JP2018069323A - Producing method of welding joint and repairing method of welding joint - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、突き合わせ溶接により溶接継手を作製する方法、および突き合わせ溶接により作製された溶接継手を改修する方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a welded joint by butt welding and a method for repairing a welded joint produced by butt welding.
コンテナ船には複数の厚鋼板を突き合わせ溶接した溶接継手が用いられる。溶接継手には、万が一溶接継手の溶接部に脆性き裂が発生した場合にこのき裂の伝播が停止すること（脆性き裂伝播停止特性（アレスト性））が要求される。その要求に応えるために、たとえば、溶接材料（溶接金属）の少なくとも一部に靱性が高い材料を用いること（特許文献１〜３）、溶接材料の種類とその盛り方との組み合わせによりき裂の伝播を制御すること（特許文献４〜１０）等が試みられている。 A welded joint obtained by butt welding a plurality of thick steel plates is used for a container ship. A welded joint is required to stop the propagation of a crack (brittle crack propagation stopping property (arrestability)) if a brittle crack occurs in the welded part of the welded joint. In order to meet the demand, for example, a material having high toughness is used for at least a part of the welding material (welded metal) (Patent Documents 1 to 3), and a combination of the type of the welding material and how to form the crack is used. Attempts have been made to control propagation (Patent Documents 4 to 10).
しかし、従来の技術では、き裂の伝播を十分に抑制することができない場合があった。特に、板厚８０ｍｍを超えるような極厚の鋼板を用いた場合には、上記の技術は必ずしも有効ではなかった。 However, with the conventional technology, there are cases where the propagation of cracks cannot be sufficiently suppressed. In particular, when an extremely thick steel plate having a thickness exceeding 80 mm is used, the above technique is not always effective.
そこで、本発明の目的は、き裂の伝播を十分に抑制できる溶接継手の作製方法を提供することである。本発明の他の目的は、き裂の伝播を十分に抑制できるように溶接継手を改修する方法を提供することである。 Then, the objective of this invention is providing the preparation method of the welded joint which can fully suppress the propagation of a crack. Another object of the present invention is to provide a method for repairing a welded joint so that crack propagation can be sufficiently suppressed.
（Ａ）本発明の実施形態による溶接継手の作製方法は、突き合わせ溶接によって２枚の鋼板が接合された溶接継手の作製方法であって、
２枚の鋼板を１パスの大入熱溶接により接合して第１溶接部を形成する大入熱溶接工程と、
前記第１溶接部の溶接線方向の少なくとも一部の領域において、前記第１溶接部の表層側の部分を所定の深さまで除去して溝を形成する除去工程と、
前記溝内で、複数パスの小入熱溶接により溶接金属を積層して第２溶接部を形成する小入熱溶接工程と、を含み、
前記鋼板のアレスト性が６０００Ｎ／ｍｍ１．５以上であり、
前記第２溶接部の厚みが、前記鋼板の厚みの２０％以上５０％未満であり、前記第２溶接部の幅が、前記鋼板の厚みの５０％以上であり、
前記第２溶接部の溶接線方向の長さが、前記鋼板の厚みの２倍以上であり、
前記第１および第２溶接部を含む溶接継手のシャルピー吸収エネルギーが、−２０℃で７０Ｊ以上であり、
前記第２溶接部の表面における前記溶接線に垂直な方向の残留応力が引張である、溶接継手の作製方法である。
(A) A method for producing a welded joint according to an embodiment of the present invention is a method for producing a welded joint in which two steel plates are joined by butt welding,
A high heat input welding process in which two steel plates are joined by one-pass high heat input welding to form a first weld;
A removing step of forming a groove by removing a portion on the surface layer side of the first welded portion to a predetermined depth in at least a part of the weld line direction of the first welded portion;
A small heat input welding process in which a weld metal is laminated by a plurality of passes of small heat input welding in the groove to form a second weld portion, and
The arrestability of the steel sheet is 6000 N / mm 1.5 or more,
The thickness of the second welded portion is 20% or more and less than 50% of the thickness of the steel plate, and the width of the second welded portion is 50% or more of the thickness of the steel plate,
The length in the weld line direction of the second weld is at least twice the thickness of the steel sheet;
The Charpy absorbed energy of the welded joint including the first and second welds is 70 J or more at −20 ° C.,
In the method for producing a welded joint, the residual stress in the direction perpendicular to the weld line on the surface of the second weld is tensile.
（Ｂ）本発明の実施形態による溶接継手の改修方法は、突き合わせ溶接により２枚の鋼板が大入熱溶接によって接合された溶接継手の改修方法であって、
前記２枚の鋼板の溶接部である第１溶接部の溶接線方向の少なくとも一部の領域において、前記第１溶接部の表層側の部分を所定の深さまで除去して溝を形成する除去工程と、
前記溝内で、複数パスの小入熱溶接により溶接金属を積層して第２溶接部を形成する小入熱溶接工程と、を含み、
前記鋼板のアレスト性が６０００Ｎ／ｍｍ１．５以上であり、
前記第２溶接部の厚みが、前記鋼板の厚みの２０％以上５０％未満であり、前記第２溶接部の幅が、前記鋼板の厚みの５０％以上であり、
前記第２溶接部の溶接線方向の長さが、前記鋼板の厚みの２倍以上であり、
前記第１および第２溶接部を含む溶接継手のシャルピー吸収エネルギーが、−２０℃で７０Ｊ以上であり、
前記第２溶接部の表面における前記溶接線に垂直な方向の残留応力が引張である、溶接継手の改修方法である。
(B) The method for repairing a welded joint according to an embodiment of the present invention is a method for repairing a welded joint in which two steel plates are joined by high heat input welding by butt welding,
A removing step of forming a groove by removing a portion on the surface layer side of the first welded portion to a predetermined depth in at least a part of the weld line direction of the first welded portion which is a welded portion of the two steel plates. When,
A small heat input welding process in which a weld metal is laminated by a plurality of passes of small heat input welding in the groove to form a second weld portion, and
The arrestability of the steel sheet is 6000 N / mm 1.5 or more,
The thickness of the second welded portion is 20% or more and less than 50% of the thickness of the steel plate, and the width of the second welded portion is 50% or more of the thickness of the steel plate,
The length in the weld line direction of the second weld is at least twice the thickness of the steel sheet;
The Charpy absorbed energy of the welded joint including the first and second welds is 70 J or more at −20 ° C.,
The method for repairing a welded joint, wherein a residual stress in a direction perpendicular to the weld line on the surface of the second weld is tensile.
この作製方法により、き裂の伝播を十分に抑制できる溶接継手を作製することができる。また、この改修方法により、き裂の伝播を十分に抑制できるように溶接継手を改修することができる。 By this production method, a welded joint capable of sufficiently suppressing the propagation of cracks can be produced. Further, by this repair method, the welded joint can be repaired so that the propagation of cracks can be sufficiently suppressed.
本明細書において、「大入熱溶接」とは、入熱量が３０〜１００ｋJ／ｍｍである溶接を意味する。また、本明細書において、「小入熱溶接」とは、入熱量が０．５〜５ｋＪ／ｍｍである溶接を意味する。 In the present specification, “large heat input welding” means welding having a heat input amount of 30 to 100 kJ / mm. Moreover, in this specification, "small heat input welding" means the welding whose heat input is 0.5-5 kJ / mm.
本実施形態の溶接継手の作製方法は、２枚の鋼板が溶接接合された溶接継手の作製方法であって、大入熱溶接工程と、除去工程と、小入熱溶接工程とを含む。以下、本実施形態の溶接継手の作製方法について、詳細に説明する。 The method for producing a welded joint according to the present embodiment is a method for producing a welded joint in which two steel plates are welded together, and includes a large heat input welding process, a removing process, and a small heat input welding process. Hereinafter, the manufacturing method of the welded joint of this embodiment is demonstrated in detail.
［鋼板］
本実施形態の溶接継手の作製方法には、アレスト性（Ｋｃａ）が６０００Ｎ／ｍｍ１．５以上である鋼板を用いる。このようなアレスト性の高い鋼板にき裂が伝播すると、そのき裂は短い距離で停止する。つまり、溶接部に生じたき裂が鋼板（母材）に伝播すると、そのき裂は鋼板中で停止する。鋼板のアレスト性は、８０００Ｎ／ｍｍ１．５以上であることが好ましく、９０００Ｎ／ｍｍ１．５以上であることがより好ましい。
[steel sheet]
In the method for producing a welded joint according to the present embodiment, a steel plate having arrestability (Kca) of 6000 N / mm 1.5 or more is used. When a crack propagates to such a steel plate having a high arrestability, the crack stops at a short distance. That is, when a crack generated in the welded portion propagates to the steel plate (base material), the crack stops in the steel plate. Arrestability of the steel sheet is preferably at 8000 N / mm 1.5 or more, more preferably 9000 N / mm 1.5 or more.
鋼板の厚みは、特に限定されず、たとえば、５０ｍｍ以上の厚みを有する鋼板を用いてもよい。本実施形態の方法によれば、このような厚い鋼板を用いた場合でも、き裂の伝播を十分に抑制できる溶接継手を作製することができる。２枚の鋼板は、互いに同じ厚みを有することが好ましい。 The thickness of the steel plate is not particularly limited, and for example, a steel plate having a thickness of 50 mm or more may be used. According to the method of this embodiment, even when such a thick steel plate is used, it is possible to produce a welded joint that can sufficiently suppress the propagation of cracks. The two steel plates preferably have the same thickness.
上記アレスト性の要件を満足する限り、鋼板の組成は限定されない。鋼板の組成として、たとえば、質量％で、Ｃ：０．０２〜０．２０％、Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｎ：０．３〜２．５％、Ａｌ：０．００１〜０．２０％、Ｎ：０．０２％以下、Ｐ：０．０２％以下、およびＳ：０．０１％以下を含有し、残部が、Ｆｅおよび不純物からなるものを挙げることができる。 As long as the above arrestability requirements are satisfied, the composition of the steel sheet is not limited. As a composition of a steel plate, for example, in mass%, C: 0.02 to 0.20%, Si: 0.01 to 1.0%, Mn: 0.3 to 2.5%, Al: 0.001 Examples include 0.20%, N: 0.02% or less, P: 0.02% or less, and S: 0.01% or less, with the balance being Fe and impurities.
また、母材強度の向上、溶接継手の靭性の向上等、要求される特性に応じて、上記組成を変更した鋼板を用いてもよい。たとえば、上記組成において、Ｆｅの一部に代えて、Ｎｉ：２．０％以下、Ｃｒ：１．５％以下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｃｕ：１．０％以下、Ｗ：１．０％以下、Ｃｏ：１．０％以下、Ｖ：０．１％以下、Ｎｂ：０．１％以下、Ｔｉ：０．０５％以下、Ｚｒ：０．０５％以下、Ｔａ：０．０５％以下、Ｈｆ：０．００５％以下、ＲＥＭ（希土類元素）：０．００５％以下、Ｙ：０．００５％以下、Ｃａ：０．０１％以下、Ｍｇ：０．０１％以下、Ｔｅ：０．０１％以下、Ｓｅ：０．００５％以下、およびＢ：０．００５％以下の１種または２種以上を含有させてもよい。 Moreover, you may use the steel plate which changed the said composition according to the characteristic requested | required, such as the improvement of a preform | base_material strength, the improvement of the toughness of a welded joint. For example, in the above composition, Ni: 2.0% or less, Cr: 1.5% or less, Mo: 1.0% or less, Cu: 1.0% or less, W: 1. 0% or less, Co: 1.0% or less, V: 0.1% or less, Nb: 0.1% or less, Ti: 0.05% or less, Zr: 0.05% or less, Ta: 0.05% Hereinafter, Hf: 0.005% or less, REM (rare earth element): 0.005% or less, Y: 0.005% or less, Ca: 0.01% or less, Mg: 0.01% or less, Te: 0.00%. One or more of 01% or less, Se: 0.005% or less, and B: 0.005% or less may be contained.
［大入熱溶接工程］
図１Ａ〜図１Ｃは、本発明の一実施形態に係る、溶接継手の作製方法を説明するための断面図である。図１Ａを参照して、この工程では、２枚の鋼板１０を大入熱溶接により突き合わせ溶接する。すなわち、２枚の鋼板１０のそれぞれの端面を対向させて、この対向部に対して大入熱溶接を行う。なお、鋼板１０の端面は、予め、開先面に形成しておく。大入熱溶接を行うことにより、２枚の鋼板１０を１パスで接合する。大入熱溶接工程を実施することにより、２枚の鋼板１０の間には、第１溶接部１２が形成される。
[Large heat input welding process]
1A to 1C are cross-sectional views for explaining a method for producing a welded joint according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1A, in this step, two
大入熱溶接を行う際の入熱量は、接合するべき鋼板１０の厚みにより適宜設定することができる。一例として、鋼板１０の厚みが５０ｍｍのときは、入熱量を３０ｋＪ／ｍｍとし、鋼板１０がより厚い場合は、入熱量をより多くすることができる。大入熱溶接は、エレクトロガスアーク溶接（ＥＧＷ）、サブマージアーク溶接（ＳＡＷ）などの公知の溶接方法を採用して実施することができる。この作製方法により得られる溶接継手が後述のシャルピー吸収エネルギーの要件を満足する限り、大入熱溶接工程で用いる溶接材料には化学成分等の制約はない。溶接材料には、市販品等、公知の材料を使用してもよい。
The amount of heat input when performing large heat input welding can be appropriately set depending on the thickness of the
［除去工程］
図１Ｂを参照して、この工程では、第１溶接部１２の溶接線方向の少なくとも一部の領域において、第１溶接部１２の表層側の部分を所定の深さまで除去して溝１３を形成する。「表層側」とは、鋼板１０の厚み方向に関して２枚の鋼板１０の間で開先が広い側をいう。除去の方法は、特に限定されず、たとえば、ガウジング、または機械加工（たとえば、グラインダーを用いた切削加工）を採用することができる。
[Removal process]
Referring to FIG. 1B, in this step, in at least a part of the weld line direction of
［小入熱溶接工程］
図１Ｃを参照して、この工程では、除去工程で形成された溝１３内で、複数パスの小入熱溶接により溶接金属を積層して第２溶接部１４を形成する。図１Ｃに示す例では、第２溶接部１４は、２２パスの小入熱溶接により形成されたものである。複数パスの溶接とは、いわゆる「多層盛り溶接」を意味する。複数パスの各々により溝１３内に配置される溶接金属は、鋼板１０の厚み方向に互いに積層する。溶接金属は、図１Ｃに示すように、鋼板１０の厚み方向に加えて、溶接部の幅方向に並べられてもよい。小入熱溶接は、被覆アーク溶接（ＳＭＡＷ）、炭酸ガス（ＣＯ２）アーク溶接、サブマージアーク溶接などの公知の溶接方法を採用して実施することができる。
[Small heat input welding process]
With reference to FIG. 1C, in this process, the weld metal is laminated | stacked in the groove |
小入熱溶接工程は、第２溶接部１４の表面における溶接線に垂直な方向の残留応力が引張となるように実施する。これは、残留応力が引張となる溶接材料を使用することにより達成できる。第２溶接部１４の表面における残留応力は、Ｘ線残留応力測定装置により測定することができる。上記残留応力の要件を満足させることができ、この作製方法により得られる溶接継手（第１および第２溶接部１２、１４を含む部分）が後述のシャルピー吸収エネルギーの要件を満足する限り、小入熱溶接工程で用いる溶接材料には、化学成分等の制約はない。溶接材料として、市販品等、公知の材料を使用してもよい。
The small heat input welding process is performed so that the residual stress in the direction perpendicular to the weld line on the surface of the second welded
［溶接継手］
得られた溶接継手（第１および第２溶接部１２、１４を含む部分）のシャルピー吸収エネルギーは、−２０℃で７０Ｊ以上である。これは、大入熱溶接工程および小入熱溶接工程で用いる溶接材料と使用する鋼板とを適宜選択することにより容易に達成できる。このように、溶接継手のシャルピー吸収エネルギーが高い、すなわち、溶接部が十分に高い靭性を有することにより、溶接部にき裂が形成された場合、そのき裂は、溶接線に沿っては伝播し難い。溶接継手のシャルピー吸収エネルギーは、−２０℃で、８０Ｊ以上であることが好ましく、９０Ｊ以上であることがより好ましい。
[Welded joint]
The Charpy absorbed energy of the obtained welded joint (the portion including the first and
また、上述のように、溶接線に垂直な方向に関して、第２溶接部１４の表面では残留応力が引張である。このため、この応力とバランスするように、鋼板１０の厚み方向中央部での第２溶接部１４の残留応力は圧縮となる。溶接線に平行な方向に関しては、鋼板１０の厚み方向中央部での第２溶接部１４の残留応力は引張となる。これにより、溶接継手の溶接部にき裂が生じ、第２溶接部１４まで伝搬した場合、そのき裂は、第２溶接部１４からそれて、鋼板１０（母材）へと伝播する。そして、鋼板１０のアレスト性が６０００Ｎ／ｍｍ１．５以上であることにより、鋼板１０に伝播したき裂は、短い距離で停止する。
Further, as described above, the residual stress is tensile on the surface of the second welded
小入熱溶接工程で用いる溶接材料の種類によっては、第２溶接部１４において最終パスにより形成された部分（表層部を含む部分）近傍の残留応力が圧縮となる。この場合、溶接線に垂直な方向に関して、鋼板１０の厚み方向中央部での溶接部の残留応力は引張となり、き裂を溶接線からそらせる上述の効果が得られない。そのような溶接材料の例として、低温変態溶接材料のように、Ｎｉ等を多量に含有させることで溶接材料の変態温度を低温域に制御したものを挙げることができる。そのような溶接材料は、この作製方法には用いることができない。
Depending on the type of welding material used in the small heat input welding process, the residual stress in the vicinity of the portion (including the surface layer portion) formed by the final pass in the second welded
図１Ｃを参照して、第２溶接部１４の厚みｔｗが鋼板１０の厚みｔの２０％未満または５０％以上の場合は、き裂を溶接線からそらせる上述の効果が十分に得られない。このため、第２溶接部１４の厚みｔｗは鋼板１０の厚みｔの２０％以上５０％未満とする。ここで、鋼板１０の厚みｔは、２枚の鋼板１０が同じ厚みを有すると見なせる場合は、その厚みであり、２枚の鋼板１０が同じ厚みを有すると見なせない場合は、薄い方の鋼板１０の厚みとする（以下、同様。）。第２溶接部１４について「厚み」とは、図１Ｃに示すように、鋼板１０の表面から突出した部分を除いた部分の、鋼板１０の厚み方向に沿う長さをいう。
Referring to FIG. 1C, when the thickness tw of the second welded
第２溶接部１４の厚みｔｗは、溝１３の深さｄｔ（図１Ｂ参照）にほぼ等しい。したがって、第２溶接部１４の厚みｔｗは、除去工程で形成する溝１３の深さｄｔにより制御することができる。ここで、溝１３について、「深さ」とは、鋼板１０の表面を基準とした鋼板１０の厚み方向に沿う長さをいう。
The thickness tw of the second welded
また、第２溶接部１４の幅ｗｗが、鋼板１０の厚みｔの５０％未満であると、小入熱溶接工程により第２溶接部１４の表面に導入される残留応力が小さくなる。この場合、溶接線に垂直な方向に関して、第２溶接部１４の表面に引張の残留応力が導入されたとしても、鋼板１０の厚み方向中央部での溶接部の圧縮の残留応力は小さくなる。この場合、き裂を溶接線からそらせる上述の効果が十分に得られない。このため、第２溶接部１４の幅ｗｗは、鋼板１０の厚みｔの５０％以上とする。ここで、第２溶接部１４について「幅」とは、第２溶接部１４の溝１３内の部分について、鋼板１０の厚み方向および溶接線に直交する方向の最大長さをいう。なお、第２溶接部１４の幅ｗｗの好ましい上限は、鋼板１０の厚みｔの２００％以下であり、より好ましくは１００％以下である。
Further, if the width ww of the second welded
第２溶接部１４の幅ｗｗは、溝１３の幅ｗｔ（図１Ｂ参照）にほぼ等しい。したがって、第２溶接部１４の幅ｗｗは、除去工程で形成する溝１３の幅ｗｔにより制御することができる。ここで、溝１３について、「幅」とは、鋼板１０の厚み方向および溶接線に直交する方向の最大長さをいう。
The width ww of the second welded
第２溶接部１４の溶接線方向の長さは、鋼板１０の厚みｔの２倍以上である。複数の第２溶接部が存在する場合は、各第２溶接部１４の溶接線方向の長さが鋼板１０の厚みｔの２倍以上である。この関係を満足する限り、除去工程および小入熱溶接工程は、大入熱溶接工程によって形成された溶接部の全長に渡って実施されてもよく、その溶接線方向の一部に対してのみ実施されてもよい。なお、第２溶接部１４の溶接線方向の長さの上限は特になく、上述のとおり、溶接部の全長でもよい。しかし、施工コストの観点から、第２溶接部１４の溶接線方向の長さは、鋼板１０の厚みｔの４倍以下にすることが好ましい。
The length of the second welded
図２Ａおよび図２Ｂは、突き合わせ溶接により接合された２枚の鋼板の平面図であり、第１溶接部の溶接線方向の一部の領域において、除去工程および小入熱溶接工程が実施された例を示す。図２Ａおよび図２Ｂは、溶接部の表層側を示している。 2A and 2B are plan views of two steel plates joined by butt welding, in which a removal step and a small heat input welding step were performed in a partial region in the weld line direction of the first welded portion. An example is shown. 2A and 2B show the surface layer side of the weld.
図２Ａおよび図２Ｂに示されたいずれの実施形態でも、溶接部において、除去工程および小入熱溶接工程が実施されなかった部分の表面には、第１溶接部１２が現れている。溶接部において、除去工程および小入熱溶接工程が実施された部分の表面には、第２溶接部１４が現れている。以下、溶接部において、鋼板１０の厚み方向に関して、第１溶接部１２のみが存在している、すなわち、第２溶接部１４が存在していない部分を「単層溶接部」といい、第１溶接部１２と第２溶接部１４とが積層している部分を「多層溶接部」という。
In any of the embodiments shown in FIGS. 2A and 2B, the first welded
いずれの実施形態でも、各第２溶接部１４の溶接線方向の長さをＬとし、鋼板１０の厚みをｔとすると、２ｔ≦Ｌを満足する。第２溶接部１４がこの要件を満足する長さＬを有することより、単層溶接部で生じたき裂が、多層溶接部の一端側から多層溶接部に進入すると、このき裂は、多層溶接部の他端に至るまでに、鋼板１０に伝播して停止する（図２Ａに、き裂の伝播経路および進行方向を矢印で示す。また、矢印の先の×印は、そこでき裂の伝播が停止したことを示す。２ｔ≦Ｌの要件を満足しない場合は、き裂の伝播方向が十分に変えられるまでに、き裂は多層溶接部を縦断してしまうおそれがある。
In any embodiment, if the length of each second welded
溶接部には、図２Ａに示すように、１つの多層溶接部のみが形成されていてもよく、図２Ｂに示すように、２つ（複数）の多層溶接部が形成されていてもよい。また、図２Ａに示すように、多層溶接部は、溶接部の長手方向の中間部に形成されていてもよい。しかし、図２Ｂに示すように、多層溶接部は、溶接線の両端部を含む領域に形成されていることが好ましい。この場合は、単層溶接部で生じたき裂は、溶接継手の両端部には至らない。 As shown in FIG. 2A, only one multilayer weld may be formed in the weld, or two (plural) multilayer welds may be formed as shown in FIG. 2B. Moreover, as shown to FIG. 2A, the multilayer welding part may be formed in the intermediate part of the longitudinal direction of a welding part. However, as shown in FIG. 2B, the multilayer weld is preferably formed in a region including both ends of the weld line. In this case, a crack generated in the single-layer weld does not reach both ends of the weld joint.
以上の方法により、３枚以上の鋼板を接合してもよい。 Three or more steel plates may be joined by the above method.
本実施形態の、溶接継手の改修方法は、突き合わせ溶接により２枚の鋼板が大入熱溶接によって接合された溶接継手を改修する方法である。この改修方法は、上記除去工程、および上記小入熱溶接工程を含む。鋼板のアレスト性は、６０００Ｎ／ｍｍ１．５以上である。溝１３の深さは、鋼板の厚みの２０％以上５０％未満であり、溝１３の幅は、鋼板の厚みの５０％以上である。第２溶接部の溶接線方向の長さは、鋼板の厚みの２倍以上である。溶接継手のシャルピー吸収エネルギーは、−２０℃で７０Ｊ以上である。第２溶接部の表面における溶接線に垂直な方向の残留応力は引張である。
The method for repairing a welded joint according to the present embodiment is a method for repairing a welded joint in which two steel plates are joined by high heat input welding by butt welding. This repair method includes the removal step and the small heat input welding step. The arrestability of the steel sheet is 6000 N / mm 1.5 or more. The depth of the
この改修方法により、上記本実施形態の溶接継手の作製方法と同様の作用により、すでに作製された溶接継手を、き裂の伝播を十分に抑制できるように改修することができる。 By this modification method, it is possible to modify the already produced weld joint so that the propagation of cracks can be sufficiently suppressed by the same operation as the weld joint production method of the present embodiment.
本発明の効果を確認するため、種々の条件で溶接継手を作製して評価した。表１に、用いた鋼板について、鋼種および厚み（板厚）、ならびに機械的特性を示す。各鋼板の厚みは、実質的に均一であった。また、２枚の鋼板は、互いに同じ厚みを有した。機械的特性として、引張試験による特性（降伏強度（ＹＰ）、引張強度（ＴＳ）、および伸び率（ＥＬ））、ならびに−１０℃でのＥＳＳＯ試験によるアレスト性を示す。表２に、用いた鋼板の化学組成を示す。 In order to confirm the effect of the present invention, welded joints were produced and evaluated under various conditions. Table 1 shows the steel type and thickness (plate thickness), and mechanical properties of the steel plates used. The thickness of each steel plate was substantially uniform. Moreover, the two steel plates had the same thickness. As the mechanical properties, properties by a tensile test (yield strength (YP), tensile strength (TS) and elongation (EL)), and arrestability by an ESSO test at −10 ° C. are shown. Table 2 shows the chemical composition of the steel sheet used.
これらの鋼板を用いて、溶接試験を行った。具体的には、同種の２枚の鋼板に対して、大入熱溶接工程、除去工程、および小入熱溶接工程を実施することにより、これら２枚の鋼板が突き合わせ溶接により接合された溶接継手を作製した。除去工程、および小入熱溶接工程は、図２Ａに示すように、溶接線の中央部に対応する領域に対して実施した。表３に、各試験で用いた鋼板の種類、ならびに、大入熱溶接工程、除去工程、および小入熱溶接工程の条件を示す。溶接材料およびフラックスは、いずれも、日鉄住金溶接工業社製のものを用いた。表３の溶接材料の欄およびフラックスの欄には、同社の製品番号を示す。 A welding test was performed using these steel plates. Specifically, a welded joint in which two steel sheets are joined by butt welding by performing a large heat input welding process, a removing process, and a small heat input welding process on two steel sheets of the same type. Was made. The removal process and the small heat input welding process were performed on the region corresponding to the center of the weld line, as shown in FIG. 2A. Table 3 shows the types of steel plates used in each test, and the conditions of the large heat input welding process, the removal process, and the small heat input welding process. As the welding material and the flux, those manufactured by Nippon Steel & Sumikin Welding Industry Co., Ltd. were used. The column of welding material and the column of flux in Table 3 show the product numbers of the company.
表４に、得られた溶接継手の評価結果を示す。評価として、第２溶接部の表面残留応力および溶接継手（第１および第２溶接部を含む部分）のシャルピー吸収エネルギーを測定し、ＥＳＳＯ試験によるき裂の伝播停止特性を調査した。 Table 4 shows the evaluation results of the obtained welded joint. As an evaluation, the surface residual stress of the second weld and the Charpy absorbed energy of the welded joint (including the first and second welds) were measured, and the crack propagation stop characteristic by the ESSO test was investigated.
表面残留応力は、フュージョンライン（ＦＬ）近傍の部分で、溶接線に平行方向および垂直方向について測定した。表面残留応力の測定には、Ｓｔｒｅｓｓｔｅｃｈ社製のＸ線残留応力測定装置、ＸＳＴＲＥＳＳ ３０００を用いた。 The surface residual stress was measured in the direction near and parallel to the weld line in the vicinity of the fusion line (FL). For measurement of the surface residual stress, an X-ray residual stress measuring device, XSTRESS 3000, manufactured by Stresstech was used.
シャルピー吸収エネルギーは、ＪＩＳ Ｚ２２４２（２００５）に準拠して測定した。測定位置は、表層部と、板厚中心部と、板厚方向に関して表層部とは反対側の部分（裏層部）とのそれぞれについて、溶接金属（ＷＭ）の部分、フュージョンライン上、およびフュージョンラインから母材側へ２ｍｍ入った部分とした。 Charpy absorbed energy was measured according to JIS Z2242 (2005). The measurement positions are the weld metal (WM) part, the fusion line, and the fusion for each of the surface layer part, the sheet thickness center part, and the part opposite to the surface layer part (back layer part) in the sheet thickness direction. The part was 2 mm from the line to the base material side.
図３は、脆性き裂伝播停止特性を測定するためのＥＳＳＯ試験片の平面図である。この試験片は、ＷＥＳ２８１５（２０１４）に準拠しており、突き合わせ溶接により接合された２枚の鋼板１０を含む。この試験片の平面形状は正方形であり、一辺の長さは１０００ｍｍである。この試験片の端辺上で、フュージョンライン（ＦＬ）上にノッチ１６を形成した。そして、試験片のノッチ１６近傍が−６０℃となり、ノッチ１６が形成された端辺から、この端辺に垂直な方向に３００ｍｍ以上離れた領域が−１０℃となるように、温度制御を行った。そして、鋼板の規格最小降伏応力（ＳＭＹＳ）の２／３の引張応力を、溶接線に垂直な方向に与えた。図３に、この引張応力の方向を、白抜きの矢印で示す。この状態で、ノッチ１６に打撃エネルギーを付与して脆性き裂を発生させた。このき裂の伝播が停止したか否か、そして、停止した場合は、試験片上のどこで停止したかを調査した。
FIG. 3 is a plan view of an ESSO test piece for measuring brittle crack propagation stopping characteristics. This test piece is based on WES2815 (2014), and includes two
試験番号１〜６の方法は本発明例であり、本発明の作製方法の要件をすべて満足した。これらの方法により得られた試験片では、いずれも、き裂は、多層溶接部の一端から多層溶接部に入った後、多層溶接部の他端には至らず、母材（鋼板１０）へとそれて母材中で停止した。試験番号７〜１３の方法は比較例であり、後述のように、本発明の作製方法の要件の少なくとも一部を満足しなかった。これらの方法により得られた試験片では、き裂の伝播は停止せず、ノッチが形成された端辺の対辺をなす端辺にき裂が到達した。表４でＥＳＳＯ試験の結果の欄には、き裂の伝播が停止したものを「停止」と記し、き裂の伝播が停止しなかったものを「伝播」と記す。 The methods of Test Nos. 1 to 6 are examples of the present invention, and all the requirements for the production method of the present invention were satisfied. In any of the test pieces obtained by these methods, after entering the multilayer welded portion from one end of the multilayer welded portion, the crack did not reach the other end of the multilayer welded portion, but to the base material (steel plate 10). And it stopped in the base material. The methods of Test Nos. 7 to 13 are comparative examples, and did not satisfy at least a part of the requirements of the production method of the present invention as described later. In the test pieces obtained by these methods, the propagation of the cracks did not stop, and the cracks reached the side opposite to the side where the notches were formed. In Table 4, in the column of the result of the ESSO test, the case where the propagation of the crack stopped is described as “stop”, and the case where the propagation of the crack did not stop is described as “propagation”.
試験番号７〜１１の方法により得られた試験片では、き裂は母材へとはそれずに溶接部に沿って伝播した。一方、試験番号１２および１３の方法により得られた試験片では、き裂は母材へとそれたが母材中で停止しなかった。図４Ａに、溶接部に沿って伝播し母材へとはそれなかったき裂の例を示す。図４Ｂに、溶接部から母材へとそれ母材中を伝播したき裂の例を示す。図４Ａおよび図４Ｂでは、き裂の伝播経路および進行方向を矢印で示す。 In the test pieces obtained by the methods of test numbers 7 to 11, the crack propagated along the welded portion without going to the base material. On the other hand, in the test pieces obtained by the methods of Test Nos. 12 and 13, the cracks turned to the base material but did not stop in the base material. FIG. 4A shows an example of a crack that propagates along the weld and does not enter the base material. FIG. 4B shows an example of a crack propagated through the base material from the weld to the base material. In FIG. 4A and FIG. 4B, the propagation path of the crack and the traveling direction are indicated by arrows.
試験番号７の方法では、用いた鋼板（鋼板Ｂ）の厚みが１００ｍｍであった（表１参照）のに対して、除去工程で形成した溝の深さは１５ｍｍであった（表３参照）。すなわち、溝の深さは鋼板の厚みの１５％であり、本発明で規定する溝の深さ（鋼板の厚みの２０％以上５０％未満）より小さかった。試験番号８の方法では、用いた鋼板（鋼板Ｂ）の厚みが１００ｍｍであったのに対して、溝の深さは７０ｍｍであった（表３参照）。すなわち、溝の深さは、鋼板の厚みの７０％であり、本発明で規定する溝の深さより大きかった。これらの方法により作製された試験片では、いずれも、第２溶接部において鋼板の厚み方向中央部での溶接線に垂直な方向の残留応力が十分圧縮にならなかったために、き裂を母材へとそらすことができなかったと考えられる。 In the method of test number 7, the thickness of the used steel plate (steel plate B) was 100 mm (see Table 1), whereas the depth of the groove formed in the removal step was 15 mm (see Table 3). . That is, the depth of the groove was 15% of the thickness of the steel plate, and was smaller than the depth of the groove defined in the present invention (20% or more and less than 50% of the thickness of the steel plate). In the method of test number 8, the thickness of the used steel plate (steel plate B) was 100 mm, whereas the depth of the groove was 70 mm (see Table 3). That is, the depth of the groove was 70% of the thickness of the steel sheet, and was larger than the depth of the groove defined in the present invention. In any of the test pieces produced by these methods, since the residual stress in the direction perpendicular to the weld line at the central portion in the thickness direction of the steel sheet was not sufficiently compressed in the second welded portion, the crack was removed from the base metal. It is thought that he could not be diverted.
試験番号９の方法では、用いた鋼板（鋼板Ｂ）の厚みが１００ｍｍであったのに対して、第２溶接部の溶接線方向の長さは１５０ｍｍであった（表３参照）。すなわち、本発明の２ｔ≦Ｌの要件を満足しなかった。このため、第２溶接部において鋼板の厚み方向中央部での溶接線に垂直な方向の残留応力が十分圧縮であったとしても、き裂は、多層溶接部へその一端から進入した後、母材へとそれる前に、多層溶接部の他端に至ったものと考えられる。 In the method of test number 9, the thickness of the used steel plate (steel plate B) was 100 mm, whereas the length of the second welded portion in the weld line direction was 150 mm (see Table 3). That is, the requirement of 2t ≦ L of the present invention was not satisfied. For this reason, even if the residual stress in the direction perpendicular to the weld line at the center in the thickness direction of the steel sheet is sufficiently compressed in the second welded portion, It is considered that the other end of the multilayer weld was reached before diverting to the material.
試験番号１０の方法では、用いた鋼板（鋼板Ｂ）の厚みが１００ｍｍであったのに対して、溝の幅は４５ｍｍであった（表３参照）。すなわち、溝の幅は鋼板の厚みの４５％であり、本発明で規定する幅（鋼板の厚みの５０％以上）より小さかった。この方法により作製された試験片では、第２溶接部において鋼板の厚み方向中央部での溶接線に垂直な方向の残留応力が十分圧縮にならなかったために、き裂を母材へとそらすことができなかったと考えられる。
In the method of
試験番号１１の方法では、小入熱溶接工程で用いた溶接材料の靭性が低かった。これにより、第１および第２溶接部を含む溶接継手の表層部のシャルピー吸収エネルギーが−２０℃で６５Ｊと、本発明で規定する範囲（７０Ｊ以上）より低かった。このため、き裂は溶接部を縦断し、伝播方向が変えられなかったと考えられる。 In the method of test number 11, the toughness of the welding material used in the small heat input welding process was low. Thereby, the Charpy absorbed energy of the surface layer part of the welded joint including the first and second welds was 65 J at −20 ° C., which was lower than the range defined by the present invention (70 J or more). For this reason, it is considered that the cracks cut through the weld and the propagation direction could not be changed.
試験番号１２および１３の方法では、母材である鋼板ＧおよびＨのアレスト性（表１参照）は、本発明で規定する範囲（６０００Ｎ／ｍｍ１．５以上）より低かった。このため、き裂は第２溶接部で母材へとそれたが、母材中で停止しなかった。鋼板ＧおよびＨは、結晶粒径が大きすぎるためアレスト性が低かった。 In the methods of Test Nos. 12 and 13, the arrestability (see Table 1) of the steel plates G and H as the base materials was lower than the range defined by the present invention (6000 N / mm 1.5 or more). For this reason, the crack diverted to the base metal at the second weld, but did not stop in the base metal. Steel sheets G and H had low arrestability because the crystal grain size was too large.
１０：鋼板、 １２：第１溶接部、 １３：溝、 １４：第２溶接部 10: steel plate, 12: first weld, 13: groove, 14: second weld
Claims (4)
２枚の鋼板を１パスの大入熱溶接により接合して第１溶接部を形成する大入熱溶接工程と、
前記第１溶接部の溶接線方向の少なくとも一部の領域において、前記第１溶接部の表層側の部分を所定の深さまで除去して溝を形成する除去工程と、
前記溝内で、複数パスの小入熱溶接により溶接金属を積層して第２溶接部を形成する小入熱溶接工程と、を含み、
前記鋼板のアレスト性が６０００Ｎ／ｍｍ１．５以上であり、
前記第２溶接部の厚みが、前記鋼板の厚みの２０％以上５０％未満であり、前記第２溶接部の幅が、前記鋼板の厚みの５０％以上であり、
前記第２溶接部の溶接線方向の長さが、前記鋼板の厚みの２倍以上であり、
前記第１および第２溶接部を含む溶接継手のシャルピー吸収エネルギーが、−２０℃で７０Ｊ以上であり、
前記第２溶接部の表面における前記溶接線に垂直な方向の残留応力が引張である、溶接継手の作製方法。 A method for producing a welded joint in which two steel plates are joined by butt welding,
A high heat input welding process in which two steel plates are joined by one-pass high heat input welding to form a first weld;
A removing step of forming a groove by removing a portion on the surface layer side of the first welded portion to a predetermined depth in at least a part of the weld line direction of the first welded portion;
A small heat input welding process in which a weld metal is laminated by a plurality of passes of small heat input welding in the groove to form a second weld portion, and
The arrestability of the steel sheet is 6000 N / mm 1.5 or more,
The thickness of the second welded portion is 20% or more and less than 50% of the thickness of the steel plate, and the width of the second welded portion is 50% or more of the thickness of the steel plate,
The length in the weld line direction of the second weld is at least twice the thickness of the steel sheet;
The Charpy absorbed energy of the welded joint including the first and second welds is 70 J or more at −20 ° C.,
The method for producing a welded joint, wherein the residual stress in the direction perpendicular to the weld line on the surface of the second weld is tensile.
前記除去工程および前記小入熱溶接工程を、前記溶接線の両端部を含む領域に対して実施する、溶接継手の作製方法。 A method for producing a welded joint according to claim 1,
A method for producing a welded joint, wherein the removing step and the small heat input welding step are performed on a region including both ends of the weld line.
前記２枚の鋼板の溶接部である第１溶接部の溶接線方向の少なくとも一部の領域において、前記第１溶接部の表層側の部分を所定の深さまで除去して溝を形成する除去工程と、
前記溝内で、複数パスの小入熱溶接により溶接金属を積層して第２溶接部を形成する小入熱溶接工程と、を含み、
前記鋼板のアレスト性が６０００Ｎ／ｍｍ１．５以上であり、
前記第２溶接部の厚みが、前記鋼板の厚みの２０％以上５０％未満であり、前記第２溶接部の幅が、前記鋼板の厚みの５０％以上であり、
前記第２溶接部の溶接線方向の長さが、前記鋼板の厚みの２倍以上であり、
前記第１および第２溶接部を含む溶接継手のシャルピー吸収エネルギーが、−２０℃で７０Ｊ以上であり、
前記第２溶接部の表面における前記溶接線に垂直な方向の残留応力が引張である、溶接継手の改修方法。 A method of repairing a welded joint in which two steel plates are joined by high heat input welding by butt welding,
A removing step of forming a groove by removing a portion on the surface layer side of the first welded portion to a predetermined depth in at least a part of the weld line direction of the first welded portion which is a welded portion of the two steel plates. When,
A small heat input welding process in which a weld metal is laminated by a plurality of passes of small heat input welding in the groove to form a second weld portion, and
The arrestability of the steel sheet is 6000 N / mm 1.5 or more,
The thickness of the second welded portion is 20% or more and less than 50% of the thickness of the steel plate, and the width of the second welded portion is 50% or more of the thickness of the steel plate,
The length in the weld line direction of the second weld is at least twice the thickness of the steel sheet;
The Charpy absorbed energy of the welded joint including the first and second welds is 70 J or more at −20 ° C.,
The method for repairing a welded joint, wherein the residual stress in the direction perpendicular to the weld line on the surface of the second weld is tensile.
前記除去工程および前記小入熱溶接工程を、前記溶接線の両端部を含む領域に対して実施する、溶接継手の改修方法。 A method for repairing a welded joint according to claim 3,
A method for repairing a welded joint, wherein the removing step and the small heat input welding step are performed on a region including both ends of the weld line.
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