溶接トラブル 1．板切り溶加棒にて溶接したところ多数のブローホールが検出された・事例母材に合致したティグ溶接材料が市販されていなかったので、母材と同じ材質の薄板をシャーリングで２～３ｍｍ角に切断し溶接棒として使用した。継手部を放射線透過試験したところ、微細なブローホールが多数検出された。・原因シャーリングで薄板を切断した際に、異物が付着したことがブローホールの原因である。・対策写真1 板切り溶接棒溶接材料を板材から切り出して使用することはJIS Z3331でも認められている。この場合、板材からシャーリングなどで切断したあとは、カエリを取り除き、酸洗→水洗→脱脂洗浄してから使用することにより、ブローホールが低減できることから、確実な洗浄を実施してから使用するようにすることが望ましい。溶接トラブル２．チタンパイプの縦シームＴＩＧ溶接で溶接部が酸化・事例チタンパイプの縦シームＴＩＧ溶接において、トーチシールド、アフターシールドを実施しているにもかかわらず、シールド不良で酸化した。・対策ビードの酸化を防止する温度域まで溶接ビード上にシールガスを充満させる。そのために、パイプの両側にブロックを配置してガス溜りを形成し、シールドガスの滞留効果を上げる。板厚０．５ｍｍ溶接電流８０Ａ溶接速度２００ｃｍ／ｍｉｎアーク長１ｍｍトーチシールド２０Ｌ／ｍｍ：Ａｒアフターシールド３９Ｌ／ｍｉｎ：Ａｒバックシールド１５Ｌ／ｍｉｎ：Ａｒ下向き用ｱﾌﾀｰｼｰﾙﾄﾞＢＯＸ拘束ｼﾞｸﾞﾊﾟｲﾌﾟガス溜り拘束ｼﾞｸﾞ拘束ｼﾞｸﾞ下向き用ｱﾌﾀｰｼｰﾙﾄﾞＢＯＸﾊﾟｲﾌﾟ拘束ｼﾞｸﾞﾌﾞﾛｯｸ (a)ガス溜りが無い場合 (b)ガス溜りがある場合図２ガス溜りの効果模式図図１シールド不良溶接ビード外観・原因パイプに曲率があり、シールドガスを供給してもパイプ外壁に沿ってシールドガスが散逸した。図３ガス溜りを設置した場合の溶接ビード外観溶接トラブル３．配管材の不適正によりブロ一ホールが発生・事例鉄製パイプで配管されたシールドガスを用いてTIG溶接を行っていたら、ブロ一ホールと脆弱な溶接金属が得られた。通常はステンレス材の溶接を行っており、特に問題は起きておりません。・原因鉄パイプの配管は、パイプ内が錆びることもあるので、そこを不活姓ガス(Ar,He,)が通ると、ガス中に酸棄、および水素が吸収され、その影響で、ブローホールの発生や、脆弱な金属間化合物(水素化物)ができる。ステンレス鋼の揚合は、このような因子には左右されずに良好な溶接がなされる、また、ゴムホースの配管でもゴムの劣化で空気の混入が起きブローホールの発生原因になる。・対策写真1 シールドガスの固定配管は、原則として鋼管による配管が好ましい。鉄製配管は、経年変化により、パイプの内面が錆びることもあるので、できたら使用しないほうがよい。またゴムホースは劣化が早く、ひび割れなどが発生するので、透明のビニールホースの使用してください。溶接トラブル４．チタン製熱交換器の管端溶接で溶接部が酸化した・事例チタン製熱交換器の管端溶接でアフターシールド治具を使用して溶接を行ったら溶接部および管内表面が酸化変色した。・対策外径25mm以下の管の管端溶接にはアフターシールドガスおよびバックシールドガスは使用しない。その代わりにトーチノズルはガスレンズ付きノズルを使用し、サイズもφ19mmなどの大き目のものを使用する。また、管内面のシールドは参考図および写真のように、管内径から 0.5～1.0mm小さめのステンレス製丸棒を管内に挿入し、冷し金兼シールド治具とする。（丸棒と管の隙間にトーチシールドガスが流入するようにする）・原因アフターシールド治具を取り付けて局所的な溶接を行ったことにより、トーチシールドガスが乱されて溶接部表面が酸化した。また、管内にバックシールドガスを流した場合でもトーチシールドガスが乱される原因になる。図1 冷し金の参考図写真1 使用例溶接トラブル５．・事例チタン3種の25mm材をTIG溶接で肉盛り溶接を行った。初層溶接は内外面とも、シールド状況もよく健全なビードが得られたので、2層目以降もそのままの条件で溶接を行ったらX線検査でブローホロ-ホ一ル欠陥が検出され検査不合格となった。多層盛り溶接でブローホールが発生・対策初層溶接後、常温まで冷却されたところで、ワイヤブラシで溶接ビード表面のテンパーカラーを研磨し、アセトンで表面の汚れ、開先内の塵埃などを除去した後、溶接を行う。溶接後のシールドガスのみでは冷却されないので、アフターシールドボックスを出たところで、母材部を水で冷却してやればテンパーカラーの付着がなくなり防止されます。チタンは変態点がないので急冷しても強度の劣化はありません。なお、冷却に水を使用しますと次層以降に水が残ると水素化物という金属問化合物ができ非常に脆くなるので、完全に水を拭き取って溶接部に混入しないようにしてから溶接を行う。・原因チタンは熱伝導度が悪いので、溶接当初は母材が加熱されていないのでテンパーカラ一は付着しないが、溶接後半部以降になるとビード表面にテンパーカラーが付着する、それが累積して酸化物としてブローホールの発生原因になったものと思われます。トーチテンパーカラー付着溶接トラブル６. ジルコニウムとチタンの溶接部で異常酸化・事例ジルコニウム（Zr702 1) )とチタン(2種)の異材継ぎ手部の溶接金属で異常酸化が生じた。 (P.1/2) ・原因ジルコニウム（Zr702）とチタン（2種）の異材溶接をジルコニウム（Zr702）の溶加棒にて溶接を行った。溶接まま（As Weld）では良好な溶接継手が得られたが、550℃および625℃の大気中応力除去熱処理を行ったところ、溶接部の表面が異常酸化によって白色スケール化した。ジルコニウムの溶加棒を使用すると溶接金属組成がZr 70～90%程度となり、大気中500℃以上では異常酸化する。表1 ジルコニウム溶加棒使用時の溶接金属組成写真1 異常酸化の写真注1) ASME SB-551 Grade R60702 試験板No. Zr + Hf (%) 溶加棒 99.5 TZ-1 81.8 TZ-2 83 溶接トラブル・対策６. ジルコニウムとチタンの溶接部で異常酸化溶加棒はチタン（YTB340）を用いて溶接を行う。写真2 表2 表3 (P.2/2) チタン溶材使用時の写真チタン溶加棒使用時の溶接金属組成試験板No. Ti (%) 溶加棒 99.9 TT-1 82.1 TT-2 73.7 チタン-ジルコニウム系合金の酸化（参考文献より別途作成） Ti-Zr合金各温度(℃) x 30分間での酸化増量(mg/cm2) 400 500 600 700 800 900 Ti-Zr(10%)合金 -- 0 0 -- 0 1.1 Ti-Zr(30%)合金 -- -- 0 1.9 2.9 12.3 Ti-Zr(50%)合金 -- 0.4 0.5 52.1 128.1 144.2 Ti-Zr(70%)合金 0.8 -- 118.4 -- 126.1 -- Ti-Zr(80%)合金 -- -- 64.2 -- 240.8 -- Ti-Zr(90%)合金 -- 2.7 7.4 22.1 -- 410.0 Ti-Zr(95%)合金 -- 0.2 10.9 13.7 121.4 119.0 Ti-Zr(98%)合金 -- -- 0.8 -- 35.4 -- ・引用文献エル・エフ・ヴォトヴィッチ、エ・イ・ゴロフコ：便覧金属と合金の高温酸化（1980）（訳）遠藤敬一（有）日・ソ通信社溶接トラブル・事例７．チタン管突合せ溶接で酸化トラブル発生チタン管の突合せ溶接をティグ溶接で行った。管の直径は約100mm、長さは約100mmで表側から溶接し、アフターシールド治具を使用した。表側はきれいに溶接できたが、裏側の溶接部は酸化した。・対策チタン管内部もバックシールド治具により、アルゴンガスでシールドする。バックシールド治具の構造は、溶接管の長さや形状により、個別に、溶接技術者が独自に設計・製作する。・原因チタンティグ溶接では、アフターシールドと共に、バックシールドが必要である。今回のトラブルの原因はバックシールドを行わなかったため、管内側の空気が溶接部裏側から溶融金属を酸化したものである。その状態を図１に示す。参考のために、1例を図に示す。図３チタン管突合せ溶接におけるバックシールド治具の例。図１バックシールド不良によるビードの酸化状態の外観写真（カラー）。（（社）日本チタン協会・産総研共同研究より）・引用文献チタンの溶接技術上瀧著（社）日本チタン協会監修日刊工業新聞社 p。104 溶接トラブル８．チタン材ティグ溶接時の溶接始端と終端における酸化発色トラブル (P.1/2) ・事例チタン板のティグ溶接を行った。アフターシールド治具、バックシールド治具を使用し、ガスも自動で供給しビードオンプレートによる再現実験を行った。その結果、図１-1, 1-2, 1-3 に示すように、溶接ビード始端と終端が酸化発色した。図1-2 シールド不良始端部図1-3 シールド不良終端部図１ 150mm長さx50mm幅ｘ1.5mm厚さチタン板の溶接ビード・原因チタンティグ溶接では、アーク発生前後にシールドが必要である。これをプリフローとアフターフローという。自動溶接ではガスのオンオフを自動設定している。チタン溶接の場合はステンレス鋼に比べてはるかに長いプリフロー時間とアフターフロー時間を設定することが必要である。本ケースでは、このプリフロー時間とアフターフロー時間の設定時間が短かすぎたことが原因である。溶接トラブル８．チタン材ティグ溶接時の溶接始端と終端における酸化発色トラブル (P.2/2) ・対策溶接電源のコントロールパネルでプリフロー時間とアフターフロー時間をチタン溶接用に長く設定する。具体的なプリフロー時間とアフターシールド時間の設定は溶接部の構造、板厚、入熱量、溶接速度などで決る。プリフロー時間、アフターフロー時間をそれぞれ30秒とした結果を図２の１，２，３に示す。始端部、終端部とも酸化発色がなく、良好な金属色の結果が得られた。図２の１，２，３、に＝プリフロー30秒、アフターフロー30秒でのチタンTIG溶接外観(ビードオンプレート)。図２－１プリフロー･アフターフロー各30秒のチタンTIG溶接外観・引用文献チタンの溶接技術上瀧著図２－２良好なプリフロー始端部（社）日本チタン協会監修図２－３良好なアフターシールド終端部日刊工業新聞社 p。９１溶接トラブル９．チタンすみ肉溶接のブローホール・事例ティグ溶接後にすみ肉継手の表面を研削したら、内部からブローホールが出てきた。開先は切削加工後に研磨・脱脂をしている。アフーシールド、バックシールドは実施。溶加材は使用していない。 (P.1/2) ・原因溶接中に溶融池に入り込んだ不純ガスが、溶融金属の凝固前に外部に逃げ出すことができずに閉じ込められたのがブローホールである。従って、アーク雰囲気中に酸素・窒素・水素などの不純ガスを混入させないことが重要となる。むやみにガス圧を上げると流速が速くなり、乱流を起こしてシールドガス中に空気やほこりなどが混入する恐れがあるので、流速を落として流量を増すことが必要であるが、それでもブローホールを防止できなければ、ガス経路に問題がある可能性が高い。・対策１／２．トーチ先端、ガスホース、配管である場合は継手部などの部位で露点または水分量をチェックする。チタン溶接では水分量を数ppm程度にしないとブローホールを完全には防止できないとも言われている。表1 に露点と水分量との関係(1)を示す。表1 露点と水分量との関係単位: volppm ℃ 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9 0 6032 5553 5110 4698 4318 3965 3639 3338 3059 2802 -10 2565 2346 2145 1959 1788 1631 1487 1354 1233 1121 -20 1019 925.3 839.6 761.3 689.7 624.4 564.8 510.5 461 416 -30 375 337.8 304 273.4 245.6 220.5 197.7 177.1 158.6 141.8 -40 126.7 113.1 100.8 89.82 79.93 71.06 63.11 55.99 49.62 43.92 -50 38.84 34.31 30.28 26.68 23.49 20.66 18.14 15.91 13.94 12.2 -60 10.67 9.31 8.117 7.067 6.145 5.336 4.628 4.008 3.466 2.993 -70 2.581 2.223 1.911 1.641 1.407 1.204 1.029 0.878.0 0.7479 0.6361 -80 0.5401 0.4578 0.3874 0.3272 0.2759 0.2323 0.1952 0.1637 0.137 0.1145 -90 0.0654 0.0794 0.0658 0.0547 0.0452 0.0373 0.0307 0.0253 0.0207 0.017 -100 0.0138 --- --- --- --- --- --- --- --- --- 溶接トラブル９．チタンすみ肉溶接のブローホール (P.2/2) ・対策２／２．使用するガスホースの適正化ホース材質には色々あるが、鋼の溶接で多用されるゴムホース(一般的には赤色をしている)は水分、酸素などの透過性が非常に高く、チタンの溶接では用いるべきではない。チタンの溶接ではハイシールドホースを含むテフロン系を用いるのがよい。表2にガスホース材質と透過性との関係例(2)を示す。表2 水分及び酸素の透過性比較単位: 透過係数(cc・mm/sec・cm2・cmHg×1010) ホース材質水分酸素天然ゴム 30000 230 塩化ビニール 6300 6 ポリエチレン 2100 59 ナイロン 17000 0.38 PTFE 500 59 ハイシールドホース 0.03 0.024 注: 「ブローホール」「ピット」「ポロシティ」はそれぞれ下記のようにJIS 用語で定義されている。ブローホール: 溶接金属中に生じる球状又はほぼ球状の空洞ピット: 溶接金属の表面に開口した小さなくぼみ穴ポロシティ: 溶融金属中に発生したガスによって、溶接金属部に生じたブローホール及び芋虫状に表面まで穴のあいたピットなどの総称従って、この項目で記載するトラブル事例では、「ポロシティ」と称するのが正式ではあるが、ここでは広く普及している「ブロホール」を採用した。・引用文献 (1)JIS Z 8806: 2001 氷の飽和蒸気圧表(付表 1.3)。付表1.3から次の式で換算。 ×10 ここに、P: 氷の飽和蒸気圧(Pa) (2)(社)日本溶接協会溶接棒部会マグ・ミグ溶接の欠陥と防止対策水分(volppm) = P/1.01325 溶接トラブル１０．チタン重ねＴＩＧ溶接でビード形成不良・事例チタン厚板にチタン薄板を重ねＴＩＧ溶接する時、トーチ角度をつけて隅かど部を狙って溶接したら、上板のチタン薄板のみ溶けた。溶接電流６０Ａ溶接速度４０ｃｍ／ｍｉｎアーク長０．７ｍｍトーチシールド２０Ｌ／ｍｍ：Ａｒアフターシールド３９Ｌ／ｍｉｎ：Ａｒバックシールド７．５Ｌ／ｍｉｎ：Ａｒ・対策上板と下板の密着性を確保し、トーチ角度をつけないで真上から溶接する。ﾁﾀﾝ薄板ﾁﾀﾝ薄板ﾁﾀﾝ厚板 (a)不適切な場合ﾁﾀﾝ厚板 (b)適切な場合図２適正な重ね溶接方法図１ビード不良外観・原因上板と下板との間に僅かでも隙間があると、熱容量の小さい上板のみが溶融する。図３良好なビード外観溶接トラブル１１．チタン薄板のＴＩＧ溶接でビード形成不良・事例 0.2ｍｍｔ程度のチタン薄板を突き合わせてＴＩＧ溶接する時、適性溶接条件にもかかわらず、一定の幅のビードが得られなかった。板厚０．２ｍｍ溶接電流８０Ａ溶接速度１００ｃｍ／ｍｉｎアーク長２ｍｍトーチシールド２０Ｌ／ｍｍ：Ａｒアフターシールド３９Ｌ／ｍｉｎ：Ａｒバックシールド１５Ｌ／ｍｉｎ：Ａｒ平板バッキングプレート使用・対策板厚に対して適切な幅の溝を有するバッキングプレートを使用する。ﾁﾀﾝ薄板ﾁﾀﾝ薄板ﾊﾞｯｷﾝｸﾞﾌﾟﾚｰﾄﾊﾞｯｷﾝｸﾞﾌﾟﾚｰﾄ板厚の約10倍程度 (a)不適切な溝幅の場合 (b)適切な溝幅の場合図２ビード形成に及ぼすバッキングプレート幅の影響図１ビード幅不良ビード外観・原因バッキングプレートの溝の幅が狭すぎて、不均一な熱のこもり方となり、これがビード形成に反映された。図３良好なビード外観溶接トラブル・事例１２．チタン薄板のＴＩＧ溶接で溶融池形成不良 0.2ｍｍｔ程度のチタン薄板を突き合わせてＴＩＧ溶接する時、適性溶接条件にもかかわらず、クレータ部付近で溶融池ができなかった。板厚０．２ｍｍ溶接電流７５Ａ溶接速度１００ｃｍ／ｍｉｎアーク長２ｍｍトーチシールド２０Ｌ／ｍｍ：Ａｒアフターシールド３９Ｌ／ｍｉｎ：Ａｒバックシールド７．５Ｌ／ｍｉｎ：Ａｒ・対策適切な幅の溝を有するバッキングプレートを使用するとともに、チタン薄板の拘束を強める。拘束板ﾁﾀﾝ薄板ﾁﾀﾝ薄板ﾊﾞｯｷﾝｸﾞﾌﾟﾚｰﾄﾊﾞｯｷﾝｸﾞﾌﾟﾚｰﾄ板厚の約10倍程度 (a)不適切な溝幅の場合 (b)適切な溝幅の場合図２ビード形成に及ぼすバッキングプレート幅の影響図１ビード形成不良外観・原因バッキングプレートの溝の幅が広すぎて、突き合わせたチタン板先端が下降し、実質的なアーク長が拡大した。図３良好なビード形成外観溶接トラブル１３．チタンクラッド鋼板を板継ぎで割れ発生・事例図1に示すようなチタンクラッド鋼板の板継ぎ部でチタン当板の溶接を行ったところ、当板溶接部に割れが生じた。・原因溶接金属にクラッド母材の鉄が溶け込み、脆弱なFe-Ti金属間化合物が生成されたため。チタン当板チタン材チタン溶接部鋼材図 1 写真 1 チタンクラッドの写真2 溶接部の断面写真写真3 断面写真・対策チタンクラッド鋼板の板継ぎ溶接では、図２のようにチタンと鋼が直接融合しないようにそれぞれ同種材同士が溶接できる開先形状にする。図2 割れ部のミクロ写真・引用文献チタンの加工技術 (社)日本チタン協会編当て板の種類 P.130 溶接トラブル１４．チタンTIG溶接トーチシールドガス純度不良による曲げ割れ (P.1/3) ・事例厚み3mmの純チタン板(JIS H 4600 TP340C)を純度99.95%のArをシールドガスとして、TIG溶接で突合せ溶接を実施した。溶接ビードの外観は図１に示すように金色を呈しており、良好であった。しかし、溶接継手の曲げ試験では、図２に示すようにビード止端部に割れが生じた。図１溶接ビード外観（A）余盛除去（B）溶接まま図２曲げ試験後の割れの発生状況溶接トラブル１４．チタンTIG溶接トーチシールドガス純度不良による曲げ割れ (P.2/3) ・原因チタンは活性金属であるため、約400℃以上の温度にさらされると酸化が進行する。図３に示すように、トーチシールドガスのAr純度が低下する(酸素濃度が増加する)と溶接金属の酸素量が上昇し、図4に示すように硬さが上昇した。アフターシールドガスの溶接金属の酸素量、硬さへの影響は、トーチシールドガスに比べ、変化が少なく、表層のみ酸化が発生していることが伺えられる。また、トーチシールドガスの純度の低下はタングステン電極損傷を発生させ、図５に示すように溶接金属中にタングステン電極の巻込みがあることをX線透過試験により確認した。従って、曲げ試験における割れの原因はトーチシールドガス純度不良による溶接金属の硬さの上昇とタングステン電極の巻込みが考えられる。アフターシールドトーチシールド 0.18 0.16 0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 溶接金属の硬さ（HV,P=2.97) 溶接金属の酸素量（mass%) アフターシールド 0 500 1000 1500 2000 2500 シールドガス中の酸素濃度（ｐｐｍ）図３溶接金属の酸素量に及ぼすシールドガス中の酸素濃度トーチシールド 200 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100 0 500 1000 1500 2000 2500 シールドガス中の酸素濃度（ｐｐｍ）図４溶接金属の硬さに及ぼすシールドガス中の酸素濃度タングステン電極の巻込み図５溶接金属におけるタングステン電極の巻込み（X線透過試験結果・印画紙）溶接トラブル１４．チタンTIG溶接トーチシールドガス純度不良による曲げ割れ・対策 (P.3/3) トーチシールドガスにおいて、Arガスの純度は99.99%以上必要である。アフターシールドガスにおいても、同様な純度のArガスを用いると、図６のような酸化色が無い溶接ビードが得られ、曲げ試験においても、図７に示すように割れが無く、良好な結果が得られた。また、タングステン電極の巻込みも見られなかった。純度 99.99%以上のArガスは一般的に工業用Arボンベとして入手可能である。図６溶接ビード外観（A）余盛除去図７（B）溶接まま曲げ試験後のビード外観溶接トラブル１５．チタン硬化肉盛時の溶接割れ・事例チタン製バルブ部品の硬化肉盛をしたが、肉盛不足があり、再度その上から肉盛を行った所、硬化肉盛部に割れが発生した。・原因硬化肉盛処理を行った部分は、常温では、伸びはほとんどなくその上に肉盛を行った為、溶接時の熱歪で割れが入ったと考えられる。写真1 溶接外観溶接割れ部・対策硬化肉盛を行った部分は、常温では、伸びがほとんどない為、肉盛補修する前に、溶接物全体を加温し、熱歪の緩和を図る。また、溶接後も急冷を避け、保温箱などに入れ、時間をかけて冷却する。溶接トラブル１６． TIG溶接(Ar-H2シールドガス)途中で溶接部に割れ発生・事例ステンレス鋼と同じシールドガス(Ar-H２)を用いてTIG溶接を行ったが、加工途上で溶接部に割れが生じてうまく加工ができない。・原因チタン材に水素(H2)ガスを用いて溶接すると、溶接部の表面変色はなく、銀白色をしているので、外観検査では良好と認められるが、機械試験をすると、溶接金属部に脆弱な水素化物が発生し、極端に伸びが低下し、溶接金属部より割れを生ずる。・対策チタンをTIG溶接する場合は、使用するガスはJIS K 1105アルゴンガスを用い、溶込形状を改善するには、ヘリウムガスまたはアルゴンガス+ヘリウムガスの混合ガスを用いるとよい。チタンの溶接には、間違っても水素ガスを使用してはならない。溶接トラブル１７. 化学工業機器のマンホールカバーから漏れ発生・事例チタンクラッド製の化学工業機器で、マンホールカバーのガスケット座取り付け溶接部が腐食し、カバー部より漏れが生じた。 (P.1/2) ・原因当該溶接部に通常の純チタン溶加棒棒を使用したために、隙間腐食を生じて漏れが起きた。液だまり部分チタンが自由表面になっている場合は完全な耐食性を示すが、フランジのガスケット当り面などは内部液体の液溜まり等によって隙間腐食が生じる。液だまり部分図1 隙間腐食箇所溶接トラブル１７. 化学工業機器のマンホールカバーから漏れ発生 (P.2/2) ・対策溶接材料にチタンパラジウム合金の溶接材料を使用する。チタンの耐隙間腐食性に及ぼす合金元素としてパラジウム（Pd）の添加が一般的である。JIS Z3331においてもＹＴＢ270Ｐdなどのチタンパラジウム合金の溶接材料は規格化されている。図2 ・引用文献チタンパラジウム合金溶接材料使用箇所チタンの加工技術（社）日本チタン協会 6.2項溶接トラブル１８. チタンと鋼の異材溶接割れ (P.1/2) ・事例自動車排気系部材は図１に示す全チタン製の特徴（意匠性、軽やかな排気音等）を生かしつつ経済性とも両立させるため一部にステンレス鋼を併用して製作されることが多く、チタンが異種金属と溶接されることがある。図２はJIS第２種純チタンと SUS304ステンレス鋼をTIG溶接した事例である。溶接ビードの表面のステンレス鋼側の溶融境界と溶接金属内に大きな割れが生じその破面は平坦で脆弱な破断を示唆しており、またビード表面にも多数の割れが認められる。破面（ステンレス鋼側のSEM観察）図１全チタン製自動車排気系部材 [株式会社クロススポーツレーシング殿ご提供] (なお青色、金色の部分は溶接後の着色処理による) 20μm SUS304 割れ Titanium 1mm 破面（チタン側のSEＭ観察）図２溶接金属に生じた割れの例 20μm 溶接トラブル１８. チタンと鋼の異材溶接割れ (P.2/2) ・原因 TiとFeが溶融混合された際に形成される脆弱な金属間化合物に、溶接の冷却過程での収縮応力が作用して割れが生じたものと判断される。その理由を考える上で、図３に示すTi-Fe系状態図が参考となる。状態図では、極めて脆弱なことが知られている金属間化合物 TiFe、TiFe2が広い温度範囲に存在しており、チタンとステンレス鋼とが溶融混合する溶接金属にはこれらの金属間化合物が容易に生じうる。ステンレス鋼の主要構成元素であるNi,CrとTiすなわちTiNi系,Ti-Cr系についても同様のことが言える。チタンと混合溶融された図２の溶接金属は、図４に示すようにビッカース硬さ(HV)で５５０－８３０と極めて硬く脆弱となっており、この組織ができることが溶接時の割れの主原因である。図３ Ti-Fe系状態図（金属間化合物 TiFe、TiFe2が存在） Titanium SUS304 HV554 HV191 HV172 HV830 400μm 図４・対溶接金属のミクロ組織とビッカース硬さ策割れ防止には金属間化合物を形成させないこと、すなわちチタンとステンレス鋼を溶融混合させないことが必要であり、たとえば、爆着、固相接合等によりチタン／ステンレス鋼が予め接合されたいわゆるトランジションジョイントを介して、チタン同志、鋼同志をアーク溶接する方法が有効である。他の方法として、接合強度は低くなるが、ろう付け法の適用が有効な場合もある。溶接トラブル２０．チタン合金溶接部の高温塩化物による応力腐食割れ・事例チタン合金（Ti-6Al-4V）と純チタン（3種）・原因高温塩化物環境におけるチタン合金の応力腐食割れが原因。チタン合金（Ti-6Al-4V）＋純チタン（3種）の溶接拘束割れ試験片（溶加棒YTB480）を製作し、溶接のまま及び応力除去熱処理（725℃ x 1時間・真空焼鈍）をしたものについて、環境条件と試験温度における割れ感受性を調査した。との異材溶接継手を溶加棒YTB480にて溶接したところ、チタン合金（Ti-6Al-4V）溶接熱影響部のみに使用後数ヶ月で割れが発生した。なお、溶接後熱処理は行っていない。設計温度は250℃～430℃で、割れ近傍に付着していたスケール中にCl-を検出した。環境条件：Cl-付着有り・無し試験温度：420℃大気中 ① 溶接のままでCl-付着無しでは、割れは発生しない。 ② 溶接のままでCl-付着有りでは、割れが発生する。 ③ 応力除去熱処理したものでは、Cl-が付着しても割れは発生しない。 ④ 応力腐食割れは異材溶接が直接原因ではない。・対策チタン合金（Ti-6Al-4V）と純チタン（3 種）との異材溶接継手を溶加棒YTB480にて溶接し、溶接後熱処理を行う。熱処理は725℃ x 1時間・真空焼鈍とする。純チタン (3種) 35o 2 35o +0 -0.05 2 5 5 φ30 φ26±0.1 φ30 +0 -0.05 5 チタン合金 (Ti-6Al-4V) 40 2 ティグ2層盛り (YTB480) +0.05 φ30 -0 φ75±0.1 ・引用文献高村昭：日本金属学会会報第8巻第10 号（1969）、P.698 図1 試験片の詳細写真1 塩化物付着 420℃ x 24hr