焊接構(gòu)造體的制作方法
【專利摘要】一種焊接構(gòu)造體，使接合部件的端面與板厚50mm以上的被接合部件的表面對(duì)接并通過角焊接使接合部件和被接合部件接合而成，并具有焊腳長(zhǎng)度或熔敷寬度的至少一方為16mm以下的角焊接接頭，在使接合部件的端面與被接合部件的表面對(duì)接而成的面上，在接頭截面處具有接合部件的板厚tw的95％以上的未熔敷部，而且調(diào)整角焊接，對(duì)于角焊接金屬，使角焊接金屬的缺口轉(zhuǎn)變溫度vTrs（℃）和被接合部件的板厚tf滿足vTrs≦-1.5tf+70的關(guān)系，及/或使試驗(yàn)溫度為-20℃時(shí)的吸收能量vE-20（J）和被接合部件的板厚tf滿足vE-20（J）≧2.75tf（mm）-105的關(guān)系，由此，通過角焊接金屬部阻止從具有對(duì)接焊接頭部的板厚50mm以上的被接合部件產(chǎn)生的脆性裂紋的傳播。
【專利說(shuō)明】焊接構(gòu)造體
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及例如大型集裝箱船和散裝貨船(bulk carrier)等使用厚鋼板經(jīng)焊接施工而成的焊接鋼構(gòu)造物，尤其涉及能夠使從厚鋼板母材或焊接接頭部產(chǎn)生的脆性裂紋的傳播在導(dǎo)致構(gòu)造物的大規(guī)模破壞之前停止的、脆性裂紋傳播停止特性優(yōu)異的焊接構(gòu)造體。
【背景技術(shù)】
[0002]關(guān)于集裝箱船和散裝貨船，為了提聞裝載能力及提聞裝卸效率，例如，與油輪等不同，具有在船艙內(nèi)分隔壁較少而船上部的開口部大的構(gòu)造。因此，在集裝箱船和散裝貨船中，尤其需要使船身外板為高強(qiáng)度的或是為厚壁。
[0003]另外，近年來(lái)，集裝箱船大型化，已能夠建造6，000?20，000TEU的大型船。另外，TEU (Twenty feet Equivalent Unit ;國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)箱單位)表示換算成長(zhǎng)度為20英尺的集裝箱的個(gè)數(shù)，表示集裝箱船的裝載能力的指標(biāo)。隨著這樣的船的大型化，船身外板具有使用板厚為50mm以上且屈服強(qiáng)度為390N/mm2級(jí)以上的厚鋼板的傾向。
[0004]關(guān)于作為船身外板的鋼板，近年來(lái)，從縮短施工工期的觀點(diǎn)出發(fā)，大多通過例如氣體保護(hù)電弧焊等大線能量焊接來(lái)進(jìn)行對(duì)接焊。這樣的大線能量焊接容易導(dǎo)致焊接熱影響部處的韌性大幅下降，成為從焊接接頭部產(chǎn)生脆性裂紋的原因之一。
[0005]在船身構(gòu)造中，以往，從安全性的觀點(diǎn)出發(fā)，考慮即使在萬(wàn)一發(fā)生脆性破壞的情況下，也需要在導(dǎo)致大規(guī)模破壞之前使脆性裂紋的傳播停止以防止船身分離。
[0006]秉承這種想法，在非專利文獻(xiàn)I中，報(bào)告了針對(duì)板厚不足50mm的造船用鋼板中的焊接部的脆性裂紋傳播情況的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果。
[0007]在非專利文獻(xiàn)I中，實(shí)驗(yàn)性地調(diào)查了在焊接部中強(qiáng)制產(chǎn)生的脆性裂紋的傳播路徑、傳播情況。在此，記載有如下結(jié)果:只要在某種程度確保了焊接部的破壞韌性，則由于焊接殘余應(yīng)力的影響而導(dǎo)致脆性裂紋從焊接部向母材側(cè)延伸的情況較多，但是，也確認(rèn)了脆性裂紋沿焊接部傳播的多個(gè)例子。這意味著無(wú)法斷言不存在脆性破壞沿焊接部直線傳播的可能性。
[0008]但是，具有許多將與在非專利文獻(xiàn)I中適用的焊接相同的焊接適用于板厚不足50mm的鋼板而建造的船舶無(wú)異常航行的實(shí)際成果，而且，還認(rèn)識(shí)到韌性良好的鋼板母材(造船E級(jí)鋼等)保持著足夠的使脆性裂紋停止的能力，因此，造船用鋼材的焊接部的脆性裂紋傳播停止特性在船級(jí)規(guī)則等中并沒有被特別要求。
[0009]但是，在近年來(lái)的超過6，000TEU的大型集裝箱船中，所使用的鋼板的板厚超過50mm,由于板厚增大而導(dǎo)致破壞韌性下降。而且，采用了焊接線能量更大的大線能量焊接，焊接部的破壞韌性具有進(jìn)一步下降的傾向。在這樣的厚壁的大線能量焊接接頭中，從焊接部產(chǎn)生的脆性裂紋不向母材側(cè)延伸而是直線前進(jìn)，另外，存在即使在骨架等鋼板母材部也不停止的可能性(例如，非專利文獻(xiàn)2所示)。因此，確保采用了板厚50mm以上的高強(qiáng)度厚鋼板的船身構(gòu)造的安全性成為大問題。
[0010]另外，在非專利文獻(xiàn)2中，也特別指出為了使產(chǎn)生的脆性裂紋的傳播停止，需要具有特別的脆性裂紋傳播停止特性的厚鋼板。
[0011]針對(duì)這樣的問題，例如在專利文獻(xiàn)I中記載有如下焊接構(gòu)造體，即:優(yōu)選在作為板厚50mm以上的船殼外板的焊接構(gòu)造體中，以與對(duì)接焊部交叉的方式配置骨架，并通過角焊接來(lái)接合該骨架。
[0012]在專利文獻(xiàn)I所記載的技術(shù)中，對(duì)該骨架使用如下鋼板:在表層部及里層部，在3mm以上的厚度范圍內(nèi)具有如下的微觀組織，該微觀組織是具有0.5?5 μ m的平均圓當(dāng)量粒徑，而且在與板厚面平行的面上(100)晶面的X射線面強(qiáng)度比為1.5以上。由于是將具有這樣的微觀組織的鋼板作為加強(qiáng)部件進(jìn)行角焊接而成的構(gòu)造，所以即使在對(duì)接焊接頭部產(chǎn)生脆性裂紋，也能夠在作為加強(qiáng)部件的骨架中使脆性裂紋停止傳播，能夠防止焊接構(gòu)造體破壞那樣的致命損傷。
[0013]另外，在專利文獻(xiàn)2中記載有如下焊接構(gòu)造體，S卩:具有將接合部件(以下也稱作腹板)角焊接于被接合部件(以下也稱作凸緣)上而成的角焊接接頭，且脆性裂紋傳播停止特性優(yōu)異。
[0014]在專利文獻(xiàn)2所記載的焊接構(gòu)造體中，使角焊接接頭截面中的腹板的與凸緣對(duì)接面上殘留有未熔敷部。而且，調(diào)整未熔敷部的寬度，以使得該未熔敷部的寬度相對(duì)于角焊接部的左右腳長(zhǎng)與腹板板厚之和的比、即X，與被接合部件(凸緣)的脆性裂紋傳播停止韌性Kca滿足特別的關(guān)系式。由此，即使被接合部件(凸緣)是板厚為50mm以上的厚部件，也能夠通過角焊接部的腹板與凸緣的對(duì)接面使在接合部件(腹板)中產(chǎn)生的脆性裂紋的傳播停止，從而能夠阻止脆性裂紋向被接合部件(凸緣)的傳播。
[0015]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0016]專利文獻(xiàn)
[0017]專利文獻(xiàn)1:日本特開2004-232052號(hào)公報(bào)
[0018]專利文獻(xiàn)2:日本特開2007-326147號(hào)公報(bào)
[0019]非專利文獻(xiàn)
[0020]非專利文獻(xiàn)1:日本造船研究協(xié)會(huì)第147研究部會(huì)議:“關(guān)于船身用高張力鋼板大線能量接頭的脆性破壞強(qiáng)度評(píng)價(jià)的研究”，第87號(hào)(1978年2月)，p.35?53，日本造船研究協(xié)會(huì)。
[0021]非專利文獻(xiàn)2:山口欣彌:“超大型集裝箱船的開發(fā)-新型高強(qiáng)度極厚鋼板的實(shí)用-”，日本船舶海洋工學(xué)會(huì)雜志，第3號(hào)(2005)，p.70?76，2005年11月。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0022]但是，為了使專利文獻(xiàn)I所記載的作為加強(qiáng)部件的骨架成為具有所期望組織的鋼板，需要復(fù)雜的工序。因此，存在生產(chǎn)性低下、難以穩(wěn)定地確保具有所期望組織的鋼板的問題。
[0023]另外，專利文獻(xiàn)2所記載的技術(shù)是要通過構(gòu)造上的不連續(xù)性和被接合部件(凸緣)的脆性裂紋傳播停止特性的組合來(lái)阻止在接合部件(腹板)上產(chǎn)生的脆性裂紋的傳播的技術(shù)。
[0024]但是，如日本造船研究協(xié)會(huì)第169委員會(huì)報(bào)告(“關(guān)于船身構(gòu)造的破壞管理控制設(shè)計(jì)的研究-報(bào)告書-」，(1979)，p.118?136，日本造船研究協(xié)會(huì)第169委員會(huì))所示，經(jīng)實(shí)驗(yàn)確認(rèn)，通常情況下，與通過被接合部件(凸緣)使在接合部件(腹板)中產(chǎn)生的脆性裂紋停止傳播比起來(lái)，通過接合部件(腹板)使在角焊接接頭的被接合部件(凸緣)中產(chǎn)生的脆性裂紋停止傳播是很難的。
[0025]其原因沒有明確記載，但認(rèn)為原因之一是，裂紋突入到T接頭部時(shí)的破壞驅(qū)動(dòng)力(應(yīng)力擴(kuò)大系數(shù))在突入到接合部件(腹板)時(shí)比突入到被接合部件(凸緣)時(shí)大。
[0026]從該情況可知，專利文獻(xiàn)2所記載的技術(shù)由于接合部件(腹板)的脆性裂紋傳播停止特性等不充分，因此對(duì)于通過接合部件(腹板)使在被接合部件(凸緣)中產(chǎn)生的脆性裂紋停止傳播而言，不能說(shuō)是充分的技術(shù)。
[0027]此外，在專利文獻(xiàn)2中，也沒有對(duì)接合部件(腹板)的脆性裂紋傳播停止特性進(jìn)行任何考慮。
[0028]即，專利文獻(xiàn)2所記載的技術(shù)，例如，對(duì)于在NK船級(jí)的“防止脆性裂紋設(shè)計(jì)指南”(2009年9月制定)中假定的、在大型集裝箱船的高強(qiáng)度甲板(相當(dāng)于凸緣)中產(chǎn)生的脆性裂紋沿艙口側(cè)圍板(hatch side coaming)(相當(dāng)于腹板)傳播那樣的事例而言,無(wú)法說(shuō)是具有充分的裂紋傳播停止特性。
[0029]本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問題，提供能夠使被接合部件(凸緣)中產(chǎn)生的脆性裂紋向接合部件(腹板)的傳播在導(dǎo)致大規(guī)模破壞之前就停止(被阻止)的、脆性裂紋傳播停止特性優(yōu)異的焊接構(gòu)造體。
[0030]此外，作為本發(fā)明對(duì)象的焊接構(gòu)造體是，具有使接合部件(腹板)的端面與被接合部件(凸緣)的表面對(duì)接并通過角焊接接合而成的角焊接接頭的焊接構(gòu)造體。 [0031]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明人對(duì)影響角焊接接頭處的脆性裂紋傳播停止特性的各種因素進(jìn)行了銳意研究。
[0032]其結(jié)果為，意識(shí)到對(duì)于阻止(停止)從被接合部件(凸緣)產(chǎn)生的脆性裂紋的傳播，僅在被接合部件(凸緣)與接合部件(腹板)的對(duì)接面上確保不連續(xù)部、且使脆性裂紋的傳播部由具有規(guī)定值以上的脆性裂紋傳播停止韌性Kca的脆性裂紋傳播停止特性優(yōu)異的部件構(gòu)成是不夠的。
[0033]尤其是，若被接合部件(凸緣)的板厚tf (mm)增大，則脆性裂紋前端的能量釋放率(裂紋前進(jìn)驅(qū)動(dòng)力)增加，脆性裂紋難以停止，鑒于此，想到必須提高與被接合部件(凸緣)的板厚tf (mm)相關(guān)聯(lián)的角焊接部的韌性。
[0034]另外，還了解到若角焊接部的腳長(zhǎng)或熔敷寬度增長(zhǎng)，則脆性裂紋容易傳播，因此，需要使角焊接部的腳長(zhǎng)或熔敷寬度的至少一方為16_以下。
[0035]而且還發(fā)現(xiàn):在角焊接接頭中，在使被接合部件的表面與接合部件的端面對(duì)接而成的面上確保未熔敷部即不連續(xù)部在角焊接接頭的截面處為接合部件的板厚tw的95%以上、使角焊接部的腳長(zhǎng)或熔敷寬度的至少一方為16_以下、還使角焊接部的韌性為在與被接合部件的板厚tf (_)的關(guān)系中?兩足規(guī)定關(guān)系的聞朝性之后，才能夠?qū)崿F(xiàn)在現(xiàn)有技術(shù)中難以實(shí)現(xiàn)的、通過角焊接金屬部阻止(停止)板厚50mm以上的厚壁被接合部件中產(chǎn)生的脆性裂紋向接合部件的傳播。
[0036]即，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過使在專利文獻(xiàn)2所記載的技術(shù)中完全沒有考慮的角焊接接頭的角焊接金屬部保持規(guī)定值以上的低溫韌性，能夠阻止從被接合部件(凸緣)向接合部件(腹板)突入的脆性裂紋的傳播，其專利文獻(xiàn)2所記載的技術(shù)中難以實(shí)現(xiàn)。[0037]而且發(fā)現(xiàn)，在被接合部件不是母材而是對(duì)接焊接頭，另外接合部件不是母材而是對(duì)接焊接頭的情況下，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)也能夠同樣地通過角焊接金屬部阻止在被接合部件中產(chǎn)生的脆性裂紋向接合部件的傳播。
[0038]首先，說(shuō)明作為本發(fā)明基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
[0039]使用具有各種板厚的鋼板，制成由具有各種未熔敷部比率Y (%)(=(角焊接接頭截面中的未熔敷部的寬度B) / (接合部件的板厚tw) X 100)的未熔敷部、各種低溫韌性、腳長(zhǎng)的角焊接部構(gòu)成的大型角焊接接頭。
[0040]此外，對(duì)被接合部件(凸緣)使用具有對(duì)接焊接頭部的、板厚為50mm以上鋼板。另夕卜，對(duì)接合部件(腹板)使用絲毫沒有考慮脆性裂紋傳播停止韌性Kca的普通的造船D?E級(jí)鋼。
[0041]此外，對(duì)接焊接頭通過單焊道的大線能量氣體保護(hù)電弧焊(SEGARC或雙電極SEGARC)或二氧化碳?xì)怏w保護(hù)電弧焊(多層多道)而制成。
[0042]使用得到的大型角焊接接頭，制成圖4的(b)所示的超大型構(gòu)造模型試驗(yàn)體并實(shí)施脆性裂紋傳播停止試驗(yàn)。此外，在超大型構(gòu)造模型試驗(yàn)體中，在大型角焊接接頭9的被接合部件(凸緣)2的下方通過定位焊接8而焊接有與凸緣2相同板厚的鋼板。
[0043]此外，關(guān)于圖4的(b)所示的超大型構(gòu)造模型試驗(yàn)體，以使被接合部件(凸緣)的對(duì)接焊接頭部11與接合部件(腹板)正交的方式制成，另外，以使機(jī)械缺口 7的前端成為對(duì)接焊接頭部11的接合(BOND)部的方式進(jìn)行加工。
[0044]另外，關(guān)于脆性裂紋傳播停止試驗(yàn)，對(duì)機(jī)械缺口施加沖擊而產(chǎn)生脆性裂紋，調(diào)查該脆性裂紋的傳播是否在角焊接部停止。所有試驗(yàn)均在應(yīng)力為257N/mm2、溫度為_10°C的條件下實(shí)施。
[0045]此外，應(yīng)力257N/mm2是適用于船身的屈服強(qiáng)度為390N/mm2級(jí)鋼板的最大容許應(yīng)力的等效值。另外，-10°C的溫度是船舶的設(shè)計(jì)溫度。
[0046]得到的結(jié)果如圖5的(a)、圖5的(b)所示。
[0047]根據(jù)圖5的(a)、圖5的(b)可知，在未熔敷部比率Y為95%以上、且角焊接部的韌性和被接合部件(凸緣)的板厚tf滿足特定關(guān)系的情況下，即使在載荷應(yīng)力為257N/mm2的情況下，不對(duì)接合部件(腹板)的Kca加以任何考慮，也能夠通過角焊接金屬部使在被接合部件(凸緣)中產(chǎn)生的脆性裂紋停止，從而能夠阻止(停止)脆性裂紋向接合部件(腹板)的傳播。
[0048]此外，未熔敷部比率Y是以角焊接接頭截面中的未熔敷部的寬度B與接合部件(腹板)板厚tw的比、S卩(B/tw) XlOO (%)而定義的值。
[0049]根據(jù)這些結(jié)果，作為角焊接部的韌性與被接合部件(凸緣)的板厚tf的特定關(guān)系，從圖5的(a)得到
[0050]vTrs (°C ) = -1.5tf (mm) +70....(1)，
[0051]從圖5的(b)得到
[0052]vE_20 (J) = 2.75tf (mm)-105....(2)。
[0053]若被接合部件(凸緣)的板厚tf (mm)增大，則脆性裂紋前端的能量釋放率(裂紋前進(jìn)驅(qū)動(dòng)力)增加，脆性裂紋難以停止。但是，關(guān)于這一點(diǎn)了解到了:若成為未熔敷部比率Y為95%以上的具有構(gòu)造不連續(xù)部的焊接構(gòu)造體(角焊接接頭)，則傳播來(lái)的脆性裂紋前端的能量釋放率下降，脆性裂紋的傳播容易停止。[0054]而且發(fā)現(xiàn)，除未熔敷部的設(shè)定以外，若還提高角焊接金屬部的低溫韌性直至滿足上述(1)、(2)式，則能夠使在板厚50mm以上的厚壁的被接合部件(凸緣)中產(chǎn)生的脆性裂紋在角焊接接頭部的焊接金屬內(nèi)停止。
[0055]得到以下結(jié)論:只要實(shí)施上述那樣的未熔敷部的設(shè)定和顯著提高角焊接部的低溫韌性這樣的對(duì)策，對(duì)于接合部件(腹板)所使用的厚鋼板而言，在不必特別考慮脆性裂紋傳播停止特性的情況下，就能夠阻止在被接合部件(凸緣)中產(chǎn)生的脆性裂紋的傳播。
[0056]本發(fā)明是基于上述見解且進(jìn)一步加以研究而完成的。即，本發(fā)明的要旨如下所述。
[0057]1.一種焊接構(gòu)造體,使接合部件的端面與板厚50mm以上的被接合部件的表面對(duì)接并通過角焊接使所述接合部件和所述被接合部件接合而成，該焊接構(gòu)造體具有焊腳長(zhǎng)度或熔敷寬度的至少一方為16mm以下的角焊接接頭，其特征在于，
[0058]在使所述角焊接接頭中的所述接合部件的端面與所述被接合部件的表面對(duì)接而成的面上，在所述角焊接接頭的截面處具有該接合部件的板厚tw的95%以上的未熔敷部，
[0059]而且，關(guān)于所述角焊接接頭的角焊接金屬，
[0060]使該角焊接金屬的夏比沖擊試驗(yàn)缺口轉(zhuǎn)變溫度vTrs (°C)和所述被接合部件的板厚tf滿足下述(I)式的關(guān)系，及/或，
[0061]使該角焊接金屬的夏比沖擊試驗(yàn)的試驗(yàn)溫度為_20°C時(shí)的夏比沖擊試驗(yàn)吸收能量vE_20 (J)和所述被接合部件的板厚tf滿足下述(2)式的關(guān)系，
[0062]vTrs = -1.5tf+70....(I)
[0063]vE_20 芎 2.75tf_105....(2)
[0064]在此,vTrs為角焊接金屬的夏比沖擊試驗(yàn)缺口轉(zhuǎn)變溫度,單位為°C, vE_20為試驗(yàn)溫度在_20°C時(shí)的夏比沖擊試驗(yàn)吸收能量，單位為J，tf為被接合部件的板厚，單位為mm。
[0065]2.如所述I所述的焊接構(gòu)造體，其特征在于，
[0066]所述板厚50mm以上的被接合部件以與所述接合部件交叉的方式具有對(duì)接焊接頭部。
[0067]3.如所述2所述的焊接構(gòu)造體，其特征在于，
[0068]所述接合部件具有對(duì)接焊接頭部，以使該接合部件的對(duì)接焊接頭部與所述被接合部件的對(duì)接焊接頭部交叉的方式設(shè)置該接合部件。
[0069]發(fā)明效果
[0070]根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)以往難以實(shí)現(xiàn)的、使在由板厚50mm以上的厚鋼板構(gòu)成的被接合部件(凸緣)中產(chǎn)生的脆性裂紋向接合部件(腹板)的傳播在導(dǎo)致大規(guī)模破壞之前停止(被阻止)。由此，能夠避免鋼構(gòu)造物、尤其是大型集裝箱船和散裝貨船等的船身分離這樣的大規(guī)模脆性破壞的危險(xiǎn)性，在確保船身構(gòu)造的安全性方面帶來(lái)明顯效果，在工業(yè)上具有顯著效果。
[0071]另外，還具有如下效果:通過在施工時(shí)調(diào)整未熔敷部的尺寸及角焊接金屬的韌性，不必使用特殊鋼板，就能夠無(wú)損安全性地容易地制造脆性裂紋傳播停止特性優(yōu)異的焊接構(gòu)造體。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0072]圖1是示意地說(shuō)明角焊接接頭的截面結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。圖1的(a)表示接合部件(腹板)I與被接合部件(凸緣)2正交的情況；圖1的(b)表示接合部件(腹板)I與被接合部件(凸緣)2斜向交叉的情況；圖1的(c)表示在接合部件(腹板)I與被接合部件(凸緣)2之間空出間隙的情況；圖1的(d)表示在接合部件(腹板)I與被接合部件(凸緣)2之間空出間隙且在該間隙中插入有隔板的情況。
[0073]圖2是示意地表示角焊接接頭的另一例結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。圖2的(a)是外觀圖，圖2的(b)是剖視圖。
[0074]圖3是示意地表示角焊接接頭的另一例結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。圖3的(a)是外觀圖，圖3的(b)是剖視圖。
[0075]圖4是示意地表示實(shí)施例中所使用的超大型構(gòu)造模型試驗(yàn)體的形狀的說(shuō)明圖。圖4的(a)是被接合部件(凸緣)2僅由鋼板母材構(gòu)成的情況；圖4的(b)是被接合部件(凸緣)2具有對(duì)接焊接頭部的情況；圖4的(C)是接合部件(腹板)I及被接合部件(凸緣)2具有對(duì)接焊接頭部的情況。
[0076]圖5是表示角焊接金屬的韌性與凸緣板厚的關(guān)系對(duì)脆性裂紋的停止傳播帶來(lái)的影響的線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0077]本發(fā)明的焊接構(gòu)造體是使接合部件(腹板)I的端面與板厚50mm以上的被接合部件(凸緣)2的表面對(duì)接并通過角焊接而使接合部件(腹板)I和被接合部件(凸緣)2接合而成的焊接構(gòu)造體。該焊接構(gòu)造體具有角焊接接頭，該角焊接接頭具有下述這樣的角焊接金屬5，即，該角焊接金屬5的焊腳長(zhǎng)度3或熔敷寬度13的至少一方為16mm以下。另外，使該角焊接接頭的接合部件(腹板)I與被接合部件(凸緣)2的對(duì)接面上，存在成為構(gòu)造不連續(xù)部的未熔敷部4。
[0078]在圖1中以接頭截面示出該狀態(tài)。此外，圖1的(a)表示將接合部件(腹板)1相對(duì)于被接合部件(凸緣)2直立地安裝的情況，但在本發(fā)明中不限定于此。例如，如圖1的(b)所示，也可以將接合部件(腹板)I相對(duì)于被接合部件(凸緣)2以角度Θ傾斜著安裝。該情況下，關(guān)于在求出未熔敷部的比率Y (%)時(shí)使用的接合部件(腹板)板厚tw，使用接合部件(腹板)與被接合部件(凸緣)的交叉部的長(zhǎng)度即(tw)/cos (90° -Θ)。此外，附圖中，附圖標(biāo)記3為焊腳長(zhǎng)度，附圖標(biāo)記4為未熔敷部，附圖標(biāo)記5為角焊接金屬，附圖標(biāo)記13為熔敷覽度。
[0079]另外，如圖1的(C)所示，也可以在接合部件(腹板)I與被接合部件(凸緣)2之間空出間隙14。而且，如圖1的(d)所示，還可以在接合部件(腹板)I與被接合部件(凸緣)2之間空出間隙14并在該間隙14中插入隔板15。
[0080]在圖1的(C)及圖1的(d)的情況下，熔敷寬度13是接合部件(腹板)I側(cè)的熔敷寬度。該熔敷寬度13只要滿足規(guī)定值(16mm以下)即可。另外，在圖1的(d)的情況下，角焊接金屬5也可以熔入隔板15中。
[0081]如上所述，本發(fā)明的焊接構(gòu)造體在角焊接接頭中的接合部件(腹板)I與被接合部件(凸緣)2的對(duì)接面上，具有構(gòu)造不連續(xù)的未熔敷部4。在角焊接接頭中，由于接合部件(腹板)I與被接合部件(凸緣)2的對(duì)接面為脆性裂紋的傳播面，所以在本發(fā)明中，使對(duì)接面上存在未熔敷部4。由于存在未熔敷部4，在被接合部件(凸緣)2中傳播來(lái)的脆性裂紋前端的能量釋放率(裂紋前進(jìn)驅(qū)動(dòng)力)下降，在對(duì)接面上，脆性裂紋容易停止。
[0082]此外，即使脆性裂紋傳播到了接合部件(腹板)I側(cè)，在本發(fā)明中，由于形成有保持規(guī)定以上韌性的角焊接金屬5，所以脆性裂紋也會(huì)通過角焊接金屬5而停止。
[0083]此外，脆性裂紋極少在缺陷少的鋼板母材部上發(fā)生。過去的脆性破壞事故大多發(fā)生在焊接部上。因此，例如，圖2示出使被接合部件(凸緣)2為通過對(duì)接焊接頭11而接合的鋼板、且使接合部件(腹板)I以與該對(duì)接焊接頭的焊接部(對(duì)接焊接頭部)11交叉的方式進(jìn)行角焊接而成的角焊接接頭。另外，圖3示出接合部件(腹板)1及被接合部件(凸緣)2均為具有對(duì)接焊接頭部11、12的鋼板、且被接合部件(凸緣)2的對(duì)接焊接頭部11和接合部件(腹板)I的對(duì)接焊接頭部12交叉的角焊接接頭。在這樣的角焊接接頭中，為了阻止從對(duì)接焊接頭部11產(chǎn)生的脆性裂紋向接合部件(腹板)1的傳播，不連續(xù)構(gòu)造的存在也是重要的。因此，在這些情況下，也使角焊接部中的被接合部件與接合部件的對(duì)接面上存在未熔敷部4。
[0084]此外，圖2的(a)示出角焊接接頭的外觀，圖2的(b)示出對(duì)接焊接頭部11的截面形狀。
[0085]另外，圖3示出在接合部件(腹板)I及被接合部件(凸緣)2均為具有對(duì)接焊接頭部11、12的鋼板的情況下，被接合部件(凸緣)2的對(duì)接焊接頭部11和接合部件(腹板)I的對(duì)接焊接頭部12交叉的角焊接接頭。圖3的(a)示出角焊接接頭的外觀，圖3的(b)示出對(duì)接焊接頭部11、12的接頭截面形狀。
[0086]此外，在圖2、圖3中，示出了對(duì)接焊接頭部11和腹板I正交的情況，但在本發(fā)明中不限定于此。當(dāng)然也可以斜向交叉。
[0087]另外，角焊接接頭的制造方法不需要特別限定，能夠采用通常的制造方法的任一種。例如，可以對(duì)凸緣用鋼板彼此、腹板用鋼板彼此進(jìn)行對(duì)接焊，并對(duì)得到的對(duì)接焊接頭進(jìn)行角焊接來(lái)制造角焊接接頭。
[0088]另外，也可以將對(duì)接焊前的一組腹板用鋼板定位焊接在凸緣上，然后對(duì)腹板用鋼板彼此進(jìn)行對(duì)接焊，并將得到的對(duì)接焊接頭真正焊接(角焊接)在凸緣上來(lái)制造角焊接接頭。
[0089]在本發(fā)明中，為了抑制脆性裂紋的傳播，使角焊接接頭截面中的未熔敷部4的尺寸為腹板板厚tw的95%以上。由此，由于角焊接金屬容易塑性變形，所以緩和了突入到角焊接金屬的脆性裂紋的裂紋前端附近的應(yīng)力，能夠抑制脆性裂紋向接合部件(腹板)I側(cè)的傳播。因此，將未熔敷部4的尺寸(寬度B)限定為能夠抑制脆性裂紋的傳播的、接合部件(腹板)板厚tw的95%以上。此外，優(yōu)選為96%以上100%以下。
[0090]另外，使角焊接接頭的焊腳長(zhǎng)度或熔敷寬度的至少一方為16mm以下。由此，由于角焊接金屬容易塑性變形，所以能夠抑制脆性裂紋的傳播。因此，將角焊接接頭的焊腳長(zhǎng)度或熔敷寬度的至少一方限定為高韌性的角焊接金屬容易塑性變形的、16_以下。優(yōu)選為1 2mm以下。
[0091]而且，在本發(fā)明中，角焊接接頭中的角焊接金屬與被接合部件(凸緣)的板厚~相關(guān)聯(lián)地調(diào)整成能夠確保滿足下式(I)及/或(2)的韌性。
[0092]vTrs = -1.5tf+70....(I)
[0093]vE_20 芎 2.75tf_105....(2)
[0094](在此，vTrs:角焊接金屬的夏比沖擊試驗(yàn)缺口轉(zhuǎn)變溫度(°C), vE_2(i (J):角焊接金屬的試驗(yàn)溫度為_20°C時(shí)的夏比沖擊試驗(yàn)吸收能量(J)，tf:被接合部件的板厚(mm))
[0095]通過使角焊接金屬的韌性與被接合部件(凸緣)的板厚tf相關(guān)聯(lián)地滿足上述的(I)式及/或(2)式，如圖5所示，能夠使被接合部件(凸緣)的板厚為50mm以上的焊接構(gòu)造體成為確保了所期望的脆性裂紋傳播阻止特性的焊接構(gòu)造體。在角焊接金屬的韌性不滿足上述的(I)式及(2)式雙方的情況下，角焊接金屬的韌性不足，無(wú)法通過角焊接金屬部對(duì)在被接合部件(凸緣)中產(chǎn)生且傳播來(lái)的脆性裂紋阻止傳播。
[0096]像這樣，只要是角焊接金屬在與被接合部件(凸緣)的板厚tf的關(guān)系上滿足上述條件的焊接構(gòu)造體，就能夠通過角焊接金屬阻止在被接合部件(凸緣)中產(chǎn)生的脆性裂紋的傳播。
[0097]此外，本發(fā)明焊接構(gòu)造體具有上述的角焊接接頭，例如，能夠適用于以船舶的船身外板為凸緣、以艙壁為腹板的船身構(gòu)造，或者以甲板為凸緣、以艙口為腹板的船身構(gòu)造等。
[0098]以下，基于實(shí)施例，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
[0099]實(shí)施例
[0100]將表I所示板厚的厚鋼板用作接合部件(腹板)，將表I所示板厚的厚鋼板用作被接合部件(凸緣)，進(jìn)行角焊接，制成了圖4的(a)、(b)、(c)所示形狀的實(shí)際構(gòu)造尺寸的大型角焊接接頭。
[0101]此外，在制成的角焊接接頭中，在接合部件I與被接合部件2的對(duì)接面上，設(shè)置圖1的(a)、(C)或(d)所示那樣的未熔敷部4，使未熔敷部的比率Y (=(未熔敷部的寬度B/接合部件(腹板)板厚tw)發(fā)生各種變化。
[0102]此外，被接合部件(凸緣)為厚鋼板(僅母材)(圖4的(a))或具有對(duì)接焊接頭的厚鋼板(圖4的(b)、(c))，接合部件(腹板)為厚鋼板(僅母材)(圖4的(a)、(b))或具有對(duì)接焊接頭的厚鋼板(圖4的(C))。
[0103]對(duì)接焊接頭通過單焊道大線能量氣體保護(hù)電弧焊(SEGARC及雙電極SEGARC)或多層CO2焊接而制成。
[0104]另外，角焊接接頭為使焊接材料及焊接線能量、保護(hù)氣體等焊接條件變化而具有各種韌性、各種焊腳長(zhǎng)度及熔敷寬度的角焊接金屬的角焊接接頭。此外，關(guān)于角焊接金屬的韌性，從角焊接金屬或在與角焊接相同條件下制成的對(duì)接焊接頭中選取夏比沖擊試驗(yàn)片(IOmm厚)，按照J(rèn)IS(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))Z2242的規(guī)定求出試驗(yàn)溫度為_20°C時(shí)的吸收能量vE_2(l(J)、缺口轉(zhuǎn)變溫度vTrs (0C)0
[0105]此外，在一部分的角焊接接頭中，在接合部件(腹板)I與被接合部件(凸緣)2之間空出間隙。進(jìn)一步地，在其中一部分的角焊接接頭中，在接合部件(腹板)1與被接合部件(凸緣)2之間的間隙中插入隔板而制成角焊接接頭。
[0106]另外，使用得到的大型角焊接接頭制成圖4所示的超大型構(gòu)造模型試驗(yàn)體，并實(shí)施脆性裂紋傳播停止試驗(yàn)。此外，在超大型構(gòu)造模型試驗(yàn)體中，在大型角焊接接頭9的被接合部件(凸緣)2的下方通過定位焊接8而焊接有與被接合部件(凸緣)2相同板厚的鋼板。
[0107]此外，在圖4的(b)所示的超大型構(gòu)造模型試驗(yàn)體中，以使被接合部件(凸緣)的對(duì)接焊接頭部11與接合部件(腹板)正交的方式制成。另外，在圖4的(C)所示的超大型構(gòu)造模型試驗(yàn)體中，使被接合部件(凸緣)的對(duì)接焊接頭部11與接合部件(腹板)的對(duì)接焊接頭部12交叉。而且，以使機(jī)械缺口 7的前端成為對(duì)接焊接頭部11的接合(BOND)部或焊接金屬WM的方式進(jìn)行加工。
[0108]另外，關(guān)于脆性裂紋傳播停止試驗(yàn)，對(duì)機(jī)械缺口施加沖擊而使其產(chǎn)生脆性裂紋，調(diào)查在以下試驗(yàn)條件下傳播的脆性裂紋是否通過角焊接部而停止。所有試驗(yàn)均在應(yīng)力為100?283N/mm2、溫度為_10°C的條件下實(shí)施。應(yīng)力100N/mm2是正常作用于船身的應(yīng)力的平均值。另外，應(yīng)力257N/mm2是適用于船身的屈服強(qiáng)度為390N/mm2級(jí)鋼板的最大容許應(yīng)力的等效值。而且，應(yīng)力283N/mm2是適用于船身的屈服強(qiáng)度為460N/mm2級(jí)鋼板的最大容許應(yīng)力的等效值。-1o°c的溫度是船舶的設(shè)計(jì)溫度。
[0109]得到的結(jié)果如表2所示。
[0110][表I]
[0111]
【權(quán)利要求】
1.一種焊接構(gòu)造體,使接合部件的端面與板厚50mm以上的被接合部件的表面對(duì)接并通過角焊接使所述接合部件和所述被接合部件接合而成，該焊接構(gòu)造體具有焊腳長(zhǎng)度或熔敷寬度的至少一方為16mm以下的角焊接接頭，其特征在于， 在使所述角焊接接頭中的所述接合部件的端面與所述被接合部件的表面對(duì)接而成的面上，在所述角焊接接頭的截面處具有該接合部件的板厚tw的95%以上的未熔敷部， 而且，關(guān)于所述角焊接接頭的角焊接金屬， 使該角焊接金屬的夏比沖擊試驗(yàn)缺口轉(zhuǎn)變溫度vTrs和所述被接合部件的板厚tf滿足下述(I)式的關(guān)系，及/或， 使該角焊接金屬的夏比沖擊試驗(yàn)的試驗(yàn)溫度為_20°C時(shí)的夏比沖擊試驗(yàn)吸收能量vE_2(i和所述被接合部件的板厚tf滿足下述(2)式的關(guān)系，
vTrs = —1.5tf+70....(I)
vE_20 = 2.75tf-105....(2) 在此，vTrs為角焊接金屬的夏比沖擊試驗(yàn)缺口轉(zhuǎn)變溫度，單位為°0，vE—2。為試驗(yàn)溫度在_20°C時(shí)的夏比沖擊試驗(yàn)吸收能量，單位為J，tf為被接合部件的板厚，單位為mm。
2.如權(quán)利要求1所述的焊接構(gòu)造體，其特征在于， 所述板厚50mm以上的被接合部件以與所述接合部件交叉的方式具有對(duì)接焊接頭部。
3.如權(quán)利要求2所述的焊接構(gòu)造體，其特征在于， 所述接合部件具有對(duì)接焊接頭部，以使該接合部件的對(duì)接焊接頭部與所述被接合部件的對(duì)接焊接頭部交叉的方式設(shè)置該`接合部件。
【文檔編號(hào)】B23K9/02GK103874557SQ201280044637
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2012年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月13日
【發(fā)明者】半田恒久, 伊木聰, 遠(yuǎn)藤茂, 潮海弘資, 武田尚, 豐田昌信, 木治升, 豬瀨幸太郎 申請(qǐng)人:杰富意鋼鐵株式會(huì)社, 日本海事聯(lián)合公司