脆性き裂停止後の破壊発生防止特性に優れた溶接構造体
【課題】鋼構造物での脆性き裂アレスト後の延性破壊や脆性破壊といった破壊の発生を有利に防止することのできる、脆性き裂停止後の破壊発生防止特性に優れた溶接構造体を提供する。
【解決手段】隅肉溶接および／または部分開先溶接で組み立てられる、十字溶接継手および／またはＴ字溶接継手を有する溶接構造体において、十字溶接継手またはＴ字溶接継手の貫通側鋼板２側の隅肉脚長または溶着断面長さＬ２を、溶接線方向の全線もしくは一部で、十字溶接継手またはＴ字溶接継手の非貫通側鋼板１の板厚ｔ１の１／４以上とすることを特徴とする、脆性き裂停止後の破壊発生防止特性に優れた溶接構造体を採用する。
【解決手段】隅肉溶接および／または部分開先溶接で組み立てられる、十字溶接継手および／またはＴ字溶接継手を有する溶接構造体において、十字溶接継手またはＴ字溶接継手の貫通側鋼板２側の隅肉脚長または溶着断面長さＬ２を、溶接線方向の全線もしくは一部で、十字溶接継手またはＴ字溶接継手の非貫通側鋼板１の板厚ｔ１の１／４以上とすることを特徴とする、脆性き裂停止後の破壊発生防止特性に優れた溶接構造体を採用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶、低温タンク、建築、橋梁などの溶接構造物に用いられる、脆性き裂停止後の延性破壊発生および／または脆性破壊再発生の防止特性に優れた溶接構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
脆性破壊は、鉄鋼材料等の構造材料において、時として大規模な塑性変形を伴わず、材料の降伏強度以下の低応力で発生し、１０００ｍ／ｓ程度の高速で長距離伝播して、構造物を一瞬の内に破壊させるため、安全上きわめて重要な現象である。
この脆性破壊の発生を防止するための手法としては、ＣＴＯＤ（Crack-Tip Opening Displacement）試験等の材料評価試験により破壊靭性値（ＣＴＯＤ値）の優れた素材を厳選し、脆性破壊発生危険部位に用いる防止法が提案されるとともに、当該ＣＴＯＤ値が各種規格に取り入れられ、脆性破壊の発生防止を可能にしてきている。
【０００３】
さらに、脆性破壊の一瞬の内に高速伝播する特性からすると、特に、大規模構造物では、万が一脆性破壊が発生した場合でも、脆性き裂の伝播を停止（以下、アレストともいう。）させて構造物全体としての崩落を防止することが出来れば、構造物の安全性を格段に上げることが可能になり望ましい。実際に、ＬＮＧ（Liquefied Natural Gas）やＬＰＧ（Liquefied Petroleum Gas）等の低温タンクに用いられる低温用鋼や、水圧鉄管用鋼材、造船用鋼材等では、脆性破壊伝播停止試験（ＥＳＳＯ試験または二重引張試験）のような大型破壊試験で測定される脆性破壊伝播停止特性Ｋｃａ値に対する要求値が規定されている。
【０００４】
また、最近では、コンテナの積載量が１万個程度の超大型コンテナ船の建造が検討されている。超大型コンテナ船においては、船体縦強度を確保するために、ハッチサイドコーミングに採用される鋼板の板厚を従来より厚くする必要が有る。また、ハッチサイドコーミング同士を接合する突合せ溶接継手や、ハッチサイドコーミングと強力甲板とを接合する十字溶接継手またはＴ字溶接継手の信頼性を高める必要がある。
【０００５】
一般に、脆性き裂は、その起点となる欠陥の存在する可能性と材料脆化の可能性から、溶接部で発生することが多い。そのため、溶接継手に沿って脆性き裂が伝播することを防止することが重要である。このような脆性き裂の伝播停止（アレスト）に関しては、き裂が貫通したときに溶接部で短く止める「ショートクラックアレスト」と、き裂が溶接継手を長距離伝播してから母材で停止させる「ロングクラックアレスト」との２種類があることが知られている。また、その実現のため、高アレスト鋼が開発されてきている。また、前述の超大型コンテナ船においては、ハッチサイドコーミングの溶接部の位置と、強力甲板の溶接部の位置とをシフトさせることによって、ハッチサイドコーミングの溶接部において発生した脆性き裂が、溶接金属を介して貫通板側の強力甲板の溶接部に伝搬しないような工夫がされている。
【０００６】
また、船舶のように溶接線が１００ｍ以上にわたって連続するような場合には、従来、溶接線を伝播する脆性き裂が母材に逸れて止まると考えられてきたが、非特許文献１で、厚手材では溶接線から逸れずに溶接部を直進伝播することが明らかにされている。従って、従来よりも板厚が大きなハッチサイドコーミングを採用する前述の超大型コンテナ船においては、溶接部における延性き裂が懸念される。このような溶接部を長距離伝播する脆性き裂をアレストするためには、脆性き裂を鋼板母材に突入させてアレストさせることが有効であり、このような場合の鋼板母材に高アレスト鋼を使った高アレスト構造も開発されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
また、最近では隅肉構造を利用したアレスト技術について、隅肉溶接脚長の制御により、鋼板のアレスト性能が比較的低くても、構造全体としてアレスト性能を確保できることが報告されている（特許文献２、３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−３２７１３７号公報
【特許文献２】特開２００７−３２６１４７号公報
【特許文献３】特開２００５−１３１７０８号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】石川忠，井上健裕，小関正，廣田一博，白木原浩，矢島浩；厚鋼板を使用した溶接継手における脆性き裂伝播挙動，平成１７年日本造船学会ポスターセッション
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記従来技術では、脆性き裂のアレストによって、構造物の脆性破壊が防止された場合に、その後、脆性き裂伝播部の修復までの間、構造物の安全性が保たれる必要性、すなわち、更なる破壊が発生することを防止する必要性について、また、その解決手段については言及されていない。
【００１１】
例えば、前述のハッチサイドコーミングと強力甲板との十字溶接継手またはＴ字溶接継手においては、ハッチサイドコーミングの溶接部において発生した脆性き裂が溶接金属に突入すると、溶接金属自体または溶接金属と鋼板との間において溶接方向に沿って脆性き裂が発生し、この脆性き裂が強力甲板の溶接部まで達し、強力甲板において脆性き裂を再び発生させる場合がある。従って、ハッチサイドコーミングの溶接部に発生した脆性き裂が溶接金属に突入することなく停止させるか、あるいは、脆性き裂が突入したとしてもその修復までの間に、貫通板側の強力甲板にまで脆性き裂を伝搬させないことが求められる。
【００１２】
そこで、本発明は、鋼構造物での脆性き裂アレスト後の延性破壊や脆性破壊といった破壊の発生を有利に防止することのできる、脆性き裂停止後の破壊発生防止特性に優れた溶接構造体を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するための本発明の要旨は、以下のとおりである。
（１） 隅肉溶接および／または部分開先溶接で組み立てられる、十字溶接継手および／またはＴ字溶接継手を有する溶接構造体において、十字溶接継手またはＴ字溶接継手の貫通側鋼板側の隅肉脚長または溶着断面長さＬ２を、溶接線方向の全線もしくは一部で、十字溶接継手またはＴ字溶接継手の非貫通側鋼板の板厚ｔ１の１／４以上とすることを特徴とする、脆性き裂停止後の破壊発生防止特性に優れた溶接構造体。
（２） 前記Ｌ２がｔ１の１／４以上を満足しない溶接線方向の範囲で、十字溶接継手またはＴ字溶接継手の非貫通側鋼板側の脚長または溶着断面長さＬ１を、貫通側鋼板側の隅肉脚長または溶着断面長さＬ２の０．７倍以下とすることを特徴とする、上記（１）に記載の脆性き裂停止後の破壊発生防止特性に優れた溶接構造体。
（３） 前記隅肉脚長または溶着断面長さＬ２の条件が、貫通側鋼板の突合せ溶接のビード端部から１００ｍｍ以内の範囲において満足されることを特徴とする、上記（１）に記載の脆性き裂停止後の脆性破壊発生防止特性に優れた溶接構造体。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、脆性き裂のアレストを隅肉溶接構造等の溶接構造で実現した場合に、脆性き裂のアレスト後に生じる恐れのある延性破壊や脆性破壊が生じることを有利に防止し、必要な補修までの間、構造物の崩落による大災害を起こすことを有利に防止することができるため、産業上の効果は計り知れない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の実施形態である隅肉溶接してなる溶接構造体を示す断面模式図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態である部分開先溶接してなる溶接構造体を示す断面模式図である。
【図３】図３は、試験体１の構成を示す斜視模式図である。
【図４】図４は、試験体２の構成を示す斜視模式図である。
【図５】図５は、本発明の溶接構造体を適用した船体構造を示す断面模式図である。
【図６】図６は、本発明の溶接構造体を適用した船体構造の要部を示す斜視模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態である溶接構造体について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の一例である隅肉溶接されてなる溶接構造体を示す断面模式図であり、図２は、本実施形態の別の例である部分開先溶接されてなる溶接構造体を示す断面模式図である。
【００１７】
図１に示す溶接構造体は、隅肉溶接によって形成されたＴ字溶接継手であって、非貫通板となる非貫通側鋼板１が、貫通板となる貫通側鋼板２に対してほぼ直角に接合されている。非貫通側鋼板１と貫通側鋼板２との接合部には、隅肉溶接によって形成された溶接金属３が形成されている。
【００１８】
また、図２に示す溶接構造体は、部分開先溶接によって形成されたＴ字溶接継手であって、非貫通側鋼板１１が、貫通側鋼板１２に対してほぼ直角に接合されている。非貫通側鋼板１１と貫通側鋼板１２との接合部には、部分開先溶接によって形成された溶接金属１３が形成されている。
【００１９】
図１及び図２に示す例では、非貫通側鋼板１と貫通側鋼板２とがＴ字溶接継手によって接合されているが、本発明はこれに限らず、図１及び図２の点線で示す別の非貫通側鋼板４、１４を接合することによって、十字溶接継手を構成してもよい。この別の非貫通側鋼板４、１４は、非貫通側鋼板１、１１と同様に、隅肉溶接または部分開先溶接によって貫通側鋼板１２に対してほぼ直角に接合される。
【００２０】
図１及び図２における非貫通側鋼板１、１１及び貫通側鋼板２、１２はそれぞれ、板厚が例えば５０〜１００ｍｍ程度の厚板鋼板であり、それ自体でアレスト特性に優れた厚板鋼板である。非貫通側鋼板１，１１は、例えば超大型コンテナ船のハッチサイドコーミングに適用され、貫通板鋼板２，１２は、例えば超大型コンテナ船の強力甲板に適用される。また、各鋼板１、２、１１、１２は、例えば、降伏強度ＹＰが４００ＭＰａ以上の高降伏強度厚板鋼板を適用できる。なお、アレスト特性とは、長大脆性き裂の伝播停止性能を意味する。
【００２１】
また、本実施形態においては、Ｔ字溶接継手または十字溶接継手の溶接線に沿って、図示略の突合せ溶接継手を介して複数の非貫通板側鋼板１、１１が相互に接合されている。同様に、Ｔ字溶接継手または十字溶接継手の溶接線に沿って、図示略の突合せ溶接継手を介して複数の貫通側鋼板２、１２が相互に接合されている。そして、非貫通側鋼板１，１１の突合せ溶接継手と貫通側鋼板２，１２の突合せ溶接継手とは、継手相互の位置が重ならないように大きなバットシフト量をもってシフト配置されている。
【００２２】
次に、溶接金属３、１３は、使用温度でのシャルピー衝撃値が７０Ｊ以上かつ脆性破面率が３０％以下のものが好ましい。シャルピー衝撃値が７０Ｊ以上とし、かつ脆性破面率が３０％以下とすることで、非貫通側鋼板１、１１または貫通側鋼板２、１２の各溶接部において発生した脆性き裂が溶接金属３、１３に突入しようとしても、溶接金属３、１３に脆性き裂が伝搬することなく、溶接構造体のアレスト性を高めることができる。
【００２３】
本実施形態の溶接構造体においては、図１及び図２に示す十字溶接継手またはＴ字溶接継手の貫通側鋼板側の隅肉脚長Ｌ２または溶着断面長さＬ２を、溶接線方向の全線もしくは一部で、十字溶接継手またはＴ字溶接継手の非貫通側鋼板１、１１の板厚ｔ１の１／４以上とすることが好ましい。
【００２４】
溶接線に沿って溶接構造体に引っ張り応力が印加されることによって、非貫通側鋼板１，１１の突合せ溶接継手に脆性き裂が発生し、更に十字溶接継手またはＴ字溶接継手にせん断応力が印加された結果、溶接金属３，１３がせん断破壊されて前述の脆性き裂が起点となって溶接金属３，１３に延性き裂が生じるおそれがあるが、隅肉脚長または溶着断面長さＬ２を、非貫通側鋼板１、１１の板厚ｔ１の１／４以上とすることで、溶接金属３，１３における延性き裂の発生を防止するか、あるいは発生したとしてもその伝搬距離を短くすることができる。
【００２５】
また、本実施形態の溶接構造体においては、Ｌ２がｔ１の１／４以上を満足しない溶接線方向の範囲があったとしても、十字溶接継手またはＴ字溶接継手の非貫通側鋼板側の脚長Ｌ１または溶着断面長さＬ１を、貫通側鋼板側の隅肉脚長Ｌ２または溶着断面長さＬ２の０．７倍以下とすることが好ましい。
【００２６】
上記のように、溶接金属３，１３がせん断破壊され、前述の脆性き裂が起点となって溶接金属３，１３に延性き裂が生じるおそれがあるが、脚長または溶着断面長さＬ１を、隅肉脚長または溶着断面長さＬ２の０．７倍以下とすることで、延性き裂を溶接金属３，１３の非貫通側鋼板１，１１の側に誘導することができる。これにより、溶接金属３，１３の貫通側鋼板２、１２の側には延性き裂が生じるおそれがなく、延性き裂が貫通側鋼板２、１２の側に突入するおそれがなく、貫通側鋼板の脆性破壊を防止することができる。
【００２７】
また、上述のように、非貫通側鋼板１、１１の板厚ｔ１の１／４以上とすることで、溶接金属３，１３における延性き裂の伝搬距離を短くすることができるものの、延性き裂自体は発生する。従って、発生した延性き裂を貫通側鋼板２、１２の突合せ溶接継手に伝搬させないためには、貫通側鋼板の突合せ溶接のビード端部から１００ｍｍ以内の範囲で非貫通側鋼板１、１１の板厚ｔ１の１／４以上を満たすようにすればよい。
【００２８】
次に、非貫通側鋼板１、１１の板厚ｔ１の１／４以上と規定したこと、脚長または溶着断面長さＬ１を、隅肉脚長または溶着断面長さＬ２の０．７倍以下としたこと、貫通側鋼板の突合せ溶接のビード端部から１００ｍｍ以内の範囲で非貫通側鋼板１、１１の板厚ｔ１の１／４以上を満たすようにしたこと、について実験例を示しながら更に詳細に説明する。
【００２９】
長大脆性き裂の伝播停止性能（以下、アレスト特性ともいう。）は、伝播距離が長いき裂のアレストを再現するため、長距離伝播させることが必要であるが、現存する試験機との関係上１ｍ程度以上脆性き裂伝播距離を確保した大型実験によって評価されることが多い。本発明者らは、溶接部の長大脆性き裂伝播停止性能を検討するため、図５に示すような試験体により、多数の大型実験を実施した。実験に用いた鋼材の一覧を表１に、また、試験結果の一覧を表２に示す。
【００３０】
表２の試験手順について説明すると、表１に示す鋼材を用いて、図３または図４に示すテスト用の溶接構造体（試験体１、試験体２）を製造し、試験体１、２について大型の引張試験装置によって引張試験を行った。
【００３１】
（試験体１（試験例１〜４）の製造）
まず、表１に示す鋼材を用いて非貫通側鋼板３１を形成した。この非貫通側鋼板３１は、２片の鋼板を突合せ溶接継手３１ａによって接合させたものを用いた。また、表１に示す鋼材を用いて、貫通側鋼板３２を形成した。この貫通側鋼板３２は、２片の鋼板を突合せ溶接継手３２ａによって接合させたものを用いた。そして、貫通側鋼板３２に、非貫通側鋼板３１を隅肉溶接または部分開先溶接することで溶接金属３３を形成し、貫通側鋼板２３と非貫通側鋼板３１とＴ字溶接継手３４によって接合した。なお、接合の際には、各溶接継手３１ａ、３２ａの位置が相互に重ならないようにシフトさせた。また、突合せ溶接継手３１ａには、脆性き裂の起点となる切欠部３８を設けた。
なお、図３に示す試験体１には、貫通側鋼板３２の下側に、別の非貫通側鋼板３８を溶接した。これは、試験中に貫通側鋼板３２の変形を防止する補強材となる。
このようにして、試験体１を製造した。
【００３２】
また、試験体１を製造するにあたって、非貫通側鋼板の板厚ｔ１、貫通側鋼板の板厚ｔ２、非貫通側鋼板の側の脚長または溶着断面長さＬ１、貫通側鋼板の側の脚長または溶着断面長さＬ２を表２に示すように各種変更したものを製造し、それぞれ試験例１〜４とした。
【００３３】
（試験体２（試験例５）の製造）
まず、表１に示す鋼材を用いて非貫通側鋼板４１を形成した。この非貫通側鋼板４１は、２片の鋼板を突合せ溶接継手４１ａによって接合させたものを用いた。また、表１に示す鋼材を用いて、貫通側鋼板４２を形成した。この貫通側鋼板４２は、２片の鋼板を突合せ溶接継手４２ａによって接合させたものを用いた。そして、貫通側鋼板４２に、非貫通側鋼板４１を隅肉溶接または部分開先溶接することで溶接金属４３を形成し、貫通側鋼板４２と非貫通側鋼板４１とＴ字溶接継手４４によって接合した。なお、接合の際には、各溶接継手４１ａ、４２ａの位置が相互に重ならないようにシフトさせた。また、突合せ溶接継手４２ａには、脆性き裂の起点となる切欠部４８を設けた。
このようにして、試験体２を製造した。
【００３４】
試験体２を製造するにあたって、非貫通側鋼板の板厚ｔ１、貫通側鋼板の板厚ｔ２、非貫通側鋼板の側の脚長または溶着断面長さＬ１、貫通側鋼板の側の脚長または溶着断面長さＬ２を表２に示すように設定した。これを試験例５とした。
【００３５】
試験例１〜５について、図３または図４に示す矢印の方向に応力を印加して引張り試験を行い、脆性き裂、延性き裂の発生状況を調べた。結果を表２に示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】
【表２】
【００３８】
表２に示す試験例１〜５はいずれも、引っ張り応力を印加することで、貫通側基板の突合せ溶接継手において脆性き裂が発生したが、このうち、試験例２の部分開先溶接と、試験例３及び試験例４とについては、溶接金属に延性き裂が発生せず、延性き裂の伝搬距離が０ｍｍとなった。
試験例２の部分開先溶接と、試験例３及び試験例４とはいずれも、Ｌ２≧ｔ１／４を満たすものであった。従って、Ｌ２≧ｔ１／４を満たす場合に、延性き裂が発生しないことが判る。
【００３９】
一方、試験例１、試験例２の隅肉溶接、試験例５は、貫通側基板の突合せ溶接継手において脆性き裂が発生し、この脆性き裂が溶接金属に突入し、溶接金属に延性き裂が１００〜１０００ｍｍ程度伝搬した。これらの試験例はいずれも、Ｌ２≧ｔ１／４を満たさないものであった。
【００４０】
貫通側鋼板の溶接部を脆性き裂が通過すると、試験例１、試験例２の隅肉溶接、及び試験例５のように、隅肉溶接の脚長が小さい場合には、脆性き裂が非貫通側鋼板に突入せず、一方、隅肉溶接自体がせん断の延性き裂で破壊することを見出した。すなわち、隅肉溶接部は脚長が小さい場合、脆性き裂が突入しにくいものの、脆性き裂の停止直後に延性き裂が隅肉溶接に沿って伝播することを見出した。
【００４１】
さらに、隅肉溶接脚長Ｌ１、Ｌ２または部分開先継手の溶着断面長さＬ１、Ｌ２を変化させた表３に示す実験により、隅肉溶接脚長または部分開先継手の溶着断面長さがせん断破壊の支配因子であり、脚長または溶着断面長さを大きくした場合、せん断破壊が伝播しなくなることが明らかになった。
【００４２】
尚、表３は、隅肉溶接で試験体１を製造し、ｔ１、ｔ２、Ｌ１、Ｌ２を適宜変更することによって製造した試験例６〜１３について、隅肉溶接部の延性き裂の伝搬距離を測定したものである。
【００４３】
【表３】
【００４４】
表３の結果から、延性き裂の長距離伝播を防止するためには、強度・剛性の高い“しっかりした”溶接が必要であり、したがって、延性き裂の長距離伝播を防止するためには、延性き裂の伝播を許容する距離より短い距離に、高靭性溶接材料による隅肉溶接または部分開先継手で、脚長もしくは溶着断面長さを、非貫通側板の板厚の１／４以上とするものを配する必要があることがわかる。
【００４５】
一方、貫通側鋼板の突合せ溶接部まで延性き裂が伝播すると、その突合せ溶接部からの脆性き裂発生を考慮する必要があり、一般に母材での脆性き裂再発生より溶接部の脆性き裂再発生の方がはるかに可能性が高いため、前記の延性き裂の伝播許容距離に比して、バットシフト量は大きくとりこれを防止する必要があることを明らかになった。その際、表３の試験結果では隅肉溶接脚長または部分開先継手の溶着断面長さ（Ｌ２）がｔ１／４以上であれば、延性き裂は２０ｍｍ程度で停止することから、貫通側突合せ溶接部ビード端から１００ｍｍ以上の範囲でＬ２を確保すれば安全性を確保できることが判明した。
【００４６】
延性き裂の伝播位置に関しては、表２の実験から意図的に制御しない限り、隅肉溶接内の伝播位置は変化しつつ伝播することが実験結果から判明した。その場合、溶接金属の貫通側鋼板の側に延性き裂が突入すると、貫通鋼板の破壊、特に最悪のケースを想定すれば脆性破壊をすることが考えられる。この事態を防止するためには、貫通側鋼板の側にき裂が行かないように、非貫通側鋼板側の脚長Ｌ１または溶着断面長さＬ１を、貫通側鋼板側の隅肉脚長Ｌ２または溶着断面長さＬ２の０．７倍以下とすることで、延性き裂を非貫通側鋼板の側に誘導することが重要であることを表４の実験から確認した。その際も前述の伝播許容距離を越えて伝播しないよう配慮が必要である。
【００４７】
尚、表４は、隅肉溶接で試験体１を製造し、ｔ１、ｔ２、Ｌ１、Ｌ２を適宜変更することによって製造した試験例１４〜２２について、隅肉溶接部の延性き裂の伝搬距離を測定したものである。
【００４８】
【表４】
【００４９】
図５及び図６には、図１または図２に示す溶接構造体を、超大型コンテナ船等の船舶に適用した例を示す。図５は、超大型コンテナ船の船体の断面図であり、この船体の断面構造は、船底部５１及び舷側部５２からなり、船底部５１及び舷側部５２によってコンテナ収納部５３が区画形成されている。また、コンテナ収納部５３の上方には、コンテナ積載用大開口部５４が設けられている。舷側部５２の上端部が強力甲板部５５とされている。
【００５０】
この強力甲板部５５付近の拡大図を図６に示す。強力甲板部５５は、強力甲板５６と、強力甲板５６上に溶接されたハッチサイドコーミング５７とから概略構成されている。また、強力甲板５６及びハッチサイドコーミング５７にはそれぞれ、補強用の骨材５８が溶接されている。また、強力甲板５６及びハッチサイドコーミング５７はそれぞれ、複数の鋼板が突合せ溶接によって接合されて構成されている。図４では、強力甲板５６及びハッチサイドコーミング５７の突き合わせ溶接部５６ａ、５７ａをそれぞれ、点線で示している。
【００５１】
図６に示す例では、強力甲板５６が、本実施形態に係る貫通側鋼板であり、ハッチサイドコーミング５７が、本実施形態に係る非貫通側鋼板である。そして、強力甲板５６とハッチサイドコーミング５７とが溶接継手によって接合されており、この溶接継手が、本実施形態に係るＴ字溶接継手または十字溶接継手となる。
【００５２】
図６に示す例において、仮に、ハッチサイドコーミング５７の突合せ溶接継手に脆性き裂が生じた場合でも、貫通側鋼板（強力甲板５６）側の隅肉脚長または溶着断面長さＬ２を、溶接線方向の全線もしくは一部で、非貫通側鋼板（ハッチサイドコーミング５７ａ）の板厚ｔ１の１／４以上とすることで、十字溶接継手またはＴ字溶接継手に延性き裂を生じさせることがない。
【００５３】
また、延性き裂が発生したとしても、その伝搬距離は短く抑えられるので、隅肉脚長または溶着断面長さＬ２の条件を、貫通側鋼板（強力甲板５６）の突合せ溶接継手５６ａのビード端部から１００ｍｍ以内の範囲において満足されることで、延性き裂が突合せ溶接継手５６ａに突入することがない。
【００５４】
Ｌ２がｔ１の１／４以上を満足しない溶接線方向の範囲で、十字溶接継手またはＴ字溶接継手の非貫通側鋼板（ハッチサイドコーミング５７）側の脚長または溶着断面長さＬ１を、貫通側鋼板（強力甲板５６）側の隅肉脚長または溶着断面長さＬ２の０．７倍以下とすることで、十字溶接継手またはＴ字溶接継手に延性き裂が生じても、その発生場所が非貫通側鋼板（ハッチサイドコーミング５７）の側になるので、貫通側鋼板（強力甲板５６）に脆性き裂が伝搬するおそれがない。
【００５５】
以上説明したように、本実施形態の溶接構造体によれば、脆性き裂のアレストを隅肉溶接構造等の溶接構造で実現した場合に、脆性き裂のアレスト後に生じる恐れのある延性破壊や脆性破壊が生じることを有利に防止し、必要な補修までの間、構造物の崩落による大災害を起こすことを有利に防止することができる。
【実施例】
【００５６】
（試験例２３〜２８の製造）
試験例５の場合と同様にして、表１に示す鋼材を用いて非貫通側鋼板４１を形成した。この非貫通側鋼板４１は、２片の鋼板を突合せ溶接継手４１ａによって接合させたものを用いた。また、表１に示す鋼材を用いて、貫通側鋼板４２を形成した。この貫通側鋼板４２は、２片の鋼板を突合せ溶接継手４２ａによって接合させたものを用いた。そして、貫通側鋼板４２に、非貫通側鋼板４１を隅肉溶接または部分開先溶接することで溶接金属４３を形成し、貫通側鋼板４２と非貫通側鋼板４１とＴ字溶接継手４４によって接合した。なお、接合の際には、各溶接継手４１ａ、４２ａの位置が相互に重ならないようにシフトさせた。また、突合せ溶接継手４２ａには、脆性き裂の起点となる切欠部４８を設けた。
このようにして、試験体２を製造した。
【００５７】
試験体２を製造するにあたって、非貫通側鋼板の板厚ｔ１、貫通側鋼板の板厚ｔ２、非貫通側鋼板の側の脚長または溶着断面長さＬ１、貫通側鋼板の側の脚長または溶着断面長さＬ２、溶接金属のシャルピー衝撃値（ｖＥ）及び脆性破面率（ＳＡ）を表２に示すように設定した。これを試験例２３〜２８とした。
【００５８】
そして、試験例２３〜２８について、大型の引張試験装置によって引張試験を行い、脆性き裂、延性貴裂の発生状況を調べた。結果を表５に示す。
【００５９】
【表５】
【００６０】
試験例２３，および試験２４、２５の隅肉溶接は比較例であり、溶接金属における延性き裂の発生を防止できていない。
一方、試験例２５の部分開先溶接および試験例２６、２７は、本発明例であり、請求項１の条件を満たしており、延性き裂および脆性破壊の再発生を防止することができ、本発明の有効性を確認できた。
また、試験例２８も本発明例であり、請求項２の条件を満たしており、延性き裂は伝播したが、非貫通側鋼板の側のＬ１の側をき裂が伝播しており、貫通側鋼板の破壊を防止することができ、本発明の有効性が確認できた。
【符号の説明】
【００６１】
１、１１…非貫通側鋼板、２，１２…貫通側鋼板、３、１３…溶接金属、Ｌ１…非貫通側鋼板側の脚長または溶着断面長さ、Ｌ２…貫通側鋼板側の隅肉脚長または溶着断面長さ、ｔ１…非貫通側鋼板の板厚
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶、低温タンク、建築、橋梁などの溶接構造物に用いられる、脆性き裂停止後の延性破壊発生および／または脆性破壊再発生の防止特性に優れた溶接構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
脆性破壊は、鉄鋼材料等の構造材料において、時として大規模な塑性変形を伴わず、材料の降伏強度以下の低応力で発生し、１０００ｍ／ｓ程度の高速で長距離伝播して、構造物を一瞬の内に破壊させるため、安全上きわめて重要な現象である。
この脆性破壊の発生を防止するための手法としては、ＣＴＯＤ（Crack-Tip Opening Displacement）試験等の材料評価試験により破壊靭性値（ＣＴＯＤ値）の優れた素材を厳選し、脆性破壊発生危険部位に用いる防止法が提案されるとともに、当該ＣＴＯＤ値が各種規格に取り入れられ、脆性破壊の発生防止を可能にしてきている。
【０００３】
さらに、脆性破壊の一瞬の内に高速伝播する特性からすると、特に、大規模構造物では、万が一脆性破壊が発生した場合でも、脆性き裂の伝播を停止（以下、アレストともいう。）させて構造物全体としての崩落を防止することが出来れば、構造物の安全性を格段に上げることが可能になり望ましい。実際に、ＬＮＧ（Liquefied Natural Gas）やＬＰＧ（Liquefied Petroleum Gas）等の低温タンクに用いられる低温用鋼や、水圧鉄管用鋼材、造船用鋼材等では、脆性破壊伝播停止試験（ＥＳＳＯ試験または二重引張試験）のような大型破壊試験で測定される脆性破壊伝播停止特性Ｋｃａ値に対する要求値が規定されている。
【０００４】
また、最近では、コンテナの積載量が１万個程度の超大型コンテナ船の建造が検討されている。超大型コンテナ船においては、船体縦強度を確保するために、ハッチサイドコーミングに採用される鋼板の板厚を従来より厚くする必要が有る。また、ハッチサイドコーミング同士を接合する突合せ溶接継手や、ハッチサイドコーミングと強力甲板とを接合する十字溶接継手またはＴ字溶接継手の信頼性を高める必要がある。
【０００５】
一般に、脆性き裂は、その起点となる欠陥の存在する可能性と材料脆化の可能性から、溶接部で発生することが多い。そのため、溶接継手に沿って脆性き裂が伝播することを防止することが重要である。このような脆性き裂の伝播停止（アレスト）に関しては、き裂が貫通したときに溶接部で短く止める「ショートクラックアレスト」と、き裂が溶接継手を長距離伝播してから母材で停止させる「ロングクラックアレスト」との２種類があることが知られている。また、その実現のため、高アレスト鋼が開発されてきている。また、前述の超大型コンテナ船においては、ハッチサイドコーミングの溶接部の位置と、強力甲板の溶接部の位置とをシフトさせることによって、ハッチサイドコーミングの溶接部において発生した脆性き裂が、溶接金属を介して貫通板側の強力甲板の溶接部に伝搬しないような工夫がされている。
【０００６】
また、船舶のように溶接線が１００ｍ以上にわたって連続するような場合には、従来、溶接線を伝播する脆性き裂が母材に逸れて止まると考えられてきたが、非特許文献１で、厚手材では溶接線から逸れずに溶接部を直進伝播することが明らかにされている。従って、従来よりも板厚が大きなハッチサイドコーミングを採用する前述の超大型コンテナ船においては、溶接部における延性き裂が懸念される。このような溶接部を長距離伝播する脆性き裂をアレストするためには、脆性き裂を鋼板母材に突入させてアレストさせることが有効であり、このような場合の鋼板母材に高アレスト鋼を使った高アレスト構造も開発されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
また、最近では隅肉構造を利用したアレスト技術について、隅肉溶接脚長の制御により、鋼板のアレスト性能が比較的低くても、構造全体としてアレスト性能を確保できることが報告されている（特許文献２、３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−３２７１３７号公報
【特許文献２】特開２００７−３２６１４７号公報
【特許文献３】特開２００５−１３１７０８号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】石川忠，井上健裕，小関正，廣田一博，白木原浩，矢島浩；厚鋼板を使用した溶接継手における脆性き裂伝播挙動，平成１７年日本造船学会ポスターセッション
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記従来技術では、脆性き裂のアレストによって、構造物の脆性破壊が防止された場合に、その後、脆性き裂伝播部の修復までの間、構造物の安全性が保たれる必要性、すなわち、更なる破壊が発生することを防止する必要性について、また、その解決手段については言及されていない。
【００１１】
例えば、前述のハッチサイドコーミングと強力甲板との十字溶接継手またはＴ字溶接継手においては、ハッチサイドコーミングの溶接部において発生した脆性き裂が溶接金属に突入すると、溶接金属自体または溶接金属と鋼板との間において溶接方向に沿って脆性き裂が発生し、この脆性き裂が強力甲板の溶接部まで達し、強力甲板において脆性き裂を再び発生させる場合がある。従って、ハッチサイドコーミングの溶接部に発生した脆性き裂が溶接金属に突入することなく停止させるか、あるいは、脆性き裂が突入したとしてもその修復までの間に、貫通板側の強力甲板にまで脆性き裂を伝搬させないことが求められる。
【００１２】
そこで、本発明は、鋼構造物での脆性き裂アレスト後の延性破壊や脆性破壊といった破壊の発生を有利に防止することのできる、脆性き裂停止後の破壊発生防止特性に優れた溶接構造体を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するための本発明の要旨は、以下のとおりである。
（１） 隅肉溶接および／または部分開先溶接で組み立てられる、十字溶接継手および／またはＴ字溶接継手を有する溶接構造体において、十字溶接継手またはＴ字溶接継手の貫通側鋼板側の隅肉脚長または溶着断面長さＬ２を、溶接線方向の全線もしくは一部で、十字溶接継手またはＴ字溶接継手の非貫通側鋼板の板厚ｔ１の１／４以上とすることを特徴とする、脆性き裂停止後の破壊発生防止特性に優れた溶接構造体。
（２） 前記Ｌ２がｔ１の１／４以上を満足しない溶接線方向の範囲で、十字溶接継手またはＴ字溶接継手の非貫通側鋼板側の脚長または溶着断面長さＬ１を、貫通側鋼板側の隅肉脚長または溶着断面長さＬ２の０．７倍以下とすることを特徴とする、上記（１）に記載の脆性き裂停止後の破壊発生防止特性に優れた溶接構造体。
（３） 前記隅肉脚長または溶着断面長さＬ２の条件が、貫通側鋼板の突合せ溶接のビード端部から１００ｍｍ以内の範囲において満足されることを特徴とする、上記（１）に記載の脆性き裂停止後の脆性破壊発生防止特性に優れた溶接構造体。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、脆性き裂のアレストを隅肉溶接構造等の溶接構造で実現した場合に、脆性き裂のアレスト後に生じる恐れのある延性破壊や脆性破壊が生じることを有利に防止し、必要な補修までの間、構造物の崩落による大災害を起こすことを有利に防止することができるため、産業上の効果は計り知れない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の実施形態である隅肉溶接してなる溶接構造体を示す断面模式図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態である部分開先溶接してなる溶接構造体を示す断面模式図である。
【図３】図３は、試験体１の構成を示す斜視模式図である。
【図４】図４は、試験体２の構成を示す斜視模式図である。
【図５】図５は、本発明の溶接構造体を適用した船体構造を示す断面模式図である。
【図６】図６は、本発明の溶接構造体を適用した船体構造の要部を示す斜視模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態である溶接構造体について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の一例である隅肉溶接されてなる溶接構造体を示す断面模式図であり、図２は、本実施形態の別の例である部分開先溶接されてなる溶接構造体を示す断面模式図である。
【００１７】
図１に示す溶接構造体は、隅肉溶接によって形成されたＴ字溶接継手であって、非貫通板となる非貫通側鋼板１が、貫通板となる貫通側鋼板２に対してほぼ直角に接合されている。非貫通側鋼板１と貫通側鋼板２との接合部には、隅肉溶接によって形成された溶接金属３が形成されている。
【００１８】
また、図２に示す溶接構造体は、部分開先溶接によって形成されたＴ字溶接継手であって、非貫通側鋼板１１が、貫通側鋼板１２に対してほぼ直角に接合されている。非貫通側鋼板１１と貫通側鋼板１２との接合部には、部分開先溶接によって形成された溶接金属１３が形成されている。
【００１９】
図１及び図２に示す例では、非貫通側鋼板１と貫通側鋼板２とがＴ字溶接継手によって接合されているが、本発明はこれに限らず、図１及び図２の点線で示す別の非貫通側鋼板４、１４を接合することによって、十字溶接継手を構成してもよい。この別の非貫通側鋼板４、１４は、非貫通側鋼板１、１１と同様に、隅肉溶接または部分開先溶接によって貫通側鋼板１２に対してほぼ直角に接合される。
【００２０】
図１及び図２における非貫通側鋼板１、１１及び貫通側鋼板２、１２はそれぞれ、板厚が例えば５０〜１００ｍｍ程度の厚板鋼板であり、それ自体でアレスト特性に優れた厚板鋼板である。非貫通側鋼板１，１１は、例えば超大型コンテナ船のハッチサイドコーミングに適用され、貫通板鋼板２，１２は、例えば超大型コンテナ船の強力甲板に適用される。また、各鋼板１、２、１１、１２は、例えば、降伏強度ＹＰが４００ＭＰａ以上の高降伏強度厚板鋼板を適用できる。なお、アレスト特性とは、長大脆性き裂の伝播停止性能を意味する。
【００２１】
また、本実施形態においては、Ｔ字溶接継手または十字溶接継手の溶接線に沿って、図示略の突合せ溶接継手を介して複数の非貫通板側鋼板１、１１が相互に接合されている。同様に、Ｔ字溶接継手または十字溶接継手の溶接線に沿って、図示略の突合せ溶接継手を介して複数の貫通側鋼板２、１２が相互に接合されている。そして、非貫通側鋼板１，１１の突合せ溶接継手と貫通側鋼板２，１２の突合せ溶接継手とは、継手相互の位置が重ならないように大きなバットシフト量をもってシフト配置されている。
【００２２】
次に、溶接金属３、１３は、使用温度でのシャルピー衝撃値が７０Ｊ以上かつ脆性破面率が３０％以下のものが好ましい。シャルピー衝撃値が７０Ｊ以上とし、かつ脆性破面率が３０％以下とすることで、非貫通側鋼板１、１１または貫通側鋼板２、１２の各溶接部において発生した脆性き裂が溶接金属３、１３に突入しようとしても、溶接金属３、１３に脆性き裂が伝搬することなく、溶接構造体のアレスト性を高めることができる。
【００２３】
本実施形態の溶接構造体においては、図１及び図２に示す十字溶接継手またはＴ字溶接継手の貫通側鋼板側の隅肉脚長Ｌ２または溶着断面長さＬ２を、溶接線方向の全線もしくは一部で、十字溶接継手またはＴ字溶接継手の非貫通側鋼板１、１１の板厚ｔ１の１／４以上とすることが好ましい。
【００２４】
溶接線に沿って溶接構造体に引っ張り応力が印加されることによって、非貫通側鋼板１，１１の突合せ溶接継手に脆性き裂が発生し、更に十字溶接継手またはＴ字溶接継手にせん断応力が印加された結果、溶接金属３，１３がせん断破壊されて前述の脆性き裂が起点となって溶接金属３，１３に延性き裂が生じるおそれがあるが、隅肉脚長または溶着断面長さＬ２を、非貫通側鋼板１、１１の板厚ｔ１の１／４以上とすることで、溶接金属３，１３における延性き裂の発生を防止するか、あるいは発生したとしてもその伝搬距離を短くすることができる。
【００２５】
また、本実施形態の溶接構造体においては、Ｌ２がｔ１の１／４以上を満足しない溶接線方向の範囲があったとしても、十字溶接継手またはＴ字溶接継手の非貫通側鋼板側の脚長Ｌ１または溶着断面長さＬ１を、貫通側鋼板側の隅肉脚長Ｌ２または溶着断面長さＬ２の０．７倍以下とすることが好ましい。
【００２６】
上記のように、溶接金属３，１３がせん断破壊され、前述の脆性き裂が起点となって溶接金属３，１３に延性き裂が生じるおそれがあるが、脚長または溶着断面長さＬ１を、隅肉脚長または溶着断面長さＬ２の０．７倍以下とすることで、延性き裂を溶接金属３，１３の非貫通側鋼板１，１１の側に誘導することができる。これにより、溶接金属３，１３の貫通側鋼板２、１２の側には延性き裂が生じるおそれがなく、延性き裂が貫通側鋼板２、１２の側に突入するおそれがなく、貫通側鋼板の脆性破壊を防止することができる。
【００２７】
また、上述のように、非貫通側鋼板１、１１の板厚ｔ１の１／４以上とすることで、溶接金属３，１３における延性き裂の伝搬距離を短くすることができるものの、延性き裂自体は発生する。従って、発生した延性き裂を貫通側鋼板２、１２の突合せ溶接継手に伝搬させないためには、貫通側鋼板の突合せ溶接のビード端部から１００ｍｍ以内の範囲で非貫通側鋼板１、１１の板厚ｔ１の１／４以上を満たすようにすればよい。
【００２８】
次に、非貫通側鋼板１、１１の板厚ｔ１の１／４以上と規定したこと、脚長または溶着断面長さＬ１を、隅肉脚長または溶着断面長さＬ２の０．７倍以下としたこと、貫通側鋼板の突合せ溶接のビード端部から１００ｍｍ以内の範囲で非貫通側鋼板１、１１の板厚ｔ１の１／４以上を満たすようにしたこと、について実験例を示しながら更に詳細に説明する。
【００２９】
長大脆性き裂の伝播停止性能（以下、アレスト特性ともいう。）は、伝播距離が長いき裂のアレストを再現するため、長距離伝播させることが必要であるが、現存する試験機との関係上１ｍ程度以上脆性き裂伝播距離を確保した大型実験によって評価されることが多い。本発明者らは、溶接部の長大脆性き裂伝播停止性能を検討するため、図５に示すような試験体により、多数の大型実験を実施した。実験に用いた鋼材の一覧を表１に、また、試験結果の一覧を表２に示す。
【００３０】
表２の試験手順について説明すると、表１に示す鋼材を用いて、図３または図４に示すテスト用の溶接構造体（試験体１、試験体２）を製造し、試験体１、２について大型の引張試験装置によって引張試験を行った。
【００３１】
（試験体１（試験例１〜４）の製造）
まず、表１に示す鋼材を用いて非貫通側鋼板３１を形成した。この非貫通側鋼板３１は、２片の鋼板を突合せ溶接継手３１ａによって接合させたものを用いた。また、表１に示す鋼材を用いて、貫通側鋼板３２を形成した。この貫通側鋼板３２は、２片の鋼板を突合せ溶接継手３２ａによって接合させたものを用いた。そして、貫通側鋼板３２に、非貫通側鋼板３１を隅肉溶接または部分開先溶接することで溶接金属３３を形成し、貫通側鋼板２３と非貫通側鋼板３１とＴ字溶接継手３４によって接合した。なお、接合の際には、各溶接継手３１ａ、３２ａの位置が相互に重ならないようにシフトさせた。また、突合せ溶接継手３１ａには、脆性き裂の起点となる切欠部３８を設けた。
なお、図３に示す試験体１には、貫通側鋼板３２の下側に、別の非貫通側鋼板３８を溶接した。これは、試験中に貫通側鋼板３２の変形を防止する補強材となる。
このようにして、試験体１を製造した。
【００３２】
また、試験体１を製造するにあたって、非貫通側鋼板の板厚ｔ１、貫通側鋼板の板厚ｔ２、非貫通側鋼板の側の脚長または溶着断面長さＬ１、貫通側鋼板の側の脚長または溶着断面長さＬ２を表２に示すように各種変更したものを製造し、それぞれ試験例１〜４とした。
【００３３】
（試験体２（試験例５）の製造）
まず、表１に示す鋼材を用いて非貫通側鋼板４１を形成した。この非貫通側鋼板４１は、２片の鋼板を突合せ溶接継手４１ａによって接合させたものを用いた。また、表１に示す鋼材を用いて、貫通側鋼板４２を形成した。この貫通側鋼板４２は、２片の鋼板を突合せ溶接継手４２ａによって接合させたものを用いた。そして、貫通側鋼板４２に、非貫通側鋼板４１を隅肉溶接または部分開先溶接することで溶接金属４３を形成し、貫通側鋼板４２と非貫通側鋼板４１とＴ字溶接継手４４によって接合した。なお、接合の際には、各溶接継手４１ａ、４２ａの位置が相互に重ならないようにシフトさせた。また、突合せ溶接継手４２ａには、脆性き裂の起点となる切欠部４８を設けた。
このようにして、試験体２を製造した。
【００３４】
試験体２を製造するにあたって、非貫通側鋼板の板厚ｔ１、貫通側鋼板の板厚ｔ２、非貫通側鋼板の側の脚長または溶着断面長さＬ１、貫通側鋼板の側の脚長または溶着断面長さＬ２を表２に示すように設定した。これを試験例５とした。
【００３５】
試験例１〜５について、図３または図４に示す矢印の方向に応力を印加して引張り試験を行い、脆性き裂、延性き裂の発生状況を調べた。結果を表２に示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】
【表２】
【００３８】
表２に示す試験例１〜５はいずれも、引っ張り応力を印加することで、貫通側基板の突合せ溶接継手において脆性き裂が発生したが、このうち、試験例２の部分開先溶接と、試験例３及び試験例４とについては、溶接金属に延性き裂が発生せず、延性き裂の伝搬距離が０ｍｍとなった。
試験例２の部分開先溶接と、試験例３及び試験例４とはいずれも、Ｌ２≧ｔ１／４を満たすものであった。従って、Ｌ２≧ｔ１／４を満たす場合に、延性き裂が発生しないことが判る。
【００３９】
一方、試験例１、試験例２の隅肉溶接、試験例５は、貫通側基板の突合せ溶接継手において脆性き裂が発生し、この脆性き裂が溶接金属に突入し、溶接金属に延性き裂が１００〜１０００ｍｍ程度伝搬した。これらの試験例はいずれも、Ｌ２≧ｔ１／４を満たさないものであった。
【００４０】
貫通側鋼板の溶接部を脆性き裂が通過すると、試験例１、試験例２の隅肉溶接、及び試験例５のように、隅肉溶接の脚長が小さい場合には、脆性き裂が非貫通側鋼板に突入せず、一方、隅肉溶接自体がせん断の延性き裂で破壊することを見出した。すなわち、隅肉溶接部は脚長が小さい場合、脆性き裂が突入しにくいものの、脆性き裂の停止直後に延性き裂が隅肉溶接に沿って伝播することを見出した。
【００４１】
さらに、隅肉溶接脚長Ｌ１、Ｌ２または部分開先継手の溶着断面長さＬ１、Ｌ２を変化させた表３に示す実験により、隅肉溶接脚長または部分開先継手の溶着断面長さがせん断破壊の支配因子であり、脚長または溶着断面長さを大きくした場合、せん断破壊が伝播しなくなることが明らかになった。
【００４２】
尚、表３は、隅肉溶接で試験体１を製造し、ｔ１、ｔ２、Ｌ１、Ｌ２を適宜変更することによって製造した試験例６〜１３について、隅肉溶接部の延性き裂の伝搬距離を測定したものである。
【００４３】
【表３】
【００４４】
表３の結果から、延性き裂の長距離伝播を防止するためには、強度・剛性の高い“しっかりした”溶接が必要であり、したがって、延性き裂の長距離伝播を防止するためには、延性き裂の伝播を許容する距離より短い距離に、高靭性溶接材料による隅肉溶接または部分開先継手で、脚長もしくは溶着断面長さを、非貫通側板の板厚の１／４以上とするものを配する必要があることがわかる。
【００４５】
一方、貫通側鋼板の突合せ溶接部まで延性き裂が伝播すると、その突合せ溶接部からの脆性き裂発生を考慮する必要があり、一般に母材での脆性き裂再発生より溶接部の脆性き裂再発生の方がはるかに可能性が高いため、前記の延性き裂の伝播許容距離に比して、バットシフト量は大きくとりこれを防止する必要があることを明らかになった。その際、表３の試験結果では隅肉溶接脚長または部分開先継手の溶着断面長さ（Ｌ２）がｔ１／４以上であれば、延性き裂は２０ｍｍ程度で停止することから、貫通側突合せ溶接部ビード端から１００ｍｍ以上の範囲でＬ２を確保すれば安全性を確保できることが判明した。
【００４６】
延性き裂の伝播位置に関しては、表２の実験から意図的に制御しない限り、隅肉溶接内の伝播位置は変化しつつ伝播することが実験結果から判明した。その場合、溶接金属の貫通側鋼板の側に延性き裂が突入すると、貫通鋼板の破壊、特に最悪のケースを想定すれば脆性破壊をすることが考えられる。この事態を防止するためには、貫通側鋼板の側にき裂が行かないように、非貫通側鋼板側の脚長Ｌ１または溶着断面長さＬ１を、貫通側鋼板側の隅肉脚長Ｌ２または溶着断面長さＬ２の０．７倍以下とすることで、延性き裂を非貫通側鋼板の側に誘導することが重要であることを表４の実験から確認した。その際も前述の伝播許容距離を越えて伝播しないよう配慮が必要である。
【００４７】
尚、表４は、隅肉溶接で試験体１を製造し、ｔ１、ｔ２、Ｌ１、Ｌ２を適宜変更することによって製造した試験例１４〜２２について、隅肉溶接部の延性き裂の伝搬距離を測定したものである。
【００４８】
【表４】
【００４９】
図５及び図６には、図１または図２に示す溶接構造体を、超大型コンテナ船等の船舶に適用した例を示す。図５は、超大型コンテナ船の船体の断面図であり、この船体の断面構造は、船底部５１及び舷側部５２からなり、船底部５１及び舷側部５２によってコンテナ収納部５３が区画形成されている。また、コンテナ収納部５３の上方には、コンテナ積載用大開口部５４が設けられている。舷側部５２の上端部が強力甲板部５５とされている。
【００５０】
この強力甲板部５５付近の拡大図を図６に示す。強力甲板部５５は、強力甲板５６と、強力甲板５６上に溶接されたハッチサイドコーミング５７とから概略構成されている。また、強力甲板５６及びハッチサイドコーミング５７にはそれぞれ、補強用の骨材５８が溶接されている。また、強力甲板５６及びハッチサイドコーミング５７はそれぞれ、複数の鋼板が突合せ溶接によって接合されて構成されている。図４では、強力甲板５６及びハッチサイドコーミング５７の突き合わせ溶接部５６ａ、５７ａをそれぞれ、点線で示している。
【００５１】
図６に示す例では、強力甲板５６が、本実施形態に係る貫通側鋼板であり、ハッチサイドコーミング５７が、本実施形態に係る非貫通側鋼板である。そして、強力甲板５６とハッチサイドコーミング５７とが溶接継手によって接合されており、この溶接継手が、本実施形態に係るＴ字溶接継手または十字溶接継手となる。
【００５２】
図６に示す例において、仮に、ハッチサイドコーミング５７の突合せ溶接継手に脆性き裂が生じた場合でも、貫通側鋼板（強力甲板５６）側の隅肉脚長または溶着断面長さＬ２を、溶接線方向の全線もしくは一部で、非貫通側鋼板（ハッチサイドコーミング５７ａ）の板厚ｔ１の１／４以上とすることで、十字溶接継手またはＴ字溶接継手に延性き裂を生じさせることがない。
【００５３】
また、延性き裂が発生したとしても、その伝搬距離は短く抑えられるので、隅肉脚長または溶着断面長さＬ２の条件を、貫通側鋼板（強力甲板５６）の突合せ溶接継手５６ａのビード端部から１００ｍｍ以内の範囲において満足されることで、延性き裂が突合せ溶接継手５６ａに突入することがない。
【００５４】
Ｌ２がｔ１の１／４以上を満足しない溶接線方向の範囲で、十字溶接継手またはＴ字溶接継手の非貫通側鋼板（ハッチサイドコーミング５７）側の脚長または溶着断面長さＬ１を、貫通側鋼板（強力甲板５６）側の隅肉脚長または溶着断面長さＬ２の０．７倍以下とすることで、十字溶接継手またはＴ字溶接継手に延性き裂が生じても、その発生場所が非貫通側鋼板（ハッチサイドコーミング５７）の側になるので、貫通側鋼板（強力甲板５６）に脆性き裂が伝搬するおそれがない。
【００５５】
以上説明したように、本実施形態の溶接構造体によれば、脆性き裂のアレストを隅肉溶接構造等の溶接構造で実現した場合に、脆性き裂のアレスト後に生じる恐れのある延性破壊や脆性破壊が生じることを有利に防止し、必要な補修までの間、構造物の崩落による大災害を起こすことを有利に防止することができる。
【実施例】
【００５６】
（試験例２３〜２８の製造）
試験例５の場合と同様にして、表１に示す鋼材を用いて非貫通側鋼板４１を形成した。この非貫通側鋼板４１は、２片の鋼板を突合せ溶接継手４１ａによって接合させたものを用いた。また、表１に示す鋼材を用いて、貫通側鋼板４２を形成した。この貫通側鋼板４２は、２片の鋼板を突合せ溶接継手４２ａによって接合させたものを用いた。そして、貫通側鋼板４２に、非貫通側鋼板４１を隅肉溶接または部分開先溶接することで溶接金属４３を形成し、貫通側鋼板４２と非貫通側鋼板４１とＴ字溶接継手４４によって接合した。なお、接合の際には、各溶接継手４１ａ、４２ａの位置が相互に重ならないようにシフトさせた。また、突合せ溶接継手４２ａには、脆性き裂の起点となる切欠部４８を設けた。
このようにして、試験体２を製造した。
【００５７】
試験体２を製造するにあたって、非貫通側鋼板の板厚ｔ１、貫通側鋼板の板厚ｔ２、非貫通側鋼板の側の脚長または溶着断面長さＬ１、貫通側鋼板の側の脚長または溶着断面長さＬ２、溶接金属のシャルピー衝撃値（ｖＥ）及び脆性破面率（ＳＡ）を表２に示すように設定した。これを試験例２３〜２８とした。
【００５８】
そして、試験例２３〜２８について、大型の引張試験装置によって引張試験を行い、脆性き裂、延性貴裂の発生状況を調べた。結果を表５に示す。
【００５９】
【表５】
【００６０】
試験例２３，および試験２４、２５の隅肉溶接は比較例であり、溶接金属における延性き裂の発生を防止できていない。
一方、試験例２５の部分開先溶接および試験例２６、２７は、本発明例であり、請求項１の条件を満たしており、延性き裂および脆性破壊の再発生を防止することができ、本発明の有効性を確認できた。
また、試験例２８も本発明例であり、請求項２の条件を満たしており、延性き裂は伝播したが、非貫通側鋼板の側のＬ１の側をき裂が伝播しており、貫通側鋼板の破壊を防止することができ、本発明の有効性が確認できた。
【符号の説明】
【００６１】
１、１１…非貫通側鋼板、２，１２…貫通側鋼板、３、１３…溶接金属、Ｌ１…非貫通側鋼板側の脚長または溶着断面長さ、Ｌ２…貫通側鋼板側の隅肉脚長または溶着断面長さ、ｔ１…非貫通側鋼板の板厚
【特許請求の範囲】
【請求項１】
隅肉溶接および／または部分開先溶接で組み立てられる、十字溶接継手および／またはＴ字溶接継手を有する溶接構造体において、
十字溶接継手またはＴ字溶接継手の貫通側鋼板側の隅肉脚長または溶着断面長さＬ２を、溶接線方向の全線もしくは一部で、十字溶接継手またはＴ字溶接継手の非貫通側鋼板の板厚ｔ１の１／４以上とすることを特徴とする、脆性き裂停止後の破壊発生防止特性に優れた溶接構造体。
【請求項２】
前記Ｌ２がｔ１の１／４以上を満足しない溶接線方向の範囲で、十字溶接継手またはＴ字溶接継手の非貫通側鋼板側の脚長または溶着断面長さＬ１を、貫通側鋼板側の隅肉脚長または溶着断面長さＬ２の０．７倍以下とすることを特徴とする、請求項１に記載の脆性き裂停止後の破壊発生防止特性に優れた溶接構造体。
【請求項３】
前記隅肉脚長または溶着断面長さＬ２の条件が、貫通側鋼板の突合せ溶接のビード端部から１００ｍｍ以内の範囲において満足されることを特徴とする、請求項１に記載の脆性き裂停止後の破壊発生防止特性に優れた溶接構造体。
【請求項１】
隅肉溶接および／または部分開先溶接で組み立てられる、十字溶接継手および／またはＴ字溶接継手を有する溶接構造体において、
十字溶接継手またはＴ字溶接継手の貫通側鋼板側の隅肉脚長または溶着断面長さＬ２を、溶接線方向の全線もしくは一部で、十字溶接継手またはＴ字溶接継手の非貫通側鋼板の板厚ｔ１の１／４以上とすることを特徴とする、脆性き裂停止後の破壊発生防止特性に優れた溶接構造体。
【請求項２】
前記Ｌ２がｔ１の１／４以上を満足しない溶接線方向の範囲で、十字溶接継手またはＴ字溶接継手の非貫通側鋼板側の脚長または溶着断面長さＬ１を、貫通側鋼板側の隅肉脚長または溶着断面長さＬ２の０．７倍以下とすることを特徴とする、請求項１に記載の脆性き裂停止後の破壊発生防止特性に優れた溶接構造体。
【請求項３】
前記隅肉脚長または溶着断面長さＬ２の条件が、貫通側鋼板の突合せ溶接のビード端部から１００ｍｍ以内の範囲において満足されることを特徴とする、請求項１に記載の脆性き裂停止後の破壊発生防止特性に優れた溶接構造体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−５６５７１（Ｐ２０１１−５６５７１Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１１５９７（Ｐ２００９−２１１５９７）
【出願日】平成２１年９月１４日（２００９．９．１４）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１４日（２００９．９．１４）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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