JP2018030143A - Welding method, manufacturing method of weld joint, and weld joint - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鋼構造物の破壊強度を向上させる鋼材の溶接方法、溶接継手の製造方法および溶接継手に関する。 The present invention relates to a steel material welding method, a welded joint manufacturing method, and a welded joint that improve the fracture strength of a steel structure.
船舶、海洋構造物、橋梁等の鋼構造物は、鋼材や溶接部に存在する亀裂等の欠陥が疲労等で成長して許容長さを超えると、想定内の負荷荷重、即ち設計荷重以下の負荷荷重であっても脆性破壊を起こす。また時には、許容長さ以下の小さい欠陥であっても、想定外の負荷荷重、即ち設計荷重を超える荷重が加わると、同様に、脆性破壊を起こす。 Steel structures such as ships, offshore structures, bridges, etc., when defects such as cracks in steel materials and welds grow due to fatigue and exceed the allowable length, that is, less than the expected load, that is, the design load or less. Even under load, brittle fracture occurs. In some cases, even if the defect is smaller than the allowable length, if an unexpected load, that is, a load exceeding the design load, is applied, brittle fracture similarly occurs.
そこで、従来より、構造物の製造時にやむなく入り込む欠陥については、検査によって見出し、補修を施すことにより欠陥を無くすようにしているが、小さな欠陥を検出することは容易ではなく、一部小さな欠陥が残ってしまうことが避けられない。 Therefore, conventionally, defects that inevitably enter during the manufacture of structures are found by inspection and repaired to eliminate the defects, but it is not easy to detect small defects, and some small defects are found. It is inevitable that it will remain.
また、製造時に欠陥が残っていない場合でも、鋼構造物は年数を経ると疲労現象によって欠陥が生じ、時々刻々と成長していく。 Even if no defects remain at the time of manufacture, the steel structure becomes defective due to the fatigue phenomenon over the years and grows from moment to moment.
一方、今日、過去の破壊例や構造応力の解析法が発達したことにより、鋼構造物における脆性破壊位置を予測することが可能になってきており、この予測される脆性破壊位置で脆性破壊が実際に発生することを防止するために、鋼材板厚を増したり補強部材を補足したりして単位面積当たりの応力を低減することや、鋼材や溶接金属の靭性を高めることが行われている。 On the other hand, with the development of past failure examples and structural stress analysis methods, it is now possible to predict the location of brittle fracture in steel structures. In order to prevent actual occurrence, the stress per unit area is reduced by increasing the steel plate thickness or supplementing the reinforcing member, and the toughness of the steel or weld metal is increased. .
即ち、存在する欠陥の大きさ、欠陥を拡大させる荷重、欠陥の拡大を抑える材料の靭性値などの因子を考慮した構造設計が行われている。 That is, structural design is performed in consideration of factors such as the size of existing defects, the load for expanding the defects, and the toughness value of the material that suppresses the expansion of the defects.
また、既設の鋼構造物に対しても、脆性破壊の防止のために定期検査を頻繁に行い、欠陥の長さが限界許容長さを超して脆性破壊へ移行する前に補修を行っているが、膨大な補修費用が必要になるという問題がある。そして、欠陥に負荷される応力を低減するための鋼材の厚さ増や、応力集中を低減させるための部材の補足は、鋼構造物の重量増を来たすため、船舶等の輸送用鋼構造物においては燃費等の低下だけでなく、材料コストの増加も招いている。 In addition, regular inspections are also performed on existing steel structures to prevent brittle fracture, and repairs are performed before the length of the defect exceeds the limit allowable length and shifts to brittle fracture. However, there is a problem that enormous repair costs are required. And the increase in the thickness of the steel material to reduce the stress applied to the defects and the supplement of the member to reduce the stress concentration will increase the weight of the steel structure. In addition to a decrease in fuel consumption, the material cost also increases.
そこで、このような問題を解決するため、この５０年間、鋼の高純度化やミクロ組織の改善により鋼材や溶接材料（以下、単に「溶材」ともいう）の靭性値を向上させることが重点的に行われている（例えば特許文献１〜４参照）。
Therefore, in order to solve such problems, it is important to improve the toughness value of steel and welding materials (hereinafter also simply referred to as “melting material”) by improving the purity of the steel and improving the microstructure over the past 50 years. (For example, see
しかし、これらの技術も頭打ちの状態にあるのが現状であり、鋼構造物の脆性破壊の防止に対して、さらなる技術改良が求められている。特に鋼構造物の最弱部である溶接部の脆性破壊を防止することが求められている。 However, at present, these technologies are also at the peak, and further technical improvements are required for preventing brittle fracture of steel structures. In particular, it is required to prevent brittle fracture of the welded portion, which is the weakest part of the steel structure.
本発明は、溶接部の欠陥からの亀裂成長を飛躍的に抑制し、鋼構造物の脆性破壊を十分に防止することを可能とする溶接技術を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a welding technique that can remarkably suppress crack growth from defects in a welded portion and sufficiently prevent brittle fracture of a steel structure.
本発明者は、上記の課題を解決するため鋭意検討を行った結果、以下に記載する発明により上記の課題が解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor has found that the above problems can be solved by the invention described below, and has completed the present invention.
請求項１に記載の発明は、
通常溶接材料を用いて部材と部材とが溶接された既設の鋼構造物において、溶接欠陥あるいは割れが発生しやすい溶接箇所、または既に亀裂が発生している溶接箇所、もしくは将来亀裂が発生すると予測される溶接箇所の表面に、マルテンサイト変態開始点が４００℃以下の低変態温度溶接材料を用いて、前記溶接箇所の亀裂の成長方向に対して交差する方向に、肉盛溶接により溶接ビードを形成することを特徴とする溶接方法である。
The invention described in
In existing steel structures where members are usually welded using welding materials, it is predicted that weld defects or cracks that are likely to occur, welds that have already cracked, or future cracks will occur. A weld bead is formed by overlay welding in a direction intersecting the crack growth direction of the welded portion, using a low transformation temperature welding material having a martensite transformation start point of 400 ° C. or less on the surface of the welded portion to be welded. It is the welding method characterized by forming.
請求項２に記載の発明は、
部材と部材とを通常溶接材料を用いて溶接した後、溶接欠陥あるいは割れが発生しやすい溶接箇所、または既に亀裂が発生している溶接箇所、もしくは将来亀裂が発生すると予測される溶接箇所の表面に、マルテンサイト変態開始点が４００℃以下の低変態温度溶接材料を用いて、前記溶接箇所の亀裂の成長方向に対して交差する方向に、肉盛溶接により溶接ビードを形成することを特徴とする溶接方法である。
The invention described in
The surface of a welded spot where a weld defect or crack is likely to occur after welding the parts to each other using normal welding materials, or where a crack has already occurred, or where a future crack is expected to occur In addition, using a low transformation temperature welding material having a martensite transformation start point of 400 ° C. or lower, a weld bead is formed by overlay welding in a direction intersecting the crack growth direction of the welded portion. It is a welding method to do.
請求項３に記載の発明は、
前記溶接ビードの形成を、前記部材の一面または両面で行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の溶接方法である。
The invention according to
The welding method according to
請求項４に記載の発明は、
前記溶接箇所の亀裂の成長方向に対して交差する方向が、９０±３０°の範囲内の方向であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の溶接方法である。
The invention according to claim 4
4. The welding method according to
請求項５に記載の発明は、
前記溶接箇所の亀裂の成長方向に対して交差する方向が、略垂直であることを特徴とする請求項４に記載の溶接方法である。
The invention described in
The welding method according to claim 4, wherein a direction intersecting with a crack growth direction of the welded portion is substantially vertical.
請求項６に記載の発明は、
前記溶接ビードを、一方から他方へ向けて一方向に形成することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の溶接方法である。
The invention described in claim 6
The welding method according to any one of
請求項７に記載の発明は、
運棒法にウィービング法を用いて前記溶接ビードを形成することを特徴とする請求項６に記載の溶接方法である。
The invention described in claim 7
The welding method according to claim 6, wherein the welding bead is formed by using a weaving method as a moving rod method.
請求項８に記載の発明は、
複数の部材を溶接して鋼構造物を構成する溶接継手の製造方法であって、
前記部材同士を通常溶接材料を用いて溶接した後、
溶接欠陥あるいは割れが発生しやすい溶接箇所、または既に亀裂が発生している溶接箇所、もしくは将来亀裂が発生すると予測される溶接箇所の表面に、マルテンサイト変態開始点が４００℃以下の低変態温度溶接材料を用いて、前記溶接箇所の亀裂の成長方向に対して交差する方向に、肉盛溶接により溶接ビードを形成することを特徴とする溶接継手の製造方法である。
The invention according to claim 8 provides:
A method for manufacturing a welded joint for welding a plurality of members to constitute a steel structure,
After welding the members together using a normal welding material,
Low transformation temperature with a martensite transformation start point of 400 ° C. or lower on the surface of a welded part that is prone to weld defects or cracks, a welded part that has already cracked, or a welded part that is predicted to crack in the future A method for manufacturing a welded joint is characterized in that a weld bead is formed by build-up welding in a direction intersecting with the crack growth direction of the welded portion using a welding material.
請求項９に記載の発明は、
複数の部材が溶接されて鋼構造物を構成する溶接継手であって、
前記部材同士が溶接された溶接箇所には通常溶接材料が使用されており、
溶接欠陥あるいは割れが発生しやすい溶接箇所、または既に亀裂が発生している溶接箇所、もしくは将来亀裂が発生すると予測される溶接箇所の表面に、マルテンサイト変態開始点が４００℃以下の低変態温度溶接材料を用いて肉盛溶接された溶接ビードが、前記溶接箇所の亀裂の成長方向に対して交差する方向に設けられていることを特徴とする溶接継手である。
The invention according to claim 9 is:
A welded joint in which a plurality of members are welded to form a steel structure,
Usually, a welding material is used in a welding portion where the members are welded to each other,
Low transformation temperature with a martensite transformation start point of 400 ° C. or lower on the surface of a welded part that is prone to weld defects or cracks, a welded part that has already cracked, or a welded part that is predicted to crack in the future The weld bead welded with a welding material is provided in a direction intersecting with the crack growth direction of the welded portion.
請求項１０に記載の発明は、
前記部材として第１と第２の２枚の平板を備え、前記２枚の平板が互いの端面同士が通常溶接材料で突合せ溶接されて平板状をなしていると共に、
前記平板の面上に、肉盛溶接された前記溶接ビードが、前記突合せ溶接の溶接ビードに対して交差する方向に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の溶接継手である。
The invention according to claim 10 is:
The first and second flat plates are provided as the member, and the two flat plates are butt welded to each other with a normal welding material to form a flat plate shape.
The weld joint according to claim 9, wherein the weld bead welded on the surface of the flat plate is provided in a direction intersecting the weld bead of the butt welding.
請求項１１に記載の発明は、
断面Ｔ字状で、前記部材として、第１、第２および第３の３枚の平板を備え、
第１と第２の平板は端面で突合せ溶接されて平板状をなしており、
第３の平板は、第１と第２の平板がなす平板の一方の面上に前記面に対して垂直で、第１と第２の平板を跨ぎ、前記突合せ溶接の溶接ビードに対して垂直方向に隅肉溶接されており、
前記突合せ溶接の溶接ビードと前記第３の平板とを跨いで、肉盛溶接された前記溶接ビードが、前記隅肉溶接の溶接ビードに対して交差する方向に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の溶接継手である。
The invention according to
It has a T-shaped cross section, and comprises three flat plates as first, second and third as the member,
The first and second flat plates are butt welded at the end faces to form a flat plate shape,
The third flat plate is perpendicular to the surface on one surface of the flat plate formed by the first and second flat plates, straddles the first and second flat plates, and perpendicular to the weld bead of the butt welding. Fillet welded in the direction,
The weld bead welded so as to straddle the butt weld bead and the third flat plate is provided in a direction intersecting the fillet weld weld bead. A welded joint according to claim 9.
請求項１２に記載の発明は、
第１の平板と第２の平板とが突き合わせ溶接されている第１部材と、
第３の平板と第４の平板とが突き合わせ溶接されている第２部材とを備え、
前記第１の部材に対して前記第１の部材の溶接ビードに直交する方向に、前記第２の部材が垂直に隅肉溶接されており、
前記隅肉溶接の溶接ビード上に、肉盛溶接された前記溶接ビードが、前記第１の平板および前記第２の平板同士の突合せ溶接の溶接ビードおよび前記第３の平板および前記第４の平板同士の突合せ溶接の溶接ビードに対して交差する方向に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の溶接継手である。
The invention according to
A first member in which the first flat plate and the second flat plate are butt welded;
A second member in which the third flat plate and the fourth flat plate are butt-welded,
The second member is vertically fillet welded in a direction perpendicular to the weld bead of the first member with respect to the first member;
The weld bead welded on the fillet weld bead is a butt weld weld bead between the first flat plate and the second flat plate, the third flat plate, and the fourth flat plate. The weld joint according to claim 9, wherein the weld joint is provided in a direction intersecting with a weld bead of butt welding between each other.
請求項１３に記載の発明は、
円筒状で、前記部材として、外径および内径が同じ第１の円筒と第２の円筒の２個の円筒を備え、
前記２個の円筒は、側面に長手方向に沿って突合せ溶接された継ぎ目を有し、
前記継ぎ目の溶接ビードが合致しないようにして、前記第１の円筒と前記第２の円筒が端面で突合せ溶接されており、
前記端面における突合せ溶接の溶接ビードの外周面側に、肉盛溶接された前記溶接ビードが、前記継ぎ目の溶接の溶接ビートに対して交差する方向に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の溶接継手である。
The invention according to
The cylinder has two cylinders, a first cylinder and a second cylinder, having the same outer diameter and inner diameter as the member,
The two cylinders have a seam butt welded along the longitudinal direction on the side surface;
The first cylinder and the second cylinder are butt welded at the end faces so that the weld bead of the seam does not match,
The weld bead welded on the outer peripheral surface side of the butt weld weld bead at the end face is provided in a direction intersecting the weld beat of the seam weld. It is a welded joint as described in above.
請求項１４に記載の発明は、
円筒状で、前記部材として、外径および内径が同じ第１の円筒と第２の円筒の２個の円筒を備え、
前記２個の円筒は、側面に長手方向に沿って突合せ溶接された継ぎ目を有し、
前記継ぎ目の溶接ビードが合致しないようにして、前記第１の円筒と前記第２の円筒が端面で突合せ溶接されており、
円筒の外周面側に、前記第１の円筒と前記第２の円筒の前記継ぎ目の溶接ビードとを跨いで、肉盛溶接された前記溶接ビードが前記端面の突合せ溶接の溶接ビードに対して交差する方向に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の溶接継手である。
The invention according to
The cylinder has two cylinders, a first cylinder and a second cylinder, having the same outer diameter and inner diameter as the member,
The two cylinders have a seam butt welded along the longitudinal direction on the side surface;
The first cylinder and the second cylinder are butt welded at the end faces so that the weld bead of the seam does not match,
On the outer peripheral surface side of the cylinder, the weld bead that is welded over the weld bead of the seam of the first cylinder and the second cylinder intersects the weld bead of the butt welding of the end face The welded joint according to claim 9, wherein the welded joint is provided in a direction in which the welded joint is formed.
請求項１５に記載の発明は、
平板の一方の面上に前記面に対して垂直で、かつ前記平板の長手方向に梁が隅肉溶接された断面Ｔ字状の部材を２個備え、
２個の部材の端面同士で突合せ溶接され、
前記２個の部材は、前記端面で一方の部材が他方の部材に対して前記梁が設けられていない側に所定の角度で屈折しており、
前記梁が隅肉溶接されていない面上の前記梁の真裏の部分において、肉盛溶接された前記溶接ビードが、２枚の平板の突合せ溶接の溶接ビードに対して交差する方向に前記２枚の平板を跨いで設けられていることを特徴とする請求項９に記載の溶接継手である。
The invention according to claim 15 is:
Two members each having a T-shaped cross section, which is perpendicular to the surface on one surface of the flat plate and in which a beam is fillet welded in the longitudinal direction of the flat plate,
Butt welded between the end faces of two members,
The two members are refracted at a predetermined angle on one side of the end face on the side where the beam is not provided with respect to the other member,
In the portion directly behind the beam on the surface where the beam is not fillet welded, the weld bead welded welded in the direction intersecting the weld bead of butt welding of two flat plates The welded joint according to claim 9, wherein the welded joint is provided across a flat plate.
本発明によれば、溶接部の欠陥からの亀裂成長を飛躍的に抑制し、鋼構造物の脆性破壊を十分に防止することを可能とする溶接技術を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the crack technique from the defect of a welding part can be suppressed dramatically, and the welding technique which makes it possible to fully prevent the brittle fracture of a steel structure can be provided.
以下、本発明を実施の形態に基づいて、図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments with reference to the drawings.
１．本発明の背景となる技術
最初に、本発明の背景となる技術について説明する。
1. Technology as the Background of the Present Invention First, the technology as the background of the present invention will be described.
本発明者は、上記した欠陥（亀裂）の発生と成長の大きな要因である引張応力に対して材料の靭性を高めることで対処するという従来技術が現状頭打ちの状態にあることに鑑み、従来技術から発想を一転させて、部材と部材との溶接箇所に掛かる引張応力を実質的に低減させることにより、鋼構造物の脆性破壊を防止するという考えに切り替えた。 In view of the fact that the conventional technology of dealing with the above-described defect (crack) generation and growth by increasing the toughness of the material against the tensile stress is a current state of the art The idea was changed from the above to change the idea of preventing brittle fracture of the steel structure by substantially reducing the tensile stress applied to the welded part between the members.
即ち、部材と部材とが溶接されて構成される鋼構造物で、既に亀裂が発生している溶接箇所においては引張応力により亀裂が成長し、また、将来亀裂が発生すると予測される溶接箇所においては引張応力により亀裂が発生、成長していくことが分かっている。このため、この溶接箇所に掛かる引張応力を実質的に低減させることができれば、脆性破壊への抵抗性が向上して、亀裂の発生や成長を抑制することができる。 That is, in a steel structure constructed by welding members to each other, in a welded part where a crack has already occurred, a crack grows due to tensile stress, and in a welded part where a crack is predicted to occur in the future Is known to crack and grow due to tensile stress. For this reason, if the tensile stress applied to the welded portion can be substantially reduced, the resistance to brittle fracture can be improved, and the generation and growth of cracks can be suppressed.
（１）ＬＴＴ溶材
そして、このような引張応力の低減を図ることができる材料として、本発明者は、マルテンサイト変態を開始する温度（「Ｍｓ温度」）が低い溶接材料（以下、低変態温度溶接材料、Ｌｏｗ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ：ＬＴＴ溶材という）に着目した。
(1) LTT melt As a material capable of reducing such tensile stress, the present inventor has developed a welding material (hereinafter referred to as a low transformation temperature) having a low temperature for starting martensitic transformation (“Ms temperature”). The welding material, Low Transformation Temperature (referred to as LTT melt) was noted.
このＬＴＴ溶材は、溶接後の冷却過程において発生するマルテンサイト変態膨張を活用して圧縮残留応力を生じさせる溶接材料であるが、あまりにもシャルピーの衝撃吸収エネルギー値が低いことに加えて、Ｍｓ温度を下げるため溶材合金成分が高成分の溶接金属になり、溶接割れを伴う危険があると考えられていたため、鋼構造物を構成する部材を製造するための溶接材料としての使用は、従来、考えられていなかった。 This LTT molten material is a welding material that produces a compressive residual stress by utilizing the martensitic transformation expansion that occurs in the cooling process after welding. In addition to the low shock absorption energy value of Charpy, the Ms temperature Therefore, it has been thought that the use as a welding material for manufacturing the members constituting steel structures has been considered in the past. It was not done.
しかし、本発明者が種々の実験を行ったところ、このＬＴＴ溶材を用いた溶接の場合、溶接割れを伴わず、溶接箇所に約−５００ＭＰａという極めて大きな圧縮残留応力を形成させることが可能であることが分かった。この結果に基づいて、本発明者は、このような大きな圧縮残留応力を形成可能なＬＴＴ溶材を、引張応力を低減させて亀裂の発生や成長を抑制する材料として適用できないかと考えた。 However, when the present inventor conducted various experiments, in the case of welding using this LTT molten material, it is possible to form a very large compressive residual stress of about −500 MPa in the welded portion without welding cracks. I understood that. Based on this result, the present inventor considered whether such an LTT molten material capable of forming a large compressive residual stress could be applied as a material that reduces the tensile stress and suppresses the generation and growth of cracks.
そして、さらに実験を行ったところ、このＬＴＴ溶材による大きな圧縮残留応力の形成は特定の溶接方向に限られることが分かった。この結果に基づいて、本発明者は、この大きな圧縮残留応力が形成される方向が引張応力の掛かる方向に対応するように、ＬＴＴ溶材の溶接ビードを設けた場合、大きな圧縮残留応力が引張応力を低減させて、亀裂の発生や成長を抑制することができると考えた。 When further experiments were conducted, it was found that the formation of a large compressive residual stress by this LTT melt was limited to a specific welding direction. Based on this result, the present inventor found that when the weld bead of the LTT melt was provided so that the direction in which this large compressive residual stress was formed corresponds to the direction in which the tensile stress is applied, the large compressive residual stress is It was thought that the occurrence of cracks and the growth could be suppressed.
ここで、上記したＬＴＴ溶材による圧縮残留応力と溶接ビードの形成方向に関する実験について、図１および図２を用いて説明する。本実験においては、ＬＴＴ溶材にＭｓ点が約２００℃の１０％Ｃｒ−１０％Ｎｉ鋼成分の材料を、通常溶接材料（通常溶材）にＭｓ点が約５００℃の一般市販材料を使用して、種々の長さで溶接ビードを形成させた後、各溶接ビードにおける残留応力を測定した。なお、ここで、通常溶接材料（通常溶材）とは、一般に市販されている高張力鋼用の溶接材料をいう。 Here, the experiment regarding the compression residual stress by the above-mentioned LTT molten material and the formation direction of a weld bead is demonstrated using FIG. 1 and FIG. In this experiment, a 10% Cr-10% Ni steel component material having an Ms point of about 200 ° C. was used for the LTT material, and a general commercially available material having an Ms point of about 500 ° C. was used for the normal welding material (usually a molten material). After forming the weld beads with various lengths, the residual stress in each weld bead was measured. Here, the normal welding material (normally molten material) refers to a welding material for high-tensile steel that is generally commercially available.
図１は、図２に示すように、２０ｍｍ厚鋼板の中央に溶接ビードを置いた時の各溶接ビードにおける溶接長と残留応力との関係を示す図であり、図２は形成した溶接ビードを示す図である。なお、残留応力の測定に際しては、図２に示すｘ方向（溶接ビードの長手方向）、ｙ方向（溶接ビードの幅方向）の２方向で行い、測定結果を図１にσｘ、σｙとして示している。 FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the weld length and residual stress in each weld bead when a weld bead is placed in the center of a 20 mm thick steel plate as shown in FIG. 2, and FIG. 2 shows the formed weld bead. FIG. The residual stress was measured in two directions, the x direction (longitudinal direction of the weld bead) and the y direction (width direction of the weld bead) shown in FIG. 2, and the measurement results are shown as σx and σy in FIG. Yes.
図１より、通常溶材では溶接長が長くなっても、ｘ方向、ｙ方向のいずれも残留応力は０より小さくなり難く、残留応力が引張応力であることが分かる。これに対して、ＬＴＴ溶材では、ｙ方向の残留応力は０より大きく引張応力であるのに対して、ｘ方向の残留応力は０より小さく圧縮残留応力となっていることが分かる。また、ＬＴＴ溶材では、溶接長が長くなるにつれて圧縮残留応力が大きくなっていることが分かる。そして、３００ｍｍの溶接長では、前記した約−５００ＭＰａという極めて大きな圧縮残留応力が形成されていることが分かる。 From FIG. 1, it can be seen that even if the weld length is increased in the normal molten material, the residual stress is hardly smaller than 0 in both the x direction and the y direction, and the residual stress is a tensile stress. On the other hand, in the LTT molten material, the residual stress in the y direction is larger than 0 and is a tensile stress, whereas the residual stress in the x direction is smaller than 0 and becomes a compressive residual stress. Moreover, in the LTT molten material, it turns out that compressive residual stress becomes large as the welding length becomes long. Then, it can be seen that an extremely large compressive residual stress of about −500 MPa is formed at a weld length of 300 mm.
この結果より、ＬＴＴ溶材の溶接ビードを、引張応力の掛かる方向に対応する方向（亀裂の成長方向に対応）に対して垂直方向に形成させた場合、ＬＴＴ溶材により形成された大きな圧縮残留応力が引張応力を低減させることができると期待できることが分かった。 From this result, when the weld bead of the LTT molten material is formed in a direction perpendicular to the direction (corresponding to the growth direction of the crack) corresponding to the direction in which the tensile stress is applied, the large compressive residual stress formed by the LTT molten material is It was found that the tensile stress can be reduced.
ＬＴＴ溶材を使用して、上記のような大きな圧縮残留応力を得るためには、通常溶材のＭｓ温度を低下させるために、ＮｉやＣｒ等の合金成分を添加して、マルテンサイトを多く生成させ、変態膨張量、即ち変位を大きくすることが必要であるが、Ｍｓ温度の低下はその一方で、溶材合金成分の増加を伴うため、高温割れや低温割れが増加し、これらの割れが破壊起点となって応力が集中するため、破壊靭性値が不足し、その結果、前記したように、鋼構造物を構成する部材を製造するための溶接材料としては不適切であると考えられていた。 In order to obtain a large compressive residual stress as described above by using an LTT melt, an alloy component such as Ni or Cr is usually added to reduce the Ms temperature of the melt and a large amount of martensite is generated. It is necessary to increase the transformation expansion amount, that is, the displacement, but the decrease in the Ms temperature, on the other hand, is accompanied by an increase in the composition of the molten alloy, so that hot cracks and cold cracks increase, and these cracks are Since the stress is concentrated, the fracture toughness value is insufficient, and as a result, as described above, it has been considered inappropriate as a welding material for manufacturing a member constituting a steel structure.
そして、実験を行ったところ、後述する実施例に示すように、亀裂の成長方向に対して垂直方向にＬＴＴ溶材を肉盛溶接して溶接ビードを形成した場合には、靱性に劣るＬＴＴ溶材を使用しているにも拘らず、鋼構造物を構成する部材の靱性が向上し、耐脆性が向上するという驚くべき結果を得ることができ、本発明を完成するに至った。 And when an experiment was conducted, as shown in the examples described later, when the weld bead was formed by overlay welding the LTT melt in a direction perpendicular to the growth direction of the crack, the LTT melt poor in toughness was used. Despite being used, the surprising result that the toughness of the members constituting the steel structure is improved and the brittleness resistance is improved can be obtained, and the present invention has been completed.
次に、本発明において好ましく使用できるＬＴＴ溶材について説明する。具体的には、本発明においてはＭｓ温度が４００℃以下であるＬＴＴ溶材を使用する。 Next, the LTT melt which can be preferably used in the present invention will be described. Specifically, in the present invention, an LTT molten material having an Ms temperature of 400 ° C. or lower is used.
図３はＬＴＴ溶材の一例および通常溶材の一例における変位と温度の関係の一例を説明する図であり、縦軸は変位（μｍ）、横軸は温度（℃）である。また、ＬＴＴ溶材、通常溶材をそれぞれ実線および破線で示している。そして、図４は図３からＬＴＴ溶材だけを抜き出して示した図である。 FIG. 3 is a diagram for explaining an example of the relationship between displacement and temperature in an example of an LTT melt and an example of a normal melt, in which the vertical axis represents displacement (μm) and the horizontal axis represents temperature (° C.). Moreover, the LTT molten material and the normal molten material are shown by a solid line and a broken line, respectively. And FIG. 4 is the figure which extracted and showed only the LTT molten material from FIG.
図３に示すように、ＬＴＴ溶材は、冷却の過程で、一般的に約４００℃以下のＭｓ温度以下で変位が減少から増大、即ち収縮から膨張に転じ、十分な大きさの変態膨張量が得られている。しかし、Ｍｓ温度が５０℃以下の場合、室温までの膨張量が小さく、変態の効果が少なくなる。 As shown in FIG. 3, during the cooling process, the LTT molten material generally has a transformation expansion amount from a decrease to an increase, that is, from a contraction to an expansion at an Ms temperature of about 400 ° C. or less, and a sufficiently large transformation expansion amount. Has been obtained. However, when the Ms temperature is 50 ° C. or lower, the amount of expansion to room temperature is small, and the effect of transformation is reduced.
一方、通常溶材では図３に示すように４００℃以下での膨張は認められず、圧縮応力の形成が期待できない。これに対して、図４に示すように、ＬＴＴ溶材では約１７０℃のＭｓ温度で変態膨張が開始しており、使用環境温度で膨張量が略ピークに達している。このように、ＬＴＴ溶材が置かれる使用環境温度で膨張がピークに達するようにすると最も大きな圧縮応力が得られるため好ましい。 On the other hand, as shown in FIG. 3, in the normal molten material, expansion at 400 ° C. or lower is not recognized, and formation of compressive stress cannot be expected. On the other hand, as shown in FIG. 4, in the LTT melt, transformation expansion starts at an Ms temperature of about 170 ° C., and the expansion amount reaches a substantially peak at the use environment temperature. Thus, when the expansion reaches a peak at the use environment temperature where the LTT molten material is placed, it is preferable because the largest compressive stress can be obtained.
このように、使用環境温度で膨張がピークに達するようなＬＴＴ溶材として、図４に示すように変位が温度変化する１０％Ｃｒ＋１０％Ｎｉ鋼成分の材料を挙げることができる。なお、高価な１０％Ｃｒ＋１０％Ｎｉ鋼成分の材料に替えて、図６に示すように変位が小さく温度変化する安価な６％Ｍｎ鋼成分の材料を使用して、小さいなりの変位を利用することもできる。 As described above, as an LTT molten material whose expansion reaches a peak at the use environment temperature, a material of 10% Cr + 10% Ni steel component whose displacement changes in temperature as shown in FIG. 4 can be exemplified. In place of the expensive 10% Cr + 10% Ni steel component material, as shown in FIG. 6, an inexpensive 6% Mn steel component material having a small displacement and temperature change is used, and a smaller displacement is utilized. You can also.
図６はＬＴＴ溶材と通常溶材のシャルピー衝撃吸収エネルギーと温度との関係を示す図であり、図７は延性破面率と温度との関係を示す図である。図６、図７の縦軸はそれぞれシャルピー衝撃吸収エネルギー（Ｊ）、延性破面率（％）であり、横軸はどちらも温度（℃）である。 FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the Charpy impact absorption energy and the temperature of the LTT melt and the normal melt, and FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the ductile fracture surface ratio and the temperature. The vertical axes in FIGS. 6 and 7 are the Charpy impact absorption energy (J) and the ductile fracture surface ratio (%), respectively, and the horizontal axes are both the temperature (° C.).
図６に示すようにＬＴＴ溶材はシャルピー衝撃吸収エネルギーが小さく、例えばハンマーによる打撃のような衝撃に対して弱い。しかし、図７に示すように−４０℃以下の低温において、延性破面率が通常溶材よりもはるかに大きいため、引張応力が加わる状況下においては耐脆性破壊に優れることを示している。具体的には−８０℃において５０％の延性破面率を呈することが好ましいが、ＬＴＴ溶材の場合は９０％を超えている。 As shown in FIG. 6, the LTT melt has a small Charpy impact absorption energy, and is weak against an impact such as a hammer hit. However, as shown in FIG. 7, since the ductile fracture surface ratio is much larger than that of a normal molten material at a low temperature of −40 ° C. or lower, it shows excellent resistance to brittle fracture under a situation where tensile stress is applied. Specifically, it is preferable to exhibit a ductile fracture surface ratio of 50% at −80 ° C., but in the case of an LTT melt, it exceeds 90%.
このようなＬＬＴ溶材を用いることにより、圧縮残留応力により亀裂に加わる引張荷重を低減し、亀裂の発生および成長を抑制することができる。 By using such an LLT molten material, the tensile load applied to the crack by the compressive residual stress can be reduced, and the generation and growth of the crack can be suppressed.
（２）通常溶材との組み合わせ
上記知見に基づき、本発明者は、部材と部材の溶接に際しては通常溶材を用いることにより、割れがなく、延性や耐脆性に優れた溶接部を形成した上で、ＬＴＴ溶材を用いて肉盛溶接することにより、大きな圧縮残留応力を形成させることを考えた。
(2) Combination with normal molten material Based on the above findings, the present inventor used a normal molten material for welding the member to form a welded portion having no cracking and excellent ductility and brittleness resistance. It was considered to form a large compressive residual stress by overlay welding using a LTT molten material.
即ち、通常溶材による延性や耐脆性と、ＬＴＴ溶材による大きな圧縮残留応力とによって、割れ解消と大きな圧縮残留応力の形成という２つの課題を解決して、鋼構造物における亀裂の発生や成長へ十分に抵抗させて、脆性破壊を防止することができると考えた。 In other words, the ductility and brittleness resistance due to the normal molten material and the large compressive residual stress due to the LTT molten material solve the two problems of crack elimination and the formation of large compressive residual stress, which is sufficient for the generation and growth of cracks in steel structures. It was thought that brittle fracture could be prevented by resisting
具体的には、破壊起点箇所は応力集中部であるので、他の場所と同じく、部材と部材の溶接には従来と同様に通常溶材を使用して溶接し、割れ問題の発生を避けて、延性や耐脆性に優れた溶接部（通常溶材層）を作成する。そして、作成された通常溶材層の上にＬＴＴ溶材を使用して、ＬＴＴ溶材（低変態温度溶接材料）の溶接ビードを、引張応力の掛かる方向に対応する方向（亀裂の成長方向に対応）に対して垂直方向に肉盛溶接して、大きな圧縮残留応力が形成される溶接部（ＬＴＴ溶材層）を形成させる。 Specifically, since the fracture starting point is a stress concentration part, as in other places, welding is usually performed using a normal material as in the past to avoid the occurrence of cracking problems. Create a weld zone (usually a melt layer) with excellent ductility and brittleness resistance. Then, using the LTT molten material on the created normal molten material layer, the weld bead of the LTT molten material (low transformation temperature welding material) is in the direction corresponding to the direction in which the tensile stress is applied (corresponding to the growth direction of the crack). On the other hand, build-up welding is performed in the vertical direction to form a welded portion (LTT molten material layer) in which a large compressive residual stress is formed.
これにより、延性や耐脆性に優れた溶接部の上に、大きな圧縮残留応力を形成させることができるため、引張応力を低減させて、溶接部の欠陥からの亀裂成長を飛躍的に抑制し、鋼構造物の脆性破壊を十分に防止することができる。 Thereby, since a large compressive residual stress can be formed on the welded portion excellent in ductility and brittleness resistance, the tensile stress is reduced, and crack growth from defects in the welded portion is dramatically suppressed, Brittle fracture of the steel structure can be sufficiently prevented.
また、従来の技術のような、鋼材板厚の増加や部材の補足による応力集中の緩和手段または鋼材や溶接金属の靭性値を高める材料特性の向上を必要としないため、鋼構造物の重量の増加や材料コストの増加を招かない。 In addition, unlike conventional techniques, it is not necessary to reduce the stress concentration by increasing the steel plate thickness or supplementing the members, or to improve the material properties that increase the toughness value of the steel or weld metal. There is no increase in material costs.
（３）溶接ビードの形成
なお、本発明の実施にあたって、溶接ビードを肉盛溶接により形成する際には、前記したように、亀裂の成長方向に対応に対して垂直方向に形成させることが好ましいが、溶接箇所の亀裂の成長方向に対して交差する方向であればよい。
(3) Formation of weld bead In addition, in the implementation of the present invention, when forming the weld bead by overlay welding, as described above, it is preferable to form the weld bead in a direction perpendicular to the crack growth direction. However, what is necessary is just the direction which cross | intersects with the growth direction of the crack of a welding location.
交差する方向に溶接ビードを形成することにより形成された圧縮残留応力は、亀裂の成長方向に対して平行な方向の力と直角な方向の力とに分解することができ、この直角な方向の力が引張荷重を小さくさせる方向に働くため、引張荷重の大きさが低減されて、亀裂の派生や成長を抑制することができる。 The compressive residual stress formed by forming the weld beads in the intersecting direction can be decomposed into a force in a direction parallel to the growth direction of the crack and a force in a direction perpendicular to the crack growth direction. Since the force acts in the direction of reducing the tensile load, the magnitude of the tensile load is reduced, and the derivation and growth of cracks can be suppressed.
具体的には、ＬＴＴ溶材による引張荷重を低減する圧縮残留応力、即ち、直角な方向に分解される力は、亀裂の成長方向に対して交差する角度に対してサインカーブを描いて変化することになるため、この交差角度は、上記したように、垂直（９０°）に近いほどより大きな低減効果が得られ好ましい。具体的に好ましい角度としては、９０±３０°の範囲内であれば、９０°で得られる圧縮残留応力の７０％以上が得られ、亀裂の発生および成長を効果的に抑制することができる。 Specifically, the compressive residual stress that reduces the tensile load caused by the LTT molten material, that is, the force decomposed in the direction perpendicular to it, changes in a sine curve with respect to the angle intersecting the crack growth direction. Therefore, as described above, the crossing angle is preferably closer to vertical (90 °) because a larger reduction effect is obtained. Specifically, if the angle is within a range of 90 ± 30 °, 70% or more of the compressive residual stress obtained at 90 ° can be obtained, and crack generation and growth can be effectively suppressed.
そして、この溶接ビードは、形成にあたって一方から他方へ向けて一方向となるように溶接する。即ち、溶接を往復してＬＴＴ溶材による既設の溶接ビードの上に、新たにＬＴＴ溶材による溶接ビードを形成した場合には、既設の溶接ビードが焼鈍されて圧縮応力が消失してしまうため、Ｍｓ温度以下に冷却される前に溶接ビードの形成を完了させる。 And this weld bead is welded so that it may become one direction from one side to the other in formation. That is, when welding is reciprocated and a new weld bead made of LTT melt is formed on an existing weld bead made of LTT melt, the existing weld bead is annealed and the compressive stress disappears. The formation of the weld bead is completed before it is cooled below the temperature.
なお、幅広に溶接ビードを形成させる場合には、運棒法にウィービング法を用いて一度の肉盛溶接で幅広の溶接ビードを形成することが好ましい。図８にウィービング法による運棒法の例を示す。なお、図８でｘは伸長ビードの伸長の方向を示す。 In addition, when forming a weld bead broadly, it is preferable to form a wide weld bead by one build-up welding using a weaving method for the rod method. FIG. 8 shows an example of the rod method by the weaving method. In FIG. 8, x indicates the direction of extension of the extension bead.
（４）本発明がもたらす効果
本発明の技術は、鋼構造物の脆性破壊を十分に防止することを目的として、鋼構造物に潜む内部欠陥の成長を遅くし、脆性破壊への発生及び伝播を妨げることを主旨としているが、同時に疲労亀裂の発生も抑止する効果を併せ持っている。この結果、鋼構造物の弱点箇所の破壊強度は大きく上昇し、この上昇効果によって、鋼構造物は以下に記載するような利点を得ることが可能となる。
(4) Effects brought about by the present invention The technology of the present invention has the purpose of sufficiently preventing brittle fracture of steel structures, slowing the growth of internal defects hidden in the steel structures, and generating and propagating to brittle fractures. The main objective is to prevent the occurrence of fatigue cracks. As a result, the fracture strength of the weak point of the steel structure is greatly increased, and this increase effect enables the steel structure to obtain the advantages described below.
まず、既設、新設を問わず、通常の鋼構造物に本発明のＬＴＴ肉盛処理を施すことによって、破壊に対する安全性を著しく向上させることができる。 First, regardless of existing or new installations, the safety against destruction can be remarkably improved by applying the LTT build-up process of the present invention to a normal steel structure.
そして、鋼構造物の通常レベルの安全基準を踏襲した場合、鋼構造物の板厚の減肉を図ることができるため、鋼構造物の軽量化が可能となる。また、使用鋼材料の減量は、鋼構造物の製作コストの低下に繋がる。 And when the safety standard of the normal level of a steel structure is followed, the thickness reduction of the steel structure can be aimed at, Therefore The weight reduction of a steel structure is attained. Moreover, the weight loss of the used steel material leads to the reduction of the manufacturing cost of a steel structure.
また、このとき、ＬＴＴ溶材による圧縮残留応力の形成に合わせて、靭性値が高いとは言えない安価な鋼材や通常溶材を使用することも可能となるため、鋼構造物の製作コストの低下に結びつく。 At this time, in accordance with the formation of compressive residual stress by the LTT molten material, it is possible to use inexpensive steel materials or normal molten materials that cannot be said to have a high toughness value, thereby reducing the manufacturing cost of the steel structure. Tie.
また、ＬＴＴ溶材による溶接ビードを設けることによる圧縮残留応力形成は脆性破壊に大きな抑制効果を達成することができるが、この技術は局所的な処理技術であるため、処理に際して必要なＬＴＴ溶材は少量でよく、また、処理時間も短時間でよいため、従来の技術に比べて大きなコストの増加を招く恐れがない。 In addition, the formation of compressive residual stress by providing a weld bead with an LTT melt can achieve a great suppression effect on brittle fracture, but since this technique is a local treatment technique, a small amount of LTT melt is required for the treatment. In addition, since the processing time may be short, there is no possibility of causing a large increase in cost compared to the conventional technology.
さらに、本発明の技術は、既存の鋼構造物の補修・補強にも適用可能で、大きな効果を見込める技術であるため、本発明の技術を既存の鋼構造物の補修・補強に適用することにより、鋼構造物の安全性を向上させることができるだけでなく、補修メインテナンス費用も大きく削減させることが可能となる。 Furthermore, since the technology of the present invention can be applied to repair and reinforcement of existing steel structures and is expected to have a great effect, the technology of the present invention should be applied to repair and reinforcement of existing steel structures. Therefore, not only can the safety of the steel structure be improved, but also the maintenance cost can be greatly reduced.
２．本発明に係る溶接方法の実施の形態
次に、本発明に係る溶接方法の実施の形態について説明する。
2. Embodiment of Welding Method According to the Present Invention Next, an embodiment of the welding method according to the present invention will be described.
本発明の一実施の形態に係る溶接方法は以下の通りである。即ち、
通常溶接材料を用いて部材と部材とが溶接された既設の鋼構造物において、溶接欠陥あるいは割れが発生しやすい溶接箇所、または既に亀裂が発生している溶接箇所、もしくは将来亀裂が発生すると予測される溶接箇所の表面に、マルテンサイト変態開始点が４００℃以下の低変態温度溶接材料を用いて、前記溶接箇所の亀裂の成長方向に対して交差する方向に、肉盛溶接により溶接ビードを形成することを特徴とする溶接方法である。
The welding method according to one embodiment of the present invention is as follows. That is,
In existing steel structures where members are usually welded using welding materials, it is predicted that weld defects or cracks that are likely to occur, welds that have already cracked, or future cracks will occur. A weld bead is formed by overlay welding in a direction intersecting the crack growth direction of the welded portion, using a low transformation temperature welding material having a martensite transformation start point of 400 ° C. or less on the surface of the welded portion to be welded. It is the welding method characterized by forming.
上記は、既設の鋼構造物における補修について本発明を適用した技術であり、既設の鋼構造物に本発明を適用することにより、前記したように、鋼構造物の安全性を向上させることができるだけでなく、補修メインテナンス費用も大きく削減させることができる。 The above is a technique in which the present invention is applied to repair in an existing steel structure. By applying the present invention to an existing steel structure, the safety of the steel structure can be improved as described above. Not only that, but also maintenance costs can be greatly reduced.
また、本発明の他の実施の形態に係る溶接方法は以下の通りである。即ち、
部材と部材とを通常溶接材料を用いて溶接した後、溶接欠陥あるいは割れが発生しやすい溶接箇所、または既に亀裂が発生している溶接箇所、もしくは将来亀裂が発生すると予測される溶接箇所の表面に、マルテンサイト変態開始点が４００℃以下の低変態温度溶接材料を用いて、前記溶接箇所の亀裂の成長方向に対して交差する方向に、肉盛溶接により溶接ビードを形成することを特徴とする溶接方法である。
Moreover, the welding method which concerns on other embodiment of this invention is as follows. That is,
The surface of a welded spot where a weld defect or crack is likely to occur after welding the parts to each other using normal welding materials, or where a crack has already occurred, or where a future crack is expected to occur In addition, using a low transformation temperature welding material having a martensite transformation start point of 400 ° C. or lower, a weld bead is formed by overlay welding in a direction intersecting the crack growth direction of the welded portion. It is a welding method to do.
上記は、新設の鋼構造物における補強について、本発明を適用した技術であり、新設の鋼構造物に本発明を適用することにより、前記したように、破壊に対する安全性が著しく向上する。また、鋼構造物の板厚の減肉を図ることができるため、鋼構造物の軽量化が可能となり、鋼構造物の製作コストの低下に繋がる。また、この技術は局所的な処理技術であるため、処理に際して必要なＬＴＴ溶材は少量でよく、また、処理時間も短時間でよいため、従来の技術に比べて大きなコストの増加を招く恐れがない。 The above is a technique in which the present invention is applied to reinforcement in a new steel structure. By applying the present invention to a new steel structure, safety against breakage is significantly improved as described above. Moreover, since the thickness of the steel structure can be reduced, the weight of the steel structure can be reduced, and the production cost of the steel structure can be reduced. In addition, since this technique is a local processing technique, a small amount of LTT molten material is required for processing, and the processing time may be short. Absent.
また、本発明の他の実施の形態に係る溶接方法は以下の通りである。即ち、
前記溶接ビードの形成を、前記部材の一面または両面で行うことを特徴とする溶接方法である。
Moreover, the welding method which concerns on other embodiment of this invention is as follows. That is,
In the welding method, the weld bead is formed on one surface or both surfaces of the member.
前記した各溶接方法は、溶接ビードの形成を部材の一面または両面で行うことが好ましい。部材の一面でもよいが、両面とすることにより、より安全性が増し好ましい。 In each of the welding methods described above, it is preferable to form the weld bead on one or both sides of the member. Although one side of the member may be used, it is preferable to use both sides since safety is further increased.
また、本発明の他の実施の形態に係る溶接方法は以下の通りである。即ち、
前記溶接箇所の亀裂の成長方向に対して交差する方向が、９０±３０°の範囲内の方向であることを特徴とする溶接方法である。
Moreover, the welding method which concerns on other embodiment of this invention is as follows. That is,
The welding method is characterized in that the direction intersecting the crack growth direction of the welded portion is a direction within a range of 90 ± 30 °.
また、本発明の他の実施の形態に係る溶接方法は以下の通りである。即ち、
前記溶接箇所の亀裂の成長方向に対して交差する方向が、略垂直であることを特徴とする溶接方法である。
Moreover, the welding method which concerns on other embodiment of this invention is as follows. That is,
The welding method is characterized in that the direction intersecting the crack growth direction of the welded portion is substantially vertical.
溶接箇所の亀裂の成長方向に対して交差する方向として、９０±３０°の範囲内の方向に溶接ビードを形成することが好ましく、略垂直（９０°）であると特に好ましい。 It is preferable to form the weld bead in a direction within a range of 90 ± 30 ° as a direction intersecting with the crack growth direction of the welded portion, and particularly preferable to be substantially vertical (90 °).
また、本発明の他の実施の形態に係る溶接方法は以下の通りである。即ち、
前記溶接ビードを、一方から他方へ向けて一方向に形成することを特徴とする溶接方法である。
Moreover, the welding method which concerns on other embodiment of this invention is as follows. That is,
The welding method is characterized in that the welding bead is formed in one direction from one to the other.
これにより、形成された溶接ビードの全てに十分な圧縮応力を形成させることができる。 Thereby, sufficient compressive stress can be formed in all the formed weld beads.
また、本発明の他の実施の形態に係る溶接方法は以下の通りである。即ち、
運棒法にウィービング法を用いて前記溶接ビードを形成することを特徴とする溶接方法である。
Moreover, the welding method which concerns on other embodiment of this invention is as follows. That is,
The welding method is characterized in that the welding bead is formed by using a weaving method for a rod method.
運棒法にウィービング法を用いて溶接ビードを形成することにより、幅広に溶接ビードを一方向に形成することができる。 By forming the weld bead using the weaving method for the rod moving method, the weld bead can be formed in a wide direction in one direction.
３．溶接継手
上記した溶接方法は多様な鋼構造物の製造および保守に用いることができるが、特に溶接継手の製造に用いることが好適である。
3. Welded joint The above-described welding method can be used for the production and maintenance of various steel structures, but is particularly suitable for the production of welded joints.
（１）溶接継手の製造方法
鋼構造物に用いられる溶接継手として、後述する（ａ）平板タイプ、（ｂ）Ｔ字タイプ１、（ｃ）Ｔ字タイプ２、（ｄ）円筒状タイプ１、（ｅ）円筒状タイプ２および（ｆ）屈折タイプが挙げられる。これらの溶接継手は以下の方法で製造することができる。
(1) Manufacturing method of welded joint As welded joints used for steel structures, (a) flat plate type, (b) T-shaped
即ち、
複数の部材を溶接して鋼構造物を構成する溶接継手の製造方法であって、
前記部材同士を通常溶接材料を用いて溶接した後、
溶接欠陥あるいは割れが発生しやすい溶接箇所、または既に亀裂が発生している溶接箇所、もしくは将来亀裂が発生すると予測される溶接箇所の表面に、マルテンサイト変態開始点が４００℃以下の低変態温度溶接材料を用いて、前記溶接箇所の亀裂の成長方向に対して交差する方向に、肉盛溶接により溶接ビードを形成することを特徴とする溶接継手の製造方法である。
That is,
A method for manufacturing a welded joint for welding a plurality of members to constitute a steel structure,
After welding the members together using a normal welding material,
Low transformation temperature with a martensite transformation start point of 400 ° C. or lower on the surface of a welded part that is prone to weld defects or cracks, a welded part that has already cracked, or a welded part that is predicted to crack in the future A method for manufacturing a welded joint is characterized in that a weld bead is formed by build-up welding in a direction intersecting with the crack growth direction of the welded portion using a welding material.
上記した溶接継手は鋼を母材とする複数の部材が溶接されて製造される。本実施の形態では、部材同士を通常溶材を用いて溶接し、溶接欠陥あるいは割れが発生しやすい溶接箇所、または既に亀裂が発生している溶接箇所、もしくは将来亀裂が発生すると予測される溶接箇所の表面に、前記した肉盛溶接によりＬＴＴ溶材で溶接ビード（以下、突合せ溶接や隅肉溶接の溶接ビードと区別するために、「伸長ビード」という）を形成する。 The above welded joint is manufactured by welding a plurality of members having steel as a base material. In the present embodiment, the members are welded together using a normal molten material, a welded portion where a welding defect or a crack is likely to occur, a welded portion where a crack has already occurred, or a welded portion where a crack is predicted to occur in the future A weld bead (hereinafter referred to as an “extension bead” in order to distinguish it from a butt weld or fillet weld bead) is formed on the surface of the steel plate by overlay welding as described above.
本実施の形態では、部材同士の溶接部分に通常溶材とＬＴＴ溶材との複合溶接金属層を形成することで割れの問題を解消するとともに圧縮残留応力を形成できる。この結果、一般的に応力が集中しやすい溶接部分の割れの発生と亀裂の発生および成長を同時に抑制することができる。 In the present embodiment, the problem of cracking can be solved and a compressive residual stress can be formed by forming a composite weld metal layer of a normal melt and an LTT melt at the welded portion between members. As a result, it is possible to simultaneously suppress the occurrence of cracks and the occurrence and growth of cracks in welded portions where stress is generally concentrated.
（２）溶接継手の具体例
次に、上記した溶接継手について具体的に説明する。
(2) Specific Example of Welded Joint Next, the above-described welded joint will be specifically described.
本発明の一実施の形態の溶接継手は以下の通りである。即ち、
複数の部材が溶接されて鋼構造物を構成する溶接継手であって、
前記部材同士が溶接された溶接箇所には通常溶接材料が使用されており、
溶接欠陥あるいは割れが発生しやすい溶接箇所、または既に亀裂が発生している溶接箇所、もしくは将来亀裂が発生すると予測される溶接箇所の表面に、マルテンサイト変態開始点が４００℃以下の低変態温度溶接材料を用いて肉盛溶接された溶接ビードが、前記溶接箇所の亀裂の成長方向に対して交差する方向に設けられていることを特徴とする溶接継手である。
The weld joint of one embodiment of the present invention is as follows. That is,
A welded joint in which a plurality of members are welded to form a steel structure,
Usually, a welding material is used in a welding portion where the members are welded to each other,
Low transformation temperature with a martensite transformation start point of 400 ° C. or lower on the surface of a welded part that is prone to weld defects or cracks, a welded part that has already cracked, or a welded part that is predicted to crack in the future The weld bead welded with a welding material is provided in a direction intersecting with the crack growth direction of the welded portion.
溶接継手は、複数の部材が突合せ溶接または隅肉溶接を用いて溶接されているが、前記のように、突合せ溶接または隅肉溶接の溶接ビードの形成には通常溶材が用いられる。一方、伸長ビードの形成には、ＬＴＴ溶材が用いられる。また、ＬＴＴ溶材の選択、伸長ビードの溶接長および巾の設定は、溶接継手に加わる荷重の大きさ等に応じて適宜行われる。 In the welded joint, a plurality of members are welded by using butt welding or fillet welding. As described above, a molten material is usually used for forming a weld bead of butt welding or fillet welding. On the other hand, an LTT melt is used to form the elongated bead. The selection of the LTT molten material and the setting of the weld length and width of the elongated bead are appropriately performed according to the magnitude of the load applied to the welded joint.
本実施の形態の溶接継手は、溶接箇所の亀裂の成長方向に対して交差する方向に、肉盛溶接により伸長ビードを形成している。交差する方向に伸長ビードを形成することにより形成された圧縮残留応力は、引張荷重を小さくさせる方向に働くため、引張荷重の大きさが低減されて、亀裂の発生や成長を抑制することができる。その結果、鋼材および溶材の欠陥の成長を飛躍的に抑制し、鋼構造物の脆性破壊を十分に防止することを可能とすることができる。このような効果は、以下の各種の溶接継手からも得ることができる。 In the welded joint according to the present embodiment, an extended bead is formed by overlay welding in a direction that intersects the growth direction of the crack at the welded portion. The compressive residual stress formed by forming the extension beads in the intersecting direction works in the direction to reduce the tensile load, so the magnitude of the tensile load can be reduced and the generation and growth of cracks can be suppressed. . As a result, it is possible to dramatically suppress the growth of defects in the steel material and the molten material, and to sufficiently prevent brittle fracture of the steel structure. Such an effect can also be obtained from the following various welded joints.
また、図９〜図１４において説明する各種の溶接継手において、荷重と記載された矢印の方向に荷重が掛かるものとし、細い矢印が亀裂の成長方向を示すものとする。また、以下の説明において、「一方向」とはワンパスで伸長ビードを形成することを意味する。ＬＴＴ溶材による既設の溶接ビードの上に、新たにＬＴＴ溶材による溶接ビードを形成した場合には、既設の溶接ビードが焼鈍されて圧縮応力が消失してしまうため、Ｍｓ温度以下に冷却される前に溶接ビードの形成を完了させる必要がある。 Moreover, in the various welded joints demonstrated in FIGS. 9-14, a load shall be applied to the direction of the arrow described as a load, and a thin arrow shall show the growth direction of a crack. In the following description, “one direction” means forming an extended bead in one pass. When a new weld bead made of LTT molten material is formed on the existing weld bead made of LTT molten material, the existing weld bead is annealed and the compressive stress disappears, so before it is cooled below the Ms temperature. It is necessary to complete the formation of the weld bead.
（ａ）平板タイプ
図９は平板タイプの溶接継手の斜視図であり、（ａ）、（ｂ）図はそれぞれＬＴＴ製の伸長ビード形成前と形成後の状態を示す。
(A) Flat plate type FIG. 9 is a perspective view of a flat plate type welded joint, and FIGS. 9 (a) and (b) show the states before and after the formation of the LTT elongated beads.
本発明の一実施の形態の溶接継手は以下の通りである。即ち、
前記部材として第１と第２の２枚の平板を備え、前記２枚の平板が互いの端面同士が通常溶接材料で突合せ溶接されて平板状をなしていると共に、
前記平板の面上に、肉盛溶接された前記溶接ビードが、前記突合せ溶接の溶接ビードに対して交差する方向に設けられていることを特徴とする溶接継手である。
The weld joint of one embodiment of the present invention is as follows. That is,
The first and second flat plates are provided as the member, and the two flat plates are butt welded to each other with a normal welding material to form a flat plate shape.
On the surface of the flat plate, the weld bead welded to the weld is provided in a direction intersecting the weld bead of the butt welding.
具体的には以下の通りである。平板タイプの溶接継手１は第１の平板１１と第２平板１２の２枚の平板からなっており、前記２枚の平板は互いの端面同士が通常溶接材料で突合せ溶接されて平板状になっている。なお、１３は、突合せ溶接ビードである。
Specifically, it is as follows. The flat plate-type welded
この突合せ溶接された平板の面上に、肉盛溶接された溶接ビード（伸長ビード）１４が、突合せ溶接の溶接ビード１３に対して交差する方向に設けられている。
On the surface of the butt-welded flat plate, a weld bead (extension bead) 14 that has been welded is provided in a direction intersecting the
この平板タイプの溶接継手１は、鋼構造物に組み込まれたときに、第１の平板１１と第２の平板１２とが互いに離反する方向の荷重がかかる。このとき、突合せ溶接ビード１３には第１の平板１１および第２の平板１２に対して垂直方向に引張荷重が加わる。そして、ＨＡＺ位置は靭性劣化位置で応力集中が大きい場所のため、突合せ溶接部でも止端部に溶接欠陥（溶接割れやスラグ巻き込み）が発生するとこの溶接欠陥が矢印の方向に進展する。このため、突合せ溶接ビード１３には、突合せ溶接ビード１３に沿う方向に進展する亀裂が発生すると予測される。
When this flat plate type welded
上記の予測に基づき、溶接継手１では予め両面に、突合せ溶接ビード１３の伸長方向と略垂直に交差する伸長ビード１４を形成している。即ち、伸長ビード１４は第１の平板１１から第２の平板１２に向けて伸長させる。
Based on the above prediction, the welded joint 1 is previously formed on both surfaces with an
なお、図９に示した例では伸長ビード１４は溶接継手１の表裏両側に形成されているが、本発明では溶接継手１の片面にのみ形成しても良く、このような場合でも、鋼材および溶材の欠陥の成長を抑制し、鋼構造物の脆性破壊を十分に防止することが可能である。
In the example shown in FIG. 9, the
（ｂ）Ｔ字タイプ１
図１０はＴ字タイプ１の溶接継手を示す図であり、（ａ）、（ｂ）図はそれぞれ斜視図および横断面図である。
(B) T-shaped
FIG. 10 is a view showing a T-shaped
本発明の一実施の形態の溶接継手は以下の通りである。即ち、
断面Ｔ字状で、前記部材として、第１、第２および第３の３枚の平板を備え、
第１と第２の平板は端面で突合せ溶接されて平板状をなしており、
第３の平板は、第１と第２の平板がなす平板の一方の面上に前記面に対して垂直で、第１と第２の平板を跨ぎ、前記突合せ溶接の溶接ビードに対して垂直方向に隅肉溶接されており、
前記突合せ溶接の溶接ビードと前記第３の平板とを跨いで、肉盛溶接された前記溶接ビードが、前記隅肉溶接の溶接ビードに対して交差する方向に設けられていることを特徴とする溶接継手である。
The weld joint of one embodiment of the present invention is as follows. That is,
It has a T-shaped cross section, and comprises three flat plates as first, second and third as the member,
The first and second flat plates are butt welded at the end faces to form a flat plate shape,
The third flat plate is perpendicular to the surface on one surface of the flat plate formed by the first and second flat plates, straddles the first and second flat plates, and perpendicular to the weld bead of the butt welding. Fillet welded in the direction,
The weld bead welded so as to straddle the butt weld bead and the third flat plate is provided in a direction intersecting the fillet weld weld bead. It is a welded joint.
Ｔ字タイプ１の溶接継手２は、図１０に示すように、第１の平板２１と、第２の平板２２と、第３の平板２４とからなる断面Ｔ字状の溶接継手である。具体的には、第１の平板２１と第２の平板２２は、端面同士で突合せ溶接されて平板状をなしている。なお、２３は、突合せ溶接ビードである。
As shown in FIG. 10, the T-shaped
そして、第３の平板２４は、第１の平板２１と第２の平板２２を跨ぐようにして、第１の平板２１と第２の平板２２の上面に対して垂直に溶接されている。この第３の平板２４の溶接方法は隅肉溶接であり、突合せ溶接ビード２３に対して垂直方向に隅肉溶接ビード２５が形成されている。
The third
このようなＴ字タイプ１の溶接継手２では、突合せ溶接ビード２３と隅肉溶接ビード２５が重なり合う部分に溶接欠陥や割れ等が発生しやすい。このような溶接継手２が、鋼構造物に組み込まれたときに、突合せ溶接ビード２３に対して平行方向の引張荷重が加わる場合、隅肉溶接ビード２５に、欠陥等の亀裂２７が存在するとその伸長方向に沿って亀裂が進展すると予測される。
In such a T-shaped
上記の予測に基づき、Ｔ字タイプ１の溶接継手２では、第１の平板２１と第２の平板２２との間の突合せ溶接ビード２３と、第３の平板２４とを跨ぐようにして、隅肉溶接ビード２５に交差する伸長ビード２６を形成する。なお、この伸長ビード２６は、図１０（ｂ）に示すように、第３の平板２４の側面から第１および第２の平板２１、２２の上面に向かって、あるいはその逆方向のどちらかの一方向に形成される。
Based on the above prediction, in the T-
（ｃ）Ｔ字タイプ２
図１１はＴ字タイプ２の溶接継手を示す図であり、（ａ）、（ｂ）図はそれぞれ斜視図および横断面図である。
(C) T-shaped
FIG. 11 is a diagram showing a T-
本発明の一実施の形態の溶接継手は以下の通りである。即ち、
第１の平板と第２の平板とが突き合わせ溶接されている第１部材と、
第３の平板と第４の平板とが突き合わせ溶接されている第２部材とを備え、
前記第１の部材に対して前記第１の部材の溶接ビードに直交する方向に、前記第２の部材が垂直に隅肉溶接されており、
前記隅肉溶接の溶接ビード上に、肉盛溶接された前記溶接ビードが、前記第１の平板および前記第２の平板同士の突合せ溶接の溶接ビードおよび前記第３の平板および前記第４の平板同士の突合せ溶接の溶接ビードに対して交差する方向に設けられていることを特徴とする溶接継手である。
The weld joint of one embodiment of the present invention is as follows. That is,
A first member in which the first flat plate and the second flat plate are butt welded;
A second member in which the third flat plate and the fourth flat plate are butt-welded,
The second member is vertically fillet welded in a direction perpendicular to the weld bead of the first member with respect to the first member;
The weld bead welded on the fillet weld bead is a butt weld weld bead between the first flat plate and the second flat plate, the third flat plate, and the fourth flat plate. It is a welded joint characterized by being provided in the direction which crosses with respect to the weld bead of butt welding of each other.
具体的には以下の通りである。Ｔ字タイプ２の溶接継手３は、第１の平板３３と第２の平板３５とが突き合わせ溶接されている第１の部材３１と、第３の平板３４と第４の平板３６とが突き合わせ溶接されている第２の部材３２とを備えている。
Specifically, it is as follows. In the T-
そして第１の部材３１に対して第１の部材３１の突合せ溶接ビード３８に直交する方向に、第２の部材３２が垂直に隅肉溶接されて、断面Ｔ字状に構成されている。
Then, the
なお、３７は隅肉溶接ビードであり、３８は突合せ溶接ビードである。 In addition, 37 is a fillet weld bead and 38 is a butt weld bead.
隅肉溶接ビード３７と突合せ溶接ビード３８が重なり合う部分に溶接欠陥や割れ等が発生しやすい。このような溶接継手３が、鋼構造物に組み込まれたときに、隅肉溶接ビード３７に対して平行方向の引張荷重が加わる場合、隅肉溶接ビード３７に、欠陥等の亀裂２７が存在するとその伸長方向に沿って亀裂が進展すると予測される。
Weld defects, cracks, and the like are likely to occur in the portion where the
上記の予測に基づき、Ｔ字タイプ２の溶接継手３では予め両側の隅肉溶接ビード３７上に、伸長ビード３９を、第１および第２の平板３３、３５同士の突合せ溶接の溶接ビードおよび第３および第４の平板３４、３６同士の突合せ溶接の溶接ビードに対して交差する方向に一方向に形成する。
Based on the above prediction, in the T-
（ｄ）円筒状タイプ１
図１２は円筒状タイプ１の溶接継手の斜視図である。
(D)
FIG. 12 is a perspective view of a
本発明の一実施の形態の溶接継手は以下の通りである。即ち、
円筒状で、前記部材として、外径および内径が同じ第１の円筒と第２の円筒の２個の円筒を備え、
前記２個の円筒は、側面に長手方向に沿って突合せ溶接された継ぎ目を有し、
前記継ぎ目の溶接ビードが合致しないようにして、前記第１の円筒と前記第２の円筒が端面で突合せ溶接されており、
前記端面における突合せ溶接の溶接ビードの外周面側に、肉盛溶接された前記溶接ビードが、前記継ぎ目の溶接の溶接ビートに対して交差する方向に設けられていることを特徴とする溶接継手である。
The weld joint of one embodiment of the present invention is as follows. That is,
The cylinder has two cylinders, a first cylinder and a second cylinder, having the same outer diameter and inner diameter as the member,
The two cylinders have a seam butt welded along the longitudinal direction on the side surface;
The first cylinder and the second cylinder are butt welded at the end faces so that the weld bead of the seam does not match,
A welded joint characterized in that the weld bead welded on the outer peripheral surface side of the butt weld weld bead at the end face is provided in a direction intersecting the weld beat of the seam weld. is there.
具体的には以下の通りである。円筒状タイプ１の溶接継手４は外径および内径が同じで側面に長手方向に沿って突合せ溶接された継ぎ目を有する第１の円筒部材４１と第２の円筒部材４２からなり、これら２つの円筒部材４１、４２は、継ぎ目の溶接ビードが合致しないようにして、端面で突合せ溶接ビード４４で溶接されている。
Specifically, it is as follows. The welded joint 4 of the
溶接継手４は、鋼構造物に組み込まれたときに、内側から外側に広がる圧力、即ち内圧が加わり、交叉するビード部では溶接欠陥や割れあるいは応力集中の可能性が高まる。このため、突合せ溶接ビード４３に沿って進展する亀裂が発生すると予測される。
When the weld joint 4 is incorporated in a steel structure, a pressure spreading from the inside to the outside, that is, an internal pressure is applied, and the possibility of welding defects, cracks, or stress concentration is increased at the intersecting bead portions. For this reason, it is predicted that a crack that propagates along the
上記の予測に基づき、溶接継手４では予め、突合せ溶接ビード４３と４４の交点を中心として、第２の円筒部材上の突合せ溶接ビード４４に対して直交する方向、即ち突合せ溶接ビード４４に沿った方向に延長された伸長ビード４５を形成している。
Based on the above prediction, in the welded joint 4, the direction orthogonal to the
（ｅ）円筒状タイプ２
図１３は円筒状タイプ２の溶接継手の斜視図である。
(E)
FIG. 13 is a perspective view of a
本発明の一実施の形態の溶接継手は以下の通りである。即ち、
円筒状で、前記部材として、外径および内径が同じ第１の円筒と第２の円筒の２個の円筒を備え、
前記２個の円筒は、側面に長手方向に沿って突合せ溶接された継ぎ目を有し、
前記継ぎ目の溶接ビードが合致しないようにして、前記第１の円筒と前記第２の円筒が端面で突合せ溶接されており、
円筒の外周面側に、前記第１の円筒と前記第２の円筒の前記継ぎ目の溶接ビードとを跨いで、肉盛溶接された前記溶接ビードが前記端面の突合せ溶接の溶接ビードに対して交差する方向に設けられていることを特徴とする溶接継手である。
The weld joint of one embodiment of the present invention is as follows. That is,
The cylinder has two cylinders, a first cylinder and a second cylinder, having the same outer diameter and inner diameter as the member,
The two cylinders have a seam butt welded along the longitudinal direction on the side surface;
The first cylinder and the second cylinder are butt welded at the end faces so that the weld bead of the seam does not match,
On the outer peripheral surface side of the cylinder, the weld bead that is welded over the weld bead of the seam of the first cylinder and the second cylinder intersects the weld bead of the butt welding of the end face It is the welded joint characterized by being provided in the direction to do.
具体的には以下の通りである。円筒状タイプ２の溶接継手５は、基本的には円筒状タイプ１と同じ構造を有している。
Specifically, it is as follows. The welded
そして、この円筒状タイプ２の溶接継手５が鋼構造物に組み込まれ、円筒部材５１、５２の長手方向に引張荷重が加わったときには、前記同様交叉するビード部では溶接欠陥や割れあるいは応力集中の可能性が高まり、第１の円筒部材５１と第２の円筒部材５２との突き合わせ溶接部分である突合せ溶接ビード５４に、周方向に沿って亀裂が発生すると予測される。
When the
上記の予測に基づき、円筒状タイプ２の溶接継手５では、第１の円筒部材５１と、第２の円筒部材５２の突合せ溶接ビード５３とを跨ぐようにして、伸長ビード５５が設けられており、この伸長ビード５５が円筒部材５１、５２同士の突合せ溶接ビード５４と交差している。
Based on the above prediction, the welded
（ｆ）屈折タイプ
図１５は屈折タイプの溶接継手を示す図であり、（ａ）図は斜視図、（ｂ）図は屈折部分の縦断面図である。
(F) Refraction type FIGS. 15A and 15B are views showing a refraction type weld joint, wherein FIG. 15A is a perspective view, and FIG. 15B is a longitudinal sectional view of a refraction portion.
本発明の一実施の形態の溶接継手は以下の通りである。即ち、
平板の一方の面上に前記面に対して垂直で、かつ前記平板の長手方向に梁が隅肉溶接された断面Ｔ字状の部材を２個備え、
２個の部材の端面同士で突合せ溶接され、
前記２個の部材は、前記端面で一方の部材が他方の部材に対して前記梁が設けられていない側に所定の角度で屈折しており、
前記梁が隅肉溶接されていない面上の前記梁の真裏の部分において、肉盛溶接された前記溶接ビードが、２枚の平板の突合せ溶接の溶接ビードに対して交差する方向に前記２枚の平板を跨いで設けられていることを特徴とする溶接継手である。
The weld joint of one embodiment of the present invention is as follows. That is,
Two members each having a T-shaped cross section, which is perpendicular to the surface on one surface of the flat plate and in which a beam is fillet welded in the longitudinal direction of the flat plate,
Butt welded between the end faces of two members,
The two members are refracted at a predetermined angle on one side of the end face on the side where the beam is not provided with respect to the other member,
In the part directly behind the beam on the surface where the beam is not fillet welded, the weld bead welded welded in the direction intersecting the weld bead of butt welding of two flat plates It is the welded joint characterized by being provided ranging over the flat plate of this.
具体的には以下の通りである。図１４に示すように、屈折タイプの溶接継手６は、断面Ｔ字状の第１および第２の部材６１および６２を備えている。
Specifically, it is as follows. As shown in FIG. 14, the refraction type weld joint 6 includes first and
第１の部材６１は、第１の平板６３の下面に長手方向に第１の梁６４が隅肉溶接されて構成されている。第２の部材６２は、第２の平板６５の下面に長手方向に第２の梁６６が隅肉溶接されて構成されている。
The
屈折タイプの溶接継手６は、第１、第２の部材６１、６２が、第１、第２の平板６３、６５同士、および第１、第２の梁６４、６６同士が端面で突合せ溶接されて構成されている。そして、第１、第２の部材６１、６２は、端面で第２の部材６２が第１の部材に対して第１の梁６４が設けられていない上面側に角度θで屈折している。
In the refraction-type welded joint 6, the first and
なお、６７は隅肉溶接ビードであり、６８、６９は突合せ溶接ビードである 67 is a fillet weld bead, and 68 and 69 are butt weld beads.
この屈折タイプの溶接継手６は鋼構造物に組み込まれたときに、角度θが小さくなる方向に引張荷重が加わる。このため、第１の平板６３と第２の平板６５との突合せ溶接ビード６８に第１、第２の梁６４、６６の真裏（突合せ溶接ビード６９の真裏）を中心として突合せ溶接ビード６８に沿って進展する亀裂が発生すると予測される。
When this refraction type welded joint 6 is incorporated in a steel structure, a tensile load is applied in a direction in which the angle θ decreases. Therefore, the
上記の予測に基づき、屈折タイプの溶接継手６では予め第１、第２の梁６４、６６が隅肉溶接されていない面上で第１、第２の梁６４、６６の真裏に第１、第２の平板６３、６５を跨いで、伸長ビード７０を、第１、第２の平板６３、６５の突合せ溶接ビード６８に対して交差する方向に、一方向に形成している。
Based on the above prediction, in the refraction-type weld joint 6, the first and
なお、本実施の形態の溶接継手は、亀裂が発生する箇所を予測して伸長ビードを形成したが、既に亀裂が発生している溶接継手に対して伸長ビードを形成しても、鋼材および溶材の欠陥の成長を飛躍的に抑制し、鋼構造物の脆性破壊を十分に防止することを可能とすることができる。 In addition, although the weld joint of this Embodiment estimated the location where a crack generate | occur | produces and formed the extension bead, even if an extension bead is formed with respect to the weld joint in which the crack has already generate | occur | produced, steel materials and melt materials It is possible to drastically suppress the growth of defects and sufficiently prevent brittle fracture of the steel structure.
次に、実施例に基づき、本発明をより具体的に説明する。 Next, based on an Example, this invention is demonstrated more concretely.
本実施例では、図９に示した平板タイプの溶接継手を試作し、ＬＴＴ溶材による伸長ビード１４を形成した部分の残留応力および破断までの荷重応力（破断強度）を計測した。また、比較のために、ＬＴＴ溶材に替えて通常溶材を用いて肉盛溶接を行った場合（比較例１）および肉盛溶接を行わない場合（比較例２）についても残留応力および破断までの荷重応力を計測した。
In the present example, the flat plate type welded joint shown in FIG. 9 was made as a prototype, and the residual stress and the load stress (breaking strength) until breakage of the portion where the
１．評価用のサンプルの作製
（１）実施例
図１５は評価用サンプルの作製方法を説明する図である。まず、（ａ）図に示す溶接継手１を作製後、溶接継手１を図の破線に沿って切断して評価用サンプルを作製した。（ｂ）図は、評価用のサンプルの正面図である。
1. Preparation of sample for evaluation (1) Example FIG. 15 is a diagram for explaining a method for preparing a sample for evaluation. First, after producing the welded joint 1 shown in FIG. 1A, the welded joint 1 was cut along the broken line in the figure to produce an evaluation sample. (B) The figure is a front view of the sample for evaluation.
具体的には、サイズ（幅）２００×（長さ）３００×（厚み）２０ｍｍの高張力綱ＡＨ４００平板２枚の端面同士を、通常溶材（神鋼製ＭＸ−Ｚ２００）を用いて両面から突合せ溶接（幅１５ｍｍ）し、その後、亀裂の発生が予測される箇所の両面に、ＬＴＴ溶材（１０Ｃｒ＋１０Ｎｉ）を用いて、突合せ溶接部に対して垂直の方向に肉盛溶接を行い、伸長ビード１４を形成させることにより、平板タイプの溶接継手１を試作した。
Specifically, the end faces of two high-tensile steel AH400 flat plates of size (width) 200 x (length) 300 x (thickness) 20 mm are butt-welded from both sides using a normal molten material (MX-Z200 manufactured by Shinko). (Width 15mm), and then, on both sides of the place where cracks are predicted to occur, overlay welding is performed in a direction perpendicular to the butt weld using LTT molten material (10Cr + 10Ni) to form an
形成した伸長ビード１４の仕様は以下の通りである。
肉盛 ：２ｍｍ
幅 ：２０ｍｍ
溶接長 ：８０ｍｍ
溶け込み深さ：２ｍｍ
The specifications of the formed
Overlay: 2mm
Width: 20mm
Welding length: 80mm
Penetration depth: 2mm
次に、試作した溶接継手１を破線に沿って切断して評価用サンプルを作製した。 Next, the prototype welded joint 1 was cut along a broken line to produce an evaluation sample.
（２）比較例１、２
比較例１：伸長ビードの形成に通常溶材を用いたこと以外は実施例と同じ方法で評価用のサンプルを作製した。
(2) Comparative Examples 1 and 2
Comparative Example 1: A sample for evaluation was prepared in the same manner as in the example except that a normal melt was used for forming the elongated bead.
比較例２：伸長ビードを形成しなかったこと以外は実施例と同じ方法で評価用サンプルを作製した。 Comparative Example 2: A sample for evaluation was prepared in the same manner as in Example, except that no extended bead was formed.
２．評価方法
（１）残留応力の測定
実施例、比較例１、２のそれぞれについてひずみゲージによる弛緩法により評価用サンプルの正面のビード表面の位置で長手方向の残留応力を測定した。
2. Evaluation Method (1) Measurement of Residual Stress For each of Examples and Comparative Examples 1 and 2, the residual stress in the longitudinal direction was measured at the position of the bead surface in front of the evaluation sample by a relaxation method using a strain gauge.
（２）破断までの荷重応力の測定
図１６は破断までの荷重応力の測定方法を説明する斜視図である。実施例、比較例１、比較例２のそれぞれのサンプルＳの正面の溶金部（突合せ溶接ビード１３のセンター）、ＨＡＺ部および母材部のそれぞれの部位に切欠きノッチを設けた後、試験温度−１０℃において矢印で示す方向の３点に荷重を加えてそれぞれの部位の破断までの荷重応力を測定した。
(2) Measurement of load stress until breakage FIG. 16 is a perspective view for explaining a method of measuring load stress until breakage. After the notch notch was provided in each part of the molten metal part (center of the butt weld bead 13), the HAZ part, and the base material part of each sample S of Example, Comparative Example 1, and Comparative Example 2, the test A load was applied to three points in the direction indicated by arrows at a temperature of −10 ° C., and the load stress until the fracture of each part was measured.
３．評価結果
実施例、比較例１、２の評価結果をまとめて表１に示す。なお、残留応力は圧縮応力に「−」を付した。
3. Evaluation results Table 1 summarizes the evaluation results of Examples and Comparative Examples 1 and 2. In addition, "-" was attached | subjected to the compressive stress for the residual stress.
表１より、伸長ビードを設けていない比較例２では引張残留応力が形成されているのに対して、ＬＴＴ溶材で伸長ビードを形成した実施例では−４００ＭＰａの大きな圧縮残留応力が形成されていることが分かる。一方、通常溶材を用いて伸長ビードを形成した比較例１では、２００ＭＰａから５００ＭＰａへと増加した引張残留応力が形成されていることが分かる。 From Table 1, the tensile residual stress is formed in Comparative Example 2 in which no stretch bead is provided, whereas a large compressive residual stress of −400 MPa is formed in the example in which the stretch bead is formed with the LTT melt. I understand that. On the other hand, it can be seen that in Comparative Example 1 in which the elongated bead was formed using the normal melt, a tensile residual stress increased from 200 MPa to 500 MPa was formed.
また、通常溶材で伸長ビードを設けた比較例１では、伸長ビードを設けていない比較例２に比べて破断までの荷重応力がＨＡＺ部および母材部において低下しており、却って、靱性が低下していることが分かる。これに対して、実施例では、溶金部、ＨＡＺ部および母材部のいずれの部位においても破断までの荷重応力が増大しており、靱性が向上していることが分かる。このような結果が得られたのは、実施例では伸長ビード１４を設けることにより、大きな圧縮残留応力を形成することができた結果である。
Further, in Comparative Example 1 in which an elongated bead is provided with a normal molten material, the load stress until fracture is reduced in the HAZ part and the base metal part as compared with Comparative Example 2 in which no elongated bead is provided, and on the contrary, the toughness is lowered. You can see that On the other hand, in an Example, it turns out that the load stress until a fracture | rupture has increased in any site | part of a molten metal part, a HAZ part, and a base material part, and toughness has improved. Such a result was obtained because a large compressive residual stress could be formed by providing the
上記試験は、試験温度−１０℃において行ったが、−１０℃においては、図７から明らかなように、通常溶材のシャルピーの衝撃吸収エネルギーが約９０Ｊであるのに対して、ＬＴＴ溶材のシャルピーの衝撃吸収エネルギーが約４０Ｊであり、ＬＴＴ溶材のシャルピーの衝撃吸収エネルギーが通常溶材の半分以下である。このため、前記したように、従来は、このような靭性の低いＬＴＴ溶材を溶接継手に用いることは不可能であるというのが当業者の常識であった。 The above test was performed at a test temperature of −10 ° C., but at −10 ° C., as apparent from FIG. 7, the Charpy impact absorption energy of the normal melt is about 90 J, whereas the Charpy of the LTT melt is Is about 40 J, and the Charpy impact absorption energy of the LTT melt is usually less than half that of the melt. For this reason, as described above, conventionally, it has been common knowledge of those skilled in the art that it is impossible to use such a low toughness LTT molten material for a welded joint.
しかしながら、ＬＴＴ溶材を用いた実施例では、溶金部、ＨＡＺ部および母材部のいずれの部位においても破断までの荷重応力が増大して、靱性が向上するという驚くべき結果が得られた。このことは、本発明が、当業者の常識を打ち破る如何に革新的な発明であるかを示している。 However, in the example using the LTT molten material, a surprising result was obtained that the load stress until fracture increased in any of the molten metal portion, the HAZ portion and the base metal portion, and the toughness was improved. This shows how the present invention is an innovative invention that breaks the common sense of those skilled in the art.
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。なお、本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。 While the present invention has been described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments. It should be noted that various modifications can be made to the above embodiment within the same and equivalent scope as the present invention.
１、２、３、４、５、６ 溶接継手
１１、１２、２１、２２、２４ 平板
３３、３４、３５、３６、６３、６５ 平板
１３、２３、３８、４３、４４、５３ 突合せ溶接ビード
５４、６８、６９ 突合せ溶接ビード
１４、２６、３９、４５、５５、７０ 伸長ビード
２５、３７、６７ 隅肉溶接ビード
２７ 亀裂
３１、３２、６１、６２ 部材
４１、４２、５１、５２ 円筒部材
６４、６６ 梁
Ｓ サンプル
θ 角度
1, 2, 3, 4, 5, 6 Welded joint 11, 12, 21, 22, 24
Claims (15)
前記部材同士を通常溶接材料を用いて溶接した後、
溶接欠陥あるいは割れが発生しやすい溶接箇所、または既に亀裂が発生している溶接箇所、もしくは将来亀裂が発生すると予測される溶接箇所の表面に、マルテンサイト変態開始点が４００℃以下の低変態温度溶接材料を用いて、前記溶接箇所の亀裂の成長方向に対して交差する方向に、肉盛溶接により溶接ビードを形成することを特徴とする溶接継手の製造方法。 A method for manufacturing a welded joint for welding a plurality of members to constitute a steel structure,
After welding the members together using a normal welding material,
Low transformation temperature with a martensite transformation start point of 400 ° C. or lower on the surface of a welded part that is prone to weld defects or cracks, a welded part that has already cracked, or a welded part that is predicted to crack in the future A method for manufacturing a welded joint, comprising using a welding material to form a weld bead by overlay welding in a direction intersecting with a growth direction of a crack at the welded portion.
前記部材同士が溶接された溶接箇所には通常溶接材料が使用されており、
溶接欠陥あるいは割れが発生しやすい溶接箇所、または既に亀裂が発生している溶接箇所、もしくは将来亀裂が発生すると予測される溶接箇所の表面に、マルテンサイト変態開始点が４００℃以下の低変態温度溶接材料を用いて肉盛溶接された溶接ビードが、前記溶接箇所の亀裂の成長方向に対して交差する方向に設けられていることを特徴とする溶接継手。 A welded joint in which a plurality of members are welded to form a steel structure,
Usually, a welding material is used in a welding portion where the members are welded to each other,
Low transformation temperature with a martensite transformation start point of 400 ° C. or lower on the surface of a welded part that is prone to weld defects or cracks, a welded part that has already cracked, or a welded part that is predicted to crack in the future A weld bead welded with a welding material is provided in a direction intersecting with a crack growth direction of the welded portion.
前記平板の面上に、肉盛溶接された前記溶接ビードが、前記突合せ溶接の溶接ビードに対して交差する方向に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の溶接継手。 The first and second flat plates are provided as the member, and the two flat plates are butt welded to each other with a normal welding material to form a flat plate shape.
The weld joint according to claim 9, wherein the weld bead welded on the surface of the flat plate is provided in a direction intersecting the weld bead of the butt welding.
第１と第２の平板は端面で突合せ溶接されて平板状をなしており、
第３の平板は、第１と第２の平板がなす平板の一方の面上に前記面に対して垂直で、第１と第２の平板を跨ぎ、前記突合せ溶接の溶接ビードに対して垂直方向に隅肉溶接されており、
前記突合せ溶接の溶接ビードと前記第３の平板とを跨いで、肉盛溶接された前記溶接ビードが、前記隅肉溶接の溶接ビードに対して交差する方向に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の溶接継手。 It has a T-shaped cross section, and comprises three flat plates as first, second and third as the member,
The first and second flat plates are butt welded at the end faces to form a flat plate shape,
The third flat plate is perpendicular to the surface on one surface of the flat plate formed by the first and second flat plates, straddles the first and second flat plates, and perpendicular to the weld bead of the butt welding. Fillet welded in the direction,
The weld bead welded so as to straddle the butt weld bead and the third flat plate is provided in a direction intersecting the fillet weld weld bead. The welded joint according to claim 9.
第３の平板と第４の平板とが突き合わせ溶接されている第２部材とを備え、
前記第１の部材に対して前記第１の部材の溶接ビードに直交する方向に、前記第２の部材が垂直に隅肉溶接されており、
前記隅肉溶接の溶接ビード上に、肉盛溶接された前記溶接ビードが、前記第１の平板および前記第２の平板同士の突合せ溶接の溶接ビードおよび前記第３の平板および前記第４の平板同士の突合せ溶接の溶接ビードに対して交差する方向に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の溶接継手。 A first member in which the first flat plate and the second flat plate are butt welded;
A second member in which the third flat plate and the fourth flat plate are butt-welded,
The second member is vertically fillet welded in a direction perpendicular to the weld bead of the first member with respect to the first member;
The weld bead welded on the fillet weld bead is a butt weld weld bead between the first flat plate and the second flat plate, the third flat plate, and the fourth flat plate. The welded joint according to claim 9, wherein the welded joint is provided in a direction intersecting with a weld bead of butt welding of each other.
前記２個の円筒は、側面に長手方向に沿って突合せ溶接された継ぎ目を有し、
前記継ぎ目の溶接ビードが合致しないようにして、前記第１の円筒と前記第２の円筒が端面で突合せ溶接されており、
前記端面における突合せ溶接の溶接ビードの外周面側に、肉盛溶接された前記溶接ビードが、前記継ぎ目の溶接の溶接ビートに対して交差する方向に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の溶接継手。 The cylinder has two cylinders, a first cylinder and a second cylinder, having the same outer diameter and inner diameter as the member,
The two cylinders have a seam butt welded along the longitudinal direction on the side surface;
The first cylinder and the second cylinder are butt welded at the end faces so that the weld bead of the seam does not match,
The weld bead welded on the outer peripheral surface side of the butt weld weld bead at the end face is provided in a direction intersecting the weld beat of the seam weld. The welded joint described in 1.
前記２個の円筒は、側面に長手方向に沿って突合せ溶接された継ぎ目を有し、
前記継ぎ目の溶接ビードが合致しないようにして、前記第１の円筒と前記第２の円筒が端面で突合せ溶接されており、
円筒の外周面側に、前記第１の円筒と前記第２の円筒の前記継ぎ目の溶接ビードとを跨いで、肉盛溶接された前記溶接ビードが前記端面の突合せ溶接の溶接ビードに対して交差する方向に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の溶接継手。 The cylinder has two cylinders, a first cylinder and a second cylinder, having the same outer diameter and inner diameter as the member,
The two cylinders have a seam butt welded along the longitudinal direction on the side surface;
The first cylinder and the second cylinder are butt welded at the end faces so that the weld bead of the seam does not match,
On the outer peripheral surface side of the cylinder, the weld bead that is welded over the weld bead of the seam of the first cylinder and the second cylinder intersects the weld bead of the butt welding of the end face The welded joint according to claim 9, wherein the welded joint is provided in a direction in which the welding is performed.
２個の部材の端面同士で突合せ溶接され、
前記２個の部材は、前記端面で一方の部材が他方の部材に対して前記梁が設けられていない側に所定の角度で屈折しており、
前記梁が隅肉溶接されていない面上の前記梁の真裏の部分において、肉盛溶接された前記溶接ビードが、２枚の平板の突合せ溶接の溶接ビードに対して交差する方向に前記２枚の平板を跨いで設けられていることを特徴とする請求項９に記載の溶接継手。 Two members each having a T-shaped cross section, which is perpendicular to the surface on one surface of the flat plate and in which a beam is fillet welded in the longitudinal direction of the flat plate,
Butt welded between the end faces of two members,
The two members are refracted at a predetermined angle on one side of the end face on the side where the beam is not provided with respect to the other member,
In the portion directly behind the beam on the surface where the beam is not fillet welded, the weld bead welded welded in the direction intersecting the weld bead of butt welding of two flat plates The welded joint according to claim 9, wherein the welded joint is provided across a flat plate.
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