(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央部に、スリットが形成された試験片を用いたレーザアークハイブリッド溶接割れ試験方法であって、
実際の構造物の拘束度及びこの拘束度に対応するひずみを反映させた前記試験片の外形寸法及び前記スリット長さを決定する工程と、
この工程で決定された外形寸法で板材を切り出すと共に、切り出した前記板材の中央部に前記スリットを該工程で決定された長さで形成して前記試験片を製作する工程と、
製作した前記試験片の前記スリットに対してレーザアークハイブリッド溶接を施す溶接工程と、
この溶接工程での溶接後の前記試験片を複数箇所で切断する工程と、
この切断工程で得た前記試験片の断面から解析で求めたひずみ分布に基づいてひずみの値が相対的に大きい位置の断面を複数選定し、該断面で生じている割れ率の平均である断面割れ率を算出して、板厚及び前記スリットの長さは変更せずに固定したうえで、前記板材と前記レーザアークハイブリッド溶接で用いる溶接材料と溶接条件の組み合わせを変えた複数の前記試験片の各断面割れ率を相互に比較することで、溶接割れのリスクを評価する工程を有している
ことを特徴とするレーザアークハイブリッド溶接割れ試験方法。
【請求項２】
前記溶接工程における前記試験片の前記スリットに対する溶接金属の溶け込み深さを該試験片の厚みの半分以下に制限する請求項１に記載のレーザアークハイブリッド溶接割れ試験方法。
【請求項３】
前記スリットは、前記試験片の中央部に形成された一対の貫通孔間に形成され、前記溶接工程における前記試験片の前記スリットに対するレーザアークハイブリッド溶接は、前記一対の貫通孔を避けて施される請求項１又は２に記載のレーザアークハイブリッド溶接割れ試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、橋梁や船舶などの大型構造物における溶接継手部、特に、レーザアークハイブリッド溶接による溶接継手部の品質を管理するのに用いられるレーザアークハイブリッド溶接割れ試験方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、上記したような溶接継手部の品質を管理するのに用いられる溶接割れ試験方法としては、例えば、特許文献１に記載された溶接割れ試験方法がある。
この溶接割れ試験方法は、一組の試験片を対向配置して、両者間に隙間設定ブロックを介在させることで試験片間にルートギャップを形成し、隙間設定ブロックに試験片を両側からそれぞれ押し付け保持した状態で、すなわち、外的に拘束した状態で試験片間にレーザ溶接を施すようにしている。
【０００３】
一方、従来において、外的の拘束を必要としない溶接割れ試験方法としては、例えば、非特許文献１に記載された溶接割れ試験方法がある。この溶接割れ試験方法は、JIS Z3159で規定されたＨ形拘束溶接割れ試験方法であり、中央部に互いに平行を成す２本のスリットが形成されていると共にこれらのスリットを結ぶようにして開先が形成された試験片を用いた試験方法であって、被覆アーク溶接やガスシールドアーク溶接を対象にした溶接割れ試験方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2011-036911号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】JIS Z3159
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記した特許文献１に記載された溶接割れ試験方法では、試験片間のルートギャップをレーザ溶接用として厳密に管理することができるものの、レーザ溶接時には、隙間設定ブロックに対して試験片を両側からそれぞれ押し付けるようにしているので、試験片の押し付け力の大小で拘束度が変わってしまう可能性がある。
【０００７】
一方、上記した非特許文献１に記載されたＨ形拘束溶接割れ試験方法は、被覆アーク溶接やガスシールドアーク溶接を対象にした試験方法なので、試験片の開先のルートギャップが大きく、したがって、細いレーザ光を照射するレーザアークハイブリッド溶接の溶接割れ評価には採用することができないという問題があり、これらの問題を解決することが従来の課題となっていた。
【０００８】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、レーザアークハイブリッド溶接の溶接割れを適正に評価することができ、その結果、大型構造物における溶接継手部の品質を管理しそして保証することが可能になるレーザアークハイブリッド溶接割れ試験方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１に係る発明は、中央部に、スリットが形成された試験片を用いたレーザアークハイブリッド溶接割れ試験方法であって、実際の構造物の拘束度及びこの拘束度に対応するひずみを反映させた前記試験片の外形寸法及び前記スリット長さを決定する工程と、この工程で決定された外形寸法で板材を切り出すと共に、切り出した前記板材の中央部に前記スリットを該工程で決定された長さで形成して前記試験片を製作する工程と、製作した前記試験片の前記スリットに対してレーザアークハイブリッド溶接を施す溶接工程と、この溶接工程での溶接後の前記試験片を複数箇所で切断する工程と、この切断工程で得た前記試験片の断面から解析で求めたひずみ分布に基づいてひずみの値が相対的に大きい位置の断面を複数選定し、該断面で生じている割れ率の平均である断面割れ率を算出して、板厚及び前記スリットの長さは変更せずに固定したうえで、前記板材と前記レーザアークハイブリッド溶接で用いる溶接材料と溶接条件の組み合わせを変えた複数の前記試験片の各断面割れ率を相互に比較することで、溶接割れのリスクを評価する工程を有している構成としたことを特徴としており、この構成のレーザアークハイブリッド溶接割れ試験方法を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【００１０】
本発明の請求項２に係るレーザアークハイブリッド溶接割れ試験方法は、前記溶接工程における前記試験片の前記スリットに対する溶接金属の溶け込み深さを該試験片の厚みの半分以下に制限する構成としている。
【００１１】
本発明の請求項３に係るレーザアークハイブリッド溶接割れ試験方法において、前記スリットは、前記試験片の中央部に形成された一対の貫通孔間に形成され、前記溶接工程における前記試験片の前記スリットに対するレーザアークハイブリッド溶接は、前記一対の貫通孔を避けて施される構成としている。
【００１２】
本発明に係るレーザアークハイブリッド溶接割れ試験方法において、試験片中央部のスリットは、例えば、放電加工によって形成され、スリット幅は、0.05〜1.00mmとすることが望ましい。
また、本発明に係るレーザアークハイブリッド溶接割れ試験方法において、試験片の外形寸法は、例えば、矩形状を成す場合には、長さ、幅、板厚であり、これの寸法及びスリットの長さは、実際の構造物の拘束度及びこの拘束度に対応するひずみに基づいて、ＦＥＭ（有限要素法）を用いて求められる。なお、試験片の形状は矩形に限定されない。
【００１３】
本発明に係るレーザアークハイブリッド溶接割れ試験方法では、実際の構造物で計測した拘束度及びこの拘束度に対応するひずみを反映させた試験片を製作して、この試験片のスリットに対してレーザアークハイブリッド溶接を施して、その際に溶接継手部断面で発生する割れ率の平均を算出するようにしているので、溶接割れのリスクをより緻密に評価し得ることとなり、レーザアークハイブリッド溶接を行う際の溶接割れが生じ難い、鋼材と、溶接金属と、溶接条件の組み合わせを実際の構造物にフィードバックし得ることとなる。
【００１４】
この際、溶接工程における試験片のスリットに対する溶接金属の溶け込み深さを試験片の厚みの半分以下に制限するように成せば、溶接割れが生じやすい条件を作り出すことができ、また、スリットが、例えば、放電加工によって形成される場合には、このスリットの両端に形成される貫通孔を避けてレーザアークハイブリッド溶接を行うように成せば、より実際に即した溶接状況を作り出すことができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るレーザアークハイブリッド溶接割れ試験方法では、上記した構成としているので、レーザアークハイブリッド溶接の溶接割れを適正にそしてより緻密に評価することが可能であり、したがって、大型構造物における溶接継手部の品質を管理保証することができるという非常に優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施例に係るレーザアークハイブリッド溶接割れ試験に用いる試験片の平面説明図（ａ）及び正面説明図（ｂ）である。
【図２】図１に示した試験片に対してレーザアークハイブリッド溶接を行った状態の平面説明図（ａ）及び溶接後の切断箇所を明示する平面説明図（ｂ）である。
【図３】図１に示した試験片の板厚と、拘束度及びこの拘束度に対応するひずみとの関係を表すグラフである。
【図４】図１に示した試験片に対する溶接割れ試験結果を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図１及び図２は本発明に係るレーザアークハイブリッド溶接割れ試験方法の一実施例を示している。
【００１８】
このレーザアークハイブリッド溶接割れ試験方法は、図１に示すように、スリット４を有する試験片１を用いたレーザアークハイブリッド溶接割れ試験方法であって、実際の構造物の拘束度及びこの拘束度に対応するひずみを反映させた試験片１の外形寸法及びスリット４の長さを決定する工程と、この工程で決定された外形寸法で板材を切り出すと共に、切り出した板材の中央部にスリット４を決定された長さで形成して試験片１を製作する工程を有している。
【００１９】
試験片１は、矩形状の鋼板から成る試験片本体２の中央部に形成された一対の貫通孔３，３を有しており、スリット４はこれらの貫通孔３，３間に形成されていて、試験片本体２の長手方向中央に位置している。
この矩形状を成す試験片１の外形寸法は、長さＬ，幅Ｂ，板厚ｔであり、これらの寸法Ｌ，Ｂ，ｔ及びスリット４の長さＬｓは、実際の構造物の拘束度及びこの拘束度に対応するひずみに基づいて、ＦＥＭ（有限要素法）を用いて求められる。
【００２０】
この場合、スリット４は放電加工によって形成されており、スリット４の幅Ｗは0.05〜1.0mmに形成され、ワイヤを通すための貫通孔３，３の各径は6mm程度となっている。
【００２１】
このように試験片１は、ＦＥＭで求められた外形寸法Ｌ，Ｂ，ｔで鋼板から切り出され、切り出された板材の中央部にスリット４を決定された長さＬｓで形成することで製作される。
【００２２】
また、このレーザアークハイブリッド溶接割れ試験方法は、図２（ａ）に示すように、製作した試験片１のスリット４に対してレーザアークハイブリッド溶接を施す溶接工程と、図２（ｂ）に示すように、溶接後の試験片１における溶接ビード５を複数箇所で切断する工程と、この切断工程で得た試験片１の複数の断面で生じている各割れ率の平均を算出して、溶接割れのリスクを評価する工程を有している。この際、解析で求めた溶接ビード５におけるひずみ分布から、このひずみの値が相対的に大きい位置の断面を複数選定して割れ率の平均を算出するようにしている。
【００２３】
この実施例において、溶接工程における試験片１のスリット４に対する溶接金属の溶け込み深さを試験片１の板厚ｔの半分以下に制限するように成すことで、溶接割れが生じやすい条件を作り出すことができるようにしてある。
【００２４】
加えて、スリット４の両端に位置している貫通孔３，３を避けてレーザアークハイブリッド溶接を行うようにすることで、貫通孔３を通しての入熱を防いでより実際に即した溶接状況を作り出すことができるようにしてある。
【００２５】
このように、上記した本実施例のレーザアークハイブリッド溶接割れ試験方法では、実際の構造物で計測した拘束度及びこの拘束度に対応するひずみを反映させた試験片１を製作して、この試験片１のスリット４に対してレーザアークハイブリッド溶接を施し、その際に溶接ビード５で発生する割れ率の平均を算出するようにしているので、溶接割れのリスクを評価し得る（拘束度に対応するひずみを反映させている分だけより緻密に評価し得る）こととなり、レーザアークハイブリッド溶接を行う際の溶接割れが生じ難い、鋼材と、溶接材料と、溶接条件の組み合わせを実際の構造物にフィードバックし得ることとなる。
【００２６】
図３は、実際の構造物の拘束度及びこの拘束度に対応する拘束ひずみを反映させた試験片１の外形寸法及びスリット４の長さを例示したグラフであり、このグラフから、本実施例のレーザアークハイブリッド溶接割れ試験方法に用いる試験片１（試験片ａ，試験片ｂ，試験片ｃ）では、板厚ｔが増すのに応じて拘束度が上昇する、すなわち、拘束度を定量化し得ることが判り、加えて、試験片ａのように、板厚変化に応じて拘束ひずみの変化が拘束度の変化から乖離することを把握するように成せば、溶接割れをより緻密に評価し得ることとなる。
【００２７】
図４は、試験片１に対する溶接割れ試験結果を表している。図４に示すように、拘束度Ｒｐが約３００００N/mm・mmに対応して製作する試験片ａ（幅Ｂ＝１５０mm，長さＬ＝２００mm，スリット長さＬｓ＝８０mm）の板厚が２５mmの場合において、鋼材Ｓｂと溶接材料Ｙの組み合わせ及び鋼材Ｓａと溶接材料Ｘの組み合わせではいずれも断面割れ率が高く、鋼材Ｓａと溶接材料Ｙの組み合わせで断面割れ率が低いことが判る。
【００２８】
また、拘束度Ｒｐが約１４０００N/mm・mmに対応して製作する試験片ａの板厚が１２mmの場合において、鋼材Ｓｂと溶接材料Ｙの組み合わせでは断面割れ率が非常に高く、鋼材Ｓａと溶接材料Ｘの組み合わせ及び鋼材Ｓａと溶接材料Ｙの組み合わせでいずれも断面割れ率が低いことが判る。
【００２９】
一方、拘束度Ｒｐが約１４０００N/mm・mmに対応して製作する試験片ｂ（幅Ｂ＝１５０mm，長さＬ＝２００mm，スリット長さＬｓ＝１２０mm）の板厚が２５mmの場合において、鋼材Ｓａと溶接材料Ｙの組み合わせで断面割れ率が低いことが判る。
ここで、拘束度Ｒｐが約１４０００N/mm・mmに対応して製作する試験片ａの板厚が１２mmの場合には、鋼材Ｓｂと溶接材料Ｙの組み合わせにおいて断面割れ率が非常に高いものの、試験片ｂと同様にスリット長さＬｓを１２０mmにして拘束度を下げれば、鋼材Ｓｂと溶接材料Ｙの組み合わせであっても、断面割れ率が下がることが判る。
【００３０】
このように、試験片ａ，ｂに採用する鋼材Ｓａ，Ｓｂ、試験片ａ，ｂの各板厚ｔ及び溶接材料Ｘ，Ｙを適宜選択決定して実際の構造物にフィードバックすれば、大型構造物における溶接継手部の品質を管理保証し得ることとなる。
【００３１】
なお、本発明に係るレーザアークハイブリッド溶接割れ試験方法の構成は、上記した実施例の構成に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３２】
１  試験片
２  試験片本体
３  貫通孔
４  スリット
５  溶接ビード
Ｂ  幅
Ｌ  長さ
Ｌｓ  スリット長さ
ｔ  板厚
Ｗ  スリット幅
【図１】
0006024865.tif 000002
【図２】
0006024865.tif 000003
【図３】
0006024865.tif 000004
【図４】
0006024865.tif 000005