專利名稱：對接焊接接頭及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對接焊接接頭及其制造方法。本申請基于2009年12月4日提出的日本專利申請?zhí)卦?009-277007號(hào)并主張其優(yōu)先權(quán)，這里引用其內(nèi)容。
背景技術(shù)：
近年來，為削減成為地球環(huán)境的溫室效應(yīng)的一個(gè)原因的CO2氣體、或者應(yīng)對石油等化石燃料將來的枯渴，正在積極地進(jìn)行可再生自然能源的利用。風(fēng)力發(fā)電也是其中之一，大規(guī)模的風(fēng)力發(fā)電正在世界范圍得到普及。在此，最適合風(fēng)力發(fā)電的地域是經(jīng)?？梢云诖龔?qiáng)風(fēng)的地域。特別地，滿足這樣的條件的在海上的風(fēng)力發(fā)電(海上風(fēng)力發(fā)電)也以世界性的規(guī)模來計(jì)劃 和實(shí)現(xiàn)(參照專利文獻(xiàn)I 4)。為了在海上建設(shè)風(fēng)力發(fā)電用塔，需要在海底的地基上打進(jìn)塔的基礎(chǔ)部分。為了充分確保從海水面進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電的渦輪葉片的高度，該基礎(chǔ)部分需要具有充分的長度。因此，風(fēng)力發(fā)電用塔的基礎(chǔ)部分中使用的鋼板的板厚必須與基礎(chǔ)部分的長度相應(yīng)地加厚，而且必須確保強(qiáng)度和剛性。例如，在套管(jacket)型基礎(chǔ)中使用板厚為30mm以上的鋼板。在單樁(monopile)型基礎(chǔ)中使用板厚為50mm以上(例如為IOOmm左右)。再者,基礎(chǔ)部分成為直徑為4m左右的具有大斷面的管結(jié)構(gòu)，塔的整體高度也達(dá)80m以上。然而，在接近建設(shè)現(xiàn)場的海岸簡易而且高效率地焊接組裝這樣的巨大構(gòu)造物是非常困難的。進(jìn)而產(chǎn)生了以高效率而且在現(xiàn)場焊接上述最大板厚多達(dá)IOOmm的極厚鋼板這一以前不曾有的需求。一般地說，電子束焊接和激光束焊接等高能密度束焊接是能夠有效地進(jìn)行焊接的焊接方法。但是，準(zhǔn)備好用于進(jìn)行高能密度束焊接的條件是并不簡單的，特別是在電子束焊接中，由于需要在真空室內(nèi)維持高真空狀態(tài)而進(jìn)行焊接，因而在以前，能夠焊接的鋼板的大小受到限制。與此相對照，近年來，作為能夠高效地、而且在現(xiàn)場對板厚為IOOmm左右的極厚鋼板進(jìn)行焊接的焊接方法，由英國的焊接研究所開發(fā)并提出了在低真空下能夠施工的減壓電子束焊接(RPEBW :Reduced Pressured Electron Beam Welding)(專利文獻(xiàn) 5)。海上的風(fēng)力發(fā)電塔如上述那樣經(jīng)常曝露在強(qiáng)風(fēng)和波浪下。因此，塔的基礎(chǔ)部分的結(jié)構(gòu)體在強(qiáng)風(fēng)和波浪、進(jìn)而在由渦輪葉片的旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的振動(dòng)的作用下，不斷地受到交變載荷的作用。在這樣的環(huán)境下，對于塔的基礎(chǔ)部分中的焊接區(qū)，要求對數(shù)量級(jí)與通常的疲勞循環(huán)不同的千兆循環(huán)區(qū)域的振動(dòng)具有耐疲勞特性。特別地，應(yīng)力集中在焊縫(焊接金屬)的焊趾部增大，從而產(chǎn)生的問題是焊接接頭對于交變載荷的疲勞強(qiáng)度降低。作為用于緩和這樣的在焊趾部的應(yīng)力集中的對策，以前提出了如圖3A以及圖3B所示的、通過增大鋼板21和焊縫22的焊趾部的曲率半徑P和接觸角0而緩和應(yīng)力集中的技術(shù)。此外，圖3A是表示以前的對接焊接接頭的焊縫的一個(gè)例子的示意剖視圖。另外，圖3B是圖3A中所示的焊縫的焊趾部T附近的放大示意剖視圖。例如，在專利文獻(xiàn)6中，提出了通過調(diào)整焊劑成分以及保護(hù)氣體成分而增大上述的曲率半徑P和接觸角9的方案。另外，在專利文獻(xiàn)7中，提出了通過 將焊縫寬度相對于鋼板厚度的比率設(shè)定為0.2以下而減少焊縫焊趾部的應(yīng)力集中的方案?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特開2008-111406號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 :日本特開2007-092406號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 :日本特開2007-322400號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4 日本特開2006-037397號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)5 :國際公開99/16101號(hào)小冊子專利文獻(xiàn)6 :日本特開平4-361876號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)7 :日本特開2004-181530號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的課題如上所述，應(yīng)力集中的程度在焊縫焊趾部增大。其結(jié)果是，存在對接焊接接頭對交變載荷的疲勞強(qiáng)度降低的問題，其中交變載荷是因風(fēng)力或波力、渦輪葉片旋轉(zhuǎn)等千兆循環(huán)區(qū)域的振動(dòng)而產(chǎn)生的。但是，在作為這樣的對焊趾部應(yīng)力集中的對策的上述現(xiàn)有技術(shù)中，存在以下的課題。專利文獻(xiàn)6的方法采用的是氣體保護(hù)弧焊方法，它不能適用于采用高能密度束焊接、且不使用保護(hù)氣體而進(jìn)行焊接的本課題。另外，在專利文獻(xiàn)7中，只不過對焊縫的形狀進(jìn)行了特定，具體地怎樣形成上述的焊縫寬度、以及為形成上述焊縫寬度的焊接條件等則沒有任何公開。因此，存在的問題是缺乏重現(xiàn)性，從而在工業(yè)上的利用是極其困難的。再者，只不過談到了焊接接頭的200萬次疲勞強(qiáng)度的提高，它不能適用于提高對千兆循環(huán)區(qū)域振動(dòng)的耐疲勞特性的本課題。本發(fā)明的目的在于簡單且具有重現(xiàn)性地提供一種對接焊接接頭，其不會(huì)產(chǎn)生上述的問題，在對一對鋼板進(jìn)行采用電子束焊接等的高能密度束焊接時(shí)，可以緩和焊縫焊趾部的應(yīng)力集中，從而具有即使對于千兆循環(huán)區(qū)域的振動(dòng)也能夠耐受的疲勞特性，而且具有充分的斷裂韌性。用于解決課題的手段本發(fā)明作為上述課題的對策，是在電子束焊接等的高能密度束焊接的焊接區(qū)，通過使焊縫再熔融而形成再熔融焊縫，使得焊縫焊趾部的應(yīng)力集中得以緩和，從而疲勞特性得以提聞。
本發(fā)明的概要如下所述。(I)本發(fā)明的一方式涉及一種對接焊接接頭，其具有一對鋼板；第I焊縫金屬，其是在一對所述鋼板的對接部，通過從一對所述鋼板的第I面?zhèn)日丈涞贗高能密度束，從所述第I面?zhèn)妊由斓脚c所述第I面相反的第2面?zhèn)榷纬傻模灰约暗?焊縫金屬，其覆蓋所述第I焊縫金屬的所述第I面?zhèn)鹊亩嗣?，通過照射第2高能密度束而形成；其中，所述第I面的所述第I焊縫金屬的寬度W1和所述第I面的所述第2焊縫金屬的寬度W2滿足下述式(I)；所述第2焊縫金屬距所述第I面的深度為2. 0 10. 0_。I. 2 ≤ VK 3. 5 (I)
( 2)根據(jù)上述(I)所述的對接焊接接頭，其中，還具有第3焊縫金屬，其覆蓋所述第I焊縫金屬的所述第2面?zhèn)鹊亩嗣?，通過第3高能密度束而形成；所述第2面的所述第I焊縫金屬的寬度W4和所述鋼板的所述第2面的所述第3焊縫金屬的寬度W5滿足下述式(2)；所述第3焊縫金屬距所述第2面的深度也可以為2. 0 10. 0_。I. 2 ^ ff5/ff4 ^ 3. 5 (2)(3)根據(jù)上述(I)或(2)所述的對接焊接接頭，其中，所述鋼板的板厚中心的所述第I焊縫金屬的寬度W3也可以為所述鋼板的板厚的15%以下。(4)根據(jù)上述(I)或(2)所述的對接焊接接頭，其中，所述鋼板也可以是板厚為30mm以上、屈服強(qiáng)度為355MPa以上的鋼板。(5)根據(jù)上述(I)或(2)所述的對接焊接接頭，其中，也可以使用于構(gòu)成風(fēng)力發(fā)電塔的基礎(chǔ)部分的結(jié)構(gòu)體或鋼管柱。(6)本發(fā)明的一方式涉及一種對接焊接接頭的制造方法，其具有以下的工序?qū)σ粚︿摪宓膶硬空丈涞贗高能密度束，從而形成一對所述鋼板的所述第I高能密度束的照射側(cè)的第I面的寬度為W1的第I焊縫金屬的工序；以及對所述第I焊縫金屬照射能量密度比所述第I高能密度束的能量密度更低的第2高能密度束，從而形成所述鋼板的所述第I面的寬度為W2的第2焊縫金屬的工序；所述寬度W1和所述寬度W2滿足下述式(3);所述第2焊縫金屬距所述第I面的深度設(shè)定為2. 0 10. 0_。I. 2 彡 VW1 彡 3. 5 (3)(7)根據(jù)上述(6)所述的對接焊接接頭的制造方法，其中，所述鋼板的板厚中心的所述第I焊縫金屬的寬度W3也可以為所述鋼板的板厚的15%以下。(8)根據(jù)上述(6)或(7)所述的對接焊接接頭的制造方法，其中，所述第I高能密度束和所述第2高能密度束也可以均為電子束。(9)根據(jù)上述(6)或(7)所述的對接焊接接頭的制造方法，其中，所述第I高能密度束的照射和所述第2高能密度束的照射也可以都只將一對所述鋼板的焊接區(qū)形成區(qū)域及其周邊設(shè)定在真空下來進(jìn)行。(10)根據(jù)上述(6)或(7)所述的對接焊接接頭的形成方法，其中，作為所述鋼板，也可以使用所述鋼板的板厚為30mm以上、屈服強(qiáng)度為355MPa以上的鋼板。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，在對一對高強(qiáng)度鋼板進(jìn)行高能密度束焊接而形成焊接結(jié)構(gòu)體時(shí)，使第I焊縫金屬再熔融、從而形成具有比第I焊縫金屬的焊趾部更平穩(wěn)的焊趾部的第2焊縫金屬，由此使焊趾部的應(yīng)力集中得以緩和。其結(jié)果是，可以制造具有千兆循環(huán)區(qū)域的振動(dòng)環(huán)境下的耐疲勞特性、而且斷裂韌性優(yōu)良的對接焊接接頭。


圖IA是表示本實(shí)施方式的對接焊接接頭的示意剖視圖。圖IB是表示本實(shí)施方式的對接焊接接頭的示意剖視圖。圖2是用于說明本實(shí)施方式的對接焊接接頭的第I焊縫金屬2的寬度W1的推定方法的示意剖視圖。圖3A是表示以前的對接焊接接頭的焊縫的一個(gè)例子的示意剖視圖。圖3B是圖3A中所示的焊縫的焊趾部T附近的放大示意剖視圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明在通過對一對高強(qiáng)度鋼板照射電子束或激光束等高能密度束的焊接(高能密度束焊接)而形成的焊縫中，使該焊縫(第I焊縫金屬)再熔融而形成再熔融焊縫(第2焊縫金屬)，由此緩和第I焊縫金屬的焊趾部的應(yīng)力集中，從而使千兆循環(huán)區(qū)域的振動(dòng)環(huán)境下的耐疲勞特性得以提聞。下面參照附圖，就本發(fā)明的一實(shí)施方式的對接焊接接頭進(jìn)行說明。圖IA表示本實(shí)施方式的對接焊接接頭在與第I焊縫金屬的長度方向垂直的方向上的示意剖視圖。如圖IA所示，本實(shí)施方式的對接焊接接頭具有第I焊縫金屬2，其從一對鋼板I的第I面IA側(cè)對一對鋼板I的對接部照射第I高能密度束而形成；以及第2焊縫金屬3A，其覆蓋第I焊縫金屬2的第I面IA側(cè)的整個(gè)端面，通過照射第2高能密度束而形成。此外，第I焊縫金屬2從第I面IA側(cè)延伸到與第I面IA相反的第2面IB側(cè)而形成。另外，第I焊縫金屬2的第I面IA的寬度W1和第I面IA的第2焊縫金屬3A的寬度W2滿足下述式(I )，第2焊縫金屬3A距第I面IA的深度D1為2. 0 10. 0mm。I. 2 彡 VK 3. 5 (I)在此，如上所述，W1為第I高能密度束照射側(cè)的第I面IA的第I焊縫金屬2的推定寬度(W1的推定方法如后所述)。另外，W2是通過照射第2高能密度束而形成的第2焊縫金屬3A在第I面IA的寬度。如圖IA所示，在第I焊縫金屬2中，第I高能密度束的照射側(cè)的端面被第2焊縫金屬3A覆蓋。另外，該第2焊縫金屬3A的焊趾部的形狀與圖3A所示的以前的焊縫相比較變得平穩(wěn)。由此，焊趾部的應(yīng)力集中得以緩和。另外，在本實(shí)施方式中，第2焊縫金屬3A的寬度W2相對于第I焊縫金屬的寬度W1需要滿足 I. 2 SW2ZW1S 3. 5。如果第2焊縫金屬3A的寬度W2與第I焊縫金屬的寬度W1之比W2A1過小，則緩和應(yīng)力集中的效果減少，因而將Vw1設(shè)定為1.2以上。另外，根據(jù)需要，也可以將Vw1SS為I. 2以上或者I. 8以上。另一方面，如果第2溶接金屬3A的寬度W2擴(kuò)大，則在第I面IA上，第2焊縫金屬3A的焊趾部所產(chǎn)生的在垂直于焊接線的方向上的拉伸殘余應(yīng)力的不良影響變得不能忽視。再者，如果W2A1過于增大，則粗粒區(qū)域有可能增加，從而接頭韌性有可能降低。根據(jù)以上的理由，將VW1設(shè)定為3.5以下。另外，根據(jù)需要，也可以將VW1設(shè)定為3.2以下或者2. 8以下。在此，通過照射第I高能密度束而形成的第I焊縫金屬2的第I面IA側(cè)的端面的形狀不能在形成第2焊縫金屬3A之后直接確認(rèn)。但是，第I面IA側(cè)的第I焊縫金屬2的寬度W1可以采用以下所示的方法進(jìn)行推定。圖2表示用于說明本實(shí)施方式的第I焊縫金屬2以及第2焊縫金屬3A的位置關(guān)系的示意剖視圖。圖2是第I焊縫金屬2在垂直于長度方向的方向上的剖視圖。在該剖面的第I焊縫金屬2和第2焊縫金屬3A的邊界線中，將第I焊縫金屬2的寬度方向的兩端點(diǎn)設(shè)定為C1、C2。接著，在該剖面的一方的母材(鋼板I)和第I焊縫金屬2的邊界線即LI上，將與第2焊縫金屬3A的最深部大致處于同一深度的位置設(shè)定為SI。另外，在另一方的母材和第I焊縫金屬2的邊界線L2上，也同樣定義S2。繼而將S1、S2分別與C1、C2連接而形成直線，并將該直線分別設(shè)定為LI'、L2'。然后，將LI'以及L2'與第I面IA的交點(diǎn)設(shè)定為tl、t2。tl和t2的距離t便以充分的精度近似等于第2焊縫金屬3A形成前的第I焊縫金屬的寬度W1。因此，可以將距離t看作是
W1O在本實(shí)施方式中，第2焊縫金屬3A距鋼板I的第I面IA的深度D1需要設(shè)定為
2.0 10. Omm。如果第2焊縫金屬3A的深度D1過淺，則第I焊縫金屬2的焊趾部的形狀變化較少，從而緩和應(yīng)力集中的效果有可能減少，因而將深度D1設(shè)定為2. Omm以上。根據(jù)需要，也可以將深度D1設(shè)定為3. Omm以上或者4. Omm以上。另一方面，如果第2焊縫金屬3A的深度D1過深，則賦予給鋼板I內(nèi)部的第2焊縫金屬3A附近的拉伸殘余應(yīng)力增大，從而使耐疲勞特性有可能降低。再者，由于也有可能引起焊接區(qū)及其附近的脆性劣化，因而將深度D1設(shè)定為10. Omm以下。根據(jù)需要，也可以將深度D1設(shè)定為9. Omm以下、8. Omm以下或者7. Omm以下。此外，所謂本實(shí)施方式的深度D1，是指從第2高能密度束照射側(cè)的第I面IA到第2焊縫金屬3A的最深部的距離。另外，如圖IB所示，本實(shí)施方式的對接焊接接頭也能夠以覆蓋第I焊縫金屬2的端面中的與第I面IA相反側(cè)的第2面IB側(cè)的端面的方式，形成第3焊縫金屬3B。此時(shí)，優(yōu)選第2面IB的第I焊縫金屬2的寬度W4和第2面IB的第3焊縫金屬的寬度W5滿足下述式(2)，而且第3焊縫金屬3B距第2面IB的深度D2為2. 0 10. 0mm。I. 2 ^ ff5/ff4 ^ 3. 5 (2)另外，第3焊縫金屬3B可以通過第3高能量密度束來形成。此外，通過照射第I高能密度束而形成的第I焊縫金屬2的第2面IB側(cè)的端面的形狀不能在形成第3焊縫金屬3B之后直接確確認(rèn)，但采用與第I焊縫金屬2的寬度W1的推定方法同樣的方法，可以推定第2面IB側(cè)的第I焊縫金屬2的寬度W4。這樣一來，通過設(shè)置第2焊縫金屬3A和第3焊縫金屬3B，可以使耐疲勞特性在鋼板I的正背面都得以提高。此外，作為上述的第I高能密度束、第2高能密度束以及第3高能量密度束，可以使用電子束、激光束等。另外，上述的第I高能密度束焊接例如在使用電子束的情況下，當(dāng)使用板厚為50mm的鋼板時(shí)，也可以在加速電壓為150V、束電流為180mA、焊接速度為100 300mm/分鐘左右的條件下進(jìn)行照射。另外，在進(jìn)行上述的第I高能密度束焊接時(shí)，也可以在一對鋼板I的對接面插入厚度為0. Imm左右的金屬箔而進(jìn)行焊接，以制造對接焊接接頭。作為該金屬箔，例如可以例示出Ni箔等。這樣一來，通過在第I高能密度束焊接時(shí)插入金屬箔，可以防止焊接區(qū)的韌性劣化。另外，上述的第2高能密度束的照射也可以在線能量為第I高能密度束焊接時(shí)的線能量的1/10左右、例如加速電壓為90V、束電流為60mA、焊接速度超過500mm/分鐘的條 件下進(jìn)行照射。這是因?yàn)槿绻沟贗焊縫金屬再熔融時(shí)的線能量過少，則焊趾部的應(yīng)力集中的緩和效果較低，另一方面，如果線能量過多，則可能成為焊接區(qū)的韌性劣化的原因。另外，在進(jìn)行第2高能密度束的照射時(shí)，優(yōu)選使用高速度的振蕩功能。這是因?yàn)橛捎谀軌蚴沟贗焊縫金屬的兩焊趾部同時(shí)熔融，因而與例如使用TIG電弧的第I焊縫金屬焊趾部的再熔融處理(TIG修整)相比，能夠以高速度、且大幅度地進(jìn)行焊趾部的再熔融。此夕卜，在實(shí)施本發(fā)明時(shí)，以測定的寬度W1為基礎(chǔ)，通過調(diào)整加速電壓、束電流、焊接速度或者振蕩條件等，便可以容易地實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的寬度W2和深度Dp此外，作為用于形成第3焊縫金屬3B的第3高能量密度束的照射條件，即使設(shè)定為與上述第2高能密度束的照射條件大致相同也沒有關(guān)系，但在不脫離本實(shí)施方式的宗旨的范圍內(nèi)也可以適當(dāng)變更。在采用第I高能密度束進(jìn)行的焊接時(shí)，如果束的照射區(qū)域增大，則給予鋼板的線能量變得過大。其結(jié)果是，F(xiàn)L (Fusion Line)部的組織發(fā)生粗大化，或者生成作為脆化相的島狀馬氏體(MA Martensite-Austeniteconstituent)0因此，束的照射區(qū)域的增大有可能使焊縫金屬或FL部的韌性降低，因而是不優(yōu)選的。另外，在使用RPEBW焊接作為第I高能密度束焊接而制作焊接接頭的情況下，與在真空室內(nèi)的高真空狀態(tài)下采用電子束焊接(EBW焊接)而制作的焊接接頭相比，具有第I焊縫金屬的寬度增大的傾向。因此，即使在使用RPEBW焊接的情況下，為了穩(wěn)定地確保對接焊接接頭的夏比值vE，優(yōu)選將第I焊縫金屬的寬度W1設(shè)定為鋼板板厚的30%以下或者20%以下。另外，優(yōu)選將鋼板的板厚中心的第I焊縫金屬的寬度W3設(shè)定為15%以下或者10%以下。也可以只將寬度W1限制在15mm以下、Ilmm以下或者7mm以下。也可以將寬度W3限制在7mm以下、6mm以下或者5mm以下。另外，如果第I焊縫金屬的寬度W1以及W3過于狹窄，則因第I高能密度束的入射方向和穩(wěn)定性的不同而難以使坡口面完全熔融，所以第I焊縫金屬的寬度W1優(yōu)選設(shè)定為鋼板板厚的2%以上，而且第I焊縫金屬的寬度％在鋼板的板厚中心，優(yōu)選設(shè)定為鋼板板厚的2%以上。另外，本實(shí)施方式的焊接接頭可用于對高強(qiáng)度鋼板進(jìn)行高能密度焊接而形成焊接結(jié)構(gòu)體。所使用的鋼板并不局限于此，但優(yōu)選的是屈服強(qiáng)度為355MPa以上的鋼板。作為這樣的高強(qiáng)度鋼板，可以是由具有公知的成分組成的焊接用結(jié)構(gòu)用鋼制造而成的。此外，也可以將鋼板的屈服強(qiáng)度設(shè)定為600MPa以下?；蛘咭部梢詫摪宓目估瓘?qiáng)度限制在400MPa以上或490MPa以上、或者780MPa以下或690MPa以下。
例如，可以使用如下的鋼其以質(zhì)量％計(jì)，以C :0. 02 0. 20%、Si :0. 01 I. 0%、Mn :0. 3 2. 1%、Al :0. 001 0. 20%、N :0. 02% 以下、P :0. 01% 以下、S :0. 01% 以下、Ni :
0. 50 4. 0%為基本成分，并根據(jù)母材強(qiáng)度或接頭韌性的提高等所要求的性質(zhì)，以合計(jì)8%以下或者 3% 以下含有 Cr、Mo、Cu、W、Co、V、Nb、Ti、Zr、Ta、Hf、REM、Y、Ca、Mg、Te、Se、B 之中的I種或2種以上。鋼板的板厚并沒有特別的限定，但使上述的課題變得顯著的是板厚在30mm以上的高強(qiáng)度鋼板。然而，沒有必要將板厚限定為30mm以上。只要板厚為6mm以上，就可以發(fā)揮本發(fā)明的效果，因而也可以將板厚設(shè)定為6_以上。根據(jù)需要，也可以將板厚設(shè)定為12_以上或者20mm以上。如果板厚為50mm以上，則可以得到更高的效果，因而也可以將板厚設(shè)定為50mm以上。另一方面，如果板厚變得非常厚，則高能密度束焊接變得困難，因而也可以將板厚限定為200mm以下、150mm以下或者IOOmm以下。
此外，在風(fēng)力發(fā)電塔等中，或者在對鋼板彎曲加工后與鋼管進(jìn)行焊接，或者將鋼管彼此之間進(jìn)行焊接。這種情況基本上也是彎曲加工過的鋼板的對接焊接。因此，本發(fā)明也可以使用在用于由這樣的彎曲加工過的鋼板制造鋼管的焊接、或者鋼管彼此之間的焊接。在本實(shí)施方式的對接焊接接頭中，第I焊縫金屬、第2焊縫金屬以及第3焊縫金屬的硬度優(yōu)選為鋼板母材的硬度的110% 150%。為了確保淬透性，從而使粗大的鐵素體不會(huì)生成，這些焊縫金屬的硬度優(yōu)選為鋼板母材的硬度的110%以上。但是，如果過硬，則將導(dǎo)致因局部應(yīng)力的增大而引起的斷裂韌性的劣化，因而優(yōu)選為150%以下。上述的硬度差可以采用如下的方法來實(shí)現(xiàn)通過調(diào)整焊接后的冷卻速度，從而使焊縫金屬的硬度不會(huì)過于提高。根據(jù)本實(shí)施方式的對接焊接接頭，使第I焊縫金屬再熔融、從而形成具有比第I焊縫金屬的焊趾部更平穩(wěn)的焊趾部的第2焊縫金屬以及第3焊縫金屬。其結(jié)果是，使第2焊縫金屬以及第3焊縫金屬的焊趾部的應(yīng)力集中得以緩和，從而可以提高千兆循環(huán)區(qū)域的振動(dòng)環(huán)境下的耐疲勞特性。再者，也可以得到充分的斷裂韌性。因此，可以作為構(gòu)成要求對千兆循環(huán)區(qū)域的振動(dòng)具有耐疲勞特性的風(fēng)力發(fā)電塔的基礎(chǔ)部分的結(jié)構(gòu)體或鋼管柱等加以使用。另外，在本實(shí)施方式的對接焊接接頭的制造方法中，第I高能密度束、第2高能密度束以及第3高能密度束的照射都優(yōu)選只將鋼板的焊接區(qū)形成區(qū)域及其周邊設(shè)定在真空下來進(jìn)行。通過在這樣的條件下進(jìn)行束的照射，便能夠在建設(shè)現(xiàn)場附近，簡易且高效率地對例如海上風(fēng)力發(fā)電用塔等巨大構(gòu)造物進(jìn)行焊接。其結(jié)果是，可以簡易且高效率地制造本實(shí)施方式的對接焊接接頭。(實(shí)施例)下面基于實(shí)施例就本發(fā)明進(jìn)行說明，但實(shí)施例的條件是為了確認(rèn)本發(fā)明的實(shí)施可能性以及效果而采用的一個(gè)條件例，本發(fā)明并不局限于這些條件例。本發(fā)明只要不脫離本發(fā)明的宗旨，可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，就可以采用各種條件乃至條件的組合。使用具有表I所示的化學(xué)組成、各板厚的屈服強(qiáng)度以及抗拉強(qiáng)度的鋼板，在表3所示的焊接條件下進(jìn)行電子束焊接(由第I高能密度束進(jìn)行的焊接)，從而制作出具有電子束照射側(cè)的鋼板表面的寬度為W1的第I焊縫金屬的對接焊接接頭。另外，將鋼板板厚t的中心(t/2)的第I焊縫金屬的寬度W3調(diào)整為表5所示的寬度。此外,根據(jù)需要,在坡口面插入具有表2所不的成分、且厚度為0. Imm的金屬箔而制作出對接焊接接頭。接著，在表4所示的再熔融條件下，進(jìn)行電子束焊接(由第2高能密度束進(jìn)行的焊接)，從而以覆蓋第I焊縫金 屬的照射側(cè)的端面的方式形成第2焊縫金屬。此時(shí)，一邊調(diào)整第2焊縫金屬的深度D1、線能量以及寬度W2, —邊形成具有表5所示的形狀的第2焊縫金屬。另外，在第2焊縫金屬的寬度W2的調(diào)整中，使用了電子束焊機(jī)所附帶的振蕩功能。另外，關(guān)于試驗(yàn)編號(hào)19，在表4所示的再熔融條件E3下，進(jìn)行由第2高能密度束進(jìn)行的焊接，從而以覆蓋第I焊縫金屬的照射側(cè)的端面的方式形成第2焊縫金屬，而且在再熔融條件El下，進(jìn)行由第3高能量密度束進(jìn)行的焊接，從而以覆蓋第I焊縫金屬的與第I高能量密度束照射側(cè)相反側(cè)的端面的方式形成第3焊縫金屬。此時(shí)，一邊調(diào)整第3焊縫金屬的深度D2、線能量以及寬度W5, —邊形成具有表5所示的形狀的第3焊縫金屬。此外，由第I高能密度束、第2高能密度束以及第3高能量密度束進(jìn)行的焊接都在表5所示的真空度下分別進(jìn)行。另外，表5的試驗(yàn)編號(hào)19中的下面的數(shù)值(括弧內(nèi)的數(shù)值)分別表示第3高能量密度束的照射時(shí)的再熔融條件、鋼板背面的第I焊縫金屬的寬度(W4)、由第3高能量密度束的照射所形成的第3焊縫金屬的寬度(W5)、再熔融比率(W5/W4)、第3焊縫金屬的深度(D2X關(guān)于如上所述得到的對接焊接接頭的性能，對表5所示的接頭特性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。首先，關(guān)于夏比值vE (J)，是從焊接接頭的表面正下方采取缺口位置在第2焊縫金屬的中央的2_ V型缺口夏氏沖擊試驗(yàn)片，在沖擊試驗(yàn)中，在_40°C的試驗(yàn)溫度下求出的值。其結(jié)果如圖5所示。此外，夏氏沖擊試驗(yàn)按照J(rèn)IS Z 2242來進(jìn)行。疲勞試驗(yàn)是從得到的對接焊接接頭采取按照J(rèn)IS Z 3103-1987的疲勞試驗(yàn)片，并采用液壓伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)(Hz)來進(jìn)行。作為試驗(yàn)條件，在氣氛處于室溫大氣中、應(yīng)力比為0. I、交變速度為5 40Hz、應(yīng)力范圍為80 200MPa的條件下進(jìn)行。疲勞強(qiáng)度正如表5所示的那樣，測定了斷裂壽命為循環(huán)數(shù)200萬次(2 X IO6次)的接頭疲勞強(qiáng)度Fl和對應(yīng)于千兆循環(huán)(IO9次)的接頭疲勞強(qiáng)度F2。另外，除上述的疲勞試驗(yàn)片以外，還從得到的對接焊接接頭采取超聲波用疲勞試驗(yàn)片，求出了循環(huán)數(shù)為2X IO6次的疲勞強(qiáng)度Fl'以及直至2X IO9次的千兆循環(huán)的疲勞強(qiáng)度F2'。而且對該2個(gè)條件的結(jié)果進(jìn)行了比較，求出了它們之間的降低比率(F2' /Fr )。接著，通過使在上述接頭疲勞試驗(yàn)中求出的2X IO6次的接頭疲勞強(qiáng)度Fl乘以該降低比率(F2' /Fr )，評(píng)價(jià)了千兆循環(huán)下的接頭疲勞強(qiáng)度(推定值)F2。以上的結(jié)果如圖5所示。表I
權(quán)利要求
1. 一種對接焊接接頭，其特征在于，具有 一對鋼板； 第I焊縫金屬，其是在一對所述鋼板的對接部，通過從一對所述鋼板的第I面?zhèn)日丈涞贗高能密度束，從所述第I面?zhèn)妊由斓脚c所述第I面相反的第2面?zhèn)榷纬傻?；以? 第2焊縫金屬，其覆蓋所述第I焊縫金屬的所述第I面?zhèn)鹊亩嗣?，通過照射第2高能密度束而形成； 其中， 所述第I面的所述第I焊縫金屬的寬度W1和所述第I面的所述第2焊縫金屬的寬度W2滿足下述式(I)； 所述第2焊縫金屬距所述第I面的深度為2. O 10. Omm ； .1.2 ≤ W2/W1≤3. 5 (I)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的對接焊接接頭，其特征在于 還具有第3焊縫金屬，其覆蓋所述第I焊縫金屬的所述第2面?zhèn)鹊亩嗣?，通過第3高能密度束而形成； 所述第2面的所述第I焊縫金屬的寬度W4和所述鋼板的所述第2面的所述第3焊縫金屬的寬度W5滿足下述式(2)； 所述第3焊縫金屬距所述第2面的深度為2. O 10. Omm ；1.2≤ W5/W4 ≤ 3. 5 (2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的對接焊接接頭，其特征在于 所述鋼板的板厚中心的所述第I焊縫金屬的寬度W3為所述鋼板的板厚的15%以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的對接焊接接頭，其特征在于 所述鋼板是板厚為30mm以上、屈服強(qiáng)度為355MPa以上的鋼板。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的對接焊接接頭，其特征在于 其使用于構(gòu)成風(fēng)力發(fā)電塔的基礎(chǔ)部分的結(jié)構(gòu)體或鋼管柱。
6.一種對接焊接接頭的制造方法，其特征在于，具有以下的工序 對一對鋼板的對接部照射第I高能密度束，從而形成所述一對鋼板的所述第I高能密度束的照射側(cè)的第I面的寬度為W1的第I焊縫金屬的工序；以及 對所述第I焊縫金屬照射能量密度比所述第I高能密度束的能量密度更低的第2高能密度束，從而形成所述鋼板的所述第I面的寬度為W2的第2焊縫金屬的工序； 所述寬度W1和所述寬度W2滿足下述式(3); 所述第2焊縫金屬距所述第I面的深度為2. O 10. Omm ； .1.2 ≤ W2/W1≤ 3. 5 (3)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的對接焊接接頭的制造方法，其特征在于 所述鋼板的板厚中心的所述第I焊縫金屬的寬度W3設(shè)定為所述鋼板的板厚的15%以下。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的對接焊接接頭的制造方法，其特征在于 所述第I高能密度束和所述第2高能密度束均為電子束。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的對接焊接接頭的制造方法，其特征在于 所述第I高能密度束的照射和所述第2高能密度束的照射都只將一對所述鋼板的焊接區(qū)形成區(qū)域及其周邊設(shè)定在真空下來進(jìn)行。
10.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的對接焊接接頭的制造方法，其特征在于 作為所述鋼板，使用板厚為30mm以上、屈服強(qiáng)度為355MPa以上的鋼板。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對接焊接接頭，其具有一對鋼板；第1焊縫金屬，其是在一對所述鋼板的對接部，通過從一對所述鋼板的第1面?zhèn)日丈涞?高能密度束，從所述第1面?zhèn)妊由斓脚c所述第1面相反的第2面?zhèn)榷纬傻?；以及?焊縫金屬，其覆蓋所述第1焊縫金屬的所述第1面?zhèn)鹊亩嗣妫ㄟ^照射第2高能密度束而形成；所述第1面的所述第1焊縫金屬的寬度W1和所述第1面的所述第2焊縫金屬的寬度W2滿足下述式(1)；所述第2焊縫金屬距所述第1面的深度為2.0～10.0mm；1.2≤W2/W1≤3.5(1)。
文檔編號(hào)B23K26/20GK102639278SQ20108005432
公開日2012年8月15日 申請日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月4日
發(fā)明者本間竜一, 石川忠 申請人:新日本制鐵株式會(huì)社