JP2014184481A - ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを、ワイヤ全質量あたり、Ti:1.0〜4.0質量%、Si:0.5〜2.5質量%、Zr:0.1〜0.6質量%、Mn:2.0〜3.0質量%、C:0.02〜0.10質量%、S:0.005〜0.030質量%、Bi:0.005〜0.040質量%、Na:0.01〜0.20質量%、K:0.01〜0.20質量%、F:0.01〜0.20質量%、Al:0.05〜0.50質量%、Mg:0.05〜0.50質量%を含有すると共に、数式(I)〜(III)を満たす組成にする。
【選択図】なし
Description
また、本発明のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、例えば軟鋼、高張力鋼又は低合金鋼の水平すみ肉溶接に用いられる。
Tiは、金属又は合金の形態、及び酸化物や金属間化合物などの化合物の形態で添加される。また、本実施形態のフラックス入りワイヤにおけるTi源の具体例としては、金属Ti、Fe−Ti、TiO2、FeTiO3、BaTiO3などが挙げられる。
Siも、金属、合金又は各種化合物の形態で添加され、本実施形態のフラックス入りワイヤにおけるSi源の具体例としては、鋼製外皮に含有されるSi、フラックスに含有されるFe−Si、Fe−Si−Mn、Fe−Si−Mg、REM−Ca−Si、Fe−Si−B、SiO2、ZrSiO3、K2SiF6及びMgSiO3などが挙げられる。
Zrも、金属、合金又は化合物の形態で添加され、本実施形態のフラックス入りワイヤにおけるZr源の具体例としては、金属Zr、Fe−Zr及びZrO2などが挙げられる。金属又は合金の形態で添加されたZrは、脱酸作用によりZrO2を生成する。そして、ZrO2などのZr酸化物は、水平すみ肉溶接において、ビードのなじみ性を向上させる効果がある。
Mnは、溶接金属の脱酸を促進すると共に、溶接金属の靭性及び強度を高める効果も有している。しかし、Mn含有量が2.0質量%未満であると、その効果が不十分となり、溶接金属の強度及び靭性が劣化する。また、Mn含有量が3.0質量%を超えると、強度が必要以上に高くなり、靭性が劣化する。よって、Mn含有量は2.0〜3.0質量%とする。Mn含有量は、溶接金属の強度及び靭性向上の観点から、2.2質量%以上であることが好ましく、また、溶接金属の強度と靭性のバランスの観点から、2.8質量%以下であることが好ましい。
Cは、溶接金属の強度を向上させる効果を有する。しかし、C含有量が0.02質量%未満の場合、その効果が十分に得られず、溶接金属の強度が不足すると共に、靭性も劣化する。一方、C含有量が0.10質量%を超えると、アークが集中しすぎてアンダカットが発生しやすくなる。よって、C含有量は0.02〜0.10質量%とする。C含有量は、溶接金属の強度及び靭性向上の観点から、0.03質量%以上であることが好ましく、また、アンダカットの抑制の観点から、0.08質量%以下であることが好ましい。
Sは、溶接金属の靭性を低下させるため、従来は、その含有量を低減する規制元素として扱われていた。一方、本発明者は、Sが、溶融池の粘性及び表面張力の調整に非常に効果的な元素であることを発見した。そこで、本実施形態のフラックス入りワイヤでは、Sを、溶融池の粘性を下げて、溶接時に発生したガスの放出を促進すると共に、ビード止端部のなじみをよくするために、積極的に添加する。
Biも、金属、合金又は化合物の形態で添加され、本実施形態のフラックス入りワイヤにおけるBi源の具体例としては、金属Bi及びBi2O3などが挙げられる。Bi及びBi化合物は、スラグ剥離性を向上させる効果に加えて、溶融池の粘度調整にも効果的な元素である。更に、B及びBi化合物には、前述したSと同様に、溶接時に発生したガスの放出を促進する効果もある。
本実施形態のフラックス入りワイヤにおけるNa化合物の具体例としては、NaF、Na2O及びNa2CO3などが挙げられる。Naには、アークを安定させる効果がある。また、Naは、溶融スラグの粘性と融点を下げる効果もあり、溶接時に発生したガスを、溶融スラグを通過させて、大気に放出するために有効な元素である。
本実施形態のフラックス入りワイヤにおけるK化合物の具体例としては、K2O、KF及びK2SiF6などが挙げられる。Kも、Naと同様に、アークを安定させる効果と溶融スラグの粘性と融点を下げる効果がある。
本実施形態のフラックス入りワイヤにおけるF化合物の具体例としては、CaF2、BaF2、NaF、K2SiF6、SrF2、AlF3,MgF2及びLiFなどが挙げられる。Fは、NaやKと同様に、溶融スラグの粘性を下げる効果がある。また、Fには、溶接時にHと結合してHFを形成し、溶融金属中の水分を低減させる効果もあり、耐気孔性の向上に非常に有効な成分である。
Alは、金属又は合金の形態、及び酸化物や金属間化合物などの化合物の形態で添加される。本実施形態のフラックス入りワイヤにおけるAl源の具体例としては、鋼製外皮に含有される金属Al、フラックスに含有される金属Al、Fe−Al、Al−Mg、Al2O3及びAlF3などが挙げられる。
Mgも、金属、合金又は化合物の形態で添加され、本実施形態のフラックス入りワイヤにおけるMg源の具体例としては、金属Mg、Al−Mg、Fe−Si−Mg、Ni−Mg、MgO、MgCO3、MgSiO3及びMgF2などが挙げられる。Mgは、金属又は合金の形態で、強力な脱酸剤として添加されることが多く、脱酸作用によりMgOを生成する。そして、MgOなどのMg酸化物は、スラグの凝固点を上昇させる効果がある。
前述したように、Na、K及びFには、溶融スラグの粘性を下げ、耐気孔性を向上させる効果がある。一方、Na及びKは、過度に添加すると、耐吸湿性を劣化させる懸念もある。これに対して、Fは、溶融金属中の水分を低減させる効果があり、耐気孔性の向上に非常に有効な成分である。
前述したように、Na及びKには、アークを安定させる効果があるが、それぞれ作用が異なり、Naはアークを集中させて安定化し、Kはアークを広げて安定化させる。本発明者は、このアーク特性に着目して鋭意検討した結果、Na化合物含有量(Na換算値)と、K化合物含有量(K換算値)の比(=[Na]/[K])を特定することにより、よりアーク特性を良好にして、ビード形状及びスラグ剥離性を向上できることを見出した。
前述したように、Si、Bi及びSは、溶融池の粘性調整に有効な元素であるが、その作用が異なり、Siは溶融池の粘性を高め、Bi及びSは溶融池の粘性を下げる。本発明者が鋭意検討した結果、目的の特性を確保するためには、Si、Bi及びSのバランスが重要であることを見出した。
本実施形態のフラックス入りワイヤは、必要に応じて、前述した各成分に加えて、B(金属又は合金)及び/又はB化合物を添加することができる。B及びB化合物は、その多くがB2O3となりスラグ形成剤として作用するが、一部は溶接金属中に留まり、溶接金属の靭性を向上させる。しかし、B及びB化合物の総含有量が0.0090質量%を超えると、溶接金属の強度が高くなり、靭性が劣化する。そこで、B及びB化合物を添加する場合は、B換算値で、0.0090質量%以下とすることが好ましい。
本実施形態のフラックス入りワイヤの成分組成における残部は、Fe、並びにNi、Mo、Cu、Cr、Ca、Nb、V、Liなどの合金剤及びその化合物、P、Sb、Asなどの不可避的不純物である。なお、前述した各元素が酸化物や窒化物として添加された場合は、本実施形態のフラックス入りワイヤの残部には、OやNも含まれる。
本実施形態のフラックス入りワイヤを製造する際は、先ず、鋼製外皮内にフラックスを充填する。その際、外皮には、伸線加工性が良好な軟鋼や低合金鋼を使用することが好ましい。また、フラックスの組成及び充填率は、ワイヤ全体の組成が前述した範囲になるよう外皮の組成や厚さなどに応じて適宜調整することができる。なお、ワイヤの伸線性及び溶接時の作業性(送給性など)の観点からは、フラックスの充填率は、ワイヤ全質量の10〜20質量%とすることが好ましい。
耐気孔性の評価は、試験板として2枚の板状母材を使用し、一方の板材上に他方の板材を立て、実施例及び比較例の各フラックス入りワイヤを使用して、すみ肉部を水平すみ肉溶接することにより行った。その際、溶接条件は、溶接電流値を300〜310A(DC−EP)、溶接速度を70mm/分、トーチ角度を45°、前後退角を0°とし、目標脚長は5mmとした。そして、2組の試験板について、同じ条件で、それぞれ試験板600mm長を溶接した。
ビード形状・外観の評価は、前述した耐気孔性評価において水平すみ肉溶接した溶接部を観察し、溶接止端部のなじみ及び凸形状度合いについて視覚的に評価した。その際、溶接止端部のなじみがよいもの及び凸形状度合いが小さいものから、きわめて良好(◎+)、非常に良好(◎)、良好(○)、不良(×)と4段階で判定した。また、アンダカットについては、0.2mm以下のものをきわめて良好(◎+)とし、0.2mmを超え0.3mm以下のものを非常に良好(◎)、0.3mmを超え0.4mm以下のものを良好(○)と判定し、0.4mmを超えるものを不良(×)とし、両判定で低い方を最終判定結果とした。
溶接部の機械的性質については、実施例及び比較例の各フラックス入りワイヤを使用して6層12パス下向き溶接した溶接部において、JIS Z 3111に規定されている衝撃試験を行い、その結果により評価した。その際、溶接電流値を290〜320A(DC−EP)、パス間温度を150±10℃とした。その結果、雰囲気温度0℃における衝撃値が70J以上であったものを非常に良好(◎)、47J以上70J未満であったものを良好(○)、47J未満を不良(×)とした。
Claims (3)
- 鋼製外皮内にフラックスが充填されたガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤであって、
ワイヤ全質量あたり、
Ti及びTi化合物(Ti換算値):1.0〜4.0質量%、
Si及びSi化合物(Si換算値):0.5〜2.5質量%、
Zr及びZr化合物(Zr換算値):0.1〜0.6質量%、
Mn:2.0〜3.0質量%、
C:0.02〜0.10質量%、
S:0.005〜0.030質量%、
Bi及びBi化合物(Bi換算値):0.005〜0.040質量%、
Na化合物(Na換算値):0.01〜0.20質量%、
K化合物(K換算値):0.01〜0.20質量%、
F化合物(F換算値):0.01〜0.20質量%、
Al及びAl化合物(Al換算値):0.05〜0.50質量%、
Mg及びMg化合物(Mg換算値):0.05〜0.50質量%、
を含有すると共に、
Na化合物含有量(Na換算値)を[Na]、K化合物含有量(K換算値)を[K]、F化合物含有量(F換算値)を[F]、Si及びSi化合物の総含有量(Si換算値)を[Si]、Bi及びBi化合物の総含有量(Bi換算値)を[Bi]、S含有量を[S]としたとき、下記数式(I)〜(III)を満たし、
すみ肉溶接に用いられるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
- ワイヤ全質量あたり、B及びB化合物(B換算値):0.0090質量%以下を含有することを特徴とする請求項1に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
- 軟鋼、高張力鋼又は低合金鋼の水平すみ肉溶接に用いられることを特徴とする請求項1又は2に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
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