JPH0421717A - 溶接継手の疲労強度向上法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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。

〈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。

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。

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」には最適ビ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＝５ｍ、ハンマ打撃角度θ＝４０°、打撃空気
圧Ｐ　＝　４　ｋｇ／ｃｍ２、およびハンマ移動速度＝
　４００閣／　ｍ　ｉ　ｎである０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、その改善度合は溶
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５鼠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。

〈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
止端部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
〜２．８ｍのハンマチップラ用いて、打撃圧力３〜５ｋ
ｇ／ｃＩｉｌ、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
与するこ々が効果的である。

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４繭、３ｖｔｒ＋、　　２．８１１ＩＩｌ＼
２＋ｗ＋、１ｍｌ１１のハンマチップを用意して、その
ことをｌｉＩ！認する実験を行った。

打撃圧力４　、０　ｋｇ　／　ｃｄ、ハンマ打撃角度４
０度の条件でＹＳ４６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、２．８鴫、２＋＋＋ｎ、１闘のハンマチップ
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４　ｍｍ、３吋のハンマチップ
を用いた場合には、溶接学会誌に記載された５陥のもの
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．
０〜２．８閣とした。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１．０〜２．８髄と
し、打撃圧力３〜５　ｋｇ／ｃｍ２、ハンマ打撃角度３
０〜５０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２．０閣である。この千ノブホル
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−，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に押し付はハンマ
打撃角度を３０〜５０度にした状態で２６００回／＋ｆ
ｆ１ｊｌｌ速度で打撃する。

このとき、押し付は圧力は圧力ゲージ５を３〜５　ｋｇ
　／　ｖｍ　’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。

なお、圧縮残留応力σｌｌｌ５はσ□、＝Ｅ（ε。

σＡ　／　Ｅ　）で近似できる（第７図参照）、こ・に
、Ｅ：ヤング率、σＡ　：負荷応力、εＡ　二弾性正・ この圧縮残留応力を付与するハンマ打撃条件は、σ＾と
ε＾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１の状態において引張残留応力を示
す継手も、母材の砕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】０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。

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１０Ｓ回であリハン
マ打馨処理のものは２ＸＩＯ’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２５０ＭＰａと上昇率は３５０％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。

〈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、母材の陳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。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法を実施する打撃ハンマ装百の外観
図、第２図は、本発明の詳細な説明図、第３図（ａｌ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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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／ｃｍ＾２、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。