JPS5852545B2

JPS5852545B2 - 溶接性に優れた銅合金管継手用鋳物材

Info

Publication number: JPS5852545B2
Application number: JP189178A
Authority: JP
Inventors: 正人上田; 啓納富
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1978-01-13
Filing date: 1978-01-13
Publication date: 1983-11-24
Also published as: JPS5495919A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、加工性の良好な、かつ溶接性に優れた銅合金
管継手用鋳物材に関する。

一般に、銅合金は加工が容易で、耐食性、特に耐海水性
に優れているために、各種船舶蟻装用配管材として、純
銅管、アルミプラス管、キュプロニッケル管等が広く利
用され、これらの管継手材としてはコスト低減のために
鋳造の容易な銅−亜鉛合金鋳物、例えば重量比で亜鉛３
〜４０％、硅素０．１％以下、残部銅よりなるＪＩＳ規
格の黄銅鋳物、高力黄銅鋳物、青銅鋳物等が多数使用さ
れている。

これらの銅合金管と管継手材例えばフランジとの接合の
際、従来は銀ろう打法または銅−亜鉛系のろう即ち真鍮
付法が採用されている。

第１図Ａ、Ｂは、従来一般に採用されている銅合金管と
フランジとの銀ろう打法を示したもので。

第１′図Ａは加熱前の状態、第１図Ｂは加熱後の状態で
ある。

第１図Ａ、Ｂにかいて、１は銅合金管、２はフランジ、
３はフランジに加工された銀ろう置き溝、４は畝溝３に
挿入された銀ろう材、５は銀ろう材４が管１と７ランジ
２との間隙に溶融侵入してこれらをろう付した状態を示
すものである。

なか、フランジ２に管１を挿入する前に管１の被ろう何
面およびフランジ２の内在には脱酸作用を行うフラック
スが塗布される。

しかる後、フランジ２に管１を挿入し、通常は酸素、ア
セチレンなどの加熱焔で銀ろう材４の溶融点以上に加熱
して第１図Ｂに示されるような接合部が得られる。

銀ろう打法は、このようにフランジの溝加工。

銀ろう材の挿入、置きろう、フラックスの塗布という複
雑な工作が必要であるとともに銀ろう材が極めて高価で
あるというコスト上の問題があり、また管とフランジと
の間隙を均一に維持することが困難なために接合部の品
質保証、技術管理が容易ではないという問題もちる。

これらの問題から最近銀ろう打法に代ってアーク溶接法
が採用されるようになった。

第２図Ａ。Ｂはこのアーク溶接法を示すもので、第２図
Ａは溶接前の状態、第２図Ｂは溶接後の状態である。

第２図Ａ、Ｈにかいて、１１は銅合金管、１２は銅−亜
鉛合金鋳物フランジ、１６．１７はアーク溶接を行った
接合部である。

しかしながら、アーク溶接法にかいても、（１）銅−亜
鉛合金鋳物は亜鉛の蒸発点が低く、亜鉛ガス発生のため
にアーク不安定となり、溶接部にブローホールが発生し
易すい、（２）ブローホール発生を小さくするために亜
鉛量を少なくすると、熱伝導が大きくなってアーク熱の
集中が困難となり、アーク溶接施工のためには高温予熱
が必要となる。

また、（３）亜鉛量が少ないものでは高温割れが発生し
易いなどの欠点を有する。

そこで本発明者等は、アーク溶接実施に当って亜鉛蒸気
の発生を抑えて溶接性を良くし、さらにブローホールを
減少させ、高温割れ発生をなくした銅−亜鉛合金鋳物を
提供して、銅合金管と溶接継手部材との溶接４合を容易
にし、銅合金管と継手部材との溶接施工法を確立しよう
として鋭意研究の結果、前記したＪＩＳ規格の銅−亜鉛
合金鋳物成分のうち亜鉛を３０〜３５％とし、これにク
ロムを０．０１〜０．０５％添加するとアーク溶接によ
る高温割れを防止することができ、更にＪＩＳ規格では
０．１％以下であった硅素を０．５〜１．０％に増量す
るとアーク溶接による亜鉛酸化物の発生を抑制し、ブロ
ホールを減少させることができるという知見を得た。

本発明は上記知見に基づいてなされたもので、重量比で
亜鉛３０〜３５％、アルミニウム０．５〜１．０％、硅
素０．５〜１．０％、マンガン０．５〜１．０％、鉄０
．１〜０．５％、ニッケル０，１％以上０．５％未満、
クロム０．０１〜０．０５％、残部銅よりなる溶接性に
優れた銅合金管継手用鋳物材を要旨とするものである。

以下、本発明鋳物材を上記のように規定した理由を本発
明者等が行なった実験結果などに基づいて更に詳細に説
明する。

第３，４図は各種元素が銅の物理的性質に及ぼす影響を
示すもので、第３図は電気伝導度、第４図は熱伝導度を
各々示し、第５図は銅−亜鉛合金にかける亜鉛量と電気
伝導率、熱伝導率の関係を示すものである。

銅−亜鉛系合金鋳物にかいて、アーク溶接作業性を向上
させるためには、熱伝導度を小さくしてアーク熱の集中
性を良くすることである。

ところで、銅−亜鉛系合金鋳物にかいては、電気伝導度
を低下させれば一般に熱伝導度も低下するから、第５図
より鋼中の亜鉛量を増大させれば、該増大量に伴って電
気伝導度、熱伝導度ともに小さくなることが判る。

ところが第５図によれば、電気伝導率、熱伝導率ともに
亜鉛量約３０％（重量％。

以下の％は全て同じ）で最低となり、あとは亜鉛量がさ
らに増加しても大差ないことが明らかである。

従って本発明鋳物材では亜鉛量を３０〜３５重量％とし
た。

更に、第３図より、銀、クロム以外の金属元素が銅に添
加されれば、その量は１％以下であっても電気伝導度が
５０％以下となること、第４図よシ砒素、ニッケルがも
つとも熱伝導度を低下させる元素であることがそれぞれ
認められる。

しかしながら、砒素は有毒物質であるため取扱いが困難
であり実用上問題があるため使用することはできない。

また、銅−亜鉛合金鋳物に卦よぼすアルミニウムの影響
については脱亜鉛現象による応力腐食が問題となり、亜
鉛含有量が３０〜４０％の場合にはアルミニウム量が２
％以上になると応力腐食割れを良くシ、鋳造割れを防止
するために有効となるので１本発明鋳物材では、アルミ
ニウムの上限を１．０％とし、下限を０．５％とした。

硅素ならびにマンガンは脱酸効果を示す元素であり、硅
素はさらに亜鉛の蒸発を抑制する効果を有する元素であ
って、それぞれ０．２％以下ではブローホールや酸化亜
鉛の発生量が多く、また１、５％以上になると溶接作業
性が低下するため、本発明鋳物材では、硅素、マンガン
ともに０，５〜１．０％をもってもつとも有効な組成範
囲とした。

鉄、ニッケル、クロムはともに銅−亜鉛合金鋳物の強度
ならびに耐食性を向上するものであるが。

鉄、ニッケルは０．０５％程度では全く効果が明らかで
なく、またニッケルは０．５％以上となると鋳造品のコ
ストアップとなり、鉄は０．６％以上となると鋳造時の
濃泥れや鋳造性を阻害するため、本発明鋳物材では、鉄
の有効な組成範囲をそれぞれ０．１〜０．５％とし、ニ
ッケルなｏ、ｉ％以上０．５％未満とし、クロムは０．
０１％未満では効果が明らかでなく、０．０６％以上に
なると鋳造性を阻害するため、本発明鋳物材ではクロム
の有効な組成範囲を０．０１〜０．０５％とした。

なか、下表は銅−亜鉛合金鋳物の亜鉛、アルミニウム、
硅素、マンガン、鉄、ニッケル、クロムの容量を変化
させて溶接性試験を実施し、酸化亜鉛の発生状態、溶接
割れの発生状態ならびに溶接部のブローホールの発生状
態を観察した結果を示すものである。

上表に釦いて、試片１〜３は、亜鉛的１１〜１７％、銅
約８０〜８５％で、その他の成分として、アルミニウム
、マンガン、鉄、ニッケルを含んだものであり、溶接試
験結果によると、酸化亜鉛の発生は少なく、３種とも溶
接作業を阻害するような亜鉛の蒸発は見られなかったが
溶接部の割れ即ち高温割れが大きく発生し、特に試片１
と３とが激しく割れた。

また試片１はブローホールの発生も大きかった。

試片４は、亜鉛をやや増加して２５％とし、アルミニウ
ム２．５％、硅素０．１％、マンガン０．０２％、鉄０
．２％、ニッケル０．０２％としたものであるが、上記
試片１〜３に比較して酸化亜鉛の発生量がやや増加し、
溶接部の高温割れが減少した。

試片５〜７は、亜鉛を３０％とし、アルミニウムを０．
５、１．０％、硅素を０．２、０．５、１．０％
。

マンガンを０．５、■、０％、鉄を０．１，０．５％、
ニッケルを０．５．０．１％、クロムを０．０５．０．
０１％と全く含１ないものとしたものであるが、酸化亜
鉛の発生量は試片７で極小となり、溶接部の高温割れ卦
よびブローホールの発生も認められなくなった。

試片８〜１０は、亜鉛を３５％として、アルミニウムを
０．５、ｉ、０％、硅素を０．５、１．０％、マ
ンカンをｏ、５、１．ｏ％、鉄を０．１，０．５％、
ニッケルを０．５，０．１％、クロムを０．０５、０
．０１％と全く含１ないものとしたものである。

これらは酸化亜鉛の発生量が亜鉛を２５％または３０重
量％含有している試片４，５より少なく、また試片８．
９では溶接部の高温割れが発生せず、更に試片８ではブ
ローホールも認められなかった。

試片１１〜１３では、亜鉛を４０％とし、試片１４では
亜鉛を４５％として、アルミニウム、硅素、マンガン、
鉄、ニッケル、クロムを表１のように変化させたもので
、いずれも酸化亜鉛の発生量が溶接作業性を阻害し、ブ
ローホールの発生が非常に大きくなった。

以上より、アーク溶接される銅−亜鉛合金鋳物としでは
、亜鉛含有量３０〜３５％が最適であり、これにアルミ
ニウムを０．５〜１．０％、硅素を０．５〜ｉ、ｏ％、
マンガンを０．５〜１．０％、鉄を０．１〜０．５％、
ニッケルを０．１％以上０．５％未満、クロムを０．０
１〜０．０５％添加し、残部を銅とすれば。

溶接作業性を阻害するような酸化亜鉛の発生はなく、ま
た溶接部の高温割れやプローホール等の欠陥も発生する
ことがない。

なか、上表の試片番号１、試片番号７を用いて行なった
溶接部の表面状態を第６図、第７図の模式図にそれぞれ
示す。

第６図、第７図にかいて２１．３１はそれぞれ上表の試
片番号１卦よび試片番号７と同一成分の鋳物板で板厚２
ｍｗ、幅３５Ｕ、長さ６５ｍｍの矩形板に２２．３２に
示すようにスリットを加工し板の中央部に２３．３３の
ように溶接ピードな置いたものであるが、試片番号１で
は２４に示すように溶接割れが発生するとともにスリッ
ト部から２５に示すような母材割れも発生し、また２６
に見られるように酸化亜鉛が広い範囲に付着して溶接作
業性が不良であったが、試片番号７では３３に示すよう
に溶接割れの発生はなく、また、３４に示すように酸化
亜鉛の付着域が狭く溶接作業が良好であった。

以上説明したように、銅合金管とアーク溶接してフラン
ジ継手、枝継手１曲り継手を製作する場口のフランジ、
テイーズ、ペンドピース、レジューサ−、エルボとして
本発明の銅−亜鉛合金鋳造材を用いれば、溶接性、鋳造
性の点からもつとも実用的であり、配管工作上いちじる
しく有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ、Ｂは銅合金管とフランジとの従来の銀ろう何
派を示す説明図、第２図Ａ、Ｂは銅合金管とフランジと
の従来とのアーク溶接法を示す説明図、第３〜５図は本
発明の成立根拠となった実験結果を示す図表で、第３図
は各種元素が銅の電気伝導度に及ぼす影響を、第４図は
各種元素が銅の熱伝導度に及ぼす影響を、第５図は銅−
亜鉛合金中の亜鉛含有量と該合金の電気および熱伝導率
との関係をそれぞれ示す図表、第６図は従来の銅−亜鉛
合金鋳物を用いて行なった溶接部の表面状態を示す模式
図、第７図は本発明の鋳物材を用いて行なった溶接部の
表面状態を示す模式図である。

Claims

【特許請求の範囲】

１重量比で亜鉛３０〜３５％、アルミニウム０．５〜
１．０％、硅素０．５〜１．０％、マンガン０．５〜１
．０％、鉄０．１〜０．５％、ニッケル０．１％以上０
．５％未満、クロム０．０１〜０．０５％、残部銅より
なる溶接性に優れた銅合金管継手用鋳物材。