金属疲労の原因は?起こりやすい場所と金属破壊事故の防止策を紹介!

ひらの

高所作業時の事故を「ゼロ」に!
株式会社G-Place 設備資材事業グループの平野です。
弊社では現場での高所事故を防ぐべく、年間のべ50件以上の現場にお邪魔し高所安全対策のご提案をしています。
このコラムでは「安全対策でも重宝される金属」について、金属疲労や金属破壊事故に焦点を当ててまとめています。
金属を安全に使用するため、知識の幅を広げるために、ぜひご参考にしていただければと思います。

あまり聞いたことはないかもしれませんが、【金属疲労】によって金属が突然破壊されるという事故は、実はさまざまな現場で起こっています。

金属は丈夫で安心と思いがちですが、安心していると命取りになるリスクがあります。この記事では金属疲労の原因と起こりやすい場所についてまとめました。

金属疲労によって起こる疲労破壊で事故が起きないようにするための防止策も紹介するので、対策を進めていきましょう。

金属疲労とは

金属疲労とは金属に対して、同じ荷重を繰り返しかけることによって劣化する現象です。

もともとは強い負荷に耐えられる金属製品であっても、弱い力を繰り返しかけられると破壊されてしまうことがあります。この現象を金属疲労と言い、19世紀頃からずっと研究が進められてきています。

金属の破壊事故の原因として多い現象

一般に金属は丈夫で強度があるため、高所作業の安全装置や足場などにもよく用いられています。

しかし、その安心感の影響もあって金属疲労による金属の破壊事故が頻繁に起こっているのをご存知でしょうか。1995年に日本材料学会がまとめた疲労設計便覧では、金属が破断して起きた事故の7割~8割以上は金属疲労が原因だったとしています。

そのため、安全確保のために金属製の装備や道具を使用している場合には、金属疲労についての知識と対策意識が必要です。

金属疲労が起こる原因

金属疲労が起こるのは、金属が小さな力を受けたときにクラックが発生する場合があるからです。

クラックが発生した後に同じ方向に力を受け続けると徐々に割れ目が広がっていきます。たとえそれが弱い力だったとしても、繰り返して力をかけられることで傷が大きくなり、強度が低下してしまいます。

そして、支え切れなくなった時点で疲労破壊が起こるというのが一般的なプロセスです。使用環境によっては物理的に付いた傷が原因で、繰り返し応力による疲労破壊が促進されることもあります。

金属疲労の起こりやすい場所

金属疲労によって破壊が起こりやすいかどうかは、金属製品の形状によって異なります。

特に弱くて疲労破壊が起こりやすい場所を確認しておきましょう。

不連続になっているところ

金属の形状として、不連続になっている場所は金属疲労を起こしやすくなります。

最も単純なのは接続部で、金属の箱の壁と底の接点は不連続です。壁に対して水平な力を込めると壁と底が直角に接している部分に大きな力がかかります。

そのため、他の部分よりも金属疲労が進みやすく、クラックが発生すると瞬く間に折れることもあります。

大きな残留応力があるところ

金属疲労は残留応力があると起こりやすくなります。

残留応力とは装備や道具などを使用していないときでも常にかかっている力です。

コの字の金属台を考えてみるとわかりやすいでしょう。コの字の上の台と側面の間には、特に使用していなくても常に重力によって負荷がかかっています。

このような残留応力があるときに、金属台の上から力をかけたら負荷が大きくなるので通常よりも金属疲労が進みやすくなります。不連続部への負荷は特に大きくなるため、早期に疲労破壊が起こるリスクがあります。

金属疲労破壊による事故の防止策

金属疲労によって疲労破壊が起こると大きな事故になるリスクがあります。

高所作業の安全装置の留め金が壊れたら、安全を確保できなくなって転落する場合もあるでしょう。このような事故の防止策として重要なポイントを押さえておきましょう。

損傷しにくい設計の製品を選ぶ

金属疲労による疲労破壊が起こりやすいかどうかは、製品設計によって大きく異なります。

可能な限り不連続部をなくし、残留応力もかからないように設計されていれば金属疲労が起こりにくくなるからです。

製品の都合上、残留応力がかからざるを得ない場合もありますが、損傷しにくいデザインにすることはできます。安全性を重視して金属疲労の対策を講じている製品を選ぶのが最も大切です。

定期点検をして安全性を確認する

長期的に使用していると金属部は多かれ少なかれ金属疲労を起こします。

特に安全のための設備や備品の場合には、大きな負荷がかかることが多いので疲労破壊のリスクが高いのは確かです。使用前に状態を確認するルールを設けて、安全に使用できるようにしましょう。

さらに定期点検を実施して、リスクがある場合には整備や部品交換、買い替えなどをするのが事故の防止につながります。点検のガイドラインを作成していつも安全な製品を使えるようにしましょう。

まとめ

金属疲労は繰り返して力を加えられることによって微細なクラックが発生し、もともと持っていた強度を失ってしまう現象です。

金属疲労を起こしていると弱い力でも破壊されるリスクがあるため、安全を確保するために定期点検をしていきましょう。

損傷してしまうとどのような金属製品でも金属疲労から疲労破壊が起こる可能性があります。損傷しにくくて安全性の高い製品を選んで、リスクを最小限に抑えるのがおすすめです。

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