焊接方法及焊接接头技术

本发明专利技术提供可以大幅度提高节点板与高强度钢的包角焊接部的疲劳强度的焊接方法及焊接接头。本发明专利技术的焊接方法是将节点板通过包角焊来焊接于高强度钢的焊接方法，使用焊接金属的马氏体相变开始点为350℃以下的焊接材料，在节点板的端部的长边方向形成17mm以上的长度的焊缝。本发明专利技术还提供使用所述焊接方法将节点板焊接于高强度钢的焊接接头。本发明专利技术还提供如下的焊接方法，其是通过焊接对已有的钢结构物中的由节点板和母材构成的包角焊接部进行修补或加强的焊接方法，使用焊接金属的马氏体相变开始点为350℃以下的焊接材料，在包角焊接部的节点板的端部的长边方向，以使从节点板的端部开始的焊缝部的长度为17mm以上的方式形成焊缝。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术提供可以大幅度提高节点板与高强度钢的包角焊接部的疲劳强度的焊接方法及焊接接头。本专利技术的焊接方法是将节点板通过包角焊来焊接于高强度钢的焊接方法，使用焊接金属的马氏体相变开始点为350℃以下的焊接材料，在节点板的端部的长边方向形成17mm以上的长度的焊缝。本专利技术还提供使用所述焊接方法将节点板焊接于高强度钢的焊接接头。本专利技术还提供如下的焊接方法，其是通过焊接对已有的钢结构物中的由节点板和母材构成的包角焊接部进行修补或加强的焊接方法，使用焊接金属的马氏体相变开始点为350℃以下的焊接材料，在包角焊接部的节点板的端部的长边方向，以使从节点板的端部开始的焊缝部的长度为17mm以上的方式形成焊缝。【专利说明】焊接方法及焊接接头
本专利技术涉及一种在使用了高强度钢的焊接结构物中将节点板包角焊接于高强度钢时的焊接方法。
技术介绍
以船舶、海洋结构物、桥梁等焊接结构物的大型化和与之相伴的轻质化、安全性为目的，近年来，逐渐开始使用抗拉强度从以往的500MPa提高到IOOOMPa的高强度钢。以母材的疲劳寿命或疲劳限度为代表的疲劳强度也与高强度化成比例地提高，然而对于焊接部而言，只要使用以往的焊接技术，疲劳强度就不会提高。在焊接部中，有对接焊接部、填角焊接部、包角焊接部等各种焊接部，然而其中在将节点板焊接于母材的高强度钢时的包角焊接部由于疲劳强度最低(与母材相比为1/7左右)，因此焊接结构物的设计载荷(容许载荷)由该包角焊接部决定。但是，在对该节点板的包角焊接部使用以往的焊接技术的情况下，如前所述，焊接部的疲劳强度不会提高，因此无法充分地发挥通过使用所述的近年来的高强度化了的高强度钢而带来的轻质化、安全性的优点。在以往的节点板的包角焊接部中疲劳强度降低的原因除了在焊趾部中由截面形状变化引起的应力集中度大以外，还要加上由焊接热应力引起的拉伸残余应力的生成所致的不良影响，使得焊趾部中拉伸力在局部变得非常高。对于这一点使用图11进行说明。图11是表示在安装有节点板的状态下施加拉伸力时在平板中产生的拉伸力的样子的立体图。图11中，10是作为母材的平板，20是节点板。节点板20以下部侧面部21及下部焊趾部22与平板10焊接，形成下部侧面的焊接部31及包角焊接部32。另外，F是作用于平板10的长边方向的拉伸力，90表示因该拉伸力而在平板10中产生的穿过包角焊接部32的焊趾部33的沿着短边方向(宽度方向)的拉伸力的分布，91是平板10的短边方向的端面部的应力，92是中央部的应力。如图11所示，在平板10中产生的应力在节点板20的下部焊趾部22的包角焊接部32的焊趾部33中达到最大。另外，节点板20因焊接时的加热而膨胀，因其后的冷却而收缩，然而由于平板10的膨胀和收缩比节点板20的膨胀、收缩小，因此在节点板20的焊接部31、32中产生由焊接热应力引起的拉伸残余应力，该拉伸残余应力也是在包角焊接部32的焊趾部33中达到最大。由于以上的原因，在节点板的包角焊接部中疲劳强度大幅度降低。作为提高疲劳强度的技术，此前开发出了对焊接部实施锤击处理或激光冲击处理的技术，然而由于作业负荷大，因此现实状况是没有广泛地普及。另外，这10年还开发出了低相变点焊接材料和使用了此种焊接材料的焊接施工法，所述低相变点焊接材料降低了焊接金属的马氏体相变点，在低温区域中引起马氏体相变，利用相变膨胀来减轻焊接部的残留拉伸应力，或导入少许压缩应力(专利文献I?6)。但是，即使使用此种技术，焊接部的疲劳寿命的提高至多也只停留在以往的1.5?2倍左右。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开平11-138290号公报专利文献2:日本特开2000-288728号公报专利文献3:日本特开2000-17380号公报专利文献4:日本特开2002-113577号公报专利文献5:日本特开2003-275890号公报专利文献6:日本特开2003-290972号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的问题鉴于所述的以往技术的问题，本专利技术的目的在于，提供可以大幅度提高节点板与高强度钢的包角焊接部的疲劳强度的焊接方法、以及利用所述焊接方法焊接的焊接接头。用于解决问题的方法本专利技术人在为了解决上述问题进行的深入研究中，着眼于包角焊接部的从节点板端部开始的焊缝的长度，在以一般被称作腰高的焊缝长度7mm进行通常的包角焊后，在该包角焊接部的前端设置各种长度的伸长焊缝，对伸长焊缝的长度与伸长焊缝前端部的应力集中度的关系进行了实验。此时的主要的实验条件如下所示。即，作为母材使用了 SOOMPa的高强度钢(尺寸:宽200 X长1000X厚20mm)，作为节点板使用了 800MPa的高强度钢(尺寸:宽50 X长200 X 厚 20mm)。将实验结果表示于图6中。图6中，纵轴是应力集中度，横轴是从包角焊接部的前端伸长的伸长焊缝的长度。而且，应力集中度以相对于没有设置伸长焊缝的通常的包角焊的情况下的焊接部焊趾位置的应力的比率来表示。根据图6可知，在伸长焊缝短的区域中应力集中度急剧地降低，如果伸长焊缝为7mm，则应力集中度降低到0.4左右，如果为IOmm则充分地降低到0.3左右。另外，如果为20mm以上，则稳定在不足0.2。像这样，通过将伸长焊缝设为IOmm以上，应力集中就得到充分地缓解，其结果是，包角焊接部的疲劳强度提高。本专利技术人继而对由焊接热应力引起的拉伸残余应力与伸长焊缝的长度、以及焊接材料的种类的关系进行了实验。即，使用以往焊接材料及焊接金属的马氏体相变开始温度(Ms温度)为350°C以下的低相变点焊接材料，在通常的包角焊(焊缝长度(腰高)IOmm)后，改变伸长焊缝的长度而测定出伸长焊缝前端部的表面位置及深度为5_的位置的拉伸残余应力。而且，所述的低相变点焊接材料是指利用与被焊接材料的焊接形成的焊接金属的Ms温度为350°C以下的焊接材料，焊接材料自身的Ms温度为250度以下。此外，此时的主要的实验条件如下所示。即，作为母材使用了 SOOMPa的高强度钢(尺寸:宽200 X长1000X厚20mm)，作为节点板使用了 800MPa的高强度钢(尺寸:宽50 X长200 X厚20mm)。此外，以往焊接材料的化学组成是C:0.12wt %、N1: 1.5wt %、Mo:0.5wt%,低相变点焊接材料的化学组成是C:0.05wt% > Cr:14wt% > Ni:9wt% ?将测定结果表示于图7中。图7中，纵轴为残余应力，横轴为从节点板端部开始的焊缝长度(包角焊接部的焊缝长度)。此外，将以往焊接材料(图7中以“以往材料”表示)的表面位置的残余应力用?表示，将深度为5mm的位置的残余应力用口表示，低相变点焊接材料(图7中表示为“低相变焊材”)的表面位置的残余应力用O表示，将深度为5mm的位置的残余应力用□表示。另外，拉伸残余应力以正的值表示，压缩残余应力以负的值表示。而且，这些测定结果是根据基于中子衍射的残余应力测定和FEM有限元分析的应力分析得到的结果。如图7所示，在使用了以往焊接材料的情况下，在实施了包角焊时(焊缝长度(腰高)IOmm)，在表面位置产生300MPa左右的拉伸残余应力，在深度为5mm位置产生680MPa左右的拉伸残余应力，其后，随着焊缝长度变长，在任意的位置拉伸残余应力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种焊接方法，其特征在于，其是将节点板通过包角焊焊接于高强度钢的焊接方法，其中，使用焊接金属的马氏体相变开始点为350℃以下的焊接材料，在所述节点板的端部的长边方向形成17mm以上的长度的焊缝。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：志贺千晃，平冈和雄，
申请(专利权)人：国立大学法人大阪大学，
类型：发明
国别省市：日本;JP