特許 7603872 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(B1)

(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 35/30 20060101ALI20241213BHJP

   C22C 9/00 20060101ALI20241213BHJP

   B23K 35/32 20060101ALN20241213BHJP

   C22C 27/04 20060101ALN20241213BHJP

【ＦＩ】

B23K9/23 H

B23K9/23 B

B23K9/23 E

B23K35/30 320R

C22C9/00

B23K35/32 A

C22C27/04 101

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2024096919

(22)【出願日】2024-06-14

【審査請求日】2024-06-14

【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】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】南 和樹

(72)【発明者】

【氏名】吉田 佳史

(72)【発明者】

【氏名】吉岡 隆

(72)【発明者】

【氏名】檜尾 雅俊

【審査官】杉田 隼一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２２－１８３４８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２３－０９２５５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２４－０５６３９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０６１３３２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開昭５２－０９２８４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ９／２３

Ｂ２３Ｋ ３５／３０

Ｃ２２Ｃ ９／００

Ｂ２３Ｋ ３５／３２

Ｃ２２Ｃ ２７／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

クロム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部材を構成するクロム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部材を構成するクロム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】

前記クロム系ステンレス鋼がフェライト系ステンレス鋼である、請求項１に記載の溶接部品。

【請求項3】

前記フェライト系ステンレス鋼は、ＪＩＳ規格ＳＵＳ４３０系ステンレス鋼である、請求項２に記載の溶接部品。

【請求項4】

前記第１部材および前記第２部材は管状の形成の形状を有し、
前記第１部材および前記第２部材のいずれか一方の長手方向端部は、いずれか他方の長手方向端部である挿入部が挿し入れられる継手部を含み、
前記第１部材および前記第２部材は、前記継手部に前記挿入部が挿し入れられた状態で、前記継手部の先端部において、前記溶接部により互いに接合されている、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の溶接部品。

【請求項5】

前記挿入部が前記第１部材に含まれ、
前記継手部が前記第２部材に含まれている、請求項４に記載の溶接部品。

【請求項6】

クロム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、４．５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前記溶接部は、
前記第１部材を構成するクロム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部材を構成するクロム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。

【背景技術】

【0002】

従前より、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（例えば、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、銅からなる部材とクロム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。

【0005】

そこで、銅からなる部材とクロム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、クロム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部材を構成するクロム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、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部材を構成するクロム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、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、クロム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、銅からなる部材とクロム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、溶接部の強度を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、実施の形態に係る溶接部品の構造を示す模式的な断面図である。

【図2】図２は、図１のＡ部分における模式的な拡大図である。

【図3】図３は、図２のＢ部分における模式的な拡大図である。

【図4】図４は、実施の形態に係る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5】図５は、実施の形態に係る溶接部品の製造方法を説明するための模式的な正面図である。

【図6】図６は、実施の形態に係る溶接部品の製造方法を説明するための模式的な断面図である。

【図7】図７は、変形例に係る溶接部品の構造を示す模式的な断面図である。

【図8】図８は、変形例に係る溶接部品の製造方法を説明するための模式的な断面図である。

【図9】図９は、溶接部品としての試験片について、引張試験後の状態を示す写真である。

【図10】図１０は、実験に用いた試験片の模式的な断面図である。

【図11】図１１は、図１０のＣ部分に相当する部分の金属組織を示す光学顕微鏡写真である。

【図12】図１２は、図１１のＺ１部分における元素の分布の分析結果を示す拡大写真である。

【図13】図１３は、図１１のＺ２部分における元素の分布の分析結果を示す拡大写真である。

【図14】図１４は、図１１のＺ３部分における元素の分布の分析結果を示す拡大写真である。

【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、クロム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部材を構成するクロム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、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部材を構成するクロム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、界面において金属結合を形成している。

【0011】

本発明者らは、銅から構成される部材とクロム系ステンレス鋼から構成され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】

銅から構成される部材とクロム系ステンレス鋼から構成される部材とを溶接により接合する場合、銅と鉄とが固溶体を形成しにくいため、銅とクロム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い。このため、溶接部は、クロム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、銅を主成分とする第２領域とを有しており、第１領域と第２領域との間に界面が形成される。

【0013】

本開示の溶接部品においては、第２領域内には、クロム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。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する。その結果、本開示の溶接部品によれば、銅から構成される部材とクロム系ステンレス鋼から構成され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、クロム系ステンレス鋼がフェライト系ステンレス鋼であってもよい。フェライト系ステンレスは、本開示の溶接部品における第１部材を構成するクロム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、上記フェライト系ステンレス鋼は、ＪＩＳ規格ＳＵＳ４３０系ステンレス鋼であってもよい。ＪＩＳ規格ＳＵＳ４３０系ステンレス鋼は、本開示の溶接部品における第１部材を構成するフェライト系ステンレス鋼として好適である。

【0016】

上記溶接部品において、第１部材および前記第２部材は管状の形成の形状を有していてもよい。第１部材および第２部材のいずれか一方の長手方向端部は、いずれか他方の長手方向端部である挿入部が挿し入れられる継手部を含んでいてもよい。第１部材および第２部材は、継手部に挿入部が挿し入れられた状態で、継手部の端部において、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、溶接部における強度が問題となる場合がある。溶接部における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。

【0017】

上記溶接部品において、挿入部が第１部材に含まれ、継手部が第２部材に含まれてもよい。この構造は、クロム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部材との接合構造として好適である。

【0018】

本開示の溶接部品の製造方法は、クロム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。

【0019】

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、銅からなる部材とクロム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、溶接部の強度を向上させることができる。

【0020】

［実施形態の詳細］
次に、本開示の溶接部品１０の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り返さない。

【0021】

図１は、実施の形態に係る溶接部品１０の構造を示す概略断面図である。図２は、図１のＡ部分の拡大図であり、溶接部３を示す概略図である。図３は、図２のＢ部分の拡大図であり、溶接部３の構造を模式的に示す。図１を参照して、本実施の形態の溶接部品１０は、クロム系ステンレス鋼から構成される第１部材１と、銅から構成される第２部材２と、第１部材１と第２部材２とを接合する溶接部３とを備える。

【0022】

第１部材１を構成するクロム系ステンレス鋼は、クロムを含みかつニッケルを含まないステンレス鋼であり、例えば、フェライト系ステンレス鋼が挙げられる。フェライト系ステンレス鋼には、例えば、ＪＩＳ規格ＳＵＳ４３０系ステンレス鋼（ＪＩＳ Ｇ ４３０４：２０１２およびＪＩＳ Ｇ ４３０５：２０１２）を採用できる。また、フェライト系ステンレス鋼としては、ＪＩＳ規格ＳＵＳ４３０系ステンレス鋼のほか、例えば、ＳＵＳ４０５、ＳＵＳ４１０Ｌ、ＳＵＳ４２９、ＳＵＳ４３４、ＳＵＳ４３６Ｌ、ＳＵＳ４３６Ｊ１Ｌ、ＳＵＳ４４３Ｊ１、ＳＵＳ４４４、ＳＵＳ４４５Ｊ１、ＳＵＳ４４５Ｊ２、ＳＵＳ４４７Ｊ１、ＳＵＳＸＭ２７が挙げられる。ＪＩＳ規格ＳＵＳ４３０系ステンレス鋼は、ＪＩＳ規格ＳＵＳ４３０と、その末尾に記号が付されたものとを含む。例えば、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４３０ＬＸ、ＳＵＳ４３０Ｊ１Ｌ、ＳＵＳ４３０Ｆは、「ＪＩＳ規格ＳＵＳ４３０系ステンレス鋼」の範疇である。また、第１部材１を構成するクロム系ステンレス鋼は、フェライト系ステンレス鋼に限らず、マルテンサイト系ステンレス鋼であってもよい。第２部材２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。

【0023】

ここで、本開示において「ニッケルを含まない」とは、ニッケルを含まないとみなせる範囲のものを含み、厳密な意味での「ニッケルを含まない」ではない。例えば、クロムを含むステンレス鋼において、ニッケルの含有率が１質量％以下であれば、クロム系ステンレス鋼の範疇である。

【0024】

第１部材１は、第１本体部１１と、継手部１２と、を備える。継手部１２は、第２部材２の長手方向端部が挿し入れられる部分である。本実施の形態では、第２部材２において、継手部１２に挿し入れられる部分を「挿入部２２」という。継手部１２は、第１本体部１１の長手方向の端から中心軸に沿って延びている。継手部１２は、第１部材１の長手方向端部に含まれる。

【0025】

第１部材１において、第１本体部１１は、外周面１１１と、内周面１１２とを含んでいる。外周面１１１は円筒面形状を有している。内周面１１２は、外周面１１１と共通の中心軸を有する円筒面形状を有している。外周面１１１と内周面１１２とは、中心軸に沿って見ると、同心円状に配置されている。第１部材１は、内周面１１２に取り囲まれることで形成された流路（以下、第１流路１３という場合がある）を有する。第１部材１は、管状の形状を有している。第１部材１は、クロム系ステンレス鋼から構成されたパイプである。

【0026】

継手部１２は、外周面（以下、「継手外周面１２１」という）と、内周面（以下、「継手内周面１２２」という）とを含む。継手外周面１２１は、円筒面形状を有している。継手外周面１２１の直径は、外周面１１１の直径よりも長い。外周面１１１と継手外周面１２１とは、外側つなぎ面１２３を介してつながっている。外側つなぎ面１２３は、中心軸方向において外周面１１１から継手外周面１２１に向かうに従って径方向の外側に行くように、外周面１１１および継手外周面１２１に対して傾斜している。継手内周面１２２は、継手外周面１２１と共通の中心軸を有する円筒面形状を有している。継手内周面１２２の直径（継手部１２の内径）は、内周面１１２の直径よりも長い。継手内周面１２２の直径（継手部１２の内径）は、第２部材２の外径と同等である。本開示でいう「同等」は、比較対象同士が実質的に同じである範囲のものを含む。例えば、同じ呼び径のパイプ同士は、同等の直径を有する。

【0027】

第２部材２は、第２本体部２１と、挿入部２２と、を備える。挿入部２２は、第２本体部２１の長手方向の端から中心軸に沿って突き出ている。第２本体部２１の内径と挿入部２２の内径とは、同じ長さである。本実施の形態では、第２本体部２１と挿入部２２とは、継ぎ目なく、一体に形成されている。挿入部２２の内径は、第２本体部２１の内径よりも短くてもよいし、長くてもよい。

【0028】

第２部材２において、第２本体部２１および挿入部２２は、外周面２１１と、内周面２１２とを含んでいる。外周面２１１の直径は、第１部材１の外周面１１１の直径と同じで、外周面２１１と共通の中心軸を有する円筒面形状を有している。内周面２１２の直径は、第１部材１の内周面１１２の直径と同じであり、内周面２１２と共通の中心軸を有する円筒面形状を有している。内周面２１２は、外周面１１１と共通の中心軸を有している。第２部材２は、内周面２１２に取り囲まれることで形成された流路（以下、第２流路２３という場合がある）を有する。第２部材２は、管状の形状を有している。第２部材２は、銅から構成されたパイプである。継手部１２に対して挿入部２２が挿し入れられると、第１流路１３と第２流路２３とが互いに通じ合い、一つの流路を形成する。

【0029】

第１部材１の内周面１１２の直径（第１部材１の内径）と、第２部材２の内周面２１２の直径（第２部材２の内径）とが同じ長さであることで、流路を流れる流体に圧力損失が生じにくい。第１部材１における第１本体部１１の外径と、第２部材２の外径とは、異なる長さであってもよい。

【0030】

第１部材１および第２部材２は、継手部１２に対して挿入部２２が挿し入れられた状態において、継手部１２の先端部において、溶接部３により互いに接合されている。図２を参照して、溶接部３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。すなわち、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１を構成するクロム系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。第１領域３１は、溶接部品１０の長手方向（中心軸に沿う方向）において、界面３３よりも第１部材１側に位置している。第２領域３２は、溶接部品１０の長手方向（中心軸に沿う方向）において、界面３３よりも第２部材２側に位置している。界面３３は、溶接部３の厚み内において、溶接部３を横切っている。界面３３は、凹凸面であってもよいし、曲面であってもよいし、平面であってもよい。

【0031】

図３を参照して、第２領域３２内には、第１部材１を構成するクロム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３２１が互いに分離して存在している。複数の第１島状領域３２１は、第２領域３２の厚み内に存在し、複数の第１島状領域３２１のうちの一部が第２領域３２の表面に現れる。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３１１が互いに分離して存在している。複数の第２島状領域３１１は、第１領域３１の厚み内に存在しており、複数の第２島状領域３１１のうちの一部が第１領域３１の表面に現れる。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。

【0032】

本実施の形態の溶接部品１０において、第２領域３２内には、第１部材１を構成するクロム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３１１が存在する。そして、上述したように、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１０は、溶接部３の強度が向上している。

【0033】

次に、本実施の形態の溶接部品１０の製造方法の一例について説明する。図４は、溶接部品１０の製造方法の概略を示すフローチャートである。図５および図６は、溶接部品１０の製造方法を説明するための模式図である。

【0034】

図４を参照して、本実施の形態の溶接部品１０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、クロム系ステンレス鋼から構成される第１部材１および銅から構成される第２部材２が準備される。図５を参照して、第１部材１は第１本体部１１および継手部１２を有する。第２部材２は第２本体部２１および挿入部２２を有する。第１本体部１１と第２本体部２１とは、例えば、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。工程Ｓ１０では、第１部材１と第２部材２とは、継手部１２に挿入部２２が挿し入れられた状態となるように配置される。

【0035】

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６を参照して、工程Ｓ１０において準備された第１部材１の端部（継手部１２の先端部）と、第２部材２において挿入部２２に隣接する部分（第２本体部２１）と電極４２との間にアーク６を形成した状態で、アーク６内に溶加材としての溶加棒５を供給し、継手部１２、第２本体部２１および溶加棒５をアーク６により加熱することで溶融させ、溶融池７が形成される。溶融池７は、継手部１２の端部と第２本体部２１とでなす入隅部に形成される。

【0036】

電極４２は、例えば、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４２は、先端部を除いた部分の外周面が中空円筒状のノズル４１に取り囲まれるとともに、電極４２の先端部がノズル４１から外部に露出している。ノズル４１および電極４２は、溶接トーチ４を構成する。電極４２の外周面とノズル４１の内周面の間の環状の空間から、継手部１２の外周面（継手外周面１２１）および第２本体部２１の外周面２１１に向かうように、矢印Ａに沿ってシールドガスが吐出される。シールドガスとしては、例えば、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。

【0037】

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６が外部の空気から遮断される。溶加棒５は、アーク６による加熱によって溶融し、溶滴５１として溶融池７へと到達する。溶融池７は、溶融した第１部材１、溶融した第２部材２および溶融した溶加棒５から構成される。溶加棒５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。

【0038】

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７を凝固させることにより、第１部材１と第２部材２とを接合する溶接部３が形成される。具体的には、工程Ｓ２０において溶融池７が形成された第１部材１および第２部材２を周方向に沿って所定の角度、例えば、５°から１０°程度回転させる。これにより、アーク６は先に形成された溶融池７に隣接する領域に新たな溶融池７を形成するとともに、先に形成された溶融池７は凝固することにより、溶接部３（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１および第２部材２の全周にわたって溶接部３が形成されることにより、本実施の形態の溶接部品１０の製造方法は完了し、本実施の形態の溶接部品１０が得られる。

【0039】

本実施の形態の溶接部品１０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５（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３１１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１０の製造方法によれば、溶接部３の強度を向上させることができる。溶加棒５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３の強度の向上に寄与する。

【0040】

溶加棒５の直径は、１．２ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．９ｍｍ以下である。このような溶加棒５を用いることで、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３１１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しやすい。

【0041】

［溶接部品の変形例］
上記実施の形態では、第１部材１と第２部材２とは、継手部１２に挿入部２２が挿し入れられた状態で、溶接部３により接合されたが、図７に示すように、第１部材１と第２部材２とは突合せ溶接により接合されてもよい。図７は、変形例に係る溶接部品１０の構造を示す概略断面図である。図８は、変形例に係る溶接部品１０において、溶接前の状態を示す模式的な断面図である。図７を参照して、第１部材１の内周面１１２の直径は、第２部材２の内周面２１２の直径と、同じ長さである。第１部材１の外周面１１１の直径は、第２部材２の外周面２１１の直径と、同じ長さである。

【0042】

図８を参照して、第１部材１の中心軸方向の端面のうち、第２部材２に対向する端面（以下、「第１端面１４」という）は、テーパ面を含む。第２部材２の中心軸方向の端面のうち、第１部材１に対向する端面（以下、「第２端面２４」という）は、テーパ面を含む。第１端面１４のテーパ面と第２端面２４のテーパ面は、径方向の外側に進むに従って対向間の距離が大きくなるように、第１部材１および第２部材２の中心軸に直交する仮想面に対して傾斜している。仮想面に対するテーパ面の角度（以下、ベベル角θという）は、１０度以上４５度以下が好ましく、より好ましくは１５度以上３０度以下である。このように構成することにより、溶接部において、界面３３を介して、第１領域および第２領域を形成しやすい。

【0043】

第１端面１４および第２端面２４の各々は、ルート面を有してもよい。ルート面は、端面１４，２４において、第１部材１および第２部材２の中心軸に直交する平面である。ルート面は、本実施の形態では、端面１４，２４において、テーパ面以外の面である。第１部材１と第２部材２とを中心軸が一致するように、かつ溶接可能な位置に配置すると、ルート面同士が所定の間隔（ルート間隔Ｗ）をおいて対向する。ルート間隔Ｗは、０．０１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは、０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下である。このように構成することにより、溶接部において、界面３３を介して、第１領域３１および第２領域３２を形成しやすい。

【0044】

溶接部３は、第１部材１と第２部材２とを接合する。シールドガスとしては、上記実施の形態と同様、例えば、アルゴン等の不活性ガスを採用できる。また、溶融池形成工程において、第１流路１３および第２流路２３には、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、例えば、アルゴン、アルゴンとヘリウムとの混合ガス等の不活性ガスを採用することができる。溶接部３は、上記実施の形態の製造方法で説明したように、凝固工程において、第１部材１と第２部材２との間に形成された溶融池７が凝固することにより形成される。第１部材１および第２部材２の全周にわたって、溶接部３が形成されることにより、溶接部品１０を得ることができる。

【0045】

［その他の変形例］
上記実施の形態において、第１部材１および第２部材２は、いずれもパイプであったが、本開示において、第１部材１および第２部材２はパイプでなくてもよい。例えば、第１部材１がクロム系ステンレス鋼からなる溶接式管継手、第２部材２が銅から構成されたパイプであってもよい。また、第１部材１および第２部材２が、筒状以外の形状（例えば、平板状、ブロック状等）の部材であってもよい。

【0046】

上記実施の形態に係る第１部材１は、クロム系ステンレス鋼のみから形成されたが、第１部材１には不純物が含まれていてもよい。また、第２部材２にも、不純物が含まれていてもよい。

【0047】

上記実施の形態において、第１部材１が継手部１２を有し、第２部材２が挿入部２２を有したが、第１部材１が挿入部２２を有し、第２部材２が継手部１２を有してもよい。

【実施例】

【0048】

本開示の溶接部品１０を作製し、本開示の溶接部品１０の効果を確認するとともに、溶接部３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。ただし、本開示の溶接部品１０は以下の実施例に限定されない。

【0049】

上記実施の形態において説明した溶接部品１０の製造方法により、平板状のクロム系ステンレス鋼と銅とが接合された溶接部品１０としての試験片を作製した。第１部材１を構成するクロム系ステンレス鋼として、平板上のフェライト系ステンレス鋼板を用いた。フェライト系ステンレス鋼としては、ＪＩＳ規格ＳＵＳ４３０を採用した。シールドガスとしてはＡｒガスを採用した。シールドガスの流量は、１５Ｌ／ｍｉｎとした。電極４２の直径は２．４ｍｍ、ノズル４１の内径は６ｍｍとした。電極４２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。

【0050】

直流溶接電源を用い、電流の制御にはパルス溶接法を用いた。パルス制御の周波数は４００Ｈｚとした。ベース電流／パルスピーク電流を１２Ａ／６０Ａとした。図１０を参照して、第１部材１としてのフェライト系ステンレス鋼板の上に、第２部材２としての銅板を重ねた上で、第２部材２の先端部と第１部材１の主面との間で溶接を行った。

【0051】

溶加棒５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、同じ条件の試験片を３つ作製した。得られた試験片について、以下のように（１）施工性の確認、および（２）引張試験を実施した。

【0052】

（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。

【0053】

（２）引張試験
溶接部品１０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、試験片が常温（室温）の状態で実施した。そして、溶接部３以外で破断した場合を「合格」、溶接部３にて破断した場合を「不合格」と判定した。

【0054】

次に、上記（１）（２）に係る実験の結果について説明する。３つの溶接部品１０については、いずれも、施工性が合格であったほか、引張試験についても合格と判断された。

【0055】

図９は、溶接部品１０の引張試験後の状態を示す写真である。図９から明らかなように、試験片は、溶接部３以外の領域、具体的には第２部材２において破断した。引張試験において、破断するまでの最大応力は、銅のＯ材（焼鈍処理材）の引張強度と同等であった。このように、いずれの試験片においても、引張試験において溶接部３に亀裂が発生することなく、第２部材２において破断したことから、溶接部３の引張強度は、第２部材２の引張強度よりも強いことが裏付けられた。

【0056】

次に、作製した試験片について、溶接部３の金属組織の状態を確認した。図１１，１２，１３，１４は、溶接部３の金属組織を示す光学顕微鏡写真である。図１１は、図１０において、Ｃ部分に相当する部分の光学顕微鏡写真である。図１２は、図１１において、第１領域３１のうちのＺｏｎｅ１（Ｚ１部分）を１０００倍に拡大した写真である。図１３は、図１１において、第１領域３１のうちのＺｏｎｅ２（Ｚ２部分）を１０００倍に拡大した写真である。図１４は、図１１において、第２領域３２のうちのＺｏｎｅ３（Ｚ３部分）を１０００倍に拡大した写真である。表１は、溶接部３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。

【0057】

【表1】

図１１を参照して、クロム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３１においては、第２領域３２との界面３３から近い箇所（ｚｏｎｅ１）と、界面３３から遠い箇所（ｚｏｎｅ２）との２箇所における元素の分布を分析した。また、銅に含まれる元素を主成分とする第２領域３２においては、Ｚｏｎｅ３における元素の分布を分析した。
図１１から図１４および表１を参照して、溶接部３は、第１部材１を構成するＳＵＳ４３０に含まれる元素（Ｆｅ、Ｃｕ、ＮｉおよびＣｒ）を主成分とする第１領域３１と、Ｃｕを主成分とする第２領域３２とが、界面３３を境界にして含んでいる。そして、第２領域３２内には、ＳＵＳ４３０に含まれる元素を主成分とする複数の第１島状領域３２１（表１のＦｅ相）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３１１（表１のＣｕ相）が存在している。なお、Ｆｅ相において微量のＮｉが含まれている理由は、クロム系ステンレスに含まれる不純物としてのＮｉが測定されたものと考えられる。

【0058】

このように、溶接部３は、第１領域３１と第２領域３２とを含み、かつ第２領域３２内において、ＳＵＳ４３０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３１１が存在している。さらに、上記引張試験において、すべての試験片で溶接部３０に亀裂が発生しなかった。以上のことから、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１０の要件を満たす３つの溶接部品１０としての試験片は、溶接部３における強度が向上することが確認された。

【0059】

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】

【0060】

１０ 溶接部品、１ 第１部材、１１ 第１本体部、１１１ 外周面、 １１２ 内周面、１２ 継手部、１２１ 継手外周面、１２２ 継手内周面、１２３ 外側つなぎ面、１３ 第１流路、１４ 第１端面、２ 第２部材、２１ 第２本体部、２２ 挿入部、２１１ 外周面、２１２ 内周面、２３ 第２流路、２４ 第２端面、３ 溶接部、３１ 第１領域、３１１ 第２島状領域、３２ 第２領域、３２１ 第１島状領域、３３ 界面、４ 溶接トーチ、４１ ノズル、４２ 電極、５ 溶加棒、５１ 溶滴、６ アーク、７ 溶融池、Ｗ ルート間隔、θ ベベル角度。

【要約】

【課題】銅からなる部材とクロム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、溶接部の強度を向上させること。
【解決手段】溶接部品は、クロム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、を備える。前記溶接部は、前記第１部材を構成するクロム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、を含む。前記第２領域内には、前記第１部材を構成するクロム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する。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する。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。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】