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JP2023050553A - Stainless steel weld joint, stainless steel welding method and automatic welding equipment - Google Patents

Stainless steel weld joint, stainless steel welding method and automatic welding equipment Download PDF

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JP2023050553A
JP2023050553A JP2021160717A JP2021160717A JP2023050553A JP 2023050553 A JP2023050553 A JP 2023050553A JP 2021160717 A JP2021160717 A JP 2021160717A JP 2021160717 A JP2021160717 A JP 2021160717A JP 2023050553 A JP2023050553 A JP 2023050553A
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Nippon Steel Stainless Steel Corp
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Nippon Steel Stainless Steel Corp
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Abstract

【課題】溶接部の品質に優れたステンレス鋼の溶接継手を提供することを課題とする。
【解決手段】18質量%以上のCrを含有するステンレス鋼からなる母材と、溶接金属部と、を備え、溶接金属部のN含有量[N]と母材のN含有量[N]との関係が[N]/[N]≧1.00を満足し、溶接金属部への異種金属の巻き込み数が、溶接金属部の溶接方向の長さ1000mmあたり1個以下である、溶接継手を採用する。
【選択図】なし
An object of the present invention is to provide a welded joint of stainless steel with excellent weld quality.
A base material made of stainless steel containing 18 % by mass or more of Cr and a weld metal part are provided. The relationship with B satisfies [N] W / [N] B ≥ 1.00, and the number of dissimilar metals involved in the weld metal part is 1 or less per 1000 mm of the length of the weld metal part in the welding direction. , adopting welded joints.
[Selection figure] None

Description

本発明は、ステンレス鋼の溶接継手、ステンレス鋼の溶接方法及び自動溶接装置に関する。 The present invention relates to a stainless steel welded joint, a stainless steel welding method and an automatic welding apparatus.

SUS329J3Lなどに代表される二相ステンレス鋼は、Cr、Ni、Mo、Nを主要元素としてフェライト相とオーステナイト相の二相組織からなり、優れた強度と耐食性を有する。このため、河川インフラ設備、化学プラント、食品製造プラント、貯水タンク、海水淡水化装置をはじめとした様々な分野に適用されている。 Duplex stainless steel represented by SUS329J3L has a dual phase structure of ferrite phase and austenite phase with Cr, Ni, Mo and N as main elements, and has excellent strength and corrosion resistance. For this reason, it is applied to various fields including river infrastructure facilities, chemical plants, food manufacturing plants, water storage tanks, and seawater desalination equipment.

また、SUS312L、SUS836Lなどのオーステナイト系ステンレス鋼は、Cr、Ni、Mo、Nなどの含有量が高いため高耐食性を発揮できる。このため、オーステナイト系ステンレス鋼は、海洋構造物や化学プラント、食品タンクなどの塩化物イオン濃度が高い過酷な腐食環境下において使用されている。 In addition, austenitic stainless steels such as SUS312L and SUS836L have high contents of Cr, Ni, Mo, N, etc., and therefore exhibit high corrosion resistance. Therefore, austenitic stainless steels are used in severe corrosive environments with high chloride ion concentrations such as offshore structures, chemical plants, and food tanks.

ステンレス鋼の溶接構造物を建造する場合の溶接方法としては、TIG溶接、プラズマ溶接などの非消耗電極式溶接法が用いられる。非消耗電極式溶接法は、溶接効率では消耗電極式溶接には劣るものの、シールドガスに純Arガスを使用するため、溶接金属中の酸素量が極めて低く、靱性が優れており、また、介在物や気泡欠陥の少ない高品質な溶接金属を形成できため、品質要求の厳しい溶接構造物の建造に適している。 Non-consumable electrode welding methods such as TIG welding and plasma welding are used as welding methods for constructing stainless steel welded structures. Non-consumable electrode welding is inferior to consumable electrode welding in terms of welding efficiency. It is suitable for the construction of welded structures with strict quality requirements because it can form high-quality weld metal with few defects and bubble defects.

前述の二相ステンレス鋼やオーステナイト系ステンレス鋼の多くは主要元素としてNが添加されているが、それらを純Arシールドガスを使用して非消耗電極式溶接を行うと、溶融時にNの蒸発が生じて溶接金属のN含有量が母材よりも低下してしまい、機械的特性や耐食性の低下を招く場合がある。これを防止するためには、窒素を混合したシールドガスを使用して非消耗電極式溶接する方法がある。 Many of the above-mentioned duplex stainless steels and austenitic stainless steels contain N as a main element. As a result, the N content of the weld metal becomes lower than that of the base metal, which may lead to deterioration of mechanical properties and corrosion resistance. In order to prevent this, there is a method of non-consumable electrode welding using a shielding gas mixed with nitrogen.

二相ステンレス鋼の溶接方法の一例として、下記特許文献1には、二相ステンレス鋼を非消耗電極式溶接法で溶接する際に、トーチシールドガス、バックシールドガス及びアフターシールドガスとして60~100%の窒素を含有するガスを用いる溶接方法が記載されている。 As an example of a welding method for duplex stainless steel, Patent Document 1 below discloses that when welding duplex stainless steel by a non-consumable electrode type welding method, the torch shield gas, back shield gas and after shield gas are 60 to 100. % nitrogen is described.

特開2021-74738号公報JP 2021-74738 A

しかし、窒素を主成分とするトーチシールドガスを用いて非消耗電極式ガスシールドアーク溶接を行うと、電極の溶融消耗が激しくなる問題がある。また、溶融消耗したタングステン電極が溶接金属に混入すると、異種金属の巻込みという溶接欠陥が生じてしまい、溶接継手の品質が低下する問題がある。 However, when non-consumable electrode type gas-shielded arc welding is performed using a torch shield gas containing nitrogen as a main component, there is a problem that the electrode is rapidly melted and consumed. In addition, if the melted and consumed tungsten electrode is mixed with the weld metal, a welding defect such as entrainment of dissimilar metals will occur, and the quality of the welded joint will be deteriorated.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、溶接部の品質に優れたステンレス鋼の溶接継手を提供することを課題とする。また、本発明は、電極の溶融消耗を抑制し、溶接部の品質を低下させることのないステンレス鋼の溶接方法及び自動溶接装置を提供することを課題とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a welded joint of stainless steel with excellent weld quality. Another object of the present invention is to provide a stainless steel welding method and an automatic welding apparatus that suppress the melting consumption of the electrode and prevent the quality of the welded portion from deteriorating.

上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を採用する。
[1] 18質量%以上のCrを含有するステンレス鋼からなる母材と、溶接金属部と、を備え、
前記溶接金属部のN含有量[N]と前記母材のN含有量[N]との関係が[N]/[N]≧1.00を満足し、
前記溶接金属部への異種金属の巻き込み数が、前記溶接金属部の溶接方向の長さ1000mmあたり1個以下である、ステンレス鋼の溶接継手。
[2] 前記異種金属がタングステンである、[1]に記載のステンレス鋼の溶接継手。
[3] 18質量%以上のCrを含有するステンレス鋼を母材とし、電極が保持されるとともにトーチシールドガスを噴出可能な溶接トーチを用い、溶加材を使用せずに前記母材を非消耗電極式ガスシールドアーク溶接法により溶接する方法であって、
前記トーチシールドガスを、65体積%以上100体積%以下の窒素を含有するガスとし、
前記電極を、タングステン電極とし、
溶接中の前記溶接トーチの向きを、溶接の進行方向とは反対方向に向けながら溶接する後進溶接とし、
前記電極の後進角度を5°以上60°以下とする、ステンレス鋼の溶接方法。
[4] 前記電極の後進角度を5°以上30°以下とする、[3]に記載のステンレス鋼の溶接方法。
[5] 前記電極として、純タングステン電極または酸化物入りタングステン電極を用いる、[3]または[4]に記載のステンレス鋼の溶接方法。
[6] 溶接後の溶接部の雰囲気を、65体積%以上100体積%以下の窒素を含有するアフターシールドガス雰囲気にする、[3]乃至[5]の何れか一項に記載のステンレス鋼の溶接方法。
[7] 溶接中及び溶接後の溶接部の裏面側の雰囲気を、65体積%以上100体積%以下の窒素を含有するバックシールドガス雰囲気にする、[3]乃至[6]の何れか一項に記載のステンレス鋼の溶接方法。
[8] 18質量%以上のCrを含有するステンレス鋼からなる母材に対し、溶加材を使用せずに前記母材を非消耗電極式ガスシールドアーク溶接法により溶接する自動溶接装置であって、
電極としてタングステン電極が保持されるとともにトーチシールドガスを噴出可能な溶接トーチと、
前記トーチシールドガスとして、65体積%以上100体積%以下の窒素を含有するガスを前記溶接トーチに供給するシールドガス供給部と、を備え、
前記溶接トーチの向きが、溶接の進行方向とは反対方向に向けられるとともに、前記電極の後進角度が5°以上60°以下の範囲に設定されている、自動溶接装置。
[9] 前記電極の後進角度が5°以上30°以下の範囲とされている、[8]に記載の自動溶接装置。
[10] 前記電極が、純タングステン電極または酸化物入りタングステン電極である、[8]または[9]に記載の自動溶接装置。
[11] 溶接後の溶接部の雰囲気を、65体積%以上100体積%以下の窒素を含有するアフターシールドガス雰囲気にするための第1雰囲気調整部が更に備えられている、[8]乃至[10]の何れか一項に記載の自動溶接装置。
[12] 溶接中及び溶接後の溶接部の裏面側の雰囲気を、65体積%以上100体積%以下の窒素を含有するバックシールドガス雰囲気にするための第2雰囲気調整部が更に備えられている、[8]乃至[11]の何れか一項に記載の自動溶接装置。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following configuration.
[1] A base material made of stainless steel containing 18% by mass or more of Cr and a welded metal part,
The relationship between the N content [N] W of the weld metal part and the N content [N] B of the base metal satisfies [N] W / [N] B ≥ 1.00,
A welded joint of stainless steel, wherein the number of dissimilar metals involved in the welded metal portion is 1 or less per 1000 mm of the length of the welded metal portion in the welding direction.
[2] The welded joint of stainless steel according to [1], wherein the dissimilar metal is tungsten.
[3] Using a stainless steel containing 18% by mass or more of Cr as a base material, using a welding torch capable of holding an electrode and ejecting a torch shield gas, and using a welding torch without using a filler material. A method of welding by a consumable electrode gas shielded arc welding method,
The torch shield gas is a gas containing 65% by volume or more and 100% by volume or less of nitrogen,
The electrode is a tungsten electrode,
Reverse welding in which the direction of the welding torch during welding is directed in the direction opposite to the direction of welding,
A method for welding stainless steel, wherein the backward movement angle of the electrode is 5° or more and 60° or less.
[4] The method for welding stainless steel according to [3], wherein the backward movement angle of the electrode is 5° or more and 30° or less.
[5] The stainless steel welding method according to [3] or [4], wherein a pure tungsten electrode or a tungsten electrode containing oxide is used as the electrode.
[6] The stainless steel according to any one of [3] to [5], wherein the atmosphere of the welded portion after welding is an after-shield gas atmosphere containing 65% by volume or more and 100% by volume or less of nitrogen. Welding method.
[7] Any one of [3] to [6], wherein the atmosphere on the back side of the welded part during and after welding is a back shield gas atmosphere containing 65% by volume or more and 100% by volume or less of nitrogen. The method for welding stainless steel according to .
[8] An automatic welding apparatus for welding a base material made of stainless steel containing 18% by mass or more of Cr by a non-consumable electrode gas shielded arc welding method without using a filler material. hand,
a welding torch holding a tungsten electrode as an electrode and capable of ejecting a torch shield gas;
a shield gas supply unit that supplies a gas containing 65% by volume or more and 100% by volume or less of nitrogen as the torch shield gas to the welding torch,
The automatic welding device, wherein the welding torch is oriented in a direction opposite to the advancing direction of welding, and the backward movement angle of the electrode is set within a range of 5° or more and 60° or less.
[9] The automatic welding device according to [8], wherein the backward movement angle of the electrode is in the range of 5° or more and 30° or less.
[10] The automatic welding device according to [8] or [9], wherein the electrode is a pure tungsten electrode or a tungsten electrode containing oxide.
[11] A first atmosphere adjustment unit is further provided for making the atmosphere of the welded portion after welding into an after-shield gas atmosphere containing 65% by volume or more and 100% by volume or less of nitrogen, [8] to [ 10] The automatic welding device according to any one of items.
[12] A second atmosphere adjustment unit is further provided for changing the atmosphere on the back side of the welded part during and after welding to a back shield gas atmosphere containing 65% by volume or more and 100% by volume or less of nitrogen. , the automatic welding device according to any one of [8] to [11].

本発明によれば、溶接部の品質に優れたステンレス鋼の溶接継手を提供できる。
また、本発明によれば、電極の溶融消耗を抑制し、溶接部の品質を低下させることのないステンレス鋼の溶接方法及び自動溶接装置を提供できる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the welded joint of stainless steel which is excellent in the quality of a weld can be provided.
Further, according to the present invention, it is possible to provide a stainless steel welding method and an automatic welding apparatus that suppress the melting consumption of the electrode and prevent the quality of the welded portion from deteriorating.

本発明の実施形態である自動溶接装置の一例を示す模式図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The schematic diagram which shows an example of the automatic welding apparatus which is embodiment of this invention. 本発明の実施形態である自動溶接装置の別の例を示す模式図。The schematic diagram which shows another example of the automatic welding apparatus which is embodiment of this invention. 本発明の実施形態であるステンレス鋼の溶接方法を説明する模式図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The schematic diagram explaining the welding method of the stainless steel which is embodiment of this invention. 本発明の実施形態であるステンレス鋼の溶接方法を説明する模式図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The schematic diagram explaining the welding method of the stainless steel which is embodiment of this invention.

本発明者らは、窒素を主成分とするトーチシールドガスを用いて非消耗電極式ガスシールドアーク溶接を行った場合に、電極の溶融消耗が激しくなる原因を追求した。非消耗電極式ガスシールドアーク溶接の一種であるTIG溶接において、シールドガスとして従来から使用されるアルゴンに比べて、窒素は、比熱が高いことが知られている。この比熱の違いにより、窒素を主成分とするガスを用いた非消耗電極式ガスシールドアーク溶接では、従来のアルゴンを使用した場合に比べて、アークが緊縮してエネルギー密度が増大する。また、アーク周辺に発生するプラズマ気流の流速も増加する。このため、溶融池からスパッタが飛びやすく、金属蒸気も多く発生する傾向にあることが判明した。ここで、従来の非消耗電極式ガスシールドアーク溶接では、溶接トーチを垂直に立てたまま溶接を行っており、溶融池の直上に電極が位置する関係にある。このため、シールドガスとして窒素を主成分とするガスを用いた非消耗電極式ガスシールドアーク溶接では、溶接時に、電極表面に、スパッタや金属蒸気に由来する金属が付着し、電極の電子放出効率が低下し、その結果、電極温度が上昇し、電極が溶融消耗に至ることが判明した。 The inventors of the present invention have investigated the cause of the rapid melting consumption of the electrode when non-consumable electrode type gas-shielded arc welding is performed using a torch shield gas containing nitrogen as a main component. In TIG welding, which is a type of non-consumable electrode gas shielded arc welding, nitrogen is known to have a higher specific heat than argon, which has been conventionally used as a shielding gas. Due to this difference in specific heat, in non-consumable electrode gas-shielded arc welding using a nitrogen-based gas, the arc becomes tighter and the energy density increases compared to the conventional case of using argon. Moreover, the flow velocity of the plasma airflow generated around the arc also increases. For this reason, it has been found that spatter tends to fly from the molten pool and a large amount of metal vapor tends to be generated. Here, in the conventional non-consumable electrode type gas-shielded arc welding, welding is performed with the welding torch standing vertically, and the electrode is positioned directly above the molten pool. For this reason, in non-consumable electrode type gas shielded arc welding using a gas containing nitrogen as the main component as the shielding gas, metal derived from spatter and metal vapor adheres to the electrode surface during welding, reducing the electron emission efficiency of the electrode. was found to decrease, resulting in an increase in the electrode temperature, leading to melting and consumption of the electrode.

そこで、本発明者らが鋭意検討したところ、溶接トーチの向きを、溶接の進行方向とは反対方向に向けながら溶接する後進溶接とし、電極の後進角度を5°以上60°以下にすることで、電極表面に対する、スパッタ及び金属蒸気に由来する金属の付着が避けられ、電極の溶融消耗が低減し、溶接金属への異種金属巻き込みが低減して溶接品質が向上することが明らかになった。 Therefore, as a result of intensive studies by the present inventors, backward welding in which welding is performed while the direction of the welding torch is directed in the direction opposite to the direction of welding progress, and the backward angle of the electrode is set to 5 ° or more and 60 ° or less. It has become clear that adhesion of metal originating from spatter and metal vapor to the electrode surface is avoided, melting consumption of the electrode is reduced, dissimilar metal entrainment into the weld metal is reduced, and welding quality is improved.

以下、本発明の実施形態であるステンレス鋼の溶接継手、ステンレス鋼の溶接方法及び自動溶接装置について説明する。
図1に、本実施形態の自動溶接装置1を示す。図1に示す自動溶接装置1は、溶接トーチ2と、溶接トーチ2にトーチシールドガスを供給するシールドガス供給部3と、図示略の電源と、図示略の制御部とが備えられている。
Hereinafter, a stainless steel welded joint, a stainless steel welding method, and an automatic welding apparatus according to embodiments of the present invention will be described.
FIG. 1 shows an automatic welding device 1 of this embodiment. The automatic welding apparatus 1 shown in FIG. 1 includes a welding torch 2, a shield gas supply section 3 for supplying a torch shield gas to the welding torch 2, a power source (not shown), and a control section (not shown).

また、図1に示す自動溶接装置1は、ステンレス鋼からなる母材11を、溶接方向の反対方向(図1の矢印Aの方向)に向けて搬送する送手段4が備えられている。搬送手段4としては、図1に示すような搬送ローラであってもよく、母材11を載置して移動可能な搬送ステージであってもよい。また、母材11の搬送手段4に代えて、溶接方向(図1の矢印Bの方向)に向けて溶接トーチ2を移動させる駆動手段が備えられていてもよい。搬送手段4または駆動手段は、制御部によってその動作が制御される。 Further, the automatic welding apparatus 1 shown in FIG. 1 is provided with feeding means 4 for feeding the base material 11 made of stainless steel in the direction opposite to the welding direction (direction of arrow A in FIG. 1). The conveying means 4 may be a conveying roller as shown in FIG. 1, or a conveying stage on which the base material 11 is placed and movable. Further, instead of the conveying means 4 for the base material 11, driving means for moving the welding torch 2 in the welding direction (direction of arrow B in FIG. 1) may be provided. The operation of the conveying means 4 or the driving means is controlled by a control section.

溶接トーチ2には、電極5と、トーチシールドガスを噴出可能なガスノズル6とが備えられている。溶接トーチ2には、一端2aが開口した中空筒状のトーチ筐体21が備えられており、トーチ筐体21の中空部22に電極5が保持されている。また、トーチ筐体21の中空部22がガスノズル6とされている。シールドガス供給部3からのトーチシールドガスの供給により、溶接トーチ2の先端からトーチシールドガスを噴出できるようになっている。 The welding torch 2 is equipped with an electrode 5 and a gas nozzle 6 capable of ejecting a torch shield gas. The welding torch 2 is provided with a hollow cylindrical torch housing 21 with one end 2 a open, and an electrode 5 is held in a hollow portion 22 of the torch housing 21 . A hollow portion 22 of the torch housing 21 is used as the gas nozzle 6 . By supplying the torch shield gas from the shield gas supply unit 3 , the torch shield gas can be jetted from the tip of the welding torch 2 .

電極5には、図示略の電源が接続されている。電源は制御部に接続されており、制御部によって電源の動作が制御される。電源からの供給電力により、電極5はその先端からアークを発生させる。 A power source (not shown) is connected to the electrode 5 . The power supply is connected to the control section, and the operation of the power supply is controlled by the control section. Electric power supplied from the power supply causes the electrode 5 to generate an arc from its tip.

電極5は、タングステン電極とされている。タングステン電極としては、純タングステン電極または酸化物入りタングステン電極であればよく、好ましくは酸化物入りタングステン電極が電子放出能に優れる点でよい。酸化物としてはランタナ(ランタン酸化物)、セリア(セリウム酸化物)またはトリア(トリウム酸化物)等を例示できる。これら酸化物の含有量は、0.1~5質量%の範囲とされる。 The electrode 5 is a tungsten electrode. The tungsten electrode may be either a pure tungsten electrode or a tungsten electrode containing oxide, and the tungsten electrode containing oxide is preferable because it has excellent electron emission capability. Examples of oxides include lanthana (lanthanum oxide), ceria (cerium oxide), thoria (thorium oxide), and the like. The content of these oxides is in the range of 0.1 to 5% by mass.

自動溶接装置1において、溶接トーチ2の先端の向きは、溶接の進行方向(図1の矢印Bの方向)とは反対方向に向けられている。また、電極5の後進角度は5°以上60°以下の範囲に設定されている。溶接トーチ2の姿勢及び電極5の後進角度については後述する。 In the automatic welding device 1, the tip of the welding torch 2 is oriented in a direction opposite to the direction in which welding proceeds (the direction of arrow B in FIG. 1). Further, the backward movement angle of the electrode 5 is set within a range of 5° or more and 60° or less. The attitude of the welding torch 2 and the backward movement angle of the electrode 5 will be described later.

シールドガス供給部3は、溶接トーチ2にトーチシールドガスを供給する。トーチシールドガスとしては、65体積%以上100体積%以下の窒素を含有するガスが好ましく、65体積%以上100体積%未満の窒素を含有するとともに残部がアルゴンである混合ガスがより好ましく、95体積%以上100未満%以下の窒素を含有するとともに残部がアルゴンである混合ガスが更に好ましく、窒素含有率100体積%の窒素ガスがより好ましい。シールドガス供給部3は、制御部に接続されており、その動作が制御部によって制御される。 A shield gas supply unit 3 supplies a torch shield gas to the welding torch 2 . As the torch shield gas, a gas containing 65% by volume or more and 100% by volume or less of nitrogen is preferable, and a mixed gas containing 65% by volume or more and less than 100% by volume of nitrogen and the balance being argon is more preferable. % or more and less than 100% by volume of nitrogen with the remainder being argon, more preferably nitrogen gas with a nitrogen content of 100% by volume. The shield gas supply unit 3 is connected to the control unit and its operation is controlled by the control unit.

制御部は、シールドガス供給部3、電源、搬送手段4又は駆動手段を制御することにより、非消耗電極式ガスシールドアーク溶接法により、母材11に対して自動溶接を行なう。 The control unit automatically welds the base material 11 by the non-consumable electrode gas-shielded arc welding method by controlling the shield gas supply unit 3, the power supply, the conveying means 4, or the driving means.

また、本実施形態の自動溶接装置1には、図2に示すように、第1雰囲気調整部41及び第2雰囲気調整部51が備えられていてもよい。なお、図2では、第1雰囲気調整部41及び第2雰囲気調整部51の両方が図示されているが、第1雰囲気調整部41または第2雰囲気調整部51の何れか一方が備えられていてもよい。第1雰囲気調整部41及び第2雰囲気調整部51は、図示略の制御部に接続されており、その動作が制御部によって制御される。 Further, the automatic welding device 1 of the present embodiment may be provided with a first atmosphere adjustment section 41 and a second atmosphere adjustment section 51 as shown in FIG. Although both the first atmosphere adjustment section 41 and the second atmosphere adjustment section 51 are illustrated in FIG. 2, either the first atmosphere adjustment section 41 or the second atmosphere adjustment section 51 is provided. good too. The first atmosphere adjustment unit 41 and the second atmosphere adjustment unit 51 are connected to a control unit (not shown), and their operations are controlled by the control unit.

第1雰囲気調整部41は、第1ガスボックス42と、第1ガスボックス42にアフターシールドガスを供給する第1供給部43とから構成される。第1ガスボックス42は、溶接後の溶接部を母材11の表面11a側から覆う位置に配置されている。なお、母材11の表面11aとは、溶接トーチ2に対向する面をいう。第1ガスボックス42は、中空の箱状体からなり、母材11側が開口されている。第1ガスボックス42の内部にアフターシールドガスが供給されることで、溶接後の溶接部の表面11a側の雰囲気を、アフターシールドガス雰囲気にすることが可能になる。アフターシールドガスは、65体積%以上100体積%以下の窒素を含有するガスとされる。これにより、溶接直後の溶接部がアフターシールドガス雰囲気とされ、溶接部への外気の接触が避けられ、溶接部の酸化が低減される。 The first atmosphere adjustment unit 41 is composed of a first gas box 42 and a first supply unit 43 that supplies after-shield gas to the first gas box 42 . The first gas box 42 is arranged at a position covering the welded portion after welding from the surface 11a side of the base material 11 . The surface 11 a of the base material 11 is the surface facing the welding torch 2 . The first gas box 42 is a hollow box-shaped body and is open on the side of the base material 11 . By supplying the after-shield gas to the inside of the first gas box 42, the atmosphere on the surface 11a side of the welded portion after welding can be changed to the after-shield gas atmosphere. The after-shield gas is a gas containing 65% by volume or more and 100% by volume or less of nitrogen. As a result, the welded portion immediately after welding is brought into an after-shield gas atmosphere, contact of the welded portion with the outside air is avoided, and oxidation of the welded portion is reduced.

第2雰囲気調整部51は、第2ガスボックス52と、第2ガスボックス52にバックシールドガスを供給する第2供給部53とから構成される。第2ガスボックス53は、溶接中及び溶接後の溶接部を母材11の裏面11b側から覆う位置に配置されている。母材11の裏面11bは、表面11aの反対面である。第2ガスボックス52は、中空の箱状体からなり、母材11側が開口されている。第2ガスボックス52の内部にバックシールドガスが供給されることで、溶接中及び溶接後の溶接部の裏面11b側の雰囲気を、バックシールドガス雰囲気にすることが可能になる。バックシールドガスは、65体積%以上100体積%以下の窒素を含有するガスとされる。なお、第2ガスボックス52に代えて、溶接中及び溶接後の溶接部の裏面11b側に向けてバックシールドガスを吹き付けるガスノズルを用いてもよい。 The second atmosphere adjustment section 51 is composed of a second gas box 52 and a second supply section 53 that supplies back shield gas to the second gas box 52 . The second gas box 53 is arranged at a position that covers the welded portion during and after welding from the back surface 11b side of the base material 11 . The back surface 11b of the base material 11 is the opposite surface of the front surface 11a. The second gas box 52 is a hollow box-shaped body and is open on the side of the base material 11 . By supplying the back shield gas to the inside of the second gas box 52, it is possible to change the atmosphere on the back surface 11b side of the welded portion during and after welding to a back shield gas atmosphere. The back shield gas is a gas containing 65% by volume or more and 100% by volume or less of nitrogen. Instead of the second gas box 52, a gas nozzle that blows back shield gas toward the rear surface 11b of the welded portion during and after welding may be used.

アフターシールドガス及びバックシールドガスは、65体積%以上100体積%未満の窒素を含有するとともに残部がアルゴンである混合ガスであってもよく、95体積%以上100体積%未満の窒素を含有するとともに残部がアルゴンである混合ガスであってもよく、窒素含有率100体積%の窒素ガスであってもよい。 The after shield gas and the back shield gas may be a mixed gas containing 65% by volume or more and less than 100% by volume of nitrogen and the balance being argon, and containing 95% by volume or more and less than 100% by volume of nitrogen. It may be a mixed gas in which the balance is argon, or a nitrogen gas with a nitrogen content of 100% by volume.

本実施形態の自動溶接装置1は、必要な溶接パラメータが機械的又は電気的に制御されて行う自動溶接が可能である。また、本実施形態の自動溶接装置1は、溶接作業が溶接オペレータによって干渉されずに行う完全自動溶接も可能である。更に、本実施形態の自動溶接装置1は、図1または図2に示した形態に限られるものではなく、ロボット装置によって溶接トーチ2を制御しつつ溶接を行うものであってもよい。 The automatic welding apparatus 1 of the present embodiment is capable of automatic welding by mechanically or electrically controlling necessary welding parameters. Further, the automatic welding device 1 of the present embodiment is capable of fully automatic welding in which the welding operation is not interfered by the welding operator. Furthermore, the automatic welding device 1 of this embodiment is not limited to the form shown in FIG. 1 or 2, and may perform welding while controlling the welding torch 2 by a robot device.

次に、本実施形態のステンレス鋼の溶接方法について図1~図4を参照して説明する。本実施形態の溶接方法は、例えば、図1または図2に示した自動溶接装置1により実施することが可能である。 Next, a method for welding stainless steel according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 4. FIG. The welding method of this embodiment can be carried out, for example, by the automatic welding device 1 shown in FIG. 1 or FIG.

本実施形態のステンレス鋼の溶接方法は、18質量%以上のCrを含有するステンレス鋼を母材11とし、電極5が保持されるとともにトーチシールドガスを噴出可能な溶接トーチ2を用い、溶加材を使用せずに母材11を非消耗電極式ガスシールドアーク溶接法により溶接する方法である。非消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法として具体的には、TIG溶接方法を適用することができる。 The stainless steel welding method of the present embodiment uses a stainless steel containing 18% by mass or more of Cr as a base material 11, uses a welding torch 2 that holds an electrode 5 and can eject a torch shield gas, and welds. In this method, the base material 11 is welded by a non-consumable electrode gas-shielded arc welding method without using any material. Specifically, a TIG welding method can be applied as the non-consumable electrode gas-shielded arc welding method.

母材11は、18質量%以上のCrを含有するステンレス鋼とする。ステンレス鋼の中でも特に、金属組織中にオーステナイト相を含むステンレス鋼が好ましく、より具体的には、オーステナイト系ステンレス鋼またはフェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼が好ましい。 The base material 11 is made of stainless steel containing 18% by mass or more of Cr. Among stainless steels, stainless steels containing an austenite phase in the metal structure are particularly preferable, and more specifically, austenitic stainless steels or ferrite-austenite duplex stainless steels are preferable.

本実施形態では、母材11の形状は、板材、管材、棒材、線材などであってもよく、特に限定されるものではない。ただし、本実施形態の溶接方法は、溶加材を使用せずに溶接するので、板材の板厚、管材の肉厚、棒材及び線材の径はそれぞれ小さいことが好ましい。例えば板材の場合は板厚が6mm以下の鋼板がよい。また、管材の場合は肉厚が3mm以下の鋼管がよい。棒材または線材の場合、直径が6mm以下のものがよい。 In this embodiment, the shape of the base material 11 may be a plate material, a pipe material, a bar material, a wire material, or the like, and is not particularly limited. However, since the welding method of the present embodiment performs welding without using a filler material, it is preferable that the plate thickness of the plate material, the wall thickness of the pipe material, and the diameters of the bar and wire are small. For example, in the case of a plate material, a steel plate having a thickness of 6 mm or less is preferable. Moreover, in the case of pipe material, a steel pipe having a wall thickness of 3 mm or less is preferable. In the case of rods or wires, those with a diameter of 6 mm or less are preferred.

また、本実施形態の溶接方法は、例えば、突合せ溶接またはすみ肉溶接を対象としてもよい。また、突き合せ溶接の場合、鋼板同士を突合せ溶接や、鋼管の端部同士の突合せ溶接を例示できる。 Also, the welding method of the present embodiment may be directed to, for example, butt welding or fillet welding. In the case of butt welding, butt welding of steel plates and butt welding of ends of steel pipes can be exemplified.

また、本実施形態の溶接方法において、開先形状は特に限定する必要はない。 Moreover, in the welding method of this embodiment, the shape of the groove need not be particularly limited.

本実施形態の溶接方法では、電極5をタングステン電極とする。タングステン電極は、純タングステン電極または酸化物入りタングステン電極であればよい。電極として電子放出効率に優れたタングステン電極を用いることで、アークを安定して発生させることができる。 In the welding method of this embodiment, the electrode 5 is a tungsten electrode. The tungsten electrode may be a pure tungsten electrode or a tungsten electrode containing oxide. By using a tungsten electrode having excellent electron emission efficiency as the electrode, an arc can be stably generated.

本実施形態の溶接方法では、トーチシールドガスを、65体積%以上100体積%以下の窒素を含有するガスとする。好ましくは、トーチシールドガスを、65体積%以上100体積%未満の窒素と残部アルゴンからなる混合ガスとし、更に好ましくは、95体積%以上100体積%未満の窒素と残部アルゴンとからなる混合ガスとし、更に好ましくは、窒素含有率100体積%の窒素ガスとする。これらのガスには不純物が含まれてもよい。より好ましいガスは、純窒素ガス(純度99.995%以上(JIS K 1107:2005))が、入手が容易な点で好ましい。 In the welding method of the present embodiment, the torch shield gas is gas containing 65% by volume or more and 100% by volume or less of nitrogen. Preferably, the torch shield gas is a mixed gas of 65% by volume or more and less than 100% by volume of nitrogen and the balance of argon, more preferably 95% by volume or more and less than 100% by volume of nitrogen and the balance of argon. More preferably, nitrogen gas with a nitrogen content of 100% by volume is used. These gases may contain impurities. A more preferable gas is pure nitrogen gas (purity of 99.995% or more (JIS K 1107:2005)) because it is easily available.

本実施形態の溶接方法では、図3及び図4に示すように、溶接中の溶接トーチ2の先端の向きを、溶接の進行方向Cとは反対方向に向けながら溶接する後進溶接とし、電極5の後進角度θを5°以上60°以下とし、より好ましくは5°以上30°以下とする。図4に示すように、電極5から放出されたアークAにより溶融池Pが形成されるが、溶接トーチ2による溶接施工を後進溶接とすることで、溶接が進行するにつれて、電極5が溶融池Pから離れることになる。また、電極5を溶接の進行方向側に5°以上傾けることで、溶融池Pの斜め上方に電極5が位置するようになる。これにより、溶融池Pから発生するスパッタSや金属蒸気Vが、電極5の表面に付着する畏れが少なくなる。 In the welding method of this embodiment, as shown in FIGS. is 5° or more and 60° or less, more preferably 5° or more and 30° or less. As shown in FIG. 4, a molten pool P is formed by an arc A emitted from the electrode 5. By performing welding with the welding torch 2 as backward welding, the electrode 5 moves toward the molten pool as the welding progresses. You will leave P. In addition, the electrode 5 is positioned obliquely above the molten pool P by tilting the electrode 5 by 5° or more in the direction in which welding proceeds. As a result, the spatter S and metal vapor V generated from the molten pool P are less likely to adhere to the surface of the electrode 5 .

電極5の後進角度θが5°未満では、後進溶接を行ったとしても電極5の表面へのスパッタSや金属蒸気Vの付着が避けられない。また、電極5の後進角度θを60°超にすると、電極5から母材11の表面11aまでのアークAの到達距離が長くなり、母材11に十分な熱が伝わらず、溶接が困難になる。よって、電極5の後進角度θは5~60°の範囲がよい。好ましくは5~30°の範囲がよい。 If the backward angle θ of the electrode 5 is less than 5°, adhesion of spatter S and metal vapor V to the surface of the electrode 5 cannot be avoided even if backward welding is performed. Further, if the backward movement angle θ of the electrode 5 exceeds 60°, the reaching distance of the arc A from the electrode 5 to the surface 11a of the base material 11 becomes long, and sufficient heat is not transmitted to the base material 11, making welding difficult. Become. Therefore, the retreating angle θ of the electrode 5 is preferably in the range of 5 to 60°. A range of 5 to 30° is preferable.

また、本実施形態では、溶接金属中の窒素量の減少をより抑制するために、溶接後の溶接部の雰囲気を、65体積%以上100体積%以下の窒素を含有するアフターシールドガス雰囲気にすることが好ましい。更に、溶接中及び溶接後の溶接部の裏面側の雰囲気を、65体積%以上100体積%以下の窒素を含有するバックシールドガス雰囲気にしてもよい。バックシールドガス雰囲気またはアフターシールドガス雰囲気とする範囲は、温度が1000℃以上となる溶接金属を含む領域とすることが好ましい。これにより、溶接金属からの窒素の放出と、雰囲気からの窒素の吸収とが平衡状態になり、溶接金属における窒素量の低減が抑制されるようになる。 Further, in the present embodiment, in order to further suppress the decrease in the amount of nitrogen in the weld metal, the atmosphere of the welded portion after welding is set to an after-shield gas atmosphere containing 65% by volume or more and 100% by volume or less of nitrogen. is preferred. Furthermore, the atmosphere on the back side of the weld zone during and after welding may be a back shield gas atmosphere containing 65% by volume or more and 100% by volume or less of nitrogen. It is preferable that the range of the back shield gas atmosphere or the after shield gas atmosphere includes the weld metal having a temperature of 1000° C. or higher. As a result, the release of nitrogen from the weld metal and the absorption of nitrogen from the atmosphere are brought into equilibrium, thereby suppressing the decrease in the amount of nitrogen in the weld metal.

上述のように、本実施形態の溶接方法では、トーチシールドガスを、65体積%以上100体積%以下の窒素を含有するガスとすることで、アーク中でNが解離して形成された単原子窒素(N)が溶融金属へ吸収されるようになり、溶接金属のN量が高められる。加えて、雰囲気中のN分圧が高まるため、凝固後の冷却過程において溶接金属最表面からの固相内拡散によるNの放出が抑制される。N分圧が増加するほど溶接金属最表面からのN放出が抑制される。これにより、溶接に伴う溶接金属からの窒素の放出を抑制して、溶接金属の耐食性の低下を抑制できるようになる。なお、TIG溶接に使用されることがある2~5体積%のNと残部がArの混合ガスでは、N濃度が低いため溶接金属のN含有量を十分に高めることができない。 As described above, in the welding method of the present embodiment, the torch shield gas is a gas containing 65% by volume or more and 100% by volume or less of nitrogen, thereby dissociating N 2 in the arc and forming a single unit. Atomic nitrogen (N) is absorbed into the molten metal, increasing the N content of the weld metal. In addition, since the N2 partial pressure in the atmosphere increases, the release of N from the outermost surface of the weld metal due to diffusion in the solid phase is suppressed in the cooling process after solidification. As the N2 partial pressure increases, the release of N from the outermost surface of the weld metal is suppressed. As a result, it is possible to suppress the release of nitrogen from the weld metal during welding, thereby suppressing deterioration in the corrosion resistance of the weld metal. In addition, the mixed gas of 2 to 5% by volume of N 2 and the balance of Ar, which is sometimes used for TIG welding, cannot sufficiently increase the N content of the weld metal because the N 2 concentration is low.

一方、窒素を65体積%以上含むガスをトーチシールドガスに用いた非消耗電極式ガスシールドアーク溶接では、アークが緊縮してエネルギー密度が増大する。また、アーク周辺に発生するプラズマ気流の流速も増加する。このため、溶融池からスパッタが飛びやすく、金属蒸気も多く発生する傾向にある。電極5の表面に、スパッタや金属蒸気に由来する金属が付着すると、電極5の電子放出効率が低下して、電極温度が上昇し、電極5が溶融消耗に至るおそれがある。そこで、本実施形態では、電極5の後進角度θを5°以上60°以下にしつつ、後進溶接を行う。これにより、溶融池Pから発生するスパッタSや金属蒸気Vが、電極5の表面に付着する畏れが少なくなり、電極の電子放射効率が低下することなく、電極の温度上昇が抑制されて、電極の溶融消耗が抑制されるようになる。 On the other hand, in non-consumable electrode gas shielded arc welding using a gas containing 65% by volume or more of nitrogen as the torch shield gas, the arc is constricted and the energy density increases. Moreover, the flow velocity of the plasma airflow generated around the arc also increases. For this reason, spatter tends to fly out from the molten pool, and a large amount of metal vapor tends to be generated. When metal originating from sputtering or metal vapor adheres to the surface of the electrode 5, the electron emission efficiency of the electrode 5 decreases, the electrode temperature rises, and the electrode 5 may be melted and consumed. Therefore, in the present embodiment, backward welding is performed while setting the backward angle θ of the electrode 5 to 5° or more and 60° or less. As a result, the spatter S and the metal vapor V generated from the molten pool P are less likely to adhere to the surface of the electrode 5, and the temperature rise of the electrode is suppressed without lowering the electron emission efficiency of the electrode. is suppressed.

また、溶接中または溶接後の溶接金属の雰囲気を、バックシールドガス雰囲気またはアフターシールドガス雰囲気とすることで、溶接直後の高温状態にある溶接金属からの窒素の放出が抑制され、オーステナイト安定化元素である窒素が減少しにくくなり、溶接金属の機械的性質や耐食性の低下を抑制できる。 In addition, by setting the atmosphere of the weld metal during or after welding to a back shield gas atmosphere or after shield gas atmosphere, the release of nitrogen from the weld metal, which is in a high temperature state immediately after welding, is suppressed, and the austenite stabilizing element nitrogen becomes difficult to decrease, and deterioration of the mechanical properties and corrosion resistance of the weld metal can be suppressed.

次に、本実施形態の溶接方法によって製造されるステンレス鋼の溶接継手について説明する。
本実施形態の溶接継手は、18質量%以上のCrを含有するステンレス鋼からなる母材と、溶接金属部と、が備えられ、溶接金属部のN含有量[N]と母材のN含有量[N]との関係が[N]/[N]≧1.00を満足し、溶接金属部への直径0.5mm以上の異種金属の巻き込み数が、前記溶接金属部の溶接方向の長さ1000mmあたり1個以下とされている。異種金属はタングステンとされている。
Next, a stainless steel welded joint manufactured by the welding method of the present embodiment will be described.
The welded joint of the present embodiment includes a base material made of stainless steel containing 18% by mass or more of Cr, and a weld metal part. The relationship with the content [N] B satisfies [N] W / [N] B ≥ 1.00, and the number of dissimilar metals with a diameter of 0.5 mm or more involved in the weld metal part is One or less per 1000 mm of length in the welding direction. The dissimilar metal is tungsten.

本実施形態の溶接方法では、トーチシールドガスに65体積%以上100体積%以下の窒素を含有するガスを使用する。このため、アルゴンをトーチシールドガスとして使用した非消耗電極式溶接において生じる溶融金属からのNの蒸発が防止され、むしろトーチシールドガスから溶融金属にNが供給される。これにより溶接金属のN含有量[N]と母材のN含有量[N]との関係が[N]/[N]≧1.00を満足するようになり、鋼種によってN含有量の低下による溶接金属の特性低下(例えば、強度低下または耐食性低下)が懸念される場合であっても、これらの特性低下が未然に防止される。また、本実施形態の溶接方法では、上述したように、電極5の溶融消耗が抑制される。このため、本実施形態の溶接継手は、溶融した電極5の一部が溶接金属に混入することがない。以上の理由により、本実施形態の溶接継手は、溶接金属の品質を著しく向上できるようになる。 In the welding method of this embodiment, a gas containing 65% by volume or more and 100% by volume or less of nitrogen is used as the torch shield gas. Therefore, N is prevented from evaporating from the molten metal that occurs in non-consumable electrode welding using argon as a torch shield gas, and rather N is supplied to the molten metal from the torch shield gas. As a result, the relationship between the N content [N] W of the weld metal and the N content [N] B of the base metal satisfies [N] W /[N] B ≥ 1.00. Even if there is concern about deterioration in the properties of the weld metal (for example, deterioration in strength or corrosion resistance) due to a decrease in the content, the deterioration of these properties is prevented. Further, in the welding method of the present embodiment, as described above, the melting consumption of the electrode 5 is suppressed. Therefore, in the welded joint of the present embodiment, part of the melted electrode 5 is not mixed into the weld metal. For the above reasons, the welded joint of the present embodiment can remarkably improve the quality of the weld metal.

なお、本実施形態の溶接継手は、突き合わせ溶接によって形成された溶接継手であってもよく、重ね溶接、隅肉溶接などにより溶接された継手であってもよい。また、突き合わせ溶接によって形成された溶接継手としては、例えば、鋼板同士を突き合わせ溶接した溶接継手、鋼管の端部同士を突き合わせ溶接した溶接継手などを例示できる。 The welded joint of the present embodiment may be a welded joint formed by butt welding, or may be a joint welded by lap welding, fillet welding, or the like. Examples of welded joints formed by butt welding include welded joints in which steel plates are butt-welded, and welded joints in which ends of steel pipes are butt-welded.

また、本実施形態の溶接方法及び溶接継手における母材11は、上述したように、18質量%以上のCrを含有するステンレス鋼とし、金属組織中にオーステナイト相を含むステンレス鋼が好ましく、より具体的には、オーステナイト系ステンレス鋼またはフェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼が好ましい。 As described above, the base material 11 in the welding method and the welded joint of the present embodiment is preferably stainless steel containing 18% by mass or more of Cr, and is preferably stainless steel containing an austenite phase in the metal structure. Specifically, austenitic stainless steel or ferrite-austenitic duplex stainless steel is preferred.

オーステナイト系ステンレス鋼及びフェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼の化学成分のうち、Cr以外の化学成分については、特に限定されるものではない。 Of the chemical components of the austenitic stainless steel and the ferrite-austenitic duplex stainless steel, chemical components other than Cr are not particularly limited.

ステンレス鋼において、Crは、ステンレス鋼の不働態皮膜耐食性を高める効果がある。また、非消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法におけるトーチシールドガスの組成をN:60~100体積%とした場合、溶接金属中のN含有量が著しく増大し、これに起因した気孔欠陥(ブローホール、ポロシティ)が発生しやすい。Crは、フェライト相中のN固溶量を高めてNの凝固ミクロ偏析を抑制し、気孔欠陥を抑制する効果がある。これらの効果は、Cr含有量が18%未満では十分に得られないため、Crの含有量は18質量%以上とする。より好ましくは20質量%以上である。Cr含有量の上限は特に規定するものではないが、コストの観点から28質量%以下とすることが好ましい。 In stainless steel, Cr has the effect of increasing the corrosion resistance of the passive film of stainless steel. In addition, when the composition of the torch shield gas in the non-consumable electrode gas shielded arc welding method is N 2 : 60 to 100% by volume, the N content in the weld metal significantly increases, resulting in pore defects (blow holes, porosities) are likely to occur. Cr has the effect of increasing the solid solution amount of N in the ferrite phase, suppressing solidification microsegregation of N, and suppressing pore defects. These effects cannot be obtained sufficiently if the Cr content is less than 18%, so the Cr content is made 18% by mass or more. More preferably, it is 20% by mass or more. Although the upper limit of the Cr content is not particularly specified, it is preferably 28% by mass or less from the viewpoint of cost.

上記の通り、Cr以外の合金元素については特に限定しないが、本実施形態を適用できる二相ステンレス鋼としては、例えば、質量%で、C:0.001~0.030%、Si:1.5%以下、Mn:0.1~6.0%、P:0.04%以下、S:0.0100%以下、Ni:0.1~8.0%、Cr:18~28%、Mo:0.1~5.0%、Cu:0.1~2.0%、N:0.1~0.4%、残部がFeおよび不純物といった化学組成が挙げられる。この化学組成はあくまでも例示であり、本実施形態はこれによって限定されるものではない。 As described above, alloying elements other than Cr are not particularly limited, but duplex stainless steels to which the present embodiment can be applied include, for example, C: 0.001 to 0.030%, Si: 1.0% by mass. 5% or less, Mn: 0.1 to 6.0%, P: 0.04% or less, S: 0.0100% or less, Ni: 0.1 to 8.0%, Cr: 18 to 28%, Mo : 0.1 to 5.0%, Cu: 0.1 to 2.0%, N: 0.1 to 0.4%, and the balance being Fe and impurities. This chemical composition is merely an example, and the present embodiment is not limited thereto.

また、本実施形態を適用できるオーステナイト系ステンレス鋼としては、例えば、質量%で、Cr:18~30%、Ni:6~30%、Mo:0.01~8%、N:0.001~0.4%を含有し、残部がFeおよび不純物からなり、更に必要に応じて、C:0.001~0.10%、Si:0.1~4.0%、Mn:0.1~8.0%、P:0.04%以下、S:0.01%以下、Cu:0.01~4.00%を含んでいてもよい。 Further, the austenitic stainless steel to which the present embodiment can be applied includes, for example, Cr: 18 to 30%, Ni: 6 to 30%, Mo: 0.01 to 8%, N: 0.001 to 0.4%, the balance being Fe and impurities, and optionally C: 0.001 to 0.10%, Si: 0.1 to 4.0%, Mn: 0.1 to 8.0%, P: 0.04% or less, S: 0.01% or less, Cu: 0.01 to 4.00%.

以上説明したように、本実施形態によれば、溶接部の品質に優れたステンレス鋼の溶接継手を提供できる。
また、本実施形態によれば、電極の溶融消耗を抑制し、溶接部の品質を低下させることのないステンレス鋼の溶接方法及び自動溶接装置を提供できる。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a welded joint of stainless steel with excellent weld quality.
Further, according to the present embodiment, it is possible to provide a stainless steel welding method and an automatic welding apparatus that suppress the melting consumption of the electrode and prevent the quality of the welded portion from deteriorating.

以下、実施例によって本発明をより具体的に説明する。本発明はこれらの実施例に限定されない。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to examples. The invention is not limited to these examples.

表1に示す化学成分を有するステンレス鋼を実験室にて溶製し、熱間鍛造、熱間圧延、冷間圧延、固溶化熱処理を経て、板厚2mm、幅50mm、長さ600mmの溶接用鋼板(母材)を作製した。 A stainless steel having the chemical composition shown in Table 1 is melted in a laboratory, hot forged, hot rolled, cold rolled, and solution heat treated to obtain a plate with a thickness of 2 mm, a width of 50 mm, and a length of 600 mm for welding. A steel plate (base material) was produced.

溶接用鋼板の幅中央にて、表2に示す条件により、溶接材料(溶加材)を使用せずにタングステン電極を用いたTIG溶接法により、合計溶接長さが1000mmとなるようにビードオンプレート溶接を行った。溶接は後進溶接とし、電極の後進角度,溶接電流及び溶接速度は表2の通りとした。タングステン電極は2%のランタナを含有するタングステン電極とした。なお、バックシールドガス及びアフターシールドガスの吹き付け範囲は、少なくとも温度が1000℃以上となる溶接金属を含む領域とした。 At the center of the width of the steel plate for welding, under the conditions shown in Table 2, a TIG welding method using a tungsten electrode without using a welding material (filler material) is performed so that the total weld length is 1000 mm. plate welded. Welding was backward welding, and the reverse angle of the electrode, the welding current and the welding speed were as shown in Table 2. The tungsten electrode was a tungsten electrode containing 2% lanthana. The spraying range of the back shield gas and the after shield gas was set to include at least the weld metal having a temperature of 1000° C. or higher.

母材および溶接金属のそれぞれのN含有量は、JIS G 1228:1997の附属書4(規定)不活性ガス融解-熱伝導度法(1)に準拠して測定し、溶接金属部のN含有量[N]と母材のN含有量[N]の比[N]/[N]を求めた。 The N content of each of the base metal and the weld metal was measured in accordance with JIS G 1228: 1997 Annex 4 (normative) inert gas fusion-thermal conductivity method (1), and the N content of the weld metal part A ratio [N] W /[N] B between the amount [N] W and the N content [N] B of the base metal was obtained.

[電極の溶融消耗]
表2に示す条件により合計溶接長さが1000mmとなるようにTIG溶接を行った後、電極先端を顕微鏡にて50倍で観察した。電極先端にて溶融変形が生じていなかった場合、電極消耗が生じないと判断して、「〇」とした。溶融変形が生じていた場合は「×」とした。
[Electrode melting consumption]
After TIG welding was performed under the conditions shown in Table 2 so that the total welding length was 1000 mm, the tip of the electrode was observed with a microscope at a magnification of 50. When no melting deformation occurred at the tip of the electrode, it was judged that electrode consumption did not occur, and was marked with "◯". When melting deformation occurred, it was marked as “x”.

[異種金属の巻き込み]
溶接金属への異種金属の巻き込み有無をX線透過試験により分析した。長さ1000mmの溶接金属に対して試験を行い、直径0.5mm以上の異種金属の巻き込みが1個以下である場合、巻き込みはほとんど生じないと判断して、「〇」とした。直径0.5mm以上の異種金属の巻き込みが1個を超える場合は、「×」とした。
[Involvement of dissimilar metals]
The presence or absence of dissimilar metal entrapment in the weld metal was analyzed by an X-ray transmission test. A test was performed on a weld metal with a length of 1000 mm, and when there was 1 or less dissimilar metals with a diameter of 0.5 mm or more involved, it was judged that almost no entrainment occurred, and was rated as "◯". When more than one dissimilar metal with a diameter of 0.5 mm or more was involved, it was marked as "x".

結果を表2に示す。 Table 2 shows the results.

表2に示すように、発明例1~16はいずれも、トーチシールドガスが65体積%以上100体積%以下の窒素を含有するガスであり、電極の後進角度が5°以上60°以下の範囲であったため、電極の消耗溶融が防止されるようになり、溶接金属部への異種金属の巻き込みが抑制された。また、発明例1~16は、トーチシールドガスに65体積%以上の窒素を含むガスを使用することで、溶接金属部のN含有量[N]が母材のN含有量[N]の1.00倍以上([N]/[N]≧1.00)となり、溶接金属の特性低下は確認されなかった。 As shown in Table 2, in all of Invention Examples 1 to 16, the torch shield gas is a gas containing 65% by volume or more and 100% by volume or less of nitrogen, and the retreating angle of the electrode is in the range of 5° or more and 60° or less. As a result, consumption melting of the electrode was prevented, and entanglement of dissimilar metals in the weld metal portion was suppressed. In addition, in Examples 1 to 16, by using a gas containing 65% by volume or more of nitrogen as the torch shield gas, the N content [N] W of the weld metal portion is changed from the N content [N] B of the base metal. 1.00 times or more ([N] W /[N] B ≧1.00), and no deterioration in the properties of the weld metal was confirmed.

一方、比較例17~20は、トーチシールドガスが100体積%の窒素ガスであり、電極の後進角度が0°であったため、タングステン電極の消耗溶融による異種金属の巻き込みが起こり、溶接欠陥が増大した。 On the other hand, in Comparative Examples 17 to 20, the torch shield gas was 100% by volume nitrogen gas, and the retreating angle of the electrode was 0°, so dissimilar metals were involved due to consumption melting of the tungsten electrode, and welding defects increased. bottom.

Figure 2023050553000001
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Figure 2023050553000002
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1…自動溶接装置、2…溶接トーチ、3…シールドガス供給部、4…搬送手段、5…電極、6…ガスノズル、11…母材、41…第1雰囲気調整部、51…第2雰囲気調整部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Automatic welding apparatus, 2... Welding torch, 3... Shield gas supply part, 4... Conveying means, 5... Electrode, 6... Gas nozzle, 11... Base material, 41... First atmosphere adjustment part, 51... Second atmosphere adjustment Department.

Claims (12)

18質量%以上のCrを含有するステンレス鋼からなる母材と、溶接金属部と、を備え、
前記溶接金属部のN含有量[N]と前記母材のN含有量[N]との関係が[N]/[N]≧1.00を満足し、
前記溶接金属部への異種金属の巻き込み数が、前記溶接金属部の溶接方向の長さ1000mmあたり1個以下である、ステンレス鋼の溶接継手。
A base material made of stainless steel containing 18% by mass or more of Cr and a welded metal part,
The relationship between the N content [N] W of the weld metal part and the N content [N] B of the base metal satisfies [N] W / [N] B ≥ 1.00,
A welded joint of stainless steel, wherein the number of dissimilar metals involved in the welded metal portion is 1 or less per 1000 mm of the length of the welded metal portion in the welding direction.
前記異種金属がタングステンである、請求項1に記載のステンレス鋼の溶接継手。 A stainless steel weld joint according to claim 1, wherein said dissimilar metal is tungsten. 18質量%以上のCrを含有するステンレス鋼を母材とし、電極が保持されるとともにトーチシールドガスを噴出可能な溶接トーチを用い、溶加材を使用せずに前記母材を非消耗電極式ガスシールドアーク溶接法により溶接する方法であって、
前記トーチシールドガスを、65体積%以上100体積%以下の窒素を含有するガスとし、
前記電極を、タングステン電極とし、
溶接中の前記溶接トーチの向きを、溶接の進行方向とは反対方向に向けながら溶接する後進溶接とし、
前記電極の後進角度を5°以上60°以下とする、ステンレス鋼の溶接方法。
Using a stainless steel containing 18% by mass or more of Cr as a base material, using a welding torch capable of holding an electrode and ejecting torch shield gas, and using a non-consumable electrode type without using a filler material A method of welding by a gas shielded arc welding method,
The torch shield gas is a gas containing 65% by volume or more and 100% by volume or less of nitrogen,
The electrode is a tungsten electrode,
Reverse welding in which the direction of the welding torch during welding is directed in the direction opposite to the direction of welding,
A method for welding stainless steel, wherein the backward movement angle of the electrode is 5° or more and 60° or less.
前記電極の後進角度を5°以上30°以下とする、請求項3に記載のステンレス鋼の溶接方法。 4. The method of welding stainless steel according to claim 3, wherein the backward movement angle of the electrode is 5[deg.] or more and 30[deg.] or less. 前記電極として、純タングステン電極または酸化物入りタングステン電極を用いる、請求項3または請求項4に記載のステンレス鋼の溶接方法。 The method of welding stainless steel according to claim 3 or 4, wherein a pure tungsten electrode or a tungsten electrode containing oxide is used as the electrode. 溶接後の溶接部の雰囲気を、65体積%以上100体積%以下の窒素を含有するアフターシールドガス雰囲気にする、請求項3乃至請求項5の何れか一項に記載のステンレス鋼の溶接方法。 The stainless steel welding method according to any one of claims 3 to 5, wherein the atmosphere of the welded portion after welding is an after-shield gas atmosphere containing 65% by volume or more and 100% by volume or less of nitrogen. 溶接中及び溶接後の溶接部の裏面側の雰囲気を、65体積%以上100体積%以下の窒素を含有するバックシールドガス雰囲気にする、請求項3乃至請求項6の何れか一項に記載のステンレス鋼の溶接方法。 7. The atmosphere of the back side of the welded part during and after welding is a back shield gas atmosphere containing 65% by volume or more and 100% by volume or less of nitrogen. Welding method of stainless steel. 18質量%以上のCrを含有するステンレス鋼からなる母材に対し、溶加材を使用せずに前記母材を非消耗電極式ガスシールドアーク溶接法により溶接する自動溶接装置であって、
電極としてタングステン電極が保持されるとともにトーチシールドガスを噴出可能な溶接トーチと、
前記トーチシールドガスとして、65体積%以上100体積%以下の窒素を含有するガスを前記溶接トーチに供給するシールドガス供給部と、を備え、
前記溶接トーチの向きが、溶接の進行方向とは反対方向に向けられるとともに、前記電極の後進角度が5°以上60°以下の範囲に設定されている、自動溶接装置。
An automatic welding apparatus for welding a base material made of stainless steel containing 18% by mass or more of Cr by a non-consumable electrode gas shielded arc welding method without using a filler material,
a welding torch holding a tungsten electrode as an electrode and capable of ejecting a torch shield gas;
a shield gas supply unit that supplies a gas containing 65% by volume or more and 100% by volume or less of nitrogen as the torch shield gas to the welding torch,
The automatic welding device, wherein the welding torch is oriented in a direction opposite to the advancing direction of welding, and the backward movement angle of the electrode is set within a range of 5° or more and 60° or less.
前記電極の後進角度が5°以上30°以下の範囲とされている、請求項8に記載の自動溶接装置。 9. The automatic welding device according to claim 8, wherein the backward movement angle of said electrode is in the range of 5[deg.] or more and 30[deg.] or less. 前記電極が、純タングステン電極または酸化物入りタングステン電極である、請求項8または請求項9に記載の自動溶接装置。 The automatic welding device according to claim 8 or 9, wherein the electrode is a pure tungsten electrode or a tungsten electrode with oxide. 溶接後の溶接部の雰囲気を、65体積%以上100体積%以下の窒素を含有するアフターシールドガス雰囲気にするための第1雰囲気調整部が更に備えられている、請求項8乃至請求項10の何れか一項に記載の自動溶接装置。 11. The method according to any one of claims 8 to 10, further comprising a first atmosphere adjustment unit for adjusting the atmosphere of the welded portion after welding to an after-shielding gas atmosphere containing 65% by volume or more and 100% by volume or less of nitrogen. The automatic welding device according to any one of the items. 溶接中及び溶接後の溶接部の裏面側の雰囲気を、65体積%以上100体積%以下の窒素を含有するバックシールドガス雰囲気にするための第2雰囲気調整部が更に備えられている、請求項8乃至請求項11の何れか一項に記載の自動溶接装置。 A second atmosphere adjustment unit is further provided for changing the atmosphere on the back side of the welded part during and after welding to a back shield gas atmosphere containing 65% by volume or more and 100% by volume or less of nitrogen. The automatic welding device according to any one of claims 8 to 11.
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