JP3495154B2 - 溶接部材、配管、配管システム及び溶接方法並びにクリーンルーム - Google Patents
溶接部材、配管、配管システム及び溶接方法並びにクリーンルームInfo
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L13/00—Non-disconnectible pipe-joints, e.g. soldered, adhesive or caulked joints
- F16L13/02—Welded joints
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Arc Welding In General (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、溶接部材、配管、
配管システム及び溶接方法並びにクリーンルームに関す
る。
配管システム及び溶接方法並びにクリーンルームに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ガス供給配管としては、ＳＵＳ３１６等
のオーステナイト系ステンレスからなる管の内表面に表
面がクロム酸化物のみからなる（鉄酸化物を含まない）
不動態膜を形成後、管同士を溶接したものが用いられて
いる。
のオーステナイト系ステンレスからなる管の内表面に表
面がクロム酸化物のみからなる（鉄酸化物を含まない）
不動態膜を形成後、管同士を溶接したものが用いられて
いる。
【０００３】しかし、かかるガス供給配管を用いた場合
には、管の寿命が極めて短い。従って、極めて短い期間
毎に管の交換を必要とし、そのために多大の作業・費用
を費やさざるを得なかった。また、交換にともないクリ
ーンルーム内の清浄度の低下を招いていた。
には、管の寿命が極めて短い。従って、極めて短い期間
毎に管の交換を必要とし、そのために多大の作業・費用
を費やさざるを得なかった。また、交換にともないクリ
ーンルーム内の清浄度の低下を招いていた。
【０００４】本発明者は、管の寿命が短い原因を探った
ところ、溶接部においては鉄酸化物を含む不動態膜が形
成されており、その部分から腐食が発生することを見い
だした。
ところ、溶接部においては鉄酸化物を含む不動態膜が形
成されており、その部分から腐食が発生することを見い
だした。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、耐食性に優
れた溶接部材、配管を提供することを目的とする。本発
明は、寿命が極めて長く、交換をほとんど必要としない
配管システムを提供することを目的とする。
れた溶接部材、配管を提供することを目的とする。本発
明は、寿命が極めて長く、交換をほとんど必要としない
配管システムを提供することを目的とする。
【０００６】本発明は、清浄度が高くメインテナンスフ
リーのクリーンルームを提供することを目的とする。本
発明は、耐食性に優れた溶接部材を製造することが可能
な溶接方法を提供することを目的とする。
リーのクリーンルームを提供することを目的とする。本
発明は、耐食性に優れた溶接部材を製造することが可能
な溶接方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の溶接部材は、フ
ェライト系ステンレス鋼同士を溶接した溶接部の最表面
が、鉄酸化物を含まないクロム酸化物の表面であること
を特徴とする。
ェライト系ステンレス鋼同士を溶接した溶接部の最表面
が、鉄酸化物を含まないクロム酸化物の表面であること
を特徴とする。
【０００８】本発明の配管は、フェライト系ステンレス
鋼からなる配管同士を溶接した溶接部の最表面が、鉄酸
化物を含まないクロム酸化物の表面であることを特徴と
する。
鋼からなる配管同士を溶接した溶接部の最表面が、鉄酸
化物を含まないクロム酸化物の表面であることを特徴と
する。
【０００９】本発明の配管システムは、フェライト系ス
テンレス鋼からなる配管同士を溶接した溶接部の最表面
が、鉄酸化物を含まないクロム酸化物の表面である配管
を用いたことを特徴とする。
テンレス鋼からなる配管同士を溶接した溶接部の最表面
が、鉄酸化物を含まないクロム酸化物の表面である配管
を用いたことを特徴とする。
【００１０】本発明の溶接方法は、フェライト系ステン
レス鋼同士を溶接後、酸化性を有するガスを溶接部に流
すとともに、溶接部を溶融しない程度のアークを該溶接
部に照射することを特徴とする。
レス鋼同士を溶接後、酸化性を有するガスを溶接部に流
すとともに、溶接部を溶融しない程度のアークを該溶接
部に照射することを特徴とする。
【００１１】本発明のクリーンルームは、内部に配置さ
れたガス供給配管は、フェライト系ステンレス鋼からな
る配管同士を溶接した溶接部の最表面が、鉄酸化物を含
まないクロム酸化物の表面である配管であることを特徴
とする。
れたガス供給配管は、フェライト系ステンレス鋼からな
る配管同士を溶接した溶接部の最表面が、鉄酸化物を含
まないクロム酸化物の表面である配管であることを特徴
とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明において使用するフェライ
ト系ステンレスとしては、クロムを２５重量％以上含有
するステンレス鋼が好ましい。
ト系ステンレスとしては、クロムを２５重量％以上含有
するステンレス鋼が好ましい。
【００１３】溶接後における溶接電流を３〜６Ａとする
ことにより鉄酸化物を含まないクロム酸化物からなる不
動態膜をより良好に形成することができる。３Ａ未満の
場合にはアークの発生が充分でないことがありり鉄酸化
物を含まないクロム酸化物からなる不動態膜の形成に時
間がかかることがある。一方、６Ａを超えると溶接部が
溶融する可能性がある。従って、３〜６Ａが好ましい。
ことにより鉄酸化物を含まないクロム酸化物からなる不
動態膜をより良好に形成することができる。３Ａ未満の
場合にはアークの発生が充分でないことがありり鉄酸化
物を含まないクロム酸化物からなる不動態膜の形成に時
間がかかることがある。一方、６Ａを超えると溶接部が
溶融する可能性がある。従って、３〜６Ａが好ましい。
【００１４】溶接後に流す酸化性を有するガスは、アル
ゴンガス中に酸素を含有するガスが好ましい。
ゴンガス中に酸素を含有するガスが好ましい。
【００１５】その際、酸素濃度は５ｐｐｍ以上５０ｐｐ
ｍ未満が好ましい。５ｐｐｍ未満の場合には、条件によ
っては鉄酸化物を含む不動態膜が形成されることがあ
り、条件制御が困難となる。５０ｐｐｍ以上では条件に
よっては酸素過剰となりやはり鉄酸化物を含む不動態膜
が形成されることがある。なお、２５ｐｐｍ〜３５ｐｐ
ｍが特に好ましい。
ｍ未満が好ましい。５ｐｐｍ未満の場合には、条件によ
っては鉄酸化物を含む不動態膜が形成されることがあ
り、条件制御が困難となる。５０ｐｐｍ以上では条件に
よっては酸素過剰となりやはり鉄酸化物を含む不動態膜
が形成されることがある。なお、２５ｐｐｍ〜３５ｐｐ
ｍが特に好ましい。
【００１６】なお、アルゴンと酸素との混合ガスに水素
を添加してもよい。その場合には、表面粗さが細かくな
るため好ましい。なお、酸化性を有するガスとし、アル
ゴン中に水分を含有するガスを用いてもよい。
を添加してもよい。その場合には、表面粗さが細かくな
るため好ましい。なお、酸化性を有するガスとし、アル
ゴン中に水分を含有するガスを用いてもよい。
【００１７】溶接後における回転速度は、例えば１／４
インチ径の管の場合６〜８ｒｐｍが好ましい。４ｒｐｍ
未満では不動態膜が厚くなりすぎ（４００オーグストロ
ング以上）剥離を生ずる場合もある。また、８ｒｐｍを
超えると不動態膜が形成されないことがある。
インチ径の管の場合６〜８ｒｐｍが好ましい。４ｒｐｍ
未満では不動態膜が厚くなりすぎ（４００オーグストロ
ング以上）剥離を生ずる場合もある。また、８ｒｐｍを
超えると不動態膜が形成されないことがある。
【００１８】
（実験例１）１／４インチ径のフェライト系ステンレス
鋼（ＦＳ１０：商品名）からなる配管を、水分濃度を１
００ｐｐｍとした水素、酸素及びアルゴンガスの雰囲気
で酸化処理を行い、配管内表面に１００％の酸化クロム
不動態膜を形成した。
鋼（ＦＳ１０：商品名）からなる配管を、水分濃度を１
００ｐｐｍとした水素、酸素及びアルゴンガスの雰囲気
で酸化処理を行い、配管内表面に１００％の酸化クロム
不動態膜を形成した。
【００１９】次にタングステンイナートガス溶接法によ
り、１００％酸化クロム不動態膜を形成したフェライト
系ステンレス配管の溶接を行った。溶接方法としては、
最初の１周で溶接を行い、２周目の１周で溶接スピード
３ｒｐｍ、電流値３Ａの条件で酸化不動態化処理を行っ
た。バックシールガスとしては、アルゴンガスに酸素ガ
スを種々の濃度添加したものを用いて溶接を行った。得
られた溶接配管サンプルは（ａ）；無添加、（ｂ）；１
ｐｐｍ、（ｃ）；５０ｐｐｍとする。
り、１００％酸化クロム不動態膜を形成したフェライト
系ステンレス配管の溶接を行った。溶接方法としては、
最初の１周で溶接を行い、２周目の１周で溶接スピード
３ｒｐｍ、電流値３Ａの条件で酸化不動態化処理を行っ
た。バックシールガスとしては、アルゴンガスに酸素ガ
スを種々の濃度添加したものを用いて溶接を行った。得
られた溶接配管サンプルは（ａ）；無添加、（ｂ）；１
ｐｐｍ、（ｃ）；５０ｐｐｍとする。
【００２０】溶接終了後、配管を切断し溶接部表面の深
さ方向の組成分布をＸＰＳ（Ｘ線光電子分光）により調
べた。結果を図１（（ａ）の場合）、図２（（ｂ）の場
合）、図３（（ｃ）の場合）に示す。また、図の横軸
は、スパッタによる表面のエッチング時間であり、１分
間のエッチング時間は約７ｎｍの膜厚に対応する。
さ方向の組成分布をＸＰＳ（Ｘ線光電子分光）により調
べた。結果を図１（（ａ）の場合）、図２（（ｂ）の場
合）、図３（（ｃ）の場合）に示す。また、図の横軸
は、スパッタによる表面のエッチング時間であり、１分
間のエッチング時間は約７ｎｍの膜厚に対応する。
【００２１】図から明らかなように、バックシールガス
に酸素を１ｐｐｍ添加して溶接した場合（図２）、酸素
を無添加で溶接した場合（図１）とほぼ同じ結果で、酸
素量が酸化クロム不動態膜を形成するには不十分である
ことがわかる。また、酸素濃度を５０ｐｐｍ添加して溶
接した場合（図３）、鉄、クロム混合の酸化不動態膜が
１００ｎｍ以上形成していて酸素過剰であることがわか
る。
に酸素を１ｐｐｍ添加して溶接した場合（図２）、酸素
を無添加で溶接した場合（図１）とほぼ同じ結果で、酸
素量が酸化クロム不動態膜を形成するには不十分である
ことがわかる。また、酸素濃度を５０ｐｐｍ添加して溶
接した場合（図３）、鉄、クロム混合の酸化不動態膜が
１００ｎｍ以上形成していて酸素過剰であることがわか
る。
【００２２】（実験例２）１／４インチ径のフェライト
系ステンレス配管を、水分濃度を１００ｐｐｍとした水
素、酸素及びアルゴンガスの雰囲気で酸化処理を行い、
配管内表面に１００％の酸化クロム不動態膜を形成し
た。
系ステンレス配管を、水分濃度を１００ｐｐｍとした水
素、酸素及びアルゴンガスの雰囲気で酸化処理を行い、
配管内表面に１００％の酸化クロム不動態膜を形成し
た。
【００２３】次にタングステンイナートガス溶接法によ
り、１００％酸化クロム不動態膜を形成したフェライト
系ステンレス配管の溶接を行った。溶接方法としては、
最初の１周で溶接を行い、２周目以降で溶接スピード６
ｒｐｍ、電流値３Ａの条件で、０〜３周溶接ヘッドを回
転させて、酸化不動態化処理を行った。バックシールガ
スとしては、アルゴンガスに酸素ガスを３０ｐｐｍ添加
したものを用いて溶接を行った。得られた溶接配管サン
プルを（ａ）；０周、（ｂ）；１周、（ｃ）；２周、
（ｄ）；３周とする。
り、１００％酸化クロム不動態膜を形成したフェライト
系ステンレス配管の溶接を行った。溶接方法としては、
最初の１周で溶接を行い、２周目以降で溶接スピード６
ｒｐｍ、電流値３Ａの条件で、０〜３周溶接ヘッドを回
転させて、酸化不動態化処理を行った。バックシールガ
スとしては、アルゴンガスに酸素ガスを３０ｐｐｍ添加
したものを用いて溶接を行った。得られた溶接配管サン
プルを（ａ）；０周、（ｂ）；１周、（ｃ）；２周、
（ｄ）；３周とする。
【００２４】溶接終了後、配管を切断し溶接部表面の深
さ方向の組成分布をＸＰＳ（Ｘ線光電子分光）により調
べた。結果を図４（（ａ）の場合）、図５（（ｂ）の場
合）、図６（（ｃ）の場合）に示す。また、図の横軸
は、スパッタによる表面のエッチング時間であり、１分
間のエッチング時間は約７ｎｍの膜厚に対応する。
さ方向の組成分布をＸＰＳ（Ｘ線光電子分光）により調
べた。結果を図４（（ａ）の場合）、図５（（ｂ）の場
合）、図６（（ｃ）の場合）に示す。また、図の横軸
は、スパッタによる表面のエッチング時間であり、１分
間のエッチング時間は約７ｎｍの膜厚に対応する。
【００２５】図から明らかなように、回転数０〜３周の
どの条件においても酸化膜が形成されていることが分か
る。この条件において、回転数を２周（図６）、３周し
た場合では最表面から約３０ｎｍ、鉄を全く含まない、
１００％の酸化クロム不動態膜が形成されていることが
分かる。
どの条件においても酸化膜が形成されていることが分か
る。この条件において、回転数を２周（図６）、３周し
た場合では最表面から約３０ｎｍ、鉄を全く含まない、
１００％の酸化クロム不動態膜が形成されていることが
分かる。
【００２６】（実験例３）１／４インチ径のフェライト
系ステンレス配管を、水分濃度を１００ｐｐｍとした水
素、酸素及びアルゴンガスの雰囲気で酸化処理を行い、
配管内表面に１００％の酸化クロム不動態膜を形成し
た。
系ステンレス配管を、水分濃度を１００ｐｐｍとした水
素、酸素及びアルゴンガスの雰囲気で酸化処理を行い、
配管内表面に１００％の酸化クロム不動態膜を形成し
た。
【００２７】次にタングステンイナートガス溶接法によ
り、１００％酸化クロム不動態膜を形成したフェライト
系ステンレス配管の溶接を行った。溶接方法としては、
最初の１周で溶接を行い、２周目以降で溶接スピード６
ｒｐｍ、電流値３Ａの条件で、３周溶接ヘッドを回転さ
せて、酸化不動態化処理を行った。バックシールガスと
しては、アルゴンガスに酸素ガスを種々の濃度添加した
ものを用いて溶接を行った。得られた溶接配管サンプル
を（ａ）；２５ｐｐｍ、（ｂ）；３０ｐｐｍ、（ｃ）；
３５ｐｐｍとする。
り、１００％酸化クロム不動態膜を形成したフェライト
系ステンレス配管の溶接を行った。溶接方法としては、
最初の１周で溶接を行い、２周目以降で溶接スピード６
ｒｐｍ、電流値３Ａの条件で、３周溶接ヘッドを回転さ
せて、酸化不動態化処理を行った。バックシールガスと
しては、アルゴンガスに酸素ガスを種々の濃度添加した
ものを用いて溶接を行った。得られた溶接配管サンプル
を（ａ）；２５ｐｐｍ、（ｂ）；３０ｐｐｍ、（ｃ）；
３５ｐｐｍとする。
【００２８】溶接終了後、配管を切断し溶接部表面の深
さ方向の組成分布をＸＰＳ（Ｘ線光電子分光）により調
べた。結果を図７（（ａ）の場合）、図８（（ｂ）の場
合）、図９（（ｃ）の場合）に示す。また、図の横軸
は、スパッタによる表面のエッチング時間であり、１分
間のエッチング時間は約７ｎｍの膜厚に対応する。
さ方向の組成分布をＸＰＳ（Ｘ線光電子分光）により調
べた。結果を図７（（ａ）の場合）、図８（（ｂ）の場
合）、図９（（ｃ）の場合）に示す。また、図の横軸
は、スパッタによる表面のエッチング時間であり、１分
間のエッチング時間は約７ｎｍの膜厚に対応する。
【００２９】図から明らかなように、この条件（電流
値、回転スピード、回転数）において酸素濃度２５ｐｐ
ｍから３５ｐｐｍの領域において最表面から数十ｎｍの
膜厚で鉄を全く含まない１００％の酸化クロム不動態膜
が形成されていることが分かる。そして、酸素濃度が増
加すると膜厚が増加する傾向も分かる。
値、回転スピード、回転数）において酸素濃度２５ｐｐ
ｍから３５ｐｐｍの領域において最表面から数十ｎｍの
膜厚で鉄を全く含まない１００％の酸化クロム不動態膜
が形成されていることが分かる。そして、酸素濃度が増
加すると膜厚が増加する傾向も分かる。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、耐食性に優れた溶接部
材、配管を提供することができる。本発明によれば、寿
命が極めて長く、交換をほとんど必要としない配管シス
テムを提供することができる。
材、配管を提供することができる。本発明によれば、寿
命が極めて長く、交換をほとんど必要としない配管シス
テムを提供することができる。
【００３１】本発明によれば、清浄度が高くメインテナ
ンスフリーのクリーンルームを提供することができる。
本発明によれば、耐食性に優れた溶接部材を製造するこ
とが可能な溶接方法を提供することができる。
ンスフリーのクリーンルームを提供することができる。
本発明によれば、耐食性に優れた溶接部材を製造するこ
とが可能な溶接方法を提供することができる。
【図１】実験例１の（ａ）により形成した不動態膜のＸ
ＰＳ検査結果を示すグラフである。
ＰＳ検査結果を示すグラフである。
【図２】実験例１の（ｂ）により形成した不動態膜のＸ
ＰＳ検査結果を示すグラフである。
ＰＳ検査結果を示すグラフである。
【図３】実験例１の（ｃ）により形成した不動態膜のＸ
ＰＳ検査結果を示すグラフである。
ＰＳ検査結果を示すグラフである。
【図４】実験例２の（ａ）により形成した不動態膜のＸ
ＰＳ検査結果を示すグラフである。
ＰＳ検査結果を示すグラフである。
【図５】実験例２の（ｂ）により形成した不動態膜のＸ
ＰＳ検査結果を示すグラフである。
ＰＳ検査結果を示すグラフである。
【図６】実験例２の（ｃ）により形成した不動態膜のＸ
ＰＳ検査結果を示すグラフである。
ＰＳ検査結果を示すグラフである。
【図７】実験例２の（ｄ）により形成した不動態膜のＸ
ＰＳ検査結果を示すグラフである。
ＰＳ検査結果を示すグラフである。
【図８】実験例３の（ａ）により形成した不動態膜のＸ
ＰＳ検査結果を示すグラフである。
ＰＳ検査結果を示すグラフである。
【図９】実験例３の（ｂ）により形成した不動態膜のＸ
ＰＳ検査結果を示すグラフである。
ＰＳ検査結果を示すグラフである。
【図１０】実験例３の（ｃ）により形成した不動態膜の
ＸＰＳ検査結果を示すグラフである。
ＸＰＳ検査結果を示すグラフである。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｃ２２Ｃ 38/18 Ｃ２２Ｃ 38/18
// Ｂ２３Ｋ 101:06 Ｂ２３Ｋ 101:06
(56)参考文献 特開 平７−197206（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−197207（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−183846（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−227218（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−210483（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−194168（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C23C 8/14
C23C 8/18
B23K 9/16
B23K 9/23
C22C 38/00 302
C22C 38/18
B23K 101:06
B23K 9/235
B23K 31/00
Claims (16)
- 【請求項１】 フェライト系ステンレス鋼同士を溶接し
た溶接部の最表面が、鉄酸化物を含まないクロム酸化物
の表面であることを特徴とする溶接部材。 - 【請求項２】 前記フェライト系ステンレス鋼は、クロ
ムを２５重量％以上含有するステンレス鋼であることを
特徴とする請求項１記載の溶接部材。 - 【請求項３】 フェライト系ステンレス鋼からなる配管
同士を溶接した溶接部の最表面が、鉄酸化物を含まない
クロム酸化物の表面であることを特徴とする配管。 - 【請求項４】 前記フェライト系ステンレス鋼は、クロ
ムを２５重量％以上含有するステンレス鋼であることを
特徴とする請求項３記載の配管。 - 【請求項５】 フェライト系ステンレス鋼からなる配管
同士を溶接した溶接部の最表面が、鉄酸化物を含まない
クロム酸化物の表面である配管を用いたことを特徴とす
る配管システム。 - 【請求項６】 前記フェライト系ステンレス鋼は、クロ
ムを２５重量％以上含有するステンレス鋼であることを
特徴とする請求項５記載の配管システム。 - 【請求項７】 内部に配置されたガス供給配管は、フェ
ライト系ステンレス鋼からなる配管同士を溶接した溶接
部の最表面が、鉄酸化物を含まないクロム酸化物の表面
である配管であることを特徴とするクリーンルーム。 - 【請求項８】 前記フェライト系ステンレス鋼は、クロ
ムを２５重量％以上含有するステンレス鋼であることを
特徴とする請求項７記載のクリーンルーム。 - 【請求項９】 フェライト系ステンレス鋼同士を溶接
後、酸化性を有するガスを溶接部に流すとともに、溶接
部を溶融しない程度のアークを該溶接部に照射すること
を特徴とする溶接方法。 - 【請求項１０】 前記フェライト系ステンレス鋼は、ク
ロムを２５重量％以上含有するステンレス鋼であること
を特徴とする請求項９記載の溶接方法。 - 【請求項１１】 溶接後における溶接電流を３〜６Ａと
することを特徴とする請求項９又は１０記載の溶接方
法。 - 【請求項１２】 酸化性を有するガスは、アルゴンガス
中に酸素を含有するガスであることを特徴とする請求項
９乃至１１のいずれか１項記載の溶接方法。 - 【請求項１３】 酸素濃度は２５ｐｐｍ以上５０ｐｐｍ
以下であることを特徴とする請求項１２記載の溶接方
法。 - 【請求項１４】 水素を添加したことを特徴とする請求
項１２又は１３記載の溶接方法。 - 【請求項１５】 酸化性を有するガスは、アルゴン中に
水分を含有するガスであることを特徴とする請求項９乃
至１１のいずれか１項記載の溶接方法。 - 【請求項１６】 溶接後における回転速度を６〜８ｒｐ
ｍとすることを特徴とする請求項９乃至１５のいずれか
１項記載の溶接方法。
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