WO2020136777A1 - 溶接構造体 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a welded structure used in a container ship or the like.
- Hatch large container vessels that carry a large amount of cargo have a large opening (hatch) formed in the upper deck (upper deck) for loading and unloading cargo.
- a hatchside combing is provided on the upper deck so as to surround the hatch to prevent the inflow of seawater.
- the upper deck and the hatch side combing are each constructed by welding a plurality of steel plates. Hatchside combing is also welded on the upper deck.
- each of the hatchside combing and the upper deck has a structure in which a plurality of steel plates are welded.
- the hatchside combing and the upper deck are formed with a plurality of welds for welding the steel plates to each other.
- the crack generated in the weld easily propagates along the weld. Therefore, for example, when a crack occurs in the hatch side combing weld, the crack propagates toward the upper deck side along the weld, and the propagated crack propagates to the weld in the upper deck. There are cases. Therefore, in order to sufficiently improve the strength of the hull, the hatchside combing and the upper deck must have the characteristics (brittle crack propagation stopping characteristics) that can stop the crack growth as described above.
- Patent Documents 1 and 2 disclose welded structures relating to brittle crack propagation arresting properties.
- a crack may be generated from the upper deck and propagated toward the hatchside combing side. Then, according to the results of the verification test carried out in the joint research between the Japan Maritime Association and the Japan Welding Association, in order to stop the propagation of cracks that occur in the upper deck and propagate toward the hatchside combing side, It has been found that it is necessary to use a thick steel plate having an extremely high Kca value of 8,000 N/mm 1.5 or more.
- the present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide a welded structure having excellent brittle crack propagation arresting properties.
- the gist of the present invention is the following welded structure.
- the joining member has a first surface and a second surface perpendicular to the plate thickness direction of the joining member,
- the plate thickness t (mm) of the joining member satisfies the following formula (i)
- a distance in the plate thickness direction of the joining member between the highest point of the first heat-affected zone of the first welded portion formed on the first surface side and the first surface is a distance h 1 (mm)
- the second When the distance in the plate thickness direction of the joining member between the highest point of the second heat-affected zone of the second welded portion formed on the surface side and the second surface is a distance h 2 (mm),
- a non-ductile transition temperature by a heavy test is ⁇ 60° C. or lower and satisfies the following formulas (ii) and (iii), Welded structure.
- t ⁇ 50.0 NDTT 1 ⁇ 30.5 ⁇ ln(h 1 ) ⁇ 14.0
- NDTT 2 ⁇ 30.5 ⁇ ln(h 2 ) ⁇ 14.0
- NDTT 1 and NDTT 2 are the non-ductile transition temperature (° C.) measured by the NRL drop weight test using the type P3 test piece defined in ASTM E208, which is sampled from the 1 mm depth positions of the first surface and the second surface, respectively. ).
- the acute angle ⁇ 2 (°) formed by and the partial penetration d 2 (mm) of the joint in the plate thickness direction and the distance s 2 (mm) between the toe on the joined member side and the second surface are as follows. Satisfies the expressions (vi) to (xi), The welded structure according to (1) or (2) above.
- the yield stress of the joining member is 400 to 580 MPa, and the tensile strength is 510 to 750 MPa.
- the welded structure according to any one of (1) to (4) above.
- a welded structure having excellent brittle crack propagation arresting properties can be obtained.
- the structure is such that the crack entry area is limited to only the surface layer area of the thick steel plate used for hatchside combing. If it is possible to improve the brittle crack propagation stopping property in the surface layer region of the thick steel plate, it becomes possible to stop the crack growth. As a result, it becomes possible to improve the brittle crack propagation arresting property of the entire welded structure at low cost.
- FIG. 1 is a perspective view showing a welding structure according to an embodiment of the present invention.
- the welded structure 10 according to the present embodiment includes a joining member 11 and a joined member 12.
- the joining member 11 is plate-shaped and has a first surface 11a and a second surface 11b that are perpendicular to the plate thickness direction.
- the member 12 to be joined is plate-shaped, and has a face 12a to be joined with which the end surface 11c of the joining member 11 abuts.
- the welded structure 10 has a T joint portion in which the joining member 11 is partially welded to both sides of the joined member 12 in a state where the end surface 11c is in contact with the joined surface 12a. ..
- the above-mentioned welded structure having the T-joint portion includes, for example, structures having the shapes shown in FIGS. 2 and 3.
- joining member 11 and the joined member 12 may be joined by fillet welding, but from the viewpoint of joining strength, the joining member 11 is provided with a groove and is joined by groove welding. Is preferred.
- a thick joining member is targeted, and specifically, when the plate thickness of the joining member 11 is t (mm), the following formula (i) is satisfied.
- the plate thickness t (mm) of the joining member 11 preferably satisfies the following formula (xii).
- the upper limit of t need not be specified in particular, but can be set to 200 mm, 150 mm, or 120 mm, for example. t ⁇ 50.0 (i) t>80.0 (xii)
- the plate thickness of the members to be joined is not particularly limited, but like the joined members, it is preferably 50.0 mm or more, and more preferably more than 80.0 mm.
- the welded structure 10 has a first welded portion 13a formed on the first surface 11a side and a second welded portion 13b formed on the second surface 11b side.
- FIG. 4 is a cross-sectional view of the welded structure 10 perpendicular to the first surface 11a and the surface 12a to be joined. In FIG. 4, hatching is not added in order to avoid making the drawing complicated.
- a first weld metal 14a is formed on the first surface 11a side of the joining portion of the joining member 11 and the joined member 12.
- a first heat-affected zone 15a is formed at the boundary between the first weld metal 14a and the joining member 11 and the joined member 12.
- the second weld metal 14b is formed on the second surface 11b side, and the second heat-affected zone 15b is formed at the boundary between the second weld metal 14b and the joining member 11 and the joined member 12.
- the welded portion means a portion in which the weld metal and the heat affected zone are combined. That is, the area where the first weld metal 14a and the first heat-affected zone 15a are combined is the first weld zone 13a, and the area where the second weld metal 14b and the second heat-affected zone 15b are combined is the second weld zone. 13b.
- the highest peak of the first welding portion 13a from the first surface 11a In order to limit the penetration region of the crack generated from the member to be joined 12 and propagating to the joining member 11 to only the surface layer side of the joining member 11, the highest peak of the first welding portion 13a from the first surface 11a. And the depth from the second surface 11b to the apex of the second weld 13b need to be controlled.
- the distance h 1 (mm) in the plate thickness direction of the joining member 11 between the highest point of the first heat-affected zone 15a of the first welded portion 13a and the first surface 11a and the second distance of the second welded portion 13b It is preferable that the distance h 2 (mm) in the plate thickness direction between the highest point of the heat-affected zone 15b and the second surface 11b satisfies the following equations (iv) and (v). h 1 ⁇ t/4 (iv) h 2 ⁇ t/4 (v)
- the lower limits of the distance h 1 and the distance h 2 need not be particularly limited, but even when the joining member 11 and the joined member 12 are joined by fillet welding, thermal influence is exerted up to a depth of about 1 mm. Parts are formed. Therefore, 1 mm is the practical lower limit of the distance h 1 and the distance h 2 .
- the highest point of the first heat-affected zone 15a means the tip in the plate thickness direction of the first heat-affected zone 15a
- the highest point of the second heat-affected zone 15b means the second heat-affected zone 15b.
- the distance h 1 is a distance between the first surface 11a and a virtual surface 11d that is parallel to the first surface 11a and passes through the tip of the first heat-affected zone 15a in the plate thickness direction.
- the distance h 2 is a distance between the second surface 11b and a virtual surface 11e that is parallel to the second surface 11b and passes through the tip of the second heat-affected zone 15b in the plate thickness direction.
- the acute angle ⁇ 2 (°) formed by the line L 2 passing through the toe and the route and the joined surface 12 a satisfy the following equations (vi) and (vii), respectively. 45.0 ⁇ 1 ⁇ 70.0 (vi) 45.0 ⁇ 2 ⁇ 70.0 (vii)
- the toe on the joining member 11 side in the first welded portion 13a means the intersection A 1 between the outer edge of the first weld metal 14a and the first surface 11a.
- the route on the joining member 11 side in the first welded portion 13a means the intersection B 1 between the outer edge of the first welded metal 14a and the end surface 11c.
- the bonding member 11 side of the toe at the second weld portion 13b means an intersection A 2 between the outer edge and the second surface 11b of the second weld metal 14b
- the bonding member 11 side in the second welding portion 13b Means the intersection B 2 between the outer edge of the second weld metal 14b and the end surface 11c.
- the partial penetration d 1 (mm) of the joint in the plate thickness direction of the first welded portion 13a and the partial penetration d 2 (mm) of the joint in the plate thickness direction of the second welded portion 13b are respectively the following (viii). It is preferable to satisfy the formula and the formula (ix).
- the values calculated on the left side of the following formulas (viii) and (ix) represent effective throat thicknesses Td 1 (mm) and Td 2 (mm), respectively.
- the partial penetration d 1 of the joint is a virtual surface that passes through the first surface 11a and the end on the plate thickness center side of the first weld metal 14a parallel to the first surface 11a and in the plate thickness direction of the joining member 11. It is the distance from 11f.
- the partial penetration d 2 of the joint is an imaginary line that passes through the second surface 11b and the end portion of the second weld metal 14b in the plate thickness direction of the joining member 11 on the plate thickness center side in parallel with the second surface 11b. This is the distance from the flat surface 11g.
- the distance s 1 (mm) between the toe on the joined member 12 side and the first surface 11a and the toe on the joined member 12 side in the second welded portion 13b is preferable that the distance s 2 (mm) between the second surface 11b and the second surface 11b satisfies the following expressions (x) and (xi), respectively. s 1 ⁇ d 1 (sec( ⁇ 1 ) ⁇ 1) (x) s 2 ⁇ d 2 (sec( ⁇ 2 )-1) (xi)
- the distance s 1 and the distance s 2 are the weld leg lengths in the plate thickness direction of the first welded portion 13a and the second welded portion 13b, respectively.
- the distance s 1 is an imaginary line passing through the first surface 11a and an end portion that is parallel to the first surface 11a and that is opposite to the plate thickness center of the first weld metal 14a in the plate thickness direction of the joining member 11. This is the distance from the target surface 11h.
- the distance s 2 is a virtual surface that passes through the second surface 11b and an end portion that is parallel to the second surface 11b and that is opposite to the plate thickness center of the second weld metal 14b in the plate thickness direction of the joining member 11. It is the distance from 11i.
- first weld metal 14a and the second weld metal 14b and the joining member 11 can be easily visually identified. Also, the tip positions of the first heat-affected zone 15a and the second heat-affected zone 15b can be easily determined by exposing them by nital corrosion.
- Non-ductile transition temperature of the joining member As described above, in order to improve the brittle crack propagation arresting property over the entire thickness of the joining member, for example, a steel sheet having a Kca value of 8000 N/mm 1.5 or more is used as the joining member. However, there is a problem that it is difficult to secure a steel sheet having such characteristics. However, by improving the brittle crack propagation stopping property at least in the surface layer portion of the joining member according to the depth of the region into which the crack penetrates, it becomes possible to stop the propagation of the crack.
- the non-ductile transition temperature by the NRL drop weight test using the type P3 test piece specified in ASTM E208, which is sampled from the 1 mm depth positions of the first surface 11a and the second surface 11b, is set to ⁇ 60° C. or less. And it is necessary to satisfy the following expressions (ii) and (iii).
- NDTT 1 and NDTT 2 are non-ductile transition temperatures (° C.) according to the NRL drop weight test using the type P3 test piece collected from the 1 mm depth positions of the first surface 11a and the second surface 11b, respectively.
- a type P3 test piece specified in ASTM E208 is taken from each of the first surface 11a side and the second surface 11b side.
- the type P3 test piece is a test piece having a length of 130 mm, a width of 50 mm and a thickness of 16 mm.
- each of the first surface 11a and the second surface 11b is shaved by 1 mm, and then the test piece is sampled so that the thickness direction thereof matches the plate thickness direction of the bonding member 11. That is, the test piece is sampled from the region from the 1 mm depth position to the 17 mm depth position of the first surface 11a and the second surface 11b.
- the test is conducted so that cracks occur on the surface perpendicular to the longitudinal direction of the test piece.
- a crack is generated on a surface perpendicular to the extending direction of the first welded portion 13a and the second welded portion 13b. Therefore, the test piece is sampled so that its longitudinal direction coincides with the extending direction of the welded portion of the welded structure.
- NRL drop weight test based on ASTM E208 is carried out. Specifically, first, a weld bead extending in a direction parallel to the longitudinal direction of the test piece is formed on the surface of the surface of the joining member which is perpendicular to the thickness direction of the test piece. At that time, as the welding material, a welding material with low toughness specified in ASTM E208 is used. The length of the weld bead is adjusted to 60 to 70 mm and the width is adjusted to 12 to 16 mm. Then, a cutout parallel to the width direction of the test piece is formed on the weld bead. At this time, the width of the notch is 1.5 mm or less, and the distance between the groove bottom of the notch and the test piece is adjusted to be in the range of 1.8 to 2.0 mm.
- Break with crack propagation
- No Break without crack propagation
- Break is determined by investigating the state in which the brittle crack generated from the notch propagates to the test piece.
- Break with crack propagation
- No Break without crack propagation
- the test result is determined to be Break (with crack propagation). If the crack does not reach the widthwise end, the test result is judged as No Break (no crack propagation).
- test pieces are used, for example, starting from a condition of ⁇ 100° C. and changing the test temperature at 5° C. intervals (in the case of No Break, decrease by 5° C., Break In the case of 5°C increase), the temperature that is 5°C lower than the lowest test temperature at which No Break was obtained for both two test pieces is the non-ductile transition temperature.
- the yield stress of the joining member is preferably 400 to 580 MPa, and the tensile strength is preferably 510 to 750 MPa.
- the yield stress of the joining member is more preferably 410 to 570 MPa, and the tensile strength is more preferably 520 to 740 MPa.
- the manufacturing method of the welded structure is not particularly limited, but, for example, a step of selecting a joining member whose non-ductile transition temperature of the surface layer portion satisfies the above-mentioned conditions, and It is possible to manufacture by performing the process of welding to the joining member.
- the joining member side of the joining member be groove processed.
- the groove processing may be performed over the entire end surface of the joining member, or may be performed only at a joining portion with the joined member.
- the welding method is also not particularly limited, and a known method such as CO 2 welding or covered arc welding (SMAW) may be adopted.
- SMAW covered arc welding
- the non-ductile transition temperature in the surface layer portion of the one surface (first surface) and the other surface (second surface) was investigated. .. Specifically, after the first surface and the second surface were each shaved off by 1 mm, the thickness direction of the test piece coincided with the plate thickness direction of the steel plate and the longitudinal direction of the test piece was welded from each surface. The type P3 test piece specified in ASTM E208 was sampled so as to match the stretching direction of the part. Then, using the test piece, an NRL drop weight test according to ASTM E208 was carried out, and non-ductile transition temperatures NDTT 1 (°C) and NDTT 2 (°C) were obtained.
- a welded joint obtained by joining a steel plate having a plate thickness of 100 mm by CO 2 welding was used as a run-up welded joint (member to be joined 12), and a welded structure 10 was produced by CO 2 welding or covered arc welding (SMAW) under the conditions shown in Table 2. ..
- the notch 16b was introduced into the fusion line portion 16a of the welded structure 10. Then, the welded structure 10 is cooled to a ship design temperature of ⁇ 10° C., a test stress of 257 MPa corresponding to the design stress of EH40 is applied, and only the vicinity of the notch is rapidly cooled to about ⁇ 50° C. An impact was applied through the wedge to generate and propagate a brittle crack.
- the measured shape of the weld is also shown in Table 2, and the results of the test using the above structural model arrest specimen are shown in Table 3.
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Abstract
接合部材11の端面11cが被接合部材12の被接合面12aに当接した状態で接合部材11が被接合部材12に両側部分溶込み溶接されたT継手部を有し、接合部材11は第1表面11aおよび第2表面11bを有し、接合部材11の板厚t(mm)が[t≧50.0]を満足し、接合部材11の、第1表面11aおよび第2表面11bの1mm深さ位置からそれぞれ採取されるタイプP3試験片を用いたNRL落重試験による無延性遷移温度が、-60℃以下であり、かつ第1溶接部13aの第1熱影響部15aの最頂点と第1表面11aとの距離h1(mm)、および第2溶接部13bの第2熱影響部15bの最頂点と第2表面11bとの距離h2(mm)との関係で[NDTT1≦-30.5×ln(h1)-14.0]および[NDTT2≦-30.5×ln(h2)-14.0]を満足する、溶接構造体10。
Description
本発明は、コンテナ船等において利用される溶接構造体に関する。
大量の貨物を搭載する大型のコンテナ船においては、アッパーデッキ(上甲板)に、貨物の積み下ろしを行うための大きな開口部(ハッチ)が形成されている。また、アッパーデッキ上には、海水の流入防止等のために、ハッチを囲むようにハッチサイドコーミングが設けられている。アッパーデッキおよびハッチサイドコーミングはそれぞれ、複数の鋼板を溶接して構成されている。また、ハッチサイドコーミングは、アッパーデッキ上に溶接されている。
上記のような大型のコンテナ船が海上を航行する際には、波浪によって、船体全体を曲げるような荷重(縦曲げ荷重)が船体に付加される。このような荷重に対して、船体の強度(縦曲げ強度)を十分に確保するために、アッパーデッキおよびハッチサイドコーミングには、高強度の厚肉鋼板が利用されている。
また、上述のように、ハッチサイドコーミングおよびアッパーデッキはそれぞれ、複数の鋼板を溶接した構成を有している。言い換えると、ハッチサイドコーミングおよびアッパーデッキには、鋼板同士を溶接するための複数の溶接部が形成されている。溶接部で発生したき裂は、溶接部に沿って伝播しやすい。このため、例えば、ハッチサイドコーミングの溶接部においてき裂が発生した場合、そのき裂が溶接部に沿ってアッパーデッキ側に向かって伝播し、伝播したき裂がアッパーデッキの溶接部に進展する場合がある。したがって、船体の強度を十分に向上させるためには、ハッチサイドコーミングおよびアッパーデッキが、上記のようなき裂の進展を停止させることができる特性(脆性き裂伝播停止特性)を有する必要がある。
例えば、特許文献1および2には、脆性き裂伝播停止特性に関する溶接構造体が開示されている。
ところで、ハッチサイドコーミングで発生し、アッパーデッキ側に向かって伝播したき裂の進展を停止させるためには、これらの部材として、例えば、脆性き裂伝播停止特性の指標である-10℃におけるKca値が6000N/mm1.5以上の厚肉鋼板を用いる必要があることが知られている。
また、上述の例だけでなく、き裂がアッパーデッキから発生しハッチサイドコーミング側に向かって伝播する可能性もある。そして、日本海事協会と日本溶接協会との共同研究にて実施された実証試験結果によれば、アッパーデッキで発生し、ハッチサイドコーミング側に向かって伝播するき裂の進展を停止させるためには、8000N/mm1.5以上という極めて高いKca値を有する厚肉鋼板を用いる必要があることが分かってきた。
しかしながら、このような高い脆性き裂伝播停止特性を有する厚肉鋼板を安定的に製造することは、技術的な面からもコスト的な面からも困難であるという問題がある。そのため、より合理的な手法により低コストで優れた脆性き裂伝播停止特性を有する溶接構造体を得る必要がある。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、脆性き裂伝播停止特性に優れた溶接構造体を提供することを目的とする。
本発明は、下記の溶接構造体を要旨とする。
(1)板状の接合部材の端面が板状の被接合部材の被接合面に当接した状態で、前記接合部材が前記被接合部材に両側部分溶込み溶接されたT継手部を有する溶接構造体であって、
前記接合部材は、前記接合部材の板厚方向に垂直な第1表面および第2表面を有し、
前記接合部材の板厚t(mm)が、下記(i)式を満足し、
前記第1表面側に形成された第1溶接部の第1熱影響部の最頂点と前記第1表面との前記接合部材の板厚方向の距離を距離h1(mm)とし、前記第2表面側に形成された第2溶接部の第2熱影響部の最頂点と前記第2表面との前記接合部材の板厚方向の距離を距離h2(mm)とした時に、
前記接合部材の、前記第1表面および前記第2表面の1mm深さ位置からそれぞれ採取され、厚さ方向が前記板厚方向と一致するASTM E208に規定されるタイプP3試験片を用いたNRL落重試験による無延性遷移温度が、-60℃以下であり、かつ下記(ii)式および(iii)式を満足する、
溶接構造体。
t≧50.0 ・・・(i)
NDTT1≦-30.5×ln(h1)-14.0 ・・・(ii)
NDTT2≦-30.5×ln(h2)-14.0 ・・・(iii)
但し、NDTT1およびNDTT2は、第1表面および第2表面の1mm深さ位置からそれぞれ採取されるASTM E208に規定されるタイプP3試験片を用いたNRL落重試験による無延性遷移温度(℃)である。
前記接合部材は、前記接合部材の板厚方向に垂直な第1表面および第2表面を有し、
前記接合部材の板厚t(mm)が、下記(i)式を満足し、
前記第1表面側に形成された第1溶接部の第1熱影響部の最頂点と前記第1表面との前記接合部材の板厚方向の距離を距離h1(mm)とし、前記第2表面側に形成された第2溶接部の第2熱影響部の最頂点と前記第2表面との前記接合部材の板厚方向の距離を距離h2(mm)とした時に、
前記接合部材の、前記第1表面および前記第2表面の1mm深さ位置からそれぞれ採取され、厚さ方向が前記板厚方向と一致するASTM E208に規定されるタイプP3試験片を用いたNRL落重試験による無延性遷移温度が、-60℃以下であり、かつ下記(ii)式および(iii)式を満足する、
溶接構造体。
t≧50.0 ・・・(i)
NDTT1≦-30.5×ln(h1)-14.0 ・・・(ii)
NDTT2≦-30.5×ln(h2)-14.0 ・・・(iii)
但し、NDTT1およびNDTT2は、第1表面および第2表面の1mm深さ位置からそれぞれ採取されるASTM E208に規定されるタイプP3試験片を用いたNRL落重試験による無延性遷移温度(℃)である。
(2)前記接合部材の板厚t(mm)、前記距離h1(mm)および前記距離h2(mm)が、下記(iv)式および(v)式を満足する、
上記(1)に記載の溶接構造体。
h1≦t/4 ・・・(iv)
h2≦t/4 ・・・(v)
上記(1)に記載の溶接構造体。
h1≦t/4 ・・・(iv)
h2≦t/4 ・・・(v)
(3)前記第1表面および前記被接合面に垂直な断面において、
前記第1溶接部における、前記接合部材側の止端とルートとを通る線と前記被接合面とがなす鋭角α1(°)、前記板厚方向における継手の部分溶込みd1(mm)および前記被接合部材側の止端と前記第1表面との距離s1(mm)、ならびに、前記第2溶接部における、前記接合部材側の止端とルートとを通る線と前記被接合面とがなす鋭角α2(°)、前記板厚方向における継手の部分溶込みd2(mm)および前記被接合部材側の止端と前記第2表面との距離s2(mm)が、下記(vi)~(xi)式を満足する、
上記(1)または(2)に記載の溶接構造体。
45.0≦α1≦70.0 ・・・(vi)
45.0≦α2≦70.0 ・・・(vii)
d1・sec(α1)・cos(α1/2)≧0.35t ・・・(viii)
d2・sec(α2)・cos(α2/2)≧0.35t ・・・(ix)
s1≧d1(sec(α1)-1) ・・・(x)
s2≧d2(sec(α2)-1) ・・・(xi)
前記第1溶接部における、前記接合部材側の止端とルートとを通る線と前記被接合面とがなす鋭角α1(°)、前記板厚方向における継手の部分溶込みd1(mm)および前記被接合部材側の止端と前記第1表面との距離s1(mm)、ならびに、前記第2溶接部における、前記接合部材側の止端とルートとを通る線と前記被接合面とがなす鋭角α2(°)、前記板厚方向における継手の部分溶込みd2(mm)および前記被接合部材側の止端と前記第2表面との距離s2(mm)が、下記(vi)~(xi)式を満足する、
上記(1)または(2)に記載の溶接構造体。
45.0≦α1≦70.0 ・・・(vi)
45.0≦α2≦70.0 ・・・(vii)
d1・sec(α1)・cos(α1/2)≧0.35t ・・・(viii)
d2・sec(α2)・cos(α2/2)≧0.35t ・・・(ix)
s1≧d1(sec(α1)-1) ・・・(x)
s2≧d2(sec(α2)-1) ・・・(xi)
(4)前記接合部材の板厚t(mm)が下記(xii)式を満足する、
上記(1)から(3)までのいずれかに記載の溶接構造体。
t>80.0 ・・・(xii)
上記(1)から(3)までのいずれかに記載の溶接構造体。
t>80.0 ・・・(xii)
(5)前記接合部材の降伏応力が400~580MPaであり、引張強さが510~750MPaである、
上記(1)から(4)までのいずれかに記載の溶接構造体。
上記(1)から(4)までのいずれかに記載の溶接構造体。
本発明によれば、脆性き裂伝播停止特性に優れた溶接構造体を得ることができる。
本発明者らが上記の課題を解決するために検討を行った結果、以下の知見を得るに至った。
上述のように、溶接構造体に用いられる部材の全厚にわたって脆性き裂伝播停止特性を向上させるためには、例えば、Kca値が8000N/mm1.5以上の厚肉鋼板を用いる必要がある。
しかしながら、例えば、アッパーデッキからハッチサイドコーミング側に向かってき裂が伝播する場合において、き裂の突入領域がハッチサイドコーミングに用いられる厚肉鋼板の表層領域のみに制限されるような構造にするとともに、厚肉鋼板の表層領域の脆性き裂伝播停止特性を向上させることができれば、き裂の進展を停止させることが可能になる。その結果、溶接構造体全体での脆性き裂伝播停止特性を低コストで向上させることが可能になる。
本発明は上記の知見に基づいてなされたものである。以下、本発明の一実施形態に係る溶接構造体について説明する。
1.溶接構造体の構成
図1は、本発明の一実施形態に係る溶接構造体を示す斜視図である。本実施形態に係る溶接構造体10は、接合部材11および被接合部材12を備えている。接合部材11は板状であり、板厚方向に垂直な第1表面11aおよび第2表面11bを有する。また、被接合部材12は板状であり、接合部材11の端面11cが当接される被接合面12aを有する。
図1は、本発明の一実施形態に係る溶接構造体を示す斜視図である。本実施形態に係る溶接構造体10は、接合部材11および被接合部材12を備えている。接合部材11は板状であり、板厚方向に垂直な第1表面11aおよび第2表面11bを有する。また、被接合部材12は板状であり、接合部材11の端面11cが当接される被接合面12aを有する。
そして、図1に示すように、溶接構造体10は、端面11cが被接合面12aに当接した状態で、接合部材11が被接合部材12に両側部分溶込み溶接されたT継手部を有する。なお、上記のT継手部を有する溶接構造体には、図1に示すようなT字状の構造体に加えて、例えば、図2および3に示す形状の構造体も含まれる。
また、接合部材11と被接合部材12とは、隅肉溶接によって接合されていてもよいが、接合強度の観点からは、接合部材11に開先を設け、開先溶接によって接合されていることが好ましい。
本発明においては、厚肉の接合部材を対象としており、具体的には、接合部材11の板厚をt(mm)とした場合に、下記(i)式を満足する。接合部材11の板厚t(mm)は、下記(xii)式を満足するのが好ましい。tの上限は特に規定する必要はないが、例えば200mm、150mm、または120mmとすることができる。
t≧50.0 ・・・(i)
t>80.0 ・・・(xii)
t≧50.0 ・・・(i)
t>80.0 ・・・(xii)
なお、被接合部材の板厚については特に制限はないが、接合部材と同様に、50.0mm以上であることが好ましく、80.0mm超であることがより好ましい。
また、図1に示すように、溶接構造体10は、第1表面11a側に形成された第1溶接部13aおよび第2表面11b側に形成された第2溶接部13bを有する。
接合部材11および被接合部材12の接合箇所付近について、図4を用いてさらに詳しく説明する。図4は、溶接構造体10の、第1表面11aおよび被接合面12aに垂直な断面図である。図4においては、図面が煩雑になることを避けるため、ハッチングは付していない。
図1および図4に示すように、接合部材11および被接合部材12の接合箇所の第1表面11a側には、第1溶接金属14aが形成されている。そして、第1溶接金属14aと接合部材11および被接合部材12との境界部には、第1熱影響部15aが形成されている。同様に、第2表面11b側には、第2溶接金属14bが形成されており、第2溶接金属14bと接合部材11および被接合部材12との境界部には、第2熱影響部15bが形成されている。
本願明細書において、溶接部とは、溶接金属と熱影響部とを合わせた部分を意味する。すなわち、第1溶接金属14aと第1熱影響部15aとを合わせた領域が第1溶接部13aであり、第2溶接金属14bと第2熱影響部15bとを合わせた領域が第2溶接部13bである。
ここで、被接合部材12から発生し、接合部材11に伝播するき裂の突入領域を接合部材11の表層側のみに制限するためには、第1表面11aから第1溶接部13aの最頂点までの深さ、および第2表面11bから第2溶接部13bの最頂点までの深さを制御する必要がある。
具体的には、第1溶接部13aの第1熱影響部15aの最頂点と第1表面11aとの接合部材11の板厚方向の距離h1(mm)および第2溶接部13bの第2熱影響部15bの最頂点と第2表面11bとの板厚方向の距離h2(mm)が、下記(iv)式および(v)式を満足することが好ましい。
h1≦t/4 ・・・(iv)
h2≦t/4 ・・・(v)
h1≦t/4 ・・・(iv)
h2≦t/4 ・・・(v)
距離h1および距離h2の下限については特に制限する必要はないが、接合部材11と被接合部材12とが隅肉溶接によって接合されている場合であっても、1mm程度の深さまで熱影響部が形成される。そのため、1mmが距離h1および距離h2の実質的な下限となる。
なお、第1熱影響部15aの最頂点とは、第1熱影響部15aの板厚方向における先端を意味し、同様に第2熱影響部15bの最頂点とは、第2熱影響部15bの板厚方向における先端を意味する。また、図4に示すように、距離h1は、第1表面11aと、第1表面11aと平行でかつ第1熱影響部15aの板厚方向における先端を通る仮想的な面11dとの距離であり、距離h2は、第2表面11bと、第2表面11bと平行でかつ第2熱影響部15bの板厚方向における先端を通る仮想的な面11eとの距離である。
また、第1溶接部13aにおける、接合部材11側の止端とルートとを通る線L1と被接合面12aとがなす鋭角α1(°)および第2溶接部13bにおける、接合部材11側の止端とルートとを通る線L2と被接合面12aとがなす鋭角α2(°)は、それぞれ下記(vi)式および(vii)式を満足することが好ましい。
45.0≦α1≦70.0 ・・・(vi)
45.0≦α2≦70.0 ・・・(vii)
45.0≦α1≦70.0 ・・・(vi)
45.0≦α2≦70.0 ・・・(vii)
第1溶接部13aにおける接合部材11側の止端とは、第1溶接金属14aの外縁と第1表面11aとの交点A1を意味する。また、第1溶接部13aにおける接合部材11側のルートとは、第1溶接金属14aの外縁と端面11cとの交点B1を意味する。同様に、第2溶接部13bにおける接合部材11側の止端とは、第2溶接金属14bの外縁と第2表面11bとの交点A2を意味し、第2溶接部13bにおける接合部材11側のルートとは、第2溶接金属14bの外縁と端面11cとの交点B2を意味する。
さらに、第1溶接部13aの板厚方向における継手の部分溶込みd1(mm)および第2溶接部13bの板厚方向における継手の部分溶込みd2(mm)は、それぞれ下記(viii)式および(ix)式を満足することが好ましい。ここで、下記(viii)式および(ix)式の左辺で計算される値は、それぞれ有効のど厚Td1(mm)およびTd2(mm)を表している。
d1・sec(α1)・cos(α1/2)≧0.35t ・・・(viii)
d2・sec(α2)・cos(α2/2)≧0.35t ・・・(ix)
d1・sec(α1)・cos(α1/2)≧0.35t ・・・(viii)
d2・sec(α2)・cos(α2/2)≧0.35t ・・・(ix)
継手の部分溶込みd1は、第1表面11aと、第1表面11aと平行でかつ接合部材11の板厚方向における第1溶接金属14aの板厚中心側の端部を通る仮想的な面11fとの距離である。また、継手の部分溶込みd2は、第2表面11bと、第2表面11bと平行でかつ接合部材11の板厚方向における第2溶接金属14bの板厚中心側の端部を通る仮想的な面11gとの距離である。
また、第1溶接部13aの板厚方向における、被接合部材12側の止端と第1表面11aとの距離s1(mm)および第2溶接部13bにおける、被接合部材12側の止端と第2表面11bとの距離s2(mm)は、それぞれ下記(x)式および(xi)式を満足することが好ましい。
s1≧d1(sec(α1)-1) ・・・(x)
s2≧d2(sec(α2)-1) ・・・(xi)
s1≧d1(sec(α1)-1) ・・・(x)
s2≧d2(sec(α2)-1) ・・・(xi)
距離s1および距離s2は、それぞれ第1溶接部13aおよび第2溶接部13bの板厚方向における溶接脚長である。具体的には、距離s1は、第1表面11aと、第1表面11aと平行でかつ接合部材11の板厚方向における第1溶接金属14aの板厚中心と逆側の端部を通る仮想的な面11hとの距離である。また、距離s2は、第2表面11bと、第2表面11bと平行でかつ接合部材11の板厚方向における第2溶接金属14bの板厚中心と逆側の端部を通る仮想的な面11iとの距離である。
なお、第1溶接金属14aおよび第2溶接金属14bと接合部材11との境界は、目視により容易に判別することが可能である。また、第1熱影響部15aおよび第2熱影響部15bの先端位置についても、ナイタール腐食により現出させることで容易に判別することが可能である。
上記(vi)~(xi)式を満足しない場合であっても、脆性き裂伝播停止特性を向上させることは可能であるが、より高い継手強度を確保する観点から、上記(vi)~(xi)式を満足することが好ましい。
2.接合部材の無延性遷移温度
上述のように、接合部材の全厚にわたって脆性き裂伝播停止特性を向上させるためには、例えば、Kca値が8000N/mm1.5以上の鋼板を接合部材として用いる必要があり、そのような特性を有する鋼板の確保が困難であるという問題がある。しかしながら、少なくとも接合部材の表層部における脆性き裂伝播停止特性を、き裂が突入する領域の深さに応じて向上させることによって、き裂の進展を停止することが可能になる。
上述のように、接合部材の全厚にわたって脆性き裂伝播停止特性を向上させるためには、例えば、Kca値が8000N/mm1.5以上の鋼板を接合部材として用いる必要があり、そのような特性を有する鋼板の確保が困難であるという問題がある。しかしながら、少なくとも接合部材の表層部における脆性き裂伝播停止特性を、き裂が突入する領域の深さに応じて向上させることによって、き裂の進展を停止することが可能になる。
すなわち、接合部材の表層部における無延性遷移温度を、表面から溶接部の最頂点までの深さに応じて制御することによって、き裂の進展を停止することが可能になる。具体的には、表面から溶接部の最頂点までの深さが大きいほど、き裂が進展しやすくなるため、表層部における無延性遷移温度を低くする必要がある。
そのため、第1表面11aおよび第2表面11bの1mm深さ位置からそれぞれ採取されるASTM E208に規定されるタイプP3試験片を用いたNRL落重試験による無延性遷移温度を、-60℃以下とし、かつ下記(ii)式および(iii)式を満足させる必要がある。
NDTT1≦-30.5×ln(h1)-14.0 ・・・(ii)
NDTT2≦-30.5×ln(h2)-14.0 ・・・(iii)
但し、NDTT1およびNDTT2は、第1表面11aおよび第2表面11bの1mm深さ位置からそれぞれ採取されるタイプP3試験片を用いたNRL落重試験による無延性遷移温度(℃)である。
NDTT1≦-30.5×ln(h1)-14.0 ・・・(ii)
NDTT2≦-30.5×ln(h2)-14.0 ・・・(iii)
但し、NDTT1およびNDTT2は、第1表面11aおよび第2表面11bの1mm深さ位置からそれぞれ採取されるタイプP3試験片を用いたNRL落重試験による無延性遷移温度(℃)である。
NDTT1およびNDTT2の測定方法について、詳しく説明する。まず、第1表面11a側および第2表面11b側のそれぞれから、ASTM E208に規定されるタイプP3試験片を採取する。タイプP3試験片とは、長さ130mm、幅50mm、厚さ16mmの試験片である。この際、第1表面11aおよび第2表面11bのそれぞれを1mmずつ削り取った後、試験片の厚さ方向が、接合部材11の板厚方向と一致するように採取する。すなわち、第1表面11aおよび第2表面11bの1mm深さ位置から17mm深さ位置までの領域から試験片が採取されることとなる。
また、後述するように、試験片の長手方向と垂直な面においてき裂が発生するように試験を行う。溶接構造体において、き裂は第1溶接部13aおよび第2溶接部13bの延伸方向と垂直な面において発生する。そのため、試験片は、その長手方向が溶接構造体の溶接部の延伸方向と一致するように採取する。
その後、上記試験片を用いて、ASTM E208に準拠したNRL落重試験を実施する。具体的には、まず上記試験片の厚さ方向に垂直な接合部材の表面側の面上に、試験片の長手方向に平行な方向に延びる溶接ビードを形成する。その際、溶接材料はASTM E208に規定される靱性の低い溶接材料を使用する。溶接ビードの長さは60~70mm、幅は12~16mmの範囲となるよう調整する。そして、溶接ビード上に試験片の幅方向に平行な切欠きを形成する。この時、切欠きの幅は1.5mm以下とし、切欠きの溝底と試験片との距離が1.8~2.0mmの範囲となるよう調整する。
そして、上記試験片の溶接ビードを形成した面を下側に向け、長さ方向の両端部を支持した後、溶接ビードを形成したのと反対側の面に対して、落重による衝撃曲げ荷重を加える。その後、切欠きから発生した脆性き裂が試験片に伝播する状態を調べることで、Break(き裂伝播あり)またはNo Break(き裂伝播なし)を判定する。切欠から発生した脆性き裂が試験片の表面を試験片幅方向に伝播してその端部まで進行した場合、試験結果はBreak(き裂伝播あり)と判定される。幅方向の端部にき裂が達しなかった場合、試験結果はNo Break(き裂伝播なし)と判定される。
上記の落重試験は、2個ずつの試験片を用いて例えば、-100℃の条件から開始して、5℃間隔で試験温度を変化させながら(No Breakの場合は5℃低下、Breakの場合は5℃上昇)、2個の試験片ともにNo Breakが得られた最も低い試験温度から5℃低い温度を無延性遷移温度とする。
3.接合部材の機械的特性
本発明の溶接構造体に用いられる接合部材の機械的特性について、特に制限は設けない。しかし、溶接構造体をコンテナ船等において利用する場合においては、接合部材の降伏応力は400~580MPaであるのが好ましく、引張強さは510~750MPaであるのが好ましい。なお、接合部材の降伏応力は410~570MPaであるのがより好ましく、引張強さは520~740MPaであるのがより好ましい。
本発明の溶接構造体に用いられる接合部材の機械的特性について、特に制限は設けない。しかし、溶接構造体をコンテナ船等において利用する場合においては、接合部材の降伏応力は400~580MPaであるのが好ましく、引張強さは510~750MPaであるのが好ましい。なお、接合部材の降伏応力は410~570MPaであるのがより好ましく、引張強さは520~740MPaであるのがより好ましい。
4.溶接構造体の製造方法
溶接構造体の製造方法について、特に制限は設けないが、例えば、表層部の無延性遷移温度が上述した条件を満足する接合部材を選別する工程と、当該接合部材を被接合部材に溶接する工程を行うことにより、製造することが可能である。
溶接構造体の製造方法について、特に制限は設けないが、例えば、表層部の無延性遷移温度が上述した条件を満足する接合部材を選別する工程と、当該接合部材を被接合部材に溶接する工程を行うことにより、製造することが可能である。
溶接工程においては、上述の被接合部材の被接合面に接合部材の端面を突き合わせた状態で、端面に沿って溶接することで製造することができる。この際、接合部材の被接合部材側を開先加工しておくことが望ましい。開先加工は、接合部材の端面全体にわたって施してもよいが、被接合部材との接合箇所にのみ施してもよい。
また、溶接方法についても特に制限はなく、CO2溶接または被覆アーク溶接(SMAW)等の公知の方法を採用すればよい。この際、熱影響部の幅(図4において、(h1-d1)および(h2-d2)で表わされる長さ)を小さくするためには、入熱量を0.5~3.0kJ/mmとすることが好ましい。
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
表1に示す板厚を有する各種鋼板を用意した後、それぞれの鋼板について、一方側の面(第1表面)および他方側の面(第2表面)の表層部における無延性遷移温度を調査した。具体的には、第1表面および第2表面をそれぞれ1mm削り取った後、それぞれの面から、試験片の厚さ方向が、上記鋼板の板厚方向と一致し、かつ試験片の長手方向が溶接部の延伸方向に一致するように、ASTM E208に規定されるタイプP3試験片を採取した。そして、当該試験片を用いて、ASTM E208に準拠したNRL落重試験を実施し、無延性遷移温度NDTT1(℃)およびNDTT2(℃)を求めた。
続いて、各鋼板の板厚の1/4位置から圧延方向に直角な方向にJIS Z 2241に記載の4号引張試験片を採取し、JIS Z 2241に準拠して引張試験を行い、降伏応力(YS)、引張強さ(TS)および全伸び(EL)を測定した。それらの結果を表1に併せて示す。
その後、上記の各種鋼板を試験板(接合部材11)とし、図5に示す構造モデルアレスト試験体を作製して試験を実施した。板厚100mmの鋼板をCO2溶接により接合した溶接継手を助走溶接継手(被接合部材12)とし、表2に示す条件でCO2溶接または被覆アーク溶接(SMAW)により溶接構造体10を作製した。
その後、溶接構造体10のフュージョンライン部16aにノッチ16bを導入した。そして、溶接構造体10を船舶設計温度である-10℃に冷却し、EH40の設計応力に相当する257MPaの試験応力を負荷し、ノッチ部近傍だけを-50℃程度に急冷し、ノッチ部に楔を介して打撃を加えて脆性き裂を発生、伝播させた。
試験後の構造モデルアレスト試験体を使用し、試験体長手方向の中心位置から左右に250mm離れた位置において、接合部材と被接合部材との一方側(第1表面側)および他方側(第2表面側)の溶接部(第1溶接部および第2溶接部)の断面を切り出した。その後、研磨して、ナイタール腐食を施すことで溶接金属部と溶接熱影響部(溶接時にAc1変態点以上に加熱された領域)を現出させた。これらの2カ所の溶接継手断面の写真をデジタルカメラによりそれぞれ撮影し、写真画像から溶接部形状を測定し、2カ所の測定結果の平均値を使用した。
測定された溶接部の形状を表2に併せて示し、上記の構造モデルアレスト試験体を用いた試験の結果を表3に示す。脆性き裂が試験板で停止した場合は停止、試験板を破断した場合は破断と判定した。
表3から明らかなように、本発明の規定を満足する接合部材を用いた場合には、優れた脆性き裂伝播停止特性を得られたのに対して、本発明の規定を満足しない比較例の接合部材を用いた場合には、脆性き裂が接合部材まで伝播する結果となった。
また、試験No.1、2、4および5では、(vi)~(xi)式をさらに満足するため、継手強度が高くさらに良好な結果となった。
以上のように、本発明によれば、脆性き裂伝播停止特性に優れた溶接構造体を得ることができる。
10 溶接構造体
11 接合部材
11a 第1表面
11b 第2表面
11c 端面
11d~i 仮想的な面
12 被接合部材
12a 被接合面
13a 第1溶接部
13b 第2溶接部
14a 第1溶接金属
14b 第2溶接金属
15a 第1熱影響部
15b 第2熱影響部
16a フュージョンライン部
16b ノッチ
11 接合部材
11a 第1表面
11b 第2表面
11c 端面
11d~i 仮想的な面
12 被接合部材
12a 被接合面
13a 第1溶接部
13b 第2溶接部
14a 第1溶接金属
14b 第2溶接金属
15a 第1熱影響部
15b 第2熱影響部
16a フュージョンライン部
16b ノッチ
Claims (5)
- 板状の接合部材の端面が板状の被接合部材の被接合面に当接した状態で、前記接合部材が前記被接合部材に両側部分溶込み溶接されたT継手部を有する溶接構造体であって、
前記接合部材は、前記接合部材の板厚方向に垂直な第1表面および第2表面を有し、
前記接合部材の板厚t(mm)が、下記(i)式を満足し、
前記第1表面側に形成された第1溶接部の第1熱影響部の最頂点と前記第1表面との前記接合部材の板厚方向の距離を距離h1(mm)とし、前記第2表面側に形成された第2溶接部の第2熱影響部の最頂点と前記第2表面との前記接合部材の板厚方向の距離を距離h2(mm)とした時に、
前記接合部材の、前記第1表面および前記第2表面の1mm深さ位置からそれぞれ採取され、厚さ方向が前記板厚方向と一致するASTM E208に規定されるタイプP3試験片を用いたNRL落重試験による無延性遷移温度が、-60℃以下であり、かつ下記(ii)式および(iii)式を満足する、
溶接構造体。
t≧50.0 ・・・(i)
NDTT1≦-30.5×ln(h1)-14.0 ・・・(ii)
NDTT2≦-30.5×ln(h2)-14.0 ・・・(iii)
但し、NDTT1およびNDTT2は、第1表面および第2表面の1mm深さ位置からそれぞれ採取されるASTM E208に規定されるタイプP3試験片を用いたNRL落重試験による無延性遷移温度(℃)である。 - 前記接合部材の板厚t(mm)、前記距離h1(mm)および前記距離h2(mm)が、下記(iv)式および(v)式を満足する、
請求項1に記載の溶接構造体。
h1≦t/4 ・・・(iv)
h2≦t/4 ・・・(v) - 前記第1表面および前記被接合面に垂直な断面において、
前記第1溶接部における、前記接合部材側の止端とルートとを通る線と前記被接合面とがなす鋭角α1(°)、前記板厚方向における継手の部分溶込みd1(mm)および前記被接合部材側の止端と前記第1表面との距離s1(mm)、ならびに、前記第2溶接部における、前記接合部材側の止端とルートとを通る線と前記被接合面とがなす鋭角α2(°)、前記板厚方向における継手の部分溶込みd2(mm)および前記被接合部材側の止端と前記第2表面との距離s2(mm)が、下記(vi)~(xi)式を満足する、
請求項1または請求項2に記載の溶接構造体。
45.0≦α1≦70.0 ・・・(vi)
45.0≦α2≦70.0 ・・・(vii)
d1・sec(α1)・cos(α1/2)≧0.35t ・・・(viii)
d2・sec(α2)・cos(α2/2)≧0.35t ・・・(ix)
s1≧d1(sec(α1)-1) ・・・(x)
s2≧d2(sec(α2)-1) ・・・(xi) - 前記接合部材の板厚t(mm)が下記(xii)式を満足する、
請求項1から請求項3までのいずれかに記載の溶接構造体。
t>80.0 ・・・(xii) - 前記接合部材の降伏応力が400~580MPaであり、引張強さが510~750MPaである、
請求項1から請求項4までのいずれかに記載の溶接構造体。
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