JP2018086676A - Method for manufacturing dissimilar material weld joint of stainless steel base metal/nickel alloy base metal - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、原子力プラントで使用されるような耐食性高強度合金材(例えば、ステンレス鋼材やニッケル基合金材)からなる溶接継手の技術に関し、特に、異種合金材同士を溶接してなる異材溶接継手の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a technique of a welded joint made of a corrosion-resistant high-strength alloy material (for example, a stainless steel material or a nickel-base alloy material) used in a nuclear power plant, and in particular, a dissimilar material welded joint formed by welding dissimilar alloy materials. It is related with the manufacturing method.
沸騰水原子力プラントや改良型沸騰水原子力プラントなどの原子力プラントでは、通常、原子炉圧力容器が低合金鋼材で製作され、炉心シュラウドなどの炉内構造物がオーステナイト系ステンレス鋼材で製作され、炉底部構造材がニッケル基合金材で製作されている。そのため、それら部材の接合には、異種合金材同士を溶接してなる異材溶接継手を健全に製造する技術が必要になる。 In nuclear power plants such as boiling water nuclear power plants and improved boiling water nuclear power plants, reactor pressure vessels are usually made of low-alloy steel, and reactor internals such as core shrouds are made of austenitic stainless steel. The structural material is made of a nickel-based alloy material. For this reason, joining these members requires a technique for soundly producing a dissimilar welded joint formed by welding dissimilar alloy materials.
異種合金材同士の溶接においては、被溶接材(溶接母材、単に母材とも言う)の化学組成が互いに異なるため溶接部(特に溶接金属)において組成混合が生じ易く、その結果、溶接母材や溶加材が本来有する耐食性(例えば、耐応力腐食割れ特性)や機械的特性(例えば、耐溶接割れ特性)が劣化し易いという難しさがある。そこで、溶接金属における特性劣化を抑制して健全な異材溶接継手を得るための技術が、種々研究開発されている。 In the welding of dissimilar alloy materials, the chemical composition of the materials to be welded (welded base metal, also simply referred to as a base metal) is different from each other, so that composition mixing is likely to occur in the welded portion (particularly weld metal). In addition, the corrosion resistance (for example, stress corrosion cracking characteristics) and the mechanical characteristics (for example, weld cracking resistance) inherent to the filler metal are difficult to deteriorate. Therefore, various techniques for obtaining a sound dissimilar welded joint by suppressing characteristic deterioration in the weld metal have been researched and developed.
例えば、特許文献1(特開2010-234419)には、内面がステンレスでクラッディングされ且つ内部を液体が流れる低合金鋼製配管とステンレス鋼製配管とを接合する異材継手構造に関し、低合金鋼製配管の外面側におけるボンドマルテンサイトによる表面割れの発生を防止することを目的とした異材継手構造の製造方法であって、上記低合金鋼製配管の先端部に、ニッケル基合金の溶接材料を用いて肉盛溶接してニッケル基合金からなる肉盛溶接部を形成し、その肉盛溶接部と上記低合金鋼製配管の先端部との境界部外面を覆うように、ニッケル基合金の溶接材料を用いて肉盛溶接してニッケル基合金からなる境界溶接部を形成し、その後、低合金鋼製配管に対して溶接後熱処理を行い、溶接後熱処理を行った後、上記肉盛溶接部と上記ステンレス鋼製配管の端部とをニッケル基合金の溶接材料を用いて溶接接合して、ニッケル基合金からなる溶接接合部を形成することを特徴とする異材継手構造の製造方法が開示されている。 For example, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2010-234419) relates to a dissimilar joint structure that joins a stainless steel pipe and a low alloy steel pipe whose inner surface is clad with stainless steel and in which a liquid flows. A method of manufacturing a dissimilar joint structure for the purpose of preventing the occurrence of surface cracking due to bond martensite on the outer surface side of a pipe made of nickel, and welding the nickel-base alloy welding material to the tip of the low alloy steel pipe Using the overlay welding to form a build-up weld made of nickel-base alloy, and welding the nickel-base alloy so as to cover the outer surface of the boundary between the build-up weld and the tip of the low alloy steel pipe Overlay welding is performed using a material to form a boundary welded portion made of a nickel-based alloy, and then a post-weld heat treatment is performed on the low-alloy steel pipe, followed by a post-weld heat treatment. And the above stainless steel And an end portion of the steel pipe by welding using a welding material nickel base alloy, a manufacturing method of the dissimilar joint structure and forming a weld joint made of nickel-based alloy is disclosed.
特許文献1に記載の溶接継手は、具体的には、低合金鋼材とステンレス鋼材との異材溶接継手であり、溶加材として152系Ni基合金(152合金)または52系Ni基合金(52合金)を用いた溶接金属を介して接合したものである。特許文献1によると、低合金鋼製配管の外面側におけるボンドマルテンサイト状組織による表面割れの発生を防止することができるとされている。
Specifically, the welded joint described in
また、特許文献2(特開2012-187614)には、原子力発電プラントなどで使用される構造物の溶接方法に関し、応力腐食割れおよび溶接割れの双方の防止を目的とした溶接方法であって、Cr量25質量%以下のNiを主成分とするNi基耐熱超合金からなる第1の溶接材料を用いて、母材を溶接して溶接部を形成する工程と、Cr量30質量%を越えるNiを主成分とするNi基耐熱超合金からなる第2の溶接材料を用いて、前記溶接部上を溶接する工程と、を具備することを特徴とする溶接方法が開示されている。 Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2012-187614) relates to a welding method for a structure used in a nuclear power plant or the like, which is a welding method for the purpose of preventing both stress corrosion cracking and welding cracking, Using a first welding material made of a Ni-base heat-resistant superalloy mainly composed of Ni with a Cr content of 25% by mass or less, forming a welded portion by welding the base metal, and exceeding a Cr content of 30% by mass And a step of welding the welded portion using a second welding material made of a Ni-base heat-resistant superalloy mainly composed of Ni.
特許文献2によると、応力腐食割れおよび溶接割れの双方の防止を図った溶接方法および構造物を提供できるとされている。特許文献2に記載の溶接継手は、具体的には、オーステナイト系ステンレス鋼材と炭素鋼材との異材溶接継手であり、溶加材としてCr量25質量%以下のNi基合金を用いた溶接金属を介して接合したものである。ただし、溶加材の具体的な合金組成は開示されていない。
According to
原子炉部材の接合においては、耐食性・長期信頼性の観点から、異種合金材同士を溶接してなる異材溶接継手を健全に製造する技術(溶接金属における特性劣化を抑制する溶接技術)が極めて重要である。690系Ni基合金は、耐食性に優れる合金(例えば、耐SCC特性が高い合金)として知られており、近年、原子力プラントでの異材溶接継手の溶加材としての利用が強く期待されている。ただし、690系Ni基合金は、溶接割れが生じ易いという弱点があるとも言われている。 In joining nuclear reactor members, from the viewpoints of corrosion resistance and long-term reliability, a technology for the sound production of dissimilar welded joints made by welding dissimilar alloy materials (welding technology that suppresses property deterioration in weld metal) is extremely important. It is. The 690 series Ni-based alloy is known as an alloy having excellent corrosion resistance (for example, an alloy having high SCC resistance), and has recently been strongly expected to be used as a filler material for dissimilar welded joints in nuclear power plants. However, it is said that the 690 series Ni-base alloy has a weak point that weld cracking is likely to occur.
非特許文献1(690系Ni基合金溶接金属の高温割れ感受性に及ぼす希釈率の影響)では、690系Ni基合金を溶加材として用いた溶接が研究されている。非特許文献1によると、溶接母材として600系Ni基合金材を用いた場合は、溶接金属の高温割れ感受性に対して悪影響は認められなかったが、溶接母材としてオーステナイト系ステンレス鋼材(SUS316L)を用いた場合は、溶接金属の高温割れ感受性が増大することが報告されている。
Non-Patent Document 1 (influence of dilution rate on hot cracking susceptibility of 690 Ni-base alloy weld metal) studies welding using a 690 Ni-base alloy as a filler material. According to Non-Patent
異種合金材同士の溶接では、溶接母材と溶加材との組合せによって溶接特性が大きく影響を受けるため、溶加材として690系Ni基合金を利用しようとした場合、特許文献1〜2の技術の単純利用は困難である。しかしながら、690系Ni基合金の高い耐食性は大変魅力的であり、690系Ni基合金を上手く使いこなす溶接技術が強く求められている。
In welding between different types of alloy materials, the welding characteristics are greatly affected by the combination of the welding base material and the filler material. Therefore, when trying to use a 690 series Ni-based alloy as the filler material,
したがって、本発明の目的は、溶接母材がオーステナイト系ステンレス鋼材とニッケル基合金材とからなり、溶加材として690系ニッケル基合金を用いた組合せとなる異材溶接継手において、溶接割れを抑制した異材溶接継手の製造方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to suppress weld cracking in a dissimilar weld joint in which a weld base material is composed of an austenitic stainless steel material and a nickel base alloy material, and a combination using a 690 series nickel base alloy as a filler material. It is providing the manufacturing method of a dissimilar material welded joint.
本発明の一態様は、オーステナイト系ステンレス鋼母材とニッケル基合金母材とが溶接金属を介して開先溶接された異材溶接継手の製造方法であって、
前記オーステナイト系ステンレス鋼母材と前記ニッケル基合金母材とを準備する溶接母材準備工程と、
前記オーステナイト系ステンレス鋼母材側の開先ルート領域に、クロム成分を18質量%以上22質量%以下で含むニッケル基合金溶加材をバタリングする第1部分バタリング工程と、
690系ニッケル基合金溶加材を用いて開先トウ領域の手前まで溶接する第1開先溶接工程と、
前記オーステナイト系ステンレス鋼母材側の前記開先トウ領域に、前記クロム成分を18質量%以上22質量%以下で含むニッケル基合金溶加材をバタリングする第2部分バタリング工程と、
前記690系ニッケル基合金溶加材を用いて前記開先トウ領域を溶接する第2開先溶接工程とを含むことを特徴とするステンレス鋼母材/ニッケル基合金母材の異材溶接継手の製造方法を提供するものである。
One aspect of the present invention is a method for producing a dissimilar material welded joint in which an austenitic stainless steel base material and a nickel-based alloy base material are welded via a weld metal,
A welding base material preparing step of preparing the austenitic stainless steel base material and the nickel-based alloy base material;
A first partial buttering step of buttering a nickel-based alloy filler material containing a chromium component in an amount of 18% by mass or more and 22% by mass or less in a groove root region on the austenitic stainless steel base material side;
A first groove welding step of welding to the front of the groove toe region using a 690 series nickel-base alloy filler material;
A second partial buttering step of buttering a nickel-based alloy filler containing 18% by mass or more and 22% by mass or less of the chromium component in the groove tow region on the austenitic stainless steel base material side;
Manufacturing a dissimilar weld joint of stainless steel base material / nickel base alloy base material, comprising a second groove welding step of welding the groove toe region using the 690 series nickel base alloy filler metal A method is provided.
なお、本発明において「開先溶接された継手」とは、突き合わせ溶接継手の他、T字溶接継手、十字溶接継手、かど溶接継手、へり溶接継手などを含むものとする。また、上記バタリング工程および溶接工程において、各溶加材は、溶融率が100%(溶加材の溶け残りがない状態)であるものとする。 In the present invention, the “groove welded joint” includes a butt weld joint, a T-shaped weld joint, a cross weld joint, a corner weld joint, a edge weld joint, and the like. In the buttering step and the welding step, each filler material has a melting rate of 100% (a state in which there is no unmelted filler material).
本発明によれば、溶接母材がオーステナイト系ステンレス鋼材とニッケル基合金材とからなり、溶加材として690系ニッケル基合金を用いた組合せとなる異材溶接継手において、溶接割れを抑制した異材溶接継手の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, the dissimilar material welding in which the weld base metal is composed of an austenitic stainless steel material and a nickel-base alloy material, and the weld crack is suppressed in the dissimilar material welded joint using a 690-based nickel base alloy as a filler material. A method for manufacturing a joint can be provided.
本発明は、前記のステンレス鋼母材/ニッケル基合金母材の異材溶接継手の製造方法において、以下のような改良や変更を加えることができる。
(i)前記開先ルート領域とは、開先ルート先端から母材厚さ方向に2 mm以上かつ母材厚さの1/3以下の領域であり、前記開先トウ領域とは、開先トウ先端から母材厚さ方向に2 mm以上かつ母材厚さの1/3以下の領域である。
(ii)前記オーステナイト系ステンレス鋼母材は、JIS規格のSUS316、SUS316L、SUSF316、SUSF316L、SUS304、SUS304L、SUSF304、およびSUSF304Lから選ばれる一種からなり、前記ニッケル基合金母材は、JIS規格のNCF600から選ばれる一種からなる。
(iii)前記クロム成分を18質量%以上22質量%以下で含むニッケル基合金は、AWS規格のA5.14から選ばれる一種からなる。
(iv)前記690系ニッケル基合金は、American Society of Mechanical EngineeringsのBoiler and Pressure Vessel CodeのCore Case 2142-4に記載のあるfiller metalから選ばれる一種からなる。
The present invention can add the following improvements and changes in the method for manufacturing a dissimilar weld joint of a stainless steel base material / nickel base alloy base material.
(I) The groove root region is a region of 2 mm or more in the base material thickness direction from the tip of the groove root and 1/3 or less of the base material thickness, and the groove toe region is a groove This is an area of 2 mm or more and 1/3 or less of the base material thickness in the base material thickness direction from the toe tip.
(Ii) The austenitic stainless steel base material is a kind selected from JIS standard SUS316, SUS316L, SUSF316, SUSF316L, SUS304, SUS304L, SUSF304, and SUSF304L, and the nickel base alloy base material is JIS standard NCF600. It consists of a kind selected from.
(Iii) The nickel-base alloy containing the chromium component in an amount of 18% by mass or more and 22% by mass or less is a kind selected from AWS standard A5.14.
(Iv) The 690 series nickel base alloy is made of one kind selected from filler metal described in Core Case 2142-4 of Boiler and Pressure Vessel Code of American Society of Mechanical Engineerings.
(予備検討実験および本発明の基本技術思想)
本発明者は、オーステナイト系ステンレス鋼母材(SUS316L、厚さ50 mm)とニッケル基合金母材(600系Ni基合金、厚さ50 mm)と690系ニッケル基合金溶加材とを用いて開先溶接を行って異材溶接継手を作製し、非特許文献1の確認実験を行った。この際、溶接割れが生じた試料の溶接部の縦断面組織を詳細に観察・調査した。図1は、非特許文献1に基づく異材溶接継手の溶接部の一例を示す縦断面模式図である。
(Preliminary examination experiment and basic technical idea of the present invention)
The present inventor uses an austenitic stainless steel base material (SUS316L, thickness 50 mm), a nickel base alloy base material (600 series Ni base alloy, thickness 50 mm) and a 690 series nickel base alloy filler metal. Groove welding was performed to produce a dissimilar material welded joint, and the confirmation experiment of Non-Patent
図1に示したように、非特許文献1に基づく異材溶接継手は、オーステナイト系ステンレス鋼母材1とニッケル基合金母材2とが溶接金属3を介して開先溶接されていたが、溶接金属3のオーステナイト系ステンレス鋼母材1側の境界近傍において、溶接割れが生じ易いことが確認された。このとき、溶接割れは、溶接開始部分である開先ルート領域4(開先ルート先端から母材厚さ方向に母材厚さの1/3以下の領域)と溶接終端部分である開先トウ領域5(開先トウ先端から母材厚さ方向に母材厚さの1/3以下の領域)とに集中するように発生していることが見出された。言い換えると、開先ルート領域4と開先トウ領域5との中間領域には、溶接割れがほとんど見られないことを見出した。
As shown in FIG. 1, the dissimilar welded joint based on
そこで、本発明者は、溶接割れが集中的に発生するオーステナイト系ステンレス鋼母材1側の開先ルート領域4と開先トウ領域5とに組成緩衝層を設けることで、当該領域の溶接割れを抑制することを考えた。鋭意検討した結果、開先ルート領域4と開先トウ領域5とに、クロム成分を18質量%以上22質量%以下で含むニッケル基合金溶加材をバタリングして組成緩衝層を形成した後に、690系Ni基合金溶加材で開先溶接することにより、溶接金属の主要溶加材として耐食性の高い690系Ni基合金を使用しつつ、溶接割れを抑制できることを見出した。本発明は、当該知見に基づいて完成されたものである。
Therefore, the present inventor provides a composition buffer layer in the
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、本発明は、ここで取り上げた実施形態に限定されることはなく、発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜組み合わせや改良が可能である。また、同義の部位には同じ符号を付して重複する説明を省略することがある。 Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments taken up here, and can be combined and improved as appropriate without departing from the technical idea of the invention. Moreover, the same code | symbol may be attached | subjected to a synonymous site | part and the overlapping description may be abbreviate | omitted.
図2は、本発明に係る異材溶接継手の製造方法の一例を示す工程図である。図2に示したように、本発明の製造方法は、溶接母材準備工程と、第1バタリング工程と、第1開先溶接工程と、第2バタリング工程と、第2開先溶接工程とを有する。以下、本発明の実施形態をより具体的に説明する。 FIG. 2 is a process diagram showing an example of a method for manufacturing a dissimilar material welded joint according to the present invention. As shown in FIG. 2, the manufacturing method of the present invention includes a welding base material preparation step, a first buttering step, a first groove welding step, a second buttering step, and a second groove welding step. Have. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described more specifically.
[第1の実施形態]
第1の実施形態では、突き合わせ溶接継手を例にとって説明する。
[First Embodiment]
In the first embodiment, a butt weld joint will be described as an example.
(溶接母材準備工程)
図3は、溶接母材準備工程後の様子の一例を示す縦断面模式図である。図3に示したように、本工程は、オーステナイト系ステンレス鋼母材1およびニッケル基合金母材2の溶接面に開先加工を施して溶接母材を準備する工程である。
(Welding base material preparation process)
FIG. 3 is a schematic longitudinal sectional view showing an example of a state after the welding base material preparation step. As shown in FIG. 3, this step is a step of preparing a weld base material by subjecting the weld surfaces of the austenitic stainless
開先の形状に特段の限定はなく、従前の形状(例えば、I形、V形、U形、X形)を適宜選択できる。なお、本発明は、溶接面に対して明確な機械加工を施さない場合であっても、溶接面の清浄化(例えば、酸化スケールの除去)をもって溶接母材準備工程とする。 The shape of the groove is not particularly limited, and a conventional shape (for example, I shape, V shape, U shape, X shape) can be appropriately selected. In addition, even if it is a case where clear machining is not performed with respect to a welding surface, this invention makes a welding base material preparation process by cleaning a welding surface (for example, removal of an oxide scale).
オーステナイト系ステンレス鋼母材1およびニッケル基合金母材2の素材に関しては、原子力プラントで使用されるような耐食性高強度合金材であれば特段の限定はない。オーステナイト系ステンレス鋼材としては、例えば、JIS規格のSUS304、SUS304L、SUSF304、SUSF304L、SUS316、SUS316L、SUSF316、およびSUSF316Lを好適に利用できる。また、ニッケル基合金材としては、例えば、JIS規格のNCF600を好適に利用できる。
The materials of the austenitic stainless
(第1部分バタリング工程)
図4は、第1部分バタリング工程後の様子の一例を示す縦断面模式図である。図4に示したように、本工程は、オーステナイト系ステンレス鋼母材1側の開先ルート領域4に、クロム成分を18質量%以上22質量%以下で含むニッケル基合金溶加材をバタリングして組成緩衝層6を形成する工程である。
(First partial buttering process)
FIG. 4 is a schematic longitudinal sectional view showing an example of a state after the first partial buttering step. As shown in FIG. 4, in this step, a nickel-base alloy filler material containing a chromium component in an amount of 18% by mass to 22% by mass in the
組成緩衝層6を形成する開先ルート領域4は、開先ルート先端から母材厚さ方向に2 mm以上かつ母材厚さの1/3以下の領域、または2 mm以上15 mm以下の領域が好ましい。組成緩衝層6を形成する開先ルート領域4が2 mm未満であると、組成緩衝層6の作用効果(溶接割れの抑制)が十分に得られない。一方、組成緩衝層6を形成する開先ルート領域4が母材厚さの1/3超になると、溶接金属の主要溶加材として690系Ni基合金を使用する作用効果(優れた耐食性)を十分に享受できない。
The
クロム成分を18質量%以上22質量%以下で含むニッケル基合金溶加材としては、AWS規格のA5.14から選ばれる一種(例えば、ERNiCr-3)を好適に用いることができる。また、バタリングにより形成する組成緩衝層6は、1層でも構わないが、3層以上を重ね形成することがより好ましい。
As the nickel-base alloy filler containing 18% by mass to 22% by mass of the chromium component, one kind selected from AWS standard A5.14 (for example, ERNiCr-3) can be suitably used. Further, the
(第1開先溶接工程)
図5は、第1開先溶接工程後の様子の一例を示す縦断面模式図である。図5に示したように、本工程は、690系ニッケル基合金溶加材を用いて開先トウ領域5の手前まで溶接して溶接金属7を形成する工程である。690系ニッケル基合金溶加材としては、American Society of Mechanical EngineeringsのBoiler and Pressure Vessel CodeのCore Case 2142-4に記載のあるfiller metalから選ばれる一種(例えば、ERNiCrFe-13)を好適に用いることができる。組成緩衝層6を事前に形成していることから、開先ルート領域4における溶接割れを抑制することができる。
(First groove welding process)
FIG. 5 is a schematic longitudinal sectional view illustrating an example of a state after the first groove welding process. As shown in FIG. 5, this step is a step of forming the
(第2部分バタリング工程)
図6は、第2部分バタリング工程後の様子の一例を示す縦断面模式図である。図6に示したように、本工程は、オーステナイト系ステンレス鋼母材1側の開先トウ領域5に、クロム成分を18質量%以上22質量%以下で含むニッケル基合金溶加材をバタリングして組成緩衝層6’を形成する工程である。
(Second partial buttering process)
FIG. 6 is a schematic longitudinal sectional view showing an example of a state after the second partial buttering step. As shown in FIG. 6, in this step, a nickel-base alloy filler material containing 18% to 22% by mass of a chromium component is buttered in the
組成緩衝層6’を形成する開先トウ領域5は、開先トウ先端から母材厚さ方向に2 mm以上かつ母材厚さの1/3以下の領域、または2 mm以上15 mm以下の領域が好ましい。組成緩衝層6’を形成する開先トウ領域5が2 mm未満であると、組成緩衝層6’の作用効果(溶接割れの抑制)が十分に得られない。一方、組成緩衝層6’を形成する開先トウ領域5が母材厚さの1/3超になると、溶接金属の主要溶加材として690系Ni基合金を使用する作用効果(優れた耐食性)を十分に享受できない。
The
組成緩衝層6’形成用のニッケル基合金溶加材としては、先の組成緩衝層6形成用のニッケル基合金溶加材と同様のものを好適に用いることができる。また、バタリングにより形成する組成緩衝層6’は、1層でも構わないが、3層以上を重ね形成することがより好ましい。
As the nickel-base alloy filler for forming the
(第2開先溶接工程)
図7は、第2開先溶接工程後の様子の一例を示す縦断面模式図である。図7に示したように、本工程は、690系ニッケル基合金溶加材を用いて開先トウ領域5を溶接して溶接金属7’を形成する工程である。組成緩衝層6’を事前に形成していることから、開先トウ領域5における溶接割れを抑制することができる。
(Second groove welding process)
FIG. 7 is a schematic longitudinal sectional view showing an example of a state after the second groove welding process. As shown in FIG. 7, this step is a step of forming the
以上の工程により、溶加材として690系ニッケル基合金を用い、溶接割れを抑制したステンレス鋼母材/ニッケル基合金母材の突き合わせ溶接継手を得ることができる。なお、第2開先溶接工程の後、必要に応じて、開先ルート側および開先トウ側の表面仕上げを行ってもよい。 Through the above steps, a 690 series nickel base alloy is used as a filler material, and a butt weld joint of a stainless steel base material / nickel base alloy base material with suppressed weld cracking can be obtained. In addition, you may perform the surface finishing of a groove root side and a groove toe side after a 2nd groove welding process as needed.
[第2の実施形態]
第2の実施形態では、T字溶接継手を例にとって説明する。本実施形態は、溶接継手の形状が第1の実施形態のそれと異なるが基本技術思想は同じであるため、以下において、第1の実施形態と重複する説明は省略する。
[Second Embodiment]
In the second embodiment, a T-shaped welded joint will be described as an example. This embodiment is different from that of the first embodiment in the shape of the welded joint, but the basic technical idea is the same. Therefore, the description overlapping with the first embodiment is omitted below.
(溶接母材準備工程)
図8は、溶接母材準備工程後の様子の他の一例を示す縦断面模式図である。図8に示したように、本工程は、ニッケル基合金母材2の溶接面に開先加工を施し、オーステナイト系ステンレス鋼母材1の溶接面を清浄化して溶接母材を準備する工程である。なお、図8においてはK形の開先形状としたが、レ形の開先形状であってもよい。
(Welding base material preparation process)
FIG. 8 is a schematic longitudinal sectional view showing another example of the state after the welding base material preparation step. As shown in FIG. 8, this step is a step of preparing a weld base material by performing groove processing on the weld surface of the nickel base
(第1部分バタリング工程)
図9は、第1部分バタリング工程後の様子の他の一例を示す縦断面模式図である。図9に示したように、本工程は、オーステナイト系ステンレス鋼母材1側の開先ルート領域4(溶接開始部分)に、クロム成分を18質量%以上22質量%以下で含むニッケル基合金溶加材をバタリングして組成緩衝層6を形成する工程である。
(First partial buttering process)
FIG. 9 is a schematic longitudinal sectional view showing another example of the state after the first partial buttering step. As shown in FIG. 9, in this step, a nickel-base alloy solution containing a chromium component in an amount of 18% by mass or more and 22% by mass or less in the groove root region 4 (welding start portion) on the austenitic stainless
本実施形態では開先形状がK形となっていることから、組成緩衝層6を形成する開先ルート領域4は、ニッケル基合金母材2の開先ルート先端を中心として、ニッケル基合金母材2の厚さ方向に合計で2 mm以上かつ母材厚さの1/3以下の領域、または合計で2 mm以上15 mm以下の領域が好ましい。
In this embodiment, since the groove shape is K-shaped, the
(第1開先溶接工程)
図10は、第1開先溶接工程後の様子の他の一例を示す縦断面模式図である。図10に示したように、本工程は、690系ニッケル基合金溶加材を用いて開先トウ領域5(溶接終端部分)の手前まで溶接して溶接金属7を形成する工程である。組成緩衝層6を事前に形成していることから、開先ルート領域4における溶接割れを抑制することができる。
(First groove welding process)
FIG. 10 is a schematic longitudinal sectional view showing another example of the state after the first groove welding process. As shown in FIG. 10, this step is a step of forming the
(第2部分バタリング工程)
図11は、第2部分バタリング工程後の様子の他の一例を示す縦断面模式図である。図11に示したように、本工程は、オーステナイト系ステンレス鋼母材1側の開先トウ領域5に、クロム成分を18質量%以上22質量%以下で含むニッケル基合金溶加材をバタリングして組成緩衝層6’を形成する工程である。
(Second partial buttering process)
FIG. 11 is a schematic longitudinal sectional view showing another example of the state after the second partial buttering step. As shown in FIG. 11, in this step, a nickel-base alloy filler material containing 18 to 22% by mass of a chromium component is buttered in the
本実施形態では開先形状がK形となっていることから、組成緩衝層6’を形成する開先トウ領域5は、ニッケル基合金母材2の開先トウ先端の延長線の位置から、ニッケル基合金母材2の厚さ方向に片側で1 mm以上かつ母材厚さの1/6以下の領域(両側合計で2 mm以上かつ母材厚さの1/3以下の領域)、または片側で1 mm以上8 mm以下の領域(両側合計で2 mm以上15 mm以下の領域)が好ましい。
In this embodiment, since the groove shape is K-shaped, the
(第2開先溶接工程)
図12は、第2開先溶接工程後の様子の他の一例を示す縦断面模式図である。図12に示したように、本工程は、690系ニッケル基合金溶加材を用いて開先トウ領域5を溶接して溶接金属7’を形成する工程である。組成緩衝層6’を事前に形成していることから、開先トウ領域5における溶接割れを抑制することができる。
(Second groove welding process)
FIG. 12 is a schematic longitudinal sectional view showing another example of the state after the second groove welding process. As shown in FIG. 12, this step is a step of forming the
以上の工程により、溶加材として690系ニッケル基合金を用い、溶接割れを抑制したステンレス鋼母材/ニッケル基合金母材のT字溶接継手を得ることができる。なお、第2開先溶接工程の後、必要に応じて、開先トウ側の表面仕上げを行ってもよい。 Through the above steps, a T-welded joint of a stainless steel base material / nickel base alloy base material using a 690 series nickel base alloy as a filler metal and suppressing weld cracking can be obtained. In addition, you may perform the surface finish of a groove toe side after a 2nd groove welding process as needed.
以下、具体的な実験を通して本発明をさらに説明する。なお、本発明はこれらの実験に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be further described through specific experiments. Note that the present invention is not limited to these experiments.
(溶加材混合による溶接割れへの影響を確認する実験)
母材として、ステンレス鋼母材(JIS SUS316L製、5 mm厚さの板材)とニッケル基合金母材(JIS NCF600製、5 mm厚さの板材)とを用意し、溶加材として、690系ニッケル基合金溶加材(AWS ERNiCrFe-13製、1 mm径のワイヤ)とクロム成分を18質量%以上22質量%以下で含むニッケル基合金溶加材(AWS ERNiCr-3製、1 mm径のワイヤ)とを用意した。
(Experiment to confirm the effect of weld metal mixing on weld cracks)
Stainless steel base material (made of JIS SUS316L, 5 mm thick plate material) and nickel base alloy base material (made of JIS NCF600, 5 mm thick plate material) are prepared as base materials. Nickel-base alloy filler metal (AWS ERNiCrFe-13, 1 mm diameter wire) and nickel-base alloy filler metal (AWS ERNiCr-3, 1 mm diameter) containing 18 to 22 mass% chromium component Wire).
用意したステンレス鋼母材とニッケル基合金母材とを開先溶接して突き合わせ溶接継手を作製した。このとき、ERNiCrFe-13溶加材およびERNiCr-3溶加材の送給量を制御して、二種類の溶加材の混合率を変化させた試料を作製した。 The prepared stainless steel base material and nickel base alloy base material were groove-welded to produce a butt weld joint. At this time, a sample in which the mixing ratio of the two types of filler materials was changed by controlling the feeding amount of the ERNiCrFe-13 filler material and the ERNiCr-3 filler material.
作製した試料に対して、溶接金属の一部を再溶融させながらTrans-Varestraint試験を行い、顕微鏡観察によって延性低下割れの積算長さを計測して溶接割れ感受性を評価した。なお、割れの定義は、100μm長さ以上のものとした。結果を図13に示す。 A Trans-Varestraint test was performed on the prepared sample while remelting a part of the weld metal, and the weld crack susceptibility was evaluated by measuring the cumulative length of ductile drop cracks by microscopic observation. In addition, the definition of a crack shall be 100 micrometers or more. The results are shown in FIG.
図13は、二種類の溶加材の混合率と溶接金属の延性低下割れ積算長さとの関係を示すグラフである。図13に示したように、ステンレス鋼母材/ニッケル基合金母材の異材溶接継手において、ERNiCrFe-13溶加材に対してERNiCr-3溶加材を混合することにより、ERNiCrFe-13溶加材単体よりも延性低下割れ積算長さが短くなっており、溶接金属の溶接割れ感受性が低下する(溶接健全性が向上する)ことが確認された。 FIG. 13 is a graph showing the relationship between the mixing ratio of the two types of filler metal and the integrated ductile drop crack length. As shown in FIG. 13, in a dissimilar welded joint of stainless steel base material / nickel base alloy base material, ERNiCrFe-13 filler metal is mixed with ERNiCrFe-13 filler material to mix ERNiCrFe-13 filler metal. It was confirmed that the cumulative ductility-reduced crack length was shorter than that of the single material, and the weld crack sensitivity of the weld metal was reduced (weld soundness was improved).
上述した実施形態や実施例は、本発明の理解を助けるために説明したものであり、本発明は、記載した具体的な構成のみに限定されるものではない。例えば、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。すなわち、本発明は、本明細書の実施形態や実施例の構成の一部について、削除・他の構成に置換・他の構成の追加をすることが可能である。 The above-described embodiments and examples are described in order to facilitate understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the specific configurations described. For example, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. That is, according to the present invention, a part of the configurations of the embodiments and examples of the present specification can be deleted, replaced with other configurations, and added with other configurations.
1…オーステナイト系ステンレス鋼母材、2…ニッケル基合金母材、3…溶接金属、
4…開先ルート領域、5…開先トウ領域、6, 6’…組成緩衝層、7, 7’…溶接金属。
1 ... austenitic stainless steel base material, 2 ... nickel base alloy base material, 3 ... weld metal,
4 ... groove root region, 5 ... groove toe region, 6, 6 '... composition buffer layer, 7, 7' ... weld metal.
Claims (5)
前記オーステナイト系ステンレス鋼母材と前記ニッケル基合金母材とを準備する溶接母材準備工程と、
前記オーステナイト系ステンレス鋼母材側の開先ルート領域に、クロム成分を18質量%以上22質量%以下で含むニッケル基合金溶加材をバタリングする第1部分バタリング工程と、
690系ニッケル基合金溶加材を用いて開先トウ領域の手前まで溶接する第1開先溶接工程と、
前記オーステナイト系ステンレス鋼母材側の前記開先トウ領域に、前記クロム成分を18質量%以上22質量%以下で含むニッケル基合金溶加材をバタリングする第2部分バタリング工程と、
前記690系ニッケル基合金溶加材を用いて前記開先トウ領域を溶接する第2開先溶接工程とを含むことを特徴とするステンレス鋼母材/ニッケル基合金母材の異材溶接継手の製造方法。 An austenitic stainless steel base material and a nickel-base alloy base material are manufacturing methods of a dissimilar material welded joint in which groove welding is performed via a weld metal,
A welding base material preparing step of preparing the austenitic stainless steel base material and the nickel-based alloy base material;
A first partial buttering step of buttering a nickel-based alloy filler material containing a chromium component in an amount of 18% by mass or more and 22% by mass or less in a groove root region on the austenitic stainless steel base material side;
A first groove welding step of welding to the front of the groove toe region using a 690 series nickel-base alloy filler material;
A second partial buttering step of buttering a nickel-based alloy filler containing 18% by mass or more and 22% by mass or less of the chromium component in the groove tow region on the austenitic stainless steel base material side;
Manufacturing a dissimilar weld joint of stainless steel base material / nickel base alloy base material, comprising a second groove welding step of welding the groove toe region using the 690 series nickel base alloy filler metal Method.
前記開先ルート領域とは、開先ルート先端から母材厚さ方向に2 mm以上かつ母材厚さの1/3以下の領域であり、
前記開先トウ領域とは、開先トウ先端から母材厚さ方向に2 mm以上かつ母材厚さの1/3以下の領域であることを特徴とするステンレス鋼母材/ニッケル基合金母材の異材溶接継手の製造方法。 In the manufacturing method of the dissimilar material welded joint of the stainless steel base material / nickel base alloy base material according to claim 1,
The groove root area is an area of 2 mm or more in the base material thickness direction from the tip of the groove root and 1/3 or less of the base material thickness,
The groove toe region is a region of 2 mm or more in the base material thickness direction from the tip of the groove toe and 1/3 or less of the base material thickness. A method for manufacturing a dissimilar material welded joint.
前記オーステナイト系ステンレス鋼母材は、JIS規格のSUS316、SUS316L、SUSF316、SUSF316L、SUS304、SUS304L、SUSF304、およびSUSF304Lから選ばれる一種からなり、
前記ニッケル基合金母材は、JIS規格のNCF600から選ばれる一種からなることを特徴とするステンレス鋼母材/ニッケル基合金母材の異材溶接継手の製造方法。 In the manufacturing method of the dissimilar material welded joint of the stainless steel base material / nickel base alloy base material according to claim 1 or 2,
The austenitic stainless steel base material consists of one kind selected from JIS standard SUS316, SUS316L, SUSF316, SUSF316L, SUS304, SUS304L, SUSF304, and SUSF304L,
The method for producing a dissimilar weld joint of stainless steel base material / nickel base alloy base material, wherein the nickel base alloy base material is made of one kind selected from JIS standard NCF600.
前記クロム成分を18質量%以上22質量%以下で含むニッケル基合金は、AWS規格のA5.14から選ばれる一種からなることを特徴とするステンレス鋼母材/ニッケル基合金母材の異材溶接継手の製造方法。 In the manufacturing method of the dissimilar material welded joint of the stainless steel base material / nickel base alloy base material according to any one of claims 1 to 3,
The nickel-base alloy containing the chromium component in an amount of 18% by mass or more and 22% by mass or less is composed of one kind selected from AWS standard A5.14. Manufacturing method.
前記690系ニッケル基合金は、AWS規格のAmerican Society of Mechanical EngineeringsのBoiler and Pressure Vessel CodeのCore Case 2142-4に記載のあるfiller metalから選ばれる一種からなることを特徴とするステンレス鋼母材/ニッケル基合金母材の異材溶接継手の製造方法。 In the manufacturing method of the dissimilar material welded joint of the stainless steel base material / nickel base alloy base material according to any one of claims 1 to 4,
The 690 series nickel-base alloy is composed of one kind selected from filler metal described in Core Case 2142-4 of Boiler and Pressure Vessel Code of AWS Society of American Engineering of Mechanical Engineerings / A method for producing a dissimilar weld joint of a nickel-base alloy base material.
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