JP2018039052A - 溶接構造体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】隅肉溶接継手の溶接脚長および溶着幅が16mm超えであり、隅肉溶接継手における接合部材の端面と被接合部材の表面とを突合わせた面に、隅肉溶接継手の断面で接合部材の板厚twの95%以上の未溶着部を有し、さらに、隅肉溶接継手の隅肉溶接金属について、隅肉溶接金属のシャルピー衝撃試験破面遷移温度vTrs(℃)と、被接合部材の板厚tfと、あるいはさらに溶接脚長および溶着幅のうちの小さい方の値であるLとの間で、所定の関係を満足する。
【選択図】図6
Description
このため、板厚50mm以上の厚肉高強度鋼板を適用した船体構造の安全性確保が、大きな問題となっている。また、非特許文献2には、とくに発生した脆性亀裂の伝播停止のために、特別な脆性亀裂伝播停止特性を有する厚鋼板を必要とするとの指摘もある。
特許文献1に記載された技術では、骨材を、表層部および裏層部で3mm以上の厚みにわたり0.5〜5μmの平均円相当粒径を有しさらに板厚面に平行な面で(100)結晶面のX線面強度比が1.5以上である、ミクロ組織を有する鋼板を用いるとしている。そしてこのようなミクロ組織を有する鋼板を補強材として隅肉溶接した構造とすることにより、突合せ溶接継手部に脆性亀裂が発生しても、補強材である骨材で脆性破壊を停止でき、溶接構造体が破壊するような致命的な損傷を防止できるとしている。
しかしながら、特許文献1に記載された技術で使用する、補強材である骨材は、所望の組織を形成させた鋼板とするために複雑な工程を必要とし、その結果、生産性が低下し、安定して所望の組織を有する鋼板を確保することが難しいという問題があった。
特許文献2に記載された溶接構造体では、隅肉溶接継手断面におけるウェブの、フランジとの突合せ面に未溶着部を残存させ、その未溶着部の幅と、隅肉溶接部の左右の脚長とウェブ板厚との和との比、Xが、被接合部材(フランジ)の脆性亀裂伝播停止性能Kcaと特別な関係式を満足するように、未溶着部の幅を調整する。これにより、被接合部材(フランジ)を板厚:50mm以上の厚物材としても、接合部材(ウェブ)で発生した脆性亀裂の伝播を、隅肉溶接部のウェブとフランジの突合せ面で停止させ、被接合部材(フランジ)への脆性亀裂の伝播を阻止することができるとしている。
しかしながら、特許文献2に記載された技術では、接合部材(ウェブ)の脆性亀裂伝播停止特性等が不十分であるため、被接合部材(フランジ)で発生した脆性亀裂を接合部材(ウェブ)で伝播停止させるにたる十分な技術であるとは言えない。なお、特許文献2には、接合部材(ウェブ)の脆性亀裂伝播停止特性については何の配慮もなされていない。
「接合部材の端面を板厚50mm以上の被接合部材の表面に突合わせ、前記接合部材と前記被接合部材とを隅肉溶接により接合してなる溶接脚長もしくは溶着幅の少なくとも一方が16mm以下の隅肉溶接継手を備えた溶接構造体であって、隅肉溶接継手における接合部材の端面と被接合部材の表面とを突合わせた面に、隅肉溶接継手の断面で該接合部材の板厚twの95%以上の未溶着部を有し、さらに隅肉溶接継手における隅肉溶接金属のシャルピー衝撃試験破面遷移温度vTrsが、被接合部材の板厚tfとの関係で、vTrs≦−1.5tf+70を、および/または、隅肉溶接金属のシャルピー衝撃試験の試験温度:−20℃における吸収エネルギーvE-20(J)が、被接合部材の板厚tfとの関係で、vE-20≧2.75tf−105を、満足する隅肉溶接金属を有する溶接構造体」
が記載されている。
このような溶接構造体であれば、被接合部材で発生した脆性亀裂を隅肉溶接金属で伝播阻止することができるとしている。
「接合部材の端面を板厚50mm以上の被接合部材の表面に突合わせ、前記接合部材と前記被接合部材とを隅肉溶接により接合してなる溶接脚長もしくは溶着幅の少なくとも一方が16mm以下の隅肉溶接継手を備えた溶接構造体であって、隅肉溶接継手における接合部材の端面と被接合部材の表面とを突合わせた面に、隅肉溶接継手の断面で該接合部材の板厚twの95%以上の未溶着部を有し、さらに隅肉溶接継手における隅肉溶接金属のシャルピー衝撃試験破面遷移温度vTrsが、被接合部材の板厚tfとの関係で、vTrs≦−1.5tf+90を、および/または、隅肉溶接金属のシャルピー衝撃試験の試験温度:−20℃における吸収エネルギーvE-20(J)が、被接合部材の板厚tfとの関係で、50≦tf≦53の場合には、vE-20≧5.75、tf>53の場合には、vE-20≧2.75tf−140を、満足する隅肉溶接金属を有し、加えて接合部材を、脆性亀裂伝播停止靭性Kcaが供用温度で2500N/mm2/3以上である鋼板で構成する、溶接構造体」
が記載されている。
このような溶接構造体とすることにより、被接合部材で発生した脆性亀裂は、隅肉溶接部または接合部材の母材で停止できるとしている。
「接合部材の端面を板厚50mm以上の被接合部材の表面に突合わせ、前記接合部材と前記被接合部材とを隅肉溶接により接合してなる溶接脚長もしくは溶着幅の少なくとも一方が16mm以下の隅肉溶接継手を備えた溶接構造体であって、接合部材および被接合部材をともに突合せ溶接継手部を有する部材とし、突合せ溶接継手部の溶接金属が、vTrsで−65℃以下、および/または、vE-20で140J以上の靭性を有し、隅肉溶接継手における接合部材の突合せ溶接継手部の溶接部端面を、被接合部材の突合せ溶接継手部の溶接部表面に突合わせ、突合わせた面に、隅肉溶接継手の突合せ溶接継手断面で該接合部材の板厚twの95%以上の未溶着部を有し、さらに隅肉溶接継手における隅肉溶接金属のシャルピー衝撃試験破面遷移温度vTrsが、被接合部材の板厚tfとの関係で、vTrs≦−1.5tf+90を、および/または、隅肉溶接金属のシャルピー衝撃試験の試験温度:−20℃における吸収エネルギーvE-20(J)が、被接合部材の板厚tfとの関係で、50≦tf≦53の場合には、vE-20≧5.75、tf>53の場合には、vE-20≧2.75tf−140を、満足する隅肉溶接金属を有する、溶接構造体」
が記載されている。
このような溶接構造体とすることにより、被接合部材で発生した脆性亀裂は、隅肉溶接部または接合部材の母材で停止できるとしている。また、このような溶接構造体とすることにより、被接合部材溶接部から発生した脆性亀裂、または接合部材溶接部から発生した脆性亀裂を、隅肉溶接部、接合部材の溶接部または被接合部材の溶接部で伝播阻止することができるとしている。
また、接合部材(ウェブ)および被接合部材(フランジ)の板厚が80mm未満の場合であっても、実施工における溶接脚長のバラツキを考慮すると、隅肉溶接部の強度を確保するために所望の溶接脚長を確保することと、脆性亀裂阻止性能を確保するために溶接脚長を16mm以下に制限することとを両立させることは、施工管理上、多大な労力を要する。また、手直し等の追加費用を必要とする場合があり、これらの点に課題を残していた。
しかし、上記したように、特許文献3〜5に記載された各技術では、接合部材(ウェブ)および被接合部材(フランジ)に適用できる板厚は最大でも80mmであり、80mmを超える部材厚を有する溶接構造物には、適用できない。
なお、本発明が対象とする溶接構造体は、接合部材(ウェブ)の端面を被接合部材(フランジ)の表面に突合わせ、これらを隅肉溶接により接合してなる隅肉溶接継手を備える溶接構造体である。
その結果、溶接脚長が16mmを超える場合に、被接合部材(フランジ)から発生した脆性亀裂の伝播を阻止(停止)するためには、被接合部材(フランジ)と接合部材(ウェブ)との突合せ面に不連続部を確保し、脆性亀裂の伝播部を所定値以上の脆性亀裂伝播停止特性Kcaを有する脆性亀裂伝播停止特性に優れた部材で構成しただけでは十分でないことに思い至った。
また、隅肉溶接継手の溶接脚長および溶着幅が20mm以上とさらに長くなると、脆性亀裂の伝播がさらに容易となるため、溶接脚長および溶着幅に合わせて隅肉溶接金属の靭性を向上させることが必要であることを知見した。
なお、図4(b)に示す超大型構造モデル試験体では、被接合部材(フランジ)2の突合せ溶接継手部11を接合部材(ウェブ)1と直交するように作製し、機械ノッチ7の先端を突合せ溶接継手部11のBOND部となるように加工した。
なお、未溶着部比率Yは、隅肉溶接継手断面における未溶着部の幅Bと接合部材(ウェブ)板厚twの比、(B/tw)×100(%)で定義される値である。
L<20の場合、vTrs ≦ −35−1.5(tf−75) ‥‥(1a)
L≧20の場合、vTrs ≦ −5L+65−1.5(tf−75)‥‥(1b)
(ここで、vTrs:隅肉溶接金属のシャルピー衝撃試験破面遷移温度(℃)、tf:被接合部材の板厚(mm)、L:溶接脚長および溶着幅のうちの小さい方の値(mm))
(1)接合部材の端面が板厚50mm以上の被接合部材の表面に突合わされており、また前記接合部材と前記被接合部材とを接合する隅肉溶接継手を備える溶接構造体であって、
前記隅肉溶接継手の溶接脚長および溶着幅は16mm超えであり、
前記隅肉溶接継手における前記接合部材の端面と前記被接合部材の表面とを突合わせた面に、前記隅肉溶接継手の断面で該接合部材の板厚twの95%以上の未溶着部を有し、
さらに、前記隅肉溶接継手の隅肉溶接金属について、
前記溶接脚長および前記溶着幅のうちの小さい方の値をLとするとき、Lが20mm未満である場合には、前記隅肉溶接金属のシャルピー衝撃試験破面遷移温度vTrs(℃)と、前記被接合部材の板厚tfとが下記(1a)式の関係を満足し、
Lが20mm以上である場合には、前記隅肉溶接金属のシャルピー衝撃試験破面遷移温度vTrs(℃)と、前記被接合部材の板厚tfと、Lとが下記(1b)式の関係を満足する、溶接構造体。
記
vTrs ≦ −35−1.5(tf−75) ‥‥(1a)
vTrs ≦ −5L+65−1.5(tf−75) ‥‥(1b)
ここで、vTrs:隅肉溶接金属のシャルピー衝撃試験破面遷移温度(℃)、
tf:被接合部材の板厚(mm)、
L :溶接脚長および溶着幅のうちの小さい方の値(mm)
(2)前記被接合部材が、前記接合部材と交差するように、突合せ溶接継手部を有している、(1)に記載の溶接構造体。
(3)前記接合部材が突合せ溶接継手部を有しており、前記接合部材が、前記接合部材の突合せ溶接継手部と前記被接合部材の突合せ溶接継手部とが交差するように、配設されている、(2)に記載の溶接構造体。
ここで、図2(a)は、被接合部材(フランジ)2を突合せ溶接継手11で接合された鋼板とし、接合部材(ウェブ)1をその突合せ溶接継手の溶接部(突合せ溶接継手部)11と交差するように隅肉溶接した隅肉溶接継手の外観図であり、(b)は断面図である。
また、図3(a)は、接合部材(ウェブ)1を、突合せ溶接継手部12を有する鋼板とし、被接合部材(フランジ)2を、突合せ溶接継手部11を有する鋼板とし、被接合部材(フランジ)2の突合せ溶接継手部11と接合部材(ウェブ)1の突合せ溶接継手部12とが交差するように隅肉溶接した隅肉溶接継手の外観図であり、(b)は断面図である。
記
vTrs ≦ −35−1.5(tf−75) ‥‥(1a)
vTrs ≦ −5L+65−1.5(tf−75) ‥‥(1b)
ここで、vTrs:隅肉溶接金属のシャルピー衝撃試験破面遷移温度(℃)、
tf:被接合部材の板厚(mm)、
L :溶接脚長および溶着幅のうちの小さい方の値(mm)
なお、vTrsの下限は特に限定されるものではないが、船舶用の汎用溶接材料を適用する場合には、通常-130℃である。なお、vTrsを-130℃よりも低くするには低温タンク用溶材など特殊な(高価な)溶接材料の適用が必要となる。
また、Lは、溶接脚長および溶着幅のうちの小さい方の値であるので、限定されるものではないが、通常、16mm超え、40mm以下である。
さらに、接合部材(ウェブ)1の板厚については特に限定されるものではないが、通常50〜120mmである。接合部材の板厚が50mm未満では、本発明を適用するまでもなく、通常のE級鋼を接合部材(ウェブ)と被接合部材(フランジ)に適用すれば脆性亀裂の伝播阻止が可能である。一方、IACS UR(国際船級規則)に規定される主船体構造用アレスト鋼板の板厚は最大でも100mmであるので、接合部材の板厚が120mmを超えることは考えにくい。
超大型構造モデル試験体は、大型隅肉溶接継手9の被接合部材(フランジ)2の下方に仮付け溶接8で、被接合部材(フランジ)2と同じ板厚の鋼板を溶接した。
なお、図4(b)に示す超大型構造モデル試験体では、被接合部材(フランジ)2の突合せ溶接継手部11を接合部材(ウェブ)1と直交するように作製し、また、図4(c)に示す超大型構造モデル試験体では、被接合部材(フランジ)2の突合せ溶接継手部11と接合部材(ウェブ)1の突合せ溶接継手部12とを交差させた。そして、機械ノッチ7の先端を突合せ溶接継手部11のBOND部、または溶接金属WMとなるように加工した。
2 被接合部材(フランジ)
3 溶接脚長
4 未溶着部
5 隅肉溶接金属
7 機械ノッチ
8 仮付け溶接
9 大型隅肉溶接継手
11 被接合部材(フランジ)の突合せ溶接継手部
12 接合部材(ウェブ)の突合せ溶接継手部
13 溶着幅
14 隙間
15 スペーサー
16 未溶着部の寸法(未溶着部の幅B)
θ 交差角
Claims (3)
- 接合部材の端面が板厚50mm以上の被接合部材の表面に突合わされており、また前記接合部材と前記被接合部材とを接合する隅肉溶接継手を備える溶接構造体であって、
前記隅肉溶接継手の溶接脚長および溶着幅は16mm超えであり、
前記隅肉溶接継手における前記接合部材の端面と前記被接合部材の表面とを突合わせた面に、前記隅肉溶接継手の断面で該接合部材の板厚twの95%以上の未溶着部を有し、
さらに、前記隅肉溶接継手の隅肉溶接金属について、
前記溶接脚長および前記溶着幅のうちの小さい方の値をLとするとき、Lが20mm未満である場合には、前記隅肉溶接金属のシャルピー衝撃試験破面遷移温度vTrs(℃)と、前記被接合部材の板厚tfとが下記(1a)式の関係を満足し、
Lが20mm以上である場合には、前記隅肉溶接金属のシャルピー衝撃試験破面遷移温度vTrs(℃)と、前記被接合部材の板厚tfと、Lとが下記(1b)式の関係を満足する、溶接構造体。
記
vTrs ≦ −35−1.5(tf−75) ‥‥(1a)
vTrs ≦ −5L+65−1.5(tf−75) ‥‥(1b)
ここで、vTrs:隅肉溶接金属のシャルピー衝撃試験破面遷移温度(℃)、
tf:被接合部材の板厚(mm)、
L :溶接脚長および溶着幅のうちの小さい方の値(mm) - 前記被接合部材が、前記接合部材と交差するように、突合せ溶接継手部を有している、請求項1に記載の溶接構造体。
- 前記接合部材が突合せ溶接継手部を有しており、前記接合部材が、前記接合部材の突合せ溶接継手部と前記被接合部材の突合せ溶接継手部とが交差するように、配設されている、請求項2に記載の溶接構造体。
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