JPH0635067B2 - 高合金クラッド鋼管の溶接方法 - Google Patents

高合金クラッド鋼管の溶接方法

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JPH0635067B2
JPH0635067B2 JP7269990A JP7269990A JPH0635067B2 JP H0635067 B2 JPH0635067 B2 JP H0635067B2 JP 7269990 A JP7269990 A JP 7269990A JP 7269990 A JP7269990 A JP 7269990A JP H0635067 B2 JPH0635067 B2 JP H0635067B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は表層に、ステンレス鋼、高Ni系高合金などの
耐食性にすぐれた高合金鋼、母材として炭素鋼あるいは
低合金鋼(以下低合金鋼という)を使用するクラッド鋼
を、UOEなどの方法によって鋼管を製造する場合のシ
ーム溶接法に関するものである。
(従来の技術) 一般に、化学工業、石油、ガス井などに使用される鋼
管、構造用材はすぐれた耐食性が要求され、特に腐食性
の強い石油、ガス搬送に用いられる鋼管材には、従来使
用されている低合金鋼では寿命が短く、ステンレス鋼や
高Ni系高合金が用いられ、これが増加する傾向にあ
る。しかし、これら高合金材料は非常に高価である一
方、強度が低いため構造物設計にあたっては肉厚を厚く
しなければならず、一層コスト高となる。そのために、
近時高合金系クラッド鋼が次第に注目されるようになっ
ている。高合金系クラッド鋼は、耐食性と高強度、高靱
性の両特性を具備するものであるため、上記目的に極め
て有用である。しかしながら、これを鋼管を製造する場
合に、溶接部に欠陥が発生するという問題がある。
この種クラッド鋼を製管するには、通常UOE法によっ
て管体を成形し、シーム部を突合せ溶接するのである
が、特に鋼管内表面表層の高合金を溶接するときに、高
合金が低合金鋼と溶接混合して、高合金元素(Ni,C
r等)が希釈され、高合金の特性を維持できなくなる。
このような溶接部の欠陥を防止するため特公平1-38597
号公報では、ステンレス鋼クラッド鋼管の溶接におい
て、突合せ部をX形開先とし、内面側を2段開先とする
ことにより、ビート幅を広げて潜弧溶接時のスラブ浮上
を容易にすると共に、内側ステンレス鋼部分に帯状電極
を用いてバンドアーク溶接を行って希釈率を低下させる
ことを開示している。しかし、帯状電極を用いたアーク
溶接では、帯幅にわたってアークが均一にならず、すな
わち波状のアークが発生し、均一な溶接部が得られない
場合がある。一方、特開昭63-10095号公報には、X形開
先の深さ、角度を指定し、内側炭素鋼をMIG、高合金
削除部をサブマージアーク溶接(SAW)で1ラン溶接
を可能にすることが提示されている。すなわち該公報に
は、高合金の突合せ部に炭素鋼の内側開先と干渉しない
幅を削除することが溶接時の希釈率を低下させることを
前提にMIGとSAWの組合せで高速化を計っている。
しかし、高合金部での従来使用されているSAWでは、
希釈率の低下はそれ程期待できないという問題が依然と
して残っている。
(発明が解決しようとする課題) 本発明は上記した従来の問題点を解消すべくなされたも
のであって、ステンレスや高Ni系合金などの高合金
(本発明において高合金鋼とはこの意味に用いる。)
と、低合金鋼とのクラッド鋼を造管するに際し、特にU
OE法で成形した管体を突合せ溶接するにあたって特殊
電極を使用し、高合金に低炭素合金の希釈を抑制して溶
接欠陥の起きない高合金クラッド鋼管の製造方法を提供
することを目的とする。
(課題を解決するための手段) 本発明は上記目的を達成するために、以下の構成を要旨
とする。
(1)外側の低合金鋼と内側の高合金からなるクラッド鋼
をシーム溶接して、高合金クラッド鋼間を製造するにあ
たり、内側突合せ部分の高合金鋼を一定幅低合金鋼が露
出するまで削除すると共に、低合金鋼突合せ部分に開先
を形成して、低合金鋼系溶接ワイヤーで潜弧溶接を行
い、この際、内側高合金部分を溶融しないようにし、次
いで内側高合金を潜弧溶接するに際して、1つの電源に
接続する2本の高合金系溶接ワイヤーを電極とし、この
2本のワイヤー間隔を前記高合金削除幅よりわずかに広
幅とし、かつシーム溶接線方向に直角となるように配置
して溶接することを特徴とする高合金クラッド鋼管の溶
接方法。
(2)外側の低合金鋼と内側の高合金からなるクラッド鋼
をシーム溶接して、高合金クラッド鋼管を製造するにあ
たり、外側に深さが低合金鋼厚さの30〜50%、角度60〜
100°の開先を設けると共に内側高合金部分を一定幅に
わたって低合金鋼が露出するまで削除し、かつ該削除部
分の内側低合金鋼に、深さが低合金鋼厚さの35〜50%、
角度60〜100°となる開先を設けて突合せシーム溶接部
を形成し、外側開先部に低合金鋼用溶接ワイヤーで仮付
溶接をし、次いで内側低合金鋼部を低合金溶接ワイヤー
で高合金部を溶融しないように潜弧溶接を行い、更に前
記仮付溶接を行った外側開先部に低合金鋼溶接ワイヤー
で潜弧溶接を行った後、内側の高合金削除部分を溶接す
るに際し、1つのワイヤー送給機構から供給される2本
の高合金用溶接ワイヤーをワイヤー間隔が前記高合金削
除幅よりやや広くすると共に、シーム溶接線方向に直角
となるように配置して潜弧溶接することを特徴とする高
合金クラッド鋼管の溶接方法。
(3)内側高合金の厚さが2〜4mmであることを特徴とす
る前項1あるいは2記載の高合金クラッド鋼管の溶接方
法。
(4)内側高合金の削除幅をほぼ14mmとし、かつ該削除部
分を潜弧溶接する2本の高合金鋼用溶接ワイヤー間隔を
15〜17mm幅とすることを特徴とする前項1あるいは2記
載の高合金クラッド鋼管の溶接方法。
更に本発明においては、内側高合金の削除部を潜弧溶接
するにあたって次の条件を採用することが好ましい。す
なわち、 2本の溶接ワイヤーは、その送給やアークを安定にす
るため、細いことが良く、0.9〜1.6mmの範囲とすること
が好ましい。
溶接ワイヤー(電極)はシーム溶接線方向に直角に配
置するが、前後進角は5°の範囲まで許容できる。この
角度が大き過ぎるとアークが不安定となりビート形状を
悪くする。
溶接フラックスはメルトおよびボンドフラックスの何
れでもよい。
溶接電流は400〜600A、アーク電圧は25〜42Vとする
こと、すなわち、この条件範囲外の高電流側では溶込深
さが大きくなり低合金部の希釈率が増大して好ましくな
い。また逆に条件範囲外の低電流側では、希釈率は小さ
いが適正な溶着量を得るために溶接速度を極端に遅くし
なければならず非能率となる。
溶接速度は10〜40cm/minで良好な溶接部を得ること
が可能である。
以下本発明を詳細に説明する。
本発明が対象とする高合金クラッド鋼は、低炭素鋼や、
低合金鋼などを母材とし、その表面にステンレス例えば
SUS304や高Ni系高合金鋼例えばインコロイ825など
を合せ材として、接着したものであり、このもの自体は
従来実施されている方法により製造される。
高合金クラッド鋼(板)はUOE法によって管体に成形
され、溶接部となる両端部には開先が設けられている。
開先形状は一般に突合せ溶接に用いる各種の形状を設け
ることができるが、UOE法にはX形開先が通常用いら
れる。
第1図に本発明の開先形状の一例を示す。外側低合金鋼
1と内側高合金2からなるクラッド鋼は、シーム部3で
まず高合金2を一定幅に、低合金鋼1が露出するまで削
除した切欠部4を設ける(この幅はほぼ14mm前後とす
る。)。低合金鋼1には、シーム部外側に該鋼厚みtに
対し、深さhが0.30〜0.5tの範囲にθ=60〜100°
の角度になるように開先5を設ける。一方、内側の低合
金鋼にも深さhが0.35〜0.5tの位置に角度θ=60
〜100°の開先6を高合金の切欠部4幅内に形成する。
開先形状の寸法を上記の範囲にするのは、溶接ビート形
状、溶着金属等溶接部を適正にするためである。
第2図は本発明の溶接工程を示すもので、まず外側開先
5に低合金溶接ワイヤーを炭酸ガスアーク溶接法で仮付
溶接7し(図a)、次いで内側開先6に低合金溶接ワイ
ヤーを用いて潜弧溶接8を行う(図b)がこの内側溶接
では、切欠部4内で行われ高合金を溶融しないようにす
る。仮付溶接した外側開先部にも内側と同様、潜弧溶接
9し(図c)、このようにして低合金鋼の溶接を終了す
る。
この後(或いは内側溶接8が終了した後)、高合金部を
第2図(d)に示すように溶接するのであるが、本発明は
この高合金溶接部10を得る方法に特徴がある。第3図は
本発明の高合金溶接装置の概要であり、溶接チップ11に
ワイヤー送給装置12により送給された2本の溶接ワイヤ
ー13,14を保持し、ワイヤー先端を高合金開先部(切欠
部)4上にセットする。2本の溶接ワイヤー13,14の間
隔は、切欠幅よりわずかに大きくし、それぞれのワイヤ
ー13および14の先端は、高合金2の開先幅よりほぼ1mm
づつ外側すなわち、高合金上に位置させ、電源15に接続
されたチップ11を通して、同時に2本のワイヤー13,14
に同一の電流を流して、高合金を潜弧溶接する。第4図
はワイヤー13,14の配置を示しているが、同図(A)に示
すようにシーム溶接方向(矢印)と直角に位置せしめる
ことが、本発明の基本である。すなわちこのように配置
することにより、アークによって溶けた溶接金属は溶融
池16を作り、高合金と融合し、開先部を充たして両側高
合金と容易に連続する。また同図(B)に示すようにシー
ム溶接方向に直角でなく、多少偏向配置したワイヤー1
3,14でも溶融池16の連続があれば許容され、しかもこ
のように偏向可能にすることは広幅の間隔ワイヤー(電
極)を用いて狭幅の開先に調整使用することができる。
しかし、2本のワイヤー13と14のシーム溶接方向に直角
な位置からみた距離lが大きくなると、各電極(ワイヤ
ー)で溶融された溶融池16,16′が独立し、波状あるい
はすじ状のビートとなって、本発明の目的である無欠陥
均一ビートとはならない。
本発明はこのように、高合金に直接溶接ワイヤーからの
アークをあてるため、低合金鋼側からの溶け込みが少な
くてすみ、低希釈率の溶接金属となる。
上記のように、本発明は2本のワイヤーが1つの電源に
接続しているため、両ワイヤーに供給される電流は均一
であり、均一なアークが供給される。ワイヤーはクラッ
ド鋼の高合金成分より多量の合金元素を含有する高合金
材が用いられる。例えば、クラッド鋼に使用する高合金
がインコロイ825(40Ni−20Cr−3Mo)系であれば
溶接材料は低合金部からの希釈を考慮してインコネル62
5(60Ni−20Cr−9Mo)系が好ましい。このほか、
本発明を有効に実施するためには溶接の条件を選ぶこと
が好ましく、このことについては前記した通りである
(〜)。
(実施例) 第1表に示す成分の高合金クラッド鋼試片を製造した。
試片は厚さ20mm、幅300mm、長さ400mmとし、クラッド材
(インコロイ825)厚みを2mmとした。
上記試片を第5図に示すように低合金鋼の内側、外側
に、また内面クラッド材に開先を形成し(図中の数字は
mm、開先は角度を示す。)、母材低合金鋼については外
側開先部に仮付溶接(炭酸ガスアーク溶接)、内側溶接
を2電極潜弧溶接(SAW)、外側溶接を3電極潜弧溶
接(SAW)で行った。第6図にその概要を示す。
上記母材低合金鋼を溶接後、高合金クラッド材を溶接し
た。溶接方法としては、第3図に示す本発明の1電源、
2ワイヤーSAW溶接と、比較のためにSMAW法(被
覆アーク溶接法)、TIG法を採用した。使用した溶接
材料と溶接条件を第2表および第3表に示す。
第2,3表の条件で溶接して得られた結果を評価した。
それぞれの溶接法では、同じ開先を用いたため、SMA
W法では4パス、TIG法では3パス必要であったが、
本発明では1パス溶接が可能であった。また、溶接金属
部の希釈率はTIG,SMAW法で約15%、本発明SA
W法では10%であり、溶接能率および低希釈溶接の点か
らも本発明方法がすぐれていた。SMAW法およびTI
G法の希釈率が、本発明SAW法よりも希釈率が大きい
理由は、どちらの溶接方法共溶接アークが低合金部分に
直接作用するためであるが、本発明では前述のように1
電源、2ワイヤーで、かつ各ワイヤーからのアークが直
接低合金鋼部分にあたらないように工夫した結果、低希
釈率溶接が達成された。
次に該溶接部の腐食試験を実施した。インコロイ825ク
ラッド材に対してインコネル625系の溶接材料を使用し
た結果、溶接方法による腐食レベルの差はなかった。し
かしTIGおよび、特にSMAW法では多パス溶接によ
るビード重ねのところに微小な溶接欠陥が一部みられ
た。
(発明の効果) 以上説明したように、本発明によれば高合金クラッド鋼
管の溶接に際し、均一且つ成分希釈などに起因する欠陥
のない高合金溶接部を得ることができ、UOE法などの
造管に即した安定且つ迅速な生産をすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は高合金クラッド鋼の開先形状を示し、第2図は
本発明の溶接工程を示し、第3図は本発明高合金(クラ
ッド材)の溶接装置の概要を示す図であり、第4図は本
発明のワイヤー配置を示し、第5図は実施例の開先形状
を示す図、第6図は母材(低合金鋼)部の溶接例を示す
図である。 1:低合金鋼、2:高合金 3:シーム部、4:切欠部 5:外側開先、6:内側開先 7:仮付溶接、8:内側潜弧溶接部 9:外側潜弧溶接部、10:高合金溶接部 11:溶接チップ、12:ワイヤー送給装置 13,14:溶接ワイヤー、15:溶接電源 16:溶融池

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】外側の低合金鋼と内側の高合金からなるク
    ラッド鋼をシーム溶接して、高合金クラッド鋼管を製造
    するにあたり、内側突合せ部分の高合金鋼を一定幅低合
    金鋼が露出するまで削除すると共に、低合金鋼突合せ部
    分に開先を形成して、低合金鋼系溶接ワイヤーで潜弧溶
    接を行い、この際、内側高合金部分を溶融しないように
    し、次いで内側高合金を潜弧溶接するに際して、1つの
    電源に接続する2本の高合金系溶接ワイヤーを電極と
    し、この2本のワイヤー間隔を前記高合金削除幅よりわ
    ずかに広幅とし、かつシーム溶接線方向に直角となるよ
    うに配置して溶接することを特徴とする高合金クラッド
    鋼管の溶接方法。
  2. 【請求項2】外側の低合金鋼と内側の高合金からなるク
    ラッド鋼をシーム溶接して、高合金クラッド鋼管を製造
    するにあたり、外側に深さが低合金鋼厚さの30〜50%、
    角度60〜100°の開先を設けると共に内側高合金部分を
    一定幅にわたって低合金鋼が露出するまで削除し、かつ
    該削除部分の内側低合金鋼に、深さが低合金鋼厚さの35
    〜50%、角度60〜100°となる開先を設けて突合せシー
    ム溶接部を形成し、外側開先部に低合金鋼用溶接ワイヤ
    ーで仮付溶接をし、次いで内側低合金鋼部を低合金溶接
    ワイヤーで高合金部を溶融しないように潜弧溶接を行
    い、更に前記仮付溶接を行った外側開先部に低合金鋼溶
    接ワイヤーで潜弧溶接を行った後、内側の高合金削除部
    分を溶接するに際し、1つのワイヤー送給機構から供給
    される2本の高合金用溶接ワイヤーをワイヤー間隔が前
    記高合金削除幅よりやや広くすると共に、シーム溶接線
    方向に直角となるように配置して潜弧溶接することを特
    徴とする高合金クラッド鋼管の溶接方法。
  3. 【請求項3】内側高合金の厚さが2〜4mmであることを
    特徴とする請求項1あるいは2記載の高合金クラッド鋼
    管の溶接方法。
  4. 【請求項4】内側高合金の削除幅をほぼ14mmとし、かつ
    該削除部分を潜弧溶接する2本の高合金鋼用溶接ワイヤ
    ー間隔を15〜17mm幅とすることを特徴とする請求項1あ
    るいは2記載の高合金クラッド鋼管の溶接方法。
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