JPH0191993A - 変動応力下にある鋼構造物のき裂補修方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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。

（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図すに示す。第１図ａに
おいて、ｌ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。

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Ｃ１Ｐ、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綱）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
待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。

Ｎｔ　、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２０〜４０−ｔ％（以下単に％で
示す）程度の溶接金属への化学成分の希釈（溶は込み）
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。

（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穫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がら成
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。

またこの発明では、かかる綱材の接合に先立ち、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。

（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。

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ｍｌ含有する＠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ｒＸｕの含有量はＰ　＋　　＝０．７０　ｎ　＋
　０．３０ｍ　　　　（−層目）Ｐ　ｚ　＝０．７０　
ｎ　＋　０．３０　Ｐ　＋　　　（二層目）Ｐ、４＝０
．７Ｏｎ＋０．３０ＰＨ−１（Ｎ層目）となり、ｍａｎ
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Ｐ、〜Ｐ８とくに
Ｐ、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（Ｐ８）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
ＪＩＳ　Ｚ　３２１３−１９７７）になる溶接棒を用い
た場合（４，ｍｍ径、下向溶接、２２　ＫＪ　７ｃｍ）
にあっては、肉盛溶接後の成分組成がＣ≦０．２０％、
　Ｓｉ≦０．４０％、　Ｍｎ　＝０．３０〜２．００％
、Ｐ≦０．０２５％、Ｓ≦０．０２０％、Ｃｕ≦０．４
０％。

Ｎｉ　≦０．２０％、　　Ｂ　≦０．００２０％、　　
Ａ　ｊ２　≦０．８０％およびＴｉ　≦０．０５０％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。

表２　　　　（％） （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（４１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＝３００　ｍｍ、　　
Ｉ！。

＝１０００ｍｍ、　　ｔ　＝１２ｍｍ、　　ｄ　＝　２
ｍｍ、　　ｇ　＝　２ｍｍ、　ｔｘ＝６０°）を作製し
たのち疲労試験機にセットし、ついで第１図すに示した
ような変動サイクル（試験のときの変位量は±０．２　
ｍｍとした）を与えながら、横向き姿勢、１７０　Ａ、
　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、鋼材へ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。

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。

第６図は、上述したような聞書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。

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、　１０〜２０　ｃｍ　７ｍ１
ｎ（予熱、バス間温度：１５０°Ｃ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バス）を試験片の幅方向全長にわ
たって実施し、その後ポータプ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、その間先部端面に予め、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。

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バス）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。

第１１図および第１２図は、開先部の片面の端面に阻害
元素低含有の銅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効
を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは、溶接開先部の断面図、同図すは第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。 第１図ａ 第１図す 第２図 −（Ｄ− 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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
   。 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。 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。