CN111448029B

CN111448029B - 气体保护电弧焊焊丝和气体保护电弧焊方法

Info

Publication number: CN111448029B
Application number: CN201880077761.3A
Authority: CN
Inventors: 井海和也; 池田哲直
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2017-12-15
Filing date: 2018-11-29
Publication date: 2022-03-08
Anticipated expiration: 2038-11-29
Also published as: EP3725456A1; KR20200079541A; CN111448029A; CA3083880A1; EP3725456B1; US20200306896A1; JP6810019B2; US11945056B2; EP3725456A4; WO2019116917A1; JP2019107656A

Abstract

本发明提供一种气体保护电弧焊焊丝和气体保护电弧焊方法，即使是高Cr的焊接材料，也可以抑制未熔合和焊道形状不良等的焊接缺陷，实现焊接的自动化(连续自动焊接)。一种气体保护电弧焊焊丝，其特征在于，在焊丝总质量中以质量％计，含有C：0.01～0.50％、Si：0.01～1.50％、Mn：0.10～2.50％、Cr：5～15％、Ni：0.05～1.50％、Mo：0.1～2.0％、V：0.1～1.0％、Nb：0.01～0.20％、REM：0.001～0.050％、S：0.0010～0.0200％、O：0.025％以下(含0％)，并且，满足下式(1)。3.0≤(Nb+10×REM)/(S+O)≤200.0…(1)。

Description

气体保护电弧焊焊丝和气体保护电弧焊方法

技术领域

本发明涉及适合于自动化焊接的气体保护电弧焊焊丝及气体保护电弧焊方法。

背景技术

火力发电构成的发电锅炉，需要在高温高压的环境下能够长时间稳定使用的材料，关于焊接材料，也要求是高温强度特别优异的材料。历来，此焊接材料使用的是高Cr钢，例如，可列举专利文献1和专利文献2所公开的。

专利文献1涉及在高温高压的环境下工作的火力发电厂等的焊接中所用的铁素体系耐热钢用焊接材料。根据该文献，其公开的是，通过在规定范围内调整化学组成，只要进行气体保护熔化极电弧焊(Gas Metal Arc Welding：GMAW)等比较简便而不费事的焊接，就能够提高焊缝金属的机械强度，此外还能够提高焊接操作性。

专利文献2涉及焊接材料，特别是涉及对于高温强度优异的8～13％Cr钢进行气体保护熔化极电弧焊(GMA)时适合的焊接材料和GMA焊接方法。根据该文献，其公开了关于在规定范围内通过调整化学组成，从而可以进行GMA焊的焊接材料。另外，也公开了一种关于使用该焊接材料，并通过使Ar气体和He气体的混合气体所构成的保护气体中的氧浓度为0.25％以下，从而电弧稳定性优异的焊接方法。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本国特开2015－93287号公报

专利文献2：日本国特开2001－219292号公报

如前述，从要求高温高压的环境下的力学特性和焊接操作性，另一方面又要提高焊接效率的观点出发，希望一种涉及用于发电锅炉等的耐热钢的焊接自动化(包括机器人的自动化)的技术。但是，在耐热钢的焊接中，若进行GMAW，则在焊接中的熔池表面和熔池的边际会形成坚固的Cr氧化物。而后，所形成的Cr氧化物阻碍熔融金属流动，或由于以Cr氧化物为起点的阴极点分散而发生的电弧偏向，从而导致未熔合和焊道形状不良等的焊接缺陷发生。该焊接缺陷在双焊层以上的多层堆焊中特别显著地发生，因此在用于必须多层堆焊的发电锅炉等的耐热钢的焊接中，自动化困难。因此，过去通常采用的是需要人为监控的钨电极惰性气体保护焊(Gas Tungsten Arc Welding：GTAW)这样高品质焊接，或手动的焊条电弧焊。

在专利文献1中公开了专门着眼于高Cr钢的力学特性，关于Cr，需要使其含量为8.0～14.0质量％，但对于在焊接中产生的Cr氧化物的影响并未特别予以考虑，关于因妨碍自动化的Cr氧化物引起的焊接缺陷也没有进行考虑。

另外，在专利文献2中，公开的是Cr含量为8～13重量％的GMA焊接材料及其焊接方法，公开有通过添加REM(稀土类金属元素)从而电弧稳定性提高的内容，但对于产生于熔池表面的Cr氧化物未予以任何考虑，因为引起熔融金属流动的阻碍，容易发生未熔合和焊道形状不良等的焊接缺陷，所以本技术难以适用于自动化。

发明内容

因此，本发明其目的在于，提供一种即使是高Cr的耐热钢用焊接材料，也可以抑制未熔合和焊道形状不良等的焊接缺陷，从而可实现焊接的自动化(连续地自动焊接)的气体保护电弧焊焊丝和气体保护电弧焊方法。

解决上述课题的本发明的气体保护电弧焊焊丝，其特征在于，在焊丝总质量中以质量％计，含有

C：0.01～0.50％、

Si：0.01～1.50％、

Mn：0.10～2.50％、

Cr：5～15％、

Ni：0.05～1.50％、

Mo：0.1～2.0％、

V：0.1～1.0％、

Nb：0.01～0.20％、

REM：0.001～0.050％、

S：0.0010～0.0200％、

O：0.025％以下(含0％)，

并且，满足下式(1)。

3.0≤(Nb+10×REM)/(S+O)≤200.0…(1)

在本发明的优选的实施方式中，上述气体保护电弧焊焊丝，其特征在于，在焊丝总质量中以质量％计，还含有

N：0.01～0.10％、

W：3.0％以下(含0％)、

Co：3.0％以下(含0％)、

Ta：0.5％以下(含0％)、

B：0.005％以下(含0％)、

Cu：2.0％以下(含0％)，

余量由Fe和不可避免的杂质构成。

在本发明的优选的实施方式中，上述气体保护电弧焊焊丝，其特征在于，所述Nb和所述REM的含量的比率，满足下式(2)。

1.0≤Nb/REM≤80.0…(2)

在本发明的优选的实施方式中，上述气体保护电弧焊焊丝，其特征在于，所述REM以La和Ce为必须，所述La和所述Ce的比率满足下述(3)式。

0.2≤La/Ce≤1.1…(3)

在本发明的优选的实施方式中，上述气体保护电弧焊焊丝，其特征在于，含有

REM：0.001～0.050％、

S：0.0010～0.0200％，

并且，满足下式(4)和下式(5)。

0.10≤O/S≤4.00…(4)

0.30≤REM/(S+O)≤6.50…(5)

解决上述课题的本发明的气体保护电弧焊方法，其特征在于，使用上述任意一项所述的气体保护电弧焊焊丝，在保护气体气氛中进行焊接。

在本发明的优选的实施方式中，上述气体保护电弧焊方法，其特征在于，使用如下的保护气体：所述保护气体的组成以体积％计Ar或He为100％的惰性气体，或者Ar或He的含量为90％以上的混合气体。

在本发明的优选的实施方式中，上述气体保护电弧焊方法，其特征在于，使用如下的保护气体：所述保护气体的组成以体积％计，CO₂为100％的气体，或CO₂的含量为90％以上的混合气体；并使所述焊丝侧的极性为负极。

根据本发明的气体保护电弧焊焊丝和气体保护电弧焊方法，一边使电弧稳定化，一边抑制发生于焊接中的熔池表面的Cr氧化物，由此可以抑制未熔合和焊道形状不良等的焊接缺陷，实现焊接的自动化。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的焊接系统的概略构成的图。

图2是表示实施例的焊接试验板的坡口形状的示意图。

图3A是表示进行热裂纹性评价的焊接试验板的坡口形状的示意图(正视图)。

图3B是表示进行热裂纹性评价的焊接试验板的坡口形状的示意图(俯视图)。

图4是表示摆锤冲击试验片和蠕变试验片的试验片提取位置的示意图。

具体实施方式

以下，对于本发明的气体保护电弧焊焊丝和用于实施使用了该焊丝的气体保护电弧焊方法的方式(实施方式)进行说明。

还有，本说明书中，有将气体保护电弧焊焊丝仅称为“焊接丝”或“焊丝”的情况。另外，以下，％除非特别指出，否则均为质量％的意思。另外，所谓“～”意思是该下限的值以上，该上限的值以下。

＜焊丝＞

本发明的焊丝的形态，不用特别考虑，可以是实芯焊丝，也可以是药芯焊丝。

实芯焊丝为焊丝截面实心并为截面同质的铁丝状的焊丝。实芯焊丝中有对其表面实施镀铜的焊丝和不实施镀铜的焊丝，但哪种形态都可以。

药芯焊丝由呈筒状的外皮，和填充在该外皮的内侧的焊剂构成。还有，药芯焊丝无论是外皮无接缝的无缝型，还是外皮有接缝的有缝型的任意一种形态均可。另外，药芯焊丝可以对于焊丝表面(外皮的外侧)实施镀铜，也可以不实施。还有，外皮的材质无特别考虑，软钢或不锈钢都可以，只要焊丝总重量中的组成为规定范围便没有特别限制。

此外，本发明的焊丝，其特征在于，含有特定量的C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb、REM、S和O，Nb、REM、S、O的含量分别满足特定的关系。另外，优选根据需要含有N、W、Co、Ta、B、Cu，余量由Fe和不可避免的杂质构成。

以下，对于焊丝的各成分量的数值范围与其限定理由一起进行说明。还有，成分量以相对于焊丝的总质量的比例加以规定。还有，关于药芯焊丝，以外皮和焊剂中的成分量的总和表示，以相对于焊丝的总质量的比例，规定焊丝(外皮+焊剂)所包含的各成分的质量。

(C：0.01～0.50％)

C使碳化物形成，是用于确保焊接金属的蠕变强度所需要的元素。另外，也作为奥氏体稳定化元素发挥功能，抑制焊接金属中的δ铁素体相的残留。但是，若C含量低于0.01％，则碳化物无法形成，无法确保充分的蠕变强度，另外韧性劣化。另一方面，若C含量高于0.50％，则热裂纹的敏感性提高。此外，碳化物的析出量增大，也会发生因强度过大引起的韧性的劣化，另外蠕变强度也差。因此，C含量规定在0.01～0.50％的范围。还有，更优选的C含量的上限为0.15％，更优选的C含量的下限为0.04％。

(Si：0.01～1.50％)

Si作为脱氧剂起作用，使焊接金属中的氧减少，使焊接金属的强度和韧性提高。但是，若Si含量低于0.01％，则脱氧效果变弱，因此蠕变强度和韧性劣化，另外容易发生未熔合等的焊接缺陷。另一方面，若Si含量高于1.50％，则熔渣量过多，助长多层堆焊时的电弧不稳定和夹渣这样的焊接缺陷的发生。另外，会发生因强度过剩引起的韧性劣化。因此，Si含量规定在0.01～1.50％的范围。还有，更优选的Si含量的上限为0.80％，更优选的Si含量的下限为0.01％。

(Mn：0.10～2.50％)

Mn与Si同样，作为脱氧剂起作用，使焊接金属的强度和韧性提高。此外，Mn也作为奥氏体稳定化元素发挥功能，抑制焊接金属中的δ铁素体相的残留。但是，若Mn含量低于0.10％，则脱氧效果变弱，因此韧性劣化。另一方面，若Mn含量高于2.50％，则熔渣量过多，助长多层堆焊时的电弧不稳定和夹渣这样的焊接缺陷的发生。另外，碳化物生长得粗大，蠕变强度劣化。因此，Mn含量规定在0.10～2.50％的范围。还有，更优选的Mn含量的上限为1.80％，更优选的Mn含量的下限为0.40％。

(Cr：5～15％)

Cr在用于高温高压的环境下的耐热钢用焊丝中是必须的主要元素，确保焊接金属的抗氧化性、耐腐蚀性和蠕变强度。但是，若Cr含量低于5％，则碳化物的析出量降低，蠕变强度劣化。另一方面，若Cr含量高于15％，则提高热裂纹敏感性，发生因δ铁素体量过多造成的蠕变强度和韧性的劣化。因此，Cr含量规定在5～15％的范围。还有，更优选的Cr含量的上限为12％，更优选的Cr含量的下限为8％。

(Ni：0.05～1.50％)

Ni作为奥氏体稳定化元素发挥功能，抑制焊接金属中的δ铁素体相的残留。但是，若Ni含量低于0.05％，则不能抑制δ铁素体相的残留，韧性的劣化发生。另一方面，若Ni含量高于1.50％，则焊接金属的Ac1相变点降低，因此必须限制PWHT(焊接后热处理；Post WeldHeat Treatment)的温度设定，另外碳化物粗大生长，蠕变强度劣化。因此，Ni含量规定在0.05～1.50％的范围。还有，更优选的Ni含量的上限为1.00％，更优选的Ni含量的下限为0.05％。

(Mo：0.1～2.0％)

Mo是固溶强化元素，在焊接金属中固溶，使蠕变强度提高。但是，若Mo含量低于0.1％，则得不到蠕变强度的提高效果。另一方面，若高于2.0％，则因为Mo是铁素体生成元素，所以δ铁素体相残留，发生韧性的劣化。因此，Mo含量规定在0.1～2.0％的范围。还有，更优选的Mo含量的上限为1.2％，更优选的Mo含量的下限为0.2％。

(V：0.10～1.00％)

V生成碳氮化物，是使焊接金属的蠕变强度提高的析出强化元素。但是，若V含量低于0.10％，则得不到蠕变强度的提高效果。另一方面，若V含量高于1.00％，则由于析出物过多造成的强度过剩导致韧性劣化和碳氮化物粗大化造成的蠕变性能劣化发生。因此，V含量规定在0.10～1.00％的范围。还有，更优选的V含量的上限为0.25％，更优选的V含量的下限为0.15％。

(Nb：0.01～0.20％)

(REM：0.001～0.050％)

(S：0.001～0.020％)

(O：0.025％以下(含0％))

如上述，Cr在用于高温高压的环境下的耐热钢用焊丝中是必须的主要元素，但若在基于焊接金属的蠕变强度或韧性的观点而言最佳的、本实施方式的规定范围内含有Cr，则在焊接中的熔池表面和熔池的边际形成坚固的Cr氧化物。该Cr氧化物阻碍熔池的熔融金属流动，引起未熔合这样的焊接缺陷。阻碍该熔池的熔融金属流动的要因是，与氧的亲和性比较高的作为Cr氧化物的Cr₂O₃的熔点高达2334℃，在熔池表面上生成氧化膜。为了抑制此氧化膜，有效的是添加与氧的亲和性比Cr高，且氧化物的熔点低的元素。

作为满足这些特性的元素，本发明者们发现了Nb。Nb与氧的亲和性高于Cr，作为氧化物的Nb₂O₅的熔点是比铁的熔点(1538℃)低的1490℃。因此，通过在焊丝中适量添加Nb，从而抑制Cr氧化物的生成，结果是熔池的熔融金属流动改善。为了发挥该Cr氧化物的抑制效果，需要Nb添加量为0.01％以上。另一方面，Nb在PWHT时形成碳化物或氮化物，虽然具有使焊缝金属的蠕变强度提高的效果，但若过剩添加，则碳化物或氮化物的析出量增大，发生因焊接金属的强度过剩带来的韧性劣化，因此Nb添加量需要抑制在0.20％以下。另外，Nb的过剩添加在晶界形成低熔点化合物，容易发生热裂纹。因此，Nb含量规定在0.01～0.20％的范围。

但是，通过Nb的适量添加虽然能够改善熔池的熔融金属流动，但只是单纯地添加Nb时，会引起电弧不稳定这样新的课题发生。电弧是靠熔池上的氧化物作为阴极点起作用，使电弧稳定化，但由于添加Nb，导致Cr氧化物受到抑制，因此阴极点无法稳定供给，结果是电弧不稳定，焊接操作性劣化。特别是在发电锅炉设备的焊接中，为了确保韧性，例如需要使用Ar和He等的惰性气体，而尽可能降低氧量，因此电弧不稳定的课题更为显著。

作为低氧气氛下的电弧的稳定化方法，作为现有例，可列举的是添加REM。其理由在于，由于REM与氧的亲和性高(例如Ce与Cr、Nb相比亲和性高)，并且，生成的REM氧化物其功函数也低这样的特性，所以作为阴极点稳定。但是，添加Nb时，由于熔池的熔融金属流动得到改善的影响，致使生成于熔池表面的REM氧化物容易向熔池的边际的方向流动，电弧向熔池的边际一方偏向(即，电弧变得不稳定)。由于低氧气氛导致生成的REM氧化物的生成量少，这是要因之一。因此，为了既添加Nb，又在REM的添加时实现电弧稳定化，必须一边限制氧量，一边稳定地供给阴极点。

在本实施方式中，为了使电弧稳定化，除了REM以外，还通过适量添加S来实现解决。历来认为，若S过剩地被包含，则形成低熔点化合物，提高焊接裂纹敏感性，因此需要极力抑制得低。但是，REM不仅与O的亲和性高，与S的亲和性也高，也容易作为硫化物生成。虽然该硫化物比氧化物的功函数高一些，但是作为阴极点所起作用的部分十分低，在低氧气氛化中，非常有助于电弧稳定化。关于REM硫化物的功函数，例如为Ce时，CeS的功函数是3.9eV，氧化物的Ce₂O₃是3.2eV。如此硫化物一方虽然功函数高一些，但是对于电弧稳定化来说无明显差异，即使是硫化物，对于电弧稳定化也可充分发挥作用。

如上述，以极力抑制O这样的大前提为基础，通过适量添加Nb、REM、S，能够一边维持电弧稳定化，一边达成熔融金属流动的改善。焊丝中的O含量，从韧性或熔融金属流动的观点出发，越低越好，因此下限不特别限定(即，含0％)。另一方面，若高于0.025％而过剩地存在，则产生Cr氧化物，阻碍熔池的熔融金属流动，焊接缺陷发生。另外，产生的氧化物成为脆性断裂的起点，韧性劣化，因此O规定在0.025％以下。

因为REM和S使电弧稳定化，所以需要REM为0.001％以上，S为0.001％以上。另一方面，若REM过剩添加，则REM氧化物过剩地生成，成为韧性劣化的原因，因此为0.050％以下。另外，若S过剩添加，则提高焊接裂纹敏感性，因此为0.020％以下。因此，REM的含量规定在0.001～0.050％的范围即可，从电弧稳定化的观点出发，可优选为0.010～0.040％的范围。S的含量规定在0.001～0.020％的范围即可，从电弧稳定化的观点出发，可优选为0.002～0.020％的范围。

还有，REM的添加方式没有特别考虑，如果是药芯焊丝，则可以添加在焊剂中，也可以添加在钢皮(外箍)中或钢皮表面。另外，如果是实芯焊丝，则也可以添加到钢中或钢表面。但是，从电弧稳定性的观点出发，在药芯焊丝中，最优选在焊剂中添加REM的方法。

此外，除了Nb、REM、S、O在上述的各规定范围以外，还需要满足下式(1)。还有，式(1)中的Nb、REM、S、O，是在焊丝总质量中各自的含量(质量％)，但省略单位。在后述的式(2)～式(5)中也同样。

3.0≤(Nb+10×REM)/(S+O)≤200.0…(1)

若式(1)的值(参数)低于3.0，则相对于Nb、REM而言S、O的添加量过多，因此熔池的熔融金属流动劣化，发生电弧不稳定化或韧性劣化。另一方面，若高于200.0，则相对于S、O而言Nb、REM的添加量过多，因此Nb碳化物的生成和REM氧化物的过剩生成导致韧性劣化。因此，式(1)的值规定在3.0～200.0的范围。

还有，Nb和REM的添加量的比率：Nb(质量％)/REM(质量％)，作为熔融金属流动的改善和电弧稳定化两方面最有效的范围，优选满足下式(2)。

1.0≤Nb/REM≤80.0…(2)

还有，更优选的Nb/REM的上限为12.0，更优选的Nb/REM的下限为1.5。

本实施方式中规定的REM的元素没有特别限制。例如，可以从Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd等的元素中只选择一种，也可以组合两种以上，但从硫化物的功函数低，且氧化物的功函数的值大体不变这样的观点出发，优选选择La、Ce。另外，根据实验的认知，为了使电弧更稳定化，优选La与Ce的比率：La(质量％)/Ce(质量％)满足下式(3)。

0.2≤La/Ce≤1.1…(3)

还有，更优选的La/Ce的上限为1.0，更优选的La/Ce的下限为0.4。

另外，为了抑制氧化物，稳定生成REM的硫化物，优选O与S的比率：O(质量％)/S(质量％)满足下式(4)，并且，优选REM与S和O的关系：REM(质量％)/(S+O(质量％))满足下式(5)。

0.10≤O/S≤4.00…(4)

0.30≤REM/(S+O)≤6.50…(5)

还有，更优选的O/S的上限为3.00，更优选的O/S的下限为0.20。另外，更优选的REM/(S+O)的上限为5.00，更优选的REM/(S+O)的下限为1.00。

另外，在本实施方式中，也可以适量添加N、W、Co、Ta、B、Cu。

N与Nb或V结合，作为氮化物析出，从而具有使蠕变强度提高的效果。能够预见到蠕变强度提高的N的优选的添加量在0.01％以上且0.10％以下的范围。另外，更优选的N添加量的上限为0.08％，更优选的N添加量的下限为0.01％。

W是固溶强化元素，提高焊接金属的强度。因为为了焊接金属的强度调整而添加，所以下限没有特别规定(含0％)，但为了在确保强度的同时确保韧性，则优选抑制在3.0％以下，更优选在2.5％以下。

Co抑制δ铁素体的生成，具有使蠕变强度提高的效果。根据需要添加即可，因此下限没有特别规定(含0％)。另一方面，为了一边抑制韧性的劣化，一边使蠕变强度提高，作为上限优选抑制在3.0％以下，更优选在2.5％以下。

Ta生成碳化物，具有使蠕变强度提高的效果。根据需要添加即可，因此下限没有特别规定(含0％)。另一方面，为了一边抑制韧性的劣化，一边使蠕变强度提高，作为上限优选抑制在0.5％以下。

B抑制结晶晶界的碳化物粗大化，具有使蠕变强度提高的效果。根据需要添加即可，因此下限没有特别规定(含0％)。另一方面，为了一边抑制韧性的劣化，一边使蠕变强度提高，作为上限优选抑制在0.005％以下。

Cu作为奥氏体稳定化元素发挥功能，具有抑制焊接金属中的δ铁素体相的残留的效果。根据需要添加即可，因此下限没有特别规定(含0％)。另一方面，为了一边抑制韧性的劣化，一边使蠕变强度提高，作为上限优选抑制在2.0％以下。还有，Cu可以在焊丝中添加，也可以作为镀Cu的方式被添加。

此外，优选本发明的焊丝根据需要，在上述范围内添加N、W、Co、Ta、B、Cu，余量为Fe和不可避免的杂质。不可避免的杂质，是熔炼时不可避免混入的杂质，能够在不妨碍焊丝的诸特性的范围内包含。作为不可避免的杂质，例如可列举P、Sn、Sb、Ti、Al、Zr等。作为不可避免的杂质而允许含有的元素的允许量，具体来说，如果是P则低于0.005％，如果是Sn则低于0.003％，如果是Sb则低于0.003％，如果是Ti则低于0.01％，如果是Al则低于0.01％，如果是Zr则低于0.01％。还有，在本实施方式中，如果在不阻碍本实施方式的效果的范围，则也可以使上述不可避免的杂质的元素积极地含有，另外，也可以使上述不可避免的杂质以外的元素积极地含有。

此外，优选本实施方式的焊丝的直径为0.9～1.6mm的范围。如果焊丝的直径在0.9mm以上，则可以流动高的焊接电流，能够提高电弧力。其结果是，由于电弧的指向性增强，从而电弧稳定性进一步增加。另一方面，如果使焊丝的直径为1.6mm以下，则在收缩力作用下，熔滴更容易脱离，因此熔滴过渡稳定，焊接操作性良好。还有，更优选的焊丝的直径的上限为1.4mm，更优选的焊丝的直径的下限为1.0mm。

＜气体保护电弧焊方法＞

接着，对于使用本发明的焊丝的气体保护电弧焊方法进行说明。还有，本发明不受以下说明的实施方式限定。本实施方式的气体保护电弧焊方法，是经由焊炬送给焊丝，一边流通保护气体一边进行焊接的方法，其特征在于，由图1所示这样的焊接系统(焊接装置)自动进行连续焊接。

(焊接系统)

用于本实施方式的气体保护电弧焊方法的焊接系统的构成未特别限定，能够使用现有的气体保护电弧焊所用的焊接系统。例如像图1所示这样，焊接系统1具备：焊炬11安装在前端，沿着工件W的焊接线使焊炬11移动的机器人10；向焊炬11供给焊丝的焊丝供给部(未图示)；向焊丝供给电流，并在焊丝与工件之间使电弧发生的焊接电源部30。另外，焊接系统1具备：控制用于使焊炬11移动的机器人动作的机器人控制部20；连接于机器人控制部20，用于将传达给机器人10的指令输出到机器人控制部20的示教装置40。

(保护气体)

本实施方式的气体保护电弧焊方法中使用的保护气体，没有特别限定，能够使用Ar气、He气、二氧化碳气体(二氧化碳：CO₂)、氧气(O₂)及其混合气体等。其中作为杂质也可以包含N₂、H₂等。其中，作为保护气体适用Ar气、含Ar混合气体、He气体或含He混合气体，是由于可以进一步减少熔融金属中的氧量而优选的。作为保护气体，使用含Ar混合气体或含He混合气体时，更优选Ar气或He气包含90体积％以上。此外，最优选使用100体积％Ar气或100体积％He气(含不可避免的杂质)。

另外，作为本实施方式的保护气体，使用CO₂为100体积％的气体，或CO₂的含量为90体积％以上的混合气体，使焊丝侧的极性为负极，这从焊接操作性和熔深确保的观点出发更优选。

保护气体的流量优选为30L/分以下且10L/分以上。通过规定在此范围，流出的气体为层流，适于防止大气的卷入。

(电流控制)

焊接电源部30可以是直流用的电源，也可以是交流用的电源，电源的种类没有特别考虑。另外，电流的波形控制的指令可以是直线，也可以是矩形或三角形这样的脉冲波形。另外，极性可以是正极性(EN：Electrode Negative)，也可以是逆极性(EP：ElectrodePositive)。

实施例

以下，列举实施例更具体地说明本发明。本发明不受这些实施例限定，可以在能够符合本发明的宗旨的范围内加以变更实施，这些均包含在本发明的技术范围内。

表1～4中显示用于本实施例的焊丝。使用该焊丝，按以下所示的焊接条件进行焊接(焊丝线径、焊接电流、电弧电压和焊接速度在全部实施例和比较例中固定)。还有，在此说明的焊接条件是一例，在本实施方式中，不限定于以下的焊接条件。另外，在表5～9中，显示关于电弧稳定性、焊道外观、焊接缺陷(未熔合，夹渣，气孔等)、热裂纹性、韧性和蠕变强度的评价结果。

＜焊接条件＞

焊丝线径：1.2mm

焊接电流：280A

电弧电压：30V

焊接速度：30cm/min

其他条件记述在表1～4和表5～9中。

还有，在表1～4中，各成分组成的“－”的表述，意思是低于组成分析的检测极限。

作为供试母材使用ASTM A36钢，为图2所示的坡口形状。另外，使用显示在表1中的化学组成的焊丝，基于表10所示的焊接条件，对于坡口面实施预堆边焊。焊接后，以740℃的温度实施4小时的PWHT。

＜评价方法＞

(电弧稳定性)

焊接时的电弧稳定性，根据使用了遮光面的目视和高速度摄影机拍摄的动画，判断弧长的变动。高速摄影机的动画以1000fps进行30秒拍摄时，目视并统计电弧偏向的次数。评价：“◎”(优良)表示电弧偏向的次数低于10次，评价：“○”(良好)表示变动值为10次以上且低于30次，评价：“×”(不良)表示变动值为30次以上，且使用遮光面的目视观察中能够确认到电弧不稳定，弧长的变动大。

(焊道外观)

对于焊接后的焊道的蛇行、驼峰焊道及咬边的焊接缺陷等的焊道表面，目视判断。这些任意的焊接缺陷即使确认到一个时，也判断为评价：“×”(不良)，未确认到焊接缺陷时，判断为评价：“○”(良)。

(焊接缺陷(未熔合、夹渣、气孔等))

多层堆焊后的未熔合、夹渣、气孔等的焊接缺陷，以放射线透射试验判断。放射线透射试验依据ASTM E1032，其判定标准遵循ASME SFA－5.28(“11.Radiographic Test”)。在放射线透射试验中，满足ASME SFA－5.28的判定标准的，判断为评价：“○”(合格)，不满足上述判定标准的，判断为评价：“×”(不合格)。

(热裂纹性)

遵循下述方式评价各焊丝的热裂纹性。在GMAW中，因为焊接焊道表面和内部的热裂纹容易成为问题，所以使用图3A和图3B所示的坡口形状的试验板，实施模拟管坡口内的GMAW的单层焊接。而后，进行外观试验和渗透探伤试验，对于熔敷焊道表面确认有无热裂纹。渗透探伤试验依据JIS Z2343－1进行。外观试验和渗透探伤试验中没有不良的分别判断为评价：“○”(合格)，有不良的判断为评价：“×”(不合格)。

(韧性)

韧性的评价，以摆锤冲击试验针对全焊缝金属的韧性进行。在全焊缝金属的韧性的评价中，从PWHT后的焊缝金属的板厚中央部沿焊接线和法线方向(接头方向)，提供依据AWS B4.0的10mm见方的2mm－V形切口(侧切口)的摆锤冲击试验片。另外，试验温度为20℃，试验数为3，求其平均值。还有，图4中显示摆锤冲击试验片的试验片提取位置和蠕变试验片的试验片提取位置。全焊缝金属的韧性判断如下，在20℃下的摆锤冲击试验中的吸收功(vE+20℃)的3点平均为65J以上的，评价：“◎”(合格)，在45J以上并低于65J的，评价：“○”(合格)，低于45J的，评价：“×”(不合格)。

(蠕变强度)

为了评价全焊缝金属的蠕变强度而进行蠕变试验。在全焊缝金属的蠕变强度的评价中，从焊缝金属的板厚中央部沿焊接线方向提供蠕变试验片(试验片直径：φ6.0mm，平行部长度：30.0mm，哑铃型)。蠕变试验中使试验温度为650℃，初始负荷应力为100MPa，蠕变断裂时间为900h以上的判断为评价：“◎”(合格)，700h以上并低于900h的判断为评价：“○”(合格)，低于700h的判断为评价：“×”(不合格)。[表1]

[表2]

[表3]

[表4]

[表5]

[表6]

[表7]

[表8]

[表9]

[表10]

表10

表5～8中的试验No.1～No.103，是使用了满足本发明的要件的表1～3的焊丝W1～W88的例子，电弧稳定性、焊道外观、焊接缺陷(未熔合、夹渣、气孔等)、热裂纹性、韧性和蠕变强度的任意一项都能够得到优异的结果。

另外，满足上述优选的实施方式的要件的实施例，电弧稳定性、韧性或蠕变强度的至少任意一个，都能够得到更良好的结果。

相对于此，表9的试验No.104～No.128，是使用了不满足本发明的要件的表4的焊丝W89～W113的例子，具有以下的问题。

试验No.104，焊丝中的REM量少，电弧稳定性和焊道外观差。

试验No.105，焊丝中的REM量多，韧性差。

试验No.106，焊丝中的Nb量少，多层堆焊时发生焊接缺陷。

试验No.107，焊丝中未添加Nb，多层堆焊时发生焊接缺陷。

试验No.108，焊丝中未添加Nb，并且，添加Ta，多层堆焊时发生焊接缺陷。

试验No.109，焊丝中Nb量多，韧性差。

试验No.110，焊丝中的S量少，电弧稳定性差。

试验No.111，焊丝中的S量多，热裂纹性差。

试验No.112，焊丝中的O量多，发生因夹渣造成的焊接缺陷，另外韧性差。

试验No.113，焊丝中的C量少，韧性和蠕变强度差。

试验No.114，焊丝中的C量多，热裂纹性，韧性和蠕变强度差。

试验No.115，焊丝中的Si量少，发生未熔合等的焊接缺陷，并且韧性和蠕变强度差。

试验No.116，焊丝中的Si量多，发生因夹渣造成的焊接缺陷。

试验No.117，焊丝中的Mn量少，韧性差。

试验No.118，焊丝中的Mn量多，发生因夹渣造成的焊接缺陷，热裂纹性、韧性和蠕变强度差。

试验No.119，焊丝中的Cr量少，蠕变强度差。

试验No.120，焊丝中的Cr量多，因未熔合造成焊接缺陷，热裂纹性、韧性和蠕变强度差。

试验No.121，焊丝中的Ni量少，韧性差。

试验No.122，焊丝中的Ni量多，蠕变强度差。

试验No.123，焊丝中的Mo量少，蠕变强度差。

试验No.124，焊丝中的Mo量多，韧性差。

试验No.125，焊丝中的V量少，蠕变强度差。

试验No.126，焊丝中的V量多，韧性和蠕变强度差。

试验No.127，脱离上述的式(1)的上限，因此韧性差。

试验No.128，脱离上述的式(1)的下限，因此发生焊接缺陷，电弧稳定性、焊道外观、韧性和蠕变强度差。

如以上，本说明书中公开有以下事项。

[1]一种气体保护电弧焊焊丝，其特征在于，在焊丝总质量中以质量％计，含有

C：0.01～0.50％、

Si：0.01～1.50％、

Mn：0.10～2.50％、

Cr：5～15％、

Ni：0.05～1.50％、

Mo：0.1～2.0％、

V：0.1～1.0％、

Nb：0.01～0.20％、

REM：0.001～0.050％、

S：0.0010～0.0200％、

O：0.025％以下(含0％)，

并且，满足下式(1)。

3.0≤(Nb+10×REM)/(S+O)≤200.0…(1)

[2]根据上述[1]所述的气体保护电弧焊焊丝，其特征在于，在总质量中，以质量％计还含有

N：0.01～0.10％、

W：3.0％以下(含0％)、

Co：3.0％以下(含0％)、

Ta：0.5％以下(含0％)、

B：0.005％以下(含0％)、

Cu：2.0％以下(含0％)，

余量由Fe和不可避免的杂质构成。

[3]根据上述[1]或[2]所述的气体保护电弧焊焊丝，其特征在于，所述Nb和所述REM的含量的比率，满足下式(2)。

1.0≤Nb/REM≤80.0…(2)

[4]根据上述[1]～[3]中任一项所述的气体保护电弧焊焊丝，其特征在于，所述REM以La和Ce为必须，所述La和所述Ce的比率，满足下述(3)式。

0.2≤La/Ce≤1.1…(3)

[5]根据上述[1]～[4]中任一项所述的气体保护电弧焊焊丝，其特征在于，含有

REM：0.001～0.050％，

S：0.0010～0.0200％，

并且，满足下式(4)和下式(5)。

0.10≤O/S≤4.00…(4)

0.30≤REM/(S+O)≤6.50…(5)

[6]一种气体保护电弧焊方法，其特征在于，使用上述[1]～[5]中任一项所述的气体保护电弧焊焊丝，在保护气体气氛中进行焊接。

[7]根据上述[6]所述的气体保护电弧焊方法，其特征在于，

使用所述保护气体的组成以体积％计Ar或He为100％的惰性气体，或者Ar或He的含量为90％以上的混合气体。

[8]根据上述[6]所述的气体保护电弧焊方法，其特征在于，

使用所述保护气体的组成以体积％计CO₂为100％的气体，或CO₂的含量为90％以上的混合气体，

使所述焊丝侧的极性为负极。

以上，一边参照附图一边对于各种实施的方式进行了说明，但本发明当然不受这样的示例限定。如果是从业者，则明显能够在专利请求范围所述的范畴内想到各种变更例或修改例，关于这些也当然理解为属于本发明的技术范围。另外，在不脱离发明的宗旨的范围，也可以任意组合上述实施的方式中的各构成要素。

还有，本申请基于2017年12月15日申请的日本专利申请(专利申请2017－240614)，其内容在本申请之中作为参照援引。

符号说明

1 焊接系统

10 机器人

11 焊炬

20 机器人控制部

30 焊接电源部

40 示教装置

Claims

1.一种气体保护电弧焊焊丝，其特征在于，在焊丝总质量中，以质量％计含有

C：0.01～0.50％、

Si：0.01～1.50％、

Mn：0.10～2.50％、

Cr：5～15％、

Ni：0.05～1.50％、

Mo：0.1～2.0％、

V：0.1～1.0％、

Nb：0.01～0.20％、

REM：0.001～0.050％、

S：0.0010～0.0200％、

O：0.025％以下且含0％，

并且，满足下述式(1)，

所述REM以La和Ce为必须，所述La和所述Ce的比率满足下述式(3)，

并且，满足下述式(4)和下述式(5)，

3.0≤(Nb+10×REM)/(S+O)≤200.0…(1)

0.6≤La/Ce≤1.1…(3)

0.10≤O/S≤4.00…(4)

1.00≤REM/(S+O)≤6.50…(5)。

2.根据权利要求1所述的气体保护电弧焊焊丝，其特征在于，在焊丝总质量中，以质量％计还含有

N：0.01～0.10％、

W：3.0％以下且含0％、

Co：3.0％以下且含0％、

Ta：0.5％以下且含0％、

B：0.005％以下且含0％、

Cu：2.0％以下且含0％，

余量由Fe和不可避免的杂质构成。

3.根据权利要求1或2所述的气体保护电弧焊焊丝，其特征在于，

所述Nb和所述REM的含量的比率，满足下述式(2)，

1.0≤Nb/REM≤80.0…(2)。

4.一种气体保护电弧焊方法，其特征在于，使用权利要求1或2所述的气体保护电弧焊焊丝，在保护气体气氛中进行焊接。

5.根据权利要求4所述的气体保护电弧焊方法，其特征在于，使用如下的保护气体：所述保护气体的组成为，以体积％计Ar或He为100％的惰性气体、或者Ar或He的含量为90％以上的混合气体。

6.根据权利要求4所述的气体保护电弧焊方法，其特征在于，使用如下的保护气体：所述保护气体的组成为，以体积％计CO₂为100％的气体、或者CO₂的含量为90％以上的混合气体，

使所述焊丝侧的极性为负极。