JP2613709B2 - 異材接合方法 - Google Patents

異材接合方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、チタンと鋼材との異材
接合あるいはチタンクラッド鋼同志を接合(以下異材接
合と呼ぶ。)する方法すなわちチタンの異材接合方法に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】チタンは、チタン類似の金属とは接合は
できるが、例えば、チタンクラッド鋼の接合においてチ
タンと母材である炭素鋼あるいは低合金鋼をAr,He
等の不活性ガスを用いてアーク溶接すると、溶融金属中
にFeが多量に溶込み、Fe−Tiの金属間化合物やT
iCあるいはTiN等の化合物が多量に形成され、これ
が溶接金属を脆化させるために接合は不可能といっても
よい。
【0003】従って、従来チタンと鋼材あるいはチタン
クラッド鋼同志を接合するいわゆる異材接合の場合に
は、真空炉内蝋付けにて接合するか、拡散接合のように
金属間化合物を形成しないインサート材を挿入して接合
している。そのために大きさの制約があるのと同時に現
場での接合ができないとか、電子ビーム溶接のように貴
金属類を使用するために高価になるのとともに接合強度
が低い等の欠点がある。
【0004】図5(a),(b)はFeを主体とする母
材2の上面に商用Ti合わせ材3を結合したチタンクラ
ッド鋼1の接合方法を示しているが、図5(a)はクラ
ッド鋼1の両端部4、を溶接してから、合わせ材3と同
質のTiスペーサ材6を、切り欠き部に載置し、合わせ
材3とこのスペーサ材6を溶接7′して、継手部を構成
している。しかし、この継手部において、母材端縁4の
表面と、スペーサ材6との間には、空隙10ができこの
空隙が接合強度を低下させる。一方合わせ材3と、スペ
ーサ材6の溶接に際し、クラッド鋼母材2の一部が溶融
し、これが溶接部7の溶着金属中に混入してTiC,T
iN等の化合物やFe−Ti金属間化合物の脆弱層を生
成せしめ、これが原因となってわれることが起こる。
【0005】このような溶接脆弱層の形成を防ぐため、
図5(b)に示すようにスペーサ材6は、合わせ材3と
溶接せず、合わせ材3間を被覆載置するに止め、その上
部に当て板材8で覆うと共にこれと合わせ材3とを重ね
隅肉溶接部9を形成して接合する継手としている。
【0006】当て板材8は、合わせ材3、スペーサ材6
と同様チタンで構成されており、従って、重ね隅肉溶接
部9における前記の脆化層の問題は起きない。しかし、
この継手は合わせ材の上に押さえ板を溶接するために、
溶接構造が複雑になるのと共に曲げ加工によって空隙部
が拡大されるので加工を伴う構造物には適用できない。
【0007】なお、チタンクラッド鋼の溶接方法は特開
平2−52176号公報に開示されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した問
題点を解決するものであって、チタンと鋼材あるいはチ
タンクラッド鋼同志などの異材接合するに際して、炉内
接合等の特別な工程を採用することなく、簡易な方法で
脆化の無いしかも耐食性に優れたAr,He等の不活性
ガスを用いたプラズマ溶接法を提供することを目的とす
る。
【0009】
【問題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するために以下の構成を要旨とする。すなわち、チ
タンと鋼材との接合あるいはチタンクラッド鋼同志など
を接合するに際し、Ag−Cuを主成分とする溶材で、
シールドガスとしてAr,He等の不活性ガスを用いて
プラズマ溶接することを特徴とするチタンと鋼材との異
材接合方法である。なお、プラズマ溶接でのセンターガ
スとして、Heガスを使用することが好ましいが必要に
応じてArガスを使用しても良い。また上記溶材にはL
i,Snの何れかまたは両方を添加してもよい。
【0010】以下本発明を詳細に説明する。
【0011】
【作用】チタンは、耐食性に優れているため、化学プラ
ントや航空機部品などに使用され、その用途は拡大しつ
つあるが、高価であることが実用上の制約となってい
る。従って腐食雰囲気にはチタン、その反面は強度部材
としての役割を保持するために、低合金鋼、高張力鋼な
どよりなるクラッド鋼が用いられる。使用するチタンは
JISに規定されている1種〜3種の何れでもよい。ク
ラッド鋼は、上記のように種々の機器、部品などに使用
されるがこれらの構成部材とするにあたり、上述したよ
うに脆性がなく、接合強度のある接合部を得ることは重
要である。
【0012】すなわちチタンクラッド鋼を接合する場合
には、母材(軟鋼あるいは合金鋼)に開先を設けて母材
同志を同質の溶材を用いて溶接し、この溶接部分では、
母材と、合わせ材(Ti)同志あるいは合わせ材(T
i)と同質のスペーサ材とをAg−Cuを主成分とする
溶材を用いて前記プラズマ溶接をする。また、これらの
溶接部端面においては、例えば母材とスペーサ材との間
隙をシールするために、両者間に亘ってAg−Cuを主
成分とする溶材で前記プラズマ溶接法でシール溶接する
ものである。すなわちこのような場合は、何れも鋼母材
とチタンの異材接合となる。
【0013】本発明において接合に使用される溶材とし
ては、前記のようにAg−Cuを主成分とするものを用
いるものであり、例えばJIS Z 3261に規定さ
れているBAg8あるいはBAg−8A(Li:0.1
5〜0.3%添加)系材料でよい。これらの材料にはS
nを含有してもよく、さらにZnを作業性を害しない程
度であれば添加することはできるが多量に添加するとヒ
ュウムの発生が多くなるのでその添加量は少量に制限さ
れる。AgおよびSnは溶融点を低く抑さえ、Feおよ
びTiとの反応を防ぎ、Cuは継手強度を向上させ、L
iは軟鋼とのなじみを良くするために用いる。
【0014】本発明はプラズマ溶接法を用い積極的に溶
融接合するもので、Ag−Cuを主成分とする溶材は金
属間化合物を作らないのと低融点のためにTIG溶接法
を用いるが、プラズマ溶接法は加熱速度が早く、アーク
の集中力が良いので、溶融金属の溶けわかれがない。
【0015】なお、プラズマ溶接のセンターガスとし
て、Heが好ましいが必要に応じて少量のArを使用し
ても良い。通常センターガスとしては水素を用いるが、
水素を使用すると、Tiとの化合物として脆い水素化合
物を形成するので水素を混入させるのは好ましくない。
また、この種の溶材で溶接する場合は開先形状はできる
だけ小さくする方が接合強度の面より好ましい。
【0016】
【実施例】図面は本発明の溶接法により得た溶接部の実
施例を示すものである。図1(a)はチタンクラッド鋼
1を接合した状態を示し、母材(軟鋼)2と2をプラズ
マ溶接で多層溶接し溶接部5を形成した後、合わせ材3
と同質のTiスペーサ材6を切り欠き部に載置し合わせ
材3,3とこのスペーサ材6をAg−Cuを主成分とす
る溶材でシールドガスとしてAr,He等の不活性ガス
を、センターガスにArガスを用いてプラズマ溶接し、
溶接部7を形成する。
【0017】図1(b)は、スペーサ材6と合わせ材
3,3とをAg−Cuを主成分とする溶材でAr,He
等の不活性ガスを用いてTIG溶接し、溶接部7を形成
後、その上部に当て板材8で覆うと共にこれと合わせ材
3とを重ね隅肉溶接部9を形成して接合する継手であ
る。当て板材8は、合わせ材3に重ね隅肉溶接し隅肉溶
接部9を形成する。しかしこの継手はスペーサ材6の上
に当て板材8を溶接するために、図示のような継手端面
側には、母材(軟鋼)2とスペーサ材6との間に空隙部
10が形成されるため、これをふさぐためにシール溶接
をする必要があるが、これは異材接合となるために本発
明ではAg−Cuを主成分とする溶材でシールドガスと
してAr,He等の不活性ガスを、センターガスとして
Heを用いてプラズマ溶接し、異材シール溶接部14を
形成する。さらにスペーサ材6と当て板材8との間に形
成される空隙部10aにはスペーサ材6と当て板材8と
同様のTi溶材を用いてプラズマ溶接し、シール溶接部
15を形成する方法を採用している。
【0018】図2(a)は、鋼製反応容器等で耐食性の
要求される場合に内張り用としてチタン12を使用し、
このチタンと鋼材の異材接合状態を示したものである。
すなわち、図2(b)の要部説明図に示すように、母材
2の内面に裏当て材としてのチタンの合わせ材3をAg
−Cu−Li−Snを主成分とする溶材で、シールドガ
スとしてAr,He等の不活性ガス雰囲気で、センター
シールドガスとしてHeガスでプラズマ溶接法を用いて
隅肉溶接をし、チタン3と鋼材2との異材接合による隅
肉溶接部11を形成し、そのチタン合わせ材3の上層部
に内張りのチタン12を同質のTi溶材を用いてプラズ
マ溶接で突合せ溶接を行って突合せ溶接部13を形成す
る方法を示している。
【0019】図3(a)は、チタンクラッド鋼板をパイ
プに加工し、軟鋼配管2(a)と成形したチタンクラッ
ド鋼管1との突合せ接合した状態を示したもので、同図
(b)に示すように、クラッド材の端部面4でチタン合
わせ材3と母材2とをAg−Cu−Liを主成分とする
溶材でシールドガスとしてAr,He等の不活性ガス
を、センターガスとしてArガスを用いてプラズマ溶接
で異材溶接部11を形成した後、母材(軟鋼)2をプラ
ズマ溶接で多層溶接し溶接部5を形成する方法を示して
いる。
【0020】図4は、チタンクラッド鋼板をパイプに加
工し、これを海洋における飛沫・干満部の防食法として
使用した際の鋼管杭との突合せ状況を示す。すなわち海
洋構造物脚柱15に巻回する場合の本発明の使用例であ
り、これを海水スプラッシュゾーンに設置するクラッド
鋼板の接合に使用することにより、脚柱の波による浸食
を保護し、その長寿命化に役立つことができる。図示の
ようにチタンクラッド鋼1を脚柱15に接合する場合
に、構造部材15とクラッド鋼母材2をTIG溶接で多
層隅肉溶接し溶接部5を形成した後、チタンの合わせ材
3と同質のTiスペーサ材6を切り欠き部に載置し、合
わせ材3とこのスペーサ材6を同質のTi溶材でプラズ
マ溶接7後、これらの溶接部端面を母材2と、合わせ材
およびスペーサ材に亘って、Ag−Cu−Snを主成分
とする溶材でシールドガスとしてAr,He等の不活性
ガスを、センターガスとしてArガスを用いてプラズマ
溶接をして異材シール溶接部14を形成する。この結
果、前記溶接部端面は、スペーサ材と母材間に間隙が構
成されていてもこれを完全にシールし、溶接部に上記間
隙からの海水浸入による脆化や腐食を防止できる。
【0021】このように本発明では溶材にAg−Cuを
主成分とする材料を使用するためAgを主成分とする溶
着成分が得られFeの溶込はあるものの少量でありAg
リッチの溶着金属が得られる。また、本発明は溶融溶接
されるために蝋接に比較して接合強度が高く、現場での
溶接施工が可能である。
【0022】なお、本発明において、プラズマ溶接適用
部の一部あるいは全部にTIG溶接を適用することは可
能である。
【0023】
【発明の効果】以上のように、本発明法によれば、チタ
ンと鋼材との異材接合あるいはチタンクラッド鋼同志を
接合するにおいてネックとされていた溶接部の脆化や耐
食性の低下がない溶着金属が、従来と同様なアーク溶接
で簡単に得られその工業的な効果は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a),(b)は本発明法によるチタンクラッ
ド鋼の溶接部を示す概略図ある。
【図2】(a)は、チタンと鋼材の溶接法を示す概略図
であり、同図(b)は、同(a)図の一部拡大説明図で
ある。
【図3】(a)は、チタンクラッド鋼管と炭素鋼鋼管と
の溶接法を示す断面斜視図、同図(b)は同(a)図の
一部拡大説明図である。
【図4】(a)は、炭素鋼構造物にチタンクラッド鋼管
を巻回し、鋼との異材溶接法を示す概略図、同図(b)
は同(a)図の一部拡大説明図である。
【図5】(a),(b)は従来のチタンクラッド鋼の接
合法を示す断面図である。
【符号の説明】 1…クラッド鋼板 2…母材 2(a)…軟鋼配管 3…合わせ材 4…クラッド鋼1の両端部 5…クラッド鋼板軟鋼部母材多層盛溶接部 6…スペーサ材 7,7′…スペーサ材溶接部 8…当て板材 9…重ね隅肉溶接部 10…空隙 11…隅肉溶接 12…内ばりのチタン 13…突合せ溶接部 14…異材シール溶接部 15…シール溶接部
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // B23K 103:14 (72)発明者 添田 精一 東京都千代田区大手町2−6−3 新日 本製鐵株式会社内 (56)参考文献 特開 昭53−11860(JP,A) 特開 平6−15453(JP,A) 特開 平5−185237(JP,A) 特公 平7−236(JP,B2) 特公 平2−27073(JP,B2) 溶接学会編「溶接便覧改訂3版」, (昭52−3−31)P.1077−1093,P. 1437−1446 社団法人チタニウム協会刊「チタニウ ムジルコニウム」,VOL.39 NO. 2(平3−4−28)P.11−15 産報出版株式会社刊「溶接技術」,第 34巻第9号(昭61−9−1)P.24−32 浜田晋作著 産報出版株式会社刊「現 代溶接技術体系第27巻 異種金属溶接の かんどころ」(昭55−1−23)P.174 −181 岡田実他著 日刊工業新聞社刊「溶接 技術講座5 非鉄金属・非金属の溶接」 (昭38−10−31)P.135−152

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チタンと鋼材あるいはチタンクラッド鋼
    同志を接合するに際し、Ag−Cuを主成分とする溶材
    を用い、プラズマ溶接法で溶接することを特徴とする異
    材接合方法。
  2. 【請求項2】 Ag−Cu−Liおよび不可避不純物か
    らなる溶材を用いてプラズマ溶接することを特徴とする
    請求項1記載の異材接合方法。
  3. 【請求項3】 Ag−Cu−Snおよび不可避不純物か
    らなる溶材を用いてプラズマ溶接することを特徴とする
    請求項1記載の異材接合方法。
  4. 【請求項4】 Ag−Cu−Li−Snおよび不可避不
    純物からなる溶材を用いてプラズマ溶接することを特徴
    とする請求項1記載の異材接合方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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岡田実他著 日刊工業新聞社刊「溶接技術講座5 非鉄金属・非金属の溶接」(昭38−10−31)P.135−152
浜田晋作著 産報出版株式会社刊「現代溶接技術体系第27巻 異種金属溶接のかんどころ」(昭55−1−23)P.174−181
溶接学会編「溶接便覧改訂3版」,(昭52−3−31)P.1077−1093,P.1437−1446
産報出版株式会社刊「溶接技術」,第34巻第9号(昭61−9−1)P.24−32
社団法人チタニウム協会刊「チタニウムジルコニウム」,VOL.39 NO.2(平3−4−28)P.11−15

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