CN107405713A

CN107405713A - 焊接构造体

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Publication number: CN107405713A
Application number: CN201680014644.3A
Authority: CN
Inventors: 半田恒久; 伊木聪; 大井健次; 丰田昌信; 木治升; 渡边盛太
Original assignee: IHI Marine United Inc; NKK Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; JFE Engineering Corp; IHI Marine United Inc; Japan Marine United Corp
Priority date: 2015-03-12
Filing date: 2016-03-10
Publication date: 2017-11-28
Anticipated expiration: 2036-03-10
Also published as: JP6509235B2; JP2018039052A; PH12017550088A1; JP6744274B2; KR20170121278A; KR102001923B1; WO2016143354A1; CN107405713B; JPWO2016143354A1; PH12017550088B1

Abstract

一种焊接构造体，具有角焊接头，该角焊接头使接合部件(1)的端面与板厚为50mm以上的被接合部件(2)的表面对接，将上述接合部件(1)与上述被接合部件(2)接合，其中，角焊接头的焊脚长度(3)以及熔敷宽度(13)超过16mm，在角焊接头中的将接合部件(1)的端面与被接合部件(2)的表面对接的面，具有在角焊接头的剖面中为接合部件(1)的板厚(tw)的95％以上的未熔敷部(4)，而且，关于角焊接头的角焊金属(5)，在角焊金属(5)的夏比冲击试验断面转变温度(vTrs(℃))与被接合部件(2)的板厚(tf)、或者进而与焊脚长度(3)以及熔敷宽度(13)中的较小一方的值(L)之间满足规定的关系。

Description

焊接构造体

技术领域

本发明例如涉及大型集装箱船、散装货船等使用厚钢板进行焊接施工的焊接钢构造物(焊接构造体)。特别地，本发明涉及能够使从厚钢板的母材或者焊接接头部产生的脆性龟裂的传播达到构造物的大规模破坏前将其停止的、脆性龟裂传播停止特性优异的焊接构造体。

背景技术

集装箱船、散装货船为了提高装载能力、货物装卸效率等，例如与油轮等不同，而具有增大船上部的开口部的结构。因此，在集装箱船、散装货船中，尤其需要将船体外板实现高强度化或者厚壁化。

另外，集装箱船近年来趋于大型化，而建造出6,000～20,000TEU之类的大型船。TEU(Twenty feet Equivalent Unit)表示换算成长度20英尺的集装箱的个数，表示集装箱船的装载能力的指标。伴随于这样的船的大型化，船体外板存在使用板厚为50mm以上、屈服强度为390N/mm²级以上的厚钢板的趋势。

作为船体外板的钢板，近年来出于缩短工期的观点，多数情况下例如通过气电焊等大线能量焊接进行对焊。这样的大线能量焊接容易导致焊接热影响部处的大幅的韧性降低，而成为从焊接接头部产生脆性龟裂的一个原因。

另一方面，在船体结构中，一直以来出于安全性的观点，认为即使在万一产生了脆性破坏的情况下，也需要使脆性龟裂的传播达到大规模破坏前将其停止，来防止船体分离。

受这样的思维影响，在非专利文献1中报告了关于板厚不足50mm的造船用钢板的焊接部的脆性龟裂传播动作的实验的研究结果。

在非专利文献1中，实验性调查了在焊接部强制产生的脆性龟裂的传播路径、传播动作。其中记载了如果在某种程度内确保焊接部的破坏韧性，则脆性龟裂受焊接残留应力的影响大多会从焊接部向母材侧移动的结果，但也确认出多例脆性龟裂沿焊接部传播的例子。这启示了不能断言不存在脆性破坏沿焊接部直行传播的可能性。

然而，除了将与在非专利文献1中应用的焊接同等的焊接应用于板厚不足50mm的钢板而建造的船舶未出现任何问题而就航的较多的实际成绩之外，还基于韧性良好的钢板母材(造船E级钢等)充分保持使脆性龟裂停止的能力这样的认识，在船级基准等中未特殊要求造船用钢材的焊接部的脆性龟裂传播停止特性。

但是，在近年来的超过6,000TEU的大型集装箱船中，使用的钢板的板厚超出50mm，板厚增大导致破坏韧性降低，除此之外，采用焊接线能量更大的大线能量焊接，从而存在焊接部的破坏韧性进一步降低的趋势。在这样的厚壁大线能量焊接接头中，示出了从焊接部产生的脆性龟裂不向母材侧偏移而直行，另外，存在即便在骨材等的钢板母材部脆性龟裂也不停止的可能性(例如，非专利文献2)。

因此，确保应用了板厚为50mm以上的厚壁高强度钢板的船体结构的安全性成为较大的问题。另外，在非专利文献2中，也特别指出为了使产生的脆性龟裂停止传播，而需要特别的具有脆性龟裂传播停止特性的厚钢板。

针对这样的问题，例如在专利文献1中记载了如下的焊接构造体，其是优选板厚为50mm以上的船体外板，以与对焊部交叉的方式配置骨材，并通过角焊进行接合。

在专利文献1所记载的技术中，作为骨材，使用在表层部以及里层部遍布3mm以上的厚度具有0.5～5μm的平均圆相应粒径，且进一步在与板厚面平行的面具有(100)结晶面的X射线面强度比为1.5以上的微观组织的钢板。而且，通过形成将具有这样的微观组织的钢板作为加强材料进行角焊的构造，即使在对焊接头部产生脆性龟裂，也能够使脆性破坏在作为加强材料的骨材停止，从而能够防止焊接构造体破坏那样的致命的损伤。

然而，在专利文献1所记载的技术中使用的作为加强材料的骨材为了形成具有期望的组织的钢板，需要复杂的工序。其结果，存在生产性降低、难以确保稳定地具有所期望的组织的钢板的问题。

另外，在专利文献2中记载了具有将接合部件(以下，也称为腹板)角焊于被接合部件(以下，也称为凸缘)而形成的角焊接头的、脆性龟裂传播停止特性优异的焊接构造体。

在专利文献2所记载的焊接构造体中，在角焊接头剖面中的腹板的、与凸缘对接的对接面残留有未熔敷部，以该未熔敷部的宽度和角焊部的左右的脚长与腹板板厚之和的比X同被接合部件(凸缘)的脆性龟裂传播停止性能Kca满足特殊的关系式的方式，调整未熔敷部的宽度。由此，即使将被接合部件(凸缘)形成板厚为50mm以上的厚板材，也能够使在接合部件(腹板)产生的脆性龟裂的传播在角焊部的腹板与凸缘的对接面停止，从而能够阻止脆性龟裂向被接合部件(凸缘)的传播。

然而，在专利文献2所记载的技术中，接合部件(腹板)的脆性龟裂传播停止特性等不充分，因此不能说是足以通过接合部件(腹板)来使在被接合部件(凸缘)产生的脆性龟裂传播停止的充分的技术。此外，在专利文献2中，对于接合部件(腹板)的脆性龟裂传播停止性能，也未作任何考虑。

针对这样的问题，例如在专利文献3中记载了：

“一种焊接构造体，具有角焊接头，该角焊接头使接合部件的端面与板厚为50mm以上的被接合部件的表面对接，并通过角焊将所述接合部件和所述被接合部件接合而成，且焊脚长度或者熔敷宽度的至少一方为16mm以下，在所述焊接构造体中，在角焊接头中的将接合部件的端面与被接合部件的表面对接的面，具有在角焊接头的剖面中为该接合部件的板厚tw的95％以上的未熔敷部，还具有角焊接头中的角焊金属的夏比冲击试验断面转变温度vTrs在与被接合部件的板厚tf的关系中满足vTrs≤－1.5tf+70，以及/或者角焊金属的夏比冲击试验的试验温度-20℃下的吸收能量vE_-20(J)在与被接合部件的板厚tf的关系中满足vE_-20≥2.75tf－105的角焊金属”。

若为这样的焊接构造体，则能够通过角焊金属阻止在被接合部件产生的脆性龟裂传播。

另外，在专利文献4中记载了：

“一种焊接构造体，具有角焊接头，该角焊接头使接合部件的端面与板厚为50mm以上的被接合部件的表面对接，并通过角焊将所述接合部件和所述被接合部件接合而成，且焊脚长度或者熔敷宽度的至少一方为16mm以下，在所述焊接构造体中，在角焊接头中的将接合部件的端面与被接合部件的表面对接的面，具有在角焊接头的剖面中为该接合部件的板厚tw的95％以上的未熔敷部，还具有角焊接头中的角焊金属的夏比冲击试验断面转变温度vTrs在与被接合部件的板厚tf的关系中满足vTrs≤－1.5tf+90，以及/或者角焊金属的夏比冲击试验的试验温度-20℃下的吸收能量vE_-20(J)在与被接合部件的板厚tf的关系中，在50≤tf≤53的情况下满足vE_-20≥5.75，在tf＞53的情况下满足vE_-20≥2.75tf－140的角焊金属，并且，由脆性龟裂传播停止韧性Kca在工作温度下为2500N/mm^2/3以上的钢板构成接合部件”。

通过形成这样的焊接构造体，在被接合部件产生的脆性龟裂能够在角焊部或者接合部件的母材停止。

另外，在专利文献5记载了：

“一种焊接构造体，具有角焊接头，该角焊接头使接合部件的端面与板厚为50mm以上的被接合部件的表面对接，并通过角焊将所述接合部件和所述被接合部件接合而成，且焊脚长度或者熔敷宽度的至少一方为16mm以下，在所述焊接构造体中，将接合部件以及被接合部件均形成具有对焊接头部的部件，对焊接头部的焊接金属具有vTrs为－65℃以下，以及/或者vE_-20为140J以上的韧性，将角焊接头中的接合部件的对焊接头部的焊接部端面与被接合部件的对焊接头部的焊接部表面对接，在对接的面具有在角焊接头的对焊接头剖面中为该接合部件的板厚tw的95％以上的未熔敷部，还具有角焊接头中的角焊金属的夏比冲击试验断面转变温度vTrs在与被接合部件的板厚tf的关系中满足vTrs≤－1.5tf+90，以及/或者角焊金属的夏比冲击试验的试验温度-20℃的吸收能量vE_-20(J)在与被接合部件的板厚tf的关系中，在50≤tf≤53的情况下满足vE_-20≥5.75，在tf＞53的情况下满足vE_-20≥2.75tf－140的角焊金属”。

通过形成这样的焊接构造体，在被接合部件产生的脆性龟裂能够在角焊部或者接合部件的母材停止。另外，通过形成这样的焊接构造体，能够阻止从被接合部件焊接部产生的脆性龟裂、或者从接合部件焊接部产生的脆性龟裂在角焊部、接合部件的焊接部或者被接合部件的焊接部传播。

专利文献1：日本特开2004－232052号公报

专利文献2：日本特开2007－326147号公报

专利文献3：日本专利第5395985号公报

专利文献4：日本专利第5365761号公报

专利文献5：日本专利第5408396号公报

非专利文献1：日本造船研究协会第147研究部会：“关于船体用高张力钢板大线能量接头的脆性破坏强度评价的研究”，第87号(1978年2月)，p.35～53，日本造船研究协会

非专利文献2：山口欣弥等：“超大型集装箱船的研发－新的高强度极厚钢板的应用－”、日本船舶海洋工学会刊，第3号(2005)，p.70～76，平成17年11月

然而，在专利文献3～5所记载的各技术中，需要将焊脚长度(或者熔敷宽度)限制为16mm以下，因此，出于确保角焊部的强度的观点，能够应用于接合部件(腹板)以及被接合部件(凸缘)的板厚最大也只是80mm。

另外，即使在接合部件(腹板)以及被接合部件(凸缘)的板厚不足80mm的情况下，若考虑到实际施工中的焊脚长度的偏差，则兼顾为了确保角焊部的强度而保证所期望的焊脚长度与为了确保脆性龟裂阻止性能而将焊脚长度限制为16mm以下，在施工管理上，也需要巨大的劳动力。另外，存在需要返工等的额外费用的情况，从而在这些点上遗留了课题。

另外，最近，在大型集装箱船中，部件的极厚化进一步发展，从而也正在使用100mm以上的板厚的钢材。

但是，如上所述，在专利文献3～5所记载的各技术中，能够应用于接合部件(腹板)以及被接合部件(凸缘)的板厚最大也只是80mm，从而不能够应用于具有超过80mm的部件厚度的焊接构造物。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术的问题，提供一种即使焊脚长度以及熔敷宽度超过16mm，也能够在产生于被接合部件(凸缘)的脆性龟裂向接合部件(腹板)的传播达到大规模破坏前将其停止(阻止)的、脆性龟裂传播停止特性优异的焊接构造体。

此外，本发明中作为对象的焊接构造体是具有使接合部件(腹板)的端面对接于被接合部件(凸缘)的表面并通过角焊将它们接合而成的角焊接头的焊接构造体。

本发明人们为了实现上述的目的，关于影响具有焊脚长度(以及熔敷宽度)超过16mm的角焊接头的焊接构造物的脆性龟裂传播停止特性的各种因素进行了深入研究。

其结果，想到：在焊脚长度超过16mm的情况下，为了阻止(停止)从被接合部件(凸缘)产生的脆性龟裂的传播，单凭在被接合部件(凸缘)与接合部件(腹板)的对接面确保不连续部，并由具有规定值以上的脆性龟裂传播停止特性Kca的脆性龟裂传播停止特性优异的部件构成脆性龟裂的传播部，并不充分。

而且，特别是鉴于如果被接合部件(凸缘)的板厚tf(mm)增大，则脆性龟裂前端的能量释放率(龟裂进展驱动力)增加，从而脆性龟裂不易停止的情况，想到了需要与被接合部件(凸缘)的板厚tf(mm)对应的、角焊部尤其是角焊金属的韧性提高。

另外，认识到：如果角焊接头的焊脚长度以及熔敷宽度进一步变长为20mm以上，则脆性龟裂进一步容易传播，因此需要配合焊脚长度以及熔敷宽度提高角焊金属的韧性。

而且，进一步发现了：在角焊接头中，在将被接合部件的表面与接合部件的端面对接的面确保未熔敷部、即不连续部，另外，利用与焊脚长度(mm)、熔敷宽度(mm)、以及被接合部件的板厚tf(mm)的关系适当地控制角焊金属的韧性，由此，首先能够实现现有技术中较为困难的、通过角焊金属阻止(停止)在板厚超过80mm的被接合部件中产生的脆性龟裂向接合部件的传播。

即，发现了：利用与焊脚长度(mm)、熔敷宽度(mm)、以及被接合部件的板厚tf(mm)的关系适当地控制上述那样的未熔敷部的设定、角焊金属的韧性，由此，针对用于接合部件(腹板)的厚钢板，不特别考虑脆性龟裂传播停止特性，便能够阻止在被接合部件(凸缘)产生的脆性龟裂向接合部件(腹板)的传播。

另外，发现了：即使在被接合部件不是母材而是对焊接头的情况下，接合部件也是对焊接头的情况下，通过上述的结构，同样能够通过角焊金属阻止在被接合部件产生的脆性龟裂向接合部件的传播。

首先，对能够导出本发明的实验结果进行说明。

使用具有各种板厚的屈服强度为355～390N/mm²级钢板，制作了具有各种未熔敷部比率Y(％)(＝(角焊接头剖面中的未熔敷部的宽度B)/(接合部件的板厚tw)×100)的未熔敷部、各种低温韧性以及焊脚长度的大型角焊接头。此外，焊脚长度以及熔敷宽度均调整为超过16mm。

另外，被接合部件(凸缘)使用具有对焊接头部的板厚为50mm以上的钢板。另外，接合部件(腹板)使用丝毫不考虑脆性龟裂传播停止韧性Kca的通常的造船D～E级钢板。

此外，对焊接头通过单道的大线能量气电焊(SEGARC或者2电极SEGARC)或多遍二氧化碳气体保护电弧焊(多层CO₂)制作。

使用得出的大型角焊接头，制作图4中的(b)所示的超大型结构模型试验体，来实施脆性龟裂传播停止试验。此外，超大型结构模型试验体在大型角焊接头9的被接合部件(凸缘)2的下方通过定位焊8焊接与凸缘2相同板厚的钢板。

此外，在图4中的(b)所示的超大型结构模型试验体中，以使被接合部件(凸缘)2的对焊接头部11与接合部件(腹板)1正交的方式制作，以机械缺口7的前端为对焊接头部11的BOND部的方式进行加工。

另外，脆性龟裂传播停止试验对机械缺口给予冲击而使之产生脆性龟裂，从而调查了传播的脆性龟裂是否会在角焊部停止。所有试验都以应力为243～257N/mm²、温度为－10℃的条件实施。此外，应力243～257N/mm²为与应用于船体的屈服强度355～390N/mm²级钢板的最大允许应力相当的值。另外，温度－10℃为船舶的设计温度。

将得出的结果示于图5及图6中。

图5示出在未熔敷部比率Y为95％以上并且焊脚长度以及熔敷宽度中的较小一方的值即L为17mm的情况下，角焊金属的夏比冲击试验断面转变温度vTrs(℃)与被接合部件的板厚tf的关系对超大型结构模型试验体的脆性龟裂的传播停止产生的影响。并且，图6示出在未熔敷部比率Y为95％以上且被接合部件(凸缘)的板厚tf为75mm的情况下，角焊金属的夏比冲击试验断面转变温度vTrs(℃)与焊脚长度以及熔敷宽度中的较小一方的值即L的关系对超大型结构模型试验体的脆性龟裂的传播停止产生的影响。

从图5及图6所示的实验结果可知：在未熔敷部比率Y为95％以上且角焊部的韧性即角焊金属的夏比冲击试验断面转变温度vTrs(℃)、被接合部件(凸缘)的板厚tf、焊脚长度以及熔敷宽度中的较小一方的值即L满足特定的关系的情况下，即使在负荷应力为243～257N/mm²的情况下，也能够不对接合部件(腹板)的Kca作任何考虑，便利用角焊金属部使在被接合部件(凸缘)产生的脆性龟裂停止，从而能够阻止(停止)脆性龟裂向接合部件(腹板)的传播。

此外，未熔敷部比率Y是由角焊接头剖面中的未熔敷部的宽度B与接合部件(腹板)板厚tw之比(B/tw)×100(％)定义的值。

根据上述实验结果，关于角焊金属的夏比冲击试验断面转变温度vTrs(℃)、被接合部件(凸缘)的板厚tf、以及焊脚长度以及熔敷宽度中的较小一方的值即L，得到以下的关系：

在L＜20的情况下，vTrs≤－35－1.5(tf－75)……(1a)

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

(其中，vTrs为角焊金属的夏比冲击试验断面转变温度(℃)，tf为被接合部件的板厚(mm)，L为焊脚长度以及熔敷宽度中的较小一方的值(mm))。

本发明是基于上述见解，进一步加以研究而完成的。即本发明的主旨如下所述。

(1)一种焊接构造体，具有角焊接头，该角焊接头使接合部件的端面与板厚为50mm以上的被接合部件的表面对接，将所述接合部件与所述被接合部件接合，

在所述焊接构造体中，

所述角焊接头的焊脚长度以及熔敷宽度超过16mm，

在所述角焊接头中的将所述接合部件的端面与所述被接合部件的表面对接的面，具有在所述角焊接头的剖面中为该接合部件的板厚tw的95％以上的未熔敷部，

并且，关于所述角焊接头的角焊金属，

在将所述焊脚长度以及所述熔敷宽度中的较小一方的值设为L时，在L不足20mm的情况下，所述角焊金属的夏比冲击试验断面转变温度vTrs(℃)与所述被接合部件的板厚tf满足下述(1a)式的关系，

在L为20mm以上的情况下，所述角焊金属的夏比冲击试验断面转变温度vTrs(℃)、所述被接合部件的板厚tf、以及L满足下述(1b)式的关系：

vTrs≤－35－1.5(tf－75)……(1a)

vTrs≤－5L+65－1.5(tf－75)……(1b)

其中，vTrs为角焊金属的夏比冲击试验断面转变温度(℃)，

tf为被接合部件的板厚(mm)，

L为焊脚长度以及熔敷宽度中的较小一方的值(mm)。

(2)根据上述(1)所记载的焊接构造体，所述被接合部件以与所述接合部件交叉的方式具有对焊接头部。

(3)根据上述(2)所记载的焊接构造体，所述接合部件具有对焊接头部，所述接合部件以所述接合部件的对焊接头部与所述被接合部件的对焊接头部交叉的方式配设。

根据本发明，能够实现以往较为困难的、在以板厚为50mm以上，特别是为60mm以上，进而板厚超过80mm的厚钢板为母材的被接合部件(凸缘)产生的脆性龟裂向接合部件(腹板)的传播达到大规模破坏之前将其停止(阻止)。因此，根据本发明，能够避免钢构造物，特别是大型集装箱船、散装货船等的船体分离等的大规模的脆性破坏的危险性，从而不但确保船体结构的安全性，还带来较大的效果，进而在产业上起到了显著的效果。

另外，还具有下述效果，即：在施工时，通过调整未熔敷部的尺寸以及角焊金属的韧性，能够不使用特殊的钢板，且不损坏安全性，而容易制造出脆性龟裂传播停止特性优异的焊接构造体。

附图说明

图1为对角焊接头的剖面结构的1个例子示意性地进行说明的说明图。图1中的(a)示出接合部件(腹板)1与被接合部件(凸缘)2正交的情况，图1中的(b)示出接合部件(腹板)1与被接合部件(凸缘)2倾斜交叉的情况，图1中的(c)示出在接合部件(腹板)1与被接合部件2(凸缘)之间存在间隙14的情况，图1中的(d)示出在接合部件(腹板)1与被接合部件(凸缘)2之间存在间隙14，且在该间隙14中插入垫片15的情况。

图2为示意性示出角焊接头的结构的另一例子的说明图。图2中的(a)为外观图，图2中的(b)为剖视图。

图3为示意性示出角焊接头的结构的又一例子的说明图。图3中的(a)为外观图，图3中的(b)为剖视图。

图4为示意性示出超大型结构模型试验体的形状的说明图。图4中的(a)为接合部件(腹板)1以及被接合部件(凸缘)2仅由钢板母材构成的情况，图4中的(b)为接合部件(腹板)1仅由钢板母材构成，且被接合部件(凸缘)2具有对焊接头部11的情况，图4中的(c)为接合部件(腹板)1具有对焊接头部12，且被接合部件(凸缘)2具有对焊接头部11的情况。

图5为示出角焊金属的韧性与凸缘板厚的关系对脆性龟裂的传播停止产生的影响的图。

图6为示出角焊金属的韧性与焊脚长度以及熔敷宽度中的较小一方的值即L的关系对脆性龟裂的传播停止产生的影响的图。

具体实施方式

本发明的焊接构造体是具备角焊接头的焊接构造体，该角焊接头使接合部件(腹板)1的端面与板厚为50mm以上的被接合部件(凸缘)2的表面对接，并且将接合部件(腹板)1与被接合部件(凸缘)2接合。另外，角焊接头具有角焊金属5，且焊脚长度3以及熔敷宽度13超过16mm。另外，在角焊接头的接合部件(腹板)1与被接合部件(凸缘)2的对接面存在作为构造不连续部的未熔敷部4。

将该状态通过接头剖面示于图1。此外，图1中的(a)示出将接合部件(腹板)1相对于被接合部件(凸缘)2直立安装的情况，但本发明并不局限于此。例如，也可以如图1中的(b)所示，将接合部件(腹板)1相对于被接合部件(凸缘)2以角度θ倾斜安装。在这种情况下，在求取未熔敷部的比率Y(％)时使用的接合部件(腹板)板厚tw使用接合部件(腹板)与被接合部件(凸缘)的交叉部的长度、即(tw)/cos(90°－θ)。另外，也可以如图1中的(c)所示，在接合部件(腹板)1与被接合部件(凸缘)2之间设置间隙14。另外，还可以如图1中的(d)所示，在接合部件(腹板)1与被接合部件(凸缘)2之间设置间隙14，进一步在该间隙14中插入垫片15。

此外，如图1中的(c)及图1中的(d)那样，当在接合部件(腹板)1与被接合部件(凸缘)2之间设置间隙14的情况下，熔敷宽度13只要接合部件(腹板)1侧满足规定的条件即可。另外，在图1中的(d)的情况下，角焊金属5也可以熔入垫片15中。

如上所述，本发明的焊接构造体在角焊接头中的接合部件(腹板)1与被接合部件(凸缘)2的对接面具有构造不连续的未熔敷部4。在角焊接头中，接合部件(腹板)1与被接合部件(凸缘)2的对接面成为脆性龟裂的传播面，因此使未熔敷部4存在于对接面。由于存在未熔敷部4，使在被接合部件(凸缘)2传播来的脆性龟裂前端的能量释放率(龟裂进展驱动力)降低，从而脆性龟裂在对接面容易停止。此外，即使脆性龟裂从被接合部件(凸缘)2向角焊金属5传播，由于角焊金属5具有与被接合部件(凸缘)的板厚tf、焊脚长度、熔敷宽度相应的适当的韧性，因此脆性龟裂也不在接合部件(腹板)1中传播，而在角焊金属5停止。

此外，脆性龟裂在缺陷较少的钢板母材部发生的情况极为罕见。过去的脆性破坏事故多数发生在焊接部。因此，例如，在图2中的(a)、(b)、图3中的(a)、(b)所示的角焊接头中，为了阻止从对焊接头部11产生的脆性龟裂向接合部件(腹板)1传播，首先，使构造不连续，即、使未熔敷部4存在于角焊接头中的被接合部件与接合部件的对接面尤为重要。

在此，图2中的(a)为将被接合部件(凸缘)2设为利用对焊接头11接合而成的钢板，并将接合部件(腹板)1以与该对焊接头的焊接部(对焊接头部)11交叉的方式进行角焊的角焊接头的外观图，图2中的(b)为剖视图。

另外，图3中的(a)为将接合部件(腹板)1设为具有对焊接头部12的钢板，将被接合部件(凸缘)2设为具有对焊接头部11的钢板，并以被接合部件(凸缘)2的对焊接头部11与接合部件(腹板)1的对焊接头部12交叉的方式进行角焊的角焊接头的外观图，图3中的(b)为剖视图。

此外，在图2中的(a)、(b)、图3中的(a)、(b)中，示出了对焊接头部11与腹板1正交的情况，但本发明并不仅限于此。不言而喻也可以使它们倾斜交叉。另外，角焊接头的制造方法不需要特别地限定，能够任意地应用通常的制造方法。例如，也可以使凸缘用钢板彼此、腹板用钢板彼此对焊，对所得到的对焊接头进行角焊来制造角焊接头。另外，也可以将对焊前的一组腹板用钢板定位焊于凸缘，接着将腹板用钢板彼此对焊，将所得到的对焊接头正式焊接(角焊)于凸缘来制造角焊接头。

在本发明的焊接构造体中，角焊接头剖面中的未熔敷部4的尺寸16(未熔敷部的宽度B)为了抑制脆性龟裂的传播而设定为腹板板厚tw的95％以上。若未熔敷部4的尺寸(未熔敷部的宽度B)不足接合部件(腹板)板厚tw的95％，则角焊金属中的塑性变形被抑制，向角焊金属传入的脆性龟裂的龟裂前端附近变成高应力，从而无法使侵入接合部件(腹板)1侧的脆性龟裂停止(阻止)。因此，未熔敷部4的尺寸16(未熔敷部的宽度B)为了抑制脆性龟裂的传播而设定为接合部件(腹板)板厚tw的95％以上。此外，优选为96％以上且100％以下。

另外，角焊接头的焊脚长度以及熔敷宽度设为超过16mm。若角焊接头的焊脚长度以及熔敷宽度为16mm以下，则虽有利于确保脆性龟裂的传播阻止性能，但在部件板厚超过80mm的情况下，难以确保角焊部的强度。另外，即使在部件板厚为80mm以下的情况下，在实际施工中的返工等的风险也变高。因此，角焊接头的焊脚长度以及熔敷宽度设为超过16mm。焊脚长度以及熔敷宽度的上限并没有特别地限定，但从确保施工效率和抗裂性能的观点来看，通常不超过40mm。

而且，在本发明的焊接构造体中，关于角焊接头中的角焊金属，在将焊脚长度以及熔敷宽度中的较小一方的值设为L时，在L不足20mm的情况下，角焊金属的夏比冲击试验断面转变温度vTrs(℃)与被接合部件的板厚tf满足下述(1a)式的关系，在L为20mm以上的情况下，角焊金属的夏比冲击试验断面转变温度vTrs(℃)、被接合部件的板厚tf以及L满足下述(1b)式的关系尤为重要。

注

vTrs≤－35－1.5(tf－75)……(1a)

vTrs≤－5L+65－1.5(tf－75)……(1b)

其中，vTrs为角焊金属的夏比冲击试验断面转变温度(℃)，

tf为被接合部件的板厚(mm)，

L为焊脚长度以及熔敷宽度中的较小一方的值(mm)。

角焊金属与被接合部件(凸缘)2的板厚tf、以及焊脚长度以及熔敷宽度中的较小一方的值即L相关联，具有满足上述的(1a)式或者(1b)式的低温韧性，从而如图5及图6所示，能够将被接合部件(凸缘)2的板厚为50mm以上的焊接构造体形成具有所期望的脆性龟裂传播阻止性能的焊接构造体。此外，由于焊脚长度以及熔敷宽度超过16mm，因此能够适用于被接合部件(凸缘)2的板厚为50mm以上的焊接构造体是自不用说的，也能够适用于60mm以上甚至超过80mm的焊接构造体。焊脚长度以及熔敷宽度的上限没有特别地限定，但通常不超过40mm。此外，被接合部件(凸缘)2的板厚的上限没有特别地限定，但通常不超过120mm。在角焊金属的低温韧性不满足上述的(1a)式或者(1b)式的情况下，角焊金属的低温韧性不足，而无法通过角焊金属部阻止在被接合部件(凸缘)产生并传播来的脆性龟裂传播。另外，若焊脚长度超过40mm，或被接合部件(凸缘)2的板厚超过120mm，则难以兼顾确保施工效率和抗裂性能。

像这样，若为角焊金属在与被接合部件(凸缘)的板厚tf、焊脚长度以及熔敷宽度中的较小一方的值即L的关系中，具有满足上述条件的低温韧性的焊接构造体，则能够利用角焊金属阻止在被接合部件(凸缘)产生的脆性龟裂传播。

此外，vTrs的下限没有特别地限定，但在使用船舶用的通用焊接材料的情况下，通常为-130℃。此外，为了使vTrs比-130℃更低，而需要使用低温罐用焊接材料等特殊的(高价的)焊接材料。

另外，L为焊脚长度以及熔敷宽度中的较小一方的值，因此没有被限定，但通常为超过16mm且在40mm以下。

另外，关于接合部件(腹板)1的板厚没有特别地限定，但通常为50～120mm。若接合部件的板厚不足50mm，则无需应用本发明，只要将通常的E级钢应用于接合部件(腹板)和被接合部件(凸缘)，便能够阻止脆性龟裂的传播。另一方面，由IACS UR(国际船级社协会统一要求)规定的主船体构造用抗裂钢板的板厚最大也仅为100mm，因此不易考虑接合部件的板厚超过120mm的情况。

另外，上述焊接构造体具备上述的角焊接头，例如，能够应用于将船舶的船体外板设为凸缘，将隔壁设为腹板的船体构造、或将甲板设为凸缘，将舱口设为腹板的船体构造等。

以下，对实施例进行说明。

实施例

将表1所示的板厚tw的厚钢板作为接合部件(腹板)，将表1所示的板厚tf的厚钢板作为被接合部件(凸缘)，并对它们进行角焊，而制作出成为图4中的(a)、(b)、(c)所示的形状的实际结构尺寸的大型角焊接头9。此外，在制成的大型角焊接头9中，使图1中的(a)、(c)或(d)所示的未熔敷部4以改变未熔敷部的比率Y(＝(未熔敷部的宽度B/接合部件(腹板)板厚tw)的方式存在于接合部件1与被接合部件2的对接面。此外，被接合部件(凸缘)形成厚钢板(仅为母材)(图4中的(a))或具有对焊接头的厚钢板(图4中的(b)、(c))，接合部件(腹板)形成厚钢板(仅为母材)(图4中的(a)、(b))或具有对焊接头的厚钢板(图4中的(c))。

对焊接头通过单道大线能量气电焊(SEGARC以及2电极SEGARC)或多遍二氧化碳气体保护焊(多层CO₂)制成。另外，角焊接头形成使焊接材料、焊接热线能量以及保护气体等焊接条件变化来成为各种低温韧性、各种焊脚长度或者熔敷宽度的角焊接头。此外，角焊金属的低温韧性从在角焊金属或者与角焊相同的条件下制成的对焊接头取得夏比冲击试验片(10mm厚)，基于JISZ 2242的规定，求出断面转变温度vTrs(℃)。此外，在一部分的角焊接头中，在接合部件(腹板)1与被接合部件(凸缘)2之间留有间隙14。另外，在该一部分的角焊接头中，向接合部件(腹板)1与被接合部件(凸缘)2之间的间隙14插入垫片15来制作角焊接头。

另外，使用所得到的大型角焊接头9，制作图4所示的超大型结构模型试验体，并实施脆性龟裂传播停止试验。

超大型结构模型试验体在大型角焊接头9的被接合部件(凸缘)2的下方通过定位焊8焊接与被接合部件(凸缘)2相同的板厚的钢板。

此外，在图4中的(b)所示的超大型结构模型试验体中，以使被接合部件(凸缘)2的对焊接头部11与接合部件(腹板)1正交的方式进行制作，另外，在图4中的(c)所示的超大型结构模型试验体中，使被接合部件(凸缘)2的对焊接头部11与接合部件(腹板)1的对焊接头部12交叉。然后，以机械缺口7的前端成为对焊接头部11的BOND部、或为焊接金属WM的方式进行加工。

另外，脆性龟裂传播停止试验对机械缺口给予冲击而使之产生脆性龟裂，从而调查了传播的脆性龟裂是否会在角焊部停止。所有试验都以应力100～283N/mm²、温度为－10℃的条件实施。应力100N/mm²为恒定作用于船体的应力的平均的值，应力257N/mm²为与应用于船体的屈服强度390N/mm²级钢板的最大允许应力相当的值，应力283N/mm²为与应用于船体的屈服强度460N/mm²级钢板的最大允许应力相当的值。温度－10℃为船舶的设计温度。此外，在计算(1a)式、(1b)式的右边值时，小数点以下通过四舍五入来表示。

将得出的结果示于表1。

[表1]

[表2]

对于发明例而言，均是脆性龟裂在被接合部件(凸缘)传播后，传入角焊金属并停止。另一方面，对于比较例而言，均是脆性龟裂不在角焊金属停止而向接合部件(凸缘)传播，从而无法通过角焊金属阻止脆性龟裂的传播。

附图标记的说明

1…接合部件(腹板)；2…被接合部件(凸缘)3…焊脚长度；4…未熔敷部；5…角焊金属；7…机械缺口；8…定位焊；9…大型角焊接头；11…被接合部件(凸缘)的对焊接头部；12…接合部件(腹板)的对焊接头部；13…熔敷宽度；14…间隙；15…垫片；16…未熔敷部的尺寸(未熔敷部的宽度B)；θ…交叉角。

Claims

1.一种焊接构造体，具有角焊接头，该角焊接头使接合部件的端面与板厚为50mm以上的被接合部件的表面对接，将所述接合部件与所述被接合部件接合，

所述焊接构造体的特征在于，

所述角焊接头的焊脚长度以及熔敷宽度超过16mm，

而且，关于所述角焊接头的角焊金属，

vTrs≤－35－1.5(tf－75)……(1a)

vTrs≤－5L+65－1.5(tf－75)……(1b)

其中，vTrs为角焊金属的夏比冲击试验断面转变温度(℃)，

tf为被接合部件的板厚(mm)，

L为焊脚长度以及熔敷宽度中的较小一方的值(mm)。

2.根据权利要求1所述的焊接构造体，其中，

所述被接合部件以与所述接合部件交叉的方式具有对焊接头部。

3.根据权利要求2所述的焊接构造体，其中，

所述接合部件具有对焊接头部，所述接合部件以所述接合部件的对焊接头部与所述被接合部件的对焊接头部交叉的方式配设。