WO2011092831A1 - 溶接継手の疲労特性改善打撃処理装置、疲労特性改善方法および疲労特性が改善された溶接継手の製作方法 - Google Patents

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WO2011092831A1
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angle
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weld toe
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広志 島貫
哲郎 野瀬
鉄平 大川
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新日本製鐵株式会社
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    • C21—METALLURGY OF IRON
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    • C21D7/00—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
    • C21D7/02—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working
    • C21D7/04—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the surface
    • C21D7/06—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the surface by shot-peening or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K31/12—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups relating to investigating the properties, e.g. the weldability, of materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/50—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for welded joints
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D10/00—Modifying the physical properties by methods other than heat treatment or deformation

Definitions

  • the present invention is a metal member for a structure subjected to repeated loads used in architecture, shipbuilding, bridges, construction machinery, offshore structures, automobiles, etc., and is intended for welded joints where the occurrence of fatigue cracks is a problem.
  • the present invention relates to a fatigue joint improving impact treatment apparatus for welded joints, a method for improving fatigue characteristics of welded joints, and a method for manufacturing a welded joint with improved fatigue characteristics.
  • Ships, bridges, steel structures such as marine structures, and automobiles are constructed by welding many steel members and welded joints are formed by various welding methods.
  • a weld toe part is formed in the boundary part of the steel member (base material) and weld metal of the surface side of a weld part.
  • the vicinity of the weld toe is a portion where tensile residual stress tends to exist due to cooling in a state in which the weld metal part in a high temperature state is restrained by the surrounding base metal part during welding, When used as a structure, it is a site where stress is likely to concentrate due to external force on the member.
  • the hitting process includes (c) shot peening, (d) hammer peening, and recently (e) ultrasonic impact treatment (for example, JP-A-2006-167724, JP-A-2006-175512, US Pat. No. 6,171,415, etc.).
  • the toe end line of the weld bead is irregularly distorted in the normal weld line direction so that the toe end can be processed accurately.
  • advanced automatic control such as a toe position detection function and a mechanism that enables traveling according to distortion, and it may be difficult to put it to practical use in terms of cost.
  • the present invention advantageously solves the above-described problems, and enables an autonomous tracking of a processing position without using a complicated mechanism such as automatic control. It is an object of the present invention to provide a method for improving fatigue characteristics and a method for manufacturing a welded joint with improved fatigue characteristics.
  • the present invention seeks to solve the above-mentioned problem by advantageously combining a mechanism in which a welded joint as a material to be processed and a striking processing device move relative to each other in the welding direction and a striking processing mechanism such as (d) or (e).
  • the gist is as follows.
  • the hit processing device 1 includes: The hammer processing mechanism section 2 that performs the hammer peening process or the ultrasonic impact process, and supports the hammer processing mechanism section 2 and the hammer pin 3 of the hammer processing mechanism section 2 of the welded joint that is the workpiece 7.
  • a support pressing mechanism portion 5 that is pressed against the weld toe end portion 9 and the support pressing mechanism portion 5 are mounted along the weld toe end portion 9 of the workpiece 7 on which the impact processing mechanism portion 2 is placed on the base 12.
  • a moving mechanism portion 6 that moves in the welding line direction and is orthogonal to the welding line direction in the support pressing mechanism portion 5 or between the support pressing mechanism portion 5 and the moving mechanism portion 6.
  • An angle adjusting mechanism 10 that adjusts an angle formed by the axial center line of the hitting pin 3 with respect to the metal material surface of the workpiece 7 in the cross section is disposed.
  • a floating mechanism that gives a degree of freedom for movement in a perpendicular direction 4 is any one place between the impact processing mechanism section 2 and the support pressing mechanism section 5, in the support pressing mechanism section 5, between the support pressing mechanism section 5 and the moving mechanism section 6, or 2.
  • a hammering apparatus for improving fatigue characteristics of a welded joint characterized in that the hammering apparatus is arranged at more than one location.
  • a hammer peening process or an ultrasonic impact process is performed by relatively moving in the weld line direction while pressing the striking pin to the weld toe of the weld joint where the weld bead is convex outward with respect to the metal material surface.
  • Fatigue property improvement impact processing apparatus for welded joints wherein the impact processing apparatus 1 supports the impact processing mechanism section 2 that performs the hammer peening process or the ultrasonic impact process, and the impact processing mechanism section 2.
  • a support pressing mechanism portion 5 that presses the striking pin 3 of the hitting processing mechanism portion 2 against the weld toe end portion 9 of the welded joint that is the material 7 to be processed; an apparatus base 11 on which the support pressing mechanism portion 5 is disposed;
  • the workpiece 7 is mounted, a moving mechanism 6 that moves in the weld line direction is disposed so that the weld toe 9 of the workpiece 7 follows the striking mechanism 2, and the support press In the mechanism unit 5 or the support pressing mechanism unit 5
  • An angle adjusting mechanism 10 that adjusts an angle formed by the axial center line of the hitting pin 3 with respect to the metal material surface of the treatment material 7 in a cross section perpendicular to the welding line direction between the moving mechanism portion 6 and the moving mechanism portion 6.
  • an idler mechanism 4 that gives a degree of freedom to the movement of the hammering mechanism 2 in a direction perpendicular to the welding direction is provided between the hammering mechanism 2 and the support pressing mechanism 5.
  • Fatigue property improving impact processing apparatus for welded joints characterized in that it is disposed in one or two or more locations between the support pressing mechanism portion 5 and the support pressing mechanism portion 5 and the apparatus base 11. .
  • the weld toe 91 is selected.
  • welding angle between B and B When the end opening angle ⁇ is set, the weld toe opening angle ⁇ is measured in the weld line direction of the weld joint, and the above-mentioned impact is applied to the weld joint whose minimum value and maximum value are 90 ° or more and 160 ° or less.
  • An angle Vd formed by the center line D of the pin 3 with respect to the surface of the metal material is a center line C which is 1/2 of the average value of the minimum value and the maximum value of the weld toe opening angle ⁇ .
  • the center line C of the average value of the minimum and maximum values of the weld toe opening angle ⁇ (hereinafter also referred to as the center line C of the weld toe opening angle ⁇ ) is the welding toe opening angle ⁇ . It means the average value of the minimum value and the maximum value, that is, the bisector of the average angle.
  • an angle Vd formed by the center line D of the hitting pin with respect to the surface of the metal material is set to the welding toe opening angle ⁇ .
  • At least one preliminary hammer peening process or ultrasonic impact process is performed by setting the center line C, which is 1 ⁇ 2 of the average value of the minimum value and the maximum value, to be larger than the angle Vc formed with the metal material surface.
  • the center line C is 1 ⁇ 2 of the average value of the minimum value and the maximum value of the weld toe opening angle ⁇ with respect to the metal material surface.
  • the angle formed by the center line D of the striking pin 3 is an allowable variation angle ⁇
  • the allowable variation angle is
  • the minimum value and the maximum value of the opening angle ⁇ of the weld toe are within ⁇ 20 °
  • the allowable variation angle is within ⁇ 10 °
  • the center line D of the hitting pin 3 is The method for improving fatigue characteristics of a welded joint according to (3) or (4), wherein an angle Vd formed with respect to the surface of the metal material is set.
  • the allowable variation angle ⁇ is + (plus) when tilted toward the weld metal side with respect to the center line C in the cross section perpendicular to the welding direction of the welded joint, and ⁇ (minus) when tilted toward the metal material surface side. ).
  • the deviation angle ⁇ ′ is set when the minimum value and the maximum value of the weld toe opening angle ⁇ are 90 ° or more and less than 140 °.
  • the permissible fluctuation angle ⁇ ′ is set to over 0 ° to 10 ° and the spare hammer peening is performed.
  • the deviation angle ⁇ ′ is an inclination angle toward the weld metal side with respect to the center line C in the cross section orthogonal to the welding direction of the weld joint.
  • a welded joint is manufactured by welding a metal material, and then a hammer peening treatment or ultrasonic impact treatment is applied to the weld toe of the weld joint by the method described in any one of (3) to (6).
  • a method of manufacturing a welded joint with improved fatigue characteristics characterized by applying the method.
  • the fatigue characteristics of the welded joint can be improved promptly and accurately, and rationally,
  • the problems of the technical problem and the economic problem as described above can be advantageously solved.
  • the apparatus of the present invention when used as an automatic movement processing apparatus using a robot or the like, it is only necessary to simply indicate the rough direction of the weld bead. A function for detecting and following the distortion of the weld toe is not required, and a processing system can be constructed with an extremely simple system, which is extremely effective economically.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing an embodiment of the apparatus of the present invention, and shows a case where relative movement with a material to be processed is performed by moving an impact processing mechanism.
  • FIG. 2 is a perspective view schematically showing another embodiment of the apparatus of the present invention, and shows a case where a relative movement with respect to the striking processing mechanism unit is performed by moving a material to be processed.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view perpendicular to the weld line direction of the weld toe showing the welding toe opening angle ⁇ defined in the present invention and the allowable variation angle ⁇ in the direction of the impact pin 3 facing the weld toe 9. It is a schematic diagram.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing an embodiment of the apparatus of the present invention, and shows a case where relative movement with a material to be processed is performed by moving an impact processing mechanism.
  • FIG. 2 is a perspective view schematically showing another embodiment of the apparatus of the present invention, and shows a case where a relative movement with
  • FIG. 4A is a diagram schematically illustrating a process in which a crack-like shape is formed at the weld toe by the hitting process when the opening angle ⁇ of the weld toe is smaller than 90 °. Indicates the previous state.
  • FIG. 4B is a diagram schematically illustrating a process in which a crack-like shape is formed in the weld toe by the hitting process when the opening angle ⁇ of the weld toe is smaller than 90 °. Shown later.
  • Fig.5 (a) is a figure which shows typically the front-end
  • tip shape of the hitting pin suitable for this invention, and shows the case of P ⁇ 2R.
  • FIG. 5B is a diagram schematically showing the tip shape of the hitting pin suitable for the present invention, and shows the case of P> 2R.
  • FIG. 6 (a) shows a case in which the striking process is performed by changing the angle of the striking pin with respect to the metal material surface in the striking process of the present invention, and welding showing the angle of the striking pin with respect to the metal material surface in the preliminary striking process. It is a schematic diagram of the cross section orthogonal to a line direction.
  • FIG. 6 (b) shows a case in which the batting process is performed by changing the angle of the batting pin with respect to the metal material surface in the batting process of the present invention, and the metal material surface of the batting pin in the batting process after the preliminary batting process.
  • FIG.7 (a) is a schematic diagram of the cross section orthogonal to the weld line direction of the T-shaped weld joint which is one Example of the weld joint to which this invention is applied.
  • FIG. 7B is a schematic plan view of a T-shaped welded joint which is an embodiment of a welded joint to which the present invention is applied.
  • FIG. 8 is a schematic view of a cross section perpendicular to the weld line direction of a butt weld joint which is another embodiment of the weld joint to which the present invention is applied.
  • FIG. 7B is a schematic plan view of a T-shaped welded joint which is an embodiment of a welded joint to which the present invention is applied.
  • FIG. 8 is a schematic view of a cross section perpendicular to the weld line direction of a butt weld joint which is another embodiment of the weld joint to which the present invention is applied.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating the relationship between the position of the weld stop opening angle ⁇ in the welding line direction and the distribution of the unprinted portion in the striking process of the first embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating the relationship between the difference between the center line angle Vc of the weld toe opening angle ⁇ and the center line angle Vd of the striking pin and the distribution of the remaining portion in the striking process of the first embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating the relationship between the position in the weld line direction of the weld toe opening angle ⁇ and the distribution of the unprinted portion in the striking process of the second embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating the relationship between the difference between the center line angle Vc of the weld toe opening angle ⁇ and the center line angle Vd of the striking pin and the distribution of the remaining portion in the striking process of the first embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating the relationship between the position in the weld line direction of the weld toe opening angle ⁇ and
  • FIG. 12 is a diagram illustrating the relationship between the difference between the center line angle Vc of the weld toe opening angle ⁇ and the center line angle Vd of the striking pin and the distribution of the remaining portion in the striking process of the second embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating the relationship between the position of the weld toe opening angle ⁇ in the welding line direction and the distribution of the unprinted portion in the striking process of the third embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram of another example illustrating the relationship between the position of the weld toe opening angle ⁇ in the welding line direction and the distribution of the unprinted portion in the striking process of the third embodiment.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating the relationship between the difference between the center line angle Vc of the weld toe opening angle ⁇ and the center line angle Vd of the striking pin and the distribution of the remaining portion in the striking process of the third embodiment. .
  • the hammer peening process or the ultrasonic impact process may be simply referred to as “process” or “blow process”.
  • FIG. 7A for explaining the shape of the weld toe of the welded joint to which the present invention is applied is a schematic diagram of a cross section orthogonal to the welding direction of a T-shaped welded joint which is an example of the welded joint to which the present invention is applied. is there.
  • a rib plate (steel plate) 72 is fillet welded from both sides of the rib plate 71 on the upper surface of the main plate (steel plate) 71, and convex weld beads (welded metal) 8 are formed on both sides of the rib plate.
  • FIG. 7B is a schematic plan view of this T-shaped welded joint.
  • FIG. 8 is a schematic view of a cross section perpendicular to the welding direction of a butt weld joint which is another example of a weld joint to which the present invention is applied.
  • Two steel plates 73 and 73 are arranged to face each other and butt-welded.
  • a convex weld bead (welded metal) 8 is formed outside the steel plate surface, and weld toes 96 to 99 are formed. .
  • the weld joint in which the weld bead is convex outward with respect to the metal material surface (steel plate), as described above refers to a state in which the weld bead protrudes from the metal material surface, Except when the weld bead is the same or lower than the metal material surface. That is, unless the weld bead is at least outwardly convex, a V-shaped groove on the metal material surface and the weld toe due to the weld bead is not formed, and the striking pin has a degree of freedom in a direction perpendicular to the welding direction.
  • the present invention provides an impact processing mechanism 2 for applying hammer peening or ultrasonic impact processing to the weld toe 9 (92 to 95, 96 to 99) after welding of the welded joint.
  • the present invention relates to a device 1 for efficiently producing a welded joint having a welded portion having a high fatigue crack prevention performance in combination with the support pressing mechanism 5, and also relates to a method for improving the fatigue characteristics of a welded joint using the device. is there.
  • the fatigue joint improving impact processing apparatus 1 is welded while pressing a striking pin against a weld toe of a welded joint having a weld bead protruding outward from the metal material surface.
  • Fatigue property improvement impact treatment apparatus for welded joints that moves in the line direction and performs hammer peening treatment or ultrasonic impact treatment, as shown in FIG. 1, the impact treatment device 1 includes the hammer peening treatment or A hammering mechanism 2 that performs ultrasonic impact treatment, and a hammering pin 9 of the welded joint that is the workpiece 7 while supporting the hammering mechanism 2 and the hammering pin 3 of the hammering mechanism 2.
  • a support pressing mechanism portion 5 that is pressed against the support pressing mechanism portion 5, and the striking processing mechanism portion 2 is mounted along the weld toe portion 9 of the workpiece 7 placed on the base 12 in the weld line direction.
  • a moving mechanism unit 6 to be moved is provided, The striking pin with respect to the metal material surface of the treatment material 7 in a cross section orthogonal to the welding line direction in the support pressing mechanism 5 or between the support pressing mechanism 5 and the moving mechanism 6.
  • An angle adjusting mechanism 10 that adjusts an angle formed by the axial center line 3 is provided, and an idler mechanism 4 that gives a degree of freedom to the movement of the impact processing mechanism 2 in a direction perpendicular to the welding direction includes: One or two or more locations between the impact processing mechanism portion 2 and the support pressing mechanism portion 5, inside the support pressing mechanism portion 5, and between the support pressing mechanism portion 5 and the moving mechanism portion 6. It is characterized by being arranged.
  • the fatigue joint improving impact processing device 1 presses the impact pin against the weld toe of the weld joint in which the weld bead is convex outward with respect to the metal material surface.
  • an impact treatment device for improving the fatigue characteristics of a welded joint which is subjected to hammer peening treatment or ultrasonic impact treatment by relative movement in the direction of the weld line.
  • a striking processing mechanism portion 2 that performs peening processing or ultrasonic impact processing, and supports the striking processing mechanism portion 2, and the striking pin 3 of the striking processing mechanism portion 2 is welded to the welded joint that is the workpiece 7.
  • An angle adjusting mechanism 10 for adjusting an angle formed by the axial center line of the hitting pin 3 with respect to the surface of the metal material 7 is disposed, and further, the movement of the hitting processing mechanism portion 2 in a direction perpendicular to the welding direction.
  • An idler mechanism 4 that gives a degree of freedom is provided between the impact processing mechanism 2 and the support pressing mechanism 5, inside the support pressing mechanism 5, and between the support pressing mechanism 5 and the device base 11. It is arranged in any one place or two places or more.
  • the fatigue joint improving impact processing apparatus 1 of the weld joint of the present invention described in (1) and the fatigue joint improving impact processing apparatus 1 of the weld joint of the present invention described in (2) are an impact processing mechanism section 2 described later.
  • the arrangement or configuration of the moving mechanism unit 6 for moving the welding toe portion 9 of the welded joint 7 as the material to be processed relative to each other in the welding line direction is different, but the other points are almost the same. .
  • the moving mechanism of the fatigue joint improving impact processing apparatus 1 for a welded joint the following two types can be considered.
  • a weld joint 7 as a material to be treated is placed on and fixed to a base 12, and an impact treatment mechanism section is provided via an idle mechanism section 4.
  • 2 is mounted on the electric carriage 61 of the moving mechanism section 6 including the electric carriage 61 and the guide rail 62 constituting the moving mechanism section 6 and moved along the weld toe.
  • the other is described in (2).
  • the moving mechanism unit 6 only moves the workpiece 7 and attaches the striking processing mechanism unit 2 via the idler mechanism unit 4.
  • the support pressing mechanism 5 is of a type that is fixed to the apparatus base 11 for processing.
  • the moving mechanism portion 6 a welded joint which is the material to be processed 7 is mounted, and the weld toe portion can be moved in the welding direction along the striking pin of the striking processing mechanism portion 2.
  • What is necessary is just to provide the trolley
  • the fatigue joint-improving impact processing device 1 for welded joints according to the present invention described in (1) and (2) is different in configuration and arrangement of the moving mechanism unit 6 except for the other configurations and functions.
  • the common parts will be described below, and redundant descriptions will be omitted.
  • FIG. 3 is a schematic view of a cross section orthogonal to the weld line direction of the weld toe.
  • the impact pin 3 against the weld toe portion 9 of the welded joint with the weld bead protruding outward with respect to the metal material surface, more specifically, as shown in FIG. While being pressed against the metal material 73 at the contact point 31 and the weld metal 8 at the weld toe at the contact point 32, it moves relative to the weld line direction to perform hammer peening treatment or ultrasonic impact treatment. Apply.
  • the striking pin 3 of the striking processing mechanism portion 2 has a cross section perpendicular to the welding line direction, and the pressing position is deviated with relative movement of the striking processing portion in the welding line direction, and one of the metal material 73 and the weld metal 8 is disposed. May come into contact with each other.
  • the floating mechanism portion 4 of the apparatus of the present invention receives a reaction force from the processing mechanism portion 2 by the support pressing mechanism 5, the pressing force that has passed through the striking pin 3, and the reaction force from the metal material 73 or the weld metal 8 that the striking pin 3 hits.
  • the tip of the striking pin 3 of the striking processing mechanism 2 is autonomously moved in the direction of the weld toe. As a result, it is possible to reasonably perform the hitting process on the weld toe part 9 without performing any special position control on the hitting process mechanism part 2.
  • the floating mechanism portion supports the reaction force from the metal material 73 or the weld metal 8 to the striking treatment mechanism portion 2 due to the change in position in the direction perpendicular to the bead-shaped weld line direction of the weld toe portion.
  • the pressing mechanism 5 displaceable, it has a function of pressing the striking pin against the weld toe as much as possible while relaxing the impact.
  • a shaft 42 that supports the impact processing mechanism unit 2 is used as a moving mechanism because of the simplicity of the structure and the ease of procurement of parts.
  • the rotation type which is supported by a roller bearing type bearing 41 provided at the tip of the arm of the support pressing mechanism 5 attached to the portion 6 so as to be rotatable in a direction orthogonal to the moving direction of the moving mechanism portion 6.
  • the shaft 42 that supports the impact processing mechanism 2 is a surface in a direction orthogonal to the moving direction of the moving mechanism 6 at the tip of the arm of the support pressing mechanism 5 attached to the apparatus base 11.
  • a linear slide type which is supported so as to be movable in the frame 43 is also preferable.
  • the place where the floating mechanism unit 4 is disposed may be a place where the above action and effect are exhibited.
  • the impact processing mechanism unit 2 and the support pressing mechanism unit 5 are provided. Between the supporting and pressing mechanism portion 5 and between the supporting and pressing mechanism portion 5 and the moving mechanism portion 6.
  • the support pressing mechanism unit 5 in the apparatus of the present invention supports this according to the hammering process mechanism of the hammer peening process or the ultrasonic impact process so that the hammering process in the hammering process mechanism part 2 is appropriately performed. It is necessary to be able to press the striking pin of the striking processing mechanism 2 against the weld toe of the material to be treated with an appropriate load. In addition, it is desirable to further add a mechanism for absorbing the reaction from the hitting pin 3 in terms of protection of the device.
  • the center of the hitting pin is such that the center axis (center line) of the hitting pin of the hitting processing mechanism portion 2 forms a predetermined angle with respect to the metal material surface of the welded joint as the material to be processed.
  • An angle adjustment mechanism 10 that adjusts the angle of the axis (center line) is provided.
  • the joint is at least in the striking process direction, for example, the welding line direction, in the middle of the support pressing mechanism unit 5 or between the support pressing mechanism unit 5 and the moving mechanism unit 6. It can be achieved by providing it so as to be freely rotatable in a plane orthogonal to, and adjusting it by rotating it with a hydraulic device or the like.
  • the mounting table 12 has an inclination angle with respect to the base floor surface, and a welded joint as a material to be processed is mounted thereon.
  • the tilt angle of the mounting table may be adjusted by a hydraulic device or the like.
  • a hammer peening processing device or an ultrasonic impact processing device is employed as the hammering mechanism 2 in the apparatus of the present invention.
  • Hammer peening treatment devices or ultrasonic impact treatment devices themselves are known as disclosed in, for example, JP-A-2006-167724, JP-A-2006-175512, US Pat. No. 6,171,415, and the like. Since the effect of improving the fatigue characteristics of the weld toe portion 9 by the striking process using them is also known, the detailed description thereof will be omitted.
  • the ultrasonic impact treatment apparatus is preferable to the hammer peening treatment because the reaction during the impact treatment is relatively small and the output of the impact treatment is high.
  • the welding direction is applied to the weld toe of the welded joint with the weld bead protruding outward with respect to the metal material surface.
  • it is a method for improving the fatigue characteristics of a welded joint, in which a hammer peening process or an ultrasonic impact process is performed on the weld toe portion of the welded joint, preferably using the striking device described in (1) or (2).
  • the welding direction of the welded joint is applied to the impact processing mechanism part 2 by, for example, the idler mechanism part. Freedom of movement in a direction perpendicular to the angle. This is because, as described in the devices (1) and (2) above, the pin tip of the striking pin 3 is directed in the toe direction of the reaction force from the contact surface with the weld joint due to vibration during the striking process. This is because it is possible to autonomously move to the valley side of the V-shaped groove formed in the weld toe portion 9 by the combined force of the component and the force in the pressing direction of the impact treatment device.
  • the desired radius of curvature of the weld toe for the weld toe of the weld joint is determined, and based on this, the radius of curvature of the tip of the striking pin used for the striking process is set.
  • This may be a radius of curvature that allows the weld toe to obtain a smooth concave shape, but from the viewpoint of improving fatigue characteristics, the radius of curvature is the shape of the weld toe and the weld toe.
  • Select and set considering the stress concentration Usually, it is preferably 1 to 10 mm.
  • the curvature radius of the tip of the impact pin used for impact processing is set.
  • the radius of curvature of the hitting pin is the same as the desired radius of curvature of the weld toe. Although it is preferable to set it as 10 mm, it is not restricted to this. In other words, since the purpose is to apply compressive residual stress by plastic flow of the striking portion, a slight difference in the shape of the pin does not particularly affect the magnitude of the compressive stress to be introduced.
  • the tip shape of the hitting pin (the relationship between the radius of curvature R and the diameter P) will be described later.
  • FIG. 3 shows the relationship between the striking pin having the radius of curvature of the tip set in this way and the weld toe in a cross section perpendicular to the weld line direction.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a cross section orthogonal to the weld line direction of the weld toe of a welded joint obtained by butt welding a metal material (steel plate) 73.
  • the welding stop is performed in a plane perpendicular to the welding direction. Assuming a straight line A connecting the end 9 (91), the contact 31 between the striking pin 3 and the metal material 73, and a straight line B connecting the contact end 32 of the welding toe 91, the striking pin 3 and the weld metal 8, An angle formed by these two straight lines A and B is defined as a weld toe opening angle ⁇ .
  • the weld toe opening angle ⁇ is measured at a plurality of positions in the weld line direction of the weld joint, and the maximum and minimum values of the welding toe opening angle ⁇ based on the obtained weld toe opening angle ⁇ at the plurality of positions are measured.
  • Vd is set so that the center line C of the average value of the maximum value and the minimum value of the weld toe opening angle ⁇ is the same as the angle Vc formed with respect to the metal material surface, and the striking pin is connected to the weld toe. It is made to oppose a part and at least 1 hammer peening process or ultrasonic impact process is performed.
  • center line C of the minimum value and the maximum value of the weld toe opening angle ⁇ is a bisector (that is, the average angle) of the average value of the minimum and maximum values of the welding toe opening angle ⁇ . 1 ⁇ 2).
  • the weld toe joint opening angle ⁇ formed by the two straight lines A and B has a minimum value of 90 ° or more and a maximum value of 160 ° or less.
  • a hitting process is performed on the toe of the toe. The reason for limiting the opening angle ⁇ of the weld toe portion to be subjected to the striking process to the above range is as follows.
  • FIG. 4A and 4B schematically illustrate a process in which a crack-like shape is formed in the weld toe portion by the striking process when the weld toe opening angle ⁇ is smaller than 90 °. It is a figure to do. That is, when this angle ⁇ is smaller than 90 °, the welding toe 91 and the striking pin 3 are separated from each other (FIG. 4A), so that the material between them is obtained by the striking process, that is, The metal material 73 from the contact 31 to the weld toe 91 and the weld metal 8 from the contact 32 to the weld toe 9 (91) are plastically deformed, and as a result, the weld toe is cracked.
  • the weld toe opening angle ⁇ it is necessary to measure the weld toe opening angle ⁇ .
  • the cross-sectional shape of the weld toe portion in the direction perpendicular to the weld line can be obtained at a plurality of positions along the weld line. From the relationship with the set radius of curvature of the hitting pin to be used, the weld toe opening angle ⁇ can be measured according to the definition described with reference to FIG.
  • the welded joint subjected to the striking treatment in the present invention has a minimum value of 90 ° or more and a maximum value of 160 ° or less of the weld toe opening angle ⁇ .
  • Visually observe the bead condition in the weld line direction of the welded joint, the condition of the toe part, etc. estimate the part that may be the minimum or maximum value, and open the weld toe part by the above method for that part. It can be determined by measuring the angle ⁇ .
  • the weld toe end opening angle ⁇ in the weld line direction of the weld bead 7 to be treated is 1 ⁇ 2 of the average value of the minimum value and the maximum value.
  • the angle Vd formed by the center line D of the hitting pin 3 with respect to the surface of the metal material 73 is set to a predetermined relationship with respect to the angle Vc formed by the center line C that is the angle of Apply hammer peening or ultrasonic shock treatment. This is because the reaction force from the contact surface between the pressing force from the striking pin 3 and the weld toe of the welded joint of the striking pin 3 is easily balanced.
  • the striking pin 3 always moves autonomously in the direction of the weld toe of the workpiece in the opposing direction of the striking pin, without performing any special position control on the striking processing mechanism 2. Therefore, it is possible to prevent the hitting pin 3 during the hitting process from deviating from the weld toe portion.
  • the invention described in (4) is the invention described in (3), wherein the angle Vd formed by the center line D of the hitting pin with respect to the surface of the metal material is the minimum of the weld toe opening angle ⁇ .
  • the center line C of the average value and the maximum value is set to be larger than the angle Vc formed with respect to the surface of the metal material, and a preliminary hammer peening process or an ultrasonic impact process is performed at least once (hereinafter referred to as a preliminary process).
  • the center line D of the hitting pin is set against the surface of the metal material, with respect to the weld toe portion subjected to the preliminary processing.
  • the angle Vd to be made is the same as the angle Vc formed by the center line C of the average value of the minimum value and the maximum value of the weld toe opening angle ⁇ before the preliminary treatment is performed.
  • the ultrasonic impact treatment is performed at least once (hereinafter also referred to as an original treatment or an original hitting process).
  • the weld toe opening angle ⁇ has a minimum value and a maximum value of 90 ° or more and 160 ° or less. Further, in order to make the original process stable and efficient, the preliminary hit process (4) described above is performed before the hit process (original process) (3) is performed. It is preferable to apply.
  • the preliminary process (4) is an effective process for performing a smoother original process even if the above-described hitting pins are not easily welded.
  • 6 (a) and 6 (b) are cross-sectional views orthogonal to the welding direction of the weld toe for explaining the case where the batting process is performed by changing the angle of the batting pin with respect to the metal material surface in the batting process of the present invention. It is a schematic diagram.
  • FIG. 6A shows the angle of the hitting pin with respect to the metal material surface in the preliminary hitting process
  • FIG. 6B shows the original hitting process (that is, the hitting of (3)) at the position processed in FIG.
  • the angle with respect to the metal material surface of the impact pin at the time of performing a process is shown, respectively.
  • the angle Vd formed by the hitting pin center line D with respect to the surface of the metal material 73 is set to the welding stop.
  • the striking process is performed by setting the center line C, which is 1 ⁇ 2 of the average value of the minimum value and the maximum value of the end opening angle ⁇ , to be larger than the angle Vc formed with respect to the surface of the metal material 73.
  • the angle Vd of the center line of the striking pin is set to be larger than the angle Vc of the center line C of the weld toe opening angle ⁇ (Vd> Vc).
  • the angle Vd of the center line D of the hitting pin is equal to the angle Vc of the center line C of the weld toe opening angle ⁇ , even when the rise of the toe part from the metal material is large or the wave of the weld toe is large.
  • This preliminary hammering process reduces the rise of the weld bead toe from the metal material, and can also reduce the wave at the weld toe.
  • the reaction force applied to the striking pin from the weld metal side can be reduced, the friction with the weld metal portion can be reduced, and the pin can easily trace the weld toe portion smoothly.
  • the angle Vd formed by the center line D of the hitting pin with respect to the surface of the metal material is set at the weld toe after the preliminary hitting treatment described above is performed.
  • the center line C of the average value of the weld toe opening angle ⁇ before the preliminary treatment is set to be the same as the angle Vc formed with respect to the surface of the metal material, and again the hammer peening treatment or ultrasonic wave
  • the impact process that is, the process (3) (original process) is performed.
  • the groove formed by the preliminary striking process becomes a guide in the moving direction of the pin, so that it is less affected by the reaction force from the weld metal side, and the striking process can be performed more smoothly.
  • the method of performing the preliminary impact treatment described in (4) is an effective method when the rise from the metal material of the toe portion of the weld bead is large or when the wave of the weld toe is large. This is in consideration of performing multiple hitting processes on the weld toe.
  • the rise of the weld toe toe from the metal material is large, when the welding toe opening angle ⁇ is small or the weld toe has a large wave, the striking pin becomes a weld metal during processing. It is easy to get caught, and a large load is applied to the striking pin during processing, and it may be necessary to stop the processing apparatus. This can be avoided.
  • backup striking process is especially advantageous when a weld toe part is the above shapes, it is not limited to this, In the case of the shape of a normal weld toe part However, by performing the preliminary hit process of (4), it is possible to perform the hit process more smoothly from the viewpoint of performing the hit process of (3) smoothly.
  • the invention described in (5) is the center of the hitting pin 3 with respect to the center line C of the average value of the minimum value and the maximum value of the weld toe opening angle ⁇ in the hitting process of the invention described in (3).
  • the angle formed by the line D is the allowable variation angle ⁇
  • the allowable variation angle is ⁇ 20 °. If the minimum value and the maximum value of the weld toe opening angle ⁇ are 140 ° or more and 160 ° or less, the allowable fluctuation angle is within ⁇ 10 ° and the center line D of the hitting pin 3 is relative to the surface of the metal material.
  • An angle Vd to be made is set.
  • the center line D of the striking pin 3 is made smaller than the center line C of the opening angle ⁇ of the weld toe, that is, the center line D of the striking pin 3 is reduced. This is because it is preferable to set the deviation of the weld toe opening angle ⁇ with respect to the center line C to be within ⁇ 10 °.
  • the minimum value and the maximum value of the weld toe opening angle ⁇ are 90 ° or more and less than 140 °
  • the minimum value and the maximum of the welding toe portion opening angle ⁇ are 140 ° or more and 160 ° or less.
  • the component of the pin tip of the striking pin 3 facing the weld toe direction of the reaction force from the processing surface is large, and can always be stably positioned at the center of the V-shaped groove formed at the weld toe portion. Therefore, the deviation of the center angle D of the hitting pin from the center line C of the weld toe opening angle ⁇ can be allowed within ⁇ 20 °.
  • the plus / minus ( ⁇ ) of the allowable variation angle ⁇ and the deviation angle ⁇ ′ described later is within a cross section orthogonal to the welding direction, as shown in FIG. 3 and FIGS. 6A and 6B described later.
  • the case of tilting toward the surface of the metal material 73 with respect to the center line C of the weld toe opening angle ⁇ is defined as + (plus), and the case of tilting toward the weld metal 8 is defined as ⁇ (minus).
  • the setting of the hitting pin is made as compared with the method of the invention of (3) by giving the predetermined allowable variation angle ⁇ to the setting angle Vd of the hitting pin center line.
  • the range of angles is widened, the efficiency of the processing work can be increased, and a stable processing work can be executed.
  • the present invention described in (6) is an average value of the minimum value and the maximum value of the weld toe opening angle ⁇ with respect to the surface of the metal material in the preliminary striking treatment of the invention described in (4).
  • the angle formed by the center line D of the hitting pin 3 with respect to the center line C is a deviation angle ⁇ ′
  • the minimum value and the maximum value of the weld toe opening angle ⁇ are 90 ° or more and less than 140 °
  • the deviation angle ⁇ ′ is over 0 ° to 20 ° and the minimum and maximum values of the weld toe opening angle ⁇ are 140 ° or more and 160 ° or less
  • the deviation angle ⁇ ′ is over 0 ° to 10 °.
  • An angle Vd formed by the center line D of the hitting pin with respect to the metal material surface in the preliminary hammer peening process or the ultrasonic impact process is set.
  • the angle Vd formed by the center line D of the striking pin with respect to the surface of the metal material is the minimum value and the minimum value of the weld toe opening angle ⁇ .
  • the center line C which is 1/2 of the average value, may be set so as to be larger than the angle Vc formed with respect to the surface of the metal material (Vd> Vc). If it is far away from the center line C of the toe portion opening angle ⁇ , it tends to be difficult to autonomously move to the V-shaped valley side formed at the weld toe portion.
  • the center line D of the striking pin 3 is larger than the center line C of the weld toe opening angle ⁇ .
  • the component of the reaction force from the processing surface directed toward the weld toe becomes small, and the striking pin is easily detached from the V-shaped groove formed in the weld toe. Therefore, in the method (6), in order to perform a stable process, the deviation of the opening angle ⁇ of the weld toe from the center line C is reduced, that is, preferably, the center of the hitting pin 3.
  • the line D sets the angle Vd formed with the surface of the metal material by setting the deviation angle ⁇ ′ in the range of more than 0 ° to 10 °.
  • the minimum value and the maximum value of the weld toe opening angle ⁇ are 90 ° or more and less than 140 °
  • the minimum value and the maximum value of the welding toe portion opening angle ⁇ are compared with the case where the minimum and maximum values of the welding toe opening angle ⁇ are 140 ° or more and 160 ° or less.
  • the component of the pin tip of the striking pin 3 facing the weld toe of the reaction force from the processing surface is large, so that it can always be stably positioned at the center of the V-shaped groove formed at the weld toe. Therefore, the allowable fluctuation angle ⁇ ′ of the center line D of the hitting pin can be allowed to exceed 0 ° to 20 °.
  • the deviation angle ⁇ ′ is + (plus) when tilted toward the weld metal 8 with respect to the center line C of the weld toe opening angle ⁇ in a cross section orthogonal to the welding direction of the weld joint.
  • the case of tilting to the surface side of 73 is set to ⁇ (minus).
  • the setting angle Vd of the center line of the hit pin is provided with a range of the deviation angle ⁇ ′ with respect to the center line of the opening angle ⁇ of the weld toe. Therefore, the preliminary striking processing work in the invention of (4) can be executed efficiently and stably.
  • a welded joint is manufactured by welding a metal material, and then the weld toe of the welded joint is described in any one of (3) to (6).
  • This method is a method for manufacturing a welded joint with improved fatigue characteristics by applying hammer peening treatment or ultrasonic impact treatment. As described above, any one of (3) to (6) is provided at the weld toe of the welded joint.
  • the shape of the weld toe becomes a concave shape with a smooth curvature, and the weld toe that has been generated by welding
  • the residual tensile stress in the vicinity of the part can be relaxed or a compressive stress can be applied to this part, and a welded joint with improved fatigue characteristics can be manufactured very efficiently.
  • damage process may be processed several times, changing the same process conditions or a process condition as needed, without limiting each process only once.
  • the above-described hitting process is repeated a plurality of times depending on the ability of the hitting apparatus and the material of the material to be processed. It is also preferable.
  • the radius of curvature of the hitting pin used in the present invention may be selected from the above viewpoint, and the other points are not particularly limited, but are preferably as follows.
  • FIG. 5 (a) and FIG. 5 (b) are diagrams showing examples of the tip shape of the hitting pin.
  • the tip curvature portion 34, the pin side surface portion 33, and the tip curvature are provided.
  • a curved surface having a radius of curvature of 0.5 mm or more and less than R in the cross section including the axis of the hitting pin and the adjacent surfaces are smoothly connected to the boundary portion 35 between the portion 34 and the adjacent surfaces by smoothly changing the curvature. It is desirable that the tip end portion 36 has a chamfered portion constituted by a transition region.
  • the diameter of the pin When the diameter of the pin is too large, a portion other than the tip of the pin comes into contact with the welded joint 7 that is the material 7 to be processed, and the movement along the weld toe 9 of the striking pin 3 is hindered and the processing efficiency is lowered. This is because, if the diameter of the hitting pin 3 is too small and too thin, the hitting pin 3 often pierces the workpiece 7 more than necessary, thereby hindering the smooth movement of the pin.
  • the shape of the hitting pin 3 and the output of the hitting processing mechanism may be adjusted as appropriate so that the hitting process is appropriately performed according to the shape and material of the workpiece 7.
  • each pin is configured independently so that it can autonomously move to the weld toe 9.
  • both the hammer peening treatment method and the ultrasonic impact treatment method can be adopted as the impact treatment method, but the ultrasonic impact treatment method is more desirable from the viewpoint of treatment efficiency and ease of handling.
  • a striking pin 3 having a tip radius of curvature R of about 2 to 5 mm and a diameter P of about 3 to 6 mm is used as the striking pin 3. In general, it is appropriate to use a product of this level.
  • Example 1 As shown in FIG. 1, a roller bearing type bearing 41 as an idler mechanism unit 4 is provided at the tip of an arm of a support pressing mechanism 5 attached to an electric carriage 61 that moves in one direction along a rail guide 62 as a moving mechanism 6. Thus, the shaft portion 42 supported so as to freely rotate in a direction orthogonal to the moving direction of the electric carriage 61 is attached. Further, the impact treatment mechanism portion 2 composed of an ultrasonic impact treatment device provided with the impact pin 3 was attached to the shaft 42 of the floating mechanism portion, and the impact treatment device 1 with improved fatigue characteristics of the present invention was produced.
  • a joint is provided in the middle of the arm of the support pressing mechanism 5, and the arm can be rotated in a plane orthogonal to the moving direction of the electric carriage 61, that is, the welding line direction.
  • the angle in the cross section perpendicular to the weld line direction of the pin shaft can be adjusted.
  • the angle can be adjusted, and a mounting table having an inclination angle is provided in a plane orthogonal to the moving direction of the electric carriage 61, and the angle is adjusted together with the joint.
  • a weight of about 150 kg was attached to the electric carriage 61 in consideration of the reaction force of the ultrasonic impact treatment.
  • the weld joint 7 to be processed has a weld length produced by abutting the end surface of the rib plate (steel plate) 72 to the main surface of the main plate (steel plate) 71 and performing T-shaped welding by fillet welding of CO 2 semi-automatic arc welding.
  • a 1800 mm T-shaped welded test specimen (see FIGS. 7A and 7B) was prepared.
  • the test specimen is mounted on the base 12 so that the position of the weld toe of the weld bead is substantially the same as the position of the striking pin in the striking device. It fixed to the treatment material mounting surface, and using the fatigue property improving impact treatment device 1 of the present invention, the impact toe 9 (92 to 95) of the T-shaped weld specimen was subjected to impact treatment.
  • the metal material (steel plate) used for the T-shaped welded joint is SM490B conforming to JIS G 3106 with a plate thickness of 20 mm.
  • the welding conditions for the T-shaped test specimen were YGW11 conforming to JIS Z 3312 as the welding material, and fillet arc welding with a welding heat input of 1.9 ⁇ 10 4 J / cm.
  • weld bead was adjusted by adjusting the angle of the steel sheet during welding in order to make the shapes of the four weld toes 92 to 95 of T-weld various test conditions.
  • No. 8 weld toe opening angle ⁇ was set to be of a different test level.
  • the opening angle ⁇ of the weld toe was measured according to the above definition.
  • the measurement positions were 35 at 50 mm intervals in the length direction of the weld line for each of the four weld toe portions 92 to 95.
  • the minimum and maximum values of the weld toe opening angle ⁇ were determined for each weld toe 92 to 95 measured above. Further, the angle Vc of the center line C (average value center line), which is a half of the average value of the minimum value and the maximum value of the weld toe opening angle ⁇ with respect to the metal material surface, was obtained.
  • the minimum value min and the maximum value max of each weld toe opening angle ⁇ and the angle Vc of the center line C that is 1 ⁇ 2 of the average value thereof are the toe part 92 (min: 72.4 °, max : 99.4 °, Vc: 42.9 °), toe portion 93 (min: 90.1 °, max: 109.8 °, Vc: 50.0 °), toe portion 94 (min: 100. 3 °, max: 119.9 °, Vc: 55.1 °) and toe portion 95 (min: 120.2 °, max: 138.5 °, Vc: 64.7 °).
  • Each weld line of the test specimen is divided into three sections a) to c) perpendicular to the direction of the weld line, and the angle formed by the center line D of the striking pin with respect to the surface of the metal material (steel plate) of the test specimen for each section Vd was changed to a) 35 °, b) 55 °, c) 75 °, and the toes 92 to 95 were subjected to a hitting process, and the situation of the hitting process and the situation of the weld toe after the hitting process were observed. did.
  • an ultrasonic impact treatment apparatus having a vibration frequency of 27 kHz and an output of about 1000 W was used.
  • the hitting pin 3 having a diameter of 5 mm and a tip curvature radius of 3 mm was used, and only one was mounted.
  • the pressing load of the impact processing mechanism unit 2 that performs ultrasonic impact processing on the T-shaped test specimen to be processed is about 5 kg (approximately about 5 kg by holding the device so as to be the weight of the impact processing mechanism unit 2. 50N), and the processing speed was 200 mm / min.
  • the horizontal axis indicates the position in the weld line direction at each toe 92 to 95
  • the vertical axis indicates the weld toe opening angle ⁇ .
  • FIG. 10 shows the relationship between the ratio of occurrence of unfinished parts, the weld toe opening angle ⁇ , and the difference between the Vd and Vc angles, and the range of the double arrow in the figure indicates the weld toe opening of the processed part.
  • the angle ⁇ is shown, and the numerical value shows the ratio of the remaining portion in the range of the opening angle.
  • the weld toe opening angle ⁇ continuously changed in the weld line direction at each of the weld toes 92 to 95, and varied between about 72 ° and 139 °.
  • the black plot shown in FIG. 9 is a portion where there is an untouched portion in the striking process. In the portion where the weld toe opening angle ⁇ is smaller than 90 °, it is concentrated regardless of the Vd angle. It was seen. For this reason, the minimum value of the toe portion opening angle ⁇ of the welded joint to be processed in the present invention needs to be 90 °.
  • the unfinished hammering process refers to a state in which the weld toe line remains so that it can be visually confirmed.
  • ⁇ was 90 ° or more.
  • the minimum value of the toe portion opening angle ⁇ of the welded joint to be processed in the present invention is 90 °. In this way, when the toe portion opening angle ⁇ is less than 90 to 140 °, it can be seen that if the difference between Vc and Vd is within a range of ⁇ 20 °, there is little leftover and the striking process can be performed.
  • the angle Vd formed by the center line D of the striking pin with respect to the surface of the metal material is a center that is an average value 1/2 of the minimum value and the maximum value of the toe portion opening angle ⁇ .
  • the weld joint 7 (T-welded specimen) subjected to the striking treatment by dividing the weld line into three of a) to c) in the direction perpendicular to the direction of the weld line is shown in FIG.
  • the sample was cut into three parts in the direction perpendicular to the weld line direction (cutting position E) to produce a T-shaped fatigue test specimen.
  • a fatigue test by bending was conducted using these three specimens. The fatigue test conditions were as follows: the stress ratio was 0.1 and the stress amplitude was changed. Moreover, the same fatigue test was done also about the T-shaped welding test body manufactured similarly except the point which has not performed the hit
  • Example 2 As shown in FIG. 2, a support pressing mechanism portion 5 including a pressing device 51 and a support arm 52 is arranged in the device base 11, and further, a linear slide type idle mechanism 43 and a shaft 42 are provided at the tip of the support arm 52. It attached so that the front-end
  • the welding joint 7 to be processed is placed on a carriage 13 corresponding to the moving mechanism 6, and the striking processing mechanism section 2 is in a direction orthogonal to the direction in which the striking mechanism section 4 moves freely, and the striking pin 3 is the processing target.
  • the weld joint 7 is moved relative to the weld line along the weld toe of the butt weld.
  • a joint is provided in the middle of the arm of the support pressing mechanism 5, and the arm is rotatable in a plane orthogonal to the moving direction of the carriage 13, that is, the welding line direction.
  • the angle in the cross-section perpendicular to the weld line direction of the shaft of can be adjusted.
  • the weld joint 7 to be processed is a butt welding test in which the end faces in the longitudinal direction of the two steel plates 73 and 73 are butted and the weld length is 1800 mm produced by CO 2 semi-automatic arc welding.
  • the weld toe portion 9 (96, 97) of the test body was hit using the fatigue property improving hit processing apparatus 1 of the present invention.
  • the metal material (steel plate) used for the butt weld test specimen is SM570 conforming to JIS G 3106 having a thickness of 20 mm, YFW-C60FR conforming to JIS Z 3313 is used as the welding material, and welding heat input is 1.9 ⁇ .
  • the opening angle ⁇ of the weld toe was measured according to the above definition.
  • the measurement position was set at 35 locations with an interval of 50 mm in the length direction of the weld line for each of the two weld toe portions 96 and 97.
  • the minimum value and the maximum value in the total length of the weld toe opening angle ⁇ for each of the weld toe parts 96 and 97 measured above were obtained. Further, the angle Vc of the center line C (average value center line), which is an angle that is 1/2 of the average value of the minimum value and the maximum value of the weld toe opening angle ⁇ , was obtained.
  • the minimum value min and the maximum value max of each weld toe opening angle ⁇ and the angle Vc of the center line C of the average value thereof are the toe part 96 (min: 130.4 °, max: 154.1 °, respectively. , Vc: 71.1 °), toe portion 97 (min: 140.3, max: 167.5 °, Vc: 76.9 °), which is a larger angle than Example 1.
  • Each weld line of the specimen is divided into three sections d) to f) perpendicular to the direction of the weld line, and the angle formed by the center line D of the striking pin with respect to the surface of the metal material (steel plate) of the specimen for each section Vd was changed to d) 70 °, e) 80 °, and f) 89 °, and the toes 96 to 97 were subjected to a striking process, and the state of the striking process and the condition of the weld toes after the striking process were observed. did.
  • a hammer peening apparatus having an impact energy of about 3 J was used.
  • the hitting pin 3 having a diameter of 5 mm and a tip curvature radius of 3 mm was used, and only one hitting pin was mounted.
  • the pressing load of the hammer processing mechanism unit 2 that performs the hammer peening process on the butt weld specimen to be processed is adjusted by displacement control so that the hammer processing device 2 does not unravel the position of the hammer processing mechanism unit, and the weld joint About 3.5 kg (about 35 N) was applied, and the processing speed was 200 mm / min.
  • the minimum value and the maximum value of the weld toe portion opening angle ⁇ and the average of the minimum and maximum values are the same as the weld toe portions 96 and 97.
  • the horizontal axis indicates the position in the weld line direction at each toe 96 and 97
  • the vertical axis indicates the weld toe opening angle ⁇ .
  • FIG. 12 shows the relationship between the occurrence ratio of the unfinished portion, the weld toe opening angle ⁇ , and the difference between the angles of Vd and Vc, and the range of the double arrow in the figure indicates the weld toe of the processed portion.
  • the partial opening angle ⁇ is shown, and the numerical value shows the ratio of the remaining portion in the range of the opening angle.
  • the black plot shown in FIG. 11 is a portion where the striking pin 3 slips from the weld toe and is not processed at the weld toe, and the weld toe opening angle ⁇ is greater than 160 °. Concentrated on. Therefore, the maximum value of the toe portion opening angle ⁇ of the welded joint to be processed in the present invention needs to be 160 °.
  • the untouched hammering process refers to a state where the weld toe line remains so that it can be visually confirmed, as in the first embodiment.
  • the maximum value of the toe portion opening angle ⁇ of the welded joint to be processed in the present invention is set to 160 °.
  • the hitting process can be performed without any remaining if the difference between Vc and Vd is within ⁇ 10 °. That is, in the cross section perpendicular to the weld line, the angle Vd formed by the center line D of the striking pin with respect to the surface of the metal material is 1 ⁇ 2 of the average value of the minimum value and the maximum value of the toe portion opening angle ⁇ .
  • the angle Vc formed by the center line C or in the range of Vc ⁇ 10 ° the hitting process can be performed efficiently with less leftovers.
  • the weld joint 7 (butt weld specimen) in which the welding line was divided into three parts d) to f) in the direction perpendicular to the direction of the welding line and subjected to the striking treatment was obtained as in Example 1.
  • the specimen was cut into three parts in a direction perpendicular to the welding direction to prepare a fatigue test body, and a fatigue test by bending was performed using these three test bodies.
  • the fatigue test conditions were as follows: the stress ratio was 0.1 and the stress amplitude was changed.
  • the fatigue test by bending is performed by supporting the position of the specimen away from the weld toe at the weld toe portions 96 and 97 with a jig, and using the weld metal at the weld toe portions 98 and 99 side. A repeated load was applied to the center portion, and repeated tensile loads were applied to the weld toe portions 96 and 97 side.
  • the same fatigue test was performed on the butt weld test specimen (a butt test specimen as-welded) manufactured in the same manner except that no hitting treatment was performed.
  • the butt weld specimen subjected to the striking treatment according to the present invention is d) about 2.5 times and e) about 2.5 times the butt weld specimen as-welded.
  • f) a fatigue life of about 1.5 times was obtained, respectively.
  • the toe portion where there are many unfinished portions is the position where the weld toe opening angle exceeds 160 °, and the position where the difference between the Vc and Vd angles exceeds 10 ° even if the welding toe opening angle is 160 ° or less. This can be seen from FIG.
  • the average value of the opening angle ⁇ of the weld toe is preferably 160 ° or less, and the difference between the angles of Vc and Vd is preferably 10 ° or less. confirmed.
  • Example 3 In the third example, a test body in which the properties of the weld toe part were changed in the T-shaped welded test body having the same dimensions as those shown in FIGS. 7A and 7B shown in Example 1 was produced. Then, using the fatigue characteristic improvement processing apparatus 1 shown in FIG. 1 shown in Example 1, a process for improving the fatigue characteristics of the welded joint was performed on the weld specimen. In Example 3, a plurality of preliminary hitting processes and the original hitting process are performed on the weld toe.
  • a weld joint having a weld length of 1800 mm was formed by welding (T-shaped welding) in which the end surface of the rib steel plate 72 was abutted against the main surface of the steel plate 71 as the main test plate.
  • the metal material (steel plate) used for the welding test body is SM490B based on JIS G 3106 with a plate thickness of 20 mm.
  • the welding material used was a low hydrogen welding rod D4316 in accordance with JIS Z 3211, and the welding condition was covered arc welding by manual welding with a welding heat input of 1.7 ⁇ 10 4 J / cm.
  • the ultrasonic impact process was performed, pressing the pin 3 to the toe part of a welding bead and moving to a welding line direction.
  • the vibration frequency of this ultrasonic impact treatment was 27 kHz, and the output was about 1000 W.
  • the shape of the hitting pin 3 was of the type shown in FIG. 5A (P ⁇ 2R), and had a diameter of 3 mm and a tip radius of curvature of 3 mm. Further, the pressing load of the impact processing mechanism section 2 that performs ultrasonic impact processing on the T-shaped test specimen to be processed is about 5 kg (approximately about 5 kg by holding the apparatus so as to be the weight of the impact processing mechanism section 2. 50N), and the processing speed was 150 mm / min. In addition, the rail 62 attached to the rigid body was used for the guide of the electric trolley
  • the welding angle of the weld bead 8 is adjusted by adjusting the arrangement angle of the steel plates during welding.
  • the end opening angle ⁇ was set to be of a different test level.
  • the cross-sectional shape perpendicular to the weld line of the weld toe portions 92 ′ and 93 ′ is measured, and the measured cross-sectional shape and the hitting pin used above are measured. From the relationship with the radius of curvature, the opening angle ⁇ of the weld toe was measured according to the above definition. In addition, the measurement positions were set at 35 locations at intervals of 50 mm in the length direction of the weld line for each of the two weld toe portions 92 ′ and 93 ′.
  • the minimum value and the maximum value of the weld toe portion opening angle ⁇ were determined for each of the measured weld toe portions 92 'and 93'. Further, the angle Vc of the center line C, which is 1/2 of the average value of the weld toe opening angle ⁇ , was obtained.
  • the minimum value min and the maximum value max of each weld toe opening angle ⁇ , and the angle Vc of the center line C that is 1 ⁇ 2 of the average value are respectively the toe part 92 ′ (min: 90.1 °, max: 119.3 °, Vc: 52.4 °) and toe portion 93 ′ (min: 120.4 °, max: 158.4 °, Vc: 69.7 °).
  • the shape of the toe portion was worse than in Examples 1 and 2 by semi-automatic arc welding.
  • the opening angle of the toe suddenly changes greatly, and there is a part where the difference between the maximum and minimum opening angles ⁇ other than the measurement position of the opening angle is larger than the measurement result.
  • the width of the toe was not constant, and the wave at the toe was relatively large.
  • Example 3 the difference between the minimum value and the maximum value of the weld toe opening angle ⁇ was less than 30 °, and the toe shape was smooth and uniform. Although the difference was the same even when measured at other locations, in Example 3, the difference between the minimum value and the maximum value of the toe portion opening angle ⁇ of the toe portion 93 ′ is Although it is 30 ° or less, the toe opening angle ⁇ and bead width outside the measurement position vary greatly with a pitch of several mm, and the difference between the minimum and maximum values of ⁇ clearly exceeds 30 °. It was. Further, the toe portion 92 'also showed an angle difference that was greater than the measurement result.
  • Example 3 preliminary hit processing is performed on the weld toe. That is, after subjecting the weld toe part of the weld specimen to a preliminary striking process in one direction from one end to the other end, the original striking process is performed in the opposite direction to the same toe part. It was.
  • Table 1 shows each weld line of the test specimen in the direction perpendicular to the direction of the weld line, g) to i) for the toe portion 92 ', and j) to l) for the toe portion 93'.
  • the angle Vd formed by the center line D of the hitting pin in the preliminary hitting process with respect to the metal material (steel plate) surface of the test specimen is changed for each section, and the angle Vd of the hitting pin in the original process is the same as in Example 1.
  • Vc that is, a range of Vc ⁇ 20 °
  • Vc that is, a range of Vc ⁇ 10 °
  • FIG. 13 shows the case of the toe portion 92 ′
  • FIG. 14 shows the case of the toe portion 93 ′
  • the position of 93 'in the weld line direction is shown, and the vertical axis shows the weld toe opening angle ⁇ of each toe part 92', 93 '.
  • 13 shows an example in the range where the weld toe opening angle ⁇ is 90 to 120 ° or less
  • FIG. 14 shows an example in the range where the weld toe opening angle ⁇ is more than 120 ° to 160 °. Yes.
  • FIG. 14 shows an example in the range where the weld toe opening angle ⁇ is more than 120 ° to 160 °.
  • the minimum value and the maximum value of the toe portion opening angle ⁇ are as shown in FIG. 13 toe portion 92 ′ (min: 90.1 °, max: 119.3 °, Vc: 52.4 °).
  • an angle of that is, in the range of Vc ⁇ 20 °) (section h) (section h)
  • an unfilled product was obtained.
  • the minimum value and the maximum value of the toe portion opening angle ⁇ are as shown in FIG. 14 toe portion 93 ′ (min: 120.4 °, max: 158.4 °, Vc: 69.7 °).
  • an untouched product was obtained.
  • Vc ⁇ Vd ⁇ 28.8 to ⁇ 9.8 °
  • Vc ⁇ Vd Vc ⁇ Vd of ⁇ 9.8 °
  • Vc ⁇ Vd is set within ⁇ 20 ° when ⁇ is less than 140 °
  • Vc ⁇ Vd is set within ⁇ 10 ° when 140 ° or more.
  • the toe pin is caught due to welding with a hand stick, etc., when the toe shape is poor and the wave is relatively large, or the unexpected toe shape suddenly changes, and the hitting pin stops.
  • the angle Vd formed by the center line of the striking pin with respect to the surface of the metal material is An angle that is larger than an angle Vc formed by a center line that is 1 ⁇ 2 of the average value of the minimum value and maximum value of the toe portion opening angle with respect to the surface of the metal material, that is, (Vc + 20 °) or less, that is, a deviation angle ⁇ ′.
  • Vd is set to Vc ⁇ 20 ° and the original treatment is performed.
  • Vd is larger than Vc and is an angle of (Vc + 10 °) or less, ie, the deviation angle ⁇ ′ is more than 0 ° to 10 °.
  • Vd was changed to Vc ⁇ 10 as in Examples 1 and 2. Perform the original processing as.
  • the fatigue characteristics of a welded joint can be improved promptly, accurately, and reasonably by using an advantageous combination of a simple moving mechanism, idle mechanism, support pressing mechanism, and impact treatment device. Therefore, the problems of the technical problem and the economic problem as described above can be advantageously solved.
  • an automatic moving device such as a robot

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Abstract

　本発明は、複雑な機構を用いることなく、また、特別な位置制御を行わずに、溶接線方向に移動する打撃ピン（３）の先端を溶接金属（８）の止端部（９）方向に自律的に移動させることができる溶接継手の疲労特性改善打撃処理装置及び処理方法を提供するものであって、打撃処理を施す打撃処理機構部（２）と、 打撃処理機構部を支持しかつ打撃ピンを溶接止端部に押し付ける支持押圧機構部（５）と、支持押圧機構部を搭載して、溶接線方向に移動する移動機構部（６）とが配設され、支持押圧機構部内又は支持押圧機構部と移動機構部との間に、打撃ピンの軸方向中心線が被処理材（７）表面となす角度を調整する角度調整機構（１０）を備え、さらに、打撃処理機構部の溶接方向と直角な方向への動きに自由度を与える遊撃機構部（４）を、打撃処理機構部と支持押圧機構部との間に配設する。

Description

溶接継手の疲労特性改善打撃処理装置、疲労特性改善方法および疲労特性が改善された溶接継手の製作方法
　本発明は、建築、造船、橋梁、建設機械、海洋構造物、自動車などに用いられる繰り返し荷重を受ける構造用の金属製部材であって、疲労き裂の発生が問題となる溶接継手を対象にして、その疲労特性を効率よく改善することのできる、溶接継手の疲労特性改善打撃処理装置及び溶接継手の疲労特性改善方法、ならびに疲労特性が改善された溶接継手の製作方法に関するものである。
　船舶や橋梁、海洋構造物など鋼構造物、さらに自動車などは、多くの鋼部材を溶接接合して構成されており、各種の溶接方法によって、溶接継手が形成される。そして、溶接部の表面側の鋼部材（母材）と溶接金属との境界部に、溶接止端部が形成される。この溶接止端部近傍は、溶接時に高温状態の溶接金属部が周辺の母材部に拘束された状態で冷却されることに起因して引張残留応力が存在し易い部位であり、さらには、構造物として用いられるときには部材への外力により応力が集中し易い部位である。このため、構造物の溶接継手部に繰り返し荷重が作用すると、溶接止端部から疲労き裂が発生し致命的なき裂や割れに進展する可能性を有しており、溶接止端部の残留応力問題および応力集中し易い形状の問題は、鋼構造物の疲労特性を向上させる上での妨げとなっている。
　このような溶接部に発生する疲労き裂は、構造物全体の信頼性に重大な影響を及ぼすため、従来から疲労特性を向上させる種々の手法が試みられてきた。
　例えば、社団法人日本道路協会、「鋼橋の疲労」、丸善株式会社、１９９７年５月、および、Ｐ．　Ｊ．　Ｈａａｇｅｎｓｅｎ　ａｎｄ　Ｓ　Ｊ．　Ｍａｄｄｏｘ、ＩＩＷ　Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｐｏｓｔ　Ｗｅｌｄ　Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｓｔｅｅｌ　ａｎｄ　Ａｌｕｍｉｎｕｍ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ、ＸＩＩＩ－１８１５－００、Ｒｅｖｉｓｅｄ　１６　Ｆｅｂｒｕａｒｙ　２００４、では、（ａ）機械的な方法（グラインディング）により溶接部を平滑にする方法、或いは（ｂ）ＴＩＧ溶接により溶接部に化粧溶接（ドレッシング）を施す方法などにより応力集中を低減する手法が開示されている。
　また、溶接部にピーニングを施して、疲労き裂が発生する部位に圧縮応力を導入し、あわせて応力集中を低減する方法も提案されている。打撃処理としては、（ｃ）ショットピーニング、（ｄ）ハンマーピーニングなどのほか、近年（ｅ）超音波衝撃処理（例えば、特開２００６－１６７７２４号公報、特開２００６－１７５５１２号公報、米国特許第６，１７１，４１５号公報、参照）などが挙げられる。
　上記の（ａ）～（ｅ）などの疲労特性改善処理によれば、溶接止端部の耐疲労き裂発生特性を向上させ得ることが知られており、特に、（ｅ）の超音波衝撃処理は比較的短時間の処理で大きな改善効果が得られることから、産業界の期待は大きい。しかし、この超音波衝撃処理は、人手で処理することを前提に開発されてきたため、鋼橋やクレーンなど長い距離を連続して処理する必要のある構造物や組み立て作業の自動化が進んでいる工場などでは、採用が困難な場合があった。
　また、自動処理のためにロボットに超音波衝撃処理装置を組み込む場合、溶接ビードの止端部のラインは通常溶接線方向に不規則にゆがんでいるため正確に止端部に処理を行うためには、止端部の位置検出機能やゆがみに合わせて走行可能とする機構など高度な自動制御が必要であり、費用の面から実用化が困難な場合があった。
　そこで、本発明は、上記課題を有利に解決して、自動制御というような複雑な機構を用いることなく処理位置の自律追尾を可能とする、溶接継手の疲労特性改善打撃処理装置及び溶接継手の疲労特性改善方法、ならびに疲労特性が改善された溶接継手の製作方法を提供することを目的とするものである。
　本発明は、被処理材である溶接継手と打撃処理装置とが溶接方向に相対移動する機構と前記（ｄ）や（ｅ）などの打撃処理機構を有利に組み合わせることによって上記課題を解決しようとするものであり、その要旨は以下のとおりである。
　　（１）金属材料面に対して溶接ビードが外に凸である溶接継手の溶接止端部に、打撃ピンを押し付けながら溶接線方向に移動してハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す、溶接継手の疲労特性改善打撃処理装置であって、該打撃処理装置１には、
前記ハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す打撃処理機構部２と、該打撃処理機構部２を支持するとともに、該打撃処理機構部２の打撃ピン３を被処理材７である前記溶接継手の溶接止端部９に押し付ける支持押圧機構部５と、該支持押圧機構部５を搭載し、打撃処理機構部２を基台１２に載置された被処理材７の溶接止端部９に沿って溶接線方向に移動させる移動機構部６とが配設され、かつ、前記支持押圧機構部５内又は前記支持押圧機構部５と前記移動機構部６との間に、溶接線方向に直交する断面において前記被処理材７の金属材料表面に対して前記打撃ピン３の軸方向中心線がなす角度を調整する角度調整機構１０が配設され、さらに、前記打撃処理機構部２の溶接方向と直角な方向への動きに自由度を与える遊動機構部４が、前記打撃処理機構部２と前記支持押圧機構部５との間、前記支持押圧機構部５内、前記支持押圧機構部５と前記移動機構部６との間のいずれか１箇所または２箇所以上に配設されていることを特徴とする、溶接継手の疲労特性改善打撃処理装置。
　　（２）金属材料面に対して溶接ビードが外に凸である溶接継手の溶接止端部に、打撃ピンを押し付けながら溶接線方向に相対移動してハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す、溶接継手の疲労特性改善打撃処理装置であって、該打撃処理装置１には、前記ハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す打撃処理機構部２と、該打撃処理機構部２を支持するとともに、該打撃処理機構部２の打撃ピン３を被処理材７である前記溶接継手の溶接止端部９に押し付ける支持押圧機構部５と、支持押圧機構部５が配設される装置基部１１と、被処理材７を搭載し、被処理材７の溶接止端部９が打撃処理機構部２に沿うように、溶接線方向に移動する移動機構部６とが配設され、かつ、前記支持押圧機構部５内又は前記支持押圧機構部５と前記移動機構部６との間に、溶接線方向に直交する断面において前記披処理材７の金属材料表面に対して前記打撃ピン３の軸方向中心線がなす角度を調整する角度調整機構１０が配設され
　さらに、前記打撃処理機構部２の溶接方向と直角な方向への動きに自由度を与える遊動機構部４が、前記打撃処理機構部２と前記支持押圧機構部５との間、前記支持押圧機構部５内、前記支持押圧機構部５と装置基部１１との間のいずれか１箇所または２箇所以上に配設されていることを特徴とする、溶接継手の疲労特性改善打撃処理装置。
　　（３）金属材料面に対して溶接ビードが外に凸である溶接継手の溶接止端部に、溶接方向と直角な方向への動きに自由度を持たせつつ、打撃ピンを押し付けながら溶接線方向に相対移動させてハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す、溶接継手の疲労特性改善方法であって、溶接継手の溶接止端部の所望とする曲率半径に基づいて打撃ピンの曲率半径を選定し、前記打撃ピン３が金属材料７３と溶接金属８の両方に接した状態で溶接止端部９へ対向する場合に、前記溶接継手の溶接線と直交する断面内において、溶接止端９１から打撃ピン３と金属材料７３との接点３１までを結ぶ直線Ａと、溶接止端９１から打撃ピン３と溶接金属８との接点３２までを結ぶ直線Ｂとを想定し、これら２つの直線ＡおよびＢがなす角度を溶接止端部開き角度φとするとき、溶接継手の溶接線方向に溶接止端部開き角度φを測定し、その最小値と最大値が９０°以上１６０°以下である溶接継手に対して、前記打撃ピン３の中心線Ｄが金属材料表面に対してなす角度Ｖｄを、前記溶接止端部開き角度φの最小値と最大値の平均値の１／２である中心線Ｃが金属材料表面に対してなす角度Ｖｃと同じとなるように設定して、打撃ピンを溶接止端部に対向させ、ハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を少なくとも１回施すことを特徴とする溶接継手の疲労特性改善方法。
　　ただし、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値の平均値の中心線Ｃ（以下、溶接止端部開き角度φの中心線Ｃともいう）とは、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値の平均値、すなわち平均角度の二等分線を意味するものとする。
　　（４）（３）に記載のハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す前に、前記打撃ピンの中心線Ｄが金属材料表面に対してなす角度Ｖｄを、前記溶接止端部開き角度φの最小値及び最大値の平均値の１／２である中心線Ｃが金属材料表面に対してなす角度Ｖｃより大きくなるように設定して、予備のハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を少なくとも１回施すことを特徴とする（３）に記載の溶接継手の疲労特性改善方法。
　　（５）前記ハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理において、金属材料表面に対して前記溶接止端部開き角度φの最小値と最大値の平均値の１／２である中心線Ｃに対して前記打撃ピン３の中心線Ｄがなす角度を許容変動角度θとするとき、前記溶接止端部の開き角度φの最小値と最大値が９０°以上１４０°未満の場合は、前記許容変動角度を±２０°以内、前記溶接止端部の開き角度φの最小値と最大値が１４０°以上１６０°以下の場合は、許容変動角度を±１０°以内として、前記打撃ピン３の中心線Ｄが金属材料表面に対してなす角度Ｖｄを設定することを特徴とする（３）または（４）に記載の溶接継手の疲労特性改善方法。
　但し、許容変動角度θは、溶接継手の溶接方向と直交する断面内において、中心線Ｃに対して、溶接金属側に傾く場合を＋（プラス）、金属材料表面側に傾く場合を－（マイナス）とする。
　　（６）前記予備のハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理において、金属材料表面に対して前記溶接止端部開き角度φの最小値と最大値の平均値の１／２である中心線Ｃに対して前記打撃ピン３の中心線Ｄがなす角度を偏差角度θ’とするとき、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値が９０°以上１４０°未満である場合は偏差角度θ’を０°超～２０°、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値が１４０°以上１６０°以下である場合は許容変動角度θ’を０°超～１０°として、前記予備のハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理における前記打撃ピンの中心線Ｄが金属材料表面に対してなす角度Ｖｄを設定することを特徴とする（４）または（５）に記載の溶接継手の疲労特性改善方法。
　但し、偏差角度θ’は、溶接継手の溶接方向と直交する断面内において、中心線Ｃに対する溶接金属側への傾き角度とする。
　　（７）金属材料を溶接して溶接継手を製作し、ついでこの溶接継手の溶接止端部に、（３）～（６）のいずれかに記載の方法によりハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施すことを特徴とする疲労特性が改善された溶接継手の製作方法。
　本発明によれば、簡易な移動機構と遊動機構と支持押圧機構と打撃処理装置を有利に組み合わせて用いるため、速やかにかつ正確にしかも合理的に溶接継手の疲労特性を向上させることができ、前述のような技術課題や経済的課題の問題点を有利に解決することができる。例えば、本発明の装置をロボット等による自動移動処理装置として使用する場合には、単純に溶接ビードの大まかな方向を指示するのみでよい。溶接止端のゆがみを検出し、これに追従するようにするための機能が不要となり、極めて簡易なシステムで処理システムを構築することが可能となり、経済的にも極めて有効である。また、人手により溶接継手に打撃処理を行う場合は、頻繁に休憩を取る必要のある負荷の大きい作業であるが、本発明を用いれば、打撃処理中は処理の進行を監視する業務のみでよく、処理効率を高めることが期待できる。このように、本発明によれば、疲労き裂発生防止効果と溶接継手の製作工期の短縮、さらには設備の簡略化による経済効果との両方が期待できる。
図１は、本発明の装置の一実施例を模式的に示す斜視図であり、打撃処理機構部を移動させることで、被処理材との相対移動を行わせる場合を示す。 図２は、本発明の装置の他の実施例を模式的に示す斜視図であり、被処理材を移動させることで、打撃処理機構部との相対移動を行わせる場合を示す。 図３は、本発明で定義する溶接止端部開き角度φと打撃ピン３の溶接止端部９への対向方向の許容変動角度θを示す溶接止端部の溶接線方向と直交する断面の模式図である。 図４（ａ）は、溶接止端部の開き角φが９０°より小さい場合に打撃処理による溶接止端部にき裂状形状が形成される過程を模式的に説明する図であり、処理前の状態を示す。 図４（ｂ）は、溶接止端部の開き角φが９０°より小さい場合に打撃処理による溶接止端部にき裂状形状が形成される過程を模式的に説明する図であり、処理後の状態を示す。 図５（ａ）は、本発明に好適な打撃ピンの先端形状を模式的に示す図であり、Ｐ≦２Ｒの場合を示す。 図５（ｂ）は、本発明に好適な打撃ピンの先端形状を模式的に示す図であり、Ｐ＞２Ｒの場合を示す。 図６（ａ）は、本発明の打撃処理における打撃ピンの金属材料表面に対する角度を変えて打撃処理を行う場合を示すもので、予備の打撃処理における打撃ピンの金属材料表面に対する角度を示す溶接線方向と直交する断面の模式図である。 図６（ｂ）は、本発明の打撃処理における打撃ピンの金属材料表面に対する角度を変えて打撃処理を行う場合を示すもので、予備の打撃処理の後の打撃処理における打撃ピンの金属材料表面に対する角度を示す溶接線方向と直交する断面の模式図である。 図７（ａ）は、本発明を適用する溶接継手の一実施例であるＴ字溶接継手の溶接線方向と直交する断面の模式図である。 図７（ｂ）は、本発明を適用する溶接継手の一実施例であるＴ字溶接継手の平面の模式図である。 図８は、本発明を適用する溶接継手の他の実施例である突合せ溶接継手の溶接線方向と直交する断面の模式図である。 図９は、実施例１の打撃処理における溶接止部開き角度φの溶接線方向の位置と打ち残し部分の分布との関係を示す図である。 図１０は、実施例１の打撃処理における溶接止端部開き角度φの中心線の角度Ｖｃと打撃ピンの中心線の角度Ｖｄとの差と打ち残し部分の分布との関係を示す図である。 図１１は、実施例２の打撃処理における溶接止端部開き角度φの溶接線方向の位置と打ち残し部分の分布との関係を示す図である。 図１２は、実施例２の打撃処理における溶接止端部開き角度φの中心線の角度Ｖｃと打撃ピンの中心線の角度Ｖｄとの差と打ち残し部分の分布との関係を示す図である。 図１３は、実施例３の打撃処理における溶接止端部開き角度φの溶接線方向の位置と打ち残し部分の分布との関係を示す図である。 図１４は、実施例３の打撃処理における溶接止端部開き角度φの溶接線方向の位置と打ち残し部分の分布との関係を示す他の例の図である。 図１５は、実施例３の打撃処理における溶接止端部開き角度φの中心線の角度Ｖｃと打撃ピンの中心線の角度Ｖｄとの差と打ち残し部分の分布との関係を示す図である。
　本発明について具体的に説明する。なお、以下の説明においてはハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を、単に、「処理」又は「打撃処理」と呼ぶこともある。
　本発明を適用する溶接継手の溶接止端部の形状について説明する図７（ａ）は、本発明を適用する溶接継手の一例であるＴ字溶接継手の溶接方向と直交する断面の模式図である。主板（鋼板）７１の上面にリブ板（鋼板）７２をリブ板７１の両側から隅肉溶接しており、鋼板面より外側に凸状の溶接ビード（溶接金属）８がリブ板の両側に形成され、溶接止端部９２～９５が形成されている。なお、図７（ｂ）は、このＴ字溶接継手の平面の模式図である。
　また、図８は本発明を適用する溶接継手の他の例である突合せ溶接継手の溶接方向に直交する断面の模式図である。二つの鋼板７３、７３を突き合わせて配置し、突き合せ溶接したもので、鋼板面より外側に凸状の溶接ビード（溶接金属）８が形成され、溶接止端部９６～９９が形成されている。
　本発明において、金属材料面（鋼板）に対して溶接ビードが外に凸である溶接継手とは、上述のように、溶接ビードが金属材料面よりも突出している状態をいうものであって、溶接ビードが金属材料面と同じ又はこれより低い場合を除くものである。すなわち、溶接ビードが少なくとも外に凸の状態でないと、金属材料表面と溶接ビードによる溶接止端部のＶ形の溝が形成されず、打撃ピンを溶接方向と直角な方向への自由度を持たせつつ、溶接止端部に押し付けながら溶接線方向に移動させて、ハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す本発明の方法において、打撃ピンが溶接止端部に沿ってガイドされ難くなるためである。
　図１及び、第２図に本発明の装置の概略図を示す。本発明は、溶接継手の溶接後に溶接止端部９（９２～９５，９６～９９）にハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す打撃処理機構部２を簡易な移動機構６、遊動機構４、支持押圧機構５と組み合わせて疲労き裂発生阻止性能の高い溶接部を有する溶接継手を効率よく作製する装置１に関するものであり、また、その装置を用いた溶接継手の疲労特性改善方法に関するものである。
　（１）に記載の本発明の溶接継手の疲労特性改善打撃処理装置１は、金属材料面に対して溶接ビードが外に凸である溶接継手の溶接止端部に、打撃ピンを押し付けながら溶接線方向に移動してハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す、溶接継手の疲労特性改善打撃処理装置であって、図１に示すように、該打撃処理装置１には、前記ハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す打撃処理機構部２と、該打撃処理機構部２を支持するとともに、該打撃処理機構部２の打撃ピン３を被処理材７である前記溶接継手の溶接止端部９に押し付ける支持押圧機構部５と、該支持押圧機構部５を搭載し、打撃処理機構部２を基台１２に載置された被処理材７の溶接止端部９に沿って溶接線方向に移動させる移動機構部６とが配設され、かつ、前記支持押圧機構部５内又は前記支持押圧機構部５と前記移動機構部６との間に、溶接線方向に直交する断面において前記披処理材７の金属材料表面に対して前記打撃ピン３の軸方向中心線がなす角度を調整する角度調整機構１０が配設され、さらに、前記打撃処理機構部２の溶接方向と直角な方向への動きに自由度を与える遊動機構部４が、前記打撃処理機構部２と前記支持押圧機構部５との間、前記支持押圧機構部５の内部、前記支持押圧機構部５と前記移動機構部６との間のいずれか１箇所または２箇所以上に配設されていることを特徴とする。
　また、（２）に記載の本発明の溶接継手の疲労特性改善打撃処理装置１は、金属材料面に対して溶接ビードが外に凸である溶接継手の溶接止端部に、打撃ピンを押し付けながら溶接線方向に相対移動してハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す、溶接継手の疲労特性改善打撃処理装置であって、図２に示すように、該打撃処理装置１には、前記ハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す打撃処理機構部２と、該打撃処理機構部２を支持するとともに、該打撃処理機構部２の打撃ピン３を被処理材７である前記溶接継手の溶接止端部９に押し付ける支持押圧機構部５と、支持押圧機構部５が配設される装置基部１１と、被処理材７を搭載し、被処理材７の溶接止端部９が打撃処理機構部２に沿うように、溶接線方向に移動する移動機構部６とが配設され、かつ、前記支持押圧機構部５内又は前記支持押圧機構部５と前記移動機構部６との間に、溶接線方向に直交する断面において前記披処理材７の金属材料表面に対して前記打撃ピン３の軸方向中心線がなす角度を調整する角度調整機構１０が配設され、さらに、前記打撃処理機構部２の溶接方向と直角な方向への動きに自由度を与える遊動機構部４が、前記打撃処理機構部２と前記支持押圧機構部５との間、前記支持押圧機構部５の内部、前記支持押圧機構部５と装置基部１１との間のいずれか１箇所または２箇所以上に配設されていることを特徴とする。
　（１）に記載の本発明の溶接継手の疲労特性改善打撃処理装置１と、（２）に記載の本発明の溶接継手の疲労特性改善打撃処理装置１とは、後述する打撃処理機構部２と被処理材である溶接継手７の溶接止端部９とを溶接線方向に相対的に移動させる移動機構部６の配置或は構成が異なっているが、その他の点においては、ほぼ共通する。
　すなわち、本発明に係る溶接継手の疲労特性改善打撃処理装置１の移動機構として、次のような大きく分けて２つのタイプが考えられる。一つは、（１）に記載したもので、図１に示すように、被処理材である溶接継手７を基台１２に載置、固定し、遊動機構部４を介して打撃処理機構部２を取り付けた支持押圧機構５を、移動機構部６を構成する電動台車６１とガイドレール６２を備えた移動機構部６の電動台車６１に搭載し、溶接止端部に沿って移動させるようにしたタイプである。もう一つは、（２）に記載したもので、図２に示すように、移動機構部６は被処理材７の移動のみを行い、遊動機構部４を介して打撃処理機構部２を取り付けた支持押圧機構５は装置基部１１に固定して処理を行うようにしたタイプである。この場合、移動機構部６としては、被処理材７である溶接継手を搭載し、その溶接止端部を打撃処理機構部２の打撃ピンに沿うように溶接方向に移動可能とするものであればよく、台車１３などを備えることができる。いずれのタイプを選択するかは、処理対象や処理環境（屋外構造物の処理、工場内での処理等）によって、適宜選択するのが望ましい。
　上述のように、（１）、（２）に記載の本発明の溶接継手の疲労特性改善打撃処理装置１は、移動機構部６の構成、配置などが異なるほかは、他の構成、機能についてはほぼ共通するので、以下では、共通する部分を説明し、重複する説明を省略する。
　まず、本発明の溶接方向と直角な方向への動きに自由度を与える遊動機構部４について説明する。図３は、溶接止端部の溶接線方向と直交する断面の模式図である。本発明では、金属材料面に対して溶接ビードが外に凸である溶接継手の溶接止端部９に打撃ピン３を押し付けながら、より詳しくは、図３に示すように、打撃ピン３を、接点３１で金属材料７３と、また、接点３２で溶接止端部の溶接金属８とに当接するようにして押し付けながら、溶接線方向に相対的に移動してハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す。
　その際、溶接線方向に垂直な断面で、打撃処理機構部２の打撃ピン３は、打撃処理部の溶接線方向への相対移動に伴い押し付け位置が逸れて金属材料７３または溶接金属８の片方のみと当接（片当たり）するようになることがある。
　本発明の装置の遊動機構部４は、支持押圧機構５による処理機構部２、打撃ピン３を経た押圧力、および打撃ピン３が片当たりした金属材料７３または溶接金属８からの反力を受けながら、打撃処理機構部２の打撃ピン３の先端を溶接止端部方向に自律的に移動させるようにするものである。その結果、打撃処理機構部２に対して特別な位置制御を行うことなく合理的に溶接止端部９に打撃処理を施すことができる。
　すなわち、遊動機構部は、溶接止端部のビード形状の溶接線方向と直角な方向へ位置の変化による金属材料７３または溶接金属８からの打撃処理機構部２への反力に対して、支持押圧機構部５を変位可能とすることによって衝撃を緩和しつつ打撃ピンをできるだけ溶接止端部に押しつけるようにする機能を有するものである。
　遊動機構部４の具体的な遊動機構としては、構造の簡便さや部品の調達のしやすさなどから、たとえば、図１に示すように、打撃処理機構部２を支持する軸４２を、移動機構部６に取付けられた支持押圧機構５のアームの先端部に設けたローラーベアリングタイプの軸受け４１で移動機構部６の移動方向と直交する方向に回動自在に支持するようにした回転タイプのほか、図２に示すように、打撃処理機構部２を支持する軸４２を、装置基部１１に取付けられた支持押圧機構５のアームの先端部において移動機構部６の移動方向と直交する方向の面４３内で移動自在に支持するようにしたリニアスライドタイプも好ましい。なお、遊動機構部４の配設場所は、上記の作用、効果を発揮する場所であればよく、（１）に記載の装置の場合は、前記打撃処理機構部２と前記支持押圧機構部５との間、前記支持押圧機構部５内、前記支持押圧機構部５と前記移動機構部６との間のいずれか１箇所または２箇所以上に配設されていればよい。
　また、（２）に記載の装置の場合は、前記打撃処理機構部２と前記支持押圧機構部５との間、前記支持押圧機構部５内、前記支持押圧機構部５と装置基部１１との間のいずれか１箇所または２箇所以上に配設されていればよい。
　本発明の装置における支持押圧機構部５は、打撃処理機構部２での打撃処理が適切に行われるように、ハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理の打撃処理機構に応じてこれを支持し、適正な荷重で打撃処理機構２の打撃ピンを被処理材の溶接止端部に押圧できることが必要である。なお、装置の保護などの面から打撃ピン３からの反動を吸収する機構を更に付加することが望ましい。
　また、本発明の装置には、打撃処理機構部２の打撃ピンの中心軸（中心線）が被処理材である溶接継手の金属材料面に対して所定の角度をなすように打撃ピンの中心軸（中心線）の角度を調整する角度調整機構１０が設けられている。これは、例えば、図１、図２に示すように、支持押圧機構部５の途中、あるいは支持押圧機構部５と移動機構部６との間に、継手を少なくとも打撃処理方向、例えば溶接線方向、と直交する面内において回動自在に設け、油圧装置などにより回動させることによって調整可能とすることにより達成できる。
　なお、角度調整機構としては、例えば、図１に示すように、載置台１２を基盤床面に対して、傾斜角度を有するものとし、その上に被処理材としての溶接継手を載置するようにし、油圧装置などにより載置台の傾斜角度を調整するようにしても良い。
　本発明の装置における打撃処理機構部２としては、ハンマーピーニング処理装置又は超音波衝撃処理装置が採用される。ハンマーピーニング処理装置又は超音波衝撃処理装置そのものは、例えば特開２００６－１６７７２４号公報、特開２００６－１７５５１２号公報、米国特許第６，１７１，４１５号公報等に開示されているとおり公知であり、それらを用いた打撃処理による溶接止端部９の疲労特性改善効果などについても公知であることから、その詳細についての説明は割愛する。なお、打撃処理時の反動が比較的少ないことや衝撃処理の出力が高いことなどから、ハンマーピーニング処理より超音波衝撃処理装置の方が好ましい。
　次に、（３）～（６）に記載の本発明の溶接継手の疲労特性改善方法は、金属材料面に対して溶接ビードが外に凸である溶接継手の溶接止端部に、溶接方向と直角な方向への動きに自由度を持たせつつ、打撃ピンを押し付けながら溶接線方向に相対移動させてハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す溶接継手の疲労特性改善方法である。すなわち、好適には（１）又は（２）に記載の打撃処理装置を用いて、溶接継手の溶接止端部にハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す溶接継手の疲労特性改善方法である。
　本発明の方法では、被処理材である溶接継手の溶接止端部ハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す際に、打撃処理機構部２に、例えば遊動機構部などにより、溶接継手の溶接方向と直角な方向への動きの自由度を持たせている。これは、上記（１）、（２）の装置において説明したように、打撃ピン３のピン先端が、打撃処理時の振動によって、溶接継手との接触面からの反力の止端方向に向く成分と打撃処理装置の押し付け方向の力との合成力により、溶接止端部９に形成されたＶ形の溝の谷側に自律的に移動できるようにするためである。
　本発明の方法においては、まず、溶接継手の溶接止端部について所望とする溶接止端部の曲率半径を決定し、これに基づいて打撃処理に使用する打撃ピンの先端の曲率半径を設定する必要がある。これは、溶接止端部が滑らかな凹状を得られるような曲率半径とすればよいが、その曲率半径は、疲労特性の改善の観点から、溶接止端部の形状、溶接止端部への応力集中度合いなどを勘案して選定し、設定する。通常、１～１０ｍｍとするのが好ましい。次にこの曲率半径に基づいて、打撃処理に使用する打撃ピンの先端の曲率半径を設定する。溶接止端部の凹状は、打撃処理に使用される打撃ピンの曲率半径がほぼ転写されて形成されるので、打撃ピンの曲率半径は、上記所望の溶接止端部の曲率半径と同じ１～１０ｍｍとすることが好ましいが、これに限るものではない。つまり、打撃部の塑性流動により圧縮残留応力を付与することが目的であるため、ピンの形状の多少の違いは導入される圧縮応力の大きさに特に大きな影響を及ぼさない。なお、打撃ピンの先端形状（曲率半径Ｒと直径Ｐの関係）については後述する。
　このようにして設定した先端の曲率半径を有する打撃ピンと溶接止端部との関係を溶接線方向に直角な断面で図３に示す。図３は、金属材料（鋼板）７３を突き合わせ溶接した溶接継手の溶接止端部の溶接線方向と直交する断面の模式図である。
　図３に示すように、打撃ピン３が金属材料７３と溶接金属８の両方に接した状態で溶接止端部９（９１）へ対向する場合に、溶接方向に直角な面内で、溶接止端９（９１）と打撃ピン３と金属材料７３との接点３１とを結ぶ直線Ａと、溶接止端９１と打撃ピン３と溶接金属８との接点３２とを結ぶ直線Ｂとを想定し、これら２つの直線ＡおよびＢがなす角度を溶接止端部開き角度φとする。溶接継手の溶接線方向の複数位置について溶接止端部開き角度φを測定し、得られた複数位置の溶接止端部開き角度φに基づいて溶接止端部の開き角度φの最大値及び最小値を求め、この溶接止端部開き角度φの最小値が９０°以上最大値が１６０°以下である溶接継手に対して、前記打撃ピン３の中心線Ｄが金属材料表面に対してなす角度Ｖｄを、前記溶接止端部開き角度φの最大値と最小値の平均値の中心線Ｃが金属材料表面に対してなす角度Ｖｃと同じとなるように設定して、打撃ピンを溶接止端部に対向させ、少なくとも１回のハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施すものである。
　ただし、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値の平均値の中心線Ｃとは、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値の平均値の二等分線（すなわち平均角度の１／２）を意味するものとする。
　このように、本発明の（３）に記載の方法では、前記２つの直線ＡおよびＢがなす溶接止端部開き角度φの最小値が９０°以上、最大値が１６０°以下である溶接継手の止端部に対して打撃処理を行う。打撃処理の対象とする溶接止端部の開き角度φを上記の範囲に限定する理由は、以下のとおりである。
　図４（ａ）、図４（ｂ）は、溶接止端部開き角φが９０°より小さい場合に、打撃処理により溶接止端部にき裂状形状が形成される過程を模式的に説明する図である。すなわち、この角度φが９０°より小さい場合には、処理対象である溶接止端９１と打撃ピン３とが離れてしまうため（図４（ａ））、打撃処理により、その間の材料、すなわち、接点３１から溶接止端９１までの金属材料７３と、接点３２から溶接止端９（９１）までの溶接金属８とが互いに接するまで塑性変形を受け、その結果として、溶接止端部にき裂状の形状１００を形成してしまう可能性が高く（図４（ｂ））、疲労特性の向上が得られないことがあるためである。また、この角度φが１６０°超では、処理対象である溶接止端部から打撃ピン３の先端がすべって、離脱してしまう可能性が高まり、十分な打撃処理ができない場合があるからである。
　このように、本発明の方法においては、溶接止端部開き角度φを測定することが必要である。これは、例えば、二次元レーザ変位計を用いることによって溶接線に沿う複数の位置で溶接線に直角な方向の溶接止端部の断面形状を得ることができ、得られた断面形状と上記で設定した使用する打撃ピンの曲率半径との関係から、図３で説明したような定義に沿って溶接止端部開き角度φを測定することができる。
　上述のように、本発明において打撃処理を施す溶接継手は、溶接止端部開き角度φの最小値９０°以上、最大値１６０°以下とするものであるが、この最小値、最大値は、溶接継手の溶接線方向のビード状況、止端部の状況などを目視観察し、最小値、あるいは最大値となる可能性のある部位を推定し、その部位について上記の方法で溶接止端部開き角度φを測定することによって求めることができる。
　本発明の方法では、溶接方向に直角な面内において、処理対象である溶接継手７の溶接ビードの溶接線方向の溶接止端部開き角度φの最小値と最大値の平均値の１／２の角度である中心線Ｃが金属材料７３の表面に対してなす角度Ｖｃに対して、前記打撃ピン３の中心線Ｄが金属材料７３の表面に対してなす角度Ｖｄを所定の関係に設定してハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す。これは、打撃ピン３からの押し付け力と打撃ピン３の溶接継手の溶接止端部との接触面からの反力が釣り合い易くするためである。
　この打撃処理では、設定した打撃ピンの対向方向においては、打撃処理機構２に対して特別な位置制御を行わなくても打撃ピン３が常に被処理材の溶接止端の方向に自律的に移動するため、打撃処理中の打撃ピン３が溶接止端部から逸れてしまうことを防止することができる。
　次に、（４）に記載の発明は、（３）に記載の発明において、前記打撃ピンの中心線Ｄが金属材料表面に対してなす角度Ｖｄを、前記溶接止端部開き角度φの最小値及び最大値の平均値の中心線Ｃが金属材料表面に対してなす角度Ｖｃより大きくなるように設定して、予備のハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を少なくとも１回施し（以下、予備の処理、または予備の打撃処理とも記す）、次いで、当該予備の処理を施した溶接止端部に対して、（３）に記載したように、前記打撃ピンの中心線Ｄが金属材料表面に対してなす角度Ｖｄを、上記予備の処理を施す前の前記溶接止端部開き角度φの最小値及び最大値の平均値の中心線Ｃが金属材料表面に対してなす角度Ｖｃと同じになるように設定して、再度、ハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を少なくとも１回施す（以下、本来の処理、または本来の打撃処理とも記す）ものである。
　本発明の方法においては、上述の（３）のように、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値が９０°以上１６０度以下°である溶接継手に対して少なくとも１回以上の打撃処理を行うものであるが、更に、本来の処理を安定させかつ効率的にするために、（３）の打撃処理（本来の処理）を行う前に上述の（４）の予備の打撃処理を施すことが好ましい。
　すなわち、溶接ビードの金属材料面からの立ち上がりが大きい場合や、手棒での溶接や溶接技術者の技量が低い場合など溶接止端の開き角度φの変動幅が大きい場合や変動の周期が短い場合、ビード止端部の波打ちが激しい場合などがあり、処理中に打撃ピンが溶接金属に引っ掛かり、打撃ピンに大きな負荷がかかり、処理装置を停止させる必要が生じることがある。（４）の予備の処理を施すことによりこれらの問題を回避することができる。また、この（４）の予備処理は前記の打撃ピンが引っ掛かりやすい溶接条件ではなくても、よりスムーズな本来の処理を行う上で有効な処理である。
　図６（ａ）、図６（ｂ）は、本発明の打撃処理における打撃ピンの金属材料表面に対する角度を変えて打撃処理を行う場合を説明する溶接止端部の溶接方向と直交する断面の模式図である。
　図６（ａ）は、予備の打撃処理における打撃ピンの金属材料表面に対する角度を、図６（ｂ）は、図６（ａ）で処理した箇所に本来の打撃処理（すなわち（３）の打撃処理）を施す際の打撃ピンの金属材料表面に対する角度をそれぞれ示している。
　溶接止端部に予備の打撃処理を施す際には、図６（ａ）に示すように、打撃ピンを打撃ピンの中心線Ｄが金属材料７３の表面に対してなす角度Ｖｄを、溶接止端部開き角度φの最小値、最大値の平均値の１／２である中心線Ｃが金属材料７３の表面に対してなす角度Ｖｃよりも大きくなるように設定して打撃処理を施す。この予備の打撃処理においては、打撃ピンの中心線の角度Ｖｄを、溶接止端部開き角度φの中心線Ｃの角度Ｖｃよりも大きくなるように（Ｖｄ＞Ｖｃ）設定するので、溶接ビードの止端部の金属材料からの立ち上がりが大きい場合や、溶接止端の波うちが大きい場合でも、打撃ピンの中心線Ｄの角度Ｖｄが、溶接止端部開き角度φの中心線Ｃの角度Ｖｃと同じとなるように（Ｖｄ＝Ｖｃ）設定される場合と比べて、溶接金属側から打撃ピンに与えられる反力が緩和され、処理中に打撃ピンが溶接金属に引っ掛かったり、打撃ピンへの大きな負荷により装置を停止させる必要がない。この予備の打撃処理によって、溶接ビードの止端部の金属材料からの立ち上がりが小さくなり、また、溶接止端部の波うちを緩和することができるので、引き続いて同じ溶接止端部へ打撃処理を施す際には、溶接金属側から打撃ピンに与えられる反力を減らすことができ、溶接金属部との摩擦を小さくし、ピンが滑らかに溶接止端部をなぞりやすくすることができる。
　次いで、上述の予備の打撃処理を施した後の溶接止端部に、図６（ｂ）に示すように、打撃ピンを打撃ピンの中心線Ｄが金属材料表面に対してなす角度Ｖｄが前記予備の処理を施す前の前記溶接止端部開き角度φの平均値の中心線Ｃが金属材料表面に対してなす角度Ｖｃと同じとなるように設定して、再び、ハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理、すなわち上記（３）の処理（本来の処理）を施す。この打撃処理においては、予備の打撃処理によってできた溝がピンの移動方向のガイドとなるため溶接金属側からの反力の影響を受けにくくなり、打撃処理をより円滑に遂行することができる。
　すなわち、（４）に記載の予備の打撃処理を行う方法は、溶接ビードの止端部の金属材料からの立ち上がりが大きい場合や溶接止端の波うちが大きい場合に有効な方法であり、同じ溶接止端に複数回の打撃処理を行うことを考慮したものである。つまり、溶接ビードの止端部の金属材料からの立ち上がりが大きい場合には、溶接止端部開き角度φが小さくなったり溶接止端の波うちが大きい場合に処理中に打撃ピンが溶接金属に引っかかりやすく、処理中に打撃ピンに大きな負荷がかかり、処理装置を停止させる必要が生じることがあるため、これを回避することができる。
　なお、上述の予備の打撃処理は、溶接止端部が上述のような形状である場合に特に有利であるが、これに限定されるものではなく、通常の溶接止端部の形状の場合においても（４）の予備の打撃処理を行うことにより、（３）の打撃処理を円滑に行う観点から、さらに円滑に打撃処理を行うことができる。
　なお、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値の差が３０°超というような止端部の形状では、一般的に溶接ビードの止端部の金属材料からの立ち上がりが大きくなる場合や、溶接止端部開き角度φが小さくなったりして、溶接止端部の波うちが大きい場合が多く、従って、打撃処理中に打撃ピンが溶接金属に引っかかりやすく、処理中に打撃ピンに大きな負荷がかかり、処理装置を停止させる必要が生じることがある。したがって、これを回避するために、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値の差が３０°超の場合は、予備の打撃処理を施すことが好ましい。
（５）に記載の発明は、（３）に記載の発明の打撃処理において、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値の平均値の中心線Ｃに対して前記打撃ピン３の中心線Ｄのなす角度を許容変動角度θとするとき、好ましくは、前記溶接止端部の開き角度φの最小値と最大値が９０°以上１４０°未満の場合は、許容変動角度を±２０°以内、前記溶接止端部開き角度φの最小値と最大値が１４０°以上１６０°以下の場合は、許容変動角度を±１０°以内として前記打撃ピン３の中心線Ｄが金属材料表面に対してなす角度Ｖｄを設定するものである。
　すなわち、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値が１４０°以上１６０°以下と大きい場合には、打撃ピン３の中心線Ｄが開き角φの中心線Ｃから大きく外れると処理面（金属材料表面）からの反力の溶接止端部方向に向く成分が小さくなり、溶接止端部にできるＶ形の溝から打撃ピンが外れやすくなる。従って、安定的な処理を行うためには、打撃ピン３の中心線Ｄが、溶接止端部の開き角度φの中心線Ｃからずれるは小さくすること、すなわち、打撃ピン３の中心線Ｄの溶接止端部開き角度φの中心線Ｃに対するずれは±１０°以内となるように設定することが好ましいからである。
　また、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値が９０°以上１４０°未満の場合は、上記の溶接止端部開き角度φの最小値と最大が１４０°以上１６０°以下の場合と比較して、打撃ピン３のピン先が処理面からの反力の溶接止端方向に向く成分が大きく、溶接止端部に形成されたＶ形の溝の中央部に常に安定的に位置できるようになるため、打撃ピンの中心線Ｄの溶接止端部開き角度φの中心線Ｃからのずれは±２０°以内まで許容できる。
　なお、許容変動角度θおよび後述する偏差角度θ’のプラスマイナス（±）は、図３及び後述の図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、溶接方向に直交する断面内において、前記溶接止端部開き角度φの中心線Ｃに対して金属材料７３の表面側へ傾く場合を＋（プラス）、溶接金属８側へ傾く場合を－（マイナス）とする。
　このように、（５）に記載の発明によれば、打撃ピンの中心線の設定角度Ｖｄに所定の許容変動角度θをもたせることにより、（３）の発明の方法に比べて打撃ピンの設定角度の範囲が広がり、処理作業の効率を増すことができるとともに、安定した処理作業を実行することが可能となる。
　次に、（６）に記載の本発明は、（４）に記載の発明の予備の打撃処理において、金属材料表面に対して前記溶接止端部開き角度φの最小値と最大値の平均値の中心線Ｃに対して前記打撃ピン３の中心線Ｄがなす角度を偏差角度θ’とするとき、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値が９０°以上１４０°未満である場合は偏差角度θ’を０°超～２０°、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値が１４０°以上１６０°以下である場合は偏差角度θ’を０°超～１０°として、前記予備のハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理における前記打撃ピンの中心線Ｄが金属材料表面に対してなす角度Ｖｄを設定するものである。
　すなわち、上述の（４）に記載の方法の予備の打撃処理では、打撃ピンの中心線Ｄが金属材料表面に対してなす角度Ｖｄは、前記溶接止端部開き角度φの最小値と最小値の平均値の１／２である中心線Ｃが金属材料表面に対してなす角度Ｖｃよりも大きくなるように（Ｖｄ＞Ｖｃ）設定されればよいが、打撃ピンの中心線Ｄが、上記溶接止端部開き角度φの中心線Ｃから大きく離れると、溶接止端部に形成されるＶ形の谷側に自律的に移動するのが困難となり易い。
　すなわち、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値が１４０°以上１６０°以下と大きい場合には、打撃ピン３の中心線Ｄが上記溶接止端部開き角度φの中心線Ｃから大きく外れると処理面からの反力の溶接止端部方向に向く成分が小さくなり、溶接止端部にできるＶ形の溝から打撃ピンが外れやすくなる。従って、（６）の方法では、安定的な処理を行うためには、上記溶接止端部の開き角度φの中心線Ｃからのずれを小さくすること、すなわち、好ましくは、打撃ピン３の中心線Ｄは、偏差角度θ’を０°超～１０°の範囲として、金属材料表面とのなす角度Ｖｄを設定するものである。
　なお、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値が９０°以上１４０°未満の場合は、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値が１４０°以上１６０°以下の場合と比較して、打撃ピン３のピン先が処理面からの反力の溶接止端方向に向く成分が大きく、溶接止端部に形成されたＶ形の溝の中央部に常に安定的に位置できるようになるため、打撃ピンの中心線Ｄの許容変動角度θ’は、０°超～２０°まで許容できる。
　なお、偏差角度θ’は、溶接継手の溶接方向と直交する断面内において、溶接止端部開き角度φの中心線Ｃに対して、溶接金属８側に傾く場合を＋（プラス）、金属材料７３の表面側に傾く場合を－（マイナス）とする。
　このように、（６）の方法によれば、予備の打撃処理において、打撃ピンの中心線の設定角度Ｖｄに、溶接止端部の開き角度φの中心線に対する偏差角度θ’の範囲が設けられるので、上記（４）の発明における予備の打撃処理作業を効率的かつ安定して実行することができる。
　次に、（７）に記載の本発明は、金属材料を溶接して溶接継手を製作し、ついでこの溶接継手の溶接止端部に、（３）～（６）のいずれか１項に記載の方法によりハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す疲労特性が改善された溶接継手の製作方法であり、上述のように、溶接継手の溶接止端部に、（３）～（６）のいずれか１項に記載の方法を用いてハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施すことにより、溶接止端部の形状をなめらかな曲率を持った凹形状とすると共に、溶接により生じていた溶接止端部近傍の残留引張り応力を緩和し、あるいはこの部位に圧縮応力を付与することができ、疲労特性が改善された溶接継手をきわめて効率的に製造することができる。
　なお、上述の打撃処理は、それぞれの処理を一回のみに限ることなく、必要に応じて、同様の処理条件、或は処理条件を変えて、複数回処理しても良いことは言うまでもない。例えば、溶接止端部に所望の止端部形状或は圧縮残留応力を付与するために、打撃処理装置の能力や被処理材の材質などに応じて、上述の打撃処理を複数回繰り返して施すことも好ましい。
　次に、打撃ピン３の先端形状について説明する。本発明において使用する打撃ピンの先端形状は上述の観点から曲率半径を選定すればよく、その他の点については特に限定するものではないが、以下のようにすることも好ましい。
　図５（ａ）、図５（ｂ）は、打撃ピンの先端形状の例を示す図である。打撃ピン３は、その直径をＰとし、先端曲率半径をＲとするとき、Ｐ≦２Ｒの場合には図５（ａ）に示すように、先端曲率部３４と、ピン側面部３３と先端曲率部３４との境界部３５を打撃ピンの軸を含む断面内での曲率半径が０．５ｍｍ以上、Ｒ未満の曲面とその両側で曲率が連続的に変化して隣り合う面を滑らかに接続する遷移領域とで構成する面取り部とを有する先端部３６とすることが望ましい。
　また、Ｐ＞２Ｒの場合または打撃ピン３の大きさに対して被処理材７の溶接ビード８の形状が複雑で細部の処理が必要な場合には、図５（ｂ）に示すように、ピン側面部３３と先端部３６の間に頂角が９０°以下の円錐部３７を有し、該円錐部３７と前記先端曲率部３４との境界部３５を、打撃ピン３の軸を含む断面内での曲率半径が０．５ｍｍ以上、Ｒ未満の曲面とその両側で曲率が連続的に変化して隣り合う面を接続する遷移領域とで構成する面取り部とすることが望ましい。
　これはピンの径が大きすぎる場合には被処理材７である溶接継手７にピン先端以外の部分が触れてしまい、打撃ピン３の溶接止端部９に沿う動きを阻害し処理効率が低下することや、打撃ピン３の径が小さく細過ぎる場合には、打撃ピン３が必要以上に被処理材７に突き刺さり、ピンの滑らかな動きを阻害することが多いためである。なお、被処理材７の形状や材質に応じて打撃処理が適切に行われるよう打撃ピン３の形状や打撃処理機構の出力を適宜調節しても良い。
　また、打撃ピン３の本数は複数でも適用できる。なお、その場合は、それぞれのピンが溶接止端部９に自律的に移動できるよう独立して構成することが望ましい。
　本発明においては、打撃処理方法としては、ハンマーピーニング処理方法と超音波衝撃処理方法のいずれも採用することができるが、処理効率や取り扱いのし易さから、超音波衝撃処理方法の方が望ましい。また、本発明の方法を溶接鋼構造物に適用する場合には、打撃ピン３として、先端曲率半径Ｒが２～５ｍｍ程度であって、直径Ｐが３～６ｍｍ程度の打撃ピン３が用いられるのが一般であり、この程度のものを用いるのが適切である。
　また、打撃処理の程度については溶接止端部９の谷の線が目視により確認できなくなる程度の溝を形成させることが望ましいが、一般的にはこれ以下であっても疲労特性の向上効果が期待できる。
（実施例１）
　図１に示すように、移動機構６としてレールガイド６２に沿って一方向に移動する電動台車６１に取り付けた支持押圧機構５のアームの先端部に、遊動機構部４としてローラーベアリングタイプの軸受け４１によって電動台車６１の移動方向と直交する方向に回動自由に動くように支持された軸部４２を取り付けた。さらにこの遊動機構部の軸４２に打撃ピン３を備えた超音波衝撃処理装置からなる打撃処理機構部２を取り付け、本発明の疲労特性改善打撃処理装置１を作製した。なお、角度調整機構１０として、支持押圧機構５のアームの中間に継手を設け、電動台車６１の移動方向、すなわち溶接線方向、と直交する面内においてアームを回動自在とし、アーム先端の打撃ピンの軸の溶接線方向と直交する断面内における角度を調整できるようにした。なお、この実施例では角度を調整できるものとして、電動台車６１の移動方向に直交する面内において傾斜角度を有する載置台を設けており、上記の継手と合わせて角度調整を行った。また、電動台車６１には、超音波衝撃処理の反力を考慮して、約１５０ｋｇの錘を取り付けた。　処理対象の溶接継手７は、主板（鋼板）７１の主面にリブ板（鋼板）７２の端面を突き合わせ、ＣＯ２半自動アーク溶接の隅肉溶接によりＴ字溶接をすることにより製作した溶接長が１８００ｍｍのＴ字溶接試験体（図７（ａ）、図７（ｂ）参照。）として準備した。
　この試験体を、図１に示すように、溶接ビードの溶接止端部の溶接線方向の位置が打撃処理装置の打撃ピンの移動方向の位置とほぼ同じになるように、基台１２の被処理材搭載面に固定し、前記本発明の疲労特性改善打撃処理装置１を用い、Ｔ字溶接試験体の溶接止端部９（９２～９５）に打撃処理を施した。Ｔ字溶接継手に使用した金属材料（鋼板）は、板厚２０ｍｍのＪＩＳ　Ｇ　３１０６に準拠したＳＭ４９０Ｂである。Ｔ字溶接試験体の溶接条件は、溶接材料としてＪＩＳ　Ｚ　３３１２に準拠したＹＧＷ１１を用い、溶接入熱１．９×１０４Ｊ／ｃｍの隅肉アーク溶接とした。
　なお、Ｔ字溶接試験体の製作において、Ｔ字溶接の４カ所の溶接止端９２～９５の形状を種々の試験条件とするために、溶接時の鋼板の配置角度を調節して、溶接ビード８の溶接止端部開き角度φが異なる試験水準のものとなるようにした。
　次に、溶接線に沿って二次元レーザ変位計を用いて、溶接止端部の溶接線に直交する断面形状を測定し、この測定した断面形状と使用する上記打撃ピンの曲率半径との関係から、前述の定義に沿って溶接止端部の開き角度φを測定した。なお、測定位置は、４つの溶接止端部９２～９５のそれぞれについて、溶接線の長さ方向に５０ｍｍ間隔とし、３５ヵ所とした。
　上記測定した各溶接止端部９２～９５について溶接止端部開き角度φの全長における最小値、最大値を求めた。また、金属材料表面に対する溶接止端部開き角度φの最小値、最大値の平均値の１／２の角度である中心線Ｃ（平均値の中心線）の角度Ｖｃをそれぞれ求めた。
　各溶接止端部開き角度φの最小値ｍｉｎ、最大値ｍａｘ、およびその平均値の１／２である中心線Ｃの角度Ｖｃは、それぞれ、止端部９２（ｍｉｎ：７２．４°、ｍａｘ：９９．４°，Ｖｃ：４２．９°）、止端部９３（ｍｉｎ：９０．１°、ｍａｘ：１０９．８°，Ｖｃ：５０．０°）、止端部９４（ｍｉｎ：１００．３°、ｍａｘ：１１９．９°，Ｖｃ：５５．１°）、止端部９５（ｍｉｎ：１２０．２°、ｍａｘ：１３８．５°，Ｖｃ：６４．７°）であった。
　試験体の各溶接線を溶接線の方向と直角方向にａ）～ｃ）の３区分とし、各区分ごとに打撃ピンの中心線Ｄが試験体の金属材料（鋼板）表面に対してなす角度Ｖｄを、ａ）３５°、ｂ）５５°、ｃ）７５°と変えて各止端部９２～９５に打撃処理を行い、打撃処理の状況、打撃処理後の溶接止端部の状況を観察した。なお、打撃処理には、振動周波数２７ｋＨｚ、出力約１０００Ｗの超音波衝撃処理装置を用いた。打撃ピン３の形状は直径を５ｍｍ、先端曲率半径を３ｍｍのものを使用し、一本のみ装着した。なお、処理対象であるＴ字溶接試験体への超音波衝撃処理を施す打撃処理機構部２の押し付け荷重は、打撃処理機構部２の自重となるように装置を保持することにより約５ｋｇ（約５０Ｎ）とし、処理速度は２００ｍｍ／ｍｉｎとした。
　打撃処理の結果を図９、図１０に示す。なお、図９において、横軸は、各止端９２～９５での溶接線方向の位置を示し、縦軸は、溶接止端部開き角度φを示す。図１０は、打ち残しの発生割合と、溶接止端部開き角度φおよびＶｄとＶｃの角度の差の関係を示しており、図中の両矢印の範囲は処理した部分の溶接止端部開き角度φを示し、数値は、当該開き角度の範囲における打ち残しの割合を示している。
　図９に示すように、溶接止端部開き角度φは、それぞれの溶接止端９２～９５で溶接線方向に連続的に変化しており、約７２°～１３９°の間でばらついていた。　図９中に示した黒のプロットは、打撃処理において打ち残しがあった部分であり、溶接止端部開き角度φが９０°より小さい角度の部位では、Ｖｄの角度のかかわらず、集中してみられた。このことから、本発明で処理対象とする溶接継手の止端部開き角度φの最小値は９０°とする必要がある。なお、打撃処理の打ち残しとは、溶接止端の線が目視で確認できる程度に残っている状態を指している。
　すなわち、止端部９２（ｍｉｎ：７２．４°、ｍａｘ：９９．４°，Ｖｃ：４２．９°）では、Ｖｄが３５°（＝Ｖｃ－７．９°）および５５°（＝Ｖｃ＋１２．１°）では、φが９０°以上の部位では打ち残しはなかった。しかしながら、Ｖｄが７５°（＝Ｖｃ＋３２．１°）、すなわち、Ｖｄが（Ｖｃ±２０°）を外れると上記部位でも打ち残しが生じた。
　止端部９３（ｍｉｎ：９０．１°、ｍａｘ：１０９．８°，Ｖｃ：５０．０°）では、Ｖｄが３５°（＝Ｖｃ－１５．０°）および５５°（＝Ｖｃ＋５．０°）では、φが９０°以上の部位では打ち残しはなかった。しかしながら、Ｖｄが７５°（＝Ｖｃ＋２５．０°）、すなわち、Ｖｄが（Ｖｃ±２０°）を外れると上記部位でも打ち残しが生じた。
　止端部９４（ｍｉｎ：１００．３°、ｍａｘ：１１９．９°，Ｖｃ：５５．１°）では、Ｖｄが５５°（＝Ｖｃ＋０．１°）では、φが９０°以上の部位では打ち残しはなかったが、Ｖｄが３５°（＝Ｖｃ－２０．１°）の場合、すなわち、Ｖｄが（Ｖｃ±２０°）を外れると上記部位でも打ち残しが生じた。ここで、Ｖｄ：７５°（＝Ｖｃ＋１９．９°）でも打ち残し生じたのは、Ｖｄの設定の基礎としたＶｃが溶接止端部開き角φの最小値と最大値の平均で評価しているため、個々の位置では止端部開き角度φが変動によりφ／２とＶｃとの差が大きくなるためＶｄとφ／２の差も大きくなることがあるためと考えられる。
　止端部９５（ｍｉｎ：１２０．２°、ｍａｘ：１３８．５°，Ｖｃ：６４．７°）では、Ｖｄが５５°（＝Ｖｃ－９．７°）および７５°（＝Ｖｃ＋１０．３°）では、φが９０°以上の部位では打ち残しはなかったが、Ｖｄが３５°（＝Ｖｃ－２９．７°）の場合、すなわち、Ｖｄが（Ｖｃ±２０°）を外れると上記部位でも打ち残しが生じた。
　なお、同じＶｄの角度で複数回、もしくは遅い速度で処理をすれば、技術の性質上、打ち残し箇所はより減少することはいうまでもでもない。
　図１０から判るように、止端部開き角度が９０°未満の箇所については、Ｖｄをいかなる角度としても打ち残しを排除することが困難である。従って、本発明で処理対象とする溶接継手の止端部開き角度φの最小値は９０°とするものである。また、このように、止端部開き角度φが９０～１４０°未満の場合は、ＶｃとＶｄの差が±２０°の範囲内であれば、打ち残しが少なく打撃処理が行えることが判る。すなわち、溶接線と直交する断面内において、金属材料表面に対して打撃ピンの中心線Ｄが成す角度Ｖｄを、止端部開き角度φの最小値と最大値の平均値１／２である中心線Ｃがなす角度Ｖｃ、または、Ｖｃ±２０°の範囲に設定することにより、打ち残しが少なくかつ、効率的に打撃処理を施すことができる。
　次に、上記のように、溶接線を溶接線の方向と直角方向にａ）～ｃ）の３つに区分して打撃処理を施した溶接継手７（Ｔ字溶接試験体）を、図７（ｂ）に示すように、上記の区分と同様に、溶接線方向と直角方向に三分割するように切断し（切断位置Ｅ）、Ｔ字疲労試験体を作製した。この３つの試験体を用いて曲げによる疲労試験を行った。疲労試験条件は、応力比０．１とし応力振幅を変化させて行った。また、打撃処理を行っていない点を除いて同様にして製作したＴ字溶接試験体についても同様の疲労試験を行った。これらの疲労試験の結果を比較したところ、本発明を適用して打撃処理を施したＴ字溶接試験体（溶接継手）では、打撃処理を施さない溶接ままのＴ字溶接試験体のａ）約３．３倍、ｂ）３．３倍及びｃ）約２．８倍の疲労寿命が得られた。なお、打ち残し箇所のない区分ｂ）の試験体は、他に比べて疲労寿命が優れていることが判る。また、疲労き裂は試験時の応力の高い止端部９２、９３から発生することになるため，ａ）の止端部９４、９５の打ち残しついてはａ）の試験結果には悪影響を及び差なかったと考えられる。
　また、本発明の打撃処理を施した試験体について疲労試験後の疲労き裂の発生点を確認したところ、溶接止端９２側の打ち残し部分からき裂が発生していることが判った。打ち残しが多い止端部は溶接止端部開き角度φが９０°未満である位置であることが判った。このことからも、本発明の処理方法を施す場合、溶接止端部の開き角度φの平均値を９０°以上とすることが必要であることが確認された。
　打ち残しを打撃処理後の目視点検等によって発見することが困難な場合が多いと考えられるが、本発明の範囲内での処理によれば、目視検査などの管理によらずとも、効率的に安定した疲労性能向上効果を得られることが判る。
（実施例２）
　図２に示すように、装置基部１１に、押圧装置５１、支持アーム５２からなる支持押圧機構部５を配置し、さらに、この支持アーム５２の先端に、リニアスライドタイプの遊動機構４３及び軸４２からなる遊動機構部４を介して、打撃処理機構部２の打撃ピンの先端が下向きになるように取り付けた。処理対象の溶接継手７を移動機構６に相当する台車１３に載置し、この打撃処理機構部２が遊動機構部４により遊動する方向と直交する方向であって、打撃ピン３が処理対象の溶接継手７の突合せ溶接部の溶接止端に倣って溶接線方向に相対移動するようにした。なお、角度調整機構１０として、支持押圧機構５のアームの中間に継手を設け、台車１３の移動方向、すなわち溶接線方向、と直交する面内においてアームを回動自在とし、アーム先端の打撃ピンの軸の溶接線方向と直交する断面内における角度を調整できるようにした。
　処理対象の溶接継手７は、図２および、図８に示すように、２つの鋼板７３，７３の長手方向の端面を突き合せ、ＣＯ２半自動アーク溶接により作製した溶接長が１８００ｍｍの突合せ溶接試験体であり、前記本発明の疲労特性改善打撃処理装置１を用いて、試験体の溶接止端部９（９６，９７）を打撃処理した。突合せ溶接試験体に使用した金属材料（鋼板）は、板厚２０ｍｍのＪＩＳ　Ｇ　３１０６に準拠したＳＭ５７０であり、溶接材料としてＪＩＳ　Ｚ　３３１３に準拠したＹＦＷ－Ｃ６０ＦＲを用い、溶接入熱１．９×１０４Ｊ／ｃｍとする溶接条件のＣＯ２半自動アーク溶接によって作製した。突合せ溶接試験体の左右の２箇所の溶接止端９６、９７の形状を種々の試験条件とするために、溶接時の金属材料（鋼板）の突き合せ角度を調節し、溶接ビード８の溶接止端部開き角度φが異なる試験水準のものとなるようにした。
　次に、溶接線に沿って二次元レーザ変位計を用いて、溶接止端部の溶接線に直交する断面形状を測定し、この測定した断面形状と使用する上記打撃ピンの曲率半径との関係から、前述の定義に沿って溶接止端部の開き角度φを測定した。なお、測定位置は、２つの溶接止端部９６、９７のそれぞれについて、溶接線の長さ方向に５０ｍｍ間隔とし、３５ヵ所とした。
　上記測定した各溶接止端部９６、９７のそれぞれについての溶接止端部開き角度φの全長における最小値、最大値を求めた。また、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値の平均値の１／２の角度である中心線Ｃ（平均値の中心線）の角度Ｖｃを求めた。
　各溶接止端部開き角度φの最小値ｍｉｎ、最大値ｍａｘ、およびその平均値の中心線Ｃの角度Ｖｃは、それぞれ、止端部９６（ｍｉｎ：１３０．４°、ｍａｘ：１５４．１°、Ｖｃ：７１．１°）、止端部９７（ｍｉｎ：１４０．３、ｍａｘ：１６７．５°，Ｖｃ：７６．９°）であり、実施例１に比べて大きい角度であった。
　試験体の各溶接線を溶接線の方向と直角方向にｄ）～ｆ）の３区分とし、各区分ごとに打撃ピンの中心線Ｄが試験体の金属材料（鋼板）表面に対してなす角度Ｖｄを、ｄ）７０°、ｅ）８０°、ｆ）８９°と変えて各止端部９６～９７に打撃処理を行い、打撃処理の状況、打撃処理後の溶接止端部の状況を観察した。なお、打撃処理には、インパクトエネルギーが約３Ｊのハンマーピーニング装置を用いた。打撃ピン３は直径を５ｍｍ、先端曲率半径を３ｍｍのものを使用し、一本のみ装着した。なお、処理対象の突合せ溶接試験体へのハンマーピーニング処理を施す打撃処理機構部２の押し付け荷重は、打撃処理機構部２の位置を打撃処理装置が暴れないよう変位制御で調整し、溶接継手へ約３．５ｋｇ（約３５Ｎ）がかかるようにし、処理速度は２００ｍｍ／ｍｉｎとした。なお、上記試験体の溶接止端部９８、９９についても、溶接止端部９６，９７と同様にして溶接止端部開き角度φの最小値、最大値、およびこの最小値、最大値の平均値の１／２である中心線の金属材料表面に対する角度Ｖｃを求め、打撃ピンの中心線の角度ＶｄをＶｃとして打撃処理を施したが、これらの溶接止端部についての詳細な解析は省略した。
　打撃処理の結果を図１１、図１２に示す。なお、図１１において、横軸は、各止端９６、９７での溶接線方向の位置を示し、縦軸は、溶接止端部開き角度φを示す。また、図１２は、打ち残しの発生割合と、溶接止端部開き角度φおよびＶｄとＶｃの角度の差の関係を示しており、図中の両矢印の範囲は処理した部分の溶接止端部開き角度φを示し、数値は、当該開き角度の範囲における打ち残しの割合を示している。
　図１１中に示した黒のプロットは打撃ピン３が溶接止端から滑ってずれ溶接止端部に処理がなされなかった部分であり、溶接止端部開き角度φが１６０°より大きい角度の部位に集中してみられた。このことから、本発明で処理対象とする溶接継手の止端部開き角度φの最大値は１６０°とする必要がある。この場合の打撃処理の打ち残しとは、実施例１と同様、溶接止端の線が目視で確認できる程度に残っている状態を指している。
　止端部９６（ｍｉｎ：１３０．４°、ｍａｘ：１５４．１°、Ｖｃ：７１．１°）では、Ｖｄが７０°（＝Ｖｃ－１．１°）および８０°（＝Ｖｃ＋８．９°）では、φが１６０°以下の部位では打ち残しは生じなかった。しかしながら、Ｖｄが８９°（＝Ｖｃ＋１７．９°）、すなわち、Ｖｄが（Ｖｃ±１０°）を外れる場合は、上記部位にも打ち残しが発生した。
　止端部９７（ｍｉｎ：１４０．３、ｍａｘ：１６７．５°，Ｖｃ：７６．９°）では、Ｖｄが７０°（＝Ｖｃ－６．９°）および８０°（＝Ｖｃ＋３．１°）では、φが１６０°以下の部位では打ち残しはなかった。しかしながら、Ｖｄが８９°（＝Ｖｃ＋１２．１°）、すなわちＶｄが（Ｖｃ±１０°）を外れる場合は、上記部位でも打ち残しが発生した。
　図１２から判るように、止端部開き角度φが１６０°超の箇所については、Ｖｄをいかなる角度として打ち残しを排除することが困難である。従って、本発明で処理対象とする溶接継手の止端部開き角度φの最大値は１６０°とするものである。
　また、このように、止端部開き角度φが１４０°以上～１６０°の場合は、ＶｃとＶｄの差が±１０°以内であれば、打ち残しなく打撃処理が行えることが判る。すなわち、溶接線と直交する断面内において、金属材料表面に対して打撃ピンの中心線Ｄが成す角度Ｖｄを、止端部開き角度φの最小値と最大値の平均値の１／２である中心線Ｃがなす角度Ｖｃまたは、Ｖｃ±１０°の範囲に設定することにより、打ち残しを少なくかつ、効率的に打撃処理を施すことができる。
　次に、上記のように、溶接線を溶接線の方向と直角方向にｄ）～ｆ）の３つに区分して打撃処理を施した溶接継手７（突合せ溶接試験体）を実施例１と同様に上記の区分に対応させ、溶接方向と直角方向に三分割するように切断し、疲労試験体を作製し、この３つの試験体を用いて曲げによる疲労試験を行った。疲労試験条件は、応力比０．１とし応力振幅を変化させて行った。
　なお、この実施例における曲げによる疲労試験は、上記試験体の溶接止端部９６，９７側の溶接部から離れた位置を治具により支持し、溶接止端部９８，９９側の溶接金属の中央部に繰返し荷重を加え、溶接止端部９６，９７側に繰返しの引張り負荷がかかるようにして行った。
　また、打撃処理を行っていない点を除いて同様にして製作した突合せ溶接試験体（溶接まま突合せ試験体）について同様の疲労試験を行った。これらの疲労試験の結果比較したところ、本発明を適用して打撃処理を施した突合せ溶接試験体では、溶接ままの突合せ溶接試験体のｄ）約２．５倍、ｅ）約２．５倍及びｆ）約１．５倍の疲労寿命がそれぞれ得られた。
　次に、本発明の打撃処理を施した試験体について疲労試験後の疲労き裂の発生点を確認したところ、溶接止端９７側の打ち残し部分からき裂が発生していることが判った。打ち残しが多い止端部は溶接止端部開き角度が１６０°を超えている位置、および溶接止端部開き角度が１６０°以下でもＶｃとＶｄの角度の差が１０°を超える位置であることが図１２から判る。
　このようなことから、本発明の処理方法を施す場合、溶接止端部の開き角度φの平均値を１６０°以下とし、ＶｃとＶｄの角度の差は１０°以下とすることが好ましいことが確認された。
　すなわち、打ち残しを打撃処理後に目視点検等によって発見することが困難な場合が多いと考えられ、従って安定した疲労性能向上効果を得られる本発明の範囲内での処理は極めて有効であることが判る。
（実施例３）
　第３の実施例では、実施例１で示した図７（ａ）、図７（ｂ）と同様の寸法形状のＴ字溶接試験体において、溶接止端部の性状を変えた試験体を作製し、実施例１で示した図１に示す疲労特性改善処理装置１を用いて、この溶接試験体に対して溶接継手の疲労特性を改善するための処理を行った。実施例３は、溶接止端部に対して、複数回の予備の打撃処理と本来の打撃処理を施すものである。
　溶接試験体として、主板である鋼板７１の主面にリブ鋼板７２の端面を突き合わせた溶接（Ｔ字溶接）をすることにより、溶接長が１８００ｍｍの溶接継手を形成した。なお、溶接試験体に使用した金属材料（鋼板）は、板厚２０ｍｍのＪＩＳ　Ｇ　３１０６に準拠したＳＭ４９０Ｂである。また、溶接材料には、ＪＩＳ　Ｚ　３２１１に準拠した低水素系の溶接棒Ｄ４３１６を用い、溶接条件は、溶接入熱１．７×１０４Ｊ／ｃｍの手溶接による被覆アーク溶接とした。　そして、この溶接試験体を基台１２上に固定した後、溶接ビードの止端部にピン３を押し付けて溶接線方向に移動させながら超音波衝撃処理を施した。
　なお、この超音波衝撃処理の振動周波数は２７ｋＨｚ、出力は約１０００Ｗとした。
　打撃ピン３の形状は、図５（ａ）に示すタイプ（Ｐ≦２Ｒ）であり、直径が３ｍｍ、先端部の曲率半径が３ｍｍのものを使用した。また、処理対象であるＴ字溶接試験体への超音波衝撃処理を施す打撃処理機構部２の押し付け荷重は、打撃処理機構部２の自重となるように装置を保持することにより約５ｋｇ（約５０Ｎ）とし、処理速度は１５０ｍｍ／ｍｉｎとした。なお、疲労特性改善処理装置１の移動機構６の電動台車６１のガイドには剛体に取り付けたレール６２を用い、超音波衝撃処理の反力により打撃処理装置が大きくぶれないようにした。
　なお、Ｔ字溶接試験体の製作において、Ｔ字溶接の２カ所の止端部９２’、９３’の性状を変えるため、溶接時の鋼板の配置角度を調節して、溶接ビード８の溶接止端部開き角度φが異なる試験水準のものとなるようにした。
　次に、溶接線に沿って二次元レーザ変位計を用いて、溶接止端部９２’、９３’の溶接線に直交する断面形状を測定し、この測定した断面形状と使用する上記打撃ピンの曲率半径との関係から、前述の定義に沿って溶接止端部の開き角度φを測定した。なお、測定位置は、２つの溶接止端部９２’、９３’のそれぞれについて、溶接線の長さ方向に５０ｍｍ間隔とし、３５ヵ所とした。
　上記測定した各溶接止端部９２’、９３’について溶接止端部開き角度φの全長における最小値、最大値を求めた。また、溶接止端部開き角度φの平均値の１／２である中心線Ｃの角度Ｖｃを求めた。
　各溶接止端部開き角度φの最小値ｍｉｎ、最大値ｍａｘ、およびその平均値の１／２である中心線Ｃの角度Ｖｃは、それぞれ、止端部９２’（ｍｉｎ：９０．１°、ｍａｘ：１１９．３°，Ｖｃ：５２．４°）、止端部９３’（ｍｉｎ：１２０．４°、ｍａｘ：１５８．４°，Ｖｃ：６９．７°）であった。
　溶接試験体は被覆アーク溶接棒による溶接（手溶接）としたため、半自動アーク溶接による実施例１、２の場合に比べて止端部形状が悪いものであった。つまり、止端部の開き角度が急に大きく変わる部位があり、開き角度の測定位置以外での開き角度φの最大と最小の差は測定結果より大きな値となる部位もみられた上に、ビードの幅が一定ではなく、止端部の波うちが相対的に大きいものであった。
　すなわち、実施例１，２では、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値との差は３０°未満であり、止端部形状はなめらかで一様であったため、開き角度の測定位置以外の箇所で測定したとしても、この差は同程度であったが、実施例３では測定結果上は、止端部９３’の止端部開き角度φの最小値と最大値との差は３０°以下となっているものの、測定位置以外での止端部開き角度φやビード幅は数ｍｍピッチで大きく変化し、φの最小値と最大値との差は明らかに３０°を超えていた。また、止端部９２’も測定結果以上の角度差がみられた。
　このため、実施例３で示した試験体と同様に作製した試験体で初めから本来処理を行った予備実験では、止端部開き角度φの急変部やφが小さくかつビード幅が狭くなった溶接止端部で打撃ピンの引っ掛かりが多く発生し、連続的に処理を完了することができなかった。そこで、実施例３では、溶接止端部に対して、予備の打撃処理を施したものである。すなわち、溶接試験体の上記溶接止端部に対して、一端から他端まで一方向に予備の打撃処理を施した後、同じ止端部に対してこれと逆方向に本来の打撃処理を行った。
　試験体の各溶接線を溶接線の方向と直角方向に、止端部９２’では、ｇ）～ｉ）、止端部９３’では、ｊ）～ｌ）のそれぞれ３区分とし、表１に示すように区分ごとに予備の打撃処理における打撃ピンの中心線Ｄが試験体の金属材料（鋼板）表面に対してなす角度Ｖｄを変え、本来の処理における打撃ピンの角度Ｖｄは、実施例１，２で確認した打ち残しの生じない範囲、すなわち、止端部９２’についてはＶｃ（すなわち、Ｖｃ±２０°の範囲）、止端部９３’についてはＶｃ（すなわち、Ｖｃ±１０°の範囲）として打撃処理を施した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　各止端部について、打撃処理の状況、再処理後の溶接止端部の状況を観察した。
　その結果を図１３、図１４、図１５に示す。なお、図１３は止端部９２’、図１４は止端部９３’の場合を示すものであり、横軸は、各止端９２’．９３’の溶接線方向の位置を示し、縦軸は、各止端部９２’、９３’の溶接止端部開き角度φを示す。すなわち、図１３は、溶接止端部開き角度φが９０～１２０°以下の範囲における例、図１４は、溶接止端部開き角度φが１２０°超～１６０°までの範囲における例を示している。また、図１５は、打ち残しの発生割合と、溶接止端部開き角度φおよび予備の打撃処理でのＶｄとＶｃの角度の差の関係を示しており、図中の両矢印の範囲は処理した部分の溶接止端部開き角度φを示し、数値は、当該開き角度の範囲における打ち残しの割合を示している。
　すなわち、図１３に示す止端部９２’　（ｍｉｎ：９０．１°、ｍａｘ：１１９．３°，Ｖｃ：５２．４°）のように、止端部開き角度φの最小値及び最大値が９０°～１２０°の場合は、予備の打撃処理において、Ｖｄ：６２．５°（Ｖｃ＜ｖｄ≦（Ｖｃ＋２０°）の角度で処理し、本来の打撃処理において、Ｖｄ＝Ｖｃ＝５２．４°（すなわち、Ｖｃ±２０°の範囲）の角度で処理した場合（区分ｈ）では、打ち残しのないものが得られた。
　しかしながら、予備の打撃処理において、Ｖｄ：５０°（≦Ｖｃ）の角度で処理し、本来の打撃処理において、Ｖｄ＝Ｖｃ＝５２．４°の角度で処理した場合（区分ｇ）では、予備の処理で引っかかり生じて、本来の処理でのガイドとなる溝が円滑に形成されず、本来の処理を施した後も打ち残しを生じた。また、予備の処理で、Ｖｄ：７５°（＞（Ｖｃ＋２０°））の角度で処理し、本来の打撃処理において、Ｖｄ＝Ｖｃ＝５２．４°の角度で処理した場合（区分ｉ）では、予備の処理で引っ掛かりは生じなかったが、溶接金属側への打撃力が不十分であったため、打撃位置が溶接止端からぶれることがあり、溶接止端部に沿って連続して滑らかな本来の処理でのガイドとなる溝が形成されず、本来の処理において打撃ピンの引っかかりが生じ、打ち残しが見られた。
　また、図１４に示す止端部９３’（ｍｉｎ：１２０．４°、ｍａｘ：１５８．４°，Ｖｃ：６９．７°）のように、止端部開き角度φの最小値及び最大値が１２０°超～１６０°の場合は、予備の打撃処理において、Ｖｄ：８０°（Ｖｃ＜Ｖｄ≦（Ｖｃ＋１０°））の角度で処理し、本来の打撃処理において、Ｖｄ＝Ｖｃ＝６９．７°の角度で処理した場合（区分ｋ）では、打ち残しのないものが得られた。しかしながら、予備の打撃処理を、Ｖｄ：７０°（（Ｖｄ＜Ｖｃ（＝６９．７°）の角度で処理し、本来の打撃処理において、Ｖｄ＝Ｖｃ＝６９．７°の角度で処理した場合（区分ｊ）では、予備の打撃処理において引っ掛かりが生じたため、再度の処理後において打ち残しが生じた。また、予備の打撃処理を、Ｖｄ：８９°（（Ｖｃ＋１０）＜Ｖｄ）の角度で処理し、本来の打撃処理において、Ｖｄ＝Ｖｃ＝６９．７°の角度で処理した場合（区分ｌ）では、十分なガイドとなる溝が形成されず、本来の打撃処理において引っ掛かりが生じ、打ち残しが生じた。
　以上から、手棒による溶接などで止端形状が悪く、波うちが相対的に大きい場合は、実施例１、２で得られた処理条件によって処理しても、打撃ピンの引っ掛かりが生じて処理できないことが多く、また、処理ができても打ち残しが存在する。従って、打撃ピンの引っ掛かりやずれを生じることなく、円滑に打撃処理を行い、打ち残しを少なくするためには、予備の打撃処理を行うことが好ましいことがわかる。
　なお、図１４で止端部９３’の部分は局所的なφは１２０．４～１５８．４°であり、φ／２は６０．２～７９．２°となっており、Ｖｄ＝８０°に対して、Ｖｃ－Ｖｄが－２０°以内であり、この領域では引っかかりや打ち残しがなく処理できた。
　一方、Ｖｄ＝８９°に対しては、Ｖｃ－Ｖｄが－２８．８～－９．８°であり、局所的にみると問題なく処理ができた部位はＶｃ－Ｖｄが－９．８°であった一点のみであり、他はＶｃ－Ｖｄが－２０°以下でも本来の処理での引っかかりや打ち残しがみられた。
　このことからＶｃ＝７０°に対応する止端部開き角φが１４０°でＶｃ－Ｖｄの偏差角度θ’が大きく変化するものと考えられる。そこで、φが１４０°未満ではＶｃ－Ｖｄを－２０°以内、１４０°以上ではＶｃ－Ｖｄを－１０°以内とした。
　以上のことから、手棒による溶接などで、止端部形状が悪く、波うちが相対的に大きい場合の対策、または、予想外の止端部形状の急変により打撃ピンが引っ掛かり処理が停止することがないように予防対策として、以下のように処理を行うことが好ましい。
　図１５から判るように、溶接止端部開き角度の最小値、最大値が９０～１４０°未満の範囲にある場合は、打撃ピンの中心線が金属材料表面に対してなす角度Ｖｄを、溶接止端部開き角度の最小値、最大値の平均値の１／２である中心線が金属材料表面に対してなす角度Ｖｃよりも大きく、（Ｖｃ＋２０°）以下の角度、すなわち、偏差角度θ’を０°超～２０°として、予備の打撃処理を行い、次いで、実施例１，２と同様に、ＶｄをＶｃ±２０°として本来の処理を行い、また、溶接止端部開き角度φの最小値、最大値が１４０°以上～１６０°以下の場合は、ＶｄをＶｃよりも大きく、（Ｖｃ＋１０°）以下の角度、すなわち、偏差角度θ’を０°超～１０°として、予備の打撃処理を行い、次いで、実施例１，２と同様に、ＶｄをＶｃ±１０°として本来の処理を行う。
　本発明によれば、簡易な移動機構と遊動機構と支持押圧機構と打撃処理装置を有利に組み合わせて用いることにより、速やかにかつ正確にしかも合理的に溶接継手の疲労特性を向上させることができることから、前述のような技術課題や経済的課題の問題点を有利に解決することができる。例えば、ロボット等による自動移動装置を用いる場合には、単純に溶接ビードの大まかな方向を指示するのみであり、溶接止端のゆがみを検出・追従する機能が不要となるなど、極めて簡易なシステムで処理システムを構築することが可能となり、経済的にも極めて有効である。また、人手により溶接継手の打撃処理を行う場合は、頻繁に休憩を取る必要のある作業であるが、本発明を用いれば、打撃処理中は処理の進行を監視する業務のみとなるため、処理効率が高まることが期待できる。このように、本発明によれば、疲労き裂発生防止効果と溶接部作製工期の短縮さらには設備の軽減による経済効果の両方が期待できる。

Claims (7)

  1. 　金属材料面に対して溶接ビードが外に凸である溶接継手の溶接止端部に、打撃ピンを押し付けながら溶接線方向に移動してハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す、溶接継手の疲労特性改善打撃処理装置であって、該打撃処理装置１には、前記ハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す打撃処理機構部２と、該打撃処理機構部２を支持するとともに、該打撃処理機構部２の打撃ピン３を被処理材７である前記溶接継手の溶接止端部９に押し付ける支持押圧機構部５と、該支持押圧機構部５を搭載し、打撃処理機構部２を基台１２に載置された被処理材７の溶接止端部９に沿って溶接線方向に移動させる移動機構部６とが配設され、かつ、前記支持押圧機構部５内又は前記支持押圧機構部５と前記移動機構部６との間に、溶接線方向に直交する断面において前記被処理材７の金属材料表面に対して前記打撃ピン３の軸方向中心線がなす角度を調整する角度調整機構１０が配設され、さらに、前記打撃処理機構部２の溶接方向と直角な方向への動きに自由度を与える遊動機構部４が、前記打撃処理機構部２と前記支持押圧機構部５との間、前記支持押圧機構部５内、前記支持押圧機構部５と前記移動機構部６との間のいずれか１箇所または２箇所以上に配設されていることを特徴とする、溶接継手の疲労特性改善打撃処理装置。
  2. 　金属材料面に対して溶接ビードが外に凸である溶接継手の溶接止端部に、打撃ピンを押し付けながら溶接線方向に相対移動してハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す、溶接継手の疲労特性改善打撃処理装置であって、該打撃処理装置１には、前記ハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す打撃処理機構部２と、該打撃処理機構部２を支持するとともに、該打撃処理機構部２の打撃ピン３を被処理材７である前記溶接継手の溶接止端部９に押し付ける支持押圧機構部５と、支持押圧機構部５が配設される装置基部１１と、被処理材７を搭載し、被処理材７の溶接止端部９が打撃処理機構部２に沿うように、溶接線方向に移動する移動機構部６とが配設され、かつ、前記支持押圧機構部５内又は前記支持押圧機構部５と前記移動機構部６との間に、溶接線方向に直交する断面において前記披処理材７の金属材料表面に対して前記打撃ピン３の軸方向中心線がなす角度を調整する角度調整機構１０が配設され、
    　さらに、前記打撃処理機構部２の溶接方向と直角な方向への動きに自由度を与える遊動機構部４が、前記打撃処理機構部２と前記支持押圧機構部５との間、前記支持押圧機構部５内、前記支持押圧機構部５と装置基部１１との間のいずれか１箇所または２箇所以上に配設されていることを特徴とする、溶接継手の疲労特性改善打撃処理装置。
  3. 　金属材料面に対して溶接ビードが外に凸である溶接継手の溶接止端部に、溶接方向と直角な方向への動きに自由度を持たせつつ、打撃ピンを押し付けながら溶接線方向に相対移動させてハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す、溶接継手の疲労特性改善方法であって、溶接継手の溶接止端部の所望とする曲率半径に基づいて打撃ピンの曲率半径を選定し、前記打撃ピン３が金属材料７３と溶接金属８の両方に接した状態で溶接止端部９へ対向する場合に、前記溶接継手の溶接線と直交する断面内において、溶接止端９１から打撃ピン３と金属材料７３との接点３１までを結ぶ直線Ａと、溶接止端９１から打撃ピン３と溶接金属８との接点３２までを結ぶ直線Ｂとを想定し、これら２つの直線ＡおよびＢがなす角度を溶接止端部開き角度φとするとき、溶接継手の溶接線方向に溶接止端部開き角度φを測定し、その最小値と最大値が９０°以上１６０°以下である溶接継手に対して、前記打撃ピン３の中心線Ｄが金属材料表面に対してなす角度Ｖｄを、前記溶接止端部開き角度φの最小値と最大値の平均値の１／２である中心線Ｃが金属材料表面に対してなす角度Ｖｃと同じとなるように設定して、打撃ピンを溶接止端部に対向させ、ハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を少なくとも１回施すことを特徴とする溶接継手の疲労特性改善方法。　
    　ただし、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値の平均値の中心線Ｃ（以下、溶接止端部開き角度φの中心線Ｃともいう）とは、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値の平均値、すなわち平均角度の二等分線を意味するものとする。
  4. 　請求項３に記載のハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施す前に、前記打撃ピンの中心線Ｄが金属材料表面に対してなす角度Ｖｄを、前記溶接止端部開き角度φの最小値及び最大値の平均値の１／２である中心線Ｃが金属材料表面に対してなす角度Ｖｃより大きくなるように設定して、予備のハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を少なくとも１回施すことを特徴とする請求項３に記載の溶接継手の疲労特性改善方法。
  5. 　前記ハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理において、金属材料表面に対して前記溶接止端部開き角度φの最小値と最大値の平均値の１／２である中心線Ｃに対して前記打撃ピン３の中心線Ｄがなす角度を許容変動角度θとするとき、前記溶接止端部の開き角度φの最小値と最大値が９０°以上１４０°未満の場合は、前記許容変動角度を±２０°以内、前記溶接止端部の開き角度φの最小値と最大値が１４０°以上１６０°以下の場合は、許容変動角度を±１０°以内として、前記打撃ピン３の中心線Ｄが金属材料表面に対してなす角度Ｖｄを設定することを特徴とする請求項３または４に記載の溶接継手の疲労特性改善方法。
    　但し、許容変動角度θは、溶接継手の溶接方向と直交する断面内において、中心線Ｃに対して、溶接金属側に傾く場合を＋（プラス）、金属材料表面側に傾く場合を－（マイナス）とする。
  6. 　前記予備のハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理において、金属材料表面に対して前記溶接止端部開き角度φの最小値と最大値の平均値の１／２である中心線Ｃに対して前記打撃ピン３の中心線Ｄがなす角度を偏差角度θ’とするとき、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値が９０°以上１４０°未満である場合は偏差角度θ’を０°超～２０°、溶接止端部開き角度φの最小値と最大値が１４０°以上１６０°以下である場合は許容変動角度θ’を０°超～１０°として、前記予備のハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理における前記打撃ピンの中心線Ｄが金属材料表面に対してなす角度Ｖｄを設定することを特徴とする請求項４または５に記載の溶接継手の疲労特性改善方法。
    　但し、偏差角度θ’は、溶接継手の溶接方向と直交する断面内において、中心線Ｃに対する溶接金属側への傾き角度とする。
  7. 　金属材料を溶接して溶接継手を製作し、ついでこの溶接継手の溶接止端部に、請求項３～６のいずれかに記載の方法によりハンマーピーニング処理又は超音波衝撃処理を施すことを特徴とする疲労特性が改善された溶接継手の製作方法。
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