JPH0659552B2

JPH0659552B2 - チタンクラッド鋼板の溶接方法

Info

Publication number: JPH0659552B2
Application number: JP27857487A
Authority: JP
Inventors: 隆士下田; 憲夫勝本
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1987-11-04
Filing date: 1987-11-04
Publication date: 1994-08-10
Anticipated expiration: 2009-08-10
Also published as: JPH01122674A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、チタンクラッド鋼板の突き合わせ溶接方法に
関するものである。

チタンクラッド鋼板は、炭素鋼母材に合わせ材としてチ
タン材を重層させて成るクラッド材であるが、これは圧
力容器、ボイラ、原子炉および貯槽などに構造材として
使用されている。チタンは特に耐食性に優れているので
いわゆる耐食性容器として広く用いられているのであ
る。

（従来の技術）ところで、チタンはきわめて活性な金属で、大気と容易
に反応して酸化物を形成するのみならず、他の金属と反
応して脆化するため、チタンクラッド鋼材を溶接する場
合においてはチタン側と母材側とをそれぞれ別々に溶接
し、チタンと鋼母材を直接同時に溶融させることはな
い。

第１図（イ）、（ロ）、（ハ）、（ニ）および（ホ）に
従来のチタンクラッド鋼１の突き合わせ溶接継手の施工
手順を模式的に示す。一般には、チタンインサート材２
を挿入した重ね継手３が用いられる。この方法による施
工は以下のとおりである。

まず、第１図（イ）に示すように、溶接しようとする各
チタンクラッド鋼材１にチタン合せ材４側にチタン削除
部分６を設ける。次いで鋼母材８の溶接を行うのである
が、第１図（ロ）に示すように鋼母材の片側を溶接し、
鋼母材８の反対側の裏はつり部分の溶接を行う（第１図
（ハ）参照）。第１図（ニ）は裏はつり部分を溶接し、
鋼母材溶接部のチタン側を平らに仕上げた状態を示す。
チタン合わせ材側のチタン削除部分にチタンインサート
材２を挿入する。この挿入されたチタンインサート材の
上面にさらにチタン当て板３を重ねる。最後に、第１図
（ホ）に示すように、チタン当て板と合わせ材とを重ね
すみ肉溶接することによりチタンクラッド鋼板の溶接を
終了する。図中、矢印方向が容器内側を示す。

以上がチタンクラッド鋼板の従来の一般的突き合わせ溶
接方法である。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、チタンクラッド鋼板の従来の一般的突き
合わせ溶接方法には次の問題点がある。

1)チタン当て板が突起となり、容器の内側では内容物が
溜まることや撹拌時に機器があたる等の構造的欠点があ
る。

2)高価なチタン当て板使用によりコスト高となる。

3)チタン当て板使用により溶接工数が多大となる。

4)チタン側が重ねすみ肉溶接のため継手強度がやや弱い
等がある。

これらの問題点があるにもかかわらず、かかる従来法が
用いられてきた最大の理由はチタンと鋼母材の融合を完
全に防止でき、溶接施工条件とほとんど考慮することな
しに施工が可能なことによると思われる。コストや工数
の増加等の欠点はある程度現状ではやむを得ないとされ
てきた。

したがって、本発明の目的は、チタンクラッド鋼材の溶
接を行うに当たって、チタン合せ材と鋼母材の融合が防
止できる施工方法を提供することである。

また、本発明の別の目的は、チタンクラッド鋼板の突き
合わせ溶接において、突起となるチタン当て板を省略し
ても健全な継手が形成できる溶接方法を提供することで
ある。

（問題点を解決するための手段）ここに、本発明者らはかかる目的達成にても種々検討を
重ねたところ、鋼母材とチタン合せ材の同時的溶融を避
けるためには、従来法と同じくチタン削除部分を設け、
別々に溶接することが最も簡便な方法であるが、チタン
合せ材とチタンインサート材との溶接にはTIG 溶接法に
よりスパッタリング等を少なくし、溶け込み量を可及的
に少なくするとともにチタン合せ材とチタンインサート
材との突き合わせ部分に一定の開先角度を設けることに
より鋼母材との溶融は完全に防止できることを知り、本
発明を完成した。

よって、本発明の要旨とするところは、炭素鋼母材に合
わせ材としてチタンを重層してなるクラッド鋼板を突き
合わせ溶接するに際し、チタン合せ材側に両端に５〜30
度の開先角度を設けてチタン削除部分を形成し、該チタ
ン削除部分において炭素母材同士の突き合わせ溶接を行
い、次いで前記チタン削除部分に相補形状のチタンイン
サート材を嵌装し、該インサート材とチタン合わせ材と
をＴＩＧ溶接することを特徴とするチタンクラッド鋼板
の溶接方法である。

本発明の好適実施態様によれば前記チタン削除部分は幅
が20〜40mmであり、前記チタンインサート材との片側の
すき間は２mm以下に制限する。

また、前記ＴＩＧ溶接は、好ましくは、電流130 〜250
A、電圧20〜30V 、速度15〜30cm/minの条件で行われ
る。

（作用）次に、本発明を添付図面を参照しながら以下具体的に説
明する。なお、第１図と同一部分は同一符号で示す。

第２図（イ）ないし（ホ）に本発明にかかる突き合わせ
溶接法の施工順序を示す。

まず、第２図（イ）に示すようにチタン合せ材４側を削
除し、チタン削除部分６を設けるとともに、鋼母材８側
の開先形状を整える。鋼母材側の溶接は何ら制限されな
いが、鋼母材８側はＶ型を基本とするのが好ましい。

次に、第２図（ロ）ないし（ニ）において鋼母材８側の
溶接を行うが、先の述べた従来法と同一であってもよ
い。また、鋼母材８の溶接は両側から行うが、その順序
はどちらからでも問題ない。つまり、第２図（ニ）では
図中、、で示す順序で溶接を行い、チタン側の鋼母
材を裏はつりしているが、反対にまずチタン側の母材を
溶接し、次に鋼母材側表面を裏はつりしてもかまわな
い。なお、この鋼母材側の溶接法は被覆アーク溶接やＴ
ＩＧ溶接等通常炭素鋼に使えるものであればよい。ただ
し、チタン合せ材４側から鋼母材８を溶接する時にはチ
タン合せ材表面にスパッターが付着しないよう留意が必
要である。

鋼母材の溶接が完了してから、チタン合わせ材４の削除
部分６にチタンインサート材２を挿入し、これとチタン
合わせ材４とをＴＩＧ溶接にて突き合わせる。チタン削
除部分６の端部には開先角度が符号10で示すように設け
られている。

この突き合わせ溶接における要点はチタン側の開先に開
き角度を設けたことである。この角度によりチタン溶接
の溶けこみ深さがコントロールでき、したがってチタン
合せ材４と鋼母材との融合を防止できるのである。した
がって、本発明によりチタン当て板なしでの溶接施工が
可能となるのである。

実験的に明らかになった突き合わせ溶接の開先形状は、
チタン側に幅20〜40mm、開先角度が片側 5゜〜30゜でチ
タン合せ材を削除した形とする。幅20mm未満ではチタン
側の鋼母材を溶接する際にチタンを熱的に融合させる危
険性があり、40mmを超えると鋼母材と重層したチタン合
せ材の長さが短くなり溶接後の長手方向引張りにより、
鋼母材との伸延性の差からチタン合せ材が剥離し易くな
り、また、チタン削除部分を形成するためのチタンの削
除に手間がかかると同時に、インサートに幅広のものを
使用するためコスト高となる。また、開先角度は 5゜未
満では溶け込み深さが大きく、チタン合せ材の溶接に際
し鋼母材を溶かすおそれがある。逆に30゜を超えるとチ
タン溶接の溶け込みが浅くなりすぎ、溶け込み不足によ
り未溶接部が大きくなるため継手強度が低下する。な
お、開先角度は垂直方向からの傾きと考えられる。従来
はこれはゼロであった。チタン合せ材削除部分の深さは
チタン合わせ材を完全に除去する必要があるため、合わ
せ材の厚さより実用的には0.5 〜1.0mm 程度深いことが
望ましい。

チタン削除部分にチタンインサート材を入れる場合はす
き間を２mm以下にする必要がある。２mmを超えるとビー
ド形状が不整となると共に、チタン溶接時アークが鋼母
材にあたることがある。

溶接方法としてはＴＩＧ溶接を基本とするのが好まし
い。

本発明における好適態様でのＴＩＧ溶接条件の限定理由
は以下のとおりである。

溶接電流が130A未満だと溶け込み量が小さすぎ、継手強
度が弱く、一方、250Aを超えると逆に溶け込み量が過大
となり、鋼母材をも溶融させてしまうことがある。アー
ク電圧は20V 未満ではアークが不安定になり、しかし30
V を超えるとアークも不安定となると共にシールド不良
となり溶接部が酸化される。溶接速度は12cm/min未満で
は溶け込み量が過大となり鋼母材を溶かすことがある。
30cm/minを超えるとビードが不安定になると共に、溶け
込み量が少なすぎて継手強度が弱くなる。

（実施例）以下実施例について説明する。

第１表の供試材を用い、第２表の方法で突き合わせ溶接
を行い、本発明法と従来法の試料を作製した。

このときの溶接開先形状および寸法は第３図（イ）およ
び第３図（ロ）にそれぞれ本発明法および従来法につい
て示す。単位は長さ(mm)、角度（゜）である。

両者の溶接継手について引張試験と工数比較を行った結
果をまとめて示すのが第３表と第４表である。

以上の結果から、本発明による効果を従来法と比較する
と次の通りである。

第一にチタン当て板による突起が第２図に見るように消
滅し、容器として内容物が溜まったり撹拌時に機器があ
たる等の支障が解決した。

第二に溶接強度を引張試験で見る限り、本発明法は従来
法に劣らないどころか第３表に見るようにむしろ優れて
いる。

第三に本発明は比較的高価なチタンの使用量を節約した
だけでなく、溶接工数（時間）も第４表に示すように従
来法より少なく、本発明は経済性にも優れている。

なお、比較のため本発明方法において開先角度をゼロに
してチタンインサート材とチタン合せ材のTIG 溶接を行
ったところTi溶接金属が鋼母材に溶け込み異質の非常に
脆い組織ができ、実用的とはいえなかった。

（発明の効果）以上詳述したように、従来の突き合わせ溶接方法では溶
接部にチタン板の突起ができて、容器としていろいろの
支障を生じていたが、本発明の溶接方法によればこの溶
接部の突起を作ることなくしかもより簡便にチタンクラ
ッド鋼板の突き合わせ溶接ができるのであり、その実用
上の利益は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）ないし（ホ）は、従来法の突き合わせ溶接
法の手順を示す工程図；第２図（イ）ないし（ホ）は、本発明法の突き合わせ溶
接法の手順を示す工程図；および第３図（イ）および（ロ）は、それぞれ本発明法および
従来法につき実施例の基本的開先形状の寸法、角度の一
例を入れて示す模式図である。１：チタンクラッド鋼材４：チタン合せ材６：チタン削除部分８：鋼母材 10：開先角度

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭素鋼母材に合わせ材としてチタンを重層
してなるクラッド鋼板を突き合わせ溶接するに際し、チ
タン合せ材側に両端に５〜30度の開先角度を設けてチタ
ン削除部分を形成し、該チタン削除部分において炭素鋼
母材同士の突き合わせ溶接を行い、次いで前記チタン削
除部分に相補形状のチタンインサート材を嵌装し、該イ
ンサート材とチタン合わせ材とをＴＩＧ溶接することを
特徴とするチタンクラッド鋼板の溶接方法。
【請求項２】前記チタン削除部分が幅が20〜40mmであ
り、前記チタンインサート材との片側のすき間を２mm以
下に制限した特許請求の範囲第１項記載の溶接方法。
【請求項３】前記ＴＩＧ溶接を電流130 〜250A、電圧20
〜30V 、速度12〜30cm/minの条件で行うことを特徴とす
る、特許請求の範囲第１項または第２項記載の溶接方
法。