JP4772922B2 - 耐脆性き裂伝播性に優れた溶接構造体 - Google Patents

Description

本発明は、溶接継手に脆性き裂が発生した場合に、脆性き裂の伝播を制御、抑制する耐脆性き裂伝播性に優れた溶接構造体に関する。
特に、厚鋼板を用いて溶接を適用した溶接構造物の溶接継手において脆性き裂が発生した場合でも、その伝播を制御、抑制して安全性を向上させることができる耐脆性き裂伝播性に優れた溶接構造体に関する。

近年、大型コンテナ船やバルクキャリア等の船舶用溶接構造体、建築構造物、土木鋼構造物に代表される溶接構造体においては、脆性き裂等の破壊に対する高い安全性が求められるようになっている。特に、コンテナ船は大型化が顕著であり、例えば、６０００ＴＥＵ以上の大型コンテナ船が製造されるようになり、船殻外板の鋼板が厚肉化並びに高強度化し、板厚７０ｍｍ以上で降伏強度３９０Ｎ／ｍｍ^２級以上の鋼板が用いられるようになっている。
ここで、ＴＥＵ（Ｔｗｅｎｔｙ ｆｅｅｔ Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｕｎｉｔ）とは、長さ２０フィートのコンテナに換算した個数を表し、コンテナ船の積載能力の指標を示している。
このような大型コンテナ船は、積載能力や荷役効率の向上のため、仕切り壁を無くして上部開口部を大きく確保した構造とされており、特に、船殻外板や内板の強度を確保する必要があるため、上記のような高強度鋼板が用いられている。

上述のような溶接構造物を建造する際、建造コストの低減や建造効率向上を目的として、大入熱溶接（例えば、エレクトロガスアーク溶接）が広く適用されている。特に、鋼板の板厚が増すほど溶接工数が著しく増加するため、極限まで大入熱で溶接を行なうことが要求される。しかしながら、鋼板の溶接に大入熱溶接を適用した場合、溶接熱影響部（ＨＡＺ：Ｈｅａｔ Ａｆｆｅｃｔｅｄ Ｚｏｎｅ）の靭性が低下し、ＨＡＺの幅も増大するため、脆性破壊に対する破壊靭性値が低下する傾向にある。

このため、溶接継手において脆性き裂が発生するのを抑制するとともに、脆性き裂の伝播停止（アレスト）を達成することを目的として、耐脆性破壊特性に優れたＴＭＣＰ鋼板（Ｔｈｅｒｍｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ：熱加工制御）が提案されている。上記ＴＭＣＰ鋼板を用いることにより、脆性破壊発生に対する抵抗値である破壊靭性値が向上するため、通常の使用環境では、構造物が脆性破壊する可能性は極めて低くなる。しかしながら、地震や構造物同士の衝突の事故や災害等の際に、万が一、脆性破壊が生じると、脆性き裂がＨＡＺを伝播し続け、溶接構造物に大きな破壊をもたらすおそれがある。

例えば、コンテナ船等に代表される溶接構造体では、板厚５０ｍｍ程度のＴＭＣＰ鋼板等が使用され、万が一、溶接継手で脆性き裂が発生しても、溶接残留応力によって脆性き裂が溶接部から母材側に逸れるので、母材のアレスト性能を確保すれば、脆性き裂を母材で停止できると考えられていた。また、６０００ＴＥＵを超える大型コンテナ船等、さらに大型の溶接構造体においては、より大きな板厚の鋼板が必要となり、さらに、構造を簡素化するうえで鋼板の厚肉化が有効であることから、設計応力が高い高張力鋼の厚鋼板を用いることが求められていた。しかしながら、このような厚鋼板を用いた場合、ＨＡＺの破壊靭性の程度によっては、脆性き裂が母材に逸れること無くＨＡＺに沿って伝播するおそれがある。

上記問題を解決するため、突合せ溶接継手の一部に補修溶接（はっり、埋め戻し溶接）を施し、ＨＡＺに沿って伝播する脆性き裂を母材側に逸らせる構成とされた溶接構造体が提案されている（例えば、特許文献１）。しかしながら、特許文献１の溶接構造体では、母材の破壊靭性が非常に優れている場合には有効であるが、母材の破壊靭性が不充分な場合には、母材側に逸れた脆性き裂が長く伝播し、構造物としての強度が著しく低下するおそれがある。また、埋め戻し溶接部のボリュームが大きめとなり、工程時間が長くなるとともに、製造コストも増大するという問題がある。

また、溶接継手に発生する脆性き裂の伝播を停止させたい領域に、板状のインサート材が溶接線と交差するように貫通して溶接され、インサート材として、表面や裏面の板厚比２％以上の厚みの表層域における集合組織が適正化されたものを用いる溶接構造体が提案されている（例えば、特許文献２）。しかしながら、特許文献２に記載の溶接構造体を大型建造物に適用した場合、例えば、溶接継手を伝播した脆性き裂が、インサート材を鋼板に溶接する溶接継手を伝播してインサート材に突入し、そのままインサート材の内部を伝播した後、再び溶接継手を伝播するおそれがある。一方、溶接継手を伝播した脆性き裂が、インサート材及び該インサート材を鋼板に溶接する溶接継手の位置で母材側に逸れた場合には、上記同様、母材の破壊靭性が不充分だと脆性き裂が長く伝播し、溶接構造物としての強度が著しく低下するという問題も懸念される。

特開２００５−１３１７０８号公報 特開２００７−０９８４４１号公報

そこで、本発明は、地震や、衝突などの際に、たとえ溶接継手に脆性き裂が発生した場合であっても、脆性き裂が溶接継手を伝播するのを抑制でき、その結果、溶接構造体の破断を防止することが可能な、耐脆性き裂伝播性に優れた溶接構造体を提供することを目的とする。

本発明者らは、溶接継手に発生する脆性き裂の伝播を停止させたい領域に、別部材となるインサート部材を溶接線に交差するように貫通して設け、脆性き裂が溶接継手や母材を伝播するのを防止する技術において、さらに大型の溶接構造体の場合でもより確実にき裂の伝播を防止できる手段について鋭意研究した。
この結果、インサート部材の形状並びに鋼板特性を適正化することにより、溶接継手及び母材における脆性き裂の伝播を抑制し、溶接構造体に大規模な破壊が発生するのを防止できることを見出し、次のような基本態様を見出した。

［Ａ］ 少なくとも一部の領域の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ ^１．５ 以上である鋼板を、互いに突合せ溶接することで鋼板溶接継手が形成されてなる溶接構造体において、
前記鋼板溶接継手の少なくとも一箇所に、鋼板溶接継手に発生した脆性き裂を鋼板母材側にそらす耐き裂制御部が設けられており、該耐き裂制御部は、前記鋼板溶接継手から前記鋼板にまたがって形成された貫通穴に挿入され、脆性き裂の伝播方向を鋼板母材側に逃がすためのインサート部材、及び、該インサート部材の外縁部と、それに対向する鋼板母材とが突合せ溶接されて形成されたインサート溶接継手を有しており、前記インサート部材は、前記鋼板溶接継手の長手方向と交差する方向における横幅Ｗ（ｍｍ）、及び板厚ｔ（ｍｍ）の各々の寸法が、下記（１）、（２）式で表される関係を満足するように形成されており、かつ、該インサート部材の脆性き裂主対抗側の外縁部は、前記鋼板溶接継手の溶接金属部から前記鋼板溶接継手の両側に、鋼板溶接継手の長手方向に対して１５°以上５０°以下の角度で傾斜して延伸するとともに、他方の脆性き裂副対抗側の外縁部は、７０°以上１１０°以下の角度で前記鋼板溶接継手と交差しており、前記インサート部材溶接継手における溶接金属部の靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒｓ３（℃）と、前記鋼板の母材靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒｓ１（℃）との関係が、次式、ｖＴｒｓ３≦ｖＴｒｓ１−２０で表される関係を満たし、少なくとも、前記インサート部材の横幅方向端部が、前記鋼板のＫｃａが４０００Ｎ／ｍｍ ^１．５ 以上である領域に向かい合うように、前記耐き裂制御部を設けたこと、を特徴とする耐脆性き裂伝播性に優れた溶接構造体。
３．２ｄ＋５０ ≦ Ｗ ・・・・・ （１）
０．９５Ｔ ≦ ｔ ・・・・・ （２）
但し、上記（１）、（２）式中において、Ｔ（ｍｍ）は前記鋼板の板厚を表し、ｄ（ｍｍ）は前記鋼板溶接継手における溶接金属部の幅を表す。
［Ｂ］ 前記鋼板の板厚が２５ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であること、を特徴とする上記［１］に記載の耐脆性き裂伝播性に優れた溶接構造体。
［Ｃ］ 前記鋼板は、少なくとも一部の領域の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが６０００Ｎ／ｍｍ ^１．５ 以上であり、前記耐き裂制御部は、少なくとも、前記インサート部材の横幅方向端部が、前記鋼板のＫｃａが６０００Ｎ／ｍｍ ^１．５ 以上である領域に向かい合うように設けられていること、を特徴とする上記［１］又は［２］に記載の耐脆性き裂伝播性に優れた溶接構造体。

そして、その基本態様を長手配列溶接継手が形成され溶接構造体に適用して、本発明を完成した。即ち、本発明の要旨は、請求の範囲に記載した以下の内容に関する。

［１］ 少なくとも一部の領域の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ^１．５以上である鋼板を、互いに突合せ溶接することで鋼板溶接継手が形成されてなる溶接構造体において、
前記鋼板溶接継手の少なくとも一箇所に、鋼板溶接継手に発生した脆性き裂を鋼板母材側にそらす耐き裂制御部が設けられており、
該耐き裂制御部は、前記鋼板溶接継手から前記鋼板にまたがって形成された貫通穴に挿入され、脆性き裂の伝播方向を鋼板母材側に逃がすためのインサート部材、及び、
該インサート部材の外縁部と、それに対向する鋼板母材とが突合せ溶接されて形成されたインサート溶接継手を有しており、
前記インサート部材は、前記鋼板溶接継手の長手方向と交差する方向における横幅Ｗ（ｍｍ）、及び板厚ｔ（ｍｍ）の各々の寸法が、下記（１）、（２）式で表される関係を満足するように形成されており、かつ、
該インサート部材の脆性き裂主対抗側の外縁部は、前記鋼板溶接継手の溶接金属部から前記鋼板溶接継手の両側に、鋼板溶接継手の長手方向に対して１５°以上５０°以下の角度で傾斜して延伸するとともに、他方の脆性き裂副対抗側の外縁部は、７０°以上１１０°以下の角度で前記鋼板溶接継手と交差しており、
前記インサート溶接継手における溶接金属部の靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒｓ３（℃）と、前記鋼板の母材靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒｓ１（℃）との関係が、次式、
ｖＴｒｓ３ ≦ ｖＴｒｓ１−２０
で表される関係を満たし、
少なくとも、前記インサート部材の横幅方向端部が、前記鋼板のＫｃａが４０００Ｎ／ｍｍ^１．５以上である領域に向かい合うように、前記耐き裂制御部を設け、
前記鋼板は、前記鋼板溶接継手の長手方向で配列される少なくとも２以上の鋼板からなるとともに、該長手配列鋼板を互いに突合せ溶接することで長手配列溶接継手が形成されており、
前記耐き裂制御部は、前記インサート部材の脆性き裂副対抗側に形成される前記インサート溶接継手が前記長手配列溶接継手に接するように設けられていること、を特徴とする耐脆性き裂伝播性に優れた溶接構造体。
３．２ｄ＋５０ ≦ Ｗ ・・・・・ （１）
０．９５Ｔ ≦ ｔ ・・・・・ （２）
但し、上記（１）、（２）式中において、Ｔ（ｍｍ）は前記鋼板の板厚を表し、ｄ（ｍｍ）は前記鋼板溶接継手における溶接金属部の幅を表す。

［２］ 少なくとも一部の領域の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ ^１．５ 以上である鋼板を、互いに突合せ溶接することで鋼板溶接継手が形成されてなる溶接構造体において、
前記鋼板溶接継手の少なくとも一箇所に、鋼板溶接継手に発生した脆性き裂を鋼板母材側にそらす耐き裂制御部が設けられており、
該耐き裂制御部は、前記鋼板溶接継手から前記鋼板にまたがって形成された貫通穴に挿入され、脆性き裂の伝播方向を鋼板母材側に逃がすためのインサート部材、及び、
該インサート部材の外縁部と、それに対向する鋼板母材とが突合せ溶接されて形成されたインサート溶接継手を有しており、
前記インサート部材は、前記鋼板溶接継手の長手方向と交差する方向における横幅Ｗ（ｍｍ）、及び板厚ｔ（ｍｍ）の各々の寸法が、下記（１）、（２）式で表される関係を満足するように形成されており、かつ、
該インサート部材の脆性き裂主対抗側の外縁部は、前記鋼板溶接継手の溶接金属部から前記鋼板溶接継手の両側に、鋼板溶接継手の長手方向に対して１５°以上５０°以下の角度で傾斜して延伸するとともに、他方の脆性き裂副対抗側の外縁部は、７０°以上１１０°以下の角度で前記鋼板溶接継手と交差しており、
前記インサート溶接継手における溶接金属部の靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒｓ３（℃）と、前記鋼板の母材靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒｓ１（℃）との関係が、次式、
ｖＴｒｓ３ ≦ ｖＴｒｓ１−２０
で表される関係を満たし、
少なくとも、前記インサート部材の横幅方向端部が、前記鋼板のＫｃａが４０００Ｎ／ｍｍ ^１．５ 以上である領域に向かい合うように、前記耐き裂制御部を設け、
前記鋼板は、前記鋼板溶接継手の長手方向で配列される少なくとも２以上の鋼板からなるとともに、該長手配列鋼板を互いに突合せ溶接することで長手配列溶接継手が形成されており、
前記耐き裂制御部は、前記インサート部材の脆性き裂副対抗側に形成される前記インサート溶接継手が前記長手配列溶接継手を含むように設けられ、
さらに、前記長手配列溶接継手をなす溶接金属部の靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒｓ４（℃）と、前記鋼板の母材靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒｓ１（℃）との関係が、次式、
ｖＴｒｓ４ ≦ ｖＴｒｓ１−２０
で表される関係を満たすこと、を特徴とする耐脆性き裂伝播性に優れた溶接構造体。
３．２ｄ＋５０ ≦ Ｗ ・・・・・ （１）
０．９５Ｔ ≦ ｔ ・・・・・ （２）
但し、上記（１）、（２）式中において、Ｔ（ｍｍ）は前記鋼板の板厚を表し、ｄ（ｍｍ）は前記鋼板溶接継手における溶接金属部の幅を表す。

［３］ 前記鋼板の板厚が２５ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であること、を特徴とする上記［１］又は［２］に記載の耐脆性き裂伝播性に優れた溶接構造体。
［４］ 前記鋼板は、少なくとも一部の領域の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが６０００Ｎ／ｍｍ^１．５以上であり、前記耐き裂制御部は、少なくとも、前記インサート部材の横幅方向端部が、前記鋼板のＫｃａが６０００Ｎ／ｍｍ^１．５以上である領域に向かい合うように設けられていること、を特徴とする上記［１］〜［３］の何れかに記載の耐脆性き裂伝播性に優れた溶接構造体。

なお、本発明では、溶接金属部と溶接熱影響部を含む部分を溶接継手と定義する。また、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａは、当該溶接構造体が使用される温度、あるいは設計温度における数値である。

本発明の溶接構造体によれば、溶接継手の少なくとも一箇所に、インサート部材とそれと母材鋼板との間に形成されるインサート溶接継手とを有する耐き裂制御部が設けられているので、たとえ溶接継手に脆性き裂が発生した場合であっても、溶接継手を伝播する脆性き裂を、耐き裂制御部によって鋼板母材のアレスト性能の高い部位にそらしたり、あるいは耐き裂制御部で阻止することができ、脆性き裂が溶接継手や母材を伝播するのが抑制できる。従って、大規模な破壊が発生するのを未然防止することが可能な溶接構造体を、高い生産効率及び低コストで得ることができる。
このような本発明に係る溶接構造体が、大型船舶をはじめ、建築構造物や土木鋼構造物等の各種溶接構造物に使用されることで、溶接構造物の大型化、破壊に対する高い安全性、建造における溶接の高能率化、鋼材の経済性等々が同時に満たされことから、その産業上の効果は計り知れない。

本発明を説明する模式図であり、鋼板同士が溶接されて形成された鋼板溶接継手の一部に、インサート部材及びインサート溶接継手からなる耐き裂制御部が設けられた状態、及び、脆性き裂の進展状況を示す平面図である。 本発明に係る溶接構造体に類似する参考例を説明する模式図であり、鋼板溶接継手の一部に、インサート部材及びインサート溶接継手からなる耐き裂制御部が設けられた状態を示す平面図である。 インサート部材の形状、特に、脆性き裂副対抗側の外縁部の形状を説明するための図である。 本発明に係る溶接構造体の一例を説明する模式図であり、本発明に係る溶接構造体を船舶用溶接構造体に適用した場合について説明する概略図である。 本発明に係る溶接構造体に類似する参考例の他の例を説明する図３と同様の図である。 本発明に係る溶接構造体の一例を説明する図３と同様の図である。 本発明に係る溶接構造体の他の例を説明する図３と同様の図である。 本発明の実施例で用いる溶接継手試験体の製作方法について説明する図である。 本発明の実施例における耐脆性き裂伝播性を評価するための引張試験方法について説明する図である。

以下、本発明の耐脆性き裂伝播性に優れた溶接構造体の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために詳細に説明するものであるから、特に指定の無い限り、本発明を限定するものではない。

従来、鋼板溶接継手において発生した脆性き裂は、主として、鋼板溶接継手の長手方向を伝播する。このため、鋼板溶接継手に生じた脆性き裂が起点となり、溶接構造体全体に大きな破壊が生じるおそれがあるという問題があった。
本発明者等は、上述のような脆性き裂の伝播方向を効果的に制御し、溶接構造体においてき裂が伝播するのを抑制するためには、上記従来技術において、さらにインサート部材の形状並びに鋼材特性を適正化することが重要であることを知見した。
本発明の基本原理について図１を用いて説明する。

本発明では、鋼板１、１を突合せ溶接して形成された鋼板溶接継手２の途中に、耐き裂制御部４を設けて鋼板溶接継手２を分断する。耐き裂制御部４は、前記鋼板溶接継手から前記鋼板にまたがって形成された貫通穴３に挿入されたインサート部材５と、該インサート部材５が鋼板１に対して突合せ溶接されることで形成されるインサート溶接継手６とからなる。インサート部材５は、脆性き裂の伝播が予想される主対抗側を、鋼板溶接継手２に対して傾斜したインサート溶接継手６を形成するような形状とする。この耐き裂制御部４を設けることで、鋼板溶接継手２に発生した脆性き裂の伝播を次のように制御する。

鋼板溶接継手２の長手方向の一方側で発生した脆性き裂ＣＲは、鋼板１と鋼板溶接継手２の境界（あるいは鋼板母材の熱影響部）に沿って伝播する。き裂ＣＲがインサート溶接継手６に達したとき、この継手の鋼板溶接継手２に対する傾斜角度が適切である場合には、き裂ＣＲは、インサート溶接継手６に突入することなく、図１−ｂに示すように、鋼板１とインサート溶接継手６の境界（あるいは鋼板母材の熱影響部）に沿って伝播し、インサート溶接継手の横幅方向端部において鋼板１の母材部に到達することになる。このとき、母材部に進入しても鋼板１の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが高いと、そこでき裂ＣＲの進展を停止することができる。
さらに、鋼板溶接継手２の長手方向の他方の副対抗側から脆性き裂ＣＲが伝播してきた場合でも、インサート部材５の高さ、幅、厚みを十分大きなものにしておけば、図１−ｄに示すように、インサート部材５内部でき裂ＣＲの進展を停止することができる。

以上とは逆に、インサート部材５の形状によっては、図１−ｃのように、脆性き裂がインサート部材５を貫通したり、あるいは、インサート溶接継手６に沿って伝播しても、母材側に逸れずに再び鋼板溶接継手を伝播したりすることもあり得る。

本発明は、以上のような、鋼板溶接継手２に対して傾斜したインサート溶接継手６を、鋼板溶接継手２に連続して形成することで、脆性き裂の進展を鋼板溶接継手２からインサート溶接継手６に導くという基本原理の下で、脆性き裂の進展を阻止する母材鋼板の条件、脆性き裂の進展を制御するインサート部材の条件などについてさらに検討してなされたものであり、以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。

［第１の実施形態（参考例）］
＜全体の構成＞
第１の実施形態は、図２に示すように、母材の少なくとも一部の領域１Ａ、１Ａの脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ^１．５以上である鋼板１、１を突合せ溶接することで鋼板溶接継手２が形成されている場合の例であり、以下、この継手に適用した形態を溶接構造体Ａと呼称して説明する。
溶接構造体Ａにおいては、鋼板溶接継手２の少なくとも一箇所に、耐き裂制御部４が前記領域１Ａに隣接するように設けられる。耐き裂制御部４が設けられる位置は、衝突や地震などによる大きな破壊エネルギーにさらされたときに、き裂の発生・伝播が予想される鋼板溶接継手の途中が望ましい。
耐き裂制御部４は、鋼板１を貫通するように設けられた貫通孔３に配置されるインサート部材５と、該インサート部材５が鋼板１に対して突合せ溶接されることで形成されるインサート溶接継手６とからなっている。
インサート溶接継手６は、脆性き裂の伝播が予想される主対抗側を、鋼板溶接継手２に連続して形成し、かつ鋼板溶接継手２に対して傾斜して形成することで、脆性き裂の進展を鋼板溶接継手２からインサート溶接継手に導くようにする。このため、インサート部材５は、鋼板溶接継手２の溶接線Ｌ上から延在する外縁部５１、５２が、鋼板溶接継手２の長手方向に対して１５°以上５０°以下の範囲の角度で傾斜するように形成されている。図２の溶接構造体Ａでは、インサート部材５が、平面視略正三角形として形成されている例を示している。

＜鋼板＞
鋼板１は、母材の少なくとも一部の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ^１．５以上とされる鋼材からなる。
大型の構造物を形成する溶接構造体においては、全領域がＫｃａ４０００Ｎ／ｍｍ^１．５以上の高い領域の脆性き裂伝播停止特性を有する鋼材を用いて構築されているものばかりではなく、製造過程の熱処理により鋼板の一部領域で脆性き裂伝播停止特性を高めた鋼板や、全領域がＫｃａ４０００Ｎ／ｍｍ^１．５以上の鋼板であっても、途中の曲げ加工などで加熱処理を受けて一部領域のＫｃａが低下した鋼板を用いる場合がある。

溶接構造体Ａでは、図２に示すように、インサート溶接継手６よりも外側の部位である領域１Ａ（図２において縦長方向下側）において、母材の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが、４０００Ｎ／ｍｍ^１．５以上とされており、鋼板溶接継手２の溶接線Ｌ上から延伸するインサート部材５の傾斜外縁部５１、５２の後端５１ａ、５２ａ側に形成されるインサート溶接継手６が前記領域Ａに隣接するように形成される。

鋼板１の化学成分組成や金属組織等については、特に制限されず、船舶用溶接構造体、建築構造物及び土木鋼構造物等の分野において、従来公知の鋼板特性を備えるものを使用することができる。
例えば、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１８％、Ｓｉ：０．０１〜０．５％、Ｍｎ：０．３〜２．５％、Ｐ：０．０１％以下、Ｓ：０．００１〜０．０２％を含有する組成を基本とし、この組成に、求められる性能に応じて、さらに、Ｎ：０．００１〜０．００８％、Ｂ：０．０００１〜０．００５％、Ｍｏ：０．０１〜１．０％、Ａｌ：０．００２〜０．１％、Ｔｉ：０．００３〜０．０５％、Ｃａ：０．０００１〜０．００３％、Ｍｇ：０．００１〜０．００５％、Ｖ：０．００１〜０．１８％、Ｎｉ：０．０１〜５．５％、Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、Ｃｕ：０．０１〜３．０％、Ｃｒ：０．０１〜１．０％、ＲＥＭ：：０．０００５〜０．００５％の１種または２種以上を含有させ、残部はＦｅ及び不可避不純物によって構成される鋼があげられる。
特に、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが６０００Ｎ／ｍｍ^１．５以上の鋼板としては、特開２００７−３０２９９３号公報や、特開２００８−２４８３８２号公報などに示されるような組成の厚鋼板が好適に使用できる。

図２に示すように、溶接構造体Ａでは、上記のような鋼板１、１が突合せ溶接されることにより、鋼板溶接継手２が形成される。また、この鋼板溶接継手２によって接合される鋼板１の各々には、詳細を後述するインサート部材５を配置するための貫通孔３が、鋼板溶接継手２の溶接線Ｌを中心として、鋼板１の各々において対称となるように設けられている。

鋼板１の板厚は、２５ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲とすることが好ましい。鋼板１の板厚がこの範囲であれば、溶接構造体としての鋼板強度を確保することができるとともに、詳細を後述するように、優れた耐脆性き裂伝播性を得ることが可能となる。
特に、４０ｍｍ以上の鋼板を用いた溶接構造体では、脆性き裂の伝播を止めるための有効な手段がなく、板厚４０ｍｍ以上、より好ましくは５０ｍｍ以上で、１００ｍｍ以下の鋼板を用いた溶接構造体において、本発明はより効果的に実施される。

また、本実施形態では、鋼板１をなす母材の少なくとも一部、図２に示す例では、領域１Ａの脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ^１．５以上とされているが、６０００Ｎ／ｍｍ^１．５以上であることが、耐脆性き裂伝播性がより向上する点から好ましい。

＜インサート部材＞
インサート部材５は、図２に示すように、鋼板溶接継手２によって接合される鋼板１の各々にまたがって形成された貫通孔３に、鋼板溶接継手２の溶接線Ｌを中心として鋼板１の各々において好ましくは対称となるように配置される。また、インサート部材５は、鋼板１に形成された貫通孔３内に露出する溶接端に対して突合せ溶接されることで形成されるインサート溶接継手６とともに、耐き裂制御部４を構成する。
インサート部材５は、上述したような耐き裂制御部４を構成することにより、仮に、鋼板溶接継手２に脆性き裂が生じた場合でも、そのき裂の伝播経路を、鋼板溶接継手２からインサート溶接継手６に制御し、鋼板溶接継手２を貫くようにき裂が伝播して互いに溶接された鋼板１、１が分断されるのを防止するものである。

そのため、インサート溶接継手６は、脆性き裂の伝播が予想される主対抗側を鋼板溶接継手２から連続して形成され、かつ鋼板溶接継手２に対して１５°以上５０°以下の範囲の傾斜角度θ１で形成するのがよい。
図２に示す例のインサート部材５では、主対抗側の頂部５ａから延在する傾斜外縁部５１、５２が、鋼板溶接継手２の長手方向に対して１５°以上５０°以下の範囲の角度θ１で傾斜するように形成されている。そして、インサート部材５は、傾斜外縁部５１、５２の後端５１ａ、５２ａに、脆性き裂に対する副対抗側となる外縁部５３が連なるように形成され、平面視略正三角形に構成されている。

この傾斜角度θ１を上記範囲とすることにより、鋼板溶接継手２を伝播する脆性き裂が生じた場合でも、このき裂を、鋼板溶接継手からインサート溶接継手６に沿って進展するように導き、鋼板１の母材側に安定的に逸らすことが可能となる。この結果、脆性き裂を効果的に停止させ、溶接構造体Ａに大規模な破壊が生じるのを防止することができる。

鋼板溶接継手の長手方向に対するインサート部材５の傾斜外縁部５１、５２の角度が５０°を超えると、鋼板溶接継手の長手方向と外縁部とが直交する角度、つまり９０°に近づくため、鋼板溶接継手２を伝播した脆性き裂を、鋼板溶接継手からインサート溶接継手６に沿って伝播するように導くのが困難になり、鋼板溶接継手を伝播した脆性き裂がそのままインサート部材５に突入する可能性がある。さらに、インサート部材５に直接き裂が突入した場合には、き裂がインサート部材内部で停止せず、インサート部材を通過し、再び鋼板溶接継手に突入して伝播するおそれがある。
また、鋼板溶接継手の長手方向に対するインサート部材５の傾斜外縁部５１、５２の角度が１５°未満だと、インサート溶接継手６に沿ってき裂を伝播させても、このインサート溶接継手を通過したき裂の位置が、もとのき裂伝播経路である鋼板溶接継手の位置と近くなるため、き裂が再び鋼板溶接継手に突入して伝播するおそれがある。
脆性き裂がインサート溶接継手６に沿って伝播するように導くための傾斜角度θ１の好ましい範囲は、２５°以上４０°以下である。

図２の溶接構造体Ａでは、インサート部材５が、平面視略正三角形として形成されている例を示したが、インサート部材の形状は、これに限定されるものではない。例えば、２等辺三角形や、図３−ａに示すような溶接線Ｌに対して非対称な３角形、さらには、図３−ｂに示すように、傾斜外縁部５１、５２の後端５１ａ、５２ａを結ぶ副対抗側の外縁部５３が直線でない場合も含まれる。
何れの場合でも、インサート部材の傾斜外縁部５１、５２の後端５１ａ、５２ａを結ぶ副対抗側の外縁部５３と溶接線Ｌとのなす角度θ２が７０°以上１１０°以下であることが必要である。
この角度が上記範囲にない場合には、インサート溶接継手６に沿って伝播してきた脆性き裂が、鋼板の母材側に逸れず、副対抗側の外縁部５３を伝播して、再び鋼板溶接継手に突入するおそれがある。角度θ２のより好ましい範囲は、８０°以上１００°以下である。
なお、図３では、溶接線Ｌに対して片側にθ２を示したが、他側も同様である。

溶接構造体Ａに用いられるインサート部材５は、鋼板溶接継手２の長手方向と交差する方向における横幅Ｗ、及び板厚ｔの各々の寸法が、下記（１）、（２）式で表される関係を満足することが必要である。
３．２ｄ＋５０ ≦ Ｗ ・・・・・ （１）
０．９５Ｔ ≦ ｔ ・・・・・ （２）
但し、上記（１）、（２）式中において、Ｔは前記鋼板の板厚を表し、ｄは前記鋼板溶接継手における溶接金属部の幅を表す。
なお、インサート部材の横幅Ｗは、インサート溶接継手の溶接金属部の中点を基準とする。図３に示すような場合のインサート部材の横幅Ｗは鋼板溶接継手に直角な方向の最大幅である。また、溶接金属部の幅ｄは、鋼の両面に溶接金属部が形成されている場合は、広い方の幅とする。

本発明者らは、インサート部材の形状、寸法をさまざまに変えて溶接構造体の破壊試験を繰り返し実施した。その結果、脆性き裂が鋼板溶接継手や鋼板母材を長距離にわたって伝播するのを防止するのに効果のある上記関係を得た。

（１）式は、き裂を逸らせる効果について．インサート部材５の幅Ｗと鋼板溶接継手における溶接金属部の幅ｄに相関関係があることを示している。
鋼板溶接継手２を進展してきたき裂は、インサート部材５によって進展方向を変化せられ、傾斜外縁部５１または５２に沿って進展する。その際、インサート部材５の横幅寸法が、溶接金属部の幅ｄの３．２倍に比して十分大きくない場合は、アレスト部材の後端５１ａまたは５２ａに到達したき裂は、副対抗側の外縁部５３のうちの左右どちらかを伝播し、再度、鋼板溶接継手２に戻り、そのまま進展して、停止しない可能性がある。
外縁部５１、５２の後端５１ａ、５２ａに到達したき裂が、鋼板１に向かって、鋼板溶接継手の溶接金属部にほぼ平行に進展させるための駆動力は、試験時にインサート部材５に加わる応力に依ると考えられているが、この応力は、溶接継手２の中心を通る溶接線Ｌと副対抗側の外縁部５３の交点から、後端５１ａあるいは５２ａまでの距離に比例するからである。上記の相関関係により、インサート部材の幅寸法Ｗの下限値として、上記（１）式を規定した。Ｗの上限値は設けていないが、実施時には、溶接継手２の寸法に収まる範囲に自ずと規定される。
なお、インサート部材の高さＨについては規定されないが、Ｗの下限とアレスト部材の傾斜角度の制限からその範囲は規制される。

（２）式は、き裂を逸らせる効果について、インサート部材５の板厚ｔと鋼板１の板厚Ｔに相関関係があることを示している。
進展するき裂のエネルギーは鋼板の板厚Ｔに比例しているが、インサート部材５の板厚ｔが、鋼板１の板厚の０．９５倍に比して、より小さい場合には、進展してきたき裂は逸れることなく、インサート部材５に突入するおそれが大きく、き裂が、そのままインサート部材を貫通する可能性が高くなるからである。

インサート部材５の各寸法値を上記関係とすることにより、鋼板溶接継手２にき裂が生じた場合であっても、き裂の伝播方向を鋼板１の母材側へ効果的に逸らすことが可能となる。インサート部材の各寸法値の関係が、上記（１）、（２）式で表される関係を満たさない場合、鋼板溶接継手に生じたき裂の状態によっては、このき裂がインサート部材に進入し、鋼板の母材側に逸れずに鋼板溶接継手を伝播してしまう可能性がある。

インサート部材の高さＨは、き裂ＣＲを溶接継手２から十分離すことができるよう、２５０ｍｍ以上、または３００ｍｍ以上、さらには、４００ｍｍ以上がより好ましく、横幅Ｗについても、２００ｍｍ以上、または２５０ｍｍ以上、さらには、３００ｍｍ以上がより好ましい。

さらにまた、本実施形態の溶接構造体Ａにおいては、インサート溶接継手６をなす溶接金属部の靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒｓ３（℃）と、鋼板１の母材靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒｓ１（℃）との関係が、次の式（３）
ｖＴｒｓ３ ≦ ｖＴｒｓ１−２０ ・・・（３）
で表される関係を満たすことが必要である。
インサート溶接継手６をなす溶接金属部の靱性と鋼板１の母材靱性との関係が式（３）を満たすことにより、仮に、鋼板溶接継手２にき裂が生じた場合であっても、き裂の伝播方向を、鋼板溶接継手からインサート溶接継手６に導き、鋼板１の母材側へ効果的に逸らすことが可能となる。
インサート溶接継手をなす溶接金属部の靱性と鋼板の母材靱性との関係が上記式（３）を満たさない場合、鋼板溶接継手に生じたき裂の状態によっては、このき裂がインサート溶接継手に進入し、さらには、インサート部材に進入するおそれがあり、鋼板の母材側に逸れずに鋼板溶接継手を伝播してしまうおそれがある。

インサート部材５の材質としては、特に限定されるものではなく、従来公知の化学成分や鋼特性を有する鋼板を何ら制限無く用いることができる。本発明の溶接構造体は、インサート部材に脆性き裂が進入するのを抑制する構成のため、インサート部材５の材質や特性は特に限定されないものの、その強度や靭性は、少なくとも鋼板溶接継手２の母材程度とされていることが好ましい。

なお、本実施形態では、インサート部材５を１枚のみ用いて鋼板１に溶接した構成を説明しているが、これには限定されず、例えば、２枚以上のインサート部材を積層して使用することもでき、適宜採用することが可能である。

＜脆性き裂の伝播経路の制御＞
上記構成とされた溶接構造体１Ａにおいて、鋼板溶接継手２に脆性き裂が発生した場合の、き裂伝播経路の制御について、以下に説明する。

図２に示すように、鋼板溶接継手２の長手方向の一方側（図２における縦長方向の上側）で発生した脆性き裂ＣＲは、鋼板溶接継手２における長手方向の他方側（図２における縦長方向の下側）に向かって伝播を開始し（図２中の二点鎖線矢印を参照）、ついで、インサート溶接継手６に到達する。
インサート溶接継手６は、鋼板溶接継手に連続して傾斜してき裂の伝播方向に伸びているので、インサート溶接継手６の傾斜角度が適切であれば、き裂は、図示例のように、インサート部材５の傾斜外縁部５１（又は外縁部５２）に形成されたインサート溶接継手６に導かれるようにして、インサート溶接継手６と鋼板１との境界に沿って伝播する。そして、き裂は、インサート溶接継手６の横幅方向端部から鋼板１の母材側に逸れて、該横幅方向端部に向かい合って位置している脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ^１．５以上とされた領域１Ａの内部で停止される。

その場合、インサート溶接継手６の脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒｓ３（℃）が、鋼板１の脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒｓ１（℃）に対して、上記式（３）を満たす場合には、脆性き裂ＣＲがインサート溶接継手６に進入するおそれが少なくなり、脆性き裂の伝播をより確実に母材側にそらすことができる。
溶接金属の遷移温度ｖＴｒｓ３が母材鋼板の遷移温度ｖＴｒｓ１よりも高いと、鋼板溶接継手２を長手方向で伝播した脆性き裂ＣＲがインサート溶接継手６に進入し、ついで、インサート部材５に進入する場合も想定されるので、好ましくない。

耐き裂制御部４が上記の機能を発揮するには、溶接構造体が破壊エネルギーにさらされた時にき裂の発生の可能性がある鋼板溶接継手を予想し、その溶接継手の１箇所あるいは複数箇所に、き裂が来る方向に主対抗側を向けて耐き裂制御部を設けるのがよい。両方向からの進展が予想される鋼板溶接継手においては、インサート部材の向きを変えて２箇所の耐き裂制御部を距離を置いて設けることもできる。
その際、耐き裂制御部に沿って逸らせたき裂を母材部で停止させるのに十分な距離を置く必要があるが、たとえばインサート材の高さＨだけ離せば十分である。

＜耐き裂制御部の作製方法＞
以下に、上述したような溶接構造体Ａにおいて、耐き裂制御部４を作製する方法の一例について説明する。

本実施形態の溶接構造体Ａは、鋼板の少なくとも一部の領域の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ^１．５以上である鋼板を突合せ溶接して形成した溶接構造体に、耐き裂制御部４を設ける例である。
耐き裂制御部は、衝突や地震などによる大きな破壊エネルギーにさらされたときに、き裂の発生・伝播が予想される鋼板溶接継手の途中に、少なくとも１箇所設けられる。その際、鋼板溶接継手から連続的に形成されるインサート溶接継手の横幅方向端部が、鋼板のＫｃａ４０００Ｎ／ｍｍ^１．５以上の領域に少なくとも隣接するように耐き裂制御部４を設ける必要がある。

耐き裂制御部４を設けるためには、まず、インサート部材５を配置するための貫通孔３を形成する。貫通孔の形成には、鋼板の段階で貫通孔となる部分を予め切り欠く方法、鋼板を溶接のために仮組みした状態で切り欠く方法、あるいは、鋼板を溶接した後に貫通孔を形成する方法などがあるが、いずれの方法であってもよい。既存の溶接構造体に貫通孔３を形成して本発明を適用することももちろん可能である。

鋼板の溶接前に貫通孔３を形成する場合には、まず、図８−ａに示すように、鋼板１の溶接端１１、１２に開口するように、鋼板を切り欠いて貫通孔３（３ａ、３ｂ）を形成する。次いで、貫通孔３ａ、３ｂとなる部分を残して、各々の鋼板１の溶接端１１、１２を突合せ溶接することにより、鋼板溶接継手２を形成する。

次いで、インサート部材５を、形成された貫通孔３に挿入する。次いで、インサート部材５の傾斜外縁部５１、５２、並びに副対抗側の外縁部５３を、それと対向する鋼板の露出した溶接端に対してそれぞれ突合せ溶接することでインサート溶接継手６を形成する。このような手順により、鋼板溶接継手２の溶接線Ｌを中心として鋼板１の各々において対称となるように、インサート部材５とインサート溶接継手６とからなる耐き裂制御部４を形成する。

本実施形態では、耐き裂制御部を形成する工程において、インサート部材５を、鋼板溶接継手２の溶接線Ｌ上から延在する外縁部５１、５２が鋼板溶接継手２の長手方向に対して１５°以上５０°以下の範囲の角度で傾斜するように形成して鋼板１に貫通するように設ける。
また、インサート部材５の形状は、図２等に示すように、全体を平面視略三角形とし、インサート部材５の頂部５ａが、鋼板溶接継手２の溶接線Ｌ上に位置するように配置するとともに、インサート部材５の頂部５ａから延在する傾斜外縁部５１、５２を、鋼板溶接継手２の長手方向に対して１５°以上５０°以下の範囲の角度で傾斜するように形成し、それぞれの傾斜外縁部５１、５２の後端５１ａ、５２ａを結ぶ副対抗側の外縁部５３は、溶接線Ｌと７０°以上１１０°以下の範囲の角度で交差するように形成している。

本実施形態においては、鋼板１同士、並びに、鋼板１とインサート部材５とを突合せ溶接する際の溶接方法及び溶接材料については、特に限定されない。しかしながら、インサート溶接継手６自体の耐破壊靱性を高めるため、例えば、溶接方法として、被覆アーク溶接（ＳＭＡＷ）や炭酸ガスアーク溶接（ＣＯ_２溶接）を採用し、また、溶接材料となるワイヤの成分を高Ｎｉとすることが好ましい。
また、脆性き裂伝播を可能な限り抑制し、さらに、鋼板溶接継手２及びインサート溶接継手６において新たな疲労き裂や脆性き裂の起点が生じるのを防止するため、各溶接継手を、溶接欠陥の無いように、溶接金属で完全に充填することが好ましい。

上記手順により、図２に示すような、本実施形態の耐脆性き裂伝播性に優れた溶接構造体Ａを製造することができる。

＜溶接構造体を適用した船舶構造体の一例＞
上述した溶接構造体Ａを適用した船舶構造体の一例を図４の概略図に示す。
図４に示すように、船舶構造体７０は、骨材（補強材）７１、デッキプレート（水平部材）７２、船殻内板（垂直部材）７３、船殻外板７４を備えて概略構成される。また、図示例の船舶構造体７０は、船殻内板７３をなす複数の鋼板１同士を突合せ溶接することで形成される鋼板溶接継手（図３中では図示略）の長手方向の一部に耐き裂制御部４が設けられることで、本実施形態の溶接構造体Ａを具備する構造とされている。
上記構成の船舶構造体７０によれば、本実施形態の溶接構造体Ａの構成を適用することにより、例え、鋼板溶接継手を伝播する脆性き裂が発生した場合であっても、耐き裂制御部４により、き裂の伝播方向を効果的に制御できる。これにより、鋼板溶接継手に生じた脆性き裂を安定的に停止させることができ、船殻内板７３、ひいては船舶構造体７０に大規模な破壊が生じるのを防止することが可能となる。

［第２の実施形態（参考例）］
以下、本発明の第２の実施形態である溶接構造体Ｂについて、主に図５を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、上述の第１の実施形態の溶接構造体Ａと共通する構成については、同じ符号を付与するとともに、その詳細な説明を省略する。また、第３、４の実施態様の説明においても同様とする。

本実施形態の溶接構造体Ｂは、図５においては詳細な図示を省略するが、鋼板１０の母材全体が、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ^１．５以上とされている点で、第１の実施形態の溶接構造体Ａとは異なる。

溶接構造体Ｂによれば、鋼板溶接継手２０に脆性き裂が発生した場合、鋼板溶接継手２０を伝播してきたき裂を、インサート溶接継手６と鋼板母材の境界（あるいは隣接する母材の熱影響部）に沿って伝播させて、鋼板１０の母材側に逸らすことができる（図５中の二点鎖線矢印を参照）。
そして、溶接構造体Ａと同様、鋼板１０の母材側に逸れたき裂は、鋼板１０において直ちに停止するので、鋼板溶接継手２０が破断せず、また、溶接構造体Ｂに大規模な破壊が生じるのを防止することが可能となる。
また、本実施形態の溶接構造体Ｂは、鋼板１０をなす母材全体が、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが６０００Ｎ／ｍｍ^１．５以上とされていることがより好ましい。

［第３の実施形態］
以下、本発明の第３の実施形態である溶接構造体Ｃについて、主に図６を参照しながら詳述する。

溶接構造体Ｃは、耐き裂制御部が設けられる鋼板溶接継手を形成する突合せ溶接で被溶接対象となる鋼板が、その突合せ溶接の長手方向で複数の鋼板を配列し突合せ溶接して形成された鋼板である場合の例である。
すなわち、図６に示すように、鋼板１０Ａが、鋼板溶接継手２０Ａの長手方向で配列される少なくとも２以上の長手配列鋼板（図６中の符号２１〜２４を参照）を突合せ溶接して形成され、この鋼板１０Ａ、１０Ａを突合せ溶接して形成された鋼板溶接継手２０Ａに、耐き裂制御部４が設けられる。

長手配列鋼板２１、２２の間および長手配列鋼板２３、２４の間には、長手配列溶接継手２５、２６が形成されており、インサート部材５の副対抗側の外縁部５３側に形成されるインサート溶接継手６は、この長手配列溶接継手２５、２６に接して設けられている。このため、溶接構造体Ｃでは、インサート部材５の脆性き裂副対抗側の外縁部５３は、長手配列溶接継手２５、２６の形状と同じ形状とされる。
このように、溶接構造体Ｃは上述の第１及び第２の実施形態の溶接構造体Ａ、Ｂとは異なる。
また、図６に示す例においては、図示の都合上、長手配列鋼板として４枚の長手配列鋼板２１〜２４を示し、長手配列鋼板２１と長手配列鋼板２２とが長手配列溶接継手２５で接合され、長手配列鋼板２３と長手配列鋼板２４とが長手配列溶接継手２６で接合されている場合を示している。

また、本実施形態の溶接構造体Ｃは、長手配列鋼板２２及び長手配列鋼板２４をなす母材の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ^１．５以上とされている一方、長手配列鋼板２１及び長手配列鋼板２３の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａは特に限定されない。

溶接構造体Ｃによれば、上述の溶接構造体Ａ、Ｂと同様、鋼板溶接継手２０Ａに脆性き裂が発生した場合でも、この脆性き裂を、インサート部材５の傾斜外縁部５１（５２）又はインサート溶接継手６によって鋼板１０Ａの母材側に逸らすことができる（図６中の二点鎖線矢印を参照）。図６に示す例では、鋼板溶接継手２０Ａに発生した脆性き裂ＣＲが、インサート溶接継手６の横幅方向端部から、長手配列溶接継手２５に達し、ついで、該横幅方向端部に向かい合って位置している脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ^１．５以上とされた長手配列鋼板２２に突入して、その鋼板の内部で停止される。
このように、鋼板１０Ａの母材側に逸れたき裂は、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａの高い長手配列鋼板２２において直ちに停止するので、鋼板溶接継手２０Ａが破断せず、また、溶接構造体Ｃに大規模な破壊が生じるのを防止することが可能となる。
また、本実施形態の溶接構造体Ｃは、鋼板１０Ａをなす長手配列鋼板２２、２４の母材が、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａ＝６０００Ｎ／ｍｍ^１．５以上であることがより好ましい。

［第４の実施形態］
以下、本発明の第４の実施形態である溶接構造体Ｄについて、主に図７を参照しながら詳述する。
溶接構造体Ｄは、図７に示すように、鋼板１０Ｂが、鋼板溶接継手２０Ｂの長手方向で配列される少なくとも２以上の長手配列鋼板（図７中の符号３１〜３４を参照）を突合せ溶接して形成され、この鋼板１０Ｂ、１０Ｂを突合せ溶接して形成された鋼板溶接継手２０Ｂに、耐き裂制御部４が設けられる点で、第３の実施形態の溶接構造体Ｃと構成が一部共通している。

一方、本実施形態の溶接構造体Ｄは、図示例のように、長手配列鋼板を突合せ溶接して形成された長手配列溶接継手３５、３６が、インサート部材５の脆性き裂副対抗側の外縁部５３側に形成されるインサート溶接継手を含む構成とされている点で、第３の実施形態の溶接構造体Ｃとは異なる。
またさらに、溶接構造体Ｄは、長手配列溶接継手３５、３６をなす溶接金属部の靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒｓ４（℃）と、鋼板１０Ｂの母材靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒｓ１（℃）との関係が、次の（４）式
ｖＴｒｓ４ ≦ ｖＴｒｓ１−２０ ・・・（４）
を満たす関係とされている点においても、第３の実施形態の溶接構造体Ｃとは異なる構成とされている。
また、溶接構造体Ｄは、鋼板１０Ｂをなす全ての長手配列鋼板３１〜３４の母材の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ^１．５以上とされている。また、図示例の溶接構造体Ｄは、長手配列溶接継手３５、３６が連なって直線状に形成されている。

溶接構造体Ｄによれば、上述の溶接構造体Ａ〜Ｃと同様、鋼板溶接継手２０Ｂに脆性き裂が発生した場合でも、インサート部材５の傾斜外縁部５１（５２）、又は傾斜外縁部５１（５２）に沿って形成されるインサート溶接継手６０により、脆性き裂ＣＲを、鋼板１０Ｂの母材側に逸らすことができる（図７中の二点鎖線矢印を参照）。
図７に示す例では、鋼板溶接継手２０Ａに発生した脆性き裂ＣＲが、インサート溶接継手６０の横幅方向端部から、長手配列溶接継手３５に達し、ついで、該横幅方向端部に向かい合って位置している脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ^１．５以上とされた長手配列鋼板３２に突入して、その鋼板の内部で停止される。
このように、鋼板１０Ｂの母材側に逸れたき裂は、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａの高い長手配列鋼板３２において直ちに停止するので、鋼板溶接継手２０Ｂが破断せず、また、溶接構造体Ｄに大規模な破壊が生じるのを防止することが可能となる。
また、本実施形態の溶接構造体Ｄは、鋼板１０Ｂをなす全ての長手配列鋼板３１〜３４の母材が、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａ＝６０００Ｎ／ｍｍ^１．５以上であることがより好ましい。

以下、本発明に係る耐脆性き裂伝播性に優れた溶接構造体の実施例を挙げ、本発明をより具体的に説明するが、本発明は、もとより下記実施例に限定されるものではなく、前、後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。

［溶接構造体の製造］
まず、製鋼工程において溶鋼の脱酸・脱硫と化学成分を制御し、連続鋳造によって下記表１に示す化学成分の鋳塊を作製した。そして、日本海事協会（ＮＫ）規格船体用圧延鋼材ＫＡ３２、ＫＡ３６、ＫＡ４０の規格に準じた製造条件で、前記鋳塊を再加熱して厚板圧延することで、板厚が２５ｍｍ〜１５０ｍｍの範囲の鋼板をそれぞれ製造した。さらに、これらの鋼板に対して各種熱処理を施すとともに、この際の条件を制御することにより、母材の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａ（Ｎ／ｍｍ^１．５）が種々の値になるように適宜調整した。製造した鋼板から、試験片を適宜採取し、−１０℃におけるＫｃａ特性を評価・確認するとともに、鋼板の脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒｓ１（℃）を測定した。表１にＫｃａ特性及びｖＴｒｓ１を合わせて示した。

次に、図８（ａ）に示すように、鋼板１の溶接端１１、１２に開口するように、貫通孔３ａ、３ｂを形成した。そして、貫通孔３ａ、３ｂの各々が溶接線Ｌを中心として対称の貫通孔３を形成するように、各々の鋼板１の溶接端１１、１２を突合せ溶接し、鋼板溶接継手２を形成することにより、鋼板１同士を接合した。

次に、下記表１に示す鋼板を用いて、表２〜表５に示す形状のインサート部材５を作製し、これを、図８（ｂ）に示すように、鋼板１に形成された貫通孔３に挿入した。そして、インサート部材５の傾斜外縁部５１、５２並びに副対抗側の外縁部５３を、それぞれ対向する貫通孔３によって露出した鋼板の溶接端に対して突合せ溶接し、インサート部材５と鋼板１とを接合した。以上の手順により、鋼板溶接継手２の溶接線Ｌを中心として鋼板１の各々において対称となるように、インサート部材５とインサート溶接継手６とからなる耐き裂制御部４を形成した。

また、インサート部材５は、図９（ｂ）、（ｃ）に示すように、副対抗側の外縁部５３の位置が、鋼板１の上端から１０００ｍｍとなる場所に配置した。また、図８（ｃ）に示すように、インサート部材５の傾斜外縁部５１、５２及び副対抗側の外縁部５３、並びに、鋼板１の貫通孔３内に露出する溶接端には、板厚方向中心を頂点として１３０°（水平ラインに対して２５°）となるように開先加工を施した。また、インサート部材５の各縁部と、鋼板１の貫通孔３内に露出する溶接端との間は、前記頂点において約３ｍｍのルート間隔を持たせた状態として溶接処理を行なった。

なお、上記手順における鋼板１同士の突合せ溶接、及び、鋼板１とインサート部材５との突合せ溶接は、炭酸ガスアーク溶接（ＣＯ_２溶接）によって行なうとともに、この際の溶接材料として、高Ｎｉ成分とされた溶接ワイヤを用いた。また、各溶接継手の形成箇所においては、新たなき裂の起点が生じるのを防止するため、各溶接継手を溶接金属で完全に充填するように溶接処理を行なった。その後、各溶接継手を冷却することにより、図２に示すような溶接構造体（本発明例、参考例、比較例）を製造した。
また、上記同様、各鋼板及びインサート部材を接合することにより、図５〜図７に示すような溶接構造体（本発明例、参考例、比較例）を製造した。

［評価試験］
上記手順によって製造した溶接構造体について、以下のような評価試験を行った。
まず、図９（ａ）に示すような試験装置９０を準備するとともに、上記手順で作製した溶接構造体のサンプルの各々を適宜調整し、試験装置９０に取り付けた。ここで、図９（ｂ）、（ｃ）中に示す鋼板溶接継手２に設けたき裂発生部である窓枠８１は、楔をあてがって所定の応力を印加することで強制的に脆性き裂を発生させるためのものであり、切欠き状の先端部は０．２ｍｍ幅のスリット加工を施したものである。
次いで、鋼板溶接継手２の溶接線Ｌと垂直方向に２６２Ｎ／ｍｍ^２あるいは３００Ｎ／ｍｍ^２の引張応力を付与することにより、鋼板溶接継手２に脆性き裂を発生させた。そして、この脆性き裂を、鋼板溶接継手２の溶接線Ｌ上で伝播させることにより、溶接構造体の耐脆性き裂伝播性を評価した。この際の雰囲気温度は−１０℃とした。

そして、鋼板溶接継手２を伝播した脆性き裂が、耐き裂制御部４をなすインサート溶接継手６に到達した後、その脆性き裂が伝播する方向及び停止位置を確認し、亀裂の伝播、停止の形態を図１のｂ、ｃ、ｄに対応する以下に示す３段階（ｂ、ｃ、ｄ）で評価し、下記表２〜表５に示した。
［ｂ］…脆性き裂がインサート溶接継手に到達し、次いで、鋼板母材とインサート溶接継手の境界に沿って伝播した後、鋼板の母材側に逸れ、鋼板において直ちに停止した（図１−ｂの形態）。
［ｃ］…脆性き裂がインサート溶接継手に到達した後、このインサート溶接継手に進入し、さらにインサート部材を貫通した後、そのまま鋼板溶接継手を伝播した（図１−ｃの形態）。
［ｄ］…脆性き裂が副対抗側から伝播してきてインサート部材内部で停止した（図１−ｄの形態）。
また、［ｂ］の場合について、き裂の伝播距離に基づいて算出した点数（最高値１０）により耐きれつ伝播性能を評価した。

本実施例で用いた鋼板の化学成分組成、母材の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａ（Ｎ／ｍｍ^１．５）及び脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒｓ１（℃）の一覧を表１に示すとともに、インサート部材５の鋼板特性及び形状、インサート溶接継手６を形成する際の溶接条件、鋼板１を突合せ溶接して鋼板溶接継手２を形成する際の溶接条件、及び、脆性き裂の伝播の評価結果の一覧を表２〜表５に示す。

なお、表２、４において、注１〜４の内容は、次のとおりである。
注１： 鋼板１の内の領域１Ａ以外の領域を意味する。
注２： 図に基づいた、２種類の鋼板の組み合わせを示す。
注３： 板厚を４：１に分割したＸ開先に対し、鋼板の両面より、エレクトロガスアーク溶接により突合せ溶接した。このときの大きい方の適用入熱量を示す。
注４： 板厚の半分づつ、鋼板の両面からエレクトロガスアーク溶接により突合せ溶接した。このときの入熱量を示す。

［評価結果］
表２〜５に示すように、参考例１〜２９は、図５に示す第２の実施形態（参考例）の溶接構造体Ｂに関する例であり、本発明例３０〜３２は、図６に示す本発明の第３の実施形態の溶接構造体Ｃに、本発明例３３、３４は、図７に示す第４の実施形態の溶接構造体Ｄに、参考例３５は、図２に示す第１の実施形態（参考例）の溶接構造体Ａにそれぞれ関する例である。
また、表４、５に示す比較例１〜８は、溶接構造体Ｂと同様の構造を有する比較例であり、比較例９〜１１は、溶接構造体Ｃと、比較例１２は溶接構造Ｄと、比較例１３は溶接構造Ａとそれぞれ同様の構造を有する比較例である。

表２に示すように、本発明又は参考例に係る溶接構造体（本発明例又は参考例１〜３５）は、脆性き裂の伝播の結果が、参考例１１で［ｄ］の形態となった他、残りは全て［ｂ］の形態となった。これにより、本発明の溶接構造体が、溶接継手に脆性き裂が発生した場合であっても、き裂が溶接継手や母材を伝播するのを抑制でき、溶接構造体の破断を防止することが可能であり、耐脆性き裂伝播性に優れていることが確認できた。

これに対し、比較例１〜１３の溶接構造体は、鋼板の母材特性、インサート部材の形状、インサート溶接継手の特性の何れかが本発明の規定を満たしていないため、耐脆性き裂伝播の結果が何れも［ｃ］の形態となり、脆性き裂の進展をとめることができなかった例である。

比較例１の溶接構造体は、インサート部材の横幅Ｗが不充分であり、また、インサート部材の傾斜外縁部の角度θ１が不適な例である。
比較例２、３は、角度θ１が不適な例であり、比較例４、５は、インサート部材の脆性き裂副対抗側の外縁部の角度θ２が不適な例である。
比較例６は、インサート部材の板厚ｔが不充分であるとともに、副対抗側の外縁部の角度θ２が不適な例である。
比較例７は、鋼板溶接継手の母材部（鋼板母材）のＫｃａ値が不充分であるとともに、かつインサート部材の板厚が不充分であり、また、傾斜外縁部の角度θ１が不敵な例である。
比較例８、９は、鋼板溶接継手の母材部（鋼板母材）のＫｃａ値が不充分である例であり、比較例１０、１１は、傾斜外縁部の角度θ１が不適な例である。
比較例１２は、溶接金属部の脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒｓ４が不適な例であり、比較例１３は、領域１Ａの脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが不適な例である。

以上の結果により、本発明の溶接構造体が、溶接継手に脆性き裂が発生した場合であっても、き裂が溶接継手や母材を伝播するのを抑制でき、溶接構造体の破断を防止することが可能であり、耐脆性き裂伝播性に優れていることが明らかである。

Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ 溶接構造体
１、１０、１０Ａ、１０Ｂ 鋼板
１Ａ 領域（少なくともインサート部材及びインサート溶接継手の横幅方向端部に向かい合って位置する鋼板の部位）
２、２０、２０Ａ、２０Ｂ 鋼板溶接継手
３、３ａ、３ｂ 貫通孔
４ 耐き裂制御部
５ インサート部材
５１、５２ インサート部材の脆性き裂主対抗側から延伸する傾斜外縁部
５１ａ、５１ｂ インサート部材の傾斜外縁部の後端（インサート部材の横幅方向端部）
５３ 脆性き裂に対する副対抗側となるインサート部材の外縁部
６、６０ インサート部材溶接継手
２５、２６、３５、３６ 長手配列溶接継手
２１、２２、２３、２４、３１、３２、３３、３４ 長手配列鋼板
７０ 船舶構造体
Ｌ 溶接線
θ１ インサート部材の傾斜外縁部の鋼板溶接継手の長手方向に対する傾斜角度
θ２ インサート部材の脆性き裂副対抗側の外縁部が鋼板溶接継手と交差する角度

Claims (4)

1. 少なくとも一部の領域の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ^１．５以上である鋼板を、互いに突合せ溶接することで鋼板溶接継手が形成されてなる溶接構造体において、
   前記鋼板溶接継手の少なくとも一箇所に、鋼板溶接継手に発生した脆性き裂を鋼板母材側にそらす耐き裂制御部が設けられており、
   該耐き裂制御部は、前記鋼板溶接継手から前記鋼板にまたがって形成された貫通穴に挿入され、脆性き裂の伝播方向を鋼板母材側に逃がすためのインサート部材、及び、
   該インサート部材の外縁部と、それに対向する鋼板母材とが突合せ溶接されて形成されたインサート溶接継手を有しており、
   前記インサート部材は、前記鋼板溶接継手の長手方向と交差する方向における横幅Ｗ（ｍｍ）、及び板厚ｔ（ｍｍ）の各々の寸法が、下記（１）、（２）式で表される関係を満足するように形成されており、かつ、
   該インサート部材の脆性き裂主対抗側の外縁部は、前記鋼板溶接継手の溶接金属部から前記鋼板溶接継手の両側に、鋼板溶接継手の長手方向に対して１５°以上５０°以下の角度で傾斜して延伸するとともに、他方の脆性き裂副対抗側の外縁部は、７０°以上１１０°以下の角度で前記鋼板溶接継手と交差しており、
   前記インサート溶接継手における溶接金属部の靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒｓ３（℃）と、前記鋼板の母材靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒｓ１（℃）との関係が、次式、
   ｖＴｒｓ３ ≦ ｖＴｒｓ１−２０
   で表される関係を満たし、
   少なくとも、前記インサート部材の横幅方向端部が、前記鋼板のＫｃａが４０００Ｎ／ｍｍ^１．５以上である領域に向かい合うように、前記耐き裂制御部を設け、
   前記鋼板は、前記鋼板溶接継手の長手方向で配列される少なくとも２以上の鋼板からなるとともに、該長手配列鋼板を互いに突合せ溶接することで長手配列溶接継手が形成されており、
   前記耐き裂制御部は、前記インサート部材の脆性き裂副対抗側に形成される前記インサート溶接継手が前記長手配列溶接継手に接するように設けられていること、を特徴とする耐脆性き裂伝播性に優れた溶接構造体。
   ３．２ｄ＋５０ ≦ Ｗ ・・・・・ （１）
   ０．９５Ｔ ≦ ｔ ・・・・・ （２）
   但し、上記（１）、（２）式中において、Ｔ（ｍｍ）は前記鋼板の板厚を表し、ｄ（ｍｍ）は前記鋼板溶接継手における溶接金属部の幅を表す。
2. 少なくとも一部の領域の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ ^１．５ 以上である鋼板を、互いに突合せ溶接することで鋼板溶接継手が形成されてなる溶接構造体において、
   前記鋼板溶接継手の少なくとも一箇所に、鋼板溶接継手に発生した脆性き裂を鋼板母材側にそらす耐き裂制御部が設けられており、
   該耐き裂制御部は、前記鋼板溶接継手から前記鋼板にまたがって形成された貫通穴に挿入され、脆性き裂の伝播方向を鋼板母材側に逃がすためのインサート部材、及び、
   該インサート部材の外縁部と、それに対向する鋼板母材とが突合せ溶接されて形成されたインサート溶接継手を有しており、
   前記インサート部材は、前記鋼板溶接継手の長手方向と交差する方向における横幅Ｗ（ｍｍ）、及び板厚ｔ（ｍｍ）の各々の寸法が、下記（１）、（２）式で表される関係を満足するように形成されており、かつ、
   該インサート部材の脆性き裂主対抗側の外縁部は、前記鋼板溶接継手の溶接金属部から前記鋼板溶接継手の両側に、鋼板溶接継手の長手方向に対して１５°以上５０°以下の角度で傾斜して延伸するとともに、他方の脆性き裂副対抗側の外縁部は、７０°以上１１０°以下の角度で前記鋼板溶接継手と交差しており、
   前記インサート溶接継手における溶接金属部の靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒｓ３（℃）と、前記鋼板の母材靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒｓ１（℃）との関係が、次式、
   ｖＴｒｓ３ ≦ ｖＴｒｓ１−２０
   で表される関係を満たし、
   少なくとも、前記インサート部材の横幅方向端部が、前記鋼板のＫｃａが４０００Ｎ／ｍｍ ^１．５ 以上である領域に向かい合うように、前記耐き裂制御部を設け、
   前記鋼板は、前記鋼板溶接継手の長手方向で配列される少なくとも２以上の鋼板からなるとともに、該長手配列鋼板を互いに突合せ溶接することで長手配列溶接継手が形成されており、
   前記耐き裂制御部は、前記インサート部材の脆性き裂副対抗側に形成される前記インサート溶接継手が前記長手配列溶接継手を含むように設けられ、
   さらに、前記長手配列溶接継手をなす溶接金属部の靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒｓ４（℃）と、前記鋼板の母材靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒｓ１（℃）との関係が、次式、
   ｖＴｒｓ４ ≦ ｖＴｒｓ１−２０
   で表される関係を満たすこと、を特徴とする耐脆性き裂伝播性に優れた溶接構造体。
   ３．２ｄ＋５０ ≦ Ｗ ・・・・・ （１）
   ０．９５Ｔ ≦ ｔ ・・・・・ （２）
   但し、上記（１）、（２）式中において、Ｔ（ｍｍ）は前記鋼板の板厚を表し、ｄ（ｍｍ）は前記鋼板溶接継手における溶接金属部の幅を表す。
3. 前記鋼板の板厚が２５ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であること、を特徴とする請求項１又は２に記載の耐脆性き裂伝播性に優れた溶接構造体。
4. 前記鋼板は、少なくとも一部の領域の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが６０００Ｎ／ｍｍ^１．５以上であり、前記耐き裂制御部は、少なくとも、前記インサート部材の横幅方向端部が、前記鋼板のＫｃａが６０００Ｎ／ｍｍ^１．５以上である領域に向かい合うように設けられていること、を特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の耐脆性き裂伝播性に優れた溶接構造体。

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