(57)【要約】【課題】クラックの発生を押さえた波形隔壁コーナー部の補強構造を形成できる波形隔壁のコーナー部の溶接方法を提供すること。【解決手段】本発明に係る波形隔壁のコーナー部の溶接方法は、波形隔壁（波形縦通隔壁あるいは波形横置隔壁）７のコーナー部と前記タンクトップとの当接部分を炭酸ガスアーク溶接装置によって炭酸ガスアーク溶接して当該当接部分に溶着金属（ビード）を設け（Ｓ１０１）、当該溶着金属（ビード）の表面をグラインダーを用いて所定の形状に成形し（Ｓ１０２）、前記波形隔壁の所定の領域をティグ溶接装置によってティグ溶接する（Ｓ１０３）。これにより、波形隔壁コーナー部の補強構造を構成したものである。【選択図】        図３
2005014001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンカーの船倉を区切る波形隔壁のコーナー部の溶接方法であって、
波形隔壁のコーナー部とタンクトップとの当接部分を炭酸ガスアーク溶接によって溶接して当該当接部分に溶接ビードを形成する工程と、
当該溶接ビード表面を所定の形状に成形してなる成形工程と、
前記溶接ビートの成形面の波形隔壁側の所定の領域と、前記固定部のタンクトップ側の所定の領域とをティグ溶接で溶接して補強部を形成する工程とを備えことを特徴とする波形隔壁のコーナー部の溶接方法。
【請求項２】
前記所定の形状を形成する工程は、前記溶接ビードをグラインダで研磨してタンクトップ面に対して概ね４５度に形成されていることを特徴とする請求項１記載の波形隔壁コーナー部の補強構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、船舶の船倉を区切る波形隔壁のコーナー部の溶接方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
一般に、この種のタンカーは、周知の通り、船側外板と、当該船側外板の内側に設けられた二重外板と、船底側に設けられたタンクトップと、前記タンクトップの船底外側に設けられた船底外板とにより基本的な船体構造が形成されており、かつ、二重外板・タンクトップ及び甲板で囲まれて船倉が構成されている。また、この種のタンカーでは、船倉を波形隔壁によって縦横に区切り複数のタンクを形成している。この波形隔壁は、積載した積み荷によって大きく撓むことが知られている。
【０００３】
図５は、タンカーのタンクを形成する波形隔壁の一部を示す斜視図である。図５において、タンク３は、タンクトップ５と、波形隔壁７と、二重外板（図示せず）と、甲板（図示せず）と、その他の部材とによって形成されている。また、ここでは、前記波形隔壁７は、例えば波形横置隔壁を例にとって説明するが、波形縦通隔壁でも同様であるものとする。また、前記波形隔壁７は、炭酸ガスアーク溶接装置を用いて、タンクトップ５に炭酸ガスアーク溶接されている。なお、図５において、符号９は前記波形隔壁７のコーナー部であり、このコーナー部９は図５では太線で示されている。
【０００４】
ところで、炭酸ガスアーク溶接装置は、周知のとおり、円筒形状をしたガスノズルの内部に電導体を設け、当該電導体の中心部に可動可能に溶接ワイヤを設け、前記ガスノズルと電導体との間から溶接部分に向ってイナートガスを吹き付け可能にした装置である。炭酸ガスアーク溶接装置による炭酸ガスアーク溶接は、炭酸ガスアーク溶接の分類に属するものである。
この炭酸ガスアーク溶接装置によって、母材に被溶接部材を溶接するものである。この際に、ガスノズルからは、溶接部分に向って遮蔽ガスとして炭酸ガスを吹き付けて溶接部分を空間より遮蔽し、溶接ワイヤを溶接中に溶融させて母材と被溶接部材との間に溶着金属を形成させている。
【０００５】
図６は、上述した波形隔壁をタンクトップ５に前記炭酸ガスアーク溶接装置で溶接した際のコーナー部の状態を示す図である。この図６に示すように、前記波形隔壁７のコーナー部９には、炭酸ガスアーク溶接装置でタンクトップ５に前記波形隔壁７を溶接したときに、前記波形隔壁７のコーナー部９とタンクトップ７との間に溶着金属１１，１１，…が形成されることになる。この炭酸ガスアーク溶接をする際に、前記コーナー部９における波形隔壁７側の溶着金属１１の上端部と当該波形隔壁７との間の部分には、図６に示すように、当該波形隔壁７の一部が溶融して切欠き部分Ｊ所謂アンダーカットが形成されてしまっていた。
【０００６】
図７は、前記波形隔壁コーナー部の溶接部の溶着金属をグラインダーで表面仕上げをした状態を示す図である。
また、前記波形隔壁７を前記タンクトップ５に前記炭酸ガスアーク溶接装置によって溶接して溶着金属１１，１１，…を形成した後には、グラインダーにより前記溶着金属１１，１１，…を研磨して所定の角度に表面仕上げをしていた。前記波形隔壁７のコーナー部９も、図８に示すように、前記溶着金属１１，１１，…の表面をグラインダーで一定角度に表面仕上げをしていた。
【０００７】
このようにグラインダーで表面仕上げをする場合、前記コーナー部９の波形隔壁７側の溶着金属１１の上端部と当該波形隔壁７との間の部分には、図７に示すように、当該波形隔壁７の一部が研磨によって切り取られて切欠き部分Ｊ’所謂アンダーカットが形成されてしまったり、さらに、前記溶着金属１１の下端部と前記タンクトップ５との間の部分には、図７に示すように、当該波形隔壁７の一部が研磨によって切り取られて切欠き部分Ｋ所謂アンダーカットが形成されてしまっていた。
【０００８】
ところで、上述したようにタンカー１は、積み荷の状態に応じて、タンクの高さ例えば１５［ｍ］の波形隔壁（波形縦通隔壁および波形横置隔壁）７にあっては３５〜４０［ｍｍ］も撓むことがわかっている。このような波形隔壁７の変位が当該波形隔壁７の各部にどのような応力を与えているかを検討してみる。
図８は、前記波形隔壁（コーナー部を含む）とタンクトップとの当接部分の各位置における応力分布を示す図であって、図８（ａ）は前記波形隔壁（コーナー部を含む）を、図８（ｂ）は当該波形隔壁（コーナー部を含む）とタンクトップとの当接部分の各位置における応力分布をそれぞれ示す図である。
【０００９】
この図８（ａ）において、前記波形隔壁７のコーナー部９ａは図示しない波形縦通隔壁から２番目のコーナー部であり、前記波形隔壁７のコーナー部９ｂは図示しない波形縦通隔壁から３番目のコーナー部である。また、図８において、前記波形縦通隔壁をゼロとしたときに、第２番目の波形隔壁コーナー部９ａは例えば１５００［ｍｍ］の距離にあるものとし、第３番目の波形隔壁コーナー部９ｂは例えば２４３０［ｍｍ］の距離にあることを示す。したがって、図８（ｂ）では、横軸に波形縦通隔壁からの距離［ｍｍ］を、縦軸に応力σｚ［Ｎ／ｍｍ２］を、それぞれ取ったものである。
【００１０】
この図８からもわかるように、前記波形隔壁７のコーナー部９ａ，９ｂと波形隔壁７との当接部分の各位置における応力分布は、前記波形隔壁コーナー部９ａ（略１５００［ｍｍ］の位置）では、その応力σｚが−４５４［Ｎ／ｍｍ２］となり、この部分を通過して図示左側に行くにしたがって応力σｚは小さくなり、距離が１６００［ｍｍ］に達すると以降は距離が２３００［ｍｍ］程度に達するまで、応力σｚは概ね−２５０［Ｎ／ｍｍ２］となり、再び、波形隔壁コーナー部９ｂの部分（略２４３０［ｍｍ］の位置）で応力σｚが−４６５［Ｎ／ｍｍ２］を示し、前記波形隔壁のコーナー部とタンクトップとの当接部分においては、これらの波形隔壁コーナー部９ａ、９ｂの部分が特に大きな応力を受けることが分かる。なお、図８（ｂ）において、例えば−２８１［Ｎ／ｍｍ２］で示した応力σｚは、表面平均応力を示している。
【００１１】
さらに、これらのことから、前記波形隔壁のコーナー部とタンクトップとの当接部分の各位置における応力分布をみると次のことが判明した。すなわち、前記タンク３によれば、前述したようにタンクが積み荷などの影響で波形隔壁７の形状が大きく撓むと、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、前記波形隔壁７のコーナー部９ａ及び前記波形隔壁７のコーナー部９ｂの部分に大きな応力集中が生じ、また、荷物を搬出すると応力集中がなくなり、これらが繰り返し行われ疲労破壊することがわかっている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように前記波形隔壁７のコーナー部９ａ，９ｂにおいて、大きな応力を受けたり、受けなかったりの繰り返しが行われると、図８に示すように、前記波形隔壁７のコーナー部９ａ，９ｂの溶接部分の切欠き部分Ｊ，Ｋには、大きな応力が加わったり無くなったりする繰り返しが集中し、ついには当該切欠き部分Ｊ，Ｋからクラックが発生するという問題点を有していた。
【００１３】
このように従来の構造ないしは工法では、当該波形隔壁７のコーナー部９に必然的に切欠き部分Ｊ，Ｋが形成されてしまい、上述したように上記各切欠き部分Ｊ，Ｋに大きな応力集中が生じる結果、当該切欠き部分Ｊ，Ｋがクラック発生に大きく寄与することになっていたため、当該切欠き部分Ｊ，Ｋに対して応力集中によるクラック発生を効果的に防止できる構造ないしは工法等が要求されていた。
【００１４】
そこで、本願発明者ら、前記波形隔壁のコーナー部とタンクトップとの当接部分における補強構造の数多くのモデル数を作製し、このモデルを試験片として、それぞれ疲労試験機で疲労試験した結果、後述する特定の処理を施した場合には、その応力強度が確実に高まることを確認し、その結果を実際に船舶の波形隔壁のコーナー部に応用した。
本発明は、前記波形隔壁のコーナー部とタンクトップとの当接部分に後述するような特定の処理を施すことによって、上述した問題点を解消し、クラックの発生を抑えた波形隔壁のコーナー部の溶接方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明に係る波形隔壁のコーナー部の溶接方法は、タンカーの船倉を区切る波形隔壁のコーナー部の溶接方法であって、波形隔壁のコーナー部とタンクトップとの当接部分を炭酸ガスアーク溶接によって溶接して当該当接部分に溶接ビードを形成する工程と、当該溶接ビード表面を所定の形状に成形してなる成形工程と、前記溶接ビートの成形面の波形隔壁側の所定の領域と、前記固定部のタンクトップ側の所定の領域とをティグ溶接で溶接して補強部を形成する工程とを備えことを特徴とするものである。
請求項２記載の発明では、請求項１記載の波形隔壁のコーナー部の溶接方法において、前記所定の形状を形成する工程は、前記溶接ビードをグラインダで研磨してタンクトップ面に対して概ね４５度に形成されていることを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る波形隔壁のコーナー部の溶接方法及びこれによって形成された波形隔壁コーナー部の補強構造を説明するための図である。ここに、図１は、本発明の実施の形態に係る波形隔壁のコーナー部の溶接方法によって形成された波形隔壁コーナー部の補強構造を示す図である。なお、図１に示す本発明の実施の形態において、図５ないし図８に示す部材と同一部材には同一の符号を付して説明をし、場合によっては説明を省略する。
【００１７】
これら図１において、本発明の実施の形態に係る波形隔壁のコーナー部の溶接方法によって形成された波形隔壁コーナー部の補強構造３１は、タンカー１の船倉を区切る波形隔壁（波形縦通隔壁または波形横置隔壁）７のコーナー部９を補強する構造を示す断面図である。
【００１８】
本発明の実施の形態に係る波形隔壁のコーナー部の溶接方法によって構成される波形隔壁コーナー部の補強構造３１は、波形隔壁７のコーナー部９とタンクトップ５との当接部分を炭酸ガスアーク溶接装置によって炭酸ガスアーク溶接して当該当接部分に溶接ビード（溶着金属）１１，１１，…を設け、当該溶接ビード１１の表面をグラインターで所定の形状Ｑに成形してなる固定部３３と、前記固定部３３の成形面の波形隔壁（波形縦通隔壁または波形横置隔壁）７側の所定の領域Ａｕと、前記固定部３３のタンクトップ７側の所定の領域Ａｄとをティグ溶接装置によってティグ溶接して所定のフランク角に形成された補強部３５とを設けたものである。
【００１９】
また、本実施の形態に係る波形隔壁コーナー部の補強構造３１において、前記所定の形状は、タンクトップ７に対してフランク角概ね４５度に形成されている。
ここに、ティグ溶接装置の説明を簡単にしておく。ティグ溶接装置は、円筒形状をしたガスノズルの内部に電導体を設け、当該電導体の中心部に非消耗電極を設け、前記ガスノズルと電導体との間から溶接部分に向ってアルゴンガスを吹き付け可能にした装置である。このティグ溶接装置によるティグ溶接は、炭酸ガスアーク溶接と同様にシールドガスアーク溶接の分類に属するものである。
【００２０】
このティグ溶接装置は、母材（例えばタンクトップ５）に被溶接部材（例えば波形隔壁７）を溶接する際に、別に設けた溶加材を使用し、この溶加材を溶かして前記母材（例えばタンクトップ５）に被溶接部材（例えば波形隔壁７）を溶接するものである。この際に、ガスノズルからは、溶接部分に向って遮蔽ガスとしてアルゴンガスを主成分とするイナートガスを吹き付けて溶接部分を空間より遮蔽し、非消耗電極を溶加材に近づけて当該溶加材を溶接中に溶融させて母材（例えばタンクトップ５）と被溶接部材（例えば波形隔壁７）との間にビートを形成させ、ビート形状が平坦であることと、スパッタが発生しない溶接にするようにしたものである。
【００２１】
このようなティグ溶接装置を用い、前記領域Ａｕでは、ティグ溶接装置によって形成される溶接ビードの面の角度を例えば６０［度］以下になるように設定されている。同様に、ティグ溶接装置を用いて、前記領域Ａｄでも、ティグ溶接装置によって形成される溶接ビードの面Ｍを５０［度］以下になるように設定されている。
【００２２】
このような波形隔壁コーナー部の補強構造３１は、次の図２に示す波形隔壁のコーナー部の溶接方法によって形成される。図２は、本発明の実施の形態に係る波形隔壁コーナー部の補強構造の製造方法を説明するためのフローチャートである。
この図２において、第１の工程では、波形隔壁（波形縦通隔壁あるいは波形横置隔壁）７のコーナー部９と前記タンクトップ５との当接部分を炭酸ガスアーク溶接装置によって炭酸ガスアーク溶接して当該当接部分に溶着金属（ビード）１１，１１，…を設けている（Ｓ１０１）。
【００２３】
ついで、第２の工程（成形工程）では、当該溶着金属（ビード）１１，１１，…の表面をグラインダーを用いて所定の形状Ｑに成形してなる（Ｓ１０２）。
さらに、第３の工程では、前記固定部３３の成形面の波形隔壁（波形縦通隔壁または波形横置隔壁）７側の所定の領域Ａｕと、前記固定部３３のタンクトップ５側の所定の領域Ａｄとをティグ溶接装置によってティグ溶接することにより溶接して補強部３５を設けている（Ｓ１０３）。
なお、第２の工程（前記所定の形状を形成する工程）は、前記溶着金属（ビード）１１，１１，…をグラインダーで研磨して前記タンクトップ５面に対して概ね４５度に形成するようにする。
【００２４】
図３は、本発明の実施の形態に係る波形隔壁のコーナー部の溶接方法で形成した波形隔壁コーナー部の補強構造のモデルを示す図である。この図１において、波形隔壁コーナー部の補強構造のモデル６０は、母材Ｍ（この明細書では例えば前記タンクトップ５として説明した）の表裏面に対して、被溶接部材Ｊ（この明細書では例えば波形隔壁７）を、上記波形隔壁のコーナー部の溶接方法によって波形隔壁コーナー部の補強構造３１と同一構造に溶接したものである。
このような波形隔壁コーナー部の補強構造３１を有する波形隔壁コーナー部の補強構造のモデル６０の両被溶接部材Ｊのそれぞれを疲労試験機の試験台７１，７１に挟み込み、疲労試験をした。
【００２５】
図４は、上述した波形隔壁コーナー部の補強構造３１と同一構造に形成した波形隔壁コーナー部の補強構造のモデルや、その他の構造をした補強構造のモデルを複数作製し、これら複数作製した補強構造モデルを疲労試験機で試験した疲労試験結果を示す図であり、横軸に繰り返し回数［回］を、縦軸に応力振幅［ｋｇ／ｍｍ２］を、それぞれとったものである。
この図４において、試験片（ＡＳＷＥＬＤ（４５［度］）と試験片ＴＩＧ仕上げ（４５［度］）は、試験装置によって、１．Ｅ＋０４〜１．Ｅ＋０７［回］繰り返し試験が行なわれた。この試験の結果は次のとおりである。すなわち、試験片（ＡＳＷＥＬＤ（４５［度］））は炭酸ガスアーク溶接しただけで、タンクトップ７と仕上げ面との角度θ＝４５［度］のとき疲労試験結果である。
【００２６】
試験片（ＴＩＧ（４５［度］））は炭酸ガスアーク溶接しさらにティグ溶接して波形隔壁コーナー部の補強構造３１と同様の構造にしたもので、タンクトップ７と仕上げ面との角度θ＝４５［度］のとき疲労試験結果である。
これらの結果を表にまとめたものが、表１である。
【００２７】
【表１】
2005014001.tif 000003
【００２８】
この表１からわかるように、試験片（ＡＳＷＥＬＤ（４５［度］）の場合は、疲労寿命比が１．００である。
また、試験片（ＴＩＧ（４５［度］））の場合は、疲労寿命比が５．９３であることがわかる。
【００２９】
図４は、上述した波形隔壁コーナー部の補強構造３１と同一構造に形成した波形隔壁コーナー部の補強構造のモデルと、これに最も近い表面仕上げ形状に形成した試験片とを疲労試験機で疲労試験した疲労試験結果を示す図であり、横軸に繰り返し回数［回］を、縦軸に応力振幅［ｋｇ／ｍｍ２］を、それぞれとったものである。
【００３０】
この図４に示す試験結果により、波形隔壁のコーナー部１７の溶接ビード１９の形状によって疲労寿命の試験片（ＴＩＧ（４５［度］））に対する試験片（ＡＳＷＥＬＤ（４５［度］）の比（５．９３／１．００）は、最大で約６倍もの差があることがわかった。したがって、高応力部となる波形隔壁のコーナー部１７の所定の形状には充分注意が必要であり、本発明の実施の形態に係る波形隔壁のコーナー部の溶接方法によって形成した波形隔壁コーナー部の補強構造３１が最も優れた性能を示すことがわかる。
【００３１】
以上説明したように本発明の実施の形態に係る波形隔壁のコーナー部の溶接方法によって形成した波形隔壁コーナー部の補強構造３１によれば、波形隔壁７のコーナー部９とタンクトップ５との当接部分を炭酸ガスアーク溶接装置によって炭酸ガスアーク溶接して当該当接部分に溶接ビード（溶着金属）１１，１１，…を設け、当該溶接ビード１１，１１，…の表面をグラインターで所定の形状に成形してなる固定部３３と、前記固定部３３の成形面の波形隔壁（波形縦通隔壁または波形横置隔壁）側の所定の領域Ａｕと、前記固定部３３のタンクトップ５側の所定の領域Ａｄとをティグ溶接装置によってティグ溶接して所定角度に形成された補強部３５とを設けたので、疲労寿命が長くなって、波形縦通隔壁や波形横置隔壁のように大きく撓む隔壁であっても充分に固定されていて、クラックなどの発生を防ぐことができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、波形隔壁のコーナー部とタンクトップとの当接部分を炭酸ガスアーク溶接して当該当接部分に溶接ビードを設け、当該溶接ビードの表面を所定の形状に成形し、前記固定部の成形面の波形隔壁側の所定の領域と、前記固定部のタンクトップ側の所定の領域とをティグ溶接して所定角度に形成したので、疲労寿命が長くなって、波形隔壁のように大きく撓む隔壁であっても充分に固定されていて、クラックなどの発生を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る波形隔壁のコーナー部の溶接方法によって形成した波形隔壁コーナー部の補強構造を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る波形隔壁のコーナー部の溶接方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態に係る波形隔壁のコーナー部の溶接方法で形成された波形隔壁コーナー部の補強構造のモデルを示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る波形隔壁のコーナー部の溶接方法で形成した波形隔壁コーナー部の補強構造と同一構造を有する波形隔壁コーナー部の補強構造のモデルを疲労試験機で疲労試験した疲労試験結果を示す図である。
【図５】タンカーのタンクを形成する波形隔壁の一部を示す斜視図である。
【図６】上述した波形隔壁をタンクトップに前記炭酸ガスアーク溶接装置で溶接した際のコーナー部の状態を示す図である。
【図７】前記波形隔壁コーナー部の溶接部の溶着金属をグラインダーで表面仕上げをした状態を示す図である。
【図８】前記波形隔壁コーナー部を含む隔壁及びコーナ部を含む隔壁の各位置における応力分布を示す図であ
【符号の説明】
１  タンカー
３  タンク
５  タンクトップ
７  波形隔壁
９  コーナー部
１１  溶着金属（ビード）
３１  波形隔壁コーナー部の補強構造
３３  固定部
３５  補強部
【図１】
2005014001.tif 000004
【図２】
2005014001.tif 000005
【図３】
2005014001.tif 000006
【図４】
2005014001.tif 000007
【図５】
2005014001.tif 000008
【図６】
2005014001.tif 000009
【図７】
2005014001.tif 000010
【図８】
2005014001.tif 000011