(57)【要約】  本発明は、一対の被溶接金属材（１１Ａ）と；前記一対の被溶接金属材（１１Ａ）の間の突合せ部分に第１の高エネルギー密度ビームを照射することによって形成され、照射側の表面での幅がＷである溶接ビード（１２Ａ）と；突合せ溶接継手（１Ａ）の前記第１の高エネルギー密度ビーム照射側の表面に第２の高エネルギー密度ビームを照射することによって前記表面に形成され、前記溶接ビードと平行な帯形状を有し、前記溶接ビードの幅方向中央より左側と右側とにそれぞれ位置する一対の、熱影響部と溶融凝固金属のみからなる変質帯（１３Ａ）と；を備える溶接構造体の突合せ溶接継手（１Ａ）を提供する。
2011068155.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接構造体の突合せ溶接継手であって：
一対の被溶接金属材と；
前記一対の被溶接金属材の間の突合せ部分に第１の高エネルギー密度ビームを照射することによって形成され、照射側の表面での幅がＷである溶接ビードと；
前記突合せ溶接継手の前記第１の高エネルギー密度ビーム照射側の表面に第２の高エネルギー密度ビームを照射することによって前記表面に形成され、前記溶接ビードと平行な帯形状を有し、前記溶接ビードの幅方向中央より左側と右側とにそれぞれ位置する一対の、熱影響部と溶融凝固金属のみからなる変質帯と；
を備え、
一対の前記変質帯のそれぞれが、幅０．１Ｗ以上１０Ｗ以下、厚さ０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、
一対の前記変質帯の各内側端と前記溶接ビードの幅方向中央との距離が、それぞれ０以上４Ｗ以下であり、
一対の前記変質帯の各外側端と前記溶接ビードの幅方向中央との距離が、それぞれ０．６Ｗ以上１４Ｗ以下である
ことを特徴とする溶接構造体の突合せ溶接継手。
【請求項２】
請求項１に記載の溶接構造体の突合せ溶接継手であって、
一対の前記変質帯の各内側端と前記溶接ビードの幅方向中央との距離が、それぞれ０以上０．４Ｗ以下であり、
一対の前記変質帯のそれぞれが、厚さ０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である
ことを特徴とする溶接構造体の突合せ溶接継手。
【請求項３】
請求項２に記載の溶接構造体の突合せ溶接継手であって、
一対の前記変質帯が前記熱影響部のみからなる
ことを特徴とする溶接構造体の突合せ溶接継手。
【請求項４】
請求項１に記載の溶接構造体の突合せ溶接継手であって、
一対の前記変質帯の各内側端と前記溶接ビードの幅方向中央との距離が、それぞれ１Ｗ以上４Ｗ以下であり、
一対の前記変質帯のそれぞれが、幅０．１Ｗ以上２Ｗ以下、厚さ５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である
ことを特徴とする溶接構造体の突合せ溶接継手。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか1項に記載の溶接構造体の突合せ溶接継手であって、
前記被溶接金属材の降伏強さをＹＳｂとするとき、前記第１の高エネルギー密度ビーム照射側での前記溶接ビードの止端部から１ｍｍ外側の位置の前記被溶接金属材表面での溶接ビードに垂直な方向の引張残留応力σＲが、ＹＳｂ／２以下である
ことを特徴とする溶接構造体の突合せ溶接継手。
【請求項６】
前記一対の被溶接金属材が、板厚３０ｍｍ超の高強度鋼板である
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか1項に記載の溶接構造体の突合せ溶接継手。
【請求項７】
前記溶接構造体が、風力発電塔の基礎部分を構成する構造体または鋼管柱である
ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか1項に記載の溶接構造体の突合せ溶接継手。
【請求項８】
溶接構造体の突合せ溶接継手の製造方法であって、
一対の被溶接金属材の間の突合せ部分に第１の高エネルギー密度ビームを照射することによって、照射側の表面での幅がＷである溶接ビードを形成する第１照射工程と；
前記突合せ溶接継手の前記第１の高エネルギー密度ビーム照射側から、第２の高エネルギー密度ビームを照射し被照射部をＡｃ１以上に加熱することによって、前記溶接ビードと平行な帯形状を有し、前記溶接ビードの幅方向中央より左側と右側とにそれぞれ位置する一対の、熱影響部と溶融凝固金属のみからなる変質帯を形成する第２照射工程と；を有し、
前記第２照射工程による入熱量を前記第１照射工程による入熱量の２％以上３０％以下とし、
一対の前記変質帯のそれぞれを、幅０．１Ｗ以上１０Ｗ以下、厚さ０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下とし、
一対の前記変質帯の各内側端と前記溶接ビードの幅方向中央との距離を、それぞれ０以上４Ｗ以下とし、
一対の前記変質帯の各外側端と前記溶接ビードの幅方向中央との距離を、それぞれ０．６Ｗ以上１４Ｗ以下とする
ことを特徴とする、溶接構造体の突合せ溶接継手の製造方法。
【請求項９】
前記第２照射工程で、
一対の前記変質帯の各内側端と前記溶接ビードの幅方向中央との距離をそれぞれ０以上０．４Ｗ以下とし、
一対の前記変質帯のそれぞれを、厚さ０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とする
ことを特徴とする、請求項８に記載の溶接構造体の突合せ溶接継手の製造方法。
【請求項１０】
前記第２照射工程で、
照射部の加熱温度をＡｃ１以上溶融点温度未満として、一対の前記変質帯が熱影響部のみからなるようにする
ことを特徴とする、請求項９に記載の溶接構造体の突合せ溶接継手の製造方法。
【請求項１１】
前記第２照射工程で、
一対の前記変質帯の各内側端と前記溶接ビードの幅方向中央との距離を、それぞれ１Ｗ以上４Ｗ以下とし、
一対の前記変質帯のそれぞれを、幅０．１Ｗ以上２Ｗ以下、厚さ５ｍｍ以上１０ｍｍ以下とする
ことを特徴とする、請求項８に記載の溶接構造体の突合せ溶接継手の製造方法。
【請求項１２】
前記被溶接金属材が、板厚３０ｍｍ超の高強度鋼板である
ことを特徴とする、請求項８〜１１のいずれか1項に記載の溶接構造体の突合せ溶接継手の製造方法。
【請求項１３】
前記溶接構造体が、風力発電塔の基礎部分を構成する構造体または鋼管柱である
ことを特徴とする請求項８〜１１のいずれか1項に記載の溶接構造体の突合せ溶接継手の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高エネルギー密度ビームを用いた溶接構造体の突合せ溶接継手、及びその製造方法に関する。特に本発明は、ギガサイクル域の振動環境における疲労特性に優れた溶接継手及びその製造方法に関する。
本願は、２００９年１２月４日に、日本に出願された特願２００９−２７７０２１号、及び、２００９年１２月４日に、日本に出願された特願２００９−２７７０５０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化の一因とされるＣＯ２ガスの削減課題や、石油等の化石燃料の将来的な枯渇問題に対処するため、再生可能な自然エネルギーを利用することが積極的に試みられている。風力発電も、その一つであり、大規模な風力発電が世界的に普及しつつある。【０００３】
風力発電に最も適している地域は、絶えず強風を期待できる地域であり、そのため、洋上風力発電も世界的規模で計画及び実現されている（特許文献１〜４を参照）。洋上に風力発電塔を建設するためには、海底の地盤に塔の基礎部分を打ち込む必要があり、海水面から風力発電のタービン翼の高さを十分確保するためには、基礎部分も十分な長さ、剛性、強度が必要である。【０００４】
そのため、風力発電塔の基礎部分では、板厚が５０ｍｍを超える、例えば、１００ｍｍ程度、直径が４ｍ程度の大断面を有する管構造が採用され、塔の全体高さは８０ｍ以上にもなる。そのような巨大構造物を建設現場近くの海岸において、簡易に、しかも高能率で溶接組み立てすることが求められている。【０００５】
そこで、上記のように、板厚１００ｍｍにもおよぶ極厚鋼板を高能率で、しかもオンサイトで溶接するという、従来にないニーズが生じてきた。【０００６】
一般に、電子ビーム、レーザービームなどの高エネルギー密度ビームを用いた溶接は、効率的な溶接方法である。しかし、電子ビーム溶接では、真空チャンバー内における、例えば０．１Ｐａ以下の高真空状態で施行する必要があるので、従来は、溶接できる鋼板の厚さが限られていた。【０００７】
これに対して、近年、板厚１００ｍｍ程度の極厚鋼板を効率よく現地溶接できる溶接方法として、例えば１０Ｐａ以下の低真空状態で施工が可能な溶接方法（ＲＰＥＢＷ：Ｒｅｄｕｃｅｄ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂｅａｍ  Ｗｅｌｄｉｎｇ：減圧電子ビーム溶接）が英国の溶接研究所で開発され、提案されている（特許文献５）。【０００８】
洋上の風力発電塔は、上記のように絶えず強風による振動にさらされるため、基礎部の構造体及び鋼管柱は絶え間なく繰り返し荷重を受ける。溶接部は、通常の疲労サイクルとはオーダーが異なるギガサイクル域の振動に対する耐疲労特性が要求されている。特に、溶接ビードの止端部では応力集中が大きくなり、繰り返し荷重に対する疲労強度を低下させる原因となっている。【０００９】
このような溶接ビードの止端部における応力集中を緩和するための対策として、従来、図５に示されるように、溶接ビード３２の曲率半径、及び、鋼板３１と溶接ビード３２との接触角θを大きくすることにより応力集中を緩和することが提案されてきた。【００１０】
例えば、特許文献６では、フラックス成分及びシールドガス成分を調整することにより、上記の曲率半径および接触角θを大きくすることが提案されている。しかしながら、特許文献６の方法は、ガスシールドアーク溶接によるもので、高エネルギー密度ビーム溶接によりシールドガスを使用しないで溶接する場合には適用することができない。【００１１】
また、特許文献７では、鋼材の厚さに対する溶接ビード高さの比率を０．２以下とすることにより溶接ビードの止端部への応力集中を小さくすることが提案されている。しかしながら、溶接ビードの形状が特定されているにすぎず、具体的にどのようにしてこのような溶接ビード幅を形成するのかそのための溶接条件等が何ら開示されていない。したがって、再現性に欠け、工業的に利用することが極めて困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−１１１４０６号公報
【特許文献２】特開２００７−０９２４０６号公報
【特許文献３】特開２００７−３２２４００号公報
【特許文献４】特開２００６−０３７３９７号公報
【特許文献５】国際公開９９／１６１０１号パンフレット
【特許文献６】特開平４−３６１８７６号公報
【特許文献７】特開２００４−１８１５３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、被溶接金属材に対して電子ビームなどの第１の高エネルギー密度ビームを用いた溶接を行うとともに、第２の高エネルギー密度ビームを照射して、溶接止端部の引張残留応力を緩和し、または、溶接ビードへの応力集中を緩和し、ギガサイクル域の振動に対しても耐えうる疲労特性と、十分な破壊靱性とを有する溶接継手を極めて簡易に再現性をもって提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の概要は以下のとおりである。
（１）本発明の第１の態様は、溶接構造体の突合せ溶接継手であって：一対の被溶接金属材と；前記一対の被溶接金属材の間の突合せ部分に第１の高エネルギー密度ビームを照射することによって形成され、照射側の表面での幅がＷである溶接ビードと；前記突合せ溶接継手の前記第１の高エネルギー密度ビーム照射側の表面に第２の高エネルギー密度ビームを照射することによって前記表面に形成され、前記溶接ビードと平行な帯形状を有し、前記溶接ビードの幅方向中央より左側と右側とにそれぞれ位置する一対の、熱影響部と溶融凝固金属のみからなる変質帯と；を備える。一対の前記変質帯のそれぞれは、幅０．１Ｗ以上１０Ｗ以下、厚さ０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、一対の前記変質帯の各内側端と前記溶接ビードの幅方向中央との距離は、それぞれ０以上４Ｗ以下であり、一対の前記変質帯の各外側端と前記溶接ビードの幅方向中央との距離は、それぞれ０．６Ｗ以上１４Ｗ以下である。
（２）上記（１）に記載の溶接構造体の突合せ溶接継手では、一対の前記変質帯の各内側端と前記溶接ビードの幅方向中央との距離が、それぞれ０以上０．４Ｗ以下であって、一対の前記変質帯のそれぞれが、厚さ０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であってもよい。
（３）上記（２）に記載の溶接構造体の突合せ溶接継手では、一対の前記変質帯が前記熱影響部のみからなってもよい。
（４）上記（１）に記載の溶接構造体の突合せ溶接継手では、一対の前記変質帯の各内側端と前記溶接ビードの幅方向中央との距離が、それぞれ１Ｗ以上４Ｗ以下であって、一対の前記変質帯のそれぞれが、幅０．１Ｗ以上２Ｗ以下、厚さ５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であってもよい。
（５）上記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の溶接構造体の突合せ溶接継手では、前記被溶接金属材の降伏強さをＹＳｂとするとき、前記第１の高エネルギー密度ビーム照射側での前記溶接ビードの止端部から１ｍｍ外側の位置の前記被溶接金属材表面での溶接ビードに垂直な方向の引張残留応力σＲが、ＹＳｂ／２以下であってもよい。
（６）上記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の溶接構造体の突合せ溶接継手では、前記一対の被溶接金属材が、板厚３０ｍｍ超の高強度鋼板であってもよい。
（７）上記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の溶接構造体の突合せ溶接継手では、前記溶接構造体が、風力発電塔の基礎部分を構成する構造体または鋼管柱であってもよい。
（８）本発明の第２の態様は、溶接構造体の突合せ溶接継手の製造方法であって、一対の被溶接金属材の間の突合せ部分に第１の高エネルギー密度ビームを照射することによって、照射側の表面での幅がＷである溶接ビードを形成する第１照射工程と；前記突合せ溶接継手の前記第１の高エネルギー密度ビーム照射側から、第２の高エネルギー密度ビームを照射し被照射部をＡｃ１以上に加熱することによって、前記溶接ビードと平行な帯形状を有し、前記溶接ビードの幅方向中央より左側と右側とにそれぞれ位置する一対の、熱影響部と溶融凝固金属のみからなる変質帯を形成する第２照射工程と；を有する。前記第２照射工程による入熱量は前記第１照射工程による入熱量の２％以上３０％以下とし、一対の前記変質帯のそれぞれは、幅０．１Ｗ以上１０Ｗ以下、厚さ０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下とし、一対の前記変質帯の各内側端と前記溶接ビードの幅方向中央との距離は、それぞれ０以上４Ｗ以下とし、一対の前記変質帯の各外側端と前記溶接ビードの幅方向中央との距離は、それぞれ０．６Ｗ以上１４Ｗ以下とする。
（９）上記（８）に記載の溶接構造体の突合せ溶接継手の製造方法では、前記第２照射工程で、一対の前記変質帯の各内側端と前記溶接ビードの幅方向中央との距離をそれぞれ０以上０．４Ｗ以下とし、一対の前記変質帯のそれぞれを、厚さ０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下としてもよい。
（１０）上記（９）に記載の溶接構造体の突合せ溶接継手の製造方法では、前記第２照射工程で、照射部の加熱温度をＡｃ１以上溶融点温度未満として、一対の前記変質帯が熱影響部のみからなるようにしてもよい。
（１１）上記（８）に記載の溶接構造体の突合せ溶接継手の製造方法では、前記第２照射工程で、一対の前記変質帯の各内側端と前記溶接ビードの幅方向中央との距離を、それぞれ１Ｗ以上４Ｗ以下とし、一対の前記変質帯のそれぞれを、幅０．１Ｗ以上２Ｗ以下、厚さ５ｍｍ以上１０ｍｍ以下としてもよい。
（１２）上記（８）〜（１１）のいずれか１項に記載の溶接構造体の突合せ溶接継手の製造方法では、前記被溶接金属材が、板厚３０ｍｍ超の高強度鋼板であってもよい。
（１３）上記（８）〜（１１）のいずれか１項に記載の溶接構造体の突合せ溶接継手の製造方法では、前記溶接構造体が、風力発電塔の基礎部分を構成する構造体または鋼管柱であってもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の溶接継手によれば、溶接止端部の引張残留応力が緩和され、または、溶接ビードの止端部への応力集中が緩和されているため、ギガサイクル域の振動に対しても耐えうる疲労特性と、十分な破壊靱性とを発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る溶接継手１Ａの斜視図である。
【図２】同溶接継手１Ａの変形例である溶接継手１Ａ’の斜視図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る溶接継手１Ｂの斜視図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る溶接継手１Ｃの斜視図である。
【図５】従来の溶接継手の断面概略図である。
【図６】疲労試験片の採取位置を断面概略図で示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら以下に説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る、溶接構造体の突合せ溶接継手１Ａを示す。
この溶接継手１Ａは、一対の被溶接金属材１１Ａ，１１Ａと、表面上の幅がＷである溶接ビード１２Ａと、溶接ビード１２Ａの長手方向に平行な方向に延出する帯形状を有し、溶接ビード１２Ａの幅方向中央（中心線Ｃ）より左側と右側とにそれぞれ位置する一対の変質帯１３Ａ，１３Ａと、を備える。
変質帯１３Ａは、第２の高エネルギー密度ビームを照射することにより形成される熱影響部と溶融凝固金属のみからなる領域である。
尚、本明細書において、溶融凝固金属とは、被溶接金属材と、第１の高エネルギー密度ビームにより形成された溶接金属と、熱影響部との少なくとも一つにおいて、第２の高エネルギー密度ビームにより溶融温度以上に加熱されて溶融した後に凝固した部位を意味する。溶融凝固金属を溶融凝固部と表現してもよい。また、第１の高エネルギー密度ビームにより形成される溶接ビードの幅Ｗは、照射側の表面における溶接金属部の幅を意味する。第２の高エネルギー密度ビームにより変質帯が表面に形成された場合には、第１の高エネルギー密度ビームにより形成された溶接金属の測定可能な照射側表面最近接位置において（測定可能な位置が最も深い場合でも前記変質帯と接する部分において）、測定される第１の高エネルギー密度ビームにより形成された溶接金属の幅を、幅Ｗとする。本明細書において、変質帯の熱影響部とは、第２の高エネルギー密度ビームによりＡｃ１温度以上溶融温度未満に加熱された部位を意味する。
更に、本明細書においては、図１に示すように、溶接ビードの幅方向をＸ方向と呼び、溶接ビードの厚さ方向つまり深さ方法をＹ方向と呼び、溶接ビードの長手方向をＺ方向と呼ぶ。
【００１９】
溶接ビード１２Ａは、一対の被溶接金属材１１Ａ，１１Ａの間の突合せ部分に第１の高エネルギー密度ビームを照射することによって形成される。また、一対の変質帯１３Ａ，１３Ａは、溶接継手１Ａの第１の高エネルギー密度ビーム照射側の表面に第２の高エネルギー密度ビームを照射することによって前記表面に形成される。第１の高エネルギー密度ビーム及び第２の高エネルギー密度ビームとしては、電子ビーム、レーザービーム等を使用することができる。
【００２０】
第１の高エネルギー密度ビームにより一対の被溶接金属材１１Ａ，１１Ａを突合せ溶接する際には、その間にＮｉ系金属箔、又はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系金属箔を挿入してもよい。このような金属箔の使用により、溶接ビード１２Ａの破壊靭性などを向上させることができる。
【００２１】
一対の被溶接金属材１１Ａ，１１Ａについては、原理的に本発明において限定されるものではないが、板厚が３０ｍｍ以上、降伏強度が３５５ＭＰａ以上の鋼材を使用してもよい。例えば、質量％で、Ｃ：０．０２〜０．２０％、Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｎ：０．３〜２．４％、Ａｌ：０．００１〜０．２０％、Ｎ：０．０２％以下、Ｐ：０．０１％以下、Ｓ：０．０１％以下、を基本成分とし、母材強度や継手靭性の向上等、要求される性質に応じて、合計８％以下又は３％以下又は１％以下のＮｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｗ、Ｃｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆ、ＲＥＭ、Ｙ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｂを含有する鋼材を使用することができる。鋼材の降伏強度を６００ＭＰａ以下としても、または鋼材の引張強さを４５０ＭＰａ以上又は７８０ＭＰａ以下に制限してもよい。板厚も５０ｍｍ以上又は１５０ｍｍ以下に制限してもよい。
【００２２】
一対の変質帯１３Ａ，１３Ａのそれぞれの幅は、０．１Ｗ以上であればよい。必要に応じて、０．３Ｗ以上、０．５Ｗ以上又は１．０Ｗ以上としてもよい。すなわち、第２の高エネルギー密度ビームの照射でそれぞれ０．１Ｗ以上の幅の変質帯１３Ａ，１３Ａを形成することにより、第１の高エネルギー密度ビームの照射により発生した溶接ビード１２Ａの止端部付近の引張残留応力を緩和させる又は圧縮残留応力に改質させることができる。変質帯１３Ａの幅の上限を特に規定する必要はないが、高エネルギー密度ビームを１０Ｗ超の幅広い範囲に照射することが容易ではないため、幅の上限を１０Ｗとする。必要に応じて、幅の上限を７Ｗ、４Ｗまたは２Ｗとしてもよい。
【００２３】
一対の変質帯１３Ａ，１３Ａのそれぞれの厚さは、０．１ｍｍ以上であればよい。すなわち、第２の高エネルギー密度ビームの照射で０．１ｍｍ以上の厚さの変質帯１３Ａ，１３Ａを形成することにより、第１の高エネルギー密度ビームの照射により発生した溶接ビード１２Ａの止端部付近の引張残留応力を緩和させる又は圧縮残留応力に改質させることができる。必要に応じて、０．２ｍｍ又は０．３ｍｍ以上としてもよい。一方、変質帯１３Ａ，１３Ａの厚さが１０ｍｍ超になると第２の高エネルギー密度ビームの照射による引張残留応力の緩和効果より、むしろ第２の高エネルギー密度ビームの照射による引張残留応力が過大になるため、上限は１０ｍｍに規定する。必要に応じて、９ｍｍ以下又は８ｍｍ以下としてもよい。
ただし、止端部においては、変質帯１３Ａ，１３Ａの厚さを１．０ｍｍ以下、好ましくは０．８ｍｍ以下、より好ましくは０．５ｍｍ以下としてもよい。
【００２４】
溶接止端部の残留応力を低減するためには、一対の変質帯１３Ａ，１３Ａの各外側端と溶接ビード１２Ａの中心線Ｃとの距離は、それぞれ０．６Ｗ以上であればよい。上限は、変質帯の幅の上限１０Ｗおよび変質帯の内側端の上限４Ｗに対応し、それぞれ１４Ｗ以下とする。
【００２５】
上述の溶接継手１Ａによれば、溶接ビード１２Ａの両止端部に引張残留応力低減帯域が形成されるため、優れた疲労特性を発揮することができる。このため、この溶接継手１Ａを採用した溶接構造体は、ギガサイクル環境下で使用される風力発電塔の基礎部分を構成する構造体又は鋼管柱として使用することができる。
本実施形態では、溶接ビード１２Ａの両側をＡｃ１温度以上に加熱して、変質帯を形成することによって止端部の引張残留応力を緩和し、耐疲労亀裂発生特性を向上させる。この熱影響の結果、変質帯の組織は母相組織と異なるものになり、ナイタール腐食液などを用いたエッチングによって、母相組織から明瞭に区別できる。
【００２６】
なお、図１に示す溶接継手１Ａでは、一対の変質帯１３Ａ，１３Ａは互いに隣接して形成されているが、図２に示す変形例の溶接継手１Ａ’のように、一対の変質帯１３Ａ’，１３Ａ’の各内側端が溶接ビード１２Ａ’の中心線Ｃから離間していてもよい。
すなわち、一対の変質帯１３Ａ，１３Ａの間隔（以下、離間距離という)は０以上であればよい。ただし、その間隔が４Ｗを超えるように第２の高エネルギー密度ビームを照射しても、第１の高エネルギー密度ビームの照射により発生した溶接ビード１２Ａの止端部付近の引張残留応力に影響を与えることが出来なくなるため、上限は４Ｗに規定する必要がある。なお、離間距離が０の場合、図１のように、一対の変質帯１３Ａ，１３Ａを、溶接ビード１２Ａの表面を覆うひとつの変質帯と看做すことができる。
【００２７】
以下、本実施形態に係る溶接継手１Ａの製造方法について詳述する。
本実施形態に係る溶接継手１Ａは、一対の被溶接金属材１１Ａ，１１Ａの間の突合せ部分に第１の高エネルギー密度ビームを照射する第１照射工程と、溶接継手１Ａに、第１の高エネルギー密度ビーム照射側から、第２の高エネルギー密度ビームを照射する第２照射工程とにより製造される。詳述すると、第１の照射工程により、表面上の幅がＷである溶接ビード１２Ａを形成し、第２の照射工程により被照射部をＡｃ１以上に加熱し、溶接ビード１２Ａと平行な帯形状を有し、溶接ビード１２Ａの幅方向中央（中心線Ｃ）より左側と右側とにそれぞれ位置する一対の変質帯１３Ａ，１３Ａを形成する。なお、離間距離が０の場合、第２照射工程において、図１のように溶接ビード１２Ａの表面を覆うひとつの変質帯を形成するように照射しても差し支えない。
【００２８】
第２の照射工程による入熱量は、第１の照射工程による入熱量の２％以上３０％以下としてもよい。以下、第２の照射工程による入熱量の、第１の照射工程による入熱量に対する比率を入熱比と呼ぶ。入熱比が２％以上に制御される場合、溶接ビード１２Ａの止端部近傍における引張残留応力を確実に緩和することができる。また、入熱比が３０％以下に制御される場合、被溶接金属材１１Ａ中の結晶粒の平均粒径の成長を抑えることができるため、溶接ビード１２Ａ付近の靭性低下を防ぐ効果が得られる。
【００２９】
第２の照射工程では、一対の変質帯１３Ａ，１３Ａの幅、厚さ、離間距離それぞれが上述の適正範囲に入るように第２の高エネルギー密度ビームの照射条件を適宜設定する。また、必要に応じて第２の高エネルギー密度ビームをウィービングさせながら照射してもよい。すなわち、溶接ビード１２Ａの幅方向（Ｘ方向）に走査させながら溶接ビード１２Ａの長手方向（Ｚ方向）に向かって照射してもよい。これにより、第２の高エネルギー密度ビームの照射による入熱量を低減させながら、所定の幅の変質帯１３Ａを形成して残留応力の低減をはかることができる。
【００３０】
第１の高エネルギー密度ビームは、例えば、電子ビームの場合、板厚８０ｍｍを被溶接金属材１１Ａとして使用するとき、電圧１５０Ｖ、電流１８０ｍＡ、溶接速度２５ｍｍ／分程度の条件で照射してもよい。
第２の高エネルギー密度ビームは、例えば、電子ビームの場合、板厚８０ｍｍを被溶接金属材１１Ａとして使用するとき、電圧１５０Ｖ、電流１００ｍＡの条件で照射してもよい。Ｘ方向およびＺ方向の照射速度を調整することにより、目標とする変質帯の厚みと幅を達成することができる。
第１の照射工程としてＲＰＥＢＷ溶接を採用する場合には、真空チャンバーによる高真空状態による電子ビーム溶接を採用した場合に比べ、溶接ビード１２Ａの幅が増大する傾向にある。このため、ＲＰＥＢＷ溶接を採用する場合でも、溶接継手１Ａの破壊靭性値を安定して確保するために、溶接ビード１２Ａの幅を、被溶接金属材１１Ａの板厚の２０％以下又は１０％以下とすることが望ましい。もしくは、ビード幅を１５ｍｍ以下、１１ｍｍ以下、７ｍｍ以下、６ｍｍ以下又は５ｍｍ以下に制限してもよい。
【００３１】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係る、溶接構造体の突合せ溶接継手１Ｂを示す。
この溶接継手１Ｂは、一対の被溶接金属材１１Ｂ，１１Ｂと、表面上の幅がＷである溶接ビード１２Ｂと、溶接ビード１２Ｂの長手方向に平行な方向に延出する帯形状を有し、溶接ビード１２Ｂの幅方向中央（中心線Ｃ）より左側と右側とにそれぞれ位置する一対の変質帯１３Ｂ，１３Ｂと、を備える。
変質帯１３Ｂは、第２の高エネルギー密度ビームを照射することにより形成される熱影響部と溶融凝固金属のみからなる領域であるが、溶融凝固金属を含まないことが好ましい。つまり、変質帯１３Ｂは、熱影響部のみからなることが好ましい。この理由は、変質帯１３Ｂが溶融凝固金属を含む場合には、溶融金属の凝固により生じる引張残留応力が大きく、疲労強度の向上効果が減少するためである。
【００３２】
溶接ビード１２Ｂは、一対の被溶接金属材１１Ｂ，１１Ｂの間の突合せ部分に第１の高エネルギー密度ビームを照射することによって形成される。また、一対の変質帯１３Ｂ，１３Ｂは、溶接継手１Ｂの第１の高エネルギー密度ビーム照射側の表面に第２の高エネルギー密度ビームを照射することによって前記表面に形成される。第１の高エネルギー密度ビーム及び第２の高エネルギー密度ビームとしては、電子ビーム、レーザービーム等を使用することができる。
【００３３】
本実施形態において、これら一対の変質帯１３Ｂ，１３Ｂは互いに隣接して形成されるが、両者の間隔は０．８Ｗ以下であれば許容される。言い換えれば、一対の変質帯１３Ｂ，１３Ｂの各内側端と溶接ビード１２Ｂの中心線Ｃとの距離は、それぞれ０以上０．４Ｗ以下であってもよい。なお、離間距離が０の場合、一対の変質帯１３Ｂ，１３Ｂを、溶接ビード１２Ｂの表面を覆うひとつの変質帯と看做すことができる。
【００３４】
第１の高エネルギー密度ビームにより一対の被溶接金属材１１Ｂ，１１Ｂを突合せ溶接する際には、その間にＮｉ系金属箔、又はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系金属箔を挿入してもよい。このような金属箔の使用により、溶接ビード１２Ｂの破壊靭性などを向上させることができる。
【００３５】
一対の被溶接金属材１１Ｂ，１１Ｂについては、原理的に本発明において限定されるものではなく、第１実施形態で説明した被溶接金属材１１Ａと同様の鋼材を使用できる。
【００３６】
一対の変質帯１３Ｂ,１３Ｂのそれぞれの幅は、第１実施形態で説明した一対の変質帯１３Ａ,１３Ａのそれぞれの幅と同様に規定される。
【００３７】
一対の変質帯１３Ｂ，１３Ｂのそれぞれの厚さは、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であればよい。この場合、第２の高エネルギー密度ビームの照射で０．１ｍｍ以上の厚さの変質帯１３Ｂ，１３Ｂを形成することにより、第１の高エネルギー密度ビームの照射により発生した溶接ビード１２Ｂの止端部付近の引張残留応力を緩和させる又は圧縮残留応力に改質させることができる。更に、第２の高エネルギー密度ビームの照射で形成される変質帯１３Ｂ，１３Ｂの厚さを０．５ｍｍ以下に制御することにより、第２の高エネルギー密度ビームの照射により発生する引張残留応力を大きく低減することができる。
【００３８】
溶接止端部の残留応力を低減するためには、一対の変質帯１３Ｂ，１３Ｂの各外側端と溶接ビード１２Ｂの中心線Ｃとの距離は、それぞれ０．６Ｗ以上であればよい。上限は、変質帯の幅の上限１０Ｗおよび変質帯の内側端の上限４Ｗに対応し、それぞれ１４Ｗ以下とする。
【００３９】
上述の溶接継手１Ｂによれば、溶接ビード１２Ｂの両止端部に引張残留応力低減帯域が形成されるため、優れた疲労特性を発揮することができる。このため、この溶接継手１Ｂを採用した溶接構造体は、ギガサイクル環境下で使用される風力発電塔の基礎部分を構成する構造体又は鋼管柱として使用することができる。
本実施形態では、溶接ビード１２Ｂの幅方向両端部を含む領域をＡｃ１温度以上溶融点温度未満に加熱して、止端部近傍に変質帯を形成する。これによって、止端部近傍の組織を降伏させ、引張残留応力を緩和し、耐疲労亀裂発生特性を向上させる。
【００４０】
以下、本実施形態に係る溶接継手１Ｂの製造方法について詳述する。
本実施形態に係る溶接継手１Ｂは、一対の被溶接金属材１１Ｂ，１１Ｂの間の突合せ部分に第１の高エネルギー密度ビームを照射する第１照射工程と、溶接継手１Ｂに、第１の高エネルギー密度ビーム照射側から、第２の高エネルギー密度ビームを照射する第２照射工程とにより製造される。詳述すると、第１の照射工程により、表面上の幅がＷである溶接ビード１２Ｂを形成し、第２の照射工程により被照射部をＡｃ１以上融点温度未満に加熱し、溶接ビード１２Ｂと平行な帯形状を有し、溶接ビード１２Ｂの幅方向中央（中心線Ｃ）より左側と右側とにそれぞれ位置する一対の変質帯１３Ｂ，１３Ｂを形成する。なお、離間距離が０の場合、第２照射工程において、溶接ビード１２Ｂの表面を覆うひとつの変質帯を形成するように照射しても差し支えない。
【００４１】
第２の照射工程による入熱量は、第１実施形態に係る溶接継手１Ａの製造方法と同様に、第１の照射工程による入熱量の２％以上３０％以下としてもよい。変質帯の厚さを確実に０．５ｍｍ以下とするために、第２の照射工程による入熱量を、第１の照射工程による入熱量の１５％以下、１０%以下、７％以下又は５％以下に制限してもよい。
【００４２】
第２の照射工程では、一対の変質帯１３Ｂ，１３Ｂの幅、厚さ、離間距離それぞれが上述の適正範囲に入るように第２の高エネルギー密度ビームの照射条件を適宜設定する。また、必要に応じて第２の高エネルギー密度ビームをウィービングさせながら照射してもよい。すなわち、溶接ビード１２Ｂの幅方向（Ｘ方向）に走査させながら溶接ビード１２Ｂの長手方向（Ｚ方向）に向かって照射してもよい。これにより、第２の高エネルギー密度ビームの照射による入熱量を低減させながら、所定の幅の変質帯１３Ｂを形成して残留応力の低減をはかることができる。
【００４３】
第１の高エネルギー密度ビームは、例えば、電子ビームの場合、板厚８０ｍｍを被溶接金属材１１Ｂとして使用するとき、電圧１５０Ｖ、電流１８０ｍＡ、溶接速度２５ｍｍ／分程度の条件で照射してもよい。
第２の高エネルギー密度ビームは、例えば、電子ビームの場合、板厚８０ｍｍを被溶接金属材１１Ｂとして使用するとき、電圧１５０Ｖ、電流１００ｍＡの条件で照射してもよい。Ｘ方向およびＺ方向の照射速度を調整することにより、目標とする変質帯の厚みと幅を達成することができる。
第１の照射工程としてＲＰＥＢＷ溶接を採用する場合には、真空チャンバーによる高真空状態による電子ビーム溶接を採用した場合に比べ、溶接ビード１２Ｂの幅が増大する傾向にある。このため、ＲＰＥＢＷ溶接を採用する場合でも、溶接継手１Ｂの破壊靭性値を安定して確保するために、溶接ビード１２Ｂの幅を、被溶接金属材１１Ｂの板厚の２０％以下又は１０％以下とすることが望ましい。もしくは、ビード幅を１５ｍｍ以下、１１ｍｍ以下、７ｍｍ以下、６ｍｍ以下又は５ｍｍ以下に制限してもよい。
【００４４】
（第３実施形態）
図４は、本発明の第３実施形態に係る、溶接構造体の突合せ溶接継手１Ｃを示す。
この溶接継手１Ｃは、一対の被溶接金属材１１Ｃ，１１Ｃと、表面上の幅がＷである溶接ビード１２Ｃと、溶接ビード１２Ｃの長手方向に平行な方向に延出する帯形状を有し、溶接ビード１２Ｃの幅方向中央（中心線Ｃ）より左側と右側とにそれぞれ位置する一対の変質帯１３Ｃ，１３Ｃと、を備える。
変質帯１３Ｃは、第２の高エネルギー密度ビームを照射することにより形成される熱影響部と溶融凝固金属のみからなる領域である。
【００４５】
溶接ビード１２Ｃは、一対の被溶接金属材１１Ｃ，１１Ｃの間の突合せ部分に第１の高エネルギー密度ビームを照射することによって形成される。また、一対の変質帯１３Ｃ，１３Ｃは、溶接継手１Ｃの第１の高エネルギー密度ビーム照射側の表面に第２の高エネルギー密度ビームを照射することによって前記表面に形成される。第１の高エネルギー密度ビーム及び第２の高エネルギー密度ビームとしては、電子ビーム、レーザービーム等を使用することができる。
【００４６】
本実施形態において、一対の変質帯１３Ｃ，１３Ｃは互いに離間して形成される。詳述すると、これら一対の変質帯１３Ｃ，１３Ｃの各内側端と溶接ビード１２Ｃの中心線Ｃとの距離は、それぞれ１Ｗ以上４Ｗ以下に設定される。
【００４７】
第１の高エネルギー密度ビームにより一対の被溶接金属材１１Ｃ，１１Ｃを突合せ溶接する際には、その間にＮｉ系金属箔、又はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系金属箔を挿入してもよい。このような金属箔の使用により、溶接ビード１２Ｃの破壊靭性などを向上させることができる。
【００４８】
一対の被溶接金属材１１Ｃ，１１Ｃについては、原理的に本発明において限定されるものではなく、第１実施形態で説明した被溶接金属材１１Ａと同様の鋼材を使用できる。
【００４９】
一対の変質帯１３Ｃ，１３Ｃのそれぞれの幅は、０．１Ｗ以上であればよい。必要に応じて、０．２Ｗ以上、０．３Ｗ以上としてもよい。すなわち、第２の高エネルギー密度ビームの照射でそれぞれ０．１Ｗ以上の幅の変質帯１３Ｃ，１３Ｃを形成することにより、第１の高エネルギー密度ビームの照射により発生した溶接ビード１２Ｃの止端部付近の引張残留応力を緩和させる又は圧縮残留応力に改質させることができる。ただし、一対の変質帯１３Ｃ，１３Ｃのそれぞれの幅が２．０Ｗを超えてもその効果は限定的であるだけでなく、第２の高エネルギー密度ビームの照射により発生する残留応力の悪影響が無視できなくなる。必要に応じて、幅の上限を１．８Ｗ、１．５Ｗ、又は１．２Ｗとしてもよい。幅の上限を０．３Ｗまたは０．５Ｗとしてもよい。
【００５０】
一対の変質帯１３Ｃ，１３Ｃのそれぞれの厚さは、５ｍｍ以上であればよい。すなわち、第２の高エネルギー密度ビームの照射で５ｍｍ以上の厚さの変質帯１３Ｃ，１３Ｃを形成することにより、引張残留応力を確実に発生させ、この反力により第１の高エネルギー密度ビームの照射により発生した溶接ビード１２Ｃの止端部付近の引張残留応力を緩和させる又は圧縮残留応力に改質させることができる。ただし、厚さが１０ｍｍ以上になると、第２の高エネルギー密度ビームにより形成される残留応力が板厚方向にも大きくなり、疲労破壊の起点となる可能性が出てくるため、上限は１０ｍｍに規定される。必要に応じて、９ｍｍ以下、又は８ｍｍ以下としてもよい。
【００５１】
溶接止端部の残留応力を低減するためには、一対の変質帯１３Ｃ，１３Ｃの各外側端と溶接ビード１２Ｃの中心線Ｃとの距離は、それぞれ０．６Ｗ以上であればよい。上限は、変質帯の幅の上限２Ｗおよび変質帯の内側端の上限４Ｗに対応し、それぞれ６Ｗ以下とする。
【００５２】
上述の溶接継手１Ｃによれば、溶接ビード１２Ｃの両止端部に引張残留応力低減帯域が形成されるため、優れた疲労特性を発揮することができる。このため、この溶接継手１Ｃを採用した溶接構造体は、ギガサイクル環境下で使用される風力発電塔の基礎部分を構成する構造体又は鋼管柱として使用することができる。
本実施形態では、溶接ビード１２Ｃの両側の、止端部から離れた部分をＡｃ１温度以上に加熱する。加熱温度が溶融点温度以上となってもよい。加熱の結果、その加熱領域（溶融部を含んでも良い）は軟化し、溶接ビード１２Ｃの止端部近傍の引張残留応力に起因して塑性変形する。その結果、溶接ビード１２Ｃの止端部近傍の引張残留応力が緩和され、耐疲労亀裂発生特性が向上する。
【００５３】
以下、本実施形態に係る溶接継手１Ｃの製造方法について詳述する。
本実施形態に係る溶接継手１Ｃは、一対の被溶接金属材１１Ｃ，１１Ｃの間の突合せ部分に第１の高エネルギー密度ビームを照射する第１照射工程と、溶接継手１Ｃに、第１の高エネルギー密度ビーム照射側から、第２の高エネルギー密度ビームを照射する第２照射工程とにより製造される。詳述すると、第１の照射工程により、表面上の幅がＷである溶接ビード１２Ｃを形成し、第２の照射工程により被照射部をＡｃ１以上に加熱し、溶接ビード１２Ｃと平行な帯形状を有し、溶接ビード１２Ｃの幅方向中央（中心線Ｃ）より左側と右側とにそれぞれ位置する一対の変質帯１３Ｃ，１３Ｃを形成する。
【００５４】
第２の照射工程による入熱量は、第１実施形態に係る溶接継手１Ａの製造方法と同様に、第１の照射工程による入熱量の２％以上３０％以下としてもよい。変質帯の厚さを確実に５ｍｍ以上とするために、第２の照射工程による入熱量を、第１の照射工程による入熱量の５％以上、８%以上、１０％以上又は１５％以上に制限してもよい。
【００５５】
第２の照射工程では、一対の変質帯１３Ｃ，１３Ｃの幅、厚さ、離間距離それぞれが上述の適正範囲に入るように第２の高エネルギー密度ビームの照射条件を適宜設定する。また、必要に応じて第２の高エネルギー密度ビームをウィービングさせながら照射してもよい。すなわち、溶接ビード１２Ｃの幅方向（Ｘ方向）に走査させながら溶接ビード１２Ｃの長手方向（Ｚ方向）に向かって照射してもよい。これにより、第２の高エネルギー密度ビームの照射による入熱量を低減させながら、所定の幅の変質帯１３Ｃを形成して残留応力の低減をはかることができる。
【００５６】
第１の高エネルギー密度ビームは、例えば、電子ビームの場合、板厚８０ｍｍを被溶接金属材１１Ｃとして使用するとき、電圧１５０Ｖ、電流１８０ｍＡ、溶接速度２５ｍｍ／分程度の条件で照射してもよい。
第２の高エネルギー密度ビームは、例えば、電子ビームの場合、板厚８０ｍｍを被溶接金属材１１Ｃとして使用するとき、電圧１５０Ｖ、電流１００ｍＡの条件で照射してもよい。Ｘ方向およびＺ方向の照射速度を調整することにより、目標とする変質帯の厚みと幅を達成することができる。
第１の照射工程としてＲＰＥＢＷ溶接を採用する場合には、真空チャンバーによる高真空状態による電子ビーム溶接を採用した場合に比べ、溶接ビード１２Ｃの幅が増大する傾向にある。このため、ＲＰＥＢＷ溶接を採用する場合でも、溶接継手１Ｃの破壊靭性値を安定して確保するために、溶接ビード１２Ｃの幅を、被溶接金属材１１Ｃの板厚の２０％以下又は１０％以下とすることが望ましい。もしくは、ビード幅を１５ｍｍ以下、１１ｍｍ以下、７ｍｍ以下、６ｍｍ以下又は５ｍｍ以下に制限してもよい。
【００５７】
以上、第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態に係る溶接継手１Ａ、１Ｂ、１Ｃについて説明したが、各溶接継手における変質帯の寸法は、溶接継手の断面をエメリー紙などで研磨した後、５％から１０％のナイタール腐食液などを用いてエッチングすることにより、第２の高エネルギー密度ビームによる変質帯を現出して容易に測定できる。
一対の変質帯の前記離間距離が小さく互いに接している場合には、第１の高エネルギー密度ビーム照射により形成された溶接金属の幅方向中央（中心線Ｃ）を起点に、左右それぞれの変質帯の寸法を測定するものとする。
第１の高エネルギー密度ビーム照射側の表面に疲労損傷が発生しやすいため、本発明では、第１の高エネルギー密度ビームの照射側の表面に変質帯が形成されている。必要に応じて、第１の高エネルギー密度ビームが照射されない側の表面、つまり裏面側に変質帯が形成されてもよい。
【００５８】
また、上述の各実施形態に係る溶接継手は、被溶接金属材の降伏強さをＹＳｂとするとき、溶接ビードの止端部から１ｍｍ外側の位置の被溶接金属材の表面での溶接ビードの幅方向つまりＸ方向への引張残留応力σＲが、ＹＳｂ／２以下であることを特徴とする。ここで、引張残留応力σＲが消滅し、圧縮残留応力が生じた場合、引張残留応力σＲはＹＳｂ／２以下とみなす。
すなわち、上述の各実施形態に係る溶接継手の所定部位の残留応力は、測定方法として信頼性の高い歪ゲージ法により確実に測定可能な位置範囲であり、かつ疲労き裂が発生する可能性が最も高い位置である、溶接ビードの止端部から１ｍｍ外側の位置を測定位置とする。この位置における、疲労き裂を最も発生させやすい方向への引張残留応力σＲが、被溶接鋼材の降伏強さＹＳｂ（即ち、理論上最大限の引張残留応力）の１／２の値以下にされているため、疲労強度の低下を抑制することができる。
ただし、残留応力の測定方法としては、Ｘ線応力測定，バルクハウゼン法を利用することもできる。左右の溶接止端部から１ｍｍ外側の位置で測定し、高い方の値を採用することが望ましい。
溶接止端部の残留応力の測定方向は特に限定するものではないが，歪ゲージ法が最も精度が高く，信頼できるので，歪ゲージ法が好ましい。歪ゲージ法では，溶接止端部の極近くに歪ゲージを添付した後，歪ゲージ周辺を切り出して，周辺の残留応力を解放させることにより測定する方法である。本発明では特にゲージ長が小さい残留応力測定用の歪ゲージを用いるのが好ましい。しかし，この方法は，測定のために溶接継手を切り刻む必要がある。そこで，実際の適用にあたっては，歪ゲージ法により測定される値を再現できる各種残留応力測定方法を用いることが望ましい。具体的には、Ｘ線応力測定法や、バルクハウゼン法を用いれば良い。これらの方法は、測定する鋼板や溶接継手の表面性状などによりバラツキが大きくなる場合もあるので、歪ゲージ法で得られる値と同等の値が再現性良く得られるような表面性状や，キャリブレーション用の設定などをあらかじめ検討しておくことが望ましい。
【実施例】
【００５９】
次に、本発明を実施例に基づいて説明するが、実施例における条件は、本発明の実施可能性および効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、これらの条件例のみに限定されない。
本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件ないし条件の組み合わせを採用し得るものである。【００６０】
（第１実施例）
一対の鋼板の突合せ部分に第１の電子ビーム（第１の高エネルギー密度ビーム）を照射することにより突合せ溶接を行い、継手Ａ１〜Ａ３１を製造した。表１は、それぞれの継手Ａ１〜Ａ３１で用いた一対の鋼板の鋼種a1、a2、a3を示し、表２は第１の電子ビームの照射条件を示す。【００６１】
【表１】
2011068155.tif 000003
【００６２】
【表２】
2011068155.tif 000004
【００６３】
継手Ａ１〜Ａ２０、Ａ２６〜Ａ３１には、第１の電子ビームを照射した面と同じ面に対し、第２の電子ビームを照射することにより一対の変質帯をその表面に形成した。表３は第２の電子ビームの照射条件を示す。【００６４】
【表３】
2011068155.tif 000005
【００６５】
このようにして製造された継手Ａ１〜Ａ３１の詳細を表４に示す。
表４に示す左右の変質帯の寸法は、各継手の断面をエメリー紙で研磨した後、５％のナイタール腐食液を用いてエッチングすることにより左右の変質帯を現出させて測定した寸法である。また、このようにして現出した変質帯の断面から、溶融凝固部の有無を確認した。
内端距離は、左右それぞれの変質帯の内側端と溶接ビードの幅方向中央との距離である。
外端距離は、左右それぞれの変質帯の外側端と溶接ビードの幅方向中央との距離である。【００６６】
【表４】
2011068155.tif 000006
【００６７】
表５に、継手Ａ１〜Ａ３１それぞれに関し、「溶接止端部から１ｍｍ外側の残留応力測定値σＲ」、「母材の降伏強度Ｙｓｂ」、及び継手性能である「２×１０６回の継手疲労強度」、「超音波疲労試験での低下率」、「ギガサイクル下での継手疲労強度」を示す。【００６８】
【表５】
2011068155.tif 000007
【００６９】
「溶接止端部から１ｍｍ外側の残留応力測定値σＲ」は、溶接止端部から１ｍｍ外側の残留応力を歪ゲージ法により測定した値である。
「２×１０６回の継手疲労強度」は、図６に示す位置から継手疲労試験片２３を採取し、試験片の表面側から疲労亀裂が発生するように継手疲労試験片２３の裏面を機械研削し、軸力／応力を０．１、繰り返し速度５Ｈｚの条件にて疲労試験を行うことにより求めた。
「超音波疲労試験での低下率」は、図６に示す位置から採取した超音波試験片２４に超音波試験を行い、２×１０６回の疲労強度と２×１０９回の疲労強度を求め、その低下率を算出した値である。
「ギガサイクル下での継手疲労強度」は推定値であり、「２×１０６回の継手疲労強度」に対し「超音波疲労試験での低下率」を積算して求めた。【００７０】
表４、表５を参照すると、継手Ａ１〜Ａ２０では第２の電子ビームの照射により適切な寸法の変質帯が溶接ビードの幅方向中央の左右に形成されたため、良好な継手性能が得られたことがわかる。【００７１】
一方、継手Ａ２１〜Ａ２５では第２の電子ビームの照射を行わなかったため、第１の電子ビームの照射により発生した溶接ビードの止端部近傍の引張残留応力が緩和されず、良好な継手性能が得られなかった。【００７２】
継手Ａ２６〜Ａ３１では第２の電子ビームの照射を行ったものの、それにより形成された左右の変質帯が適切な寸法を有していなかったため、良好な継手性能を得られなかった。
継手Ａ２６では、左右の変質帯の幅がビード幅Ｗに対して小さかったため、溶接ビードの止端部近傍の引張残留応力を十分に緩和できなかった。
継手Ａ２７では、左右の変質帯の厚さが小さかったため、溶接ビードの止端部近傍の引張残留応力を十分に緩和できなかった。
継手Ａ２８では、左右の変質帯の厚さが大きかったため、第２の電子ビーム照射により発生した引張残留応力により継手性能を悪化させてしまった。
継手Ａ２９では、内端距離が大きかったため、すなわち左右の変質帯がビード止端部から大きく離間していたため、溶接ビード止端部近傍の引張残留応力を十分に緩和することができなかった。
継手Ａ３０では、右側の変質帯の幅がビード幅に対して小さかったため、溶接ビード止端部近傍の引張残留応力を十分に緩和できなかった。
継手Ａ３１では、左右の変質帯の幅、厚さ、外端距離のいずれも小さかったため、溶接ビード止端部近傍の引張残留応力を十分に緩和することができなかった。【００７３】
（第２実施例）
一対の鋼板の突合せ部分に第１の電子ビーム（第１の高エネルギー密度ビーム）を照射することにより突合せ溶接を行い、継手Ｂ１〜Ｂ３０を製造した。表６は、それぞれの継手Ｂ１〜Ｂ３０で用いた一対の鋼板の鋼種b1、b2、b3を示し、表７は第１の電子ビームの照射条件を示す。【００７４】
【表６】
2011068155.tif 000008
【００７５】
【表７】
2011068155.tif 000009
【００７６】
更に、継手Ｂ１〜Ｂ３０に、第１の電子ビームを照射した面と同じ面に対し、第２の電子ビームを照射することにより一対の変質帯をその表面に形成した。表８は第２の電子ビームの照射条件を示す。【００７７】
【表８】
2011068155.tif 000010
【００７８】
このようにして製造された継手Ｂ１〜Ｂ３０の詳細を表９に示す。
表４に示す左右の変質帯の寸法は、各継手の断面をエメリー紙で研磨した後、５％のナイタール腐食液を用いてエッチングすることにより左右の変質帯を現出させて測定した寸法である。また、このようにして現出した変質帯の断面から、溶融凝固部の有無を確認した。
内端距離は、左右それぞれの変質帯の内側端と溶接ビードの幅方向中央との距離である。
外端距離は、左右それぞれの変質帯の外側端と溶接ビードの幅方向中央との距離である。【００７９】
【表９】
2011068155.tif 000011
【００８０】
表１０に、継手Ｂ１〜Ｂ３０それぞれに関し、「溶接止端部から１ｍｍ外側の残留応力測定値σＲ」、「母材の降伏強度Ｙｓｂ」、及び継手性能である「２×１０６回の継手疲労強度」、「超音波疲労試験での低下率」、「ギガサイクル下での継手疲労強度」を示す。【００８１】
【表１０】
2011068155.tif 000012
【００８２】
「溶接止端部から１ｍｍ外側の残留応力測定値σＲ」は、溶接止端部から１ｍｍ外側の残留応力を歪ゲージ法により測定した値である。
「２×１０６回の継手疲労強度」は、図６に示す位置から継手疲労試験片２３を採取し、試験片の表面側から疲労亀裂が発生するように継手疲労試験片２３の裏面を機械研削し、軸力／応力を０．１、繰り返し速度５Ｈｚの条件にて疲労試験を行うことにより求めた。
「超音波疲労試験での低下率」は、図６に示す位置から採取した超音波試験片２４に超音波試験を行い、２×１０６回の疲労強度と２×１０９回の疲労強度を求め、その低下率を算出した値である。具体的には、２×１０９回の疲労強度を２×１０６回の疲労強度で除算することにより算出した。
「ギガサイクル下での継手疲労強度」は推定値であり、「２×１０６回の継手疲労強度」に対し「超音波疲労試験での低下率」を積算して求めた。【００８３】
表９、表１０を参照すると、継手Ｂ１〜Ｂ２５では第２の電子ビームの照射により適切な寸法の変質帯が溶接ビードの幅方向中央の左右に形成されたため、良好な継手性能が得られたことがわかる。【００８４】
一方、継手Ｂ２６〜Ｂ３０では左右の変質帯が適切な寸法を有していなかったため、良好な継手性能を得られなかった。
継手Ｂ２６では第２の電子ビームの照射の入熱量が大きく、また、右側の変質帯の幅が過大となったため、その照射箇所において発生した引張残留応力の影響により、十分な継手特性を得ることができなかった。
継手Ｂ２７では左右の変質帯の厚さが小さかったため、溶接ビードの止端部近傍の引張残留応力を十分に緩和できなかった。
継手Ｂ２８では左右の変質帯の幅がビード幅に対して小さかったため、溶接ビード止端部近傍の引張残留応力を十分に緩和できなかった。
継手Ｂ２９では左右の変質帯の厚さが大きかったため、第２の電子ビーム照射により発生した引張残留応力により継手性能を悪化させてしまった。
継手Ｂ３０では内端距離が大きかったため、すなわち左右の変質帯がビード止端部から大きく離間していたため、溶接ビード止端部近傍の引張残留応力を十分に緩和することができなかった。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明によれば、ギガサイクル域の振動環境における耐疲労特性を有し、かつ、破壊靱性値δｃが十分に高い溶接継手を形成することができる。このため、本発明の溶接継手は、洋上風力発電塔の基礎部材における溶接継手として産業上の利用可能性が高い。
【符号の説明】
【００８６】
１Ａ、１Ａ’、１Ｂ、１Ｃ  溶接継手
１１Ａ、１１Ａ’、１１Ｂ、１１Ｃ  被溶接金属材（溶接母材）
１２Ａ、１２Ａ’、１２Ｂ、１２Ｃ  溶接ビード
１３Ａ、１３Ａ’、１３Ｂ、１３Ｃ  変質帯
２３  継手疲労試験片
２４  超音波疲労試験片
Ｗ  溶接ビード幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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