溶接残留応力が溶接構造に与える影響

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この投稿は、2020年12月30日09:49にhuanghongによって最終的に編集されました。1.溶接による残留応力が構造物の静的強度に与える影響について、表面が滑らかな部材の場合、材料に十分な塑性があれば、塑性変形によって断面内の応力が均一になり、残留応力の存在は部材の耐荷重能力に影響を与えず、つまり静的強度にも影響しないのです；材料が脆性的な状態にある場合、または熱処理を施された材料や三方向の応力が作用する材料では、材料が塑性変形できないため、部材の断面内の応力が均一にならず、残留引張応力と作用応力が重なり合って構造が局部的に破壊し、結果として部材全体が断裂してしまう。 切り欠きのある部材では、著しい応力集中により、高い引張内応力が同時に生じる可能性がある。部材が何らかの理由（例えば温度の低下、変形速度の増加、または厚肉断面など）により大きな引っ張り力を受けると、引張内応力と著しい応力集中が相まって構造物の静的強度を低下させ、降伏点よりはるかに低い外荷重のもとで脆性的な破壊が生じる。 2. 溶接残留応力が疲労強度に与える影響 試験片、特にその表面に圧縮残留応力がある場合、疲労強度が向上する。したがって、溶接構造の疲労強度を向上させるには、残留引張応力を低減するだけでなく、余盛りが過大であったり、角溶接部が過度に突き出ていたりするなど、接合部の応力集中を引き起こす要因も減らす必要がある。また、ショットピーニング、点状加熱、過負荷処理などによって部材に圧縮残留応力を導入することで、溶接構造の疲労強度を向上させることができる。 3. 溶接残留応力が機械加工の精度と寸法安定性に与える影響　ワークに溶接残留応力が存在する場合、機械的な切削加工によって材料が削り取られる際、その材料中の残留応力も一緒に除去されてしまう。これによりワーク内の応力バランスが崩れ、ワークが変形し、加工精度にも影響が出る。 また、溶接部材内の残留応力は時間が経つにつれてゆっくりと変化し再分布し、応力緩和が生じる。同時に、溶接部品の寸法もそれに応じて変化し、部品の精度や寸法安定性に影響を与える。組織が安定した低炭素鋼およびオーステナイト鋼は、室温条件下での応力緩和が弱いため、内部応力の時間的な変化が小さく、溶接部の寸法も比較的安定している；一方、一部の高温合金構造用鋼や高強度アルミニウム合金では、不安定な組織が時間とともに変化するため、内部応力の変動が大きくなる。 機械加工の精度を保証する最も確実な方法は、まず溶接による残留応力を除去してから機械加工を行うことです。 4. 溶接による残留応力が圧縮材の安定性に与える影響
材が圧縮されると、その断面に生じる圧縮残留応力が外部荷重によって引き起こされる応力と重なり合い、材の圧縮応力が作用する領域が先に降伏限界に達する。この領域の応力はそれ以上増加しなくなるため、さらなる外部荷重を支える能力を失い、これは材の有効断面積が減少したことに相当し、圧縮材の臨界応力を低下させ、その安定性に悪影響を及ぼす。圧棒の内部応力が安定性に与える影響は、圧棒の断面形状や残留応力の分布に関連しており、有効断面を圧棒の中性軸から遠ざけることができれば、その安定性を向上させることができる。5. 溶接残留応力が応力腐食割れに及ぼす影響　応力腐食割れとは、引張応力と腐食性媒体が共同して作用することでき裂が生じる現象である。溶接後の残留応力と作用応力が重なり合うことで、溶接部付近に急速に応力腐食割れが発生する。したがって、腐食を受けた構造物においては、適切な残留応力除去措置を講じることが、耐腐食性の向上に寄与する。6. 溶接残留応力が構造の剛性に与える影響　溶接後、溶接部およびその周辺領域には引張応力が生じ、溶接部から離れた領域には圧縮応力が生じ、そしてその引張応力は材料の降伏限界に達する。したがって、部材が引張られると、この領域は荷重を支えることができず、有効な支持面積が減少するため、剛性が低下する。曲げ変形しやすい梁の場合も同様に、剛性が低下する。その低下の程度は、生じる塑性変形領域の大きさと位置に依存し、溶接部が中性軸に近いほど剛性への影響は小さい。