JP2001353575A - オーステナイト系ステンレス鋼用高速ｔｉｇ溶接法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハンピング等のビード不整が生ずることな
く、安定した、良好なビードが形成可能な、オーステナ
イト系ステンレス鋼用高速ＴＩＧ溶接法の提供。 【解決手段】 シールドガスの組成が、［Ｈeガス＋Ｈ₂
ガス＋Ａrガス］の３種混合ガス、又は、［Ｈeガス＋Ｈ
₂ガス］の２種混合ガス等の混合ガスを用いて、非消耗
電極によって、オーステナイト系ステンレス鋼をＴＩＧ
溶接して、アルゴンガスをシールドガスとして用いた場
合の最大溶接速度３０ｃｍ／ｍｉｎ以上の溶接速度４０
ｃｍ／ｍｉｎ以上で溶接するオーステナイト系ステンレ
ス鋼用高速ＴＩＧ溶接法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は非消耗電極を用い
て、不活性ガスをシールドガスとして使用したＴＩＧ溶
接法に関し、特にオーステナイト系ステンレス鋼に適用
する高速度でＴＩＧ溶接する高速ＴＩＧ溶接法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】ＴＩＧ溶接法は、消耗電極式のＭＡＧ・
ＭＩＧ溶接法に比べて、高品質な溶接部が得られること
から、原子力関連工業分野や、化学プラント分野におけ
る装置、配管等の施工及びその他ステンレス鋼の加工に
用いられている。しかし、溶け込み不足やハンピングと
いった溶接不良を生じない溶接速度の上限が、ＭＡＧ溶
接法やＭＩＧ溶接法に比べて低速であり、一般的には、
５〜２０ｃｍ／ｍｉｎ程度の低い溶接速度で溶接されて
いる。

【０００３】又、従来からＴＩＧ溶接に使用されている
一般的な溶接用シールドガスとしては、Ａrガス単体が
挙げられるが、ＴＩＧ溶接のシールドガスに混合ガスが
用いられることも有り、例えば特開昭６１−２８３４６
５号公報には、Ａrガスに４０〜９０％程度のＨeガスを
添加した混合ガスをシールドガスとしていたり、又、Ａ
rガスに１〜１０％程度のＨ₂を添加した混合ガスをシー
ルドガスとして使用していることが開示されている。

【０００４】近年溶接施工の溶接加工能率の向上を図る
ため高速溶接の開発が進められている。然るに、ＴＩＧ
溶接法においては、溶接速度を増加させていった場合、
既存の上記溶接用シールドガスでは、ビード長手方向に
溶着金属の盛り上がりが周期的に繰り返される、いわゆ
るハンピングビードと呼ばれるビード形状が形成され
て、ある一定の溶接速度以上の高速溶接では適切な溶接
ができなかった。しかも、高速な溶接ほど溶け込みが浅
くなり、そのために溶接電流を高くする必要があるが、
溶接電流を高くすると、更にハンピングが起こり易くな
り、結果として既存のシールドガスでは、３０ｃｍ／ｍ
ｉｎ以上の高速度のＴＩＧ溶接は不可能となっていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した事情
に鑑みなされたもので、溶接施工の加工能率を向上せし
めることを目的とし、オーステナイト系ステンレス鋼を
ＴＩＧ溶接するにあたって、従来のアルゴンガスをシー
ルドガスを用いたＴＩＧ溶接における溶接速度３０ｃｍ
／ｍｉｎ以上、好ましくは４０ｃｍ／ｍｉｎ以上の高速
度でも、上記ハンピング現象が生ずることなく、安定し
た、良好なビードが形成され、特にオーステナイト系ス
テンレス鋼の溶接に適用し得る高速ＴＩＧ溶接法を提供
することを本発明の解決すべき課題とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的達
成のため、請求項１に係わる発明は、ガス組成が、３０
容量％以上４０容量％未満のＨeガス、８〜９容量％の
Ｈ₂ガス、残部Ａrガスである３種混合ガスをシールドガ
スとして用いて、非消耗電極によって、オーステナイト
系ステンレス鋼を４０ｃｍ／ｍｉｎ以上の溶接速度でＴ
ＩＧ溶接することを特徴とするオーステナイト系ステン
レス鋼用高速ＴＩＧ溶接法としたものである。請求項２
に係わる発明は ガス組成が、４０容量％以上５０容量
％未満のＨeガス、６〜９容量％のＨ₂ガス、残部Ａrガ
スである３種混合ガスをシールドガスとして用いて、非
消耗電極によって、オーステナイト系ステンレス鋼を４
０ｃｍ／ｍｉｎ以上の溶接速度でＴＩＧ溶接することを
特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼用高速ＴＩＧ
溶接法としたものである。請求項３に係わる発明は、ガ
ス組成が、５０容量％以上７０容量％未満のＨeガス、
５〜９容量％のＨ₂ガス、残部Ａrガスである３種混合ガ
スをシールドガスとして用いて、非消耗電極によって、
オーステナイト系ステンレス鋼を４０ｃｍ／ｍｉｎ以上
の溶接速度でＴＩＧ溶接することを特徴とするオーステ
ナイト系ステンレス鋼用高速ＴＩＧ溶接法としたもので
ある。請求項４に係わる発明は、ガス組成が、７０容量
％以上９０容量％未満のＨeガス、４〜９容量％のＨ₂ガ
ス、残部Ａrガスである３種混合ガスをシールドガスと
して用いて、非消耗電極によって、オーステナイト系ス
テンレス鋼を４０ｃｍ／ｍｉｎ以上の溶接速度でＴＩＧ
溶接することを特徴とするオーステナイト系ステンレス
鋼用高速ＴＩＧ溶接法としたものである。請求項５に係
わる発明は、ガス組成が、９０容量％以上のＨeガス、
３〜９容量％のＨ₂ガス、残部Ａrガスである３種混合ガ
スをシールドガスとして用いて、非消耗電極によって、
オーステナイト系ステンレス鋼を４０ｃｍ／ｍｉｎ以上
の溶接速度でＴＩＧ溶接することを特徴とするオーステ
ナイト系ステンレス鋼用高速ＴＩＧ溶接法としたもので
ある。請求項６に係わる発明は、ガス組成が、２〜９容
量％のＨ₂ガス、残部Ｈeガスである２種混合ガスをシー
ルドガスとして用いて、非消耗電極によって、オーステ
ナイト系ステンレス鋼を４０ｃｍ／ｍｉｎ以上の溶接速
度でＴＩＧ溶接することを特徴とするオーステナイト系
ステンレス鋼用高速ＴＩＧ溶接法としたものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明のオーステナイト系ステン
レス鋼用高速ＴＩＧ溶接法は以下の如き形態で実施され
る。タングステンの如き非消耗電極として、溶接すべき
母材に向けてシールドガスを噴射せしめて、シ−ルドガ
ス雰囲気下で、非消耗電極と溶接母材間にアークを発生
せしめて溶接する方法であり、従来のアルゴンガスをシ
ールドガスとして使用した場合の溶接速度３０ｃｍ／ｍ
ｉｎ以上の４０ｃｍ／ｍｉｎ以上の溶接速度で溶接する
方法である。

【０００８】そして、そのために前記シールドガスとし
て、［Ｈeガス ＋ Ｈ₂ガス ＋ Ａrガス］よりなる３種
混合ガス、又は［Ｈeガス ＋ Ｈ₂ガス］よりなる２種混
合ガスを使用し、その組成は以下の通りでとしたもので
ある。 ● Ｈeガス:３０〜４０未満容量％、Ｈ₂ガス:８〜９容
量％、残部Ａrガス ● Ｈeガス:４０〜５０未満容量％、Ｈ₂ガス:６〜９容
量％、残部Ａrガス ● Ｈeガス:５０〜７０未満容量％、Ｈ₂ガス:５〜９容
量％、残部Ａrガス ● Ｈeガス:７０〜９０未満容量％、Ｈ₂ガス:４〜９容
量％、残部Ａrガス ● Ｈeガス:９０容量％以上、Ｈ₂ガス:３〜９容量％、
残部Ａrガス ● Ｈ₂ガス:２〜９容量％、残部Ｈeガス

【０００９】以上の条件によりオーステナイト系ステン
レス鋼をＴＩＧ溶接することにより、ハンピング等のビ
ード不整が生じることなく、水素の爆発範囲外となって
安全となり、従来のアルゴンガスをシールドガスとして
使用してＴＩＧ溶接した場合に良好な状態で溶接可能な
溶接速度３０ｃｍ／ｍｉｎ以上の溶接速度である、４０
ｃｍ／ｍｉｎ以上の溶接速度で溶接することができ、溶
接施工の加工能率を著しく向上せしめることができる。

【００１０】

【実施例】次に、本発明のオーステナイト系ステンレス
鋼用高速ＴＩＧ溶接法の実施例について説明する。 ［実施例１］本発明の実施例１として、以下の如き溶接
条件により、オーステナイト系ステンレス鋼よりなる母
材に高速ＴＩＧ溶接を行い、その時使用するシールドガ
スの組成を変化せしめるとともに、それぞれの組成のシ
ールドガスの雰囲気下で溶接速度を変化せしめて、その
組成変化と溶接速度の変化によるハンピングの発生の有
無について確認、評価した。

【００１１】＜溶接条件＞ ・溶接母材：オーステナイト系ステンレス鋼 ＳＵＳ３
０４、板厚６ｍｍ ・電極：ＪＩＳ Ｚ３２３３ ＹＷＬａ-２規格品タング
ステン 直径３.２ｍｍ ・電極−母材間距離：３ｍｍ ・トーチ傾斜角度：鉛直 ・前進角度：０度 ・溶接形状：ビードオンプレート溶接 以上の条件下で、溶接電流として２００Ａを流して、ビ
ードオンプレート溶接を行った。溶接速度は８０ｃｍ／
ｍｉｎ、１００ｃｍ／ｍｉｎ、１２０ｃｍ／ｍｉｎ、１
４０ｃｍ／ｍｉｎの４段階で各組成について溶接を行っ
た。

【００１２】そして、シールドガスとして、ヘリウムガ
ス（Ｈe）、水素ガス（Ｈ₂）及びアルゴンガス（Ａr）
の３種類の混合ガスの組成（容量％）を変化せしめて、
それぞれの組成ガスをシールドガスに使用した時の、ハ
ンピング現象発生の有無を確認し、評価した。これを表
１に表示する。なお、ハンピング現象発生の確認評価
は、以下の如き２段階評価で行った。 ○：ハンピング現象の発生無しで良好。 ×：ハンピング現象の発生有りで不合格。

【００１３】

【表１】

【００１４】表１に表示されて明らかなように、実施例
１により以下の事項が確認された。 シ−ルドガスとして従来のＡrガス単体を使用し
て、オーステナイト系ステンレス鋼をＴＩＧ溶接する
と、ハンピング現象が発生することなく溶接し得る最大
溶接速度は３０ｃｍ／ｍｉｎであることが確認できた。 又、シ−ルドガスとしてＨeガス単体、又はＨ₂ガス
（９容量％）＋残部Ａrガス（９１容量％）の２種混合
ガスを使用して、オーステナイト系ステンレス鋼をＴＩ
Ｇ溶接すると、ハンピング現象が発生しない最大溶接速
度は１００ｃｍ／ｍｉｎであることが確認できた。

【００１５】 シールドガスとして、Ｈeガス（３０
〜４０未満容量％）＋Ｈ₂ガス（８〜９容量％）＋残部
Ａrガスの３種混合ガスを使用して、オーステナイト系
ステンレス鋼をＴＩＧ溶接すると、溶接速度を１２０ｃ
ｍ／ｍｉｎに高めても、ハンピング現象が発生すること
なく良好なＴＩＧ溶接ができることが確認できた。 シールドガスとして、Ｈeガス（４０〜５０未満容
量％）＋Ｈ₂ガス（６〜９容量％）＋残部Ａrガスの３種
混合ガスを使用して、オーステナイト系ステンレス鋼を
ＴＩＧ溶接すると、溶接速度を１２０ｃｍ／ｍｉｎに高
めても、ハンピング現象が発生することなく良好なＴＩ
Ｇ溶接ができることが確認できた。 シールドガスとして、Ｈeガス（５０〜７０未満容
量％）＋Ｈ₂ガス（５〜９容量％）＋残部Ａrガスの３種
混合ガスを使用して、オーステナイト系ステンレス鋼を
ＴＩＧ溶接すると、溶接速度を１２０ｃｍ／ｍｉｎに高
めても、ハンピング現象が発生することなく良好なＴＩ
Ｇ溶接ができることが確認できた。 シールドガスとして、Ｈeガス（７０〜９０未満容
量％）＋Ｈ₂ガス（４〜９容量％）＋残部Ａrガスの３種
混合ガスを使用して、オーステナイト系ステンレス鋼を
ＴＩＧ溶接すると、溶接速度を１２０ｃｍ／ｍｉｎ以上
に高めても、ハンピング現象の発生がなく、良好なＴＩ
Ｇ溶接ができることが確認できた。

【００１６】 シールドガスとして、Ｈeガス（９０
容量％以上）＋Ｈ₂ガス（３〜９容量％）＋残部Ａrガス
の３種混合ガスを使用して、オーステナイト系ステンレ
ス鋼をＴＩＧ溶接すると、溶接速度を１２０ｃｍ／ｍｉ
ｎ以上に高めても、ハンピング現象が発生することなく
良好なＴＩＧ溶接ができることが確認できた。 シールドガスとして、Ｈ₂ガス（２〜９容量％）＋
残部Ｈeガスの２種混合ガスを使用して、オーステナイ
ト系ステンレス鋼をＴＩＧ溶接すると、溶接速度を１０
０ｃｍ／ｍｉｎに高めても、ハンピング現象が発生する
ことなく良好なＴＩＧ溶接ができることが確認できた。
なお、上記した〜項の水素の上限を９％としたが、
水素の濃度が９％より多くても溶接性の点では問題はな
い。但し、水素が９％を越えて９.５％以上になると、
大気中に放出した時に水素の爆発範囲となる可能性があ
るため、安全上の点から水素９％以下とすることが望ま
しい。

【００１７】又、上記した実施例１では、溶接電流とし
て２００Ａで溶接した例について説明したが、本発明は
これに限定されるものでなく、溶接電流は用途や目的に
合わせて適宜設定して使用するようにすれば良いことは
勿論である。又、上記実施例１では、板厚６ｍｍの母材
を使用して行ったが、いずれの板厚、においても、シー
ルドガスの組成と溶接速度との関係は変化がないもので
ある。なお又、溶接する継手の種類も、重ね継手の溶
接、Ｔ型継手の溶接や、突き合わせ継手の溶接等に適用
し得ることも勿論である。

【００１８】

【発明の効果】本発明のオーステナイト系ステンレス鋼
用高速ＴＩＧ溶接法は、上記した如き形態で実施され、
以下の如き効果を奏する。本発明の高速ＴＩＧ溶接では
シールドガスとして、上記した如き［Ｈeガス＋Ｈ₂ガス
＋Ａrガス］の３種混合ガス、又は［Ｈeガス＋Ｈ₂ガ
ス］の２種混合ガスをを用いることにより、既存のＡr
ガス単体等の溶接用シールドガスに比べて溶け込みを増
す作用が著しく向上すると共に、アーク圧力を低下させ
ることができるため、ハンピング等のビード不整が生じ
ることがなく、更にはアンダーカットも発生し難く、高
品質を保持したＴＩＧ溶接の高速度化を図ることができ
る。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス組成が、３０容量％以上４０容量％
   未満のＨeガス、８〜９容量％のＨ₂ガス、残部Ａrガス
   である３種混合ガスをシールドガスとして用いて、非消
   耗電極によって、オーステナイト系ステンレス鋼を４０
   ｃｍ／ｍｉｎ以上の溶接速度でＴＩＧ溶接することを特
   徴とするオーステナイト系ステンレス鋼用高速ＴＩＧ溶
   接法。
2. 【請求項２】 ガス組成が、４０容量％以上５０容量％
   未満のＨeガス、６〜９容量％のＨ₂ガス、残部Ａrガス
   である３種混合ガスをシールドガスとして用いて、非消
   耗電極によって、オーステナイト系ステンレス鋼を４０
   ｃｍ／ｍｉｎ以上の溶接速度でＴＩＧ溶接することを特
   徴とするオーステナイト系ステンレス鋼用高速ＴＩＧ溶
   接法。
3. 【請求項３】 ガス組成が、５０容量％以上７０容量％
   未満のＨeガス、５〜９容量％のＨ₂ガス、残部Ａrガス
   である３種混合ガスをシールドガスとして用いて、非消
   耗電極によって、オーステナイト系ステンレス鋼を４０
   ｃｍ／ｍｉｎ以上の溶接速度でＴＩＧ溶接することを特
   徴とするオーステナイト系ステンレス鋼用高速ＴＩＧ溶
   接法。
4. 【請求項４】 ガス組成が、７０容量％以上９０容量％
   未満のＨeガス、４〜９容量％のＨ₂ガス、残部Ａrガス
   である３種混合ガスをシールドガスとして用いて、非消
   耗電極によって、オーステナイト系ステンレス鋼を４０
   ｃｍ／ｍｉｎ以上の溶接速度でＴＩＧ溶接することを特
   徴とするオーステナイト系ステンレス鋼用高速ＴＩＧ溶
   接法。
5. 【請求項５】 ガス組成が、９０容量％以上のＨeガ
   ス、３〜９容量％のＨ₂ガス、残部Ａrガスである３種混
   合ガスをシールドガスとして用いて、非消耗電極によっ
   て、オーステナイト系ステンレス鋼を４０ｃｍ／ｍｉｎ
   以上の溶接速度でＴＩＧ溶接することを特徴とするオー
   ステナイト系ステンレス鋼用高速ＴＩＧ溶接法。
6. 【請求項６】 ガス組成が、２〜９容量％のＨ₂ガス、
   残部Ｈeガスである２種混合ガスをシールドガスとして
   用いて、非消耗電極によって、オーステナイト系ステン
   レス鋼を４０ｃｍ／ｍｉｎ以上の溶接速度でＴＩＧ溶接
   することを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼用
   高速ＴＩＧ溶接法。