JP2007526126A - 高降伏強度母材用フィラー組成物 - Google Patents
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Abstract
Coの量は、生じる溶接部にフェライト−ベイナイト溶接金属組織形態を生成するのに十分である。生じる溶接部の降伏強度は、約655.0MPa(95ksi)から約765.3MPa(111ksi)であった。
Description
この鞘とフラックスコア(fluxed-core)およびシールドガスの化学組成で生じる溶接部の組成と特性が決まる。この消耗電極は、アーク中で溶融し、流れとなってアークを横切り、溶着充填(filler)金属となる。管状のワイヤ電極中のフラックス或いは、外部から供給されたシールドガスのいずれかによりアークのシールドがなされる。
速度が可変のワイヤ送り込みシステムが使用される場合は、ワイヤの送り込み速度を変化させることによって所望のアーク長さを維持するために、電圧検出回路が設けられている。ワイヤ送り込みシステムは、通常、多数の駆動ロールを有するギアボックスに連結された電気回転子を備えている。
二つの金属部材を接合する溶接金属にいかなる割れがあっても好ましくないパイプラインや油井リグの支持構造のような構造溶接において、冷間及び熱間割れの問題は特に注目される。被覆金属(stick-metal)アーク溶接法(SMAW)で用いられる被覆電極(stick electrode)は、構造用鋼において良好な機械的特性を備えているが、SMAW法は、FCAW法(フラックスコアの昇熱及び溶解がより速く、加工物上へのフィラー金属の移行、溶着がより速い)よりも大変遅く、従って生産性が低い。このような理由で、高い溶着速度が好ましい場合は、FCAW法が鋼のような鉄金属の溶接に頻繁に用いられる。
フラックスコア(fluxed core)に存在する水の分子は、溶接アーク中で水素と酸素に分離する。分離した水素と酸素のいくらかの量は、溶接処理の間に、溶融した溶接プール中に拡散する。金属が冷却するにつれて、内部に捉えられた水素は拡散し、金属内部の欠陥上に濃縮する。構造的な欠陥上の水素濃度及び溶接処理に起因する残留応力が十分高ければ、溶接金属中に割れを生ずる。
マルテンサイト組織は冷却時の割れの危険が高いため、比較的高い冷却速度に起因する硬いマルテンサイト状の熱影響部の形成は好ましくない。
そのような合金用元素は、C、Mn、Cr及びNiである。例えば、“高強度溶接金属の組織と特性に及ぼすコバルトの影響”(“Effects of Cobalt On The Structure and Properties of High Strength Weld Metal”)Avt. Svarka 1984, No.7, pp.45-48には、シールドガスのないサブマージドアーク溶接法(SAW)が記載されている。高強度の母材の溶接が、フラックス入り溶接ワイヤ(fluxed core welding wire)或いは、中実ワイヤとワイヤの中に含まれずに外部から供給されるフラックス材(flux material)を利用するサブマージドアーク溶接により行われている。
フラックス材は、溶接時に溶融し、溶融した溶接金属のプール上にスラグを形成して溶接金属を雰囲気からシールドする。この記載されたSAW法は、平坦で水平な溶接姿勢に限定されている。
このフラックスコアは、生成された溶接金属において針状のフェライト+ベイナイトの細粒組織形態を生じる組成であることを特徴とする。本発明のワイヤのフラックスコアの詳細な化学的及び元素的な組成は、図3の表1に示されている。
Mnは、溶接プールからSの除去もする(Sは、溶接金属の粒界上に望ましくない低融点の介在物を形成する)。
溶接金属中の粒径がより小さく、粒の数がより多いほど、多数のより小さな粒径の結晶粒が溶接部の内部での転位の形成と移動並びに割れの集中と成長を妨げるため、靱性が増加する。
フラックス用混合物(fluxing mix.)の合計質量は、全ての配合(17−019〜17−024)において、約2.27Kg(5ポンド)である。
フラックスコア組成物の成分はしばしば粉末にされ、内部に閉じ込めたワイヤがワイヤ径を最終の所望のサイズに縮小するために絞りダイを通り抜けて送り込まれる際に、押し固められる。
電極14は、鞘と、表1及び表2に示したパーセントでフラックス用混合物と合金用元素を含むフラックスコア組成物を有するコア、とを有する。
アークは、本発明のワイヤ電極と加工物(図2の鋼板11及び13)との間に形成される。シールドガスは、図2に示したように、外部源17から溶接工程に供給される。
溶接装置にワイヤを送り込む手段は、装置の内部にあっても、又は外部に置くことも考えられる。
溶接装置は直流電源につながれ、電極と溶接部が形成さるべき加工物との間にアークが形成される。溶接工程へのシールドガスの供給は、外部のガス供給源から溶接装置のガスノズルにガスを送り込んでなされる。
シールドガスの混合物は、75%Ar/25%CO2或いは、90%Ar/10%CO2或いは、95%Ar/5%CO2の割合で混合されたArとCO2の混合物であることが好ましい。アークを安定させるために、95%Ar/5%以下のO2と同様に、100%CO2もシールドガスとして使用できる。
そのような組織形態は、図3aに表示されたフラックス入りワイヤでは、代表的である。引張板は、1インチ(2.5cm)厚さのHY−100級の鋼を用いて溶接した。板を接合するのに22溶接パスを使用した。溶接部を形成するのに用いた条件は、表4のとおりである。
Claims (20)
- フラックスコアを内部に閉じ込める鋼鞘、およびフラックス用混合物と合金用元素とを組み合わせて含むフラックスコアを有する溶接ワイヤであって、前記フラックス用混合物は2質量%以下のフッ化物化合物と49%以下の酸化物化合物を含み、前記合金用元素は、Mn、Ni、Co、Tiおよび約0.98質量%の炭素を含み、Co量は溶接部にフェライト-ベイナイト溶接金属組織形態を生成するに十分な量であることを特徴とする溶接ワイヤ。
- フェライト−ベイナイト溶接組織形態が、フラックス入りアーク溶接法により生成されることを特徴とする請求項1に記載の溶接ワイヤ。
- 前記溶接部の降伏強度が、約655.0MPa〜約765.3MPaであることを特徴とする請求項1に記載の溶接ワイヤ。
- 前記フラックスコアの充填率が約16.5%であることを特徴とする請求項1に記載の溶接ワイヤ。
- 前記鋼鞘が、C:0.2%以下およびMo:0.5%以下を含有することを特徴とする請求項1に記載の溶接ワイヤ。
- フラックス入り溶接法用の溶接装置であって、
(a)溶接銃に電極を送り込む手段を有する溶接銃と、
(b)フラックスコアを内部に閉じ込めている鞘を有する電極と、
(c)この電極に電流を供給する電源と、
(d)この溶接装置にシールドガスを供給するガス源を備え、
上記フラックスコアは、2質量%以下のフッ化物化合物、49質量%以下の酸化物化合物、および、Mn、Ni、Co、Tiおよび約0.98質量%の炭素、但し、Co量は溶接部にフェライト-ベイナイト溶接金属組織を生成するに十分な量である、を含んでいる、ことを特徴とする溶接装置。 - 前記シールドガスは、ArとCO2の混合物または、ArとO2の混合物または、純CO2または、純Arであることを特徴とする請求項8に記載の溶接装置。
- 前記溶接部の降伏強度が、約655.0MPa〜約765.3MPaであることを特徴とする請求項8に記載の溶接装置。
- フラックス入り溶接方法であって、
(a)溶接装置に電極を送り込む手段と溶接装置にシールドガスを供給する手段とを溶接装置に、備えること、
(b)溶接装置を電源につないで電極と母材との間にアークを形成すること、
(c)溶接装置に電極を送り込むこと、および、
(d)電極とアークをシールドするために溶接装置にシールドガスを供給すること、を含み、
上記電極は、2質量%以下のフッ化物化合物、49質量%以下の酸化物化合物、Mn、Ni、Co、Tiおよび約0.98質量%の炭素、但し、Co量は溶接部にフェライト-ベイナイトの溶接金属組織形態を生成するに十分な量である、を含むフラックスコアを内部に閉じ込めている鞘を有している、ことを特徴とする溶接方法。 - 前記母材が、HY−100又はHY−80鋼から作られていることを特徴とする請求項12に記載の溶接方法。
- 前記溶接部の降伏強度が、約655.0MPa〜約765.3MPaであることを特徴とする請求項12に記載の溶接方法。
- 前記鋼鞘が、C:0.2%以下およびMo:0.5%以下を含有することを特徴とする請求項12に記載の溶接方法。
- 前記シールドガスの供給は、ArとCO2の混合物または、ArとO2の混合物または、純CO2または、純Arの供給であることを特徴とする請求項12に記載の溶接方法。
- フラックス入りワイヤの製造方法であって、
(a)金属鞘を充填可能な形状に成形すること、
(b)この鞘に、フラックスコアを形成するためのフラックス用混合物と合金用元素との組成物を充填すること、を有し、
上記フラックス用混合物は2質量%以下のフッ化物化合物と49質量%以下の酸化物化合物、および、Mn、Ni、Co、Tiおよび約0.98質量%の炭素、但し、Co量は溶接部にフェライト-ベイナイト溶接金属組織を生成するに十分な量である、を有する合金用元素を含んでいる、ことを特徴とするワイヤの製造方法。 - 前記鋼鞘が、C:0.2%以下およびMo:0.5%以下を含有することを特徴とする請求項19に記載の製造方法。
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