」曜y工ε一900／溶接部CT

O

D試験法の検討

FTW委員会共同研究総合報告書

平成2年2月

社団法人

日本一溶接協会

鉄鋼部会

技術委員会

FTW委員会

本報告書は（社）日本溶接協会鉄鋼部会に昭和60年度より設置され平成元年度までの5年間にわたり活動したFTW委員会r溶接部CTOD試験法の検討」の活動成果の総合報告である。この間、同部会参加のミルメーカーはもとより多くのファブリケーターの絶大な御協力を得て一応の区切りをつけることが出来た。この間開催した会議の回数は幹事会を含め25回にのぼり、試験鋼板の提供、溶接施工、試験片製作、実験、データの解析、技術検討その他にわたり、関連企業からは委員を通じて多大の御協力を賜った。また中立機関の委員には実験、解析、技術的討議に関し惜しみない御協力をいただいた。
ここに本委員会活動に関わった各位に深甚な感謝を捧げるものである。

平成2年2月（社）日本溶接協会鉄鋼部会

FTW委員会

主査

町田進

目次
委員会名簿
はじめに
研究目的

第1編実験及び考察
実験

1．

11．
1．

1．
1．
1．
1．
1．
1．

実験1

1．1 実験内容及び分担
1．2 供試材と溶接条件
1．3 CTOD試験
2 実験H
2．1 実験内容及び分担
2．2 供試材と溶接条件
2．3 CTOD試験
試験手法に関する検討
1 予亀裂導入法の検討
2 サブサイズ試験の検討

2．
2．

2．

8 減厚CTOD試験の検討
4 K開先とX開先の比較

2．
2．

8．

l

3．

LB

Z寸法とCTOD

HAZのLBZ

2 LB Z寸法とCTOD値

8．

シミュレーション解析

4．
4．

1

解析モデル

4．

2

解析結果

4．

2．

4．

2．

4．

2．

4．

2．

1 LBZとCTOD
I基準の検討2 AP
3 LBZ寸法と低CTOD出現確率
4 溶接部CTODの板厚効果

第H編

溶接部CTOD試験法のあり方
まえがき

1．

破壊靱性試験の目的

2．

溶接

8．
8．

3．

試験片形状
1 試験片の種類
2 試験片寸法・亀裂寸法

試験片のNotching手法

4．
5．
5．
5．

亀裂前縁に占める組織の決定とその影響
1 亀裂前縁の組織の決定
2 多層溶接部の組織分類と局部的脆化部（LBZ）

6．

6．
6．

6．
6．

1
23
4

7．
8．

溶接HAZ靱性試験のValidity判定
溶接HAZ部のへき開破壊発生と組織亀裂前縁に占める注目する組織の寸法決定法
亀裂前縁に沿う靱性劣化部（LBZ）寸法の影響
限界値評価におけるポップインの意義
溶接部に存在する強度不均質の影響
破壊靱性値のばらつきと試験片本数
あとがき

おわりに

付録1 溶接部CTOD試験要領
付録II
付録皿
付録IV

試験結果一覧表（実験1）
試験結果一覧表（実験H）

LB

Zの測定結果（実験H）

FTW委員会名簿
主 査
幹 事

町田進
萩原行人
栗原正好
小野塚 正一吉成仁志
委 員 安部研吾
有持和茂安藤柱
石川博
糸賀興右
岩舘忠雄
大谷 幸三郎
小倉信和
梶晴男
梶本勝也
金田重裕
木内晃
久保高宏
酒井啓一
酒井譲
作井新鈴木康弘
高嶋修嗣
豊貞雅宏
豊田政男
中野英樹
成本朝雄
西山昇
藤井英輔
別所
清道場
康二
南二三吉
宮田隆司
村井亮介
矢島浩
事務局 池原平晋
郡司正明
元幹事 浦辺浪夫
元委員 青木真一
青木満
下田達也
野原和宏
平部
謙二
福原幸雄
渡辺之

東京大学 工学部 船舶海洋工学科
新日本製鐵（株） 第2技術研究所

厚板条鋼研究センター

旦杢鋼．萱．蛛1．．．鉄鋼研究琢＿鋼賛研窒室＿．＿．．、、＿．＿．．．

石川島播磨重工業（株） 技術研究所 構造強度部
東京大学 工学部 船舶海洋工学科（株）神戸製鋼所 加古川製鐵所 鋼板開発部
住友金属工業（株） 鉄鋼技術研究所 熱延材料研究室横浜国立大学 工学部 物質工学科
日本鋼管（株） 商品技術センター 鋼材技術部
川崎重工業（株） 技術研究所 溶接・加工研究室（株）日本製鋼所 室蘭製作所 技術研究所
新日本製鐵（株） 厚板技術部
横浜国立大学 工学部 物質工学科（株）神戸製鋼所 厚板技術部
三菱重工業（株） 広島研究所 材料・強度研究室
東京大学 工学部 船舶海洋工学科（株）神戸製鋼所 機械研究所
川崎製鐵（株） 鉄鋼研究所 鋼材研究部
石川島播磨重工業（株） 技術研究所 構造強度部
横浜国立大学 工学部 物質工学科
日本鋼管（株） 鉄鋼研究所 鋼材研究室
東京大学 工学部 船舶海洋工学科（株）神戸製鋼所 加古川製鐵所 鋼板開発部
九州大学 工学部 造船学科
大阪大学 工学部 生産加工工学科（株）神戸製鋼所 厚板技術部
川崎製鐵（株） 鉄鋼研究所 厚板特殊鋼研究室
川崎製鐵（株） 鋼材技術部
船舶技術研究所 材料加工部
住友金属工業（株） 鋼板技術部
川崎重工業（株） 技術研究所 溶接・加工研究室
大阪大学 工学部 生産加工工学科
名古屋大学 工学部 材料機能工学科
三菱重工業（株） 広島研究所 材料・強度研究室
三菱重工業（株） 長崎研究所（社）日本溶接協会（社）日本溶接協会
日本鋼管（株）
川崎製鐵（株）（株）神戸製鋼所
日本鋼管（株）
日立造船（株）日本鋼管（株）（株）神戸製鋼所
日本鋼管（株）研究目的
前述したように研究内容の目的は大きく8つに分けられる。すなわち実験1、実験H、溶接部CTOD試験法のあり方とリコメンデーションの作成である。

組

ここでは板厚50mm及び100皿mの海洋構造物用50キロ級高張力鋼板（Bを用いて下記の4項目について実験的研究を行った。

S4340−50E相当）（1）予き裂導入法の検討

溶接残留応力の影響により溶接部CTOD試験では直接疲労き裂加工を行うと、き裂形状が不均一になり、試験結果に影響を及ぼすことが考えられる。そのため、通常1％程度のプラテン（Pre−Compression）が行われるが、板厚が大きくなると、プラテンに要する荷重は膨大なものになる。そこで①プラテン法、②圧縮予荷重法、③高R比（S。1，／Sm、x）
法などでき裂形状の均一性とδcへの影響度の検討を行い、最適方法を求める。

（2）簡易CTOD試験法の検討

標準のCTOD試験は原厚で行われるが、板厚が大きくなると上記（1）の問題なども含めて試験は容易でない。また、B×B試験の妥当性ならびにより小型のCTOD試験が確立できれば材料や溶接施工法の改良、開発にとっても便利である。そこで母材に対して検討されている板厚効果を溶接部にも適用し、その妥当性を明らかにすると共に簡便な小型CTOD試験法の検討を行う。

（8）CTOD試験結果の評価
溶接部は複雑な熱・ひずみサイクルを受けるため靱性は不均一に分布している。δ。はき裂先端に占める局部脆化域（ミリメートルのオーダの領域）に支配されるが、靱性不均一のために結果のばらつきは大きい。そのため溶接部のどの位置をサンプリングしているかが問題になるし、信頼性のある結果を得るには何本の試験が必要であるかは議論のあるところである。

そのため、構造物及び部材の重要度に応じて必要な試験片本数や結果の評価の基準を明らかにすべく検討を進める必要がある。
実験H

実験1の結果、とくに項目（3）の検討結果から、LBZがCTODに及ぼす影響についてより系統的実験の必要性が認識され、板厚50mmの同一規格材を用い、K開先、X開先についてパス数、溶接条件を揃え、予き裂導入、いわゆる二相域加熱粗粒熱影響部（I CC G HAZ）を中心に粗粒域にき裂先端が当たるように予き裂を注意深く導入し 、これをAP

I

RP2Zの方式に準じてsectioningし、組織の同定を行ったのち、LBZの種類、大きさとδ。の関係について考察する。

溶接部CTOD試．法の検討
実験1、II及びI I W第X委、W G Fracture恥chcanics Testing on Weldments の報
告、その他関連技術論文や資料を基に試験法のあり方、推奨事項、コメント、参考資料等を取りまとめる。

轟まじめとこCTOD試験は材料の破壊靱性（δc）を求める試験として広く用いられており、δcが材料選定の仕様にまでとりいれられる例が増えてきている。母材に対するCTOD試験はB S5762−79で規格化されており、通常この規定にし、たがって試験が行われる。不安定破壊発生に対する材料選定あるいは欠陥評価にあたっては、特に溶接部が問題になる。

しかし、溶接部CTOD試験については現在のところ規格化されている例はなく、国際的に認められ慣用されている基準もなく、個々のケース毎に対処しているのが現状である。

溶接部CTOD試験の場合には、母材CTOD試験に比べて、疲労予き裂の導入法、ポップインの評価、あるいは溶接部のもつ靱性の巨視的不均質性という特殊性を考慮する必要があり、本来均質材のもつばらつきに加えて、それに由来するδcのばらつきが著しく大きいなどの問題がある。このような問題点に関し共同研究を行い、溶接部CTOD試験およびその評価について統一的な見解をまとめ、標準試験法として確立していくことが緊急の課題になっている。

一方国際溶接学会（I内にWorkingGrouponlW）第X委員会ではこの問題の重要性を認め昭和60年同委員会

FmctureMechanics

TestingonWeldmentsが設けられ阪大・佐藤邦彦教授（当時）を主査に調査研究を開始し、昭和62年に溶接部CTOD試験法に関するガイドラインが東京大会において提案された。平成元年ヘルシンキ大会において現主査阪大・豊田政男教授より試験法及び試験結果の意義について報告された。

FTW委員会はそうした状況の中で昭和60年4月に日本溶接協会鉄鋼部会に設置され、海洋構造物用HT50鋼を共通供試鋼に用いた共同研究活動を始めた。
共同実験は大きく二つに分けることが出来る。一一つは昭和61年〜62年度にわたる実験1であり、B

S−436050E相当鋼の板厚50mm1種、同100mm2種についてS

AWによるK及びX開先溶接継手を用いて（1）予き裂導入法の検討、 （2）簡易試験法（小型試験）の検討、 （3）バラツキの検討、などを行った。この結果（1）及び（2）についてはある程度の結論が得られ溶接部CTOD試験法についてのコメントをまとめられる成果が得られた。 （3）については主としていわゆるLB Zとバラツキの問題であり、ASME O
MAE Conferenceなどでも注目を集めたテーマとなった。実験1では、材料、溶接条件、予き裂導入位置などにおいて必ずしも明瞭に結論を得ることが容易であるような本格的実験とはなっていないため、昭和62年〜平成元年度にかけては実験IIとして特にL B Zと溶接部CTODの関係を定量的に把握することに視点を絞った実験を行い、LB Zとδ。の関係について詳細に検討した。

FTW委員会のもう一つの目的は上記のような実験的研究によって溶接部CTOD試験のあり方について何らかの知見を得ると同時に、各種関連情報の収集とその検討を通じ、溶接部CTOD試験法についての注意事項や推奨事項をまとめることにある。
前記共同実験については本報告の第1編に、後者については第H編にとりまとめてある。