JPWO2012008055A1 - 耐脆性き裂伝播性に優れた溶接継手及び溶接構造体 - Google Patents
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Abstract
Description
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。
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。
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。
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、アレスタ材を鋼板に溶接する溶接継手を伝播してアレスタ材に突入し、そのままアレスタ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、アレスタ材及び該アレスタ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。
この結果、脆性き裂の伝播を制御する継手構造の形状並びに鋼材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、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。
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の伝播を制御する耐脆性き裂伝播方向制御部が設けられており、
該耐脆性き裂伝播方向制御部は、一方の鋼板に形成された突起部と、それに対向する他方の鋼板との間で突合せ溶接されて形成された傾斜ビードを有しており、
該傾斜ビードは、前記鋼板溶接継手の溶接線上からその長手方向に延伸するとともに、鋼板溶接継手の長手方向に対して15°以上50°以下の範囲の角度で傾斜しており、かつ、傾斜ビードの後端部は、少なくとも、前記鋼板のKcaが4000N/mm1.5以上である領域に向かい合うように形成されていること、を特徴とする耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手。
2T ≦ H ・・・・・ (1)
d+50 ≦ W ・・・・・ (2)
但し、上記(1)、(2)式中において、Tは前記鋼板の板厚(mm)を表し、dは前記鋼板溶接継手における溶接金属部の幅(mm)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鋼板溶接継手。
[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/mm1.5以上であり、前記傾斜ビードの後端部は、少なくとも、前記鋼板のKcaが6000N/mm1.5以上である領域に向かい合うように形成されていること、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鋼板溶接継手。
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。
図2は、鋼板溶接継手の一部に図1に示される耐脆性き裂伝播方向制御部が設けられた場合の脆性き裂の進展状況を説明する模式図である。
図3は、本発明に係る鋼板溶接継手及び溶接構造体のき裂伝播特性を説明する模式図であり、図1に示す鋼板溶接継手及び溶接構造体の要部拡大図である。
図4は、本発明に係る鋼板溶接継手及び溶接構造体を、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。
図5は、本発明に係る鋼板溶接継手及び溶接構造体の他の例を説明する図3と同様の図である。
図6は、本発明に係る鋼板溶接継手及び溶接構造体の他の例を説明する図3と同様の図である。
図7は、本発明に係る鋼板溶接継手及び溶接構造体の他の例を説明する図3と同様の図である。
図8は、本発明の実施例で用いる溶接継手試験体について説明する図である。
図9は、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。
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、さらに脆性き裂の伝播を制御する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、2を用いて説明する。
該耐脆性き裂伝播方向制御部3は、突合せ溶接された一方の鋼板に突出部4を設け、他方の鋼板に突出部4に対応する形状の切欠き部5を設け、両者を突合せ溶接することで形成される。
突起部4は、鋼板端部から傾斜して突出しており、突起部4と切欠き部5の間の溶接部には、鋼板内部に向かって傾斜して延伸する傾斜ビード31が、前記鋼板溶接継手1から連続して形成される。
鋼板溶接継手1の長手方向の一方側(図2−a〜e上側)で発生した脆性き裂CRは、鋼板2と鋼板溶接継手1の境界に沿って伝播する。き裂CRが傾斜ビード31に達したとき、き裂CRは、突起部4に突入することなく、図2−aに示すように、鋼板2と傾斜ビード31の境界に沿って伝播し、鋼板2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2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1の長手方向の他方側(下側)から脆性き裂CRが伝播してきた場合でも、耐脆性き裂伝播方向制御部3のKcaを高くし、かつ耐脆性き裂伝播方向制御部3の溶接継手に沿った方向の高さを十分なものにしておけば、図2−fに示すように、耐脆性き裂伝播方向制御部3内部で、き裂CRの進展を停止することができる。
<全体の構成>
第1の実施形態は、図3に示すように、母材の脆性き裂伝播停止特性Kcaが4000N/mm1.5以上である鋼板2、2を突合せ溶接することで鋼板溶接継手1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と称して説明する。
溶接構造体Aにおいては、鋼板溶接継手1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の伝播を、鋼板母材側にそらすため耐脆性き裂伝播方向制御部3が設けられる。耐脆性き裂伝播方向制御部3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・伝播が予測される鋼板溶接継手の途中が望ましい。
該耐脆性き裂伝播方向制御部3は、突合せ溶接された一方の鋼板に突出部4を設け、他方の鋼板に突出部4に対応する形状の切欠き部5を設け、両者を突合せ溶接することで、鋼板継手11と12の間に形成される。
突起部4は、鋼板端部から傾斜して突出しており、突起部4と切欠き部5の間の溶接部には、鋼板内部に向かって傾斜して延伸する傾斜ビード31が、前記鋼板溶接継手1から連続して形成される。
傾斜ビード31は、鋼板溶接継手1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おり、傾斜ビード31の後端31bに水平ビード32の一端32aが接続され、水平ビード32の他端32bが鋼板継手12に接続されている。
鋼板2は、脆性き裂伝播停止特性Kcaが4000N/mm1.5以上とされる鋼材からなる。耐脆性き裂伝播性がより向上する点からは、6000N/mm1.5以上であることが好ましい。
鋼板2は、上記Kcaを満足しておれば、化学成分組成や金属組織等については、特定のものに制限されず、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/mm1.5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。
耐脆性き裂伝播方向制御部3は、鋼板溶接継手1の少なくとも一部に設けられる溶接継手からなるものであり、図3に示す例では、鋼板溶接継手1をなす2箇所の鋼板継手11、12の間に耐脆性き裂伝播方向制御部3が設けられている。
耐脆性き裂伝播方向制御部3は、鋼板溶接継手1(図示例では鋼板継手11)の溶接線L上から延伸するとともに、鋼板溶接継手1の長手方向に対して15°以上50°以下の範囲の傾斜角度θで傾斜する傾斜ビード31を具備してなる。また、図示例の耐脆性き裂伝播方向制御部3は、傾斜ビード31の後端31bに水平ビード32の一端32aが接続され、水平ビード32の他端32bが鋼板継手12に接続されている。
本発明に係る鋼板溶接継手並びにそれが用いられてなる溶接構造体は、上述したような耐脆性き裂伝播方向制御部3を備えることにより、仮に、鋼板溶接継手1に脆性き裂が生じた場合でも、この脆性き裂の伝播方向を制御し、鋼板溶接継手1を貫くようにき裂が伝播して互いに溶接された鋼板2同士が分断するのを防止するものである。
傾斜ビード31の傾斜角度を上記範囲とすることにより、鋼板溶接継手11を伝播する脆性き裂が生じた場合でも、このき裂を、鋼板溶接継手から傾斜ビード31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。
また、傾斜ビードの角度θが50°を超えると、鋼板溶接継手を伝播した脆性き裂が傾斜ビード31に沿って伝播した後に、鋼板の母材側に逸れず、そのまま、突起部4内に突入する可能性が大きくなる。この場合、耐脆性き裂伝播方向制御部に対して直接的に脆性き裂が突入するため、突起部4の脆性き裂伝播停止特性Kcaが十分でない場合には、き裂の伝播が停止せずに耐脆性き裂伝播方向制御部を通過し、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、脆性き裂伝播方向制御部の高さHを、以下に説明するような範囲で確保しつつ、鋼板溶接継手の長手方向に対する耐脆性き裂伝播方向制御部の傾斜ビードの角度θが50°を超えると、脆性き裂伝播方向制御部の幅Wが大きくなりすぎて現実的でない。
脆性き裂が傾斜ビード31に沿って伝播するように導くための傾斜角度θのより好ましい範囲は、20°以上45°以下であり、さらに好ましい範囲は25°以上40°以下である。
2T ≦ H ・・・・・ (1)
d+50 ≦ W ・・・・・ (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。
耐脆性き裂伝播方向制御部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、このき裂が耐脆性き裂伝播方向制御部に進入し、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。
脆性き裂の伝播をより確実に止めるためには、上記高さHは、200mm以上、または250mm以上、さらには、300mm以上がより好ましく、上記(1)式において、H/Tは、2.0以上が好ましく、3.0以上がより好ましい。
上記構成とされた溶接構造体Aにおいて、鋼板溶接継手1に脆性き裂が発生した場合の、き裂伝播方向の制御作用について、以下に説明する。
図3に示すように、鋼板溶接継手1の長手方向の一方側(図3における縦長方向の上側)で発生した脆性き裂は、鋼板溶接継手1における長手方向の他方側(図3における縦長方向の下側)に向かって伝播を開始する(図3中の二点鎖線矢印を参照)。この際、本実施形態の鋼板溶接継手1(溶接構造体A)では、鋼板溶接継手1、図示例では鋼板継手11を長手方向で伝播した脆性き裂が傾斜ビード31に沿って伝播し、その後、図3中の符号Fのように、き裂の伝播方向が、傾斜ビード31の後端31b付近で鋼板2の母材側に逸れる。そして、鋼板2の母材側に逸れて伝搬するき裂は、脆性き裂伝播停止特性Kcaが4000N/mm1.5以上の母材領域で停止される。
このような、本実施形態の鋼板溶接継手1が用いられた溶接構造体Aを、例えば、大型船舶や建築構造物、土木鋼構造物等の各種溶接構造物に適用することで、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、鋼材の経済性等々を同時に満たすことが可能となる。
以下に、上述したような溶接構造体Aにおいて、耐脆性き裂伝播方向制御部3を作製する方法の一例について説明する。
上記手順により、図3に示すような、本実施形態の耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手1並びに溶接構造体Aを製造することができる。
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2同士を突合せ溶接することで形成される鋼板溶接継手1(図4中では図示略)の長手方向の一部に耐脆性き裂伝播方向制御部3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、耐脆性き裂伝播方向制御部3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。
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を参照しながら詳述する。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。
溶接構造体Bによれば、鋼板溶接継手10に脆性き裂が発生した場合、鋼板溶接継手10を伝播してきたき裂を、耐脆性き裂伝播方向制御部3に備えられる傾斜ビード31の頂点31a又は後端31bの位置で鋼板20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、第1の実施形態の鋼板溶接継手1及び溶接構造体Aと同様、鋼板20の母材側に逸れたき裂は、鋼板20の前記領域20aにおいて直ちに停止するので、鋼板溶接継手10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、本実施形態の鋼板溶接継手10及び溶接構造体Bは、前記領域20aが、脆性き裂伝播停止特性Kcaが6000N/mm1.5以上とされていることがより好ましい。
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、先の実施形態と共通する部分は省略して説明する。
また、図6に示す例においては、図示の都合上、小鋼板として4枚の小鋼板21〜24を示し、小鋼板21と小鋼板22とが小鋼板溶接継手25で接合され、小鋼板23と小鋼板24とが小鋼板溶接継手26で接合されている。また、図示例の溶接構造体Cは、小鋼板溶接継手25、26が連なって直線状に形成されている。
そして、鋼板20Aの母材側に逸れたき裂は、脆性き裂伝播停止特性Kcaの高い小鋼板22において直ちに停止するので、鋼板溶接継手10A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、本実施形態の鋼板溶接継手10A及び溶接構造体Cは、鋼板20Aをなす小鋼板22、24の母材が、脆性き裂伝播停止特性Kca=6000N/mm1.5以上であることがより好ましい。
以下、本発明の第4の実施形態である鋼板溶接継手10B並びに溶接構造体Dについて、主に図7を参照しながら説明する
本実施形態の鋼板溶接継手10B並びに溶接構造体Dは、図7に示すように、鋼板20Bが、鋼板溶接継手10Bの長手方向で配列される少なくとも2以上の小鋼板(図7中の符号31、32の組と33、34の組)からなるとともに、この小鋼板同士を突合せ溶接することで小鋼板溶接継手35、36が形成されている点で、第3の実施形態の鋼板溶接継手10A及び溶接構造体Cと構成が一部共通している。
また、本実施形態の鋼板溶接継手10B並びに溶接構造体Dは、鋼板20Bをなす全ての小鋼板31〜34の母材の脆性き裂伝播停止特性Kcaが4000N/mm1.5以上とされている。
この結果、鋼板溶接継手10B並びに溶接構造体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、本実施形態の鋼板溶接継手10B並びに溶接構造体Dは、鋼板20Bをなす全ての小鋼板31〜34の母材が、脆性き裂伝播停止特性Kca=6000N/mm1.5以上であることがより好ましい。
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熱間圧延することで、板厚が約52mmの鋼板を製造した。さらに、こ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/mm1.5)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、試験片のサイズが500mm×500mm×板厚のESSO試験(脆性き裂伝播停止試験)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、表2、4に示す溶接方法及び条件を適用して、まず、鋼板2の溶接端2a、2b間の一部を溶接することにより、鋼板継手11を形成した。そして、表2〜5に示す溶接方法及び条件を適用して鋼板2の溶接端2a、2b間を溶接することで、耐脆性き裂伝播方向制御部3並びに鋼板継手12を形成することにより、鋼板溶接継手1を形成し、鋼板2、2を互いに接合した。この際、図8に示すように、耐脆性き裂伝播方向制御部3の後端31bの位置が、鋼板2の下端から1500mmとなるように調整した。
なお、溶接方法としては、EG:一般的なエレクトロガスアーク溶接法、VEGA: 電極の遥動機構を備えた単電極エレクトロガスアーク溶接法、2VEGA:電極の遥動機構を備えた2電極エレクトロガスアーク溶接法、SEG:電極の遥動機構を備えた単電極エレクトロガスアーク溶接法、SAW:サブマージアーク溶接法、CO2:炭酸ガスアーク溶接法、SMAW:被覆アーク溶接法を用いた。
上記手順によって製造した鋼板溶接継手及び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8中に示す鋼板溶接継手1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。
なお、窓枠81を鋼板継手12に設け、脆性き裂を下側から耐脆性き裂伝播方向制御部3に突入させる試験も行った。
[a]…脆性き裂が耐脆性き裂伝播方向制御部に到達した後、当該制御部に沿ってき裂が伝播し、その後、当該後端において鋼板の母材側へ突入し、鋼板において直ちに停止した(図2−aの形態)。
[b]…脆性き裂が耐脆性き裂伝播方向制御部に到達した後、当該制御部に沿うことなく鋼板の突起部へ進入し、該突起部において直ちに停止した(図2−bの形態)。
[c]…脆性き裂が耐脆性き裂伝播方向制御部に到達した後、当該制御部に沿うことなく鋼板の突起部へ進入、伝播し、そのまま鋼板溶接継手に戻り、再び鋼板溶接継手を伝播した(図2−cの形態)。
[d]…脆性き裂が耐脆性き裂伝播方向制御部に到達した後、当該制御部に沿ってき裂が伝播し、そのまま鋼板溶接継手に沿って戻り、再び鋼板溶接継手を伝播した(図2−dの形態)。
[e]…脆性き裂が耐脆性き裂伝播方向制御部内又は当該制御部に沿って伝播した後、当該後端において鋼板の母材側へ突入し、鋼板を伝播した(図2−eの形態)。
[f]…下側から進展した脆性き裂が耐脆性き裂伝播方向制御部に到達した後、当該突起部において直ちに停止した(図2−fの形態)。
表2〜5に示す本発明例1〜19は、図3に示す第1の実施形態の鋼板溶接継手1及び溶接構造体Aに関する例であり、本発明例20〜25は、図6に示す第3の実施形態の鋼板溶接継手10A及び溶接構造体Cに、本発明例26〜30は、図7に示す第4の実施形態の鋼板溶接継手10B及び溶接構造体Dに、本発明例31〜33は、図5に示す第2の実施形態の鋼板溶接継手10及び溶接構造体Bにそれぞれ関する例である。なお、発明例14、22、28は、き裂が下側から耐脆性き裂伝播方向制御部3に突入した例である。
また、表2に示す比較例1、2は、溶接構造体Aと同様の構造を有する例であり、比較例3、4は溶接構造体Bと同様の構造を、比較例5、6は、溶接構造体Cと同様の構造を、比較例7〜9は、溶接構造体Dと同様の構造をそれぞれ有する例である。なお、比較例6は、下側からき裂が突入した例である。
また、それ以外の本発明例においては、耐脆性き裂伝播方向制御部3に到達した脆性き裂が、当該制御部に沿って伝播した後、鋼板の母材に突入して直ちに停止した例である。
このように、上記本発明例1〜33の鋼板溶接継手及び溶接構造体は、何れも、所定の耐脆性き裂伝播性を有していることが確認できた。
また、比較例2は、傾斜ビードの角度が不足し、かつ、横幅Wが上記(2)式を満たさないため、また比較例6は、鋼板の母材のアレスト性能が不充分であったため、耐脆性き裂伝播方向制御部に沿って伝播方向を変えた脆性き裂が再び鋼板溶接継手を伝播し、[d]となった例である。
また、比較例3〜5は、鋼板の母材のアレスト性能が不充分であったため、耐脆性き裂伝播方向制御部にて脆性き裂の伝播方向を制御できたのにも関わらず、鋼板の母材に突入した脆性き裂がそのまま伝播し、[e]となった例である。
A、B、C、D 溶接構造体
2、20、20A、20B 鋼板
20a 領域(鋼板溶接継手の長手方向において、該鋼板溶接継手の溶接線上から延在する耐脆性き裂伝播方向制御部の傾斜ビードの後端側よりも外側の部位)
3、30 耐脆性き裂伝播方向制御部
31 傾斜ビード
32 水平ビード
31b 後端(傾斜ビード)
4 鋼板の突起部
5 鋼板の切欠き部
25、26、35、36 小鋼板溶接継手
21、22、23、24、31、32、33、34 小鋼板
70 船舶構造体
L 溶接線
H 傾斜ビードの鋼板溶接継手の長手方向に沿った高さ
W 傾斜ビードの鋼板溶接継手の長手方向と交差する方向における横幅
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。
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。
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。
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、アレスタ材を鋼板に溶接する溶接継手を伝播してアレスタ材に突入し、そのままアレスタ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、アレスタ材及び該アレスタ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。
この結果、脆性き裂の伝播を制御する継手構造の形状並びに鋼材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、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。
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の伝播を制御する耐脆性き裂伝播方向制御部が設けられており、
該耐脆性き裂伝播方向制御部は、一方の鋼板に形成された突起部と、それに対向する他方の鋼板との間で突合せ溶接されて形成された傾斜ビードを有しており、
該傾斜ビードは、前記鋼板溶接継手の溶接線から連続して形成され、前記他方の鋼板内部に向かって鋼板溶接継手の長手方向に対して15°以上50°以下の範囲の角度で傾斜して延伸しており、かつ、傾斜ビードの前記鋼板内部に延伸した後端部は、少なくとも、前記鋼板のKcaが4000N/mm1.5以上である領域に向かい合うように形成されていること、を特徴とする耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手。
2T ≦ H ・・・・・ (1)
d+50 ≦ W ・・・・・ (2)
但し、上記(1)、(2)式中において、Tは前記鋼板の板厚(mm)を表し、dは前記鋼板溶接継手における溶接金属部の幅(mm)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鋼板溶接継手。
[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/mm1.5以上であり、前記傾斜ビードの後端部は、少なくとも、前記鋼板のKcaが6000N/mm1.5以上である領域に向かい合うように形成されていること、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鋼板溶接継手。
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ることから、その産業上の効果は計り知れない。
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、さらに脆性き裂の伝播を制御する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、2を用いて説明する。
該耐脆性き裂伝播方向制御部3は、突合せ溶接された一方の鋼板に突出部4を設け、他方の鋼板に突出部4に対応する形状の切欠き部5を設け、両者を突合せ溶接することで形成される。
突起部4は、鋼板端部から傾斜して突出しており、突起部4と切欠き部5の間の溶接部には、鋼板内部に向かって傾斜して延伸する傾斜ビード31が、前記鋼板溶接継手1から連続して形成される。
鋼板溶接継手1の長手方向の一方側(図2−a〜e上側)で発生した脆性き裂CRは、鋼板2と鋼板溶接継手1の境界に沿って伝播する。き裂CRが傾斜ビード31に達したとき、き裂CRは、突起部4に突入することなく、図2−aに示すように、鋼板2と傾斜ビード31の境界に沿って伝播し、鋼板2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2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1の長手方向の他方側(下側)から脆性き裂CRが伝播してきた場合でも、耐脆性き裂伝播方向制御部3のKcaを高くし、かつ耐脆性き裂伝播方向制御部3の溶接継手に沿った方向の高さを十分なものにしておけば、図2−fに示すように、耐脆性き裂伝播方向制御部3内部で、き裂CRの進展を停止することができる。
<全体の構成>
第1の実施形態は、図3に示すように、母材の脆性き裂伝播停止特性Kcaが4000N/mm1.5以上である鋼板2、2を突合せ溶接することで鋼板溶接継手1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と称して説明する。
溶接構造体Aにおいては、鋼板溶接継手1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の伝播を、鋼板母材側にそらすため耐脆性き裂伝播方向制御部3が設けられる。耐脆性き裂伝播方向制御部3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・伝播が予測される鋼板溶接継手の途中が望ましい。
該耐脆性き裂伝播方向制御部3は、突合せ溶接された一方の鋼板に突出部4を設け、他方の鋼板に突出部4に対応する形状の切欠き部5を設け、両者を突合せ溶接することで、鋼板継手11と12の間に形成される。
突起部4は、鋼板端部から傾斜して突出しており、突起部4と切欠き部5の間の溶接部には、鋼板内部に向かって傾斜して延伸する傾斜ビード31が、前記鋼板溶接継手1から連続して形成される。
傾斜ビード31は、鋼板溶接継手1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おり、傾斜ビード31の後端31bに横行ビード32の一端32aが接続され、横行ビード32の他端32bが鋼板継手12に接続されている。
鋼板2は、脆性き裂伝播停止特性Kcaが4000N/mm1.5以上とされる鋼材からなる。耐脆性き裂伝播性がより向上する点からは、6000N/mm1.5以上であることが好ましい。
鋼板2は、上記Kcaを満足しておれば、化学成分組成や金属組織等については、特定のものに制限されず、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/mm1.5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。
耐脆性き裂伝播方向制御部3は、鋼板溶接継手1の少なくとも一部に設けられる溶接継手からなるものであり、図3に示す例では、鋼板溶接継手1をなす2箇所の鋼板継手11、12の間に耐脆性き裂伝播方向制御部3が設けられている。
耐脆性き裂伝播方向制御部3は、鋼板溶接継手1(図示例では鋼板継手11)の溶接線L上から延伸するとともに、鋼板溶接継手1の長手方向に対して15°以上50°以下の範囲の傾斜角度θで傾斜する傾斜ビード31を具備してなる。また、図示例の耐脆性き裂伝播方向制御部3は、傾斜ビード31の後端31bに横行ビード32の一端32aが接続され、横行ビード32の他端32bが鋼板継手12に接続されている。
本発明に係る鋼板溶接継手並びにそれが用いられてなる溶接構造体は、上述したような耐脆性き裂伝播方向制御部3を備えることにより、仮に、鋼板溶接継手1に脆性き裂が生じた場合でも、この脆性き裂の伝播方向を制御し、鋼板溶接継手1を貫くようにき裂が伝播して互いに溶接された鋼板2同士が分断するのを防止するものである。
傾斜ビード31の傾斜角度を上記範囲とすることにより、鋼板溶接継手11を伝播する脆性き裂が生じた場合でも、このき裂を、鋼板溶接継手から傾斜ビード31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。
また、傾斜ビードの角度θが50°を超えると、鋼板溶接継手を伝播した脆性き裂が傾斜ビード31に沿って伝播した後に、鋼板の母材側に逸れず、そのまま、突起部4内に突入する可能性が大きくなる。この場合、耐脆性き裂伝播方向制御部に対して直接的に脆性き裂が突入するため、突起部4の脆性き裂伝播停止特性Kcaが十分でない場合には、き裂の伝播が停止せずに耐脆性き裂伝播方向制御部を通過し、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、脆性き裂伝播方向制御部の高さHを、以下に説明するような範囲で確保しつつ、鋼板溶接継手の長手方向に対する耐脆性き裂伝播方向制御部の傾斜ビードの角度θが50°を超えると、脆性き裂伝播方向制御部の幅Wが大きくなりすぎて現実的でない。
脆性き裂が傾斜ビード31に沿って伝播するように導くための傾斜角度θのより好ましい範囲は、20°以上45°以下であり、さらに好ましい範囲は25°以上40°以下である。
2T ≦ H ・・・・・ (1)
d+50 ≦ W ・・・・・ (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。
耐脆性き裂伝播方向制御部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、このき裂が耐脆性き裂伝播方向制御部に進入し、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。
脆性き裂の伝播をより確実に止めるためには、上記高さHは、200mm以上、または250mm以上、さらには、300mm以上がより好ましく、上記(1)式において、H/Tは、2.0以上が好ましく、3.0以上がより好ましい。
上記構成とされた溶接構造体Aにおいて、鋼板溶接継手1に脆性き裂が発生した場合の、き裂伝播方向の制御作用について、以下に説明する。
図3に示すように、鋼板溶接継手1の長手方向の一方側(図3における縦長方向の上側)で発生した脆性き裂は、鋼板溶接継手1における長手方向の他方側(図3における縦長方向の下側)に向かって伝播を開始する(図3中の二点鎖線矢印を参照)。この際、本実施形態の鋼板溶接継手1(溶接構造体A)では、鋼板溶接継手1、図示例では鋼板継手11を長手方向で伝播した脆性き裂が傾斜ビード31に沿って伝播し、その後、図3中の符号Fのように、き裂の伝播方向が、傾斜ビード31の後端31b付近で鋼板2の母材側に逸れる。そして、鋼板2の母材側に逸れて伝搬するき裂は、脆性き裂伝播停止特性Kcaが4000N/mm1.5以上の母材領域で停止される。
このような、本実施形態の鋼板溶接継手1が用いられた溶接構造体Aを、例えば、大型船舶や建築構造物、土木鋼構造物等の各種溶接構造物に適用することで、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、鋼材の経済性等々を同時に満たすことが可能となる。
以下に、上述したような溶接構造体Aにおいて、耐脆性き裂伝播方向制御部3を作製する方法の一例について説明する。
上記手順により、図3に示すような、本実施形態の耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手1並びに溶接構造体Aを製造することができる。
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2同士を突合せ溶接することで形成される鋼板溶接継手1(図4中では図示略)の長手方向の一部に耐脆性き裂伝播方向制御部3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、耐脆性き裂伝播方向制御部3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。
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を参照しながら詳述する。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。
溶接構造体Bによれば、鋼板溶接継手10に脆性き裂が発生した場合、鋼板溶接継手10を伝播してきたき裂を、耐脆性き裂伝播方向制御部3に備えられる傾斜ビード31の頂点31a又は後端31bの位置で鋼板20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、第1の実施形態の鋼板溶接継手1及び溶接構造体Aと同様、鋼板20の母材側に逸れたき裂は、鋼板20の前記領域20aにおいて直ちに停止するので、鋼板溶接継手10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、本実施形態の鋼板溶接継手10及び溶接構造体Bは、前記領域20aが、脆性き裂伝播停止特性Kcaが6000N/mm1.5以上とされていることがより好ましい。
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、先の実施形態と共通する部分は省略して説明する。
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枚の鋼板21〜24を示し、鋼板21と鋼板22とが長手配列鋼板溶接継手25で接合され、鋼板23と鋼板24とが長手配列鋼板溶接継手26で接合されている。また、図示例の溶接構造体Cは、長手配列鋼板溶接継手25、26が連なって直線状に形成されている。
そして、鋼板20A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10A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、本実施形態の鋼板溶接継手10A及び溶接構造体Cは、鋼板20A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/mm1.5以上であることがより好ましい。
以下、本発明の第4の実施形態である鋼板溶接継手10B並びに溶接構造体Dについて、主に図7を参照しながら説明する
本実施形態の鋼板溶接継手10B並びに溶接構造体Dは、図7に示すように、鋼板20Bが、鋼板溶接継手10B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41、42の組と43、44の組)からなるとともに、この長手配列鋼板同士を突合せ溶接することで長手配列鋼板溶接継手35、36が形成されている点で、第3の実施形態の鋼板溶接継手10A及び溶接構造体Cと構成が一部共通している。
また、本実施形態の鋼板溶接継手10B並びに溶接構造体Dは、鋼板20Bをなす全ての長手配列鋼板41〜44の母材の脆性き裂伝播停止特性Kcaが4000N/mm1.5以上とされている。
この結果、鋼板溶接継手10B並びに溶接構造体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、本実施形態の鋼板溶接継手10B並びに溶接構造体Dは、鋼板20Bをなす全ての長手配列鋼板41〜44の母材が、脆性き裂伝播停止特性Kca=6000N/mm1.5以上であることがより好ましい。
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熱間圧延することで、板厚が約52mmの鋼板を製造した。さらに、こ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/mm1.5)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、試験片のサイズが500mm×500mm×板厚のESSO試験(脆性き裂伝播停止試験)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、表2、4に示す溶接方法及び条件を適用して、まず、鋼板2の溶接端2a、2b間の一部を溶接することにより、鋼板継手11を形成した。そして、表2〜5に示す溶接方法及び条件を適用して鋼板2の溶接端2a、2b間を溶接することで、耐脆性き裂伝播方向制御部3並びに鋼板継手12を形成することにより、鋼板溶接継手1を形成し、鋼板2、2を互いに接合した。この際、図8に示すように、耐脆性き裂伝播方向制御部3の後端31bの位置が、鋼板2の下端から1500mmとなるように調整した。
なお、溶接方法としては、EG:一般的なエレクトロガスアーク溶接法、VEGA: 電極の遥動機構を備えた単電極エレクトロガスアーク溶接法、2VEGA:電極の遥動機構を備えた2電極エレクトロガスアーク溶接法、SEG:電極の遥動機構を備えた単電極エレクトロガスアーク溶接法、SAW:サブマージアーク溶接法、CO2:炭酸ガスアーク溶接法、SMAW:被覆アーク溶接法を用いた。
上記手順によって製造した鋼板溶接継手及び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8中に示す鋼板溶接継手1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。
なお、窓枠81を鋼板継手12に設け、脆性き裂を下側から耐脆性き裂伝播方向制御部3に突入させる試験も行った。
[a]…脆性き裂が耐脆性き裂伝播方向制御部に到達した後、当該制御部に沿ってき裂が伝播し、その後、当該後端において鋼板の母材側へ突入し、鋼板において直ちに停止した(図2−aの形態)。
[b]…脆性き裂が耐脆性き裂伝播方向制御部に到達した後、当該制御部に沿うことなく鋼板の突起部へ進入し、該突起部において直ちに停止した(図2−bの形態)。
[c]…脆性き裂が耐脆性き裂伝播方向制御部に到達した後、当該制御部に沿うことなく鋼板の突起部へ進入、伝播し、そのまま鋼板溶接継手に戻り、再び鋼板溶接継手を伝播した(図2−cの形態)。
[d]…脆性き裂が耐脆性き裂伝播方向制御部に到達した後、当該制御部に沿ってき裂が伝播し、そのまま鋼板溶接継手に沿って戻り、再び鋼板溶接継手を伝播した(図2−dの形態)。
[e]…脆性き裂が耐脆性き裂伝播方向制御部内又は当該制御部に沿って伝播した後、当該後端において鋼板の母材側へ突入し、鋼板を伝播した(図2−eの形態)。
[f]…下側から進展した脆性き裂が耐脆性き裂伝播方向制御部に到達した後、当該突起部において直ちに停止した(図2−fの形態)。
表2〜5に示す本発明例1〜19は、図3に示す第1の実施形態の鋼板溶接継手1及び溶接構造体Aに関する例であり、本発明例20〜25は、図6に示す第3の実施形態の鋼板溶接継手10A及び溶接構造体Cに、本発明例26〜30は、図7に示す第4の実施形態の鋼板溶接継手10B及び溶接構造体Dに、本発明例31〜33は、図5に示す第2の実施形態の鋼板溶接継手10及び溶接構造体Bにそれぞれ関する例である。なお、発明例14、22、28は、き裂が下側から耐脆性き裂伝播方向制御部3に突入した例である。
また、表2に示す比較例1、2は、溶接構造体Aと同様の構造を有する例であり、比較例3、4は溶接構造体Bと同様の構造を、比較例5、6は、溶接構造体Cと同様の構造を、比較例7〜9は、溶接構造体Dと同様の構造をそれぞれ有する例である。なお、比較例6は、下側からき裂が突入した例である。
また、それ以外の本発明例においては、耐脆性き裂伝播方向制御部3に到達した脆性き裂が、当該制御部に沿って伝播した後、鋼板の母材に突入して直ちに停止した例である。
このように、上記本発明例1〜33の鋼板溶接継手及び溶接構造体は、何れも、所定の耐脆性き裂伝播性を有していることが確認できた。
また、比較例2は、傾斜ビードの角度が不足し、かつ、横幅Wが上記(2)式を満たさないため、また比較例6は、鋼板の母材のアレスト性能が不充分であったため、耐脆性き裂伝播方向制御部に沿って伝播方向を変えた脆性き裂が再び鋼板溶接継手を伝播し、[d]となった例である。
また、比較例3〜5は、鋼板の母材のアレスト性能が不充分であったため、耐脆性き裂伝播方向制御部にて脆性き裂の伝播方向を制御できたのにも関わらず、鋼板の母材に突入した脆性き裂がそのまま伝播し、[e]となった例である。
A、B、C、D 溶接構造体
2、20、20A、20B 鋼板
20a 領域(鋼板溶接継手の長手方向において、該鋼板溶接継手の溶接線上から延在する耐脆性き裂伝播方向制御部の傾斜ビードの後端側よりも外側の部位)
3、30 耐脆性き裂伝播方向制御部
31 傾斜ビード
32 横行ビード
31b 後端(傾斜ビード)
4 鋼板の突起部
5 鋼板の切欠き部
25、26、35、36 長手配列鋼板溶接継手
21、22、23、24、41、42、43、44 長手配列鋼板
70 船舶構造体
L 溶接線
H 傾斜ビードの鋼板溶接継手の長手方向に沿った高さ
W 傾斜ビードの鋼板溶接継手の長手方向と交差する方向における横幅
Claims (6)
- 少なくとも一部の領域の脆性き裂伝播停止特性Kcaが4000N/mm1.5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の伝播を制御する耐脆性き裂伝播方向制御部が設けられており、
該耐脆性き裂伝播方向制御部は、一方の鋼板に形成された突起部と、それに対向する他方の鋼板との間で突合せ溶接されて形成された傾斜ビードを有しており、
該傾斜ビードは、前記鋼板溶接継手の溶接線上からその長手方向に延伸するとともに、鋼板溶接継手の長手方向に対して15°以上50°以下の範囲の角度で傾斜しており、かつ、傾斜ビードの後端部は、少なくとも、前記鋼板のKcaが4000N/mm1.5以上である領域に向かい合うように形成されていること、を特徴とする耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手。 - 前記耐脆性き裂伝播方向制御部に備えられる前記傾斜ビードは、前記鋼板溶接継手の長手方向に沿った高さH(mm)、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)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、を特徴とする請求項1に記載の耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手。
2T ≦ H ・・・・・ (1)
d+50 ≦ W ・・・・・ (2)
但し、上記(1)、(2)式中において、Tは前記鋼板の板厚(mm)を表し、dは前記鋼板溶接継手における溶接金属部の幅(mm)を表す。 - 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又は請求項2に記載の耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手。
- 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/mm1.5以上であり、前記傾斜ビードの後端部は、少なくとも、前記鋼板のKcaが6000N/mm1.5以上である領域に向かい合うように形成されていること、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鋼板溶接継手。
- 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以上の小鋼板からなるとともに、該小鋼板を互いに突合せ溶接することで小鋼板溶接継手が形成されており、前記小鋼板溶接継手は、前記鋼板溶接継手の溶接線上から延在する前記耐脆性き裂伝播方向制御部の、前記傾斜ビードの後端側に形成される水平ビードを含むこと、を特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手。
- 母材の少なくとも一部の脆性き裂伝播停止特性Kcaが4000N/mm1.5以上である鋼板同士を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であって、該鋼板溶接継手の少なくとも1箇所に、上記請求項1〜5の何れか1項に記載の耐脆性き裂伝播方向制御部が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。
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