明方法を実施する打撃ハンマ装置の外観
図、第２図は、本発明の実施例の説明図、第３図（ａ）
は、すみ肉溶接継手形状の断面図、第３図（ｂ）は同継
手にハンマ打撃処理をした後の余盛止端部の断面図、第
４図（ａ）は、突合せ溶接継手形状の断面図、第４図
（ｂ）は同継手にハンマ打撃処理をした後の余盛止端部
の断面図、第５図は、余盛止端部のハンマ打撃処理前後
の残留応力の分布図、第６図は、ハンマ打撃処理前後の
応力と破断寿命との関係を示す特性図、第７図は引張応
力と歪との関係を示す特性図である。 １……チップホルダ、２……ハンマチップ、 ３……耐圧ホース、４……高圧ガスボンベ、 ５……圧力ゲージ、６……母材、 ７……溶接金属、９……余盛止端部、 10……ハンマ打撃処理後の余盛止端部、 θ……余盛角度、ρ……止端半径。
図、第２図は、本発明の実施例の説明図、第３図（ａ）
は、すみ肉溶接継手形状の断面図、第３図（ｂ）は同継
手にハンマ打撃処理をした後の余盛止端部の断面図、第
４図（ａ）は、突合せ溶接継手形状の断面図、第４図
（ｂ）は同継手にハンマ打撃処理をした後の余盛止端部
の断面図、第５図は、余盛止端部のハンマ打撃処理前後
の残留応力の分布図、第６図は、ハンマ打撃処理前後の
応力と破断寿命との関係を示す特性図、第７図は引張応
力と歪との関係を示す特性図である。 １……チップホルダ、２……ハンマチップ、 ３……耐圧ホース、４……高圧ガスボンベ、 ５……圧力ゲージ、６……母材、 ７……溶接金属、９……余盛止端部、 10……ハンマ打撃処理後の余盛止端部、 θ……余盛角度、ρ……止端半径。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菊川 春三 東京都千代田区内幸町２丁目２番３号 日比谷国際ビル 川崎製鉄株式会社東京 本社内 (56)参考文献 特開 昭54−88839（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−94483（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C21D 7/00 - 7/06 B23K 31/00
Claims (1)
- 【請求項１】溶接鋼構造物における溶接継手の溶接余盛
止端部をハンマ打撃装置でハンマ打撃処理して溶接継手
の疲労強度を向上させる方法において、 先端半径が1.0〜2.8mmのハンマチップを用いて、打撃圧
力３〜5kg/cm2、ハンマ打撃角度30〜50度の条件で２〜
３回打撃を繰返すことによって、溶接余盛止端部表面に
母材の降伏点と同程度の圧縮残留応力を付与することを
特徴とする溶接継手の疲労強度向上法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2121368A JP3002229B2 (ja) | 1990-05-14 | 1990-05-14 | 溶接継手の疲労強度向上法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2121368A JP3002229B2 (ja) | 1990-05-14 | 1990-05-14 | 溶接継手の疲労強度向上法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0421717A JPH0421717A (ja) | 1992-01-24 |
| JP3002229B2 true JP3002229B2 (ja) | 2000-01-24 |
Family
ID=14809514
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2121368A Expired - Lifetime JP3002229B2 (ja) | 1990-05-14 | 1990-05-14 | 溶接継手の疲労強度向上法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3002229B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210118159A (ko) | 2019-03-08 | 2021-09-29 | 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 | 니들 피닝 방법 |
| US11633811B2 (en) | 2017-09-27 | 2023-04-25 | Jfe Steel Corporation | Method of peening lap fillet welded joint and welded structures |
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|---|---|---|---|---|
| JP2655776B2 (ja) * | 1992-03-11 | 1997-09-24 | 新日本製鐵株式会社 | レール溶接部の疲労強度改善法 |
| WO2002101097A1 (fr) * | 2001-06-12 | 2002-12-19 | Leonid Mikhaylovich Lobanov | Procede de traitement de joints soudes de structures metalliques par martelage haute frequence |
| JP4537649B2 (ja) * | 2002-10-08 | 2010-09-01 | 新日本製鐵株式会社 | 回し溶接継手、回し溶接継手の製造方法、および、溶接構造物 |
| JP4854981B2 (ja) * | 2005-04-15 | 2012-01-18 | 新日本製鐵株式会社 | 耐疲労特性に優れた摩擦圧接接合部品およびその疲労特性向上方法 |
| NO324010B1 (no) * | 2005-04-19 | 2007-07-30 | Aibel As | Fremgangsmåte for å oppnå forhøyet utmattingsstyrke i sveisede metallforbindelser og hammerhode til bruk ved kaldbearbeidelse |
| ES2338809T3 (es) * | 2005-10-12 | 2010-05-12 | Palfinger Ag | Grua con chapa de refuerzo. |
| JP5267946B2 (ja) | 2009-04-22 | 2013-08-21 | 株式会社リコー | 画像形成装置 |
| TWI396600B (zh) * | 2009-08-24 | 2013-05-21 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp | 面外角板熔接接頭及其製作方法 |
| JP4751484B1 (ja) * | 2010-01-28 | 2011-08-17 | 新日本製鐵株式会社 | 溶接継手の疲労特性改善打撃処理装置、疲労特性改善方法および疲労特性が改善された溶接継手の製作方法 |
| KR101799376B1 (ko) * | 2011-04-14 | 2017-11-20 | 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 | 타격 단자 및 해머 피닝 처리 방법 그리고 그것을 이용한 용접 조인트의 제조 방법 |
| JP5719032B2 (ja) * | 2011-10-14 | 2015-05-13 | 東洋精鋼株式会社 | ピーニング装置 |
-
1990
- 1990-05-14 JP JP2121368A patent/JP3002229B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11633811B2 (en) | 2017-09-27 | 2023-04-25 | Jfe Steel Corporation | Method of peening lap fillet welded joint and welded structures |
| KR20210118159A (ko) | 2019-03-08 | 2021-09-29 | 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 | 니들 피닝 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0421717A (ja) | 1992-01-24 |
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