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日本建築学会大会学術講演梗概集（九州） 2016 年 8 月

35 度開先面に融合不良を有する接合部の繰返し載荷実験（その 3）角度および位置の影響
開先面
繰返し載荷融合不良
破壊アルムニフ サミル*1
見波 進*2
服部 和徳*3

正会員 ○同
同

溶接欠陥
欠陥率

1. はじめに178

開先面に発生する融合不良も溶接欠陥の一つであり、溶72.5

溶接欠陥は継ぎ手の強度や伸びに影響すると考えられ、

28

178

試験板PL-25

125

50125

28

欠陥(放電加工)72.5

験体の繰返し曲げを行い、その欠陥が破壊にどのように270
140

5

き続き、大きさ、角度、位置の異なる欠陥が施された実R3危惧される１）。そこで、本研究では昨年度の実験 ２）に引

270
125

接接合部の表面に位置すると破壊の起点になりやすいと欠陥(放電加工)
ウェブPL-12
反対側フランジPL-25(試験板と同一形状)影響するかを検証する。

356
平面図

側面図

2. 試験体試験体の形状を図１に示す。各試験体は開先角度 35°

図 1 試験体または 0°の開先面に沿った溶接欠陥を表面側と底面側にa100a

実験を行うこととする。底面側は初層欠陥を想定したも140100w

140w有するモデルを対象とし、中央欠陥と端部欠陥についてのである。欠陥の位置を図２に示す。また欠陥の寸法、面積、欠陥率を一覧にして表 1 に示す。シリーズ 1 が文1255012512550

端部欠陥接は行なわず、均質な母材に切欠き状の欠陥を人工的に表面側

底面側ｗ 底面側ｗ
底面側設けることとし、試験板は幅 140mm、長さ 300mm、板厚表面側25mm の SN490B 鋼材に欠陥を放電加工で作成した。表 2 にｄｗ

表面側ｄ35ﾟ

置・形状などの幾何学的観点から明らかにするため、溶ｄ献 2)、シリーズ 2 が本実験である。本研究では欠陥の位

125

中央欠陥d：高さa：長さw：幅

図 2 欠陥の角度および位置使用鋼材の機械的性質を示す。
表 2 鋼材の機械的性質

表１ 試験体および実験結果一覧

シリーズ
1

シリーズ
2

欠陥 欠陥 欠陥寸法(mm) 欠陥率 Pmax δmax
破壊ηsη面 角度 高さ 長さ 幅%
kNmm
サイクル
1.2 100 0.4
4.8
387.5 45.38 12.75 47.8+82.5
28 0.42.8392.5 45.60 12.58 48.1+95
14 0.42.8397.2 45.76 12.85 45.1+9
表面 35° 5
28 0.45.6359.2 45.59 5.76 33.1+810
23 0.69.2
346.7 34.00 7.11 27.8+720381
30.4 259.4 22.50 2.31 10.3+52510110350.7 36.81 6.29 29.0+7
2.5
14 0.41.4
397.1 45.60 16.64 61.2+95
70.4
1.4
402.3 49.76 15.65 64.1+95
14 0.42.8
381.7 45.53 13.64 38.9+8
表面 35°
10 11.5 0.6
4.6
361.0 34.49 7.37 21.7+620
191
15.2 278.4 23.00 2.27 12.2+525
515364.0 29.17 6.23 19.6+6
10
10 0.64371.5 46.73 9.4 31.9+7
表面 35°
10
10 0.64371.6 49.95 9.2 35.1+8
表面 0°
10
10 0.64382.8 49.24 12.4 43.9+9
底面 0°1020 0.68358.8 41.33 8.2 31.2+7
表面 35°
1020 0.68360.9 36.76 8.7 30.5+8
表面 0°1020 0.68365.1 45.56 9.2 33.5+8
底面 0°
Pmax：最大荷重、δmax：最大変位(最大荷重の90%)ηs：スケルトン曲線より算出した累積塑性変形倍率(正側：最大荷重値まで)
η：累積塑性変形倍率(正側：最大荷重の90%まで)
全塑性時の弾性変位(計算値)δp：7.1mm(シリーズ1)、7.3mm(シリーズ2)
全塑性荷重(計算値)Pp：245kN(シリーズ1)、252kN(シリーズ2)
全塑性モーメントは、0℃における素材試験結果を用いて算出

欠陥
No.
位置
1234 中央
5678910端部
1112131415 端部
161718 中央
19シリーズ

鋼材

ｔmm

σyσu

EL. Y.R.

vEo%J
N/mm2 N/mm2 %シリーズ1377519
31 72235
SN490B 25
シリーズ2401542
28 74
240
t：板厚、σｙ：降伏点、σu：引張強さ、EL.：伸び
Y.R.：降伏比、vEo：0℃シャルピー吸収エネルギー

3. 実験方法
実験装置はアムスラー型油圧万能試験機を用いた。図 3のように試験体と加力ビームをボルトで繋ぎ、載荷点ビームを載せ 2 点載荷として荷重を加える。弾性範囲の±100kN を一回行い正負交互に繰返し全体中央変位δが±12ｍｍ、±24ｍｍ、±36ｍｍ、±48ｍｍとなるように各 2 回ずつ行い、その後は押し切りとした。
本実験では試験温度を 0℃と設定し，ドライアイスで冷やしたエタノールを冷媒として試験体に接触させて冷却した。試験体の鋼板の内部まで十分に冷やすため加力前から 30 分程度冷却し、載荷中も冷却し続けた。

Cyclic loading test of joints with lack-of-fusion defect at 35 degrees groove facePart 3: Influence of defect angle and location on joint performance
Almunyif Thamer, Minami Susumu and Hattori Kazunori― 1201 ―またスケルトン曲線による累積塑性変形倍率（ηs）も繰返荷重載荷点ビーム
178求めた。欠陥率と累積塑性変形倍率ηs の関係を図 5 に示加力ビーム

178す。いずれも欠陥率が大きくなると性能が低下しており欠陥率が高いほうが破壊しやすいと考えられる。中央欠294

試験体

陥より端部欠陥の方が同じ欠陥率でも破壊しやすいと考D2 D3 D4

D1100822356

D5822えられる。

1002200

各試験体のηs の比較を図 6 に、ηの比較を図 7 に示す。

D1～D5は変位計を示す。

図 3 載荷位置と測定位置同じ欠陥寸法でも、初層欠陥に相当する底面側の欠陥

4. 実験結果は若干ηが大きく、破壊しくいことが分かるが、表面側実験結果一覧を表１に、荷重-変位関係およびスケルトの欠陥は角度が異なることで明瞭な違いは認められない。
20激に荷重が落ちた。他の試験体については延性的に破断

18

シリーズ1：中央したので荷重がゆっくりと降下した。

16シリーズ1：端部

14

シリーズ2：中央12

シリーズ2：端部

10近似曲線は、シリーズ1およびシリーズ2を含めたものである。

累積塑性変形倍率(ηs)

ン曲線を図 4 に示す。No.14、No.15 は脆性的に破断し急端部欠陥の No.16 は±48mm で破断しなかったので、正側への押し切りの荷重上昇中で脆性的に破断した。
No.15 端部：表面0°400300300

420020020-10050100-500-100-300-300-400-400-500-50050

No.16 端部：底面0°No.17 中央：表面35°300

200200-50-10005010010-50-100-200-300-300-400-400-500-5000No.18中央：表面0°No.19中央：底面0°
500
400

300

300

200

2000-50-100050100

10040

全体中央変位(mm)

400

502

全体中央変位(mm)50020860-10015

表面側35°と0°で、大きな差は見られない。

12100-2001014ηs400

300

荷重P(kN)500

4005253035

図 5 欠陥率とηs の関係

全体中央変位(mm)

500

0100

欠陥率(%)

全体中央変位(mm)100-100

00-100-200

0-100

100-200

1006

η

0-50

荷重P(kN)

500

400

100-1008500

荷重P(kN)

荷重P(kN)

荷重P(kN)

荷重P(kN)

No.14 端部：表面35°

表面35°

表面0°
端部

底面0°

中央

図 6 ηs の比較

50454035302520151050

表面側35°と0°で、大きな差は見られない。

表面35°

表面0°
端部

底面0°

中央

図 7 ηの比較

1000-100-50-100-200-200-300-300-400-400-500-500

全体中央変位(mm)0501006. まとめ
今回の研究では融合不良が継手性能に与える影響を、繰返し載荷実験を行い検討した。同じ欠陥率では端部欠陥のほうが中央欠陥より破壊しやすい傾向があることを

全体中央変位(mm)

図 4 荷重―変位関係確認した。欠陥角度が 35°と 0°の影響については、明5. 考察

瞭な違いは認められなかったが、今後 FEM 解析を行い、実験結果から得られた荷重-変位曲線の正側のすべての欠陥近傍の応力ひずみ状態を実験結果と比べながら検討ループについて足し合わせたもの（＝Wtotal ）を以下のよしていく必要がある。

うに Pp、δp で除して累積塑性変形倍率ηを求めた。ηは【参考文献】
1）服部和徳，笠原基弘，中込忠男：35 度開先面に発生する融合不良に対する超音波探傷試験方法に関する研究，日本建築学会大会学術講演梗概集，A-1，pp.991-992，2014.9
2）アルムニフ サミル，服部和徳，見波進，笠原基弘：35 度開先面に融合不良を有する接合部の繰返し載荷実験（その 1～2），日本建築学会大会学術講演梗概集，A-1，pp.1043-1046，2015.9

最大荷重の 90％まで足し合わせた。
𝑊𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
η=𝑃𝑝 𝛿𝑝
*1 東京電機大学大学院理工学研究科修士課程 大学院生
*2 東京電機大学理工学部 教授*3 (一財)ベターリビングつくば建築試験研究センター*1 Graduate Student, Tokyo Denki University*2 Prof., Tokyo Denki University*3 Tsukuba Building Test Laboratory of Center for Better Living― 1202 ―