JP5327567B1 - ピーニング施工方法とそれによって施工された溶接継手 - Google Patents
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Abstract
【課題】繰り返し荷重を受ける橋梁、船舶、海洋構造物等の大型鋼構造物や自動車、建設機械等の機械製品における金属部材の疲労性能を改善する方法及び鋼構造物、機械製品の補修・延命化する方法の提供。
【解決手段】鋼板の一方の面の側に圧縮残留応力を導入するに際して、圧縮残留応力を導入したい箇所に対応する裏側の面を打撃ツールで打撃することによって前記圧縮残留応力を導入したい箇所に圧縮残留応力を導入することを特徴とするピーニング施工方法。
【選択図】なし
【解決手段】鋼板の一方の面の側に圧縮残留応力を導入するに際して、圧縮残留応力を導入したい箇所に対応する裏側の面を打撃ツールで打撃することによって前記圧縮残留応力を導入したい箇所に圧縮残留応力を導入することを特徴とするピーニング施工方法。
【選択図】なし
Description
本発明は、繰り返し荷重を受ける橋梁、船舶、海洋構造物等の大型鋼構造物や自動車、建設機械等の機械製品における金属部材または溶接継手部の疲労性能を改善する方法及び鋼構造物、機械製品の補修・延命化する方法に関する。
橋梁や船舶、海洋構造物などの鋼構造物、自動車などは多くの鋼又はその他の金属からなる金属部材によって構成されているが、近年、鋼構造物や機械部品に加わる応力または熱が繰り返し作用することに起因する金属疲労による破損事故が多数発生している。
特に、橋梁や船舶、海洋構造物などの鋼構造物、自動車などは多くの金属部材を溶接によって接合することによって構成されているが、近年、鋼構造物や機械部品に加わる応力または熱が繰り返し作用することに起因する金属疲労による破損事故が多数発生している。
特に、橋梁や船舶、海洋構造物などの鋼構造物、自動車などは多くの金属部材を溶接によって接合することによって構成されているが、近年、鋼構造物や機械部品に加わる応力または熱が繰り返し作用することに起因する金属疲労による破損事故が多数発生している。
これは、橋梁などの鋼構造物の設計においては、大型化とそれに伴う軽量化の目的から使用鋼材の高強度化が進められているが、鋼材本体についてはその疲労強度は引張強さの増加と共に上昇するのに対して、溶接継手部においては鋼材の引張強さが増加しても疲労強度が向上しないため、この溶接継手部で金属疲労が起こることが原因である。
このため、大型溶接構造物が繰り返し荷重を受ける場合には、溶接部の疲労強度に対する安全性を充分に考慮する必要がある。
このため、大型溶接構造物が繰り返し荷重を受ける場合には、溶接部の疲労強度に対する安全性を充分に考慮する必要がある。
溶接部の疲労強度は、溶接継手部の形状、残留応力、溶接欠陥などの影響を受ける。
図12は重ね合わされた金属板11及び金属板12を隅肉溶接して溶接ビード(溶接継手)13を形成した状態を示す図である。金属板12と溶接ビード13との境界部には溶接ビード止端部14が形成される。この溶接ビード止端部14近傍は、溶接時に急激な凝固が起こるために引張残留応力が存在し易い箇所であり、また、金属部材に外力が負荷された際に応力集中が起こり易い箇所でもある。この溶接継手部に繰り返し荷重が作用すると微小な溶接欠陥であっても、それが亀裂や割れにつながる可能性があり、この亀裂や割れは構造物全体の耐久性に重大な影響を及ぼすことになる。
このため、溶接継手部の疲労特性を向上させるために、溶接継手部における引張残留応力を低減するための方法や、応力集中を緩和するための方法として種々の方法が提案されている。
図12は重ね合わされた金属板11及び金属板12を隅肉溶接して溶接ビード(溶接継手)13を形成した状態を示す図である。金属板12と溶接ビード13との境界部には溶接ビード止端部14が形成される。この溶接ビード止端部14近傍は、溶接時に急激な凝固が起こるために引張残留応力が存在し易い箇所であり、また、金属部材に外力が負荷された際に応力集中が起こり易い箇所でもある。この溶接継手部に繰り返し荷重が作用すると微小な溶接欠陥であっても、それが亀裂や割れにつながる可能性があり、この亀裂や割れは構造物全体の耐久性に重大な影響を及ぼすことになる。
このため、溶接継手部の疲労特性を向上させるために、溶接継手部における引張残留応力を低減するための方法や、応力集中を緩和するための方法として種々の方法が提案されている。
溶接部における引張残留応力を低減する方法としては、溶接止端部をハンマー打撃装置でハンマー打撃処理(ハンマーピーニング)する方法(特許文献1参照)、レーザーピーニングを行う方法(特許文献2参照)、超音波振動子の打撃によってピーニングを行う方法(特許文献3参照)、溶接が完了する室温もしくはその付近でマルテンサイト変態膨張が終了する溶接材料を用いてアーク溶接を行い、溶接金属の変態膨張を利用する方法(特許文献4参照)などがある。また、溶接部の応力集中を緩和する方法としては、溶接ビードを研削する手法(特許文献5参照)、溶接金属の成分調整により溶接止端部半径と接触角度を大きくして応力集中を緩和する手法(特許文献6参照)が提案されている。
溶接後に溶接部の引張残留応力を低減する方法のうち、ピーニングによる方法は操作が簡単であるためコスト的に有力な方法であるが、レーザーピーニングは装置が大きくなるためハンドリング性に劣るという問題があり、超音波振動子によるピーニングは装置が高価であり入手が困難であるという問題がある。
これに対し、ハンマーピーニングは他のピーニング装置に比べるとハンドリング性が良好であり、コスト的にも好ましい方法である。
これに対し、ハンマーピーニングは他のピーニング装置に比べるとハンドリング性が良好であり、コスト的にも好ましい方法である。
従来のハンマーピーニングはビード止端部に打撃を加えて圧縮残留応力を導入するものであるが、この操作により圧縮残留応力は導入されるものの、ビード止端部にノッチが混入し、これにより疲労強度が下がっているという報告がある。また,ピーニング後の応力集中箇所が溶接部または母材と溶接部の熱影響を受ける境界部(HAZ部)など疲労強度が低下する部分であることから、ハンマーピーニングの効果が低減する可能性がある。
これを解決するために、先端に平坦部を有する打撃ツールを用い、溶接ビード止端を打撃することなく、溶接ビード止端近傍の母材表面に対して垂直方向に溶接ビードに沿って連続的に打撃して母材に帯状の打撃痕を形成し、前記溶接継手部の疲労性能を改善することが提案されている(特許文献7参照)。
また、特許文献8は、溶接止端部に発生した疲労き裂の補修に関するものであり、疲労き裂周辺にピーニング処理を行い、疲労き裂部に圧縮残留応力を付与することで、疲労き裂のき裂深さ方向への進展速度を抑えるものである
また、特許文献8は、溶接止端部に発生した疲労き裂の補修に関するものであり、疲労き裂周辺にピーニング処理を行い、疲労き裂部に圧縮残留応力を付与することで、疲労き裂のき裂深さ方向への進展速度を抑えるものである
前記のように溶接部に圧縮残留応力を導入する方法としてハンマーピーニングは好ましい方法であるが、ピーニングを行ないたい箇所が遮蔽されている場合や、ピーニング処理操作を妨げる障害物がある場合には十分にピーニング施工をすることができない。
このようにピーニング施工が十分に行えない場合を橋梁や高架道路を建設する際に用いられる鋼床版を例にとって説明する。
図2、図3および図4に鋼床版の構造の一例を示す。図2は鋼床版の下側からの斜視図であり、図3は図2に示される鋼床版のUリブの軸方向に垂直な断面構造を示す図であり、図4は図3において○で囲った溶接ビード26の部分の詳細図である。
図2に示すように、デッキプレート21の下面に縦方向に連続する縦リブ(Uリブ)22が横方向に所定間隔で並設されると共にこれと直交する横方向に横リブ23と該横リブ23より背の高い横桁24が所定間隔で配設され、更に横リブ23及び横桁24を貫いて縦方向の主桁25が溶接によって一体に固定されて構成されている。鋼床版は、図2に示す状態まで製造工場にて組み上げた後、施工現場に搬送して橋脚上に据え付けるいわゆるプレハブ工法による施工に用いられる。
図2、図3および図4に鋼床版の構造の一例を示す。図2は鋼床版の下側からの斜視図であり、図3は図2に示される鋼床版のUリブの軸方向に垂直な断面構造を示す図であり、図4は図3において○で囲った溶接ビード26の部分の詳細図である。
図2に示すように、デッキプレート21の下面に縦方向に連続する縦リブ(Uリブ)22が横方向に所定間隔で並設されると共にこれと直交する横方向に横リブ23と該横リブ23より背の高い横桁24が所定間隔で配設され、更に横リブ23及び横桁24を貫いて縦方向の主桁25が溶接によって一体に固定されて構成されている。鋼床版は、図2に示す状態まで製造工場にて組み上げた後、施工現場に搬送して橋脚上に据え付けるいわゆるプレハブ工法による施工に用いられる。
図3、図4に示すように、鋼床版の縦リブがU形である場合、溶接はUリブの外側から行い、Uリブの板厚tの75%以上の溶込み量となるすみ肉溶接を行う。そのため構造上Uリブの外側はピーニングを行うことができるが、Uリブの内側はピーニングすることは不可能であり、溶接部の内側に十分な圧縮残留応力を付与することができないという問題がある。
また、図13はUリブを使った鋼床版における疲労き裂発生状態の一例を示したものであるが、疲労き裂には、Uリブに囲まれた内側き裂とUリブに囲まれていない外側き裂がある。
外側き裂の補修は特許文献8に記載されている疲労き裂補修方法で対応できるが、内側き裂はこの補修方法では対応できない。
外側き裂の補修は特許文献8に記載されている疲労き裂補修方法で対応できるが、内側き裂はこの補修方法では対応できない。
また、前記Uリブの場合に限らず、ピーニングを行ないたい箇所が遮蔽されている場合や、ピーニング処理操作を妨げる障害物がある場合には十分にピーニング施工をすることができないという問題がある。
本発明は、ピーニング施工によって圧縮残留応力を導入したい箇所が遮蔽されている場合や、ピーニング施工を妨げる障害物がある場合においても圧縮残留応力を導入したい箇所に十分に圧縮残留応力を導入することができるピーニング施工方法を提供することを目的とする。
本発明者は、圧縮残留応力を導入したい箇所の裏側の面にピーニング施工を施すことにより圧縮残留応力を導入したい箇所に圧縮残留応力を導入することができることを見出して本発明を完成した。
すなわち、本発明は以下に記載するとおりのピーニング施工方法に係るものである。
すなわち、本発明は以下に記載するとおりのピーニング施工方法に係るものである。
(1)厚さ12〜22mmの金属板の一方の面の側に圧縮残留応力を導入するに際して、圧縮残留応力を導入したい箇所に対応する裏側の面のみを打撃ツールで打撃することによって前記圧縮残留応力を導入したい箇所に圧縮残留応力を導入することを特徴とするピーニング施工方法。
(2)前記金属板には金属部材が溶接されて溶接継手を形成しており、前記溶接継手の溶接部に溶接ビードが形成されており、前記圧縮残留応力を導入したい箇所が溶接ビード止端、溶接溶け込み部先端、溶接ビード止端の近傍及び溶接溶け込み部先端の近傍よりなる群から選ばれる少なくとも一つであることを特徴とする(1)に記載のピーニング施工方法。
(3)前記打撃ツールは先端部に平坦部を有しており、前記平坦部の面積が4mm2以上であることを特徴とする(1)又は(2)に記載のピーニング施工方法。
(4)前記打撃ツールの周波数が1000Hz以下であることを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載のピーニング施工方法。
(5)前記打撃ツールを装着したピーニング工具を台車に取り付けてピーニング施工を行なうことを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載のピーニング施工方法。
(6)前記台車に打撃ツールを装着したピーニング工具を複数個取り付けて同時に複数箇所のピーニング施工を行なうことを特徴とする(5)に記載のピーニング施工方法。
(7)前記台車が自動走行することを特徴とする(5)又は(6)に記載のピーニング施工方法。
(8)(1)〜(7)のいずれかに記載のピーニング施工方法によって施工されたことを特徴とする溶接継手。
(2)前記金属板には金属部材が溶接されて溶接継手を形成しており、前記溶接継手の溶接部に溶接ビードが形成されており、前記圧縮残留応力を導入したい箇所が溶接ビード止端、溶接溶け込み部先端、溶接ビード止端の近傍及び溶接溶け込み部先端の近傍よりなる群から選ばれる少なくとも一つであることを特徴とする(1)に記載のピーニング施工方法。
(3)前記打撃ツールは先端部に平坦部を有しており、前記平坦部の面積が4mm2以上であることを特徴とする(1)又は(2)に記載のピーニング施工方法。
(4)前記打撃ツールの周波数が1000Hz以下であることを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載のピーニング施工方法。
(5)前記打撃ツールを装着したピーニング工具を台車に取り付けてピーニング施工を行なうことを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載のピーニング施工方法。
(6)前記台車に打撃ツールを装着したピーニング工具を複数個取り付けて同時に複数箇所のピーニング施工を行なうことを特徴とする(5)に記載のピーニング施工方法。
(7)前記台車が自動走行することを特徴とする(5)又は(6)に記載のピーニング施工方法。
(8)(1)〜(7)のいずれかに記載のピーニング施工方法によって施工されたことを特徴とする溶接継手。
本発明のピーニング施工方法によれば、ピーニングを行ないたい箇所が遮蔽されている場合や、ピーニング処理操作を妨げる障害物がある場合においても、圧縮残留応力を導入したい箇所の裏側の面をピーニングすることによって十分に圧縮残留応力を導入することができ、構成部材の疲労強度を向上することができる。また、圧縮残留応力を導入したい箇所が疲労き裂部であっても同様に圧縮残留応力を付与することができ、疲労き裂のき裂深さ方向への進展速度を抑えることができる。
本発明を図面に基づいて以下説明する。
図1は本発明のピーニング施工に用いるピーニング工具の好ましい例を示したものである。
図1(a)は先端部に溶接母材よりも硬度が高い平坦な打撃面3が設けられたタガネ状の打撃ツール1を示す図であり、その上端部は図1(b)に示すピーニング工具2に固定可能なように加工されている。図1(b)は打撃ツール1が取り付けられ、打撃ツール1を上下に往復運動させて母材に打撃を与えるためのピーニング工具2を示す図である。
図1は本発明のピーニング施工に用いるピーニング工具の好ましい例を示したものである。
図1(a)は先端部に溶接母材よりも硬度が高い平坦な打撃面3が設けられたタガネ状の打撃ツール1を示す図であり、その上端部は図1(b)に示すピーニング工具2に固定可能なように加工されている。図1(b)は打撃ツール1が取り付けられ、打撃ツール1を上下に往復運動させて母材に打撃を与えるためのピーニング工具2を示す図である。
本発明のピーニング施工方法を実施するに際しては打撃ツール1に1000Hz以下の周波数、好ましくは100Hz以下の低周波数でピーニング施工を行なう部材表面に繰り返し打撃を与え、部材に衝撃力を与えることが可能なピーニング工具を用いる。なお、本発明においては「周波数」とは単位時間(1秒)当たりの「打撃回数」を意味する。
図示したピーニング工具2はエアーハンマーであり、上部から圧搾空気4が供給されてエアーハンマー本体内のピストンを往復動させて先端に配設した打撃ツール1を打撃するようになっている。このエアーハンマーとしては溶接フラックスの除去などに用いられるフラックスチッパーなどを転用することができる。
打撃ツール1の先端形状は、矩形であっても円形であっても良い。いくつかの先端形状を試して、母材の表面に塑性変形を付与し易いものを決定することができ、コンプレッサーの空気圧や打撃を与えるピーニング工具の性能によって最適な先端形状を決めればよいが、打撃ツール1の先端部は角が丸く面取りされていることが好ましい。先端の平坦部の面積は4mm2以上であることが好ましい。エアーハンマーのパワーが大きければ打撃ツールの先端の面積を大きくしても良いが、打撃痕の幅を増やしても溶接ビード側に与える影響には変わりがないので、あまり打撃痕の幅を増やす必要はない。また、エアーハンマーのパワーが小さい場合には先端の面積を大きくすると母材に適正な塑性変形を与えることができない。
本発明のピーニング施工方法を鋼床版の溶接継手部に適用した場合を例にとって本発明の実施形態を説明する。
図2、3、4に示すように鋼床版のデッキプレート21の下側の面(溶接面)にはUリブ22が溶接されて溶接ビード26が形成されている。このような鋼床版においてはUリブが障害物となるため、Uリブ内側の溶接溶け込み部先端およびその近傍は、溶接ビード26側からのピーニング施工が出来ない。また、ピーニング工具2を台車のような送り装置に取り付けて、手動あるいは自動で溶接面側から溶接部を溶接部に沿ってピーニング施工することは、作業空間の形状と狭さから困難である。
図2、3、4に示すように鋼床版のデッキプレート21の下側の面(溶接面)にはUリブ22が溶接されて溶接ビード26が形成されている。このような鋼床版においてはUリブが障害物となるため、Uリブ内側の溶接溶け込み部先端およびその近傍は、溶接ビード26側からのピーニング施工が出来ない。また、ピーニング工具2を台車のような送り装置に取り付けて、手動あるいは自動で溶接面側から溶接部を溶接部に沿ってピーニング施工することは、作業空間の形状と狭さから困難である。
このため本発明では図5に示すようにデッキプレート21の溶接ビード26が形成された面とは反対側の面(以下溶接裏面ともいう)を打撃ツールによって打撃する。図5に示した例では台車を用い、台車に二つのピーニング工具2を搭載して一回のランで一つのUリブの左右の溶接部を打撃するようにしている。このように一つの台車に複数のピーニング工具を取り付けて同時に複数箇所のピーニングを行なうことが作業効率を向上させるためには好ましい。
打撃ツールによって打撃する位置は、圧縮残留応力を導入したい位置に対応する裏面の位置である。溶接継手においては圧縮残留応力を導入したい位置は、溶接ビード止端、溶接溶け込み部先端、溶接ビード止端の近傍及び溶接溶け込み部先端の近傍よりなる群から選ばれる少なくとも一つである。
また、打撃は1回でもよいが、1往復以上または2回以上行うことがより効果的である。
また、打撃は1回でもよいが、1往復以上または2回以上行うことがより効果的である。
更に本発明は図13に示したような、Uリブを用いた鋼床版における従来の疲労き裂補修方法では対応できない内側き裂に対しても圧縮残留ひずみを付与することができる。
図6は本発明を前記の内側亀裂に適用したものである。図6に示すように、き裂発生面の裏側の母材面をピーニング処理することで圧縮残留ひずみを付与することができる。
図6は本発明を前記の内側亀裂に適用したものである。図6に示すように、き裂発生面の裏側の母材面をピーニング処理することで圧縮残留ひずみを付与することができる。
鋼床版のピーニング施工条件は例えば次の通りである。
打撃ツールを取り付けたピーニング工具を質量が20kgの台車に搭載し、この台車を軌条に沿って自動走行させる。
ピーニング施工は、試験体のUリブ側とは反対側の面に対し、Uリブの溶け込み部先端付近が打撃の中心線となるようにし、打撃ツールの打撃振動数を約90Hzとし、打撃角度が被打撃面に対して90°となるようにして、2本の中心線に沿って台車を走行速度90cm/分で2回自動走行させて(1往復させて)行なう。さらに、Uリブの溶接止端部近傍が打撃の中心線となるようにして同様にピーニング施工を行う。
打撃ツールを取り付けたピーニング工具を質量が20kgの台車に搭載し、この台車を軌条に沿って自動走行させる。
ピーニング施工は、試験体のUリブ側とは反対側の面に対し、Uリブの溶け込み部先端付近が打撃の中心線となるようにし、打撃ツールの打撃振動数を約90Hzとし、打撃角度が被打撃面に対して90°となるようにして、2本の中心線に沿って台車を走行速度90cm/分で2回自動走行させて(1往復させて)行なう。さらに、Uリブの溶接止端部近傍が打撃の中心線となるようにして同様にピーニング施工を行う。
以下に本発明の実施例を示すが、本発明の範囲はこれらの実施例によって制限されるものではない。
[実施例1]
本実施例では平板状の鋼板を用いて一方の面にピーニング施工を行い、鋼板の裏側にどのような圧縮残留応力が発生しているかを調べた。
試験片として150mm×150mm×12mmtの平板状の鋼板を用い、その一方の面に5連ゲージ(ゲージ間隔2mm)を貼り付けた。
打撃ツールとしては先端が3mm×3mmの正方形の平坦部を有し角を約0.5Rで面取りした打撃ツールを用いた。
打撃ツールの打撃振動数を約90Hzとし、5連ゲージの2番目のゲージの裏側を打撃角度が被打撃面に対して垂直方向となるようにし、走行速度90cm/分で2回走行させて(1往復させて)ピーニング施工を行なった。
評価結果を図7に示す。
本実施例では平板状の鋼板を用いて一方の面にピーニング施工を行い、鋼板の裏側にどのような圧縮残留応力が発生しているかを調べた。
試験片として150mm×150mm×12mmtの平板状の鋼板を用い、その一方の面に5連ゲージ(ゲージ間隔2mm)を貼り付けた。
打撃ツールとしては先端が3mm×3mmの正方形の平坦部を有し角を約0.5Rで面取りした打撃ツールを用いた。
打撃ツールの打撃振動数を約90Hzとし、5連ゲージの2番目のゲージの裏側を打撃角度が被打撃面に対して垂直方向となるようにし、走行速度90cm/分で2回走行させて(1往復させて)ピーニング施工を行なった。
評価結果を図7に示す。
図7は横軸がピーニング施工部の中央からの距離(mm)を示し、縦軸は圧縮残留ひずみ(μ)を示す。
図7に示されるように、鋼板の一方の面の側の圧縮残留応力を導入したい箇所に対応する裏側の面を打撃ツールで打撃することによって圧縮残留応力を付与することができ、一回だけの打撃よりも2回の打撃の方が残留応力を多く付与することができる。また、2回の打撃によりピーニングした面の裏側に最大で658μ(131.6Mpa)の残留圧縮応力が生じている。
図7に示されるように、鋼板の一方の面の側の圧縮残留応力を導入したい箇所に対応する裏側の面を打撃ツールで打撃することによって圧縮残留応力を付与することができ、一回だけの打撃よりも2回の打撃の方が残留応力を多く付与することができる。また、2回の打撃によりピーニングした面の裏側に最大で658μ(131.6Mpa)の残留圧縮応力が生じている。
[実施例2]
本実施例では図8に示すように、第1の試験片(100mm×500mm×12mmt)の中央部に第2の試験片((50mm×50mm×12mmt)を溶接してなる試験体(荷重非伝達型十字継手)を用いた。
この試験体の溶接止端部の裏側を中心としてピーニング施工を行なった。
ピーニング施工に際しては、打撃ツールとしては先端が3mm×3mmの正方形の平坦部を有し角を約0.5Rで面取りした打撃ツールを用い、打撃ツールの打撃振動数を約90Hzとし、打撃角度が被打撃面に対して垂直方向となるようにし、走行速度90cm/分で2回走行させた。
得られた試験体(裏打ち試験体)について疲労試験を行った。
また、ピーニング施工を行なわなかった試験体(溶接まま試験体)についても疲労試験を行った。その結果を表1及び図9に示す。
本実施例では図8に示すように、第1の試験片(100mm×500mm×12mmt)の中央部に第2の試験片((50mm×50mm×12mmt)を溶接してなる試験体(荷重非伝達型十字継手)を用いた。
この試験体の溶接止端部の裏側を中心としてピーニング施工を行なった。
ピーニング施工に際しては、打撃ツールとしては先端が3mm×3mmの正方形の平坦部を有し角を約0.5Rで面取りした打撃ツールを用い、打撃ツールの打撃振動数を約90Hzとし、打撃角度が被打撃面に対して垂直方向となるようにし、走行速度90cm/分で2回走行させた。
得られた試験体(裏打ち試験体)について疲労試験を行った。
また、ピーニング施工を行なわなかった試験体(溶接まま試験体)についても疲労試験を行った。その結果を表1及び図9に示す。
図9は、横軸を試験体の破断回数と応力範囲(MPa)との関係をプロットした図である。
図中、□は裏打ち試験体についてのプロットであり、●は溶接ままの3つの試験体についてのプロットである。また、図中のA〜Eの曲線は道路橋示方書・同解説(平成24年3月)の等級を示すものであり、図中のA等級は母材相当の疲労強度を示す。
グラフによると溶接まま試験体がD等級に相当するものであったところ、裏打ち試験体はB等級以上に相当するものとなっており、裏打ちによって疲労強度が向上していることが分かる。
図中、□は裏打ち試験体についてのプロットであり、●は溶接ままの3つの試験体についてのプロットである。また、図中のA〜Eの曲線は道路橋示方書・同解説(平成24年3月)の等級を示すものであり、図中のA等級は母材相当の疲労強度を示す。
グラフによると溶接まま試験体がD等級に相当するものであったところ、裏打ち試験体はB等級以上に相当するものとなっており、裏打ちによって疲労強度が向上していることが分かる。
[実施例3]
本実施例では、図10に示すように、母材の板厚が12mm、16mm、22mmの場合について、ピーニング回数を1回から10回まで変化させてピーニングを行い、母材に付与される圧縮残留ひずみの大きさを測定した。
図10に示された結果から次のことがわかる。
(1)繰り返しピーニングを行うと付与される圧縮残留ひずみは大きくなるが、新たに付与される圧縮残留ひずみの量は繰り返し回数が多くなるに従って少なくなる。
(2)付与される圧縮残留ひずみの量は、板厚が厚くなると小さくなる。
従って、ピーニング回数は、母材の板厚と、付与すべき圧縮残留ひずみの量と施工コストとを勘案して決定することになる。
また、発明の効果が得られる母材の板厚については、例えば、圧縮残留ひずみを500μ以上付与することを目的としてピーニングを行う場合、ピーニング回数を10回まで許容するとすれば、20mmまでである。
本実施例では、図10に示すように、母材の板厚が12mm、16mm、22mmの場合について、ピーニング回数を1回から10回まで変化させてピーニングを行い、母材に付与される圧縮残留ひずみの大きさを測定した。
図10に示された結果から次のことがわかる。
(1)繰り返しピーニングを行うと付与される圧縮残留ひずみは大きくなるが、新たに付与される圧縮残留ひずみの量は繰り返し回数が多くなるに従って少なくなる。
(2)付与される圧縮残留ひずみの量は、板厚が厚くなると小さくなる。
従って、ピーニング回数は、母材の板厚と、付与すべき圧縮残留ひずみの量と施工コストとを勘案して決定することになる。
また、発明の効果が得られる母材の板厚については、例えば、圧縮残留ひずみを500μ以上付与することを目的としてピーニングを行う場合、ピーニング回数を10回まで許容するとすれば、20mmまでである。
[実施例4]
本実施例では、打撃角度と母材に付与される圧縮残留ひずみとの関係を調べるために、実施例1において打撃角度のみを変えて圧縮残留ひずみを測定した。母材の板厚は12mmとし、打撃回数は1回とした。
結果を図11に示す。
図11に示された結果を参照すると、母材に対する打撃角度が鉛直の場合は、ピーニング施工部中心をピークにしてほぼ対称の分布となり、鉛直に対して15度傾けて打撃するとピークが打撃方向に移動すると共に、付与される圧縮残留ひずみが大幅に低下することが分かる。
この結果から、打撃ツールの打撃角度は、圧縮残留応力を導入したい箇所に対応する裏側の面に対してできるだけ鉛直に打撃するのが好ましく、打撃位置のずれは数mm以内が望ましい。
本実施例では、打撃角度と母材に付与される圧縮残留ひずみとの関係を調べるために、実施例1において打撃角度のみを変えて圧縮残留ひずみを測定した。母材の板厚は12mmとし、打撃回数は1回とした。
結果を図11に示す。
図11に示された結果を参照すると、母材に対する打撃角度が鉛直の場合は、ピーニング施工部中心をピークにしてほぼ対称の分布となり、鉛直に対して15度傾けて打撃するとピークが打撃方向に移動すると共に、付与される圧縮残留ひずみが大幅に低下することが分かる。
この結果から、打撃ツールの打撃角度は、圧縮残留応力を導入したい箇所に対応する裏側の面に対してできるだけ鉛直に打撃するのが好ましく、打撃位置のずれは数mm以内が望ましい。
本発明のピーニング施工方法は、簡便なピーニング工具を用いて鋼板の疲労強度を改善することができるため、繰り返し荷重を受ける橋梁、船舶、海洋構造物等の大型鋼構造物や自動車、建設機械等の機械製品の補修・延命化に好適である。
1 打撃ツール
2 ピーニング工具
3 打撃面
4 圧搾空気
11 ,12 金属板
13 溶接ビード
14 溶接ビード止端部
15 溶接溶け込み部先端
21 デッキプレート
22 Uリブ
23 横リブ
24 横桁
25 主桁
26 溶接ビード
30 台車
2 ピーニング工具
3 打撃面
4 圧搾空気
11 ,12 金属板
13 溶接ビード
14 溶接ビード止端部
15 溶接溶け込み部先端
21 デッキプレート
22 Uリブ
23 横リブ
24 横桁
25 主桁
26 溶接ビード
30 台車
Claims (8)
- 厚さ12〜22mmの金属板の一方の面の側に圧縮残留応力を導入するに際して、圧縮残留応力を導入したい箇所に対応する裏側の面のみを打撃ツールで打撃することによって前記圧縮残留応力を導入したい箇所に圧縮残留応力を導入することを特徴とするピーニング施工方法。
- 前記金属板には金属部材が溶接されて溶接継手を形成しており、前記溶接継手の溶接部に溶接ビードが形成されており、前記圧縮残留応力を導入したい箇所が溶接ビード止端、溶接溶け込み部先端、溶接ビード止端の近傍及び溶接溶け込み部先端の近傍よりなる群から選ばれる少なくとも一つであることを特徴とする請求項1に記載のピーニング施工方法。
- 前記打撃ツールは先端部に平坦部を有しており、前記平坦部の面積が4mm2以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載のピーニング施工方法。
- 前記打撃ツールの周波数が1000Hz以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のピーニング施工方法。
- 前記打撃ツールを装着したピーニング工具を台車に取り付けてピーニング施工を行なうことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のピーニング施工方法。
- 前記台車に打撃ツールを装着したピーニング工具を複数個取り付けて同時に複数箇所のピーニング施工を行なうことを特徴とする請求項5に記載のピーニング施工方法。
- 前記台車が自動走行することを特徴とする請求項5または6に記載のピーニング施工方法。
- 請求項1〜7のいずれかに記載のピーニング施工方法によって施工されたことを特徴とする溶接継手。
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