JPH0647176B2 - 鋼材の圧接方法 - Google Patents
鋼材の圧接方法Info
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- JPH0647176B2 JPH0647176B2 JP26019490A JP26019490A JPH0647176B2 JP H0647176 B2 JPH0647176 B2 JP H0647176B2 JP 26019490 A JP26019490 A JP 26019490A JP 26019490 A JP26019490 A JP 26019490A JP H0647176 B2 JPH0647176 B2 JP H0647176B2
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- steel
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、板、管、棒、形鋼などの鋼材を突き合わせ
圧接する方法に関する。
圧接する方法に関する。
（従来の技術） 突き合わせ圧接法の代表的なものは、アプセット溶接法
とフラッシュ溶接法である。フラッシュ溶接法は接合端
面間にフラッシュを発生させ、端面を溶融させた後に加
圧して突き合わせて接合する方法である。アップセット
溶接法は、まず端面を接触させておき、直接通電により
ジュール加熱しつつ加圧して接合する方法である。
とフラッシュ溶接法である。フラッシュ溶接法は接合端
面間にフラッシュを発生させ、端面を溶融させた後に加
圧して突き合わせて接合する方法である。アップセット
溶接法は、まず端面を接触させておき、直接通電により
ジュール加熱しつつ加圧して接合する方法である。
アップセット溶接法では、一般には直接通電により加熱
されるが、加熱源として高周波を用いる高周波アップセ
ット法も知られている。例えば、「抵抗溶接現象とその
応用」溶接学会抵抗溶接研究委員会編、199頁にあるよ
うに、高周波の表皮効果、近接効果を有効に利用し端面
を加熱してアップセットを行う。しかし、大気中で加熱
すると接合面が酸化し満足な接合性能が得られないので
不活性ガスでシールドすることが多い。
されるが、加熱源として高周波を用いる高周波アップセ
ット法も知られている。例えば、「抵抗溶接現象とその
応用」溶接学会抵抗溶接研究委員会編、199頁にあるよ
うに、高周波の表皮効果、近接効果を有効に利用し端面
を加熱してアップセットを行う。しかし、大気中で加熱
すると接合面が酸化し満足な接合性能が得られないので
不活性ガスでシールドすることが多い。
突き合わせ溶接の際に、酸化防止のためにシールドガス
としてＨ２を含む還元性ガスを使用する方法が特表昭59
-500606号公報に紹介されている。
としてＨ２を含む還元性ガスを使用する方法が特表昭59
-500606号公報に紹介されている。
上記のように、シールドガスとして不活性ガスや還元性
ガスを使用すれば、接合部の性能は向上する。しかしそ
れでも従来の方法では高温加熱と高い圧力での突き合わ
せが必要であり、必然的に大きな装置を必要とし、接合
能率も低い。
ガスを使用すれば、接合部の性能は向上する。しかしそ
れでも従来の方法では高温加熱と高い圧力での突き合わ
せが必要であり、必然的に大きな装置を必要とし、接合
能率も低い。
（発明が解決しようとする課題） 本発明の目的は、できるだけ低温で、かつ低い圧力でア
ップセットを行って能率よく良好な接合性能を得る鋼材
の圧接方法を提供することにある。
ップセットを行って能率よく良好な接合性能を得る鋼材
の圧接方法を提供することにある。
（課題を解決するための手段） 本発明は、『圧接を行う前の鋼材を酸化性雰囲気中で20
0℃以上に加熱して接合面を積極的に酸化させ、その後
還元雰囲気下で加熱し圧接することを特徴とする鋼材の
圧接方法』を要旨とする。
0℃以上に加熱して接合面を積極的に酸化させ、その後
還元雰囲気下で加熱し圧接することを特徴とする鋼材の
圧接方法』を要旨とする。
本発明方法の対象となる被接合材は、鋼板、鋼管、棒
鋼、形鋼等をはじめ、突き合わせ又は重ね合わめて接合
するのが適当なあらゆる鋼製品である。ここではこれら
をまとめて「鋼材」と記す。
鋼、形鋼等をはじめ、突き合わせ又は重ね合わめて接合
するのが適当なあらゆる鋼製品である。ここではこれら
をまとめて「鋼材」と記す。
圧接の前の酸化処理は、例えば、大気中での加熱によっ
て行えばよい。圧接を行う還元雰囲気とは、後述するよ
うに、Ｈ２ガスのような還元性ガスを含む雰囲気、ある
いは加熱と還元を同時に行うことができる還元炎による
加熱を意味する。
て行えばよい。圧接を行う還元雰囲気とは、後述するよ
うに、Ｈ２ガスのような還元性ガスを含む雰囲気、ある
いは加熱と還元を同時に行うことができる還元炎による
加熱を意味する。
（作用） 本発明方法の大きな特徴は、圧接の前に積極的に接合面
を酸化させることである。通常、圧接を行う場合には、
接合面の酸化物層（スケール）を除去し可能な限り清浄
化しておくのが常識である。しかし、本発明者は、逆に
酸化させてから還元雰囲気中で圧接工程を行う方が、優
れた接合性能が得られることを見出した。
を酸化させることである。通常、圧接を行う場合には、
接合面の酸化物層（スケール）を除去し可能な限り清浄
化しておくのが常識である。しかし、本発明者は、逆に
酸化させてから還元雰囲気中で圧接工程を行う方が、優
れた接合性能が得られることを見出した。
一般の鋼材には相当量のSiとMnが含有されている。した
がって、鋼材の表面のスケールは、FeO、Fe3O4、Fe2O3等
の酸化鉄と、SiO2およびMnOが混ざった強固な酸化物層
である。圧接に際して、このようなスケールが着いた鋼
材をそのまま還元雰囲気に曝しても、簡単には還元され
ない。また、通常の圧接の際に使用する還元雰囲気には
多少とも酸素が含有されているので、鋼材をその雰囲気
中で加熱すると鋼中のSiとMnが更に酸化され、鋼材の表
面がこれらの酸化物被膜で覆われて良好な圧接を阻害す
る。ところが、このようなスケールの着いた鋼材を一旦
大気中のような酸化性の雰囲気中で200℃以上に加熱し
ておくと、次の還元雰囲気での加熱によって酸化物層が
容易に還元されることがわかった。その理由は、下記の
ように推定される。
がって、鋼材の表面のスケールは、FeO、Fe3O4、Fe2O3等
の酸化鉄と、SiO2およびMnOが混ざった強固な酸化物層
である。圧接に際して、このようなスケールが着いた鋼
材をそのまま還元雰囲気に曝しても、簡単には還元され
ない。また、通常の圧接の際に使用する還元雰囲気には
多少とも酸素が含有されているので、鋼材をその雰囲気
中で加熱すると鋼中のSiとMnが更に酸化され、鋼材の表
面がこれらの酸化物被膜で覆われて良好な圧接を阻害す
る。ところが、このようなスケールの着いた鋼材を一旦
大気中のような酸化性の雰囲気中で200℃以上に加熱し
ておくと、次の還元雰囲気での加熱によって酸化物層が
容易に還元されることがわかった。その理由は、下記の
ように推定される。
スケールの着いた鋼材を更に酸化させると、生地とスケ
ール層との界面にFeの酸化物が新たに生成する。勿論、
SiがMnの酸化物も生成するが、Feの酸化物の成長速度の
方がはるかに大きいから、上記の新たに生成する酸化物
は、大部分がFeの酸化物からなる。上記のようにして生
成したFeの酸化物皮膜は通常のＨ２やCOを含有する還元
雰囲気で容易に還元されて純Feとなる。しかも、この新
たなFeの酸化物が生成する過程で、最初から存在する強
固なスケールが破壊され、次に還元雰囲気に曝したとき
に容易に還元される状態になる。従って、鋼材を予め酸
化しておくことによって良好な圧接が可能になるのであ
る。
ール層との界面にFeの酸化物が新たに生成する。勿論、
SiがMnの酸化物も生成するが、Feの酸化物の成長速度の
方がはるかに大きいから、上記の新たに生成する酸化物
は、大部分がFeの酸化物からなる。上記のようにして生
成したFeの酸化物皮膜は通常のＨ２やCOを含有する還元
雰囲気で容易に還元されて純Feとなる。しかも、この新
たなFeの酸化物が生成する過程で、最初から存在する強
固なスケールが破壊され、次に還元雰囲気に曝したとき
に容易に還元される状態になる。従って、鋼材を予め酸
化しておくことによって良好な圧接が可能になるのであ
る。
前記のように、本発明方法では接合面を事前に積極的に
酸化する（以下これを「予備酸化」と記す。）予備酸化
は、例えば大気中で200℃以上に加熱することによって
行う。200℃より低温ではFeの酸化物が生成しない。温
度が高い程、加熱時間は短くてすむ。例えば、加熱温度
を500〜700℃とすれば、加熱時間は数秒から１分程度で
よい。予備酸化で生成させる酸化物の厚みは5000Å以上
が望ましいが、それより薄くても効果はある。
酸化する（以下これを「予備酸化」と記す。）予備酸化
は、例えば大気中で200℃以上に加熱することによって
行う。200℃より低温ではFeの酸化物が生成しない。温
度が高い程、加熱時間は短くてすむ。例えば、加熱温度
を500〜700℃とすれば、加熱時間は数秒から１分程度で
よい。予備酸化で生成させる酸化物の厚みは5000Å以上
が望ましいが、それより薄くても効果はある。
第１図は、予備酸化のヒートパターンの例を示す図であ
る。(a)は、まず酸化性雰囲気で所定温度(T2)まで加熱
し、一旦冷却してから還元雰囲気下でアップセットに必
要な温度(T1)に昇温し圧接を行うパターンである。(b)
は、常温からＴ１まで連続的に加熱するパターンで、こ
の場合は予備酸化の所定上限温度(T2)に達したら、雰囲
気を酸化性から還元性に切り換える。いずれの場合も時
間ｔ１、ｔ２は鋼材の種類その他の条件によって適宜選
定する。なお、予備酸化の時にはＴ２またはそれ以下の
一定温度で、還元の時にはＴ２からＴ１までの範囲の一
定温度で保持してもよい。
る。(a)は、まず酸化性雰囲気で所定温度(T2)まで加熱
し、一旦冷却してから還元雰囲気下でアップセットに必
要な温度(T1)に昇温し圧接を行うパターンである。(b)
は、常温からＴ１まで連続的に加熱するパターンで、こ
の場合は予備酸化の所定上限温度(T2)に達したら、雰囲
気を酸化性から還元性に切り換える。いずれの場合も時
間ｔ１、ｔ２は鋼材の種類その他の条件によって適宜選
定する。なお、予備酸化の時にはＴ２またはそれ以下の
一定温度で、還元の時にはＴ２からＴ１までの範囲の一
定温度で保持してもよい。
還元に必要な時間(t2)は、予備酸化によって形成された
酸化物層の厚みによって異なる。還元温度が高いほど、
この時間は短くしてよい。
酸化物層の厚みによって異なる。還元温度が高いほど、
この時間は短くしてよい。
予備酸化の前の鋼材は、製造されたままの状態でよい。
例えば熱間加工のままで表面にスケールがついていても
何ら差し支えはない。しかし、スケール付着や汚れが甚
だしい場合は、これらを除去しておくのが望ましい。た
だし、従来方法のように完全なデスケールを行う必要は
ない。
例えば熱間加工のままで表面にスケールがついていても
何ら差し支えはない。しかし、スケール付着や汚れが甚
だしい場合は、これらを除去しておくのが望ましい。た
だし、従来方法のように完全なデスケールを行う必要は
ない。
圧接は還元雰囲気下で行う。この場合、還元炎によって
接合面の加熱を行うのが実際的である。還元炎とは、ア
セチレン、プロパンガス等の可燃性ガスを完全燃焼させ
る量よりも少ない酸素で燃焼させた炎を意味する。この
還元炎はＨ２、CO等の還元成分を含有し、Feの酸化物層
を速やかに還元して純Fe層に変える。
接合面の加熱を行うのが実際的である。還元炎とは、ア
セチレン、プロパンガス等の可燃性ガスを完全燃焼させ
る量よりも少ない酸素で燃焼させた炎を意味する。この
還元炎はＨ２、CO等の還元成分を含有し、Feの酸化物層
を速やかに還元して純Fe層に変える。
シールドガスで還元性雰囲気にするには、接合部を覆う
シールドボックスを設けて、その中に、例えば、ArとＨ
２の混合ガスのような還元性ガスを供給する。この場
合、加熱方法としては、高周波誘導加熱等が採用でき
る。
シールドボックスを設けて、その中に、例えば、ArとＨ
２の混合ガスのような還元性ガスを供給する。この場
合、加熱方法としては、高周波誘導加熱等が採用でき
る。
被接合材の温度は特に限定されないが、高温の方が還元
されやすい。接合強度の点からは500℃以上がよい。
されやすい。接合強度の点からは500℃以上がよい。
圧接は通常のアップセット溶接と同じようにして実施で
きる。例えば、第２図に示すように、被接合材(1)をそ
れぞれクランプ(2)で掴んで、接合部を加熱装置(3)で加
熱しつつ押圧することによって行われる。加熱装置とし
て還元炎バーナーを使用すれば、シールドガスは必要で
ない。還元性のシールドガス中で圧接する場合は、高周
波誘導加熱が推奨される。
きる。例えば、第２図に示すように、被接合材(1)をそ
れぞれクランプ(2)で掴んで、接合部を加熱装置(3)で加
熱しつつ押圧することによって行われる。加熱装置とし
て還元炎バーナーを使用すれば、シールドガスは必要で
ない。還元性のシールドガス中で圧接する場合は、高周
波誘導加熱が推奨される。
（実施例） 板厚10mm、幅300mm、長さ300mmの低合金鋼（Ｃ．0.1
％、Si 0.5％、Mn 1.2％）の熱間圧延のまま（ただし、
接合端面は機械加工にて接合直前に成形した）の鋼板を
使用して圧接試験を行った。
％、Si 0.5％、Mn 1.2％）の熱間圧延のまま（ただし、
接合端面は機械加工にて接合直前に成形した）の鋼板を
使用して圧接試験を行った。
試験条件は下記のとおりである。
試験片の配置…第２図のとおり。
予備酸化…大気中で高周波加熱（第１図の(a)のヒー
トパターン。T1,T2,t1,t2は第１表に表示） 加熱…ＲＦ周波数＝３kH2、出力＝100 kW アプセット…ｔ１の時間経過後、還元雰囲気（水素＋
70vol.％ Ar）に切り換え、加圧力60トンで行った。
トパターン。T1,T2,t1,t2は第１表に表示） 加熱…ＲＦ周波数＝３kH2、出力＝100 kW アプセット…ｔ１の時間経過後、還元雰囲気（水素＋
70vol.％ Ar）に切り換え、加圧力60トンで行った。
但し、No.12は前記高周波加熱に代えて、酸化炎で加熱
し、その後冷却し、引き続いてバーナで所定の温度に還
元加熱した。
し、その後冷却し、引き続いてバーナで所定の温度に還
元加熱した。
なお、比較例として、加熱の最初から上記還元雰囲気を
使用する試験（予備酸化なし）と、加熱およびアプセッ
トとも大気中で行う試験も実施した。
使用する試験（予備酸化なし）と、加熱およびアプセッ
トとも大気中で行う試験も実施した。
第１表に試験条件とともに、得られた接合部の常温曲げ
試験（曲げ半径10mm）後の欠陥発生率を併記する。な
お、欠陥発生率の定義は下記のとおりである。
試験（曲げ半径10mm）後の欠陥発生率を併記する。な
お、欠陥発生率の定義は下記のとおりである。
第１表に示すとおり、本発明の実施例であるNo.１〜No.
12では、欠陥発生率は小さい。但し、No.１では、アプ
セット時の温度が低く、アプセット量も少ないため、欠
陥はやや多い。
12では、欠陥発生率は小さい。但し、No.１では、アプ
セット時の温度が低く、アプセット量も少ないため、欠
陥はやや多い。
比較例のNo.13〜26は、予備酸化を行っていないか、ま
たは還元を行っていないために、第１表に示すとおり本
発明の実施例に較べて欠陥発生率がはるかに高い。
たは還元を行っていないために、第１表に示すとおり本
発明の実施例に較べて欠陥発生率がはるかに高い。
（発明の効果） 従来、鋼材の圧接においては、接合面の酸化物（スケー
ル）は好ましくないものとされ、事前にできるだけ完全
に除くことが必須と考えられていた。本発明方法は、こ
の従来の常識に反して、スケールを強いて除去すること
なく、逆に事前に酸化処理を行ってFeの酸化物層を生成
させ、その後に還元雰囲気下で圧接するという画期的な
方法である。この方法では、酸化している接合面の積極
的なデスケールは不用であるから、従来法に比較して、
簡易で高能率であり、しかも接合部の性質も良好であ
る。
ル）は好ましくないものとされ、事前にできるだけ完全
に除くことが必須と考えられていた。本発明方法は、こ
の従来の常識に反して、スケールを強いて除去すること
なく、逆に事前に酸化処理を行ってFeの酸化物層を生成
させ、その後に還元雰囲気下で圧接するという画期的な
方法である。この方法では、酸化している接合面の積極
的なデスケールは不用であるから、従来法に比較して、
簡易で高能率であり、しかも接合部の性質も良好であ
る。
第１図(a)および(b)は、本発明方法のヒートパターンの
例を示す図である。 第２図は、本発明方法により鋼板を突き合わせ接合する
場合を説明する図である。
例を示す図である。 第２図は、本発明方法により鋼板を突き合わせ接合する
場合を説明する図である。
Claims (1)
- 【請求項１】圧接を行う前の鋼材を酸化性雰囲気中で20
0℃以上に加熱して接合面を積極的に酸化させ、その後
還元雰囲気下で加熱し圧接することを特徴とする鋼材の
圧接方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26019490A JPH0647176B2 (ja) | 1990-09-27 | 1990-09-27 | 鋼材の圧接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26019490A JPH0647176B2 (ja) | 1990-09-27 | 1990-09-27 | 鋼材の圧接方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04138883A JPH04138883A (ja) | 1992-05-13 |
| JPH0647176B2 true JPH0647176B2 (ja) | 1994-06-22 |
Family
ID=17344639
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26019490A Expired - Fee Related JPH0647176B2 (ja) | 1990-09-27 | 1990-09-27 | 鋼材の圧接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0647176B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2903943B2 (ja) * | 1993-05-27 | 1999-06-14 | 住友金属工業株式会社 | 鋼材の熱間接合方法 |
-
1990
- 1990-09-27 JP JP26019490A patent/JPH0647176B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04138883A (ja) | 1992-05-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |