損傷蓄積

物理化学的作用メカニズム

各負荷サイクルは、切欠き、介在物、結晶粒界の欠陥に微小な塑性変形を生じさせる。この変形が結晶格子を破壊し、微小亀裂を形成する。亀裂先端には高い応力集中が生じ、次のサイクルごとに亀裂を少しずつ進展させる。熱サイクルは膨張と収縮によって組織にさらに負荷をかける。こうして損傷は継続的に蓄積される。

溶接における冶金学的関連性とリスク

溶接部には、ほとんど常に気孔、スラグ巻き込み、アンダーカットなどの小さな欠陥が含まれる。これらの欠陥は応力集中部として作用し、損傷蓄積を開始させる。さらに、溶接残留応力が予荷重を生み、運転荷重と加算されて損傷を加速する。熱影響部では、粗大粒や脆性マルテンサイトが亀裂進展をさらに助長することがある。これにより、許容繰り返し数が低下し、部材は早期に破壊する。

現場実務と作業指示

溶接止端部の鋭い切欠きやアンダーカットを避ける。止端部を平滑に研削し、応力集中を低減する。母材に適した十分な靭性を持つ溶加材を選定する。高い繰り返し数の場合、残留応力除去のための後熱処理が推奨される。負荷サイクルの回数と大きさを記録し、残寿命を推定する。重要溶接部の亀裂を定期的に検査する。