[发明专利]焊接结构物的疲劳损伤抑制方法、打击痕形成用工具、以及焊接结构物

说明书

技术领域

本发明涉及抑制在焊接结构物(welded structures)(也称钢结构物(steel structures))的焊接部产生疲劳损伤(fatigue damage)的焊接结构物的疲劳损伤抑制方法(Method for preventing fatigue damage)、打击痕形成用工具(tool for forming impact area)、以及焊接结构物。

背景技术

近年来，随着钢桥(steel bridge)的老化而由腐蚀、疲劳引起的钢桥的损伤事例的报告有所增加。为了抑制钢桥的损伤，首先需要确立检查体制(inspection system)。然而，特别是在疲劳损伤的情况下，减轻过往车辆(passing vehicle)等的作用外力(working external force)、或者从设计制造的面提高焊接质量(weld quality)是重要的。在钢桥等焊接结构物中，存在如下情况：若焊接部(weld zone)产生破裂等缺陷、或因焊缝(weld bead)的形状不合适从而使焊缝的焊趾(weld toe)产生应力集中(stress concentration)，则由于基于反复应力(cyclic stress)的影响与焊接残留应力(weld residual stress)的影响重叠，从而容易在焊接部产生疲劳裂纹(fatigue crack)(也称为疲劳缺口(fatigue notch))，并导致疲劳损伤。所谓焊缝的焊趾，是指形成焊缝的焊接金属的表面与作为母材的金属制部件的表面相交的边界。

为了抑制这种疲劳损伤，在专利文献1～3以及非专利文献1中，记载有通过向焊缝的焊趾附近导入压缩残留应力(compressive residual stress)来提高焊接部的疲劳强度(fatigue strength)的方法。

具体而言，在专利文献1中记载有如下方法：利用使焊缝的焊趾附近产生超声波振动(ultrasonic oscillation)地对其进行冲击而使其塑性变形(plastic deformation)的加工装置(processing equipment)，以规定的冲击条件加工特定尺寸的槽，从而提高疲劳强度。

在专利文献2中记载有如下方法：使用来自激光源(laser source)的脉冲激光束(pulsed laser beam)，而使形成表面的薄层或者等离子体(plasma)的表面的涂料(coating)瞬间气化，利用其爆发力(explosion power)而使表面的一部分产生局部的压缩力(compressive force)。

在专利文献3中记载有如下方法：使用前端为特定尺寸的冲击销(impact pin)，以使焊缝的焊趾附近形成基于打击痕(impact area)的特定尺寸的槽部(groove)的方式压缩钢材表面，而向焊接部导入压缩残留应力。

在非专利文献1中记载有如下结果：由于存在若施行锤击(hammer peening)则会降低疲劳强度的情况，所以研究了使焊缝部的焊趾附近的应力集中、残留应力减少的新的锤击法。

专利文献1：日本特开2006－175512号公报

专利文献2：日本特开2006－159290号公报

专利文献3：日本特开2010－29897号公报

非专利文献1：IMPROVING FATIGUE STRENGTH OF WELD JOINTS BY HAMMER PEENING TIG-DRESING,Kengo ANAMI,Chitoshi MIKI,Hideki Tani,Haruhito YAMAMOTO,Structual Eng./Earthquake Eng.,JSCE Vol.7,No.1,57-68s,2000April

然而，对于专利文献1所记载的方法而言，作为向焊缝的焊趾附近导入压缩残留应力的手段，使用使尖端(tip)(尖端也被称为振动端子(transducer)、风铲(chipper)、冲击销、或者冲击端子)超声波振动而在焊缝的焊趾附近加工特定尺寸的槽的装置，所以与以往的由空气压(air pressure)来驱动尖端的装置相比，价格高昂并且难以得到。

对于专利文献2所记载的方法而言，由于是利用激光冲击(laser shock peening)而向焊缝的焊趾附近导入压缩残留应力的方法，所以需要材料的预处理，并且装置价格高昂且较大，而难以应用于钢桥等大型焊接结构物(large welded structure)。