JP2012030253A - オーステナイト系ステンレス鋼の溶接施工方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 重量%で、Si:0.65〜1.50%を含むオーステナイト系ステンレス鋼の溶加棒を使用するか、重量%で、Si:0.65〜1.50%を含むオーステナイト系ステンレス鋼の溶加棒を使用し、重量%で、60%以上のSiを含むフラックスを溶剤と混合して開先面に塗布するティグ溶接施工方法を提供する。
【選択図】 図4
Description
本発明は、具体的には、JIS Z 3106 に規定する「ステンレス鋼溶接継手の放射線透過試験方法」の基準による2類以上の品質が確保できる溶接施工方法の提供に係る。
0.045[Cr(%)+Mn(%)]+0.1≦Si(%)≦-0.020[Cr(%)+Mn(%)]+1.0 …(1)
0.0925-12.5S(%)≦Mn(%)≦1.2 …(2)
Al(%)+O(%)≦0.02 …(3)
ステンレス鋼管を提供する。この(特許文献5)は、ノンバックシールドの考え方を提供するが、この方法は、水関連配管の突合せ溶接などの特殊用途に対応するものであり、溶接条件も様々で多様な溶接施工現場の需要にまで幅広く対応し得るものではない。
(濡れ性とは、溶融金属の母材への行き渡りやすさの良否を言う。これは、母材の表面張力、溶融金属の表面張力、溶融金属の表面張力及び母材面の表面張力の差によって支配される)。
第1には、重量%で、Si:0.65〜1.50%を含むオーステナイト系ステンレス鋼の溶加棒を使用しSiの酸化被膜を形成することにより、バックシールドガスの使用を省略可能であることを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼の溶接施工方法を提供することである。
第2には、重量%で、Si:0.65〜1.50%を含むオーステナイト系ステンレス鋼の溶加棒を使用し、重量%で60%以上のSiを含むフラックスを溶剤と混合して開先面に塗布して溶接しSiの酸化被膜を形成することにより、バックシールドガスの使用を省略可能であることを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼の溶接施工方法を提供することである。
第3には、第1又は第2の方法で初層を溶接すること、第4には、第1又は第2の方法で多層溶接することをそれぞれ特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼の溶接施工方法を提供することである。
第5には、オーステナイト系ステンレス鋼のティグ溶接施工方法による片側溶接工法において、重量%でSi:0.65〜1.50%を含むオーステナイト系ステンレス鋼のティグ溶加棒を使用して溶接するか、又は、重量%で60%以上のSiを含むフラックスを溶剤と混合したものを開先面に塗布した後に重量%でSi:0.65〜1.50%を含むオーステナイト系ステンレス鋼のティグ溶加棒を使用して溶接することにより裏波ビード表面にSiの酸化被膜を形成し、溶接金属の裏波ビード表面を大気から遮断することを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼の溶接施工方法を提供することである。
本発明の溶接施工方法では、溶接施工中の溶融金属中のSiの量を適切に管理することが重要な要件となる。即ち、オーステナイト系ステンレス鋼の溶加棒に重量%でSiを0.65〜1.50%添加することである。又は、重量%で60%以上のSiを含むフラックスを溶剤と混合して開先面から塗布した後に重量%でSiを0.65〜1.50%添加したオーステナイト系ステンレス鋼の溶加棒を使用して溶接してもよい。上記により初層(溶接において最初の溶接により生成した層)の健全な裏波ビードが確保できる。
上記のメカニズム又は理由としては以下のように考えられる。
このため従来、健全な裏波溶接ビードを確保するために、Ar等の不活性ガスをバックシールドガスとして使用してきた。
更に、本発明によれば、バックシールドガスを使用することが無いからバックシールドガスの貯蔵、搬送、管理、充填、放出等の煩雑な作業を省き、同時に溶接作業工程の手順負担を軽減し、溶接施工工期の短縮や経費節減等が図れる。
すなわち、本発明の溶接施工方法によれば、第1に裏波ビードの形状の改善、第2に裏波ビードの品質の確保、第3に各種のコストメリットといったように裏波ビードに関する複合的な効果を達成することが出来る。
本願請求項1ないし本願請求項4に記載の溶接施工方法によれば、裏波ビード表面にSi酸化被膜を形成することにより溶接面を外気から遮断し、溶接金属をバックシールドガ
スで大気から遮断する必要が無く、健全な裏波ビードが得られることとなる。
5種の試験とは、
<試験例1> 裏波ビード外観状況(〔0036〕以下同様とする)、
<試験例2> 裏波ビード断面の元素濃度分布(〔0037〕)、
<試験例3> 放射線透過試験結果(〔0041〕)、
<試験例4> 機械試験結果(継手引張試験及び裏曲げ試験結果)(〔0043〕)、
<試験例5> 耐食性試験結果(〔0045〕)、
の各試験のことである。
以下、本発明実施例の溶接条件にて、本発明実施例と従来技術の溶接方法による比較例をそれぞれ作成し、試験材として評価した。表1は、それぞれの本発明実施例と比較例とに用いた溶加棒の化学組成を示す。
溶接方法:ティグ溶接
溶接電流:90〜160A
溶接電圧:8〜16V
シールドガス:Ar 25L/min
溶接姿勢:全姿勢
層数:多層
層間温度:150℃以下
母材:オーステナイト系ステンレス鋼SUS316L
溶加棒:初層W2(Si量:0.90%)
残層W4(JIS規格 Y316L相当の市販溶加棒(Si量:0.39%))
(残層:多層溶接における全ての層のうち、初層以外の残りの層)
初層には、重量%で、Si:0.65〜1.50%を含むオーステナイト系ステ ンレス鋼の溶加棒を使用した。
バックシールドガス:無し
母材:オーステナイト系ステンレス鋼SUS304
溶加棒:初層W1(Si量:0.77%)
残層W3(JIS規格 Y308相当の市販溶加棒(Si量:0.39%))
フラックスとしては、重量%で60%以上のSiを含むフラックスを溶剤と混合 したものを、図4に示すように、溶接施工部の開先表側から塗布し、初層には、 重量%で、Si:0.65〜1.50%を含むオーステナイト系ステンレス鋼の 溶加棒を使用した。
バックシールドガス:無し
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溶加棒:初層W2(Si量:0.90%)
残層W4(JIS規格 Y316L相当の市販溶加棒(Si量:0.39%))
フラックスとしては、重量%で60%以上のSiを含むフラックスを溶剤と混合 したものを、図4に示すように、溶接施工部の開先表側から塗布し、初層には、 重量%で、Si:0.65〜1.50%を含むオーステナイト系ステンレス鋼の 溶加棒を使用した。
バックシールドガス:無し
母材:オーステナイト系ステンレス鋼SUS304
溶加棒:全層W3(JIS規格 Y308相当の市販溶加棒(Si量:0.39%))
バックシールドガス:無し
母材:オーステナイト系ステンレス鋼SUS304
溶加棒:全層W3(JIS規格 Y308相当の市販溶加棒(Si量:0.39%))
バックシールドガス:Ar 30L/min
母材:オーステナイト系ステンレス鋼SUS316L
溶加棒:全層W4(JIS規格 Y316L相当の市販溶加棒(Si量:0.39%))
バックシールドガス:Ar 30L/min
実施例1及び実施例3の初層にはW2の溶加棒を、実施例2の初層にはW1の溶加棒を使用した。また、実施例1及び実施例3の残層にはW4の溶加棒を、実施例2の残層には
W3の溶加棒をそれぞれ使用した。比較例1及び比較例2にはW3の溶加棒を、比較例3には、W4の溶加棒をそれぞれ全層にわたり使用した。
2.実施例 (試験結果)(<試験例1ないし5>試験結果)
図5に実施例1ないし実施例3と、市販の溶加棒を使用してバックシールドガスを使用しない溶接方法による比較例1、バックシールドガスを用いた従来技術の溶接方法による比較例2の裏波ビード外観状況をそれぞれ比較した結果を示し、その外観から、裏波ビード形状の良否を判断した。判断方法は以下の通りである。
良好:裏波ビードの幅が揃っており、蛇行や凹凸がなく健全である。
不良:裏波ビードの幅が不揃いであり、凹凸が激しく過剰酸化している。
図5の結果から、本発明による溶接施工方法で施工した溶接継手(実施例1ないし実施例3)は、バックシールドガスを用いずに、良好な裏波ビードを形成できることがわかる。
図6は、実施例2と、市販の溶加棒を使用してバックシールドガスを使用しない溶接方法による比較例1とで表面の酸化被膜を含む裏波ビード断面の元素濃度分布を比較したものである。この分析データは、ティグ溶接で製作した突合せ溶接継手の断面で、初層の溶接金属側から裏波表面に向かってSi、Cr、Fe、NiおよびO(酸素)の線分析を行ったデータである。濃度分布を示す図の縦軸の“SiK、CrK、FeK、NiKおよびOK”は、分析対象試料に電子線を照射した際に試料を構成する各元素から放出される特性X線のK線を示している。
裏波ビード表面に形成される酸化被膜では、Siを含む酸化物の生成が特徴的であり、粒状に生成した高融点のCr酸化物の隙間を、Siを含む低融点酸化物が埋め、溶融金属の流れを阻害することなく溶融金属の表面を覆い、溶接金属を大気から遮断しているために健全な裏波ビードを形成する。
比較例1は、溶融金属表面にCr、FeおよびNiの複合酸化物等の高融点酸化物が形成され、その高融点酸化物が溶融金属の流動性を阻害することで凹凸の激しい不健全ビードが形成されている。
JIS Z 3106の「ステンレス鋼溶接継手の放射線透過試験方法」の規定に則り、本発明による実施例1ないし実施例3について、放射線透過試験を実施した結果を表2に示す。
判定は、JIS Z 3106「ステンレス鋼溶接継手の放射線透過試験方法」規格2類以上の場合を合格、2類に満たない場合を不合格とした。
表2に示す試験結果から、本発明による溶接方法で施工した溶接継手は、JIS Z 3106「ステンレス鋼溶接継手の放射線透過試験方法」の2類以上であることが確認された。
JIS B 8285の「圧力容器の溶接施工方法の確認試験方法」の規定に則り、実施例1ないし実施例3について、継手引張試験及び裏曲げ試験を実施した結果を表3に示す。
判定は、JIS B 8285の「圧力容器の溶接施工方法の確認試験方法 付属書1(規定)溶接施工方法の確認試験の評価基準」により行なった。
表3に示す機械試験結果から、本発明による溶接方法で施工した溶接継手は、引張試験、裏曲げ試験のいずれの機械的性能も良好であることが認められる。
JIS G 0575「ステンレス鋼の硫酸・硫酸銅腐食試験方法」に準拠して実施例1ないし実施例3及びバックシールドガスを用いた従来技術の溶接方法による比較例2、比較例3について耐粒界腐食性試験を実施した結果を表4に示す。
判定は、JIS G 0575「ステンレス鋼の硫酸・硫酸銅腐食試験方法」により行なった。
表4に示す結果から、本発明による溶接方法で施工した溶接継手(実施例1ないし実施例3)は、バックシールドガスを用いることなく、従来技術の溶接方法で施工した溶接継手(比較例2および比較例3)と耐粒界腐食性が同等であることが分かる。
尚、比較例1は、裏波ビードの乱れが図5の参考写真からも明らかに認められたので裏波ビード外観状況及び裏波ビード断面の元素濃度分布試験のみ実施し、放射線透過試験、機械試験、耐食性試験については実施していない。
図1は、本発明一実施例の溶接に供される溶加棒1の単位長さ(例、100cm)の断面図である。重量%で、Siを0.65〜1.50%添加したオーステナイト系ステンレス鋼の溶加棒1を用いる場合、溶接施工部は、図3の溶接施工部を示す説明図にある通り、溶接施工部の開先は、V型開先とし、開先寸法は、ルート面の厚さを0〜2mm、開先角度の適正な範囲は45度〜80度、好ましくは60度、ルート間隔6は、0〜5mm、好ましくは5mmとする。即ち、開先角度が80度を超えると必要溶着金属量が多くなり効率的に劣ること、また、開先角度を45度より狭くするとルート部に溶け込み不良が発生し易くなること、又開先4の角度の狭小により溶接作業効率が落ちること等から、開先4の角度の適正な範囲として45度〜80度、好ましくは60度とした。
1...溶加棒
2...フラックス
3...溶剤
4...開先
5...ステンレス鋼管
6...ルート間隔
本発明の溶接施工方法では、溶接施工中の溶融金属中のSiの量を適切に管理することが重要な要件となる。即ち、オーステナイト系ステンレス鋼の溶加棒に重量%でSiを0.65〜1.50%添加することである。又は、重量%で60%以上のSiを含むフラックスを溶剤と混合して開先面から塗布した後に重量%でSiを0.65〜1.50%含むオーステナイト系ステンレス鋼の溶加棒を使用して溶接してもよい。上記により初層(溶接において最初の溶接により生成した層)の健全な裏波ビードが確保できる。
上記のメカニズム又は理由としては以下のように考えられる。
図1は、本発明一実施例の溶接に供される溶加棒1の単位長さ(例、100cm)の断面図である。重量%で、Siを0.65〜1.50%含むオーステナイト系ステンレス鋼の溶加棒1を用いる場合、溶接施工部は、図3の溶接施工部を示す説明図にある通り、溶接施工部の開先は、V型開先とし、開先寸法は、ルート面の厚さを0〜2mm、開先角度の適正な範囲は45度〜80度、好ましくは60度、ルート間隔6は、0〜5mm、好ましくは5mmとする。即ち、開先角度が80度を超えると必要溶着金属量が多くなり効率的に劣ること、また、開先角度を45度より狭くするとルート部に溶け込み不良が発生し易くなること、又開先4の角度の狭小により溶接作業効率が落ちること等から、開先4の角度の適正な範囲として45度〜80度、好ましくは60度とした。
Claims (5)
- 重量%で、Si:0.65〜1.50%を含むオーステナイト系ステンレス鋼の溶加棒を使用しSiの酸化被膜を形成することにより、バックシールドガスの使用を省略可能であることを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼の溶接施工方法。
- 重量%でSi:0.65〜1.50%を含むオーステナイト系ステンレス鋼の溶加棒を使用し、重量%で60%以上のSiを含むフラックスを溶剤と混合して開先面に塗布して溶接しSiの酸化被膜を形成することにより、バックシールドガスの使用を省略可能であることを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼の溶接施工方法。
- 溶接施工対象を初層溶接とする請求項1又は2のいずれか1項に記載の溶接施工方法。
- 溶接施工対象を多層溶接とする請求項1又は2のいずれか1項に記載の溶接施工方法。
- オーステナイト系ステンレス鋼のティグ溶接施工方法による片側溶接工法において、重量%でSi:0.65〜1.50%を含むオーステナイト系ステンレス鋼のティグ溶加棒を使用して溶接するか、又は、重量%で60%以上のSiを含むフラックスを溶剤と混合したものを開先面に塗布した後に、重量%でSi:0.65〜1.50%を含むオーステナイト系ステンレス鋼のティグ溶加棒を使用して溶接することによりSiの酸化被膜を形成し、溶接金属の溶接部の裏波ビード表面を大気から遮断することを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼の溶接施工方法。
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