JP7158859B2 - 二相ステンレス鋼のプラズマ溶接方法 - Google Patents
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溶接材料を用いないプラズマ溶接の方法により、二相ステンレス鋼どうしを溶接する溶接方法であって、
プラズマアークを発生させるためのプラズマガスとして、窒素ガスを1.0重量%以上15重量%以下の割合で含む不活性ガスを用い、
発生させた前記プラズマアークをシールドするトーチシールドガスとして、窒素ガスを0.5重量%以上の割合で含む不活性ガスを用い、
発生させた前記プラズマアークが供給される側とは逆の母材の裏面側をシールドするバックシールドガスとして、可燃性ガスを含まず、窒素ガスを0.5重量%以上の割合で含む不活性ガスを用い、
前記プラズマアークが供給されることで前記二相ステンレス鋼どうしが溶接される溶接部を、治具を用いて攪拌することなく溶接を行うこと
を特徴としている。
また、プラズマアークが供給されることで二相ステンレス鋼どうしが溶接される溶接部を、治具を用いて攪拌することなくプラズマ溶接を行うようにしているので、溶接部を攪拌するための機構を必要としない溶接装置を用いて二相ステンレス鋼どうしの溶接を行うことができる。
・アーク電流:200A
・アーク電圧:30V
・プラズマトーチの移動速度:180mm/min
・プラズマガス流量 :3L(リットル)/min
・トーチシールドガス流量 :20L(リットル)/min
・バックシールドガス流量 :20L(リットル)/min
・アーク電流:200~300A
・アーク電圧:30~35V
・プラズマトーチの移動速度:150~300mm/min
・プラズマガス流量 :2~4L(リットル)/min
・トーチシールドガス流量 :15~25L(リットル)/min
・バックシールドガス流量 :15~25L(リットル)/min
の範囲で幅を持たせることができる。
なお、上記の条件の幅も、あくまで例示であって、プラズマ溶接の条件は、上述の範囲に限られるものではない。
窒素ガスを含まないプラズマガス(アルゴンガス)、および、窒素ガスをそれぞれ、0重量%、1重量%、2重量%、3重量%、5重量%、10重量%、および15重量%の割合で含むプラズマガスを用いて、表1に示す組成を有する二相ステンレス鋼:SUS329J4Lをプラズマ溶接した各試料、すなわち、表2に示す試料番号1~7の試料について、
・溶接金属部の窒素含有量(重量%)、
・溶接金属部のフェライト相の量(体積%)、
・溶接金属部の耐食性、
・耐水素性、および、
・溶接作業性
を以下に説明する方法で調べた。
溶接部金属部(溶接部)を構成する金属における窒素含有量(含有率)は、不活性ガス融解伝導度法による測定結果に基づいて算出した。
溶接金属部(溶接部)におけるフェライト相とオーステナイト相の相比は、点算法(ASTM E562)により調べた。
100-フェライト量(体積%)=オーステナイト量(体積%)……(1)
により求められるので、フェライト相量を測定することで、フェライト相とオーステナイト相の相比を知ることができる。
溶接金属部の耐食性は、塩化第二鉄腐食試験(ASTM G48)により調べた。そして、腐食の発生が液Cの50℃以上で生じた試料を耐食性が「良」であると判定し、腐食の発生が液Aあるいは液Cの40℃以下で生じた試料を耐食性が「不良」であると判定した。
ただし、上述の液Aは、6重量%FeCl3水溶液であり、液Cは、6重量%FeCl3+1%HCl水溶液である。
また、溶接金属部の耐水素性については、フェライト相量が70体積%以上(すなわち、オーステナイト相量が30体積%未満)で水素に対して感受性を持つとされているため、フェライト相量が70体積%未満(すなわち、オーステナイト相量が30体積%超)であるものを、耐水素性が「良」であると判定した。
通常のプラズマ溶接の場合と比較して、アークが安定していて溶接作業が困難になるようなことのない場合には、溶接作業性が「良」であるとし、溶接は可能であるが、アークが不安定になるなどして溶接作業にやや問題がある場合には、溶接作業性が「可」であるとした。
(a)プラズマガス中の窒素ガスの含有量が1重量%未満である場合にも、窒素ガスを含む不活性ガスを用いることにより、窒素ガスを含まないプラズマガスを用いて溶接を行う場合よりも、二相ステンレス鋼のプラズマ溶接を良好に行うことができること、
(b)窒素ガスを1重量%、2重量%、3重量%、5重量%含有するプラズマガスを用いることにより、さらに良好な二相ステンレス鋼のプラズマ溶接を行うことができること、
(c)窒素ガスを10重量%、15重量%含有するプラズマガスを用いた場合にも、溶接速度などの条件を適切に選択することにより実用的なプラズマ溶接を行うことができること
などが確認された。
1 タングステン電極
2 ノズル
2a 中空部
2b 冷却水通路
3 外側ノズル
3a トーチシールドガス通路
5 バックシールド用カップ
5a 供給口
5b 隙間
10 トーチ
11 プラズマガス
12 プラズマアーク
13 トーチシールドガス
14 バックシールドガス
20 二相ステンレス鋼(母材)
30 溶接部(溶接金属部)
Claims (3)
- 溶接材料を用いないプラズマ溶接の方法により、二相ステンレス鋼どうしを溶接する溶接方法であって、
プラズマアークを発生させるためのプラズマガスとして、窒素ガスを1.0重量%以上15重量%以下の割合で含む不活性ガスを用い、
発生させた前記プラズマアークをシールドするトーチシールドガスとして、窒素ガスを0.5重量%以上の割合で含む不活性ガスを用い、
発生させた前記プラズマアークが供給される側とは逆の母材の裏面側をシールドするバックシールドガスとして、可燃性ガスを含まず、窒素ガスを0.5重量%以上の割合で含む不活性ガスを用い、
前記プラズマアークが供給されることで前記二相ステンレス鋼どうしが溶接される溶接部を、治具を用いて攪拌することなく溶接を行うこと
を特徴とする二相ステンレス鋼のプラズマ溶接方法。 - 前記プラズマガスとして、窒素ガスを1.0重量%以上5重量%以下の割合で含む不活性ガスを用いることを特徴とする請求項1記載の二相ステンレス鋼のプラズマ溶接方法。
- 前記不活性ガスが、アルゴンガスおよびヘリウムガスのいずれかを主成分とするものであることを特徴とする請求項1または2に記載の二相ステンレス鋼のプラズマ溶接方法。
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