相異材料接頭、結(jié)構(gòu)體支持構(gòu)件和lng船、以及相異材料接頭的制造方法
【專利摘要】應(yīng)用于支持由與船體（2）不同種的金屬制作而成的結(jié)構(gòu)體（4）的結(jié)構(gòu)體支持構(gòu)件（5）中的相異材料接頭（10），具備：與船體側(cè)構(gòu)件（6）接合的第一接頭構(gòu)件（11）；和與結(jié)構(gòu)側(cè)構(gòu)件（7）填角焊接且與第一接頭構(gòu)件（11）摩擦攪拌接合的第二接頭構(gòu)件（12）。第一接頭構(gòu)件（11）的第一接合面（14）和第二接頭構(gòu)件（12）的第二接合面（15）大致平坦地形成而相互面接觸，兩個(gè)接頭構(gòu)件（11、12）在寬度方向上排列且長(zhǎng)度方向上延伸的多列的摩擦攪拌接合部（21）上相互接合。一對(duì)填角焊部（23）從結(jié)構(gòu)側(cè)構(gòu)件（7）的側(cè)面（20）設(shè)置至與第二接合面（15）相反側(cè)的焊接面（16）。各填角焊部（23）在從第二接合面（15）的法線方向觀察時(shí)，以與摩擦攪拌接合部（21）中的至少一個(gè)重疊的形式配置。
【專利說(shuō)明】相異材料接頭、結(jié)構(gòu)體支持構(gòu)件和LNG船、以及相異材料接頭的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具備由與船體不相同的金屬制作的液化天然氣貯留用的儲(chǔ)罐的LNG船、為了支持由與船體不相同的金屬制作的結(jié)構(gòu)體而介設(shè)在船體和該結(jié)構(gòu)體之間的結(jié)構(gòu)體支持構(gòu)件、以及應(yīng)用于該結(jié)構(gòu)體支持構(gòu)件的相異材料接頭。又，本發(fā)明涉及該相異材料接頭的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]LNG船是以液化天然氣作為貨物輸送的船，并且具備將液化天然氣維持超低溫并貯留的儲(chǔ)罐。LNG船的儲(chǔ)罐大致分為薄膜型和獨(dú)立型，在采用獨(dú)立型儲(chǔ)罐的情況下，儲(chǔ)罐支持構(gòu)件焊接在船艙內(nèi)壁，儲(chǔ)罐在船艙內(nèi)由儲(chǔ)罐支持構(gòu)件所支持。
[0003]獨(dú)立型儲(chǔ)罐形成為球形、圓筒形或方形。在采用球形時(shí)，儲(chǔ)罐支持構(gòu)件形成為圓筒狀或圓錐臺(tái)狀而從船艙內(nèi)壁向上方延伸，在儲(chǔ)罐支持構(gòu)件的上端接合儲(chǔ)罐的赤道部外表面。另外，用于獨(dú)立型球形儲(chǔ)罐的儲(chǔ)罐支持構(gòu)件因其形狀而被稱為“裙部(skirt)”。
[0004]一般而言，LNG船的船體由鋼材制造，獨(dú)立型儲(chǔ)罐為了能夠承受超低溫而由鋁合金制造。儲(chǔ)罐支持構(gòu)件介于相互不同的金屬材料之間，而鋼材和鋁合金具有不同的熔點(diǎn)，因此不容易將鋼材與鋁合金進(jìn)行焊接。因此，儲(chǔ)罐支持構(gòu)件具備由與船體同種的金屬制作而成并固定于船體的船體側(cè)構(gòu)件、和由與儲(chǔ)罐同種的金屬制作而成并固定于儲(chǔ)罐的儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件，在儲(chǔ)罐支持構(gòu)件中，為了將船體側(cè)構(gòu)件與儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件連接，而應(yīng)用稱為過(guò)渡接頭(TJ，transition joint)的相異材料接頭。
[0005]專利文獻(xiàn)I中公開(kāi)的相異材料接頭具備填角焊接于船體側(cè)構(gòu)件的第一接頭構(gòu)件、和填角焊接于儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件的第二接頭構(gòu)件。第一接頭構(gòu)件由與船體側(cè)構(gòu)件不相同的金屬制作而成，第二接頭構(gòu)件由與儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件不相同的金屬制作而成。通過(guò)將第一接頭構(gòu)件與第二接頭構(gòu)件接合而構(gòu)成相異材料接頭。
[0006]專利文獻(xiàn)I公開(kāi)為了容易接合無(wú)法焊接的兩個(gè)接頭構(gòu)件，而采用爆炸焊接法、真空壓延法或燕尾接合(dovetail joint)。另外，由于相異材料接頭非常大，因此在專利文獻(xiàn)I公開(kāi)的相異材料接頭中制造出在周方向(長(zhǎng)度方向)上細(xì)分的多個(gè)段部，之后，將多個(gè)段部依次結(jié)合。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn):
專利文獻(xiàn):
專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2004-74870號(hào)公報(bào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]發(fā)明要解決的問(wèn)題:
然而，在使用爆炸焊接法的情況下，在第一接頭構(gòu)件和第二接頭構(gòu)件之間不得不介入鈦制包層(clad)及鎳制包層(clad)，因此制造成本提高。又，段部的尺寸由于用于進(jìn)行火藥爆炸的設(shè)備的尺寸的因素而受到限制，因此難以制造出長(zhǎng)尺寸的段部。因此，相異材料的段部數(shù)量變得非常多，由此相異材料接頭的制造工序變得繁瑣，并且在其組裝時(shí)需要龐大的工時(shí)。在使用真空壓延法的情況下，也同樣地段部的尺寸由于真空室等的裝置的尺寸的因素而受到限制。因此，產(chǎn)生與爆炸焊接法相同的問(wèn)題。
[0009]在使用燕尾接合的情況下，將第一接頭構(gòu)件及第二接頭構(gòu)件在榫眼的延伸方向上進(jìn)行排列后，使第一接頭構(gòu)件相對(duì)于第二接頭構(gòu)件在榫眼的延伸方向上相對(duì)移動(dòng)以能夠構(gòu)成燕尾接合。然而，榫眼的延伸方向與第一接頭構(gòu)件及第二接頭構(gòu)件的寬度方向(儲(chǔ)罐支持構(gòu)件的半徑方向)一致。因此，在為了確保接合可靠性而試圖縮小間隙時(shí)，不得不使段部變小，因此產(chǎn)生與爆炸焊接法相同的問(wèn)題。
[0010]如專利文獻(xiàn)I公開(kāi)的那樣，在為了將相異材料接頭與船體側(cè)構(gòu)件和儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件等接合而采用填角焊時(shí)，可以使制造工序變得簡(jiǎn)單并且比較容易進(jìn)行品質(zhì)管理。然而，在將相異材料接頭應(yīng)用于船舶時(shí)，以來(lái)自于船體運(yùn)動(dòng)(例如縱搖(pitching)、艏搖(yawing)、橫搖(rolling)、垂蕩(heaving))及波浪外力的加速度為基礎(chǔ)的慣性力作用于相異材料接頭。此夕卜，在將相異材料接頭應(yīng)用于儲(chǔ)罐支持構(gòu)件中時(shí)，以儲(chǔ)罐的重量、儲(chǔ)罐內(nèi)LNG的重量及儲(chǔ)罐的熱變形為基礎(chǔ)的載荷也作用于相異材料接頭。
[0011]在將儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件填角焊接在第二接頭構(gòu)件上時(shí)，在從儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件至第二接頭構(gòu)件上設(shè)置有一對(duì)填角焊部，而儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件的下端部在一對(duì)填角焊部之間沒(méi)有與第二接頭構(gòu)件接合。因此，在一對(duì)填角焊部上，基于上下方向的壓縮及拉伸、長(zhǎng)度方向及寬度方向(船體側(cè)構(gòu)件的板厚方向)的剪切、朝向儲(chǔ)罐中央側(cè)的彎曲等的載荷而容易發(fā)生應(yīng)力集中。然而，在專利文獻(xiàn)I中，對(duì)這樣的應(yīng)力集中沒(méi)有采取任何對(duì)策。例如，在觀察使用燕尾接合的相異材料接頭時(shí)，填角焊部在俯視時(shí)遠(yuǎn)離燕尾接合部分地配置。于是，在上下方向的拉伸載荷作用于儲(chǔ)罐支持構(gòu)件時(shí)，在填角焊部和燕尾接合部分之間載荷的傳遞復(fù)雜地曲折。因此，在填角焊部上會(huì)發(fā)生過(guò)大的應(yīng)力集中。
[0012]在船舶中，除了 LNG船的儲(chǔ)罐以外，例如像形成居住區(qū)域的結(jié)構(gòu)物那樣上部結(jié)構(gòu)物有時(shí)由鋁合金制作而成。在將相異材料接頭應(yīng)用于用來(lái)支持這樣的上部結(jié)構(gòu)物的構(gòu)件中時(shí)，也會(huì)發(fā)生上述同樣的問(wèn)題。
[0013]因此，本發(fā)明的目的是能夠容易制造在用來(lái)支持由與船體不相同的金屬制作而成的結(jié)構(gòu)體的結(jié)構(gòu)體支持構(gòu)件中所應(yīng)用的相異材料接頭，并且緩和在填角焊部上發(fā)生的應(yīng)力集中。
[0014]解決問(wèn)題的手段:
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的相異材料接頭是應(yīng)用于為了支持由與船體不同種的金屬制作而成的結(jié)構(gòu)體而介設(shè)在所述船體和所述結(jié)構(gòu)體之間的結(jié)構(gòu)體支持構(gòu)件中的相異材料接頭，具備:由與所述船體同種的金屬制作而成，并接合于所述結(jié)構(gòu)體支持構(gòu)件的船體側(cè)構(gòu)件的第一接頭構(gòu)件；和由與所述結(jié)構(gòu)體同種的金屬制作而成，并與所述結(jié)構(gòu)體支持構(gòu)件的結(jié)構(gòu)側(cè)構(gòu)件填角焊接且與所述第一接頭構(gòu)件摩擦攪拌接合的第二接頭構(gòu)件；所述第一接頭構(gòu)件在與所述船體側(cè)構(gòu)件相反側(cè)上具有第一接合面，所述第二接頭構(gòu)件具有與所述結(jié)構(gòu)側(cè)構(gòu)件填角焊接的焊接面、和與所述焊接面相反側(cè)的第二接合面；所述第一接合面及所述第二接合面大致平坦地形成而相互面接觸，所述第一接頭構(gòu)件及所述第二接頭構(gòu)件在寬度方向上排列且長(zhǎng)度方向上延伸的多列的摩擦攪拌接合部上相互接合；設(shè)置有分別從所述結(jié)構(gòu)側(cè)構(gòu)件的兩側(cè)面至所述焊接面的一對(duì)填角焊部，所述一對(duì)填角焊部中的每個(gè)在從所述第二接合面的法線方向觀察時(shí)，以與所述多列的摩擦攪拌接合部中的至少一列重疊的形式配置。
[0015]根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，在大致平坦的第一接合面和第二接合面面接觸的狀態(tài)下，第一接合構(gòu)件與第二接合構(gòu)件摩擦攪拌接合。因此，與采用燕尾接合等的槽及突起的嵌合的情況相比，可以將第二接頭構(gòu)件簡(jiǎn)單地與第一接頭構(gòu)件進(jìn)行組合。而且，只要將保持工具的焊接機(jī)械手和焊接臺(tái)車等設(shè)置為可自動(dòng)行駛或可搬運(yùn)的結(jié)構(gòu)，即可容易使摩擦攪拌接合部形成為長(zhǎng)尺寸。因此，不需要如爆炸焊接和真空壓延法等那樣因接合技術(shù)上的問(wèn)題而減小段部的長(zhǎng)度。因此，可以減少構(gòu)成相異材料接頭的段部的數(shù)量，并且相異材料接頭乃至結(jié)構(gòu)體支持構(gòu)件的制造工序變得簡(jiǎn)單而降低制造成本。
[0016]而且，多列的摩擦攪拌接合部在相異材料接頭的寬度方向上排列。因此，對(duì)于作用于第一接頭構(gòu)件及第二接頭構(gòu)件上的長(zhǎng)度方向及寬度方向的剪切載荷，強(qiáng)度得到改善。又，對(duì)于作用于第一接頭構(gòu)件及第二接頭構(gòu)件上的第二接合面的法線方向的壓縮載荷及拉伸載荷，強(qiáng)度得到改善。
[0017]第二接頭構(gòu)件由與結(jié)構(gòu)體同種的金屬制作而成，因此容易與結(jié)構(gòu)側(cè)構(gòu)件填角焊接。在從結(jié)構(gòu)側(cè)構(gòu)件的側(cè)面至第二接頭構(gòu)件的焊接面設(shè)置有一對(duì)填角焊部時(shí)，各填角焊部在從第二接合面的法線方向觀察時(shí)以與多列摩擦攪拌接合部中的至少一列重疊的形式配置。因此，在第二接合面的法線方向作用著壓縮載荷及拉伸載荷時(shí)，載荷在填角焊部上以該法線方向順利地傳遞。因此可以良好地緩和在填角焊部上的應(yīng)力集中。
[0018]也可以是在所述多列的摩擦攪拌接合部中位于設(shè)置在最外端的摩擦攪拌接合部之間的一列以上的摩擦攪拌接合部在從所述法線方向觀察時(shí)配置在所述一對(duì)填角焊部之間。
[0019]根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，即使將第一接頭構(gòu)件及第二接頭構(gòu)件在使大致平坦面相面對(duì)的狀態(tài)下相互接合，也可以通過(guò)位于設(shè)置在最外端的摩擦攪拌接合部之間的摩擦攪拌接合部確保其接合強(qiáng)度。
[0020]也可以是所述多列的摩擦攪拌接合部中的至少兩列形成在所述寬度方向上連接的連續(xù)部；所述一對(duì)填角焊部中的每個(gè)在從所述法線方向觀察時(shí)以與所述連續(xù)部重疊的形式配置。
[0021]根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，可以在連續(xù)部上，在寬度方向上擴(kuò)大兩個(gè)接頭構(gòu)件相互在上下方向上接合的區(qū)域。填角焊部與這樣的區(qū)域重疊，因此可以良好地緩和在填角焊部上的應(yīng)力集中。
[0022]也可以是所述結(jié)構(gòu)側(cè)構(gòu)件在所述側(cè)面具有一對(duì)坡口，所述填角焊部以分別伸入于所述坡口內(nèi)的形式設(shè)置；所述結(jié)構(gòu)側(cè)構(gòu)件的所述側(cè)面在從所述法線方向觀察時(shí)以與所述多列的摩擦攪拌接合部中的一列重疊的形式配置。
[0023]根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，填角焊部伸入于坡口內(nèi)，因此在填角焊部上的接合強(qiáng)度得到改善。結(jié)構(gòu)側(cè)構(gòu)件的側(cè)面在從法線方向觀察時(shí)以與多列的摩擦攪拌接合部中的一列重疊的形式配置，因此可以擴(kuò)大填角焊部中伸入于坡口內(nèi)的部分與該摩擦攪拌接合部在法線方向上重疊的區(qū)域。因此，可以緩和在伸入于坡口內(nèi)的部分上的應(yīng)力集中。
[0024]也可以是所述第二接頭構(gòu)件具有具備所述第一接合面及所述焊接面的平板部、和以覆蓋所述第一接頭構(gòu)件的兩側(cè)面的形式從所述平板部的寬度方向兩端突出的一對(duì)突出部，所述平板部在所述多列的摩擦攪拌接合部上與所述第一接頭構(gòu)件接合。
[0025]根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，第一接頭構(gòu)件的兩側(cè)面被一對(duì)突出部所覆蓋。借助于此，對(duì)于作用于第一接頭構(gòu)件及所述第二接頭構(gòu)件上的寬度方向的剪切載荷，強(qiáng)度得到改善。又，在設(shè)置有一對(duì)突出部時(shí)，由于發(fā)揮加強(qiáng)筋(rib)效果，因此可以期待第二接頭構(gòu)件的剛性改善，并且在進(jìn)行摩擦攪拌接合及填角焊接時(shí)，可以抑制第二接頭構(gòu)件在寬度方向或長(zhǎng)度方向上翹曲而第二接合面遠(yuǎn)離第一接合面的情況。
[0026]也可以是所述突出部與所述第一接頭構(gòu)件摩擦攪拌接合。
[0027]根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，突出部與第一接頭構(gòu)件接合，因此在將平板部與第一接頭構(gòu)件摩擦攪拌接合時(shí)以及將結(jié)構(gòu)側(cè)構(gòu)件與第二接頭構(gòu)件填角焊接時(shí)，可以抑制因受熱而導(dǎo)致平板部發(fā)生長(zhǎng)度方向的彎曲及寬度方向的彎曲。又，改善第一接頭構(gòu)件和第二接頭構(gòu)件的接合強(qiáng)度。
[0028]也可以是所述第二接頭構(gòu)件具有以覆蓋所述第一接頭構(gòu)件的與所述第一接合面相反側(cè)的面的形式從所述一對(duì)突出部的梢端突出的一對(duì)折回部。
[0029]根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，第一接頭構(gòu)件在第二接合面的法線方向上被夾入平板部和折回部之間。因此，在將平板部與第一接頭構(gòu)件摩擦攪拌接合及填角焊接時(shí)，折回部與第一接頭構(gòu)件配合而發(fā)揮錨效果，從而可以抑制因受熱而導(dǎo)致平板部發(fā)生長(zhǎng)度方向的彎曲及寬度方向的彎曲。又，對(duì)于作用于第一接頭構(gòu)件及第二接頭構(gòu)件上的法線方向的壓縮載荷及拉伸載荷，強(qiáng)度得到改善。
[0030]也可以是所述折回部與所述第一接頭構(gòu)件摩擦攪拌接合。
[0031]根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，改善第一接頭構(gòu)件和第二接頭構(gòu)件的接合強(qiáng)度，并且還改善抑制翹曲的效果。
[0032]也可以是通過(guò)接合在寬度方向上分割的第一半體及第二半體以此構(gòu)成所述第二接頭構(gòu)件。
[0033]根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，只要使第一半體相對(duì)于第一接頭構(gòu)件在寬度方向上相對(duì)移動(dòng)，并且使第二半體相對(duì)于第一接頭構(gòu)件在寬度方向上相對(duì)移動(dòng)，即可簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)第一接頭構(gòu)件被夾入平板部和一對(duì)折回部之間的結(jié)構(gòu)。
[0034]也可以是所述第一半體及所述第二半體通過(guò)所述摩擦攪拌接合部被接合。
[0035]根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，第一半體和第二半體的接合與摩擦攪拌接合同時(shí)進(jìn)行，因此即使第二接頭構(gòu)件由兩個(gè)部件構(gòu)成，也不會(huì)使制造工序變得復(fù)雜。
[0036]也可以是所述第一半體及所述第二半體通過(guò)電弧焊接被接合。
[0037]根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，將第一半體及第二半體分別與第一接頭構(gòu)件摩擦攪拌接合，因此即使第一半體和第二半體收縮而在分模線上產(chǎn)生間隙等，也可以根據(jù)填充金屬的投入量簡(jiǎn)單地應(yīng)對(duì)間隙形成，改善第一半體及第二半體的接合可靠性。
[0038]也可以是各所述摩擦攪拌接合部以靠近所述第一接合面的寬度方向中心的一側(cè)作為前進(jìn)側(cè)，并且以與此相反側(cè)作為后退側(cè)。
[0039]根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，在拉伸載荷和剪切載荷等向?qū)挾确较蛲鈧?cè)作用于相異材料接頭時(shí)，可以提高對(duì)于該載荷的強(qiáng)度。
[0040]根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)體支持構(gòu)件是為了支持由與船體不同種的金屬制作而成的結(jié)構(gòu)體而介設(shè)在所述船體和所述結(jié)構(gòu)體之間的結(jié)構(gòu)體支持構(gòu)件，具備:由與所述船體同種的金屬制作而成并固定于所述船體的船體側(cè)構(gòu)件；由與所述結(jié)構(gòu)體同種的金屬制作而成并固定于所述結(jié)構(gòu)體的結(jié)構(gòu)側(cè)構(gòu)件；和上述的相異材料接頭。又，根據(jù)本發(fā)明的LNG船具備船體、由與所述船體不同種的金屬制作而成的儲(chǔ)罐、和作為儲(chǔ)罐支持構(gòu)件的所述結(jié)構(gòu)體支持構(gòu)件。
[0041]根據(jù)本發(fā)明的相異材料接頭的制造方法是應(yīng)用于為了支持由與船體不同種的金屬制作而成的結(jié)構(gòu)體而介設(shè)在所述船體和所述結(jié)構(gòu)體之間的結(jié)構(gòu)體支持構(gòu)件中的相異材料接頭的制造方法，具備:由與所述船體同種的金屬制作具有大致平坦的第一接合面的第一接頭構(gòu)件的第一接頭構(gòu)件制作工序；由與所述結(jié)構(gòu)體同種的金屬制作具有大致平坦的第二接合面和與該第二接合面相反側(cè)的焊接面的第二接頭構(gòu)件的第二接頭構(gòu)件制作工序；在所述第一接合面與所述第二接合面面接觸的狀態(tài)下從所述焊接面按壓工具而使其到達(dá)至所述第一接合面，并且改變寬度方向的位置地多次進(jìn)行使工具在保持旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下在長(zhǎng)度方向上移動(dòng)，從而在寬度方向上排列且長(zhǎng)度方向上延伸的多列摩擦攪拌接合部上使所述第一接頭構(gòu)件及所述第二接頭構(gòu)件相互摩擦攪拌接合的摩擦攪拌接合工序；和以使從所述結(jié)構(gòu)體支持構(gòu)件的結(jié)構(gòu)側(cè)構(gòu)件的側(cè)面至所述焊接面的一對(duì)填角焊部與所述多列摩擦攪拌接合部中的至少一列重疊地配置的方式將所述結(jié)構(gòu)側(cè)構(gòu)件與所述第二接頭構(gòu)件填角焊接的填角焊接工序。
[0042]根據(jù)所述方法，可以減少構(gòu)成相異材料接頭的段部的數(shù)量，并且使相異材料接頭乃至結(jié)構(gòu)體支持構(gòu)件的制造工序變得簡(jiǎn)單而降低制造成本。又，對(duì)于作用于第一接頭構(gòu)件及第二接頭構(gòu)件上的長(zhǎng)度方向及寬度方向的剪切載荷，強(qiáng)度得到改善。對(duì)于作用于第一接頭構(gòu)件及第二接頭構(gòu)件上的第二接合面的法線方向的壓縮載荷及拉伸載荷，強(qiáng)度也得到改善。在第二接合面的法線方向上作用著壓縮載荷及拉伸載荷時(shí)，載荷在填角焊部上以該法線方向順利地傳遞，因此可以良好地緩和在填角焊部上的應(yīng)力集中。
[0043]也可以是在所述第二接頭構(gòu)件制作工序中，制作將所述第二接頭構(gòu)件在寬度方向上分割的第一半體及第二半體，所述第一半體及所述第二半體具有具備所述第二接合面及所述焊接面的寬度方向一側(cè)半部分的平板半部、和從所述平板半部的端部突出的突出部；所述摩擦攪拌接合工序具有:使所述第一半體相對(duì)于所述第一接頭構(gòu)件在寬度方向上相對(duì)移動(dòng)，以此以使所述第一半體的平板半部覆蓋所述第一接合面且使所述突出部覆蓋所述第一接頭構(gòu)件的側(cè)面的方式將所述第一半體組裝在所述第一接頭構(gòu)件上的第一組裝工序；將工具從所述第一半體的所述焊接面按壓而使其到達(dá)至所述第一接合面，并且使工具在保持旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下在長(zhǎng)度方向上移動(dòng)，從而在寬度方向上排列且長(zhǎng)度方向上延伸的多列摩擦攪拌接合部上使所述第一接頭構(gòu)件及所述第一半體相互摩擦攪拌接合的第一摩擦攪拌接合工序；使所述第二半體相對(duì)于所述第一接頭構(gòu)件在寬度方向上相對(duì)移動(dòng)，以此以使所述第二半體的平板半部覆蓋所述第一接合面且使所述突出部覆蓋所述第一接頭構(gòu)件的側(cè)面的方式將所述第二半體組裝在所述第一接頭構(gòu)件上的第二組裝工序；將工具從所述第一半體的所述焊接面按壓而使其到達(dá)至所述第一接合面，并且使工具在保持旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下在長(zhǎng)度方向上移動(dòng)，從而在寬度方向上排列且長(zhǎng)度方向上延伸的多列摩擦攪拌接合部上使所述第一接頭構(gòu)件及所述第二半體相互摩擦攪拌接合的第二摩擦攪拌接合工序；和將所述第一半體及所述第二半體沿著所述第一半體和所述第二半體的分模線接合的半體接合工序。[0044]根據(jù)所述方法，在第二接頭構(gòu)件具有一對(duì)突出部時(shí)，預(yù)先制作在寬度方向上分割的第一半體及第二半體。假設(shè)第二接頭構(gòu)件由單一的部件構(gòu)成，則為了將第一接頭構(gòu)件與第二接頭構(gòu)件組裝，而預(yù)先將第一接頭構(gòu)件和第二接頭構(gòu)件在長(zhǎng)度方向上以一直線狀排列，并且使第一接頭構(gòu)件相對(duì)于第二接頭構(gòu)件在長(zhǎng)度方向上相對(duì)移動(dòng)。于是，在相異材料接頭的制造設(shè)備中，有必要在用于將第一接頭構(gòu)件與第二接頭構(gòu)件接合的區(qū)域上確保各段部長(zhǎng)度的兩倍以上的尺寸。反而言之，有必要與該區(qū)域相配地縮短段部長(zhǎng)度。相對(duì)于此，在本實(shí)施形態(tài)中，通過(guò)相互接合寬度方向上一分為二的一對(duì)半體而構(gòu)成第二接頭構(gòu)件。因此，只要預(yù)先將第一半體及第二半體與第一接頭構(gòu)件在寬度方向上相鄰地設(shè)置即可。因此，可以盡可能增大相異材料接頭的段部長(zhǎng)度。該制造方法尤其是在制造寬度方向及長(zhǎng)度方向上大型的相異材料接頭時(shí)有利。
[0045]也可以是在所述半體接合工序中，使工具沿著所述第一半體和所述第二半體之間的分模線移動(dòng)，從而使所述第二半體與所述第一接頭構(gòu)件摩擦攪拌接合的同時(shí)與所述第一半體成為一體。
[0046]根據(jù)所述方法，多列摩擦攪拌接合部中的一列有效利用于第二半體與第一半體的一體化。像這樣，即使第二接合構(gòu)件由兩個(gè)半體構(gòu)成，也由于將它們一體化的作業(yè)和與第一接頭構(gòu)件的接合同時(shí)進(jìn)行，所以相異材料接頭的制造作業(yè)不會(huì)變得繁瑣。
[0047]發(fā)明效果:
根據(jù)本發(fā)明，可以容易制造應(yīng)用于結(jié)構(gòu)體支持構(gòu)件中的相異材料接頭，又可以良好地緩和在填角焊部上的應(yīng)力集中。根據(jù)本發(fā)明的上述及其他目的、特征及優(yōu)點(diǎn)在參照附圖的基礎(chǔ)上，由以下的優(yōu)選的實(shí)施形態(tài)的詳細(xì)說(shuō)明得以明了。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0048]圖1是將應(yīng)用了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)的相異材料接頭的LNG船的局部剖切而示出的立體圖；
圖2是示出圖1所示的LNG船的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的局部剖視圖；
圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施形態(tài)的相異材料接頭的剖視圖；
圖4A是圖3所示的相異材料接頭的分解立體圖；
圖4B是示出在圖4A所示的第一接頭構(gòu)件上接合了第二接頭構(gòu)件的狀態(tài)的立體圖；
圖4C是示出在圖4B所示的第一接頭構(gòu)件上接合了船體側(cè)構(gòu)件的狀態(tài)的立體圖；
圖4D是示出在圖4C所示的第二接頭構(gòu)件上接合了儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件的狀態(tài)的立體圖；
圖4E是說(shuō)明圖4C所示的摩擦攪拌接合部的前進(jìn)側(cè)及后退側(cè)的位置關(guān)系的立體圖；
圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施形態(tài)的相異材料接頭的剖視圖；
圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施形態(tài)的相異材料接頭的剖視圖；
圖7A是圖6所示的相異材料接頭的分解立體圖；
圖7B是示出將圖7A所示的第一半體與第一接頭構(gòu)件接合后的狀態(tài)的立體圖；
圖7C是將圖7B所示的第二半體與第一接頭構(gòu)件及第一半體接合后的狀態(tài)的立體圖； 圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施形態(tài)的相異材料接頭的剖視圖；
圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施形態(tài)的相異材料接頭的剖視圖；
圖1OA是圖9所示的相異材料接頭的分解立體圖； 圖1OB是示出將圖1OA所示的第一半體與第一接頭構(gòu)件接合后的狀態(tài)的立體圖；
圖1OC是示出將圖1OB所示的第二半體與第一接頭構(gòu)件接合后的狀態(tài)的立體圖；
圖11是示出根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施形態(tài)的變形例的相異材料接頭的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0049]以下，參照【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)。另外，在所有附圖中，對(duì)于相同或?qū)?yīng)的要素標(biāo)以相同的符號(hào)，并且省略重復(fù)的詳細(xì)說(shuō)明。在以下的說(shuō)明中，作為由與船體不同種的金屬制作而成的結(jié)構(gòu)體的一個(gè)示例，例示貯留液化天然氣的儲(chǔ)罐。
[0050][第一實(shí)施形態(tài)]
圖1是將根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)的LNG船I的局部剖切而示出的立體圖。LNG船I是輸送超低溫(例如一 163°C)的液化天然氣(LNG)的船，并且具備具有船艙3的船體2、和以超低溫維持并留LNG的多個(gè)儲(chǔ)iil 4。儲(chǔ)4各納于船艙3內(nèi)，在船體2的如后方向上排列。在本實(shí)施形態(tài)中，儲(chǔ)罐4為所謂獨(dú)立型，并且由儲(chǔ)罐支持構(gòu)件5 (以下稱為“裙部”)所支持。又，儲(chǔ)罐4形成為球形，裙部5形成為使軸線在上下方向上延伸的圓筒狀。裙部5在下端部與船體2 (例如船艙底壁)連接，在上端部與儲(chǔ)罐4連接。
[0051]圖2是示出圖1所示的LNG船I的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的局部剖視圖。如圖2所示，裙部5具備與船體2連接的船體側(cè)構(gòu)件6、和與儲(chǔ)罐4連接的儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件7。船體側(cè)構(gòu)件6及儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件7均形成為圓筒狀。船體側(cè)構(gòu)件6在下端部與船體2連接，并且從船體2向上方延伸。儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件7在下端部與船體側(cè)構(gòu)件6的上端部連接,并且從船體側(cè)構(gòu)件6向上方延伸。儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件7在上端部與儲(chǔ)罐4的赤道部外表面連接。
[0052]船體側(cè)構(gòu)件6與船體2相同地由鋼材制作而成，另一方面，儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件7與儲(chǔ)罐4相同地由鋁合金制作而成。為了在上下方向上連接由相互不同的金屬制作而成的兩個(gè)構(gòu)件
6、7，而在裙部5中應(yīng)用相異材料接頭10。相異材料接頭10介設(shè)于船體側(cè)構(gòu)件6的上端部和儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件7的下端部之間。在本實(shí)施形態(tài)中，裙部5為圓筒狀，因此相異材料接頭10與它相配地在俯視時(shí)形成為環(huán)狀。
[0053]以下，在裙部5、船體側(cè)構(gòu)件6及儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件7的板厚方向中，配置有裙部5的軸線和儲(chǔ)罐4等的一側(cè)稱為“內(nèi)側(cè)”，將其相反側(cè)稱為“外側(cè)”。“板厚方向”與裙部5的徑方向一致，并且與相異材料接頭10的寬度方向一致。將裙部5、船體側(cè)構(gòu)件6、儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件7及相異材料接頭10的俯視時(shí)的延伸方向稱為“周方向”或“長(zhǎng)度方向”。
[0054]裙部5的直徑非常大(例如40?50m)，因此船體側(cè)構(gòu)件6通過(guò)將周方向上細(xì)分的多個(gè)段部依次連接，以此構(gòu)成圓筒狀(俯視時(shí)環(huán)狀)。相鄰的兩個(gè)段部可以被焊接，也可以通過(guò)螺栓或鉚釘連接。對(duì)于與船體側(cè)構(gòu)件6 —起構(gòu)成裙部5的儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件7及相異材料接頭10也是相同的。
[0055]圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施形態(tài)的相異材料接頭10的剖視圖。如圖3所示，相異材料接頭10具備第一接頭構(gòu)件11和第二接頭構(gòu)件12。第一接頭構(gòu)件11由與船體2 (參照?qǐng)D2)及船體側(cè)構(gòu)件6同種的金屬(鋼材)制作而成，第二接頭構(gòu)件12由與儲(chǔ)罐4(參照?qǐng)D2)及儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件7同種的金屬(鋁合金)制作而成。然而，第一接頭構(gòu)件11沒(méi)有必要一定由與船體2及船體側(cè)構(gòu)件6完全相同的材料制作而成。第二接頭構(gòu)件12也是相同的。另外，因?yàn)榭紤]到低溫韌性及焊接性等，所以在第一接頭構(gòu)件11中優(yōu)選地應(yīng)用奧氏體不銹鋼。因?yàn)榭紤]到加工性、耐腐蝕性、強(qiáng)度及焊接性等，所以在第二接頭構(gòu)件12中優(yōu)選地應(yīng)用Al-Mn系合金(3000系)或Al-Mg系合金(5000系)。第一接頭構(gòu)件11填角焊接在船體側(cè)構(gòu)件6上，第二接頭構(gòu)件12填角焊接在儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件7上且與第一接頭構(gòu)件11摩擦攪拌接合。
[0056]圖4A是圖3所示的相異材料接頭10的分解立體圖。如圖4A所示，第一接頭構(gòu)件11形成為平板狀。在本實(shí)施形態(tài)中，第二接頭構(gòu)件12的大致全部形成為平板狀(關(guān)于不是這樣的情況，可參照第二實(shí)施形態(tài)?第五實(shí)施形態(tài))。第一接頭構(gòu)件11具有與船體側(cè)構(gòu)件6的上表面17接合的下表面13、和與船體側(cè)構(gòu)件6及下表面13相反側(cè)的第一接合面14。下表面13及第一接合面14大致平坦并且水平且平行地延伸。第二接頭構(gòu)件12具有與儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件7接合的焊接面16、和與該焊接面16相反側(cè)的第二接合面15。這些第二接合面15及焊接面16也大致平坦并且水平且平行地延伸。第一接合面14朝向上方，第二接合面15朝向下方。第一接合面14和第二接合面15在俯視時(shí)具有大致相同的尺寸。
[0057]圖4B是示出將圖4A所示的第一接頭構(gòu)件11與第二接頭構(gòu)件12接合后的狀態(tài)的立體圖。如圖4B所示，第一接合面14在前后方向及左右方向上不發(fā)生位置偏離地與第二接合面15在上下方向上重疊而與該第二接合面15面接觸。第一接合面14及第二接合面15被水平地配置，因此第一接合面14的法線及第二接合面15的法線朝向上下方向。在像這樣將兩個(gè)接頭構(gòu)件11、12重疊后，使第一接頭構(gòu)件11與第二接頭構(gòu)件12通過(guò)摩擦攪拌相接合。
[0058]在摩擦攪拌接合中使用具有能夠以高速旋轉(zhuǎn)的梢端的工具(參照?qǐng)D4E)。首先，在使工具的梢端旋轉(zhuǎn)的同時(shí)將工具按壓在第二接頭構(gòu)件12的焊接面16上。于是，因摩擦熱的產(chǎn)生而第二接頭構(gòu)件12開(kāi)始軟化，從而可以從焊接面16向下方按壓工具。然后，使工具到達(dá)至第一接合面15。之后，使工具的梢端保持旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，使工具在第二接頭構(gòu)件12的長(zhǎng)度方向上移動(dòng)。于是，第一接頭構(gòu)件11及第二接頭構(gòu)件12在沿著工具的移動(dòng)路徑的部分上,通過(guò)塑性流動(dòng)并被攪拌以此形成一體。
[0059]以下，將沿著工具的移動(dòng)路徑的部分且第一接頭構(gòu)件11及第二接頭構(gòu)件12通過(guò)塑性流動(dòng)而形成一體的部分稱為“摩擦攪拌接合部”或“FSW部”。另外，F(xiàn)SW部21的截面形成為倒三角形狀或倒梯形狀，其從按壓工具的位置向工具的進(jìn)入方向逐漸變細(xì)。
[0060]在該相異材料接頭10中，在寬度方向上排列的多列的FSW部21在長(zhǎng)度方向上延伸。即，在寬度方向上改變按壓工具的位置的同時(shí)重復(fù)地多次進(jìn)行工具在長(zhǎng)度方向上的移動(dòng)。在本實(shí)施形態(tài)中，設(shè)置有在寬度方向上排列的五列的FSW部21，因此進(jìn)行五次的工具在長(zhǎng)度方向上的移動(dòng)。
[0061]在從各段部的長(zhǎng)度方向一端至另一端的整體上設(shè)置有FSW部21。在這樣的段部依次被連接時(shí)，多列的FSW部21在周方向上連續(xù)地延伸。因此，在相異材料接頭10上設(shè)置有大致同心且俯視時(shí)形成為環(huán)狀的多個(gè)FSW部21。
[0062]工具的移動(dòng)可以通過(guò)保持工具地在焊接面16上自行行駛的焊接機(jī)械手(未圖示)、在長(zhǎng)度方向上平行地延伸的軌道(未圖示)上被搬運(yùn)并引導(dǎo)的焊接臺(tái)車(未圖示)等實(shí)現(xiàn)。不僅可以增大前者的焊接機(jī)械手的可續(xù)航距離，而且還可以使限定后者的焊接臺(tái)車的可搬運(yùn)距離的軌道的長(zhǎng)度比在爆炸焊接法和真空壓延法等中允許的段部的長(zhǎng)度大。因此，構(gòu)成相異材料接頭10的段部的長(zhǎng)度不會(huì)因接合技術(shù)上的問(wèn)題而受到限制，與爆炸焊接法和真空壓延法等相比，可以使各段部變長(zhǎng)。于是，可以減少相異材料接頭10的段部數(shù)量，可以降低相異材料接頭10乃至裙部5及LNG船I的制造工時(shí)及制造成本。
[0063]圖4C是示出將圖4B所示的第一接頭構(gòu)件11與船體側(cè)構(gòu)件6接合后的狀態(tài)的立體圖。如圖4C所示，第一接頭構(gòu)件11以使寬度方向的中心線與船體側(cè)構(gòu)件6的板厚方向的中心線對(duì)齊的形式設(shè)置在船體側(cè)構(gòu)件6的上表面。第一接頭構(gòu)件11的寬度大于船體側(cè)構(gòu)件6的板厚，第一接頭構(gòu)件11的寬度方向一端部及另一端部分別從船體側(cè)構(gòu)件6的上端部向板厚方向內(nèi)側(cè)及外側(cè)突出。
[0064]船體側(cè)構(gòu)件6填角焊接在第一接頭構(gòu)件11上。在本實(shí)施形態(tài)中，船體側(cè)構(gòu)件6的上表面17的外緣填角焊接在第一接頭構(gòu)件11的下表面13上，船體側(cè)構(gòu)件6的上表面17的內(nèi)緣填角焊接在第一接頭構(gòu)件11的下表面13上。這樣，在船體側(cè)構(gòu)件6和相異材料接頭10的邊界部位，一對(duì)填角焊部22在儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件7的板厚方向(S卩，相異材料接頭10的寬度方向)上分離地形成，并以焊珠狀在長(zhǎng)度方向上延伸。另外，在進(jìn)行填角焊接時(shí)，也可以將船體側(cè)構(gòu)件6和相異材料接頭10與在向船體2的搭載時(shí)的情況上下相反地進(jìn)行設(shè)置。第一接頭構(gòu)件11由與船體側(cè)構(gòu)件6同種的金屬制作而成，因此可以容易進(jìn)行填角焊。
[0065]圖4D是示出將圖4C所示的第二接頭構(gòu)件12與儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件7接合后的狀態(tài)的立體圖。如圖4D所示，儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件7的下表面18以使板厚方向的中心線與第二接頭構(gòu)件12的板厚方向的中心線對(duì)齊的形式設(shè)置在第二接頭構(gòu)件12的焊接面16上。第二接頭構(gòu)件12的寬度大于儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件7的板厚。第二接頭構(gòu)件12的寬度方向一端部從儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件7的下表面18的內(nèi)緣向板厚方向內(nèi)側(cè)突出，第二接頭構(gòu)件12的寬度方向另一端部從儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件7的下表面18的外緣向板厚方向外側(cè)突出。
[0066]儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件7填角焊接在第二接頭構(gòu)件12上。在本實(shí)施形態(tài)中，儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件7的下表面18的外緣填角焊接在第二接頭構(gòu)件12的焊接面16上，儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件7的下表面18的內(nèi)緣填角焊接在第二接頭構(gòu)件12的焊接面16上。在儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件7和相異材料接頭10的邊界上設(shè)置有一對(duì)填角焊部23。內(nèi)側(cè)的填角焊部23設(shè)置在從儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件7的內(nèi)側(cè)面20的下端部至第二接頭構(gòu)件12的焊接面16的范圍，外側(cè)的填角焊部23設(shè)置在從儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件7的外側(cè)面20的下端部至第二接頭構(gòu)件12的焊接面16的范圍。這樣，一對(duì)填角焊部23在儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件7的板厚方向(相異材料接頭10的寬度方向)上分離，并且以焊珠狀在長(zhǎng)度方向上延伸。
[0067]返回到圖3，各填角焊部23在從第二接合面15的法線方向(即，上下方向)觀察時(shí)，以與相異材料接頭10的FSW部21重疊的形式配置。因此，在設(shè)置有填角焊部23的位置上，第二接頭構(gòu)件12通過(guò)FSW部21與第一接頭構(gòu)件11接合，并且第二接頭構(gòu)件12通過(guò)填角焊部23與儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件7接合，而儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件7通過(guò)第二接頭構(gòu)件12與第一接頭構(gòu)件11在上下方向上直線結(jié)合。
[0068]因此，在上下方向的拉伸載荷作用于裙部5時(shí)，載荷在上下方向上順利地傳遞。在向內(nèi)側(cè)彎曲的那樣的彎曲載荷作用于裙部5時(shí)，也與上述相同。假設(shè)填角焊部23和FSW部21在俯視時(shí)配置在不同的位置上，則載荷的傳遞在填角焊部23和FSW部21之間變得復(fù)雜化，因此存在填角焊部23上發(fā)生過(guò)大的應(yīng)力集中的擔(dān)憂。相對(duì)于此，在根據(jù)本實(shí)施形態(tài)的裙部5中，可以緩和復(fù)雜的載荷傳遞，借助于此可以緩和在填角焊部23上的應(yīng)力集中。
[0069]又，在儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件7的下表面18的外緣及內(nèi)緣上形成有一對(duì)坡口 19。一對(duì)填角焊部23以伸入于對(duì)應(yīng)的坡口 19內(nèi)的形式設(shè)置，各填角焊部23具有大致正三角形狀的截面。鋁合金制的儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件7的板厚大于鋼制的船體側(cè)構(gòu)件6的板厚。在該儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件7的下表面18上實(shí)施坡口加工，因此改善填角焊部23的接合強(qiáng)度。
[0070]此外，假設(shè)將儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件7的內(nèi)側(cè)面20向下方延長(zhǎng)時(shí)，該延長(zhǎng)的假想面不僅通過(guò)在俯視時(shí)與內(nèi)側(cè)的填角焊部23重疊的FSW部21的上端而且還通過(guò)其下端。即，儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件7的內(nèi)側(cè)面20在從第二接合面15的法線方向觀察時(shí)，與FSW部21重疊。另一方面，坡口 19從該內(nèi)側(cè)面20向儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件7的板厚方向中心側(cè)切入，從而填角焊部23伸入至該坡口 19內(nèi)。因此，可以在設(shè)置坡口 19的同時(shí)良好地?cái)U(kuò)大填角焊部23與FSW部21在俯視時(shí)重疊的面積。儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件7的外側(cè)面20、外側(cè)的填角焊部23和與它重疊地配置的FSW部21之間的關(guān)系也是相同的。
[0071]儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件7以使其下表面18與第二接頭構(gòu)件12的焊接面16面接觸的形式填角焊接在第二接頭構(gòu)件12上。因此，在儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件7的下表面18中夾在一對(duì)填角焊部23之間的部分處于與第二接頭構(gòu)件12的上表面接觸的狀態(tài)。因此，由于儲(chǔ)罐4的重量及儲(chǔ)罐4內(nèi)的液化天然氣的重量而壓縮載荷在垂直方向上作用于裙部5時(shí)，可以使載荷通過(guò)相異材料接頭10及船體側(cè)構(gòu)件6傳遞至船體2，可以使船體2最終承受該載荷。
[0072]在本實(shí)施形態(tài)中，在寬度方向上大致隔著等間隔設(shè)置有五列的FSW部21。從第二接合面15的法線方向觀察時(shí)，最外端兩列的FSW部21以與一對(duì)填角焊部23重疊的形式配置，中間三列的FSW部21以在一對(duì)填角焊部23之間在寬度方向上排列的形式配置。像這樣，從第二接合面15的法線方向觀察時(shí)，在一對(duì)填角焊部23之間設(shè)置有多列FSW部21，因此即使第一接頭構(gòu)件11與第二接頭構(gòu)件12以使平坦面相面對(duì)的狀態(tài)接合，也可以提高其接合強(qiáng)度。
[0073]圖4E是示出圖4C所示的FSW部21的前進(jìn)側(cè)AS及后退側(cè)RS的配置的立體圖。通過(guò)在使摩擦攪拌接合用的工具30旋轉(zhuǎn)的同時(shí)在相異材料接頭的長(zhǎng)度方向上使該工具30移動(dòng)，以此使各FSW部21以具有一定程度的寬度的形式形成。在工具30的移動(dòng)中，工具30的旋轉(zhuǎn)方向不發(fā)生變化。在使工具30在長(zhǎng)度方向上移動(dòng)時(shí)，形成具有一定寬度的FSW部21。在FSW部21中寬度方向一方側(cè)的端部上，工具30的旋轉(zhuǎn)方向與工具30的移動(dòng)方向相同。在其相反側(cè)的端部上，工具30的旋轉(zhuǎn)方向與工具30的移動(dòng)方向相反。在以下說(shuō)明中，在FSW部21的寬度方向兩側(cè)中，將工具的旋轉(zhuǎn)方向與工具的移動(dòng)方向相同的一側(cè)稱為“前進(jìn)側(cè)AS”。將工具的旋轉(zhuǎn)方向與工具的移動(dòng)方向相反的一側(cè)稱為“后退側(cè)RS”。
[0074]在前進(jìn)側(cè)AS上，容易發(fā)生所謂的吊鉤型缺陷(hooking)。因此，在后退側(cè)RS上，可以相比于前進(jìn)側(cè)AS提高第一接頭構(gòu)件11和第二接頭構(gòu)件12的接合強(qiáng)度。在本實(shí)施形態(tài)中，除了寬度方向中央的FSW部以外，對(duì)于任意一個(gè)FSW部21均是前進(jìn)側(cè)AS配置在靠近相異材料接頭10的寬度方向中央的位置上，后退側(cè)RS配置在遠(yuǎn)離相異材料接頭10的寬度方向中央的位置上。借助于此，相異材料接頭10對(duì)寬度方向的剪切載荷和拉伸載荷等的強(qiáng)度提聞。
[0075]在試圖將各FSW部21的后退側(cè)RS位于寬度方向端緣側(cè)時(shí)，如果不改變工具30的旋轉(zhuǎn)方向，則需要使在形成從寬度方向中央觀察時(shí)位于一方側(cè)(例如板厚方向內(nèi)側(cè))的FSW部21時(shí)的工具30的移動(dòng)方向、和在形成從寬度方向中央觀察時(shí)位于另一方側(cè)(例如板厚方向外側(cè))的FSW部21時(shí)的工具的移動(dòng)方向相反。反過(guò)來(lái)利用這一點(diǎn)，將一方側(cè)的FSW部21和另一方側(cè)的FSW部21交替地形成時(shí)，可以在使工具30在長(zhǎng)度方向上往返一次的期間形成兩列FSW部21。由于不存在工具30的空行駛，因此改善相異材料接頭10的制造效率。
[0076]在摩擦攪拌接合用的工具30的外周面上，以促進(jìn)材料的攪拌等為目的切割有螺紋槽。在本實(shí)施形態(tài)中，工具30的旋轉(zhuǎn)方向與螺紋的卷繞方向相反。在圖4E所示的示例中，從工具30的上方觀察時(shí)工具30以順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，而工具30的螺紋是逆時(shí)針卷繞。根據(jù)工具30的旋轉(zhuǎn)方向與螺紋的卷繞方向相同或相反，材料的攪拌機(jī)理是不同的。因此，使方向一致時(shí)和不一致時(shí)的FSW部21的品質(zhì)也是不同的。
[0077]為了在不改變工具30的移動(dòng)方向的情況下如上述那樣配置各FSW部21的后退側(cè)RS及前進(jìn)側(cè)FS，而需要改變工具30的旋轉(zhuǎn)方向。而且，為了穩(wěn)定FSW部21的品質(zhì)，需要更換工具30以隨著工具30的旋轉(zhuǎn)方向的變化改變螺紋的卷繞方向。在本實(shí)施形態(tài)中，通過(guò)改變工具的移動(dòng)方向來(lái)如上述那樣配置后退側(cè)RS及前進(jìn)側(cè)FS，因此即使不進(jìn)行工具的更換作業(yè)，也可以穩(wěn)定FSW部21的品質(zhì)。
[0078]以下，基于本案發(fā)明人進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明考慮FSW部21的前進(jìn)側(cè)FS及后退側(cè)RS的配置所得到的效果。本案發(fā)明人如表1所示準(zhǔn)備了使各FSW部21的后退側(cè)RS位于寬度方向端緣側(cè)的相異材料接頭的試驗(yàn)片(相當(dāng)于本實(shí)施形態(tài))、和使所有的FSW部21的后退側(cè)RS位于相同側(cè)上的相異材料接頭的試驗(yàn)片(相對(duì)于本實(shí)施形態(tài)的比較例)，并且分別測(cè)定了這兩個(gè)試驗(yàn)片的拉伸強(qiáng)度。另外，表1中的拉伸強(qiáng)度σ為招板(aluminium web)(在上述實(shí)施形態(tài)的說(shuō)明中稱為“儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件7”)換算的公稱應(yīng)力，并且進(jìn)行表欄外所示的計(jì)算而算出。
[0079]又，本案發(fā)明人如表2所示準(zhǔn)備了將鋁合金制的平板和不銹鋼制的平板通過(guò)摩擦攪拌接合而制成的試驗(yàn)片，并且分別測(cè)定了在拉伸鋁合金制的平板的后退側(cè)時(shí)的試驗(yàn)片的拉伸剪切強(qiáng)度、和在拉伸鋁合金制的平板的前進(jìn)側(cè)時(shí)的試驗(yàn)片的拉伸剪切強(qiáng)度。另外，試驗(yàn)片N0.1是使用梢端直徑為7mm的摩擦攪拌接合工具而制成，試驗(yàn)片N0.2是使用梢端直徑為9_的摩擦攪拌接合工具而制成。
[0080][表 I]
【權(quán)利要求】
1.一種相異材料接頭，是應(yīng)用于為了支持由與船體不同種的金屬制作而成的結(jié)構(gòu)體而介設(shè)在所述船體和所述結(jié)構(gòu)體之間的結(jié)構(gòu)體支持構(gòu)件中的相異材料接頭，具備: 由與所述船體同種的金屬制作而成，并接合于所述結(jié)構(gòu)體支持構(gòu)件的船體側(cè)構(gòu)件的第一接頭構(gòu)件；和 由與所述結(jié)構(gòu)體同種的金屬制作而成，并與所述結(jié)構(gòu)體支持構(gòu)件的結(jié)構(gòu)側(cè)構(gòu)件填角焊接且與所述第一接頭構(gòu)件摩擦攪拌接合的第二接頭構(gòu)件； 所述第一接頭構(gòu)件在與所述船體側(cè)構(gòu)件相反側(cè)上具有第一接合面，所述第二接頭構(gòu)件具有與所述結(jié)構(gòu)側(cè)構(gòu)件填角焊接的焊接面、和與所述焊接面相反側(cè)的第二接合面； 所述第一接合面及所述第二接合面大致平坦地形成而相互面接觸，所述第一接頭構(gòu)件及所述第二接頭構(gòu)件在寬度方向上排列且長(zhǎng)度方向上延伸的多列的摩擦攪拌接合部上相互接合； 設(shè)置有分別從所述結(jié)構(gòu)側(cè)構(gòu)件的側(cè)面至所述焊接面的一對(duì)填角焊部，所述一對(duì)填角焊部中的每個(gè)在從所述第二接合面的法線方向觀察時(shí)，以與所述多列的摩擦攪拌接合部中的至少一列重疊的形式配置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相異材料接頭，其特征在于，在所述多列的摩擦攪拌接合部中位于設(shè)置在最外端的摩擦攪拌接合部之間的一列以上的摩擦攪拌接合部在從所述法線方向觀察時(shí)配置在所述一對(duì)填角焊部之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的相異材料接頭，其特征在于， 所述多列的摩擦攪拌接合部中的至少兩列形成在所述寬度方向上連接的連續(xù)部； 所述一對(duì)填角焊部中的每個(gè)在從所述法線方向觀察時(shí)以與所述連續(xù)部重疊的形式配置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的相異材料接頭，其特征在于， 所述結(jié)構(gòu)側(cè)構(gòu)件在所述側(cè)面具有一對(duì)坡口，所述填角焊部以分別伸入于所述坡口內(nèi)的形式設(shè)置； 所述結(jié)構(gòu)側(cè)構(gòu)件的所述側(cè)面在從所述法線方向觀察時(shí)以與所述多列的摩擦攪拌接合部中的一列重疊的形式配置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的相異材料接頭，其特征在于，所述第二接頭構(gòu)件具有具備所述第一接合面及所述焊接面的平板部、和以覆蓋所述第一接頭構(gòu)件的兩側(cè)面的形式從所述平板部的寬度方向兩端突出的一對(duì)突出部，所述平板部在所述多列的摩擦攪拌接合部上與所述第一接頭構(gòu)件接合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的相異材料接頭，其特征在于，所述突出部與所述第一接頭構(gòu)件摩擦攪拌接合。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的相異材料接頭，其特征在于，所述第二接頭構(gòu)件具有以覆蓋所述第一接頭構(gòu)件的與所述第一接合面相反側(cè)的面的形式從所述一對(duì)突出部的梢端突出的一對(duì)折回部。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的相異材料接頭，其特征在于，所述折回部與所述第一接頭構(gòu)件摩擦攪拌接合。
9.根據(jù)權(quán)利要求5至8中任意一項(xiàng)所述的相異材料接頭，其特征在于，通過(guò)接合在寬度方向上分割的第一半體及第二半體以此構(gòu)成所述第二接頭構(gòu)件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的相異材料接頭，其特征在于，所述第一半體及所述第二半體通過(guò)所述摩擦攪拌接合被接合。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的相異材料接頭，其特征在于，所述第一半體及所述第二半體通過(guò)電弧焊接被接合。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任意一項(xiàng)所述的相異材料接頭，其特征在于，各所述摩擦攪拌接合部以靠近所述第一接合面的寬度方向中心的一側(cè)作為前進(jìn)側(cè)，并且以與此相反側(cè)作為后退側(cè)。
13.—種結(jié)構(gòu)體支持構(gòu)件，是為了支持由與船體不同種的金屬制作而成的結(jié)構(gòu)體而介設(shè)在所述船體和所述結(jié)構(gòu)體之間的結(jié)構(gòu)體支持構(gòu)件，具備: 由與所述船體同種的金屬制作而成并固定于所述船體的船體側(cè)構(gòu)件、由與所述結(jié)構(gòu)體同種的金屬制作而成并固定于所述結(jié)構(gòu)體的結(jié)構(gòu)側(cè)構(gòu)件、和相異材料接頭； 所述相異材料接頭具備:由與所述船體同種的金屬制作而成，并接合于所述結(jié)構(gòu)體支持構(gòu)件的船體側(cè)構(gòu)件的第一接頭構(gòu)件；和由與所述結(jié)構(gòu)體同種的金屬制作而成，并與所述結(jié)構(gòu)體支持構(gòu)件的結(jié)構(gòu)側(cè)構(gòu)件填角焊接且與所述第一接頭構(gòu)件摩擦攪拌接合的第二接頭構(gòu)件； 所述第一接頭構(gòu)件在與所述船體側(cè)構(gòu)件相反側(cè)上具有第一接合面，所述第二接頭構(gòu)件具有與所述結(jié)構(gòu)側(cè)構(gòu)件填角焊接的焊接面、和與所述焊接面相反側(cè)的第二接合面； 所述第一接合面及所述第二接合面大致平坦地形成而相互面接觸，所述第一接頭構(gòu)件及所述第二接頭構(gòu)件在寬度方向上排列且長(zhǎng)度方向上延伸的多列的摩擦攪拌接合部上相互接合； 設(shè)置有分別從所述結(jié)構(gòu)側(cè)構(gòu)件的側(cè)面至所述焊接面的一對(duì)填角焊部，所述一對(duì)填角焊部中的每個(gè)在從所述第二接合面的法線方向觀察時(shí)，以與所述多列的摩擦攪拌接合部中的至少一列重疊的形式配置。
14.一種LNG船，具備船體、由與所述船體不同種的金屬制作而成的儲(chǔ)罐、和為了支持所述儲(chǔ)罐而介設(shè)在所述船體和所述儲(chǔ)罐之間的儲(chǔ)罐支持構(gòu)件； 所述儲(chǔ)罐支持構(gòu)件具備由與所述船體同種的金屬制作而成并固定于所述船體的船體側(cè)構(gòu)件、由與所述儲(chǔ)罐同種的金屬制作而成并固定于所述儲(chǔ)罐的儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件、和相異材料接頭; 所述相異材料接頭具備:由與所述船體同種的金屬制作而成，并接合于所述儲(chǔ)罐支持構(gòu)件的船體側(cè)構(gòu)件的第一接頭構(gòu)件；和由與所述儲(chǔ)罐同種的金屬制作而成，并與所述儲(chǔ)罐支持構(gòu)件的儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件填角焊接且與所述第一接頭構(gòu)件摩擦攪拌接合的第二接頭構(gòu)件； 所述第一接頭構(gòu)件在與所述船體側(cè)構(gòu)件相反側(cè)上具有第一接合面，所述第二接頭構(gòu)件具有與所述儲(chǔ)罐側(cè)構(gòu)件填角焊接的焊接面、和與所述焊接面相反側(cè)的第二接合面； 所述第一接合面及所述第二接合面大致平坦地形成而相互面接觸，所述第一接頭構(gòu)件及所述第二接頭構(gòu)件在寬度方向上排列且長(zhǎng)度方向上延伸的多列的摩擦攪拌接合部上相互接合； 設(shè)置有分別從所述儲(chǔ)罐 側(cè)構(gòu)件的側(cè)面至所述焊接面的一對(duì)填角焊部，所述一對(duì)填角焊部中的每個(gè)在從所述第二接合面的法線方向觀察時(shí)，以與所述多列的摩擦攪拌接合部中的至少一列重疊的形式配置。
15.一種相異材料接頭的制造方法，是應(yīng)用于為了支持由與船體不同種的金屬制作而成的結(jié)構(gòu)體而介設(shè)在所述船體和所述結(jié)構(gòu)體之間的結(jié)構(gòu)體支持構(gòu)件中的相異材料接頭的制造方法，具備: 由與所述船體同種的金屬制作具有大致平坦的第一接合面的第一接頭構(gòu)件的第一接頭構(gòu)件制作工序； 由與所述結(jié)構(gòu)體同種的金屬制作具有大致平坦的第二接合面和與該第二接合面相反側(cè)的焊接面的第二接頭構(gòu)件的第二接頭構(gòu)件制作工序； 在所述第一接合面與所述第二接合面面接觸的狀態(tài)下從所述焊接面按壓工具而使其到達(dá)至所述第一接合面，并且改變寬度方向的位置地多次進(jìn)行使工具在保持旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下在長(zhǎng)度方向上移動(dòng)，從而在寬度方向上排列且長(zhǎng)度方向上延伸的多列摩擦攪拌接合部上使所述第一接頭構(gòu)件及所述第二接頭構(gòu)件相互摩擦攪拌接合的摩擦攪拌接合工序；和 以使從所述結(jié)構(gòu)體支持構(gòu)件的結(jié)構(gòu)側(cè)構(gòu)件的側(cè)面至所述焊接面的一對(duì)填角焊部與所述多列摩擦攪拌接合部中的至少一列重疊地配置的方式將所述結(jié)構(gòu)側(cè)構(gòu)件與所述第二接頭構(gòu)件填角焊接的填角焊接工序。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的相異材料接頭的制造方法，其特征在于， 在所述第二接頭構(gòu)件制作工序中，制作將所述第二接頭構(gòu)件在寬度方向上分割的第一半體及第二半體，所述第一半體及所述第二半體具有具備所述第二接合面及所述焊接面的寬度方向一側(cè)半部分的平板半部、和從所述平板半部的端部突出的突出部； 所述摩擦攪拌接合工序具有: 使所述第一半體相對(duì)于所述第一接頭構(gòu)件在寬度方向上相對(duì)移動(dòng)，以此以使所述第一半體的平板半部覆蓋所述第一接合面且使所述突出部覆蓋所述第一接頭構(gòu)件的側(cè)面的方式將所述第一半體組裝在所述第一接頭構(gòu)件上的第一組裝工序； 將工具從所述第一半體的所述焊接面按壓而使其到達(dá)至所述第一接合面，并且使工具在保持旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下在長(zhǎng)度方向上移動(dòng)，從而在寬度方向上排列且長(zhǎng)度方向上延伸的多列摩擦攪拌接合部上使所述第一接頭構(gòu)件及所述第一半體相互摩擦攪拌接合的第一摩擦攪拌接合工序； 使所述第二半體相對(duì)于所述第一接頭構(gòu)件在寬度方向上相對(duì)移動(dòng)，以此以使所述第二半體的平板半部覆蓋所述第一接合面且使所述突出部覆蓋所述第一接頭構(gòu)件的側(cè)面的方式將所述第二半體組裝在所述第一接頭構(gòu)件上的第二組裝工序； 將工具從所述第一半體的所述焊接面按壓而使其到達(dá)至所述第一接合面，并且使工具在保持旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下在長(zhǎng)度方向上移動(dòng)，從而在寬度方向上排列且長(zhǎng)度方向上延伸的多列摩擦攪拌接合部上使所述第一接頭構(gòu)件及所述第二半體相互摩擦攪拌接合的第二摩擦攪拌接合工序；和 將所述第一半體及所述第二半體沿著所述第一半體和所述第二半體的分模線接合的半體接合工序。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的相異材料接頭的制造方法，其特征在于，在所述半體接合工序中，使工具沿著所述第一半體和所述第二半體之間的分模線移動(dòng)，從而使所述第二半體與所述第一接頭構(gòu)件摩擦攪拌接合的同時(shí)與所述第一半體成為一體。
【文檔編號(hào)】B63B25/16GK103930344SQ201280056622
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2012年5月1日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月22日
【發(fā)明者】孝岡祐吉, 清末孝昭, 藤本光生, 西田英人, 吉田巧, 三谷典子 申請(qǐng)人:川崎重工業(yè)株式會(huì)社