CN109311126B - 脆性裂纹传播停止特性优异的焊接结构体 - Google Patents

Abstract

一种焊接结构体，使板厚td与板宽Wd之比td/Wd小于2的加倍构件重叠于板厚50mm以上的被接合构件的表面并利用角焊进行接合，进而在角焊的加倍构件表面利用焊接来接合接合构件，从而形成为焊接结构体。在加倍构件的表面与被接合构件的表面的重叠面上形成有在接头截面中为加倍构件的板宽Wd的95％以上的未熔敷部。并且，调整角焊条件，以使角焊缝金属的断口转变临界温度vTrs(℃)对应于角焊脚长L且在与被接合构件的板厚tf的关系中，在L≥20mm的情况下满足vTrs≤‑5L+65‑1.5(tf‑75)‥‥(1b)、在L<20mm的情况下满足vTrs≤‑35‑1.5(tf‑75)‥‥(1c)的方式，调整角焊缝金属的韧性。由此，能够提供一种可利用角焊缝金属部阻止从被接合构件或接合构件产生的脆性裂纹的传播，适合作为船身结构用的、脆性裂纹传播停止特性优异的焊接结构体。

Description

脆性裂纹传播停止特性优异的焊接结构体

技术领域

本发明涉及例如大型集装箱船或散装货轮等的、使用厚钢板被焊接施工的焊接钢结构物，特别是涉及能够使从厚钢板母材或焊接接头部产生的脆性裂纹的传播在达到结构物的大规模破坏之前停止的、脆性裂纹传播停止特性优异的焊接结构体。

背景技术

集装箱船或散装货轮为了装载能力的提高或装卸效率的提高等，与例如油轮等不同，船舱内的分隔壁少，具有船上部的开口部大的结构。因此，在集装箱船或散装货轮中，特别是船身外板需要高强度化或厚壁化。

另外，集装箱船近年来大型化，开始建造6,000～22,000TEU这样的大型船。在此，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。伴随着这样的船的大型化，船身外板处于使用板厚为50mm以上且屈服强度为390N/mm²级以上的厚钢板的倾向。

成为船身外板的钢板近年来从施工期间的缩短这样的观点出发，通过例如气电焊等大输入热量焊接进行对焊的情况增多。在这样的大输入热量焊接中，在焊接热影响部容易产生大幅的韧性下降，成为从焊接接头部产生的脆性裂纹的一个原因。

在船身结构中，以往从安全性这样的观点出发，需要即使万一发生了脆性破坏的情况下，也能使脆性裂纹的传播在达到大规模破坏之前停止，防止船身分离。

承接这样的考虑方法，非专利文献1报告了关于板厚小于50mm的造船用钢板的焊接部的脆性裂纹传播行为的实验性的研讨结果。

在该非专利文献1中，实验性地调查在焊接部强制性地产生的脆性裂纹的传播路径、传播行为，记载了如果将焊接部的破坏韧性确保一定程度，则由于焊接残留应力的影响而脆性裂纹从焊接部向母材侧逃散的情况较多的结果，但是脆性裂纹沿着焊接部传播的例子也确认到了多例。这种情况暗示了不能断言脆性破坏没有沿着焊接部进行直进传播的可能性的情况。

然而，除了将与非专利文献1中适用的焊接同等的焊接适用于板厚小于50mm的钢板而建造的船舶能没有任何问题地航行这样的较多实际情况的存在之外，而且从韧性良好的钢板母材(造船E级钢等)充分地保持使脆性裂纹停止的能力的认识出发，造船用钢材的焊接部的脆性裂纹传播停止特性对于船级规则等未作特别要求。

然而，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过50mm，除了板厚增大引起的破坏韧性的下降之外，由于采用焊接输入热量更大的大输入热量焊接，因此焊接部的破坏韧性处于进一步下降的倾向。在这样的厚壁大输入热量焊接接头中，示出了从焊接部产生的脆性裂纹未向母材侧返回而直进，而且在骨材等钢板母材部也可能不会停止的情况(例如非专利文献2)。因此，在适用了板厚50mm以上的厚壁高强度钢板的船身结构中，其安全性确保成为大的问题。

另外，在非专利文献2中，也指出了特别是为了使产生的脆性裂纹的传播停止，需要具有特别的脆性裂纹传播停止特性的厚钢板的情况。

针对这样的问题，例如专利文献1记载了优选在板厚50mm以上的船壳外板的焊接结构体中，以与对焊部交叉的方式配置骨材，并利用角焊接合而形成的焊接结构体。

在该专利文献1记载的技术中，作为骨材(加强材料)，使用了在表层部及背层部每3mm以上的厚度具有0.5～5μm的平均圆相当粒径进而在与板厚面平行的面处(100)结晶面的X射线面强度比为1.5以上的、具有微型组织的钢板。通过将这样的具有微型组织的钢板作为加强材料而设为进行了角焊的结构，即使在对焊接头部产生脆性裂纹，通过作为加强材料的骨材也能够使脆性破坏停止，能够防止焊接结构体破坏那样的致命性的损伤。

另外，专利文献2记载了具备将接合构件(腹板)在被接合构件(凸缘)上进行角焊而形成的角接接头、脆性裂纹传播停止特性优异的焊接结构体。

在该专利文献2记载的焊接结构体中，在角接接头截面中的腹板的与凸缘的对接面残存有未熔敷部，以使该未熔敷部的宽度和角焊缝部的左右的脚长与腹板板厚之和的比X与被接合构件(凸缘)的脆性裂纹传播停止性能Kca满足特别的关系式的方式，调整未熔敷部的宽度。由此，即便使用板厚为50mm以上的厚料作为被接合构件(凸缘)，也能够使在接合构件(腹板)产生的脆性裂纹的传播在角焊缝部的腹板与凸缘的对接面处停止，阻止向被接合构件(凸缘)的脆性裂纹的传播。

另外，专利文献3～5也记载了具备将接合构件(腹板)在被接合构件(凸缘)进行角焊而成的角接接头、脆性裂纹传播停止特性优异的焊接结构体。

专利文献3记载了一种焊接结构体，具备使接合构件的端面与板厚50mm以上的被接合构件的表面对接并将所述接合构件与所述被接合构件通过角焊进行接合而形成的焊脚长度或熔敷宽度的至少一方为16mm以下的角接接头，其中，在角接接头中的将接合构件的端面与被接合构件的表面对接的面上具有在角接接头的截面中为该接合构件的板厚tw的95％以上的未熔敷部，还具有角接接头中的角焊缝金属的夏氏冲击试验断口转变临界温度vTrs在与被接合构件的板厚tf的关系中满足vTrs≤-1.5tf+70，及/或角焊缝金属的夏氏冲击试验的试验温度-20℃下的吸收能量vE_-20(J)在与被接合构件的板厚tf的关系中满足vE_-20≥2.75tf-105的角焊缝金属。

并且，如果是这样的焊接结构体，则能够将在被接合构件产生的脆性裂纹在达到大规模破坏之前利用角焊缝金属阻止传播。

另外，专利文献4记载了一种焊接结构体，具备使接合构件的端面与板厚50mm以上的被接合构件的表面对接并将所述接合构件与所述被接合构件利用角焊进行接合而形成的焊脚长度或熔敷宽度的至少一方为16mm以下的角接接头，其中，在角接接头中的将接合构件的端面与被接合构件的表面对接的面上具有在角接接头的截面中为该接合构件的板厚tw的95％以上的未熔敷部，还具有角接接头中的角焊缝金属的夏氏冲击试验断口转变临界温度vTrs在与被接合构件的板厚tf的关系中满足vTrs(℃)≤-1.5tf+90，及/或角焊缝金属的夏氏冲击试验的试验温度为-20℃下的吸收能量vE_-20(J)在与被接合构件的板厚tf的关系中在50≤tf(mm)≤53的情况下满足vE_-20≥5.75、在tf(mm)>53的情况下满足vE_-20(J)≥2.75tf-140的角焊缝金属，此外，接合构件由脆性裂纹传播停止韧性Kca在共用温度下为2500N/mm^2/3以上的钢板构成。

并且，通过设为这样的焊接结构体，脆性裂纹能够在角焊缝部或接合构件的母材停止传播。

另外，专利文献5记载了一种焊接结构体，具备使接合构件的端面与板厚50mm以上的被接合构件的表面对接并将所述接合构件与所述被接合构件利用角焊进行接合而形成的焊脚长度或熔敷宽度的至少一方为16mm以下的角接接头，其中，接合构件及被接合构件都设为具有对焊接头部的构件，对焊接头部的焊接金属具有以vTrs计为-65℃以下及/或以vE_-20计为140J以上的韧性，在角接接头中，将接合构件的对焊接头部的焊接部端面与被接合构件的对焊接头部的焊接部表面对接，在对接的面上具有在角接接头的对焊接头截面中为该接合构件的板厚tw的95％以上的未熔敷部，还具有角接接头中的角焊缝金属的夏氏冲击试验断口转变临界温度vTrs在与被接合构件的板厚tf的关系中满足vTrs(℃)≤-1.5tf+90，及/或角焊缝金属的夏氏冲击试验的试验温度为-20℃下的吸收能量vE_-20(J)在与被接合构件的板厚tf的关系中，在50≤tf(mm)≤53的情况下满足vE_-20≥5.75，在tf(mm)>53的情况下满足vE_-20(J)≥2.75tf-140的角焊缝金属。

并且，通过设为这样的焊接结构体，脆性裂纹在角焊缝部或接合构件的母材处能够停止。

另外，通过设为这样的焊接结构体，从被接合构件焊接部产生的脆性裂纹或从接合构件焊接部产生的脆性裂纹利用角焊缝部或接合构件的焊接部或被接合构件的焊接部能够阻止传播。

在先技术文献

专利文献

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

专利文献3：日本专利5395985号公报

专利文献4：日本专利5365761号公报

专利文献5：日本专利5408396号公报

非专利文献

非专利文献1：日本造船研究协会第147研究部会：“船身用高张力钢板大输入热量接头的脆性破坏强度评价的相关研究”，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：“超大型集装箱船的开发―新的高强度极厚钢板的实际应用―”，日本船舶海洋工学会杂志，第3号(2005)，p.70～76，平成17年11月

非专利文献3：日本造船研究协会第169委员会报告(“船身结构的破坏管理控制设计的相关研究―报告书―”，(1979)，p.118～136，日本造船研究协会第169委员会)

发明内容

发明要解决的课题

然而，专利文献1记载的技术中使用的作为加强材料的骨材设为形成有所希望的组织的钢板，因此需要复杂的工序，生产性下降，存在难以稳定地确保具有所希望的组织的钢板的问题。

另外，专利文献2记载的技术是将在接合构件(以下，也称为腹板)处产生的脆性裂纹想要通过结构的不连续性与被接合构件(以下，也称为凸缘)的脆性裂纹传播停止性能的组合来进行阻止的技术。然而，如非专利文献3所示，实验性的确认了通常将在角接接头的被接合构件(凸缘)处产生的脆性裂纹通过接合构件(腹板)停止传播比将在接合构件(腹板)处产生的脆性裂纹通过被接合构件(凸缘)停止传播难。

其理由还未明确地弄清楚，但是作为原因之一，可考虑裂纹冲进T接头部时的破坏驱动力(应力扩大系数)在冲进接合构件(腹板)时比冲进被接合构件(凸缘)时增大的情况。

根据这样的情况，在专利文献2记载的技术中，接合构件(腹板)的脆性裂纹传播停止特性等不充分，因此将在被接合构件(凸缘)处产生的脆性裂纹通过接合构件(腹板)停止传播的情况无法说是充分的技术。即，专利文献2记载的技术对于例如NK船级的“脆性裂纹阻止设计方针”(2009年9月制定)中设想的在大型集装箱船的强力甲板(相当于凸缘)处产生的脆性裂纹向舱口边缘围板(相当于腹板)传播那样的情况，无法说是具有充分的裂纹传播停止特性。

此外，在专利文献3～5记载的技术中，需要将角焊脚长(或熔敷宽度)限制成16mm以下，因此从确保角焊缝部强度的观点出发而接合构件(腹板)及被接合构件(凸缘)的适用最大板厚的极限为80mm。然而，在最近的大型集装箱船中，构件的极厚化进一步发展，正在适用板厚100mm的钢材。在这样的超过80mm的厚壁构件的情况下，存在几乎不可能适用专利文献3～5记载的技术的问题。

另外，即使在构件的板厚小于80mm的情况下，在现场的实际施工中，由于角焊缝部的脚长的变动大，因此角焊缝部的强度确保(角焊脚长确保)和脆性裂纹阻止性能的确保(角焊脚长限制为16mm以下)的同时成立在现场的施工管理上需要巨大的劳力，并且存在修正等的追加成本增多这样的问题。

本发明解决上述的现有技术的问题，其目的在于提供一种将在被接合构件(凸缘)产生的脆性裂纹的向接合构件(腹板)的传播及在接合构件(腹板)产生的脆性裂纹的向被接合构件(凸缘)的传播都能够在达到大规模破坏之前停止(阻止)的、脆性裂纹传播停止特性优异的焊接结构体。

用于解决课题的方案

本发明者们为了实现上述的目的，关于在使脆性裂纹停止的角焊缝部的施工中减少角焊缝部的脚长的变动的对策进行了仔细研讨。

其结果是，想到了将基本焊接结构从以往的角焊结构改变为在接合构件与被接合构件之间设置有加倍构件的附带加倍构件的角焊结构，脆性裂纹的传播通过加倍构件和被接合构件的角焊缝金属部来进行阻止的情况。如果是该角焊结构，则使脆性裂纹停止的角焊缝部的施工能够在工厂内进行焊接。而且，由此，预见到容易使角焊缝部的脚长的变动成为规定的范围内，与现场的实际施工成本的大幅减少相关联的情况。

并且，由此，预见到在施工管理严格的现场进行的接合构件与加倍构件的接合能够将接合构件的端面与加倍构件的表面对接，在施工管理容易的焊接条件(部分熔透、完全熔透等)下施工的情况。

另外，本发明者们还仔细研讨了对于附带加倍构件的角焊结构的脆性裂纹传播停止特性造成影响的各种要因。

其结果是，想到了，为了阻止(停止)从被接合构件(凸缘)产生的脆性裂纹的传播，在被接合构件(凸缘)与加倍构件的重叠面上确保不连续部，并且鉴于当被接合构件(凸缘)的板厚tf(mm)增大时脆性裂纹前端的能量释放率(裂纹进展驱动力)增加、脆性裂纹难以停止的情况，想到了与被接合构件(凸缘)的板厚tf(mm)相关联的角焊缝部的韧性提高成为必须的情况。

此外，当角焊缝部的脚长或熔敷宽度变长时，脆性裂纹的传播变得容易，因此也预见到了需要根据角焊脚长(或熔敷宽度)来确保角焊缝金属的韧性的情况。

另一方面，也预见到了如下情况：关于从接合构件(腹板)产生的脆性裂纹的传播的阻止(停止)，多是比从被接合构件(凸缘)产生的脆性裂纹的传播的阻止(停止)更容易的情况，但是当加倍构件的板厚td相对于加倍构件的板宽Wd而增大为2倍以上时，从接合构件(腹板)产生的脆性裂纹的传播的阻止(停止)比从被接合构件(凸缘)产生的脆性裂纹的传播的阻止(停止)更困难。

本发明基于上述的见解，经过进一步研讨而完成。

即，本发明的主旨如下所述。

(1)一种焊接结构体，其中，所述焊接结构体的脆性裂纹传播停止特性优异，所述焊接结构体是具备角接接头的附带加倍构件的角焊结构体，所述角接接头通过将接合构件的端面对焊接合于加倍构件的表面且将所述加倍构件角焊接合于板厚50mm以上的被接合构件的表面而形成，在所述角接接头中的所述加倍构件的表面与所述被接合构件的表面的重叠面上具有在所述角接接头的截面中为加倍构件的板宽Wd的95％以上的未熔敷部，进而，所述加倍构件的板厚td与板宽Wd之比td/Wd满足下述(1a)式，进而，将所述角接接头的角焊缝金属设定为如下的角焊缝金属：该角焊缝金属的夏氏冲击试验断口转变临界温度vTrs(℃)对应于角焊脚长或熔敷宽度L且在与所述被接合构件的板厚tf和角焊脚长或熔敷宽度L的关系中满足下述(1b)式或下述(1c)式。

td/Wd<2‥‥(1a)

在L≥20mm的情况下，vTrs≤-5L+65-1.5(tf-75)‥‥(1b)

在L<20mm的情况下，vTrs≤-35-1.5(tf-75)‥‥(1c)

在此，vTrs：角焊缝金属的夏氏冲击试验断口转变临界温度(℃)，

tf：被接合构件的板厚(mm)，

td：加倍构件的板厚(mm)，

Wd：加倍构件的板宽(mm)，

L：角焊脚长或熔敷宽度(mm)，

L作为角焊脚长和熔敷宽度中的小的一方，并且L为17mm以上。

(2)根据(1)所述的焊接结构体，其中，所述被接合构件在与所述接合构件交叉的方向具有对焊接头部。

(3)根据(2)所述的焊接结构体，其中，所述接合构件具有对焊接头部，以使该接合构件的对焊接头部与所述被接合构件的对焊接头部交叉的方式设置该接合构件。

发明效果

根据本发明，能够将以往难以实现的在由板厚为50mm以上进而板厚超过80mm的厚钢板构成的被接合构件(凸缘)产生的脆性裂纹的向接合构件(腹板)的传播、及在接合构件(腹板)产生的脆性裂纹的向被接合构件(凸缘)的传播这两方在达到大规模破坏之前停止或阻止。

因此，根据本发明，能够避免钢结构物，特别是大型集装箱船或散装货轮等的船身分离等的大规模的脆性破坏的危险性，在确保船身结构的安全性方面能带来大的效果，在产业上发挥特殊的效果。

另外，根据本发明，也具有如下的效果：在施工时，通过调整加倍构件的尺寸及角焊缝金属的韧性，无需使用特殊的钢板，而且不会损害安全性，能够容易地制造出脆性裂纹传播停止特性优异的焊接结构体。

附图说明

图1是示意性地说明角接接头的截面结构的说明图。图1(a)示出接合构件(腹板)1与加倍构件10及被接合构件(凸缘)2正交的情况，图1(b)示出接合构件(腹板)1与加倍构件10及被接合构件(凸缘)2倾斜地交叉的情况。

图2是示意性地表示角接接头的结构的另一例的说明图。图2(a)是外观图，图2(b)是剖视图。

图3是示意性地表示角接接头的结构的另一例的说明图。图3(a)是外观图，图3(b)是剖视图。

图4是示意性地表示在实施例中使用的以从被接合构件(凸缘)产生/传播的脆性裂纹为对象的超大型结构模型试验体的形状的说明图。图4(a)是被接合构件(凸缘)2仅由钢板母材构成的情况，图4(b)是被接合构件(凸缘)2具有对焊接头部的情况，图4(c)是接合构件(腹板)1及被接合构件(凸缘)2具有对焊接头部的情况。

图5是示意性地表示在实施例中使用的以从接合构件(腹板)产生/传播的脆性裂纹为对象的超大型结构模型试验体的形状的说明图。图5(a)是接合构件(腹板)1仅由钢板母材构成的情况，图5(b)是接合构件(腹板)1具有对焊接头部的情况，图5(c)是接合构件(腹板)1及被接合构件(凸缘)2具有对焊接头部的情况。

具体实施方式

以下，具体地说明本发明。

本发明的焊接结构体是具备角接接头的焊接结构体，所述角接接头是使接合构件1的端面与加倍构件10的表面对接，将接合构件1与加倍构件10接合，并使加倍构件10与板厚50mm以上的被接合构件2的表面重叠，通过角焊进行接合而构成的角接接头。该焊接结构体具备具有焊脚长度3或熔敷宽度13为Lmm的角焊缝金属5的角接接头，在该角接接头的加倍构件10与被接合构件(凸缘)2的重叠面上存在有成为结构不连续部的未熔敷部4。需要说明的是，在本发明焊接结构体中，在将接合构件1的端面与加倍构件10的表面对接的对接面上也可以包含结构不连续部。

该状态在接头截面中如图1所示。需要说明的是，图1(a)示出将接合构件(腹板)1直立地安装于被接合构件(凸缘)2的情况，但是在本发明中没有限定于此。例如图1(b)所示，也可以将接合构件(腹板)1倾斜角度θ地安装于被接合构件(凸缘)2。

如上所述，本发明的焊接结构体在加倍构件10与被接合构件(凸缘)2的重叠面处具有结构不连续的未熔敷部4。在本发明的焊接结构体中，加倍构件10与被接合构件(凸缘)2的重叠面成为脆性裂纹的传播面，因此在本发明中，在重叠面存在未熔敷部4。由于未熔敷部4的存在，在接合构件(腹板)1或被接合构件(凸缘)2中传播的脆性裂纹前端的能量释放率(裂纹进展驱动力)下降，在重叠面处，脆性裂纹容易停止。

因此，在本发明中，形成保持规定以上的韧性的角焊缝金属5，通过角焊缝金属5使脆性裂纹停止。

需要说明的是，脆性裂纹在缺陷少的钢板母材部产生的情况极为稀少。过去的脆性破坏事故的大多数在焊接部发生。因此，在例如被接合构件(凸缘)2设为利用对焊接头22来接合的钢板并将接合构件(腹板)以与该对焊接头的焊接部(对焊接头部)22交叉的方式进行了角焊的图2所示那样的角接接头、或者接合构件(腹板)1及被接合构件(凸缘)2都设为具有对焊接头部12、22的钢板并且被接合构件(凸缘)2的对焊接头部22与接合构件(腹板)1的对焊接头部12交叉的图3所示那样的角接接头中，都是为了阻止从对焊接头部12或22产生的脆性裂纹的传播，首先，存在结构的不连续部的情况至关重要。

因此，在本发明中，在角焊缝部的被接合构件与加倍构件的重叠面上存在未熔敷部(结构的不连续部)4。

需要说明的是，图2(a)示出角接接头的外观，图2(b)示出对焊接头部22的截面形状。而且，图3示出在接合构件(腹板)1及被接合构件(凸缘)2都为具有对焊接头部12、22的钢板的情况下，被接合构件(凸缘)2的对焊接头部22与接合构件(腹板)1的对焊接头部12交叉的角接接头。图3(a)示出角接接头的外观，图3(b)示出对焊接头部12、22的接头截面形状。

需要说明的是，在图2、图3中，示出了对焊接头部22与腹板1正交的情况，但是在本发明中没有限定于此。当然也可以倾斜交叉。

另外，焊接结构体的制造方法不需要特别限定，常用的制造方法都可以适用。例如，也可以将凸缘用钢板彼此、腹板用钢板彼此进行对焊，将得到的对焊接头经由加倍构件进行角焊来制造焊接结构体。而且，也可以将对焊前的一组腹板用钢板临时焊接于凸缘表面的加倍构件，接下来将腹板用钢板彼此进行对焊，将得到的对焊接头向凸缘焊接来制造焊接结构体。

在本发明中，为了抑制脆性裂纹的传播，角接接头截面的未熔敷部4的尺寸设为加倍构件宽度Wd的95％以上。未熔敷部4的尺寸(宽度B)16小于加倍构件宽度Wd的95％的话，角焊缝金属的塑性变形受到抑制，冲进角焊缝金属的脆性裂纹的裂纹前端附近成为高应力，难以停止或阻止脆性裂纹。因此，为了抑制脆性裂纹的传播，未熔敷部4的尺寸(宽度B)16限定为加倍构件宽度Wd的95％以上。需要说明的是，优选为96％以上且100％以下。

另外，在本发明中，以使加倍构件的板厚td与加倍构件的板宽Wd之比td/Wd满足如下(1a)式的方式，调整加倍构件的尺寸。

td/Wd<2‥‥(1a)

在加倍构件的板厚td和加倍构件的板宽Wd不满足(1a)式的情况下，从接合构件(腹板)产生的脆性裂纹的传播的停止或阻止比从被接合构件(凸缘)产生的脆性裂纹的传播的停止或阻止变得困难，无法将从接合构件(腹板)及被接合构件(凸缘)产生的脆性裂纹的传播一起停止或阻止。

需要说明的是，当td/Wd过小时，会产生加倍构件的纵向刚性下降的问题，因此td/Wd的下限值优选设为0.2。

此外，在本发明中，以如下方式调整角焊缝金属的韧性：对应于角焊脚长或熔敷宽度L，且在与被接合构件的板厚tf和角焊脚长或熔敷宽度L的关系中，满足如下(1b)式或如下(1c)式。

在L≥20mm的情况下，vTrs≤-5L+65-1.5(tf-75)‥‥(1b)

在L<20mm的情况下，vTrs≤-35-1.5(tf-75)‥‥(1c)

(在此，vTrs：角焊缝金属的夏氏冲击试验断口转变临界温度(℃)，tf：被接合构件的板厚(mm)，L：角焊脚长或熔敷宽度(mm))

需要说明的是，L使用角焊脚长、熔敷宽度中的小的一方。

角焊缝金属的韧性与被接合构件(凸缘)的板厚tf、角焊脚长L相关联，通过满足上述的(1b)式或(1c)式，关于被接合构件(凸缘)及接合构件(腹板)的板厚为50mm以上的焊接结构体，能够形成为确保了所希望的脆性裂纹传播阻止性能的焊接结构体。在角焊缝金属的韧性不满足上述的(1b)式或(1c)式的情况下，角焊缝金属的韧性不足，利用角焊缝金属部无法阻止在被接合构件(凸缘)或接合构件(腹板)产生并传播的脆性裂纹。

这样，如果是加倍构件满足上述的(1a)式、角焊缝金属在与被接合构件(凸缘)的板厚tf、角焊脚长(熔敷宽度)L的关系中满足上述的(1b)式或(1c)式的焊接结构体，则能够通过角焊缝金属一并阻止在被接合构件(凸缘)产生的脆性裂纹及在接合构件(腹板)产生的脆性裂纹的传播。

需要说明的是，本发明的焊接结构体具备上述的角接接头，例如，能够适用于船舶的以船身外板为凸缘并以隔壁为腹板的船身结构，或者以甲板为凸缘并以舱口为腹板的船身结构等。

实施例

以下，基于实施例，详细说明本发明。

使用表1-1及表1-2所示的板厚的厚钢板作为接合构件(腹板)、加倍构件及被接合构件(凸缘)，制造了图4(a)、(b)、(c)及图5(a)、(b)、(c)所示的形状的实际结构尺寸的大型焊接结构接头。图4(a)、(b)、(c)是假定了脆性裂纹从被接合构件(凸缘)产生/传播的情况的图，图5(a)、(b)、(c)是假定了脆性裂纹从接合构件(腹板)产生/传播的情况的图。需要说明的是，在制造的角接接头中，在加倍构件10与被接合构件2的对接面上使未熔敷部的比率Y(＝(未熔敷部的宽度B/加倍构件的板宽Wd))变化而存在有图1(a)所示那样的未熔敷部4。需要说明的是，在接合构件(腹板)与加倍构件的对接面上没有残留未熔敷部。

需要说明的是，图4的情况的被接合构件(凸缘)设为厚钢板(仅母材)(图4(a))或具有对焊接头的厚钢板(图4(b))，接合构件(腹板)设为厚钢板(仅母材)(图4(a)、(b))或者具有对焊接头的厚钢板(图4(c))。图5的情况的接合构件(腹板)也同样地设为厚钢板(仅母材)(图5(a))或具有对焊接头的厚钢板(图5(b))，被接合构件(凸缘)设为厚钢板(仅母材)(图5(a)、(b))或者具有对焊接头的厚钢板(图5(c))。需要说明的是，对焊接头通过1焊道大输入热量气电焊(1电极EGW、2电极EGW、SEGARC、2电极SEGARC)或多层CO₂焊接来制造。

需要说明的是，角接接头使焊接材料及焊接输入热量、保护气体等焊接条件变化而形成为具有各种韧性、各种角焊脚长或熔敷宽度的角焊缝金属的角接接头。角焊脚长、熔敷宽度都是两侧的平均值。需要说明的是，关于角焊缝金属的韧性，从角焊缝金属或通过与角焊相同的条件制造的对焊接头中选取夏氏冲击试验片(10mm厚)，遵照JIS Z2242的规定而求出了断口转变临界温度vTrs(℃)。

另外，使用得到的大型角接接头，制造图4及图5所示的超大型结构模型试验体，实施了脆性裂纹传播停止试验。需要说明的是，图4的超大型结构模型试验体在附带加倍件的大型角接接头9的被接合构件(凸缘)2的下方，通过临时焊接8而将被接合构件(凸缘)2与相同板厚的钢板进行了焊接。而且，图5的超大型结构模型试验体在附带加倍件的大型角接接头9的接合构件(腹板)1的下方，通过临时焊接8将接合构件(腹板)1与相同板厚的钢板进行了焊接。

然后，将机械凹口7的前端加工成为接合构件(腹板)1或被接合构件(凸缘)2的母材、对焊接头部12、22的熔合(BOND)部或焊接金属WM。

另外，脆性裂纹传播停止试验中，对机械凹口施加打击而产生脆性裂纹，调查了传播的脆性裂纹是否在角焊缝部停止。

所有的试验都在试验应力100～283N/mm²、温度-10℃的条件下实施。试验应力100N/mm²是在船身上稳定地作用的应力的平均值，试验应力257N/mm²是适用于船身的屈服强度390N/mm²级钢板的最大容许应力相当的值，试验应力283N/mm²是适用于船身的屈服强度460N/mm²级钢板的最大容许应力相当的值。温度-10℃是船舶的设计温度。

得到的结果如表2-1及表2-2所示。

[表1-1]

[表1-2]

[表2-1]

[表2-2]

如表2-1及表2-2所示，在本发明例中，无论是使脆性裂纹从被接合构件(凸缘)传播的情况下，还是使脆性裂纹从接合构件(腹板)传播的情况下，裂纹都冲进角焊缝部的角焊缝金属而停止。

另一方面，在脱离本发明的范围的比较例中，在使脆性裂纹从被接合构件(凸缘)传播的情况下，或者使脆性裂纹从接合构件(腹板)传播的情况下，或者这两者的情况下，脆性裂纹在角焊缝部不停止而传播，无法利用角焊缝金属阻止脆性裂纹的传播。

标号说明

1 接合构件(腹板)

2 被接合构件(凸缘)

3 脚长

4 未熔敷部

5 角焊缝金属

7 机械凹口

8 临时焊接

9 附带加倍构件的大型角接接头

10 加倍构件

12 腹板对焊接头部

13 熔敷宽度

16 未熔敷宽度(B)

22 凸缘对焊接头部

θ 交叉角。

Claims (3)

1.一种焊接结构体，其中，

所述焊接结构体的脆性裂纹传播停止特性优异，所述焊接结构体是具备角接接头的附带加倍构件的角焊结构体，所述角接接头通过将接合构件的端面对焊接合于加倍构件的表面且将所述加倍构件角焊接合于板厚50mm以上的被接合构件的表面而形成，

在所述角接接头中的所述加倍构件的表面与所述被接合构件的表面的重叠面上具有在所述角接接头的截面中为加倍构件的板宽Wd的95％以上的未熔敷部，进而，所述加倍构件的板厚td与板宽Wd之比td/Wd满足下述(1a)式，进而，将所述角接接头的角焊缝金属设定为如下的角焊缝金属：该角焊缝金属的夏氏冲击试验断口转变临界温度vTrs℃对应于角焊脚长或熔敷宽度L且在与所述被接合构件的板厚tf和角焊脚长或熔敷宽度L的关系中满足下述(1b)式或下述(1c)式，

td/Wd<2‥‥(1a)

在L≥20mm的情况下，vTrs≤-5L+65-1.5(tf-75)‥‥(1b)

在L<20mm的情况下，vTrs≤-35-1.5(tf-75)‥‥(1c)

在此，vTrs：角焊缝金属的夏氏冲击试验断口转变临界温度℃，

tf：被接合构件的板厚mm，

td：加倍构件的板厚mm，

Wd：加倍构件的板宽mm，

L：角焊脚长或熔敷宽度mm，

L作为角焊脚长和熔敷宽度中的小的一方，并且L为17mm以上。

2.根据权利要求1所述的焊接结构体，其中，

所述被接合构件在与所述接合构件交叉的方向具有对焊接头部。

3.根据权利要求2所述的焊接结构体，其中，

所述接合构件具有对焊接头部，以使该接合构件的对焊接头部与所述被接合构件的对焊接头部交叉的方式设置该接合构件。

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