JP2002331362A - 高強度耐熱鋼の溶接継手部及びその溶接方法 - Google Patents
高強度耐熱鋼の溶接継手部及びその溶接方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 溶接継手部に対する溶接方法の簡単な変更
で、溶接熱影響部における強度的問題に対し解決し、溶
接継手部の強度を母材強度と同一強度にする高強度耐熱
鋼の溶接継手溶接方法を提供するとともに、高強度フェ
ライト系耐熱鋼にも対応できる高強度フェライト系耐熱
鋼の溶接継手溶接方法を提供する。 【構成】 多重上部積層部１５ａは、図の開先１１の外
側に形成されている溶接熱影響部１３（ハッチングで示
す）を覆うまで少なくとも延在させた溶融部により形成
する構成にしてある。
で、溶接熱影響部における強度的問題に対し解決し、溶
接継手部の強度を母材強度と同一強度にする高強度耐熱
鋼の溶接継手溶接方法を提供するとともに、高強度フェ
ライト系耐熱鋼にも対応できる高強度フェライト系耐熱
鋼の溶接継手溶接方法を提供する。 【構成】 多重上部積層部１５ａは、図の開先１１の外
側に形成されている溶接熱影響部１３（ハッチングで示
す）を覆うまで少なくとも延在させた溶融部により形成
する構成にしてある。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高強度耐熱鋼の溶
接継手溶接方法と、高強度耐熱鋼のなかでも、高強度オ
ーステナイト系ステンレス鋼、高強度フェライト系耐熱
鋼に使用されている溶接継手部の高温強度の向上を図っ
た、高強度耐熱鋼の多層盛り溶接継手部及びその溶接方
法と高強度フェライト系耐熱鋼の多層盛り溶接継手部の
溶接方法に関する。
接継手溶接方法と、高強度耐熱鋼のなかでも、高強度オ
ーステナイト系ステンレス鋼、高強度フェライト系耐熱
鋼に使用されている溶接継手部の高温強度の向上を図っ
た、高強度耐熱鋼の多層盛り溶接継手部及びその溶接方
法と高強度フェライト系耐熱鋼の多層盛り溶接継手部の
溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近、火力発電プラントの発電効率向上
のため、蒸気条件の高温高圧化が積極的に行なわれ、そ
のため、高強度耐熱鋼の使用量が増している。高強度耐
熱鋼のなかでも、高強度オーステナイトステンレス鋼の
他、経済性と熱膨張率の観点から、最近開発された焼き
戻しマルテンサイトを基本組織とした高強度フェライト
系耐熱鋼が使用されている。
のため、蒸気条件の高温高圧化が積極的に行なわれ、そ
のため、高強度耐熱鋼の使用量が増している。高強度耐
熱鋼のなかでも、高強度オーステナイトステンレス鋼の
他、経済性と熱膨張率の観点から、最近開発された焼き
戻しマルテンサイトを基本組織とした高強度フェライト
系耐熱鋼が使用されている。
【０００３】特に、高強度フェライト系耐熱鋼において
は、オーステナイト系鋼には見られない熱膨張係数が小
さいこと、耐力が高いこと、応力腐食割れが起きにくい
こと、酸化スケールが剥離しにくいこと、等の長所があ
り、これらの長所はオーステナイト系鋼に見られないも
ので、また、合金含有量が少なく省資源の点からも経済
性の高いものである。
は、オーステナイト系鋼には見られない熱膨張係数が小
さいこと、耐力が高いこと、応力腐食割れが起きにくい
こと、酸化スケールが剥離しにくいこと、等の長所があ
り、これらの長所はオーステナイト系鋼に見られないも
ので、また、合金含有量が少なく省資源の点からも経済
性の高いものである。
【０００４】そこで、従来より上記フェライト系耐熱鋼
の長所を生かしつつ高温強度、耐酸化性、耐水蒸気酸化
性を改善した高クロムフェライト鋼がボイラ等の耐熱部
材および伝熱用鋼管を使用対象として多数開発されてい
る。例えば、特開平３−９７８３２号公報、特開平５−
３１１３４５号公報等に開示されている技術は、いずれ
も６００℃以上の高温環境下において十分な強度を持
ち、耐酸化性、耐水蒸気酸化性にも優れた鋼とされてい
る。しかし、上記公報に開示されている鋼や従来の鋼ク
ロムフェライト鋼は、必ずしもその唯一の欠点である
「溶接継手部高温強度」等を解決したものでなかった。
の長所を生かしつつ高温強度、耐酸化性、耐水蒸気酸化
性を改善した高クロムフェライト鋼がボイラ等の耐熱部
材および伝熱用鋼管を使用対象として多数開発されてい
る。例えば、特開平３−９７８３２号公報、特開平５−
３１１３４５号公報等に開示されている技術は、いずれ
も６００℃以上の高温環境下において十分な強度を持
ち、耐酸化性、耐水蒸気酸化性にも優れた鋼とされてい
る。しかし、上記公報に開示されている鋼や従来の鋼ク
ロムフェライト鋼は、必ずしもその唯一の欠点である
「溶接継手部高温強度」等を解決したものでなかった。
【０００５】また、特開平９−１３１５０号公報に溶接
継手部のクリープ特性に優れた高クロムフェライト鋼が
開示されているが、他の一般的な鋼では依然として、溶
接熱影響部の持つ本来の組織変化に起因する溶接継手部
の高温強度の問題が解決されたわけではなく、それらに
対する配慮は必要である。
継手部のクリープ特性に優れた高クロムフェライト鋼が
開示されているが、他の一般的な鋼では依然として、溶
接熱影響部の持つ本来の組織変化に起因する溶接継手部
の高温強度の問題が解決されたわけではなく、それらに
対する配慮は必要である。
【０００６】上記溶接熱影響部は、溶接時の入熱により
特有の組織変化が形成される部位で、その組織変化は、
溶接熱源によって加熱された最高到達温度と冷却速によ
って決まる。則ち、溶接金属と母材の境界部の溶接ボン
ドから溶接熱の影響を受けた母材部分は溶接金属との境
界部である溶接ボンド付近の融点直下の高温から低温ま
で順次種々の温度に急熱後、急冷されるため、変態、析
出、回復、再結晶、粒成長、焼き入れ、焼き戻しなど種
々の冶金的変化を起こしている。そして、溶接熱源によ
り高温まで加熱・急冷されるため、溶接熱影響部の組織
は母材の原質部に比べて組織が変化しており、高強度フ
ェライト鋼場合、上記溶接熱影響部を含んだ溶接継手部
の高温強度の低下の一因を形成している。
特有の組織変化が形成される部位で、その組織変化は、
溶接熱源によって加熱された最高到達温度と冷却速によ
って決まる。則ち、溶接金属と母材の境界部の溶接ボン
ドから溶接熱の影響を受けた母材部分は溶接金属との境
界部である溶接ボンド付近の融点直下の高温から低温ま
で順次種々の温度に急熱後、急冷されるため、変態、析
出、回復、再結晶、粒成長、焼き入れ、焼き戻しなど種
々の冶金的変化を起こしている。そして、溶接熱源によ
り高温まで加熱・急冷されるため、溶接熱影響部の組織
は母材の原質部に比べて組織が変化しており、高強度フ
ェライト鋼場合、上記溶接熱影響部を含んだ溶接継手部
の高温強度の低下の一因を形成している。
【０００７】図６（Ａ）には、前記高強度耐熱鋼を使用
した母材に対し、従来の溶接方法により形成された開先
と形成された溶接継手部の形状を示してあり、（Ｂ）に
はクリープ破壊の状況を示してある。図の（Ａ）に見る
ようにルート５２を持つ開先５１に対し、多層盛りを行
い溶接継手５５を形成している。上記構成を持つ溶接継
手に起きる脆性破壊による破砕部５４は、図の（Ｂ）に
見るように、溶接熱影響部５３の領域内に発生してい
る。そして、上記従来の場合の母材１０と溶接継手５５
の強度特性を図６に示してある。図に見るようにその特
性は温度及び時間によって変化するが、従来の場合は通
常母材に比較して応力で１０〜１５％のクリープ破断応
力の低下が認められる。
した母材に対し、従来の溶接方法により形成された開先
と形成された溶接継手部の形状を示してあり、（Ｂ）に
はクリープ破壊の状況を示してある。図の（Ａ）に見る
ようにルート５２を持つ開先５１に対し、多層盛りを行
い溶接継手５５を形成している。上記構成を持つ溶接継
手に起きる脆性破壊による破砕部５４は、図の（Ｂ）に
見るように、溶接熱影響部５３の領域内に発生してい
る。そして、上記従来の場合の母材１０と溶接継手５５
の強度特性を図６に示してある。図に見るようにその特
性は温度及び時間によって変化するが、従来の場合は通
常母材に比較して応力で１０〜１５％のクリープ破断応
力の低下が認められる。
【０００８】図８には、特開平７−９１４７号公報に開
示された、高純度フェライト系ステンレス鋼の溶接熱影
響部表面の脆化防止のための溶接方法の概略の構成が示
されている。上記提案は、多層盛りの被覆アーク溶接に
よって溶接金属を最終層まで盛ったのち、熱影響部の母
材表面をＴＩＧアークにより溶解するパスを行なう溶接
法に係わるもので、前期熱影響部表面近傍の酸化物の除
去を溶加剤を使用しないＴＩＧアークにより行い、溶接
熱影響部の脆化を防止している。
示された、高純度フェライト系ステンレス鋼の溶接熱影
響部表面の脆化防止のための溶接方法の概略の構成が示
されている。上記提案は、多層盛りの被覆アーク溶接に
よって溶接金属を最終層まで盛ったのち、熱影響部の母
材表面をＴＩＧアークにより溶解するパスを行なう溶接
法に係わるもので、前期熱影響部表面近傍の酸化物の除
去を溶加剤を使用しないＴＩＧアークにより行い、溶接
熱影響部の脆化を防止している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、母材
原質部と溶接継手を形成する溶接金属との間には組織変
換を余儀なくされた前記溶接熱影響部を介在させている
ため、結果的には溶接継手全体の高温強度は母材よりも
前記図面により説明したように１０〜１５％程応力は低
下する。この低下メカニズムの研究や母材成分の改良等
の研究が積極的に行なわれているが、未だ解決できてい
ない状況である。そのため、高温機器に前記高強度フェ
ライト系耐熱鋼を含む高強度耐熱鋼を使用する際には、
必要な管厚ないし板厚に対して１０％程度の余肉を見込
んだ設計を系全体に対し行い、継手部の高温強度の低下
を補う必要があった。そのため、必要とする材料の使用
量から損失は膨大で、経済性が損なわれていた。また、
実際に前記溶接熱影響部で破壊した事例も報告されてお
り、高温高圧機器での破壊は人命にも関わる事故になり
かねないため、問題解決が強く望まれている。
原質部と溶接継手を形成する溶接金属との間には組織変
換を余儀なくされた前記溶接熱影響部を介在させている
ため、結果的には溶接継手全体の高温強度は母材よりも
前記図面により説明したように１０〜１５％程応力は低
下する。この低下メカニズムの研究や母材成分の改良等
の研究が積極的に行なわれているが、未だ解決できてい
ない状況である。そのため、高温機器に前記高強度フェ
ライト系耐熱鋼を含む高強度耐熱鋼を使用する際には、
必要な管厚ないし板厚に対して１０％程度の余肉を見込
んだ設計を系全体に対し行い、継手部の高温強度の低下
を補う必要があった。そのため、必要とする材料の使用
量から損失は膨大で、経済性が損なわれていた。また、
実際に前記溶接熱影響部で破壊した事例も報告されてお
り、高温高圧機器での破壊は人命にも関わる事故になり
かねないため、問題解決が強く望まれている。
【００１０】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
で、従来の溶接継手部に対し行なわれた溶接方法に対
し、簡単な溶接方法の変更で、溶接熱影響部における強
度的問題を解決し、溶接継手強度を母材強度と同一強度
にする高強度耐熱鋼の溶接継手部及びその溶接方法を提
供するとともに、高強度フェライト系耐熱鋼にも対応で
きる高強度フェライト系耐熱鋼の多層盛り溶接継手溶接
方法の提供を目的とするものである。
で、従来の溶接継手部に対し行なわれた溶接方法に対
し、簡単な溶接方法の変更で、溶接熱影響部における強
度的問題を解決し、溶接継手強度を母材強度と同一強度
にする高強度耐熱鋼の溶接継手部及びその溶接方法を提
供するとともに、高強度フェライト系耐熱鋼にも対応で
きる高強度フェライト系耐熱鋼の多層盛り溶接継手溶接
方法の提供を目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明の第１の
発明である高強度耐熱鋼の溶接継手部は、高強度耐熱鋼
の溶接継手部を多層盛りにより開先部位の溶接を終了し
た後、溶接熱影響部の少なくとも一部を溶融する余盛多
重上部積層部を持つ溶接継手部において、前記溶接熱影
響部の溶融部が、開先入り口の溶融線の移動を介して、
余盛移行前に形成された母材表面側の溶接熱影響部全域
にわたり延在させ、該延在部位の母材表面に添って多層
盛りの多重上部積層部を形成させる構成としたことを特
徴とする。
発明である高強度耐熱鋼の溶接継手部は、高強度耐熱鋼
の溶接継手部を多層盛りにより開先部位の溶接を終了し
た後、溶接熱影響部の少なくとも一部を溶融する余盛多
重上部積層部を持つ溶接継手部において、前記溶接熱影
響部の溶融部が、開先入り口の溶融線の移動を介して、
余盛移行前に形成された母材表面側の溶接熱影響部全域
にわたり延在させ、該延在部位の母材表面に添って多層
盛りの多重上部積層部を形成させる構成としたことを特
徴とする。
【００１２】前記請求項１記載の本発明は、本発明の目
的を達成すべくなされたもので、開先部位の多層盛りが
終了し余盛に移行する前に形成されている母材表面の溶
接熱影響部対し、そのあとに追従して行なわれる余盛多
重上部積層部により、開先入り口の溶融線の移動を介し
て前記溶接熱影響部の全域にわたる溶融部を逐次延設さ
せ、前記母材表面に前記多層盛りの多重上部積層部を形
成させ、溶接継手部の高温時の強度低下を補完させたも
のである。そのため、母材材質の如何に係わらず使用し
た母材強度と同一の高温強度を得ることができるように
したものである。
的を達成すべくなされたもので、開先部位の多層盛りが
終了し余盛に移行する前に形成されている母材表面の溶
接熱影響部対し、そのあとに追従して行なわれる余盛多
重上部積層部により、開先入り口の溶融線の移動を介し
て前記溶接熱影響部の全域にわたる溶融部を逐次延設さ
せ、前記母材表面に前記多層盛りの多重上部積層部を形
成させ、溶接継手部の高温時の強度低下を補完させたも
のである。そのため、母材材質の如何に係わらず使用し
た母材強度と同一の高温強度を得ることができるように
したものである。
【００１３】また、請求項１記載の溶融の延在により形
成された多重上部積層部は、前記母材表面側の溶接熱影
響部の残留応力を逐次吸収する多層盛りにより構成した
ことを特徴とする。
成された多重上部積層部は、前記母材表面側の溶接熱影
響部の残留応力を逐次吸収する多層盛りにより構成した
ことを特徴とする。
【００１４】前記請求項２記載の発明は、請求項１記載
の発明における多重上部積層部は、母材表面側の前記溶
接熱影響部の持つ残留応力を前記溶融を延在させること
により、逐次吸収する構成にしてあるため、熱影響部の
溶接入熱による組織変化に起因する高温時の強度低下を
補完できるようにしてある。
の発明における多重上部積層部は、母材表面側の前記溶
接熱影響部の持つ残留応力を前記溶融を延在させること
により、逐次吸収する構成にしてあるため、熱影響部の
溶接入熱による組織変化に起因する高温時の強度低下を
補完できるようにしてある。
【００１５】上記、溶接継手部における溶接熱影響部の
溶接入熱による組織変化による高温強度の低下の補完を
して、母材強度と同一の高温強度の保持を可能とした本
発明の第２の発明である高強度耐熱鋼の溶接継手溶接方
法は、高強度耐熱鋼の溶接継手部を多層盛りにより開先
部位の溶接を終了した後、溶接熱影響部の少なくとも一
部を溶融する余盛を持つ多層盛り溶接継手溶接方法にお
いて、前記溶接熱影響部の溶融部が、開先入り口の溶融
線の移動を介して、余盛移行前に形成された母材表面側
の溶接熱影響部全域にわたり逐次延在させ、該延在部位
の母材表面に添って多層盛りの多重上部積層部を形成さ
せ、前記延在部の延在面積が開先巾／母材厚みとの関係
を示す演算マップにより、設定出来るようにしたことを
特徴とする。
溶接入熱による組織変化による高温強度の低下の補完を
して、母材強度と同一の高温強度の保持を可能とした本
発明の第２の発明である高強度耐熱鋼の溶接継手溶接方
法は、高強度耐熱鋼の溶接継手部を多層盛りにより開先
部位の溶接を終了した後、溶接熱影響部の少なくとも一
部を溶融する余盛を持つ多層盛り溶接継手溶接方法にお
いて、前記溶接熱影響部の溶融部が、開先入り口の溶融
線の移動を介して、余盛移行前に形成された母材表面側
の溶接熱影響部全域にわたり逐次延在させ、該延在部位
の母材表面に添って多層盛りの多重上部積層部を形成さ
せ、前記延在部の延在面積が開先巾／母材厚みとの関係
を示す演算マップにより、設定出来るようにしたことを
特徴とする。
【００１６】前記請求項３記載の発明は、母材強度と同
一の高温強度の保持を可能とした高強度耐熱鋼の溶接継
手溶接方法を記載したもので、多層盛りにより開先部位
の溶接を終了した後、溶接熱影響部の少なくとも一部を
溶融する余盛を持つ多層盛り溶接継手溶接方法におい
て、前記溶接熱影響部の溶融部が、開先入り口の溶融線
の移動を介して、余盛移行前に形成された母材表面側の
溶接熱影響部全域にわたり逐次延在させ、前記溶融によ
り母材表面の溶接熱影響部に形成された残留応力を逐次
吸収させる、多層盛りの多重上部積層部を形成させたも
ので、前記溶融延在部の延在面積の設定は、開先巾／母
材厚みとの関係を示す演算マップにより、行なうように
してある。
一の高温強度の保持を可能とした高強度耐熱鋼の溶接継
手溶接方法を記載したもので、多層盛りにより開先部位
の溶接を終了した後、溶接熱影響部の少なくとも一部を
溶融する余盛を持つ多層盛り溶接継手溶接方法におい
て、前記溶接熱影響部の溶融部が、開先入り口の溶融線
の移動を介して、余盛移行前に形成された母材表面側の
溶接熱影響部全域にわたり逐次延在させ、前記溶融によ
り母材表面の溶接熱影響部に形成された残留応力を逐次
吸収させる、多層盛りの多重上部積層部を形成させたも
ので、前記溶融延在部の延在面積の設定は、開先巾／母
材厚みとの関係を示す演算マップにより、行なうように
してある。
【００１７】また、前記、溶接継手部における溶接熱影
響部の溶接入熱による組織変化による高温強度の低下の
補完をして、母材強度と同一の高温強度の保持を可能と
した高強度フェライト系耐熱鋼の溶接継手溶接方法は、
開先部位の多層盛りの終了時に形成された母材表面側の
溶接熱影響部の少なくともその一部を溶融する余盛多重
上部積層部を形成させ、前記溶接熱影響部の溶融部が、
開先入り口の溶融線の移動を介して、余盛移行前に形成
された母材表面側の溶接熱影響部全域にわたり逐次延在
させ、該延在部位の母材表面に添って多層盛りの多重上
部積層部を形成させ、前記延在部の延在面積が開先巾／
母材厚みとの関係を示す演算マップにより、設定出来る
ようにしたことを特徴とする高強度フェライト系耐熱鋼
の多層盛り溶接継手溶接方法。
響部の溶接入熱による組織変化による高温強度の低下の
補完をして、母材強度と同一の高温強度の保持を可能と
した高強度フェライト系耐熱鋼の溶接継手溶接方法は、
開先部位の多層盛りの終了時に形成された母材表面側の
溶接熱影響部の少なくともその一部を溶融する余盛多重
上部積層部を形成させ、前記溶接熱影響部の溶融部が、
開先入り口の溶融線の移動を介して、余盛移行前に形成
された母材表面側の溶接熱影響部全域にわたり逐次延在
させ、該延在部位の母材表面に添って多層盛りの多重上
部積層部を形成させ、前記延在部の延在面積が開先巾／
母材厚みとの関係を示す演算マップにより、設定出来る
ようにしたことを特徴とする高強度フェライト系耐熱鋼
の多層盛り溶接継手溶接方法。
【００１８】上記請求項４記載の発明により、高温機器
に高強度フェライト系耐熱鋼の使用に際しても、母材強
度と同一高温強度を得る溶接継手溶接方法が可能となっ
たため、管厚ないし板厚に対して１０％程度の余肉を見
込んだ設計は不必要となるばかりでなく、高温高圧機器
の破壊から承ける損失を最小に押さえることが出来る。
に高強度フェライト系耐熱鋼の使用に際しても、母材強
度と同一高温強度を得る溶接継手溶接方法が可能となっ
たため、管厚ないし板厚に対して１０％程度の余肉を見
込んだ設計は不必要となるばかりでなく、高温高圧機器
の破壊から承ける損失を最小に押さえることが出来る。
【００１９】
【発明の実施形態】以下、本発明に係わる高強度耐熱鋼
の溶接継手溶接方法を、図に示した実施例を用いて詳細
に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の
寸法、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がな
い限り、この発明のの範囲をそれのみに限定する趣旨で
はなく単なる説明例に過ぎない。図１（Ａ）は本発明に
係わる溶接方法を示す開先形状と溶接影響部と溶接金属
の多重上部積層部の形状を示す図で、（Ｂ）は（Ａ）に
図示した既知数ｔ（母材の厚み）と、開先巾Ｘと、に対
する未知数ｈ （積層部の厚み）と、Ｗ（積層部の大き
さ）との関係を示すグラフである。
の溶接継手溶接方法を、図に示した実施例を用いて詳細
に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の
寸法、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がな
い限り、この発明のの範囲をそれのみに限定する趣旨で
はなく単なる説明例に過ぎない。図１（Ａ）は本発明に
係わる溶接方法を示す開先形状と溶接影響部と溶接金属
の多重上部積層部の形状を示す図で、（Ｂ）は（Ａ）に
図示した既知数ｔ（母材の厚み）と、開先巾Ｘと、に対
する未知数ｈ （積層部の厚み）と、Ｗ（積層部の大き
さ）との関係を示すグラフである。
【００２０】図の（Ａ）に示すように、本発明の溶接継
手部１５は、厚みｔを持つ母材１０に、設けられたルー
ト１２を持つ巾ＸのＩ型開先１１と、該開先１１に多層
盛りにより形成された溶融線１４ａを持つ母材内の溶接
金属部１４と、厚みｈを持つ余盛多重上部積層部１５ａ
を持つ溶接金属部とより構成され、図の（Ａ）に見るよ
うに、多重上部積層部１５ａは、図の開先１１の外側に
形成されている溶接熱影響部１３ａ（右上がりのハッチ
ングで示す）を少なくとも越え、溶接熱影響部１３ｂ
（右下りのハッチングで示す）を形成すべく溶融部を延
在させる構成にしてある。則ち、厚みｔの母材１０に溶
接継手部１５を形成する場合は、先ず開先１１を図の
（Ａ）に示すようにルート１２を持ち巾ＸのＩ型状に形
成する。ついで、上記既知数ｔとＸを使用して図の
（Ｂ）に予め用意された演算マップより、［（Ｗ−Ｘ）
／２］を前記多重上部積層部の厚みｈとともに、好適な
値を設定し、前記多重上部積層部１５ａを溶接熱影響部
１３ａの巾Ｔの上部に延設させる値Ｗを設定すれば良
い。
手部１５は、厚みｔを持つ母材１０に、設けられたルー
ト１２を持つ巾ＸのＩ型開先１１と、該開先１１に多層
盛りにより形成された溶融線１４ａを持つ母材内の溶接
金属部１４と、厚みｈを持つ余盛多重上部積層部１５ａ
を持つ溶接金属部とより構成され、図の（Ａ）に見るよ
うに、多重上部積層部１５ａは、図の開先１１の外側に
形成されている溶接熱影響部１３ａ（右上がりのハッチ
ングで示す）を少なくとも越え、溶接熱影響部１３ｂ
（右下りのハッチングで示す）を形成すべく溶融部を延
在させる構成にしてある。則ち、厚みｔの母材１０に溶
接継手部１５を形成する場合は、先ず開先１１を図の
（Ａ）に示すようにルート１２を持ち巾ＸのＩ型状に形
成する。ついで、上記既知数ｔとＸを使用して図の
（Ｂ）に予め用意された演算マップより、［（Ｗ−Ｘ）
／２］を前記多重上部積層部の厚みｈとともに、好適な
値を設定し、前記多重上部積層部１５ａを溶接熱影響部
１３ａの巾Ｔの上部に延設させる値Ｗを設定すれば良
い。
【００２１】なお、図の（Ａ）に示す断面図は、母材が
平鋼、肉厚鋼管のどちらの場合にも適用する。なお、図
（Ｂ）のハッチング部分は母材と同等のクリープ強度を
持つ領域を示し、グラフの下部は母材クリープ強度より
低い領域を示してある。則ち、前記上部積層部１５ａの
溶接熱影響部への延設させる大きさ、が前記ハッチング
内にあるように設定すれば、高温のクリープ破断は溶接
継手部より起きることなく、母材より発生する。
平鋼、肉厚鋼管のどちらの場合にも適用する。なお、図
（Ｂ）のハッチング部分は母材と同等のクリープ強度を
持つ領域を示し、グラフの下部は母材クリープ強度より
低い領域を示してある。則ち、前記上部積層部１５ａの
溶接熱影響部への延設させる大きさ、が前記ハッチング
内にあるように設定すれば、高温のクリープ破断は溶接
継手部より起きることなく、母材より発生する。
【００２２】図２には、図１の溶接継手部１５の開先内
の多層盛り終了後に行なわれる、余盛移行過程、多重上
部積層部形成過程を示す図である。則ち、図に見るよう
に、開先１１の入り口までの多層盛り溶接を溶融線１４
ａに添い行い、溶接熱影響部１３ａの少なくとも一部を
溶融する余盛１５ｂを形成した後、前記溶接熱影響部１
３ａの溶融部を、開先入り口の溶融線の１４ａから１４
ｂへの移動を介して、余盛移行前に形成された母材表面
側の溶接熱影響部１３ａの少なくともその全域Ｔより僅
か大きい値のＴ’にわたり延在させ、該延在部位の母材
表面に添って巾Ｗの多層盛りの多重上部積層部１５ａを
形成させる構成としたものである。
の多層盛り終了後に行なわれる、余盛移行過程、多重上
部積層部形成過程を示す図である。則ち、図に見るよう
に、開先１１の入り口までの多層盛り溶接を溶融線１４
ａに添い行い、溶接熱影響部１３ａの少なくとも一部を
溶融する余盛１５ｂを形成した後、前記溶接熱影響部１
３ａの溶融部を、開先入り口の溶融線の１４ａから１４
ｂへの移動を介して、余盛移行前に形成された母材表面
側の溶接熱影響部１３ａの少なくともその全域Ｔより僅
か大きい値のＴ’にわたり延在させ、該延在部位の母材
表面に添って巾Ｗの多層盛りの多重上部積層部１５ａを
形成させる構成としたものである。
【００２３】上記溶融部を溶融線の１４ａより１４ｂへ
の移動を介して溶融部を延在させて形成された多重上部
積層部は、母材表面側の前記溶接熱影響部１３ａの持つ
残留応力を前記溶融を延在させることにより、逐次吸収
する構成にしてあるため、熱影響部の溶接入熱による組
織変化に起因する高温時の強度低下を補う効果がある。
の移動を介して溶融部を延在させて形成された多重上部
積層部は、母材表面側の前記溶接熱影響部１３ａの持つ
残留応力を前記溶融を延在させることにより、逐次吸収
する構成にしてあるため、熱影響部の溶接入熱による組
織変化に起因する高温時の強度低下を補う効果がある。
【００２４】図３（Ａ）は図１に示した本発明の溶接方
法を使用した実施例を示し、厚みｔの母材に形成された
溶接継手部１５の多層盛り１６の多層盛りの状況、及び
多重上部積層部１５ａの形状を厚みｈ、大きさＷにより
示してある。また、図の（Ｂ）には、（Ａ）の実施例の
製作に使用した母材１０に設けた開先１１の詳細図が示
してある。上記開先１１は前記したように、厚みｔの母
材１０に設けたもので、巾ｓよりなるルート１２を持
ち、且つＤなる半径の丸底の巾ＸのＩ型開先で形成して
ある。
法を使用した実施例を示し、厚みｔの母材に形成された
溶接継手部１５の多層盛り１６の多層盛りの状況、及び
多重上部積層部１５ａの形状を厚みｈ、大きさＷにより
示してある。また、図の（Ｂ）には、（Ａ）の実施例の
製作に使用した母材１０に設けた開先１１の詳細図が示
してある。上記開先１１は前記したように、厚みｔの母
材１０に設けたもので、巾ｓよりなるルート１２を持
ち、且つＤなる半径の丸底の巾ＸのＩ型開先で形成して
ある。
【００２５】前記実施例は、表１に示すように、材料は
高強度フェライト系耐熱鋼の大径厚肉鋼管を使用し、溶
接は不活性雰囲気中で電極と母材の間にアークを発生さ
せ、アーク中に溶加材である溶接ワイヤを挿入して溶接
する酸化膜の皮膜を除去するＴＩＧ溶接を使用し、積層
数４０層の多層溶接を行なっている。
高強度フェライト系耐熱鋼の大径厚肉鋼管を使用し、溶
接は不活性雰囲気中で電極と母材の間にアークを発生さ
せ、アーク中に溶加材である溶接ワイヤを挿入して溶接
する酸化膜の皮膜を除去するＴＩＧ溶接を使用し、積層
数４０層の多層溶接を行なっている。
【００２６】
【表１】
【００２７】図４（Ａ）には、前記図３に示す実施例に
行なった破壊試験の結果が示してあるが、先に示した図
６（Ｂ）に示す従来の溶接継手部に起きたクリープ破断
部５４の破壊位置が溶接熱影響部５３付近で惹起されて
いるのに比較し、本実施例の場合の破断部２０は母材１
０に形成され、本発明の溶接方法による溶接継手部が母
材と同等以上の強度を持っていることを示している。ま
た、図４（Ｂ）の高温のクリープ破断特性図に見るよう
に、本発明の溶接継手部１５の強度は母材１０の強度と
殆ど同等の特性を示しており、先に示した図６に示す従
来の溶接継手部の特性図に見るような約１０〜１５％の
応力低下は見られなく、本発明の溶接継手部は母材と同
様な高温強度を持っていることを示している。則ち、従
来の溶接方法を適用した高温機器に比べて、管厚で約１
０〜１５％の低減が可能で、材料使用量も同じ程度削減
できる。
行なった破壊試験の結果が示してあるが、先に示した図
６（Ｂ）に示す従来の溶接継手部に起きたクリープ破断
部５４の破壊位置が溶接熱影響部５３付近で惹起されて
いるのに比較し、本実施例の場合の破断部２０は母材１
０に形成され、本発明の溶接方法による溶接継手部が母
材と同等以上の強度を持っていることを示している。ま
た、図４（Ｂ）の高温のクリープ破断特性図に見るよう
に、本発明の溶接継手部１５の強度は母材１０の強度と
殆ど同等の特性を示しており、先に示した図６に示す従
来の溶接継手部の特性図に見るような約１０〜１５％の
応力低下は見られなく、本発明の溶接継手部は母材と同
様な高温強度を持っていることを示している。則ち、従
来の溶接方法を適用した高温機器に比べて、管厚で約１
０〜１５％の低減が可能で、材料使用量も同じ程度削減
できる。
【００２８】図５には本発明の溶接方法を試用した溶接
継手部の高温脆性破壊の状況を調べる、クリープ破断試
験に使用したクリープ破断試験片の寸法を示す図であ
る。
継手部の高温脆性破壊の状況を調べる、クリープ破断試
験に使用したクリープ破断試験片の寸法を示す図であ
る。
【００２９】表２に厚み５０ｍｍの母材にＸ＝１５ｍｍ
の一定巾寸法を持つ開先を設けた場合の多重上部積層部
の寸法ｈ、Ｗを変化させた溶接継手部のクリープ破断試
験結果を示してある。
の一定巾寸法を持つ開先を設けた場合の多重上部積層部
の寸法ｈ、Ｗを変化させた溶接継手部のクリープ破断試
験結果を示してある。
【００３０】
【表２】
【００３１】表２に見るように、クリープ強度が母材と
同等の場合における、ｈ／ｔと（Ｗ−Ｘ）／２の間の関
係は、図１（Ｂ）のグラフが示す関係を略満足してい
る。
同等の場合における、ｈ／ｔと（Ｗ−Ｘ）／２の間の関
係は、図１（Ｂ）のグラフが示す関係を略満足してい
る。
【００３２】
【発明の効果】既存の機器を使用して、簡単な溶接方法
の変更で、溶接継手部の強度を母材と同等にすることが
出来、従来の溶接方法を適用した高温機器に比べて、管
厚で約１０〜１５％の低減が可能で、材料使用量も同じ
程度削減できる。そのため、高温機器の製造コストの低
減ができ、、省資源および発電単価の低減に寄与する。
また、高温機器の信頼性も向上できる。また、溶接熱影
響部における高温強度の著しい低下を起こす高強度フェ
ライト系耐熱鋼に対しては、本発明は顕著な効果を奏
し、オーステナイト系鋼にない長所の有効利用を図るこ
とができる。
の変更で、溶接継手部の強度を母材と同等にすることが
出来、従来の溶接方法を適用した高温機器に比べて、管
厚で約１０〜１５％の低減が可能で、材料使用量も同じ
程度削減できる。そのため、高温機器の製造コストの低
減ができ、、省資源および発電単価の低減に寄与する。
また、高温機器の信頼性も向上できる。また、溶接熱影
響部における高温強度の著しい低下を起こす高強度フェ
ライト系耐熱鋼に対しては、本発明は顕著な効果を奏
し、オーステナイト系鋼にない長所の有効利用を図るこ
とができる。
【図１】 （Ａ）は本発明に係わる溶接方法を示す開先
形状と、溶接熱影響部、溶接金属の多重上部積層部の形
状を示す図で、（Ｂ）は（Ａ）の既知数ｔ（母材の厚
み）と、開先巾Ｘと、に対する未知数ｈ （積層部の厚
み）と、Ｗ（積層部の大きさ）との関係を示すグラフで
ある。
形状と、溶接熱影響部、溶接金属の多重上部積層部の形
状を示す図で、（Ｂ）は（Ａ）の既知数ｔ（母材の厚
み）と、開先巾Ｘと、に対する未知数ｈ （積層部の厚
み）と、Ｗ（積層部の大きさ）との関係を示すグラフで
ある。
【図２】 図１の溶接継手部の開先内の多層盛り終了後
の、余盛移行過程、多重上部積層部形成過程を示す図で
ある。
の、余盛移行過程、多重上部積層部形成過程を示す図で
ある。
【図３】 （Ａ）は、図１に示した本発明の溶接方法を
使用した実施例の、厚みｔの母材に形成された溶接継手
部の多層盛りの状況、及び多重上部積層部の形状が厚み
ｈ、大きさＷにより示されている図である。図の（Ｂ）
は、（Ａ）の実施例の製作に使用した開先の詳細図であ
る。
使用した実施例の、厚みｔの母材に形成された溶接継手
部の多層盛りの状況、及び多重上部積層部の形状が厚み
ｈ、大きさＷにより示されている図である。図の（Ｂ）
は、（Ａ）の実施例の製作に使用した開先の詳細図であ
る。
【図４】 （Ａ）は、図３に示す実施例における破壊試
験の結果を示す図（Ｂ）はその応力特性図である。
験の結果を示す図（Ｂ）はその応力特性図である。
【図５】 本発明の溶接方法を試用した溶接継手部の高
温脆性破壊の状況を調べるクリープ破断試験に使用した
クリープ破断試験片の概略構造を示す図である。
温脆性破壊の状況を調べるクリープ破断試験に使用した
クリープ破断試験片の概略構造を示す図である。
【図６】 （Ａ）は従来の溶接継手部の概略の構成を示
す図で、（Ｂ）は（Ａ）の脆性破壊の状況を示す図であ
る。
す図で、（Ｂ）は（Ａ）の脆性破壊の状況を示す図であ
る。
【図７】 従来の溶接継手部の応力特性図である。
【図８】 従来の溶接継手部における溶接熱影響部の脆
化防止方法を示す図である。
化防止方法を示す図である。
１０ 母材 １１ 開先 １２ ルート １３ 溶接熱影響部 １４ａ、１４ｂ 溶融線 １５ 溶接継手部 １５ａ 多重上部積層部 １６ 多層盛り ２０ 破断部
フロントページの続き (72)発明者 筌口 泰宏 長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工業株式 会社長崎造船所内 (72)発明者 西 文雄 長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工業株式 会社長崎造船所内 Ｆターム(参考） 4E001 BB07 CA04 DC01 DF06 DG03 EA01 EA03 EA09
Claims (4)
- 【請求項１】 高強度耐熱鋼の溶接継手部を多層盛りに
より開先部位の溶接を終了した後、溶接熱影響部の少な
くとも一部を溶融する余盛多重上部積層部を持つ溶接継
手部において、 前記溶接熱影響部の溶融部を、開先入り口の溶融線の移
動を介して、余盛移行前に形成された母材表面側の溶接
熱影響部全域にわたり延在させ、該延在部位の母材表面
に添って多層盛りの多重上部積層部を形成させる構成と
したことを特徴とする高強度耐熱鋼の多層盛り溶接継手
部。 - 【請求項２】 前記溶融の延在により形成された多重上
部積層部は、前記母材表面側の溶接熱影響部の残留応力
を逐次吸収する多層盛りにより構成したことを特徴とす
る請求項１記載の高強度耐熱鋼の多層盛り溶接継手部。 - 【請求項３】 高強度耐熱鋼の溶接継手部を多層盛りに
より開先部位の溶接を終了した後、溶接熱影響部の少な
くとも一部を溶融する余盛を持つ多層盛り溶接継手溶接
方法において、 前記溶接熱影響部の溶融が、開先入り口の溶融線の移動
を介して、余盛移行前に形成された母材表面側の溶接熱
影響部全域にわたり逐次延在させ、該延在部位の母材表
面に添って多層盛りの多重上部積層部を形成させ、 前記延在部の延在面積が開先巾／母材厚みとの関係を示
す演算マップにより、設定出来るようにしたことを特徴
とする高強度耐熱鋼の多層盛り溶接継手溶接方法。 - 【請求項４】 高強度フェライト系耐熱鋼の溶接継手部
において、 開先部位の多層盛りの終了時に形成された母材表面側の
溶接熱影響部の少なくともその一部を溶融する余盛多重
上部積層部を形成させ、 前記溶接熱影響部の溶融を、開先入り口の溶融線の移動
を介して、余盛移行前に形成された母材表面側の溶接熱
影響部全域にわたり逐次延在させ、該延在部位の母材表
面に添って多層盛りの多重上部積層部を形成させ、 前記延在部の延在面積が開先巾／母材厚みとの関係を示
す演算マップにより、設定出来るようにしたことを特徴
とする高強度フェライト系耐熱鋼の多層盛り溶接継手溶
接方法。
Priority Applications (10)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001137154A JP4633959B2 (ja) | 2001-05-08 | 2001-05-08 | 高強度耐熱鋼の溶接継手部及びその溶接方法 |
| EP02009889A EP1256411B1 (en) | 2001-05-08 | 2002-05-02 | Welding method for a welded joint in high strength, ferrite type heat resistant steels |
| DE60222827T DE60222827T2 (de) | 2001-05-08 | 2002-05-02 | Schweissverfahren zum Herstellen von hochfesten hitzbeständigen Stahlscheissverbindungen |
| ES02009889T ES2294061T3 (es) | 2001-05-08 | 2002-05-02 | Procedimiento de soldadura para una junta soldada en aceros ferriticos termorresistentes y de alta resistencia. |
| KR10-2002-0025006A KR100516010B1 (ko) | 2001-05-08 | 2002-05-07 | 고강도 내열강의 다층 덧살올림 용접 이음부 및 그 용접방법과, 고강도 페라이트계 내열강의 다층 덧살올림 용접이음 용접 방법 |
| BR0201619-2A BR0201619A (pt) | 2001-05-08 | 2002-05-07 | Juntas soldadas em aços de alta resistência, resistentes ao calor, e método de soldagem para as mesmas |
| ZA200203616A ZA200203616B (en) | 2001-05-08 | 2002-05-07 | Welded joints in high strength, heat resistant steels, and welding method for the same. |
| MXPA02004534A MXPA02004534A (es) | 2001-05-08 | 2002-05-07 | Juntas soldadas en aceros resistentes al calor, de resistencia elevada, y metodo de soldadura para los mismos. |
| CNB021401950A CN100488700C (zh) | 2001-05-08 | 2002-05-08 | 高强度耐热钢的焊接接头部及其焊接方法 |
| US10/140,261 US6919534B2 (en) | 2001-05-08 | 2002-05-08 | Welded joints in high strength, heat resistant steels, and a welding method therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001137154A JP4633959B2 (ja) | 2001-05-08 | 2001-05-08 | 高強度耐熱鋼の溶接継手部及びその溶接方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002331362A true JP2002331362A (ja) | 2002-11-19 |
| JP4633959B2 JP4633959B2 (ja) | 2011-02-16 |
Family
ID=18984303
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001137154A Expired - Lifetime JP4633959B2 (ja) | 2001-05-08 | 2001-05-08 | 高強度耐熱鋼の溶接継手部及びその溶接方法 |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6919534B2 (ja) |
| EP (1) | EP1256411B1 (ja) |
| JP (1) | JP4633959B2 (ja) |
| KR (1) | KR100516010B1 (ja) |
| CN (1) | CN100488700C (ja) |
| BR (1) | BR0201619A (ja) |
| DE (1) | DE60222827T2 (ja) |
| ES (1) | ES2294061T3 (ja) |
| MX (1) | MXPA02004534A (ja) |
| ZA (1) | ZA200203616B (ja) |
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| DE102011055282A1 (de) * | 2011-07-26 | 2013-01-31 | Alstom Technology Ltd. | Verfahren zum Schweißen von dünnwandigen Rohren mittels Spitzentemperaturanlassschweißen |
| CN102950388A (zh) * | 2011-08-23 | 2013-03-06 | 北京威斯顿亚太光电仪器有限公司 | 一种耐高温高压医用硬管内窥镜 |
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| CN104014916B (zh) * | 2014-06-06 | 2016-08-17 | 南通国电电站阀门有限公司 | F91阀体与10CrMo910配管异种钢焊接方法 |
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