极厚板的对接焊接方法以及极厚板的对接焊接设备与流程

本发明涉及极厚板的对接焊接方法以及极厚板的对接焊接设备。
背景技术：
：在多层堆焊中，先形成的下层的焊道通过用于在其上层形成焊道的焊接的热输入而被再加热。如果在焊道产生粗大的结晶粒那么会导致韧性的降低，但是通过该再加热，在下层的焊道产生的结晶粒变细，因此该焊道的韧性提高。例如，如日本国特公昭54-50446号公报所公开的那样，提出了以下方案，即：应用该原理，相对于没有上层的焊接(也就是不被再加热)的最上层的焊道，通过另行的再加热来实现韧性的提高。然而，就工厂中的压力容器等静止设备、亦即工厂用设备而言，为了能够耐受高压而使用板厚为38mm以上的钢板、也就是使用极厚板。在这样的钢板的对接焊接中，通过缩窄坡口，即便坡口由于极厚板而变深，焊接量也不大幅度增加。这样的坡口的宽度是多层堆焊的各层通过1条焊道形成的程度。在对狭窄的坡口的多层堆焊中，与对各层由多条焊道形成的宽的坡口的多层堆焊相比，来自形成上层的焊接的热输入变小。由此，在对狭窄的坡口的多层堆焊中，与对宽的坡口的多层堆焊相比，韧性降低。本发明人们发现了以下课题，即：在这样的对狭窄的坡口的多层堆焊中，尤其是中间层的进一步中间附近的层，韧性大幅降低。中间附近的层位于极厚板的中间部，因此，即便获得用于形成焊道的焊接的热输入，该热也容易向极厚板扩散，因此无法充分被再加热。因此，在中间附近的层，结晶粒不会变细，韧性的提高不充分。极厚板的板厚越大，热向极厚板的扩散越大，因此该课题越显著。技术实现要素：发明的概要发明要解决的课题因此，本发明的目的在于提供一种极厚板的对接焊接方法以及极厚板的对接焊接设备，能够使在极厚板的狭窄的坡口进行的多层堆焊的韧性提高。用于解决课题的方案为了解决所述课题，在第1发明的极厚板的对接焊接方法中，用于在坡口进行各层分别由1条焊道形成且包括下层、包括多个层的中间层以及上层的多层堆焊，其中，形成所述中间层的工序包括：在所述坡口形成1条焊道的单层形成工序；将所述1条焊道冷却至规定的温度的冷却工序；将所述冷却后的焊道再加热的冷却后再加热工序；以及使包括所述单层形成工序、冷却工序以及冷却后再加热工序的循环反复进行与所述中间层的层数相同的次数的层叠工序。另外，第2发明的极厚板的对接焊接方法为，第1发明的极厚板的对接焊接方法中的规定的温度为焊道成为马氏体相变点的温度以下。进而，第3发明的极厚板的对接焊接方法为，在第1或第2发明的极厚板的对接焊接方法中的单层形成工序中，焊道通过横向摆动而形成。并且，第4发明的极厚板的对接焊接方法为，第1或第2发明的极厚板的对接焊接方法中的焊道是铁素体系耐热钢。另外，第5发明的极厚板的对接焊接设备为，用于在坡口进行各层分别由1条焊道形成的多层堆焊，具有：焊接机，在所述坡口形成1条焊道；再加热机，对所述焊道进行再加热；固定件，将所述焊接机与所述再加热机以规定间隔固定；相对移动机，通过使所述固定件沿着所述坡口相对移动，依次进行基于焊接机的焊接以及基于再加热机的再加热；以及控制器，对基于所述相对移动机的相对移动的速度进行控制，所述规定间隔以及所述速度被设定为由所述焊接机形成的1条焊道在由再加热机再加热之前冷却至规定的温度的程度。另外，第6发明的极厚板的对接焊接设备为，在第5发明的极厚板的对接焊接设备中具备进行预热的预热装置，根据基于所述预热装置的预热的温度t[℃]、基于焊接机的焊接的热输入量q[kj/mm]、以及基于相对移动机的相对移动的速度v[mm/min]，所述焊接机与所述再加热机的规定间隔l[mm]满足以下的式(1)：l≥60v(-290+1.10t+44.3q)……(1)。发明效果根据所述极厚板的对接焊接方法以及极厚板的对接焊接设备，即便是热容易扩散的中间附近的层中的焊道，也被充分再加热，因此结晶粒变得细小，由此能够提高韧性。附图说明图1是表示本发明的实施方式的极厚板的对接焊接方法以及极厚板的对接焊接设备中使用的极厚板及其坡口的剖视图。图2是表示该极厚板的对接焊接方法所包括的工序的流程图。图3是用于对在该极厚板的坡口形成的焊接金属的中间附近的层被充分再加热的原理进行说明的剖视图。图4是表示在该极厚板的对接焊接方法中应用横向摆动焊接的状态的概要立体图。图5a是表示在该极厚板的对接焊接方法的实验例中使用的极厚板及其坡口的剖视图。图5b是表示在该实验例中使用的器具的概要立体图。图6a是表示该实验例中的焊接金属的熔透形状的照片，表示现有焊接方法中的结果。图6b是表示该实验例中的焊接金属的熔透形状的照片，表示本发明的焊接方法中的结果。图7a是图6a的示意图。图7b是图6b的示意图。图8a是表示在该实验例中夏比冲击试验的极厚板中的试验片的采取位置的剖视图。图8b是表示该实验例中的夏比冲击试验的结果的坐标图。图9a是表示在该实验例中用现有焊接方法形成的焊接金属的截面组织的照片。图9b是表示在该实验例中用本发明的焊接方法形成的焊接金属的截面组织的照片。图10是表示该极厚板的对接焊接设备的概要侧视图。具体实施方式以下，基于附图对本发明的实施方式的极厚板的对接焊接方法以及极厚板的对接焊接设备进行说明。首先，在本实施方式中，对所述对接焊接方法以及对接焊接设备所使用的极厚板以及坡口进行说明。如图1所示，所述极厚板p是指板厚为38mm以上的钢板。两张极厚板p、p对接，由于多层堆焊的接合而形成狭窄的坡口g。该坡口g为通过所述多层堆焊形成的焊接金属m的各层l1～l9分别通过1条焊道(weldbead)b形成的程度的宽窄(宽度)。在图1中，作为一个例子表示了通过将第1层l1～第9层l9的9条焊道b层叠而形成所述焊接金属m的状态。该焊接金属m包括下层、中间层以及上层。下层以及上层可以分别为极厚板p的板厚的10％左右或者10mm左右，也可以为其以下。另外，下层以及上层可以分别是由单层构成，也可以包括多层。中间层是夹在下层与上层之间的层，包括多层。在图1的例子中，下层是第1层l1以及第2层l2，中间层是第3层l3～第7层l7，上层是第8层l8以及第9层l9。另外，在后述的实验例(图5a)中，下层以及上层分别是4层的量(厚度为10mm左右)。[极厚板p的对接焊接方法]首先，基于图2对用于在坡口g进行图1所示的多层堆焊的极厚板p的对接焊接方法进行说明。如图2所示，所述极厚板p的对接焊接方法包括进行预热的预热工序(s0)、在所述坡口g形成1条焊道b的单层形成工序(s1)、将所述1条焊道b冷却至规定的温度的冷却工序(s2)、以及将所述冷却后的焊道b再加热的冷却后再加热工序(s3)。并且，在通过所述多层堆焊形成的焊接金属m是n层(在图1中，作为一个例子示出了9层)的情况下，重复n次(仅是需要的次数，在图1中，作为一个例子示出了9次)由所述单层形成工序(s1)、冷却工序(s2)以及冷却后再加热工序(s3)构成的循环。通过该重复，作为层叠工序(s4)，将所述多层堆焊所需的层亦即n层的焊道b层叠。作为之后的工序，所述极厚板p的对接焊接方法包括进行焊接后热处理的焊接后热处理工序(s10)。另外，还可以将单层形成工序(s1)、冷却工序(s2)、冷却后再加热工序(s3)以及层叠工序(s4)归纳称为焊接工序(s1～s4)。该焊接工序可以形成焊接金属m的全部的层(在图1中，作为一个例子示出了全部的9层)，但至少形成中间层。此处，所述预热工序(s0)以及焊接后热处理工序(s10)不是必需的工序。即，所述极厚板p的对接焊接方法根据需要而包括所述预热工序(s0)以及焊接后热处理工序(s10)。通过经过所述单层形成工序(s1)、冷却工序(s2)以及冷却后再加热工序(s3)，在该单层形成工序(s1)中形成的各焊道b通过被冷却后的再加热而结晶粒变细。另外，每当形成1条焊道b时，都在冷却至所述规定的温度后被再加热，因此，如图3所示，热h容易扩散的中间层的进一步中间附近的层(在图3中，作为一个例子是第5层l5)中的焊道b也能够从用于再加热的电弧a等获得充分的热输入h，从而被充分再加热。优选所述规定的温度为焊道b成为马氏体相变点的温度以下。即，这是因为通过将焊道b冷却至具有马氏体组织之后进行再加热，该焊道b的结晶粒变得更细小。尤其是，更优选所述规定的温度为焊道b的马氏体相变率成为50％的温度以下。即，这是因为通过在冷却至焊道b的马氏体相变率成为50％以上之后进行再加热，该焊道b的结晶粒更进一步变得细小。这样，根据所述极厚板p的对接焊接方法，热容易扩散的中间附近的层中的焊道b也被充分再加热，因此结晶粒变得细小，从而能够提高韧性。然而，所述单层形成工序(s1)中在坡口g形成1条焊道b的焊接可以不是横向摆动焊接(weavingwelding)，如图4所示，也可以是横向摆动焊接。如果是横向摆动焊接，那么向下层的热输入变多，从而各层被更充分再加热，因此能够进一步提高韧性。另外，所述焊接金属m可以是铁素体系耐热钢。通过焊接金属m是铁素体系耐热钢，基于再加热带来的韧性的提高变得显著，因此能够进一步提高韧性。进而，虽然说明了所述极厚板p是板厚为38mm以上的钢板，但优选是板厚为40mm以上的钢板，更优选是板厚为50mm以上的钢板。这是因为，如果是板厚为40mm以上的钢板，那么在焊接金属m中韧性容易降低的中间层的进一步中间附近的层中，能够使韧性大幅度提高。如果是板厚为50mm以上的钢板，该倾向更加显著。[实验例]通过实验确认了所述极厚板的对接焊接方法与韧性的提高有关，因此，以下，作为实验例表示该实验的条件以及结果。在本实验中，如图5a所示，采用形成有u字的狭窄的坡口g的板厚为50mm的钢板作为极厚板p。所述坡口g形成为：使深度为42mm，使底部为r5的曲面，使侧部以4°向上扩展。如图5b所示，用约束件sb支承所述极厚板p的底面，用支承夹具j将水冷系统c以接触与坡口g的长边方向平行的两侧面的方式固定。另外，在与所述坡口g的长边方向垂直的两侧面连接有始端突片e1以及末端突片e2。所述极厚板p以及多层堆焊中使用的焊丝的化学成分如以下的表1所示。【表1】(mass％)cmnpscusicrmovnbnalni极厚板0.100.430.0110.0010.030.328.690.950.220.080.0460.0080.11焊丝0.110.740.0060.0040.020.269.071.020.170.060.040＜0.010.50在形成于所述极厚板p的坡口g进行的多层堆焊的条件如以下的表2所示。另外，作为以下的表2中未示出的条件，采用热焊丝tig焊接，将焊接时的预热以及焊道间温度为200℃～270℃，将再加热的热输入设为焊接中的热输入的约70％。【表2】在本实验中，对形成于坡口g的焊接金属的熔透形状进行了比较。在图6a中表示用现有焊接方法形成的焊接金属的熔透形状的照片，在图6b中表示用本发明的焊接方法形成的焊接金属的熔透形状的照片。另外，在图7a中表示用现有焊接方法形成的焊接金属的熔透形状的示意图，在图7b中表示用本发明的焊接方法形成的焊接金属的熔透形状的示意图。即，图6a以及图7a表示现有的焊接金属的熔透形状，图6b以及图7b表示本发明的焊接金属的熔透形状。图6a以及图7a、和图6b以及图7b均显现出了来自形成上层的焊接的加热bh。但是，在图6b以及图7b中，与图6a以及图7a不同，在构成焊接金属的各层的焊道b显现出半椭圆形的熔透bp。因此，根据本发明的焊接方法，与现有焊接方法相比，各层的焊道b被充分地再加热。为了确认用本发明的焊接方法形成的焊接金属的韧性高，对用现有焊接方法形成的焊接金属以及用本发明的焊接方法形成的焊接金属进行焊接后热处理(保持温度：750℃、保持时间：10小时)，然后进行夏比冲击试验。在该夏比冲击试验中，如图8a所示，从板厚50mm的极厚板p的3/4的深度(也就是说37.5mm的深度)中采集试验片tp。将该试验片tp中的槽口n的位置设为焊接金属m的中央部。在该夏比冲击试验中，如以下的表3所示那样设定试验温度，将各试验温度中的试验次数设为3次。【表3】在图8b中表示所述夏比冲击试验的结果。在图8b所示的坐标图中，横轴是试验温度[℃]，纵轴是夏比冲击吸收能量[j]。如图8b所示，相比用〇描绘的现有的焊接方法，用△描绘的本发明的焊接方法的夏比冲击吸收能量平均较高。尤其是，在试验温度为-30℃这样的低温的情况下，该倾向显著。夏比冲击吸收能量高相当于韧性高，因此，通过该夏比冲击试验的结果能够确认，相比用现有焊接方法形成的焊接金属m，用本发明的焊接方法形成的焊接金属m的韧性高。接下来，对所述夏比冲击试验后的试验片tp的截面组织进行了比较。在图9a中示出用现有焊接方法形成的焊接金属的截面组织的照片，在图9b中示出用本发明的焊接方法形成的焊接金属的截面组织的照片。为了容易理解，图9a以及图9b所示的实线、单点划线以及双点划线均为对所述照片形成附图后描绘出的线。在图9a中，来自形成上层的焊接的加热bh小，显现出粗大柱状晶的区域大，整体上结晶粒粗大。即，用现有焊接方法形成的焊接金属m整体上结晶粒粗大。与此相对，在图9b中，再加热的热输入为焊接中的热输入的约70％，在通过再加热形成的半椭圆形的熔透部bp中未显现粗大的柱状晶，通过再加热带来的充分的加热，用本发明的焊接方法形成的焊接金属m整体上结晶粒细小。从图9a以及图9b的比较可知，相比用现有焊接方法形成的焊接金属m，用本发明的焊接方法形成的焊接金属m的结晶粒变得细小，因此韧性高。[极厚板p的对接焊接设备1]基于图10对用于使用所述极厚板p的对接焊接方法的设备亦即极厚板p的对接焊接设备进行说明。在以下的说明中，对于在所述极厚板p的对接焊接方法中已经说明的构成标记相同的符号并省略其说明。另外，图10所示的极厚板p的对接焊接设备1只不过是一个例子，只要是在一部分使用前述的极厚板p的对接焊接方法的设备即可，可以删除或者变更其构成的一部分。如图10所示，该极厚板p的对接焊接设备1具备焊接装置2，该焊接装置2将所述多层堆焊所需的层的焊道b层叠。另外，所述极厚板p的对接焊接设备1根据需要而具备：预热装置7，进行图2所示的预热工序(s0)中的预热；焊接后热处理装置(图示省略)，进行图2所示的焊接后热处理工序(s10)中的焊接后热处理。当然，这些预热装置7以及焊接后热处理装置不是所述极厚板p的对接焊接设备1所必须的构成。如图10所示，所述预热装置7例如具有：多个燃烧器70，用火焰燃烧极厚板p；以及台架71，支承上述多个燃烧器70。虽然未予图示，但是所述焊接后热处理装置例如是与所述焊接装置2以及预热装置7配置在不同的场所的装置，可以是对每个通过多层堆焊而接合的极厚板p加热焊接金属m的大型退火炉，也可以是对焊接金属m及其附近进行局部加热的电气加热器。所述焊接装置2具有：焊接机3，在所述坡口g形成1条焊道b；以及再加热机4，对所述焊道b进行再加热。另外，所述焊接装置2具有行驶机5(固定件以及相对移动机的一个例子)，所述焊接机3以及再加热机4以规定间隔l固定于该行驶机5，该行驶机5通过沿着所述坡口g行驶而依次进行基于焊接机3的焊接以及基于再加热机4的再加热。进而，所述焊接装置2具有控制器6，该控制器6对该行驶机5行驶的速度(也就是焊接速度)v进行控制。所述规定间隔l以及行驶的速度v被设定为由所述焊接机3形成的1条焊道b在由再加热机4再加热之前冷却至马氏体相变率成为50％以上的程度。另外，所述控制器6可以不对行驶机5行驶的速度v进行控制，而是使极厚板p以该速度v相对于固定的行驶机5移动，也可以使行驶机5以及极厚板p以相对速度成为该速度v的方式移动。在这种情况下，虽然未予图示，但是所述焊接装置2具备：固定件，将所述焊接机3以及再加热机4以规定间隔l固定；相对移动机，通过使该固定件沿着所述坡口g相对移动，依次进行基于焊接机3的焊接以及基于再加热机4的再加热。所述焊接装置2的焊接机3具有产生电弧a的电极30、以及向该电弧a供给焊丝32的焊丝供给部31。所述再加热机4具有产生电弧a的电极40。所述焊接机3的电极30以及再加热机4的电极40分别构成为供给保护气体i。此处，通过基于所述行驶机5的行驶，所述焊接机3的电极30在比所述再加热机4的电极40靠前方的位置行驶，因此，以下将所述焊接机3的电极30称为前方电极30，将所述再加热机4的电极40称为后方电极40。前方电极30和后方电极40以所述规定间隔l分离配置，从而用前方电极30形成的焊道b在被后方电极40再加热之前被冷却。以该冷却成为前述的冷却工序的方式，设定所述规定间隔l、前方电极30的焊接的热输入量、以及基于行驶机5的行驶的速度v等参数。例如，在所述极厚板p的对接焊接设备1具备进行预热的预热装置7的情况下，根据基于所述预热装置7的预热的温度t[℃]、基于焊接机3的焊接的热输入量q[kj/mm]、以及基于行驶机5的行驶的速度v[mm/min]，所述焊接机3(前方电极30)以及再加热机4(后方电极40)的规定间隔l[mm]优选满足以下的式(1)。l≥60v(-290+1.10t+44.3q)……(1)该式(1)是本发明的发明人们通过以下的研究而导出的。即，首先，通过焊接分析软件得出在多层堆焊的焊接金属中温度最难降低的层是最上层的见解。接下来，计算在最上层冷却至马氏体相变率成为50％以上的温度即350℃的时间t[s]。计算出的时间t如以下的表4所示。计算这些时间t[s]时发生变动的参数是预热的温度t[℃]以及焊接的热输入量q[kj/mm]。【表4】根据在表4中得出的数据计算回归式。该计算出的回归式是以下的式(2)。t＝-290+1.10t+44.3q……(2)此处，前方电极30与后方电极40的规定间隔l[mm]为行驶的速度v[mm/min]乘以所述时间t[s]×60(也就是将单位s换算成单位min)而得的数值以上，因此能够表记为：l≥v×t×60≥60vt……(3)将该式(2)的右边(也就是相当于t)代入该式(3)中的t而得的式是以下的式(1)。l≥60v(-290+1.10t+44.3q)……(1)因此，通过满足该式(1)，用前方电极30形成的各焊道b在被来自后方电极40的电弧a再加热之前，冷却至马氏体相变率成为50％以上的温度即350℃。具体而言，成为焊接金属的最上层的焊道b被冷却至马氏体相变率成为50％以上的温度即350℃，成为该焊接金属的最上层以外的层(从最上层起的下层)的焊道b被冷却至比350℃低的温度。因而，通过满足所述式(1)，各焊道b在被充分冷却后被再加热，因此，经再加热而得的韧性显著提高。这样，根据所述极厚板p的对接焊接设备1，使用所述极厚板p的对接焊接方法，因此能够获得该极厚板p的对接焊接方法的效果。另外，通过满足所述式(1)，经再加热而得的韧性显著提高，因此能够进一步提高韧性。进而，仅通过行驶机5行驶就能够形成焊道b，并且将该焊道b适当地冷却后进行再加热，因此能够缩短施工时间。另外，所述实施方式在所有方面都是例示而不是限制。本发明的范围并不是由前述说明表示而由权利要求书表示，包括与权利要求书等同的含义以及范围内的所有变更。所述实施方式中说明的构成中除了“用于解决课题的方案”中作为第1以及第5发明记载的构成以外，可以是任意的构成，能够适当删除以及变更。当前第1页12