(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ−Ｎｉ合金材と軟鋼材とを溶接してなる溶接構造物であって、
軟鋼材の硬さが１７０〜２１０Ｈｖであり、
これらの溶接部のＮｉ濃度が２７〜３１質量％であることを特徴とする、Ｆｅ−Ｎｉ合金材と軟鋼材からなる溶接構造物。
【請求項２】
前記軟鋼材は、Ｃ量が０．０３００〜０．０５００質量％であり、冷圧率が５〜２０％の範囲で予め圧延されたものであることを特徴とする、請求項１に記載のＦｅ−Ｎｉ合金材と軟鋼材からなる溶接構造物。
【請求項３】
Ｆｅ−Ｎｉ合金材と軟鋼材とをＮｉフィラーを供給しながらＴＩＧ溶接して溶接構造物を製造する方法であって、
Ｎｉフィラー供給角度を３０〜４０°、
溶接開始時の溶接トーチの送り加速レートを０．２〜０．３ｍｍ／ｓｅｃ２、
バックバー溝の形状を四角形、かつ溝幅を６〜１０ｍｍとして溶接することを特徴とする、Ｆｅ−Ｎｉ合金材と軟鋼材からなる溶接構造物の製造方法。
【請求項４】
前記軟鋼材の硬さが１７０〜２１０Ｈｖであり、Ｆｅ−Ｎｉ合金材と軟鋼材との間の溶接部のＮｉ濃度が２７〜３１質量％であることを特徴とする、請求項３に記載のＦｅ−Ｎｉ合金材と軟鋼材からなる溶接構造物の製造方法。
【請求項５】
前記軟鋼材は、Ｃ量が０．０３００〜０．０５００質量％であり、冷圧率が５〜２０％の範囲で予め圧延されたものであることを特徴とする、請求項４に記載のＦｅ−Ｎｉ合金材と軟鋼材からなる溶接構造物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は製造工程等において、曲げや圧延に耐え得るＦｅ−Ｎｉ合金材と軟鋼材からなる溶接構造物およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｆｅ−３６％Ｎｉ合金に代表されるＦｅ−Ｎｉ系合金薄板は、低熱膨張であることから高精度が要求されるシャドウマスク等の電子部品材料として使用されている。このようなＦｅ−Ｎｉ系合金薄板は、通常、熱間圧延後の合金板をリバースタイプの圧延機によって往復させながら冷間圧延されるが、リバースタイプの圧延機の場合には装置の構造上、熱延コイルの先端部および後端部は圧延されないため、切り捨てられる。
【０００３】
しかしながら、Ｆｅ−Ｎｉ合金は高価であるため、上述のように熱延コイルの先端部および後端部のＦｅ−Ｎｉ合金を切り捨てるのは不経済である。
【０００４】
そこで、先端部および後端部の切り捨てられるべき部分に単価の低い軟鋼からなるリーダー材をＴＩＧ溶接により溶接することが行われている。これにより、製品部分だけがＦｅ−Ｎｉ合金となり歩留まりが著しく向上する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように軟鋼からなるリーダー材とＦｅ−Ｎｉ合金とを溶接した場合には、リバース圧延機での圧延や曲げにより溶接部が破断してしまう場合が生じ、さらには圧延の際にリーダー材が破断する場合も生じ、期待するほどの歩留まり向上を得ることができないという問題点がある。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、曲げや圧延が及ぼされても破断し難い、曲げ・圧延耐力の大きいＦｅ−Ｎｉ合金材と軟鋼材からなる溶接構造物およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、Ｆｅ−Ｎｉ合金材と軟鋼材からなる溶接構造物において、溶接部および軟鋼部分から破断する原因について種々検討を重ねた結果、ＴＩＧ溶接した溶接部の延性が小さいこと、その溶接部性状が不安定なこと、軟鋼材の強度自体が不足していること、Ｆｅ−Ｎｉ合金材と軟鋼材の硬度差が大きいため、これらの変形抵抗の相違から圧延時に溶接部近傍で大きな荷重変動が生じることが原因であることを見出した。
【０００８】
そして、このような破断を防止するためには、（１）溶接部に特定量のＮｉを含有させて溶接部の延性を上昇させること、（２）軟鋼材の硬度を調整してＦｅ−Ｎｉ合金材と軟鋼材の変形抵抗の差を小さくすること、（３）Ｎｉフィラーの供給角度、溶接開始時のトーチ送り加速レートを調整し、さらに溶接機の熱放散を促進するためにバックバーの形状を調整することにより、溶接部の性状を安定させて溶接欠陥を低減することが有効であることを知見した。
【０００９】
本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、
第１に、Ｆｅ−Ｎｉ合金材と軟鋼材とを溶接してなる溶接構造物であって、
軟鋼材の硬さが１７０〜２１０Ｈｖであり、
これらの溶接部のＮｉ濃度が２７〜３１質量％であることを特徴とする、Ｆｅ−Ｎｉ合金材と軟鋼材からなる溶接構造物を提供するものである。
【００１０】
第２に、上記溶接構造物において、軟鋼材は、Ｃ量が０．０３００〜０．０５００質量％であり、冷圧率が５〜２０％の範囲で予め圧延されたものであることを特徴とする、Ｆｅ−Ｎｉ合金材と軟鋼材からなる溶接構造物を提供するものである。
【００１１】
第３に、Ｆｅ−Ｎｉ合金材と軟鋼材とをＮｉフィラーを供給しながらＴＩＧ溶接して溶接構造物を製造する方法であって、
Ｎｉフィラー供給角度を３０〜４０°、
溶接開始時の溶接トーチの送り加速レートを０．２〜０．３ｍｍ／ｓｅｃ２、
バックバー溝の形状を四角形、かつ溝幅を６〜１０ｍｍとして溶接することを特徴とする、Ｆｅ−Ｎｉ合金材と軟鋼材からなる溶接構造物の製造方法を提供するものである。
【００１２】
第４に、上記方法において、前記軟鋼材の硬さが１７０〜２１０Ｈｖであり、Ｆｅ−Ｎｉ合金材と軟鋼材との間の溶接部のＮｉ濃度が２７〜３１質量％であることを特徴とする、Ｆｅ−Ｎｉ合金材と軟鋼材からなる溶接構造物の製造方法を提供するものである。
【００１３】
第５に、上記方法において、軟鋼材は、Ｃ量が０．０３００〜０．０５００質量％であり、冷圧率が５〜２０％の範囲で予め圧延されたものであることを特徴とする、Ｆｅ−Ｎｉ合金材と軟鋼材からなる溶接構造物の製造方法を提供するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について具体的に説明する。
本発明においては、Ｆｅ−Ｎｉ合金材と軟鋼材からなる溶接構造物を曲げ・圧延耐力のあるものとするために、軟鋼材の硬さを１７０〜２１０Ｈｖの範囲とし、かつ溶接部のＮｉ濃度を２７〜３１質量％の範囲とする。
【００１５】
このような範囲に規定することにより、曲げ・圧延の際に溶接部および軟鋼材からの破断を著しく低減することができ、歩留まりを大幅に上昇させることができる。
【００１６】
ここで、軟鋼材の硬さを１７０〜２１０Ｈｖの範囲としたのは、１７０Ｈｖ未満または２１０Ｈｖ超えであるとＦｅ−Ｎｉ合金材との硬度差が大きく変形抵抗の相違から圧延時に溶接部近傍で大きな荷重変動が生じて破断するおそれが高くなるからである。
【００１７】
軟鋼材をこのような範囲の硬さにするためには、軟鋼材のＣ量を０．０３００〜０．０５００質量％とし、冷圧率が５〜２０％の範囲で予め圧延しておくことが好ましい。
【００１８】
また、溶接部のＮｉ濃度を２７〜３１質量％の範囲としたのは、Ｎｉ濃度が２７質量％未満であると溶接部の延性が十分でなく溶接部から破断が生じやすくなり、また、Ｎｉ濃度が３１質量％を超えると、延性は問題ないが、溶接ビードの盛り上がりが大きくなりそれを手入れする必要が生じ、作業上の負担が増す。
【００１９】
本発明において、Ｆｅ−Ｎｉ合金材とは、Ｎｉが２８質量％以上で残部が実質的にＦｅからなるオーステナイト合金をいう。特にＮｉが３５〜４５質量％が望ましい。
【００２０】
本発明においては、また、溶接条件を規定することにより曲げ・圧延耐力の大きい溶接構造物を得ることができる。以下、溶接条件について説明する。
【００２１】
本発明において、Ｆｅ−Ｎｉ合金材と軟鋼材とは図１に示すようなＴＩＧ溶接機を用いて溶接される。図１中、参照符号１は溶接トーチであり、その中にタングステン電極２を内蔵している。そして、その先端から不活性ガスを供給するようになっている。
【００２２】
一方、その側方にはフィラー供給部３が設けられており、その先端からＮｉフィラー４が溶接部へ供給されるようになっている。フィラー供給部３は溶接トーチ１に対して角度可変に設けられており、その角度を変えることにより、フィラー供給角度θを調節可能となっている。
【００２３】
溶接に際しては、Ｆｅ−Ｎｉ合金材（または軟鋼材）１１と軟鋼材（またはＦｅ−Ｎｉ合金材）１２とを突き合わせた状態でその溶接部１０をバックバー５の溝５ａ上に位置させる。そして、トーチ先端から不活性ガスを供給し、かつＮｉフィラー４を供給しながら、タングステン電極２と溶接部１０との間にアークを形成して溶接する。
【００２４】
この際に、Ｎｉフィラー供給角度θを３０〜４０°とする。これによりＮｉフィラー４を安定的に供給することができ、溶接ビードを安定化することができる。Ｎｉフィラー供給角度θが４０°を超えたり、３０°未満であると溶接ビードが不安定となり溶接欠陥が生じやすくなる。なお、従来は、フィラー供給角度をθを４５°としていたため、溶接ビードが不安定であった。
【００２５】
また、溶接開始時の溶接トーチ１の送り加速レートを０．２〜０．３ｍｍ／ｓｅｃ2とする。これにより、急激な入熱を抑制して割れを防止することができる。加速レートが０．３ｍｍ／ｓｅｃ2を超えると割れが発生しやすくなり、０．２ｍｍ／ｓｅｃ2未満でもやはり溶接性状が低下する。
【００２６】
さらに、バックバー５の溝５ａの形状を四角形、かつ溝幅を６〜１０ｍｍとする。これにより、溶接の際の熱拡散が促進され、溶接部の穴や熱影響部（ＨＡＺ）の軟化を防止することができる。
【００２７】
このように、Ｎｉフィラー供給角度θ、溶接開始時の溶接トーチ送り加速レート、およびバックバー溝の形状を調整することにより、溶接欠陥が生じ難くなり、曲げ・圧延の際に、溶接部で破断する割合を著しく低下させることができ、歩留まりを向上させることができる。
【００２８】
なお、溶接条件をこのように規定することにより溶接部の性状を良好にすることができ、曲げ・圧延耐力を大きくすることができるが、これに加えてさらに上述のように、溶接部のＮｉ濃度および軟鋼材の硬度を規定することにより、一層曲げ・圧延耐力を大きくすることができる。
【００２９】
このようにして溶接して製造されたＦｅ−Ｎｉ合金材と軟鋼材からなる溶接構造物は、典型的には図２に示すようなリバース圧延機により冷間圧延される。この圧延機は、圧延部２０の両側にテンションリール２１，２２が配され、そこに巻かれたＦｅ−Ｎｉ合金材が圧延部２０を往復されながら圧延される。Ｆｅ−Ｎｉ合金材の前端部および後端部には、上述のようにして軟鋼材が溶接されており、圧延機ではその溶接部に曲げおよび圧延が及ぼされる。この際に、本発明に従って製造された溶接構造物は、曲げ・圧延耐力が大きいので、溶接部２３および軟鋼材で破断するおそれが小さく、歩留まりを極めて高くすることができる。
【００３０】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
図１の溶接機を用い、Ｆｅ−Ｎｉ合金材（３６％Ｎｉ材、板厚２〜４ｍｍ、板幅６００〜１１００ｍｍ）の両端に軟鋼材（Ｆｅ−Ｎｉ合金材と同サイズ）を溶接した。この際に、Ｎｉフィラーの供給角度、溶接開始時のトーチ送り加速レート、バックバー溝の形状および幅を変化させ、さらに、溶接部のＮｉ量を変化させた。また、溶接する軟鋼材の硬さを変化させるため、その炭素量および予冷圧率を変化させた。
【００３１】
その結果を表１〜表４に示す。表１はフィラー供給角度を変化させた場合の溶接結果を示し、表２は溶接開始時のトーチ送り加速レートを変化させた場合の溶接結果を示し、表３はバックバー溝形状および溝幅を変化させた場合の溶接結果を示し、表４は溶接部Ｎｉ濃度および軟鋼材の硬さを変化させた場合の曲げおよび圧延耐力を示す。
【００３２】
この場合に、表１〜表３については、以下の評価基準で目視で溶接状態を評価した。
◎：穴および割れが全く生じていない
○：穴および割れが局所的にわずかに生じているが操業に問題ない
△：穴および割れが局所的に生じ、操業に問題あり
×：穴および割れが多数生じている
【００３３】
また、表４の曲げ結果および圧延結果は、以下の評価基準で評価した。
・曲げ結果
○：溶接部の割れ、切れなし
×：溶接部の割れ、切れあり
・圧延結果
○：破断、板切れなし
×：破断、板切れあり
【００３４】
【表１】
0003541659.tif 000002
【００３５】
【表２】
0003541659.tif 000003
【００３６】
【表３】
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【００３７】
【表４】
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【００３８】
表１〜表３に示すように、フィラーの供給角度を３０〜４０°、溶接開始時のトーチ送り速度を０．２〜０．３ｍｍ／ｓｅｃ2、バックバー溝の形状を四角形、かつ溝幅を６〜１０ｍｍとした場合に溶接部の性状が良好になることが確認された。
【００３９】
また、表４に示すように、溶接部のＮｉ濃度が２７〜３１質量％になるようにＮｉフィラーの供給量を調整し、かつ軟鋼材として硬度が１７０〜２１０Ｈｖのもの（Ｃ量：０．０３００〜０．０５００質量％、予め圧延する際の冷圧率：５〜２０％）を使用した場合に、曲げおよび圧延耐力が大きくなることが確認された。
【００４０】
フィラーの供給角度を３０〜４０°、溶接開始時のトーチ送り速度を０．２〜０．３ｍｍ／ｓｅｃ２、バックバー溝の形状を四角形、かつ溝幅を６〜１０ｍｍの条件で、溶接部のＮｉ濃度を２７〜３１質量％として、Ｆｅ−Ｎｉ合金材の両端部に硬度が１７０〜２１０Ｈｖの軟鋼材を溶接し、図２に示す圧延機により圧延した結果、圧延の成功率は９５％であった。これに対し、従来の条件で行った場合には圧延の成功率は５１％であった。このように本発明により曲げ・圧延耐力が大きくなり、圧延の成功率が極めて向上することが確認された。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、曲げや圧延が及ぼされても破断し難い、曲げ・圧延耐力の大きいＦｅ−Ｎｉ合金材と軟鋼材からなる溶接構造物およびその製造方法が提供される。したがって、高価なＦｅ−Ｎｉ合金材の両端に安価な軟鋼材を溶接して圧延する際の歩留まりを上昇させることができ、Ｆｅ−Ｎｉ合金製品の製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の溶接構造物の製造方法に用いられる溶接機の一例を示す側面図。
【図２】Ｆｅ−Ｎｉ合金材の両端に軟鋼材が溶接されたものをリバース圧延機で圧延している状態を示す図。
【符号の説明】
１……溶接トーチ
２……タングステン電極
３……フィラー供給部
４……Ｎｉフィラー
５……バックバー
５ａ……バックバー溝
１０……溶接部
１１……Ｆｅ−Ｎｉ合金材（または軟鋼材）
１２……軟鋼材（またはＦｅ−Ｎｉ合金材）
【図１】
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【図２】
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