Evaluation of local deformation behavior accompanying fatigue damage in F82H welded joint specimens by using digital image correlation

デジタル画像相関法を用いたF82H溶接継手試験片の疲労損傷に伴う局所変形評価

中田 隼矢; 谷川 博康

Nakata, Toshiya; Tanigawa, Hiroyasu

溶接接合部では、母材,溶接金属、そして数種類の熱影響部が層状に存在し、各々強度特性も大きく異なり、強度特性が劣化した熱影響部を起点として、早期に破壊に至るケースが多い。しかし、これらの極めて狭い領域の強度特性を定量的に評価することは難しく、接合部の損傷挙動を把握することは容易ではない。そのため、実機構造物に溶接部が含まれる場合は、強度低下を考慮して、一定の安全率を適用して運用される。そこで本研究では、画像解析法の一つであるデジタル画像相関法を用いて、核融合炉用構造材料である低放射化フェライト鋼F82Hの電子ビーム溶接接合材の疲労試験中の各局所領域の変形挙動を評価し、溶接接合材の疲労損傷挙動を評価した。その結果、溶融部と熱影響粗粒域については、変形はわずかしか生じないものの、熱影響細粒域及び焼戻熱影響部については、試験の進行に伴ってひずみが集中し、両者の境界付近で破断が生じた。溶接接合材の破断サイクルは母材の6割程度まで低下していた。これは、相対的に強度の低い熱影響部に負荷が集中することによって、早期のき裂発生を招き、疲労寿命を低下させたものと推察される。

In tensile and fatigue testing, the deformation behavior of local domains of tungsten inert gas (TIG) and electron beam (EB) welded joint specimens of F82H steel was evaluated by using digital image correlation. For the tensile test specimens, tensile strength declined in the TIG welded joint material and ductility declined in both the EB and TIG welded joint materials. Because axial strain increased in the tempered heat-affected zone (HAZ) and led to fracture of the TIG welded joint material, strength was considered to deteriorate. In fatigue testing, the number of cycles to fracture for the welded joint material decreased to less than 40-50% that for the base metal. For both fracture metals, shear strain exhibited the largest value approximately between the fine-grained HAZ and the tempered HAZ, leading to fracture. Cavities and macrocracks formed in the fine-grained HAZ and tempered HAZ in the fracture metal cross section, and geometrical damage possibly resulted in deterioration of fatigue lifetime.