特許 7603743 溶接部品および溶接部品の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-12

(45)【発行日】2024-12-20

(54)【発明の名称】溶接部品および溶接部品の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/23 20060101AFI20241213BHJP

   B23K 9/167 20060101ALN20241213BHJP

【ＦＩ】

B23K9/23 H

B23K9/23 B

B23K9/23 E

B23K9/167 A

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2023082404

(22)【出願日】2023-05-18

(65)【公開番号】P2024165856

(43)【公開日】2024-11-28

【審査請求日】2024-06-17

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000158312

【氏名又は名称】岩谷産業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100136098

【弁理士】

【氏名又は名称】北野 修平

(74)【代理人】

【識別番号】100137246

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 勝也

(72)【発明者】

【氏名】中村 大紀

(72)【発明者】

【氏名】上田 千春

(72)【発明者】

【氏名】岡田 敬太

(72)【発明者】

【氏名】藤川 敦士

(72)【発明者】

【氏名】石井 正信

(72)【発明者】

【氏名】兒玉 孝昭

(72)【発明者】

【氏名】吉田 佳史

(72)【発明者】

【氏名】吉岡 隆

【審査官】杉田 隼一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２２－１８３４８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０１－０８７０８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５７－１３０７９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００３－５２３８３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５２－０９２８４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ９／２３

Ｂ２３Ｋ ９／１６７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

オーステナイト系ステンレス鋼から構成される第１部材と、
銅から構成される第２部材と、
前記第１部材と前記第２部材とを接合する溶接部と、を備え、
前記溶接部は、
前記第１部材を構成するオーステナイト系ステンレス鋼に含まれる元素を主成分とする第１領域と、
前記第１領域との間に界面を形成するように配置され、銅を主成分とする第２領域と、を含み、
前記第２領域内には、前記第１部材を構成するオーステナイト系ステンレス鋼に含まれる元素を主成分とする複数の第１島状領域が互いに分離して存在し、
前記第１領域内には、銅を主成分とする複数の第２島状領域が互いに分離して存在し、
前記第１領域と前記第２領域とは、前記界面において金属結合を形成している、溶接部品。

【請求項2】

前記オーステナイト系ステンレス鋼は、ＪＩＳ規格ＳＵＳ３０４またはＪＩＳ規格ＳＵＳ３１６である、請求項１に記載の溶接部品。

【請求項3】

前記第１部材および前記第２部材は管状の形状を有し、
前記第１部材および前記第２部材は長手方向端部において、前記溶接部により互いに接合されている、請求項１または請求項２に記載の溶接部品。

【請求項4】

オーステナイト系ステンレス鋼から構成される第１部材および銅から構成される第２部材を準備する工程と、
前記第１部材および前記第２部材と電極との間にアークを形成した状態で、前記アーク内に溶加材を供給し、前記第１部材、前記第２部材および前記溶加材を前記アークにより加熱することで溶融させ、溶融池を形成する工程と、
前記溶融池を凝固させることにより、前記第１部材と前記第２部材とを接合する溶接部を形成する工程と、を備え、
前記溶加材は、４．０質量％以上４．９質量％以下の鉄を含有し、残部が銅および不可避的不純物からなり、
前記溶接部を形成する工程において形成された溶接部は、
前記第１部材を構成するオーステナイト系ステンレス鋼に含まれる元素を主成分とする第１領域と、
前記第１領域との間に界面を形成するように配置され、銅を主成分とする第２領域と、
を含み、
前記第２領域内には、前記第１部材を構成するオーステナイト系ステンレス鋼に含まれる元素を主成分とする複数の第１島状領域が互いに分離して存在し、
前記第１領域内には、銅を主成分とする複数の第２島状領域が互いに分離して存在し、
前記第１領域と前記第２領域とは、前記界面において金属結合を形成している、
溶接部品の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、溶接部品および溶接部品の製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

銅からなる部材と鋼からなる部材とを溶接により接合する技術が知られている。また、溶接の際に用いられる溶加棒（溶加材）として、銅と鉄との合金が採用され得ることが知られている（たとえば、特許文献１および特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－０８７６８８号公報

【文献】特開２０２０－０７６１３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記の通り、従来の手法により、銅からなる部材と鋼からなる部材とを溶接により接合することができる。しかし、銅からなる部材とオーステナイト系ステンレス鋼からなる部材とを溶接により接合する場合、溶接部の強度が不十分になるという問題がある。特に、溶接部品が、繰返し応力が作用する環境で使用される場合、溶接部の疲労強度が不十分であることにより、溶接部において疲労破壊が生じるという問題がある。

【0005】

そこで、銅からなる部材とオーステナイト系ステンレス鋼からなる部材とが溶接により接合された溶接部品において、溶接部の疲労強度を向上させることを、本開示の目的の１つとする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に従った溶接部品は、オーステナイト系ステンレス鋼から構成される第１部材と、銅から構成される第２部材と、第１部材と第２部材とを接合する溶接部と、を備える。溶接部は、第１部材を構成するオーステナイトステンレス鋼に含まれる元素を主成分とする第１領域と、第１領域との間に界面を形成するように配置され、銅を主成分とする第２領域と、を含む。第２領域内には、第１部材を構成するオーステナイトステンレス鋼に含まれる元素を主成分とする複数の第１島状領域が互いに分離して存在する。第１領域内には、銅を主成分とする複数の第２島状領域が互いに分離して存在する。第１領域と第２領域とは、上記界面において金属結合を形成している。

【0007】

本開示に従った溶接部品の製造方法は、オーステナイト系ステンレス鋼から構成される第１部材および銅から構成される第２部材を準備する工程と、第１部材および第２部材と電極との間にアークを形成した状態で、アーク内に溶加材を供給し、第１部材、第２部材および溶加材をアークにより加熱することで溶融させ、溶融池を形成する工程と、溶融池を凝固させることにより、第１部材と第２部材とを接合する溶接部を形成する工程と、を備える。溶加材は、４．０質量％以上４．９質量％以下の鉄を含有し、残部が銅および不可避的不純物からなる。

【発明の効果】

【0008】

上記溶接部品および溶接部品の製造方法によれば、銅からなる部材とオーステナイト系ステンレス鋼からなる部材とが溶接により接合された溶接部品において、溶接部の疲労強度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、溶接部品の構造を示す概略断面図である。

【図2】図２は、溶接部の構造を示す概略図である。

【図3】図３は、溶接部品の製造方法の概略を示すフローチャートである。

【図4】図４は、溶接部品の製造方法を説明するための概略断面図である。

【図5】図５は、溶接部品の製造方法を説明するための概略断面図である。

【図6】図６は、引張試験後の溶接部品の状態を示す写真である。

【図7】図７は、条件１にて実施した疲労試験後の溶接部品の状態を示す写真である。

【図8】図８は、条件２にて実施した疲労試験後の溶接部品の状態を示す写真である。

【図9】図９は、溶接部の金属組織を示す光学顕微鏡写真である。

【図10】図１０は、溶接部における元素の分布の分析結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

［実施形態の概要］
本開示の溶接部品は、オーステナイト系ステンレス鋼から構成される第１部材と、銅から構成される第２部材と、第１部材と第２部材とを接合する溶接部と、を備える。溶接部は、第１部材を構成するオーステナイトステンレス鋼に含まれる元素を主成分とする第１領域と、第１領域との間に界面を形成するように配置され、銅を主成分とする第２領域と、を含む。第２領域内には、第１部材を構成するオーステナイトステンレス鋼に含まれる元素を主成分とする複数の第１島状領域が互いに分離して存在する。第１領域内には、銅を主成分とする複数の第２島状領域が互いに分離して存在する。第１領域と第２領域とは、上記界面において金属結合を形成している。

【0011】

本発明者らは、銅からなる部材とオーステナイト系ステンレス鋼からなる部材とが溶接により接合された溶接部品において、溶接部の疲労強度を向上させる方策について検討した。その結果、以下のような知見が得られた。

【0012】

銅からなる部材とオーステナイト系ステンレス鋼からなる部材とを溶接により接合する場合、銅とオーステナイト系ステンレス鋼とが一様に混合された溶接部を形成することは難しく、オーステナイトステンレス鋼に含まれる元素を主成分とする第１領域と、第１領域との間に界面を形成するように配置され、銅を主成分とする第２領域とが形成される。このとき、第２領域内に、オーステナイトステンレス鋼に含まれる元素を主成分とする複数の第１島状領域が互いに分離して存在し、かつ第１領域内には、銅を主成分とする複数の第２島状領域が互いに分離して存在する状態とすることにより、第１領域と第２領域とが、上記界面において金属結合を形成する状態を達成することができる。このような溶接部においては、溶接部の疲労強度が向上する。

【0013】

本開示の溶接部品においては、第２領域内には、第１部材を構成するオーステナイトステンレス鋼に含まれる元素を主成分とする複数の第１島状領域が存在する。第１領域内には、銅を主成分とする複数の第２島状領域が存在する。そして、第１領域と第２領域とは、上記界面において金属結合を形成している。その結果、本開示の溶接部品によれば、銅からなる部材とオーステナイト系ステンレス鋼からなる部材とが溶接により接合された溶接部品において、溶接部の疲労強度を向上させることができる。

【0014】

上記溶接部品において、上記オーステナイトステンレス鋼は、ＪＩＳ規格ＳＵＳ３０４またはＪＩＳ規格ＳＵＳ３１６であってもよい。ＳＵＳ３０４およびＳＵＳ３１６は、本開示の溶接部品における第１部材を構成するオーステナイト系ステンレス鋼として好適である。

【0015】

上記溶接部品において、第１部材および第２部材は管状の形状を有していてもよい。第１部材および第２部材は長手方向端部において、上記溶接部により互いに接合されていてもよい。管状の形状を有する部材同士が接合された溶接部品においては、内部を流れる流体の影響、振動の影響などにより、溶接部における疲労強度が問題となる場合がある。溶接部における疲労強度が向上した本開示の溶接部品は、このような部品への適用に適している。

【0016】

本開示の溶接部品の製造方法は、オーステナイト系ステンレス鋼から構成される第１部材および銅から構成される第２部材を準備する工程と、第１部材および第２部材と電極との間にアークを形成した状態で、アーク内に溶加材を供給し、第１部材、第２部材および溶加材をアークにより加熱することで溶融させ、溶融池を形成する工程と、溶融池を凝固させることにより、第１部材と第２部材とを接合する溶接部を形成する工程と、を備える。溶加材は、４．０質量％以上４．９質量％以下の鉄を含有し、残部が銅および不可避的不純物からなる。

【0017】

本発明者らの検討によれば、アーク溶接において、４．０質量％以上４．９質量％以下の鉄を含有し、残部が銅および不可避的不純物からなる溶加材を採用することによって、第２領域内に複数の第１島状領域が互いに分離して存在し、かつ第１領域内に複数の第２島状領域が互いに分離して存在し、第１領域と第２領域とが金属結合を形成する状態を達成することが容易となる。そのため、本開示の溶接部品の製造方法によれば、銅からなる部材とオーステナイト系ステンレス鋼からなる部材とが溶接により接合された溶接部品において、溶接部の疲労強度を向上させることができる。

【0018】

［実施形態の具体例］
次に、本開示の溶接部品の具体的な実施の形態の一例を、図面を参照しつつ説明する。以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

【0019】

図１は、溶接部品の構造を示す概略断面図である。図２は、溶接部の構造を示す概略図である。図１を参照して、本実施の形態の溶接部品１は、オーステナイト系ステンレス鋼から構成される第１部材１０と、銅から構成される第２部材２０と、第１部材１０と第２部材２０とを接合する溶接部３０とを備える。

【0020】

第１部材１０を構成するオーステナイト系ステンレス鋼としては、たとえばＪＩＳ規格ＳＵＳ３０４またはＪＩＳ規格ＳＵＳ３１６を採用することができる。第２部材２０は、純銅、すなわち純度９９．９質量％以上の銅から構成されている。

【0021】

第１部材１０は、外周面１０Ａと、内周面１０Ｂとを含んでいる。外周面１０Ａは円筒面形状を有している。内周面１０Ｂは、外周面１０Ａと共通の中心軸を有する円筒面形状を有している。第１部材１０には、内周面１０Ｂに取り囲まれた空間である貫通孔１０Ｈが形成されている。第１部材１０は、管状の形状を有している。第１部材１０は、ステンレスパイプである。

【0022】

第２部材２０は、外周面２０Ａと、内周面２０Ｂとを含んでいる。外周面２０Ａは、第１部材１０の外周面１０Ａと同一直径で、共通の中心軸を有する円筒面形状を有している。内周面２０Ｂは、第１部材１０の内周面１０Ｂと同一直径で、共通の中心軸を有する円筒面形状を有している。内周面２０Ｂは、外周面２０Ａと共通の中心軸を有している。第２部材２０には、内周面２０Ｂに取り囲まれた空間である貫通孔２０Ｈが形成されている。第２部材２０は、管状の形状を有している。第２部材２０は、銅パイプである。貫通孔１０Ｈと貫通孔２０Ｈとは連通している。

【0023】

第１部材１０および第２部材２０は、長手方向端部において、溶接部３０により互いに接合されている。図２を参照して、溶接部３０は、第１領域３１と、第２領域３２とを含んでいる。第１領域３１と第２領域３２との間には、界面３３が形成されている。第２領域３２は、第１領域３１との間に界面３３を形成するように配置されている。第１領域３１は、第１部材１０を構成するオーステナイトステンレス鋼に含まれる元素を主成分とする領域である。第２領域３２は、銅を主成分とする領域である。界面３３を挟んで、第１領域３１は第１部材１０側に、第２領域３２は第２部材２０側に配置される。界面３３は、溶接部品１の長手方向において、溶接部３０の中央部に形成される。

【0024】

第２領域３２内には、第１部材１０を構成するオーステナイトステンレス鋼に含まれる元素を主成分とする複数の第１島状領域３２１が互いに分離して存在している。第１領域３１内には、銅を主成分とする複数の第２島状領域３１２が互いに分離して存在している。そして、第１領域３１と第２領域３２とは、界面３３において金属結合を形成している。ここで、界面３３において金属結合が形成されている状態とは、界面３３において、第１領域３１を構成する金属原子の格子と第２領域３２を構成する金属原子の格子とが連続性を有している状態を意味する。

【0025】

本実施の形態の溶接部品１においては、第２領域３２内には、第１部材１０を構成するオーステナイトステンレス鋼に含まれる元素を主成分とする複数の第１島状領域３２１が存在する。第１領域３１内には、銅を主成分とする複数の第２島状領域３１２が存在する。そして、第１領域３１と第２領域３２とは、界面３３において金属結合を形成している。その結果、本実施の形態の溶接部品１は、溶接部３０の疲労強度が向上した溶接部品となっている。

【0026】

次に、本実施の形態の溶接部品１の製造方法の一例について説明する。図３は、溶接部品の製造方法の概略を示すフローチャートである。図４および図５は、溶接部品の製造方法を説明するための概略断面図である。

【0027】

図３を参照して、本実施の形態の溶接部品１の製造方法では、まず工程Ｓ１０として素材準備工程が実施される。この工程Ｓ１０では、素材として、オーステナイト系ステンレス鋼から構成される第１部材１０および銅から構成される第２部材２０が準備される。図４を参照して、第１部材１０と第２部材２０とは、たとえば同一の内径および外径を有する中空円筒状の形状を有している。第１部材１０と第２部材２０とは、第１部材１０の端面１０Ｃと第２部材２０の端面２０Ｃとが隙間をおいて向かい合うように（ルート間隔Ｗ）、配置される。端面１０Ｃおよび端面２０Ｃは、外周面１０Ａおよび外周面２０Ａに近づくにしたがって互いの距離が大きくなるテーパ面（ベルル角度θ）である。第１部材１０と第２部材２０とは、中心軸が一致するように配置される。

【0028】

次に、工程Ｓ２０として溶融池形成工程が実施される。この工程Ｓ２０では、図５を参照して、工程Ｓ１０において準備された第１部材１０および第２部材２０と電極５２との間にアーク７１を形成した状態で、アーク７１内に溶加材としての溶加棒６１を供給し、第１部材１０、第２部材２０および溶加棒６１（溶加材）をアーク７１により加熱することで溶融させ、溶融池８１が形成される。

【0029】

電極５２は、たとえばタングステン（Ｗ）などの高融点の金属材料からなっている。電極５２は、中空円筒状のノズル５１内に外周面が取り囲まれるとともに、その先端がノズル５１から外部に露出している。ノズル５１および電極５２は、溶接トーチ５０を構成する。電極５２の外周面とノズル５１の内周面の間の環状の空間から第１部材１０の外周面１０Ａおよび第２部材２０の外周面２０Ａに向けて、シールドガスが矢印Ａに沿って吐出される。シールドガスとしては、たとえばアルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスを採用することができる。シールドガスとしては、Ａｒとヘリウム（Ｈｅ）との混合ガスを採用してもよい。また、貫通孔１０Ｈおよび貫通孔２０Ｈ内には、矢印Ｂに沿ってバックシールドガスが流される。バックシールドガスとしては、シールドガスと同様に、Ａｒ、ＡｒとＨｅとの混合ガスなどの不活性ガスを採用することができる。

【0030】

シールドガスが矢印Ａに沿って吐出されることにより、アーク７１が外部の空気から遮断される。溶加棒６１は、アーク７１による加熱によって溶融し、溶滴６２として溶融池８１へと到達する。溶融池８１は、溶融した第１部材１０、溶融した第２部材２０および溶融した溶加棒６１から構成される。溶加棒６１は、４．０質量％以上４．９質量％以下の鉄を含有し、残部が銅および不可避的不純物からなる。

【0031】

次に、工程Ｓ３０として凝固工程が実施される。この工程Ｓ３０では、工程Ｓ２０において形成された溶融池８１を凝固させることにより、第１部材１０と第２部材２０とを接合する溶接部３０が形成される。具体的には、工程Ｓ２０において溶融池８１が形成された第１部材１０および第２部材２０を周方向に沿って所定の角度、たとえば５～１０°程度回転させる。これにより、アーク７１は先に形成された溶融池８１に隣接する領域に新たな溶融池８１を形成するとともに、先に形成された溶融池８１は凝固することにより、溶接部３０（ビード）となる（図１参照）。このような手順が繰り返されて第１部材１０および第２部材２０の全周にわたって溶接部３０が形成されることにより、本実施の形態の溶接部品１の製造方法は完了し、本実施の形態の溶接部品１が得られる。

【0032】

本実施の形態の溶接部品１の製造方法の工程Ｓ２０では、４．０質量％以上４．９質量％以下の鉄を含有し、残部が銅および不可避的不純物からなる溶加棒６１（溶加材）が採用される。これにより、第２領域３２内に複数の第１島状領域３２１が存在し、かつ第１領域３１内に複数の第２島状領域３１２が存在し、第１領域３１と第２領域３２とが金属結合を形成する状態を達成することが容易となっている。その結果、本実施の形態の溶接部品１の製造方法によれば、溶接部３０の疲労強度を向上させることができる。溶加棒６１は、４．０質量％以上４．８質量％以下の鉄を含有し、残部が銅および不可避的不純物からなることが好ましい。鉄の融点は、銅の融点に比べて高いため、銅の融点を超え鉄の融点以下の温度域では、固相の鉄と液相の銅とが共存する状態となる。鉄の含有量を４．８質量％以下に低減することにより、鉄の偏析が抑制され、溶接部３０の強度の向上に寄与する。

【実施例】

【0033】

本開示の溶接部品を作製し、本開示の溶接部品の効果を確認するとともに、溶接部の金属組織を確認する実験を行った。実験の手順は以下のとおりである。

【0034】

上記実施の形態において説明した溶接部品の製造方法により直管状のステンレスパイプと直管状の銅パイプとが接合された溶接部品を作製した。第１部材１０を構成するオーステナイトステンレス鋼として、ＪＩＳ規格ＳＵＳ３０４を採用した。シールドガスおよびバックシールドガスとしてはＡｒガスを採用した。電極５２の直径は２．４ｍｍ、ノズル５１の内径は６ｍｍとした。電極５２を構成する材料としては、２質量％のセリウム（Ｃｅ）が添加されたタングステン（Ｗ）を採用した。

【0035】

溶加棒６１の組成は、鉄４．５質量％および銅９５．５質量％を含む組成（４．５質量％の鉄を含有し、残部が銅および不可避的不純物からなる組成）とした（以下、「Ｃｕ－４．５％Ｆｅ」と表示する場合がある）。また、比較のため、溶加棒６１の組成として純銅（以下、「Ｃｕ」と表示する場合がある）、珪素（Ｓｉ）３質量％および銅９７質量％を含む組成（３．０質量％の珪素を含有し、残部が銅および不可避的不純物からなる組成）（以下、「Ｃｕ－３％Ｓｉ」と表示する場合がある）およびスズ５質量％および銅９５質量％を含む組成（５．０質量％のスズを含有し、残部が銅および不可避的不純物からなる組成）（以下、「Ｃｕ－５％Ｓｎ」と表示する場合がある）を採用した場合についても、同様に溶接を実施し、溶接部品を作製した。得られた溶接部品について、以下のように（１）施工性を確認したうえで、（２）引張試験、（３）低温引張試験、（４）腐食試験および（５）疲労試験を実施した。

【0036】

（１）施工性の確認
上記実施の形態において説明した手順に沿って溶接を実施し、良好な溶接が達成できたかどうかを確認した。外観上良好な溶接が達成できた場合を「合格」、多数のボイドが発生するなど外観上良好な溶接が達成できなかった場合を「不合格」と判定した。

【0037】

（２）引張試験
溶接部品１を長手方向に引っ張り、破断させる引張試験を実施した。試験は、溶接部品１が常温（室温）の状態で実施した。そして、溶接部３０以外で破断した場合を「合格」、溶接部３０にて破断した場合を「不合格」と判定した。

【0038】

（３）低温引張試験
溶接部品１を長手方向に引っ張り、破断させる引張試験を実施した。試験は、溶接部品１が－４０℃に冷却された状態で実施した。そして、溶接部３０以外で破断した場合を「合格」、溶接部３０にて破断した場合を「不合格」と判定した。

【0039】

（４）腐食試験
溶接部３０に対し、５％シュウ酸水溶液を用いた電解エッチングを実施し、腐食が発生するかどうかを確認した。電解エッチングは、５Ｖの電圧を付与し、６０秒間保持する条件にて実施した。溶接部３０に腐食が見られなかった場合を「合格」、溶接部３０に腐食が確認された場合を「不合格」と判定した。

【0040】

（５）疲労試験
溶接部品１の長手方向に周期的な繰返し引張応力を負荷する疲労試験を実施した。最大引張応力を１２６ＭＰａ、最小引張応力を１３ＭＰａとする条件（条件１）、および最大引張応力を１３７ＭＰａ、最小引張応力を１４ＭＰａとする条件（条件２）、の２つの条件で周期的な繰返し引張応力を溶接部品１に負荷した。応力の繰返し周期は、両条件とも１５Ｈｚとした。疲労試験は、溶接部品１が疲労により破断するまで継続した。そして、溶接部３０以外のみにおける亀裂で破断した場合を「合格」、溶接部３０における亀裂が含まれる状態にて破断した場合を「不合格」と判定した。

【0041】

次に、上記（１）～（５）実験の結果について説明する。表１に上記実験の結果を示す。

【0042】

【表1】

【0043】

表１を参照して、Ｃｕ－５％Ｓｎの溶加棒６１を用いた場合、溶接部３０に多数のボイドが発生したため、施工性を不合格と判断した。Ｃｕ－５％Ｓｎの溶加棒６１を用いて作製された溶接部品１については、引張試験等を実施しても不合格となることが明らかであるため、その他の実験の対象から除外した。Ｃｕ－５％Ｓｎ以外の溶加棒６１を用いて作製された溶接部品１については、施工性が合格であったほか、引張試験および低温引張試験についても合格と判断された。

【0044】

図６は、Ｃｕ－４．５％Ｆｅの溶加棒６１を用いて作製された溶接部品１の引張試験後の状態を示す写真である。図６から明らかなように、溶接部品１は、溶接部３０以外の領域、具体的には第２部材２０において破断している。

【0045】

腐食試験については、Ｃｕの溶加棒６１を用いて作製された溶接部品１に腐食が確認されたため、不合格と判断した。具体的には、溶接部３０の第１部材１０に接する領域において明らかな腐食が確認された。Ｃｕ－４．５％Ｆｅの溶加棒６１を用いて作製された溶接部品１およびＣｕ－３％Ｓｉの溶加棒６１を用いて作製された溶接部品１については、腐食は確認されず、合格と判断した。Ｃｕの溶加棒６１を用いて作製された溶接部品１については、腐食試験が不合格であったため、疲労試験の対象から除外した。

【0046】

表１を参照して、疲労試験については、Ｃｕ－４．５％Ｆｅの溶加棒６１を用いて作製された溶接部品１は合格と判断された一方で、Ｃｕ－３％Ｓｉの溶加棒６１を用いて作製された溶接部品１は不合格と判断された。

【0047】

図７は、条件１にて実施した疲労試験後の溶接部品１の状態を示す写真である。図８は、条件２にて実施した疲労試験後の溶接部品１の状態を示す写真である。図７および図８において、Ｃｕ－４．５％Ｆｅの溶加棒６１を用いて作製された溶接部品１である実施例のサンプル９１と、Ｃｕ－３％Ｓｉの溶加棒６１を用いて作製された溶接部品１である比較例のサンプル９２とが、それぞれ１本ずつ示されている。図７および図８のいずれにおいても、実施例のサンプル９１では、溶接部３０以外の領域、具体的には第２部材２０のみにおける亀裂で破断している。一方、比較例のサンプル９２では、溶接部３０における亀裂が含まれる状態にて破断している。

【0048】

このように、Ｃｕ－４．５％Ｆｅの溶加棒６１を用いた本開示の溶接部品の製造方法によれば、施工性、引張試験、低温引張試験、および腐食試験において良好な結果が得られるとともに、溶接部の疲労強度が向上することが確認された。

【0049】

次に、Ｃｕ－４．５％Ｆｅの溶加棒６１を用いて作製された溶接部品１について、溶接部３０の金属組織の状態を確認した。図９は、溶接部３０の金属組織を示す光学顕微鏡写真である。図１０は、溶接部３０における元素の分布を、ＥＤＳ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて分析した結果を示す図である。図９および図１０を参照して、溶接部３０は、第１部材１０を構成するＳＵＳ３０４に含まれる元素（Ｆｅ、Ｃｒ、ＮｉおよびＭｎ）を主成分とする第１領域３１と、第１領域３１との間に界面３３を形成するように配置され、Ｃｕを主成分とする第２領域３２とを含んでいる。そして、第２領域３２内には、ＳＵＳ３０４に含まれる元素を主成分とする複数の第１島状領域３２１が存在し、第１領域３１内には、銅を主成分とする複数の第２島状領域３１２が存在している。さらに、上記疲労試験において溶接部３０に亀裂が発生しなかったことから、第１領域３１と第２領域３２とは、界面３３において金属結合を形成していると判断できる。すなわち、本開示の溶接部品の要件を満たす実施例のサンプル９１において、溶接部の疲労強度が向上することが確認された。

【0050】

以上の実験結果より、本開示の溶接部品および溶接部品の製造方法によれば、銅からなる部材とオーステナイト系ステンレス鋼からなる部材とが溶接により接合された溶接部品において、溶接部の疲労強度が向上することが確認される。

【0051】

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は、請求の範囲によって規定され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0052】

１ 溶接部品、１０ 第１部材、１０Ａ 外周面、１０Ｂ 内周面、１０Ｃ 端面、１０Ｈ 貫通孔、２０ 第２部材、２０Ａ 外周面、２０Ｂ 内周面、２０Ｃ 端面、２０Ｈ 貫通孔、３０ 溶接部、３１ 第１領域、３２ 第２領域、３３ 界面、５０ 溶接トーチ、５１ ノズル、５２ 電極、６１ 溶加棒、６２ 溶滴、７１ アーク、８１ 溶融池、９１，９２ サンプル、３１２ 第２島状領域、３２１ 第１島状領域、Ｗ ルート間隔、θ ベルル角度。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】