高周波衝撃治療

高周波衝撃処理またはHiFIT 法は、疲労強度を高めるために 溶接遷移部で溶接鋼構造物を処理する方法です。

動的荷重を受ける溶接鋼構造物の耐久性と寿命は、多くの場合、溶接部、特に溶接遷移部によって決まります。遷移部を選択的に処理（研削（研磨切断）、ブラスト、ハンマー処理など）することで、多くの設計の耐久性が大幅に向上します。ハンマー処理法は特に効果的な処理法であることが証明されており、共同プロジェクトREFRESH ^[1]で広範囲に研究・開発されました。HiFIT（高周波衝撃処理（HFMI（高周波機械衝撃）とも呼ばれる））プロセスは、普遍的に適用可能で、ローテク機器のみを必要とし、高い再現性と品質管理の可能性を提供するハンマー処理法です。

HiFITハンマーは、直径Dが3mmのボールがワークピースに載った硬化ピンで作動します。^[2] このピンは、溶接止端部で約180～300Hzの調整可能な強度でハンマーで叩かれます。局所的な機械的変形が処理トラックの形で発生します。溶接止端部は塑性変形します。誘発された圧縮残留応力により、トラックの亀裂と表面での亀裂の伝播が防止されます。

国際溶接技術研究所（IIW）は、2016年10月にガイドライン「HFMI処理に関する推奨事項」^[3]を発行しました。高周波ハンマー（HFMI）の概要が示され、方法の正しい適用と品質保証のための定量測定に関する推奨事項が提示され、ガイドラインは、既知のすべての応力計算概念に基づいて、HFMIで改善された溶接継手の測定の基礎を提供します。

さまざまな研究所や大学で行われた多数の実験で、疲労強度が 80 ～ 100 パーセント増加し、溶接寿命が 5 ～ 15 倍に延びることが実証されました。最も大規模な研究プロジェクトは、2006 年から 2009 年にかけて実施された「REFRESH – 既存および新規の溶接鋼構造の寿命延長 (P702)」です。この研究プロジェクトでは、HiFIT デバイスが開発され、生産準備が整いました。このレポートは、FOSTA (Forschungsvereinigung Stahlanwendung eV) で書籍として入手でき、ISBN  978-3-942541-03-9の番号で注文できます。書籍には、詳細な科学的検証と妥当性確認が含まれています。

HiFIT 工法は、既存の鉄骨構造にも新しい鉄骨構造にも適用できます。

対象を絞った処理には、溶接部分の移行部分の視認性とアクセス性が求められます。既存の構造物は通常、表面仕上げのために移行部分で準備されます。部品には、さびや古い塗装が残っていないことが必要です。必要に応じて、事前にサンドブラスト処理が必要です。

この装置は 6～8 bar の圧縮空気供給で動作します。

HiFIT デバイスは、処理済みの溶接遷移部と、処理中はこの実行部に沿って手動で配置されます。

局所的な変形により、溶接止端は塑性変形して固化します。後処理トラックの深さは 0.2 ～ 0.35 mm である必要があります。溶接止端のアンダーカットは認識できなくなります。

目視検査により、処理された領域が検査されます。処理の深さは、特別なゲージで確認できます。動作圧力のデジタル表示により、ユーザーはプロセス全体を制御できます。

既存の構造物に適用すると、寿命を大幅に延ばすことができます。肉眼で見える亀裂がない場合、HiFIT は非常に適した修復ツールです。既存の構造物を適時に修復すれば、新しく処理した溶接部の寿命に実質的に差はありません。これにより、既存の構造物を予定寿命よりはるかに長く使用できるようになります。HiFIT 法は、たとえば高速道路の橋梁の鋼中空ボックス断面設計で非常に効率的に使用されています。再構築にかかるコストは、従来の方法に比べて低くなります。商用車業界やその他の業界では、既存および新規の構造物の高応力溶接部を HiFIT で処理して、寿命を効果的に延ばしています。

新しい構造物や既存の構造物の場合、処理された溶接部の負荷レベルを上げることができます。構造物を以前と同じ寿命で使用すると、溶接部は 1.6 倍の負荷を伝達できます。これは、たとえばクレーンの場合、より大きな吊り上げ能力という非常に良い効果をもたらします。クレーンの効率はストロークごとに増加します。

開発中に HiFIT プロセスを考慮すると、同じ負荷レベルと同じ寿命で、構造を具体的にスリム化できます。構造の詳細と FEM サポート設計法に関する広範な実験調査により、従来の S235、S355J2 および S460N、S690QL などの微粒子鋼、さらに高強度鋼で高い効率が実証されています。達成可能な材料節約により、ほとんどのアプリケーションで HiFIT アプリケーションがすでに経済的に実行可能になっています。重量の利点などの追加の利点を考慮すると、たとえば車両で達成可能な積載量を増やすことができます。

• 溶接
• 超音波衝撃処理
• ショットピーニング
• オートフレッタージュは、圧力容器内に圧縮残留応力を生成します。

• 書籍「REFRESH – 既存および新規の溶接鋼構造の寿命延長」は、ドイツ・デュッセルドルフの鉄鋼応用研究協会 FOSTA でISBN 978-3-942541-03-9の番号で注文できます。 
• Stahlbau 2009 年 9 月、78 年、ISSN 0038-9145 A6449
• 溶接継手の疲労強度を向上させるための HFMI 処理に関する IIW の推奨事項。著者: Gary B. Marquis、Zuheir Barsoum、https://www.springer.com/de/book/9789811025037
• DASt-Recommendation - 026 高周波衝撃ハンマー処理を使用した疲労応力構造の溶接評価、Stahlbau Verlags- und Service GmbH、https://shop.deutscherstahlbau.de/de/dast-richtlinie-026

• 金属とライトウェイト研究所のウェブサイト: 修士論文: Einsatz von Hochfrequenzhämmerverfahren zur Steigerung der Ermüdungsfestigkeit von geschweißten Stahlkonstruktionen
• シュトゥットガルト大学のウェブサイト: 研究プロジェクト Anwendung hochfrequenter Hämmerverfahren im Stahlwasserbau ^{[永久リンク切れ‍ ]}