Prevention of HS-type crack in welding under pulsating loads

Abstract

The steel structures are often repaired and reinforced by welding under the pulsating loads, and hot crack sometimes occurs during the process. Such hot crack can be classified into two types; one is a crack in solid-liquid state (solidification crack) and the other is that in solid state at high temperature (HS (Hot Crack in Mcchanical Solid State)-type crack). This study examined the condition preventing the HS-type crack on the basis of the results of the weld hot cracking test in which hot crack (including solidification crack) was mechanically produced under pulsating load. Based on the derived equation which describes the initiation of the HS-type crack produced in the welding under the pulsating loads, a practical equation to determine the initiation of the HS-type crack was proposed. The validity of this equation was proved in the hot cracking test. Concerning the solidification crack initiation, the main factor was the product of relative root gap open displacement by the external loads and the frequency. The main factor for HS-type crack initiation was the maximum strain rate (the root gap opening rate) by the external loads in a cycle. The procedure to apply the evaluating equations for the prevention of the hot crock produced in the welding under the pulsating loads was shown. As far as this equation is available, the critical strain is not necessary to be obtained from a series of the weld hot cracking test in the whole frequency range.

稼働中の鋼構造の溶接による補修や補強は、パルス負荷の下で行われることが多い。固体-液体状態での亀裂(凝固亀裂)および固体状態での亀裂(HS型亀裂)に分類される高温割れは、高温で起こるがしばしばパルス負荷下の溶接部で発生する。本研究では、パルス負荷下での溶接高温割れ試験結果を用いて、HS型亀裂防止条件を試験した。次いで、高温割れ(凝固亀裂を含む)の防止を力学的に組織的に検討した。パルス負荷下の溶接で形成されるHS型亀裂の発生を記述する式を導き出した。それに基づいて、HS型亀裂の発生を決定する実際式を示した。その中では、溶接前に簡単に測定できる相対ルート間隔開口変位、Δδ、を亀裂開始の尺度として用いる。これを高温割れ試験結果に適用して、本研究で提案した実際式の妥当性を具体的に示した。本研究で用いた溶接金属の高温割れの臨界歪を示した。凝固亀裂開始に関しては、主因はΔδと外部負荷と繰返し数の積であった。HS型亀裂開始の主因は、サイクル中の外部負荷による最大歪速度(ルート間隔開口速度)であった。パルス負荷下での溶接で発生する高温割れを防止するための評価表現の適用手段、つまり凝固亀裂とHS型亀裂を示した。本研究で提案した式を用いる限り、全周波数範囲での一連の溶接高温割れ試験から、臨界歪を得ることは必要でない。