クロモリ材の溶接に関しての質問

質問

クロモリSCM435の材質のパイプに、丸棒から削り出しで作ったボスをTIG溶接しようと思っています。ちなみにオートバイのフレームです。このボスですが、材質は何を使うのが一般的ですか？パイプと同じSCM435でしょうか。また、溶接で熱を加えたため、溶接部分に焼きが入ってしまうような気がします。レース用のフレーム等は、溶接後に焼き戻し？をするような事を聞いたこともありますし、溶接後に焼き戻しをしない時用の溶接棒と、焼き戻しをする時用の溶接棒も区別されていると聞いた事がありますが、本当でしょうか？実際今回溶接した場合、何かしらの対処が必要ですか？そのままでも良いのでしょうか？

回答No.4

noname#230359 · ベストアンサー

この森に何回も記述されていますが、焼きが入る≒炭素含有量が高い材料の溶接は、
? 予熱してから溶接する
? 溶接後は徐冷する
をします。
理由は、溶接割れ防止です。
?は、溶接熱による焼きの入りを極力抑える事もできます。

“炭素当量”でこの森を検索すると詳細内容が出てきます。
検索内容は、“すべて”で検索して下さい、質問ではなく回答に用語が出てくるから。

お礼

いつもアドバイスありがとうございます。上手く調べれず同じような質問を出してしまいすみません・・・。さっそく炭素当量で調べてみます。ありがとうございます。

ところで、徐冷するとありますが、自然冷却も徐冷になるのでしょうか？

回答No.6

noname#230359

オートバイの事なので、真面目に回答します。
（他の時が、不真面目って事ではありませぬ。念のため。）

この場合は、ＴＩＧではなく、
ロウ付けするのが（オートバイメーカーなら）一般的です。
理由は、皆さんが危惧している事です。
（パイプフレーム時代のワークスマシンを、観察した事ありませんか？）

世の中には、時々、
ロウ付けを強度の低い低級な接合方法と勘違いしている人がいますが、
そんな事はないので、御安心を。

接合面の形状を、きちんと合わせて密着する様な精度が要求されますが、
ちゃんと精度良くやれば、これほど優れた接合方法も無い程です。

> ラグ無しのパイプの接合
御自身で、初めにボスの溶接と書いておられるのではないですか？
どちらが本当でしょう？

ボスをリーンフォースメントとしての板材に溶接し、
更にステアリングヘッドに溶接したいって事でしょうか？
どんなラグにしたいのか想像もつきません。

ラグはロウの面積を増やし強度を向上させ、
接合面の隙間の精度をラフな方向に許容しますが、
ラグが無いからといって強度が不足することはありません。
正しい接合面を精度良く加工しておけばＯＫです。

お礼

前回に引き続き回答してくださってありがとうございます！
さすがオートバイ設計者の方ですね！血が騒ぐのでしょうか＾＾

そういわれてみれば自分もかなり昔のレースフレームを持っていますが、確かに全てロウ付けです。

皆さんがアドバイスしてくださった正確な工程で溶接するとなると、溶接初心者の自分的には熱処理関係がかなり大変だと感じています。一度溶接の工程を経験してみるのも勉強にはなると思いますが、ロウ付けもできたら良いと思っています。いつも違った視点からのアドバイスありがとうございます。

ご回答ありがとうございました。
言葉足らずですみません。今回の自分のフレームの件ではなく、ロウ付けロウ付けと考えているうちに、一般論としてのラグ無しの接合に関してふと疑問に思った次第で、私の作業内容とはまったく関係ありませんでした。誤解をまねく聞き方ですみませんでした。

参考にさせていただきます。ありがとうございました！

補足

再度質問があります。ロウ付けに関しては、ラグがあってこそのロウ付けというイメージが強いのですが、ラグ無しのパイプの接合でも十分に強度が保たれるんでしょうか？

回答No.5

noname#230359

> 徐冷するとありますが、自然冷却も徐冷になるのでしょうか？
焼きまなし や 焼きならし の意味のようになります。
できれば、残留応力等を一度キャンセルしてから、再調質した方がよいと考えます。
因って、炉冷等でゆっくり冷やした方がよいでしょう。

URLでは、炭素鋼ですが 焼きまなし や 焼きならし の条件や硬度を記述しています。
参考に確認下さい。

参考URL：

http://www.forming.co.jp/database/db1.html

お礼

いつも明快なアドバイスと参考サイトありがとうございます。大変参考になります。自分なりにもっと知識を深める必要がありそうです。いつもきっかけをくださってありがとうございます。

回答No.3

noname#230359

参考程度ですが・・・

余熱をしておいた方が良いでしょう。
普通は２５０度くらいを目指しますが炉などの設備は大変でしょうから
バーナーであぶってから溶接してください。
赤くなるまであぶっては駄目ですよ。

あくまで予防処置です。
絶対われない保障はありませんので（＾＾）
けど、多分大丈夫だとおもいますよ。

あと、ボスの材質は強度さえ持つならばSS材が良いでしょう。
カーボン値が高い材料は強度はありますが溶接の影響を受けてしまい
やすいので。

また、溶接時の注意で書き忘れてましたが急に冷やさないで
ください。自然に冷めるのをじっくり待ちましょう。
熱いからといって水をかけたりは厳禁です。

余談ですが私もバイクがジャンルを問わず大好きで非常に共感いたします。
頑張ってください（＾＾）ｖ

予熱を行う理由ですが材料に焼きが入るのを防ぐ為です。

簡単に言うとカーボン値が高い材料は高温になり急冷をすると
硬くなってしまいます。

硬くなると伸びがなくなり衝撃で割れやすくなってしまいます。

予熱をするのは溶接していない部分が溶接する部分を冷やしてしまう恐れが
ある為です。急冷といっても刀鍛冶がやっているような水にドボン！！
ジュー！！といった急冷ではなく200度を切ると硬くなってしまうのです。

まぁ、細かいことは抜きにして手順としては

１）溶接する材料二つを仮付する（溶接で点付）
２）バーナーであぶる。時間はバーナーの種類で変わりますが
　　250度は結構簡単に上がります。
　　たぶん、ゆらゆらと湯気が上がるぐらい。
３）予熱をしたら冷めないうちに溶接。
　　溶接をするたびに母材に熱が入りますのですばやく溶接すれば
　　後は予熱をする必要はありません。
４）その後は放置。

と、いう感じです。
溶接後に熱をかけるのは応力を取り除く為です。
実際、ドコに補強するのですかね・・・
もしかしたらもう少し助言出来るかもしれないですよ。

心配されるのが溶接による歪みです。
ステアリングネックのどてっぱらに溶接をすると歪みで芯が狂ってしまい
ステアリングのシャフトが入らなくならないかが心配です。
シャフトを入れっぱなしで溶接するとステアリングが硬くなったり
動かなくなったりする可能性が大きいです。

製造上は溶接後にシャフトが入る部分を加工したりしますので・・・
とにかく、溶接の熱影響による歪みは非常に大きいですので
注意が必要です。

お礼

なるほどですね。
溶接による熱影響の大きさが伺えます。
熱影響による歪みも十分に考慮した上で検討していきたいと思います。
アドバイスありがとうございました。

補足

ご回答ありがとうございます。さっきほどまでは色々大変そうだからやっぱり止めようかななんて悩んでいましたが実践向けなわかりやすい内容でしたので、勇気付けられました！励ましていただいて嬉しい限りです。やはり、今ある環境でできる限りやってみるのも大事かなと思いました。

溶接前にどのくらいの時間予熱させるのが良いのでしょうか？また、予熱をしながら溶接するのでしょうか？

回答2のはははさんのアドバイス内容のリンク先
http://www.nc-net.or.jp/mori_log/detail.php?id=107631
に、溶接後に溶接部および溶接部付近を加熱するともありますが、基本的に予熱、溶接、自然冷却の流れだけで良いのでしょうか？

再度アドバイスありがとうございます。
この工程ならチャレンジできると思います。是非やってみたいですね。

補強箇所ですが、メインフレームのダウンチューブが（上側のパイプも）一本しかなく、前後左右にかなりしなりやすい作りで、最悪ダウンチューブが折れてしまうのを防ぐ目的で、ステアリングネック部左右からサブフレームまでをクロモリのパイプ（太さ22.2ｍｍ、厚さ1.6ｍｍ）を2本追加で繋いで補強を入れようと考えていました。上から見たら、ネックから補強パイプがハの字に伸びた三角形な感じです。ネック部には直接溶接せず補強パイプに作製したボスを溶接し、ボルト止めでフレームのボスに固定します。サブフレーム側はサブフレームのボスに直接溶接するような内容です。いかがでしょうか？よろしくお願いします。

回答No.2

noname#230359

似たような回答をいつもしているが
いつもスルーされてる

事例がないんだよ
私がはまっていやのはトップシークレットなので出せないし

引っかかるのはステンレスの軽水炉ばっかり
http://www-it.jwes.or.jp/qa/details.jsp?pg_no=0010040230

>>オートバイのフレーム
まあ、折れてもいいや（死ぬことは）っていうところで
ちょん付けなら

いいけど

折れるかもしれないと思っていたほうがいい

（まあ、作り立てで、ちょっと力を掛けただけで割れるのは検出できるけど
二・三日何の力も掛けていないのに割れたり　忘れたころに　設計範囲内で割れることもある）

原因は熱勾配による、応力分布の異常なので
>>溶接後に焼き戻し

は効果的
新たな、熱勾配による応力ひずみが発生することもあるけど

いろんな手順を踏めば、可能だけど
http://www.nc-net.or.jp/mori_log/detail.php?id=107631

まあ、普通の溶接屋に　４５Ｃ（など）の溶接を頼むと
”できるかぼけー”　という回答が返って来る

まあ、そんなときは、ちょん付けいいよ
割れてもいいから　といって頼むのだが
まあ、実際割れても良いようのものにしか
溶接しないようにしているが

回答１に書いてあるのは基本
出来立てに小突いてみると検出できる割れ

>>水素による割れ発生の心配はあまりないと言える。
まあ忘れていたころに割れる　ことはないことにされているが
↑
水素脆弱

まあ、それだけでは説明できない割れもある

回答１のようにいろんな手順を踏むとできるけど
まあ、大変

簡易的にやるのはバーナーであぶるのだが
結局応力が取れたのか取れなかったのかわからない

水素脆弱をググっていたら
トップニュースが
http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2010/pr20100701/pr20100701.html

2010年7月1日　発表
水素で金属材料の強度が向上

まあ
水素脆弱は一因ではあるけどすべてではないって
私はずーーーといっていた事が実証されてうれしい

お礼

ご回答ありがとうがとうございます。
やはり何かしらの熱処理が必要になってくるんですね。。たしかにまぁ大変な感じですね。用途的には割れても死んでしまうわけでは無い部分ですので、割れても良いといえば良いのですが、補強を目的とした溶接ですので、割れてしまうようですと意味が無いですよね。

参考にさせていただきます。ありがとうございました。

回答No.1

noname#230359

(1) クロモリ鋼とは，JIS規格のクロムモリブデン鋼鋼材（SCM）で，SCM材同士を，CrとMoの量を合わせたワイヤで溶接する。
(2) 溶接に際し，炉内予熱をするとあるが，経済性から考えて，機械部品も使用する炉もそれほど大きなものではない。
炭酸ガスアーク溶接を行うので，水素による割れ発生の心配はあまりないと言える。予熱温度は200℃程度が予想されるが，炉内温度はそれよりやや高めがよい。
そこで炉内温度と炉中加熱時間の関係であるが，一般的に言えることは，炉内温度が高く，板厚tmmが大きいほど炉中加熱時間は長くなる。ただし，tが同じでも部品の大きさが違うと，炉中加熱時間も変わる。すなわち，ものが大きく熱容量が大きい場合は炉中加熱時間が長く，小さい場合は短くなる。それほど大きくなければ，せいぜい30分止まりでよいと思われる。なお，熱容量が小さいと，加熱されやすく，冷めやすいので，炉から出して溶接するのであれば，炉内温度を高めることや溶接中の保温に注意が要る。
溶接のままでは，溶接金属は硬くてもろく，熱影響部も硬化が避けられないので，軟化つまり材質改善を目的とする溶接後熱処理を行う必要がある。なお，SCM材は焼入れ焼戻しが施されているため，溶接完了後，溶接後熱処理を兼ねて再調質処理を行う必要も出てくる。これは，機械部品に求められる品質・機能に基づいて検討すべき問題と言える。
＜参考＞
オーダー自転車のフレーム素材がクロモリの場合はパイプの肉厚は1mm前後である為、フレームビルダーはラグ（接続継ぎ手）を使い、ローつけ溶接を行う。装飾も含め強度アップを狙う為です。腕の良い（匠のフレームビルダー）はラグを使わずパイプとパイプを直接接合する・・・すごいの一言につきる。
塗装をクリアーで行うと、ロー付け部が鈍い金色（銅に近い）でロウつけ溶接の匠の技で価値観が高くなる。現在はアルミ素材が多いが実は体に優しいフレーム素材は“クロモリ”になりますね。しなりが振動を吸収する。
参考になればと回答しました。
以下のHPにURLして、溶接技術Q&Aを参考にしてくださいね。

参考URL：

http://www-it.jwes.or.jp/qa/details.jsp?pg_no=0010050020

お礼

ご回答ありがとうございます。
参考ＵＲＬもありがとうございました。参考にさせていただきます。