JP5319595B2 - マグ溶接用シールドガス,マグ溶接方法,および溶接構造物 - Google Patents
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Description
そして,発電機器の製造に溶接が有用であることから,高Cr鋼の溶接技術が開発されている。例えば,高Cr鋼をマグ溶接するための溶接材料に希土類金属を含有させることで,溶接時のアークの安定性を向上させる技術が開示されている(特許文献1参照)。
本発明は,狭開先溶接での品質の向上を図った,マグ溶接用シールドガス,マグ溶接方法,および溶接構造物を提供することを目的とする。
本発明者らは,高Cr鋼のマグ溶接用シールドガスについて,検討を行った。その結果,He−Ar−CO2の3元系のシールドガスを用いることで,狭開先内においてもアーク安定性,溶接金属の濡れ性,開先端部の溶け込みに優れるマグ溶接が可能となることが判った。
また,間隙13の壁面(母材11,12の端面)のなす角度θ1は小さく,例えば,10°以下とする。
また,これに加えて,厚さH1と間隔W1が次の条件も満たしても良い。
H1≦200mmの場合,W1≦20mm
H1>200mmの場合,W1≦30mm
以下,マグ溶接用シールドガスの成分限定理由を述べる。
このとき,ピーク電流が350〜500A,ベース電流が40〜100A,パルス周波数が100〜400Hzの溶接条件にてパルスマグ溶接することが好ましい。パルスマグ溶接を使用することで,スパッタ及びヒュームを低減できる。
一般に,横向姿勢,立向姿勢,上向姿勢,特に,上向姿勢では,溶融池が重力により垂れ,濡れ性が悪化し,ビードの形状が凸型になりやすい。多層盛溶接の場合,凸型のビードの上に溶接すると,融合不良等の溶接欠陥の発生を誘発する。そこで,3種混合ガスを用いることで,全姿勢溶接においても,溶接金属の濡れ性を損なう事無く溶接することが可能となる。
本実施形態に係るシールドガスの特徴・効果を確認するため,各種特性の確認試験を行った。
9Cr鋼板を用いて,狭開先内でマグ溶接を行った。このとき,シールドガスとして,Heガス,CO2ガス及びArガスの3種混合ガスを用い,その組成(容量%)を変化させた。アーク安定性,酸化の度合い,スラグ発生量,濡れ性,スパッタ発生量,溶け込み深さを評価した。
本試験での溶接条件は以下の通りである。
・溶接方法:狭開先マグ溶接 1pass/layer
・溶接母材:A182 F91相当品(ASTM)
・溶接ワイヤ:AWS A5.28 ER90S−B9相当品,φ1.2
・ピーク電流:400〜500A
・ベース電流:50〜70A
・パルス周波数:100〜200Hz
・溶接電圧:28〜32V
溶接時にアークを目視観察し,アークの時間的変化状態から判定した。
(2)酸化の度合い
溶接後のビード外観を目視観察し,ビードの変色の程度から判定した。
(3)スラグ発生量
溶接後のビード外観を目視観察し,ビードに対しスラグの占める面積から判定した。
(4)濡れ性
溶接後のビード外観を目視観察し,開先内でのビードの形状から判定した。ビードが凹形状であれば,開先内でのビードの濡れ性は良く,ビードが凸形状(凸ビード)であれば,開先内でのビードの濡れ性は良く無い。
(5)スパッタ発生量
溶接後のビード外観を目視観察し,ビードに対しスパッタの占める面積から判定した。
(6)溶け込み深さ
図3での母材31,32の間隔W30に対する,ビード41〜44の幅W31の比(W31/W30)の比に基づいて,溶け込み深さを4段階に評価した。幅W31は,ビード41,42の境界の水平方向の幅とした。
以上の結果を表1に表す。
次に,本実施形態に係るHe−Ar−CO2の3元系シールドガスを用いて,発電用ボイラ及びタービンを代表とする構造物の溶接施工の実施例を示す。
近年,発電用タービン,ボイラ等の発電機器は,熱効率の向上のため,高温・高圧下で使用される傾向にある。このため,発電機器の構成材料として,高温での強度に優れた高Cr鋼(例えば,9Cr鋼,12Cr鋼)が開発されている。発電機器の構成部材の代表例として,ボイラで発生した高温・高圧の蒸気の通路となるタービン配管,バルブ類,及びタービンノズル等が挙げられる。
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張,変更可能であり,拡張,変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
13 間隙
31,32 母材
33 間隙
34 裏当て板
41-44 溶接ビード
Claims (6)
- 8重量%以上,13重量%以下のCrを含有する高Cr鋼を,8重量%以上,13重量%以下のCrを含有するソリッドワイヤを用いて,1層1パスで狭開先溶接するためのマグ溶接用シールドガスであって,
7容量%以上,17容量%以下の炭酸ガス,30容量%以上,50容量%以下のヘリウムガス,残部がアルゴンガスの3種混合ガスからなる
ことを特徴とするマグ溶接用シールドガス。 - 7容量%以上,17容量%以下の炭酸ガス,30容量%以上,50容量%以下のヘリウムガス,残部がアルゴンガスの3種混合ガスからなるシールドガス,および8重量%以上,13重量%以下のCrを含有するソリッドワイヤを用いて,8重量%以上,13重量%以下のCrを含有する高Cr鋼を狭開先溶接する
ことを特徴とするマグ溶接方法。 - 1層1パスで多層肉盛溶接する
ことを特徴とする請求項2記載のマグ溶接方法。 - 350A以上,500A以下のピーク電流,40A以上,100A以下のベース電流,100Hz以上,400Hz以下のパルス周波数の溶接条件でパルスマグ溶接する
ことを特徴とする請求項2または3に記載のマグ溶接方法。 - 溶接姿勢が,全姿勢である
ことを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1項に記載のマグ溶接方法。 - 請求項1に記載のマグ溶接用シールドガスまたは請求項2乃至5のいずれか1項に記載のマグ溶接方法を用いて作製された溶接構造物。
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