JP2500008B2

JP2500008B2 - ステンレス鋼継手部のガスシ―ルドア―ク溶接方法

Info

Publication number: JP2500008B2
Application number: JP2410352A
Authority: JP
Inventors: 裕西川; 小川恒司; 上月映野; 賢山下
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1990-12-13
Filing date: 1990-12-13
Publication date: 1996-05-29
Anticipated expiration: 2011-05-29
Also published as: JPH04210891A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ステンレス鋼の薄板等
のガスシールドアーク溶接方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車排気系用部材には、エンジ
ンの高出力化や燃費向上のため、耐食性、高温強度に優
れた薄板ステンレス鋼がパイプ状、プレート状に加工さ
れ、数多く適用されている。これらの溶接方法として、
ソリッドワイヤやフラックス入りワイヤを用いたガスシ
ールドアーク溶接方法が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のソリッ
ドワイヤ及びフラックス入りワイヤを用いたガスシール
ドアーク溶接方法は、多くの欠点を有している。すなわ
ち、薄板ステンレス鋼の加工時に付着する機械油や、加
工や据え付けの精度不良により生じる継手の隙間によっ
て、割れや溶落ちなどの溶接欠陥がしばしば発生してい
る。これら溶接欠陥の発生原因を完全に取り除くことは
極めて困難であり、溶接材料を含め、施工面からの解決
方法が望まれている。

【０００４】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、隣り合う母材間に最大５ｍｍの隙間を有す
る複数のステンレス鋼薄板等から構成される継手部の溶
接において、裏当材を使用しないで、健全な溶接部を得
ることができるガスシールドアーク溶接方法を提供する
ことを目的とする。なお、ガスシールドアーク溶接と
は、ＪＩＳＺ３００１−１９８８の参考溶接方法
の分類に記載されているガスシールドアーク溶接を指す
ものであり、更に具体的にはマグ（ＭＡＧ）溶接、ミグ
（ＭＩＧ）溶接を示している。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明者は、薄板ステンレス鋼のガスシールドアー
ク溶接に当たり種々検討を行った結果、溶接材料の化学
成分と溶接入熱量を規定することにより、上述の問題点
を解決できることを見い出した。

【０００６】すなわち、本発明は、板厚が１〜３ｍｍの
隣り合う母材間に最大５ｍｍの隙間を有する複数のステ
ンレス鋼薄板又はパイプから構成される継手部を裏当材
を使用せずにガスシールドアーク溶接する方法におい
て、該ステンレス鋼はＣｒ：１０．５〜２７ｗｔ％を含
有し、該溶接材料として、ワイヤ全重量当たり、Ｃｒ：
１０．５％以上２０％未満、Ｓｉ：０．０５％以上２．
０％未満、Ｔｉ：０．０５％を超え２．０％以下、Ａ
ｌ：０．０７〜１．０％を含有し、更にＮｂ、Ｚｒ及び
Ｖのうちの１種又は２種以上の合計：２％以下、Ｎ：
０．０３５〜０．１％及びＳ：０．０１〜０．０７％を
含有するソリッドワイヤ又はフラックス入りワイヤを用
い、溶接時の入熱量を１０００〜６０００Ｊ／ｃｍとす
ることを特徴とするステンレス鋼継手部のガスシールド
アーク溶接方法を要旨とするものである。以下に本発明
を更に詳細に説明する。

【０００７】

【作用】本願発明者等は、隣り合う母材間に最大５ｍｍ
の隙間を有する複数のステンレス鋼薄板又はパイプ（板
厚１〜３ｍｍ）から構成される継手部の溶接に際し、健
全な溶接部を得るという課題を解決すべく、種々実験研
究を重ねた結果、本願発明の特許請求の範囲に規定した
溶接材料の組成及び入熱量の組み合わせにより、裏当材
を使用せずにガスシールドアーク溶接することにより、
この課題を解決できることを見出し、本願発明を完成す
るに至ったものである。先ず、母材（ステンレス鋼の薄
板又はパイプ）については、自動車排気系の素材である
ことから、耐食性、耐酸化性の点から、最低１０．５ｗ
ｔ％のＣｒ含有量が必要である。しかし、２７ｗｔ％を
超えて添加すると、加工性が劣化するので、母材は少な
くともＣｒを１０．５〜２７ｗｔ％含有する組成の鋼と
する。なお、他の元素は特に制限されるものではない。
薄板は通常は１〜３ｍｍであり、概ね６ｍｍ以下のもの
であり、パイプは薄板から成形される。表面処理したス
テンレス鋼板も可能である。本願発明においては、裏当
材は使用しない。これは図４に示すように、パイプとプ
レートとの突き合わせ溶接の場合に、特に有効であり、
このように裏当材を使用できない場合に本願発明の実用
性は高い。

【０００８】次に、本発明に用いられる溶接材料の化学
成分の限定理由を示す。なお、各成分の含有量はワイヤ
全重量当たりの％である。

【０００９】Ｃｒ：Ｃｒは、溶接金属の耐食性、耐酸化
性を母材と同等以上に維持するために不可欠な元素であ
り、多いほど望ましく、１０．５％以上が必要である。
しかし、２０％以上あるとσ相の析出により脆化を引き
起こすことがある。したがって、Ｃｒ量は１０．５％以
上２０％未満の範囲とする。

【００１０】Ｓｉは溶接金属の粘性を下げて流動性を改
善する重要な元素であり、そのためには０．０５％以上
が必要である。しかし、２．０％以上に添加すると溶接
時のスパッタ発生量を増加させるので好ましくない。し
たがって、Ｓｉ量は０．０５以上２．０％未満の範囲と
する。なお、Ｓｉをフラックスから添加する場合は、金
属Ｓｉのほか、Ｆｅ−Ｓｉ，Ａｌ−Ｓｉ，Ｎｉ−Ｓｉな
どのＳｉ合金（Ｓｉ化合物が挙げられ、Ｓｉ化合物の場
合の上記Ｓｉ量はＳｉ換算量である。

【００１１】Ｔｉは、溶接金属の結晶粒の微細化を促進
するため、またアーク安定性を保つために必要な元素で
ある。そのためには０．０５％を超える量が必要であ
る。しかし、２．０％より過剰に添加するとスラグ発生
量が増加し、実用上好ましくない。したがって、Ｔｉ量
は０．０５％を超え２．０％以下の範囲とする。なお、
Ｔｉをフラックスから添加する場合は、Ｆｅ−Ｔｉ，Ｎ
ｉ−ＴｉなどのＴｉ合金や、ＴｉＮ，ＴｉＣなどの窒化
物、炭化物などのＴｉ化合物が挙げられ、この場合の上
記Ｔｉ量はＴｉ換算量である。

【００１２】Ａlは、Ｔiと同様、溶接金属の結晶粒の微
細化に必要不可欠な元素である。また、溶滴の形成を速
やかに、かつ、周期的に行う作用がある。しかし、これ
らの効果は０.０７％未満では認められず、一方、１.０
％より過剰に添加すると溶接時に大粒のスパッタが発生
して溶接作業性が劣化する。したがつて、Ａl量は０.０
７〜１.０％の範囲とする。なお、Ａlをフラックスから
添加する場合は、金属Ａlのほか、Ｆe−Ａl、Ａl−Ｍg
などのＡl合金が挙げられ、Ａl合金の場合の上記Ａl量
はＡl換算量である。

【００１３】Ｎb、Ｚr、Ｖは、Ａl、Ｔiと同様に溶接金
属の結晶粒の微細化を促進すると共に、耐孔食性を著し
く改善する。しかし、過剰に添加するとアークの安全性
を損なう。この傾向は各成分を単独に添加しても、或い
は２種類以上を同時に添加しても同様であることから、
Ｎb、Ｚr、Ｖの１種又は２種以上の合計で２％以下とす
る。なお、フラックスから添加する場合は、金属Ｎb、
金属Ｚr、金属ＶやＦe −Ｎb、Ｆe−Ｚr、Ｆe−Ｖなど
の合金が挙げられ、合金の場合の上記量は金属成分の換
算量である。

【００１４】Ｎは、Ｔi、Ａl、Ｎb、Ｚr、Ｖ等と窒化物
を作り、溶接金属の結晶粒の微細化を促進する。この効
果は０.０３５％未満では不十分であり、また０.１％を
超える過剰な添加は溶接時のスパッタ発生量を増やすこ
とになる。したがって、Ｎ量は０.０３５〜０.１％の範
囲とする。なおＮをフラックスから添加する場合は、Ｔ
iＮ、Ｎ−Ｃr、Ｍn−Ｎなどの金属窒化物が挙げられ、
この場合の上記Ｎ量はＮ換算量である。

【００１５】なお、溶接材料がソリッドワイヤの場合
は、上記各成分の残部はＦe及び不純物である。また、
フラックス入りワイヤの場合は、上記各成分の残部は鋼
外皮の他の成分とフラックス中の他の成分の含有量から
なるものである。

【００１６】ここで、フラックス入りワイヤの場合は、
ソリッドワイヤと同等程度の少ないスラグ発生量で、か
つ、ソリッドワイヤに比べてフラックス入りワイヤの利
点である適正溶接条件範囲の広さと、溶落ちの発生しに
くさを兼備したフラックス入りワイヤであることが好ま
しい。その一例を以下に示す。

【００１７】まず、フラックス充填率は５〜３０％が望
ましい。また、スラグ発生量を減少させるには、ワイヤ
中のスラグ造滓剤を減らすことが不可欠で、具体的に
は、ワイヤ全重量に対するスラグ造滓剤の重量の合計が
２％を超えると、実施工上支障を来たすことから、その
添加量は２％以下とするのが好ましい。ここで、スラグ
造滓剤とは、フラックス中の金属粉末以外の成分を指
し、例えばＴiＯ₂、ＳiＯ₂、Ｎa₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、ＣaＯ、Ａ
l₂Ｏ₃、Ｌi₂Ｏ、ＭnＯ、ＭgＯなどの酸化物、ＬiＦ、Ｎ
aＦ、ＣaＦ₂、ＫＦ、ＡlＦ₃などの弗化物が挙げられ
る。

【００１８】弗素は、アーク中において電子を取り込ん
で安定した一価の陰イオンとなることから、アークの安
定性と集中性を向上させる効果がある。この効果はワイ
ヤ全重量に対してフラックス中の金属弗化物の合計がＦ
換算で０.００３％以上になると明確になる。しかし、
０.５％を超えると却ってアークの安定性が劣化し、ス
パッタが増加する。したがって、ワイヤ全重量に対して
フラックス中の金属弗化物の合計をＦ換算で０.００３
〜０.５％の範囲とするのが好ましい。ここで、金属弗
化物としては、ＬiＦ、ＮaＦ、ＢaＦ、ＣaＦ₂、ＡlＦ₃
などが挙げられる。

【００１９】アルカリ金属はイオン化し易く、特に低電
流域でのアークの集中性を良くし、スパッタの発生量を
低減する効果があるので、必要に応じて添加することが
できる。添加する場合、この効果が現れるのはワイヤ全
重量に対してフラックス中のアルカリ金属の合計が０.
００２％以上の場合であるが、０.３％を超えると却っ
てアークが不安定となり、スパッタが増加する。したが
って、ワイヤ全重量に対してフラックス中のアルカリ金
属の合計を０.００２〜０.３％の範囲とするのが好まし
い。ここで、アルカリ金属としては、アルカリ金属単体
又はＬi₂Ｏ、Ｎa₂Ｏ、Ｋ₂Ｏなどの酸化物やＬi₂ＣＯ₃な
どの炭酸塩、Ｌiフェライトなどの合金類が挙げられ
る。

【００２０】Ｓは、特に低電流域において溶滴粒度を細
かくし、均一な溶滴移行を促進する。しかし、ワイヤ全
重量に対して０．０１％未満では明確な効果は認められ
ず、また０．０７％を超える高温割れの危険が生じる。
したがって、ワイヤ全重量に対するＳ量は０．０１〜
０．０７％範囲とする。ここで、Ｓとは、金属外皮又は
フラックスのいずれか一方若しくは両方から添加される
ものであり、フラックスから添加する場合は、Ｓ単体の
ほか、Ｆｅ−Ｓ，Ｃｕ−ＳなどのＳ化合物が挙げられ、
Ｓ化合物の場合の上記Ｓ量はＳ換算値である。

【００２１】次に、溶接条件について説明する。ガスシ
ールドアーク溶接方法の条件は、少なくとも入熱量を１
０００〜６０００Ｊ／ｃｍの範囲とする必要がある。入
熱量が１０００Ｊ／ｃｍ未満の場合、溶接金属と母材の
なじみが悪く、溶接ビード形状が著しく劣化する。一
方、６０００Ｊ／ｃｍを超える過大な入熱量の場合、溶
落ちが発生し易くなり、実用上好ましくない。特に、本
願発明は板厚が１〜３ｍｍと薄く、また裏当材を使用し
ないため、入熱量は６０００Ｊ／ｃｍ以下と従来よりも
比較的少ないものにする必要がある。

【００２２】他の溶接条件は特に制限されるものではな
い。例えば、フラックス入りワイヤの断面形状は図１に
例示されるような種々の形状が可能であり、ワイヤ径な
ども特に制限がない。また、母材は薄板又はパイプ材
で、その継手部も図２〜図４に例示するように種々の形
状が可能であるが、母材間の隙間は最大５mmが許容限度
である。なお、図２は突合せ個所又は重ね個所に隙間が
存在する場合である。図３はパイプ等の配置において隙
間が存在する場合で、特に２本の異径のパイプの場合に
は隙間を設けざるを得ない。図４はパイプとプレートの
場合である。次に本発明の実施例を示す。

【００２３】

【実施例】

【表１】に示す化学成分の金属外皮を用いてフラックス入りワイ
ヤを製造すると共に、

【表２】に示す化学成分の金属心線(ソリッドワイヤ)も製造し
た。ワイヤ径は１.２mm径とし、フラックス入りワイヤ
については、ワイヤ断面形状は図１(Ｄ)に示す形状とし
た。次いで、

【表３】と

【表４】に示す溶接条件にて溶接試験を行い、耐割れ性、アーク
の安定性、スパッタ発生量、ビード形状及び溶落ちの程
度を調査した。その結果を表４に示す。

【００２４】なお、耐割れ性は図５(ａ)、(ｂ)、(ｃ)に
示すように、２つの母材(板厚１.５mmのＳＵＳ４３０Ｌ
Ｘ相当ステンレス鋼板)を拘束板に拘束溶接し、これを
Ｃ型拘束治具で拘束した状態で試験ビードを置き、溶接
終了後５分保持した後、液体浸透探傷試験にて割れの有
無を確認した。そして、割れ発生ありの場合を×、割れ
発生なしの場合を○とした。アークの安定性は非常に良
好な場合を◎、良好な場合を○、やや劣る場合を△、不
良の場合を×とした。スパッタ発生量は、その発生量が
１分間に２ｇ以下のものを◎、２ｇを超え３ｇ以下のも
のを○、３gを超えるものを×とした。ビード形状は板
厚３mmのＳＵＳ３０４ステンレス鋼板を用いて表３及び
表４に示す溶接条件で溶接試験を行い、非常に良好なも
のを◎、良好なものを○、不良のものを×とした。また
同時に溶落ち程度については、ビード長さ１５０mm中の
溶落ちが発生しなかったものを○、溶落ちが発生したも
のを×とした。

【００２５】表４より以下の如く考察される。試験Ｎo.
１〜Ｎo.９は本発明例であり、試験Ｎo.１０〜Ｎo.１８
は比較例である。本発明例はいずれも、アークの安定
性、スパッタ発生量、ビード形状、耐割れ性、溶落ちの
程度が優れていることがわかる。

【００２６】一方、比較例Ｎo.１０は、ワイヤ中のＳi
量が少ないためにスパッタが３g／分を超えて発生し、
実用的ではなかった。比較例Ｎo.１１は、ワイヤ中のＴ
i量が過剰なために作業性が劣化している。比較例Ｎo.
１２は、ワイヤ中のＡl量が過剰なために作業性が劣化
している。比較例Ｎo.１３〜Ｎo.１５は、溶接金属の結
晶粒の微細化に必要な元素(Ｎo.１３はＮb、Ｎo.１４は
Ａl、Ｎo.１５はＴi)が少ないため、結晶粒が微細化せ
ず、溶接金属に割れが発生している。また、Ｎo.１３に
ついては、Ｎが過剰なため、Ｎo.１５については、アー
クの安定性を改善するＴiが少ないために、アークが不
安定となり、スパッタも３ｇ／分を超えて発生してい
る。比較例Ｎo.１４はＡlが少ないため、微細化せず、
ビード形状が不良となっている。比較例Ｎo.１６とＮo.
１７は、ワイヤ中の成分はいずれも適量含有している
が、入熱量が過大なため、溶落ちが発生している。一
方、比較例Ｎo.１８は、ワイヤ中に適量の成分を含有し
ているものの、入熱量が少なすぎるため、ビード形状が
不良となっている。

【００２７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
隣り合う母材間に最大５mmの隙間を有するステンレス鋼
薄板又はパイプから構成される継手部の溶接において、
健全な溶接部を得ることができ、また溶接作業性も優れ
ている。

【図面の簡単な説明】

【図１】(Ａ)〜(Ｄ)はそれぞれフラックス入りワイヤの
ワイヤ断面形状の一例を示す断面図である。

【図２】(ａ)〜(ｅ)はそれぞれ継手部の形状例を示し、
母材が板の場合である。

【図３】(ａ)〜(ｃ)はそれぞれ継手部の形状例を示し、
母材がパイプ等の場合である。

【図４】継手部の形状例を示し、母材がパイプとプレー
トの場合である。

【図５】割れ試験の要領を説明する図で、(ａ)は２枚重
ねの母材を拘束板に拘束溶接ビードを置いて状態、(ｂ)
はＣ型拘束治具で拘束している状態、(ｃ)は拘束状態で
溶接ビードを置いた状態を示している。

【符号の説明】

１母材２拘束溶接ビード３Ｃ型拘束治具４溶接トーチ５溶接ビードＭ金属外皮Ｆフラックス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭59−61590（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−13692（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−134196（ＪＰ，Ａ) 特公平２−53158（ＪＰ，Ｂ２) 大森仁平ら著「現代溶接技術大系第26 巻」（昭55−１−23）、産報出版、第70 −76頁、第92、93頁渡辺正紀ら著「ステンレス鋼の溶接（初版９刷）」（昭56−２−20）、日刊工業新聞社、第84−94頁、第102−106頁

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】板厚が１〜３ｍｍの隣り合う母材間に最大
５ｍｍの隙間を有する複数のステンレス鋼薄板又はパイ
プから構成される継手部を裏当材を使用せずにガスシー
ルドアーク溶接する方法において、該ステンレス鋼はＣ
ｒ：１０．５〜２７ｗｔ％を含有し、該溶接材料とし
て、ワイヤ全重量当たり、Ｃｒ：１０．５％以上２０％
未満、Ｓｉ：０．０５％以上２．０％未満、Ｔｉ：０．
０５％を超え２．０％以下、Ａｌ：０．０７〜１．０％
を含有し、更にＮｂ、Ｚｒ及びＶのうちの１種又は２種
以上の合計：２％以下、Ｎ：０．０３５〜０．１％及び
Ｓ：０．０１〜０．０７％を含有するソリッドワイヤ又
はフラックス入りワイヤを用い、溶接時の入熱量を１０
００〜６０００Ｊ／ｃｍとすることを特徴とするステン
レス鋼継手部のガスシールドアーク溶接方法。