JP2015110233A - レーザ溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶加材として６９０系溶着金属を用いた場合に、溶接金属の初層の外縁部のＣｒ含有量が、母材との希釈により低下することを抑制可能な溶接方法を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、レーザ溶接方法は、溶加材及び母材１００の一部をレーザ光により溶融させて、溶接金属を構成する複数の層を形成する。溶加材である６９０系溶着金属は、クロムが２８．０〜３１．５％、質量％で含有されているニッケル基合金である。溶加材は、直径が１．１ｍｍ以上となるよう構成されている。母材１００は、クロムが１５％以上、質量％で含有されている。母材１００と接する層である初層を形成する際、当該初層のうち外縁部１７ｅを構成するビードについては、レーザ出力２．６ｋＷ以下、溶接速度５０ｃｍ／ｍｉｎ以下、及び溶加材送給速度１４５ｃｍ／ｍｉｎ以上を、溶接条件としてレーザ溶接を施す。
【選択図】図５

Description

本発明の実施形態は、母材の一部と溶加材をレーザ光により溶融させて溶接金属を構成する複数の層を形成するレーザ溶接技術に関する。

例えば、加圧水型原子炉の原子炉容器においては、経年化により、溶接部（weld）に応力腐食割れ（ＳＣＣ：stress corrosion cracking）が生じて、当該溶接部にき裂や欠陥が生じることがある。溶接部にき裂や欠陥が生じた場合、溶着金属（deposited metal）及び、その周囲にある母材の一部を、機械加工により除去した後、その除去された部分に、溶加材をレーザ光により溶融させて溶接金属の層を形成することにより、当該部分を補修する技術、いわゆる補修溶接が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許４１１２７３６号公報

また、原子炉容器等に形成された溶接部において、き裂や欠陥が発生することを事前に防止するために、インコネル（登録商標）６９０等、耐ＳＣＣ性のある材料により、当該溶接部の上から肉盛溶接を行われることがある。このような溶接は、例えば、溶接部が原子炉容器等に形成されている場合、水中において当該溶接部に向けてシールドガスを供給し、当該シールドガス雰囲気中においてレーザ溶接を行うことにより実現することができる。

上述した補修溶接を含む肉盛溶接においては、溶接中に付加する材料である溶加材には、耐ＳＣＣ性の高い材料が用いられる。このような溶加材には、例えば、６９０系溶着金属が用いられる。６９０系溶着金属は、耐ＳＣＣ性を向上させるために、Ｃｒ（クロム）の含有量（以下、単に「Ｃｒ含有量」と記す）が約３０％と、比較的高い値に設定されている。

しかし、溶加材として６９０系溶着金属を用いて上述の肉盛溶接を行った場合、溶接金属（weld metal）を構成する複数の層のうち、最初に形成されて母材と接する層（以下、初層と記す）においては、当該溶加材が溶け込む相手となる母材（以下、相手材と記す）との希釈により、Ｃｒ含有量が溶加材（溶着金属）の化学成分に比べて低下する場合がある。

上述した溶接構成する複数の層が形成された後は、初層は、母材と第２層に挟まれているものの、初層の外縁部は、外部に露出しており、水等の液体に曝される場合がある。初層のうち、特に、外縁部においては、Ｃｒ含有量が、母材との希釈により溶加材のＣｒ含有量に比べて低下すると、耐腐食性や耐ＳＣＣ性の点で問題である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、溶加材として６９０系溶着金属を用いた場合に、溶接金属の初層の外縁部のＣｒ含有量が、母材との希釈により低下することを抑制可能な溶接方法を提供することを目的とする。

本発明の実施形態のレーザ溶接方法は、母材の一部及び溶加材をレーザ光により溶融させて、溶接金属を構成する複数の層を形成する溶接方法であって、前記溶加材は、炭素が０．０４％以下、ケイ素が０．５０％以下、マンガンが１．０％以下、リンが０．０２％以下、硫黄が０．０１５％以下、銅が０．３０％以下、クロムが２８．０〜３１．５％、鉄が７．０〜１１．０％、ニオブ及びタンタルが０．５〜１．０％、チタンが１．０％以下、モリブデンが０．５０％以下、コバルトが０．１２％以下、アルミニウムが１．１０％以下、質量％で含有されているニッケル基合金であって、直径が１．１ｍｍ以上となるよう構成されており、前記母材は、クロムが１５％以上、質量％で含有されており、前記複数の層のうち最初に形成されて母材と接する層である初層を形成する際、当該初層のうち外縁部を構成するビードについては、レーザ出力２．６ｋＷ以下、溶接速度５０ｃｍ／ｍｉｎ以下、及び溶加材送給速度１４５ｃｍ／ｍｉｎ以上を、溶接条件としてレーザ溶接を施すことを特徴とする。

本発明の実施形態によれば、溶接金属の初層のＣｒ含有量が、母材との希釈により低下することを抑制できる。

原子炉圧力容器の断面立面図である。 溶接継手の溶接部に対して肉盛溶接を施す一例を示す断面図である。 溶接継手の溶接部に対して補修溶接を施す一例を示す断面図である。 水中レーザ溶接に用いられる溶接ヘッドの周辺構成を示す模式図である。 肉盛溶接における初層と、その外縁部を説明する模式図である。 補修溶接における初層と、その外縁部を説明する模式図である。 溶着金属と母材との希釈を説明する説明図である。 溶着金属と母材との希釈を説明する説明図である。 溶着金属と母材との希釈を説明する説明図である。 溶加材（６９０系溶着金属）の化学成分を説明する図である。 母材の化学成分を説明する図であり、（ａ）は、ＳＵＳ３１６Ｌの化学成分を（ｂ）は、クラッドであるＥＳ３０９Ｌの化学成分を示している。 溶接部（１３２合金）の化学成分を説明する図である。 ６９０系溶着金属を溶加材として水中レーザ溶接を行った場合に、母材上に形成された溶接金属のＣｒの濃度分布の一例を説明する図である。 第１の実施形態の溶接方法により形成された溶接金属と、その周辺構造を示す断面図である。 第１の実施形態の溶接方法により形成された溶接金属内のＣｒ含有量を示すグラフである。 ６９０系母材の化学成分を説明する図である。 第２の実施形態の溶接方法により形成された溶接金属と、その周辺構造を示す断面図である。 第３の実施形態の溶接方法により形成された溶接金属と、その周辺構造を示す断面図である。 第４の実施形態の溶接方法により形成された溶接金属と、その周辺構造を示す断面図である。

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態により、本発明が限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

〔第１の実施形態〕
第１の実施形態のレーザ溶接方法が適用される部材の一例について図１を用いて説明する。図１は、本実施形態の溶接方法が適用される部材の一例を示す図であり、加圧水型原子炉圧力容器の断面図である。

図１に示すように、加圧水型原子炉圧力容器（以下、単に原子炉容器と記す）１は、炉心及び炉内構造物を囲い、これらを収容する部分（以下、単に「胴」と記す）３と、原子炉容器１を貫通して延びる配管等を接続するために、胴３から分岐して設けられた部分、いわゆる管台（nozzle）５とを有している。胴３と管台５は、溶接により接合される。これにより、胴３と管台５との間には、溶接部７が構成される。

なお、以下の説明において、溶接部７には、溶接中に溶融・凝固した金属である溶接金属（weld metal）に加えて、母材のうち溶融していないものの、溶接中に熱的な影響を受けて冶金的性質及び機械的性質に変化が生じた部分、いわゆる熱影響部が含まれている。

上述した溶接金属（weld metal）には、溶接Ｓ等の溶加材（filler metal）が溶融して、溶接部７に移行したもの、いわゆる溶着金属（deposited metal）と、胴３及び管台５等の母材のうち溶融した部分、いわゆる溶融部が含まれている。

このような原子炉容器１においては、経年化により、溶接部７に応力腐食割れ（ＳＣＣ：stress corrosion cracking）が生じて、当該溶接部７にき裂や欠陥が生じることがある。なお、応力腐食割れ（ＳＣＣ）は、引張応力を受けている材料が、腐食環境下において、通常の破壊応力水準より低い応力の作用であっても割れを生じる現象である。

溶接部７にき裂や欠陥が生じた場合、溶着金属（deposited metal）及び、その周囲にある熱影響部等の母材を、機械加工（切削加工）により削り取り、その後、耐ＳＣＣ性のある材料（以下、耐ＳＣＣ材と記す）により、補修溶接（repair welding）が行われる。

また、管台５の溶接部７におけるき裂や欠陥の発生を事前に防止する予防保全措置として、インコネル（登録商標）６９０等の耐ＳＣＣ材で肉盛溶接が行われる。当該肉盛溶接が施された溶接継手の例を、図２に示し、補修溶接が施された溶接継手の例を図３に示す。

例えば、図２には、片側にステンレス鋼１０６が被膜された低合金鋼（low-alloy steel）１０４と、ステンレス鋼１０５を、溶加材としてインコネル（登録商標）１３２（以下、「１３２合金」と記す）を用いて突合せ溶接により溶接されたものを示している。なお、ステンレス鋼１０５には、ＳＵＳ３１６Ｌ（ＪＩＳ Ｇ４３０４）が用いられている。一方、低合金鋼１０４には、ＡＳＭＥ ＳＡ−５３３ ＴｙｐｅＢＣｌ．１が用いられており、当該低合金鋼１０４に被覆されたステンレス鋼（以下、単に「クラッド」と記す）１０６には、ＥＳ３０９Ｌ（ＪＩＳ Ｚ３２２１）が用いられている。

図２に示す例においては、１３２合金による溶着金属を含み、既に溶接されている溶接部（weld）１０７の表面１０８を覆うように、耐ＳＣＣ材で構成された溶接金属３０を形成する肉盛溶接が施されている。

一方、図３に示す例においては、溶接部１０７の一部を機械加工により削り取ってリセスが形成されており、当該リセスを画定する壁面１２０を覆うように、耐ＳＣＣ材で構成された溶接金属４０を埋め込む補修溶接が施されている。

このような溶接を施す場合、水中においてレーザ溶接を行うことにより、溶接に関する全体工程を短縮することが可能となっており、以下に水中レーザ溶接の一例について図４を用いて説明する。なお、図４には、水中においてレーザ溶接により肉盛溶接を行う例について示している。

図４には、レーザ光を照射する溶接ヘッド１０が、溶接金属のビード１５及び母材１００の表面に接した状態を示している。本実施形態において、溶接ヘッド１０は、水中に配置されており、母材１００に対して、いわゆる水中溶接が施される。溶接ヘッド１０の内部には、レーザ光が通る空間（以下、内部空間と記す）１１が形成されている。内部空間１１には、溶接雰囲気に水が侵入することを防止するためのガス、いわゆるシールドガスが供給されている。シールドガスは、図に矢印Ｓで示すように、内部空間１１から母材１００及び溶接金属のビード１５に向けて噴射されている。

また、溶接ヘッド１０の先端部に形成された貫通孔１６からは、溶加材としての溶接ワイヤ１２が供給されている。溶接ワイヤ１２は、インコネル（登録商標）６９０等の耐ＳＣＣ材で構成されている。溶接ワイヤ１２及び母材１００にレーザ光を照射することにより、溶接ワイヤ（溶加材）１２と母材１００の一部が溶融して、溶接金属のビード１５が形成される。

なお、溶接ヘッド１０の先端部には、水等が溶接雰囲気内に侵入するのを防止するためのカバー（以下、シールドカバーと記す）１３が設けられている。シールドカバー１３の内側にある溶接雰囲気は、シールドガスで満たされている。このように、本実施形態において、レーザ溶接は、シールドガスを溶接雰囲気に供給しながら水中において行われる。以下の説明において、このようなレーザ溶接を「水中レーザ溶接」と記す。なお、各図において水を符号１４で示す。

上述の溶接において、溶加材（溶接ワイヤ１２）には、図１０に示すように、炭素が０．０４％以下、ケイ素が０．５０％以下、マンガンが１．０％以下、リンが０．０２％以下、硫黄が０．０１５％以下、銅が０．３０％以下、クロムが２８．０〜３１．５％、鉄が７．０〜１１．０％、ニオブ及びタンタルが０．５〜１．０％、チタンが１．０％以下、モリブデンが０．５０％以下、コバルトが０．１２％以下、アルミニウムが１．１０％以下、質量％で含有されているニッケル基合金（以下、６９０系溶着金属と記す）が用いられている。６９０系溶着金属は、上述した耐ＳＣＣ性を向上させるために、Ｃｒ（クロム）の含有量が、約３０％と高く設定されている。

溶接継手（図２及び図３参照）に形成された溶接部１０７に、さらに６９０系溶着金属を溶加材として溶接を施す手法には、図５に示す肉盛溶接と、図６に示す補修溶接がある。なお、図５及び図６において、溶接金属を構成する層については、理解を容易にするため、ハッチングを省略している。

図５に示す肉盛溶接において、母材１００上の表面１１０上には、肉盛溶接により、溶接金属を構成する複数の層１７〜２０が形成される。母材１００上に最初に形成される溶接金属の初層１７は、６９０系溶着金属と、上述した母材１００の溶融部とを含んで構成される。初層１７においては、溶加材である６９０系溶着金属と母材１００との溶込みと希釈によりＣｒの含有量が低下する。

初層１７の上には、第２層１８、第３層１９、第４層２０が順次形成される。このように複数の層１７〜２０を形成する肉盛溶接が施された後、初層１７の外縁は、露出しており、空気や水と接することになる。なお、肉盛溶接において形成された初層１７のうち外縁を構成するビードを、以下に「外縁部」と記して符号１７ｅで示す。

図６に示す補修溶接においては、母材１００には、上述した機械加工により、母材１００の表面１１０から凹むリセスが形成され、当該リセス内に補修溶接により、溶接金属を構成する複数の層２１〜２６が形成される。当該リセスを画定する壁面１２０に沿って初層２１が形成される。初層２１は、６９０系溶着金属と、母材１００の溶融部とを含んで構成されている。初層２１においても、同様に、６９０系溶着金属と母材１００との溶込みと希釈によりＣｒ含有量が低下する
さらに、初層２１に沿って、溶接金属の第２層２２、第３層２３が順次形成される。さらに、第３層２３の上には、溶接金属の第４層２４、第５層２５、第６層２６が順次形成される。このように複数の層２１〜２６を形成する補修溶接が施された後、初層２１の外縁は、露出しており、空気や水と接することになる。なお、補修溶接において形成された初層２１のうち外縁を構成するビードを、以下に「外縁部」と記して符号２１ｅで示す。

ところで、原子炉容器１において管台５が溶接される溶接部７において、例えば上述した補修溶接が行われる場合、６９０系溶着金属すなわち溶加材が溶込む相手となる母材（以下、相手材と記す）には、以下の３つが想定される。当該相手材には、低合金鋼１０４に被覆されたクラッド１０６（図７参照）を構成するＥＳ３０９Ｌ、溶接部１０７を構成する溶着金属である１３２合金（図８参照）、およびステンレス鋼１０５を構成するＳＵＳ３１６Ｌが想定される。

なお、溶加材である６９０系溶接金属（すなわち耐ＳＣＣ材で構成された溶接金属３０及び溶接金属４０）の化学成分を図１０に示す。また、ステンレス鋼１０５を構成するＳＵＳ３１６Ｌの化学成分を図１１（ａ）に示す。また、クラッド１０６を構成するＥＳ３０９Ｌの化学成分を図１１（ｂ）に示す。また、溶接部１０７を構成する１３２合金の化学成分を図１２に示す。

これら相手材のうち、６９０系溶着金属を溶加材として溶接を施した場合に、当該溶接により形成された初層１７，２１の外縁部１７ｅ，２１ｅのＣｒの含有量を最も低下させる相手材は、１３２合金である。１３２合金を母材とし、６９０系溶着金属を溶加材として、上述した水中レーザ溶接を、下記の関連技術の溶接条件で行った場合、母材上に形成された溶接金属の初層〜第５層のＣｒの濃度分布（Ｃｒ含有量）は、図１３に示すような結果となった。

なお、溶接条件は、以下のように設定した。
・レーザ出力： １．２ｋＷ
・溶接速度： ３０ｃｍ／ｍｉｎ
・溶加材送給速度（ワイヤ供給速度）： ６０ｃｍ／ｍｉｎ
・溶加材（溶接ワイヤ）の直径： ０．６ｍｍ
なお、図１３において横軸で示す距離［ｍｍ］は、溶接金属のうち最も外側、すなわち母材とは反対側を構成する表面（以下、外表面と記す）からの距離を示している。

図１３に示すように、初層におけるＣｒ含有量は、約２０％まで低下しており、６９０系母材のＣｒの含有量の最低値である２７％を下回っている。これにより、初層における耐ＳＣＣ性能も、６９０系合金が本来有する性能から、溶接により低下しているものと考えられる。

そこで、本実施形態の溶接方法は、６９０系溶着金属を溶加材として、上述した肉盛溶接又は補修溶接を行って複数の層からなる溶接金属を構成した場合に、当該溶接金属を構成する初層の外縁部のＣｒ含有量が低下することを抑制するよう、溶接条件を設定しており、以下に、本実施形態の溶接方法において設定される溶接条件と、当該溶接方法の適用例について、図１４〜図１６を用いて説明する。

図１４は、本実施形態の溶接方法により形成された溶接金属と、その周辺構造を示す断面図である。図１５は、本実施形態の溶接方法により形成された溶接金属内のＣｒ含有量を示すグラフである。図１６は、６９０系母材の化学成分を説明する説明図である。

図１４に示すように、本実施形態の溶接方法においては、母材１００Ａに対して肉盛溶接が施される。母材１００Ａは、溶接部１０７が形成された溶接継手である。当該溶接継手は、溶接部１０７を介して、ステンレス鋼１０５と、クラッド１０６が被覆された低合金鋼１０４を結合させたものである。このように構成された母材１００Ａ上に、肉盛溶接により溶接金属３０が形成される。溶接金属３０のうち液体に接する表面を符号３３で示す。溶接金属３０は、複数の層から構成されており（図５参照）、その初層が、溶接部１０７の表面１０８を覆うように形成されている。なお、図１４には、初層の外縁部を符号１７ｅで示している。

本実施形態の肉盛溶接を施して初層を形成する際には、溶加材である６９０系溶着金属と、母材１００Ａ（相手材）の溶接部１０７との希釈を抑制するために、以下の溶接条件にして、肉盛溶接を施した。
・レーザ出力： ２．６ｋＷ
・溶接速度： ５０ｃｍ／ｍｉｎ
・溶加材送給速度（ワイヤ供給速度）： １４５ｃｍ／ｍｉｎ
・溶加材（溶接ワイヤ）の直径： １．１ｍｍ
この溶接条件は、図１３に示す関連技術の溶接条件に比べて、レーザ出力、溶接速度、および溶加材送給速度を、高い値に設定し、且つ溶加材には、直径が太いものを用いている。相手材（母材）は、ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）１０５、溶接部（１３２合金）１０７、及びクラッド（ＥＳ３０９Ｌ）１０６である。本実施形態において、これらの材料（母材）は、クロムが１５％以上、質量％で含有されている（図１０、図１１、図１２参照）。

この溶接条件により形成された溶接金属内のＣｒ含有量は、図１５に示すように、初層においても２７％以上となっている。なお、図１５に横軸で示す「距離」は、溶接金属３０の表面３３からの距離である。２７％以上というＣｒ含有量は、図１６に示すインコネル（登録商標）６９０系の母材（以下、６９０系母材と記す）の下限値とほぼ同等の値となっている。

以上に説明したように、本実施形態のレーザ溶接方法は、溶加材（６９０系溶着金属）及び母材１００Ａの一部をレーザ光により溶融させて、溶接金属を構成する複数の層を形成する。溶加材である６９０系溶着金属は、クロムが２８．０〜３１．５％、質量％で含有されているニッケル基合金である。溶加材は、直径が１．１ｍｍ以上となるよう構成された溶接ワイヤ１２（図４参照）である。母材１００Ａは、クロムが１５％以上、質量％で含有されている。

母材１００Ａ上に最初に形成されて母材１００Ａと接する層である初層を形成する際、当該初層のうち外縁部１７ｅを構成するビードについては、レーザ出力２．６ｋＷ以下、溶接速度５０ｃｍ／ｍｉｎ以下、及び溶加材送給速度１４５ｃｍ／ｍｉｎ以上を、溶接条件としてレーザ溶接を施す。

このような溶接条件により肉盛溶接を行うことにより、溶接金属３０の初層のＣｒ含有量が、母材との希釈により低下することを抑制できる。これにより、初層のうち液体と接する部分である外縁部１７ｅにおいても、６９０系母材と同等の耐ＳＣＣ性や耐腐食性を確保することができる。

なお、溶接金属３０全体について、この溶接条件が適用される必要はない。溶接金属３０の初層のうち、当該溶接金属を構成する複数の層が形成された後において、液体（水）と接することが可能となる部分、すなわち初層の外縁部１７ｅについて、６９０系母材と同等の耐ＳＣＣ性や耐腐食性を確保することができれば良い。溶接工程において、初層の外縁部１７ｅを構成するビードについてのみ、本実施形態の溶接条件に設定してレーザ溶接を施すことができれば良い。

例えば、溶接金属３０のうち、初層を構成するビードについては、本実施形態の溶接条件とし、第２層以降の層を構成するビードについては、関連技術の溶接条件を用いることもできる。なお、溶接金属３０を構成する全ての層について本実施形態の溶接条件を用いるものとしても良い。

〔第２の実施形態〕
第２の実施形態のレーザ溶接方法について、図６及び図１７を用いて説明する。図１７は、本実施形態の溶接方法により形成された溶接金属と、その周辺構造を示す断面図である。本実施形態のレーザ溶接方法は、当該溶接部のうち一部は、機械加工により予め除去されており、初層は、当該機械加工により形成されたリセスを画定する壁面を覆うように形成される点で、第１の実施形態と異なる。なお、第１の実施形態と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図１７に示すように、本実施形態においては、上述した補修溶接が行われる。具体的には、レーザ溶接を施す前に、溶接部１０７の一部を機械加工により予め除去している。溶接部１０７のうち欠陥等を有する部分が、機械加工により削り取られている。このような機械加工（切削加工）により、母材１００Ｂには、リセスが形成されている。なお、図１７には、機械加工により形成されたリセスを画定する壁面を符号１２０で示している。

そして、当該壁面１２０を覆うように初層が形成される（図６参照）。初層のうち、溶接金属４０を構成する複数の層が形成された後、液体と接することが可能となる部分は、外縁部２１ｅである。なお、溶接金属４０のうち液体と接する表面を符号４４で示す。

レーザ溶接工程において、初層の外縁部２１ｅを構成するビードについては、上述した溶接条件すなわち、レーザ出力２．６ｋＷ以下、溶接速度５０ｃｍ／ｍｉｎ以下、及び溶加材送給速度１４５ｃｍ／ｍｉｎ以上を条件としてレーザ溶接が施される。初層が構成された後、その上に第２層以降の層が形成されて、溶接金属４０が構成される。

初層を構成するビードについて、上述した溶接条件によりレーザ溶接を行うことにより、溶接金属４０の初層のＣｒ含有量が、母材との希釈により低下することを抑制できる。これにより、初層のうち液体と接する部分である外縁部２１ｅにおいても、６９０系母材と同等の耐ＳＣＣ性や耐腐食性を確保することができる。

〔第３の実施形態〕
第３の実施形態のレーザ溶接方法について、図５及び図１８を用いて説明する。図１８は、本実施形態の溶接方法により形成された溶接金属と、その周辺構造を示す断面図である。本実施形態のレーザ溶接方法は、母材（相手材）が、溶接継手ではなく、単一の部材である点で、第１の実施形態と異なる。なお、第１の実施形態と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図１８に示すように、本実施形態において、母材（相手材）は、単一の部材１００Ｃである。この部材１００Ｃは、クロムが１５％以上、質量％で含有されている。部材１００Ｃの表面１１０上には、溶加材として６９０系溶着金属を用いて水中レーザ溶接（肉盛溶接）が施される。これにより、部材１００Ｃの表面１１０上には、複数の層（図５参照）を有する溶接金属３０Ｃが形成される。

溶接金属３０Ｃを形成する工程において、溶接金属３０Ｃの初層の外縁１７ｅを構成するビードについては、上述した溶接条件すなわち、レーザ出力２．６ｋＷ以下、溶接速度５０ｃｍ／ｍｉｎ以下、及び溶加材送給速度１４５ｃｍ／ｍｉｎ以上を条件としてレーザ溶接が施される。

この態様によっても、溶接金属３０Ｃの初層のＣｒ含有量が、母材との希釈により低下することを抑制できる。これにより、初層のうち液体と接する部分である外縁部１７ｅにおいても、６９０系母材と同等の耐ＳＣＣ性や耐腐食性を確保することができる。

〔第４の実施形態〕
第４の実施形態のレーザ溶接方法について、図６及び図１９を用いて説明する。図１９は、本実施形態の溶接方法により形成された溶接金属と、その周辺構造を示す断面図である。本実施形態のレーザ溶接方法は、母材（相手材）が、溶接継手ではなく、単一の部材である点で、第２の実施形態と異なる。なお、第２の実施形態と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図１９に示すように、本実施形態において、母材（相手材）は、単一の部材１００Ｄである。当該母材１００Ｄは、クロムが１５％以上、質量％で含有されている。

レーザ溶接を施す前に、母材１００Ｄの一部を機械加工により予め除去している。具体的には、母材１００Ｄのうち欠陥等を有する部分が、機械加工により削り取られている。このような機械加工（切削加工）により、母材１００Ｄには、リセスが形成される。なお、図１９には、機械加工により形成されたリセスを画定する壁面を符号１２２で示している。

そして、当該壁面１２２を覆うように初層が形成される（図６参照）。初層のうち、溶接金属４０Ｄを構成する複数の層が形成された後、液体と接することが可能となる部分は、外縁部２１ｅである。初層が構成された後、その上に第２層以降の層（図６参照）が形成されて、溶接金属４０Ｄが構成される。

溶接金属４０Ｄを形成する工程において、溶接金属４０Ｄの初層の外縁部２１ｅを構成するビードについては、上述した溶接条件すなわち、レーザ出力２．６ｋＷ以下、溶接速度５０ｃｍ／ｍｉｎ以下、及び溶加材送給速度１４５ｃｍ／ｍｉｎ以上を条件としてレーザ溶接が施される。

この態様によっても、溶接金属４０Ｄの初層のＣｒ含有量が、母材との希釈により低下することを抑制できる。これにより、初層のうち液体と接する部分である外縁部２１ｅにおいても、６９０系母材と同等の耐ＳＣＣ性や耐腐食性を確保することができる。

〔他の実施形態〕
なお、本発明に係るレーザ溶接方法は、上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。上述した実施形態においては、水中レーザ溶接が行われるものとしたが、本発明に係るレーザ溶接方法は、この態様に限定されるものではない。上述した肉盛溶接及び補修溶接は、大気中で行われるものとしても良い。レーザ溶接は、急熱急冷過程であり、水中での温度履歴と大気中での温度履歴は、ほぼ同等と考えられるため、大気中におけるレーザ溶接においても、上述した水中レーザ溶接と同じ溶接条件で、同様の効果が得られると考えられる。

本発明のいくつかの実施形態について説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態はその他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 原子炉容器
３ 胴
５ 管台
７ 溶接部
１０ 溶接ヘッド
１１ 内部空間
１２ 溶接ワイヤ（溶加材）
１３ シールドカバー
１４ 水（液体）
１５ 溶接金属のビード
１６ 貫通孔
１７ 初層（肉盛溶接の初層）
１７ｅ 初層の外縁部（接液部）
２１ 初層（補修溶接の初層）
２１ｅ 初層の外縁部（接液部）
３０，３０Ｃ 溶接金属
３３ 表面
４０，４０Ｄ 溶接金属
４４ 表面
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ 母材（相手材、部材）
１０４ 低合金鋼
１０５ ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）
１０６ クラッド（ステンレス鋼、ＥＳ３０９Ｌ）
１０７ 溶接部（１３２合金）
１０８ 溶接部の表面
１１０ 母材の表面
１２０，１２２ 壁面（リセスを画定する壁面）

Claims (6)

1. 母材の一部及び溶加材をレーザ光により溶融させて、溶接金属を構成する複数の層を形成する溶接方法であって、
   前記溶加材は、炭素が０．０４％以下、ケイ素が０．５０％以下、マンガンが１．０％以下、リンが０．０２％以下、硫黄が０．０１５％以下、銅が０．３０％以下、クロムが２８．０〜３１．５％、鉄が７．０〜１１．０％、ニオブ及びタンタルが０．５〜１．０％、チタンが１．０％以下、モリブデンが０．５０％以下、コバルトが０．１２％以下、アルミニウムが１．１０％以下、質量％で含有されているニッケル基合金であって、直径が１．１ｍｍ以上となるよう構成されており、
   前記母材は、クロムが１５％以上、質量％で含有されており、
   前記複数の層のうち最初に形成されて母材と接する層である初層を形成する際、当該初層のうち外縁部を構成するビードについては、レーザ出力２．６ｋＷ以下、溶接速度５０ｃｍ／ｍｉｎ以下、及び溶加材送給速度１４５ｃｍ／ｍｉｎ以上を、溶接条件としてレーザ溶接を施す
   ことを特徴とするレーザ溶接方法。
2. 前記母材は、溶接部が形成された溶接継手であり、
   前記初層は、当該溶接部の表面を覆うように形成される
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接方法。
3. 前記母材は、溶接部が形成された溶接継手であり、
   当該溶接部のうち一部は、機械加工により予め除去されており、
   前記初層は、当該機械加工により形成されたリセスを画定する壁面を覆うように形成される
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接方法。
4. 前記溶接継手は、原子炉容器の胴と、当該胴から分岐して設けられた管台とを接続するものであり、
   前記溶接部は、当該管台と当該胴との間に形成されている
   ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のレーザ溶接方法。
5. 前記初層の外縁部は、前記溶接金属を構成する複数の層が形成された後において、液体と接することが可能な部分である
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のレーザ溶接方法。
6. シールドガスを溶接雰囲気に供給しながら水中において行われる
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のレーザ溶接方法。

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