特許 6879018 溶接継手の作製方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6879018

(24)【登録日】2021年5月7日

(45)【発行日】2021年6月2日

(54)【発明の名称】溶接継手の作製方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/02 20060101AFI20210524BHJP

   B23K 31/00 20060101ALI20210524BHJP

   B23K 9/00 20060101ALI20210524BHJP

   B23K 37/06 20060101ALI20210524BHJP

   C22C 38/00 20060101ALN20210524BHJP

   C22C 38/06 20060101ALN20210524BHJP

   C22C 38/60 20060101ALN20210524BHJP

【ＦＩ】

   B23K9/02 F

   B23K31/00 F

   B23K9/00 501A

   B23K37/06 J

   !C22C38/00 301B

   !C22C38/06

   !C22C38/60

【請求項の数】2

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2017-74084(P2017-74084)

(22)【出願日】2017年4月4日

(65)【公開番号】特開2018-176168(P2018-176168A)

(43)【公開日】2018年11月15日

【審査請求日】2019年12月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001553

【氏名又は名称】アセンド特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】大川 鉄平

(72)【発明者】

【氏名】橋場 裕治

【審査官】 岩見 勤

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−２７６１１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０８７８３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−１８７２７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−２０６５８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２１２９９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ９／０２

Ｂ２３Ｋ ３１／００

Ｂ２３Ｋ ９／００

Ｂ２３Ｋ ３７／０６

Ｃ２２Ｃ ３８／００

Ｃ２２Ｃ ３８／０６

Ｃ２２Ｃ ３８／６０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

突き合わせ溶接によって２枚の鋼板が接合された溶接継手の作製方法であって、
２枚の鋼板の端面を対向させ、対向する前記端面の間隙において、前記鋼板の厚みの５０％以上８０％未満の領域に１パスの大入熱溶接を施すことにより前記２枚の鋼板を接合して第１溶接部を形成する大入熱溶接工程と、
前記間隙内で前記第１溶接部の表面に、複数パスの小入熱溶接により溶接金属を積層して第２溶接部を形成する小入熱溶接工程と、を含み、
前記第２溶接部の幅が、前記鋼板の厚みの５０％以上であり、
前記第１および第２溶接部を含む溶接継手のシャルピー吸収エネルギーが、−２０℃で４０Ｊ以上であり、
前記大入熱溶接は、入熱量が２０〜１００ｋＪ／ｍｍの溶接であり、
前記小入熱溶接は、入熱量が０．５〜５ｋＪ／ｍｍの溶接である、溶接継手の作製方法。

【請求項2】

請求項１に記載の溶接継手の作製方法であって、
前記大入熱溶接工程が、
前記間隙内の一部に規制部材を配置して、前記間隙内に、前記端面および前記規制部材で囲まれた閉じ込め領域を形成する工程と、
前記対向する端面の長手方向が鉛直方向に沿う状態で、前記閉じ込め領域内で溶接材料を溶融させる工程とを含む、溶接継手の作製方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、突き合わせ溶接により溶接継手を作製する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

コンテナ船には、複数の厚鋼板を突き合わせ溶接した溶接継手が用いられる。溶接継手には、耐脆性破壊発生特性、すなわち、脆性破壊が発生しにくいことが要求される。耐脆性破壊発生特性を向上させるために、以下の方法が提案されている。

【0003】

特許文献１では、溶接継手において、板厚中央部での溶接金属の硬さが、熱影響を受けていない母材の板厚方向平均硬さの１１０％以下にされる。特許文献２では、鋼板の表面から板厚の１／６の位置までの範囲の降伏応力ＹＰSと、板厚の１／４の位置から板厚中心までの範囲の降伏応力ＹＰCとの比（ＹＰS／ＹＰC）が、１．３以下にされる。これらの技術は、いずれも、硬さを高くしすぎないことにより、耐脆性破壊発生特性を向上させるものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第４５２８０８９号公報

【特許文献2】特許第５４３５８３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、従来の技術で大入熱溶接により作製された継手をディープノッチ試験で評価すると、十分に高い破壊靱性値が得られないことが多かった。したがって、そのような継手の耐脆性破壊発生特性は十分には高くなかった。これは、溶接により熱影響を受けた部分の組織が粗大化して靱性の劣化が生ずること、溶接部の板厚中心部における残留応力が引張となりやすいこと等が原因であった。このため、板厚が８０ｍｍを超える極厚材を用いる場合は、従来の技術では、十分に高い破壊靱性値を有する溶接継手の製造が困難となることが予想される。

【0006】

そこで、本発明の目的は、耐脆性破壊発生特性が向上された溶接継手の作製方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の実施形態による溶接継手の作製方法は、突き合わせ溶接によって２枚の鋼板が接合された溶接継手の作製方法であって、
２枚の鋼板の端面を対向させ、対向する前記端面の間隙において、前記鋼板の厚みの５０％以上８０％未満の領域に１パスの大入熱溶接を施すことにより前記２枚の鋼板を接合して第１溶接部を形成する大入熱溶接工程と、
前記間隙内で前記第１溶接部の表面に、複数パスの小入熱溶接により溶接金属を積層して第２溶接部を形成する小入熱溶接工程と、を含み、
前記第２溶接部の幅が、前記鋼板の厚みの５０％以上であり、
前記第１および第２溶接部を含む溶接継手のシャルピー吸収エネルギーが、−２０℃で４０Ｊ以上である、溶接継手の作製方法である。

【発明の効果】

【0008】

この作製方法により、耐脆性破壊発生特性が向上された溶接継手を作製することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1A】図１Ａは、本発明の一実施形態に係る、溶接継手の作製方法を説明するための鋼板の断面図であり、２枚の鋼板の端部を対向させた状態を示す。

【図1B】図１Ｂは、本発明の一実施形態に係る、溶接継手の作製方法を説明するための鋼板の断面図であり、大入熱溶接工程を実施した後の状態を示す。

【図1C】図１Ｃは、本発明の一実施形態に係る、溶接継手の作製方法を説明するための鋼板の断面図であり、小入熱溶接工程を実施した後の状態を示す。

【図2A】図２Ａは、本発明の一実施形態に係る製造方法により大入熱溶接工程を実施する際の鋼板の断面図である。

【図2B】図２Ｂは、本発明の他の実施形態に係る製造方法により大入熱溶接工程を実施する際の鋼板の断面図である。

【図3】図３は、ディープノッチ試験に用いた試験片の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本明細書において、「大入熱溶接」とは、入熱量が２０〜１００ｋJ／ｍｍである溶接を意味する。また、本明細書において、「小入熱溶接」とは、入熱量が０．５〜５ｋＪ／ｍｍである溶接を意味する。

【0011】

本実施形態の溶接継手の作製方法は、２枚の鋼板が溶接接合された溶接継手の作製方法であって、大入熱溶接工程と、小入熱溶接工程とを含む。以下、本実施形態の溶接継手の作製方法について、詳細に説明する。

【0012】

［鋼板］
鋼板の厚みは、特に限定されず、たとえば、５０ｍｍ以上の厚みを有する鋼板を用いてもよく、さらに、８０ｍｍ以上の厚みを有する鋼板を用いてもよい。本実施形態の方法によれば、このような厚い鋼板を用いる場合でも、耐脆性破壊発生特性が向上された溶接継手を作製することができる。２枚の鋼板は、実質的に互いに同じ厚みを有することが好ましい。

【0013】

鋼板の組成は限定されない。一例として、鋼板は、質量％で、Ｃ：０．０２〜０．２０％、Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｎ：０．３〜２．０％、Ａｌ：０．００１〜０．２０％、Ｎ：０．０２％以下、Ｐ：０．０２％以下、およびＳ：０．０１％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなるものであってもよい。

【0014】

また、母材強度の向上、溶接継手の靭性の向上等、要求される特性に応じて、上記組成を変更した鋼板を用いてもよい。たとえば、上記組成において、Ｆｅの一部に代えて、Ｎｉ：２．０％以下、Ｃｒ：１．５％以下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｃｕ：１．０％以下、Ｗ：１．０％以下、Ｃｏ：１．０％以下、Ｖ：０．１％以下、Ｎｂ：０．１％以下、Ｔｉ：０．０５％以下、Ｚｒ：０．０５％以下、Ｔａ：０．０５％以下、Ｈｆ：０．００５％以下、ＲＥＭ（希土類元素）：０．００５％以下、Ｙ：０．００５％以下、Ｃａ：０．０１％以下、Ｍｇ：０．０１％以下、Ｔｅ：０．０１％以下、Ｓｅ：０．００５％以下、およびＢ：０．００５％以下の１種または２種以上を含有させてもよい。

【0015】

図１Ａ〜図１Ｃは、本発明の一実施形態に係る、溶接継手の作製方法を説明するための鋼板の断面図である。図１Ａ〜図１Ｃには、溶接線に垂直な面に対応する断面を示している。

【0016】

［大入熱溶接工程］
大入熱溶接工程では、２枚の鋼板１０を大入熱溶接により突き合わせ溶接する。大入熱溶接は、エレクトロガスアーク溶接（ＥＧＷ）、サブマージアーク溶接（ＳＡＷ）などの公知の溶接方法を採用して実施することができる。

【0017】

まず、２枚の鋼板の端面１０ａを対向させる。この状態が、図１Ａに示されている。鋼板１０の端面１０ａは、予め、開先面に形成されている。以下、鋼板１０の厚み方向に関して２枚の鋼板１０の間で、開先が広い側を「表側」といい、開先が狭い側を「裏側」という。

【0018】

そして、対向する端面１０ａの間隙Ｇにおいて、前記鋼板の厚み方向に関して、裏側（開先の狭い側）から鋼板１０の厚みｔの５０％以上８０％未満の領域に１パスの大入熱溶接を施すことにより２枚の鋼板１０を接合して第１溶接部１２を形成する（図１Ｂ参照）。この際、間隙Ｇにおいて、表側（開先の広い側）の領域に空間が確保されるように、裏側に溶接金属を形成する。

【0019】

図２Ａは、本発明の一実施形態に係る製造方法により大入熱溶接工程を実施する際の鋼板の断面図である。図２Ａを参照して、間隙Ｇにおいて、表側の領域に空間が確保されるように溶接金属を裏側に形成する方法の一例を説明する。この例では、大入熱溶接を、エレクトロガスアーク溶接（ＥＧＷ）により行う。

【0020】

まず、端面１０ａが開先面に形成された２枚の鋼板１０を用意する。この例では、端面１０ａは鋼板１０の表側の面および裏側の面に斜交する平面状である。そして、２枚の鋼板１０の端面１０ａを対向させ、この状態を維持して、端面１０ａの長手方向が鉛直方向（重力の方向）に沿うように２枚の鋼板１０を立てる。２枚の鋼板１０を、端面１０ａの長手方向が鉛直方向に沿うように立てた後、２枚の鋼板１０の端面１０ａを対向させてもよい。図２Ａは水平面（重力の方向に垂直な面）に沿う断面であり、鉛直方向は図２Ａの紙面に垂直な方向である。大入熱溶接は、間隙Ｇの下端から上端へ向かって行う。

【0021】

間隙Ｇの裏側に、裏当材１８を配置する。裏当材１８としては、たとえば、セラミックス製の板や、水冷銅板（内部に冷却水を通す流路が形成された銅板）を用いることができる。裏当材１８の長手方向（鉛直方向）に沿う長さは、溶接予定領域の長さ以上である。裏当材１８は、２枚の鋼板１０にまたがるように、溶接予定領域に沿わせて鋼板１０の裏側の面に当接させる。

【0022】

間隙Ｇの表側には、内部に冷却水を流す流路（図示せず）が形成された水冷銅板１９を配置する。水冷銅板１９には、内部の流路に冷却水を導入するための導入配管２５Ａと、内部の流路から冷却水を排出する排出配管２５Ｂとが接続されている。水冷銅板１９は、厚板状の基体部１９ａと、基体部１９ａの一方の主面の中央部から突出する突出部１９ｂとを有する。水冷銅板１９の間隙Ｇに沿う長さ（鉛直方向の長さ）は、溶接予定領域の長さより短い。

【0023】

突出部１９ｂを間隙Ｇに挿入し、基体部１９ａを鋼板１０の表側の面に当接させる。突出部１９ｂは、図２Ａの断面において台形状である。この状態で、突出部１９ｂの側面は、実質的に全面に渡って鋼板１０の端面１０ａに密接する。これにより、間隙Ｇ内に、端面１０ａ、裏当材１８、および水冷銅板１９で側方を囲まれた領域（以下、「閉じ込め領域」という。）２１が形成される。ここで、「側方」とは、端面の長手方向に直行する方向をいう。

【0024】

大入熱溶接を行う際、閉じ込め領域２１内で溶接材料を溶融させる。溶融した溶接材料は、裏当材１８により、間隙Ｇの裏側から間隙Ｇ外への移動が阻まれるとともに、水冷銅板１９により、間隙Ｇ内で表側への移動が阻まれる。このように、裏当材１８、および水冷銅板１９は、溶融した溶接材料の移動を規制する規制部材として機能する。水冷銅板１９は、溶接位置の移動（上昇）にあわせて、鋼板１０上をスライドさせて移動させる。これにより、常に溶接位置に閉じ込め領域２１を形成する。このようにして、端面１０ａの全長に渡って大入熱溶接を行う。

【0025】

これにより、間隙Ｇ内で、水冷銅板１９の突出部１９ｂに対応する領域には、第１溶接部１２は形成されず、空間が確保される。大入熱溶接を完了した後、裏当材１８、および水冷銅板１９は除去する。突出部１９ｂの高さ（鋼板１０の厚み方向の長さ）を適宜調整することで、第１溶接部１２を鋼板の厚みの５０％以上８０％未満の領域に形成することができる。換言すれば、第１溶接部１２が形成されない空間（後述の溝１３）の深さ（鋼板１０の厚み方向の長さ）を鋼板の厚みの２０％以上５０％未満にすることができる。

【0026】

図２Ｂは、本発明の他の実施形態に係る製造方法により大入熱溶接工程を実施する際の鋼板の断面図である。図２Ｂに示すように、この実施形態では、鋼板１０の端面１０ｂは、鋼板１０の厚み方向中央部に鋼板１０の表側の面および裏側の面にほぼ平行な段Ｓを有する。この場合は、間隙Ｇの裏側に裏当材１８を配置し、図２Ａに示す水冷銅板１９の代わりに、突出部を有さない厚板状の水冷銅板２０を段Ｓに当接させる。水冷銅板２０の内部には、冷却水を流す流路（図示せず）が形成されている。水冷銅板２０には、内部の流路に冷却水を導入するための導入配管２５Ａと、内部の流路から冷却水を排出する排出配管２５Ｂとが接続されている。

【0027】

水冷銅板２０を段Ｓに当接させることにより、閉じ込め領域２１Ａを形成することができる。したがって、図２Ａに係る実施形態と同様に、閉じ込め領域２１Ａ内で溶接材料を溶融させて、第１溶接部１２を形成することができる。鋼板１０の厚み方向に関して段Ｓを形成する位置を適宜調整することで、第１溶接部１２を鋼板１０の厚みの５０％以上８０％未満の領域に形成することができる。

【0028】

大入熱溶接は、サブマージアーク溶接により行ってもよい。この場合、端面１０ａが対向された２枚の鋼板１０を、表側を上に向けて水平に配置する。間隙Ｇの裏側には、裏当材１８を配置する。水冷銅板は用いずに、間隙Ｇの表側は開放しておく。この状態で、適量の溶接材料を溶融すると、溶融した溶接材料は、重力の作用により、間隙Ｇの裏側の領域に溜まり、間隙Ｇの表側には、溶融した溶接材料が存在しない空間が確保される。この状態で溶接材料を固化させて第１溶接部１２を得ると、間隙Ｇ内の表側の所定の領域には空間が確保される。

【0029】

大入熱溶接を行う際の入熱量は、接合するべき鋼板１０の厚みｔと、鋼板１０の厚み方向に関して大入熱溶接部を形成する領域の大きさとに応じて適宜設定することができる。一例として、鋼板１０の厚みｔが１００ｍｍであり、鋼板１０の厚み方向に関して、鋼板１０の厚みの５０％の領域にサブマージアーク溶接による大入熱溶接部を形成するときは、入熱量は３２ｋＪ／ｍｍとすることができる。大入熱溶接部を形成する領域がより大きい場合は、入熱量をより多くすることができる。

【0030】

この作製方法により得られる溶接継手が後述のシャルピー吸収エネルギーの要件を満足する限り、大入熱溶接工程で用いる溶接材料には、化学成分等の制約はない。換言すれば、溶接継手として、後述のシャルピー吸収エネルギーの要件を満足しなくなるような靭性が低いものは、本発明の製造方法には適さない。溶接材料には、市販品等、公知の材料を使用してもよい。

【0031】

［小入熱溶接工程］
図１Ｂを参照して、大入熱溶接工程を実施した後には、間隙Ｇ内に第１溶接部１２の残余の空間として、溝１３が形成されている。上述のように、第１溶接部１２を形成する際には、間隙Ｇにおいて、鋼板１０の厚み方向に関して、鋼板１０の厚みｔの５０％以上８０％未満の領域に溶接金属を形成する。このため、溝１３の深さは、鋼板１０の厚みｔの２０％以上５０％未満である。図１Ｃを参照して、小入熱溶接工程では、溝１３内、すなわち間隙Ｇ内で第１溶接部１２の表側に、複数パスの小入熱溶接により溶接金属を積層して第２溶接部１４を形成する。第２溶接部１４は、溝１３内を埋めるように形成する。図１Ｃに示す例では、第２溶接部１４は、２２パスの小入熱溶接により形成されたものである。

【0032】

複数パスの溶接とは、いわゆる「多層盛り溶接」を意味する。複数パスの各々により溝１３内に配置される溶接金属は、鋼板１０の厚み方向に互いに積層する。溶接金属は、図１Ｃに示すように、鋼板１０の厚み方向に加えて、溶接部の幅方向にも、複数のパスで形成される。小入熱溶接は、被覆アーク溶接（ＳＭＡＷ）、炭酸ガス（ＣＯ_２）アーク溶接、サブマージアーク溶接などの公知の溶接方法を採用して実施することができる。

【0033】

第２溶接部１４は、第１溶接部１２の溶接線に沿う大部分の領域に形成されていることが好ましく、第１溶接部１２の溶接線の全長にわたって形成されていることが、より好ましい。この場合、第１溶接部１２の溶接線のいずれの部分においても、鋼板１０の厚み方向に関して、第１溶接部１２の上に第２溶接部１４が存在する。

【0034】

小入熱溶接工程は、第２溶接部１４の表面における溶接線に垂直な方向の残留応力が引張となるように実施する。これは、適切な溶接材料を使用することにより達成できる。第２溶接部１４の表面における残留応力は、Ｘ線残留応力測定装置により測定することができる。上記残留応力の要件を満足させることができ、かつ、この作製方法により得られる溶接継手が後述のシャルピー吸収エネルギーの要件を満足する限り、小入熱溶接工程で用いる溶接材料には、化学成分等の制約はない。溶接材料として、市販品等、公知の材料を使用することができる。

【0035】

［溶接継手］
得られた溶接継手（第１および第２溶接部１２、１４を含む部分）のシャルピー吸収エネルギーは、−２０℃で４０Ｊ以上である。これは、大入熱溶接工程および小入熱溶接工程で用いる溶接材料と使用する鋼板とを適宜選択することにより容易に達成できる。このように、溶接継手のシャルピー吸収エネルギーが高いことにより、この溶接継手の破壊靱性は高い。溶接継手のシャルピー吸収エネルギーは、−２０℃で、６０Ｊ以上であることが好ましい。

【0036】

また、上述のように、第２溶接部１４の表面では、この表面に沿う方向で溶接線に垂直な方向に関して、残留応力が引張である。このため、この応力とバランスするように、この溶接線に垂直な方向に関して、鋼板１０の厚み方向中央部での溶接継手の残留応力は圧縮となる。鋼板１０の厚み方向中央部では、き裂先端部の応力状態が平面ひずみ状態となるため、脆性破壊の発生起点となりやすい。そのため、耐脆性破壊発生特性を向上させるためには、鋼板１０の厚み方向中央部において、残留応力を圧縮とすることが好ましい。逆に、鋼板１０の表層部近傍では、き裂先端部の応力状態が平面応力状態に近いため、脆性破壊の発生起点にはなり難く、残留応力が引張であっても問題にはならない。

【0037】

小入熱溶接工程で用いる溶接材料の種類によっては、第２溶接部１４において最終パスにより形成された部分（第２溶接部１４の表面に隣接する部分）近傍の残留応力が圧縮となる。この場合、第２溶接部１４の表面に平行で溶接線に垂直な方向に関して、鋼板１０の厚み方向中央部での溶接継手の残留応力は引張となり、耐脆性破壊発生特性を向上させる効果が得られない。そのような溶接材料の例として、低温変態溶接材料のように、Ｎｉ等を多量に含有させることで溶接材料の変態温度を低温域に制御したものを挙げることができる。そのような溶接材料は、この作製方法で用いる溶接材料としては適さない。また、前述したとおり、溶接継手が所定のシャルピー吸収エネルギーの要件を満足しなくなるような靭性が低い溶接材料も、この作製方法で用いる溶接材料としては適さない。

【0038】

図１Ｃを参照して、大入熱溶接工程を実施することにより形成される第１溶接部１２の厚みｔｗ１は、鋼板１０の厚みｔの５０％以上８０％未満となる。第１溶接部１２の厚みｔｗ１と第２溶接部１４の厚みｔｗ２との合計は、鋼板１０の厚みｔに等しい。したがって、第２溶接部１４の厚みｔｗ２は、鋼板１０の厚みｔの２０％以上５０％未満となる。

【0039】

ここで、第１溶接部１２について「厚み」とは、図１Ｃに示すように、鋼板１０の厚み方向に沿う長さをいう。第２溶接部１４について「厚み」とは、図１Ｃに示すように、鋼板１０の表面から突出した部分を除いた部分の、鋼板１０の厚み方向に沿う長さをいう。鋼板１０の厚みｔは、２枚の鋼板１０が同じ厚みを有すると見なせる場合は、その厚みであり、２枚の鋼板１０が同じ厚みを有すると見なせない場合は、薄い方の鋼板１０の厚みとする（以下、同様）。

【0040】

耐脆性破壊発生特性を向上させる効果を十分に得るため、第２溶接部１４の厚みｔｗ２は鋼板１０の厚みｔの２０％以上５０％未満とする。そのためには、上述のように、大入熱溶接工程で、間隙Ｇにおいて鋼板１０の厚みｔの５０％以上８０％未満の領域に溶接金属を形成して第１溶接部１２を形成する。

【0041】

また、第２溶接部１４の幅ｗｗが、鋼板１０の厚みｔの５０％未満であると、小入熱溶接工程により第２溶接部１４の表面に導入される引張残留応力が小さくなる。この場合、溶接線に垂直な方向に関して、第２溶接部１４の表面に引張の残留応力が導入されたとしても、鋼板１０の厚み方向中央部での溶接継手の圧縮の残留応力は小さくなる。その結果、耐脆性破壊発生特性を向上させる効果が十分に得られない。このため、第２溶接部１４の幅ｗｗは、鋼板１０の厚みｔの５０％以上とする。

【0042】

ここで、第２溶接部１４について「幅」とは、第２溶接部１４の溝１３内の部分について、鋼板１０の厚み方向および溶接線に直交する方向の最大長さをいう。なお、第２溶接部１４の幅ｗｗの好ましい上限は、鋼板１０の厚みｔの２００％以下であり、より好ましくは１００％以下である。第２溶接部１４の幅ｗｗは、２枚の鋼板１０の対向する端面１０ａの間隔により制御することができる。

【実施例】

【0043】

本発明の効果を確認するため、種々の条件で溶接継手を作製して評価した。表１に、用いた鋼板について、鋼種および厚み（板厚）、ならびに機械的特性を示す。各鋼板の厚みは、実質的に均一であった。機械的特性として、引張試験による特性（降伏強度（ＹＰ）、引張強度（ＴＳ）、および伸び率（ＥＬ））を示す。表２に、用いた鋼板の化学組成を示す。表２に示した成分の残部は、Ｆｅおよび不純物からなる。

【0044】

【表1】

【0045】

【表2】

【0046】

これらの鋼板を用いて、溶接試験を行った。具体的には、同種（同じ鋼板番号）の２枚の鋼板に対して、大入熱溶接工程、および小入熱溶接工程を実施することにより、これら２枚の鋼板が突き合わせ溶接により接合された溶接継手を作製した。表３に、各試験で用いた鋼板の種類、ならびに、大入熱溶接工程、および小入熱溶接工程の条件を示す。溶接材料およびフラックスは、いずれも、日鉄住金溶接工業社製のものを用いた。表３の溶接材料の欄およびフラックスの欄には、同社の製品番号を示す。

【0047】

【表3】

【0048】

表４に、第２溶接部の寸法、および得られた溶接継手の評価結果を示す。評価として、第２溶接部の表面残留応力および溶接継手のシャルピー吸収エネルギーを測定し、耐脆性破壊発生特性の指標としてディープノッチ試験による破壊靭性値（Ｋｃ値）を測定した。

【0049】

【表4】

【0050】

表面残留応力は、フュージョンライン（ＦＬ）近傍の部分で、溶接線に対して垂直な方向について測定した。表面残留応力の測定には、Ｓｔｒｅｓｓｔｅｃｈ社製のＸ線残留応力測定装置、ＸＳＴＲＥＳＳ ３０００を用いた。測定した表面残留応力は、いずれも、溶接線に対して垂直な方向に引張であった。

【0051】

シャルピー吸収エネルギーは、ＪＩＳ Ｚ２２４２（２００５）に準拠して測定した。試験片の板厚方向の採取位置は、表側表面付近、板厚中心部、および裏側表面付近とした。それぞれの試験片について、ノッチ位置は、溶接金属（ＷＭ）の部分、フュージョンライン上、およびフュージョンラインから母材側へ２ｍｍ入った部分とした。

【0052】

図３は、破壊靭性値を測定するためのディープノッチ試験片の平面図である。この試験片は、突き合わせ溶接により接合された２枚の鋼板１０を含む。この試験片の平面形状は矩形であり、長辺の長さは５００ｍｍであり、短辺の長さは４００ｍｍであった。溶接部は、短辺に平行に、両短辺間の中央に形成した。この試験片の一方のフュージョンライン上に、長さ２４０ｍｍの貫通ノッチ１６（図３に太線で示す。）を、機械加工（ソーカット）により形成した。貫通ノッチ１６の形成位置は、フュージョンラインの長さ方向中央部とした。貫通ノッチ１６の幅は、０．２ｍｍとした。

【0053】

この試験片を、−２０℃で、貫通ノッチ１６に垂直な方向に引っ張り、破壊靭性値Ｋｃを測定した。図３に、引っ張り方向を白抜きの矢印で示す。

【0054】

試験番号１〜６の方法は本発明例であり、本発明の作製方法の要件をすべて満足した。これらの方法により得られた試験片では、いずれも、ディープノッチ試験による破壊靭性値が４０００Ｎ／ｍｍ^１．５以上と高く、十分に高い耐脆性破壊発生特性を有することが確認された。これらの試験片では、いずれも、溶接線に垂直な方向の表面在留応力が引張でありかつ高かった。したがって、溶接継手の厚み方向中央部で、溶接線に垂直な方向の在留応力は圧縮であり高かったと考えられる。このような応力分布により、高い破壊靭性が得られたと考えられる。

【0055】

試験番号７〜１０の方法は比較例であり、後述のように、本発明の作製方法の要件の少なくとも一部を満足しなかった。これらの方法により得られた試験片では、ディープノッチ試験による破壊靭性値は４０００Ｎ／ｍｍ^１．５未満と低く、耐脆性破壊発生特性が低いことが確認された。

【0056】

試験番号７の方法では、用いた鋼板（鋼板Ｂ）の厚みが１００ｍｍであった（表１参照）のに対して、第２溶接部の厚みは１５ｍｍであった（表４参照）。すなわち、第２溶接部の厚みは、鋼板の厚みの１５％であり、本発明で規定する要件を満足する厚み（鋼板の厚みの２０％以上５０％未満）より小さかった。試験番号８の方法では、用いた鋼板（鋼板Ｂ）の厚みが１００ｍｍであったのに対して、第２溶接部の厚みは６０ｍｍであった（表４参照）。すなわち、第２溶接部の厚みは、鋼板の厚みの６０％であり、本発明で規定する要件を満足する厚みより大きかった。これらの方法により作製された試験片では、いずれも、溶接継手において鋼板の厚み方向中央部での溶接線に垂直な方向の残留応力が十分圧縮にならなかったために、耐脆性破壊発生特性が低かったと考えられる。

【0057】

試験番号９の方法では、用いた鋼板（鋼板Ｂ）の厚みが１００ｍｍであったのに対して、第２溶接部の幅は４５ｍｍであった（表４参照）。すなわち、第２溶接部の幅は鋼板の厚みの４５％であり、本発明で規定する幅（鋼板の厚みの５０％以上）より小さかった。この方法により作製された試験片では、溶接継手において鋼板の厚み方向中央部での溶接線に垂直な方向の残留応力が十分圧縮にならなかったために、耐脆性破壊発生特性が低かったと考えられる。

【0058】

試験番号１０の方法では、小入熱溶接工程で用いた溶接材料の靭性が低かった。これにより、溶接継手において鋼板の表側表面付近と厚み方向中央部とでの溶接金属部およびフュージョンライン上でのシャルピー吸収エネルギーが−２０℃で４０Ｊ未満と、本発明で規定する範囲（４０Ｊ以上）より低かった。このため、耐脆性破壊発生特性が低かったと考えられる。

【符号の説明】

【0059】

１０：鋼板、 １０ａ、１０ｂ：鋼板の端面、 １２：第１溶接部、
１３：溝、 １４：第２溶接部、 １８：裏当材、 １９、２０：水冷銅板、
１９ａ：基体部、 １９ｂ：突出部、 ２１、２１Ａ：閉じ込め領域、
Ｇ：間隙

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2A】

【図2B】

【図3】