| 【発明の名称】 |
炭素鋼へのステンレス材料のレーザ溶接方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】中西 幸紀
【氏名】福澤 斉之
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| 【要約】 |
【課題】溶接金属のマルテンサイト変態や融合不良を生じることなく、常に良好な溶接が行えるようにする。
【解決手段】炭素鋼表面にＹＡＧレーザを用いてステンレス材料を溶接する方法であって、溶接入熱Ｑ（ｋＪ／ｃｍ）が【数１】Ｑ＝Ｐ／Ｖt×６０Ｐ：レーザ出力（ｋＷ） |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 炭素鋼表面にＹＡＧレーザを用いてステンレス材料を溶接する方法であって、溶接入熱Ｑ（ｋＪ／ｃｍ）が【数１】Ｑ＝Ｐ／Ｖt×６０Ｐ：レーザ出力（ｋＷ）
Ｖt：溶接速度（ｃｍ／ｍｉｎ）
であり、溶接単位長さ当たりのワイヤ送給長さＷ（ｃｍ／ｍｉｎ）が【数２】Ｗ＝Ｖw／ＶtＶw：ワイヤ送給量（ｃｍ／ｍｉｎ）
Ｖt：溶接速度（ｃｍ／ｍｉｎ）
であるとき、溶接単位長さ当たりのワイヤ送給長さＷを、Ｗ≒０．２２Ｑ＋０．７５より大きく、Ｗ≒０．４０Ｑ＋０．５０より小さい適正範囲で溶接することを特徴とする炭素鋼へのステンレス材料のレーザ溶接方法。
【請求項２】 第１層第１パスの溶接単位長さ当たりのワイヤ送給長さＷを、Ｗ≒０．５５Ｑ−０．３４より大きく、Ｗ≒０．６５Ｑ−０．３４より小さい適正範囲で溶接し、その後請求項１記載の適正範囲で溶接することを特徴とする炭素鋼へのステンレス材料のレーザ溶接方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭素鋼へのステンレス材料のレーザ溶接方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】炭素鋼の表面改質の手段としてステンレス鋼溶接材料（以下ステンレス材料という）のクラッド溶接がある。クラッド溶接の方法には、エレクトロスラグ溶接や爆着溶接等があるが、現地での補修溶接に用いる場合には、ＴＩＧ溶接やＹＡＧレーザ発振器と組み合わせたワイヤ送給式によるレーザ溶接が有効である。
【０００３】ステンレス材料を炭素鋼に溶接する際には異材溶接であるため、次の２点が問題となる。すなわち、融合不良のない連続的で滑らかな溶接ビードが形成できること、及び、母材との希釈により溶接金属がマルテンサイト変態を起こさないことである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】例えば、局部腐食に対して優れた耐食性をもつ３１６型オーステナイト系ステンレス材料を炭素鋼にクラッド溶接する場合を考えると、母材との希釈が大きいＴＩＧ溶接では、３０９型ステンレス材料を用いて初層を溶接し、その後初層の上に、３１６型ステンレス材料を用いて多層溶接する手順をとっている。
【０００５】しかし、ＴＩＧ溶接の場合には、大きな溶接入熱が当該部に投入されるため、フランジシール面等にこの技術を適用した場合には、フランジの変形を生じてボルトが締まらなくなる等の機器の性能を損なう問題を生じる虞れがある。
【０００６】これに対してレーザ溶接は、溶接入熱が小さく母材の変形が小さいので非常に有効な方法である。
【０００７】しかし、レーザ溶接においても、レーザ出力、溶接速度、ワイヤ送給量を適正に制御しなければ、溶接金属が希釈されてマルテンサイト変態を生じたり、或いは融合不良を生じるといった問題がある。
【０００８】本発明は、上記課題に鑑みてなしたもので、溶接金属のマルテンサイト変態や融合不良を生じることなく、常に良好な溶接が行えるようにした炭素鋼へのステンレス材料のレーザ溶接方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、炭素鋼表面にＹＡＧレーザを用いてステンレス材料を溶接する方法であって、溶接入熱Ｑ（ｋＪ／ｃｍ）が【数３】Ｑ＝Ｐ／Ｖt×６０Ｐ：レーザ出力（ｋＷ）
Ｖt：溶接速度（ｃｍ／ｍｉｎ）
であり、溶接単位長さ当たりのワイヤ送給長さＷ（ｃｍ／ｍｉｎ）が【数４】Ｗ＝Ｖw／ＶtＶw：ワイヤ送給量（ｃｍ／ｍｉｎ）
Ｖt：溶接速度（ｃｍ／ｍｉｎ）
であるとき、溶接単位長さ当たりのワイヤ送給長さＷを、Ｗ≒０．２２Ｑ＋０．７５より大きく、Ｗ≒０．４０Ｑ＋０．５０より小さい適正範囲で溶接することを特徴とする炭素鋼へのステンレス材料のレーザ溶接方法、に係るものである。
【００１０】また、請求項２記載の発明は、第１層第１パスの溶接単位長さ当たりのワイヤ送給長さＷを、Ｗ≒０．５５Ｑ−０．３４より大きく、Ｗ≒０．６５Ｑ−０．３４より小さい適正範囲で溶接し、その後請求項１記載の適正範囲で溶接するようにしている。
【００１１】本発明によれば、溶接入熱と溶接単位長さ当たりのワイヤ送給長さとの関係において、適正範囲を特定したことにより、溶接が適正範囲で行われるように、溶接入熱と溶接単位長さ当たりのワイヤ送給長さの関係を自動的に制御すると、マルテンサイト変態や溶融不良を起こすことなく、炭素鋼に対してステンレス材料を良好に溶接できる。
【００１２】また、適正範囲の溶接条件で溶接することで、溶接金属の希釈率を低くコントロールすることができ、このために１層でも充分な耐食性を備えたクラッド層を形成することができ、よって、母材の溶接による変形を少なくでき、また、溶接材料の節減と工事期間の短縮も図れる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】本発明者等は、ＹＡＧレーザ溶接法を用いて、炭素鋼にステンレス材料をクラッド溶接する場合について、レーザ出力と、溶接速度と、ワイヤ送給量との関係について種々実験し、調査を行った。
【００１５】レーザ出力Ｐと溶接速度Ｖtの関係から、溶接入熱Ｑ（ｋＪ／ｃｍ）は、【数５】Ｑ＝Ｐ／Ｖt×６０Ｐ：レーザ出力（ｋＷ）
Ｖt：溶接速度（ｃｍ／ｍｉｎ）
である。
【００１６】また、ワイヤ送給量Ｖwと溶接速度Ｖtの関係から、溶接単位長さ当たりのワイヤ送給長さＷ（ｃｍ／ｍｉｎ）は、【数６】Ｗ＝Ｖw／ＶtＶw：ワイヤ送給量（ｃｍ／ｍｉｎ）
Ｖt：溶接速度（ｃｍ／ｍｉｎ）
である。
【００１７】そして、上記溶接入熱Ｑと溶接単位長さ当たりのワイヤ送給長さＷとの関係について調査したところ、図１に示す結果を得た。図１は炭素鋼に、３１６型ステンレス材料をクラッド溶接した場合を示しており、線Ａは、Ｗ＝０．２１６Ｑ＋０．７５０を示しており、また線Ｂは、Ｗ＝０．４０１Ｑ＋０．５０１を示している。
【００１８】また、３０４型ステンレス材料を炭素鋼にクラッド溶接した場合も上記に略等しい結果が得られた。
【００１９】図１の線Ａは、線Ａより溶接単位長さ当たりのワイヤ送給長さＷの値が小さいと、マルテンサイト変態を起こす下限値を示しており、また線Ｂは、線Ｂより溶接単位長さ当たりのワイヤ送給長さＷの値が大きいと、溶融不良を起こす上限値を示している。
【００２０】従って、図１の線Ａと線Ｂの間、即ち、Ｗ＝０．２１６Ｑ＋０．７５０と、Ｗ＝０．４０１Ｑ＋０．５０１との間が適正範囲Ｓであり、例えば適正範囲Ｓ内の点Ｘの標準条件で溶接を行えば、マルテンサイト変態や溶融不良を起こすことのない良好なクラッド溶接が可能になる。
【００２１】このように、溶接入熱Ｑと溶接単位長さ当たりのワイヤ送給長さＷとの関係において、適正範囲Ｓが特定されたことにより、溶接が適正範囲Ｓ内で行われるように、溶接入熱Ｑと溶接単位長さ当たりのワイヤ送給長さＷの関係を自動的に制御すると、炭素鋼に対するステンレス材料の良好なクラッド溶接を安定して行うことができる。
【００２２】また、平板に対する１層１パス目の溶接時における溶接入熱Ｑと溶接単位長さ当たりのワイヤ送給長さＷとの関係について調査したところ、図２に線Ｃ及び線Ｄで示すように図１とは異なる結果が得られた。
【００２３】図２の線Ｃは、Ｗ＝０．５４５Ｑ−０．３３８を示しており、線Ｄは、Ｗ＝０．６４５Ｑ−０．３３８を示している。
【００２４】図２の線Ｃは、線Ｃより溶接単位長さ当たりのワイヤ送給長さＷの値が小さいと、マルテンサイト変態を起こす下限値を示しており、また線Ｄは、線Ｄより溶接単位長さ当たりのワイヤ送給長さＷの値が大きいと、溶融不良を起こす上限値を示している。
【００２５】従って、図２の線Ｃと線Ｄの間、即ち、Ｗ＝０．５４５Ｑ−０．３３８と、Ｗ＝０．６４５Ｑ−０．３３８との間が適正範囲Ｓ’であり、従って、１層１パス目の溶接を行う際には、例えば適正範囲Ｓ’内の点Ｙの標準条件で溶接を行えば、マルテンサイト変態や溶融不良を起こすことのない良好なクラッド溶接が可能である。
【００２６】また、図２に示した適正範囲Ｓ’で１層１パス目の溶接を行った後は、図１に示した適正範囲Ｓの溶接条件で溶接を続行すればよい。
【００２７】上記したように、図１、図２に示す適正範囲Ｓ，Ｓ’の溶接条件で溶接することで、溶接金属の希釈率を低くコントロールすることができる。このため、１層でも充分な耐食性を備えたクラッド層を形成することができ、炭素鋼に対して１層目から３１６型ステンレス材料を用いても健全な溶接が可能になる。
【００２８】上記したように、１層の溶接でクラッド層の形成が可能であり、よって、母材の溶接による変形を少なくできる。また、溶接材料の節減と工事期間の短縮も図れる。
【００２９】
【発明の効果】本発明によれば、溶接入熱と溶接単位長さ当たりのワイヤ送給長さとの関係において、適正範囲を特定したことにより、溶接が適正範囲で行われるように、溶接入熱と溶接単位長さ当たりのワイヤ送給長さの関係を自動的に制御すると、マルテンサイト変態や溶融不良を起こすことなく、炭素鋼に対してステンレス材料を良好に溶接できる効果がある。
【００３０】また、適正範囲の溶接条件で溶接することで、溶接金属の希釈率を低くコントロールすることができ、このために１層でも充分な耐食性を備えたクラッド層を形成することができ、よって、母材の溶接による変形を少なくでき、また、溶接材料の節減と工事期間の短縮も図れる効果がある。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００００９９
【氏名又は名称】石川島播磨重工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年８月２３日（１９９９．８．２３） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６２２３６
【弁理士】
【氏名又は名称】山田 恒光 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−５８２８３（Ｐ２００１−５８２８３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年３月６日（２００１．３．６） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２３５５６７ |
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