专利名称：焊趾部的多重敲击处理方法
技术领域：
本发明涉及用于提高焊趾部的疲劳特性的敲击(peening)处理方法。
背景技术：
已知焊接接头的疲劳强度几乎不依赖于钢材强度，而是大大地依赖于焊接接头的形状。特别是在结构应力集中大的绕角焊接头、搭接接头等中，焊接接头部与母材相比疲劳特性显著降低。因此，有时焊接接头的形状成为结构物的应力设计上的障碍，不能使高强度钢材的优异特性充分地发挥。因此，在具有循环载荷作用的焊接接头的部件中，对焊趾部进行砂轮机磨削(grinder)处理(砂轮打磨处理)、TIG修整处理或者敲击处理等的加工处理。以往，曾进行了下述工作通过使用具有硬质的尖端(顶端)部的振动端子对焊趾部进行敲击处理而使疲劳寿命提高。在这种现有的敲击处理中，只进行到将振动端子的尖端部形状转印到焊趾部，形成打击沟。因此，在将焊趾部通过敲击处理整形为大的曲率半径的情况下，焊趾部残留折痕的情况较多，存在疲劳特性没有充分地提高这一问题。对于该折痕和采用了锤击处理的疲劳特性提高方法，曾记载于 IIW(International Institute of Welding，国际焊接学会)发行的非专利文献1中。非专利文献2对于超声波敲击处理进行了记载。另外，专利文献1曾记载了 特定锤击处理的条件，使焊接接头的疲劳特性提高的方法。此外，专利文献2曾记载了 在刚进行电弧焊接后，沿着因焊接电弧而受热的焊缝部赋予超声波振动的方法。在非专利文献1、2和专利文献1、2所记载的方法中，存在不能够使焊趾部的疲劳寿命充分地提高的问题。在这些方法中，由于通过敲击处理，向焊趾部导入压缩残余应力，因此可期待使焊趾部的疲劳寿命提高。但是，如专利文献3所述那样，敲击处理后的焊趾部在后述的焊瘤缺陷和/或折痕残存的情况下，这些缺陷变为疲劳破坏的起点，不能够使疲劳寿命充分地提高。加工焊趾部的方法除了敲击处理以外，还有砂轮机磨削处理。但是，在砂轮机磨削处理中，即使通过增大焊趾部的曲率半径能够缓和应力集中，也不能够向焊趾部导入压缩残余应力。因此，在对焊趾部导入了焊接时的拉伸残余应力的原样状态下，焊趾部的疲劳寿命的提高不充分。因此，为了避免在敲击处理中产生的焊瘤缺陷和折痕，并且将焊趾部的曲率半径整形为较大，也可考虑在砂轮机磨削处理之后进行敲击处理。但是，为了进行砂轮机磨削处理，需要对焊趾部进行堆焊。另外，砂轮机磨削处理是非常花费功夫的操作。此外，由于使用砂轮机磨削处理和敲击处理的两个装置，因此是不高效的。
在专利文献3中，通过将敲击处理中使用的振动端子的尖端部曲率半径设为 2. Omm以下，来防止焊瘤缺陷，但对于通过使用了尖端形状不同的销的敲击处理，因焊趾线附近的塑性流动而残留折痕(在该专利文献3中，该缺陷也记为焊瘤缺陷)的情况，指出了对疲劳特性不好，对于该折痕的解决方法没有研讨。另外，除了采用敲击处理的向焊趾部的残留压缩应力导入以外，想要尽量增大敲击处理后的焊趾部的曲率半径、减小应力集中这一迫切希望为了焊接结构物的安全利用而根深蒂固，为了最终大于2. 0mm，希望进行多重敲击处理。现有技术文献专利文献1 日本特开平04-021717号公报专利文献2 美国专利第6171415号说明书专利文献3 日本特开2007-283；355公报非专利文献 1 :IIff Commission XIII，IIff recommendation Post Weld Improvement of Steel and Aluminum Structures, Revised March 2009, P. 20 27非专利文献2:疲労強度向上向It超音波C 一二方法(用于提高疲劳强度的超声波敲击方法)，焊接学会志第77卷Q008)第3号、P. 210 21
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术的问题，提供一种焊趾部的敲击处理方法，该方法使用振动端子打击焊趾部，其中，向焊趾部导入压缩残余应力，并且效率良好地将曲率半径大的焊趾部整形，能够使焊趾部的疲劳特性稳定地提高。本发明者们准备尖端部曲率半径不同的2种以上的振动端子，对于将使用的振动端子的尖端部曲率半径怎样地阶段性地增大、和能否效率良好地在焊趾部不残留缺陷而整形大的曲率半径的焊趾部进行了专心研讨。其结果，本发明者们提出了下述见解需要在第1次的敲击处理中，使用尖端部曲率半径为1 3mm的振动端子，除去焊趾线和因第1次的敲击处理而在焊趾线附近产生的焊瘤缺陷后，进行第2次及其以后的敲击处理。另外，本发明者们提出了下述见解在第2次及其以后的敲击处理中，进行到将折痕通过第(i+Ι)次的敲击处理除去，上述折痕是在第i次的敲击处理中形成的打击沟的两侧产生的边缘部因第(i+Ι)次的敲击处理而被折入从而产生的，由此可以使焊趾部的疲劳寿命显著地提高。此外，本发明者们提出了下述见解在将第i次、第(i+Ι)次的敲击处理中使用的振动端子的尖端部曲率半径分别设为氏、氏+1时，Ri+1/Ri为2以下时可以显著地缩短直到除去上述的折痕的时间。本发明是基于上述的见解完成的发明，其要旨如下。(1) 一种多重敲击处理方法，是反复进行多次的敲击处理的焊趾部的多重敲击处理方法，上述敲击处理是使用具有规定的尖端部曲率半径的振动端子沿着焊趾线对焊趾部进行打击处理的处理，该多重敲击处理方法的特征在于，在第i次中使用的振动端子的尖端部曲率半径氏和在第(i + Ι)次中使用的振动端子的尖端部曲率半径1 满足下述(A)式，
第1次的敲击处理使用尖端部曲率半径R1为1 3mm的振动端子，进行到在焊趾部形成曲率半径为R1的打击沟，并且除去上述焊趾线和因上述第1次的敲击处理而在上述曲率半径为R1的打击沟之中产生的焊瘤缺陷，第2次及其以后的敲击处理使用上述尖端部曲率半径氏的振动端子，进行到在焊趾部形成曲率半径为氏的打击沟，并且将折痕用上述尖端部曲率半径的振动端子除去， 上述折痕是在该曲率半径氏的打击沟的两侧产生的边缘部因第(i+1)次的敲击处理而被折入从而产生的，最后一次的敲击处理使用上述尖端部曲率半径为4. Omm以上的振动端子进行，Ri < Ri+1 ^ 2 ... (A)其中，i为自然数。(2)根据上述(1)所述的焊趾部的多重敲击方法，其特征在于，上述尖端部曲率半径R1为1 2_。根据本发明，在焊趾部不残留阻碍疲劳寿命提高的缺陷地向焊趾部导入压缩残余应力，并且，短时间地将焊趾部整形为大的曲率半径，由此可以使焊趾部的疲劳寿命稳定地提尚。而且，根据本发明，可以提供通过使具有焊接接头的部件的焊趾部的疲劳寿命提高，从而不从焊接接头发生疲劳破坏的发挥了母材的材料特性的部件。
图1是表示本发明的多重敲击处理方法的步骤的图。图2是表示由敲击处理引起的焊趾部的截面形状的变化的图。图3是说明在第1次的敲击处理中，由振动端子的直径不同引起的在焊趾部产生的缺陷等的不同的图。图4是说明除去两条折痕的机理的图。图5是表示在本发明中使用的振动端子的与沿着焊趾线的方向垂直的方向的截面形状的图。图6是利用(氏+1/%)和(Ti+1/Ti)整理了振动端子的尖端部曲率半径氏及与直到除去折痕的时间Ti及Tw的关系的图。图7是表示振动端子的尖端部曲率半径氏及之比(氏+1/%)与进行了多重敲击处理的焊趾部的疲劳寿命的关系的图。
具体实施例方式一边参照附图一边说明本发明。图1是表示本发明的多重敲击处理方法的步骤的图。第1次的敲击处理如图1(a) (c)所示，使用尖端部曲率半径札为1 3mm的振动端子1打击焊趾部，形成打击沟4。将尖端部曲率半径队设为Imm以上是因为队低于Imm时不能够确保能够耐受打击的振动端子的强度。另外是因为，如果R1低于1mm，则所形成的打击沟4的曲率半径接近一般的焊趾部的曲率半径，那样不变的话，焊趾部的疲劳寿命不会提高。因此，如后述那样，在本发明中，阶段性地增大振动端子的尖端部曲率半径再进行敲击处理直到焊趾部成为所希望的曲率半径。此时，原因是如果队为Imm以下，则直到焊趾部成为所希望的曲率半径的阶段数变多，处理效率降低。另外，原因是也需要准备多个种类的振动端子的缘故。另一方面，将尖端部曲率半径队设为3mm以下是以下的原因。如果队超过3mm， 则由第1次的敲击处理引起的焊趾线附近的塑性流动范围变宽。因此，在焊趾部，母材(钢材)和焊缝金属构成的角度大的情况下，有时因焊趾线附近的塑性流动，如图3(a)所示，在打击沟4形成深的沟。如果对该深的沟继续敲击处理，则有时如图3(b)所示，形成因塑性流动从而深的沟闭合后形成的缺陷也就是焊瘤缺陷。如果R1超过3mm，则以这样的机理形成的焊瘤缺陷的产生频率变得非常高。原因是如果产生一次，则即使进行长时间的敲击处理也不能够除去。与此相对，在队为1 3mm的情况下，由第1次的敲击处理产生的焊趾线的塑性流动范围窄，因此即使产生焊瘤缺陷，也如图3 (c)所示，限制为在打击沟4形成浅的焊瘤缺陷。并且，通过继续实施敲击处理，如图3(d)所示，能够除去该浅的焊瘤缺陷。也就是说， 通过敲击处理，可以使焊瘤缺陷切实地消失。因此，第1次的敲击处理需要进行到焊趾线和焊瘤缺陷被除去。在此，由于焊趾部的曲率半径非常小，因此将在母材(钢材)和焊缝金属之间见到的线状的花纹称为焊趾线。 如果沿着该焊趾线进行敲击处理，则焊趾部的曲率半径成为和振动端子尖端部的曲率半径同样的大小的曲率半径，因此，母材(钢材)和焊缝金属之间的线状的花样变得看不见。也就是说，通过敲击处理，可以除去焊趾线。原因是在第2次及其以后的敲击处理中，不能够除去焊趾线和焊瘤缺陷。这是由以下情况所致由于在第2次及其以后的敲击处理中使用的振动端子的尖端部曲率半径比在第1次的敲击处理中使用的打击沟4的尖端部曲率半径R1大，因此振动端子的尖端部难以到达焊趾线和焊瘤缺陷。S卩，第1次的敲击处理相当于除去焊趾线和焊瘤缺陷两者的基底处理。再者，焊趾线和焊瘤缺陷的除去可通过目视检查进行确认。另外，如果将队设为1 2mm的范围，则焊瘤缺陷变得非常浅。因此，在形成了打击沟4的阶段，该焊瘤缺陷成为不对焊趾部的疲劳寿命给予影响的程度的浅的缺陷，可以容易地除去焊瘤缺陷。也就是说，原因是如果将R1设为1 2mm的范围，则可以缩短第1次的敲击处理的时间。因而，优选队设为1 2mm的范围。队的上限优选为1. 8mm，更优选为1. 5mm。接着，对于第2次及其以后的敲击处理进行说明。第2次及其以后的敲击处理如图1(d) (g)所示，使用直径比在第1次的敲击处理中使用的振动端子1大的振动端子2 进行。第2次及其以后的敲击处理，将通过第1次的敲击处理形成的打击沟4进一步进行敲击处理，形成如图1 (g)所示的打击沟5。并且，一边阶段性地增大振动端子2的尖端部曲率半径，一边依次重复进行在图1(d) (g)中所示的工序，直到打击沟5的曲率半径成为4. Omm以上。
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接着，对于怎样地将振动端子2的尖端部曲率半径阶段性地增大下去进行说明。 将在第i次中使用的振动端子的尖端部曲率半径设为Ri,将在第(i+Ι)次中使用的振动端子的尖端部曲率半径设为氏+1。其中，i为自然数。再者，i = l时，在第1次的敲击处理中使用的振动端子1的尖端部曲率半径设为R1。图2是表示由敲击处理引起的焊趾部的截面形状的变化的图。如图2(a)所示，焊接了的状态的焊趾部的曲率半径P较小。在此，图2(a)的θ是焊趾部角度。第1次的敲击处理如图2(b)所示，使用札为1 3mm的振动端子1形成打击沟 4。如上述那样，第1次的敲击处理进行到焊趾线和焊瘤缺陷被除去。第1次的敲击处理结束了时，在打击沟4的两侧产生了边缘部3。在进行第2次及其以后的敲击处理时，这些边缘部3必定存在。因此，为了压溃这些边缘部3，在进行第2次及其以后的敲击处理的情况下，如图2(c)所示，需要使用具有比打击沟4的曲率半径大的尖端部曲率半径的振动端子2。另外，如上述那样，振动端子2压溃边缘部3 (参照图2 (c))，形成打击沟5 (参照图 2(d))。而且，被压溃的边缘部3折入到打击沟5中，变为两条折痕。这两条折痕在利用振动端子2的敲击处理的初期阶段产生。S卩，进行第2次及其以后的敲击处理时，在第(i+Ι)次中使用的振动端子2的Rw 需要超过在第i次中使用的振动端子的氏。另外，在采用在第i次的敲击处理中使用的氏的振动端子形成的曲率半径氏的打击沟4的两侧，产生两条边缘部3。而且，这两条边缘部3利用在第(i+Ι)次的敲击处理中使用的的振动端子压溃，被压溃的2条边缘部变为两条折痕。这两条折痕是在第(i+Ι)次的敲击处理的初期阶段，两条边缘部3被压溃而产生的缺陷。需要继续进行第(i+Ι)次的敲击处理来除去这两条折痕。也就是说，需要在目视检查中看不到这两条折痕。原因是这样的两条折痕使焊趾部的疲劳寿命显著地降低。图4是说明两条折痕的除去机理的图。如图4(a)所示，在第(i+Ι)次的敲击处理的初期阶段被压溃的边缘部3折入到焊趾部中，沿焊趾线方向成为两条筋，变为两条折痕。这两条折痕通过继续进行第(i+Ι)次的敲击处理，如图4(b)所示，两条筋相互靠近变为一条筋，即变为一条折痕。进而如果继续敲击处理，则这一条折痕将要也看不见而被除去。将除去了包含这一条折痕在内的全部的折痕的时刻作为第(i+Ι)次的敲击处理完成的基准。再者，两条折痕和一条折痕的除去可通过目视检查进行确认。此时，折痕延伸为极薄的膜状，其成为破裂、剥离的状态。在第(i+Ι)次的敲击处理完成了时，在焊趾部形成了曲率半径为I^1的新的打击沟5。而且，在该新的打击沟5的两侧产生了新的两条边缘部3。如果新的打击沟5的曲率半径为4. Omm以上，则新的边缘部3的突出量小到在焊趾部的疲劳寿命降低上不给予影响的程度。另外，在载荷作用于具有焊接接头的部件时，从不使应力集中于焊趾部的观点来看，优选新的打击沟5的曲率半径为4. Omm以上。因此，最后一次的敲击处理需要使用为4. Omm以上的振动端子进行敲击处理， 形成曲率半径为4. Omm以上的打击沟5。最后一次的敲击处理优选为4. 5mm以上，更优选为5. (torn以上。另外，直到最后一次的敲击处理的变更振动端子的次数，即直到Ri+1成为4. Omm以上的变更次数，从经济性的观点来看优选在实用性上设为3次以下。而且，根据结构物来规定焊趾部的曲率半径P，但根据本发明的多重敲击处理，通过将振动端子的尖端部曲率半径阶段性地增大，可以使最终的焊趾部的曲率半径为4. Omm 以上的任意的大小。接着，对于怎样地将振动端子的尖端部曲率半径增大，一边参照图5、图6 —边说明。图5是表示本发明中使用的振动端子的与沿着焊趾线的方向垂直的方向的截面形状的图。图5 (a)表示在第i次中使用的振动端子2的尖端部形状，图5(b)表示在第(i+1) 次中使用的振动端子2的尖端部形状。再者，在第1次中使用的振动端子1的尖端部形状以图5(a)示出的振动端子2的尖端部形状为基准，并且，尖端部曲率半径队设为1 3mm。图6是利用(氏+1/%)和(Ti+1/Ti)整理了振动端子的尖端部曲率半径氏及与直到除去折痕的时间Ti及Tw的关系的图。如从图6明确的那样，RitlZRi之比为2倍以上时，T^1Ai急剧地变大。即，如果使在第(i+ι)次中使用的振动端子的尖端部曲率半径比在第i次中使用的振动端子的尖端部曲率半径氏的2倍还大，则第(i+Ι)次的敲击处理所需要的时间急剧地变长。这是因为如果超过氏的2倍，则在第(i+Ι)次的敲击处理的初期阶段产生的两条折痕成为图4(a)所示的两条筋时，这两条筋变深。原因是通过对该深的两条筋继续实施敲击处理，两条筋相互靠近，如图4(b)所示，成为一条筋，在这一条筋将要也被除去而变得消失之前，需要长时间的敲击处理的缘故。因此，RiJRi需要设为2以下。另外，如上述那样，振动端子需要阶段性地增大下去，因此需要设为氏<氏+1。因而，需要满足下述关系Ri < Ri+1 ^ 2 ... (A)i为自然数。再者，更优选设为氏的1. 2倍以上。原因是可以减少将振动端子的曲率半径增大下去时的阶段数，操作效率良好。接着，对于通过进行满足上述式(A)的敲击处理，焊趾部的疲劳寿命怎样地提高进行说明。图7是表示Ri及Rw之比(RwAi)与焊趾部的疲劳寿命的关系的图。再者，图 7示出的焊趾部的疲劳寿命，是将进行了多重敲击处理的试验体机械加工形成为宽度70mm 的十字试验体，并进行采用轴向力的疲劳试验，将所得的结果归纳为分布图的图。疲劳试验中的应力范围为200MPa，应力比为0. 05。如从图7明确的那样，在氏+1/%超过2的情况下，存在疲劳寿命突发性地短的结果。这是因为在氏+1/%超过2的情况下，有时折痕变深，即使目视看上去被除去，使疲劳寿命变短的有害的折痕也没有剥离而残存的缘故。接着，对于振动端子的尖端部曲率半径以外的形状进行说明(参照图幻。为了提高敲击处理效率，优选将振动端子的肩部曲率半径r” ri+1设为ri ( Ri, ri+1 ( Ri+10进而，为了容易实现该肩部的形状，优选将振动端子的直径屯、di+1设为屯/2彡ri、di+1/2彡ri+1。再者，从振动端子1、2的轴向看到的截面形状可以是圆形，但通过设为椭圆形或长方形，并在沿着焊趾线的方向形成为细长的截面形状，能够提高振动端子1、2的强度。实施例接着，利用实施例进一步说明本发明，在实施例中的条件是为了确认本发明的实施可能性和效果而采用的一个条件例，本发明并不限定于这一个条件例。只要不脱离本发明的要旨而实现本发明的目的，本发明可以采用各种的条件。试验体使用了焊接板厚为12mm的钢板SM490B (JIS G3106)进行制作，形成为十字焊接接头的试验体。焊接使用YFW-C50DR(JIS Z3313 焊丝直径为1.4mm)或者YGW-Il (JIS ^3312:焊丝直径为1.4mm)的焊丝，进行了二氧化碳气体保护半自动焊接(电压为35V、电流为350A、速度为3mm/秒、气体组成为(X)2 100% )0将试验体的制作条件示于表1。表 权利要求
1.一种多重敲击处理方法，是反复进行多次的敲击处理的焊趾部的多重敲击处理方法，所述敲击处理是使用具有规定的尖端部曲率半径的振动端子沿着焊趾线对焊趾部进行打击处理的处理，该多重敲击处理方法的特征在于，在第i次中使用的振动端子的尖端部曲率半径Ri和在第(i+Ι)次中使用的振动端子的尖端部曲率半径1 满足下述(A)式，第1次的敲击处理使用尖端部曲率半径R1为1 3mm的振动端子，进行到在焊趾部形成曲率半径为R1的打击沟，并且除去所述焊趾线和因所述第1次的敲击处理而在所述曲率半径为R1的打击沟之中产生的焊瘤缺陷，第2次及其以后的敲击处理使用所述尖端部曲率半径氏的振动端子，进行到在焊趾部形成曲率半径为氏的打击沟，并且将折痕用所述尖端部曲率半径1 的振动端子除去，所述折痕是在该曲率半径氏的打击沟的两侧产生的边缘部因第(i+Ι)次的敲击处理而被折入从而产生的，最后一次的敲击处理使用所述尖端部曲率半径为4. Omm以上的振动端子进行， Ri < Ri+1 ^ 2 ... (A) 其中，i为自然数。
2.根据权利要求1所述的焊趾部的多重敲击方法，其特征在于，所述尖端部曲率半径 R1 为 1 2mm。
全文摘要
一种多重敲击处理方法，其特征在于，在第i次中使用的振动端子的尖端部曲率半径Ri和在第(i+1)次中使用的振动端子的尖端部曲率半径Ri+1满足Ri＜Ri+1≤2Ri，第1次的敲击处理使用尖端部曲率半径R1为1～3mm的振动端子，进行到除去所述焊趾线和焊瘤缺陷，第2次及其以后的敲击处理进行到将折痕用所述尖端部曲率半径Ri+1的振动端子除去，最后一次的敲击处理使用所述尖端部曲率半径Ri+1为4.0mm以上的振动端子进行。
文档编号B23K31/00GK102470489SQ20108003257
公开日2012年5月23日 申请日期2010年11月4日 优先权日2009年11月7日
发明者岛贯广志 申请人:新日本制铁株式会社