(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス組成が、３０容量％以上４０容量％未満のＨeガス、８〜９容量％のＨ2ガス、残部Ａrガスである３種混合ガスをシールドガスとして用いて、非消耗電極によって、オーステナイト系ステンレス鋼を４０ｃｍ／ｍｉｎ以上の溶接速度でＴＩＧ溶接することを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼用高速ＴＩＧ溶接法。
【請求項２】
ガス組成が、４０容量％以上５０容量％未満のＨeガス、６〜９容量％のＨ2ガス、残部Ａrガスである３種混合ガスをシールドガスとして用いて、非消耗電極によって、オーステナイト系ステンレス鋼を４０ｃｍ／ｍｉｎ以上の溶接速度でＴＩＧ溶接することを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼用高速ＴＩＧ溶接法。
【請求項３】
ガス組成が、５０容量％以上７０容量％未満のＨeガス、５〜９容量％のＨ2ガス、残部Ａrガスである３種混合ガスをシールドガスとして用いて、非消耗電極によって、オーステナイト系ステンレス鋼を４０ｃｍ／ｍｉｎ以上の溶接速度でＴＩＧ溶接することを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼用高速ＴＩＧ溶接法。
【請求項４】
ガス組成が、７０容量％以上９０容量％未満のＨeガス、４〜９容量％のＨ2ガス、残部Ａrガスである３種混合ガスをシールドガスとして用いて、非消耗電極によって、オーステナイト系ステンレス鋼を４０ｃｍ／ｍｉｎ以上の溶接速度でＴＩＧ溶接することを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼用高速ＴＩＧ溶接法。
【請求項５】
ガス組成が、９０容量％以上のＨeガス、３〜９容量％のＨ2ガス、残部Ａrガスである３種混合ガスをシールドガスとして用いて、非消耗電極によって、オーステナイト系ステンレス鋼を４０ｃｍ／ｍｉｎ以上の溶接速度でＴＩＧ溶接することを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼用高速ＴＩＧ溶接法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は非消耗電極を用いて、不活性ガスをシールドガスとして使用したＴＩＧ溶接法に関し、特にオーステナイト系ステンレス鋼に適用する高速度でＴＩＧ溶接する高速ＴＩＧ溶接法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＴＩＧ溶接法は、消耗電極式のＭＡＧ・ＭＩＧ溶接法に比べて、高品質な溶接部が得られることから、原子力関連工業分野や、化学プラント分野における装置、配管等の施工及びその他ステンレス鋼の加工に用いられている。しかし、溶け込み不足やハンピングといった溶接不良を生じない溶接速度の上限が、ＭＡＧ溶接法やＭＩＧ溶接法に比べて低速であり、一般的には、５〜２０ｃｍ／ｍｉｎ程度の低い溶接速度で溶接されている。
【０００３】
又、従来からＴＩＧ溶接に使用されている一般的な溶接用シールドガスとしては、Ａｒガス単体が挙げられるが、ＴＩＧ溶接のシールドガスに混合ガスが用いられることも有り、例えば特開昭６１−２８３４６５号公報には、Ａｒガスに４０〜９０％程度のＨｅガスを添加した混合ガスをシールドガスとしていたり、又、Ａｒガスに１〜１０％程度のＨ２を添加した混合ガスをシールドガスとして使用していることが開示されている。
【０００４】
近年溶接施工の溶接加工能率の向上を図るため高速溶接の開発が進められている。然るに、ＴＩＧ溶接法においては、溶接速度を増加させていった場合、既存の上記溶接用シールドガスでは、ビード長手方向に溶着金属の盛り上がりが周期的に繰り返される、いわゆるハンピングビードと呼ばれるビード形状が形成されて、ある一定の溶接速度以上の高速溶接では適切な溶接ができなかった。しかも、高速な溶接ほど溶け込みが浅くなり、そのために溶接電流を高くする必要があるが、溶接電流を高くすると、更にハンピングが起こり易くなり、結果として既存のシールドガスでは、３０ｃｍ／ｍｉｎ以上の高速度のＴＩＧ溶接は不可能となっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記した事情に鑑みなされたもので、溶接施工の加工能率を向上せしめることを目的とし、オーステナイト系ステンレス鋼をＴＩＧ溶接するにあたって、従来のアルゴンガスをシールドガスを用いたＴＩＧ溶接における溶接速度３０ｃｍ／ｍｉｎ以上、好ましくは４０ｃｍ／ｍｉｎ以上の高速度でも、上記ハンピング現象が生ずることなく、安定した、良好なビードが形成され、特にオーステナイト系ステンレス鋼の溶接に適用し得る高速ＴＩＧ溶接法を提供することを本発明の解決すべき課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的達成のため、
請求項１に係わる発明は、ガス組成が、３０容量％以上４０容量％未満のＨeガス、８〜９容量％のＨ2ガス、残部Ａrガスである３種混合ガスをシールドガスとして用いて、非消耗電極によって、オーステナイト系ステンレス鋼を４０ｃｍ／ｍｉｎ以上の溶接速度でＴＩＧ溶接することを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼用高速ＴＩＧ溶接法としたものである。
請求項２に係わる発明は  ガス組成が、４０容量％以上５０容量％未満のＨeガス、６〜９容量％のＨ2ガス、残部Ａrガスである３種混合ガスをシールドガスとして用いて、非消耗電極によって、オーステナイト系ステンレス鋼を４０ｃｍ／ｍｉｎ以上の溶接速度でＴＩＧ溶接することを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼用高速ＴＩＧ溶接法としたものである。
請求項３に係わる発明は、ガス組成が、５０容量％以上７０容量％未満のＨeガス、５〜９容量％のＨ2ガス、残部Ａrガスである３種混合ガスをシールドガスとして用いて、非消耗電極によって、オーステナイト系ステンレス鋼を４０ｃｍ／ｍｉｎ以上の溶接速度でＴＩＧ溶接することを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼用高速ＴＩＧ溶接法としたものである。
請求項４に係わる発明は、ガス組成が、７０容量％以上９０容量％未満のＨeガス、４〜９容量％のＨ2ガス、残部Ａrガスである３種混合ガスをシールドガスとして用いて、非消耗電極によって、オーステナイト系ステンレス鋼を４０ｃｍ／ｍｉｎ以上の溶接速度でＴＩＧ溶接することを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼用高速ＴＩＧ溶接法としたものである。
請求項５に係わる発明は、ガス組成が、９０容量％以上のＨeガス、３〜９容量％のＨ2ガス、残部Ａrガスである３種混合ガスをシールドガスとして用いて、非消耗電極によって、オーステナイト系ステンレス鋼を４０ｃｍ／ｍｉｎ以上の溶接速度でＴＩＧ溶接することを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼用高速ＴＩＧ溶接法としたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明のオーステナイト系ステンレス鋼用高速ＴＩＧ溶接法は以下の如き形態で実施される。
タングステンの如き非消耗電極として、溶接すべき母材に向けてシールドガスを噴射せしめて、シ−ルドガス雰囲気下で、非消耗電極と溶接母材間にアークを発生せしめて溶接する方法であり、従来のアルゴンガスをシールドガスとして使用した場合の溶接速度３０ｃｍ／ｍｉｎ以上の４０ｃｍ／ｍｉｎ以上の溶接速度で溶接する方法である。
【０００８】
そして、そのために前記シールドガスとして、［Ｈeガス ＋ Ｈ2ガス ＋ Ａrガス］よりなる３種混合ガスを使用し、その組成は以下の通りでとしたものである。
Ｈeガス:３０〜４０未満容量％、Ｈ2ガス:８〜９容量％、残部Ａrガス
Ｈeガス:４０〜５０未満容量％、Ｈ2ガス:６〜９容量％、残部Ａrガス
Ｈeガス:５０〜７０未満容量％、Ｈ2ガス:５〜９容量％、残部Ａrガス
Ｈeガス:７０〜９０未満容量％、Ｈ2ガス:４〜９容量％、残部Ａrガス
Ｈeガス:９０容量％以上、Ｈ2ガス:３〜９容量％、残部Ａrガス
【０００９】
以上の条件によりオーステナイト系ステンレス鋼をＴＩＧ溶接することにより、ハンピング等のビード不整が生じることなく、水素の爆発範囲外となって安全となり、従来のアルゴンガスをシールドガスとして使用してＴＩＧ溶接した場合に良好な状態で溶接可能な溶接速度３０ｃｍ／ｍｉｎ以上の溶接速度である、４０ｃｍ／ｍｉｎ以上の溶接速度で溶接することができ、溶接施工の加工能率を著しく向上せしめることができる。
【００１０】
【実施例】
次に、本発明のオーステナイト系ステンレス鋼用高速ＴＩＧ溶接法の実施例について説明する。
［実施例１］
本発明の実施例１として、以下の如き溶接条件により、オーステナイト系ステンレス鋼よりなる母材に高速ＴＩＧ溶接を行い、その時使用するシールドガスの組成を変化せしめるとともに、それぞれの組成のシールドガスの雰囲気下で溶接速度を変化せしめて、その組成変化と溶接速度の変化によるハンピングの発生の有無について確認、評価した。
【００１１】
＜溶接条件＞
・溶接母材：オーステナイト系ステンレス鋼  ＳＵＳ３０４、板厚６ｍｍ
・電極：ＪＩＳ  Ｚ３２３３  ＹＷＬａ−２規格品タングステン  直径３．２ｍｍ・電極−母材間距離：３ｍｍ
・トーチ傾斜角度：鉛直
・前進角度：０度
・溶接形状：ビードオンプレート溶接
以上の条件下で、溶接電流として２００Ａを流して、ビードオンプレート溶接を行った。溶接速度は８０ｃｍ／ｍｉｎ、１００ｃｍ／ｍｉｎ、１２０ｃｍ／ｍｉｎ、１４０ｃｍ／ｍｉｎの４段階で各組成について溶接を行った。
【００１２】
そして、シールドガスとして、ヘリウムガス（Ｈｅ）、水素ガス（Ｈ２）及びアルゴンガス（Ａｒ）の３種類の混合ガスの組成（容量％）を変化せしめて、それぞれの組成ガスをシールドガスに使用した時の、ハンピング現象発生の有無を確認し、評価した。これを表１に表示する。
なお、ハンピング現象発生の確認評価は、以下の如き２段階評価で行った。
○：ハンピング現象の発生無しで良好。
×：ハンピング現象の発生有りで不合格。
【００１３】
【表１】
0003623442.tif 000002
【００１４】
表１に表示されて明らかなように、実施例１により以下の事項が確認された。
▲１▼  シ−ルドガスとして従来のＡｒガス単体を使用して、オーステナイト系ステンレス鋼をＴＩＧ溶接すると、ハンピング現象が発生することなく溶接し得る最大溶接速度は３０ｃｍ／ｍｉｎであることが確認できた。
▲２▼  又、シ−ルドガスとしてＨｅガス単体、又はＨ２ガス（９容量％）＋残部Ａｒガス（９１容量％）の２種混合ガスを使用して、オーステナイト系ステンレス鋼をＴＩＧ溶接すると、ハンピング現象が発生しない最大溶接速度は１００ｃｍ／ｍｉｎであることが確認できた。
【００１５】
▲３▼  シールドガスとして、Ｈｅガス（３０〜４０未満容量％）＋Ｈ２ガス（８〜９容量％）＋残部Ａｒガスの３種混合ガスを使用して、オーステナイト系ステンレス鋼をＴＩＧ溶接すると、溶接速度を１２０ｃｍ／ｍｉｎに高めても、ハンピング現象が発生することなく良好なＴＩＧ溶接ができることが確認できた。
▲４▼  シールドガスとして、Ｈｅガス（４０〜５０未満容量％）＋Ｈ２ガス（６〜９容量％）＋残部Ａｒガスの３種混合ガスを使用して、オーステナイト系ステンレス鋼をＴＩＧ溶接すると、溶接速度を１２０ｃｍ／ｍｉｎに高めても、ハンピング現象が発生することなく良好なＴＩＧ溶接ができることが確認できた。
▲５▼  シールドガスとして、Ｈｅガス（５０〜７０未満容量％）＋Ｈ２ガス（５〜９容量％）＋残部Ａｒガスの３種混合ガスを使用して、オーステナイト系ステンレス鋼をＴＩＧ溶接すると、溶接速度を１２０ｃｍ／ｍｉｎに高めても、ハンピング現象が発生することなく良好なＴＩＧ溶接ができることが確認できた。
▲６▼  シールドガスとして、Ｈｅガス（７０〜９０未満容量％）＋Ｈ２ガス（４〜９容量％）＋残部Ａｒガスの３種混合ガスを使用して、オーステナイト系ステンレス鋼をＴＩＧ溶接すると、溶接速度を１２０ｃｍ／ｍｉｎ以上に高めても、ハンピング現象の発生がなく、良好なＴＩＧ溶接ができることが確認できた。
【００１６】
▲７▼  シールドガスとして、Ｈｅガス（９０容量％以上）＋Ｈ２ガス（３〜９容量％）＋残部Ａｒガスの３種混合ガスを使用して、オーステナイト系ステンレス鋼をＴＩＧ溶接すると、溶接速度を１２０ｃｍ／ｍｉｎ以上に高めても、ハンピング現象が発生することなく良好なＴＩＧ溶接ができることが確認できた。
▲８▼  シールドガスとして、Ｈ２ガス（２〜９容量％）＋残部Ｈｅガスの２種混合ガスを使用して、オーステナイト系ステンレス鋼をＴＩＧ溶接すると、溶接速度を１００ｃｍ／ｍｉｎに高めても、ハンピング現象が発生することなく良好なＴＩＧ溶接ができることが確認できた。
なお、上記した▲３▼〜▲８▼項の水素の上限を９％としたが、水素の濃度が９％より多くても溶接性の点では問題はない。但し、水素が９％を越えて９．５％以上になると、大気中に放出した時に水素の爆発範囲となる可能性があるため、安全上の点から水素９％以下とすることが望ましい。
【００１７】
又、上記した実施例１では、溶接電流として２００Ａで溶接した例について説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、溶接電流は用途や目的に合わせて適宜設定して使用するようにすれば良いことは勿論である。
又、上記実施例１では、板厚６ｍｍの母材を使用して行ったが、いずれの板厚、においても、シールドガスの組成と溶接速度との関係は変化がないものである。
なお又、溶接する継手の種類も、重ね継手の溶接、Ｔ型継手の溶接や、突き合わせ継手の溶接等に適用し得ることも勿論である。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の高速ＴＩＧ溶接によれば、シールドガスとして、上記した如き［Ｈeガス＋Ｈ2ガス＋Ａrガス］の３種混合ガスを用いることにより、既存のＡrガス単体等の溶接用シールドガスに比べて溶け込みを増す作用が著しく向上すると共に、アーク圧力を低下させることができるため、ハンピング等のビード不整が生じることがなく、更にはアンダーカットも発生し難く、高品質を保持したＴＩＧ溶接の高速度化を図ることができる。