JP3232033B2 - Ｆｅ−Ｎｉ系低熱膨張率合金の溶接方法 - Google Patents
Ｆｅ−Ｎｉ系低熱膨張率合金の溶接方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、Fe−Ni系の低熱膨
張率合金を、溶接金属部に割れを発生させることなく多
層溶接する溶接方法に関する。
張率合金を、溶接金属部に割れを発生させることなく多
層溶接する溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】30〜45重量％のNiを含むFe−Ni系の合金
は、熱膨張率が著しく小さい。特に、36％Ni−Fe合金お
よび42％Ni−Fe合金は、インバーと呼ばれて温度変化に
よる熱膨張を嫌う種々の部品材料として実用に供されて
いる。しかし、従来の用途は、バイメタルやブラウン管
のシャドウマスクというような比較的小型の精密機器の
部品が多い。
は、熱膨張率が著しく小さい。特に、36％Ni−Fe合金お
よび42％Ni−Fe合金は、インバーと呼ばれて温度変化に
よる熱膨張を嫌う種々の部品材料として実用に供されて
いる。しかし、従来の用途は、バイメタルやブラウン管
のシャドウマスクというような比較的小型の精密機器の
部品が多い。
【０００３】上記の低熱膨張率合金を液化天然ガス（LN
G）のような低温物質の輸送用配管（低温配管）に応用
すれば、通常SUS304のようなオーステナイト系のステン
レス鋼で作られている配管には必須の熱膨張・収縮を吸
収するためのループ管を設ける必要が無くなる、といっ
た大きな実益が得られる。
G）のような低温物質の輸送用配管（低温配管）に応用
すれば、通常SUS304のようなオーステナイト系のステン
レス鋼で作られている配管には必須の熱膨張・収縮を吸
収するためのループ管を設ける必要が無くなる、といっ
た大きな実益が得られる。
【０００４】低熱膨張率合金を上記の低温配管やタンク
のような構造物に使用するためには、その合金の溶接法
を確立しなければならない。例えば、配管用の管を製造
するにはシーム溶接を行わなければならず、その管をつ
ないで配管を構成するには管を突き合わせて周溶接を行
わなければならない。これらの溶接は、母材と同じく低
熱膨張率のFe−Ni系合金の溶接材料を使用して行うので
あるが、その溶接には「凝固割れ（高温割れ）」および
「再熱割れ」という大きな問題がある。
のような構造物に使用するためには、その合金の溶接法
を確立しなければならない。例えば、配管用の管を製造
するにはシーム溶接を行わなければならず、その管をつ
ないで配管を構成するには管を突き合わせて周溶接を行
わなければならない。これらの溶接は、母材と同じく低
熱膨張率のFe−Ni系合金の溶接材料を使用して行うので
あるが、その溶接には「凝固割れ（高温割れ）」および
「再熱割れ」という大きな問題がある。
【０００５】図４は、これらの割れを説明するための溶
接部の模式的断面図である。図に示す溶接金属（先行パ
ス）41の凝固過程で発生するのが凝固割れであり、仮に
先行パス41が割れなしに形成されたとしても、後続の溶
接金属（後行パス）42を重ねたとき、それによって再加
熱された先行パス41に発生するのが再熱割れ43である。
接部の模式的断面図である。図に示す溶接金属（先行パ
ス）41の凝固過程で発生するのが凝固割れであり、仮に
先行パス41が割れなしに形成されたとしても、後続の溶
接金属（後行パス）42を重ねたとき、それによって再加
熱された先行パス41に発生するのが再熱割れ43である。
【０００６】上記の凝固割れおよび再熱割れの原因は、
Fe−Ni合金の凝固温度（固・液共存温度）範囲が広いこ
と、および合金（溶接金属）中の硫黄(S)等の不純物が
粒界に偏析して高温での延性を低下させることが主因と
考えられている。
Fe−Ni合金の凝固温度（固・液共存温度）範囲が広いこ
と、および合金（溶接金属）中の硫黄(S)等の不純物が
粒界に偏析して高温での延性を低下させることが主因と
考えられている。
【０００７】Ni−Fe系低熱膨張率合金の溶接割れを防止
する一つの対策として、特開平４−231194号公報や特開
平８−267272号公報に開示されているような、溶接材料
の化学組成を調整する発明がある。特開平４−231194号
公報の発明は、溶接材料中にFe、Ni以外にC、Nb、さら
に必要に応じてMn、Ti、Al、Ce、Mg等を含有させて、高
温割れを防止するというものである。また、特開平８−
267272号公報の発明は、合金元素の組み合わせに加え
て、（%Nb）×（%C）≧0.01と規制して再熱割れを防止
することを意図した発明である。
する一つの対策として、特開平４−231194号公報や特開
平８−267272号公報に開示されているような、溶接材料
の化学組成を調整する発明がある。特開平４−231194号
公報の発明は、溶接材料中にFe、Ni以外にC、Nb、さら
に必要に応じてMn、Ti、Al、Ce、Mg等を含有させて、高
温割れを防止するというものである。また、特開平８−
267272号公報の発明は、合金元素の組み合わせに加え
て、（%Nb）×（%C）≧0.01と規制して再熱割れを防止
することを意図した発明である。
【０００８】しかし、溶接材料の化学組成を調整すると
いう対策では、添加元素の添加量管理が難しい。また、
高温割れ、再熱割れを防止するために、添加元素を多量
に使用すると、溶接金属の極低温での靱性が極端に低下
するので、割れ防止の観点のみで、溶接材料の化学組成
を調整するのは好ましくない。さらに、特別な添加元素
を含む組成では溶接材料（ワイヤ）に加工するのが難し
くなったり、高価な添加元素のために材料価格が高騰す
るといった難点もある。
いう対策では、添加元素の添加量管理が難しい。また、
高温割れ、再熱割れを防止するために、添加元素を多量
に使用すると、溶接金属の極低温での靱性が極端に低下
するので、割れ防止の観点のみで、溶接材料の化学組成
を調整するのは好ましくない。さらに、特別な添加元素
を含む組成では溶接材料（ワイヤ）に加工するのが難し
くなったり、高価な添加元素のために材料価格が高騰す
るといった難点もある。
【０００９】結局、溶接材料の添加元素量の調整のみ
で、高温割れ、再熱割れを防止するのは、微妙な添加元
素の管理が必要で、かつ、溶接条件範囲も狭くなり、全
姿勢溶接等の広い溶接条件を必要とする溶接には不向き
である。
で、高温割れ、再熱割れを防止するのは、微妙な添加元
素の管理が必要で、かつ、溶接条件範囲も狭くなり、全
姿勢溶接等の広い溶接条件を必要とする溶接には不向き
である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、Fe-Ni系低
熱膨張率合金の板や管等を多層溶接する場合に、特殊な
溶接材料を使用することなく、言い換えれば、母材をそ
のまま加工した溶接材料を使用しても、高温割れおよび
再熱割れを発生させない溶接方法を開発することを課題
としてなされたものである。
熱膨張率合金の板や管等を多層溶接する場合に、特殊な
溶接材料を使用することなく、言い換えれば、母材をそ
のまま加工した溶接材料を使用しても、高温割れおよび
再熱割れを発生させない溶接方法を開発することを課題
としてなされたものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は「溶接後
の溶接金属部の冷却過程において、少なくとも1200℃か
ら600℃までの温度域での平均冷却速度を50℃／sec以上
とすること、を特徴とするFe−Ni系低熱膨張率合金の溶
接方法」にある。
の溶接金属部の冷却過程において、少なくとも1200℃か
ら600℃までの温度域での平均冷却速度を50℃／sec以上
とすること、を特徴とするFe−Ni系低熱膨張率合金の溶
接方法」にある。
【００１２】上記の平均冷却速度は、一層の溶接におけ
る溶接金属の冷却速度を意味するとともに、多層溶接の
場合には後続する溶接金属の層（ビード）によって再加
熱された先行ビードの冷却速度をも意味する。即ち、多
層盛りの溶接を行う場合、一層ごとに600℃以下の温度
まで冷却することは必須ではなく、溶接金属全体の冷却
速度が50℃／sec以上であるかぎり、先行ビードの冷却
を待たずに次のビードを連続的に重ねて行ってもよい。
る溶接金属の冷却速度を意味するとともに、多層溶接の
場合には後続する溶接金属の層（ビード）によって再加
熱された先行ビードの冷却速度をも意味する。即ち、多
層盛りの溶接を行う場合、一層ごとに600℃以下の温度
まで冷却することは必須ではなく、溶接金属全体の冷却
速度が50℃／sec以上であるかぎり、先行ビードの冷却
を待たずに次のビードを連続的に重ねて行ってもよい。
【００１３】再熱割れ防止をより効果的にするために上
記の平均冷却速度は、100℃／sec以上とするのが望まし
い。一層望ましいのは、150℃／sec以上である。この冷
却速度はできるだけ大きい方がよい。従って、上限は後
述するような種々の強制冷却方法で達成可能な冷却速度
である。
記の平均冷却速度は、100℃／sec以上とするのが望まし
い。一層望ましいのは、150℃／sec以上である。この冷
却速度はできるだけ大きい方がよい。従って、上限は後
述するような種々の強制冷却方法で達成可能な冷却速度
である。
【００１４】ここで「Fe−Ni系低熱膨張率合金」とは、
30〜45重量％のNiを含有し、残部が実質的にFeからなる
合金、および更に少量のCo、Nb、Ti、Ta、Cr、Mo等の副
次的な合金成分（Co、Nbはそれぞれ１％程度まで、Ti、
Ta、Cr、Moはそれぞれ0.5％程度まで）を含有する合
金、ならびにこれらの合金製の板、管およびこれらを溶
接して製造される各種の製品を意味する。従って、本発
明方法は、板を成形した後シーム溶接を行う溶接管の製
造、その管を突き合わせて周溶接を行う配管の製造、さ
らに板や管を組み合わせて作製するタンクその他の容器
や設備等の製造にも使用できる。
30〜45重量％のNiを含有し、残部が実質的にFeからなる
合金、および更に少量のCo、Nb、Ti、Ta、Cr、Mo等の副
次的な合金成分（Co、Nbはそれぞれ１％程度まで、Ti、
Ta、Cr、Moはそれぞれ0.5％程度まで）を含有する合
金、ならびにこれらの合金製の板、管およびこれらを溶
接して製造される各種の製品を意味する。従って、本発
明方法は、板を成形した後シーム溶接を行う溶接管の製
造、その管を突き合わせて周溶接を行う配管の製造、さ
らに板や管を組み合わせて作製するタンクその他の容器
や設備等の製造にも使用できる。
【００１５】上記の本発明方法を実施するに際しては、
次の(1)〜(3)までの方法を用いることができる。
次の(1)〜(3)までの方法を用いることができる。
【００１６】(1) 溶接トーチの後方から冷却ガスを吹
付け、溶接部を溶接直後から強制的に冷却する方法。
付け、溶接部を溶接直後から強制的に冷却する方法。
【００１７】(2) 溶接部の裏面に冷却板を当接し、溶
接部を強制冷却する方法。
接部を強制冷却する方法。
【００１８】(3) 内部から水冷可能で、かつ、溶接部
裏面に冷却ガスを吹き付けることができる構造の治具を
溶接部の裏面に当接し、この治具の接触または／および
冷却ガスの吹付けによって溶接部を強制冷却する方法。
裏面に冷却ガスを吹き付けることができる構造の治具を
溶接部の裏面に当接し、この治具の接触または／および
冷却ガスの吹付けによって溶接部を強制冷却する方法。
【００１９】上記の方法は、それぞれ単独で用いてもよ
く、また、(1)と(2)、または(1)と(3)というように組み
合わせて実施してもよい。(１)および(3)の方法で使用
する冷却ガスは、Ar、He、N2のような不活性ガスとす
る。
く、また、(1)と(2)、または(1)と(3)というように組み
合わせて実施してもよい。(１)および(3)の方法で使用
する冷却ガスは、Ar、He、N2のような不活性ガスとす
る。
【００２０】溶接方法には、特に制約はないが、極低温
用を前提とした場合は、溶接金属の清浄度という観点か
らTIG溶接またはプラズマ溶接（PAW）が望ましい。溶接
材料は、特別な添加元素によって成分調整を行ったもの
でなくてもよい。即ち、母材と同組成のFe−Ni系合金の
溶接材料でよい。
用を前提とした場合は、溶接金属の清浄度という観点か
らTIG溶接またはプラズマ溶接（PAW）が望ましい。溶接
材料は、特別な添加元素によって成分調整を行ったもの
でなくてもよい。即ち、母材と同組成のFe−Ni系合金の
溶接材料でよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】Fe−Ni系低熱膨張率合金の溶接金
属の凝固割れ（高温割れ）は、溶接金属が固液共存の温
度域にあるときに熱変形により開口することによって発
生する。また、再熱割れは、後続するパスにより先行パ
スが再加熱され、600〜1000℃の温度域で不純物が偏析
し、弱化した粒界が熱変形により同様に開口することに
よって発生する。
属の凝固割れ（高温割れ）は、溶接金属が固液共存の温
度域にあるときに熱変形により開口することによって発
生する。また、再熱割れは、後続するパスにより先行パ
スが再加熱され、600〜1000℃の温度域で不純物が偏析
し、弱化した粒界が熱変形により同様に開口することに
よって発生する。
【００２２】本発明は、高温割れの発生域である固液共
存域（1200〜1000℃）および再熱割れの発生温度域（以
下「粒界弱化温度域」という）（1000〜600℃）の双方
で冷却を促進し、冷却速度を大きくすることにより割れ
を防止することができるという知見を基にしている。
存域（1200〜1000℃）および再熱割れの発生温度域（以
下「粒界弱化温度域」という）（1000〜600℃）の双方
で冷却を促進し、冷却速度を大きくすることにより割れ
を防止することができるという知見を基にしている。
【００２３】本発明者は、後述するような多数の実験結
果から、溶接直後の溶接金属部を冷却するに際して、少
なくとも1200℃から600℃までの温度域を50℃／sec以上
の平均冷却速度速で冷却すれば、高温割れおよび再熱割
れの発生が抑止され、特に再熱割れ長さが実用上問題の
ない100μm未満となること、更にその冷却速度が100℃
／sec以上になれば、再熱割れの発生が完全に防止でき
ることを確認した。
果から、溶接直後の溶接金属部を冷却するに際して、少
なくとも1200℃から600℃までの温度域を50℃／sec以上
の平均冷却速度速で冷却すれば、高温割れおよび再熱割
れの発生が抑止され、特に再熱割れ長さが実用上問題の
ない100μm未満となること、更にその冷却速度が100℃
／sec以上になれば、再熱割れの発生が完全に防止でき
ることを確認した。
【００２４】表１は、後述する様々な強制冷却方法によ
って、溶接金属部の種々の温度域での冷却速度を変え
て、再熱割れ発生の有無を調査した結果である。なお、
試験に用いた母材、溶接材料および溶接条件は、後述す
る実施例と同じである。高温割れはビード表面の浸透探
傷試験により観察した。また、再熱割れはビード断面の
６カ所（12、２、４、６、８、10時の位置）からミクロ
試験片を採取しミクロ観察によって確認した。
って、溶接金属部の種々の温度域での冷却速度を変え
て、再熱割れ発生の有無を調査した結果である。なお、
試験に用いた母材、溶接材料および溶接条件は、後述す
る実施例と同じである。高温割れはビード表面の浸透探
傷試験により観察した。また、再熱割れはビード断面の
６カ所（12、２、４、６、８、10時の位置）からミクロ
試験片を採取しミクロ観察によって確認した。
【００２５】
【表１】
【００２６】表１のは、固液共存の1200〜1000℃の温
度域だけで冷却速度を調整した例である。この場合、平
均冷却速度を100〜150℃／secと大きくしても再熱割れ
の発生は防止できない。の例は、冷却速度の調整域を
1200〜800℃と拡大した例である。この場合も100℃／se
c程度までの平均冷却速度では、再熱割れの発生が見ら
れる。の例では1000℃より低温域、では800℃より
低温域ではいずれも強制冷却をしなかったので、1200℃
から600℃までの温度域の平均冷却速度が50℃／secより
も小さくなって割れが発生したものと考えられる。
度域だけで冷却速度を調整した例である。この場合、平
均冷却速度を100〜150℃／secと大きくしても再熱割れ
の発生は防止できない。の例は、冷却速度の調整域を
1200〜800℃と拡大した例である。この場合も100℃／se
c程度までの平均冷却速度では、再熱割れの発生が見ら
れる。の例では1000℃より低温域、では800℃より
低温域ではいずれも強制冷却をしなかったので、1200℃
から600℃までの温度域の平均冷却速度が50℃／secより
も小さくなって割れが発生したものと考えられる。
【００２７】これらに対して、のように1200〜600℃
まで、即ち、固液共存温度域と粒界脆化温度域の両方を
含む温度域で冷却速度を調整した場合には、平均冷却速
度が50℃／sec以上となれば、高温割れは発生せず、再
熱割れも微小となり、70℃／sec以上であれば割れは皆
無となる。
まで、即ち、固液共存温度域と粒界脆化温度域の両方を
含む温度域で冷却速度を調整した場合には、平均冷却速
度が50℃／sec以上となれば、高温割れは発生せず、再
熱割れも微小となり、70℃／sec以上であれば割れは皆
無となる。
【００２８】上記のとおり、固液共存温度域(1200〜100
0℃）および粒界弱化温度域(1000〜600℃）の両温度域
を含む1200〜600℃の範囲の平均冷却速度を50℃／sec以
上とすることによってはじめて割れ防止の効果が得られ
る。なお、600℃よりも低い温度域での冷却速度は任意
である。特別な強制冷却をせずに放冷（空冷）してもよ
い。
0℃）および粒界弱化温度域(1000〜600℃）の両温度域
を含む1200〜600℃の範囲の平均冷却速度を50℃／sec以
上とすることによってはじめて割れ防止の効果が得られ
る。なお、600℃よりも低い温度域での冷却速度は任意
である。特別な強制冷却をせずに放冷（空冷）してもよ
い。
【００２９】上記の冷却速度は、次に説明する強制冷却
法によって実現できる。
法によって実現できる。
【００３０】(1)ガス冷却法 図１は、溶接トーチ１と溶加材２を使用するTIG溶接法
によって母材３を溶接する状態を示す図である。トーチ
１の後方に設けた冷却ガス吹き付けノズル４から、溶接
直後の溶接金属（ビード）５に冷却ガスを吹き付けて強
制冷却を行う。
によって母材３を溶接する状態を示す図である。トーチ
１の後方に設けた冷却ガス吹き付けノズル４から、溶接
直後の溶接金属（ビード）５に冷却ガスを吹き付けて強
制冷却を行う。
【００３１】図５は、ノズルの傾斜角度（図１に示す
θ）を５度とし、吹き付ける冷却ガスの流量を変え、溶
接金属の冷却速度と再熱割れの発生状況を調査した結果
を示すものである。試験に用いた母材、溶接材料および
溶接条件は、後述する実施例と同じであり、冷却ガスは
100％Arガスとした。
θ）を５度とし、吹き付ける冷却ガスの流量を変え、溶
接金属の冷却速度と再熱割れの発生状況を調査した結果
を示すものである。試験に用いた母材、溶接材料および
溶接条件は、後述する実施例と同じであり、冷却ガスは
100％Arガスとした。
【００３２】図５に示すとおり、冷却ガスの流量の調整
によって冷却速度を50℃／sec以上とすることにより高
温割れと再熱割れの発生が防止できる。なお、図中の記
号の意味は下記のとおりである。
によって冷却速度を50℃／sec以上とすることにより高
温割れと再熱割れの発生が防止できる。なお、図中の記
号の意味は下記のとおりである。
【００３３】◎：高温割れも再熱割れも全く発生せず。
【００３４】○：高温割れなし、再熱割れは微小（長さ
が100μｍ未満）。
が100μｍ未満）。
【００３５】△：高温割れなし、長さが100μｍ以上の
再熱割れ発生。
再熱割れ発生。
【００３６】×：高温割れと長さが100μｍ以上の再熱
割れ発生。 (2)冷却板による強制冷却法 溶接部の裏面（トーチの反対側）に、例えば、銅製の冷
却板を当てて溶接金属を強制冷却する方法である。この
方法だけでも薄肉材の場合には50℃／sec以上の冷却速
度が得られ、割れ防止の効果がある。しかし、厚肉材で
十分な冷却速度を確保するには、次に述べる水冷式の冷
却治具を用いるか、または、上記(1)の方法と組み合わ
せて用いるのが望ましい。
割れ発生。 (2)冷却板による強制冷却法 溶接部の裏面（トーチの反対側）に、例えば、銅製の冷
却板を当てて溶接金属を強制冷却する方法である。この
方法だけでも薄肉材の場合には50℃／sec以上の冷却速
度が得られ、割れ防止の効果がある。しかし、厚肉材で
十分な冷却速度を確保するには、次に述べる水冷式の冷
却治具を用いるか、または、上記(1)の方法と組み合わ
せて用いるのが望ましい。
【００３７】(3)水冷式治具による強制冷却法 図２は、管１の周溶接（突き合わせ溶接）において、溶
接部の裏面（管の内面）から溶接金属を強制冷却する装
置の概略を示す図（管の軸に垂直な面での断面図）であ
る。この装置は管の内部に挿入して使用するもので、中
心軸22に連結したクランプ機構23によって冷却治具21を
管20の溶接部の内表面に押し当てて冷却を促進する。24
は冷却治具21の間隙を埋めて冷却効果を補完する水冷銅
板である。
接部の裏面（管の内面）から溶接金属を強制冷却する装
置の概略を示す図（管の軸に垂直な面での断面図）であ
る。この装置は管の内部に挿入して使用するもので、中
心軸22に連結したクランプ機構23によって冷却治具21を
管20の溶接部の内表面に押し当てて冷却を促進する。24
は冷却治具21の間隙を埋めて冷却効果を補完する水冷銅
板である。
【００３８】図３は、図２の冷却治具21の水冷と冷却ガ
ス導入の機構を説明する図である。図３(a)は側面図、
同(b)は、そのA−A矢視断面図である。
ス導入の機構を説明する図である。図３(a)は側面図、
同(b)は、そのA−A矢視断面図である。
【００３９】図３に示すように治具21の溶接部に当接す
る部分は銅板30製で冷却水通路31を持つ。更に冷却ガス
導入管32があって、導入されたガスはガス放出口33から
溶接金属の裏面に向けて放出される。この治具によれ
ば、銅板30の接触による抜熱とガスによる冷却効果とに
よって大きな冷却速度が得られる。なお、次の実施例に
示すように、銅板に通水することによる冷却とガスによ
る冷却はそれぞれ単独でも使用可能である。
る部分は銅板30製で冷却水通路31を持つ。更に冷却ガス
導入管32があって、導入されたガスはガス放出口33から
溶接金属の裏面に向けて放出される。この治具によれ
ば、銅板30の接触による抜熱とガスによる冷却効果とに
よって大きな冷却速度が得られる。なお、次の実施例に
示すように、銅板に通水することによる冷却とガスによ
る冷却はそれぞれ単独でも使用可能である。
【００４０】
【実施例】母材と同材質の溶接材料を用いて、外径508m
m、肉厚9.5mmの36％Ni-Fe系低熱膨張率合金製の管を周
溶接して接合した。溶接方法はTIG溶接法による突き合
わせ多層とした。管と溶接材料の化学組成および溶接条
件は下記のとおりである。
m、肉厚9.5mmの36％Ni-Fe系低熱膨張率合金製の管を周
溶接して接合した。溶接方法はTIG溶接法による突き合
わせ多層とした。管と溶接材料の化学組成および溶接条
件は下記のとおりである。
【００４１】母材（管）の組成・・・C：0.004％、S
i：0.13％、Mn：0.46％、P：0.004％、S：0.01％、Cr：
0.08％、Ni：36.40％、Co：0.02％、Fe：bal． 溶接材料の組成・・・C：0.010％、Si：0.13％、Mn：
0.52％、P：0.002％、S：0.01％、Cr：0.01％、Ni：36.
80％、Co＜0.01％、Nb＜0.01％、Ti＜0.01％、Fe：ba
l． 溶接条件・・・溶接電流：80A、溶接電圧：12V、溶接
速度：75mm/min 冷却を促進するために図２、図３に示した冷却治具21を
用いた。そして、ガス放出口33から吹き付けるガスの流
量と、内面に当接した冷却治具21の銅板30の通水量を種
々変化させて再熱割れと溶接欠陥の発生状況を調べた。
i：0.13％、Mn：0.46％、P：0.004％、S：0.01％、Cr：
0.08％、Ni：36.40％、Co：0.02％、Fe：bal． 溶接材料の組成・・・C：0.010％、Si：0.13％、Mn：
0.52％、P：0.002％、S：0.01％、Cr：0.01％、Ni：36.
80％、Co＜0.01％、Nb＜0.01％、Ti＜0.01％、Fe：ba
l． 溶接条件・・・溶接電流：80A、溶接電圧：12V、溶接
速度：75mm/min 冷却を促進するために図２、図３に示した冷却治具21を
用いた。そして、ガス放出口33から吹き付けるガスの流
量と、内面に当接した冷却治具21の銅板30の通水量を種
々変化させて再熱割れと溶接欠陥の発生状況を調べた。
【００４２】図６に治具21の冷却水の流量と冷却ガス吹
き付け量とが溶接金属の冷却速度および再熱割れ発生に
及ぼす影響を示す。図中の記号の意味は、図５の場合と
同じである。
き付け量とが溶接金属の冷却速度および再熱割れ発生に
及ぼす影響を示す。図中の記号の意味は、図５の場合と
同じである。
【００４３】図６に示すとおり、冷却水の流量または／
および冷却ガスの流量を調節することによって、必要な
溶接金属の冷却速度(1200〜600℃の平均冷却速度で50℃
／sec以上）が得られ、溶接金属の割れが防止できるこ
とが明らかである。なお、図６の縦軸と横軸の交点（０
の位置）は冷却水も冷却ガスも使用せず、単に治具21を
押し当てただけの場合である。この試験冷却では必要な
冷却速度が得られず、割れが発生しているが、前記のよ
うに、薄肉材の溶接であればこの条件でも割れ発生防止
の効果が得られることもある。
および冷却ガスの流量を調節することによって、必要な
溶接金属の冷却速度(1200〜600℃の平均冷却速度で50℃
／sec以上）が得られ、溶接金属の割れが防止できるこ
とが明らかである。なお、図６の縦軸と横軸の交点（０
の位置）は冷却水も冷却ガスも使用せず、単に治具21を
押し当てただけの場合である。この試験冷却では必要な
冷却速度が得られず、割れが発生しているが、前記のよ
うに、薄肉材の溶接であればこの条件でも割れ発生防止
の効果が得られることもある。
【００４４】図６から明らかなように、強制冷却方法を
組合わせて使用して溶接金属の冷却を促進した場合、溶
接金属の高温割れおよび再熱割れの発生を防止して健全
な溶接継手を得ることができる。
組合わせて使用して溶接金属の冷却を促進した場合、溶
接金属の高温割れおよび再熱割れの発生を防止して健全
な溶接継手を得ることができる。
【００４５】実施例には管の周溶接の例を示したが、板
を成形してシーム溶接する溶接管の製造や板材同士の溶
接等、あらゆる溶接に本発明方法が適用できることは言
うまでもない。
を成形してシーム溶接する溶接管の製造や板材同士の溶
接等、あらゆる溶接に本発明方法が適用できることは言
うまでもない。
【００４６】
【発明の効果】本発明の方法を用いれば、母材と同材質
の溶接材料を使用しても、割れのない溶接部が得られ
る。また、溶接材料の組成を変える場合でも添加元素の
種類や量に関する制約が小さくなる。従って、より広い
溶接条件により再熱割れの発生しない多層溶接が可能と
なり、Fe−Ni系低熱膨張率合金の溶接構造物の製造が容
易になる。
の溶接材料を使用しても、割れのない溶接部が得られ
る。また、溶接材料の組成を変える場合でも添加元素の
種類や量に関する制約が小さくなる。従って、より広い
溶接条件により再熱割れの発生しない多層溶接が可能と
なり、Fe−Ni系低熱膨張率合金の溶接構造物の製造が容
易になる。
【図１】溶接部を表面側（トーチ側）から強制冷却する
態様を説明する図である。
態様を説明する図である。
【図２】管の周溶接に使用する内面（裏面）からの強制
冷却装置の一部の概略図である。
冷却装置の一部の概略図である。
【図３】(a)は図２に示した冷却治具の拡大側面図、(b)
はそのA−A矢視断面図である。
はそのA−A矢視断面図である。
【図４】Fe−Ni系低熱膨張率合金の溶接における再熱割
れを説明する溶接部の模式的断面図である。
れを説明する溶接部の模式的断面図である。
【図５】図１に示したガス吹き付けノズルから吹き付け
るガスの流量と、溶接金属の冷却速度および割れ発生と
の関係を示す図である。
るガスの流量と、溶接金属の冷却速度および割れ発生と
の関係を示す図である。
【図６】図３に示した冷却治具の冷却水流量および冷却
ガス流量と、溶接金属の割れ発生との関係を示す図であ
る。
ガス流量と、溶接金属の割れ発生との関係を示す図であ
る。
１．溶接トーチ、 ２．溶加材、 ３．母材、 ４．ガ
ス吹き付けノズル ５．溶接ビード、 20．管、 21．冷却治具、 22．中
心軸、23．クランプ機構、 24．冷却板、 30．銅板、
31．水路、32．ガス導入管、 33．ガス放出口、 4
0．母材、 41．先行パス、42．後行パス、 43．再熱
割れ
ス吹き付けノズル ５．溶接ビード、 20．管、 21．冷却治具、 22．中
心軸、23．クランプ機構、 24．冷却板、 30．銅板、
31．水路、32．ガス導入管、 33．ガス放出口、 4
0．母材、 41．先行パス、42．後行パス、 43．再熱
割れ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｃ２２Ｃ 38/08 Ｃ２２Ｃ 38/08 (72)発明者 白井 政雄 大阪府大阪市中央区平野町４丁目１番２ 号大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 久保 尚重 大阪府大阪市中央区平野町４丁目１番２ 号大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 岩橋 拓 大阪府大阪市中央区平野町４丁目１番２ 号大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 古賀 信次 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番 １号川崎重工業株式会社内 (72)発明者 松島 英浩 兵庫県加古郡播磨町新島８番地川崎重工 業株式会社播磨工場内 (72)発明者 池辺 真人 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 平田 弘征 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 9/23 B23K 9/095 B23K 31/00
Claims (4)
- 【請求項１】溶接後の溶接金属部の冷却過程において、
少なくとも1200℃から600℃までの温度域での平均冷却
速度を50℃／sec以上とすることを特徴とするFe−Ni系
低熱膨張率合金の溶接方法。 - 【請求項２】溶接トーチの後方から冷却ガスを吹き付
け、溶接部を溶接直後から強制的に冷却することを特徴
とする請求項１のFe−Ni系低熱膨張率合金の溶接方法。 - 【請求項３】溶接部の裏面に冷却板を当接し、溶接部を
強制冷却することを特徴とする請求項１または請求項２
のFe−Ni系低熱膨張率合金の溶接方法。 - 【請求項４】内部から水冷可能で、かつ、溶接部裏面に
冷却ガスを吹き付けることができる構造の治具を溶接部
の裏面に当接し、この治具の水冷または／および冷却ガ
スの吹付けによって溶接部を強制冷却することを特徴と
する請求項１または請求項２のFe−Ni系低熱膨張率合金
の溶接方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27232097A JP3232033B2 (ja) | 1997-10-06 | 1997-10-06 | Ｆｅ−Ｎｉ系低熱膨張率合金の溶接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27232097A JP3232033B2 (ja) | 1997-10-06 | 1997-10-06 | Ｆｅ−Ｎｉ系低熱膨張率合金の溶接方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11104882A JPH11104882A (ja) | 1999-04-20 |
| JP3232033B2 true JP3232033B2 (ja) | 2001-11-26 |
Family
ID=17512249
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27232097A Expired - Fee Related JP3232033B2 (ja) | 1997-10-06 | 1997-10-06 | Ｆｅ−Ｎｉ系低熱膨張率合金の溶接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3232033B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5615636B2 (ja) * | 2010-09-13 | 2014-10-29 | 倉敷レーザー株式会社 | 溶接治具 |
| WO2017021440A1 (en) * | 2015-08-04 | 2017-02-09 | Autotech Engineering A.I.E. | Reinforced structural components |
| JP6499557B2 (ja) * | 2015-09-08 | 2019-04-10 | 日新製鋼株式会社 | オーステナイト系ステンレス鋼板の溶接方法 |
-
1997
- 1997-10-06 JP JP27232097A patent/JP3232033B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11104882A (ja) | 1999-04-20 |
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