JP2006192438A - Multi-layered welding method of narrow bevel joint - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、厚板のオーステナイト系ステンレス鋼からなる容器や配管などの管部材又は平板部材を相互に突き合せた開先継手の多層盛溶接方法に係わり、特に、溶接終了後の裏面側及び表面側の溶接部分に残留する引張応力を圧縮応力に変化させる又は大幅低減させるのに有効な狭開先継手の多層盛溶接方法に関する。 The present invention relates to a multi-layer welding method for groove joints in which pipe members or flat plate members such as containers and pipes made of thick austenitic stainless steel are abutted against each other, and in particular, the back side and the surface after welding is finished. The present invention relates to a multi-layer welding method for a narrow groove joint that is effective in changing or significantly reducing the tensile stress remaining in the welded portion on the side to a compressive stress.
原子力発電プラントや火力発電プラントの容器,配管,構成部品などの溶接構造物に用いられるオーステナイト系ステンレス鋼材は、溶接などによって結晶粒界にCr炭化物が析出し易く、結晶粒界近傍にCr欠乏層の形成により腐食に対する割れ感受性(材料の鋭敏化)が高くなることが知られている。また、溶接部分(溶接金属部及び隣接する熱影響部)には、高い引張残留応力が存在しており、高温水などの厳しい腐食環境下で使用されると、応力腐食割れが発生し易い。この応力腐食割れを防止するためには、前記材料の鋭敏化,引張応力,腐食環境の3因子の中から1つの因子を取り除く必要がある。このため、特に、高温水などの腐食環境下にさらされる溶接部分の表面及び近傍に残留する引張応力を圧縮応力に変化させる又は大幅低減させることが強く求められている。 Austenitic stainless steel materials used in welded structures such as containers, pipes, and components of nuclear power plants and thermal power plants tend to precipitate Cr carbide at the grain boundaries due to welding, and a Cr-deficient layer near the grain boundaries. It is known that crack formation (sensitization of material) against corrosion is enhanced by the formation of the above. Further, a high tensile residual stress exists in the welded portion (welded metal portion and adjacent heat affected zone), and stress corrosion cracking is likely to occur when used in a severe corrosive environment such as high-temperature water. In order to prevent this stress corrosion cracking, it is necessary to remove one factor from the three factors of sensitization of the material, tensile stress, and corrosive environment. For this reason, in particular, it is strongly required to change or significantly reduce the tensile stress remaining on and near the surface of the welded portion exposed to a corrosive environment such as high-temperature water.
従来から溶接材部分の引張残留応力の低減に関する溶接方法や溶接装置が幾つか提案されている。例えば、特許文献1(特公昭53−38246号公報)に記載の配管系の熱処理方法では、溶接組み立て後の配管の内部に冷却水を存在させ、前記配管の外部を加熱して管内面と管外面との間に温度差を発生させ、管内面を引張降伏させ、管外面を圧縮降伏させることが提案されている。 Conventionally, several welding methods and welding apparatuses for reducing the tensile residual stress of the welded material portion have been proposed. For example, in the piping system heat treatment method described in Patent Document 1 (Japanese Patent Publication No. 53-38246), cooling water is present inside the pipe after welding assembly, and the outside of the pipe is heated so that the inner surface of the pipe and the pipe are heated. It has been proposed to generate a temperature difference with the outer surface, to cause tensile yielding of the inner surface of the tube, and compression yielding of the outer surface of the tube.
また、特許文献2(特開2001−141629号公報)に記載のオーステナイト系ステンレス鋼溶接部位の予防保全方法及び装置では、線状の溶接部位を追従しながら高周波加熱コイルを移動させ、この高周波加熱コイルによって溶接部位を応力降伏点の温度より高い温度まで加熱する手順と、過熱領域に冷却水を噴出して急速冷却する手順を有することが提案されている。 In the preventive maintenance method and apparatus for an austenitic stainless steel welded part described in Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-141629), the high-frequency heating coil is moved while following the linear welded part, and this high-frequency heating is performed. It has been proposed to have a procedure for heating a welded part to a temperature higher than the stress yield point temperature by a coil, and a procedure for rapidly cooling a jet of cooling water in an overheated region.
一方、特許文献3(特表平9−512485号公報)に記載の金属部品を接合する方法及び装置では、選定速度(毎分127cm以上)で走行する電極先端のチップ近傍に溶接材を連続的に供給する段階と、前記チップからの放電電流によって溶接材料を開先内で連続的に溶融する段階と、溶接ビードを形成する段階とを有し、前記電極はチップに接合及び電気的に接続された非円形断面のブレードを有し、所定数の溶接パス全体で圧縮性のある最終残留応力状態を外部にヒートシンク媒体なしで生成して達成することが提案されている。 On the other hand, in the method and apparatus for joining metal parts described in Patent Document 3 (Japanese Patent Publication No. 9-512485), the welding material is continuously applied in the vicinity of the tip of the electrode tip that travels at a selected speed (127 cm / min or more). A welding current is continuously melted in the groove by a discharge current from the tip, and a weld bead is formed, and the electrode is joined and electrically connected to the tip. It has been proposed to achieve a final residual stress state that is compressible over a predetermined number of weld passes and is generated without an external heat sink medium.
また、特許文献4(特公昭62−19953号公報)に記載のオーステナイト系ステンレス鋼の狭開先継手の多層盛溶接方法では、開先最深部に近い側の層を、オーステナイト系溶加材を用いて溶着(溶接)し、前記層に隣接する外側の少なくとも1つの層をマルテンサイト系溶加材を用いて溶接することが提案されている。 Moreover, in the multilayer prime welding method of the narrow groove joint of the austenitic stainless steel described in Patent Document 4 (Japanese Patent Publication No. 62-19953), the layer near the groove deepest portion is made of an austenitic filler material. It has been proposed to weld (weld) and weld at least one outer layer adjacent to the layer using a martensitic filler material.
さらに、特許文献5(特開平11−138290号公報)に記載の溶接方法及び溶接材料では、溶接によって生成する溶接金属に溶接後の冷却過程でマルテンサイト変態を生じさせ、前記溶接金属が室温時においてマルテンサイト変態の開始温度(例えば250℃未満170度以下)時より膨張している状態にすることが提案されている。 Furthermore, in the welding method and welding material described in Patent Document 5 (Japanese Patent Laid-Open No. 11-138290), a martensitic transformation is caused in the weld metal generated by welding in the cooling process after welding, and the weld metal is at room temperature. It has been proposed to make a state of expansion from the start temperature of martensitic transformation (for example, less than 250 ° C. and 170 degrees or less).
また、特許文献6(特開平9−253860号公報)に記載の高張力鋼のTIG溶接方法及びTIG溶接用ソリッドワイヤでは、全溶着金属のマルテンサイト変態開始温度が
400℃以下であり、ワイヤ全重量に対してNiが7.5〜12%を含有し、Cが0.1%以下、Hは2ppm 以下に規制されたソリッドワイヤを使用し、ワイヤ送り速度を5〜40g/分にして溶接することが提案されている。
Further, in the TIG welding method and solid wire for TIG welding of high-strength steel described in Patent Document 6 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-253860), the martensitic transformation start temperature of all weld metals is 400 ° C. or less, Welding using solid wire with 7.5 to 12% Ni, C 0.1% or less and H 2ppm or less, with wire feed rate 5-40g / min. It has been proposed to do.
上記特許文献1の場合には、溶接組み立て時に生じていた配管内面の引張残留応力を圧縮残留応力に変化させるのに有効な方法であると考えられる。しかしながら、溶接設備と異なる大型の高周波加熱設備が必要であるばかりでなく、溶接完了後に、配管の内周部に冷却水を供給しながら外周部を高温加熱するための作業工数及び費用が必要になる。
In the case of the said
また、上記特許文献2の場合には、引張残留応力を低減するための工夫がされている。しかしながら、溶接完了後に、線状の溶接部位表面上を移動させる高周波コイルにより高温加熱し、過熱領域を冷却水の噴射により急速冷却しているため、移動式の加熱及び水冷設備が必要になると共に、この高温加熱及び急速冷却を実施するための作業工数及び費用が必要になる。
Moreover, in the case of the said
一方、上記特許文献3の場合には、外部にヒートシンク媒体を使用せずに、熱効率の高い溶接施工及び狭い開先継手の伝導性自己冷却効果により、引張残留応力及び溶接ひずみを低減する工夫がされている。しかしながら、この引張残留応力を圧縮残留応力に変化させるまでに至らない可能性が高い。また、安価な円形断面のタングステン電極棒と異なる非円筒形(非円形断面)に成形した薄い電極を使用しているため、この薄い電極は、製作費が高価になり、また、開先内に挿入してアーク溶接する時に生じる電極先端の消耗に伴う電極交換費用もコスト高になる。開先内に供給して溶融させるワイヤ(溶加材)は、溶接対象の開先継手材と同じ組成のオーステナイト系ワイヤが使用され、このワイヤと異なるマルテンサイト系ワイヤは使用されていない。
On the other hand, in the case of the above-mentioned
また、上記特許文献4の場合には、管内面の引張残留応力を低減するために、開先継手の材質と同質系のオーステナイト系ワイヤとマルテンサイト系ワイヤとを使い分けて溶接している。引張残留応力の低減に有効であるが、まだ引張応力が残留しており、圧縮応力に変化させるまでには至っていない。また、マルテンサイト系ワイヤは、開先内の中間層の溶接部分のみに使用されており、開先表面の最終層の溶接部分には使用されていない。さらに、開先継手の角度が広いため、板厚の厚い開先継手を溶接する場合には、溶接すべき開先断面積及び開先肩幅が増加し、1層1パスずつ積層する溶接が困難であり、1層多パスの多層盛溶接が必要になり、引張残留応力及び収縮変形が増す可能性が高い。溶接方法については、不明であるが、実施例から想定すると、非消耗性のタングステンを電極にするアーク溶接法ではなく、溶接ワイヤ(溶加材)を電極にするアーク溶接法の可能性が高い。
Moreover, in the case of the said
また、上記特許文献5の場合には、溶接継手の疲労強度を向上するために、マルテンサイト変態を生じさせる溶接材料(溶接ワイヤに該当)を用いて溶接している。溶接対象は主に低合金鉄鋼材料(高張力鋼材など)の溶接構造物であり、材質が異なるオーステナイト系ステンレス鋼材の溶接に適用できない。また、溶接で生じる引張残留応力の低減箇所は、すみ肉継手やT継手や十字継手の溶接表面部分、又はX開先継手の両面溶接の表面部分であり、継手形状及び溶け込み形状が異なる狭開先継手のような片面溶接で求められている溶接裏面部分が対象ではない。さらに、溶接方法については、溶接ワイヤを電極にするアーク溶接法であり、非消耗性のタングステンを電極にするアーク溶接法ではない。
Moreover, in the case of the said
また、上記特許文献6の場合には、高張力鋼の溶接割れの防止に有効であると考えられるが、材質の異なるステンレス鋼材の溶接に適用できない。
In the case of
この他にも、マルテンサイト変態を生じさせる溶接ワイヤを用いて溶接する溶接方法が幾つか提案されているが、主に高張力鋼材の溶接が対象であり、オーステナイト系ステンレス鋼材の溶接ではないようである。また、前記特許文献6と同様に、溶接で生じる引張残留応力の低減箇所は、溶接表面部分であり、継手形状及び溶け込み形状が異なる狭開先継手のような片面溶接で求められている溶接裏面部分が対象になっていない。
In addition to this, several welding methods have been proposed in which welding is performed using a welding wire that causes martensitic transformation, but it is mainly intended for welding high-tensile steel materials, and not for austenitic stainless steel materials. It is. Similarly to
本発明の目的は、厚板の開先継手に必要な開先底部の初層裏波溶接から開先上面部の最終層溶接まで積層する多層盛溶接を良好に施工すると共に、溶接終了後の裏面側及び表面側の溶接部分に残留する引張応力を圧縮応力に変化させる又は大幅低減させるのに有効な狭開先継手の多層盛溶接方法を提供することにある。 The object of the present invention is to successfully perform multi-layer welding for laminating from the first layer back wave welding of the groove bottom necessary for the groove joint of the thick plate to the final layer welding of the groove upper surface, and after completion of welding. It is an object of the present invention to provide a multi-layer welding method for a narrow groove joint which is effective for changing or greatly reducing the tensile stress remaining in the welded portion on the back surface side and the front surface side into a compressive stress.
本願発明者らは、上記目的を達成するために、管部材又は平板部材を相互に突き合せた開先を片面から積層溶接する狭開先継手の多層盛溶接方法において、前記積層溶接は積層溶接の開始より部材厚さの1/5以上4/5以下の範囲に前記管部材又は平板部材と同種のワイヤを用いて行う第一の溶接工程と、前記第一の溶接工程後に残存部より溶接最終層までの範囲に前記管部材又は平板部材より小さい線膨張係数を有するワイヤを用いて行う第二の溶接工程とを有することを特徴とする多層盛溶接方法を提案する。 In order to achieve the above-mentioned object, the inventors of the present invention provide a multi-layer welding method for a narrow groove joint in which a groove in which a pipe member or a flat plate member are butted against each other is laminated and welded from one side. A first welding step using the same kind of wire as the pipe member or flat plate member within a range of 1/5 to 4/5 of the member thickness from the start of welding, and welding from the remaining portion after the first welding step And a second welding process using a wire having a smaller linear expansion coefficient than the tube member or the flat plate member in the range up to the final layer.
本発明の狭開先継手の多層盛溶接方法によれば、2種類のワイヤを使い分けて積層溶接することより、表面側の溶接金属部に膨張作用及び張力が生じ、底面側の溶接裏面部及びその近傍に残留する引張応力を圧縮応力に変えることができ、同時に、最終層の溶接表面部及びその近傍に残留する引張応力を低減できる。その結果、残留応力腐食割れ防止,装置の長寿命化に寄与することができる。 According to the multi-layer welding method of the narrow groove joint of the present invention, by using two kinds of wires and laminating and welding, expansion action and tension are generated in the weld metal part on the surface side, The tensile stress remaining in the vicinity thereof can be changed to a compressive stress, and at the same time, the tensile stress remaining in the weld surface portion of the final layer and in the vicinity thereof can be reduced. As a result, it can contribute to the prevention of residual stress corrosion cracking and the extension of the device life.
また、溶接すべき開先断面積を小さくでき、ワイヤの使用量を削減し、溶接工数を低減できる。 Moreover, the groove sectional area to be welded can be reduced, the amount of wire used can be reduced, and the number of welding steps can be reduced.
本発明は厚板のオーステナイト系ステンレス鋼からなる容器や配管などの管部材又は平板部材を相互に突き合せた開先底部から開先上面部まで片面溶接及び溶接裏面部分の残留応力低減が必要な開先継手であり、材質の異なる2種類のワイヤを使い分けて前記開先上面部まで積層溶接するアーク溶接を行う狭開先継手の多層盛溶接方法において、溶接すべき累計の積層ビード高さが開先裏面より板厚の1/5以上から4/5以下の範囲に到達、あるいは残存する開先深さが開先表面より板厚の1/5以上から4/5以下の範囲に到達するまでは、前記開先継手の材質と同質系のオーステナイト系ワイヤを用い、開先底部の前記初層裏波溶接から順番に積層する非消耗電極方式のパルスアーク溶接又は直流アーク溶接を行い、その後に、前記オーステナイト系ワイヤと異なるマルテンサイト系ワイヤに交換して用い、継続すべき開先内の残り部分の溶接から開先上面部の最終層溶接に到達するまで順番に積層する非消耗電極方式のパルスアーク溶接又は直流アーク溶接を行うことを特徴とする狭開先継手の多層盛溶接方法を提案する。 The present invention requires single-sided welding and reduction of residual stress in the welded back surface portion from the groove bottom portion to the groove upper surface portion where pipe members or flat plate members such as containers and pipes made of thick austenitic stainless steel are butted against each other. In the multi-layer welding method of a narrow groove joint, which is a groove joint and uses arc welding to perform lamination welding to the groove top surface using two different types of wires, the total number of laminated bead heights to be welded is The groove depth reaches from 1/5 to 4/5 from the groove back surface, or the remaining groove depth reaches from 1/5 to 4/5 from the groove surface. Until, using the austenitic wire of the same quality as the material of the groove joint, pulse arc welding or direct current arc welding of the non-consumable electrode method of laminating in order from the first layer back wave welding of the groove bottom, And A non-consumable electrode type pulse arc that is used by switching to a martensite wire different from the stenite wire and laminating in order from the welding of the remaining portion in the groove to be continued to the final layer welding of the upper surface of the groove. A multi-pass welding method for narrow groove joints, characterized by performing welding or DC arc welding, is proposed.
また、本発明は、上記目的を達成するために、厚板のオーステナイト系ステンレス鋼からなる容器や配管などの管部材又は平板部材を相互に突き合せた開先底部から開先上面部まで片面溶接及び溶接裏面部分の残留応力低減が必要な開先継手であり、材質の異なる2種類のワイヤを使い分けて前記開先上面部まで積層溶接するアーク溶接を行う狭開先継手の多層盛溶接方法において、前記開先底部の開先幅又はこの開先底部中央に挿入するインサート材の幅を含む開先幅を最小で4mm以上、最大で8mm以下の寸法に予め形成すると共に、開先上面部までの片面角度を10°以下の狭い開先形状に形成し、多層盛溶接を施工する時に、溶接すべき累計の積層ビード高さが開先裏面より板厚の1/5以上から4/5以下の範囲に到達、あるいは残存する開先深さが開先表面より板厚の1/5以上から4/5以下の範囲に到達するまでは、前記開先継手の材質と同質系のオーステナイト系ワイヤを用い、開先底部の前記初層裏波溶接から順番に積層する非消耗電極方式のパルスアーク溶接又は直流アーク溶接を行い、その後に、前記オーステナイト系ワイヤと異なるマルテンサイト系ワイヤに交換して用い、継続すべき開先内の残り部分の溶接から開先上面部の最終層溶接に到達するまで順番に積層する前記非消耗電極方式のパルスアーク溶接又は直流アーク溶接を行う、あるいはインコネル系ワイヤに交換又は前記開先継手材の線膨張係数より小さい線膨張係数を有する他のオーステナイト系ワイヤに交換して用い、継続すべき開先内の残り部分の溶接から開先上面部の最終層溶接に到達するまで順番に積層する前記非消耗電極方式のパルスアーク溶接又は直流アーク溶接を行うことを特徴とする狭開先継手の多層盛溶接方法を提案する。 Further, in order to achieve the above object, the present invention provides a single-side welding from a groove bottom portion to a groove top surface portion where a tube member or a flat plate member such as a vessel or piping made of thick austenitic stainless steel is abutted against each other. And a groove joint that requires a reduction in residual stress on the back surface of the weld, and a multi-layer prime welding method for a narrow groove joint that performs arc welding in which two types of wires of different materials are selectively used up to the top surface of the groove The groove width including the groove width of the groove bottom part or the width of the insert material inserted in the center of the groove bottom part is preliminarily formed to a dimension of 4 mm or more and 8 mm or less at the maximum. When one side angle of is formed into a narrow groove shape of 10 ° or less and multilayer build-up welding is performed, the cumulative laminated bead height to be welded is 1/5 or more to 4/5 or less of the plate thickness from the groove back surface. Reach or remain Until the groove depth reaches a range of 1/5 or more to 4/5 or less of the plate thickness from the groove surface, using an austenitic wire of the same quality as the material of the groove joint, Perform non-consumable electrode-type pulse arc welding or direct current arc welding, which are laminated in order from the first layer back wave welding, and then replace and use a martensitic wire different from the austenitic wire, and a groove to be continued. The non-consumable electrode type pulse arc welding or direct current arc welding is performed in order from the welding of the remaining portion to the final layer welding of the upper surface portion of the groove, or replaced with an Inconel wire or the groove joint. Used as a replacement for other austenitic wire with a coefficient of linear expansion smaller than that of the material, reaching the final layer weld on the upper surface of the groove from the remaining weld in the groove to be continued Suggest narrow groove joint method of multi-pass welding and performing pulsed arc welding or DC arc welding of the non-consumable electrode method of laminating in sequence until the.
また、本発明は、上記目的を達成するために、厚板のオーステナイト系ステンレス鋼からなる容器や配管などの管部材又は平板部材を相互に突き合せた開先底部から開先上面部まで片面溶接及び溶接裏面部分の残留応力低減が必要な開先継手であり、材質の異なる2種類のワイヤを使い分けて前記開先上面部まで積層溶接するアーク溶接を行う狭開先継手の多層盛溶接方法において、前記開先底部の開先幅又はこの開先底部中央に挿入するインサート材の幅を含む開先幅を最小で4mm以上、最大で8mm以下の寸法に予め形成すると共に、開先上面部までの片面角度を10°以下の狭い開先形状に形成し、この狭い開先内を溶接すべき累計の積層ビード高さが開先裏面より板厚の1/5以上から4/5以下の範囲に到達、あるいは残存する開先深さが開先表面より板厚の1/5以上から4/5以下の範囲に到達するまでの溶接施工では、前記開先継手の材質と同質系のオーステナイト系ワイヤを用い、前記開先幅より細径の円形断面形状を有する非消耗性の電極を開先内に挿入し、あるいはこの電極径より太径の電極下部の横幅を前記開先幅より狭い偏平形状に形成した非消耗性の電極か、又は前記開先幅より狭い偏平形状に該当する非円形断面形状を有する他の非消耗性の電極を開先内に挿入し、この挿入した電極先端に発生させるアーク中及びこのアーク直下に形成する溶融プール中に前記オーステナイト系ワイヤを送給して溶融させ、開先底部の前記初層裏波溶接から順番に1層1パスずつ積層するにように非消耗電極方式のパルスアーク溶接又は直流アーク溶接を行い、その後に積層すべき開先上面部までの溶接施工では、少なくとも前記オーステナイト系ワイヤと異なるマルテンサイト系ワイヤに交換し、あるいはインコネル系ワイヤに交換又は前記開先継手材の線膨張係数より小さい線膨張係数を有する他のオーステナイト系ワイヤに交換して用い、この交換した前記ワイヤを前記アーク中及びこのアーク直下に形成する溶融プール中に送給して溶融させ、継続すべき開先内の残り部分の溶接から開先上面部の最終層溶接に到達するまで順番に1層1パスずつ積層するように前記非消耗電極方式のパルスアーク溶接又は直流アーク溶接を行う、あるいは前記1層1パスずつ積層する途中で必要に応じて左右に振分けて1層2パスずつ積層する、あるいは最終層の溶接パスを3パスに増して積層するように前記非消耗電極方式のパルスアーク溶接又は直流アーク溶接を行うことを特徴とする狭開先継手の多層盛溶接方法を提案する。 Further, in order to achieve the above object, the present invention provides a single-side welding from a groove bottom portion to a groove top surface portion where a tube member or a flat plate member such as a vessel or piping made of thick austenitic stainless steel is abutted against each other. And a groove joint that requires a reduction in residual stress on the back surface of the weld, and a multi-layer prime welding method for a narrow groove joint that performs arc welding in which two types of wires of different materials are selectively used up to the top surface of the groove The groove width including the groove width of the groove bottom part or the width of the insert material inserted in the center of the groove bottom part is preliminarily formed to a dimension of 4 mm or more and 8 mm or less at the maximum. Is formed in a narrow groove shape with a single groove angle of 10 ° or less, and the cumulative laminated bead height to be welded in the narrow groove is in the range from 1/5 to 4/5 of the plate thickness from the groove back surface. Reaching or remaining groove depth When welding is performed from the groove surface until it reaches a range of 1/5 or more to 4/5 or less of the plate thickness, an austenitic wire of the same quality as the material of the groove joint is used, and is narrower than the groove width. Insert a non-consumable electrode having a circular cross-sectional shape into the groove, or a non-consumable electrode in which the lateral width of the electrode lower than the electrode diameter is formed into a flat shape narrower than the groove width. Or another non-consumable electrode having a non-circular cross-sectional shape corresponding to a flat shape narrower than the groove width is inserted into the groove, and formed in and immediately below the arc generated at the tip of the inserted electrode. Non-consumable electrode type pulse arc welding or direct current so that the austenitic wire is fed into the molten pool to be melted and laminated one by one in order from the first layer back wave welding of the groove bottom Arc welding, then In welding work up to the upper surface of the groove to be laminated, replace with at least a martensitic wire different from the austenitic wire, or replace with an Inconel wire or a linear expansion coefficient smaller than the linear expansion coefficient of the groove joint material. It is used by exchanging with another austenitic wire having, and the exchanged wire is fed into the arc and the melt pool formed immediately below the arc to be melted, and the remaining portion in the groove to be continued is welded. The non-consumable electrode type pulse arc welding or direct current arc welding is performed so as to laminate one layer one pass at a time until the final layer welding of the groove upper surface is reached, or the one layer one pass is laminated. If necessary, the above-mentioned non-consumables are arranged so that two layers are stacked one by one as needed, or the final layer is welded with three additional welding passes. A multi-pass welding method for narrow gap joints is proposed, characterized by performing electrode-type pulse arc welding or DC arc welding.
また、前記開先継手の開先底部中央にインサート材を表面側及び裏面側に各々突き出すように予め設け、このインサート材は、前記開先継手材と同質材のオーステナイト系ステンレスからなるインサート材、あるいは前記開先継手材と同質材であって、化学組成の一つであるS(重量%)が前記開先継手材より高めの0.008〜0.015%含有しているインサート材を用い、本溶接の前記初層裏波溶接を施工する以前に、裏面側まで溶融しない浅い溶け込みの低入熱アーク及びワイヤ送りなしの仮付け条件を用いて、表面側の開先底部の継ぎ部とインサート材の突き出し部とが溶融接合するように仮付け溶接を行い、この仮付け溶接の終了後に、開先底部の裏面側に突き出している前記インサート材及び継ぎ部を溶融させ、裏面側の裏ビード幅が特定値の範囲に形成するように前記初層裏波溶接を行うこともできる。 In addition, the insert material is provided in advance in the groove bottom center of the groove joint so as to protrude to the front side and the back surface side, and this insert material is an insert material made of austenitic stainless steel of the same quality as the groove joint material, Alternatively, an insert material that is the same material as the groove joint material and contains 0.008 to 0.015% of S (weight%), which is one of the chemical compositions, is higher than the groove joint material. Before the first-layer backside welding of the main welding, using the shallow penetration low heat input arc that does not melt to the back side and the temporary attachment condition without wire feed, Tack welding is performed so that the protruding portion of the insert material is melt-bonded, and after the tack welding is completed, the insert material and the joint portion protruding to the back side of the groove bottom portion are melted, and the back side Bee Width can be performed the first layer Uranami welding to form a range of specific values.
特に、前記初層裏波溶接の施工では、表面側の開先底部から裏面側まで完全溶け込み可能な入熱アークの初層溶接条件を用い、パルスアーク溶接中又は直流アーク溶接中に1つ以上の条件因子を調整又は制御し、裏面側の溶融プール幅又はこの溶融プール近傍の裏ビード幅が特定値の4〜7mmの範囲、好ましくは4〜6mmの範囲に形成するとよい。 In particular, in the construction of the first layer back wave welding, the first layer welding conditions of a heat input arc that can completely melt from the groove bottom on the front side to the back side are used, and one or more during pulse arc welding or DC arc welding. In this case, the melt pool width on the back surface side or the back bead width in the vicinity of the melt pool is adjusted to a specific value in the range of 4 to 7 mm, preferably in the range of 4 to 6 mm.
また、継続すべき開先内の残り部分の溶接から開先上面部の最終層溶接まで積層する溶接施工では、前記オーステナイト系ワイヤと異なるマルテンサイト系ワイヤに交換し、あるいはインコネル系ワイヤに交換又は前記開先継手材の線膨張係数より小さい線膨張係数を有する他のオーステナイト系ワイヤに交換して用いると共に、前記溶接施工の以前に前記オーステナイト系ワイヤを用いて溶接施工した時の最後の溶接条件又はこの最後前の溶接条件よりも小さい入熱量の溶接条件に変更して使用し、あるいは前記最後の溶接条件又はこの最後前の溶接条件と同等の溶接条件を再使用して前記非消耗電極方式のパルスアーク溶接又は直流アーク溶接を行うことができる。特に、前記マルテンサイト系ワイヤは、少なくとも化学組成のNiが8〜12重量%、Crが8〜12重量%含有し、マルテンサイト変態開始温度が100℃以上,300℃以下であるマルテンサイト系ステンレスワイヤを用いるとよい。 In addition, in the welding construction to laminate from the welding of the remaining portion in the groove to be continued to the final layer welding of the groove upper surface portion, it is replaced with a martensite wire different from the austenite wire, or is replaced with an inconel wire. It is used by exchanging with another austenitic wire having a linear expansion coefficient smaller than the linear expansion coefficient of the groove joint material, and the last welding condition when welding is performed using the austenitic wire before the welding operation. Alternatively, the non-consumable electrode method is used by changing to a welding condition having a heat input smaller than the last welding condition, or by reusing the last welding condition or a welding condition equivalent to the last welding condition. Pulse arc welding or direct current arc welding can be performed. In particular, the martensitic wire contains at least 8 to 12% by weight of Ni of chemical composition and 8 to 12% by weight of Cr, and has a martensitic transformation start temperature of 100 ° C. or higher and 300 ° C. or lower. A wire may be used.
すなわち、本発明の狭開先継手の多層盛溶接方法では、溶接すべき累計の積層ビード高さが開先裏面より板厚の1/5以上から4/5以下の範囲に到達、あるいは残存する開先深さが開先表面より板厚の1/5以上から4/5以下の範囲に到達するまでは、前記開先継手の材質と同質系のオーステナイト系ワイヤを用い、開先底部の前記初層裏波溶接から順番に積層する非消耗電極方式のパルスアーク溶接又は直流アーク溶接を施工することにより、例えば、高温水などの腐食環境下にさらされる内面側又は底面側の溶接裏面部及びこの溶接裏面部から所定の開先深さまで、開先継手材と同質系のオーステナイト系の溶接金属で確実に埋めることができる。 That is, in the multi-layer welding method of the narrow groove joint of the present invention, the cumulative laminated bead height to be welded reaches or remains in the range from 1/5 to 4/5 of the plate thickness from the back of the groove. Until the groove depth reaches the range of 1/5 or more to 4/5 or less of the plate thickness from the groove surface, using the austenitic wire of the same quality as the material of the groove joint, By applying non-consumable electrode-type pulse arc welding or direct current arc welding, which are laminated in order from the first layer back wave welding, for example, the inner surface or bottom surface of the welding back surface exposed to a corrosive environment such as high-temperature water, and From this weld back surface portion to a predetermined groove depth, it can be reliably filled with austenitic weld metal of the same type as the groove joint material.
その後に、前記オーステナイト系ワイヤと異なるマルテンサイト系ワイヤに交換して用い、継続すべき開先内の残り部分の溶接から開先上面部の最終層溶接に到達するまで順番に積層する非消耗電極方式のパルスアーク溶接又は直流アーク溶接を施工することにより、マルテンサイト系ワイヤによるマルテンサイト変態及び膨張効果によって、室温時の溶接金属部に膨張作用及び張力が生じ、開先底面側の溶接裏面部及びその近傍に残留する引張応力を圧縮応力に変えることができる。同時に、最終層の溶接表面部及びその近傍に残留する引張応力を低減できる。マルテンサイト系ワイヤは、溶接時の冷却過程でマルテンサイト変態を生じ、通常の室温(例えば20℃)時に、マルテンサイト変態の開始温度
(例えば100〜300℃)時よりも膨張した状態になる溶接金属であり、しかも、溶接対象のオーステナイト系ステンレス鋼の溶接継手材と融合性の良いマルテンサイト系のステンレスワイヤを用いるとよい。例えば、少なくとも化学組成のNiが8〜12重量%、Crが8〜12重量%含有し、マルテンサイト変態開始温度が100℃以上,300℃以下であるマルテンサイト系ステンレスワイヤを用いればよい。
Thereafter, the non-consumable electrode is used by exchanging with a martensite wire different from the austenite wire and sequentially stacking from the welding of the remaining portion in the groove to be continued to the final layer welding of the groove upper surface portion. By applying pulse arc welding or direct current arc welding of the type, the martensite transformation and expansion effect by the martensite wire causes expansion action and tension in the weld metal part at room temperature, and the weld back side on the groove bottom side And the tensile stress remaining in the vicinity thereof can be changed to a compressive stress. At the same time, the tensile stress remaining in the weld surface portion of the final layer and in the vicinity thereof can be reduced. A martensitic wire undergoes martensitic transformation during the cooling process during welding, and is in a state of being expanded at a normal room temperature (for example, 20 ° C.) than at a martensitic transformation starting temperature (for example, 100 to 300 ° C.). It is preferable to use a martensitic stainless wire that is a metal and has good fusion properties with the welded joint material of austenitic stainless steel to be welded. For example, a martensitic stainless wire containing at least 8 to 12 wt% of chemical composition and 8 to 12 wt% of Cr and having a martensite transformation start temperature of 100 ° C. or higher and 300 ° C. or lower may be used.
さらに、上述した溶接施工で残留応力を改善できる結果、溶接完了後に、残留応力を除去するための高価な加熱処理装置を設けたり、加熱処理を行ったりする必要がなくなり、コスト低減を図ることができる。 Furthermore, as a result of improving the residual stress by the above-described welding construction, it is not necessary to provide an expensive heat treatment apparatus for removing the residual stress or to perform the heat treatment after the welding is completed, thereby reducing the cost. it can.
また、本発明の狭開先継手の多層盛溶接方法では、前記管部材又は平板部材を相互に突き合せた開先底部の開先幅又はこの開先底部中央に挿入するインサート材の幅を含む開先幅を最小で4mm以上、最大で8mm以下の寸法に予め形成すると共に、開先上面部までの片面角度を10°以下の狭い開先形状に形成することにより、溶接パス毎の入熱量,溶接熱による収縮変形を小さくできるばかりでなく、溶接すべき開先断面積を小さくでき、ワイヤの使用量の削減,溶接工数の低減を図ることができる。 Further, in the multi-layer welding method of the narrow groove joint according to the present invention, the groove width of the groove bottom portion where the pipe member or the flat plate member is abutted with each other or the width of the insert material inserted into the center of the groove bottom portion is included. By forming the groove width to a minimum dimension of 4 mm or more and a maximum dimension of 8 mm or less in advance, and forming a single groove angle up to the groove upper surface to a narrow groove shape of 10 ° or less, the heat input per welding pass Not only can shrink deformation due to welding heat be reduced, but also the cross-sectional area of the groove to be welded can be reduced, so that the amount of wire used can be reduced and the number of welding steps can be reduced.
また、多層盛溶接を施工する時に、上述したように、溶接すべき累計の積層ビード高さが開先裏面より板厚の1/5以上から4/5以下の範囲に到達、あるいは残存する開先深さが開先表面より板厚の1/5以上から4/5以下の範囲に到達するまでは、前記開先継手の材質と同質系のオーステナイト系ワイヤを用い、開先底部の前記初層裏波溶接から順番に積層する非消耗電極方式のパルスアーク溶接又は直流アーク溶接を施工することにより、例えば、高温水などの腐食環境下にさらされる内面側又は底面側の溶接裏面部及びこの溶接裏面部から所定の開先深さまで、開先継手材と同質系のオーステナイト系の溶接金属で確実に埋めることができる。その後に、前記オーステナイト系ワイヤと異なるマルテンサイト系ワイヤに交換して用い、継続すべき開先内の残り部分の溶接から開先上面部の最終層溶接に到達するまで順番に積層する非消耗電極方式のパルスアーク溶接又は直流アーク溶接を施工することにより、上述したように、マルテンサイト系ワイヤによるマルテンサイト変態及び膨張効果によって、室温時の溶接金属部に膨張作用及び張力が生じ、開先底面側の溶接裏面部及びその近傍に残留する引張応力を圧縮応力に変えることができる。同時に、最終層の溶接表面部及びその近傍に残留する引張応力を低減できる。 In addition, when multi-layer welding is performed, as described above, the cumulative stacked bead height to be welded reaches or remains in the range from 1/5 to 4/5 of the plate thickness from the groove back surface. Until the tip depth reaches the range of 1/5 or more to 4/5 or less of the plate thickness from the groove surface, an austenitic wire of the same quality as the material of the groove joint is used. By performing non-consumable electrode type pulse arc welding or direct current arc welding, which are laminated in order from layer back wave welding, for example, the inner or lower surface of the weld back surface exposed to a corrosive environment such as high-temperature water and the like From the weld back surface portion to a predetermined groove depth, it can be reliably filled with austenitic weld metal of the same type as the groove joint material. Thereafter, the non-consumable electrode is used by exchanging with a martensite wire different from the austenite wire and sequentially stacking from the welding of the remaining portion in the groove to be continued to the final layer welding of the groove upper surface portion. By applying the pulse arc welding or direct current arc welding of the method, as described above, the martensite transformation and expansion effect by the martensite wire causes expansion action and tension in the weld metal part at room temperature, and the groove bottom surface The tensile stress remaining in the weld back surface side and the vicinity thereof can be changed to compressive stress. At the same time, the tensile stress remaining in the weld surface portion of the final layer and in the vicinity thereof can be reduced.
また、マルテンサイト系ワイヤの代わりに、インコネル系ワイヤに交換又は前記開先継手材の線膨張係数より小さい線膨張係数を有する他のオーステナイト系ワイヤに交換して用い、継続すべき開先内の残り部分の溶接から開先上面部の最終層溶接に到達するまで順番に積層する前記非消耗電極方式のパルスアーク溶接又は直流アーク溶接を行うようにしてもよい。前記開先継手材の線膨張係数より小さい線膨張係数を有する他のオーステナイト系ワイヤ又はインコネル系ワイヤに交換して、前記開先内の残りの溶接から開先上面部まで積層溶接することにより、溶接金属部に線膨張係数の偏差による収縮抑制作用及び張力が生じ、底面側の溶接裏面部及びその近傍に残留する引張応力を圧縮応力に変える又は大幅に低減できる。また、同時に最終層の溶接表面部及びその近傍に残留する引張応力を低減できる。 Also, instead of martensite wire, use in place of inconel wire or replace with other austenite wire having a linear expansion coefficient smaller than that of the groove joint material. The non-consumable electrode type pulse arc welding or direct current arc welding may be performed in which the layers are sequentially laminated from the remaining portion welding to the final layer welding of the groove upper surface portion. By exchanging with another austenitic wire or inconel wire having a linear expansion coefficient smaller than the linear expansion coefficient of the groove joint material, by laminating and welding from the remaining weld in the groove to the groove upper surface portion, A shrinkage suppressing action and a tension due to the deviation of the linear expansion coefficient occur in the weld metal portion, and the tensile stress remaining in the weld back surface portion on the bottom surface side and the vicinity thereof can be changed to a compressive stress or greatly reduced. At the same time, the tensile stress remaining in the weld surface portion of the final layer and in the vicinity thereof can be reduced.
さらに、本発明の狭開先継手の多層盛溶接方法では、上述した狭い開先形状に形成し、この狭い開先内を溶接すべき累計の積層ビード高さが開先裏面より板厚の1/5以上から4/5以下の範囲に到達、あるいは残存する開先深さが開先表面より板厚の1/5以上から4/5以下の範囲に到達するまでの溶接施工では、前記開先継手の材質と同質系のオーステナイト系ワイヤを用い、前記開先幅より細径の円形断面形状を有する非消耗性の電極を開先内に挿入し、あるいはこの電極径より太径の電極下部の横幅を前記開先幅より狭い偏平形状に形成した非消耗性の電極か、又は前記開先幅より狭い偏平形状に該当する非円形断面形状を有する他の非消耗性の電極を開先内に挿入し、この挿入した電極先端に発生させるアーク中及びこのアーク直下に形成する溶融プール中に前記オーステナイト系ワイヤを送給して溶融させ、開先底部の前記初層裏波溶接から順番に1層1パスずつ積層するように非消耗電極方式のパルスアーク溶接又は直流アーク溶接を行うことにより、上述したように、高温水などの腐食環境下にさらされる内面側又は底面側の溶接裏面部及びこの溶接裏面部から所定の開先深さまで、開先継手材と同質系のオーステナイト系の溶接金属で確実に埋めることができ、溶接パス毎の溶接ビードを良好に積み重ねることができる。また、溶接パス毎の入熱量,溶接熱による収縮変形を小さくでき、溶接ワイヤの使用量の削減や溶接工数の低減を図ることができる。 Furthermore, in the multi-layer welding method of the narrow groove joint according to the present invention, the accumulated bead height to be welded in the narrow groove shape is equal to the plate thickness of 1 from the groove back surface. / 5 to 4/5 or less, or when the remaining groove depth reaches from the groove surface to 1/5 or more to 4/5 or less of the plate thickness, Using an austenitic wire of the same type as the material of the tip joint, insert a non-consumable electrode having a circular cross-sectional shape with a diameter smaller than the groove width into the groove, or a lower electrode having a diameter larger than this electrode diameter A non-consumable electrode formed in a flat shape whose lateral width is narrower than the groove width, or another non-consumable electrode having a non-circular cross-sectional shape corresponding to a flat shape narrower than the groove width. Inserted into the arc, and the arc generated at the tip of the inserted electrode Non-consumable electrode type pulse arc welding so that the austenitic wire is fed and melted into a molten pool formed below, and the layers are laminated one by one in order from the first layer backside welding at the groove bottom. Or, by performing direct current arc welding, as described above, the inner surface or the bottom surface of the welded back surface exposed to a corrosive environment such as high-temperature water, and the groove joint material from the welded back surface portion to a predetermined groove depth. Can be reliably filled with austenitic weld metal of the same type, and weld beads for each welding pass can be stacked well. In addition, the amount of heat input for each welding pass and shrinkage deformation due to welding heat can be reduced, and the amount of welding wire used can be reduced and the number of welding steps can be reduced.
特に、細径の円形断面形状を有する非消耗性の電極の場合は、前記パルスアーク溶接又は直流アーク溶接に使用できるばかりでなく、安価に入手,丸電極棒の先端のみを簡便な電極研磨器で簡単に円錐加工でき、溶接使用で先端部の一部が消耗した時にも、消耗部の再加工や取り付け取り外し作業が容易で使い勝手が良い。また、太径の電極下部の横幅を前記開先幅より狭い偏平形状に形成した非消耗性の電極の場合には、偏平形状にするための製作費用を要するが、上述した丸電極棒とほぼ同様に、電極先端のみを簡便な電極研磨器によって簡単に円錐加工でき、取り付け取り外し作業も容易である。この他に、開先幅より狭い偏平形状に該当する非円形断面形状を有する他の非消耗性の電極を用いることも可能である。 In particular, in the case of a non-consumable electrode having a small circular cross-sectional shape, not only can it be used for the pulse arc welding or the direct current arc welding, but it can be obtained at a low cost, and only the tip of the round electrode rod is a simple electrode polisher. Conical processing can be easily performed, and even when a part of the tip is consumed due to welding, it is easy to rework or attach / remove the consumable part. Further, in the case of a non-consumable electrode in which the width of the lower portion of the large-diameter electrode is formed in a flat shape narrower than the groove width, manufacturing costs for making the flat shape are required. Similarly, only the tip of the electrode can be easily conical processed with a simple electrode grinder, and attachment and removal operations are also easy. In addition, other non-consumable electrodes having a non-circular cross-sectional shape corresponding to a flat shape narrower than the groove width can be used.
また、その後に前記積層すべき開先上面部までの溶接施工では、上述したように、オーステナイト系ワイヤと異なるマルテンサイト系ワイヤに交換して、1層パスずつ積層溶接することにより、溶接パス毎の溶接ビード(マルテンサイト系ワイヤの溶接金属)を開先上面部まで良好に積み重ねることができるばかりでなく、上述したように、マルテンサイト系ワイヤによるマルテンサイト変態及び膨張効果によって、室温時の溶接金属部に膨張作用及び張力が生じ、開先底面側の溶接裏面部及びその近傍に残留する引張応力を圧縮応力に変えられる。同時に、最終層の溶接表面部及びその近傍に残留する引張応力を低減できる。また、上述したように、溶接パス毎の入熱量,溶接熱による収縮変形を小さくでき、溶接ワイヤの使用量の削減や溶接工数の低減を図ることができる。さらに、1層1パスずつ積層する途中で必要に応じて左右に振分けて1層2パスずつ積層する、あるいは最終層を3パスに増して積層溶接することにより、1パスでは溶けにくくなる開先幅の壁面であっても、入熱アークが同一条件のまま又は少し低く抑制した条件でも開先幅の両壁面を確実に溶融でき、開先上面部まで良好な溶接結果を得られる。さらに、最終層の累計ビード幅をより広くでき、最終層の溶接表面部及びその近傍に残留する引張応力を小さくできる。また、前記積層すべき開先上面部までの溶接施工では、マルテンサイト系ワイヤの代わりに、インコネル系ワイヤに交換又は前記開先継手材の線膨張係数より小さい線膨張係数を有する他のオーステナイト系ワイヤに交換して、上述したように、開先内の残り部分の溶接から開先上面部の最終層溶接に到達するまで1層パスずつ積層する、あるいはこの1層1パスずつ積層する途中で必要に応じて左右に振分けて1層2パスずつ積層する、あるいは最終層の溶接パスを3パスに増して積層するように前記非消耗電極方式のパルスアーク溶接又は直流アーク溶接を行うことにより、溶接金属部に線膨張係数の偏差による収縮抑制作用及び張力が生じ、底面側の溶接裏面部及びその近傍に残留する引張応力を圧縮応力に変える又は大幅低減できる。また、同時に最終層の溶接表面部及びその近傍に残留する引張応力を低減できる。また、1パスでは溶けにくくなる開先幅の壁面であっても、この開先幅の両壁面を確実に溶融できるばかりでなく、開先上面部まで良好な溶接結果を得ることができ、さらに、最終層の累計ビード幅をより広くできる。 Further, in the welding operation up to the groove upper surface portion to be laminated thereafter, as described above, by replacing the austenite wire with a martensite wire and laminating and welding one layer at a time, each welding pass Welding beads (welded metal of martensitic wire) can be well stacked up to the upper surface of the groove, and as described above, the martensitic wire is welded at room temperature due to the martensitic transformation and expansion effects. An expansion action and tension are generated in the metal portion, and the tensile stress remaining in the weld back surface portion on the groove bottom surface side and in the vicinity thereof can be changed to a compressive stress. At the same time, the tensile stress remaining in the weld surface portion of the final layer and the vicinity thereof can be reduced. Further, as described above, the amount of heat input for each welding pass and shrinkage deformation due to welding heat can be reduced, and the amount of welding wire used and the number of welding steps can be reduced. Further, in the course of laminating one pass at a time, the groove is divided into left and right as needed, and laminated one layer by two passes, or the final layer is increased to three passes, and the groove becomes difficult to melt in one pass. Even if the wall surface has a width, both wall surfaces of the groove width can be reliably melted even under the condition that the heat input arc is kept under the same condition or a little lower, and a good welding result can be obtained up to the groove upper surface portion. Furthermore, the cumulative bead width of the final layer can be increased, and the tensile stress remaining on the weld surface portion of the final layer and its vicinity can be reduced. Further, in the welding operation up to the groove upper surface portion to be laminated, in place of the martensite wire, it is replaced with an Inconel wire, or other austenite system having a linear expansion coefficient smaller than the linear expansion coefficient of the groove joint material Switch to a wire and, as described above, stack one layer at a time until welding reaches the final layer weld on the groove upper surface from the welding of the remaining portion in the groove, By performing the non-consumable electrode type pulse arc welding or direct current arc welding so as to be laminated to the left and right as needed and laminated one layer by two passes, or the final layer welding pass is laminated to three passes, Shrinkage suppression action and tension are generated in the weld metal part due to the deviation of the linear expansion coefficient, and the tensile stress remaining in the weld back side and its vicinity on the bottom side can be changed to compressive stress or greatly reduced.At the same time, the tensile stress remaining in the weld surface portion of the final layer and in the vicinity thereof can be reduced. Moreover, even if the wall surface has a groove width that is difficult to melt in one pass, not only can both wall surfaces of this groove width be melted reliably, but also a good welding result can be obtained up to the groove upper surface part. The accumulated bead width of the final layer can be made wider.
また、本発明の狭開先継手の多層盛溶接方法では、前記開先継手の開先底部中央にインサート材を表面側及び裏面側に各々突き出すように予め設け、このインサート材は、前記開先継手材と同質材のオーステナイト系ステンレスからなるインサート材、あるいは前記開先継手材と同質材であって、化学組成の一つであるS(重量%)が前記開先継手材より高めの0.008〜0.015%含有しているインサート材を用いることにより、開先底部の突き合せ部に生じ易い段違いやギャップの影響を緩和できるばかりでなく、初層裏波溶接で重要な裏面側に形成すべき裏ビード幅を確実に凸形状に形成できる。特に、前記Sの含有量が高めのインサート材を用いることにより、Sの含有量が少ない通常のインサート材使用の溶接時よりも、アーク形状が細く絞られ、深さ方向への溶融金属の対流及び溶け込みが促進し、10〜20%程度少ない溶接電流(又は入熱量)の溶接条件で裏面側に裏ビードが容易に形成でき、凹みのない凸形状でほぼ均一な裏ビード幅を良好に得られる。また、前記初層裏波溶接を施工する以前に、裏面側まで溶融しない浅い溶け込みの低入熱アーク及びワイヤ送りなしの仮付け条件を用いて、表面側の開先底部の継ぎ部とインサート材の突き出し部とが溶融接合するように仮付け溶接を行うことにより、溶接対象の開先継手を確実に接合固定でき、本溶接の初層裏波溶接時にワイヤ送りが容易になると共に、裏ビード形成への悪影響をなくすことができる。そして、この仮付け溶接の終了後に、開先底部の裏面側に突き出している前記インサート材及び継ぎ部を溶融させ、裏面側の裏ビード幅が特定値の範囲に形成するように前記初層裏波溶接を行うことにより、裏波溶接が比較的易しい下向き姿勢や立向き上進姿勢の溶接はもちろんのこと、高度な溶接技術を要する配管の全姿勢溶接,管材の横向き姿勢の溶接,平板材の上向き姿勢の溶接であっても、凹みのない凸形状でほぼ均一な裏ビード幅を良好に得ることができる。 In the multi-layer welding method of the narrow groove joint of the present invention, an insert material is provided in advance in the center of the groove bottom of the groove joint so as to protrude to the front side and the back side, respectively. An insert material made of austenitic stainless steel of the same quality as the joint material, or the same material as the groove joint material, and S (weight%), which is one of the chemical compositions, is higher than that of the groove joint material. By using an insert material containing 008 to 0.015%, not only can the effects of gaps and gaps that are likely to occur at the butt portion of the groove bottom portion be mitigated, but also on the back side, which is important in the first layer back wave welding The back bead width to be formed can be reliably formed in a convex shape. In particular, by using an insert material with a high S content, the arc shape is narrowed more than when welding with a normal insert material with a low S content, and convection of the molten metal in the depth direction is performed. Also, penetration is promoted, and a back bead can be easily formed on the back side under welding conditions with a welding current (or heat input) of about 10 to 20% less, and a substantially uniform back bead width is obtained with a convex shape without a dent. It is done. In addition, before the first layer backside welding, using a shallow penetration low heat input arc that does not melt to the back side and temporary attachment conditions without wire feed, the joint portion of the groove bottom portion on the surface side and the insert material By performing tack welding so that the projecting part of the weld is melt-bonded, the groove joint to be welded can be securely joined and fixed, and wire feed is facilitated during the first layer back wave welding of the main welding, and the back bead The adverse effect on formation can be eliminated. Then, after the tack welding is completed, the insert material and the joint projecting to the back side of the groove bottom are melted, and the back bead width on the back side is formed within a specific value range so that the back of the first layer is formed. By performing wave welding, it is possible to weld not only in the downward posture and the upwardly upward posture, which are relatively easy to perform reverse wave welding, but also in all posture welding of pipes that require advanced welding technology, welding in the horizontal posture of the pipe material, flat plate material Even in the upward-facing posture, it is possible to obtain a substantially uniform back bead width with a convex shape without a dent.
特に、前記初層裏波溶接の施工では、表面側の開先底部から裏面側まで完全溶け込み可能な入熱アークの初層溶接条件を用い、パルスアーク溶接中又は直流アーク溶接中に1つ以上の条件因子を調整又は制御し、裏面側の溶融プール幅又はこの溶融プール近傍の裏ビード幅が特定値の4〜7mmの範囲、好ましくは4〜6mmの範囲に形成するようにすることにより、溶接装置を操作する溶接者が代わっても個人差の影響がなくなり、裏面側に目標としている溶融プール幅及び裏ビード幅を前記特定値の適正範囲内に確実に形成でき、凹みのない凸形状でほぼ均一な裏ビード幅を良好に得ることができる。調整又は制御すべき条件因子は、例えば、パルスアーク溶接のピーク電流,ベース電流,ピーク電圧又は平均アーク電圧又はアーク長,溶接速度又は走行速度,ピーク電流時間中かベース電流時間中のワイヤ送り速度又は両時間中のワイヤ送り速度であり、また、直流アーク溶接の平均電流,平均アーク電圧又はアーク長,溶接速度又は走行速度,ワイヤ送り速度である。裏面側の溶融プール幅又はこの溶融プール近傍の裏ビード幅が特定値の4〜7mmの範囲、好ましくは4〜6mmの範囲内に形成するように、いずれか1つ以上の前記条件因子を調整又は制御すればよい。 In particular, in the construction of the first layer back wave welding, the first layer welding conditions of a heat input arc that can completely melt from the groove bottom on the front side to the back side are used, and one or more during pulse arc welding or DC arc welding. By adjusting or controlling the condition factor of the rear surface, the melt pool width on the back side or the back bead width in the vicinity of the melt pool is formed in a specific value range of 4 to 7 mm, preferably in the range of 4 to 6 mm. Even if the welder who operates the welding device changes, there is no effect of individual differences, and the target molten pool width and back bead width can be reliably formed within the appropriate range of the specific value on the back side, and a convex shape without dents Thus, a substantially uniform back bead width can be obtained satisfactorily. Condition factors to be adjusted or controlled include, for example, pulsed arc welding peak current, base current, peak voltage or average arc voltage or arc length, welding speed or travel speed, wire feed rate during peak current time or base current time Or the wire feed speed during both hours, and the average current, average arc voltage or arc length, welding speed or running speed, and wire feed speed of DC arc welding. Any one or more of the above-mentioned condition factors is adjusted so that the melt pool width on the back surface side or the back bead width in the vicinity of the melt pool is formed within a specified value range of 4 to 7 mm, preferably 4 to 6 mm. Alternatively, it may be controlled.
さらに、継続すべき開先内の残り部分の溶接から開先上面部の最終層溶接まで積層する溶接施工では、前記オーステナイト系ワイヤと異なるマルテンサイト系ワイヤに交換し、あるいはインコネル系ワイヤに交換又は前記開先継手材の線膨張係数より小さい線膨張係数を有する他のオーステナイト系ワイヤに交換して用いると共に、前記溶接施工の以前に前記オーステナイト系ワイヤを用いて溶接施工した時の最後の溶接条件又はこの最後前の溶接条件よりも小さい入熱量の溶接条件に変更して使用し、あるいは前記最後の溶接条件又はこの最後前の溶接条件と同等の溶接条件を再使用して前記非消耗電極方式のパルスアーク溶接又は直流アーク溶接を行うことにより、上述したように、溶接時の冷却過程でマルテンサイト変態及び膨張効果を有するマルテンサイト系ワイヤにて積層溶接された溶接金属部に生じる膨張作用及び張力によって、底面側の溶接裏面部及びその近傍に残留する引張応力を圧縮応力に変えることができる。同時に、最終層の溶接表面部及びその近傍に残留する引張応力を低減できる。例えば、前記マルテンサイト系ワイヤは、少なくとも化学組成のNiが8〜12重量%、Crが8〜12重量%含有し、マルテンサイト変態開始温度が100℃以上,300℃以下であるマルテンサイト系ステンレスワイヤを用いるとよい。また、このマルテンサイト系ステンレスワイヤの代わりに、開先継手材の線膨張係数より小さい線膨張係数を有する他のオーステナイト系ワイヤ又はインコネル系ワイヤに交換して前記積層溶接することにより、上述したように、溶接金属部に線膨張係数の偏差による収縮抑制作用及び張力が生じ、底面側の溶接裏面部及びその近傍に残留する引張応力を圧縮応力に変える又は大幅低減できる。また、同時に最終層の溶接表面部及びその近傍に残留する引張応力を低減できる。また、溶接パス毎の入熱量を小さく抑制した溶接条件を用いることにより、パス毎の溶接及び累計の積層溶接で生じる溶接金属部及びこの周辺部の収縮変形やたわみ変形,熱影響部の領域を小さくできる。 Furthermore, in the welding construction that laminates from the welding of the remaining portion in the groove to be continued to the final layer welding of the groove upper surface portion, it is replaced with a martensite wire different from the austenite wire, or replaced with an inconel wire. It is used by exchanging with another austenitic wire having a linear expansion coefficient smaller than the linear expansion coefficient of the groove joint material, and the last welding condition when welding is performed using the austenitic wire before the welding operation. Alternatively, the non-consumable electrode method is used by changing to a welding condition having a heat input smaller than the last welding condition, or by reusing the last welding condition or a welding condition equivalent to the last welding condition. By performing pulse arc welding or direct current arc welding, as described above, martensitic transformation and expansion effects during the cooling process during welding The expansion agent and tension occurring in the weld metal laminated welded at martensitic wire with, it is possible to change the tensile stress remaining at the back of the weld portion and its vicinity of the bottom side to the compression stress. At the same time, the tensile stress remaining in the weld surface portion of the final layer and in the vicinity thereof can be reduced. For example, the martensitic wire contains at least 8 to 12% by weight of Ni of chemical composition and 8 to 12% by weight of Cr, and has a martensitic transformation start temperature of 100 ° C. or higher and 300 ° C. or lower. A wire may be used. Further, instead of this martensitic stainless steel wire, the above-mentioned lamination welding is performed by replacing with another austenitic wire or inconel wire having a linear expansion coefficient smaller than that of the groove joint material, as described above. In addition, the shrinkage suppressing action and the tension due to the deviation of the linear expansion coefficient are generated in the weld metal portion, and the tensile stress remaining in the weld back surface portion on the bottom surface side and the vicinity thereof can be changed to a compressive stress or greatly reduced. At the same time, the tensile stress remaining in the weld surface portion of the final layer and in the vicinity thereof can be reduced. In addition, by using welding conditions in which the heat input for each welding pass is suppressed to a small level, the weld metal part generated by welding for each pass and cumulative lamination welding and the area of shrinkage deformation, deflection deformation, and heat affected zone of this peripheral part can be reduced. Can be small.
以下、本発明の内容について、図1〜図10の実施例に用いて具体的に説明する。図1は、本発明の狭開先継手の多層盛溶接方法の概要を示す一実施例であり、(1)は継手部材の狭い開先内に非消耗性の電極及びワイヤを挿入した状態の溶接前の開先断面、(2)はオーステナイト系ワイヤを用いて開先底部から板厚Tの3/5程度の高さHbまで積層溶接し、その後にマルテンサイト系ワイヤに交換して残りの部分から開先上面部まで積層溶接した時の溶接断面、(3)は(2)と同様に、オーステナイト系ワイヤを用いて板厚Tの1/4程度の浅い高さHbまで積層溶接し、その後にマルテンサイト系ワイヤに交換して残りの深い部分から開先上面部まで積層溶接した時の溶接断面である。この開先継手部材1,2は、開先裏面1b,2b側に裏ビード15を形成させると共に、開先表面1a,2a側の開先上面部まで積層する多層盛溶接が必要な容器や配管や案内管など厚板の管部材又は厚板の平板部材を突き合せた狭い開先継手である。特に、原子力発電プラント,火力発電プラント,化学プラントなどで使用されるオーステナイト系のステンレス鋼材からなる狭開先継手であって、多層盛溶接の施工によって裏面側の溶接部分(裏ビード15部分)に残留する応力を圧縮応力に変化させることが重要である。
Hereinafter, the contents of the present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in FIGS. FIG. 1 is an embodiment showing an outline of a multi-layer welding method for a narrow groove joint of the present invention. (1) is a state in which a non-consumable electrode and a wire are inserted into a narrow groove of a joint member. The groove cross section before welding, (2) is laminated welding from the groove bottom to a height Hb of about 3/5 of the plate thickness T using an austenitic wire, and then replaced with a martensitic wire. The weld cross section when laminating and welding from the part to the groove upper surface part, (3) is laminating and welding to a shallow height Hb of about ¼ of the plate thickness T using an austenitic wire, as in (2). It is a welding cross section when it replaces | exchanges for a martensite type wire after that and carries out lamination | stacking welding from the remaining deep part to a groove | channel upper surface part. The groove
図1(1)に示すように、狭い開先継手部材1,2の開先内3に非消耗性の電極6とこの電極6先端に点弧するアーク10で溶融させるワイヤとを挿入して溶接を施工する。この非消耗性の電極6は、例えばLa2O3入りW,Y2O3入りW,ThO2 入りWなどの高融点材のタングステンを主成分とする市販品の丸電極棒を用いればよい。本溶接試験によれば、太径電極の横幅を狭く偏平形状に加工しなくても、開先内3に挿入可能な細径の丸電極6(例えば外径φ1.6,φ2.4の電極棒の先端のみを円錐形状に加工)であっても、図示していないシールドガス流入の雰囲気内で、この丸電極6先端と開先底部との間に発生させるアーク10が開先内3の壁面側にはい上がることなく、溶融すべき開先底部の部分に前記アークを安定に保持できる。開先内3に挿入可能な細径の丸電極は、安価に入手できると共に、丸電極棒の先端のみを簡便な電極研磨器で簡単に円錐加工でき、消耗時の再加工,溶接トーチへの取り付け取り外し作業が容易で使い勝手が優れている。また、この細径の丸電極6の代わりに、太径の電極下部の横幅を開先幅wより狭い偏平形状に形成した非消耗性の電極、あるいは開先幅wより狭い偏平形状に該当する非円形断面形状を有する他の非消耗性の電極を用いて溶接を行うことも可能である。偏平形状の電極は、太径の丸電極下部の横幅を偏平形状に加工するための製作費用を要するが、上述した丸電極とほぼ同様に、電極先端のみを簡便な電極研磨器によって簡単に円錐加工でき、溶接トーチへの取り付け取り外し作業容易である。
As shown in FIG. 1 (1), a
裏ビード形成が必要な初層裏波溶接(裏ビード形成工程)では、裏面側まで溶融可能な入熱アークの初層条件を出力させ、図1(2)(3)に示すように、開先底部の裏面側に裏ビード15の幅が特定値の4〜7mmの範囲、好ましくは4〜6mm(5±1mm)の範囲に形成するように施工することにより、裏波溶接が比較的易しい下向き姿勢や立向き上進姿勢の溶接はもちろんのこと、高度な溶接技術を要する配管の全姿勢溶接,管材の横向き姿勢の溶接,平板材の上向き姿勢の溶接であっても、凹みのない凸形状でほぼ均一な裏ビード幅を良好に得ることができる。なお、この初層裏波溶接については、図6及び図7にて詳細に説明する。
In the first layer back wave welding (back bead forming process) that requires the formation of the back bead, the initial layer conditions of the heat input arc that can be melted to the back side are output and opened as shown in FIGS. 1 (2) and (3). By constructing the
また、開先裏面1b,2bから累計の積層ビード高さHbが所定範囲に到達するまでは、図1 (2)(3) に示したように、開先継手の部材1,2の材質(例えば、SUS304系,SUS316系)と同質系のオーステナイト系ワイヤ(例えば、外径がφ0.8 〜
φ1.2 で、SUS304系かSUS308系,SUS316系の市販ワイヤ)を用い、開先内3で溶融させて1層1パスずつ積層溶接するようにしている。なお、前記開先継手部材1,2の材質が異なる他のオーステナイト系ステンレス(例えば、SUS309系,SUS321系など)の場合には、この継手部材の材質に合った同質系のオーステナイト系ワイヤを用いればよい。
Further, until the cumulative laminated bead height Hb reaches a predetermined range from the groove back surfaces 1b and 2b, as shown in FIGS. 1 (2) and (3), the material of the groove
φ1.2, SUS304, SUS308, or SUS316 commercially available wire) is melted in the
この積層溶接の終了後に、前記オーステナイト系ワイヤと異なるマルテンサイト変態を有するマルテンサイト系ワイヤに交換し、開先内3の残りの溶接部分から開先上面部の最終層(ビード断面30)まで、前記交換したマルテンサイト系ワイヤを開先内のアーク溶接部分に送給及び溶融させて1層1パスずつ積層溶接するようにしている。このように第2の積層溶接工程で積層溶接することにより、マルテンサイト系ワイヤによるマルテンサイト変態及び膨張効果によって、室温時の溶接金属部に膨張作用及び張力が生じ、開先底面側の溶接裏面部及びその近傍に残留する引張応力を圧縮応力に変えることができる。同時に、最終層の溶接表面部及びその近傍に残留する引張応力を低減できる。前記マルテンサイト系ワイヤは、溶接時の冷却過程でマルテンサイト変態を生じ、通常の室温(例えば20℃)時に、マルテンサイト変態の開始温度(例えば100〜300℃)時よりも膨張した状態になる溶接金属であり、しかも、溶接対象のオーステナイト系ステンレス鋼の溶接継手材と融合性の良いマルテンサイト系のステンレスワイヤを用いるとよい。例えば、少なくとも化学組成のNiが8〜12重量%、Crが8〜12重量%含有し、マルテンサイト変態開始温度が100℃以上,300℃以下であるマルテンサイト系ステンレスワイヤ(外径がφ0.8〜φ1.2のワイヤ)を用いればよい。
After the end of this lamination welding, replace with a martensitic wire having a martensitic transformation different from the austenitic wire, from the remaining welded portion in the
また、マルテンサイト系ワイヤの代わりに、例えば、インコネル系ワイヤに交換又は前記開先継手材の線膨張係数より小さい線膨張係数を有する他のオーステナイト系ワイヤに交換して用い、この交換した前記ワイヤを前記アーク中及びこのアーク直下に形成する溶融プール中(アーク溶接部分)に送給して溶融させ、継続すべき開先内の残り部分の溶接から開先上面部の最終層溶接に到達するまで順番に1層1パスずつ積層するように前記非消耗電極方式のパルスアーク溶接又は直流アーク溶接を行うようにしてもよい。このように第2の積層溶接工程で積層溶接することにより、溶接金属部に線膨張係数の偏差による収縮抑制作用及び張力が生じ、底面側の溶接裏面部及びその近傍に残留する引張応力を圧縮応力に変える又は大幅低減できる。また、同時に最終層の溶接表面部及びその近傍に残留する引張応力を低減できる。 Further, instead of the martensite wire, for example, the wire is replaced with an inconel wire or replaced with another austenite wire having a linear expansion coefficient smaller than that of the groove joint material. Is fed into the arc and in the melt pool (arc welding portion) formed immediately below the arc to melt, and the final layer welding of the groove upper surface portion is reached from the welding of the remaining portion in the groove to be continued. The non-consumable electrode type pulse arc welding or direct current arc welding may be performed so that the layers are laminated one by one in order. In this way, by laminating and welding in the second laminating welding process, shrinkage suppressing action and tension are generated in the weld metal part due to the deviation of the linear expansion coefficient, and the tensile stress remaining in the bottom side of the weld and the vicinity thereof is compressed. It can be changed to stress or greatly reduced. At the same time, the tensile stress remaining in the weld surface portion of the final layer and in the vicinity thereof can be reduced.
また、非消耗電極方式のパルスアーク溶接を行う場合には、溶接毎に出力すべき高いピーク電流と低いベース電流とを交互に繰り返すパルス周波数を最小で1Hz以上、最大で500Hz以下、好ましくは150Hz以下の範囲で使用する1つ以上の特定値を定め、あるいは大別した3つの前記溶接工程で異なる複数の特定値を定めるとよい。この定めたパルス周波数のパルスアークを溶接毎に出力させて、前記裏ビード形成工程で仮付け溶接を含む初層裏波溶接を行い、その後に、前記第1の積層溶接工程で特定範囲の積層ビード高さまで積層する積層溶接を行い、次の前記第2の積層溶接工程で開先内の残り部分の溶接から開先上面部の最終層溶接まで積層する積層溶接を行うことにより、開先底部から初層裏波溶接から開先上面部の最終層溶接まで良好に積層溶接できる。また、目標とする特定値のパルス周波数のパルスアークを所望の溶接工程及び溶接パスで確実に出力できるばかりでなく、直流アーク溶接で出力させる平均電流と同じ平均電流であっても、アーク力及び指向力を強くでき、開先内の両壁面部及び開先底面部の溶融,溶け込み深さを促進できる。なお、パルスアーク溶接時のパルス周波数が最も低い約1Hz(パルス周期時間:1s)の場合は、例えば、溶接速度が90mm/min 以上の速度領域で溶接ビードのリップル形状(貝殻模様のような波目)が約1.5mm 以上に荒くなり易い。一方、パルス周波数が高い約300Hz,約500Hzの場合には、パルス周期時間が極端に短くなるため、給電ケーブルの延長(例えば10倍の100mm以上に延長)が必要な時に、このケーブル延長に伴うリアクタの増加によって、矩形状のピーク電流波形が台形状や三角形状に変化するので、事前にピーク電流値を少し高めに補正することが望ましい。このパルス周波数を約150Hz以下に下げた場合には、例えば、給電ケーブルを100mまで長く延長しても、ほぼ矩形状のピーク電流波形を出力することが可能である。 Further, when performing non-consumable electrode type pulse arc welding, the pulse frequency at which the high peak current and the low base current to be output at every welding are alternately repeated is a minimum of 1 Hz, a maximum of 500 Hz, and preferably 150 Hz. One or more specific values to be used in the following ranges may be determined, or a plurality of different specific values may be determined in three roughly divided welding processes. A pulse arc of the determined pulse frequency is output for each welding, and the first layer back wave welding including tack welding is performed in the back bead forming step, and then a specific range of laminating is performed in the first laminating welding step. By performing laminating welding for laminating up to the bead height and performing laminating welding for laminating from the welding of the remaining portion in the groove to the final layer welding of the groove upper surface in the next second laminating welding process, From the first layer back wave welding to the final layer welding of the groove upper surface portion, it can be laminated and welded satisfactorily. Moreover, not only can a pulse arc of a target specific pulse frequency be output in a desired welding process and welding pass, but even if the average current is the same as the average current output in DC arc welding, the arc force and The directivity can be increased, and the melting and penetration depth of both wall surfaces and the groove bottom surface in the groove can be promoted. When the pulse frequency at the time of pulse arc welding is about 1 Hz (pulse period time: 1 s), for example, the welding bead ripple shape (wave like a shell pattern) is used in a velocity region where the welding speed is 90 mm / min or more. The eye) tends to become rougher than about 1.5 mm. On the other hand, when the pulse frequency is high at about 300 Hz and about 500 Hz, the pulse cycle time becomes extremely short, so when the power supply cable needs to be extended (for example, 10 times longer than 100 mm), this cable extension is accompanied. As the number of reactors increases, the rectangular peak current waveform changes to a trapezoidal shape or a triangular shape. Therefore, it is desirable to correct the peak current value to be slightly higher in advance. When the pulse frequency is lowered to about 150 Hz or less, for example, a substantially rectangular peak current waveform can be output even if the power feeding cable is extended to 100 m.
また、前記オーステナイト系ワイヤを用いて溶接すべき累計の積層ビード高さHbは、開先裏面1b,2bより板厚Tの1/5以上から4/5以下の範囲にするとよい。あるいは開先表面1a,2aより残存する開先深さHが板厚Tの1/5以上から4/5以下の範囲とできる。なお、オーステナイト系ワイヤを用いて溶接すべき累計の積層ビード高さ
Hbが板厚Tの1/5より小さ過ぎる又は残存する開先深さHが板厚Tの4/5より大き過ぎると、腐食環境下にさらされる溶接裏面部分の耐食性保持,腐食進行の防止を損なうおそれがあって好ましくない。前記積層ビード高さHbの最小値は、板厚の大小によって変化するが、少なくとも2層目の溶接ビード高さまではオーステナイト系ワイヤを用いて溶接施工することが好ましい。一方、オーステナイト系ワイヤを用いて溶接すべき累計の積層ビード高さHbが板厚Tの4/5より大き過ぎる又は残存する開先深さHが板厚Tの1/5より小さ過ぎると、その後に、前記マルテンサイト系ワイヤに交換して最終層まで積層溶接すべき部分が少な過ぎるため、室温時の溶接金属部に生じさせる膨張効果及び張力が相対的に低下し、反対側の最も離れた溶接裏面部及びその近傍に残留する引張応力を圧縮応力に変えることができなくなって好ましくない。また、前記マルテンサイト系ワイヤの代わりに、インコネル系ワイヤ又は前記開先継手材の線膨張係数より小さい線膨張係数を有する他のオーステナイト系ワイヤを用いる場合も、最終層まで積層溶接すべき部分が少な過ぎることになるので好ましくない。
Further, the cumulative laminated bead height Hb to be welded using the austenitic wire is preferably in the range of 1/5 or more to 4/5 or less of the plate thickness T from the groove back surfaces 1b and 2b. Alternatively, the groove depth H remaining from the groove surfaces 1a and 2a can be in the range from 1/5 to 4/5 of the plate thickness T. If the cumulative laminated bead height Hb to be welded using the austenitic wire is too smaller than 1/5 of the plate thickness T or the remaining groove depth H is too large than 4/5 of the plate thickness T, This is not preferable because it may impair the corrosion resistance of the welded back surface exposed to a corrosive environment and prevent the progress of corrosion. The minimum value of the laminated bead height Hb varies depending on the thickness of the plate, but it is preferable to weld using an austenitic wire at least at the second weld bead height. On the other hand, if the cumulative laminated bead height Hb to be welded using the austenite wire is too larger than 4/5 of the plate thickness T or the remaining groove depth H is too small than 1/5 of the plate thickness T, After that, since there are too few parts to be laminated and welded to the final layer after replacing with the martensite wire, the expansion effect and tension generated in the weld metal part at room temperature are relatively lowered, and the farthest on the opposite side Further, it is not preferable because the tensile stress remaining in the weld back surface portion and the vicinity thereof cannot be changed to the compressive stress. In addition, in place of the martensite wire, inconel wire or other austenite wire having a linear expansion coefficient smaller than that of the groove joint material is used, the portion to be laminated and welded to the final layer is Since it will be too little, it is not preferable.
図2は、本発明の狭開先継手の多層盛溶接方法の概要を示す他の一実施例であり、(1)は特定範囲の積層ビード高さHbに到達するまで、オーステナイ系ワイヤを用いて積層溶接した後に、オーステナイト系ワイヤと異なるマルテンサイト系ワイヤに交換して用い、1層1パスずつ積層する途中で必要に応じて左右に振分けて1層2パスずつ積層溶接した時の断面、(2)は最終層の溶接パスを3パスに増して積層溶接した時の断面である。ここでは、例えば、開先底部から板厚Tの3/5程度の高さHbまで、開先継手の部材1,2と同質系のオーステナイト系ワイヤを開先内3で溶融させて積層溶接している。そして、この積層溶接の終了後に、前記オーステナイト系ワイヤと異なるマルテンサイト変態を有するマルテンサイト系ワイヤに交換して用い、この交換したマルテンサイト系ステンレスワイヤを前記開先内のアーク溶接部分に送給及び溶融させて、図2(1)(2)に示すように、開先内の残り部分の溶接から開先上面部の最終層溶接まで1層1パスずつ積層溶接する、あるいは1層1パスずつ積層する途中で必要に応じて開先左右に振分けて1層2パスずつ積層溶接する、あるいは最終層の溶接パスを3パスに増して積層溶接するようにしている。
FIG. 2 is another embodiment showing the outline of the multi-layer welding method of the narrow gap joint of the present invention. (1) uses an austenitic wire until the laminated bead height Hb in a specific range is reached. After being laminated and welded, the cross-section is obtained by exchanging with a martensitic wire different from the austenitic wire and using one layer and one pass for laminating and welding to the left and right as needed. (2) is a cross section when the final layer welding pass is increased to 3 passes and laminated welding is performed. Here, for example, from the groove bottom to a height Hb of about 3/5 of the plate thickness T, the austenitic wire homogeneous with the
このように積層溶接することにより、1パスでは溶けにくくなる開先幅の壁面であっても、入熱アークが同一条件のまま又は少し低く抑制した条件でも開先幅の両壁面を確実に溶融でき、開先上面部まで良好な溶接結果を得ることができる。また、高いピーク電流と低いベース電流を交互に出力させるパルスアーク溶接を行うことにより、直流アーク溶接で出力させる平均電流と同じ平均電流であっても、アーク力及び指向力を強くでき、開先内の両壁面部及び開先底面部の溶融、溶け込み深さを促進できる。また、上述したように、マルテンサイト系ワイヤによるマルテンサイト変態及び膨張効果によって、室温時の溶接金属部に膨張作用及び張力が生じ、開先底面側の溶接裏面部及びその近傍に残留する引張応力を圧縮応力に変えることができ、同時に、最終層の溶接表面部及びその近傍に残留する引張応力を低減できる。また、最終層の溶接パスを3パスに増して溶接することにより、最終層の累計ビード幅をより広くでき、最終層の溶接表面部及びその近傍に残留する引張応力をさらに小さくできる。 By laminating in this way, even if the wall surface has a groove width that is difficult to melt in one pass, both wall surfaces of the groove width can be reliably melted even under conditions where the heat input arc remains the same or slightly lower. And good welding results can be obtained up to the groove upper surface. Also, by performing pulse arc welding that alternately outputs a high peak current and a low base current, even if the average current is the same as the average current output by DC arc welding, the arc force and directivity can be increased, and the groove It is possible to promote the melting and penetration depth of the inner wall surfaces and the groove bottom surface. Further, as described above, the martensite transformation and expansion effect caused by the martensitic wire causes expansion and tension in the weld metal part at room temperature, and the tensile stress remaining in the weld back side on the groove bottom side and in the vicinity thereof. Can be changed to compressive stress, and at the same time, the tensile stress remaining in the weld surface portion of the final layer and the vicinity thereof can be reduced. Further, by increasing the number of welding passes of the final layer to 3 passes, the accumulated bead width of the final layer can be increased, and the tensile stress remaining on the weld surface portion of the final layer and in the vicinity thereof can be further reduced.
図3は、本発明の狭開先継手の多層盛溶接方法の概要を示すもう一つ別の一実施例であり、図2との主な相違点は、前記マルテンサイト系ワイヤの代わりに、インコネル系ワイヤ又は前記開先継手材の線膨張係数より小さい線膨張係数を有する他のオーステナイト系ワイヤを用いて積層溶接することである。すなわち、この交換した前記インコネル系ワイヤ又は線膨張係数の小さい他のオーステナイト系ワイヤを開先内3のアーク溶接部分に送給及び溶融させて、図3(1)(2)に示すように、1層1パスずつ積層する途中で必要に応じて左右に振分けて1層2パスずつ最終層の溶接まで積層溶接する、あるいは最終層の溶接パスを3パスに増して積層溶接している。
FIG. 3 is another embodiment showing the outline of the multi-layer welding method of the narrow gap joint of the present invention. The main difference from FIG. 2 is that instead of the martensitic wire, Lamination welding is performed using an Inconel wire or another austenite wire having a linear expansion coefficient smaller than that of the groove joint material. That is, the exchanged Inconel wire or other austenite wire having a small coefficient of linear expansion is fed and melted to the arc welded
このように積層溶接することにより、上述したように、溶接金属部に線膨張係数の偏差による収縮抑制作用及び張力が生じ、底面側の溶接裏面部及びその近傍に残留する引張応力を圧縮応力に変える又は大幅低減できる。また、同時に最終層の溶接表面部及びその近傍に残留する引張応力を低減できる。また、1パスでは溶けにくくなる開先幅の壁面であっても、上述したように、入熱アークが同一条件のまま又は少し低く抑制した条件でも開先幅の両壁面を確実に溶融でき、開先上面部まで良好な溶接結果を得ることができる。さらに、最終層の溶接パスを3パスに増して溶接することにより、最終層の累計ビード幅をより広くでき、最終層の溶接表面部及びその近傍に残留する引張応力をさらに小さくできる。 By laminating and welding in this way, as described above, a shrinkage suppressing action and tension due to the deviation of the linear expansion coefficient occur in the weld metal part, and the tensile stress remaining on the bottom surface side of the weld and the vicinity thereof is converted to compressive stress. Can be changed or greatly reduced. At the same time, the tensile stress remaining in the weld surface portion of the final layer and in the vicinity thereof can be reduced. Moreover, even if the wall surface of the groove width becomes difficult to melt in one pass, as described above, both wall surfaces of the groove width can be reliably melted even under the condition that the heat input arc is kept under the same condition or a little lower, Good welding results can be obtained up to the groove upper surface. Furthermore, by increasing the number of welding passes of the final layer to 3 passes, the cumulative bead width of the final layer can be increased, and the tensile stress remaining on the weld surface portion of the final layer and in the vicinity thereof can be further reduced.
図4は、図1及び図2に示した多層盛溶接方法に使用するマルテンサイト系ワイヤと、オーステナイト系ワイヤ(又はこのワイヤと同質係の開先継手材)とにおける温度と伸び(1mm長さ当りの伸び)との関係を模式的に示す説明図である。また、図5は、マルテンサイト系ワイヤで積層溶接した溶接断面の上位部分に生じる膨張効果による張力とオーステナイト系ワイヤで積層溶接した溶接断面の裏面部分に生じる圧縮応力との関係を模式的に示す説明図である。図4に示すように、オーステナイト系ワイヤ(又はオーステナイト系ステンレス鋼の開先継手材)の場合は、点線で示すように、温度変化(上昇時と下降時)に対する伸び曲線が同一線上を行き来するように変化している。これに対して、マルテンサイト変態を有するマルテンサイト系ワイヤの場合には、実線で示すように、温度上昇時の伸び曲線と温度下降時の伸び曲線とが異なるように変化している。特に、温度下降時の過程(高温領域から冷却する過程)で、マルテンサイト変態が生じ、冷却後の室温時(約20℃)に、マルテンサイト変態の開始温度Ms時より膨張した状態になることを示している。 FIG. 4 shows the temperature and elongation (1 mm length) of the martensitic wire used in the multi-layer welding method shown in FIGS. 1 and 2 and an austenitic wire (or a groove joint material of the same quality as this wire). It is explanatory drawing which shows typically the relationship with (elongation of hit). FIG. 5 schematically shows the relationship between the tension due to the expansion effect generated in the upper portion of the welded section laminated by martensitic wire and the compressive stress generated in the back surface portion of the welded section laminated by austenite wire. It is explanatory drawing. As shown in FIG. 4, in the case of an austenitic wire (or an austenitic stainless steel groove joint material), as shown by the dotted line, the elongation curve with respect to temperature change (during rising and falling) goes back and forth on the same line. Has changed. On the other hand, in the case of a martensitic wire having martensitic transformation, as shown by a solid line, the elongation curve at the time of temperature rise and the elongation curve at the time of temperature change are different. In particular, the martensitic transformation occurs in the process of lowering the temperature (cooling process from the high temperature region), and at the room temperature after cooling (about 20 ° C), the martensitic transformation starts to expand from the starting temperature Ms. Is shown.
本発明の狭開先継手の多層盛溶接方法では、図4に示した温度変化に対する伸び曲線が異なる2種類のワイヤを使い分けて積層溶接を施工している。すなわち、図5に示すように、前記オーステナイト系ワイヤを用いて開先底部側を積層溶接し、その後に、マルテンサイト変態を有する前記マルテンサイト系ワイヤを用いて、開先内の残り部分から開先上面部の最終層まで積層溶接している。このように2種類のワイヤを使い分けて積層溶接することにより、上述したように、マルテンサイト系ワイヤによるマルテンサイト変態及び膨張効果によって、室温時の溶接金属部に膨張作用及び張力が生じ、開先底面側の溶接裏面部及びその近傍に残留する引張応力を圧縮応力に変えることができる。同時に、最終層の溶接表面部及びその近傍に残留する引張応力を低減できる。前記マルテンサイト系ワイヤは、オーステナイト系ステンレス鋼の溶接継手材と融合性の良いマルテンサイト系のステンレスワイヤであって、上述したように、少なくとも化学組成のNiが8〜12重量%、Crが8〜12重量%含有し、マルテンサイト変態開始温度が100℃以上,300℃以下であるマルテンサイト系ステンレスワイヤ(外径がφ0.8〜φ1.2のワイヤ)を用いればよい。また、前記マルテンサイト系ワイヤの代わりに、上述したように、インコネル系ワイヤ又は開先継手材の線膨張係数より小さい線膨張係数を有する他のオーステナイト系ワイヤを用いることもできる。 In the multi-layer welding method of the narrow groove joint of the present invention, lamination welding is performed by using two types of wires having different elongation curves with respect to temperature changes shown in FIG. That is, as shown in FIG. 5, the groove bottom side is laminated and welded using the austenitic wire, and thereafter, the martensitic wire having martensitic transformation is used to open from the remaining portion in the groove. Lamination welding is performed up to the final layer on the top surface. As described above, by laminating and welding two types of wires properly as described above, the martensitic transformation and expansion effect caused by the martensitic wire causes expansion and tension in the weld metal part at room temperature. The tensile stress remaining in the bottom surface side of the weld back surface and its vicinity can be changed to a compressive stress. At the same time, the tensile stress remaining in the weld surface portion of the final layer and the vicinity thereof can be reduced. The martensitic wire is a martensitic stainless steel wire that has good fusion properties with the welded joint material of austenitic stainless steel, and as described above, at least 8 to 12% by weight of Ni having a chemical composition and 8% to Cr. A martensitic stainless wire (a wire having an outer diameter of φ0.8 to φ1.2) having a content of ˜12 wt% and a martensite transformation start temperature of 100 ° C. or higher and 300 ° C. or lower may be used. In place of the martensite wire, as described above, another austenite wire having a linear expansion coefficient smaller than that of the inconel wire or the groove joint material can be used.
図6は、本発明の狭開先継手の多層盛溶接方法に係わる溶接装置の一実施を示す概略構成図である。溶接対象の開先継手部材1,2は、厚板のオーステナイト系ステンレス鋼からなる容器や配管や案内管などの管部材であり、開先底部の裏面側に裏ビード15形成
(完全溶け込み)を有する初層裏波溶接、開先上部までの多層盛溶接が必要な狭開先継手ある。また、前記管部材と異なる形状製品の平板部材の狭開先継手であってもよい。図6に示す実施例では、レール上を走行する溶接台車5に搭載されている溶接トーチ7(TIGトーチ)に装着した非消耗性の電極6と、ワイヤ4を案内するワイヤホルダ25の両方とを開先内3に挿入し、シールドガス33の流入雰囲気で発生させるアーク10中及び溶融プール中にワイヤ4を送給し、開先底部の裏面側に裏ビード15を形成させる初層裏波溶接を行っている状況を示している。表面側の溶接部に流入するシールドガス33は、不活性の純Arガス、あるいはAr+数パーセントH2 入りの混合ガス又はAr+数十パーセントHe入りの混合ガスを使用すればよい。これらの混合ガスを使用すると、純Arガスと比べてエネルギ密度やアークの集中性が高まり、溶融状態及び溶け込みを良くでき、溶接速度も上げることができる。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a welding apparatus according to the multi-layer welding method for narrow gap joints of the present invention. The groove
There are narrow groove joints that require first layer backside welding with (complete penetration) and multi-layer welding up to the top of the groove. Moreover, the narrow groove joint of the flat plate member of a shape product different from the said pipe member may be sufficient. In the embodiment shown in FIG. 6, both the
TIG溶接電源8は、前記溶接トーチ7先端の電極6と開先継手部材1,2との間に接続されており、溶接モードを選択するスイッチによってパルスアーク溶接又は直流アーク溶接の切り換えが可能な溶接電源である。パルスアーク溶接を選択した場合は、このパルスアーク溶接の給電に必要なピーク電流とベース電流,アーク電圧などの各条件値を任意に出力でき、また、パルス周波数の任意変更(例えば1Hz〜最大500Hz)もできるようになっている。パルスアーク溶接と異なる直流アーク溶接を選択した場合には、溶接電流(平均電流)に該当する所望の直流電流,アーク電圧(平均アーク電圧)を出力できる。
The TIG
溶接制御装置9aは、溶接トーチ7及びワイヤ4を搭載した溶接台車5の走行を指令制御し、TIG溶接電源8の出力を指令制御し、溶接トーチ7(電極6)の左右位置,上下位置を必要に応じて指令制御し、電極6先端部へのワイヤ4の供給、このワイヤ4の左右位置及び上下位置を必要に応じて調整し、さらに、開先継手部材1,2の裏面側に配備してある裏面側監視装置17を駆動するものである。操作ペンダント9bは、溶接制御装置9aに接続されており、溶接条件調整手段,トーチ位置及びワイヤ位置調整手段を内蔵している。操作ペンダント9bに内蔵されている溶接条件調整手段により、パルスアーク溶接時のピーク電流とそのピーク電流時間,ベース電流とそのベース電流時間、又はパルス周波数とピーク電流の時間比率,電極高さの制御(AVC制御)に使用するピーク電圧又はベース電圧又は平均アーク電圧,ピークワイヤ送りとベースワイヤ送り、溶接速度又はこの溶接速度に該当する走行速度の各条件値を設定したり、これらの条件値を溶接中に割り込んで調整したりできるようになっている。また、トーチ位置及びワイヤ位置調整手段により、前記溶接トーチ7の位置ずれや、省略しているワイヤ4の位置ずれを調整したりできるようになっている。
The
また、直流アーク溶接を選択した場合には、前記溶接条件調整手段により、直流アーク溶接で出力すべき平均電流,電極高さの制御(AVC制御)に使用する平均アーク電圧又はアーク長,ワイヤ送り速度,溶接速度又はこの溶接速度に該当する走行速度の各条件値を設定したり、これらの条件値を溶接中に割り込んで調整したりできるようになっている。また、パルスアーク溶接の場合と同様に、トーチ位置及びワイヤ位置調整手段により、溶接トーチ7の位置ずれ、ワイヤ4の位置ずれを調整できるようになっている。また、前記操作ペンダント9bに内蔵している溶接条件調整手段は、仮付け溶接で出力すべき小入熱の仮付け条件,初層裏波溶接で出力すべき初層条件,特定の積層ビード高さまで積層溶接する施工で出力すべき複数の積層条件、その後に開先上面部の最終層まで積層溶接する施工で出力すべき複数の積層条件を設定,記憶及び再生が可能な機能を有している。この溶接条件調整手段に該当する機能を有する溶接データファイルや他の手段であってもよい。また、前記操作ペンダント9bは、溶接実行手段を兼用しており、前記溶接条件調整手段又はこの溶接条件調整手段に該当する溶接データファイルに予め設定された層別又はパス別の各溶接条件に基づいて、仮付け溶接,初層裏波溶接、その後2層目溶接、3層目から開先上面部の最終層までの各溶接が順番に実行できるようになっている。最終層まで積層溶接する手順については、図7にて説明する。
In addition, when DC arc welding is selected, the welding condition adjusting means uses the average current to be output by DC arc welding, the average arc voltage or arc length used for electrode height control (AVC control), wire feed, and so on. Each condition value of speed, welding speed or traveling speed corresponding to this welding speed can be set, or these condition values can be interrupted and adjusted during welding. Similarly to the pulse arc welding, the position deviation of the welding torch 7 and the position deviation of the
また、溶接台車5には、表面側の溶接状態を監視するための第2のカメラ35を、溶接トーチ7とワイヤホルダ25との上部中間に配備している。この第2のカメラ35と一対のカメラ制御器36によって撮像する表面側の溶接状態の映像を第2の映像モニタ装置
37に画面表示して監視できるようにしている。前記第2のカメラ35,第2の映像モニタ装置37に該当する他の第2の映像手段,第2の映像表示手段であってもよい。前記第2の映像モニタ装置43の画面には、図6の左下段に示すように、開先表面1a,2a側から開先内3に挿入した電極6とワイヤ4,表側のアーク10及び溶融プール18、この溶融プール18及び電極6の後方に形成する表側の溶接ビードの状態を表示している。前記第2の映像モニタ装置37に画面表示する表面側の溶接状態の監視結果に基づいて、電極6の位置又はこの電極位置及びワイヤ4位置を調整又は制御することにより、電極6の位置ずれ(例えば左右方向の電極位置ずれ)やワイヤ4の位置ずれ(例えば左右方向,上下方向のワイヤ位置ずれ)をなくすことができる。また、溶接条件の因子も調整又は制御できる。
The
一方、開先継手部材1,2の裏面側には、裏面側監視装置17を配備している。この裏面側監視装置17には、裏面側の溶融プール16及びこの周辺部を撮像する第1のカメラ11,この撮像周辺部を照らす照明手段32(例えば小径の照明ランプ)、前記裏面側の溶融プール16及びこの周辺部の裏ビード15を保護するためのバックシールドガス34(例えばArガス)を流すガス流出ボックスを装備している。また、第1の映像モニタ装置13は、図6の右下段に示すように、カメラ制御器12と一対の前記第1のカメラ11又はこの第1のカメラ11に該当する撮像手段によって撮像する裏面側の溶融プール16及びこの周辺部の映像をリアルタイムで画面表示するものである。同時に、この映像の大きさ又は溶融プール幅又はこの溶融プール近傍の裏ビード幅Bを示す寸法、初層裏波溶接で形成すべき裏面側の溶融プール幅又は裏ビード幅の適正範囲を示す特定値14を第1の映像モニタ装置13の画面内に表示するようにしている。第1の映像モニタ装置13は、これに該当する他の映像表示手段であってもよい。裏面側の溶融プール幅又は裏ビード幅を特定する適正範囲は、4〜7mm、好ましくは約4〜6mm(又は約5±1mm)であり、この適正範囲を特定した数値及びこの数値に該当する線引きライン(点線)又は寸法矢印を監視可能な状態に画面表示している。
On the other hand, a back
このように、前記第1の映像モニタ装置13の画面又はこの第1の映像モニタ装置13に該当する第1の映像表示手段の画面に直接表示することにより、初層裏波溶接で重要な裏面側の溶融プール及び裏ビードの形成状態や大きさ、裏面側に突き出ているインサート材19の溶融状態、特定値の裏ビード幅Bを映像として監視及び観察でき、溶接中の裏ビード幅が適正範囲に形成されているか否かを容易に判定できる。特に、裏面側の溶融プール幅又はこの溶融プール近傍の裏ビード幅Bの適正範囲を約4〜6mmに特定し、この特定値を前記第1の映像モニタ装置13の画面内に直接色分け表示して明瞭に監視可能な状態にする。その後に、裏面側の裏ビード幅Bが前記特定値の適正範囲に形成するように、初層溶接条件を出力させて前記パルスアーク溶接又は直流アーク溶接を行うことにより、溶接装置を操作する溶接者が代わっても個人差の影響がなくなり、裏面側に目標としている溶融プール幅及び裏ビード幅を適正範囲に確実に形成でき、凹みのない凸形状でほぼ均一な裏ビード幅を良好に得ることができる。
Thus, by directly displaying on the screen of the first
また、画像処理装置38は、裏面側のインサート材19を含む溶融プール16及びこの周辺部の画像を処理して、裏面側の溶融プール16の幅B又はこの溶融プール16近傍の裏ビード15幅Bをリアルタイムで検出し、また、インサート材の幅Cをも検出するものである。この画像処理装置38に該当する他の検出処理手段であってもよい。溶接制御装置9a側にリアルタイムで送信される検出データは、溶接制御装置9a内で複数の値を平均化する処理を順次行い、その平均化処理した検出値と目標の前記特定値とを比較及び判定処理する。そして、この判定処理の結果に基づいて、裏面側の溶融プールB幅又はこの溶融プール近傍の裏ビード幅Bが特定値の適正範囲(約4〜6mm又は約5±1mmの範囲)に形成するように、パルスアーク溶接のピーク電流,ベース電流,ピーク電圧又は平均アーク電圧又はアーク長,溶接速度又は走行速度のいずれか1つ以上の条件因子、あるいは前記条件因子の他に、ピーク電流時間中かベース電流時間中のワイヤ送り速度又は両時間中のワイヤ送り速度の値を含むいずれか1つ以上の条件因子を増減制御するようにしている。また、直流アーク溶接の場合には、平均電流,平均アーク電圧又はアーク長,溶接速度又は走行速度,ワイヤ送り速度のいずれか1つ以上の条件因子を増減制御するようにしている。
Further, the
例えば、前記画像処理装置38で検出する裏面側の溶融プール幅の検出値Bsが前記特定値の適正範囲より小さくなる状態(Bs<B1=4mm)であれば、ピーク電流Ip(パルスアーク溶接の時)や平均電流Ia(直流アーク溶接の時)を増加(Ip+ΔI又は
Ia+ΔI)させる。反対に、溶融プール幅の検出値Bsが前記特定値の適正範囲より大きくなる状態(Bs>B2=6mm)であれば、ピーク電流(パルスアーク溶接の時)や平均電流(直流アーク溶接の時)を減少(Ip−ΔI又はIa−ΔI)させるとよい。溶融プール幅の検出値Bsが適正範囲内の状態(例えばB1=4≦Bs≦B2=6mm)であれば、出力中の溶接条件をそのまま保持するとよい。
For example, if the detection value Bs of the melt pool width on the back surface side detected by the
このように、検出値の判定結果に基づいて条件因子を適正に増減制御することにより、アーク力及び入熱量の増減によって溶融プール幅及びその溶融プール近傍の裏ビード幅を適正範囲内に短時間で回復させられる。また、ピーク電流又はベース電流(パルスアーク溶接の時),平均電流(直流アーク溶接の時)の増減と同時に、ピーク電圧又は平均アーク電圧又はワイヤ送り速度を増減する制御を行うことにより、裏面側に目標としている溶融プール幅及び裏ビード幅を適正範囲に確実に形成できる。さらに、前記1つ以上の条件因子を増減調整又は増減制御すると共に、表面側の溶接状態の監視結果に基づいて、前記電極6の位置又はこの電極位置及びワイヤ4位置を調整又は制御することにより、電極6の位置ずれ(例えば左右方向の電極位置ずれ)やワイヤ4の位置ずれをなくし、蛇行や融合不良のない良好な裏ビード幅を特定値の適正範囲に形成できるばかりでなく、溶接者の負担を大幅に軽減でき、溶接品質の向上や生産性の向上を図ることができる。
In this way, by appropriately increasing / decreasing the condition factor based on the determination result of the detected value, the molten pool width and the back bead width in the vicinity of the molten pool can be reduced within an appropriate range for a short time by increasing / decreasing the arc force and heat input. Can be recovered. Also, by controlling the peak voltage, average arc voltage, or wire feed rate at the same time as increasing / decreasing peak current or base current (during pulse arc welding) and average current (during DC arc welding), the back side Thus, the target melt pool width and back bead width can be reliably formed within an appropriate range. Further, the adjustment or increase / decrease control of the one or more conditional factors is performed, and the position of the
図7は、狭開先継手の溶接施工の概要を示すものであり、(1)は溶接前の断面、(2)は本溶接前に仮付け溶接した時の断面、(3)は本溶接1パス目で初層裏波溶接した時の断面、(4)は前記継手部材の材質と同質系のオーステナイト系ワイヤを用いて2パス目まで溶接した時の断面、(5)は累計の積層ビード高さHbが板厚Tの約2/5に到達するまで積層溶接した時の断面、(6)は前記オーステナイト系ワイヤと異なるマルテンサイト系ワイヤを用いて、開先内の残りの溶接部分から開先上面部の最終層まで積層溶接した時の断面である。この開先継手部材1,2は、上述したように、原子力発電プラントや火力発電プラントなどで使用される厚板のオーステナイト系ステンレス鋼からなる容器や配管や案内管などの管部材又は平板部材の溶接製品であり、開先底部の初層裏波溶接から開先上面部まで積層する溶接施工及び溶接部分に残留する引張応力の圧縮応力化又は大幅低減が必要な狭開先継手ある。
Fig. 7 shows the outline of the welding operation of the narrow groove joint. (1) is a cross section before welding, (2) is a cross section when tack welding is performed before main welding, and (3) is main welding. Cross section when first layer back wave welding is performed in the first pass, (4) is a cross section when welding to the second pass using the austenitic wire of the same type as the material of the joint member, and (5) is the total number of laminated layers A cross-section when lamination welding is performed until the bead height Hb reaches about 2/5 of the plate thickness T, (6) shows the remaining welded portion in the groove using a martensite wire different from the austenite wire It is a cross section when carrying out lamination welding from the last layer of a groove | channel upper surface part. As described above, the groove
この狭開先継手の一例では、図7(1)に示すように、開先底部の中央にインサート材19を表面側1a,2a及び裏面側1b,2bに各々突き出すように設けている。このインサート材19は、前記開先継手部材1,2の材質と同質系のオーステナイト系ステンレス鋼材である。このインサート材を設けることにより、裏面側に適正範囲(約4〜6mm)の裏ビード幅Bを確実に凸形状に形成できるばかりでなく、開先底部の突き合せ部に生じ易い段違いやギャップの影響を緩和できる。また、このインサート材19は、前記開先継手材と同質材であって、化学組成の一つであるS(重量%)が前記開先継手材より高めの0.008〜0.015%含有しているインサート材19を用いるとよい。特に、前記Sの含有量が高めの前記インサート材19を用いることにより、Sの含有量が少ない通常のインサート材19使用の溶接時よりも、アーク形状が細く絞られ、深さ方向への溶融金属の対流及び溶け込みが促進し、10〜20%程度少ない溶接電流(又は入熱量)の溶接条件で裏面側に裏ビード15が確実に形成でき、凹みのない凸形状でほぼ均一な裏ビード幅を得ることができる。なお、S(重量%)の含有量が0.015% を超えると、溶接割れの感受性が高まるので好ましくない。
In an example of this narrow groove joint, as shown in FIG. 7 (1), an
一方、インサート材19の幅を含む開先底部の開先幅wは、ここでは約6mmに設定した例を示しているが、例えば、最小値の約4mm又は約5mm、あるいは少し広めの約7mm又は最大値の約8mmの概略寸法、又はこれらの概略寸法に近い少数点含みの寸法(例えば約
5.3mm,6.4mm,7.5mm など)に予め形成するとよい。同時に、この狭開先継手の上部までの片面角度θを10°以下に形成(例えば、約2.5°,約5°,約7.5°,約
10°に形成)することにより、開先表面1a,2aの上部まで狭い開先内3を1層1パスずつ積層する多層盛溶接を確実に施工できる。また、溶接パス毎の入熱量や多層盛溶接の累計入熱量、溶接熱による収縮変形を従来溶接より大幅に低減できるばかりでなく、溶接すべき開先断面積を小さくでき、ワイヤの使用量の削減や溶接工数の低減を図ることもできる。なお、この片面角度θを広くした開先継手を多層盛溶接することは可能であるが、板厚T又は開先深さの増加と共に、溶接すべき開先断面積Aが増大(A=H2 *tanθ+H*w)するため、溶接パス数の増加や溶接作業時間の増加,累計入熱量及び収縮変形も増加することになる。これを抑制するべく、前記片面角度θを10°以下に限定した。開先底部のルートフェイスfについては、約1〜2.5mm の範囲に形成すること、好ましくは約1.5mm前後に形成することにより、裏面側まで容易に溶融させることができる。
On the other hand, the groove width w of the groove bottom portion including the width of the
本実験によれば、前記インサート材19の幅を含む開先底部の開先幅wを4mm未満に形成すると、狭すぎるため、その開先内に挿入する電極6の外面と開先内3の壁面との隙間が極端に狭く、しかも、初層溶接及びその後の溶接による熱収縮によって開先幅全体が収縮し、開先壁面への電極6の接触やアーク発生が起こり易く、開先上部までの積層溶接が困難に至る。一方、開先底部の開先幅wが8mmを超えると、広すぎるため、開先面積の増加によって溶接パス数及びワイヤ使用量が増加し、溶接工数も増す結果となる。したがって、前記開先幅wは、上述したように、最小でも4mm以上、最大でも8mm以下の寸法に形成することが好ましい。なお、1層1パスずつ積層する溶接が途中で難しくなる場合には、図2及び図3に示したように、必要に応じて開先左右に振分けて1層2パスずつ積層溶接することにより、開先内の両壁面を確実に溶融でき、開先上面部まで良好な溶接結果を得ることができる。さらに、最終層の溶接パスを3パスに増して溶接することにより、最終層の累計ビード幅をより広くでき、最終層の溶接表面部及びその近傍に残留する引張応力をさらに小さくできる。
According to this experiment, if the groove width w of the groove bottom portion including the width of the
本溶接の初層裏波溶接の以前に行う仮付け溶接では、図7(2)に示すように、開先継手部材1,2の裏面側の継ぎ部及びインサート材19の突き出し部が溶融しない浅い溶け込みの低入熱アーク及びワイヤ送りなしの仮付け条件を出力させて、表面側1a,2aから開先底部の継ぎ部とインサート材19の突き出し部とを溶融接合するように、ワイヤ4送りなしの仮付け溶接を行うとよい。このように仮付け溶接することにより、裏面側まで溶融しない浅い溶け込みの溶接ビードが開先底部に良好に形成でき、溶接対象の開先継手を確実に接合固定できる。また、本溶接の初層裏波溶接時にワイヤ送りが容易になると共に、裏ビード形成への悪影響をなくすことができる。
In the tack welding performed before the first layer back wave welding of the main welding, as shown in FIG. 7 (2), the joint portion on the back surface side of the groove
そして、本溶接で裏ビード15形成が必要な初層裏波溶接では、裏面側まで溶融させる入熱アークの初層条件を出力させ、図7(3)に示すように、裏面側まで完全に溶け込むように溶融させると共に、溶融プール幅又はこの溶融プール近傍の裏ビード15の幅Bが特定値の約4〜6mmの範囲(又は約5±1mmの範囲)に形成するようにしている。例えば、パルスアーク溶接の場合は、図6に示した第1の映像モニタ装置13に画面表示する裏面側の溶融プール16及びその溶融プール近傍の裏ビード15の状態や大きさを示す映像と、目標の裏ビード幅Bの適正範囲を示す特定値とを監視し、溶接中の裏ビード幅が前記特定値の範囲に形成するように、必要に応じてピーク電流,ベース電流,ピーク電圧又は平均アーク電圧又はアーク長,溶接速度又は走行速度,ピーク電流時間中かベース電流時間中のワイヤ送り速度又は両時間中のワイヤ送り速度の値を含むいずれか1つ以上の条件因子を調整又は制御するとよい。初層溶接時のワイヤ送りは少量(例えば積層溶接時の半分以下)で充分である。また、直流アーク溶接の場合には、同様の裏ビード幅が前記特定値の範囲に形成するように、必要に応じて平均電流,平均アーク電圧又はアーク長,溶接速度又は走行速度,ワイヤ送り速度のいずれか1つ以上の条件因子を調整又は制御するとよい。
Then, in the first layer back wave welding in which the
例えば、溶融プール幅又は裏ビード幅が前記特定値の適正範囲より小さくなる又は大きくなる状態であれば、ピーク電流(パルスアーク溶接の時)や平均電流(直流アーク溶接の時)を増減調整すると、アーク力及び入熱量の増減によって溶融プール幅及びその溶融プール近傍の裏ビード幅を短時間で適正範囲内に回復させることができ、応答性の緩やかな溶接速度又は走行速度の調整より優位である。前記ピーク電流や前記平均電流の次に、ベース電流の増減調整かアーク長又はアーク電圧の調整が有効であり、裏ビード幅を適正範囲内に回復させる。また、ワイヤ送り速度の調整は、溶着金属の増減及び溶融プールの温度変化によって裏ビード幅と表面側のビード高さとの両方を微調整できる。さらに、表面側の前記電極6の位置又はこの電極位置及びワイヤ4位置を調整又は制御するとよい。
For example, if the molten pool width or the back bead width is smaller or larger than the appropriate range of the specific value, the peak current (at the time of pulse arc welding) and the average current (at the time of DC arc welding) are adjusted to increase or decrease. By adjusting the arc force and heat input, the molten pool width and the back bead width near the molten pool can be restored to the appropriate range in a short time, which is superior to adjusting the welding speed or running speed with a responsive response. is there. Next to the peak current and the average current, the increase / decrease adjustment of the base current or the adjustment of the arc length or the arc voltage is effective, and the back bead width is restored within an appropriate range. Further, the adjustment of the wire feed speed can finely adjust both the back bead width and the bead height on the surface side by increasing / decreasing the weld metal and changing the temperature of the molten pool. Further, the position of the
本実験によれば、例えば、裏面側の溶融プール幅が約2.5mm 以下になると、裏ビードが形成したり、形成しなかったりする極めて不安定な状態になり、さらに小さくなると、全くでない溶融不足(裏ビードなし)の欠陥溶接の結果に至った。一方、裏面側の溶融プール幅が約7.5mm を超える大きさになると、下向き姿勢での裏ビード形状が1mm以上凸形状に盛り上り(下側に沈み込む形状)、反対に、上向き姿勢での裏ビード形状は1mm程度凹んでしまう結果になり、溶接姿勢の違いによって裏面側の裏ビードが凹凸形状に変化した。さらに、裏面側の溶融プール幅が約9mmを超えると、溶け落ちる欠陥溶接に至った。したがって、上述したように、裏面側の溶融プール幅及び裏ビード幅を4〜7mmの範囲、好ましくは4〜6mm(5±1mm)の範囲に特定して確実に形成させ、凹みのない凸形状でほぼ均一な裏ビードを得るようにしている。 According to this experiment, for example, when the melt pool width on the back surface side is about 2.5 mm or less, the back bead is formed or not formed, and it becomes an extremely unstable state. Insufficient (no back bead) defect welding results. On the other hand, when the melt pool width on the back side exceeds 7.5 mm, the back bead shape in the downward posture rises to a convex shape of 1 mm or more (the shape that sinks downward), on the contrary, in the upward posture As a result, the back bead shape was recessed by about 1 mm, and the back bead on the back side changed to an uneven shape due to the difference in welding position. Furthermore, when the molten pool width on the back side exceeded about 9 mm, it led to defect welding that melted down. Therefore, as described above, the melt pool width and back bead width on the back side are specified in the range of 4 to 7 mm, preferably in the range of 4 to 6 mm (5 ± 1 mm). In order to obtain an almost uniform back bead.
このように、裏面側の溶融プール幅及び裏ビード幅が前記特定値の適正範囲に形成するように、前記パルスアーク溶接又は直流アーク溶接を施工することにより、溶接装置を操作する溶接者が代わっても個人差の影響がなくなり、裏面側に目標としている溶融プール幅及び裏ビード幅を前記特定値の適正範囲に確実に形成でき、凹みのない凸形状でほぼ均一な裏ビード幅を良好に得ることができる。特に、高度な溶接技術を要する配管の全姿勢溶接,管材の横向き姿勢の溶接,平板材の上向き姿勢の初層裏波溶接に適している。さらに、前記1つ以上の条件値を調整又は制御すると共に、表面側の前記電極6の位置又はこの電極位置及びワイヤ4位置を調整又は制御することにより、電極6の位置ずれ(例えば左右方向の電極位置ずれ)やワイヤ4の位置ずれをなくし、蛇行や融合不良のない良好な裏ビード幅を特定値の適正範囲に形成できる。ここでは少量のワイヤ送りを示したが、このワイヤ送りを停止(ワイヤなし)にして初層裏波溶接を実施することも可能である。また、ここでは開先継手部材1,2の開先底部中央にインサート材19を設ける溶接例を示したが、インサート材19なしの開先継手であっても、例えば、下向き姿勢や立向き上進姿勢で初層裏波溶接を実施すれば、裏面側に目標としている溶融プール幅及び裏ビード幅を適正範囲に形成でき、凸形状でほぼ均一な裏ビード幅を良好に得ることが可能である。次に、初層裏波溶接の終了後に行う2層目の溶接では、オーステナイト系ワイヤを使用すると共に、図7(4)に示すように、少なくとも初層溶接時に形成した前記裏ビード15を再溶融させない入熱条件に抑制した溶接条件(例えば、初層溶接条件の1/2〜2/3の入熱条件)に変更して、非消耗電極方式のパルスアーク溶接又は直流アーク溶接を行うようにしている。このように2層目溶接の入熱を抑制して溶接することにより、裏ビードの再溶融が確実に防止できると共に、表面側に積層するビード高さを増すことができる。また、累計の積層ビード高さHbが3層目の溶接以降に到達するまで積層する溶接施工では、図7(5)に示すように、少なくとも初層の溶接条件、2層目の溶接条件と異なる積層条件であって、溶接パスに該当する複数の適正な溶接条件(例えば、4kJ/cm〜12kJ/cmの低い入熱条件又は平均溶接電流が約120A〜220Aのアーク条件)に変更して1層1パスずつ積層溶接するように、前記非消耗電極方式のパルスアーク溶接又は直流アーク溶接を行うようにしている。又はほぼ一定の適正な溶接条件(例えば、約4kJ/cmか約6kJ/cmか約8kJ/cmか約10kJ/cmか約12kJ/cmに特定した低い入熱条件)に設定して積層溶接するように、前記非消耗電極方式のパルスアーク溶接又は直流アーク溶接を行うこともできる。ワイヤ送り量については、溶入熱条件に適した溶融可能なワイヤ量であり、例えば、形成すべきビード高さが0.5〜2.0mmの範囲内になるように送給するとよい。また、溶接中は、図6に示した第2の映像モニタ装置37に画面表示する表面側の溶接状態の監視結果に基づいて、電極6の位置又はこの電極位置及びワイヤ4位置を調整又は制御するとよい。このように第1の積層溶接を施工することにより、開先裏面から所定の積層ビード高さHbまでオーステナイト系ワイヤによる溶接金属で満たすことができる。
Thus, by performing the pulse arc welding or the direct current arc welding so that the melt pool width and the back bead width on the back surface side are formed within the appropriate range of the specific value, the welder operating the welding apparatus is replaced. Even if there is no influence of individual differences, the target melt pool width and back bead width can be reliably formed within the appropriate range of the specified value on the back side, and a substantially uniform back bead width is achieved with a convex shape without a dent. Obtainable. In particular, it is suitable for all-position welding of pipes that require advanced welding techniques, welding in the horizontal orientation of pipe materials, and first layer back-wave welding in the upward orientation of flat plates. Further, the one or more condition values are adjusted or controlled, and the position of the
そして、その後に開先上面部の最終層まで積層する溶接施工では、マルテンサイト変態を有するマルテンサイト系ワイヤに交換し、図7(6)に示すように、継続すべき開先内3の残りの溶接部分26から開先上面部の最終層まで1層1パスずつ積層溶接するようにしている。また、図2に示したように1層1パスずつ積層する途中で開先左右に振分けて1層2パスずつ積層溶接できる。さらに、最終層の溶接パスを3パスに増して溶接することにより、最終層の累計ビード幅をより広くでき、最終層の溶接表面部及びその近傍に残留する引張応力をさらに小さくできる。
Then, in the welding construction in which the groove is laminated up to the final layer on the upper surface of the groove, the wire is replaced with a martensitic wire having martensitic transformation, and as shown in FIG. From the welded
マルテンサイト系ワイヤを使用する積層溶接では、この積層溶接の以前にオーステナイト系ワイヤを使用して積層溶接した時の最後の溶接条件又はこの最後前の溶接条件よりも小さい入熱量の適正な溶接条件に変更して溶接することにより、開先上面部まで良好な溶接結果を得ることができるばかりでなく、溶接による収縮変形やたわみ変形、熱影響部の領域を小さくできる。あるいは前記最後の溶接条件又はこの最後前の溶接条件と同等の適正な溶接条件を再使用して溶接することにより、少ないパス数で積層できると共に、開先上面部まで良好な溶接結果を得ることができる。最終層の溶接(P=N)では、図7(6)に示したように開先表面1a,2aより少し盛り上る(例えは1mm程度の余盛り高さ)ように仕上げている。この最終層の溶接又は最終層の前層の溶接及び最終層の溶接では、溶接トーチ4を左右に揺動させるウィービング溶接を行うとよい。このウィービング溶接によって溶接ビードの両止端部の溶け込みを良くし、貝殻模様のような波目を有する良好な溶接ビード外観を得ることができる。
In laminate welding using martensite wire, the last welding condition when laminate welding was performed using austenite wire before this lamination welding, or appropriate welding conditions with a smaller heat input than this last welding condition By welding with changing to, it is possible not only to obtain a good welding result up to the groove upper surface portion, but also to reduce the shrinkage deformation, deflection deformation, and heat affected zone region due to welding. Alternatively, by reusing and welding the last welding condition or an appropriate welding condition equivalent to the last welding condition, it is possible to stack with a small number of passes and obtain a good welding result up to the groove upper surface. Can do. In the final layer welding (P = N), as shown in FIG. 7 (6), it is finished so that it slightly rises above the groove surfaces 1a and 2a (for example, an extra height of about 1 mm). In the final layer welding or the previous layer welding and the final layer welding, weaving welding in which the
このように2種類のワイヤを使い分けて各々積層溶接することにより、原子力発電プラント,火力発電プラントなどで使用される厚板の容器や配管などの管部材や平板部材の開先継手の完全溶け込み溶接及び残留応力低減が要求される溶接製品であっても、開先裏面部から開先上面部まで欠陥のない良好な溶接結果を得ることかできるばかりでなく、上述したように、マルテンサイト系ワイヤによるマルテンサイト変態及び膨張効果によって、室温時の溶接金属部に膨張作用及び張力が生じ、重要な開先底面側の溶接裏面部及びその近傍に残留する応力を圧縮応力に改善できる。同時に、最終層の溶接表面部及びその近傍に残留する引張応力を低減できる。また、溶接パス毎の入熱量を小さく抑制した溶接条件を用いることにより、パス毎の溶接及び累計の積層溶接で生じる溶接金属部及びこの周辺部の収縮変形やたわみ変形,熱影響部の領域を小さくできる。なお、溶接継手の引張強度試験,曲げ強度試験を行った結果、母材破断による母材以上の高強度,ミクロ割れもない延性強度を有する良好な結果であった。 In this way, two types of wires are properly used and each is laminated and welded, so that complete penetration welding of pipe members such as thick plate containers and pipes used in nuclear power plants and thermal power plants, and groove joints of flat plate members In addition, it is possible not only to obtain a good welding result without defects from the groove back surface portion to the groove top surface portion even in a welded product that requires a reduction in residual stress. Due to the martensitic transformation and expansion effect caused by the above, expansion action and tension are generated in the weld metal portion at room temperature, and the stress remaining in the weld back surface portion near the groove bottom surface side and the vicinity thereof can be improved to compressive stress. At the same time, the tensile stress remaining in the weld surface portion of the final layer and the vicinity thereof can be reduced. In addition, by using welding conditions in which the heat input for each welding pass is suppressed to a small level, the weld metal part generated by welding for each pass and cumulative lamination welding and the area of shrinkage deformation, deflection deformation, and heat affected zone of this peripheral part can be reduced. Can be small. In addition, as a result of conducting a tensile strength test and a bending strength test of the welded joint, it was a good result having a higher strength than the base material due to the base material fracture and a ductile strength without micro cracks.
最後に、残留応力の測定結果について述べる。図8は、本発明の狭開先継手の多層盛溶接方法で施工した多層盛溶接構造物の1つである配管内面の残留応力測定結果の一例である。同様に、図9は、多層盛溶接構造物の1つである配管外面の残留応力測定結果の一例である。配管の材質がSUS316L系、外径が314mm、板厚が29.5mm 、開先深さが28mmである。溶接施工は、図1(3)及び図7で説明したように示したように、配管と同質系のオーステナイト系ワイヤ(SUS316L系)を用いて開先板厚Tの2/5程度の浅い高さまで積層溶接し、その後に、マルテンサイト変態を有するマルテンサイト系のステンレスワイヤに交換して残りの深い部分から開先上面部まで低入熱条件で積層溶接している。また、残留応力測定は、X線回折測定法より精度の良いひずみゲージ開放法
(配管内外面の測定箇所にひずみゲージを貼り付け、短冊切りの1次切断開放の工程から最終スリット切りの3次開放の工程を経て、周方向の開放ひずみ値εθと軸方向の開放ひずみ値εzとの測定結果より、周方向の残留応力σθ,軸方向の残留応力を算出)を用いて測定した結果である。
Finally, the measurement results of residual stress will be described. FIG. 8 is an example of a measurement result of residual stress on the inner surface of a pipe, which is one of the multi-layered welded structures constructed by the multi-pass welding method for the narrow groove joint of the present invention. Similarly, FIG. 9 is an example of a residual stress measurement result on the outer surface of a pipe that is one of the multi-layer welded structures. The material of the pipe is SUS316L, the outer diameter is 314 mm, the plate thickness is 29.5 mm, and the groove depth is 28 mm. As shown in FIG. 1 (3) and FIG. 7, the welding work is performed using austenite wire (SUS316L system) of the same quality as the piping, and a shallow height of about 2/5 of the groove plate thickness T. Lamination welding is then performed, and then, martensitic stainless wire having martensitic transformation is exchanged and lamination welding is performed under low heat input conditions from the remaining deep portion to the groove upper surface portion. In addition, the residual stress measurement is more accurate than the X-ray diffraction measurement method (the strain gauge opening method (a strain gauge is attached to the measurement location on the inner and outer surfaces of the pipe, and the process of stripping the primary cut to the final slit cutting) This is a result of measurement using the opening step, calculating the circumferential residual stress σθ and the axial residual stress from the measurement result of the circumferential opening strain value εθ and the axial opening strain value εz. .
配管内面側の溶接裏面部及びその周辺部の残留応力は、図8に示したように、溶接線直角方向の軸方向残留応力σz(〇印の線)及び溶接線方向の周方向残留応力σθ(◆印の線)の両方ともに、約−100MPa以下の圧縮応力になっている。一方、配管外面側の溶接表面部及びその周辺部の残留応力については、図9に示したように、溶接部に隣接する部分の周方向残留応力σθ(◆印の線)が最大約170MPaの引張応力になっている。これに対して、溶接線直角方向の軸方向残留応力σz(〇印の線)は、溶接部に隣接する部分及び溶接中央部分で約−100MPaの圧縮応力になっている。 As shown in FIG. 8, the residual stress at the weld back surface on the inner surface side of the pipe and its peripheral portion is the axial residual stress σz in the direction perpendicular to the weld line (circled line) and the circumferential residual stress σθ in the weld line direction. Both (the lines marked with ◆) have a compressive stress of about −100 MPa or less. On the other hand, as shown in FIG. 9, the circumferential residual stress σθ (line marked with ◆) in the portion adjacent to the welded portion is about 170 MPa at the maximum, as shown in FIG. Tensile stress. On the other hand, the axial residual stress σz in the direction perpendicular to the weld line (circled line) is a compressive stress of about −100 MPa in the portion adjacent to the weld and the center of the weld.
比較のために、初層裏波溶接から最終層の溶接まで全て前記オーステナイト系ワイヤを用いて溶接施工した配管内面の残留応力測定結果の一例を図10に示す。配管の材質やサイズ,開先形状,溶接条件及び溶接の施工法はほぼ同じあり、マルテンサイト系ワイヤを使用せずに、開先継手材と同質系のオーステナイト系ワイヤのみを使用していることが異なっている。この場合には、周方向残留応力σθが約−100MPa以下の圧縮応力であるのに対して、重要な軸方向残留応力σzが最大で約100MPaの引張応力に変化している。開先継手の開先幅を狭くし、しかも、低入熱の溶接条件で積層溶接することによって、重要な溶接裏面部及びその周辺部の残留応力を低減できるが、図10に示したように、最大で約100MPaの引張応力が残っている。これに対して、本発明の多層盛溶接方法を施工することにより、図8に示したように、重要な溶接裏面部及びその周辺部の残留応力を圧縮応力に改善できる。この改善の結果、溶接完了後に、残留応力を除去するための高価な加熱処理装置を設けたり、加熱処理を行ったりする必要がなくなり、コスト低減を図ることもできる。 For comparison, FIG. 10 shows an example of a residual stress measurement result on the inner surface of a pipe welded using the austenitic wire from the first layer backside welding to the final layer welding. The piping material and size, groove shape, welding conditions and welding method are almost the same, and only martensitic wire is used and only austenitic wire of the same quality as groove joint material is used. Is different. In this case, while the circumferential residual stress σθ is a compressive stress of about −100 MPa or less, the important axial residual stress σz changes to a tensile stress of about 100 MPa at the maximum. By reducing the groove width of the groove joint and performing lamination welding under low heat input welding conditions, it is possible to reduce the residual stress at the important weld back surface and its peripheral part, as shown in FIG. A maximum tensile stress of about 100 MPa remains. On the other hand, by applying the multi-layer welding method of the present invention, as shown in FIG. 8, the residual stress at the important welding back surface portion and its peripheral portion can be improved to compressive stress. As a result of this improvement, it is not necessary to provide an expensive heat treatment apparatus for removing residual stress or perform heat treatment after the completion of welding, and cost can be reduced.
以上述べたように、本発明の狭開先継手の多層盛溶接方法によれば、開先継手の多層盛溶接及び残留応力低減が必要な厚板の容器や配管などの管部材又は平板部材であっても、開先底部から初層裏波溶接から開先上面部の最終層溶接まで良好に積層溶接できる。また、2種類のオーステナイト系ワイヤ及びマルテンサイトを使い分けて積層溶接することより、マルテンサイト変態の溶接金属部に膨張作用及び張力が生じ、底面側の溶接裏面部及びその近傍に残留する引張応力を圧縮応力に変えることができ、同時に、最終層の溶接表面部及びその近傍に残留する引張応力を低減できる。また、溶接パス毎の入熱量,溶接による収縮変形やたわみ変形,熱影響部の領域を小さくできるばかりでなく、溶接すべき開先断面積を小さくでき、ワイヤの使用量の削減,溶接工数の低減を図ることができる。さらに、残留応力を改善できる結果、溶接完了後に、残留応力を除去するための高価な加熱処理装置を設けたり、加熱処理を行ったりする必要がなくなり、コスト低減を図ることができるばかりでなく、原子力発電プラントなどの実機適用稼働における残留応力腐食割れ防止,長寿命化に寄与することができる。 As described above, according to the multi-layer prime welding method of the narrow groove joint of the present invention, the pipe joint or the flat plate member such as the thick plate container or the pipe which requires the multi-layer prime welding of the groove joint and the residual stress reduction. Even if it exists, lamination welding can be favorably performed from the groove bottom portion to the final layer welding of the groove upper surface portion from the initial layer backside welding. Also, by laminating and welding two types of austenitic wire and martensite separately, expansion action and tension are generated in the weld metal part of the martensite transformation, and tensile stress remaining in the bottom side of the weld back surface and in the vicinity thereof is generated. The compressive stress can be changed, and at the same time, the tensile stress remaining on the weld surface portion of the final layer and in the vicinity thereof can be reduced. In addition, not only can the heat input per welding pass, shrinkage deformation or deflection deformation due to welding, and the heat affected zone be reduced, but the groove cross-sectional area to be welded can be reduced, reducing the amount of wire used and reducing the number of welding processes. Reduction can be achieved. Furthermore, as a result of improving the residual stress, it is not necessary to provide an expensive heat treatment apparatus for removing the residual stress after the completion of welding, or to perform the heat treatment, and not only can the cost be reduced, This contributes to the prevention of residual stress corrosion cracking and the extension of service life when operating in actual equipment such as nuclear power plants.
1,2…開先継手部材、1b,2b…開先裏面、3…開先内、4…ワイヤ、5…溶接台車、6…電極、7…溶接トーチ、8…TIG溶接電源、9a…溶接制御装置、9b…操作ペンダント、10…アーク、11…第1のカメラ、12…カメラ制御器、13…第1の映像モニタ装置、14…裏ビード幅Bの特定値、15…裏ビード、16…裏面側の溶融プール、17…裏面側監視装置、18…表面側の溶融プール、19…インサート材、20…仮付け溶接のビード断面、21…初層裏波溶接のビード断面、22…2パス目溶接のビード断面、23…3パス目溶接のビード断面、30…最終層のビード断面、32…照明手段、33…シールドガス、34…バックガス、35…第2のカメラ、36…カメラ制御器、
37…第2の映像モニタ装置、38…画像処理装置、39…表面側の溶融プール、41…オーステナイ系ワイヤで積層溶接、42…マルテンサイト系ワイヤで積層溶接、Hb…累計の積層ビード高さ、H…残存開先深さ、w…開先底部幅、f…ルートフェイス、θ…片面角度。
1, 2 ... groove joint member, 1b, 2b ... groove back surface, 3 ... inside groove, 4 ... wire, 5 ... welding carriage, 6 ... electrode, 7 ... welding torch, 8 ... TIG welding power source, 9a ... welding Control device, 9b ... operation pendant, 10 ... arc, 11 ... first camera, 12 ... camera controller, 13 ... first video monitor device, 14 ... specific value of back bead width B, 15 ... back bead, 16 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Melting pool of back side, 17 ... Monitoring apparatus of back side, 18 ... Molten pool of surface side, 19 ... Insert material, 20 ... Bead cross section of tack welding, 21 ... Bead cross section of first layer back wave welding, 22 ... 2 Bead cross section of pass weld, 23 ... Bead cross section of third pass weld, 30 ... Bead cross section of final layer, 32 ... Illuminating means, 33 ... Shield gas, 34 ... Back gas, 35 ... Second camera, 36 ... Camera Controller,
37 ... second image monitor device, 38 ... image processing device, 39 ... surface side molten pool, 41 ... lamination welding with austenitic wire, 42 ... lamination welding with martensite wire, Hb ... total laminated bead height , H: remaining groove depth, w: groove bottom width, f: root face, θ: single-sided angle.
Claims (7)
前記積層溶接は積層溶接の開始より部材厚さの1/5以上4/5以下の範囲に前記管部材又は平板部材と同種のワイヤを用いて行う第一の溶接工程と、前記第一の溶接工程後に残存部より溶接最終層までの範囲に前記管部材又は平板部材より小さい線膨張係数を有するワイヤを用いて行う第二の溶接工程とを有することを特徴とする多層盛溶接方法。 In the multi-layer prime welding method for narrow groove joints in which the groove formed by mutually abutting tube members or flat plate members is laminated and welded from one side,
The first welding step is performed by using the same kind of wire as the pipe member or the flat plate member in the range of 1/5 to 4/5 of the member thickness from the start of the lamination welding, and the first welding. And a second welding step using a wire having a smaller linear expansion coefficient than the tube member or flat plate member in a range from the remaining portion to the final weld layer after the step.
前記狭開先の底部の開先幅を4mm以上8mm以下とし、前記開先を形成する部材の片面の角度は10°以下とすることを特徴とする多層盛溶接方法。 The multilayer overlay welding method according to claim 1,
A multi-layer welding method, wherein a groove width of a bottom portion of the narrow groove is 4 mm or more and 8 mm or less, and an angle of one side of a member forming the groove is 10 ° or less.
硫黄分を0.008〜0.15%含有したオーステナイト系インサート材を前記狭開先継手底部の中央部に、表面側及び裏面側に各々突き出すよう設けることを特徴とする多層盛溶接方法。 The multilayer overlay welding method according to claim 1,
A multilayer overlay welding method comprising providing an austenitic insert material containing 0.008 to 0.15% of a sulfur content at the center of the bottom of the narrow groove joint so as to protrude from the front side and the back side, respectively.
前記第一の溶接工程に用いられるワイヤはオーステナイト系ワイヤであり、
前記第二の溶接工程に用いられるワイヤはマルテンサイト系ワイヤ,インコネル系ワイヤ,オーステナイト系ワイヤのいずれかであることを特徴とする多層盛溶接方法。 The multilayer overlay welding method according to claim 1,
The wire used in the first welding process is an austenitic wire,
The multi-layer welding method, wherein the wire used in the second welding step is one of a martensite wire, an inconel wire, and an austenite wire.
前記第一の溶接工程に用いられるワイヤはオーステナイト系ワイヤであり、
前記第二の溶接工程に用いられるワイヤはマルテンサイト系ワイヤであり、
前記マルテンサイト系ワイヤはNiを8〜12重量%、Crを8〜12重量%含有し、マルテンサイト変態開始温度が100℃以上300℃以下であるワイヤを用いることを特徴とする多層盛溶接方法。 The multilayer overlay welding method according to claim 1,
The wire used in the first welding process is an austenitic wire,
The wire used in the second welding process is a martensitic wire,
The martensitic wire uses a wire containing 8 to 12 wt% of Ni and 8 to 12 wt% of Cr and having a martensite transformation start temperature of 100 ° C to 300 ° C. .
前記第一の溶接工程前に前記開先底部の表面側の継ぎ部と前記インサート材の突き出し部とを溶融接合する仮付け溶接工程を有することを特徴とする狭開先継手の多層盛溶接方法。
In the multilayer overlay welding method according to claim 4,
A multi-layer prime welding method for narrow groove joints, comprising a tack welding step in which a joint portion on a surface side of the groove bottom portion and a protruding portion of the insert material are melt-bonded before the first welding step. .
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