焊接接頭的製造方法

2023-04-27 10:09:31 2

專利名稱：焊接接頭的製造方法
技術領域：
本發明涉及焊接接頭的製造方法，更詳細地講，涉及在焊接接頭的結構或焊接結構物的結構為可只從鋼材的一側焊接的結構的情況下，可提高難以實施噴丸硬化處理等提高疲勞強度的措施的、進行了焊接一側的相反側的焊趾部或根部的疲勞強度的焊接接頭的製造方法。
背景技術：
焊接結構物的疲勞特性在決定結構物本身的壽命上是非常重要的特性。作為提高如此的焊接結構物的疲勞特性的手段，有通過使焊趾部的形狀光滑以儘量緩和應力集中，或者通過實施表面強化處理(peening processing)等對發生疲勞的地方局部地賦予殘餘壓縮應力等方法。另外，如專利文獻I所述的技術那樣，還公開了降低焊縫金屬的相變開始溫度，通過利用相變膨脹的降低殘餘應力的效果提高疲勞強度的方法等。 但是，以專利文獻I所述的技術為代表，在以往的技術中，例如對於結構上封閉焊趾部的接頭，沒有公開應怎樣應用及其方法。圖I是表示焊接接頭及焊接結構物的一個例子的圖示，該圖I是對為了確保彎曲剛性而在平板上焊接安裝具有U形斷面的部件時的結構進行說明的示意圖。在圖I所示的例子的情況下，U形部件在兩處與平板焊接，其接頭為T型接頭。此時，疲勞裂紋發生在應力集中部，因此在圖I所示的例中，疲勞裂紋發生在用符號A D表示的4處。其中，用符號A、B表示的兩處位於焊接結構物的外側，因此容易實施修補，此外，通過事前光滑地加工焊趾部的形狀，或通過實施表面強化處理賦予殘餘壓縮應力，可謀求提高疲勞強度。但是，圖I中的用符號C、D表示的兩處的焊趾部結構上被封閉，不能進行焊接結束後的後處理。這是基於在表面強化等機械的後處理方法時，雖然與疲勞成為問題的部分(參照圖I中用符號C、D表示的地方)直接接觸但也必須進行處理的非常簡單的理由。因此，圖I所示的焊接結構物的疲勞強度由符號C、D表示的焊趾部的疲勞強度決定，用符號A、B表示的焊趾部的疲勞強度無論提高多少，也殘留沒有提高作為焊接結構物整體的疲勞強度的問題。另一方面，即使在專利文獻I或2所述的技術中，該文獻中公開的技術歸根到底也只是有關焊趾部位於外側時的接頭的技術。例如，在實際的焊接結構物中，在位於內側的焊趾部發生疲勞裂紋的情況下，怎樣使用專利文獻I中公開的焊接材料為好不一定清楚。圖I的情況是，通過2焊道焊接完成T字接頭的焊接，但在此種情況下，形成後續焊縫即外側的焊縫時的熱損害內側的焊縫生成的殘餘應力，因而不會得到本來的效果。另一方面，如果通過I焊道焊接形成圖I所示的T字接頭，則為對接凝固，在焊接部發生高溫裂紋的危險性增大。此外，在焊縫金屬中添加降低殘餘應力的程度的合金元素的情況下，與通常的焊接材料相比高溫裂紋敏感性遠為提高，因而需要在迴避此問題的同時提高疲勞強度的技術。現有技術文獻專利文獻
專利文獻I :日本特開平11-138290號公報專利文獻2 :日本特開2001-246495號公報

發明內容
發明要解決的問題如上所述，焊接結構物的疲勞強度是決定焊接結構物整體的壽命的主要因素，特別是疲勞強度最低的部分，決定著該焊接結構物整體的疲勞強度。本發明是鑑於上述問題而完成的，其目的在於提供一種能夠在因結構上存在封閉區域等理由，不能對疲勞強度成為問題的焊趾部或根部實施通過噴丸硬化等機械處理或焊 道形成等焊接提高疲勞強度的措施的情況下，提高疲勞強度的焊接接頭的製造方法。用於解決課題的手段本發明人從以上的觀點出發，對在結構上存在不能實施機械地提高疲勞強度的措施的焊趾部或根部的情況下，可提高焊接接頭的疲勞強度的方法反覆地進行了銳意研究。然後發現通過事前在焊趾部側或根部側形成低溫下相變膨脹的焊縫金屬，在後續焊接中使該焊縫金屬再相變，或者通過利用感應加熱或通電加熱使該焊縫金屬再相變，能夠使一度消失的壓縮殘餘壓縮應力再次發生，由此，能夠實現焊趾部或根部的疲勞強度的提高。本發明是通過如此的研究而完成的，其要旨如下。(I) 一種焊接接頭的製造方法，其是通過多焊道焊接對鋼材的接合部進行焊接的焊接接頭的製造方法，其特徵在於，所述多焊道焊接具有第I焊接工序，其採用第I焊道的焊縫金屬的相變開始溫度在175°c 400°C的範圍的焊接材料實施焊接；接著，第2焊接工序，其以所述第I焊接工序中形成的焊縫金屬的一部分成為未熔化部的方式，實施用I焊道或2焊道以上堆高焊縫金屬的焊接，並且利用最終焊道的焊接熱使所述未熔化部全部再相變成奧氏體。(2) 一種焊接接頭的製造方法，其是通過多焊道焊接對鋼材的接合部進行焊接的焊接接頭的製造方法，其特徵在於，所述多焊道焊接具有第I焊接工序，其採用第I焊道的焊縫金屬的相變開始溫度在175°c 400°C的範圍的焊接材料實施焊接；接著，第2焊接工序，其以所述第I焊接工序中形成的焊縫金屬的一部分成為未熔化部的方式，實施用I焊道或2焊道以上堆高焊縫金屬的焊接；然後，具有實施使所述未熔化部全部再相變成奧氏體的熱處理的工序。(3)根據上述(I)或(2)所述的焊接接頭的製造方法，其特徵在於，只通過從一側的焊接來形成所述焊接接頭的接合部。(4)根據上述(I) (3)中任一項所述的焊接接頭的製造方法，其特徵在於，所述焊接接頭為在焊接接頭的結構或焊接結構物的結構上，只能從所述焊接接頭的一側進行焊接的結構。(5)根據上述⑴ ⑷中任一項所述的焊接接頭的製造方法，其特徵在於，所述焊接接頭是T形接頭、角接接頭或搭接接頭。(6) 一種焊接接頭的製造方法，其是所述焊接接頭為T形接頭，所述T形接頭的接合部由未熔敷部分、和夾著所述未熔敷部分的兩側的焊接部構成，通過部分熔焊只從一側對所述焊接部進行多焊道焊接的權利要求I所述的焊接接頭的製造方法，其特徵在於，所述未熔敷部分的長度為該各多焊道焊接中的各焊道焊縫厚度的最大值的3倍以上。(7) 一種焊接接頭的製造方法，其是所述焊接接頭為十字接頭，所述十字接頭的接合部由未熔敷部分、和夾著所述未熔敷部分的兩側的焊接部構成，通過部分熔焊只從一側對所述焊接部進行多焊道焊接的上述(I)所述的焊接接頭的製造方法，其特徵在於，該各多焊道焊接之間存在的未熔敷部分的長度及形成該T形接頭的鋼材板厚的最小值為該各多焊道焊接中的各焊道焊縫厚度的最大值的3倍以上。(8) 一種焊接接頭的製造方法，其是所述焊接接頭為T形接頭或十字接頭，所述焊接接頭的接合部由未熔敷部分、和夾著所述未熔敷部分的兩側的焊接部構成，通過部分熔焊只從一側對所述焊接部進行多焊道焊接的上述(2)所述的焊接接頭的製造方法，其特徵在於，在全部結束所有焊接部的各多焊道焊接後進行所述熱處理。(9)根據上述(2) (5)、⑶中任一項所述的焊接接頭的製造方法，其特徵在於，所述熱處理工序採用感應加熱或通電加熱中的任一加熱方法。 (10)根據上述(I) (9)中任一項所述的焊接接頭的製造方法，其特徵在於，所述第I焊接工序中採用的所述焊縫金屬的成分以質量％計，含有C :0. 01 O. 15 %、Si 0. 2 O. 8%, Mn 0. 4 2. 0%, P 0. 03% 以下、S 0. 02% 以下、Ni 7. O IL 5%，進而含有 Cu O. 4% 以下、Ti :0. I % 以下、Nb :0. I % 以下、V :0. 5% 以下、Cr :3. 0% 以下、Mo :2. 0% 以下中的I種或2種以上。(11)根據上述⑴ (10)中任一項所述的焊接接頭的製造方法，其特徵在於，所述第I焊接工序中採用的所述焊縫金屬的成分以質量％計，含有C :0. 005 O. 10%, Si O. I O. 7%,Mn 0. I 2· 0%、P 0. 03% 以下、S 0. 02% 以下、Ni 4. O 8. 0%、Cr 8. 0
15.0%，進而含有 Mo 2. 0% 以下、Cu 0. 4% 以下、Ti 0. 1% 以下、Nb 0. 1% 以下、V 0. 5%以下中的I種或2種以上。(12)根據上述⑴ (11)中任一項所述的焊接接頭的製造方法，其特徵在於，在所述第2焊接工序後，對進行了焊接的一側的焊縫的焊趾部實施利用研磨機加工的後處理。(13)根據上述⑴ (11)中任一項所述的焊接接頭的製造方法，其特徵在於，在所述第2焊接工序後，對進行了焊接的一側的焊縫的焊趾部實施採用表面強化處理的後處理。(14)根據上述⑴ (11)中任一項所述的焊接接頭的製造方法，其特徵在於，在所述第2焊接工序後，對進行了焊接的一側的焊縫的焊趾部實施採用TIG電弧的再加熱處理。(15) 一種焊接接頭，其是用上述(I) (14)中任一項所述的焊接接頭的製造方法製造的焊接接頭。發明的效果根據本發明的焊接接頭的製造方法，即使在因焊接接頭的結構上或焊接結構物的結構上的問題，而存在不能機械地或通過焊接實施後處理的結構的內側焊趾部或根部的情況下，也能夠在謀求提高焊接接頭的疲勞強度的同時，提高焊接結構物整體的壽命，或者，能夠通過對已設的焊接結構物進行修補謀求延長焊接結構物的壽命，產業上的意義是非常大的。


圖I是用於說明本發明的焊接接頭的製造方法的一個例子的示意圖，是表示結構上封閉內側焊趾部的結構的焊接接頭的例子的剖視圖。圖2a是用於說明本發明的焊接接頭的製造方法的另一個例子的示意圖，是表示具有可只從一側焊接的、從部分熔合焊接形成的外部不可接近的根部的焊接接頭的例子的首1J視圖。圖2b是用於說明本發明的焊接接頭的製造方法的另一個例子的示意圖，是表示T形接頭的接合部由未熔敷部分和夾著所述未熔敷部分的兩側的焊接部構成，焊接部具有從部分熔合焊接形成的外部不可接近的根部的焊接接頭的例子的剖視圖。圖3是用於說明本發明中的焊縫金屬厚度的定義的示意圖。圖4是用於說明本發明的焊接接頭的製造方法的一個例子的示意圖，是表示結構 上封閉內側焊趾部的結構的焊接接頭的例子的圖示。圖5是用於說明本發明的焊接接頭的製造方法的一個例子的示意圖，是表示圖4所示的焊接接頭的焊接部的部分放大剖視圖。圖6是用於說明本發明的焊接接頭的製造方法的實施例的示意圖，是表示進行實施例I中的疲勞試驗時的載荷負載方向的剖視圖。圖7是用於說明本發明的焊接接頭的製造方法的實施例的示意圖，是表示進行實施例3中的疲勞試驗時的載荷負載方向的剖視圖。圖8是用於說明本發明的焊接接頭的示意圖，是表示實施例5中的角接接頭的焊接部的部分放大圖。圖9是用於說明本發明的焊接接頭的製造方法的實施例的示意圖，是表示進行實施例5中的角接接頭的疲勞試驗時的載荷負載方向的剖視圖。圖10是用於說明本發明的焊接接頭的製造方法的實施例的示意圖，是表示進行實施例5中的搭接接頭的疲勞試驗時的載荷負載方向的剖視圖。圖11是用於說明本發明的焊接接頭的製造方法的實施例的示意圖，是表示進行實施例5中的T形接頭的疲勞試驗時的載荷負載方向的剖視圖。圖12是用於說明本發明的焊接接頭的製造方法的實施例的示意圖，是表示進行實施例6中的從兩側焊接的T形接頭的疲勞試驗時的載荷負載方向的剖視圖。圖13是用於說明本發明的焊接接頭的製造方法的實施例的示意圖，是表示進行實施例6中的十字接頭的疲勞試驗時的載荷負載方向的剖視圖。
具體實施例方式以下，適宜參照圖I 圖13對本發明的焊接接頭的製造方法的實施方式進行說明。再有，本實施方式是為了更好地理解本發明的焊接接頭的製造方法的趣旨而詳細說明的，因此只要沒有特別的指定就不限定本發明。首先，對本發明的技術思想進行敘述。在本發明中，將疲勞強度提高方法分為3大類。第I類是如噴丸硬化等對表面施加衝擊等力學或機械處理的方法，第2類是通過調整焊縫金屬的成分，利用焊縫金屬的相變膨脹等在鋼材或焊接材料的成分等材料學上的特徵方面想辦法的方法，第3類是在焊接後施加熱等的方法。在本發明中將這些方法分別稱為機械方法、材料學方法、熱處理方法。按照如此的分類，可以說本發明為採用材料學方法和熱處理方法雙方的方法。本發明如上所述，其目的在於提高具有不能採用機械處理等提高疲勞強度的措施的結構的焊接接頭的疲勞強度。一般地說，作為如此的結構，指的是因作為焊接結構物具有部分封閉結構、或作為焊接接頭存在部分熔合等未熔敷部分等理由，不能直接進行表面強化處理或研磨機處理等情況。此外，在採用利用焊縫金屬的相變膨脹的通過降低殘餘應力提高疲勞的技術(以下，將如此的成分系的焊接材料稱為低溫相變熔劑，將此時形成的焊縫金屬稱為低溫相變焊縫金屬)的情況下，在焊接焊道數為I焊道時，能夠期待降低殘餘應力的效果，還能夠期待改善疲勞強度的效果。但是，低溫相變熔劑是較多地含有Ni或Cr等，容易發生高溫裂紋的成分系。在此種情況下，如果因接頭的形狀而實施I焊道焊接，則通過焊縫金屬容易發生對接凝固，發生高溫裂紋的危險性非常高。在焊接部存在裂紋的情況下，即使將焊趾部的殘 餘應力壓縮，也從焊縫金屬內部的裂紋發生疲勞裂紋，因而與作為接頭整體的疲勞強度的提高無關。相反，如果為了避免高溫裂紋進行多焊道焊接，則因接頭形狀的關係，通過第I焊道形成疲勞成為問題的焊趾部或根部，因而發生通過第2焊道以後的焊接熱使殘餘壓縮應力消失的問題。作為如此的不能實施通過機械處理等提高疲勞強度的措施的接頭，認為除了圖I所示的、結構上存在封閉空間的情況以外，還要考慮如圖2a所示，如通過部分熔合焊接形成的焊接接頭那樣，即使不存在封閉空間也因存在未熔敷部分，而不能直接對疲勞成為問題的應力集中部分(參照圖2a中的用符號F表示的部分)進行機械處理這樣的情況。在本發明中，如圖I所示，將因存在封閉空間而不能進行機械處理時的圖I中的用符號C、D表示的地方稱為內側焊趾部，且將如圖2a所示存在未熔敷部分這樣的地方稱為根部。在本發明中，按照以下所述解決上述的封密空間側的內側焊趾部21或根部41的疲勞強度問題。在本發明中，公開了在焊接後不進行熱處理(參照權利要求I)和進行熱處理(參照權利要求2)的兩種方法。在本發明中，將前者稱為非熱處理型，將後者稱為熱處理型。首先，對非熱處理型進行敘述。本發明中的非熱處理型的焊接接頭的製造方法正如圖I或圖2中所例示的那樣，焊接接頭的結構或焊接結構物的結構為只能從焊接接頭10(30)的鋼材11(31)的一側焊接的結構，被焊接結構物I覆蓋的內側焊趾部21、或從部分熔合焊接形成的外部不可接近的根部41為不能實施機械的或利用焊接的後處理的結構的焊接接頭10(30)的製造方法，是具備第I焊接工序和第2焊接工序的方法，在第I焊接工序中，實施採用相變開始溫度在175°C 400°C的範圍的焊縫金屬形成內側焊趾部21或根部41的焊接，另外在第2焊接工序中，使構成第I焊接工序中形成的內側焊趾部21或根部41的焊縫金屬的至少一部分成為未熔化部，且用可將該未熔化部加熱到全部再相變為奧氏體的焊接線能量，實施用I焊道堆高焊縫金屬的焊接，由此向內側焊趾部21或根部41導入殘餘壓縮應力。在上述的非熱處理型的方法中，首先，為了防止高溫裂紋，以防止發生對接凝固的目的，作為第I焊縫，採用低溫相變熔劑形成焊縫(內側焊趾部、根部)。這相當於第I焊接工序。這是採用具有低溫相變熔劑而形成的焊縫金屬，因而該焊縫金屬是低溫相變焊縫金屬。通過該焊縫可形成不能進行機械處理的一側的內側焊趾部或根部。但是，在此狀態下，因不能得到充分的焊接量而使接頭的靜態強度不足。因而，形成作為後續焊縫的第2焊縫(外側焊趾部)。這相當於第2焊接工序。關於第2焊縫的形成，既能夠採用與形成焊接結構物的鋼板的強度相符的熔劑即普通的焊接材料，又能夠繼續使用低溫相變熔劑。再有，從選擇高溫裂紋敏感性低的材料的意義出發，希望在第2焊縫的形成中採用普通的焊接材料。此外，對於焊接有關人員，選擇與鋼材強度相符的焊接材料並不特別難。如此，當然可通過2焊道焊接形成焊接接頭，但在只進行2焊道焊接時，有採用低溫相變熔劑的第I焊縫形成的殘餘壓縮應力因第2焊縫而消失的危險，就這樣不可能提高疲勞強度。因而，在進行第2焊接工序時，需要在最初形成的殘餘壓縮應力消失後，再次發生殘餘壓縮應力。通過第2焊縫再次發生殘餘壓縮應力這一點是構成本發明的根本的技術思想。也就是說，使疲勞強度提高的殘餘壓縮應力不是採用低溫相變熔劑焊接時發生的殘餘應力，而是進行第2次焊接時發生的殘餘應力。以往技術中的低溫相變熔劑的利用是利用相變膨脹導入殘餘壓縮應力的技術，但該殘餘壓縮應力是在使用低溫相變熔劑的焊接時的冷卻過程中發生的。在本發明中，該殘餘壓縮應力與第I焊道的焊接中發生的殘餘壓縮應力對應，但在本發明中，該殘餘壓縮應力因第2次焊接而消失。構成本發明的根本的技術思想是在第2次焊接時再次發生殘餘壓縮應力，而且，第2次焊接中採用的焊接材料沒有必要一定限定於低溫相變熔劑。在採用不一定是低溫相變熔劑的焊接材料的第2焊接工序中，為了使殘餘壓縮應力發生在疲勞成為問題的內側焊趾部或根部，不能無限制地進行第2焊接。也就是說，需要對第2焊接帶來的熱影響進行控制。具體而言，在第2焊接工序中，為了再生殘餘壓縮應力，需要利用第2焊接帶來的熱影響使通過第I焊接形成的低溫相變焊縫金屬全部再相變成奧氏體。相反，如果能夠全部再相變成奧氏體，則在其後的冷卻中再次發生相變膨脹，能夠再次發生殘餘壓縮應力，其結果是，還能夠實現疲勞強度的提高。通過第2焊接工序，在只有第I焊接形成的低溫相變焊縫金屬的一部分再相變成奧氏體時，在其後的冷卻中未相變部分只熱收縮而不發生相變膨脹，因而不能使充分的殘餘壓縮應力再次發生。此外，即使以只被覆通過第I焊接形成的低溫相變焊縫金屬的表面的方式焊接，也不能使通過第I焊接形成的低溫相變焊縫金屬全部再相變成奧氏體。在第2焊接工序中，通過第I焊接工序形成的低溫相變焊縫金屬的一部分或全部為未熔化是必要的。如果低溫相變焊縫金屬全部通過第2次焊接被熔化掉，則不再次導入殘餘壓縮應力。另一方面，在第2焊接工序中的最終焊接焊道中，必須加熱到該未熔化低溫相變焊縫金屬全部再相變為奧氏體。事前研究如此的條件，只要是焊接有關人員就並不特別難。預先準備好形狀與實際的焊接接頭相同的試驗體，通過用與實際進行焊接時應採用的焊接材料相同的焊接材料，進行第I焊接工序及第2焊接工序，製作焊接接頭，然後，通過從該焊接接頭採取斷面宏觀組織，只要進行斷面宏觀的組織觀察，就能容易判斷是否存在低溫相變焊縫金屬的未熔化部分，以及通過第2焊接工序中的最終焊接焊道、該未熔化低溫相變焊縫金屬是否全部再相變成奧氏體。這樣一來，只要事前決定好的焊接條件，對實際的焊接接頭按此條件進行施焊就可以。關於低溫相變焊縫金屬的相變開始溫度，能夠通過從事前製作的焊接接頭的未熔化低溫相變焊縫金屬部分採取試驗片，測定相變開始溫度來、確認。以上，是相對於圖I及圖2a的接頭提高疲勞強度。接著，對從兩側焊接的T形接頭進行敘述。此時，為圖2b這樣的情況，為了在根部提高疲勞強度，限定於兩處存在的焊縫金屬充分分離的情況，只要用於形成各焊縫金屬的第I及第2焊接工序不使通過另一方的焊接工序導入的殘餘應力消失就可以。也就是說，只要能將存在於兩側的焊縫金屬分別看作為獨立的，對於用於形成各焊縫金屬的焊接工序，通過採用已述的非熱處理型的技術，就能夠提高根部的疲勞強度。在圖2b中，作為接頭為稱為T形接頭的I個接頭，但本發明由於目的在於通過控制殘餘應力提高疲勞強度，因此認為如果能夠無視各焊接對另一方的殘餘應力的影響，則只從一側焊接的焊接部存在於兩處。在此種情況下，未熔敷部分與被兩側的焊接部夾著的封閉空間對應。
以不影響殘餘應力的程度分離也依存於焊接線能量。在線能量高的情況下，此時的通過焊接焊道形成的焊縫金屬的厚度也增大，因此在本發明中，取代線能量而採用該焊縫金屬的厚度。在本發明中，焊縫金屬的厚度如圖3所示定義。首先，確定焊縫金屬表面的I點、A。確定該A上的焊縫金屬表面的接線，接著，求出與該接線垂直地相交且通過A點的直線。將該直線和該焊縫金屬的熔合線的交點確定為B，將點A、點B間的距離定義為點A上的厚度。如此一來，在焊縫金屬各點定義厚度，將其最大值確定為該焊縫金屬的厚度。再有，在該定義中，如果進行後續的焊接，則因焊縫金屬表面消失，而需要在進行各焊接焊道後的後續焊接焊道之前決定厚度，此點需要注意。而且，在通過各焊接焊道形成的焊縫金屬的厚度內，對其最大值和未熔敷部分的長度進行了比較，結果發現在未熔敷部分的長度為其最大值的3倍以上時，能夠將存在於兩側的焊縫金屬看作為相互獨立，不影響殘餘應力。在未熔敷部分比其最大值短時，一側的焊接工序影響另一側的殘餘應力，有時不一定提高疲勞強度，因而設定此值。接著,對十字接頭進行敘述。關於十字接頭，可以認為是分別相對於I塊鋼板的正面側和背面側，形成從兩側焊接的T形接頭的。在此種情況下，用於形成各T形接頭的限定條件需要滿足形成T形接頭時設定的限定條件。關於十字接頭，除此條件以外，關於通過鋼板傳播的焊接熱也需要注意。在此種情況下，只要將板厚加厚到不影響殘餘應力的程度就可以。也就是說，已經發現在未熔敷部分的長度及形成十字接頭的鋼板的最小板厚為通過各焊接焊道形成的焊縫金屬的厚度的最大值的3倍以上時，能夠將新形成的焊縫金屬看作為相互獨立，不影響未熔敷部分。在未熔敷部分比其短時，一側的焊接工序影響另一側的殘餘應力，有時不一定提高疲勞強度，因而設定此值。以上是非熱處理型的疲勞強度提高方法中的本發明的技術思想。上述低溫相變焊縫金屬的相變只要是在本發明規定的低溫下發生的通過體積膨脹形成的相變就具有效果，也不一定局限於特定的相變，但一般在本發明的溫度範圍內發生的相變為馬氏體相變。馬氏體相變的相變開始溫度與貝氏體相變或鐵素體珠光體相變時不同，具有不依賴於焊接時的冷卻速度，只由焊縫金屬成分決定的特徵。而且，已知還有採用成分的推斷式，例如提出了以下這樣的推斷式。Ms = 719-795C-20Cr-32Ni-35. 6Si_13. 3Μη_23· 7Μο_11· 9Nb
再有，Ms為馬氏體相變開始溫度(°C )，C等表示焊縫金屬成分值(質量％ )。如此的推斷式的存在對於焊接技術人員來說，為可成為材料開發的指針的便利的指標。再有，在本發明的溫度範圍內發生的相變主要為馬氏體相變這一點即使在下述的熱處理型中也相同。接著，對本發明中的熱處理型的疲勞強度提高方法進行敘述。本發明中的熱處理型的焊接接頭的製造方法在製造上述的焊接接頭或作為焊接結構物的結構的焊接接頭10(30)的方法中，是具備以下工序的方法，即第I焊接工序，其採用相變開始溫度在175°C 400°C的範圍的焊縫金屬，實施形成內側焊趾部21或根部41的焊接；第2焊接工序，其以使構成第I焊接工序中形成的內側焊趾部21或根部41的焊縫金屬的至少一部分成為未熔化部的方式，實施用I焊道或2焊道以上堆高焊縫金屬的焊接；以及熱處理工序，其通過實施使在第I焊接工序中形成的焊縫金屬的未熔化部全部再相變成奧氏體的熱處理，向內側焊趾部21或根部41導入殘餘壓縮應力。 在非熱處理型的方法中，通過第2焊接工序加熱到使在第I焊接工序中形成的低溫相變焊縫金屬全部再相變成奧氏體，但作為熱處理型的方法，是在接頭的形狀上難以全部再相變成奧氏體等、不一定能夠判斷為確實能夠再導入殘餘壓縮應力的情況下，在焊接後進行熱處理，通過該熱確實使低溫相變焊縫金屬部分全部再相變成奧氏體的方法。因此，如果與非熱處理型相比較，第I焊接工序與熱處理型相同，作為第2焊接工序，使在第I焊接工序中形成的低溫相變焊縫金屬的一部分形成未熔化狀態，從而焊接材料沒有必要一定採用低溫相變熔劑，甚至連這一點也是相同的。但是，作為熱處理型中的第2焊接工序，通過第2焊接工序的最終焊接焊道，在第I焊接工序中形成的低溫相變焊縫金屬未熔化部分的全部或一部分沒有必要一定再相變成奧氏體。因為在第2焊接工序後的熱處理工序中，使其全部再相變成奧氏體。也就是說，本發明中的熱處理型的疲勞強度提高方法由於通過焊接後的熱處理實施低溫相變焊縫金屬的向奧氏體的再相變，因此在此以前，沒有必要使其再相變成奧氏體。本發明中的熱處理型的疲勞強度提高方法中的施焊條件及熱處理條件的預先確定，對於焊接有關人員來說並不特別難。與非熱處理型時同樣，預先準備好形狀與實際的焊接接頭相同的試驗體，通過用與實際進行焊接時應採用的焊接材料相同的焊接材料，進行第I焊接工序及第2焊接工序，接著，通過熱處理工序對製作的焊接接頭進行處理，然後，通過從該焊接接頭採取斷面宏觀組織，只要通過斷面宏觀的組織觀察，就能判斷是否存在低溫相變焊縫金屬的未熔化部分，以及該未熔化低溫相變焊縫金屬是否通過熱處理全部再相變成奧氏體。這樣一來，只要事前決定好的焊接條件及熱處理條件，對實際的焊接接頭按此條件進行施焊就可以。關於低溫相變焊縫金屬的相變開始溫度，能夠通過從事前製作的焊接接頭的未熔化低溫相變焊縫金屬部分採取試驗片，測定相變開始溫度來確認。以上是本發明中的非熱處理型及熱處理型的疲勞強度提高方法的技術思想。再有，在採用非熱處理型且第2焊接工序為2焊道以上時，第2焊接工序的最終焊道與通過第I焊接工序形成的焊縫金屬分開，因此希望將非熱處理型的第2焊接工序限定為I焊道焊接的情況。[焊接接頭的製造方法的限定理由]接著，對本發明中的限定理由進行說明。
「第I焊接工序中採用的焊縫金屬的相變開始溫度」最初，對限定低溫相變焊縫金屬的相變開始溫度的理由進行說明。在本發明中，通過在疲勞成為問題的、不能通過機械的或利用焊接的後處理來實施提高疲勞強度措施的內側焊趾部或根部形成低溫相變焊縫金屬，通過該低溫相變焊縫金屬的相變膨脹將殘餘壓縮應力導入焊趾部或根部。為此，需要減小相變結束後的熱收縮。相變開始溫度的上限為400°C，在超過此溫度的相變開始溫度時，相變結束後的熱收縮增大，相變膨脹時導入的壓縮應力消失，因此設定此值。另一方面，下限為175°C，因為即使形成低於此溫度的相變開始溫度，其效果也大致相同，此外，為了得到低於175°C的相變開始溫度，必須添加超過本發明的限定範圍的合金元素，使焊接材料製造成本增高，而且發生高溫裂紋的危險增大，所以設定此值。「熱處理工序中的熱處理方法」接著，對熱處理型中的熱處理方法進行說明。 作為焊接接頭的熱處理方法，可考慮利用氣體燃燒器的加熱、利用電加熱器的通電加熱、或將結構物整體裝入熱處理爐等方法。在本發明中優選利用通電加熱或感應加熱的熱處理方法。在通電加熱或感應加熱和利用氣體燃燒器或電加熱器的加熱中，在以下方面有較大不同。通電加熱是在焊接接頭中流通電流，採用此時發生的焦耳熱進行加熱的方法，感應加熱是發生渦電流，採用其進行加熱的方法，熱發生在焊接接頭內部。另一方面，氣體燃燒器等從接頭表面通過熱傳導將熱傳導給接頭內部。本發明作為對象的是結構上不能進行機械的或利用焊接的後處理的內側焊趾部或根部的疲勞，因此在進行熱處理時不能用氣體燃燒器等直接烘烤。因此，為了通過熱處理使低溫相變焊縫金屬再相變成奧氏體，需要繼續加熱到熱傳導到低溫相變焊縫金屬。因此，不僅低溫相變焊縫金屬，其周圍的部分也被相當加熱。這意味著不僅熱處理的效率差，而且出現熱處理時新發生大的殘餘應力的危險。與此相對照，通電加熱或感應加熱因內部發熱而使通過熱傳導將熱傳遞到低溫相變焊縫金屬的問題減少，新發生殘餘應力這樣的問題比氣體燃燒器加熱等時更為減少。因而，在本發明中，希望採用通電加熱或感應加熱。[焊縫金屬(低溫相變)的成分第I焊接工序]接著，對第I焊接工序中採用的低溫相變的焊縫金屬的成分的限定理由進行說明。在本發明中，作為低溫相變焊縫金屬，提供以Ni為主體的成分系和以Cr及Ni雙方為王體的成分系。在本發明中，將如者稱為Ni系,將後者稱為Cr-Ni系。再有，在以下的說明中，表示各元素的含量的「 ％ 」只要不特別指出，就表示「質量％ 」。[Ni系的成分]首先，對Ni系的成分範圍的限定理由進行說明。(C :碳)0. 01 O. 15%C通過將其添加到鐵中，起到降低Ms溫度的作用。可是，另一方面，過度的添加引起焊縫金屬的韌性劣化及焊縫金屬裂紋的問題，因此將其上限規定為O. 15%。可是，在不添加C時，難得到馬氏體，而且必須只通過其它高價元素來謀求降低殘餘應力，從而不能說是經濟的。將C限定為添加O. 01 %以上是利用廉價的元素C，是作為發揮其經濟優勢的最低限度的值而設定的。再有，C的上限從焊縫金屬裂紋的觀點出發，希望更優選設定在O. 10%。(Si :矽)O. 2 O. 8%Si作為脫氧元素是已知的。Si具有降低焊縫金屬的氧水平的效果。特別是在施焊中，因有焊接中空氣混入的危險性，所以將Si量控制在適當的值是非常重要的。首先，關於Si的下限，在作為Si量低於O. 2%時，低溫相變焊接材料的Si量也低。在此種情況下，脫氧效果低，焊縫金屬中的氧水平過於增高，有引起機械特性、特別是韌性劣化的危險性。因此，在本發明中，將其下限規定為O. 2%。另一方面，過度地添加Si還發生韌性劣化，因此將其上限規定為0.8%。
(Mn :錳)0· 4 2. 0%Mn作為提高強度的元素是已知的。Mn的下限O. 4%是作為得到確保強度的效果的最低限度的值設定的。另一方面，過度的添加，即使進行在其以上的添加，也不能期待疲勞強度的特別提高，所以將上限設定在2. 0%。(P:磷)0.03% 以下(S:硫)0.02% 以下P及S在本發明中是不可避免的雜質。可是，這些元素如果較多地存在於焊縫金屬中，則使韌性劣化，因此將其上限分別規定為O. 03%,O. 02%。(Ni :鎳)7. O 11. 5%Ni是單質具有奧氏體即面心結構的金屬，是通過添加到焊縫金屬中使奧氏體的狀態更穩定的元素。鐵本身在高溫區形成奧氏體結構，在低溫區形成鐵素體即體心結構。Ni通過添加此量使鐵的高溫區的面心結構形成更穩定的結構，因此與不添加時相比，即使在更低的低溫區也為面心結構。這意味著相變為體心結構的溫度降低。Ni的下限7.0%是以顯現殘餘應力降低效果的最低限度的添加量的意義決定的。Ni的上限11. 5%從降低殘餘應力的觀點出發，即使添加此量以上，效果也無大的變化，而且如果添加此量以上，除了產生Ni為高價的經濟上的劣勢以外，還有產生高溫裂紋的危險性。再有，Ni的下限，為了確實提高疲勞強度，希望更優選設定在8. O %。以上是對本發明中的Ni系的必需成分的限定理由。再有，關於Ni系，除上述必需成分以外，也能夠根據需要有選擇性地添加以下成分。(Cu :銅)O. 05 O. 4%Cu在焊接材料為焊絲時，具有通過鍍覆在其上提高通電性的效果，因此對於改善焊接作業性是有效的元素。可是，過度的添加由於改善作業性的效果飽和，而且提高焊絲的製造成本，因此在產業上也是不優選的。Cu的上限O. 4%是基於如此的理由設定的。另一方面，Cu的下限O. 05%是作為得到提高通電性的效果的最低限度的值而設定的。(Nb :鈮)O. 005 O. I %Nb在焊縫金屬中與C結合，形成碳化物。Nb碳化物在少量時具有提高母材及焊縫金屬強度的作用，所以，有效利用時的經濟優勢大。可是，另一方面，過度的碳化物形成發生過大的析出硬化，因此自然而然地設定上限。Nb的下限作為形成碳化物、能夠期待強度增加效果的最低限度的值設定在O. 005%。此外，Nb的上限因強度增加顯著導致的焊接裂紋的問題，且即使能夠迴避焊接裂紋的問題強度增加效果也達到飽和，因而規定為O. 1%。
(V :釩)O. 01 O. 5%V也是起到與Nb同樣的作用的元素。可是，與Nb不同，為了期待相同的析出效果，需要比Nb增加添加量。因此，V添加量的下限O. 01%是作為通過添加能夠期待析出硬化的最低值設定的。此外，V的上限，由於如果比此多地添加，則析出硬化過於顯著，此外即使實施過度的添加，從提高疲勞的效果出發，改善也達到飽和，而且因過度的析出硬化，還發生焊接裂紋的問題，所以規定為O. 5%。(Ti :鈦)O. 005 O. I % Ti也與Nb、V同樣通過形成碳化物產生析出硬化。可是，如V的析出硬化與Nb的析出硬化不同一樣，Ti的析出硬化也與Nb、V不同。因此，也將Ti的添加量的範圍設定在與Nb、V不同的範圍。Ti添加量的下限O. 005%是作為能夠期待其效果的最低量而設定的，此外，Ti的上限O. I %，因為如果添加超過此量，則疲勞強度提高效果飽和，而且因過度的析出效果還出現發生裂紋的問題，因此設定此值。(Cr :鉻)0· I 3. 0%Cr與Nb、V、Ti同樣是析出硬化元素。此外，Cr還組合具有降低Ms溫度的效果，因此是應有效應用的元素。可是，本發明中的低溫相變焊縫金屬，主要通過添加Ni達到降低Ms溫度，因此Cr添加量應比Ni少。過度的添加Cr不一定提高降低殘餘應力的效果，此外Cr是高價元素，因此在產業上是不優選的。Cr添加量的下限O. 1%是作為添加此量可得到降低殘餘應力的效果的最低限度的值而設定的。此外，Cr添加量的上限3.0%，由於關於Ni系，Ms溫度通過添加Ni已經降低，且通過添加其它元素還確保了強度，所以即使添加此量以上降低殘餘應力的效果也無太大的變化，因而設定此值。(Mo :鑰)0· I 2. 0%Mo也是具有與Cr同樣效果的元素。可是，Mo是能夠期待在Cr之上的析出硬化的元素。因此，將添加範圍設定得比Cr窄。下限的0.1%是作為能夠期待Mo的添加效果的最低限度的值而設定的。此外，Mo的上限2. 0%是因為即使添加此量以上，疲勞強度提高量也達到飽和而設定的。以上是本發明的Ni系中的成分限定理由。再有，關於Ni系，由於主要用Ni來實現相變開始溫度，因此從防止高溫裂紋的觀點出發，希望將Ni系低溫相變焊縫金屬的相變開始溫度的下限設定在200°C。[Cr-Ni 系的成分]接著，對於Cr-Ni系，就其成分的限定理由進行說明。(C :碳)O. 005 O. 10%C通過將其添加到鐵中，起到降低Ms溫度的作用。可是，另一方面，過度的添加引起焊接裂紋的問題及韌性劣化的問題，而且在本發明的Cr-Ni系中，通過添加Cr及Ni大大降低Ms溫度，因而應比Ni系較低地設定C的上限。因此，對於Cr-Ni系中的C的上限，從防止高溫裂紋及韌性的觀點出發，將其上限規定為O. 10%。可是，在不添加C時，難以得到馬氏體，而且必須只通過其它高價元素來謀求降低殘餘應力，從而不能說是經濟的。將C限定為添加O. 005%以上是為利用廉價的元素C，作為發揮其經濟優勢的最低限度的值而設定的。(Si :矽)0· I O. 7%
Si作為脫氧元素是已知的。特別是在焊縫金屬中，因有焊接中混入空氣的危險性，所以將Si量控制為適當的值是非常重要的。首先，是關於Si的下限，在低溫相變焊縫金屬的Si量低於O. I %時，意味著低溫相變焊接材料的Si量也那麼低，脫氧效果較低而低溫相變焊縫金屬中的氧水平過高，有引起機械特性、特別是韌性劣化的危險性。因此，將低溫相變焊縫金屬的Si量的下限規定為O. 1%。再有，Si除脫氧效果以外，還具有改善焊接時的作業性的效果，因此更優選將Si的下限規定O. 30%。另一方面，即使添加超過O. 7%的Si，作業性改善效果也達到飽和，因此將其上限規定為O. 7%。(Mn :錳)0· I 2. 0%Mn—般作為提高強度的元素使用，但在本發明的Cr-Ni系中，其效果已經通過Cr等而得到。因此，Mn的添加與Si同樣，主要以脫氧效果為目的。Mn的下限0.1%是作為得到脫氧效果的最低限度的值而設定的。另一方面，關於2.0%的上限，是因為即使添加此量以上，脫氧效果量也達到飽和，所以將上限設定在2.0%。 (P:磷)0.03% 以下(S:硫)0.02% 以下P及S在本發明中是不可避免的雜質。可是，這些元素如果較多地存在於母材和焊縫金屬中則韌性劣化，因此將其上限分別規定為O. 03%,O. 02%。(Ni :鎳)4. O 8.0%Ni是單質具有奧氏體即面心結構的金屬。鐵本身在高溫區形成奧氏體結構，在低溫區形成鐵素體即體心結構。Ni通過添加此量使鐵的高溫區的面心結構形成更穩定的結構，因此與不添加時相比，即使在更低的低溫區也為面心結構。這意味著相變為體心結構的溫度降低。此外，Ni通過添加此量還具有改善焊縫金屬的韌性的效果。Cr-Ni系低溫相變焊縫金屬中的Ni添加量的下限4. 0%是從顯現降低殘餘應力的效果的最低限度的添加量及確保韌性的觀點出發而決定的。Ni添加量的上限8.0%在Cr系焊絲時，從通過以下所述的Cr的添加而某種程度地降低Ms溫度及降低殘餘應力的觀點出發，即使添加此量以上效果也無大的變化，而且如果添加此量以上，則產生Ni為高價的經濟上的劣勢，因而設定此值。(Cr :鉻)8. O 15. O %Cr與Ni不同，是鐵素體形成元素。可是，Cr如果將其添加到鐵中，儘管在高溫度區為鐵素體，但是在中溫度區形成奧氏體，如果再降低溫度，則再次形成鐵素體。實際上，一般得不到低溫側的鐵素體，而能得到馬氏體。這是因為添加Cr的優點為增加淬透性。也就是說，通過添加Cr形成的馬氏體相變存在因淬透性增加而不會產生鐵素體相變和Ms溫度本身降低這兩點。作為一邊滿足這兩方面的效果，一邊有效利用用於降低殘餘應力的相變膨脹的Cr添加範圍，設定下限8. 0%。此外，關於Cr的上限15. O%，因為如果添加超過此量的量，則相變溫度過於降低，相變膨脹量減小，出現疲勞強度提高效果下降的傾向，所以設定此值。以上是本發明的Cr-Ni系的必需成分的限定理由。在本發明的Cr-Ni系中，能夠有選擇性地添加以下的元素。添加以下成分的目的，不一定以提高疲勞強度為目的，但是否添加的判斷，只要是焊接有關人員是能夠容易判斷的。
(Cu :銅)O. 05 O. 4%Cu在低溫相變焊接材料為焊絲時，具有通過鍍覆在其上提高通電性的效果，因此對於改善焊接作業性是有效的元素。關於Cu的下限O. 05%，在低溫相變焊縫金屬中的Cu低於此量時，鍍覆在焊絲上的Cu的量也那麼低，從而是作為通過增加通電性來改善作業性所需的最低限度的值而設定的。可是，Cu的過度添加不僅沒有改善作業性的效果，而且提高了焊絲的製造成本，因此在產業上也是不優選的。Cu的上限O. 4%是基於如此的理由而設定的。再有，在低溫相變焊接材料為焊條的情況下，不需要特別鍍覆Cu。是否在低溫相變焊接材料中添加Cu，由於在本發明中Cu是選擇元素，因此不僅從提高疲勞強度措施出發，而且從作業性的觀點出發也是可以選擇的，只要是焊接有關人員，就能夠容易判斷是否應添加Cu。(Nb :鈮)O. 005 O. I %Nb在焊縫金屬中與C結合，形成碳化物。Nb碳化物在少量時具有提高焊縫金屬強 度的作用，所以，有效利用時的經濟優勢較大。可是，另一方面，過度的碳化物形成使強度過於提高，發生焊接裂紋問題及韌性劣化，因此自然而然地設定上限。Nb的下限作為形成碳化物、從而能夠期待強度增加效果的最低限度的值設定在O. 005%。此外，Nb的上限作為防止裂紋問題、不損害因韌性劣化引起的焊接部的可靠性的值而規定為O. 1%。(V :釩)O. 05 O. 5%V也是起到與Nb同樣的作用的元素。可是，與Nb不同，為了期待相同的析出效果，需要比Nb增加添加量。V添加量的下限O. 01%是作為通過添加能夠期待析出硬化的最低值而設定的。設定V的上限的理由與Nb的情況相同，如果比此較多地添加，則析出硬化過於顯著，引起韌性劣化，過度的硬化引起焊接裂紋，從此觀點出發，將上限規定為0.5%。(Ti :鈦)O. 005 O. I %Ti也與Nb、V同樣，通過形成碳化物而產生析出硬化。可是，正如V的析出硬化與Nb的析出硬化不同一樣，Ti的析出硬化也與Nb、V不同。因此，也將Ti的添加量的範圍設定在與Nb、V不同的範圍。Ti添加量的下限O. 005%是作為能夠期待其效果的最低量設定的，而且上限的O. 1%是從防止韌性劣化及防止過度的由鋼導致的焊接裂紋的觀點出發而決定的。(Mo :鑰)0· I 2. 0%Mo也與Nb、V、Ti同樣是能夠期待析出硬化的元素。可是，Mo為了得到與Nb、V、Ti同等的效果，需要在Nb、V、Ti以上添加。Mo添加量的下限0.1%是作為能夠期待析出硬化形成的屈服強度增加的最低限度的值而設定的。此外，關於Mo的上限的2. 0%，因為即使添加此量以上，疲勞強度提高量也達到飽和，因而設定此值。「用於提高疲勞強度的後處理」接著，對進行了焊接一側的內側焊趾部的提高疲勞強度的措施方法的限定理由進行敘述。本發明涉及不能通過機械處理等實施提高疲勞強度的措施的內側焊趾部或根部的提高疲勞強度的方法。因此，進行了焊接一側的焊趾部不一定成為本發明的對象。但是，如果疲勞裂紋能夠提高某部位的疲勞強度，則其它部位的疲勞強度決定整個接頭的疲勞強度。因此，本發明人認為，在將不能通過機械的或利用焊接的後處理實施提高疲勞強度措施的一側的內側焊趾部或根部的疲勞強度提高後，再提供相反側的焊趾部的提高疲勞強度措施在產業上是有意義的。提高疲勞強度的措施按大的分類可分為降低殘餘應力的方法和緩和應力集中的方法。作為降低殘餘應力的方法的一個例子，有將結構物整體均勻地加熱，然後緩慢冷卻的方法。但是，在該方法中，由於特意通過低溫相變焊縫金屬導入的殘餘壓縮應力消失，因此雖說是提高疲勞強度的措施，也不能無限制地應用。在本發明中，需要限定為不對低溫相變焊縫金屬導入的殘餘應力產生影響這樣的提高疲勞強度措施。在本發明中，可以設計以下的進行機械後處理的方法通過對在第2焊接工序中形成的、進行了焊接的一側的焊縫的兩側的外側焊趾部22(42)的一方或雙方(參照圖I、2中的符號22a、22b、42a、42b)實施研磨機處理等採用機械加工的後處理，從而將實施了該後處理的外側焊趾部22(42)的形狀加工成比焊接原狀的狀態光滑。通過研磨機處理等採用機械加工的後處理而將焊趾部加工成比焊接原狀的狀態光滑的方法，是緩和應力集中的方法，對低溫相變焊縫金屬導入的殘餘應力不太施加影響， 因此作為用於本發明作為對象的接頭的疲勞強度提高方法是優選的方法。此外，在本發明中，可以設計以下的進行機械後處理的方法通過對進行了焊接的一側的焊縫的兩側的外側焊趾部22(42)的一方或雙方實施採用噴丸硬化、超聲波表面強化、空氣表面強化等表面強化處理的後處理，將實施了該後處理的外側焊趾部22(42)的形狀加工成比焊接原狀的狀態光滑，同時對外側焊趾部22(42)導入殘餘壓縮應力。採用超聲波表面強化等表面強化處理的後處理的提高疲勞強度措施除了緩和應力集中的效果以外，由於向處理過的部分導入壓縮的殘餘應力，因此疲勞提高效果一般比研磨機處理時大。此外，由於對低溫相變焊縫金屬導入的殘餘應力不太施加影響，因此作為用於本發明作為對象的接頭的疲勞強度提高方法是優選的方法。此外，在本發明中，可以設計以下的利用焊接的後處理的方法通過對焊縫的兩側的外側焊趾部22 (42)的一方或雙方實施不採用填充金屬的TIG焊接(TIG熔修)，從而將實施了該TIG焊接的外側焊趾部22(42)的形狀加工成比焊接原狀的狀態光滑。TIG熔修是不採用焊接材料，通過焊接電弧熱使接頭表面再熔化，使焊趾部等的應力集中緩和的方法。一般地說，對焊接接頭加熱的方法有可能使通過低溫相變焊縫金屬導入的殘餘壓縮應力消失，因而在其使用中需要注意。可是，TIG熔修即使是加熱的方法，也由於能夠用少量線能量實現充分的應力集中的緩和，因此是可用於本發明作為對象的接頭的優選的方法。再有，在本發明中的熱處理型的疲勞強度提高方法中，在採用該方法的情況下，如果在熱處理前實施TIG熔修，則通過低溫相變焊縫金屬導入的殘餘壓縮應力的消失的問題完全沒有了，因此在熱處理型時，希望在熱處理前進行採用TIG熔修的處理。此外，在本發明中，能夠採用以下的利用焊接的後處理的方法通過對焊縫的兩側的外側焊趾部22(42)的一方或雙方實施形成成分以及相變開始溫度與第I焊接工序中採用的焊縫金屬同等的焊縫金屬即焊縫(面焊縫)的後處理，從而對實施了該後處理的外側焊趾部22(42)導入殘餘壓縮應力。採用與形成第I焊接工序中的低溫相變焊縫金屬的焊縫金屬相同的焊接材料，對實施了焊接的一側的焊趾部形成面焊縫的方法，由於焊接量小、能夠將投給焊接接頭的熱量抑制在較低的水平，因而是可應用於本發明作為對象的接頭的優選的方法。可是，該方法是控制殘餘應力的方法，另一方面，向接頭賦予相同的熱的上述TIG熔修的方法是緩和應力集中的方法，提高疲勞強度的方法不同。因此，在本發明中的熱處理型的提高疲勞強度的方法中，TIG熔修的方法無論是熱處理前、熱處理後中的那一種都可以實施，但形成面焊縫的方法需要在熱處理後實施。因為如果在熱處理前形成面焊縫，則熱處理時面焊縫形成的殘餘壓縮應力消失。假使在熱處理前形成面焊縫的情況下，則熱處理時，需要設定熱處理條件，以使第I焊接工序時形成的低溫相變焊縫金屬和面焊縫的焊縫金屬兩者再相變到奧氏體，在此種情況下，加熱幅度變寬，因此熱處理形成的殘餘應力或變形被導入的危險性增力口。因此，在本發明中，在採用熱處理型的疲勞強度提高方法時，希望在熱處理後實施面焊縫。如以上說明的那樣，根據本發明的焊接接頭的製造方法，即使在因焊接接頭的結構上、或焊接結構物的結構上的問題，存在不能進行機械的或利用焊接的後處理的、不能實施結構的直接機械處理的內側焊趾部或根部的情況下，也能夠謀求提高焊接接頭的疲勞強度，同時能夠謀求提高焊接結構物整體的壽命，或者通過對既有的焊接結構物進行修補而謀求延長焊接結構物的壽命，產業上的意義是非常大的。實施例 以下，通過列舉本發明的焊接接頭的製造方法的實施例，對本發明進行更具體的說明，但本發明當然不限定於下述實施例，還可在適合前後所述趣旨的範圍內適當地加以變更而實施，這些變更都包含在本發明的技術範圍內。[實施例I]實施例I是非加熱型的提高疲勞強度措施的實施例。首先，作為只能從一側焊接的結構物，通過焊接組裝圖4所示的結構體。此時的焊接部的樣子為圖5所示的狀態。在非加熱型的情況下，將焊接焊道數限定為2焊道，因此將圖4中的上部的板厚設定在6mm。此外，為了製作圖5的接頭，試製了多種焊接材料，首先，作為第I焊接工序，在圖5所示的不能採取機械的提高疲勞強度措施的一側的內側焊趾部形成焊縫。然後，作為第2焊接工序，製作第2焊道的焊縫(外側焊趾部)。採用的焊接方法為手工電弧焊(SMAW)、二氧化碳氣體保護焊(GMAW)兩種，此時的焊接條件如下。第I 焊道 SMAW 130A-23V-14cm/ 分鐘第2 焊道 SMAW 140 190A-25 30V第I 焊道 GMAW 200A-27V-23cm/ 分鐘第2 焊道 GMAW 250A-31V-18. 5cm/ 分鐘再有，關於第2焊道SMAW的焊接條件，為了製作在進行了再相變時或沒有再相變時，沒有進一步殘餘未熔化部分或只有未熔化部的一部分發生奧氏體相變的實施例，以變更線能量的目的，選擇上述範圍的電流及電壓，進而控制焊接速度而使線能量變化。在後面所示的實施例的表中，關於第2焊道SMAW記載了線能量。此外，關於第2焊道焊接材料，有時採用與第I焊道相同的焊接材料，有時選擇通常的焊接材料、即強度水平在490MPa 780MPa的範圍的焊接材料。無論在何種情況下，焊接條件都採用上述條件。再有，第2焊道的焊接條件由於目的是對第I焊道中形成的焊縫金屬產生熱影響，使其再相變成奧氏體，因此只要能達到此目的就不限定於上述焊接條件。此外，作為通常的焊接材料，使用其成分(熔敷金屬成分)為以下的焊接材料。490MPa 級 SMAW C :0. 07%, Si :0. 62%,Mn :1. 2%,P :0. 011%, S :0. 006%490MPa 級 GMAff C :0. 10%, Si 0. 52%,Mn 1. 2%,P :0. 010%, S :0. 008%590MPa 級 SMAW C :0. 07%, Si :0. 40%, Mn :1. 2%、P :0. 011%, S :0. 006%, Ni 0.76%,Mo 0. 23%590MPa 級 GMAW C :0. 07%, Si :0. 38%, Mn :1. 4%、P :0. 005%, S :0. 008%, Mo
0.35%780MPa 級 SMAW C :0. 05%, Si :0. 44%, Mn :1. 4%、P :0. 011%, S :0. 008%, Ni
2.56%,Mo 0. 51%, Cr :0. 18%780MPa 級 GMAW C :0. 07%, Si 0. 54%, Mn I. 3%, P :0. 006%, S :0. 007Ni 2. 26%,Mo 0. 48%作為此時的焊接材料，採用多種焊接材料，有時採用與第I焊接工序相同的焊接材料，有時採用590MPa級的焊接材料等。而且，製作幾個這樣的焊接接頭，將其中的一部分用於通過第I焊接工序製作的焊縫金屬的成分分析、相變開始溫度測定、通過顯微組織觀察對向奧氏體的再相變的判斷，剩餘作為疲勞試驗用的試驗體。圖6是表不進行疲勞試驗時的載荷負載方向的不意圖，圖6中的箭頭表不載荷負載方向。疲勞試驗按4點彎曲試驗進行，疲勞載荷通過在第I焊接工序中形成的焊縫金屬的內側焊趾部貼裝應變儀進行了測定。再有，之所以能夠貼裝應變儀，是因為它是試驗體，在實際的焊接結構物時，一般認為難以進行採用應變儀的應力測定。下表I是通過第I焊接工序形成的焊縫金屬的成分及相變開始溫度的測定結果。焊縫金屬成分通過在焊接後從形成的焊縫金屬上直接採取成分分析用試驗片進行了測定。此外，相變開始溫度記載了從焊接後形成的焊縫金屬採取7 —7 7夕一試樣測定相變開始溫度的結果。也就是說，通過從焊縫金屬上採取圓棒形狀的試驗片，進行加熱冷卻，測定各溫度時的試驗片長度，從而測定焊縫金屬的膨脹收縮，由此決定相變開始溫度。表I中，編號I 14的焊縫金屬成分和相變開始溫度在本發明的範圍內。本發明由於涉及疲勞強度的提高方法，因此單憑焊縫金屬成分和相變開始溫度在本發明的範圍內，未必成為本發明例。可是，為了參考，在下表I中，將成分及相變開始溫度在本發明的範圍內者記為本發明例。如從下表I的編號I 14的成分得知，下表I中示出的焊縫金屬的成分為本發明中的Ni系的成分的例子。此外，下表I中的編號51 59在本發明的範圍外,但一部分有時沒有記載相變開始溫度。由於它們在焊縫金屬中發生裂紋，因此相變開始溫度是通過選擇沒有發生裂紋的部分採取試驗片而測定的。編號51中C為O. 20%，超過本發明的範圍，發生了焊接裂紋(高溫裂紋)。編號52中Ni在本發明的範圍外，與編號51同樣發生了焊接裂紋。編號56因Nb在本發明的範圍外，強度過於提高而發生了焊接裂紋(低溫裂紋)。編號57中V在本發明的範圍外，與編號56同樣發生了焊接裂紋。編號59中Ti在本發明的範圍外，與編號56,57同樣發生了焊接裂紋。編號59中Si在本發明的範圍外，沒有發生焊接裂紋，但因脫氧不足而發生缺陷。本發明的範圍內的編號I 14沒有發生裂紋及缺陷，且相變開始溫度在本發明的範圍內。再有，比較例的編號53、54、55、58沒有裂紋等問題，但成分在本發明的範圍外，因
權利要求
1.一種焊接接頭的製造方法，其是通過多焊道焊接對鋼材的接合部進行焊接的焊接接頭的製造方法，其特徵在於，所述多焊道焊接具有 第I焊接工序，其採用第I焊道的焊縫金屬的相變開始溫度在175°C 400°C的範圍的焊接材料實施焊接；接著，第2焊接工序，其以所述第I焊接工序中形成的焊縫金屬的一部分成為未熔化部的方式，實施用I焊道或2焊道以上堆高焊縫金屬的焊接，並且利用最終焊道的焊接熱使所述未熔化部全部再相變成奧氏體。
2.一種焊接接頭的製造方法，其是通過多焊道焊接對鋼材的接合部進行焊接的焊接接頭的製造方法，其特徵在於，所述多焊道焊接具有第I焊接工序，其採用第I焊道的焊縫金屬的相變開始溫度在175°C 400°C的範圍的焊接材料實施焊接；接著，第2焊接工序，其以所述第I焊接工序中形成的焊縫金屬的一部分成為未熔化部的方式，實施用I焊道或2焊道以上堆高焊縫金屬的焊接；然後，具有實施使所述未熔化部全部再相變成奧氏體的熱處理的工序。
3.根據權利要求I或2所述的焊接接頭的製造方法，其特徵在於，只通過從一側的焊接來形成所述焊接接頭的接合部。
4.根據權利要求I 3中任一項所述的焊接接頭的製造方法，其特徵在於，所述焊接接頭為在焊接接頭的結構或焊接結構物的結構上，只能從所述焊接接頭的一側進行焊接的結構。
5.根據權利要求I 4中任一項所述的焊接接頭的製造方法，其特徵在於，所述焊接接頭為T形接頭、角接接頭或彳合接接頭。
6.一種焊接接頭的製造方法，其是所述焊接接頭為T形接頭，所述T形接頭的接合部由未熔敷部分、和夾著所述未熔敷部分的兩側的焊接部構成，通過部分熔焊只從一側對所述焊接部進行多焊道焊接的權利要求I所述的焊接接頭的製造方法，其特徵在於，所述未熔敷部分的長度為該各多焊道焊接中的各焊道焊縫厚度的最大值的3倍以上。
7.一種焊接接頭的製造方法，其是所述焊接接頭為十字接頭，所述十字接頭的接合部由未熔敷部分、和夾著所述未熔敷部分的兩側的焊接部構成，通過部分熔焊只從一側對所述焊接部進行多焊道焊接的權利要求I所述的焊接接頭的製造方法，其特徵在於，該各多焊道焊接之間存在的未熔敷部分的長度及形成該T形接頭的鋼材板厚的最小值為該各多焊道焊接中的各焊道焊縫厚度的最大值的3倍以上。
8.一種焊接接頭的製造方法，其是所述焊接接頭為T形接頭或十字接頭，所述焊接接頭的接合部由未熔敷部分、和夾著所述未熔敷部分的兩側的焊接部構成，通過部分熔焊只從一側對所述焊接部進行多焊道焊接的權利要求2所述的焊接接頭的製造方法，其特徵在於，在全部結束了所有焊接部的各多焊道焊接後進行所述熱處理。
9.根據權利要求2 5、8中任一項所述的焊接接頭的製造方法，其特徵在於，所述熱處理工序採用感應加熱或通電加熱中的任一加熱方法。
10.根據權利要求I 9中任一項所述的焊接接頭的製造方法，其特徵在於，所述第I焊接工序中採用的所述焊縫金屬的成分以質量％計，含有C :0. 01 O. 15%, Si :0. 2 O. 8%, Mn 0. 4 2. 0%, P 0. 03% 以下、S 0. 02% 以下、Ni 7. O IL 5%，進而含有 Cu O. 4% 以下、Ti :0. I % 以下、Nb :0. I % 以下、V :0. 5% 以下、Cr :3. 0% 以下、Mo :2. 0% 以下中的I種或2種以上。
11.根據權利要求I 10中任一項所述的焊接接頭的製造方法，其特徵在於，所述第I焊接工序中採用的所述焊縫金屬的成分以質量％計，含有C :0. 005 O. 10%, Si :0. I O. 7 %、Mn :0· I 2. O %、P :0· 03 % 以下、S :0· 02 % 以下、Ni :4· O 8. O %、Cr :8· O 15. 0%，進而含有 Mo 2. 0% 以下、Cu 0. 4% 以下、Ti 0. 1% 以下、Nb 0. 1% 以下、V 0. 5%以下中的I種或2種以上。
12.根據權利要求I 11中任一項所述的焊接接頭的製造方法，其特徵在於，在所述第2焊接工序後，對進行了焊接的一側的焊縫的焊趾部實施利用研磨機加工的後處理。
13.根據權利要求I 11中任一項所述的焊接接頭的製造方法，其特徵在於，在所述第2焊接工序後，對進行了焊接的一側的焊縫的焊趾部實施採用表面強化處理的後處理。
14.根據權利要求I 11中任一項所述的焊接接頭的製造方法，其特徵在於，在所述第2焊接工序後，對進行了焊接的一側的焊縫的焊趾部實施採用TIG電弧的再加熱處理。
15.一種焊接接頭，其是用權利要求I 14中任一項所述的焊接接頭的製造方法製造的焊接接頭。
全文摘要
本發明提供一種在因存在結構上的封閉區域等理由而不能實施提高疲勞強度措施的情況下，可提高疲勞強度的焊接接頭的製造方法。該製造方法具備第1焊接工序，其採用相變開始溫度在175℃～400℃的範圍的焊縫金屬，實施形成內側焊趾部或根部的焊接；以及第2焊接工序，其使構成第1焊接工序中形成的內側焊趾部或根部的焊縫金屬的至少一部分成為未熔化部，且用可將該未熔化部加熱到全部再相變為奧氏體的焊接線能量，實施用1焊道堆高焊縫金屬的焊接，由此向內側焊趾部或根部導入殘餘壓縮應力。
文檔編號E01D19/12GK102770227SQ201180004378
公開日2012年11月7日 申請日期2011年2月23日 優先權日2011年2月23日
發明者志村竜一, 水本學, 糟谷正 申請人:新日本制鐵株式會社