応力拡大係数

物理化学的作用メカニズム

亀裂先端では応力が集中する。理論上、応力はそこで無限大になる。応力拡大係数Kはこの応力集中の強さを示す。Kは公称応力、亀裂長さ、形状係数から計算される。単位はMPa·√mである。各材料は臨界値K_ICまで耐える。KがK_ICより小さい場合、亀裂は安定しているか、ゆっくりとしか成長しない。KがK_ICより大きい場合、亀裂は瞬時に破断進展する。

溶接における冶金学的関連性とリスク

溶接部にはしばしば小さな亀裂や初期亀裂が含まれる。さらに、溶接残留応力が高い引張応力を生み出す。両方とも応力拡大係数Kを増加させる。熱影響部ではマルテンサイトが生成することがある。マルテンサイトは破壊靭性K_ICが低い。その場合、小さな亀裂でもKをK_IC以上に押し上げるのに十分である。亀裂は脆性的に、予告なしに進展する。溶接金属中の水素がこの危険を強める。

現場実務と作業指示

清浄な溶接部の準備と適切な溶加材によって亀裂を避ける。指定の予熱温度を守る。これにより冷却が遅くなり、硬いマルテンサイトを防ぐ。適切な溶接順序や応力除去焼鈍によって溶接残留応力を低減する。溶接後に亀裂を発見した場合、その長さを測定し、破壊力学的手法で評価する。Kが許容値を超える場合、亀裂を完全に除去し、再溶接する必要がある。