[发明专利]焊接有法兰盘的钢管

说明书

技术领域

本发明涉及一种焊接有法兰盘的钢管。

背景技术

近年来，为了应对成为地球温暖化的一个原因的CO₂气体的减少、石油等化石燃料将来的枯竭，而积极地尝试利用能够再生的自然能量。风力发电也是其中一种，风力发电正在世界性地普及。

此处，最适于风力发电的地区是能够期待不间断的强风的地区。因此，满足这种条件的海上的风力发电(海上风力发电)正在以世界规模进行计划及实现(参照专利文献1～6)。

在海上建造风力发电用的塔的情况下，为了实现风力发电塔的稳定，需要向海底的土地中打入塔的基础部分。此外，为了将风力发电机的涡轮叶片稳定地维持在离海平面充分高的位置上，塔的基础部分及设置在基础部分上的钢管柱需要具有充分的高度。其高度例如达到80m以上。

如此，海上风力发电用的塔为巨大的钢结构，但一直暴露于强风、波浪中。因此，塔整体由于强风、波浪、以及由涡轮叶片的旋转所引起的振动而不间断地受到反复载荷。

即，在这种环境下，对于塔的基础部分与设置在其上的钢管柱之间的焊接部，要求对于与通常的疲劳周期(10^6～7)级数不同的千兆周(10^9～10)区域的振动的抗疲劳特性。

因此，在海上风力发电塔的建造中，需要开发用于形成能够耐受千兆周(Giga cycle)区域的振动环境的焊接接头的焊接方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-111406号公报

专利文献2：日本特开2007-092406号公报

专利文献3：日本特开2007-322400号公报

专利文献4：日本特开2006-037397号公报

专利文献5：日本特开2005-194792号公报

专利文献6：日本特开2005-180239号公报

发明内容

发明要解决的课题

图5表示以往的海上风力发电用的塔的概略图。海上风力发电塔为，在基础结构体(基础部分)111之上载放管径3～5m、管厚30～80mm的钢管柱112，在钢管柱112的顶部载放具备涡轮叶片114的机舱(nacelle)113。

此外，海上风力发电塔的高度达到了80m以上，并常时被置于千兆周的振动环境中，因此基础结构体111与钢管102’的接合部A及钢管102’与钢管102的接合部B，必须能够耐受千兆周的振动。

此外，在建造如上述所示那样的海上风力发电塔的情况下，用于形成钢管柱112的钢管102’与钢管102的接头有时成为使用了法兰的管接头。在这种情况下，并非使用了这种法兰的管接头的钢管柱112向基础结构体111的安装、及法兰部件(法兰)与基础结构体111、钢管102’、钢管102的每个的接合也通过电弧焊(以下简称为焊接)等来进行。如此，在采用使用了法兰的管接头的情况下，接合部及其附近的抗疲劳特性的确保是重要的。

以下，对图5中的接合部B进行详细说明。

图6表示图5中的接合部B的钢管柱112的管轴向的截面模式图。

在钢管102的端面上，经由焊接金属部103而接合有法兰盘(以下简称为法兰)101，由此形成焊接了法兰盘的钢管110。另外，法兰101大体由平板圆环状的法兰部101a和连接部101b构成，该连接部101b与钢管102通过焊接接合。此处，将比后述的法兰角部101c更靠内周侧(内面侧)的法兰盘作为法兰部101a，将比法兰角部101c更靠外周侧(外面侧)的法兰盘作为连接部101b。此外，关于钢管102’和法兰101’也成为同样的结构。另外，连接部101b、101b’被设置为包围法兰部101a、101a’各自的外周。

另外，钢管102与钢管102’通过用螺栓107来紧固法兰部101a及法兰部101a’而被结合，形成钢管柱112。

图7表示图6所示的T部分的放大截面模式图。

如图7所示，钢管102的端面与法兰盘101的接合部101b，将从钢管102及连接部101b的内外面分别设置为V形的坡口(X形坡口)焊接而接合。

如此，当焊接钢管102和法兰101时，通常在焊接金属部103及其附近的钢管102和连接部101b各自的内面侧的表面上，产生管轴向的拉伸残余应力。另一方面，在海上风力发电塔整体振动时，被要求最严格的疲劳特性的是应力集中的、法兰部101a的连接部侧的表面101d与连接部101b的内面相交的部位即法兰角部101c。