JP6841042B2 - 溶接継手の製造方法及び溶接継手 - Google Patents

Description

本発明は、溶接継手の製造方法及び溶接継手に関する。

アミンを使用する酸性ガス洗浄容器には大型化や軽量化のニーズがあり、それに応えるため、使用する鋼材の高強度化が求められている。しかし、高強度の鋼材を使用した溶接継手では、溶接残留応力が大きくなることに加えて、設計応力も高くなる。そのため、アミン環境に特有の応力腐食割れ（Ｓｔｒｅｓｓ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｃｒａｃｋｉｎｇ、以下「ＳＣＣ」という。）の発生が懸念される。

特許第４４４１１６６号公報には、環境助長割れが問題となる箇所に、先端部に１〜２ｍｍの曲率半径を有する先端ハンマーよって打撃するピーニングを施す方法が記載されている。同文献には、ピーニングによって処理対象部分の表層の鋼組織が層状組織になり、鋼表面と垂直な方向へのき裂の進展が抑制されるため、環境助長割れ抵抗性が向上すると記載されている。

ピーニングは、溶接継手の疲労強度を向上させる手段としても知られている。ピーニングによる溶接継手の疲労強度向上については、例えば特許第４８４２４０９号公報、特許第５８２１５１６号公報、及び特開２０１３−７１１４０号公報に記載されている。

特許第４４４１１６６号公報 特許第４８４２４０９号公報 特許第５８２１５１６号公報 特開２０１３−７１１４０号公報

池田一夫、出納真平、五代友和、小川恒司、「高張力鋼すみ肉溶接継手の疲れ強さの改善」、溶接学会誌、第４４巻、第２号、１９７５年、第１２８〜１３５頁

本発明者らは、特許第４４４１１６６号公報に記載された技術を溶接継手に適用しても、ＳＣＣを十分に抑制できない場合があることを知見した。

本発明の目的は、ＳＣＣを抑制することができる溶接継手の製造方法及び溶接継手を提供することである。

本発明の一実施形態による溶接継手の製造方法は、溶接止端と重なるように、幅ｗ１を有するライン状の第１の打撃溝を形成する工程と、前記母材又は溶接金属に、前記溶接止端と概略平行で幅ｗ２を有するライン状の第２の打撃溝を形成する工程とを備える。前記第１の打撃溝を形成する工程は、先端部曲率半径Ｒａ_１の振動端子を使用してオーバラップ疵が残らないように行う第１ピーニング工程と、さらに１つ以上の追加のピーニング工程とを含み、追加のピーニング工程である第ｉピーニング工程では、下記の式（１）を満たす先端部曲率半径Ｒａ_ｉの振動端子を使用し、かつ、最終のピーニング工程では先端部曲率半径が４ｍｍ以上の振動端子を使用する。前記第２の打撃溝を形成する工程は、先端部曲率半径Ｒｂ_１の振動端子を使用して行う第１ピーニング工程と、さらに１つ以上の追加のピーニング工程とを含み、追加のピーニング工程である第ｊピーニング工程では、下記の式（２）を満たす先端部曲率半径Ｒｂ_ｊの振動端子を使用し、かつ、最終のピーニング工程では先端部曲率半径が４ｍｍ以上の振動端子を使用する。前記第１の打撃溝の最深部と前記第２の打撃溝の最深部との間の距離が、５×Ｍｉｎ．（ｗ１，ｗ２）以下である。
Ｒａ_ｉ−１＜Ｒａ_ｉ≦２×Ｒａ_ｉ−１ （１）
Ｒｂ_ｊ−１＜Ｒｂ_ｊ≦２×Ｒｂ_ｊ−１ （２）
ただし、Ｍｉｎ．（ｗ１，ｗ２）はｗ１及びｗ２の最小値を意味し、ｉ及びｊは２以上の整数である。

本発明の一実施形態による溶接継手は、母材と溶接金属とを含み、溶接止端に重なるように形成され、幅ｗ１を有するライン状の第１の打撃溝と、前記母材又は前記溶接金属に形成され、前記溶接止端と概略平行で幅ｗ２を有するライン状の第２の打撃溝とを備える。前記第１の打撃溝及び前記第２の打撃溝は、オーバラップ疵及び折れ込み疵を有さず、前記第１の打撃溝の最深部と前記第２の打撃溝の最深部との間の距離が、５×Ｍｉｎ．（ｗ１，ｗ２）以下である。ただし、Ｍｉｎ．（ｗ１，ｗ２）はｗ１及びｗ２の最小値を意味する。

本発明によれば、ＳＣＣを抑制することができる溶接継手が得られる。

図１は、本発明の一実施形態による溶接継手の斜視図である。 図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 図３は、溶接継手の製造方法の一例を示すフロー図である。 図４は、ピーニング前の溶接止端の一例を示す断面図である。 図５Ａは、オーバラップ疵及び折れ込み疵が発生するメカニズムを説明するための図である。 図５Ｂは、オーバラップ疵及び折れ込み疵が発生するメカニズムを説明するための図である。 図５Ｃは、オーバラップ疵及び折れ込み疵が発生するメカニズムを説明するための図である。 図５Ｄは、オーバラップ疵及び折れ込み疵が発生するメカニズムを説明するための図である。 図６は、溶接継手の製造方法の他の例を示すフロー図である。 図７は、溶接継手の製造方法のさらに他の例を示すフロー図である。 図８は、研削又は研磨した打撃溝の断面図である。

本発明者らは、溶接継手で発生するＳＣＣについて調査し、以下の知見を得た。

ピーニングによって形成された打撃溝には、オーバラップ疵や折れ込み疵と呼ばれる疵が存在する場合がある。打撃溝にオーバラップ疵や折れ込み疵が存在すると、これらの疵に腐食性の液体が浸入し、ＳＣＣの起点となる。そのため、ＳＣＣを抑制するためには、打撃溝がこれらの疵を有さないようにする必要がある。

ＳＣＣは、応力と腐食とが重畳することで生じる。ＳＣＣは、局所的に応力が集中している溶接止端だけではなく、その周囲でも起こる場合がある。そのため、疲労対策とは異なるＳＣＣに適したピーニングが必要である。具体的には、溶接止端だけではなく、溶接止端の近傍の母材又は溶接金属にも、ＳＣＣ抑制のための打撃溝を形成する必要がある。

本発明は、上記の知見に基づいて完成された。以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。

［溶接継手の構成］
図１は、本発明の一実施形態による溶接継手１の斜視図である。図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。溶接継手１は、母材１１、溶接金属１２、並びに打撃溝１３及び１４を備えている。

打撃溝１３は、溶接止端に沿ってライン状に形成されている。打撃溝１４は、母材１１に、打撃溝１３と概略平行にライン状に形成されている。

打撃溝１３及び１４は、後述するように、ピーニングによって形成されたものである。ピーニングとは、材料に機械的な繰り返し衝撃を付与する処理方法である。本実施形態によるピーニングでは、所定の先端部曲率半径を有する振動端子で被処理部を繰り返し打撃する。そのため、打撃溝１３及び１４は、使用した振動端子の先端部曲率半径とほぼ等しい曲率半径を有している。また、打撃溝１３及び１４の近傍には、ピーニングによって圧縮残留応力が付与されている。ピーニング工程とは、振動端子を変えずに繰り返し打撃するピーニングによって、所定の方向（溶接止端等）に沿って長さを有するように溝を形成させる一連の処理をいい、振動端子を変える度に次のピーニング工程に移行する。

打撃溝１３及び１４は、オーバラップ疵及び折れ込み疵を有さない。

図２に示すように、打撃溝１３の最深部と打撃溝１４と最深部とは、距離ｄだけ離れて形成されている。ここで、打撃溝１３及び１４の最深部とは、母材１１の表面を基準として、母材１１の表面と垂直な方向に最も離れた箇所をいう。距離ｄは、打撃溝１３の幅をｗ１、打撃溝１４の幅をｗ２として、５×Ｍｉｎ．（ｗ１，ｗ２）以下である。ただし、Ｍｉｎ．（ｗ１，ｗ２）はｗ１及びｗ２の最小値を意味する。

なお、打撃溝１３の幅ｗ１は、打撃溝１３の長さ方向（溶接止端の長さ方向と平行な方向）と垂直な断面（図２の断面）において、打撃溝１３の一方の端点から他方の端点までの、母材１１の表面と平行な方向に沿った距離である。同様に、打撃溝１４の幅ｗ２は、打撃溝１４の長さ方向（溶接止端の長さ方向と平行な方向）と垂直な断面（図２の断面）において、打撃溝１４の一方の端点から他方の端点までの、母材１１の表面と平行な方向に沿った距離である。

［溶接継手の製造方法］
図３は、溶接継手１の製造方法の一例を示すフロー図である。この製造方法は、打撃溝１３を形成する工程（ステップＳ１）と、打撃溝１４を形成する工程（ステップＳ２）とを含んでいる。以下、各工程を詳述する。

［打撃溝１３を形成する工程（ステップＳ１）］
まず、溶接止端に沿って、幅ｗ１を有するライン状の打撃溝１３を形成する（ステップＳ１）。この工程は、第１ピーニング工程から第３ピーニング工程を含んでいる（ステップＳ１−１〜Ｓ１−３）。

ピーニングは例えば、ＵＩＴ（Ultrasonic Impact Treatment；超音波衝撃処理）、ＵＰ（Ultrasonic Peening；超音波ピーニング)、ＵＰＴ（Ultrasonic Peening Treatment；超音波ピーニング処理）、ＨｉＦＩＴ（High Frequency Impact Treatment；高周波衝撃処理）、ＰＩＴ（Pneumatic Impact treatment；圧縮空気衝撃処理）、ＵＮＰ（Ultrasonic needle peening；超音波ニードルピーニング）、エアツールによるピーニングやハンマーピーニング等を用いることができる。高周波のピーニング、及び周波数の低いピーニングのいずれであってもよく、周波数の低いピーニングであっても、処理後の形状が高周波でのピーニングと同等であれば、高周波でのピーニングと同等の効果が得られる。

打撃溝１３を形成する工程の第１ピーニング工程（ステップＳ１−１）で使用する振動端子の先端部曲率半径Ｒａ_１は、好ましくは２〜１０ｍｍであり。より好ましくは２〜３ｍｍである。先端部曲率半径Ｒａ_１は、好ましくは、ピーニング前の溶接止端の曲率半径をρ（ｍｍ）、後述するフランク角をθ（度）として、下記の式（３）を満たす。
ρ／θ≧Ｒａ_１／１００ （３）

式（３）を満たす振動端子の先端部曲率半径を求める際における溶接止端のフランク角θと溶接止端の曲率半径ρの測定位置は、溶接止端から発生するオーバラップ疵を抑制できるように適宜選択すればよい。例えば、溶接止端の形状が乱れていない場所を少なくても１箇所測定すればよい。また、複数箇所測定し、式（３）の左辺の値が最も小さい値を採用してもよい。

この第１ピーニング工程では、オーバラップ疵が残らないようにピーニングする。オーバラップ疵が残らないようにピーニングする方法には、以下に説明するように、先端部曲率半径が小さい振動端子を使用する方法、ゆっくりとピーニングする方法、長時間ピーニングする方法等がある。

図４は、ピーニング前の溶接止端の一例を示す断面図である。溶接止端は、曲率半径ρと、フランク角θとを有している。曲率半径ρが小さいほど、溶接止端に応力が集中しやすい。同様に、フランク角θが大きい程、溶接止端に応力が集中しやすい。なお、溶接止端のフランク角θとは、母材１１の表面に対して溶接金属が盛り上がる角度であり、例えば池田一夫、出納真平、五代友和、小川恒司、「高張力鋼すみ肉溶接継手の疲れ強さの改善」、溶接学会誌、第４４巻、第２号、１９７５年、第１２８〜１３５頁に記載されている。

ここで、図５Ａ〜図５Ｄを参照して、オーバラップ疵が発生するメカニズムを説明する。図５Ａに示すように、ピーニングに使用する振動端子２０の先端部曲率半径ｒが溶接止端の曲率半径よりも大きい場合、振動端子２０と溶接止端との間に隙間ができる。この状態から図５Ｂのように振動端子２０を押し当てると、溶接止端が塑性流動してオーバラップ疵１３１が形成される。

振動端子２０による打撃を繰り返すと、図５Ｃ及び図５Ｄに示すように、オーバラップ疵１３１は、振動端子２０による打撃で圧潰され、徐々に薄くなる。そのため、オーバラップ疵１３１は、振動端子２０による打撃を十分に繰り返すことで除去することができる。ただし、深いオーバラップ疵１３１が形成されると、これを除去するのに長時間を要したり、完全に除去することが困難になったりする場合がある。

振動端子２０の先端部曲率半径と溶接止端の曲率半径との差が大きいほど、振動端子２０と溶接止端との間の隙間が大きくなり、塑性流動する領域が大きくなる。その結果、深いオーバラップ疵１３１が形成されやすくなる。

そのため、溶接止端に対して実施する第１ピーニング工程では、小さい先端部曲率半径の振動端子を使用することが好ましい。ただし、振動端子の先端部曲率半径が小さすぎると、ＳＣＣを抑制するために必要な圧縮応力を付与する領域が小さくなる。また、後述する最終のピーニングまでの段数が多くなり、効率が低下する。

溶接止端の曲率半径ρ及びフランク角θと振動端子の先端部曲率半径Ｒａ_１とが、上述した式（３）の関係を満たせば、初期に形成されるオーバラップ疵１３１を十分に小さくできる。そのため、オーバラップ疵１３１を短時間で除去することができる。したがって、溶接止端に対して実施する第１ピーニング工程では、式（３）を満たす先端部曲率半径Ｒａ_１の振動端子を使用することが好ましい。

ただし、振動端子の先端部曲率半径Ｒａ_１が式（３）を満たさなくても、周波数を小さくしてゆっくりとピーニングしたり、長時間ピーニングしたりすることでオーバラップ疵１３１を除去することが可能である。この場合、オーバラップ疵の有無をルーペで確認しながら作業することが好ましい。

打撃溝１３を形成する工程（ステップＳ１（図１））は、さらに２つの追加のピーニング工程を含んでいる（ステップＳ１−２及びＳ１−３）。これらの工程では、異なる先端部曲率半径の振動端子を使用する。具体的には、第ｉピーニング工程（ｉは２又は３以上）では、下記の式（１）を満たす先端部曲率半径Ｒａ_ｉの振動端子を使用する。
Ｒａ_ｉ−１＜Ｒａ_ｉ≦２×Ｒａ_ｉ−１ （１）

すなわち、追加のピーニング工程（ステップＳ１−２及びＳ１−３）では、前段のピーニング工程で使用した振動端子の先端部曲率半径よりも大きく、かつ、前段のピーニング工程で使用した振動端子の先端部曲率半径の２倍以内の先端部曲率半径を持った振動端子を使用する。

また、第３ピーニング工程（ステップＳ１−３）では、先端部曲率半径が４ｍｍ以上の振動端子を使用する。

再び図５Ａ〜図５Ｄを参照して、折れ込み疵が発生するメカニズムを説明する。図５Ｂに示すように、振動端子２０を被処理部に押し当てると、振動端子２０の両脇にエッジ部１３２が形成される。その後、振動端子２０による打撃を繰り返すと、図５Ｃ及び図５Ｄに示すように、エッジ部１３２が圧潰されて、折れ込み疵１３３が形成される。

折れ込み疵１３３は、振動端子２０による打撃で圧潰され、徐々に薄くなる。しかし、エッジ部１３２も新たに形成されるため、振動端子２０による打撃を繰り返しても、折れ込み疵１３３を完全に除去することは困難である。

そこで、振動端子の先端部曲率半径を段階的に大きくしてピーニングをする。振動端子の先端部曲率半径が大きい程、エッジ部１３２の大きさは小さくなる。最終のピーニング工程では先端部曲率半径が４ｍｍ以上の振動端子とすれば、折れ込み疵１３３を完全に除去することができる。

振動端子の先端部曲率半径を急激に大きくすると、初期に形成される折れ込み疵１３３が大きくなる。そのため、これを除去するのに長時間を要したり、完全に除去することが困難になったりする場合がある。具体的には、振動端子の先端部曲率半径が前段のピーニング工程で使用した振動端子の先端部曲率半径の２倍を超えると、初期に形成される折れ込み疵１３３が大きくなる。そのため、振動端子の先端部曲率半径は、前段のピーニング工程で使用した振動端子の先端部曲率半径の２倍以下にする。

［打撃溝１４を形成する工程（ステップＳ２）］
続いて、母材１１に、溶接止端と概略平行で幅ｗ２を有するライン状の打撃溝１４を形成する（ステップＳ２）。この工程も、第１ピーニング工程から第３ピーニング工程を含んでいる（ステップＳ２−１〜Ｓ２−３）。

打撃溝１４を形成する工程の第１ピーニング工程（ステップＳ２−１）で使用する振動端子の先端部曲率半径Ｒｂ_１は、好ましくは２〜１０ｍｍである。打撃溝１４は、打撃溝１３のように溶接止端と重なるように形成するのではなく、母材１１に形成するため、打撃溝１３のようにオーバラップ疵が形成されることはない。そのため、第１ピーニング工程で使用する振動端子の先端部曲率半径を比較的大きくできる。

打撃溝１４を形成する工程（ステップＳ２）も、折れ込み疵を防止するため、さらに２つの追加のピーニング工程を含んでいる（ステップＳ２−２及びＳ２−３）。打撃溝１３の場合と同様に、これらの工程では、異なる先端部曲率半径の振動端子を使用する。具体的には、第ｊピーニング工程（ｊは２又は３以上）では、下記の式（２）を満たす先端部曲率半径Ｒｂ_ｊの振動端子を使用する。また、第３ピーニング工程（ステップＳ２−３）では、先端部曲率半径が４ｍｍ以上の振動端子を使用する。これらの理由は、打撃溝１３を形成する工程（ステップＳ１）での理由と同様である。
Ｒｂ_ｊ−１＜Ｒｂ_ｊ≦２×Ｒｂ_ｊ−１ （２）

以上、溶接継手１の製造方法の一例を説明した。この製造方法によれば、打撃溝１３及び１４にオーバラップ疵や折れ込み疵が生じないようにすることができる。

［溶接継手１の効果］
溶接継手１は、溶接止端と重なるように形成されたライン状の打撃溝１３を備えている。打撃溝１３は、オーバラップ疵及び折れ込み疵を有さない。この構成によれば、打撃溝１３によって溶接止端への応力集中が緩和され、かつ圧縮残留応力が付与される。そのため、溶接止端を起点とするＳＣＣの発生を抑制することができる。

ＳＣＣは、応力と腐食とが重畳することで生じる。ＳＣＣは、局所的に応力が集中している溶接止端だけではなく、その周囲でも起こる場合がある。

溶接継手１は、打撃溝１３に加えて、溶接止端と概略平行にライン状に母材に形成された打撃溝１４を備えている。打撃溝１４も、オーバラップ疵及び折れ込み疵を有さない。打撃溝１３及び１４のまわりには、圧縮残留応力が付与されている。そのため、打撃溝１３及び１４のまわりでは、ＳＣＣの発生が抑制される。

打撃溝１３と打撃溝１４とが重なると、重なった部分で折れ込み疵などが生じるおそれがあるため、打撃溝１３と打撃溝１４とは離間していることが好ましい。広い面積をカバーするためにも、打撃溝１３と打撃溝１４とは概略平行に形成しておく必要がある。

打撃溝１３と打撃溝１４との距離が離れすぎていると、打撃溝１３と打撃溝１４との間にＳＣＣを抑制できない箇所が生じるおそれがある。残留応力が付与されている領域の大きさは、打撃溝１３及び打撃溝１４の幅に概ね比例する。本実施形態では、打撃溝１３の最深部と打撃溝１４と最深部との間の距離ｄを、５×Ｍｉｎ．（ｗ１，ｗ２）以下にする。すなわち、距離ｄを、幅ｗ１と幅ｗ２の小さい方の５倍以下にする。これによって、打撃溝１３と打撃溝１４との間にＳＣＣを抑制できない箇所が生じないようにできる。

幅ｗ１及び幅ｗ２は、ピーニングに用いる振動端子の軸直径ｆ（図５Ａ）と概ね等しいか、軸直径ｆよりも少し大きくなる。幅ｗ１及び幅ｗ２は、通常は３〜５ｍｍ程度である。そのため、打撃溝１３の最深部と打撃溝１４と最深部と距離ｄは、好ましくは１５ｍｍ以下であり、さらに好ましくは１２ｍｍ以下である。

打撃溝１３と打撃溝１４との距離が近いほど、その間でのＳＣＣの発生をより確実に抑制することができる。一方、打撃溝１３と打撃溝１４との距離が近すぎると、打撃溝１３と打撃溝１４とによってＳＣＣの発生を抑制できる面積が小さくなる。そのため、打撃溝１３の最深部と打撃溝１４の最深部との間の距離ｄは、好ましくは５ｍｍ以上であり、さらに好ましくは８ｍｍ以上である。

以上、溶接継手１の構成、製造方法、及び効果を説明した。本実施形態によれば、ＳＣＣを抑制することができる溶接継手が得られる。

上記の実施形態では、母材に打撃溝が１本だけ形成されている場合を説明した。しかし、母材に打撃溝が２本以上形成されていてもよい。打撃溝の数が多いほど、ＳＣＣを抑制できる面積を広くできるため好ましい。この場合、隣接する打撃溝の最深部間の距離が、打撃溝の幅の小さい方の５倍以下になるようにすればよい。

上記の実施形態では、溶接止端と母材に打撃溝を形成する場合を説明した。しかし、溶接ビードの幅が広かったり、溶接ビードが多層に重なったりする場合は、溶接ビード（溶接金属）上にもライン状に打撃溝を形成してよい。この場合も、隣接する打撃溝の最深部間の距離が、打撃溝の幅の小さい方の５倍以下になるようにすればよい。打撃溝の位置はＳＣＣをより抑制すべき位置に設ければよく、溶接止端から母材にかけてＳＣＣをより抑制すべき場合には溶接止端と母材とに打撃溝を形成すればよく、溶接止端から溶接金属にかけてＳＣＣをより抑制すべき場合は溶接止端と溶接金属とに打撃溝を形成すればよく、溶接止端から母材及び溶接止端から溶接金属の双方においてＳＣＣをより抑制すべき場合は溶接止端、母材及び溶接金属に打撃溝を形成すればよい。

図３の例では、打撃溝１３を形成する工程（ステップＳ１）として、合計３つのピーニング工程を有する場合を説明した。しかし、打撃溝１３を形成する工程（ステップＳ１）は、２つ以上のピーニング工程を含んでいればよい。したがって、ピーニング工程は２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。打撃溝１４を形成する工程（ステップＳ２）においても同様に、ピーニング工程は２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。

図３の例では、打撃溝１３を形成する工程（ステップＳ１）と打撃溝１４を形成する工程（ステップＳ２）とを、この順番で実施する場合を説明した。しかし、打撃溝１３を形成する工程と打撃溝１４を形成する工程とは、どちらを先に実施してもよい。

［溶接継手の製造方法の他の例１］
図６は、溶接継手１の製造方法の他の例を示すフロー図である。この製造方法は、打撃溝１３を形成する工程（ステップＳ１）の前に、溶接止端を研削又は研磨する工程（ステップＳ３）をさらに備えている。

この製造方法では、溶接止端をピーニングする前に、あらかじめ溶接止端を研削又は研磨して、溶接止端の形状を改善する。具体的には、図４に示した溶接止端の曲率半径ρが大きくなるように、あるいは、フランク角θが小さくなるように、溶接止端を加工する。これによって、打撃溝１３を形成する工程の第１ピーニング工程（ステップＳ１−１）で用いる振動端子の先端部曲率半径Ｒａ_１が、上述した式（３）を満たすようにする。すなわちこの製造方法では、溶接止端の形状に合わせてＲａ_１を選択するのではなく、Ｒａ_１に合わせて溶接止端を加工する。

溶接止端の研削又は研磨には、例えば、ハンドグラインダーの先端に、超硬バーや軸付砥石を取り付けたものを用いることができる。この場合、高速で回転している超硬バーや軸付砥石を、溶接止端に押し当てることで実施する。ハンドグラインダーに代えて、ハンドドリルを用いてもよい。また、超硬バーや軸付砥石に代えて、刃物やヤスリを用いてもよい。また、電解研磨や化学研磨を用いてもよい。

この製造方法によっても、打撃溝１３にオーバラップ疵や折れ込み疵がないようにすることができる。

［溶接継手の製造方法の他の例２］
図７は、溶接継手１の製造方法のさらに他の例を示すフロー図である。この製造方法は、打撃溝１４を形成する工程（ステップＳ２）の後に、打撃溝１４を研削又は研磨する工程（ステップＳ４）をさらに備えている。

図８は、研削又は研磨した打撃溝１４の断面図である。打撃溝１４を研削又は研磨する工程（ステップＳ４）では、図８に示すように、打撃溝１４の表面を研削又は研磨して、折れ込み疵１４３を除去する。この方法は、ピーニングで折れ込み疵１４３を除去しきれなかった場合に、補助的に用いることができる。

打撃溝１４の研削又は研磨には、溶接止端の場合と同様に、ハンドグラインダーの先端に、超硬バーや軸付砥石を取り付けたものを用いることができる。ハンドグラインダーに代えて、ハンドドリルを用いてもよい。また、超硬バーや軸付砥石に代えて、刃物やヤスリを用いてもよい。また、電解研磨や化学研磨を用いてもよい。

打撃溝１４を研削又は研磨する深さｔは、０．１〜２．０ｍｍである。深さｔが０．１ｍｍ未満だと、折れ込み疵１４３を除去しきれない場合がある。深さｔが２．０ｍｍを超えると、ピーニングによって導入した圧縮残留応力を残せなくなる場合がある。

この製造方法によっても、打撃溝１４に折れ込み疵がないようにすることができる。

なお、図７の例では、打撃溝１４を研削又は研磨する場合を説明したが、打撃溝１３を研削又は研磨して、打撃溝１３のオーバラップ疵や折れ込み疵を除去するようにしてもよい。また、打撃溝１３及び１４の両方を研削又は研磨してもよい。

以下、実施例によって本発明をより具体的に説明する。本発明はこれらの実施例に限定されない。

引張強さ５０ｋｇｆ／ｍｍ^２（４９０ＭＰａ）級の被覆アーク溶接継手に対して、振動端子の先端形状を変えながらＵＩＴによるピーニングを実施し、打撃溝を形成した。振動周波数は２７ｋＨｚ、仕事率は１ｋＷとした。

打撃溝中のオーバラップ疵、折れ込み疵の有無をルーペで観察して判定した。

ＳＣＣ試験には、ダブルベントビーム試験を用いた。具体的には、溶接継手から溶接部とその近傍の打撃溝とを含む領域を試験片として採取し、試験片片側表面に降伏応力の７５％以上の応力を付与した。打撃溝を含む試験部が露出する状態を維持しながら、試験片を試験溶液に浸漬して、腐食環境に暴露した。所定の試験期間経過後、試験片を取り出し、打撃溝を含む引張応力側をマイクロスコープで確認してＳＣＣの有無を判定した。

ＳＣＣ試験の条件は、下記のとおりである。
腐食環境：ＣＯ_２ガスを飽和させたリーンアミン環境
試験溶液：モノエタノールアミンを２０質量％含む水溶液
溶液温度：７０℃
印可電圧：−０．５Ｖ（ＳＳＥ）
試験期間：２週間以上

試験結果を表１に示す。

表１において、「溶接止端形状・寸法」の欄には、溶接止端のフランク角θ及び曲率半径ρが記載されている。

「第１の打撃溝」の欄には溶接止端と重なるように形成した打撃溝について、「第２の打撃溝」の欄には母材に形成した打撃溝について記載されている。「打撃溝の処理順番」の欄には、打撃溝を形成した順番について記載されている。それぞれ、「被処理部」の欄には、打撃溝を形成した箇所が記載され、「振動端子の先端部曲率半径」の欄には、使用した振動端子の先端部曲率半径が記載されている。「Ｒ１」、「Ｒ２」、「Ｒ３」はそれぞれ、第１ピーニング工程、第２ピーニング工程、第３ピーニング工程に使用した振動端子の先端部曲率半径である。同欄の「−」は、当該ピーニング工程をしていないことを示す。

「ｗ１」には第１の打撃溝の幅、「ｗ２」には第２の打撃溝の幅が記載されている。なお、２つの打撃溝の形成にはいずれも先端部曲率半径と同じ大きさの軸直径の振動端子を使用し、形成された打撃溝の深さをおおよそ０．５ｍｍに管理することで、打撃溝の幅はおおよそ３．５〜６．５ｍｍとなった。

「ｄ」の欄には、２つの打撃溝の最深部間の距離が記載されている。

「加工疵の有無」の欄には、オーバラップ疵及び折れ込み疵の有無が記載されている。なお、Ｎｏ．５では、打撃溝形成後、打撃溝の表面を研削して、オーバラップ疵及び折れ込み疵を除去した。

「ＳＣＣ試験の試験結果」の欄には、ＳＣＣ試験後のＳＣＣの有無が記載されている。

表１に示すように、Ｎｏ．１〜５の溶接継手には、オーバラップ疵及び折れ込み疵がなく、ＳＣＣも発生しなかった。

Ｎｏ．６の溶接継手では、溶接止端にしか打撃溝を形成しなかった。そのため、溶接止端から離れた箇所でＳＣＣが発生した。

Ｎｏ．７の溶接継手には、打撃溝にオーバラップ疵及び折れ込み疵が存在した。そのため、溶接止端でＳＣＣが発生した。オーバラップ疵が存在したのは、溶接止端の形状に対して第１ピーニング工程で使用した振動端子の先端部曲率半径が大きすぎたためと考えられる。また、折れ込み疵が存在したのは、多重ピーニングをしなかったためと考えられる。

Ｎｏ．８の溶接継手には、打撃溝に折れ込み疵が存在した。そのため、溶接止端でＳＣＣが発生した。折れ込み疵が存在したのは、第２ピーニング工程で使用した振動端子の先端部曲率半径が小さすぎたためと考えられる。

Ｎｏ．９の溶接継手は、溶接止端及びその近傍の母材に打撃溝が形成され、各打撃溝中にオーバラップ疵や折れ込み疵が存在しなかった。しかし、２つの打撃溝の最深部間の距離ｄが大きすぎたため、２つの打撃溝の間でＳＣＣが発生した。

Ｎｏ．１０の溶接継手では、２つの打撃溝の最深部間の距離ｄは幅ｗ１と幅ｗ２との小さい方の５倍以下であった。しかし、第１の打撃溝にオーバラップ疵があったため、当該疵を起点にＳＣＣが発生した。

Ｎｏ．１１の溶接継手では、２つの打撃溝の最深部間の距離ｄは幅ｗ１と幅ｗ２との小さい方の５倍以下であった。しかし、第２の打撃溝に折れ込み疵があったため、当該疵を起点にＳＣＣが発生した。

以上、本発明の実施形態を説明したが、上述した実施形態は本発明を実施するための例示にすぎない。よって、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態を適宜変形して実施することが可能である。

本発明によれば、ＳＣＣを抑制することができる溶接継手が得られる。したがって、本発明により得られる溶接継手は、応力腐食割れを生じる環境で使用される化学反応容器等に好適に利用できる。

１ 溶接継手
１１ 母材
１２ 溶接金属
１３、１４ 打撃溝
２０ 振動端子

Claims (6)

1. 溶接止端と重なるように、幅ｗ１を有するライン状の第１の打撃溝を形成する工程と、
   母材又は溶接金属に、前記溶接止端と概略平行で幅ｗ２を有するライン状の第２の打撃溝を形成する工程とを備え、
   前記第１の打撃溝を形成する工程は、先端部曲率半径Ｒａ_１の振動端子を使用してオーバラップ疵が残らないように行う第１ピーニング工程と、さらに１つ以上の追加のピーニング工程とを含み、追加のピーニング工程である第ｉピーニング工程では、下記の式（１）を満たす先端部曲率半径Ｒａ_ｉの振動端子を使用し、かつ、最終のピーニング工程では先端部曲率半径が４ｍｍ以上の振動端子を使用し、
   前記第２の打撃溝を形成する工程は、先端部曲率半径Ｒｂ_１の振動端子を使用して行う第１ピーニング工程と、さらに１つ以上の追加のピーニング工程とを含み、追加のピーニング工程である第ｊピーニング工程では、下記の式（２）を満たす先端部曲率半径Ｒｂ_ｊの振動端子を使用し、かつ、最終のピーニング工程では先端部曲率半径が４ｍｍ以上の振動端子を使用し、
   前記第１の打撃溝の最深部と前記第２の打撃溝の最深部との間の距離が、５×Ｍｉｎ．（ｗ１，ｗ２）以下であり、前記第１の打撃溝と前記第２の打撃溝とは離間している、溶接継手の製造方法。
   Ｒａ_ｉ−１＜Ｒａ_ｉ≦２×Ｒａ_ｉ−１ （１）
   Ｒｂ_ｊ−１＜Ｒｂ_ｊ≦２×Ｒｂ_ｊ−１ （２）
   ただし、Ｍｉｎ．（ｗ１，ｗ２）はｗ１及びｗ２の最小値を意味し、ｉ及びｊは２以上の整数である。
2. 請求項１に記載の製造方法であって、
   前記Ｒａ_１が２〜１０ｍｍである、溶接継手の製造方法。
3. 請求項１又は２に記載の製造方法であって、
   前記第１の打撃溝を形成する前の前記溶接止端の曲率半径をρ、フランク角をθとして、前記Ｒａ_１が下記の式（３）を満たす、溶接継手の製造方法。
   ρ／θ≧Ｒａ_１／１００ （３）
   ただし、Ｒａ_１及びρの単位はｍｍであり、θの単位は度である。
4. 請求項３に記載の製造方法であって、
   前記第１の打撃溝を形成する前に、前記溶接止端を研削又は研磨する工程をさらに備える、溶接継手の製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の製造方法であって、
   前記第１の打撃溝及び前記第２の打撃溝の少なくとも一方を０．１〜２ｍｍ研削又は研磨する工程をさらに備える、溶接継手の製造方法。
6. 母材と、
   溶接金属と、
   溶接止端と重なるように形成され、幅ｗ１を有するライン状の第１の打撃溝と、
   前記母材又は前記溶接金属に形成され、前記溶接止端と概略平行で幅ｗ２を有するライン状の第２の打撃溝とを備え、
   前記第１の打撃溝及び前記第２の打撃溝は、オーバラップ疵及び折れ込み疵を有さず、
   前記第１の打撃溝の最深部と前記第２の打撃溝の最深部との間の距離が、５×Ｍｉｎ．（ｗ１，ｗ２）以下であり、前記第１の打撃溝と前記第２の打撃溝とは離間している、溶接継手。
   ただし、Ｍｉｎ．（ｗ１，ｗ２）はｗ１及びｗ２の最小値を意味する。

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