JP2941504B2 - 低熱膨張係数合金用溶接材料 - Google Patents
低熱膨張係数合金用溶接材料Info
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- welding material
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- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
- B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550°C
- B23K35/3053—Fe as the principal constituent
- B23K35/3066—Fe as the principal constituent with Ni as next major constituent
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/36—Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings or fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest
- B23K35/3601—Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings or fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest with inorganic compounds as principal constituents
- B23K35/3603—Halide salts
- B23K35/3605—Fluorides
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Nonmetallic Welding Materials (AREA)
Description
【０００１】技術分野 本発明は、低熱膨張係数合金の溶接に関する。詳細に
は、本発明は、フラックスを含むか含まない鉄含有低膨
張合金を溶接するための溶接材料に関する。
は、本発明は、フラックスを含むか含まない鉄含有低膨
張合金を溶接するための溶接材料に関する。
【０００２】発明の背景 歴史的に、鉄とニッケルまたはコバルトとの組み合わせ
が、低熱膨張係数（ＣＴＥ）合金を製造するために使用
されてきた。Invar ３６（Ｎｉを３６重量％含有、残部
は鉄）、Invar ４２（Ｎｉを４２重量％含有、残部は
鉄）およびKovar（Ｎｉを２９重量％、Ｃｏを１７重量
％、Ｍｎを０．２重量％含有、残部はＦｅ）は、普通、
低熱膨張係数合金である。鉄含有低ＣＴＥ合金の溶接で
は、適切な延性および強度を有する溶接物を必要として
いる。更に、溶接された低ＣＴＥ合金の加工のために
は、ベース金属にぴったりマッチしたＣＴＥを有する溶
加金属を使用して熱たわみおよびひずみを限定すること
が望ましい。
が、低熱膨張係数（ＣＴＥ）合金を製造するために使用
されてきた。Invar ３６（Ｎｉを３６重量％含有、残部
は鉄）、Invar ４２（Ｎｉを４２重量％含有、残部は
鉄）およびKovar（Ｎｉを２９重量％、Ｃｏを１７重量
％、Ｍｎを０．２重量％含有、残部はＦｅ）は、普通、
低熱膨張係数合金である。鉄含有低ＣＴＥ合金の溶接で
は、適切な延性および強度を有する溶接物を必要として
いる。更に、溶接された低ＣＴＥ合金の加工のために
は、ベース金属にぴったりマッチしたＣＴＥを有する溶
加金属を使用して熱たわみおよびひずみを限定すること
が望ましい。
【０００３】更に他の修正なしに、低ＣＴＥベース金属
は、溶加金属ワイヤーに容易に引き伸ばすことができ
る。しかしながら、ベース金属溶加金属は、不純物およ
び約８０℃の比較的大きい凝固範囲から生ずる割れを高
度に受けやすい。米国特許第３，１８４，５７７号明細
書は、Invar を溶接するために特別に設計された溶加金
属を開示した。チタンと炭素とマンガンとの組み合わせ
が、溶接操作時の割れを制御するために米国特許第３，
１８４，５７７号明細書において使用された。商業上、
米国特許第３，１８４，５７７号明細書の溶加金属が、
望ましくない限定を受けつつInvar ３６を溶接するため
に使用されてきた。米国特許第３，１８４，５７７号明
細書に開示の溶加金属は、Invar の比較的厚いセクショ
ンを溶接する時に大規模に割れる。更に、割れがガス金
属アーク溶接（ＧＭＡＷ）で溶接する時に過度であるの
で、米国特許第３，１８４，５７７号明細書の溶加金属
は、比較的遅いガスタングステンアーク溶接ＧＴＡＷに
限定されている。ＧＭＡＷは、ＧＴＡＷよりも有意に迅
速であり且つ一般に高容積加工のために好ましい。更
に、米国特許第３，１８４，５７７号明細書に記載の溶
加金属での多回パス溶接では、過度の割れ成長上の問題
が生じている。
は、溶加金属ワイヤーに容易に引き伸ばすことができ
る。しかしながら、ベース金属溶加金属は、不純物およ
び約８０℃の比較的大きい凝固範囲から生ずる割れを高
度に受けやすい。米国特許第３，１８４，５７７号明細
書は、Invar を溶接するために特別に設計された溶加金
属を開示した。チタンと炭素とマンガンとの組み合わせ
が、溶接操作時の割れを制御するために米国特許第３，
１８４，５７７号明細書において使用された。商業上、
米国特許第３，１８４，５７７号明細書の溶加金属が、
望ましくない限定を受けつつInvar ３６を溶接するため
に使用されてきた。米国特許第３，１８４，５７７号明
細書に開示の溶加金属は、Invar の比較的厚いセクショ
ンを溶接する時に大規模に割れる。更に、割れがガス金
属アーク溶接（ＧＭＡＷ）で溶接する時に過度であるの
で、米国特許第３，１８４，５７７号明細書の溶加金属
は、比較的遅いガスタングステンアーク溶接ＧＴＡＷに
限定されている。ＧＭＡＷは、ＧＴＡＷよりも有意に迅
速であり且つ一般に高容積加工のために好ましい。更
に、米国特許第３，１８４，５７７号明細書に記載の溶
加金属での多回パス溶接では、過度の割れ成長上の問題
が生じている。
【０００４】更に、サブマージアーク溶接（ＳＡＷ）
が、溶接速度を更に増大させるために使用できる。溶加
金属のサブマージアーク溶接での操作性は、別の高度に
有利な性質である。更に、フラックス被覆電極は、ＧＴ
ＡＷ、ＧＭＡＷまたはＳＡＷによって溶接することが困
難である位置外溶接（out of position welding ）に有
用である。
が、溶接速度を更に増大させるために使用できる。溶加
金属のサブマージアーク溶接での操作性は、別の高度に
有利な性質である。更に、フラックス被覆電極は、ＧＴ
ＡＷ、ＧＭＡＷまたはＳＡＷによって溶接することが困
難である位置外溶接（out of position welding ）に有
用である。
【０００５】本発明の目的は、十分な強度および延性を
有するベース金属にマッチする熱膨張係数を有する溶接
材料を提供することにある。本発明の他の目的は、割れ
なしにＩｎｖａｒの比較的厚いセクションを溶接するこ
とができる溶加金属を提供することにある。本発明の更
に他の目的は、割れなしにガス金属アーク溶接すること
のできる溶加金属を提供することにある。本発明の更に
他の目的は、割れなしに多回パス型溶接操作において使
用することのできる溶接材料を提供することにある。本
発明の更に他の目的は、サブマージアーク溶接すること
のできる溶接ワイヤーを提供することにある。
有するベース金属にマッチする熱膨張係数を有する溶接
材料を提供することにある。本発明の他の目的は、割れ
なしにＩｎｖａｒの比較的厚いセクションを溶接するこ
とができる溶加金属を提供することにある。本発明の更
に他の目的は、割れなしにガス金属アーク溶接すること
のできる溶加金属を提供することにある。本発明の更に
他の目的は、割れなしに多回パス型溶接操作において使
用することのできる溶接材料を提供することにある。本
発明の更に他の目的は、サブマージアーク溶接すること
のできる溶接ワイヤーを提供することにある。
【０００６】発明の概要 本発明の溶接材料は、低ＣＴＥ合金の比較的厚いセクシ
ョンをＧＭＡＷするのに使用してもよい。事実、多回パ
スＧＭＡＷが、割れなしに使用できる。更に、本発明の
溶接材料は、迅速なサブマージアーク溶接を容易にし且
つ位置外溶接を容易にするためにフラックス被覆しても
よい。本発明の溶接材料は、ニッケル２５〜５５％、炭
素０．１２〜０．５％、ニオブおよびタンタルからなる
群から選ばれる溶接剤約０．５〜３％および残部（鉄）
を含む。更に、合金は、１．５％以下のマンガン、１．
５％以下のチタンおよび０．５％以下のアルミニウムを
含有してもよい。好ましくは、ＭｇまたはＣｅが、割れ
形成を促進する傾向がある硫黄をタイアップするために
溶融時に使用される。最も好ましくは、Ｍｇが、硫黄の
量よりも多い量で使用される。不純物は、好ましくは、
硫黄０．１％以下、リン０．１％以下およびケイ素１％
以下に限定される。
ョンをＧＭＡＷするのに使用してもよい。事実、多回パ
スＧＭＡＷが、割れなしに使用できる。更に、本発明の
溶接材料は、迅速なサブマージアーク溶接を容易にし且
つ位置外溶接を容易にするためにフラックス被覆しても
よい。本発明の溶接材料は、ニッケル２５〜５５％、炭
素０．１２〜０．５％、ニオブおよびタンタルからなる
群から選ばれる溶接剤約０．５〜３％および残部（鉄）
を含む。更に、合金は、１．５％以下のマンガン、１．
５％以下のチタンおよび０．５％以下のアルミニウムを
含有してもよい。好ましくは、ＭｇまたはＣｅが、割れ
形成を促進する傾向がある硫黄をタイアップするために
溶融時に使用される。最も好ましくは、Ｍｇが、硫黄の
量よりも多い量で使用される。不純物は、好ましくは、
硫黄０．１％以下、リン０．１％以下およびケイ素１％
以下に限定される。
【０００７】好ましくは、溶接材料は、ニッケル３４．
２５〜４１．５％、炭素約０．１〜０．２５％、ニオブ
プラスタンタル２．５％、マグネシウム０．０００５〜
０．０７５％、および残部（付随的不純物と共に鉄）を
含む。更に、溶加金属は、好ましくは０．８％以下のマ
ンガン、０．４％以下のチタンおよび０．２％以下のア
ルミニウム、０．５％以下のクロム、０．５％以下の
銅、０．０１％以下の硫黄、０．７５％以下のケイ素、
０．０１％以下のリンならびに０．００１％以下の銀、
ホウ素、スズおよび亜鉛のうちの１種又は２種以上、を
含有することができる。更に、セリウム、マグネシウム
またはジルコニウムが、好ましくは、硫黄をタイアップ
するために使用される。
２５〜４１．５％、炭素約０．１〜０．２５％、ニオブ
プラスタンタル２．５％、マグネシウム０．０００５〜
０．０７５％、および残部（付随的不純物と共に鉄）を
含む。更に、溶加金属は、好ましくは０．８％以下のマ
ンガン、０．４％以下のチタンおよび０．２％以下のア
ルミニウム、０．５％以下のクロム、０．５％以下の
銅、０．０１％以下の硫黄、０．７５％以下のケイ素、
０．０１％以下のリンならびに０．００１％以下の銀、
ホウ素、スズおよび亜鉛のうちの１種又は２種以上、を
含有することができる。更に、セリウム、マグネシウム
またはジルコニウムが、好ましくは、硫黄をタイアップ
するために使用される。
【０００８】好ましい態様の説明 数種の実験ヒート（heat）を、多回パスＧＭＡＷ時に
割れなしに低ＣＴＥ合金に加えることのできる成分の組
み合わせを見出すために試験した。試験された典型的な
実験ヒートの組成をヒートNo. １〜１４として下記表１
に表示する（本明細書のすべての組成は特に断らない限
り重量％で与える）。ヒートNo. １５は、Invar ３６の
試料であった。
割れなしに低ＣＴＥ合金に加えることのできる成分の組
み合わせを見出すために試験した。試験された典型的な
実験ヒートの組成をヒートNo. １〜１４として下記表１
に表示する（本明細書のすべての組成は特に断らない限
り重量％で与える）。ヒートNo. １５は、Invar ３６の
試料であった。
【０００９】 表１ Heat Ｃ Ｍｎ Ｓ Ｓｉ Ｃｕ Ｎｉ Ｔｉ Ｎｂ Ｍｇ Ｃａ Ｐ No. １ 0.068 0.71 0.005 0.010 0.48 35.47 0.009 0.007 0.002 0.000 0.003 ２ 0.105 0.71 0.006 0.015 0.50 35.55 0.000 1.12 0.003 0.000 0.004 ３ 0.120 0.72 0.004 0.053 0.49 35.37 0.000 1.13 0.000 0.012 0.004 ４ 0.107 0.71 0.005 0.076 0.50 35.59 0.78 0.054 0.000 0.017 0.003 ５ 0.21 0.72 0.005 0.066 0.49 34.89 1.10 0.003 0.000 0.012 0.003 ６ 0.21 0.71 0.009 0.058 0.49 35.07 0.037 0.002 0.000 0.017 0.003 ７ 0.198 0.72 0.009 0.015 0.50 34.97 0.000 0.001 0.003 0.000 0.003 ８ 0.22 0.72 0.007 0.017 0.50 35.22 0.000 1.87 0.004 0.000 0.004 ９ 0.129 0.73 0.007 0.065 0.024 35.75 0.000 1.15 0.000 0.017 0.004 １０ 0.126 0.72 0.006 0.066 0.96 35.47 0.000 1.13 0.000 0.017 0.004 １１ 0.128 0.70 0.005 0.065 1.85 35.09 0.000 1.14 0.000 0.016 0.004 １２ 0.136 0.73 0.007 0.080 3.81 34.34 0.000 1.14 0.000 0.022 0.004 １３ 0.163 0.86 0.008 0 0.022 40.48 0.171 1.76 0.004 0.000 0.005 １４ 0.208 0.73 0.008 0.037 0.036 35.24 0.143 1.62 0.007 0.000 0.005 １５ 0.013 0.33 0.007 0.000 0.000 36.36 0.027 0.006 0.004 0.000 0.003
【００１０】表１のヒートを凝固範囲について試験した
（表１の値は、使用した機器の正確さを反映するために
千分の一の重量％を四捨五入した）。試験結果を下記表
２に与える。
（表１の値は、使用した機器の正確さを反映するために
千分の一の重量％を四捨五入した）。試験結果を下記表
２に与える。
【００１１】
【００１２】試験ヒートの液相線温度と固相線温度との
差（１８〜４４℃）は、液相線と初期固相線との間で測
定した時に少なくとも８０℃の温度差を有することがあ
る Invar ３６（ヒート１５）よりもはるかに改善され
た。この減少凝固範囲は、凝固時の割れの減少に寄与す
る。
差（１８〜４４℃）は、液相線と初期固相線との間で測
定した時に少なくとも８０℃の温度差を有することがあ
る Invar ３６（ヒート１５）よりもはるかに改善され
た。この減少凝固範囲は、凝固時の割れの減少に寄与す
る。
【００１３】ヒートNo. １〜１２では、位置を変化せず
にシングルスポット溶接において４２０Ａ、２２Ｖで１
０秒間ガスタングステンアークスポット溶接した。この
４２０Ａ、２２Ｖ操作は、溶接するための最小必要エネ
ルギーを大幅に超えた。過剰のエネルギーが、苛酷な溶
接条件下での評価のために追加の応力を溶接物に印加し
た。この１０秒の試験の結果、ヒートNo. ９、１２のみ
が割れた。ヒートNo. ９は、合計割れ長さ０．６０cmを
有し、ヒートNo. １２は合計割れ長さ０．６０cmを有し
ていた。
にシングルスポット溶接において４２０Ａ、２２Ｖで１
０秒間ガスタングステンアークスポット溶接した。この
４２０Ａ、２２Ｖ操作は、溶接するための最小必要エネ
ルギーを大幅に超えた。過剰のエネルギーが、苛酷な溶
接条件下での評価のために追加の応力を溶接物に印加し
た。この１０秒の試験の結果、ヒートNo. ９、１２のみ
が割れた。ヒートNo. ９は、合計割れ長さ０．６０cmを
有し、ヒートNo. １２は合計割れ長さ０．６０cmを有し
ていた。
【００１４】次いで、４２０Ａ、２２Ｖでのより苛酷な
２０秒のガスタングステンアークスポット溶接を使用し
て、どの溶加金属組成が最善の耐割れ性を有するかを決
定した。２つの別個の試験の合計割れ長さの結果を下記
表３に与える。
２０秒のガスタングステンアークスポット溶接を使用し
て、どの溶加金属組成が最善の耐割れ性を有するかを決
定した。２つの別個の試験の合計割れ長さの結果を下記
表３に与える。
【００１５】 表３ 試験Ａ 試験Ｂヒート 合計割れ長さ（cm） 合計割れ長さ（cm） 合計（cm） １ ６．２ ５．５ １１．７ ２ ０ ０ ０ ３ ３．０ ２．４ ５．４ ４ ６．０ ７．９ １３．９ ５ １．５ ０．５ ２．０ ６ ６．９ １．５ ８．４ ７ ０ ０ ０ ８ ０ ０ ０ ９ ６．２ ６．４ １２．６ １０ ２．４ ２．８ ５．２ １１ ６．３ ７．８ １４．１１２ ５．４ ４．１ ９．５
【００１６】ヒートNo. ２および８では、割れを有して
いない最善の結果を生じた。ヒート２および８の炭素と
ニオブとの組み合わせは、最も好ましい耐割れ性を有す
ることが見出された。本明細書の目的で、ニオブおよび
タンタルは交換可能であること、およびニオブまたはタ
ンタルは本発明の溶接材料の場合に独立にまたは組み合
わせで使用してもよいことが認識される。
いない最善の結果を生じた。ヒート２および８の炭素と
ニオブとの組み合わせは、最も好ましい耐割れ性を有す
ることが見出された。本明細書の目的で、ニオブおよび
タンタルは交換可能であること、およびニオブまたはタ
ンタルは本発明の溶接材料の場合に独立にまたは組み合
わせで使用してもよいことが認識される。
【００１７】次いで、４２０Ａ、２２Ｖでの十字形また
はＸジョイント溶接試験を使用して、溶加金属をより激
しい溶接条件下で試験した。すべての試験は、長さが
９．５cmであった。試験結果を下記表４に与える。
はＸジョイント溶接試験を使用して、溶加金属をより激
しい溶接条件下で試験した。すべての試験は、長さが
９．５cmであった。試験結果を下記表４に与える。
【００１８】 表４ 試験Ａ 試験Ｂ 試験Ｃヒート 合計割れ長さ 合計割れ長さ 合計割れ長さ 合計 １ １．１ １．４ ４．４ ６．９ ２ ０．４ ０ ０ ０．４ ３ ０．４ ０．６ ０．７ １．７ ４ ０．４ １．１ １．４ ２．９ ５ ０．４ ０ ０ ０．４ ６ ２．０ １．８ ５ ８．８ ７ ７．５ ３．８ ３．９ １５．２ ８ ０．１ ０ ０ ０．１ ９ ０ １．３ ０．４ １．７ １０ ０．８ ０．８ ０．６ ２．２ １１ １．０ ０．８ ０．６ ２．２１２ ０．６ ０．８ １．１ ２．５
【００１９】再度、ヒートNo. ７および８は、最善の結
果を与え、ヒートNo. ５は次善であった。４１５Ａ、２
２Ｖで製造された溶接物を物性について試験した。曲げ
試験を使用して、曲げまたは延性時の割れの傾向を測定
した。衝撃試験を使用して、溶接したままの状態の強度
および７９０℃の不活性雰囲気中での１．５時間の熱処
理後の強度を測定した。試験結果を下記表５に与える。
果を与え、ヒートNo. ５は次善であった。４１５Ａ、２
２Ｖで製造された溶接物を物性について試験した。曲げ
試験を使用して、曲げまたは延性時の割れの傾向を測定
した。衝撃試験を使用して、溶接したままの状態の強度
および７９０℃の不活性雰囲気中での１．５時間の熱処
理後の強度を測定した。試験結果を下記表５に与える。
【００２０】 表５ 溶接したまま ７５０℃で１．５時間 の衝撃強さ 熱処理された衝撃強さヒート 曲げ合計割れ長さ （ジュール） （ジュール） １ Ｘ，０．３ ９８ １４９ ８１ − ２ ０，０．０８ ５６ ５６ ５４ ６８ ６８ ７６ ３ ０，０．０８ ８７ ９４ ８１ ８２ ７７ ８３ ４ ０，０ ６０ ５０ ６６ ５５ ４９ ６１ ５ ０，０ ２７ ２６ ３０ ２６ ２４ ２３ ６ ０．５，１．８ ５８ ７９ ４５ ６０ ３７ ５８ ７ Ｘ，０．０８ ６８ ７７ ８９ ４１ ７６ ８９ ８ ０，０ ３４ ４１ ３７ ３３ ３８ ３５ ９ ０，０ ７１ ７４ ７２ ６６ ６６ ７４ １０ ０，０ ７０ ７４ ７２ ８１ ７７ ７３ １１ ０，０ ６１ ６５ ６８ ６８ ６２ ６２１２ ０，０ ６２ ６４ ７２ ６９ ６４ ６４ Ｘは溶接物破損を示す。
【００２１】試験データは、炭素およびニオブに富んだ
ヒートNo. ２および８がInvar ３６溶接物に許容可能な
物性を有していたことを示す。耐割れ性のために炭素お
よびチタンに頼るヒートNo. ５は、耐割れ性のために炭
素およびニオブを使用して製造された溶接物の衝撃強さ
の約半分を有していた。更に、溶接ワイヤーを最終サイ
ズに引き伸ばす際にしばしば使用される中間焼鈍時に、
チタンは、ニオブよりもはるかに大きい酸化傾向を有す
る。チタンは、ダイ摩耗を減らす焼鈍時に表面酸化物を
生成する傾向がある。試験された溶加金属の予測ＣＴＥ
を計算したところ、ベース金属に非常に近かった。硫黄
よりも多いマグネシウムまたはセリウムを加えて硫黄の
タイアップを保証し且つ硫黄に富んだフィルムを防止す
ることが好ましい。
ヒートNo. ２および８がInvar ３６溶接物に許容可能な
物性を有していたことを示す。耐割れ性のために炭素お
よびチタンに頼るヒートNo. ５は、耐割れ性のために炭
素およびニオブを使用して製造された溶接物の衝撃強さ
の約半分を有していた。更に、溶接ワイヤーを最終サイ
ズに引き伸ばす際にしばしば使用される中間焼鈍時に、
チタンは、ニオブよりもはるかに大きい酸化傾向を有す
る。チタンは、ダイ摩耗を減らす焼鈍時に表面酸化物を
生成する傾向がある。試験された溶加金属の予測ＣＴＥ
を計算したところ、ベース金属に非常に近かった。硫黄
よりも多いマグネシウムまたはセリウムを加えて硫黄の
タイアップを保証し且つ硫黄に富んだフィルムを防止す
ることが好ましい。
【００２２】ヒートNo. １３および１４をＡＳＴＭ Ｅ
２２８に従って熱膨張係数（ＣＴＥ）について試験し
た。ＣＴＥにマッチするためには、好ましくはニッケ
ル、鉄およびコバルトの比率は、溶接すべきベース金属
中のニッケル、鉄およびコバルトの比率に近似してい
る。有利には、ニッケル、鉄およびコバルトの重量％
は、ベース金属重量％の１０％以内である。例えば、ニ
ッケル３６重量％を有する合金用溶接材料は、ニッケル
約３２．４〜３９．６重量％を有するであろう。最も有
利には、ニッケル、コバルトおよび鉄は、各々ベース金
属の約２重量％以内である。ヒート１３は、Invar ４２
に比べて優れていた。更に、コバルトを含有しない鉄−
ニッケル低熱膨張係数合金系を溶接する時には、溶接材
料中のニッケルの代わりにコバルトを使用しないことが
最も有利である。Invar ４２は、３００℃での最大ＣＴ
Ｅ ４．７cm／cm／℃×１０-6および４５０℃での最大
ＣＴＥ ７．４cm／cm／℃×１０-6を有する。ヒートN
o. １３は、測定したところ、３００℃で５．０７cm／c
m／℃×１０-6、４５０℃で８．３３cm／cm／℃×１０
-6を有していた。これらの値とInvar ４２仕様の明記の
値との近似は、熱サイクルから最小の応力を生ずるであ
ろう。
２２８に従って熱膨張係数（ＣＴＥ）について試験し
た。ＣＴＥにマッチするためには、好ましくはニッケ
ル、鉄およびコバルトの比率は、溶接すべきベース金属
中のニッケル、鉄およびコバルトの比率に近似してい
る。有利には、ニッケル、鉄およびコバルトの重量％
は、ベース金属重量％の１０％以内である。例えば、ニ
ッケル３６重量％を有する合金用溶接材料は、ニッケル
約３２．４〜３９．６重量％を有するであろう。最も有
利には、ニッケル、コバルトおよび鉄は、各々ベース金
属の約２重量％以内である。ヒート１３は、Invar ４２
に比べて優れていた。更に、コバルトを含有しない鉄−
ニッケル低熱膨張係数合金系を溶接する時には、溶接材
料中のニッケルの代わりにコバルトを使用しないことが
最も有利である。Invar ４２は、３００℃での最大ＣＴ
Ｅ ４．７cm／cm／℃×１０-6および４５０℃での最大
ＣＴＥ ７．４cm／cm／℃×１０-6を有する。ヒートN
o. １３は、測定したところ、３００℃で５．０７cm／c
m／℃×１０-6、４５０℃で８．３３cm／cm／℃×１０
-6を有していた。これらの値とInvar ４２仕様の明記の
値との近似は、熱サイクルから最小の応力を生ずるであ
ろう。
【００２３】ヒートNo. １４（Invar ３６溶加金属）も
最大Ｉｎｖａｒ３６仕様に近いＣＴＥを有することが見
出された。下記表６は、ヒートNo. １４をベース金属最
大値と比較し且つ米国特許第３，１８４，５７７号明細
書の図２から外挿されたＣＴＥデータと比較する。
最大Ｉｎｖａｒ３６仕様に近いＣＴＥを有することが見
出された。下記表６は、ヒートNo. １４をベース金属最
大値と比較し且つ米国特許第３，１８４，５７７号明細
書の図２から外挿されたＣＴＥデータと比較する。
【００２４】 表６ 熱膨張係数（cm／cm／℃×１０-6） 米国特許第３，１８４，５７７温度℃ Invar ３６（最大） ヒートNo. １４ 号明細書 ９３ ２．０ ２．３ ２．８ １４９ ２．５ ２．８ ５．４ ２６０ ４．９ ５．９ １２．２ ３７１ ７．９ ８．９ １６．７ 表６に示すように、ヒートNo. １４のＣＴＥは、ベース
金属Invar ３６に比べて優れており且つ米国特許第３，
１８４，５７７号明細書に記載のものよりも有意に改善
されている。
金属Invar ３６に比べて優れており且つ米国特許第３，
１８４，５７７号明細書に記載のものよりも有意に改善
されている。
【００２５】本発明の溶接材料は、有利には、表７に示
す下記範囲内である。 表７ 広い範囲 狭い範囲 ニッケル １０ 〜８０ ２２ 〜５５ コバルト ０ 〜８０ ０ 〜３０ 炭素 ０．０５〜０．５ ０．０５〜０．３５ ニオブおよび／またはタンタル ０．５ 〜５ １ 〜３ マンガン ０ 〜３ ０ 〜１．５ チタン ０ 〜３ ０ 〜２ アルミニウム ０ 〜１ ０ 〜０．５ マグネシウム ０ 〜０．５ ０ 〜０．１ セリウム ０ 〜０．５ ０ 〜０．１ ジルコニウム ０ 〜０．５ ０ 〜０．１ 硫黄 ０ 〜０．１ ０ 〜０．０５ ケイ素 ０ 〜１ ０ 〜０．５ リン ０ 〜０．１ ０ 〜０．０５鉄 残部 残部
す下記範囲内である。 表７ 広い範囲 狭い範囲 ニッケル １０ 〜８０ ２２ 〜５５ コバルト ０ 〜８０ ０ 〜３０ 炭素 ０．０５〜０．５ ０．０５〜０．３５ ニオブおよび／またはタンタル ０．５ 〜５ １ 〜３ マンガン ０ 〜３ ０ 〜１．５ チタン ０ 〜３ ０ 〜２ アルミニウム ０ 〜１ ０ 〜０．５ マグネシウム ０ 〜０．５ ０ 〜０．１ セリウム ０ 〜０．５ ０ 〜０．１ ジルコニウム ０ 〜０．５ ０ 〜０．１ 硫黄 ０ 〜０．１ ０ 〜０．０５ ケイ素 ０ 〜１ ０ 〜０．５ リン ０ 〜０．１ ０ 〜０．０５鉄 残部 残部
【００２６】ニッケル、鉄およびコバルトの範囲は、有
利には、溶接すべき低熱膨張係数ベース金属に含有され
るニッケル、鉄およびコバルト量に近似の量に調整され
る。最も有利には、ニッケル、鉄およびコバルトは、マ
ッチしたＣＴＥを達成するように更に調整される。
利には、溶接すべき低熱膨張係数ベース金属に含有され
るニッケル、鉄およびコバルト量に近似の量に調整され
る。最も有利には、ニッケル、鉄およびコバルトは、マ
ッチしたＣＴＥを達成するように更に調整される。
【００２７】本発明の溶接材料をサブマージアーク溶接
について試験した。ヒートNo. １３および１４の溶加金
属をIncofluxR ６サブマージアークフラックス（Incofl
uxはInco family of companiesの登録商標である）と組
合わせた。Incoflux６サブマージアークフラックスは、
下記組成を有する。
について試験した。ヒートNo. １３および１４の溶加金
属をIncofluxR ６サブマージアークフラックス（Incofl
uxはInco family of companiesの登録商標である）と組
合わせた。Incoflux６サブマージアークフラックスは、
下記組成を有する。
【００２８】
【００２９】Invar ３６および４２用の本発明の
裸の溶加金属は、予想外によく動作した。例えば、直径
０．１１cmのInvar ３６溶加金属は、３２５〜３５０
Ａ、３２Ｖおよび１５．９ｍ／秒で成功裡に動作した。
典型的には、ニッケル基合金のサブマージアーク溶接で
使用する溶加金属の動作パラメーターは、２４０〜２５
０Ａおよび遅い供給速度に限定される。溶加金属の大き
い耐割れ性および気孔率は、増大された速度での溶接操
作を可能にする。
裸の溶加金属は、予想外によく動作した。例えば、直径
０．１１cmのInvar ３６溶加金属は、３２５〜３５０
Ａ、３２Ｖおよび１５．９ｍ／秒で成功裡に動作した。
典型的には、ニッケル基合金のサブマージアーク溶接で
使用する溶加金属の動作パラメーターは、２４０〜２５
０Ａおよび遅い供給速度に限定される。溶加金属の大き
い耐割れ性および気孔率は、増大された速度での溶接操
作を可能にする。
【００３０】また、本発明の溶接材料は、被覆電極用心
線として成功裡に使用された。有利には、本発明のフラ
ックスは、フラックス凝固の制御のために炭酸カルシウ
ム、炭酸バリウム、炭酸マンガンおよび炭酸ストロンチ
ウムからなる群から選ばれる金属炭酸塩を含有する。好
ましい乾燥性のために粗粒岸酸カルシウム（７４〜４２
０μ）をフラックスに加えることが有利であることが見
出された。氷晶石、Ｔｒｉ−ＭａｎｏｘＲブランドの褐
色酸化マンガン（Ｍｎ３Ｏ４８０％、ＳｉＯ２５％、Ｆ
ｅ１０％）および／またはＣａＦ２、ＢａＦ２およびＳ
ｒＦ２からなる群から選ばれるアルカリ金属フッ化物
を、流動性を増大するために使用してもよい。有利に
は、磁鉄鉱が、ケイ素を溶接デポジットにピックアップ
させるために使用される。ルチルおよび／またはジルコ
ニアを、充填剤として使用してもよい。更に、ルチルお
よび他のチタン含有化合物、例えば、ＮｉＴｉおよびＦ
ｅＴｉを、窒素から形成される気孔率を限定するために
使用してもよい。ＮａｔｒｏｓｏｌＲブランドのヒドロ
キシエチルセルロース（ＨＥＣ）を、有利には、押出助
剤として、そしてグリーン強度を与えるために加える。
ベントナイトを、有利には、焙焼後に強度を与えるため
に加える。本発明のフラックス被覆溶接棒は、焙焼後に
フラックスとバイダーとの合計３０重量％を含有した。
そして最後に、水ガラスなどのいかなるバインダーも、
フラックスを溶接棒に保持するために使用してもよい。
特別に使用するバインダーは、ＳｉＯ２３１．３〜３
２．５％、Ｎａ２Ｏ １０．５〜１１．５％およびＳｉ
Ｏ２＋Ｎａ２Ｏ ２．８３〜２．９８％の製造業者の仕
様を有し、２０℃での粘度７８０〜１１４０センチポア
ズおよび２０℃での比重約１．５９〜１．６７ｇ／ｃｍ
３を有する液体であった。
線として成功裡に使用された。有利には、本発明のフラ
ックスは、フラックス凝固の制御のために炭酸カルシウ
ム、炭酸バリウム、炭酸マンガンおよび炭酸ストロンチ
ウムからなる群から選ばれる金属炭酸塩を含有する。好
ましい乾燥性のために粗粒岸酸カルシウム（７４〜４２
０μ）をフラックスに加えることが有利であることが見
出された。氷晶石、Ｔｒｉ−ＭａｎｏｘＲブランドの褐
色酸化マンガン（Ｍｎ３Ｏ４８０％、ＳｉＯ２５％、Ｆ
ｅ１０％）および／またはＣａＦ２、ＢａＦ２およびＳ
ｒＦ２からなる群から選ばれるアルカリ金属フッ化物
を、流動性を増大するために使用してもよい。有利に
は、磁鉄鉱が、ケイ素を溶接デポジットにピックアップ
させるために使用される。ルチルおよび／またはジルコ
ニアを、充填剤として使用してもよい。更に、ルチルお
よび他のチタン含有化合物、例えば、ＮｉＴｉおよびＦ
ｅＴｉを、窒素から形成される気孔率を限定するために
使用してもよい。ＮａｔｒｏｓｏｌＲブランドのヒドロ
キシエチルセルロース（ＨＥＣ）を、有利には、押出助
剤として、そしてグリーン強度を与えるために加える。
ベントナイトを、有利には、焙焼後に強度を与えるため
に加える。本発明のフラックス被覆溶接棒は、焙焼後に
フラックスとバイダーとの合計３０重量％を含有した。
そして最後に、水ガラスなどのいかなるバインダーも、
フラックスを溶接棒に保持するために使用してもよい。
特別に使用するバインダーは、ＳｉＯ２３１．３〜３
２．５％、Ｎａ２Ｏ １０．５〜１１．５％およびＳｉ
Ｏ２＋Ｎａ２Ｏ ２．８３〜２．９８％の製造業者の仕
様を有し、２０℃での粘度７８０〜１１４０センチポア
ズおよび２０℃での比重約１．５９〜１．６７ｇ／ｃｍ
３を有する液体であった。
【００３１】有利には、ニオブ化合物および炭素化合物
を、溶接デポジット中の十分なニオブおよび炭素含量を
維持するために加える。最も有利には、ＮｉＮｂとＦｅ
Ｎｂと（Ｎｉ，Ｃ）と（Ｆｅ，Ｃ）との組み合わせを、
ニオブ量および炭素量を維持する割合で加える。更に、
ＮｉＴｉおよび／またはＦｅＴｉを、気孔率を制御し且
つより低い程度でニッケルおよび鉄を溶接デポジットに
与えるためにフラックスに加えてもよい。有利には、ニ
ッケルおよび鉄成分は、ベース金属重量％にマッチする
ように制御される。成功裡に動作した２つの特定の被覆
電極の成分および組成の所望の範囲を以下の表８に与え
る。
を、溶接デポジット中の十分なニオブおよび炭素含量を
維持するために加える。最も有利には、ＮｉＮｂとＦｅ
Ｎｂと（Ｎｉ，Ｃ）と（Ｆｅ，Ｃ）との組み合わせを、
ニオブ量および炭素量を維持する割合で加える。更に、
ＮｉＴｉおよび／またはＦｅＴｉを、気孔率を制御し且
つより低い程度でニッケルおよび鉄を溶接デポジットに
与えるためにフラックスに加えてもよい。有利には、ニ
ッケルおよび鉄成分は、ベース金属重量％にマッチする
ように制御される。成功裡に動作した２つの特定の被覆
電極の成分および組成の所望の範囲を以下の表８に与え
る。
【００３２】
【００３３】溶接デポジット組成が維持されるならば、
本発明の溶接材料は、裸の溶加金属ＧＴＡＷ、ＧＭＡ
Ｗ、ＳＡＷ、被覆電極、フラックス芯化形状および他の
既知の形状を含めて各種の溶接形状で溶接できることが
認識される。溶接デポジットパラメーターを以下の表９
に与える。
本発明の溶接材料は、裸の溶加金属ＧＴＡＷ、ＧＭＡ
Ｗ、ＳＡＷ、被覆電極、フラックス芯化形状および他の
既知の形状を含めて各種の溶接形状で溶接できることが
認識される。溶接デポジットパラメーターを以下の表９
に与える。
【００３４】
【００３５】要するに、マッチしたＣＴＥ、強度および
延性を有する本発明の溶接材料が成功裡に製造された。
更に、炭素／ニオブ組み合わせの合金は、厚いセクショ
ンの溶接、低ＣＴＥ合金のＧＭＡＷおよび割れなしの多
回パス溶接を可能にした。本発明は、明細書に開示の２
つの特定の範囲によって規定可能な範囲および明細書中
で明記の値間で規定可能な値を意図する。例えば、本発
明は、炭素０．０５〜０．３０を有する溶接デポジット
および炭素０．０６〜０．３７を有する溶加金属を意図
する。
延性を有する本発明の溶接材料が成功裡に製造された。
更に、炭素／ニオブ組み合わせの合金は、厚いセクショ
ンの溶接、低ＣＴＥ合金のＧＭＡＷおよび割れなしの多
回パス溶接を可能にした。本発明は、明細書に開示の２
つの特定の範囲によって規定可能な範囲および明細書中
で明記の値間で規定可能な値を意図する。例えば、本発
明は、炭素０．０５〜０．３０を有する溶接デポジット
および炭素０．０６〜０．３７を有する溶加金属を意図
する。
【００３６】制定法の条項に従って、本発明の特定の態
様をここに例示し且つ説明するが、当業者は、特許請求
の範囲によってカバーされる本発明の形態において変更
を施すことができ且つ本発明の或る特徴が他の特徴の対
応する使用なしに有利に時々使用できることを理解する
であろう。
様をここに例示し且つ説明するが、当業者は、特許請求
の範囲によってカバーされる本発明の形態において変更
を施すことができ且つ本発明の或る特徴が他の特徴の対
応する使用なしに有利に時々使用できることを理解する
であろう。
フロントページの続き (72)発明者 ロバート、アンソニー、バイシェル アメリカ合衆国ウェストバージニア州、 ハンチントン、ウィロービー、アベニ ュ、118 (56)参考文献 特開 昭58−125396（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−174293（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−8303（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−112748（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−34439（ＪＰ，Ａ) 英国特許980357（ＧＢ，Ｂ) 英国特許1137608（ＧＢ，Ｂ)
Claims (3)
- 【請求項１】重量％で、Ｎｉ：２５〜５５％、Ｃ：０．
１２〜０．５％、Ｎｂ：０．５〜３％、Ｍｎ：１．５％
以下、Ｃｕ：２％以下、Ｔｉ：１．５％以下、Ａｌ：
０．５％以下、Ｍｇ：０．１％以下、Ｃｅ：０．１％以
下、Ｚｒ：０．１％以下、Ｓ：０．１％以下、Ｓｉ：１
％以下およびＰ：０．１％以下を含有し、残部がＦｅお
よび不可避的不純物からなることを特徴とする、低熱膨
張係数鉄合金を溶接するための溶接材料。 - 【請求項２】１０〜４０％のアルカリ土類金属炭酸塩、
４５％以下の氷晶石、４０％以下のアルカリ土類金属フ
ッ化物、４５％以下のルチル、およびバインダー（ここ
で、氷晶石プラスアルカリ土類金属フッ化物は５〜４５
％である）を含有する、フラックスを含む、請求項１に
記載の溶接材料。 - 【請求項３】重量％で、Ｃ：０．１〜０．２５％、Ｍ
ｎ：０．８％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｓｉ：０．７
５％以下、Ｃｒ：０．５％以下、Ａｌ：０．２％以下、
Ｔｉ：０．４％以下、Ｎｂ：１〜２．５％、Ｐ：０．０
１％以下、Ｍｇ：０．０００５〜０．０７５％、Ｃｕ：
０．５％以下、Ａｇ、Ｂ、ＳｎおよびＺｎのうち１種又
は２種以上：０．００１％以下、Ｎｉ：３４．２５〜４
１．５％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる溶
接デポジットを形成することを特徴とする、請求項１に
記載の溶接材料。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US60457890A | 1990-10-26 | 1990-10-26 | |
| US604578 | 1990-10-26 | ||
| US64582291A | 1991-01-25 | 1991-01-25 | |
| US645822 | 1991-01-25 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04231194A JPH04231194A (ja) | 1992-08-20 |
| JP2941504B2 true JP2941504B2 (ja) | 1999-08-25 |
Family
ID=27084694
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3197193A Expired - Lifetime JP2941504B2 (ja) | 1990-10-26 | 1991-07-11 | 低熱膨張係数合金用溶接材料 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0482889B1 (ja) |
| JP (1) | JP2941504B2 (ja) |
| BR (1) | BR9104491A (ja) |
| CA (1) | CA2054109C (ja) |
| DE (1) | DE69125684T2 (ja) |
| ES (1) | ES2100215T3 (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2161983T3 (es) † | 1995-08-25 | 2001-12-16 | Inco Alloys Int | Aleacion de alta resistencia y baja dilatacion termica. |
| EP1134053B1 (en) | 1998-10-02 | 2004-09-29 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Welded structure made of low thermal expansion coefficient alloy and weld material |
| DE19934401A1 (de) * | 1999-07-22 | 2001-03-22 | Krupp Vdm Gmbh | Kriechbeständige wärmeausdehnungsarme Eisen-Nickel-Legierung |
| DE19934400C2 (de) * | 1999-07-22 | 2001-07-19 | Krupp Vdm Gmbh | Verwendung einer kriechbeständigen wärmeausdehnungsarmen Eisen-Nickel-Legierung |
| US10532435B2 (en) * | 2003-06-17 | 2020-01-14 | Hobart Brothers Llc | Filler composition for high yield strength base metals |
| DE102006062782B4 (de) | 2006-12-02 | 2010-07-22 | Thyssenkrupp Vdm Gmbh | Eisen-Nickel-Legierung mit hoher Duktilität und geringem Ausdehnungskoeffizienten |
| US10189120B2 (en) | 2013-02-01 | 2019-01-29 | Aperam | Welding wire for Fe—36Ni alloy |
| CN103273220B (zh) * | 2013-06-06 | 2015-10-14 | 上海工程技术大学 | 一种用于低热胀系数合金连接的焊接材料 |
| JP6802660B2 (ja) * | 2016-08-04 | 2020-12-16 | 株式会社神戸製鋼所 | アークスポット溶接方法 |
| CN112496597B (zh) * | 2021-02-05 | 2021-05-11 | 四川西冶新材料股份有限公司 | 抗氢钢高强度高韧性药皮、焊条以及焊条的制备方法 |
| JP7735147B2 (ja) * | 2021-10-12 | 2025-09-08 | 日本鋳造株式会社 | 低熱膨張積層造形合金の製造方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB980357A (en) * | 1962-10-01 | 1965-01-13 | Murex Welding Processes Ltd | Improvements in arc welding and an electrode therefor |
| US3184577A (en) * | 1963-01-18 | 1965-05-18 | Int Nickel Co | Welding material for producing welds with low coefficient of expansion |
| US3514284A (en) * | 1966-06-08 | 1970-05-26 | Int Nickel Co | Age hardenable nickel-iron alloy for cryogenic service |
| JPS5768296A (en) * | 1980-10-16 | 1982-04-26 | Nissan Motor Co Ltd | Automatic welding wire for surface hardening and overlaying |
| JPS6452024A (en) * | 1987-08-24 | 1989-02-28 | Kobe Steel Ltd | Production of shadow mask material for cathode ray tube |
-
1991
- 1991-07-11 JP JP3197193A patent/JP2941504B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1991-10-16 BR BR9104491A patent/BR9104491A/pt not_active IP Right Cessation
- 1991-10-22 DE DE1991625684 patent/DE69125684T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1991-10-22 ES ES91309757T patent/ES2100215T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1991-10-22 EP EP19910309757 patent/EP0482889B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-10-24 CA CA 2054109 patent/CA2054109C/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69125684T2 (de) | 1997-11-20 |
| EP0482889B1 (en) | 1997-04-16 |
| EP0482889A3 (en) | 1993-11-10 |
| JPH04231194A (ja) | 1992-08-20 |
| CA2054109A1 (en) | 1992-04-27 |
| CA2054109C (en) | 2003-06-10 |
| DE69125684D1 (de) | 1997-05-22 |
| ES2100215T3 (es) | 1997-06-16 |
| EP0482889A2 (en) | 1992-04-29 |
| BR9104491A (pt) | 1992-06-09 |
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