JP7408877B1 - 環状耐高温ステンレス鋼用の耐摩耗肉盛溶接方法及びその方法により製造される中間熱交換器 - Google Patents
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Abstract
Description
前記溶接ステップは、予熱をして、連続溶接して、溶接層を得て、前記溶接層に対して直接に後熱処理を行い、研削するステップを含み、
前記予熱の温度は、250~400℃である。
前記肉盛溶接層の所定の位置のC含有量は0.10~0.18%であり、Mn含有量は1.00~2.00%であり、Si含有量は3.80~5.00%であり、Cr含有量は14.00~20.00%であり、Ni含有量は8.00~11.00%であり、Mo含有量は4.00~6.50%であり、Nb含有量は0.50~1.20%であり、S含有量は0.006%以下であり、P含有量は0.02%以下であり、Co含有量は0.05%以下であり、B含有量は0.0015%以下であり、As含有量は0.01%以下であり、Sb含有量は0.01%以下であり、Bi含有量は0.01%であり、Pb含有量は0.01%であり、Snは0.01%以下であり、O含有量は0.05%であり、H含有量は0.0005%であり、
前記肉盛溶接層の所定の位置の硬さ値は、270~390HBWである。
本発明の環状耐高温ステンレス鋼用の耐摩耗肉盛溶接方法によれば、当該耐摩耗肉盛溶接方法は、予熱、溶接、後熱、研削の4つのステップで基材において1層ずつ耐摩耗肉盛溶接を行うことにより、最終的に、環状耐高温ステンレス鋼材料において溶接される肉盛溶接層が裂けるという問題を解決し、且つ、肉盛溶接層の浸透探傷試験、所定の位置の化学成分含有量、硬さ値はいずれも基準を満たす。
後熱処理:英語の略語はPWHTであり、溶接作業を完了した後、溶接物を一定の温度に加熱し、一定の時間保温して、溶接物をゆっくりと冷却させることにより、溶接部の金属組織及び性能を改善し又は残留応力を解消する1種の溶接熱処理プロセスを指す。溶接後熱処理プロセスは、一般的に、加熱、保温、冷却の3つのプロセスを含み、これらのプロセスは互いにつながり、中断することはできない。
一.予備的研究
中間熱交換器の製造プロセスで、環状の耐高温オーステナイト系ステンレス鋼316H鍛造物を基材として使用し、次に、環状鍛造物の表面において全周耐摩耗肉盛溶接を行う必要があり、溶接材料はEDCrNi-B-15であり、仕様はФ4.0である。環状鍛造物の表面の溶接要件は、図1に示すとおりであり、図2は、肉盛溶接層の模式図である。
C含有量は0.10~0.18%であり、Mn含有量は1.00~2.00%であり、Si含有量は3.80~5.00%であり、Cr含有量は14.00~20.00%であり、Ni含有量は8.00~11.00%であり、Mo含有量は4.00~6.50%であり、Nb含有量は0.50~1.20%であり、S含有量は0.006%以下であり、P含有量は0.02%以下であり、Co含有量は0.05%以下であり、B含有量は0.0015%以下であり、As含有量は0.01%以下であり、Sb含有量は0.01%以下であり、Bi含有量は0.01%であり、Pb含有量は0.01%であり、Snは0.01%以下であり、O含有量は0.05%であり、H含有量は0.0005%であり、硬さ値は、ブリネル硬さ270~390HBWである。
1.上記の理由から、本発明者は、本実施例の環状の基材に対して肉盛溶接を行う時に、層ごとの予熱、連続溶接、後熱処理、研削、探傷の方式を用いて耐摩耗肉盛溶接を行い、各層の溶接プロセスでは中断しないため、通常のような、肉盛溶接プロセスでは亀裂が生じることを防ぐために高い予熱温度を利用し、連続して3層肉盛溶接するというプロセス方法とは、違うものである。本発明者は、層ごとに耐摩耗肉盛溶接を行うプロセスにおいて、低い予熱温度を利用し、各層の連続溶接を完了した後、得られた溶接層に対して直接に後熱処理を行い、次に、ゆっくりと室温に冷却して、研削し、PT検査に合格したら、次の層の耐摩耗肉盛溶接を行い、予熱を開始する。溶接層の層数が3層になるまで、このように繰り返す。作業方法は、具体的には、次のとおりである。
(1)肉盛溶接の対象となる基材の表面を清掃し、本実施例では、基材は環状の耐高温オーステナイト系ステンレス鋼316H鍛造物である。
重なりが小さくて、溶接電流が大きすぎると、溶接継目の厚さは不十分になり、3層の溶接後に肉盛溶接層の最終的な厚さ加工要件を満たすことができない。
溶接速度が遅いと、肉盛溶接層の溶接応力が大きすぎて、肉盛溶接層は裂けやすくなる。
前記溶接パラメータを用いると、溶接材料を効果的に融解することが確保できるとともに、適切な希釈率、適切な肉盛溶接層の厚さを得ることができ、溶接欠陥及び溶接亀裂が生じる確率は大幅に低減され、肉盛溶接層の厚さ、化学成分含有量及び溶接品質は保証される。
また、前記後熱処理ステップは、基材と溶着金属の温度勾配を一層低減させ、基材の熱応力及び溶接残留応力を低減させ、加工物に亀裂が生じるリスクを低減させることができるため、溶接後時効処理を行わなくても、加工物の硬さは技術要件を満たし、溶接継目の品質を確保することが保証できる。
耐摩耗肉盛溶接方法:
本比較例の耐摩耗肉盛溶接方法は、実施例1とほぼ同じであるが、高い溶接電流を利用する点で異なり、具体的には、溶接電流は140~160Aである。
実施例、比較例で得た肉盛溶接層に対して非破壊検査試験を行う。
2 肉盛溶接層
Claims (10)
- 環状耐高温ステンレス鋼材料用の耐摩耗肉盛溶接方法であって、
溶接材料を用いて基材において溶接層を溶接し、前記溶接層の層数が3層になるまで前記溶接を繰り返して、肉盛溶接層を得るステップを含み、
前記溶接は、予熱をして、連続して溶接して、前記溶接層を得て、前記溶接層に対して直接に後熱処理を行い、研削するステップを含み、
前記予熱の温度は、250~400℃であることを特徴とする環状耐高温ステンレス鋼材料用の耐摩耗肉盛溶接方法。 - 連続して溶接する溶接電流は100~130Aであり、溶接電圧は22~28Vであり、溶接速度は15~25cm/分であり、溶接ビード間の重なりは50~60%であることを特徴とする請求項1に記載の耐摩耗肉盛溶接方法。
- 前記後熱処理の温度は250~400℃であり、前記後熱処理の保温時間は4時間以上であることを特徴とする請求項1に記載の耐摩耗肉盛溶接方法。
- 前記溶接層の厚さは、1~3mmであることを特徴とする請求項1に記載の耐摩耗肉盛溶接方法。
- 前記溶接層の層数は3層であり、前記肉盛溶接層の厚さは6~7mmであり、
前記肉盛溶接層の所定の位置のC含有量は0.10~0.18%であり、Mn含有量は1.00~2.00%であり、Si含有量は3.80~5.00%であり、Cr含有量は14.00~20.00%であり、Ni含有量は8.00~11.00%であり、Mo含有量は4.00~6.50%であり、Nb含有量は0.50~1.20%であり、S含有量は0.006%以下であり、P含有量は0.02%以下であり、Co含有量は0.05%以下であり、B含有量は0.0015%以下であり、As含有量は0.01%以下であり、Sb含有量は0.01%以下であり、Bi含有量は0.01%であり、Pb含有量は0.01%であり、Snは0.01%以下であり、O含有量は0.05%であり、H含有量は0.0005%であり、
前記肉盛溶接層の所定の位置の硬さ値は、270~390HBWであることを特徴とする請求項4に記載の耐摩耗肉盛溶接方法。 - 前記所定の位置は、前記肉盛溶接層の厚さが4mmである箇所であることを特徴とする請求項5に記載の耐摩耗肉盛溶接方法。
- 前記溶接は、研削ステップ後の探傷ステップをさらに含み、前記基材は環状耐高温ステンレス鋼材料であることを特徴とする請求項1~6のいずれか一項に記載の耐摩耗肉盛溶接方法。
- 前記予熱の加熱方式は電気加熱方式であり、前記後熱処理の加熱方式は電気加熱方式であることを特徴とする請求項7に記載の耐摩耗肉盛溶接方法。
- 前記電気加熱方式は、ヒーターを前記基材の内部又は外部に固定して、基材を軸線の周りに自転させることを含むことを特徴とする請求項8に記載の耐摩耗肉盛溶接方法。
- 請求項1に記載の耐摩耗肉盛溶接方法で製造される中間熱交換器。
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