JP2016198811A - 極厚鋼板の突合せ溶接構造と突合せ溶接方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】板厚が70mmを超える極厚鋼板を突合せ溶接することができ、かつ突合せ溶接継手の引張強度を確保し、継手じん性の低下を抑制又は防止することができ、かつ溶接パス数が少なく短期間に溶接できる極厚鋼板の突合せ溶接構造と突合せ溶接方法を提供する。【解決手段】第1極厚鋼板1と第2極厚鋼板2の突合せ部に直交する断面において、互いに熱影響を回避できるオフセット量Lを隔ててオフセットした複数の突合せ溶接継手4と、隣接する突合せ溶接継手4を連結し表面又は裏面に平行に延びる境界面6と、を有する。各突合せ溶接継手4は、それぞれ突合せ溶接時の継手性能を維持可能な許容厚Tを有する。【選択図】図1
Description
本発明は、板厚が70mmを超える極厚鋼板の突合せ溶接構造と突合せ溶接方法に関する。
「突合せ溶接」とは、板厚がほぼ同じ材料をほぼ同じ面内で溶接した溶接構造および溶接方法を意味する。突合せ溶接は、溶接された部材が一体化し、応力が溶接部を介して直接伝達される。また突合せ溶接では、母材の溶接を施す部分(溶接部)に開先とよばれる溝を設け、この開先の中に溶接金属を溶かし込むとともに、母材の一部も溶け込ませて一体化する。
かかる突合せ溶接は、例えば、非特許文献1、及び特許文献1〜5に開示されている。
かかる突合せ溶接は、例えば、非特許文献1、及び特許文献1〜5に開示されている。
非特許文献1は、2電極エレクトロガスアーク溶接法を開示している。
特許文献1の「靭性に優れたエレクトロガス溶接継ぎ手」は、エレクトロガス溶接の溶接金属成分を開示している。
特許文献2の「金属厚板の両面突き合わせ溶接方法及び装置」では、下側の開先内に先行の消耗溶接電極群を移動させて裏面溶接を行い、上側の開先内に後行の消耗溶接電極群を移動して正面溶接を行う。後行消耗溶接電極群は先行消耗溶接電極群より遅らせて同方向に移動して正面溶接と裏面溶接とを並行して行う。
特許文献3の「溶接継手の形成方法」では、単肉板厚部材相互を突合せ溶接するに当たって、両板材の突合せ部分に複数段の開先を形成し、両板材の開先に溶接を施したのち、順次上段又は上段及び下段の開先に薄板部材を配置して同薄板部材と突合せ部材との間に相互に分離した2箇所に開先を形成して溶接を行う。
特許文献4の「溶接継手用開先」では、厚板側の被溶接端部に、両板材の板厚差に相当する第1段差部と、薄板側開先面のルート面の寸法に相当する厚さに相当する第2段差部を設け、両板材の突き合わせ状態において、開先溝の底部に平坦部を形成させる。
特許文献5の「両側溶接方法及び両側溶接構造物」では、両面U型開先継手の板厚の中央部又はその近傍に形成されている表側の開先の底部を初層裏波溶接し、次いで、残存開先深さ付近に到達するまで表側積層溶接し、その後に裏側のU型開先継手の開先底部から開先上部の最終層まで裏側積層溶接し、その後に表側の残り開先部分から開先上部の最終層まで表側積層溶接する。
笹木聖人、他5名、「高能率2電極エレクトロガスアーク溶接法の開発」、新日鉄技報第380号、2004年、P57−63
例えば大型コンテナ船のハッチサイドコーミングや上甲板、外板、縦通隔壁などに、従来から板厚50〜70mmのYP390級鋼板(降伏応力が390MPaを超える鋼板)が用いられている。
以下、板厚50〜70mmの鋼板を「厚鋼板」と呼ぶ。
以下、板厚50〜70mmの鋼板を「厚鋼板」と呼ぶ。
このような厚鋼板の突合せ溶接には、従来、開先形状としてV開先やX開先が用いられていた。例えば、V開先は、下向き溶接や、裏面からの溶接が困難な溶接に用いられ、X開先は両面からの溶接に用いられている。
また、溶接手段には、CO2溶接(自動又は半自動)の多層溶接、やエレクトロガスアーク溶接法が適用されている。
また、溶接手段には、CO2溶接(自動又は半自動)の多層溶接、やエレクトロガスアーク溶接法が適用されている。
一方、船舶の大型化に伴い、例えば大型コンテナ船のハッチサイドコーミングや上甲板、外板、縦通隔壁などに、より高強度なYP460級鋼板(降伏応力が460MPaを超える鋼板)であって板厚が70mmを超える鋼板(以下、「極厚鋼板」と呼ぶ)の適用が望まれている。
この場合、極厚鋼板の突合せ溶接が不可欠となるが、従来の溶接構造及び溶接方法を適用した場合に、以下の問題点があった。
(1)継手部に使用する溶接金属(溶材)が大量となり、厚手化による入熱が大きくなるため、継手性能(例えば継手じん性)が低下する。
(2)継手部の引張強度と継手じん性の両立が困難となる。
(3)入熱が少ない溶接法(例えばCO2溶接)では、1パス当たり6〜7mm径程度を重ねていくため、溶接パス数が膨大となり、溶接工程が長期化する。
この場合、極厚鋼板の突合せ溶接が不可欠となるが、従来の溶接構造及び溶接方法を適用した場合に、以下の問題点があった。
(1)継手部に使用する溶接金属(溶材)が大量となり、厚手化による入熱が大きくなるため、継手性能(例えば継手じん性)が低下する。
(2)継手部の引張強度と継手じん性の両立が困難となる。
(3)入熱が少ない溶接法(例えばCO2溶接)では、1パス当たり6〜7mm径程度を重ねていくため、溶接パス数が膨大となり、溶接工程が長期化する。
例えば、非特許文献1と特許文献1のエレクトロガスアーク溶接では、YP390級鋼板で70mmまでの実施例があるが、使用する溶接金属(溶材)が多く、厚手化により、入熱が大きくなるため、継手じん性が低下する。
本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、板厚が70mmを超える極厚鋼板を突合せ溶接することができ、かつ突合せ溶接継手の引張強度を確保し、継手じん性の低下を抑制又は防止することができ、かつ溶接パス数が少なく短期間に溶接できる極厚鋼板の突合せ溶接構造と突合せ溶接方法を提供することにある。
本発明によれば、板厚が70mmを超える極厚鋼板の突合せ溶接構造であって、
第1極厚鋼板と第2極厚鋼板の突合せ部に直交する断面において、互いに熱影響を回避できるオフセット量を隔ててオフセットした複数の突合せ溶接継手と、隣接する前記突合せ溶接継手を連結し表面又は裏面に平行に延びる境界面と、を有し、
各突合せ溶接継手は、それぞれ突合せ溶接時の継手性能を維持可能な許容厚を有する、ことを特徴とする極厚鋼板の突合せ溶接構造が提供される。
第1極厚鋼板と第2極厚鋼板の突合せ部に直交する断面において、互いに熱影響を回避できるオフセット量を隔ててオフセットした複数の突合せ溶接継手と、隣接する前記突合せ溶接継手を連結し表面又は裏面に平行に延びる境界面と、を有し、
各突合せ溶接継手は、それぞれ突合せ溶接時の継手性能を維持可能な許容厚を有する、ことを特徴とする極厚鋼板の突合せ溶接構造が提供される。
前記第1極厚鋼板と前記第2極厚鋼板は、それぞれ単一の極厚鋼板であり、
前記第1極厚鋼板は、前記許容厚の板厚を有する第1先端部と、前記第1先端部の末端に位置し前記許容厚に相当する段差を有する第1段差部と、を有し、
前記第2極厚鋼板は、前記第1先端部の板厚に相当する段差を有する第2段差部と、前記第1段差部の段差に相当する厚さを有する第2先端部と、を有し、
前記突合せ溶接継手は、前記第1先端部と前記第2段差部を表側から突合せ溶接した表側溶接部と、前記第1段差部と前記第2先端部を裏側から突合せ溶接した裏側溶接部と、を有する。
前記第1極厚鋼板は、前記許容厚の板厚を有する第1先端部と、前記第1先端部の末端に位置し前記許容厚に相当する段差を有する第1段差部と、を有し、
前記第2極厚鋼板は、前記第1先端部の板厚に相当する段差を有する第2段差部と、前記第1段差部の段差に相当する厚さを有する第2先端部と、を有し、
前記突合せ溶接継手は、前記第1先端部と前記第2段差部を表側から突合せ溶接した表側溶接部と、前記第1段差部と前記第2先端部を裏側から突合せ溶接した裏側溶接部と、を有する。
前記第1極厚鋼板と前記第2極厚鋼板は、前記許容厚の3倍以上の板厚と、前記板厚から前記許容厚の2倍を減算した段差を有する1以上の余厚部と、を有し、
さらに、前記第1極厚鋼板と前記第2極厚鋼板の各余厚部に両端が突合せ溶接され、板厚が前記許容厚の1以上の補助鋼板を有する。
さらに、前記第1極厚鋼板と前記第2極厚鋼板の各余厚部に両端が突合せ溶接され、板厚が前記許容厚の1以上の補助鋼板を有する。
前記第1極厚鋼板と前記第2極厚鋼板は、それぞれ板厚が前記許容厚の複数の鋼板からなり、
前記突合せ溶接継手は、前記複数の鋼板をそれぞれ突合せ溶接した複数の突合せ溶接部を有する。
前記突合せ溶接継手は、前記複数の鋼板をそれぞれ突合せ溶接した複数の突合せ溶接部を有する。
前記第1極厚鋼板は、単一の極厚鋼板であり、
前記第1極厚鋼板は、前記許容厚の板厚を有する第1先端部と、前記第1先端部の末端に位置し前記許容厚に相当する段差を有する第1段差部と、を有し、
前記第2極厚鋼板は、板厚が許容厚の2枚の鋼板を有し、
前記突合せ溶接継手は、前記第1先端部と前記鋼板の一方を表側から突合せ溶接した表側溶接部と、前記第1段差部と前記鋼板の他方を裏側から突合せ溶接した裏側溶接部と、を有する。
前記第1極厚鋼板は、前記許容厚の板厚を有する第1先端部と、前記第1先端部の末端に位置し前記許容厚に相当する段差を有する第1段差部と、を有し、
前記第2極厚鋼板は、板厚が許容厚の2枚の鋼板を有し、
前記突合せ溶接継手は、前記第1先端部と前記鋼板の一方を表側から突合せ溶接した表側溶接部と、前記第1段差部と前記鋼板の他方を裏側から突合せ溶接した裏側溶接部と、を有する。
前記第1極厚鋼板は、前記許容厚の3倍以上の板厚と、前記板厚から前記許容厚の2倍を減算した段差を有する1以上の余厚部と、を有し、
前記第2極厚鋼板は、さらに、各余厚部と突き合わせ溶接され、板厚が前記許容厚の1以上の鋼板を有する。
前記第2極厚鋼板は、さらに、各余厚部と突き合わせ溶接され、板厚が前記許容厚の1以上の鋼板を有する。
前記オフセット量の最小値は、隣接する前記突合せ溶接継手の板厚の和の40%以上、50%以上、又は2枚の板厚の最大値以上である。
また本発明によれば、板厚が70mmを超える極厚鋼板の突合せ溶接方法であって、
第1極厚鋼板と第2極厚鋼板の突合せ部に直交する断面において、互いに熱影響を回避できるオフセット量を隔ててオフセットした複数の突合せ部と、隣接する前記突合せ部を連結し表面又は裏面に平行に延びる境界面と、を準備し、
各突合せ部を、それぞれ突合せ溶接して、継手性能を維持可能な許容厚を有する複数の突合せ溶接継手を形成する、ことを特徴とする極厚鋼板の突合せ溶接方法が提供される。
第1極厚鋼板と第2極厚鋼板の突合せ部に直交する断面において、互いに熱影響を回避できるオフセット量を隔ててオフセットした複数の突合せ部と、隣接する前記突合せ部を連結し表面又は裏面に平行に延びる境界面と、を準備し、
各突合せ部を、それぞれ突合せ溶接して、継手性能を維持可能な許容厚を有する複数の突合せ溶接継手を形成する、ことを特徴とする極厚鋼板の突合せ溶接方法が提供される。
上記本発明によれば、複数の突合せ溶接継手が第1極厚鋼板と第2極厚鋼板の突合せ部に直交する断面において、互いに熱影響を回避できるオフセット量を隔ててオフセットしているので、突合せ溶接時に隣接する突合せ部に与える熱影響を回避できる。
また、各突合せ溶接継手は、それぞれ突合せ溶接時の継手性能を維持可能な許容厚を有するので、突合せ溶接継手の引張強度を確保することができる。
また、各突合せ溶接継手は、それぞれ突合せ溶接時の継手性能を維持可能な許容厚を有するので、突合せ溶接継手の引張強度を確保することができる。
従って、複数の突合せ溶接継手の組合せとして合計板厚が70mmを超える極厚鋼板を突合せ溶接することができ、かつそれぞれの突合せ溶接継手の引張強度を確保し、継手じん性の低下を抑制又は防止することができる。
また、突合せ溶接継手の引張強度を確保することができる限りで、種々の溶接手段を用いることができ、かつ溶接量も少ないので、溶接パス数を少なくでき、短期間で溶接することができる。
また、突合せ溶接継手の引張強度を確保することができる限りで、種々の溶接手段を用いることができ、かつ溶接量も少ないので、溶接パス数を少なくでき、短期間で溶接することができる。
本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
図1は、本発明による極厚鋼板の突合せ溶接構造の第1実施形態図である。
本発明の突合せ溶接構造は、板厚が70mmを超える極厚鋼板の突合せ溶接構造である。
なお、以下の説明において、図の上側は表側、下側は裏側である。なお上側(表側)と下側(裏側)は、上下が逆であってもよい。また、上側(表側)と下側(裏側)は、水平面でも鉛直面でも傾斜面でもよい。
本発明の突合せ溶接構造は、板厚が70mmを超える極厚鋼板の突合せ溶接構造である。
なお、以下の説明において、図の上側は表側、下側は裏側である。なお上側(表側)と下側(裏側)は、上下が逆であってもよい。また、上側(表側)と下側(裏側)は、水平面でも鉛直面でも傾斜面でもよい。
図1(A)(B)(C)は、第1極厚鋼板1と第2極厚鋼板2の突合せ部に直交する断面図である。この断面において、本発明の突合せ溶接構造は、複数の突合せ溶接継手4と1以上の境界面6を有する。突合せ部及び突合せ溶接継手4は紙面に垂直な方向に延びている。
なお、以下の説明において、第1極厚鋼板1と第2極厚鋼板2は逆の配置であってもよい。また、第1極厚鋼板1と第2極厚鋼板2は平板であり、境界面6も平面であるのが好ましいが、それぞれ曲面板と曲面であってもよい。さらに、突合せ部と突合せ溶接継手4は直線であるのが好ましいが、曲線であってもよい。
なお、以下の説明において、第1極厚鋼板1と第2極厚鋼板2は逆の配置であってもよい。また、第1極厚鋼板1と第2極厚鋼板2は平板であり、境界面6も平面であるのが好ましいが、それぞれ曲面板と曲面であってもよい。さらに、突合せ部と突合せ溶接継手4は直線であるのが好ましいが、曲線であってもよい。
複数の突合せ溶接継手4は、互いに熱影響を回避できるオフセット量Lを隔ててオフセットしている。オフセット量Lとは、隣接する2つの突合せ溶接継手4の溶融金属部分を除く最短距離を意味する。なおこの図では、オフセット量Lは、表面又は裏面に平行な距離であるが、最短距離である限りで斜めであってもよい。
オフセット量Lは、例えば、重なり合う2枚の厚鋼板の板厚の最大値以上であるのがよい。なお、オフセット量Lの詳細は後述する。
オフセット量Lは、例えば、重なり合う2枚の厚鋼板の板厚の最大値以上であるのがよい。なお、オフセット量Lの詳細は後述する。
1以上の境界面6は、隣接する突合せ溶接継手4を連結し、表面又は裏面に平行に延びる。境界面6は、平板同士、又は曲面板同士の境界面であり、隙間が実質的に0であるのが好ましい。
なお、本発明が対象とする極厚鋼板(第1極厚鋼板1と第2極厚鋼板2)は、大型コンテナ船のハッチサイドコーミングや上甲板、外板、縦通隔壁などに使用することが好ましい。そのため、極厚鋼板には主として引張応力が作用し、その引張応力は、境界面6に平行に作用する。従って、境界面同士の溶接は、不要であるがハンドリング等の目的で溶接又は接合してもよい。
なお、本発明が対象とする極厚鋼板(第1極厚鋼板1と第2極厚鋼板2)は、大型コンテナ船のハッチサイドコーミングや上甲板、外板、縦通隔壁などに使用することが好ましい。そのため、極厚鋼板には主として引張応力が作用し、その引張応力は、境界面6に平行に作用する。従って、境界面同士の溶接は、不要であるがハンドリング等の目的で溶接又は接合してもよい。
図1(A)(B)(C)において、各突合せ溶接継手4は、それぞれ突合せ溶接時の継手性能を維持可能な許容厚Tを有する。許容厚Tは、例えば、従来の厚鋼板に相当する50〜70mmである。
図5は、単一の突合せ溶接継手4の模式的断面図である。
この図に示すように、板厚tの2枚の鋼板を突合せ溶接した場合、その突合せ溶接継手4の表面と裏面には表面から盛り上がった余盛eが形成される。余盛eは必要に応じて切削又は研削により除去してもよい。
以下、許容厚Tとは、余盛eを除いた突合せ溶接継手4の溶接部の厚さ(板厚方向の長さ)を意味する。従って、許容厚Tは、実質的に板厚tと同じである。
この図に示すように、板厚tの2枚の鋼板を突合せ溶接した場合、その突合せ溶接継手4の表面と裏面には表面から盛り上がった余盛eが形成される。余盛eは必要に応じて切削又は研削により除去してもよい。
以下、許容厚Tとは、余盛eを除いた突合せ溶接継手4の溶接部の厚さ(板厚方向の長さ)を意味する。従って、許容厚Tは、実質的に板厚tと同じである。
図1(A)において、第1極厚鋼板1と第2極厚鋼板2は、それぞれ単一の極厚鋼板である。
この例で、第1極厚鋼板1と第2極厚鋼板2は、許容厚Tの2倍の板厚を有する。
この例で、第1極厚鋼板1と第2極厚鋼板2は、許容厚Tの2倍の板厚を有する。
図1(A)において、第1極厚鋼板1は、許容厚Tの板厚taを有する第1先端部1aと、第1先端部1aの末端に位置し許容厚Tに相当する段差tbを有する第1段差部1bと、からなる。
第2極厚鋼板2は、第1先端部1aの板厚taに相当する段差taを有する第2段差部2aと、第1段差部1bの段差tbに相当する厚さtbを有する第2先端部2bとからなる。
継手性能を維持可能な許容厚T以下であれば、板厚ta、tbは同一であっても良く、同一でなくても良い。
同様に後述する図7〜図9における板厚t1〜t4も、許容厚T以下であれば、同一であっても良く、同一でなくても良い。
第2極厚鋼板2は、第1先端部1aの板厚taに相当する段差taを有する第2段差部2aと、第1段差部1bの段差tbに相当する厚さtbを有する第2先端部2bとからなる。
継手性能を維持可能な許容厚T以下であれば、板厚ta、tbは同一であっても良く、同一でなくても良い。
同様に後述する図7〜図9における板厚t1〜t4も、許容厚T以下であれば、同一であっても良く、同一でなくても良い。
第1先端部1aと第2段差部2aの突合せ部と、第1段差部1bと第2先端部2bの突合せ部とには、それぞれ突合せ溶接用の開先が設けられている。この開先形状は、V形であるのが好ましいが、I形、U形、X形であってもよい。
なお、X形は板が重なった状態では適用できないため、後述する図2(A)の1枚目の溶接などに適用することができる。
なお、X形は板が重なった状態では適用できないため、後述する図2(A)の1枚目の溶接などに適用することができる。
図1(A)において、突合せ溶接継手4は、第1先端部1aと第2段差部2aを表側から突合せ溶接した表側溶接部4aと、第1段差部1bと第2先端部2bを裏側から突合せ溶接した裏側溶接部4bである。
突合せ溶接手段は、エレクトロガスアーク溶接であるのが好ましいが、突合せ溶接継手4の引張強度を確保できる限りで、その他の溶接法、例えばCO2溶接、被覆アーク溶接、サブマージアーク溶接、などでもよい。
上述した図1(A)の構成により、許容厚Tの2倍の板厚を有する2枚の極厚鋼板(第1極厚鋼板1と第2極厚鋼板2)を許容厚Tの2つの突合せ溶接継手4で突合せ溶接することができ、かつ2つの突合せ溶接継手4の間隔を互いに熱影響を回避できるオフセット量Lに設定することができる。
図1(B)において、第1極厚鋼板1と第2極厚鋼板2は、それぞれ単一の極厚鋼板である。
この例で、第1極厚鋼板1と第2極厚鋼板2は、許容厚Tの3倍の板厚を有する。
この例で、第1極厚鋼板1と第2極厚鋼板2は、許容厚Tの3倍の板厚を有する。
図1(B)において、第1極厚鋼板1は、図1(A)に示した第1先端部1a及び第1段差部1bの他に、板厚から許容厚Tの2倍を減算した段差を有する余厚部1cを有する。また、第2極厚鋼板2は、図1(A)に示した第2段差部2a及び第2先端部2bの他に、板厚から許容厚Tの2倍を減算した段差を有する余厚部2cを有する。余厚部1cと余厚部2cの段差(厚さ)は、許容厚Tである。
図1(B)において、本発明の突合せ溶接構造は、さらに、余厚部1c,2cに両端が突合せ溶接され、板厚が許容厚Tの補助鋼板5を有する。この例において、裏面に位置する2つの突合せ溶接継手4は、余厚部1c,2cと補助鋼板5の両端を裏側から突合せ溶接した裏側溶接部4cである。
上述した図1(B)の構成により、許容厚Tの3倍の板厚を有する2枚の極厚鋼板(第1極厚鋼板1と第2極厚鋼板2)を許容厚Tの4つの突合せ溶接継手4で突合せ溶接することができ、かつ4つの突合せ溶接継手4の隣接した間隔を互いに熱影響を回避できるオフセット量Lに設定することができる。
図1(C)は、第1極厚鋼板1と第2極厚鋼板2の板厚が許容厚Tの4倍以上の場合を示している。
この場合、図1(B)の構成に加えて、本発明の突合せ溶接構造は、さらに、余厚部1d,2dに両端が突合せ溶接され、板厚が許容厚Tの補助鋼板5を有する。
補助鋼板5は、1枚に限定されず、2枚以上であってもよい。
この場合、図1(B)の構成に加えて、本発明の突合せ溶接構造は、さらに、余厚部1d,2dに両端が突合せ溶接され、板厚が許容厚Tの補助鋼板5を有する。
補助鋼板5は、1枚に限定されず、2枚以上であってもよい。
上述した図1(C)の構成により、許容厚Tの3倍以上の板厚を有する2枚の極厚鋼板(第1極厚鋼板1と第2極厚鋼板2)を許容厚Tの複数の突合せ溶接継手4で突合せ溶接することができ、かつ複数の突合せ溶接継手4の隣接した間隔を互いに熱影響を回避できるオフセット量Lに設定することができる。
本発明の方法は、板厚が70mmを超える極厚鋼板の突合せ溶接方法である。
本発明の方法では、図1(A)(B)(C)に示したように、第1極厚鋼板1と第2極厚鋼板2の突合せ部に直交する断面において、互いに熱影響を回避できるオフセット量Lを隔ててオフセットした複数の突合せ部と、隣接する突合せ部を連結し表面又は裏面に平行に延びる境界面6と、を準備する。
次いで、各突合せ部を、それぞれ突合せ溶接して、継手性能を維持可能な許容厚Tを有する複数の突合せ溶接継手4を形成する。
本発明の方法では、図1(A)(B)(C)に示したように、第1極厚鋼板1と第2極厚鋼板2の突合せ部に直交する断面において、互いに熱影響を回避できるオフセット量Lを隔ててオフセットした複数の突合せ部と、隣接する突合せ部を連結し表面又は裏面に平行に延びる境界面6と、を準備する。
次いで、各突合せ部を、それぞれ突合せ溶接して、継手性能を維持可能な許容厚Tを有する複数の突合せ溶接継手4を形成する。
従って、上述した図1(A)(B)(C)の構成により、第1極厚鋼板1と第2極厚鋼板2の板厚が許容厚Tの2倍以上であっても、突合せ溶接することができ、かつそれぞれの突合せ溶接継手4の引張強度を確保し、継手じん性の低下を抑制又は防止することができる。
図2は、本発明による極厚鋼板の突合せ溶接構造の第2実施形態図である。
図2(A)(B)(C)において、第1極厚鋼板1と第2極厚鋼板2は、それぞれ板厚が許容厚Tの複数の鋼板7からなる。また、突合せ溶接継手4は、複数の鋼板7をそれぞれ突合せ溶接した複数の突合せ溶接部を有する。
図2(A)(B)(C)において、第1極厚鋼板1と第2極厚鋼板2は、それぞれ板厚が許容厚Tの複数の鋼板7からなる。また、突合せ溶接継手4は、複数の鋼板7をそれぞれ突合せ溶接した複数の突合せ溶接部を有する。
図2(A)において、第1極厚鋼板1と第2極厚鋼板2は、それぞれ板厚が許容厚Tの2枚の鋼板7からなる。
この例で突合せ溶接継手4は、表側の2枚の鋼板7の先端同士を表側から突合せ溶接した表側溶接部4aと、裏側の2枚の鋼板7の先端同士を裏側から突合せ溶接した裏側溶接部4bである。
その他の構成は、第1実施形態と同様である。
この例で突合せ溶接継手4は、表側の2枚の鋼板7の先端同士を表側から突合せ溶接した表側溶接部4aと、裏側の2枚の鋼板7の先端同士を裏側から突合せ溶接した裏側溶接部4bである。
その他の構成は、第1実施形態と同様である。
図2(B)において、第1極厚鋼板1と第2極厚鋼板2は、それぞれ板厚が許容厚Tの3枚の鋼板7からなる。
この例で、第1極厚鋼板1と第2極厚鋼板2は、上述した2枚の鋼板7の他に、それぞれ裏側にさらに1枚の鋼板7を有する。
この例において、裏側溶接部4bの表面は面一に加工され、その上に2枚の鋼板7を重ねた後に突合せ溶接されている。突合せ溶接継手4は、追加した鋼板7の両端を裏側から突合せ溶接した裏側溶接部4cである。
この例で、第1極厚鋼板1と第2極厚鋼板2は、上述した2枚の鋼板7の他に、それぞれ裏側にさらに1枚の鋼板7を有する。
この例において、裏側溶接部4bの表面は面一に加工され、その上に2枚の鋼板7を重ねた後に突合せ溶接されている。突合せ溶接継手4は、追加した鋼板7の両端を裏側から突合せ溶接した裏側溶接部4cである。
図2(C)に示すように、第1極厚鋼板1と第2極厚鋼板2をそれぞれ4枚以上の鋼板7で構成してもよい。
上述した図2(A)(B)(C)の構成により、第1極厚鋼板1と第2極厚鋼板2の板厚が許容厚Tの2倍以上であっても、突合せ溶接することができ、かつそれぞれの突合せ溶接継手4の引張強度を確保し、継手じん性の低下を抑制又は防止することができる。
図3は、本発明による極厚鋼板の突合せ溶接構造の第3実施形態図である。
図3(A)において、第1極厚鋼板1は、許容厚Tの2倍の板厚を有する単一の極厚鋼板である。
第1極厚鋼板1は、許容厚Tの板厚taを有する第1先端部1aと、第1先端部1aの末端に位置し許容厚Tに相当する段差tbを有する第1段差部1bと、を有する。また、第2極厚鋼板2は、板厚が許容厚Tの2枚の鋼板7を有する。
突合せ溶接継手4は、第1先端部1aと鋼板7の一方を表側から突合せ溶接した表側溶接部4aと、第1段差部1bと鋼板7の他方を裏側から突合せ溶接した裏側溶接部4bと、を有する。
その他の構成は、図1(A)と同様である。
図3(A)において、第1極厚鋼板1は、許容厚Tの2倍の板厚を有する単一の極厚鋼板である。
第1極厚鋼板1は、許容厚Tの板厚taを有する第1先端部1aと、第1先端部1aの末端に位置し許容厚Tに相当する段差tbを有する第1段差部1bと、を有する。また、第2極厚鋼板2は、板厚が許容厚Tの2枚の鋼板7を有する。
突合せ溶接継手4は、第1先端部1aと鋼板7の一方を表側から突合せ溶接した表側溶接部4aと、第1段差部1bと鋼板7の他方を裏側から突合せ溶接した裏側溶接部4bと、を有する。
その他の構成は、図1(A)と同様である。
図3(B)において、第1極厚鋼板1は、許容厚Tの3倍の板厚と、板厚から許容厚Tの2倍を減算した段差を有する1つの余厚部1cと、を有する。また、第2極厚鋼板2は、さらに、余厚部1cと突き合わせ溶接され、板厚が許容厚Tの1枚の鋼板7を有する。
その他の構成は、図3(A)と同様である。
その他の構成は、図3(A)と同様である。
同様に、第1極厚鋼板1は、許容厚Tの4倍以上の板厚を有する単一の極厚鋼板であってもよい。
上述した図3(A)(B)の構成により、第1極厚鋼板1の板厚が許容厚Tの2倍以上であっても、突合せ溶接することができ、かつそれぞれの突合せ溶接継手4の引張強度を確保し、継手じん性の低下を抑制又は防止することができる。
図4は、本発明による極厚鋼板の突合せ溶接構造の第4実施形態図である。
図4(A)において、第1極厚鋼板1は、許容厚Tの3倍の板厚を有する単一の極厚鋼板である。また、第2極厚鋼板2は、板厚が許容厚Tの2倍の板厚の極厚鋼板と、板厚が許容厚Tの鋼板7からなる。
その他の構成は、図3(B)と同様である。
図4(A)において、第1極厚鋼板1は、許容厚Tの3倍の板厚を有する単一の極厚鋼板である。また、第2極厚鋼板2は、板厚が許容厚Tの2倍の板厚の極厚鋼板と、板厚が許容厚Tの鋼板7からなる。
その他の構成は、図3(B)と同様である。
図4(B)において、第1極厚鋼板1は、許容厚Tの2倍の板厚を有する極厚鋼板と、板厚が許容厚Tの鋼板7からなる。
その他の構成は、図3(B)と同様である。
その他の構成は、図3(B)と同様である。
上述した図4(A)(B)の構成により、第1極厚鋼板1の板厚が許容厚Tの3倍以上であっても、突合せ溶接することができ、かつそれぞれの突合せ溶接継手4の引張強度を確保し、継手じん性の低下を抑制又は防止することができる。
以下、オフセット量Lについて説明する。
図6は、2枚重ねの場合のオフセット量Lの説明図である。
オフセット量Lは、溶接法にあわせて熱影響部Fの範囲を考慮して決定するのがよい。
板厚が50mm以上の厚鋼板の突合せ溶接試験を実施した結果、熱影響部Fの溶接金属からの範囲は、低入熱のCO2自動溶接の場合に5〜12mm、大入熱のエレクトロガスアーク溶接の場合に15〜20mmであった。
従って、板厚50mm以上の厚鋼板の場合、板厚の最大40%程度まで熱影響を受けると考えられる。
従って、熱影響を回避するためのオフセット量Lの最小値は、図6のように重ね合された2枚の厚鋼板の板厚をt1、t2とすると、その板厚の和(t1+t2)の40%以上が好ましく、50%以上がさらに好ましく、2枚の板厚の最大値以上であるのがさらに好ましい。
オフセット量Lの最大値は、オフセット量Lの最小値以上であればよい。なお、オフセット量Lの最大値は極厚鋼板の加工やハンドリングを容易にする観点から、2枚の厚鋼板の板厚の和(t1+t2)の10倍以下であるのがよい。
以上の観点から、オフセット量Lは少なくとも下記の式(1)を満たす範囲に設定するのがよい。
Max(t1,t2)≦オフセット量L≦10(t1+t2)・・・(1)
図6は、2枚重ねの場合のオフセット量Lの説明図である。
オフセット量Lは、溶接法にあわせて熱影響部Fの範囲を考慮して決定するのがよい。
板厚が50mm以上の厚鋼板の突合せ溶接試験を実施した結果、熱影響部Fの溶接金属からの範囲は、低入熱のCO2自動溶接の場合に5〜12mm、大入熱のエレクトロガスアーク溶接の場合に15〜20mmであった。
従って、板厚50mm以上の厚鋼板の場合、板厚の最大40%程度まで熱影響を受けると考えられる。
従って、熱影響を回避するためのオフセット量Lの最小値は、図6のように重ね合された2枚の厚鋼板の板厚をt1、t2とすると、その板厚の和(t1+t2)の40%以上が好ましく、50%以上がさらに好ましく、2枚の板厚の最大値以上であるのがさらに好ましい。
オフセット量Lの最大値は、オフセット量Lの最小値以上であればよい。なお、オフセット量Lの最大値は極厚鋼板の加工やハンドリングを容易にする観点から、2枚の厚鋼板の板厚の和(t1+t2)の10倍以下であるのがよい。
以上の観点から、オフセット量Lは少なくとも下記の式(1)を満たす範囲に設定するのがよい。
Max(t1,t2)≦オフセット量L≦10(t1+t2)・・・(1)
図7は、2倍厚又は2枚重ねの場合のオフセット量Lの説明図である。この図において、(A)は2倍厚の板同士(両面)、(B)は2倍厚の板との組合せ(片面)、(C)は2枚重ね(両面)、(D)は2枚重ね(片面)の例である。
以下、「2倍厚の板」とは、板厚が許容厚Tの2倍の極厚鋼板を意味し、「2枚重ね」とは、板厚が許容厚Tの鋼板を2枚重ねた極厚鋼板を意味する。また、「両面」とは両側から突合せ溶接することを意味し、「片面」とは片側から突合せ溶接することを意味する。
以下、「2倍厚の板」とは、板厚が許容厚Tの2倍の極厚鋼板を意味し、「2枚重ね」とは、板厚が許容厚Tの鋼板を2枚重ねた極厚鋼板を意味する。また、「両面」とは両側から突合せ溶接することを意味し、「片面」とは片側から突合せ溶接することを意味する。
図7の例において、2つの段差部又は2枚の鋼板の板厚をt1,t2とすると、オフセット量Laは、少なくとも下記の式(2)を満たす範囲に設定するのがよい。
Max(t1,t2)≦オフセット量La≦10(t1+t2)・・・(2)
Max(t1,t2)≦オフセット量La≦10(t1+t2)・・・(2)
図8は、3倍厚又は3枚重ねの場合のオフセット量の説明図である。この図において、(A)は3倍厚の板同士(両面)、(B)は3倍厚の板との組合せ(片面)、(C)は3枚重ね(両面)、(D)は3枚重ね(片面)の例である。
図8の例において、3つの段差部又は3枚の鋼板の板厚をt1,t2,t3とすると、オフセット量Laは、式(2)で表される。
また、オフセット量Lbは、少なくとも下記の式(3)を満たす範囲に設定するのがよい。
Max(t2,t3)≦オフセット量Lb≦10(t2+t3)・・・(3)
図8の例において、3つの段差部又は3枚の鋼板の板厚をt1,t2,t3とすると、オフセット量Laは、式(2)で表される。
また、オフセット量Lbは、少なくとも下記の式(3)を満たす範囲に設定するのがよい。
Max(t2,t3)≦オフセット量Lb≦10(t2+t3)・・・(3)
図9は、4倍厚又は4枚重ねの場合のオフセット量の説明図である。この図において、(A)は4倍厚の板同士(両面)、(B)は4倍厚の板との組合せ(片面)、(C)は4枚重ね(両面)、(D)は4枚重ね(片面)の例である。
図9の例において、4つの段差部又は4枚の鋼板の板厚をt1,t2,t3,t4とすると、オフセット量La,Lbは、式(2)(3)で表される。
また、オフセット量Lcは、少なくとも下記の式(4)を満たす範囲に設定するのがよい。
Max(t3,t4)≦オフセット量Lc≦10(t3+t4)・・・(4)
図9の例において、4つの段差部又は4枚の鋼板の板厚をt1,t2,t3,t4とすると、オフセット量La,Lbは、式(2)(3)で表される。
また、オフセット量Lcは、少なくとも下記の式(4)を満たす範囲に設定するのがよい。
Max(t3,t4)≦オフセット量Lc≦10(t3+t4)・・・(4)
上述した本発明により、以下の効果が得られる。
(1)極厚鋼板の両面の突合せ溶接継手4の位置が、オフセット量Lを隔ててオフセットすることで、溶接金属量が低減され、施工能率の向上や入熱量の低減による継手性能を向上できる。
(2)YP460級鋼の板厚70mmを超える板では、大入熱溶接(片面1パス、エレクトロガスアーク溶接)での継手じん性の確保が困難であるため、従来はCO2多層溶接としていた。しかし、本発明により、入熱量が低減されるため、さらなる厚板での片面1パス、エレクトロガスアーク溶接が可能となる。例えば、YP460級鋼の板厚80mm〜100mmの突合せ溶接が可能となる。
(3)製鉄所や輸送、造船所内での製造やハンドリングの制限である重量から、従来は厚板の板寸法を大きく出来なかった。しかし、図2のように、2枚以上の鋼板を重ねて極厚鋼板とすることで、1枚あたりの重量を削減し、板寸法を大きくすることができる。この結果、船長方向に長くできる。
具体的には、造船所や製鉄所では、1枚あたり20トンを超えるような重い鋼板は通常扱いにくい。一方、渠中でのブロック数を減らしたいために板厚を落として板寸法を大きくしたい要望があった。これは、船の性能としては厚板を使用したいとの相反した条件下である。
本発明により、例えば、20トンの制限下では100mm板厚で2m幅×13m長さが限界だが、50mmの二重板であれば、2m幅×26m長さのブロック長が可能となる。
(4)2枚重ねとすることで、超極厚鋼板のハッチサイドコーミングが可能となる。
大入熱溶接(厚板での片面1パス、エレクトロガスアーク溶接)の場合、1枚65mm〜70mm×2枚重で板厚130mm〜140mm程度まで可能となる。
これよりCO2多層溶接の場合、1枚100mm程度までを2枚重ねとすれば、その倍の200mm程度まで可能となる。
(2)YP460級鋼の板厚70mmを超える板では、大入熱溶接(片面1パス、エレクトロガスアーク溶接)での継手じん性の確保が困難であるため、従来はCO2多層溶接としていた。しかし、本発明により、入熱量が低減されるため、さらなる厚板での片面1パス、エレクトロガスアーク溶接が可能となる。例えば、YP460級鋼の板厚80mm〜100mmの突合せ溶接が可能となる。
(3)製鉄所や輸送、造船所内での製造やハンドリングの制限である重量から、従来は厚板の板寸法を大きく出来なかった。しかし、図2のように、2枚以上の鋼板を重ねて極厚鋼板とすることで、1枚あたりの重量を削減し、板寸法を大きくすることができる。この結果、船長方向に長くできる。
具体的には、造船所や製鉄所では、1枚あたり20トンを超えるような重い鋼板は通常扱いにくい。一方、渠中でのブロック数を減らしたいために板厚を落として板寸法を大きくしたい要望があった。これは、船の性能としては厚板を使用したいとの相反した条件下である。
本発明により、例えば、20トンの制限下では100mm板厚で2m幅×13m長さが限界だが、50mmの二重板であれば、2m幅×26m長さのブロック長が可能となる。
(4)2枚重ねとすることで、超極厚鋼板のハッチサイドコーミングが可能となる。
大入熱溶接(厚板での片面1パス、エレクトロガスアーク溶接)の場合、1枚65mm〜70mm×2枚重で板厚130mm〜140mm程度まで可能となる。
これよりCO2多層溶接の場合、1枚100mm程度までを2枚重ねとすれば、その倍の200mm程度まで可能となる。
上述した本発明によれば、複数の突合せ溶接継手4が第1極厚鋼板1と第2極厚鋼板2の突合せ部に直交する断面において、互いに熱影響を回避できるオフセット量Lを隔ててオフセットしているので、突合せ溶接時に隣接する突合せ部に与える熱影響を回避できる。
また、各突合せ溶接継手4は、それぞれ突合せ溶接時の継手性能を維持可能な許容厚Tを有するので、突合せ溶接継手4の引張強度を確保することができる。
また、各突合せ溶接継手4は、それぞれ突合せ溶接時の継手性能を維持可能な許容厚Tを有するので、突合せ溶接継手4の引張強度を確保することができる。
従って、複数の突合せ溶接継手4の組合せとして合計板厚が70mmを超える極厚鋼板を突合せ溶接することができ、かつそれぞれの突合せ溶接継手4の引張強度を確保し、継手じん性の低下を抑制又は防止することができる。
また、突合せ溶接継手4の引張強度を確保することができる限りで、種々の溶接手段を用いることができ、かつ溶接量も少ないので、溶接パス数を少なくでき、短期間で溶接することができる。
また、突合せ溶接継手4の引張強度を確保することができる限りで、種々の溶接手段を用いることができ、かつ溶接量も少ないので、溶接パス数を少なくでき、短期間で溶接することができる。
なお本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。
e 余盛、F 熱影響部、t,t1,t2,t3,t4 板厚、
L,La,Lb,Lc オフセット量、T 許容厚、1 第1極厚鋼板、
1a 第1先端部、1b 第1段差部、1c,1d 余厚部、
2 第2極厚鋼板、2a 第2段差部、2b 第2先端部、
2c,2d 余厚部、4 突合せ溶接継手、4a 表側溶接部、
4b,4c 裏側溶接部、5 補助鋼板、6 境界面、7 鋼板
L,La,Lb,Lc オフセット量、T 許容厚、1 第1極厚鋼板、
1a 第1先端部、1b 第1段差部、1c,1d 余厚部、
2 第2極厚鋼板、2a 第2段差部、2b 第2先端部、
2c,2d 余厚部、4 突合せ溶接継手、4a 表側溶接部、
4b,4c 裏側溶接部、5 補助鋼板、6 境界面、7 鋼板
本発明によれば、板厚が100mmを超える極厚鋼板の突合せ溶接構造であって、
第1極厚鋼板又は第2極厚鋼板が、単一の前記極厚鋼板であり、
前記第1極厚鋼板と前記第2極厚鋼板の突合せ部に直交する断面において、互いに熱影響を回避できるオフセット量を隔ててオフセットした複数の突合せ溶接継手と、隣接する前記突合せ溶接継手を連結し表面又は裏面に平行に延びる境界面と、を有し、
各突合せ溶接継手は、それぞれ突合せ溶接時の継手性能を維持可能な許容厚を有する、ことを特徴とする極厚鋼板の突合せ溶接構造が提供される。
第1極厚鋼板又は第2極厚鋼板が、単一の前記極厚鋼板であり、
前記第1極厚鋼板と前記第2極厚鋼板の突合せ部に直交する断面において、互いに熱影響を回避できるオフセット量を隔ててオフセットした複数の突合せ溶接継手と、隣接する前記突合せ溶接継手を連結し表面又は裏面に平行に延びる境界面と、を有し、
各突合せ溶接継手は、それぞれ突合せ溶接時の継手性能を維持可能な許容厚を有する、ことを特徴とする極厚鋼板の突合せ溶接構造が提供される。
また本発明によれば、板厚が100mmを超える極厚鋼板の突合せ溶接方法であって、
第1極厚鋼板又は第2極厚鋼板が、単一の前記極厚鋼板であり、
前記第1極厚鋼板と前記第2極厚鋼板の突合せ部に直交する断面において、互いに熱影響を回避できるオフセット量を隔ててオフセットした複数の突合せ部と、隣接する前記突合せ部を連結し表面又は裏面に平行に延びる境界面と、を準備し、
各突合せ部を、それぞれ突合せ溶接して、継手性能を維持可能な許容厚を有する複数の突合せ溶接継手を形成する、ことを特徴とする極厚鋼板の突合せ溶接方法が提供される。
第1極厚鋼板又は第2極厚鋼板が、単一の前記極厚鋼板であり、
前記第1極厚鋼板と前記第2極厚鋼板の突合せ部に直交する断面において、互いに熱影響を回避できるオフセット量を隔ててオフセットした複数の突合せ部と、隣接する前記突合せ部を連結し表面又は裏面に平行に延びる境界面と、を準備し、
各突合せ部を、それぞれ突合せ溶接して、継手性能を維持可能な許容厚を有する複数の突合せ溶接継手を形成する、ことを特徴とする極厚鋼板の突合せ溶接方法が提供される。
Claims (8)
- 板厚が70mmを超える極厚鋼板の突合せ溶接構造であって、
第1極厚鋼板と第2極厚鋼板の突合せ部に直交する断面において、互いに熱影響を回避できるオフセット量を隔ててオフセットした複数の突合せ溶接継手と、隣接する前記突合せ溶接継手を連結し表面又は裏面に平行に延びる境界面と、を有し、
各突合せ溶接継手は、それぞれ突合せ溶接時の継手性能を維持可能な許容厚を有する、ことを特徴とする極厚鋼板の突合せ溶接構造。 - 前記第1極厚鋼板と前記第2極厚鋼板は、それぞれ単一の極厚鋼板であり、
前記第1極厚鋼板は、前記許容厚の板厚を有する第1先端部と、前記第1先端部の末端に位置し前記許容厚に相当する段差を有する第1段差部と、を有し、
前記第2極厚鋼板は、前記第1先端部の板厚に相当する段差を有する第2段差部と、前記第1段差部の段差に相当する厚さを有する第2先端部と、を有し、
前記突合せ溶接継手は、前記第1先端部と前記第2段差部を表側から突合せ溶接した表側溶接部と、前記第1段差部と前記第2先端部を裏側から突合せ溶接した裏側溶接部と、を有する、ことを特徴とする請求項1に記載の極厚鋼板の突合せ溶接構造。 - 前記第1極厚鋼板と前記第2極厚鋼板は、前記許容厚の3倍以上の板厚と、前記板厚から前記許容厚の2倍を減算した段差を有する1以上の余厚部と、を有し、
さらに、前記第1極厚鋼板と前記第2極厚鋼板の各余厚部に両端が突合せ溶接され、板厚が前記許容厚の1以上の補助鋼板を有する、ことを特徴とする請求項2に記載の極厚鋼板の突合せ溶接構造。 - 前記第1極厚鋼板と前記第2極厚鋼板は、それぞれ板厚が前記許容厚の複数の鋼板からなり、
前記突合せ溶接継手は、前記複数の鋼板をそれぞれ突合せ溶接した複数の突合せ溶接部を有する、ことを特徴とする請求項1に記載の極厚鋼板の突合せ溶接構造。 - 前記第1極厚鋼板は、単一の極厚鋼板であり、
前記第1極厚鋼板は、前記許容厚の板厚を有する第1先端部と、前記第1先端部の末端に位置し前記許容厚に相当する段差を有する第1段差部と、を有し、
前記第2極厚鋼板は、板厚が許容厚の2枚の鋼板を有し、
前記突合せ溶接継手は、前記第1先端部と前記鋼板の一方を表側から突合せ溶接した表側溶接部と、前記第1段差部と前記鋼板の他方を裏側から突合せ溶接した裏側溶接部と、を有する、ことを特徴とする請求項1に記載の極厚鋼板の突合せ溶接構造。 - 前記第1極厚鋼板は、前記許容厚の3倍以上の板厚と、前記板厚から前記許容厚の2倍を減算した段差を有する1以上の余厚部と、を有し、
前記第2極厚鋼板は、さらに、各余厚部と突き合わせ溶接され、板厚が前記許容厚の1以上の鋼板を有する、ことを特徴とする請求項5に記載の極厚鋼板の突合せ溶接構造。 - 前記オフセット量の最小値は、隣接する前記突合せ溶接継手の板厚の和の40%以上、50%以上、又は2枚の板厚の最大値以上である、ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の極厚鋼板の突合せ溶接構造。
- 板厚が70mmを超える極厚鋼板の突合せ溶接方法であって、
第1極厚鋼板と第2極厚鋼板の突合せ部に直交する断面において、互いに熱影響を回避できるオフセット量を隔ててオフセットした複数の突合せ部と、隣接する前記突合せ部を連結し表面又は裏面に平行に延びる境界面と、を準備し、
各突合せ部を、それぞれ突合せ溶接して、継手性能を維持可能な許容厚を有する複数の突合せ溶接継手を形成する、ことを特徴とする極厚鋼板の突合せ溶接方法。
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