JPS6057947B2 - オ−ステナイト鋼管の突き合せ溶接法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は原子炉に用いられるステンレス鋼管や腐食性の
環境で使用されるオーステナイト鋼の溶接法に関するも
のである。

例えはステンレス鋼管を溶接すると、その溶接箇所から
少し離れた５００〜８００℃に加熱された部分が炭化物
の粒界析出を起し易い。

この部分は腐食性環境では粒界腐食（Ｗｅｌｄｄｅｃａ
ｙ）を生じ、溶接箇所に引張り残留応力が存在するとき
は腐食割れを発生する。上記のような事故を防止するた
めには、従来次のような溶接法が行なわれていた。

その一つは、溶接入熱を２００００Ｊ／ｃｍ以下に制限
して粒界析出を極力減少させる方法であり、別法として
は管を溶接する場合は管内面内盛溶接法に依つて熱影響
を受ける部分を予め耐食性の溶着金属で内庭溶接してい
た。また、配管の新手を多層溶接する場合は１〜２層溶
接した後に内面から水冷しながら溶接するという方法も
用いられていた。これは熱影響部（ＨＡＺ）の冷却速度
を高めてオーステナイト結晶粒界炭化物の析出（鋭敏化
組織）を減少させるためである。上記は普通の溶接法に
比べて著しく手数がかかるので作業能率は低下する。特
に、現地で溶接作業を行なうときは、管端から溶接部ま
での距離が長くしかも配管が垂直から水平まで種々な角
度で配置されているような場合があるので作業がやりに
くいし、管の内面から水冷するための水が得られない等
の理由によつて水冷することが困難な場合がある。また
、管内面の冷却水がアーク発生部および溶融金属と直接
接触するので、第１層と第２層の溶接ヒートは自然冷却
法で水を用いないで溶接しなければならない。したがつ
て、水冷法といつても全層水冷溶接することができない
ので熱影響部の組織鋭敏化防止が不十分となる欠点があ
つた。本発明の目的は、作業が簡単て腐食割れの少ない
オーステナイト鋼部材の溶接法を提供するにあ・る。

本発明は、オーステナイト鋼管相互を突き合せ溶接する
方法において、前記突き合せ溶接部の周囲に沿つて３−
以下の長さの溶接ヒートを断続的に施し、一順した後、
次に未処理部分に同じ３一門以下の長さの溶接ヒートを
施すことにより全周に亘つて溶接することを特徴とする
。

本発明はステンレス鋼管等を溶接する場合に熱影響部の
冷却速度を高めるために溶接ビードの長さを制限し、相
互に冷却を防害しないような間隔を置いて断続的に溶接
して熱影響部を減少させる方法である。即ち、溶接部の
冷却速度は各溶接ビードの長さが或数値以下になると急
速に増すことを利用するものである。第１表は溶接ビー
ド長さと冷却速度との関係を示す実験結果を表わすもの
である。

この実験は、２０Ｔｎｍ厚さのＳＵＳ３Ｏ４板の裏側に
所定間隔で穴を設けそれに熱電対を挿入し、その表側に
所定長さの溶接ビードを置くようにしたものである。こ
の溶接ビードの中央真下に熱電対が位置するように配置
されている。上記溶接ビードの長さは１０〜１５０顛に
変化させ、溶接速度は３０と托０／Ｗｆ＆に変化させた
。溶接速度が２０Ｃｍ／？ｍの場合の溶接入熱は７６０
０Ｊ／Ｃ７７！であり、１５Ｃ７１／Ｗｎの場合は１０
０００Ｊ／Ｃｒｌｔと算出される。上記第１表によると
、溶接ビードの長さが２０Ｔｗｔの場合の平均冷却速度
は４０ｗ０ｎ以上の場合に比べて約２倍であり、溶接ビ
ードの長さが１０ＴＳｎの場合は約３倍となつている。

これをグラフに画いて見る！と３０ｗ！ｔ以下の溶接ビ
ード長さの場合は急激に平均冷却速度が増加しているこ
とが知れた。この結果を利用して、例えば開先部に２『
長さの溶接ビードを２０ｍの間隔を置いて断続しておき
、一旦冷却した後にまだ溶接していない部分を−２ＣＭ
長さの溶接ビードで溶接する。

このような手法を繰返して溶接層を積層して全区間の溶
接を完了させるようにすれば目的を達成することができ
る。第１図は前記実験における８００℃附近の冷却速度
を示す線図である。

縦軸は８００℃附近の冷却速度を℃／Ｓで、横軸は溶接
ビード長さを？で示している。この場合も溶接ビード長
さが３ｈ以下になると冷却速度が急上昇することが明瞭
である。第２図は本発明の一実施例であるステンレス鋼
管溶接法の説明図である。第２図ａは第１層の溶接状況
を示すものである。その溶接条件は、１．６顛ΦのＹ３
Ｏ８ワイヤを用い、１００Ａ１アーク電圧川２Ｖ、溶接
速度７．６ｃｗｔ／ｍで溶接した。溶接される部材はス
テンレス鋼管ａ管、スケジユル８０である。上記ステン
レス鋼管１７の水平に突合わされたバイブ断手開先部の
下の部分から溶接し初め、第２図ａの番号１〜８の順に
上へ向つて溶接・した。溶接ビードの長さは約２『でビ
ード間隔も約２０Ｔｆｒ！ｆ＆である。次に、一旦常温
に冷却した後で第２図ｂに示すように残つていた部分を
上記第１図ａの場合と同様な手順で９〜１６を溶接して
第１溶接層を完成する。更に積層したいときは上記と”
同様な作業を繰返して行なう。上記のことくして溶接し
た継手を長手方向に切断し、この溶接部の試料片を１０
％硝酸と３％弗酸の水溶液を７０℃に加熱した液に２時
間浸漬し、溶接部断面の熱影響部（ＨＭ）の粒界炭化物
析出部、即ち鋭敏化域の腐食状況を検査した。

第３図ａは上記腐食法を従来最も普通な溶接法で溶接し
た試料片に実施したときの図であり、第３図ｂは上記実
施例で溶接した試料片の腐食状態を示す図である。

１７はステンレス鋼管、１８は腐食された鋭敏化域、１
９は溶接金属層である。

図で判るように通常溶接法による鋭敏化域１８は最大９
．５ｍ！もあつたが、本実施例の場合は最大２．８顛で
あつた。第４図は上記溶接継手管内面の溶接層から３ｍ
離れた熱影響部の残留応力を測定した結果を示す図であ
る。

縦軸の内面熱影響部の残留応力をＫ９／？で表わしてい
る。通常の溶接法においては軸方向と円周方向のいづれ
も高い引張り残留応力を示しているのに対し、本実施例
の試料はいづれも圧縮残留応力を示している。その理由
は、溶接ビードを短く間隔を置いて溶接したので冷却が
速められ、そのために溶接ビード温度とその下層のルー
ト部（第１層）の温度差が大きくなりルート部に溶接入
熱が良く伝達して溶接ビードが塑性変形するような高温
になる前にアークが中断して冷却するためである。した
がつて、内面ルート部附近の昇温時の圧縮塑性変形は少
くなり、溶接ビードおよびその近傍の加熱冷却による収
縮が遥かに大きくなり、表層部には引張り残留応力を、
ルート部には圧縮残留応力を生ずるものである。従来法
においては溶接部全面に大きい引張り残留応力を生じた
のに比べて機械的に丈夫であり、熱影響部の層が薄いの
で腐食割れも少ない。以上本実施例の溶接法は、溶接ビ
ードの長さと同程度の間隔を置いて多層溶接することに
より熱影響部が少なく応力の小さい溶接層を形成させる
という効果がある。

上記溶接法の応用例として、溶接作業の能率を高める必
要があるときは、第１層と第２層を通常の連続溶接ビー
ドで溶接し、その後の溶接を本発明の間隔を置いた溶接
法を施しても効果がある。

また、部分的に連続ビード溶接を一層中に混合させても
良い。以上本発明の溶接法をオーステナイト鋼管の溶接
に適用すれば、機械的に丈夫で耐食性の大きい溶接部が
比較的簡単な作業工程で得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はオーステナイト不銹鋼板を溶接したときの溶接
ビード長さと冷却速度との関係を示す線図、第２図は本
発明の一実施例であるステンレス鋼管の溶接要領を説明
する図、第３図は従来法と本発明の溶接法による熱影響
部の差異を示す溶接部の断面図、第４図は従来法と本発
明法によるステンレス鋼管内部の熱影響部の残留応力を
比較する図である。 符号の説明、１〜１６・・・・・溶接ビード、１７・・
・・・ステンレス鋼管、１８・・・・・鋭敏化域、１９
・・溶接金属層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ オーステナイト鋼管相互を突き合せ溶接する方法に
   おいて、前記突き合せ溶接部の周囲に沿つて３０ｍｍ以
   下の長さの溶接ビードを断続的に施し、一順した後、次
   に未処理部分に同じく３０ｍｍ以下の長さの溶接ビード
   を施すことにより全周に亘つて溶接することを特徴とす
   るオーステナイト鋼管の突き合せ溶接法。