JP2007190586A - Welding method, and manufacturing method of liquefied gas tank - Google Patents

Welding method, and manufacturing method of liquefied gas tank Download PDF

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Naoyuki Ito
直行 伊藤
Shuho Tsubota
秀峰 坪田
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啓治 菅原
Akiyoshi Eto
章敬 江藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a welding method for reducing the man-hour of the welding work, and a manufacturing method of a liquefied gas tank. <P>SOLUTION: Laser beam welding is used for welding 9% Ni steel. A groove 20 is formed in the butted part of an annular member 2A and an annular member 2B being members to be welded. The groove 20 is formed in a narrow groove, and a curvature is formed on the bottom part 20B of the groove 20. A root face 21 is formed at the butted part of the annular member 2A and the annular member 2B. In addition, when laminating a weld bead layer, the ratio of the depth of fusion of a molten metal to the width of fusion of the molten metal is set to be ≥1 and ≤1.4. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、レーザーを用いて金属同士を溶接することに関するものである。   The present invention relates to welding metals together using a laser.

液化天然ガス(Liquid Natural Gas:以下LNGという)や液化プロパンガス(LPG:Liquid Propane Gas:以下LPGという)等の液化ガスを貯蔵するためのタンクは、いわゆる地上型と地下型とに分類される。地上型のLNGタンクでは、LNGを貯蔵する金属製の内槽を備え、その外部に断熱層及び外槽を設けている。LNGは−162℃の低温であるため、LNGと直接接する内槽は、低温靭性に優れる金属材料が用いられる。このような金属材料としては、例えば、9%のNiを含有するNi鋼(以下9%Ni鋼という)がある。特許文献1には、LNGを貯蔵する内槽側板同士の溶接に、TIG溶接を用いる技術が開示されている。   Tanks for storing liquefied gas such as liquefied natural gas (hereinafter referred to as LNG) and liquefied propane gas (LPG) are classified into so-called ground type and underground type. . The above-ground type LNG tank includes a metal inner tank for storing LNG, and a heat insulating layer and an outer tank are provided outside thereof. Since LNG has a low temperature of −162 ° C., a metal material excellent in low temperature toughness is used for the inner tank directly in contact with LNG. An example of such a metal material is Ni steel containing 9% Ni (hereinafter referred to as 9% Ni steel). Patent Document 1 discloses a technique that uses TIG welding for welding of inner tank side plates that store LNG.

特開平9−10931号公報JP-A-9-10931

しかしながら、TIG溶接では、溶接作業性の点から開先をある程度広くとる必要があり、多層の溶接ビード層を盛る必要があった。その結果、溶接の工数が多大になるという問題があった。そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、溶接作業の工数を低減できる溶接方法及び液化ガスタンクの製造方法を提供することを目的とする。   However, in TIG welding, it is necessary to make a groove wide to some extent from the viewpoint of welding workability, and it is necessary to provide a multilayer weld bead layer. As a result, there has been a problem that the number of welding processes becomes large. Therefore, the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a welding method and a liquefied gas tank manufacturing method that can reduce the number of welding work steps.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る溶接方法は、レーザーを用いて溶接対象部材同士を接合するにあたり、前記溶接対象部材同士の突合せ部に狭開先を設けるとともに前記開先の底部に曲率を設け、また前記溶接対象部材同士の突合せ部にはルートフェースを設け、かつ、溶接ビード層を積層する際には、前記溶接ビード層を構成する溶金の溶け込み幅に対する前記溶金の溶け込み深さの比を所定の範囲とすることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, the welding method according to the present invention provides a narrow groove at a butt portion between the welding target members when joining the welding target members using a laser. A curvature is provided at the bottom of the groove, and a root face is provided at the abutting portion between the members to be welded, and when the weld bead layer is laminated, the penetration depth of the molten metal constituting the weld bead layer The ratio of the penetration depth of the molten metal with respect to is set within a predetermined range.

この溶接方法では、溶け込み深さの大きいレーザーを用いた狭開先溶接とすることで、溶接ビード層の盛り数を低減することができる。その結果、溶接作業の工数を低減できる。   In this welding method, the number of weld bead layers can be reduced by performing narrow groove welding using a laser having a large penetration depth. As a result, the number of welding operations can be reduced.

また、次の本発明に係る溶接方法は、前記溶接方法において、前記溶金の溶け込み幅に対する前記溶金の溶け込み深さの比は、1以上1.4以下であることを特徴とする。   The welding method according to the present invention is characterized in that, in the welding method, a ratio of a penetration depth of the molten metal to a penetration width of the molten metal is 1 or more and 1.4 or less.

この溶接方法は、前記溶接方法の構成を備えるので、前記溶接方法と同様の作用、効果を奏する。さらに、この溶接方法では、溶金の溶け込み幅に対する溶金の溶け込み深さの比を1以上1.4以下とする。これによって、溶金中に固溶して形成されるポロシティの結合を抑制できるので、溶接継手の信頼性が向上する。   Since this welding method includes the configuration of the welding method, the same effects and advantages as the welding method are achieved. Furthermore, in this welding method, the ratio of the penetration depth of the molten metal to the penetration width of the molten metal is set to 1 or more and 1.4 or less. This can suppress the bonding of the porosity formed by solid solution in the molten metal, so that the reliability of the welded joint is improved.

また、次の本発明に係る溶接方法は、前記溶接方法において、前記溶金の溶け込み深さ方向における前記ルートフェースの寸法は、1mm以上5mm以下であることを特徴とする。   The welding method according to the present invention is characterized in that, in the welding method, a dimension of the root face in a penetration depth direction of the molten metal is 1 mm or more and 5 mm or less.

この溶接方法は、前記溶接方法の構成を備えるので、前記溶接方法と同様の作用、効果を奏する。さらに、この溶接方法では、溶金の溶け込み深さ方向におけるルートフェースの寸法を1mm以上5mm以下とする。この寸法及びオーステナイト系溶接ワイヤを用いることによって、溶接ビード層の初層における溶金の組織はオーステナイトとなるため、低温における靭性を確保することができる。   Since this welding method includes the configuration of the welding method, the same effects and advantages as the welding method are achieved. Further, in this welding method, the dimension of the root face in the depth direction of the molten metal is set to 1 mm or more and 5 mm or less. By using this size and an austenitic welding wire, the structure of the molten metal in the first layer of the weld bead layer becomes austenite, so that toughness at a low temperature can be ensured.

また、次の本発明に係る溶接方法は、前記溶接方法において、すでに溶接された溶接ビード層の、積層される次の溶接ビード層側における表面を凹形状とすることを特徴とする。   The welding method according to the present invention is characterized in that, in the welding method, the surface of the welded bead layer that has already been welded on the side of the next welded bead layer to be laminated is a concave shape.

この溶接方法は、前記溶接方法の構成を備えるので、前記溶接方法と同様の作用、効果を奏する。さらに、この溶接方法では、積層される次の溶接ビード層側を凹形状とする。これによって、母材(溶接対象部材の材料)と溶金との境界付近の融合不良を抑制できる。   Since this welding method includes the configuration of the welding method, the same effects and advantages as the welding method are achieved. Furthermore, in this welding method, the next weld bead layer side to be laminated is formed into a concave shape. Thereby, the fusion failure near the boundary between the base material (material of the welding target member) and the molten metal can be suppressed.

また、次の本発明に係る溶接方法は、前記溶接方法に用いる溶接ワイヤの単位質量あたりにおける投入熱量は、10kJ/cm・g以上27kJ/cm・g以下とすることを特徴とする。   The welding method according to the present invention is characterized in that the input heat amount per unit mass of the welding wire used in the welding method is 10 kJ / cm · g or more and 27 kJ / cm · g or less.

この溶接方法は、前記溶接方法の構成を備えるので、前記溶接方法と同様の作用、効果を奏する。さらに、この溶接方法では、溶接ワイヤの単位質量あたりにおける投入熱量を10kJ/cm・g以上27kJ/cm・g以下とする。これによって、溶金の溶け込み幅に対する溶金の溶け込み深さの比を確実に1以上1.4以下とすることができる。   Since this welding method includes the configuration of the welding method, the same effects and advantages as the welding method are achieved. Furthermore, in this welding method, the input heat amount per unit mass of the welding wire is set to 10 kJ / cm · g or more and 27 kJ / cm · g or less. Thereby, the ratio of the penetration depth of the molten metal to the penetration width of the molten metal can be surely set to 1 or more and 1.4 or less.

また、次の本発明に係る液化ガスタンクの製造方法は、前記溶接方法によって、少なくとも、液化ガスを貯蔵する槽を構成する溶接対象部材を溶接することを特徴とする。   Moreover, the manufacturing method of the liquefied gas tank which concerns on the following this invention welds the welding object member which comprises the tank which stores a liquefied gas at least with the said welding method, It is characterized by the above-mentioned.

この液化ガスタンクの製造方法は、上記溶接方法によって、少なくとも、液化ガスを貯蔵する槽を構成する溶接対象部材を溶接する。これによって、液化ガスを貯蔵する槽の工期を短縮することができる。   The manufacturing method of this liquefied gas tank welds at least the welding object member which constitutes the tank which stores liquefied gas by the above-mentioned welding method. Thereby, the construction period of the tank for storing the liquefied gas can be shortened.

この発明に係る溶接方法及び液化ガスタンクの製造方法は、溶接作業の工数を低減できる。   The welding method and the manufacturing method of the liquefied gas tank according to the present invention can reduce the number of welding work steps.

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態(以下実施形態という)によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited by the best mode for carrying out the invention (hereinafter referred to as an embodiment). In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily assumed by those skilled in the art or those that are substantially the same.

この実施形態は、9%Ni鋼を溶接するにあたって、9%Ni鋼の溶接対象部材同士の突合せ部に開先を設けるとともに、前記開先の底部に曲率を設け、また溶接対象部材同士の突合せ部にはルートフェースを設け、かつ、溶接ビード層を積層する際には溶け込み幅bに対する溶け込み深さaの比を、1以上1.4以下としてレーザー溶接する点に特徴がある。まず、LNGタンクの構成について簡単に説明する。   In this embodiment, when welding 9% Ni steel, a groove is provided at the abutting portion between the welding target members of 9% Ni steel, a curvature is provided at the bottom of the groove, and the butting between the welding target members is performed. The portion is provided with a root face, and when the weld bead layer is laminated, the ratio of the penetration depth “a” to the penetration width “b” is 1 to 1.4 and laser welding is performed. First, the configuration of the LNG tank will be briefly described.

図1は、液化ガスタンクの一例を示す断面概略図である。この液化ガスタンク1は、地上に建設される、いわゆる地上型の液化ガスタンクである。液化ガスタンク1は、金属製の内槽2と、内槽2の外側に設けられる金属製あるいはPC(プレストレスコンクリート)製の外槽4とを含んで構成される2重槽構造となっている。そして、内槽2の内部2IにはLNGガスやLPGガス等の液化ガスが貯蔵されるとともに、内槽2と外槽4との間には断熱材3が設けられて、外槽4の外気から内槽2のLNGへの伝熱を低減する。なお、LNGは、−162℃の極低温の状態で内槽2の内部2Iに貯蔵される。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a liquefied gas tank. The liquefied gas tank 1 is a so-called ground type liquefied gas tank constructed on the ground. The liquefied gas tank 1 has a double tank structure including an inner tank 2 made of metal and an outer tank 4 made of metal or PC (prestressed concrete) provided outside the inner tank 2. . A liquefied gas such as LNG gas or LPG gas is stored in the inside 2I of the inner tank 2, and a heat insulating material 3 is provided between the inner tank 2 and the outer tank 4, so that the outside air of the outer tank 4 is Heat transfer from the inner tank 2 to the LNG in the inner tank 2 is reduced. In addition, LNG is stored in the inside 2I of the inner tank 2 in a state of extremely low temperature of −162 ° C.

内槽2は、極低温のLNGガスと直接接するため、低温脆性に優れる材料で製造される。この実施形態に係る液化ガスタンク1では、内槽2の材料として、9%のNiを含有する9%Ni鋼が用いられる。内槽2は、9%Ni鋼の鋼板を溶接して製造される。内槽2を構成する鋼板の肉厚は、液化ガスタンク1の規模によって異なるが、数mm〜数十mmである。次に、液化ガスタンク1の製造方法の一例を説明する。   Since the inner tank 2 is in direct contact with the cryogenic LNG gas, the inner tank 2 is manufactured with a material excellent in low-temperature brittleness. In the liquefied gas tank 1 according to this embodiment, 9% Ni steel containing 9% Ni is used as the material of the inner tank 2. The inner tank 2 is manufactured by welding a 9% Ni steel plate. Although the thickness of the steel plate which comprises the inner tank 2 changes with the scales of the liquefied gas tank 1, it is several mm-several tens mm. Next, an example of the manufacturing method of the liquefied gas tank 1 is demonstrated.

図2、図3は、液化ガスタンクの製造方法例を示す説明図である。図2、図3は、液化ガスタンクの内槽2の胴部2Cを製造する手順例を示している。内槽2の胴部2Cは、複数の9%Ni鋼板(溶接対象部材)2Pを溶接して溶接対象部材である環状部材21、22等を構成してから、環状部材同士を溶接する。この実施形態では、レーザー溶接を用い、例えば、約70%のNiを含有する溶接ワイヤ(溶金)のような、オーステナイト系の溶接ワイヤ(溶金)を用いる。なお、溶接ワイヤ(溶金)はこれに限られるものではない。図2は、9%Ni鋼で構成される環状部材22と環状部材23とを溶接する例を示している。 2 and 3 are explanatory views showing an example of a manufacturing method of the liquefied gas tank. 2 and 3 show an example of a procedure for manufacturing the body portion 2C of the inner tank 2 of the liquefied gas tank. The body portion 2C of the inner tub 2 welds a plurality of 9% Ni steel plates (members to be welded) 2P to form the annular members 2 1 , 2 2, etc., which are members to be welded, and then welds the annular members to each other. . In this embodiment, laser welding is used, and for example, an austenitic welding wire (metallurgy) such as a welding wire (metallurgy) containing about 70% Ni is used. In addition, a welding wire (metallurgy) is not restricted to this. FIG. 2 shows an example in which an annular member 2 2 made of 9% Ni steel and an annular member 2 3 are welded.

環状部材22と環状部材23とを溶接するにあたっては、溶接装置10を用いる。溶接装置10は、図2、図3に示すように、内槽2の外周部に設けられる環状の作業床5上に載置される。そして、溶接装置10は、作業床5上で環状部材23の周方向(図3中の矢印R方向)に移動しながら、環状部材22と環状部材23とを溶接する。 In welding the annular member 2 2 and the annular member 2 3 , the welding apparatus 10 is used. As shown in FIGS. 2 and 3, the welding apparatus 10 is placed on an annular work floor 5 provided on the outer peripheral portion of the inner tank 2. And the welding apparatus 10 welds the annular member 2 2 and the annular member 2 3 while moving on the work floor 5 in the circumferential direction of the annular member 2 3 (direction of arrow R in FIG. 3).

図4は、この実施形態に係る溶接装置の構成例を示す説明図である。溶接装置10は、溶接ヘッド11と、シールドガス供給ノズル12と、溶接ワイヤ供給部13とが台車14上に搭載されて構成されている。台車14には、作業床5上に敷設される案内レール5R上を走行する車輪15が設けられている。そして、台車14は、前記案内レール5R上を走行して環状部材2A、2Bの周方向に移動しながら、溶接ワイヤ供給部13から供給される溶接ワイヤ(溶金)Wを用いて、環状部材2Aと環状部材2Bとを溶接する。   FIG. 4 is an explanatory view showing a configuration example of the welding apparatus according to this embodiment. The welding apparatus 10 is configured by mounting a welding head 11, a shield gas supply nozzle 12, and a welding wire supply unit 13 on a carriage 14. The carriage 14 is provided with wheels 15 that travel on a guide rail 5 </ b> R laid on the work floor 5. The carriage 14 travels on the guide rail 5R and moves in the circumferential direction of the annular members 2A and 2B, while using the welding wire (metal alloy) W supplied from the welding wire supply unit 13, the annular member 2A and the annular member 2B are welded.

この実施形態においては、環状部材2Aと環状部材2Bとの溶接にレーザーを用いる。溶接装置10には溶接ヘッド11のみが搭載されており、作業床とは別個の場所(例えば地上部)に設置されるレーザー発生装置17と溶接ヘッド11とが光ケーブル18で接続される。そして、レーザー発生装置17で発生させたレーザー光は、溶接ヘッド11から環状部材2Aと環状部材2Bとの溶接部に照射されて、両者を溶接する。なお、レーザーとしては、YAGレーザー、CO2レーザー、光ファイバレーザー等を用いることができる。光ファイバレーザーを用いると、レーザー発生装置17を小型化できるので好ましい。   In this embodiment, a laser is used for welding the annular member 2A and the annular member 2B. Only the welding head 11 is mounted on the welding apparatus 10, and the laser generator 17 and the welding head 11 installed at a place (for example, the ground part) separate from the work floor are connected by an optical cable 18. Then, the laser beam generated by the laser generator 17 is irradiated from the welding head 11 to the welded portion between the annular member 2A and the annular member 2B to weld them together. As the laser, a YAG laser, a CO2 laser, an optical fiber laser, or the like can be used. Use of an optical fiber laser is preferable because the laser generator 17 can be miniaturized.

溶接時には、ガス配管19を介してシールドガスボンベ16から供給されたシールドガスGが、シールドガス供給ノズル12から溶接部に噴射される。シールドガスGは不活性ガスであり、溶接時においては、溶接部の雰囲気を不活性ガス雰囲気に維持する。この実施形態においては、シールドガスGに窒素(N2)を用いる。この実施形態では、溶金中に固溶しやすい窒素をシールドガスGとして用いることで、溶金中や溶金と母層との境界等に発生するポロシティを極めて低減できる。なお、この実施形態において使用することができるシールドガスは窒素に限られず、例えばアルゴン(Ar)やヘリウム(H)を用いることもできる。次に、この実施形態に係る溶接方法を説明する。 At the time of welding, the shield gas G supplied from the shield gas cylinder 16 through the gas pipe 19 is injected from the shield gas supply nozzle 12 to the welded portion. The shield gas G is an inert gas and maintains the atmosphere of the welded portion in an inert gas atmosphere during welding. In this embodiment, nitrogen (N 2 ) is used for the shielding gas G. In this embodiment, by using nitrogen which is easily dissolved in the molten metal as the shielding gas G, the porosity generated in the molten metal or at the boundary between the molten metal and the mother layer can be extremely reduced. The shield gas that can be used in this embodiment is not limited to nitrogen, and, for example, argon (Ar) or helium (H) can also be used. Next, the welding method according to this embodiment will be described.

図5は、この実施形態に係る溶接方法によって溶接する部分を示す断面図である。図5のINは、内槽2(図1参照)の内側を示し、OUTは内槽2の外側を示す。また、図5の矢印Gは、重力の作用方向を示す。溶接対象部材である環状部材2Aと環状部材2Bとは、板厚tが数mm〜数十mm程度である。この実施形態において、環状部材2Aと環状部材2Bとの突合せ部には、開先20が設けられる。レーザー溶接においては、キーホール溶接を活かすために、通常I開先あるいはI開先に近い形の開先を用いる。また、レーザー溶接を用いて厚板を溶接する場合には、ルートフェースを大きくする。   FIG. 5 is a sectional view showing a portion to be welded by the welding method according to this embodiment. 5 indicates the inside of the inner tank 2 (see FIG. 1), and OUT indicates the outside of the inner tank 2. Moreover, the arrow G of FIG. 5 shows the action direction of gravity. The annular member 2A and the annular member 2B, which are members to be welded, have a plate thickness t of about several mm to several tens of mm. In this embodiment, a groove 20 is provided at the abutting portion between the annular member 2A and the annular member 2B. In laser welding, in order to make use of keyhole welding, a groove having a shape close to an I groove or an I groove is usually used. In addition, when welding thick plates using laser welding, the root face is enlarged.

この実施形態に係る溶接方法では、レーザー溶接を用いるが、開先20を狭開先とする。また、開先20の底部(開先底部)20Bには曲率が設けられる(この実施形態ではr=3mm)。さらに、環状部材2Aと環状部材2Bとの肌合わせを容易にするため、環状部材2Aと環状部材2Bとの突合せ部にはルートフェース21を設ける。そして、溶け込み深さ方向(板厚方向)におけるルートフェース21の寸法(以下ルートフェース寸法という)sはできるだけ小さくする。ルートフェース寸法sは、環状部材2Aと環状部材2Bとの肌合わせが可能な範囲でできるだけ小さい方が好ましい。しかし、肌合わせを容易にするため、最低限1mm程度は確保する必要がある。   In the welding method according to this embodiment, laser welding is used, but the groove 20 is a narrow groove. Further, a curvature is provided in the bottom portion (groove bottom portion) 20B of the groove 20 (r = 3 mm in this embodiment). Further, a root face 21 is provided at the abutting portion between the annular member 2A and the annular member 2B in order to facilitate skin alignment between the annular member 2A and the annular member 2B. The dimension (hereinafter referred to as root face dimension) s of the root face 21 in the penetration depth direction (plate thickness direction) is made as small as possible. The root face dimension s is preferably as small as possible as long as the skin alignment between the annular member 2A and the annular member 2B is possible. However, in order to facilitate skin matching, it is necessary to secure at least about 1 mm.

図6は、溶金の初層におけるNi量(%)とルートフェース寸法(mm)との関係を示す説明図である。図6のNi量は、質量%である。溶金の初層(溶接の第1層)において、Ni量が25%を下回ると、溶金の組織はマルテンサイト組織となって、低温での靭性が低下する。一方、溶金の初層において、Ni量が25%以上になると溶金の組織はオーステナイトとなって、低温での靭性が向上する。ルートフェース寸法sが5mm以下であれば、溶金の組織はオーステナイトとなるため、低温における靭性を向上させることができる。なお、低温における靭性が許容できる場合は、溶金の組織の一部がマルテンサイト組織であっても、ルートフェース寸法sを5mm以下としなくても、その許容される範囲に対応する寸法をルートフェース寸法sとして選択してもよい。   FIG. 6 is an explanatory diagram showing the relationship between the Ni amount (%) and the root face dimension (mm) in the first layer of molten metal. The amount of Ni in FIG. 6 is mass%. When the amount of Ni is less than 25% in the first layer (the first layer of welding) of the molten metal, the molten metal structure becomes a martensitic structure, and the toughness at low temperature is lowered. On the other hand, in the first layer of molten metal, when the Ni content is 25% or more, the structure of the molten metal becomes austenite and the toughness at low temperature is improved. If the root face dimension s is 5 mm or less, the structure of the molten metal is austenite, so that toughness at low temperatures can be improved. If the toughness at low temperature is acceptable, even if a part of the structure of the molten metal is a martensite structure, the root face dimension s does not have to be 5 mm or less, and the dimension corresponding to the allowable range is routed. The face size s may be selected.

開先20を上述したような形状とすることによって、溶接の初層部の母材希釈が低減して溶金の溶け込み量が増加するので、溶金に近い継手性能を確保することができ、継手部分の靭性を確保できる。ここで、狭開先とは厳密な定義はないが、従来工法における開先角度θが30度〜50度に対してこれよりも小さい角度の開先を狭開先と称している。また、開先の開口寸法hは溶接対象である環状部材2A等の板厚にもよるが、板厚tが数mm〜数十mmである場合には、5mm〜30mm程度である。次に、この実施形態における溶接部のビード形状について説明する。   By making the groove 20 in the shape as described above, the base metal dilution of the first layer of welding is reduced and the amount of penetration of the molten metal is increased, so that the joint performance close to the molten metal can be secured, The toughness of the joint part can be secured. Here, although the narrow groove is not strictly defined, a groove having a smaller angle than the groove angle θ of 30 to 50 degrees in the conventional method is called a narrow groove. The opening dimension h of the groove depends on the thickness of the annular member 2A or the like to be welded, but is about 5 mm to 30 mm when the thickness t is several mm to several tens mm. Next, the bead shape of the welded part in this embodiment will be described.

図7は、溶接部の溶接ビード層の形状を示す断面図である。環状部材2Aと環状部材2Bとの溶接部は、第1溶接ビード層(溶接の第1層、初層)221の上に第2溶接ビード層(溶接の第2層)222を積層そして、順次溶接ビード層が積層されて環状部材2Aと環状部材2Bとが溶接される。この実施形態においては、すでに溶接された溶接ビード層の、積層される次の溶接ビード層側における表面を凹形状とする。これは、開先20の底部(開先底部)20Bに曲率を設けることにより実現できる。 FIG. 7 is a cross-sectional view showing the shape of the weld bead layer of the weld. The welded portion between the annular member 2A and the annular member 2B is formed by laminating a second weld bead layer (weld second layer) 22 2 on the first weld bead layer (weld first layer, initial layer) 22 1 and The weld bead layers are sequentially laminated, and the annular member 2A and the annular member 2B are welded. In this embodiment, the surface of the weld bead layer that has already been welded on the side of the next weld bead layer to be laminated is formed into a concave shape. This can be realized by providing a curvature at the bottom (groove bottom) 20B of the groove 20.

第1溶接ビード層221上に第2溶接ビード層222を溶接する場合、積層される次の溶接ビード層側における第1溶接ビード層221の表面に凹部Cを設け、前記表面を凹形状とする。また、第2溶接ビード層222の上に第3溶接ビード層を溶接する場合には、積層される次の溶接ビード層側における第2溶接ビード層222表面に凹部Cを設け、前記表面を凹形状とする。このようにすることで、母材(溶接対象であり、環状部材2A等)と溶金との境界付近における融合不良を抑制することができる。 When welding second weld bead layer 22 2 on the first weld bead layer 22 1, a concave portion C provided on the first weld bead layer 22 1 of the surface at the next weld bead layer side to be laminated, the surface concave Shape. Further, in the case of welding a third weld bead layer on the second weld bead layer 22 2, the recess C formed in the second weld bead layer 22 second surface in the next weld bead layer side to be laminated, the surface Is a concave shape. By doing in this way, the poor fusion in the vicinity of the boundary between the base material (which is an object to be welded, such as the annular member 2A) and the molten metal can be suppressed.

図8、図9は、溶金の溶け込み幅に対する溶金の溶け込み深さの比を説明する断面図である。溶接では、溶金が溶け込んで溶接ビード層を形成し、溶接対象同士を接合する。この実施形態では、溶金の溶け込み幅bに対する溶金の溶け込み深さaの比a/bを、1以上1.4以下とすることが好ましい。この理由を説明する。   8 and 9 are cross-sectional views illustrating the ratio of the penetration depth of the molten metal to the penetration width of the molten metal. In welding, the molten metal melts to form a weld bead layer, and the objects to be welded are joined together. In this embodiment, it is preferable that the ratio a / b of the molten metal penetration depth a to the molten metal penetration width b is 1 or more and 1.4 or less. The reason for this will be explained.

図10は、溶金の溶け込み幅に対する溶金の溶け込み深さの比の関係を示す説明図である。なお、初層(第1溶接ビード層)と最終層(最終ビード層)とは施工条件が特殊であるため除いてある。a/bが1.43となると、溶接ビード層内にポロシティが発生する(図10中の記号※1)。また、a/bが0.95となると、母材(溶接対象)と溶接ビード層(溶金)との境界付近において融合不良が発生する(図10中の記号※2)。そして、a/bが1以上1.4以下の範囲では、ポロシティや融合不良は発生しない。この結果から、a/bは1以上1.4以下が好ましい。次に、溶金の溶け込み幅b、溶金の溶け込み深さaについて説明する。   FIG. 10 is an explanatory diagram showing the relationship of the ratio of the penetration depth of the molten metal to the penetration width of the molten metal. Note that the first layer (first weld bead layer) and the final layer (final bead layer) are excluded because the construction conditions are special. When a / b is 1.43, porosity is generated in the weld bead layer (symbol * 1 in FIG. 10). Further, when a / b is 0.95, a fusion failure occurs near the boundary between the base material (welding target) and the weld bead layer (molten metal) (symbol * 2 in FIG. 10). In the range where a / b is 1 or more and 1.4 or less, no porosity or poor fusion occurs. From this result, a / b is preferably 1 or more and 1.4 or less. Next, the melt penetration width b and the melt penetration depth a will be described.

溶金の溶け込み深さaは、ある溶接ビード層に着目した場合において、溶金が溶け込んでいく方向における溶接ビード層の最大寸法である。また、溶金の溶け込み幅bは、着目した溶接ビード層において、溶金の溶け込み深さの方向と直交する方向における溶接ビード層の最大寸法である。図8に示す第2溶接ビード層222は、溶接ビード層の輪郭が明瞭な場合、上記定義にしたがって、第2溶接ビード層222の輪郭からa/bを求める。 The penetration depth a of the molten metal is the maximum dimension of the weld bead layer in the direction in which the molten metal is melted when attention is paid to a certain weld bead layer. Further, the penetration depth b of the molten metal is the maximum dimension of the weld bead layer in the direction perpendicular to the direction of the penetration depth of the molten metal in the weld bead layer of interest. The second weld bead layer 22 2 shown in FIG. 8 obtains a / b from the contour of the second weld bead layer 22 2 according to the above definition when the contour of the weld bead layer is clear.

図9に示す第2溶接ビード層222は、第3溶接ビード層223と接する部分における第2溶接ビード層222の輪郭が不明瞭な場合である。この場合、第2溶接ビード層222と隣接する溶接ビード層(第3溶接ビード層223)との交点P1、P2の2点と、前記交点P1、P2のいずれか一方の近隣点P3との計3点を結ぶ2次曲線Yを描いて仮想輪郭を作る。そして、この仮想輪郭を用いて溶金の溶け込み深さaを決定する。ここで、近隣点P3は、第2溶接ビード層222の輪郭上であって、交点P1又は交点P2から1mm離れた位置に存在する。 The second weld bead layer 22 2 shown in FIG. 9 is a case where the outline of the second weld bead layer 22 2 in the portion in contact with the third weld bead layer 22 3 is unclear. In this case, two points of intersections P 1 and P 2 between the second weld bead layer 22 2 and the adjacent weld bead layer (third weld bead layer 22 3 ) and one of the neighboring points of the intersections P 1 and P 2 A virtual contour is drawn by drawing a quadratic curve Y connecting a total of three points with P 3 . And the penetration depth a of a molten metal is determined using this virtual outline. Here, the neighboring point P3 is on the outline of the second weld bead layer 22 2 and exists at a position 1 mm away from the intersection point P 1 or the intersection point P 2 .

図11は、溶金の溶け込み幅に対する溶金の溶け込み深さの比と投入熱量との関係を示す説明図である。投入熱量は、溶接ワイヤの単位質量あたりにおける投入熱量である。図12からわかるように、適正な溶金の溶け込み幅に対する溶金の溶け込み深さの比a/b、すなわち1≦a/b≦1.4(図11のハッチング部分)を得るためには、10kJ/cm・g以上27kJ/cm・g以下とすることが好ましい。ここで、投入熱量Qは式(1)で求めることができる。なお、式(1)のPはレーザー出力(kW)、vは溶接速度(cm/sec.)、Lは溶接ワイヤ供給速度(cm/sec.)、dは溶接ワイヤ直径(cm)、ρは溶接ワイヤ密度(g/cm3)である。
Q=(P/v)/(L×π(d/2)2×ρ)・・・(1)
FIG. 11 is an explanatory diagram showing the relationship between the ratio of the penetration depth of the molten metal to the penetration width of the molten metal and the input heat amount. The input heat amount is the input heat amount per unit mass of the welding wire. As can be seen from FIG. 12, in order to obtain the ratio a / b of the penetration depth of the molten metal with respect to the appropriate penetration width of the molten metal, that is, 1 ≦ a / b ≦ 1.4 (hatched portion in FIG. 11), It is preferable to be 10 kJ / cm · g or more and 27 kJ / cm · g or less. Here, the input heat quantity Q can be obtained by equation (1). In the equation (1), P is laser power (kW), v is welding speed (cm / sec.), L is welding wire supply speed (cm / sec.), D is welding wire diameter (cm), and ρ is a welding wire density (g / cm 3).
Q = (P / v) / (L × π (d / 2) 2 × ρ) (1)

以上、この実施形態では、溶接対象部材同士の突合せ部に狭開先を設けるとともに、前記開先の底部に曲率を設け、また溶接対象部材同士の突合せ部にはルートフェースを設け、かつ、溶接ビード層を積層する際には溶金の溶け込み幅bに対する溶金の溶け込み深さaの比を、1以上1.4以下としてレーザー溶接する。これによって、初層(溶接ビード層の第1層)における母材希釈が低減し溶金の溶け込み量が増加するので、溶金に近い継手性能を確保でき、靭性低下を抑制できる。   As described above, in this embodiment, a narrow groove is provided at the abutting portion between the members to be welded, a curvature is provided at the bottom of the groove, a root face is provided at the abutting portion between the members to be welded, and welding is performed. When laminating the bead layer, laser welding is performed such that the ratio of the penetration depth a of the molten metal to the penetration width b of the molten metal is 1 or more and 1.4 or less. As a result, the base material dilution in the first layer (the first layer of the weld bead layer) is reduced and the amount of molten metal penetration is increased, so that joint performance close to that of molten metal can be ensured and toughness degradation can be suppressed.

また、a/bを1以上1.4以下とすることにより、溶金中に固溶して形成されるポロシティの結合を抑制できる。さらに、開先の底部に曲率を設けることによってビードの形状を凹とすることができ、母材と溶金との境界付近の融合不良を抑制できる。また、高密度エネルギーを発生できるレーザー溶接を用いることによって、深溶け込みかつ高速溶接が可能となる。また、狭開先とすることにより、溶接ビード層の盛り数を低減できる。これらの作用によって、溶接の工数を短縮することができる。   Moreover, by setting a / b to 1 or more and 1.4 or less, it is possible to suppress the bonding of porosity formed by solid solution in the molten metal. Furthermore, by providing a curvature at the bottom of the groove, the shape of the bead can be made concave, and fusion failure near the boundary between the base material and the molten metal can be suppressed. Further, by using laser welding that can generate high-density energy, deep penetration and high-speed welding are possible. Moreover, the number of the weld bead layers can be reduced by using a narrow groove. By these actions, the number of welding processes can be shortened.

図12は、本発明の一実施例の結果を示す説明図である。この実施例では、本発明の溶接方法を用いて9%Ni鋼を溶接し、RTを判定した。条件は、溶接対象の板厚は30mm、開先の開口寸法は8mm、開先底部の半径は2mm、ルートフェース寸法は3mmとした。シールドガスには窒素を用いた。また、溶接は6層盛りとし、それぞれの溶接ビード層は、上記a/bが1以上1.4以下の範囲に入るようにレーザー出力や溶接速度等を制御した。それぞれの溶接ビード層の施工条件は図12に示す通りである。図12のRT判定結果からわかるように、すべての溶接ビード層において、RT1種1類で合格レベルにある。ここで、RT1種1類は、JIS Z 3106(2001)に規定されるものである。   FIG. 12 is an explanatory diagram showing the results of one example of the present invention. In this example, 9% Ni steel was welded using the welding method of the present invention, and RT was determined. The conditions were as follows: the plate thickness to be welded was 30 mm, the groove opening dimension was 8 mm, the groove bottom radius was 2 mm, and the root face dimension was 3 mm. Nitrogen was used as the shielding gas. In addition, the welding was made up of six layers, and the laser output, welding speed, etc. were controlled so that each of the weld bead layers was in the range of 1 to 1.4. The construction conditions of each weld bead layer are as shown in FIG. As can be seen from the RT determination result of FIG. 12, all weld bead layers are at the pass level of RT1 type 1 type. Here, the RT1 type 1 class is defined in JIS Z 3106 (2001).

以上のように、本発明に係る溶接方法及び液化ガスタンクの製造方法は、9%Ni鋼の溶接に有用であり、特に、溶接作業の工数を低減することに適している。   As described above, the welding method and the method for manufacturing a liquefied gas tank according to the present invention are useful for welding 9% Ni steel, and are particularly suitable for reducing the number of man-hours for welding work.

液化ガスタンクの一例を示す断面概略図である。It is a section schematic diagram showing an example of a liquefied gas tank. 液化ガスタンクの製造方法例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of a manufacturing method of a liquefied gas tank. 液化ガスタンクの製造方法例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of a manufacturing method of a liquefied gas tank. この実施形態に係る溶接装置の構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structural example of the welding apparatus which concerns on this embodiment. この実施形態に係る溶接方法によって溶接する部分を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the part welded with the welding method which concerns on this embodiment. 溶金の初層におけるNi量(%)とルートフェース寸法(mm)との関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between Ni amount (%) and root face dimension (mm) in the first layer of molten metal. 溶接部の溶接ビード層の形状を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the shape of the weld bead layer of a welding part. 溶金の溶け込み幅に対する溶金の溶け込み深さの比を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the ratio of the penetration depth of molten metal with respect to the penetration width of molten metal. 溶金の溶け込み幅に対する溶金の溶け込み深さの比を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the ratio of the penetration depth of molten metal with respect to the penetration width of molten metal. 溶金の溶け込み幅に対する溶金の溶け込み深さの比の関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship of the ratio of the penetration depth of molten metal with respect to the penetration width of molten metal. 溶金の溶け込み幅に対する溶金の溶け込み深さの比と投入熱量との関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between the ratio of the penetration depth of a molten metal with respect to the penetration width of a molten metal, and input heat amount. 本発明の一実施例の結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the result of one Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 液化ガスタンク
2 内槽
2A 環状部材
2B 環状部材
2C 胴部
2I 内部
3 断熱材
4 外槽
10 溶接装置
11 溶接ヘッド
16 シールドガスボンベ
17 レーザー発生装置
18 光ケーブル
19 ガス配管
20 開先
20B 開先底部
21 ルートフェース
221 第1溶接ビード層
222 第2溶接ビード層
223 第3溶接ビード層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 liquefied gas tank 2 inner tank 2A annular member 2B annular member 2C trunk | drum 2I inside 3 heat insulation material 4 outer tank 10 welding apparatus 11 welding head 16 shield gas cylinder 17 laser generator 18 optical cable 19 gas piping 20 groove 20B groove bottom 21 route Face 22 1 First weld bead layer 22 2 Second weld bead layer 22 3 Third weld bead layer

Claims (6)

レーザーを用いて溶接対象部材同士を接合するにあたり、
前記溶接対象部材同士の突合せ部に狭開先を設けるとともに前記開先の底部に曲率を設け、
また前記溶接対象部材同士の突合せ部にはルートフェースを設け、かつ、
溶接ビード層を積層する際には、前記溶接ビード層を構成する溶金の溶け込み幅に対する前記溶金の溶け込み深さの比を所定の範囲とすることを特徴とする溶接方法。
When joining members to be welded using a laser,
While providing a narrow groove at the abutting portion between the members to be welded and providing a curvature at the bottom of the groove,
Also, a root face is provided at the butting portion between the members to be welded, and
A welding method characterized in that, when the weld bead layer is laminated, a ratio of a penetration depth of the molten metal to a penetration width of the molten metal constituting the weld bead layer is set within a predetermined range.
前記溶金の溶け込み幅に対する前記溶金の溶け込み深さの比は、1以上1.4以下であることを特徴とする請求項1に記載の溶接方法。   The welding method according to claim 1, wherein a ratio of a penetration depth of the molten metal to a penetration width of the molten metal is 1 or more and 1.4 or less. 前記溶金の溶け込み深さ方向における前記ルートフェースの寸法は、1mm以上5mm以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の溶接方法。   The welding method according to claim 1 or 2, wherein a dimension of the root face in a penetration depth direction of the molten metal is 1 mm or more and 5 mm or less. すでに溶接された溶接ビード層の、積層される次の溶接ビード層側における表面を凹形状とすることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の溶接方法。   The welding method according to any one of claims 1 to 3, wherein a surface of the weld bead layer that has already been welded is formed in a concave shape on the side of the next weld bead layer to be laminated. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の溶接方法に用いる溶接ワイヤの単位質量あたりにおける投入熱量は、10kJ/cm・g以上27kJ/cm・g以下とすることを特徴とする溶接方法。   The welding method according to claim 1, wherein a heat input per unit mass of the welding wire used in the welding method according to claim 1 is 10 kJ / cm · g or more and 27 kJ / cm · g or less. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の溶接方法によって、少なくとも、液化ガスを貯蔵する槽を構成する溶接対象部材を溶接することを特徴とする液化ガスタンクの製造方法。   A manufacturing method of a liquefied gas tank characterized by welding at least a member to be welded constituting a tank for storing liquefied gas by the welding method according to any one of claims 1 to 5.
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