[发明专利]厚钢板的高效率焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及能够对设置于寒冷地区的风力发电设备的基础部分高效率地进行焊接施工的焊接技术。

本申请基于2011年11月15日在日本申请的专利申请2011-249928号要求优先权，在此援引其内容。

背景技术

以能源供给的多样化为目标，在可再生能源领域，近年进行着各种各样的研究开发。关于作为其有力候补之一的风力发电，发电量更高的大型设备受到关注。随着设备的大型化，在被设置风车的基础部分，需要耐受设备的重量，因此研究了板厚为50mm至75mm左右的厚钢板的使用。将来也考虑进一步使用极厚钢板、具体而言使用100mm左右的极厚钢板。风力发电用的厚钢板的强度(抗拉强度)的水平，一般为400MPa以上700MPa以下。450MPa以上650MPa以下的抗拉强度的钢材被较多地使用，特别是480MPa以上620MPa以下的抗拉强度的厚钢板被使用的情况很多。

风力发电今后是否广泛普及，经济合理性很重要。从该观点出发，风力发电的基础部分的施工成本削减也是重要的课题，在焊接领域也要求以高效率对那样的厚钢板进行焊接施工。

以高效率对厚钢板进行焊接施工的方法之一有大线能量焊接。可是，大线能量焊接，难以确保焊缝金属的韧性的情况也多。而且，被设置风力发电设备的场所，是如欧州海洋区域那样的寒冷地区，对焊缝金属也要求低温韧性。

因此，为了满足上述的社会需求，需要即使是大线能量焊接超过50mm的厚钢板也能够得到对在寒冷地区的工作也能耐受的韧性优异的焊缝金属那样的焊接技术。

作为以往的大线能量焊接厚钢板的技术，已知如下的技术。

例如，专利文献1中，公开了一种埋弧焊接方法，该埋弧焊接方法能够以单面单层来焊接70mm厚的厚钢板。

可是，由于该方法为单面焊接，因此坡口截面积非常大，780kJ/cm这样的焊接线能量也非常高。专利文献1中，没有公开焊缝金属的韧性，但如果考虑是建筑用途，则被认为是与在0℃的韧性对应的，可以推测不适合于在寒冷地区的使用。

在专利文献2中，建筑以箱形柱为对象进行了大线能量埋弧焊接。可是，焊缝金属的夏比冲击试验不过是在-5℃来评价，而且与专利文献1同样为单面焊接，因此推测线能量变得过大。

要确保焊缝金属的韧性的话，通过使坡口截面积极力狭窄，来不使用不必要地大的线能量较有效。为了抑制坡口截面积，如X坡口那样从钢材的表背两侧加工坡口，相比于从一面加工坡口，能够抑制坡口截面积。

作为关于使用这样的X坡口的双面单层焊接方法的技术，已知如下技术。

例如专利文献3中，作为采用双面单层焊接的焊接钢管的制造方法，公开了直到板厚38mm为止的研究结果。可是，没有记载在风力发电中所使用的极厚钢板的焊接知识见解。

另外，专利文献4中，50mm的板厚采用双面单层焊进行了研究。可是，在风力发电中，超过50mm的板厚也在研究，专利文献4也是不充分的知识见解。

专利文献5中，公开了能够对30mm以上的板厚进行双面单层焊的技术。可是，实际上实施例中所研究的是直到31.8mm为止的见解，不是能够应用于风力发电领域的知识见解。

这样，即使是采用X坡口进行双面单层焊的情况也没有公开能够应用于以风力发电为对象的社会需求的知识见解。

再者，在此，设想了大型结构物，因此电子束焊接从真空室容积的观点来看为对象之外。

如以上所示那样，对以高效率单面单层或者双面单层焊接超过50mm的板厚的钢板，并且得到能耐受在寒冷地区的使用的高韧性的焊缝金属有效的方法，以往没有公开过。

可是，最近，在埋弧焊接的领域，如专利文献6所公开的、通过驱使焊接电流的波形控制即使是相同焊接电流也能够使熔敷量(送丝速度)增加的大容量数字控制交流/直流焊接电源已被开发，并开发了使用那样的电源进行埋弧焊接的技术。

将利用那样的电源输出的矩形波交流焊接电流的波形的一例示于图2。焊接电流具有正部分和负部分。并且，正的极性(反接)具有控制焊接的熔深深度的作用，负的极性(正接)具有控制熔敷量的作用。

该焊接电源中，能够自由变更电流波形的大小a、b和宽度(周期)c、d这4个参数，通过变更正部分和负部分的大小，能够调整熔深深度或者熔敷量。