JPH01228687A

JPH01228687A - レーザ溶接法

Info

Publication number: JPH01228687A
Application number: JP63055385A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Makino; 吉延牧野; Keizo Honda; 啓三本多
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-03-09
Filing date: 1988-03-09
Publication date: 1989-09-12

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、極低温下において高強度、高じん性が要求さ
れる窒素添加オーステナイト系ステンレス鋼等の鋼材の
レーザ溶接法に関する。

（従来の技術）核融合炉で適用される超電導マグネット等の極低温用構
造材料は、４．２Ｋにおいて十分な耐力と破壊じん仕置
が求められ、たとえば日本原子力研究所の目標値として
は、耐カニ１２００ＭＰａ以上、破壊じん性：２００Ｍ
ＰａＪｍ以上の材料特性が要求されている。

従来から、超電導マグネットのコイル支持材等の極低温
用構造材としては、オーステナイト系ステンレスｗ４（
ＳＵＳ３０４ＬＳＳＵＳ３１６ＬＮ等）が主として使用
されているが、これらの材料は下記第１表に示すように
、脱鋭敏化のために低炭素化されており、さらに強度を
高めるために窒素が添加されている。

したがって、上記のような組成の鋼材を溶接する場合、
その溶接継手においても当然高い耐力ならびにじん装置
が要求される。第３図ならびに第４図は、各々、上記組
成のステンレス鋼材の極低温下（４，２Ｋ）における、
鋼材中の窒素含有量と耐力および破壊しん性の関係を示
すグラフである。

ところで、通常、溶接鋼材中の窒素の含有量は減少しや
すいことから、特に、溶接金属中の窒素含有量を確持す
ることが継手強度を維持するためには重要となる。

このような点を考慮して、従来の溶接としては、被覆ア
ーク溶接及びＭＩＧ溶接が主として使われている。被覆
アーク溶接は、フラックス中に窒化物を添加し、これに
より溶接金属中の窒素含有量を向上させるものであるが
、この方法においては溶接変形が比較的大きくなり精密
溶接を行う上で問題がある。一方、ＭＩＧ溶接にあって
は、シールドガスにＮ２を混合し、これにより溶接金属
への窒素添加を図っているが、この方法においても被覆
アーク溶接と同様に、溶接変形が大きくなり、精密構造
物の溶接法には問題が多い。

また、従来、低歪が期待できる高エネルギー密度溶接と
して、電子ビーム溶接法も知られている。

しかしながら、電子ビーム溶接は真空チャンバー（１０
’　〜１．．０−’Ｔｏｒｒ）内で溶接を行なうので、
必然的に鋼中の窒素が蒸発しやすくなり、このため溶接
金属中の窒素含有量が母材よりも著しく低下してしまい
、十分な継手強度が維持できないという問題があった。

高窒素添加オーステナイト系ステンレ鋼等の溶接におい
て、十分な耐力及びじん性にすぐれた特性を有する溶接
継手を得ることができる溶接法を提０ｔすることを目的
とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段および作用）上記の目的を
達成するために、本発明の溶接法は、窒素添加型ステン
レス鋼からなる母材を溶接するに際して、溶接熱源とし
てレーザを用い、窒素雰囲気中においてレーザ溶接を行
うことによって、溶接継手部分の窒素含有量を増大させ
ることを特徴としている。

本発明においては、たとえば、溶接母材としての高窒素
添加型オーステナイト系ステンレス鋼に対して発振され
たレーザ光を集光する光学系と、レーザ雰囲気をつくる
ためのシールド用ＢＯＸと、レーザ発振器を用い、該レ
ーザ加工雰囲気を窒素置換したのち、その雰囲気中でレ
ーザを照射するレーザ溶接法により溶接金属を形成し、
この溶接金属中の窒素含有量を増大させ、これにより十
分な耐力及び靭性を有する溶接継手を得ることができる
。

通常、レーザ溶接法においては、レーザ光を被溶接物に
照射したときに生成されるプラズマの除去及び集光レン
ズ保護を目的として、レーザ光に対して同軸方向にアシ
ストガスを流すことが行われている。しかし、このアシ
ストガスを窒素にしただけでは、目的とする溶接金属へ
の窒素添加が有効に行い得ないことは、本発明者らによ
って確認“された。

本発明は、溶接法としてレーザ溶接を行い、窒素雰囲気
中でレーザ光を被溶接物に照射し、形成された溶融池に
窒素を積極的に溶解させ、溶接金属中の窒素含有量を増
大させるものである。このため、溶接金属（溶接継手部
分）は、耐力及びじん性の双方にすぐれた特性を有して
おり、またレーザ光を溶接熱源として用いているので、
溶接変形も最小限度に抑えることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の好ましい実施例について、図面を参照し
て説明する。

実施例１溶接装置は、第１図に示すように大出力のＣＯ２レーザ
発振器１と、発振されたレーザ光２を伝送するための光
学系３と、伝送されたレーザ光２を集光するための集光
レンズ４と、レーザ雰囲気をつくたるための加工室５と
、加工室５を移動させるためのＮＣテーブル６から構成
されており、加工室５は、大気を排気するための排気ロ
ア、排気用ポンプ８及び窒素ガス９を吸入するための吸
入口１０から構成される。

そして、本実施例においては、被溶接材１１として、低
温用高窒素添加型オーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵ
Ｓ３０４ＬＮ及び５ＵＳ３１６ＬＮ）を使用した。なお
、本発明で用いることができるオーステナイト系ステン
レス鋼の具体例を挙げると下記第２表の通りである。

また、本実施例においては、レーザとして、最大出力１
０ｋｗの炭酸ガスレーザを用いた。溶接条件は次の通り
である。

レーザ出カニ　　４ｋｗ〜１０ｋｗ集光レンズ焦点距離：　　１２７＋＋ｇ、１９０市、２
５４龍、加工速度：　　　１．０００〜３０００關／１０焦点設
定位置ニー６〜ＯＩＩ＋＋１板厚＝　　２〜１２＋＋＋ｍまた、継手の形態は突合せ継手とした。

まず、溶接前の準備として、レーザ雰囲気の窒素置換を
行なう。すなわち、加工室５内の空気を排気ロアから排
気ポンプ８（ロータリポンプ程度で良い）を用いて排気
し、大気の分圧を低下させた後、加工室５の吸入口１０
から窒素ガス９を吸入し、加工室５内を窒素置換する。

この状態で、被溶接材１１にレーザ光２を照射し、溶接
部を生成させた。このときの窒素ガス圧をほぼ大気圧に
することにより、溶融金属中から散逸する窒素量より溶
融金属中に溶解する窒素量の方が多くなり、溶接金属中
に窒素を十分に含有させることが可能となる。溶接結果
の一例を下記第３表に示す。この表に示すように、本発
明の方法によれば、両母材とも、溶接金属中の窒素含有
量がＩす材の含有量とほぼ同程度になることが認められ
た。

第３表実施例２オーステナイト系鋼材を母材とし、レーザを熱源として
用い、溶接金属の強度及びじん性が継手として最も望ま
しい値を得るように溶接金属中の窒素含有量を選定し、
これを実施するために雰囲気の窒素圧を調整する。第２
図は、このときの加工室の窒素圧と溶接金属中の窒素含
有量との関係を示すグラフである。

このように、本発明においては、靭性は若干低くてもよ
いが高強度を要する継手に対しては、窒素圧を十分に高
くする方法が採用できる。

実施例３母材を高窒素添加高Ｍｎ鋼（例えば、前記第１表の鋼材
）とし、実施例１及び実施例２と同様の効果を得ること
ができる。

実施例４さらに母材が高窒素添加型鋼材以外に、一般の鋼材にお
いても溶接による継手強度低下を防止する目的で、溶接
金属中に窒素を添加し、溶接金属の強度を母材に対し、
若干上昇させることにより、オーバーマツチングされた
溶接継手を形成することもできる。これにより、継手破
壊は必ず母材側で生ずる結果となり、溶接金属中の微小
欠陥等に起因する不慮の破断を効果的に防止することが
できる。

〔発明の効果〕

本発明のレーザ溶接法によれば、溶接金属中の窒素含有
量を増大させることができるので、強度及びじん性にす
ぐれた溶接継手を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例で用いる装置系の概略図、第２
図は窒素圧力と溶接金属中の窒素含有量との関係を示す
グラフ、第３図は窒素含有量と耐力との関係を示すグラ
フ、第４図は窒素含有量と破壊しん装置との関係を示す
グラフである。１・・・発振器、２・・・レーザ光、５・・・加工室、
８・・・排気ポンプ。出願人代理人　　佐　　藤　　−雄第１図

Claims

【特許請求の範囲】１、ステンレス鋼からなる母材を溶接するに際して、溶
接熱源としてレーザを用い、窒素雰囲気中においてレー
ザ溶接を行うことによって、溶接継手部分の窒素含有量
を増大させることを特徴とする、レーザ溶接法。２、溶接雰囲気の窒素の圧力を調整することによって、
溶接継手部分の窒素含有量を制御することを特徴とする
、請求項１記載のレーザ溶接法。