打撃処理方法及び装置
【課題】ピーニング処理して溶接構造物に圧縮残留応力を導入して溶接継手の疲労強度を改善する。
【解決手段】溶接ビード５の止端部付近に、打撃ツール１を押し付けて溶接線方向に移動させてピーニング処理する打撃処理方法であって、打撃ツールは打撃処理装置本体に垂直方向にスライド可能なピーニングツール２に装着され、ピーニングツールは押しバネを介して打撃処理装置に装着され、打撃処理装置を垂直方向に押さえつけないときには押しバネによって打撃ツールの先端部分が打撃処理装置基部の移動用部材で形成される面から突出して打撃処理装置の打撃ツールを設けた側の移動用部材が母材金属材料８表面から浮いた状態にあり、打撃処理操作時には打撃処理装置を垂直方向に押さえつけて打撃ツール先端が移動用部材で形成される面と同じ面にあるようにして打撃ツールが母材金属材料表面を押圧する状態として打撃処理装置を溶接線方向に移動させる打撃処理方法。
【解決手段】溶接ビード５の止端部付近に、打撃ツール１を押し付けて溶接線方向に移動させてピーニング処理する打撃処理方法であって、打撃ツールは打撃処理装置本体に垂直方向にスライド可能なピーニングツール２に装着され、ピーニングツールは押しバネを介して打撃処理装置に装着され、打撃処理装置を垂直方向に押さえつけないときには押しバネによって打撃ツールの先端部分が打撃処理装置基部の移動用部材で形成される面から突出して打撃処理装置の打撃ツールを設けた側の移動用部材が母材金属材料８表面から浮いた状態にあり、打撃処理操作時には打撃処理装置を垂直方向に押さえつけて打撃ツール先端が移動用部材で形成される面と同じ面にあるようにして打撃ツールが母材金属材料表面を押圧する状態として打撃処理装置を溶接線方向に移動させる打撃処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繰り返し荷重を受ける橋梁、船舶、海洋構造物等の大型鋼構造物や自動車、建設機械等の機械製品における溶接継手部の疲労性能を改善する方法及び鋼構造物、機械製品の補修・延命化する方法及びこれに用いる装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
橋梁や船舶、海洋構造物などの鋼構造物、自動車などは多くの鋼部材を溶接によって接合することによって構成されているが、近年、鋼構造物や機械部品に加わる応力または熱が繰り返し作用することに起因する金属疲労による破損事故が多数発生している。
これは、橋梁などの鋼構造物の設計においては、大型化とそれに伴う軽量化の目的から使用鋼材の高強度化が進められているが、鋼材本体についてはその疲労強度は引張強さの増加と共に上昇するのに対して、溶接継手部においては鋼材の引張強さが増加しても疲労強度が向上しないため、この溶接継手部で金属疲労が起こることが原因である。
このため、大型溶接構造物が繰り返し荷重を受ける場合には、溶接部の疲労強度に対する安全性を充分に考慮する必要がある。
【０００３】
溶接部の疲労強度は、溶接継手部の形状、残留応力、溶接欠陥などの影響を受ける。
図１４は重ね合わされた母材金属材料８同士を隅肉溶接して溶接ビード（溶接継手）５を形成した状態を示す図である。母材金属材料８と溶接ビード５との境界部には溶接止端部９が形成される。この溶接止端部９近傍は、溶接時に急激な凝固が起こるために引張残留応力が存在し易い箇所であり、また、金属部材に外力が負荷された際に応力集中が起こり易い箇所でもある。この溶接継手部に繰り返し荷重が作用すると微小な溶接欠陥であっても、それが亀裂や割れにつながる可能性があり、この亀裂や割れは構造物全体の信頼性に重大な影響を及ぼすことになる。
このため、溶接継手部の疲労特性を向上させるために、溶接継手部における引張残留応力を低減するための方法や、応力集中を緩和するための方法として種々の方法が提案されている。
【０００４】
溶接部における引張残留応力を低減する方法としては、溶接後に母材よりも高い引張強度を有する溶接材で化粧溶接を行う方法（特許文献１参照）、溶接後に塑性変形を与える方法（特許文献２参照）、溶接止端部をハンマー打撃装置でハンマー打撃処理（ハンマーピーニング）する方法（特許文献３）、レーザーピーニングを行う方法（特許文献４）、超音波振動子の打撃によってピーニングを行う方法（特許文献５）、溶接が完了する室温もしくはその付近でマルテンサイト変態膨張が終了する溶接材料を用いてアーク溶接を行い、溶接金属の変態膨張を利用する方法（特許文献６参照）などがある。
【０００５】
また、溶接部の応力集中を緩和する方法としては、溶接ビードを研削する手法（特許文献７参照）、溶接金属の成分調整により溶接止端部半径と接触角度を大きくして応力集中を緩和する手法（特許文献８参照）が提案されている。
【０００６】
溶接後に溶接部の引張残留応力を低減する方法のうち、ピーニングによる方法は操作が簡単であるためコスト的に有力な方法であるが、レーザーピーニングは装置が大きくなるためハンドリング性に劣るという問題がある。
【０００７】
これに対し、ハンマーピーニングや超音波振動子によるピーニングは他のピーニング装置に比べるとハンドリング性が良好であり、コスト的にも好ましい方法である。
従来の手動によるピーニング処理では作業員の手が直接に振動を受けるという問題があり、また、衝撃反力により施工安定性が悪いという問題や、作業員によって打撃の位置や角度、打撃の際の押圧力、打撃の時間、打撃の効果にバラツキが生じ、このため施工部に均等に圧縮応力を付加することができず圧縮応力にばらつきが生じ、結果として溶接の疲労耐久性にバラツキが生じるという問題がある。更に、打撃位置や角度がふらつくと「折れ込み（打撃して盛り上がった周辺部を打撃することで盛り上がり部が入れ込んでしまう）」が生じ品質が落ちるという問題がある。
【０００８】
また、特許文献９には溶接止端部近傍に連続的にハンマーピーニング処理する方法を行なうための自動化装置が記載されている。
図１５（ａ）〜（ｃ）は特許文献９に記載されているハンマーピーニング加工の方法および装置を示す図である。
図１５（ｂ）に示される打撃処理装置１０において、支持押圧機構部２０は、打撃ツール１の先端部を母材金属８の表面に適正な荷重で押し当てながら、打撃振動により狙った処理位置から打撃ツール１がずれないようにピーニングツール２を支持している。この打撃処理装置１０では、溶接止端位置検知部２１により検知された溶接ビード５の止端部の位置に基づいて、溶接ビード５の止端部９から措定の距離離れた母材金属材料８の表面に打撃ツール１を押し付けながら、移動機構部が溶接継手をスライド駆動することによって、溶接継手に対して打撃ツール１を溶接線方向に相対移動させ、これにより、打撃ツール１は溶接止端部を斜めから叩くことがなく連続的にハンマーピーニング処理を行うことが可能となっている。
【０００９】
しかしながら、この装置では図１５（ｃ）に示すようなフィレット７を有するが回し溶接部を有しない直線的な溶接継手には効果的であるが、回し溶接部を有するような溶接継手においては、複雑な回し溶接部止端形状を正確に倣い定速度でピーニング処理を行うことが難しい。また、この自動化装置自体は大型で可搬性がなく、高価であり、施工までの準備時間が長くなり作業効率も悪いという問題がある。また、打撃ツールを母材に押圧した状態で施工するため、打撃ツールが母材金属材料に引っかかって移動が困難で施工できないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭５２−９８６４２号公報
【特許文献２】特開平５−２５３６７４号公報
【特許文献３】特開平４−２１７１７号公報
【特許文献４】特開平７−２４６４８３号公報
【特許文献５】特開２００４−１３０３１３号
【特許文献６】特開２０００−８４６７０号公報
【特許文献７】特開昭６１−１８６６１１号公報
【特許文献８】特開平４−３６１８７６号公報
【特許文献９】特開２０１０−２９８９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、溶接後の溶接構造物に対して簡便な工具を用いてハンマーピーニング処理または超音波振動子によるピーニング処理により圧縮残留応力を導入して溶接継手の疲労強度を大幅に改善することができる溶接構造物のピーニング処理方法及びその装置を提供することを目的とする。
また、本発明は建設後の溶接構造物に補修工事として簡便な工具を用いてピーニング処理を施すことにより構造物を延命化することができる溶接構造物のピーニング処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、タガネ等の打撃ツールをピーニングツール（打撃工具）に装着し、このピーニングツールを打撃処理装置本体に垂直方向にのみスライド可能なように支持すると共に、ピーニングツール全体をバネによって押し下げ、打撃処理装置全体を垂直方向に押さえ付けて打撃ツールに荷重をかけながら溶接ビードの止端付近の母材金属材料表面を打撃ツールによって打撃することにより前記の課題を克服することができるとの知見を得て、本発明を完成した。
すなわち、本発明は以下に記載する通りのピーニング処理方法及び装置に係るものである。
【００１３】
（１）溶接ビードの止端部付近の母材金属材料表面に、打撃ツールを押し付けながら溶接線方向に移動させてピーニング処理を施して溶接継手の疲労特性を改善する打撃処理方法であって、
前記打撃ツールは打撃処理装置本体に垂直方向にのみスライド可能に取り付けられたピーニングツールに装着されており、該ピーニングツールは押しバネを介して打撃処理装置本体に取り付けられており、打撃処理装置基部は打撃処理装置を移動させるための移動用部材を備えており、前記打撃処理装置は打撃処理装置を垂直方向に押さえつけないときには押しバネの作用によって打撃ツールの先端部分が前記移動用部材によって形成される面から突出した状態となって打撃処理装置の打撃ツールを設けた側の移動用部材が母材金属材料表面から浮いた状態にあり、打撃処理操作時には作業者がこの打撃処理装置を垂直方向に押さえつけることによって打撃ツール先端が前記移動用部材によって形成される面と同じ面にあるようにして、前記押しバネの作用によって打撃ツールが母材金属材料表面を押圧する状態として、この打撃ツールが溶接ビードの止端部付近の母材金属材料表面を打撃するように打撃処理装置を前記溶接線方向に移動させることを特徴とする溶接継手の疲労特性を改善する打撃処理方法。
（２）溶接ビードの止端付近の母材金属材料表面に、打撃ツールを押し付けながら溶接線方向に移動させてピーニング処理を施す、溶接継手の疲労特性を改善するための打撃処理装置であって、
該打撃処理装置は、
打撃ツールを装着したピーニングツールと、
打撃処理装置基部と、
該打撃処理装置基部に立設されているフレーム部と、
前記打撃装置基部に設けられた打撃処理装置を移動させるための移動用部材と、
を含んでおり、
前記フレーム部には、
前記ピーニングツールを垂直方向にのみスライド可能に支持するピーニングツール支持部と、
前記ピーニングツールに設けられた押しバネを支持する押しバネ支持部と、
打撃処理装置を母材金属材料に押し付けるためのハンドル部と
が設けられており、
前記押しバネは、打撃処理装置のハンドル部を垂直方向に押さえつけないときには押しバネの作用によって打撃ツールの先端部分が前記移動用部材によって形成される面から突出した状態となって打撃処理装置の打撃ツールを設けた側の移動用部材が母材金属材料表面から浮いた状態とするように作用し、打撃処理操作時に前記ハンドル部を作業者によって垂直方向に押さえつけた場合には、打撃ツール先端を前記移動用部材によって形成される面と同じ面とするように作用するバネである
ことを特徴とする打撃処理装置。
（３）溶接ビードの止端部付近の母材金属材料表面に、打撃ツールを押し付けながら溶接線方向に移動させてピーニング処理を施す、溶接継手の疲労特性を改善するための打撃処理装置であって、
該打撃処理装置は、
打撃ツールを装着したピーニングツールと
溶接線を挟むようにして配置することができるようにそれぞれが離間している二つの打撃処理装置基部と、
前記二つの打撃処理装置基部に跨って設けられたフレーム部と、
前記打撃装置基部に設けられた打撃処理装置を移動させるための移動用部材と、
を含んでおり、
前記フレーム部には、
前記ピーニングツールを垂直方向にのみスライド可能に支持するピーニングツール支持部と、
前記ピーニングツールに設けられた押しバネを支持する押しバネ支持部と、
打撃処理装置を母材金属材料に押し付けるためのハンドル部と
が設けられており、
前記押しバネは、打撃処理装置のハンドル部を垂直方向に押さえつけないときには押しバネの作用によって打撃ツールの先端部分が前記移動用部材によって形成される面から突出した状態となって打撃処理装置の打撃ツールを設けた側の移動用部材が母材金属材料表面から浮いた状態とするように作用し、打撃処理操作時に前記ハンドル部を作業者によって垂直方向に押さえつけた場合には、打撃ツール先端を前記移動用部材によって形成される面と同じ面とするように作用するバネである
ことを特徴とする打撃処理装置。
（４）前記移動用部材がローラ及び／又はボールキャスターであることを特徴とする（２）又は（３）に記載の打撃処理装置。
（５）打撃ツールが、打撃部と打撃ツールをピーニングツールに取り付ける取付部とからなり、取付部の中心から打撃部の中心をオフセットしたことを特徴とする（２）〜（４）のいずれかに記載の打撃処理装置。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のピーニング処理方法によれば、打撃処理装置を小型化することができ、作業効率がアップして処理時間を短縮することができ、バラツキのない安定した処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】回し溶接部を有する溶接継手の例を示す図である。
【図２】回し溶接部を有する溶接継手についてピーニング処理を行う様子を示す図である。
【図３】本発明のピーニング処理に用いるピーニングツールを示す図である。
【図４】本発明のピーニング処理方法を説明する図である。
【図５】本発明の打撃処理装置の全体の構成を示す図である。
【図６】本発明の打撃処理装置の一例を示す図である。
【図７】図６に示した打撃処理装置を用いてピーニング処理を行う様子を示す図である。
【図８】実施例１における打撃処理装置の評価結果を示す図である。
【図９】実施例１における打撃処理装置の評価結果を示す図である。
【図１０】本発明の打撃処理装置の他の例を示す図である。
【図１１】溶接部に近接してリブが設けられている溶接継手を示す図である。
【図１２】図１０に示した打撃処理装置を用いてピーニング処理を行う様子を示す図である。
【図１３】本発明で用いる打撃ツールの一例を示す図である。
【図１４】金属板を溶接継手で接合した状態を示す図である。
【図１５】従来のハンマーピーニング加工方法の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、溶接ビードの止端付近の母材金属材料表面に、押しバネの作用で打撃ツールを押し付けながら溶接線の方向に移動させることにより効率的にハンマーピーニング処理または超音波振動子によるピーニング処理（本発明ではハンマーピーニング処理及び超音波振動子によるピーニング処理を総称して「ピーニング処理」という）を施して溶接継手の疲労特性を改善する打撃処理方法及びそのための装置を提供するものである。
【００１７】
本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
本発明は、同一面内で一方の鋼板の端面と他方の鋼板の端面とを対向させて互いを溶接してなる突合せ溶接継手に適用できる他、図１に示されるような母材金属材料８の片面にフィレット７を回し溶接によって取り付けた溶接継手にも適用可能である。すなわち、この溶接継手についてピーニング処理を行なうには図２に示すように打撃ツール１を回し溶接部の溶接線に沿って１８０度回転させる必要があるが、本発明はこのような回し溶接部のピーニング処理にも好適である。
なお、本発明が適用される溶接継手は、上記の溶接継手に限定されるものではなく、溶接ビードが曲がっている場合も含め、一方の部材に他方の部材を溶接した溶接継手に対して本発明を幅広く適用することが可能である。
また、以下の実施形態では被処理材（母材金属材料８）に対する打撃方向が下向きであるが、本発明は被処理材の形態に応じて打撃方向が水平方向や上向きであっても同様に適用できる。
【００１８】
図３は本発明のピーニング処理に用いるピーニングツールの一例を示したものである。
図３（ａ）は先端部に溶接母材よりも硬度が高い平坦な打撃面３が設けられたタガネ状の打撃ツール１を示す図であり、その上端部は図３（ｂ）に示すピーニングツール２に固定可能なように加工されている。
図３（ｂ）は打撃ツール１が取り付けられ、打撃ツール１を上下に往復運動させて母材に打撃を与えるためのピーニングツールを示す図である。
【００１９】
打撃ツール１の先端形状は、いくつかの先端形状を試して、母材の表面に塑性変形を付与し易いものを決定することができ、コンプレッサーの空気圧や打撃を与える工具の性能によって最適な先端形状を決めればよい。ピーニングツールのパワーが大きければ打撃ツールの先端の面積を大きくしても良いが、打撃痕の幅を増やしても溶接ビード側に与える影響には変わりがないので、あまり打撃痕の幅を増やす必要はない。また、エアーハンマーのパワーが小さい場合には先端の面積を大きくすると母材に適正な塑性変形を与えることができない。図３（ａ）には先端が平坦な矩形形状であるものを示したが、先端が平坦な円形形状のものでもよい。
【００２０】
本発明では、図４に示すように、溶接ビード５の溶接金属の表面が母材金属材料８の表面と交わる境界（溶接ビード５の止端部９という。）の母材金属材料８側の近傍に打撃ツール１を押し付けて溶接線方向に打撃ツール１を移動させながら、ピーニング処理を施し、これにより、溶接ビード５の止端部９付近の母材金属材料８の表面に打撃痕６を形成して圧縮残留応力を導入することにより溶接継手の疲労強度を大幅に改善する。
ピーニング処理をするに際しては、図４に示すように、打撃ツールの先端部分が溶接ビードを打撃しないようにして、止端部９に沿って母材金属材料８に打撃を与えて母材を塑性変形させ、塑性変形部分が帯状の打撃痕６となるようにピーニング処理することが好ましい。
【００２１】
図５は本発明のピーニング処理に用いるピーニング装置の一例を示したものであり、図５（ａ）はピーニング処理前の打撃処理装置の状態を示し、図５（ｂ）はピーニング処理時の打撃処理装置の状態を示す。
打撃処理装置１０は、打撃ツール１と、該打撃ツール１を装着したピーニングツール２と、該ピーニングツール２を垂直方向にのみスライド可能に支持するピーニングツール支持部１１と、該ピーニングツール２に設けられた押しバネ１２と、該押しバネ１２を支持する押しバネ支持部１３と、打撃処理装置１０を被処理材に押し付けるためのハンドル部１４と、打撃処理装置１０を移動させるための打撃処理装置基部１５に設けられた移動用部材１７とを備えている。
前記ピーニングツール支持部１１、押しバネ支持部１３及びハンドル部１４は打撃処理装置基部１５に立設したフレーム１６に取り付けるか、該フレーム１６と一体化して設けてもよい。
【００２２】
このような構成とすることにより、ピーニング処理を行なっていない時には、スライド可能な打撃ツール全体が押しバネによって押し下げられ、図５（ａ）に示すように押しバネ１２の作用によって打撃ツールの先端部分が打撃処理装置の各移動用部材によって形成される面から突出した状態となって打撃処理装置の打撃ツールを設けた側の移動用部材が母材金属材料表面から浮いた状態となっている（この状態を以下「状態Ａ」という）となる。また、以下では前記「Δｄ」を「打撃ツール突き出し寸法」という。
ピーニング処理を行なう際には、作業者がハンドル部を持って打撃処理装置全体を押さえて打撃ツールに荷重をかけると、図５（ｂ）に示すように打撃処理装置基部１５に設けた全ての移動用部材１７が母材金属材料表面に接触した状態となる（以下この状態を「状態Ｂ」という）。
この時、打撃ツール１にはおおよそ押しバネ１２のたわみ△ｄに相当する荷重が付加され、この状態Ｂを維持すれば、母材金属材料表面に適切な押し付け荷重と打撃力が加わる。
なお、状態Ａに調整後、打撃処理装置に錘を付加して作業者がハンドル部に加える押さえ力を軽減してもよい。
【００２３】
打撃処理装置が状態Ｂにある時、打撃ツールを振動させない場合には打撃ツールが母材金属材料の表面に引っかかって打撃処理装置を移動することは困難であるが、打撃ルールを振動させると、ハンドル部材の押さえ加減で打撃ツールの移動が可能となる。
このような効果は、押しバネの弾性と打撃ツール突き出し寸法（Δｄ）を適切な値とすることによって、図５に示したように、打撃処理装置を垂直方向に押さえつけないときには押しバネの作用によって打撃ツール先端が前記移動用部材によって形成される面から突出した状態として打撃処理装置の打撃ツールを設けた側の移動用部材が母材金属材料表面から浮いた状態になるようにし、打撃処理操作時にはこの打撃処理装置を垂直方向に押さえつけることによって打撃ツール先端が前記移動用部材によって形成される面と同じ面にあるようにして打撃ツールが母材金属材料表面を押圧する状態となるようにしたことによる効果である。
この効果は顕著であり、後述するように、本発明の打撃処理装置を用いると打撃処理装置は打撃ツールが振動しているときにはスムーズに打撃処理装置を金属材料表面にそって移動することができ、かつ、打撃位置を容易に制御することができる。
上記のように、本発明は、打撃ツールから生じる振動を利用して、打撃処理装置の移動をコントロールし易くするもので、作業員の技量によらないで、正確、安価かつ短時間に打撃処理できる。
【００２４】
図１、２に示される溶接継手においては溶接線が直線である溶接部と溶接線が曲線である溶接部とがあり、また溶接線が直線であっても溶接止端部は微妙にうねっているので、直線部においても打撃ツールの打撃位置の微妙なコントロールが必要であり、回し部の溶接止端部にはうねりに加えて曲率（曲がり）もあるため打撃ツールの打撃位置の調整がより必要である。
打撃処理装置を溶接線方向に微妙な進路・位置調整を行なうためには打撃処理装置基部に移動用部材として３個または４個のローラ、ボールキャスターを設けて打撃処理装置を３点支持または４点支持することで、直線部や回し部での微妙な打撃位置のコントロールが可能になる。
【００２５】
図１３は本発明で用いる打撃ツールの一例を示す図であり、図１３（ａ）は打撃ツールの側面図であり、図１３（ｂ）は打撃ツールの底面図である。
図示した打撃ツール１は打撃ツール１をピーニングツール２のチャック２２に取り付けるための取付部２３と打撃部２４とからなっており、取付部２３の側面部と打撃部２４の側面部と長さＬのラップ長さで重ね合わされて、このラップ部で溶接されている。この打撃ツールの特徴は打撃ツールが、打撃部と打撃ツールをピーニングツールに取り付ける取付部とからなり、取付部の中心から打撃部の中心をオフセットし、ピーニングツール２の中心から打撃ツール１の中心をオフセットした点にある。図２に示すような溶接継手において、通常の打撃ツール（オフセットしていない打撃ツール）を用いると回し溶接部の施工時にピーニングツール２がフィレット７にあたるような場合に、図１３に示した構造の打撃ツールを用いることによりピーニングツール２がフィレット７にあたることなく、効果的に打撃を与えることができる。
【実施例】
【００２６】
以下に、本発明の実施例を示す。これらの実施例は例示であって、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
以下の実施例では図１に示されるような基板の片面にフィレットを回し溶接によって取り付けた溶接継手にハンマーピーニング処理によって本発明を適用した例について説明するが、超音波振動子によるピーニング処理によっても同様に処理できることは勿論である。
【００２７】
［実施例１］
本実施例では図６に示す打撃処理装置を用いた。図６は打撃処理装置を上から見た図（平面図）である。この打撃処理ツールは打撃処理装置基部１５に移動用部材１７としてピーニングツール側に２個のローラ７−１を、ローラ７−１が転動して打撃処理ツール１０がハンドル１４の長手方向に移動可能なように設けられており、その反対側には、ボールキャスター１７−２が設けられている。
また、溶接継手としては図７（ａ）に示すものを用いた。図７（ａ）は正面図である。この溶接継手は母材金属材料８にフィレット７を溶接したものであり、溶接ビード５が形成されている。
【００２８】
図７（ｂ）はピーニング処理時において打撃処理装置１０が回し溶接部の溶接線に沿って移動する様子を示した平面図である。
直線部では図７（ｂ）に示すようにローラを回転させてハンドル部の長手方向に打撃処理装置を移動させる。
回し溶接部１９では打撃処理装置を方向転換（回転）させるのではなく、７図（ｂ）の上下方向に平行移動させてピーニング処理を行った。回し溶接部においては打撃装置の構造上、溶接線の上部と下部とを連続して打撃することができないため、溶接線の上部と中間部との間及び下部と中間部との間をそれぞれ打撃処理し、上部の打撃痕と下部の打撃痕をラップさせることにより回し溶接部の止端部近傍の全体を打撃処理した。
具体的には、図５に示す打撃ツール突き出し寸法（Δｄ）の値を表１に示すように変化させてピーニング処理を行った。その結果を表１に示す。
また、突き出し寸法と片道ピーニング処理時に母材金属材料に形成される溝の深さとの関係を図８に示す。
更に、ピーニング処理の回数（往復回数）と母材金属材料に形成される溝の深さとの関係を図９に示す。
【００２９】
【表１】
【００３０】
表１に示すように、打撃ツールの突き出し寸法（Δｄ）が大きくなると平行移動性及び定速移動性は良好となるが処理時間は長くなり、押さえ易さは劣るようになる。
打撃ツール突き出し寸法は作業性と処理時間との兼ね合いで適宜決定する必要があるが、Δｄを２ｍｍとした場合に特に良好な結果が得られた。
また、図８に示すように、溝深さはΔｄが０以上であれば大きさによらずほぼ一定のものとなり、良好な打撃効果が得られた。
更に、図９に示すように、処理回数が１往復と２往復とでは溝深さに特に差はなく、良好な圧縮応力の付加が行われる。
【００３１】
回し溶接部ではローラが回転して移動する方向とは直角の方向に打撃処理装置を移動させることとなり、常識的には移動がスムーズに行かない筈であるが、本発明の打撃処理装置を用い振動を与えると打撃処理装置はスムーズに移動することができ、かつ、打撃位置を容易に制御することができた。
なお、移動用部材１７の全てをボールキャスターとした場合には方向が定まらないため、打撃位置を正確にコントロールすることが難しくなった。
【００３２】
［実施例２］
本実施例では図１０に示す打撃処理装置を用いた。図１０は打撃処理装置を上から見た図（平面図）である。
この打撃処理装置の基部は二つの打撃処理装置基部１５ａ、１５ｂからなっており、この二つの打撃処理装置基部１５ａ、１５ｂにまたがるフレームによってピーニングツール支持部（図示せず）、押しバネ支持部１３及びハンドル部１４が支持されている。
打撃処理装置基部１５ａ及び打撃処理装置基部１５ｂのピーニングツール側には移動用部材１７としてローラ１７ａが、また、反対側にはローラ１７ｂが、打撃処理ツール１０をハンドル１４の長手方向に移動可能にするように設けられている。
なお、本実施例ではローラを４つ設けて打撃処理装置を４点で支持するようにしたが、打撃処理装置の姿勢を保持することができるのであれば、ローラを３つ設けて打撃処理装置を３点で支持することもできる。
【００３３】
溶接継手としては図１１に示すものを用いた。図中の数値の単位はｍｍである。
図１１（ａ）は溶接継手の側面図であり、図１１（ｂ）は溶接継手の平面図である。この溶接継手は母材金属材料８にフィレット７を溶接したものであり、溶接ビード５が形成されている。また、回し溶接部１９に近接してリブ１８が設けられている。
ピーニング処理は、打撃ツール１が溶接止端部９を打撃すると溶接止端部９にノッチが混入して疲労強度が低下する可能性があり、逆に打撃痕６と溶接支端部９との距離が３ｍｍを超えると疲労強度向上の効果が得られなくなるので、溶接支端部９を打撃しないように打撃痕６と溶接止端部９との距離を０〜３ｍｍとした。
【００３４】
図１２（ａ）は図１１（ａ）と同様に溶接継手の側面図であり、図１２（ｂ）はピーニング処理時において打撃処理装置１０が溶接線に沿って移動する様子を示した平面図である。
直線部では図１２（ｂ）に示すように打撃処理装置を打撃処理装置基部１５ａと打撃処理装置基部１５ｂの間にフィレット７が位置するように配置し、ローラを回転させてハンドル部の長手方向に沿って打撃処理装置を移動させて打撃ツールによって止端部近傍を打撃する。
打撃処理装置１０はフィレット７を跨ぐ構造となっているので、リブ１８のような障害物があっても回し溶接部１９では打撃処理装置を１２図（ｂ）の上下方向に平行移動させることにより、回し部の溶接線を連続して打撃することができる。
この構造の打撃処理装置ではローラとして、ピーニングツール側の２箇所にウレタンモールドのローラを用い、反対側の２箇所に金属製のローラを用いることによってコントロールを容易に行うことができた。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明のピーニング処理方法は、簡便な工具を手動で用いて溶接継手の疲労強度を大幅に改善することができるため、繰り返し荷重を受ける橋梁、船舶、海洋構造物等の大型鋼構造物や自動車、建設機械等の機械製品の疲労強度の改善及び補修・延命化に好適である。
【符号の説明】
【００３６】
１ 打撃ツール
２ ピーニングツール（打撃工具）
３ 打撃ツール先端部
４ 圧搾空気
５ 溶接ビード（溶接継手）
６ 打撃痕
７ フィレット
８ 母材金属材料
９ 溶接止端部
１０ 打撃処理装置
１１ ピーニングツール支持部１１
１２ 押しバネ
１３ 押しバネ支持部１３
１４ ハンドル部
１５、１５ａ、１５ｂ 打撃処理装置基部
１６ フレーム
１７ 移動用部材
１８ リブ
１９ 回し溶接部
２０ 支持押圧機構部
２１ 溶接止端位置検知部
２２ ピーニングツールのチャック
２３ 打撃ツールの取付部
２４ 打撃ツールの打撃部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繰り返し荷重を受ける橋梁、船舶、海洋構造物等の大型鋼構造物や自動車、建設機械等の機械製品における溶接継手部の疲労性能を改善する方法及び鋼構造物、機械製品の補修・延命化する方法及びこれに用いる装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
橋梁や船舶、海洋構造物などの鋼構造物、自動車などは多くの鋼部材を溶接によって接合することによって構成されているが、近年、鋼構造物や機械部品に加わる応力または熱が繰り返し作用することに起因する金属疲労による破損事故が多数発生している。
これは、橋梁などの鋼構造物の設計においては、大型化とそれに伴う軽量化の目的から使用鋼材の高強度化が進められているが、鋼材本体についてはその疲労強度は引張強さの増加と共に上昇するのに対して、溶接継手部においては鋼材の引張強さが増加しても疲労強度が向上しないため、この溶接継手部で金属疲労が起こることが原因である。
このため、大型溶接構造物が繰り返し荷重を受ける場合には、溶接部の疲労強度に対する安全性を充分に考慮する必要がある。
【０００３】
溶接部の疲労強度は、溶接継手部の形状、残留応力、溶接欠陥などの影響を受ける。
図１４は重ね合わされた母材金属材料８同士を隅肉溶接して溶接ビード（溶接継手）５を形成した状態を示す図である。母材金属材料８と溶接ビード５との境界部には溶接止端部９が形成される。この溶接止端部９近傍は、溶接時に急激な凝固が起こるために引張残留応力が存在し易い箇所であり、また、金属部材に外力が負荷された際に応力集中が起こり易い箇所でもある。この溶接継手部に繰り返し荷重が作用すると微小な溶接欠陥であっても、それが亀裂や割れにつながる可能性があり、この亀裂や割れは構造物全体の信頼性に重大な影響を及ぼすことになる。
このため、溶接継手部の疲労特性を向上させるために、溶接継手部における引張残留応力を低減するための方法や、応力集中を緩和するための方法として種々の方法が提案されている。
【０００４】
溶接部における引張残留応力を低減する方法としては、溶接後に母材よりも高い引張強度を有する溶接材で化粧溶接を行う方法（特許文献１参照）、溶接後に塑性変形を与える方法（特許文献２参照）、溶接止端部をハンマー打撃装置でハンマー打撃処理（ハンマーピーニング）する方法（特許文献３）、レーザーピーニングを行う方法（特許文献４）、超音波振動子の打撃によってピーニングを行う方法（特許文献５）、溶接が完了する室温もしくはその付近でマルテンサイト変態膨張が終了する溶接材料を用いてアーク溶接を行い、溶接金属の変態膨張を利用する方法（特許文献６参照）などがある。
【０００５】
また、溶接部の応力集中を緩和する方法としては、溶接ビードを研削する手法（特許文献７参照）、溶接金属の成分調整により溶接止端部半径と接触角度を大きくして応力集中を緩和する手法（特許文献８参照）が提案されている。
【０００６】
溶接後に溶接部の引張残留応力を低減する方法のうち、ピーニングによる方法は操作が簡単であるためコスト的に有力な方法であるが、レーザーピーニングは装置が大きくなるためハンドリング性に劣るという問題がある。
【０００７】
これに対し、ハンマーピーニングや超音波振動子によるピーニングは他のピーニング装置に比べるとハンドリング性が良好であり、コスト的にも好ましい方法である。
従来の手動によるピーニング処理では作業員の手が直接に振動を受けるという問題があり、また、衝撃反力により施工安定性が悪いという問題や、作業員によって打撃の位置や角度、打撃の際の押圧力、打撃の時間、打撃の効果にバラツキが生じ、このため施工部に均等に圧縮応力を付加することができず圧縮応力にばらつきが生じ、結果として溶接の疲労耐久性にバラツキが生じるという問題がある。更に、打撃位置や角度がふらつくと「折れ込み（打撃して盛り上がった周辺部を打撃することで盛り上がり部が入れ込んでしまう）」が生じ品質が落ちるという問題がある。
【０００８】
また、特許文献９には溶接止端部近傍に連続的にハンマーピーニング処理する方法を行なうための自動化装置が記載されている。
図１５（ａ）〜（ｃ）は特許文献９に記載されているハンマーピーニング加工の方法および装置を示す図である。
図１５（ｂ）に示される打撃処理装置１０において、支持押圧機構部２０は、打撃ツール１の先端部を母材金属８の表面に適正な荷重で押し当てながら、打撃振動により狙った処理位置から打撃ツール１がずれないようにピーニングツール２を支持している。この打撃処理装置１０では、溶接止端位置検知部２１により検知された溶接ビード５の止端部の位置に基づいて、溶接ビード５の止端部９から措定の距離離れた母材金属材料８の表面に打撃ツール１を押し付けながら、移動機構部が溶接継手をスライド駆動することによって、溶接継手に対して打撃ツール１を溶接線方向に相対移動させ、これにより、打撃ツール１は溶接止端部を斜めから叩くことがなく連続的にハンマーピーニング処理を行うことが可能となっている。
【０００９】
しかしながら、この装置では図１５（ｃ）に示すようなフィレット７を有するが回し溶接部を有しない直線的な溶接継手には効果的であるが、回し溶接部を有するような溶接継手においては、複雑な回し溶接部止端形状を正確に倣い定速度でピーニング処理を行うことが難しい。また、この自動化装置自体は大型で可搬性がなく、高価であり、施工までの準備時間が長くなり作業効率も悪いという問題がある。また、打撃ツールを母材に押圧した状態で施工するため、打撃ツールが母材金属材料に引っかかって移動が困難で施工できないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭５２−９８６４２号公報
【特許文献２】特開平５−２５３６７４号公報
【特許文献３】特開平４−２１７１７号公報
【特許文献４】特開平７−２４６４８３号公報
【特許文献５】特開２００４−１３０３１３号
【特許文献６】特開２０００−８４６７０号公報
【特許文献７】特開昭６１−１８６６１１号公報
【特許文献８】特開平４−３６１８７６号公報
【特許文献９】特開２０１０−２９８９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、溶接後の溶接構造物に対して簡便な工具を用いてハンマーピーニング処理または超音波振動子によるピーニング処理により圧縮残留応力を導入して溶接継手の疲労強度を大幅に改善することができる溶接構造物のピーニング処理方法及びその装置を提供することを目的とする。
また、本発明は建設後の溶接構造物に補修工事として簡便な工具を用いてピーニング処理を施すことにより構造物を延命化することができる溶接構造物のピーニング処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、タガネ等の打撃ツールをピーニングツール（打撃工具）に装着し、このピーニングツールを打撃処理装置本体に垂直方向にのみスライド可能なように支持すると共に、ピーニングツール全体をバネによって押し下げ、打撃処理装置全体を垂直方向に押さえ付けて打撃ツールに荷重をかけながら溶接ビードの止端付近の母材金属材料表面を打撃ツールによって打撃することにより前記の課題を克服することができるとの知見を得て、本発明を完成した。
すなわち、本発明は以下に記載する通りのピーニング処理方法及び装置に係るものである。
【００１３】
（１）溶接ビードの止端部付近の母材金属材料表面に、打撃ツールを押し付けながら溶接線方向に移動させてピーニング処理を施して溶接継手の疲労特性を改善する打撃処理方法であって、
前記打撃ツールは打撃処理装置本体に垂直方向にのみスライド可能に取り付けられたピーニングツールに装着されており、該ピーニングツールは押しバネを介して打撃処理装置本体に取り付けられており、打撃処理装置基部は打撃処理装置を移動させるための移動用部材を備えており、前記打撃処理装置は打撃処理装置を垂直方向に押さえつけないときには押しバネの作用によって打撃ツールの先端部分が前記移動用部材によって形成される面から突出した状態となって打撃処理装置の打撃ツールを設けた側の移動用部材が母材金属材料表面から浮いた状態にあり、打撃処理操作時には作業者がこの打撃処理装置を垂直方向に押さえつけることによって打撃ツール先端が前記移動用部材によって形成される面と同じ面にあるようにして、前記押しバネの作用によって打撃ツールが母材金属材料表面を押圧する状態として、この打撃ツールが溶接ビードの止端部付近の母材金属材料表面を打撃するように打撃処理装置を前記溶接線方向に移動させることを特徴とする溶接継手の疲労特性を改善する打撃処理方法。
（２）溶接ビードの止端付近の母材金属材料表面に、打撃ツールを押し付けながら溶接線方向に移動させてピーニング処理を施す、溶接継手の疲労特性を改善するための打撃処理装置であって、
該打撃処理装置は、
打撃ツールを装着したピーニングツールと、
打撃処理装置基部と、
該打撃処理装置基部に立設されているフレーム部と、
前記打撃装置基部に設けられた打撃処理装置を移動させるための移動用部材と、
を含んでおり、
前記フレーム部には、
前記ピーニングツールを垂直方向にのみスライド可能に支持するピーニングツール支持部と、
前記ピーニングツールに設けられた押しバネを支持する押しバネ支持部と、
打撃処理装置を母材金属材料に押し付けるためのハンドル部と
が設けられており、
前記押しバネは、打撃処理装置のハンドル部を垂直方向に押さえつけないときには押しバネの作用によって打撃ツールの先端部分が前記移動用部材によって形成される面から突出した状態となって打撃処理装置の打撃ツールを設けた側の移動用部材が母材金属材料表面から浮いた状態とするように作用し、打撃処理操作時に前記ハンドル部を作業者によって垂直方向に押さえつけた場合には、打撃ツール先端を前記移動用部材によって形成される面と同じ面とするように作用するバネである
ことを特徴とする打撃処理装置。
（３）溶接ビードの止端部付近の母材金属材料表面に、打撃ツールを押し付けながら溶接線方向に移動させてピーニング処理を施す、溶接継手の疲労特性を改善するための打撃処理装置であって、
該打撃処理装置は、
打撃ツールを装着したピーニングツールと
溶接線を挟むようにして配置することができるようにそれぞれが離間している二つの打撃処理装置基部と、
前記二つの打撃処理装置基部に跨って設けられたフレーム部と、
前記打撃装置基部に設けられた打撃処理装置を移動させるための移動用部材と、
を含んでおり、
前記フレーム部には、
前記ピーニングツールを垂直方向にのみスライド可能に支持するピーニングツール支持部と、
前記ピーニングツールに設けられた押しバネを支持する押しバネ支持部と、
打撃処理装置を母材金属材料に押し付けるためのハンドル部と
が設けられており、
前記押しバネは、打撃処理装置のハンドル部を垂直方向に押さえつけないときには押しバネの作用によって打撃ツールの先端部分が前記移動用部材によって形成される面から突出した状態となって打撃処理装置の打撃ツールを設けた側の移動用部材が母材金属材料表面から浮いた状態とするように作用し、打撃処理操作時に前記ハンドル部を作業者によって垂直方向に押さえつけた場合には、打撃ツール先端を前記移動用部材によって形成される面と同じ面とするように作用するバネである
ことを特徴とする打撃処理装置。
（４）前記移動用部材がローラ及び／又はボールキャスターであることを特徴とする（２）又は（３）に記載の打撃処理装置。
（５）打撃ツールが、打撃部と打撃ツールをピーニングツールに取り付ける取付部とからなり、取付部の中心から打撃部の中心をオフセットしたことを特徴とする（２）〜（４）のいずれかに記載の打撃処理装置。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のピーニング処理方法によれば、打撃処理装置を小型化することができ、作業効率がアップして処理時間を短縮することができ、バラツキのない安定した処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】回し溶接部を有する溶接継手の例を示す図である。
【図２】回し溶接部を有する溶接継手についてピーニング処理を行う様子を示す図である。
【図３】本発明のピーニング処理に用いるピーニングツールを示す図である。
【図４】本発明のピーニング処理方法を説明する図である。
【図５】本発明の打撃処理装置の全体の構成を示す図である。
【図６】本発明の打撃処理装置の一例を示す図である。
【図７】図６に示した打撃処理装置を用いてピーニング処理を行う様子を示す図である。
【図８】実施例１における打撃処理装置の評価結果を示す図である。
【図９】実施例１における打撃処理装置の評価結果を示す図である。
【図１０】本発明の打撃処理装置の他の例を示す図である。
【図１１】溶接部に近接してリブが設けられている溶接継手を示す図である。
【図１２】図１０に示した打撃処理装置を用いてピーニング処理を行う様子を示す図である。
【図１３】本発明で用いる打撃ツールの一例を示す図である。
【図１４】金属板を溶接継手で接合した状態を示す図である。
【図１５】従来のハンマーピーニング加工方法の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、溶接ビードの止端付近の母材金属材料表面に、押しバネの作用で打撃ツールを押し付けながら溶接線の方向に移動させることにより効率的にハンマーピーニング処理または超音波振動子によるピーニング処理（本発明ではハンマーピーニング処理及び超音波振動子によるピーニング処理を総称して「ピーニング処理」という）を施して溶接継手の疲労特性を改善する打撃処理方法及びそのための装置を提供するものである。
【００１７】
本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
本発明は、同一面内で一方の鋼板の端面と他方の鋼板の端面とを対向させて互いを溶接してなる突合せ溶接継手に適用できる他、図１に示されるような母材金属材料８の片面にフィレット７を回し溶接によって取り付けた溶接継手にも適用可能である。すなわち、この溶接継手についてピーニング処理を行なうには図２に示すように打撃ツール１を回し溶接部の溶接線に沿って１８０度回転させる必要があるが、本発明はこのような回し溶接部のピーニング処理にも好適である。
なお、本発明が適用される溶接継手は、上記の溶接継手に限定されるものではなく、溶接ビードが曲がっている場合も含め、一方の部材に他方の部材を溶接した溶接継手に対して本発明を幅広く適用することが可能である。
また、以下の実施形態では被処理材（母材金属材料８）に対する打撃方向が下向きであるが、本発明は被処理材の形態に応じて打撃方向が水平方向や上向きであっても同様に適用できる。
【００１８】
図３は本発明のピーニング処理に用いるピーニングツールの一例を示したものである。
図３（ａ）は先端部に溶接母材よりも硬度が高い平坦な打撃面３が設けられたタガネ状の打撃ツール１を示す図であり、その上端部は図３（ｂ）に示すピーニングツール２に固定可能なように加工されている。
図３（ｂ）は打撃ツール１が取り付けられ、打撃ツール１を上下に往復運動させて母材に打撃を与えるためのピーニングツールを示す図である。
【００１９】
打撃ツール１の先端形状は、いくつかの先端形状を試して、母材の表面に塑性変形を付与し易いものを決定することができ、コンプレッサーの空気圧や打撃を与える工具の性能によって最適な先端形状を決めればよい。ピーニングツールのパワーが大きければ打撃ツールの先端の面積を大きくしても良いが、打撃痕の幅を増やしても溶接ビード側に与える影響には変わりがないので、あまり打撃痕の幅を増やす必要はない。また、エアーハンマーのパワーが小さい場合には先端の面積を大きくすると母材に適正な塑性変形を与えることができない。図３（ａ）には先端が平坦な矩形形状であるものを示したが、先端が平坦な円形形状のものでもよい。
【００２０】
本発明では、図４に示すように、溶接ビード５の溶接金属の表面が母材金属材料８の表面と交わる境界（溶接ビード５の止端部９という。）の母材金属材料８側の近傍に打撃ツール１を押し付けて溶接線方向に打撃ツール１を移動させながら、ピーニング処理を施し、これにより、溶接ビード５の止端部９付近の母材金属材料８の表面に打撃痕６を形成して圧縮残留応力を導入することにより溶接継手の疲労強度を大幅に改善する。
ピーニング処理をするに際しては、図４に示すように、打撃ツールの先端部分が溶接ビードを打撃しないようにして、止端部９に沿って母材金属材料８に打撃を与えて母材を塑性変形させ、塑性変形部分が帯状の打撃痕６となるようにピーニング処理することが好ましい。
【００２１】
図５は本発明のピーニング処理に用いるピーニング装置の一例を示したものであり、図５（ａ）はピーニング処理前の打撃処理装置の状態を示し、図５（ｂ）はピーニング処理時の打撃処理装置の状態を示す。
打撃処理装置１０は、打撃ツール１と、該打撃ツール１を装着したピーニングツール２と、該ピーニングツール２を垂直方向にのみスライド可能に支持するピーニングツール支持部１１と、該ピーニングツール２に設けられた押しバネ１２と、該押しバネ１２を支持する押しバネ支持部１３と、打撃処理装置１０を被処理材に押し付けるためのハンドル部１４と、打撃処理装置１０を移動させるための打撃処理装置基部１５に設けられた移動用部材１７とを備えている。
前記ピーニングツール支持部１１、押しバネ支持部１３及びハンドル部１４は打撃処理装置基部１５に立設したフレーム１６に取り付けるか、該フレーム１６と一体化して設けてもよい。
【００２２】
このような構成とすることにより、ピーニング処理を行なっていない時には、スライド可能な打撃ツール全体が押しバネによって押し下げられ、図５（ａ）に示すように押しバネ１２の作用によって打撃ツールの先端部分が打撃処理装置の各移動用部材によって形成される面から突出した状態となって打撃処理装置の打撃ツールを設けた側の移動用部材が母材金属材料表面から浮いた状態となっている（この状態を以下「状態Ａ」という）となる。また、以下では前記「Δｄ」を「打撃ツール突き出し寸法」という。
ピーニング処理を行なう際には、作業者がハンドル部を持って打撃処理装置全体を押さえて打撃ツールに荷重をかけると、図５（ｂ）に示すように打撃処理装置基部１５に設けた全ての移動用部材１７が母材金属材料表面に接触した状態となる（以下この状態を「状態Ｂ」という）。
この時、打撃ツール１にはおおよそ押しバネ１２のたわみ△ｄに相当する荷重が付加され、この状態Ｂを維持すれば、母材金属材料表面に適切な押し付け荷重と打撃力が加わる。
なお、状態Ａに調整後、打撃処理装置に錘を付加して作業者がハンドル部に加える押さえ力を軽減してもよい。
【００２３】
打撃処理装置が状態Ｂにある時、打撃ツールを振動させない場合には打撃ツールが母材金属材料の表面に引っかかって打撃処理装置を移動することは困難であるが、打撃ルールを振動させると、ハンドル部材の押さえ加減で打撃ツールの移動が可能となる。
このような効果は、押しバネの弾性と打撃ツール突き出し寸法（Δｄ）を適切な値とすることによって、図５に示したように、打撃処理装置を垂直方向に押さえつけないときには押しバネの作用によって打撃ツール先端が前記移動用部材によって形成される面から突出した状態として打撃処理装置の打撃ツールを設けた側の移動用部材が母材金属材料表面から浮いた状態になるようにし、打撃処理操作時にはこの打撃処理装置を垂直方向に押さえつけることによって打撃ツール先端が前記移動用部材によって形成される面と同じ面にあるようにして打撃ツールが母材金属材料表面を押圧する状態となるようにしたことによる効果である。
この効果は顕著であり、後述するように、本発明の打撃処理装置を用いると打撃処理装置は打撃ツールが振動しているときにはスムーズに打撃処理装置を金属材料表面にそって移動することができ、かつ、打撃位置を容易に制御することができる。
上記のように、本発明は、打撃ツールから生じる振動を利用して、打撃処理装置の移動をコントロールし易くするもので、作業員の技量によらないで、正確、安価かつ短時間に打撃処理できる。
【００２４】
図１、２に示される溶接継手においては溶接線が直線である溶接部と溶接線が曲線である溶接部とがあり、また溶接線が直線であっても溶接止端部は微妙にうねっているので、直線部においても打撃ツールの打撃位置の微妙なコントロールが必要であり、回し部の溶接止端部にはうねりに加えて曲率（曲がり）もあるため打撃ツールの打撃位置の調整がより必要である。
打撃処理装置を溶接線方向に微妙な進路・位置調整を行なうためには打撃処理装置基部に移動用部材として３個または４個のローラ、ボールキャスターを設けて打撃処理装置を３点支持または４点支持することで、直線部や回し部での微妙な打撃位置のコントロールが可能になる。
【００２５】
図１３は本発明で用いる打撃ツールの一例を示す図であり、図１３（ａ）は打撃ツールの側面図であり、図１３（ｂ）は打撃ツールの底面図である。
図示した打撃ツール１は打撃ツール１をピーニングツール２のチャック２２に取り付けるための取付部２３と打撃部２４とからなっており、取付部２３の側面部と打撃部２４の側面部と長さＬのラップ長さで重ね合わされて、このラップ部で溶接されている。この打撃ツールの特徴は打撃ツールが、打撃部と打撃ツールをピーニングツールに取り付ける取付部とからなり、取付部の中心から打撃部の中心をオフセットし、ピーニングツール２の中心から打撃ツール１の中心をオフセットした点にある。図２に示すような溶接継手において、通常の打撃ツール（オフセットしていない打撃ツール）を用いると回し溶接部の施工時にピーニングツール２がフィレット７にあたるような場合に、図１３に示した構造の打撃ツールを用いることによりピーニングツール２がフィレット７にあたることなく、効果的に打撃を与えることができる。
【実施例】
【００２６】
以下に、本発明の実施例を示す。これらの実施例は例示であって、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
以下の実施例では図１に示されるような基板の片面にフィレットを回し溶接によって取り付けた溶接継手にハンマーピーニング処理によって本発明を適用した例について説明するが、超音波振動子によるピーニング処理によっても同様に処理できることは勿論である。
【００２７】
［実施例１］
本実施例では図６に示す打撃処理装置を用いた。図６は打撃処理装置を上から見た図（平面図）である。この打撃処理ツールは打撃処理装置基部１５に移動用部材１７としてピーニングツール側に２個のローラ７−１を、ローラ７−１が転動して打撃処理ツール１０がハンドル１４の長手方向に移動可能なように設けられており、その反対側には、ボールキャスター１７−２が設けられている。
また、溶接継手としては図７（ａ）に示すものを用いた。図７（ａ）は正面図である。この溶接継手は母材金属材料８にフィレット７を溶接したものであり、溶接ビード５が形成されている。
【００２８】
図７（ｂ）はピーニング処理時において打撃処理装置１０が回し溶接部の溶接線に沿って移動する様子を示した平面図である。
直線部では図７（ｂ）に示すようにローラを回転させてハンドル部の長手方向に打撃処理装置を移動させる。
回し溶接部１９では打撃処理装置を方向転換（回転）させるのではなく、７図（ｂ）の上下方向に平行移動させてピーニング処理を行った。回し溶接部においては打撃装置の構造上、溶接線の上部と下部とを連続して打撃することができないため、溶接線の上部と中間部との間及び下部と中間部との間をそれぞれ打撃処理し、上部の打撃痕と下部の打撃痕をラップさせることにより回し溶接部の止端部近傍の全体を打撃処理した。
具体的には、図５に示す打撃ツール突き出し寸法（Δｄ）の値を表１に示すように変化させてピーニング処理を行った。その結果を表１に示す。
また、突き出し寸法と片道ピーニング処理時に母材金属材料に形成される溝の深さとの関係を図８に示す。
更に、ピーニング処理の回数（往復回数）と母材金属材料に形成される溝の深さとの関係を図９に示す。
【００２９】
【表１】
【００３０】
表１に示すように、打撃ツールの突き出し寸法（Δｄ）が大きくなると平行移動性及び定速移動性は良好となるが処理時間は長くなり、押さえ易さは劣るようになる。
打撃ツール突き出し寸法は作業性と処理時間との兼ね合いで適宜決定する必要があるが、Δｄを２ｍｍとした場合に特に良好な結果が得られた。
また、図８に示すように、溝深さはΔｄが０以上であれば大きさによらずほぼ一定のものとなり、良好な打撃効果が得られた。
更に、図９に示すように、処理回数が１往復と２往復とでは溝深さに特に差はなく、良好な圧縮応力の付加が行われる。
【００３１】
回し溶接部ではローラが回転して移動する方向とは直角の方向に打撃処理装置を移動させることとなり、常識的には移動がスムーズに行かない筈であるが、本発明の打撃処理装置を用い振動を与えると打撃処理装置はスムーズに移動することができ、かつ、打撃位置を容易に制御することができた。
なお、移動用部材１７の全てをボールキャスターとした場合には方向が定まらないため、打撃位置を正確にコントロールすることが難しくなった。
【００３２】
［実施例２］
本実施例では図１０に示す打撃処理装置を用いた。図１０は打撃処理装置を上から見た図（平面図）である。
この打撃処理装置の基部は二つの打撃処理装置基部１５ａ、１５ｂからなっており、この二つの打撃処理装置基部１５ａ、１５ｂにまたがるフレームによってピーニングツール支持部（図示せず）、押しバネ支持部１３及びハンドル部１４が支持されている。
打撃処理装置基部１５ａ及び打撃処理装置基部１５ｂのピーニングツール側には移動用部材１７としてローラ１７ａが、また、反対側にはローラ１７ｂが、打撃処理ツール１０をハンドル１４の長手方向に移動可能にするように設けられている。
なお、本実施例ではローラを４つ設けて打撃処理装置を４点で支持するようにしたが、打撃処理装置の姿勢を保持することができるのであれば、ローラを３つ設けて打撃処理装置を３点で支持することもできる。
【００３３】
溶接継手としては図１１に示すものを用いた。図中の数値の単位はｍｍである。
図１１（ａ）は溶接継手の側面図であり、図１１（ｂ）は溶接継手の平面図である。この溶接継手は母材金属材料８にフィレット７を溶接したものであり、溶接ビード５が形成されている。また、回し溶接部１９に近接してリブ１８が設けられている。
ピーニング処理は、打撃ツール１が溶接止端部９を打撃すると溶接止端部９にノッチが混入して疲労強度が低下する可能性があり、逆に打撃痕６と溶接支端部９との距離が３ｍｍを超えると疲労強度向上の効果が得られなくなるので、溶接支端部９を打撃しないように打撃痕６と溶接止端部９との距離を０〜３ｍｍとした。
【００３４】
図１２（ａ）は図１１（ａ）と同様に溶接継手の側面図であり、図１２（ｂ）はピーニング処理時において打撃処理装置１０が溶接線に沿って移動する様子を示した平面図である。
直線部では図１２（ｂ）に示すように打撃処理装置を打撃処理装置基部１５ａと打撃処理装置基部１５ｂの間にフィレット７が位置するように配置し、ローラを回転させてハンドル部の長手方向に沿って打撃処理装置を移動させて打撃ツールによって止端部近傍を打撃する。
打撃処理装置１０はフィレット７を跨ぐ構造となっているので、リブ１８のような障害物があっても回し溶接部１９では打撃処理装置を１２図（ｂ）の上下方向に平行移動させることにより、回し部の溶接線を連続して打撃することができる。
この構造の打撃処理装置ではローラとして、ピーニングツール側の２箇所にウレタンモールドのローラを用い、反対側の２箇所に金属製のローラを用いることによってコントロールを容易に行うことができた。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明のピーニング処理方法は、簡便な工具を手動で用いて溶接継手の疲労強度を大幅に改善することができるため、繰り返し荷重を受ける橋梁、船舶、海洋構造物等の大型鋼構造物や自動車、建設機械等の機械製品の疲労強度の改善及び補修・延命化に好適である。
【符号の説明】
【００３６】
１ 打撃ツール
２ ピーニングツール（打撃工具）
３ 打撃ツール先端部
４ 圧搾空気
５ 溶接ビード（溶接継手）
６ 打撃痕
７ フィレット
８ 母材金属材料
９ 溶接止端部
１０ 打撃処理装置
１１ ピーニングツール支持部１１
１２ 押しバネ
１３ 押しバネ支持部１３
１４ ハンドル部
１５、１５ａ、１５ｂ 打撃処理装置基部
１６ フレーム
１７ 移動用部材
１８ リブ
１９ 回し溶接部
２０ 支持押圧機構部
２１ 溶接止端位置検知部
２２ ピーニングツールのチャック
２３ 打撃ツールの取付部
２４ 打撃ツールの打撃部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ビードの止端部付近の母材金属材料表面に、打撃ツールを押し付けながら溶接線方向に移動させてピーニング処理を施して溶接継手の疲労特性を改善する打撃処理方法であって、
前記打撃ツールは打撃処理装置本体に垂直方向にのみスライド可能に取り付けられたピーニングツールに装着されており、該ピーニングツールは押しバネを介して打撃処理装置本体に取り付けられており、打撃処理装置基部は打撃処理装置を移動させるための移動用部材を備えており、前記打撃処理装置は打撃処理装置を垂直方向に押さえつけないときには押しバネの作用によって打撃ツールの先端部分が前記移動用部材によって形成される面から突出した状態となって打撃処理装置の打撃ツールを設けた側の移動用部材が母材金属材料表面から浮いた状態にあり、打撃処理操作時には作業者がこの打撃処理装置を垂直方向に押さえつけることによって打撃ツール先端が前記移動用部材によって形成される面と同じ面にあるようにして、前記押しバネの作用によって打撃ツールが母材金属材料表面を押圧する状態として、この打撃ツールが溶接ビードの止端部付近の母材金属材料表面を打撃するように打撃処理装置を前記溶接線方向に移動させることを特徴とする溶接継手の疲労特性を改善する打撃処理方法。
【請求項２】
溶接ビードの止端付近の母材金属材料表面に、打撃ツールを押し付けながら溶接線方向に移動させてピーニング処理を施す、溶接継手の疲労特性を改善するための打撃処理装置であって、
該打撃処理装置は、
打撃ツールを装着したピーニングツールと、
打撃処理装置基部と、
該打撃処理装置基部に立設されているフレーム部と、
前記打撃装置基部に設けられた打撃処理装置を移動させるための移動用部材と、
を含んでおり、
前記フレーム部には、
前記ピーニングツールを垂直方向にのみスライド可能に支持するピーニングツール支持部と、
前記ピーニングツールに設けられた押しバネを支持する押しバネ支持部と、
打撃処理装置を母材金属材料に押し付けるためのハンドル部と
が設けられており、
前記押しバネは、打撃処理装置のハンドル部を垂直方向に押さえつけないときには押しバネの作用によって打撃ツールの先端部分が前記移動用部材によって形成される面から突出した状態となって打撃処理装置の打撃ツールを設けた側の移動用部材が母材金属材料表面から浮いた状態とするように作用し、打撃処理操作時に前記ハンドル部を作業者によって垂直方向に押さえつけた場合には、打撃ツール先端を前記移動用部材によって形成される面と同じ面とするように作用するバネである
ことを特徴とする打撃処理装置。
【請求項３】
溶接ビードの止端部付近の母材金属材料表面に、打撃ツールを押し付けながら溶接線方向に移動させてピーニング処理を施す、溶接継手の疲労特性を改善するための打撃処理装置であって、
該打撃処理装置は、
打撃ツールを装着したピーニングツールと
溶接線を挟むようにして配置することができるようにそれぞれが離間している二つの打撃処理装置基部と、
前記二つの打撃処理装置基部に跨って設けられたフレーム部と、
前記打撃装置基部に設けられた打撃処理装置を移動させるための移動用部材と、
を含んでおり、
前記フレーム部には、
前記ピーニングツールを垂直方向にのみスライド可能に支持するピーニングツール支持部と、
前記ピーニングツールに設けられた押しバネを支持する押しバネ支持部と、
打撃処理装置を母材金属材料に押し付けるためのハンドル部と
が設けられており、
前記押しバネは、打撃処理装置のハンドル部を垂直方向に押さえつけないときには押しバネの作用によって打撃ツールの先端部分が前記移動用部材によって形成される面から突出した状態となって打撃処理装置の打撃ツールを設けた側の移動用部材が母材金属材料表面から浮いた状態とするように作用し、打撃処理操作時に前記ハンドル部を作業者によって垂直方向に押さえつけた場合には、打撃ツール先端を前記移動用部材によって形成される面と同じ面とするように作用するバネである
ことを特徴とする打撃処理装置。
【請求項４】
前記移動用部材がローラ及び／又はボールキャスターであることを特徴とする請求項２又は３に記載の打撃処理装置。
【請求項５】
打撃ツールが、打撃部と打撃ツールをピーニングツールに取り付ける取付部とからなり、取付部の中心から打撃部の中心をオフセットしたことを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の打撃処理装置。
【請求項１】
溶接ビードの止端部付近の母材金属材料表面に、打撃ツールを押し付けながら溶接線方向に移動させてピーニング処理を施して溶接継手の疲労特性を改善する打撃処理方法であって、
前記打撃ツールは打撃処理装置本体に垂直方向にのみスライド可能に取り付けられたピーニングツールに装着されており、該ピーニングツールは押しバネを介して打撃処理装置本体に取り付けられており、打撃処理装置基部は打撃処理装置を移動させるための移動用部材を備えており、前記打撃処理装置は打撃処理装置を垂直方向に押さえつけないときには押しバネの作用によって打撃ツールの先端部分が前記移動用部材によって形成される面から突出した状態となって打撃処理装置の打撃ツールを設けた側の移動用部材が母材金属材料表面から浮いた状態にあり、打撃処理操作時には作業者がこの打撃処理装置を垂直方向に押さえつけることによって打撃ツール先端が前記移動用部材によって形成される面と同じ面にあるようにして、前記押しバネの作用によって打撃ツールが母材金属材料表面を押圧する状態として、この打撃ツールが溶接ビードの止端部付近の母材金属材料表面を打撃するように打撃処理装置を前記溶接線方向に移動させることを特徴とする溶接継手の疲労特性を改善する打撃処理方法。
【請求項２】
溶接ビードの止端付近の母材金属材料表面に、打撃ツールを押し付けながら溶接線方向に移動させてピーニング処理を施す、溶接継手の疲労特性を改善するための打撃処理装置であって、
該打撃処理装置は、
打撃ツールを装着したピーニングツールと、
打撃処理装置基部と、
該打撃処理装置基部に立設されているフレーム部と、
前記打撃装置基部に設けられた打撃処理装置を移動させるための移動用部材と、
を含んでおり、
前記フレーム部には、
前記ピーニングツールを垂直方向にのみスライド可能に支持するピーニングツール支持部と、
前記ピーニングツールに設けられた押しバネを支持する押しバネ支持部と、
打撃処理装置を母材金属材料に押し付けるためのハンドル部と
が設けられており、
前記押しバネは、打撃処理装置のハンドル部を垂直方向に押さえつけないときには押しバネの作用によって打撃ツールの先端部分が前記移動用部材によって形成される面から突出した状態となって打撃処理装置の打撃ツールを設けた側の移動用部材が母材金属材料表面から浮いた状態とするように作用し、打撃処理操作時に前記ハンドル部を作業者によって垂直方向に押さえつけた場合には、打撃ツール先端を前記移動用部材によって形成される面と同じ面とするように作用するバネである
ことを特徴とする打撃処理装置。
【請求項３】
溶接ビードの止端部付近の母材金属材料表面に、打撃ツールを押し付けながら溶接線方向に移動させてピーニング処理を施す、溶接継手の疲労特性を改善するための打撃処理装置であって、
該打撃処理装置は、
打撃ツールを装着したピーニングツールと
溶接線を挟むようにして配置することができるようにそれぞれが離間している二つの打撃処理装置基部と、
前記二つの打撃処理装置基部に跨って設けられたフレーム部と、
前記打撃装置基部に設けられた打撃処理装置を移動させるための移動用部材と、
を含んでおり、
前記フレーム部には、
前記ピーニングツールを垂直方向にのみスライド可能に支持するピーニングツール支持部と、
前記ピーニングツールに設けられた押しバネを支持する押しバネ支持部と、
打撃処理装置を母材金属材料に押し付けるためのハンドル部と
が設けられており、
前記押しバネは、打撃処理装置のハンドル部を垂直方向に押さえつけないときには押しバネの作用によって打撃ツールの先端部分が前記移動用部材によって形成される面から突出した状態となって打撃処理装置の打撃ツールを設けた側の移動用部材が母材金属材料表面から浮いた状態とするように作用し、打撃処理操作時に前記ハンドル部を作業者によって垂直方向に押さえつけた場合には、打撃ツール先端を前記移動用部材によって形成される面と同じ面とするように作用するバネである
ことを特徴とする打撃処理装置。
【請求項４】
前記移動用部材がローラ及び／又はボールキャスターであることを特徴とする請求項２又は３に記載の打撃処理装置。
【請求項５】
打撃ツールが、打撃部と打撃ツールをピーニングツールに取り付ける取付部とからなり、取付部の中心から打撃部の中心をオフセットしたことを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の打撃処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１３−２２６０４（Ｐ２０１３−２２６０４Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５７８７２（Ｐ２０１１−１５７８７２）
【出願日】平成２３年７月１９日（２０１１．７．１９）
【特許番号】特許第４９５２８５６号（Ｐ４９５２８５６）
【特許公報発行日】平成２４年６月１３日（２０１２．６．１３）
【出願人】（０００００４１２３）ＪＦＥエンジニアリング株式会社 (1,044)
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１９日（２０１１．７．１９）
【特許番号】特許第４９５２８５６号（Ｐ４９５２８５６）
【特許公報発行日】平成２４年６月１３日（２０１２．６．１３）
【出願人】（０００００４１２３）ＪＦＥエンジニアリング株式会社 (1,044)
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