JPH07118757A - 継手疲労強度の優れた構造用鋼のレーザ加熱方法 - Google Patents

継手疲労強度の優れた構造用鋼のレーザ加熱方法

Info

Publication number
JPH07118757A
JPH07118757A JP5266576A JP26657693A JPH07118757A JP H07118757 A JPH07118757 A JP H07118757A JP 5266576 A JP5266576 A JP 5266576A JP 26657693 A JP26657693 A JP 26657693A JP H07118757 A JPH07118757 A JP H07118757A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
toe
fatigue strength
welded joint
weld metal
joint
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP5266576A
Other languages
English (en)
Inventor
Koji Seto
厚司 瀬戸
Shinichi Omiya
慎一 大宮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
Priority to JP5266576A priority Critical patent/JPH07118757A/ja
Publication of JPH07118757A publication Critical patent/JPH07118757A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/02Iron or ferrous alloys
    • B23K2103/04Steel or steel alloys

Landscapes

  • Heat Treatment Of Articles (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザ熱源により溶接継手の止端から溶接金
属側の部分を加熱後、放冷して構造用鋼溶接継手の疲労
強度を向上させる。 【構成】 レーザ熱源に用い、そのビーム中心を構造用
鋼の溶接継手の止端から溶接金属側に0〜1mmの間に位
置してレーザ光を照射し、A1 変態点以上、溶融点以下
の温度に加熱後、放冷することにより、溶接継手の疲労
強度が向上する。 【効果】 疲労破壊が問題となる鋼構造物での使用に際
し、設計・施工で特別な配慮を必要とせず高い疲労強度
を得ることが可能であり、工業的にその効果は大きい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は構造用鋼の隅肉溶接継手
のレーザ加熱方法にかかわるものであり、さらに詳しく
は構造用鋼溶接継手の疲労強度を向上させるためレーザ
熱源により溶接継手の止端から溶接金属側の部分を加熱
後、放冷する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に構造用鋼板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。従って構造
用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、止端形状を滑らかに
して亀裂の発生する止端の応力集中を低減する方法とし
ては、グラインダー等の研削工具によって止端を研削し
て止端半径を大きくする方法があり、特開平2−152
771号では、砥粒を混入した高圧水を吹き付ける方法
が提案されている。
【0003】本発明者らの一部も特開平5−06912
8号においてロータリーカッターを用いて特定位置を研
削することにより継手疲労強度の向上を提案した。同様
に応力集中の低減を目的としたものでは、TIG溶接等
の溶融方法によって止端を再溶融して止端形状を滑らか
にする方法が提案されており、例えば特公昭54−30
386号ではプラズマを、特開昭59−110490号
ではTIGアークを溶融熱源として用いている。また、
止端には一般に引張の溶接残留応力が存在することか
ら、溶接残留応力の低減を目的として、ショットピーニ
ング、ハンマーピーニング等によって止端を打撃し、止
端に圧縮残留応力を発生させる方法(例えば特開平4−
21717号)がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、溶接構造物を
考えた場合、上述の止端処理方法はいずれも膨大な作業
が必要である。例えば止端を機械的に研削する方法で
は、切削工具を作業者が保持して研削するため作業能率
は格段に低く、作業時間当たりの処理溶接長は短い。さ
らに、疲労強度向上度は一定ではなく、研削する位置や
程度により大きく依存する。また、TIG溶接等の熱源
による再溶融方法においては、疲労強度向上度は再溶融
させる位置のみならず、入熱等溶接条件にも大きく依存
し、さらにこれらを一定条件で溶融した場合にも溶融金
属の流動状態により止端形状が大きくばらつくため、安
定した形状改良効果を得ることは難しい。溶接残留応力
を低減させる方法では、例えばショットピーニングは大
型構造物には適用不能であり、ハンマーピーニングは上
述の機械的研削による方法と同様の問題がある。本発明
の目的は、溶接継手の止端処理方法においてこのような
欠点を解消するため、レーザ熱源により溶接止端から溶
接金属側を再溶融させることなく加熱・放冷して、継手
疲労強度向上を安定して得ようとするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、溶接止端から
溶接金属側を加熱後放冷して、溶接金属側を硬化させる
ことで、継手疲労強度の向上を狙ったものである。即
ち、本発明の要旨とするところは、レーザ熱源を用い、
そのビーム中心を構造用鋼の溶接継手の止端から溶接金
属側に0〜1.0mmの間に位置してレーザ光を照射し、
1 変態点以上、溶融点以下の温度に加熱後、放冷する
ことを特徴とする、継手疲労強度の優れた構造用鋼のレ
ーザ加熱方法にある。
【0006】
【作用】以下に本発明を詳細に説明する。本発明の方法
が溶接継手の疲労強度向上に優れているのは以下の理由
による。アーク溶接継手に疲労荷重が負荷されると、一
般に疲労亀裂は溶接止端で発生し、負荷応力に垂直な方
向(通常は板厚方向)へ疲労亀裂が伝播して破断に至
る。これは溶接止端の形状に起因する応力集中が主因で
あることが確認されている。本発明者らは、止端近傍の
応力分布を応力解析により調べた結果、止端よりわずか
に溶接金属側で最大になるという知見を得た。最大応力
を示す位置は、溶接継手の止端半径に依存するが、実際
のアーク溶接継手では、止端半径が0.1〜2.0mm程
度であるので、止端から0.05〜1mmの範囲に最大応
力が発生する。
【0007】そして、負荷応力の増加にともなう止端近
傍の塑性変形状態を詳細に調査した結果、溶接金属と隣
接する溶接熱影響部(以下、HAZという)粗粒域の硬
度(即ち強度)が同じ場合には、塑性変形領域が溶接金
属のみならずHAZ粗粒域にも広がるが、HAZ粗粒域
の硬度が溶接金属より高い場合には、溶接金属のみに塑
性変形が集中し、主ひずみおよび塑性ひずみの最大値が
より大きくなることを見いだした。実際の構造用鋼の溶
接継手では、後者の場合、即ちHAZ粗粒域の硬度は溶
接金属より十分高いため、溶融境界に近い溶接金属で疲
労亀裂が発生・伝播することになる。そして実際に疲労
試験を行った溶接継手を詳細に観察した結果、溶接金属
側で疲労亀裂が発生していることを確認した。
【0008】従って図1に示すように、最も高い応力の
発生する部分(溶接金属)をHAZ粗粒域よりも硬くす
るような止端処理を施せば、溶接金属のみに集中するひ
ずみを低減することができ、継手疲労強度が向上する。
そして、本発明者らは、溶接金属を溶融することなく止
端から1mmまでの範囲を硬化する方法として、レーザ熱
源が最も有効であることを見いだした。電子ビーム、高
周波等の熱源を用いても、上述の効果は期待できるが、
電子ビームは真空環境を必要とするため、溶接構造物の
大きさが制約され、大型構造物には適用できない。高周
波は1mm程度の微少な部分のみを加熱するにはやや無理
があり、また構造物の大きさも節約される。TIG溶接
等の再溶融法は、再溶融によって新たな止端とHAZ粗
粒域が発生し、その新しく発生した止端の溶接金属側で
応力およびひずみの集中が生じて破断するため、上述の
ひずみ低減効果が期待できない。
【0009】止端を硬化させるためには、A1 変態点以
上に加熱して、急速に冷却することによってマルテンサ
イト変態を起こさせることが必要である。従って、加熱
温度はA1 変態点以上でなければならないが、止端を再
溶融させないためには、溶融点以下でなくてはならな
い。一般には、溶融させないためにはエネルギー密度を
104 W/cm2 以下にする必要がある。また冷却につい
ては、自己冷却効果で焼入れされるため、水や油等の冷
却媒体を必要としない。
【0010】本発明の方法は、溶接金属の硬度をHAZ
粗粒域のそれと同等以上にさせるため、溶接金属の化学
組成およびHAZ粗粒域の硬度に影響を及ぼす鋼材の化
学組成の両者の影響を受ける。しかしながら、一般に溶
接金属は凝固まま組織で強度を確保するため、同じ強度
レベルであれば母材よりも諸元素の添加量は多く、焼入
れにより硬化し易い。さらに、本発明の方法により溶接
金属の硬度は増加するが、HAZ粗粒域の硬度は溶接金
属からの熱伝導により焼戻されて、本発明の方法を施す
前よりも低下する。従って、溶接金属の強度が母材の強
度より十分小さい場合を除き、本発明の方法は有効であ
る。また本発明の方法は上述のように合金元素添加量が
多いほど有効であるので、鋼材および溶接金属の強度が
高い継手ほど有効である。
【0011】レーザのうちCO2 レーザは、金属表面で
の吸収率が低いので、加熱効率を上げるために種々の吸
収剤(例えば、リン酸マンガン、リン酸亜鉛、グラファ
イト粉末、SiO2 粉末、黒色ペイント等)を塗布する
ことにより、本発明の方法を効率良く適用することがで
きる。本発明の方法は、隅肉溶接継手、回し溶接継手の
みならず突合せ溶接継手の止端にも有効である。
【0012】
【実施例】板厚25mmの490MPa クラスTMCP鋼
(造船規格K36A)の回し溶接継手、および25mm厚
SM570のリブ十字隅肉継手について、5mm角の矩形
モードのレーザを用いて、止端から0.5mmだけ溶接金
属側の位置をビーム中心にして加熱・放冷を行った。K
36Aの回し溶接継手は入熱17kJ/cmのCO2 溶接、
SM570のリブ十字継手は入熱16kJ/cmのCO2
接で製作した。溶接ワイヤーには鋼材と同じ強度レベル
のものを用いた。図2および図3に回し溶接継手および
リブ十字継手の試験片形状・寸法を示す。比較のため、
レーザ照射を行わない継手、および本発明以外の方法に
ついても実施し、疲労強度を比較した。なお吸収剤には
リン酸マンガンを用いて、照射部に塗布した。
【0013】試験結果を表1および表2に示す。表1は
K36Aの回し溶接継手、表2はSM570のリブ十字
継手の結果を示す。表中のビーム位置は、溶融境界から
溶接金属側への距離で表してあり、疲労強度は、破断寿
命が2×106 回になる応力範囲で示してある。本発明
の方法による回し溶接継手およびリブ十字隅肉継手は、
溶接ままに比べて、2×105 回疲労強度で比較すると
約1.4〜1.6倍の疲労強度を示しており、疲労強度
が大きく向上していることが認められる。
【0014】
【表1】
【0015】
【表2】
【0016】
【発明の効果】本発明の方法は、溶接止端から溶接金属
側を加熱後放冷して、溶接金属側を硬化させることで、
鋼材および溶接材料の種類、継手形式等によらず広範囲
にわたり継手疲労強度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構造物での使用に際し、設計・
材料面で特別な配慮を必要とせず高い疲労強度を安定し
て得ることが可能であり、工業的にその効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法を施す前後の止端近傍の硬度分布
のグラフ。
【図2】(a)は本発明の実施例における回し溶接継手
およびリブ十字隅肉継手の試験片形状・寸法を示した側
面図、(b)は(a)の平面図。
【図3】(a)は本発明の他の例における回し溶接継手
およびリブ十字隅肉継手の試験片形状・寸法を示した側
面図、(b)は(a)の平面図。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザを熱源に用い、そのビーム中心を
    構造用鋼の溶接継手の止端から溶接金属側に0〜1.0
    mmの間に位置してレーザ光を照射し、A1 変態点以上、
    溶融点以下の温度に加熱後、放冷することを特徴とす
    る、継手疲労強度の優れた構造用鋼のレーザ加熱方法。
JP5266576A 1993-10-25 1993-10-25 継手疲労強度の優れた構造用鋼のレーザ加熱方法 Withdrawn JPH07118757A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5266576A JPH07118757A (ja) 1993-10-25 1993-10-25 継手疲労強度の優れた構造用鋼のレーザ加熱方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5266576A JPH07118757A (ja) 1993-10-25 1993-10-25 継手疲労強度の優れた構造用鋼のレーザ加熱方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH07118757A true JPH07118757A (ja) 1995-05-09

Family

ID=17432734

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5266576A Withdrawn JPH07118757A (ja) 1993-10-25 1993-10-25 継手疲労強度の優れた構造用鋼のレーザ加熱方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH07118757A (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002256335A (ja) * 2001-03-02 2002-09-11 Kitakiyuushiyuu Techno Center:Kk レーザ照射による金属組織の微細化方法及び装置
WO2011035780A1 (de) * 2009-09-23 2011-03-31 Acument Gmbh & Co Ohg Rotationssymmetrisch verschweisste teile
CN103103318A (zh) * 2013-02-06 2013-05-15 上海高斯雷洁激光技术有限公司 一种高抗扭型钻杆钻铤接头的制造方法及设备
KR20180019214A (ko) 2015-07-28 2018-02-23 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 필릿 아크 용접 조인트 및 그 제조 방법
JP2022530352A (ja) * 2019-04-17 2022-06-29 アルセロールミタル レーザ金属堆積によるコーティングされた金属基材の製造方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002256335A (ja) * 2001-03-02 2002-09-11 Kitakiyuushiyuu Techno Center:Kk レーザ照射による金属組織の微細化方法及び装置
WO2011035780A1 (de) * 2009-09-23 2011-03-31 Acument Gmbh & Co Ohg Rotationssymmetrisch verschweisste teile
US9289863B2 (en) 2009-09-23 2016-03-22 Ruia Global Fasteners Ag Parts welded in a rotationally symmetrical manner
CN103103318A (zh) * 2013-02-06 2013-05-15 上海高斯雷洁激光技术有限公司 一种高抗扭型钻杆钻铤接头的制造方法及设备
KR20180019214A (ko) 2015-07-28 2018-02-23 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 필릿 아크 용접 조인트 및 그 제조 방법
US10786873B2 (en) 2015-07-28 2020-09-29 Nippon Steel Corporation Fillet arc welded joint and method for producing same
JP2022530352A (ja) * 2019-04-17 2022-06-29 アルセロールミタル レーザ金属堆積によるコーティングされた金属基材の製造方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1559796B1 (en) Method of increasing toughness of heat-affected part of steel product welded joint
Kirkhope et al. Weld detail fatigue life improvement techniques. Part 1
JP4819183B2 (ja) レール溶接部の冷却方法、レール溶接部の冷却装置、及びレール溶接継手
JP4719297B2 (ja) 耐疲労特性に優れた溶接継手及びその製造方法
US20060191878A1 (en) Control of cracking in heat affected zones of fusion welded structures
JP3899007B2 (ja) 重ね隅肉溶接継手の疲労強度向上方法
JP4319828B2 (ja) 超音波衝撃処理による冷間加工部の強度向上方法およびその金属製品
JPH07118757A (ja) 継手疲労強度の優れた構造用鋼のレーザ加熱方法
EP1579945B1 (en) Method of manufacturing a boxing joint with high fatigue strength
JP5251486B2 (ja) 超音波打撃処理を用いた加工方法
JP5002880B2 (ja) フレーム構造
JP2004169339A (ja) レールの補強及び補修工法
JPH03249127A (ja) レール溶接継手部のショットピーニング処理方法
JP5440628B2 (ja) ロングレールの製造方法
Trufiakov et al. The efficiency of ultrasonic impact treatment for improving the fatigue strength of welded joints
JP3362624B2 (ja) 重ね溶接継手の疲労特性向上方法
JPH08337819A (ja) レール溶接部の耐腹部水平き裂性改善法
Sun et al. Crack repair of hot work tool steel by laser melt processing
Konat et al. Effect of Welding Technique and Thermal Heatment Parameters on Abrasive Wear of Steel S355
JPH0819860A (ja) 構造用鋼回し溶接継手の溶接方法
JPH08155635A (ja) 疲労特性に優れた構造用鋼回し溶接継手およびその溶接方法
EP1561827A1 (en) Method of welding a ferritic steel comprising a post weld heat treatment and cold working on the weld
Oladele et al. Distinctiveness of welding joints design based on mechanical and corrosion environmental influence on low carbon steel
Dwivedi et al. Design of Welded Joints: Fatigue Strength and Welding: Welding Procedure, Improving the Fatigue Strength
Chang et al. Urbana, Illinois 61801-2983

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: 20001226