(57)【要約】【課題】オーステナイト系ステンレス鋼製の回転シャフト２と軟鋼製のシャフトパイプ４とをマグ溶接法またはティグ溶接法にて溶接接合した溶接接合部５において、これに施された溶接法がマグ溶接法及びティグ溶接法のうちどちらであるかを確実に判別できるようにする。【解決手段】溶接接合部５における金属組織中の酸素量を測定し、この測定した酸素量を、回転シャフト２と同じ材質の第１サンプル片と、シャフトパイプ４と同じ材質の第２サンプル片とをマグ溶接法にて溶接接合した溶接接合部における金属組織中の酸素量、及び、回転シャフト２と同じ材質の第１サンプル片と、シャフトパイプ４と同じ材質の第２サンプル片とをティグ溶接法にて溶接接合した溶接接合部における金属組織中の酸素量と比較する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーステナイト系ステンレス鋼製の第１部材と軟鋼製の第２部材とを、マグ溶接法またはティグ溶接法にて溶接接合した溶接接合部において、
前記溶接接合部における金属組織中の酸素量を測定し、
この測定した酸素量を、前記第１部材に同じオーステナイト系ステンレス鋼製の第１サンプル片と前記第２部材に同じ軟鋼製の第２サンプル片とをマグ溶接法にて溶接接合した溶接接合部における金属組織中の酸素量、及び、前記第１部材に同じオーステナイト系ステンレス鋼製の第１サンプル片と前記第２部材に同じ軟鋼製の第２サンプル片とをティグ溶接法にて溶接接合した溶接接合部における金属組織中の酸素量と比較することを特徴とする溶接接合部における溶接法の判別方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼製の第１部材と軟鋼製の第２部材とを、マグ溶接法またはティグ溶接法にて溶接接合した溶接接合部において、これに施された溶接法を判別する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、オーステナイト系ステンレス鋼製の第１部材と軟鋼製の第２部材とを溶接にて接合する方法としては、ガスシールドアーク溶接法の中でも、マグ（ＭＡＧ）溶接法とティグ（ＴＩＧ）溶接法とが広く用いられている。
【０００３】
前記前者のマグ溶接法は、アルゴン（Ａｒ）やヘリウム（Ｈｅ）等の不活性ガスに活性ガスとしての炭酸ガス（ＣＯ２  ）または酸素ガス（Ｏ２  ）を適宜混合した混合ガス雰囲気中において、溶加材を兼ねた電極ワイヤと前記両部材との間にアークを発生させて、前記電極ワイヤ及び前記両部材の一部を前記アークの高熱で溶融させることにより、前記両部材を溶接接合するというものである。
【０００４】
このマグ溶接法は、数百アンペアの大きな溶接電流にて溶接するので、前記後者のティグ溶接法よりも溶接に費やす時間が少なくて作業性がよく、しかも、シールドガスの一部に安価な炭酸ガス等を使用するので前記後者のティグ溶接法に比べて経済的であるという利点はあるが、酸化性の混合ガス雰囲気中で溶接するため、酸化防止用のフラックス（脱酸剤）を用いたとしても、溶接時に、溶接接合部の金属組織が酸化したりスラグが多量に発生したりし易い。
【０００５】
このため、前記前者のマグ溶接法によると、スラグや残留フラックス等の存在に起因する溶接欠陥が発生し易くて、前記後者のティグ溶接法に比べて溶接接合部の強度が劣るという欠点がある。
【０００６】
これに対して前記後者のティグ溶接法は、不活性ガス雰囲気中において、タングステン（Ｗ）電極棒と前記両部材との間にアークを発生させ、このアーク内において、溶加材としての溶接棒及び前記両部材の一部を前記アークの高熱で溶融させることにより、前記両部材を溶接接合するというものである。
【０００７】
このティグ溶接法は、前記前者のマグ溶接法に比べて溶接に時間がかかるという欠点はあるが、不活性ガス雰囲気中で溶接するので、溶接時に、溶接接合部の金属組織が酸化したりスラグが多量に発生したりするおそれは少ない。
【０００８】
これにより、前記後者のティグ溶接法によると、スラグ等の存在に起因する溶接欠陥が溶接接合部に発生しにくくて、前記前者のマグ溶接法よりも溶接接合部が高強度であるという利点がある。
【０００９】
以上のことから、従来は、溶接接合にて製作する構造物等の用途等に応じて前記両溶接法を使い分けるようにしていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えば溶接接合部に溶接金属割れ等の溶接欠陥が生じた場合に、原因調査の一環として、前記溶接接合部に施された溶接法がマグ溶接法であるかティグ溶接法であるかを判別したいときがある。
【００１１】
従来、マグ溶接法による溶接かティグ溶接法による溶接かを判別するには、二つの方法があった。一つは、溶接接合部におけるビード面の外観形状の違いを肉眼で確認することにより判別する方法であり、もう一つは、溶接接合部の断面を顕微鏡等で観察してスラグ巻き込みの有無から判別する方法である。
【００１２】
しかし、前記前者の判別方法では、ビード面が切削または研削加工されて残っていない場合に、前記溶接接合部に施された溶接法が前記両溶接法のうちどちらであったかを全く判別できないという問題があった。
【００１３】
また、前記後者の判別方法は、シールドガスが不活性ガスのみ（すなわちティグ溶接法）であればスラグ巻き込みがあまり生じないことに着目したものであるが、スラグ巻き込みの有無は、溶接法の違いだけに限らず、アーク電流等の溶接条件及び溶接作業者の技能の巧拙にも左右されるため、この後者の判別方法では溶接法判別の確実性に欠けるという問題があった。
【００１４】
本発明は、例えばビード面の有無及びスラグ巻き込みの有無等に関係なく、溶接接合部に施された溶接法がマグ溶接法であるかティグ溶接法であるかを確実に判別できる方法を提供することを技術的課題とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この技術的課題を解決するため、本発明に係る溶接法の判別方法は、オーステナイト系ステンレス鋼製の第１部材と軟鋼製の第２部材とを、マグ溶接法またはティグ溶接法にて溶接接合した溶接接合部において、前記溶接接合部における金属組織中の酸素量を測定し、この測定した酸素量を、前記第１部材に同じオーステナイト系ステンレス鋼製の第１サンプル片と前記第２部材に同じ軟鋼製の第２サンプル片とをマグ溶接法にて溶接接合した溶接接合部における金属組織中の酸素量、及び、前記第１部材に同じオーステナイト系ステンレス鋼製の第１サンプル片と前記第２部材に同じ軟鋼製の第２サンプル片とをティグ溶接法にて溶接接合した溶接接合部における金属組織中の酸素量と比較するというものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を具体化した実施形態を、図面（図１〜図６）に基づいて説明する。
【００１７】
図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１部材としてのオーステナイト系ステンレス鋼（本実施形態ではＳＵＳ３０４）製の回転シャフト２と、第２部材としての軟鋼製で円筒状のシャフトパイプ４とは、ＪＩＳＺ３３２１規格の溶加材のうちＣｒ及びＮｉ含有量の多いもの（本実施形態ではＹ３０９またはＹ３０９Ｍｏ）を使用して、マグ溶接法またはティグ溶接法にて突合せ溶接されている。
【００１８】
回転シャフト２とシャフトパイプ４とをマグ溶接法にて突合せ溶接するに際しては、図１（ａ）に示すように、前記回転シャフト２における段付き状頭部３の先端小径部３ａをシャフトパイプ４内に嵌め込んだのち、図２に示すように、シャフトパイプ４の開口端面４ａと、これに相対向する大径部３ｂの端面３ｃとを突き合せた部分６に、マグ溶接用トーチ３１の先端に設けたノズル３２から噴出する混合ガスＭＧを吹付けながら、ノズル３２から外向きに突出した溶加材兼用の電極ワイヤ３３（Ｙ３０９等）を適宜繰り出して、当該電極ワイヤ３３と前記突合せ部分６との間にアークＡＲを発生させ、この電極ワイヤ３３と前記突合せ部分６の一部とをアークＡＲの高熱で溶融させることにより、前記回転シャフト２と前記シャフトパイプ４との間に溶接接合部５を形成する（図１（ｂ）参照）。前記混合ガスＭＧは、アルゴン等の不活性ガスに活性ガスとしての炭酸ガスまたは酸素ガスを２０％程度混合したものである。
【００１９】
また、回転シャフト２とシャフトパイプ４とをティグ溶接法にて突合せ溶接するに際しては、図１（ａ）に示すように、回転シャフト２における段付き状頭部３の先端小径部３ａをシャフトパイプ４内に嵌め込んだのち、図３に示すように、ティグ溶接用トーチ３４の先端に設けたノズル３５から噴出するアルゴン等の不活性ガスＩＧを吹付けながら、ノズル３５から外向きに突出したタングステン電極棒３６と前記突合せ部分６との間にアークＡＲを発生させ、このアークＡＲ内において、溶加材としての溶接棒３７（Ｙ３０９等）と前記突合せ部分６の一部とをアークＡＲの高熱で溶融させることにより、前記回転シャフト２と前記シャフトパイプ４との間に溶接接合部５を形成する（図１（ｂ）参照）。
【００２０】
いずれの溶接法の場合であっても、前記溶接接合部５のうち半径外向きに盛り上がったビード面５ａ（表面）は、グラインダ等で研削加工して取り除かれている（図１（ｃ）参照）。
【００２１】
本発明は、図１（ｃ）に示すようにビード面５ａが取り除かれている場合等であっても、前記回転シャフト２と前記シャフトパイプ４との間の溶接接合部５に施された溶接法がマグ溶接法であるかティグ溶接法であるかを確実に判別できる方法を提供するものである。以下に、図４及び図５を参照しながら溶接法の判別手順の一例を説明する。
【００２２】
まず、図４に示すように、前記回転シャフト２と同じ材質（本実施形態ではＳＵＳ３０４）である第１サンプル片１２と、前記シャフトパイプ４と同じ材質（本実施形態では軟鋼製）である第２サンプル片１３とを準備し、これら両者をマグ溶接法にて突合せ溶接する。
【００２３】
この場合における突合せ溶接の態様は、前記回転シャフト２と前記シャフトパイプ４とをマグ溶接法にて突合せ溶接する場合と同様である。すなわち、前記両サンプル片１２，１３を突き合せた部分に、マグ溶接用トーチ１６の先端に設けたノズル１７から噴出する混合ガスを吹付けながら、ノズル１７から外向きに突出した溶加材兼用の電極ワイヤ（図示せず）を適宜繰り出して、当該電極ワイヤと前記両サンプル片１２，１３の突合せ部分との間にアークＡＲを発生させ、この電極ワイヤと前記両サンプル片１２，１３の一部とをアークＡＲの高熱で溶融させることにより、前記両サンプル片１２，１３の間にマグ溶接接合部１５を形成する。
【００２４】
次いで、前記両サンプル片１２，１３の間のマグ溶接接合部１５のうち複数箇所を削り取る等して、溶着金属の微粉末を適宜採取し、これら微粉末を適宜量ずつ秤量したものに含まれる酸素量を、従来公知である赤外吸収方式の酸素分析装置（図示せず）を用いて定量分析する。本実施形態では、定量分析した結果、前記マグ溶接接合部１５における金属組織中の酸素量は約１４００〜約１５００ｐｐｍの範囲内（図６の二点鎖線で囲まれた範囲内）であった。
【００２５】
一方、図５に示すように、前記回転シャフト２と同じ材質（本実施形態ではＳＵＳ３０４）である第１サンプル片２２と、前記シャフトパイプ４と同じ材質（本実施形態では軟鋼製）である第２サンプル片２３とを準備し、これら両者をティグ溶接法にて突合せ溶接する。
【００２６】
この場合における突合せ溶接の態様は、前記回転シャフト２と前記シャフトパイプ４とをティグ溶接法にて突合せ溶接する場合と同様である。すなわち、前記両サンプル片２２，２３を突き合せた部分に、ティグ溶接用トーチ２６の先端に設けたノズル２７から噴出するアルゴン等の不活性ガスを吹付けながら、ノズル２７から外向きに突出したタングステン電極棒と前記両サンプル片２２，２３の突合せ部分との間にアークＡＲを発生させ、このアークＡＲ内において、溶加材としての溶接棒２９（Ｙ３０９等）と前記両サンプル片２２，２３の一部とをアークＡＲの高熱で溶融させることにより、前記両サンプル片２２，２３の間にティグ溶接接合部２５を形成する。
【００２７】
次いで、前記両サンプル片２２，２３の間のティグ溶接接合部２５のうち複数箇所を削り取る等して、溶着金属の微粉末を適宜採取し、これら微粉末を適宜量ずつ秤量したものに含まれる酸素量を、前述した酸素分析装置を用いて定量分析する。本実施形態では、定量分析した結果、前記ティグ溶接接合部２５における金属組織中の酸素量は約３０〜約１２０ｐｐｍの範囲内（図６の一点鎖線で挟まれた範囲内）であった。
【００２８】
このように、マグ溶接接合部１５における金属組織中の酸素量がティグ溶接接合部２５における金属組織中の酸素量に比べて約１０〜約５０倍という大きな値となる理由としては、シールドガス成分の違いが考えられる。
【００２９】
すなわち、ティグ溶接法に用いるシールドガスはアルゴン等の不活性ガスであるから、アークＡＲの周囲では酸素の存在が限られるのに対して、マグ溶接法に用いるシールドガスは不活性ガスに２０％程度の活性ガスを混合した混合ガスであるから、活性ガスに含まれる酸素成分がアークＡＲの高熱で分解してマグ溶接接合部１５に溶け込むためと推察される。
【００３０】
そこで、前記回転シャフト２と前記シャフトパイプ４との間の溶接接合部５のうち複数箇所を削り取る等して、溶着金属の微粉末を適宜採取し、これら微粉末を適宜量ずつ秤量したものに含まれる酸素量を、前述した酸素分析装置を用いて定量分析し、この定量分析の結果を、前記マグ溶接接合部１５及び前記ティグ溶接接合部２５における金属組織中の酸素量と比較する。
【００３１】
この比較の結果、前記回転シャフト２と前記シャフトパイプ４との間の溶接接合部５から採取した微粉末中の酸素量が約１４００〜約１５００ｐｐｍ内の値（図６の二点鎖線で挟まれた範囲内の値）となっていれば、前記回転シャフト２と前記シャフトパイプ４との間の溶接接合部５に施された溶接法がマグ溶接法であると判別することができ、前記微粉末中の酸素量が約３０〜約１２０ｐｐｍ内の値（図６の一点鎖線で挟まれた範囲内の値）となっていれば、前記回転シャフト２と前記シャフトパイプ４との間の溶接接合部５に施された溶接法がティグ溶接法であると判別することができるのである。
【００３２】
以上のことから、本発明の判別方法を採用すると、ビード面５ａが取り除かれている場合（図１（ｃ）参照）等であっても、前記回転シャフト２と前記シャフトパイプ４との間の溶接接合部５に施された溶接法がマグ溶接法であるかティグ溶接法であるかを的確に判別することができる。また、本発明の判別方法では、スラグ巻き込みの有無とも全く関係なく、前記溶接接合部５に施された溶接法がマグ溶接法であるかティグ溶接法であるかを確実に判別することができる。
【００３３】
従って、本発明の判別方法によると、前記溶接接合部５に施された溶接法がマグ溶接法であるかティグ溶接法であるかを、前記溶接接合部５の形状及びアーク電流等の溶接条件等のような種々の条件に影響されることなく、前記従来の判別方法よりもきわめて高い精度で判別することができるので、判別ミスの発生を大幅に低減することができ、前記溶接接合部５に溶接欠陥が生じた際の原因調査において非常に有用なのである。
【００３４】
なお、前述の実施形態では、マグ溶接法による溶接接合部１５及びティグ溶接法による溶接接合部２５における複数箇所についての酸素量を測定して、前記した範囲を求めた場合であったが、本発明はこれに限らず、溶接法判別の精度をより向上させるべく、マグ溶接法によるサンプル体の複数個とティグ溶接法によるサンプル体の複数個とを作成して、これら各サンプル体の溶接接合部における一箇所又は複数箇所の酸素量を測定することにより、前記した範囲を求めるようにしてもよい。
【００３５】
【発明の作用・効果】
本発明に係る溶接法の判別方法は、オーステナイト系ステンレス鋼製の第１部材と軟鋼製の第２部材とを、マグ溶接法またはティグ溶接法にて溶接接合した溶接接合部において、前記溶接接合部における金属組織中の酸素量を測定し、この測定した酸素量を、前記第１部材に同じオーステナイト系ステンレス鋼製の第１サンプル片と前記第２部材に同じ軟鋼製の第２サンプル片とをマグ溶接法にて溶接接合した溶接接合部における金属組織中の酸素量、及び、前記第１部材に同じオーステナイト系ステンレス鋼製の第１サンプル片と前記第２部材に同じ軟鋼製の第２サンプル片とをティグ溶接法にて溶接接合した溶接接合部における金属組織中の酸素量と比較するというものであるから、前記両部材の間の溶接接合部に施された溶接法がマグ溶接法であるかティグ溶接法であるかを、例えばビード面の有無及びスラグ巻き込みの有無等とは全く関係なく、的確に判別することができる。
【００３６】
従って、本発明に係る溶接法の判別方法は、オーステナイト系ステンレス鋼製の第１部材と軟鋼製の第２部材とをマグ溶接法またはティグ溶接法にて溶接接合した溶接接合部に溶接欠陥が生じた際の原因調査において、非常に有用なのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は回転シャフトにおける段付き状頭部の小径部をシャフトパイプ内に嵌め込んだ状態を示す概略断面図、（ｂ）は回転シャフトとシャフトパイプとの間に溶接接合部を形成した状態を示す概略断面図、（ｃ）は溶接接合部５のビード面を取り除いた状態を示す概略断面図である。
【図２】マグ溶接法による回転シャフトとシャフトパイプとの溶接態様を示す概略断面図である。
【図３】ティグ溶接法による回転シャフトとシャフトパイプとの溶接態様を示す概略断面図である。
【図４】マグ溶接法による両サンプル片の溶接態様を示す概略斜視図である。
【図５】ティグ溶接法による両サンプル片の溶接態様を示す概略斜視図である。
【図６】マグ溶接接合部及びティグ溶接接合部における金属組織中の酸素量を示すグラフである。
【符号の説明】
ＡＲ  アーク
ＩＧ  不活性ガス
ＭＧ  混合ガス
２  第１部材としての回転シャフト
４  第２部材としてのシャフトパイプ
５，１５，２５  溶接接合部
１２，２２  オーステナイト系ステンレス鋼製の第１サンプル片
１３，２３  軟鋼製の第２サンプル片
１６，３１  マグ溶接用トーチ
２６，３４  ティグ溶接用トーチ
２９，３７  溶加材としての溶接棒
３３  溶加材を兼ねた電極ワイヤ
３６  タングステン電極棒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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