JP3828177B2 - 保護ガス混合物、およびステンレス鋼部材のアーク溶接方法 - Google Patents

保護ガス混合物、およびステンレス鋼部材のアーク溶接方法 Download PDF

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Description

【０００１】
本発明は、ＧＭＡＷ（ガス金属アーク溶接）およびＦＣＡＷ（フラックス有芯アーク溶接(Flux Cored Arc Welding)）に従って、コアステンレス鋼をアーク溶接するための保護ガス混合物に関する。特に、二相(duplex)または超二相(super Duplex)として知られる、窒素を含有するオーステナイト- フェライト系ステンレス鋼を溶接するための保護ガス混合物に関する。
【０００２】
本発明の目的は、ステンレス鋼溶接の改善を可能とする保護ガス混合物を提供すること、特に、軸方向噴霧(axial pluverization) 若しくは「スプレーアーク」、短サーキット若しくは「短アーク」またはパルス電流若しくは「パルスアーク」による移送のための広範な調節を可能とすると共に、良好な耐蝕性を保証し、破壊負荷(breaking load) を高め、有害な放射を低減することである。
【０００３】
この目的を達成するために、本発明の特徴に従えば、上記のガス混合物は２〜１６％（典型的には３〜１０％）のヘリウムと；１〜２．５％（典型的には１〜２％）の二酸化炭素と；１〜２．８％（典型的には１．３〜２％）の窒素と；残部のアルゴンとを含有する。
【０００４】
本発明の他の特徴に従えば、二相ステンレス鋼、オーステナイト鋼または窒素含有オーステナイト鋼を溶接するためには、前記ガス混合物は略５％のヘリウムと、１．８〜２％の二酸化炭素と、１．５〜１．７％の窒素と、残部のアルゴンとを含有し；また、オーステナイトステンレス鋼の溶接ビードの形態を改良するためには、前記ガス混合物は、更に少量の水素を含有する。
【０００５】
本発明はまた、消耗電極と前記部材との間に電気アークを形成する工程と、該アークを上記で定義した保護ガス混合物で保護する工程とを具備した、ステンレス鋼部材を溶接する方法を目的とする。
【０００６】
所謂二相および超二相のステンレス鋼は、そのオーステナイト／フェライト二相微細構造、窒素を含有すること及びクロムまたはモリブデンのような他の元素を含有することによって、他のタイプのステンレス鋼に比較して、腐食穴形成(corrosive pitting) に対する優れた耐性を有する。このタイプの鋼の例は、例えば US-A-4,816-085 及び EP-A-545.753 に開示されている。溶接中のオーステナイトの形成を促進し、低温での機械的耐久性を増大するために、ニッケル中にクラッドされた蒸着金属を有する消耗電極を使用することが提案されているが、これは溶接腐食に対する良好な耐性を確保するための十分な窒素を提供しない。その結果、酸素または二酸化炭素と共に、相対的に大量（５％オーダー）の窒素を保護ガスに添加することが提案されているが、この場合には、溶接ビードが酸化される問題や、ビードが窒素で過飽和されることに起因して多孔質になる問題が伴なう。
【０００７】
本発明によるガス混合物は一組の有利な特徴、特に、良好なオーステナイト／フェライト平衡、改善された耐蝕性、アークの優れた安定性、および異なった形状の溶接を可能にする溶融物の適切な流動性が得られる。本発明に従うガス混合物は、段落番号〔０００２〕で述べたように広範囲の調節が可能であるため、自動的または半自動的に、（整形クラッド溶接ワイヤと共に）ＧＭＡＷまたはＦＣＡＷプロセスに適用可能である。この方法は、異なった等級の二相または超二相のステンレス鋼に適用でき、また単一パスまたは多重パスの溶接に適用することができる。表Ａは、 125〜240 アンペアおよび溶接ガス（組成は５％ヘリウム、２％二酸化炭素、1.5 ％窒素、残部アルゴン）を用いたＧＭＡＷ多重パス溶接の際の、厚さ12 mm の二相および超二相シート金属アセンブリーの開先60°での端面溶接に対応している。
【０００８】
＜表 Ａ＞
【表１】
Figure 0003828177
本発明に従うガス混合物は、他方では、オーステナイト鋼のＧＭＡＷ溶接の際に、破壊負荷の値を増大させる。下記の表Ｂは、二種類のシート金属３０４Ｌ （ＺＣＮ1810）および３１６Ｌ（ＭＺ19122 ＬＳＩ）に対する、本発明のガス混合物（５％ヘリウム、２％二酸化炭素、1.5 ％窒素、残部アルゴンからなる）を用いた溶接と、Ｍ121 タイプの従来の三成分系ガス混合物（18％ヘリウム、１％ＣＯ2 、残部アルゴンからなる）を用いた溶接との比較を示している。
【０００９】
＜表 Ｂ＞
【表２】
Figure 0003828177
これらの試験は、破壊負荷値の１０％オーダーの改善を示している。
【００１０】
従って、本発明によるガスは単純なオーステナイト系溶接ワイヤ（308/316 ）を用いてオーステナイト系窒素ステンレス鋼（サフィックスＮの等級）をＭＩＧ溶接し、基準（ＮＦＡ 35582）が要求している最小破壊負荷の達成を可能にする。また、これは溶接すべき部材の形状に関連した稀釈には関係しない。
【００１１】
上記のガス混合物は更に、2.5 ％までの少量の水素添加、典型的には２％未満の水素添加で、オーステナイト系ステンレス鋼の溶接ビード形状の改良を可能とし、水素の添加はビードを平坦化する一方、溶込み／幅の比率を減少し且つこの溶込みをオバリジング(ovalizing) する。
【００１２】
以上、特定の実施例について本発明を説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、当業者に明らかなように、改良および変形が可能である。

Claims (5)

  1. ステンレス鋼を溶接するための保護ガス混合物であって、
    ・２〜１６％のヘリウムと、
    ・１〜２．５％の二酸化炭素と、
    ・１〜２．８％の窒素と、
    ・残部のアルゴン
    とを含有することを特徴とする保護ガス混合物。
  2. 請求項１に記載のガス混合物であって、
    ・３〜１０％のヘリウムと、
    ・１〜２％の二酸化炭素と、
    ・１．３〜２％の窒素と、
    ・残部のアルゴン
    とを含有することを特徴とする保護ガス混合物。
  3. 請求項１または２に記載のガス混合物であって、
    ・５％のヘリウムと、
    ・１．８〜２％の二酸化炭素と、
    ・１．５〜１．７％の窒素と、
    ・残部のアルゴン
    を含有することを特徴とする保護ガス混合物。
  4. 請求項２または３に記載のガス混合物であって、２．５％以下の少量の水素をも含有することを特徴とするガス混合物。
  5. ステンレス鋼部材を溶接する方法であって、消耗電極と前記部材との間に電気アークを形成する工程と、該アークを保護ガス混合物で保護する工程とを具備し、前記保護ガス混合物が請求項１〜４の何れか１項に記載のガス混合物である方法。
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