JPH05185237A - チタンクラッド鋼板の端部溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、クラッド鋼板の端部溶接方法で、
異材溶接部を簡易なアーク溶接法で、脆弱層がなく、耐
食性の優れたチタンクラッド鋼板の端部接合部を構成す
る方法を提供する。 【構成】 チタンクラッド鋼板同士を、隅肉もしくは突
合せ溶接するに際して、チタンクラッド鋼板端面に開先
と共に、切り込みにより形成された間隙部に、チタンス
ペーサ材を挿入し、Ａｇ−Ｃｕ系の溶剤を用いて、プラ
ズマ溶接することからなるチタンクラッド鋼板の端部溶
接方法。 【効果】 チタンクラッド鋼板の端部の異材シール溶接
において問題とされていた溶接部の脆化や耐食性の低下
を伴うことのない健全な溶接金属を簡易なアーク溶接で
得られ、その工業的効果は極めて大きい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、チタンクラッド鋼板の
突合せ溶接方法に関し、特に海洋構造物における脚柱の
スプラッシュゾーン等を被覆するチタンクラッド鋼板の
端部溶接方法に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】チタンは耐食性に優れているために、化
学プラントや航空機部品などに使用され、その用途は拡
大しつつあるが、高価であることが実用上の制約となっ
ている。これを解決する方法として、母材を鋼とし、表
面をチタンとしたチタンクラッド鋼板が近時使用されつ
つあり、海洋構造物における脚柱もその一例である。

【０００３】チタンは、チタン類似の金属とは接合でき
るが、例えばチタンクラッド鋼板の接合においてチタン
と母材である炭素鋼あるいは低合金鋼をＡｒ，Ｈｅ等の
不活性ガスを用いてＴＩＧ溶接やプラズマ溶接すると、
溶融金属中にＦｅが多量に溶込み、Ｆｅ，Ｔｉの金属間
化合物やＴｉＣあるいはＴｉＮ等の化合物が多量に形成
され、これが溶接金属を脆化させるために接合は不可能
といってもよい。

【０００４】従って、従来チタンと鋼材あるいはチタン
クラッド鋼板同士を接合する、いわゆる異材接合の場合
には、真空内蝋付けにて接合するか、拡散接合のように
金属間化合物を形成しないインサート材を挿入して接合
している。そのために大きさの制約があるのと同時に現
場での接合ができないとか、電子ビーム溶接のように貴
金属類を使用するために高価になると共に接合強度が低
いなどの欠点がある。また、脚柱へのチタンクラッド鋼
板の巻回取り付けは、チタンクラッド鋼板の端部を溶接
し、固定することによって行われているが、チタンと鋼
との溶接施工が困難なために種々の工夫がなされてい
る。例えば、特開平２−２８０９７０号公報、特開平２
−２８０９６９号公報記載のごとく、異材接合を避けて
その防止を図っている。

【０００５】図２（ａ），（ｂ）はＦｅを主体とする母
材２の上面に商用Ｔｉ合せ材３を結合したチタンクラッ
ド鋼板１の接合方法を示しているが、図２（ａ）はクラ
ッド鋼板１の母材端部４、４を溶接してから、合せ材３
とこれと同質のＴｉスペーサ材６とを溶接してＴｉ溶接
部７を構成している。しかしこの継手部においては、母
材端部４の表面とスペーサ材６との間に空隙１０がで
き、この空隙に海水などが侵入して母材２の腐食が進行
する。また、この空隙が接合強度を低下させる。一方、
合せ材３とスペーサ材６の溶接に際し、母材２の一部が
溶融し、これが溶接部７の溶着金属中に混入してＴｉ
Ｃ、ＴｉＮ等の化合物やＦｅ−Ｔｉ金属間化合物の脆弱
層を生成せしめ、これが原因となって割れることが起こ
る。

【０００６】このような溶接脆弱層の形成を防ぐため、
図２（ｂ）に示すようにスペーサ材６を合せ材３と溶接
せず、合せ材３間を被覆載置するに留め、その上部に当
て板材８で覆うと共に、これと合せ材３とを重ね隅肉溶
接部９を形成して接合する継手としている。当て板材８
は、合せ材３、スペーサ材６と同様チタンで形成されて
おり、従って、重ね隅肉溶接部９における前記の脆弱層
生成の問題は起きない。しかしこの継手は合せ材３の上
に当て板材８を溶接するために、溶接構造が複雑になる
と共にかなりの空隙１０ができ、この空隙への海水など
の侵入を防ぐことはできない。また、曲げ加工によって
空隙部が拡大されるので加工を伴う構造物には適さな
い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように従来のチタ
ンクラッド鋼板の接合部は、Ｆｅを主成分とする鋼材と
チタン材との溶接困難という本来的な問題点の解決がな
されておらず、特に海水中の構造物に対する腐食防止を
図ることは困難であった。本発明は、このような従来の
チタンクラッド鋼板の継手部・接合構造を改善すべく、
例えば海洋構造物の脚柱におけるスプラッシュゾーンに
巻回使用するに際し、海水などの侵入を防ぎ、チタンと
鋼材あるいはチタンクラッド鋼板同士を異材接合するに
際して、炉内接合等の特別な工程を採用することなし
に、Ａｒ，Ｈｅ等の不活性ガスを用いた簡易なアーク溶
接方法で、脆弱層がなく、しかも耐食性の優れたチタン
クラッド鋼板の端部接合部を構成する方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは、チタンクラッド鋼板同士を、隅肉もしくは突合せ
溶接するに際して、それぞれのチタンクラッド鋼板端面
に開先と共に、切り込みを設けて母材同士を開先部にお
いて隅肉もしくは突合せ溶接した後、前記切り込みによ
り形成された間隙部に、スペーサ材としてチタンクラッ
ド鋼板を挿入して、異材溶接部を不活性ガス雰囲気中で
Ａｇ−Ｃｕ系の溶材を用いてプラズマ溶接することを特
徴とするチタンクラッド鋼板の端部溶接方法にある。

【０００９】なお、上記溶材にはＬｉ，Ｓｎのいずれ
か、または両方を添加してもよい。

【００１０】

【作用】チタンは耐食性に優れているため、化学プラン
トや航空機部品などに使用され、その用途は拡大しつつ
あるが、高価であることが実用上の制約となっている。
従って腐食雰囲気で使用される部材としては、合せ材と
してのチタンと、強度保持の役割を果たす母材としての
低合金鋼、高張力鋼等よりなるチタンクラッド鋼板が用
いられている。使用するチタンはＪＩＳに規定されてい
る１種〜３種の何れでもよい。チタンクラッド鋼板は、
上記のように種々の機器、部品などに使用されるが、こ
れらを構成するに当たり、上述したように脆弱層がな
く、接合強度のある接合部を得ることは重要である。

【００１１】すなわち、チタンクラッド鋼板同士を接合
する場合には、母材（軟鋼あるいは合金鋼）に開先を設
けて母材同士を同質の溶材を用いて溶接し、端部には開
先より広い切り込みを設け、この切り込みにチタンクラ
ッド鋼板のスペーサ材を挿入し、この溶接部分では、母
材とスペーサ材とをＡｇ−Ｃｕを主成分とする溶材でプ
ラズマ溶接で異材接合して間隙をシール溶接する。前記
の切り込みに設置するチタンクラッド鋼板のスペーサ材
の幅は、チタンクラッド鋼板を接合する開先幅より広く
できる。これは熱影響による母材と合せ材（Ｔｉ）のク
ラッド面の金属間化合物の生成の助長を制御するため
で、これが開先幅と同程度であればクラッド面の金属間
化合物の生成を助長し界面強度が劣化するので、そのた
めにチタンクラッド鋼板を接合する開先幅より広くする
必要がある。

【００１２】本発明において接合に使用される溶材とし
ては、前記のようにＡｇ−Ｃｕを主成分とするものを用
いるものであり、例えばＪＩＳ Ｚ３２６１に規定され
ているＢＡｇ８あるいはＢＡｇ８Ａ（Ｌｉ：０．０１５
〜０．３％添加）系材料でよい。これらの材料にはＳｎ
を含有してもよく、さらにＺｎを作業性を害しない程度
であれば添加することができるが添加すると、ヒューム
の発生が多くなるのでその添加量は少量に限定される。
ＡｇおよびＳｎは溶融点を低く抑え、ＦｅおよびＴｉと
の反応を防ぎ、Ｃｕは継手強度を向上させ、Ｌｉは軟鋼
とのなじみをよくするために用いる。

【００１３】本発明では、チタンや鋼と金属間化合物を
生成しない低融点のＡｇ−Ｃｕ系の溶材を用い、ろう付
け法よりも加熱速度の速いプラズマ溶接法でチタンと鋼
を異材溶接しているので、Ａｇ−Ｃｕ系の溶材は速やか
に溶融し、直ちに凝固し、チタンや鋼と必要以上に溶融
混合せず、健全な異材溶接部が得られる。

【００１４】

【実施例】図１は本発明の溶接法により得た溶接部の実
施例を示すものである。図１はチタンクラッド鋼板１、
１を接合する状態を示し、母材（軟鋼）２、２をＴＩＧ
溶接で多層溶接し、溶接部５を形成する。チタンクラッ
ド鋼板１、１の端部の切り込みによって形成される間隙
部１２の幅は、あらかじめチタンクラッド鋼板１、１を
接合する開先幅より広くしておき、該間隙部１２に差し
込むチタンクラッド鋼板のスペーサ材６の幅は間隙部１
２の幅より若干狭くして設置し、このスペーサ材６と合
せ材３の上部を同質のＴｉ溶材を用いてシールドガスと
してＡｒ，Ｈｅ等の不活性ガス雰囲気中で、またセンタ
ーガスとしてＡｒガス用いてプラズマ溶接し、Ｔｉ溶接
部７を形成する。また端部のＦｅ−Ｔｉの異材シール溶
接部はＡｇ−Ｃｕを主成分とする溶材でシールドガスと
してＡｒ，Ｈｅ等の不活性ガスを、センターガスとして
Ａｒガスを用いてプラズマ溶接し、異材溶接部１１を形
成する。この異材溶接部１１が線接合となるために、蝋
接に比較して接合強度が高く、現場での溶接施工が可能
である。また、Ａｇ−Ｃｕを主成分とする材料を使用す
るためＡｇを主成分とする溶着金属の成分が得られＦｅ
の溶込みはあるものの少量でありＡｇリッチの溶着金属
が得られる。

【００１５】スペーサ材６と合せ材３の上部を同質のＴ
ｉ溶材でシールドガスとしてＡｒ，Ｈｅ等の不活性ガス
を、センターガスとしてＡｒガスを用いてプラズマ溶接
し、Ｔｉ溶接部７を形成後、その上部に当て板材８で覆
うと共にこれと合せ材３とを重ね隅肉溶接部９を形成し
て接合する。この結果、前記クラッド鋼板の溶接部は、
合せ材と当て板材間に間隙が生じるが、端部に同質のチ
タンクラッド鋼板のスペーサ材が両端に設置され、完全
にシール溶接されるために溶接部に海水侵入による脆化
や腐食を防止できる。

【００１６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、チタン
クラッド鋼板の端部の異材シール溶接において問題とさ
れていた溶接部の脆化や耐食性の低下を伴なうことのな
い健全な溶接金属が、従来と同様なアーク溶接で得られ
るので、その工業的な効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従ったチタンクラッド鋼板の端部溶接
の手順を示す概略斜視図である。

【図２】従来のチタンクラッド鋼板の接合法を示す断面
図である。 １ チタンクラッド鋼板 ２ 母材（軟鋼） ３ 合せ材 ４ チタンクラッド鋼板１の端部 ５ 母材多層盛り溶接部 ６ スペーサ材 ７ Ｔｉ溶接部 ８ 当て板材 ９ 重ね隅肉溶接部 １０ 空隙 １１ 異材溶接部 １２ 間隙部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 酒井 和夫 東京都千代田区大手町２−６−３ 新日本 製鐵株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チタンクラッド鋼板同士を、隅肉もしく
   は突合せ溶接するに際して、それぞれのチタンクラッド
   鋼板端面に開先と共に、切り込みを設けて母材同士を開
   先部において隅肉もしくは突合せ溶接した後、前記切り
   込みにより形成された間隙部に、スペーサ材としてチタ
   ンクラッド鋼板を挿入して、異材溶接部を不活性ガス雰
   囲気中でＡｇ−Ｃｕ系の溶材を用いてプラズマ溶接する
   ことを特徴とするチタンクラッド鋼板の端部溶接方法。