(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素鋼からなる母材にステンレス鋼からなる合わせ材が積層されてなる２枚のステンレスクラッド鋼板をアーク溶接法により溶接する方法であって、
前記２枚のステンレスクラッド鋼板として、前記母材側にルート間隔を開け且つ前記母材側から前記合わせ材側に向かうに従って間隔が広がる形状の開先を形成できるものを用意して、前記開先を形成するように前記２枚のステンレスクラッド鋼板を並べ、
前記２枚のステンレスクラッド鋼板の前記母材と接触し且つ前記開先の前記母材側の開口部を塞ぐ裏当材を前記２枚のステンレスクラッド鋼板に対して配置し、
ガスシールドアーク溶接により前記２枚のステンレスクラッド鋼板の前記母材を溶接し、
その後サブマージアーク溶接により前記２枚のステンレスクラッド鋼板の前記合わせ材を溶接し、
前記ガスシールドアーク溶接では、フラックス入り溶接ワイヤを用いることを特徴とするステンレスクラッド鋼板の溶接方法。
【請求項２】
前記サブマージアーク溶接では１層のビードを形成することを特徴とする請求項１に記載のステンレスクラッド鋼板の溶接方法。
【請求項３】
前記ステンレスクラッド鋼板の前記合わせ材の板厚が５ｍｍ以下で、全体の板厚が９ｍｍ以上１７ｍｍ以下の場合における前記開先の形状は、開先角度が３０°以上６０°以下で、ルート間隔が２mm以上１０ｍｍ以下で、ルートフェイスが０または３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のステンレスクラッド鋼板の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステンレスクラッド鋼板の溶接方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ケミカルタンカに搭載されるタンクのように腐食性の高い液体を貯蔵する構造物は、炭素鋼からなる母材にステンレス鋼からなる合わせ材が積層されてなるステンレスクラッド鋼板を溶接して製造されている。図３を用いて従来のステンレスクラッド鋼板の溶接方法を説明する。図３において、１及び２は炭素鋼からなる母材１１，２１にステンレス鋼からなる合わせ材１２，２２が積層されてなるステンレスクラッド鋼板である。従来の方法では、図３（Ａ）に示すように、２枚のステンレスクラッド鋼板１，２として、合わせ材１２，２２側の端部にはルート間隔を開けないようにして突合せ部を形成し、合わせ材１２，２２側から母材１１，２１側に向かうに従って間隔が広がる形状の開先３を形成できるものを用意する。そして母材１１，２１が上側に位置し且つ前述の形状の開先３を形成するように２枚のステンレスクラッド鋼板１，２を並べる。次に母材１１，２１側からガスシールドアーク溶接やサブマージアーク溶接及びこれらの組合せの溶接を１回または複数回実施して開先３を埋めるようにビード４を形成する。その後２枚のステンレスクラッド鋼板１，２を裏返して、図３（Ｂ）に示す状態にし、合わせ材１２，２２側からガウジング（カーボン電極を用いてアークを出し、そのアークで合わせ材１２，２２を部分的に溶融させて、溶融物を吹き飛ばす作業）を行って開先５を形成する。次に，開先５に対してガスシールドアーク溶接を１回または複数回実施してビード６，７を形成して，溶接を完了していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ケミカルタンカーのタンクを製造するために用いられる１枚のステンレスクラッド鋼板の重量は、数トンある。そのため従来のように、表と裏から溶接を行う方法では、クレーンを使用して鋼板の裏返し作業を行わなければならず、作業時間が長くなるだけでなく、溶接コストがかなり嵩む問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、一方向から溶接作業をすればよく、しかも合わせ材側に良好な最終ビードを形成できるステンレスクラッド鋼板の溶接方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、炭素鋼からなる母材にステンレス鋼からなる合わせ材が積層されてなる２枚のステンレスクラッド鋼板をアーク溶接法により溶接する方法を対象とする。まず本発明では、２枚のステンレスクラッド鋼板として、母材側にルート間隔を開け且つ母材側から合わせ材側に向かうに従って間隔が広がる形状の開先を形成できるものを用意する。そして、前記開先を形成するように２枚のステンレスクラッド鋼板を並べる。その際に、２枚のステンレスクラッド鋼板の母材と接触し且つ開先の母材側の開口部を塞ぐ裏当材を２枚のステンレスクラッド鋼板間に形成される開先に対応するように配置する。次に、ガスシールドアーク溶接により２枚のステンレスクラッド鋼板の母材を溶接する。ガスシールドアーク溶接の回数は、母材の厚みによって１回の場合もあれば、２回以上の複数回の場合もある。ガスシールドアーク溶接では、母材を完全に溶接しても良いが，一部母材が溶接されない部分が残ってもよい。また例えば異材溶接用ワイヤを用いれば３０９  ＭｏＬのようなガスシールドアーク溶接により合わせ材の一部が溶接されてもよいのは勿論である。その後サブマージアーク溶接により２枚のステンレスクラッド鋼板の合わせ材を溶接する。良好な最終ビードを得るためには、サブマージアーク溶接を１回実施して、最終ビードを１層構造にするのが好ましい。
【０００６】
本発明によれば、裏当材を用いることにより、一方向からの溶接作業により、２枚のステンレスクラッド鋼板の溶接を行えるので、溶接作業の途中でクレーン操作を必要とすることがなく、溶接コストを大幅に下げることができる。またガスシールドアーク溶接は，サブマージアーク溶接と比べて，入熱が小さく、また溶着速度が大きく、能率的であるため、母材をガスシールドアーク溶接により溶接すると、溶接コストを下げることができる。しかしながらガスシールドアーク溶接は，サブマージアーク溶接と比べてスパッタの発生量が多く、１回の溶接で大きなビードを形成するこはできない。そのためガスシールドアーク溶接により合わせ材側に形成される最終ビードを形成すると、最終ビードの外観が悪くなる（すなわち滑らかなビードが得られず）、それが腐食の発生原因となる場合がある。本発明では、合わせ材側の最終ビードをサブマージアーク溶接により形成するため、良質な最終ビードを得ることができる。特に１回のサブマージアーク溶接により最終ビードを形成すると表面側に複数のビードの重なり部分が形成されないため、最良のビードを得ることができる。
【０００７】
ガスシールドアーク溶接では、スパッタを少なくするためにフラックス入り溶接ワイヤを用いることが好ましい。ただしフラックスが入っていないソリッド溶接ワイヤを用いても、本発明のようにガスシールドアーク溶接により最終ビードを形成しなければ、特に大きな問題は生じない。
【０００８】
ステンレスクラッド鋼板の合わせ材の板厚が５ｍｍ以下で、全体の板厚が９ｍｍ以上１７ｍｍ以下の場合における好ましい開先の形状は、開先角度が３０°以上６０°以下で、ルート間隔が２ｍｍ以上１０ｍｍ以下で、ルートフェイスが０または３ｍｍ以下である開先の形状である。開先角度が３０°より小さくなると、裏波ビードの出方が悪くなり、また融合不良等の欠陥が発生しやすくなる。開先角度が６０°より大きくなると、溶接する量（溶着量）が増加し、能率が著しく悪くなる。またルート間隔が２ｍｍより小さいと、安定した裏波ビードが得られず、ルート間隔が１０ｍｍより大きくなると、安定した裏波ビードが得られないとともに、溶着量が増加して溶接能率が悪くなる。ルートフェイスが３ｍｍを超えると、この場合にも安定した裏波ビードが得られなくなり、融合不良等の欠陥が発生する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下本発明のステンレスクラッド鋼板の溶接方法の実施の形態の一例を詳細に説明する。図１（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明のステンレスクラッド鋼板の溶接方法を実施する場合の工程の一部を示す図である。これらの図において、１０１及び１０２は、炭素鋼からなる母材１１１，１２１にステンレス鋼からなる合わせ材１１２，１２２が積層されてなる２枚のステンレスクラッド鋼板である。２枚のステンレスクラッド鋼板１０１，１０２の開先１０３を形成する端部の形状は、開先１０３が母材１１１，１２１側にルート間隔Ｒを開け且つ母材１１１，１２１側から合わせ材１１２，１２２側に向かうに従って間隔が広がる形状の開先１０３を形成できる形状にする。なお図１の例ではルートフェイスは０である。
【００１０】
溶接を行う場合には、まず最初に開先１０３を形成するように２枚のステンレスクラッド鋼板１０１，１０２を並べる。その際に、２枚のステンレスクラッド鋼板１０１，１０２の母材１１１，１２１と接触し且つ開先１０３の母材１１１，１２１側の開口部を塞ぐ裏当材１００を２枚のステンレスクラッド鋼板１０１，１０２間に形成される開先１０３に対応するように配置する。裏当材１００には良好な裏波ビードを形成するビード形成用凹部１００ａが形成されている。
【００１１】
次に、ガスシールドアーク溶接によりフラックス入り溶接用ワイヤを用いて開先１０３の開口部側から２枚のステンレスクラッド鋼板１０１，１０２の母材１１１，１２１を溶接する。ガスシールドアーク溶接の回数は、母材の厚みによって１回の場合もあれば、２回以上の複数回の場合もある。このガスシールドアーク溶接では、母材１１１，１２１を完全に溶接しても良いが，図１（Ａ）に示すように一部母材１１１，１２１が溶接されない部分を残すようにするのが好ましい。シールドガスとしては炭酸ガスを用いる。
【００１２】
その後サブマージアーク溶接により２枚のステンレスクラッド鋼板１０１，１０２の合わせ材１１２，１２２を溶接する。この例のように母材１１１，１２１の一部が溶接されずに残っている場合には、母材１１１，１２１も合わせてサブマージアーク溶接により溶接する。良好な最終ビード１０６を得るためには、この例のようにサブマージアーク溶接を１回実施して、最終ビード１０６を１層構造にするのが好ましい。
【００１３】
本発明の方法を用いて以下の実施例１乃至３の溶接を行った。
【００１４】
［実施例１］
ステンレスクラッド鋼板として，下記の表１に示された板厚１１．５ｍｍのＳＵＳ３１６Ｌクラッド鋼を用いた。
【００１５】
【表１】
0003552956.tif 000002
開先条件は、開先角度が４５°で、ルート間隔が６ｍｍで、ルートフェイスは０であった。
【００１６】
そしてガスシールドアーク溶接で用いた溶接用ワイヤは、日本ウエルディング・ロッド株式会社がＷＥＬ  ＦＣＷ  Ｈ３０９ＭｏＬの製品名で販売する直径が１．４φの溶接用ワイヤを用いた。この溶接用ワイヤの全溶着金属の化学成分は、下記の表２に示す通りである。
【００１７】
【表２】
0003552956.tif 000003
溶接条件は，溶接電流が３００Ａ、アーク電圧が３２Ｖ、溶接速度が２００ｍｍ／ｍｉｎであった。シールドガスとしては炭酸ガスを用い、炭酸ガスの供給量は２０リットル／ｍｉｎであった。
【００１８】
そしてサブマージアーク溶接に用いた溶接用ワイヤは、日本ウエルディング・ロッド株式会社がＷＥＬ  ＳＵＢ  ３１６Ｌの製品名で販売する直径が４．０φのサブマージアーク溶接用ワイヤを用いた。この溶接用ワイヤの化学成分は、下記の表３に示す通りである。
【００１９】
【表３】
0003552956.tif 000004
なおこの実施例では、フラックスとして日本ウエルディング・ロッド株式会社がＷＥＬ  ＳＵＢ  Ｆ−６の製品名で販売するフラックスを用いた。溶接条件は、溶接電流が５７０Ａ、アーク電圧が３２Ｖ、溶接速度が２８０ｍｍ／ｍｉｎで、パス間温度が１５０℃未満であった。
【００２０】
［実施例２］
ステンレスクラッド鋼板として，上記表１に示された板厚１３．５ｍｍのＳＵＳ３１６Ｌクラッド鋼を用いた。
【００２１】
開先条件は、開先角度が４５°で、ルート間隔が６ｍｍで、ルートフェイスは０であった。
【００２２】
そしてガスシールドアーク溶接で用いた溶接用ワイヤは、日鉄溶接工業株式会社がＳＦ−１の製品名で販売する直径が１．４φの炭素鋼溶接ワイヤを用いた。そして溶接条件は，溶接電流が３００Ａ、アーク電圧が３２Ｖ、溶接速度が１５０ｍｍ／ｍｉｎであった。シールドガスとしては炭酸ガスを用い、炭酸ガスの供給量は２０リットル／ｍｉｎであった。
【００２３】
サブマージアーク溶接に用いた溶接用ワイヤは、日本ウエルディング・ロッド株式会社がＷＥＬ  ＳＵＢ  ３１６ＵＬＣの製品名で販売する直径が４．０φのサブマージアーク溶接用ワイヤを用いた。この溶接用ワイヤの化学成分は、上記の表３に示す通りである。なおこの実施例では、フラックスとして日本ウエルディング・ロッド株式会社がＷＥＬ  ＳＵＢ  Ｆ−６ＭＯの製品名で販売するフラックスを用いた。溶接条件は、溶接電流が５００Ａ、アーク電圧が３２Ｖ、溶接速度が２００ｍｍ／ｍｉｎで、パス間温度が１５０℃未満であった。
【００２４】
［実施例３］
ステンレスクラッド鋼板として，上記表１に示された板厚１１．５ｍｍのＳＵＳ３１６Ｌクラッド鋼を用いた。開先条件は、開先角度が４５°で、ルート間隔が３ｍｍで、ルートフェイスは０であった。
【００２５】
そしてガスシールドアーク溶接で用いた溶接用ワイヤは、日本ウエルディング・ロッド株式会社がＷＥＬ  ＦＣＷ  Ｈ３０９ＭｏＬの製品名で販売する直径が１．４φの溶接用ワイヤを用いた。シールドガスとしては炭酸ガスを用い、炭酸ガスの供給量は２０リットル／ｍｉｎであった。そして溶接条件は，溶接電流が３００Ａ、アーク電圧が３５Ｖ、溶接速度が３００ｍｍ／ｍｉｎであった。
【００２６】
サブマージアーク溶接に用いた溶接用ワイヤは、日本ウエルディング・ロッド株式会社がＷＥＬ  ＳＵＢ  ３１６Ｌの製品名で販売する直径が４．０φのサブマージアーク溶接用ワイヤを用いた。この溶接用ワイヤの化学成分は、上記の表３に示す通りである。なおこの実施例では、フラックスとして日本ウエルディング・ロッド株式会社がＷＥＬ  ＳＵＢ  Ｆ−６の製品名で販売するフラックスを用いた。溶接条件は、溶接電流が５００Ａ、アーク電圧が３０Ｖ、溶接速度が３００ｍｍ／ｍｉｎで、パス間温度が１５０℃未満であった。
【００２７】
上記の上記実施例１乃至３により溶接した溶接部について、ＪＩＳ  Ｚ  ３１０６に従ってＸ線透過試験を行ったところ、欠陥の個数は０個であり、判定結果は１級であった。また上記実施例１乃至３により溶接した溶接部について、ＪＩＳ  Ｚ  ３１２２に従って曲げ試験を行ったところ、曲げ前の欠陥が無欠陥で、曲げ後の欠陥も無欠陥であることが確認された。この試験は、従来の方法により溶接したものと同じであり、本発明の方法によっても従来の方法と同様の溶接品質が得られることが確認された。
【００２８】
図２は、本発明の溶接方法を実施する場合に用いることができる、ルートフェースを備えた開先の形状の一例を示している。図２において、ＲＦがルートフェイスであり、θが開先角度であり、Ｒがルート間隔である。本発明をこのようなルートフェースを設けた開先を用いる場合に実施しても前述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００２９】
ステンレスクラッド鋼板１０１，１０２の合わせ材の板厚が５ｍｍ以下で、全体の板厚が９ｍｍ以上１７ｍｍ以下の場合における好ましい開先の形状は、開先角度が３０°以上６０°以下で、ルート間隔が２ｍｍ以上１０ｍｍ以下で、ルートフェイスが０または３ｍｍ以下である開先の形状である。開先角度が３０°より小さくなると、裏波ビードの出方が悪くなり、また融合不良等の欠陥が発生しやすくなる。開先角度が６０°より大きくなると、溶接する量（溶着量）が増加し、能率が著しく悪くなる。またルート間隔が２ｍｍより小さいと、安定した裏波ビードが得られず、ルート間隔が１０ｍｍより大きくなると、安定した裏波ビードが得られないとともに、溶着量が増加して溶接能率が悪くなる。ルートフェイスが３ｍｍを超えると、この場合にも安定した裏波ビードが得られなくなり、融合不良等の欠陥が発生する。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、裏当材を用いることにより、一方向からの溶接作業により、２枚のステンレスクラッド鋼板の溶接を行えるので、溶接作業の途中でクレーン操作を必要とすることがなく、溶接コストを大幅に下げることができる。
【００３１】
また本発明では、合わせ材側の最終ビードをサブマージアーク溶接により形成するため、良質な最終ビードを得ることができる。特に１回のサブマージアーク溶接により最終ビードを形成すると表面側に複数のビードの重なり部分が形成されないため、最良のビードを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明のステンレスクラッド鋼板の溶接方法を実施する場合の工程の一部を示す図である。
【図２】開先形状の説明に用いる図である。
【図３】（Ａ）乃至（Ｃ）は、従来の溶接方法の工程の一部をそれぞれ示す図である。
【符号の説明】
１，２，１０１，１０２  ステンレスクラッド鋼板
１１，２１，１１１，１２１  母材
１２，２２，１１２，１２２  合わせ材
３，１０３  開先
１００  裏当材
【図１】
0003552956.tif 000005
【図２】
0003552956.tif 000006
【図３】
0003552956.tif 000007