変態超塑性現象を利用した耐割れ性肉盛硬化溶接棒の開発

• Project/Area Number: 02650527
• Research Category: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 溶接工学
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 加藤 昇 東京工業大学, 工学部, 助手 (20016439)
• Project Period (FY): 1990
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1990)
• Budget Amount: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000); Fiscal Year 1990: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
• Keywords: 変態超塑性 / 応力緩和 / 割れ防止 / 肉盛硬化溶接

Research Abstract

これまでは、たとえ高温予熱を行ってもHv600以上の硬い肉盛溶接の溶接割れを防止することは不可能とされていた。しかし、変態超塑性、変態誘起塑性および変態膨張などの変態中の特異現象を利用することによってHv800以上の多層肉盛溶接の溶接割れを防止することができた。
1,Hv800以上の硬化溶接金属であっても、変態中には変態超塑性および変態誘起塑性による低応力変形が生じ、熱応力が緩和された。
2,有効な超塑性変形が利用できる変態開始温度(Ms点)は200℃以下であったが、溶接パス間温度をMs点よりも20〜30℃低くしたときに熱応力は最も小さくなり、割れが防止できた。これは、予熱温度が高いほど割れが防止できるとするこれまでの常識を否定するものである。
3,溶接を中断してから再溶接するときには、一般に中断時の温度まで再加熱してから溶接すればよいとされているが、硬化度が高く低温変態することの多い肉盛溶接では間違いであることが分かった。
すなわち、硬化肉盛溶接の多層溶接熱影響部の割れ防止に変態誘起塑性による応力緩和を利用するためには、溶接継続中に溶接金属の変態を終了させるような操作を行ってはならない。Ms点以下の温度保持を行うことによって、8パス4層溶接の割れ防止が可能になった。
4,溶接金属の応力緩和を有効に生じさせるためには、適切な温度域で変態することが必要なので、1層目の希釈を考慮して棒成分を変えねばならない。本研究では、溶接電源のパルス周波数を20〜30Hz程度に落とすことによって希釈率数%程度の溶接を行い、同一成分の棒による多層溶接を可能にした。
5,下層にHv800クラスのマルテンサイト系硬化溶接棒で下盛りすることによって、変態超塑性による応力緩和が利用できないオ-ステナイト系溶接棒(30Cr系)の溶接割れの防止を可能にした。