| 研究概要 |
溶接は多くの構造物に用いられている接合法である。溶接は局部的に熱を加える加工法であるために,溶接部付近に残留応力が発生する。表面の引張残留応力は部材の疲労強度などに悪影響を与える。本研究では,新しい残留応力の低減法として,振動荷重を加えながら溶接を行うことによって残留応力を低減する方法を開発することを目的としている。この方法では,振動荷重を比較的小型の装置で加えることができるので,実用的な残留応力の低減法となる可能性が大きい。まず,2枚の平板を支持し,突合せ溶接する実験装置を作製した。この装置を用いて平板を加振しながら溶接結合し,残留応力を測定した。
溶接方法としては,まず手動による溶接で実験を行い,次に溶接条件が一定となるように,自動炭酸ガス溶接装置を用いて溶接を行った。加振する振幅および振動数変えることによって,これらの条件が残留応力の低減におよぼす影響について検討した。
次に,実験で得られた結果を理論的に求める方法を開発した。溶接は,母材と溶着金属を加熱溶融させて接合する金属結合法である。そのため,金属の凝固過程における収縮によって非常に高い残留応力と変形を生じる場合が多い。一方,凝固直後の金属の降伏点は一般に極めて低いことから,わずかな外力の負荷によって塑性変形を生じさせることができると考えられる。このことを考慮し,さらに引張残留応力に注目して,予引張力を受け,完全弾塑性特性をもつばねで構成される力学モデルを用いた解析を行った。溶接中の振動特性の変化も考慮した。
実験によって,振動荷重を加えながら溶接をすると加振振動数にかかわらず,とくにビ-ド部付近の引張残留応力が大幅に低減されることが明らかになった。また,加振振幅が大きいほど残留応力が低減される。さらに,このことを解析によって検証することができた。
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