圧力容器ヘの半自動アーク溶接の適用
Appliccl†ionofSem;‑cIU†omCt†盲cArc

Welding

AAethodfor

Pressure

Vesse]s

化工機事業部

欝1製造布渡

辺Kazuyoshi

Tbis

paper

describes

flux‑coredwire

automaticarc

the applicationof semi‑automaticfor

manufactureofwelding

methods.

pressure

圧力容器を製作する上で溶接は不可欠であるが,稜々あ

arcvessels,∇elding

methodone∇hic血is

製缶課

和義

Watanabeusingofsemi‑

このような要求K:応じる溶接として,最近,半自動ア‑る溶挨方法のうち,半自動ア‑ク溶接の一つであるフラッ

ク溶接の一つであるガスシー/I,ドア‑ク溶媒が脚光を浴びクス入りワイヤーを用いたフラックスコア‑ドア‑ク溶接ており,溶披産業分野では被覆アークi容接R=とって代っの当社での適用について紹介する｡
まきえがて,その使用率が急速忙上昇している｡第1国に最近の国内でのフラックス入りワイヤーの生産量推移を示す｡ここでは,最近当社の溶接技術を改善し,高品質,高能率化を実現するため半自動アーク溶接,とくにフラックスコアー

当社では炭素鋼にグラスライニングした機器,ステンVス鋼,クラッド鋼またはその他の耐食金属を用いた反応機,重合磯や貯槽などの機器を製作しているが,これらのドアーク溶接の圧力容器製作への適用ケこついて各種実験を行ったので簡単に紹介する｡

ほとんどが一般に言う溶接構造の圧力容器である｡これらの溶接構造の圧力容器の機能および品質を確保する上で,溶薮技術は非常vL重要であり,そのためにいろいろな溶接

1.既存の溶接技術方法や溶接材料が改善され,日々に進歩してきている｡そ半自動溶接(セミオートマチック),自動溶接(オートマ

溶接には,その施工手法むこよって手溶接(マニュア/レ)

して検査技術の申上に伴って,ユーザ‑からの試験,検査 チック)の三つVL分けられ,溶接方法の種類で分けると,要求も増え,より安全でかつ信頼性の高い高品質の溶接が第1表のように分類される｡

強く要求されてきている｡

1. 1主要継手の溶接

また一方,オイルショックを契機VL低成長時代をむかえ,溶接作業の生産性向上のために高能率化が必要となっここで言う主要継手とは第2図に示す,胴の長芋羅手,胴と鏡:の周継手であるが,これらは自動溶接であるサブマてきた｡

ージドアークき容接FL̲よる内外面の溶接が一般的R=用いられ

二15＼＼(:)⊂=)く=:>(==)

Shell‑top×

circumferential
10rdU
U

Shellhead

T‑1 l

joint

1ongitudillal

Jacketlll

joint

Jaclくet Shelllollgitudinaljointll'て⊃〔〉lha

Shelトbottom【:

circumferential

shelトsealeて
jollltcircumferential

Jacket shell‑bottomcircul℃ferelltial joint

beadjoint

(⊃∈i

55455

57565859

Glasteel

vesselStainlesssteel vessel

Year

第1図
Fig.

フラックス入りワイヤ(炭酸ガス用)の生産量推移(日本)1Productionamount

第2図
Fig.

圧力容器主要継手
2

Mainseams

of pressure

vesselof flux‑cored

Wlre

Vol.

29

No.

8(1986/8)

神鋼ファウドラー技報

18

第1表
Table

溶接方法の種類1

Weldingmethods

A.1allualarc
Arc weldhlg

ヰFuel gas

FtlSion ll,eldingrlg
Ⅵ･eldi

weldirlg (FGⅥりElectron beam+

Shielded metal･arc Tl,eldir)g(SMAtV)

CO2Gas

Metal active gash]r)gsten･arc(GTAW)

weldinggas

Shielded arc

Semi･autonlatic

Arc spo=veldirlg

arc

gas

weldirlg
IVeldiTlg
tangsterl･arC

Ⅵ･elding

Gaミnletal･arc v.･elding(Gユ/lAW)(EBll')＼veldir)g

Plasrrla･arCIVelding (PAW)
Electroslag vreldirlg(ESW)

Semi‑autorrlatic
arいl･eldiロg

GasWelding

processespressL)re

Flux‑coredWelditlg

Cold presstlre TVelding

Pressure welding

Brazingi+arc

welding(FCA町)〜,ire
AtltOT71aticarc

TTetding‑

Submergedarc‑‑1weldirlg (SAW)

Self shielded arc

Tt'eldirLg

Spot

打elding‑
ProjectionTL,elding‑ Seamwelding‑ Upse=veldir)ど‑Flash‑butいvelding‑
Buttwelding‑

Soft so一derbrazlng

seam

Flux

bopperTVire鞄
kit

Carriage

第3図Fig.

3Glasteel

Stainlessvessel

サブマ‑ジドアーク溶接法

第4園

ノズル管台概略図

Stlbmerged

Fig.

4

Nozzlearcweldingている｡

steelnecks

サブマージドア‑ク溶接とは第3国VLその原理を示す

これら部品類の溶接は,その溶接姿勢や溶挨の作業性から,被覆アーク溶接が多く用いられている｡アーク溶鼓のが,コイ)I/状V‑巻かれたワイヤー先端と母材との間にア‑クを発生させ,これに連続的に供給される粒状の溶剤(フ中で最も一般的に用いられている方法である｡参考までに
第4図R:ノズ/レ管台の概略図を示す｡

ラワクス)で溶隔部を完全に覆い,進行していく自動溶技法であるo このサブマ‑ジドアーク溶接は大電流で施工さMAG溶∃安やMIれるため,溶着速度が大きく,能率的かつ経済的で,信頼度の高い溶接継手が得られるので,今日下向きの溶挨ではvessel

もちろん一部の溶接部位では,炭酸ガスアーク溶接,G溶接といった半自動アーク溶鞍も使用されてはいるが,ソリッドワイヤー特有のピード外観の悪最も広く用いられている方法である｡

さや,また,Ⅹ線性能の悪さから,圧力容器への適用は十分なされていなかったのが実状である.第5国に半自動ア

しかし,クラッド鋼の突合せ両側溶接継手で内面(合せ材)側の溶接の場合,サブマ‑ジドア‑ク溶接では5紐状の‑ク溶接の原理を示すが,シー/I,ドガスに炭酸ガスを用いるものを炭酸ガスアーク溶接といい,不活性ガス(イナー

溶剤で溶融部が完全に覆われてしまい,クラッド鋼の合せヤガス)を用いてステンレス鋼など炭素鋼以外の溶接を行材と母材との境界が確認できないので余り用いられていなう場合をMIい｡このためクラッド鋼内面の溶接は,被覆アーク溶接が用いられているのが通常である｡

ガス成分を酸化性のあるガス(アクティブガス)忙変えた

1.

2

ノズル管台,外部ラグ等の溶接

圧力容署削こは主要継手以外に,いろいろなサイズのノズG溶接といっている｡またMAG溶技ほそのもので一般的には,ア)I,ゴンガスと炭酸ガスとの混合ガスを用いて行う溶接で,ス/くッタの発生が炭酸ガスアーク溶
接と比較し,少ないのが特長である｡/レ管台,また外部ラグ類がかならず取り付けられている｡
14

神鋼ファウドラ‑技報

Vol.

29

No.

8(1986/a)

各社フラヲクス入りワイヤ‑断面

写真1
Pl10tO.

1

Cross

sectiotl Of flux‑coredwire【‑GasⅦreTOD＋(:⊃Cl≡C〜

WL.

Feedmotor⊂〉く⊃Po∇erSbield
ArcBase

T･･+

SOurCeNozzleContact

Weldingbevel

detailtip
gas

Material
500

metal

第6国
Fig.

第5囲

半自動ア‑ク溶接法

Fig.

5

Semi‑automaticarc:SUS304

SM41B＋

クラッド鋼テストピース
6Cladsteel test

pieceswelding

当社では先R:述べたように,クラッド鋼内面溶接(パッククラッディング)ノズル管台,外部ラグ類の溶接は被覆

2.

アーク溶]妾が主流であったが,これらの背景を踏まえて,溶着効率が大きく,そしてピード外観,ピード形状のよい

フラックスコアードア‑ク溶接の導入
以前から半自動アーク溶接方法としてソリッドワイヤー

フラックス入りワイヤ‑,つまりフラックスコ7‑ドア‑によるものと,ワイヤーの中にフラックスを入れたフラックス入りのワイヤーの二種類があったが,フラックス入りク溶接への変換を図った｡
なお,写真1はフラックス入りワイヤーの断面を≡拡大しワイヤ‑はワイヤー内部にフラックスを包み込んでいることから,ワイヤー径が太く,またその性能もいまひとつ2.

たものである｡

先に述べたようにクラッド鋼突合せ継手部の内面側は,で,圧力容器関係ケこは余り使用されていなかった｡
しかし,最近になって細径のワイヤーが生産され,その溶接作業性,また溶接性能が改善され,造船,橋梁関係で今まで被覆アーク溶接法を適用していたが,そのさ容着効率の改善を図るべく,バッククラッディング部へフラックス多く使用されるようになった｡そして今ではフラックス入

コア‑ドアーク溶接(ステンレス鋼)の試験を行った.
テストピースは第6図VL̲示すSUS
304クラッド鋼を用りワイヤーはソ1)ッドワイヤー以上に使用されており,普たステンレス鋼用のフラックス入りワイヤーも生産販売さいて行なったQ第2表に溶接方法およびその溶接条件を示す｡

れるようになった｡

第 2表

クラッド鋼溶接条件

Table

2

Welding

Passl

data

Welding
Shieldedarc

arc(FCAW)

L B‑26arc

3

Welding280′‑′300

31150

幽speedDW‑309L

230ノ‑′250

34‑35280

DW‑308L

240 ′‑′260

34′‑′35260

Welding

procedurel700
weュding(SAW)

No.

(A)

Welding
vo 1tage(Ⅴ)

currentl￣lSubmerged

metal(trade name)welding∇elding

Welding

FinerβMAW){!

Vol. 29(SUS304十SM41B)

processes

metalFl□Ⅹ‑coredfor clad steel

1クラッド鋼への適用(1986/3)i

580‑600

34

F‑38×US136!
神鋼ファウドラー技報

40015

第 3表

溶接継手書式険路果(クラッド鋼)

Table

3Results

joint testof welded(Clad steel)TensileBendtest

test

Test
Sectional
pLe.c.ei sdqZiciTt?.nhs

LG;aarear(rrn)(血皿)LocationlT飢Silestrmph
ofl仕g/‑2)

18. 2×25.0

455.

0

23600

51.9

18.6×25.0

465. 0

23800

51.2

Chemicalcomposition

analysis(EPMA)%

Face

2TRmetal
一グmetalく=)ic

inat ion

180ox

Good

GoodA/〟lJIS Code

Gr.1

GoodMn19. 84

[

1. 74

67.

38

10. 07

1. 87

67. 27

9. 60

1. 90

67. 78

10. 52㌃ト器‑

LL?

Radiograph

bend

I

Deposit
Clad

Root

cr

Depth(ITun)i(lexam

fractcLre

Base0bend

IFe

Ni‑〜Basemetal

第 4

表腐食試験

Table

4CorTOSion

1. 51

19. 271.7668. 12

9. 46

2. 0

J

19. 391. 65

67. ∂2

9. 83

3.O1

17.

1. 64

68. 88

10. 7070

test

308L1)

Huey
As

Test

(65%HNO3

Corrosiontest) (IPM)(650oCx

2 HrA.

C)
W.

(1050oCxO.5Hr//

0. 00093

Q)

corrosion

PWHT

0. 00059

Veld

PWBT

Intergranular1(650oCx2Er

A. q

lntergranularcorrosion

test(Strauss : H2SO4

Bend

test

test

(Strauss::NoI

CtlSO4test)

CuSO4test)

defect0. 00044

316L2)

5%As

H2SO4

Corrosion

test

5.8lVeld

PWHTt(g/m乞h)(1050×0.5HrW.

Q)

PWHT

Bend

(650oCx2Hr5.6

試験は機械試験,放射線透過試験およびバッククラッデ
ング部の化学成分分析忙ついて行い,その結果を第3表VL示す｡

test:

H乏SO4No･defectA. C)が見込まれる｡

またグラスライニング性については,グラスと軟鋼溶安部の熱膨張の差によってクラックが発生し,グラスがかからない場合がある｡

MIG溶接と比較すると,スラグはピード上を覆うが,その剥離性やⅩ線性能が良く,溶接性能およびその作業性

第7匡lはグラスと軟鋼の熱膨張曲線である｡溶接材料のとも良い結果を得た｡また現状の被覆アーク溶接との工数比較をすると,アラックスコアードアーク溶接では%‑鶴

とくに被覆剤やフラックスには作業性や溶接性を良くするの工数減が期待ができ,その性能も圧力容器製作に何ら支障はないと判断された｡また,溶着金属部の耐食試験結果ために,いろいろな添加剤や合金元素が含まれているが,これらが溶接金属部の変態点を移動(低下)させ,第7図のTo‑Tl間で引蕨応力が大きくなり,クラックを発生させる｡

を第4表に示す｡
2. 2
グラスライニング機器ヘの適用

これらを生じさせないことを確認することを含めて,フグラスライニング機器ヘの適用に当っては,フラックス
コアードアーク溶渡の溶接性はもちろんのこと,グラスと溶着金属とのグラスライニング性についても検討を加えてラックスコア‑ドア‑ク溶接VLよる突合せ耗宇部についての熱衝撃試験と再加熱試験を実施した｡
熱衝撃試験はグラスライニングR:許容されうる急激な温おく必要がある｡

度変化を確認することであり,再加熱試験はグラスライニ

溶接性については,一般軟鋼でほ被覆アーク溶其の感じでスムーズに溶接ができ,ステンレス鋼と同様の工数削減
16ングをグラスの軟化温度まで加熱して昇温過程紅おけるクラックの発生の有無をチェックすることで,いずれも母材

神鋼ファウドラ‑技報

Vol.

29

No.

3(J986/8)

5表

溶接継手試験結果(軟鋼･ステンレス鋼)

Table

5Results第of preliminary

weldedjoint test

(Carbon steel &Tensile

Test

pleCe

Specim?n's

Sectional

dimentlOn

area(mm)steel)
Bend

testLoadDig)(I7n)

Stainless

TerlSileO{g/nm2)

Carbonstee 1steel tocarborl

18,49×19.

09

352. 91 802051.0

Carbonsteel tostainless

18. 61×19.

08355. 0

18030

50. 7

26×19,05

366. 923300

63. 5

Face

Locat ionof fracture

streng血Basetestbend
2TR】Root1iograpbic

examination

GoodJIS Code〟I(7ノクsteel
Staitlless steel toRad

180ox

Good

metal

bendWeldsteel//

metal

Gr.1

Good〟および溶着金属の熱的挙動の変化,パラツキによりグラス層中こ異常な応力が発生し,フィールドでの使用中の熱的性能の劣化,焼成途中のT.ラブルによる品質低下を防止する
Steel

ためWL̲行う試験である.

△究

写真2は熱衝撃試験の試験結果である｡温度差230oC以)

上でクラックの発生が確認されるが,溶着金属によるもの

I Glia,;ではなく,通常のグラスライニングと同等の性能を示している｡

また再加熱試験についても250oCから600oCまで50oC間隔で炉中に入れ1時間放置後,スタティアラックステス†を行ったが,全てについてクラックの発生は認められな

To

TI

Tu‑‑･‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑

かった｡

第7図
2. 3

溶接施行法認可予備試験(cc )グラスと鋼の熱膨張曲線

Fig.

7

写真2

Thermalcurve

expansionof glassandsteel

圧力容器等に新しい溶接方法を適用する場合は,法規忙基づいて溶接施工法の確認試験を実施して,認可を取得する必要がある｡
そのための予備試験として
1)軟鋼＋軟鋼の突合せ継手2)ステンレス鋼＋ステンレス鋼の突合せ継手
3)軟鋼＋ステンレス鋼の異材突合せ継手の三種類VLついて,フラックスコアードアーク溶接法を用いて実施した｡
写真3はそれぞれの継手部のマクロ写真および組織ミク
ロ写真を示す｡
第5表は機械試験結果の一例を示す｡
これらの結果より,フラックスコアードアーク溶接は軟鋼およびステンレス鋼とも,使用上は何ら差しつかえなく,実機器‑適用できるものである｡

PI10tO.

3.溶接施工法確認試験の実施と認可

熱衝撃試験テストピース
2

Thermalshocktest

specimens

圧力容器の製作においてはそのほとんどがある種の法規に基づき,構造や製作方法について規制があるo匡卜内法規では,ボイラーおよび圧力容器安全規則からなる第一種,第二種圧力容器があり,また高圧ガス取締法の特定設備検4.

フラックスコアードア‑ク溶接の優位性
今までにフラックスコア‑ド溶接の予備試験等を通して査規則からの高圧ガス該当の容器があり,経とんどがこのその成果を述べてきたが,ここにその溶接方法の特長につ二つの法規で規制されている｡溶接方法についてもこれらいてまとめる｡の規則忙より,実機器VL適用する前VL,溶接工法Rlついての認可が前もって必要である｡
第6表にフラックスコアードアーク溶接関係の取得した

1)高能率の溶接が可能である｡
被覆アーク溶接と比較し,フラックスコア‑ドアーク溶
接は溶着速度また溶着効率とも約二倍程度の能率向上が図

溶接方法の組合せを示す｡

れる｡第7表にその一例を示すoVol.

29

No.

8(1986/3)

神鋼ファウドラー技報

J7

＼t

Weldedjoint

Deposit

metal

Carbonsteel tocarbon

steel

i

c‑

steel toi

Stainlesstainless steel

steel to stainlesssteel

斗:チ.I

恥::A‑[p･:か､‑.∴f軌ノ/ン,;.
‑,○ヘ,i.ぷ土れI
ポ:1砧ごこJL

L･%,:'表､ふヾ.

/:1̀鮮

〆(

〜:

Bondline㌣e苧‑.耳こJ:ヤ
ふ'･｡〜i//ヽ･､､L､,i,.

†有本〔∴,㌔L声̀

A‑1ナし,.

‑..､柵II軒,im,,

I:Al/■,㍗｢叫fh無二ふ､.ヽ･､

ヽy..

i/

･〟(Carbon steelside)

!

レ/

3

フラワクスコア‑ド溶接によるデポ部マクロ碗察,ミクロ観察

Pltoto.

3

Photornacrographs&photornicrographs

ソリッドワイヤーとフラックス入りワイヤーとの差ではofcross

sectionsof welded.

･/

/

/

写真.ミ̲

joints by flux coredarcwelding

ソ1)ッドワイヤーではスパッタの発生による損失,またフア‑ド溶接はアークがソフトで広がりがあり,MAG溶鼓やMIG溶凄…の場合紅おこる融合不良等が少ない.第8図

ラックス入りワイヤーではフラックス紅よるスラグの損失があり,両者の差異は余りない｡にソ1)ッドワイヤ‑とフラック入りワイヤーの溶込状況の差を示す｡この融合不良が少ないため,多層盛り溶接にお2)ピード形状･外観が優れている｡

いてもRT性能がよくなっている｡
4)スラグの剥離性がよい｡

これは被覆アーク溶接,またソリッドワイヤーによる炭酸ガスアーク溶接やMAGおよびMIG溶接と比較してであるが,ピード形状･外観が優れている｡
一般に隅肉溶接部は放射線透過試験等の溶接部内部の検査は施工しないため,そのピードの外観だけで溶接の良否が判断される｡まして圧力容器では,できるかぎり溶接姿勢を下向きにしようとするが,被溶技物の形状や溶接治工

被覆ア‑ク溶蒙と比較した場合,一般の圧力容器VL使用される被覆アーク溶接棒ほ低水素系が多く,これらは他の洛挨捧と比較するとスラグの剥離性が悪い｡しかしフラックスコアードアーク溶接では拡散性水素量はほぼ低水素系と同等で,そのスラグ剥離性ほほとんが自然むこ剥離するも具類VL限度があり,立向きや上向きの溶舞姿勢を取らぎるのが多く,数段優っているといえる｡
5)溶接工数の節減をえない場合がある.このような時はその姿勢F‑かかわらず,良いピード形状やその外観が良く保てるフラックスコ

接工数も節減でき,生産性の向上を図ることができる｡

ア‑ド洛挨は,その品質を維持できるので,メーカーにとってもユーザ‑にとってもメl)ッ†があるo

3)落込み形状がよく,MAG溶蒙やMIJβ

RT性能がよい｡

先に述べた高能率の溶接が可能であるため,当然その溶第9園に被覆ア‑ク溶鼓のコス†を100とした時の他の溶接方法との比較を示す.図から明らかなようむこフラック
スコア‑ドア‑ク溶凄は被覆アーク溶j妾と比較し,約t/2以G溶接と比較した場合,フラックスコ下である｡フラックス入りワイヤーとソリッドワイヤーを神鋼ファウドラー技報

Vol.

29

No.

3(1986/3)

co乞

Ar‑CO

第 6

表

取得した溶其方法の組合せ(‑圧,高圧ガス)

Table

6Combination＼【2wt;gぎ⊆Clad]'oint (combination

steel to clad

Carbon

第8図Fig.

8

Combination
Flux‑cored
Flux‑coredsteel

Carbonsteel totosteel

steel

stainlessarc
arc

Carbonsteel to stainless steel

落込み状況

StainlessShapesteelof penetration

tooverlay

1HPG)

carbon(FCAW)
welding
welding＋Submergedarc∇elding

Flux‑cored
Flux‑cored

arc(FCAW)
welding
welding＋Sl血mergedarc[コ:carbon

E22

stainless:steelarc

welding(FCAW)

Flux･coredarcvelding(FCAW)&deposition

rate

第 7表

溶着効率と溶着速度7

Deposition

Shielded(SMAW)

steel

Fl1Ⅸ‑COred(FCAW)

152(FCAW)

FhlX‑COredefficiency

Deposition

209

arc

(FCAW＋SAW)

Flux‑Gored

Table

Welding

processesof velding

arc(FCAW＋SAW)
welding
Gas tungsten
arcwelding＋FluxICOred
arc(GTAW＋FCAW)
welding

steel

ピ巴]
⊂聖二]

wire

@.V,

procedure

metal)

Stainless
ftux.Goredwelding∇elding

!⊂軍二]
[二軍二]

solid wire

Weldedof baseof qualified

metal‑arcarcweldirlg

Deposition

rate

rしY還1LLuiLi)effi(co?oe)ncy

processes

LI:lVelditlg

4085851) loo

最近目ぎましい伸びをしめしているフラックスコアー下
373835334024

ア‑クについて述べ,当社でのフラックスコアードア‑ク
溶接方法の適用やその施工法確認試験等忙ついて紹介した

Shielded metalGasturlgSten

S ubmergedGas

met:al̲Flux‑coredが,今後も圧力容器を製作する上で,より高品質な,より信頗性ある製品をユーザ‑へ提供するように進めていきた

ITe】dingarc

weldingarc

arc

welding

arc

い｡

‑arc

welding

welding

圧力容器の製作に関しては,ユーザーの要求,材料の選NOTElBased)

on

cost

set

shieldedat

metal

arc

定,設計そして溶接,これらを一体として考えることが)j2

weldinglOO%

要である.グラスライニング機器,ステンレス鋼機器等仁

第9国蒋接方法による経済比較

Fig.

9

Comparisonof costfor welding

圧力容器メ‑カ‑として,当社溶接技術の発展過程のほ人の一部の紹介であるが,本稿が圧力容器を実際忙発注さかprocessesているユーザーとの情報交換の一つとして,参考になれをj幸いである｡
比較するとややコストはソ1)ッドワイヤ‑が優っているが〔参考文献〕

RT性能やその手直し工数を考えると,フラックス入りワ㈱神戸製鋼所イヤーが数段優っているといえる｡(掬神戸製鋼所

むすイヤー

び

溶技学会編

本稿において,重合機や反応磯類の圧力容器を製作する
場合の溶接技術について,とく忙半自動アーク溶接のうちVol.

29No.

3

(1986/3)

DW‑100カタログ
溶参資第880号ステンレス鋼フラックス入りワ新版溶接技術入門
鋼構造溶壬安工作法通論

日本溶接協会
神飼ファウドラー技報神鋼ファウドラー技報

Vol･29No.

11.