(57)【要約】【課題】曲げ試験においてもポップインを発生させる。【解決手段】溶接部の破壊靭性試験に適用される試験片であって、母材に形成される開先がＸ開先とされ、前記開先において、前記母材の板厚方向中央部に低靭性溶接材料が設けられ、前記開先において、前記母材の板厚方向両端部に高靭性溶接材料が設けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接部の破壊靭性試験に適用される試験片であって、
母材に形成される開先がＸ開先とされ、
前記開先において、前記母材の板厚方向中央部に低靭性溶接材料が設けられ、
前記開先において、前記母材の板厚方向両端部に高靭性溶接材料が設けられる
ことを特徴とする試験片。
【請求項２】
前記開先は、対向する母材同士が前記板厚方向において中央部が互いに平行となる平面状とされることを特徴とする請求項１記載の試験片。
【請求項３】
前記開先の角度は、３０°以下とされることを特徴とする請求項１または２に記載の試験片。
【請求項４】
前記低靭性溶接材料は、板厚方向において前記母材の板厚の１／４以下とされることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の試験片。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の試験片に対して荷重をかけることにより、曲げ試験を行うことを特徴とする破壊靭性試験方法。
【請求項６】
試験時における前記試験片の温度条件が−８０℃以下であることを特徴とする請求項５記載の破壊靭性試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試験片及び破壊靭性試験方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１においては、圧力容器に用いられる鋼溶接部の局部的劣化が脆性破壊特性に対して及ぼす影響を評価している。この非特許文献１においては、開先に対して、中央部に低靭性の溶接材料を用い、板厚の両端部に高靭性の溶接材料を用いた試験片を形成し、引張試験を行っている。このような試験片による引張試験によれば、高い確率でポップインが発生している。ポップインとは、金属音と共に発生する小さな荷重低下であり、最終破断よりも前に発生する現象である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】貝原正一郎  他５名、「局部的劣化部を含む鋼溶接継手の曲げ限界ＣＯＤ値と引張破壊強度」、溶接学会論文集、１９８４年、第２巻第３号、ｐ．９５−１０２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、現在、異材の溶接継手の破壊靭性を評価する際にポップインが発生することがある。破壊靭性試験において、ポップインの発生を適切に評価するためには、ポップインが発生しやすい試験片を作成する必要がある。しかしながら、非特許文献１の試験片は、引張試験においては高い確率でポップインを発生させることができるものの、曲げ試験においてはポップインを発生させることができないとしている。
【０００５】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、異材の溶接継手の曲げ試験においてもポップインを発生させることを可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するための試験片に係る第１の手段として、溶接部の破壊靭性試験に適用される試験片であって、母材に形成される開先がＸ開先とされ、前記開先において、前記母材の板厚方向中央部に低靭性溶接材料が設けられ、前記開先において、前記母材の板厚方向両端部に高靭性溶接材料が設けられる、という構成を採用する。
【０００７】
試験片に係る第２の手段として、上記第１の手段において、前記開先は、対向する母材同士が前記板厚方向において中央部が互いに平行となる平面状とされる、という構成を採用する。
【０００８】
試験片に係る第３の手段として、上記第１または第２の手段において、前記開先の角度は、３０°以下とされる、という構成を採用する。
【０００９】
試験片に係る第４の手段として、上記第１〜３のいずれかの手段において、前記低靭性溶接材料は、板厚方向において前記母材の板厚の１／４以下とされる、という構成を採用する。
【００１０】
破壊靭性試験に係る第５の手段として、請求項１〜４のいずれか一項に記載の試験片に対して荷重をかけることにより、曲げ試験を行う、という構成を採用する。
【００１１】
破壊靭性試験に係る第６の手段として、上記第５の手段において、試験時における前記試験片の温度条件が−８０℃以下である、という構成を採用する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、Ｘ開先の板厚方向中央部に低靭性溶接材料を設け、Ｘ開先の板厚方向両端側に高靭性溶接材料を設けている。すなわち、低靭性溶接材料及び高靭性溶接材料は、板厚方向において対称に設けられている。これにより、試験時における変形に偏りが発生にくい。さらに、Ｘ開先とすることにより、板厚方向中央部に設けられた低靭性溶接材料に対して応力が集中しやすくなり、脆性破壊が発生しやすい。したがって、曲げ試験においても、試験片中の低靭性溶接材料においてポップインが発生しやすい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る試験片の模式図である。
【図２】本発明の一実施形態における破壊靭性試験の一例を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る試験片の変形例である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明に係る試験片及び破壊靭性試験方法の一実施形態について説明する。
【００１５】
まず、本実施形態に係る試験片１について説明する。
試験片１は、被服アーク溶接を用いて溶接された金属部材である。試験片１は、図１に示すように、第１母材２と、第２母材３と、低靭性溶接材料４と、高靭性溶接材料５とを有している。第１母材２及び第２母材３は、それぞれ高張力鋼の板部材とされる。なお、第１母材２及び第２母材３の板厚は、一例として３０ｍｍ程度とされる。また、第１母材２及び第２母材３は、一端が、板厚方向中央部において外側に向けて突出して突角を形成した形状とされ、端部の互いに突角が向かい合うように配置されている。これにより、第１母材２と第２母材３とは、板厚方向においてＸ開先の開先Ｋを形成している。なお、開先Ｋは、両面において角度３０度とされ、ルート間隔が約３ｍｍとされる。
【００１６】
低靭性溶接材料４は、開先Ｋの板厚方向中央部、すなわち第１母材２及び第２母材３の突角の近傍に設けられる。低靭性溶接材料４は、第１母材２及び第２母材３に対して一般的に用いられる溶接材料であり、例えば高張力鋼用溶接材料（ＪＩＳ番号  Ｚ３２１１  Ｅ７８１６−Ｎ４ＣＭ２Ｕ)が用いられる。この低靭性溶接材料４は、低温環境下（−８０℃程度）において、高靭性溶接材料５よりも靭性が低い特性を有している。低靭性溶接材料４は、板厚方向の厚みが第１母材２及び第２母材３の厚みに対して１／４〜１／６程度とされる。
【００１７】
高靭性溶接材料５は、開先Ｋの板厚方向両端部において、低靭性溶接材料４を両面において覆うように設けられる。高靭性溶接材料５は、オーステナイト系ステンレス鋼に対して用いられる溶接材料であり、例えばオーステナイト系ステンレス用溶接材料（ＪＩＳ番号  Ｚ３２２１  ＥＳ３１２−１６）が用いられる。この高靭性溶接材料５は、低温環境下（−８０℃程度）において、低靭性溶接材料４よりも靭性が高い特性を有している。また、高靭性溶接材料５は、低靭性溶接材料４と引張強度が大きく異なると、破壊靭性試験に影響するため、引張強度が低靭性溶接材料４に類似していることが好ましい。高靭性溶接材料５は、板厚方向の厚みが第１母材２及び第２母材３の厚みに対して、３／４〜５／６程度とされる。なお、高靭性溶接材料５は、開先Ｋにおいて、板厚方向の両側が同一の厚みとなるように形成される。
【００１８】
このような試験片１を用いた試験方法について、図２を参照して説明する。
試験装置Ｓは、３点曲げによる破壊靭性試験装置であり、試験片１の両端に対して鉛直方向上側から付加される荷重点Ｐ１、Ｐ２と、試験片１の中央を下方より支持する支持点Ｐ３とを有している。また、試験片１の中央部において、き裂開口変位（ＣＭＯＤ  Crack Mouth Opening Displacement）が計測されている。
【００１９】
まず、試験片１を、温度条件―８０℃にて冷却した状態で、試験装置Ｓへとセットする。そして、試験装置Ｓの荷重点Ｐ１、Ｐ２から、ロードセル等を用いて荷重がかけられることで、試験片１には、図２における中央部（Ｐ３近傍）に曲げ応力が発生する。このとき、低靭性溶接材料４は、高靭性溶接材料５よりも靭性が低いため、応力が集中する。これにより、応力が集中している部位において、局所的に脆性破壊が発生しやすくなる。したがって、低靭性溶接材料４において、ポップイン（微小亀裂の進展）が発生しやすくなる。
【００２０】
本実施形態によれば、開先ＫをＸ開先としている。Ｘ開先の開先Ｋは、溶接量をＶ字形状の開先よりも小さくすることが可能である。また、開先Ｋは、図１に示すように、断面形状が上下もしくは左右において対称な形状とされ、変形の偏りが少ないと考えられる。
また、開先ＫをＸ開先とすることにより、板厚方向の中央部に対して応力を集中させやすい。したがって、曲げ試験である破壊靭性試験において、低靭性溶接材料４にポップインが発生しやすくなる。
【００２１】
曲げ試験においてポップインが発生しやすい試験片による試験を行うことで、ポップインの特性を評価することができ、実際の溶接部における特性と比較することで、どのような条件でポップインが発生するかを評価することができる。したがって、本試験片を用いることにより、ポップインと最終破壊との相関を評価することが可能となる。
【００２２】
一般的に、高靭性溶接材料５は、低靭性溶接材料４と比較して靭性は高いものの引張強度が低い傾向がある。すなわち、高靭性溶接材料５が、低靭性溶接材料４の脆性破壊よりも前に降伏して変形し、延性破壊する可能性がある。したがって、ポップインを発生させやすくするためには、高靭性溶接材料５の溶接量を抑える必要がある。本実施形態によれば、開先Ｋは、Ｘ開先とされると共に、開先角度が３０度とされている。これにより、高靭性溶接材料５の溶接量を抑え、高靭性溶接材料５の変形を抑制している。
【００２３】
また、本実施形態によれば、―８０℃の温度条件下で試験片１の脆性破壊試験を行っている。これにより、低靭性溶接材料４と高靭性溶接材料５との靭性の差が大きい状態で脆性破壊試験を行うことができる。したがって、低靭性溶接材料４において脆性破壊が発生しやすくなり、曲げ試験において試験片１にポップインを発生させやすくなる。
【００２４】
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００２５】
上記実施形態においては、低靭性溶接材料４の一例として高張力鋼用溶接材料（ＪＩＳ番号  Ｚ３２１１  Ｅ７８１６−Ｎ４ＣＭ２Ｕ)を挙げ、高靭性溶接材料５の一例としてオーステナイト系ステンレス用溶接材料（ＪＩＳ番号  Ｚ３２２１  ＥＳ３１２−１６）を挙げているが、本発明はこれに限定されない。低靭性溶接材料４及び高靭性溶接材料５は、引張強度が近しく、かつ試験時の温度条件において靭性が大きく異なっていれば、いずれの溶接材料としてもよい。また、温度条件についても、低靭性溶接材料４及び高靭性溶接材料５の材質により異なるものとしてもよい。
【００２６】
図３に示すように、試験片１は、第１母材２及び第２母材３の一端が、板厚方向中央部において外側に向けて突出し、かつ最も突出した部位が、互いに平行な平面状としてもよい。この場合、低靭性溶接材料４は、上記平面状の部位に対して設けられる。これにより、低靭性溶接材料４の溶接量を、上記実施形態よりも減少させることが可能である。また、低靭性溶接材料４が設けられる位置において、ビード形状が上下左右において対象となり、第１母材２及び第２母材３の変形を抑えることが可能である。このような変形例においても、低靭性溶接材料４において、ポップイン（微小亀裂の進展）が発生しやすくなる。
【符号の説明】
【００２７】
１  試験片
２  第１母材
３  第２母材
４  低靭性溶接材料
５  高靭性溶接材料
Ｋ  開先
【図１】
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【図２】
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【図３】
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