WO2012160815A1 - 鋼構造物の高耐久化処理方法 - Google Patents

鋼構造物の高耐久化処理方法 Download PDF

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WO2012160815A1
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temperature
peening
weld toe
welding
steel structure
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PCT/JP2012/003348
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French (fr)
Inventor
伸志 佐藤
恭平 河本
山田　岳史
Original Assignee
株式会社神戸製鋼所
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    • 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
    • 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
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/32—Accessories
    • 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

Definitions

  • This invention relates to the processing method which aims at high durability of the steel structure manufactured by welding.
  • the ultrasonic peening process it is possible to perform a process aiming at a point where the improvement of fatigue characteristics is desired, for example, a weld toe.
  • the peening apparatus can be reduced in size and weight and is easy to carry. Therefore, the ultrasonic peening process is a useful processing technique that can be applied to existing structures (for example, see Patent Document 1).
  • the ultrasonic peening apparatus includes a hard hitting pin that is pressed against a target portion of the peening process and a vibrator that applies high-frequency vibration to the hitting pin.
  • This apparatus performs plastic working on a steel material by pressing a striking pin that vibrates at a high frequency against a portion to be processed, for example, the surface of the steel material.
  • the fatigue strength of the steel material surface can be increased by introducing residual compressive stress and increasing the hardness in the steel material.
  • the ultrasonic peening treatment cannot sufficiently bring out the effect of increasing the hardness. For this reason, the increase in fatigue strength cannot be achieved to a sufficient level in a steel structure having a weld, leaving room for improvement.
  • An object of the present invention is to provide a high durability treatment method for a steel structure that can further improve the effect of increasing the fatigue strength accompanying the increase in hardness by plastic working.
  • the high durability treatment method of the steel structure of the present invention performs an ultrasonic peening treatment on the weld toe part of the welded portion in the steel structure at a temperature of the weld toe part of 100 ° C. or more and less than 400 ° C., And the site
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a welding line for manufacturing a steel structure.
  • the welding line 1 includes an automatic welder 9 that welds the butted portions 3a of two steel plates 3 and 5 that are orthogonal to each other among the three steel plates 3 and 5 and 7 that are butted in a T-shape along the welding direction A.
  • an ultrasonic peening treatment device 13 that performs ultrasonic peening treatment on a portion (welded portion) 11 welded by the automatic welder 9.
  • the ultrasonic peening processing device 13 is disposed upstream of the automatic welding machine 9 in the welding direction A.
  • an arc welder is used in this embodiment.
  • This arc welder includes a welding rod 9a.
  • the ultrasonic peening processing apparatus 13 includes a striking pin 13a.
  • the striking pin 13a of the ultrasonic peening treatment device 13 is disposed upstream of the welding rod 9a in the welding direction A with the tip portion exposed.
  • An ultrasonic peening process is performed on the weld toe portion 11a of the weld portion 11 by the impact pin 13a.
  • a weld toe 11a and a weld toe 11b are formed in the weld 11 at two locations in a direction orthogonal to the welding direction A.
  • the impact pin 13a may be provided for each of the weld toe ends 11a and 11b, and the ultrasonic peening process may be performed on each of the weld toe ends 11a and 11b.
  • the ultrasonic peening process for the weld toe part 11b that is less likely to cause fatigue failure is omitted, and the ultrasonic peening process is performed on the weld toe part 11a that has a relatively high possibility of fatigue fracture.
  • the ultrasonic peening processing device 13 uses a position sensor that detects the position of the weld toe 11a so that the hit pin 13a can hit the weld toe 11a of the weld 11 so that the hit pin 13a can be hit. It is preferable to provide a configuration for adjusting the position.
  • the ultrasonic peening processing device 13 has a built-in vibrator 13b disposed adjacent to the proximal end side (opposite the distal end side) of the impact pin 13a.
  • the vibrator 13b vibrates ultrasonically so as to move toward the striking pin 13a and the opposite side.
  • the striking pin 13a is ejected to the outside and strikes the welded portion 11, and the welded portion 11 is subjected to ultrasonic peening. Further, the striking pin 13a bounces back to the vibrator 13b side (inner side) due to the reaction force from the welded portion 11, and again comes into contact with the vibrator 13b and is ejected to the outside.
  • the separation distance L between the welding rod 9a and the striking pin 13a is set as follows, for example. That is, time transition data of the temperature drop of the weld toe 11a (11b) after welding is obtained by performing actual measurement or heat conduction analysis on the temperature of the bead after welding. A separation distance L is set based on this data. More specifically, welding is performed so that the weld toe portion 11a (11b) is peened by the striking pin 13a when the temperature of the weld toe portion 11a (11b) is 100 ° C. or more and less than 400 ° C. The elapsed time from the peening process to the peening process is determined. The separation distance L is set by multiplying the elapsed time by the welding speed.
  • the weld toe portion 11a (11b) is subjected to the peening treatment by the striking pin 13a at a temperature of 100 ° C. or more and less than 400 ° C. after the butt portion 3a is welded.
  • the effect of increasing the fatigue strength by sonic peening the effect of increasing the fatigue strength by strain aging can be obtained together.
  • the steel structure made highly durable can be manufactured.
  • FIG. 2 is a graph showing the results of fatigue tests on various welded joints.
  • the vertical axis of this graph represents the stress range ⁇ [N / mm 2 ], and the horizontal axis represents the number of repetitions N [cycles].
  • the fatigue test was performed by load control using a hydraulic servo type fatigue tester, and a uniaxial tension load type.
  • the test conditions were a load waveform of a sine wave, a stress ratio of 0.05, and a repetition rate of 20 to 25 Hz.
  • the line B in the figure shows the result of the fatigue test of the welded joint as welded (no peening treatment) (comparative example), and the line C was cooled to room temperature after welding and ultrasonic peened at that temperature state.
  • the fatigue test results (conventional example) of welded joints are shown.
  • Line D shows the fatigue test results of welded joints ultrasonically peened in the warm state (100 ° C. or more and less than 400 ° C.) after welding by the method of this embodiment.
  • the results (Examples) are shown, and the line E shows the result of the fatigue test of a welded joint subjected to ultrasonic peening treatment at 450 ° C., which is higher than the temperature defined in the present invention (temperature of 400 ° C.
  • Example 2 Example outside the scope of the present invention.
  • the line D which shows this Example shows the result (Example 1) of the fatigue test when the temperature of a weld toe part is 200 degreeC, and the result of the fatigue test when the temperature of a weld toe part is 300 degreeC.
  • Example 2 and the result (Example 3) of the fatigue test when the temperature of a weld toe part is 380 degreeC are represented collectively.
  • the stress range of the comparative example is 150 [N / mm 2].
  • the stress range of the conventional example is 200 [N / mm 2 ], which is an improvement of about 30% compared to the comparative example.
  • the stress range of the example is 230 [N / mm 2 ], which is further improved by 15% compared to the conventional example.
  • the stress range outside the range subjected to the ultrasonic peening treatment at 450 ° C. higher than the temperature defined in the present invention is 190 [N / mm 2 ].
  • the stress range of the example outside this range is only about 27% improvement over the stress range of the comparative example.
  • the effect of improving the stress range is reduced in the out-of-range example as compared with the conventional example.
  • FIG. 3 is a graph showing the time intensity of 2 ⁇ 10 6 times.
  • the strength in the conventional example (room temperature), the example (200 ° C., 300 ° C., 380 ° C.) and the out-of-range example (450 ° C.) are divided by the strength in the conventional example (room temperature), respectively, to be dimensionless.
  • the condition temperature condition of the weld toe at the time of ultrasonic peening
  • the condition that can sufficiently improve the stress range of 5% or more compared to the conventional example is 100 ° C. or more and less than 400 ° C. It is a range.
  • the effect of improving the stress range by 5% is converted into a fatigue life, the life is increased by about 1.3 times.
  • the effect of improving the stress range by 5% corresponds to the effect of prolonging the life.
  • the ultrasonic peening treatment is performed on the weld toe portion in a warm state where the temperature of the weld toe portion is 100 ° C. or more and less than 400 ° C., which is a greater fatigue durability than the conventional example. It can be seen that the improvement effect of can be obtained.
  • the stress range is improved by 10% or more compared to the stress range of the conventional example. ing.
  • the reason for limiting the temperature condition to less than 400 ° C. is that the peening effect is reduced due to the occurrence of a recovery phenomenon at a high temperature of the weld toe at 400 ° C. or higher.
  • the reason for limiting the temperature condition to 100 ° C. or higher is that strain aging hardly occurs when the temperature of the weld toe is lower than 100 ° C. Therefore, by limiting the temperature at which the ultrasonic peening treatment is performed in this embodiment to a warm state of 100 ° C. or higher and lower than 400 ° C., the reduction of the peening effect due to the occurrence of a recovery phenomenon on the high temperature side of 400 ° C. or higher.
  • the ultrasonic peening apparatus 13 is incorporated on the upstream side of the automatic welder 9 in the welding line, but the present invention is not limited to this.
  • the ultrasonic peening apparatus 13 may not be incorporated in the welding line on the upstream side of the automatic welder 9 but may be in a form in which an operator holds the peening process by hand.
  • the present invention reheats the welded part that is a part of a steel structure that has already been manufactured and the vicinity thereof, or the whole steel structure to a temperature of 100 ° C. or higher and lower than 400 ° C.
  • peening is applied to the weld toe, or when a part or the whole of the steel structure is reheated to a high temperature of 400 ° C or higher and the temperature drops to 100 ° C or higher and lower than 400 ° C. It can also be applied to the case where a peening process is performed on the toe portion.
  • this invention is given to the welding location of such a steel structure. Not exclusively.
  • steel materials made of steel plates steel materials made of round bars with a circular cross section, cylindrical pipe steel materials, block-shaped steel materials, etc., those in which steel materials of the same form are combined, or two or more steel materials of different forms
  • the present invention can be applied to a welded portion of a steel structure composed of a combination of the above.
  • a configuration example in which an automatic arc welding machine and ultrasonic peening processing are combined is given.
  • the present invention is not limited thereto, and other welding methods and other peening processing are combined. It is good also as a structure. Examples of other welding methods include manual welding, spot welding, laser welding, and hybrid welding in which a plurality of welding methods are combined.
  • examples of other peening processes include shot peening, hammer peening, and laser peening.
  • an ultrasonic peening process is performed on a weld toe at a welded portion in the steel structure at a temperature of the weld toe of 100 ° C. or more and less than 400 ° C. And the site
  • the temperature of the weld toe when performing the peening treatment is 100 ° C. or more and less than 400 ° C., so that the weld toe is sufficiently heated to a temperature higher than the temperature at which the effect of strain aging can be obtained.
  • strain aging occurs due to dislocation fixation due to diffusion of carbon atoms in the steel material.
  • the increase in fatigue strength due to the strain aging can be achieved. Therefore, the fatigue strength can be further improved as compared with the increase in fatigue strength accompanying the increase in hardness in the conventional peening process in which strain aging does not occur.
  • after peening treatment it is necessary to keep in a warm state in order to develop strain aging, so avoid rapid cooling of the peened portion by water cooling or air cooling, and gradually cooling it. Cost.
  • the reason why the temperature of the weld toe when the peening treatment is performed is less than 400 ° C. is to prevent the reduction of the peening effect due to the occurrence of a recovery phenomenon at a high temperature of 400 ° C. or higher.
  • the temperature of the weld toe when performing the peening treatment is set to 100 ° C. or more in order to avoid construction conditions in which strain aging hardly occurs at a temperature lower than 100 ° C.
  • the weld toe portion is an outer surface of the welded portion and a boundary portion with the base material.
  • a temperature of 100 ° C. or more and less than 400 ° C. at the weld toe may be obtained by reheating.
  • the object of the present invention can be achieved by performing re-heating to a warm state of 100 ° C. or more and less than 400 ° C. and performing the peening treatment even after the welded portion has once decreased to a temperature lower than 100 ° C. Can be achieved.
  • the peening process may be performed when the temperature after welding is decreasing and the temperature at the weld toe is 100 ° C. or higher and lower than 400 ° C.
  • the temperature of the welded portion decreases after welding and peening is performed at 100 ° C. or more and less than 400 ° C.
  • reheating is unnecessary and there is no need to install a reheating furnace. Therefore, there is a merit that an increase in heating furnace installation cost and a loss of heating time can be eliminated.

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Abstract

鋼構造物の高耐久化処理方法では、鋼構造物における溶接部（１１）の溶接止端部（１１ａ）に対し、溶接止端部（１１ａ）の温度が１００℃以上４００℃未満で超音波ピーニング処理装置（１３）によりピーニング処理を行い、かつ、ピーニング処理された部位を徐冷する。

Description

鋼構造物の高耐久化処理方法
　本発明は、溶接により製造された鋼構造物の高耐久化を図る処理方法に関する。
　上述した鋼構造物における溶接部は、繰り返し荷重を受けることによる疲労破壊を起こす虞がある。その理由は、溶接部と母材との境界面が疲労損傷に弱いため、疲労破壊の起点となり得るからである。
　そこで、上記疲労破壊に対抗すべく、鉄鋼材料の疲労特性を向上させ得るピーニング処理による手法が採用されている。そのピーニング処理の一つとして、超音波ピーニング処理が知られている。
　超音波ピーニング処理では、疲労特性の向上を強化したい部位、例えば溶接止端部をピンポイントに狙った処理が可能である。しかも、ピーニング処理装置の小型軽量化が可能で持ち運びが容易である。したがって、超音波ピーニング処理は、既設構造物への適用も可能な有用な処理技術である（例えば、特許文献１参照）。
　超音波ピーニング処理装置は、ピーニング処理の対象箇所に押し付ける硬質の打撃ピンと、その打撃ピンに高周波の振動を与える振動子とを備える。この装置は、高周波で振動する打撃ピンを処理対象箇所、例えば鉄鋼材料表面に押し付けることにより、鉄鋼材料に塑性加工を施す。その結果、鉄鋼材料において、圧縮の残留応力が導入されることと、硬度が上昇することによって、鉄鋼材料表面の疲労強度を上昇させることができる。
　しかしながら、上記超音波ピーニング処理では、硬度の上昇効果を十分に引き出すことができない。このため、溶接部を有する鋼構造物において疲労強度の上昇を十分なレベルまで達成することができず、改良の余地が残されていた。
特開２００６－１７５５１２号公報
　本発明の目的は、塑性加工による硬度上昇に伴う疲労強度の上昇効果を、より向上させることができる鋼構造物の高耐久化処理方法を提供することである。
　本発明の鋼構造物の高耐久化処理方法は、鋼構造物における溶接箇所の溶接止端部に対し、当該溶接止端部の温度が１００℃以上４００℃未満で超音波ピーニング処理を行い、かつピーニング処理された部位を徐冷することを特徴とする。
本発明の実施形態に係る高耐久化処理方法が適用される鋼構造物を製造する溶接ラインの一例を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る高耐久化処理方法の効果をあらわす溶接継手に対する疲労試験の結果を示すグラフである。 ２×１０６回時間強度を示すグラフであり、このグラフには、従来例（室温）、実施例（２００℃、３００℃、３８０℃）及び範囲外例（４５０℃）における強度を、従来例（室温）における強度によってそれぞれ除して無次元化したデータが示されている。
　以下に、本発明の実施形態を具体的に説明する。
　図１は、鋼構造物を製造する溶接ラインの一例を示す斜視図である。この溶接ライン１は、Ｔ字状に突き合わされた３つの鋼板３、５、７のうち、直交する２つの鋼板３、５の突き合わせ部３ａを溶接方向Ａに沿って溶接する自動溶接機９と、その自動溶接機９によって溶接された部位（溶接部）１１に超音波ピーニング処理を施す超音波ピーニング処理装置１３とを備える。超音波ピーニング処理装置１３は、自動溶接機９よりも溶接方向Ａの上流側に配設されている。
　自動溶接機９としては、本実施形態ではアーク溶接機が用いられている。このアーク溶接機は、溶接棒９ａを備えている。超音波ピーニング処理装置１３は、打撃ピン１３ａを備えている。溶接棒９ａよりも溶接方向Ａの上流側に、超音波ピーニング処理装置１３の打撃ピン１３ａが先端部を露出した状態で配設されている。この打撃ピン１３ａにより溶接部１１の溶接止端部１１ａに超音波ピーニング処理が施される。溶接部１１には、溶接方向Ａと直交する方向の２箇所に、溶接止端部１１ａと溶接止端部１１ｂとが形成される。このため、両方の溶接止端部１１ａ、１１ｂのそれぞれに対して打撃ピン１３ａを配設し、両方の溶接止端部１１ａ、１１ｂにそれぞれ超音波ピーニング処理を施してもよい。本実施形態では、疲労破壊が発生する虞が少ない溶接止端部１１ｂへの超音波ピーニング処理を省略し、疲労破壊が発生する虞が比較的高い溶接止端部１１ａに対して超音波ピーニング処理を施している。なお、超音波ピーニング処理装置１３は、打撃ピン１３ａが溶接部１１の溶接止端部１１ａを狙って打撃できるように、溶接止端部１１ａの位置を検出する位置センサを用いて打撃ピン１３ａの位置を調整する構成を備えていることが好ましい。
　上記超音波ピーニング処理装置１３は、上記打撃ピン１３ａの基端側（先端側とは反対側）に隣接して配置された振動子１３ｂを内蔵している。この振動子１３ｂは打撃ピン１３ａ側とその反対側とに向って移動するように超音波振動をする。その振動中の振動子１３ｂと打撃ピン１３ａが接触することにより、打撃ピン１３ａは、外側に打ち出されて溶接部１１を打撃し、溶接部１１に超音波ピーニング処理を施す。また、打撃ピン１３ａは、溶接部１１からの反力により振動子１３ｂ側（内側）に跳ね返り、再度振動子１３ｂと接触して外側に打ち出される。
　溶接棒９ａと打撃ピン１３ａとの離隔距離Ｌは、例えば次のようにして設定される。すなわち、溶接後のビードの温度について実測または熱伝導解析を行うことによって、溶接後の溶接止端部１１ａ（１１ｂ）の温度低下の時間推移データを得る。このデータに基づいて離間距離Ｌが設定される。より具体的には、溶接止端部１１ａ（１１ｂ）の温度が１００℃以上４００℃未満のときに打撃ピン１３ａにより溶接止端部１１ａ（１１ｂ）がピーニング処理されるように、溶接を行ってからピーニング処理までの経過時間が決定される。この経過時間に溶接速度を乗じて、離隔距離Ｌを設定する。なお、ひずみ時効の効果を十分に得るため、ピーニング処理後はピーニング処理された部位を水冷や空冷などによって急速冷却することを回避して、徐冷する必要がある。つまり、ピーニング処理後は、ピーニング処理された部位において自然に放熱させることによってピーニング処理された部位の温度を低下させる。
　このように構成された溶接ライン１では、突き合わせ部３ａが溶接された後に溶接止端部１１ａ（１１ｂ）が１００℃以上４００℃未満の温度で打撃ピン１３ａによりピーニング処理を受けるため、通常の超音波ピーニングによる疲労強度の上昇効果に加えて、ひずみ時効による疲労強度の上昇効果を合わせて得ることができる。これにより、高耐久化された鋼構造物を製造することができる。
　上記ひずみ時効による疲労強度の上昇効果が得られることを、図２に基づき説明する。図２は、各種の溶接継手に対する疲労試験の結果を示すグラフである。このグラフの縦軸は応力範囲Δσ［Ｎ／ｍｍ２］をとり、横軸は繰返し数Ｎ［ｃｙｃｌｅｓ］をとっている。疲労試験は、油圧サーボ式の疲労試験機を用いて荷重制御により行い、単軸引張の負荷形式により行った。試験条件は、負荷波形を正弦波、応力比を０．０５、繰返し速度を２０～２５Ｈｚとした。
　図中の線Ｂは溶接されたまま（ピーニング処理なし）の溶接継手の疲労試験の結果（比較例）を示し、線Ｃは溶接後に室温まで冷却され、その温度状態で超音波ピーニング処理された溶接継手の疲労試験の結果（従来例）を示し、線Ｄは本実施形態の方法により溶接後の温間状態（１００℃以上４００℃未満）において超音波ピーニング処理された溶接継手の疲労試験の結果（実施例）を示し、線Ｅは、本発明で規定されている温度よりも高い温度（４００℃以上の温度）である４５０℃において超音波ピーニング処理された溶接継手の疲労試験の結果（本発明の範囲外の例）を示す。なお、この実施例を示す線Ｄは、溶接止端部の温度が２００℃のときの疲労試験の結果（実施例１）と、溶接止端部の温度が３００℃のときの疲労試験の結果（実施例２）と、溶接止端部の温度が３８０℃のときの疲労試験の結果（実施例３）とを纏めて表している。
　この図２より理解されるように、日本鋼構造協会により設計上の基本許容応力範囲として規定されている２×１０６回時間強度によって比較すると、比較例の応力範囲は１５０［Ｎ／ｍｍ２］という低い値であり、従来例の応力範囲は、２００［Ｎ／ｍｍ２］であり、比較例に対して約３０％向上する。更に、実施例の応力範囲は、２３０［Ｎ／ｍｍ２］であり、従来例に対して更に１５％向上する。これに対し、本発明で規定されている温度よりも高い４５０℃において超音波ピーニング処理された範囲外例の応力範囲は１９０［Ｎ／ｍｍ２］である。この範囲外例の応力範囲は、比較例の応力範囲に対して約２７％の向上に留まっている。このように、範囲外例は、従来例よりも応力範囲の向上効果が低減している。
　図３は、２×１０６回時間強度を示すグラフである。このグラフには、従来例（室温）、実施例（２００℃、３００℃、３８０℃）及び範囲外例（４５０℃）における強度を、従来例（室温）における強度によってそれぞれ除して無次元化したデータが示されている。この図３からわかるように、従来例に比べて５％以上の応力範囲の向上が十分に見込める条件（超音波ピーニング処理時における溶接止端部の温度条件）は、１００℃以上４００℃未満の範囲である。応力範囲が５％向上する効果を疲労寿命に換算すると、約１．３倍の長寿命化となる。このように、応力範囲が５％向上する効果は大きな長寿命化効果に相当することがわかる。
　このことから、溶接止端部に対し、その溶接止端部の温度が１００℃以上４００℃未満の温間状態において超音波ピーニング処理を実施することは、従来例と比較して大きな疲労耐久性の向上効果が得られることが分かる。
　また、図３に示すように、超音波ピーニング処理時における溶接止端部の温度条件が２００℃以上３８０℃以下の場合には、応力範囲が従来例の応力範囲に比べて１０％以上向上している。
　ここで、本実施形態において、４００℃未満に温度条件を限定する理由は、溶接止端部の温度が４００℃以上の高温では回復現象が生じてしまうことによりピーニング効果が低減するからである。一方、１００℃以上に温度条件を限定する理由は、溶接止端部の温度が１００℃より低温側ではひずみ時効が生じにくいからである。よって、本実施形態において超音波ピーニング処理を実施する温度を１００℃以上４００℃未満の温間状態に限ることにより、４００℃以上の高温側で回復現象が生じてしまうことによるピーニング効果の低減の回避や、１００℃より低温側でひずみ時効が生じにくい施工条件を回避することが可能になる。なお、ピーニング処理後は、ピーニング処理された部位を水冷や空冷などによって急速冷却することを避けて、ひずみ時効を起こさせるために徐冷する必要がある。急速冷却した場合には、ひずみ時効が発現する時間が短くなり、硬度上昇の効果が得られにくくなるためである。
　なお、本発明は、前記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。
　例えば、上述した実施形態では超音波ピーニング処理装置１３を溶接ラインにおける自動溶接機９の上流側に組み込んでいるが、本発明はこれに限られない。例えば、超音波ピーニング処理装置１３は、自動溶接機９の上流側において溶接ラインに組み込まれているのではなく、作業者が手に持ってピーニング処理する形態でもよい。
　また、上述した実施形態では溶接後の余熱を利用し、溶接止端部の温度が１００℃以上４００℃未満のときにピーニング処理を行う場合について説明しているが、本発明はこれに限らない。溶接した後に、一度１００℃よりも低い温度にまで温度低下した溶接部を加熱し、溶接止端部の温度が１００℃以上４００℃未満のときにピーニング処理を行うようにしてもよい。また、本発明は、既に製作された鋼構造物の一部である溶接部及びその近傍を、または、鋼構造物の全体を１００℃以上４００℃未満の温度に再加熱し、その温度条件のときに溶接止端部にピーニング処理を行う場合、或いは、前記鋼構造物の一部または全体を４００℃以上の高い温度まで再加熱して温度が１００℃以上４００℃未満に低下したときに溶接止端部にピーニング処理を行う場合にも適用できる。
　更に、上述した実施形態では３つの鋼板３、５、７をＴ字状に突き合わせた箇所を溶接しかつピーニング処理する例を挙げているが、本発明はこのような鋼構造物の溶接箇所に限らない。例えば、鋼板からなる鋼材、断面が円形の丸棒からなる鋼材、円筒状のパイプ鋼材、及びブロック状の鋼材等のうち、同一形態の鋼材同士を組み合わせたものや、異なる形態の２以上の鋼材を組み合わせたものなどから構成される鋼構造物の溶接箇所にも同様に本発明を適用することができる。
　更にまた、上述した実施形態では自動のアーク溶接機と超音波ピーニング処理とを組み合わせた構成例を挙げているが、本発明はこれに限らず、他の溶接法と他のピーニング処理とを組み合わせた構成としてもよい。他の溶接法としては、例えば手溶接、スポット溶接、レーザ溶接、複数の溶接法を組み合わせたハイブリッド溶接などが挙げられる。一方、他のピーニング処理としては、例えばショットピーニング、ハンマーピーニング、レーザピーニングなどが挙げられる。
　なお、上述した具体的実施形態には以下の構成を有する発明が主に含まれている。
　前記実施形態の鋼構造物の高耐久化処理方法は、鋼構造物における溶接箇所の溶接止端部に対し、当該溶接止端部の温度が１００℃以上４００℃未満で超音波ピーニング処理を行い、かつピーニング処理された部位を徐冷することを特徴とする。この方法による場合には、ピーニング処理を行うときの溶接止端部の温度が１００℃以上４００℃未満であるので、その溶接止端部が十分にひずみ時効の効果が得られる温度以上の高温状態にあるため、炭素原子の鋼材料内の拡散による転位固着に起因したひずみ時効が生じる。これにより、そのひずみ時効による疲労強度の上昇を図ることができる。そのため、ひずみ時効が発生しない従来のピーニング処理における硬度上昇に伴う疲労強度の上昇に比べて、疲労強度をより向上させることができる。なお、ピーニング処理後は、ひずみ時効を発現させるために温間状態で保持される必要があるため、ピーニング処理された部位を水冷や空冷などによって急速冷却することを回避し、徐冷することを要する。
　ここで、ピーニング処理を行うときの溶接止端部の温度を４００℃未満とするのは、４００℃以上の高温において回復現象が生じてしまうことによるピーニング効果の低減を防止するためである。一方、ピーニング処理を行うときの溶接止端部の温度を１００℃以上とするのは、１００℃より低温側においてひずみ時効が生じにくい施工条件を回避するためである。また、溶接止端部とは、溶接部の外表面であって母材との境界部分を言う。
　この方法において、前記溶接止端部における１００℃以上４００℃未満の温度を、再加熱により得るようにしてもよい。この場合には、溶接箇所が一旦１００℃よりも低い温度に低下した後にあっても、１００℃以上４００℃未満の温間状態に再加熱してピーニング処理を行うことで、本発明の目的を達成することができる。
　また、この方法において、溶接後の温度低下中であって、前記溶接止端部における温度が１００℃以上４００℃未満のときに、ピーニング処理を行うようにしてもよい。この場合には、溶接箇所が溶接後に温度低下し、１００℃以上４００℃未満でピーニング処理を行うため、再加熱が不要になって再加熱用の加熱炉を設置する必要がない。したがって、加熱炉設置のコストの増加や加熱時間のロスを解消できるというメリットがある。
　１　　溶接ライン
　９　　自動溶接機
　１１　　溶接部
　１１ａ、１１ｂ　　溶接止端部
　１３　　超音波ピーニング処理装置

Claims (3)

  1. 　鋼構造物における溶接箇所の溶接止端部に対し、当該溶接止端部の温度が１００℃以上４００℃未満で超音波ピーニング処理を行い、かつピーニング処理された部位を徐冷することを特徴とする鋼構造物の高耐久化処理方法。
  2. 　前記溶接止端部における１００℃以上４００℃未満の温度を、再加熱により得ることを特徴とする請求項１に記載の鋼構造物の高耐久化処理方法。
  3. 　溶接後の温度低下中であって、前記溶接止端部における温度が１００℃以上４００℃未満のときに、超音波ピーニング処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の鋼構造物の高耐久化処理方法。
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