JP3300187B2 - 9%Ni鋼製被溶接材の狭開先ティグアーク溶接方法 - Google Patents

9%Ni鋼製被溶接材の狭開先ティグアーク溶接方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、LNG(液化天然ガ
ス)タンクのような9%Ni鋼製の大型構造物の溶接施
工に適用されるティグアーク溶接方法に関し、狭開先を
有する9%Ni鋼製被溶接材を融合不良を生じることな
く溶接することができるようにした、9%Ni鋼製被溶
接材の狭開先ティグアーク溶接方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】最近、9%Ni鋼製LNGタンクを組立
てる際の9%Ni鋼製被溶接材の溶接においては、自動
溶接装置を使用したティグ(TIG)アーク溶接が採用
される割合が高くなってきており、化学成分がNiベー
スであって耐割れ性向上のためにSの含有量が0.00
5重量%以下である溶接用フィラワイヤを用い、アーク
雰囲気のシールドガスとしてArガスを使用し、開先角
度が30°を超えるV形開先(両面からの溶接の場合は
X形開先)にて、ティグアーク溶接が行われている。こ
のような9%Ni鋼製LNGタンクのような大型構造物
の組立てにおけるティグアーク溶接では、ティグアーク
溶接金属の機械的特性や耐割れ性が優れていること、ま
た、ビード外観が良好なため、溶接後にグラインダ処理
してビード整形する必要がないこと等の利点がある。し
かしその反面、サブマージアーク溶接等の他の溶接法に
比べると、母材の溶込みが浅いため融合不良などの溶接
欠陥が発生する恐れがあり、また、溶着量をあまり大き
くできず、能率が悪いものであった。一方、LNGタン
クの大型化が進み、適用板厚も大きくなる傾向があり、
能率向上の要請が高まってきている。
【0003】そこで、U形(両面溶接の場合はダブルU
形)あるいはV形などの開先の開先角度を小さくし開先
断面積を減少させる狭開先化による能率向上が望まれて
いるが、従来、開先角度30°以下にて9%Ni鋼製被
溶接材をティグアーク溶接しようとすると、後述する理
由により、融合不良が発生しやすく、狭開先化すること
が困難であった。
【0004】すなわち、9%Ni鋼の溶接用フィラワイ
ヤとしては、通常、ハステロイ系合金やインコネル系合
金などのNiベースのものが使用されている。このよう
なNiベースの溶接用フィラワイヤは、その融点が低く
(通常1300℃程度、Feベースのものでは1500
℃程度、オーステナイトステンレス鋼でも1400℃程
度)、横向き溶接姿勢等ではその溶融金属が垂れ落ちや
すい。さらに、9%Ni鋼とNiベースの溶接用フィラ
ワイヤとではビードのなじみも悪い。したがって、特に
横向き溶接姿勢では、図9に示すように、開先角度を3
0°以下とすると下側の開先壁部分で融合不良が発生し
た。また、耐割れ性向上のためにSの含有量が0.00
5重量%以下である溶接用フィラワイヤを用いた場合に
は、Sの含有量が高いものに比較して、溶込みが浅くビ
ードの拡がりも小さいという傾向がある。このようなこ
とから、従来は、化学成分がNiベースでS含有量が
0.005重量%以下の溶接用フィラワイヤを使用し
て、開先角度30°以下の狭開先を有する9%Ni鋼製
被溶接材をティグアーク溶接しようとすると、融合不良
が発生し、狭開先化することが困難であった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】この発明は前記のよう
な問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、
LNGタンク等のような9%Ni鋼製の大型構造物のテ
ィグアーク溶接による溶接施工に際し、化学成分がNi
ベースであって耐割れ性向上のためにSの含有量が0.
005重量%以下である溶接用フィラワイヤを用い、開
先角度30°以下の狭開先を有する9%Ni鋼製被溶接
材を、融合不良やビード形状不良を生じることなくティ
グアーク溶接することができ、これによって狭開先化に
よる能率向上を図ることができる9%Ni鋼製被溶接材
の狭開先ティグアーク溶接方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
9%Ni鋼製被溶接材に開先角度30°以下の狭開先を
設け、化学成分がNiをベースとし、Sの含有量が0.
005重量%以下である溶接用フィラワイヤを用い、ア
ーク雰囲気のシールドガスとして、ArガスとHeガス
との混合ガスでHeガス混合比率が25〜95%である
シールドガスを用いて前記狭開先を有する9%Ni鋼製
被溶接材をティグアーク溶接することを特徴とする9%
Ni鋼製被溶接材の狭開先ティグアーク溶接方法であ
る。
【0007】請求項2に係る発明は、前記請求項1に係
る発明において、前記狭開先が横向き溶接姿勢用のもの
であることを特徴とする9%Ni鋼製被溶接材の狭開先
ティグアーク溶接方法である。
【0008】
【作用】この発明による狭開先ティグアーク溶接方法
は、狭開先化による能率向上を目的とする点から、板厚
16mm以上の9%Ni鋼製被溶接材を対象とすること
が好ましい。また、溶接用フィラワイヤとしては、化学
成分がNiをベースとし、耐割れ性向上のためにSの含
有量が0.005重量%以下であるものを対象としてい
る。なお、耐割れ性向上の点から、S含有量のさらに好
ましい範囲は、0.002重量%以下である。
【0009】この発明による狭開先ティグアーク溶接方
法においては、アーク雰囲気のシールドガスとして、従
来のArガス単体に代えて、ArガスとHeガスとの混
合ガスでHeガス混合比率が25〜95%であるシール
ドガスを用いることにより、NiベースでS含有量が
0.005重量%以下の溶接用フィラワイヤを使用して
も、図4の(b)に示すように、9%Ni鋼製被溶接材
(母材)への溶込みを深く、かつビード幅の拡がりを大
きくできる。これによって開先角度30°以下のU形あ
るいはV形の狭開先においても開先壁部分を十分に溶融
して融合不良のない溶接部を得ることができる。
【0010】前述した溶込みが深くかつビード幅が拡が
る理由は、次のように考えられる。Heガスの雰囲気
は、Arガスに比べると電位傾度を高めることが知られ
ており、そのために同じアーク長の場合、Ar−Heガ
ス(ArガスとHeガスとの混合ガス)でのアーク電圧
の方が、Arガス単体のそれよりも高くなる。したがっ
て、溶接入熱を大きくでき、Arガス単体の場合に比べ
て溶込みが増すことになる。また、HeガスがArガス
よりも軽いことに起因すると考えられるが、Arガスで
のアーク柱は母材まで細く明確であるのに対し、Ar−
Heガスでのアーク柱は母材に近くなると拡がり、かつ
明確でなくなる傾向がある。そのために、Arガス単体
の場合に比べてビード幅が拡がるものと考えられる。
【0011】前記したようにHeガス混合比率(体積比
率)は25〜95%の範囲がよい。Heガス混合比率が
25%を下回ると、Heガス添加による効果が十分発揮
されず、開先角度30°以下の狭開先において融合不良
をなくすことができない。また、Heガス混合比率が9
5%を上回ると、ビード幅の拡がりはより大きくはなる
が一定せず、ビード幅が不揃いとなってビード形状不良
となる。なお、Heガス混合比率のより好ましい範囲
は、ビード形状不良を生じることなくHeガス添加によ
る前記効果をより確実なものとする点から、35〜80
%である。
【0012】高電流ティグアーク溶接ではいわゆる二重
シールドを施すことが多い。この二重シールドの場合、
外側のシールドにArガスに代えてAr−Heガスを用
いる意味はほとんどなく、アーク雰囲気にシールドガス
を供給する内側のシールドに本発明組成のAr−Heガ
スを用いるようにすればよい。
【0013】この発明による狭開先ティグアーク溶接方
法では、図5に示すように、溶接用フィラワイヤFWを
溶接トーチTに支持されたタングステン電極Eの後方側
(反溶接方向側)から送給するようにすることが、ビー
ド幅がより拡がって融合不良の解消に役立つので好まし
い。これは、フィラワイヤをタングステン電極の前方側
(溶接方向側)から送給する場合には、溶融プールの先
端がフィラワイヤを溶かすのに熱を奪われて拡がり難く
なるためと考えられる。ただし、溶接用フィラワイヤの
送給方向については、後方側からにすると、フィラワイ
ヤの挿入状態が見にくく、またフィラワイヤの挿入でき
る領域も狭くなるので、状況に応じて適宜選択するよう
にするとよい。
【0014】この発明による狭開先ティグアーク溶接方
法は、特に横向き溶接において、下側の開先壁部分を十
分に溶融して融合不良のない溶接部が得られ、従来の溶
融金属の垂れ落ちによる下側の開先壁部分の融合不良を
なくすことができ、その効果が十分に発揮されることに
なる。
【0015】また、この発明による狭開先ティグアーク
溶接方法は、特にU形開先において、開先角度を15°
以下にして1層1パスの多層溶接が可能となるので、そ
の効果がよく発揮されることになる。9%Ni鋼製LN
Gタンク施工の場合、溶接ひずみの影響を抑えるために
両面からの溶接を行うことが多い。このとき、図6に示
すような銅製裏当て材BPを使用することにより、裏は
つり処理のない能率の良い施工ができる。なお、銅製裏
当て材に代えてArガス等によるバックシールドを施す
ことにより、裏当て材を使用しない両面溶接も可能であ
る。
【0016】さらに、U形狭開先では1層1パスの多層
溶接が可能となることから、溶接の自動化が容易にな
る。つまり、1層1パスの多層溶接では、図7に示すよ
うに、タングステン電極の狙い位置を、常に開先の中央
Cになるようにすれば良い。したがって、ITVカメラ
等でタングステン電極の狙い位置をモニタリングしなが
ら溶接する場合や、予め溶接前に溶接トーチ(タングス
テン電極)位置を溶接線に沿って教示しておき溶接する
場合、さらに、図8に示すように、開先にレーザスリッ
ト光LSBを照射して開先を検知しながら溶接する場合
でも、タングステン電極が開先中央になるように位置制
御すればよく、溶接の自動化が容易となる。
【0017】
【実施例】以下、この発明の実施例について説明する。
後述する溶接条件にて本発明例及び比較例による狭開先
ティグアーク溶接を行い、溶接欠陥の有無を調べた。
【0018】標準溶接条件は、溶接姿勢:横向き、母
材:9%Ni鋼(JIS G 3127 SL9N59
0相当),板厚40mm,溶接長1m、開先:U形開
先,開先角度14°(図1参照)、溶接用フィラワイ
ヤ:高Ni系ワイヤ(JIS Z3323 YGT9N
i−2 相当),直径1.2mm(表1参照)、電流:
350A(各パスの平均値)、電圧:12V(各パスの
平均値)、溶接速度:15cm/分(各パスの平均
値)、溶接用フィラワイヤ送給量:30g/分、溶接用
フィラワイヤ送り方向:電極の後方側(反溶接方向側)
から、とした。表1に溶接用フィラワイヤの化学成分
(単位重量%)を示す。
【0019】
【表1】
【0020】表2にアーク雰囲気のシールドガス組成、
溶接用フィラワイヤのS量などとともに溶接結果を併せ
て示す。
【0021】
【表2】
【0022】表2より理解されるように、この発明の実
施例によると、化学成分がNiベースであって耐割れ性
向上のためにSの含有量が0.005重量%以下である
溶接用フィラワイヤを用い、開先角度30°以下の狭開
先を有する9%Ni鋼製被溶接材を、融合不良やビード
形状不良を生じることなくティグアーク溶接することが
でき、これによって狭開先化による能率向上を図ること
ができる。
【0023】
【発明の効果】以上述べたように、請求項1、2の発明
による9%Ni鋼製被溶接材の狭開先ティグアーク溶接
方法によると、アーク雰囲気のシールドガスとして、A
rガスと所定比率で混合されたHeガスとの混合ガスを
用いるようにしたものであるから、化学成分がNiベー
スであって耐割れ性向上のためにSの含有量が0.00
5重量%以下である溶接用フィラワイヤを用いて、開先
角度30°以下の狭開先を有する9%Ni鋼製被溶接材
を、融合不良やビード形状不良を生じることなくティグ
アーク溶接することができ、これによって狭開先化によ
る能率向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例における開先形状の一例を示
す図である。
【図2】この発明の実施例における開先形状の他の例を
示す図である。
【図3】この発明の実施例における開先形状の更に他の
例を示す図である。
【図4】この発明の方法による溶込み形状を説明するた
めの図である。
【図5】溶接用フィラワイヤの送り方向を説明するため
の図である。
【図6】両面溶接で使用される銅製裏当て材を示す図で
ある。
【図7】1層1パスの多層溶接でのタングステン電極の
狙い位置を説明するための図である。
【図8】レーザスリット光を用いた開先検知の様子を示
す図である。
【図9】横向溶接で発生する融合不良を説明するための
図である。
【符号の説明】
W…9%Ni鋼製被溶接材 W1…9%Ni鋼製上側被
溶接材 W2…9%Ni鋼製下側被溶接材 N…溶込み
部 E…タングステン電極 FW…溶接用フィラワイヤ
T…溶接トーチ BP…銅製裏当て材 C…開先中央
線 LSB…レーザスリット光
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI B23K 9/23 B23K 9/23 C 35/30 320 35/30 320A (56)参考文献 特開 平6−277875(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 9/167 B23K 9/23

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 9%Ni鋼製被溶接材に開先角度30°
    以下の狭開先を設け、化学成分がNiをベースとし、S
    の含有量が0.005重量%以下である溶接用フィラワ
    イヤを用い、アーク雰囲気のシールドガスとして、Ar
    ガスとHeガスとの混合ガスでHeガス混合比率が25
    〜95%であるシールドガスを用いて前記狭開先を有す
    る9%Ni鋼製被溶接材をティグアーク溶接することを
    特徴とする9%Ni鋼製被溶接材の狭開先ティグアーク
    溶接方法。
  2. 【請求項2】 前記狭開先が横向き溶接姿勢用のもので
    あることを特徴とする請求項1記載の9%Ni鋼製被溶
    接材の狭開先ティグアーク溶接方法。
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