JPH058044A

JPH058044A - クラツド鋼板の溶接方法

Info

Publication number: JPH058044A
Application number: JP591291A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Takayama; 勝己高山; Naohiko Kagawa; 直彦賀川
Original assignee: JGC Corp
Current assignee: JGC Corp
Priority date: 1991-01-22
Filing date: 1991-01-22
Publication date: 1993-01-19
Anticipated expiration: 2011-06-05
Also published as: JP2503310B2

Abstract

(57)【要約】【目的】クラッド鋼板の溶接の際の浸炭層や金属間化
合物の生成を防いで溶接部の強度の安定化を図る。【構成】クラッド鋼板１，１の溶接において、母材
２，２同士の溶接部３とクラッド材４，４同士の溶接部
１０との間にセラミックス系無機質の被覆層１２を介在
させる。この被覆層１２は溶接部３，１０の一面に直接
形成したり、あるいは被覆層１２を形成した薄板１３を
設置することによって介装される。【効果】母材とクラッド材とが互いに溶け合って脆い
浸炭層や金属間化合物が生成されることを防ぐことがで
きる。これにより、溶接部の強度が不安定となるのを避
けることができ、またクラッド鋼板の溶接に要する時間
と労力が軽減され、高性能の機器材料を安価に供給する
ことが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、炭素鋼やステンレス鋼
等の母材の一方の面にチタン、タンタル、およびジルコ
ニウム等から成るクラッド材が配設されたクラッド鋼板
の溶接方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】このようなクラッド鋼板は、前記クラッ
ド材が極めて耐食性が高いという特性を有することか
ら、海水淡水化プラント、酸工業を初めとする一般化学
プラント、石油化学・石油精製プラント、および原子力
の廃棄物処理プラント等の様々な工業プラントの関連装
置の機器材料として用いられている。そして、このよう
なクラッド鋼板の製造方法も従来は爆着圧接法に限られ
ていたが最近は圧延ロール法によっても可能となり、こ
れによって安価なクラッド鋼板が大量に生産できるよう
になってきた。このため、石油工業を初めとする各工業
分野の海水熱交換器のチャンネルや、化学工業の特殊環
境の機器およびタンク類、あるいは食品・バイオ関連の
機器および貯蔵タンク類、もしくは原子力、化学工業等
の廃液処理を初めとする環境処理装置の機器およびタン
ク類等、その応用範囲は極めて大きく広がっている。

【０００３】ところがこのようなクラッド鋼板を溶接す
る場合には、この溶接部においてクラッド鋼板を構成す
る母材とクラッド材とが互いに溶け合ってＴｉＣやＴａ
Ｃ₂あるいはＺｒＣ等の浸炭層、およびＴｉＦｅやＴａ
Ｆｅ₂あるいはＺｒＦｅ₂等の金属間化合物を生成する。
これらの浸炭層や金属間化合物は非常に脆いことが知ら
れており、このためこのようなクラッド鋼板を溶接して
タンク類や配管等を構成した際に、この溶接部から破断
が生じてしまうおそれがある。

【０００４】そこで従来は図３に示すように、クラッド
鋼板１，１の溶接の際に前記浸炭層や金属間化合物の生
成を防ぐため、初めにまずクラッド鋼板１，１の母材
２，２同士の溶接を行い、この母材２，２同士の溶接部
３のクラッド材４，４側の溶接面を研削または研磨し、
次いでクラッド材４，４の間に該クラッド材４と同質で
かつ厚さの略等しい板状のスペーサ５を介装し、さらに
このスペーサ５を覆うようにして前記クラッド材４と同
質の板材６をクラッド材４，４に溶接してクラッド鋼板
１，１を接合していた。ただし図３において符号７は、
この板材６とクラッド材４，４との溶接部である。また
僅かな例として図４に示すように、断面視に中央部が膨
らんだ前記クラッド材４と同質の板材８を用意し、この
板材８をその中央部が前記母材２，２の溶接部３のクラ
ッド材４，４側の溶接面に当接するように配置した上で
クラッド材４，４に溶接してクラッド鋼板１，１を接合
する方法も採られている。

【０００５】さらに他方では、例えば特開平１−１２２
６７１に示されるように、まずクラッド材の溶接を行っ
た後にこの溶接開先部に母材と同種の当て板を挿入して
母材の溶接を行ったり、逆に母材の溶接を行った後に溶
接開先部にクラッド材と同種の当て板を挿入してクラッ
ド材の溶接を行ったりしてクラッド鋼板の接合を行う方
法も公開されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、まず図
３および図４に示した方法では溶接するクラッド鋼板
１，１の開先部の形状が複雑になることは避けられない
ために該開先部の加工が困難となるとともに母材２，２
の溶接後の前記開先部のクラッド材４，４側の溶接面の
研削・研磨加工の必要があり、これらによって多大な加
工時間が消費されて結果的に溶接の加工コストが高くな
ってしまう。またスペーサ５や板材６，８としてクラッ
ド材４と同質の部材を必要とし、さらにこれらを加工す
る労力も必要とされるため、前記加工コストはさらに割
高になってしまう。これは特に、板材８を複雑な形状に
加工しなければならない図４の方法において顕著であ
る。さらにまたこれらの方法では、クラッド材４，４と
板材６または板材８とを溶接するには２箇所の溶接部
７，７が必要となるため、溶接に要する時間も２倍にな
るという欠点もあった。

【０００７】また一方、特開平１−１２２６７１に示さ
れた方法によれば、確かに母材同士の溶接とクラッド材
同士の溶接との２回の溶接でクラッド鋼板同士の接合が
済むものの、これらの溶接部の開先部において当て板と
母材またはクラッド材との間には、前述した浸炭層およ
び金属間化合物の生成を防ぐためと思われる間隙が形成
されている。このため、このような方法によって溶接さ
れて構成されたクラッド鋼板より成る機器材料では、該
溶接部において強度的な不安定が生じる危険性があって
これを避けるためには溶接部における母材の板厚を大き
く設定する必要があり、またクラッド鋼板の溶接開先部
に前記間隙を形成する必要もあるために、溶接加工時間
の増大を招いて結果的に不経済となってしまう。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は前記の課題を解
決するためになされたもので、請求項１のクラッド鋼板
の溶接方法は、まず母材もしくはクラッド材のうちの一
方を溶接し、次いで、この母材もしくはクラッド材のう
ちの一方の、溶接開先部の母材もしくはクラッド材のう
ちの他方側の面にセラミックス系無機質の被覆層を形成
し、しかる後、母材もしくはクラッド材のうちの他方を
溶接することを特徴とする。

【０００９】また、請求項２のクラッド鋼板の溶接方法
は、まず母材もしくはクラッド材のうちの一方を溶接
し、次いで、この母材もしくはクラッド材のうちの一方
の溶接開先部の、母材もしくはクラッド材のうちの他方
側に、少なくとも一方の面にセラミックス系無機質の被
覆層が形成された母材と同質の薄板を、この被覆層がク
ラッド材側を向くようにして配置するか、母材またはク
ラッド材の溶接部の溶接される面にセラミックス系無機
質を形成させ、溶接材（母材またはクラッド材）と同材
の薄板を配置し、しかる後、母材もしくはクラッド材の
うちの他方を溶接することを特徴とする。

【００１０】なお、このようなセラミックス系無機質の
被覆層は、かかる成分系を含有する塗料を塗布したり、
該成分系のコーティングを施したり、あるいは約１０〜
３００μm程度の厚さの溶射等の表面処理を行ったりし
て形成される。

【００１１】

【作用】本発明によれば、母材もしくはクラッド材の一
方を溶接した後に母材もしくはクラッド材の他方を溶接
する際には、溶接開先部において母材とクラッド材との
間にセラミックス系無機質の被覆層が介在することにな
る。ここで、このようなセラミックス系無機質の層は比
較的融点が高く、溶接の際の熱によっても容易に溶融す
ることがないため、該被覆層の存在によって母材を構成
する鋼材とクラッド材を構成するチタン、タンタル、お
よびジルコニウム等との融合が阻害されて前述した脆い
浸炭層や金属間化合物の生成が抑制される。

【００１２】これにより、母材同士およびクラッド材同
士を直接的に溶接してクラッド鋼板を接合してもこの溶
接部が強度的に不安定になることはなく、また加工工程
の増大を抑えてクラッド鋼板の溶接の簡略化を図ること
が可能となる。

【００１３】

【実施例】以下、図１を参照して本発明の一実施例につ
いて説明する。なお、この図１において図３と同じ部分
には同一の符号を配して説明を簡略化する。

【００１４】この実施例において互いに溶接されて接合
されるクラッド鋼板１，１は、炭素鋼やステンレス鋼等
より成る平板状の母材２の一方の面に、チタン、タンタ
ル、またはジルコニウム等より成るクラッド材４が配設
されて構成されている。そして、溶接開先部において互
いに対向するクラッド鋼板１，１の母材２，２の溶接面
は、その間隔が母材２の他方の面からクラッド材４が配
設された一方の面に向かうに従って狭まるテーパ状に形
成されており、またそれぞれのクラッド材４，４は、こ
れら母材２，２の溶接面の先端より僅かに突出するよう
に設けられている。

【００１５】このようなクラッド鋼板１，１を本実施例
によって溶接するには、まずクラッド材４，４の溶接面
を突き合わせた状態で両者をＴＩＧ溶接等によって溶接
する。なお、図１において符号１０はクラッド材４，４
の溶接部である。そして、溶接されたクラッド材４，４
の開先部の母材２，２側の面に例えばＡｌ₂Ｏ₃等のセラ
ミックス系無機質の被覆層１１を、該成分系を有する塗
料を塗布したり、該成分系のコーティングを施したり、
あるいは厚さ約１０〜３００μmの溶射等の表面処理を
行ったりして形成する。しかる後、母材２，２を被覆ア
ーク溶接等により溶接することによってクラッド鋼板
１，１は接合される。

【００１６】このような溶接方法によれば、母材２，２
同士の溶接の際にクラッド材４，４同士の溶接部１０と
母材２，２同士が溶接される溶接部３との間には、比較
的融点が高くて溶接の熱によっても容易に溶融すること
がないセラミックス系無機質の被覆層１１が介在してい
る。そして、この被覆層１１によって母材２を構成する
炭素鋼やステンレス鋼とクラッド材を構成するチタン、
タンタル、およびジルコニウム等との融合が阻害され、
この結果、これら両者の成分が互いに溶け合ってＴｉＣ
やＴａＣ₂あるいはＺｒＣ等の浸炭層、およびＴｉＦｅ
やＴａＦｅ₂あるいはＺｒＦｅ₂等の金属間化合物が生成
されることを防ぐことができる。

【００１７】このため、クラッド鋼板１，１の母材２，
２同士およびクラッド材４，４同士を直接的に溶接して
も該溶接部３，１０に前記浸炭層や金属間化合物による
脆い部分が形成されることはなく、従ってこのようなク
ラッド鋼板を溶接して構成される機器材料等がクラッド
鋼板の溶接部において強度的に不安定になることもな
い。

【００１８】また、前記被覆層１１は前述したように塗
料の塗布やコーティング、あるいは溶射等の比較的簡単
な手段によって短時間に形成することが可能であり、さ
らに接合されるクラッド鋼板１，１の溶接面も単純な形
状でよいことも相俟って、従来に比べて溶接加工に要す
る時間および労力を大幅に短縮・軽減することが可能で
ある。

【００１９】そして、このようにクラッド鋼板の溶接が
容易になることによって該クラッド鋼板を溶接した構造
の機器材料等を低廉に供給することが可能となる。これ
によって、例えば海水熱交換器のチャンネルがチタンク
ラッド鋼板で安価に製作できることになって材料選択が
やりやすくなり、従来の銅合金、鋼、樹脂コーティング
材では短期間で防食用の電極の取り替えが必要であった
ものが、長期間の連続運転にも何等支障を来すことがな
くなってメンテナンスフリーに近づくことができる。ま
た、樹脂コーティングに代わってこれらのクラッド鋼板
を使うことにより高温の流体が扱えるようになったり、
例えば高濃度の塩分を含んだ流体を扱うプロセスや液相
酸化プロセスおよび酸工業のプロセス等の新しいプロセ
スにこれらのクラッド鋼板を用いることにより、このよ
うなプロセスにおける安全性を高めることが可能とな
る。さらに機器の製作工程が短縮され、単体に比べコス
トが安くなるという利点も有する。

【００２０】なお本実施例では、クラッド鋼板１，１を
溶接する際に、まずクラッド材４，４を溶接してから被
覆層１１を形成した後に母材２，２を溶接したが、これ
とは逆にまず母材２，２を溶接し、次いでこの母材２，
２の溶接部３のクラッド材４，４側の面に被覆層１１を
形成し、しかる後クラッド材４，４を溶接しても構わな
い。

【００２１】次に、図２を用いて本発明の他の実施例に
ついて説明する。なお、この図２においても図１および
図３，４と同じ部分には同一の符号を配して説明を簡略
化する。

【００２２】本実施例では、前記実施例において母材
２，２もしくはクラッド材４，４のうちの一方を溶接し
た後に、この溶接部３もしくは１０の母材２，２もしく
はクラッド材４，４のうちの他方側の面に被覆層１１を
形成する代わりに、一方の面にセラミックス系無機質の
被覆層１２が形成された母材２と同質の薄板１３を、こ
の被覆層１２がクラッド材４，４側を向くようにして配
置し、しかる後、母材２，２もしくはクラッド材４，４
のうちの他方を溶接することを特徴とする。

【００２３】本実施例によっても母材２，２もしくはク
ラッド材４，４を溶接した後にこれらのうちの他方を溶
接する際には、両者の間にはセラミックス系無機質の被
覆層１２が介在することになるので、前記実施例と同様
の効果を得ることができる。しかも、本実施例では被覆
層１２が形成された薄板１３を予め用意しておくことに
より、溶接の際に被覆層１１を形成する前記実施例に比
べて溶接加工時間をさらに短縮することができるという
利点を有する。

【００２４】なお、本実施例においても薄板１３の被覆
層１２は前記実施例同様、塗料の塗布やコーティングあ
るいは溶射等によって容易に形成することができる。ま
た溶接は母材２，２側から行っても、クラッド材４，４
側から行ってもよい。

【００２５】以下、この図２に示した実施例に従ってク
ラッド鋼板を突き合わせ溶接し、溶接部の組織観察試験
を行った結果を示す。この試験に用いたクラッド鋼板
は、厚さ１７ｍｍの炭素鋼（ＳＢ４２）の母材に厚さ３
ｍｍのチタンのクラッド材を配設したものである。そし
て、まず最初にクラッド材の溶接面を突き合わせた上で
クラッド材の母材側の面をＴＩＧ溶接した後、これとは
反対側の面をＴＩＧ溶接してクラッド材を接合した。

【００２６】次いで、母材と同じ炭素鋼（ＳＢ４２）よ
りなる幅１１ｍｍ、長さ３０ｃｍ、厚さ２ｍｍの薄板の
一方の面に、幅１０ｍｍ、厚さ約１０μｍでＡｌ₂Ｏ₃の
被覆層を水性セラミックスコーティングで形成し、乾燥
させた後に被覆層がクラッド材の溶接面を向くようにし
て母材の間に配置した。

【００２７】しかる後、まず薄板の炭素鋼部分と母材と
を被覆アーク溶接によって接合し、次いで母材同士を順
次溶接してクラッド鋼板を接合した。

【００２８】そして溶接終了後、該溶接部のミクロ的、
あるいはマクロ的組織観察を行ったが、ミクロ的には浸
炭層や金属間化合物の生成は認められず、またマクロ的
にも該溶接部においてクラッド鋼板の強度が極端に低下
するようなことはなく、母材、クラッド材、および溶接
部とも健全な溶着状態を示していた。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ク
ラッド鋼板の溶接において母材同士の溶接部とクラッド
材同士の溶接部との間にセラミックス系無機質の被覆層
を介在させることにより、母材を構成する炭素鋼やステ
ンレス鋼とクラッド材を構成するチタン、タンタル、ジ
ルコニウム等が互いに溶け合って脆い浸炭層や金属間化
合物が生成されることを防ぐことができる。これによ
り、該クラッド鋼板よりなる機器材料等において溶接部
にて強度が不安定となるのを避けることができるととも
に、このようなクラッド鋼板の溶接に要する加工時間お
よび労力の軽減を図ることができ、高性能の機器材料を
安価に供給することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるクラッド鋼板の溶接部
を示す断面図である。

【図２】本発明の他の実施例によるクラッド鋼板の溶接
部を示す断面図である。

【図３】従来の例によるクラッド鋼板の溶接部を示す断
面図である。

【図４】従来の例によるクラッド鋼板の溶接部を示す断
面図である。

【符号の説明】

１クラッド鋼板２母材３母材同士の溶接部４クラッド材１０クラッド材同士の溶接部１１，１２被覆層１３薄板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】母材の一方の面にクラッド材が配設され
て成るクラッド鋼板の溶接方法において、まず、前記母
材もしくはクラッド材のうちの一方を溶接し、次いで、
この母材もしくはクラッド材のうちの一方の溶接開先部
の、前記母材もしくはクラッド材のうちの他方側の面に
セラミックス系無機質の被覆層を形成し、しかる後、前
記母材もしくはクラッド材のうちの他方を溶接すること
を特徴とするクラッド鋼板の溶接方法。
【請求項２】母材の一方の面にクラッド材が配設され
て成るクラッド鋼板の溶接方法において、まず、前記母
材もしくはクラッド材のうちの一方を溶接し、次いで、
この母材もしくはクラッド材のうちの一方の溶接開先部
の前記母材もしくはクラッド材のうちの他方側に、少な
くとも一方の面にセラミックス系無機質の被覆層が形成
された前記母材と同質の薄板を、前記被覆層が前記クラ
ッド材側を向くようにして配置し、しかる後、前記母材
もしくはクラッド材のうちの他方を溶接することを特徴
とするクラッド鋼板の溶接方法。