JP2008183618A - 耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手及び溶接構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼板の突合せ多パス溶接継手において、脆性き裂が溶接継手の長手方向に伝播し難く、かつ、伝播してもいずれ停止する特性、即ち、耐脆性き裂伝播特性に優れた溶接継手を形成する。
【解決手段】鋼板の突合せ多パス溶接継手において、表面溶接層と裏面溶接層の間に、材質特性が、周囲の材質特性と異なり、脆性き裂の伝播を抑制して停止させる機能を有する溶接層内で溶接パス部のいずれかが、一つ又は二つ以上、相互に離間して存在することを特徴とする耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶接継手内部に発生した脆性き裂の伝播を抑制するか又は止める特性、即ち、耐脆性き裂伝播特性に優れた多パス突合せ溶接継手と、該溶接継手を有する溶接構造体に関する。

鋼板を溶接して溶接構造体を建造する場合、建造コストの低減や、溶接施工能率の向上のため、通常、大入熱溶接方法を用いるが、大入熱溶接方法で形成した溶接継手においては、溶接熱影響部（以下「ＨＡＺ部」ということがある）の靭性が低下するし、また、ＨＡＺ部の幅が増大して、破壊靭性値Ｋc（脆性破壊に係る指標）も低下する。

溶接継手の破壊は、溶接時に形成された欠陥に応力が集中して、該欠陥を起点にき裂が発生し、このき裂が、継手内部を伝播して起きる。溶接継手の破壊靭性値Ｋcが低いと、き裂が発生し易く、かつ、き裂の伝播は速いので、突発的に、溶接継手の破壊が起きることになる。即ち、溶接継手が脆性破壊する。

溶接継手の脆性破壊を防止するためには、（ｉ）き裂の発生を抑制する、及び、（ii）発生したき裂の伝播を抑制するか又は止めることが必要である。
そのため、これまで、溶接部において靭性を確保する溶接方法が、数多く提案されている。

例えば、厚手大径溶接鋼管の溶接方法であるが、Ｘ開先において、初層を、ＭＩＧ溶接で溶接し、その後、表層と裏層を、サブマージ溶接で溶接して、板厚全体を溶接する溶接方法が提案されている（特許文献１、参照）。

上記溶接方法は、ＭＩＧ溶接の際、サブマージ溶接で用いる溶接ワイヤよりＮｉ量が多い溶接ワイヤを用い、溶接割れが発生し易く、靭性の確保が困難な初層溶接部において、サブマージ溶接部と同等の靭性を確保し、溶接部の板厚方向における靭性分布を平坦にするものであるが、そのために、Ｎｉを多量に含む高価な溶接ワイヤを、ＭＩＧ溶接部に使用せざるを得ないという難点がある。

そこで、本出願人は、上記（ｉ）の観点に立ち、破壊靭性値Ｋcを充分に高める手法を見出し、耐脆性破壊発生特性に優れた大入熱突合せ溶接継手を提案し（特許文献２及び３、参照）、また、破壊靭性値Ｋcに基いて、大入熱突合せ溶接継手の耐脆性破壊発生特性を適確に検証する検証方法を提案した（特許文献３、参照）。

本出願人が提案した上記溶接継手は、脆性破壊が発生し難く、溶接構造物の安全性を高めることができる点で、有用なものであり、また、上記検証方法は、脆性破壊が発生し難い溶接継手を設計する上で、有用なものである。

しかし、通常の応力負荷環境でき裂が発生しないように設計した溶接継手においても、突発的又は衝撃的な応力や、不規則で複雑な応力を受けて、き裂が発生することがある。

従来、板厚が２５ｍｍ程度のＴＭＣＰ鋼板の突合せ溶接継手において、脆性き裂は、溶接継手内部の残留応力の作用により、母材側に逸れていくので、母材の耐脆性き裂伝播特性を高めれば、溶接継手内部で発生した脆性き裂を母材に誘導して停止させることができると考えられていた。

例えば、溶接部全体における残留応力を低減するため、多量（例えば１１％）のＮｉを含む変態温度の低い溶接材料を部分的に用い、オーステナイトからマルテンサイト変態する溶接パスを利用する溶接方法が提案されている（特許文献４、参照）。しかし、この溶接方法による溶接部は、組織がマルテンサイト組織であるので、強度が極めて高く、結局、多量のＮｉを含有する溶接部であっても、Ｎｉを含有しない周辺溶接部より、靭性が低い場合が多い。

そして、近年、溶接構造物の大型化や、構造の簡素化に伴い、設計応力を高く設定することができることから使用され始めた高張力厚鋼板の場合、突合せ溶接継手で発生した脆性き裂は、溶接継手の破壊抵抗値の程度によっては、母材側に逸れず、ＨＡＺ部に沿って伝播することが、本発明者の破壊試験の結果、判明した（非特許文献１、参照）。

また、本発明者は、板厚が、例えば、７０ｍｍ以上の鋼板の場合、溶接継手には、板厚方向に大きな靭性分布が形成され、脆性き裂が、例え、溶接継手に交差して補強板を隅肉溶接していても、該補強板で捕捉されず、溶接金属部又はＨＡＺ部に沿って伝播し、溶接継手が破壊に至ることが判明した。

そこで、本発明者は、上記判明事実を踏まえ、垂直部材の突合せ溶接継手と水平部材の隅肉溶接継手が交差する領域の一部又は全部を除去し、補修溶接により、圧縮残留応力を有するＮｉ含有量２．５質量％以上の靭性に優れた溶接金属（特許文献５、参照）、又は、アレスト性能（Ｋ_Ｃａ値）が２０００Ｎ／ｍｍ^1.5以上の破壊靭性の優れた溶接金属（特許文献６、参照）を形成し、脆性き裂が垂直部材の突合せ溶接部の長手方向に沿って伝播した場合でも、このき裂伝播方向を高靭性又は高アレスト性能の溶接金属周囲に逸らし、き裂伝播を、水平部材の母材部で停止させることができる脆性き裂伝播停止能に優れた溶接継手及び溶接方法を提案した。

これらの方法は、主に１パス大入熱突合せ溶接継手において、ＦＬ（溶接金属と母材熱影響部との境界）に沿って伝播するき裂を、アレスト性能が高い鋼板側に逸らして母材内で停止させることにより、突合せ溶接継手の安全性を向上するものである。

しかし、本発明者は、多層盛突合せ溶接継手の大型破壊試験の結果から、多層盛突合せ溶接継手では、き裂が溶接金属内部で伝播するため、従来の１パス大入熱突合せ溶接継手で有効であった方法を適用しても、多層盛突合せ溶接継手では十分な効果が得られないことを確認した。

このため、板厚５０ｍｍ以上の鋼板の多層盛突合せ溶接継手において発生した脆性き裂を確実に停止し、突合せ溶接継手の大規模損傷を回避する技術が必要である。

特開昭５３−１３０２４２号公報 特開２００５−１４４５５２号公報 特開２００６−０８８１８４号公報 特開２０００−３３４８０号公報 特開２００５−１１１５２０号公報 特開２００６−０７５８７４号公報 溶接構造シンポジウム講演概要集２００６、ｐ．１９５〜２０２

本発明は、鋼板、特に、板厚５０ｍｍ以上の鋼板を多パスで突合せ溶接する際、溶接継手に、万一、脆性き裂が発生しても、脆性き裂が溶接継手の長手方向に伝播し難く、かつ、伝播してもいずれ停止する特性、即ち、耐脆性き裂伝播特性に優れた溶接継手を形成することを課題とする。そして、本発明は、上記課題を解決し、耐脆性き裂伝播特性に優れた溶接継手、及び、該溶接継手を有する溶接構造体を提供することを目的とする。

本発明者は、上記判明事実を踏まえ、上記課題を解決する手法について鋭意研究した。その結果、（ｗ）多パス溶接継手の表面溶接層と裏面溶接層の間に、周囲の材質特性と異なる特性を有する溶接層又は溶接パス部を一つ又は二つ以上、相互に離間して配置して、溶接継手の板厚方向における靭性分布を分断、又は、部分的に分断すると、溶接継手内部に脆性き裂が発生しても、その溶接継手の長手方向における伝播を抑制して止めることができることを見いだした。

具体的には、以下のとおりである。

（ｘ）突き合せ多パス溶接継手において、表面溶接層と裏面溶接層の間に、靭性が他の溶接層より優れた溶接層を一つ以上、相互に離間して配置して、溶接継手の板厚方向における靭性分布を分断しておけば、上記溶接層が、破壊抵抗層として機能し、溶接継手内部に脆性き裂が発生しても、その溶接継手の長手方向における伝播が抑制されて停止する。

（ｙ）突き合せ多パス溶接継手において、表面溶接層と裏面溶接層の間に、破壊抵抗特性が、周囲の溶接金属の破壊抵抗より低い溶接金属の溶接パス部を、二つ以上、相互に離間して配置して、溶接継手の板厚方向における靭性分布を部分的に分断しておけば、溶接継手内部に脆性き裂が発生しても、その溶接継手の長手方向における伝播が抑制されて停止する。

（ｚ）突き合せ多パス溶接継手において、表面溶接層と裏面溶接層の間に、凝固時及び／又は変態時に膨張した溶接パス部を、二つ以上、相互に離間して配置して、溶接継手の板厚方向における靭性分布を部分的に分断し、溶接継手内部の残留応力分布を局所的に複雑化しておけば、溶接継手内部に脆性き裂が発生しても、その溶接継手の長手方向における溶接継手の長手方向における伝播が抑制されて停止する。

本発明は、上記知見（ｗ）〜（ｚ）に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。

（１）鋼板の突合せ多パス溶接継手において、表面溶接層と裏面溶接層の間に、材質特性が、周囲の材質特性と異なり、脆性き裂の伝播を抑制して停止させる機能を有する溶接層及び溶接パス部のいずれかが、一つ又は二つ以上相互に離間して存在することを特徴とする耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。

（２）前記鋼板が、板厚５０ｍｍ以上の鋼板であり、かつ、前記溶接が、他の溶接層の靭性より優れる靭性を有することを特徴とする前記（１）に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。

（３）前記溶接層が、複数回の溶接パスにより、溶接金属部が、溶接継手の幅方向に、連続的に形成された溶接層であることを特徴とする前記（２）に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。

（４）前記溶接層が、溶接継手の厚み方向に、複数の溶接層を積層したものであることを特徴とする前記（２）又は（３）に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。

（５）前記溶接層が、他の溶接層を形成する溶接材料のＮｉ量より１％以上多いＮｉ量の溶接材料で形成した溶接層であることを特徴とする前記（２）〜（４）のいずれかに記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。
（６）前記溶接層が、他の溶接層を形成した溶接方法と同じ溶接方法で形成した溶接層であることを特徴とする前記（５）に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。
（７）前記溶接層の組織が、マルテンサイト変態が起きていない組織であることを特徴とする前記（５）又は（６）に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。

（８）前記溶接層が、溶接継手の長手方向において連続して存在することを特徴とする前記（２）〜（７）のいずれかに記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。

（９）前記溶接層が、溶接継手の長手方向において断続して存在することを特徴とする前記（２）〜（８）のいずれかに記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。

（１０）前記溶接層の溶接継手の長手方向における長さが、２００ｍｍ以上であることを特徴とする前記（９）に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。

（１１）前記溶接層の溶接継手の長手方向における断続間隔が、４００ｍｍ以下であることを特徴とする前記（７）又は（８）に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。

（１２）前記鋼板が、板厚５０ｍｍ以上の鋼板であり、かつ、前記溶接パス部が、周囲の溶接パス部の破壊抵抗特性より劣る破壊抵抗特性を有することを特徴とする前記（１）に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。

（１３）前記破壊抵抗特性が劣る溶接パス部が、溶接継手の形成に必要な全パス数の１／３以下の数、存在することを特徴とする前記（１２）に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。

（１４）前記破壊抵抗特性が劣る溶接パス部が、溶接継手の板厚方向に、相互に離間して存在することを特徴とする前記（１２）又は（１３）に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。

（１５）前記破壊抵抗特性が劣る溶接パス部が、溶接継手の長手方向に連続して存在することを特徴とする前記（１２）〜（１４）のいずれかに記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。

（１６）前記破壊抵抗特性が劣る溶接パス部が、溶接継手の長手方向に断続して存在することを特徴とする前記（１２）〜（１４）のいずれかに記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。

（１７）前記破壊抵抗特性が劣る溶接パス部の溶接継手の長手方向における長さが１００ｍｍ以上４００ｍｍ以下であることを特徴とする前記（１６）に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。

（１８）前記破壊抵抗特性が劣る溶接パス部が、溶接継手の長手方向において、２００ｍｍ以上４００ｍｍ以下の間隔で断続して存在することを特徴とする前記（１６）又は（１７）に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。

（１９）前記破壊抵抗特性が劣る溶接パス部が、１回、又は、複数回のパスで形成されたものであることを特徴とする前記（１２）〜（１８）のいずれかに記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。

（２０）前記破壊抵抗特性が劣る溶接パス部が、他の溶接パス部を形成する溶接材料のＮｉ量より１％以上少ないＮｉ量の溶接材料で形成した溶接パス部であることを特徴とする前記（１２）〜（１９）のいずれかに記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。
（２１）前記破壊抵抗特性が劣る溶接パス部が、他の溶接パス部を形成した溶接方法と同じ溶接方法で形成した溶接層であることを特徴とする前記（２０）に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。
（２２）前記他の溶接パス部の組織が、マルテンサイト変態が起きていない組織であることを特徴とする前記（２０）又は（２１）に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。

（２３）前記破壊抵抗特性が劣る溶接パス部が、後続の溶接パス部の熱により焼戻されていないことを特徴とする前記（１２）〜（２２）のいずれかに記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。

（２４）前記溶接パス部が、凝固時及び／又は変態時に膨張したものであり、溶接継手内部の残留応力分布が局所的に複雑化していることを特徴とする前記（１）に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。

（２５）前記膨張した溶接パス部が、低温で変態する溶接材料で形成されたものでることを特徴とする前記（２４）に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。

（２６）前記変態の温度が４００℃以下であることを特徴とする前記（２５）に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。

（２７）前記変態がマルテンサイト変態であることを特徴とする前記（２５）又は（２６）に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。

（２８）前記溶接材料のＮｉ量が、他の溶接パス部を形成する溶接材料のＮｉ量より１質量％以上多いことを特徴とする前記（２５）〜（２７）のいずれかに記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。

（２９）前記膨張した溶接パス部が、溶接継手の形成に必要な全パス数の１／２以下の数、存在することを特徴とする前記（２４）〜（２８）のいずれかに記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。

（３０）前記膨張した溶接パス部が、溶接継手の板厚方向に、相互に離間して存在することを特徴とする前記（２４）〜（２９）のいずれかに記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。

（３１）前記膨張した溶接パス部が、１回、又は、複数回のパスで形成されたものであることを特徴とする前記（２４）〜（３０）のいずれかに記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。

（３２）前記膨張した溶接パス部が、溶接継手の長手方向に連続して存在することを特徴とする前記（２４）〜（３１）のいずれかに記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。

（３３）前記膨張した溶接パス部が、溶接継手の長手方向に断続して存在することを特徴とする前記（２４）〜（３１）のいずれかに記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。

（３４）前記膨張した溶接パス部の溶接継手の長手方向における長さが１００ｍｍ以上であることを特徴とする前記（３３）のいずれかに記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。

（３５）前記膨張した溶接パス部が、４００ｍｍ以下の間隔で、溶接継手の長手方向に断続して存在することを特徴とする前記（３３）又は（３４）に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。

（３５）前記膨張した溶接パス部が、後続の溶接パス部の熱により焼戻されていないことを特徴とする前記（２４）〜（３５）のいずれかに記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。

（３７）上記（１）〜（３６）のいずれかに記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手を有することを特徴とする溶接構造体。

本発明によれば、鋼板、特に、板厚５０ｍｍ以上の鋼板の多パス突合せ溶接において、耐脆性き裂伝播特性に優れた溶接継手を形成することができ、その結果、鋼板、特に、板厚５０ｍｍ以上の鋼板を用いて、耐脆性き裂伝播特性に優れた溶接構造体を建造することができる。

本発明について、図面に基づいて説明する。

１）まず、本発明の技術思想について、次の実験結果に基づいて説明する。

１種類の溶接材料のみを用いて溶接継手を作製し、溶接金属部の脆性き裂伝播停止性能（Ｋａ）を評価するため、ＣＣＡ試験片を作製した。ＣＣＡ試験片全体を−１０℃に冷却し、１種類の溶接材料のみを用いて作製した溶接金属部のＫａを求めた。その結果を、図１に示す（図中、●印、参照）。

次に、２種類の溶接材料を用いて溶接継手を作製した。その際、２種類の溶接材料によって形成される溶接パス同士が，本発明で規定する分布をなすように、溶接継手を作製した。溶接金属部の脆性き裂伝播停止性能（Ｋａ）を評価するため、ＣＣＡ試験片を作製した。ＣＣＡ試験片全体を、−１０℃に冷却し、ＣＣＡ試験法でＫａを求めた。その結果を、図１に、併せて示す。

用いた溶接材料のＮｉ量が異なるので、用いた２種類の溶材のNi含有量の差が１％以上の場合を、図中、○で示し、Ｎｉ含有量の差が１％未満の場合を、図中、□で示した。
図１から、（ｉ）異なるＮｉ量の溶接材料を用いて作製した溶接継手のＫａは、高Ｎｉ量を含有する溶接材料のみを用いて作製した溶接継手のＫａよりも優れていることが解り、また、（ii）Ｋａ値の異なる溶接パスを配置することにより、溶接パスが有するＫａ値以上の性能が発現することが解った。

本発明は、上記知見に基づく技術思想を基礎とするものである。

なお、ＣＣＡ試験法（Compact-Crack-Arrest試験法）は、ＡＳＴＭなどで規格化されている脆性き裂伝播停止性能を定量的に評価する試験方法であり、次のように行った。

溶接金属部分の中央部に、試験片中央、即ち、切欠き部が一致するように、試験片を加工し、試験片全体を冷却槽に入れて、所定の温度、ここでは、−１０℃に冷却し、楔を介して、試験片に荷重をかける。

試験片端部に取り付けた変位計で、試験片の切欠き先端に負荷されているＫ値を算定する。

切欠き先端で脆性き裂が発生し，き裂が伝播すると、き裂伝播距離に応じて、き裂先端のＫ値は低下する。即ち、脆性き裂伝播停止特性であるＫａ値まで、試験片のき裂先端のK値が低下した時点で、脆性き裂が停止するので、き裂が停止した時点のき裂長さと、その時の試験片変位量からK値を計算し、Ｋａ値として評価する。

２）次に、前記（２）〜（１１）の発明について説明する。図２及び図３に、鋼板１の突合せＶ開先を多パスで溶接して形成した本発明の突合せ多パス溶接継手（以下、「本発明溶接継手」という）の態様を示す。

図２に示す本発明溶接継手２においては、表面溶接層２ａと裏面溶接層２ｂの間の複数の溶接層の中に、溶接層２ａ、２ｂ及び２ｃの靭性より優れた靭性を備える高靭性溶接層２ｘが、溶接継手の幅方向にわたり連続して形成されている。

図３に示す本発明溶接継手２においては、表面溶接層２ａと裏面溶接層２ｂの間の複数の溶接パス部の中に、溶接層２ａ、２ｂ及び２ｃの靭性より優れた靭性を備える高靭性溶接層２ｘと２ｙが、間に、溶接層２ｃを挟んで形成されている。このように、高靭性溶接層を二層以上形成する場合は、高靭性溶接層の間に、他の溶接層を挟んで形成する。

上記の各溶接層は、１パスの溶接で形成される溶接パス部２ｉが、複数個、溶接継手の幅方向に連なったものである。

高靭性溶接層は、他の溶接層を形成する溶接材料よりも靭性が優れた溶接材料を用いて、溶接パス部２ｉを、順次、溶接継手の幅方向に連続して形成したものである。

通常、他の溶接層を形成する溶接材料として、Ｎｉを所要量含有する溶接材料を用いるが、高靭性溶接層を形成する溶接材料としては、上記溶接材料のＮｉ量より１質量％以上多くＮｉを含有する溶接材料が好ましい。他の溶接層を形成する時と同じ溶接条件で、高靭性溶接層を形成することができる。

高靭性溶接層は、単層でもよいし、２以上の高靭性溶接層を重ねて形成した重層でもよい。この時、２以上の高靭性層を、同じ溶接材料で形成してもよいし、また、Ｎｉ量を変えた溶接材料で形成してもよい。

また、高靭性溶接層を、他の溶接層を形成した溶接方法と同じ溶接方法で形成してもよい。

特許文献１には、前述したように、厚手大径溶接鋼管のＸ開先部を溶接する際、初層を、ＭＩＧ溶接で溶接し、その後、表層と裏層を、サブマージ溶接で溶接して、板厚全体を溶接する溶接方法において、ＭＩＧ溶接に用いる溶接ワイヤのＮｉ量を、サブマージ溶接で用いる溶接ワイヤのＮｉ量より多くする技術が開示されている。

これは、初層で溶接割れが発生し易く、靭性の確保が困難であるために、Ｎｉ量の多い溶接ワイヤを用いることで、サブマージ溶接部と同等の靭性を確保し、溶接部の板厚方向における靭性分布を平坦にするものであり、本発明の技術思想とは、基本的に異なるものである。

なお、本発明溶接継手は、通常の溶接条件の下で、溶接材料のＮｉ含有量を調整することにより、本発明で規定する所定領域に高靭性溶接層を形成することができる。高靭性溶接層の組織は、マルテンサイト変態が起きていない組織であることが好ましい。

特許文献４には、前述したように、溶接部全体における残留応力を低減するため、多量（例えば１１％）のＮｉを含む変態温度の低い溶接材料を部分的に用い、オーステナイトからマルテンサイト変態する溶接パスを利用する溶接方法が提案されている。

しかし、この溶接方法による溶接部は、組織がマルテンサイト組織であるので、強度が極めて高く、結局、多量のＮｉを含有する溶接部であっても、Ｎｉを含有しない周辺溶接部より、靭性が低い場合が多い。したがって、本発明においては、多量のＮｉ量を含有する場合でも、マルテンサイト変態をしていない組織が望ましい。

本発明溶接継手は、表面溶接層と裏面溶接層間の複数の溶接層の中に、他の溶接層の靭性より優れた靭性を備える高靭性溶接層が、一層、又は、二層以上、間に他の溶接層を挟んで存在し、溶接継手内部に発生した脆性き裂の溶接継手の長手方向での伝播を抑制して止める破壊抵抗層として機能することが特徴である。

本発明の高靭性溶接層は、単層でもよいし、前述したように、２以上の高靭性溶接層を重ねて形成した重層でもよい。

なお、本発明の高靭性溶接層が、溶接継手内部に発生した脆性き裂の伝播を抑制して止める機構については、後述する。

本発明溶接継手は、板厚５０ｍｍ以上の鋼板を突合せ溶接したものである。溶接継手の開先底部からの板厚方向の高さが５０ｍｍ以上あれば、複数の溶接層の中に、複数の高靭性溶接層を、間に、他の溶接層を挟んで形成して、高靭性溶接層の上記機能を充分に発揮せしめることができる。

本発明溶接継手は、多パス溶接継手であればよく、大入熱溶接でも小入熱溶接でも適用が可能である。

なお、鋼板の板厚が７０ｍｍ以上の場合に、本発明の高靭性溶接層の機能をより充分に発揮させることができる。

鋼板の開先形状は、Ｖ型、Ｘ型、Ｋ型、レ型などに限定されない。しかし、高靭性溶接層を形成する際、一般の溶接材料よりＮｉを多く含有し、高価な溶接材料を用いるので、Ｘ型やＫ型など、開先幅が小さいほうが、溶接コストの面で有利である。

図４に、レ型開先の場合の本発明溶接継手を示す。図４に示すように、鋼板１に、鋼板１ａを垂直に突き合わせて形成したレ型開先にも、本発明溶接継手を適用することができるし、また、板厚が異なる鋼板を突き合わせて形成したレ型開先にも、本発明溶接継手を適用することができる。

高靭性溶接層は、溶接継手の長手方向に連続して存在することが望ましいが、断続的に存在していてもよい。溶接継手の長手方向において、２００ｍｍ以上の長さが確保されていれば、高靭性溶接層は、溶接継手内部に発生した脆性き裂の伝播を抑制して止める機能を発揮する。

ただし、高靭性溶接層を、溶接継手の長手方向に、断続的に形成する場合、断続間隔が４００ｍｍを超えると、初期に生成したき裂が伝播して、最終的に形成される一本のき裂の長が４００ｍｍ以上になる可能性がある。き裂の長さが４００ｍｍ以上になると、き裂が有するエネルギーが過大となり、高靭性溶接層が充分に機能しないので、溶接継手の長手方向における断続間隔を４００ｍｍ以下に限定する。

ここで、本発明の高靭性溶接層が、溶接継手内部に発生した脆性き裂の伝播を抑制して止める機構を、図５〜８に基づいて説明する。

［１］高靭性溶接層が連続している場合
図２に示すように、溶接継手を構成する溶接層２ｃの中に、高靭性溶接層２ｘを配置することにより、溶接継手の板厚方向における靭性分布は、高靭性溶接層２ｘのところで、急峻に変化するから、上下に分断された形となる。即ち、図２に示す本発明溶接継手においては、高靭性溶接層２ｘを挟み、上下に、低靭性の溶接層２ｃが存在する。

溶接継手に、例えば、衝撃的な応力が作用すると、高靭性溶接層２ｘは、脆性破壊し難いから、脆性き裂は、図５に示すように、板厚表面側の脆性き裂Ｘと板厚裏面側の脆性き裂Ｙに分岐して生成して、それぞれの側で、溶接層２ｃ中を伝播する。

図５において、脆性き裂Ｘは、両端が、継手表面と高靭性溶接層２ｘに達していて、脆性き裂Ｙは、まだ、溶接層２ｃ中に存在しているが、２本の脆性き裂Ｘ、Ｙは、ともに、板厚方向に幅の狭いき裂となる。その結果、き裂先端の応力拡大係数が低下して、き裂を伝播させるドライビングフォースが小さくなるので、き裂の伝播が止まり易くなる。

脆性き裂Ｙが、徐々に、板厚方向に伝播し、図６に示すように、溶接層２ｃの脆性破壊領域を伝播し高靭性溶接層２ｘに達すると、高靭性溶接層２ｘにおける脆性き裂Ｘ、Ｙ間の領域Ｚで、塑性変形が生じ、延性破壊しながら、脆性き裂Ｘ、Ｙの伝播エネルギーを吸収する。その結果、脆性き裂Ｘ、Ｙは、図７（ｂ）に示すように、板厚表面側及び板厚裏面側において、それぞれ、ある程度伝播したところで、停止することになる。

［２］高靭性溶接層が断続している場合
脆性き裂が停止する機構は、上記［１］の場合と同じである。即ち、図８に示すように、高靭性溶接層が存在しない継手部分に、脆性き裂が発生し、溶接継手の長手方向に伝播しても、高靭性溶接パス部に遭遇すると、板厚表面側及び板厚裏面側に分岐して、それぞれの側を伝播し、ある程度伝播したところで、停止することになる。

前述したが、溶接継手の長手方向において、高靭性溶接層の長さを２００ｍｍ以上確保すれば、高靭性溶接層は、脆性き裂を、板厚表面側及び板厚裏面側に分岐させ、伝播を抑制するか又は止めることが可能である。

ただし、高靭性溶接層の断続間隔が４００ｍｍを超えると、１本のき裂の長が４００ｍｍ以上になり、き裂が有するエネルギーが過大となり、高靭性溶接層で、脆性き裂を分岐させることが難しくなる。それ故、高靭性溶接層の断続間隔は、前述したように、４００ｍｍ以下に限定する。

３）次に、前記（１２）〜（２３）の本発明について説明する。図９に、鋼板１の突合せＶ開先を多パスで溶接して形成した本発明の突合せ多パス溶接継手（以下「本発明溶接継手」という）の態様を示す。

図９に示す本発明溶接継手２においては、表面溶接層２ａと裏面溶接層２ｂの間に、破壊抵抗特性が、周囲の溶接パス部の破壊抵抗特性より劣る溶接パス部２ｘｒと溶接パス部２ｙｒが、離れて存在する。

本発明においては、溶接パス部２ｉの存在と、破壊靱性特性が、溶接パス部２ｉの破壊靱性特性より劣る溶接パス部２ｘｒ、２ｙｒの存在が相俟って、溶接継手内部に脆性き裂が発生しても、その伝播を抑制しかつ止める作用効果が発現する。

ここで、この作用効果が発現する機構について説明する。

溶接継手に、突発的又は衝撃的な応力が作用すると、溶接継手内部に分散して存在する溶接パス部２ｘｒ、２ｙｒ（破壊抵抗特性が、周囲の溶接部より劣る）において優先的に破壊が起き、脆性き裂が、周囲の溶接パス部２ｉへ伝播する。

この場合、溶接パス部２ｉの破壊抵抗特性は、溶接パス部２ｘｒ、２ｙｒの破壊抵抗特性より良好であるから、脆性き裂は、溶接パス部２ｘｒ、２ｙｒを先行的に伝播し、溶接パス部２ｉへの伝播は遅れることになる。

結局、溶接パス部２ｘｒ、２ｙｒから、複数の脆性き裂が、周囲の溶接パス部２ｉへ伝播するが、脆性き裂は、溶接継手の板厚方向に幅の狭いき裂となるので、き裂先端の応力拡大係数が低下して、き裂を伝播させるドライビングフォースが小さくなって停止し易くなる。

また、図１０に示すように、溶接パス部２ｘｒ及び２ｙｒから、それぞれ、脆性き裂Ｘ及びＹが伝播した場合、二つの脆性き裂Ｘ、Ｙの間の領域Ｚは、脆性破壊し難くなり、せん断破壊し易くなるので、図１１に示すように、該領域Ｚで塑性変形し、延性破壊しながら、脆性き裂の伝播エネルギーを吸収する。その結果、溶接継手の長手方向における脆性き裂は停止する。

図１２に、脆性き裂が、溶接継手の長手方向に伝播し、停止する態様を示す。図１２（ａ）は、図１１と同じであるが、図１２（ｂ）に、脆性き裂Ｘ、Ｙの溶接継手の長手方向における伝播、停止態様を示す。脆性き裂Ｘと脆性き裂Ｙとの間に延性破壊領域Ｚが形成されて、脆性き裂の伝播エネルギーが吸収されるので、脆性き裂Ｘ、Ｙは、溶接継手を、長手方向に伝播し続けることができず、停止することになる。その結果、溶接継手の脆性破壊を防止して、溶接構造物の破壊を防止することができる。

以上、説明したように、本発明は、多パス溶接継手の内部に、突発的又は衝撃的な応力が作用すると優先的に破壊する溶接パス部（破壊抵抗特性が、周囲の溶接パス部より劣る）を、離間して配置することを特徴とする。

本発明溶接継手は、板厚５０ｍｍ以上の鋼板を突合せ溶接したものである。溶接継手の高さが５０ｍｍ以上あれば、表面溶接層と裏面溶接層の間に、破壊抵抗特性が、周囲の溶接パス部の破壊抵抗特性より劣る溶接パス部を、二つ以上、適切な間隔をもって分散配置し、破壊靱性特性の異なる溶接パス部の相互作用に基づく効果を充分に引出すことができる。

なお、本発明の効果は、鋼板の板厚が７０ｍｍ以上の場合に、より充分に発揮される。

破壊抵抗特性が、周囲の溶接パス部の破壊抵抗特性より劣る溶接パス部は、溶接継手内部で脆性き裂を複雑に分岐させるために、二つ以上必要である。しかし、上記溶接パス部の数が、溶接パス部を形成する総パス数の１／３を超えると、溶接継手において破壊抵抗特性の低い溶接パス部が支配的となって、むしろ、脆性き裂が伝播し易くなって、好ましくない。破壊抵抗特性が劣る溶接パス部の数は、総パス数の１／３が好ましい。

なお、上記溶接パス部は、１パスで形成してもよいし、複数のパスで形成してもよい。

本発明溶接継手は、多パス溶接継手であればよく、大入熱溶接でも小入熱溶接でも適用が可能である。

鋼板の開先形状は、Ｖ型、Ｘ型、Ｋ型、レ型などに限定されない。しかし、溶接継手の内部で、脆性き裂を複雑に伝播させるためには、溶接継手は幅方向にある程度の広がりが必要である。また、鋼板の機械的特性も、脆性き裂の伝播抑制・停止に利用することをも考慮すれば、Ｘ開先が望ましい。

破壊抵抗特性が低い溶接パス部は、通常、溶接継手の長手方向に連続して形成するが、断続して形成してもよい。むしろ、断続して形成する方が、次に理由で望ましい。

破壊抵抗特性が劣る溶接パス部は、周囲の溶接パス部に比べ、当然に、破壊抵抗特性が劣るので、破壊発生領域となる可能性が高い。破壊発生領域となる可能性が高い溶接パス部が、溶接継手内部で長手方向に連続して存在していると、該溶接パス部を、脆性き裂が伝播し、結果として、溶接継手を長手方向に貫く、長大な脆性き裂に成長する可能性がある。

破壊抵抗特性が劣る溶接パス部を、溶接継手の長手方向に断続して形成する場合、該溶接パス部の溶接継手の長手方向における長さは、１００ｍｍ以上が好ましい。上記溶接パス部の溶接継手の長手方向における長さが１００ｍｍ以上あれば、脆性き裂を、容易に分岐させることができる。

一方、上記溶接パス部の溶接継手の長手方向における長さが４００ｍｍを超えると、脆性き裂が先行して伝播する長さが長くなりすぎて、好ましくない。破壊抵抗特性が低い溶接パス部の溶接継手の長手方向における長さは、１００ｍｍ以上４００ｍｍ以下が好ましい。

破壊抵抗特性が劣る溶接パス部の溶接継手の長手方向における間隔が、２００ｍｍ以上であれば、その他の溶接パス部で、脆性き裂を停止させる可能性が高くなるが、４００ｍｍを超えると、その他の溶接パス部で発生した脆性き裂が伝播し、長さ４００ｍｍ以上の１本の脆性き裂に成長する可能性がある。

１本の脆性き裂の溶接継手の長手方向における長さが４００ｍｍを超えると、脆性き裂の有するエネルギーが過大となり、この脆性き裂を、破壊抵抗特性が劣る溶接パス部に誘導しても、該溶接パス部で分岐させることが難しくなる。破壊抵抗特性が劣る溶接パス部の溶接継手の長手方向における間隔は、２００ｍｍ以上４００ｍｍ以下が好ましい。

周囲の溶接パス部より脆性破壊特性が劣る溶接パス部を形成する方法としては、Ｎｉ量が、周囲の溶接パス部を形成するのに用いた溶接材料のＮｉ量より１％以上低い溶接材料を用い、同じ溶接条件で溶接する方法が、簡便で好ましい。

しかし、上記方法は、周囲の溶接パス部を形成す溶接材料がＮｉを含有していない場合には採用することができないので、この場合には、Ｃ量の高い溶接材料や、ＴｉやＢなどの組織微細化元素を添加していない溶接材料（いずれも、破壊抵抗特性が低い溶接材料）を用いればよい。

また、溶接条件を変えることによっても、溶接パス部の破壊抵抗特性を低下させることができる。

例えば、破壊抵抗特性の劣る溶接パス部の形成の際に、入熱を、周囲の溶接パス部を形成する際の入熱の１３０％以上とすると、のど厚の大きな溶接パス部を形成することができる。そして、次に、のど厚の大きな溶接パス部の上に、引き続き、通常の入熱条件、又は、通常の入熱条件よりも低い入熱条件で溶接パス部を形成する。このように溶接を行うと、のど厚の大きな溶接パス部は、後続の溶接パス部の熱による焼戻しを受けず、破壊抵抗特性の劣る溶接パス部となる。

なお、破壊抵抗特性の劣る溶接パス部を、他の溶接パス部を形成する溶接方法と同じ溶接方法で形成してもよい。溶接パス部の組織はマルテンサイト変態が起きていない組織が好ましい。

本発明においては、溶接継手の内部に、破壊抵抗特性の劣る溶接パス部を形成することができればよく、その形成方法は、特定の方法に限定されるものではない。例えば、乾燥が不十分な溶接材料を用いて、破壊抵抗特性の劣る溶接パス部のみを形成してもよい。

以上のとおり、本発明溶接継手は、耐脆性き裂伝播特性に優れたものであり、本発明溶接継手を有する溶接構造体は、脆性破壊が起き難いものである。

４）さらに、前記（２４）〜（３６）の本発明について説明する。図１３に、鋼板１の突合せＶ開先を多パスで溶接して形成した本発明の突合せ多パス溶接継手（以下「本発明溶接継手」という）の態様を示す。

図１３に示す本発明溶接継手２においては、表面溶接層２ａと裏面溶接層２ｂの間に、凝固時及び／又は変態時に膨張した溶接パス部２ｘｓと溶接パス部２ｙｓが、離れて存在する。そして、本発明溶接継手においては、他の溶接パス部２ｉの存在と、膨張した溶接パス部２ｘｓ、２ｙｓの存在が相俟って、溶接継手内部に脆性き裂が発生しても、その伝播を抑制しかつ止める作用効果を発現する。

ここで、この作用効果が発現する機構について、図１４及び図１５に基づいて説明する。

溶接継手に、突発的又は衝撃的な応力が作用して、脆性き裂Ｘ、Ｙが発生すると、脆性き裂Ｘ，Ｙは、周囲の溶接パス部２ｉを伝播する。しかし、脆性き裂Ｘ、Ｙの伝播経路は、図１４に示すように、溶接パス部２ｘｓと溶接パス部２ｙｓの存在により、規則的に定まらず、複雑となる。理由は、次の通りである。

他の溶接パス部２ｉの中に、膨張した溶接パス部２ｘｓと溶接パス部２ｙｓが存在すると、溶接パス部２ｘｓと溶接パス部２ｙｓは、周囲の残留応力に対して圧縮する方向に作用して、溶接継手内部の残留応力分布を局所的に撹乱する。

通常、溶接継手内部に発生した脆性き裂は、主応力に垂直に伝播するから、脆性き裂の伝播経路は、溶接継手の板厚方向に平行となるが、本発明溶接継手においては、溶接継手内部の残留応力分布が局所的に乱れているので、その部分では、脆性き裂に主応力が作用せず、脆性き裂は、乱れた残留応力分布の影響を受けて、板厚方向に沿って伝播しない。

脆性き裂が、乱れた残留応力分布の中で、どのような経路で伝播するかは予想できないが、脆性き裂の伝播経路が、局所的に、主応力に垂直な方向（板厚方向）方向から、よじれて逸れるので、脆性き裂の伝播経路は複雑化する。

このように、脆性き裂は、板厚方向からよじれて生成した複雑な伝播経路で伝播するので、図１５に示すように、脆性き裂の伝播中に、脆性き裂が分岐したり（図中、Ｘ’、Ｙ’）、脆性き裂Ｘと脆性き裂Ｙとの間に、部分的に、延性破壊領域が形成されることになる。その結果、脆性き裂Ｘ、Ｙの伝播エネルギーが吸収されて、溶接継手の長手方向における脆性き裂の伝播が抑制され、停止する。

分岐した脆性き裂Ｘ’、Ｙ’も、溶接継手の板厚方向からよじれて発生し、しかも、幅の狭い埋没状のき裂となるので、き裂先端の応力拡大係数が小さく、脆性き裂を伝播させるドライビングフォースが小さくなって停止し易くなる。

即ち、本発明溶接継手は、継手内部に乱れた残留応力分布を形成することにより、脆性き裂の伝播経路を複雑化し、これによって、脆性き裂の伝播エネルギーを吸収し易くさせ、結果的に、溶接継手の長手方向での脆性き裂の伝播を抑止し、止めることを特徴とするものである。

図１６に、脆性き裂が、溶接継手の長手方向に伝播し、停止する態様を示す。図１６（ａ）は、図１５に示す溶接継手において、分岐した脆性き裂Ｘ’，Ｙ’を省略したものである。図１６（ｂ）に、脆性き裂Ｘ、Ｙの溶接継手の長手方向における伝播、停止態様を示す。

脆性き裂Ｘと脆性き裂Ｙとの間に延性破壊領域Ｚが形成されて、脆性き裂の伝播エネルギーが吸収される。その結果、脆性き裂Ｘ、Ｙは、溶接継手を伝播し続けることができず、停止する。

本発明溶接継手は、鋼板を突合せ溶接したものである。そして、多層盛溶接を形成できる程度の溶接継手の厚みがあれば、表面溶接層と裏面溶接層の間に、凝固時及び／又は変態時に膨張し、周囲の溶接パス部に圧縮応力を負荷し、局部的に残留応力を撹乱す溶接パス部（以下「膨張溶接パス部」ということがある。）を、二つ以上、適切な間隔をもって分散配置し、乱れた残留応力分布に基づく脆性き裂伝播抑制・停止効果を充分に引き出すことができる。

膨張溶接パス部は、溶接継手内部の残留応力分布を撹乱するために、二つ以上必要である。しかし、膨張溶接パス部の数が、溶接パス部を形成する総パス数の１／２を超えると、該膨張溶接パス部による残留応力が支配的となり、逆に、溶接継手内部の残留応力分布における乱れの程度が小さくなり、脆性き裂伝播抑制・停止効果を得ることが難しくなる。膨張溶接パス部の数は、総パス数の１／３程度が好ましい。

なお、上記溶接パス部は、１パスで形成してもよいし、数回のパスで形成してもよい。

本発明溶接継手は、多パス溶接継手であればよく、大入熱溶接でも小入熱溶接でも適用が可能である。

鋼板の開先形状は、Ｖ型、Ｘ型、Ｋ型、レ型などに限定されない。しかし、溶接継手の内部で、脆性き裂の伝播経路を複雑化して伝播させるためには、溶接継手は、幅方向にある程度の広がりが必要である。また、鋼板の機械的特性も、脆性き裂の伝播抑制・停止に利用することをも考慮すれば、Ｘ開先、Ｋ開先が望ましい。

膨張溶接パス部は、通常、溶接継手の長手方向に連続して形成してもよいし、断続的に形成してもよい。むしろ、断続的に形成する方が、残留応力分布の乱れによる脆性き裂伝播抑制・停止効果をより顕著に引き出すことができるので、好ましい。

膨張溶接パス部を、溶接継手の長手方向に断続して形成する場合、該溶接パス部の溶接継手の長手方向における長さは、１００ｍｍ以上が好ましい。上記溶接パス部の溶接継手の長手方向における長さが１００ｍｍ以上あれば、残留応力分布を局所的に撹乱し、脆性き裂伝播抑制・停止効果を確保することができる。

また、膨張溶接パス部を断続して形成する場合、該溶接パス部の溶接継手の長手方向における間隔が４００ｍｍを超えると、脆性き裂が先行して伝播する長さが長くなりすぎて、好ましくない。

１本の脆性き裂の溶接継手の長手方向における長さが４００ｍｍ以上になると、脆性き裂の有するエネルギーが過大となり、脆性き裂を、残留応力分野が乱れた領域に突入しても、脆性き裂は、該領域で分岐し難くなり、き裂先端の伝播エネルギーは減少しない。それ故、上記膨張溶接パス部の溶接継手の長手方向における間隔は、４００ｍｍ以下が好ましい。

周囲の圧縮残留応力に作用する膨張溶接パス部は、変態温度が低温側にある溶接材料を用いて形成する。溶接材料の変態温度は、特に限定されるものではないが、脆性き裂伝播抑制・停止効果を顕著に発現させるためには、溶接金属をフォーマスター試験に供し、その冷却過程で４００℃以下の変態温度を示す溶接材料が好ましい。

一般に、Ｎｉ量が多い溶接材料は、変態温度が低温側にあり、この点で、膨張溶接パス部を形成する溶接材料として好ましい。ただし、Ｎｉ量が多い溶接材料でも、その化学組成によって変態温度は大きく変化するので、変態温度を測定した上で、適切な溶接材料を選択する必要がある。

また、Ｎｉ量が多い溶接材料は、高温割れが発生し易い溶接材料でもあるので、この溶接材料を用いる場合は、適正な溶接条件を選択することが必要である。

また、周囲の溶接パス部に圧縮残留応力を負荷し、局所的な残留応力分布の乱れを形成する手段は、凝固時及び／又は変態時に膨張する溶接材料で溶接パス部を形成することだけに限られない。最終的に、周囲の溶接パス部に圧縮残留応力を負荷し、局所的な残留応力分布の乱れを形成することができる手段であればよい。

例えば、溶接中、特定の溶接パス部に、ハンマーピーニングや超音波処理を施し、局所的に圧縮残留応力を形成しても、膨張溶接パス部を形成したときと同様に、脆性き裂伝播抑制・停止効果を得ることができる。

以上のとおり、本発明溶接継手は、耐脆性き裂伝播特性に優れたものであり、本発明溶接継手を有する溶接構造体は、脆性破壊が起き難いものである。

次に、本発明の実施例について説明するが、実施例の条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

（実施例１）
前記（１）、（２）〜（１１）、及び、（３７）の本発明に係る実施例である。

表１に示す鋼板条件及び溶接パス条件で溶接継手を形成し、脆性き裂伝播試験で耐脆性き裂伝播特性を測定した。その結果を、表２に示す。なお、用いた鋼板鋼種の成分組成を表３に示す。

表１中、特定溶接パスが、高靭性溶接層を形成する溶接パスである。

Ｎｏ．１〜８の発明例において、脆性き裂は、溶接継手の長手方向に伝播しても、その長さは短く、直ぐに停止していることが解る。

（実施例２）
前記（１）、（１２）〜（２３）、及び、（３７）の本発明に係る実施例である。

表４に示す鋼板条件及び溶接パス条件で溶接継手を形成し、脆性き裂伝播試験で耐脆性き裂伝播特性を測定した。その結果を、表５に示す。なお、用いた鋼板鋼種の成分組成を表６に示す。

表４中、特定溶接パスが、破壊抵抗特性の劣る溶接パス部を形成する溶接パスである。

表５から、Ｎｏ．１〜８の発明例において、脆性き裂は、溶接継手の長手方向に伝播しても、その長さは短く、直ぐに停止していることが解る。

（実施例３）
前記（１）、（２４）〜（３６）、及び、（３７）の本発明に係る実施例である。

表７に示す鋼板条件及び溶接パス条件で溶接継手を形成し、脆性き裂伝播試験で耐脆性き裂伝播特性を測定した。その結果を、表８に示す。なお、用いた鋼板鋼種の成分組成を表９に示す。

表７中、特定溶接パスが、残留応力を変化させた溶接パスである。

表８から、Ｎｏ．１〜８の発明例において、脆性き裂は、伝播しても、その長さは短く、直ぐに停止していることが解る。

前述したように、本発明によれば、鋼板、特に、板厚５０ｍｍ以上の鋼板を用いて、耐脆性き裂伝播特性に優れた溶接継手を有する溶接構造体を建造することができる。したがって、本発明は、溶接構造体の建造分野において、利用可能性が大きいものである。

本発明の基礎をなすＣＣＡ試験の結果を示す図である。 本発明の突合せ多パス溶接継手の一態様を示す図である。 本発明の突合せ多パス溶接継手の別の態様を示す図である。 レ型開先の場合の本発明溶接継手を示す図である。 本発明の溶接継手において、板厚表面側と板厚裏面側のそれぞれに、脆性き裂が生成した態様を示す図である。 ２本の脆性き裂間の領域で、塑性変形が生じ、延性破壊した態様を示す図である。 脆性き裂の伝播、停止を示す図である。（ａ）は、２本の脆性き裂間の領域で、塑性変形が生じ、延性破壊した態様を示し、（ｂ）は、板厚表面側及び板厚裏面側において、脆性き裂が、ある程度伝播し、停止する態様を示す図である。 高靭性溶接層が存在しない継手部分に、脆性き裂が発生しても、板厚表面側及び板厚裏面側に分岐してある程度伝播し、停止する態様を示す図である。 本発明の突合せ多パス溶接継手の一態様を示す図である。 本発明の溶接継手において、２本の脆性き裂が生成した態様を示す図である。 ２本の脆性き裂の間の領域で、塑性変形が生じ、延性破壊した態様を示す図である。 脆性き裂の伝播、停止を示す図である。（ａ）は、２本の脆性き裂の間の領域で、塑性変形が生じ、延性破壊した態様を示し、（ｂ）は、溶接継手内部で、脆性き裂が、ある程度伝播した後、停止する態様を示す図である。 本発明の突合せ多パス溶接継手の一態様を示す図である。 本発明の溶接継手において、脆性き裂が生成した態様を示す図である。 脆性き裂が伝播し、脆性き裂が分岐し、かつ、２本の脆性き裂の間の領域で、塑性変形が生じ、延性破壊した態様を示す図である。 脆性き裂の伝播、停止を示す図である。（ａ）は、２本の脆性き裂の間の領域で、塑性変形が生じ、延性破壊した態様を示し、（ｂ）は、溶接継手内部で、脆性き裂が、ある程度伝播した後、停止する態様を示す図である。

符号の説明

１ 鋼板
２ 本発明溶接継手
２ａ 表面溶接層
２ｂ 裏面溶接層
２ｃ 溶接層
２ｉ 溶接パス部
２ｘ、２ｙ 高靭性溶接層
２ｘｒ、２ｙｒ 破壊抵抗性の劣る溶接パス部
２ｘｓ、２ｙｓ 凝固時及び／又は変態時に膨張した溶接パス部
Ｘ、Ｙ 脆性き裂
Ｘ’、Ｙ’ 分岐した脆性き裂
Ｚ 延性破壊領域

Claims (37)

1. 鋼板の突合せ多パス溶接継手において、表面溶接層と裏面溶接層の間に、材質特性が、周囲の材質特性と異なり、脆性き裂の伝播を抑制して停止させる機能を有する溶接層及び溶接パス部のいずれかが、一つ又は二つ以上、相互に離間して存在することを特徴とする耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。
2. 前記鋼板が、板厚５０ｍｍ以上の鋼板であり、かつ、前記溶接層が、他の溶接層の靭性より優れる靭性を有することを特徴とする請求項１に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。
3. 前記溶接層が、複数回の溶接パスにより、溶接金属部が、溶接継手の幅方向に、連続的に形成された溶接層であることを特徴とする請求項２に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。
4. 前記溶接層が、溶接継手の厚み方向に、複数の溶接層を積層したものであることを特徴とする請求項２又は３に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。
5. 前記溶接層が、他の溶接層を形成する溶接材料のＮｉ量より１％以上多いＮｉ量の溶接材料で形成した溶接層であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。
6. 前記溶接層が、他の溶接層を形成した溶接方法と同じ溶接方法で形成した溶接層であることを特徴とする請求項５に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。
7. 前記溶接層の組織が、マルテンサイト変態が起きていない組織であることを特徴とする請求項５又は６に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。
8. 前記溶接層が、溶接継手の長手方向において連続して存在することを特徴とする請求項２〜７のいずれか１項に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。
9. 前記溶接層が、溶接継手の長手方向において断続して存在することを特徴とする請求項２〜８のいずれか１項に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。
10. 前記溶接層の溶接継手の長手方向における長さが、２００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項９に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。
11. 前記溶接層の溶接継手の長手方向における断続間隔が、４００ｍｍ以下であることを特徴とする請求項７又は８に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。
12. 前記鋼板が、板厚５０ｍｍ以上の鋼板であり、かつ、前記溶接パス部が、周囲の溶接パス部の破壊抵抗特性より劣る破壊抵抗特性を有することを特徴とする請求項１に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。
13. 前記破壊抵抗特性が劣る溶接パス部が、溶接継手の形成に必要な全パス数の１／３以下の数、存在することを特徴とする請求項１２に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。
14. 前記破壊抵抗特性が劣る溶接パス部が、溶接継手の板厚方向に、相互に離間して存在することを特徴とする請求項１２又は１３に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。
15. 前記破壊抵抗特性が劣る溶接パス部が、溶接継手の長手方向に連続して存在することを特徴とする請求項１２〜１４いずれか１項に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。
16. 前記破壊抵抗特性が劣る溶接パス部が、溶接継手の長手方向に断続して存在することを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。
17. 前記破壊抵抗特性が劣る溶接パス部の溶接継手の長手方向における長さが、１００ｍｍ以上４００ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１６に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。
18. 前記破壊抵抗特性が劣る溶接パス部が、溶接継手の長手方向において、２００ｍｍ以上４００ｍｍ以下の間隔で断続して存在することを特徴とする請求項１６又は１７に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。
19. 前記破壊抵抗特性が劣る溶接パス部が、１回、又は、複数回のパスで形成されたものであることを特徴とする請求項１２〜１８のいずれか１項に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。
20. 前記破壊抵抗特性が劣る溶接パス部が、他の溶接パス部を形成する溶接材料のＮｉ量より１％以上少ないＮｉ量の溶接材料で形成した溶接パス部であることを特徴とする請求項１２〜１９のいずれか１項に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。
21. 前記破壊抵抗特性が劣る溶接パス部が、他の溶接パス部を形成した溶接方法と同じ溶接方法で形成した溶接層であることを特徴とする請求項２０に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。
22. 前記他の溶接パス部の組織が、マルテンサイト変態が起きていない組織であることを特徴とする請求項２０又は２１に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。
23. 前記破壊抵抗特性が劣る溶接パス部が、後続の溶接パス部の熱により焼戻されていないことを特徴とする請求項１２〜２２のいずれか１項に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。
24. 前記溶接パス部が、凝固時及び／又は変態時に膨張したものであり、溶接継手内部の残留応力分布が局所的に複雑化していることを特徴とする請求項１に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。
25. 前記膨張した溶接パス部が、低温で変態する溶接材料で形成されたものであることを特徴とする請求項２４に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。
26. 前記変態の温度が４００℃以下であることを特徴とする請求項２５に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。
27. 前記変態がマルテンサイト変態であることを特徴とする請求項２５又は２６に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。
28. 前記溶接材料のＮｉ量が、他の溶接パス部を形成する溶接材料のＮｉ量より１質量％以上多いことを特徴とする請求項２５〜２７のいずれか１項に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。
29. 前記膨張した溶接パス部が、溶接継手の形成に必要な全パス数の１／２以下の数、存在することを特徴とする請求項２４〜２８のいずれか１項に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。
30. 前記膨張した溶接パス部が、溶接継手の板厚方向に、相互に離間して存在することを特徴とする請求項２４〜２９のいずれか１項に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。
31. 前記膨張した溶接パス部が、１回、又は、複数回のパスで形成されたものであることを特徴とする請求項２４〜３０のいずれか１項に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。
32. 前記膨張した溶接パス部が、溶接継手の長手方向に連続して存在することを特徴とする請求項２４〜３１のいずれか１項に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。
33. 前記膨張した溶接パス部が、溶接継手の長手方向に断続して存在することを特徴とする請求項２４〜３１のいずれか１項に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。
34. 前記膨張した溶接パス部の溶接継手の長手方向における長さが１００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項３３に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。
35. 前記膨張した溶接パス部が、４００ｍｍ以下の間隔で、溶接継手の長手方向に断続して存在することを特徴とする請求項３３または３４に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。
36. 前記膨張した溶接パス部が、後続の溶接パス部の熱により焼戻されていないことを特徴とする請求項２４〜３５のいずれか１項に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手。
37. 請求項１〜３６のいずれか１項に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れた突合せ多パス溶接継手を有することを特徴とする溶接構造体。

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