― 高能率高疲労強度を実現 ―
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材料研究所信頼性評価グループ |
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| 太田 昭彦 | 鈴木 直之 | 前田 芳夫 |
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― 高能率高疲労強度を実現 ― |
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| 溶接部は、溶けて固まった後、冷やされると収縮します。この収縮は周囲の母材に拘束されるので、溶接部は周囲から引張られ、引張残留応力が生じます（図１a）。このように、従来溶接材料を用いて製作した溶接部には収縮により引張残留応力が誘起されるため、溶接疲労強度は、母材強度や継手形式等にかかわらず、ほぼ同一で、母材疲労強度より低くなります（図２厚板の赤印）。一方、母材疲労強度は母材強度に比例して高くなります（図２黒印）。 私達は、溶接部に圧縮の残留応力を、溶接終了後に何も手を加えずに誘起できる溶接材料を開発し、疲労強度を高めることに成功しました。 開発溶接材料は、室温付近で金属組織が変化することによって膨張します。この膨張は、周囲の母材から拘束されるので、溶接部は周囲から押込められ、圧縮残留応力が生じます（図１b）。この圧縮残留応力は、溶接部に作用する応力の最大値を小さくするように働くので、疲労強度を高めることができます。 図２の緑印で示したものが、開発溶接材料で製作した溶接継手の結果です。従来材料による溶接継手に比べ高い疲労強度を実現しています。重ね溶接継手（薄板）の場合には母材強度に比例して疲労強度が高くなっています。 表紙写真にも示したように、従来溶接継手では疲労破断が溶接部で生じていますが、開発溶接継手の場合、溶接部が強くなったためそこから破断せず、母材部からの疲労破断に変わっており、開発溶接材料を用いることによって溶接疲労強度が向上しています。また、開発溶接材料にはニッケルとクロムが多く含まれ、従来溶接材料に比べ電気抵抗が高いため、適正である溶接条件は、従来材に比べ高電流側にあり、そのため単位時間当たりに付加できる溶接金属の容積が12%程度増します。溶接金属の容積が大きいので、単位時間当たりの溶接線の長さを長くすることで、高速溶接が可能となります。 以上のように、開発溶接材料は高疲労強度・高能率溶接を実現したことから、実構造物への今後の適用が期待されます。 |
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図1 室温に冷えた溶接部の周りにできる仮想隙間をなくすため残留応力が発生 |
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図2 疲労強度と母材強度の関係．緑印の開発溶接継手は赤印の従来溶接継手より高疲労強度で、 |
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