JPS6245485A - クラツド金属板の製造方法 - 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） 本発明はクラッド金属板の製造方法とりわけ電子ビーム
による組立溶接を用いたクラッド金属板の製造方法に関
する。

（従来の技術とその問題点） ２枚以上の金属板を積層接着させたクラッド金属板は、
耐食性、耐厚耗性あるいは耐熱性に優ｎ１かつ高強度を
イイする高価な構造用材料として広く使用されている。

かかるクラッド金属板を製造する方法としては、爆着法
、肉盛法、圧延法等があるが、このうち大面積のものを
高能率で安価に製造できる圧延法が最も一般的に用いら
れている。

圧延法は、接合する面を清浄にして積層し、熱間または
温間で圧延し冶金的に接合させる方法であり、この圧延
法において留意すべき点は、接合面間の雰囲気清浄度で
ある。すなわち、接合面を清浄にしても、接合面間に大
気が存在する場合には、加熱時及び圧延時に酸化物等が
形成され、これが冶金的接合を妨げ、十分な接合強さの
得らｎない原因となるからである。

従って、十分な接合強さを有するクラッド金属板を製造
するには、クラッド組立ての段階で、接合面°間に存在
する大気を極力排気し、低圧力の状態にしておく必要が
ある。これに代わる方法としては、接合面間の大気を不
活性ガスで置換する方法もあるが、加熱時に接合面間の
ガスが膨張して圧着を妨げる方向に作用するので、前者
の低圧力化法に比べて劣る。

しかして、接合面間を低圧力の状態にし、かつクラッド
の組立溶接を能率的に行う方法として、電子ビームによ
る密閉溶接が提案されている。この方法は、真空中の中
に組立溶接すべき部材をセットし、所定の真空度まで排
気した後、電子ビームで部材の周囲を密閉溶接する方法
である。

この電子ビームによる密閉溶接方法として、従来では一
般に第７図（ａ）及び（ｂ）の手法が用いられていた。

図中１は合せ材、２は基材、３は接合面、４は電子ビー
ムであり、第７図（ａ）は接合面３に対し電子ビーム４
を垂直に照射する方法であり、第７図（ｂ）は接合面３
に対し電子ビーム４を平行に照射する方法である。

しかし、これらの方法はいずれも以下に述べる不具合が
あり、実用化にあたってその克服が大きな課題となって
いる。

まず、接合面に対しビームを垂直に照射する方法（第７
図（ａ））においては、加熱及び圧延時にかかるせん断
力を接合面一位置における溶接金属幅で支えなければな
らない。しかし、電子ビーム溶接における溶接金属幅は
広くとも５〜６亀が限界である。そのため、せん断力に
より溶接ビード５が破断し、密閉性が打ち破られる危険
性がきわめて高い。

また、基材２と合せ材１との組合せによっては、溶接時
に溶接金属中に割れの発生する恐れがある。たとえば、
基材２に炭素鋼を、合せ材１にオーステナイト系ステン
レス鋼を用いた組合せでは溶接金属のミクロ組織がオー
ステナイトとマルテンサイトとの混仕組織からなるため
溶接割れ感受性が非常に高く、上記した割れの発生が多
発する。

一方、接合面に対しビームを平行に照射する方法（第７
図（ｂ））は、溶接ビード５の溶は込み深さで圧延時の
せん断力を支えるため、溶込み深さを調整することによ
りせん断力に十分耐えることができる。従って、この面
ではさきの方法よりも実用的であると言える。

しかしながら、この方法は、良好な密閉溶接ビードの形
成の面ではビームを垂直に照射する方法以上に問題があ
る。というのは、電子ビーム溶接は細く絞られたビーム
を用いた溶接である。そのため第８図のように密閉溶接
すべき突合せ面に間隙Ｃが存在すると、照射ビームの多
くはこの間隙Ｃを素通りし、本来溶接されるべき所に溶
接ビード５がほとんど形成されなくなる不具合が生ずる
。間隙Ｃを素通りしたビームが拡散した地点で溶接ビー
ドが形成されることもあるが、この場合の溶接ビードの
ノド厚はせん断力に耐えられるほどではなく、また、こ
の部分は圧延後切り捨てることになるため歩留りが低下
する他、溶接ビードの形成される場所も不確定であるな
どの問題がある。

本発明者らの実地に検討したところによると、基材と合
せ材を支障なく密閉溶接するためには突合せ面の間隙を
０．５Ｗ以内に抑えなければならないが、実際のクラッ
ド組立部材においてはそれ以上の間隙が存在し、全溶接
線にわたって間隙が０．５　Ｗ以内になることは皆無に
近い。間隙を０．５　ｓＩ１以内以内側御するには、基
材と合せ材の接合面の平坦度を厳しく管理する必要があ
り、そのためには基材及び合せ材の双方の接合面全面に
わたって機械加工を施し、平坦な面に仕上げなければな
らないが、これには莫大な研削設備費と多大な工数が強
いられ、実際上不可能に近い。

また、仮りに接合面の突合せ間隙が０．５　Ｗ以内に納
まったとしても、前述の如く基材と合せ材の組合せによ
っては溶接時に溶接金属中に割れが発生する可能性が高
いという問題は依然として解消されない。

（問題点を解決するための手段） 本発明は前記したような従来圧延法によるクラッド金属
板製造上の問題を解決するために研究を重ねて創案され
たもので、その目的とするところは、真空室中でのクラ
ッド金属板の組立溶接を接合面の突合せ精度を緩和して
容易に行えると共に、加熱・圧延時に発生するせん断力
に十分耐えられる溶接部を形成でき、圧延汲上枢要な密
閉溶接をきわめて良好に行うことができる方法を提供す
ることにある。

上記目的を達成するため本発明は、圧延法によるクラッ
ド金属板の製造法において、同種あるいは異種金属板を
２枚以上積層し、その積層金属板の接合面の周辺に溶加
材を供給しながら接合面に対し平行もしくは斜角に電子
ビームを照射して密閉溶接を行うようにしたものである
。

以下本発明を添付図面に基づいて説明する。

本発明によるクラッド金属板の製造法は、基本的には、
同種材料の合せ材と基材あるいは異種材料の会せ材と基
材を２枚以上積層する工程と、積層金属板の周辺部を圧
力１５Ｐａ以下の真空中で電子ビームを用いて密閉溶接
する工程と、密閉溶接後熱間あるいは温間圧延を行う工
程とからなる。

これは従来の方法と同様であ−るが、本発明は電子ビー
ムによる密閉溶接工程において、第１内のように、電子
ビーム４を会せ材１と基材２の接合面３に対し平行に照
射し、しかもこのときにフイラワイヤで代表される溶加
材６を連続的に供給しながら溶接するものである。

また、本発明は、第２因のように溶加材６を供給しなが
ら接合面３に対しある程度の入射角度θを持たせて電子
ビーム４を照射する方法を採ることも含む。ただ、この
場合、電子ビーム４の入射角度θを２０以上に設定する
と溶加材６の安定供給が困難となるため、前記入射角度
θは２０以下とすべきである。

本発明を詳述すると、電子ビーム溶接に関し、従来では
フイラワイヤを溶接部に安定して供給することは困難視
され、こｎがさきのような開先面の突合せ精度に対する
厳しい要求につながっていた。しかし、本発明者らによ
りフイラワイヤ連続供給電子ビーム溶接に関し、詳細な
実験を行った結果、電子ビーム溶接においても、フイラ
ワイヤの供給角度及び供給位置を適正に制御すわば、十
分安定して溶接部にフイラワイヤを供給できることを見
出した。

第３図と第４図はその実験方法と結果を示すもので、電
子ビーム４を接合面に対し平行又は入射角度を持たせて
斜めに照射し、これと併行してフイラワイヤ（溶加材）
６を電子ヒーム４と供給角度αを持たせるように供給し
、かつフイラワイヤ６と電子ビーム４の衝突位置を接置
面内の適正位置にセットすることにより、安定したフイ
ラワイヤの供給が可能となった。第３図中７は溶接ビー
ド、８は溶融池、９はビーム孔である。

第４図において、Ａの領域が適正領域であり、フイラワ
イヤ供給により許容できる開先間隔幅を約３咽まで拡大
することができる。

なお、クラッド金属板の組立、溶接について、例えば３
面を慣用のアーク溶接法で実施し、残る一面を真空室中
で電子ビーム溶接するなど種々のプロセスが考えられる
が、いずれの場合でも電子ビーム溶接による密閉溶接を
行う限り本発明を適用することができる。

溶接姿勢に関しても本発明は横向きのみならず下向き及
び立向姿勢による溶接（こも適用可能であり、クラッド
部材を立てて下向きあるいは立回き姿勢で溶接すること
もできるものである。

（実施例） 次に本発明の具体的な実施例を示す。

実施例　１゜ １本発明によりクラッド金属板を製造した。

基材と合せ材の材種、寸法諸元は下記のとおりである。

基材ＳＭ４１　　８０Ｘ１０００Ｘ５００箇仕せ材５Ｕ
Ｓ３０４　２０Ｘ１０００Ｘ５００＋ＩＩｌ＋次いで、
上記材料の接合すべき面を清浄にした後項Ｊ−シたが、
基材と甘ぜ材は蜜漬させず、間隙２＋ｗを設け、接合面
を突台せた。

ｎＡ空室内に上記積層部材を搬入し、１５Ｐａ以下の真
空度の下で１０分間排気後、積層部材の周辺にフイラワ
イヤを連続供給しながら接合面に平行方向に電子ビーム
を照射して溶接した。溶接条件は下記のとおりである。

加速電圧　　１５０に■ ビーム電流　　　１００　ｍｋ 溶接速度　　３０ｔｍ／ｍｉｎ フイラワイヤ８ＵＳ３１２（１，２，ｍ）フイラワイヤ
供給ｉｔ１６ｍ／ｍｉｎ 溶接姿勢　　横向き この時のビードの溶込み深さは約３０瓢であった。

■上記電子ビーム溶接の後、積層材を１２５０℃で均一
加熱した後、圧下比３で圧延した。

圧延終了時の温度は１０５０℃であった。

■加熱及び圧延時に溶接ビードは破断することなくせん
断力に十分に耐えた。圧延後、接合面全面１こわたり超
音波脚験を実施したが、欠陥エコーは全く検出されなか
った。

さらに、圧延材の両端及び中央部から各３個せん断試験
片を取出し、せん断強度を調べた。その結果、３５〜３
９　Ｋ４　ｆ　７ｍ”の値が示され、ＪＩＳ規定のせん
断強度（≧２０１４ｆ／−）を十分に上回る良好な特性
が得られた。

また、表、裏及び側曲げ試験も実施したが接合面での剥
離は全く認められなかった。

さらに、接合面のミクロ組織を検討した結果を第５図に
示す。この第５図から基材と合せ材が十分に接合してい
ることがわかる。

実施例　２゜ ■基材及び会せ材の材種及び寸法を実施例１と同一とし
、接合面間隙を０■すなわち基材と合せ材を密層して積
層した。この１会、基材と会せ材の接合面は機械加工を
施し平坦にした。

■上記積層材に対し、真空排気及びフィラヮイヤ供給竜
以外の溶接条件は実施例１と同一にして密閉溶接を行っ
た。

接合面間隙の点からはビード形状的にはフイラワイヤの
供給を要しないケースであるが、基材と仕せ材をフィラ
ワイヤ無しに直接ビーム溶接すると溶接金属中に割れが
多発する。本実施例はこの割れを防止するため、フイラ
ワイヤを連続供給しながら電子ビーム溶接を行った。

■割れ防止に必要なフィラワイヤの供給量は最低１．２
　ｍ／ｍｉ　ｎであるが、フィラヮイヤの供給量が多く
なると溶融金属が過剰となり、溶接部表面から溶融金属
が垂れ落ち、溶接金属内部に空洞欠陥を生じさせるため
、フィラワ、ｒヤ供給量の上限は２．８ｍ／ｍｉｎ以下
とする必要があった。本実験ではフィラヮイヤ供給童を
１．８ｍ／ｍｉｎに設定して電子ビーム溶接を行った。

次いで密閉溶接さｎた８を層部材を１２５０℃で均一加
熱した後、圧下比３で圧延した。

溶接ビードは加熱及び圧延時のせん断力に十分耐えた。

■得られたクラツド板の接合面全面にわたり超音波試験
を行ったが、欠陥エコーは検出されなかった。両端と中
央部からそれぞれ３個のせん断試験片を採取し、接合部
のせん断強度を調べたところ、３４〜３９　Ｋｑｆ／ｍ
”の値が示され、Ｊ工Ｓ規格値を大幅に上回る良好な結
果が得られた。また、表、裏及び側曲げ試験を行ったが
、接合面の剥離は皆無であった。

実施例　３゜ ■実施例１及び２は接合面を機械加工したが実作業上で
は大面積の接合面を機械加工することは種々の困難を伴
う。

そこでこの実施例では、接合面に機械加工を施さず、単
にスケールを落して７Ｈ浄にするだけで基材と会せ材を
積層し、本発明を適用してみた。

基材と合せ材の材種、寸法は実施例１と同一であるが平
坦度にあまり良好でなく、第６図に示すように、突合せ
面の間隙Ｃは０〜３ｍの間で変化した。

■実施にあたっては、予め各部の間隙を測定し、間隙に
応じてフイラワイヤの供給量を＾化すせ、電子ビームに
よる密閉溶接を行った。基本的な溶接条件は実施例１と
同様とした。

その結果、溶接籾全線にわたって良好なビード形状が得
られ、溶接割れも観察されなかった。

ｎｌ？にいで、実施例１と同一の条件で圧延し、圧延材
について超音波試験を実施したが欠陥エコーは検出され
ず、実施例１．２と同様に接合部のせん断強度を調べた
が、３６〜４０匂η−２の良好な結果が得られた。また
、表、裏及び側曲げ試験も実施したが、接合面の剥離は
乍く認めらｎ、なかった。

以上の実施例１．２．３から明らかなように、圧延クラ
ッド製造時の組立溶接にフイラワイヤ供給電子ビーム溶
接法を採用するこ七により溶接割れのない健全な溶−接
ビードを形成することができることがわかる。同時に接
合部の突合せ面に３ｍＩｍというような大きな間隔があ
っても十分に対応が可能であることから、基材及び会せ
材として普通に採用されている平坦度でも、本発明を適
用することにより艮好な密閉溶接が可能であり、圧延後
の接合部の諸性質も十分に満足できることが明らかであ
る。

なお、上記実施例では５Ｍ４１とＳＵＳ　３０４の組合
せとしたが、これ以外の組合せでも適正取分のフイラワ
イヤを供給することにより良好な密閉溶接を行うことが
できたことは勿論である。

（発明の効果） 以上説明した本発明によるときには、圧延法によるクラ
ッド金属板の製造のための組立溶接において、積層板の
接合面の突合せ精度を大幅に緩和することができ、同時
に溶接金属の成分の適正化が図られ、基材と合せ材の組
合せいかんにかかわらず溶接欠陥のない健全な密閉溶接
部を得ることができ、これにより良質なりラッド金属板
を工業的に容易に製造できるというすぐれた効果が優ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は本発明に係るクラッド金属板製造法の
実施例を示す斜視図、第３図は本発明によるフイラワイ
ヤの適正な供給方法を模式的に示す説明図、第４図はフ
イラワ・イヤ供給角度とビード溶込み深さの関係を示す
グラフ、第５図は不発明を適用して得られたクラッド圧
延板の接合部の組織写真、第６図は本発明を適用したク
ラッド組立部材の部分的斜視図、第７図（ａ）Φ）は従
来のクラッド部材組立溶接法を示す断面図、第８図は従
来法において突合せ面に間隙が存在する場合の溶接ビー
ド形成状況を示す部分的断面図である。 ｌ・・・合せ材、２・・・基材、３・・・接合面、４・
・・電子ビーム、６・・・溶加材。 特許出願人　　日本鋼管株式会社 発　　明　　者　　　小　　　菅　　　茂　　　義同　
　　　　　　仲　　　　１）　　　清　　　相同　　　
　　　渡　　　邊　　　　　　　　２同　　　　　　松
　　　不　　　和　　　四回　　　　　　松　　　本　
　　重　　　東回　　多賀根　　　草

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 同種あるいは異種金属板を２枚以上積層 させ、電子ビームを用いて圧力１５Ｐａ以下の真空中で
   密閉溶接した後、熱間あるいは 温間圧延を行いクラッド金属板を得る方法 において、積層金属板の接合面周辺に溶加 材を供給しながら接合面に対し平行もしく は斜角に電子ビームを照射して密閉溶接を 行うことを特徴とするクラッド金属板の製 造方法。