相异材料接头及使用相异材料接头的结构物及其制造方法
【专利摘要】本发明的相异材料接头（50）是多个接头段（44）在长尺寸方向上连接设置而形成的。接头段（44）是第一构件（51）、中间构件（55）以及第二构件（54）通过爆炸压接接合而一体化的构件。在接头段（44）的与其他段部（44）接合的接合端面上设置有在层叠方向上空间性地隔开第一构件（51）的端面和第二构件（54）的端面的槽（62）。相异材料接头（50）的相邻的接头段部（44、44）的第一构件（51）的端面彼此通过焊接接合，第二构件（54）的端面彼此通过焊接接合。
【专利说明】相异材料接头及使用相异材料接头的结构物及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及为了将彼此由不同的材料形成的相异材料通过焊接接合而使用的相异材料接头以及使用该相异材料接头制造的结构物及其制造方法。
【背景技术】
[0002]以往，例如LNG (液化天然气)船那样的液体搬运船在船体上具备贮藏液体的一个以上的容器。在LNG船的情况下，如图13所示，用于贮藏极度低温(一 163°C)的LNG的由铝合金材料形成的球状的容器3通过称为槽围4的圆筒状的支持结构物固定在由钢材和不锈钢材等形成的船体2上。
[0003]槽围4的上部通过焊接与容器3接合，槽围4的下部通过焊接与船体2接合。因此，槽围4由通过与容器3相同的材料(在这里是铝合金材料)形成的上部结构构件41、通过与船体2相同的材料(在这里是钢材)形成的下部结构构件42、和配置在上部结构构件41和下部结构构件42之间的中间结构构件43构成。中间结构构件43由热传导率低的材料、例如不锈钢材构成。钢材和不锈钢材是可以通过焊接接合。然而，不锈钢材和铝合金材料由于熔点大为不同，因此难以将这些相异材料直接通过焊接接合，又，已知的是当两种材料以熔融状态混合时材料强度特性会极度下降。因此，上部结构构件41和中间结构构件43通过相异材料接头50接合。相异材料接头50的上端通过焊接与上部结构构件41接合，相异材料接头50的下端通过焊接与中间结构构件43接合。在专利文献I中记载有这样的相异材料接头50的一个示例。
[0004]在效仿专利文献I时，如图13所示相异材料接头50由通过与中间结构构件43相同的材料(在这里是不锈钢材)形成的第一构件51、镍材料52、钛材料53、和通过与上部结构构件41相同的材料(在这里是铝合金材料)形成的第二构件54层叠而一体地被固定。该相异材料接头50的制作方法如下。首先，在第一构件51上配置镍材料52，并通过爆炸压接接合第一构件51和镍构件52。接着，在镍材料52上配置钛材料53，并在该状态下通过爆炸压接接合镍材料52和钛材料53。最后，在钛材料53上配置第二构件54，并在该状态下通过爆炸压接接合钛材料53和第二构件54。另外,爆炸压接也称为“爆炸焊接(explosivewelding )”,是使两种类型的金属通过爆炸力高速冲撞,而使金属彼此结合的加工方法。
[0005]通过上述方法制作的相异材料接头50在槽围4的制造过程中配置在槽围4的中间结构构件43上，并且在相异材料接头50的下端和中间结构构件43的上端实施填角焊(fillet weld)。此外，在相异材料接头50上配置上部结构构件41，并在相异材料接头50的上端和上部结构构件41的下端实施填角焊。像这样，使构成槽围4的上部结构构件41和中间结构构件43通过相异材料接头50而一体化。
[0006]现有技术文献:
专利文献:
专利文献1:日本特开2006-71034号公报。
【发明内容】
[0007]发明要解决的问题:
在槽围的各结构构件中与相异材料接头被实施填角焊的构件上设置有用于避免焊接线交叉的切口(齿形孔(scallop))。例如，如图14所示，上部结构构件41的切口 46、和中间结构构件43的切口 47在相邻的相异材料接头50、50之间上下相对地设置。在将上部结构构件41和相异材料接头50以及相异材料接头50和下部结构构件42分别进行填角焊时，不得不对在切口 46、47的边缘(图14中用符号W示出的部分)上露出的上部结构构件41及中间结构构件43的厚度部分进行绕焊。由于切口 46、47狭窄，因此为了对切口 46、47的边缘进行绕焊，要求焊接操作员有高超的技术。
[0008]通过上述那样的方法制作的相异材料接头的长度是，因考虑到使用于爆炸焊接的装置的情况而目前最大也停留在2?3m左右。因此，在槽围的上部结构构件和中间结构构件之间多个相异材料接头以环状排列，并且在上部结构构件和中间结构构件上设置有与相异材料接头的数量相对应的多个切口。其结果是，在槽围的制造中，为了接合切口和相异材料接头而进行绕焊的部分增多，焊接作业变得繁杂，与此同时为了形成切口而进行的机械加工的量增多。
[0009]为了解决这样的问题，只要使相异材料接头长尺寸化即可。然而，在为了使相异材料接头长尺寸化而试图将现有的相异材料接头彼此通过焊接接合时，存在相异材料接头的不同种类的构成要素以熔融状态相混合的担忧。例如，当铝合金材料和不锈钢材料以熔融状态相混合时，其机械强度大大受损。又，在试图将现有的相异材料接头彼此通过焊接接合时，因该焊接热输入而引起的热变形量在相异材料接头的不同种类构成要素之间不相同，从而存在在构成要素的接合界面上出现剥离(裂开)而使相异材料接头的机械强度下降的担忧。例如，在构成相异材料接头的不同种类的构成要素为铝合金材料和不锈钢材料时，因焊接热输入而铝合金材料与不锈钢材料相比较大地热变形，从而存在在这些接合界面上出现剥离(裂开)的担忧。
[0010]本发明是为了解决上述那样的问题而形成的，其目的在于提供与以往相比可以长尺寸化的相异材料接头及使用该相异材料接头的结构物及其制造方法。
[0011]解决问题的手段:
根据本发明的相异材料接头是多个段部在长尺寸方向上连接设置而形成的相异材料接头，各段部具备第一构件、由不同于所述第一构件的材料构成并通过爆炸压接与所述第一构件在层叠方向上接合的中间构件、和由不同于所述第一构件及所述中间构件的材料构成并通过爆炸压接与所述中间构件在所述层叠方向上接合的第二构件，并且在与其他段部接合的接合端面上具有在该接合端面的范围内在所述层叠方向上隔开所述第一构件的端面和所述第二构件的端面之间的凹部；相邻的所述段部的所述第一构件的端面彼此通过焊接接合；相邻的所述段部的所述第二构件的端面彼此通过焊接接合。
[0012]上述结构的相异材料接头由多个段部在长尺寸方向上接合而形成，因此相异材料接头在长尺寸方向上的长度可以超出用于爆炸压接的装置的限制而增大。即，根据本发明的相异材料接头与现有的相异材料接头相比可以长尺寸化。而且，将段部彼此焊接时，段部的同种类的构成要素彼此通过焊接接合，并且段部的异种的构成要素之间通过凹部隔开，以此不会发生段部的异种的构成要素彼此以熔融状态混合的情况。因此，在相异材料接头上不会存在异种材料以熔融状态混合的部位，不会折损相异材料接头的机械强度。
[0013]也可以是在所述相异材料接头中，所述凹部使所述中间构件的端面从所述接合端面向所述长尺寸方向退入。此外，也可以是所述中间构件的端面从所述接合端面的退入量为所述第一构件和所述中间构件的接合界面及所述中间构件和第二构件的接合界面，通过所述第一构件的端面之间及所述第二构件的端面之间进行焊接时的焊接热输入达到这些接合界面存在分离的可能性的规定温度以下的大小。
[0014]根据上述结构，段部的构成要素的接合界面的端远离段部之间的焊接端面，可以降低在将段部彼此焊接时焊接热输入对段部的构成要素的接合界面产生的影响。
[0015]也可以是在所述相异材料接头中，所述段部在与所述凹部相比从所述接合界面进一步向所述长尺寸方向退入的位置，具有在所述层叠方向上隔开所述第一构件和所述第二构件之间的空洞。
[0016]根据上述结构，即使因焊接段部之间时的焊接热输入而在段部的构成要素的接合界面上出现剥离，也可以将该剥离的扩张通过空洞停止，并且通过空洞防止剥离向内方(向段部的长尺寸方向的内方)扩大的情况。
[0017]也可以是在所述相异材料接头中，相邻的所述段部的所述凹部彼此连续而形成空间，并且在该空间内设置有具有与相邻的所述段部的双方的所述第一构件及所述第二构件接触的形状的衬垫构件。
[0018]根据上述结构，通过衬垫构件填充产生于相邻的段部之间的空间的一部分，以此可以提高相对于相异材料接头的压缩的机械强度。
[0019]也可以是在所述相异材料接头中，所述衬垫构件由与所述第一构件及所述第二构件相比热传导率高的材料构成，且具有与相邻的所述段部的双方的所述中间构件不接触的形状。
[0020]根据上述结构，在焊接段部之间时的焊接热输入中向衬垫构件逃离的热增多，而向段部的构成要素传导的热减少，从而可以防止段部的构成要素的接合界面的剥离。
[0021]也可以是在所述相异材料接头中，所述凹部具有由所述第一构件形成的第一面、由所述第二构件形成的第二面、和由所述第一构件、所述中间构件和所述第二构件形成的第三面，所述第一面和所述第三面连接的棱线与所述第二面和所述第三面连接的棱线的角倒成圆角，所述第三面为与所述接合端面大致平行的平面。
[0022]根据上述结构，在第三面中所述第一构件和所述中间构件的端面以及所述第二构件以大致平面状露出，以此这些段部的构成要素的接合界面更加难以剥离。
[0023]又，根据本发明的结构物具备上述相异材料接头、与所述相异材料接头的所述第一构件通过焊接接合的第一结构构件、和与所述相异材料接头的所述第二构件通过焊接接合的第二结构构件。
[0024]根据上述结构的结构物，通过使用与以往相比长尺寸化的相异材料接头，以此可以减少相对于结构构件的规定长度的相异材料接头的数量。而且，一般来说在相异材料接头和相异材料接头之间的母材(各结构构件)上为了避免焊接线的交叉而设置有切口，但通过减少相异材料接头的数量而可以减少相对于结构构件的规定长度的切口的数量。其结果是，可以减少切口的机械加工量、和相异材料接头与各结构构件的绕焊处。
[0025]也可以是在所述结构物中，所述第一构件及所述第一结构构件均由铝合金材料构成，并且所述第二构件及所述第二结构构件均由不锈钢材料构成。又，所述结构物也可以是构成LNG船的球形容器的槽围的结构物。
[0026]又，根据本发明的结构物的制造方法包含:制作多个段部的步骤；将所述多个段部在长尺寸方向上连接设置而制作相异材料接头的步骤；将所述相异材料接头的一侧与第一结构构件通过焊接接合的步骤；和将所述相异材料接头的另一侧与第二结构构件通过焊接接合的步骤；制作所述段部的步骤包含将由与所述第一结构构件相同的材料构成的第一构件和中间构件通过爆炸压接在层叠方向上接合的步骤、将所述中间构件和由与所述第二结构构件相同的材料构成的第二构件通过爆炸压接在所述层叠方向上接合的步骤、和在所述段部的与其他段部接合的接合端面上形成在该接合端面的范围内在所述层叠方向上隔开所述第一构件的端面和所述第二构件的端面之间的凹部的步骤；制作所述相异材料接头的步骤包含将相邻的所述段部的所述第一构件的端面彼此通过焊接接合的步骤、和将相邻的所述段部的所述第二构件的端面彼此通过焊接接合的步骤。
[0027]根据上述结构物的制造方法，相异材料接头由多个段部在长尺寸方向上接合而形成，因此可以使相异材料接头在长尺寸方向的长度超出用于爆炸压接的装置的限制而增大。即，相异材料接头与现有的相异材料接头相比可以长尺寸化。又，相异材料接头由多个段部焊接而成，但是因凹部的效果而不存在异种材料以熔融状态混合的部分，因此不折损机械强度。而且，通过使用像这样长尺寸化的相异材料接头将第一结构构件和第二结构构件结合，以此与以往相比可以减少相对于结构构件的规定长度的相异材料接头的数量。此夕卜，一般在相异材料接头和相异材料接头之间的母材(各结构构件)上设置有避免焊接线的交叉的切口，而通过减少相异材料接头的数量可以减少相对于结构构件的规定长度的切口的数量。其结果是，可以减少切口的机械加工量、和相异材料接头和各结构构件的绕焊处。
[0028]发明效果:
根据本发明，相异材料接头由多个段部在长尺寸方向上接合而形成，因此可以使相异材料接头在长尺寸方向的长度超出用于爆炸压接的装置的限制而增大。即，相异材料接头与以往的相异材料接头相比可以长尺寸化。而且，通过使用像这样长尺寸化的相异材料接头将第一结构构件和第二结构构件结合，以此与以往相比可以减少相对于结构构件的规定长度的相异材料接头的数量。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1是示出根据本发明的实施形态的LNG船的容器的支持结构的概略侧视图；
图2是根据本发明的实施形态的相异材料接头的侧视图；
图3是长尺寸方向的两端为接合端部的接头段的侧视图；
图4是长尺寸方向的一端为接合端部的接头段的侧视图；
图5是示出接头段的制作流程的流程图；
图6是示出通过相异材料接头相结合的槽围的上部结构构件和中间结构构件的一部分的图；
图7是图6中的VI1-VII向视剖视端面图；
图8是说明槽围的制造流程的流程图；
图9是示出接头段及相异材料接头的变形例I的图； 图10是示出接头段及相异材料接头的变形例2的图；
图11是示出接头段及相异材料接头的变形例3的图；
图12是示出接头段及相异材料接头的变形例4的图；
图13是示出现有的LNG船的容器的支持结构的概略侧视图；
图14是示出现有的槽围上的切口及其附近的立体图。
【具体实施方式】
[0030]以下，参照附图详细说明实施本发明的形态。另外，以下在所有附图中对于相同或相当的要素标以相同的参考符号并省略其重复说明。在这里，作为根据本发明的槽围的一个实施形态，说明应用于LNG船中的示例。
[0031]图1是示出根据本发明的实施形态的LNG船的容器的支持结构的概略侧视图。LNG船是如图1所示具备用于贮藏天然气的多个球形容器3的船舶。各球形容器3形成为能够在内部贮藏低温液化的天然气的结构，一般由铝合金制成。又，球形容器3分别通过槽围4固定在船体2上。
[0032]槽围4是中空圆筒形的支持结构物，并且以作为容器侧结构构件的上部结构构件41、作为船体侧结构构件的下部结构构件42、配置在上部结构构件41和下部结构构件42之间的中间结构构件43为主要要素构成。上部结构构件41、下部结构构件42及中间结构构件43中任意一个都具有中空圆筒形的形状。
[0033]上部结构构件41由与球形容器3相同的材料构成，在本实施形态中由铝合金材料构成。上部结构构件41的上端通过焊接固定于球形容器3的赤道部或其附近。在上部结构构件41的下缘部上，以圆周方向隔着规定间隔设置有多个切口 46。
[0034]下部结构构件42由与船体2相同的材料构成，在本实施形态中由钢材料构成。下部结构构件42的下端通过焊接或螺栓紧固等固定在设置于船体2的基台(省略图示)上。
[0035]中间结构构件43发挥作为因来自于贮藏在球形容器3中的天然气的热传导而变成超低温的上部结构构件41和下部结构构件42之间的隔热体(Thermal break)的功能。因此，中间结构构件43由热传导率低的Y系不锈钢材料构成。中间结构构件43的下端通过焊接等固定在下部结构构件42的上端。在中间结构构件43的上缘部上，在圆周方向上隔着规定间隔设置有多个切口 47。该中间结构构件43的上端通过多个相异材料接头50与上部结构构件41的下端结合。上部结构构件41的切口 46和中间结构构件43的切口 47分别上下相对地配置。
[0036]在这里详细说明相异材料接头50。图2是根据本发明的实施形态的相异材料接头的侧视图。如该图所示，相异材料接头50由多个段部(以下称为“接头段44”)形成。在相异材料接头50中多个接头段44在相异材料接头50的长尺寸方向上连接设置。首先，详细说明接头段44。
[0037]图3是长尺寸方向的两端为接合端部60的接头段44的侧视图，图4是长尺寸方向的一端为接合端部60的接头段44的侧视图。如图2?4所示，接头段44在长尺寸方向的一方或两方的端部上具有接合端部60。因此，接头段44被分类为长尺寸方向的两端为与其他接头段44接合的接合端部60的接头段(图3)、和长尺寸方向的一端为与其他接头段44接合的接合端部60且另一端为非接合端部61的接头段(图4)。长尺寸方向的端部为接合端部60还是非接合端部61这一点是根据该接头段44配置在相异材料接头50的哪个部分而决定的。即，在接头段44的长尺寸方向的端部中、位于相异材料接头50的长尺寸方向的一端的端部为非接合端部61,而与其他接头段44接合的端部为接合端部60。相异材料接头50的长尺寸方向和接头段44的长尺寸方向是相同的方向。以下，在接头段44的长尺寸方向的端面中接合端部60的端面称为“接合端面”。
[0038]接头段44由与中间结构构件43相同的材料构成的第一构件51、由与上部结构构件41相同的材料构成的第二构件54、和介于它们之间的中间构件55构成。第一构件51、中间构件55及第二构件54中的任意一个都是在一方向(长尺寸方向)上细长的板状材料。第一构件51、中间构件55及第二构件54依次向一个方向(层叠方向)层叠的状态下相互被固定。具体的是，第一构件51的上表面和中间构件55的下表面相接合，并且中间构件55的上表面和第二构件54的下表面相接合。 [0039]第一构件51在本实施形态中为Y系不锈钢材料。第二构件54在本实施形态中为铝合金材料。中间构件55是一片以上的板状金属材料层叠的状态下相互固定而成的构件。一般来说，作为介入于不锈钢材料和铝合金材料之间的中间构件，例如层叠的镍材料和钛材料是已知的，但是中间构件55并不限于这些。
[0040]在接头段44的接合端部60中，在第一构件51的下表面上形成有下表面侧坡口51a。该下表面侧坡口 51a是V形坡口，并且其坡口深度小于第一构件51的板厚。又，在接头段44的接合端部60中，在第二构件54的上表面上形成有上表面侧坡口 54a。该上表面侦P皮口 54a为V形坡口，其坡口深度小于第二构件54的板厚。此外，在接头段44的接合端面上设置有向外方(长尺寸方向的向外方向)开口的槽62。该槽62在接头段44的接合端部60中，在接合端面上在层叠方向上空间性地隔开第一构件51的端面和第二构件54的端面。
[0041]槽62为大致C字形(大致“ ^ ”字形)截面的凹部，并且在接头段44的接合端面上延伸。槽62的上表面62u由第二构件54形成，下表面62b由第一构件51形成，侧面62s由第一构件51、中间构件55和第二构件54形成。在侧面62s上露出的中间构件55的端面55a形成为与接头段44的接合端面大致平行的平面。因此，槽62的上表面62u和侧面62s的棱线及下表面62b和侧面62s的棱线中任意一个都倒成圆角，与此同时在侧面62s中第一构件51和中间构件55的端面55a和第二构件54以平滑的平面状连续。像这样，中间构件55的端面55a为与接头段44的接合端面大致平行的平面，以此接头段44的构成要素(第一构件51、中间构件55以及54)的接合界面不容易剥离(裂开)。
[0042]而且，由于形成于接头段44的接合端面的槽62，而中间构件55的端面55a与接头段44的接合端面相比向内方(长尺寸方向的向内方向)退入。换而言之，第一构件51和中间构件55的接合界面的端部及中间构件55和第二构件54的接合界面的端部与接头段44的接合端面相比向内方退入。将该中间构件55的端面55a从接头段44的接合端面的退入量(在这里是相当于从槽62的开口至侧面62s的距离)设为LI。
[0043]上述结构的接头段44如下述那样制作。图5是接头段的制作工序的流程图。如该图所示，首先，在第一构件51上配置中间构件55 (步骤SI)，在该状态下将第一构件51和中间构件55通过爆炸压接(爆炸焊接)接合(步骤S2)。具体的是，第一构件51和中间构件55重叠在一起的状态下进行火药爆炸而使中间构件55与第一构件51冲撞,通过该冲击力使新生界面露出的同时加压，以此接合中间构件55和第一构件51。另外，在中间构件55由多个构成要素构成时，在将第一构件51和位于最下层的中间构件55的构成要素通过爆炸压接接合后，将剩余的中间构件55的构成要素依次通过焊接或爆炸压接接合。接着，在中间构件55上配置第二构件54 (步骤S3)，在该状态下将中间构件55和第二构件54通过爆炸压接接合(步骤S4)。由上所述，可制作使第一构件51、中间构件55及第二构件54在依次层叠的状态下一体化的接头段44。另外，设置于接头段44的接合端部60的坡口 51a、54a和槽62是例如可以在使接头段44的构成要素一体化之后通过切削加工形成，或者也可以在一体化之前的构成要素上预先形成。
[0044]接着详细说明相异材料接头50。图2所示的相异材料接头50是三个接头段44A、44B、44C依次在长尺寸方向上连接设置而成。然而，构成相异材料接头50的接头段44的数量并不限于三个，可以是两个以上的任意的实数。在相异材料接头50中相邻的接头段44、44的接合端部60彼此对接接合。
[0045]相异材料接头50如下述那样制作。首先，将想要接合的一方的接头段44的接合端面、和另一方的接头段44的接合端面使其根部间隔大致为零地对接，并且使这些第一构件51之间通过坡口焊接接合。在这里，在形成于一方的接头段44的下表面侧坡口 51a和另一方的接头段44的下表面侧坡口 51a之间的槽(在这里为V形槽)中进行堆焊，该槽由熔敷金属58充满。熔敷金属58由与第一构件51相同的材料、或者由适合第一构件51之间的焊接的材料构成。
[0046]接着，使一方的接头段44和另一方的接头段44的第二构件54之间通过焊接接合。在这里，在一方的接头段44的上表面侧坡口 54a和另一方的接头段44的上表面侧坡口 54a之间形成的槽(在这里为V形槽)中进行堆焊，从而该槽由熔敷金属57充满。熔敷金属57由与第二构件54相同的材料、或者适合第二构件54之间的焊接的材料构成。由上所述，接头段44、44的接合端部60彼此对接。另外，在相异材料接头50由三个以上的接头段44构成时，重复进行上述接头段44、44的对接，并且将接头段44依次在长尺寸方向上连接设置。最后，根据需要调节接合部的熔敷金属57、58的焊缝余高，并且根据需要将整体以规定的曲率(在这里是，与上部结构构件41及中间结构构件43的曲率相匹配的曲率)进行弯曲。另外，也可以使用以预先规定的曲率弯曲的接头段，并将这些接头段接合。
[0047]在上述相异材料接头50的制作过程中，接合的接头段44、44的第一构件51彼此通过焊接相接合，与此同时第二构件54彼此通过焊接相接合。因此，不执行异种金属材料之间的焊接。此外，在将接头段44、44的第一构件51之间或第二构件54之间焊接时，通过隔开第一构件51和第二构件54的槽62,第一构件51的材料和第二构件54的材料不能以熔融状态混合。换而言之，通过在接头段44的第一构件51和第二构件54的界面附近设置切削为槽状的形状(即，槽62)而使两者在层叠方向上空间性地隔开，以此在将第一构件51之间或第二构件54之间焊接时避免异种材料以熔融状态混合。一般，在铝合金和Y系不锈钢以熔融状态混合时，接合部的材料特性(机械强度)极度下降。相对于此，在相异材料接头50中，在接头段44、44的对接接合部上不存在异种材料的混合，从而不存在接合部的机械强度下降的担忧。
[0048]又，在上述相异材料接头50的制作过程中，接头段44、44的第一构件51及第二构件54彼此分别通过焊接相接合，但是为了防止因此时的焊接热输入而在接头段44的构成要素的接合界面出现剥离，所以限定了中间构件55的端面55a的退入量LI。具体的是，为了防止因焊接热输入而导致在槽62的侧面62s上露出的中间构件55与第二构件54的接合界面及中间构件55与第一构件51的接合界面达到规定温度以上，所以限定了中间构件55的端面55a的退入量LI。根据本实施形态的接头段44如果在槽62的侧面62s上露出的中间构件55与第一构件51的接合界面或中间构件55与第二构件54的接合界面达到300°C以上，则存在在接头段44的构成要素的接合界面上出现剥离(裂开)的担忧，因此以防止因焊接热输入而中间构件55的端面55a达到300°C以上的方式限定退入量LI。这样的退入量LI可以利用第一构件51及第二构件54的热传导率、焊接热输入量等进行计算。然后，通过适当地选择退入量LI，以此可以更加减小波及到接头段44的第一构件51和中间构件55的接合界面及中间构件55和第二构件54的接合界面的焊接热输入的影响。
[0049]相异材料接头50如上所述由多个接头段44形成，因此与单独的接头段44相比为长尺寸。接头段44的长尺寸方向的长度因爆炸焊接时使用的装置的限制而最大也只有2?3m程度，但是相异材料接头50的长尺寸方向的长度是可以超越其限制地增大。即，该相异材料接头50与现有的使用于槽围的相异材料接头相比能够成为长尺寸。图6是示出通过相异材料接头结合的槽围的上部结构构件和中间结构构件的一部分的图，图7是图6中的VI1-VII向视剖视端面图，图8是说明槽围的制造流程的流程图。接着，参照图6、图7、图8说明使用了相异材料接头50的槽围4的制造方法。
[0050]首先，在设置于船体2的基台上配置下部结构构件42 (步骤S11)，并固定基台和下部结构构件42 (步骤S12)。船体2和下部结构构件42可以通过焊接固定，也可以通过螺栓及螺母等的紧固件固定，还可以通过铆钉固定。接着，在下部结构构件42上配置中间结构构件43 (步骤S13)，并且将下部结构构件42的上端和中间结构构件43的下端通过焊接接合(步骤S14)。
[0051]接着，在中间结构构件43上以环状配置多个相异材料接头50 (步骤S15)。在这里，如图6所示，各相异材料接头50以能够连接在中间结构构件43的周方向上相邻的切口47,47的方式定位，相异材料接头50的端部向切口 47内突出。将像这样配置的各相异材料接头50的下表面(第一构件51侧的面)和中间结构构件43的上端通过填角焊接合(步骤S16)。在这里，如图7所示，在中间结构构件43的内周侧的上端和外周侧的上端分别与相异材料接头50的下表面实施填角焊。图7中的符号68是将中间结构构件43和相异材料接头50实施填角焊而形成的角焊缝。
[0052]接着，在以环状配置的多个相异材料接头50上配置上部结构构件41 (步骤S17)。在这里，上部结构构件41以使上部结构构件41的切口 46和中间结构构件43的切口 47上下相对的方式定位。最后，像这样配置的上部结构构件41的下端和各相异材料接头50的上表面(第二构件54侧的面)通过填角焊接合(步骤S18)。在这里，如图7所示，在上部结构构件41的内周侧的下端和外周侧的下端分别与相异材料接头50的上表面实施填角焊。图7中的符号67是将上部结构构件41和相异材料接头50实施填角焊而形成的角焊缝。另夕卜，在以上说明的槽围4的制造方法中，在将各相异材料接头50的下表面和中间结构构件43的上端通过填角焊接合后(步骤S16)，在以环状配置的多个相异材料接头50上配置上部结构构件41 (步骤S17)，但是该顺序也可以相反。即，也可以首先在以环状配置的多个相异材料接头50上配置上部结构构件41 (步骤S17)，之后，将各相异材料接头50的下表面和中间结构构件43的上端通过填角焊接合(步骤S16)，并将上部结构构件41的下端和各相异材料接头50的上表面通过填角焊接合(步骤S18)。
[0053]在经过上述制造过程制造的槽围4中，如图7所示，上部结构构件41的内周面或外周面的下端和相异材料接头50 (接头段44)的内周侧或外周侧的端面在半径方向(辐射方向)上至少远离将角焊缝67的腰高S和安全长度L2加在一起的距离。这是为了避免因对上部结构构件41和相异材料接头50、中间结构构件43和相异材料接头50实施填角焊时的焊接热输入，而导致第一构件51、中间构件55及第二构件54的接合界面分离而出现端面裂开的情况。在上述中，“安全长度L2”是在焊接上部结构构件41和相异材料接头50时，相异材料接头50的内周侧或外周侧的端面在规定温度(例如，300°C)以下的长度。安全长度L2可以由焊接热输入量、第一构件51及第二构件54的热传导率求得。另外，相异材料接头50的长尺寸方向的端面和上部结构构件41的切口 46的边缘之间、以及相异材料接头50的长尺寸方向的端面和中间结构构件43的切口 47的边缘之间也至少远离将腰高S和安全长度L2加在一起的距离。
[0054]又，由于上述槽围4是使用更长尺寸的相异材料接头50而制造的，因此与相同直径的现有的槽围相比能够减少切口 46、47的数量。切口 46、47的数量的减少，即意味着为了在上部结构构件41和中间结构构件43上形成切口 46、47而进行的机械加工量的减少、和切口 46、47的边缘和相异材料接头50的绕焊处的减少。狭窄的切口 46、47的边缘和相异材料接头50的绕焊处是通过操作员的手工作业进行焊接加工，但是除了切口 46、47的边缘以外的沿着上部结构构件41及中间结构构件43的内周及外周的与相异材料接头50的焊接部分是可以实现机械化的自动焊接。因此，由于切口 46、47的数量的减少，所以在槽围4的制造过程中焊接的可自动化部分增加，其结果是，减少焊接的可能出现缺陷的部分，对质量的稳定做贡献。此外，在槽围4中，通过使用更长尺寸的相异材料接头50，以此降低露出在外气的接头的面积，可以减少用于接头的端面处理的成本。
[0055]以上，说明了相异材料接头50及构成它的接头段44、以及利用相异材料接头50制造的槽围4的优选的一个实施形态。然而，相异材料接头50并不限于上述，可以像以下变形例I?4所例示的那样变形。
[0056][变形例I]
图9是示出接头段及相异材料接头的变形例I。如该图所示，根据变形例I的接头段44及相异材料接头50与根据上述实施形态的接头段44及相异材料接头50在结构和制造方法等上是共通的，但是接头段44的接合端部60的形状不相同。因此，以下，详细说明根据变形例I的接头段44的接合端部60的形状，省略剩余的说明。
[0057]在接头段44的接合端部60中，在第一构件51的下表面上形成有下表面侧坡口51a。该下表面侧坡口 51a为U形坡口，其坡口深度小于第一构件51的板厚。又，在接合端部60中，在第二构件54的上表面上形成有上表面侧坡口 54a。该上表面侧坡口 54a为U形坡口，其坡口深度小于第二构件54的板厚。此外，在接头段44的接合端面上设置有向外方开口的槽62。通过该槽62在接合端面上形成有将第一构件51的端面和第二构件54的端面在层叠方向上隔开的空间。
[0058]槽62为截面大致C字形(大致“ 口 ”字形)的凹部，在接头段44的接合端面上延伸。槽62的上表面62u由第二构件54形成，下表面62b由第一构件51形成，侧面62s由第一构件51、中间构件55和第二构件54形成。槽62的上表面62u和侧面62s的棱线及下表面62b和侧面62s的棱线任意一个都以曲率半径R倒成圆角。槽62的上表面62u和下表面62b之间的距离T2在将中间构件55的板厚作为Tl时，由T2=T1+R来表示。
[0059]又，可以使中间构件55的端面55a从接头段44的接合端面的退入量LI成为与根据上述实施形态的退入量LI相同的大小。S卩，退入量LI是能够防止在槽62的侧面62s上露出的中间构件55和第二构件54的接合界面及中间构件55和第一构件51的接合界面，因在相异材料接头50的制作过程中接头段44、44的第一构件51之间及第二构件54之间进行焊接时的焊接热输入达到这些接合界面存在分离的可能性的规定温度以上的大小。
[0060]根据上述变形例I的接头段44及相异材料接头50与根据实施形态的接头段44及相异材料接头50相比，主要是坡口 51a、54a的形状不相同。像这样设置于接头段44的接合端部60的坡口 51a、54a的形状是并不限于上述实施形态可以自由变更。
[0061][变形例2]
图10是示出接头段及相异材料接头的变形例2的图。如该图所示，根据变形例2的接头段44及相异材料接头50与根据上述实施形态的接头段44及相异材料接头50在结构和制造方法等上是共通的，但是接头段44的接合端部60的形状、和在相异材料接头50的相邻的接头段44、44的接合部上设置有衬垫构件65之处不相同。因此，以下，详细说明根据变形例2的接头段44的接合端部60的形状及衬垫构件65，省略剩余的说明。
[0062]在接头段44的接合端部60中，在第一构件51的下表面上形成有下表面侧坡口51a。该下表面侧坡口 51a为U形坡口，其坡口深度小于第一构件51的板厚。又，在接合端部60中，在第二构件54的上表面上形成有上表面侧坡口 54a。该上表面侧坡口 54a为U形坡口，其坡口深度小于第二构件54的板厚。此外，在接头段44的接合端面上设置有向外方开口的槽62。通过该槽62形成将第一构件51和第二构件54隔开的空间。
[0063]槽62为截面大致C字形(大致“ 口 ”字形)的凹部，在接头段44的接合端面上延伸。槽62的上表面62u由第二构件54形成，下表面62b由第一构件51形成，侧面62s由第一构件51、中间构件55和第二构件54形成。槽62的上表面62u和侧面62s的棱线及下表面62b和侧面62s的棱线任意一个都以曲率半径R倒成圆角。槽62的上表面62u和下表面62b之间的距离T2在将中间构件55的板厚作为Tl时，由T2=T1+R来表示。
[0064]在相异材料接头50中相邻的接头段44、44之间，槽62、62相连接而形成的空间66中插入衬垫构件65。衬垫构件65的一部分位于一方的接头段44的槽62内，剩余部分位于另一方的接头段44的槽62内。即，衬垫构件65架设在接合的接头段44、44上。衬垫构件65的高度与空间66的高度大致相等，衬垫构件65分别与槽62的上表面62u和下表面62b接触。像这样,通过衬垫构件65填充空间66的一部分的上下空间，以此提高相对于相异材料接头50的压缩的机械强度。
[0065]又，衬垫构件65的侧面和槽62的侧面62s相隔开，且衬垫构件65由与第一构件51及第二构件54相比热传导率高的材料构成。例如，在第一构件51为不锈钢钢材，第二构件54为招合金材料时,使衬垫构件65为铜材料。像这样通过选择衬垫构件65的材料，以此可以期待在相异材料接头50的制作过程中接头段44、44的第一构件51之间及第二构件54之间进行焊接时，其焊接热输入积极地向衬垫构件65传导，从而抑制在第一构件51及第二构件54中的热的扩散。因此，从槽62的开口至侧面62s的距离、即，中间构件55的端面55a从接头段44的接合端面的退入量LI是小于根据上述实施形态的接头段44的退入量LI的距离便足够。
[0066]根据上述变形例2的接头段44及相异材料接头50与根据实施形态的接头段44及相异材料接头50相比，因中间构件55的端面55a的退入量LI较小、和设置有衬垫构件65，所以提高了相对于相异材料接头50的压缩的机械强度。
[0067][变形例3]
图11是示出接头段及相异材料接头的变形例3的图。如该图所示，根据变形例3的接头段44及相异材料接头50与根据上述实施形态的接头段44及相异材料接头50在结构和制造方法等上是共通的，但是接头段44的接合端部60的形状不相同。因此，以下，详细说明根据变形例3的接头段44的接合端部60的形状，省略剩余的说明。
[0068]在接头段44的接合端部60中，在第一构件51的下表面上形成有下表面侧坡口51a。该下表面侧坡口 51a为U形坡口，其坡口深度小于第一构件51的板厚。又，在接合端部60中，在第二构件54的上表面上形成有上表面侧坡口 54a。该上表面侧坡口 54a为U形坡口，其坡口深度小于第二构件54的板厚。此外，在接头段44的接合端面上设置有向外方开口的槽62。通过该槽62形成将第一构件51和第二构件54隔开的空间。
[0069]槽62的截面大致C字形(大致“ ^ ”字形)，在接头段44的接合端面上延伸。槽62的上表面62u由第二构件54形成,下表面62b由第一构件51形成,侧面62s由第一构件51、中间构件55和第二构件54形成。槽62的上表面62u和侧面62s的棱线及下表面62b和侧面62s的棱线任意一个都以曲率半径R倒成圆角。槽62的上表面62u和下表面62b之间的距离T2在将中间构件55的板厚作为Tl时，由T2=Tl+a来表示。a为极为小的值，T2仅稍微大于Tl。R大于a,因此在槽62的上表面62u和侧面62s的棱线附近以及侧面62s和下表面62b的棱线附近，上表面62`u和下表面62b之间的距离局部扩大。
[0070]又，可以使从槽62的开口至侧面62s的距离、即中间构件55的端面55a从接头段44的接合端面的退入量LI成为与根据上述实施形态的退入量LI相同的大小。即，退入量LI是能够防止在侧面62s上露出的中间构件55和第二构件54的接合界面及中间构件55和第一构件51的接合界面，因在相异材料接头50的制作过程中接头段44、44的第一构件51之间及第二构件54之间分别进行焊接时的焊接热输入达到这些接合界面存在分离的可能性的规定温度以上的大小。
[0071]根据上述变形例3的接头段44及相异材料接头50与根据实施形态的接头段44及相异材料接头50相比，因槽62的上表面62u和下表面62b之间的距离T2较小，从而抑制相异材料接头50的刚性及相对于压缩的机械强度的下降。
[0072][变形例4]
图12是示出接头段及相异材料接头的变形例4的图。如该图所示，根据变形例4的接头段44及相异材料接头50与根据上述实施形态的接头段44及相异材料接头50在结构和制造方法等上是共通的，但是接头段44的接合端部60的形状不相同。因此，以下，详细说明根据变形例4的接头段44的接合端部60的形状，省略剩余的说明。
[0073]在接头段44的接合端部60中，在第一构件51的下表面上形成有下表面侧坡口51a。该下表面侧坡口 51a为U形坡口，其坡口深度小于第一构件51的板厚。又，在接合端部60中，在第二构件54的上表面上形成有上表面侧坡口 54a。该上表面侧坡口 54a为U形坡口，其坡口深度小于第二构件54的板厚。此外，在接头段44的接合端面上设置有向外方开口的槽62。通过该槽62在接合端面上形成有将第一构件51的端面和第二构件54的端面在层叠方向上隔开的空间。
[0074]槽62的截面大致C字形(大致“ ^ ”字形)，在接头段44的接合端面上延伸。槽62的上表面62u由第二构件54形成，下表面62b由第一构件51形成，侧面62s由第一构件51、中间构件55和第二构件54形成。槽62的上表面62u和侧面62s的棱线及下表面62b和侧面62s的棱线任意一个都以曲率半径R倒成圆角。槽62的上表面62u和下表面62b之间的距离T2在将中间构件55的板厚作为Tl时，由T2=T1+R来表示。又，从槽62的开口至侧面62s的距离、即中间构件55的端面55a从接头段44的接合端面的退入量LI小于根据上述实施形态的退入量LI。[0075]在接头段44上，在远离接合端面的内方设置有空洞70。空洞70与接头段44的接合端面大致平行地贯通接头段44，并且与槽62大致平行地设置。在空洞70的下表面71由第一构件51形成，上表面72由第二构件54形成，两侧面73、74中的任意一个都由第一构件51、中间构件55和第二构件54形成。空洞70的上表面72和侧面73、74的棱线及下表面71和侧面73、74的棱线任意一个都以曲率半径R倒成圆角，在空洞70的侧面73、74上，露出作为与接合端面大致平行的平面的中间构件55。
[0076]空洞70的上表面72和下表面71之间的距离与槽62的上表面62u和下表面62b之间的距离T2相等，在将中间构件55的板厚作为Tl时，由T2=T1+R来表示。又，从在空洞70的侧面73、74中远离接头段44的接合端面一侧的侧面74至接合端面的距离L3是能够防止在空洞70的侧面74上露出的中间构件55和第二构件54的接合界面及中间构件55和第一构件51的接合界面，因在相异材料接头50的制作过程中接头段44、44的第一构件51之间及第二构件54之间分别进行焊接时的焊接热输入达到在这些接合界面存在分离的可能性的规定温度以上的大小。根据变形例4的距离L3可以是与根据上述实施形态的退入量LI相同的大小。
[0077]在根据变形例4的接头段44上，为了防止在将相邻的接头段44、44通过焊接接合时异种材料熔融混合，而设置有在第一构件51和第二构件54之间形成空间性距离的槽62。而且，在根据变形例4的接头段44上，为了防止因焊接热输入引起的接头段44的构成要素的接合界面的剥离(裂开)的扩张，而设置有空洞70。假设在槽62和空洞70之间发生接头段44的构成要素的接合界面的剥离(裂开)时，该剥离在空洞70处停止而不会扩张至其以上的内方。
[0078]根据上述变形例4的接头段44及相异材料接头50与根据实施形态的接头段44及相异材料接头50相比，中间构件55的端面55a的退入量LI减小，以此能够抑制相异材料接头50的刚性及相对于压缩的机械强度的下降。
[0079]工业应用性:
根据本发明，可以使通过爆炸压接接合异种材料而形成的相异材料接头长尺寸化，该相异材料接头作为在制造大型的结构物时使用的相异材料接头尤其有用。
[0080]符号说明:
2船体；
3容器；4槽围；
41上部结构构件；
42下部结构构件；
43中间结构构件；
44接头段；
46,47切口 ；
50相异材料接头；
51第一构件；
51a下表面侧坡口 ；
52镍材料；
53钛材料；
54第二构件；
54a上表面侧坡口 ；
55中间构件；
60接合端部；
61非接合端部；
62槽；
65衬垫构件；
70空洞。
【权利要求】
1.一种相异材料接头，是多个段部在长尺寸方向上连接设置而形成的相异材料接头； 各段部具备第一构件、由不同于所述第一构件的材料构成并通过爆炸压接与所述第一构件在层叠方向上接合的中间构件、和由不同于所述第一构件及所述中间构件的材料构成并通过爆炸压接与所述中间构件在所述层叠方向上接合的第二构件，并且在与其他段部接合的接合端面上具有在该接合端面的范围内在所述层叠方向上隔开所述第一构件的端面和所述第二构件的端面之间的凹部； 相邻的所述段部的所述第一构件的端面彼此通过焊接接合； 相邻的所述段部的所述第二构件的端面彼此通过焊接接合。
2.根据权利要求1所述的相异材料接头，其特征在于，所述凹部使所述中间构件的端面从所述接合端面向所述长尺寸方向退入。
3.根据权利要求2所述的相异材料接头，其特征在于，所述中间构件的端面从所述接合端面的退入量为所述第一构件和所述中间构件的接合界面及所述中间构件和所述第二构件的接合界面，通过所述第一构件的端面之间的焊接和所述第二构件的端面之间的焊接的焊接热输入达到这些接合界面存在分离的可能性的规定温度以下的大小。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的相异材料接头，其特征在于，所述段部在与所述凹部相比从所述接合界面进一步向所述长尺寸方向退入的位置，具有在所述层叠方向上隔开所述第一构件和所述第二构件之间的空洞。
5.根据权利要求1至3中任意一项所述的相异材料接头，其特征在于，相邻的所述段部的所述凹部彼此连续而形成空间，并且在该空间内设置有具有与相邻的所述段部的双方的所述第一构件及所述第二构件接触的形状的衬垫构件。
6.根据权利要求5所述的相异材料接头，其特征在于，所述衬垫构件由与所述第一构件及所述第二构件相比热传导率高的材料构成，且具有与相邻的所述段部的双方的所述中间构件不接触的形状。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的相异材料接头，其特征在于，所述凹部具有由所述第一构件形成的第一面、由所述第二构件形成的第二面、和由所述第一构件、所述中间构件和所述第二构件形成的第三面，所述第一面和所述第三面连接的棱线与所述第二面和所述第三面连接的棱线的角倒成圆角，所述第三面为与所述接合端面大致平行的平面。
8.一种使用相异材料接头的结构物，具备: 权利要求1至7中任意一项所述的相异材料接头； 与所述相异材料接头的所述第一构件通过焊接接合的第一结构构件；和 与所述相异材料接头的所述第二构件通过焊接接合的第二结构构件。
9.根据权利要求8所述的使用相异材料接头的结构物，其特征在于， 所述第一构件及所述第一结构构件均由招合金材料构成； 所述第二构件及所述第二结构构件均由不锈钢材料构成。
10.根据权利要求8或9所述的使用相异材料接头的结构物，其特征在于，所述结构物构成LNG船的球形容器的槽围。
11.一种使用相异材料接头的结构物的制造方法，包含: 制作多个段部的步骤； 将所述多个段部在长尺寸方向上连接设置而制作相异材料接头的步骤；将所述相异材料接头的一侧与第一结构构件通过焊接接合的步骤；和 将所述相异材料接头的另一侧与第二结构构件通过焊接接合的步骤； 制作所述段部的步骤包含将由与所述第一结构构件相同的材料构成的第一构件和中间构件通过爆炸压接在层叠方上接合的步骤、将所述中间构件和由与所述第二结构构件相同的材料构成的第二构件通过爆炸压接在所述层叠方向上接合的步骤、和在所述段部的与其他段部接合的接合端面上形成在该接合端面的范围内在所述层叠方向上隔开所述第一构件的端面和所述第二构件的端面之间的凹部的步骤； 制作所述相异材料接头的步骤包含将相邻的所述段部的所述第一构件的端面彼此通过焊接接合的步骤、和将相邻的所述段部的所述第二构件的端面彼此通过焊接接合的步骤。
【文档编号】B23K9/00GK103619523SQ201280029722
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2012年6月22日 优先权日:2011年6月22日
【发明者】冈内宏宪, 孝冈祐吉, 吉田巧, 大道典子, 藤本光生 申请人:川崎重工业株式会社