JP2002361469A

JP2002361469A - 溶接方法

Info

Publication number: JP2002361469A
Application number: JP2001177553A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Fujitani; 泰之藤谷; Kazuo Asada; 和雄浅田; Hisahiro Matsuoka; 寿浩松岡; Shigeru Matsumoto; 繁松元; Yukio Doge; 幸雄道下
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-06-12
Filing date: 2001-06-12
Publication date: 2002-12-18

Abstract

(57)【要約】【課題】溶接直後に溶接部の硬度を低下させて低温割
れを抑制できる溶接方法を提供すること。【解決手段】溶接手段であるＭＩＧ溶接トーチ１００
と溶接熱影響部を加熱する手段であるＴＩＧトーチ１１
０は一定の間隔ｘで配置されており、両者は溶接速度ｖ
で移動する。まず、溶加材２００に銅を使用し、溶接手
段であるＭＩＧ溶接トーチ１００によって銅製の伝熱フ
ィン２０と低合金鋼製の本体胴３０とを溶接する。ＭＩ
Ｇ溶接トーチ１００による溶接が終了してから時間ｘ／
ｖが経過すると、ＴＩＧトーチ１１０によって溶接ビー
ド５０上が再加熱される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、溶接方法に関
し、さらに詳しくは、溶接後熱処理を不要とし、溶接後
における溶接部の硬度を低下させ、低温割れを抑制でき
る溶接方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】低合金鋼や炭素鋼等の溶接後熱処理が必
要な母材を溶接すると、溶接部に溶接熱影響部が生じて
低温割れの原因となるため、溶接後熱処理を施して溶接
熱影響部の硬度を低下させ、組織を改質する必要があ
る。しかし、溶接後熱処理を施す対象物の寸法が大きい
場合には、溶接後熱処理に多大な熱エネルギーを要す
る。また溶接後熱処理のために長い加熱時間を要するの
みならず、対象物を冷却する際にも多くの時間が必要に
なる。このため寸法の大きい溶接対象、例えば、使用済
み核燃料収納容器であるキャスクに使用される容器のよ
うな厚肉の大型容器に溶接をした場合には、溶接後熱処
理に多大な手間を要していた。

【０００３】また、銅等のように、熱処理を施すことに
より軟化して、構造部材としての強度が低下する母材も
ある。このような母材と低合金鋼や炭素鋼等のように溶
接後熱処理が必要な母材とを溶接した場合には、溶接後
熱処理を施すことによって、銅等の母材は軟化によって
所定の強度を維持できなくなるという問題もあった。

【０００４】この問題を解決するために、これまでは、
溶接後熱処理を必要とする母材の溶接部に純鉄等を肉盛
して、この肉盛部をサーマルバッファ層として、溶接対
象であるもう一方の母材を溶接する方法が使用されてい
た。図８は、この溶接方法を示す説明図である。まず、
溶接後熱処理を必要とする低合金鋼等の母材３９に純鉄
を肉盛して肉盛部８０を形成する。そして、溶接後熱処
理によって軟化する銅等の母材２５を、ＭＩＧ溶接トー
チ１０５によって前記肉盛部８０に溶接する。

【０００５】この溶接方法によれば、溶接後熱処理によ
って軟化する銅等の母材２５を溶接する際に加えられる
熱の大部分は、この純鉄の肉盛部８０によって吸収され
るため、当該母材２５を溶接する際には、溶接後熱処理
を必要とする母材３９に溶接熱影響部は生じない。その
結果、溶接後熱処理によって軟化する母材２５を溶接し
た後の溶接後熱処理は不要になるので、溶接後熱処理に
よって母材２５が軟化して、その強度が低下することも
なくなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、溶接後
熱処理を必要とする母材は、肉盛を施すことによって肉
盛部分の下部に溶接熱影響部が生ずるため、肉盛が終了
した後には溶接後熱処理を施して、この溶接熱影響部を
改質する必要がある。すなわち、上記方法によっても、
溶接後熱処理を必要とする母材には溶接後熱処理を施す
必要がある。このため、寸法の大きい溶接対象にこの方
法を適用した場合には、溶接後熱処理に手間と熱エネル
ギーとを要するという問題は依然として残されていた。

【０００７】そこで、この発明は、上記に鑑みてなされ
たものであって、溶接直後に溶接部の硬度を低下させて
低温割れを抑制し、溶接後熱処理工程を省略できる溶接
方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、請求項１に係る溶接方法は、溶接対象の母材のう
ち少なくとも一方が溶接後熱処理を必要とする母材を溶
接するにあたって、前記溶接後熱処理を必要とする母材
ともう一方の母材とを溶接手段によって溶接する工程
と、当該溶接手段と所定の距離をもって配置されたガス
シールドアーク溶接トーチ、高周波コイル、レーザー等
の溶接熱影響部を加熱する手段によって、前記溶接工程
により生じた溶接ビード上を加熱し、前記溶接後熱処理
を必要とする母材の溶接熱影響部までを熱処理する工程
と、を備えたことを特徴とする。

【０００９】この溶接方法は、溶接対象である母材同士
を溶接した後、溶接ビード上を加熱するものである。溶
接後熱処理を必要とする母材は、溶接によって溶接部の
温度がＡ₃点を超えた後冷却するが、溶接部の温度がＡ₃
点を下回った後に加熱手段によってビード上を再加熱す
ることで、溶接熱影響部の温度を再びＡ₃点以上に上昇
させる熱処理を施す。この熱処理によって、溶接熱影響
部の硬度は低下して組織が改質されるので、低温割れを
防止できる。また、この溶接方法では、溶接手段と加熱
手段とを一定の距離をもって配置して、両者を同時に移
動させながら溶接と熱処理とを施すので、溶接と同時に
熱処理が終了する。このため、溶接後熱処理が不要にな
り、構造物の製造に手間を要さない。

【００１０】また、請求項２に係る溶接方法は、上記溶
接方法において、さらに、前記母材同士を溶接する工程
の前に、ＴＩＧ、ＹＡＧ、高周波コイル等の母材を加熱
する手段によって、熱伝導率の高い方の母材を予熱する
ことを特徴とする。

【００１１】例えば銅のように、熱伝導率の高い母材を
溶接するときには、熱伝導率が高いので溶接に必要な熱
が放散してしまい溶接部の温度が十分に上昇しない結
果、溶接不良を招く場合がある。この溶接方法は、上記
溶接方法において、溶接前に熱伝導率の高い母材を加熱
するので、溶接部における温度勾配を小さくすることが
できる。したがって、溶接熱の放散を抑制して、溶接時
には当該母材の溶接部における温度を十分に高くするこ
とができる。その結果、溶接金属がぬれやすくなるの
で、溶接不良を抑制し健全な溶接部を得ることができ
る。

【００１２】また、請求項３に係る溶接方法は、溶接対
象の母材のうち少なくとも一方が溶接後熱処理を必要と
する母材を溶接するにあたって、第一の溶加材を用いる
第一の溶接手段によって、溶接後熱処理を必要とする第
一の母材ともう一方の母材とを溶接する工程と、第二の
溶加材を用いる第二の溶接手段によって、前記工程によ
って形成された溶接ビードと前記もう一方の母材とを溶
接する工程と、を備えたことを特徴とする。

【００１３】この溶接方法は、第一の溶加材を用いる第
一の溶接手段によって溶接対象である母材同士を溶接し
た後、第二の溶加材を用いる第二の溶接手段によって、
この溶接工程によって形成された溶接ビードともう一方
の母材とを溶接する。第二の溶加材は、第一の溶接手段
によって形成された溶接ビード上に肉盛されるので、こ
のときの溶接熱によって溶接後熱処理を必要とする母材
の溶接熱影響部を焼準する。したがって、溶接後熱処理
を施さなくとも溶接熱影響部の硬度を低下させ組織を改
質して低温割れを防止できる。

【００１４】また、請求項４に係る溶接方法は、上記溶
接方法において、さらに、前記溶加材をＮｉとし、前記
第二の溶加材をＣｕとしたことを特徴とする。銅と低合
金鋼や炭素鋼等とを溶接した場合には、銅が低合金鋼等
の結晶粒界に侵入して、低合金鋼等の性質を劣化させて
しまう。この溶接方法では、Ｎｉが銅と低合金鋼等との
間に存在するため、低合金鋼等の結晶粒界に銅が侵入す
ることを防止できる。また、第一の溶加材であるＮｉの
水素固容量が大きいため、第二の溶加材であるＣｕから
低合金鋼側へ移動する水素量を低減できる。このため、
溶接後熱処理を必要とする母材の低温割れをさらに抑制
でき、安定した品質の製品を提供できる。

【００１５】また、請求項５に係る溶接方法は、上記溶
接方法において、さらに、前記第一の溶加材をＦｅと
し、前記第二の溶加材をＣｕとしたことを特徴とする。
この溶接方法では、上記溶接方法で使用する第一の溶加
材であるＮｉの代わりにＦｅを使用する。ＦｅはＮｉと
比べて安価であるので、溶接後熱処理を必要とする母材
の溶接熱影響部における組織を改質しつつ製造コストを
下げることができる。また、銅が低合金鋼等の結晶粒界
に侵入することも防止できる。

【００１６】また、請求項６に係る溶接方法は、上記溶
接方法において、さらに、前記第一の溶加材をＣｕと
し、前記第二の溶加材をＣｕとしたことを特徴とする。
この方法では、第一の溶接手段によって形成された溶接
ビード上に第二の溶加材であるＣｕを肉盛して母材と溶
接ビードとを溶接するので、その溶接熱によって溶接後
熱処理が必要な材料の溶接熱影響部を焼準できる。この
ため、溶接直後に溶接熱影響部の硬度を低下させ、組織
を改質するので溶接後熱処理が不要になり、構造物の製
造に手間を要さない。また、溶接対象である母材の一方
が銅または銅合金である場合には、当該母材とのぬれ性
が向上するので、溶接不良を抑制できる。

【００１７】また、請求項７に係る溶接方法は、さら
に、上記溶接方法において、前記第一の溶加材を用いる
第一の溶接手段によって、溶接後熱処理を必要とする第
一の母材ともう一方の母材とを溶接する工程の前に、Ｔ
ＩＧ、ＹＡＧ、高周波等の母材を加熱する手段によって
熱伝導率の高い方の母材を予熱することを特徴とする。

【００１８】この溶接方法では、溶接工程の前に、ＴＩ
Ｇトーチ等の母材を加熱する手段によって、熱伝導率の
高い方の母材を予熱するため、溶接時においては当該母
材の温度を高く維持できるので、溶加材と母材とのぬれ
性が向上する。その結果、上記溶接方法で得られる効果
の外に、溶接不良を抑制して溶接部における欠陥の発生
を抑制する効果も得られる。また、溶接直後に溶接熱影
響部を再加熱して溶接後熱処理を要する母材の溶接熱影
響部を焼準するので、別工程で溶接後熱処理を施さなく
とも当該溶接熱影響部の硬度を低下させ組織を改質して
低温割れを防止できる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、この発明につき図面を参照
しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこ
の発明が限定されるものではない。また、下記実施の形
態の構成要素には、当業者が容易に想定できるものが含
まれるものとする。

【００２０】（実施の形態１）図１は、本発明の実施の
形態１に係る溶接方法を示す説明図である。この溶接方
法は、溶接対象である母材のうち少なくとも一方が炭素
鋼、低合金鋼等の溶接後熱処理を必要とする母材である
場合に、ガスシールドアーク溶接やレーザー等の溶接手
段によって溶接した後、溶接ビード上をＴＩＧ（Tungst
en Inert Gas）トーチ、高周波コイル、レーザー等の溶
接熱影響部を加熱する手段によって母材の溶接熱影響部
を再加熱する点に特徴がある。

【００２１】実施の形態１においては、溶接手段として
ＭＩＧ（Metal Inert Gas）溶接を使用し、母材を加熱
する手段としてはＴＩＧトーチを使用する。また、ここ
では、使用済み核燃料収納容器であるキャスクに使用す
る本体胴に、使用済み核燃料から放出される崩壊熱を外
部に伝導するための伝熱フィンを溶接する場合を例にと
って説明する。

【００２２】この実施の形態においては、キャスク用の
本体胴３０は低合金鋼（例えばＳＡ３５０）で製造され
ており、また、伝熱フィン２０は銅で製造されている。
ここで、低合金鋼は溶接後熱処理を必要とする母材であ
り、銅は溶接後熱処理が不要である。また、伝熱フィン
２０に使用する銅は、溶接後熱処理を施すと軟化によっ
て構造用材料として使用できなくなる母材である。

【００２３】まず、溶加材である銅の溶接ワイヤ２００
として使用して、溶接手段であるＭＩＧ溶接トーチ１０
０によって銅製の伝熱フィン２０と低合金鋼製の本体胴
３０とを溶接する。このときのＭＩＧ溶接電流は２００
〜３００Ａ、溶接速度ｖは１５０〜３００ｍｍ／ｍｉｎ
が適当である。ＭＩＧ溶接トーチ１００によって溶接が
終了した後、溶接熱影響部を加熱する手段であるＴＩＧ
トーチ１１０によって溶接ビード５０上を再加熱して、
当該溶接熱影響部３３を熱処理する。

【００２４】ここで、溶接熱影響部を加熱する手段であ
るＴＩＧトーチ１１０による再加熱のタイミングについ
て説明する。図２は、溶接および再加熱における本体胴
３０の溶接熱影響部３３（図１（ｂ）参照）における温
度サイクルを示した説明図である。同図の縦軸は、本体
胴３０の溶接熱影響部３３（図１（ｂ）参照）のある部
分における温度を表し、横軸は溶接開始時点からの経過
時間を表す。なお、溶接開始時は、ｔ₁＝０である。

【００２５】ＭＩＧ溶接トーチ１００によって溶接が開
始されると、溶接熱影響部３３の温度は上昇してＡ₃点
を超える。そしてＭＩＧ溶接トーチ１００による溶接熱
影響部３３におけるある部分の溶接が終了してからやや
遅れて、その部分の温度がθ ₁に到達する。その後、溶
接熱影響部３３の温度θは時間の経過と共に低下する。
溶接熱影響部３３の温度が一旦Ａ₃点よりも低くなった
後、加熱手段であるＴＩＧトーチ１１０が溶接熱影響部
３３上に移動してきて、溶接ビード５０上が再加熱され
る。すると、溶接熱影響部３３の温度θは再加熱開始時
間ｔ₂からやや遅れて上昇を開始し、当該部分の温度が
Ａ₃点を超えてθ₂に到達すると、溶接熱影響部３３の温
度θは下降する。そして、溶接熱影響部３３の温度が室
温まで冷却して、再加熱工程が終了する。

【００２６】ここで、再加熱によって熱処理を必要とす
る母材のＡ₃点以上の温度に溶接熱影響部３３の温度を
上昇させる必要がある。これは、ＴＩＧトーチ１１０に
よる再加熱によって溶接熱影響部を焼準する必要がある
ためである。このときに、再加熱が開始されるまでに溶
接熱影響部３３の温度が下がりすぎると、再加熱しても
溶接熱影響部３３の温度がＡ₃点を超えない場合もあ
る。また、溶接熱影響部３３の温度が下がりすぎると、
その状態からＡ₃点を超えるためにより大きな熱エネル
ギーが必要となり、熱エネルギーに無駄が生ずる。した
がって、溶接熱影響部３３の温度が下がりすぎないうち
に再加熱を開始できるようにする必要がある。

【００２７】ここで、溶接熱影響部３３における上記熱
サイクルは、溶接によって与えられる熱量、母材の熱伝
導率や寸法および比熱等から計算できるので、その熱サ
イクルからΔｔ＝ｔ₂−ｔ₁を求めることができる。そし
て、溶接速度ｖとΔｔとの積である所定の間隔ｘだけ離
して、ＭＩＧ溶接トーチ１００とＴＩＧトーチ１１０と
を配置する。所定の間隔ｘおよびΔｔは母材の物性や板
厚等によって決定することができ、概ね１≦Δｔ＜１０
秒、３０≦ｘ＜２００ｍｍが好ましいが、この範囲に限
定されるものではない。

【００２８】溶接後に再加熱する範囲の最大値は本体胴
３０の溶接熱影響部３３までであり、一般には溶接ビー
ド５０から２〜３ｍｍの範囲である。また、再加熱にお
いては、本体胴３０の溶接熱影響部３３における温度が
Ａ₃点を超える温度まで加熱する必要があるが、この温
度が高すぎると結晶粒が粗大化して室温における組織が
粗くなるので、この加熱温度はＡ₃点以上Ａ₃点＋５０℃
以下の温度範囲が適当である。また、凝固の際に結晶粒
が粗大化するので、本体胴３０の溶接熱影響部３３を再
溶融させてはいけない。ただし、本体胴３０の溶接熱影
響部３３における温度が上記温度範囲内であれば、溶接
ビード５０は溶解してもよい。

【００２９】この加熱手段であるＴＩＧトーチ１１０に
よる再加熱・冷却工程によって、低合金鋼で製造された
本体胴３０の溶接熱影響部３３が焼準されるので、溶接
によって粗大化した溶接熱影響部３３の組織が細かくな
ると同時に硬度も低下する。したがって、本発明による
溶接方法によれば、溶接と同時に溶接熱影響部の組織を
改質し、硬度を低下させることができるので、溶接後熱
処理が不要になる。

【００３０】特に、キャスクの本体胴のように長さが数
メートル、内径が２．０〜２．５メートル、肉厚が数十
センチメートルにも及ぶ厚肉の大型容器を熱処理するに
は、多大な時間と熱エネルギーとを要する。しかし、こ
の溶接方法によれば、溶接後熱処理工程が不要になるの
で、キャスクの製造時間が大幅に短縮でき、製造に手間
を要さない。また、銅製の伝熱フィンと低合金鋼製の本
体胴とを溶接して、低合金鋼に対して溶接後熱処理を施
すと、銅が軟化して所定の強度を保つことができない。
しかし、この溶接方法によれば、溶接後熱処理工程が不
要になるので、溶接後熱処理が必要な低合金鋼の溶接部
における硬度を低くして組織を改質しつつ、銅製の伝熱
フィンを所定の強度に維持できる。

【００３１】上記説明においては溶接手段としてＭＩＧ
溶接を使用したが、溶接手段はこれに限られず、ＴＩＧ
溶接、あるいはＹＡＧレーザー等を使用したレーザー溶
接も使用できる。特にレーザー溶接の場合には、短時間
に高エネルギーを溶接対象物の微小な部分に投入できる
ので、溶接部のひずみが少なくなり高速で溶接できる。
また、この溶接方法は溶接手段と再加熱手段とが一定の
距離を保って移動するので、再加熱時においては短時間
で溶接熱影響部の温度をＡ₃点以上に加熱しなければな
らない。したがって、再加熱に使用する溶接熱影響部を
加熱する手段は、加熱対象である溶接後熱処理を要する
母材の溶接熱影響部における温度を急激に上昇させる特
性が必要である。かかる観点から、再加熱手段としては
上述したＴＩＧトーチの外に、高周波コイル、レーザー
等のような、短時間のうちに母材に高エネルギーを加え
ることのできる加熱手段が望ましい。

【００３２】また、サブマージアーク溶接において、実
施の形態１に係る溶接方法を適用してもよい。図３は、
実施の形態１に係る溶接方法をサブマージアーク溶接に
適用した例を示す説明図である。ホッパ５００から供給
されたフラックス３００は、フラックス供給チューブ５
０１を通って、溶接対象である母材３５の開先上に供給
される。次に、フラックス供給チューブ５０１の後方に
配置されている溶接ワイヤ２０１によって母材同士を溶
接した後、再加熱用のＴＩＧトーチ１１０によって溶接
ビード５１上を再加熱する。このように、サブマージア
ーク溶接に実施の形態１に係る溶接方法を適用した場合
には、フラックス３００内で一連の溶接・再加熱工程が
完了する。

【００３３】サブマージアーク溶接においては、フラッ
クス３００によって溶接部を外気から完全に遮断して、
溶けたフラックス３００によって強力な精錬作用を行わ
せる。そして、できたスラグで溶接部分の表面を被覆す
るので、溶接部の機械的性質が良好になる。また、ＴＩ
Ｇトーチ１１０によって母材３５の溶接熱影響部を再加
熱するので、当該溶接熱影響部の硬度が低下し、組織が
改質する。このため、溶接部の機械的性質はさらに良好
になる。

【００３４】次に、本発明の溶接方法を適用できる材料
について説明する。この溶接方法は、溶接後熱処理を要
する低合金鋼や炭素鋼等の母材と銅のような溶接後熱処
理を要しない母材とを溶接する場合に適用できる。溶接
後熱処理を要する他の母材としては、炭素鋼、焼入れ焼
戻し高張力鋼、Ｃ−０．３Ｍｏ鋼、Ｃ−０．５Ｍｏ鋼、
０．５Ｃｒ−０．５Ｍｏ鋼、１Ｃｒ−０．５Ｍｏ鋼、
１．２５Ｃｒ−０．５Ｍｏ鋼、２．２５Ｃｒ−１Ｍｏ
鋼、５Ｃｒ−０．５Ｍｏ鋼、７Ｃｒ−０．５Ｍｏ鋼、９
Ｃｒ−１Ｍｏ鋼、２−２．４Ｎｉ鋼、３．５Ｎｉ鋼、お
よび９Ｎｉ鋼等がある。また、溶接後熱処理を要しない
他の母材としては、銅合金、Ｎｉ、Ｎｉ合金、およびオ
ーステナイト系のステンレス鋼がある。

【００３５】また、溶接後熱処理を要する低合金鋼のよ
うな母材と銅のような溶接後熱処理を要しない母材とを
溶接する場合の外、溶接後熱処理を必要とする母材同士
を溶接する場合にも、実施の形態１に係る溶接方法を適
用できる。この場合、ＭＩＧ溶接等の先行溶接手段によ
って母材同士を溶接し、ＴＩＧ溶接トーチ等の加熱手段
によって溶接ビード上を再加熱する点は上記説明と同様
であるが、再加熱に必要なエネルギーは溶接後熱処理を
必要とする母材が二つになった分だけ大きくする必要が
ある。実施の形態１に係る溶接方法を、溶接後熱処理を
必要とする母材同士の溶接に適用すると、再加熱によっ
て母材の溶接熱影響部が改質されて硬度が低下するので
溶接後熱処理が不要となる。特に溶接対象の寸法が大き
い場合には、溶接後熱処理を省略できることによって、
製造の工数を大幅に削減できる。

【００３６】（実施の形態２）図４は、実施の形態２に
係る溶接方法を示す説明図である。この変形例に係る溶
接方法は、溶接工程の前に、母材を加熱する手段によっ
て熱伝導率が高い方の母材を予熱する点に特徴がある。
この母材を加熱する手段としては、短時間のうちに母材
に高エネルギーを加えることのできるものが望ましい。
このような観点から、この実施の形態においては、当該
加熱する手段としてＴＩＧトーチ１１１を使用している
が、当該加熱手段はこれに限られるものではなく、高周
波加熱手段やレーザー加熱手段を使用してもよい。

【００３７】伝熱フィン２０の材料は銅であるので、本
体胴３０の材料である低合金鋼よりも熱伝導率は高い。
このため、まず、母材を加熱する手段であるＴＩＧトー
チ１１１で熱伝導率の高い方の母材である銅製の伝熱フ
ィン２０を予熱する。次に、伝熱フィン２０の温度が下
がらないうちにＭＩＧ溶接トーチ１００で伝熱フィン２
０と本体胴３０とを溶接する。最後に、ＴＩＧトーチ１
１０によって溶接ビード５０上を再加熱して、一連の溶
接工程が終了する。

【００３８】本実施の形態で示した銅製の伝熱フィン２
０のように熱伝導率の高い母材を溶接する場合には、溶
接部における熱の放散が大きく溶接部の温度が下がりや
すいので、溶接部のぬれ性が悪くなる。このため、ＭＩ
Ｇ溶接トーチ１００のみで溶接した場合には、溶接中に
溶接部の温度が十分に上昇せず、溶接不良を招きやすく
なる。この溶接方法では、ＭＩＧ溶接トーチ１００によ
る溶接工程の前に、ＴＩＧトーチ１１１によって熱伝導
率の高い母材である銅製の伝熱フィン２０を予熱して、
予め母材の溶接部における温度を高くする。これによっ
て溶接部における温度勾配を小さくすることができるの
で、溶接熱の放散を抑制して、伝熱フィン２０の温度を
高く維持できる。その結果、溶加材と母材とのぬれ性が
向上するので溶接不良を抑制でき、また、溶接部の機械
的性質も良好なものとなる。

【００３９】（実施の形態３）図５は、本発明の実施の
形態３に係る溶接方法を示す説明図である。この溶接方
法は、第一の溶加材を使用する第一の溶接手段によって
低合金鋼や炭素鋼等の溶接後熱処理が必要な母材ともう
一方の母材とを溶接する。そして、第二の溶加材を使用
する第二の溶接手段によって、当該もう一方の母材と前
記溶接によって形成された溶接ビードとを溶接する点に
特徴がある。次の説明では、第一および第二の溶接手段
にＭＩＧ溶接トーチを使用し、第一の溶加材にはＮｉ
を、第二の溶加材にはＣｕを使用した例について説明す
る。また、溶接後熱処理が必要な母材である低合金鋼製
の本体胴３０に、銅製の伝熱フィン２０を溶接する場合
を例にとって説明する。

【００４０】まず、第一の溶接手段であるＭＩＧ溶接ト
ーチ１０１によって、第一の溶加材であるＮｉの溶接ワ
イヤ２０２を使用して伝熱フィン２０と本体胴３０とを
溶接する。次に、第二の溶接手段であるＭＩＧ溶接トー
チ１０２によって、第二の溶加材であるＣｕの溶接ワイ
ヤ２０３を使用して、伝熱フィン２０と溶接ビード５２
とを溶接することで、本体胴３０の溶接熱影響部３３に
熱処理を施す。

【００４１】この溶接方法においては、第二の溶接手段
によって伝熱フィン２０と溶接ビード５２とを溶接する
過程における溶接熱によって、溶接後熱処理が必要な母
材である低合金鋼で製造された本体銅３０の溶接熱影響
部３３が焼準されるので、溶接後熱処理を施さなくとも
溶接熱影響部３３の硬度を低下させ、組織を改質でき
る。また、Ｎｉが銅製の伝熱フィン２０と低合金鋼製の
本体胴３０との間に存在するため、低合金鋼の結晶粒界
に第二の溶加材や溶融金属中のＣｕが侵入することを防
止できる。さらに、第一の溶加材であるＮｉの水素固容
量が大きいため、第二の溶加材であるＣｕから低合金鋼
製の本体胴３０側へ移動する水素量を低減できる。この
ため、溶接後熱処理を必要とする母材の低温割れをさら
に抑制でき、安定した品質の製品を提供できる。

【００４２】ここで、上記第一の溶加材をＦｅとし、第
二の溶加材をＣｕとしてもよい。上記例において第一の
溶加材として使用するＮｉは高価であるため、Ｎｉの代
わりに安価なＦｅを用いると、溶接後熱処理を必要とす
る母材の溶接熱影響部における硬度を低下させ、組織を
改質しつつ製造コストを下げることができる。

【００４３】また、上記第一の溶加材をＣｕとし、第二
の溶加材をＣｕとしてもよい。この場合には、溶接後熱
処理を必要とする母材の粒界にＣｕが侵入することは防
止できないが、溶接後熱処理を必要とする材料の溶接熱
影響部は改質できるので、溶接後熱処理は不要になる。
また、溶接対象である母材の一方が銅または銅合金であ
る場合には、当該母材とのぬれ性が向上するので、溶接
不良を抑制できる。

【００４４】なお、他の溶接手段としては、ＭＩＧ溶接
の他にＴＩＧ溶接やレーザー溶接を使用してもよい。レ
ーザー溶接を使用した場合には、短時間に高エネルギー
を溶接対象物の微小な部分に投入できるので、溶接部の
ひずみが少なくなり高速で溶接できる。なお、レーザー
溶接にはＹＡＧレーザーを使用することが望ましい。こ
の理由は次のとおりである。

【００４５】すなわち、ＹＡＧレーザー光は波長が１．
０６４μｍの赤外レーザー光であるため、光ファイバに
よって伝送できる。この結果、ＹＡＧレーザー発振器を
用いた溶接装置では、レーザー光を光ファイバによって
伝送できるので、設計および機器を配置する自由度が高
くなるからである。なお、ＹＡＧレーザーとは固体レー
ザー発振器の一種であり、レーザー単結晶としてＮｄを
ドープしたＹＡＧ（イットリウム、アルミニウム、ガー
ネット）結晶を使用するものである。

【００４６】また、図６に示すようなガスシールドアー
ク溶接の一種であるＭＩＧ溶接トーチにレーザー溶接装
置を組み込んだ溶接ヘッドを溶接手段として使用しても
よい。この溶接ヘッドは、ＭＩＧ溶接トーチの外側にレ
ーザー溶接装置の光学系が備えられており、レーザー光
４１０は集光レンズ４００で集光したレーザー光４１０
を母材３８に対して斜めに照射する。そして、溶接ワイ
ヤ２０５から発生するアークによる溶接ポイントとレー
ザー光４１０による照射ポイントとが一致するように構
成されている。また、溶接ワイヤ２０５の周りからアル
ゴンやヘリウム等の不活性ガス４５０を吹出して溶接部
を空気から遮断する。

【００４７】レーザー光はエネルギー密度が極めて高い
強力な集中熱源であるので、レーザー溶接は、狭い溶接
範囲に対して溶け込み深さの大きい溶接を行うことがで
きる。一方、ガスシールドアーク溶接はアークが広範囲
に広がるため、溶け込み深さは浅いが広い範囲を溶接す
ることができる。したがって、ガスシールドアーク溶接
とレーザー溶接とを組み合わせると、広い溶接範囲に対
して大きな溶け込み深さで溶接ができるので有利であ
る。

【００４８】なお、再加熱に使用する加熱手段には、溶
接ワイヤ２０５をタングステン電極に置き換えたＴＩＧ
トーチとレーザー溶接トーチとを組み合わせた溶接トー
チを使用してもよい。この溶接トーチを使用すると、レ
ーザーによってアークが安定するので、安定して再加熱
できる。

【００４９】（実施の形態４）図７は、実施の形態４に
係る溶接方法を示す説明図である。この溶接方法は、溶
接工程の前に、母材を加熱する手段によって熱伝導率の
高い方の母材を予熱する点に特徴がある。まず、母材を
加熱する手段であるＴＩＧトーチ１１２で銅製の伝熱フ
ィン２０を予熱する。次に、伝熱フィン２０の温度が下
がりすぎないうちに第一の溶接手段であるＭＩＧ溶接ト
ーチ１０１で銅製の伝熱フィン２０と低合金鋼製の本体
胴３０とを溶接する。最後に、第二の溶接手段であるＭ
ＩＧ溶接トーチ１０２によって、溶接ビード５２と伝熱
フィン２０とを溶接する。そして、最後の溶接時におけ
る溶接熱によって本体胴３０の溶接熱影響部を焼準し、
当該溶接熱影響部の硬度を低下させ、組織を改質する。
なお、予熱対象である銅で製造された伝熱フィン２０の
熱サイクルを求めることで、母材を加熱する手段と第一
の溶接手段とを配置する間隔を調整することができる。

【００５０】実施の形態４に係る溶接方法では、第一の
溶接手段であるＭＩＧ溶接トーチ１０１による溶接工程
の前に、母材を加熱する手段であるＴＩＧトーチ１１２
によって熱伝導率の高い母材である銅を予熱するため、
溶加材と母材とのぬれ性が向上する。その結果、溶接不
良を抑制できるので、溶接部における欠陥の発生を抑制
できる。また、溶接直後に第二の溶接手段で溶接するの
で、この溶接熱によって溶接熱影響部が焼準されて、溶
接後熱処理が不要となる。

【００５１】上記説明においては、母材を加熱する手段
としてＴＩＧトーチ１１２を使用したが、実施の形態４
に適用できる母材を加熱する手段はこれに限られず、高
周波加熱手段やレーザー加熱手段を使用してもよい。特
にレーザーによって予熱すると、ガスシールドアーク溶
接におけるアークの安定性が高くなるので、安定したガ
スシールドアーク溶接ができるので、溶接不良をより低
減できる。なお、この母材を加熱する手段は熱伝導率の
高い母材を予熱するので、加熱対象の温度を急激に上昇
させることのできる特性が必要である。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の溶接方
法（請求項１）では、溶接対象である母材同士を溶接し
た後、ＴＩＧトーチ等の溶接熱影響部を加熱する手段に
よって溶接ビード上を加熱するようにした。このため、
この加熱によって溶接熱影響部を焼準し、当該溶接熱影
響部の硬度を低下させ組織を改質できるので、溶接後熱
処理を必要とする母材の低温割れを防止できる。また、
溶接工程の直後にＴＩＧトーチ等で溶接熱影響部を再加
熱するので、溶接と同時に熱処理が完了する。このた
め、別工程として溶接後熱処理を施す必要がなくなり、
構造物の製造に手間を要さない。

【００５３】また、この発明の溶接方法（請求項２）で
は、上記溶接方法において、溶接前に熱伝導率の高い母
材を加熱するようにしたので、溶接時に当該母材の溶接
部における温度を十分に高くすることができる。その結
果、この母材と溶接金属とがぬれやすくなって溶接不良
はほとんど発生しなくなるので、健全な溶接部を得るこ
とができる。

【００５４】また、この発明の溶接方法（請求項３）で
は、第一の溶加材を用いる第一の溶接手段によって溶接
対象である母材同士を溶接した後、第二の溶加材を用い
る第二の溶接手段によって、この溶接工程によって形成
された溶接ビードともう一方の母材とを溶接するように
した。第一の溶接手段によって形成された溶接ビード上
に、この第二の溶加材が肉盛されるので、このときの溶
接熱によって溶接後熱処理を必要とする母材の溶接熱影
響部は硬度が低下し、組織が改質される。したがって、
別工程として溶接後熱処理を施さなくとも、当該溶接熱
影響部の硬度を低下させ組織を改質して低温割れを防止
できる。また、第一および第二の溶加材を適宜選択する
ことで、溶接金属が結晶粒界へ侵入することの防止等と
いった、他の特性を持たせることもできる。

【００５５】また、この発明の溶接方法（請求項４）で
は、上記溶接方法において、Ｎｉを銅と低合金鋼等との
間に存在させるようにしたので、低合金鋼等の結晶粒界
に銅が侵入することを防止できる。また、第一の溶加材
であるＮｉの水素固容量が大きいので、第二の溶加材で
あるＣｕから低合金鋼側へ移動する水素量を低減でき
る。その結果、溶接後熱処理を必要とする母材の低温割
れをさらに抑制して、健全な品質の製品を提供できる。

【００５６】また、この発明の溶接方法（請求項５）で
は、上記溶接方法で使用する第一の溶加材であるＮｉの
代わりに安価なＦｅを使用するようにしたので、溶接後
熱処理を必要とする母材の溶接熱影響部の硬度を低下さ
せ、組織を改質しつつ製造コストを下げることができ
る。

【００５７】また、この発明の溶接方法（請求項６）で
は、第一の溶接手段によって形成された溶接ビード上に
第二の溶加材であるＣｕを肉盛して母材と溶接ビードと
を溶接するようにしたので、その溶接熱によって溶接後
熱処理が必要な材料の溶接熱影響部を焼準できる。この
ため、溶接直後に溶接熱影響部の硬度を低下させ、組織
を改質するので溶接後熱処理が不要になり、構造物の製
造に手間を要さない。

【００５８】また、この発明の溶接方法（請求項７）で
は、上記溶接方法において、溶接工程の前に、ＴＩＧト
ーチ等の母材を加熱する手段によって熱伝導率の高い方
の母材を予熱するようにした。このため、溶接時におい
ても当該母材の温度を高く維持できるので、溶加材と母
材とのぬれ性が向上する。その結果、上記溶接方法で得
られる効果の外に、溶接不良を抑制して溶接部における
欠陥を抑制する効果も得られる。また、溶接直後に溶接
熱影響部を再加熱して溶接後熱処理を要する母材の溶接
熱影響部における硬度を低下させ、組織を改質するの
で、別工程で溶接後熱処理を施さなくとも低温割れを防
止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係る溶接方法を示す説
明図である。

【図２】溶接および再加熱における本体胴の溶接熱影響
部における温度サイクルを示した説明図である。

【図３】実施の形態１に係る溶接方法をサブマージアー
ク溶接に適用した例を示す説明図である。

【図４】実施の形態２に係る溶接方法を示す説明図であ
る。

【図５】本発明の実施の形態３に係る溶接方法を示す説
明図である。

【図６】ＭＩＧ溶接トーチにレーザー溶接装置を組み込
んだ溶接ヘッドを示す説明図である。

【図７】実施の形態４に係る溶接方法を示す説明図であ
る。

【図８】従来の溶接方法を示す説明図である。

【符号の説明】

２０伝熱フィン２５、３５、３８、３９母材３０本体胴３３溶接熱影響部５０、５１、５２、５３溶接ビード８０肉盛部１００、１０１、１０２、１０５ＭＩＧ溶接トーチ１１０、１１１、１１２ＴＩＧトーチ２００、２０１、２０２、２０３、２０５溶接ワイヤ３００フラックス４００集光レンズ４１０レーザー光４５０不活性ガス５００ホッパ５０１フラックス供給チューブｔ₁ 溶接開始時ｔ₂ 再加熱開始時ｖ溶接速度ｘ間隔ｘ／ｖ時間 θ 温度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松岡寿浩神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者松元繁神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者道下幸雄神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号三菱重工業株式会社神戸造船所内Ｆターム(参考） 4E001 AA03 BB06 DG04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶接対象の母材のうち少なくとも一方が
溶接後熱処理を必要とする母材を溶接するにあたって、前記溶接後熱処理を必要とする母材ともう一方の母材と
を溶接手段によって溶接する工程と、当該溶接手段と所定の距離をもって配置されたガスシー
ルドアーク溶接トーチ、高周波コイル、レーザー等の溶
接熱影響部を加熱する手段によって、前記溶接工程によ
り生じた溶接ビード上を加熱し、前記溶接後熱処理を必
要とする母材の溶接熱影響部までを熱処理する工程と、を備えたことを特徴とする溶接方法。
【請求項２】さらに、前記母材同士を溶接する工程の
前に、ＴＩＧ、ＹＡＧ、高周波コイル等の母材を加熱す
る手段によって、熱伝導率の高い方の母材を予熱するこ
とを特徴とする請求項１に記載の溶接方法。
【請求項３】溶接対象の母材のうち少なくとも一方が
溶接後熱処理を必要とする母材を溶接するにあたって、第一の溶加材を用いる第一の溶接手段によって、溶接後
熱処理を必要とする第一の母材ともう一方の母材とを溶
接する工程と、第二の溶加材を用いる第二の溶接手段によって、前記工
程によって形成された溶接ビードと前記もう一方の母材
とを溶接する工程と、を備えたことを特徴とする溶接方法。
【請求項４】前記第一の溶加材をＮｉとし、前記第二
の溶加材をＣｕとしたことを特徴とする請求項３に記載
の溶接方法。
【請求項５】前記第一の溶加材をＦｅとし、前記第二
の溶加材をＣｕとしたことを特徴とする請求項３に記載
の溶接方法。
【請求項６】前記第一の溶加材をＣｕとし、前記第二
の溶加材をＣｕとしたことを特徴とする請求項３に記載
の溶接方法。
【請求項７】さらに、前記第一の溶加材を用いる第一
の溶接手段によって、溶接後熱処理を必要とする第一の
母材ともう一方の母材とを溶接する工程の前に、ＴＩ
Ｇ、ＹＡＧ、高周波等の母材を加熱する手段によって熱
伝導率の高い方の母材を予熱することを特徴とする請求
項３〜６のいずれか一つに記載の溶接方法。