JPH06142931A - 炭素鋼あるいは低合金鋼溶接継手の疲労強度向上溶接方法 - Google Patents
炭素鋼あるいは低合金鋼溶接継手の疲労強度向上溶接方法Info
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- JPH06142931A JPH06142931A JP32625192A JP32625192A JPH06142931A JP H06142931 A JPH06142931 A JP H06142931A JP 32625192 A JP32625192 A JP 32625192A JP 32625192 A JP32625192 A JP 32625192A JP H06142931 A JPH06142931 A JP H06142931A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 炭素鋼あるいは低合金鋼の構造物において、
溶接材料、溶接入熱およびシールドガスを調節して継手
疲労強度の向上を安定して得る。 【構成】 炭素鋼あるいは低合金鋼をガスシールドアー
ク溶接するさいに、重量比でＮｉ：３．０〜７．０％を
含有する溶接ワイヤを用い、溶接入熱１０ｋＪ／ｃｍ超
でＡｒとＣＯ2 の混合ガスあるいはＡｒによるシールド
を行う。 【効果】 疲労破壊が問題となる炭素鋼あるいは低合金
鋼の構造物において、設計・施工面で特別な配慮を必要
とせず高い継手疲労強度を得る。
溶接材料、溶接入熱およびシールドガスを調節して継手
疲労強度の向上を安定して得る。 【構成】 炭素鋼あるいは低合金鋼をガスシールドアー
ク溶接するさいに、重量比でＮｉ：３．０〜７．０％を
含有する溶接ワイヤを用い、溶接入熱１０ｋＪ／ｃｍ超
でＡｒとＣＯ2 の混合ガスあるいはＡｒによるシールド
を行う。 【効果】 疲労破壊が問題となる炭素鋼あるいは低合金
鋼の構造物において、設計・施工面で特別な配慮を必要
とせず高い継手疲労強度を得る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、炭素鋼あるいは低合金
鋼の溶接継手の疲労特性を向上させる溶接方法にかかわ
るものであり、さらに詳しくは、溶接止端部の残留応力
を低減させて溶接継手の疲労強度を向上させる溶接方法
に関するものである。
鋼の溶接継手の疲労特性を向上させる溶接方法にかかわ
るものであり、さらに詳しくは、溶接止端部の残留応力
を低減させて溶接継手の疲労強度を向上させる溶接方法
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に炭素鋼または低合金鋼母材の疲労
強度は母材強度の増加につれて増加するが、溶接された
継手の疲労強度（以下、継手疲労強度という）は母材強
度を上昇させても向上しないことが通説となっていた。
従って高張力鋼の継手疲労強度は低強度鋼のそれとほぼ
同じであり、疲労破壊が問題となる構造物では、高張力
鋼を用いても設計強度を上げることができず、止端処理
と呼ばれる改善処理により高張力鋼の継手疲労強度を確
保する方法が研究されてきた。例えば、グラインダーに
よって止端を研削して止端半径を大きくする方法、ＴＩ
Ｇ溶接およびプラズマ処理によって止端部を再溶融して
止端形状を滑らかにする方法（例えば特公昭５４−３０
３８６号）、ショットピーニングによって止端部に圧縮
残留応力を発生させる方法などが代表的な止端処理方法
である。継手疲労強度が鋼板母材によらずほぼ同じであ
る主因は、主に溶接継手止端に弾性応力換算でおよそ２
〜５倍程度の応力が集中すること、および溶接によって
発生する降伏応力程度の引張残留応力であり、これらの
厳しい条件が継手疲労強度の鋼材依存性をなくしている
ものと考えられている。
強度は母材強度の増加につれて増加するが、溶接された
継手の疲労強度（以下、継手疲労強度という）は母材強
度を上昇させても向上しないことが通説となっていた。
従って高張力鋼の継手疲労強度は低強度鋼のそれとほぼ
同じであり、疲労破壊が問題となる構造物では、高張力
鋼を用いても設計強度を上げることができず、止端処理
と呼ばれる改善処理により高張力鋼の継手疲労強度を確
保する方法が研究されてきた。例えば、グラインダーに
よって止端を研削して止端半径を大きくする方法、ＴＩ
Ｇ溶接およびプラズマ処理によって止端部を再溶融して
止端形状を滑らかにする方法（例えば特公昭５４−３０
３８６号）、ショットピーニングによって止端部に圧縮
残留応力を発生させる方法などが代表的な止端処理方法
である。継手疲労強度が鋼板母材によらずほぼ同じであ
る主因は、主に溶接継手止端に弾性応力換算でおよそ２
〜５倍程度の応力が集中すること、および溶接によって
発生する降伏応力程度の引張残留応力であり、これらの
厳しい条件が継手疲労強度の鋼材依存性をなくしている
ものと考えられている。
【０００３】一方、溶接材料の観点からは溶接金属の形
状、特に溶接止端部の形状を滑らかにすることによって
継手疲労強度を向上させる方法が検討されてきた。例え
ば溶接金属の濡れ性が良い鉄粉低水素系の溶接棒（ＪＩ
Ｓ Ｚ３２１１のＤ４３２６系）や、剥離性のよいスラ
グを生成するためのフラックスを入れたマイクロワイヤ
などが既に商品化されている。また、銅あるいはアルミ
ニウムなどの低融点かつ低弾性率の金属を止端部に肉盛
り溶接する方法も提案されている（特開昭５３−１３７
０４５号）。
状、特に溶接止端部の形状を滑らかにすることによって
継手疲労強度を向上させる方法が検討されてきた。例え
ば溶接金属の濡れ性が良い鉄粉低水素系の溶接棒（ＪＩ
Ｓ Ｚ３２１１のＤ４３２６系）や、剥離性のよいスラ
グを生成するためのフラックスを入れたマイクロワイヤ
などが既に商品化されている。また、銅あるいはアルミ
ニウムなどの低融点かつ低弾性率の金属を止端部に肉盛
り溶接する方法も提案されている（特開昭５３−１３７
０４５号）。
【０００４】さらに、圧力容器などに使用される低温用
３．５％Ｎｉ鋼、８００ＭＰａ級高張力鋼などの溶接用
には、３〜７％のＮｉを含む溶接棒（ＪＩＳ Ｚ３２４
１のＤＬ−５０１６系やＷＥＳ−１５６のＤＫ８０１６
系など）が市販され、また溶接変形を低減させる目的か
ら０．５〜９％のＮｉを含むワイヤの溶接方法が提案さ
れている（特開平４−２２５９６号）。また、ガスシー
ルド溶接用のガスについては、溶け込み不良などの溶接
欠陥を少なくする目的から、不活性ガスあるいは不活性
ガスと少量のＣＯ2 を混合させたものが広く用いられて
きている。
３．５％Ｎｉ鋼、８００ＭＰａ級高張力鋼などの溶接用
には、３〜７％のＮｉを含む溶接棒（ＪＩＳ Ｚ３２４
１のＤＬ−５０１６系やＷＥＳ−１５６のＤＫ８０１６
系など）が市販され、また溶接変形を低減させる目的か
ら０．５〜９％のＮｉを含むワイヤの溶接方法が提案さ
れている（特開平４−２２５９６号）。また、ガスシー
ルド溶接用のガスについては、溶け込み不良などの溶接
欠陥を少なくする目的から、不活性ガスあるいは不活性
ガスと少量のＣＯ2 を混合させたものが広く用いられて
きている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前記ＪＩＳ Ｚ３２１
１のＤ４３２６系溶接棒や、剥離性のよいスラグを生成
するためのフラックスを入れたマイクロワイヤなどは、
止端形状を滑らかにすることにより疲労強度向上を狙っ
たものであるが、溶融した鉄合金の濡れ性改善には限界
があり、そのため疲労強度向上は従来疲労強度のばらつ
きの範囲を越えるものではなかった。また、特開昭５３
−１３７０４５号の方法は、凝固時に溶接割れや熱影響
部の低温割れの問題が生じるため、実用に耐え得る方法
ではない。
１のＤ４３２６系溶接棒や、剥離性のよいスラグを生成
するためのフラックスを入れたマイクロワイヤなどは、
止端形状を滑らかにすることにより疲労強度向上を狙っ
たものであるが、溶融した鉄合金の濡れ性改善には限界
があり、そのため疲労強度向上は従来疲労強度のばらつ
きの範囲を越えるものではなかった。また、特開昭５３
−１３７０４５号の方法は、凝固時に溶接割れや熱影響
部の低温割れの問題が生じるため、実用に耐え得る方法
ではない。
【０００６】さらに、高合金圧力容器用鋼、低温用鋼な
どの溶接用の３〜７％Ｎｉを含む溶接材料（ＪＩＳ Ｚ
３２４１のＤＬ−５０１６系やＷＥＳ−１５６のＤＫ８
０１６系など）は、鋼板素材とほぼ同じＮｉを含有して
おり、溶接継手の強度および靭性を確保する目的から用
いられてきた。従って、これらの溶接ワイヤは、Ｎｉ含
有合金など特定の高合金鋼にのみ用いられてきており、
さらに高合金圧力容器用鋼の溶接ワイヤでは、Ｃｒ，Ｍ
ｏ等の合金元素を含有し、コスト上高価になるという問
題があった。また不活性ガス、および少量のＣＯ2 を含
む不活性ガスは、十分な溶け込みを得て溶接欠陥を少な
くする、継手強度を確保するなどの目的から使用されて
おり、継手疲労強度の向上を目的とした使用方法は従来
存在しなかった。
どの溶接用の３〜７％Ｎｉを含む溶接材料（ＪＩＳ Ｚ
３２４１のＤＬ−５０１６系やＷＥＳ−１５６のＤＫ８
０１６系など）は、鋼板素材とほぼ同じＮｉを含有して
おり、溶接継手の強度および靭性を確保する目的から用
いられてきた。従って、これらの溶接ワイヤは、Ｎｉ含
有合金など特定の高合金鋼にのみ用いられてきており、
さらに高合金圧力容器用鋼の溶接ワイヤでは、Ｃｒ，Ｍ
ｏ等の合金元素を含有し、コスト上高価になるという問
題があった。また不活性ガス、および少量のＣＯ2 を含
む不活性ガスは、十分な溶け込みを得て溶接欠陥を少な
くする、継手強度を確保するなどの目的から使用されて
おり、継手疲労強度の向上を目的とした使用方法は従来
存在しなかった。
【０００７】また、特開昭４−２２５９６号では溶接変
形を少なくするため、溶接ワイヤ中の成分に関してＮｉ
以外にもＭｎ，Ｃｕ，Ｃ，Ｎｂ，Ｃｒの含有量を規定し
ており、さらに溶接入熱を１０ｋＪ／ｃｍ以下と定めて
いるが、建築，土木，造船等、鋼構造物の溶接施工にお
ける一般的なガスシールド溶接入熱より小さいため、溶
接パスが多くなって溶接能率が悪くなるとともに、溶接
部の溶け込みは不十分となり、溶接変形は防止できるも
のの溶接残留応力の低減効果が不十分となり、溶接継手
の疲労強度が改善されない。
形を少なくするため、溶接ワイヤ中の成分に関してＮｉ
以外にもＭｎ，Ｃｕ，Ｃ，Ｎｂ，Ｃｒの含有量を規定し
ており、さらに溶接入熱を１０ｋＪ／ｃｍ以下と定めて
いるが、建築，土木，造船等、鋼構造物の溶接施工にお
ける一般的なガスシールド溶接入熱より小さいため、溶
接パスが多くなって溶接能率が悪くなるとともに、溶接
部の溶け込みは不十分となり、溶接変形は防止できるも
のの溶接残留応力の低減効果が不十分となり、溶接継手
の疲労強度が改善されない。
【０００８】本発明の目的は、炭素鋼あるいは低合金鋼
の継手疲労強度を向上させるため、溶接材料、溶接入熱
及およびシールドガスを調整し、継手疲労強度の向上を
安定して得ようとするものである。
の継手疲労強度を向上させるため、溶接材料、溶接入熱
及およびシールドガスを調整し、継手疲労強度の向上を
安定して得ようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するものであって、炭素鋼あるいは低合金鋼をガスシー
ルドアーク溶接するさいに、重量比でＮｉ：３．０〜
７．０％を含有する溶接ワイヤを用い、溶接入熱１０ｋ
Ｊ／ｃｍ超でＡｒとＣＯ2 の混合ガスまたはＡｒによる
シールドを行うことを特徴とする炭素鋼あるいは低合金
鋼溶接継手の疲労強度向上溶接方法である。ここで、炭
素鋼とは、ＪＩＳ Ｇ３１０１，Ｇ３１０６に示されて
いるＳＳ４００，ＳＭ４００，ＳＭ４９０などに代表さ
れる一般構造用、溶接構造用等の圧延鋼材をいい、低合
金鋼とはＪＩＳ Ｇ３１０３，Ｇ３１１４，Ｇ３１１
５，Ｇ３１２６，Ｇ４１０９に示されているＳＢ４１
０，ＳＭＡ４９０ＡＰ，ＳＰＶ４９０，ＳＬＡ３２０
Ａ，ＳＣＭＶ４などに代表される耐候性、ボイラおよび
低・中・常温圧力容器用等の鋼板をいう。
するものであって、炭素鋼あるいは低合金鋼をガスシー
ルドアーク溶接するさいに、重量比でＮｉ：３．０〜
７．０％を含有する溶接ワイヤを用い、溶接入熱１０ｋ
Ｊ／ｃｍ超でＡｒとＣＯ2 の混合ガスまたはＡｒによる
シールドを行うことを特徴とする炭素鋼あるいは低合金
鋼溶接継手の疲労強度向上溶接方法である。ここで、炭
素鋼とは、ＪＩＳ Ｇ３１０１，Ｇ３１０６に示されて
いるＳＳ４００，ＳＭ４００，ＳＭ４９０などに代表さ
れる一般構造用、溶接構造用等の圧延鋼材をいい、低合
金鋼とはＪＩＳ Ｇ３１０３，Ｇ３１１４，Ｇ３１１
５，Ｇ３１２６，Ｇ４１０９に示されているＳＢ４１
０，ＳＭＡ４９０ＡＰ，ＳＰＶ４９０，ＳＬＡ３２０
Ａ，ＳＣＭＶ４などに代表される耐候性、ボイラおよび
低・中・常温圧力容器用等の鋼板をいう。
【００１０】
【作用】本発明は溶接ワイヤにＮｉを添加して溶接冷却
過程の変態膨張によって熱歪を低減し、溶接止端部の残
留応力を低減させると共に、入熱を大きくし、かつシー
ルドガスにＡｒとＣＯ2 の混合ガスまたはＡｒを用いる
ことにより、比溶着熱を小さくしながら十分な溶け込み
を得て、止端部における溶接残留応力低減効果を大きく
することを狙ったものである。ここで比溶着熱とはアー
ク溶接において母材に与えられる入熱と母材に溶着した
金属の重量との比のことである。
過程の変態膨張によって熱歪を低減し、溶接止端部の残
留応力を低減させると共に、入熱を大きくし、かつシー
ルドガスにＡｒとＣＯ2 の混合ガスまたはＡｒを用いる
ことにより、比溶着熱を小さくしながら十分な溶け込み
を得て、止端部における溶接残留応力低減効果を大きく
することを狙ったものである。ここで比溶着熱とはアー
ク溶接において母材に与えられる入熱と母材に溶着した
金属の重量との比のことである。
【００１１】まず本発明におけるＮｉの限定理由を述べ
る。Ｎｉは上述のように溶接の冷却過程の変態膨張量を
大きくして熱歪を低減する効果があり、その効果のため
には３．０％以上は必要であるが、多くなると溶接金属
での高温割れや溶接熱影響部での低温割れを生ずるので
含有量は７．０％以下とする。
る。Ｎｉは上述のように溶接の冷却過程の変態膨張量を
大きくして熱歪を低減する効果があり、その効果のため
には３．０％以上は必要であるが、多くなると溶接金属
での高温割れや溶接熱影響部での低温割れを生ずるので
含有量は７．０％以下とする。
【００１２】さらに本発明の溶接方法により炭素鋼ある
いは低合金鋼の継手疲労強度が向上するのは以下の理由
による。一般に鋼板の溶接では高温に加熱された溶接金
属および溶接熱影響部が冷却により熱膨張率による収縮
をしようとするが、構造物による拘束によりそれが妨げ
られ、引張応力が残留することになる。ここで高温に加
熱された溶接金属および溶接熱影響部は急速な冷却過程
で変態し、膨張する。変態膨張が終了し、再び冷却を開
始し、溶接前の歪との差が熱歪であり、室温では残留歪
として溶接継手に存在する。溶接残留応力はこの残留歪
と相関関係があり、残留歪が大きいほど残留応力も大き
い。従って、変態膨張量を大きくするほど熱膨張率によ
る収縮が相殺され熱歪を小さく抑えることができ、溶接
残留応力が低減される。
いは低合金鋼の継手疲労強度が向上するのは以下の理由
による。一般に鋼板の溶接では高温に加熱された溶接金
属および溶接熱影響部が冷却により熱膨張率による収縮
をしようとするが、構造物による拘束によりそれが妨げ
られ、引張応力が残留することになる。ここで高温に加
熱された溶接金属および溶接熱影響部は急速な冷却過程
で変態し、膨張する。変態膨張が終了し、再び冷却を開
始し、溶接前の歪との差が熱歪であり、室温では残留歪
として溶接継手に存在する。溶接残留応力はこの残留歪
と相関関係があり、残留歪が大きいほど残留応力も大き
い。従って、変態膨張量を大きくするほど熱膨張率によ
る収縮が相殺され熱歪を小さく抑えることができ、溶接
残留応力が低減される。
【００１３】変態膨張を伴う熱歪は冷却時の変態開始温
度（Ａｒ3 温度）を低下させることにより小さくでき
る。Ｎｉは冷却時の変態開始温度を低下させる効果があ
るため、変態膨張量の増加による熱歪の低減、さらには
溶接残留応力を低下させることが可能となる。変態開始
温度を低下させる成分元素はＭｏ，Ｃｒなど他にもある
が、Ｎｉに比べて溶接金属の高温割れおよび溶接熱影響
部の低温割れなどが発生しやすく、実用に耐え得る元素
はないと思われる。
度（Ａｒ3 温度）を低下させることにより小さくでき
る。Ｎｉは冷却時の変態開始温度を低下させる効果があ
るため、変態膨張量の増加による熱歪の低減、さらには
溶接残留応力を低下させることが可能となる。変態開始
温度を低下させる成分元素はＭｏ，Ｃｒなど他にもある
が、Ｎｉに比べて溶接金属の高温割れおよび溶接熱影響
部の低温割れなどが発生しやすく、実用に耐え得る元素
はないと思われる。
【００１４】しかしながら、Ｎｉ添加溶材だけでは溶接
残留応力の低減効果は定量的に十分ではない。特に、引
張残留応力の高い回し溶接継手部などの隅肉溶接におい
ては、止端部に母材の降伏応力程度の引張残留応力が発
生する。このような隅肉溶接に対して残留応力を低減さ
せるためには、溶け込みを大きくして、板厚方向に深く
Ｎｉ含有溶接金属を配置させることが有効である。すな
わち、溶接残留応力は板厚方向断面で平衡するため、変
態膨張量の増大に伴う熱歪の低減効果が板厚方向に深く
期待できれば、溶接止端部での残留応力を大きく低減で
きる。そのためには、ある程度溶接入熱を大きくする必
要がある。一般に多層盛溶接の初層を除いて、ガスシー
ルド溶接の入熱は１０〜２０ｋＪ／ｃｍであり、本発明
においても溶け込み確保の観点から、１０ｋＪ／ｃｍ超
は必要である。それ以上の入熱であれば、大きいほど溶
け込みが大きくなり、残留応力低減効果が期待できる。
特開平４−２２５９６号では溶接変形を低減させるた
め、入熱を１０ｋＪ／ｃｍ以下と制限しているが、本発
明では上述のように入熱はむしろ大きい方が好ましく、
１０ｋＪ／ｃｍ以下の小入熱では残留応力低減効果は得
られない。
残留応力の低減効果は定量的に十分ではない。特に、引
張残留応力の高い回し溶接継手部などの隅肉溶接におい
ては、止端部に母材の降伏応力程度の引張残留応力が発
生する。このような隅肉溶接に対して残留応力を低減さ
せるためには、溶け込みを大きくして、板厚方向に深く
Ｎｉ含有溶接金属を配置させることが有効である。すな
わち、溶接残留応力は板厚方向断面で平衡するため、変
態膨張量の増大に伴う熱歪の低減効果が板厚方向に深く
期待できれば、溶接止端部での残留応力を大きく低減で
きる。そのためには、ある程度溶接入熱を大きくする必
要がある。一般に多層盛溶接の初層を除いて、ガスシー
ルド溶接の入熱は１０〜２０ｋＪ／ｃｍであり、本発明
においても溶け込み確保の観点から、１０ｋＪ／ｃｍ超
は必要である。それ以上の入熱であれば、大きいほど溶
け込みが大きくなり、残留応力低減効果が期待できる。
特開平４−２２５９６号では溶接変形を低減させるた
め、入熱を１０ｋＪ／ｃｍ以下と制限しているが、本発
明では上述のように入熱はむしろ大きい方が好ましく、
１０ｋＪ／ｃｍ以下の小入熱では残留応力低減効果は得
られない。
【００１５】さらに同一入熱量での溶け込みを大きくす
るには、Ｎｉ添加のワイヤを用いたＡｒとＣＯ2 の混合
ガスまたはＡｒによるガスシールド溶接が有効である。
すなわち、ガスシールド溶接は被覆溶接棒による手溶接
よりも比溶着熱が小さいことから同じ入熱の場合に溶け
込みを大きくすることができるため、板厚方向により深
くＮｉ添加溶接金属を配置でき、変態膨張量の増大とそ
れに伴う熱歪の低減効果を得ることができる。混合ガス
の成分は、１００％Ａｒが最も望ましいが、Ａｒに混合
されるＣＯ2 ガスが２０％以下であれば、ほぼ同等の効
果が期待できる。ＣＯ2 の比率がそれ以上多くなると、
溶滴の移行形態が異なり溶接アークの安定性が悪くなっ
て、溶け込み量や止端部形状の観点から継手疲労強度に
悪影響を及ぼす可能性がある。
るには、Ｎｉ添加のワイヤを用いたＡｒとＣＯ2 の混合
ガスまたはＡｒによるガスシールド溶接が有効である。
すなわち、ガスシールド溶接は被覆溶接棒による手溶接
よりも比溶着熱が小さいことから同じ入熱の場合に溶け
込みを大きくすることができるため、板厚方向により深
くＮｉ添加溶接金属を配置でき、変態膨張量の増大とそ
れに伴う熱歪の低減効果を得ることができる。混合ガス
の成分は、１００％Ａｒが最も望ましいが、Ａｒに混合
されるＣＯ2 ガスが２０％以下であれば、ほぼ同等の効
果が期待できる。ＣＯ2 の比率がそれ以上多くなると、
溶滴の移行形態が異なり溶接アークの安定性が悪くなっ
て、溶け込み量や止端部形状の観点から継手疲労強度に
悪影響を及ぼす可能性がある。
【００１６】溶接残留応力が疲労強度に及ぼす影響は、
一般に平均応力効果として整理される。疲労強度は、正
の平均応力（引張応力）が大きいほど小さくなり、簡便
な修正Ｇｏｏｄｍａｎ線図に従えば、引張強さの１／２
の大きさの正の平均応力が存在する試験片の疲労強度
は、平均応力の無い試験片の疲労強度の１／２になって
しまう。引張の残留応力は平均応力として溶接止端部に
作用し疲労強度を低下させるため、残留応力を低減させ
る方策が継手疲労強度向上に有効である。本発明の方法
は、溶接ワイヤとシールドガスによって入熱を大きくし
て溶接残留応力を低減させるものであり、継手疲労強度
の向上に有効であることは明らかである。
一般に平均応力効果として整理される。疲労強度は、正
の平均応力（引張応力）が大きいほど小さくなり、簡便
な修正Ｇｏｏｄｍａｎ線図に従えば、引張強さの１／２
の大きさの正の平均応力が存在する試験片の疲労強度
は、平均応力の無い試験片の疲労強度の１／２になって
しまう。引張の残留応力は平均応力として溶接止端部に
作用し疲労強度を低下させるため、残留応力を低減させ
る方策が継手疲労強度向上に有効である。本発明の方法
は、溶接ワイヤとシールドガスによって入熱を大きくし
て溶接残留応力を低減させるものであり、継手疲労強度
の向上に有効であることは明らかである。
【００１７】３〜７％のＮｉを含有する従来の溶接ワイ
ヤは、低温用３．５％Ｎｉ鋼、８００ＭＰａ級高張力鋼
などの高Ｎｉ含有鋼を対象としており、溶接継手の強度
・靭性の確保を目的としていた。従ってその溶接継手の
強度・靭性は、母材と同等以上にするため、母材とほぼ
同じＮｉを含有し、さらに圧力容器用鋼の場合にはＣ
ｒ，Ｍｏ等を添加することが必要とされていた。これに
対して本発明方法は、炭素鋼あるいは低合金鋼を対象と
しており、変態膨張量の増大に伴う熱歪の低減による残
留応力の低減、それによる疲労強度向上を目的としてい
る。従って本発明方法では、溶接継手の強度・靭性は母
材と同等以上の必要性は全く無いので、強度・靭性を向
上させるための母材の成分毎に異なるＮｉ含有量の調整
や、Ｃｒ，Ｍｏ等の添加は不要である。
ヤは、低温用３．５％Ｎｉ鋼、８００ＭＰａ級高張力鋼
などの高Ｎｉ含有鋼を対象としており、溶接継手の強度
・靭性の確保を目的としていた。従ってその溶接継手の
強度・靭性は、母材と同等以上にするため、母材とほぼ
同じＮｉを含有し、さらに圧力容器用鋼の場合にはＣ
ｒ，Ｍｏ等を添加することが必要とされていた。これに
対して本発明方法は、炭素鋼あるいは低合金鋼を対象と
しており、変態膨張量の増大に伴う熱歪の低減による残
留応力の低減、それによる疲労強度向上を目的としてい
る。従って本発明方法では、溶接継手の強度・靭性は母
材と同等以上の必要性は全く無いので、強度・靭性を向
上させるための母材の成分毎に異なるＮｉ含有量の調整
や、Ｃｒ，Ｍｏ等の添加は不要である。
【００１８】さらにＡｒとＣＯ2 の混合ガスまたはＡｒ
は、その他のガスに比べて溶接アークの安定性が良く、
十分な溶け込みが得られるため、溶接欠陥の減少や強度
確保を目的として用いられてきた。しかし本発明方法で
は、変態膨張に伴う熱歪の低減効果をもつ溶接金属の領
域を板厚方向に拡大して、溶接線と直角方向の溶接残留
応力の大幅な低減を狙ったものであり、溶接欠陥の減少
や強度確保の効果は不要である。
は、その他のガスに比べて溶接アークの安定性が良く、
十分な溶け込みが得られるため、溶接欠陥の減少や強度
確保を目的として用いられてきた。しかし本発明方法で
は、変態膨張に伴う熱歪の低減効果をもつ溶接金属の領
域を板厚方向に拡大して、溶接線と直角方向の溶接残留
応力の大幅な低減を狙ったものであり、溶接欠陥の減少
や強度確保の効果は不要である。
【００１９】また本発明方法が、炭素鋼または低合金鋼
にのみ有効であるのは以下の理由による。すなわち中・
高合金鋼の溶接では靭性，耐熱・耐食性などの観点から
既に高合金溶材が用いられており、母材（溶接熱影響
部）および溶材での熱歪低減効果があるため、一般に溶
接残留応力は降伏応力ほど大きくない。従って、母材の
合金含有率が高くなるほど、本発明の溶接方法による疲
労強度向上効果は小さくなると考えられるが、中・高合
金鋼においては従来の高合金鋼用溶接材料を用いた継手
の残留応力との差はほとんど無いと考えられる。
にのみ有効であるのは以下の理由による。すなわち中・
高合金鋼の溶接では靭性，耐熱・耐食性などの観点から
既に高合金溶材が用いられており、母材（溶接熱影響
部）および溶材での熱歪低減効果があるため、一般に溶
接残留応力は降伏応力ほど大きくない。従って、母材の
合金含有率が高くなるほど、本発明の溶接方法による疲
労強度向上効果は小さくなると考えられるが、中・高合
金鋼においては従来の高合金鋼用溶接材料を用いた継手
の残留応力との差はほとんど無いと考えられる。
【００２０】また、本発明は回し溶接継手のような溶接
残留応力の高い場合に特に有効であるが、十字隅肉継
手、Ｔ字隅肉継手においても疲労強度を向上させること
ができる。
残留応力の高い場合に特に有効であるが、十字隅肉継
手、Ｔ字隅肉継手においても疲労強度を向上させること
ができる。
【００２１】
【実施例】表１に示す成分を有する溶接ワイヤを用い、
表２に示す溶接条件でそれぞれ図１ないし図３に示す回
し溶接継手、十字隅肉継手およびＴ字隅肉継手を製作
し、疲労強度を比較した。なお上記各図において（ａ）
は正面図、（ｂ）は平面図である。また、１は溶接金属
であり、寸法の単位はいずれもｍｍである。供試鋼には
表３に示す機械的性質を示す２０ｍｍ厚の４００ＭＰａ
〜７００ＭＰａ級鋼（低炭素鋼）４種類を用いた。疲労
試験は荷重制御片振り疲労試験（応力比Ｒ＝０）を室温
・大気中で行った。Ｔ字隅肉継手については三点曲げ疲
労試験を実施した。比較方法として、溶接方法として入
熱の小さなもの、溶接ワイヤにはＮｉが３％以下のも
の、シールドガスには１００％ＣＯ2 ガスを用いて同様
の溶接継手を製作し、疲労試験を実施した。
表２に示す溶接条件でそれぞれ図１ないし図３に示す回
し溶接継手、十字隅肉継手およびＴ字隅肉継手を製作
し、疲労強度を比較した。なお上記各図において（ａ）
は正面図、（ｂ）は平面図である。また、１は溶接金属
であり、寸法の単位はいずれもｍｍである。供試鋼には
表３に示す機械的性質を示す２０ｍｍ厚の４００ＭＰａ
〜７００ＭＰａ級鋼（低炭素鋼）４種類を用いた。疲労
試験は荷重制御片振り疲労試験（応力比Ｒ＝０）を室温
・大気中で行った。Ｔ字隅肉継手については三点曲げ疲
労試験を実施した。比較方法として、溶接方法として入
熱の小さなもの、溶接ワイヤにはＮｉが３％以下のも
の、シールドガスには１００％ＣＯ2 ガスを用いて同様
の溶接継手を製作し、疲労試験を実施した。
【００２２】
【表１】
【００２３】
【表２】
【００２４】
【表３】
【００２５】鋼板と溶接条件の組み合わせ、および疲労
試験結果を表４に示す。疲労試験結果は、破断寿命が１
×１０5 回および２×１０6 回に対応する疲労強度で示
してある。溶接継手の疲労強度は継手形式により大幅に
異なるが、同一継手形式における疲労強度を比較する
と、本発明の方法は、比較方法に比べて２０％〜４０％
程度疲労強度が向上している。疲労強度向上は、鋼板の
強度レベルに依らず一様に認められている。本発明の方
法による３〜７％Ｎｉの添加ワイヤを用いた場合、１０
０％ＣＯ2 ガスでも疲労強度向上効果がややあるように
見えるが、従来方法のばらつきの範囲内と見なせるであ
ろう。また、本発明の方法では、ワイヤのＮｉ量の差に
よる疲労強度の差はほとんど認められない。
試験結果を表４に示す。疲労試験結果は、破断寿命が１
×１０5 回および２×１０6 回に対応する疲労強度で示
してある。溶接継手の疲労強度は継手形式により大幅に
異なるが、同一継手形式における疲労強度を比較する
と、本発明の方法は、比較方法に比べて２０％〜４０％
程度疲労強度が向上している。疲労強度向上は、鋼板の
強度レベルに依らず一様に認められている。本発明の方
法による３〜７％Ｎｉの添加ワイヤを用いた場合、１０
０％ＣＯ2 ガスでも疲労強度向上効果がややあるように
見えるが、従来方法のばらつきの範囲内と見なせるであ
ろう。また、本発明の方法では、ワイヤのＮｉ量の差に
よる疲労強度の差はほとんど認められない。
【００２６】
【表４】
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の溶接方法
は、回し溶接継手のような降伏応力レベルの溶接残留応
力をもつ継手から、降伏応力ほど大きな残留応力を持た
ない十字隅肉継手、Ｔ字隅肉継手まで、炭素鋼あるいは
低合金鋼溶接継手の疲労特性を向上させることができ
る。従って疲労破壊が問題となる大型構造物での使用に
際し、設計・施工面で特別な配慮を必要とせず高い継手
疲労強度を得ることが可能であり、工業的にその効果は
大きい。
は、回し溶接継手のような降伏応力レベルの溶接残留応
力をもつ継手から、降伏応力ほど大きな残留応力を持た
ない十字隅肉継手、Ｔ字隅肉継手まで、炭素鋼あるいは
低合金鋼溶接継手の疲労特性を向上させることができ
る。従って疲労破壊が問題となる大型構造物での使用に
際し、設計・施工面で特別な配慮を必要とせず高い継手
疲労強度を得ることが可能であり、工業的にその効果は
大きい。
【図１】本発明の実施例における試験片形状・寸法を示
す図で（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。
す図で（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。
【図２】本発明の実施例における試験片形状・寸法を示
す図で（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。
す図で（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。
【図３】本発明の実施例における試験片形状・寸法を示
す図で（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。
す図で（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。
Claims (1)
- 【請求項１】 炭素鋼あるいは低合金鋼をガスシールド
アーク溶接するさいに、重量比でＮｉ：３．０〜７．０
％を含有する溶接ワイヤを用い、溶接入熱１０ｋＪ／ｃ
ｍ超でＡｒとＣＯ2 の混合ガスあるいはＡｒによるシー
ルドを行うことを特徴とする炭素鋼あるいは低合金鋼溶
接継手の疲労強度向上溶接方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32625192A JPH06142931A (ja) | 1992-11-12 | 1992-11-12 | 炭素鋼あるいは低合金鋼溶接継手の疲労強度向上溶接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32625192A JPH06142931A (ja) | 1992-11-12 | 1992-11-12 | 炭素鋼あるいは低合金鋼溶接継手の疲労強度向上溶接方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06142931A true JPH06142931A (ja) | 1994-05-24 |
Family
ID=18185687
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32625192A Withdrawn JPH06142931A (ja) | 1992-11-12 | 1992-11-12 | 炭素鋼あるいは低合金鋼溶接継手の疲労強度向上溶接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06142931A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101979206A (zh) * | 2010-11-30 | 2011-02-23 | 惠生（南通）重工有限公司 | 超厚低合金高强度板的焊接工艺 |
| CN102941399A (zh) * | 2012-11-05 | 2013-02-27 | 常州华通焊业股份有限公司 | 珠光体耐热钢结构件气保护焊接方法 |
| CN103008846A (zh) * | 2012-12-10 | 2013-04-03 | 南车四方车辆有限公司 | 低碳高强度钢的焊接方法 |
| CN103862197A (zh) * | 2012-12-13 | 2014-06-18 | 中国核动力研究设计院 | 主管道窄间隙自动焊焊接材料及焊接方法 |
| KR20180073104A (ko) * | 2016-12-22 | 2018-07-02 | 주식회사 포스코 | 가스 메탈 아크 용접이음부의 제조방법 |
-
1992
- 1992-11-12 JP JP32625192A patent/JPH06142931A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101979206A (zh) * | 2010-11-30 | 2011-02-23 | 惠生（南通）重工有限公司 | 超厚低合金高强度板的焊接工艺 |
| CN102941399A (zh) * | 2012-11-05 | 2013-02-27 | 常州华通焊业股份有限公司 | 珠光体耐热钢结构件气保护焊接方法 |
| CN103008846A (zh) * | 2012-12-10 | 2013-04-03 | 南车四方车辆有限公司 | 低碳高强度钢的焊接方法 |
| CN103862197A (zh) * | 2012-12-13 | 2014-06-18 | 中国核动力研究设计院 | 主管道窄间隙自动焊焊接材料及焊接方法 |
| KR20180073104A (ko) * | 2016-12-22 | 2018-07-02 | 주식회사 포스코 | 가스 메탈 아크 용접이음부의 제조방법 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000201 |