JP2008213021A - Weld joint and welded structure having excellent brittle crack propagation stop characteristic and method of improving this characteristic - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、突合せ溶接継手に発生した脆性き裂の伝播を停止させる脆性き裂伝播停止特性に優れた溶接構継手、該溶接継手を有する溶接構造体、及び、溶接継手における脆性き裂伝播停止特性の向上方法に関する。
具体的には、溶接構造体の突合せ溶接継手に発生する可能性のある脆性き裂の伝播を妨げて、大型の船舶や建築物などの溶接構造体の安全性を向上させうる技術に関する。
The present invention relates to a welded joint having excellent brittle crack propagation stopping characteristics for stopping propagation of a brittle crack generated in a butt welded joint, a welded structure having the welded joint, and brittle crack propagation stop in the welded joint. The present invention relates to a method for improving characteristics.
Specifically, the present invention relates to a technique that can prevent the propagation of brittle cracks that may occur in a butt weld joint of a welded structure and improve the safety of welded structures such as large ships and buildings.
船舶、タンク、建築物など大型の鋼構造物は多数の鋼板を突合せ溶接して製作されている。このような構造物では、地震や事故などで万一脆性破壊が発生しても構造物全体が崩壊する前に脆性き裂を停止できる性能が求められており、そのため要所に脆性き裂伝播停止特性（アレスト性）の高い鋼板を採用するような工夫が取られている。
通常は、溶接部に脆性き裂が発生しても、き裂は溶接残留応力によって母材側へ逸れるのが一般的であり、母材側の脆性き裂伝播停止特性が十分に高い場合には、母材でのき裂の伝播停止が期待できる。
Large steel structures such as ships, tanks and buildings are manufactured by butt welding many steel plates. In such a structure, even if a brittle fracture occurs due to an earthquake or an accident, there is a demand for the ability to stop the brittle crack before the entire structure collapses. Ingenuity has been taken to employ steel plates with high stopping characteristics (arrestability).
Normally, even if a brittle crack occurs in the weld zone, the crack generally deviates to the base metal side due to the residual welding stress, and when the brittle crack propagation stop characteristic on the base metal side is sufficiently high. Can be expected to stop the propagation of cracks in the base metal.
しかし、工期の短縮や溶接効率の向上のために、大入熱溶接法が用いられる場合も多いが、大入熱溶接法で形成された溶接継手では、溶接部の破壊靭性が著しく低下する場合や溶接熱影響部が軟化する場合があるため、熱影響を受けていない母材部が十分な脆性破壊伝播停止特性を持っていたとしても、き裂が母材側に逸れず、溶接ビードに沿って溶接熱影響部付近を伝播する危険性が高くなっている。
また、構造上の制約から、主応力方向に対して直角に近い方向に沿って溶接部を形成さる場合もあり、この場合も同様にき裂が伝播する危険性が高い。
However, in order to shorten the work period and improve welding efficiency, the high heat input welding method is often used, but the weld toughness formed by the high heat input welding method significantly reduces the fracture toughness of the weld. If the base metal part not affected by the heat has sufficient brittle fracture stop properties, the crack will not escape to the base metal side and the weld bead may be softened. The danger of propagating along the weld heat affected zone is high.
Further, due to structural limitations, the weld may be formed along a direction close to a right angle with respect to the main stress direction. In this case as well, there is a high risk of crack propagation.
以上のような場合、従来は、ニッケル含有量の高い溶接材料を用い、溶接継手部そのものの靭性を向上させて、き裂の発生や伝播を抑制する手段がとられていたが、高価な高ニッケル含有溶接材料を多量に使用するためコストの点で問題があった。
このため、通常の溶接材料を用いて溶接された溶接継手部において、たとえ脆性き裂が発生したとしても、脆性き裂の伝播方向を、脆性き裂伝播停止特性の低い溶接ビードに沿う溶接熱影響部から速やかに母材側に逸らして、脆性き裂伝播停止特性の高い部位へ誘導することにより、溶接継手部での脆性き裂の伝播を阻止する手段の開発が望まれている。
In the above cases, conventionally, a welding material having a high nickel content was used to improve the toughness of the welded joint portion itself, and a means for suppressing the generation and propagation of cracks has been taken. There was a problem in terms of cost because a large amount of nickel-containing welding material was used.
For this reason, even if a brittle crack occurs in a welded joint welded using ordinary welding material, the propagation direction of the brittle crack is determined by the welding heat along the weld bead having a low brittle crack propagation stop characteristic. Development of a means for preventing the propagation of a brittle crack in a welded joint portion by quickly moving from the affected portion to the base metal side and guiding it to a portion having a high brittle crack propagation stopping property is desired.
そのような手段としては、本出願人によって特許文献１や特許文献２に示す手段が提案されている。
特許文献１は、突合せ溶接継手の一部をガウジングなどにより除去した後、除去した部分を補修溶接することにより、突合せ溶接部に比べて高い靭性を有する補修溶接部を形成するものであり、特許文献２は、き裂の初期伝播方向に沿った溶接ビード沿いに、圧縮予ひずみ部を溶接ビードの両側のほぼ線対称位置に一対以上配設して、溶接部近傍の内部応力の分布を調整するものである。
As such means, the means shown in
これらの手段は、通常の溶接施工方法で溶接された溶接継手部に対し、後処理により脆性き裂の伝播を阻止する性能を向上させるものであり、上記問題を解決するものであるが、特許文献１の技術では、ガウジング及び補修溶接の２工程が必要であり、各工程も作業者の熟練を必要とし、かつ処理時間が長い問題がある。また、特許文献２の技術では、き裂が母材側に逸れる際の起点が溶接ビードに形成できないため、負荷の大きさによっては、母材側に逸れない場合が生じるなどの問題がある。
These means improve the performance of preventing the propagation of brittle cracks by post-processing for welded joints welded by a normal welding construction method, and solve the above problems. The technique of
そこで、本発明は、作業者の熟練を必要としない簡単な手段で、かつ、高速に処理できる手段により、脆性き裂が発生しても、それを確実に母材側へ逸らして脆性き裂伝播停止特性の高い部位へ誘導することができるようにすることを課題とする。
そして、そのような課題を達成できる溶接継手や溶接構造体を提供すること、及び、そのような溶接継手を得るための脆性き裂伝播停止特性の向上方法を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention is a simple means that does not require the skill of the operator, and even if a brittle crack is generated by means that can be processed at high speed, the brittle crack is surely deflected to the base metal side. It is an object to be able to guide to a site having a high propagation stop characteristic.
And it aims at providing the welded joint and welded structure which can achieve such a subject, and the improvement method of the brittle crack propagation stop characteristic for obtaining such a welded joint.
本発明者らは、より簡単で高速に処理することが可能であり、き裂をより確実に母材側へ逸らすことができる手段について検討した結果、特許文献３に示されているように、近年、新たな超音波利用技術として溶接部の疲労強度向上などに利用され始めている超音波振動端子による打撃処理（超音波打撃処理）に着目した。
そして、溶接継手部に超音波打撃処理を溶接ビードを横切って付加することにより、溶接ビード部及びビード止端部にき裂が母材側に逸れる際の起点を形成でき、かつ、溶接熱影響部にき裂を母材側に誘導する経路を形成できることを知見した。
以上の知見に基づく本発明の要旨は次のとおりである。
As a result of examining a means that can be processed more easily and at a high speed, and the crack can be more reliably deflected to the base material side, as shown in
And, by applying ultrasonic striking treatment across the weld bead to the weld joint, it is possible to form the starting point when the crack is displaced to the base metal side at the weld bead and the bead toe, and the influence of welding heat It was found that a path for guiding a crack to the base metal side can be formed in the part.
The gist of the present invention based on the above knowledge is as follows.
（１）鋼板の突合せ溶接継手において、超音波打撃処理による凹部が溶接ビードを横切って形成されており、該凹部と溶接ビードのなす角が３０度以上であることを特徴とする脆性き裂伝播停止特性に優れた溶接継手。
（２）前記超音波打撃処理による凹部を、溶接ビードに沿って６００ｍｍ以下の間隔で複数設けたことを特徴とする上記（１）に記載の溶接継手。
（３）前記凹部の先端と溶接ビードの間の距離が板厚の２倍以上であることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の溶接継手。
（４）鋼板を突合せ溶接した溶接継手部を有する溶接構造体であって、前記溶接継手部の少なくとも脆性き裂が伝播する可能性のある溶接継手部を、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の溶接継手としたことを特徴とする脆性き裂伝播停止特性に優れた溶接構造体。
（５）前記鋼板の脆性き裂伝播停止性能がＫｃａ値で４０００Ｎ／ｍｍ1.5以上であり、板厚が５０ｍｍ以下であることを特徴とする上記（４）に記載の溶接構造体。
（６）前記鋼板の脆性き裂伝播停止性能がＫｃａ値で５０００Ｎ／ｍｍ1.5以上であり、板厚が５０ｍｍ超であることを特徴とする上記（４）に記載の溶接構造体。
（７）脆性き裂が伝播する可能性のある突合せ溶接継手に対し、超音波打撃処理を施すことによって脆性き裂伝播停止特性を向上させる方法であって、前記超音波打撃処理を、溶接ビードを横切るように、かつ、超音波打撃処理を施した領域に形成される凹部と溶接ビードのなす角が３０度以上となるように施すことを特徴とする溶接継手における脆性き裂伝播停止特性の向上方法。
（８）前記超音波打撃処理を、溶接ビードに沿って６００ｍｍ以下の間隔で複数施したことを特徴とする上記（７）に記載の溶接継手における脆性き裂伝播停止特性の向上方法。
（９）前記超音波打撃処理を、前記凹部の先端と溶接ビードの間の距離が板厚の２倍以上となるように施すことを特徴とする上記（７）または（８）に記載の溶接継手における脆性き裂伝播停止特性の向上方法。
(1) In a butt weld joint of steel plates, a concave portion formed by ultrasonic striking treatment is formed across the weld bead, and an angle formed by the concave portion and the weld bead is 30 degrees or more, and a brittle crack propagation is characterized. A welded joint with excellent stopping characteristics.
(2) The weld joint according to (1) above, wherein a plurality of recesses formed by the ultrasonic hitting process are provided at intervals of 600 mm or less along the weld bead.
(3) The weld joint according to (1) or (2) above, wherein the distance between the tip of the recess and the weld bead is at least twice the plate thickness.
(4) A welded structure having a welded joint obtained by butt-welding steel plates, wherein at least a brittle crack of the welded joint is likely to propagate, the welded joint of the above (1) to (3) A welded structure excellent in brittle crack propagation stopping characteristics, characterized by being a welded joint according to any one of the above.
(5) The welded structure according to (4) above, wherein the steel sheet has a brittle crack propagation stopping performance in terms of a Kca value of 4000 N / mm 1.5 or more and a plate thickness of 50 mm or less.
(6) The welded structure according to (4) above, wherein the steel sheet has a brittle crack propagation stopping performance in terms of a Kca value of 5000 N / mm 1.5 or more and a plate thickness of more than 50 mm.
(7) A method for improving the brittle crack propagation stop property by applying an ultrasonic hitting treatment to a butt welded joint in which a brittle crack may propagate, wherein the ultrasonic hitting treatment is performed on a weld bead. Of the brittle crack propagation stop property in a welded joint, characterized in that the angle formed by the recess formed in the region subjected to the ultrasonic impact treatment and the weld bead is 30 degrees or more. How to improve.
(8) The method for improving brittle crack propagation stopping characteristics in a welded joint according to (7) above, wherein a plurality of the ultrasonic hitting processes are performed along the weld bead at an interval of 600 mm or less.
(9) The welding according to (7) or (8), wherein the ultrasonic hitting process is performed so that a distance between a tip of the concave portion and a weld bead is twice or more a plate thickness. A method for improving brittle crack propagation stopping characteristics in joints.
本発明によれば、万一、溶接継手部に脆性き裂が発生した場合であっても、より確実に母材側へ逸らし脆性き裂伝播停止特性の高い部位へ誘導することがきる性能を有する溶接継手、そのような溶接継手を有する溶接構造体、及び、溶接継手にそのような性能を付与する方法を提供することができる。 According to the present invention, even if a brittle crack occurs in the welded joint part, the performance that can be more reliably deflected to the base metal side and guided to a site having a high brittle crack propagation stop property can be achieved. It is possible to provide a welded joint having, a welded structure having such a welded joint, and a method for imparting such performance to the welded joint.
以下、本発明の実施の形態を、図を用いて詳細に説明する。
本発明では、脆性き裂が伝播する可能性のある突合せ溶接継手において、脆性き裂を停止させる領域近傍の溶接継手部に対し、その両面あるいは片面に超音波打撃処理を施す。
図１（ａ）〜（ｂ）に溶接ビード３を横切るように施す超音波打撃処理の付与の一例を示し、図２に超音波打撃処理の概要を示す。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In the present invention, in a butt weld joint in which a brittle crack may propagate, an ultrasonic hitting process is performed on both or one side of the weld joint near the area where the brittle crack is stopped.
FIGS. 1A to 1B show an example of application of ultrasonic hitting processing performed across the
突合せ溶接された鋼板２の溶接継手部１表面を超音波振動端子５で連続的に打撃する。超音波振動端子５によって打撃された領域には打撃痕による溝状の凹部（超音波打撃処理部）４が形成される。超音波打撃処理部４は溶接ビード３を横切るように所定の長さ形成し、所定の間隔を置いて必要な箇所に形成する。図１（ａ）は、超音波打撃処理部４を同じ向きに間隔Ｌをおいて形成する場合、同（ｂ）は、交互に向きを変えて形成する場合をそれぞれ示す。
The surface of the
この超音波打撃処理により鋼板の板厚方向に塑性変形が加えられ、そのとき塑性流動した部分が周囲の金属によって拘束されることによって、鋼板に圧縮残留応力が導入される。また、鋼板の表層は、打撃により微細化した加工組織となり、その靭性が向上する。 By this ultrasonic striking treatment, plastic deformation is applied in the thickness direction of the steel sheet, and the portion that plastically flows at that time is restrained by the surrounding metal, thereby introducing compressive residual stress into the steel sheet. Moreover, the surface layer of a steel plate becomes a processed structure refined | miniaturized by impact, and the toughness improves.
突合せ溶接継手１に発生した脆性き裂は、溶接ビード部３、あるいは引張残留応力が発生している鋼板２の熱影響部を伝播するが、脆性き裂を停止させる領域に超音波打撃処理を施して、圧縮残留応力を導入するとともに周囲よりも靭性の高い組織を導入することにより、溶接ビード部３または鋼板２の熱影響部に沿って伝播する脆性き裂を、超音波打撃処理部４で逸らせて、該処理部に沿って鋼板２母材部に導き出し、母材部においてき裂の伝播を停止させる。
The brittle crack generated in the
上記のような超音波打撃処理部４に沿って脆性き裂が逸れるメカニズムについて、図３を用いてさらに説明する。
表裏の鋼板あるいは溶接部の表面に超音波打撃処理を実施することにより、図３（ａ）に示すように、該処理による塑性変形を受けて超音波打撃処理部４及びその近傍に隣接する表層に、板厚方向での深さが数ミリにおよぶ圧縮残留応力が付与され、同時に、この表層部に付与された圧縮残留応力とバランスをとる形で、板厚内部では引張り残留応力が作用する状態となる。
The mechanism by which the brittle crack is displaced along the ultrasonic
By performing ultrasonic striking treatment on the front and back steel plates or the surface of the welded portion, as shown in FIG. 3A, the ultrasonic
脆性き裂の伝播は、残留応力状態の影響を受け、引張り残留応力が作用している領域に伝播しやすい特性を有しており、また、板厚内部でき裂が先行して伝播することが多い。 したがって、溶接ビード部または鋼板の熱影響部に沿って伝播してきたき裂が超音波打撃処理部４に達すると、引張り残留応力が作用している板厚内部では該処理部４に沿う方向にき裂の伝播方向が変わり、該処理部４に沿うようにき裂が伸展する。超音波打撃処理部４における板厚表層部では超音波打撃処理によって圧縮残留応力状態にあり、かつ、該処理により組織が微細化して破壊抵抗が高いため、脆性き裂は伸展せず、図３（ｂ）に示すように、引張り残留応力状態の板厚内部に埋没した形でき裂は進展する。
この結果、き裂の伝播の際、き裂先端の応力拡大係数は低下し、き裂を伝播させるドライビングフォースが小さくなるため、き裂が停止しやすくなる。
The propagation of brittle cracks is affected by the residual stress state, and has the property of easily propagating to the area where tensile residual stress is applied. Many. Therefore, when a crack propagating along the weld bead portion or the heat-affected zone of the steel sheet reaches the ultrasonic
As a result, when the crack propagates, the stress intensity factor at the crack tip decreases, and the driving force for propagating the crack decreases, so that the crack is likely to stop.
このとき、溶接ビード３のどちら側の熱影響部をき裂が伝播しても伝播している側の鋼板母材に逸らせるようにするには、図１（ｂ）のように超音波打撃処理を施すのがよい。溶接構造や鋼板母材の特性上、片側の鋼板に逸らせる必要がある場合は、図１（ａ）のように施すのがよい。もちろん（ａ）と（ｂ）を混在させてもよい。
また、き裂の伝播を母材側に確実に逸らせるためには、超音波打撃処理を溶接継手部の両面にそれぞれ施す必要がある。その際、両面で同じ位置で同じ向きで施すのが好ましい。
At this time, in order to shift the heat-affected zone on either side of the
Further, in order to surely deflect the propagation of cracks toward the base metal, it is necessary to perform ultrasonic striking treatment on both surfaces of the welded joint portion. In that case, it is preferable to apply in the same direction at the same position on both sides.
超音波打撃処理部４と溶接ビード３とのなす角度θは、き裂を母材側に逸らせるためには３０度以上必要である。それ未満の場合には母材側に逸れずにそのまま溶接ビード部あるいは熱影響部を伝播する恐れがある。
また、この角度θは、図１（ｃ）に示す例のように９０度あるいはその近傍の角度であっても効果が得られるが、より効果の高い角度は８０度以下である。
The angle θ formed by the ultrasonic
In addition, although the effect can be obtained even when the angle θ is 90 degrees or an angle in the vicinity thereof as in the example shown in FIG. 1C, the more effective angle is 80 degrees or less.
超音波打撃処理部４の凹部の先端と溶接ビード３の間の距離ｈは、き裂を母材側に確実に逸らせるために、鋼板板厚の２倍以上の距離が必要である。距離ｈが長い（前記処理部４の長さが長い）方が望ましいが、板厚の４倍以上あれば、該処理により溶接継手部から脆性き裂を母材側へ逸らせるには十分である。
超音波打撃処理部４の凹部の深さは、必要な圧縮残留応力を付与するために０．２ｍｍ以上必要である。深さの上限は打撃圧力の点から１ｍｍ以下が好ましい。
また、凹部の幅は、凹部によって残留応力の分布を変化させるためには１ｍｍ以上必要である。幅は広いほうが望ましいが、幅が広くなると同様に打撃圧力が上昇するから１０ｍｍあれば十分である。
The distance h between the tip of the concave portion of the ultrasonic
The depth of the concave portion of the ultrasonic
Further, the width of the concave portion needs to be 1 mm or more in order to change the distribution of residual stress by the concave portion. A wider width is desirable, but the impact pressure increases as the width increases, so 10 mm is sufficient.
以上の超音波打撃処理は、特許文献４に記載されている装置によって行われる。すなわち、発振機から発振された超音波を、トランスデューサによってその周波数を例えば５〜６０ｋＨｚに変換し、さらに、ウェーブガイドでその振幅を増幅させて、装置の先端に取り付けられる超音波振動端子５を、例えば、振動数５〜６０ｋＨｚ、出力１００ｗ〜５ｋＷで機械的に振動させる。それにより超音波振動端子５前面の打撃部の表面において、平滑性を維持しつつ打撃前の表面に対して打撃痕となる凹部を形成することができる。
The ultrasonic hitting process described above is performed by an apparatus described in
その際、上記超音波振動は、その振動数が５ｋＨｚ以上であるため、ショットピーニング法などの従来技術に比べて表面平滑性を損なわずに十分な圧縮残留応力を付与することができる。また、打撃圧力が周波数に依存するため、５ｋＨｚ以上で周波数の増加とともにこれらの効果は向上するが、超音波の振動数が６０ｋＨｚを越えると、非常に高い超音波出力装置を必要とするほか、装置コストの面からも実用的でなく好ましくない。
超音波打撃端子５としては、先端が滑らかな曲線状のピンが用いられ、先端部の幅は、凹部の幅に対応する１〜１０ｍｍ程度のものが使用される。
At that time, since the ultrasonic vibration has a frequency of 5 kHz or more, sufficient compressive residual stress can be applied without impairing the surface smoothness as compared with conventional techniques such as a shot peening method. In addition, since the impact pressure depends on the frequency, these effects are improved as the frequency is increased at 5 kHz or more. However, when the ultrasonic frequency exceeds 60 kHz, a very high ultrasonic output device is required. From the viewpoint of apparatus cost, it is not practical and not preferable.
As the
以上のような超音波衝撃処理は、一回一回の打撃のエネルギーは小さいが、１秒間に非常に多数の打撃を与えることができ、それによって大きなエネルギーを一度に与えた場合と同じような効果を得ることができる。さらに、一回一回の打撃力が小さいために、機器に生じる反動や作業者に伝わる反動が著しく小さく、かつ、作業が簡単で高速に実施できるため、施工性の面で非常に有利である。 The ultrasonic impact treatment as described above has a small impact energy at one time, but can give a very large number of impacts per second, which is the same as when large energy is applied at once. An effect can be obtained. Furthermore, since the impact force at a time is small, the reaction that occurs in the equipment and the reaction that is transmitted to the operator is extremely small, and the work can be performed easily and at high speed, which is very advantageous in terms of workability. .
特に、超音波衝撃処理は、溶接継手の形成後の後処理として実施し、脆性き裂伝播停止特性についての性能向上を図れるため、溶接には通常の施工方法をそのまま適用でき、また、大入熱溶接などの適用範囲を拡大することもできる。さらに、既存の溶接構造物に対しても、脆性き裂伝播停止特性についての性能向上を効果的に図ることができる。
なお、溶接後すぐに超音波打撃処理を施す場合は、突合せ溶接継手の温度が３００℃以下の状態で行うことが好ましい。溶接継手の温度が３００℃以上では、超音波振動端子による打撃時に、溶接金属および鋼板の降伏応力が低くなっているため好ましくない。
In particular, ultrasonic impact treatment is performed as a post-treatment after the formation of welded joints, and can improve the performance of brittle crack propagation stopping characteristics. The application range such as thermal welding can be expanded. Furthermore, it is possible to effectively improve the performance of brittle crack propagation stopping characteristics even for existing welded structures.
In addition, when performing an ultrasonic impact process immediately after welding, it is preferable to carry out in the state whose temperature of a butt-welded joint is 300 degrees C or less. When the temperature of the welded joint is 300 ° C. or higher, the yield stress of the weld metal and the steel sheet is low when hit by the ultrasonic vibration terminal, which is not preferable.
本発明では、溶接構造体に脆性破壊伝播停止特性（アレスト性能）の高い鋼板を使うことで、溶接構造物の脆性破壊をより小規模で食い止めることができる。
前述したように、溶接ビード部３または鋼板２の熱影響部に沿って伝播してきた脆性き裂が超音波打撃処理部４に沿う方向に逸れる際には、脆性き裂の伝播形態が板厚内部に埋没した形状となるため、き裂先端の応力拡大係数が低下し、き裂を伝播させるドライビングフォースが小さくなるため、き裂が停止しやすくなる。
In the present invention, by using a steel plate having a high brittle fracture propagation stopping property (arrest performance) for the welded structure, brittle fracture of the welded structure can be stopped on a smaller scale.
As described above, when the brittle crack that has propagated along the heat-affected zone of the
したがって、超音波打撃処理部４が十分な長さを有していれば、超音波打撃処理部４に沿うき裂伝播の途中で脆性き裂が停止できることが期待できる。しかし、より確実に脆性き裂を停止させるためには、超音波打撃処理部４により鋼板母材側にき裂を逸らせた後、母材で停止させることが必要であり、そのため、母材のアレスト性能も重要となる。
Therefore, if the ultrasonic
突合せ溶接継手を形成する鋼板の板厚が５０ｍｍ以下である場合には、アレスト性能がＫｃａ値で４０００Ｎ／ｍｍ1.5以上であれば脆性き裂の伝播を停止できることが、造船研究協会・ＳＲ１９３委員会の報告書などで公表されている。
しかし、板厚が５０ｍｍ超である場合には、Ｋｃａ値で４０００Ｎ／ｍｍ1.5程度の性能では脆性き裂の伝播を停止できないことを、８０００トン超大型破壊試験機を用いた実験により本発明者らは確認している。本発明者らは、板厚６０ｍｍ、７０ｍｍの鋼板を用いて脆性き裂伝播試験を実施し、鋼板を使用する温度で、６００ｍ／秒以上の高速で伝播中の脆性き裂を停止するためには、Ｋｃａ値で５０００Ｎ／ｍｍ1.5以上の性能が必要であることがわかった。
If the steel plate forming the butt welded joint has a thickness of 50 mm or less, it is possible to stop the propagation of a brittle crack if the arrest performance is 4000 N / mm 1.5 or more in Kca value. It has been published in the report of.
However, when the plate thickness is more than 50 mm, the present inventor has confirmed that the propagation of a brittle crack cannot be stopped with a Kca value of about 4000 N / mm 1.5 by an experiment using a 8000-ton super-large fracture tester. Have confirmed. In order to stop a brittle crack during propagation at a high speed of 600 m / sec or more at a temperature at which the steel sheet is used, the present inventors conducted a brittle crack propagation test using steel sheets having a thickness of 60 mm and 70 mm. It was found that a performance of 5000 N / mm 1.5 or more was required in terms of Kca value.
したがって、板厚が５０ｍｍ以下の溶接構造体では、Ｋｃａ値で４０００Ｎ／ｍｍ1.5以上の鋼板を母材として用い、上記で説明した超音波打撃処理を溶接継手部に施すことにより、また、板厚が５０ｍｍ超の溶接構造体では、Ｋｃａ値で５０００Ｎ／ｍｍ1.5以上の鋼板を母材として用い、上記で説明した超音波打撃処理を溶接継手部に施すことにより、それぞれの溶接構造体において、脆性き裂が溶接継手部に発生し、溶接ビードに沿って溶接熱影響部を伝播してきても、それを母材側に逸らし、母材によって確実に停止することができる。 Accordingly, in a welded structure having a plate thickness of 50 mm or less, a steel plate having a Kca value of 4000 N / mm 1.5 or more is used as a base material, and the ultrasonic impact treatment described above is applied to the welded joint portion. In a welded structure having a Kca value of more than 50 mm, a steel plate having a Kca value of 5000 N / mm 1.5 or more is used as a base material, and the welded joint portion is subjected to the ultrasonic hitting treatment described above. Even if a crack occurs in the weld joint and propagates along the weld bead along the weld heat affected zone, it can be deflected to the base metal side and reliably stopped by the base metal.
本発明の鋼板の突合せ溶接継手においては、以下の理由から、溶接ビードを横切って形成される超音波打撃処理部４（凹部）を、溶接ビードに沿って６００ｍｍ以下の間隔で設けることが好ましい。
本発明によれば、溶接ビード部３または鋼板２の熱影響部に沿って伝播してきたき裂は超音波打撃処理部４で鋼板母材部に逸れて母材部で確実に停止することができる。しかし、溶接ビードを横切って形成される超音波打撃処理部４間の間隔Ｌが６００ｍｍを超えると、上記のように伝播するき裂の長さが６００ｍｍ以上となり、損傷が生じる可能性が高くなるため好ましくない。また、上記間隔Ｌが６００ｍｍを超えると、き裂が長大となってき裂を停止しにくくなる可能性も高くなる。
これらの理由から、本発明では、溶接ビードを横切って形成される超音波打撃処理部４（凹部）を、溶接ビードに沿って６００ｍｍ以下の間隔で設けることが好ましい。
In the butt-welded joint for steel plates according to the present invention, it is preferable to provide ultrasonic hitting processing portions 4 (concave portions) formed across the weld bead at intervals of 600 mm or less for the following reasons.
According to the present invention, the crack propagating along the heat-affected zone of the
For these reasons, in the present invention, it is preferable to provide ultrasonic striking treatment portions 4 (concave portions) formed across the weld bead at intervals of 600 mm or less along the weld bead.
本発明で対象とする突合せ溶接継手は、特にその種類を限定するものではない。溶接継手を形成するに当たり採用された、溶接姿勢、入熱量、パス数、溶接方法など特に限定されるものではない。
以下、本発明の実施例を説明するが、実施例で採用した条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するための一条件例であり、本発明は、この例に限定されるものではない。
The type of the butt weld joint targeted in the present invention is not particularly limited. There are no particular limitations on the welding posture, heat input, number of passes, welding method, etc. employed in forming the welded joint.
Examples of the present invention will be described below, but the conditions adopted in the examples are one example of conditions for confirming the feasibility and effects of the present invention, and the present invention is limited to this example. is not.
図４に示す２５００ｍｍの長さの溶接継手における表面側２箇所、裏面側で２箇所の合計４箇所に超音波打撃処理部４を設けた試験片を作成し、８０００トン大型破壊試験機を用いて、脆性破壊試験を行った。
試験片の端部近傍に、溶接継手の溶融線ＦＬと切り欠き先端部が一致するように窓枠状に楔を入れる空間を設け、溶接ビード部に沿う切り欠き先端部から超音波打撃処理部までの距離Lと超音波打撃処理部間の距離Lを同じ距離とした。
The test piece which provided the ultrasonic hit |
In the vicinity of the end of the test piece, a space for inserting a wedge in a window frame shape is provided so that the melt line FL of the weld joint and the notch tip coincide with each other. The distance L up to and the distance L between the ultrasonic striking processing parts were the same distance.
試験片の切り欠き先端部は、脆性き裂が発生しやすいようにー５０℃以下の低温に冷却し、切り欠き先端から超音波打撃処理部、及び該処理部の下側では、−１０℃一定となるよう温度制御した。
脆性破壊試験では、試験片の公称応力を鋼板降伏点の１／２になるよう設定し、楔に衝撃荷重をあたえ、切り欠き先端部から脆性き裂を強制的に発生させ、その伝播挙動を観察した。なお、図４は、図１の（ｂ）に示した超音波打撃処理を施した試験片を示すが、この他に、図１に示す（a）、（ｃ）の処理パターンに対応する超音波打撃処理を施した試験片を用いて脆性破壊試験を行った。
The notch tip of the test piece is cooled to a low temperature of −50 ° C. or lower so that a brittle crack is likely to occur, and −10 ° C. from the notch tip to the ultrasonic impact treatment unit and below the treatment unit. The temperature was controlled to be constant.
In the brittle fracture test, the nominal stress of the specimen is set to be 1/2 the yield point of the steel sheet, an impact load is applied to the wedge, a brittle crack is forcibly generated from the notch tip, and the propagation behavior is determined. Observed. FIG. 4 shows the test piece subjected to the ultrasonic hitting process shown in FIG. 1B, but in addition to the test pieces shown in FIG. A brittle fracture test was performed using a test piece that had been subjected to sonic impact treatment.
表１に超音波打撃処理条件及び脆性破壊試験結果を示す。
表１において、溶接方法は、ＥＧ（エレクトロガス溶接）、ＣＯ２（炭酸ガスアーク溶接）、ＶＥＧＡ−II（２電極揺動式エレクトロガス溶接）、ＳＡＷ（サブマージアーク溶接）、ＦＡＢ（フラックスアスベスト裏当片面サブマージアーク溶接）、ＦＣＢ（フラックス銅裏当片面サブマージアーク溶接）、ＶＥＧＡ（１電極揺動式エレクトロガス溶接）、及びＳＥＧ（簡易式エレクトロガス溶接）であり、また、超音波打撃処理において、図１に示されるように、Ｌは超音波打撃処理部の間隔であり、ｈは溶接ビードから超音波打撃処理部の端部までの距離であり、θは超音波打撃処理部と溶接ビードとのなす角度であり、Ｚは超音波打撃処理部の凹部の深さである。
また、表１に示された鋼板（鋼種）の化学成分を表２に示し、突合せ溶接に用いた溶接材料の化学成分を表３に示す。
Table 1 shows the ultrasonic treatment conditions and brittle fracture test results.
In Table 1, the welding methods are EG (electrogas welding), CO2 (carbon dioxide arc welding), VEGA-II (two-electrode swing type electrogas welding), SAW (submerged arc welding), FAB (flux asbestos backing single side) Submerged arc welding), FCB (flux copper backing single-sided submerged arc welding), VEGA (single electrode swinging electrogas welding), and SEG (simple electrogas welding). As shown in FIG. 1, L is the interval between the ultrasonic hitting processing parts, h is the distance from the weld bead to the end of the ultrasonic hitting processing part, and θ is the distance between the ultrasonic hitting processing part and the weld bead. And Z is the depth of the concave portion of the ultrasonic hitting processing unit.
Moreover, the chemical composition of the steel plate (steel type) shown in Table 1 is shown in Table 2, and the chemical composition of the welding material used for the butt welding is shown in Table 3.
本発明の超音波打撃処理条件を満足した発明例１〜１９では、切り欠き先端で発生した脆性き裂が、溶接ビード部または鋼板の熱影響部に沿ってＬ（ｍｍ）だけ伝播したのち、超音波打撃処理部で脆性き裂は該処理部に沿って伝播する向きを変え、母材にて停止した。試験結果である伝播距離は、切り欠き先端から測定した脆性き裂の停止位置である。実施例１７〜１９では、母材のアレスト値が低めであったので、停止するまでの伝播距離が長くなっていた。 In Invention Examples 1 to 19 that satisfy the ultrasonic hammering treatment conditions of the present invention, after the brittle crack generated at the notch tip propagates along the weld bead part or the heat-affected part of the steel plate by L (mm), In the ultrasonic hitting treatment part, the brittle crack changed its direction of propagation along the treatment part and stopped at the base material. The propagation distance, which is the test result, is the brittle crack stop position measured from the notch tip. In Examples 17-19, since the arrest value of the base material was low, the propagation distance until stopping was long.
これに対して、比較例２２〜２４は、超音波打撃処理を施していない例であり、溶接継手に沿って、脆性き裂は伝播し試験体は真っ二つになった。比較例２０、２１は、超音波打撃処理を実施しているが、本発明の条件を満足していないため、脆性き裂を該処理部で溶接継手から母材側へ十分に逸らすことができず、溶接継手部をそのまま伝播して破断した。 On the other hand, Comparative Examples 22 to 24 are examples in which the ultrasonic impact treatment was not performed, and the brittle crack propagated along the welded joint, and the number of specimens became two. In Comparative Examples 20 and 21, an ultrasonic impact treatment was performed, but the conditions of the present invention were not satisfied. Therefore, a brittle crack could be sufficiently diverted from the welded joint to the base metal side at the treated portion. Instead, it propagated through the welded joint as it was and fractured.
前述したように、本発明によれば、溶接継手の形成後の後処理で脆性き裂伝播停止特性についての性能向上を図れるため、通常の溶接施工方法をそのまま適用できる。また、既に建造された構造物に対して、作業者の熟練を必要としない簡単な手段で、かつ、高速に処理できる手段により溶接継手の前記の性能向上を実現できるので、従来よりも容易な作業負荷で処理することができる。したがって、溶接構造物の建造分野において本発明の利用可能性は大きいものである。 As described above, according to the present invention, the performance of the brittle crack propagation stop characteristic can be improved by post-processing after the formation of the welded joint, so that a normal welding method can be applied as it is. In addition, since the above-mentioned performance improvement of the welded joint can be realized by a simple means that does not require the skill of the operator and a means capable of processing at high speed for an already constructed structure, it is easier than before. Can be handled by workload. Therefore, the applicability of the present invention is great in the field of construction of welded structures.
１ 突合せ溶接継手部
２ 鋼板（母材）
３ 溶接ビード
４ 超音波振動端子によって打撃された領域に形成された凹部（超音波打撃処理部）
５ 超音波振動端子
L 超音波打撃処理部の間隔
ｈ 溶接ビードから超音波打撃処理部の端部までの距離
θ 超音波打撃処理部と溶接ビードとのなす角度
Z 超音波打撃処理部の凹部の深さ
1 Butt weld joint 2 Steel plate (base material)
3 Welded
5 Ultrasonic vibration terminal
L Spacing between ultrasonic hitting parts h Distance from the weld bead to the end of the ultrasonic hitting part θ The angle between the ultrasonic hitting part and the weld bead
Z Depth of the recess in the ultrasonic hitting section
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