Ｔ型溶接継手構造体におけるＴ継手部の疲労特性評価方法
【課題】Ｔ型溶接継手構造体におけるＴ継手部の疲労特性を、煩雑な疲労試験を行なうことなく、簡便かつ迅速に評価するための方法を提供する。
【解決手段】Ｔ継手部の溶接止端部曲率半径をρ（ｍｍ）、Ｔ継手部の溶接熱影響部の均一伸び（％）をＵＥHAZ、Ｔ継手部の溶接熱影響部の降伏応力（ＭＰａ）をＹＰHAZとしたとき、下記式（１）で表わされる溶接止端部歪み評価パラメータを用いることによってＴ型溶接継手構造体の疲労特性を評価する方法である。
溶接止端部歪み評価パラメータ（１）
＝（１．１３×１０-2×ρ-0.59）×（１．０５×１０-4×ＵＥHAZ＋１．６４×１０-2）×（５．１５×ＹＰHAZ-0.92） ・・・ （１）
【解決手段】Ｔ継手部の溶接止端部曲率半径をρ（ｍｍ）、Ｔ継手部の溶接熱影響部の均一伸び（％）をＵＥHAZ、Ｔ継手部の溶接熱影響部の降伏応力（ＭＰａ）をＹＰHAZとしたとき、下記式（１）で表わされる溶接止端部歪み評価パラメータを用いることによってＴ型溶接継手構造体の疲労特性を評価する方法である。
溶接止端部歪み評価パラメータ（１）
＝（１．１３×１０-2×ρ-0.59）×（１．０５×１０-4×ＵＥHAZ＋１．６４×１０-2）×（５．１５×ＹＰHAZ-0.92） ・・・ （１）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、実際に溶接継手を作製して疲労試験を行なわなくても、Ｔ型溶接継手構造体におけるＴ継手部の疲労特性を簡便かつ迅速に評価（予測、推定）する方法に関するものである。本発明の評価方法は、例えば造船、海洋構造物、低温タンク、ラインパイプ、土木・建築構造物などのようなＴ型溶接継手構造体が適用される様々な分野に適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
船舶や機械などのように厚鋼板が使用される溶接構造物の破壊の大半は疲労き裂の発生に起因しており、その疲労き裂の殆どは溶接継手部より発生する。溶接継手部の疲労強度は、母材に比べて著しく低いからである。
【０００３】
溶接継手部における疲労特性は、母材側の溶接止端部の形状（特に止端半径）の影響が大きいことが知られている。そこで従来では、溶接継手部の疲労特性を向上させるため、溶接止端部をグラインダーで研磨するなどして滑らかにし（溶接部形状の平坦化）、応力集中を低減する方法が行なわれている（例えば非特許文献１を参照）。
【０００４】
一方、溶接継手部の材料特性（機械的特性）が疲労特性に及ぼす影響については明確でなく、これまで殆ど研究されていない。そのため、溶接継手部の疲労特性を評価（予測）するに当たっては、多くの溶接継手の疲労試験結果を統計処理するなどして決定されているというのが実情である。具体的には、溶接継手部の条件を変化させ、各条件を反映させた溶接継手構造試験体を作製して疲労試験を実施しており、多大なコストと時間がかかっており、非現実的である。
【０００５】
そこで、特許文献１では、実際に溶接を行わずに鋼材の溶接熱影響部における疲労破壊感受性を簡便・迅速に評価する試験方法が開示されている。ここでは、疲労き裂は応力集中の最も激しい溶接止端部から発生し、伝播するが、疲労き裂が最も発生し易い位置は、溶接熱影響部（ＨＡＺ）である点に注目し、所定の熱履歴と切欠加工を賦与した試験片を用いてＨＡＺの疲労破壊感受性を評価している。しかしながら、上記特許文献１の方法は、溶接継手部の材料特性から検討されたものではないため、溶接継手部の疲労特性評価に有用な材料設計指針の提供が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−１０３８７１号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】「疲労設計便覧」、日本材料学会編、養賢堂発行、１９９５年１月発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、Ｔ型溶接継手構造体におけるＴ継手部の疲労特性を、煩雑な疲労試験を行なうことなく、簡便かつ迅速に評価（予測・推定）し得る方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決することができた本発明の評価方法は、Ｔ型溶接継手構造体におけるＴ継手部の疲労特性を評価する方法であって、前記Ｔ継手部の溶接止端部曲率半径をρ（ｍｍ）、前記Ｔ継手部の溶接熱影響部の均一伸び（％）をＵＥHAZ、前記Ｔ継手部の溶接熱影響部の降伏応力（ＭＰａ）をＹＰHAZとしたとき、下記式（１）で表わされる溶接止端部歪み評価パラメータ（１）を用いることによってＴ型溶接継手構造体の疲労特性を評価するところに要旨を有するものである。
溶接止端部歪み評価パラメータ（１）
＝（１．１３×１０-2×ρ-0.59）×（１．０５×１０-4×ＵＥHAZ＋１．６４×１０-2）×（５．１５×ＹＰHAZ-0.92） ・・・ （１）
【００１０】
また、上記課題を解決することができた本発明の他の評価方法は、Ｔ型溶接継手構造体におけるＴ継手部の疲労特性を評価する方法であって、前記Ｔ継手部の溶接止端部曲率半径をρ（ｍｍ）、前記Ｔ継手部の溶接熱影響部の１００００回塑性歪負荷後の均一伸び（％）をＵＥHAZ,cycle、前記Ｔ継手部の溶接熱影響部の１００００回塑性歪負荷後の降伏応力（ＭＰａ）をＹＰHAZ,cycleとしたとき、下記式（２）で表わされる溶接止端部歪み評価パラメータ（２）を用いることによってＴ型溶接継手構造体の疲労特性を評価するところに要旨を有するものである。
溶接止端部歪み評価パラメータ（２）
＝（１．１３×１０-2×ρ-0.59）×（１．０５×１０-4×ＵＥHAZ,cycle＋１．６４×１０-2）×（５．１５×ＹＰHAZ,cycle-0.92） ・・・ （２）
【発明の効果】
【００１１】
本発明で規定する式（１）および式（２）のパラメータは、Ｔ型溶接継手構造体におけるＴ継手部の溶接止端部疲労特性の代替評価パラメータとして有用であり、実際に溶接継手を作製して疲労試験を行なわなくても、Ｔ継手部の疲労特性を評価（予測、推定）することができる。本発明に係るＴ継手部の疲労特性評価方法は、溶接止端部に局部的な塑性歪みが発生する場合だけでなく、溶接止端部に局部的な塑性歪みが繰返し負荷される場合にも適用可能であり、前者の場合は式（１）のパラメータを用い、後者の場合は式（２）のパラメータを用いることにより、Ｔ継手部の疲労特性を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、溶接止端部に局部的に発生する局部塑性歪みによって疲労き裂が発生する様子を示す模式図である。
【図２】図２は、Ｔ継手部の溶接熱影響部の均一伸びＵＥHAZ＝５％、Ｔ継手部の溶接熱影響部の降伏応力ＹＰHAZ＝５００ＭＰａと一定であり、溶接止端部曲率半径ρのみを変化させたときの溶接止端部局部塑性歪み量に及ぼす影響を示すグラフである。
【図３】図３は、溶接止端部曲率半径ρ＝０．５ｍｍ、Ｔ継手部の溶接熱影響部の降伏応力ＹＰHAZ＝５００ＭＰａと一定であり、Ｔ継手部の溶接熱影響部の均一伸びＵＥHAZのみを変化させたときの溶接止端部局部塑性歪み量に及ぼす影響を示すグラフである。
【図４】図４は、溶接止端部曲率半径ρ＝０．５ｍｍ、Ｔ継手部の溶接熱影響部の均一伸びＵＥHAZ＝５％と一定であり、Ｔ継手部の溶接熱影響部の降伏応力ＹＰHAZのみを変化させたときの溶接止端部局部塑性歪み量に及ぼす影響を示すグラフである。
【図５】図５は、実施例で用いた微小切欠き試験片を用いて疲労試験を実施したとき、局部的に塑性歪みが発生する状況を模式的に示す図である。
【図６】図６は、実施例において、本発明で規定する溶接止端部歪み評価パラメータ（１）と、疲労き裂発生寿命１０5回に対応する応力範囲Δσ／ＴＳとの関係を示すグラフである。
【図７】図７は、実施例において、本発明で規定する溶接止端部歪み評価パラメータ（２）と、疲労き裂発生寿命１０5回に対応する応力範囲Δσ／ＴＳとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明者らは、Ｔ型溶接継手構造体におけるＴ継手部の疲労特性を、煩雑な疲労試験を行なうことなく、材料設計学的観点から評価（予測、推定）し得る方法を提供するため、検討してきた。その結果、下記式（１）で表わされる溶接止端部歪み評価パラメータ（１）、または下記式（２）で表わされる溶接止端部歪み評価パラメータ（２）を用いれば、Ｔ継手部の疲労特性を簡便且つ迅速に評価できることを見出し、本発明を完成した。このうち溶接止端部歪み評価パラメータ（１）は、溶接止端部に局部的な塑性歪みが発生したときの疲労特性の評価に有用であり、溶接止端部歪み評価パラメータ（２）は、溶接止端部に局部的な塑性歪みが繰返し負荷されたときの疲労特性の評価に有用である。
溶接止端部歪み評価パラメータ（１）
＝（１．１３×１０-2×ρ-0.59）×（１．０５×１０-4×ＵＥHAZ＋１．６４×１０-2）×（５．１５×ＹＰHAZ-0.92） ・・・ （１）
式中、ρは溶接止端部曲率半径（ｍｍ）
ＵＥHAZは、Ｔ継手部の溶接熱影響部の均一伸び（％）
ＹＰHAZは、Ｔ継手部の溶接熱影響部の降伏応力（ＭＰａ）を意味する。
【００１４】
溶接止端部歪み評価パラメータ（２）
＝（１．１３×１０-2×ρ-0.59）×（１．０５×１０-4×ＵＥHAZ,cycle＋１．６４×１０-2）×（５．１５×ＹＰHAZ,cycle-0.92） ・・・ （２）
式中、ρは溶接止端部曲率半径（ｍｍ）
ＵＥHAZ,cycleは、Ｔ継手部の溶接熱影響部の１００００回塑性歪負荷後の
均一伸び（％）、
ＹＰHAZ,cycleは、Ｔ継手部の溶接熱影響部の１００００回塑性歪負荷後の
降伏応力（ＭＰａ）を意味する。
【００１５】
以下、本発明に到達した経緯について、図１を参照しながら説明する。
【００１６】
本発明では、溶接継手形状の中でも溶接構造物において汎用されているＴ継手形状（Ｔ継手部）を対象とし、疲労特性とＴ継手部の材料特性との関係をシミュレーションにより明らかにするため、以下の基礎実験を行なった。ここでは、高強度鋼板を突き合わせ溶接した垂直部材と、高強度鋼板を突き合わせ溶接した水平部材を溶接によって接合してなるＴ型溶接継手構造体を用いた。基礎実験に用いた水平部材および垂直部材の板厚は６０ｍｍであり、水平部材の公称応力（母材のＹＰに相当）は４９０ＭＰａであった。
【００１７】
検討に当たっては、疲労特性との密接な関係が知られている溶接止端部曲率半径ρ（ｍｍ）だけでなく、材料特性因子として、特に均一伸び（ＵＥ）および降伏応力（ＹＰ）に着目した。これらに着目したのは、溶接止端部に発生する局部塑性歪み量が疲労特性の支配因子であり（図１を参照）、ＵＥおよびＹＰは、塑性歪みに関連するからである。また、疲労き裂は、歪み集中の最も激しい溶接止端部から発生・伝播し、この止端部は溶接熱影響部（ＨＡＺ）であることから、本発明では特に、ＨＡＺ部のＵＥおよび降伏応力に着目した。本発明では、Ｔ継手部のＨＡＺの均一伸び（％）をＵＥHAZ、Ｔ継手部の溶接熱影響部の降伏応力（ＭＰａ）をＹＰHAZとする。
【００１８】
そして、Ｔ継手部の条件（ρ、ＵＥHAZ、およびＹＰHAZ）の夫々が溶接止端部塑性歪み量に及ぼす影響を調べたところ、図２〜図４の結果が得られた。
【００１９】
図２は、ＵＥHAZ＝５％、ＹＰHAZ＝５００ＭＰａと一定であり、ρのみを変化させたときの溶接止端部局部塑性歪み量に及ぼす影響を示すグラフである。
【００２０】
図２に示すように、ρ以外の条件を一定とした場合は、ρが大きくなるほど、溶接止端部局部塑性歪み量も指数関数的に減少する。この結果は、従来の知見とも合致している。前述したように、溶接止端部半径は歪み集中に影響を及ぼすことが知られており、止端部半径が大きいほど、応力集中が低減するため、局部塑性歪みも低減する。図２の結果より、下記関係式（１Ａ）が導き出される。
溶接止端部局部塑性歪み量＝１．１３×１０-2×ρ-0.59・・・（１Ａ）
ρは溶接止端部曲率半径（ｍｍ）であり、Ｔ継手部の溶接熱影響部の均一伸びＵＥHAZ（％）、及びＴ継手部の溶接熱影響部の降伏応力ＹＰHAZ（ＭＰａ）は一定である。
【００２１】
図３は、ρ＝０．５ｍｍ、ＹＰHAZ＝５００ＭＰａと一定であり、ＵＥHAZのみを変化させたときの溶接止端部局部塑性歪み量に及ぼす影響を示すグラフである。
【００２２】
図３より、ＵＥHAZの変化により局部塑性歪み発生挙動が大きく変動し、ＵＥHAZが小さくなると溶接止端部局部塑性歪み量も小さくなることが分かる。図３の結果より、下記関係式（１Ｂ）が導き出される。
溶接止端部局部塑性歪み量＝１．０５×１０-4×ＵＥHAZ＋１．６４×１０-2
・・・（１Ｂ）
ＵＥHAZはＴ継手部の溶接熱影響部の均一伸び（％）であり、溶接止端部曲率半径ρ（ｍｍ）、及びＴ継手部の溶接熱影響部の降伏応力ＹＰHAZ（ＭＰａ）は一定である。
【００２３】
図４は、ρ＝０．５ｍｍ、ＵＥHAZ＝５％と一定であり、ＹＰHAZのみを変化させたときの止端部局部塑性歪み量に及ぼす影響を示すグラフである。図４より、ＹＰHAZの変化によっても局部塑性歪み発生挙動が大きく変動し、ＹＰHAZが大きくなると溶接止端部局部塑性歪み量も小さくなることが分かる。溶接熱影響部の降伏応力は疲労負荷時の止端部の変形挙動に大きな影響を及ぼすことから、止端部局部塑性歪みに対する影響も大きくなったと考えられる。図４の結果より、下記関係式（１Ｃ）が導き出される。
溶接止端部局部塑性歪み量＝５．１５×ＹＰHAZ-0.92・・・（１Ｃ）
ＹＰHAZはＴ継手部の溶接熱影響部の降伏応力（ＭＰａ）であり、溶接止端部曲率半径ρ（ｍｍ）、及びＴ継手部の溶接熱影響部の均一伸びＵＥHAZ（％）は一定である。
【００２４】
以上の基礎実験の結果を踏まえ、溶接止端部の局部塑性歪み量に対して上記要件（ρ、ＵＥHAZ、およびＹＰHAZ）が総合的に及ぼす影響を詳細に検討した。その結果、上記要件以外の条件（例えば、水平部材および垂直部材の板厚、溶接方法など）は変化させずに同一条件であることを前提にした場合において、上記式（１Ａ）、（１Ｂ）および（１Ｃ）を掛け合わせた溶接止端部局部塑性歪み量、すなわち、上記式（１）で表わされるパラメータ（１）は、溶接止端部の疲労特性と良好な相関関係を有することを見出し、本発明を完成した。上記式（１）で算出されるパラメータの値が小さいほど、溶接止端部の局部塑性歪み量は大きくなり、疲労特性に優れることを示している（後記する図６を参照）。
【００２５】
更に上記パラメータは、溶接止端部に局部的な塑性歪みが繰返し負荷されたときの疲労特性の評価にも有用であり、この場合は、上記式（２）の評価パラメータを用いれば良いことが分かった。すなわち、鋼種などによっては、降伏応力を超える応力が繰返し負荷されることによって降伏応力および均一伸びが変化する場合があり、その場合、溶接止端部においても局部的な塑性歪みが繰返し負荷されることから、ＨＡＺ部の降伏応力および均一伸びが変化し、溶接止端部の疲労寿命に大きな影響を及ぼすようになる。上記式（２）を用いれば、繰返し負荷によって降伏応力および均一伸びが変化する場合の疲労寿命を高い精度で評価することができる。
【００２６】
ここで上記式（２）は、上記式（１）において、ＵＥHAZ（Ｔ継手部の溶接熱影響部の均一伸び）をＵＥHAZ,cycle（Ｔ継手部の溶接熱影響部の１００００回塑性歪負荷後の均一伸び）に、ＹＰHAZ（Ｔ継手部の溶接熱影響部の降伏応力）をＹＰHAZ,cycle（Ｔ継手部の溶接熱影響部の１００００回塑性歪負荷後の降伏応力）に、それぞれ置き換えたこと以外は、上記式（１）と全く同じである。
【００２７】
なお、上記式（２）において、繰返し回数を１００００回と定めたのは、繰返し負荷後の降伏応力および均一伸びの変化は、１０００〜５０００回の繰返し負荷までは大きく変化するが、その後はほぼ一定となるとの経験則を考慮し、５０００回以降のＨＡＺ部の降伏応力および均一伸びの代表値として、１００００回（０．５％歪）における各値を選択した次第である。
【００２８】
このように本発明は、上記式（１）または上記式（２）で表わされる溶接止端部歪み評価パラメータが、Ｔ型溶接継手構造体におけるＴ継手部の疲労特性の代替評価パラメータとして有用であることを見出した点に特徴がある。本発明によれば、従来のように溶接継手を作成して疲労試験を現実に行なわなくても、Ｔ継手部の疲労特性を評価することができる。
【００２９】
本発明では、上記のとおり、上記評価パラメータに含まれない条件は一定にし、且つ、溶接止端部に局所的な塑性歪みが発生することを前提として上記式（１）または上記式（２）を導出していることから、本発明の方法が適用されるための前提条件として、以下の事項が挙げられる。
【００３０】
まず、溶接止端部に局所的な塑性変形を発生させるためには、水平部材（母材）の公称応力の範囲は、概ね３００〜５００ＭＰａである。水平部材の公称応力が３００ＭＰａ未満では、局所的に塑性変形しない可能性があり、一方、５００ＭＰａを超えると、鋼板全面が塑性変形する可能性がある。同様に、水平部材および溶接熱影響部（ＨＡＺ）の引張強度は、概ね、４００〜７００ＭＰａである。
【００３１】
また、上記式（１）が適用されるρ、ＵＥHAZ、及びＹＰHAZの許容範囲については特に限定されないが、溶接止端部に局所的な塑性変形を発生させるという観点からすれば、概ね、ρ：０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下、ＵＥHAZ：５％以上２０％以下、ＹＰHAZ：３００ＭＰａ以上６５０ＭＰａ以下の範囲内であることが好ましい。
【００３２】
また、上記式（２）が適用されるρ、ＵＥHAZ,cycle、及びＹＰHAZ,cycleの許容範囲については特に限定されないが、溶接止端部に局所的な塑性変形を発生させるという観点からすれば、概ね、ρ：０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下、ＵＥHAZ,cycle：５％以上２０％以下、ＹＰHAZ,cycle：３００ＭＰａ以上６５０ＭＰａ以下の範囲内であることが好ましい。
【００３３】
本発明で対象とする溶接構造体を構成する水平部材の板厚は、溶接止端部の応力集中係数への影響を考慮すると、概ね、５０〜８０ｍｍである。垂直部材についても、上記と同様、概ね、５０〜８０ｍｍであることが好ましい。
【００３４】
上記要件以外については、本発明では特に限定されない。例えば垂直部材と水平部材を接合するための溶接方法は特に限定されず、例えばサブマージアーク溶接法や炭酸ガスアーク溶接法が挙げられる。
【００３５】
また、垂直部材および水平部材を構成する鋼板の種類についても特に限定されず、上記の引張強度などの要件を満足する限り、溶接構造体に通常用いられる鋼板を適用することができる。垂直部材および水平部材を構成する鋼板の種類は、同一であることが好ましい。
【００３６】
上記式（１）または上記式（２）で表わされる溶接止端部歪み評価パラメータは、溶接止端半径ρ、および材料特性（ＵＥHAZ及びＹＰHAZ、またはＵＥHAZ,cycle及びＹＰHAZ,cycle）の少なくとも一つが異なるＴ継手部同士の疲労特性を比較検討するのに好適に用いられる。これらの式に基づいて算出される数値は、二種以上のＴ継手部間の疲労特性の優劣（疲労特性設計指針）を決定するための指標となるものであるが、数値自体に意味はなく、各Ｔ継手部の疲労特性を推定するための指標となるものではない。
【００３７】
具体的には、本発明の代表的な適用例として、水平部材および垂直部材の板厚の組み合わせが同じであるＴ型溶接継手を幾つか試作したとき、各継手に対して煩雑な疲労試験を行わなくても、ρを算出するための簡便な曲率調査と、上記材料特性（例えばＵＥHAZ及びＹＰHAZ）を算出するための引張試験を行って上記式（１）または上記式（２）で表わされる評価パラメータの値を算出して比較することにより、疲労特性に優れた溶接継手を決定することが挙げられる。数値が小さいものほど、疲労特性に優れているため、疲労特性に最も優れたＴ継手を選定することができる。
【００３８】
更に、上記式で表わされる評価パラメータと必要な疲労特性との関係を、事前にデータベース化しておけば、疲労特性に優れたＴ継手部の材料設計指針や溶接条件などを決定することもできる。ここで、ρは溶接材料（詳細には、溶着金属を形成する溶接ワイヤ）の種類を変えることによって、一方、均一伸び及び降伏応力の材料特性（例えばＵＥHAZ及びＹＰHAZ）は溶接時の総熱量（Ｊ）を変化させることによって、いずれも変化させることが可能であるため、溶接条件と材料特性との関係をデータベース化することができる。
【実施例】
【００３９】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記実施例によって制限されず、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００４０】
実施例１
本実施例では、溶接継手を模擬する試験片として微小切欠き試験片を作製し、上記試験片を用いて疲労試験を行ったときの、疲労特性と、上記式（１）または上記式（２）で表わされる溶接止端部歪み評価パラメータ（１）または（２）との関係を検討した。
【００４１】
詳細には、図５に示す平滑板状の切欠き試験片（溶接部などの不連続形状がない試験片であり、縦６５ｍｍ×横１６ｍｍ×厚さ４ｍｍ）を用意した。この試験片を用いると、切欠き部に歪みが集中して局部的な塑性歪みが発生することから、Ｔ継手の溶接止端部の歪み状態を再現することができる。
【００４２】
図５に示す平滑試験片の疲労特性（疲労き裂寿命）は、負荷応力範囲Δσ（疲労試験において作用する繰返し最大応力Ｓ1と繰返し最小応力Ｓ2の差）を試験片の引張強度ＴＳで除した値（Δσ／ＴＳ）により評価した。本実施例では、以下の方法によって疲労試験を行い、疲労き裂発生寿命が１０5回に対応する応力範囲Δσ／ＴＳを算出した。
【００４３】
（疲労試験）
試験片に対し、軸方向（図５の矢印方向）に引張荷重が加わるように試験片を油圧式疲労試験機に取り付け、Ｓ1とＳ2が一定となる条件で繰返し荷重を加えた。Ｓ1とＳ2は、試験片の切欠きから十分に離れた位置に貼付した歪みケージで測定した。また、同一の試験片を３本用意し（ｎ＝３）、疲労亀裂発生寿命が約１０4〜１０6の範囲に入る条件で応力負荷条件を変えて試験を行い、応力範囲と疲労亀裂発生寿命の関係を求め、応力範囲を疲労亀裂発生寿命の関数として定式化し、疲労亀裂発生寿命＝１０5としたときの応力範囲を算出した。同様にして、繰返し塑性歪み１００００サイクル（０．５％歪）負荷後の応力範囲と疲労亀裂発生寿命の関係を求め、疲労亀裂発生寿命＝１０5としたときの応力範囲を算出した。
【００４４】
具体的には、降伏応力ＹＰ、均一伸びＵＥ、および切欠き曲率Ｒが異なる表１の試験片１〜８を用いて上記の疲労試験を実施し、上記の方法によりΔσ／ＴＳを測定した。更に、上記試験片１〜８について、溶接止端部歪み評価パラメータ（１）および（２）を、それぞれ算出した。ここで、上記試験片の切欠き曲率ＲはＴ継手の溶接止端部曲率半径ρに対応し、上記試験片の降伏応力ＹＰおよび均一伸びＵＥはそれぞれ、Ｔ継手部のＨＡＺ部の降伏応力ＹＰHAZまたはＹＰHAZ,cycle、および均一伸びＵＥHAZまたはＵＥHAZ,cycleに対応している。
【００４５】
これらの結果を表１に併記する。更に、図６に溶接止端部歪み評価パラメータ（１）とΔσ／ＴＳとの関係をグラフ化して示し、図７に溶接止端部歪み評価パラメータ（２）とΔσ／ＴＳとの関係をグラフ化して示す。
【００４６】
【表１】
【００４７】
表１、並びに図６および図７より、以下のように考察することができる。
【００４８】
上述したように、評価パラメータ（１）または（２）の数値が小さいほど、疲労特性が高い傾向にあることを示しているが、図６および図７の結果は、この傾向とほぼ合致している。例えば図６を参照すると、試験片１〜８のうち評価パラメータ（１）の数値が最も小さい試験片２、４は、他の試験片に比べてΔσ／ＴＳが大きくなり、疲労特性が向上した。図６と同様の傾向は図７においても見られた。
【００４９】
詳細には、例えば表１の試験片１および３（いずれも切欠き曲率Ｒ＝０．８ｍｍ）と、試験片２および４（いずれも切欠き曲率Ｒ＝１．６ｍｍ）とを対比すると、試験片１および３に比べて切欠き曲率Ｒが大きい試験片２および４は、Δσ／ＴＳが大きくなり、上記評価パラメータ（１）および（２）の数値が小さくなっている（図６を参照）が、この結果は、従来の知見（溶接止端部曲率半径ρが大きい程、疲労特性が向上する）と合致している。
【００５０】
一方、切欠き曲率Ｒが同じであっても材料特性によって疲労特性は相違する場合がある。詳細には、切欠き曲率Ｒ＝１．６ｍｍである試験片２および４は、試験片のＹＰおよびＵＥ（Ｔ継手部のＹＰHAZおよび均一伸びＵＥHAZに対応）が異なるために、上記評価パラメータ（１）および（２）の数値が異なる例であるが、試験片４に比べて上記評価パラメータ（１）および（２）の数値が小さい試験片２は、疲労特性に優れている。同様に、切欠き曲率Ｒ＝０．８ｍｍである試験片１および３は、試験片のＹＰおよびＵＥ（Ｔ継手部のＹＰHAZおよび均一伸びＵＥHAZに対応）が異なるために上記評価パラメータ（１）および（２）の数値が異なる例であるが、試験片３に比べて上記評価パラメータ（１）および（２）の数値が小さい試験片１は、疲労特性に優れている。
【００５１】
これらの結果は、本発明で規定する上記パラメータを用いることによって初めて導き出されるものであり、本発明によれば、従来では判別できなかった材料特性に起因する試験片同士の疲労特性も評価することができた点で、非常に有用である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、実際に溶接継手を作製して疲労試験を行なわなくても、Ｔ型溶接継手構造体におけるＴ継手部の疲労特性を簡便かつ迅速に評価（予測、推定）する方法に関するものである。本発明の評価方法は、例えば造船、海洋構造物、低温タンク、ラインパイプ、土木・建築構造物などのようなＴ型溶接継手構造体が適用される様々な分野に適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
船舶や機械などのように厚鋼板が使用される溶接構造物の破壊の大半は疲労き裂の発生に起因しており、その疲労き裂の殆どは溶接継手部より発生する。溶接継手部の疲労強度は、母材に比べて著しく低いからである。
【０００３】
溶接継手部における疲労特性は、母材側の溶接止端部の形状（特に止端半径）の影響が大きいことが知られている。そこで従来では、溶接継手部の疲労特性を向上させるため、溶接止端部をグラインダーで研磨するなどして滑らかにし（溶接部形状の平坦化）、応力集中を低減する方法が行なわれている（例えば非特許文献１を参照）。
【０００４】
一方、溶接継手部の材料特性（機械的特性）が疲労特性に及ぼす影響については明確でなく、これまで殆ど研究されていない。そのため、溶接継手部の疲労特性を評価（予測）するに当たっては、多くの溶接継手の疲労試験結果を統計処理するなどして決定されているというのが実情である。具体的には、溶接継手部の条件を変化させ、各条件を反映させた溶接継手構造試験体を作製して疲労試験を実施しており、多大なコストと時間がかかっており、非現実的である。
【０００５】
そこで、特許文献１では、実際に溶接を行わずに鋼材の溶接熱影響部における疲労破壊感受性を簡便・迅速に評価する試験方法が開示されている。ここでは、疲労き裂は応力集中の最も激しい溶接止端部から発生し、伝播するが、疲労き裂が最も発生し易い位置は、溶接熱影響部（ＨＡＺ）である点に注目し、所定の熱履歴と切欠加工を賦与した試験片を用いてＨＡＺの疲労破壊感受性を評価している。しかしながら、上記特許文献１の方法は、溶接継手部の材料特性から検討されたものではないため、溶接継手部の疲労特性評価に有用な材料設計指針の提供が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−１０３８７１号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】「疲労設計便覧」、日本材料学会編、養賢堂発行、１９９５年１月発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、Ｔ型溶接継手構造体におけるＴ継手部の疲労特性を、煩雑な疲労試験を行なうことなく、簡便かつ迅速に評価（予測・推定）し得る方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決することができた本発明の評価方法は、Ｔ型溶接継手構造体におけるＴ継手部の疲労特性を評価する方法であって、前記Ｔ継手部の溶接止端部曲率半径をρ（ｍｍ）、前記Ｔ継手部の溶接熱影響部の均一伸び（％）をＵＥHAZ、前記Ｔ継手部の溶接熱影響部の降伏応力（ＭＰａ）をＹＰHAZとしたとき、下記式（１）で表わされる溶接止端部歪み評価パラメータ（１）を用いることによってＴ型溶接継手構造体の疲労特性を評価するところに要旨を有するものである。
溶接止端部歪み評価パラメータ（１）
＝（１．１３×１０-2×ρ-0.59）×（１．０５×１０-4×ＵＥHAZ＋１．６４×１０-2）×（５．１５×ＹＰHAZ-0.92） ・・・ （１）
【００１０】
また、上記課題を解決することができた本発明の他の評価方法は、Ｔ型溶接継手構造体におけるＴ継手部の疲労特性を評価する方法であって、前記Ｔ継手部の溶接止端部曲率半径をρ（ｍｍ）、前記Ｔ継手部の溶接熱影響部の１００００回塑性歪負荷後の均一伸び（％）をＵＥHAZ,cycle、前記Ｔ継手部の溶接熱影響部の１００００回塑性歪負荷後の降伏応力（ＭＰａ）をＹＰHAZ,cycleとしたとき、下記式（２）で表わされる溶接止端部歪み評価パラメータ（２）を用いることによってＴ型溶接継手構造体の疲労特性を評価するところに要旨を有するものである。
溶接止端部歪み評価パラメータ（２）
＝（１．１３×１０-2×ρ-0.59）×（１．０５×１０-4×ＵＥHAZ,cycle＋１．６４×１０-2）×（５．１５×ＹＰHAZ,cycle-0.92） ・・・ （２）
【発明の効果】
【００１１】
本発明で規定する式（１）および式（２）のパラメータは、Ｔ型溶接継手構造体におけるＴ継手部の溶接止端部疲労特性の代替評価パラメータとして有用であり、実際に溶接継手を作製して疲労試験を行なわなくても、Ｔ継手部の疲労特性を評価（予測、推定）することができる。本発明に係るＴ継手部の疲労特性評価方法は、溶接止端部に局部的な塑性歪みが発生する場合だけでなく、溶接止端部に局部的な塑性歪みが繰返し負荷される場合にも適用可能であり、前者の場合は式（１）のパラメータを用い、後者の場合は式（２）のパラメータを用いることにより、Ｔ継手部の疲労特性を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、溶接止端部に局部的に発生する局部塑性歪みによって疲労き裂が発生する様子を示す模式図である。
【図２】図２は、Ｔ継手部の溶接熱影響部の均一伸びＵＥHAZ＝５％、Ｔ継手部の溶接熱影響部の降伏応力ＹＰHAZ＝５００ＭＰａと一定であり、溶接止端部曲率半径ρのみを変化させたときの溶接止端部局部塑性歪み量に及ぼす影響を示すグラフである。
【図３】図３は、溶接止端部曲率半径ρ＝０．５ｍｍ、Ｔ継手部の溶接熱影響部の降伏応力ＹＰHAZ＝５００ＭＰａと一定であり、Ｔ継手部の溶接熱影響部の均一伸びＵＥHAZのみを変化させたときの溶接止端部局部塑性歪み量に及ぼす影響を示すグラフである。
【図４】図４は、溶接止端部曲率半径ρ＝０．５ｍｍ、Ｔ継手部の溶接熱影響部の均一伸びＵＥHAZ＝５％と一定であり、Ｔ継手部の溶接熱影響部の降伏応力ＹＰHAZのみを変化させたときの溶接止端部局部塑性歪み量に及ぼす影響を示すグラフである。
【図５】図５は、実施例で用いた微小切欠き試験片を用いて疲労試験を実施したとき、局部的に塑性歪みが発生する状況を模式的に示す図である。
【図６】図６は、実施例において、本発明で規定する溶接止端部歪み評価パラメータ（１）と、疲労き裂発生寿命１０5回に対応する応力範囲Δσ／ＴＳとの関係を示すグラフである。
【図７】図７は、実施例において、本発明で規定する溶接止端部歪み評価パラメータ（２）と、疲労き裂発生寿命１０5回に対応する応力範囲Δσ／ＴＳとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明者らは、Ｔ型溶接継手構造体におけるＴ継手部の疲労特性を、煩雑な疲労試験を行なうことなく、材料設計学的観点から評価（予測、推定）し得る方法を提供するため、検討してきた。その結果、下記式（１）で表わされる溶接止端部歪み評価パラメータ（１）、または下記式（２）で表わされる溶接止端部歪み評価パラメータ（２）を用いれば、Ｔ継手部の疲労特性を簡便且つ迅速に評価できることを見出し、本発明を完成した。このうち溶接止端部歪み評価パラメータ（１）は、溶接止端部に局部的な塑性歪みが発生したときの疲労特性の評価に有用であり、溶接止端部歪み評価パラメータ（２）は、溶接止端部に局部的な塑性歪みが繰返し負荷されたときの疲労特性の評価に有用である。
溶接止端部歪み評価パラメータ（１）
＝（１．１３×１０-2×ρ-0.59）×（１．０５×１０-4×ＵＥHAZ＋１．６４×１０-2）×（５．１５×ＹＰHAZ-0.92） ・・・ （１）
式中、ρは溶接止端部曲率半径（ｍｍ）
ＵＥHAZは、Ｔ継手部の溶接熱影響部の均一伸び（％）
ＹＰHAZは、Ｔ継手部の溶接熱影響部の降伏応力（ＭＰａ）を意味する。
【００１４】
溶接止端部歪み評価パラメータ（２）
＝（１．１３×１０-2×ρ-0.59）×（１．０５×１０-4×ＵＥHAZ,cycle＋１．６４×１０-2）×（５．１５×ＹＰHAZ,cycle-0.92） ・・・ （２）
式中、ρは溶接止端部曲率半径（ｍｍ）
ＵＥHAZ,cycleは、Ｔ継手部の溶接熱影響部の１００００回塑性歪負荷後の
均一伸び（％）、
ＹＰHAZ,cycleは、Ｔ継手部の溶接熱影響部の１００００回塑性歪負荷後の
降伏応力（ＭＰａ）を意味する。
【００１５】
以下、本発明に到達した経緯について、図１を参照しながら説明する。
【００１６】
本発明では、溶接継手形状の中でも溶接構造物において汎用されているＴ継手形状（Ｔ継手部）を対象とし、疲労特性とＴ継手部の材料特性との関係をシミュレーションにより明らかにするため、以下の基礎実験を行なった。ここでは、高強度鋼板を突き合わせ溶接した垂直部材と、高強度鋼板を突き合わせ溶接した水平部材を溶接によって接合してなるＴ型溶接継手構造体を用いた。基礎実験に用いた水平部材および垂直部材の板厚は６０ｍｍであり、水平部材の公称応力（母材のＹＰに相当）は４９０ＭＰａであった。
【００１７】
検討に当たっては、疲労特性との密接な関係が知られている溶接止端部曲率半径ρ（ｍｍ）だけでなく、材料特性因子として、特に均一伸び（ＵＥ）および降伏応力（ＹＰ）に着目した。これらに着目したのは、溶接止端部に発生する局部塑性歪み量が疲労特性の支配因子であり（図１を参照）、ＵＥおよびＹＰは、塑性歪みに関連するからである。また、疲労き裂は、歪み集中の最も激しい溶接止端部から発生・伝播し、この止端部は溶接熱影響部（ＨＡＺ）であることから、本発明では特に、ＨＡＺ部のＵＥおよび降伏応力に着目した。本発明では、Ｔ継手部のＨＡＺの均一伸び（％）をＵＥHAZ、Ｔ継手部の溶接熱影響部の降伏応力（ＭＰａ）をＹＰHAZとする。
【００１８】
そして、Ｔ継手部の条件（ρ、ＵＥHAZ、およびＹＰHAZ）の夫々が溶接止端部塑性歪み量に及ぼす影響を調べたところ、図２〜図４の結果が得られた。
【００１９】
図２は、ＵＥHAZ＝５％、ＹＰHAZ＝５００ＭＰａと一定であり、ρのみを変化させたときの溶接止端部局部塑性歪み量に及ぼす影響を示すグラフである。
【００２０】
図２に示すように、ρ以外の条件を一定とした場合は、ρが大きくなるほど、溶接止端部局部塑性歪み量も指数関数的に減少する。この結果は、従来の知見とも合致している。前述したように、溶接止端部半径は歪み集中に影響を及ぼすことが知られており、止端部半径が大きいほど、応力集中が低減するため、局部塑性歪みも低減する。図２の結果より、下記関係式（１Ａ）が導き出される。
溶接止端部局部塑性歪み量＝１．１３×１０-2×ρ-0.59・・・（１Ａ）
ρは溶接止端部曲率半径（ｍｍ）であり、Ｔ継手部の溶接熱影響部の均一伸びＵＥHAZ（％）、及びＴ継手部の溶接熱影響部の降伏応力ＹＰHAZ（ＭＰａ）は一定である。
【００２１】
図３は、ρ＝０．５ｍｍ、ＹＰHAZ＝５００ＭＰａと一定であり、ＵＥHAZのみを変化させたときの溶接止端部局部塑性歪み量に及ぼす影響を示すグラフである。
【００２２】
図３より、ＵＥHAZの変化により局部塑性歪み発生挙動が大きく変動し、ＵＥHAZが小さくなると溶接止端部局部塑性歪み量も小さくなることが分かる。図３の結果より、下記関係式（１Ｂ）が導き出される。
溶接止端部局部塑性歪み量＝１．０５×１０-4×ＵＥHAZ＋１．６４×１０-2
・・・（１Ｂ）
ＵＥHAZはＴ継手部の溶接熱影響部の均一伸び（％）であり、溶接止端部曲率半径ρ（ｍｍ）、及びＴ継手部の溶接熱影響部の降伏応力ＹＰHAZ（ＭＰａ）は一定である。
【００２３】
図４は、ρ＝０．５ｍｍ、ＵＥHAZ＝５％と一定であり、ＹＰHAZのみを変化させたときの止端部局部塑性歪み量に及ぼす影響を示すグラフである。図４より、ＹＰHAZの変化によっても局部塑性歪み発生挙動が大きく変動し、ＹＰHAZが大きくなると溶接止端部局部塑性歪み量も小さくなることが分かる。溶接熱影響部の降伏応力は疲労負荷時の止端部の変形挙動に大きな影響を及ぼすことから、止端部局部塑性歪みに対する影響も大きくなったと考えられる。図４の結果より、下記関係式（１Ｃ）が導き出される。
溶接止端部局部塑性歪み量＝５．１５×ＹＰHAZ-0.92・・・（１Ｃ）
ＹＰHAZはＴ継手部の溶接熱影響部の降伏応力（ＭＰａ）であり、溶接止端部曲率半径ρ（ｍｍ）、及びＴ継手部の溶接熱影響部の均一伸びＵＥHAZ（％）は一定である。
【００２４】
以上の基礎実験の結果を踏まえ、溶接止端部の局部塑性歪み量に対して上記要件（ρ、ＵＥHAZ、およびＹＰHAZ）が総合的に及ぼす影響を詳細に検討した。その結果、上記要件以外の条件（例えば、水平部材および垂直部材の板厚、溶接方法など）は変化させずに同一条件であることを前提にした場合において、上記式（１Ａ）、（１Ｂ）および（１Ｃ）を掛け合わせた溶接止端部局部塑性歪み量、すなわち、上記式（１）で表わされるパラメータ（１）は、溶接止端部の疲労特性と良好な相関関係を有することを見出し、本発明を完成した。上記式（１）で算出されるパラメータの値が小さいほど、溶接止端部の局部塑性歪み量は大きくなり、疲労特性に優れることを示している（後記する図６を参照）。
【００２５】
更に上記パラメータは、溶接止端部に局部的な塑性歪みが繰返し負荷されたときの疲労特性の評価にも有用であり、この場合は、上記式（２）の評価パラメータを用いれば良いことが分かった。すなわち、鋼種などによっては、降伏応力を超える応力が繰返し負荷されることによって降伏応力および均一伸びが変化する場合があり、その場合、溶接止端部においても局部的な塑性歪みが繰返し負荷されることから、ＨＡＺ部の降伏応力および均一伸びが変化し、溶接止端部の疲労寿命に大きな影響を及ぼすようになる。上記式（２）を用いれば、繰返し負荷によって降伏応力および均一伸びが変化する場合の疲労寿命を高い精度で評価することができる。
【００２６】
ここで上記式（２）は、上記式（１）において、ＵＥHAZ（Ｔ継手部の溶接熱影響部の均一伸び）をＵＥHAZ,cycle（Ｔ継手部の溶接熱影響部の１００００回塑性歪負荷後の均一伸び）に、ＹＰHAZ（Ｔ継手部の溶接熱影響部の降伏応力）をＹＰHAZ,cycle（Ｔ継手部の溶接熱影響部の１００００回塑性歪負荷後の降伏応力）に、それぞれ置き換えたこと以外は、上記式（１）と全く同じである。
【００２７】
なお、上記式（２）において、繰返し回数を１００００回と定めたのは、繰返し負荷後の降伏応力および均一伸びの変化は、１０００〜５０００回の繰返し負荷までは大きく変化するが、その後はほぼ一定となるとの経験則を考慮し、５０００回以降のＨＡＺ部の降伏応力および均一伸びの代表値として、１００００回（０．５％歪）における各値を選択した次第である。
【００２８】
このように本発明は、上記式（１）または上記式（２）で表わされる溶接止端部歪み評価パラメータが、Ｔ型溶接継手構造体におけるＴ継手部の疲労特性の代替評価パラメータとして有用であることを見出した点に特徴がある。本発明によれば、従来のように溶接継手を作成して疲労試験を現実に行なわなくても、Ｔ継手部の疲労特性を評価することができる。
【００２９】
本発明では、上記のとおり、上記評価パラメータに含まれない条件は一定にし、且つ、溶接止端部に局所的な塑性歪みが発生することを前提として上記式（１）または上記式（２）を導出していることから、本発明の方法が適用されるための前提条件として、以下の事項が挙げられる。
【００３０】
まず、溶接止端部に局所的な塑性変形を発生させるためには、水平部材（母材）の公称応力の範囲は、概ね３００〜５００ＭＰａである。水平部材の公称応力が３００ＭＰａ未満では、局所的に塑性変形しない可能性があり、一方、５００ＭＰａを超えると、鋼板全面が塑性変形する可能性がある。同様に、水平部材および溶接熱影響部（ＨＡＺ）の引張強度は、概ね、４００〜７００ＭＰａである。
【００３１】
また、上記式（１）が適用されるρ、ＵＥHAZ、及びＹＰHAZの許容範囲については特に限定されないが、溶接止端部に局所的な塑性変形を発生させるという観点からすれば、概ね、ρ：０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下、ＵＥHAZ：５％以上２０％以下、ＹＰHAZ：３００ＭＰａ以上６５０ＭＰａ以下の範囲内であることが好ましい。
【００３２】
また、上記式（２）が適用されるρ、ＵＥHAZ,cycle、及びＹＰHAZ,cycleの許容範囲については特に限定されないが、溶接止端部に局所的な塑性変形を発生させるという観点からすれば、概ね、ρ：０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下、ＵＥHAZ,cycle：５％以上２０％以下、ＹＰHAZ,cycle：３００ＭＰａ以上６５０ＭＰａ以下の範囲内であることが好ましい。
【００３３】
本発明で対象とする溶接構造体を構成する水平部材の板厚は、溶接止端部の応力集中係数への影響を考慮すると、概ね、５０〜８０ｍｍである。垂直部材についても、上記と同様、概ね、５０〜８０ｍｍであることが好ましい。
【００３４】
上記要件以外については、本発明では特に限定されない。例えば垂直部材と水平部材を接合するための溶接方法は特に限定されず、例えばサブマージアーク溶接法や炭酸ガスアーク溶接法が挙げられる。
【００３５】
また、垂直部材および水平部材を構成する鋼板の種類についても特に限定されず、上記の引張強度などの要件を満足する限り、溶接構造体に通常用いられる鋼板を適用することができる。垂直部材および水平部材を構成する鋼板の種類は、同一であることが好ましい。
【００３６】
上記式（１）または上記式（２）で表わされる溶接止端部歪み評価パラメータは、溶接止端半径ρ、および材料特性（ＵＥHAZ及びＹＰHAZ、またはＵＥHAZ,cycle及びＹＰHAZ,cycle）の少なくとも一つが異なるＴ継手部同士の疲労特性を比較検討するのに好適に用いられる。これらの式に基づいて算出される数値は、二種以上のＴ継手部間の疲労特性の優劣（疲労特性設計指針）を決定するための指標となるものであるが、数値自体に意味はなく、各Ｔ継手部の疲労特性を推定するための指標となるものではない。
【００３７】
具体的には、本発明の代表的な適用例として、水平部材および垂直部材の板厚の組み合わせが同じであるＴ型溶接継手を幾つか試作したとき、各継手に対して煩雑な疲労試験を行わなくても、ρを算出するための簡便な曲率調査と、上記材料特性（例えばＵＥHAZ及びＹＰHAZ）を算出するための引張試験を行って上記式（１）または上記式（２）で表わされる評価パラメータの値を算出して比較することにより、疲労特性に優れた溶接継手を決定することが挙げられる。数値が小さいものほど、疲労特性に優れているため、疲労特性に最も優れたＴ継手を選定することができる。
【００３８】
更に、上記式で表わされる評価パラメータと必要な疲労特性との関係を、事前にデータベース化しておけば、疲労特性に優れたＴ継手部の材料設計指針や溶接条件などを決定することもできる。ここで、ρは溶接材料（詳細には、溶着金属を形成する溶接ワイヤ）の種類を変えることによって、一方、均一伸び及び降伏応力の材料特性（例えばＵＥHAZ及びＹＰHAZ）は溶接時の総熱量（Ｊ）を変化させることによって、いずれも変化させることが可能であるため、溶接条件と材料特性との関係をデータベース化することができる。
【実施例】
【００３９】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記実施例によって制限されず、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００４０】
実施例１
本実施例では、溶接継手を模擬する試験片として微小切欠き試験片を作製し、上記試験片を用いて疲労試験を行ったときの、疲労特性と、上記式（１）または上記式（２）で表わされる溶接止端部歪み評価パラメータ（１）または（２）との関係を検討した。
【００４１】
詳細には、図５に示す平滑板状の切欠き試験片（溶接部などの不連続形状がない試験片であり、縦６５ｍｍ×横１６ｍｍ×厚さ４ｍｍ）を用意した。この試験片を用いると、切欠き部に歪みが集中して局部的な塑性歪みが発生することから、Ｔ継手の溶接止端部の歪み状態を再現することができる。
【００４２】
図５に示す平滑試験片の疲労特性（疲労き裂寿命）は、負荷応力範囲Δσ（疲労試験において作用する繰返し最大応力Ｓ1と繰返し最小応力Ｓ2の差）を試験片の引張強度ＴＳで除した値（Δσ／ＴＳ）により評価した。本実施例では、以下の方法によって疲労試験を行い、疲労き裂発生寿命が１０5回に対応する応力範囲Δσ／ＴＳを算出した。
【００４３】
（疲労試験）
試験片に対し、軸方向（図５の矢印方向）に引張荷重が加わるように試験片を油圧式疲労試験機に取り付け、Ｓ1とＳ2が一定となる条件で繰返し荷重を加えた。Ｓ1とＳ2は、試験片の切欠きから十分に離れた位置に貼付した歪みケージで測定した。また、同一の試験片を３本用意し（ｎ＝３）、疲労亀裂発生寿命が約１０4〜１０6の範囲に入る条件で応力負荷条件を変えて試験を行い、応力範囲と疲労亀裂発生寿命の関係を求め、応力範囲を疲労亀裂発生寿命の関数として定式化し、疲労亀裂発生寿命＝１０5としたときの応力範囲を算出した。同様にして、繰返し塑性歪み１００００サイクル（０．５％歪）負荷後の応力範囲と疲労亀裂発生寿命の関係を求め、疲労亀裂発生寿命＝１０5としたときの応力範囲を算出した。
【００４４】
具体的には、降伏応力ＹＰ、均一伸びＵＥ、および切欠き曲率Ｒが異なる表１の試験片１〜８を用いて上記の疲労試験を実施し、上記の方法によりΔσ／ＴＳを測定した。更に、上記試験片１〜８について、溶接止端部歪み評価パラメータ（１）および（２）を、それぞれ算出した。ここで、上記試験片の切欠き曲率ＲはＴ継手の溶接止端部曲率半径ρに対応し、上記試験片の降伏応力ＹＰおよび均一伸びＵＥはそれぞれ、Ｔ継手部のＨＡＺ部の降伏応力ＹＰHAZまたはＹＰHAZ,cycle、および均一伸びＵＥHAZまたはＵＥHAZ,cycleに対応している。
【００４５】
これらの結果を表１に併記する。更に、図６に溶接止端部歪み評価パラメータ（１）とΔσ／ＴＳとの関係をグラフ化して示し、図７に溶接止端部歪み評価パラメータ（２）とΔσ／ＴＳとの関係をグラフ化して示す。
【００４６】
【表１】
【００４７】
表１、並びに図６および図７より、以下のように考察することができる。
【００４８】
上述したように、評価パラメータ（１）または（２）の数値が小さいほど、疲労特性が高い傾向にあることを示しているが、図６および図７の結果は、この傾向とほぼ合致している。例えば図６を参照すると、試験片１〜８のうち評価パラメータ（１）の数値が最も小さい試験片２、４は、他の試験片に比べてΔσ／ＴＳが大きくなり、疲労特性が向上した。図６と同様の傾向は図７においても見られた。
【００４９】
詳細には、例えば表１の試験片１および３（いずれも切欠き曲率Ｒ＝０．８ｍｍ）と、試験片２および４（いずれも切欠き曲率Ｒ＝１．６ｍｍ）とを対比すると、試験片１および３に比べて切欠き曲率Ｒが大きい試験片２および４は、Δσ／ＴＳが大きくなり、上記評価パラメータ（１）および（２）の数値が小さくなっている（図６を参照）が、この結果は、従来の知見（溶接止端部曲率半径ρが大きい程、疲労特性が向上する）と合致している。
【００５０】
一方、切欠き曲率Ｒが同じであっても材料特性によって疲労特性は相違する場合がある。詳細には、切欠き曲率Ｒ＝１．６ｍｍである試験片２および４は、試験片のＹＰおよびＵＥ（Ｔ継手部のＹＰHAZおよび均一伸びＵＥHAZに対応）が異なるために、上記評価パラメータ（１）および（２）の数値が異なる例であるが、試験片４に比べて上記評価パラメータ（１）および（２）の数値が小さい試験片２は、疲労特性に優れている。同様に、切欠き曲率Ｒ＝０．８ｍｍである試験片１および３は、試験片のＹＰおよびＵＥ（Ｔ継手部のＹＰHAZおよび均一伸びＵＥHAZに対応）が異なるために上記評価パラメータ（１）および（２）の数値が異なる例であるが、試験片３に比べて上記評価パラメータ（１）および（２）の数値が小さい試験片１は、疲労特性に優れている。
【００５１】
これらの結果は、本発明で規定する上記パラメータを用いることによって初めて導き出されるものであり、本発明によれば、従来では判別できなかった材料特性に起因する試験片同士の疲労特性も評価することができた点で、非常に有用である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｔ型溶接継手構造体におけるＴ継手部の疲労特性を評価する方法であって、
前記Ｔ継手部の溶接止端部曲率半径をρ（ｍｍ）、前記Ｔ継手部の溶接熱影響部の均一伸び（％）をＵＥHAZ、前記Ｔ継手部の溶接熱影響部の降伏応力（ＭＰａ）をＹＰHAZとしたとき、下記式（１）で表わされる溶接止端部歪み評価パラメータ（１）を用いることによってＴ型溶接継手構造体の疲労特性を評価することを特徴とするＴ継手部の疲労特性評価方法。
溶接止端部歪み評価パラメータ（１）
＝（１．１３×１０-2×ρ-0.59）×（１．０５×１０-4×ＵＥHAZ＋１．６４×１０-2）×（５．１５×ＹＰHAZ-0.92） ・・・ （１）
【請求項２】
Ｔ型溶接継手構造体におけるＴ継手部の疲労特性を評価する方法であって、
前記Ｔ継手部の溶接止端部曲率半径をρ（ｍｍ）、前記Ｔ継手部の溶接熱影響部の１００００回塑性歪負荷後の均一伸び（％）をＵＥHAZ,cycle、前記Ｔ継手部の溶接熱影響部の１００００回塑性歪負荷後の降伏応力（ＭＰａ）をＹＰHAZ,cycleとしたとき、下記式（２）で表わされる溶接止端部歪み評価パラメータ（２）を用いることによってＴ型溶接継手構造体の疲労特性を評価することを特徴とするＴ継手部の疲労特性評価方法。
溶接止端部歪み評価パラメータ（２）
＝（１．１３×１０-2×ρ-0.59）×（１．０５×１０-4×ＵＥHAZ,cycle＋１．６４×１０-2）×（５．１５×ＹＰHAZ,cycle-0.92） ・・・ （２）
【請求項１】
Ｔ型溶接継手構造体におけるＴ継手部の疲労特性を評価する方法であって、
前記Ｔ継手部の溶接止端部曲率半径をρ（ｍｍ）、前記Ｔ継手部の溶接熱影響部の均一伸び（％）をＵＥHAZ、前記Ｔ継手部の溶接熱影響部の降伏応力（ＭＰａ）をＹＰHAZとしたとき、下記式（１）で表わされる溶接止端部歪み評価パラメータ（１）を用いることによってＴ型溶接継手構造体の疲労特性を評価することを特徴とするＴ継手部の疲労特性評価方法。
溶接止端部歪み評価パラメータ（１）
＝（１．１３×１０-2×ρ-0.59）×（１．０５×１０-4×ＵＥHAZ＋１．６４×１０-2）×（５．１５×ＹＰHAZ-0.92） ・・・ （１）
【請求項２】
Ｔ型溶接継手構造体におけるＴ継手部の疲労特性を評価する方法であって、
前記Ｔ継手部の溶接止端部曲率半径をρ（ｍｍ）、前記Ｔ継手部の溶接熱影響部の１００００回塑性歪負荷後の均一伸び（％）をＵＥHAZ,cycle、前記Ｔ継手部の溶接熱影響部の１００００回塑性歪負荷後の降伏応力（ＭＰａ）をＹＰHAZ,cycleとしたとき、下記式（２）で表わされる溶接止端部歪み評価パラメータ（２）を用いることによってＴ型溶接継手構造体の疲労特性を評価することを特徴とするＴ継手部の疲労特性評価方法。
溶接止端部歪み評価パラメータ（２）
＝（１．１３×１０-2×ρ-0.59）×（１．０５×１０-4×ＵＥHAZ,cycle＋１．６４×１０-2）×（５．１５×ＹＰHAZ,cycle-0.92） ・・・ （２）
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１９６９８６（Ｐ２０１１−１９６９８６Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５８２１２（Ｐ２０１０−２５８２１２）
【出願日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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