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JP2015083315A - Mig arc brazing wire, mig arc brazing method and mig arc brazing joint body - Google Patents

Mig arc brazing wire, mig arc brazing method and mig arc brazing joint body Download PDF

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JP2015083315A
JP2015083315A JP2013222447A JP2013222447A JP2015083315A JP 2015083315 A JP2015083315 A JP 2015083315A JP 2013222447 A JP2013222447 A JP 2013222447A JP 2013222447 A JP2013222447 A JP 2013222447A JP 2015083315 A JP2015083315 A JP 2015083315A
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mig arc
arc brazing
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JP2013222447A
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加藤 剛
Takeshi Kato
剛 加藤
崇史 濱田
Takashi Hamada
崇史 濱田
駿介 牧野
Shunsuke Makino
駿介 牧野
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an MIG arc brazing wire, MIG arc brazing method and MIG arc brazing joint body which achieve a good joint.SOLUTION: The MIG arc brazing wire is a wire for joining a joint material comprising a base material comprising carbon steel and copper by MIG arc brazing, with silicon (Si) content being 2.0-5.0 mass% and manganese (Mn) content being 0.5-2.0 wt.%, and with the balance being Cu and inevitable impurities.

Description

本発明の実施形態は、MIGアークブレージング用ワイヤ、MIGアークブレージング方法及びMIGアークブレージング接合体に関する。   Embodiments described herein relate generally to a MIG arc brazing wire, a MIG arc brazing method, and a MIG arc brazing joint.

バルブ型水車発電機は、バルブと呼ばれる卵形をした構造物に発電機を内蔵した発電機である。バルブは、内筒と外筒とから構成されており、外筒は発電機を内蔵している。また、外筒は内筒と中心軸を同軸として内筒を取り囲んで形成されている。内筒及び外筒はいずれも炭素鋼で構成され、内筒と外筒の間には外筒に接合された複数の銅製の伝熱フィンが設けられている。そしてこの伝熱フィンを介してバルブ内部の熱が外部に放出されるようになっている。   A valve-type water turbine generator is a generator in which a generator is built in an egg-shaped structure called a valve. The valve is composed of an inner cylinder and an outer cylinder, and the outer cylinder incorporates a generator. Further, the outer cylinder is formed so as to surround the inner cylinder with the inner cylinder and the central axis being coaxial. Both the inner cylinder and the outer cylinder are made of carbon steel, and a plurality of copper heat transfer fins joined to the outer cylinder are provided between the inner cylinder and the outer cylinder. The heat inside the valve is released to the outside through the heat transfer fins.

また、使用済み核燃料を貯蔵するためのキャスク(遮蔽容器)は使用済み核燃料を貯蔵する内筒と、この内筒と中心軸を同軸として内筒を取り囲んだ外筒が設けられている。外筒は、外部からの衝撃を吸収するように構成されている。内筒と外筒はいずれも炭素鋼で構成され、内筒の外周及び外筒の内周には複数の銅製の伝熱フィンが接合されている。そして、この伝熱フィンを介して使用済み核燃料の熱が外部に放熱されるようになっている。   A cask (shielding container) for storing spent nuclear fuel is provided with an inner cylinder for storing the spent nuclear fuel, and an outer cylinder surrounding the inner cylinder with the inner cylinder and the central axis as the same axis. The outer cylinder is configured to absorb external impacts. Both the inner cylinder and the outer cylinder are made of carbon steel, and a plurality of copper heat transfer fins are joined to the outer circumference of the inner cylinder and the inner circumference of the outer cylinder. The heat of the spent nuclear fuel is radiated to the outside through the heat transfer fins.

上記したような銅と炭素鋼の異材接合には、TIG溶接やアークブレージングが用いられている。アークブレージングとして、例えばプラズマMIGアークブレージングが用いられる。プラズマMIGアークブレージングは、プラズマアークで被接合材を溶融しない程度に加熱し、そのプラズマアーク内でMIGアークブレージングを行う技術である。しかしながら、プラズマMIGアークブレージングでは、溶接装置やトーチが大型化して狭隘部の接合が難しいことや、手動接合が困難であるという課題があった。   TIG welding and arc brazing are used for joining different materials of copper and carbon steel as described above. As the arc brazing, for example, plasma MIG arc brazing is used. Plasma MIG arc brazing is a technique in which the material to be joined is heated to such an extent that it is not melted by the plasma arc, and MIG arc brazing is performed in the plasma arc. However, in plasma MIG arc brazing, there is a problem that the welding apparatus and torch are enlarged and it is difficult to join the narrow portion, and manual joining is difficult.

銅と炭素鋼の接合以外には、ステンレス鋼と炭素鋼の接合においてアークブレージングが用いられることがある。例えば、炭酸ガス5〜22体積%と残部がアルゴン、ヘリウム、またはアルゴンとヘリウムの混合ガスを含んだシールドガスを用い、低入熱溶接電源と組み合せたアークブレージング方法が知られている。特に、低入熱溶接電源は、スパッタ発生量を低減できる等の利点があり、アークブレージングに用いられる低入熱溶接電源についても種々の提案がなされている。   Arc brazing may be used in joining stainless steel and carbon steel other than joining copper and carbon steel. For example, an arc brazing method using a shielding gas containing 5 to 22% by volume of carbon dioxide gas and the balance of argon, helium, or a mixed gas of argon and helium in combination with a low heat input welding power source is known. In particular, the low heat input welding power source has the advantage that the amount of spatter can be reduced, and various proposals have been made for the low heat input welding power source used for arc brazing.

特開2008−82906号公報JP 2008-82906 A

しかしながら、銅と炭素鋼とを低入熱溶接電源を用いてMIGアークブレージングで接合する際、従来のシールドガスを用いると、シールドガスに炭酸ガスが含まれているためにスパッタ発生量が増加し易い。また、銅と炭素鋼は熱伝導率が大きく異なるために、低入熱溶接電源を用いてMIGアークブレージングを行った場合に溶滴移行が安定せず、溶接ビードが蛇行する等、溶接ビード形状の不良が生じ易い。また銅と炭素鋼のMIGアークブレージングでは、アークも不安定となり易い。このように、低入熱溶接電源を用いたMIGアークブレージングにおいて、接合される材料に応じた最適なワイヤ及びシールドガスの組成については知られていなかった。   However, when copper and carbon steel are joined by MIG arc brazing using a low heat input welding power source, the amount of spatter generated increases because carbon dioxide is contained in the shield gas when the conventional shield gas is used. easy. In addition, because copper and carbon steel have greatly different thermal conductivities, when MIG arc brazing is performed using a low heat input welding power source, the droplet transfer is not stable, and the weld bead shape is meandering. This is likely to occur. Also, with MIG arc brazing of copper and carbon steel, the arc is also likely to become unstable. Thus, in the MIG arc brazing using the low heat input welding power source, the optimal wire and shield gas composition according to the material to be joined has not been known.

本発明の解決しようとする課題は、銅と炭素鋼の接合において、良好な接合を達成することができるMIGアークブレージング用ワイヤ、MIGアークブレージング方法及びMIGアークブレージング接合体を提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to provide a wire for MIG arc brazing, a MIG arc brazing method, and a MIG arc brazing joined body capable of achieving good joining in joining copper and carbon steel.

実施形態のMIGアークブレージング用ワイヤは、炭素鋼からなる母材及び銅からなる被接合材を、MIGアークブレージングにより接合するためのワイヤであって、ケイ素(Si)含有量が2.0〜5.0質量%、マンガン(Mn)含有量が0.5〜2.0重量%であり、残部がCu及び不可避的不純物からなることを特徴とする。   The wire for MIG arc brazing of the embodiment is a wire for joining a base material made of carbon steel and a material to be joined made of copper by MIG arc brazing, and has a silicon (Si) content of 2.0 to 5 0.0 mass%, manganese (Mn) content is 0.5 to 2.0 wt%, and the balance consists of Cu and inevitable impurities.

実施形態のMIGアークブレージング接合体を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the MIG arc brazing joined body of embodiment. 実施形態のMIGアークブレージング装置を概略的に示す図である。It is a figure showing roughly the MIG arc brazing device of an embodiment. 実施形態のMIGアークブレージング方法による試験体及び溶接トーチの位置関係を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the positional relationship of the test body and welding torch by the MIG arc brazing method of embodiment. 実施形態のバルブ水車発電機を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the valve turbine generator of embodiment. 実施形態のバルブ水車発電機(図4)のA−A断面図である。It is AA sectional drawing of the valve water turbine generator (FIG. 4) of embodiment. 実施形態の放射性格納容器の一例を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly an example of the radioactive storage container of embodiment. 図6の放射性格納容器の接合部を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the junction part of the radioactive containment container of FIG. 実施例2のMIGアークブレージング方法による試験体及び溶接トーチの位置関係を示す概略構成図である。6 is a schematic configuration diagram showing a positional relationship between a test body and a welding torch according to a MIG arc brazing method of Example 2. FIG.

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。各図において、共通する機能を有する装置は同一の符号を付して示し、重複する説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, devices having common functions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図1は、本実施形態のMIGアークブレージング用ワイヤを用いて、MIGアークブレージング方法により形成されるMIGアークブレージング接合体1を示す断面図である。MIGアークブレージング接合体1において、炭素鋼からなる板状の母材2及び銅からなる板状の被接合材3は、ビード4によって接合されている。母材2と被接合材3は、接合角θが好ましくはθ=90〜135°で略T字型に組み合わされている。これは、オーバーラップやアンダーカットのない良好なビード4を形成させるためである。なお、接合角θは、母材2及び被接合材3においてビード4の形成される板面同士がなす角度である。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing a MIG arc brazing joined body 1 formed by the MIG arc brazing method using the MIG arc brazing wire of the present embodiment. In the MIG arc brazing joined body 1, a plate-like base material 2 made of carbon steel and a plate-like joined material 3 made of copper are joined by a bead 4. The base material 2 and the material to be joined 3 are combined in a substantially T shape with a joining angle θ of preferably θ = 90 to 135 °. This is to form a good bead 4 with no overlap or undercut. Note that the bonding angle θ is an angle formed by the plate surfaces on which the beads 4 are formed in the base material 2 and the bonded material 3.

MIGアークブレージング接合体1は、母材2と被接合材3を、特定の組成のワイヤ及びシールドガスを用い、低入熱溶接電源を使用してMIGアークブレージングを施すことで形成される。   The MIG arc brazing joined body 1 is formed by subjecting the base material 2 and the material to be joined 3 to MIG arc brazing using a wire and shield gas having a specific composition and using a low heat input welding power source.

母材2は炭素鋼からなる。母材2である炭素鋼は、熱伝導率が好ましくは50〜70W/mK、より好ましくは55〜60W/mKである。母材2として、例えば、炭素(C)の含有量が質量%で、0.02〜2%の範囲である低炭素鋼、中炭素鋼、高炭素鋼が好ましく用いられる。   The base material 2 is made of carbon steel. The carbon steel as the base material 2 has a thermal conductivity of preferably 50 to 70 W / mK, more preferably 55 to 60 W / mK. As the base material 2, for example, low carbon steel, medium carbon steel, and high carbon steel having a carbon (C) content of 0.02 to 2% in mass% are preferably used.

一方、本実施形態における被接合材3は銅からなる。被接合材3である銅は、熱伝導率が好ましくは350〜450W/mK、より好ましくは360〜420W/mKである。被接合材3としては、例えば、脱酸銅、無酸素銅、タフピッチ銅等の純銅が好ましく用いられる。本実施形態のMIGアークブレージング方法によれば、上記したように熱伝導率の異なる母材2と被接合材3を用いて、良好な接合を達成することができる。また、母材2及び被接合材3の形状は特に限定されず、板状以外の形状であってもよい。この場合、母材2及び被接合材3におけるMIGアークブレージングの施される面が略平面状であることが好ましい。   On the other hand, the material 3 to be joined in the present embodiment is made of copper. Copper which is the material to be bonded 3 preferably has a thermal conductivity of 350 to 450 W / mK, more preferably 360 to 420 W / mK. For example, pure copper such as deoxidized copper, oxygen-free copper, and tough pitch copper is preferably used as the material to be bonded 3. According to the MIG arc brazing method of the present embodiment, good bonding can be achieved using the base material 2 and the material to be bonded 3 having different thermal conductivities as described above. Moreover, the shape of the base material 2 and the to-be-joined material 3 is not specifically limited, Shapes other than plate shape may be sufficient. In this case, it is preferable that the surfaces on which the MIG arc brazing is applied in the base material 2 and the material to be joined 3 are substantially flat.

本実施形態のワイヤは、2.0〜5.0質量%のケイ素(Si)、0.5〜2.0質量%のマンガン(Mn)を含み、残部が銅(Cu)及び不可避不純物からなるソリッドワイヤである。以下に本発明のMIGアークブレージング用ワイヤの成分限定理由を述べる。   The wire of this embodiment contains 2.0-5.0 mass% silicon (Si), 0.5-2.0 mass% manganese (Mn), and the balance consists of copper (Cu) and inevitable impurities. Solid wire. The reasons for limiting the components of the MIG arc brazing wire of the present invention will be described below.

MIGアークブレージングにおけるアークの安定性に関しては、Si及びMnがワイヤに含まれることが重要である。アークが安定しない場合には、ビード4の形状不良、スパッタ発生等といった接合欠陥や不具合を生じやすくなる。アークを安定させるためには、アークの陰極点が安定的に形成されることが重要であるが、陰極側に酸化物が存在すると、陰極点がより生成され易くなる。Si及びMnは陰極点の元となる酸化物を生成するため、アークの安定性を向上させる。   With respect to arc stability in MIG arc brazing, it is important that Si and Mn are included in the wire. When the arc is not stable, bonding defects and defects such as a shape defect of the bead 4 and spatter are likely to occur. In order to stabilize the arc, it is important that the arc spot of the arc is stably formed. However, when an oxide is present on the cathode side, the cathode spot is more easily generated. Since Si and Mn generate oxides that are the source of cathode spots, the stability of the arc is improved.

Siはアーク安定性を向上させるとともにビード4の形状を向上させる効果を有する。ここで、Siが2.0質量%未満であると、ワイヤ先端に発生するアークが安定せず、ビード4の形状はMIGアークブレージング方向に対して蛇行した形状になる。また、Siが5.0質量%を超えると、アークは安定するが、ビード4の形状は凸状になる。いずれも、良好な形状のビード4が得難いため、Siの含有量は2.0〜5.0質量%であり、好ましくは3.0〜4.0質量%である。   Si has the effect of improving the arc stability and improving the shape of the bead 4. Here, when Si is less than 2.0% by mass, the arc generated at the wire tip is not stable, and the shape of the bead 4 becomes a meandering shape with respect to the MIG arc brazing direction. Moreover, when Si exceeds 5.0 mass%, an arc will be stabilized, but the shape of the bead 4 will become convex. In any case, since it is difficult to obtain a bead 4 having a good shape, the Si content is 2.0 to 5.0 mass%, preferably 3.0 to 4.0 mass%.

Mnは、Siはアーク安定性を向上させるとともに溶融した母材2及び被接合材3の流動性を高めて溶滴移行をスムーズにする効果を有する。Mnが0.5質量%未満であると、溶滴移行が不十分となり、溶滴が短絡移行の形態となる。一方、2.0質量%を超えると、溶滴の流動性が大きくなりすぎて溶滴が大きくなりグロビュラー移行となる。いずれの場合もスパッタ量が増大し易いため、Mnの含有量は0.5〜2.0質量%であり、好ましくは0.7〜1.5質量%である。   Mn has the effect of improving the arc stability and improving the fluidity of the molten base material 2 and the material 3 to be joined and smoothing the droplet transfer. When Mn is less than 0.5% by mass, droplet transfer becomes insufficient, and the droplet becomes a form of short-circuit transfer. On the other hand, if it exceeds 2.0% by mass, the fluidity of the droplet becomes too large and the droplet becomes large, resulting in a globular transition. In any case, since the amount of sputtering tends to increase, the content of Mn is 0.5 to 2.0% by mass, preferably 0.7 to 1.5% by mass.

なお、不可避不純物としては、ワイヤ製造原料に由来するニッケル(Ni)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、ホウ素(B)等が挙げられ、その含有量は合計で0.0001質量%未満である。   Inevitable impurities include nickel (Ni), chromium (Cr), molybdenum (Mo), boron (B) and the like derived from the wire manufacturing raw material, and the total content is less than 0.0001% by mass. is there.

本実施形態において、シールドガスは、ヘリウム(He)が50〜80体積%であり、残部がArおよび不可避的不純物からなる。以下、シールドガスの成分限定理由を述べる。   In this embodiment, helium (He) is 50 to 80% by volume of the shielding gas, and the balance is made of Ar and inevitable impurities. Hereinafter, the reasons for limiting the components of the shielding gas will be described.

HeはMIGアークブレージング中のアークを広げて安定化させる効果を持つ。Heはアルゴンガスと比較して電位傾度が大きいため、溶接時のアーク電圧が高くなり、母材2の加熱が促進される。また母材2の加熱量が増加することで、母材2が溶融した溶融池からのアーク安定性向上に有効な金属蒸気の発生も促進されるから、アーク安定性が向上する。   He has the effect of spreading and stabilizing the arc during MIG arc brazing. Since He has a higher potential gradient than argon gas, the arc voltage during welding is increased, and heating of the base material 2 is promoted. Further, since the heating amount of the base material 2 is increased, the generation of metal vapor effective in improving the arc stability from the molten pool in which the base material 2 is melted is also promoted, so that the arc stability is improved.

Heが50%未満の場合、タングステン電極先端に発生するアークが安定せず、ビード4の形状はMIGアークブレージング方向に対して蛇行した形状となる。また、Heが80%を超えるとアークは安定するが、ビード4の形状は凸状になり、良好なビード形状は得られない。したがって、Heは50〜80体積%、好ましくは65〜75体積%とする。   When He is less than 50%, the arc generated at the tip of the tungsten electrode is not stable, and the bead 4 has a meandering shape with respect to the MIG arc brazing direction. Further, when the He exceeds 80%, the arc is stabilized, but the shape of the bead 4 becomes convex and a good bead shape cannot be obtained. Therefore, He is 50 to 80% by volume, preferably 65 to 75% by volume.

なお、不可避不純物としては、大気中に存在する酸素(O)や水素(H)が挙げられ、これらの含有量は合計で0.0001体積%未満である。 Inevitable impurities include oxygen (O 2 ) and hydrogen (H 2 ) present in the atmosphere, and the total content thereof is less than 0.0001% by volume.

次に、本実施形態のMIGアークブレージング接合体1の形成方法を説明する。図2は本実施形態におけるMIGアークブレージング装置100の一例を示す概略構成図である。図2において、溶接トーチ10はガスノズル5とコンタクトチップ6で構成されている。コンタクトチップ6には空洞が設けられており、この空洞内にワイヤ7が挿入されている。MIGアークブレージングが開始されると、低入熱溶接電源11がワイヤ7及び母材2間に電圧を印加して、アークを発生させる。同時に、ガス供給装置9からシールドガスがガスノズル5に供給され、ガスノズル5の先端からワイヤ7の周囲を覆うように流出させる。そして、発生したアークによりビードを形成させながら、ワイヤ7がワイヤ送給装置8によって自動的に連続的に送給される。   Next, the formation method of the MIG arc brazing joined body 1 of this embodiment is demonstrated. FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an example of the MIG arc brazing apparatus 100 in the present embodiment. In FIG. 2, the welding torch 10 includes a gas nozzle 5 and a contact tip 6. The contact chip 6 is provided with a cavity, and a wire 7 is inserted into the cavity. When the MIG arc brazing is started, the low heat input welding power source 11 applies a voltage between the wire 7 and the base material 2 to generate an arc. At the same time, the shield gas is supplied from the gas supply device 9 to the gas nozzle 5 and flows out from the tip of the gas nozzle 5 so as to cover the periphery of the wire 7. The wire 7 is automatically and continuously fed by the wire feeder 8 while forming a bead by the generated arc.

図3は、本実施形態のMIGアークブレージング方法を示す概略図である。先ず、配置工程で、母材2と被接合材3を、接合角θ=90°のT字型に組み合わせる。母材2を水平から好ましくはα=45〜55°に傾斜させて、母材2及び接合材3の接合角θの二等分線が鉛直方向になるように配置する。次いで、接合工程で、本実施形態のMIGアークブレージングを施す。このとき、溶射トーチ10を上記鉛直方向からの傾斜角βを好ましくはβ=±5°とする。これによりアークを安定させて溶滴移行を安定的に行うことができるため、良好な形状のビード4を形成し、良好に接合されたMIGアークブレージング接合体1を得ることができる。   FIG. 3 is a schematic view showing the MIG arc brazing method of the present embodiment. First, in the arranging step, the base material 2 and the material to be joined 3 are combined into a T shape having a joining angle θ = 90 °. The base material 2 is inclined from the horizontal, preferably α = 45 to 55 °, and is arranged so that the bisector of the joint angle θ of the base material 2 and the joint material 3 is in the vertical direction. Next, the MIG arc brazing of this embodiment is performed in the joining process. At this time, the inclination angle β of the thermal spraying torch 10 from the vertical direction is preferably β = ± 5 °. Thereby, since the arc can be stabilized and the droplet transfer can be performed stably, the bead 4 having a good shape can be formed and the MIG arc brazing joined body 1 which is well joined can be obtained.

シールドガスの流量は特に限定されず、例えば10〜30リットル/分とする。シールドガス流量が10リットル/分未満の場合、溶融金属部が適切にシールドされず、気孔が発生することがある。シールドガス流量が30リットル/分を超える場合、大気の巻き込みが生じて、気孔が発生することがある。低入熱溶接電源9としては、CMT(Cold Metal Transfer)電源を用いることが好ましい。また、入熱量は母材の変形防止に有効であるため、10〜200kJ/cmとすることが好ましい。   The flow rate of the shielding gas is not particularly limited and is, for example, 10 to 30 liters / minute. When the shielding gas flow rate is less than 10 liters / minute, the molten metal part is not properly shielded, and pores may be generated. When the shielding gas flow rate exceeds 30 liters / minute, air entrainment may occur and pores may be generated. As the low heat input welding power source 9, it is preferable to use a CMT (Cold Metal Transfer) power source. Further, since the heat input is effective for preventing deformation of the base material, it is preferably 10 to 200 kJ / cm.

このように、本実施形態のMIGアークブレージング方法によれば、アークの安定性、ビード4の形状に優れ、スパッタ発生の低減された接合が可能であるため、接合性に優れたMIGアークブレージングが達成され、良好に接合されたMIGアークブレージング接合体1を得ることができる。   As described above, according to the MIG arc brazing method of the present embodiment, since the arc stability and the shape of the bead 4 are excellent and joining with reduced spatter generation is possible, MIG arc brazing having excellent joining properties is achieved. The MIG arc brazing joined body 1 which is achieved and is well joined can be obtained.

次に、本実施形態のMIGアークブレージング方法の適用例について説明する。図4はバルブ水車発電機20を示す概略構成図である。バルブ水車発電機20は内筒21と、発電機27を内蔵し、内筒21と中心軸を同軸として内筒21を同軸上に取り囲む外筒22と、外筒22の内面側に接合され、発電機27で発生する熱を放熱する複数の伝熱フィン23を備えている。内筒21及び外筒22は炭素鋼から構成され、伝導フィン23は銅で構成されている。バルブ水車発電機20の外筒22の中心には、回転軸24が貫設されている。回転軸24の、外筒22の外側の一端には水流を受けて回転するランナ(図示せず)が備えられ、回転軸24の他方の端部には発電機回転子25が備えられている。発電機回転子25と対向する外筒23の内部壁面には、発電機固定子26が保持されており、発電機回転子25が回転することで発電機固定子26に電流を発生させるようになっている。   Next, an application example of the MIG arc brazing method of the present embodiment will be described. FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing the valve turbine generator 20. The valve turbine generator 20 includes an inner cylinder 21 and a generator 27, and is joined to the inner cylinder 21 and the outer cylinder 22 that coaxially surrounds the inner cylinder 21 with the central axis as the center axis, and the inner surface of the outer cylinder 22. A plurality of heat transfer fins 23 for radiating heat generated by the generator 27 are provided. The inner cylinder 21 and the outer cylinder 22 are made of carbon steel, and the conductive fins 23 are made of copper. A rotary shaft 24 is provided through the center of the outer cylinder 22 of the valve turbine generator 20. One end of the rotating shaft 24 outside the outer cylinder 22 is provided with a runner (not shown) that rotates by receiving a water flow, and the other end of the rotating shaft 24 is provided with a generator rotor 25. . A generator stator 26 is held on the inner wall surface of the outer cylinder 23 facing the generator rotor 25, and a current is generated in the generator stator 26 by rotating the generator rotor 25. It has become.

図5は、バルブ水車発電機20のA−A断面図である。バルブ水車発電機20において、外筒22には伝熱フィン23がビード28によって接合されて図1に示すものと同様のMIGアークブレージング接合体1が形成されている。ビード28は、外筒22及び伝熱フィン23の接合面の一方の側から本実施形態のMIGアークブレージングを施すことで形成される。これにより、アークの安定性、ビード28の形状に優れ、スパッタ発生の低減された接合が可能である。したがって、外筒22及び伝熱フィン23を良好に接合したMIGアークブレージング接合体1を得ることができる。   FIG. 5 is a cross-sectional view of the valve turbine generator 20 taken along the line AA. In the valve turbine generator 20, the MIG arc brazing joined body 1 similar to that shown in FIG. 1 is formed on the outer cylinder 22 by joining heat transfer fins 23 with beads 28. The bead 28 is formed by performing the MIG arc brazing of the present embodiment from one side of the joint surface of the outer cylinder 22 and the heat transfer fin 23. Thereby, the stability of the arc and the shape of the bead 28 are excellent, and joining with reduced spatter generation is possible. Therefore, the MIG arc brazing joined body 1 in which the outer cylinder 22 and the heat transfer fins 23 are well joined can be obtained.

次に、本実施形態のMIGアークブレージング方法の他の適用例について説明する。図6は放射性核燃料格納容器30の一部を概略的に示す断面図である。図6の放射性核燃料格納容器30は使用済みの核燃料を貯蔵する内筒31と、内筒31と中心軸を同軸として内筒31を同軸上に取り囲む外筒32と、内筒31と外筒32の間に接合された複数の伝熱フィン33を備えている。放射性核燃料が内筒31、外筒32及び伝熱フィン33により区画された空間に収容され、伝熱フィン33を介してこの放射性核燃料が発生する熱が外部に放出されるようになっている。内筒31及び外筒32は炭素鋼から構成され、伝導フィン33は銅で構成されている。図7は、図6における接合部40を拡大した図である。接合部40は内筒31及び伝熱フィン33、外筒32及び伝熱フィン33がビード34によって接合されて形成されている。ビード34は、接合部40の一方の側から本実施形態のMIGアークブレージングを施すことで形成される。これにより、アークの安定性、ビード34の形状に優れ、スパッタ発生の低減された接合が可能である。したがって、内筒31及び伝熱フィン33、外筒32及び伝熱フィン33を良好に接合したMIGアークブレージング接合体1を得ることができる。   Next, another application example of the MIG arc brazing method of the present embodiment will be described. FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a part of the radioactive nuclear fuel storage container 30. 6 includes an inner cylinder 31 that stores spent nuclear fuel, an outer cylinder 32 that coaxially surrounds the inner cylinder 31 and a central axis that is coaxial with the inner cylinder 31, and an inner cylinder 31 and an outer cylinder 32. A plurality of heat transfer fins 33 are provided. The radioactive nuclear fuel is accommodated in a space defined by the inner cylinder 31, the outer cylinder 32, and the heat transfer fins 33, and heat generated by the radioactive nuclear fuel is released to the outside through the heat transfer fins 33. The inner cylinder 31 and the outer cylinder 32 are made of carbon steel, and the conductive fins 33 are made of copper. FIG. 7 is an enlarged view of the joint 40 in FIG. The joint portion 40 is formed by joining the inner cylinder 31 and the heat transfer fins 33, and the outer cylinder 32 and the heat transfer fins 33 by the beads 34. The bead 34 is formed by performing the MIG arc brazing of this embodiment from one side of the joint 40. Thereby, the stability of the arc and the shape of the bead 34 are excellent, and joining with reduced spatter generation is possible. Therefore, the MIG arc brazing joined body 1 in which the inner cylinder 31 and the heat transfer fins 33, the outer cylinder 32, and the heat transfer fins 33 are well bonded can be obtained.

なお、本実施形態ではバルブ水車発電機の外筒22と伝熱フィン23、放射性核燃料格納容器の内筒31及び外筒32と伝熱フィン33とを接合するMIGアークブレージング方法について説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、炭素鋼製材料と銅製材料との接合であれば、本実施形態のMIGアークブレージングを適用することが可能である。   In the present embodiment, the MIG arc brazing method has been described in which the outer cylinder 22 and the heat transfer fins 23 of the valve turbine generator and the inner cylinder 31 and the outer cylinder 32 of the radioactive nuclear fuel storage container and the heat transfer fins 33 are joined. The present invention is not limited to this. In other words, the MIG arc brazing of the present embodiment can be applied as long as it is a joining of a carbon steel material and a copper material.

次に、実施例を用いて本発明をより詳細に説明する。
(実施例1〜4、比較例1〜7)
図3において、母材2としてバルブ水車発電機20の外筒22を模擬した板厚16mmの炭素鋼板を用い、被接合材3として伝熱フィン23を模擬した板厚2.5mmの銅板を用いてMIGアークブレージング接合体1の試験体を作製した。試験体は、炭素鋼板に対して、銅板が接合角θ=90°のT字型となるように配置し、MIGアークブレージング接合体1の試験体における炭素鋼板を水平面からα=45°に傾斜させて、図2に示すものと同様のMIGアークブレージング装置で接合した。溶接トーチは鉛直方向からの傾斜角β=0°とし、電源は、CMT電源を使用した。ワイヤおよびシールドガスは表1に示す構成のものを作成し、これらを組み合わせて試験を実施した。
Next, the present invention will be described in more detail using examples.
(Examples 1-4, Comparative Examples 1-7)
In FIG. 3, a carbon steel plate having a thickness of 16 mm simulating the outer cylinder 22 of the valve turbine generator 20 is used as the base material 2, and a copper plate having a thickness of 2.5 mm simulating the heat transfer fins 23 is used as the material to be joined 3. Thus, a test body of the MIG arc brazing joined body 1 was produced. The test body is arranged so that the copper plate has a T-shape with a bonding angle θ = 90 ° with respect to the carbon steel plate, and the carbon steel plate in the test body of the MIG arc brazing bonded body 1 is inclined at α = 45 ° from the horizontal plane. Then, they were joined with the same MIG arc brazing apparatus as shown in FIG. The welding torch had an inclination angle β = 0 ° from the vertical direction, and the power source was a CMT power source. Wires and shield gas having the configurations shown in Table 1 were prepared, and a test was performed by combining them.

[MIGアークブレージング条件]
溶接装置:CMT溶接電源(フローニアス社製)
試験材(炭素鋼板):JIS G 3101(2004)SS400(板厚16mm)
試験材(銅板):JIS H 3100(2000)C1020(板厚2.5mm)
ワイヤ送給速度:6m/分
ワイヤ径:φ1.2mm
ブレージング速度:45cm/分
シールドガス流量:15〜20リットル/分
入熱量:10〜15kJ/cm程度
[MIG arc brazing conditions]
Welding equipment: CMT welding power source (Flounias)
Test material (carbon steel plate): JIS G 3101 (2004) SS400 (plate thickness 16 mm)
Test material (copper plate): JIS H 3100 (2000) C1020 (plate thickness 2.5 mm)
Wire feeding speed: 6m / min Wire diameter: φ1.2mm
Brazing speed: 45 cm / min Shield gas flow rate: 15-20 liter / min Heat input: about 10-15 kJ / cm

MIGアークブレージング中のアークの安定性、スパッタ発生量、ビード形状を評価対象とし、目視での評価を行った。結果を表1に示す。表1における評価は次のとおりである。   Visual evaluation was performed with respect to the stability of the arc during MIG arc brazing, the amount of spatter generated, and the bead shape. The results are shown in Table 1. The evaluation in Table 1 is as follows.

[アークの安定性]
アークの安定性を評価し、アークのふらつきがないものを○、アークのふらつきが見られるものを×とした。
[Arc stability]
The stability of the arc was evaluated. The case where there was no arc wobbling was marked with ○, and the case where arc wobbling was seen was marked with x.

[スパッタ発生量]
スパッタの発生量を観察し、ビードの近辺にスパッタの付着がないものを○、スパッタの付着があるものを×とした。
[Spatter generation amount]
The amount of spatter generated was observed. The case where there was no spatter adhesion in the vicinity of the bead was marked with ◯, and the case where spatter adhered was marked with ×.

[ビード形状]
ビードの形状を観察し、ビードの蛇行がないものを○、ビードが蛇行し、ビード止端にオーバーラップが生じているものを×とした。
[Bead shape]
The shape of the bead was observed. The case where there was no meandering of the beads was marked with ◯, and the case where the beads meandered and an overlap occurred at the toe end of the bead.

Figure 2015083315
Figure 2015083315

表1より、ワイヤ中のSi含有量が2.0〜5.0重量%、Mn含有量が0.5〜2.0重量%であり、シールドガス中のHeが50〜80容量%の組み合わせが良好な結果が得られることが分かる。   From Table 1, the Si content in the wire is 2.0 to 5.0% by weight, the Mn content is 0.5 to 2.0% by weight, and the He in the shielding gas is 50 to 80% by volume. It can be seen that good results are obtained.

(実施例5〜8、比較例8〜14)
図8は、本実施例のMIGアークブレージング方法を示す概略構成図である。本実施例では、図6の放射性核燃料格納容器の外筒31を模擬した板厚20mmの炭素鋼板12と伝熱フィン33を模擬した板厚6mmの銅板13を用いて試験体を作成した。図8に示すように、炭素鋼板12に対し、銅板13を、接合角θ=135°となるように配置し、炭素鋼板12を水平面からα=55°に傾斜させて、図2に示すものと同様のMIGアークブレージング装置で接合した。溶接トーチは鉛直方向からの傾斜角度β=0°とし、電源はCMT電源を使用した。ワイヤおよびシールドガスは表2に示す組成のものを作成し、これらを組み合わせて試験を実施した。
(Examples 5-8, Comparative Examples 8-14)
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing the MIG arc brazing method of the present embodiment. In this example, a test body was prepared using a carbon steel plate 12 having a thickness of 20 mm simulating the outer cylinder 31 of the radioactive nuclear fuel storage container shown in FIG. As shown in FIG. 8, the copper plate 13 is arranged with respect to the carbon steel plate 12 so that the joining angle θ = 135 °, and the carbon steel plate 12 is inclined at α = 55 ° from the horizontal plane, as shown in FIG. 2. It joined by the same MIG arc brazing apparatus. The welding torch had an inclination angle β = 0 ° from the vertical direction, and the power source was a CMT power source. Wires and shield gases having the compositions shown in Table 2 were prepared, and these were combined for testing.

[MIGアークブレージング条件]
溶接装置:CMT溶接電源(フローニアス社製)
試験材(炭素鋼板11):JIS G 3101(2004)SS400(板厚20mm)
試験材(銅板12):JIS H 3100(2000)C1020(板厚6mm)
ワイヤ送給速度:10m/分
ワイヤ径:φ1.2mm
ブレージング速度:45cm/分
シールドガス流量:15〜20リットル/分
入熱量:10〜15kJ/cm程度
[MIG arc brazing conditions]
Welding equipment: CMT welding power source (Flounias)
Test material (carbon steel plate 11): JIS G 3101 (2004) SS400 (plate thickness 20 mm)
Test material (copper plate 12): JIS H 3100 (2000) C1020 (plate thickness 6 mm)
Wire feed speed: 10m / min Wire diameter: φ1.2mm
Brazing speed: 45 cm / min Shield gas flow rate: 15-20 liter / min Heat input: about 10-15 kJ / cm

評価はMIGアークブレージング中のアークの安定性、スパッタ発生量、ビード形状を対象とし、実施例1と同様に目視での評価を行った。試験結果を表2に示す。   The evaluation was performed for visual stability in the same manner as in Example 1 with respect to the stability of the arc during MIG arc brazing, the amount of spatter generated, and the bead shape. The test results are shown in Table 2.

Figure 2015083315
Figure 2015083315

表2より、ワイヤ中のSi含有量が2.0〜5.0重量%、Mn含有量が0.5〜2.0重量%であり、シールドガス中のHeが50〜80容量%の組み合わせで良好な結果が得られることが分かる。   From Table 2, the Si content in the wire is 2.0 to 5.0% by weight, the Mn content is 0.5 to 2.0% by weight, and the He in the shielding gas is 50 to 80% by volume. It can be seen that good results can be obtained.

以上、説明した実施形態によれば、銅と炭素鋼の接合において、良好な接合を達成することができる。   As mentioned above, according to embodiment described, favorable joining can be achieved in the joining of copper and carbon steel.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1…接合体、2,12…母材、3,13…被接合材、4,28,34…ビード、5…ガスノズル、6…コンタクトチップ、7…ワイヤ、8…ワイヤ送給装置、9…ガス供給装置、10…溶接トーチ、11…低入熱溶接電源、20…バルブ水車発電機、21,31…内筒、22,32…外筒、23,33…伝熱フィン、24…回転軸、25…発電機回転子、26…発電機固定子、27…発電機、30…放射性核燃料格納容器、40…接合部、100…MIGアークブレージング装置。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Bonded body, 2, 12 ... Base material, 3, 13 ... Joined material, 4, 28, 34 ... Bead, 5 ... Gas nozzle, 6 ... Contact chip, 7 ... Wire, 8 ... Wire feeder, 9 ... Gas supply device, 10 ... welding torch, 11 ... low heat input welding power source, 20 ... valve turbine generator, 21, 31 ... inner cylinder, 22, 32 ... outer cylinder, 23, 33 ... heat transfer fin, 24 ... rotating shaft , 25 ... generator rotor, 26 ... generator stator, 27 ... generator, 30 ... radioactive nuclear fuel storage container, 40 ... junction, 100 ... MIG arc brazing device.

Claims (5)

炭素鋼からなる母材及び銅からなる被接合材を、MIGアークブレージングにより接合するためのワイヤであって、
ケイ素(Si)含有量が2.0〜5.0質量%、マンガン(Mn)含有量が0.5〜2.0重量%であり、残部がCu及び不可避的不純物からなることを特徴とするMIGアークブレージング用ワイヤ。
A wire for joining a base material made of carbon steel and a material to be joined made of copper by MIG arc brazing,
The silicon (Si) content is 2.0 to 5.0% by mass, the manganese (Mn) content is 0.5 to 2.0% by weight, and the balance is made of Cu and inevitable impurities. MIG arc brazing wire.
炭素鋼からなる母材及び銅からなる被接合材を接合するMIGアークブレージング方法であって、
前記母材及び前記被接合材を所定の接合角θで配置する配置工程と、
前記母材及び前記被接合材の接合面の片方の側に、ケイ素(Si)含有量が2.0〜5.0質量%、マンガン(Mn)含有量が0.5〜2.0重量%であり、残部がCu及び不可避的不純物からなるワイヤを送給する溶射トーチの先端を位置させ、
前記溶射トーチの先端を覆うようにヘリウム(He)含有量が50〜80体積%であり、残部がAr及び不可避不純物からなるシールドガスを供給し、
低入熱溶接電源によって前記ワイヤ及び前記母材間に電圧を印加させることでアークを発生させてビードを形成させながら、前記溶射トーチの先端から前記ワイヤを送給して前記母材及び前記被接合材を接合する接合工程と
を備えることを特徴とするMIGアークブレージング方法。
A MIG arc brazing method for joining a base material made of carbon steel and a material to be joined made of copper,
An arrangement step of arranging the base material and the material to be joined at a predetermined joining angle θ;
The silicon (Si) content is 2.0 to 5.0 mass% and the manganese (Mn) content is 0.5 to 2.0 wt% on one side of the joining surface of the base material and the material to be joined. And the tip of the thermal spraying torch for feeding a wire made of Cu and inevitable impurities is positioned,
A helium (He) content is 50 to 80% by volume so as to cover the tip of the thermal spraying torch, and the balance is supplied with a shielding gas composed of Ar and inevitable impurities,
While applying a voltage between the wire and the base material by a low heat input welding power source to generate an arc and forming a bead, the wire is fed from the tip of the spraying torch to supply the base material and the workpiece. A MIG arc brazing method comprising: a bonding step of bonding a bonding material.
前記母材は熱伝導率50〜70W/mKの炭素鋼であり、
前記被接合材は熱伝導率350〜450W/mKの銅であることを特徴とする請求項2記載のMIGアークブレージング方法。
The base material is carbon steel having a thermal conductivity of 50 to 70 W / mK,
The MIG arc brazing method according to claim 2, wherein the material to be joined is copper having a thermal conductivity of 350 to 450 W / mK.
前記母材及び前記被接合材は、接合角θ=90〜135°で接合されることを特徴とする請求項2又は3記載のMIGアークブレージング方法。   The MIG arc brazing method according to claim 2 or 3, wherein the base material and the material to be joined are joined at a joining angle θ of 90 to 135 °. 炭素鋼からなる母材及び銅からなる被接合材が、請求項2乃至4のいずれか1項記載のMIGアークブレージング方法で接合されたことを特徴とするMIGアークブレージング接合体。   A MIG arc brazing joined body, wherein a base material made of carbon steel and a material to be joined made of copper are joined by the MIG arc brazing method according to any one of claims 2 to 4.
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