応力振幅

物理化学的作用メカニズム

変動荷重では、応力は常に上限値と下限値の間で変動する。この二つの値の差を応力範囲という。これは荷重変動の強さを表す。材料内では、切欠きや欠陥部に局所的な応力ピークが生じる。このピークは、応力範囲が閾値を超えると、微小亀裂の進展を促進する。

溶接における冶金学的関連性とリスク

溶接継手にはほとんど常に切欠きがある：止端部の切欠き、ルートギャップ、スラグ巻き込みなど。これらの箇所では、外部からの応力範囲が増幅されて作用する。小さな応力範囲でも、多数の負荷サイクル後に亀裂を発生させることがある。高い応力範囲は、多くの場合、目視できる前兆なしに、非常に迅速に疲労破壊を引き起こす。特に危険なのは、引張応力と変動荷重を受ける部材である。

現場実務と行動指針

• 設計により応力範囲を可能な限り低く抑える。急激な断面変化や剛性の急変を避ける。

• 溶接止端部を研削して切欠きをなくす。止端部の切欠きやスパッタを除去する。

• ショットピーニングやハンマーピーニングなどの後処理を用いて、圧縮残留応力を導入する。これらは有効応力範囲を低減する。

• 実際の荷重を確認する。応力範囲を半減すると、寿命を5倍から10倍に延ばすことができる（切欠き等級による）。

• 非破壊検査を用いて、亀裂を早期に発見する。数ミリの亀裂長さになると、補修溶接しか方法がない。