JPS58205687A - オ−ステナイト系ステンレス鋼の溶接方法およびその溶接ト−チ - 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】 〔発明の技南分野〕 本発明は腐食性を有する環境で使用されるオーステナイ
ト系ステンレス鋼の溶接方法に係り、とくに溶接に際し
てオーステナイト系ステンレス鋼が鋭敏化するのを抑制
し、もって耐食性の優れた１、オーステナイト系ステン
レス鋼溶接構造物が得られるオーステナイト系ステンレ
ス鋼の溶接方法およびその溶接トーチに関する。

〔発明の技術的背景およびその問題点〕オーステナイト
系ステンレス銅は俊れた耐食性を有していることから腐
食性を有する環境において使用される各種の機器、部品
および構造物などに広く使用される。

しかしながら、オーステナイト系ステンレス−は構造物
等の組立て、ないし＃よ製造時に不可欠な溶接により粒
界腐食または応力腐食刷れ（ｓｅｃ）などの局部腐食に
対する感受性を高める欠点がある。

すなわち、その優れた耐食性が溶接による熱を受けるこ
とにより劣化性質を有している。

この耐食性劣化の機構は、従来から多くの研究者によっ
て調べられており、以下のような機構であることが明ら
かになっている。

すなわち、溶接は溶接材料を母材の一部とともにアーク
等が発生する熱により溶融し、凝固することにより、溶
接しようとする２つの母材を接合する方法であるのは周
知のことである。

このとき、アークなどの熱により、母材はその一部が溶
融するから、融点以上の温度に加熱され、その後徐々に
冷却され、凝固し、更に雰囲気温度（室温）まで冷却す
る。

また、溶融しない母材も、溶融部近傍の最高加熱温度は
溶融温度直下まで加熱され、この最高加熱温度は溶融部
から離れるに従い低下する。

ところが、オーステナイト系ステンレス銅は約５００℃
から８５０℃に一定時間加熱されると、その結晶粒界に
クロム炭化物を析出する。

クロム炭化物中のクロム濃度が母材中のクロム１１ｉＩ
ＩＦ！ｔより１しく鵡いことから、析出した炭化物の近
傍のクロム濃１ｋが源少してしまい、耐食性を保持する
のに１要な１３％より低くなって、この部分の耐食性が
劣化する。

このようｌ視線−よ鋭敏化といわれている。

この鋭敏化は通常のオーステナイト系ステンレス−が持
つ本質的な間融であり、溶接による鋭敏化は避けられな
い。

そこで使用環境の腐食性が厳しい場合、または非常に高
度の信頼性を要求される構造物の場合は、クロム炭化物
を形成する炭素の含有蓋を極めて低くした特別なステン
レス銅な使用するが、あるいは、溶接後に熱処理炉で、
固溶化熱処理（析出したクロム炭化物が固溶する温度で
一定時間保持しクロム炭化物を再び固溶させ、その後ク
ロム炭化物が、析出しないように急冷する熱処理）を実
施することにより＋ｉｉＪ記鋭敏化による耐食性の劣化
を防止している。

しかしながら、１ｌｌｌＩ　行の場合は材料費が市価に
なるだけでなく一般に炭素の含有蓋を低くすると材料の
強度が低くなるため設計の変ｋを要する欠点がある。

また後者の場合は製作玉数が増大するとともに熱処理中
を生じ、しかも大型の機器または構造物の場合、固溶化
熱処理は実際に不ｃＩｆ能であるなどの欠点がある。。

〔発明の目的〕

本発明は、上記各欠点を除去するためになされたもので
、オーステナイト系ステンレス銅の溶接時に鋭敏化を抑
制しながら溶接して耐食性劣化がなく、かつＡ（ｊ軸性
で、しかも安価なオーステナイト系ステンレス剛構造物
が得られるオーステナイト系ステンレス銅の溶接方法お
よびその溶接トーチを提供することｊ二ある。

〔発明の概要〕

すなわち、本発明はオーステナイト系ステンレス銅を溶
接するにあたり、溶接部−が凝固したのち該溶接部１１
＆４部及び該金一部の近傍が８５０℃〜１２００℃の温
度範囲に加熱されるとき該溶接金属部及び該金ｒ１４部
近傍を流水により急冷することを特徴とする万一スデナ
イト糸ステンレス鋼の溶接方法である。

また本発明は１記溶接方法を達成するため、溶接トーチ
本体にその浴接方向側に沿って冷却水噴出ノズルを設け
、かつｎｌｌ記溶接トーチ本体と別記冷却水噴出ノズル
との間に前記冷却水を遮蔽するワイヤブラシを設けたこ
とを特徴とする溶接トープを使用することにある。

上記溶接方法および溶接トーチによって、溶接時に形成
される溶融金属が凝固すると、その直後に溶接トーチに
設けた噴出ノズルから噴出される冷却水により溶接金属
とその周辺の母材が急冷されて溶接部の鋭敏化が抑制さ
れる。、 〔発明の実施例〕 以下、本発明に係る溶接方法および溶接）−ｆの実施例
を図面を娑照しながら詳しく説明する、第１図は本発明
に係る溶接トーチの１例としてＭＩＧ溶接トーチに通用
した例を示す縦断面図である、。

すなわち、中空筒状溶接トーチ本体１の上部側ＩＩ！１
にはンールド）Ｊス供給″ム゛２が接続され、また本体
１の下端部には７１ズルカツプ６が接続されている。

また本体１の−Ｆ端１川には半板４が設けられ、この平
板４の中央部をＬｉ通しスリーブ５が挿着さｊＬ、この
スリーブ５の下部にワイヤテップ６が接続されている。

このスリーブ５内には消耗電極ワイヤ７が挿通される。

スリーブ５の外ｊ！１面には冷却水路８を形成するジャ
ケット９で包囲され、ジャケット９の上部は平板４に接
続された冷却水の流入孔１０および流出孔１１に連通さ
れる。

平板４の上面には冷却水をＭｅす蛇管１つが接続されて
いる。

一方、本体１には取付は具１６によって冷却管１４が４
を睨ｔ、＋在に抱持されており、この冷却管１４の上部
には冷却水供給ホース１５が、また冷却管１４のド部に
は噴出ノズル１６が接続されている。

さらに噴出ノズル１６の冷却水１７の放出方向に沿）Ｃ
弾性を１４’　ｆるノクン１８が保持μｍ９を介して冷
却ｉ゛１４のＦ部に接牡されている。

ブラ＆、／１δはｔａ　４１水が溶融池２４に飛散する
のｋ　Ｐ）ｊ止し７、よた冷却水の噴出に伴うシールド
ガスの乱流発生によってンールドが不完全になることを
防止するだめのものである。

ノズル１６は冷却水の噴出流量および噴出角度が調節で
きるようになっている。

ここで、上記溶接トーチを使用して母材２ｏに溶接金属
２１を浴接する例を説明する。

母材２０はオーステナイト系ステンレス鋼が使用される
。

ワイヤ７と母相２０との間に溶接電圧を印加し、シール
ドガスを供給管２から流入しシー）レドガス雰囲気２２
中でアーク２３を発生させ溶接′−流を通じアーク２６
の発生する熱によりワイヤ７を溶−一して溶融池２４を
形成し溶接を行う。

ワイヤ７は消耗電極とも呼ばれ、溶融し消耗するためア
ーク２６の長さが一定となるよう供給される。

取付具１３は冷却管１４を保持し、溶接トーチ本体１と
冷却管１４との相対位置、角度を調節する。

この取付具１６は、溶接速度、溶接電流、゛電圧により
溶接金属の溶融池２４の大きさが変化し、溶接トーチの
位置から凝固終了位置を経て、８５０℃から１２００℃
の温度範囲になる位置までの距離が変化するため、冷却
水が溶接金属に衛突する位置を常に８５０℃から１２０
０℃の温度範囲の部分に。

合わせるためのものである。

溶接は通常の溶接条件で行なわれるが、溶融した金属が
凝固した部分を溶接の進行に伴い連続的に噴出ノズル１
６から噴出される水により急冷することが必要である。

噴出ノズル１６により急冷する位置は、第２図にボ［よ
うに、溶融している金１１ｇ２４が凝固し、ビード２５
′４ｒ：形成し、自然に冷却する場合に１２００℃から
８５０℃の温度範囲でなければならない、２これは１２
００℃を超える温度で急冷すると割れを生じやすく、ま
た８５０℃未満ではステンレス鋼が鋭敏化する温度が約
５５０℃〜８５０℃であることから、急冷による鋭敏化
の抑制効果が不十分となるためである。

第２図は水の噴出により急〜する位置と、冷却曲線を示
す。

溶融池２４で溶融している金属は凝固終了点２６で凝固
し、溶融と一ド２５は従来の溶接方法では自然に冷却し
、冷却曲線はａのようになる。

ここで溶接ビード２５の温度が８５０℃から１２００℃
の閣の符４１２７に示す範囲で、噴出される冷却水によ
り急冷を行う。

一例として符号２８の位置で冷却を行なった時の冷却曲
線をｂに示す。

冷却曲線ａに示す自然冷却の場合と、冷却曲線ｂに示す
急冷した場合の各々の５５０℃と８５０℃の温度になる
ビード上の凝固終了点からの距離を各々ｌ１．八および
ｇｂ　＋八に示す。

ここでステンレス鋼の母材および溶接部が鋭敏化する５
５０℃から８５０℃の温度にさらされる範囲は、従来の
自然冷却による場合はｉ−−ｔ、であり、本発明の急冷
する場合はｌ’ｂ　−１ｂであり従来による自然冷却方
法が長くなる。

一方、溶接速度つまり、溶融池の移動速度は一定である
から、８５０℃から５５０℃の温度にさらされる時間は
、本発明方法による急冷の場合は短くなる。

これは析出したクロム炭化物な再固溶させるために行な
う固溶化熱処理の際に水によ、って急冷するのと同じ原
理で鋭敏化を抑制するものである。

次に本発明になる溶接方法による鋭敏化抑制効果につい
て例をあげて説明する。

従来の溶接方法と本発明の溶接方法とが、オーステナイ
ト系ステンレス鋼の鋭敏化に与える影醤を比較するため
に、両溶接方法により板厚１３ｓｉ＋のＳＵ３３０４ｍ
板の突合せ溶接継手を製作し、これより試験片を採取し
て粒界腐食試験を実施した。

試験片は第６図に示す位置から、従来溶接方法で製作し
た溶接継手と、本発明の方法で製作した溶接継手につい
て各々７個採取した。

ここで従来の溶接方法による溶接継手から採取した試験
片ｔ■とし、た。

■■両試験各々７個、計１４個について、ＪＩＳＧＯ５
７１に規定されるストラウス試験を行ない、粒界腐食感
受性を調査した。

第３図において、試験片３０は、母材（５ＵＳ３０４　
）　２０と溶着金属３１との境界（溶融線）３２から５
■の位置が試験片３０の中央になる位置から採取した。

試験片ＳＯの寸法は５００（長さ）ＸＩＱＩｇ（幅）ｘ
　２　ｗａ　（厚さ）である。

ストラウス試験終了後、試験片を長手方向に曲げ半径５
０　ＩＩＩで曲げ加工を汀ない、さらに長手方向に２分
割し、その断面を光学顕微鏡により観察し、粒界腐食深
さを測定した。

その結果は次表の通りであった。

表二粒界腐食深さくハ） 本発明の溶接方法によって作製された溶接継手から採取
した試験Ｂの粒界腐食の深さは、従来の溶接方法による
試験片Ａに比べて圧倒的に小さいか、またはゼロであり
、試験Ａが著しく鋭敏化していると判定されるのに対し
試験片Ｂはほとんど鋭敏化しておらず、本発明の溶接方
法がオーステナイト系ステンレス鋼の溶接による鋭敏化
を非常によく抑制していることが確認された。

以上の実施例では、ＭＩＧ溶接を例にあげて溶接時に溶
接金属が凝固機溶接部及びその近傍が８５０℃から１２
００℃の範囲にある部分を急冷する溶接方法についで説
明した。

本発明は上記実施例にとどまらず溶接後の冷却過程のう
ち、オーステナイト系ステンレス銅が鋭敏化する温度範
囲を急冷することにより短β、？間に通過させることが
基本的な原理であるため、本発明の溶接ｂ′法はＴＩＧ
溶接の場合にも、ＭＩＧ溶接の場合と同様な方法で急冷
することに上り■−記と同様な動部が得られる。

また、オースブナイト糸ステンレス綱構造物を溶接によ
り製作する場合は通常多層盛溶接になることが多いか、
こ（Ｉ、）とき、全部の１−盛を本発明の溶接方法で行
なう他に、特に厚板から成る構造物の場合は使用中に直
接腐食環境に接する表向あるいは表向、表面の両側の最
終層のみに本発明の溶接方法を適用することも、構造物
の４ａ頼性を筒めるのに有効である。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明は、オーステナイト糸ステンレ
ス−の溶接方法において溶接金属が凝固冷却する途中の
１２００℃から８５０℃の温度範囲にあるとき流水によ
り急冷することにより、オーステナイト系ステンレス綱
溶接熱影響部の鋭敏化を抑制するもので、これにより腐
食性を有する環境におけるオーステナイト系ステンレス
鋼溶接構造物の信頼性を著しく筒めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る浴接トーｔの一実施例を示す縦断
面図、第２図は・ド発明および従来の溶接）１法による
冷却位置と溶接部の冷却特性を比較して構成図と対応し
て示す曲線図、第６図は本発明および従来の溶接方法に
よる粒界腐食試験片の採取位置を示す断面因である。 １　・・・・・・　溶接トーチ本体 ２　・・・・・・　シールドガス供給管３　・・・・・
・　ノズルカップ ４　・・・・・・　平板 ５　・・・・・・　スリーブ ６　・・・・・・　ワイヤチップ ７　・・・・・・　消耗電極ワイヤ ８　・・・・・・　冷却水路 ９　・・・・・・　ジャケット １０　・・・・・・流入孔 １１　・・・・・・　流出孔 １２　・・・・・・　蛇盲 １６　　　・・・・・・　　　収　イ・ｊ　具１４　・
・・・・・冷却管 １５　・・・・・・冷却水供給、ｊ、−ス１６　・・・
・・・　１１責出ノズル １７　・・・・・・冷却水 １８　・・・・・・　ブラシ １９　・・・・・・　保持具 ２０　・・・・・・　母材 ２１　　・・・・・・　溶接金属 ２２　・・・・・・　シールドガス雰囲気２３　・・・
・・・　アーク ２４　　・・・・・・溶接部 ２５　・・・・・・　ビード ６０　　・・・・・・試験片 ６１　　・・・・・・　溶着金属 ３２　・・・・・・溶融線 代理人弁理士　須　山　佐　− 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、オーステナイト系ステンレス鋼な溶接するにあたり
   、溶接金属が凝固したのも該溶接金ｋｉ４部及び該金属
   部の近傍が８５０°〜１２００℃の温度軸回に加熱され
   るとき該溶接金属部及び該金一部近傍を冷却することを
   特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼の溶接方法。 ２、オーステナイト系ステンレス綱構造物の表面側また
   は表面側及び裏面側の最終鳩な多１１１Ｉｉ盛溶接継手
   溶接することを特徴とする特許請求の帖囲第１項記載の
   オーステナイト系ステンレス銅の溶接方法。 ３、溶接金属部及び該金属部の冷却は流水により急冷す
   ることを特徴とする特許請求の範囲弔１項記載のオース
   テナイト系ステンレス鋼の溶接方法。 ４、溶接トーチ本体にその溶接方向側に沿って冷媒噴出
   ノズルを設けかつ前記溶接トーチ本体とＡｒｔ記冷媒噴
   出ノズルとの間に前記冷媒を遮蔽するワイヤプランを設
   けてなることを特徴とする溶接ト　−　チ。 ５、冷媒には冷却水を使用することを特徴とする特＃！
   Ｆ請求の鉛囲第４ｘＡ記載の溶接トーチ。