CN102059476A

CN102059476A - 硬化堆焊用mig弧焊焊丝和硬化堆焊用mig弧焊方法

Info

Publication number: CN102059476A
Application number: CN201010512759XA
Authority: CN
Inventors: 铃木励一
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2009-11-17
Filing date: 2010-10-08
Publication date: 2011-05-18
Also published as: EP2322315B1; KR20110055421A; JP5022428B2; JP2011104624A; EP2322315A1; KR101177217B1; US20110114606A1

Abstract

本发明的硬化堆焊用MIG弧焊焊丝，使用纯Ar气作为保护气体，所述焊丝是使用带钢或钢管作为外皮，在内部填充焊剂并经拉丝而成的药芯焊丝，在所述焊剂中，相对于焊丝总质量，含有C：0.12～5.00质量％、Si：0.50～3.00质量％、Mn：0.30～20.00质量％、P：0.050质量％以下、S：0.050质量％以下、TiO₂和ZrO₂和Al₂O₃的总计(TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃)：0.10～1.20质量％，并且所述Si和所述Mn的总计(Si+Mn)为1.20质量％以上，此外，总焊剂相对于所述焊丝的质量比为5～30质量％。

Description

硬化堆焊用MIG弧焊焊丝和硬化堆焊用MIG弧焊方法

技术领域

本发明涉及要求有优异的耐磨耗性的硬化堆焊用(也称表面耐磨堆焊(hard facing))的MIG弧焊焊丝和硬化堆焊用MIG弧焊方法。

背景技术

一般来说，在母材中，与沙土或金属接触而有可能造成磨耗的地方，为了减轻其磨耗而对母材的表面实施硬化堆焊。图3是表示实施了硬化堆焊的状态的模式图。如图3所示，通过硬化堆焊，会在母材50的表面形成硬化堆焊金属101。作为硬化堆焊金属101，虽然作为金属组织有马氏体或含有大量Cr的奥氏体系，但与一般所用的碳素钢相比，其大多含有大量提高硬度的效果高的碳。例如，在日本专利第3548414号中，公开有一种含有规定量的碳的硬化堆焊用药芯焊丝。

但是，在现有的硬化堆焊中，存在以下所示的问题。

在硬化堆焊法中，使用了焊条电弧焊、气体保护弧焊、埋弧焊、电渣焊等各种弧焊法。其中，在气体保护弧焊法中，若使用高碳的焊丝，则在熔滴形成时会发生碳与氧的结合反应，引起气化爆发，使烟尘和飞溅大量发生这样的问题不可避免。因此，硬化堆焊的操作车间的作业环境恶劣，这样的作业环境需要得到改善。

另外，为了减少一些飞溅，得到实用化的有一种大量含有氧化钛的药芯焊丝，而氧化钛作为电弧稳定剂发挥作用。但是，若使用药芯焊丝，则大量发生熔渣，就存在发生夹渣这样的问题和需要进行除渣作业等的问题。

另外还存在的问题是，作为焊道的形状面，若焊道的熔深深，则硬化堆焊金属会受到母材金属的成分的影响，使硬化堆焊金属的品质不稳定。因此，为了得到稳定的金属性能，要求具有熔深深度比以往小的性质。

此外，作为焊道的外观形状，在焊道为凸出形状时，为了使焊道表面平坦，需要在焊接后进行加工。但是，由于焊道的硬度高，所以该加工操作困难，因此要求具有平坦性比以往优异的性质。

还有，作为现有的硬化堆焊用药芯焊丝，例如电JIS Z3326规定，但是组合的保护气体组成为CO₂或在Ar中含有20体积％以上的CO₂的混合气体。另外，虽然不存在JIS标准，但一部分的硬化堆焊焊丝中也存在不含焊剂的线材型的实芯焊丝。但是，这样的实芯焊丝，其成分设计的自由度比药芯焊丝低，烟尘、飞溅、熔深深度和焊道形状的问题与药芯焊丝一样地存在，并且组合的保护气体组成也与药芯焊丝相同，因此还不如药芯焊丝常用。

发明内容

本发明鉴于这些情况而做，其目的在于，提供一种硬化堆焊用MIG弧焊焊丝和硬化堆焊用MIG弧焊方法，其能够降低烟尘发生量、飞溅发生量和熔渣发生量，并且能够得到具有平坦的焊道形状和适度小的熔深深度的硬化堆焊金属。

本发明的硬化堆焊用MIG弧焊焊丝(以下适当称为焊丝)，是使用纯Ar气作为保护气体的硬化堆焊用MIG弧焊焊丝，所述焊丝，是使用带钢或钢管作为外皮，在内部填充焊剂并经拉丝而成的药芯焊丝，在所述焊剂中，相对于焊丝总质量，含有C：0.12～5.00质量％、Si：0.50～3.00质量％、Mn：0.30～20.00质量％、P：0.050质量％以下、S：0.050质量％以下、TiO₂和ZrO₂和Al₂O₃的总计(TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃)：0.10～1.20质量％，并且所述Si和所述Mn的总计(Si+Mn)为1.20质量％以上，此外，总焊剂相对于所述焊丝的质量比为5～30质量％。

根据这一构成，焊丝成为药芯焊丝的焊丝形态，作为保护气体，即使是在使用纯Ar气的纯Ar保护气体环境下熔滴切断力小的状态下，由于焊丝断面不会连续性地熔融，使得以适当的间隔熔融的焊丝在其表面张力的作用下而球体化，熔滴成为球状落下。另外，通过含有规定量的C，在焊接时，不易形成在焊丝前端悬垂的细长的前端悬垂熔滴，并且发生马氏体相变，由此焊接金属的硬度提高。此外，通过以规定量含有Si、Mn、P、S，并且规定Si+Mn，熔融池与母材的润湿性提高，另外淬火硬化性提高，焊接金属的硬度提高。此外，耐腐蚀性提高。而且，通过以规定量含有TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃，电弧由通常从焊丝前端露出的焊剂发生，另外，由于TiO₂、ZrO₂、Al₂O₃在热分解时发生的吸热反应，导致阳极侧的电弧截面积收缩。在这些作用下，能够防止电弧发生点向焊丝上部爬升的不稳定现象。此外，通过规定总焊剂相对于焊丝的质量比，可在纯Ar保护气体中适度地使电弧稳定化，另外可以适当进行与焊丝周围相比在中心部使熔融时期延迟的多阶段熔融。而且，焊接金属的维氏硬度为200以上，所得到的焊接金属能够满足作为硬化堆焊金属的功能。

另外，在本发明的焊丝中，优选上述C中有0.10质量％以上为石墨。

根据这一构成，焊剂的熔点上升，电弧容易稳定，并且焊丝的生产率提高。

此外，在本发明的焊丝中，优选所述TiO₂和ZrO₂和Al₂O₃的总质量除以所述C的质量得到的值{(TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃)/C}为5.0以下。

根据这一构成，在焊丝的前端悬垂熔滴的部位(以下适当称为前端悬垂熔滴部)，CO爆发被抑制，飞溅和烟尘的发生得到抑制。

另外，在本发明的焊丝中，优选在所述焊剂中含有从如下成分中选出的一种以上，即Cr：30.0质量％以下、Mo：2.0质量％以下、Ni：3.0质量％以下、B：1.0质量％以下、V：3.0质量％以下、W：3.0质量％以下。

通过含有这些成分，淬火硬化性提高，熔融金属的硬度变高。

本发明的硬化堆焊用MIG弧焊方法(以下适当称为弧焊方法)，是使用前述记载的硬化堆焊用MIG弧焊焊丝的硬化堆焊用MIG弧焊方法，作为保护气体使用纯Ar气。

根据这一焊接方法，通过使前述的本发明的焊丝与保护气体、即没有氧化性的作为惰性气体的纯Ar气组合，由此烟尘发生量、飞溅发生量、熔渣发生量被降低，并且能够得到具有平坦的焊道形状和适度小的熔深深度的焊接金属。此外，焊接金属的维氏硬度为200以上，由此所得到的焊接金属能够满足作为硬化堆焊金属的功能。

另外，本发明的弧焊方法，优选使用脉冲波形作为电流波形，此外，更优选使脉冲波形的峰值电流为400～450A。

根据这一焊接方法，由于是脉冲波形，所以不涉及平均电流，而总是利用高的脉冲峰值电流域的作用，因此会施加收缩力，能够实现规律的熔滴脱离。由此从低电流至高电流，飞溅和烟尘的发生得到抑制。此外，通过使峰值电流为400A以上，电弧容易稳定，飞溅和烟尘的发生容易得到抑制；而通过使峰值电流为450A以下，电弧的指向性便不会过剩，能够抑制熔深变深。

本发明的硬化堆焊用MIG弧焊焊丝，能够实现比以往少得多的烟尘发生量、飞溅发生量和熔渣发生量。另外，能够使焊道形状平坦，能够适度地减小熔深深度。此外，能够得到没有内部缺陷且作为硬化堆焊金属具有充分的硬度的焊接金属。

本发明的硬化堆焊用MIG弧焊方法，通过将焊丝组成与保护气体组成、还有焊接电流波形加以组合，能够比以往显著地降低烟尘发生量、飞溅发生量和熔渣发生量。另外，能够得到平坦的焊道形状、适度小的熔深深度。此外，能够成为没有内部缺陷、具有充分的硬度的焊接金属。

而且基于这些，能够改善全部焊接行业种类之中被称为作业环境最恶劣的硬化堆焊的作业环境。另外，由于不使用作为全球温室效应气体的CO₂气体，所以会降低其消费需求，带来未来的地球环境改善。

附图说明

图1(a)～(c)是用于说明纯Ar保护气体环境下的熔滴过渡的图，是表示焊接部的截面形状的模式图。

图2是用于说明实施例的各种评价方法的模式图。

图3是表示实施了硬化堆焊的状态的模式图。

具体实施方式

以下，对于本发明的实施的方式详细地进行说明。

首先，参照图1，对于本发明人等完成的本发明的硬化堆焊用MIG弧焊焊丝(以下适当称为焊丝)和硬化堆焊用MIG弧焊方法(以下适当称为弧焊方法)的原理进行说明。

图1是用于说明纯Ar保护气体环境下的熔滴过渡的图，是表示焊接部的截面形状的模式图。而且，(a)是现有的实芯焊丝或药芯焊丝，是TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃的含量低于0.10质量％的焊丝，或者是TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃的含量为0.10～1.20质量％且C的含量低于0.12质量％的焊丝，图示的是使用纯Ar气进行电弧焊的情况。

(b)是本发明的药芯焊丝，是TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃的含量为0.10～1.20质量％且C的含量为0.12～5.00质量％的焊丝，图示的是使用纯Ar气体进行电弧焊的情况。

(c)是现有的药芯焊丝，是TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃的含量超过1.20质量％的焊丝，或者是TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃的含量为0.10～1.20质量％且C的含量超过5.00质量％的焊丝，图示的是使用纯Ar气体进行电弧焊的情况。

在焊接金属的硬化中，从其有效性、成本的观点出发，虽然提高C的含量是有效的，但是如前所述，这具有烟尘和飞溅大量发生的缺点。这种烟尘和飞溅大量发生的机理，是基于熔滴形成时的氧化反应显著，在原理上是减少保护气体中的氧和二氧化碳这样的氧化成分的混合比，以使其得到改善。但是，若完全地消除保护气体的氧化性，即，使保护气体只是Ar等惰性气体，则电弧稳定性大大受损，焊道发生蛇行等，无法进行正常的焊接。因此认为，即使在实现气体组成的低氧化时，氧化成分的含量也有数体积％左右的下限。

但是，根据研究可知，熔滴的氧化反应速度由熔滴内的物质扩散进行速度控制。即，气体成分的供给速度并不支配氧化反应速度，由此，若在保护气体中仍以数体积％含有氧化成分，则与其体积％无关，该氧化成分与熔滴表面的物质发生反应的量并没有什么变化，因此可知不能使烟尘和飞溅的发生量大幅降低。根据该研究结果认为，在高C组成中，为了大幅地减少烟尘和飞溅的发生量，采用纯Ar气体是最有效的。

而且，对现有的焊丝在纯Ar气体下的电弧不稳定原因进行研究的结果，其原因归结为如下。

如图1(a)所示，在使用焊丝10a的焊接中，由于使用纯Ar气，所以保护气体中的CO₂、O₂不会发生在电弧11a的邻域发生热解离时所产生的吸热反应，因此不会发生为了提高密度而进行收缩的力，也就是所谓的热收缩力。因此，不能切断熔滴，熔滴会在焊丝前端细长地悬垂，产生细长的前端悬垂熔滴12a，从而会强烈地受到磁吹和熔融池邻域的阴极辉点移动的影响。由此导致飞溅13a的大量发生，或焊道形状的不良和熔深不足(参照硬化堆焊金属14a)等发生。

由于悬垂在该焊丝前端的细长的熔滴形状、即细长的前端悬垂熔滴12a成为在应用纯Ar气时最大的问题，所以为了得到稳定的电弧，就需要适当地使细长的熔滴形状成为球状的方法(参照图1(b)的前端悬垂熔滴12b)。作为使之实现的策略，考虑有如下：(1)从气体以外供给用于得到切断悬垂熔滴所需要的最小限度的收缩力的氧；(2)为了有效地使热收缩力发挥作用，防止电弧爬升，添加容易使电弧发生的物质；(3)防止从焊丝的周围到中心以大致均一的速度熔融，具体来说，是设置用于实现与焊丝周围相比在中心部使其熔融时期延迟的多阶段熔融的形状和物性。

研究这些具体的方法，结果发现如下的必要条件，即(1)氧源从焊丝自身供给；(2)适量添加Ti、Zr、Al化合物；(3)为具有外皮和内部焊剂的截面结构的药芯焊丝的形态；(4)添加用于使焊剂的熔融延迟的碳。此外还发现，在所述(1)、(2)中，使用TiO₂、ZrO₂、Al₂O₃是最合适的。若适度控制其添加量等，则如图1(b)所示，可知在使用焊丝10b时，具有如下优点：不仅烟尘和飞溅急剧减少，而且电弧11b保持适度的不稳定性，能够取得宽阔平坦的焊道形状、薄的熔深形状(参照硬化堆焊金属14b)和很少的熔渣发生量这样的现有焊接法所不具备的新特性。

但是，如图1(c)所示可知，若使用焊丝10c，使电弧11c过于稳定，则由于过剩的氧化反应，导致焊丝的前端悬垂熔滴12c部频繁地发生CO爆发，烟尘15、飞溅13c的发生增加，并且熔渣(省略图示)的发生也增加。此外还可知，电弧集中性变强，会形成狭窄凸出型的焊道形状和熔深形状(参照硬化堆焊金属14c)，会破坏其优点。

即，发现通过严密地控制TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃的含量、碳量及它们的平衡，可以进行具有纯Ar气所带来的优点的焊接，结果是能够改善硬化堆焊的各种焊接性。

以下，对于本发明的硬化堆焊用MIG弧焊焊丝和硬化堆焊用MIG弧焊方法进行说明。

《硬化堆焊用MIG弧焊焊丝》

本发明的焊丝，被应用于作为保护气体使用纯Ar气的焊接，是使用带钢或钢管作为外皮且内部填充焊剂并经拉丝而成的药芯焊丝的形态。而且，以焊丝总质量换算，在焊剂中以规定量含有C、Si、Mn、P、S、TiO₂和ZrO₂和Al₂O₃的总计(TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃)，并且规定所述Si和所述Mn的总计(Si+Mn)。此外，规定总焊剂相对于焊丝的质量比。而且，使用本发明的焊丝进行焊接后的焊接金属的维氏硬度为200以上。

以下，对各构成进行说明。

<焊丝形态>

焊丝是使用带钢或钢管作为外皮，在内部填充焊剂经拉丝而成的药芯焊丝。

在纯Ar保护气体环境下的熔滴切断力小的状态下，为了使悬垂于焊丝前端的熔滴成为球状落下，就要有效地使熔滴自身的表面张力发挥作用，因此需要使截面不要连续地熔融。作为工业上实现这一点的方法，则需要具有外皮和内部焊剂的截面结构的药芯焊丝的形态，均匀熔融的实芯焊丝则不能实现。焊丝的制造方法有：沿带钢的长度方向散布焊剂之后使之卷合而成形为圆形截面并进行拉丝的方法；在粗径的钢管中填充焊剂并进行拉丝的方法，但是在本发明中，制造方法的不同并没有影响，任意一种都可以。此外前者中有不闭合接缝的方法和进行焊接加以闭合的方法，但哪种都可以。另外，关于外皮的成分虽然不需要任意规定，但是可以根据需要的焊接金属的硬度性能决定焊丝整体需要的合金成分量，软钢或Cr合金量多时，也可以使用SUS430钢的外皮。另外，也有表面实施镀铜的情况，但镀敷不会对截面熔融特性造成影响，因此有无镀敷均可。

<C：0.12～5.00质量％>

C由于引起硬度大的马氏体相变，所以作为硬化堆焊材料是非常有效的元素。在JIS标准上，即使维氏硬度低于200也属于硬化堆焊，但一般来说称为硬化堆焊金属的，其维氏硬度最低也要在200以上，为了实现这一点，优选焊丝中的C含量高。另外，若焊剂中的C含量变多，则熔点上升，不易形成细长的前端悬垂熔滴。从确保熔融金属的硬度和纯Ar气下的电弧稳定性并存这一点出发，C含量最低需要为0.12质量％。还有，更优选为0.20质量％以上。另一方面，随着C含量变高，焊接金属的硬度也变高，但是若超过5.00质量％，则有焊剂不熔融而落入焊接金属中成为缺陷的可能性，并且在焊丝的前端悬垂熔滴部，CO爆发频繁发生，不能够抑制烟尘和飞溅的发生的增大。因此，C含量为5.00质量％以下。此外，从抑制烟尘和飞溅的观点出发，C优选抑制在2.00质量％以下。

<Si：0.50～3.00质量％>

Si使熔融池和母材的润湿性提高，结果是具有使焊道形状平坦化的作用。为了使该作用有效，Si最低需要0.50质量％。另一方面，Si与焊丝中所含的氧结合，使玻璃质的SiO₂发生。若Si含量超过3.00质量％，则熔渣发生量过剩，并且剥离性显著劣化，焊接后的后处理的负担变大。因此，Si含量需要在3.00质量％以下。

<Mn：0.30～20.00质量％>

Mn使熔融池和母材的润湿性提高，结果是具有使焊道形状平坦化的作用，并且具有提高淬火硬化性、提高焊接金属的硬度的作用。为了使这些作用有效，Mn最低需要0.30质量％。另一方面，Mn与焊丝中所含的氧结合，使强固且剥离性差的熔渣发生。若Mn含量超过20.00质量％，则熔渣发生量过剩，并且剥离性显著劣化，焊接后的后处理负担变大。因此，Mn含量需要在20.00质量％以下。

<P：0.050质量％以下、S：0.050质量％以下>

虽然，已知P具有使耐腐蚀性提高的优点，S具有降低铁水的表面张力、确保熔融池与母材的润湿性的优点，但是P、S均是有名的在焊接时容易引起凝固裂纹、或使韧性劣化的元素。在此，以强度和氢为原因的延迟裂纹虽然可以通过预热、后热处理加以防止，但是凝固裂纹不能通过热管理防止，因此其防止需要从组成方面进行考虑。而且，在硬化堆焊金属中，虽然一般不要求韧性，但是由于其高碳量等而导致容易发生凝固裂纹。另外，硬化堆焊金属与一般通常的对接焊不同，在硬化堆焊法中，由于焊接速度缓慢，所以P、S的允许上限不那么严格，如果分别抑制在0.050质量％以下则没有问题，因此P含量、S含量分别以0.050质量％为上限。

<TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃：0.10～1.20质量％>

少量的TiO₂、ZrO₂、Al₂O₃是在纯Ar气下形成稳定的电弧、且使焊道形状平坦化所必须的重要物质。TiO₂、ZrO₂、Al₂O₃具有的作用是，作为阳极侧的稳定的电弧发生源，和使需要的最低限度的热收缩力发生的氧的供给源。若在焊丝中的焊剂中含有TiO₂、ZrO₂、Al₂O₃，则电弧由通常从焊丝前端露出的焊剂发生，能够防止电弧的发生点向焊丝上部爬升的不稳定现象。另外，由于TiO₂、ZrO₂、Al₂O₃在热分解时发生的吸热反应，导致阳极侧的电弧截面积收缩，还是能够防止电弧的发生点向焊丝上部爬升的不稳定现象。还有，若电弧发生点向焊丝上部爬升，则前端悬垂熔滴形成为细长形状，电弧和焊道形状变得不稳定。

作为能够防止这一现象的最低限度的含量，以TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃计需要为0.10质量％。另一方面，若超过1.20质量％，则会发生如下缺点：分解氧的供给量过剩，其与碳结合而使微量的CO爆发多发，增加烟尘发生量，并且，会吹走已悬垂的熔滴而成为大粒的飞溅。此外，熔滴过渡过于稳定，熔滴会只在焊丝正下方过渡，因此熔深形状变深，焊道形状成为凸出型。此外，作为氧化生成物的熔渣也过剩地发生。但是，其总计在0.10～1.20质量％的范围时，由于前端悬垂熔滴在适度的面积范围内振动，所以可使焊道平坦化，并且熔深也浅。此外，因为分解氧也只有一点点，所以CO爆发的影响非常小。还有，从降低熔渣发生量的观点出发，更优选将其抑制在0.80质量％以下。

还有，一般来说，TiO₂使用的是天然金红石、合成金红石、高纯度氧化钛，ZrO₂使用的是锆砂，Al₂O₃使用的是被称为氧化铝等的粉末状的矿石或作为化合物被使用。

<Si+Mn：1.20质量％以上>

Si和Mn虽然单独规定了范围，但Si和Mn的总计也存在下限值，Si和Mn的总计低于1.20质量％时，不能确保熔融池与母材的润湿性。因此，Si和Mn的总计必须在1.20质量％以上。

此外，在焊剂中，也可以以规定量含有从Cr、Mo、Ni、B、V、W之中选出的一种以上。

<从Cr：30.0质量％以下、Mo：2.0质量％以下、Ni：3.0质量％以下、B：1.0质量％以下、V：3.0质量％以下、W：3.0质量％以下之中选出的一种以上>

在硬化堆焊金属中，为了提高硬度，根据需要，除了C、Si、Mn以外，还添加淬火硬化性高的元素。硬化堆焊金属与一般的接合钢板彼此的对接焊不同，存在允许有焊接裂纹的情况，但是在添加淬火硬化性高的元素即Cr、Mo、Ni、B、V、W的一种以上时，若Cr含量超过30.0质量％、Mo含量超过2.0质量％、Ni含量超过3.0质量％、B含量超过1.0质量％、V含量超过3.0质量％、W含量超过3.0质量％，则无法避免剧烈的裂纹，从而失去实用性。因此Cr、Mo、Ni、B、V、W抑制在这些含量以下。

<其他>

另外，也可以在焊剂中少量含有K、Ca、Na、Mg、F、Li、Al等作为电弧感的微调整剂，另外作为焊剂成分，少量含有Cu、Co、N、Nb等作为焊接金属进一步的硬化剂，。

在焊剂中，所述元素以外大部分由Fe作为剩余部分占据，但作为其他的成分，还微量地含有不可避免的杂质。还有，这些成分对本发明的目的没有影响。

<总焊剂质量比：5～30质量％>

总焊剂相对于焊丝的质量比，是以焊接单位长度计的焊剂的质量，总焊剂质量比越小，表示截面积的中心部的焊剂专有面积越小。为了在纯Ar保护气体下适度地使电弧稳定化，需要焊剂和外皮钢的双重构造，但是，总焊剂质量比低于5质量％时，实质上双重构造的效果消失，与实芯焊丝相同，会发生全部截面均匀熔融，焊丝的前端悬垂熔滴变得细长，熔滴过度、焊道形状都不稳定。另外，为了进行多阶段熔融，作为总焊剂质量比需要为5质量％以上。另一方面，若超过30质量％，则必须减薄外皮钢，不仅焊丝的制造变得困难，而且有电流流通的外皮钢的过热加剧，只有外皮钢由电弧上部熔融，仍然无法进行适当的多阶段熔融，熔滴过渡、焊道形状均不稳定。因此，总焊剂相对于焊丝的质量比需要在30质量％以下。

<焊接金属的硬度：以维氏硬度(Hv)计为200以上>

在JIS Z3326“硬化堆焊用弧焊药芯焊丝”中，熔敷金属的标称硬度被分类为200(Hv：250以下)、250(Hv：200～300)、300(Hv：250～350)等，但是在本发明中，以硬度上被认为有实用性的、且烟尘和飞溅等问题大的250(Hv：200～300)以上的为对象，效果特别高。因此，是能够获得Hv为200以上的焊接金属的焊丝。还有，通过使焊丝的成分和所使用的保护气体组成处于本发明的范围，能够得到Hv在200以上的焊接金属。

在以上说明的成分中，还优选规定C之中的石墨的含量，和TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃的总质量除以C的质量得到的值{(TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃)/C}。

<C中的石墨：0.10质量％以上>

C具有升高焊剂的熔点、防止细长的前端悬垂熔滴的作用，但作为C源，从熔点、焊丝生产率方面来看优选石墨。C的含量为0.12质量％以上，但若其中石墨为0.10质量％以上，则电弧稳定性的效果更加出色。因此，优选C中石墨为0.10质量％以上。

<(TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃)/C：5.0以下>

TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃、C均独立规定，但更优选限制它们的值。TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃相对于C含量越多，在焊丝的前端悬垂熔滴部CO爆发就发生得越活跃，飞溅和烟尘变多。但是，若使(TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃)/C在5.0以下，则基本上没有这样的问题。因此，优选(TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃)/C为5.0以下。

《硬化堆焊MIG弧焊方法》

本发明的弧焊方法，使用具有前述成分组成的焊丝。而且，在该弧焊方法中，作为保护气体使用纯Ar气，焊接后的焊接金属的维氏硬度为200以上。

另外，作为焊接时的电流波形，优选使用脉冲波形，此外，脉冲波形的峰值电流优选为400～450A。

以下，对于其详情进行说明。还有，关于焊接金属的维氏硬度，因为与前述焊丝中说明的内容一样，所以在此省略说明。

<纯Ar气>

如前述，通过使保护气体为没有氧化性的惰性气体，能够达到降低烟尘、飞溅和熔渣、实现焊道形状的平坦性，降低熔深深度这样突破性的效果。在惰性气体中，除了Ar之外，还存在He、Ne、Kr、Xe、Rn，但均非常昂贵而缺乏实用性，技术上也因为与原子量相关的冷却能力而对于电弧来说不合适，所以电弧稳定性差。因此，作为适用于本发明的弧焊方法的保护气体，使用纯Ar。还有，本发明中所说的纯Ar，允许一般的工业上的纯度，具体来说，JIS K1105“氩”的1级、2级都能够适用。

<脉冲电流波形>

在本发明的弧焊方法中使用纯Ar保护气体，但作为焊接电流、电压，若使用所谓的脉冲波形，则从低电流到高电流，都能够得到低飞溅、低烟尘的效果。使用脉冲波形的脉冲焊接法，是以100Hz以上的高频，交替重复被称为峰值域的400A以上的高电流域和被称为基值域的150A以下的低电流域的焊接方法。例如，在作为最一般的线径为

时，在使用了纯Ar保护气体的焊接中，熔滴脱离的规则性比使用了氧化性气体的MAG焊接差，因此规律地使熔滴脱离也很重要。在脉冲焊接法中，与平均电流无关，而总是使用高的电流域的作用来施加收缩力，从而能够实现规律的熔滴脱离，因此适合。

<脉冲波形的峰值电流：400～450A>

如前述，为最一般的线径时，脉冲波形中的峰值电流一般在400A以上，但是，若峰值电流超过450A，则电弧的指向性过剩，熔深变深。在硬化堆焊中，若熔深深，则由于母材稀释会导致焊接金属的性质容易受到影响，因此不为优选。另一方面，在低于400A时，电弧稳定化的效果消失，低飞溅、低烟尘的效果变弱。因此，峰值电流优选为400～450A。还有，若线径变粗，则大量需要熔融能量，因此出于与前述相同的理由，线径时推荐范围是440～490A，线径

时推荐范围是480～530A。

<其他>

作为其他事项，关于焊接机，一般是焊丝(+)、母材(-)的被称为反极性的电流方向，但为了进一步降低熔深，以适当的比率交替重复反极性和正极性的交流波形也没有问题。

如以上说明，本发明的硬化堆焊用MIG弧焊焊丝和硬化堆焊肠系膜MIG弧焊方法具有如下优异的特征：(1)烟尘发生量少；(2)飞溅发生量少；(3)熔渣发生量少；(4)焊道平坦性优异；(5)不易受到母材成分的影响。此外，所得到的焊接金属没有内部缺陷，作为硬化堆焊金属具有充分的硬度。

于是，本发明的焊丝和弧焊方法，是能够同时满足此多种优点的划时代的焊丝和焊接方法。

【实施例】

接着，将满足本发明的要件的实施例和不满足本发明的要件的比较例加以比较，对本发明的焊丝和弧焊方法具体地进行说明。

在本实施例中，在作为碳素钢板的一种的SM490A的钢板的表面上，使用试制的的各焊丝，以规定的焊接条件进行单道焊，确认以下的项目。图2中显示用于说明各种评价方法的模式图。如图2所示，通过电弧焊，在作为母材50的SM490A的钢板的表面形成硬化堆焊金属60。

另外，表1中显示焊丝外皮的组成，表2、3中显示外皮的种类、焊剂中的成分组成、保护气体组成、焊接机的脉冲条件设定(即，脉冲峰值电流(A)的条件)等的焊接条件。在此，作为焊丝形态，No.44使用实芯焊丝，在成分组成一栏中，记述实芯焊丝的组成。其他使用药芯焊丝。还有，在表2、3中，“-”表示不含该成分等，另外，对于不满足本发明的范围的，对数值等加下划线来表示。此外“*1”是TiO₂和ZrO₂和Al₂O₃的总计(TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃)的值，“*2”是TiO₂和ZrO₂和Al₂O₃的总质量除以C的质量得到的值{(TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃)/C}，是把小数点以后第三位四舍五入得到的值。另外，纯Ar使用依据JIS K1105的Ar气，表中记述为Ar 100％。

【表1】

<烟尘发生量>

烟尘发生量通过使用JIS Z3930的吸引装置进行测定而算出。而后，作为操作者在作业环境上认为舒适的值，烟尘发生量为0.50mg/min以下的情况判定为合格(○)，超过0.50mg/min的情况判定为不合格(×)。

<飞溅发生量>

飞溅发生量是回收已飞散到周围的飞溅和附着在护罩喷嘴上的飞溅并进行总计，通过测量质量而加以计算。而后，作为操作者在作业环境上认为舒适的值，飞溅发生量为1.0g/min以下的情况判定为合格(○)，超过1.0g/min的情况判定为不合格(×)。

<熔渣发生量>

熔渣发生量是回收附着在焊道表面的熔渣和从焊道表面剥离的熔渣并进行总计，通过测量质量而加以计算。而后，作为操作者在作业环境上认为舒适的值，熔渣发生量为1.0g/min以下的情况判定为合格(○)，超过1.0g/min的情况判定为不合格(×)。

<焊道形状>

关于焊道形状，根据相对于焊接方向进行垂直切割的焊道的截面的形状，计测焊道高度(H)和焊道宽度(W)，计算形状参数(H/W)，基于该值进行评价。然后，考虑焊接后磨削至平滑所花费的劳动，作为操作者在作业环境上认为舒适的值，形状参数(H/W)为0.50以下的情况判定为合格(○)，超过0.50的情况判定为不合格(×)。

<熔深深度>

关于熔深深度，针对垂直于焊接方向进行了切割的焊道的截面，进一步用酸进行腐蚀，计算从母材50的表面至焊道向母材50焊透的最深部位的深度，作为熔深深度D，基于该值进行评价。而后，认为不会发生熔深不足的值最低为1.0mm，认为小到能够忽视母材成分对熔融金属的硬度的影响的值，最大为3.0mm，处于该范围时判定为合格(○)，脱离该范围时判定为不合格(×)。

<内部缺陷>

关于内部缺陷，以超声波探伤试验计算焊道有无裂纹和熔合不良，从而进行评价。而后，没有裂纹和熔合不良的情况判定为合格(○)，存在裂纹和熔合不良的情况判定为不合格(×)。

<焊接金属硬度>

关于焊接金属硬度，在相对于焊接方向进行了垂直切割的焊道的截面的中心邻域，随机选择3点测定维氏硬度，再计算其平均值，基于该值进行评价。然后，作为硬化堆焊金属所定义的值，维氏硬度的平均值为200以上的情况判定为合格(○)，低于200的情况判定为不合格(×)。

这些结果显示在表4、5中。

No.1～22是焊丝形态、焊剂中的成分组成、保护气体组成满足规定范围的实施例，前述全部的评价优异。即，不仅焊接金属的硬度满足作为硬化堆焊金属的功能，而且还能够得到现有的焊丝和弧焊方法所不能取得的优异的性质，即烟尘发生量少、飞溅发生量少、熔渣发生量少，以及平坦的焊道形状，不易受到母材组成的影响的熔深形状，焊道内部没有缺陷这样的操作特性和焊接金属性能稳定性出色的性质。

另一方面，No.23～45是比较例，为如下结果。

No.23焊剂质量比过低，纯Ar气体气氛下的电弧稳定化所需要的双重构造作用消失，因此无法实现电弧稳定化，发生飞溅的飞散、焊道形状的劣化、熔深不足。

No.24相反是焊剂质量比过高，外皮容易熔融，电弧发生点爬升，电弧不稳定。因此发生飞溅的飞散、焊道形状的劣化、熔深不足。

No.25其纯Ar气体气氛下的电弧稳定化所需要的C含量不足，无法实现电弧稳定化，发生飞溅的飞散、焊道形状的劣化、熔深不足。

No.26同样也是C含量不足，无法实现电弧稳定化，发生飞溅的飞散、焊道形状的劣化、熔深不足。此外，作为硬化堆焊金属需要的硬度也不足。

No.27是C含量过剩，焊丝内的焊剂柱不易熔融，直接留在焊接金属中，发生未熔融缺陷，形成内部缺陷。另外，随着CO生成，烟尘和飞溅大量发生。

No.28因为Si含量不足，润湿性不足，所以焊道形状变凸而劣化。

No.29因为Si含量过剩，所以氧化生成物的熔渣大量发生。

No.30因为Mn含量不足，润湿性不足，所以焊道形状变凸而劣化。另外，因为淬火硬化性也不足，所以作为硬化堆焊金属所需的硬度也不足。

No.31其Mn过剩，氧化生成物的熔渣大量发生。

No.32虽然Si、Mn各自的值满足规定值，但是总计比规定值低。因此润湿性不足，所以焊道形状变凸而劣化。

No.33其P过剩，No.34其S过剩。因此，它们在焊接金属中发生凝固裂纹，形成内部缺陷。

No.35因为TiO₂、ZrO₂、Al₂O₃没有被添加到焊剂中，所以在纯Ar气体气氛下无法实现电弧稳定化，发生飞溅的飞散、焊道形状的劣化、熔深不足。

No.36虽然添加有TiO₂，但是作为TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃未达到需要量，在纯Ar气体气氛下仍然无法实现电弧稳定化，发生飞溅的飞散、焊道形状的劣化、熔深不足。

No.37其为TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃过剩。因此，分解氧的供给量过剩，烟尘、飞溅、熔渣大量发生。另外，发生焊道形状的劣化，此外还成为过剩的熔深深度，即过剩熔深。

No.38是最普遍通用的药芯焊丝“YFW-C50DR标准材(JIS Z3313：1999)”。该焊丝C含量少，并且TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃极多，因此烟尘、飞溅、熔渣大量发生。另外，发生焊道形状的劣化，此外熔深也不足。另外，作为硬化堆焊金属所需的硬度也不足。

No.39、No.40虽然焊丝成分满足本申请范围，但是作为保护气体，除了Ar以外，还微量添加有O₂。因此，在与C等之间发生剧烈的氧化反应，烟尘、飞溅、熔渣大量发生。另外，还发生因过剩的电弧稳定化造成的焊道形状的凸出化，此外还成为过剩熔深。

No.41虽然焊丝成分满足本申请范围，但是作为保护气体，除了Ar以外，还添加有20体积％的CO₂。因此，由CO₂产生的分解氧造成的氧化性强，产生激烈的氧化反应，发生大量烟尘、飞溅、熔渣。另外，还发生因过剩的电弧稳定化造成的焊道形状的凸出化，此外还成为过剩熔深。另外，由于合金成分显著的氧化消耗，即熔渣损失，导致焊接金属的淬火硬化性也不足，因此作为硬化堆焊金属需要的硬度也不足。

No.42虽然焊丝成分满足本案范围，但是作为保护气体除了Ar以外，还微量添加有CO₂。因此，与由CO₂产生的分解氧之间产生激烈的再氧化反应，发生大量烟尘、飞溅、熔渣。另外，还发生因过剩的电弧稳定化造成的焊道形状的凸出化，此外还成为过剩熔深。

No.43虽然焊丝成分满足本申请范围，但是保护气体是CO₂。因此，保护气体是强氧化性气体，所以发生大量烟尘、飞溅、熔渣。另外，发生焊道形状的劣化，此外还成为过剩熔深。

No.44是硬化堆焊用实芯焊丝的一种。该焊丝一般与CO₂气体组合使用，但在此，因为使用纯Ar作为保护气体，所以在纯Ar气体气氛下电弧一点也不稳定，因此实质上不能进行焊接。而且，伴随着电弧不稳定而来的是飞溅大量发生。另外，还发生焊道形状的凸出化、熔深不足。

No.45虽然焊丝成分满足本申请范围，但作为保护气体，除了Ar以外，还添加有20体积％的同为惰性气体的He。因为He没有氧化性，所以能抑制烟尘和熔渣发生量，但其原子量远远小于Ar，所以随着热输送，电弧冷却效果大。正因为如此而使电弧集中，从而导致大粒飞溅的大量发生、焊道形状的凸出化、过剩熔深。

以上，对于本发明，展示实施方式和实施例详细地进行了说明，但本发明的宗旨并不受所述内容限定，其权利范围必须基于专利权利要求的范围的记载做广义地解释。还有，本发明的内容当然可以基于前面的记述广泛地进行改变、变更。

Claims

1.一种使用纯Ar气作为保护气体的硬化堆焊用MIG弧焊焊丝，其特征在于，

所述焊丝是使用带钢或钢管作为外皮、在内部填充焊剂并经拉丝而成的药芯焊丝，

在所述焊剂中，相对于焊丝总质量，含有C：0.12～5.00质量％、Si：0.50～3.00质量％、Mn：0.30～20.00质量％、P：0.050质量％以下、S：0.050质量％以下、TiO₂和ZrO₂和Al₂O₃的总计(TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃)：0.10～1.20质量％，并且所述Si和所述Mn的总计(Si+Mn)为1.20质量％以上，

进而，总焊剂相对于所述焊丝的质量比为5～30质量％。

2.根据权利要求1所述的硬化堆焊用MIG弧焊焊丝，其特征在于，所述C之中有0.10质量％以上为石墨。

3.根据权利要求1所述的硬化堆焊用MIG弧焊焊丝，其特征在于，所述TiO₂和ZrO₂和Al₂O₃的总质量除以所述C的质量得到的值{(TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃)/C}为5.0以下。

4.根据权利要求1所述的硬化堆焊用MIG弧焊焊丝，其特征在于，在所述焊剂中，相对于焊丝总质量，含有从Cr：30.0质量％以下、Mo：2.0质量％以下、Ni：3.0质量％以下、B：1.0质量％以下、V：3.0质量％以下、W：3.0质量％以下之中选出的一种以上。

5.一种使用了权利要求1所述的硬化堆焊用MIG弧焊焊丝的硬化堆焊用MIG弧焊方法，其特征在于，使用纯Ar气作为保护气体。

6.根据权利要求5所述的硬化堆焊用MIG弧焊方法，其特征在于，使用脉冲波形作为电流波形。

7.根据权利要求6所述的硬化堆焊用MIG弧焊方法，其特征在于，所述脉冲波形的峰值电流为400～450A。