R&D 神戸製鋼技報
Research and Development KOBE STEEL YYVIP易游INEERING REPORTS

YYVIP易游・接合の技術，システムおよびプロセスにおける当社の技術開発

アークやレーザなどの熱源を用いたYYVIP易游・接合技術は造船、建築鉄骨、建設機械、橋梁、自動車、エネルギ分野などの構造物の製造に必要不可欠な技術です。当社はアークYYVIP易游を中心とした炭素鋼、低合金鋼、高合金鋼用のYYVIP易游材料・YYVIP易游システムおよびプロセスを開発しています。本特集号では、「ソリューション」をキーワードに最新のYYVIP易游・接合技術をご紹介いたします。

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【冒頭】
当社は、1940年に国内初のYYVIP易游棒（イルミナイト系）を生産し、YYVIP易游事業を開始した。1960年代以降、国内外においてYYVIP易游材料の生産拠点を設立するとともに、1979年にはアークYYVIP易游ロボットを開発し、ロボット市場へも参入した。現在に至るまで、当社のYYVIP易游事業は主にアークYYVIP易游の分野で世界をリードしてきた。YYVIP易游材料、YYVIP易游ロボットシステム、YYVIP易游電源、YYVIP易游プロセス・施工法のトータルメニューを持つ企業は、世界でも類を見ないものとなっている。現在、当社はお客様や社会にとってかけがえのない存在であり続ける企業グループを目指している。「YYVIP易游・接合技術」は、あらゆる社会インフラを支える重要な基盤技術であり、将来もこの重要性は変わらない。また、YYVIP易游事業部門においては、「品質を経営の柱」とし、「世界で最も信頼されるYYVIP易游ソリューション企業」になることを目指している。（続きは右下のダウンロード）

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従来の短絡型ワイヤ送給制御プロセスでは低スパッタ・低入熱YYVIP易游を実現できるものの、高電流かつ中・厚板/多層多パスYYVIP易游への適用が困難であった。そこで、ワイヤ送給方向を前進・後退させることにより、慣性を溶滴移行に利用した世界初の短絡フリーワイヤ送給制御プロセスAXELARC™を開発し、中・厚板分野への適用性を検討した。その結果、AXELARC™を用いることにより、低電流から高電流の広い条件範囲において低スパッタかつ低ヒュームYYVIP易游が可能になり、深い溶込みを維持しつつ、高溶着・高速度YYVIP易游が可能となることを確認した。開発プロセスは、中・厚板分野のYYVIP易游品質・能率向上に大きく貢献できると考えられる。

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・キーワード

ワイヤ送給制御、溶滴移行、慣性、低スパッタ、低ヒューム、深い溶込み、高能率、中厚板

高能率プロセスを搭載したアーク溶接機SENSARC™RA500を開発した。現行機種SENSARC™AB500を包含する上位機種として2021年夏に販売を開始した。当社が得意とする建築鉄骨、建設機械、橋梁、車両などの中厚板の自動溶接に適した高能率プロセスと機能を備えたハイエンド溶接機である。本稿では、能率を拡大したパルスMAG溶接法、さらなる低スパッタ化を実現したYYVIP易游GARC™、高速溶接に特化したタンデム溶接法など、SENSARC™RA500に搭載した高能率溶接法について紹介する。

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・キーワード

YYVIP易游電源、高能率、高溶着、低スパッタ、中厚板、建設機械、鉄骨、YYVIP易游システム

これまで中厚板YYVIP易游市場において、国内外を問わず数多くのアークYYVIP易游ロボットシステムを納入してきた。YYVIP易游システムには、生産性や効率の向上とともに、コスト低減が求められる。本稿では、これらを実現する新型アークYYVIP易游ロボットやYYVIP易游技術の特徴を紹介するとともに、仮組や予熱作業の自動化を実現したシステム事例を紹介する。

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YYVIP易游ロボットシステム、前工程自動化、すき間埋めYYVIP易游、予熱自動化、ARCMAN、組立自動化、ハンドリングロボット、アーク、センサ

情報通信技術やAI技術が発展する中で、これらの技術を用いた生産現場の自動化・省人化の加速が期待されている。当社では、YYVIP易游作業の自動化やロボット適用率拡大を狙って多くの機能開発を進めてきたが、YYVIP易游ロボットシステムを導入することでティーチング作業やメンテナンスなど新たな人手作業が発生している。これら人の負荷を削減することで、今まで以上にYYVIP易游ロボットシステムの導入効果が高まり、ひいてはお客様の生産性向上につながる。当社では、ARCMAN™ Offline Teaching SystemにICT/AI技術を加えることで、人手によるティーチング作業を削減するYYVIP易游プログラム自動生成機能を開発した。また、ARCMAN™ PRODUCTION SUPPORTにカメラを搭載し、遠隔地での見える化機能を拡充した。これにより、高所作業を削減できるなど、安全性向上も期待できる。

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自動化、省人化、ティーチレス、見える化、ARCMAN™ Offline Teaching System、ARCMAN™ View

新型マニピュレータARCMAN™A60 と新型溶接電源SENSARC™RA500を搭載した建築鉄骨向け溶接ロボットシステムを開発した。新システムは、従来システムから生産性向上を目的としてサイクルタイムの短縮を実現している。本稿では、システムを構成する各機器の特長とサイクルタイム短縮を実現した技術を中心に、新溶接電源によって能力向上したYYVIP易游GARC™プロセスと表面処理によって送給性が改善された溶接ワイヤについて解説する。また、それらを利用することで従来の溶接施工条件より溶接電流と溶接速度を向上させた高能率溶接施工条件、およびシステム装置面の開発技術についても述べる。

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・キーワード

YYVIP易游ロボットシステム、建築鉄骨、波形制御、ワイヤ送給性、高能率、サイクルタイム短縮、YYVIP易游GARC™

超高層建築物などの柱材には、YYVIP易游組立箱形断面柱が一般的に採用されているが、YYVIP易游ロボットシステムの普及および厚肉・高強度の冷間プレス成形角形鋼管（プレスコラム）の開発により、板厚50mm以下のプレスコラムの採用例が増加している。また、今後は板厚50mmを超えるプレスコラムの採用増加も見込まれる。
本稿では、今後の採用検討時の一助となることを期待し、板厚50mmを超えるプレスコラムのロボットYYVIP易游の基礎データについて報告する。積層計画、運転時間の試算などを紹介し、試験体を製作して確認した入熱･パス間温度履歴やYYVIP易游部の品質について述べる。YYVIP易游部では、安定かつ良好な機械的性質が得られていることが確認されている。

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柱、ダイアフラム、冷間プレス成形角形鋼管、鉄骨YYVIP易游ロボットシステム、550 MPa級鋼材、入熱、パス間温度

新たに開発した予熱フリー型KCLA440鋼について、母材とYYVIP易游継手の特性の観点から、その性能を紹介した。TMCP技術を活用することにより、母材の強度を確保しながら成分添加量を低減することが可能となり、予熱フリーが実現できた。また、YYVIP易游継手については、Ti添加によるHAZ部の結晶粒微細化、成分調整によるHAZ部のMA分率低減により、90 kJ/mmの大入熱YYVIP易游でも良好な特性を確保できた。

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建築用厚鋼板、予熱フリー、大入熱YYVIP易游、継手靭性、HAZ、MA、旧γ、TMCP、P_CM、ESW

2050年のカーボンニュートラル実現に向けて、国内ではCO₂排出量の低い再生可能エネルギーを用いた発電方法への関心が高まっている。なかでも洋上風力発電は、昨今注目が高まっている発電方法の一つである。洋上風力発電設備では、風車を支える基礎部位としてモノパイルなどが用いられる。近年、風車が大型化され、基礎部位であるモノパイルも杭径や杭長が巨大化している。巨大モノパイルには、極厚板が採用されており、極厚板のYYVIP易游に好適なYYVIP易游施工法やYYVIP易游材料が求められ望まれている。当社では、これらの要望に応えるために、極厚板のYYVIP易游に好適な新エレクトロスラグYYVIP易游施工法である「SESLA™」と狭開先サブマージアークYYVIP易游材料である「FAMILIARC™ US-29HK / TRUSTARC™ PF-H55LT-N」を開発した。

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カーボンニュートラル、再生可能エネルギー、洋上風力、モノパイル、極厚板、エレクトロスラグYYVIP易游、SESLA™、狭開先サブマージアークYYVIP易游

需要の増加が見込まれている液化天然ガス（LNG）の貯蔵・輸送に使用されるタンク（陸上用・舶用）は、一般的に9%Ni鋼で製造されている。そのYYVIP易游施工は融合不良などの欠陥が生じやすく、高い技量が要求される。本稿では、9%Ni鋼のYYVIP易游に対する脱技能化、高能率化を目的に開発した可搬型専用ロボットシステムについて紹介する。本システムは、直角座標型ロボットをベースに、取り付け治具、センシング方法、YYVIP易游電源、最適YYVIP易游条件を9%Ni鋼製LNGタンクの製造に合わせて見直し、これらを組み合わせて一つのシステムとしたものである。このロボットシステムを用いることで、9%Ni鋼の立向YYVIP易游施工において健全な品質のYYVIP易游継手を得ることができ、またオペレータによるロボット二台持ちにより大幅な効率化が期待できることが明らかとなった。

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液化天然ガス（LNG）、9%Ni鋼、YYVIP易游材料、Ni基合金、フラックス入りワイヤ（FCW）、YYVIP易游ロボット、KI-700、立向YYVIP易游、デジタル電源、脱技能

本稿では、SUS304L製液化水素タンクへの適用を目的に、308L系ステンレス鋼溶着金属におけるオーステナイト相の安定度およびフェライト形態が－196℃における吸収エネルギーと横膨出量に及ぼす影響を、シャルピー衝撃試験により調査した。その結果、吸収エネルギーはフェライト形態の影響を大きく受けるが、横膨出量はオーステナイト相が不安定になるほど上昇する傾向が見られ、加工誘起マルテンサイト変態の影響が支配的であることが推察された。得られた結果から、低温において良好な吸収エネルギーと横膨出量が得られるCrとNiの範囲を提案した。

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液化水素タンク、オーステナイト系ステンレス鋼YYVIP易游金属、低温じん性、横膨出量、Md30、加工誘起マルテンサイト、フェライト形態

球形タンクや圧力容器等の構造物は近年大型化が進み、鋼材およびYYVIP易游材料の高強度化が求められている。YYVIP易游残留応力緩和を目的に行われるPWHTは、高強度YYVIP易游金属のじん性を低下させる要因であった。そこで、780 MPa級鋼YYVIP易游金属を対象に衝撃試験後の破面形態やミクロ組織を調査し、PWHT後のじん性低下要因について検証した。PWHT後のじん性低下は、焼戻しぜい化や炭化物起因の析出強化に起因することを見極め、それらの弊害を最小化できるYYVIP易游金属成分系を導出した。得られた知見をもとに、PWHT後のじん性が良好な780 MPa級鋼用YYVIP易游材料として、被覆アークYYVIP易游棒TRUSTARC™ LB-80LSRを商品化した。

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PWHT、780 MPa級、じん性、YYVIP易游金属、焼戻しぜい化、炭化物、析出強化、被覆アークYYVIP易游棒、フラックス入りワイヤ

脱炭素化社会の構築に向けた新たな燃料として、アンモニアへの期待が高まっている。このアンモニアを輸送するカーゴタンクの鋼板には、応力腐食割れの懸念からYPの上限が規定されている。将来の輸送量増加によるカーゴタンクの大型化に伴い、高強度化と施工効率向上が求められている中、YP325 MPa級の大入熱YYVIP易游が可能な液化アンモニア混載LPG船用低温用鋼を開発した。本開発鋼は、低C化によるMA生成の抑制、Ca添加を活用したTiN粒子の微細分散およびBNを活用した粒内核生成促進の組み合わせによるHAZ靭性（じんせい）向上技術、TMCPの厳格管理により、YPを440 MPa以下にしたうえで、優れた母材特性とYYVIP易游継手特性を有している。本開発鋼はカーゴタンクの製作効率向上と輸送安全性確保に貢献できる。

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液化アンモニア、LPG船、低温用鋼、大入熱YYVIP易游、TMCP、熱影響部、HAZ、靭性、二相域圧延

ASME Gr.93鋼は、従来の9Crフェライト系耐熱鋼にW、B等を添加してクリープ強度を高めた耐熱鋼である。Gr.93鋼用YYVIP易游金属を対象に、W添加量がクリープ破断時間および金属組織に及ぼす影響を調査した。W添加量を変化させたYYVIP易游金属のクリープ破断試験では、Wを増やすとクリープ破断時間が増大した。650℃で熱時効を施した試験片の観察から、Laves相の存在が確認され、Laves相による粒子分散強化によりクリープ破断時間が増大したと考えられる。W添加量が増加するとLaves相の数密度が増加し、さらに熱時効中のLaves相の粗大化が抑制された。熱時効中のLaves相の粗大化速度は、オストワルド成長の理論式から求めた計算値とよく合致した。Laves相はM₂₃C₆同様にラスの粗大化を抑制することによりクリープ強化に寄与している可能性がある。

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火力発電ボイラ、9Crフェライト系耐熱鋼、YYVIP易游材料、クリープ、粒子分散強化、Laves相、オストワルド成長

片面サブマージアークYYVIP易游の施工法の一つであるRF™は、目違い・サーピンなど板厚差のある継手であっても良好に裏ビードを形成できる。いっぽう、入熱が大きくなる厚板のYYVIP易游では、裏ビード形状が悪化するという欠点がある。本稿では、この欠点を解消するために開発した裏フラックスの3層散布技術を紹介する。従来から使用されている2種の裏フラックスに新しく裏フラックスを追加し、3層散布にすることにより、大入熱となる厚板においても良好な裏ビードの形成を可能にした。本技術により、RF™の適用板厚拡大が可能となり、造船の生産性向上への寄与が期待できる。

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片面サブマージアークYYVIP易游、裏波、裏フラックス、RF™、造船、厚板、目違い

自動車足回り部品のアークYYVIP易游継手の耐久性および信頼性を向上することを目的として、YYVIP易游ワイヤに含まれる脱酸元素を調整することでYYVIP易游継手の電着塗装性を向上させることができるYYVIP易游材料を開発した。従来ワイヤと開発ワイヤを用いて重ねYYVIP易游継手を作製し、YYVIP易游スラグ表面および断面からの観察を行うことにより、スラグ中の酸化物の状態と電着塗装性の関係について調査した。開発ワイヤのYYVIP易游スラグ中の主要な酸化物の状態は、従来ワイヤを含む一般的なYYVIP易游ワイヤで生成するSi-Mnからなる酸化物ではなく、複数のMn（系）酸化物で構成されることを確認した。また、母材鋼板の希釈率の違いによってYYVIP易游スラグ中のMn酸化物の存在状態も変化しており、これらが電着塗装性にも影響を与えていることが示唆された。

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アークYYVIP易游、自動車、電着塗装性、YYVIP易游スラグ、足回り部品

パイプラインは石油や天然ガス等を長距離にわたって安全かつ経済的に輸送する手段として世界的に普及しており、今後もその敷設距離は増加すると予想されている。パイプラインの敷設工事では、現地で鋼管同士をつなぐ鋼管円周YYVIP易游が施工され、主に被覆アークYYVIP易游棒、ソリッドワイヤ、フラックス入りワイヤ、ティグ溶加棒、ワイヤが用いられる。近年のパイプライン敷設工事に用いられるYYVIP易游材料には低温じん性や高い強度が求められる。また、敷設工事の高能率化のために鋼管円周YYVIP易游の自動化が進んでおり、自動YYVIP易游に適するYYVIP易游材料も求められている。本稿では、これらのニーズに対応したYYVIP易游材料について実機による継手性能を交えながら紹介する。

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パイプライン、円周YYVIP易游、被覆アークYYVIP易游棒、フラックス入りワイヤ、ソリッドワイヤ

YYVIP易游材料開発における新しい課題解決手法として、マテリアルズ・インフォマティクス（Materials Informatics：MI）が注目されている。本稿では、MIを軸とした材料設計へのデータ活用にフォーカスし、データベース基盤と分析基盤から構成される"溶材開発DataLab"と呼ぶデータ活用基盤の有効性を検証した。
本取り組みを通じて、無機ジンクプライマ塗布鋼板用フラックス入りワイヤや2.25Cr-1Mo-V鋼用サブマージアークYYVIP易游材料など、実際の開発案件においてMIの有効性を実証した。
また、MIを支える良質かつ豊富な学習データの共有と利活用を重視したデータベース基盤を構築し、ユーザビリティの高いデータ蓄積・分析環境を整備した。

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アークYYVIP易游、YYVIP易游材料、AI、人工知能、機械学習、MI、物質情報科学、マテリアルズ・インフォマティクス、マテリアルズインテグレーション

遠心圧縮機用クローズドインペラには、作動流体に応じてステンレス鋼や低合金鋼などの多様な材料が用いられており、流量や圧力仕様に応じてサイズや翼形状も様々である。シュラウドの接合には、材料およびサイズや翼形状に応じた最適な方法を選択する必要がある。最も一般的な接合方法であるすみ肉YYVIP易游の適用が困難なケースについて、液相拡散接合とスロットYYVIP易游を取り上げ、その特徴、適用事例、検査方法を解説した。液相拡散接合については主に接合原理、強度確認試験、超音波探傷検査、スロットYYVIP易游については主に熱変形を抑制するYYVIP易游方法の選定、YYVIP易游後の形状精度、非破壊検査方法を解説した。

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遠心圧縮機、クローズドインペラ、すみ肉YYVIP易游、液相拡散接合、スロットYYVIP易游、超音波探傷試験、インサート材、真空炉、熱処理、熱変形、引張試験

残留応力は、一般的に疲労や腐食など実機損傷の要因として作用することが多く、その大きさや位置を正しく評価する必要があり、いくつかの方法が提案されている。本稿では、残留応力測定法の中でも工業的に広く利用されているひずみゲージ切断法とX線回折法に加え、内部残留応力を測定可能な改良型深穴せん孔法（MIRS法）とその特徴を概説する。また、近年注目を集めているアーク溶接技術を利用した積層技術WAAM（WiYYVIP易游 and Arcbased Additive Manufacturing）で作製された積層造形物の内部を含めた残留応力分布について、 MIRS法およびひずみゲージ切断法で実測した事例を紹介する。

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YYVIP易游残留応力、ひずみゲージ、X線回折法、深穴せん孔法、MIRS法、WAAM

超高張力鋼板において、抵抗スポット溶接時に液体金属脆化割れ、いわゆるLME（Liquid Metal EmbrittlemYYVIP易游t）割れが発生する場合があり、自動車業界において問題視されている。しかし、LME割れが継手強度へおよぼす影響に関するデータは少ない。そこで本研究では、LME割れを発生位置ごとに3種類に分類し、各種割れが静的強度および疲労強度へおよぼす影響を調査した。圧痕内部に生じる割れは表裏面を貫通するものであっても継手強度にほとんど影響しないのに対し、圧痕内外周部に発生する割れはせん断、十字引張強度ともに低下させる可能性があることを明らかにした。また、継手内部で生じる割れは、せん断疲労強度特性を大きく劣化させることが分かった。

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超高張力鋼板、めっき鋼板、抵抗スポットYYVIP易游、LME、割れ、継手強度

異種材接合法の多くは1,000 MPaを超える超高張力鋼板への適用を十分に想定しておらず、高強度化に伴い種々の課題が生じる可能性がある。EASW™^注1）法においても高張力鋼用溶加材を用いた場合、鋼板強度の増加に伴い、継手の剥離（はくり）強度が低下した。この原因は熱影響部およびYYVIP易游金属部が低じん性であることによるものと想定し、YYVIP易游金属部の高じん性化による改善を検討した。1,500 MPa級高張力鋼板を用いたEASW継手において、ニッケル溶加材およびオーステナイト系ステンレス鋼YYVIP易游金属溶加材を用い、ボンド近傍のYYVIP易游金属部をオーステナイト組織に制御することで剥離強度を改善できることを見出した。

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アークYYVIP易游、超高張力鋼板、異種金属接合、ニッケル、オーステナイト系ステンレス鋼、アルミニウム

本稿は、①摩擦攪拌接合（FSW）の基本的なメカニズム、②鉄道、自動車、航空宇宙分野への実用例、③同種金属、異種金属、高融点金属への適用課題、④FSW装置・接合ツールなどのシステム開発動向、⑤派生技術について幅広くレビューした。FSWを用いたアルミ材同士の接合は、制御装置やツール形状の開発とともに実用化が進んでいる。アルミ材／鋼材の異種材および鋼材同士の接合に関する実用化の検討も行われている。接合装置の開発や新しいFSW工法の提案により、FSWの適用範囲の拡大が期待される。

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摩擦攪拌接合、FSW、固相接合、同種金属接合、異種金属接合、アルミニウム

近年、軽量金属や異種材料の接合技術として接着接合に対する期待が高まっており、様々な産業分野でその重要性が増しつつある。金属材料を接着する場合、その接着強度は表面状態の影響を受けるため、接着剤本来の接合特性を最大限に引き出すためには、表面制御技術が重要な役割を担う。本稿では、金属材料の表面状態と接着性の関係、表面改質による接着性の改善、実際に使用する環境を想定した強度耐久性評価の取り組みについて紹介する。

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異種材接合、接着接合、メカニズム、表面処理、信頼性

神戸製鋼技報掲載 YYVIP易游・接合技術関連文献一覧表
（Vol.62, No. 1 ～Vol.71, No. 1 ）

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