JP6619232B2 - 溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、ステンレス鋼とＮｉ合金との異材同士の溶接の方法に関する。

特許文献１には、管体を管寄せに溶接する方法および管体が管寄せに溶接された溶接構造体について記載されている。

具体的には、フェライト系耐熱鋼からなる管寄せの外径面上の管体取付け位置にＮｉ合金製の溶接材料を溶接することで所定肉盛高さの溶接金属層を積層し、その後に、この溶接金属層を含む外径面上の管体取付け位置に管孔を加工すると共に、溶接金属層の高さ方向の端面片側に開先を形成し、この開先部分に、管体の端面片側に形成した開先を突合せて、完全溶込み突合せ溶接によって管寄せに管体を接続（溶接）することが開示されている。

特開２０１４−３６９７１号公報

原子力発電プラントや火力発電プラントには、高級な厚板部材からなる大型容器、大型構造物、大口配管等が多く使用されている。

中でも、原子力発電用の原子炉では、高温高圧水および放射線発生の過酷な環境下で使用され、かつ高い信頼性が要求される。このため、耐食性および耐熱性等に優れたＳＵＳ３０４系、ＳＵＳ３１６系等のステンレス鋼、インコネル（登録商標）等のニッケル量の高いＮｉ合金等からなる部材構造物が使用されている。これらの部材構造物の溶接では、高能率で低変形および高品質な溶接部を得るために、合理的で信頼性の高い高能率な溶接技術が求められている。

ＳＵＳ３０４系、ＳＵＳ３０９系およびＳＵＳ３１６系等のオーステナイト系のステンレス鋼同士の同材溶接や、Ｎｉ合金同士の同材溶接では、溶接割れの問題は発生し難い。

しかしながら、ステンレス鋼（ＳＵＳ）とニッケル（Ｎｉ）合金との異材溶接では、溶接割れが発生する場合がある。例えば、ＴＩＧアーク溶接やＭＩＧアーク溶接またはレーザ溶接によって、ステンレス鋼製の母材表面にＮｉ合金製の溶接ワイヤを肉盛溶接すると、肉盛溶接部に凝固割れが発生する場合がある。また、２層目の肉盛溶接による熱サイクルの影響によって１層目（前層）の肉盛溶接部に割れが発生する場合があると言われている。この割れを防止する方法が幾つか提案されている。

上述した特許文献１では、溶接構造および機械加工の簡素化に着目し、フェライト系耐熱鋼製の管寄せに必要な管孔を事前に空けずに、管寄せの外径面上の伝熱管取付け位置に所定肉盛高さの溶接金属層を積層溶接した後に、この溶接金属層を含む外径面上の管体取付け位置に管孔を加工すると共に、溶接金属層の高さ方向の端面片側に開先を形成し、その後に、開先部分に、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼製の伝熱管の端面片側に形成した開先を突合せて完全溶込み突合せ溶接している。これによって、機械加工の回数低減や加工性向上、積層溶接および突合せ溶接の作業性向上等を図るようにしていると推定される。

このため、合理的で簡便な方法であると考えられるが、管体の内外面両側から両面溶接することが困難な構造であるため、管寄せと管体との突合せ開先継手に対して、外面側（外周側）のみから溶接施工する片面溶接（裏面完全溶込みの突合せ溶接）を行うことになる。この片面溶接では、ＴＩＧ溶接が用いられ、裏面側への完全溶込みの突合せ溶接を施工することが記述されている。しかしこの溶接方法は、１パス溶接なのか多パス溶接なのかが不明である。

また、この特許文献１に記載の技術では、割れ感受性に係わると予想されるＮｉ当量や母材溶融の希釈率や肉盛金属の組織等については全く考慮されておらず、開示も示唆もされていない。また、管寄せは、オーステナイト系のステンレス鋼と材質が異なるフェライト系耐熱鋼材が使用されている。

本発明は、異材溶接技術の種々の点を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、オーステナイト系ステンレス鋼製の母材とＮｉを主成分とするＮｉ合金製の母材とを溶接する異材溶接を対象とした、溶接性に優れ、溶接割れや融合不良等の欠陥が非常に少ない高品質な溶接部が得られる溶接方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、オーステナイト系ステンレス鋼製の第１母材とＮｉ合金製の第２母材との溶接方法であって、前記第１母材および前記第２母材は円筒部材または平板部材であり、前記第１母材および前記第２母材が前記円筒部材の場合は、継手面は前記円筒部材の上側端面か下側端面かのいずれかの端面であり、前記第１母材および前記第２母材が前記平板部材の場合は、継手面は前記平板部材の側面であり、前記第１母材の前記第２母材との継手面もしくは前記第２母材の前記第１母材との継手面のいずれか一方の継手面にＮｉ合金製の凸形状突起部を、前記第１母材の前記第２母材との継手面に所定深さの溝開先を形成し、この溝開先の内にＮｉ合金製の溶接ワイヤを用いた非消耗電極式の第１アーク溶接によって肉盛溶接を施工して、複数の溶接パスからなる第１多層肉盛溶接部を前記溝開先の開先底面から開先上面まで形成し、前記第１多層肉盛溶接部およびその近傍の第１母材の一部を切削加工して、第１多層肉盛溶接部の一部を凸形状に加工する、ことで成形することを特徴とする。

本発明によれば、異材溶接が必要なステンレス鋼とＮｉ合金との異材継手の溶接であっても、溶接性に優れ、かつ高能率に溶接を施工することができ、溶接割れおよび融合不良等が非常に少ない高品質な溶接部を得ることができる。上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。

本発明の実施例１に係わる円筒形状の溶接部材構造物の一部を示す斜視図である。 本発明の実施例１に係わる平板形状の溶接部材構造物の一部を示す斜視図である。 図１中のＡＡ部または図２中のＢＢ部を拡大した断面の一例を示す図である。 図１中のＡＡ部または図２中のＢＢ部を拡大した断面の一例を示す図である。 図１中のＡＡ部または図２中のＢＢ部を拡大した断面の一例を示す図である。 図１中のＡＡ部または図２中のＢＢ部を拡大した断面の一例の変形例を示す図である。 図１中のＡＡ部または図２中のＢＢ部を拡大した断面の一例の変形例を示す図である。 図１中のＡＡ部または図２中のＢＢ部を拡大した断面の一例の変形例を示す図である。 図１中のＡＡ部または図２中のＢＢ部を拡大した断面の一例の変形例を示す図である。 図１中のＡＡ部または図２中のＢＢ部を拡大した断面の一例の変形例を示す図である。 図１中のＡＡ部または図２中のＢＢ部を拡大した断面の一例の変形例を示す図である。 図１中のＡＡ部または図２中のＢＢ部を拡大した断面の一例の変形例を示す図である。 図１中のＡＡ部または図２中のＢＢ部を拡大した断面の一例の変形例を示す図である。 図１中のＡＡ部または図２中のＢＢ部を拡大した断面の一例の変形例を示す図である。 本発明の実施例２に係わる肉盛溶接方法に使用したワイヤ給電加熱方式のホットワイヤＴＩＧアーク溶接の装置構成を示す図である。 本発明の実施例３に係わる肉盛溶接方法を用いて試験した時の母材溶融の希釈率と溶接部のＮｉ当量およびＰ当量の関係を示す図である。 本発明の実施例４に係わる肉盛溶接方法を用いて試験した時の溝開先内の肉盛溶接断面部のミクロ組織の一例を示す写真である。 図９Ａ中の溶金境界Ａ部のミクロ組織の一例を示す写真である。 図９Ｂの拡大写真である。 図９Ａ中の溶金境界Ｂ部のミクロ組織の一例を示す写真である。 図９Ｄの拡大写真である。 本発明の実施例４に係わる肉盛溶接方法を用いて試験した時の肉盛溶接のパス数と肉盛高さの関係の一例を示す図である。 本発明の実施例４に係わる肉盛溶接方法を用いて試験した時の肉盛溶接金属付の突起部のミクロ組織の一例を示す写真である。 図１１Ａ中の溶金境界Ａ部のミクロ組織の一例を示す写真である。 図１１Ｂの拡大写真である。 図１１Ａ中の溶金境界Ｂ部のミクロ組織の一例を示す写真である。 図１１Ｄの拡大写真である。 本発明の実施例５に係わる円筒形状の部材継手の溶接部材構造物の一部の一例を示す斜視図である。 本発明の実施例５に係わる平板形状の部材継手の溶接部材構造物の一部の一例を示す斜視図である。 本発明の実施例５に係わる平板形状の部材継手の溶接部材構造物の一部の他の一例を示す斜視図である。 図１２中のＣＣ部、図１３中のＤＤ部または図１４中のＥＥ部を拡大した断面の一例を示す図である。 図１２中のＣＣ部、図１３中のＤＤ部または図１４中のＥＥ部を拡大した断面の一例を示す図である。 図１２中のＣＣ部、図１３中のＤＤ部または図１４中のＥＥ部を拡大した断面の他の一例を示す図である。 図１２中のＣＣ部、図１３中のＤＤ部または図１４中のＥＥ部を拡大した断面の他の一例を示す図である。 図１２中のＣＣ部、図１３中のＤＤ部または図１４中のＥＥ部を拡大した断面の他の一例を示す図である。 図１２中のＣＣ部、図１３中のＤＤ部または図１４中のＥＥ部を拡大した断面の他の一例を示す図である。 図１２中のＣＣ部、図１３中のＤＤ部または図１４中のＥＥ部を拡大した断面の他の一例を示す図である。 図１２中のＣＣ部、図１３中のＤＤ部または図１４中のＥＥ部を拡大した断面の他の一例を示す図である。 本発明の実施例６に係わる円筒部材継手または平板部材の溶接部材構造物の一部を示す断面図である。 本発明の実施例６に係わる円筒部材継手または平板部材の溶接部材構造物の一部を示す断面図である。 本発明の実施例６に係わる円筒部材継手または平板部材の溶接部材構造物の一部を示す断面図である。 本発明の実施例６に係わる円筒部材継手または平板部材の溶接部材構造物の一部を示す断面図である。 本発明の実施例７に係わる肉盛溶接方法を用いて肉盛試験した時の両側開先継手の肉盛溶接断面の一例を示す写真である。 本発明の実施例７に係わる肉盛溶接方法を用いて肉盛試験した時の両側開先継手の肉盛溶接断面の他の一例を示す写真である。

以下に本発明の溶接方法の実施例を、図面を用いて説明する。

＜実施例１＞
本発明の溶接方法の実施例１を、図１乃至図６Ｃを用いて説明する。

図１は本発明の実施例１に係わる円筒形状の溶接部材構造物の一部を示す斜視図であり、図２は本発明の実施例１に係わる平板形状の溶接部材構造物の一部を示す斜視図である。

図１における円筒部材１や、図２における平板部材１０は、例えば、原子力発電用の原子炉に使用されるオーステナイト系ステンレス鋼製（ＳＵＳ３０４系，ＳＵＳ３１６系、他のＳＵＳ材等）の母材（第１母材）からなるものである。

図３Ａ乃至図３Ｃは、図１中のＡＡ部または図２中のＢＢ部を拡大した断面を示す図である。

図３Ａに示すように、図１に示すようなステンレス鋼製の円筒部材１の上面または下面のいずれかの端面１ａ、または図２に示すような平板部材１０の側面１０ａに、所定深さＨ_１の溝開先３を設ける。

次いで、図３Ｂに示すように、図３Ａに示す溝開先３が設けられた端面１ａまたは側面１０ａに、ステンレス鋼と異なるＮｉ合金製の溶接ワイヤを溝開先３内に開先溶接（肉盛溶接とも記載）して、複数の溶接パスからなる第１多層肉盛溶接部４ａを溝開先３の開先底面から開先上部まで形成する。

この第１多層肉盛溶接部４ａは、Ｎｉ合金製の溶接ワイヤを用いた非消耗電極式の第１アーク溶接による肉盛溶接を施工して形成する。特に、ワイヤ給電加熱方式のホットワイヤＴＩＧアーク溶接を施工すると、通常のＴＩＧアーク溶接法と比べてワイヤ溶着効率を数倍に増加することができる。このため、ステンレス鋼製の円筒部材１の端面１ａ、または平板部材１０の側面１０ａに設けた溝開先３内に、ステンレス鋼と異なるＮｉ合金製の溶接ワイヤを肉盛する異材溶接であっても、溶接性に優れ、高能率に肉盛溶接を施工することができ、溶接割れおよび融合不良等がない高品質な多層肉盛溶接部を得ることができる。

次いで、図３Ｃに示すように、Ｎｉ合金製の第１多層肉盛溶接部４ａおよびその近傍の円筒部材１または平板部材１０の一部を切削加工予定面５ａに沿って切削加工を行い、切削面５ｂを成形して円筒部材１の継手面または平板部材１０の継手面に凸形状突起部６を成形する。

図３Ａに示すような肉盛溶接する溝開先３の開先深さＨ_１は、５ｍｍ以上２０ｍｍ以下（５≦Ｈ_１≦２０ｍｍ）の範囲にすると良い。また、図３Ｃに示すような凸形状突起部６に残存すべき溶接金属部の高さＨ_３は、５ｍｍ以上１７ｍｍ以下（５≦Ｈ_３≦１７ｍｍ）の範囲にすると良い。

また、溝開先３を形成すべき位置Ｘ_１、または肉盛溶接後の切削加工によって成形すべき凸形状突起部６の位置Ｘ_２は、円筒部材１または平板部材１０の板厚Ｔ_１の中央位置（Ｘ_１，Ｘ_２＝Ｔ_１／２）にすると良い。

このような工程を経て成形した凸形状突起部６を有するステンレス鋼製の円筒部材１または平板部材１０は、その後の溶接工程で、ステンレス鋼材と異なるＮｉ合金製の円筒部材２（図１２参照）または平板部材２０（図１３参照）の母材（第２母材）とそれぞれ突合せて仮組した両側開先内を肉盛溶接するのに好適な部材となる。

また、凸形状突起部６の成形位置Ｘ_２を円筒部材１または平板部材１０の板厚Ｔ_１の中央位置（Ｘ＝Ｔ_１／２）にすると、両側開先を左右対称な形状にでき、また、この両側開先内を肉盛溶接施工する時に略左右対称な形状の多層肉盛溶接部を形成することが可能となる。

＜実施例１の変形例１＞
図４Ａ乃至図４Ｃは、図１中のＡＡ部または図２中のＢＢ部を拡大した断面の変形例を示す図である。

図４Ａ乃至図４Ｃにおける図３Ａ乃至図３Ｃとの相違点は、溝開先３を形成すべき位置Ｘ_１や肉盛溶接後の切削加工によって成形すべき凸形状突起部６の位置Ｘ_２を、円筒部材１または平板部材１０の板厚Ｔ_１の中央位置（Ｘ_１，Ｘ_２＝Ｔ_１／２）から内面側若しくは外面側のいずれか片方へ片寄りさせた位置（Ｔ_１／５≦Ｘ_１，Ｘ_２＜Ｔ_１／２の範囲）にしたことである。その他は図３Ａ乃至図３Ｃと同様である。

上述したように、凸形状突起部６を有するステンレス鋼製の円筒部材１または平板部材１０は、その後の溶接工程で、ステンレス鋼材と異なるＮｉ合金製の円筒部材２または平板部材２０とそれぞれ突合せて仮組した両側開先内を肉盛溶接するようにしている。

このような場合において、図４Ａ乃至図４Ｃに示すように、凸形状突起部６の成形位置Ｘ_２を円筒部材１または平板部材１０の板厚Ｔ_１の中央位置（Ｘ_１，Ｘ_２＝Ｔ_１／２）から内面側若しくは外面側のいずれか片方へ片寄りさせた位置（Ｔ_１／５≦Ｘ_１，Ｘ_２≦Ｔ_１／２の範囲）にすると、両側開先を左右非対称な任意形状にでき、また、この両側開先内を肉盛溶接施工する時に、左右非対称な形状の多層肉盛溶接部を形成することが可能となる。

なお、溝開先３の深さＨ_１を５ｍｍ以上とすることで、第１多層肉盛溶接部４ａ形成のための溶接パス数は増加するものの、肉盛高さの不足によって凸形状突起部６の高さＨ_３が確保されない、との事態を防止することができ、安定した異材溶接が可能となる。また、溝開先３の深さＨ_１を２０ｍｍ以下とすることで、第１多層肉盛溶接部４ａの肉盛高さおよび切削加工後の凸形状突起部６の高さＨ_３を確保できるとともに、肉盛溶接の施工時間が増加することを抑制でき、更に、第１多層肉盛溶接部４ａおよびその近傍の円筒部材１または平板部材１０の切削加工時間も増大することが抑制される。

また、凸形状突起部６の高さＨ_３を５ｍｍ以上とすることで、凸形状突起部６の寸法不足や断面積および体積不足が生じることを防止できる。このため、その後の溶接工程で、凸形状突起部６を有するステンレス鋼製の円筒部材１または平板部材１０とＮｉ合金製の円筒部材２または平板部材２０と突合せて仮組した両側開先内を肉盛溶接施工する場合に、例えば、初層溶接箇所で凸形状突起部６の寸法不足による溶接不良が発生したり、凸形状突起部６の断面積不足による溶融金属不足が発生したりすることを抑制することができ、より安定した異材溶接が可能となる。また、凸形状突起部６の高さＨ_３を１７ｍｍ以下とすることで、溶融金属不足の問題や割れの問題が生じることなく、また、凸形状突起部６の製作時間が増大することもなくなる。

＜実施例１の変形例２＞
図５Ａ乃至図５Ｃは、図１中のＡＡ部または図２中のＢＢ部を拡大した断面の他の変形例を示す図である。

図５Ａ乃至図５Ｃにおける図３Ａ乃至図４Ｃとの相違点は、溝開先無の端面または側面に、所定高さの多層肉盛溶接部を形成するようにしたことである。

まず、図５Ａに示すように、円筒部材１の上面または下面のいずれかの端面１ａ、または平板部材１０の側面１０ａを準備する。

次いで、図５Ｂに示すように、Ｎｉ合金製の溶接ワイヤを肉盛溶接して複数の溶接パスからなる第２多層肉盛溶接部４ｂを所定の肉盛積層高さＨ_２まで形成する。

この第２多層肉盛溶接部４ｂについても、図３Ｂや図４Ｂに示す第１多層肉盛溶接部４ａの形成工程と同様に、Ｎｉ合金製の溶接ワイヤを用いた非消耗電極式の第１アーク溶接によって肉盛溶接を施工して形成する。特に、ワイヤ給電加熱方式のホットワイヤＴＩＧアーク溶接を施工すると、通常のＴＩＧアーク溶接法と比べてワイヤ溶着効率を数倍に増加することができる。このため、ステンレス鋼製の円筒部材１の端面１ａ、または平板部材１０の側面１０ａに、ステンレス鋼と異なるＮｉ合金製の溶接ワイヤを肉盛する異材溶接であっても、溶接性に優れ、高能率に肉盛溶接を施工することができ、溶接割れおよび融合不良等がない高品質な多層肉盛溶接部を得ることができる。

次いで、図５Ｃに示すように、第２多層肉盛溶接部４ｂおよびその近傍の円筒部材１または平板部材１０の一部を切削加工予定面５ａに沿って切削加工を行い、切削面５ｂを成形して円筒部材１の継手面となる端面１ａまたは平板部材１０の継手面となる側面１０ａに凸形状突起部６を成形する。

図５Ｂに示すような円筒部材１の端面１ａまたは平板部材１０の側面１０ａに肉盛溶接すべき第２多層肉盛溶接部４ｂの積層高さＨ_２は、上述した開先深さＨ_１の場合と同様であり、５ｍｍ以上２０ｍｍ以下（５≦Ｈ_２≦２０ｍｍ）の範囲にすると良い。また、図５Ｃに示すような凸形状突起部６に残存すべき溶接金属部の高さＨ_３は、５ｍｍ以上１７ｍｍ以下（５≦Ｈ_３≦１７ｍｍ）の範囲にすると良い。

さらに、肉盛溶接すべき位置Ｘ_３、または肉盛溶接後の切削加工によって成形すべき凸形状突起部６の位置Ｘ_２は、図３Ａ乃至図４Ｃに示した場合と同様であり、円筒部材１または平板部材１０の板厚Ｔ_１の中央位置（Ｘ_３，Ｘ_２＝Ｔ_１／２）にすると良い。

このような工程を経て成形した凸形状突起部６を有するステンレス鋼製の円筒部材１または平板部材１０も、上述したように、その後の溶接工程で、ステンレス鋼材と異なるＮｉ合金製の円筒部材２または平板部材２０とそれぞれ突合せて仮組した両側開先内を肉盛溶接するのに好適なものとなる。

また、凸形状突起部６の成形位置Ｘ_２を円筒部材１または平板部材１０の板厚Ｔ_１の中央位置（Ｘ＝Ｔ_１／２）にすることによって、上述したように、両側開先を左右対称な形状にでき、また、この両側開先内を肉盛溶接施工する時に略左右対称な形状の多層肉盛溶接部を形成することが可能となる。

＜実施例１の変形例３＞
図６Ａ乃至図６Ｃは、図１中のＡＡ部または図２中のＢＢ部を拡大した断面の他の変形例を示す図である。

図６Ａ乃至図６Ｃにおける図５Ａ乃至図５Ｃとの相違点は、第２多層肉盛溶接部４ｂを形成する位置Ｘ_３や肉盛溶接後の切削加工によって成形すべき凸形状突起部６の位置Ｘ_２を、円筒部材１または平板部材１０の板厚Ｔ_１の中央位置（Ｘ_３，Ｘ_２＝Ｔ_１／２）から内面側若しくは外面側のいずれか片方へ片寄りさせた位置（Ｔ_１／５≦Ｘ_２，Ｘ_３＜Ｔ_１／２の範囲）にしたことである。その他は図５Ａ乃至図５Ｃと同様である。

上述したように、凸形状突起部６の成形位置Ｘ_２を円筒部材１または平板部材１０の板厚Ｔ_１の中央位置（Ｘ_２＝Ｔ_１／２）から内面側若しくは外面側のいずれか片方へ片寄りさせた位置（Ｔ_１／５≦Ｘ_２＜Ｔ_１／２の範囲）にすると、第２多層肉盛溶接部４ｂや凸形状突起部６を左右非対称な位置に形成・成形することが可能となる。また、その後の溶接工程で、ステンレス鋼材と異なるＮｉ合金製の円筒部材２または平板部材２０とそれぞれ突合せて仮組した左右非対称な形状の両側開先内に肉盛溶接することになり、左右非対称な形状の多層肉盛溶接部を形成することが可能となる。

なお、第２多層肉盛溶接部４ｂの積層高さＨ_２を５ｍｍ以上とすることで、第２多層肉盛溶接部４ｂ形成のための溶接パス数は増加するものの、肉盛高さの不足によって、凸形状突起部６の高さＨ_３が確保されない、との事態を防止することができ、安定した異材溶接が可能となる。また、第２多層肉盛溶接部４ｂの積層高さＨ_２を２０ｍｍ以下とすることで、切削加工後の凸形状突起部６の高さＨ_３を確保できるとともに、肉盛溶接の施工時間が増加することを抑制でき、更に、第２多層肉盛溶接部４ｂおよびその近傍の円筒部材１または平板部材１０の切削加工時間も増加することが抑制される。

また、凸形状突起部６の高さＨ_３を５ｍｍ以上とすることで、上述したように、その後の溶接工程で、凸形状突起部６を有するステンレス鋼製の円筒部材１または平板部材１０とＮｉ合金製の円筒部材２または平板部材２０と突合せて仮組した両側開先内を肉盛溶接施工する時に、凸形状突起部６の溶接箇所に該当する初層溶接部にミクロ割れが発生することを抑制することができる。また、凸形状突起部６の高さＨ_３を１７ｍｍ以下とすることで、ミクロ割れの問題は解消されるとともに、凸形状突起部６の製作時間が増加することも抑制することができる。

＜実施例１のまとめ＞
図３Ａ乃至図４Ｃに示したように、円筒部材１の端面１ａまたは平板部材１０の側面１０ａに設けた所定深さＨ_１の溝開先３内にＮｉ合金製の溶接ワイヤを肉盛溶接して第１多層肉盛溶接部４ａを形成した後に、切削加工予定面５ａに沿って切削加工を行い、切削面５ｂを成形して凸形状突起部６を成形する場合には、溝開先３の加工工数、および肉盛溶接後の凸形状突起部６の製作工数が図５Ａ乃至図６Ｃに示す態様に比べて増加するが、第１多層肉盛溶接部４ａのパス数削減による大幅な肉盛工数低減を図ることができる。

一方、図５Ａ乃至図６Ｃに示したように、溝開先無の端面１ａまたは側面１０ａにＮｉ合金製の溶接ワイヤを肉盛溶接して所定肉盛高さＨ_２の第２多層肉盛溶接部４ｂを形成した後に、切削加工予定面５ａに沿って切削加工を行い、切削面５ｂを成形して凸形状突起部６を成形する場合には、第２多層肉盛溶接部４ｂのパス数増加による肉盛工数が図３Ａ乃至図４Ｃに示す態様に比べて増加するが、事前の平面加工の工数低減、肉盛溶接後の凸形状突起部６の製作工数を削減することができる。

従って、両者の利点と欠点とを理解した上で、溶接条件に応じていずれかを適宜選択して採用すると良い。

いずれにしても、溶接割れおよび融合不良等がない高品質な第１多層肉盛溶接部４ａまたは第２多層肉盛溶接部４ｂを得ると共に、肉盛溶接金属付の凸形状突起部６を確実に得ることができる。このような、割れや融合不良等がない品質良好なＮｉ合金製の凸形状突起部６を有したステンレス鋼製の部材構造物は、例えば、原子力発電用の原子炉に使用されるステンレス鋼製のシュラウドや炉内構造の部材製品に非常に好適であり、耐食性および強度等の性能が高く、高温高圧および高放射線量の環境下に配備され、長期間にわたって稼働する部材構造物に適している部材構造物である。

なお、従来行われていた、ステンレス鋼製の円筒部材１側または平板部材１０側に肉盛無の突起部を成形するような場合には、肉盛溶接の工数が不要になる。しかしながら、その後の溶接工程で、肉盛無の突起部を有するステンレス鋼製の円筒部材１または平板部材１０とＮｉ合金製の円筒部材２または平板部材２０とを突合せて形成した両側開先内を肉盛溶接施工する時に、突起部が部材と同質のステンレス鋼のままであるため、ステンレス鋼母材の溶融金属が溶接部内に多く取り込まれる。このため、後述する溶融希釈率βの増加によって、溶接部内（溶接金属中）に含有されるＮｉ当量が減少し、Ｐ当量が増加するので、溶接部内にミクロ割れが発生し易くなる。しかし、本実施例であれば、突起部はＮｉ合金ベースであるため、突起部がステンレス鋼の場合に生じる問題は発生しない。

＜実施例２＞
本発明の溶接方法の実施例２を図７を用いて説明する。図１乃至図６Ｃと同じ構成には同一の符号を示し、説明は省略する。以下の実施例においても同様とする。

図７は、本実施例に係わる肉盛溶接方法に使用したワイヤ給電加熱方式のホットワイヤＴＩＧアーク溶接の装置構成を示す図である。

図７において、ホットワイヤＴＩＧアーク溶接装置は、ＴＩＧトーチ１１、電極１２、ＴＩＧ溶接電源１３、給電ケーブル２４ａ，２４ｂ、ワイヤ加熱電源２１、給電ケーブル２５ａ，２５ｂ、給電チップ１７、ワイヤリール１８、送給ローラ１９を備えている。

ホットワイヤＴＩＧアーク溶接装置では、ＴＩＧトーチ１１内の電極１２と被溶接材の母材１５（ステンレス鋼製の第１母材やＮｉ合金製の第２母材）との間に、給電ケーブル２４ａ，２４ｂを介して給電するＴＩＧ溶接電源１３が接続されている。電極１２は、例えば非消耗性のタングステン電極が好適である。

また、ステンレス鋼製の母材１５と、Ｎｉ合金製の溶接ワイヤ１６に給電する給電チップ１７との間に、他の給電ケーブル２５ａ，２５ｂを介してワイヤ加熱電源２１が接続されている。

ホットワイヤＴＩＧアーク溶接装置によって溶接を行う際には、ＴＩＧトーチ１１から噴出させるシールドガス（省略）の雰囲気内で、電極１２と母材１５との間にＴＩＧアーク１４を発生させると共に、ＴＩＧ溶接電源１３から所望の溶接電流Ｉａを出力させている。これにより、ＴＩＧアーク１４直下の母材１５上に形成される溶融プール２２内に溶接ワイヤ１６を送給すると共に、ワイヤ加熱電源２１から肉盛溶接に適したワイヤ電流Ｉｗを給電する。

溶融プール２２内に送給する溶接ワイヤ１６は、ワイヤリール１８に巻かれており、ワイヤ送給装置（省略）の送給ローラ１９を介して溶融プール２２内に送給するようにしている。溶接ビード２３は、溶接中に進行する溶融プール２２の後方に凝固過程で形成される。

ワイヤ給電加熱方式のホットワイヤＴＩＧアーク溶接は、溶接ワイヤ１６と母材１５との間に給電するワイヤ電流Ｉｗによって、ジュール発熱作用を利用する給電加熱されて高温になる溶接ワイヤ１６をＴＩＧアーク１４直下の溶融プール２２内に送給して溶融させながら肉盛溶接を行う方法であり、通常のＴＩＧ溶接方法と比べてワイヤ溶着効率を数倍に増加することができる。

ステンレス鋼の母材１５表面に肉盛溶接する溶接ワイヤ１６は、ステンレス鋼ワイヤと異なるＮｉ合金ワイヤであり、例えば、インコネル系の溶接ワイヤである。Ｎｉ成分が高いＮｉ合金製の溶接ワイヤ１６をＴＩＧアーク１４近傍の溶融プール２２内へ送給および溶融させながら溶接することによって、融合不良やミクロ割れ等の欠陥のない良好な溶接ビード２３を得ることができ、また、肉盛溶接効率を向上することができる。

このような本発明の溶接方法の実施例２においても、前述した溶接方法の実施例１とほぼ同様な効果が得られる。

また、ワイヤ溶着量を増加させることができ、この施工効果によって第１多層肉盛溶接部４ａ，第２多層肉盛溶接部４ｂの溶接パス数を容易に削減することができる。また、溶接割れおよび融合不良等がない高品質な第１多層肉盛溶接部４ａ，第２多層肉盛溶接部４ｂを得ると共に、工数低減も容易に実現することができる。

なお、図７中では、ワイヤ給電加熱方式のホットワイヤＴＩＧアーク溶接を母材１５表面に施工する事例を示しているが、母材１５表面に設けた溝開先３内にもホットワイヤＴＩＧアーク溶接を施工することができ、上述したような効果を得ることができる。

また、詳しくは後述するが、ステンレス鋼製の母材１５表面または溝開先３内に肉盛溶接すべき溶接ワイヤは、少なくともワイヤ成分中のＮｉ含有量が７０％以上またはＮｉ当量の算出値が７０％以上有するＮｉ合金製の溶接ワイヤを用いると、溶接部のミクロ割れの未然防止をより確実に図ることが可能となる。

＜実施例３＞
本発明の溶接方法の実施例３を表１および図８を用いて説明する。

表１は、肉盛溶接方法に使用した母材と溶接ワイヤおよび溶接内部の化学成分、Ｐ当量とＮｉ当量および割れ感受性等の評価結果を示すものである。

溶接試験に用いた母材は、オーステナイト系ステンレス鋼の代表例の一つであるＳＵＳ３１６Ｌ材である。また、溶接ワイヤは、Ｎｉ合金の代表例の一つであるインコネル８２である。

Ｐ当量およびＮｉ当量（重量％）は、下記式（１），（２）を用いて算出した。

Ｐ当量（％）＝（Ｐ＋Ｓ／１．５）−（Ｃ−Ｓｉ／３．５＋Ｍｎ／１４）／２５−（Ｃｒ−Ｎｉ／３．５）／１５００ … （１）
Ｎｉ当量（％）計算式＝Ｎｉ＋３０×Ｃ＋３０×Ｎ＋０．５×Ｍｎ … （２）

上記式（１），（２）中の溶接内部（溶接金属中）に含有されているＣ，Ｐ，Ｓ，Ｎｉ等の各含有量（重量％）は、ステンレス鋼母材およびインコネル８２ワイヤ（溶接ワイヤ）に含有されている各化学成分の含有量と、溶接金属中に含有されるステンレス鋼母材の希釈率との割合から算出した値である。

また、割れ感受性は、溶接内部にミクロ割れが発生したかしないかで評価した。

表１に示すように、溶接金属中に含有されるステンレス鋼母材の希釈率βが高い（ステンレス鋼母材の溶融割合がワイヤの溶融割合より多い）と、溶接金属中に含有されるＮｉ当量は減少し、Ｐ当量は増加する。このため、割れの発生（△印）が見受けられた。

反対に、溶融希釈率βが減少（ステンレス鋼母材の溶融割合が減少）するほど、溶接金属中に含有されるＮｉ当量は増加し、Ｐ当量は減少するので割れは発生していない（○印）ことが分かった。

したがって、ＳＵＳ３１６Ｌ母材にインコネル８２ワイヤを溶接する場合には、ワイヤ溶着量（溶融割合）が増加するように施工して溶接部を形成することで、溶融希釈率βが減少でき、Ｎｉ当量が増加およびＰ当量が減少するので、ミクロ割れをより確実に防止することができることが分かる。

なお、本明細書における溶融希釈率β（または希釈率βとも称す）とは、被溶接材の一つであるステンレス鋼母材に異材ワイヤを溶接または肉盛した時に、形成される溶接部の溶融断面積（ワイヤ溶着部の面積Ａとステンレス母材溶融部の面積Ｂとの和）に占めるステンレス母材溶融部の面積Ｂの割合のことであり、希釈率β（％）は、β＝Ｂ／（Ａ＋Ｂ）×１００で求められるものである。

図８は、表１とは同じ材質，品番の材料を用いた肉盛溶接方法を用いて試験した時の母材溶融の希釈率と溶接部のＮｉ当量およびＰ当量の関係を示す図である。

図８において、溶接ワイヤ（インコネル８２ワイヤ）および母材（ステンレス鋼、ＳＵＳ３１６Ｌ）は、表１に示したものと同質，同品番であるが、母材側のＮｉ当量が１４．８％であり、表１中の値（１３．１６％）よりも少し高い。この違いは、ステンレス鋼母材の購入時期や板厚の相違（化学成分を記したミルシート値の相違）によるものと推定される。

図８に示すように、表１と同様に、希釈率βが増加すると、溶接金属中（溶接部および肉盛溶接部）のＮｉ当量は減少し、Ｐ当量は増加する関係にある。図８中に記した×印の箇所は局部割れが発見された溶接結果であり、●印および■印の箇所は割れなしの溶接結果をそれぞれ記している。

この図８に示す試験結果より、割れなしの領域は、ステンレス鋼母材の溶融希釈率βが４９％以下の範囲であると共に、溶接金属中に含有されたＮｉ当量が４４％以上の領域、Ｐ当量が０．００６％以下の領域であることが分かった。したがって、これらの領域を満足するように溶接および肉盛溶接を実施することによって、局部割れ（ミクロ割れ）等がない良好な溶接部（溶接ビードおよび断面部）を確実に得ることができることが分かった。

なお、表１および図８では、ＳＵＳ３１６Ｌ母材にインコネル８２ワイヤを溶接した実施例を示したが、他のオーステナイト系ステンレス鋼製の母材に、インコネル８２ワイヤと異なるＮｉ合金製の溶接ワイヤを溶接する場合でも、同様な考え方を適用することが可能である。

＜実施例４＞
本発明の溶接方法の実施例４を図９乃至図１１Ｅを用いて説明する。

図９Ａ乃至図９Ｅは、本発明に係わる肉盛溶接方法を用いて試験した時の溝開先３を埋めた第１多層肉盛溶接部４ａにおける溶金境界Ａ部およびＢ部のミクロ組織写真の一例を示す図である。

図９Ａは板厚６０ｍｍの母材表面（ＳＵＳ３１６Ｌ材）に設けた開先深さ１８ｍｍの溝開先３内にインコネル８２ワイヤを肉盛溶接（７パス）して形成した第１多層肉盛溶接部４ａのマクロ断面部写真である。図９Ｂおよび図９Ｃは、図９Ａ中の肉盛１パス目と２パス目の溶金境界である溶金境界Ａ部組織のミクロ組織を示す写真であり、図９Ｂは溶金境界Ａ部の倍率１００倍における様子を撮影した写真、図９Ｃは図９Ｂ中のＡ１部の倍率５００倍の様子を撮影した写真である。また、図９Ｄおよび図９Ｅは、肉盛１パス目の第１多層肉盛溶接部４ａと母材との境界である溶金境界Ｂ部組織のミクロ組織を示す写真であり、図９Ｄは倍率１００倍、図９Ｅは図９Ｄ中のＢ１部を倍率５００倍で拡大した写真である。

図９Ａ乃至図９Ｃに示すように、第１多層肉盛溶接部４ａはＳＵＳ３１６Ｌ材の母材と良好に融合しており、肉盛底部および左右上部にも融合不良やミクロ割れは認められなかった。

また、図９Ｄおよび図９Ｅに示すように、溶金部の組織は、肉盛溶接の凝固過程で生成したオーステナイト組織およびその粒界が凝固方向に成長したように形成されており、異常な組織や割れは認められなかった。

図示していないが、３パス目以降の上部の溶金部や溶金境界および母材熱影響部においても、異常な組織や割れは認められなかった。

図９Ｄおよび図９Ｅに示すような１パス目の溶接部は、特に、溝開先３の底部を十分に溶融させる必要があるため、希釈率βが増加し易い箇所であるが、溶接断面積から希釈率β（％）を算出｛β＝母材溶融面積Ｂ／（ワイヤ溶着面積Ａ＋Ｂ）×１００）｝した結果、１１．７％であり、この時のＰ当量は０．０００６４％であり、また、Ｎｉ当量は６９．９９％であったことから、割れが発生しない安全な領域であると判断される。

また、２パス目以降の溶接部は、前パスの上に順次に肉盛溶接する施工であることから、前パス上部の再溶融と開先両壁の溶融とワイヤ溶融との繰り返しとなる。その結果、２パス目以降の各溶接部に占める開先両壁部分の母材溶融面積Ｂの割合は、１パス目よりも格段に小さくなるため、各溶接部の希釈率βは上記１１．７％よりもさらに小さくなる。また、溶接パスの積み重ね毎に再溶融される部分の溶金成分が改善されるため、積み重ね毎の溶接部に占めるＰ当量は減少、Ｎｉ当量は増加する方向に向かうことになる。

このように、上記希釈率βの減少に伴うＮｉ当量の増加とＰ当量の減少等によって、割れのない品質良好な溶接部が形成できていることが確認された。

図１０は、本実施例に係わる肉盛溶接方法を用いて試験した時の肉盛溶接のパス数と肉盛高さの関係を示す一例である。図１０は、下向姿勢で施工した肉盛溶接の事例である。図１０中には、図３Ａ乃至図４Ｃに示した実施例１のような溝開先内に肉盛溶接した溶接断面写真１と、図５Ａ乃至図６Ｃに示した実施例１の変形例２のような母材表面に肉盛溶接した溶接断面写真２の２つの写真を添付している。

図１０において、目標高さ１８ｍｍ以上に対して、溝開先内に肉盛溶接した場合はパス毎の肉盛高さが大きいために肉盛溶接断面写真１に示すように７パスで到達する。これに対し、肉盛溶接断面写真２に示すように、溝開先無の母材表面（平面上）に肉盛溶接した場合には、パス毎の肉盛高さが小さいために１３パスで到達する結果になっている。このように、肉盛溶接のパス数は大きく異なるが、両方共に品質良好な多層肉盛溶接部が得られている。

なお、下向姿勢で溝開先内に肉盛溶接する場合または母材表面に肉盛溶接する場合には、ワイヤ送り速度Ｗｆをさらに増加する施工が可能であり、ワイヤ送り速度Ｗｆの増加よるパス毎のワイヤ溶着断面の増加によって、両者のパス数を削減することができ、高能率化および工数低減を図ることも可能である。

特に、母材表面に肉盛溶接した場合には、溝開先溶接の場合と比べて、１パス目の溶接部において、母材溶融の増加によって希釈率βが増加し易いため、割れ感受性が高まる。これに対して、２パス目以降の溶接部は、前パスの上に順次に肉盛溶接するため、母材溶融がなく、前パス上部の再溶融とワイヤ溶融とになることから、希釈率βの激減によって割れの問題は解消される。このようなことから、割れの問題は１パス目の溶接部に限定することができる。

図８に示したように、１パス目の溶接部の希釈率βが４９％以下であれば、割れは生じていないが、希釈率βが４９％を超えると、割れの発生に至ることがある。このため、母材表面に肉盛溶接する時には、例えば、希釈率βが４８〜３０％の範囲に収束するような肉盛条件（または溶接条件）を選定して肉盛溶接することで、１パス目の溶接部および２パス目以降の溶接において、割れの問題を全て解消することができると判断した。

したがって、溝開先内の肉盛溶接または母材表面の肉盛溶接であっても、上述したように、ワイヤ成分中のＮｉ含有量が７０％以上またはＮｉ当量の算出値が７０％以上有するＮｉ合金製の溶接ワイヤを用い、母材溶融の希釈率βが４９％以下の範囲に収束するように肉盛溶接すると共に、溶接金属中に含有されたＮｉ当量が４４％以上の領域、Ｐ当量が０．００６％以下の領域になるように溶接部（および肉盛溶接部）を形成させることで、割れのない品質良好な肉盛溶接部を確実に得ることができることが分かった。

図１１Ａ乃至図１１Ｅは、凸形状突起部６と溶金境界Ａ部およびＢ部のミクロ組織の一例を示す写真である。

図１１Ａは肉盛施工終了後に多層肉盛溶接部およびその近傍部材の一部を切削加工して凸形状突起部６を成形したマクロ断面部写真である。図１１Ｂおよび図１１Ｃは、凸形状突起部６の下部（肉盛１パス目）の左溶金境界のミクロ組織を示す写真であり、図１１Ｂは溶金境界Ａ部の倍率２５倍、図１１Ｃは図１１Ｂ中のＡ１部分の倍率１００倍での組織の様子を撮影した写真である。また、図１１Ｄおよび図１１Ｅは、凸形状突起部６の底部（肉盛１パス目）の溶接金属部境界（溶金境界）のミクロ組織を示す写真であり、図１１Ｄは溶金境界Ｂ部の倍率２５倍、図１１Ｅは図１１Ｄ中のＢ１部の倍率１００倍での組織の様子を示す写真である。

図１１Ａ乃至図１１Ｅに示すように、凸形状突起部６はＳＵＳ３１６Ｌ材の母材と良好に融合しており、また、溶金部の組織は、肉盛溶接の凝固過程で生成したオーステナイト組織であり、異常な組織や割れは認められなかった。省略しているが、凸形状突起部６の上部の溶金部においても、異常な組織や割れは認められなかった。

＜実施例５＞
本発明の溶接方法の実施例５を図１２乃至図１８Ｂを用いて説明する。

図１２は本実施例に係わる円筒形状の部材継手の溶接部材構造物の一部を示す斜視図であり、図１３は本実施例に係わる平板形状の部材継手の溶接部材構造物の一部を示す斜視図である。

図１２は、継手面となる肉盛溶接すべきＮｉ合金製の円筒部材２の上面側の端面２ａの上に、Ｎｉ合金からなる凸形状突起部６を有する開口部を事前に設けたステンレス鋼製の円筒部材１を突き合わせて形成した両側開先部を横向姿勢で肉盛溶接する構造である。図１３は、継手面となる肉盛溶接すべきＮｉ合金製の平板部材２０の側面２０ａの上に、Ｎｉ合金からなる凸形状突起部６を有する開口部を事前に設けたステンレス鋼製の平板部材１０を突合せて形成した両側開先部を横向姿勢で肉盛溶接する構造である。

第１母材である上側の円筒部材１または平板部材１０は、例えば、原子力発電用の原子炉に使用されるオーステナイト系のステンレス鋼製（ＳＵＳ３０４系，ＳＵＳ３１６系、他のＳＵＳ材等）の部材製品である。

また、第２母材である下側の円筒部材２または平板部材２０は、ステンレス鋼製の円筒部材１または平板部材１０よりも耐食性等の性能が高いＮｉ合金製（例えば、インコネル系、ハステロイ（登録商標）系、他の高Ｎｉ合金材等）の部材製品であり、ステンレス鋼製の部材よりもさらに厳しい高温高圧および高放射線量の環境下に配備される部材である。また、この他にも、火力発電やボイラ等で使用される部材製品にも使用可能である。

図１４は、平板形状の部材継手の他の溶接部材構造物を示す斜視図である。

図１４において、肉盛溶接すべきＮｉ合金製の平板部材２０の側面部が立向きになるように左右いずれかの片方に配置し、この平板部材２０の隣に、凸形状突起部６を有する開口部を事前に設けたステンレス鋼製の平板部材１０を突合せて形成した両側開先部を立向姿勢で肉盛溶接する構造となっている。

図１５Ａおよび図１５Ｂは、図１２中のＣＣ部、図１３中のＤＤ部または図１４中のＥＥ部を拡大した断面を示す図である。

図１５Ａに示すように、まず、図１２中のＣＣ部に示すような肉盛溶接すべきＮｉ合金製の円筒部材２の上面部の上に、Ｎｉ合金からなる凸形状突起部６を有する開口部を事前に設けたステンレス鋼製の円筒部材１または平板部材１０を突合せて円周方向に両側開先部７ａ，７ｂを形成する。または、まず、図１３中のＤＤ部に示すような肉盛溶接すべきＮｉ合金製の平板部材２０の側面部の上に、若しくは図１４中のＥＥ部に示すような平板部材２０の側面部の隣に、Ｎｉ合金からなる凸形状突起部６を有する開口部を事前に設けたステンレス鋼製の平板部材１０を突合せて側面方向に両側開先部７ａ，７ｂを形成する。

次いで、図１５Ｂに示すように、図１５Ａに示すような円周方向または側面方向に形成した両側開先部７ａ，７ｂ内に対して、Ｎｉ合金製の溶接ワイヤ１６を用いた開先積層溶接（以後、肉盛溶接とも記載）を施工して複数の溶接パスからなる第３多層肉盛溶接部８および第４多層肉盛溶接部９を開先上面部まで形成する。

実施例１で説明したように、Ｎｉ合金からなる凸形状突起部６の成形位置Ｘ_２は、円筒部材１または平板部材１０の板厚Ｔ_１の中央位置（Ｘ_２＝Ｔ_１／２）にすると良い。上側の円筒部材１または平板部材１０に事前成形した凸形状突起部６の形状は、図３Ｃおよび図５Ｃに示した断面図を反転させたような形状である。このように円筒部材１または平板部材１０の板厚Ｔ_１の中央位置（Ｘ_２＝Ｔ_１／２）に凸形状突起部６を成形すると、この凸形状突起部６を有する開口部と下側の端面２ａとを突合せた時の両側開先を、円周方向または側面方向に左右対称（または内外対称）な形状にすることができる。

また、両側開先部７ａ，７ｂ内に横向姿勢（立向姿勢も同様）の肉盛溶接を施工した時に、円周方向または側面方向に略左右対称な形状の第３多層肉盛溶接部８および第４多層肉盛溶接部９を形成することができる。

両側開先部７ａ，７ｂ内に形成する第３多層肉盛溶接部８および第４多層肉盛溶接部９は、例えば、Ｎｉ合金製の溶接ワイヤ１６を用いた非消耗電極式の第２アーク溶接または消耗電極式のＭＩＧアーク溶接によって、肉盛溶接を施工して形成する。

図１５Ａおよび図１５Ｂは、上側に記載したステンレス鋼製の円筒部材１または平板部材１０の板厚Ｔ_１と、下側に記載したＮｉ合金製の円筒部材２または平板部材２０の板厚Ｔ_２とが同一（Ｔ_１＝Ｔ_２）の事例を示している。

例えば、両方の板厚Ｔ_１，Ｔ_２が５０ｍｍ程度であれば、約２０パス程度の溶接施工によって、両側開先部７ａ，７ｂ内に第３多層肉盛溶接部８や第４多層肉盛溶接部９を形成することができる。

また、本実施例では、凸形状突起部６がＮｉ合金製の肉盛溶接金属であることから、凸形状突起部６と下側の端面２ａとの両側開先底部の溶接箇所（左側または内側の１パス目と右側または外側の１パス目）を溶接施工した時には、凸形状突起部６の再溶融とＮｉ合金製の部材面溶融とＮｉ合金製のワイヤ溶融とが混合した溶融金属によって、左右（内外）両側に１パスずつの溶接部が形成される。このため、両側開先底部の左右１パス目の溶接部分は、この溶接金属中に含有されたＮｉ当量を高く、Ｐ当量を小さくすることができる。従って、ミクロ割れ等が発生しない品質良好な溶接部（溶接ビードおよび溶込み形状）を確実に得ることができる。また、左右または内外の両側から１パスずつ肉盛溶接された内外１パス目の各肉盛溶接金属部は、凸形状突起部６の溶融を含む部分で相互に先端部が溶け込み合った形状になっている。

さらに、左右（内外）両側の各２パス目部分の溶接（肉盛溶接）箇所を溶接施工する時には、前パス上部の再溶融と凸形状突起部６の残部の溶融とＮｉ合金製の端面２ａの溶融とＮｉ合金製のワイヤ溶融とが混合した溶融金属の溶接部が形成される。このため、１パス目部分と同様に、溶接金属中に含有されたＮｉ当量を高く、Ｐ当量を小さくすることができるので、ミクロ割れ等が発生しない品質良好な溶接部を得ることができる。

一方、左右（内外）両側の３パス目以降の各溶接（肉盛溶接）部分では、ステンレス鋼製の切削面５ｂの溶融が必要になることから、この切削面５ｂの溶融と前パス上部の再溶融とＮｉ合金製の端面２ａの溶融とＮｉ合金製のワイヤ溶融とが混合した溶融金属の溶接部が形成される。しかし、この場合であっても、この溶接部に取り込まれるステンレス鋼の溶融金属が少量であるため、ステンレス鋼の溶融金属の希釈率βを４９％以下に確実に抑制することができ、左右（内外）両側の３パス目以降の各溶接（肉盛溶接）部分に含有されたＮｉ当量を４４％以上に、また、Ｐ当量を０．００６％以下に抑制でき、ミクロ割れや融合不良等がない品質良好な溶接部（溶接ビードおよび溶込み形状）を得ることができる。

３パス目以降のステンレス鋼の溶融金属の希釈率βは、Ｎｉ合金製の溶接ワイヤ１６の送り速度（またはワイヤ溶接断面積）によって変化するが、３パス目部分の希釈率βを概算した結果、目安となる値である４９％よりも小さく、約１５〜３０％であった。また、この時のＮｉ当量は目安値の４４％よりも大きく、約６３．８〜５５．２％であり、また、Ｐ当量も目安値の０．００６％よりも小さく、０．０００９〜０．００３２％であった。４パス目以降の肉盛溶接部においても同程度の値になり、割れが生じることが抑制される適正領域であった。

さらに、両側開先の両上面部（例えば、最終層の前層および最終層）では、左右または内外の両側から溶接施工する時に、肉盛溶接金属部の一部が相互に重なり合うように複数パスずつ肉盛溶接することで、横向姿勢や立向姿勢であっても、垂れ下りがない品質良好な溶接ビードおよび溶込み形状を得ることができる。

特に、両側開先の両底面部には、左右または内外の両側から１パスずつ肉盛溶接された肉盛溶接金属部の一部が相互に溶込み合っており、さらに、両側開先の両上面部には、左右または内外の両側から複数パスずつ肉盛溶接された肉盛溶接金属部の一部が相互に重なり合っていると良い。上述したように、割れや融合不良および垂れ下り等がない品質良好な溶接ビードおよび溶込み形状を得ることができる。

＜実施例５の変形例１＞
図１６Ａおよび図１６Ｂは、図１２中のＣＣ部、図１３中のＤＤ部または図１４中のＥＥ部を拡大した断面の変形例を示す図である。

図１６Ａおよび図１６Ｂにおける図１５Ａおよび図１５Ｂとの相違点は、上側のステンレス鋼製の円筒部材１または平板部材１０の板厚Ｔ_１よりも、下側のＮｉ合金製の円筒部材２または平板部材２０の板厚Ｔ_２の方が厚い（Ｔ_１＜Ｔ_２）ことである。その他は図１５Ａおよび図１５Ｂと同様である。

図１６Ａおよび図１６Ｂでは、円筒部材１または平板部材１０の板厚Ｔ_１の中央位置（Ｘ_２＝Ｔ_１／２）に、凸形状突起部６を成形する。このような場合でも、上述したように、凸形状突起部６を有する開口部と下側の端面２ａとを突合せた時の両側開先を、円周方向または側面方向に左右対称（または内外対称）な形状にすることができる。また、両側開先部７ａ，７ｂ内に肉盛溶接を施工した時に、略左右対称な形状の第３多層肉盛溶接部８および第４多層肉盛溶接部９を円周方向または側面方向に形成することができる。例えば、上側の板厚Ｔ_１が５０ｍｍ程度、下側の板厚Ｔ_２が７０ｍｍ程度の両側開先継手であれば、左右１２パスずつ程度の溶接施工によって、両側開先部７ａ，７ｂ内に第３多層肉盛溶接部８や第４多層肉盛溶接部９を形成することができる。

＜実施例５およびその変形例１の効果＞
これら図１５Ａ，１５Ｂや図１６Ａ，１６Ｂに示したように、まずステンレス鋼製の円筒部材１または平板部材１０の継手面部にＮｉ合金製の溶接ワイヤを肉盛溶接した後に切削加工予定面５ａに沿って切削加工を行い、切削面５ｂを成形して凸形状突起部６を備えた両側開先部７ａ，７ｂを円周方向または側面方向に設ける。次に、Ｎｉ合金製の円筒部材２または平板部材２０の継手面部に、凸形状突起部６を備えた両側開先部７ａ，７ｂを突合せ配置して両側開先を円周方向または側面方向に設け、その後に、Ｎｉ合金製の溶接ワイヤ１６を用いた非消耗電極式の第２アーク溶接または消耗電極式のＭＩＧアーク溶接によって、円周方向または側面方向の両側開先部内に肉盛溶接を施工し、複数の溶接パスからなる第３多層肉盛溶接部８および第４多層肉盛溶接部９を両側開先の開先底面から開先上面まで形成する。このような溶接方法により、上述したように、割れや融合不良等がない品質良好な第３多層肉盛溶接部８および第４多層肉盛溶接部９を円周方向または側面方向に形成することができる。

＜実施例５の変形例２＞
図１７Ａおよび図１７Ｂは、図１２中のＣＣ部、図１３中のＤＤ部または図１４中のＥＥ部を拡大した断面の他の変形例を示す図である。

図１７Ａおよび図１７Ｂにおける図１６Ａおよび図１６Ｂとの相違点は、凸形状突起部６の成形位置Ｘ_２を、円筒部材１または平板部材１０の板厚Ｔ_１の中央位置（Ｘ_２＝Ｔ_１／２）から内面側若しくは外面側のいずれか片方へ片寄りさせた位置（Ｔ_１／５≦Ｘ_２＜Ｔ_１／２の範囲）にしたことである。図１７Ａおよび図１７Ｂにおいては、上側の円筒部材１または平板部材１０に事前成形した凸形状突起部６の形状は、図４Ｃおよび図６Ｃに示した断面図を反転させたような形状である。その他は図１６Ａおよび図１６Ｂと同様である。

図１７Ａおよび図１７Ｂに示すように、板厚Ｔ_１の中央位置（Ｘ＝Ｔ_１／２）から内面側若しくは外面側のいずれか片方へ片寄りさせた位置に凸形状突起部６を成形すると、上述したように、この凸形状突起部６を有する開口部と下側の端面２ａとを突合せた時の両側開先部７ａ，７ｂ内を、円周方向または側面方向に左右非対称（または内外非対称）な形状にすることができる。

また、この両側開先部７ａ，７ｂ内を肉盛溶接施工した時に、左右非対称および左右パス数が異なる形状の第３多層肉盛溶接部８および第４多層肉盛溶接部９を円周方向または側面方向に形成することができる。

例えば、開先深さが浅い図１７Ａ，１７Ｂ上の左側の開先部は５パス程度の溶接施工が必要となる。また、反対側（右側）の開先部は深くなるため、パス数増加の施工が必要になり、約２０パス程の溶接施工となる。これによって、左右非対称および左右パス数が異なる形状の第３多層肉盛溶接部８および第４多層肉盛溶接部９を形成することができる。

＜実施例５の変形例３＞
図１８Ａおよび図１８Ｂは、下側の部材面を傾斜させた形状とした場合の断面を示す図である。

図１８Ａに示すように、下側のＮｉ合金製の円筒部材２の上面部または平板部材２０の側面部に予め傾斜面２ｂ，２０ｂを設け、この傾斜面２ｂ，２０ｂの上に、凸形状突起部６および開口部を有する円筒部材１の端面１ａまたは平板部材１０の側面１０ａを突合せ配置することで、両側開先部７ａ，７ｂの形状を拡張することができる。図示した傾斜面２ｂ，２０ｂは左右直線的な面形状であったが、左右曲線的な面形状にすることもできる。

このような傾斜面２ｂ，２０ｂを設けることで、両側開先部７ａ，７ｂ内を肉盛溶接施工した時に、両側開先の切削面５ｂおよび下側の傾斜面２ｂ，２０ｂの両方の溶融を促進するできことができ、溶込みの深い形状の品質良好な溶接部を得ることができる。特に、左右または内外の両側から１パスずつ肉盛溶接された内外１パス目の各肉盛溶接金属部は、凸形状突起部６の溶融を含む部分で相互に先端部が深く溶け込み合った形状にすることができる。また、左右２パス目以降の溶接箇所でも、傾斜面２ｂ，２０ｂおよび切削面５ｂの両方の溶融促進が図れ、溶込みの深い形状の品質良好な溶接部を得ることができる。

さらに、上述したように、両側開先の両表面部分（例えば、最終層の前層および最終層）では、左右または内外の両側から溶接施工する時に、肉盛溶接金属部の一部が相互に重なり合うように複数パスずつ肉盛溶接することで、横向姿勢や立向姿勢であっても、垂れ下りのない品質良好な溶接ビードおよび溶込み形状を得ることができる。

＜実施例５のまとめ＞
図１５Ａ乃至図１８Ｂに示したように、上側のステンレス鋼製の円筒部材１または平板部材１０の開先内にＮｉ合金製の凸形状突起部６を事前成形することで、下側のＮｉ合金製の円筒部材２または平板部材２０との突合せ部の両側開先部７ａ，７ｂ内を溶接施工した時に、ミクロ割れや融合不良等がない品質良好な第３多層肉盛溶接部８および第４多層肉盛溶接部９を円周方向または側面方向に形成することができる。

また、第３多層肉盛溶接部８および第４多層肉盛溶接部９は、例えば、Ｎｉ合金製の溶接ワイヤを用いた非消耗電極式の第２アーク溶接または消耗電極式のＭＩＧアーク溶接によって、肉盛溶接を横向姿勢または立向姿勢で施工して形成する。

特に、ワイヤ成分中のＮｉ含有量が７０％以上またはＮｉ当量の算出値が７０％以上有するＮｉ合金製の溶接ワイヤを用い、ステンレス鋼母材側の溶融希釈率βが４９％以下の範囲に収束するように肉盛溶接すると共に、溶接パス毎の溶接金属中に含有されたＮｉ当量が４４％以上の領域、Ｐ当量が０．００６％以下の領域になるように溶接部（および肉盛溶接部）を形成することで、割れのない品質良好な溶接部および第３多層肉盛溶接部８および第４多層肉盛溶接部９を確実に得ることができる。

また、上述したように、凸形状突起部６がＮｉ合金製の肉盛溶接金属であることから、特に、凸形状突起部６と下側の端面２ａとの両側開先底部の溶接箇所（左側または内側の１〜２パス目と右側または外側の１〜２パス目）を溶接施工した時には、凸形状突起部６の再溶融とＮｉ合金製の部材面溶融とＮｉ合金製のワイヤ溶融とが混合した溶融金属によって、左右（内外）両側に１〜２パスずつの溶接部が形成される。このため、ステンレス鋼母材成分の溶融取り込みが殆んどなくなり（希釈率βが激減する）、両側開先底部の左右１パス目および２パス目の各溶接部分は、この溶接金属中に含有されたＮｉ当量を高く、Ｐ当量を小さくすることができ、割れの問題が解消される。従って、ミクロ割れ等が発生しない品質良好な溶接部（溶接ビードおよび溶込み形状）を確実に得ることができる。

また、左右または内外の両側から１パスずつ肉盛溶接された内外１パス目の各肉盛溶接金属部は、凸形状突起部６の溶融を含む部分で相互に先端部が溶け込み合った形状にすることができる。

また、上述したように、ステンレス鋼の溶融希釈率βは、Ｎｉ合金製の溶接ワイヤ１６の送り速度（またはワイヤ溶接断面積）によって変化するが、３パス目部分の希釈率βを概算した結果、目安値の４９％よりも小さく、約１５〜３０％であった。また、この時のＮｉ当量は目安値の４４％よりも大きく、約６３．８〜５５．２％であり、また、Ｐ当量も目安値の０．００６％よりも小さく、０．０００９〜０．００３２％であった。４パス目以降の肉盛溶接部においても、同程度の値になり、割れが生じることが抑制される適正領域であった。

さらに、両側開先の両表面部分（例えば、最終層の前層および最終層）では、左右または内外の両側から溶接施工する時に、肉盛溶接金属部の一部が相互に重なり合うように複数パスずつ肉盛溶接することで、横向姿勢や立向姿勢であっても、垂れ下り等がない品質良好な溶接ビードおよび溶込み形状を得ることができる。

特に、両側開先の両底面部には、左右または内外の両側から１パスずつ肉盛溶接された肉盛溶接金属部の一部が相互に溶込み合っており、さらに、両側開先の両上面部には、左右または内外の両側から複数パスずつ肉盛溶接された肉盛溶接金属部の一部が相互に重なり合っていると良い。上述したように、割れや融合不良および垂れ下り等がない品質良好な溶接ビードおよび溶込み形状を得ることができる。

また、ステンレス鋼製の部材とＮｉ合金製の部材との両側開先部７ａ，７ｂ内にＮｉ合金製の溶接ワイヤを肉盛溶接した第３多層肉盛溶接部８および第４多層肉盛溶接部９には、溶接パス毎の肉盛溶接金属中に含有されたステンレス鋼母材の溶融希釈率βが４９％以下であり、かつ各肉盛溶接金属中に含有されたＮｉ当量が４４％以上、Ｐ当量が０．００６％以下に形成されている。これにより、上述したように、割れや融合不良等がない品質良好な第３多層肉盛溶接部８および第４多層肉盛溶接部９を備えたステンレス鋼およびＮｉ合金との異材継手からなる部材構造物を提供することができる。

＜実施例６＞
本発明の溶接方法の実施例６を図１９Ａ乃至図１９Ｄを用いて説明する。

図１９Ａ乃至図１９Ｄは、本実施例に係わる円筒部材継手または平板部材の溶接部材構造物の一部を示す断面図である。

まず、図１９Ａに示すように、Ｎｉ合金製の円筒部材２または平板部材２０を用意し、その端面２ａまたは側面２０ａを切削加工予定面５ａ１とする。

次いで、図１９Ｂに示すように、円筒部材２の端面２ａまたは平板部材２０の側面２０ａに切削加工を施して切削面５ｂ１を成形することで、部材板厚Ｔ_２の略中央位置（Ｘ＝Ｔ_２／２）に高さＨ_３の凸形状突起部６ｂを円周方向または側面方向に成形する。

次いで、図１９Ｃに示すように、図１９Ｂに示すような凸形状突起部６ｂを備えた円筒部材２の上に、ステンレス鋼製の円筒部材１の端面１ａもしくは傾斜面１ｂを継手面として配置して、または凸形状突起部６ｂを備えた平板部材２０の上もしくは隣に、ステンレス鋼製の平板部材１０の側面１０ａもしくは傾斜面１０ｂを継手面として配置して、横向姿勢または立向姿勢の両側開先部７ａ，７ｂを円周方向または側面方向に設ける。

次いで、図１９Ｄに示すように、円周方向または側面方向に設けた両側開先部７ａ，７ｂ内にＮｉ合金製の溶接ワイヤ１６を肉盛溶接施工して複数の溶接パスからなる第３多層肉盛溶接部８および第４多層肉盛溶接部９を開先上面部まで形成する。

図１５Ａ乃至図１８Ｂに示した実施例５の態様では、上側のステンレス鋼製の円筒部材１または平板部材１０にＮｉ合金製の凸形状突起部６を設け，この凸形状突起部６および開口部を有する円筒部材１または平板部材１０を、下側のＮｉ合金製の円筒部材２または平板部材２０の上に突合せ配置して設けた両側開先部７ａ，７ｂ内に、複数パスの肉盛溶接を施工して第３多層肉盛溶接部８および第４多層肉盛溶接部９を形成するように構成した。

これに対して、図１９Ａ乃至図１９Ｄに示す本実施例は、上側のステンレス鋼製（例えば、ＳＵＳ３０４系、ＳＵＳ３１６系、他のＳＵＳ材系）の円筒部材１または平板部材１０側には凸形状突起部６を設けることなく、下側（反対側）のＮｉ合金製の円筒部材２の端面２ａまたは平板部材２０の側面２０ａを切削加工して肉盛無の凸形状突起部６ｂを設け、この肉盛無の凸形状突起部６ｂおよび開口部を有する円筒部材２または平板部材２０の上または隣に、ステンレス鋼製の円筒部材１の端面１ａまたは平板部材１０の側面１０ａを突合せ配置して設けた両側開先部７ａ，７ｂ内に、複数パスの肉盛溶接を施工して第３多層肉盛溶接部８および第４多層肉盛溶接部９を形成するように構成した。

このように構成および構造を変更することにより、例えば、ステンレス鋼製の円筒部材１または平板部材１０側への事前肉盛作業を省略することができる。また、Ｎｉ合金製の円筒部材２または平板部材２０側に設けた肉盛無の凸形状突起部６ｂおよび近傍部材面の材質が円筒部材２または平板部材２０と同質のＮｉ合金であるため、ステンレス鋼製の円筒部材１または平板部材１０との異材継手である両側開先部７ａ，７ｂ内にＮｉ合金製の溶接ワイヤ１６を肉盛溶接することで、割れや融合不良等がない品質良好な第３多層肉盛溶接部８および第４多層肉盛溶接部９を形成することができる。

特に、下側の凸形状突起部６ｂと上側の端面２ａとの両側開先底部の溶接箇所（左側または内側の１パス目と右側または外側の１パス目）を溶接施工した時には、下側の凸形状突起部６ｂおよび近傍の切削面５ｂがＮｉ合金からなる円筒部材２または平板部材２０と同質のＮｉ合金であるため、凸形状突起部６ｂおよび近傍の溶融と上側のＳＵＳ部材の端面１ａまたは側面１０ａの溶融とＮｉ合金のワイヤ溶融とが混合した溶融金属によって、左右（内外）両側に１パスずつの溶接部が形成される。この場合には、左右１パス目の溶接部分に取り込まれるステンレス鋼の溶融金属が少量であるため、ステンレス鋼の溶融金属の希釈率βを４９％以下に確実に抑制することができると共に、溶接金属中に含有されたＮｉ当量を４４％以上に増加でき、また、Ｐ当量を０．００６％以下に抑制でき、ミクロ割れや融合不良等がない品質良好な溶接部（溶接ビードおよび溶込み形状）を得ることができる。

また、２パス目以降の溶接部分では、前パス溶金部の再溶融とＮｉ部材の溶融とＳＵＳ部材の溶接とＮｉ合金のワイヤ溶融とが混合した溶融金属が形成されるため、上述したように、ＳＵＳ材の溶融金属の希釈率βを４９％よりも小さく抑制することができると共に、溶接金属中に含有されたＮｉ当量を４４％以上に増加でき、また、Ｐ当量を０．００６％以下に抑制できことから、パス毎の溶接部にミクロ割れや融合不良等がない品質良好な第３多層肉盛溶接部８および第４多層肉盛溶接部９を確実に得ることができる。

これにより、上述したように、割れや融合不良等がない品質良好な第３多層肉盛溶接部８および第４多層肉盛溶接部９を備えたステンレス鋼およびＮｉ合金との異材継手からなる部材構造物を提供することができる。

このような本実施例の異材継手からなる部材構造物は、例えば、原子力発電用の原子炉に使用されるステンレス鋼製のシュラウドや炉内構造の部材製品であったり、また、Ｎｉ合金製のシュラウドサポートや炉内構造のＮｉ合金製の他の部材製品であったり、耐食性および強度等の性能が高く、高温高圧および高放射線量の厳しい環境下に配備され、長期間にわたって稼働する製品に好適である。また、この他にも、火力発電やボイラ等で使用される部材製品にも好適に使用可能である。

なお、図１９Ｂ乃至図１９Ｄに示したように、Ｎｉ合金製の円筒部材２の端面２ａまたは平板部材２０の側面２０ａを切削加工して凸形状突起部６ｂを設ける位置Ｘ_３は、Ｎｉ合金製の円筒部材２または平板部材２０の板厚Ｔ_２の中央位置（Ｘ_３＝Ｔ_２／２）にすると良い。板厚Ｔ_２の中央位置（Ｘ＝Ｔ_２／２）に凸形状突起部６ｂを成形すると、この凸形状突起部６ｂを有する開口部と上側の端面２ａとを突合せて設けた円周方向または側面方向の両側開先を左右対称（または内外対称）な形状にすることができる。また、両側開先部７ａ，７ｂ内に横向姿勢（立向姿勢も同様）の肉盛溶接を施工した時に、円周方向または側面方向に略左右対称な形状の第３多層肉盛溶接部８および第４多層肉盛溶接部９を形成することができる。

左右非対称な形状を希望する場合には、凸形状突起部６ｂの成形位置Ｘ_３を円筒部材２または平板部材２０の板厚Ｔ_２の中央位置（Ｘ_３＝Ｔ_２／２）から内面側若しくは外面側のいずれか片方へ片寄りさせた位置（Ｔ_２／５≦Ｘ_３＜Ｔ_２／２の範囲）にすると良い。

更に、実施例５の変形例３で説明したように、上側の円筒部材１の継手面または平板部材１０の継手面に傾斜面１ｂ，１０ｂを設けることで、両側開先部７ａ，７ｂの形状を拡張することができ、さらに、両側開先部７ａ，７ｂ内を肉盛溶接施工した時に、両側開先の下側の切削面５ｂおよび上側の端面１ａ、側面１０ａまたは傾斜面１ｂ，１０ｂの両方の溶融を促進することができ、溶込みの深い形状の品質良好な溶接部を得ることができる。

また、図１９Ａ乃至図１９Ｄは、上側に配置したステンレス鋼製の円筒部材１または平板部材１０の板厚Ｔ_１と、下側に配置したＮｉ合金製の円筒部材２または平板部材２０の板厚Ｔ_２とが同一（Ｔ_１＝Ｔ_２）の事例を示している。この場合、例えば、両方の板厚Ｔ_１，Ｔ_２が５０ｍｍ程度であれば、約２０パス程度の溶接施工によって、両側開先部７ａ，７ｂ内に第３多層肉盛溶接部８および第４多層肉盛溶接部９を形成することができる。

また、両者の板厚Ｔ_１，Ｔ_２が異なる場合、例えば、下側の円筒部材２または平板部材２０の板厚Ｔ_２の方が上側の円筒部材１または平板部材１０の板厚Ｔ_１よりも厚い時（Ｔ_１＜Ｔ_２）の両側開先、若しくは両者の板厚が逆転時（Ｔ_１＞Ｔ_２）の両側開先であっても、溶接パス数は変化するが、パス毎の溶接部にミクロ割れや融合不良等がない品質良好な第３多層肉盛溶接部８および第４多層肉盛溶接部９を確実に得ることができる。

上述したように、Ｎｉ合金製の溶接ワイヤ１６を用いた非消耗電極式の第２アーク溶接または消耗電極式のＭＩＧアーク溶接による肉盛溶接を施工することで、高品質な第３多層肉盛溶接部８および第４多層肉盛溶接部９を形成することができる。

なお、溶接ワイヤ１６は、上述したように、ワイヤ成分中のＮｉ含有量が７０％以上またはＮｉ当量の算出値が７０％以上有するＮｉ合金製の溶接ワイヤを用い、ＳＵＳ部材側の溶融希釈率βが４９％以下になるように肉盛溶接を施工すると良い。これにより、各溶接部の溶接金属中に含有されるＮｉ当量を４４％以上に増加でき、また、Ｐ当量を０．００６％以下に抑制できるため、割れのない品質良好な第３多層肉盛溶接部８および第４多層肉盛溶接部９を確実に得ることができる。

＜実施例７＞
本発明の溶接方法の実施例７を図２０および図２１を用いて説明する。

図２０は、本発明の実施例５に係わる肉盛溶接方法を用いて肉盛溶接試験した時の両側開先継手の肉盛溶接断面の一例を示す写真である。この図２０は、Ｎｉ合金製の凸形状突起部６を板厚中央部に設けた板厚２０ｍｍの上側のＳＵＳ３１６Ｌからなる平板部材１０と、同一板厚２０ｍｍの下側のＮｉ合金製のＮＣＦ６００からなる平板部材２０との両側開先部７ａ，７ｂを横向姿勢で内外１０層１２パスの肉盛溶接を施工した場合の断面写真である。

図２０に示す断面は、両側開先継手の肉盛溶接では、例えば、外側（右側）の開先内を３パス溶接した後に、反対側の内側（左側）の開先内を６パス溶接し、その後に、外側（右側）の残り開先部を３パス溶接（合計１０層１２パス溶接）して形成した箇所の断面である。

図２０に示すように、両側開先の内外溶接工程を３工程に分けて施工することで、肉盛溶接による収縮変形を抑制することができると共に、割れ等がない品質良好な肉盛溶接断面部を得ることができた。

また、内外（または左右）両側開先の初層の肉盛施工では、凸形状突起部６の溶融を含む開先底部（板厚中央部分）で相互に先端部が溶け込み合った形状になっており、さらに、内外両側開先の最終層の肉盛施工では、内外から２パスずつ肉盛溶接することで、横向姿勢（または立向姿勢）であっても、垂れ下り等がない溶接ビードおよび溶込みを形成することができた。

図２０に示す肉盛溶接では１０層１２パス溶接の事例を示したが、ワイヤ送り速度の増加調整によって８層１０パス溶接（内外５パスずつ溶接）に削減することも可能である。８層１０パス溶接を施工する場合には、例えば、外側の開先内を２パス溶接し、反対側の内側（左側）の開先内を５パス溶接し、その終了後に、外側の残り開先部を３パス溶接する３工程に分けることで、肉盛溶接による収縮変形を更に抑制することが可能である。

図２１は、本発明の実施例５の変形例２に係わる肉盛溶接方法を用いて肉盛試験した時の両側開先継手の肉盛溶接断面の一例を示す写真である。この図２１は、上側の板厚Ｔ_１が４０ｍｍのＳＵＳ３１６Ｌからなる平板部材１０と、下側の板厚Ｔ_２が５０ｍｍのＮＤＦ６００からなる平板部材２０との両側開先部７ａ，７ｂを横向姿勢で内外１９層２４パス肉盛溶接が施工された場合の断面写真である。

図２１において、両側開先継手の肉盛溶接では、例えば、外側（右側）の深い開先内を５パス溶接した後に、反対側の内側（左側）の浅い開先内を５パス溶接し、その終了後に、外側（右側）の残り開先内を１４パス溶接（合計１９層２４パス溶接）した。

上述したように、両側開先の内外溶接工程を３工程に分けて施工することで、肉盛溶接による収縮変形を抑制することができる。

上側および下側の各平板部材１０，２０の板厚Ｔ_１，Ｔ_２が厚ければ、両側開先の内外溶接工程を３〜６工程に増やして施工することもできる。

凸形状突起部６は、平板部材１０の内側へ片寄りさせた位置（Ｘ_３＝Ｔ_１／４）に設けており、凸形状突起部６の溶融を含む開先底部で相互に先端部が溶込み合っている。

また、内外両側開先の最終層の肉盛施工では、開先幅の狭い内側（左側）を２パス溶接し、反対側の開先幅の広い外側（右側）を３パス溶接することで、上述したように、横向姿勢（または立向姿勢）であっても、垂れ下り等がない溶接ビードおよび溶込みを形成することができた。

上述したように、横向姿勢（または立向姿勢）の両側開先の溶接施工に適した溶接条件を設定して肉盛溶接することで、ステンレス鋼製の円筒部材１または平板部材１０とＮｉ合金製の円筒部材２または平板部材２０との異材継手であっても、割れや不良ビードおよび垂れ下がり等の欠陥がない良好な溶接ビードおよび溶込み形状の第３多層肉盛溶接部８および第４多層肉盛溶接部９を得ることができると共に、溶接パスおよび工数低減を図ることができる。

また、ステンレス鋼製の円筒部材１または平板部材１０の溶接すべき箇所の一部に、Ｎｉ合金製の凸形状突起部６を事前に設け、Ｎｉ合金製の溶接ワイヤを用いたＴＩＧ溶接によって、凸形状突起部６とこの凸形状突起部６に接する下側部材の突合せ部分とを溶融溶接することで、割れがない良好な溶接部（内外１〜２パス目溶接部）を得ることができる。

また、Ｎｉ合金製の溶接ワイヤを用いたＴＩＧアーク溶接またはホットワイヤＴＩＧアーク溶接を施工することで、上述したように、ステンレス鋼側の溶融金属が取り込まれることになっても、その希釈率βを４９％より小さくすることができ、溶接パス毎の溶接金属中に含有されたＮｉ当量を４４％以上に、また、Ｐ当量を０．００６％以下に抑制でき、ミクロ割れ等がない品質良好な溶接部（溶接ビードおよび溶込み形状）をパス毎に得ることができる。

＜その他＞
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。

例えば、本発明の溶接方法は、オーステナイト系ステンレス鋼製の第１母材の継手面とＮｉ合金製の第２母材の継手面との間にＮｉ合金製の凸形状突起部を有する開口部の両側開先を形成した溶接に有効であるが、特に、上述した実施例５，６のように、これら両側開先を両方とも開先積層溶接によって多層肉盛溶接部を形成するような溶接に特に有効である。

１…円筒部材（第１母材）
１ａ…端面（継手面）
１ｂ…傾斜面（継手面）
２…円筒部材（第２母材）
２ａ…端面（継手面）
２ｂ…傾斜面（継手面）
３…溝開先
４ａ…第１多層肉盛溶接部
４ｂ…第２多層肉盛溶接部
５ａ…切削加工予定面
５ｂ…切削面
６，６ｂ…凸形状突起部
７ａ，７ｂ…両側開先部
８…第３多層肉盛溶接部
９…第４多層肉盛溶接部
１０…平板部材（第１母材）
１０ａ…側面（継手面）
１０ｂ…傾斜面（継手面）
１１…トーチ
１２…電極
１３…溶接電源
１４…アーク
１５…母材
１６…溶接ワイヤ
１７…給電チップ
１８…ワイヤリール
１９…送給ローラ
２０…平板部材（第２母材）
２０ａ…側面（継手面）
２０ｂ…傾斜面（継手面）
２１…ワイヤ加熱電源
２２…溶融プール
２３…溶接ビード
２４ａ…給電ケーブル
２４ｂ…給電ケーブル
２５ａ…給電ケーブル
２５ｂ…給電ケーブル

Claims (10)

1. オーステナイト系ステンレス鋼製の第１母材とＮｉ合金製の第２母材との溶接方法であって、
   前記第１母材および前記第２母材は円筒部材または平板部材であり、
   前記第１母材および前記第２母材が前記円筒部材の場合は、継手面は前記円筒部材の上側端面か下側端面かのいずれかの端面であり、
   前記第１母材および前記第２母材が前記平板部材の場合は、継手面は前記平板部材の側面であり、
   前記第１母材の前記第２母材との継手面もしくは前記第２母材の前記第１母材との継手面のいずれか一方の継手面にＮｉ合金製の凸形状突起部を、
   前記第１母材の前記第２母材との継手面に所定深さの溝開先を形成し、
   この溝開先の内にＮｉ合金製の溶接ワイヤを用いた非消耗電極式の第１アーク溶接によって肉盛溶接を施工して、複数の溶接パスからなる第１多層肉盛溶接部を前記溝開先の開先底面から開先上面まで形成し、
   前記第１多層肉盛溶接部およびその近傍の第１母材の一部を切削加工して、第１多層肉盛溶接部の一部を凸形状に加工する、ことで成形する
   ことを特徴とする溶接方法。
2. オーステナイト系ステンレス鋼製の第１母材とＮｉ合金製の第２母材との溶接方法であって、
   前記第１母材および前記第２母材は円筒部材または平板部材であり、
   前記第１母材および前記第２母材が前記円筒部材の場合は、継手面は前記円筒部材の上側端面か下側端面かのいずれかの端面であり、
   前記第１母材および前記第２母材が前記平板部材の場合は、継手面は前記平板部材の側面であり、
   前記第１母材の前記第２母材との継手面もしくは前記第２母材の前記第１母材との継手面のいずれか一方の継手面にＮｉ合金製の凸形状突起部を、
   前記第１母材の前記第２母材との継手面にＮｉ合金製の溶接ワイヤを用いた非消耗電極式の第１アーク溶接によって肉盛溶接を施工して、複数の溶接パスからなる第２多層肉盛溶接部を所定の肉盛積層高さに至るまで形成し、
   前記第２多層肉盛溶接部およびその近傍の第１母材の一部を切削加工して、第２多層肉盛溶接部の一部を凸形状に加工する、ことで成形する
   ことを特徴とする溶接方法。
3. 請求項１または２に記載の溶接方法において、
   前記非消耗電極式の第１アーク溶接は、ワイヤ給電加熱方式のホットワイヤＴＩＧアーク溶接であり、
   肉盛溶接すべき溶接ワイヤとして、少なくともワイヤ成分中のＮｉ含有量が７０％以上またはＮｉ当量の算出値が７０％以上有するＮｉ合金製の溶接ワイヤを用いる
   ことを特徴とする溶接方法。
4. 請求項１または２に記載の溶接方法において、
   前記第１多層肉盛溶接部または前記第２多層肉盛溶接部は、溶接パス毎の肉盛溶接金属中に含有されるステンレス鋼母材の溶融希釈率βが４９％以下であり、かつ各肉盛溶接金属中に含有されるＮｉ当量が４４％以上、Ｐ当量が０．００６％以下である
   ことを特徴とする溶接方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の溶接方法において、
   前記第１母材および前記第２母材が前記円筒部材であり、
   前記第１母材の継手面に成形された前記凸形状突起部が下向き、前記第２母材の継手面が上向きとなるように前記第１母材と前記第２母材とを突き合わせて配置して前記凸形状突起部を有する開口部の両側開先を横向姿勢の円周方向に形成し、
   この状態で仮組し、
   Ｎｉ合金製の溶接ワイヤを用いた非消耗電極式の第２アーク溶接または消耗電極式のＭＩＧアーク溶接によって、前記両側開先の内側に肉盛溶接を施工し、複数の溶接パスからなる第３多層肉盛溶接部および第４多層肉盛溶接部を前記両側開先の開先底面から開先上面まで形成する
   ことを特徴とする溶接方法。
6. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の溶接方法において、
   前記第１母材および前記第２母材が前記平板部材であり、
   前記第１母材の継手面に成形された前記凸形状突起部が下向き、前記第２母材の継手面が上向きとなるように前記第１母材と前記第２母材とを突き合わせて配置して前記凸形状突起部を有する開口部の両側開先を形成し、もしくは前記第１母材の継手面に形成された前記凸形状突起部と前記第２母材の継手面とが立向きとなるように前記第１母材と前記第２母材とを突き合わせて配置して前記凸形状突起部を有する開口部の両側開先を形成し、
   この状態で仮組し、
   Ｎｉ合金製の溶接ワイヤを用いた非消耗電極式の第２アーク溶接または消耗電極式のＭＩＧアーク溶接によって、前記両側開先の内側に肉盛溶接を施工し、複数の溶接パスからなる第３多層肉盛溶接部および第４多層肉盛溶接部を前記両側開先の開先底面から開先上面まで形成する
   ことを特徴とする溶接方法。
7. 請求項５または６に記載の溶接方法において、
   前記凸形状突起部が成形された側の継手面ではない継手面側に予め傾斜面部を成形し、この傾斜面部と前記凸形状突起部を有する継手面とを突き合わせた際に前記両側開先の上面側を拡張させる
   ことを特徴とする溶接方法。
8. 請求項５または６に記載の溶接方法において、
   前記非消耗電極式の第２アーク溶接は、給電無ワイヤ送り方式のＴＩＧアーク溶接またはワイヤ給電加熱方式のホットワイヤＴＩＧアーク溶接であり、
   肉盛溶接すべき溶接ワイヤとして、少なくともワイヤ成分中のＮｉ含有量が７０％以上またはＮｉ当量の算出値が７０％以上有するＮｉ合金製の溶接ワイヤを用いる
   ことを特徴とする溶接方法。
9. 請求項５または６に記載の溶接方法において、
   前記第３多層肉盛溶接部または第４多層肉盛溶接部は、溶接パス毎の肉盛溶接金属中に含有されるステンレス鋼母材の溶融希釈率βが４９％以下であり、かつ各肉盛溶接金属中に含有されるＮｉ当量が４４％以上、Ｐ当量が０．００６％以下である
   ことを特徴とする溶接方法。
10. 請求項５または６に記載の溶接方法において、
    前記第３多層肉盛溶接部または第４多層肉盛溶接部を、
    前記両側開先の両底面部を、左右または内外の両側から１パスずつ肉盛溶接し、前記両側開先の両上面部を、左右または内外の両側から複数パスずつ肉盛溶接して肉盛溶接金属部の一部を相互に重なり合わせて形成する
    ことを特徴とする溶接方法。

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