(57)【要約】【課題】延性の鉄のための、より高い延性を有する、欠点を減少させた溶接及びその製造方法。【解決手段】当該業界では、２段階目のパスより上に、高ニッケル溶接部を用いて“正常な”溶接部を得ることの困難さを経験していた。特に問題なのは、加工物へ移行する望ましくない高い熱量に加えて、溶接ワイヤーの高段階目のパスにおける引張異常及び最適状態に及ばない溶接相互パス間溶解である。本発明者達は、延性のある鉄と延性のある鉄の溶接部が、熱の影響を受けた区域の脆性を溶接部それ自体の延性を高めることを通して補償することによって、達成がきわどい接合において、確実に形成され得ることを発見した。本発明は永続的に、引張異常、多層溶解不完全、又はピンホールのような正常さの問題がない、高耐久性の溶接部；及びこのような溶接部を形成する方法を規定する。溶接部は、純粋な不活性ガス（又は、純粋な不活性ガスと更なる還元ガスとの混合物）中で溶接される高ニッケル溶接ワイヤー（充填材金属又は消耗電極、もしくはその両方）を用いて作成される。溶接金属合金、フラックスコア、及び脱酸素化塗料の添加は、必要ない。加工物は、ＨＡＺの影響を最小化するための、前−又は後−加熱処理を必要としない。更なる発明の特徴は、以下でより詳細に記載する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１加工物、第２加工物、及び前記第１加工物と前記第２加工物を接合する溶接体よりなる溶接接合部であって、該溶接体は実質上、引張異常がなく、かつ実質上、純粋なニッケルよりなるより高段階目のパス（ｈｉｇｈｅｒ  ｏｒｄｅｒ  ｐａｓｓ）に由来する領域よりなることを特徴とする溶接接合部。
【請求項２】
前記より高段階目のパスに由来する領域が、約８３．５％以上のニッケルよりなることを特徴とする請求項１記載の溶接接合部。
【請求項３】
前記より高段階目のパスに由来する領域が、約９０％以上のニッケルよりなることを特徴とする請求項１記載の溶接接合部。
【請求項４】
第１加工セグメント、第２加工セグメント、及び前記第１加工物と前記第２加工物を接合する溶接体よりなる溶接接合部であって、前記溶接体は、１平方インチ当り平均４以下の肉眼で視認できる引張異常を有し、前記溶接体は、実質上、純粋なニッケルよりなるより高段階目のパス（ｈｉｇｈｅｒ  ｏｒｄｅｒ  ｐａｓｓ）に由来する領域よりなることを特徴とする溶接接合部。
【請求項５】
前記より高段階目のパスに由来する領域が、約８３．５％以上のニッケルよりなることを特徴とする請求項４記載の溶接接合部。
【請求項６】
前記より高段階目のパスに由来する領域が、約９０％以上のニッケルよりなることを特徴とする請求項４記載の溶接接合部。
【請求項７】
前記溶接体が、１平方インチ当り平均３以下の肉眼で視認できる引張異常を有する請求項４記載の溶接接合部。
【請求項８】
前記より高段階目のパスに由来する領域が、約８３．５％以上のニッケルよりなることを特徴とする請求項７記載の溶接接合部。
【請求項９】
前記より高段階目のパスに由来する領域が、約９０％以上のニッケルよりなることを特徴とする請求項７記載の溶接接合部。
【請求項１０】
前記溶接体が、１平方インチ当り平均２以下の肉眼で視認できる引張異常を有する請求項４記載の溶接接合部。
【請求項１１】
前記より高段階目のパスに由来する領域が、約８３．５％以上のニッケルよりなることを特徴とする請求項１０記載の溶接接合部。
【請求項１２】
前記より高段階目のパスに由来する領域が、約９０％以上のニッケルよりなることを特徴とする請求項１０記載の溶接接合部。
【請求項１３】
前記溶接体が、１平方インチ当り平均１以下の肉眼で視認できる引張異常を有する請求項４記載の溶接接合部。
【請求項１４】
前記より高段階目のパスに由来する領域が、約８３．５％以上のニッケルよりなることを特徴とする請求項１３記載の溶接接合部。
【請求項１５】
前記より高段階目のパスに由来する領域が、約９０％以上のニッケルよりなることを特
徴とする請求項１３記載の溶接接合部。
【請求項１６】
より高段階目のパスよりなる溶接部であって、前記溶接部のルートと前記のより高段階目のパス内の１つのポイントの間で概ね増加する前記溶接部ののど部に沿った測定においてニッケル純度の勾配を有する溶接部。
【請求項１７】
２段階目のパス及び多数のより高段階目のパスよりなる溶接部であって、前記の多数のより高段階目のパスは、少なくとも３段階目のパス及び４段階目のパスよりなり、前記溶接部は、前記２段階目のパスから前記３段階目のパス及び前記４段階目のパスまで概ね増加するニッケル純度の勾配を有する溶接部。
【請求項１８】
より高段階目のパスよりなり、かつ前記溶接部のルートからの距離の増加とともに、概ね増加する前記溶接部ののど部に沿った測定においてニッケル純度の勾配を有する溶接部であって、前記溶接部の表面が、１平方インチ当り平均４以下の肉眼で視認できる引張異常を有する溶接部。
【請求項１９】
前記溶接部の表面が、１平方インチ当り平均３以下の肉眼で視認できる引張異常を有する請求項１８記載の溶接部。
【請求項２０】
前記溶接部の表面が、１平方インチ当り平均２以下の肉眼で視認できる引張異常を有する請求項１８記載の溶接部。
【請求項２１】
前記溶接部の表面が、１平方インチ当り平均１以下の肉眼で視認できる引張異常を有する請求項１８記載の溶接部。
【請求項２２】
多数のパスよりなる溶接部であって、前記パスは、２段階目のパス及び少なくとも１つのより高段階目のパスよりなり：多数の前記パスが、段階数が増加するとともに、ニッケル純度を概ね増加させ：かつ更に、ニッケル純度を増加する最後の該パスが、１平方インチ当り平均４以下の肉眼で視認できる引張異常を有する溶接部。
【請求項２３】
ニッケル純度を増加する２段階目及びより高段階目の最後のパス区域が、１平方インチ当り平均３以下の肉眼で視認できる引張異常を有する請求項２２記載の溶接部。
【請求項２４】
ニッケル純度を増加する２段階目及びより高段階目の最後のパス区域が、１平方インチ当り平均２以下の肉眼で視認できる引張異常を有する請求項２２記載の溶接部。
【請求項２５】
ニッケル純度を増加する２段階目及びより高段階目の最後のパス区域が、１平方インチ当り平均１以下の肉眼で視認できる引張異常を有する請求項２２記載の溶接部。
【請求項２６】
以下の工程
ａ．）実質上純粋なニッケルよりなる溶接ワイヤーを選択すること、
ｂ．）前記溶接ワイヤーの溶接ビードを加工物上へ融合し、それによって、溶接ビードの第１溶接パスを溶接すること、
ｃ．）前記溶接ワイヤーの少なくとも１つの溶接パスを、前記第１溶接パスへ融合し、それによって、溶接ビードの中間パスを溶接すること、
ｄ．）実質上純粋な不活性ガスの存在下において、実質上非希釈条件において、前記溶接ワイヤーの少なくとも１つの溶接パスを前記中間パスへ融合すること
よりなるより高い延性の溶接部を製造する方法。
【請求項２７】
前記実質上純粋な不活性ガスが、還元ガスと組合せた不活性ガスよりなる請求項２６記載の高い延性の溶接部を製造する方法。
【請求項２８】
前記実質上純粋な不活性ガスが、アルゴンガスよりなる請求項２６記載の高い延性の溶接部を製造する方法。
【請求項２９】
前記実質上純粋な不活性ガスが、還元ガスと組合せたアルゴンガスよりなる請求項２６記載の高い延性の溶接部を製造する方法。
【請求項３０】
更に、熱の影響を受けた区域の前加熱、後加熱、又は化学的な抗マルテンサイト化（ａｎｔｉｍａｒｔｅｎｓｉｔｉｚｉｎｇ  ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）処理を行わない工程よりなる請求項２６記載の溶接された延性のある鉄接合部を作成する方法。
【請求項３１】
工程ｂ、ｃ及びｄの少なくとも１つが、スキップ溶接技術によってなされる、請求項２６記載の溶接された延性のある鉄接合部を作成する方法。
【請求項３２】
工程ｂ、ｃ及びｄの少なくとも１つが、液冷溶接トーチを用いてなされる、請求項２６記載の溶接された延性のある鉄接合部を作成する方法。
【請求項３３】
工程ｂ、ｃ及びｄの少なくとも１つが、パルスＭＩＧ溶接機を用いてなされる、請求項２６記載の溶接された延性のある鉄接合部を作成する方法。
【請求項３４】
工程ｂ、ｃ及びｄの少なくとも１つにおける前記融合が、スプレー移行溶接によって起こる、請求項２６記載の溶接された延性のある鉄接合部を作成する方法。
【請求項３５】
以下の工程
ａ．）実質上純粋なニッケルよりなる溶接ワイヤーを選択すること
ｂ．）スキップ溶接技術で操作された液冷溶接トーチを用いて、前記溶接ワイヤーの溶接ビードを加工物上へスプレー移行することによって融合し、それによって溶接ビードの第１溶接パスを溶接すること；
ｃ．）スキップ溶接技術で操作された液冷溶接トーチを用いて、前記溶接ワイヤーの少なくとも１つの溶接パスを、前記第１溶接パスへスプレー移行することによって融合し、それによって、溶接ビードの中間パスを溶接すること；
ｄ．）実質上非希釈条件において前記溶接ワイヤーの少なくとも１つの溶接パスを前記中間パスへスプレー移行することによって融合するために、実質上純粋な不活性ガスの存在下において、スキップ溶接技術で操作された液冷溶接トーチを用いること、
よりなるより高い延性の溶接部を製造する方法。
【請求項３６】
工程ｂ、ｃ及びｄの少なくとも１つが、パルスＭＩＧ溶接機を用いてなされる、請求項３５記載の溶接された延性のある鉄接合部を作成する方法。
【請求項３７】
更に、熱の影響を受けた区域の前加熱、後加熱、又は化学的な抗マルテンサイト化処理を行わない工程よりなる請求項３５記載の溶接された延性のある鉄接合部を作成する方法。
【請求項３８】
前記実質上純粋な不活性ガスが、還元ガスと組合せた不活性ガスよりなる請求項３５記載の高い延性の溶接部を製造する方法。
【請求項３９】
前記実質上純粋な不活性ガスが、アルゴンガスよりなる請求項３５記載の高い延性の溶接部を製造する方法。
【請求項４０】
前記実質上純粋な不活性ガスが、還元ガスと組合せたアルゴンガスよりなる請求項３５記載の高い延性の溶接部を製造する方法。
【請求項４１】
より高い延性の溶接ビードを作成することによって熱の影響を受けた区域の脆性を補償することよりなる、約３５０００ｐｓｉ以下の降伏強さ有する溶接された延性のある鉄接合部を作成する方法。
【請求項４２】
前記熱の影響を受けた区域が、前加熱、後加熱、化学的な抗マルテンサイト化処理のいずれも受けない、請求項４１記載の溶接された延性のある鉄接合部を作成する方法。
【請求項４３】
前記のより高い延性溶接ビードの作成が、本質的にニッケルよりなる高い延性物質の充填材金属又は消耗電極を用いることよりなる請求項４１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、圧力、応力、及び誤用の危険のある場所で、並びに必要性の軽い部位における溶接を固定する、延性のある鉄の加工物の溶接に関する。より特に、本発明は、比較的に高い延性及び優れた堅固性の両方を兼ね備えた溶接接合部に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属−不活性ガス（“ＭＩＧ”）溶接を含む多数の溶接方法が当業者に既知であり、ＭＩＧ方法では、溶接能力を増強するために金属電極又は充填材金属及びシールドガスを使用する。最古の溶接方式でないけれども、ＭＩＧ溶接は、古い技術であり、最も基本的には、リンカン（Ｌｉｎｃｏｌｎ）に対して発行された米国特許第１，５８９，０１７号明細書に記載されており、ニッケル鋼又はマグネシウム鋼のような合金充填材金属に特に頼っている。構造物のＭＩＧ溶接による典型的な溶接は、該１段階目の溶接パスが作られ、１段階目の溶接パスが、溶接される加工物のベース金属の上表面を溶かし、かつ、交点、又は加工物の“ルート”に消耗電極（“溶接ワイヤー”）の一部を溶着する。溶融状態にある場合、溶かされたベース金属及び溶着された溶接ワイヤーは、溶接たまりを形成し、そして該溶接たまりは固化して溶接体自体となる；この時点までにおいては、シングル固化パスが、溶接体の全体をなす。この溶接工程のシングルパスは、特に選択された目的のための溶接部の所望の保持力を与えないので、熟練工は、しばしば多数の部分的に重複したパスを有する溶接部を作り上げる。
【特許文献１】
米国特許第１，５８９，０１７号明細書
【０００３】
後続溶接パスの各々を前に置かれた溶接体上に作り上げるので、前の溶接パスによって溶着された溶接体の領域の一部が同じように溶かされ、そして新たに溶着された溶接ワイヤーとの溶融状態アマルガムにされる。この工程によって、溶接体は一連のパスによりルートから深く作り上げられ、溶接部が溶接部に要求される特性のために十分と定められた広さ及び深さを示すまで、低段階目の（例えば、より早く溶接された）パスは、高段階目の（よりあとに溶接された）パスをかぶせられ、該高段階目のパスと互いに溶け合っている。特定の条件においては、様々に段階付けられたパスは、溶接体の断面セグメントにおいて、補助器具を用いて、又は肉眼で視覚的に確認できる。視覚的に確認可能であろうとなかろうと、結果として生ずる溶接体は、連続した、より低段階目及びより高段階目のパスに由来する領域である、多数の固化パスを有する。しばしば、各段階目のパスの正確な組成は、各パスのために使用される異なる溶接ワイヤー選択のゆえに、又は溶接ワイヤーが変えられない場合でさえ、低段階目のパスから高段階目のパスへ起こる延性効果のゆえに、次の高段階目及び低段階目のパスと異なり得る。
【０００４】
ＭＩＧ及び他の方法によって延性のある鉄の加工物を、他の延性のある鉄の加工物へ固定するために溶接することは、延性のある鉄と延性のある鉄の溶接による管及び構造物の製作が比較的まれにあるといった難問を提起する。延性のある鉄の構造物のスポット及び補修（ｒｅｐａｉｒ）溶接は、この分野では、必然的に起こるものであるが、しかし従来この方法は、溶接部の破損が加工物の破滅的破損（例えば、垂直の管の交差において)に達するであろう溶接接続部またはプレートを固定する目的のために延性物−延性物溶接を使用することを思いとどまらせるのに十分な問題を有した。
【０００５】
管間の直列放射型接合部（例えば、Ｔ交差）を固定する溶接部は、管がおかれている環境のせいで、及び時々起こり得る予期しない取付け事故のせいで、予測できない急な衝撃又は高い曲げモーメントを受け得る。このような条件下で、脆い溶接によって作成された
接合部は破損しやすい傾向にあるが、ところが一方、弾力のある溶接部は亀裂することなくこのような力に適応し得る。弾力のある、延性のある鉄と延性のある鉄の溶接部を得ることの困難さは、溶接工程の間に生じる熱が、“熱の影響を受けた区域”（“ＨＡＺ”）として知られる接合部の周囲の領域を作る傾向にあり、該区域においては、延性のある鉄の延性は熱により悪影響を受けるという事実によって悪化する。一般にＨＡＺは、増加した脆性を示す。本発明者は、ＨＡＺの脆性のゆえに、それ自体溶着する溶接金属が破損しない場合でさえ、従来技術の溶接接合部が破損する傾向にあり、その結果、亀裂又は裂け目が溶接部周囲のＨＡＺ中に観察され得ることに気づいた。ＨＡＺによって提起された困難さの為に、当該技術は、２つの方法で延性のある溶接の困難さを解決することに注目した。第一に、熟練工は、一般的にＨＡＺの大きさを縮小することを試みた。これは、接合部に可能な限り最小量の熱を導入することを意味し、そしてそれは、低段階目のパスで堅固な接合を示す、より小さな溶接部に注目する必要がある。第二の既知の解決法は、より大きな領域にＨＡＺを分布させるために、又はより応力の低い範囲へＨＡＺを動かすために、ルート／のど部からより長い距離において、溶接部を広げることを必要とする。
【０００６】
溶接が延性のある鉄上で行われる場合、溶接ワイヤー、それは充填材金属又は消耗電極であり得るが、しばしばニッケル合金よりなる。他の合金が様々な百分率で入手できるとはいえ、典型的なニッケル合金溶接ワイヤーは、４４％又は５５％のニッケルよりなる。より高い純度のニッケル溶接ワイヤーは、シングルパス溶接状態のため、もしくはせいぜいダブルパス溶接状態にのみ、主として有用であると当該業界においては理解され、典型的には、この高純度ニッケルはスポット溶接にのみ使用される。溶接部が、多数のパスによって築き上げられることを必要とする場合、高いニッケル純度の溶接ワイヤーを用いたより高段階目のパスは、引張異常のような望ましくない表面特性を示す傾向にあることが当該業界において既知である（当業者は、時々、このような引張異常を、“混入物”、“気孔”、“点蝕”、及び溶接体の、特に表面における、しかし又横断面においてもだが、平滑性もしくは純度のかなりの低下を指す他の用語で様々に言及する）。“正常な”溶接部（実質上、引張異常を避ける又は減少させる溶接部）を達成することが困難のために、より高段階目のパスが、８６％以下のニッケルよりなる合金又は、（１）溶融たまり中のニッケル含有量を希釈し、かつ（２）スラグ又は他の溶融たまり表面活性剤を生じ得る、フラックスコアもしくは被覆された溶接ワイヤーのどちらかを必要とすることが、当業者によって信じられている。当該技術によるこの注目は、ロジャースに対し発行された米国特許第３，３２８，５５７号明細書で例示され、これは、前記困難さに取り組み、そしてフラックスコアを有する管状のニッケル電極を提案しており、またセメンチュクに対し発行された米国特許第３，３０１，９９７号明細書、及びペトリックに対し発行された米国特許第２，９００，４９０号明細書にも例示され、これらの各々は、”高ニッケル”含有ワイヤーベースを用いた場合、溶接たまりは、非−ニッケル添加剤又は合金で希釈されなければならないことを教示している。
【特許文献２】
米国特許第３，３２８，５５７号明細書
【特許文献３】
米国特許第３，３０１，９９７号明細書
【特許文献４】
米国特許第２，９００，４９０号明細書
【０００７】
部分的には上記で論じられたもののような問題のせいで、当該業界では、正常及び表面が汚れていない、非希釈のニッケル溶接ワイヤーの高段階目のパスが、得られないと考えている。高純度ニッケル溶接ワイヤーの供給者は、発明者に、２段階目のパスより高段階目の溶接パスにおいて、正常及び表面が汚れていない溶接部を作成することが、とても困難であることを報告している。ＮＩ−ＲＯＤ充填材金属９９のインコ  アロイ  インターナショナル社製の製品パンフレットに例示されるように、高ニッケル含有溶接ワイヤーに関する現在の製品文献は、機械加工される１段階目の（シングルパス）溶接部のため、又は２段階目の（デュアル（２重)パス）溶接部のためのみのこのようなワイヤーの使用を示唆している。請求項中に記載され、かつ以下の概要及び詳細な記載に説明されるように、本発明者達は、高段階目のパスでの、正常さ及び延性これら両方の特性を有する溶接部を開示している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の簡単な説明
当該業界では、２段階目のパスより上に、高ニッケル溶接部を用いて“正常な”溶接部を得ることの困難さを経験していた。特に問題なのは、加工物へ移行する望ましくない高い熱量に加えて、溶接ワイヤーの高段階目のパスにおける引張異常及び最適状態に及ばない溶接相互パス間溶解である。本発明者達は、延性のある鉄と延性のある鉄の溶接部が、熱の影響を受けた区域の脆性を溶接部それ自体の延性を高めることを通して補償することによって、達成がきわどい接合において、確実に形成され得ることを発見した。本発明は永続的に、引張異常、多層溶解不完全、又はピンホールのような正常さの問題がない、高耐久性の溶接部；及びこのような溶接部を形成する方法を規定する。溶接部は、純粋な不活性ガス（又は、純粋な不活性ガスと更なる還元ガスとの混合物）中で溶接される高ニッケル溶接ワイヤー（充填材金属又は消耗電極、もしくはその両方）を用いて作成される。溶接金属合金、フラックスコア、及び脱酸素化塗料の添加は、必要ない。加工物は、ＨＡＺの影響を最小化するための、前−又は後−加熱処理を必要としない。更なる発明の特徴は、以下でより詳細に記載する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下に述べる本発明の対象は、選択的及び例示的対象のみであり、そしていずれも、本発明の実施のために必ず必要とされるものとして、又は成し遂げられる対象の徹底的な記載として考えられるべきではない。
【００１０】
前述の論議で示唆したように、本発明の例示的かつ非限定的選択的対象は、加工物の少なくとも１つが延性のある鉄である加工物間に、正常な溶接部を製造する方法を提供することである。
【００１１】
更なる、例示的かつ非限定的選択的対象は、加工物の少なくとも１つが延性のある鉄である加工物間に、確かでかつ延性のある溶接部を提供することであり、該溶接部は、２段階目のパスより高段階目のパスにより溶着された該溶接部の領域において、実質的に純粋なニッケルである。
【００１２】
また、更なる本発明の例示的かつ非限定的選択的対象は、パス間の溶接ビードからスラグ及び酸化物（ｓｃａｌｅ）を実質的に除去する必要を排除した延性のある溶接部を提供する方法を提供することである。
【００１３】
また、更なる本発明の例示的かつ非限定的選択的対象は、より高段階目のパスにおいて、高い溶接性を示す溶接方法を提供することである。
【００１４】
上記の対象及び利点は、余すところなく述べられたたわけでもなく、また本発明の意図及び実施に対し個々にもしくは集合的に決定的なものではない。本発明の、他の又は選択的な対象及び利点は、本発明の以下の記載から当業者には明白となるであろう。
【００１５】
図面の簡単な説明
図１は、溶接の様々な領域及び長さの論議を明快にするために提供された、典型的な多数パス溶接部の横断面図を示す。
図２は、ニッケル純度の一般的な勾配の方向を説明している、本発明による溶接部の横断面の勾配図を示す。
図３は、特に、結果として生じる溶接層の溶接及び溶着の一般的な順序を示す、本最発明による溶接部の横断面を示す。
図４は、本発明に従った溶接方法を示す。
【００１６】
本発明の詳細な説明
以下は、その多数の様々な局面における、本発明の例示的な説明を詳細に述べたものである。当業者は、ここで提示される特異性は、そのような様々な局面における発明者による例示的な実施態様を説明することを意図したものであり、本発明の範囲を制限するように解釈されるべきでないことを理解するであろう。
【００１７】
本発明は、 “９９％ニッケル”又は他の高いニッケル純度溶接ワイヤーの使用を規定し、同時に、結果として生じる溶接部の耐衝撃性及び曲げレジリエンスを強化する。本発明の１つの局面において、本発明は、溶接部を“強くすること”又はＨＡＺを縮小することに集中することよりむしろ、２段階目以上のパスによって溶着された溶接部の領域を含む溶接部の延性を増加させることによって、ＨＡＺの脆性を補償することにある。本発明の他の局面において、本発明は、ニッケルの純度が、概ね、溶接の中線に沿って、外方向に溶接のルート１２から増加するところの多数の（２以上の）パスを有する溶接部、及び該溶接部を作成する方法を含む。例として、本発明は、圧力及び非圧力用途の、溶接された延性のある鉄管流出口の２次加工品に適用できる。
【００１８】
本発明を制限するように解釈されるべきではないが、本発明者達は、シャルピー衝撃試験の目的のためのサンプル作成によって、加工物１を準備した。本発明は、室温におけるシャルピー衝撃試験値が８．５ｆｔ−１ｂｓの延性のある鉄を使用したが、もしも、溶接接合部においての特定の用途が、様々なシャルピー衝撃値の延性のある鉄の加工物の使用を必要とするならば、それらも使用され得る。
【００１９】
さて、図面に話しを変えると、図１は、溶接部の寸法及び長さの論議を明快にする目的のために、２つの加工物１（１つ目の加工物１’及び２つ目の加工物１’’としてここで示される）の９０度接合部での、典型的な、冷却されたすみ肉溶接体３の横断面を示している。当業者は、溶接操作が、接合部（又は“ルート”）の部分において行われているか、さもなければ、成形品中の裂け目もしくは破損において行われているかぎりは、１つ目の加工物１’及び２つ目の加工物１’’は、同一の成形品の異なる部分であり得ることを理解するだろう。当業者が用語から受ける得る意味を制限することなく、溶接部３は、（理論的にも、実際の溶接作成においても）ルートから始められ、そして概して外方向に続く。図４に示したように、高純度ニッケルの溶接ワイヤー１１をその消耗電極として有する溶接トーチ３０は、既知の方法によって、加工物１の一部を溶融し、また、溶接ワイヤー１１からのある量の高純度ニッケルを加工物１の溶融部分と溶着及びアマルガム化するために使用される。その結果、加工物１及び溶接ワイヤー１１から、金属の溶接たまり７の状態で溶融アマルガムが生じる。溶接たまり７は固化すると、それが、溶接体３内でパスになる。
【００２０】
本発明の意図から外れることなく、溶接工は、溶接たまり７のより効果的な作成のための加工物１を調製するために、溶接される加工物１の領域に沿って、まず溶接ワイヤー１１の“バターパス（ｂｕｔｔｅｒ  ｐａｓｓ)”溶着層を作る。理論的に制限されることは望まないが、バターパスは、固定のための溶接の間に、より容易に、かつバターパスの存在しない場合に要するより比較的低い温度で、溶接及び融解のための溶融状態となる溶接ワイヤー１１と加工物１とのアマルガムを、加工物１の表面に作成すると信じられている。更に、バターパスは、溶融パスを作る速度を速めることによって、ＨＡＺを最小化すると従来信じられている。本発明の精神において、及びこの説明及び請求項を通して、このような“バターパス”は、加工物の前処理として考えられておらず、むしろ、それは、１段階目のパスとして考えられている。
【００２１】
本発明は、前−加熱、後−加熱、化学処理、もしくは他の抗マルテンサイト化処理（ａｎｔｉｍａｒｔｅｎｓｉｔｉｚｉｎｇ  ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）を必要としない。従来技術の解決法とは異なり、加工物１は、本発明の溶接部の加工及び作成の効果的な実施のために、実質的、室温又はそれよりわずかに高い温度にし得る。実質的に高温で溶接工にとって不快な熱レベルを作る慣用の前−加熱工程にかんがみて理解されるように、室温又はそれよりわずかに高い温度へ加工物１の温度を上昇させること又は維持することは、“前−加熱処理”とはみなされない。当業者は、加工物１が、本発明の意図及び目的から外れることなく、前−加熱され得ることを評価するであろう。それにもかかわらず、冷たい加工物の様々な膨張困難を避け、かつ加工領域の湿分を除去するために、本発明者等は、実際問題として、典型的には加工物１の温度を、華氏約１００（＋／−１０度）まで上昇させるが、それは、溶接の前に加工物１をわずかに加熱することによって達成され得る。加工物１の治金学的構造又は化学構造（の変性又は変性の防止によって）に悪影響を及ぼさない（故に、前−加熱処理として定義されることがない）と同時に、この熱レベルは、溶接工のための快適かつ安全な状態の環境を維持し、大きな加工物１を高温にする費用及び困難を避け、大きな、高温の加工物１を動かす困難を避け、かつ溶接及び冷却における、様々な膨張速度を避ける必要性を根絶する。
【００２２】
図３を見ると、溶接体３は、溶接たまりは、典型的には、シングルパスにおいては、結果として生じる溶接接合部の構造的要件を満たす程に大きくは作成され得ないという事実のため、多数のパスで作り上げられる。１段階目のパス、又はルートパス３’は、加工物１のベース金属の一部及び溶融ワイヤー１１が操作における溶融たまり７において溶融状態になることによって、その場所に溶接され、そして上記で論じたように、固化する。ルートパス３’は、ルートの長さに沿った連続溶融操作で溶接され得るか、もしくは、それは、ルートの一セグメントを溶接し、少なくとも一度、ルートの他の区域へスキップし、そして間隙中を満たすために戻ってくることによって、不連続式に溶接され得る。この不連続なスキップ溶接法は、いかなる時間及び場所においても、加工物１によって吸収された熱の量を減少させるために使用される。
【００２３】
溶接体３を作り上げるために、２段階目のパス３’’は１段階目のパス３’の頂上に溶接され、それは、１段階目のパス３’の一部が溶融状態になり、２段階目のパス３’’の溶接中に溶着される更なる溶接ワイヤー１１と共にアマルガムを形成することを引き起こす。２段階目のパスが、更なる溶接ワイヤーと共にベース金属及び１段階目のパス３’をの両方の一部をアマルガム化し得ることは、当業者に理解される。もしも、意義のある部分（非溶接ワイヤーによって与えられる材料の約２５％以上）が１段階目のパス由来のものであれば、このようなアマルガム化を引き起こすパスは、この説明の目的のために、２段階目のパスとみなされる（同様に、アマルガムの意義のある部分が、ベース金属によって与えられる場合は、パスは１段階目のパスのままである。）。もちろん、一度、より低段階目のパスの一部が、より高段階目のパス中へアマルガム化すると、その溶接部の前記部分全体が、より高段階目のパス中にあるとみなされる。より高段階目のパスを用いた溶接部の更なる作成は、同様に続いて行われる溶接作業によりなされ、前記操作は、このような操作における溶接たまり７中へ、更なる溶接ワイヤー１１及び現在の溶接パスの真下のより低段階目のパスの一部の両方を導入する。例えば、より高段階目のパス３’’’、特に３段階目のパスでは、意義のある部分において、２段階目のパス３’’の一部を溶融状態にし更なる溶接ワイヤー１１と共にアマルガムを形成することを引き起こす溶接操作に起因する溶接体３のいかなる部分でもあり得る。本発明の目的において、３段階目又はより高段階目のパスである全てのパスは、より高段階目のパス３’’’とみなされる。異なる段階目の多数のパス（又は加工物１及び少なくとも１つのパス）の上に直接作られたパスは、意義のある部分において該パスがその上に作られるところの最も高段階目のパスより更に１つ高い段階目のパスである。これら様々に段階付けられたパスの各々は、典型的には、結果として生じる溶接部の横断面において視認され得る。化学又は分光技術によって、このような測定が高精度に行えるが、しかしそれは必要ではない。
【００２４】
本発明の範囲内における溶接の例示的な態様の実施において、溶接工は、実質的に純粋なニッケル含有量、例えば、８６％以上の純粋なニッケルを有する溶接ワイヤー１１を選択する。とりわけ、本発明の範囲を制限することなく、本発明者は、本発明においては、溶接破壊テストの稠度及び再現精度を高めるために、少なくとも９０％のニッケル純度を用い得、かつ最も特には、９６％以上の純粋なニッケルが使用され得、そして、その純度においては、高められた降伏強さが、溶接部に潜在的に与えられる条件の範囲を超えた、より大きい値を示すことがわかる。これらのニッケル純度の数値は、理論的に１００％のニッケルコアを有し、かつフラックス被覆溶接ワイヤー１１の２０重量％と同量のフラックス塗料を有するフラックス被覆溶接ワイヤー１１が８０％の純粋なニッケル溶接ワイヤー１１とみなされ得るような、溶接ワイヤー１１及び全ての塗料の全体よりなる。本発明の実施において、溶接工は、消耗電極として、選択された実質的に純粋なニッケルの溶接ワイヤー１１を用いて、ガス金属アーク溶接方法によって溶接を行う。従来技術においては、当該発明の操作の前に、溶接ワイヤー中のニッケル純度が８６％以上のままである場合、より高段階目の溶接パス３’’’において正常かつ実質的に引張異常がない溶接体３を得る試みは、失敗する傾向にある。従来技術のこのような段階においては、表面的に望ましくない引張異常問題が起こる。本発明においては、溶接表面は、１平方インチ当り平均４以下の肉眼で視認できる引張異常を示す。ベース金属の特性に依存して、本発明における大抵の状況において、１平方インチ当り平均２又は３又はそれ以下の引張異常が肉眼で視認され得る。実際、本発明達によって使用された特性の延性のあるベース金属（アラバマ州ベッセマーのＵ．Ｓ．Ｐｉｐｅ  ａｎｄ  Ｆｏｕｎｄｒｙ社製）を用いると、１平方インチ当り平均１以下の引張異常が、本発明の実施において観察された。
【００２５】
本発明の方法において、溶接工は、少なくとも、より高段階目のパス３’’’において、スプレー移行技術を使用する。実質的に純粋なアルゴンガスのガスシールド２０は、より高段階目のパス３’’’において、溶接たまり７を覆う。アルゴン純度の正確な低限は知られていないが、本発明者達によって使用されたアルゴンの純度は、９９．６％である。本発明者達は、純粋なニッケルの酸化傾向の知識に基づいて、発明の実施において、アルゴンが９８％の純度でなければならないと信じている。不活性ガス及び不活性ガス成分の純度が、ガス全体として該ガスを酸化防止パラメーターの範囲内に維持することを条件に、適切な状況において、アルゴンはヘリウム又は他の不活性ガスで置換され得る。いくらかの場合においては、還元ガスは、性能を損なうことなく存在し得ると信じられている。アルゴンガスシールド２０の存在下においてスプレー移行技術を用いる場合、トーチ３０上に高い需要があるため、溶接工は、トーチ３０の過剰な消耗を防ぐために、操作可能な液冷又は空冷エレメント４１を使用する。冷却エレメント４１の特定の機械的特性は、本発明の目的の範囲内において変えられ得るため、エレメント４１は詳細に記載しない。本発明の本質的ではないが特定の実施態様では、加工物への過剰な熱移行をさけつつ、スプレー移行を行うため、パルスＭＩＧ溶接機を使用する。
【００２６】
本発明の用途を制限することなしに、本発明者達は、引張異常問題を引き起こす作用の機構が、実質的に純粋なニッケルの希釈効果及び酸化の軽減に起因すると信じている。１段目のパス３’の作成において溶着された高純度ニッケルは、溶接たまり７中の溶液になる加工物１のベース金属の量によって、必然的に希釈される。２段目のパスを形成する溶接操作は、すでに希釈された溶接パス３’の一部で高ニッケル溶接ワイヤー１１を希釈し、そしてそれは、前記操作において溶着された更なる高純度ニッケル上に希釈効果の一部のみを与える。大抵の場合において、希釈効果は、弱められるけれども、溶接たまり７中に結果として生ずるアマルガムが固化されて、２段階目の溶接パス３’’になる前に、該アマルガムが、急速に酸化することを防止するのに十分な程強いままである。同様に、より高段階目の溶接パス３’’’は、２段階目の（現在、２度希釈された）溶接パスの更に低い希釈能力のみを持っている。この時点において、溶接操作によって作成された溶接たまり７中のニッケルは、引張異常の発生を導く、急速な酸化を引き起こすような残存ベース金属によって、希釈後でさえも十分に純粋なままである。
【００２７】
結果として生ずる、本発明の最新の溶接部を、図２に図式で例示するが、該図は、実質的に正常で引張異常がなく、かつパスの段階目が増加するにつれて増加するニッケル純度の勾配５を有する溶接体３を示す。本発明における溶接体３のより高段階目のパス３’’’は、純度約８３．５％のニッケル以上のニッケル純度を示し、かつ肉眼で視認できる引張異常問題が実質的に発生していないことを示した。パスの段階目が増加するとともに、より高段階目のパスが９０％以上のニッケル純度を有するように、パスの純度が増加する傾向にある。より高段階目のパス３’’’における最小のニッケル純度は、様々なレベルの容易に合金になる物質を含み得る、加工物１の特徴にいくぶん依存する。場合によっては、最も低いより高段階目のパス３’’’（例えば、３段目のパス）は、９０％以上のニッケル純度を示し得る。本発明の範囲内においていくらかの変更は認められるけれども、基準点が勾配線５によって示されるのど部に沿って、ルートから外側へ向かって動くとともに、ニッケル純度が増加するように、基準点が加工物１から離れるとともに、溶接体３中のニッケルの純度は概して増加する。もちろん、単なる表面塗料、化粧層、及び他の表面を覆うパスは、溶接又は方法を本発明の精神又は範囲から除去し得ないので、ニッケル純度の勾配を評価する目的において、無視し得る。一般に、基準点が、勾配線５””及び５’に沿って加工物１から離れるとともに、純度も増加する傾向にある。
【００２８】
パスの溶接及び溶着方法のために、もしもグラフ化されても、勾配５（又は５’又は５’’）は、直線状になりそうにもなく：むしろ、ニッケル純度は、段階を追っての増加を示す。それら自身の真下でない段のパスからそれらの溶接たまり７の構成のために、意義のある部分に生ずるようなより高段目のパス３’’’の上に溶接パスが重複し得ることに由来して、一定地点における勾配が、勾配線５の一定方向に沿って、増加を示し得ることがあり得る。もしも、とりわけ広いパスが２段階目のパス３’’の上に溶接され、そしてその広いパスが、４段目又は５段目のパス上に溢れるか、もしくはわずかに溢れ溶接されるならば、これが起こり得うる。その結果、ルート１２から表面１３のほうへの、全体的に概ねニッケル純度の増加が維持され、同時に、グラフに沿って潜在的なスパイクが示されるような勾配グラフになり得る。そのような勾配グラフを有する溶接部は、本発明の範囲内にとどまる。本発明とは対照的に、現行技術は、２段階目のパスの後に、７０％未満の純粋なニッケルを用いることによって、これらより高段階目のパス３’’’の純度を減少させ、そしてそれは、結果として生じたパスが、より低段階目のパスの純度にかかわらず、より低いニッケル純度パスのより低い延性を有する原因となる。
【００２９】
最後に、本発明の製造による物品の他の局面は、加工物１の延性より大きい延性を有する溶接体３である。これは、加工物１のＨＡＺによって示される最大の引張り異常より、実質的に低い降伏応力を有する溶接体３により特徴付けられる。
【００３０】
実際、限定よりむしろ更なる例示のために、本発明者達は、溶接された延性のある鉄管流出口の２次加工における溶接ワイヤーとして、仕様  ＡＷＳ  Ａ５．１５Ｅｎｉ−ＣＩ，０．０４５インチ直径のＩＮＣＯ  充填剤金属９９を用いて、上記した発明を行った。本発明の実施において、本発明者達は、９９．６％以上のアルゴン純度を有する純粋なアルゴンシールドガスを使用した。溶接は、溶接鉄鋳造のための手引書（Ｇｕｉｄｅ  ｆｏｒ  Ｗｅｌｄｉｎｇ  Ｉｒｏｎ  Ｃａｓｔｉｎｇ），ＡＮＳＩ／ＡＷＳＤ１１．２の注意書きに従って完了させる。溶接された延性のある鉄管流出口の２次加工品を製造するために使用された溶接方法は、“スプレー移行”式において操作されるパルスＧＭＡＷ方法である。加工物は、プラズマ切断法又は他の適切な技術を用いて、開口部及び取付け部を切断することによって準備される。切断表面は、一般的に、可視の亀裂又は治金学的異常を確認され、ばり、突起、及び亀裂が存在しないよう意図される。オイル、グリース、そして他の表面異物等がある場合、それらは、何らかの錆、アニール酸化物、又は層を除去するために磨砕する前に、許容溶媒清浄方法を用いることによって除去され得る。このような仕上げ洗浄は、典型的に、溶接の直前に主に行われる。
【００３１】
次に、接合部が母管に接続される出口管に取付けられる。母管と出口管の間のサドルは典型的には、接合部のいかなる点においても、１／８インチ以下の間隙を許容するサイズにされる。母管の開口部は、出口管の内径中への母管の半径方向に内に向かう伸長によって、計画された出口管の直径のいかなる縮小も避けるようなサイズにされる。同様に、母管の開口部は、典型的には出口の外側より、最小で０．５インチ小さくなり得る。溶接前に、出口周辺上において、２又はそれ以上のタック溶接部を溶着することが、時折実施される。タック溶接は、タック溶接された領域に全厚すみ肉溶接を溶着する前に除去され得るが、もしも、タック溶接は、視覚的に正常であり、かつスラグ又は酸化物が存在しないならば、そのまま残しておくことが許される。
【００３２】
この例示的な方法において、管及び出口の溶接物領域は、ベース材料における湿分を除去し、かつ堅実な溶接を促進するために、華氏１００（＋／−１０度）の前−溶接温度まで均一に加熱される。カーバイド形成を促進または容易にし得るより高温での前加熱は、典型的には避けられ得る。バターパスが、母管及び出口管上のすみ肉溶接部のトウの範囲を、約１／２インチ超えて広げる状態で、すみ肉溶接の前に、母管及び出口管の両方に適用される。バターパスは、すみ肉溶接部下で、すみ肉溶接部のルートの１／４インチ内に連続するサイズとする。すみ肉溶接部は、段を増加させる多数の溶接パスを用いて作り上げられる。実際には、本発明者達は、バターパスを含めないで、すみ肉溶接の脚を、特定された出口管の厚さの３倍又はそれ以上にし得る。この工程の特定の変更において、すみ肉溶接部の各々のパス部分は、スキップ溶接を行うために、典型的には、６インチ以下の長さの連続ランの状態に設かれ得る。この変更に従って、各々のランは、出口の両側上を互い違いに置かれ得、出口周辺を取り巻く全ての非溶接領域を徐々に満たしていく。典型的には、この変更においては、十分なルートパスが、すみ肉溶接を開始する前に作成され得る。完成したすみ肉溶接部は理想的に、凹状横断プロフィルとは対照的に、わずかに凸状の横断側面を有する、十分なのど厚を示すが、このような十分なのど厚を示すことが出来なくても、溶接部又は溶接製造方法を本発明の範囲から外さない。
【００３３】
先行の記載は、本発明の原理及び実施を当業者に教示するために選択された特定の例示的実施態様を、本発明の範囲及び実施並びに本開示による教示の範囲内にとどまりつつ、これら実施態様及び工業技術に基づくその変更（物)を作成するために、当業者が当該業界における彼らの標準的技術を使用し得るように、提示したものである。本発明者達は、本発明が多数の特定の実施態様を有し、該態様の範囲は、認められた請求項よりさらに限定されるべきでないことを強調する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】溶接の様々な領域及び長さの論議を明快に表した、典型的な多数パス溶接の横断面図を示す。
【図２】ニッケル純度の一般的な勾配の方向を説明するための、本最新の発明下における溶接の横断面の勾配図を示す。
【図３】特異的に、結果として生じる溶接層の溶接及び溶着の一般的な段を示す、本最新の発明下における溶接の横断面を示す。
【図４】本最新の発明に従った溶接方法を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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