(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材表面に、平坦な中間部と該中間部の左右幅端部に母材表面から前記中間部側に向かって下り勾配を有する斜面とからなる溝開先を形成し、該溝開先にクラッド材を積層溶接するクラッド溶接方法であって、溝開先の両幅端部の斜面に沿うように、その溶接条件によって生じる軟化域の厚さと同程度の狭幅のピッチでしかもその溶接条件によって生じる溶接ビードの幅と同程度以上の幅になるように斜め盛溶接を行い、その後溝開先の前記平坦な中間部を前記両幅端部の斜め盛溶接部から前記中間部側に向かってハーフラップ溶接にて積層することを特徴とするクラッド溶接方法。
【請求項２】
斜め盛溶接の層数が５〜６層であることを特徴とする請求項１記載のクラッド溶接方法。
【請求項３】
溝開先の両幅端部に斜め盛溶接を行った後、溝開先の平坦な中間部に、両幅端部の斜め盛溶接部から前記中間部側に向かって第１層のハーフラップ溶接を行って所定位置にて繋ぎ溶接を行い、続いて第１層上に、両幅端部の斜め盛溶接部から前記中間部側に向かって第２層のハーフラップ溶接を行って第１層の繋ぎ溶接部と異なる位置にて繋ぎ溶接することを特徴とする請求項１又は２記載のクラッド溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、母材に形成された溝開先内にクラッド材を溶接する際に、溝開先の幅端部の母材に硬い熱影響部が生じないようにしたクラッド溶接方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、原子力発電プラントに使用される熱交換器の一例を示したものであり、熱交換器１は、熱交換器胴体２と水室３とにより構成されており、更に、図５に示すように、熱交換器胴体２に設けられた胴側フランジ４と、水室３側に設けられた水室側フランジ５とが対向しており、水室側フランジ５に形成したフランジシール面６にガスケット７を配置し、胴側フランジ４と水室側フランジ５との間に管板８を挟んでボルト９により気密に締め付け固定している。
【０００３】
炭素鋼製のフランジシール面６が腐食した場合には、当該部に対して耐食性に優れた金属（例えばステンレス材）をクラッド溶接するという対策が考えられる。クラッド溶接は、フランジシール面６全面に実施することも可能であるが、水室側フランジ５の内側にタブ板を溶接しなければならないこと、及び熱交換器１の場合には図４に示すように仕切板１０という邪魔な内部構造物が存在するために、フランジシール面６に環状の浅い溝による開先を加工して、その溝開先の内部をクラッド溶接により埋めるのが現実的である。
【０００４】
上記したように炭素鋼製のフランジシール面６にステンレス材をクラッド溶接する場合において、ＴＩＧ溶接法を用いた場合には、母材（フランジシール面６）がクラッド材に希釈され易いために所定の耐食性を保持するためには多層盛の溶接を行う必要があり、しかもＴＩＧ溶接は溶接入熱が大きく、溶接後熱処理を必要として水室側フランジ５が変形し易く、そのためにフランジシール面６の平坦度が保たれなくなったり、ボルト９の穴９ａ位置がズレてしまうなどフランジの機能を損なう虞れがある。
【０００５】
そこで、近年、図６に示すように、希釈率の少ないレーザ溶接機１１によるレーザ溶接法を採用することにより、少積層でのクラッド溶接の実現、及び溶接ビードを積み重ねてゆくことにより硬い熱影響部の発生を防止するテンパービード効果による溶接後熱処理の省略、を図ることが提案されている。図６の例では、フランジシール面６を形成する母材１２の表面に、広幅で浅い深さの溝開先１３を形成し、該溝開先１３内に、溝開先１３の幅方向一端側からハーフラップ溶接による第１層Ａ1のクラッド溶接を矢印方向に実施し、その後第１層Ａ1の上に、溝開先１３の幅方向一端側からハーフラップ溶接による第２層Ａ2のクラッド溶接を矢印方向に実施するようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、溝開先１３にレーザ溶接にてクラッド材を溶接する際に、図６に示したような従来の積層方法では、積層数が少ないために溶接位置を微細にコントロールしないと、第１層Ａ1の溶接で硬化した溝開先１３の幅端部の母材の熱影響部を確実に焼き戻すことはできない。そのために、母材靭性の劣化や硬さの上昇による水素脆化割れを生じる可能性があるという問題を有する。
【０００７】
即ち、母材に溶接を行う際の熱影響の状態を示す模式図である図７に示すように、高温の溶接ビード１４によって硬化域１５と軟化域１６とが形成され、この内の硬化域１５が、前記したように母材靭性の劣化や硬さの上昇による水素脆化割れを生じさせる原因となり得る。このとき、炭素鋼の母材１２にステンレス材を例えば約５ｍｍ程度の溶接ビード１４の幅Ｌでクラッド溶接する場合における軟化域１６の厚さＳは約１．２ｍｍ前後であり、またこのときの硬化域１５の厚さは約１ｍｍ前後である。
【０００８】
一方、上記したような炭素鋼製のフランジシール面６の溝開先１３に耐食性に優れたステンレス材等をクラッド溶接する場合以外にも、母材１２に対して異質材料をクラッド溶接する場合、或いは母材１２に対して同質材料をクラッド溶接する場合、更に、レーザ溶接法以外にＴＩＧ溶接法等にて特に少ない層数で溝開先１３にクラッド溶接する際においても、同様に溝開先１３の幅端部の母材１２に熱影響部が生じ易いという問題を有していた。
【０００９】
本発明は、かかる従来のクラッド溶接方法の問題点を解決すべくなしたもので、少ない積層数でも溝開先の幅端部に母材の熱影響部を生じさせないようにしたクラッド溶接方法を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、母材表面に、平坦な中間部と該中間部の左右幅端部に母材表面から前記中間部側に向かって下り勾配を有する斜面とからなる溝開先を形成し、該溝開先にクラッド材を積層溶接するクラッド溶接方法であって、溝開先の両幅端部の斜面に沿うように、その溶接条件によって生じる軟化域の厚さと同程度の狭幅のピッチでしかもその溶接条件によって生じる溶接ビードの幅と同程度以上の幅になるように斜め盛溶接を行い、その後溝開先の前記平坦な中間部を前記両幅端部の斜め盛溶接部から前記中間部側に向かってハーフラップ溶接にて積層することを特徴とするクラッド溶接方法、に係るものである。
【００１１】
上記手段において、斜め盛溶接の層数は５〜６層であってもよく、また、溝開先の両幅端部に斜め盛溶接を行った後、溝開先の平坦な中間部に、両幅端部の斜め盛溶接部から前記中間部側に向かって第１層のハーフラップ溶接を行って所定位置にて繋ぎ溶接を行い、続いて第１層上に、両幅端部の斜め盛溶接部から前記中間部側に向かって第２層のハーフラップ溶接を行って第１層の繋ぎ溶接部と異なる位置にて繋ぎ溶接するようにしてもよい。
【００１２】
本発明によれば、溝開先の両幅端部の斜面に沿うように、その溶接条件によって生じる軟化域の厚さと同程度の狭幅のピッチでしかもその溶接条件によって生じる溶接ビードの幅と同程度以上の幅になるように斜め盛溶接を行い、その後溝開先の平坦な中間部を前記両幅端部の斜め盛溶接部から前記中間部側に向かってハーフラップ溶接にて積層するようにしているので、少ない積層数でも溝開先の幅端部に母材の熱影響部を生じさせることがなく、よって母材の靭性の劣化や硬さの上昇による水素脆化割れを生じる可能性を著しく低減できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１〜図３は、図６のフランジシール面６による母材１２に、クラッド溶接を行う場合の本発明の実施の形態の一例を示している。
【００１５】
図１に示すように、母材１２であるフランジシール面６に、広幅で浅い深さの溝開先１３を環状に形成している。このとき、溝開先１３の左右幅端部には溝開先１３の中間部側に向かって下り勾配を有する斜面１７，１８を形成している。
【００１６】
図１の溝開先１３における幅方向の左側端部には、その詳細を図２に示すように、左端部斜面１７から中心側に向かって狭幅のピッチｐで必要層数の斜め盛溶接１９を行う。
【００１７】
また、図１の溝開先１３における幅方向の右側端部には、その詳細を図３に示すように、右端部斜面１８から中心側に向かって狭幅のピッチｐで必要層数の斜め盛溶接２０を行う。
【００１８】
上記斜め盛溶接１９，２０のピッチｐは、その溶接条件によって生じる軟化域の厚さと略同程度の狭幅とする。例えば、図７に示したように溶接ビード１４の幅Ｌが約５ｍｍ程度でそのときの軟化域１６の厚さＳが約１．２ｍｍであった場合には、その軟化域１６の厚さＳと略同等、即ち例えば１〜１．２ｍｍ程度の狭幅のピッチｐとする。
【００１９】
更に、上記斜め盛溶接１９，２０を行う幅Ｌ’は、その溶接条件での溶接ビードの幅と略同程度或いはそれ以上とする。即ち、例えば図７で示す溶接ビード１４の幅Ｌが５ｍｍである場合には、斜め盛溶接１９，２０を行う幅Ｌ’は５ｍｍ以上であればよく、またこれを層数（パス数）で見た場合には、従来から溶接ビード１４を積み重ねることによって熱影響部の発生を防止するテンパービード効果が期待できるとされている層数５〜６と同程度の層数とすることができる。図２、図３では斜め盛溶接１９，２０の層数を５パスとした場合を示している。
【００２０】
続いて、前記したように幅方向端部に斜め盛溶接１９，２０が実施された溝開先１３の中間部に対し、ハーフラップ溶接により第１層Ｂ1と第２層Ｂ2の積層を行うようにしている。
【００２１】
このとき、上記溝開先１３の中間部に形成する第１層Ｂ1の溶接は、両端の斜め盛溶接１９，２０から内側に向かってハーフラップ溶接を行い、所定位置の終端部で繋ぎ溶接２１を行うようにしている。また、上記第１層Ｂ1の上に、両端の斜め盛溶接１９，２０から第２層Ｂ2のハーフラップ溶接を行って第１層Ｂ1の繋ぎ溶接２１と異なる位置にて繋ぎ溶接２２を行うようにしている。
【００２２】
以下に、上記形態例の作用を説明する。
【００２３】
図１の溝開先１３の幅方向端部の夫々に、その溶接条件における軟化域の厚さと略同じ幅、例えば図７の溶接例では軟化域１６の厚さＳ＝１．２ｍｍと同じ１．２ｍｍの狭幅のピッチｐで必要層数、例えば５パスの斜め盛溶接１９，２０を行うようにすると、前の斜め盛溶接のビードによって形成された硬化域を次の斜め盛溶接のビードの軟化域で軟化させて焼き戻すことができ、よって溝開先１３の幅端部に母材１２の熱影響部が形成されるのを防止できる。
【００２４】
このとき、斜め盛溶接１９，２０を行う幅Ｌ’は、その溶接条件での溶接ビードの幅と略同程度或いはそれ以上であればよく、例えば図７で示す溶接ビード１４の幅Ｌが５ｍｍである場合には、斜め盛溶接１９，２０を行う幅Ｌ’は５ｍｍ以上とする。狭幅のピッチｐで斜め盛溶接１９，２０を行うと熱影響部が解消できるので、多層に溶接してもよいが、狭幅ピッチｐでの溶接は能率が低下することになるので、最低限溶接ビードの幅Ｌと同程度の幅Ｌ’で実施すればよい。
【００２５】
また、斜め盛溶接１９，２０の最後のビード（５パス目のビード）により硬化域が生じることになるが、斜め盛溶接１９，２０の最後のビードに対して第１層、第２層のハーフラップ溶接をスタートさせるようにしているので、斜め盛溶接１９，２０の最後のビードにおける硬化域は解消されることになる。また、ハーフラップ溶接自体は前の溶接ビードによる硬化域を次の溶接ビードの軟化域でカバーしながら溶接することになるので、溝開先１３の中間部に硬化域が生じることはない。
【００２６】
更に、斜め盛溶接１９，２０の端部から開始された第１層Ｂ1のハーフラップ溶接は、途中で終端部が対向することになるが、この終端部に跨がるように繋ぎ溶接２１を行うことにより、終端部における硬化域は解消される。また、第１層Ｂ1の上部に形成する第２層Ｂ2の繋ぎ溶接２２を、前記第１層Ｂ1の繋ぎ溶接２１と位置をずらすようにしているので、第１層の繋ぎ溶接２１に生じる硬化域は解消される。よって溝開先１３による母材１２への熱影響部は殆ど生じなくなる。よって、母材１２の靭性の劣化や硬さの上昇による水素脆化割れを生じる可能性を著しく低減できる。
【００２７】
また、上記したように、炭素鋼製のフランジシール面に耐食性に優れたステンレス材等をクラッド溶接する場合以外にも、母材に対して異質材料をクラッド溶接する場合、或いは母材に対して同質材料をクラッド溶接する場合、更に、レーザ溶接以外にＴＩＧ溶接法等にて特に少ない層数で溝開先にクラッド材を溶接する場合においても、溝開先の幅端部の母材に熱影響部を生じさせないようにすることができる。
【００２８】
尚、本発明は上記形態例にのみ限定されるものではなく、ハーフラップ溶接は図示した２層以上実施するようにしてもよいこと、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ること、等は勿論である。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、溝開先の両幅端部の斜面に沿うように、その溶接条件によって生じる軟化域の厚さと同程度の狭幅のピッチでしかもその溶接条件によって生じる溶接ビードの幅と同程度以上の幅になるように斜め盛溶接を行い、その後溝開先の平坦な中間部を前記両幅端部の斜め盛溶接部から前記中間部側に向かってハーフラップ溶接にて積層するようにしているので、少ない積層数でも溝開先の幅端部に母材の熱影響部を生じさせることがなく、よって母材の靭性の劣化や硬さの上昇による水素脆化割れを生じる可能性を著しく低減できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のクラッド溶接方法の実施の形態の一例を示す切断側面図である。
【図２】図１のＩＩ部分の拡大詳細図である。
【図３】図１のＩＩＩ部分の拡大詳細図である。
【図４】熱交換器の一例を示す概略側断面図である。
【図５】図４のＶ部分の拡大詳細図である。
【図６】従来のクラッド溶接方法の一例を示す切断側面図である。
【図７】母材に溶接を行った場合における熱影響の状態を表わす模式図である。
【符号の説明】
１２  母材
１３  溝開先
１４  溶接ビード
１６  軟化域
１９，２０    斜め盛溶接
２１  繋ぎ溶接
２２  繋ぎ溶接
Ｂ1   第１層
Ｂ2   第２層
Ｌ    溶接ビードの幅
Ｌ    斜め盛溶接の幅
Ｓ    軟化域の厚さ
ｐ    ピッチ
【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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【図７】
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