JPS58122185A - ３６％Ｎｉ−Ｆｅ合金とオ−ステナイト系ステンレス鋼の異材溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、溶接部の溶接高温割れを防止し九３６％Ｎ１
−Ｆ・合金鋼とオーステナイト系ステンレス鋼の異材溶
接方法に関するものである。近年石油に代わるエネルギ
ー源として、ＬＮＧが脚光を浴びつつおるが、ＬＮＧを
運搬あるいは貯蔵する場合。

液化された極低温の状態にあるので運搬用または貯蔵用
の容器には、それ自体またはそのライニング材料として
、、３５％Ｎ１−ｒｅ合金銅いわゆるア′ンハー合金す
るいはオーステナイト系ステンレス鋼のように極低温域
においても耐衝撃および強度特性の優れた材料が単独で
または組み合せて使用されている。

こ＼で３５％Ｎｉ−？・合金鋼というのは、　Ａ８ＴＭ
に記載されているような、実質的に３５〜３７％Ｎｉと
残部νｅおよび不可避的不純物よシなる合金であり、オ
ーステナイト系ステンレス鋼とは５ＵＢ３００シリーズ
に示されるような常温でオーステナイト相を呈するＣｒ
とＮ１を含有する合金鋼である。

これらの材料が組み合せ使用される場合には、その両者
が溶接される。いわゆる異材溶接される場合がしばしｉ
ｉある。この場合２両材料は払膨張係数が大きく異なっ
ているので、溶接部が熱サイクル４ＩＫ反復熱サイクル
を受けるとき、膨張、収縮の繰り返しを原因とする高温
割れが多発する。

例えばＴ工Ｇ溶接またはプラズマ溶接などで両材料を溶
融溶接する場合に、いきなりはじめから本溶接を行なう
場合もあるが通常は突き合せ継手線部分を仮付は溶接し
てから本溶接を行ない、もし本溶接において溶は込み不
足などが生じたときには。

健全な溶接部を得るために、再度溶接ビード不良部を溶
接することが行なわれている。あるいは溶接ビード部に
ミクロ割れが発生した凱又何らかの原因で溶接部（溶接
部＋ＨＡ２部）が裂けたりしたときには、補修溶接が行
なわれる。

このような場合、異材溶接部において既に先に溶接され
ているビード即ち既Ａがある部分は反復熱サイクルを受
は高温割れが多発する。かくして容器の気密性が達成さ
れず、不合格が多数発生するという結果になる。

従来異材の突き合せ溶接において、突き合せ継手線上或
いは近傍に既溶接部があるなしにか＼わらず、いつも溶
接中心線が突き合せ継手線上に位置するような施工法で
行なっていたが、３６ＪＮｉ−Ｆｅ合金鋼とオーステナ
イト系ステンレス鋼との異材溶接ビード部には高温割れ
が多発していた。

本発明者達は、溶接中心線を突き合せ継手筋ｌよシもわ
ずかに３６％Ｎｉ−Ｐａ合金鋼板の側にずらして溶融溶
接することにより、前記の高温割れを軽減できることを
知見し２種々の実験および経験を通じて本発明を完成さ
せた。

本発明によれば３６３Ｎｉ　−Ｆ′ｅ合金鋼とオーステ
ナイト系ステンレス鋼の板材を突き合せ溶接する際、突
き合せ継手線上或いはその近傍に既溶接ビードがなくは
じめから溶接する場合は突き合せ継手線よシも３０ＪＮ
ｉ−Ｐａ合金鋼板の側にずらした線を溶接中心線とし、
又前記の既溶接ビードがある場合は、既溶接ビード幅の
中心線よりも３６％　ＭＬ　−Ｆ・合金鋼板の側にずら
した線を溶接中心線として溶融溶接することを特徴とす
る異材溶接方法が提供される。１本発明は２両材料を突
き合せたら、それが本溶接に先立って実施される仮付は
溶接であれ或いは本溶接であれ、はじめから溶接する場
合は２両材料の突き合せ継手線を基準線とし、この継手
線よりも３６％Ｎｉ−Ｐｅ合金鋼板の側圧溶接中心線を
ずらし且つ好ましくは３６チＮ１−ν・合金鋼板の側が
６０〜７５チ、オーステナイト系ステンレス鋼板の側が
残９の２５〜４０ｔｌＩを占めるような溶接と一ド幅を
得るように溶接中心線を選び溶融溶接するものである。

一方、突き合せ継手線上或いはその近傍に既溶接ビード
がある場合、すなわち仮付は溶接→本溶接→手直し再溶
接とか仮付は溶接→本溶接→補修溶接とかの順序で溶接
が繰り返し行なわれ、溶接ビードが形成されている場合
は、普通初期に存在した突き合せ継手線は消失しており
目視できないのであるが、この場合は、一番最後の溶接
ビード換言すれば施工しようとする直前の既溶接ビード
幅の中心線を基準線とし、この既溶接ビード幅の中心線
よりも３５％Ｎ１−Ｆ・合金鋼板の儒に％線中心線をず
らし且つ３６４Ｎｉ−７６合金鋼板の側が６０〜７５傷
を占めるような溶接ビード幅を得るように溶接中心線を
選び溶融溶接するものである。

本発明の方法は、前記の既溶接ビードがある場合即ち溶
接が繰り返され反復熱サイクルを受ける場合に本来の実
効果が発揮されるのであるが、一方はじめから溶接する
場合即ち熱サイクルを受けない場合に適用しても非常に
有効である。

熱サイクルを受けない場合の高温割れ発生頻度は９反復
熱サイクルを受ける場合に比べて低いのであるが、それ
でも多々あシ、この場合でも本発明の方法を採れば有効
に防止できることが分った。

本発明の原理は、溶接中心線を突き合せ継手線或いは既
溶接ビードの中心線よりも３５％Ｎ１−Ｆ・合金鋼板の
側にずらすことによ凱溶接ビード内に溶は込ます３６％
）Ｈ−ｒｅ合金鋼の比率がオーステナイト系ステンレス
鋼のそれよりも多くなり。

その結果両材料の熱膨張率の差異を可及的に低下させる
ようＫｌ接ピードを形成することにある。

次に図面を参照して２本発明を具体的に説明する。

第１図は、従来方法で３５３Ｎｉ−Ｆ・合金鋼の板厚Ｑ
、９ｍ！Ｅｌの鋼板（１）とオーステナイト系ステンレ
ス鋼の代表鋼種であるＳＵＢ　３０４鋼の板厚Ｑ、９ｍ
ｍの鋼板（２）を突き合せ継手＃　（３）で突き合せた
のち。

溶接中心線を上記の突き合せ継手線（３）に合致させる
かもしくは若干８０８３０４鋼の銅板（２）の側に選び
、はじめからＴＩＧ溶接方法でなめつけ本溶接も行なっ
た場合の本溶接ビード（５）に溶接高温割れ（８）を生
じた状態を示す斜視図である。図中、　　３Ａは央き合
せ継手線（３）が溶接されて溶融消失した時の旧の突き
合せ継手線の位置を示す。

第２図は本発明に係り第１図と同様の場合におイテ、突
き合セ継手線（３）　ｊ　ｐ　ｏ、ｓｍｍだけ３５％Ｎ
ｉ−’Ｆｅ合金鋼板（１）の側にずらせた直１Ｉ（５ム
）を本溶接ビード幅の中心線として本溶接したところ、
溶接高温割れを生じなかった状況を示す斜視図である。

次に第１，２図に関連して説明した条件において２本溶
接中心線を突き合せ継手線の位置より３６％Ｎｉ　−Ｉ
ｒｅ合金鋼板の側に徐々にずらせて溶接を行ない、溶接
高温割れの発生状況を調べた。その結果を次の第１表に
示す。

第１表に示した調査結果によれば、Ｔ工Ｇ溶接方法でビ
ード幅３ｍｍをもって、なめつけ本溶接する際、突き合
せ継手線と３６％Ｎ１−ＩＦ・合金鋼板の側にずらした
溶接中心線との距離（ｍｍ　）がＯ（ｍｍ）である場合
即ち全熱ずらしていない場合は、当然のことながらビー
ド幅３（ｕｎ）における３６ｔｓＮｉ−Ｉｔ’ｓ合金鋼
板の側のビード幅が占める割合は５０優）であり、この
時は高温割れを生じることを示している。同様に、　　
０．２　（１ｍ）はどずらせた時は３６％Ｎｉ４・合金
鋼板の側のビード幅が占める割合が５７傷となり、この
時もやはり高温割れを生じる。

同様にして本溶接中心線を３５％Ｎ１−Ｆ・合金鋼板の
側に徐々にずらせていき、　　０．３　（ｍｍ　）で６
０Ｓ、　０．５　（Ｉｎ）で６６％、　０．７　（ｍｍ
）で７３チとなるのであるが、　　Ｑ、３　（ｍＷ）で
６０優以上ずらせた場合はじめて高温割れを生じなくな
る。　　　　□ところが高温割れを生じないということ
で１００ｃｓまでずらせていけばよいというものではな
く（上）限界がある。溶接接合本来の目的即ち溶接（部
）不良がなく且つその溶接部が初期に目標とし大強度を
確保しなければならないということが上限値を決定する
。溶接施工に際しては、できるだけ狭い溶接ビード幅で
もって処理しようとするものであるが、この狭い溶接ビ
ード幅でも確実に突き合せ継手線を溶融且つ消失させる
ことが必要であシ、絆もこの溶接部が所定強度を発揮し
なければならないのでおる。溶接施工にあたシ、溶接ビ
ード幅或いは溶接中心線のバラツキもある訳であり、経
験を通じて検討した結果、前記の上限界値はおよそ７５
嗟迄である。７５俤を越えると溶接不良又はその強度が
確保できない事態が起りうるのである。

第３図は、従来方法で３５ｅｓＮｉ−７６合金鋼の板厚
Ｑ、１３ｍｍの鋼板（１）とオーステナイト系ステンレ
ス鋼の代表鋼種である８Ｕ８３０４鋼の板厚０．１３ｍ
ｍの・　鋼板（２）を突き合せ溶接する場合の突き合せ
継手斡（３）上或いはその近傍の状況を示す斜視図であ
る。

まず突き合せ継手線（３）を部分的Ｋ（４）の位置で。

仮付は溶接した後、溶接中心線（５Ａ）を突き合せなめ
つけ本溶接して本溶接ビード（５）を形成した。

ところが先に仮付は溶接ビード（４）があつ大部分（右
方の４）に相当する位置の本溶接と一ド（５）上に溶接
高温割れ（８）が発生した。これは仮付は溶接ビード（
４）があった位置が反復熱サイクルを受は九九めである
。

第４図は本発明に係り、第３図に示す場合において、突
き合せ継手線（３）を部分的に仮付した仮付は溶接ビー
ド幅（４）の中心線よシＱ、５ｍｍだけ３６饅Ｎｉ−Ｆ
ｅ合金鋼板（１）の側にずらした直線（５ム）を本溶接
ビード幅の中心線として溶接したところ。

溶接高温割れを生じなかった。ところが施工時には実際
問題として「仮付は溶接ビード幅（４）の中心線よ＃）
０．５ｍｍだけ３６％Ｎｉ−Ｆｅ合金鋼板（１）　ノ＠
　Ｋずらした直線（５Ａ）Ｊを設定することは難かしい
。

突き合せ継手−（３）に部分的に仮付けされる仮付は溶
接ビードも、高温割れを防止するため少し３６４Ｎｉ−
Ｆｅ合金鋼の鋼板（１）の側にずらして施工する方々ｉ
よいのであるが、この継手＃（３）より左右に振れ九シ
又は仮付は溶接と一ド幅自体の大小が起シうるので、基
準線としての仮付は溶接と一ド幅（４）の中心線の位置
を決め■いのである。従うてこの場合は、突き合せ継手
線（３）といくつか仮付けされ九仮付は溶接ビード幅（
４）などの中心線から暫定的に求めた直線を基準線とせ
ざるを得ない。

第５図は第４図のムーム線にそった断面の拡大斜視図で
あるがそこに見られるように、仮付は溶接ビード（４）
は本溶接ビード（５）の中に溶は込み一体化し、何らの
溶接高温割れを生じなかった。

第６図は、第３図の材料と同じ材料を仮付は溶接を行な
わずにＴＩＧ法ではじめからなめつけ本溶接した際に、
裏波ビードの形成されない部分（９）が残った不完全本
溶接ビード（６）の状況を示す斜視図である。この場合
に、Ｗ、７図に示すように、不完全本溶接ビード幅の中
心線（６Ａ）にそってＴＩＧ法で手直し再溶接（補修溶
接）を行なったところ。

手直し再溶接（補修溶接）ビード（７）に溶接高温割れ
（８）を生じた。そこで、第８図に示すように、不完全
本溶接ビード幅の中心線（６Ａ）より０．５ｍｍだけ３
５％Ｎｉ−Ｆｅ合金鋼の鋼板（１）の側にずらせた直線
（７ム）を手直し再Ｉｍ接ビード幅（補修溶接ビード幅
）の中心線として手直し再溶接（補修溶接）を行なった
ところ、溶接高温割れを生じなかった。

第９図は第８図のＡ−五線にそった断面の拡大斜視図で
ある。第９図は２手直し再溶接（補修溶接）ビード（７
）が不完全本溶接ビード（６）より図中の左方へ寄り即
ち３５％Ｎｉ−Ｆｅ合金鋼板（１）の側に片寄り、然も
不完全本溶接と一ド（６）の裏波ビードの形成されない
部分（９）が完全に消失していることを示している。

次に、第３．４．５図に関連して説明した条件において
２本溶接の中心線を突き合せ継手線といくつか仮付けさ
れた仮付は溶接ビード幅の中心線などから暫定的に求め
た基準線の位置より３６％Ｎ１−Ｆｅ合金−板の側に徐
々にずらせて溶接を行ない。

仮付は溶接ビードがあった部分に相当する位置の本溶接
ビード上に溶接高温割れが発生するかどうかその状況を
調査した。

その結果は９次の第２表に示されている。第２表に示し
た調査結果によれば、ＴＩＧ溶接方法で突き合せ継手線
を中心線として１部分的に仮付は溶接ビード幅１（ｍｍ
）＠度で仮付は溶接したのち。

同じくＴ工Ｇ溶接方法でビード幅３（ｍｌ）をもってな
めつけ本溶接する際に、突き合せ継手線といくつか仮付
けされた仮付溶接ビード幅の中心線などから暫定的に求
めた直線を基準線とし、この基準線と３６％Ｎｉ−Ｆｅ
合金鋼板の側にずらした溶接中心線との距離（ｙｎ　）
が、　　０．０，２．０．３，０．５および０．７（ｍ
ｍ　）となるように徐々にずらせていった場合の個々に
ついて調査した。この調査では、上記基準線はほとんど
突き合せ継手線と合致したので、ビード幅３（Ｍｌ）に
おける３５％Ｎｉ−１６合金鋼板の側のと一ド幅が占め
る割合が第１表に示したのと同様になシ、然も高温割れ
発生状況（有無）も同様な結果となった。

すなわちＱ、２（Ｍ）はどずらせた時は３５％Ｎｉ−１
・合金鋼板の側のビード幅が占める割合が５７傷となり
、ずらす距離が０〜０．２（ｍＷ）においてにやはシ高
温割れを生じ、これがＱ、３　（ｕｎ　）でｅｏｅｓ以
上になりはじめて高温割れを防止できることが分った。

ところが、この場合にも第１表において詳述したと同様
な理由でもって上限界が定められ、その上限界値が７５
嗟迄であることが分った。つまりなめつけ本溶接した溶
接ビード内に２本溶接に先立って実施された仮付は溶接
ビードも突き合せ継手線も完全に溶融消失させ、溶接不
良部分を残さないようにし且つその溶接ビードが引張り
２曲げ等などＶＣおいて所定の機械的強度を確保するた
めに上限界値（７５％）が決定されたのである。

また第６．７，８，９図に関連して説明した条件におい
て２手直し再浴接の中心線を不完全溶接ビード幅の中心
線より３５％Ｎ１−７１合金鋼板の側に徐々にずらせて
溶接を行なう場合と、一旦健全な本溶接ビードが出来上
っているものをわざわざ引張つてど一ド上にクラックを
生じせしめたのちとのビード幅の中心線よシ補修溶接の
中心線を３６嗟Ｎ１−ＩＩ’・合金鋼板の側に徐々にず
らせて溶接を行なう場合とにおいて、いづれも縦溶接ビ
ードがあった部分に＠轟する位置の本溶接ビード上に溶
接高温割れが発生するかどうかその状況を調査した。

その結果を第３表に示す。

この場合も第１，２表で説明したのと同様にＴ工Ｇ溶接
方法でビード幅３　ｍｍをもって、異常な縦溶接ビード
をなめつけ本溶接したのであるが、前記いづれの場合も
縦溶接ビード幅の中心線を基準線とし、溶接中心線との
距離（ｍｍ　）を０．０．２．０，３．０，５０．７お
よびＪＱｍｍとなるように徐々にずらせた各場合の高温
溶接割れ発生状況を調べた。その結果、この距離がＯ〜
０．２ｍｍ即ち３６％Ｎｉ−ｌＰｅ合金鋼板の側のビー
ド幅が占める割合が５７傷においてはやはり高温割れを
生じ、これがＱ、３（ｍｍ）で６０価以上になるとはじ
めて高温割れを防止できることが分る。

ところがこの手直し再溶接或いは補修溶接のいづれの場
合も第１あるいは２表において詳述したと同様な理由で
もって上限界が定められ、その上限界値がほぼ７５嗟迄
であることが分った。なめつけ本溶接した溶接ビード内
に縦溶接と一ドの溶接不良部やクラック等を完全に溶融
消失させて、所定の強度を確保することが必要だからで
ある。

更にこの場合に、縦溶接ビードの溶接不良部、クラック
が尚且つ残った場合は、なめつけ本溶接の溶接ビード幅
を３社でなくもつと広く採り本発明の主旨である溶接中
心線を３５３Ｎｉ−Ｆｅ合金鋼板の側にずらすことによ
り対処しなければならない、。

以上に、第１〜９図をもって本発明を説明するにあたり
、３６％Ｎｉ−Ｆｅ合金鋼板と突き合せ溶融溶接するオ
ーステナイト系ステンレス鋼としては。

その代表鋼種である８Ｕ８３０４鋼で、然もその板厚０
．８皿の場合であシ、更にＴ工Ｇ溶接方法で行なった場
合であった。しかしながら、上記条件以外の実験や経験
を通じて２本願発明は、　　５ｉｉ８３０４鋼以外の８
Ｕｌ’３３００シリーズに示されるオーステナイト系ス
テンレス鋼、板厚の変化、Ｔ工Ｇ以外の溶融溶接方法（
例えばプラズマ溶接）、突き合せ継手線部分の状況変化
（例えば板厚によっては「カイサキ」を取ったシする）
などが生じた場合においても、はぼ同様な結果が得られ
且つ言明で自る。

このように１本発明は、簡単な操作の改良により極めて
顕著な効果を現わチもので、産業上貢献するところ甚だ
大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来方法で３６％Ｎ１−Ｆｅ合金鋼板と　　
　゛オーステナイト系ステンレス鋼板を突き合せたのち
、はじめから本溶接を行なった場合の溶接部に溶接高温
割れを生じた状態を示す斜視図である。 第２図は本発明に係り、第１図と同様の場合において２
本溶接中心線を突き合せ継手線より少し３６％Ｍ１−Ｆ
ｅ合金鋼板の側にずらせて溶接した場合の状況を示す斜
視図である。 第３−は、従来方法で３６％Ｎｉ−Ｆｅ合金鋼板とオー
ステナイト系ステンレス鋼板を仮付は溶接後に本溶接を
行なった場合の仮付は溶接部に溶接高温割れを生じた状
態を示す斜視図である。 第４図は本発明に係り、第３図と同様の場合において２
本溶接中心線を仮付は溶接と一ド幅の中心線より少し３
６％Ｎｉ−Ｆｅ合金鋼板の側にずらせて溶接した場合の
状況を示す斜視図である。 第５図は、第４図のムーＡ線にそった断面を示す斜視図
である。 第６図は、第３図の材料と同じ材料を仮付は溶接を行な
わずにはじめから本溶接した際に裏波ビ−ドが形成され
ない不完全本溶接ビードの状況を示す斜視図である。 第７図は、第６図に示した裏波ビードが形成されない不
完全本溶接と一ドを手直し再溶接（補修＃ｒ！ｉＩ）シ
た際に、溶接ビードに高温割れを生じた状況を示す斜視
図である。 第８図は本発明に係り、虞６図に示した裏波ビードが形
成されない不完全本溶接と一ドを手直し再溶接（補修溶
接）した場合の状況を示す斜視図である。 第９図は、第８図のＡ−Ａ線Ｖこそりた断面を示す斜視
図である。 これらの図において １　：　ｓ６％Ｎ１−ｒｅ合金鋼板 ２ニオ−ステナイト系ステンレス鋼板 ３：突き合わせ継手線 ４＝仮付は溶接ビード ５：本溶接ビード ６：不完全本溶接ビード ７：手直し再溶接（補修溶接）ビード ８：溶接高温割れ ９：裏波ビードの形成されない部分 ３ム：溶融消失した突き合せ継手線 ５Ａ：本溶接ビード幅の中心線 ６Ａ：不完全本溶接ビード幅の中心線 ７Ａ：手直し再溶接ビード幅（補修溶接ビード幅）の中
心線 特許出願入日新製鋼株式会社 代理人　弁理士　松　井　政　広　（外２名）′Ｍ１図 第３図 第４図 第５図 → 第６図 第７図 を 第８鯰Ｉ 第９図 昭和５７年５月１３日 特許庁長官　島田春樹　殿 １、事件の表示 ｍ＊１１５７　　ｉｖ　％　　許　　願ＦＩＣＯ０２２
２８号３、　補正をする者 事件との関係　特許出願人 ４、代理人 ５　補正命令の日付昭和５７年４月２７日発送６、補正
により増加する発明の数なし ７、補正の対象明細書の発明の名称の欄明測置第１頁３
行目〜４行目を次のように訂正します。 ｊ３６％Ｎｉ−Ｆｅ　合金とオーステナイト系ステンレ
ス鋼の異材溶接方法」

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．３６９１Ｍ１−１１Ｆ・合金鋼とオーステナイト系
   ステンレス鋼の板材を突き合せ＃ｌ接する際、突き合せ
   継手線上或いはその近傍に縦溶接ビードがなくはじめか
   ら溶接する場合は央き合せ継手線よシもｓｅ％Ｎ１−’
   １１・合金鋼板の側にずらした線を溶接中心線とし、又
   前記の縦溶接ビードがある場合は。 縦溶接ビード幅の中心線よりも３５％Ｎ１−Ｆ・合金鋼
   板の側にずらした線を溶接中心線として溶融溶接するこ
   とを特徴とする異材溶接方法。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の方法であって。 突き合せ線上或いはその近傍に縦溶接ビードがなくはじ
   めから溶接する際に突き合せ継手線よりも３５１１Ｊｉ
   −７８合金鋼板の側が全ピード巾の６０〜７５％を占め
   る溶接ビード幅を得るように溶接中心線を選び溶融溶接
   することを特徴とする異材溶接方法。 ３、特許請求の範囲第１項に記載の方法であって。 縦溶接ビードがあつ七、その上にさらに溶融＊＊する場
   合に、縦溶接ビード幅の中心線よりも３６１Ｎ１−　ｒ
   ｅ合金鋼板の備が全ビード幅の６０〜７５−を占める溶
   接ビード幅を得るように溶接中心線を選び溶融溶接する
   ことを特徴とする異材溶接方法。