JPH1034345A - チタンクラッド鋼板の溶接施工方法およびそれを用いた海洋構造物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】開先加工を必要とせず、溶接部を密閉被覆する
ためのチタン当て板が不要で、かつ作業性に優れたチタ
ンクラッド鋼板の溶接施工方法、およびこの方法により
得られるチタンクラッド鋼板で被覆された海洋構造物の
提供。 【解決手段】チタンクラッド鋼板３Ａ、３Ｂ、・・３Ｇ
の母材鋼３−2 側を抵抗溶接により鋼製の基材６表面に
接合し（斜線部が抵抗溶接部５Ａ）、隣接するチタンク
ラッド鋼板の間の隙間７を溶着金属（チタン系溶材等を
使用。但し、図３には図示していない）で被覆するチタ
ンクラッド鋼板の溶接施工方法、ならびにこの方法を用
いて得られる海水スプラッシュゾーンがチタンクラッド
鋼板で被覆された海洋構造物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、チタンクラッド鋼
板の溶接施工方法、およびこの方法を用いて得られる耐
食性に優れた海洋構造物に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼管や角型材等の鋼製の基材からなる海
洋構造物の橋脚は、通常、耐食性を確保するために塗装
等の防食処理が施されている。しかしながら、特に海水
面近くのスプラッシュゾーンでは腐食の進行が著しく、
単に表面を防食処理しただけでは十分な耐食性が得られ
ない。

【０００３】このような海水スプラッシュゾーンにおけ
る腐食を抑制するため、耐食性に優れたチタンが必要と
される箇所に巻き付けられた防食カバーが開示されてい
る（実開昭６２−４４９４８号公報）。これは、橋脚等
の構造物にシート状のチタンカバーが巻き付けられ、チ
タンカバー本体の両端にあらかじめ形成されているフラ
ンジが耐食性金属ボルトで固定されたもので、固定され
た両フランジ間には止水材（絶縁材）を介装させる等の
防食措置が施されている。しかし、最も過酷な環境とな
るスプラッシュゾーンでは止水材が腐食されるためその
効果が不十分で、カバー内への海水の侵入を避けること
ができず、十分な腐食抑制効果は得られない。

【０００４】鋼製の構造物へのチタンまたはチタン合金
板の取り付けを溶接により行うことができれば、これら
高耐食性の材料による密封被覆が可能となり、海水スプ
ラッシュゾーンにおける腐食を防止することができる。
しかし、チタンと鋼との溶接は、その界面に脆弱な金属
間化合物が形成されるため極めて難しい。

【０００５】これに対して、特開平４−１８２５２２号
公報、特開平５−２３９８１７号公報等には、チタンク
ラッド鋼板を用いてスプラッシュゾーンを密封被覆する
方法が提案されている。

【０００６】図６はこれらの公報に記載された実施例
で、海洋構造物の脚柱１１のスプラッシュゾーンがチタ
ンクラッド鋼板１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）で被覆
された状態を示す図である。表側がチタンクラッド鋼板
のチタン合わせ材で、チタンクラッド鋼板１２の母材
（鋼部）と鋼製の脚柱１１とはアーク溶接（隅肉溶接）
により接合されている。

【０００７】隣接するチタンクラッド鋼板１２の接合
は、図７（図６Ａ部の拡大説明図）に示すように、母材
（鋼部）１４（１４ａ、１４ｂ）どうしを突き合わせて
ＴＩＧ溶接し（図７（ａ）参照）、その際形成されるチ
タン合わせ材１３（１３ａ、１３ｂ）の欠落部１５（鋼
部母材どうしを接合するに際しチタン合わせ材を除去し
た部分）を、合わせ材と同種のチタン当て板（カバー
材）１６で被覆することによって行われる（図７
（ｂ））。なお、前記のチタンクラッド鋼板１２の母材
（鋼部）１４と脚柱１１との溶接部も同様にチタン当て
板で密閉被覆される。さらに、図８（図６Ｂ部の拡大説
明図）に示すように、チタンクラッド鋼板１２で被覆さ
れた最上段および最下段の接合端面では空隙１８が露出
した状態となり（図８（ａ））、その部分から海水が侵
入して溶接部を腐食するので、この空隙１８は溶着金属
１９により密封被覆される（図８（ｂ））。

【０００８】しかし、上記の方法では、チタンクラッド
鋼板を脚部に接合するにあたり、チタンと鋼が融合して
脆化層（金属間化合物）が形成されるのを防ぐため、あ
らかじめチタンクラッド鋼板の合わせ材（チタン）を除
去する開先加工が必要となる。また、金属間化合物の成
長を防止するために極めて低い溶接入熱で溶接せざるを
得ず、溶接施工の作業性が低い。さらに、チタンクラッ
ド鋼板の母材（鋼部）どうしの溶接部、および母材（鋼
部）と脚柱との溶接部の腐食を防止するために、その部
分を密閉被覆する多量のチタン当て板が必要となる。チ
タンクラッド鋼板で被覆した最上段および最下段の接合
端面には、前記のように開先加工で合わせ材（チタン）
を除去しているので大きな空隙が形成されており、この
空隙を溶着金属により密封することも必要である。しか
も、これらの作業（開先加工、チタン当て板による密閉
被覆、および空隙の溶着金属による密封）には多大な工
数を要し、施工コスト増が避けられない。

【０００９】一方、チタンクラッド鋼板の突き合わせ溶
接方法については、合わせ材（チタン）と母材（鋼部）
との境界部に凹陥部を形成し、この凹陥部に不活性ガス
を封入して合わせ材と母材を別々に裏波溶接する方法が
提案されている（特開平２−５２１７６号公報）。しか
し、この方法においても開先加工や凹陥部形成のための
加工が必要であり、接合端面には空隙があるので、上記
の問題は解決されない。

【００１０】また、特開平５−１８５２３７号公報に
は、熱影響による合わせ材（チタン）と母材（鋼部）の
クラッド面における金属間化合物の生成を防ぐために、
開先と共に開先より広い切り込みを設け、溶接後、この
切り込み部にスペーサー材（チタンクラッド鋼板）を挿
入し、Ａｇ−Ｃｕ系の溶材を用いてプラズマ溶接する方
法が開示されているが、やはり、開先加工や、切り込み
の形成、スペーサー材の挿入および溶接が必要である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
を解決するためになされたもので、構造物の鋼製の基材
等をチタンクラッド鋼板で被覆する際に適用できる、開
先加工が不要で、溶接部を密閉被覆するためのチタン当
て板等を必要とせず、しかも作業性に優れた溶接施工方
法、およびこの方法を用いて得られる耐食性に優れた海
洋構造物を提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】チタンクラッド鋼板を鋼
あるいはチタンと溶接する場合、溶接入熱が大きいと、
前述したように鋼とチタンの融合を生じ、脆弱な金属間
化合物が形成されて溶接部の強度およびクラッド鋼板自
体の接合強度が低下する。そのため、従来は、チタンク
ラッド鋼板の合わせ材（チタン）を除去する開先加工を
行ったり、このチタンが除去された部分やチタンクラッ
ド鋼板の母材（鋼部）どうしの溶接部、および母材（鋼
部）と脚柱との溶接部を密閉被覆するために多量のチタ
ン当て板を使用したりしなければならず、また、アーク
溶接により溶接入熱の小さい条件で溶接しなければなら
ないので、作業能率が極めて悪かった。

【００１３】そこで、本発明者らは、溶接入熱が小さ
く、しかも溶接作業効率のよい抵抗溶接に着目し、検討
を重ねた。その結果、鋼板とチタンクラッド鋼板の鋼
側、あるいはチタン板とチタンクラッド鋼板のチタン側
を重ね合わせ、抵抗溶接することにより、鋼どうしの接
合ナゲット、あるいはチタンどうしの接合ナゲットが形
成され、ナゲット内には金属間化合物が形成されず、ま
た、チタンクラッド鋼板自体のクラッド界面強度も損な
われないことを見いだした。

【００１４】図１は、チタンクラッド鋼板とこれと接合
される他の鋼板との抵抗溶接（シーム溶接）による接合
の状態を模式的に示す図である。図中の１は円盤状のシ
ーム溶接電極で、この電極１に通電しながら自走させる
ことにより、チタンクラッド鋼板３の母材鋼３−2 と他
の鋼板４との接触面にナゲット５Ｂが形成され、両者を
接合することができる。

【００１５】本発明は上記の知見に基づいてなされたも
ので、その要旨は、下記（１）の溶接施工方法、および
下記（２）の海洋構造物にある。

【００１６】（１）構造物の鋼製基材の表面を被覆する
ために行うチタンクラッド鋼板の溶接施工方法であっ
て、チタンクラッド鋼板の母材鋼側を抵抗溶接により前
記基材表面に接合し、隣接するチタンクラッド鋼板の間
の隙間を溶着金属で被覆することを特徴とするチタンク
ラッド鋼板の溶接施工方法。

【００１７】（２）海水スプラッシュゾーンがチタンク
ラッド鋼板で被覆された海洋構造物であって、前記チタ
ンクラッド鋼板の母材鋼側が抵抗溶接により前記構造物
に接合され、隣接するチタンクラッド鋼板の間の隙間が
溶着金属で被覆されていることを特徴とする耐食性に優
れた海洋構造物。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明を図面を用いて詳
細に説明する。

【００１９】上記（１）の発明は、構造物の鋼製基材の
表面を耐食性を高めるためにチタンクラッド鋼板で被覆
する際に適用できる溶接施工方法である。

【００２０】この方法においては、まず、被覆しようと
する構造物の基材表面に抵抗溶接によりチタンクラッド
鋼板を接合する。接合は、合わせ材（チタン）が外面に
なるように配し、前記図１に示したように、鋼どうし、
すなわちチタンクラッド鋼板の母材鋼側と基材（鋼製）
とを重ね合わせて行う。

【００２１】図２は、構造物の基材表面に抵抗溶接によ
りチタンクラッド鋼板を接合した状態の一例を模式的に
示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ線
横断面の一部とその面に接続する表面（一点鎖線で囲ん
だＳ1 とＳ2 の面）を手前斜め下方から見た斜視図であ
る。なお、図中の斜線部を挟む２本の平行な破線で表し
た部分は、抵抗溶接（シーム溶接）を施した抵抗溶接部
５Ａである。

【００２２】図２に示した例は、矩形状のチタンクラッ
ド鋼板３を抵抗溶接により構造物の基材６表面に接合し
た場合で、（ｂ）に示すように、抵抗溶接部５Ａの直下
のチタンクラッド鋼板３の母材鋼３−2 と基材６との接
触面に接合ナゲット５Ｂが形成されている。

【００２３】図３は、図２と同じくチタンクラッド鋼板
の接合状態を模式的に示す図で、チタンクラッド鋼板の
厚みと、互いに隣接するチタンクラッド鋼板の間の隙間
を意図的に拡大した図である。この図に示すように、隣
接するチタンクラッド鋼板３Ａ、３Ｂ・・３Ｆのそれぞ
れの間にはわずかな隙間７が生じており、この隙間７部
では、チタンクラッド鋼板の母材鋼３−2 の端部と基材
６とが外気に曝されることになる。そのため、この構造
物が海洋構造物であって、しかもチタンクラッド鋼板で
被覆した部分がスプラッシュゾーンに相当する部分であ
る場合は、この隙間部に海水が侵入し、鋼は激しい腐食
を受ける。

【００２４】従って、本発明方法では、この隣接するチ
タンクラッド鋼板の間の隙間７を溶着金属で被覆する。

【００２５】図４は隣接するチタンクラッド鋼板の間の
隙間の溶着金属による被覆を説明するための図で、図３
のII−II線横断面の一部（ＡからＡ′までの部分）を手
前斜め下方から見た斜視図である。チタンクラッド鋼板
３Ｂ、３Ｃの間の隙間全体を溶着金属により被覆する。
図中の符号９は溶着金属によるろう付溶接部である。な
お、被覆は、前記のチタンクラッド鋼板の母材鋼３−2
の端部および基材６が外気または海水から遮断された状
態になっていればよいので、少なくとも、基材６の露出
部から母材鋼３−2 の端部まで（図において、隙間の底
から隙間部分に破線で示したレベルまで）が被覆される
ように行えばよい。

【００２６】上記本発明の溶接施工方法で用いる抵抗溶
接法としては、例示したシーム溶接法に限らず、スポッ
ト溶接法を用いてもよい。また、抵抗溶接条件は、例え
ばチタンクラッド鋼板の母材鋼と橋脚の鋼部の溶接を行
う場合には、チタンクラッド鋼板の母材鋼の板厚に適し
た抵抗溶接条件とすればよい。

【００２７】耐食性を確保するために行うチタンクラッ
ド鋼板の間の隙間の溶着金属による被覆は、チタン系の
溶材（例えば、ＪＩＳ Ｚ３３３１に規定されるＴＷ２
８、ＴＷ３５等の棒、ワイヤ）を用いて行えばよい。

【００２８】上記本発明のチタンクラッド鋼板の溶接施
工方法は、従来行われている合わせ材（チタン）を除去
する開先加工が不要で、チタンクラッド鋼板の母材鋼ど
うしの溶接部や母材鋼と脚柱との溶接部を密閉被覆する
ためのチタン当て板を用いる必要もなく、しかも作業性
に優れている。

【００２９】前記（２）の発明は、上記本発明の溶接施
工方法を適用して得られる海水スプラッシュゾーンがチ
タンクラッド鋼板で被覆された海洋構造物である。

【００３０】図５はその一例を模式的に示す図である。
この図に示されるように、チタンクラッド鋼板３が合わ
せ材（チタン）を外面として抵抗溶接により構造物の基
材６の表面に接合されており、隣接するチタンクラッド
鋼板の間の隙間全体（図中に破線で示した部分）が溶着
金属２により被覆されている。

【００３１】被覆に使用するチタンクラッド鋼板は、爆
着、拡散接合、圧延接合などの既知の接合法により接合
された十分な接合強度を有するものであればよい。母材
鋼は、炭素鋼、純鉄、ステンレス鋼等、チタンとの接合
性が確保されるものであればよく、合わせ材のチタンと
しては、純チタン、あるいはチタン合金（例えば、Ｔｉ
−０．１５％Ｐｄ、Ｔｉ−５％Ａｌ−２．５％Ｓｎ）な
ど、海水に対して十分な耐食性を有するものが好適であ
る。

【００３２】また、チタンクラッド鋼板の板厚は、耐食
性の面からは規定されないが、溶接施工性や材料コスト
面から全厚で２〜５ｍｍ（合わせ材チタン厚が０．５〜
２ｍｍ）が好ましい。

【００３３】この海洋構造物は、腐食の激しい海水スプ
ラッシュゾーンがチタンクラッド鋼板で被覆されている
ので、優れた耐食性を有している。

【００３４】

【発明の効果】構造物の鋼製基材の表面をチタンクラッ
ド鋼板で被覆するに際し本発明の溶接施工方法を適用す
れば、開先加工が不要で、溶接部を密閉被覆するための
チタン当て板を用いる必要がない。しかも、この方法は
作業性にも優れている。また、この方法を用いて得られ
る海洋構造物は、隣接するチタンクラッド鋼板の間の隙
間が溶着金属で被覆されているので、海水スプラッシュ
ゾーンに曝されても優れた耐食性を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】チタンクラッド鋼板と他の鋼板との抵抗溶接
（シーム溶接）による接合の状態を模式的に示す図であ
る。

【図２】構造物の基材表面に抵抗溶接によりチタンクラ
ッド鋼板を接合した状態の一例を模式的に示す図で、
（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ線横断面の一
部の斜視図である。

【図３】構造物の基材表面とチタンクラッド鋼板との抵
抗溶接による接合状態を模式的に示す図である。

【図４】隣接するチタンクラッド鋼板の間の隙間の溶着
金属による被覆を説明するための模式図で、図３のII−
II線横断面の一部の斜視図である。

【図５】海水スプラッシュゾーンがチタンクラッド鋼板
で被覆された本発明の海洋構造物の一例を模式的に示す
図である。

【図６】海水スプラッシュゾーンがチタンクラッド鋼板
で被覆された従来の海洋構造物の一例を模式的に示す図
である。

【図７】図６のＡ部の拡大説明図で、（ａ）はチタンク
ラッド鋼板の母材鋼の接合状態を示す図、（ｂ）は当て
板を接合した状態を示す図である。

【図８】図６のＢ部の拡大説明図で、（ａ）はチタンク
ラッド鋼板の接合端面の状態を示す図、（ｂ）はシール
被覆した状態を示す図である。

【符号の説明】

１：シーム溶接電極 ２：溶着金属 ３：チタンクラッド鋼板 ３Ａ、３Ｂ、…３Ｇ：チタンクラッド鋼板 ３−1 チタン ３−2 母材鋼 ４：鋼板 ５Ａ：抵抗溶接部 ５Ｂ：ナゲット ６：基材 ７：隙間 ８：端面 ９：ろう付溶接部 １１：脚柱 １２：チタンクラッド鋼板 １３：チタン合わせ材 １４：母材 １５：欠落部 １６：チタン当て板 １７：隅肉溶接 １８：空隙 １９：溶着金属 ２０：隅肉溶接部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】構造物の鋼製基材の表面を被覆するために
   行うチタンクラッド鋼板の溶接施工方法であって、チタ
   ンクラッド鋼板の母材鋼側を抵抗溶接により前記基材表
   面に接合し、隣接するチタンクラッド鋼板の間の隙間を
   溶着金属で被覆することを特徴とするチタンクラッド鋼
   板の溶接施工方法。
2. 【請求項２】海水スプラッシュゾーンがチタンクラッド
   鋼板で被覆された海洋構造物であって、前記チタンクラ
   ッド鋼板の母材鋼側が抵抗溶接により前記構造物に接合
   され、隣接するチタンクラッド鋼板の間の隙間が溶着金
   属で被覆されていることを特徴とする耐食性に優れた海
   洋構造物。