WO2012127900A1 - 溶接構造及び溶接工法 - Google Patents

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真彦 豊田
宏 金▲崎▼
井上　智之
孝文 廣
聖一 川口
康輔 北村
太田　智久
宣隆 中島
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Definitions

  • the present invention relates to a welded structure formed by overlay welding and joint welding on a steam generator, a reactor pressure vessel, and the like, and a welding method thereof.
  • the inner wall surface of the primary vessel consisting of the tube plate and water chamber in the steam generator is welded with austenitic stainless steel or nickel-base alloy on the surface of the base material made of low alloy steel, thereby providing corrosion resistance.
  • austenitic stainless steel type 308 or type 308L weld metal
  • nickel base alloy 690 nickel base alloy (for example, Inconel 690 (registered trademark)) is known.
  • piping is connected via a safe end to a nozzle provided at an inlet / outlet of a steam generator or a reactor pressure vessel.
  • This safe end is a short pipe made of stainless steel, and is connected to the nozzle by joint welding.
  • a nickel base alloy partition plate is welded to the inner wall of the water chamber in the steam generator, and a part of the partition plate is also welded to the tube plate, so that the primary container is partitioned into two.
  • the nickel-based alloy a 690-based nickel-based alloy (for example, Inconel 690 (registered trademark)) is known.
  • the surface of the base material is affected by heat due to the base material being modified by heat input when overlaying a 690 series nickel base alloy or austenitic stainless steel to the base material. Parts are generated.
  • This heat-affected zone needs to be heat-treated in order to alleviate residual stress, soften the heat-affected zone, and remove hydrogen.
  • the base material made of the low alloy steel as described above contains, for example, about 0.2% of carbon. Accordingly, during the heat treatment, carburization, which is a phenomenon in which this carbon component diffuses and migrates from the base material into the 690 nickel-base alloy or austenitic stainless steel, is generated. As described above, when the carbon component migrates into the 690 nickel-base alloy or austenitic stainless steel, a hardened layer is generated near the surface of the nickel-base alloy or austenitic stainless steel to which the carbon component has migrated.
  • This invention is made
  • the welded structure according to the present invention is a welded structure in which a weld layer is formed on a first base material made of low alloy steel, and the weld layer has a low carbon content that is lower than the low alloy steel.
  • the first build-up layer made of low alloy steel or carbon steel and laminated on the first base material, and the second build-up layer made of nickel-based alloy or stainless steel and laminated on the first build-up layer With.
  • a low-carbon, low-carbon component in which trace components are controlled between the second overlay layer made of nickel-base alloy or austenitic stainless steel and the first base material made of low-alloy steel Since alloy steel or carbon steel is interposed, it is possible to suppress diffusion and migration of, for example, a carbon component to a nickel-base alloy or austenitic stainless steel when heat-treating the heat-affected zone of the first base material. it can. That is, only the low-carbon low-alloy steel or carbon steel having a lower carbon content than the low-alloy steel is in contact with the second overlay layer made of nickel-base alloy or austenitic stainless steel, and the trace components are controlled.
  • the weld layer is made of a nickel-based alloy having a smaller amount of nickel than the second build-up layer and a greater amount of chromium than the second build-up layer, You may further provide the 3rd buildup layer laminated
  • the low-carbon low alloy steel or carbon steel comes into contact with the larger amount of nickel of the two types of overlay welding metal.
  • nickel and carbon are generally incompatible, carbon of low-carbon steel does not actively move toward a nickel-based alloy having a large amount of nickel. Therefore, carburization to the nickel base alloy can be further suppressed.
  • the amount of chromium in the nickel-base alloy is large. Therefore, for example, the corrosion resistance can be maintained high by forming a third overlay layer made of a nickel-based alloy with a large amount of chromium on the surface of the weld layer when overlay welding is performed.
  • the weld layer exposed on the inner wall surface of the primary container is made of the same nickel base alloy as the third build-up layer, and the third build-up layer and the stainless steel or nickel You may further provide the joint weld layer which carries out joint welding with the 2nd preform
  • the 1st base material and the 2nd base material can be connected with high reliability, aiming at suppression of exfoliation crack in a dissimilar material welding boundary.
  • the joint weld layer is comprised with the nickel base alloy with much chromium amount compared with a 2nd overlay, the thing with high corrosion resistance of a joint weld layer can be made.
  • the carbon content of the low-carbon low alloy steel or carbon steel may be 0.1% or less.
  • the carburizing amount to the 2nd build-up layer which consists of nickel base alloys can be reduced further.
  • the nickel-based alloy constituting the second build-up layer is a 600 series nickel-base alloy
  • the nickel-base alloy constituting the third build-up layer is a 690 series nickel base.
  • An alloy may be used.
  • the nickel base alloy constituting the second overlay layer is a 600 series nickel base alloy
  • the stainless steel constituting the third overlay layer is type 308 series or type. It may be 308L stainless steel.
  • Vanadium or niobium may be added to the low-carbon low alloy steel or carbon steel forming the first build-up layer. Since vanadium and niobium capture carbon, it is possible to more reliably prevent carbon from diffusing from the first overlay layer to the second overlay layer.
  • a welding method is a welding method in which a weld layer is formed on a first base material made of low alloy steel, and the first base material is a low alloy having a smaller amount of carbon than the low alloy steel.
  • a first welding step of forming a first overlay layer by performing overlay welding with steel or carbon steel, and overlay welding with a nickel-based alloy or austenitic stainless steel is applied to the first overlay layer
  • a second welding step for forming the second overlay layer and a heat treatment step for performing a heat treatment after welding on the heat affected zone of the first base material generated by the first welding step are provided.
  • the welding method having such a feature only the low alloy steel or carbon steel having a smaller amount of carbon than the low alloy steel is in contact with the second overlay layer made of nickel base alloy or austenitic stainless steel.
  • the amount of carburizing or mixing of trace components into the nickel base alloy can be reduced. As a result, it is possible to suppress delamination cracks at the dissimilar material weld boundary between the low carbon steel containing iron as a main component and the nickel base alloy or austenitic stainless steel containing nickel as a main component.
  • the welding method according to the present invention includes a nickel-based alloy or stainless steel in which the second build-up layer has a smaller amount of nickel than the second build-up layer and a greater amount of chromium than the second build-up layer.
  • a third welding step of overlay welding as a third overlay layer may be further provided. In this case, the third welding step is performed after the second welding step and before the heat treatment step.
  • a joint weld layer is formed by performing joint welding of the third overlay layer and the second base material made of stainless steel or nickel base alloy with a nickel base alloy or stainless steel. You may further provide the 4th welding process to form. In this case, the fourth welding process is performed after the heat treatment process.
  • the nickel base alloy When the nickel base alloy is used as the second overlay layer in the welded structure and welding method of the present invention, only the low alloy steel or carbon steel having a smaller amount of carbon than the low alloy steel is in contact with the nickel base alloy. The amount of carburizing into the alloy can be reduced. Thereby, since it can suppress that the hardened layer based on the carburizing to a nickel base alloy is formed, it becomes possible to prevent the peeling crack in a dissimilar material weld boundary.
  • the steam generator 10 has a primary coolant introduced into the reactor vessel and the pressurizer at a high temperature and a high pressure, and causes the secondary coolant to exchange heat between the primary coolant and the secondary coolant. Is evaporated.
  • a primary side container 13 and a secondary side container 14 are partitioned by a tube plate 11 made of low alloy steel.
  • the primary container is composed of the tube plate 11 and a water chamber 12 made of low alloy steel.
  • a U-shaped heat transfer tube 18 is attached to the tube plate 11.
  • a primary coolant inlet nozzle 16 and a primary coolant outlet nozzle 17 are formed in the water chamber 12.
  • a short tubular safe end 44 made of stainless steel is welded to the primary coolant inlet nozzle 16 and the primary coolant outlet nozzle 17.
  • the primary side container 13 is partitioned by a partition plate 15 made of a nickel base alloy.
  • the primary coolant that has entered from the primary coolant inlet nozzle 16 passes through the heat transfer pipe 18 and is carried to the primary coolant outlet nozzle 17 side.
  • the primary coolant exchanges heat with the secondary side cooling water while passing through the heat transfer pipe 18, and generates steam in the secondary side container 14.
  • An austenitic stainless steel or nickel-base alloy build-up weld 19 is applied to the inner wall surface of the primary side container 13 composed of the tube plate 11 and the water chamber 12 in order to avoid corrosion by the primary coolant.
  • the partition plate 15 is fixed to the tube plate 11 and the water chamber 12 by joint welding 20 via the overlay welding 19.
  • the austenitic stainless steel or nickel base alloy is preliminarily subjected to overlay welding 19 on the end faces of the primary coolant inlet nozzle 16 and the primary coolant outlet nozzle 17, A method of fixing the safe end 44 by the joint welding 20 after performing a necessary heat treatment after welding is applied.
  • the welded structure 30 ⁇ / b> A includes a first built-up layer 33 that is sequentially laminated on the surface of the base material 31 using the device main body 11 made of low alloy steel as the base material (first base material) 31.
  • the weld layer 60 ⁇ / b> A including the second build-up layer 34 and the third build-up layer 35 is provided.
  • the first build-up layer 33 is a layer laminated on the base material 31 by performing build-up welding on the surface of the base material 31, and is a low-carbon low alloy steel having a carbon content of 0.1% or less. Or it is constituted by carbon steel.
  • the second build-up layer 34 is a layer laminated on the first build-up layer 33 by performing build-up welding on the surface of the first build-up layer 33, and is a 600 series nickel-based alloy (for example, Inconel 600 (registered trademark)).
  • the 3rd build-up layer 35 is a layer laminated on the 2nd build-up layer 34 by performing build-up welding on the surface of the 2nd build-up layer 34, Comprising: 690 series nickel base alloy (for example, Inconel 690 (registered trademark)).
  • Low alloy steel constituting the base material 31 low carbon low alloy steel or carbon steel constituting the first overlay layer 33, 600 series nickel-based alloy constituting the second overlay layer 34, and third overlay layer Table 1 shows an example of the composition of the 690-based nickel-based alloy constituting 35.
  • the carbon content of the low-carbon low-alloy steel or carbon steel constituting the first overlay layer 33 is 0.1%, and the carbon content of the low-alloy steel constituting the base material 31 is 0%. Less than 2% is set.
  • the nickel content of the 690 series nickel base alloy constituting the third build-up layer 35 is 55%, and the nickel content of the 600 series nickel base alloy constituting the second build-up layer 34 is set to be less than 70%.
  • the chromium content of the 690 series nickel base alloy is 30%, which is set higher than the chromium content of 15% of the 600 series nickel base alloy.
  • each content shown to these Table 1 is an example, You may set to another value.
  • low alloy steel, low carbon low alloy steel or carbon steel is mainly composed of iron
  • 600 series nickel base alloy and 690 series nickel base alloy are mainly composed of nickel.
  • the boundary between the first build-up layer 33 made of low-carbon low alloy steel or carbon steel and the second build-up layer 34 made of 600 series nickel base alloy is mutually connected. This is a boundary where different materials are welded, that is, a dissimilar material welding boundary 50.
  • vanadium or niobium is preferably added to the low-carbon low-alloy steel or carbon steel constituting the first overlay layer 33.
  • the first build-up layer 33 is the same as described above, the second build-up layer is a 600-type nickel base alloy, and the third build-up layer is Type 308 or Type 308L stainless steel.
  • the second build-up layer 34 made of a 600 series nickel base alloy is formed on the surface of the first build-up layer 33. Furthermore, build-up welding is performed on the entire surface of the second build-up layer 34 using a 690 nickel-base alloy as a welding material (third welding step). As a result, a third built-up layer 35 made of a 690-based nickel-based alloy is formed on the surface of the second built-up layer 34. In addition, each of these welding processes is performed by covering arc welding, for example.
  • heat treatment step heat treatment after welding is performed on the heat affected zone 32 generated on the surface of the base material 31 by the formation of the first build-up layer 33 (heat treatment step).
  • This heat treatment is performed by heating the base material 31, the first built-up layer 33, the second built-up layer 34, and the third built-up layer 35.
  • the heat affected zone 32 of the base material 31 is welded.
  • carburization occurs in which the carbon component of the base material 31 diffuses and migrates to the austenitic stainless steel through the dissimilar material weld boundary between the base material 31 and the austenitic stainless steel.
  • the carbon component is transferred to the austenitic stainless steel in this way, a hardened layer is formed in the vicinity of the dissimilar material weld boundary in the austenitic stainless steel, thereby increasing the risk of peeling cracks between the base material 31 and the austenitic stainless steel.
  • a low-carbon low alloy is provided between the second cladding layer 34 made of a 600 series nickel-based alloy and the base material 31 made of a low alloy steel. Since the first build-up layer 33 made of steel or carbon steel is interposed, the carbon component diffuses into the second build-up layer 34 when the heat-affected zone 32 of the base material 31 is subjected to heat treatment after welding. It is possible to suppress migration. That is, since only the low alloy steel or carbon steel having a smaller amount of carbon than the low alloy steel is in contact with the second build-up layer 34 made of the 600 series nickel base alloy, carburization to the 600 series nickel base alloy is reduced. Can be made. As a result, it is possible to suppress delamination cracks at the dissimilar material weld boundary 50 between the low-carbon low-alloy steel mainly composed of iron or the carbon steel and the 600-series nickel-based alloy principally composed of nickel.
  • the low carbon low alloy steel or the carbon steel is in contact with the 600 series having a large amount of nickel among the two types of nickel base alloys of the 600 series nickel base alloy and the 690 series nickel base alloy.
  • Nickel-based alloy since nickel and carbon are generally incompatible, carbon of low-carbon steel does not actively move toward a nickel-based alloy having a large amount of nickel. Therefore, carburization at the dissimilar material welding boundary 50 can be further suppressed by bringing a 600 series nickel base alloy having a large amount of nickel into contact with a low-carbon low alloy steel or carbon steel as in this embodiment.
  • the 600 series nickel base alloy having a large amount of nickel among the 600 series nickel base alloy and the stainless steel contacts the low carbon low alloy steel or carbon steel. Therefore, carburization at the dissimilar material welding boundary 50 can be further suppressed by bringing a 600 series nickel base alloy having a large amount of nickel into contact with a low-carbon low alloy steel or carbon steel as in this embodiment.
  • the amount of chromium in the nickel-based alloy is large.
  • the third build-up layer 35 made of a 690-based nickel-based alloy having a large amount of chromium is formed on the outermost layer side of the weld layer 60A that comes into contact with the primary coolant, that is, on the side farthest from the base material 31. Therefore, the corrosion resistance of the weld layer 60A as a whole can be improved.
  • the carbon content of the low carbon steel constituting the first overlay layer 33 is 0.1% or less, carburization of the second overlay layer 34 that contacts the low carbon steel is further reduced. be able to.
  • vanadium or niobium is added to the low carbon steel constituting the first build-up layer 33, these vanadium and niobium are compatible with carbon and have a property of capturing carbon. Carburization to the second build-up layer 34 can be further reduced.
  • the welded structure 30 ⁇ / b> B connects the water chamber 12 made of low alloy steel as the first base material 41 and the partition plate 15 made of 690 series nickel base alloy as the second base material 42. It consists of a plurality of weld layers 60B.
  • the weld layer 60B includes a first build-up layer 33, a second build-up layer 34, a third build-up layer 35, and a joint weld layer that are sequentially laminated from the first base material 41 side toward the second base material 42 side. 43. Further, a heat affected zone 41 a is generated on the surface of the first base material 41 by heat input during welding of the first overlay layer 33.
  • the first built-up layer 33, the second built-up layer 34, and the third built-up layer 35 have the same configuration as that of the first embodiment, and are sequentially stacked on the surface of the first base material 41.
  • the joint weld layer 43 is a layer formed by connecting the third build-up layer 35 and the second base material 42 by joint welding.
  • the joint weld layer 43 is a 690 series nickel-based alloy (for example, Inconel 690). (Registered trademark)).
  • the first built-up layer 33 made of a low-carbon low alloy steel or carbon steel and the second built-up layer 34 made of a 600 series nickel-based alloy. Is a different material welding boundary 50.
  • first base material 41 a structural material constituting the water chamber 12 of the steam generator 10 shown in FIG. 1 is prepared.
  • the first welding process, the second welding process, and the third welding process are sequentially performed on the portion of the water chamber 12 connected to the partition plate 15 in the same manner as in the first embodiment.
  • a first build-up layer 33 made of a low-carbon low alloy steel or carbon steel
  • a second build-up layer 34 made of a 600 series nickel base alloy
  • a third built-up layer 35 made of is laminated.
  • the 1st base material 41, the 1st buildup layer 33, the 2nd buildup layer 34, and the 3rd buildup layer 35 are heated, and the 1st buildup layer 33 was produced by welding.
  • a heat treatment step after welding is applied to the heat affected zone 41a of the base material 41.
  • the outer layer side of the third build-up layer 35 that is, the surface separated from the first base material 41 and the end surface of the partition plate 15 as the second base material 42 are arranged to face each other with a space therebetween.
  • the third build-up layer 35 and the second base material 42 are joint-welded using a 690 series nickel base alloy.
  • a joint weld layer 43 is formed between the third build-up layer 35 and the second base material 42 to connect them together.
  • the second base material 42 may be not only a nickel base alloy but also austenitic stainless steel.
  • the application site is not limited to the partition plate 15, and may be, for example, a joint weld between the primary coolant inlet nozzle 16 and the primary coolant outlet nozzle 17 and the safe end 44.
  • the joint weld layer 43 is composed of a 690 series nickel base alloy having a larger amount of chromium than the 600 series nickel base alloy constituting the second build-up layer 34, the corrosion resistance of the joint weld layer 43 should be increased. Can do. This also ensures high connection reliability between the first base material 41 and the second base material 42.
  • the second build-up layer 34 may be configured using pure nickel with a large amount of nickel. Also in this case, similarly to the first embodiment and the second embodiment, carbon diffuses and migrates from the first build-up layer 33 made of low carbon steel to the second build-up layer 34 via the dissimilar material weld boundary 50. Can be suppressed.
  • the second build-up layer 34 when pure nickel is used for the second build-up layer 34 as described above, a 600 series nickel-based alloy may be used for the third build-up layer 35. That is, the second build-up layer 34 only needs to be configured so that the amount of nickel is larger than that of the third build-up layer 35.
  • the welded structure 30A or 30B of the first embodiment and the second embodiment may be applied to overlay welding in a tank such as a nuclear pressure vessel, a boiler, or an oil refinery plant, or joint welding of a pipe. .
  • boundary cracking conditions that is, occurrence of peeling cracks at the dissimilar material welding boundary
  • the test piece of the example in which the 600 series nickel base alloy is welded to the low carbon low alloy steel is less likely to generate boundary cracks than the test piece of the comparative example in which the 690 series nickel base alloy is welded to the low alloy steel.
  • the carbon content of the low-carbon low-alloy steel is less than that of the low-alloy steel, and the amount of nickel incompatible with carbon is higher in the 600-series nickel-base alloy than in the 690-series nickel-base alloy. This is thought to be caused by this.
  • the amount of carbon transferred to the 600-based nickel-based alloy as the weld metal was suppressed, so that peeling cracks were suppressed. From this, it has been found that the risk of delamination cracks can be reduced in the first embodiment and the second embodiment in which a 690 series nickel base alloy is welded to low carbon steel.
  • Test material hardness confirmation test A test was conducted to confirm the hardness of the welding material in the vicinity of the dissimilar material weld boundary due to the combination of materials.
  • a low-alloy steel (carbon content: 0.2%) as a base material and a low-carbon low-alloy steel (carbon content: 0.1%) are welded on top of each other.
  • the test piece which welded was produced.
  • a test piece was prepared by welding a 690 series nickel base alloy as a welding material to a low alloy steel (carbon content 0.2%) as a base material.
  • the hardness of the weld metal 600 series nickel base alloy or 690 series nickel base alloy
  • the hardness of the weld metal is 5 in total. Measured at one position.
  • Table 3 shows the test results.
  • the hardness of an Example and a comparative example was made into relative evaluation when the comparative example is set to 1.
  • the test piece of the example in which the 600 series nickel base alloy was welded to the low carbon low alloy steel had less hardness than the test piece of the comparative example in which the 690 series nickel base alloy was welded to the low alloy steel.
  • the amount of carbon of the low-alloy low-alloy steel is less than that of the low-alloy steel, and the amount of nickel incompatible with carbon is less than that of the 690-based nickel-based alloy. This is probably due to the fact that there are more 600 series nickel base alloys.
  • the examples since the amount of carbon transferred to the 600-based nickel-based alloy as the weld metal is suppressed, an increase in hardness is suppressed. From this, in the first embodiment and the second embodiment in which the 690-based nickel base alloy is welded to the low carbon steel, the increase in hardness can be suppressed, and as a result, the risk of peeling cracks can be reduced. found.
  • the amount of carburizing into the nickel-based alloy can be reduced. Therefore, since it can suppress that the hardened layer based on the carburizing to a nickel base alloy is formed, it becomes possible to prevent the peeling crack in a dissimilar material weld boundary.

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Abstract

　本発明に係る溶接構造(３０Ａ)は、溶接層（６０Ａ）を、低合金鋼よりも炭素量の少ない低合金鋼または炭素鋼からなり、母材（３１）に積層された第一肉盛層（３３）と、６００系ニッケル基合金からなり、第一肉盛層（３３）に積層された第二肉盛層（３４）と、６９０系ニッケル基合金からなり第二肉盛層（３４）に積層された第三肉盛層（３５）とから構成する。

Description

溶接構造及び溶接工法
　本発明は、蒸気発生器や原子炉圧力容器等に肉盛溶接および継手溶接を施すことにより形成される溶接構造及びその溶接工法に関する。
　本願は、２０１１年３月１８日に日本に出願された特願２０１１－０６１３５０号に対して優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　例えば蒸気発生器における管板および水室からなる一次側容器の内壁面には、低合金鋼からなる母材の表面にオーステナイト系ステンレス鋼やニッケル基合金が肉盛溶接されており、これによって耐食性の向上を図っている（例えば、特許文献１参照）。
　オーステナイト系ステンレス鋼としてはタイプ３０８またはタイプ３０８Lの溶接金属が知られ、ニッケル基合金としては６９０系ニッケル基合金(例えば、インコネル６９０(登録商標))が知られている。
　一方、蒸気発生器や原子炉圧力容器の入出水口に設けられた管台には、セーフエンドを介して配管が接続されている。このセーフエンドはステンレス鋼からなる短管であって、継手溶接によって管台に接続されている。また、蒸気発生器における水室の内壁にはニッケル基合金の仕切板が溶接されるとともに、仕切板の一部は管板にも溶接されることにより、一次側容器が２つに仕切られている。ニッケル基合金としては、６９０系ニッケル基合金(例えば、インコネル６９０(登録商標))が知られている。
　この継手溶接の溶接構造の一例としては、（１）低合金鋼からなる母材としての水室もしくは管台に積層された６９０系ニッケル基合金による肉盛層と、当該肉盛層と仕切板もしくはセーフエンドとを継手溶接する６９０系ニッケル基合金からなる継手溶接層とを備えたもの、（２）低合金鋼からなる母材としての水室に積層されたオーステナイト系ステンレス鋼による肉盛層と、肉盛層と仕切板とを継手溶接する６９０系ニッケル基合金からなる継手溶接層とを備えたもの、が知られている。
特開２００８－２１２９４５号公報
　ところで、上記の溶接構造を形成する際には、母材に６９０系ニッケル基合金あるいはオーステナイト系ステンレス鋼を肉盛溶接する際に入熱により母材が変性することにより母材の表面に熱影響部が生成される。この熱影響部に対しては、残留応力の緩和、熱影響部の軟化及び水素除去を図るべく、熱処理を施す必要がある。
　ここで、上記のように低合金鋼からなる母材には例えば０．２％程の炭素が含有されている。従って、熱処理の際にはこの炭素成分が母材から６９０系ニッケル基合金あるいはオーステナイト系ステンレス鋼内へと拡散し移行していく現象である浸炭が発生する。
　このように６９０系ニッケル基合金あるいはオーステナイト系ステンレス鋼内に炭素成分が移行していくと、炭素成分が移行したニッケル基合金あるいはオーステナイト系ステンレス鋼の表面近傍に硬化層が生成される。この硬化層が、鉄を主成分とする低合金鋼と、６９０系ニッケル基合金あるいはオーステナイト系ステンレス鋼との境界近傍、即ち、異材溶接境界近傍に存在すると、母材と肉盛溶接金属との境界において剥離割れが発生するリスクが増加するという問題があった。また、肉盛溶接金属への浸炭と剥離割れの発生には、母材に含有される平均炭素濃度だけでなく、母材の中の炭素を含む微量成分の偏析なども影響すると考えられている。
　本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、剥離割れを防止することができる溶接構造及び溶接工法を提供することを目的とする。
　即ち、本発明に係る溶接構造は、低合金鋼からなる第一母材に溶接層が形成されてなる溶接構造であって、前記溶接層は、前記低合金鋼よりも炭素量の少ない低炭素の低合金鋼または炭素鋼からなり、前記第一母材に積層された第一肉盛層と、ニッケル基合金もしくはステンレス鋼からなり、前記第一肉盛層に積層された第二肉盛層とを備える。
　このような特徴の溶接構造によれば、ニッケル基合金あるいはオーステナイト系ステンレス鋼からなる第二肉盛層と低合金鋼からなる第一母材との間に微量成分が管理された低炭素の低合金鋼あるいは炭素鋼が介在されているため、第一母材の熱影響部に熱処理を施す際に例えば炭素成分がニッケル基合金あるいはオーステナイト系ステンレス鋼に拡散及び移行してしまうことを抑えることができる。
　即ち、ニッケル基合金あるいはオーステナイト系ステンレス鋼からなる第二肉盛層と接触するのは低合金鋼よりも炭素量の少ない低炭素の低合金鋼あるいは炭素鋼のみであり微量成分が管理されているため、ニッケル基合金あるいはオーステナイト系ステンレス鋼への炭素あるいは微量成分の混入を低減させることができる。これによって、鉄を主成分とする低炭素鋼とニッケル基合金あるいはオーステナイト系ステンレス鋼との間の異材溶接境界における剥離割れを抑制することができる。
　また、本発明に係る溶接構造においては、前記溶接層は、前記第二肉盛層よりもニッケル量が少なく、かつ、前記第二肉盛層よりもクロム量が多いニッケル基合金からなり、前記第二肉盛層に積層された第三肉盛層をさらに備えてもよい。
　これにより、低炭素の低合金鋼あるいは炭素鋼と接触するのは、二種類の肉盛溶接金属のうちニッケル量が多い方となる。ここで、一般にニッケルと炭素とは相性が悪いため、ニッケル量の多いニッケル基合金に向かって低炭素鋼の炭素が積極的に移行していくことはない。したがって、ニッケル基合金への浸炭をより一層抑制することができる。また、耐食性の観点からはニッケル基合金におけるクロム量が多いことが好ましい。よって、例えば肉盛溶接した際の溶接層の表面にクロム量が多いニッケル基合金からなる第三肉盛層が形成されることで、耐食性を高く維持させることができる。
　さらに、本発明に係る溶接構造は、一次側容器内壁面に露出する前記溶接層が、前記第三肉盛層と同様のニッケル基合金からなるとともに、前記第三肉盛層とステンレス鋼又はニッケル基合金からなる第二母材とを継手溶接する継手溶接層をさらに備えてもよい。
　これにより、上記同様、異材溶接境界における剥離割れの抑制を図りながら、第一母材と第二母材とを信頼性高く接続することができる。
　また、第二肉盛層に比べてクロム量の多いニッケル基合金により継手溶接層を構成しているため、継手溶接層の耐食性を高いものをすることができる。
　また、本発明に係る溶接構造においては、前記低炭素の低合金鋼または炭素鋼の炭素含有量が、０．１％以下であってもよい。
　これにより、ニッケル基合金からなる第二肉盛層への浸炭量をより一層低減させることができる。
　さらに、本発明に係る溶接構造においては、前記第二肉盛層を構成するニッケル基合金が６００系ニッケル基合金であって、前記第三肉盛層を構成するニッケル基合金が６９０系ニッケル基合金であってもよい。
　これによって、ニッケル基合金への浸炭を確実に抑制しながら耐食性の高い溶接構造を実現することができる。
　また、本発明に係る溶接構造においては、前記第二肉盛層を構成するニッケル基合金が６００系ニッケル基合金であって、前記第三肉盛層を構成するステンレス鋼がタイプ３０８系もしくはタイプ３０８L系ステンレス鋼であってもよい。
　これによって、ニッケル基合金への浸炭を確実に抑制しながら耐食性の高い溶接構造を実現することができる。
　前記第一肉盛層を形成する前記低炭素の低合金鋼あるいは炭素鋼に、バナジウム又はニオブが添加されていてもよい。
　バナジウムやニオブは炭素を捕捉するため、第一肉盛層から第二肉盛層へと炭素が拡散してしまうことをより確実に防止できる。
　本発明に係る溶接方法は、低合金鋼からなる第一母材に溶接層を形成する溶接工法であって、前記第一母材に対して、前記低合金鋼よりも炭素量の少ない低合金鋼または炭素鋼による肉盛溶接を施すことにより第一肉盛層を形成する第一溶接工程と、前記第一肉盛層に対して、ニッケル基合金またはオーステナイト系ステンレス鋼による肉盛溶接を施すことにより、第二肉盛層を形成する第二溶接工程と、前記第一溶接工程により生成された前記第一母材の熱影響部に対して溶接後に熱処理を施す熱処理工程とを備える。
　このような特徴の溶接方法によれば、ニッケル基合金あるいはオーステナイト系ステンレス鋼からなる第二肉盛層と接触するのは低合金鋼よりも炭素量の少ない低合金鋼あるいは炭素鋼のみとなるため、ニッケル基合金への浸炭量あるいは微量成分の混入を低減させることができる。これによって、鉄を主成分とする低炭素鋼とニッケルを主成分とするニッケル基合金あるいはオーステナイト系ステンレス鋼との間の異材溶接境界における剥離割れを抑制することができる。
　また、本発明に係る溶接方法は、第二肉盛層に、前記第二肉盛層よりもニッケル量が少なく、かつ、前記第二肉盛層よりもクロム量が多いニッケル基合金またはステンレス鋼を第三肉盛層として肉盛溶接する第三溶接工程をさらに備えてもよい。この場合、前記第三溶接工程は前記第二溶接工程の後であって前記熱処理工程の前に行われる。
　これにより、ニッケル基合金への浸炭をより一層抑制することができるとともに、溶接層の耐食性を高く維持させることができる。
　さらに、本発明に係る溶接方法は、前記第三肉盛層とステンレス鋼又はニッケル基合金からなる第二母材とを、ニッケル基合金またはステンレス鋼による継手溶接を施すことによって、継手溶接層を形成する第四溶接工程をさらに備えてもよい。この場合、前記第四溶接工程は、前記熱処理工程の後に行われる。
　本発明の溶接構造及び溶接方法でニッケル基合金を第二肉盛層とする場合では、低合金鋼よりも炭素量の少ない低合金鋼あるいは炭素鋼のみがニッケル基合金に接触するため、ニッケル基合金への浸炭量を低減させることができる。これによって、ニッケル基合金への浸炭に基づく硬化層が形成されることを抑制することができるため、異材溶接境界における剥離割れを防止することが可能となる。
実施形態に係る溶接構造を備えた蒸気発生器の概略構成図である。 第一実施形態に係る蒸気発生器の水室の内壁面に形成されたオーバレイ溶接の溶接構造の概略構成図である。 第二実施形態に係る蒸気発生器の管台とセーフエンドとの間もしくは水室と仕切板との間における継手溶接の溶接構造の概略構成図である。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では、本発明の溶接構造３０を原子力プラントの蒸気発生器１０に適用した例について説明する。
　この蒸気発生器１０は、原子炉容器及び加圧器により高温高圧とされた一次冷却材が導入され、当該一次冷却材と二次冷却材との間で熱交換を行わせることによって二次冷却材を蒸発させるものである。
　より詳細には、蒸気発生器１０は、図１に示すように、低合金鋼からなる管板１１により、一次側容器１３と二次側容器１４とが仕切られている。一次側容器は、この管板１１と低合金鋼からなる水室１２とで構成されている。管板１１にはＵ字型伝熱管１８が取り付けられている。また、水室１２には、一次冷却材入口管台１６と一次冷却材出口管台１７とが形成されている。これら一次冷却材入口管台１６および一次冷却材出口管台１７には、ステンレス鋼からなる短管状のセーフエンド４４がそれぞれ溶接されている。
　一次側容器１３は、ニッケル基合金からなる仕切板１５で仕切られている。一次冷却材入口管台１６から入った一次冷却材は、伝熱管１８を通って一次冷却材出口管台１７側へと運ばれる。一次系冷却材は、伝熱管１８を通っている間に二次側冷却水と熱交換を行い、二次側容器１４内に蒸気を発生させる。
　管板１１と水室１２とからなる一次側容器１３の内壁面には、一次冷却材による腐食を回避するためにオーステナイト系ステンレス鋼またはニッケル基合金の肉盛溶接１９が施されている。仕切板１５は、管板１１と水室１２にこの肉盛溶接１９を介して継手溶接２０により固定されている。
　仕切板１５を直接、低合金鋼からなる管板１１あるいは水室１２に継手溶接２０により固定する場合には、低合金鋼側の熱影響部の性能を確保するために、溶接後に熱処理を行う必要がある。一方、オーステナイト系ステンレス鋼とニッケル基合金、およびニッケル基合金同士の溶接では、溶接後の熱処理は不要である。そこで、溶接後の熱処理及びその他の製作上の制約から、予めオーステナイト系ステンレス鋼またはニッケル基合金を管板１１および水室１２内壁面に肉盛溶接１９を施して、溶接後に必要な熱処理を行った後に、仕切板１５を継手溶接２０により固定する方法が適用されている。
　短管状のステンレス鋼製であるセーフエンド４４についても、予めオーステナイト系ステンレス鋼またはニッケル基合金を一次冷却材入口管台１６および一次冷却材出口管台１７の端面に肉盛溶接１９を施して、溶接後に必要な熱処理を行った後に、セーフエンド４４を継手溶接２０により固定する方法が適用されている。
　まず、第一実施形態として、水室１２の内壁面における肉盛溶接１９の溶接構造３０Ａについて説明する。
　この溶接構造３０Ａは、図２に示すように、低合金鋼からなる装置本体１１を母材（第一母材）３１として、当該母材３１の表面に順次積層された第一肉盛層３３、第二肉盛層３４及び第三肉盛層３５からなる溶接層６０Ａを備えている。なお、母材３１の表面近傍には、第一肉盛層３３の溶接により生成された熱影響部３２が存在している。
　第一肉盛層３３は、母材３１の表面に肉盛溶接を施すことにより該母材３１に積層された層であって、炭素含有量が０．１％以下の低炭素の低合金鋼または炭素鋼によって構成されている。
　また、第二肉盛層３４は、第一肉盛層３３の表面にさらに肉盛溶接を施すことにより第一肉盛層３３に積層された層であって、６００系ニッケル基合金（例えば、インコネル６００（登録商標））によって構成されている。
　そして、第三肉盛層３５は、第二肉盛層３４の表面にさらに肉盛溶接を施すことによって第二肉盛層３４に積層された層であって、６９０系ニッケル基合金（例えば、インコネル６９０（登録商標））によって構成されている。
　母材３１を構成する低合金鋼、第一肉盛層３３を構成する低炭素の低合金鋼または炭素鋼、第二肉盛層３４を構成する６００系ニッケル基合金、及び第三肉盛層３５を構成する６９０系ニッケル基合金の組成の一例を表１に示す。
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　表１に示す通り、第一肉盛層３３を構成する低炭素の低合金鋼または炭素鋼の炭素含有量は０．１％であり、母材３１を構成する低合金鋼の炭素含有量０．２％よりも少なく設定されている。
　また、第三肉盛層３５を構成する６９０系ニッケル基合金のニッケル含有量は５５％であり、第二肉盛層３４を構成する６００系ニッケル基合金のニッケル含有量７０％よりも少なく設定されている。一方、６９０系ニッケル基合金のクロム含有量は３０％であり、６００系ニッケル基合金のクロム含有量１５％よりも多く設定されている。なお、これら表１に示す各含有量は一例であり、他の値に設定してもよい。
　また、表１に示す通り、低合金鋼、及び低炭素の低合金鋼または炭素鋼は、鉄を主成分としており、６００系ニッケル基合金及び６９０系ニッケル基合金は、ニッケルを主成分としている。これにより、この溶接構造３０Ａにおいては、低炭素の低合金鋼または炭素鋼からなる第一肉盛層３３と、６００系ニッケル基合金からなる第二肉盛層３４との間の境界が、互いに異なる材料が溶接される境界、すなわち異材溶接境界５０である。
　なお、第一肉盛層３３を構成する低炭素の低合金鋼または炭素鋼には、バナジウム又はニオブが添加されていることが好ましい。
　耐食性を有する肉盛溶接としてオーステナイト系ステンレス鋼を用いる場合の例としては、第一肉盛層３３は上記と同じであり、第二肉盛層は６００系ニッケル基合金、第三肉盛層はタイプ３０８またはタイプ３０８Lステンレス鋼である。
　次に、このような溶接構造３０Ａの形成方法、即ち、溶接工法について説明する。
　まず、母材３１として、図１に示した蒸気発生器１０における水室１２のうち仕切板１５との接合に必要な範囲の内壁面を準備する。
　その後、図２に示すように、母材３１の表面全域に、溶接材として低炭素の低合金鋼または炭素鋼を用いて肉盛溶接を行う（第一溶接工程）。これによって、母材３１の表面に低炭素鋼からなる第一肉盛層３３を形成する。
　次いで、ニッケル基合金を肉盛溶接する場合は、第一肉盛層３３の表面全域に、溶接材として６００系ニッケル基合金を用いて肉盛溶接を行う（第二溶接工程）。これにより、第一肉盛層３３の表面に６００系ニッケル基合金からなる第二肉盛層３４を形成する。
　さらに、第二肉盛層３４の表面全域に、溶接材として６９０系ニッケル基合金を用いて肉盛溶接を行う（第三溶接工程）。これによって、第二肉盛層３４の表面に６９０系ニッケル基合金からなる第三肉盛層３５を形成する。
　なお、これら各溶接工程は、例えば被覆アーク溶接により行われる。
　オーステナイト系ステンレス鋼を肉盛溶接する場合は、第一肉盛層３３の表面全域に、溶接材として６００系ニッケル基合金を用いて肉盛溶接を行う（第二溶接工程）。これにより、第一肉盛層３３の表面に６００系ニッケル基合金からなる第二肉盛層３４を形成する（第二溶接工程）。
　さらに、第二肉盛層３４の表面全域に、溶接材としてタイプ３０８またはタイプ３０８Lステンレス鋼を用いて肉盛溶接を行う（第三溶接工程）。これによって、第二肉盛層３４の表面にオーステナイト系ステンレス鋼からなる第三肉盛層３５を形成する。
　そして、最後に、第一肉盛層３３の形成により母材３１の表面に生成された熱影響部３２に対して溶接後の熱処理を行う（熱処理工程）。この熱処理は、母材３１、第一肉盛層３３、第二肉盛層３４及び第三肉盛層３５の全体を加熱することによって施される。これによって、母材３１の熱影響部３２の残留応力の緩和、熱影響部３２の軟化、及び水素除去が図られる。
　次に以上のような溶接構造３０Ａ及び溶接工法の作用について説明する。
　ここで、仮に低合金鋼からなる母材３１に対して低炭素の低合金鋼または炭素鋼を介さずにニッケル基合金を溶接した場合に、母材３１の熱影響部３２に対して溶接後に熱処理を行うと、母材３１とニッケル基合金との間の異材溶接境界を介して母材３１の炭素成分がニッケル基合金に拡散及び移行する浸炭が発生する。このようにニッケル基合金に炭素成分が移行すると、ニッケル基合金における異材溶接境界近傍に硬化層が生じ、母材３１とニッケル基合金との剥離割れのリスクを増大させてしまう。
　同様に、低合金鋼からなる母材３１に対して低炭素の低合金鋼または炭素鋼を介さずにオーステナイト系ステンレス鋼を溶接した場合に、母材３１の熱影響部３２に対して溶接後に熱処理を行うと、母材３１とオーステナイト系ステンレス鋼との間の異材溶接境界を介して母材３１の炭素成分がオーステナイト系ステンレス鋼に拡散及び移行する浸炭が発生する。このようにオーステナイト系ステンレス鋼に炭素成分が移行すると、オーステナイト系ステンレス鋼における異材溶接境界近傍に硬化層が生じ、母材３１とオーステナイト系ステンレス鋼との剥離割れのリスクを増大させてしまう。
　これに対して、本実施形態の溶接構造３０Ａ及び溶接工法によれば、６００系ニッケル基合金からなる第二肉盛層３４と低合金鋼からなる母材３１との間に低炭素の低合金鋼または炭素鋼からなる第一肉盛層３３が介在されているため、母材３１の熱影響部３２に対して溶接後に熱処理を施す際に、炭素成分が第二肉盛層３４に拡散及び移行してしまうことを抑えることができる。
　即ち、６００系ニッケル基合金からなる第二肉盛層３４と接触するのは低合金鋼よりも炭素量の少ない低合金鋼又は炭素鋼のみであるため、６００系ニッケル基合金への浸炭を低減させることができる。
　これによって、鉄を主成分とする低炭素の低合金鋼または炭素鋼とニッケルを主成分とする６００系ニッケル基合金との間の異材溶接境界５０における剥離割れを抑制することができる。
　また、本実施形態においては、低炭素の低合金鋼または炭素鋼と接触するのは、６００系ニッケル基合金と６９０系ニッケル基合金との二種類のニッケル基合金のうちニッケル量が多い６００系ニッケル基合金である。
　ここで、一般にニッケルと炭素とは相性が悪いため、ニッケル量の多いニッケル基合金に向かって低炭素鋼の炭素が積極的に移行していくことはない。したがって、本実施形態のようにニッケル量の多い６００系ニッケル基合金を低炭素の低合金鋼または炭素鋼と接触させることにより、異材溶接境界５０における浸炭をより一層抑制することができる。
　同様に、本実施形態において、低炭素の低合金鋼または炭素鋼と接触するのは、６００系ニッケル基合金とステンレス鋼とのうちニッケル量が多い６００系ニッケル基合金である。したがって、本実施形態のようにニッケル量の多い６００系ニッケル基合金を低炭素の低合金鋼または炭素鋼と接触させることにより、異材溶接境界５０における浸炭をより一層抑制することができる。
　さらに、耐食性の観点からはニッケル基合金におけるクロム量が多いことが好ましい。本実施形態では、一次冷却材が接触する溶接層６０Ａの最も外層側、即ち、最も母材３１から離間した側にクロム量が多い６９０系ニッケル基合金からなる第三肉盛層３５が形成されているため、溶接層６０Ａ全体としての耐食性を向上させることができる。
　また、第一肉盛層３３を構成する低炭素鋼の炭素含有量が０．１％以下とされているため、当該低炭素鋼に接触する第二肉盛層３４への浸炭をより低減させることができる。
　さらに、第一肉盛層３３を構成する低炭素鋼にバナジウム又はニオブが添加されている場合には、これらバナジウムやニオブは炭素と相性が良く、炭素を捕捉する性質を有しているため、第二肉盛層３４への浸炭をより一層低減させることができる。
　次に、第二実施形態として、蒸気発生器１０の水室１２と仕切板１５との間の溶接構造３０Ｂについて説明する。
　この溶接構造３０Ｂは、図３に示すように、低合金鋼からなる水室１２を第一母材４１とするとともに６９０系ニッケル基合金からなる仕切板１５を第二母材４２としてこれらを接続する複数層の溶接層６０Ｂから構成されている。この溶接層６０Ｂは、第一母材４１側から第二母材４２側に向かって順に積層された第一肉盛層３３、第二肉盛層３４、第三肉盛層３５及び継手溶接層４３から構成されている。また、第一母材４１の表面には、第一肉盛層３３の溶接の際の入熱によって熱影響部４１ａが生成されている。
　第一肉盛層３３、第二肉盛層３４及び第三肉盛層３５は、第一実施形態と同様の構成をなしており、第一母材４１の表面に順次積層されている。
　継手溶接層４３は、第三肉盛層３５と第二母材４２とを継手溶接によって接続することによって形成される層であって、本実施形態では、６９０系ニッケル基合金（例えば、インコネル６９０（登録商標））によって構成されている。
　なお、本実施形態の溶接構造３０Ｂにおいても、第一実施形態と同様、低炭素の低合金鋼または炭素鋼からなる第一肉盛層３３と６００系ニッケル基合金からなる第二肉盛層３４との境界が異材溶接境界５０とされている。
　次に、このような溶接構造３０Ｂの形成方法、即ち、溶接工法について説明する。
　まず、第一母材４１として、図１に示した蒸気発生器１０の水室１２を構成する構造材を準備する。
　次いで、図３に示すように、水室１２の、仕切板１５と接続される部位に対して、第一実施形態と同様に第一溶接工程、第二溶接工程、及び第三溶接工程を順次施すことにより、低炭素の低合金鋼もしくは炭素鋼からなる第一肉盛層３３、６００系ニッケル基合金からなる第二肉盛層３４、及び６９０系ニッケル基合金もしくはタイプ３０８またはタイプ３０８Lステンレス鋼からなる第三肉盛層３５を積層形成する。
　そして、第一母材４１、第一肉盛層３３、第二肉盛層３４、及び第三肉盛層３５の全体を加熱することによって、第一肉盛層３３の溶接により生成された第一母材４１の熱影響部４１ａに対して溶接後の熱処理工程を施す。
　その後、第三肉盛層３５の外層側、即ち、第一母材４１から離間する側の面と、第二母材４２としての仕切板１５の端面とを間隔をあけて対向配置する。６９０系ニッケル基合金を用いて、これら第三肉盛層３５と第二母材４２とを継手溶接する。これによって、第三肉盛層３５と第二母材４２との間にこれらを互いに接続する継手溶接層４３を形成する。第二母材４２はニッケル基合金だけではなくオーステナイト系ステンレス鋼であっても良い。
　また、適用部位は仕切板１５に限らず、例えば一次冷却材入口管台１６および一次冷却材出口管台１７とセーフエンド４４との間の継手溶接部であっても良い。
　このような第二実施形態の溶接構造３０Ｂ及び溶接方法においても、第一実施形態と同様、異材溶接境界５０を介しての浸炭による硬化層の生成を回避することができるため、第一肉盛層３３と第二肉盛層３４との間における剥離割れのリスクを低減させることができる。これによって、第一母材４１と第二母材４２とを信頼性高く接続することが可能となる。
　さらに、第二肉盛層３４を構成する６００系ニッケル基合金に比べてクロム量の多い６９０系ニッケル基合金により継手溶接層４３を構成しているため、継手溶接層４３の耐食性を高くすることができる。これによっても第一母材４１と第二母材４２との接続の信頼性を高く担保することができる。
　以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない限り、これらに限定されることはなく、多少の設計変更等も可能である。
　例えば、第一実施形態においては、母材３１の表面に第一肉盛層３３、第二肉盛層３４、及び第三肉盛層３５を順次積層した例について説明したが、第三肉盛層３５は必ずしも形成しなくともよい。この場合、溶接層６０Ａ全体としての耐食性は第一実施形態より劣るが、第一実施形態と同様、異材溶接境界５０を介しての浸炭を低減することができるため、剥離割れのリスクを低減させることが可能となる。
　また、第一実施形態及び第二実施形態においては、第二肉盛層３４として６００系ニッケル基合金を用いた例について説明したが、６００系ニッケル基合金に代えて６００系ニッケル基合金よりもニッケル量の多い純ニッケルを用いて第二肉盛層３４を構成してもよい。この場合も第一実施形態及び第二実施形態と同様、低炭素鋼からなる第一肉盛層３３から異材溶接境界５０を介して第二肉盛層３４に炭素が拡散及び移行してしまうことを抑制することができる。
　なお、このように第二肉盛層３４に純ニッケルを用いた場合には、第三肉盛層３５に６００系ニッケル基合金を用いてもよい。即ち、第二肉盛層３４の方が第三肉盛層３５よりもニッケル量が多くなるように構成されていればよい。
　さらに、第一実施形態及び第二実施形態においては蒸気発生器１０に溶接構造３０Ａまたは３０Ｂを適用した例について説明した。しかし、これに限定されず、原子力圧力容器、ボイラ、石油精製プラント等のタンクにおけるオーバレイ溶接や配管の継手溶接に第一実施形態及び第二実施形態の溶接構造３０Ａまたは３０Ｂを適用してもよい。
　以下、実施例について説明する。
（境界割れ発生状況確認試験）
　溶接素材の組み合わせによる境界割れの発生状況を試験した。
　実施例として、母材としての低合金鋼（炭素量０．２％）に低炭素の低合金鋼（炭素量０．１％）を肉盛溶接したものに、溶接材料として６００系ニッケル基合金を溶接させた試験片を作製した。
　また、比較例として、母材としての低合金鋼（炭素量０．２％）に溶接材料として６９０系ニッケル基合金を溶接させた試験片を作製した。
　表１に用いた材料の化学成分を示す。
　そして、実施例及び比較例の試験片にそれぞれ水素を供給することにより水素を内包させた後、各試験片に引張荷重を付与して境界割れ状況、即ち、異材溶接境界における剥離割れの発生状況を確認する試験を計３回行った。境界割れ発生状況の判定は、試験後の試験片破面における境界割れの面積率に基づいて行った。
　表２に試験結果を示す。なお、境界割れ発生状況は、比較例を１とした場合の相対評価とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２から、低炭素の低合金鋼に６００系ニッケル基合金を溶接した実施例の試験片は、低合金鋼に６９０系ニッケル基合金を溶接した比較例の試験片よりも境界割れ発生が少ないことがわかる。これは、低炭素の低合金鋼の炭素量が低合金鋼の炭素量よりも少なく、かつ、炭素と相性の悪いニッケルの量が６９０系ニッケル基合金よりも６００系ニッケル基合金の方が多いことに起因するものと考えられる。即ち、実施例では、溶接金属としての６００系ニッケル基合金への炭素移行量が抑えられたため、剥離割れが抑制されている。
　このことから、低炭素鋼に６９０系ニッケル基合金を溶接させた第一実施形態及び第二実施形態においては、剥離割れのリスクを低減できることが判明した。
（溶接材料の硬さ確認試験）
　素材の組み合わせによる異材溶接境界近傍における溶接材料の硬さを確認する試験を行った。
　実施例として、母材としての低合金鋼（炭素量０．２％）に低炭素の低合金鋼（炭素量０．１％）を肉盛溶接したものに、溶接材料として６００系ニッケル基合金を溶接させた試験片を作製した。
　また、比較例として、母材としての低合金鋼（炭素量０．２％）に溶接材料として６９０系ニッケル基合金を溶接させた試験片を作製した。
　そして、実施例及び比較例の試験片について、母材と溶接金属との境界近傍、即ち、異材溶接境界近傍における溶接金属（６００系ニッケル基合金又は６９０系ニッケル基合金）の硬さを計５つの位置において測定した。
　表３に試験結果を示す。なお、実施例及び比較例の硬さは比較例を１とした場合の相対評価とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３から、低炭素の低合金鋼に６００系ニッケル基合金を溶接した実施例の試験片は、低合金鋼に６９０系ニッケル基合金を溶接した比較例の試験片よりも硬さが少ないことがわかる。これについても、境界割れ発生状況確認試験同様、低炭素の低合金鋼の炭素量が低合金鋼の炭素量よりも少なく、かつ、炭素と相性の悪いニッケルの量が６９０系ニッケル基合金よりも６００系ニッケル基合金の方が多いことに起因するものと考えられる。即ち、実施例では、溶接金属としての６００系ニッケル基合金への炭素移行量が抑えられたため、硬さの上昇が抑えられている。
　このことから、低炭素鋼に６９０系ニッケル基合金を溶接させた第一実施形態及び第二実施形態においては、硬さの上昇を抑制することができ、結果として剥離割れのリスクを低減できることが判明した。
　本発明の溶接構造によれば、ニッケル基合金への浸炭量を低減させることができる。これによって、ニッケル基合金への浸炭に基づく硬化層が形成されることを抑制することができるため、異材溶接境界における剥離割れを防止することが可能となる。
１０　蒸気発生器
１１　管板
１２　水室
１３　一次側容器
１４　二次側容器
１５　仕切板
１６　一次冷却材入口管台
１７　一次冷却材出口管台
１８　伝熱管
１９　肉盛溶接
２０　継手溶接
３０　溶接構造
３０Ａ　溶接構造
３０Ｂ　溶接構造
３１　母材
３２　熱影響部
３３　第一肉盛層
３４　第二肉盛層
３５　第三肉盛層
４１　第一母材
４１ａ　熱影響部
４２　第二母材
４３　継手溶接層
４４　セーフエンド
５０　異材溶接境界
６０Ａ　溶接層
６０Ｂ　溶接層

Claims (10)

  1. 　低合金鋼からなる第一母材に溶接層が形成されてなる溶接構造であって、
    　前記溶接層は、
    　前記低合金鋼よりも炭素量の少ない低炭素の低合金鋼または炭素鋼からなり、前記第一母材に積層された第一肉盛層と、
    　ニッケル基合金もしくはステンレス鋼からなり、前記第一肉盛層に積層された第二肉盛層とを備える溶接構造。
  2. 　前記溶接層は、
    　前記第二肉盛層よりもニッケル量が少なく、かつ、前記第二肉盛層よりもクロム量が多いニッケル基合金からなり、前記第二肉盛層に積層された第三肉盛層をさらに備える請求項１に記載の溶接構造。
  3. 　前記溶接層は、
    　前記第三肉盛層と同様のニッケル基合金もしくはステンレス鋼からなるとともに、前記第三肉盛層とステンレス鋼又はニッケル基合金からなる第二母材とを継手溶接する継手溶接層をさらに備える請求項２に記載の溶接構造。
  4. 　前記低炭素の低合金鋼または炭素鋼の炭素含有量が、０．１％以下である請求項１から３のいずれか一項に記載の溶接構造。
  5. 　前記第二肉盛層を構成するニッケル基合金が６００系ニッケル基合金であって、
    　前記第三肉盛層を構成するニッケル基合金が６９０系ニッケル基合金である請求項１から４のいずれか一項に記載の溶接構造。
  6. 　前記第二肉盛層を構成するニッケル基合金が６００系ニッケル基合金であって、
    　前記第三肉盛層を構成するステンレス鋼がタイプ３０８系もしくはタイプ３０８L系ステンレス鋼である請求項１から４のいずれか一項に記載の溶接構造。
  7. 　前記第一肉盛層を構成する前記低炭素の低合金鋼または炭素鋼に、バナジウム又はニオブが添加されている請求項１から６のいずれか一項に記載の溶接構造。
  8. 　低合金鋼からなる第一母材に溶接層を形成する溶接工法であって、
    　前記第一母材に対して、前記低合金鋼よりも炭素量の少ない低合金鋼または炭素鋼による肉盛溶接を施すことにより第一肉盛層を形成する第一溶接工程と、
    　前記第一肉盛層に対して、ニッケル基合金またはオーステナイト系ステンレス鋼による肉盛溶接を施すことにより、第二肉盛層を形成する第二溶接工程と、
    　前記第一溶接工程により生成された前記第一母材の熱影響部に対して溶接後に熱処理を施す熱処理工程とを備える溶接工法。
  9. 　第二肉盛層に、前記第二肉盛層よりもニッケル量が少なく、かつ、前記第二肉盛層よりもクロム量が多いニッケル基合金またはステンレス鋼を第三肉盛層として肉盛溶接する第三溶接工程をさらに備え、前記第三溶接工程は前記第二溶接工程の後であって前記熱処理工程の前に行われる請求項８に記載の溶接工法。
  10. 　前記第三肉盛層とステンレス鋼又はニッケル基合金からなる第二母材とを、ニッケル基合金またはステンレス鋼による継手溶接を施すことによって、継手溶接層を形成する第四溶接工程をさらに備え、前記第四溶接工程は、前記熱処理工程の後に行われる請求項８又は９に記載の溶接工法。
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