CN114340828A - 气体保护电弧焊用钢丝、气体保护电弧焊方法及气体保护电弧焊接头的制造方法 - Google Patents

气体保护电弧焊用钢丝、气体保护电弧焊方法及气体保护电弧焊接头的制造方法 Download PDF

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Abstract

提供气体保护电弧焊用钢丝。本发明为由钢制外皮和内包于该钢制外皮中的填充材料形成的焊接用钢丝，其中，钢制外皮是外皮组成为以相对于该钢制外皮总质量而言的质量％计包含0.005～0.20％的REM的钢制外皮，气体保护电弧焊用钢丝具有下述组成，该组成以相对于钢制外皮的总质量和填充材料的总质量的合计质量而言的质量％计包含C：0.01～0.30％、Si：0.10～5.00％、Mn：0.5～5.0％、P：0.050％以下、S：0.050％以下、REM：0.004～0.18％、Cr：3.0％以下、Ni：3.0％以下、Mo：0.02～1.5％、Cu：3.0％以下、B：0.0001～0.005％、Ti：0.02～0.40％、Al：0.001～0.20％、Ca：0.0008％以下，余量为Fe及不可避免的杂质。

Description

气体保护电弧焊用钢丝、气体保护电弧焊方法及气体保护电 弧焊接头的制造方法
技术领域
本发明涉及适用于气体保护电弧焊的气体保护电弧焊用钢丝、气体保护电弧焊方法及气体保护电弧焊接头的制造方法。本发明特别涉及提高电弧焊时的电弧稳定性、防止熔融金属飞溅(溅射)及改善焊道形状的技术。
背景技术
气体保护电弧焊在造船、建筑、桥梁、汽车、工程机械等产业领域中作为高效率的焊接技术被广泛使用。根据保护气体的种类，气体保护电弧焊大致分为MIG焊接、MAG焊接、二氧化碳气焊。气体保护电弧焊在具有高效率的优点的同时，存在大量发生熔融金属飞溅(溅射)的问题。
针对这样的问题提出了通过以下技术进行改善。
例如，专利文献1中记载了二氧化碳气体保护电弧焊用钢丝。专利文献1记载的钢丝为二氧化碳气体保护电弧焊用钢丝，其组成为以质量％计含有C：0.20％以下、Si：0.05～2.5％、Mn：0.25～3.5％、稀土类元素：0.025～0.050％、P：0.05％以下、S：0.05％以下、Ca：0.0008％以下，并含有Ti：0.02～0.50％、Zr：0.02～0.50％及Al：0.02～3.00％中的1种或2种以上，余量为Fe及不可避免的杂质。
在专利文献1记载的钢丝中，也可以根据需要含有规定量的从K、Cr、Ni、Mo及V中选择的1种或2种以上。根据专利文献1记载的技术，在正极性的二氧化碳气体保护电弧焊中，能够实现电弧稳定性优异的喷射转移，能够实现稳定的接头焊接，而且能够获得平滑的焊道形状。
另外，专利文献2中记载了窄坡口对接焊方法。专利文献2记载的窄坡口对接焊方法使用由含有0.015～0.100质量％的稀土类元素的钢丝形成的焊接用钢丝，进行厚钢板的多层气体保护电弧焊。首层的气体保护电弧焊以由焊接电流、焊接电压、焊接速度、坡口角度、跟部间隔的函数定义的QL值作为首层的熔深形状的指标，另外，以由焊接电流、焊接电压、焊接速度、坡口角度、跟部间隔的函数所定义的QH值作为焊接金属量的指标，在各自满足规定范围内的条件下进行。根据专利文献2记载的技术，在多层焊接的首层中也电弧稳定性优异，能够获得稳定的熔深。
另外，专利文献3中记载了气体保护电弧焊使用的焊接用钢丝。专利文献3记载的焊接用钢丝将含有2～60质量％的REM、余量为Fe及不可避免的杂质的合金钢粉内包于钢制外皮中，所述合金钢粉的内包率满足0.05～25.0质量％的范围，所述焊接钢丝中的所述REM的含有率处于0.01～0.5质量％的范围内。与此同时，在所述焊接用钢丝中，将所述合金钢粉中含有的各元素的质量与所述钢制外皮中含有的各元素的质量相加，作为相对于所述焊丝的质量而言的比率而得到的各元素的含有率满足C的含有率：0.01～0.30质量％、Si的含有率：0.10～5.00质量％、Mn的含有率：0.5～5.0质量％、Cr的含有率：3.0质量％以下、Ni的含有率：3.0质量％以下、Mo的含有率：0.02～1.5质量％、Cu的含有率：3.0质量％以下、B的含有率：0.0001～0.005质量％、Ti的含有率：0.02～0.20质量％、Al的含有率：0.001～0.20质量％、P的含有率：0.050质量％以下、S的含有率：0.050质量％以下、Ca的含有率：0.0008质量％以下的范围，余量为Fe及不可避免的杂质。根据专利文献3记载的技术，焊接钢丝的成品率提高，且电弧稳定、溅射减少、焊道形状得到改善。
另外，专利文献4中记载了高屈服强度高韧性气体保护电弧焊用焊剂填充焊丝(flux-filled wire)。专利文献4记载的焊剂填充焊丝为在钢制外皮的内部填充有焊剂的焊剂填充焊丝。该焊剂填充焊丝为高屈服强度高韧性气体保护电弧焊用焊剂填充焊丝，在钢制外皮及焊剂中作为金属或合金以相对于金属丝总质量而言的质量％的合计含有C：0.08～0.3％、Si：0.2～2％、Mn：0.5～2.5％、P：0.02％以下、S：0.02％以下、Al：0.002～0.3％、Ti：0.005～0.3％、Ni：0.5～11％、Mg：0.012～0.5％，碳当量(Ceq.)为0.7～2％、脱氧元素当量(Aleq.)为0.2～0.6％，进一步含有Mo：0.1～4％、W：0.1～3％、Nb：0.005～0.1％、V：0.005～0.1％、Ta：0.005～0.5％中的1种或2种以上且Nb当量(Nbeq.)为0.05～0.5％，而且，将所述焊剂中含有的熔渣形成促进剂及电弧稳定剂的合计含量以相对于金属丝总质量而言的质量％计限制为20％以下，余量为Fe及不可避免的杂质，所述钢制外皮为无缝管。在专利文献4记载的焊剂填充焊丝中，进一步示出在焊剂中作为金属或合金含有Cu、Cr、Co、B中的1种或2种以上、Ca及REM中的1种或2种的例子。根据专利文献4记载的技术，作为拉伸强度为950MPa以上的高张力钢板中的MIG焊接、MAG焊接等使用的气体保护电弧焊用金属丝，为与实心金属丝相比生产率提高的焊剂填充焊丝。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3945396号公报
专利文献2：日本特开2007-118068号公报
专利文献3：日本专利第5794125号公报
专利文献4：日本特开2008-93715号公报
发明内容
发明要解决的课题
专利文献1记载的技术中，为了使电弧稳定而使用由含有REM的钢丝形成的焊接用钢丝(实心金属丝)。REM的比重大于Fe且为强氧化性的金属，氧化物的熔点高。因此，在作为素材制造过程的钢液凝固过程中容易偏析，钢线中的REM含量产生不均匀，低于规定值的部分必须切除。另外，在含有REM的钢丝中，容易在其制造过程中产生裂纹。由此，在专利文献1记载的技术中，存在钢丝的成品率降低、制造成本显著增加的问题。
另外，在专利文献2记载的技术中，使用由含有REM的钢丝形成的焊接用钢丝(实心金属丝)进行厚钢板的窄坡口对接焊。但是，所使用的焊接用钢丝(实心金属丝)存在与专利文献1记载的技术相同的问题。
另外，专利文献3记载的技术为由钢制外皮和内包于钢制外皮的合金钢粉形成的钢丝、即药芯焊丝(flux cored wire)。在专利文献3记载的钢丝中，由于内包于钢制外皮的合金钢粉中含有REM，因此解决了上述由实心金属丝中含有REM引起的问题。但是，由于含有REM的合金钢粉容易与氧结合，因此存在保管中内包于钢制外皮的合金钢粉生锈的问题。若使用生锈的钢丝进行焊接，则在所得到的焊接金属的内部产生大量气孔性缺陷、焊接金属韧性下降，存在无法确保希望的焊接部完整性的问题。
另外，专利文献4记载的技术中，由钢制外皮和内包于钢制外皮的焊剂形成的钢丝(焊剂填充焊丝)，也可以在内包于钢制外皮的焊剂中含有REM。因此，专利文献4记载的技术也存在产生与专利文献3记载的钢丝相同的问题的隐患。
本发明的目的在于提供解决上述现有技术的问题、无生锈等保管中的品质变化、且焊接时的电弧稳定性优异、能够抑制溅射发生及改善焊道形状的气体保护电弧焊用钢丝。
另外，本发明的目的在于提供使用了该气体保护电弧焊用钢丝的气体保护电弧焊方法及气体保护电弧焊接头的制造方法。
用于解决课题的手段
本申请的发明人为了达到上述目的，着眼于由钢制外皮和内包于该钢制外皮的填充材料形成的药芯焊丝(以下称为焊接用钢丝)。并且，想到了使钢制外皮含有电弧稳定性提高所需的REM。通过使钢制外皮含有REM，从而无需担心在填充材料(填充材料的焊剂)中含有REM的情况下发生生锈等保管中的品质变化。
另外，为了制得希望的钢制外皮，对作为素材的钢板实施多种加工、轧制加工。根据其效果，发现与实心金属丝含有REM的情况相比，REM的偏析也能够减少至没有问题的程度，能够稳定地制造含有规定量REM的焊接用钢丝。
另外，作为气体保护电弧焊，从以正极性进行MAG焊接或二氧化碳气体电弧焊的观点出发，通过在钢制外皮中添加REM而在熔滴附近的金属丝表面形成稳定的阴极点位(spot)，电流路径稳定化。其结果，还具有获得稳定的熔滴转移的效果。
另一方面，作为气体保护电弧焊，从进行MIG焊接的观点出发，在反极性的MIG焊接中，存在钢板表面的氧化物变为阴极点位、电弧容易变得不稳定的课题。针对该课题，本申请的发明人发现通过在钢制外皮中添加REM，从而REM进入熔池并在熔池表面形成稳定的阴极点位。其结果，能够得到电弧稳定的效果。
本发明是基于以上见解进一步进行研究并完成的。本发明的要旨如下。
(1)气体保护电弧焊用钢丝，其为由钢制外皮和内包于该钢制外皮中的填充材料形成的气体保护电弧焊用钢丝，
所述钢制外皮是外皮组成为以相对于该钢制外皮总质量而言的的质量％计包含0.005～0.20％的REM的钢制外皮，
所述气体保护电弧焊用钢丝具有下述组成，该组成以相对于所述钢制外皮的总质量和所述填充材料的总质量的合计质量而言的质量％计包含
Figure BDA0003520382910000051
余量为Fe及不可避免的杂质。
(2)根据(1)所述的气体保护电弧焊用钢丝，其中，所述钢制外皮的所述外皮组成以相对于该钢制外皮总质量而言的质量％计进一步包含C：0.15％以下、Mn：0.60％以下、P：0.100％以下、S：0.050％以下、Si：3.0％以下。
(3)根据(1)或(2)所述的气体保护电弧焊用钢丝，其中，所述钢制外皮为焊接管或无缝管。
(4)根据(1)～(3)中任一项所述的气体保护电弧焊用钢丝，其中，所述填充材料的总质量相对于所述气体保护电弧焊用钢丝的总质量而言为20％以下。
(5)气体保护电弧焊方法，其中，使用(1)～(4)中任一项所述的气体保护电弧焊用钢丝以正极性进行气体保护电弧焊。
(6)气体保护电弧焊方法，其中，使用(1)～(4)中任一项所述的气体保护电弧焊用钢丝以反极性的MIG焊接进行气体保护电弧焊。
(7)气体保护电弧焊接头的制造方法，其使用了(5)或(6)所述的气体保护电弧焊方法。
发明的效果
根据本发明，作为焊接材料无生锈等保管中的品质变化且焊接时电弧稳定性优异，能够抑制溅射发生。另外，通过使得电弧稳定，从而能够实现焊道形状也优异的气体保护电弧焊。因此，产业上具有显著的效果。
附图说明
图1是示意性示出本发明的焊接用钢丝的截面的说明图。
图2是示意性示出本发明的实施例中进行的搭接角焊的概要的说明图。
图3是示意性示出本发明的气体保护电弧焊方法的一例的说明图。
具体实施方式
本发明的气体保护电弧焊用钢丝优选为490MPa级～780MPa级高张力钢板用的气体保护电弧焊用钢丝。本发明的气体保护电弧焊用钢丝1如图1所示，由钢制外皮2和内包于该钢制外皮2的填充材料3形成。在本发明中，有助于电弧稳定性的REM包含在钢制外皮中。
钢制外皮2具有下述外皮组成，该外皮组成以相对于钢制外皮总质量而言的质量％计包含0.005～0.2％的REM，进一步包含C：0.15％以下、Mn：0.60％以下、P：0.100％以下、S：0.050％以下、Si：3.0％以下。首先，说明外皮组成的限定理由。需要说明的是，只要没有特别说明，表示外皮组成的“％”代表“质量％”。
REM：0.005～0.20％
REM(稀土类元素)为包含原子序号为57～71的元素(镧系元素)和Sc、Y的元素的总称。在本发明中，REM为在以正极性进行MAG焊接或二氧化碳气体电弧焊的情况下实现液滴的喷射转移不可或缺的元素。另外，REM在MIG焊接中具有使电弧稳定并抑制焊道弯曲的作用。这样的效果在含有0.005％以上的REM时变得显著。另一方面，若含有超过0.2％的REM，则会助长熔滴中的REM的稀稠(不均匀)、电弧变得不稳定，无法获得希望的效果。因此，钢制外皮中包含的REM含量限定为0.005～0.20％的范围。需要说明的是，优选为0.015～0.10％。进一步优选为0.030％以上、0.060％以下。
上述REM的含量表示REM中包含的各元素的合计含量。在本发明中，也可以单独或复合含有上述REM中包含的各元素。需要说明的是，在REM中，优选使用La、Ce。
钢制外皮2具有下述外皮组成，该外皮组成以质量％计包含0.005～0.20％的REM，优选进一步包含C：0.15％以下、Mn：0.60％以下、P：0.100％以下、S：0.050％以下、Si：3.0以下。本发明中使用的钢制外皮除了包含上述REM以外，作为合金成分优选使用JIS Z3141中规定的SPCC相当的成分。若以超过SPCC相当成分的程度过量含有合金元素，则在钢制外皮素材的熔炼凝固时、拉丝加工时容易产生裂纹。
基于以上理由，优选钢制外皮中包含的C含量为0.15％以下。从焊接金属的机械特性的观点出发，更加优选C含量为0.10％以下，进一步优选为0.08％以下。优选C含量为0.01％以上，更加优选为0.02％以上。
优选钢制外皮中包含的Mn含量为0.60％以下。从制造性的观点出发，更加优选Mn含量为0.55％以下，进一步优选为0.50％以下。优选Mn含量为0.20％以上，更加优选为0.25％以上。
优选钢制外皮中包含的P含量为0.100％以下。从制造性的观点出发，更加优选P含量为0.050％以下，进一步优选为0.010％以下。优选P含量为0.002％以上，更加优选为0.005％以上。
优选钢制外皮中包含的S含量为0.050％以下。从制造性的观点出发，更加优选S含量为0.050％以下，进一步优选为0.010％以下。优选S含量为0.002％以上，更加优选为0.005％以上。
优选钢制外皮中包含的Si含量为3.0％以下。从外皮的加工性的观点出发，更加优选Si含量为2.0％以下，进一步优选为1.5％以下。优选Si含量为0.5％以上，更加优选为1.0％以上。
本发明的气体保护电弧焊用钢丝1由含有上述REM的外皮组成的钢制外皮2和内包于该钢制外皮的填充材料3形成。在本发明的气体保护电弧焊用钢丝1中，作为填充材料3配合对于形成具有规定的强度韧性等特性的焊接金属而言所需的各种合金元素、焊剂等。需要说明的是，配合于填充材料3的各种合金元素既可以使用各种合金元素的单独粉体，也可以使用各种合金元素与Fe的合金(例如Fe-Mn、Fe-Si等铁合金)粉、复合含有各种合金元素的合金钢粉等金属粉进行配合。另外，填充材料也可以仅使用合金元素粉、合金钢粉等金属粉或同时使用金属粉和焊剂。需要说明的是，通过配合焊剂，从而电弧稳定化、溅射减少的效果进一步提高。
作为焊剂中包含物质，例如能够例示具有良好地维持焊道形状的作用的TiO2、SiO2、MgO、CaO、CaF2等。能够根据需要适当选择以上物质来复合、配合。需要说明的是，从焊接作业性的观点出发，配合以TiO2、SiO2等为主成分的金红石系焊剂，另外，从焊接金属韧性的观点出发，优选配合以MgO、CaF2、CaO等为主成分的碱性焊剂。
填充材料的总质量相对于钢丝总质量而言优选限定为20％以下。若超过20％地大量配合填充材料，则在药芯焊丝的制造中发生断线，金属丝制造显著变得困难。
在本发明的气体保护电弧焊用钢丝(焊接用钢丝)中，作为焊接用钢丝所包含的各元素的含有率，以钢制外皮中包含的各元素的质量与填充材料中包含的各元素的质量的合计质量相对于焊接用钢丝总量(总质量)而言的质量％来规定。即，气体保护电弧焊用钢丝的各元素的含有率(质量％)以下式定义。
各元素的含有率(质量％)＝[{(钢制外皮中包含的各元素的质量)+(填充材料中包含的各元素的质量)}/(焊接用钢丝总质量)]×100
本发明的焊接用钢丝具有下述组成(焊接用钢丝组成)，该组成以质量％计包含C：0.01～0.30％、Si：0.10～5.00％、Mn：0.50～5.0％、P：0.050％以下、S：0.050％以下、REM：0.004～0.18％、Cr：3.0％以下、Ni：3.0％以下、Mo：0.02～1.5％、Cu：3.0％以下、B：0.0001～0.005％、Ti：0.02～0.40％、Al：0.001～0.20％、Ca：0.0008％以下，余量为Fe及不可避免的杂质。
需要说明的是，从金属丝制造上的观点出发，优选填充材料的质量以上述的相对于焊接用钢丝总量(总质量)而言的比例计为10～20％。
以下，说明焊接用钢丝的组成的限定理由。需要说明的是，只要没有特别说明，表示焊接用钢丝组成的“％”代表“质量％”。
C：0.01～0.30％
C为有效地有助于确保焊接金属的强度的元素。这样的效果通过含有0.01％以上的C而变得显著。另一方面，若含有超过0.30％的C，则在气体保护电弧焊时液滴不稳定化且焊接金属的韧性下降。另外，若含有超过0.30％的C，则在焊接用钢丝的制造时容易断线。由此，焊接用钢丝的C的含量限定为0.01～0.30％。需要说明的是，优选为0.01～0.08％。更加优选为0.01％以上、0.06％以下。进一步优选为0.02％以上、0.05％以下。
Si：0.10～5.00％
Si具有脱氧作用，为熔融金属的脱氧不可或缺的元素，这样的效果通过含有0.10％以上的Si而变得显著。若Si的含量低于0.10％，则在气体保护电弧焊时熔融金属未充分脱氧，因此焊接金属产生气孔缺陷。另外，焊接用钢丝的电阻减小、熔融效率降低。另一方面，若含有Si超过5.00％，则由氧化引起的熔渣生成量增加，另外，熔融金属中有助于脱氧的Si量饱和。另外，焊接用钢丝的硬度增加、加工性下降。由此，Si的含量限定为0.10～5.00％的范围。需要说明的是，优选为0.50～1.50％。更加优选为0.60％以上、1.40％以下。进一步优选为0.80％以上、1.30％以下。
Mn：0.50～5.0％
Mn与Si同样地具有脱氧作用，为熔融金属的脱氧不可或缺的元素。Mn具有确保焊接金属的韧性及强度的作用。这样的效果通过含有0.50％以上的Mn而变得显著。若含有Mn低于0.50％，则焊接用钢丝的电阻减小、熔融效率降低。另一方面，若含有Mn超过5.0％，则由氧化引起的熔渣生成量增加，另外，熔融金属中有助于脱氧的Mn量饱和。另外，焊接用钢丝的硬度增加、加工性下降。由此，Mn的含量限定为0.50～5.0％的范围。需要说明的是，优选为1.0～3.0％。更加优选为1.5％以上、2.5％以下。进一步优选为1.8％以上、2.2％以下。
P：0.050％以下
P为具有使焊接用钢丝的熔点降低、使电阻增加并使发热性提高的作用的元素，有助于提高焊接作业效率。而且，P具有在正极性焊接中使电弧稳定化的作用。这样的效果通过含有0.010％以上的P而变得显著。另一方面，若含有P超过0.050％，则熔融金属的粘性下降、电弧不稳定化、发生大量微小颗粒的溅射，且焊接金属容易产生高温裂纹。因此，P的含量限定为0.050％以下。需要说明的是，优选为0.010～0.050％。更加优选为0.015％以上、0.045％以下。进一步优选为0.020％以上、0.040％以下。
S：0.050％以下
S具有使熔融金属的粘性下降、焊接时促进在焊接用钢丝前端悬垂的熔滴脱离且在正极性的焊接中使电弧稳定的作用。这样的效果在S的含量为0.010％以上时变得显著。另一方面，若含有S超过0.050％，则在焊接时熔融金属的粘性过度下降，发生大量微小颗粒的溅射。另外，焊接金属的韧性下降。因此，S的含量限定为0.050％以下。需要说明的是，优选为0.010～0.050％。更加优选为0.015％以上、0.045％以下。进一步优选为0.020％以上、0.040％以下。
REM：0.004～0.18％
REM包含在钢制外皮中而未包含在填充材料中。在以正极性进行MAG焊接或二氧化碳气体电弧焊的情况下，REM具有实现液滴的喷射转移的作用，在进行MIG焊接的情况下，REM具有使电弧稳定、抑制焊道弯曲的作用。这样的效果通过含有0.004％以上的REM而变得显著。另一方面，若含有REM超过0.18％，则熔滴中的REM的稀稠(不均匀)增强、电弧变得不稳定，无法获得希望的效果。因此，REM的含量限定为0.004～0.18％的范围。需要说明的是，优选为0.010％以上、0.10％以下。更加优选为0.050％以上、0.08％以下。
需要说明的是，表2等中示出的“混合稀土金属”为对稀土类矿石进行还原得到的稀土类元素的混合物，是由铈(Ce)为40～50％、镧(La)为20～40％、钕(Nd)为15％以下、其他为百分之几形成的合金添加物的总称。
Cr：3.0％以下
Cr为具有使焊接金属的强度增加、进一步提高耐候性的作用的元素。为了获得这样的效果，优选含有0.3％以上的Cr。另一方面，若含有Cr超过3.0％，则会导致焊接金属韧性下降。因此，Cr的含量限定为3.0％以下。需要说明的是，优选为0.3～3.0％，更加优选为0.5～1.0％。进一步优选为0.7％以上、0.8％以下。
Ni：3.0％以下
Ni为具有使焊接金属的强度增加、进一步提高耐候性的作用的元素。为了获得这样的效果，优选含有0.3％以上的Ni。另一方面，若含有Ni超过3.0％，则会导致焊接金属韧性下降。因此，Ni的含量限定为3.0％以下。需要说明的是，优选为0.3～3.0％、更加优选为0.5～1.0％。进一步优选为0.6％以上、0.9％以下。更进一步优选为0.7％以上、0.8％以下。
Mo：0.02～1.5％
Mo为具有使焊接金属的强度增加的作用的元素，为了获得这样的效果，需要含有0.02％以上的Mo。另一方面，若含有Mo超过1.5％，则焊接金属的韧性显著下降。因此，Mo的含量限定为0.02～1.5％的范围。需要说明的是，优选为0.2～1.0％。更加优选为0.3％以上、0.9％以下。进一步优选为0.4％以上、0.8％以下。
Cu：3.0％以下
Cu为具有使焊接金属的强度增加、进一步提高耐候性的作用的元素。为了获得这样的效果，优选含有0.2％以上的Cu。另一方面，若含有Cu超过3.0％，则焊接金属的韧性显著下降。因此，Cu的含量限定为3.0％以下。需要说明的是，优选为0.2～3.0％、更加优选为0.2～1.0％。进一步优选为0.4％以上、0.8％以下。
B：0.0001～0.005％
B为具有使焊接金属的强度增加的作用的元素，为了获得这样的效果，需要含有0.0001％以上的B。另一方面，若含有B超过0.005％，则焊接金属的韧性显著下降。因此，B的含量限定为0.0001～0.005％的范围。需要说明的是，优选为0.0005～0.004％。更加优选为0.001％以上、0.003％以下。进一步优选为0.002％以上、0.003％以下。
Ti：0.02～0.40％
Ti为作为脱氧剂发挥作用并有助于焊接金属的强度增加的元素。为了获得这样的效果，需要含有0.02％以上的Ti。若含有低于0.02％的Ti，则熔融金属的脱氧变得不充分，因此粘性下降、焊道形状变差。另一方面，若含有Ti超过0.40％，则焊接金属的韧性下降。因此，Ti的含量限定为0.02～0.40％的范围。需要说明的是，优选为0.10～0.30％。更加优选为0.15％以上、0.20％以下。
Al：0.001～0.20％
Al为作为脱氧剂发挥作用并有助于焊接金属的强度增加的元素。为了获得这样的效果，需要含有0.001％以上的Al。若含有Al低于0.001％，则熔融金属的脱氧变得不充分，因此粘性下降、焊道形状变差。另一方面，若含有Al超过0.20％，则焊接金属的韧性下降。因此，Al的含量限定为0.001～0.20％的范围。需要说明的是，优选为0.10～0.15％。更加优选为0.12％以上、0.15％以下。
Ca：0.0008％以下
Ca为具有在正极性的焊接中使电弧稳定的作用的元素。这样的效果通过含有0.0002％以上的Ca而变得显著。另一方面，若含有Ca超过0.0008％，则电弧稳定性受阻。因此，Ca的含量限定为0.0008％以下。需要说明的是，优选为0.0002～0.0008％。更加优选为0.0002％以上、0.0006％以下。进一步优选为0.0002％以上、0.0004％以下。
焊接用钢丝组成中，除了上述成分以外的余量为Fe及不可避免的杂质。
需要说明的是，上述组成(焊接用钢丝组成)包括钢制外皮和作为填充材料而包含的金属粉及焊剂。
在本发明中，焊接用钢丝的钢制外皮优选为焊接管或无缝钢管(无缝管)。由此能够防止焊接用钢丝吸湿、抑制焊接性下降。
优选钢制外皮的外径为3.0～6.0mmφ。
接下来，说明本发明的气体保护电弧焊用钢丝的优选的制造方法。
首先，说明作为钢制外皮使用焊接管的情况下的气体保护电弧焊用钢丝的制造方法。
通过真空加热炉等常用的熔炼方法对具有上述外皮组成的钢液进行熔炼，制成规定形状的铸片(钢块)。接下来，对该铸片(钢块)进行加热，在通过热轧制成热轧钢板后，进一步通过包含软化退火的的冷轧制成冷轧钢带(板厚：1mm以下左右)。从该冷轧钢带裁取规定宽度的带钢，制成钢制外皮素材。接下来，优选对所得到的钢制外皮素材(带钢)实施冷弯加工等，并且加工为管形状，进行缝焊接而制成钢制外皮(焊接管)。需要说明的是，也可以取代缝焊接而通过铆接形成为管形状。
然后，在以满足上述焊接用钢丝的组成的方式向所得到的焊接管中填入填充材料后，实施冷拉丝加工，制成希望外径的焊接用钢丝。优选预先在所得到的焊接用钢丝上涂布润滑油。
接下来，说明作为钢制外皮使用无缝管的情况下的气体保护电弧焊用钢丝的制造方法。
本发明的钢制外皮采用具有希望外径的无缝钢管(无缝管)也没有任何问题。钢制外皮使用无缝钢管的情况下的焊接用钢丝的制造方法如下。
将具有上述规定范围的外皮组成的钢液通过真空加热炉等常用的熔炼方法进行熔炼，制成规定形状的圆铸片(或钢块)。或者，也可以对钢块进行加热，通过热轧来制成规定形状的圆钢片。接下来，优选对所得到的圆铸片或圆钢片进行加热并通过穿孔轧制制成中空素材(无缝钢管)，制成钢制外皮(无缝管)。
然后，优选以满足上述焊接用钢丝的组成的方式向所得到的无缝管中装入填充材料，实施冷拉丝加工或包含退火的冷拉丝加工，制成希望外径的焊接用钢丝。优选预先在所得到的焊接用钢丝上涂布润滑油。
接下来，说明本发明的气体保护电弧焊方法。
本发明为使用上述焊接用钢丝以正极性或反极性进行气体保护电弧焊的气体保护电弧焊方法。
作为使用上述焊接用钢丝而优选的气体保护电弧焊，例如能够举出二氧化碳气体电弧焊、MIG焊接、MAG焊接。
例如，如图3所示，将2张钢板4重叠，通过气体保护电弧焊进行搭接角焊。以穿过焊枪5的中心部而从焊枪5连续向钢板4进给的焊接用钢丝1为阳极、以钢板4为阴极，从焊接电源施加焊接电压，使从焊枪5内供给的保护气体的一部分电离/等离子体化，从而在焊接用钢丝1与钢板4之间形成电弧。另外，保护气体中未发生电离而从焊枪5流向钢板4的气体具有将电弧及钢板4熔融形成的熔池(未图示)与外部气体阻断的作用。在电弧热量的作用下，焊接用钢丝1的前端部熔融而成为熔滴，该熔滴由于电磁力、重力等而向熔池输送。该现象与焊枪5或钢板4的移动相伴连续发生，从而在焊接线的后方熔池凝固，形成焊道6。由此实现对接的2张钢板4的接合。
需要说明的是，钢板、焊接条件等根据针对焊接接头的要求特性而适当设定。
作为气体保护电弧焊方法，在进行正极性的二氧化碳气体电弧焊及正极性的MAG焊接的情况下，优选设为以下焊接条件。
＜二氧化碳气体电弧焊条件＞
·保护气体：100体积％CO2
·保护气体流量：20L/min
·焊接电流：240～380A
·焊接电压：28～38V
·焊接速度：30～80cm/min
·焊接电源：逆变器电源
·极性：正极性
＜MAG焊接条件＞
·保护气体：80体积％Ar+20体积％CO2
·保护气体流量：20L/min
·焊接电流：240～380A
·焊接电压：28～38V
·焊接速度：30～80cm/min
·焊接电源：逆变器电源
·极性：正极性
作为气体保护电弧焊方法，在进行反极性的MIG焊接的情况下，优选为以下焊接条件。
＜MIG焊接条件＞
·保护气体：100体积％Ar
·保护气体流量：20L/min
·焊接电流：100～280A
·焊接电压：16～24V
·焊接速度：30～80cm/min
·焊接电源：逆变器电源
·极性：反极性
根据本发明的气体保护电弧焊方法，即使进行正极性的二氧化碳气体电弧焊及MAG焊接，电弧也稳定，因此能够抑制溅射发生量。另外，即使以MIG焊接进行搭接角焊，电弧也稳定，因此能够抑制焊道宽度变化。
接下来，说明本发明的气体保护电弧焊接头。
本发明为使用了上述气体保护电弧焊方法的气体保护电弧焊接头的制造方法。
在这里，作为气体保护电弧焊方法，说明例如进行二氧化碳气体电弧焊、MIG焊接、MAG焊接的情况。例如，如图2所示，在本发明的气体保护电弧焊接头的制造方法中，将至少2张以上的钢板对接，在特定的焊接条件下使用上述焊接用钢丝进行多层焊接，形成焊道而得到气体保护电弧焊接头。需要说明的是，钢板、焊接条件等与上述说明相同，因此省略说明。
如以上所述，根据本发明，由于焊接用钢丝无生锈等保管中的品质变化，因此在二氧化碳气体电弧焊及MAG焊接时，能够抑制溅射发生，由此获得电弧稳定性优异的效果。
在此，“电弧稳定性优异”是指所产生的溅射为少量。具体来说，是指以后述的实施例记载的方法测定的每100g熔敷量的溅射发生量为1.5g以下。
另外，在MIG焊接的情况下，由于在熔池表面形成稳定的阴极点位且电弧稳定，因此能够实现焊道形状也优异的气体保护电弧焊。
在此，“焊道形状优异”是指：使用光学摄像头在焊道全长范围内从焊道表面观察焊道形状，求出焊道宽度的最大值与最小值，根据所得到的值计算焊道宽度的最大值与最小值的差，其差为2.0mm以下。
以下，基于实施例进一步说明本发明。
实施例
将表1示出的外皮组成的钢液在真空加热炉中熔炼，制得钢块(100kg)。对所得到的钢块进行热轧，然后通过冷轧制成板厚：0.8mm、宽度：16mm的冷轧带钢。以这些冷轧带钢为钢制外皮素材，沿宽度方向实施冷弯加工，在形成为管形状后进行缝焊接，制得钢制外皮(外径：3.0mmφ)。需要说明的是，通过缝焊接得到的钢制外皮在表2的钢制外皮形状栏中记为“W(焊接管)”。
另外，在上述钢块的一部分进行加热并通过热轧形成为规定形状的圆钢片后，对该圆铸片进行加热，通过穿孔轧制制成中空素材(无缝钢管)，制得钢制外皮(外径：3.0mmφ)。需要说明的是，由无缝管形成的钢制外皮在表2的钢制外皮形状栏中记为“S(无缝管)”。
所得到的钢制外皮以成为表2示出的含有率的焊接用钢丝组成的方式配合填充材料并进行冷拉丝加工，制得焊接用钢丝(直径：1.2mmφ)。
[表1]
Figure BDA0003520382910000181
＊)混合稀土金属
＊＊)Fe：Fe及不可避免的杂质
[表2]
Figure BDA0003520382910000191
使用所得到的焊接用钢丝实施焊接试验，实施溅射发生量的调查、焊道形状的调查。试验方法如下。
(1)溅射发生量的调查
使用表2示出的组成(焊接用钢丝组成)的焊接用钢丝，在表3-1及表3-2示出的焊接条件下对板厚12mm的钢板进行1min(1分钟)的堆焊(bead on weld)。此时，分别选择二氧化碳气体电弧焊及MAG焊接的焊接电流为240～380A、焊接电压为28～38V及焊接速度为30～80cm/min(cm/分钟)范围内的数值。以预先配置在焊接夹具周边的Cu制捕集夹具捕集所产生的溅射中的直径为0.1mm以上的溅射。将每100g熔敷量所捕集到的溅射为0.8g以下的情况设为“良”并标注符号◎、将每100g熔敷量超过0.8g且为1.5g以下的情况设为“合格”并标注符号○、将每100g熔敷量超过1.5g设为“不合格”并标注符号△来进行评价。
(2)焊道形状的调查
将板厚25mm的钢板以图2所示的方式对接，使用表2示出的组成的焊接用钢丝在表4-1及表4-2示出的焊接条件下进行多层焊接(焊接长度：250mm)。此时，分别选择MIG焊接的焊接电流为100～280A、焊接电压为16～24V及焊接速度为30～80cm/min(cm/分钟)范围内的数值。使用光学摄像头在焊道全长范围内从焊道表面观察焊道形状，求出焊道宽度的最大值与最小值。根据所得到的值计算焊道宽度的最大值与最小值的差，作为该焊接用钢丝的焊道形状指标。将焊道宽度的最大值与最小值的差为1.0mm以下的情况设为“良”并标注符号◎、将超过1.0mm且为2.0mm以下设为“合格”并标注符号○、将超过2.0mm设为“不合格”并标注符号△来进行评价。
将所得到的结果于表5。
[表3-1]
二氧化碳气体电弧焊 MAG焊接
保护气体 100体积％CO<sub>2</sub> 80体积％Ar+20体积％CO<sub>2</sub>
保护气体流量(L/min) 20 20
焊接电源 逆变器电源 逆变器电源
极性 正极性 正极性
[表3-2]
焊接用钢丝No.A～G 二氧化碳气体电弧焊 MAG焊接
焊接电流(A) 240 240
焊接电压(V) 30 28
焊接速度(cm/min) 30 40
焊接用钢丝No.H～K 二氧化碳气体电弧焊 MAG焊接
焊接电流(A) 300 300
焊接电压(V) 34 28
焊接速度(cm/min) 60 50
焊接用钢丝No.L～R 二氧化碳气体电弧焊 MAG焊接
焊接电流(A) 380 380
焊接电压(V) 38 28
焊接速度(cm/min) 80 60
[表4-1]
MIG焊接
保护气体 100体积％Ar
保护气体流量(L/min) 20
焊接电源 逆变器电源
极性 反极性
[表4-2]
焊接用钢丝No.A～G MIG焊接
焊接电流(A) 200
焊接电压(V) 16
焊接速度(cm/min) 60
焊接用钢丝No.H～K MIG焊接
焊接电流(A) 100
焊接电压(V) 20
焊接速度(cm/min) 30
焊接用钢丝No.L～R MIG焊接
焊接电流(A) 280
焊接电压(V) 24
焊接速度(cm/min) 80
[表5]
Figure BDA0003520382910000231
本发明例即使进行正极性的二氧化碳气体电弧焊及MAG焊接，也均电弧稳定、且溅射发生量少，每100g熔敷量为1.5g以下。另外，即使以MIG焊接进行搭接角焊，焊道宽度的变化也很小，为2.0mm以下。
附图标记说明
1 焊接用钢丝
2 钢制外皮
3 填充材料
4 钢板
5 焊枪
6 焊道

Claims (7)

1.气体保护电弧焊用钢丝，其为由钢制外皮和内包于该钢制外皮中的填充材料形成的气体保护电弧焊用钢丝，
所述钢制外皮是外皮组成为以相对于该钢制外皮总质量而言的质量％计包含0.005～0.20％的REM的钢制外皮，
所述气体保护电弧焊用钢丝具有下述组成，该组成以相对于所述钢制外皮的总质量和所述填充材料的总质量的合计质量而言的质量％计包含
C：0.01～0.30％、
Si：0.10～5.00％、
Mn：0.50～5.0％、
P：0.050％以下、
S：0.050％以下、
REM：0.004～0.18％、
Cr：3.0％以下、
Ni：3.0％以下、
Mo：0.02～1.5％、
Cu：3.0％以下、
B：0.0001～0.005％、
Ti：0.02～0.40％、
Al：0.001～0.20％、
Ca：0.0008％以下，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的气体保护电弧焊用钢丝，其中，所述钢制外皮的所述外皮组成以相对于该钢制外皮总质量而言的质量％计进一步包含C：0.15％以下、Mn：0.60％以下、P：0.100％以下、S：0.050％以下、Si：3.0％以下。
3.根据权利要求1或2所述的气体保护电弧焊用钢丝，其中，所述钢制外皮为焊接管或无缝管。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的气体保护电弧焊用钢丝，其中，所述填充材料的总质量相对于所述气体保护电弧焊用钢丝的总质量而言为20％以下。
5.气体保护电弧焊方法，其中，使用权利要求1～4中任一项所述的气体保护电弧焊用钢丝以正极性进行气体保护电弧焊。
6.气体保护电弧焊方法，其中，使用权利要求1～4中任一项所述的气体保护电弧焊用钢丝以反极性的MIG焊接进行气体保护电弧焊。
7.气体保护电弧焊接头的制造方法，其使用了权利要求5或6所述的气体保护电弧焊方法。
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