JPH0677868B2 - 変動応力下にある鋼構造物のき裂補修方法 - Google Patents
変動応力下にある鋼構造物のき裂補修方法Info
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- JPH0677868B2 JPH0677868B2 JP24850287A JP24850287A JPH0677868B2 JP H0677868 B2 JPH0677868 B2 JP H0677868B2 JP 24850287 A JP24850287 A JP 24850287A JP 24850287 A JP24850287 A JP 24850287A JP H0677868 B2 JPH0677868 B2 JP H0677868B2
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- Butt Welding And Welding Of Specific Article (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、橋梁や海洋構造物など変動応力が繰り返し
作用している既設鋼構造物に発生したき裂個所の溶接施
工に際しても、耐われ性に優れた溶接部を形成できるき
裂補修方法に関するものである。
作用している既設鋼構造物に発生したき裂個所の溶接施
工に際しても、耐われ性に優れた溶接部を形成できるき
裂補修方法に関するものである。
（従来の技術） 橋梁は車両等の通行で、また、海洋構造物は波浪等の影
響で変動応力を繰り返し受けているが、かような状態に
ある鋼構造物の補修、改造工事における溶接の際には、
溶接開先開口部は当然変位を受ける。第１図ａに示すよ
うな溶接開先開口部（ルートギャップａ＝2mm）をそな
える橋梁を車両が通過したときの、溶接開先開口部のル
ートギャップの変位量を第１図ｂに示す。第１図ａにお
いて、１は母材、２はルートである。
響で変動応力を繰り返し受けているが、かような状態に
ある鋼構造物の補修、改造工事における溶接の際には、
溶接開先開口部は当然変位を受ける。第１図ａに示すよ
うな溶接開先開口部（ルートギャップａ＝2mm）をそな
える橋梁を車両が通過したときの、溶接開先開口部のル
ートギャップの変位量を第１図ｂに示す。第１図ａにお
いて、１は母材、２はルートである。
このような変動応力下での溶接に際しては、溶接金属は
延性が十分でない高温度域で引張、圧縮が繰り返される
ために、溶接直後（凝固、冷却中）に割れが発生するこ
とが多く、ひいては供用中にこの割れを起点として割れ
がさらに進展し、橋梁等の構造物とししての寿命の短縮
を余儀なくされる場合もある。
延性が十分でない高温度域で引張、圧縮が繰り返される
ために、溶接直後（凝固、冷却中）に割れが発生するこ
とが多く、ひいては供用中にこの割れを起点として割れ
がさらに進展し、橋梁等の構造物とししての寿命の短縮
を余儀なくされる場合もある。
かかる問題の解決のため、発明者らはこれまでにも溶接
ワイヤ並びにフラックス成分につき種々研究が重ねてき
たが、最近建造された構造物はともかく、既設橋梁等の
中には10年以上も前に建造されたものも多く、表１に示
すようにかような鋼材中には溶接金属の高温延性を著し
く阻害するC,P,S,CuおよびNi等の含有量が現在の鋼材成
分に比べて著しく高い場合（とくにＢおよびＣ鋼）がほ
とんどである。
ワイヤ並びにフラックス成分につき種々研究が重ねてき
たが、最近建造された構造物はともかく、既設橋梁等の
中には10年以上も前に建造されたものも多く、表１に示
すようにかような鋼材中には溶接金属の高温延性を著し
く阻害するC,P,S,CuおよびNi等の含有量が現在の鋼材成
分に比べて著しく高い場合（とくにＢおよびＣ鋼）がほ
とんどである。
すなわち補修工事を要する既橋梁等は、架設後長い年月
を経過していることが多く、したがってその鋼材の成分
組成は当時の製鋼技術等から現在の鋼材に較べて、溶接
時溶接金属の固液相温度を拡げて高温延性低下をきたす
C,P,S等の不純物元素が多量に含まれることが多く、ま
た既橋梁鋼材としては耐候性の改善を目的として、Cu,N
i,Cr等の元素が多量に含有されていることが多かったの
である。
を経過していることが多く、したがってその鋼材の成分
組成は当時の製鋼技術等から現在の鋼材に較べて、溶接
時溶接金属の固液相温度を拡げて高温延性低下をきたす
C,P,S等の不純物元素が多量に含まれることが多く、ま
た既橋梁鋼材としては耐候性の改善を目的として、Cu,N
i,Cr等の元素が多量に含有されていることが多かったの
である。
（発明が解決しようとする問題点） この為、これらの部材を、変動応力下での溶接に際して
も耐われ性にすぐれた特性を示す溶接棒を用いて溶接し
たとしても、鋼材から20〜40wt％（以下単に％で示す）
程度の溶接金属への化学成分の希釈（溶け込み）がある
ため、強い変動応力下における溶接に際しては高温延性
低下に起因した割れの発生を免れ得ないところに問題を
残していた。
も耐われ性にすぐれた特性を示す溶接棒を用いて溶接し
たとしても、鋼材から20〜40wt％（以下単に％で示す）
程度の溶接金属への化学成分の希釈（溶け込み）がある
ため、強い変動応力下における溶接に際しては高温延性
低下に起因した割れの発生を免れ得ないところに問題を
残していた。
この発明は、上述したような現状に鑑み開発されたもの
で、溶接金属の高温延性を阻害するような化学成分元素
を多く含む既設の鋼構造物の変動応力下における溶接に
際しても、割れ発生を有利に回避できる溶接施工方法を
提案することを目的とする。
で、溶接金属の高温延性を阻害するような化学成分元素
を多く含む既設の鋼構造物の変動応力下における溶接に
際しても、割れ発生を有利に回避できる溶接施工方法を
提案することを目的とする。
（問題点を解決するための手段） さて発明者らは、変動応力下での溶接割れの発生原因に
ついて鋭意研究を重ねた結果、この溶接割れは溶接凝固
・冷却過程における高温延性と極めて密接な関係がある
こと、しかもかかる割れは、変位の大きい初層のみに集
中し、このときの溶接金属成分組成と変位量が最も強く
影響することも併せて究明した。
ついて鋭意研究を重ねた結果、この溶接割れは溶接凝固
・冷却過程における高温延性と極めて密接な関係がある
こと、しかもかかる割れは、変位の大きい初層のみに集
中し、このときの溶接金属成分組成と変位量が最も強く
影響することも併せて究明した。
この発明は、上記の知見に立脚するものである。
すなわちこの発明、高温延性を阻害する元素を多量に含
有する既設鋼構造物のき裂補修溶接を変動応力下で行う
に当り、該き裂部に整形加工を施して、ルートギャップ
が比較的広い開先部を形成し、ついで該開先部の対向す
る面のうち少なくとも片面につき、その一部または全面
に上記阻害元素含有量の少ない鋼材を接合して継手部を
形成し、しかるのちこの継手部に溶接を施すことから成
る、変動応力下にある鋼構造物のき裂補修方法である。
有する既設鋼構造物のき裂補修溶接を変動応力下で行う
に当り、該き裂部に整形加工を施して、ルートギャップ
が比較的広い開先部を形成し、ついで該開先部の対向す
る面のうち少なくとも片面につき、その一部または全面
に上記阻害元素含有量の少ない鋼材を接合して継手部を
形成し、しかるのちこの継手部に溶接を施すことから成
る、変動応力下にある鋼構造物のき裂補修方法である。
この発明において、開先部に対して上記阻害元素含有量
の少ない鋼材を接合するには、肉盛り溶接や板材の固着
が有利に適合する。
の少ない鋼材を接合するには、肉盛り溶接や板材の固着
が有利に適合する。
またこの発明では、かかる鋼材の接合に先立ち、予め広
い開先部を形成しているので、該鋼材の接合の際には変
動応力が作用することはなく、従って割れ発生のおそれ
はない。
い開先部を形成しているので、該鋼材の接合の際には変
動応力が作用することはなく、従って割れ発生のおそれ
はない。
（作 用） 前述したとおり、たとえ耐溶接割れ性にすぐれた溶接棒
を用いて施工したとしても、施工される鋼材中に溶接割
れ（凝固割れ、高温割れ）を起し易い成分が多量に含ま
れている場合には、これらの成分が溶接金属中へ溶込ん
でくるので、溶接割れを効果的に防止することはできな
い。
を用いて施工したとしても、施工される鋼材中に溶接割
れ（凝固割れ、高温割れ）を起し易い成分が多量に含ま
れている場合には、これらの成分が溶接金属中へ溶込ん
でくるので、溶接割れを効果的に防止することはできな
い。
ここに溶接金属中への母材成分の溶込みは、第２図に示
した母材の溶接部面積Ｂ、溶接金属の面積Ａ＋Ｂに基づ
き で表わされる。
した母材の溶接部面積Ｂ、溶接金属の面積Ａ＋Ｂに基づ
き で表わされる。
たとえば、高温延性や凝固割れを悪化させる元素「Ｘ」
をｍ量含有する鋼板に対して同じくＸをｎ量含有する溶
着金属を生成する溶接棒で肉盛溶接した場合、先に示し
た溶込率に於てＡ＝0.70,B＝0.30としたとき、このとき
の溶接によって生成される溶接金属中における「Ｘ」の
含有量は P1＝0.70n＋0.30m （一層目） P2＝0.70n＋0.30P1 （二層目） PN＝0.70n＋0.30PN-1（Ｎ層目） となり、ｍ＞ｎであれば成分Ｘの含有量はｎに近ずける
ことができる。
をｍ量含有する鋼板に対して同じくＸをｎ量含有する溶
着金属を生成する溶接棒で肉盛溶接した場合、先に示し
た溶込率に於てＡ＝0.70,B＝0.30としたとき、このとき
の溶接によって生成される溶接金属中における「Ｘ」の
含有量は P1＝0.70n＋0.30m （一層目） P2＝0.70n＋0.30P1 （二層目） PN＝0.70n＋0.30PN-1（Ｎ層目） となり、ｍ＞ｎであれば成分Ｘの含有量はｎに近ずける
ことができる。
すなわち、高温割れや凝固割れを誘発し易い各種阻害元
素の各溶接肉盛り層中における含有量P1〜PNとくにP
1が、その後に行う変動応力下での溶接において悪影響
を及ぼさない範囲内となるように肉盛用溶接棒の成分組
成及び肉盛層数を調整してやれば、全ての鋼構造物につ
き変動応力下であっても割れの発生なしに溶接施工が実
施できるわけである。
素の各溶接肉盛り層中における含有量P1〜PNとくにP
1が、その後に行う変動応力下での溶接において悪影響
を及ぼさない範囲内となるように肉盛用溶接棒の成分組
成及び肉盛層数を調整してやれば、全ての鋼構造物につ
き変動応力下であっても割れの発生なしに溶接施工が実
施できるわけである。
この際の成分毎の夫々の限界値（PN）は、次の変動応力
下での溶接を実施する変動応力状況や溶接材料、溶接条
件等によっても変化するので厳密に数値限定をすること
はできないが、表２に示す溶着金属成分組成（試験法JI
S Z 3213−1977）になる溶接棒を用いた場合（4mm径、
下向溶接、22KJ/cm）にあっては、肉盛溶接後の成分組
成がＣ0.20％,Si0.40％,Mn＝0.30〜2.00％,P0.02
5％,S0.020％,Cu0.40％,Ni0.20％,B0.0020％,A
l0.80％およびTi0.050％程度の範囲であれば実橋補
修に相当した変動応力下での溶接でも割れの発生は認め
られなかった。
下での溶接を実施する変動応力状況や溶接材料、溶接条
件等によっても変化するので厳密に数値限定をすること
はできないが、表２に示す溶着金属成分組成（試験法JI
S Z 3213−1977）になる溶接棒を用いた場合（4mm径、
下向溶接、22KJ/cm）にあっては、肉盛溶接後の成分組
成がＣ0.20％,Si0.40％,Mn＝0.30〜2.00％,P0.02
5％,S0.020％,Cu0.40％,Ni0.20％,B0.0020％,A
l0.80％およびTi0.050％程度の範囲であれば実橋補
修に相当した変動応力下での溶接でも割れの発生は認め
られなかった。
（実施例） 被溶接材としては前掲表１に示す３種の鋼材Ａ〜Ｃを種
々に組合わせ、また溶接棒としては上掲表２に示したも
の（4mm径）を用いて以下の要領で溶接を行った。
々に組合わせ、また溶接棒としては上掲表２に示したも
の（4mm径）を用いて以下の要領で溶接を行った。
第３図に示したような試験片（ｗ＝300mm,l＝1000mm,t
＝12mm,d＝2mm,g＝2mm,α＝60゜）を作製したのち疲労
試験機にセットし、ついで第１図ｂに示したような変動
サイクル（試験のときの変位量は±0.2mmとした）を与
えながら、横向き姿勢、170A,24〜25V,10cm/minの条件
下で溶接施工を施した。なお溶接割れは、初層で起り易
いことから、初層溶接のみを行い、溶接終了後、直ちに
試験片を取り外したのち、溶接部横断面30ケ所について
切出し、研磨後、顕微鏡で割れの有無を観察することに
より、耐割れ性を評価した。
＝12mm,d＝2mm,g＝2mm,α＝60゜）を作製したのち疲労
試験機にセットし、ついで第１図ｂに示したような変動
サイクル（試験のときの変位量は±0.2mmとした）を与
えながら、横向き姿勢、170A,24〜25V,10cm/minの条件
下で溶接施工を施した。なお溶接割れは、初層で起り易
いことから、初層溶接のみを行い、溶接終了後、直ちに
試験片を取り外したのち、溶接部横断面30ケ所について
切出し、研磨後、顕微鏡で割れの有無を観察することに
より、耐割れ性を評価した。
第４図は、鋼材Ａ同志をそのまま突き合わせ溶接した場
合であるが、鋼材Ａは耐割れ性を阻害する成分含有量が
少ないので割れの発生はみられなかった。
合であるが、鋼材Ａは耐割れ性を阻害する成分含有量が
少ないので割れの発生はみられなかった。
この点、第５図に示すように、阻害元素を多量に含有す
る鋼材Ｂ同志をそのまま溶接した場合には割れが発生し
た。
る鋼材Ｂ同志をそのまま溶接した場合には割れが発生し
た。
第６図は、上述したような阻害元素を多量に含有する鋼
材Ｂ同志を溶接するに先立って、予め開先開口部両面に
阻害元素含有量の少ない鋼材を肉盛り溶接し、しかるの
ち得られた継手部を突き合わせ溶接した場合である。
材Ｂ同志を溶接するに先立って、予め開先開口部両面に
阻害元素含有量の少ない鋼材を肉盛り溶接し、しかるの
ち得られた継手部を突き合わせ溶接した場合である。
なお肉盛り溶接に当っては、表２に示した溶着金属組成
になる4mm径の低水素系全姿勢溶接棒を用い、140〜160
A,24V,10〜20cm/min（予熱、パス間温度:150℃以下）の
条件で、開先部の端面に第７図に示すように横向き姿勢
の肉盛り溶接（２層盛り、７〜９パス）を試験片の幅方
向全長にわたって実施し、その後ポータブルグラインダ
ーで表面の凸凹を研削して継手部とした。
になる4mm径の低水素系全姿勢溶接棒を用い、140〜160
A,24V,10〜20cm/min（予熱、パス間温度:150℃以下）の
条件で、開先部の端面に第７図に示すように横向き姿勢
の肉盛り溶接（２層盛り、７〜９パス）を試験片の幅方
向全長にわたって実施し、その後ポータブルグラインダ
ーで表面の凸凹を研削して継手部とした。
第６図より明らかなように、阻害元素含有量の多い鋼材
Ｂについても、その開先部端面に予め、上記阻害元素の
含有量が少ない鋼材を肉盛りしておけば、変動応力下で
溶接を施しても割れの発生はなかった。
Ｂについても、その開先部端面に予め、上記阻害元素の
含有量が少ない鋼材を肉盛りしておけば、変動応力下で
溶接を施しても割れの発生はなかった。
第８図は、阻害元素含有量が中程度の鋼材Ｃにつき、第
６図の場合と同様に、予め開先部の両端面に阻害元素含
有量が少ない鋼材を肉盛り溶接したのち突き合わせ溶接
した場合であるが、割れの発生は全くなかった。
６図の場合と同様に、予め開先部の両端面に阻害元素含
有量が少ない鋼材を肉盛り溶接したのち突き合わせ溶接
した場合であるが、割れの発生は全くなかった。
次に第９図は、第６図の例において変動応力下における
第１層の溶接に相当する部分のみに阻害元素含有量が少
ない溶接金属を肉盛り（２層盛り、４パス）溶接したの
ち、変動応力下での溶接を行った場合であるが、この場
合にも割れの発生は全くなかった。
第１層の溶接に相当する部分のみに阻害元素含有量が少
ない溶接金属を肉盛り（２層盛り、４パス）溶接したの
ち、変動応力下での溶接を行った場合であるが、この場
合にも割れの発生は全くなかった。
第10図は、第６図において肉盛り溶接の替りに、開先端
面に予め阻害元素低含有の鋼材を接合した場合である
が、この場合も肉盛り溶接の場合と同様割れの発生は全
くなかった。
面に予め阻害元素低含有の鋼材を接合した場合である
が、この場合も肉盛り溶接の場合と同様割れの発生は全
くなかった。
第11図および第12図は、開先部の片面の端面に阻害元素
低含有の鋼材を接合した場合の例であるが、いずれの場
合も割れの発生は見られなかった。
低含有の鋼材を接合した場合の例であるが、いずれの場
合も割れの発生は見られなかった。
（発明の効果） かくしてこの発明によれば、たとえ高温延性を阻害する
元素を多量に含む鋼材で建造された既設鋼構造物にき裂
が生じたとしても、かかるき裂を、その供用中すなわち
変動応力下においても溶接割れを発生することなしに効
果的に補修することができ、従って変動応力下における
補修工事や改造工事を構造物の成分の影響を受けること
なしに実施することができ、鋼構造物の現場施工に偉功
を奏する。
元素を多量に含む鋼材で建造された既設鋼構造物にき裂
が生じたとしても、かかるき裂を、その供用中すなわち
変動応力下においても溶接割れを発生することなしに効
果的に補修することができ、従って変動応力下における
補修工事や改造工事を構造物の成分の影響を受けること
なしに実施することができ、鋼構造物の現場施工に偉功
を奏する。
第１図ａは、溶接開先部の断面図、同図ｂは第１図ａに
示した溶接開先部における変位量と時間との関係を示し
たグラフ、 第２図は、希釈率の説明図、 第３図は、変動応力下での溶接割れ試験に用いる試験片
の斜視図、 第４〜12図はいずれも、溶接要領の説明図である。
示した溶接開先部における変位量と時間との関係を示し
たグラフ、 第２図は、希釈率の説明図、 第３図は、変動応力下での溶接割れ試験に用いる試験片
の斜視図、 第４〜12図はいずれも、溶接要領の説明図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西山 昇 千葉県千葉市川崎町１番地 川崎製鉄株式 会社技術研究本部内 (72)発明者 川井 豊 東京都千代田区内幸町２丁目２番３号 川 崎製鉄株式会社東京本社内 (72)発明者 中西 保正 神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地 (72)発明者 河野 武亮 神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地 (72)発明者 中村 義隆 東京都江東区豊洲３丁目１番15号 (72)発明者 酒井 啓一 東京都江東区豊洲３丁目１番15号
Claims (3)
- 【請求項１】高温延性を阻害する元素を多量に含有する
既設鋼構造物のき裂補修溶接を変動応力下で行うに当
り、 該き裂部に整形加工を施して、ルートギャップが比較的
広い開先部を形成し、ついで該開先部の対向する面のう
ち少なくとも片面につき、その一部または全面に上記阻
害元素含有量の少ない鋼材を接合して継手部を形成し、
しかるのちこの継手部に溶接を施すことを特徴とする、
変動応力下にある鋼構造物のき裂補修方法。 - 【請求項２】開先部に対する高温延性阻害元素含有量の
少ない鋼材の接合が、肉盛り溶接によるものである特許
請求の範囲第１項記載の方法。 - 【請求項３】開先部に対する高温延性阻害元素含有量の
少ない鋼材の接合が、板材の固着によるものである特許
請求の範囲第１項記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24850287A JPH0677868B2 (ja) | 1987-10-01 | 1987-10-01 | 変動応力下にある鋼構造物のき裂補修方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24850287A JPH0677868B2 (ja) | 1987-10-01 | 1987-10-01 | 変動応力下にある鋼構造物のき裂補修方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0191993A JPH0191993A (ja) | 1989-04-11 |
| JPH0677868B2 true JPH0677868B2 (ja) | 1994-10-05 |
Family
ID=17179128
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24850287A Expired - Lifetime JPH0677868B2 (ja) | 1987-10-01 | 1987-10-01 | 変動応力下にある鋼構造物のき裂補修方法 |
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| JP (1) | JPH0677868B2 (ja) |
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-
1987
- 1987-10-01 JP JP24850287A patent/JPH0677868B2/ja not_active Expired - Lifetime
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