CN104271301A

CN104271301A - 焊接构造体

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Publication number: CN104271301A
Application number: CN201380023607.5A
Authority: CN
Inventors: 贞末照辉; 半田恒久; 伊木聪
Original assignee: NKK Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; JFE Engineering Corp
Priority date: 2012-05-10
Filing date: 2013-05-09
Publication date: 2015-01-07
Anticipated expiration: 2033-05-09
Also published as: PH12014501936B1; KR20140126778A; PH12014501936A1; BR112014025358B1; WO2013168429A1; JP5408396B1; JPWO2013168429A1; CN104271301B; KR101504242B1

Abstract

一种具有将均为板厚50mm以上且均具有对焊接头部的接合部件与被接合部件以将接合部件的对焊接头部的焊接部端面对接于被接合部件的对焊接头部的焊接部表面的方式通过角焊接合而成的、焊脚长度或熔敷宽度中的至少一方为16mm以下的角焊接头的焊接构造体，通过使接合部件和/或被接合部件的对焊接头部的焊接金属具有vTrs-W(℃)为-65℃以下、和/或vE_-20-W(J)为140J以上的韧性，且在对接面具有在角焊接头的对焊接头剖面中为接合部件的板厚(t_w)的95％以上的未熔敷部，并使角焊金属的vTrs(℃)和/或vE_-20(J)与被接合部件的板厚(t_f)满足规定的关系，由此在形成大规模破坏前阻止脆性龟裂的传播。

Description

焊接构造体

技术领域

本发明例如涉及大型集装箱船、散装货船等的使用厚钢板进行焊接施工的焊接钢构造物，特别是涉及能够使从焊接接头部产生的脆性龟裂的传播在致使构造物的大规模破坏前即停止的、脆性龟裂传播停止性能优异的焊接构造体。

背景技术

集装箱船/散装货船为了提高装载能力、提高货物吞吐能力效率等，例如与油轮等不同具有在船舱内减少分隔壁、增大船上部的开口部的结构。因此，在集装箱船、散装货船中，尤其需要将船体外板实现高强度化或者厚壁化。

另外，集装箱船近年来趋于大型化，建造出6,000～20,000TEU之类的大型船。此外，TEU(Twenty Feet Equivalent Unit)表示换算成长度20英尺的集装箱的个数，表示集装箱船的装载能力的指标。伴随于这样的船的大型化，船体外板存在使用板厚：50mm以上、屈服强度：390N/mm²级以上的厚钢板的趋势。

作为船体外板的钢板，近年来出于缩短工期的观点，多数情况下例如通过气电弧焊等的大线能量焊接进行对焊。在这样的大线能量焊接中，在焊接热影响部容易产生大幅的韧性降低，成为容易从焊接接头部产生脆性龟裂的1个原因。在船体结构中，一直以来出于安全性的观点，即使在产生脆性破坏的情况下，也需要使脆性龟裂的传播在达到大规模破坏前停止，以防止船体分离。

受这样的思维影响，在非专利文献1中报告关于板厚不足50mm的造船用钢板的焊接部的脆性龟裂传播进展情况的实验的研究结果。

在非专利文献1中，实验调查在焊接部强制产生的脆性龟裂的传播路径、传播进展情况。其中记载有如果确保某种程度的焊接部的破坏韧性，则受焊接残留应力的影响脆性龟裂多会从焊接部向母材侧逸出的结果。但是，另一方面又确认了多例脆性龟裂沿焊接部传播的例子。这意味着并不能断言不存在脆性破坏沿焊接部延展传播的可能性。

然而，基于将与在非专利文献1中应用的焊接同等的焊接应用于板厚不足50mm的钢板而建造的船舶未出现任何问题且出航的较多的过往经历以及韧性良好的钢板母材(造船E级钢等)可充分保持停止脆性龟裂的能力的经验，一直以来在船级基准等中未对造船用钢材焊接部的脆性龟裂传播停止特性有特殊要求。

但是，在近年来的超过6,000TEU的大型集装箱船中，使用的钢板的板厚超出50mm，板厚增大将致使破坏韧性降低。进而，采用线能量更大的大线能量焊接，存在焊接部的破坏韧性进一步降低的趋势。在这样的厚壁的大线能量焊接接头处，从焊接部产生的脆性龟裂无逸出地向母材侧延展，并且存在脆性龟裂在骨材等的钢板母材部也不停止的可能性(例如，非专利文献2)。因此，确保应用板厚50mm以上的厚壁高强度钢板的船体结构的安全性成为大的问题。另外，在非专利文献2中也指出为使产生的脆性龟裂停止传播，需要特别的具有脆性龟裂传播停止特性的厚钢板。

针对这样的问题，例如在专利文献1中记载有如下的焊接构造体，其是板厚为50mm以上的船体外板，并以与对焊部交叉的方式配置骨材，通过角焊来接合该骨材。

在专利文献1所记载的技术中，作为该骨材，使用具有在表层部以及里层部遍布3mm以上的厚度具有0.5～5μm的平均圆相当粒径，并且在与板厚面平行的面中(100)结晶面的X线面强度比为1.5以上的微结构的钢板。通过以具有这样的微结构的钢板作为增强材并实施角焊，即使在对焊部产生脆性龟裂，也能够停止脆性龟裂在作为增强材的骨材中脆性龟裂的传播，能够防止焊接构造体破坏的致命的损伤。

另外，在专利文献2中记载有如下的焊接构造体，其具有将接合部件(以下，也称为腹板)通过角焊而焊接于被接合部件(以下，也称为凸缘)而形成的角焊接头，且在脆性龟裂传播停止特性方面优异。

在专利文献2所记载的焊接构造体中，在角焊接头剖面的腹板的、与凸缘的对接面残留有未熔敷部。并且，以使该未熔敷部的宽度和角焊部的左右的脚长与腹板板厚之和的比X同被接合部件(凸缘)的脆性龟裂传播停止韧性Kca满足特殊的关系式的方式来调整未熔敷部的宽度。由此，即使将被接合部件(凸缘)形成为板厚：50mm以上的厚板材，也能够使在接合部件(腹板)产生的脆性龟裂的传播在角焊部的腹板与凸缘的对接面停止，能够阻止脆性龟裂向被接合部件(凸缘)的传播。

专利文献1：日本特开2004-232052号公报

专利文献2：日本特开2007-326147号公报

非专利文献1：日本造船研究协会第147研究部会：“关于船体用高张力钢板大线能量接头的脆性破坏强度评价的研究”，第87号(1978年2月)，p.35～53，日本造船研究协会

非专利文献2：山口欣弥等：“超大型集装箱船的研发、新高强度极厚钢板的应用”，日本船舶海洋工学会志，第3号(2005)，p.70～76，平成17年11月

然而，在专利文献1所记载的技术中使用的、作为增强材的骨材为了形成具有所需结构的钢板，需要复杂的制造工序。因此，存在生产性降低、不易稳定地确保具有所需的结构的钢板的问题。

另外，在专利文献2所记载的技术是打算通过结构的不连续性和被接合部件(凸缘)的脆性龟裂传播停止特性的组合来阻止在接合部件(腹板)产生的脆性龟裂的传播的技术。

但是，如日本造船研究协会第169委员会报告(“关于船体结构的破坏管理控制设计的研究-报告书-”，(1979)，p.118～136，日本造船研究协会第169委员会)所示，通过实验确认通常情况下，与由被接合部件(凸缘)使在接合部件(腹板)产生的脆性龟裂传播停止相比，由接合部件(腹板)使在角焊接头的被接合部件(凸缘)产生的脆性龟裂传播停止更难。

对此虽然未明确记载理由，但作为1个因素认为是当龟裂传入T接头部时的破坏驱动力(应力放大系数)在传入接合部件(腹板)的情况下，与传入被接合部件(凸缘)的情况相比更大。

由此，为了通过接合部件使在被接合部件(凸缘)产生的脆性龟裂(腹板)传播停止，专利文献2所记载的技术的接合部件(腹板)的脆性龟裂传播停止特性等不足以实现，因此并非充足的技术。

此外，在专利文献2中对于接合部件(腹板)的脆性龟裂传播停止特性也没有任何启示。

即，专利文献2所记载的技术，例如对于在NK船级的“脆性龟裂抑制设计指南”(2009年9月制定)中虚拟的、在大型集装箱船的强力甲板(与凸缘相当)产生的脆性龟裂向舱口围板(与腹板相当)传播之类的情况，不具有足够的龟裂传播停止特性。

进而，在专利文献2所记载的技术中，随着未熔敷部的宽度同角焊部的左右的脚长与腹板的板厚之和的比X变小，为了满足特定式，需要增加凸缘的脆性龟裂传播停止韧性Kca。但是，脆性龟裂传播停止韧性Kca的增加会导致钢板制造时的压延负荷的增大、生产能率降低、制造成本的增加。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术的问题，提供一种不仅能够在形成大规模破坏前停止(阻止)在被接合部件(凸缘)产生的脆性龟裂向接合部件(腹板)传播，还能够在形成大规模破坏前停止(阻止)在接合部件(腹板)产生的脆性龟裂的向被接合部件(凸缘)的传播的、脆性龟裂传播停止特性优异的焊接构造体。

此外，本发明中作为对象的焊接构造体是接合部件(腹板)和被接合部件(凸缘)都为板厚50mm以上且具有对焊接头部，并具有使接合部件(腹板)的对焊接头部的焊接部端面与被接合部件(凸缘)的对焊接头部的焊接部表面对接通过角焊将接合部件与被接合部件接合而成的角焊接头的焊接构造体。

本发明人们为了实现上述的目的，对于将接合部件(腹板)的对焊接头部的焊接部端面与被接合部件(凸缘)的对焊接头部的焊接部表面对接并将接合部件与被接合部件进行角焊而成的角焊接头，就产生脆性龟裂传播停止特性的各种重要因素进行深入研究。

其结果发现在如此严格条件下的角焊接头中，为了阻止(停止)从被接合部件(凸缘)产生的脆性龟裂的传播，单凭在接合部件(腹板)与被接合部件(凸缘)的对接面确保不连续部并以具有规定值以上的脆性龟裂传播停止韧性Kca的脆性龟裂传播停止特性优异的部件来构成脆性龟裂的传播部的结构不足以阻止龟裂传播。

特别是鉴于如果被接合部件(凸缘)的板厚t_f(mm)增大，脆性龟裂前端的能量释放率(龟裂进展驱动力)增加、脆性龟裂不易停止的情况，想到需要提高与被接合部件(凸缘)的板厚t_f(mm)相关的角焊部的韧性。

并且也想到如果角焊部的焊脚长度、熔敷宽度变长，脆性龟裂容易传播，因此需要使角焊部的焊脚长度或熔敷宽度中的至少一方为16mm以下。

进而，也想到通过使被接合部件和/或接合部件的对焊接头部的焊接金属的韧性形成为一定值以上，能够形成具有所需的脆性龟裂传播停止特性的焊接构造体。

即，针对接合部件(腹板)以及被接合部件(凸缘)均具有对焊接头部，且使接合部件的对焊接头部的焊接部端面与被接合部件的对焊接头部的焊接部表面对接的角焊接头，

在对接面确保规定的长度以上的未熔敷部、即不连续部，

并且将角焊接头部的焊脚长度或者熔敷宽度中的至少一方形成为16mm以下，

进而，将角焊部韧性形成为在与被接合部件的板厚t_f(mm)间的关系方面满足规定的关系的韧性，

并且提高接合部件和/或被接合部件的对焊接头部的焊接金属的韧性，

由此发现能够阻止(停止)现有技术中难以实现的、在上述的板厚50mm以上的厚壁的被接合部件产生的脆性龟裂向接合部件的传播。

进而，发现通过活用上述的想法也同样能够阻止从接合部件向被接合部件传入的脆性龟裂的传播。

首先，对于作为本发明的基础的实验结果进行说明。

将均具有对焊接头部的厚壁的接合部件(腹板)与厚壁的被接合部件(凸缘)以接合部件(腹板)的对焊接头部的焊接部端面与被接合部件(凸缘)的对焊接头部的焊接部表面对接并通过接合的方式制成大型角焊接头。

此外，形成使未熔敷部比率Y(％)(＝(角焊的对焊接头剖面处的未熔敷部的宽度B)/(接合部件的板厚t_w)×100)进行各种变化、且通过焊接材料以及焊接条件等的调整使角焊金属部韧性进行各种变化的角焊接头。另外，角焊部的焊脚长度或者焊接宽度中的至少一方为16mm以下。

此外，被接合部件(凸缘)使用板厚为50mm以上的厚钢板，接合部件使用不考虑任何脆性龟裂传播停止韧性Kca的通常的板厚50mm以上的造船D～E级钢板。而且，对于被接合部件、接合部件都同样使用单道的大线能量气电弧焊(SEGARC或者2电极SEGARC)或二氧化碳气体弧焊(多道)以使对焊接头部的焊接金属具有夏比冲击试验断口转变临界温度为-65℃以下、且/或-20℃的夏比冲击试验吸收能量为140J以上的韧性的方式来调整焊接材料以及焊接条件等制成对焊接头。

使用所得到的大型角焊接头9制作图3(a)所示的超大型结构模型试验体，实施脆性龟裂传播停止试验。此外，超大型结构模型试验体在大型角焊接头9的被接合部件(凸缘)2的下方通过预焊8焊接与被接合部件(凸缘)2相同的板厚的钢板。

此外、图3(a)所示的超大型结构模型试验体以被接合部件(凸缘)2的对焊接头部11与接合部件(腹板)1的对焊接头部12在剖面中形成相同线并且与溶切线正交的方式制成。另外，以机械缺口7的前端成为被接合部件(凸缘)2的对焊接头部11的BOND部的方式加工。

另外，在脆性龟裂传播停止试验中，对机械缺口7给予冲击使之产生脆性龟裂，调查该脆性龟裂的传播是否在角焊部中停止。所有的试验都在应力257N/mm²、温度为-10℃的条件下实施。

此外，应力257N/mm²为与应用于船体的屈服强度390N/mm²级钢板的最大允许应力相当的值。另外，温度为-10℃是船舶的设计温度。

将所得出的结果示于图4(a)、(b)。

由图4(a)、(b)可见，当未熔敷部比率Y为95％以上并且角焊金属部的韧性与被接合部件(凸缘)的板厚t_f的关系满足特定的关系的情况下，即使负荷应力为257N/mm²的情况，不用对接合部件(腹板)的Kca进行任何考虑，都能够通过角焊部使在被接合部件(凸缘)产生的脆性龟裂停止，能够阻止(停止)脆性龟裂向接合部件(腹板)的传播。

此外，图4(a)、(b)为角焊部的焊脚长度或者熔敷宽度中的至少一方在16mm以下，并且被接合部件和/或接合部件的对焊接头部的焊接金属满足规定的韧性的情况。

在此，未熔敷部比率Y为由将接合部件(腹板)的对焊接头部12的焊接部端面与被接合部件(凸缘)的对焊接头部11的焊接部表面对接并进行角焊的对焊接头剖面的未熔敷部的宽度B与接合部件(腹板)板厚t_w的比率按照(B/t_w)×100(％)定义的值。

基于上述结果，作为角焊接头部的韧性和被接合部件(凸缘)的板厚t_f的特定关系，可从图4(a)中得出

vTrs(℃)≤-1.5t_f(mm)+90......(1)，

从图4(b)中得出

vE_-20(J)≥2.75t_f(mm)-140......(2)。

其中，当被接合部件(凸缘)的板厚t_f处于50≤t_f(mm)≤53的范围的情况下，(2)式为vE_-20(J)≥5.75。

另外，如果被接合部件(凸缘)的板厚t_f(mm)增大，则脆性龟裂前端的能量释放率(龟裂进展驱动力)增加，脆性龟裂不易停止。然而，对于此点，如果为具有未熔敷部比率Y为95％以上的构造不连续部的焊接构造体(角焊接头)，则判断为传播来的脆性龟裂前端的能量释放率降低、脆性龟裂的传播容易停止。

此外，如果提高角焊金属低温韧性直至满足上式(1)、(2)，发现多数情况下可在角焊部内使在板厚50mm以上的厚壁的被接合部件(凸缘)产生的脆性龟裂停止。

进而，发现即便无法通过上述的角焊部阻止脆性龟裂的传播，通过将角焊部的焊脚长度或焊接宽度中的至少一方形成为16mm以下以及将被接合部件和/或接合部件的对焊接头部的焊接金属低温韧性形成为规定的韧性，也能够阻止脆性龟裂在接合部件(腹板)的焊接部(对焊接头部)的传播。

由此得出如下结论，即：通过实施未熔敷部的设定、角焊部低温韧性的提高、角焊部的焊脚长度或焊接宽度的调整、被接合部件和/或接合部件的对焊接头部的焊接金属低温韧性的提高的对策，即使不将特别考虑脆性龟裂传播停止韧性的厚钢板用于接合部件(腹板)，也能够阻止在被接合部件(凸缘)产生的脆性龟裂的传播。

另外，还发现通过实施与上述相同的对策，能够通过角焊部或被接合部件(凸缘)的焊接部(对焊接头部)阻止从接合部件(腹板)向被接合部件(凸缘)传入的脆性龟裂的传播。

进而，还发现不只是被接合部件和/或接合部件的对焊接头部的焊接金属的韧性，提高被接合部件和/或接合部件的对焊接头部的热影响部的韧性或构成它们的钢板的韧性对于脆性龟裂传播停止特性的提高也有效。

本发明正是基于上述想法加以深入的研究而完成的。即本发明的主旨如下所述。

1.一种焊接构造体，具有如下的角焊接头，该角焊接头通过使板厚50mm以上的接合部件的端面与板厚50mm以上的被接合部件的表面对接、并利用角焊将上述接合部件与上述被接合部件接合而形成，且上述角焊接头的焊脚长度或熔敷宽度中的至少一方为16mm以下的角焊接头，

上述焊接构造体的特征在于，

上述接合部件以及上述被接合部件均为具有对焊接头部的部件，该接合部件和/或该被接合部件的对焊接头部的焊接金属具有夏比冲击试验的断口转变临界温度vTrs-W(℃)为-65℃以下、且/或-20℃的夏比冲击试验吸收能量vE_-20-W(J)为140J以上的韧性，

将上述角焊接头处的上述接合部件的上述对焊接头部的焊接部端面与上述被接合部件的上述对焊接头部的焊接部表面对接，在该对接的面具有在上述角焊接头的对焊接头剖面中为该接合部件的板厚t_w的95％以上的未熔敷部，

进而对于上述角焊接头的角焊金属，

该角焊金属的夏比冲击试验断口转变临界温度vTrs(℃)与上述被接合部件的板厚t_f满足下式(1)的关系，和/或

该角焊金属的夏比冲击试验在试验温度即-20℃的夏比冲击试验吸收能量vE_-20(J)与上述被接合部件的板厚t_f满足下式(2)的关系，

vTrs≤-1.5t_f+90......(1)

vE_-20(J)≥5.75，(其中，50≤t_f(mm)≤53)，

vE_-20(J)≥2.75t_f(mm)-140，(其中，t_f(mm)＞53)......(2)

在此，vTrs为角焊金属的夏比冲击试验断口转变临界温度(℃)，

vE_-20在试验温度即-20℃的夏比冲击试验吸收能量(J)，

t_f为被接合部件的板厚(mm)。

2.根据上述1所记载的焊接构造体，其特征在于，上述接合部件和/或上述被接合部件的对焊接头部的热影响部具有夏比冲击试验断口转变临界温度vTrs-H(℃)为-65℃以下、且/或-20℃的夏比冲击试验吸收能量vE_-20-H(J)为140J以上的韧性。

3.根据上述1或2所记载的焊接构造体，其特征在于，构成上述接合部件和/或上述被接合部件的钢板具有夏比冲击试验断口转变临界温度vTrs-B(℃)为-65℃以下、且/或-20℃的夏比冲击试验吸收能量vE_-20-B(J)为140J以上的韧性。

4.根据上述1所记载的焊接构造体，其特征在于，上述接合部件和/或上述被接合部件的对焊部的焊接金属具有夏比冲击试验断口转变临界温度vTrs-W(℃)为-85℃以下、且/或-20℃的夏比冲击试验吸收能量vE_-20-W(J)为160J以上的韧性。

5.根据上述4所记载的焊接构造体，其特征在于，上述接合部件和/或上述被接合部件的对焊接头部的热影响部是具有夏比冲击试验断口转变临界温度vTrs-H(℃)为-85℃以下、且/或-20℃的夏比冲击试验吸收能量vE_-20-H(J)为160J以上的韧性的热影响部。

6.根据上述4或5所记载的焊接构造体，其特征在于，构成上述接合部件和/或上述被接合部件的钢板是具有夏比冲击试验断口转变临界温度vTrs-B(℃)为-85℃以下、且/或-20℃的夏比冲击试验吸收能量vE_-20-B(J)为160J以上的韧性的钢板。

根据本发明，能够在形成大规模破坏之前停止(阻止)现有技术中难以实现的、在由板厚50mm以上的厚钢板构成的被接合部件(凸缘)产生的脆性龟裂向接合部件(腹板)的传播。由此，能够避免钢构造物、特别是大型集装箱船、散装货船等的船体分离之类的大规模的脆性破坏的危险性，带来在确保船体结构的安全性方面较大的效果，在产业上起到显著的效果。另外，根据本发明，还具有在产生大规模破坏前，能够停止(阻止)在由板厚50mm以上的厚钢板构成的接合部件(腹板)产生的脆性龟裂向被接合部件(凸缘)传播的效果。

另外，还具有下述效果，即：在施工时，通过调整未熔敷部的尺寸、角焊金属的韧性、角焊部的焊脚长度或焊接宽度以及被接合部件和/或接合部件的对焊接头部的焊接金属、热影响部、构成这些部件的钢板的低温韧性，无需使用脆性龟裂传播停止韧性优异的特殊钢板，便能够无损安全性地容易制造出脆性龟裂传播停止特性优异的焊接构造体。

附图说明

图1为对接合部件(腹板)1以及被接合部件(凸缘)2均具有对焊接头部的角焊接头的结构进行示意性说明的说明图。(a)为外观图，(b)为对对焊接头部位置的角焊接头的剖面结构进行示意说明的剖视图。

图2为对角焊接头的剖面结构的其他1个例子进行示意说明的说明图，示出接合部件(腹板)1与被接合部件(凸缘)2斜向交叉的情况。

图3为示意性示出实施例中使用的超大型结构模型试验体的形状的说明图。(a)示出脆性龟裂从被接合部件(凸缘)2向接合部件(腹板)1传播的情况，(b)示出脆性龟裂从接合部件(腹板)1向被接合部件(凸缘)2传播的情况。

图4为表示致使在从被接合部件(凸缘)2向接合部件(腹板)1传播的情况下的脆性龟裂传播停止的角焊金属的韧性与凸缘板厚的关系的影响的曲线图。

具体实施方式

本发明的焊接构造体为通过将均具有对焊接头部的板厚50mm以上的接合部件(腹板)与板厚50mm以上的被接合部件(凸缘)结合而成的焊接构造体，是使接合部件的对焊接头部的焊接部端面与被接合部件的对焊接头部的焊接部表面对接并通过角焊接合而成的。图1(a)中示出本发明的焊接构造体的1个例子的外观。该焊接构造体具有角焊接头，角焊接头具有焊脚长度3或者熔敷宽度13中的至少一方为16mm以下的角焊金属5。另外，在该角焊接头的接合部件(腹板)1与被接合部件(凸缘)2的对接面存在作为构造不连续部的未熔敷部4。

在图1(b)所示中以对焊接头部位置的角焊缝接头剖面示出上述状态。此外，图1(b)示出将接合部件(腹板)1相对于被接合部件(凸缘)2直立安装的情况，但在本发明中并不局限于此。例如，如图2所示，也可以将接合部件(腹板)1相对于被接合部件(凸缘)2倾斜角度θ来进行安装。在这种情况下，在求取未熔敷部的比率Y(％)时使用的接合部件(腹板)板厚t_w使用接合部件(腹板)与被接合部件(凸缘)的交叉部的长度、(t_w)/cos(90°-θ)。

如上所述，本发明的焊接构造体在角焊接头的接合部件(腹板)1与被接合部件(凸缘)2的对接面具有构造不连续的未熔敷部4。在角焊接头中，当脆性龟裂从被接合部件(凸缘)2向接合部件(腹板)1传播的情况下，接合部件(腹板)1与被接合部件(凸缘)2的对接面将成为脆性龟裂的传播面，因此在本发明中，使未熔敷部4存在于对接面。由于未熔敷部4存在，使在被接合部件(凸缘)2传播来的脆性龟裂前端的能量释放率(龟裂进展驱动力)降低，脆性龟裂容易在对接面停止。

此外，即使脆性龟裂意欲向接合部件(腹板)1侧传播，由于在本发明中形成保持规定以上的韧性的角焊部(角焊金属5)，因此脆性龟裂容易在角焊部(角焊金属5)停止。

此外，脆性龟裂在缺陷较少的钢板母材部发生的情况极为罕见。过去的脆性破坏事故多数发生在焊接部。因此，在接合部件(腹板)1以及被接合部件(凸缘)2具有对焊接头12、11且被接合部件(凸缘)2的对焊接头部11与接合部件(腹板)1的对焊接头部12正交的图1(a)所示的角焊接头中，为了阻止从对焊接头部11产生的脆性龟裂向接合部件(腹板)1传播或从对焊接头部12产生的脆性龟裂向被接合部件(凸缘)2传播，首先重要的是存在构造的不连续。因此，在本发明中，使未熔敷部4存在于角焊部处的接合部件1与被接合部件2的对接面。

如图1(b)所示，在被接合部件(凸缘)2的对焊接头部11与接合部件(腹板)1的对焊接头部12正交的角焊接头中，在对焊接头部11的焊接部表面与对焊接头部12的焊接部端面的对接面存在未熔敷部4。

此外，无需对角焊接头的制造方法进行特别限定，可应用通常使用的任意制造方法。例如，可以通过将凸缘用厚钢板彼此对焊、腹板用厚钢板彼此对焊，进而将得到的对焊接头进行角焊来制造。

在本发明中，在对焊接头部位置的、角焊接头剖面的未熔敷部4的尺寸(宽度B)为了抑制脆性龟裂的传播而设定为腹板板厚t_w的95％以上。由此，角焊金属易于塑性变形，缓解向焊接角焊金属传入的脆性龟裂的龟裂前端附近的应力，能够抑制脆性龟裂向接合部件(腹板)1侧的传播。因此，未熔敷部4的尺寸(宽度B)被限定为接合部件(腹板)板厚t_w的95％以上。此外，优选为96％以上100％以下。

另外，角焊接头的焊脚长度3或熔敷宽度13中的至少一方为16mm以下。由此，通过角焊金属的塑性变形，可缓解传播至角焊金属的脆性龟裂的龟裂前端附近的应力，抑制脆性龟裂的传播。因此，角焊接头的焊脚长度或熔敷宽度限定为高韧性的角焊金属易于变形的16mm以下。优选为15mm以下。从焊接接头构造的刚性的观点出发，焊脚长度3以及熔敷宽度13分别优选为4mm以上。

此外，当被接合部件(凸缘)2、接合部件(腹板)1的板厚超过80mm的情况下，为了确保强度，优选为在提高角焊金属部的低温韧性后增宽焊脚长度。

此外，在本发明中，角焊接头的角焊金属与被接合部件(凸缘)2的板厚t_f相关以能够确保满足下式(1)和/或下式(2)的韧性的方式进行调整。

vTrs≤-1.5t_f+90......(1)

vE_-20≥5.75(其中，50≤t_f(mm)≤53)，

vE_-20≥2.75t_f(mm)-140(其中，t_f(mm)＞53)......(2)

(在此，vTrs为角焊金属的夏比冲击试验断口转变临界温度(℃)，vE_-20为试验温度在-20℃时的夏比冲击试验吸收能量(J)，t_f为被接合部件(凸缘)的板厚(mm))

通过将角焊金属的韧性与被接合部件(凸缘)的板厚t_f相关满足上式(1)和/或上式(2)式，能够如图4所示，将被接合部件(凸缘)的板厚为50mm以上的焊接构造体形成为确保所需的脆性龟裂传播阻止特性的焊接构造体。当角焊金属的韧性不满足上式(1)以及上式(2)任一条件的情况下，角焊金属的韧性不足，无法通过角焊金属部对在被接合部件(凸缘)产生并传播来的脆性龟裂阻止传播。

进而，在本发明中，在被接合部件2和/或接合部件1的对焊接头部中，需要调整焊接材料、焊接条件以使对焊接头部的焊接金属具有夏比冲击试验的断口转变临界温度vTrs-W(℃)为-65℃以下、且/或-20℃的夏比冲击试验吸收能量vE_-20-W(J)为140J以上的韧性，从而形成焊接金属。

接合部件1的对焊接头部的焊接金属在vTrs-W(℃)超出-65℃并且vE_-20-W(J)不足140J的情况下，无法通过角焊部或接合部件(腹板)焊接部阻止从被接合部件(凸缘)焊接部传播来的脆性龟裂。或者，被接合部件2的对焊接头部的焊接金属在vTrs-W(℃)超出-65℃并且vE_-20-W(J)不足140J的情况下，无法通过角焊部或被接合部件(凸缘)焊接部阻止从接合部件的焊接部传播来的脆性龟裂。

此外，更优选为接合部件和/或被接合部件的对焊部的焊接金属是具有夏比冲击试验断口转变临界温度vTrs-W(℃)为-85℃以下、且/或-20℃的夏比冲击试验吸收能量vE_-20-W(J)为160J以上的韧性的焊接金属。

另外，在本发明中，优选为，被接合部件2和/或接合部件1的对焊接头部的焊接金属具有上述的韧性，进而热影响部具有夏比冲击试验断口转变临界温度vTrs-H(℃)为-65℃以下、且/或-20℃的夏比冲击试验吸收能量vE_-20-H(J)为140J以上的韧性。进而，优选为构成被接合部件2和/或接合部件1的钢板具有夏比冲击试验断口转变临界温度vTrs-B(℃)为-65℃以下、且/或-20℃的夏比冲击试验吸收能量vE_-20-B(J)为140J以上的韧性。利用这些高韧性化能够更容易地通过角焊部或接合部件(腹板)的焊接部或者被接合部件(凸缘)的焊接部阻止从被接合部件(凸缘)焊接部传播来的脆性龟裂或者从接合部件(腹板)焊接部传播来的脆性龟裂。

此外，更优选为接合部件和/或被接合部件的对焊接头部的热影响部是具有vTrs-H(℃)为-85℃以下、和/或vE_-20-H(J)为160J以上的韧性的热影响部。另外，更优选为构成被接合部件和/或接合部件的钢板具有vTrs-B(℃)为-85℃以下、和/或vE_-20-B(J)为160J以上的韧性。

本发明的焊接构造体具有上述的角焊接头和上述的对焊接头，例如，能够应用于以船舶的船体外板作为凸缘、分隔壁作为腹板的船体结构或以甲板作为凸缘、舱口作为腹板的船体结构等。

以下，基于实施例对本发明进行详细说明。

实施例

将具有表1以及2所示的板厚、低温韧性的厚钢板，使用表1以及2所示的焊接方法并以表1以及2所示的焊接线能量制作对焊接头，分别形成为被接合部件2、接合部件1。此外，对焊采用表1以及2所示的焊接线能量的、单道大线能量气电弧焊(SEGARC以及2电极SEGARC)或者多层CO₂焊接，使焊接材料变化来进行。

以从得出的接合部件以及被接合部件的对焊接头部中，试验片表面为表层下1mm或者2mm、试验片长边方向与溶切线垂直且缺口朝向与溶切线垂直的方向的方式，从焊接金属中央部、热影响部(BOND部)取得V形缺口夏比冲击试验片(10mm厚)。

夏比冲击试验基于JISZ2242的基准进行，求得断口转变临界温度vTrs(℃)以及在试验温度即-20℃的夏比冲击吸收能量vE_-20(J)。此外，对于构成接合部件以及被接合部件的钢板的母材部，也通过求得vE_-20(J)、断口转变临界温度vTrs(℃)。

汇总得出的钢板母材低温韧性以及对焊接头部低温韧性并在表1以及2所示中示出。

接着，在将接合部件(腹板)1的对焊接头部12的焊接部端面与被接合部件(凸缘)2的对焊接头部11的焊接部表面对接后，对接合部件1与被接合部件2进行角焊，制作图3(a)、(b)所示的形状的实际结构尺寸的大型角焊接头。使焊接材料以及焊接线能量、保护气体等的焊接条件变化来进行角焊，以便形成具有表3以及4所示的各种的焊接金属韧性、各种的焊脚长度或熔敷宽度的角焊接头。

此外，在制成的大型角焊接头中，使对接接合部件1与被接合部件2的面间存在图1(b)或图2所示的未熔敷部4，且如表3以及4所示使未熔敷部的比率Y(＝(角焊的对焊接头剖面的未熔敷部的宽度B/接合部件(腹板)板厚t_w×100)变化。

另外，从得出的大型角焊接头的角焊金属或者从以与角焊相同的条件制成的对焊接头取得v形缺口夏比冲击试验片(10mm厚)，基于JISZ2242的基准，求出试验温度为-20℃的吸收能量vE_-20(J)、断口转变临界温度vTrs(℃)。能够得出的角焊金属5的低温韧性示于表3以及4。

接着，使用得出的大型角焊接头制作图3所示的超大型结构模型试验体，实施脆性龟裂传播停止试验。

图3(a)所示的超大型结构模型试验体为使被接合部件(凸缘)2的对焊接头部11与接合部件(腹板)1的对焊接头部12正交，并从被接合部件(凸缘)2向接合部件(腹板)1传播脆性龟裂的情况，以机械缺口7的前端为对焊接头部11的BOND部的方式进行加工。

图3(b)所示的超大型结构模型试验体为使接合部件(腹板)1的对焊接头部12与被接合部件(凸缘)2的对焊接头部11正交，并从接合部件(腹板)1向被接合部件(凸缘)2传播脆性龟裂的情况，以机械缺口7的前端为对焊接头部12的BOND部的方式进行加工。

此外，图3(a)所示的超大型结构模型试验体在大型角焊接头9的被接合部件(凸缘)2的下方通过预焊8焊接与被接合部件(凸缘)2相同的板厚的钢板。另外，图3(b)所示的超大型结构模型试验体在大型角焊接头9的被接合部件(凸缘)2的下方通过部分坡口焊接10焊接与接合部件(腹板)1相同的板厚的辅助板6，进而在辅助板6的下方通过预焊8焊接与接合部件(腹板)1相同的板厚的钢板。

脆性龟裂传播停止试验中，对机械缺口7给予冲击而使之产生脆性龟裂，调查传播的脆性龟裂是否会在角焊部或接合部件的焊接部(包括热影响部)(图3(a))或被接合部件的焊接部(包括热影响部)(图3(b))停止。

所有试验都以应力100～283N/mm²、温度为-10℃的条件实施。应力100N/mm²为恒定作用于船体的应力的平均的值。另外，应力257N/mm²为与应用于船体的屈服强度390N/mm²级钢板的最大允许应力相当的值。进而，应力283N/mm²为与应用于船体的屈服强度460N/mm²级钢板的最大允许应力相当的值。温度-10℃为船舶的设计温度。

将得出的结果示于表5中。

[表1]

[表2]

[表3]

[表4]

[表5]

表5

在从被接合部件(凸缘)向接合部件(腹板)传播脆性龟裂的情况下，本发明例全部使脆性龟裂在角焊部的角焊金属或接合部件(腹板)焊接部停止。另外，在从接合部件(腹板)向被接合部件(凸缘)传播脆性龟裂的情况下，本发明例也全部使脆性龟裂在角焊部的角焊金属或被接合部件(凸缘)焊接部停止。

另一方面，在焊脚长度、熔敷宽度双方均处于本发明的范围外的比较例(试验体No.19～No.21)的情况下，脆性龟裂未在角焊部、接合部件的焊接部或被接合部件的焊接部停止，向接合部件或被接合部件传播，无法阻止(停止)脆性龟裂的传播。

另外，在未熔敷部比率Y处于本发明的范围之外的比较例(试验体No.22～No.24、No.27)的情况下，在被接合部件产生的脆性龟裂向接合部件传播，无法阻止(停止)脆性龟裂的传播。

进而，在起到脆性龟裂的传播停止的作用的接合部件以及被接合部件的对焊接头部的焊接金属低温韧性处于本发明的范围外的比较例(试验体No.26、No.28)的情况下，脆性龟裂从被接合部件向接合部件传播，无法阻止(停止)脆性龟裂的传播。

而且，在角焊金属低温韧性处于本发明的范围外的比较例(试验体No.25、No.29、No.30、No.32、No.33)的情况下，脆性龟裂从被接合部件向接合部件传播或者从接合部件向被接合部件传播，无法阻止(停止)脆性龟裂的传播。

另外，在未熔敷部比率Y以及角焊部低温韧性均处于本发明的范围外的比较例(试验体No.31)的情况下，在被接合部件产生的脆性龟裂向接合部件传播，无法阻止(停止)脆性龟裂的传播。

其中，附图标记说明如下：

1：接合部件(腹板)；2：被接合部件(凸缘)；3：焊脚长度；4：未熔敷部；5：角焊金属；6：辅助板；7：机械缺口；8：预焊；9：大型角焊接头；10：部分坡口焊接；11：被接合部件(凸缘)的对焊接头部；12：接合部件(腹板)的对焊接头部；13：熔敷宽度；θ：交叉角。

Claims

1.一种焊接构造体，具有如下的角焊接头，该角焊接头通过使板厚50mm以上的接合部件的端面与板厚50mm以上的被接合部件的表面对接、并利用角焊将所述接合部件与所述被接合部件接合而形成，且所述角焊接头的焊脚长度或熔敷宽度中的至少一方为16mm以下，

所述焊接构造体的特征在于，

所述接合部件以及所述被接合部件均为具有对焊接头部的部件，该接合部件和/或该被接合部件的对焊接头部的焊接金属具有夏比冲击试验的断口转变临界温度vTrs-W(℃)为-65℃以下、且/或-20℃的夏比冲击试验吸收能量vE_-20-W(J)为140J以上的韧性，

将所述角焊接头处的所述接合部件的所述对焊接头部的焊接部端面与所述被接合部件的所述对焊接头部的焊接部表面对接，在该对接的面具有在所述角焊接头的对焊接头剖面中为该接合部件的板厚t_w的95％以上的未熔敷部，

进而对于所述角焊接头的角焊金属，

该角焊金属的夏比冲击试验断口转变临界温度vTrs(℃)与所述被接合部件的板厚t_f满足下式(1)的关系，且/或

该角焊金属的夏比冲击试验在试验温度即-20℃的夏比冲击试验吸收能量vE_-20(J)与所述被接合部件的板厚t_f满足下式(2)的关系，

vTrs≤-1.5t_f+90 ......(1)

vE_-20(J)≥5.75，其中，50≤t_f(mm)≤53，

vE_-20(J)≥2.75t_f(mm)-140，其中，t_f(mm)＞53......(2)

vE_-20为在试验温度即-20℃的夏比冲击试验吸收能量(J)，

t_f为被接合部件的板厚(mm)。

2.根据权利要求1所述的焊接构造体，其特征在于，

所述接合部件和/或所述被接合部件的对焊接头部的热影响部具有夏比冲击试验断口转变临界温度vTrs-H(℃)为-65℃以下、且/或-20℃的夏比冲击试验吸收能量vE_-20-H(J)为140J以上的韧性。

3.根据权利要求1或2所述的焊接构造体，其特征在于，

构成所述接合部件和/或所述被接合部件的钢板具有夏比冲击试验断口转变临界温度vTrs-B(℃)为-65℃以下、且/或-20℃的夏比冲击试验吸收能量vE_-20-B(J)为140J以上的韧性。

4.根据权利要求1所述的焊接构造体，其特征在于，

所述接合部件和/或所述被接合部件的对焊部的焊接金属具有夏比冲击试验断口转变临界温度vTrs-W(℃)为-85℃以下、且/或-20℃的夏比冲击试验吸收能量vE_-20-W(J)为160J以上的韧性。

5.根据权利要求4所述的焊接构造体，其特征在于，

所述接合部件和/或所述被接合部件的对焊接头部的热影响部是具有夏比冲击试验断口转变临界温度vTrs-H(℃)为-85℃以下、且/或-20℃的夏比冲击试验吸收能量vE_-20-H(J)为160J以上的韧性的热影响部。

6.根据权利要求4或5所述的焊接构造体，其特征在于，

构成所述接合部件和/或所述被接合部件的钢板是具有夏比冲击试验断口转变临界温度vTrs-B(℃)为-85℃以下、且/或-20℃的夏比冲击试验吸收能量vE_-20-B(J)为160J以上的韧性的钢板。