JP4751484B1 - 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 - Google Patents

Abstract

本発明は、複雑な機構を用いることなく、また、特別な位置制御を行わずに、溶接線方向に移動する打撃ピン（３）の先端を溶接金属（８）の止端部（９）方向に自律的に移動させることができる溶接継手の疲労特性改善打撃処理装置及び処理方法を提供するものであって、
打撃処理を施す打撃処理機構部（２）と、
打撃処理機構部を支持しかつ打撃ピンを溶接止端部に押し付ける支持押圧機構部（５）と、
支持押圧機構部を搭載して、溶接線方向に移動する移動機構部（６）とが配設され、
支持押圧機構部内又は支持押圧機構部と移動機構部との間に、打撃ピンの軸方向中心線が被処理材（７）表面となす角度を調整する角度調整機構（１０）を備え、
さらに、打撃処理機構部の溶接方向と直角な方向への動きに自由度を与える遊撃機構部（４）を、打撃処理機構部と支持押圧機構部との間に配設する。
【選択図】図１

Description

本発明は、建築、造船、橋梁、建設機械、海洋構造物、自動車などに用いられる繰り返し荷重を受ける構造用の金属製部材であって、疲労き裂の発生が問題となる溶接継手を対象にして、その疲労特性を効率よく改善することのできる、溶接継手の疲労特性改善打撃処理装置及び溶接継手の疲労特性改善方法、ならびに疲労特性が改善された溶接継手の製作方法に関するものである。

船舶や橋梁、海洋構造物など鋼構造物、さらに自動車などは、多くの鋼部材を溶接接合して構成されており、各種の溶接方法によって、溶接継手が形成される。そして、溶接部の表面側の鋼部材（母材）と溶接金属との境界部に、溶接止端部が形成される。この溶接止端部近傍は、溶接時に高温状態の溶接金属部が周辺の母材部に拘束された状態で冷却されることに起因して引張残留応力が存在し易い部位であり、さらには、構造物として用いられるときには部材への外力により応力が集中し易い部位である。このため、構造物の溶接継手部に繰り返し荷重が作用すると、溶接止端部から疲労き裂が発生し致命的なき裂や割れに進展する可能性を有しており、溶接止端部の残留応力問題および応力集中し易い形状の問題は、鋼構造物の疲労特性を向上させる上での妨げとなっている。

このような溶接部に発生する疲労き裂は、構造物全体の信頼性に重大な影響を及ぼすため、従来から疲労特性を向上させる種々の手法が試みられてきた。

例えば、社団法人日本道路協会、「鋼橋の疲労」、丸善株式会社、１９９７年５月、および、Ｐ． Ｊ． Ｈａａｇｅｎｓｅｎ ａｎｄ Ｓ Ｊ． Ｍａｄｄｏｘ、ＩＩＷ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｐｏｓｔ Ｗｅｌｄ Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｓｔｅｅｌ ａｎｄ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ、ＸＩＩＩ−１８１５−００、Ｒｅｖｉｓｅｄ １６ Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２００４、では、（ａ）機械的な方法（グラインディング）により溶接部を平滑にする方法、或いは（ｂ）ＴＩＧ溶接により溶接部に化粧溶接（ドレッシング）を施す方法などにより応力集中を低減する手法が開示されている。

また、溶接部にピーニングを施して、疲労き裂が発生する部位に圧縮応力を導入し、あわせて応力集中を低減する方法も提案されている。打撃処理としては、（ｃ）ショットピーニング、（ｄ）ハンマーピーニングなどのほか、近年（ｅ）超音波衝撃処理（例えば、特開２００６−１６７７２４号公報、特開２００６−１７５５１２号公報、米国特許第６，１７１，４１５号公報、参照）などが挙げられる。

上記の（ａ）〜（ｅ）などの疲労特性改善処理によれば、溶接止端部の耐疲労き裂発生特性を向上させ得ることが知られており、特に、（ｅ）の超音波衝撃処理は比較的短時間の処理で大きな改善効果が得られることから、産業界の期待は大きい。しかし、この超音波衝撃処理は、人手で処理することを前提に開発されてきたため、鋼橋やクレーンなど長い距離を連続して処理する必要のある構造物や組み立て作業の自動化が進んでいる工場などでは、採用が困難な場合があった。

また、自動処理のためにロボットに超音波衝撃処理装置を組み込む場合、溶接ビードの止端部のラインは通常溶接線方向に不規則にゆがんでいるため正確に止端部に処理を行うためには、止端部の位置検出機能やゆがみに合わせて走行可能とする機構など高度な自動制御が必要であり、費用の面から実用化が困難な場合があった。

そこで、本発明は、上記課題を有利に解決して、自動制御というような複雑な機構を用いることなく処理位置の自律追尾を可能とする、溶接継手の疲労特性改善打撃処理装置及び溶接継手の疲労特性改善方法、ならびに疲労特性が改善された溶接継手の製作方法を提供することを目的とするものである。

本発明は、被処理材である溶接継手と打撃処理装置とが溶接方向に相対移動する機構と前記（ｄ）や（ｅ）などの打撃処理機構を有利に組み合わせることによって上記課題を解決しようとするものであり、その要旨は以下のとおりである。

（１）金属材料面に対して溶接ビードが外に凸である溶接継手の溶接止端部に、打撃ピンを押し付けながら溶接線方向に移動してハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す、溶接継手の疲労特性改善打撃処理装置であって、該打撃処理装置１には、
前記ハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す打撃処理機構部２と、該打撃処理機構部２を支持するとともに、該打撃処理機構部２の打撃ピン３を被処理材７である前記溶接継手の溶接止端部９に押し付ける支持押圧機構部５と、該支持押圧機構部５を搭載し、打撃処理機構部２を基台１２に載置された被処理材７の溶接止端部９に沿って溶接線方向に移動させる移動機構部６とが配設され、かつ、前記支持押圧機構部５内又は前記支持押圧機構部５と前記移動機構部６との間に、溶接線方向に直交する断面において前記被処理材７の金属材料表面に対して前記打撃ピン３の軸方向中心線がなす角度を４５°以上８０°以下に調整する角度調整機構１０が配設され、さらに、前記打撃処理機構部２の、溶接方向と直角な断面での金属材料面または溶接金属面に沿う方向への動きに自由度を与える遊動機構部４が、前記打撃処理機構部２と前記支持押圧機構部５との間、前記支持押圧機構部５内、前記支持押圧機構部５と前記移動機構部６との間のいずれか１箇所または２箇所以上に配設されていることを特徴とする、溶接継手の疲労特性改善打撃処理装置。

（２）金属材料面に対して溶接ビードが外に凸である溶接継手の溶接止端部に、打撃ピンを押し付けながら溶接線方向に相対移動してハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す、溶接継手の疲労特性改善打撃処理装置であって、該打撃処理装置１には、前記ハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す打撃処理機構部２と、該打撃処理機構部２を支持するとともに、該打撃処理機構部２の打撃ピン３を被処理材７である前記溶接継手の溶接止端部９に押し付ける支持押圧機構部５と、支持押圧機構部５が配設される装置基部１１と、被処理材７を搭載し、被処理材７の溶接止端部９が打撃処理機構部２に沿うように、溶接線方向に移動する移動機構部６とが配設され、かつ、前記支持押圧機構部５内又は前記支持押圧機構部５と前記移動機構部６との間に、溶接線方向に直交する断面において前記披処理材７の金属材料表面に対して前記打撃ピン３の軸方向中心線がなす角度を４５°以上８０°以下に調整する角度調整機構１０が配設され
さらに、前記打撃処理機構部２の、溶接方向と直角な断面での金属材料面または溶接金属面に沿う方向への動きに自由度を与える遊動機構部４が、前記打撃処理機構部２と前記支持押圧機構部５との間、前記支持押圧機構部５内、前記支持押圧機構部５と装置基部１１との間のいずれか１箇所または２箇所以上に配設されていることを特徴とする、溶接継手の疲労特性改善打撃処理装置。

（３）金属材料面に対して溶接ビードが外に凸である溶接継手の溶接止端部に、溶接方向と直角な断面での金属材料面または溶接金属面に沿う方向への動きに自由度を持たせつつ、打撃ピンを押し付けながら溶接線方向に相対移動させてハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す、溶接継手の疲労特性改善方法であって、溶接継手の溶接止端部の所望とする曲率半径に基づいて打撃ピンの曲率半径を選定し、前記打撃ピン３が金属材料７３と溶接金属８の両方に接した状態で溶接止端部９へ対向する場合に、前記溶接継手の溶接線と直交する断面内において、溶接止端９１から打撃ピン３と金属材料７３との接点３１までを結ぶ直線Ａと、溶接止端９１から打撃ピン３と溶接金属８との接点３２までを結ぶ直線Ｂとを想定し、これら２つの直線ＡおよびＢがなす角度を溶接止端部開き角度φとするとき、溶接継手の溶接線方向に溶接止端部開き角度φを測定し、その最小値と最大値が９０°以上１６０°以下である溶接継手に対して、前記打撃ピン３の中心線Ｄが金属材料表面に対してなす角度Ｖｄを、前記溶接止端部開き角度φの最小値と最大値の平均値の１／２である中心線Ｃが金属材料表面に対してなす角度Ｖｃと同じとなるように設定して、打撃ピンを溶接止端部に対向させ、溶接方向と直角な断面での金属材料面または溶接金属面に沿う方向への動きに自由度を持たせつつ、前記ハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を少なくとも１回施すことを特徴とする溶接継手の疲労特性改善方法。

ただし、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値の平均値の中心線Ｃ（以下、溶接止端部開き角度φの中心線Ｃともいう）とは、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値の平均値、すなわち平均角度の二等分線を意味するものとする。

（４）（３）に記載のハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す前に、前記打撃ピンの中心線Ｄが金属材料表面に対してなす角度Ｖｄを、前記溶接止端部開き角度φの最小値及び最大値の平均値の１／２である中心線Ｃが金属材料表面に対してなす角度Ｖｃより大きくなるように設定して、予備のハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を少なくとも１回施すことを特徴とする（３）に記載の溶接継手の疲労特性改善方法。

（５）前記ハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理において、金属材料表面に対して前記溶接止端部開き角度φの最小値と最大値の平均値の１／２である中心線Ｃに対して前記打撃ピン３の中心線Ｄがなす角度を許容変動角度θとするとき、前記溶接止端部の開き角度φの最小値と最大値が９０°以上１４０°未満の場合は、前記許容変動角度を±２０°以内、前記溶接止端部の開き角度φの最小値と最大値が１４０°以上１６０°以下の場合は、許容変動角度を±１０°以内として、前記打撃ピン３の中心線Ｄが金属材料表面に対してなす角度Ｖｄを設定することを特徴とする（３）または（４）に記載の溶接継手の疲労特性改善方法。

但し、許容変動角度θは、溶接継手の溶接方向と直交する断面内において、中心線Ｃに対して、溶接金属側に傾く場合を＋（プラス）、金属材料表面側に傾く場合を−（マイナス）とする。

（６）前記予備のハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理において、金属材料表面に対して前記溶接止端部開き角度φの最小値と最大値の平均値の１／２である中心線Ｃに対して前記打撃ピン３の中心線Ｄがなす角度を偏差角度θ’とするとき、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値が９０°以上１４０°未満である場合は偏差角度θ’を０°超〜２０°、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値が１４０°以上１６０°以下である場合は許容変動角度θ’を０°超〜１０°として、前記予備のハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理における前記打撃ピンの中心線Ｄが金属材料表面に対してなす角度Ｖｄを設定することを特徴とする（４）または（５）に記載の溶接継手の疲労特性改善方法。

但し、偏差角度θ’は、溶接継手の溶接方向と直交する断面内において、中心線Ｃに対する溶接金属側への傾き角度とする。

（７）金属材料を溶接して溶接継手を製作し、ついでこの溶接継手の溶接止端部に、（３）〜（６）のいずれかに記載の方法によりハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施すことを特徴とする疲労特性が改善された溶接継手の製作方法。

本発明によれば、簡易な移動機構と遊動機構と支持押圧機構と打撃処理装置を有利に組み合わせて用いるため、速やかにかつ正確にしかも合理的に溶接継手の疲労特性を向上させることができ、前述のような技術課題や経済的課題の問題点を有利に解決することができる。例えば、本発明の装置をロボット等による自動移動処理装置として使用する場合には、単純に溶接ビードの大まかな方向を指示するのみでよい。溶接止端のゆがみを検出し、これに追従するようにするための機能が不要となり、極めて簡易なシステムで処理システムを構築することが可能となり、経済的にも極めて有効である。また、人手により溶接継手に打撃処理を行う場合は、頻繁に休憩を取る必要のある負荷の大きい作業であるが、本発明を用いれば、打撃処理中は処理の進行を監視する業務のみでよく、処理効率を高めることが期待できる。このように、本発明によれば、疲労き裂発生防止効果と溶接継手の製作工期の短縮、さらには設備の簡略化による経済効果との両方が期待できる。

図１は、本発明の装置の一実施例を模式的に示す斜視図であり、打撃処理機構部を移動させることで、被処理材との相対移動を行わせる場合を示す。 図２は、本発明の装置の他の実施例を模式的に示す斜視図であり、被処理材を移動させることで、打撃処理機構部との相対移動を行わせる場合を示す。 図３は、本発明で定義する溶接止端部開き角度φと打撃ピン３の溶接止端部９への対向方向の許容変動角度θを示す溶接止端部の溶接線方向と直交する断面の模式図である。 図４（ａ）は、溶接止端部の開き角φが９０°より小さい場合に打撃処理による溶接止端部にき裂状形状が形成される過程を模式的に説明する図であり、処理前の状態を示す。 図４（ｂ）は、溶接止端部の開き角φが９０°より小さい場合に打撃処理による溶接止端部にき裂状形状が形成される過程を模式的に説明する図であり、処理後の状態を示す。 図５（ａ）は、本発明に好適な打撃ピンの先端形状を模式的に示す図であり、Ｐ≦２Ｒの場合を示す。 図５（ｂ）は、本発明に好適な打撃ピンの先端形状を模式的に示す図であり、Ｐ＞２Ｒの場合を示す。 図６（ａ）は、本発明の打撃処理における打撃ピンの金属材料表面に対する角度を変えて打撃処理を行う場合を示すもので、予備の打撃処理における打撃ピンの金属材料表面に対する角度を示す溶接線方向と直交する断面の模式図である。 図６（ｂ）は、本発明の打撃処理における打撃ピンの金属材料表面に対する角度を変えて打撃処理を行う場合を示すもので、予備の打撃処理の後の打撃処理における打撃ピンの金属材料表面に対する角度を示す溶接線方向と直交する断面の模式図である。 図７（ａ）は、本発明を適用する溶接継手の一実施例であるＴ字溶接継手の溶接線方向と直交する断面の模式図である。 図７（ｂ）は、本発明を適用する溶接継手の一実施例であるＴ字溶接継手の平面の模式図である。 図８は、本発明を適用する溶接継手の他の実施例である突合せ溶接継手の溶接線方向と直交する断面の模式図である。 図９は、実施例１の打撃処理における溶接止端部開き角度φの溶接線方向の位置と打ち残し部分の分布との関係を示す図である。 図１０は、実施例１の打撃処理における溶接止端部開き角度φの中心線の角度Ｖｃと打撃ピンの中心線の角度Ｖｄとの差と打ち残し部分の分布との関係を示す図である。 図１１は、実施例２の打撃処理における溶接止端部開き角度φの溶接線方向の位置と打ち残し部分の分布との関係を示す図である。 図１２は、実施例２の打撃処理における溶接止端部開き角度φの中心線の角度Ｖｃと打撃ピンの中心線の角度Ｖｄとの差と打ち残し部分の分布との関係を示す図である。 図１３は、実施例３の打撃処理における溶接止端部開き角度φの溶接線方向の位置と打ち残し部分の分布との関係を示す図である。 図１４は、実施例３の打撃処理における溶接止端部開き角度φの溶接線方向の位置と打ち残し部分の分布との関係を示す他の例の図である。 図１５は、実施例３の打撃処理における溶接止端部開き角度φの中心線の角度Ｖｃと打撃ピンの中心線の角度Ｖｄとの差と打ち残し部分の分布との関係を示す図である。

本発明について具体的に説明する。なお、以下の説明においてはハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を、単に、「処理」又は「打撃処理」と呼ぶこともある。

本発明を適用する溶接継手の溶接止端部の形状について説明する図７（ａ）は、本発明を適用する溶接継手の一例であるＴ字溶接継手の溶接方向と直交する断面の模式図である。主板（鋼板）７１の上面にリブ板（鋼板）７２をリブ板７１の両側から隅肉溶接しており、鋼板面より外側に凸状の溶接ビード（溶接金属）８がリブ板の両側に形成され、溶接止端部９２〜９５が形成されている。なお、図７（ｂ）は、このＴ字溶接継手の平面の模式図である。

また、図８は本発明を適用する溶接継手の他の例である突合せ溶接継手の溶接方向に直交する断面の模式図である。二つの鋼板７３、７３を突き合わせて配置し、突き合せ溶接したもので、鋼板面より外側に凸状の溶接ビード（溶接金属）８が形成され、溶接止端部９６〜９９が形成されている。

本発明において、金属材料面（鋼板）に対して溶接ビードが外に凸である溶接継手とは、上述のように、溶接ビードが金属材料面よりも突出している状態をいうものであって、溶接ビードが金属材料面と同じ又はこれより低い場合を除くものである。すなわち、溶接ビードが少なくとも外に凸の状態でないと、金属材料表面と溶接ビードによる溶接止端部のＶ形の溝が形成されず、打撃ピンを溶接方向と直角な方向への自由度を持たせつつ、溶接止端部に押し付けながら溶接線方向に移動させて、ハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す本発明の方法において、打撃ピンが溶接止端部に沿ってガイドされ難くなるためである。

図１及び、図２に本発明の装置の概略図を示す。本発明は、溶接継手の溶接後に溶接止端部９（９２〜９５，９６〜９９）にハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す打撃処理機構部２を簡易な移動機構６、遊動機構４、支持押圧機構５と組み合わせて疲労き裂発生阻止性能の高い溶接部を有する溶接継手を効率よく作製する装置１に関するものであり、また、その装置を用いた溶接継手の疲労特性改善方法に関するものである。

（１）に記載の本発明の溶接継手の疲労特性改善打撃処理装置１は、金属材料面に対して溶接ビードが外に凸である溶接継手の溶接止端部に、打撃ピンを押し付けながら溶接線方向に移動してハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す、溶接継手の疲労特性改善打撃処理装置であって、図１に示すように、該打撃処理装置１には、前記ハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す打撃処理機構部２と、該打撃処理機構部２を支持するとともに、該打撃処理機構部２の打撃ピン３を被処理材７である前記溶接継手の溶接止端部９に押し付ける支持押圧機構部５と、該支持押圧機構部５を搭載し、打撃処理機構部２を基台１２に載置された被処理材７の溶接止端部９に沿って溶接線方向に移動させる移動機構部６とが配設され、かつ、前記支持押圧機構部５内又は前記支持押圧機構部５と前記移動機構部６との間に、溶接線方向に直交する断面において前記被処理材７の金属材料表面に対して前記打撃ピン３の軸方向中心線がなす角度を４５°以上８０°以下に調整する角度調整機構１０が配設され、さらに、前記打撃処理機構部２の溶接方向と直角な方向への動きに自由度を与える遊動機構部４が、前記打撃処理機構部２と前記支持押圧機構部５との間、前記支持押圧機構部５の内部、前記支持押圧機構部５と前記移動機構部６との間のいずれか１箇所または２箇所以上に配設されていることを特徴とする。

また、（２）に記載の本発明の溶接継手の疲労特性改善打撃処理装置１は、金属材料面に対して溶接ビードが外に凸である溶接継手の溶接止端部に、打撃ピンを押し付けながら溶接線方向に相対移動してハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す、溶接継手の疲労特性改善打撃処理装置であって、図２に示すように、該打撃処理装置１には、前記ハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す打撃処理機構部２と、該打撃処理機構部２を支持するとともに、該打撃処理機構部２の打撃ピン３を被処理材７である前記溶接継手の溶接止端部９に押し付ける支持押圧機構部５と、支持押圧機構部５が配設される装置基部１１と、被処理材７を搭載し、被処理材７の溶接止端部９が打撃処理機構部２に沿うように、溶接線方向に移動する移動機構部６とが配設され、かつ、前記支持押圧機構部５内又は前記支持押圧機構部５と前記移動機構部６との間に、溶接線方向に直交する断面において前記披処理材７の金属材料表面に対して前記打撃ピン３の軸方向中心線がなす角度を４５°以上８０°以下に調整する角度調整機構１０が配設され、さらに、前記打撃処理機構部２の溶接方向と直角な方向への動きに自由度を与える遊動機構部４が、前記打撃処理機構部２と前記支持押圧機構部５との間、前記支持押圧機構部５の内部、前記支持押圧機構部５と装置基部１１との間のいずれか１箇所または２箇所以上に配設されていることを特徴とする。

（１）に記載の本発明の溶接継手の疲労特性改善打撃処理装置１と、（２）に記載の本発明の溶接継手の疲労特性改善打撃処理装置１とは、後述する打撃処理機構部２と被処理材である溶接継手７の溶接止端部９とを溶接線方向に相対的に移動させる移動機構部６の配置或は構成が異なっているが、その他の点においては、ほぼ共通する。

すなわち、本発明に係る溶接継手の疲労特性改善打撃処理装置１の移動機構として、次のような大きく分けて２つのタイプが考えられる。一つは、（１）に記載したもので、図１に示すように、被処理材である溶接継手７を基台１２に載置、固定し、遊動機構部４を介して打撃処理機構部２を取り付けた支持押圧機構５を、移動機構部６を構成する電動台車６１とガイドレール６２を備えた移動機構部６の電動台車６１に搭載し、溶接止端部に沿って移動させるようにしたタイプである。もう一つは、（２）に記載したもので、図２に示すように、移動機構部６は被処理材７の移動のみを行い、遊動機構部４を介して打撃処理機構部２を取り付けた支持押圧機構５は装置基部１１に固定して処理を行うようにしたタイプである。この場合、移動機構部６としては、被処理材７である溶接継手を搭載し、その溶接止端部を打撃処理機構部２の打撃ピンに沿うように溶接方向に移動可能とするものであればよく、台車１３などを備えることができる。いずれのタイプを選択するかは、処理対象や処理環境（屋外構造物の処理、工場内での処理等）によって、適宜選択するのが望ましい。

上述のように、（１）、（２）に記載の本発明の溶接継手の疲労特性改善打撃処理装置１は、移動機構部６の構成、配置などが異なるほかは、他の構成、機能についてはほぼ共通するので、以下では、共通する部分を説明し、重複する説明を省略する。

まず、本発明の溶接方向と直角な方向への動きに自由度を与える遊動機構部４について説明する。図３は、溶接止端部の溶接線方向と直交する断面の模式図である。本発明では、金属材料面に対して溶接ビードが外に凸である溶接継手の溶接止端部９に打撃ピン３を押し付けながら、より詳しくは、図３に示すように、打撃ピン３を、接点３１で金属材料７３と、また、接点３２で溶接止端部の溶接金属８とに当接するようにして押し付けながら、溶接線方向に相対的に移動してハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す。

その際、溶接線方向に垂直な断面で、打撃処理機構部２の打撃ピン３は、打撃処理部の溶接線方向への相対移動に伴い押し付け位置が逸れて金属材料７３または溶接金属８の片方のみと当接（片当たり）するようになることがある。

本発明の装置の遊動機構部４は、支持押圧機構５による処理機構部２、打撃ピン３を経た押圧力、および打撃ピン３が片当たりした金属材料７３または溶接金属８からの反力を受けながら、打撃処理機構部２の打撃ピン３の先端を溶接止端部方向に自律的に移動させるようにするものである。その結果、打撃処理機構部２に対して特別な位置制御を行うことなく合理的に溶接止端部９に打撃処理を施すことができる。

すなわち、遊動機構部は、溶接止端部のビード形状の溶接線方向と直角な方向へ位置の変化による金属材料７３または溶接金属８からの打撃処理機構部２への反力に対して、支持押圧機構部５を変位可能とすることによって衝撃を緩和しつつ打撃ピンをできるだけ溶接止端部に押しつけるようにする機能を有するものである。

遊動機構部４の具体的な遊動機構としては、構造の簡便さや部品の調達のしやすさなどから、たとえば、図１に示すように、打撃処理機構部２を支持する軸４２を、移動機構部６に取付けられた支持押圧機構５のアームの先端部に設けたローラーベアリングタイプの軸受け４１で移動機構部６の移動方向と直交する方向に回動自在に支持するようにした回転タイプのほか、図２に示すように、打撃処理機構部２を支持する軸４２を、装置基部１１に取付けられた支持押圧機構５のアームの先端部において移動機構部６の移動方向と直交する方向の面４３内で移動自在に支持するようにしたリニアスライドタイプも好ましい。なお、遊動機構部４の配設場所は、上記の作用、効果を発揮する場所であればよく、（１）に記載の装置の場合は、前記打撃処理機構部２と前記支持押圧機構部５との間、前記支持押圧機構部５内、前記支持押圧機構部５と前記移動機構部６との間のいずれか１箇所または２箇所以上に配設されていればよい。

また、（２）に記載の装置の場合は、前記打撃処理機構部２と前記支持押圧機構部５との間、前記支持押圧機構部５内、前記支持押圧機構部５と装置基部１１との間のいずれか１箇所または２箇所以上に配設されていればよい。

本発明の装置における支持押圧機構部５は、打撃処理機構部２での打撃処理が適切に行われるように、ハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理の打撃処理機構に応じてこれを支持し、適正な荷重で打撃処理機構２の打撃ピンを被処理材の溶接止端部に押圧できることが必要である。なお、装置の保護などの面から打撃ピン３からの反動を吸収する機構を更に付加することが望ましい。

また、本発明の装置には、打撃処理機構部２の打撃ピンの中心軸（中心線）が被処理材である溶接継手の金属材料面に対して所定の角度をなすように打撃ピンの中心軸（中心線）の角度を４５°以上８０°以下に調整する角度調整機構１０が設けられている。これは、例えば、図１、図２に示すように、支持押圧機構部５の途中、あるいは支持押圧機構部５と移動機構部６との間に、継手を少なくとも打撃処理方向、例えば溶接線方向、と直交する面内において回動自在に設け、油圧装置などにより回動させることによって調整可能とすることにより達成できる。

なお、角度調整機構としては、例えば、図１に示すように、載置台１２を基盤床面に対して、傾斜角度を有するものとし、その上に被処理材としての溶接継手を載置するようにし、油圧装置などにより載置台の傾斜角度を調整するようにしても良い。

本発明の装置における打撃処理機構部２としては、ハンマーピーニング処理装置又は超音波衝撃処理装置が採用される。ハンマーピーニング処理装置又は超音波衝撃処理装置そのものは、例えば特開２００６−１６７７２４号公報、特開２００６−１７５５１２号公報、米国特許第６，１７１，４１５号公報等に開示されているとおり公知であり、それらを用いた打撃処理による溶接止端部９の疲労特性改善効果などについても公知であることから、その詳細についての説明は割愛する。なお、打撃処理時の反動が比較的少ないことや衝撃処理の出力が高いことなどから、ハンマーピーニング処理より超音波衝撃処理装置の方が好ましい。

次に、（３）〜（６）に記載の本発明の溶接継手の疲労特性改善方法は、金属材料面に対して溶接ビードが外に凸である溶接継手の溶接止端部に、溶接方向と直角な方向への動きに自由度を持たせつつ、打撃ピンを押し付けながら溶接線方向に相対移動させてハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す溶接継手の疲労特性改善方法である。すなわち、好適には（１）又は（２）に記載の打撃処理装置を用いて、溶接継手の溶接止端部にハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す溶接継手の疲労特性改善方法である。

本発明の方法では、被処理材である溶接継手の溶接止端部ハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す際に、打撃処理機構部２に、例えば遊動機構部などにより、溶接継手の溶接方向と直角な方向への動きの自由度を持たせている。これは、上記（１）、（２）の装置において説明したように、打撃ピン３のピン先端が、打撃処理時の振動によって、溶接継手との接触面からの反力の止端方向に向く成分と打撃処理装置の押し付け方向の力との合成力により、溶接止端部９に形成されたＶ形の溝の谷側に自律的に移動できるようにするためである。

本発明の方法においては、まず、溶接継手の溶接止端部について所望とする溶接止端部の曲率半径を決定し、これに基づいて打撃処理に使用する打撃ピンの先端の曲率半径を設定する必要がある。これは、溶接止端部が滑らかな凹状を得られるような曲率半径とすればよいが、その曲率半径は、疲労特性の改善の観点から、溶接止端部の形状、溶接止端部への応力集中度合いなどを勘案して選定し、設定する。通常、１〜１０ｍｍとするのが好ましい。次にこの曲率半径に基づいて、打撃処理に使用する打撃ピンの先端の曲率半径を設定する。溶接止端部の凹状は、打撃処理に使用される打撃ピンの曲率半径がほぼ転写されて形成されるので、打撃ピンの曲率半径は、上記所望の溶接止端部の曲率半径と同じ１〜１０ｍｍとすることが好ましいが、これに限るものではない。つまり、打撃部の塑性流動により圧縮残留応力を付与することが目的であるため、ピンの形状の多少の違いは導入される圧縮応力の大きさに特に大きな影響を及ぼさない。なお、打撃ピンの先端形状（曲率半径Ｒと直径Ｐの関係）については後述する。

このようにして設定した先端の曲率半径を有する打撃ピンと溶接止端部との関係を溶接線方向に直角な断面で図３に示す。図３は、金属材料（鋼板）７３を突き合わせ溶接した溶接継手の溶接止端部の溶接線方向と直交する断面の模式図である。

図３に示すように、打撃ピン３が金属材料７３と溶接金属８の両方に接した状態で溶接止端部９（９１）へ対向する場合に、溶接方向に直角な面内で、溶接止端９（９１）と打撃ピン３と金属材料７３との接点３１とを結ぶ直線Ａと、溶接止端９１と打撃ピン３と溶接金属８との接点３２とを結ぶ直線Ｂとを想定し、これら２つの直線ＡおよびＢがなす角度を溶接止端部開き角度φとする。溶接継手の溶接線方向の複数位置について溶接止端部開き角度φを測定し、得られた複数位置の溶接止端部開き角度φに基づいて溶接止端部の開き角度φの最大値及び最小値を求め、この溶接止端部開き角度φの最小値が９０°以上最大値が１６０°以下である溶接継手に対して、前記打撃ピン３の中心線Ｄが金属材料表面に対してなす角度Ｖｄを、前記溶接止端部開き角度φの最大値と最小値の平均値の中心線Ｃが金属材料表面に対してなす角度Ｖｃと同じとなるように設定して、打撃ピンを溶接止端部に対向させ、溶接方向と直角な方向への動きに自由度を持たせつつ、少なくとも１回のハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施すものである。

ただし、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値の平均値の中心線Ｃとは、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値の平均値の二等分線（すなわち平均角度の１／２）を意味するものとする。

このように、本発明の（３）に記載の方法では、前記２つの直線ＡおよびＢがなす溶接止端部開き角度φの最小値が９０°以上、最大値が１６０°以下である溶接継手の溶接止端部に対して打撃処理を行う。打撃処理の対象とする溶接止端部の開き角度φを上記の範囲に限定する理由は、以下のとおりである。

図４（ａ）、図４（ｂ）は、溶接止端部開き角φが９０°より小さい場合に、打撃処理により溶接止端部にき裂状形状が形成される過程を模式的に説明する図である。すなわち、この角度φが９０°より小さい場合には、処理対象である溶接止端９１と打撃ピン３とが離れてしまうため（図４（ａ））、打撃処理により、その間の材料、すなわち、接点３１から溶接止端９１までの金属材料７３と、接点３２から溶接止端９（９１）までの溶接金属８とが互いに接するまで塑性変形を受け、その結果として、溶接止端部にき裂状の形状１００を形成してしまう可能性が高く（図４（ｂ））、疲労特性の向上が得られないことがあるためである。また、この角度φが１６０°超では、処理対象である溶接止端部から打撃ピン３の先端がすべって、離脱してしまう可能性が高まり、十分な打撃処理ができない場合があるからである。

このように、本発明の方法においては、溶接止端部開き角度φを測定することが必要である。これは、例えば、二次元レーザ変位計を用いることによって溶接線に沿う複数の位置で溶接線に直角な方向の溶接止端部の断面形状を得ることができ、得られた断面形状と上記で設定した使用する打撃ピンの曲率半径との関係から、図３で説明したような定義に沿って溶接止端部開き角度φを測定することができる。

上述のように、本発明において打撃処理を施す溶接継手は、溶接止端部開き角度φの最小値９０°以上、最大値１６０°以下とするものであるが、この最小値、最大値は、溶接継手の溶接線方向のビード状況、止端部の状況などを目視観察し、最小値、あるいは最大値となる可能性のある部位を推定し、その部位について上記の方法で溶接止端部開き角度φを測定することによって求めることができる。

本発明の方法では、溶接方向に直角な面内において、処理対象である溶接継手７の溶接ビードの溶接線方向の溶接止端部開き角度φの最小値と最大値の平均値の１／２の角度である中心線Ｃが金属材料７３の表面に対してなす角度Ｖｃに対して、前記打撃ピン３の中心線Ｄが金属材料７３の表面に対してなす角度Ｖｄを所定の関係に設定してハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す。これは、打撃ピン３からの押し付け力と打撃ピン３の溶接継手の溶接止端部との接触面からの反力が釣り合い易くするためである。

この打撃処理では、設定した打撃ピンの対向方向においては、打撃処理機構２に対して特別な位置制御を行わなくても打撃ピン３が常に被処理材の溶接止端の方向に自律的に移動するため、打撃処理中の打撃ピン３が溶接止端部から逸れてしまうことを防止することができる。

次に、（４）に記載の発明は、（３）に記載の発明において、前記打撃ピンの中心線Ｄが金属材料表面に対してなす角度Ｖｄを、前記溶接止端部開き角度φの最小値及び最大値の平均値の中心線Ｃが金属材料表面に対してなす角度Ｖｃより大きくなるように設定して、予備のハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を少なくとも１回施し（以下、予備の処理、または予備の打撃処理とも記す）、次いで、当該予備の処理を施した溶接止端部に対して、（３）に記載したように、前記打撃ピンの中心線Ｄが金属材料表面に対してなす角度Ｖｄを、上記予備の処理を施す前の前記溶接止端部開き角度φの最小値及び最大値の平均値の中心線Ｃが金属材料表面に対してなす角度Ｖｃと同じになるように設定して、再度、ハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を少なくとも１回施す（以下、本来の処理、または本来の打撃処理とも記す）ものである。

本発明の方法においては、上述の（３）のように、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値が９０°以上１６０°以下である溶接継手に対して少なくとも１回以上の打撃処理を行うものであるが、更に、本来の処理を安定させかつ効率的にするために、（３）の打撃処理（本来の処理）を行う前に上述の（４）の予備の打撃処理を施すことが好ましい。

すなわち、溶接ビードの金属材料面からの立ち上がりが大きい場合や、手棒での溶接や溶接技術者の技量が低い場合など溶接止端の開き角度φの変動幅が大きい場合や変動の周期が短い場合、ビード止端部の波打ちが激しい場合などがあり、処理中に打撃ピンが溶接金属に引っ掛かり、打撃ピンに大きな負荷がかかり、処理装置を停止させる必要が生じることがある。（４）の予備の処理を施すことによりこれらの問題を回避することができる。また、この（４）の予備処理は前記の打撃ピンが引っ掛かりやすい溶接条件ではなくても、よりスムーズな本来の処理を行う上で有効な処理である。

図６（ａ）、図６（ｂ）は、本発明の打撃処理における打撃ピンの金属材料表面に対する角度を変えて打撃処理を行う場合を説明する溶接止端部の溶接方向と直交する断面の模式図である。

図６（ａ）は、予備の打撃処理における打撃ピンの金属材料表面に対する角度を、図６（ｂ）は、図６（ａ）で処理した箇所に本来の打撃処理（すなわち（３）の打撃処理）を施す際の打撃ピンの金属材料表面に対する角度をそれぞれ示している。

溶接止端部に予備の打撃処理を施す際には、図６（ａ）に示すように、打撃ピンを打撃ピンの中心線Ｄが金属材料７３の表面に対してなす角度Ｖｄを、溶接止端部開き角度φの最小値、最大値の平均値の１／２である中心線Ｃが金属材料７３の表面に対してなす角度Ｖｃよりも大きくなるように設定して打撃処理を施す。この予備の打撃処理においては、打撃ピンの中心線の角度Ｖｄを、溶接止端部開き角度φの中心線Ｃの角度Ｖｃよりも大きくなるように（Ｖｄ＞Ｖｃ）設定するので、溶接ビードの止端部の金属材料からの立ち上がりが大きい場合や、溶接止端の波うちが大きい場合でも、打撃ピンの中心線Ｄの角度Ｖｄが、溶接止端部開き角度φの中心線Ｃの角度Ｖｃと同じとなるように（Ｖｄ＝Ｖｃ）設定される場合と比べて、溶接金属側から打撃ピンに与えられる反力が緩和され、処理中に打撃ピンが溶接金属に引っ掛かったり、打撃ピンへの大きな負荷により装置を停止させる必要がない。この予備の打撃処理によって、溶接ビードの止端部の金属材料からの立ち上がりが小さくなり、また、溶接止端部の波うちを緩和することができるので、引き続いて同じ溶接止端部へ打撃処理を施す際には、溶接金属側から打撃ピンに与えられる反力を減らすことができ、溶接金属部との摩擦を小さくし、ピンが滑らかに溶接止端部をなぞりやすくすることができる。

次いで、上述の予備の打撃処理を施した後の溶接止端部に、図６（ｂ）に示すように、打撃ピンを打撃ピンの中心線Ｄが金属材料表面に対してなす角度Ｖｄが前記予備の処理を施す前の前記溶接止端部開き角度φの平均値の中心線Ｃが金属材料表面に対してなす角度Ｖｃと同じとなるように設定して、再び、ハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理、すなわち上記（３）の処理（本来の処理）を施す。この打撃処理においては、予備の打撃処理によってできた溝がピンの移動方向のガイドとなるため溶接金属側からの反力の影響を受けにくくなり、打撃処理をより円滑に遂行することができる。

すなわち、（４）に記載の予備の打撃処理を行う方法は、溶接ビードの溶接止端部の金属材料からの立ち上がりが大きい場合や溶接止端の波うちが大きい場合に有効な方法であり、同じ溶接止端部に複数回の打撃処理を行うことを考慮したものである。つまり、溶接ビードの止端部の金属材料からの立ち上がりが大きい場合には、溶接止端部開き角度φが小さくなったり溶接止端の波うちが大きい場合に処理中に打撃ピンが溶接金属に引っかかりやすく、処理中に打撃ピンに大きな負荷がかかり、処理装置を停止させる必要が生じることがあるため、これを回避することができる。

なお、上述の予備の打撃処理は、溶接止端部が上述のような形状である場合に特に有利であるが、これに限定されるものではなく、通常の溶接止端部の形状の場合においても（４）の予備の打撃処理を行うことにより、（３）の打撃処理を円滑に行う観点から、さらに円滑に打撃処理を行うことができる。

なお、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値の差が３０°超というような止端部の形状では、一般的に溶接ビードの止端部の金属材料からの立ち上がりが大きくなる場合や、溶接止端部開き角度φが小さくなったりして、溶接止端部の波うちが大きい場合が多く、従って、打撃処理中に打撃ピンが溶接金属に引っかかりやすく、処理中に打撃ピンに大きな負荷がかかり、処理装置を停止させる必要が生じることがある。したがって、これを回避するために、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値の差が３０°超の場合は、予備の打撃処理を施すことが好ましい。
（５）に記載の発明は、（３）に記載の発明の打撃処理において、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値の平均値の中心線Ｃに対して前記打撃ピン３の中心線Ｄのなす角度を許容変動角度θとするとき、好ましくは、前記溶接止端部の開き角度φの最小値と最大値が９０°以上１４０°未満の場合は、許容変動角度を±２０°以内、前記溶接止端部開き角度φの最小値と最大値が１４０°以上１６０°以下の場合は、許容変動角度を±１０°以内として前記打撃ピン３の中心線Ｄが金属材料表面に対してなす角度Ｖｄを設定するものである。

すなわち、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値が１４０°以上１６０°以下と大きい場合には、打撃ピン３の中心線Ｄが開き角φの中心線Ｃから大きく外れると処理面（金属材料表面）からの反力の溶接止端方向に向く成分が小さくなり、溶接止端部にできるＶ形の溝から打撃ピンが外れやすくなる。従って、安定的な処理を行うためには、打撃ピン３の中心線Ｄが、溶接止端部の開き角度φの中心線Ｃからのずれは小さくすること、すなわち、打撃ピン３の中心線Ｄの溶接止端部開き角度φの中心線Ｃに対するずれは±１０°以内となるように設定することが好ましいからである。

また、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値が９０°以上１４０°未満の場合は、上記の溶接止端部開き角度φの最小値と最大が１４０°以上１６０°以下の場合と比較して、打撃ピン３のピン先が処理面からの反力の溶接止端方向に向く成分が大きく、溶接止端部に形成されたＶ形の溝の中央部に常に安定的に位置できるようになるため、打撃ピンの中心線Ｄの溶接止端部開き角度φの中心線Ｃからのずれは±２０°以内まで許容できる。

なお、許容変動角度θおよび後述する偏差角度θ’のプラスマイナス（±）は、図３及び後述の図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、溶接方向に直交する断面内において、前記溶接止端部開き角度φの中心線Ｃに対して金属材料７３の表面側へ傾く場合を＋（プラス）、溶接金属８側へ傾く場合を−（マイナス）とする。

このように、（５）に記載の発明によれば、打撃ピンの中心線の設定角度Ｖｄに所定の許容変動角度θをもたせることにより、（３）の発明の方法に比べて打撃ピンの設定角度の範囲が広がり、処理作業の効率を増すことができるとともに、安定した処理作業を実行することが可能となる。

次に、（６）に記載の本発明は、（４）に記載の発明の予備の打撃処理において、金属材料表面に対して前記溶接止端部開き角度φの最小値と最大値の平均値の中心線Ｃに対して前記打撃ピン３の中心線Ｄがなす角度を偏差角度θ’とするとき、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値が９０°以上１４０°未満である場合は偏差角度θ’を０°超〜２０°、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値が１４０°以上１６０°以下である場合は偏差角度θ’を０°超〜１０°として、前記予備のハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理における前記打撃ピンの中心線Ｄが金属材料表面に対してなす角度Ｖｄを設定するものである。

すなわち、上述の（４）に記載の方法の予備の打撃処理では、打撃ピンの中心線Ｄが金属材料表面に対してなす角度Ｖｄは、前記溶接止端部開き角度φの最小値と最小値の平均値の１／２である中心線Ｃが金属材料表面に対してなす角度Ｖｃよりも大きくなるように（Ｖｄ＞Ｖｃ）設定されればよいが、打撃ピンの中心線Ｄが、上記溶接止端部開き角度φの中心線Ｃから大きく離れると、溶接止端部に形成されるＶ形の谷側に自律的に移動するのが困難となり易い。

すなわち、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値が１４０°以上１６０°以下と大きい場合には、打撃ピン３の中心線Ｄが上記溶接止端部開き角度φの中心線Ｃから大きく外れると処理面からの反力の溶接止端部方向に向く成分が小さくなり、溶接止端部にできるＶ形の溝から打撃ピンが外れやすくなる。従って、（６）の方法では、安定的な処理を行うためには、上記溶接止端部の開き角度φの中心線Ｃからのずれを小さくすること、すなわち、好ましくは、打撃ピン３の中心線Ｄは、偏差角度θ’を０°超〜１０°の範囲として、金属材料表面とのなす角度Ｖｄを設定するものである。

なお、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値が９０°以上１４０°未満の場合は、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値が１４０°以上１６０°以下の場合と比較して、打撃ピン３のピン先が処理面からの反力の溶接止端方向に向く成分が大きく、溶接止端部に形成されたＶ形の溝の中央部に常に安定的に位置できるようになるため、打撃ピンの中心線Ｄの許容変動角度θ’は、０°超〜２０°まで許容できる。

なお、偏差角度θ’は、溶接継手の溶接方向と直交する断面内において、溶接止端部開き角度φの中心線Ｃに対して、溶接金属８側に傾く場合を＋（プラス）、金属材料７３の表面側に傾く場合を−（マイナス）とする。

このように、（６）の方法によれば、予備の打撃処理において、打撃ピンの中心線の設定角度Ｖｄに、溶接止端部の開き角度φの中心線に対する偏差角度θ’の範囲が設けられるので、上記（４）の発明における予備の打撃処理作業を効率的かつ安定して実行することができる。

次に、（７）に記載の本発明は、金属材料を溶接して溶接継手を製作し、ついでこの溶接継手の溶接止端部に、（３）〜（６）のいずれか１項に記載の方法によりハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す疲労特性が改善された溶接継手の製作方法であり、上述のように、溶接継手の溶接止端部に、（３）〜（６）のいずれか１項に記載の方法を用いてハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施すことにより、溶接止端部の形状をなめらかな曲率を持った凹形状とすると共に、溶接により生じていた溶接止端部近傍の残留引張り応力を緩和し、あるいはこの部位に圧縮応力を付与することができ、疲労特性が改善された溶接継手をきわめて効率的に製造することができる。

なお、上述の打撃処理は、それぞれの処理を一回のみに限ることなく、必要に応じて、同様の処理条件、或は処理条件を変えて、複数回処理しても良いことは言うまでもない。例えば、溶接止端部に所望の止端部形状或は圧縮残留応力を付与するために、打撃処理装置の能力や被処理材の材質などに応じて、上述の打撃処理を複数回繰り返して施すことも好ましい。

次に、打撃ピン３の先端形状について説明する。本発明において使用する打撃ピンの先端形状は上述の観点から曲率半径を選定すればよく、その他の点については特に限定するものではないが、以下のようにすることも好ましい。

図５（ａ）、図５（ｂ）は、打撃ピンの先端形状の例を示す図である。打撃ピン３は、その直径をＰとし、先端曲率半径をＲとするとき、Ｐ≦２Ｒの場合には図５（ａ）に示すように、先端曲率部３４と、ピン側面部３３と先端曲率部３４との境界部３５を打撃ピンの軸を含む断面内での曲率半径が０．５ｍｍ以上、Ｒ未満の曲面とその両側で曲率が連続的に変化して隣り合う面を滑らかに接続する遷移領域とで構成する面取り部とを有する先端部３６とすることが望ましい。

また、Ｐ＞２Ｒの場合または打撃ピン３の大きさに対して被処理材７の溶接ビード８の形状が複雑で細部の処理が必要な場合には、図５（ｂ）に示すように、ピン側面部３３と先端部３６の間に頂角が９０°以下の円錐部３７を有し、該円錐部３７と前記先端曲率部３４との境界部３５を、打撃ピン３の軸を含む断面内での曲率半径が０．５ｍｍ以上、Ｒ未満の曲面とその両側で曲率が連続的に変化して隣り合う面を接続する遷移領域とで構成する面取り部とすることが望ましい。

これはピンの径が大きすぎる場合には被処理材７である溶接継手７にピン先端以外の部分が触れてしまい、打撃ピン３の溶接止端部９に沿う動きを阻害し処理効率が低下することや、打撃ピン３の径が小さく細過ぎる場合には、打撃ピン３が必要以上に被処理材７に突き刺さり、ピンの滑らかな動きを阻害することが多いためである。なお、被処理材７の形状や材質に応じて打撃処理が適切に行われるよう打撃ピン３の形状や打撃処理機構の出力を適宜調節しても良い。

また、打撃ピン３の本数は複数でも適用できる。なお、その場合は、それぞれのピンが溶接止端部９に自律的に移動できるよう独立して構成することが望ましい。

本発明においては、打撃処理方法としては、ハンマーピーニング処理方法と超音波衝撃処理方法のいずれも採用することができるが、処理効率や取り扱いのし易さから、超音波衝撃処理方法の方が望ましい。また、本発明の方法を溶接鋼構造物に適用する場合には、打撃ピン３として、先端曲率半径Ｒが２〜５ｍｍ程度であって、直径Ｐが３〜６ｍｍ程度の打撃ピン３が用いられるのが一般であり、この程度のものを用いるのが適切である。

また、打撃処理の程度については溶接止端部９の谷の線が目視により確認できなくなる程度の溝を形成させることが望ましいが、一般的にはこれ以下であっても疲労特性の向上効果が期待できる。

（実施例１）
図１に示すように、移動機構６としてレールガイド６２に沿って一方向に移動する電動台車６１に取り付けた支持押圧機構５のアームの先端部に、遊動機構部４としてローラーベアリングタイプの軸受け４１によって電動台車６１の移動方向と直交する方向に回動自由に動くように支持された軸部４２を取り付けた。さらにこの遊動機構部の軸４２に打撃ピン３を備えた超音波衝撃処理装置からなる打撃処理機構部２を取り付け、本発明の疲労特性改善打撃処理装置１を作製した。なお、角度調整機構１０として、支持押圧機構５のアームの中間に継手を設け、電動台車６１の移動方向、すなわち溶接線方向、と直交する面内においてアームを回動自在とし、アーム先端の打撃ピンの軸の溶接線方向と直交する断面内における角度を調整できるようにした。なお、この実施例では角度を調整できるものとして、電動台車６１の移動方向に直交する面内において傾斜角度を有する載置台を設けており、上記の継手と合わせて角度調整を行った。また、電動台車６１には、超音波衝撃処理の反力を考慮して、約１５０ｋｇの錘を取り付けた。 処理対象の溶接継手７は、主板（鋼板）７１の主面にリブ板（鋼板）７２の端面を突き合わせ、ＣＯ_２半自動アーク溶接の隅肉溶接によりＴ字溶接をすることにより製作した溶接長が１８００ｍｍのＴ字溶接試験体（図７（ａ）、図７（ｂ）参照。）として準備した。

この試験体を、図１に示すように、溶接ビードの溶接止端部の溶接線方向の位置が打撃処理装置の打撃ピンの移動方向の位置とほぼ同じになるように、基台１２の被処理材搭載面に固定し、前記本発明の疲労特性改善打撃処理装置１を用い、Ｔ字溶接試験体の溶接止端部９（９２〜９５）に打撃処理を施した。Ｔ字溶接継手に使用した金属材料（鋼板）は、板厚２０ｍｍのＪＩＳ Ｇ ３１０６に準拠したＳＭ４９０Ｂである。Ｔ字溶接試験体の溶接条件は、溶接材料としてＪＩＳ Ｚ ３３１２に準拠したＹＧＷ１１を用い、溶接入熱１．９×１０^４Ｊ／ｃｍの隅肉アーク溶接とした。

なお、Ｔ字溶接試験体の製作において、Ｔ字溶接の４カ所の溶接止端部９２〜９５の形状を種々の試験条件とするために、溶接時の鋼板の配置角度を調節して、溶接ビード８の溶接止端部開き角度φが異なる試験水準のものとなるようにした。

次に、溶接線に沿って二次元レーザ変位計を用いて、溶接止端部の溶接線に直交する断面形状を測定し、この測定した断面形状と使用する上記打撃ピンの曲率半径との関係から、前述の定義に沿って溶接止端部の開き角度φを測定した。なお、測定位置は、４つの溶接止端部９２〜９５のそれぞれについて、溶接線の長さ方向に５０ｍｍ間隔とし、３５ヵ所とした。

上記測定した各溶接止端部９２〜９５について溶接止端部開き角度φの全長における最小値、最大値を求めた。また、金属材料表面に対する溶接止端部開き角度φの最小値、最大値の平均値の１／２の角度である中心線Ｃ（平均値の中心線）の角度Ｖｃをそれぞれ求めた。

各溶接止端部開き角度φの最小値ｍｉｎ、最大値ｍａｘ、およびその平均値の１／２である中心線Ｃの角度Ｖｃは、それぞれ、溶接止端部９２（ｍｉｎ：７２．４°、ｍａｘ：９９．４°，Ｖｃ：４２．９°）、溶接止端部９３（ｍｉｎ：９０．１°、ｍａｘ：１０９．８°，Ｖｃ：５０．０°）、溶接止端部９４（ｍｉｎ：１００．３°、ｍａｘ：１１９．９°，Ｖｃ：５５．１°）、溶接止端部９５（ｍｉｎ：１２０．２°、ｍａｘ：１３８．５°，Ｖｃ：６４．７°）であった。

試験体の各溶接線を溶接線の方向と直角方向にａ）〜ｃ）の３区分とし、各区分ごとに打撃ピンの中心線Ｄが試験体の金属材料（鋼板）表面に対してなす角度Ｖｄを、ａ）３５°、ｂ）５５°、ｃ）７５°と変えて各溶接止端部９２〜９５に打撃処理を行い、打撃処理の状況、打撃処理後の溶接止端部の状況を観察した。なお、打撃処理には、振動周波数２７ｋＨｚ、出力約１０００Ｗの超音波衝撃処理装置を用いた。打撃ピン３の形状は直径を５ｍｍ、先端曲率半径を３ｍｍのものを使用し、一本のみ装着した。なお、処理対象であるＴ字溶接試験体への超音波衝撃処理を施す打撃処理機構部２の押し付け荷重は、打撃処理機構部２の自重となるように装置を保持することにより約５ｋｇ（約５０Ｎ）とし、処理速度は２００ｍｍ／ｍｉｎとした。

打撃処理の結果を図９、図１０に示す。なお、図９において、横軸は、各溶接止端部９２〜９５での溶接線方向の位置を示し、縦軸は、溶接止端部開き角度φを示す。図１０は、打ち残しの発生割合と、溶接止端部開き角度φおよびＶｄとＶｃの角度の差の関係を示しており、図中の両矢印の範囲は処理した部分の溶接止端部開き角度φを示し、数値は、当該開き角度の範囲における打ち残しの割合を示している。

図９に示すように、溶接止端部開き角度φは、それぞれの溶接止端部９２〜９５で溶接線方向に連続的に変化しており、約７２°〜１３９°の間でばらついていた。図９中に示した黒のプロットは、打撃処理において打ち残しがあった部分であり、溶接止端部開き角度φが９０°より小さい角度の部位では、Ｖｄの角度にかかわらず、集中してみられた。このことから、本発明で処理対象とする溶接継手の溶接止端部開き角度φの最小値は９０°とする必要がある。なお、打撃処理の打ち残しとは、溶接止端部の線が目視で確認できる程度に残っている状態を指している。

すなわち、溶接止端部９２（ｍｉｎ：７２．４°、ｍａｘ：９９．４°，Ｖｃ：４２．９°）では、Ｖｄが３５°（＝Ｖｃ−７．９°）および５５°（＝Ｖｃ＋１２．１°）では、φが９０°以上の部位では打ち残しはなかった。しかしながら、Ｖｄが７５°（＝Ｖｃ＋３２．１°）、すなわち、Ｖｄが（Ｖｃ±２０°）を外れると上記部位でも打ち残しが生じた。

溶接止端部９３（ｍｉｎ：９０．１°、ｍａｘ：１０９．８°，Ｖｃ：５０．０°）では、Ｖｄが３５°（＝Ｖｃ−１５．０°）および５５°（＝Ｖｃ＋５．０°）では、φが９０°以上の部位では打ち残しはなかった。しかしながら、Ｖｄが７５°（＝Ｖｃ＋２５．０°）、すなわち、Ｖｄが（Ｖｃ±２０°）を外れると上記部位でも打ち残しが生じた。

溶接止端部９４（ｍｉｎ：１００．３°、ｍａｘ：１１９．９°，Ｖｃ：５５．１°）では、Ｖｄが５５°（＝Ｖｃ＋０．１°）では、φが９０°以上の部位では打ち残しはなかったが、Ｖｄが３５°（＝Ｖｃ−２０．１°）の場合、すなわち、Ｖｄが（Ｖｃ±２０°）を外れると上記部位でも打ち残しが生じた。ここで、Ｖｄ：７５°（＝Ｖｃ＋１９．９°）でも打ち残し生じたのは、Ｖｄの設定の基礎としたＶｃが溶接止端部開き角φの最小値と最大値の平均で評価しているため、個々の位置では溶接止端部開き角度φが変動によりφ／２とＶｃとの差が大きくなるためＶｄとφ／２の差も大きくなることがあるためと考えられる。

溶接止端部９５（ｍｉｎ：１２０．２°、ｍａｘ：１３８．５°，Ｖｃ：６４．７°）では、Ｖｄが５５°（＝Ｖｃ−９．７°）および７５°（＝Ｖｃ＋１０．３°）では、φが９０°以上の部位では打ち残しはなかったが、Ｖｄが３５°（＝Ｖｃ−２９．７°）の場合、すなわち、Ｖｄが（Ｖｃ±２０°）を外れると上記部位でも打ち残しが生じた。

なお、同じＶｄの角度で複数回、もしくは遅い速度で処理をすれば、技術の性質上、打ち残し箇所はより減少することはいうまでもでもない。

図１０から判るように、溶接止端部開き角度が９０°未満の箇所については、Ｖｄをいかなる角度としても打ち残しを排除することが困難である。従って、本発明で処理対象とする溶接継手の溶接止端部開き角度φの最小値は９０°とするものである。また、このように、溶接止端部開き角度φが９０〜１４０°未満の場合は、ＶｃとＶｄの差が±２０°の範囲内であれば、打ち残しが少なく打撃処理が行えることが判る。すなわち、溶接線と直交する断面内において、金属材料表面に対して打撃ピンの中心線Ｄが成す角度Ｖｄを、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値の平均値１／２である中心線Ｃがなす角度Ｖｃ、または、Ｖｃ±２０°の範囲に設定することにより、打ち残しが少なくかつ、効率的に打撃処理を施すことができる。

次に、上記のように、溶接線を溶接線の方向と直角方向にａ）〜ｃ）の３つに区分して打撃処理を施した溶接継手７（Ｔ字溶接試験体）を、図７（ｂ）に示すように、上記の区分と同様に、溶接線方向と直角方向に三分割するように切断し（切断位置Ｅ）、Ｔ字疲労試験体を作製した。この３つの試験体を用いて曲げによる疲労試験を行った。疲労試験条件は、応力比０．１とし応力振幅を変化させて行った。また、打撃処理を行っていない点を除いて同様にして製作したＴ字溶接試験体についても同様の疲労試験を行った。これらの疲労試験の結果を比較したところ、本発明を適用して打撃処理を施したＴ字溶接試験体（溶接継手）では、打撃処理を施さない溶接ままのＴ字溶接試験体のａ）約３．３倍、ｂ）３．３倍及びｃ）約２．８倍の疲労寿命が得られた。なお、打ち残し箇所のない区分ｂ）の試験体は、他に比べて疲労寿命が優れていることが判る。また、疲労き裂は試験時の応力の高い溶接止端部９２、９３から発生することになるため，ａ）の溶接止端部９４、９５の打ち残しについてはａ）の試験結果には悪影響を及ぼさなかったと考えられる。

また、本発明の打撃処理を施した試験体について疲労試験後の疲労き裂の発生点を確認したところ、溶接止端部９２側の打ち残し部分からき裂が発生していることが判った。打ち残しが多い溶接止端部は溶接止端部開き角度φが９０°未満である位置であることが判った。このことからも、本発明の処理方法を施す場合、溶接止端部の開き角度φの平均値を９０°以上とすることが必要であることが確認された。

打ち残しを打撃処理後の目視点検等によって発見することが困難な場合が多いと考えられるが、本発明の範囲内での処理によれば、目視検査などの管理によらずとも、効率的に安定した疲労性能向上効果を得られることが判る。
（実施例２）
図２に示すように、装置基部１１に、押圧装置５１、支持アーム５２からなる支持押圧機構部５を配置し、さらに、この支持アーム５２の先端に、リニアスライドタイプの遊動機構４３及び軸４２からなる遊動機構部４を介して、打撃処理機構部２の打撃ピンの先端が下向きになるように取り付けた。処理対象の溶接継手７を移動機構６に相当する台車１３に載置し、この打撃処理機構部２が遊動機構部４により遊動する方向と直交する方向であって、打撃ピン３が処理対象の溶接継手７の突合せ溶接部の溶接止端に倣って溶接線方向に相対移動するようにした。なお、角度調整機構１０として、支持押圧機構５のアームの中間に継手を設け、台車１３の移動方向、すなわち溶接線方向、と直交する面内においてアームを回動自在とし、アーム先端の打撃ピンの軸の溶接線方向と直交する断面内における角度を調整できるようにした。

処理対象の溶接継手７は、図２および、図８に示すように、２つの鋼板７３，７３の長手方向の端面を突き合せ、ＣＯ₂半自動アーク溶接により作製した溶接長が１８００ｍｍの突合せ溶接試験体であり、前記本発明の疲労特性改善打撃処理装置１を用いて、試験体の溶接止端部９（９６，９７）を打撃処理した。突合せ溶接試験体に使用した金属材料（鋼板）は、板厚２０ｍｍのＪＩＳ Ｇ ３１０６に準拠したＳＭ５７０であり、溶接材料としてＪＩＳ Ｚ ３３１３に準拠したＹＦＷ−Ｃ６０ＦＲを用い、溶接入熱１．９×１０⁴Ｊ／ｃｍとする溶接条件のＣＯ₂半自動アーク溶接によって作製した。突合せ溶接試験体の左右の２箇所の溶接止端部９６、９７の形状を種々の試験条件とするために、溶接時の金属材料（鋼板）の突き合せ角度を調節し、溶接ビード８の溶接止端部開き角度φが異なる試験水準のものとなるようにした。

次に、溶接線に沿って二次元レーザ変位計を用いて、溶接止端部の溶接線に直交する断面形状を測定し、この測定した断面形状と使用する上記打撃ピンの曲率半径との関係から、前述の定義に沿って溶接止端部の開き角度φを測定した。なお、測定位置は、２つの溶接止端部９６、９７のそれぞれについて、溶接線の長さ方向に５０ｍｍ間隔とし、３５ヵ所とした。

上記測定した各溶接止端部９６、９７のそれぞれについての溶接止端部開き角度φの全長における最小値、最大値を求めた。また、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値の平均値の１／２の角度である中心線Ｃ（平均値の中心線）の角度Ｖｃを求めた。

各溶接止端部開き角度φの最小値ｍｉｎ、最大値ｍａｘ、およびその平均値の中心線Ｃの角度Ｖｃは、それぞれ、溶接止端部９６（ｍｉｎ：１３０．４°、ｍａｘ：１５４．１°、Ｖｃ：７１．１°）、溶接止端部９７（ｍｉｎ：１４０．３、ｍａｘ：１６７．５°，Ｖｃ：７６．９°）であり、実施例１に比べて大きい角度であった。

試験体の各溶接線を溶接線の方向と直角方向にｄ）〜ｆ）の３区分とし、各区分ごとに打撃ピンの中心線Ｄが試験体の金属材料（鋼板）表面に対してなす角度Ｖｄを、ｄ）７０°、ｅ）８０°、ｆ）８９°と変えて各溶接止端部９６〜９７に打撃処理を行い、打撃処理の状況、打撃処理後の溶接止端部の状況を観察した。なお、打撃処理には、インパクトエネルギーが約３Ｊのハンマーピーニング装置を用いた。打撃ピン３は直径を５ｍｍ、先端曲率半径を３ｍｍのものを使用し、一本のみ装着した。なお、処理対象の突合せ溶接試験体へのハンマーピーニング処理を施す打撃処理機構部２の押し付け荷重は、打撃処理機構部２の位置を打撃処理装置が暴れないよう変位制御で調整し、溶接継手へ約３．５ｋｇ（約３５Ｎ）がかかるようにし、処理速度は２００ｍｍ／ｍｉｎとした。なお、上記試験体の溶接止端部９８、９９についても、溶接止端部９６，９７と同様にして溶接止端部開き角度φの最小値、最大値、およびこの最小値、最大値の平均値の１／２である中心線の金属材料表面に対する角度Ｖｃを求め、打撃ピンの中心線の角度ＶｄをＶｃとして打撃処理を施したが、これらの溶接止端部についての詳細な解析は省略した。

打撃処理の結果を図１１、図１２に示す。なお、図１１において、横軸は、各溶接止端部９６、９７での溶接線方向の位置を示し、縦軸は、溶接止端部開き角度φを示す。また、図１２は、打ち残しの発生割合と、溶接止端部開き角度φおよびＶｄとＶｃの角度の差の関係を示しており、図中の両矢印の範囲は処理した部分の溶接止端部開き角度φを示し、数値は、当該開き角度の範囲における打ち残しの割合を示している。

図１１中に示した黒のプロットは打撃ピン３が溶接止端部から滑ってずれ溶接止端部に処理がなされなかった部分であり、溶接止端部開き角度φが１６０°より大きい角度の部位に集中してみられた。このことから、本発明で処理対象とする溶接継手の溶接止端部開き角度φの最大値は１６０°とする必要がある。この場合の打撃処理の打ち残しとは、実施例１と同様、溶接止端の線が目視で確認できる程度に残っている状態を指している。

溶接止端部９６（ｍｉｎ：１３０．４°、ｍａｘ：１５４．１°、Ｖｃ：７１．１°）では、Ｖｄが７０°（＝Ｖｃ−１．１°）および８０°（＝Ｖｃ＋８．９°）では、φが１６０°以下の部位では打ち残しは生じなかった。しかしながら、Ｖｄが８９°（＝Ｖｃ＋１７．９°）、すなわち、Ｖｄが（Ｖｃ±１０°）を外れる場合は、上記部位にも打ち残しが発生した。

溶接止端部９７（ｍｉｎ：１４０．３、ｍａｘ：１６７．５°，Ｖｃ：７６．９°）では、Ｖｄが７０°（＝Ｖｃ−６．９°）および８０°（＝Ｖｃ＋３．１°）では、φが１６０°以下の部位では打ち残しはなかった。しかしながら、Ｖｄが８９°（＝Ｖｃ＋１２．１°）、すなわちＶｄが（Ｖｃ±１０°）を外れる場合は、上記部位でも打ち残しが発生した。

図１２から判るように、溶接止端部開き角度φが１６０°超の箇所については、Ｖｄをいかなる角度としても打ち残しを排除することが困難である。従って、本発明で処理対象とする溶接継手の溶接止端部開き角度φの最大値は１６０°とするものである。

また、このように、溶接止端部開き角度φが１４０°以上〜１６０°の場合は、ＶｃとＶｄの差が±１０°以内であれば、打ち残しなく打撃処理が行えることが判る。すなわち、溶接線と直交する断面内において、金属材料表面に対して打撃ピンの中心線Ｄが成す角度Ｖｄを、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値の平均値の１／２である中心線Ｃがなす角度Ｖｃまたは、Ｖｃ±１０°の範囲に設定することにより、打ち残しを少なくかつ、効率的に打撃処理を施すことができる。

次に、上記のように、溶接線を溶接線の方向と直角方向にｄ）〜ｆ）の３つに区分して打撃処理を施した溶接継手７（突合せ溶接試験体）を実施例１と同様に上記の区分に対応させ、溶接方向と直角方向に三分割するように切断し、疲労試験体を作製し、この３つの試験体を用いて曲げによる疲労試験を行った。疲労試験条件は、応力比０．１とし応力振幅を変化させて行った。

なお、この実施例における曲げによる疲労試験は、上記試験体の溶接止端部９６，９７側の溶接部から離れた位置を治具により支持し、溶接止端部９８，９９側の溶接金属の中央部に繰返し荷重を加え、溶接止端部９６，９７側に繰返しの引張り負荷がかかるようにして行った。

また、打撃処理を行っていない点を除いて同様にして製作した突合せ溶接試験体（溶接まま突合せ試験体）について同様の疲労試験を行った。これらの疲労試験の結果比較したところ、本発明を適用して打撃処理を施した突合せ溶接試験体では、溶接ままの突合せ溶接試験体のｄ）約２．５倍、ｅ）約２．５倍及びｆ）約１．５倍の疲労寿命がそれぞれ得られた。

次に、本発明の打撃処理を施した試験体について疲労試験後の疲労き裂の発生点を確認したところ、溶接止端部９７側の打ち残し部分からき裂が発生していることが判った。打ち残しが多い溶接止端部は溶接止端部開き角度が１６０°を超えている位置、および溶接止端部開き角度が１６０°以下でもＶｃとＶｄの角度の差が１０°を超える位置であることが図１２から判る。

このようなことから、本発明の処理方法を施す場合、溶接止端部の開き角度φの平均値を１６０°以下とし、ＶｃとＶｄの角度の差は１０°以下とすることが好ましいことが確認された。

すなわち、打ち残しを打撃処理後に目視点検等によって発見することが困難な場合が多いと考えられ、従って安定した疲労性能向上効果を得られる本発明の範囲内での処理は極めて有効であることが判る。
（実施例３）
第３の実施例では、実施例１で示した図７（ａ）、図７（ｂ）と同様の寸法形状のＴ字溶接試験体において、溶接止端部の性状を変えた試験体を作製し、実施例１で示した図１に示す疲労特性改善処理装置１を用いて、この溶接試験体に対して溶接継手の疲労特性を改善するための処理を行った。実施例３は、溶接止端部に対して、複数回の予備の打撃処理と本来の打撃処理を施すものである。

溶接試験体として、主板である鋼板７１の主面にリブ鋼板７２の端面を突き合わせた溶接（Ｔ字溶接）をすることにより、溶接長が１８００ｍｍの溶接継手を形成した。なお、溶接試験体に使用した金属材料（鋼板）は、板厚２０ｍｍのＪＩＳ Ｇ ３１０６に準拠したＳＭ４９０Ｂである。また、溶接材料には、ＪＩＳ Ｚ ３２１１に準拠した低水素系の溶接棒Ｄ４３１６を用い、溶接条件は、溶接入熱１．７×１０⁴Ｊ／ｃｍの手溶接による被覆アーク溶接とした。 そして、この溶接試験体を基台１２上に固定した後、溶接ビードの溶接止端部にピン３を押し付けて溶接線方向に移動させながら超音波衝撃処理を施した。

なお、この超音波衝撃処理の振動周波数は２７ｋＨｚ、出力は約１０００Ｗとした。

打撃ピン３の形状は、図５（ａ）に示すタイプ（Ｐ≦２Ｒ）であり、直径が３ｍｍ、先端部の曲率半径が３ｍｍのものを使用した。また、処理対象であるＴ字溶接試験体への超音波衝撃処理を施す打撃処理機構部２の押し付け荷重は、打撃処理機構部２の自重となるように装置を保持することにより約５ｋｇ（約５０Ｎ）とし、処理速度は１５０ｍｍ／ｍｉｎとした。なお、疲労特性改善処理装置１の移動機構６の電動台車６１のガイドには剛体に取り付けたレール６２を用い、超音波衝撃処理の反力により打撃処理装置が大きくぶれないようにした。

なお、Ｔ字溶接試験体の製作において、Ｔ字溶接の２カ所の止端部９２’、９３’の性状を変えるため、溶接時の鋼板の配置角度を調節して、溶接ビード８の溶接止端部開き角度φが異なる試験水準のものとなるようにした。

次に、溶接線に沿って二次元レーザ変位計を用いて、溶接止端部９２’、９３’の溶接線に直交する断面形状を測定し、この測定した断面形状と使用する上記打撃ピンの曲率半径との関係から、前述の定義に沿って溶接止端部の開き角度φを測定した。なお、測定位置は、２つの溶接止端部９２’、９３’のそれぞれについて、溶接線の長さ方向に５０ｍｍ間隔とし、３５ヵ所とした。

上記測定した各溶接止端部９２’、９３’について溶接止端部開き角度φの全長における最小値、最大値を求めた。また、溶接止端部開き角度φの平均値の１／２である中心線Ｃの角度Ｖｃを求めた。

各溶接止端部開き角度φの最小値ｍｉｎ、最大値ｍａｘ、およびその平均値の１／２である中心線Ｃの角度Ｖｃは、それぞれ、溶接止端部９２’（ｍｉｎ：９０．１°、ｍａｘ：１１９．３°，Ｖｃ：５２．４°）、溶接止端部９３’（ｍｉｎ：１２０．４°、ｍａｘ：１５８．４°，Ｖｃ：６９．７°）であった。

溶接試験体は被覆アーク溶接棒による溶接（手溶接）としたため、半自動アーク溶接による実施例１、２の場合に比べて溶接止端部の形状が悪いものであった。つまり、溶接止端部の開き角度が急に大きく変わる部位があり、開き角度の測定位置以外での開き角度φの最大と最小の差は測定結果より大きな値となる部位もみられた上に、ビードの幅が一定ではなく、溶接止端部の波うちが相対的に大きいものであった。

すなわち、実施例１，２では、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値との差は３０°未満であり、溶接止端部の形状はなめらかで一様であったため、開き角度の測定位置以外の箇所で測定したとしても、この差は同程度であったが、実施例３では測定結果上は、溶接止端部９３’の溶接止端部開き角度φの最小値と最大値との差は３０°以下となっているものの、測定位置以外での溶接止端部開き角度φやビード幅は数ｍｍピッチで大きく変化し、φの最小値と最大値との差は明らかに３０°を超えていた。また、溶接止端部９２’も測定結果以上の角度差がみられた。

このため、実施例３で示した試験体と同様に作製した試験体で初めから本来処理を行った予備実験では、溶接止端部開き角度φの急変部やφが小さくかつビード幅が狭くなった溶接止端部で打撃ピンの引っ掛かりが多く発生し、連続的に処理を完了することができなかった。そこで、実施例３では、溶接止端部に対して、予備の打撃処理を施したものである。すなわち、溶接試験体の上記溶接止端部に対して、一端から他端まで一方向に予備の打撃処理を施した後、同じ溶接止端部に対してこれと逆方向に本来の打撃処理を行った。

試験体の各溶接線を溶接線の方向と直角方向に、溶接止端部９２’では、ｇ）〜ｉ）、溶接止端部９３’では、ｊ）〜ｌ）のそれぞれ３区分とし、表１に示すように区分ごとに予備の打撃処理における打撃ピンの中心線Ｄが試験体の金属材料（鋼板）表面に対してなす角度Ｖｄを変え、本来の処理における打撃ピンの角度Ｖｄは、実施例１，２で確認した打ち残しの生じない範囲、すなわち、溶接止端部９２’についてはＶｃ（すなわち、Ｖｃ±２０°の範囲）、溶接止端部９３’についてはＶｃ（すなわち、Ｖｃ±１０°の範囲）として打撃処理を施した。

各溶接止端部について、打撃処理の状況、再処理後の溶接止端部の状況を観察した。

その結果を図１３、図１４、図１５に示す。なお、図１３は溶接止端部９２’、図１４は溶接止端部９３’の場合を示すものであり、横軸は、各溶接止端部９２’．９３’の溶接線方向の位置を示し、縦軸は、各溶接止端部９２’、９３’の溶接止端部開き角度φを示す。すなわち、図１３は、溶接止端部開き角度φが９０〜１２０°以下の範囲における例、図１４は、溶接止端部開き角度φが１２０°超〜１６０°までの範囲における例を示している。また、図１５は、打ち残しの発生割合と、溶接止端部開き角度φおよび予備の打撃処理でのＶｄとＶｃの角度の差の関係を示しており、図中の両矢印の範囲は処理した部分の溶接止端部開き角度φを示し、数値は、当該開き角度の範囲における打ち残しの割合を示している。

すなわち、図１３に示す溶接止端部９２’（ｍｉｎ：９０．１°、ｍａｘ：１１９．３°，Ｖｃ：５２．４°）のように、溶接止端部開き角度φの最小値及び最大値が９０°〜１２０°の場合は、予備の打撃処理において、Ｖｄ：６２．５°（Ｖｃ＜ｖｄ≦（Ｖｃ＋２０°）の角度で処理し、本来の打撃処理において、Ｖｄ＝Ｖｃ＝５２．４°（すなわち、Ｖｃ±２０°の範囲）の角度で処理した場合（区分ｈ）では、打ち残しのないものが得られた。

しかしながら、予備の打撃処理において、Ｖｄ：５０°（≦Ｖｃ）の角度で処理し、本来の打撃処理において、Ｖｄ＝Ｖｃ＝５２．４°の角度で処理した場合（区分ｇ）では、予備の処理で引っかかり生じて、本来の処理でのガイドとなる溝が円滑に形成されず、本来の処理を施した後も打ち残しを生じた。また、予備の処理で、Ｖｄ：７５°（＞（Ｖｃ＋２０°））の角度で処理し、本来の打撃処理において、Ｖｄ＝Ｖｃ＝５２．４°の角度で処理した場合（区分ｉ）では、予備の処理で引っ掛かりは生じなかったが、溶接金属側への打撃力が不十分であったため、打撃位置が溶接止端部からぶれることがあり、溶接止端部に沿って連続して滑らかな本来の処理でのガイドとなる溝が形成されず、本来の処理において打撃ピンの引っかかりが生じ、打ち残しが見られた。

また、図１４に示す溶接止端部９３’（ｍｉｎ：１２０．４°、ｍａｘ：１５８．４°，Ｖｃ：６９．７°）のように、溶接止端部開き角度φの最小値及び最大値が１２０°超〜１６０°の場合は、予備の打撃処理において、Ｖｄ：８０°（Ｖｃ＜Ｖｄ≦（Ｖｃ＋１０°））の角度で処理し、本来の打撃処理において、Ｖｄ＝Ｖｃ＝６９．７°の角度で処理した場合（区分ｋ）では、打ち残しのないものが得られた。しかしながら、予備の打撃処理を、Ｖｄ：７０°（（Ｖｄ＜Ｖｃ（＝６９．７°）の角度で処理し、本来の打撃処理において、Ｖｄ＝Ｖｃ＝６９．７°の角度で処理した場合（区分ｊ）では、予備の打撃処理において引っ掛かりが生じたため、再度の処理後において打ち残しが生じた。また、予備の打撃処理を、Ｖｄ：８９°（（Ｖｃ＋１０）＜Ｖｄ）の角度で処理し、本来の打撃処理において、Ｖｄ＝Ｖｃ＝６９．７°の角度で処理した場合（区分ｌ）では、十分なガイドとなる溝が形成されず、本来の打撃処理において引っ掛かりが生じ、打ち残しが生じた。

以上から、手棒による溶接などで溶接止端部の形状が悪く、波うちが相対的に大きい場合は、実施例１、２で得られた処理条件によって処理しても、打撃ピンの引っ掛かりが生じて処理できないことが多く、また、処理ができても打ち残しが存在する。従って、打撃ピンの引っ掛かりやずれを生じることなく、円滑に打撃処理を行い、打ち残しを少なくするためには、予備の打撃処理を行うことが好ましいことがわかる。

なお、図１４で溶接止端部９３’のＶｄ＝８０°で処理したｋ）の部分は局所的なφは１２０．４〜１５８．４°であり、φ／２は６０．２〜７９．２°となっており、Ｖｄ＝８０°に対して、Ｖｃ−Ｖｄが−２０°以内であり、この領域では引っかかりや打ち残しがなく処理できた。

一方、Ｖｄ＝８９°で処理したｌ）の部分に対しては、Ｖｃ−Ｖｄが−２８．８〜−９．８°であり、局所的にみると問題なく処理ができた部位はＶｃ−Ｖｄが−９．８°であった一点のみであり、他はＶｃ−Ｖｄが−２０°以下でも本来の処理での引っかかりや打ち残しがみられた。

このことからＶｃ＝７０°に対応する溶接止端部開き角φが１４０°でＶｃ−Ｖｄの偏差角度θ’が大きく変化するものと考えられる。そこで、φが１４０°未満ではＶｃ−Ｖｄを−２０°以内、１４０°以上ではＶｃ−Ｖｄを−１０°以内とした。

以上のことから、手棒による溶接などで、溶接止端部の形状が悪く、波うちが相対的に大きい場合の対策、または、予想外の溶接止端部の形状の急変により打撃ピンが引っ掛かり処理が停止することがないように予防対策として、以下のように処理を行うことが好ましい。

図１５から判るように、溶接止端部開き角度の最小値、最大値が９０〜１４０°未満の範囲にある場合は、打撃ピンの中心線が金属材料表面に対してなす角度Ｖｄを、溶接止端部開き角度の最小値、最大値の平均値の１／２である中心線が金属材料表面に対してなす角度Ｖｃよりも大きく、（Ｖｃ＋２０°）以下の角度、すなわち、偏差角度θ’を０°超〜２０°として、予備の打撃処理を行い、次いで、実施例１，２と同様に、ＶｄをＶｃ±２０°として本来の処理を行い、また、溶接止端部開き角度φの最小値、最大値が１４０°以上〜１６０°以下の場合は、ＶｄをＶｃよりも大きく、（Ｖｃ＋１０°）以下の角度、すなわち、偏差角度θ’を０°超〜１０°として、予備の打撃処理を行い、次いで、実施例１，２と同様に、ＶｄをＶｃ±１０°として本来の処理を行う。

本発明によれば、簡易な移動機構と遊動機構と支持押圧機構と打撃処理装置を有利に組み合わせて用いることにより、速やかにかつ正確にしかも合理的に溶接継手の疲労特性を向上させることができることから、前述のような技術課題や経済的課題の問題点を有利に解決することができる。例えば、ロボット等による自動移動装置を用いる場合には、単純に溶接ビードの大まかな方向を指示するのみであり、溶接止端のゆがみを検出・追従する機能が不要となるなど、極めて簡易なシステムで処理システムを構築することが可能となり、経済的にも極めて有効である。また、人手により溶接継手の打撃処理を行う場合は、頻繁に休憩を取る必要のある作業であるが、本発明を用いれば、打撃処理中は処理の進行を監視する業務のみとなるため、処理効率が高まることが期待できる。このように、本発明によれば、疲労き裂発生防止効果と溶接部作製工期の短縮さらには設備の軽減による経済効果の両方が期待できる。

Claims (7)

1. 金属材料面に対して溶接ビードが外に凸である溶接継手の溶接止端部に、打撃ピンを押し付けながら溶接線方向に移動してハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す、溶接継手の疲労特性改善打撃処理装置であって、該打撃処理装置１には、前記ハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す打撃処理機構部２と、該打撃処理機構部２を支持するとともに、該打撃処理機構部２の打撃ピン３を被処理材７である前記溶接継手の溶接止端部９に押し付ける支持押圧機構部５と、該支持押圧機構部５を搭載し、打撃処理機構部２を基台１２に載置された被処理材７の溶接止端部９に沿って溶接線方向に移動させる移動機構部６とが配設され、かつ、前記支持押圧機構部５内又は前記支持押圧機構部５と前記移動機構部６との間に、溶接線方向に直交する断面において前記被処理材７の金属材料表面に対して前記打撃ピン３の軸方向中心線がなす角度を４５°以上８０°以下に調整する角度調整機構１０が配設され、さらに、前記打撃処理機構部２の、溶接方向と直角な断面での金属材料面または溶接金属面に沿う方向への動きに自由度を与える遊動機構部４が、前記打撃処理機構部２と前記支持押圧機構部５との間、前記支持押圧機構部５内、前記支持押圧機構部５と前記移動機構部６との間のいずれか１箇所または２箇所以上に配設されていることを特徴とする、溶接継手の疲労特性改善打撃処理装置。
2. 金属材料面に対して溶接ビードが外に凸である溶接継手の溶接止端部に、打撃ピンを押し付けながら溶接線方向に相対移動してハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す、溶接継手の疲労特性改善打撃処理装置であって、該打撃処理装置１には、前記ハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す打撃処理機構部２と、該打撃処理機構部２を支持するとともに、該打撃処理機構部２の打撃ピン３を被処理材７である前記溶接継手の溶接止端部９に押し付ける支持押圧機構部５と、支持押圧機構部５が配設される装置基部１１と、被処理材７を搭載し、被処理材７の溶接止端部９が打撃処理機構部２に沿うように、溶接線方向に移動する移動機構部６とが配設され、かつ、前記支持押圧機構部５内又は前記支持押圧機構部５と前記移動機構部６との間に、溶接線方向に直交する断面において前記披処理材７の金属材料表面に対して前記打撃ピン３の軸方向中心線がなす角度を４５°以上８０°以下に調整する角度調整機構１０が配設され、
   さらに、前記打撃処理機構部２の、溶接方向と直角な断面での金属材料面または溶接金属面に沿う方向への動きに自由度を与える遊動機構部４が、前記打撃処理機構部２と前記支持押圧機構部５との間、前記支持押圧機構部５内、前記支持押圧機構部５と装置基部１１との間のいずれか１箇所または２箇所以上に配設されていることを特徴とする、溶接継手の疲労特性改善打撃処理装置。
3. 金属材料面に対して溶接ビードが外に凸である溶接継手の溶接止端部に、溶接方向と直角な断面での金属材料面または溶接金属面に沿う方向への動きに自由度を持たせつつ、打撃ピンを押し付けながら溶接線方向に相対移動させてハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す、溶接継手の疲労特性改善方法であって、溶接継手の溶接止端部の所望とする曲率半径に基づいて打撃ピンの曲率半径を選定し、前記打撃ピン３が金属材料７３と溶接金属８の両方に接した状態で溶接止端部９へ対向する場合に、前記溶接継手の溶接線と直交する断面内において、溶接止端９１から打撃ピン３と金属材料７３との接点３１までを結ぶ直線Ａと、溶接止端９１から打撃ピン３と溶接金属８との接点３２までを結ぶ直線Ｂとを想定し、これら２つの直線ＡおよびＢがなす角度を溶接止端部開き角度φとするとき、溶接継手の溶接線方向に溶接止端部開き角度φを測定し、その最小値と最大値が９０°以上１６０°以下である溶接継手に対して、前記打撃ピン３の中心線Ｄが金属材料表面に対してなす角度Ｖｄを、前記溶接止端部開き角度φの最小値と最大値の平均値の１／２である中心線Ｃが金属材料表面に対してなす角度Ｖｃと同じとなるように設定して、打撃ピンを溶接止端部に対向させ、溶接方向と直角な断面での金属材料面または溶接金属面に沿う方向への動きに自由度を持たせつつ、前記ハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を少なくとも１回施すことを特徴とする溶接継手の疲労特性改善方法。
   ただし、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値の平均値の中心線Ｃ（以下、溶接止端部開き角度φの中心線Ｃともいう）とは、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値の平均値、すなわち平均角度の二等分線を意味するものとする。
4. 請求項３に記載のハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す前に、前記打撃ピンの中心線Ｄが金属材料表面に対してなす角度Ｖｄを、前記溶接止端部開き角度φの最小値及び最大値の平均値の１／２である中心線Ｃが金属材料表面に対してなす角度Ｖｃより大きくなるように設定して、予備のハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を少なくとも１回施すことを特徴とする請求項３に記載の溶接継手の疲労特性改善方法。
5. 前記ハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理において、金属材料表面に対して前記溶接止端部開き角度φの最小値と最大値の平均値の１／２である中心線Ｃに対して前記打撃ピン３の中心線Ｄがなす角度を許容変動角度θとするとき、前記溶接止端部の開き角度φの最小値と最大値が９０°以上１４０°未満の場合は、前記許容変動角度を±２０°以内、前記溶接止端部の開き角度φの最小値と最大値が１４０°以上１６０°以下の場合は、許容変動角度を±１０°以内として、前記打撃ピン３の中心線Ｄが金属材料表面に対してなす角度Ｖｄを設定することを特徴とする請求項３または４に記載の溶接継手の疲労特性改善方法。
   但し、許容変動角度θは、溶接継手の溶接方向と直交する断面内において、中心線Ｃに対して、溶接金属側に傾く場合を＋（プラス）、金属材料表面側に傾く場合を−（マイナス）とする。
6. 前記予備のハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理において、金属材料表面に対して前記溶接止端部開き角度φの最小値と最大値の平均値の１／２である中心線Ｃに対して前記打撃ピン３の中心線Ｄがなす角度を偏差角度θ’とするとき、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値が９０°以上１４０°未満である場合は偏差角度θ’を０°超〜２０°、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値が１４０°以上１６０°以下である場合は許容変動角度θ’を０°超〜１０°として、前記予備のハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理における前記打撃ピンの中心線Ｄが金属材料表面に対してなす角度Ｖｄを設定することを特徴とする請求項４または５に記載の溶接継手の疲労特性改善方法。
   但し、偏差角度θ’は、溶接継手の溶接方向と直交する断面内において、中心線Ｃに対する溶接金属側への傾き角度とする。
7. 金属材料を溶接して溶接継手を製作し、ついでこの溶接継手の溶接止端部に、請求項３〜６のいずれかに記載の方法によりハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施すことを特徴とする疲労特性が改善された溶接継手の製作方法。

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