試験・調査報告

試験・調査報告●解説コーナー溶接部のじん性評価方法1.はじめにじん性とは、ぜい性破壊に対する抵抗値=ねばりを表します。では、ぜい性破壊とはどういったことを指すのでしょうか。例えば、ガラスや陶器をハンマーなどで叩いた場合、さほど力を加えなくても変形せずにパキッと割れてしまいます。このように変形を伴わず、低応力であっても瞬間的に割れてしまう現象をぜい性破壊と呼びます。ぜい性破壊は、金属でも起こります。ぜい性破壊は、1940年代に米国で建造された全溶接構造の貨物船(リバティ船)の多くが、冬場の温度が低い時期に損傷・事故を起こしたことを契機に注目されました。事故発生原因は、以下の2点が挙げられています。①応力集中が生じやすい構造設計かつ溶接残留応力などの存在により、各種溶接欠陥を起点とした割れが進展した。②鋼材および溶接継手部の低温じん性が十分でなかった。溶接構造物は、割れの起点となりうる溶接欠陥の存在、溶接残留応力、鋼材の組織変化などぜい性破壊が生じやすい条件がそろっています。上記事故をきっかけに、低温での切欠きじん性に優れた鋼材、溶接材料や施工方法の研究開発が進められました。本稿では、破壊じん性評価方法としてよく用いられるシャルピー衝撃試験、落重試験およびCTOD試験についてご紹介します。2.シャルピー衝撃試験シャルピー衝撃試験は、その簡便さから一般的に広く行われている試験方法で、破壊に要するエネルギーでじん性を評価します。試験の概略を図1に示します。試験片は、V形もしくはU型の切欠きを持つ角棒です。方法は単純明快で、所定の位置エネルギーとなる角度から既知重量の回転ハンマーを振下して試験片切欠き部の反対側をハンマーで打ハンマーの初期位置試験片外力(ハンマー)試験片が吸収したエネルギー(失われた位置エネルギー)試験片打撃後のハンマー角度試験片a)衝撃試験機切欠きb)衝撃試験10×9.8吸収エネルギー(J)8642エネルギー遷移温度××××ぜい性破面率×××吸収エネルギー12010080604020ぜい性破面率(%)×-20×0020-100-80-60-401200-破面遷移温度試験温度T(℃)c)吸収エネルギーとぜい性破面率の遷移曲線図1シャルピー衝撃試験の概略図2018Autumn22