JPH02280970A - チタンクラッド鋼板の溶接方法 - 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 この発明はチタンクラッド鋼板の突合せ溶接方法に関す
る。

従来の技術 チタンクラッド鋼板はチタンの有する高耐食性や高強度
、また使い易さ等の点で優れているが、実用にあたって
は溶接に問題がある。

周知のとおり、チタンは極めて活性な金属で、大気と反
応して脆化する性質を有するため、チタン側と母材側を
別々に溶接し、チタンと母材鋼を溶融溶接することは不
可能である。

このため、チタンクラッド鋼板の溶接においては、特殊
な突合せ溶接継手形状が採用されている。

従来のチタンクラッド鋼板の溶接継手の施工方法として
は、日本溶接協会規格ＷＥＳ７６０２−１９８６　「チ
タンクラッド鋼のイナートガスアーク溶接およびチタン
ライニング作業標準」に示されるように、チタンインサ
ート材を用いた重ね継手を用いる方式が一般的である。

第４図はその一例を示すもので、母材ｗＡ（１−１）に
合せ材としてチタン（１−２）を接合ざぜたチタンクラ
ツド鋼板（１）の接合端面部の合せ材を一部切除すると
ともに、母材鋼の片側に形成した開先（１３）を溶接し
、ついで該溶接部の反対側を裏はつりした後、該はつり
部（４）を溶接し、母材鋼溶接部のチタン側を平坦に仕
上げる。しかる後、チタン合せ材切除部（２）にチタン
インサート材（５）を嵌入し、さらにこのインサート材
の上にチタン当て板（６）を重ね、チタン当て板（６）
とチタン合せ材（１−２）とを隅肉溶接する方法である
。

発明が解決しようとする課題 しかし、従来の突合せ溶接法には、次に記載する問題点
があった。

■　継手のチタン当て板が鋼板表面より突出するため、
例えば容器の内側ではこの突起部に内容物が付着したり
、また撹拌時には撹拌羽根等が接触する等の構造的欠点
がある。

■　高価なチタン当て板の使用によりコスト高となる。

■　チタン当て板を使用するため溶接工数が多くなり、
作業能率が低い。

■　チタン側が重ね隅肉溶接のため、継手強度が若干弱
い。

しかしながら、従来法はチタン合せ材と母材鋼の融合を
完全に防止でき、溶接施工条件をほとんど考慮すること
なく施工が可能であるため、コストや工数増加等の欠点
はある程度やむを得ないとされているのが現状である。

この発明は従来のこのような現状に鑑みなされたもので
あり、その目的とするところはチタン当て板を使用せず
にチタンと母材鋼の融合が防止でき、かつ健全な継手を
形成できるチタンクラッド鋼板の突合せ溶接方法を提案
せんとするものである。

課題を解決するための手段 この発明は、チタンインサート材を挿入する切除部と開
先角度を特定することによって、チタンと母材鋼の融合
を防止し、チタン当て板なしての溶接施工を可能ならし
めたものであり、その要旨は前記切除部の幅を２０〜４
０ｍｍとし、かつ深さを合せ材の厚みより僅かに深くす
るとともに、該切除部端面とインサート材端面との間に
角度１０〜６０度の開先を設け、この開先にインサート
材として底面幅を鋼母材切除部の底面幅に等しく、上面
幅を鋼母材切除部の最大幅に等しく、角度と厚さを切除
部に等しくした逆台形状のチタンインサート材を挿入し
、このインサート材と合せ材を溶接電流１５０〜２５０
Ａ１溶接人熱量１５０００〜２５０００　Ｊ／ｃｍでＴ
ＩＧ溶接する方法にある。

作　　　用 第１図はこの発明の基本開先形状を示す縦断面図である
。

すなわち、この発明ではチタン合せ材（１−２）側に幅
’ｌ　１２０−４０ｍｍ、角度０２１０〜６０度、深さ
が合せ材の厚みより僅かに深い切除部（１０）を形成す
る。

切除部（０）の幅１ｈを２０〜４０ｍｍに限定したのは
、２０ｍｍ未満ではチタン側の鋼母材を溶接する際にチ
タンを融合させるおそれがあり、他方４０ｍｍを超える
とチタンの切除に手間がかかるとともに、インサート材
に幅広のものが必要となり、コスト高となるためである
。

また、開先角度θ２を１０〜６０度の範囲に限定したの
は、１０度未満では融合不良の欠陥が生じ易く、他方６
０度を超えると必要以上に溶着量が増加し不経済である
とともに、溶は込み深さが増して鋼母材を溶融するおそ
れがあるためである。

なお、切除部の深さは、合せ材（１−２）と炭素鋼母材
（１−１）の境界からチタンが完全に除去される深さで
あればよく、またインサート材の経済性を考慮すると、
その鋼母材の切込み寸法ｔ３は、０．５〜１．０ｍｍ程
度が好ましい。

チタン切除部（１０に挿入するチタンインサート材（１
１）は、底面と鋼母材（１−１）との間に隙間がなく、
また両側端面とチタン合せ材（１−２）の切除部端面と
の間、すなわちチタン側の開先（１３）が口開き形状と
なるような形状および寸法とする必要がある。

すなわち、インサート材の底面幅が切除部の幅ｌｈを越
えるとインサート材を挿入できず、また切除部の幅１ｈ
より短いとインサート材とクラツド鋼との間に隙間が生
じ、チタン溶接時アークが鋼母材に当る可能性があるこ
と、他方インサート材の上面幅が短いと開先（１３）内
に炭素鋼が露出し、逆に長い場合には開先断面積が減少
し継手強度が低下することになるためである。

なお、インサート材の厚さは該インサート材が切除部に
挿入された状態で上面がチタン合せ材（１−２）と面一
となる厚さにすることはいうまでもない。

溶接方法としては、スパッターが発生せず、しかもガス
シールドが比較的簡便にできることから、一般にチタン
やチタン合金の溶接に使用されているＴＩＧ溶接法が好
適であるが、ＴＩＧ溶接の電流が１５０Ａ未満では１バ
ス溶接で未溶着部が大となり、継手強度が低下する。他
方、２５０Ａを超えると鋼母材を溶融し、溶接金属を脆
化させる。また、ＴＩＧ溶接時の溶は込み深さは電流の
みでなく、アーク電圧や溶接速度にも影響される。した
がって、溶接入熱量の観点からも制限が必要である。溶
接入熱量が１５０００Ｊ／ｒａ未満では未溶着部が大と
なり、２５０００Ｊ／ｎを超えると鋼母材を溶融するこ
とから１５０００〜２５０００Ｊ／ｃｍが最適である。

第２図はこの発明に係る突合せ溶接法を示す説明図であ
る。

すなわち、チタンクラッド鋼板（１）どうしを溶接する
際は、両接合端面に開先を設ける。その場合、チタン合
せ材（１−２）側は接合端部を切除し、鋼母材（１−１
）側は従来と同様Ｖ形を基本とする。

溶接に際しては、まず鋼母材（１−１）の片側に形成し
たＶ形開先（１４）を溶接し、ついで該溶接部の反対側
を裏はつりし、該はつり部（１５）を溶接した後、この
鋼母材溶接部のチタン側を平坦に仕上げる。ここまでは
従来と同様である。

なお、鋼母材の溶接は両側から行なうが、その順序は限
定されない。つまり、図ではチタン側の鋼母材を裏はつ
りしているが、これとは逆にまずチタン側の母材を溶接
し、次に鋼母材側表面を裏はつりしても支障はない。

鋼母材（１−１）の溶接が済むと、チタン合せ材切除部
（１０にチタンインナート材（１１）を挿入し、このイ
ンサート材（１１）とチタン合せ材（１−２）とで形成
された開先（１３）を溶接して、クラツド鋼板（１）の
突合せ溶接を完了する。

突合せ溶接完了後の溶接継手は、インサート材（１１）
とチタン合せ材（１−２）が面一となり突出部が皆無で
、かつ従来の重ね隅肉溶接継手に比べて継手強度も大き
い。

実　　施　　例 実施例１ 第１表に示す化学組成を有するチタンクラッド鋼板を、
同じく第１表に示す化学組成を有するチタンインサート
材を用い、第２表に示す溶接条件で溶接し、）ｑられた
溶接継手の引張試験結果を第４表に、また溶接施工時間
を第５表に、それぞれ従来法による重ね隅肉溶接継手と
比較して示す。

なお、本実施例におけるチタンクラッド鋼板、チタンイ
ンサート材、開先等の仕様を第３図（Ａ＞（本発明法）
および図（Ｂ）　（従来法）と第３表に示す。

第４表より明らかなごとく、従来法では溶は込み深さが
浅いため溶接金属で破断し、十分な強度が得られなかっ
たのに対し、本発明法では解は込み深さが深いため大き
な強度が得られた。

また、第５表より明らかなごとく、従来法では溶接に全
体で８０分要したのに対し、本発明法では４８分と大幅
に短縮できた。

以下余白 第 表 第 表 実施例２ 実施例１の突合せ溶接において、切除部の幅ｉ＋、チタ
ン側の開先角度θ２、チタン切除率、溶接法を第６表に
示すごく変えてチタンクラッド鋼板の突合せ溶接を行な
った結果を、同第６表に併せて示す。

第６表より明らかなごとく、本発明の範囲に入る試験陽
１〜５は、いずれもＴＩＧ溶接法により良好な溶接を行
なうことができた。これに対し、切除幅を１５ｍｍとし
た試験Ｎ１６は、狭幅のために母材溶接時にチタンの溶
融が生じて割れが発生し、逆に広幅とした試験陽１は、
溶接結果は良好であったが、切除部形成に手間がかかり
好ましくない。

また、開先角度θ２を５度にした試験１ｋＬ８は、開先
断面積が狭すぎて融合不良の欠陥が生じた。

同じく開先角度θ２を７０度と逆に広くした試験Ｎｏ、
９は、溶接時鋼母材を溶融し硬化した。

また、切除率８５％でチタンを完全に切除しなかった試
験陽１０は、切除残りのチタンを溶融し割れが発生した
。

実施例３ 実施例１の突合せ溶接において、ＴＩＧ溶接条件を第７
表に示すごとく変えてチタンクラッド鋼板の突合せ溶接
を行なった結果を同第７表に併せて示す。

第７表より明らかなごとく本発明の範囲に入る試験陽１
２〜１６はいずれも良好な溶接を行なうことができた。

これに対し、電流と溶接入熱量の低い陽１７および溶接
入熱量のみ低い陽１８はいずれも溶着量不足であり、と
くに陽１７では融合不良の欠陥が発生した。また、溶接
入熱量の高いＮｏ、１９と２０は鋼母材部が溶融して溶
接金属が硬化し、Ｎｏ、２０には割れが生じた。

以下余白 発明の詳細 な説明したごとく、この発明方法によれば、次に記載す
る効果を奏する。

■　チタン当て板を省略できるので、従来の重ね隅肉溶
接継手のような突起に起因する内容物等の付着、撹拌機
器の接触等の問題を解消できる。

■　チタン溶接時、鋼母材と融合させることなく溶接施
工が可能である。

■　従来の重ね隅肉溶接継手に比べ継手強度が大きい。

■　チタン当て板の省略により、工数の削減およびコス
トの低減がはかられる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の基本開先形状を示す継手部の縦断面
図である。 第２図はこの発明に係る突合せ溶接方法を示す説明図で
ある。 第３図はこの発明の実施例における継手仕様を示す図で
、図（Ａ＞は本発明法、図（Ｂ）は従来法をそれぞれ示
す。 第４図は従来法によるチタンクラッド鋼板の突合せ溶接
方法を示す説明図である。 １・・・チタンクラッド鋼板 １−１・・・鋼母材 １−２・・・チタン合せ材 １１・・・チタンインサート材 １３、１４・・・開先 出願人　　住友金属工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 鋼母材に合せ材としてチタンを接合させたチタンクラッ
   ド鋼板を突合せ溶接する方法において、突合せ部のチタ
   ン合せ材の一部を完全に切除して開先を設けるに際し、
   深さを合せ材の厚さより僅かに深くし、かつ鋼母材切除
   部の底面幅を２０〜４０ｍｍ、角度を２０〜６０度とし
   た開先を設け、該切除部に底面幅を前記鋼母材切除部の
   底面幅に等しく、上面幅を鋼母材切除部の最大幅に等し
   く、かつ角度と厚さを切除部に等しくした逆台形状のチ
   タンインサート材を挿入し、該インサート材を溶接電流
   １５０〜２５０Ａ、溶接入熱量１５０００〜２５０００
   Ｊ／ｃｍでＴＩＧ溶接することを特徴とするチタンクラ
   ッド鋼板の溶接方法。