JP3521753B2 - 鋼構造物の防食方法及び防食構造物 - Google Patents

鋼構造物の防食方法及び防食構造物

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、チタンクラッド鋼
板による鋼構造物の防食方法及びその防食構造物に関
し、特にライニング部端に位置する隣接したチタンクラ
ッド鋼板の溶接端部処理技術に関する。
【0002】
【従来の技術】チタンは非常に優れた耐食性を有するた
めに、厳しい腐食環境下におかれる海洋構造物や化学プ
ラント、発電プラント、環境プラント等の分野でその用
途が拡大しつつある。中でも、海洋構造物等の巨大構造
物の分野では、高価なチタンで構造物そのものを製造す
ると莫大なコストがかかるので、安価な鋼で製造された
構造物の表面にチタン板やチタンクラッド鋼板を溶接
し、構造物の防食を図る方法が検討されている。特に最
近では、チタンと鉄の異種金属が溶融する部分(異材接
合部と呼ばれる)には脆弱な金属間化合物やチタンの炭
窒化物が生成して割れ等の溶接不良が発生するので、鋼
構造物との溶接を母材の鋼板で行えるチタンクラッド鋼
板が注目されている。また、チタンクラッド鋼板には、
その鋼板部で強度を維持できるので、合わせ材のチタン
の厚みを耐食性を確保できる最小限の厚みまで薄くでき
るためコスト的なメリットもある。しかし、チタンクラ
ッド鋼板を用いても、それにより鋼構造物の表面を隙間
なく覆うにはチタンクラッド鋼板同士の溶接が必要であ
り、そのときに上記のような異材接合部が生じるので、
溶接割れ等の問題を完全には回避できない。そのため
に、チタンクラッド鋼板の溶接には、従来より種々の方
法が提案されている。例えば、真空ろう付け法や金属間
化合物を生成しないようにインサート材を挿入する拡散
接合法があるが、高価な真空装置や貴金属のインサート
材を用いるためコスト高になる。また、大きさの制約
や、施工現場での溶接ができない等の問題があり、巨大
構造物には適用できない。
【0003】巨大構造物にも適用できる方法として特開
平2−280969号公報や特開平2−280970号
公報には、チタンクラッド鋼板同士を溶接する際、突き
合わせ部の合わせ材を除去し(カットバックと呼ぶ)、
そこに開先を設けて母材を溶接し、合わせ材と同質のチ
タンのスペーサを溶接部に挿入する方法や、さらにその
上をチタンの当て板で覆う方法が開示されている。一
方、海洋構造物のスプラッシュゾーン等、耐食性を要求
される部位に限定して、チタンクラッド鋼板をライニン
グする場合は必ず溶接部端部が生じるが、上記の特開平
2−280969号公報や特開平280970号公報に
よるものでは母材とチタンのスペーサとは全面接合され
ていないので、溶接部端部の空隙から海水等が侵入し、
母材及び溶接部の腐食が生じる問題がある。図4に、ラ
イニング端に位置するチタンクラッド鋼板間の溶接端部
を示す。同図によれば、チタンクラッド鋼板2、2間の
母材溶接部7とチタン当て板8との間においてチタン合
わせ材3が欠落しているため、この溶接部7の端部で空
隙11が発生する。
【0004】このような空隙を密閉する方法として、特
開平4−182522号公報では図5に示すように、異
材接合部13となる空隙部をAg−Cu系金属のろう付
け等で埋める方法を提案しており、特開平5−1852
37号公報ではチタンクラッド鋼板の溶接端部に相当す
る部位に予め切り込みを設け、チタンクラッド鋼板の突
き合わせ溶接後、スペーサとしてチタンクラッド鋼板を
挿入し溶接する方法を提案している。また、特開平7−
34480号公報には図6に示すように、溶接部端面に
塞ぎ材14としてチタン板やチタンクラッド鋼板を溶接
する方法が開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のろう付
け方法は通常の溶接に比べ困難であるため、特開平4−
182522号公報のように、空隙端部の全面をろう付
けのみで密閉した場合は欠陥の発生する確率が高く、特
に、上向きのろう付けは実質的に不可能である。一方、
ライニング端部におけるチタンクラッド鋼板母材の隅肉
溶接では、強度面から一定のビード厚さを確保する必要
があり、チタンクラッド鋼板が薄肉の場合はクラッド界
面の脆化が生じるため、前述のごとく端部のチタン合わ
せ材をカットバックする必要がある。しかし、特開平7
−34480号公報によるものは、チタンクラッド鋼板
のチタン合わせ材と母材の端面が面一であることを前提
としており、上記のように合わせ材をカットバックした
ものには適用できない。一方、特開平5−185237
号公報によるものはカットバックしたチタンクラッド鋼
板に適用できるものの、予めチタンクラッド鋼板の端部
に切り込みを設ける手間がかかり、また、スペーサも突
き合わせ溶接後に現物合わせする必要がある等、作業性
に劣る。
【0006】本発明は、上記のような課題を解決するた
めになされたもので、異材接合部の耐食性及び信頼性を
高め、かつチタンクラッド鋼板のカットバックの如何に
かかわらず容易に適用可能な溶接端部処理方法を案出す
ることにより、長期耐久性に優れたチタンクラッド鋼板
による鋼構造物の防食方法及びその防食構造物を提供す
ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、チタンと
鋼の異材接合が必須となる、チタン合わせ材欠落部の端
面の空隙を密閉する手段として、ろう付け等の溶融接合
に替わる接合技術を詳細に検討した結果、固相接合の一
種である摩擦圧接や摩擦肉盛を用いることで、この部位
の耐食性や信頼性を確保するとともに、現地施工作業を
容易かつ効率的に実施できることを見出した。摩擦圧接
は圧接体を回転しながら被圧接体に押し付けることで生
じる摩擦発熱と加圧力により、短時間の固相拡散接合を
成す手法であり、同種材や異種材を接合した部品類の量
産等に広く用いられている。また、摩擦肉盛は摩擦圧接
の派生技術であり、肉盛材を加圧回転した状態で一定時
間保持し、あるいはさらに横移動させることで、被肉盛
材表面へ点状あるいは線状の肉盛物を形成する手法であ
る。この適用技術例としては特開平9−262688号
公報に工具の硬化肉盛方法が開示されている。
【0008】以上のことから、上記課題を解決する具体
的な手段は以下の通りである。本発明に係る鋼構造物の
防食方法は、鋼構造物の一部に複数のチタンクラッド鋼
板を連続的にライニングする防食方法において、(イ)
前記チタンクラッド鋼板の母材の周縁を前記鋼構造物に
溶接する工程と、(ロ)隣接の前記チタンクラッド鋼板
間で生じるチタン合わせ材欠落部を架橋するようにチタ
ン当て板で覆い、該チタン当て板の周縁を両側のチタン
合わせ材に溶接する工程と、(ハ)前記チタン合わせ材
欠落部の端部に生じる空隙を、金属棒を用いた摩擦圧接
または摩擦肉盛により、密閉する工程と、を含むことを
特徴とするものである。また、前記金属棒にステンレス
鋼、ニッケル合金、チタンまたはチタン合金のいずれか
を用いて摩擦圧接または摩擦肉盛を行うことを特徴とす
る。
【0009】本発明に係る防食構造物は、鋼構造物の一
部に複数のチタンクラッド鋼板を溶接により連続的にラ
イニングした防食構造物において、ライニング部端に位
置する前記チタンクラッド鋼板の間で生じるチタン合わ
せ材欠落部を覆うように両側のチタン合わせ材と周縁部
を溶接されたチタン当て板と、前記チタン合わせ材欠落
部の端部に生じる空隙を密閉し、前記チタンクラッド鋼
板に固相接合された耐食性材料からなる肉盛部とを有す
ることを特徴とするものである。
【0010】本発明においては、チタンクラッド鋼板を
鋼構造物に接合するに際し、最初に、チタンクラッド鋼
板周縁の母材部のみを鋼構造物に溶接する。この方法は
鋼同士の溶接であるため効率的であり、かつ接合強度も
十分確保できる。次に、隣接したチタンクラッド鋼板間
は隙間があるためチタンの欠落部が生じることから、チ
タン欠落部全面をチタン合わせ材同士を架橋するごとく
チタンの当て板で覆い、チタン当て板の周縁をチタン合
わせ材に溶接する。これにより、ライニング表面の防食
性能は全面にわたり確保できるが、前記チタン欠落部の
端部には空隙が生じている。そこで最後に、チタン欠落
部の端部の空隙を金属棒を摩擦圧接または摩擦肉盛する
ことで密閉する。この際、肉盛部の耐食性を確保するた
め、空隙を密閉する金属棒にはステンレス鋼、ニッケル
鋼、チタンまたはチタン合金のいずれかを用いることが
望ましく、中でもチタン合わせ材と同程度の耐食性を有
する金属材料を選定することが好ましい。一方、チタン
クラッド鋼板が薄物の場合、端面のクラッド母材と鋼構
造物との溶接には溶接部近傍のチタン合わせ材のカット
バックが予め必要となるが、上記の方法によれば、同様
に対応できる。
【0011】
【発明の実施の形態】図1に、本発明のチタンクラッド
鋼板による防食構造物の一実施の形態を示す。本防食構
造物は、例えば、海洋鋼構造物1のスプラッシュゾーン
に薄物のチタンクラッド鋼板2を上下左右に配置し、腹
巻き状にライニングしたものである。この例では、ライ
ニング端に相当する最上段および最下段のチタンクラッ
ド鋼板間の溶接部に端部が形成される。
【0012】図2に、本発明のチタンクラッド鋼板によ
る防食方法の一実施の形態を示す。図2は図1における
ライニング部最下段のチタンクラッド鋼板間の溶接端部
近傍Aを拡大し、防食方法を施工順に示したものであ
る。まず、図2(a)に示すように、チタンクラッド鋼
板2の周縁の母材4を鋼構造物1に溶接する。その際、
チタンクラッド鋼板2が薄物の場合はクラッド界面の脆
化を防止するため、必要に応じて図示のごとく、ライニ
ング端面の溶接部6およびチタンクラッド鋼板間の溶接
部7の近傍におけるチタン合わせ材3を予めカットバッ
クしてもよい。
【0013】次に、図2(b)に示すように、チタンの
当て板8により、チタンクラッド鋼板間に生じるチタン
合わせ材3が欠落した部位(チタン合わせ材欠落部5)
を隣接するチタン合わせ材3に架橋するごとく覆い、チ
タン当て板8の周縁をチタン合わせ材3に溶接する。こ
の溶接部9にはチタン系の溶加材を用い、TIG溶接や
プラズマ溶接等で行う。なお、使用中の外力によるチタ
ン当て板8のへこみ等を防止する目的で、チタン合わせ
材欠落部5を補填するスペーサを予め挿入しても良い。
【0014】最後に、図2(c)に示すように、チタン
合わせ材欠落部5の端部に生じた空隙11を密閉するた
め、摩擦圧接または摩擦肉盛により肉盛部10を形成す
る。かくして、この肉盛部10によりチタン合わせ材欠
落部5の端部の空隙11を完全にかつ容易に密閉するこ
とができる。
【0015】図3に、本発明のチタンクラッド鋼板によ
る防食方法における、チタン合わせ材欠落部の端部肉盛
方法の一実施の形態を詳細に示す。図3はチタン合わせ
材欠落部の端部周辺の断面図を示したものである。摩擦
圧接または摩擦肉盛にて肉盛を行うには、まず、図3
(a)に示すように、金属棒12を回転させながらクラ
ッド鋼板側に押し付ける。この結果、摩擦圧接では図3
(b)に示すように、金属棒12がクラッド鋼板側に接
合される。さらに、金属棒12の上部は不要なため、切
断後、図3(c)に示すように、チタン当て板8と面一
になるように研削することで、チタン合わせ材3の欠落
部の端部における空隙11を密閉する肉盛部10を形成
することができる。一方、摩擦肉盛では図3(d)に示
すように、肉盛終了時に金属棒12を上昇させるだけ
で、肉盛部10は棒12から分離される。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
チタンクラッド鋼板の母材を鋼構造物に溶接後、チタン
当て板で隣接のチタンクラッド鋼板のチタン合わせ材欠
落部を覆う溶接を行い、さらにそのチタン合わせ材欠落
部の端部の空隙を、金属棒を用いた摩擦圧接または摩擦
肉盛により密閉するものであるため、その空隙を完全に
かつ容易に密閉することができる。しかも、空隙を密閉
するための肉盛部はチタンクラッド鋼板と同様の固相接
合であるため、接合強度、耐食性及び信頼性が高いもの
となる。よって、容易に長期耐久性に優れた構造物の防
食方法および防食構造物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の防食構造物の概要図である。
【図2】本発明の防食方法の工程図である。
【図3】本発明の防食方法におけるチタン合わせ材欠落
部の端部肉盛方法の説明図である。
【図4】従来技術による、ライニング部端に位置するチ
タンクラッド鋼板の突き合わせ溶接端部を示す図であ
る。
【図5】特開平4−182522号公報に記載の溶接端
面の空隙密閉方法を示す図である。
【図6】特開平7−34480号公報に記載の溶接端面
の空隙密閉方法を示す図である。
【符号の説明】
1 鋼構造物 2 チタンクラッド鋼板 3 チタンクラッド鋼板のチタン合わせ材 4 チタンクラッド鋼板の母材(鋼) 5 チタン合わせ材欠落部 6 ライニング端面の鋼同士の溶接部 7 チタンクラッド鋼板間の鋼同士の溶接部 8 チタン当て板 9 チタン同士の溶接部 10 肉盛部 11 空隙 12 金属棒 13 ろう付け部(チタンと鋼の異材接合部) 14 溶接端面の塞ぎ材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI // B23K 103:16 B23K 103:16 (56)参考文献 特開 平4−182522(JP,A) 特開 平9−262688(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 9/23 B23K 9/00 B23K 20/12 C23F 15/00 E02D 31/06

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鋼構造物の一部に複数のチタンクラッド
    鋼板を連続的にライニングする防食方法において、
    (イ)前記チタンクラッド鋼板の母材の周縁を前記鋼構
    造物に溶接する工程と、(ロ)隣接の前記チタンクラッ
    ド鋼板間で生じるチタン合わせ材欠落部を架橋するよう
    にチタン当て板で覆い、該チタン当て板の周縁を両側の
    チタン合わせ材に溶接する工程と、(ハ)前記チタン合
    わせ材欠落部の端部に生じる空隙を、金属棒を用いた摩
    擦圧接または摩擦肉盛により、密閉する工程と、を含む
    ことを特徴とする鋼構造物の防食方法。
  2. 【請求項2】 前記金属棒にステンレス鋼、ニッケル合
    金、チタンまたはチタン合金のいずれかを用いて摩擦圧
    接または摩擦肉盛を行うことを特徴とする請求項1記載
    の鋼構造物の防食方法。
  3. 【請求項3】 鋼構造物の一部に複数のチタンクラッド
    鋼板を溶接により連続的にライニングした防食構造物に
    おいて、 ライニング部端に位置する前記チタンクラッド鋼板の間
    で生じるチタン合わせ材欠落部を覆うように両側のチタ
    ン合わせ材と周縁部を溶接されたチタン当て板と、 前記チタン合わせ材欠落部の端部に生じる空隙を密閉
    し、前記チタンクラッド鋼板に固相接合された耐食性材
    料からなる肉盛部とを有することを特徴とする防食構造
    物。
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