溶接構造物の疲労強度向上対策

1. 応力集中の低減 溶接継手および構造上の疲労亀裂発生源の応力集中点を特定し、応力集中を排除または軽減するあらゆる手段により、構造の疲労強度を向上させることができます。

(1) 合理的な構造形式を採用する

① 突合せ継手を推奨し、重ね継手は極力使用しない。重要な構造物においてはT字継手やコーナー継手を突合せ継手に変更し、溶接部がコーナーを避けるようにしています。T 字継手またはコーナー継手を使用する場合は、完全溶け込み突合せ溶接を使用することが望まれます。

② 部材の内力が余分な応力を発生させずにスムーズに均一に伝達できるよう、偏心荷重の設計を避けるようにしてください。

③板厚や板幅が大きく異なり、接岸する必要がある場合、断面の急激な変化を抑えるため、緩やかな移行部を設計する必要があります。構造物の鋭角または角は円弧状にする必要があり、曲率半径は大きいほど良いです。

④空間内で交差する三方向溶接を避け、応力集中領域に溶接を設置しないようにし、主引張部材に横方向溶接を設置しないように注意してください。やむを得ない場合は、溶接の内部および外部の品質を保証し、溶接止端を軽減する必要があります。ストレスの集中。

⑤片側のみ溶接可能な突合せ溶接については、重要な構造物の背面に当て板を設置することは認められません。各溶接の最初と最後には応力が集中するため、断続的な溶接の使用は避けてください。

(2).正しい溶接形状と良好な溶接の内側と外側の品質

① 突合せ継手溶接の残高はできるだけ小さくする必要があり、溶接後に残高を残さずに平らに平らに削る（または研削する）ことが最善です。

② T 字継手の場合は、凸面のすみ肉溶接を使用せず、凹面のすみ肉溶接を使用するのが最善です。

③溶接部と母材表面との接合部の止端部は滑らかに通過し、必要に応じて止端部を研削またはアルゴンアーク再溶解して応力集中を軽減する。

すべての溶接欠陥にはさまざまな程度の応力集中があり、特に亀裂、非溶け込み、非溶融、エッジ食い込みなどのフレーク溶接欠陥は、疲労強度に最も大きな影響を与えます。したがって、構造設計においては、溶接欠陥を低減するために各溶接部の溶接しやすさを確保し、規格を超える欠陥を除去する必要があります。

2.残留応力を調整する

部材表面の残留圧縮応力や応力集中により、溶接構造の疲労強度を向上させることができます。たとえば、溶接順序や局所加熱を調整することで、疲労強度の向上に役立つ残留応力場を得ることができます。また、金属表面を塑性変形させて硬化させ、表層に残留圧縮応力を生じさせて疲労強度を向上させる目的を達成するために、転造、ハンマリング、ショットピーニングなどの表面変形強化処理を行うこともできる。

ノッチ上部の残留圧縮応力は、ノッチ付き部材を過負荷になる前に 1 回だけ伸長することによって取得できます。これは、弾性除荷後のノッチ残留応力の符号が、（弾塑性）荷重中のノッチ応力の符号と常に逆であるためです。この方法は、曲げ過負荷や複数の引張負荷には適していません。多くの場合、油圧試験用の圧力容器などの構造受け入れ試験と組み合わせて、過負荷前の引張役割を果たします。

3.材料の構造と特性を改善する

まず、母材や溶接金属の疲労強度の向上は、材料本来の品質からも考慮する必要があります。材料中の異物を減らすには、材料の冶金品質を改善する必要があります。重要なコンポーネントは、真空溶解、真空脱ガス、さらには純度を確保するためのエレクトロスラグ再溶解などの製錬プロセスで得られた材料で作られています。粒子鋼の疲労寿命は、室温で精錬することによって改善できます。熱処理により最適な微細構造が得られ、可塑性と靭性を向上させながら強度を高めることができます。焼戻しマルテンサイト、低炭素マルテンサイト、低炭素ベイナイトは耐疲労性が高くなります。第二に、強度、可塑性、靭性が適度に一致している必要があります。強度とは、材料が破壊に耐える能力のことですが、高強度材料はノッチに敏感です。塑性の主な機能は、塑性変形を通じて、変形仕事を吸収し、応力ピ​​ークを軽減し、高い応力を再分配し、ノッチや亀裂の先端を不動態化し、亀裂の拡大を緩和または停止させることさえできることです。可塑性により、フルプレーの強度を確保できます。したがって、高張力鋼や超高張力鋼では、塑性と靭性を少し改善するだけで、耐疲労性は大幅に向上します。

4.特別な保護措置

大気媒体による侵食は材料の疲労強度に影響を与えることが多いため、特定の保護コーティングを使用することが有利です。たとえば、応力集中でフィラーを含むプラスチック層をコーティングすることは、実用的な改善方法です。