1

上弦材破断部の破面調査解析 平成 16 年 1 月 10 日

㈱日鐵テクノリサーチ

テクニカルサービス事業部

１．はじめに

Ｒ２７上弦材破断部位の破面に関し、錆び除去後の破面マクロ写真撮影と観察、走

査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によるミクロ写真撮影と観察を行いました。その結果につ

いて、報告いたします。

２．調査対象部

破面調査に供されました部材はＲ２７破断部の梁側部位（門型フレーム側の反対側）

で、川側からと入江側からとそれぞれ１体づつ計２体を切り出し採取されたものです。

２体の供試体は形状寸法・変形計測後、破面調査解析に供されました。供試体の外観

写真を１－１～２－２に示します。写真に示されている外観は塗装剥離液による塗装

剥離後のもので、川側採取供試体の上・下フランジを写真１－１に、そのウェブ両面

を写真１－２に、また、入江側採取の供試体の上・下フランジを写真２－１に、その

ウェブ両面を写真２－２に、それぞれ示しました。

３．破面マクロ観察

破面部はすでに発錆しており、観察には錆びの除去が必要でした。そのため、破面

をなるべく、傷めないように、下記の条件で錆び除去を行いました。

／錆除去条件／

①使用除去液 ：硫酸(10%)＋ｲﾝﾋﾋﾞﾀ-液「0.35ml(ﾈｵﾚｽﾁﾝ)／㍑(硫酸)」

②液温 ：約 50℃～60℃

③浸漬時間 ：約 20 分～30 分

④錆除去後洗浄：アセトンによる洗浄後、エチルアルコ－ルにて洗浄

錆除去後の破断面の外観写真を写真３に示します。川側上フランジ部は鈍い光沢の

せん断破面（静的引張試験での延性破壊に見られるカップ＆コーン型破面で破面周辺

部に見られる破面）で、すべて延性破壊と判断されます。一方、下フランジは左側約

半分弱にブローホール溶接欠陥が見られ、右側に平滑な破面部が見られます。この平

滑部は一部、ぶつかったところがありますが、脆性破壊のマクロ的特徴であるシェブ

ロンパターンが見られ、脆性破壊と判断されます。

入江側上フランジは左側から平滑部、ブローホール溶接欠陥部、平滑部、ブローホ

ール溶接欠陥部、平滑部と混在した破面となっております。そして、この平滑部にも

シェブロンパターンが確認され、脆性破壊したと判断されます。一方、下フランジに

は平滑部は見られず、左側からブローホール溶接欠陥部、母材部のせん断破面部、溶

2

接熱影響部付近の繊維状破面（静的引張試験での延性破壊に見られるカップ＆コーン

型破面でカップ中央部に見られる破面）部となっており、延性破壊と判断されます。

４．破面ミクロ観察

破面は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による観察のため、破面部採取を行いました。

まず、破面より約２０ｍｍの位置で帯鋸盤による鋸切断をしました（その切断状況を

附録の写真１に示します）。その後、ＳＥＭの試料テーブルにセットできるように約５

０ｍｍの幅で高速精密切断機による切断を行いました（その切断状況と切断位置を附

録の写真２に示します）。切断後の破面を写真８に示します。上から、川側上弦材上フ

ランジ（Ｒ２７川側（梁）上、記号Ａ）、同下フランジ（Ｒ２７川側（梁）下、記号Ｂ）、

入江側上弦材上フランジ（Ｒ２７入江側（梁）上、記号Ｃ）、同下フランジ（Ｒ２７入

江側（梁）下、記号Ｄ）で、各々、４分割した後、各部の代表的破面部位をＳＥＭ観

察しました（ＳＥＭ観察状況を附録の写真３に示します）。観察部位は写真中に記号の

後に子番１～３を付した部位です。

なお、使用いたしました走査型電子顕微鏡は日本電子(株)製ＪＳＭ－８４０Ａです。

４－１．川側上弦材上フランジ（Ａ）

Ａ－１：写真５－１に示します矢印位置ＡのＳＥＭ観察を倍率×１００、×１００

０、×２０００で観察しました。各倍率でのＳＥＭ像をまとめて写真５－２に示しま

す。高倍率側のＳＥＭ像から、延性破壊のミクロ的特徴であるディンプルが確認でき

ます。なお、破面はすでに発錆しており、そのためか、または破面酸洗浄の影響か不

明でありますが、ディンプルのエッジ部が多少、不明瞭となっております。以下のＳ

ＥＭ像においても、この影響が多少、見られます。

Ａ－２：Ａ－１と同様、写真５－３に示します矢印位置ＡのＳＥＭ観察を行いまし

た。各倍率でのＳＥＭ像をまとめて写真５－４に示します。高倍率側のＳＥＭ像から、

Ａ－１と同様のディンプルが確認できます。

Ａ－３：同様、写真５－５に示します矢印位置ＡのＳＥＭ観察を行いました。各倍

率でのＳＥＭ像をまとめて写真５－６に示します。高倍率側のＳＥＭ像から、Ａ－１、

２と同様のディンプルが確認できます。

４－２．川側上弦材下フランジ（Ｂ）

Ｂ－１：この部位のほとんどにブローホール溶接欠陥が見られ、そのブローホール

部同士の連結部の破面状況を観察しました。観察部位は写真６－１に示します矢印位

置Ａで、結果を写真６－２に示します。高倍率側のＳＥＭ像から、ディンプルが確認

できます。よって、ブローホール同士は延性破壊で連結したと判断されます。

Ｂ－２：この部位は破断面の平滑部であり、写真６－３に示します矢印位置Ａを観

3

察しました。その結果を写真６－４に示します。高倍率側のＳＥＭ像に脆性破壊のミ

クロ的特徴でありますリバーパターンが確認できます。よって、この部位は脆性破壊

したと判断されます。

Ｂ－３：この部位も平滑部であり、同様、写真６－５に示します矢印位置Ａを観察

しました。その結果を写真６－６に示します。高倍率側のＳＥＭ像にリバーパターン

が確認できます。よって、この部位も脆性破壊したと判断されます。

４－３．入江側上弦材上フランジ（Ｃ）

Ｃ－１：この部位は左半分が平滑破断部、右半分がブローホール溶接欠陥部であり、

平滑部は写真７－１の矢印位置Ａを、ブローホール部は連結状況を観察するために矢

印位置ＢをＳＥＭ観察しました。位置Ａの結果を写真７－２に、位置Ｂの結果を写真

７－３に示します。位置Ａには、高倍率側のＳＥＭ像にリバーパターンが確認されま

す。一方、位置Ｂには、ディンプル（破面が傾いているためか、伸長した形態となっ

ております）が確認されます。よって、平滑部は脆性破壊、ブローホールの連結は延

性破壊と判断されます。

Ｃ－２：この部位は両側にブローホール溶接欠陥が、中央部に平滑破断部が見られ

ます。平滑破断部について、写真７－４に示します矢印位置Ａの観察を行いました。

その結果を写真７－５に示します。高倍率側のＳＥＭ像にリバーパターンが確認でき

ます。よって、この部位は脆性破壊したと判断されます。

Ｃ－３：この部位はほとんどが平滑破断部です。同様に写真７－６に示します矢印

位置Ａの観察を行いました。その結果を写真７－７に示します。高倍率側のＳＥＭ像

にリバーパターンが確認できます。よって、この部位も脆性破壊したと判断されます。

４－４．入江側上弦材下フランジ（Ｄ）

Ｄ－１：この部位には中央部上方にブローホール溶接欠陥部、その他は溶接熱影響

部付近の繊維状破面部が見られます。この部位につきましては、写真８－１に矢印で

示します繊維状破面部Ａとブローホール連結部Ｂを観察しました。Ａ部の観察結果を

写真８－２に、Ｂ部の結果を写真８－３に示します。どちらも、高倍率側のＳＥＭ像

にディンプルが確認されます。よって、ブローホール同士の連結は延性破壊、繊維状

破面部破断も延性破壊と判断されます。

Ｄ－２：この部位はすべて溶接熱影響部付近の繊維状破面型破断部です。写真８－

４の矢印位置Ａを観察し、その結果を写真８－５に示します。高倍率側でのＳＥＭ像

に、ディンプルが確認されます。よって、この部位は延性破壊と判断されます。

Ｄ－３：この部位の破断も溶接熱影響部付近の繊維状破面型破断部です。同様に、

写真８－６に示します矢印位置ＡをＳＥＭ観察し、結果を写真１２－７に示します。

高倍率側でのＳＥＭ像に、ディンプルが確認されます。よって、この部位も延性破壊

4

と判断されます。

５．まとめ

以上ＳＥＭ観察より、マクロ的破面観察で推定されていた破壊形態が確認されました。

すなわち、川側上弦材上フランジはすべて延性破壊、下フランジは一部に脆性破壊、入

江側上弦材上フランジは一部に脆性破壊、下フランジはすべて延性破壊であります。な

お、ブローホールは延性破壊で連結されております。

以上

調査担当：テクニカルサービス事業部 事業部長 小林順一

Tel. ０４３９－８０－２６５０

Fax. ０４３９－８０－２７３１

5

／写真リスト／

写真１－１ Ｒ２７ 川側（梁）上・下フランジ外観 写真１－２ Ｒ２７ 川側（梁）ウェブ外観 写真２－１ Ｒ２７ 入江側（梁）上・下フランジ外観 写真２－２ Ｒ２７ 入江側（梁）ウェブ外観 写真３ Ｒ２７ 川側（梁）・入江側（梁）破断面外観 写真４ ＳＥＭ 観察試料採取箇所 写真５－１ Ａ－１ マクロ写真及び低倍率ＳＥＭ像 写真５－２ Ａ－１（Ａ）ＳＥＭ像 写真５－３ Ａ－２ マクロ写真及び低倍率ＳＥＭ像 写真５－４ Ａ－２（Ａ）ＳＥＭ像 写真５－５ Ａ－３ マクロ写真及び低倍率ＳＥＭ像 写真５－６ Ａ－３（Ａ）ＳＥＭ像 写真６－１ Ｂ－１ マクロ写真及び低倍率ＳＥＭ像 写真６－２ Ｂ－１（Ａ）ＳＥＭ像 写真６－３ Ｂ－２ マクロ写真及び低倍率ＳＥＭ像 写真６－４ Ｂ－２（Ａ）ＳＥＭ像 写真６－５ Ｂ－３ マクロ写真及び低倍率ＳＥＭ像 写真６－６ Ｂ－３（Ａ）ＳＥＭ像 写真７－１ Ｃ－１ マクロ写真及び低倍率ＳＥＭ像 写真７－２ Ｃ－１（Ａ）ＳＥＭ像 写真７－３ Ｃ－１（Ｂ）ＳＥＭ像 写真７－４ Ｃ－２ マクロ写真及び低倍率ＳＥＭ像 写真７－５ Ｃ－２（Ａ）ＳＥＭ像 写真７－６ Ｃ－３ マクロ写真及び低倍率ＳＥＭ像

写真７－７ Ｃ－３（Ａ）ＳＥＭ像 写真８－１ Ｄ－１ マクロ写真及び低倍率ＳＥＭ像 写真８－２ Ｄ－１（Ａ）ＳＥＭ像 写真８－３ Ｄ－１（Ｂ）ＳＥＭ像 写真８－４ Ｄ－２ マクロ写真及び低倍率ＳＥＭ像 写真８－５ Ｄ－２（Ａ）ＳＥＭ像 写真８－６ Ｄ－３ マクロ写真及び低倍率ＳＥＭ像 写真８－７ Ｄ－３（Ａ）ＳＥＭ像 附録･写真１ 破断部切断作業・切断箇所及び切断後の部材 附録･写真２ 破断面切断作業及び切断箇所 附録･写真３ 破断面ＳＥＭ観察立ち会い

開業１

取り消し線