JP2009190042A - 2電極すみ肉ガスシールドアーク溶接方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】先行電極と後行電極の電極間距離を10〜40mmとし、後行電極のトーチ角度が下板に対して0〜60°で溶接進行方向に対して1〜25°の前進角にして、ワイヤ全質量に対する質量%でフラックスに、Ti酸化物:TiO2換算値で1.5〜2.8%、Si酸化物:SiO2換算値で0.4〜1.2%、Zr酸化物:ZrO2換算値で0.1〜0.5%、Si:0.6〜1.2%、Mn:2.0〜3.0%、Al:0.3〜1.0%、但し、Ti酸化物のTiO2換算値/Al≧2.0、弗素化合物:F換算値で0.01〜0.07%、NaおよびK:Na2O換算値およびK2O換算値の合計で0.10〜0.025%を含有するフラックス入りワイヤを先行電極および後行電極に用いて溶接する。
【選択図】 図2
Description
Ti酸化物:TiO2換算値で1.5〜2.8%、
Si酸化物:SiO2換算値で0.4〜1.2%、
Zr酸化物:ZrO2換算値で0.1〜0.5%、
Si:0.6〜1.2%、
Mn:2.0〜3.0%、
Al:0.3〜1.0%、
但し、Ti酸化物のTiO2換算値/Al≧2.0、
弗素化合物:F換算値で0.01〜0.07%、
NaおよびK:Na2O換算値およびK2O換算値の合計で0.10〜0.025%を含有し、その他は鋼製外皮のFe分、フラックスの鉄粉、鉄合金からのFe分および不可避不純物からなるフラックス入りワイヤを先行電極および後行電極に用いて溶接することを特徴とする。
安定した湯溜りを形成する2電極すみ肉ガスシールドアーク溶接を行うためには、先行電極と後行電極の電極間距離(アーク発生点の間隔)が適正である必要がある。先行電極と後行電極の電極間距離が10mm未満であると安定した湯溜りが形成されずスラグ被包性、スラグ剥離性、ビード形状およびビード外観が不良になるとともに、アークの相互干渉によりスパッタ発生量が多くなる。一方、40mmを超えると先行電極による溶融金属が凝固した上に後行電極のアークが発生し、いわゆる2プールとなり湯溜りが形成されずにビード形状およびビード外観が不良になる。したがって、先行電極と後行電極の電極間距離は10〜40mmとする。
水平すみ肉溶接をするにあたり、図1に示す後行電極の下板に対するトーチ角度θ3が40°未満であるとスパッタ発生量が増加し、下板側ビード止端にアンダーカットが生じ下板側の脚長が小さくなって不等脚ビードとなる。一方、60°を超えると同じくスパッタ発生量が増加し、立板側のビード止端にアンダーカットが生じ立板側の脚長が小さくなる不等脚ビードとなる。したがって、後行電極の下板に対するトーチ角度θ3は40°〜60°の範囲とする。
ルチール、チタンスラグなどのTi酸化物は、溶融スラグの粘性を高めスラグ被包性を向上させる作用を有する。しかし、Ti酸化物のTiO2換算値の合計が1.5質量%(以下、%という。)未満では、スラグ量の不足とともに溶融スラグの粘性が不足してスラグ被包性が不十分となり、スラグ剥離性、ビード形状およびビード外観が不良となる。また、アークを安定させる効果がなくなりスパッタ発生量も増加する。一方、TiO2換算値が2.8%を超えると、アークは安定してスパッタ発生量は減少するが、溶融スラグの粘性および生成量とも過剰で耐気孔性が不良となり、ビード止端部がオーバラップとなる。したがって、Ti酸化物のTiO2換算値は1.5〜2.8%とする。
珪砂やジルコンサンドなどのSi酸化物は、溶融スラグの粘性を高めスラグ被包性を向上させる作用を有する。しかし、Si酸化物のSiO2換算値が0.4%未満では、溶融スラグの粘性が不足してスラグ被包性が不十分となり、スラグ剥離性、ビード形状およびビード外観が不良となる。一方、SiO2換算値が1.2%を超えると、溶融スラグの粘性および生成量が過剰になり、耐気孔性が不良で衝撃靱性が低下する。したがって、Si酸化物のSiO2換算値は0.4〜1.2%とする。
ジルコンサンド、酸化ジルコンなどのZr酸化物は、溶融スラグの粘性および凝固温度を調整し、スラグ被包性を高める作用を有する。しかし、Zr酸化物のZrO2換算値が0.1%未満では、ビード表面の凹凸が大きくなるとともに下脚側が大きい著しく不等脚のビード形状となる。一方、ZrO2換算値が0.5%を超えると、スラグ被包むらが生じてスラグ剥離性およびビード外観が不良で、ビード形状は丸く凸状になる。したがって、Zr酸化物のZrO2換算値は0.1〜0.5%とする。
Siは、鋼製外皮、金属Si、Fe−SiおよびFe−Si−Mn等より添加され、脱酸剤として作用して溶接金属の強度および靭性を確保するために添加する。Siが鋼製外皮およびフラックスの合計で0.6%未満であると脱酸不足となり溶接部にピット等の溶接欠陥が発生するとともにスラグ被包性が不十分でビード形状が不良となる。一方、Siが1.2%を超えると強度が高くなり衝撃靱性が低下する。したがって、Siは0.6〜1.2%とする。
MnもSiと同様に強度、衝撃靱性を確保する成分であるが、脱酸生成物のMnOはTiO2およびSiO2による溶融スラグの過度の粘性を調整し、溶融プールを適度に後退させるように作用して耐気孔性を向上させる。しかし、Mnが鋼製外皮およびフラックスの合計で2.0%未満では、Mnの歩留まりが低く衝撃靱性が低下するとともに、MnOの生成量が不足して溶融プールの後退が小さくなり耐気孔性が劣化する。一方、Mnが3.0%を超えると強度が高くなり衝撃靭性の低下とともに、MnOの過剰生成によりスラグ被包性が悪くビード形状が不良となる。したがって、Mnは2.0〜3.0%とする。
Alは、鋼製外皮、金属Al、Fe−AlおよびAl−Mg等から添加され脱酸剤として作用するとともに、SiおよびMnの溶接金属中への歩留まりを上げて強度および靭性を調整する効果を有する。また、スラグ中にAl酸化物として放出され、スラグ被包を整える役割を果たす。溶接金属の粘性については上げる作用を有しビード形状を整える効果がある。Alが0.3%未満であると脱酸剤としての効果が少なく耐気孔性が劣化する。また、スラグ中のAl酸化物の量が少なくスラグ被包を整える効果が無くなり、特に水平すみ肉溶接時のビード上部のスラグが均一に被包しなくなってスラグ焼付きが生じる。さらに溶接金属の粘性が低下するためにビードが垂れて下脚側が膨らんだビード形状となる。一方、1.0%を超えると溶融プールが小さくなりプライマ燃焼ガスが放出されにくくなり耐気孔性が劣化する。また、強度が高くなりすぎて靭性が低下する。したがって、Alは0.3〜1.0%とする。
Ti酸化物のTiO2換算値/Alが2.0未満になると、生成するAl酸化物が増えて生成スラグの凝固が早くなり溶融プールが小さくなることにより、プライマ燃焼ガスの放出がされにくく耐気孔性が劣化する。
弗化ソーダや珪弗化カリなどの弗素化合物のF換算値は、シールド性に寄与するとともに、溶融スラグの粘性を調整して耐気孔性を向上させる作用を有する。しかし、弗素化合物のF換算値が0.01%未満では、アークの集中性が弱くなり安定したアーク状態を得ることができないとともに耐気孔性が劣化する。一方、F換算値が0.07%を超えると、アークが強くなりスパッタ発生量が多くなる。したがって、弗素化合物のF換算値は0.01〜0.07%とする。
珪酸ソーダや珪酸カリなどの水ガラス、氷晶石、カリ長石などからのNaおよびKは、アークを安定にして、安定した溶接状況をもたらす。しかし、NaおよびKのNa2O換算値およびK2O換算値の合計が0.10%未満では、アークが不安定となり、スパッタ発生量の増加、スラグ被包状態が乱れてスラグ剥離性、ビード形状およびビード外観が不良となる。一方、Na2O換算値およびK2O換算値の合計が0.25%を超えると、溶融スラグの粘性が低下しすぎてスラグ被包状態が悪くなり、スラグ剥離性およびビード形状が不良となる。したがって、NaおよびKのNa2O換算値およびK2O換算値の合計は0.10〜0.25%とする。
Mgは、金属MgおよびAl−Mg等から添加され、脱酸剤として作用する。しかし、本発明のようにスラグ量が少ない場合には、Mgを添加しすぎるとスラグの粘性が過剰となりスラグが均一に被包しなくなる。そのため、Mgが0.2%を超えると水平すみ肉溶接時のビード上部のスラグが均一に被包しなくなり、スラグ剥離性およびビード形状が悪くなる。
溶接構造物に要求される溶接金属の強度、衝撃靱性を得るために、適当量のCを鋼製外皮およびフラックスから必要であるが、鋼製外皮のCが0.03%を超えるとアークが強くなり、スパッタ量が増加する。
各試作ワイヤについて、溶接状況(アーク安定性、2電極間の湯溜りの安定性)、スラグ被包性、スラグ剥離性、ビード形状、ビード外観、耐気孔性(ビード表面のピット、ガス溝)および目視によるスパッタ発生量を評価した。
2 立板
3 プライマ
4 ビード上脚側のアンダーカット
5 ビード下脚側の膨らみ
6 先行電極
7 後行電極
8 湯溜り
9 溶融プール
10 溶融スラグ
11 溶接ビード
12 凝固スラグ
13 電極
14トーチ
d 電極間距離
θ1 先行電極角度
θ2 後行電極角度
θ3 トーチ角度
Claims (3)
- 2電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法において、先行電極と後行電極の電極間距離を10〜40mmとし、後行電極のトーチ角度が下板に対して40〜60°で溶接進行方向に対して1〜25°の前進角にして、ワイヤ全質量に対する質量%で、
Ti酸化物:TiO2換算値で1.5〜2.8%、
Si酸化物:SiO2換算値で0.4〜1.2%、
Zr酸化物:ZrO2換算値で0.1〜0.5%、
Si:0.6〜1.2%、
Mn:2.0〜3.0%、
Al:0.3〜1.0%、
但し、Ti酸化物のTiO2換算値/Al≧2.0、
弗素化合物:F換算値で0.01〜0.07%、
NaおよびK:Na2O換算値およびK2O換算値の合計で0.10〜0.25%を含有し、その他は鋼製外皮のFe分、フラックスの鉄粉、鉄合金からのFe分および不可避不純物からなるフラックス入りワイヤを先行電極および後行電極に用いて溶接することを特徴とする2電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法。 - フラックス入りワイヤのMgが0.2%以下であることを特徴とする請求項1に記載の2電極すみ肉ガスシールドアーク溶接方法。
- フラックス入りワイヤを構成する鋼製外皮のCが0.03%以下であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の2電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法。
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