JP2593758B2 - チタンクラッド鋼板の端部溶接方法 - Google Patents

チタンクラッド鋼板の端部溶接方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、チタンクラッド鋼板の
溶接方法に関するもので、特に海洋構造物における脚柱
のスプラッシュゾーン等を被覆するチタンクラッド鋼板
の端部溶接方法に係るものである。
【0002】
【従来の技術】チタンは耐食性に優れているために、化
学プラントや航空機部品などに使用され、その用途は拡
大しつつあるが、高価であることが実用上の制約となっ
ている。これを解決する方法として、母材を鋼とし、表
面をチタンとしたチタンクラッド鋼板が近時使用されつ
つあり、海洋構造物における脚柱もその一例である。
【0003】チタンは、チタン類似の金属とは接合でき
るが、例えばチタンクラッド鋼板の接合においてチタン
と母材である炭素鋼あるいは低合金鋼を溶接すると、溶
融金属中にFeが多量に溶込み、Fe,Tiの金属間化
合物やTiCあるいはTiN等の化合物が多量に生成
れ、これが溶接金属を脆化させるために接合は不可能と
いってもよい。
【0004】従って、従来チタンと鋼材あるいはチタン
クラッド鋼板同士を接合する、いわゆる異材接合の場合
には、真空内蝋付けにて接合するか、拡散接合のように
金属間化合物を生成しないインサート材を挿入して接合
している。そのために大きさの制約があるのと同時に現
場での接合ができないとか、電子ビーム溶接のように貴
金属類を使用するために高価になると共に接合強度が低
いなどの欠点がある。また、脚柱へのチタンクラッド鋼
板の巻回取り付けは、チタンクラッド鋼板の端部を溶接
し、固定することによって行われているが、チタンと鋼
との溶接施工が困難なために種々の工夫がなされてい
る。例えば、特開平2−280970号公報、特開平2
−280969号公報記載のごとく、異材接合を避けて
その防止を図っている。
【0005】図2(a),(b)はFeを主体とする母
材2の上面に商用Ti合せ材3を結合したチタンクラッ
ド鋼板1の接合方法を示しているが、図2(a)はクラ
ッド鋼板1の母材端部4、4を溶接してから、合せ材3
とこれと同質のTiスペーサ材6とを溶接してTi溶接
部7を構成している。しかしこの継手部においては、母
材端部4の表面とスペーサ材6との間に空隙10がで
き、この空隙に海水などが侵入して母材2の腐食が進行
する。また、この空隙が接合強度を低下させる。一方、
合せ材3とスペーサ材6の溶接に際し、母材2の一部が
溶融し、これが溶接部7の溶着金属中に混入してTi
C、TiN等の化合物やFe−Ti金属間化合物の脆弱
層を生成せしめ、これが原因となって割れることが
【0006】このような溶接脆弱層の生成を防ぐため、
図2(b)に示すようにスペーサ材6を合せ材3と溶接
せず、合せ材3間を被覆載置するに留め、その上部に当
て板材8で覆うと共に、これと合せ材3とを重ね隅肉溶
接部9を形成して接合する継手としている。当て板材8
は、合せ材3、スペーサ材6と同様チタンで形成されて
おり、従って、重ね隅肉溶接部9における前記の脆弱層
生成の問題は起きない。しかしこの継手は合せ材3の上
に当て板材8を溶接するために、かなりの空隙10がで
き、この空隙への海水などの侵入を防ぐことはできな
い。この空隙への海水等の浸入を防ぐため、端部におい
てスペーサ材6と当て板8、スペーサ材6と母材2を溶
接して空隙を密封することも考えられるが、スペーサ材
6と母材2との異材接合が線接合となるため、図2
(a)と同様の問題が生じる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】このように従来のチタ
ンクラッド鋼板の接合部は、Feを主成分とする鋼材と
チタンとの溶接困難という本来的な問題点の解決がなさ
れておらず、特に海水中の構造物に対する腐食防止を図
ることは困難であった。本発明は、このような従来のチ
タンクラッド鋼板の継手部・接合構造を改善すべく、例
えば海洋構造物の脚柱におけるスプラッシュゾーンに巻
回使用するに際し、海水などの侵入を防ぎ、チタンと鋼
材あるいはチタンクラッド鋼板同士を異材接合するに際
して、炉内接合等の特別な工程を採用することなしに、
Ar,He等の不活性ガスを用いた簡易なプラズマ溶接
方法で、脆弱層がなく、しかも耐食性の優れたチタンク
ラッド鋼板の端部接合部を完全密封する方法を提供し、
これにより長期防食を実現せしめることを課題とする
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは、チタンクラッド鋼板1同士を突合せ溶接し、得ら
れた突合せ溶接部におけるチタン合せ材3の欠落部を合
せ材3と同質の当て板材8で合せ材3間を架橋するごと
く溶接被覆する防食ライニング法において、前記欠落部
の溶接露出端面に開先と共に切り込みを設け、この切り
込みにより形成された間隙部12にチタンクラッド鋼板
製のスペーサ材6をチタンクラッド鋼板1と同一配置と
なるように挿入し、チタンクラッド鋼板1とスペーサ材
6の母材2、62同士、同じく合せ材3、63同士を溶
接し、母材2、62と合せ材3、63の境界にできた異
材溶接部11を不活性ガス雰囲気中でAg−Cu系の溶
材を用いてプラズマ溶接することを特徴とするチタンク
ラッド鋼板の端部溶接方法にある。
【0009】なお、上記溶材にはLi,Snのいずれ
か、または両方を添加してもよい。
【0010】
【作用】チタンは耐食性に優れているため、化学プラン
トなどに使用され、その用途は拡大しつつあるが、高価
であることが実用上の制約となっている。従って腐食雰
囲気で使用される部材としては、合せ材としてのチタン
と、強度保持の役割を果たす母材としての低合金鋼、高
張力鋼等よりなるチタンクラッド鋼板が用いられてい
る。使用するチタンはJISに規定されている1種〜3
種の何れでもよい。チタンクラッド鋼板は、上記のよう
に種々の機器、部品などに使用されるが、これらを構成
するに当たり、上述したように脆弱層がなく、接合強度
のある接合部を得ることは重要である。
【0011】すなわち、チタンクラッド鋼板同士を接合
する場合には、母材(軟鋼あるいは合金鋼)に開先を設
けて母材同士を同質の溶材を用いて溶接し、端部には開
先より広い切り込みを設け、この切り込みにチタンクラ
ッド鋼板のスペーサ材を挿入し、この溶接部分では、母
材とスペーサ材とをAg−Cuを主成分とする溶材でプ
ラズマ溶接で異材接合して間隙をシール溶接する。前記
の切り込みに設置するチタンクラッド鋼板のスペーサ材
の幅は、チタンクラッド鋼板を接合する開先幅より広く
できる。これは熱影響による母材と合せ材(Ti)のク
ラッド面の金属間化合物の生成を制御するためで、これ
が開先幅と同程度であれば対向する2本の溶接線7、7
の間隔が近すぎ、クラッド面の金属間化合物の生成を助
長し界面強度が劣化するので、そのためにチタンクラッ
ド鋼板を接合する開先幅より広くする必要がある。
【0012】本発明において異材溶接部11の接合に使
用される溶材としては、前記のようにAg−Cuを主成
分とするものを用いるものであり、例えばJIS Z3
261に規定されているBAg8あるいはBAg8A
(Li:0.015〜0.3%添加)系材料でよい。こ
れらの材料にはSnを含有してもよく、さらにZnを作
業性を害しない程度であれば添加することができるが添
加すると、ヒュームの発生が多くなるのでその添加量は
少量に限定される。AgおよびSnは溶融点を低く抑
え、FeおよびTiとの反応を防ぎ、Cuは継手強度を
向上させ、Liは軟鋼とのなじみをよくするために用い
る。
【0013】本発明では、チタンや鋼と金属間化合物を
生成しない低融点のAg−Cu系の溶材を用い、ろう付
け法よりも加熱速度の速いプラズマ溶接法でチタンと鋼
を異材溶接しているので、Ag−Cu系の溶材は速やか
に溶融し、直ちに凝固し、チタンや鋼と必要以上に溶融
混合せず、健全な異材溶接部が得られる。
【0014】
【実施例】図1は本発明の溶接法により得た溶接部の実
施例を示すものである。図1はチタンクラッド鋼板1、
1を接合する状態を示し、母材(軟鋼)2、2をTIG
溶接で多層溶接し、溶接部5を形成する。チタンクラッ
ド鋼板1、1の端部の切り込みによって形成される間隙
部12の幅は、あらかじめチタンクラッド鋼板1、1を
接合する開先幅より広くしておき、該間隙部12に差し
込むチタンクラッド鋼板のスペーサ材6の幅は間隙部1
2の幅より若干狭くして設置し、チタンクラッド鋼板1
の母材2とスペーサ材6の母材62の端部13を溶接し
た後、このスペーサ材6と合せ材3の上部を同質のTi
溶材を用いてシールドガスとしてAr,He等の不活性
ガス雰囲気中で、またセンターガスとしてArガス用い
TIG溶接し、Ti溶接部7を形成する。また端部の
Fe−Tiの異材シール溶接部はAg−Cuを主成分と
する溶材でシールドガスとしてAr,He等の不活性ガ
スを、センターガスとしてArガスを用いてプラズマ溶
接し、異材溶接部11を形成する。この異材溶接部11
接合となるために、現場での溶接施工が可能であ
る。また、Ag−Cuを主成分とする材料を使用するた
めAgを主成分とする溶着金属の成分が得られFeの溶
込みはあるものの少量でありAgリッチの溶着金属が得
られる。
【0015】スペーサ材6と合せ材3の上部を同質のT
i溶材でシールドガスとしてAr,He等の不活性ガス
を、センターガスとしてArガスを用いてTIG溶接
し、Ti溶接部7を形成後、その上部に当て板材8で覆
うと共にこれと合せ材3とを重ね隅肉溶接部9を形成し
て接合する。この結果、前記クラッド鋼板の溶接部は、
合せ材と当て板材間に間隙が生じるが、端部に同質のチ
タンクラッド鋼板のスペーサ材が両端に設置され、完全
にシール溶接されるために溶接部に海水侵入による脆化
や腐食を防止できる。
【0016】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、チタン
クラッド鋼板の端部の異材シール溶接において問題とさ
れていた溶接部の脆化や耐食性の低下を伴なうことのな
い健全な溶接金属が、従来と同様なアーク溶接で得られ
るので、その工業的な効果は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に従ったチタンクラッド鋼板の端部溶接
の手順を示す概略斜視図である。
【図2】従来のチタンクラッド鋼板の接合法を示す断面
図である。 1 チタンクラッド鋼板 2 母材(軟鋼) 3 合せ材 4 チタンクラッド鋼板1の母材端部 5 母材多層盛り溶接部 6 スペーサ材 7 Ti溶接部 8 当て板材 9 重ね隅肉溶接部 10 空隙 11 異材溶接部 12 間隙部13 スペーサ材の母材端部 62 スペーサ材の母材 63 スペーサ材の合せ材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B23K 33/00 B23K 33/00 Z // B23K 9/025 B23K 9/025 B B23K 103:14 103:16 (72)発明者 酒井 和夫 東京都千代田区大手町2−6−3 新日 本製鐵株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−152043(JP,A) 特開 平2−280970(JP,A) 特開 平2−280969(JP,A) 特開 平1−122674(JP,A) 特公 平7−236(JP,B2) 特公 平2−42588(JP,B2) 特公 平8−302(JP,B2) 社団法人チタニウム協会刊「チタニウ ムジルコニウム」,Vol.39 No. 2(平3−4−28)P.11−15 産報出版株式会社刊「溶接技術」,第 34巻第9号(昭61−9−1)P.24−32 溶接学会編「溶接便覧改訂3版」, (昭52−3−31)P.1077−1093,P. 1437−1446

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】チタンクラッド鋼板1同士を突合せ溶接
    し、得られた突合せ溶接部におけるチタン合せ材3の欠
    落部を合せ材3と同質の当て板材8で合せ材3間を架橋
    するごとく溶接被覆する防食ライニング法において、前
    記欠落部の溶接露出端面に開先と共に切り込みを設け、
    この切り込みにより形成された間隙部12にチタンクラ
    ッド鋼板製のスペーサ材6をチタンクラッド鋼板1と同
    一配置となるように挿入し、チタンクラッド鋼板1とス
    ペーサ材6の母材2、62同士、同じく合せ材3、63
    同士を溶接し、母材2、62と合せ材3、63の境界に
    できた異材溶接部11を不活性ガス雰囲気中でAg−C
    u系の溶材を用いてプラズマ溶接することを特徴とする
    チタンクラッド鋼板の端部溶接方法。
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産報出版株式会社刊「溶接技術」,第34巻第9号(昭61−9−1)P.24−32
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