JPH04135074A - 電鋳銅材とステンレス鋼材とのｔｉｇ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】 ［産業上の利用分野コ 本発明はシンクロトロン軌道放射 （Ｓｙｎｃｒｏｔｏｒｏｎ　０ｒｂ１ｔ　Ｒａｄｉａｔ
ｉｏｎ　；以下、ＳＯＲという）装置を構成する重要な
装置のうちの１つである超伝導加速空洞に使用される電
鋳鋼材と、ステンレス鋼材とを溶接するのに好適の電鋳
銅材とステンレス鋼材とのＴＩＧ（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ　
ＩｎｅｒｔＧａｓ）溶接方法に関する。

［従来の技術］ ＳＯＲ装置において、電子を光速にまで加速するために
、加速空洞といわれる装置が使用されている。この装置
はＮｂにより形成されており、極低温に冷却して超伝導
状態を得ている。そして、この加速空洞を構成する部材
にはフランジ部が設けられており、加速空洞は各部材の
フランジ部を相互に電子ビーム溶接することにより組み
立てられている。

しかし、Ｎｂには材料コストが高いと共に加工が困難で
あるという欠点がある。このため、加工が容易であり、
材料コストが低い銅を使用して所定の形状の部材を形成
し、この銅部材にＮｂを蒸着することにより、加速空洞
の構成部材とすることが提案されている。この場合に、
銅の板材又はブロック材から複雑な形状の部材を形成す
ることは困難である。従って、以下に説明する方法によ
り加速空洞用部材を製造する。

先ず、アルミニウムにより雄型を制作し、この雄型の表
面を研磨する。次に、この雄型を電極として、その表面
に銅をメツキする。その後、アルミニウム製の雄型のみ
を溶解する。これにより、電鋳鋼からなる所定の形状の
部材を得ることができる。次いで、この部材の表面にＮ
ｂを蒸着する。

これにより、加速空洞用部材が完成する。このようにし
て製造した加速空洞部材は、電鋳鋼材とステンレス鋼材
とを接合することにより、ＳＯＲに組み込まれる。

このようにして電鋳鋼により部材を製造すると、加速空
洞に必要な複雑な形状の部材を容易に得ることができる
。また、上述の方法により形成した部材は、表面粗度が
優れているという長所もある。

なお、加速空洞において超伝導状態を得るためには、部
材の内面の表面粗度が所定の粗度以下であることが必要
である。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、加速空洞部材をＳＯＲに組み込む際に、
電鋳鋼材とステンレス鋼材とを電子ビーム溶接により溶
接すると、カットが大きくハンピングビードになったり
、溶融部にブローポール及び割れが発生しやすいという
問題点がある。従って、電鋳鋼材とステンレス鋼材とを
良好な状態で溶接することができる溶接方法の開発が要
望されている。

また、従来は電鋳鋼材とステンレス鋼材との電子ビーム
溶接により発生したブローホールを補修することは困難
であるため、電鋳鋼材とステンレス鋼材との溶接部に発
生したブローホール等の欠陥を補修する方法も要望され
ている。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
電鋳鋼材とステンレス鋼材とを良好な状態で溶接するこ
とができると共に、電子ビーム溶接等により発生したブ
ローホール等の欠陥を補修することができる電鋳鋼材と
ステンレス鋼材とのＴＩＧ溶接方法を提供することを目
的とする。

口課題を解決するための手段］ 本発明に係る電鋳鋼材とステンレス鋼材とのＴＩＧ溶接
方法は、２乃至３．５重量％のＴｉ及び０．１乃至１重
量％のＭｎを含有すると共に、Ａ！含有量を０．２重量
％以下、Ｓｉ含有量を０．４重量％以下に規制し、残部
がＮｉ及び不可避的不純物からなる溶加材を使用して電
鋳鋼材とステンレス鋼材とをＴＩＧ溶接することを特徴
とする。

［作用コ 本願発明者等は、加速空洞の製造に好適の電鋳銅材とス
テンレス鋼材とのＴＩＧ溶接方法を開発すべく、種々実
験研究を行なった。その結果、所定量のＴｉ及びＭｎを
含有すると共に、Ａｆ及びＳｉの含有量を規制したＮｉ
合金を溶加材として使用することにより、電鋳銅材とス
テンレス鋼材とを良好な状態でＴＩＧ溶接することがで
きることを見出した。また、例えば、電鋳銅材とステン
レス鋼材とを電子ビーム溶接により接合した際に発生し
たブローホールも、この溶加材を使用したＴＩＧ溶接に
より、容易に補修することができることが判明した。本
発明は、このような実験結果に基づいてなされたもので
ある。

以下に、本発明方法における溶加材の各成分の添加理由
及びその組成限定理由について説明する。

ニーＬ Ｔｆには、脱酸作用があり、電鋳鋼材とステンレス鋼材
との溶接性を向上させる作用がある□。

Ｔｉ含有量が２重量％未満の場合は、溶接部が脱酸不足
になって粒界にキャビティが発生するため、ブローホー
ルが発生しやすくなる。一方、Ｔｉ含有量が３．５重量
％を超えると、粒界部に割れが発生しやすくなる。従っ
て、Ｔｉ含有量は２乃至３．５重量％とする。

社１ Ｍｎも脱酸材として作用し、電鋳鋼材とステンレス鋼材
との溶接性を向上させる。しがし、Ｍｎ含有量が０．１
重量％未満の場合は脱酸作用が十分でなく、ブローホー
ルが発生しゃすくなる。一方、Ｍｎ含有量が１重量％を
超えると、ビード外観が悪くなる。従って、Ｍｎ含有量
はＱ、ｌ乃至１重量％とする。

Ｊ− Ａ！含有量が０．２重量％を超えると、ガンマプライム
が発生しやすくなり、高温割れが発生する。

このため、Ａｆ含有量は０．２重量％以下に規制する。

ＳｉはＮｉと反応して、金属間化合物を生成する。Ｓｉ
含有量が０．４重量％を超えると、この金属間化合物に
起因して割れが発生する。従って、Ｓｉ含有量は０．４
重量％以下に規制する。

なお、原料中に含まれ、又は素材の精練の過程で混入す
る不可避的不純物としては、例えば、Ｃ１Ｐ及びＳ等が
ある。Ｃ含有量が０．１重量％を超えると、割れが発生
しやすくなる。従って、Ｃ含有量は０．１重量％以下に
規制することが好ましい。

また、Ｐ含有量が０．００５重量％を超えると、高温割
れが発生しやすくなる。従って、Ｐ含有量は０．００５
重量％以下に規制することが好ましい。更に、Ｓ含有量
が０．００５重量％を超えると、高温割れが発生しやす
くなる。従って、Ｓ含有量は０．００５重量％以下に規
制することが好ましい。

［実施例コ 次に、本発明の実施例について、その特許請求の範囲か
ら外れる比較例と比較して説明する。

ニッケル系の溶加材を使用し、下記第１表に示す条件で
、電鋳鋼材とステンレス鋼材とのＴＩＧ溶接を行なった
。このニッケル系の溶加材の組成を下記第２表に示す。

但し、実施例３は、電鋳銅材とステンレス鋼材とをＴＩ
Ｇ溶接により一層だけなめ付けした後、割れが発生した
部分を再びニッケル系の溶加材を使用して補修溶接した
ものである。その結果、実施例１，２．３はいずれも予
熱なしで良好な接合状態が得られた。

二葭性上工１ 第１図に示すように、幅が５１の電鋳鋼材１をステンレ
ス鋼材２に突き合わせ、両者をＴＩＧ溶接でなめ付けし
た。このときの溶接条件を下記第１表に示す。即ち、こ
の比較例１，２においては、溶加材は使用せずに溶接を
行なった。その結果、カラーチエツクにより、ビード部
分に多数の赤いじみが認められた。マクロ試験で溶接部
の金属断面を観察すると、内部に電鋳銅材の溶接に特有
のブローホールが存在していた。比較例２においては、
このビードを再び溶融し、カラーチエツクにより検査を
行なった。その結果、前述の赤いじみの部分が大きな割
れになることが判明した。これにより、電鋳鋼材とステ
ンレス鋼材とを直接ＴＩＧ溶接すると、良好な溶接部を
得ることができないことが明らかである。

下記第１表に示す条件で、電鋳鋼材とステンレス鋼材と
をＴＩＧ溶接した。この場合に、溶加材は、下記第２表
に示す組成の銅系のものを使用した。また、継手形状（
開先形状）は、第２図に示すように、角度θが８０″の
Ｖ形開先であり、電鋳鋼材１及びステンレス鋼材２の厚
さｔはいず杵も４ＩＩＩ１１１両者の間隔Ｗは３ｍｍ、
平行部分の高さＨはｌＩｌ！ｌである。その結果、溶接
部に電鋳鋼材の溶接特有のブローホール及び割れが発生
した。

比」先例Ｕユ 銅及びニッケルを混合したモネル系の溶加材を使用し、
下記第１表に示す条件で、電鋳銅材とステンレス鋼材と
のＴＩＧ溶接を行なった。このモネル系の溶加材の組成
も下記第２表に示した。その結果、溶融金属に横割れが
発生した。また、電鋳銅材及びステンレス鋼材のうちの
一方又は双方の部材の板厚が１０ｍｎ＋と厚いため、電
鋳鋼材が溶融せず、ビードが母材に馴染まず、良好な接
合部を得ることができなかった。

Ｌ挽阻１１上止 銅系の溶加材を使用し、下記第１表に示す条件で、電鋳
鋼材とステンレス鋼材とのＴＩＧ溶接を行なった。その
結果、カラーチエツクにより、溶接部の表面に赤いじみ
が認められ、ブルーホールが発生していた。

これらの結果を第１表にまとめて示した。但し、第１表
において、ブローホールの欄は、ブローホールが発生し
なかった場合を０１発生した場合をＸで示した。また、
割れの欄は、割れが発生しなかった場合を０１割れが発
生した場合をＸで示した。更に、総合評価の欄は、ブロ
ーホール及び割れがいずれもない場合を０１ブローホー
ル及び割れのうち少なくとも一方が発生した場合を×で
示した。

この第１表から明らかなように、ニッケル系の溶加材を
使用することにより、電鋳銅材とステンレス鋼材とを良
好な状態でＴＩＧ溶接することができる。

次に、ニッケル系溶加材の組成の変化による溶接部の状
態の変化を調べた。

下記第３表に示す組成の溶加材を使用して、電鋳鋼材と
ステンレス鋼材とのＴＩＧ溶接を行なった。但し、この
場合の溶接条件は、前述の実施例２と同様である。

そして、各実施例及び比較例において、ブローホール及
び割れの発生の有無を調べた。また、その結果から溶接
部の良否を総合的に評価した。これらの結果も第３表に
併せて示した。但し、総合評価の欄は、溶接部に欠陥が
認められない場合を０１ブローホール又は割れが発生し
た場合を×で示した。

この第３表から明らかなように、本発明に係る実施例４
乃至８はいずれも溶接部の状態が良好であった。一方、
溶加材のＴｉ含有量が少ない比較例１１は溶接部にブロ
ーホールが発生した。また、Ｔｉ含有量が多い比較例１
２、Ａ！含有量が多い比較例１３．１４及びＳｉ含有量
が多い比較例１５は、いずれも溶接部に割れが発生した
。

Ｅ発明の効果］ 以上説明したように本発明方法によれば、Ｔｉ及びＭｎ
を夫々所定量含有すると共にＡノ及びＳｉの含有量を規
制したＮｉ系溶加材を使用するから、電鋳鋼材とステン
レス鋼材とを良好な状態でＴＩＧ溶接することができる
。また、本発明方法により、電鋳鋼材とステンレス鋼材
との溶接部に発生したブローホール等の欠陥を補修する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は試験方法の一例を示す平面図、第２図は試験方
法の他の例を示す模式図である。 １；電鋳銅材、２；ステンレス鋼材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）２乃至３．５重量％のＴｉ及び０．１乃至１重量
   ％のＭｎを含有すると共に、Ａｌ含有量を０．２重量％
   以下、Ｓｉ含有量を０．４重量％以下に規制し、残部が
   Ｎｉ及び不可避的不純物からなる溶加材を使用して電鋳
   銅材とステンレス鋼材とをＴＩＧ溶接することを特徴と
   する電鋳銅材とステンレス鋼材とのＴＩＧ溶接方法。