JPH06297151A - ステンレス鋼の溶接方法 - Google Patents
ステンレス鋼の溶接方法Info
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- JPH06297151A JPH06297151A JP5336809A JP33680993A JPH06297151A JP H06297151 A JPH06297151 A JP H06297151A JP 5336809 A JP5336809 A JP 5336809A JP 33680993 A JP33680993 A JP 33680993A JP H06297151 A JPH06297151 A JP H06297151A
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- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/16—Arc welding or cutting making use of shielding gas
- B23K9/164—Arc welding or cutting making use of shielding gas making use of a moving fluid
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- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
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- B23K35/383—Selection of media, e.g. special atmospheres for surrounding the working area mainly containing noble gases or nitrogen
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- B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
- B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550°C
- B23K35/3053—Fe as the principal constituent
- B23K35/308—Fe as the principal constituent with Cr as next major constituent
- B23K35/3086—Fe as the principal constituent with Cr as next major constituent containing Ni or Mn
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Abstract
(57)【要約】
【目的】腐食性気体及び液体による攻撃に対して溶接部
を耐性あるものにする方法を提供する。 【構成】溶接を行う領域においてケイ素含有ガス雰囲気
を用いることによって溶接部位及び溶接部位を実質的に
囲包する領域にケイ素を包含するコーティングを形成す
ることを特徴とする。
を耐性あるものにする方法を提供する。 【構成】溶接を行う領域においてケイ素含有ガス雰囲気
を用いることによって溶接部位及び溶接部位を実質的に
囲包する領域にケイ素を包含するコーティングを形成す
ることを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ステンレス鋼の溶接方
法に関する。
法に関する。
【０００２】表面処理されたステンレス鋼は非常に高い
耐腐食性を有するが、ステンレス鋼が溶接された領域
は、熱の影響を受けた部位における表面パッシベーショ
ン層の破壊及びあり得る金属学的相変態により、腐食に
対する感受性が高い。本発明は、耐腐食性を有意に向上
させることを意図するものである。
耐腐食性を有するが、ステンレス鋼が溶接された領域
は、熱の影響を受けた部位における表面パッシベーショ
ン層の破壊及びあり得る金属学的相変態により、腐食に
対する感受性が高い。本発明は、耐腐食性を有意に向上
させることを意図するものである。
【０００３】
【従来の技術】溶接によりステンレス鋼の耐腐食性が有
意に減少することは正当によく知られている。例えば、
Ｈ．Ｈ．ウーリッヒらの成書「腐食及び腐食制御−腐食
科学及び技術入門」（第３版）に、オーステナイトステ
ンレス鋼を溶接し、ついで腐食環境に供したとき、溶接
部自体ではなく溶接部から幾分離れた領域でオーステナ
イトステンレス鋼の溶接不良（溶接衰弱と呼ばれる）が
生じることが教示されてる。また、ある条件下で、高温
からの迅速な焼入れは、耐腐食性を向上の助けとなるこ
とが教示されている。
意に減少することは正当によく知られている。例えば、
Ｈ．Ｈ．ウーリッヒらの成書「腐食及び腐食制御−腐食
科学及び技術入門」（第３版）に、オーステナイトステ
ンレス鋼を溶接し、ついで腐食環境に供したとき、溶接
部自体ではなく溶接部から幾分離れた領域でオーステナ
イトステンレス鋼の溶接不良（溶接衰弱と呼ばれる）が
生じることが教示されてる。また、ある条件下で、高温
からの迅速な焼入れは、耐腐食性を向上の助けとなるこ
とが教示されている。
【０００４】保護コーティングとしてケイ素を使用する
ことは、かなりよく知られている。例えば、ジャーナル
・オブ・マテリアル・サイエンス第２６巻、９４４５〜
５２頁（１９９１）に掲載された論文「鉄へのケイ素気
相被着：コーティングの組成及び性質にに及ぼす供給源
の影響」において、アームコ鉄がアルゴン、シラン及び
水素のガス混合物で処理できたことが教示された。この
ガス混合物は、７５０℃ないし１１００℃で適用したと
き、最大ケイ素含有率６％（重量）を有する非多孔質接
着性固溶体が提供されたことが教示された。そのような
混合物はＦｅ３Ｓｉの核形成をもたらし、その成長がコ
ーティングの開気孔及びその周辺から起こるものと仮説
立てられた。
ことは、かなりよく知られている。例えば、ジャーナル
・オブ・マテリアル・サイエンス第２６巻、９４４５〜
５２頁（１９９１）に掲載された論文「鉄へのケイ素気
相被着：コーティングの組成及び性質にに及ぼす供給源
の影響」において、アームコ鉄がアルゴン、シラン及び
水素のガス混合物で処理できたことが教示された。この
ガス混合物は、７５０℃ないし１１００℃で適用したと
き、最大ケイ素含有率６％（重量）を有する非多孔質接
着性固溶体が提供されたことが教示された。そのような
混合物はＦｅ３Ｓｉの核形成をもたらし、その成長がコ
ーティングの開気孔及びその周辺から起こるものと仮説
立てられた。
【０００５】ステンレス鋼特に３１６Ｌステンレス鋼
は、非常に高い耐腐食性を有することが知られている。
事実、３１６Ｌステンレス鋼製の管は、腐食性ガスを移
送するためのそのような管が要求されているマイクロエ
レクトロニクス及び半導体製造設備において、配管とし
て選ばれるほどのものである。ステンレス鋼管は、電解
研磨、酸素パッシベーション、輝度焼なまし等の表面処
理を施すことによりさらに耐腐食性が向上する。電解研
磨した管は、不純物吸収及び耐腐食性の観点から、現在
の好ましい配管である。
は、非常に高い耐腐食性を有することが知られている。
事実、３１６Ｌステンレス鋼製の管は、腐食性ガスを移
送するためのそのような管が要求されているマイクロエ
レクトロニクス及び半導体製造設備において、配管とし
て選ばれるほどのものである。ステンレス鋼管は、電解
研磨、酸素パッシベーション、輝度焼なまし等の表面処
理を施すことによりさらに耐腐食性が向上する。電解研
磨した管は、不純物吸収及び耐腐食性の観点から、現在
の好ましい配管である。
【０００６】また、ＥＰ−Ａ−５１２７８２には、ステ
ンレス鋼管の表面をアルゴンでフラッシングし、この管
を少なくとも４時間２５０℃〜５００℃の温度でベーキ
ングすることによってステンレス鋼を表面パッシベート
化する方法が開示されている。
ンレス鋼管の表面をアルゴンでフラッシングし、この管
を少なくとも４時間２５０℃〜５００℃の温度でベーキ
ングすることによってステンレス鋼を表面パッシベート
化する方法が開示されている。
【０００７】ステンレス鋼管は、一般に、軌道（orbita
l ）タングステンイナートガス（ＴｉＧ）またはメタル
イナートガス（ＭｉＧ）法を用いた溶接により組み立て
られる。そのような方法において、タングステンやタン
グステン合金のような非消耗性電極とＬステンレス鋼系
金属との間にアークが形成される。他の全ての溶接方法
と同様、必要な熱は、電力源によって供給される電気エ
ネルギーによって開始され維持されるアークによって供
給される。この方法には、ＡＣ、ＤＣまたは組み合わせ
たＡＣ−ＤＣからなる定電流電力源が使用される。
l ）タングステンイナートガス（ＴｉＧ）またはメタル
イナートガス（ＭｉＧ）法を用いた溶接により組み立て
られる。そのような方法において、タングステンやタン
グステン合金のような非消耗性電極とＬステンレス鋼系
金属との間にアークが形成される。他の全ての溶接方法
と同様、必要な熱は、電力源によって供給される電気エ
ネルギーによって開始され維持されるアークによって供
給される。この方法には、ＡＣ、ＤＣまたは組み合わせ
たＡＣ−ＤＣからなる定電流電力源が使用される。
【０００８】ホースとケーブルに接続された適切な設計
のトーチが電極を保持し、不活性ガスを分配し、冷媒が
使用されてる場合トーチヘッドを冷却し、エネルギーを
電極に供給する。アークは、高度に集中され、１９，４
２５℃までの温度を発生させることができる。
のトーチが電極を保持し、不活性ガスを分配し、冷媒が
使用されてる場合トーチヘッドを冷却し、エネルギーを
電極に供給する。アークは、高度に集中され、１９，４
２５℃までの温度を発生させることができる。
【０００９】溶接パドル及びアーク領域は、雰囲気中に
含有された酸素及び窒素からの汚染に対して不活性ガス
のシールドにより保護される。不活性ガスは、一般に、
Ａｒ、Ｈｅ、Ｈ2 、Ｎ2 、ＡｒとＨｅの混合物、Ｈｅと
Ｈ2 の混合物、及びそれらの混合物からなる群の中から
選ばれる。水分、ダスト、懸濁した金属粒子等の他の汚
染質も、液体状態または固化過程の金属との接触を防止
される。
含有された酸素及び窒素からの汚染に対して不活性ガス
のシールドにより保護される。不活性ガスは、一般に、
Ａｒ、Ｈｅ、Ｈ2 、Ｎ2 、ＡｒとＨｅの混合物、Ｈｅと
Ｈ2 の混合物、及びそれらの混合物からなる群の中から
選ばれる。水分、ダスト、懸濁した金属粒子等の他の汚
染質も、液体状態または固化過程の金属との接触を防止
される。
【００１０】ステンレス鋼特に３１６Ｌステンレス鋼は
非常に高い耐腐食性であることが知られているにもかか
わらず、液相及び気相の双方において、溶接ビードを含
みその回りの領域内で腐食感受性が劇的に増大する。そ
の結果、表面処理を施した３１６Ｌステンレス鋼を使用
したにもかかわらず、配管不良がありふれたものとなっ
ている。ステンレス鋼管が液状及び気体状腐食性流体と
接触することによって悪影響を被るよりはるか前に、溶
接接続が故障してしまう。
非常に高い耐腐食性であることが知られているにもかか
わらず、液相及び気相の双方において、溶接ビードを含
みその回りの領域内で腐食感受性が劇的に増大する。そ
の結果、表面処理を施した３１６Ｌステンレス鋼を使用
したにもかかわらず、配管不良がありふれたものとなっ
ている。ステンレス鋼管が液状及び気体状腐食性流体と
接触することによって悪影響を被るよりはるか前に、溶
接接続が故障してしまう。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、腐食性気体及び液体による攻撃に対して溶接部を耐
性あるものにする方法を提供することにある。
は、腐食性気体及び液体による攻撃に対して溶接部を耐
性あるものにする方法を提供することにある。
【００１２】また、本発明の課題は、軌道タングステン
イナートガス溶接を実施するに際して現在経験されてい
る費用及び複雑さを実質的に増加させることなく都合の
よい方法により腐食性気体及び液体による攻撃に対して
３１６Ｌステンレス鋼の溶接部を耐性あるものにする方
法を提供することにある。
イナートガス溶接を実施するに際して現在経験されてい
る費用及び複雑さを実質的に増加させることなく都合の
よい方法により腐食性気体及び液体による攻撃に対して
３１６Ｌステンレス鋼の溶接部を耐性あるものにする方
法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、ステンレス鋼
の溶接方法に関するものである。この溶接方法は、溶接
部位及びこれを囲包する領域にケイ素を包含するコーテ
ィングを形成することによって改善される。好ましく
は、電解研磨、酸素パッシベーション及び輝度焼なまし
からなる群の中から選ばれる方法によって表面処理され
た３１６Ｌステンレス鋼管が採用される。しかしなが
ら、本発明は、米国鉄鋼協会の「鋼製品便覧：ステンレ
ス及び耐熱性鋼」第１８〜２０頁に例示されているよう
ないずれの種類のステンレス鋼にも適用できる。溶接
は、好ましくは軌道タングステンイナートガス（Ｔｉ
Ｇ）法を用いることによって、不活性ガスの存在下で行
われる。溶接操作中適切な量のケイ素含有ガスを維持す
ることによって上記ケイ素コーティングが形成される。
このケイ素含有ガスは、通常、水素化ケイ素、好ましく
はシランである。しかしながら、Ｓｉ2 Ｈ6 、ＳｉＣｌ
4 、ＳｉＨ2 Ｃｌ2 、ＳｉＦ4 またはシロキサンも使用
できる。ケイ素含有ガスは、一般に、溶接部位及びこれ
を囲包する領域における不活性ガスの量を基準として周
囲圧力で１０体積％未満、好ましくは０．０１ないし２
％（体積）の濃度に維持される。
の溶接方法に関するものである。この溶接方法は、溶接
部位及びこれを囲包する領域にケイ素を包含するコーテ
ィングを形成することによって改善される。好ましく
は、電解研磨、酸素パッシベーション及び輝度焼なまし
からなる群の中から選ばれる方法によって表面処理され
た３１６Ｌステンレス鋼管が採用される。しかしなが
ら、本発明は、米国鉄鋼協会の「鋼製品便覧：ステンレ
ス及び耐熱性鋼」第１８〜２０頁に例示されているよう
ないずれの種類のステンレス鋼にも適用できる。溶接
は、好ましくは軌道タングステンイナートガス（Ｔｉ
Ｇ）法を用いることによって、不活性ガスの存在下で行
われる。溶接操作中適切な量のケイ素含有ガスを維持す
ることによって上記ケイ素コーティングが形成される。
このケイ素含有ガスは、通常、水素化ケイ素、好ましく
はシランである。しかしながら、Ｓｉ2 Ｈ6 、ＳｉＣｌ
4 、ＳｉＨ2 Ｃｌ2 、ＳｉＦ4 またはシロキサンも使用
できる。ケイ素含有ガスは、一般に、溶接部位及びこれ
を囲包する領域における不活性ガスの量を基準として周
囲圧力で１０体積％未満、好ましくは０．０１ないし２
％（体積）の濃度に維持される。
【００１４】溶接前に、特に管溶接に関して、管中にア
ルゴン、ヘリウム、窒素、水素等の不活性ガスを注入す
ることによって管の周囲及び／または管の中でパージを
行う。しかしながら、窒素や水素のようなガスは、特に
パージを周囲温度で行わずに（周囲温度がより簡単であ
る）、表面の脱ガスを容易にするためにより高い温度で
行う場合、それらの金属との反応故に、通常使用されな
いか、使用されても限られた濃度で使用される。（温度
は、７００℃もの高温であってもよいが、好ましくは１
２０℃以下に制限される。）このパージは、通常、大気
圧下で行われる。
ルゴン、ヘリウム、窒素、水素等の不活性ガスを注入す
ることによって管の周囲及び／または管の中でパージを
行う。しかしながら、窒素や水素のようなガスは、特に
パージを周囲温度で行わずに（周囲温度がより簡単であ
る）、表面の脱ガスを容易にするためにより高い温度で
行う場合、それらの金属との反応故に、通常使用されな
いか、使用されても限られた濃度で使用される。（温度
は、７００℃もの高温であってもよいが、好ましくは１
２０℃以下に制限される。）このパージは、通常、大気
圧下で行われる。
【００１５】溶接は、通常行われているようにＭｉＧま
たはＴｉＧ溶接により、空気もなお許容できるが好まし
くは制御された雰囲気中で行われる。この溶接は、上に
説明したように、ケイ素含有ガスを包含するＴｉＧまた
はＭｉＧガスを用いて行う。溶接中、好ましくは同じ大
気圧で、同じ（または異なる）ガス混合物を用いて管内
のパージを続けることができる。溶接が完結したら、溶
接工程後の安全性を改善し、溶接部位及び管を冷却し、
及び管を例えばケイ素ウエハまたは集積回路の製造に使
用される液またはガスの移送に使用する場合特に重要で
ある粒子形成を低減するために、パージを続行する（ま
たは新たなパージ工程を開始する）ことが好ましい。し
かしながら、溶接工程の前または後（またはその双方）
でパージを行うことなく本発明の溶接工程を行うことも
できる。
たはＴｉＧ溶接により、空気もなお許容できるが好まし
くは制御された雰囲気中で行われる。この溶接は、上に
説明したように、ケイ素含有ガスを包含するＴｉＧまた
はＭｉＧガスを用いて行う。溶接中、好ましくは同じ大
気圧で、同じ（または異なる）ガス混合物を用いて管内
のパージを続けることができる。溶接が完結したら、溶
接工程後の安全性を改善し、溶接部位及び管を冷却し、
及び管を例えばケイ素ウエハまたは集積回路の製造に使
用される液またはガスの移送に使用する場合特に重要で
ある粒子形成を低減するために、パージを続行する（ま
たは新たなパージ工程を開始する）ことが好ましい。し
かしながら、溶接工程の前または後（またはその双方）
でパージを行うことなく本発明の溶接工程を行うことも
できる。
【００１６】溶接部位が、溶接領域と離れた場所の管部
分とは異なる挙動を示すことは、驚くべきことではな
い。溶接は、高温での溶融を含むので、表面酸化は予想
される結果である。しかしながら、溶接操作と実質的に
同時にケイ素コーティングを形成することによって熱影
響を受けた領域における腐食感受性が最小限に抑制でき
ることが本発明によって見いだされた。少量、すなわち
溶接部位及びこれを囲包する領域における不活性ガスの
量に基づいて約０．０１％ないし２％（体積）のシラン
ガスを含めることによって、電解研磨、酸素パッシベー
ションまたは輝度焼なましのいずれかによって表面処理
された３１６Ｌステンレス鋼に対して特に有用なケイ素
コーティングが生成することが特別に見いだされた。
分とは異なる挙動を示すことは、驚くべきことではな
い。溶接は、高温での溶融を含むので、表面酸化は予想
される結果である。しかしながら、溶接操作と実質的に
同時にケイ素コーティングを形成することによって熱影
響を受けた領域における腐食感受性が最小限に抑制でき
ることが本発明によって見いだされた。少量、すなわち
溶接部位及びこれを囲包する領域における不活性ガスの
量に基づいて約０．０１％ないし２％（体積）のシラン
ガスを含めることによって、電解研磨、酸素パッシベー
ションまたは輝度焼なましのいずれかによって表面処理
された３１６Ｌステンレス鋼に対して特に有用なケイ素
コーティングが生成することが特別に見いだされた。
【００１７】図１は、本発明に従うテストを行うための
バックシールドガス供給システムを示す図であり、アル
ゴンシリンダー１及びシラン／アルゴンシリンダーが、
それぞれバルブシステム３及び４と流量計５を介して溶
接（ＴｉＧ）装置６に接続されている。
バックシールドガス供給システムを示す図であり、アル
ゴンシリンダー１及びシラン／アルゴンシリンダーが、
それぞれバルブシステム３及び４と流量計５を介して溶
接（ＴｉＧ）装置６に接続されている。
【００１８】図２は、シールドガスとしてアルゴン中
０．４６８％ＳｉＨ4 （体積）を用いたＴｉＧ法により
溶接された輝度焼なまし（ＢＡ）管におけるコーティン
グのケイ素含有率の横方向変化を示す図である。図３
は、ＢＡ管及び電解研磨（ＥＰ）管におけるビードから
の距離に対するコーティング中のＳｉ含有率の変化を示
すグラフである。
０．４６８％ＳｉＨ4 （体積）を用いたＴｉＧ法により
溶接された輝度焼なまし（ＢＡ）管におけるコーティン
グのケイ素含有率の横方向変化を示す図である。図３
は、ＢＡ管及び電解研磨（ＥＰ）管におけるビードから
の距離に対するコーティング中のＳｉ含有率の変化を示
すグラフである。
【００１９】図４は、シールドガスとしてアルゴン中
０．４６８％シラン（体積）を用いて溶接されたＥＰ管
におけるコーティングのＳｉ含有率の横方向変化を示す
図である。
０．４６８％シラン（体積）を用いて溶接されたＥＰ管
におけるコーティングのＳｉ含有率の横方向変化を示す
図である。
【００２０】図５は、ＳｉＨ4 ／アルゴン混合物または
アルゴン中５％Ｈ2 （体積）を用いて溶接されたＢＡ及
びＥＰ管における平均粗さとバックシールドガス流量と
の関係を示すグラフである。
アルゴン中５％Ｈ2 （体積）を用いて溶接されたＢＡ及
びＥＰ管における平均粗さとバックシールドガス流量と
の関係を示すグラフである。
【００２１】
例 １ 電解研磨により表面被覆された３１６Ｌステンレス鋼か
らなる管部材を流量１０リットル／分でアルゴン中５体
積％の水素ガスからなるパージガスに約１０分間供し
た。ついで、内部バックシールドガスをアルゴン中０．
５体積％のシランＳｉＨ4 に切り換えた。この混合物の
流れを約１分間一定に保ち、以下のパラメーターを有す
るカジョン（Cajon ）溶接システム１００ＤＪＲＴＩＧ
溶接機を用いて溶接を実施した。
らなる管部材を流量１０リットル／分でアルゴン中５体
積％の水素ガスからなるパージガスに約１０分間供し
た。ついで、内部バックシールドガスをアルゴン中０．
５体積％のシランＳｉＨ4 に切り換えた。この混合物の
流れを約１分間一定に保ち、以下のパラメーターを有す
るカジョン（Cajon ）溶接システム１００ＤＪＲＴＩＧ
溶接機を用いて溶接を実施した。
【００２２】 パルス溶接（周波数） ０Ｈｚ 電極 タングステン 電極管間隔 ０．８７５ｍ
ｍ 電流パルス高 １５〜２０Ａ 下部電流維持 １５〜２０Ａ デューティサイクル ５０％ 開始電流 ５０Ａ 持続時間 ０．１５ｓ 予備パージ １０ｓ 滞在時間 ２０ｓ ダウンスロープ時間 ４ｓ 後パージ ２０ｓ 最高速度 ５０％ 溶接直後、上記ＳｉＨ4 ／Ａｒからアルゴン中５体積％
のＨ2 混合物に切り換えて、約１分間管をパージした。
この工程は、２、３、４、５、６、８及び１０リットル
／分の流量で行った。ついで、得られたコーティングの
物性例えばケイ素含有率、液相及び気相耐腐食性、及び
表面粗さを測定した。
ｍ 電流パルス高 １５〜２０Ａ 下部電流維持 １５〜２０Ａ デューティサイクル ５０％ 開始電流 ５０Ａ 持続時間 ０．１５ｓ 予備パージ １０ｓ 滞在時間 ２０ｓ ダウンスロープ時間 ４ｓ 後パージ ２０ｓ 最高速度 ５０％ 溶接直後、上記ＳｉＨ4 ／Ａｒからアルゴン中５体積％
のＨ2 混合物に切り換えて、約１分間管をパージした。
この工程は、２、３、４、５、６、８及び１０リットル
／分の流量で行った。ついで、得られたコーティングの
物性例えばケイ素含有率、液相及び気相耐腐食性、及び
表面粗さを測定した。
【００２３】ＳｉＨ4 ／Ａｒの流量とともにコーティン
グの幅が代表的な値約８ｍｍをもってやや変化したこと
が認められた。電子エネルギー分散分光分析により、コ
ーティングのケイ素含有率が管の軸に沿って５ないし６
５原子％間で変化していることが確認された。また、ア
ルゴン中０．５％ＳｉＨ4 （体積）を用いた溶接領域の
平均表面粗さは、同一条件下でＨ2 Ａｒ混合物と比べて
ＳｉＨ4 含有バックシールドガスを用いたとき、有意に
変化することがなかった。３．３％ＦｅＣｌ3／５．７
Ｎ ＨＣｌの溶液にＳｉ被覆溶接部位を室温で曝したと
き、４時間後、ほんのわずかな腐食スポットが生じたに
過ぎなかったが、非被覆部分は、１時間後でも有意に腐
食された。
グの幅が代表的な値約８ｍｍをもってやや変化したこと
が認められた。電子エネルギー分散分光分析により、コ
ーティングのケイ素含有率が管の軸に沿って５ないし６
５原子％間で変化していることが確認された。また、ア
ルゴン中０．５％ＳｉＨ4 （体積）を用いた溶接領域の
平均表面粗さは、同一条件下でＨ2 Ａｒ混合物と比べて
ＳｉＨ4 含有バックシールドガスを用いたとき、有意に
変化することがなかった。３．３％ＦｅＣｌ3／５．７
Ｎ ＨＣｌの溶液にＳｉ被覆溶接部位を室温で曝したと
き、４時間後、ほんのわずかな腐食スポットが生じたに
過ぎなかったが、非被覆部分は、１時間後でも有意に腐
食された。
【００２４】例 ２ 外側シールドガスとして流量１０リットル／分のアルゴ
ンを用い例１と同じ条件でＴｉＧ溶接を行った。管の内
側をアルゴンでパージした後１０リットル／分の流量の
アルゴン中０．０５％シランを導入した。溶接後、管を
ＨＢｒ溶液（４７）からなる蒸気に室温で２５時間曝し
た。ケイ素で被覆された溶接ビード及びその近傍は腐食
されなかった。これに対し、管の非被覆部分は２５時間
ＨＢｒ蒸気に曝した後腐食された。
ンを用い例１と同じ条件でＴｉＧ溶接を行った。管の内
側をアルゴンでパージした後１０リットル／分の流量の
アルゴン中０．０５％シランを導入した。溶接後、管を
ＨＢｒ溶液（４７）からなる蒸気に室温で２５時間曝し
た。ケイ素で被覆された溶接ビード及びその近傍は腐食
されなかった。これに対し、管の非被覆部分は２５時間
ＨＢｒ蒸気に曝した後腐食された。
【００２５】例 ３ 電解研磨及び輝度焼なましにより表面処理された１／４
インチＳＵＳ３１６Ｌからなる管を用いた。ＳＵＳ３１
６Ｌ管の組成は、下記表１に示す通りであった。
インチＳＵＳ３１６Ｌからなる管を用いた。ＳＵＳ３１
６Ｌ管の組成は、下記表１に示す通りであった。
【００２６】
【表１】 掻き傷の存在により、ＢＡ管の表面は、非常に平滑なも
のではなかった（Ｒａ＝０．２７μｍ）。しかしなが
ら、電解研磨表面は、非常に平滑であり（Ｒａ＝０．１
μｍ）、薄い（３０〜５０Ａ）Ｃｒリッチのパッシベー
ション層により覆われていた。
のではなかった（Ｒａ＝０．２７μｍ）。しかしなが
ら、電解研磨表面は、非常に平滑であり（Ｒａ＝０．１
μｍ）、薄い（３０〜５０Ａ）Ｃｒリッチのパッシベー
ション層により覆われていた。
【００２７】管を溶接装置（カジョンＣＷＳ−１００Ｄ
ＪＲ）の取り付けブロックに組み込んだ。管の内部及び
外部をアルゴン及びアルゴン中５体積％Ｈ2 を用いて約
１０分間パージした。パージガスの流量は１０リットル
／分に維持した。パージ後、内部バックシールドガスを
ＳｉＨ4 ／Ａｒに切り替え、再びパージを１分間行っ
た。ついて、通常の手法により大気圧下で溶接を行っ
た。溶接直後に、ＳｉＨ4／Ａｒをアルゴン中５体積％
Ｈ2 に切り換えて管を約１分間パージした。この手順を
下記表２に示す種々の流量で行った。
ＪＲ）の取り付けブロックに組み込んだ。管の内部及び
外部をアルゴン及びアルゴン中５体積％Ｈ2 を用いて約
１０分間パージした。パージガスの流量は１０リットル
／分に維持した。パージ後、内部バックシールドガスを
ＳｉＨ4 ／Ａｒに切り替え、再びパージを１分間行っ
た。ついて、通常の手法により大気圧下で溶接を行っ
た。溶接直後に、ＳｉＨ4／Ａｒをアルゴン中５体積％
Ｈ2 に切り換えて管を約１分間パージした。この手順を
下記表２に示す種々の流量で行った。
【００２８】
【表２】 上記工程が完了した後、ダイアモンドカッターで管を半
分に切断し、表面物性を測定した。溶接ビード及び熱影
響を受けた領域での表面Ｓｉ濃度をエネルギー分散Ｘ線
分光分析で測定した。溶接領域の平均表面粗さを測定す
るために、ミツトヨＳｕｆｔｅｓｔ−４０２粗さ試験機
を用いた。管の１５ｍｍ部分が溶接ビード、熱影響を受
けた領域及び熱影響を受けなかった領域からなってい
た。各領域を３．３％ＦｅＣｌ3 ／５．７Ｎ ＨＣｌ溶
液による腐食に６時間供した。１時間毎に試料を溶液か
ら取り出し、脱イオン水で洗浄し、窒素中で乾燥した。
ついで、管を新たな腐食溶液に再度浸漬した。
分に切断し、表面物性を測定した。溶接ビード及び熱影
響を受けた領域での表面Ｓｉ濃度をエネルギー分散Ｘ線
分光分析で測定した。溶接領域の平均表面粗さを測定す
るために、ミツトヨＳｕｆｔｅｓｔ−４０２粗さ試験機
を用いた。管の１５ｍｍ部分が溶接ビード、熱影響を受
けた領域及び熱影響を受けなかった領域からなってい
た。各領域を３．３％ＦｅＣｌ3 ／５．７Ｎ ＨＣｌ溶
液による腐食に６時間供した。１時間毎に試料を溶液か
ら取り出し、脱イオン水で洗浄し、窒素中で乾燥した。
ついで、管を新たな腐食溶液に再度浸漬した。
【００２９】ケイ素系コーティングは、溶接ビード及び
熱影響を受けた領域の双方で溶接後に形成された。コー
ティングは、溶接ビードの両側で均質に分ぷしていない
ことが認められた。輝度焼なまし（ＢＡ）管において、
Ｓｉコーティングの幅は、内部バックシールドガス（Ｓ
ｉＨ4 ／Ａｒ）の流量に関しランダムに変化している
（７．７ないし８．３ｍｍ）。しかしながら、電解研磨
（ＥＰ）管では、下記表３に示すように、幅は流量とと
もに７．１ｍｍから８．０ｍｍに増加している。
熱影響を受けた領域の双方で溶接後に形成された。コー
ティングは、溶接ビードの両側で均質に分ぷしていない
ことが認められた。輝度焼なまし（ＢＡ）管において、
Ｓｉコーティングの幅は、内部バックシールドガス（Ｓ
ｉＨ4 ／Ａｒ）の流量に関しランダムに変化している
（７．７ないし８．３ｍｍ）。しかしながら、電解研磨
（ＥＰ）管では、下記表３に示すように、幅は流量とと
もに７．１ｍｍから８．０ｍｍに増加している。
【００３０】
【表３】 一般に、輝度焼なまし管について測定したコーティング
の幅は、電解研磨管よりも大きいことが認められた。さ
らに、コーティングのケイ素含有率は、バックシールド
ガス供給側から反対側に向かって管に沿って徐々に減少
していることが認められた。１０リットル／分の流量
で、コーティング中のＳｉ含有率は、輝度焼なまし管で
４５から８３原子％まで、電解研磨管で２７から７５原
子％まで変化する。
の幅は、電解研磨管よりも大きいことが認められた。さ
らに、コーティングのケイ素含有率は、バックシールド
ガス供給側から反対側に向かって管に沿って徐々に減少
していることが認められた。１０リットル／分の流量
で、コーティング中のＳｉ含有率は、輝度焼なまし管で
４５から８３原子％まで、電解研磨管で２７から７５原
子％まで変化する。
【００３１】輝度焼なまし管及び電解研磨管の双方の溶
接領域の平均粗さは、ＳｉＨ4 ／Ａｒ及びアルゴン中５
体積％Ｈ2 のバックシールドガス流量とともに変動し
た。しかしながら、１０リットル／分のバックシールド
ガス流量において、ＳｉＨ4 ／Ａｒで溶接した管の平均
粗さは、ノキサール（Noxal ）で溶接したものと同様か
それよりも良好であった。これを下記表４に示す。
接領域の平均粗さは、ＳｉＨ4 ／Ａｒ及びアルゴン中５
体積％Ｈ2 のバックシールドガス流量とともに変動し
た。しかしながら、１０リットル／分のバックシールド
ガス流量において、ＳｉＨ4 ／Ａｒで溶接した管の平均
粗さは、ノキサール（Noxal ）で溶接したものと同様か
それよりも良好であった。これを下記表４に示す。
【００３２】
【表４】 ＳｉＨ4 ／Ａｒをバックシールドガスとして用いて溶接
した輝度焼なまし管及び電解研磨管の双方の溶接領域
は、ケイ素で被覆されていない管に比べて、湿潤腐食ま
たは孔食に対して顕著な耐性を示した。ＳｉＨ4 ／Ａｒ
を用いて溶接した管の溶接領域（Ｓｉ被覆領域）は、腐
食性３．３％ＦｅＣｌ3 ／５．７Ｎ ＨＣｌ溶液に６時
間浸漬しても２、３のわずかな腐食点を除いてほぼ完全
に変化しなかった。また、シランガスの最も理想的な流
量は、約１０リットル／分であると結論付けられた。こ
の流量を越えると、溶接中に粒子形成の可能性が高くな
った。
した輝度焼なまし管及び電解研磨管の双方の溶接領域
は、ケイ素で被覆されていない管に比べて、湿潤腐食ま
たは孔食に対して顕著な耐性を示した。ＳｉＨ4 ／Ａｒ
を用いて溶接した管の溶接領域（Ｓｉ被覆領域）は、腐
食性３．３％ＦｅＣｌ3 ／５．７Ｎ ＨＣｌ溶液に６時
間浸漬しても２、３のわずかな腐食点を除いてほぼ完全
に変化しなかった。また、シランガスの最も理想的な流
量は、約１０リットル／分であると結論付けられた。こ
の流量を越えると、溶接中に粒子形成の可能性が高くな
った。
【図１】本発明に従うテストを行うためのバックシール
ドガス供給システムを示す図。
ドガス供給システムを示す図。
【図２】シールドガスとしてアルゴン中０．４６８％Ｓ
ｉＨ4 （体積）を用いたＴｉＧ法により溶接された輝度
焼なまし（ＢＡ）管におけるコーティングのケイ素含有
率の横方向変化を示す図である。
ｉＨ4 （体積）を用いたＴｉＧ法により溶接された輝度
焼なまし（ＢＡ）管におけるコーティングのケイ素含有
率の横方向変化を示す図である。
【図３】ＢＡ管及び電解研磨（ＥＰ）管におけるビード
からの距離に対するコーティング中のＳｉ含有率の変化
を示すグラフ図。
からの距離に対するコーティング中のＳｉ含有率の変化
を示すグラフ図。
【図４】シールドガスとしてアルゴン中０．４６８％シ
ラン（体積）を用いて溶接されたＥＰ管におけるコーテ
ィングのＳｉ含有率の横方向変化を示す図。
ラン（体積）を用いて溶接されたＥＰ管におけるコーテ
ィングのＳｉ含有率の横方向変化を示す図。
【図５】ＳｉＨ4 ／アルゴン混合物またはアルゴン中５
％Ｈ2 （体積）を用いて溶接されたＢＡ及びＥＰ管にお
ける平均粗さとバックシールドガス流量との関係を示す
グラフ図。
％Ｈ2 （体積）を用いて溶接されたＢＡ及びＥＰ管にお
ける平均粗さとバックシールドガス流量との関係を示す
グラフ図。
１…アルゴンシリンダー、２…シラン／アルゴンシリン
ダー、６…溶接装置。
ダー、６…溶接装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アラン・ボアロー 茨城県土浦市港町 １−８−32、ノーブ ル・ティー 101 (72)発明者 ジャン − マリー・フリード 東京都中央区新川 １−28ー７、隅田リバ ーサイドタワー 1401号室
Claims (16)
- 【請求項１】 ガス雰囲気下でステンレス鋼を溶接する
方法において、溶接を行う領域においてケイ素含有ガス
もしくはガス混合物を包含するガス雰囲気を用いること
によって溶接部位及び溶接部位を実質的に囲包する領域
にケイ素を包含するコーティングを形成することを特徴
とする溶接方法。 - 【請求項２】 ケイ素含有ガスもしくはガス混合物が、
水素化ケイ素を包含する請求項１記載の溶接方法。 - 【請求項３】 水素化ケイ素が、シランである請求項２
記載の溶接方法。 - 【請求項４】 ステンレス鋼が、３１６Ｌを含む請求項
１ないし３のいずれか１項記載の溶接方法。 - 【請求項５】 ステンレス鋼が、電解研磨、酸素パッシ
ベーション、または光輝焼なましにより表面処理された
ものである請求項１ないし４のいずれか１項記載の溶接
方法。 - 【請求項６】 溶接部位及び溶接部位を実質的に囲包す
る領域で充分な良の不活性ガスを維持することによって
溶接を行う請求項１ないし５のいずれか１項記載の溶接
方法。 - 【請求項７】 不活性ガスが、Ａｒ、Ｈｅ、Ｈ2 、
Ｎ2 、ＡｒとＨｅの混合物、ＨｅとＨ2 の混合物、及び
それらの混合物からなる群の中から選ばれる請求項６記
載の溶接方法。 - 【請求項８】 軌道タングステンイナートガス（Ｔｉ
Ｇ）溶接またはメタルイナートガス（ＭｉＧ）溶接によ
って溶接を行う請求項１ないし７のいずれか１項記載の
溶接方法。 - 【請求項９】 溶接操作中に溶接部位及び溶接部位を実
質的に囲包する領域に適切な量のケイ素含有ガスを維持
することによってケイ素コーティングを形成する請求項
１ないし８のいずれか１項記載の溶接方法。 - 【請求項１０】 溶接部位及び溶接部位を囲包する領域
において不活性ガスの量に基づいて約０．０１ないし２
体積％のケイ素含有ガス濃度を維持する請求項９記載の
溶接方法。 - 【請求項１１】 Ａｒ、Ｈｅ、Ｈ2 、Ｎ2 、ＡｒとＨｅ
の混合物、ＨｅとＨ2 の混合物、及びそれらの混合物か
らなる群の中から選ばれる不活性ガスで溶接領域をシー
ルドし、溶接を開始する前に該不活性ガスで溶接領域を
パージし、溶接操作中に溶接部位及び溶接部位を実質的
に囲包する領域においてケイ素含有ガスもしくはガス混
合物を導入しこれを維持することによってケイ素を包含
するコーティングを形成することを特徴とするステンレ
ス鋼管の溶接方法。 - 【請求項１２】 軌道タングステンイナートガス溶接ま
たはメタルイナートガス溶接によって溶接を行う請求項
１１項記載の溶接方法。 - 【請求項１３】 溶接操作中、不活性ガスを約１０リッ
トル／分の流量に維持する請求項１１または１２記載の
溶接方法。 - 【請求項１４】 ステンレス鋼が、電解研磨、酸素パッ
シベーション、または光輝焼なましにより表面処理され
たものである請求項１１ないし１３のいずれか１項記載
の溶接方法。 - 【請求項１５】 ケイ素含有ガスもしくはガス混合物
が、水素化ケイ素を包含する請求項１１ないし１４のい
ずれか１項記載の溶接方法。 - 【請求項１６】 ケイ素含有ガスもしくはガス混合物
が、シランを包含する請求項１１ないし１４のいずれか
１項記載の溶接方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US047554 | 1993-02-22 | ||
| US08/047,554 US5299731A (en) | 1993-02-22 | 1993-02-22 | Corrosion resistant welding of stainless steel |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06297151A true JPH06297151A (ja) | 1994-10-25 |
Family
ID=21949645
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5336809A Pending JPH06297151A (ja) | 1993-02-22 | 1993-12-28 | ステンレス鋼の溶接方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5299731A (ja) |
| EP (1) | EP0612580B1 (ja) |
| JP (1) | JPH06297151A (ja) |
| DE (1) | DE69402896T2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5830540A (en) * | 1994-09-15 | 1998-11-03 | Eltron Research, Inc. | Method and apparatus for reactive plasma surfacing |
| US6511760B1 (en) * | 1998-02-27 | 2003-01-28 | Restek Corporation | Method of passivating a gas vessel or component of a gas transfer system using a silicon overlay coating |
| US6074022A (en) * | 1998-03-23 | 2000-06-13 | Caterpillar Inc. | Track bushing having arc welded end treatment for improved abrasion and corrosion resistance, and a process for making the same |
| US7981561B2 (en) * | 2005-06-15 | 2011-07-19 | Ati Properties, Inc. | Interconnects for solid oxide fuel cells and ferritic stainless steels adapted for use with solid oxide fuel cells |
| US8158057B2 (en) * | 2005-06-15 | 2012-04-17 | Ati Properties, Inc. | Interconnects for solid oxide fuel cells and ferritic stainless steels adapted for use with solid oxide fuel cells |
| US7842434B2 (en) * | 2005-06-15 | 2010-11-30 | Ati Properties, Inc. | Interconnects for solid oxide fuel cells and ferritic stainless steels adapted for use with solid oxide fuel cells |
| DE10256781A1 (de) * | 2002-12-05 | 2004-06-24 | Messer Griesheim Gmbh | Schutzgas für das Elektronenstrahlschweißen an Atmosphäre von metallischen Werkstoffen |
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| KR100742204B1 (ko) * | 2006-03-29 | 2007-07-25 | 동아금속주름관(주) | 스테인리스 강관의 용접장치 및 용접방법 |
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| KR101773213B1 (ko) | 2009-10-27 | 2017-08-30 | 실코텍 코포레이션 | 화학적 증기 증착 코팅, 물품, 및 방법 |
| KR101790206B1 (ko) | 2010-10-05 | 2017-10-25 | 실코텍 코포레이션 | 내마모성 코팅, 물건 및 방법 |
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| DE102011009963A1 (de) | 2011-02-01 | 2012-08-02 | Linde Aktiengesellschaft | Verfahren zum Lichtbogenfügen und Schutzgasmischung |
| US20130105083A1 (en) * | 2011-11-01 | 2013-05-02 | Lam Research Corporation | Systems Comprising Silicon Coated Gas Supply Conduits And Methods For Applying Coatings |
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| US9915001B2 (en) | 2014-09-03 | 2018-03-13 | Silcotek Corp. | Chemical vapor deposition process and coated article |
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| WO2017040623A1 (en) | 2015-09-01 | 2017-03-09 | Silcotek Corp. | Thermal chemical vapor deposition coating |
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| US20170211180A1 (en) * | 2016-01-22 | 2017-07-27 | Silcotek Corp. | Diffusion-rate-limited thermal chemical vapor deposition coating |
| US10143973B2 (en) * | 2016-06-30 | 2018-12-04 | L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Metallopolyimide precursor fibers for aging-resistant carbon molecular sieve hollow fiber membranes with enhanced selectivity |
| US10487403B2 (en) | 2016-12-13 | 2019-11-26 | Silcotek Corp | Fluoro-containing thermal chemical vapor deposition process and article |
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| WO2020252306A1 (en) | 2019-06-14 | 2020-12-17 | Silcotek Corp. | Nano-wire growth |
| US12473635B2 (en) | 2020-06-03 | 2025-11-18 | Silcotek Corp. | Dielectric article |
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1993
- 1993-02-22 US US08/047,554 patent/US5299731A/en not_active Expired - Fee Related
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- 1994-01-24 EP EP94400137A patent/EP0612580B1/en not_active Expired - Lifetime
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| EP0612580B1 (en) | 1997-05-02 |
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