JPH04157072A - 異材接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （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
ラッド鋼どうしを接合（以下異材接合とよぶ。）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。

（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ＴｉＣあるいはＴｉＮ等の化合物か多量に形成され、
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。

従って、従来チタンと鋼材あるいはチタンクラッド鋼ど
うし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。

第５図（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、第５図（ａ）はクラツド鋼
１の両端部４、を溶接してから、合わせ材３と同質のＴ
ｉ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、クラツド鋼母材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、ＴｉＮ
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か起こる。

このような溶接脆弱層の形成を防ぐため、第５図（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。

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
空隙部か拡大されるので加工を伴う構造物には適用でき
ない。

なお、チタンクラッド鋼の溶接方法は特開平２−５２１
７６号公報に開示されている。

（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どうしなどの異材
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アーク溶接法を提
供することを目的とする。

（問題を解決するだめの手段） 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。すなわち本発明は、チタンと鋼材との接合あ
るいはチタンクラッド鋼どうしなどを接合するに際し、
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。また上記溶材にはＬｉ
。

Ｓｎの何れかまたは両方を添加してもよい。

以下本発明の詳細な説明する。

（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
クラツド鋼が用いられる。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。クラツド鋼は
、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。

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とうしを同質
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（Ｔ１）どうしあるいは合わせ材（Ｔｉ）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ＴＩＧ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ＴＩＧ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。

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ＢＡ
ｇ８あるいはＢＡｇ　−８Ａ　（Ｌｉ　：０．１５〜０
．３％添加）系材料でよい。これらの材料にはＳｎ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Ｔｊ
との反応を防ぎ、Ｃｕは継手強度を向上させ、Ｌｉは軟
鋼とのなじみを良くするために用いる。

本発明はＴＩＧ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、Ｔ
ＩＧ溶接法は加熱速度が早いので、溶融金属の溶けわか
れがない。

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。

（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。

第１図（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ＴＩＧ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Ａｒ、Ｈｅ等の
不活性ガスを用いてＴＩＧ溶接し、溶接部７を形成する
。

第１図（ｂ）は、スペーサ材６と合わせ材３，３とをＡ
ｇ−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
る必要かあるが、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Ａｒ、Ｈｅ等の不活
性ガスを用いてＴＩＧ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Ｔｊ溶溶材用いてＴＩＧ溶接し、シール溶接部１
５を形成する方法を採用している。

第２図（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、
第２図（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、Ａｒ、Ｈ６
等の不活性ガス雰囲気でＴＩＧ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Ｔ１溶材を用いてＴＩＧ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。

第３図（ａ）は、チタンクラッド鋼板をバイブに加工し
、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、クラツド材の端部面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Ａｒ
、Ｈｅ等の不活性ガスを用いてＴＩＧ溶接した後、母材
（軟鋼）２をＴＩＧ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。

第４図は、チタンクラッド鋼板をバイブに加工し、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
るクラツ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とクラツド鋼母材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溶溶
材ＴＩＧ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　−Ｓ
ｎ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か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。

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の溶造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。

（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どうしを接合するにお
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】 第１図（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であり、第２図（ａ）は、チ
タンと鋼材の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り、第３図（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り、
第４図（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
同図（ａ）の一部拡大説明図であり、第５図（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。 １・・・クラツド鋼板　　　　２・・・母　材２（ａ）
・・・軟鋼配管　　　　３・・・合わせ材４・・・クラ
ツド鋼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

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）チタンと鋼材あるいはチタンクラッド鋼どうしを接
   合するに際し、Ａｇ−Ｃｕを主成分とする溶材を用い、
   ＴＩＧアーク溶接法で溶接することを特徴とする異材接
   合方法。 ２）Ａｇ−Ｃｕ−Ｌｉおよび不可避不純物からなる溶材
   を用いてＴＩＧアーク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）Ａｇ−Ｃｕ−Ｓｎおよび不可避不純物からなる溶材
   を用いてＴＩＧアーク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）Ａｇ−Ｃｕ−Ｌｉ−Ｓｎおよび不可避不純物からな
   る溶材を用いてＴＩＧアーク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。