溶接欠陥を有する軟質溶接継手の疲労性能評価

点击翻译按钮获取中文摘要

高強度鋼材の溶接継手では,軟質溶接継手となってしまう場合がある.軟質溶接継手ではひずみが溶接部に集中しやすいため,塑性ひずみ疲労強度が低下する危険性がある.本研究では,軟質溶接継手の疲労特性を把握することを目的として,疲労試験と解析により検討した.本年度は特にき裂の進展性状に着目して解析的な検討を中心に実施した.材料試験により鋼材の特性を把握した上で,軟質溶接の程度,欠陥のサイズをパラメータとして考慮し,有限要素法を用いたき裂進展解析により検討を行った.解析においては,軟質継手の溶接部に様々なサイズのき裂を導入した解析モデルを作成し,そこに応力範囲200MPaから1000MPaまでの繰返し載荷荷重を与えて解析を行った.解析結果から破壊力学パラメータの1つであるJ積分範囲を算出し,J積分範囲と応力範囲とき裂長さの関係を求めた.求まった関係を用いて,き裂進展解析を実施し,軟質化がき裂進展寿命に与える影響の評価を行った.その結果,次のことが判明した.(1)軟質溶接継手では母材による拘束によりき裂進展速度がやや低下する.そのため疲労寿命も多少長くなる.(2)一般的な継手形状では拘束の影響がほとんど生じないため,き裂が存在する部分の降伏強度による影響が支配的となる.以上の結果は,溶接金属部に発生したき裂の進展寿命は溶接金属の降伏強度によりほぼ決定され,それよりもやや長寿命側となり,短くはならないことを示している.よって母材の降伏強度が規定値よりも大幅に高くなったために(意図せずに)生じた軟質継手では,進展寿命上の危険は低いと考えられることを明らかとした.高サイクル疲労試験:内在欠陥を有する疲労試験体の高サイクル疲労試験を実施し,軟質化による効果を確認した結果,欠陥による影響が極めて大きく,軟質度による疲労強度の差異は特に無いことがわかった.