JP2891905B2

JP2891905B2 - クラッド材

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Publication number: JP2891905B2
Application number: JP7194224A
Authority: JP
Inventors: 彰高安
Original assignee: SPF Co Ltd
Current assignee: SPF Co Ltd
Priority date: 1995-07-06
Filing date: 1995-07-06
Publication date: 1999-05-17
Anticipated expiration: 2015-07-06
Also published as: JPH0919986A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｆｅ系のベース金
属に対し、耐食性金属被覆層がシーム溶接により接合さ
れたクラッド材に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、Ｆｅ系のベース金属に、ＴｉやＺ
ｒ等の耐食性金属被覆層を接合する方法としては、ベー
ス金属板の表面に耐食性金属板を重ね合わせ、その上に
配置された火薬の爆発力を利用して両者を圧接する爆発
圧接法、互いに積層されたベース金属板と耐食性金属板
とを圧延ロールにより圧延して両者を接合する圧延法、
さらにはスポット溶接を利用する方法等、各種のものが
実施ないし提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の方法におい
ては次のような問題点がある。 (1)爆発圧接法では、火薬の爆発に伴い騒音が発生する
ので、実施場所の制約を受けるケースが多い。また、製
造できるクラッド材の寸法や形状に制約が多く、製造コ
ストも割り高である欠点がある。さらに、薄板状のクラ
ッド材の製造には不向きであり、そのような薄板状のも
のを得るためには厚板を爆発圧接後、さらに圧延を施す
必要があるなど、工数が増大する難点がある。 (2)圧延法では、製造できるクラッド材が板状のものに
限られるほか、大掛かりな圧延設備が必要なので設備費
用が高くつく欠点がある。また、曲面を有するベース金
属に被覆を行うことができないなど、ベース金属の形状
に対する融通性に欠ける難点がある。さらに、圧延のみ
では爆発圧接法等に比べると接合力が不足しがちで、圧
延後の拡散熱処理が必要となる場合も多く、工数及びコ
ストが増大しやすい難点がある。 (3)スポット溶接を用いた方法では、散点状のスポット
溶接部を多数形成しなければならないため、接合に手間
がかかる。また、点接合であるため接合力が不足しやす
く、さらにはベース金属と耐食性金属被覆層との間のシ
ール性を得にくい難点がある。

【０００４】本発明の課題は、シーム溶接を用いて簡便
に製造され、しかも接合強度に優れたクラッド材を提供
することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段、作用及び効果】本発明の
クラッド材は、上述の課題を解決するために下記のよう
に構成されることを特徴とする。すなわち、Ｆｅ又はＦ
ｅ合金で構成されるベース金属層に対し、Ｆｅを主成分
とする金属で形成された金属網が積層される。そして、
その金属網に対しベース金属層とは反対側において、金
属網と接して耐食性金属被覆層が配置され、それらベー
ス金属層、金属網及び耐食性金属被覆層が、ローラ電極
により線状もしくは面状に形成されたシーム溶接部によ
って結合される。耐食性金属被覆層はＴｉ、Ｚｒ、Ｎ
ｂ、Ｔａ、Ｎｉのいずれかを主成分とする金属、又はス
テンレス鋼により構成される。これにより、耐食性金属
被覆層とベース金属層とが強固に結合されたクラッド材
が実現される。なお、ベース金属層は、例えば炭素鋼、
ステンレス鋼、及びその他の合金鋼により構成すること
ができる。

【０００６】上述の構成のクラッド材は、ベース金属層
に対し、金属網及び耐食性金属被覆層をこの順序で積層
し、その積層方向においてローラ電極により加圧力を加
えて通電することにより積層体を抵抗発熱させ、さらに
その状態でローラ電極を積層体に対し相対的に回転させ
てシーム溶接部を形成することにより製造することがで
きる。この場合、積層体を複数のローラ電極の間に挟み
付けて通電することができる。一方、ローラ電極により
積層体を挟まずにシーム溶接を行う方法、例えば耐食性
金属被覆層側にローラ電極を配置し、これに対応して別
のローラ電極を同じ側に配置するとともに、一方のロー
ラ電極側から少なくとも耐食性金属被覆層及び金属網を
貫き、その積層面に沿って横方向へ曲がった後、再び各
層を上記とは逆順に貫いて他方のローラ電極側へ抜ける
通電経路を形成して溶接を行う、いわゆるシリーズシー
ム溶接法等を用いることもできる。なお、通電電流は交
流電流及び直流電流のいずれを用いてもよい。金属網は
網目が形成されていることから通電断面積が小さいの
で、抵抗発熱はその近傍で特に大きくなる。そして高温
となった金属網は、ローラ電極による加圧力によって上
記発熱により軟化した耐食性金属被覆層又はベース金属
層の少なくとも一方へ食い込んで、耐食性金属被覆層と
ベース金属層との間の結合力が高められるものと推測さ
れる。

【０００７】以上説明したベース金属層を含むクラッド
材は、例えば次のような機器ないし構造物に使用するこ
とができる。・蒸留塔、反応器、反応塔、反応槽、薬品貯留槽、攪拌
槽、高圧ガスタワー、ヘッドタンク、セパレータ等の各
種塔槽類の内面ライニング。・熱交換器の内面被覆。特に、管板部の被覆。・タンクローリーの内面被覆。・真空蒸発缶の内面被覆。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明のいくつかの実施の
形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明のクラッ
ド材の製造方法を模式的に示すものであって、（ａ）に
示すように、炭素鋼、ステンレス鋼等のＦｅ系材料で構
成されるベース金属層１の上に、ステンレス鋼等で形成
される金属網３及びＴｉ、Ｚｒ等で構成される耐食性金
属被覆層としての耐食性金属板材４をこの順序で積層す
る。続いて同図（ｂ）に示すように、それらの積層体５
をその積層方向において、２つのローラ電極６の間で挟
み付け、図示しない空圧機構等の荷重付与手段により加
圧力をかけながら、交流電源７によりそれらローラ電極
６を介して積層体５に通電する。これにより、その通電
部において積層体５が抵抗発熱し、その状態でローラ電
極６を積層体５に対し、その板面に沿う方向に相対回転
させることにより、図２に示すように、ベース金属層
１、金属網３及び耐食性金属板材４を互いに結合する線
状のシーム溶接部８が形成されて本発明のクラッド材１
０となる。ここで、シーム溶接部８は、積層体５の板面
方向に沿って所定の間隔で複数形成されている。なお、
ローラ電極６への通電は連続的に行っても、断続的に行
ってもいずれでもよい。なお、以下の図面において、金
属網３及び耐食性金属板材４の厚さは誇張して描いてい
る場合があり、実際のクラッド材における寸法とは必ず
しも対応していない。

【０００９】一方、図１４に示すように、ローラ電極６
により積層体５を挟まずにシーム溶接を行う方法、例え
ばシリーズシーム溶接法を用いることもできる。すなわ
ち、耐食性金属板材４側にローラ電極６を配置し、これ
に対応して別のローラ電極６を同じ側に配置する。そし
てそれらローラ電極６に通電すると、一方のローラ電極
６側から少なくとも耐食性金属板材４及び金属網３を貫
き、その積層面に沿って横方向へ曲がった後、再び各層
を上記とは逆順に貫いて他方のローラ電極６側へ抜ける
通電経路Ｉが形成されて、シーム溶接部が形成される。

【００１０】図３及び図４は、図２に示すクラッド材１
０の推測される断面構造の模式図を示している（図３は
Ｂ−Ｂ断面、図４はＡ−Ａ断面）。金属網３は網目が形
成されていることから通電断面積が小さいので、抵抗発
熱はその近傍で特に大きくなる。この発熱により、ベー
ス金属層１に比べて軟化しやすいＴｉないしＺｒ等で構
成された耐食性金属板材４が適度に軟化し、ローラ電極
６の加圧力により金属網３が、その軟化した耐食性金属
板材４へ比較的大きく食い込むこととなる。また、ベー
ス金属層１と金属網３との接触部には通電による抵抗発
熱に基づく成分拡散層１３が形成され、両者がその接触
部において結合される。このように、金属網３を仲立ち
として、ベース金属層１と耐食性金属板材４とが接合さ
れるものと推測される。ここで、金属網３の網目におい
て、耐食性金属板材４とベース金属層１とが直接接触す
る部分にも若干の成分拡散層１１が生じる場合がある。
さらに金属網３の耐食性金属板材４への食込部の周辺に
も成分拡散層１２が生じうる。なお、図４に示すよう
に、積層体５の、シーム溶接部８が形成されない部分に
おいては、ベース金属層１、金属網３、及び耐食性金属
板材４同士の間に結合は生じない。

【００１１】ここで、クラッド材１０全体における耐食
性金属板材４とベース金属層１との結合力は、シーム溶
接部８の形成本数、形成間隔及び形成幅を変更すること
により適宜調整することが可能である。また、シーム溶
接部８の幅は、ローラ電極６の幅を変更することにより
調整される。また、特に広幅のシーム溶接部８（あるい
は面状のシーム溶接部）が必要な場合は、隣接するシー
ム溶接部８が互いに接するようにないしは一部が重なる
ように形成すればよい。

【００１２】次に、耐食性金属板材４の材質及び厚さ
は、クラッド材が使用される環境に応じて設定される。
そして、金属網３を形成する線材の線径及び網目の開き
は、耐食性金属板材４の材質と厚さに応じて、ベース金
属層１との間で最適の接合力が得られるよう適宜設定さ
れる。そして、これに対応してシーム溶接の条件、すな
わち、溶接電流値、ローラ電極６による加圧力、溶接速
度（例えばローラ電極６の回転速度）、通電時間、休止
時間等が適宜設定されることとなる。例えば、溶接電流
の値は、抵抗発熱が極端に大きくなって金属網３が溶融
したり、逆に発熱が小さくなり過ぎて各層の接合状態が
不充分とならない範囲内で調整される。また、ローラ電
極６による加圧力は、金属網３が耐食性金属板材４（又
はベース金属層１）への圧入が過不足なく起こり、かつ
積層体５表面への電極ローラ６の極端な食込みが生じな
い範囲で調整される。

【００１３】例えば、ＴｉないしＺｒ系の耐食性金属板
材４と炭素鋼製のベース金属層１とを接合する場合、耐
食性金属板材４の厚さをＴ、金属網３を構成する線材の
線径をＭとすると、Ｍ／Ｔの値を0.1〜0.4の範囲で設定
するのがよい。Ｍ／Ｔが0.1未満となると金属網３の耐
食性金属板材４への食込みが不足して接合強度が低下す
る。また、0.4を越えると、逆に食込みが大きくなり過
ぎ、金属網３の網目が耐食性金属板材４の表面に浮き上
がって外観不良を起こしたり、網目が耐食性金属板材４
の表面側へ突き抜けてクラック等が生じたりして、ベー
ス金属層１に対する防食効果が損なわれることにもつな
がりうる。Ｍ／Ｔの値は、望ましくは0.15〜0.3とする
のがよい。

【００１４】一方、網目の間隔（隣接する線材の内側同
士、すなわち空隙の間隔とする）をＤとした場合、Ｄ／
Ｍは1〜10の範囲で設定するのがよい。Ｄ／Ｍが1未満と
なると、網目の間隔が小さくなり過ぎて金属網３の食込
み深さが不足し、接合強度が低下する。一方、Ｄ／Ｍが
10を越えると耐食性金属板材４に食い込む金属網３の線
材の間隔がまばらになって、接合効果の低下につなが
る。Ｄ／Ｍの値は、望ましくは1.5〜7とするのがよい。

【００１５】次に、金属網３を使用して、厚さが特に大
きい耐食性金属板材４をベース金属層１と接合する場
合、シーム溶接に必要な電流密度を確保するためには、
耐食性金属板材４の厚さに合わせて溶接電流を高くする
か又は通電時間を長くする必要が生ずる。ところが、金
属網３は耐食性金属板材４との接触面積が小さく電気比
抵抗が高いことから、溶接電流の増大に伴い、金属網３
近傍において過剰な発熱が生じやすくなる。その結果、
図５（ａ）に示すように、耐食性金属板材４が軟化し過
ぎて金属網３が耐食性金属板材４中に完全に埋没してし
まい、金属網３の食込みによる接合効果が損なわれる場
合がある。このような場合、（ｂ）に示すように、２な
いしそれ以上の枚数の金属網３を重ねて使用すれば、上
記のような埋没が生じても、それら複数の金属網３の一
部のものがベース金属層１と耐食性金属板材４との間に
またがって存在することで、所定の結合力を確保するこ
とができるようになる。

【００１６】以下、上記クラッド材の使用例について説
明する。図６は、ベース金属層１を円筒状に形成したク
ラッド材１０の例を示している。この場合、耐食性金属
板材４は円筒内面（もしくは外面：この場合は図６にお
いて、ベース金属層１と耐食性金属板材４との位置関係
が反転する）を覆うように配置されるとともに、シーム
溶接部８は、（ａ）に示すように円筒の周方向に沿うも
のを複数本、円筒の軸方向に沿って所定の間隔で形成し
たり、（ｂ）に示すように螺旋状に形成したり、さらに
は（ｃ）に示すように円筒の軸方向に沿う直線状のもの
を複数本、円筒の周方向に沿って所定の間隔で形成する
ことができる。このような形状のものは、例えば、塔槽
類や熱交換器の胴部、あるいはパイプ内面又は外面に耐
食性金属被覆を施す場合等に適用できる。

【００１７】図７は、ベース金属層１が中空円錐状ない
し円錐台状に形成された例を示しており、耐食性金属板
材４はその内面側に配置される。そして、シーム溶接部
８は、（ａ）に示すようにその周方向に沿って形成した
り、あるいは（ｂ）に示すようにその母線に沿う方向に
形成することができる。このような形状のものは、例え
ば塔槽類上部ないし下部の縮径部分に適用することがで
きる。

【００１８】図８に示すベース金属層１は、円形の平面
形状を有し、その中央部が凸曲面状に膨出する蓋状に形
成されて、その内面側（凹部側）が耐食性金属板材４で
覆われている。このような形状のものは、例えば塔槽類
や熱交換器等の鏡板に適用することが可能である。図９
は、シーム溶接部８の形成パターンの例を示しており、
（ａ）、（ｂ）は同心円状に形成した例を、（ｃ）、
（ｄ）は放射状に形成した例を、さらに（ｅ）は同心円
状のものと放射状のものとを組み合わせた例を、（ｆ）
は直径方向に延びる直線状のものを所定の間隔で形成し
た例をそれぞれ示している。

【００１９】ここで、本耐食性金属板材４は、予め複数
部分に分割されたものを溶接（例えばＴＩＧ溶接）等で
接合することにより形成してもよい。図９（ｇ）は、耐
食性金属板材４を放射状に分割して形成した例を示して
おり、その放射状の突き合わせ部が継ぎ目溶接部９によ
り接合されて一体化され、シーム溶接部８によりベース
金属層１と接合される。なお、シーム溶接部８は、継ぎ
目溶接部９を避けつつ同心円状に形成されている。一
方、（ｅ）及び（ｈ）に示す例においては、耐食性金属
板材４は円形の分割面により、円形の内側部４ａとドー
ナツ状の外側部４ｂとに分割されており、外側部４ｂは
さらに放射状に分割され、それら各々の突き合わせ部が
継ぎ目溶接部９により接合される。なお、ベース金属層
１は、耐食性金属板材４の内側部４ａに対応する内側部
分と、それ以外の部分（外側部分）とに分割して形成す
ることが可能である。この場合、その分割された内側部
分及び外側部分に対し、予め別々に耐食性金属板材４を
シーム溶接部８により接合しておき、その後それら内側
部分及び外側部分のベース金属層１同士及び耐食性金属
板材４同士を溶接等で接合するようにしてもよい。

【００２０】図１０は、ベース金属層１が方形板状に形
成されたクラッド材の例を示しており、（ａ）はクラッ
ド材１０の一辺に沿う方向に延びるシーム溶接部８が複
数本、それと交差する方向に所定の間隔で並んで形成さ
れた例を、（ｂ）はその並んで配置されたシーム溶接部
８の両端部側に、それと交差する方向に延びるシーム溶
接部８を配置した例を、（ｃ）は板の中央から放射状に
延びるシーム溶接部８を形成した例をそれぞれ示してい
る。また、図１１に示すように、ベース金属層１の板面
に突起部１０ｂが形成されている場合には、その突起部
１０ｂを避けつつシーム溶接部８を形成することも可能
である。

【００２１】図１２は、厚板状に形成されたベース金属
層１の板面に浅い凹所１ａを形成し、対応する形状の耐
食性金属板材４をそこに嵌め込むとともに、その耐食性
金属板材４の縁部にのみシーム溶接部８を形成した例を
示している。また、図１３は、クラッド材１０を熱交換
器の管板７１に適用した例を示している。その製造方法
であるが、まず予めベース金属層１及び耐食性金属板材
４に多数の貫通孔４０ａを形成し、その耐食性金属板材
４をベース金属層１の上面に重ね合わせ、その重なり部
においてシーム溶接部８を形成する。次に、そのベース
金属層１を円筒状の胴体部５０と溶接により一体化す
る。そして、ベース金属層１の各貫通孔４０ａに管材４
０を挿入し、それらの端面同士を一致させた状態で管材
４０の周縁部と耐食性金属板材４とを固着・溶接する。

【００２２】

【実施例】

（実施例）縦50cm、横50cm、厚さ12mmの板状に形成した
ベース金属層上に、それと同面積のステンレス鋼網（線
径：0.1〜0.5mm、網目間隔：16〜100mesh）、及び耐食
性金属板材（厚さ0.5〜1.5mm）を積層し、図１に示す方
法により、ベース金属層の長手方向に沿うシーム溶接部
を25mm間隔で形成してクラッド材とした（表１、試料番
号１〜９）。一方、金属網を使用せず、耐食性金属板材
とベース金属層とを直接重ね合わせてシーム溶接を施し
た試料（表１、試料番号１０〜１５）も合わせて作製し
た。

【００２３】各部に使用した材質は下記の通りである。・ベース金属層：炭素鋼（SS400）、ステンレス鋼（SUS
304、SUS316）。・耐食性金属板材：Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ−Ｐ
ｄ合金（Ｐｄ：0.15wt%、残部Ｔｉ、wt%は重量％を示
す）、ステンレス鋼（SUS304）。・金属網：ステンレス鋼（SUS304）、炭素鋼（SS40
0）。

【００２４】また、シーム溶接の条件は下記の範囲で調
整した：・溶接電流：5000〜25000Ａ・通電時間：5〜50サイクル・休止時間：5〜50サイクル・加圧力：500〜1500kg ・電極幅：5〜20mm ・溶接速度：500〜1500mm/分。そして、得られたクラッド材に対し、曲げ試験（内側曲
げ半径：クラッド材の厚さの２倍、曲げ角度：180°）
を行い、耐食性金属板材とベース金属層との間の剥がれ
発生の有無に基づいて接合状態の良否の判定を行った。
結果を表１に示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】本発明のクラッド材はいずれも良好な接合
状態を示したのに対し、比較例のクラッド材はいずれも
剥がれが発生していることがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のクラッド材の製造方法を概念的に示す
図。

【図２】本発明のクラッド材のシーム溶接部の形成工程
を示す斜視図。

【図３】図２のＢ−Ｂ断面図。

【図４】同じくＡ−Ａ断面図。

【図５】金属網１枚のみ使用した場合と、２枚の金属網
を使用した場合の効果の違いを説明する模式図。

【図６】ベース金属層を円筒状に形成した例を示す斜視
図。

【図７】同じく円錐状に形成した例を示す斜視図。

【図８】同じく偏平蓋状に形成した例を示す斜視図。

【図９】そのシーム溶接部の形成パターンを示す模式
図。

【図１０】ベース金属層を方形板状に形成した例を示す
模式図。

【図１１】板面上に形成された突起部を避けつつシーム
溶接部を形成した例を示す平面及び側面図。

【図１２】耐食性金属板材の縁部にのみシーム溶接部を
形成した例を示す平面及び側面図。

【図１３】耐食性金属板材の板面に多数の管材を接合し
た例を示す平面及び側面図。

【図１４】シリーズシーム溶接法によりシーム溶接部を
形成する方法を示す説明図。

【符号の説明】

１ベース金属層３金属網４耐食性金属板材（耐食性金属被覆層）６ローラ電極８シーム溶接部１０クラッド材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＢ２３Ｋ 20/00 ３６０Ｂ２３Ｋ 20/00 ３６０Ｄ３６０Ｅ 20/16 20/16 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B32B 15/01 B23K 11/06 320 B23K 20/00 360 B23K 20/16

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｆｅ又はＦｅ合金で構成されるベース金
属層と、そのベース金属層に積層され、かつＦｅを主成分とする
金属により構成される金属網と、前記ベース金属層とは反対側から前記金属網に積層さ
れ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｎｉのいずれかを主成分
とする金属、又はステンレス鋼により構成される耐食性
金属被覆層と、ローラ電極により線状もしくは面状に形成され、それら
ベース金属層、金属網及び耐食性金属被覆層を互いに結
合するシーム溶接部とを含み、前記金属網の網目の間隔をＤ、前記金属網を構成する線
材の線径をＭとして、Ｄ／Ｍが1〜10の範囲で設定され
るとともに、前記シーム溶接部において、前記金属網が
前記耐食性金属被覆層及び前記ベース金属層の少なくと
も一方へ食い込んでいることを特徴とするクラッド材。
【請求項２】前記耐食性金属層の厚さをＴ、前記金属
網を構成する線材の線径をＭとして、Ｍ／Ｔの値が0.1
〜0.4の範囲で設定されている請求項１記載のクラッド
材。
【請求項３】前記耐食性金属被覆層は、Ｔｉ又はＴｉ
合金である請求項１又は２に記載のクラッド材。
【請求項４】前記耐食性金属被覆層は、Ｚｒ又はＺｒ
合金である請求項１又は２に記載のクラッド材。