JPS61202782A - クラツド材の溶接方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、炭素鋼又は低合金鋼を母材、ステンレス鋼又
はＮｉ基合金を合材とするクラッド材を溶接する方法に
関する。

〔従来技術〕

クラッド材の代表的なものとして、ステンレスクラッド
鋼管が知られている。このステンレスクラッド鋼管を使
用して腐食液体を輸送する場合、ステンレスクラッド鋼
管は内側が合材のステンレス鋼、外側が母材の炭素鋼と
して構成される。このクラッド鋼管の溶接に際しては、
第１１図に示すようにステンレスクラッド鋼管ｌ、■の
母材１ａ側つまり外側が開口され、合材ｌｂ側つまり内
側にルート面を有するＶ形開先１２を溶接部に設け、以
下の溶接材料を用いて開先１２の合材１ｂ側から母材１
ａ側へ向けて積層溶接する片面溶接を行う溶接方法！が
採用されている（特公昭５９−３７１５７号参照）。

上記溶接材料は一般に母材１ａ用として母材１ａつまり
炭ｓＳＩと同等成分の溶接材料を使用し、また合材ｌｂ
用として合材１ｂつまりステンレス鋼と同等又はそれ以
上の高合金成分の溶接材料が使用されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記溶接方法Ｉにて前記クラッド鋼管を溶接した場合は
、既に溶接した合材ｌｂ側の高合金成分の溶接金属４の
上に、母材と同等の炭素鋼又は低合金鋼の溶接材料を用
いて合材１ｂ近傍の母材側溶接金属Ａ′部分を溶接する
ときに上記溶接金属４部分及び合材１ｂの一部が熔融し
、合材ｉｂ及び合材用のｒｇ接材料を構成する元素たる
Ｃｒ、　Ｎｉ等が母材側溶接金属Ａ′皿部分侵入濃化し
て、その母材側溶接金属Ａ′と溶接金属４との境界部分
はマルテンサイト組織となる。

マルテンサイト組織は硬度が相当高いため、その溶接部
分は曲げ特性が劣ることになる。このため硬度の上昇を
抑制することを目的として前記溶接金属Ａ′部分を／８
ｗＣするときに、純鉄又はそれに近い組成の溶接材料を
使用して溶接する方法■が提案されている。

しかし、この溶接方法■により溶接しても同様に溶接金
属４部分及び合材１ｂの一部が熔融して母材側溶接金属
Ａ′部分に侵入濃化するため、溶接金属４と母材（Ｉ１
１熔接溶入′との境界部分は、前述の母材と同等の溶接
材料を使用して溶接した場合はどではないものの、やは
り硬度が高く、曲げ特設の改善は十分なされなかった。

硬度の上昇防止は、初Ｆｉ溶接から最終層溶接まで合材
、つまりステンレス鋼相当以上の高合金成分の溶接材料
にて溶接してＣｒ、　Ｎｉ等の濃化を防止るす溶接方法
■により可能であるが、この溶接方法■による場合は、
その溶接材料が高価であるためコスト高となり、又溶接
材料の作業性が悪いので作業能率が大幅に低下し、また
得られた溶接金属はステンレス系であるため継手強度が
低いという問題点があった。′ 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は係る事情に恩みてなされたものであり、母材側
を溶接するときに、その溶接部が合材と接触しないよう
な開先をクラッド材相互の溶接部に設け、また、その母
材側開先の合材に近い側を母材側から最初に溶接するこ
とにより、合材の熔融を防止でき、換言すれば合材を構
成する元素Ｃｒ。

Ｎｉ等が合材近傍の母材部分に侵入、濃化するのを防止
でき、このため母材側の溶接材料に高価な高合金材を使
用せずとも硬度上昇を防止でき、また機械的性質、特に
曲げ特性に優れた溶接金属を得ることが可能であり、更
に高合金成分の溶接材料を使用せずともよいので作業能
率、コストの点でも優れたクラッド材の溶接方法を提供
することを目的とする。

本発明に係るクラッド材の溶接方法は、炭素鋼又は低合
金鋼を母材、ステンレス鋼又はＸｉ基合金を合材とする
クラッド材相互を溶接する方法において、少なくとも母
材側に開口部を有し、その母材側の開先深さが母材厚み
よりも短い開先を前記クラッド材の溶接部に設け、 まず該開先の母材側を少なくとも１Ｊｉｉｉを溶接した
のぢ 合材を溶接してクラッド材相互を嘴接することを特徴と
する。

〔実施例〕

以下本発明を図面に基づき具体的に説明する。

第１図は本発明の実施状態を工程別に示す模式的断面図
である。図中１は軸長方向を水平方向としたステンレス
クラッド鋼管であり、図には２本のステンレスクラッド
鋼管（以下単に鋼管という）１．１の夫々の端面を突合
せた突合せ部の管周上の上側における管軸長方向の断面
を示している。

鋼管１．　１は外側が母材１ａの炭素鋼、内側が合材１
ｂのステンレス鋼であり、上記突合せ部には開先２を設
ける。開先２はルート面２ｃ、　２ｃを有したＸ形開先
が好ましく、例えば第１図＋ａｌに示す如く母材１ａ側
の開先深さｄｌは母材１ａの厚みｔｌよりも短く、合材
ｌｂ側の開先深さｄ２は合材ｔｂの厚みｔ２と略等しく
する。なおルート間隔ｌは０〜１．５鶴とし、また母材
１ａ側の開先角θ１及び合材ｌｂ側の開先角θ２はθ１
〉θ２とするのが好ましい。

このような開先２を、適当な溶接法、溶接材料を使用し
以下の溶接順序に基づいて溶接する。

この溶接順序は、第１図（ｂｌに示す如く母材１ａ側の
開先２ａを母材１ａと同等成分の溶接材料にて例えば５
層の多層盛溶接を行い、次いで第１図（Ｃ１に示すよう
に合材ｌｂ側の開先２ｂを合材１ｂと同等又はそれ以上
の成分の溶接材料にて例えば１層の溶接を行う。

したがって前述の形状の開先を設けているので、母材側
を開先を溶接する際に、溶接時に生成する炭、素鋼成分
の熔融金属が合材１ｂと接触することがなく、またこれ
に加えて母材側開先２ａに形成された、母材２ａと同等
成分のｒｇ接金属Ａに対して管内側からそれよりも高合
金である合材用の溶接材料にて溶接するので、母材側開
先２ａにおける合材Ｉｂ側のｆｇ接金属Ａ相当部分を溶
接する際に、合材１ｂ及びそのｆ４接材料の構成元素た
るＣｒ＋　Ｎｉ等の溶接金属Ａへの侵入が２重に防止さ
れる。このため母材１ａ側成分と合材ｌｂ側酸成分の混
合する部分の生成が抑制又は防止され、硬度が異常に高
くなる部分の生成が極めて少ない。したがって上記のよ
うな溶接材料を使用しても母材側開先２ａ及び合材側開
先２ｂに形成された溶接継手Ｂの機械的性質、特に曲げ
特性に支障かない、このため本発明は従来使用の母材１
ａと同等の溶接材料２合材１ｂと同等又はそれ以上の高
合金成分の溶接材料を夫々所定の溶接箇所に使用できる
ので、作業能率を低下させることな（、またコストアッ
プを招来することなくステンレスクラッド鋼管を溶接で
きる。

〔効果〕

次に種々の材質のクラッド鋼管を本発明により溶接した
場合の、／８接継手の曲げ特性、／ｇ接作業の能率、溶
接材ｆ４コスト等について説明する。

（曲げ特性） 曲げ特性を調査すべく、外側が厚み９．７龍のＡＩ”Ｔ
−５ＬＸ−−６５グレート鋼（母材）、内側が厚み３　
ｍｓ　（７）　５ＵＳ３０４鋼（合材）テアル外ｉ１６
０９．６ｍｍ、肉厚１２．７層ｍのクラッド鋼管を、本
発明にて以下のように溶接して？ｇ接雄継手硬度を測定
した。叩ち、経が４．８−一のリンカーン社製のＩＩＹ
Ｐ　／８接擦を用いて母材側開先を、第２図に示すよう
に管外周面上側（０時）より片側外側面（９時）を通り
下側（６時）へ向けて半周を管外側から手／８接したの
ち、残りの半周を同じく上側（０時）から外側面（３時
）を通り下側（６時）へ向けて管外側から手溶接し、合
計５層の多層盛溶接を行った。

このときの電流、電圧、速度等の／ｇ接条件は第１表に
示す。次いで径が１．２１■のＪＩＳ　Ｙ３０８相当の
ＭＩＧ　ｆ６接用ワイヤを用いて合材側開先を、第３図
に示す如く管内周面を連続で上側から一周する（０時−
９時−６時−３時−０時）ように管内側より第２表に示
す溶接条件でＭＩＧ熔接法により半自動溶接した。

第４図は上述の如く溶接されたクランド鋼管■の溶接継
手のビッカース硬度をｌｏｋｇの荷重で管半径力１ｈ農
こついて測定した結果（実線）を示すグラフであり、横
軸に合材表面からの距離をとり、また縦軸にピンカース
硬度Ｈｖ　（１０ｋｇ）をとっている。

横軸のイは第５図に示す如く溶接継手Ｂの合材１ｂ表面
位置、口は溶接金属Ａの合材側端の位置、ハは溶接金属
への合材ｔｂと反対側端の位置を夫々示す、なお比較の
ために前記溶接方法■により溶接した溶接部の硬度測定
結果（１点鎖線）を、また溶接方法Ｈによる場合の硬度
測定結果（＆１線）を夫々併せて示している。この図よ
り理解される如〈従来の２つの溶接方法１．ＩＩでは夫
々合材側で硬度の異常変化は認められないものの溶接金
属Ａの全体、一部で他の母材側溶接継手部分と比較して
硬度が非常に高くなっているが、本発明にょる場合は溶
接金属Ａ部分及び合材成人々に硬度変化がなく、また溶
接金属Ａ部分の硬度と他の母材側溶接継手部分の硬度と
に差がない。また合材側も硬度の異常変化は認められな
い。このことは、本発明による場合は母材１合材が夫々
熔融されなかったことを示している。

また第３表は上記第４図を得た／８接管の他の箇所より
曲げ試験片を採取し、これを表曲げ、裏曲げ、　（１１
１曲げの３通りの曲げ試験を行った結果を示す表であり
、比較のためにｉｉＪ記方法Ｉ及びＨにて溶接した管に
ついても同様に曲げ試験を行った結果を併せて示してい
る。この表より理解される如〈従来曲げ試験で不合格と
なっていたのを本発明によりそれをすべて合格とするこ
とが可能となった。

（溶接作業能率） 溶接作業能率を調査すべく、外側が厚み７　ａｍのＡＰ
Ｉ−５１Ｘ−６０グレード鋼（母材）、内側が厚み３龍
のＳＵＳ　３０４　Ｓｉｌ！（合材）である外径５０８
．０１馳、肉厚ｔＯＳ−のクラッド鋼管を１０リング、
本発明にて以下のように溶接し、そのときのｆｇ接待時
間測定した。即ちセルロース系の溶接棒を用いて前同様
の溶接順序で母材側を手溶接し、その後合材側をＭＩＧ
熔接溶接そのときの段取り時間を除く正味のｆｇ接待時
間測定した。

第６図は測定した溶接時間を、縦軸にアークタイム（分
）をとって示したグラフであり、比較のために母材側開
口のＶ形開先を設けてその開先を初層から最終層までＴ
ＩＧ熔接法にて溶接する方法■による場合の溶接時間及
び同じく母材側開口のＶ形開先を初層をＴＩＧ熔接法に
て溶接し、第２Ｊｉｉから最終層までをＪＴＳ　Ｄ　３
０８−１６相当の溶接棒を用いて手溶接する方法■によ
る場合の溶接時間を併せて示している。この図より理解
される如〈従来の溶接方法たる方法ｎ、　ｍの溶接時間
と比較して本発明により溶接した場合の溶接時間はその
半分程度であり、本発明は溶接作業能率を２倍程度向上
できる。

第７図ｔａ＋はその溶接後の管上側部分での内面ビード
形状を示す図であり、比較のために（ｂｌに従来り法■
により管外側から片面溶接した場合の管上側部分での内
面側裏波形状を併せて示している。

この図より理解される如〈従来法による場合は裏波ビー
ドの幅が一定せず乱れていて好ましい外観の裏波形状を
得ることはできないが、本発明により溶接した１合は、
と−ド幅が一定の美しい外観のビードを得ることができ
た。このため本発明による場合は管内に流体を通流させ
る場合の摩擦抗力を低減できる。

（溶接材料コスト） 溶接材料コストを調査すべく、外側が厚み７鶴のＡｒ’
ｒ　−５Ｌ　Ｘ−６０グレード鋼（母材）、内側が厚み
３酊のインコネル６２５（合材）である外径５０８．０
ｆｉ、肉厚１０ｍのクランド鋼管をＩＯリング、本発明
にて以下のように溶接し、そのときの溶接材料費を計算
した。即ちセルロース系の溶接棒を用いて前同様の溶接
順序で母材側を手溶接し、その後合材側をアロイ６２５
組成のワイヤを用いてＭＩＧ溶接してそのとき使用した
全溶接材料より溶接材料費を算出した。第８図は計算し
た溶接材料費を、縦軸に溶接材料費（万円）をとって示
したグラフであり、比較のために母材側開口のＶ形開先
を設けてその開先を初層から最終層までアロイ６２５の
溶接棒を用いて手溶接した方法■による場合の溶接材料
費を併せて示している。

この図より理解される如〈従来の溶接方法である方法■
による場合の溶接材料費と比べて、本発明により溶接し
た場合はそれを約１１５まで低減でき、溶接材料コスト
を大幅に下げ得る。

なお、ｉｉｊ記実施例では母材側を多層盛溶接したのち
合材側を溶接しているが、本発明はこの溶接順序に限ら
ず第９図ｉａ）に示すように母材側を少なくとも１層だ
け溶接してその後第９図（ｂｌに示すように合材側をｆ
６接し、然る後再び母材側を溶接する順序にて溶接して
もよいことは勿論である。これは母材と同等成分の溶接
金属Ａを生成させたのち、その上をそれよりも高合金で
ある溶接材料にて溶接するので溶接金属へと合材部分の
溶接金属との混合部分が生成し難いからである。

また、本発明は母材側９合材側を夫々開口部とした開先
に限らず母材側のみを開口部とした開先２′　（第１Ｏ
図に示す）を設けてｉｉ１述の溶接材料。

溶接順序で溶接しても本発明の目的を達成し得ることは
勿論である。

そして、また上記実ｓｂ例では外側が炭素鋼、内側がス
テンレス鋼であるステンレスクラッド鋼管を溶接してい
るが、本発明はこれに限らず、外側がステンレス鋼、内
側が炭素鋼であるステンレス鋼）ラド鋼管をも曲げ特性
を劣化することなく溶接し得ることは勿論である。

更に、本発明は炭素鋼−ステンレス鋼のクラフＦＳｔｉ
管に限らず、低合金鋼−ステンレス鋼のクラッド鋼管、
炭素鋼−Ｎｉ基合金のクラッド管、低合金鋼−Ｎｉ基合
金のクラッド管をも、曲げ特性を劣化させることなく同
様に溶接できる。

そして更に本発明は管材に限らず板材、帯材等であって
も溶接でき、それは突合せ溶接に限らずすみ肉溶接等で
あっても溶接できることは勿論である。

以上詳述した如く、本発明は少なくとも母材側＄　　Ｉ
　　＆ ｓ　２　表 ρ鴫（コ、ζ軸、 に開口部を自する開先を設けて母材側開先を溶接した後
合材側を溶接するので、母材側溶接金属と合材側溶接金
属との境界に成分混合部分が生ぜず、このため溶接継手
に硬度の異常が発生せず、機械的性質特に曲げ特性の劣
化を抑制でき、また成分混合部分が生しないので高合金
成分の溶接材料により母材側開先を溶接する必要がなく
、これにより作業能率の向上及びコスト低減を図り得る
等、優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施状態を工程別に示す模式図、第２
図、第３図は溶接順序の一例を示す模式図、第４図は合
材表面からの距離と硬度との関係を溶接方法別に示すグ
ラフ、第５図はその硬度測定位置の説明図、第６図は本
発明方法と従来方法とでの？ｇ接接作能能率比較図、第
７図は本発明方法と従来方法とでの内面ビードの外観比
較図、第８図は本発明方法と従来方法とでの溶接材料コ
ス１−の比較図、第９図は本発明の他の実ｈ１！！例を
示す模式図、第１０図は本発明に適用し得る他の開先形
状例を示す模式図、第１１図は夫々従来技術の説明図で
ある。 ｌ・・・ステンレスクランド鋼管　１ａ・・・炭素鋼１
ｂ・・・ステンレス鋼　２・・・開先　３・・・母材側
溶接金属４・・・合材側溶接金属 特　許　出願人　　住友金属工業株式会社代理人　弁理
士　　河　　野　　登　　夫第２図　　　　第３図 ｔ００＋ 合４Ｘ表Ｉｆｌ力）ら　の践　鳥体　　−や−、イ ′Ｖ７５　図 菊　６　図 （Ｊ 、Ｉ ；Ａ 笛８図 第　９　図 笛　１０　図 笛１１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、炭素鋼又は低合金鋼を母材、ステンレス鋼又はＮｉ
   基合金を合材とするクラッド材相互を溶接する方法にお
   いて、少なくとも母材側に開口部を有し、その母材側の
   開先深さが母材厚みよりも短い開先を前記クラッド材の
   溶接部に設け、 まず該開先の母材側を少なくとも１層を溶接したのち 合材を溶接してクラッド材相互を溶接することを特徴と
   するクラッド材の溶接方法。