焊接接合部及其制造方法技术

本发明专利技术提供即使是在焊接金属(3)的抗拉强度低于钢材(4、4)的抗拉强度的情况下(低强匹配)也能够确保焊接接合部(1)的强度、并且能够防止脆性断裂的焊接接合部(1)。焊接接合部(1)，其具有两钢材(4、4)、和其焊接接合部(1)处的焊接金属(3)，并且至少一个面具备在所述两钢材(4、4)的表面上堆起的堆高，其中，作为在所述钢材(4、4)的表面上堆起的堆高的各加强焊道(5)的宽度为钢材表面端部的堆高厚度(9)以上，各加强焊道缝边部(8)的侧面角(θ)为145°以上且170°以下，所述焊接金属(3)的抗拉强度小于所述各钢材(4、4)的抗拉强度，并且满足权利要求1中的式(1)的条件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】焊接接合部及其制造方法
本专利技术涉及焊接接合部。更具体而言，涉及钢结构的焊接接合部。
技术介绍
在将钢材彼此焊接接合的焊接接合部中，通常形成实施焊接金属的抗拉强度大于钢材的抗拉强度规格下限值这样的焊接施工而成的接缝(焊接接合部)(超强匹配)。这是为了通过使焊接部的焊接金属的抗拉强度比被焊接的钢材强，从而防止焊接部处的过早断裂、并充分满足规定的设计强度。作为这种专利技术，提出了下述专利文献1的专利技术。近年来，已经开发并使用了高强度钢材。对于使用高强度钢材、并实施相对于该钢材的抗拉强度而成为超强匹配的焊接施工而言，焊接条件的管理困难、施工效率也显著降低。另外，针对抗拉强度为780MPa以上的超高强度钢材，现状是，可安心使用的焊接材料匮乏、且难以获取。关于使用高强度钢材时的上述问题，对于角焊而言，提出了下述专利文献2、3的专利技术。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开第3752616号公报专利文献2：日本特开2013-139047号公报专利文献3：日本特开2014-8515号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题但是，在专利文献2、3中记载的专利技术中存在下述问题：由于形状的原因而易于在加强焊接金属的缝边部(weldtoe)发生应力集中，因此当拉伸应力施加作用时，发生脆性断裂的可能性高。需要说明的是，在高强度钢材的焊接部，熔透量(penetrationamount)易于因低热输入条件下的焊接施工而变小。另外，在专利文献2中那样的加强焊接金属通过气体保护电弧焊而由一道焊缝形成的情况下，还会发生所述缝边部近旁的母材热影响区的韧性降低等问题，可能发生焊接部处的过早脆性断裂。本专利技术的目的在于，即使是在焊接金属的抗拉强度低于钢材的抗拉强度的情况(低强匹配)下也能够确保焊接接合部强度、并能够防止脆性断裂的焊接接合部。用于解决课题的手段为解决上述问题，本专利技术采取了下述手段：1)设置如下堆高，以使得与焊接部相比，钢材中先行发生断裂，所述堆高使得焊接部强度(＝堆高与钢材板厚与背面熔深等的总厚度×焊接金属强度)大于钢材强度(＝板厚×钢材应力)；2)在钢材表面上设置规定宽度的加强焊道(reinforcingbead)，以更切实地使钢材断裂先进行；3)为了防止加强焊道缝边部处的脆性断裂，使所述加强焊道缝边部的侧面角(flankangle)为规定的值；等。借助上述手段，可得到下述效果：1)即便焊接金属的抗拉强度低于钢材的抗拉强度，也能够获得充分的强度；2)能够减轻加强焊道缝边部的应力·应变集中；3)即使对于超高强度钢材而言，也能够缓和施工条件(减少超强匹配焊接的情况下余热，能够实现高热输入焊接并且能够简化焊接工序)并且能够确保接缝强度；等。本申请的专利技术人基于以上发现并在进一步研究的基础上，完成了本专利技术。本专利技术的主要内容如下所述。[1]焊接接合部，其具备两钢材、和所述两钢材的接合部处的焊接金属，并且所述焊接接合部的至少一个面具有在所述两钢材的表面上堆起的堆高，作为在所述钢材的表面上堆起的堆高的各加强焊道的宽度为钢材表面端部的堆高厚度以上，各加强焊道缝边部的侧面角θ为145°～170°，所述焊接金属的抗拉强度小于所述各钢材的抗拉强度，所述焊接接合部满足下式(1)的条件；[数学式1](a+t+d)×σuw≥α×t×Tsl...(1)式(1)中，a为堆高的最大厚度(mm)，t为钢材的厚度(mm)，σuw为焊接金属的抗拉强度(MPa)，α为安全系数(无单位)且是由1.01～1.20规定的值，Tsl为钢材的抗拉强度(MPa)；d为0以上，并且在两表面上均具有堆高的情况下，d是另一堆高的最大厚度(mm)。[2]根据[1]中记载的焊接接合部，其中，α为安全系数(无单位)且是由1.03～1.20规定的值。[3]根据[1]或[2]中记载的焊接接合部，其中，在与具备所述堆高的面相反一侧的面上具备具有凹部的凹型垫板，所述式(1)中的d为所述凹型垫板中的填充深度(mm)。[4]根据[1]或[2]中记载的焊接接合部，其中，在与具备所述堆高的面相反一侧的面上具备垫板，所述垫板具有熔透部，所述式(1)中的d为所述熔透部中的熔深(mm)。[5]根据[1]～[4]中任一项中记载的焊接接合部，其中，所述钢材中的至少一者具有坡口角度φ为15°～35°的坡口。[6]焊接接合部的制造方法，其为[1]～[5]中任一项中记载的焊接接合部的制造方法，其中，在两钢材的根部间隙中形成焊接金属，进一步在至少一个面上形成在所述两钢材的表面上堆起的堆高。[7]根据[6]中记载的焊接接合部的制造方法，其中，在所述根部间隙中具备垫板或凹型垫板并进行焊接。专利技术效果通过本专利技术，可提供能够确保使用了高强度钢材的低强匹配焊接接合部处的焊接接合部强度并防止脆性断裂、并且能够缓和焊接施工条件的焊接接合部。附图说明[图1]图1为对本专利技术的一实施方式进行说明的概略图。[图2]图2为对焊接接合部的尺寸等进行说明的概略图。[图3]图3为对焊接接合部的尺寸等进行说明的概略图。[图4]图4为示出加强焊道缝边部的侧面角与应力集中系数的关系的图。[图5]图5为对本专利技术的一实施方式进行说明的概略图。[图6]图6为对本专利技术的一实施方式进行说明的概略图。[图7]图7为对本专利技术的一实施方式进行说明的概略图。[图8]图8为二维平面应变元模型的一例。[图9]图9为对研究侧面角的量规进行说明的概略图。具体实施方式以下，对本专利技术详细进行说明。本专利技术为焊接金属的抗拉强度小于钢材的抗拉强度的低强匹配的焊接接合部。本专利技术在以往难以应用的高强度的钢材中也能够适用、此外对于钢材与焊接金属的抗拉强度差大的情况也能够适用。具体而言，本专利技术优选应用于钢材的抗拉强度为600～900MPa的高强度的物体，钢材的抗拉强度进一步优选为600～800MPa。另外，焊接金属的抗拉强度为例如550MPa以上，另外，上限为例如800MPa。从焊接施工性的观点等考虑，现实中，焊接金属的抗拉强度为例如550～700MPa。另外，本专利技术中，钢材与焊接金属的抗拉强度差还可以大于200MPa。当然，也能够适用于钢材与焊接金属的抗拉强度差为200MPa以下的情况。钢材与焊接金属的抗拉强度差优选为250MPa以下。需要说明的是，在本专利技术中，钢材的抗拉强度按照JISZ2241金属材料拉伸试验方法来确定。焊接金属的抗拉强度使用JISZ3111A0号试验片、A1号试验片或A2号试验片按照JISZ2241金属材料拉伸试验方法来确定。图1为对接焊中的焊接接合部的剖面概略图，并且是对本专利技术的一实施方式进行说明的概略图。如图1所示，本专利技术的焊接接合部是由对接焊形成的，并且是由在母材(钢材)的整个厚度的范围内熔透的全熔透焊接形成的。图1所示的焊接接合部具有左右大致对称的形状。以下，在本专利技术的说明中，省略了焊接热影响区的图示。焊接接合部(焊接接缝)1具备两钢材4、和在它们的接合部处的焊接金属3，即焊接接合部(焊接接缝)1具备焊接金属3及其两侧的钢材4。在焊接金属3中，以虚线表示的宽度(钢材4的最靠焊接金属部3侧彼此之间)的区域为宽度方向中心部2。在钢材4彼此的根部间隙部具备垫板6的状态下进行焊接，能够得到如上所述的焊接接合部。需要说明的是，“垫板”在焊接前是在待焊接的钢材侧的表面上不具有凹部的平板(例如平本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.焊接接合部，其具备两钢材、和所述两钢材的接合部处的焊接金属，并且所述焊接接合部的至少一个面具有在所述两钢材的表面上堆起的堆高，作为在所述钢材的表面上堆起的堆高的各加强焊道的宽度为钢材表面端部的堆高厚度以上，各加强焊道缝边部的侧面角θ为145°～170°，所述焊接金属的抗拉强度小于所述各钢材的抗拉强度，所述焊接接合部满足下式(1)的条件，(a+t+d)×σuw≥α×t×Tsl···(1)式(1)中，a为堆高的最大厚度(mm)，t为钢材的厚度(mm)，σuw为焊接金属的抗拉强度(MPa)，α为安全系数(无单位)且是由1.01～1.20规定的值，Tsl为钢材的抗拉强度(MPa)；d为0以上，并且在两表面上均具有堆高的情况下，d是另一堆高的最大厚度(mm)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.29 JP 2016-0151351.焊接接合部，其具备两钢材、和所述两钢材的接合部处的焊接金属，并且所述焊接接合部的至少一个面具有在所述两钢材的表面上堆起的堆高，作为在所述钢材的表面上堆起的堆高的各加强焊道的宽度为钢材表面端部的堆高厚度以上，各加强焊道缝边部的侧面角θ为145°～170°，所述焊接金属的抗拉强度小于所述各钢材的抗拉强度，所述焊接接合部满足下式(1)的条件，(a+t+d)×σuw≥α×t×Tsl···(1)式(1)中，a为堆高的最大厚度(mm)，t为钢材的厚度(mm)，σuw为焊接金属的抗拉强度(MPa)，α为安全系数(无单位)且是由1.01～1.20规定的值，Tsl为钢材的抗拉强度(MPa)；d为0以上，并且在两表面上均具有堆高的情况下，d是另一堆高的最大厚度(mm)。2.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：下川弘海，伊藤高一，
申请(专利权)人：杰富意钢铁株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP