(57)【要約】【課題】溶接部の欠陥からの亀裂成長を飛躍的に抑制し、鋼構造物の脆性破壊を十分に防止することを可能とする溶接技術を提供する。【解決手段】通常溶接材料を用いて部材と部材とが溶接された既設の鋼構造物において、溶接欠陥あるいは割れが発生しやすい溶接箇所、または既に亀裂が発生している溶接箇所、もしくは将来亀裂が発生すると予測される溶接箇所の表面に、マルテンサイト変態開始点が４００℃以下の低変態温度溶接材料を用いて、溶接箇所の亀裂の成長方向に対して交差する方向に、肉盛溶接により溶接ビードを形成する溶接方法。【選択図】図１
2018030143.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通常溶接材料を用いて部材と部材とが溶接された既設の鋼構造物において、溶接欠陥あるいは割れが発生しやすい溶接箇所、または既に亀裂が発生している溶接箇所、もしくは将来亀裂が発生すると予測される溶接箇所の表面に、マルテンサイト変態開始点が４００℃以下の低変態温度溶接材料を用いて、前記溶接箇所の亀裂の成長方向に対して交差する方向に、肉盛溶接により溶接ビードを形成することを特徴とする溶接方法。
【請求項２】
部材と部材とを通常溶接材料を用いて溶接した後、溶接欠陥あるいは割れが発生しやすい溶接箇所、または既に亀裂が発生している溶接箇所、もしくは将来亀裂が発生すると予測される溶接箇所の表面に、マルテンサイト変態開始点が４００℃以下の低変態温度溶接材料を用いて、前記溶接箇所の亀裂の成長方向に対して交差する方向に、肉盛溶接により溶接ビードを形成することを特徴とする溶接方法。
【請求項３】
前記溶接ビードの形成を、前記部材の一面または両面で行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の溶接方法。
【請求項４】
前記溶接箇所の亀裂の成長方向に対して交差する方向が、９０±３０°の範囲内の方向であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の溶接方法。
【請求項５】
前記溶接箇所の亀裂の成長方向に対して交差する方向が、略垂直であることを特徴とする請求項４に記載の溶接方法。
【請求項６】
前記溶接ビードを、一方から他方へ向けて一方向に形成することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の溶接方法。
【請求項７】
運棒法にウィービング法を用いて前記溶接ビードを形成することを特徴とする請求項６に記載の溶接方法。
【請求項８】
複数の部材を溶接して鋼構造物を構成する溶接継手の製造方法であって、
前記部材同士を通常溶接材料を用いて溶接した後、
溶接欠陥あるいは割れが発生しやすい溶接箇所、または既に亀裂が発生している溶接箇所、もしくは将来亀裂が発生すると予測される溶接箇所の表面に、マルテンサイト変態開始点が４００℃以下の低変態温度溶接材料を用いて、前記溶接箇所の亀裂の成長方向に対して交差する方向に、肉盛溶接により溶接ビードを形成することを特徴とする溶接継手の製造方法。
【請求項９】
複数の部材が溶接されて鋼構造物を構成する溶接継手であって、
前記部材同士が溶接された溶接箇所には通常溶接材料が使用されており、
溶接欠陥あるいは割れが発生しやすい溶接箇所、または既に亀裂が発生している溶接箇所、もしくは将来亀裂が発生すると予測される溶接箇所の表面に、マルテンサイト変態開始点が４００℃以下の低変態温度溶接材料を用いて肉盛溶接された溶接ビードが、前記溶接箇所の亀裂の成長方向に対して交差する方向に設けられていることを特徴とする溶接継手。
【請求項１０】
前記部材として第１と第２の２枚の平板を備え、前記２枚の平板が互いの端面同士が通常溶接材料で突合せ溶接されて平板状をなしていると共に、
前記平板の面上に、肉盛溶接された前記溶接ビードが、前記突合せ溶接の溶接ビードに対して交差する方向に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の溶接継手。
【請求項１１】
断面Ｔ字状で、前記部材として、第１、第２および第３の３枚の平板を備え、
第１と第２の平板は端面で突合せ溶接されて平板状をなしており、
第３の平板は、第１と第２の平板がなす平板の一方の面上に前記面に対して垂直で、第１と第２の平板を跨ぎ、前記突合せ溶接の溶接ビードに対して垂直方向に隅肉溶接されており、
前記突合せ溶接の溶接ビードと前記第３の平板とを跨いで、肉盛溶接された前記溶接ビードが、前記隅肉溶接の溶接ビードに対して交差する方向に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の溶接継手。
【請求項１２】
第１の平板と第２の平板とが突き合わせ溶接されている第１部材と、
第３の平板と第４の平板とが突き合わせ溶接されている第２部材とを備え、
前記第１の部材に対して前記第１の部材の溶接ビードに直交する方向に、前記第２の部材が垂直に隅肉溶接されており、
前記隅肉溶接の溶接ビード上に、肉盛溶接された前記溶接ビードが、前記第１の平板および前記第２の平板同士の突合せ溶接の溶接ビードおよび前記第３の平板および前記第４の平板同士の突合せ溶接の溶接ビードに対して交差する方向に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の溶接継手。
【請求項１３】
円筒状で、前記部材として、外径および内径が同じ第１の円筒と第２の円筒の２個の円筒を備え、
前記２個の円筒は、側面に長手方向に沿って突合せ溶接された継ぎ目を有し、
前記継ぎ目の溶接ビードが合致しないようにして、前記第１の円筒と前記第２の円筒が端面で突合せ溶接されており、
前記端面における突合せ溶接の溶接ビードの外周面側に、肉盛溶接された前記溶接ビードが、前記継ぎ目の溶接の溶接ビートに対して交差する方向に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の溶接継手。
【請求項１４】
円筒状で、前記部材として、外径および内径が同じ第１の円筒と第２の円筒の２個の円筒を備え、
前記２個の円筒は、側面に長手方向に沿って突合せ溶接された継ぎ目を有し、
前記継ぎ目の溶接ビードが合致しないようにして、前記第１の円筒と前記第２の円筒が端面で突合せ溶接されており、
円筒の外周面側に、前記第１の円筒と前記第２の円筒の前記継ぎ目の溶接ビードとを跨いで、肉盛溶接された前記溶接ビードが前記端面の突合せ溶接の溶接ビードに対して交差する方向に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の溶接継手。
【請求項１５】
平板の一方の面上に前記面に対して垂直で、かつ前記平板の長手方向に梁が隅肉溶接された断面Ｔ字状の部材を２個備え、
２個の部材の端面同士で突合せ溶接され、
前記２個の部材は、前記端面で一方の部材が他方の部材に対して前記梁が設けられていない側に所定の角度で屈折しており、
前記梁が隅肉溶接されていない面上の前記梁の真裏の部分において、肉盛溶接された前記溶接ビードが、２枚の平板の突合せ溶接の溶接ビードに対して交差する方向に前記２枚の平板を跨いで設けられていることを特徴とする請求項９に記載の溶接継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼構造物の破壊強度を向上させる鋼材の溶接方法、溶接継手の製造方法および溶接継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶、海洋構造物、橋梁等の鋼構造物は、鋼材や溶接部に存在する亀裂等の欠陥が疲労等で成長して許容長さを超えると、想定内の負荷荷重、即ち設計荷重以下の負荷荷重であっても脆性破壊を起こす。また時には、許容長さ以下の小さい欠陥であっても、想定外の負荷荷重、即ち設計荷重を超える荷重が加わると、同様に、脆性破壊を起こす。
【０００３】
そこで、従来より、構造物の製造時にやむなく入り込む欠陥については、検査によって見出し、補修を施すことにより欠陥を無くすようにしているが、小さな欠陥を検出することは容易ではなく、一部小さな欠陥が残ってしまうことが避けられない。
【０００４】
また、製造時に欠陥が残っていない場合でも、鋼構造物は年数を経ると疲労現象によって欠陥が生じ、時々刻々と成長していく。
【０００５】
一方、今日、過去の破壊例や構造応力の解析法が発達したことにより、鋼構造物における脆性破壊位置を予測することが可能になってきており、この予測される脆性破壊位置で脆性破壊が実際に発生することを防止するために、鋼材板厚を増したり補強部材を補足したりして単位面積当たりの応力を低減することや、鋼材や溶接金属の靭性を高めることが行われている。
【０００６】
即ち、存在する欠陥の大きさ、欠陥を拡大させる荷重、欠陥の拡大を抑える材料の靭性値などの因子を考慮した構造設計が行われている。
【０００７】
また、既設の鋼構造物に対しても、脆性破壊の防止のために定期検査を頻繁に行い、欠陥の長さが限界許容長さを超して脆性破壊へ移行する前に補修を行っているが、膨大な補修費用が必要になるという問題がある。そして、欠陥に負荷される応力を低減するための鋼材の厚さ増や、応力集中を低減させるための部材の補足は、鋼構造物の重量増を来たすため、船舶等の輸送用鋼構造物においては燃費等の低下だけでなく、材料コストの増加も招いている。
【０００８】
そこで、このような問題を解決するため、この５０年間、鋼の高純度化やミクロ組織の改善により鋼材や溶接材料（以下、単に「溶材」ともいう）の靭性値を向上させることが重点的に行われている（例えば特許文献１〜４参照）。
【０００９】
しかし、これらの技術も頭打ちの状態にあるのが現状であり、鋼構造物の脆性破壊の防止に対して、さらなる技術改良が求められている。特に鋼構造物の最弱部である溶接部の脆性破壊を防止することが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−３１６３２６号公報
【特許文献２】特開２０１５−１８９９８４号公報
【特許文献３】特開２０１６−５０３５０号公報
【特許文献４】特開２０１４−６０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、溶接部の欠陥からの亀裂成長を飛躍的に抑制し、鋼構造物の脆性破壊を十分に防止することを可能とする溶接技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は、上記の課題を解決するため鋭意検討を行った結果、以下に記載する発明により上記の課題が解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１３】
請求項１に記載の発明は、
通常溶接材料を用いて部材と部材とが溶接された既設の鋼構造物において、溶接欠陥あるいは割れが発生しやすい溶接箇所、または既に亀裂が発生している溶接箇所、もしくは将来亀裂が発生すると予測される溶接箇所の表面に、マルテンサイト変態開始点が４００℃以下の低変態温度溶接材料を用いて、前記溶接箇所の亀裂の成長方向に対して交差する方向に、肉盛溶接により溶接ビードを形成することを特徴とする溶接方法である。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、
部材と部材とを通常溶接材料を用いて溶接した後、溶接欠陥あるいは割れが発生しやすい溶接箇所、または既に亀裂が発生している溶接箇所、もしくは将来亀裂が発生すると予測される溶接箇所の表面に、マルテンサイト変態開始点が４００℃以下の低変態温度溶接材料を用いて、前記溶接箇所の亀裂の成長方向に対して交差する方向に、肉盛溶接により溶接ビードを形成することを特徴とする溶接方法である。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、
前記溶接ビードの形成を、前記部材の一面または両面で行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の溶接方法である。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、
前記溶接箇所の亀裂の成長方向に対して交差する方向が、９０±３０°の範囲内の方向であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の溶接方法である。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、
前記溶接箇所の亀裂の成長方向に対して交差する方向が、略垂直であることを特徴とする請求項４に記載の溶接方法である。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、
前記溶接ビードを、一方から他方へ向けて一方向に形成することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の溶接方法である。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、
運棒法にウィービング法を用いて前記溶接ビードを形成することを特徴とする請求項６に記載の溶接方法である。
【００２０】
請求項８に記載の発明は、
複数の部材を溶接して鋼構造物を構成する溶接継手の製造方法であって、
前記部材同士を通常溶接材料を用いて溶接した後、
溶接欠陥あるいは割れが発生しやすい溶接箇所、または既に亀裂が発生している溶接箇所、もしくは将来亀裂が発生すると予測される溶接箇所の表面に、マルテンサイト変態開始点が４００℃以下の低変態温度溶接材料を用いて、前記溶接箇所の亀裂の成長方向に対して交差する方向に、肉盛溶接により溶接ビードを形成することを特徴とする溶接継手の製造方法である。
【００２１】
請求項９に記載の発明は、
複数の部材が溶接されて鋼構造物を構成する溶接継手であって、
前記部材同士が溶接された溶接箇所には通常溶接材料が使用されており、
溶接欠陥あるいは割れが発生しやすい溶接箇所、または既に亀裂が発生している溶接箇所、もしくは将来亀裂が発生すると予測される溶接箇所の表面に、マルテンサイト変態開始点が４００℃以下の低変態温度溶接材料を用いて肉盛溶接された溶接ビードが、前記溶接箇所の亀裂の成長方向に対して交差する方向に設けられていることを特徴とする溶接継手である。
【００２２】
請求項１０に記載の発明は、
前記部材として第１と第２の２枚の平板を備え、前記２枚の平板が互いの端面同士が通常溶接材料で突合せ溶接されて平板状をなしていると共に、
前記平板の面上に、肉盛溶接された前記溶接ビードが、前記突合せ溶接の溶接ビードに対して交差する方向に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の溶接継手である。
【００２３】
請求項１１に記載の発明は、
断面Ｔ字状で、前記部材として、第１、第２および第３の３枚の平板を備え、
第１と第２の平板は端面で突合せ溶接されて平板状をなしており、
第３の平板は、第１と第２の平板がなす平板の一方の面上に前記面に対して垂直で、第１と第２の平板を跨ぎ、前記突合せ溶接の溶接ビードに対して垂直方向に隅肉溶接されており、
前記突合せ溶接の溶接ビードと前記第３の平板とを跨いで、肉盛溶接された前記溶接ビードが、前記隅肉溶接の溶接ビードに対して交差する方向に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の溶接継手である。
【００２４】
請求項１２に記載の発明は、
第１の平板と第２の平板とが突き合わせ溶接されている第１部材と、
第３の平板と第４の平板とが突き合わせ溶接されている第２部材とを備え、
前記第１の部材に対して前記第１の部材の溶接ビードに直交する方向に、前記第２の部材が垂直に隅肉溶接されており、
前記隅肉溶接の溶接ビード上に、肉盛溶接された前記溶接ビードが、前記第１の平板および前記第２の平板同士の突合せ溶接の溶接ビードおよび前記第３の平板および前記第４の平板同士の突合せ溶接の溶接ビードに対して交差する方向に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の溶接継手である。
【００２５】
請求項１３に記載の発明は、
円筒状で、前記部材として、外径および内径が同じ第１の円筒と第２の円筒の２個の円筒を備え、
前記２個の円筒は、側面に長手方向に沿って突合せ溶接された継ぎ目を有し、
前記継ぎ目の溶接ビードが合致しないようにして、前記第１の円筒と前記第２の円筒が端面で突合せ溶接されており、
前記端面における突合せ溶接の溶接ビードの外周面側に、肉盛溶接された前記溶接ビードが、前記継ぎ目の溶接の溶接ビートに対して交差する方向に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の溶接継手である。
【００２６】
請求項１４に記載の発明は、
円筒状で、前記部材として、外径および内径が同じ第１の円筒と第２の円筒の２個の円筒を備え、
前記２個の円筒は、側面に長手方向に沿って突合せ溶接された継ぎ目を有し、
前記継ぎ目の溶接ビードが合致しないようにして、前記第１の円筒と前記第２の円筒が端面で突合せ溶接されており、
円筒の外周面側に、前記第１の円筒と前記第２の円筒の前記継ぎ目の溶接ビードとを跨いで、肉盛溶接された前記溶接ビードが前記端面の突合せ溶接の溶接ビードに対して交差する方向に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の溶接継手である。
【００２７】
請求項１５に記載の発明は、
平板の一方の面上に前記面に対して垂直で、かつ前記平板の長手方向に梁が隅肉溶接された断面Ｔ字状の部材を２個備え、
２個の部材の端面同士で突合せ溶接され、
前記２個の部材は、前記端面で一方の部材が他方の部材に対して前記梁が設けられていない側に所定の角度で屈折しており、
前記梁が隅肉溶接されていない面上の前記梁の真裏の部分において、肉盛溶接された前記溶接ビードが、２枚の平板の突合せ溶接の溶接ビードに対して交差する方向に前記２枚の平板を跨いで設けられていることを特徴とする請求項９に記載の溶接継手である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、溶接部の欠陥からの亀裂成長を飛躍的に抑制し、鋼構造物の脆性破壊を十分に防止することを可能とする溶接技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】ＬＴＴ溶材および通常溶材を用いて溶接ビードを形成させた際の溶接長と残留応力との関係を示す図である。
【図２】図１において使用した溶接ビードの平面図である。
【図３】ＬＴＴ溶材および通常溶材の変位と温度の関係の一例を説明する図である。
【図４】ＬＴＴ溶材の変位と温度の関係の一例を示す図である。
【図５】ＬＴＴ溶材の変位と温度の関係の他の一例を示す図である。
【図６】ＬＴＴ溶材と通常溶材のシャルピー衝撃吸収エネルギーを示す図である。
【図７】ＬＴＴ溶材と通常溶材の延性破面率を示す図である。
【図８】ウィービング法による運棒法の一例を示す模式図である。
【図９】平板タイプの溶接継手の斜視図である。
【図１０】Ｔ字タイプの溶接継手の一例を示す図である。
【図１１】Ｔ字タイプの溶接継手の他の一例を示す図である。
【図１２】円筒タイプの溶接継手の一例を示す斜視図である。
【図１３】円筒タイプの溶接継手の他の一例を示す斜視図である。
【図１４】屈折タイプの溶接継手の一例を示す図である。
【図１５】評価用サンプルの作製方法を説明する図である。
【図１６】破断までの荷重応力の測定方法を説明する斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明を実施の形態に基づいて、図面を参照しつつ説明する。
【００３１】
１．本発明の背景となる技術
最初に、本発明の背景となる技術について説明する。
【００３２】
本発明者は、上記した欠陥（亀裂）の発生と成長の大きな要因である引張応力に対して材料の靭性を高めることで対処するという従来技術が現状頭打ちの状態にあることに鑑み、従来技術から発想を一転させて、部材と部材との溶接箇所に掛かる引張応力を実質的に低減させることにより、鋼構造物の脆性破壊を防止するという考えに切り替えた。
【００３３】
即ち、部材と部材とが溶接されて構成される鋼構造物で、既に亀裂が発生している溶接箇所においては引張応力により亀裂が成長し、また、将来亀裂が発生すると予測される溶接箇所においては引張応力により亀裂が発生、成長していくことが分かっている。このため、この溶接箇所に掛かる引張応力を実質的に低減させることができれば、脆性破壊への抵抗性が向上して、亀裂の発生や成長を抑制することができる。
【００３４】
（１）ＬＴＴ溶材
そして、このような引張応力の低減を図ることができる材料として、本発明者は、マルテンサイト変態を開始する温度（「Ｍｓ温度」）が低い溶接材料（以下、低変態温度溶接材料、Ｌｏｗ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ：ＬＴＴ溶材という）に着目した。
【００３５】
このＬＴＴ溶材は、溶接後の冷却過程において発生するマルテンサイト変態膨張を活用して圧縮残留応力を生じさせる溶接材料であるが、あまりにもシャルピーの衝撃吸収エネルギー値が低いことに加えて、Ｍｓ温度を下げるため溶材合金成分が高成分の溶接金属になり、溶接割れを伴う危険があると考えられていたため、鋼構造物を構成する部材を製造するための溶接材料としての使用は、従来、考えられていなかった。
【００３６】
しかし、本発明者が種々の実験を行ったところ、このＬＴＴ溶材を用いた溶接の場合、溶接割れを伴わず、溶接箇所に約−５００ＭＰａという極めて大きな圧縮残留応力を形成させることが可能であることが分かった。この結果に基づいて、本発明者は、このような大きな圧縮残留応力を形成可能なＬＴＴ溶材を、引張応力を低減させて亀裂の発生や成長を抑制する材料として適用できないかと考えた。
【００３７】
そして、さらに実験を行ったところ、このＬＴＴ溶材による大きな圧縮残留応力の形成は特定の溶接方向に限られることが分かった。この結果に基づいて、本発明者は、この大きな圧縮残留応力が形成される方向が引張応力の掛かる方向に対応するように、ＬＴＴ溶材の溶接ビードを設けた場合、大きな圧縮残留応力が引張応力を低減させて、亀裂の発生や成長を抑制することができると考えた。
【００３８】
ここで、上記したＬＴＴ溶材による圧縮残留応力と溶接ビードの形成方向に関する実験について、図１および図２を用いて説明する。本実験においては、ＬＴＴ溶材にＭｓ点が約２００℃の１０％Ｃｒ−１０％Ｎｉ鋼成分の材料を、通常溶接材料（通常溶材）にＭｓ点が約５００℃の一般市販材料を使用して、種々の長さで溶接ビードを形成させた後、各溶接ビードにおける残留応力を測定した。なお、ここで、通常溶接材料（通常溶材）とは、一般に市販されている高張力鋼用の溶接材料をいう。
【００３９】
図１は、図２に示すように、２０ｍｍ厚鋼板の中央に溶接ビードを置いた時の各溶接ビードにおける溶接長と残留応力との関係を示す図であり、図２は形成した溶接ビードを示す図である。なお、残留応力の測定に際しては、図２に示すｘ方向（溶接ビードの長手方向）、ｙ方向（溶接ビードの幅方向）の２方向で行い、測定結果を図１にσｘ、σｙとして示している。
【００４０】
図１より、通常溶材では溶接長が長くなっても、ｘ方向、ｙ方向のいずれも残留応力は０より小さくなり難く、残留応力が引張応力であることが分かる。これに対して、ＬＴＴ溶材では、ｙ方向の残留応力は０より大きく引張応力であるのに対して、ｘ方向の残留応力は０より小さく圧縮残留応力となっていることが分かる。また、ＬＴＴ溶材では、溶接長が長くなるにつれて圧縮残留応力が大きくなっていることが分かる。そして、３００ｍｍの溶接長では、前記した約−５００ＭＰａという極めて大きな圧縮残留応力が形成されていることが分かる。
【００４１】
この結果より、ＬＴＴ溶材の溶接ビードを、引張応力の掛かる方向に対応する方向（亀裂の成長方向に対応）に対して垂直方向に形成させた場合、ＬＴＴ溶材により形成された大きな圧縮残留応力が引張応力を低減させることができると期待できることが分かった。
【００４２】
ＬＴＴ溶材を使用して、上記のような大きな圧縮残留応力を得るためには、通常溶材のＭｓ温度を低下させるために、ＮｉやＣｒ等の合金成分を添加して、マルテンサイトを多く生成させ、変態膨張量、即ち変位を大きくすることが必要であるが、Ｍｓ温度の低下はその一方で、溶材合金成分の増加を伴うため、高温割れや低温割れが増加し、これらの割れが破壊起点となって応力が集中するため、破壊靭性値が不足し、その結果、前記したように、鋼構造物を構成する部材を製造するための溶接材料としては不適切であると考えられていた。
【００４３】
そして、実験を行ったところ、後述する実施例に示すように、亀裂の成長方向に対して垂直方向にＬＴＴ溶材を肉盛溶接して溶接ビードを形成した場合には、靱性に劣るＬＴＴ溶材を使用しているにも拘らず、鋼構造物を構成する部材の靱性が向上し、耐脆性が向上するという驚くべき結果を得ることができ、本発明を完成するに至った。
【００４４】
次に、本発明において好ましく使用できるＬＴＴ溶材について説明する。具体的には、本発明においてはＭｓ温度が４００℃以下であるＬＴＴ溶材を使用する。
【００４５】
図３はＬＴＴ溶材の一例および通常溶材の一例における変位と温度の関係の一例を説明する図であり、縦軸は変位（μｍ）、横軸は温度（℃）である。また、ＬＴＴ溶材、通常溶材をそれぞれ実線および破線で示している。そして、図４は図３からＬＴＴ溶材だけを抜き出して示した図である。
【００４６】
図３に示すように、ＬＴＴ溶材は、冷却の過程で、一般的に約４００℃以下のＭｓ温度以下で変位が減少から増大、即ち収縮から膨張に転じ、十分な大きさの変態膨張量が得られている。しかし、Ｍｓ温度が５０℃以下の場合、室温までの膨張量が小さく、変態の効果が少なくなる。
【００４７】
一方、通常溶材では図３に示すように４００℃以下での膨張は認められず、圧縮応力の形成が期待できない。これに対して、図４に示すように、ＬＴＴ溶材では約１７０℃のＭｓ温度で変態膨張が開始しており、使用環境温度で膨張量が略ピークに達している。このように、ＬＴＴ溶材が置かれる使用環境温度で膨張がピークに達するようにすると最も大きな圧縮応力が得られるため好ましい。
【００４８】
このように、使用環境温度で膨張がピークに達するようなＬＴＴ溶材として、図４に示すように変位が温度変化する１０％Ｃｒ＋１０％Ｎｉ鋼成分の材料を挙げることができる。なお、高価な１０％Ｃｒ＋１０％Ｎｉ鋼成分の材料に替えて、図６に示すように変位が小さく温度変化する安価な６％Ｍｎ鋼成分の材料を使用して、小さいなりの変位を利用することもできる。
【００４９】
図６はＬＴＴ溶材と通常溶材のシャルピー衝撃吸収エネルギーと温度との関係を示す図であり、図７は延性破面率と温度との関係を示す図である。図６、図７の縦軸はそれぞれシャルピー衝撃吸収エネルギー（Ｊ）、延性破面率（％）であり、横軸はどちらも温度（℃）である。
【００５０】
図６に示すようにＬＴＴ溶材はシャルピー衝撃吸収エネルギーが小さく、例えばハンマーによる打撃のような衝撃に対して弱い。しかし、図７に示すように−４０℃以下の低温において、延性破面率が通常溶材よりもはるかに大きいため、引張応力が加わる状況下においては耐脆性破壊に優れることを示している。具体的には−８０℃において５０％の延性破面率を呈することが好ましいが、ＬＴＴ溶材の場合は９０％を超えている。
【００５１】
このようなＬＬＴ溶材を用いることにより、圧縮残留応力により亀裂に加わる引張荷重を低減し、亀裂の発生および成長を抑制することができる。
【００５２】
（２）通常溶材との組み合わせ
上記知見に基づき、本発明者は、部材と部材の溶接に際しては通常溶材を用いることにより、割れがなく、延性や耐脆性に優れた溶接部を形成した上で、ＬＴＴ溶材を用いて肉盛溶接することにより、大きな圧縮残留応力を形成させることを考えた。
【００５３】
即ち、通常溶材による延性や耐脆性と、ＬＴＴ溶材による大きな圧縮残留応力とによって、割れ解消と大きな圧縮残留応力の形成という２つの課題を解決して、鋼構造物における亀裂の発生や成長へ十分に抵抗させて、脆性破壊を防止することができると考えた。
【００５４】
具体的には、破壊起点箇所は応力集中部であるので、他の場所と同じく、部材と部材の溶接には従来と同様に通常溶材を使用して溶接し、割れ問題の発生を避けて、延性や耐脆性に優れた溶接部（通常溶材層）を作成する。そして、作成された通常溶材層の上にＬＴＴ溶材を使用して、ＬＴＴ溶材（低変態温度溶接材料）の溶接ビードを、引張応力の掛かる方向に対応する方向（亀裂の成長方向に対応）に対して垂直方向に肉盛溶接して、大きな圧縮残留応力が形成される溶接部（ＬＴＴ溶材層）を形成させる。
【００５５】
これにより、延性や耐脆性に優れた溶接部の上に、大きな圧縮残留応力を形成させることができるため、引張応力を低減させて、溶接部の欠陥からの亀裂成長を飛躍的に抑制し、鋼構造物の脆性破壊を十分に防止することができる。
【００５６】
また、従来の技術のような、鋼材板厚の増加や部材の補足による応力集中の緩和手段または鋼材や溶接金属の靭性値を高める材料特性の向上を必要としないため、鋼構造物の重量の増加や材料コストの増加を招かない。
【００５７】
（３）溶接ビードの形成
なお、本発明の実施にあたって、溶接ビードを肉盛溶接により形成する際には、前記したように、亀裂の成長方向に対応に対して垂直方向に形成させることが好ましいが、溶接箇所の亀裂の成長方向に対して交差する方向であればよい。
【００５８】
交差する方向に溶接ビードを形成することにより形成された圧縮残留応力は、亀裂の成長方向に対して平行な方向の力と直角な方向の力とに分解することができ、この直角な方向の力が引張荷重を小さくさせる方向に働くため、引張荷重の大きさが低減されて、亀裂の派生や成長を抑制することができる。
【００５９】
具体的には、ＬＴＴ溶材による引張荷重を低減する圧縮残留応力、即ち、直角な方向に分解される力は、亀裂の成長方向に対して交差する角度に対してサインカーブを描いて変化することになるため、この交差角度は、上記したように、垂直（９０°）に近いほどより大きな低減効果が得られ好ましい。具体的に好ましい角度としては、９０±３０°の範囲内であれば、９０°で得られる圧縮残留応力の７０％以上が得られ、亀裂の発生および成長を効果的に抑制することができる。
【００６０】
そして、この溶接ビードは、形成にあたって一方から他方へ向けて一方向となるように溶接する。即ち、溶接を往復してＬＴＴ溶材による既設の溶接ビードの上に、新たにＬＴＴ溶材による溶接ビードを形成した場合には、既設の溶接ビードが焼鈍されて圧縮応力が消失してしまうため、Ｍｓ温度以下に冷却される前に溶接ビードの形成を完了させる。
【００６１】
なお、幅広に溶接ビードを形成させる場合には、運棒法にウィービング法を用いて一度の肉盛溶接で幅広の溶接ビードを形成することが好ましい。図８にウィービング法による運棒法の例を示す。なお、図８でｘは伸長ビードの伸長の方向を示す。
【００６２】
（４）本発明がもたらす効果
本発明の技術は、鋼構造物の脆性破壊を十分に防止することを目的として、鋼構造物に潜む内部欠陥の成長を遅くし、脆性破壊への発生及び伝播を妨げることを主旨としているが、同時に疲労亀裂の発生も抑止する効果を併せ持っている。この結果、鋼構造物の弱点箇所の破壊強度は大きく上昇し、この上昇効果によって、鋼構造物は以下に記載するような利点を得ることが可能となる。
【００６３】
まず、既設、新設を問わず、通常の鋼構造物に本発明のＬＴＴ肉盛処理を施すことによって、破壊に対する安全性を著しく向上させることができる。
【００６４】
そして、鋼構造物の通常レベルの安全基準を踏襲した場合、鋼構造物の板厚の減肉を図ることができるため、鋼構造物の軽量化が可能となる。また、使用鋼材料の減量は、鋼構造物の製作コストの低下に繋がる。
【００６５】
また、このとき、ＬＴＴ溶材による圧縮残留応力の形成に合わせて、靭性値が高いとは言えない安価な鋼材や通常溶材を使用することも可能となるため、鋼構造物の製作コストの低下に結びつく。
【００６６】
また、ＬＴＴ溶材による溶接ビードを設けることによる圧縮残留応力形成は脆性破壊に大きな抑制効果を達成することができるが、この技術は局所的な処理技術であるため、処理に際して必要なＬＴＴ溶材は少量でよく、また、処理時間も短時間でよいため、従来の技術に比べて大きなコストの増加を招く恐れがない。
【００６７】
さらに、本発明の技術は、既存の鋼構造物の補修・補強にも適用可能で、大きな効果を見込める技術であるため、本発明の技術を既存の鋼構造物の補修・補強に適用することにより、鋼構造物の安全性を向上させることができるだけでなく、補修メインテナンス費用も大きく削減させることが可能となる。
【００６８】
２．本発明に係る溶接方法の実施の形態
次に、本発明に係る溶接方法の実施の形態について説明する。
【００６９】
本発明の一実施の形態に係る溶接方法は以下の通りである。即ち、
通常溶接材料を用いて部材と部材とが溶接された既設の鋼構造物において、溶接欠陥あるいは割れが発生しやすい溶接箇所、または既に亀裂が発生している溶接箇所、もしくは将来亀裂が発生すると予測される溶接箇所の表面に、マルテンサイト変態開始点が４００℃以下の低変態温度溶接材料を用いて、前記溶接箇所の亀裂の成長方向に対して交差する方向に、肉盛溶接により溶接ビードを形成することを特徴とする溶接方法である。
【００７０】
上記は、既設の鋼構造物における補修について本発明を適用した技術であり、既設の鋼構造物に本発明を適用することにより、前記したように、鋼構造物の安全性を向上させることができるだけでなく、補修メインテナンス費用も大きく削減させることができる。
【００７１】
また、本発明の他の実施の形態に係る溶接方法は以下の通りである。即ち、
部材と部材とを通常溶接材料を用いて溶接した後、溶接欠陥あるいは割れが発生しやすい溶接箇所、または既に亀裂が発生している溶接箇所、もしくは将来亀裂が発生すると予測される溶接箇所の表面に、マルテンサイト変態開始点が４００℃以下の低変態温度溶接材料を用いて、前記溶接箇所の亀裂の成長方向に対して交差する方向に、肉盛溶接により溶接ビードを形成することを特徴とする溶接方法である。
【００７２】
上記は、新設の鋼構造物における補強について、本発明を適用した技術であり、新設の鋼構造物に本発明を適用することにより、前記したように、破壊に対する安全性が著しく向上する。また、鋼構造物の板厚の減肉を図ることができるため、鋼構造物の軽量化が可能となり、鋼構造物の製作コストの低下に繋がる。また、この技術は局所的な処理技術であるため、処理に際して必要なＬＴＴ溶材は少量でよく、また、処理時間も短時間でよいため、従来の技術に比べて大きなコストの増加を招く恐れがない。
【００７３】
また、本発明の他の実施の形態に係る溶接方法は以下の通りである。即ち、
前記溶接ビードの形成を、前記部材の一面または両面で行うことを特徴とする溶接方法である。
【００７４】
前記した各溶接方法は、溶接ビードの形成を部材の一面または両面で行うことが好ましい。部材の一面でもよいが、両面とすることにより、より安全性が増し好ましい。
【００７５】
また、本発明の他の実施の形態に係る溶接方法は以下の通りである。即ち、
前記溶接箇所の亀裂の成長方向に対して交差する方向が、９０±３０°の範囲内の方向であることを特徴とする溶接方法である。
【００７６】
また、本発明の他の実施の形態に係る溶接方法は以下の通りである。即ち、
前記溶接箇所の亀裂の成長方向に対して交差する方向が、略垂直であることを特徴とする溶接方法である。
【００７７】
溶接箇所の亀裂の成長方向に対して交差する方向として、９０±３０°の範囲内の方向に溶接ビードを形成することが好ましく、略垂直（９０°）であると特に好ましい。
【００７８】
また、本発明の他の実施の形態に係る溶接方法は以下の通りである。即ち、
前記溶接ビードを、一方から他方へ向けて一方向に形成することを特徴とする溶接方法である。
【００７９】
これにより、形成された溶接ビードの全てに十分な圧縮応力を形成させることができる。
【００８０】
また、本発明の他の実施の形態に係る溶接方法は以下の通りである。即ち、
運棒法にウィービング法を用いて前記溶接ビードを形成することを特徴とする溶接方法である。
【００８１】
運棒法にウィービング法を用いて溶接ビードを形成することにより、幅広に溶接ビードを一方向に形成することができる。
【００８２】
３．溶接継手
上記した溶接方法は多様な鋼構造物の製造および保守に用いることができるが、特に溶接継手の製造に用いることが好適である。
【００８３】
（１）溶接継手の製造方法
鋼構造物に用いられる溶接継手として、後述する（ａ）平板タイプ、（ｂ）Ｔ字タイプ１、（ｃ）Ｔ字タイプ２、（ｄ）円筒状タイプ１、（ｅ）円筒状タイプ２および（ｆ）屈折タイプが挙げられる。これらの溶接継手は以下の方法で製造することができる。
【００８４】
即ち、
複数の部材を溶接して鋼構造物を構成する溶接継手の製造方法であって、
前記部材同士を通常溶接材料を用いて溶接した後、
溶接欠陥あるいは割れが発生しやすい溶接箇所、または既に亀裂が発生している溶接箇所、もしくは将来亀裂が発生すると予測される溶接箇所の表面に、マルテンサイト変態開始点が４００℃以下の低変態温度溶接材料を用いて、前記溶接箇所の亀裂の成長方向に対して交差する方向に、肉盛溶接により溶接ビードを形成することを特徴とする溶接継手の製造方法である。
【００８５】
上記した溶接継手は鋼を母材とする複数の部材が溶接されて製造される。本実施の形態では、部材同士を通常溶材を用いて溶接し、溶接欠陥あるいは割れが発生しやすい溶接箇所、または既に亀裂が発生している溶接箇所、もしくは将来亀裂が発生すると予測される溶接箇所の表面に、前記した肉盛溶接によりＬＴＴ溶材で溶接ビード（以下、突合せ溶接や隅肉溶接の溶接ビードと区別するために、「伸長ビード」という）を形成する。
【００８６】
本実施の形態では、部材同士の溶接部分に通常溶材とＬＴＴ溶材との複合溶接金属層を形成することで割れの問題を解消するとともに圧縮残留応力を形成できる。この結果、一般的に応力が集中しやすい溶接部分の割れの発生と亀裂の発生および成長を同時に抑制することができる。
【００８７】
（２）溶接継手の具体例
次に、上記した溶接継手について具体的に説明する。
【００８８】
本発明の一実施の形態の溶接継手は以下の通りである。即ち、
複数の部材が溶接されて鋼構造物を構成する溶接継手であって、
前記部材同士が溶接された溶接箇所には通常溶接材料が使用されており、
溶接欠陥あるいは割れが発生しやすい溶接箇所、または既に亀裂が発生している溶接箇所、もしくは将来亀裂が発生すると予測される溶接箇所の表面に、マルテンサイト変態開始点が４００℃以下の低変態温度溶接材料を用いて肉盛溶接された溶接ビードが、前記溶接箇所の亀裂の成長方向に対して交差する方向に設けられていることを特徴とする溶接継手である。
【００８９】
溶接継手は、複数の部材が突合せ溶接または隅肉溶接を用いて溶接されているが、前記のように、突合せ溶接または隅肉溶接の溶接ビードの形成には通常溶材が用いられる。一方、伸長ビードの形成には、ＬＴＴ溶材が用いられる。また、ＬＴＴ溶材の選択、伸長ビードの溶接長および巾の設定は、溶接継手に加わる荷重の大きさ等に応じて適宜行われる。
【００９０】
本実施の形態の溶接継手は、溶接箇所の亀裂の成長方向に対して交差する方向に、肉盛溶接により伸長ビードを形成している。交差する方向に伸長ビードを形成することにより形成された圧縮残留応力は、引張荷重を小さくさせる方向に働くため、引張荷重の大きさが低減されて、亀裂の発生や成長を抑制することができる。その結果、鋼材および溶材の欠陥の成長を飛躍的に抑制し、鋼構造物の脆性破壊を十分に防止することを可能とすることができる。このような効果は、以下の各種の溶接継手からも得ることができる。
【００９１】
また、図９〜図１４において説明する各種の溶接継手において、荷重と記載された矢印の方向に荷重が掛かるものとし、細い矢印が亀裂の成長方向を示すものとする。また、以下の説明において、「一方向」とはワンパスで伸長ビードを形成することを意味する。ＬＴＴ溶材による既設の溶接ビードの上に、新たにＬＴＴ溶材による溶接ビードを形成した場合には、既設の溶接ビードが焼鈍されて圧縮応力が消失してしまうため、Ｍｓ温度以下に冷却される前に溶接ビードの形成を完了させる必要がある。
【００９２】
（ａ）平板タイプ
図９は平板タイプの溶接継手の斜視図であり、（ａ）、（ｂ）図はそれぞれＬＴＴ製の伸長ビード形成前と形成後の状態を示す。
【００９３】
本発明の一実施の形態の溶接継手は以下の通りである。即ち、
前記部材として第１と第２の２枚の平板を備え、前記２枚の平板が互いの端面同士が通常溶接材料で突合せ溶接されて平板状をなしていると共に、
前記平板の面上に、肉盛溶接された前記溶接ビードが、前記突合せ溶接の溶接ビードに対して交差する方向に設けられていることを特徴とする溶接継手である。
【００９４】
具体的には以下の通りである。平板タイプの溶接継手１は第１の平板１１と第２平板１２の２枚の平板からなっており、前記２枚の平板は互いの端面同士が通常溶接材料で突合せ溶接されて平板状になっている。なお、１３は、突合せ溶接ビードである。
【００９５】
この突合せ溶接された平板の面上に、肉盛溶接された溶接ビード（伸長ビード）１４が、突合せ溶接の溶接ビード１３に対して交差する方向に設けられている。
【００９６】
この平板タイプの溶接継手１は、鋼構造物に組み込まれたときに、第１の平板１１と第２の平板１２とが互いに離反する方向の荷重がかかる。このとき、突合せ溶接ビード１３には第１の平板１１および第２の平板１２に対して垂直方向に引張荷重が加わる。そして、ＨＡＺ位置は靭性劣化位置で応力集中が大きい場所のため、突合せ溶接部でも止端部に溶接欠陥（溶接割れやスラグ巻き込み）が発生するとこの溶接欠陥が矢印の方向に進展する。このため、突合せ溶接ビード１３には、突合せ溶接ビード１３に沿う方向に進展する亀裂が発生すると予測される。
【００９７】
上記の予測に基づき、溶接継手１では予め両面に、突合せ溶接ビード１３の伸長方向と略垂直に交差する伸長ビード１４を形成している。即ち、伸長ビード１４は第１の平板１１から第２の平板１２に向けて伸長させる。
【００９８】
なお、図９に示した例では伸長ビード１４は溶接継手１の表裏両側に形成されているが、本発明では溶接継手１の片面にのみ形成しても良く、このような場合でも、鋼材および溶材の欠陥の成長を抑制し、鋼構造物の脆性破壊を十分に防止することが可能である。
【００９９】
（ｂ）Ｔ字タイプ１
図１０はＴ字タイプ１の溶接継手を示す図であり、（ａ）、（ｂ）図はそれぞれ斜視図および横断面図である。
【０１００】
本発明の一実施の形態の溶接継手は以下の通りである。即ち、
断面Ｔ字状で、前記部材として、第１、第２および第３の３枚の平板を備え、
第１と第２の平板は端面で突合せ溶接されて平板状をなしており、
第３の平板は、第１と第２の平板がなす平板の一方の面上に前記面に対して垂直で、第１と第２の平板を跨ぎ、前記突合せ溶接の溶接ビードに対して垂直方向に隅肉溶接されており、
前記突合せ溶接の溶接ビードと前記第３の平板とを跨いで、肉盛溶接された前記溶接ビードが、前記隅肉溶接の溶接ビードに対して交差する方向に設けられていることを特徴とする溶接継手である。
【０１０１】
Ｔ字タイプ１の溶接継手２は、図１０に示すように、第１の平板２１と、第２の平板２２と、第３の平板２４とからなる断面Ｔ字状の溶接継手である。具体的には、第１の平板２１と第２の平板２２は、端面同士で突合せ溶接されて平板状をなしている。なお、２３は、突合せ溶接ビードである。
【０１０２】
そして、第３の平板２４は、第１の平板２１と第２の平板２２を跨ぐようにして、第１の平板２１と第２の平板２２の上面に対して垂直に溶接されている。この第３の平板２４の溶接方法は隅肉溶接であり、突合せ溶接ビード２３に対して垂直方向に隅肉溶接ビード２５が形成されている。
【０１０３】
このようなＴ字タイプ１の溶接継手２では、突合せ溶接ビード２３と隅肉溶接ビード２５が重なり合う部分に溶接欠陥や割れ等が発生しやすい。このような溶接継手２が、鋼構造物に組み込まれたときに、突合せ溶接ビード２３に対して平行方向の引張荷重が加わる場合、隅肉溶接ビード２５に、欠陥等の亀裂２７が存在するとその伸長方向に沿って亀裂が進展すると予測される。
【０１０４】
上記の予測に基づき、Ｔ字タイプ１の溶接継手２では、第１の平板２１と第２の平板２２との間の突合せ溶接ビード２３と、第３の平板２４とを跨ぐようにして、隅肉溶接ビード２５に交差する伸長ビード２６を形成する。なお、この伸長ビード２６は、図１０（ｂ）に示すように、第３の平板２４の側面から第１および第２の平板２１、２２の上面に向かって、あるいはその逆方向のどちらかの一方向に形成される。
【０１０５】
（ｃ）Ｔ字タイプ２
図１１はＴ字タイプ２の溶接継手を示す図であり、（ａ）、（ｂ）図はそれぞれ斜視図および横断面図である。
【０１０６】
本発明の一実施の形態の溶接継手は以下の通りである。即ち、
第１の平板と第２の平板とが突き合わせ溶接されている第１部材と、
第３の平板と第４の平板とが突き合わせ溶接されている第２部材とを備え、
前記第１の部材に対して前記第１の部材の溶接ビードに直交する方向に、前記第２の部材が垂直に隅肉溶接されており、
前記隅肉溶接の溶接ビード上に、肉盛溶接された前記溶接ビードが、前記第１の平板および前記第２の平板同士の突合せ溶接の溶接ビードおよび前記第３の平板および前記第４の平板同士の突合せ溶接の溶接ビードに対して交差する方向に設けられていることを特徴とする溶接継手である。
【０１０７】
具体的には以下の通りである。Ｔ字タイプ２の溶接継手３は、第１の平板３３と第２の平板３５とが突き合わせ溶接されている第１の部材３１と、第３の平板３４と第４の平板３６とが突き合わせ溶接されている第２の部材３２とを備えている。
【０１０８】
そして第１の部材３１に対して第１の部材３１の突合せ溶接ビード３８に直交する方向に、第２の部材３２が垂直に隅肉溶接されて、断面Ｔ字状に構成されている。
【０１０９】
なお、３７は隅肉溶接ビードであり、３８は突合せ溶接ビードである。
【０１１０】
隅肉溶接ビード３７と突合せ溶接ビード３８が重なり合う部分に溶接欠陥や割れ等が発生しやすい。このような溶接継手３が、鋼構造物に組み込まれたときに、隅肉溶接ビード３７に対して平行方向の引張荷重が加わる場合、隅肉溶接ビード３７に、欠陥等の亀裂２７が存在するとその伸長方向に沿って亀裂が進展すると予測される。
【０１１１】
上記の予測に基づき、Ｔ字タイプ２の溶接継手３では予め両側の隅肉溶接ビード３７上に、伸長ビード３９を、第１および第２の平板３３、３５同士の突合せ溶接の溶接ビードおよび第３および第４の平板３４、３６同士の突合せ溶接の溶接ビードに対して交差する方向に一方向に形成する。
【０１１２】
（ｄ）円筒状タイプ１
図１２は円筒状タイプ１の溶接継手の斜視図である。
【０１１３】
本発明の一実施の形態の溶接継手は以下の通りである。即ち、
円筒状で、前記部材として、外径および内径が同じ第１の円筒と第２の円筒の２個の円筒を備え、
前記２個の円筒は、側面に長手方向に沿って突合せ溶接された継ぎ目を有し、
前記継ぎ目の溶接ビードが合致しないようにして、前記第１の円筒と前記第２の円筒が端面で突合せ溶接されており、
前記端面における突合せ溶接の溶接ビードの外周面側に、肉盛溶接された前記溶接ビードが、前記継ぎ目の溶接の溶接ビートに対して交差する方向に設けられていることを特徴とする溶接継手である。
【０１１４】
具体的には以下の通りである。円筒状タイプ１の溶接継手４は外径および内径が同じで側面に長手方向に沿って突合せ溶接された継ぎ目を有する第１の円筒部材４１と第２の円筒部材４２からなり、これら２つの円筒部材４１、４２は、継ぎ目の溶接ビードが合致しないようにして、端面で突合せ溶接ビード４４で溶接されている。
【０１１５】
溶接継手４は、鋼構造物に組み込まれたときに、内側から外側に広がる圧力、即ち内圧が加わり、交叉するビード部では溶接欠陥や割れあるいは応力集中の可能性が高まる。このため、突合せ溶接ビード４３に沿って進展する亀裂が発生すると予測される。
【０１１６】
上記の予測に基づき、溶接継手４では予め、突合せ溶接ビード４３と４４の交点を中心として、第２の円筒部材上の突合せ溶接ビード４４に対して直交する方向、即ち突合せ溶接ビード４４に沿った方向に延長された伸長ビード４５を形成している。
【０１１７】
（ｅ）円筒状タイプ２
図１３は円筒状タイプ２の溶接継手の斜視図である。
【０１１８】
本発明の一実施の形態の溶接継手は以下の通りである。即ち、
円筒状で、前記部材として、外径および内径が同じ第１の円筒と第２の円筒の２個の円筒を備え、
前記２個の円筒は、側面に長手方向に沿って突合せ溶接された継ぎ目を有し、
前記継ぎ目の溶接ビードが合致しないようにして、前記第１の円筒と前記第２の円筒が端面で突合せ溶接されており、
円筒の外周面側に、前記第１の円筒と前記第２の円筒の前記継ぎ目の溶接ビードとを跨いで、肉盛溶接された前記溶接ビードが前記端面の突合せ溶接の溶接ビードに対して交差する方向に設けられていることを特徴とする溶接継手である。
【０１１９】
具体的には以下の通りである。円筒状タイプ２の溶接継手５は、基本的には円筒状タイプ１と同じ構造を有している。
【０１２０】
そして、この円筒状タイプ２の溶接継手５が鋼構造物に組み込まれ、円筒部材５１、５２の長手方向に引張荷重が加わったときには、前記同様交叉するビード部では溶接欠陥や割れあるいは応力集中の可能性が高まり、第１の円筒部材５１と第２の円筒部材５２との突き合わせ溶接部分である突合せ溶接ビード５４に、周方向に沿って亀裂が発生すると予測される。
【０１２１】
上記の予測に基づき、円筒状タイプ２の溶接継手５では、第１の円筒部材５１と、第２の円筒部材５２の突合せ溶接ビード５３とを跨ぐようにして、伸長ビード５５が設けられており、この伸長ビード５５が円筒部材５１、５２同士の突合せ溶接ビード５４と交差している。
【０１２２】
（ｆ）屈折タイプ
図１５は屈折タイプの溶接継手を示す図であり、（ａ）図は斜視図、（ｂ）図は屈折部分の縦断面図である。
【０１２３】
本発明の一実施の形態の溶接継手は以下の通りである。即ち、
平板の一方の面上に前記面に対して垂直で、かつ前記平板の長手方向に梁が隅肉溶接された断面Ｔ字状の部材を２個備え、
２個の部材の端面同士で突合せ溶接され、
前記２個の部材は、前記端面で一方の部材が他方の部材に対して前記梁が設けられていない側に所定の角度で屈折しており、
前記梁が隅肉溶接されていない面上の前記梁の真裏の部分において、肉盛溶接された前記溶接ビードが、２枚の平板の突合せ溶接の溶接ビードに対して交差する方向に前記２枚の平板を跨いで設けられていることを特徴とする溶接継手である。
【０１２４】
具体的には以下の通りである。図１４に示すように、屈折タイプの溶接継手６は、断面Ｔ字状の第１および第２の部材６１および６２を備えている。
【０１２５】
第１の部材６１は、第１の平板６３の下面に長手方向に第１の梁６４が隅肉溶接されて構成されている。第２の部材６２は、第２の平板６５の下面に長手方向に第２の梁６６が隅肉溶接されて構成されている。
【０１２６】
屈折タイプの溶接継手６は、第１、第２の部材６１、６２が、第１、第２の平板６３、６５同士、および第１、第２の梁６４、６６同士が端面で突合せ溶接されて構成されている。そして、第１、第２の部材６１、６２は、端面で第２の部材６２が第１の部材に対して第１の梁６４が設けられていない上面側に角度θで屈折している。
【０１２７】
なお、６７は隅肉溶接ビードであり、６８、６９は突合せ溶接ビードである
【０１２８】
この屈折タイプの溶接継手６は鋼構造物に組み込まれたときに、角度θが小さくなる方向に引張荷重が加わる。このため、第１の平板６３と第２の平板６５との突合せ溶接ビード６８に第１、第２の梁６４、６６の真裏（突合せ溶接ビード６９の真裏）を中心として突合せ溶接ビード６８に沿って進展する亀裂が発生すると予測される。
【０１２９】
上記の予測に基づき、屈折タイプの溶接継手６では予め第１、第２の梁６４、６６が隅肉溶接されていない面上で第１、第２の梁６４、６６の真裏に第１、第２の平板６３、６５を跨いで、伸長ビード７０を、第１、第２の平板６３、６５の突合せ溶接ビード６８に対して交差する方向に、一方向に形成している。
【０１３０】
なお、本実施の形態の溶接継手は、亀裂が発生する箇所を予測して伸長ビードを形成したが、既に亀裂が発生している溶接継手に対して伸長ビードを形成しても、鋼材および溶材の欠陥の成長を飛躍的に抑制し、鋼構造物の脆性破壊を十分に防止することを可能とすることができる。
【実施例】
【０１３１】
次に、実施例に基づき、本発明をより具体的に説明する。
【０１３２】
本実施例では、図９に示した平板タイプの溶接継手を試作し、ＬＴＴ溶材による伸長ビード１４を形成した部分の残留応力および破断までの荷重応力（破断強度）を計測した。また、比較のために、ＬＴＴ溶材に替えて通常溶材を用いて肉盛溶接を行った場合（比較例１）および肉盛溶接を行わない場合（比較例２）についても残留応力および破断までの荷重応力を計測した。
【０１３３】
１．評価用のサンプルの作製
（１）実施例
図１５は評価用サンプルの作製方法を説明する図である。まず、（ａ）図に示す溶接継手１を作製後、溶接継手１を図の破線に沿って切断して評価用サンプルを作製した。（ｂ）図は、評価用のサンプルの正面図である。
【０１３４】
具体的には、サイズ（幅）２００×（長さ）３００×（厚み）２０ｍｍの高張力綱ＡＨ４００平板２枚の端面同士を、通常溶材（神鋼製ＭＸ−Ｚ２００）を用いて両面から突合せ溶接（幅１５ｍｍ）し、その後、亀裂の発生が予測される箇所の両面に、ＬＴＴ溶材（１０Ｃｒ＋１０Ｎｉ）を用いて、突合せ溶接部に対して垂直の方向に肉盛溶接を行い、伸長ビード１４を形成させることにより、平板タイプの溶接継手１を試作した。
【０１３５】
形成した伸長ビード１４の仕様は以下の通りである。
肉盛        ：２ｍｍ
幅          ：２０ｍｍ
溶接長      ：８０ｍｍ
溶け込み深さ：２ｍｍ
【０１３６】
次に、試作した溶接継手１を破線に沿って切断して評価用サンプルを作製した。
【０１３７】
（２）比較例１、２
比較例１：伸長ビードの形成に通常溶材を用いたこと以外は実施例と同じ方法で評価用のサンプルを作製した。
【０１３８】
比較例２：伸長ビードを形成しなかったこと以外は実施例と同じ方法で評価用サンプルを作製した。
【０１３９】
２．評価方法
（１）残留応力の測定
実施例、比較例１、２のそれぞれについてひずみゲージによる弛緩法により評価用サンプルの正面のビード表面の位置で長手方向の残留応力を測定した。
【０１４０】
（２）破断までの荷重応力の測定
図１６は破断までの荷重応力の測定方法を説明する斜視図である。実施例、比較例１、比較例２のそれぞれのサンプルＳの正面の溶金部（突合せ溶接ビード１３のセンター）、ＨＡＺ部および母材部のそれぞれの部位に切欠きノッチを設けた後、試験温度−１０℃において矢印で示す方向の３点に荷重を加えてそれぞれの部位の破断までの荷重応力を測定した。
【０１４１】
３．評価結果
実施例、比較例１、２の評価結果をまとめて表１に示す。なお、残留応力は圧縮応力に「−」を付した。
【０１４２】
【表１】
2018030143.tif 000003
【０１４３】
表１より、伸長ビードを設けていない比較例２では引張残留応力が形成されているのに対して、ＬＴＴ溶材で伸長ビードを形成した実施例では−４００ＭＰａの大きな圧縮残留応力が形成されていることが分かる。一方、通常溶材を用いて伸長ビードを形成した比較例１では、２００ＭＰａから５００ＭＰａへと増加した引張残留応力が形成されていることが分かる。
【０１４４】
また、通常溶材で伸長ビードを設けた比較例１では、伸長ビードを設けていない比較例２に比べて破断までの荷重応力がＨＡＺ部および母材部において低下しており、却って、靱性が低下していることが分かる。これに対して、実施例では、溶金部、ＨＡＺ部および母材部のいずれの部位においても破断までの荷重応力が増大しており、靱性が向上していることが分かる。このような結果が得られたのは、実施例では伸長ビード１４を設けることにより、大きな圧縮残留応力を形成することができた結果である。
【０１４５】
上記試験は、試験温度−１０℃において行ったが、−１０℃においては、図７から明らかなように、通常溶材のシャルピーの衝撃吸収エネルギーが約９０Ｊであるのに対して、ＬＴＴ溶材のシャルピーの衝撃吸収エネルギーが約４０Ｊであり、ＬＴＴ溶材のシャルピーの衝撃吸収エネルギーが通常溶材の半分以下である。このため、前記したように、従来は、このような靭性の低いＬＴＴ溶材を溶接継手に用いることは不可能であるというのが当業者の常識であった。
【０１４６】
しかしながら、ＬＴＴ溶材を用いた実施例では、溶金部、ＨＡＺ部および母材部のいずれの部位においても破断までの荷重応力が増大して、靱性が向上するという驚くべき結果が得られた。このことは、本発明が、当業者の常識を打ち破る如何に革新的な発明であるかを示している。
【０１４７】
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。なお、本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。
【符号の説明】
【０１４８】
１、２、３、４、５、６                溶接継手
１１、１２、２１、２２、２４          平板
３３、３４、３５、３６、６３、６５    平板
１３、２３、３８、４３、４４、５３    突合せ溶接ビード
５４、６８、６９                      突合せ溶接ビード
１４、２６、３９、４５、５５、７０    伸長ビード
２５、３７、６７                      隅肉溶接ビード
２７                                  亀裂
３１、３２、６１、６２                部材
４１、４２、５１、５２                円筒部材
６４、６６                            梁
Ｓ                                    サンプル
θ                                    角度
【図１】
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【図２】
2018030143.tif 000005
【図３】
2018030143.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
2018030143.tif 000009
【図７】
2018030143.tif 000010
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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