JP2524774B2

JP2524774B2 - ステンレス鋼の潜弧溶接方法

Info

Publication number: JP2524774B2
Application number: JP62252459A
Authority: JP
Inventors: 泰治長谷; 洋三鈴木
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1987-10-08
Filing date: 1987-10-08
Publication date: 1996-08-14
Anticipated expiration: 2011-08-14
Also published as: JPH0195879A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はステンレス鋼の潜弧溶接を行うに際して、合
金や脱酸剤を円滑に添加し溶接金属性能を良好にする事
を目的とする溶接方法に関するものである。

（従来の技術）ステンレス鋼の潜弧溶接は通常メルトフラックスある
いはボンドフラックスを用いて溶接を行っている。メト
ルフラックスは電気炉内で原材料を溶解し目的の粘度に
調整して使用するが、電気炉内で原材料を溶解するた
め、フラックス中に合金あるいは脱酸剤を添加すること
ができない。それに対しボンドフラックスは原材料を水
ガラスにて造粒し、比較的低温（300〜500℃）で焼成す
るためフラックス中に合金あるいは脱酸剤を添加するこ
とが可能である。

現状のステンレス鋼の溶接においては以上の事を勘案
し、溶接の目的すなわち大入熱溶接や高速溶接などの目
的に応じてメルトフラックスあるいはボンドフラックス
が使い分けられている。

メルトフラックスを用いるステンレス鋼の潜弧溶接方
法としては特開昭61-14097号公報に造管溶接を目的とし
た２相ステンレス鋼のサブマージアーク溶接方法が開示
されている。また特開昭61-242788号公報には造管溶接
に使用することを目的としたステンレス鋼高速潛弧溶接
用溶融型フラックスも開示されている。さらには特開昭
61-46391号公報にはメルトフラックスを用いて耐孔食性
に優れた２相ステンレス鋼の溶接金属を得る方法も開示
されている。

（発明が解決しようとする問題点）ステンレス鋼の潜弧溶接は溶接金属の合金量の変化に
より溶接金属の性能が大きく影響を受けるものである。

ステンレス鋼の鋼種の中には溶接時に合金の酸化消耗
が激しく耐食性の劣化や高温割れを起こす鋼種もある。
最近耐食性の向上や強度アップを目的として窒素を多量
に添加した鋼種も多く知られているが、潜弧溶接は比較
的入熱量が大きく溶融プールの凝固が遅れるため窒素の
歩留りが少いので当初の耐食性や強度が得られない問題
がある。ステンレス鋼の健全な溶接金属を得るために
は、溶接方法や溶接材料に対しては充分注意しなければ
ならない。

先に述べたようにメルトフラックスは合金あるいは脱
酸剤を添加することができないため、溶接金属の組成は
ワイヤ成分に大きく依存するものであり、メルトフラッ
クスを用いて溶接を行う場合は母材成分を加味した上で
溶接時における合金の酸化消耗を予め見込んだ合金設計
にしたワイヤを用いる必要がある。この点において、ボ
ンドフラックスは合金や脱酸剤の添加が容易にできるの
で、ワイヤ成分に対する要求度はメルトフラックスにお
ける程困難ではない。

ところで最近化学や石油および原子力関係のパイプに
ステンレス鋼の溶接造管パイプが大量に使用されつつあ
る。

この造管溶接には通常の造管溶接と同様に高速溶接性
および耐粉化特性が良好である事から、メルトフラック
スが選択され用いられている。即ちパイプの溶接は、通
常1m/min以上の速度で溶接が行なわれるため、このよう
な高速溶接でも欠陥のない優れたビード形状が得られる
事が必要であり、又その際のフラックスの散布、回収に
は溶接速度に追従するために高速で循環路を送給させる
事が必要でフラックスには優れた耐粉化性を有する事が
要求される。このような特性を満足させるには、水ガラ
スで造粒したボンドフラックスよりも一旦溶融凝固させ
たメルトフラックスのほうが粒子強度が強く又溶融特性
が優れているため耐粉化性と高速性に有利である。

前述の如くメルトフラックスには合金や脱酸剤を添加
する事ができないので、ワイヤ成分の厳重な管理を行な
わないと充分な性能は得られない。メルトフラックスに
合金や脱酸剤を機械的に混合しておく方法もあるが、こ
のようなフラックスは根本的にはボンドフラックスと特
徴が同じでありこのようにフラックスに合金や脱酸剤を
添加し溶接金属に供給する方法は、合金や脱酸剤が溶接
時に酸化消耗しやすく、さらには溶接条件の変動、特に
電圧の変化によりフラックスの溶融量が変化し、溶接金
属中への歩留り量が不安定であるという問題がある。

メルトフラックスとボンドフラックスのそれぞれの特
性についいて説明したが、特にステンレス鋼の造管溶接
には耐粉化性と高速性の観点からメルトフラックスを用
いなければいけないが、フラックス中に合金や脱酸剤の
添加ができないという最大の問題がある。前記特開昭61
-14097号公報、特開昭61-242788号公報、特開昭61-4639
1号公報に記載の技術はいずれもメルトフラックスを用
いてステンレス鋼の高速潜弧溶接を目的としているが酸
化消耗する合金や脱酸剤を補なう手段を講じていないた
め、高温割れの発生、溶接金属の耐食性の劣化などで問
題がある。

本発明は以上のようなとくにステンレス鋼に造管にお
ける潜弧溶接の問題点を解決するためになされたもので
あり、安定した品質の溶接金属が得られるステンレス鋼
の潜弧溶接方法を提供することを目的とするものであ
る。

（問題点を解決するための手段）本発明の要旨とするところは、ステンレス鋼の多電極
潜弧溶接方法において、ワイヤ重量比でNi,Cr,Mo,Mnの
１種または２種以上を0.5〜15％、Al,Si,Mg,Ca-Siの１
種または２種以上を0.5〜５％、窒素を１〜15％含有す
る窒化金属Cr,窒化金属Mnのいずれか１種または両者を
0.5〜10％、その他不可避的不純物よりなる粉状物を粘
結剤にて造粒調整したのち、乾燥後ステンレス鋼の管状
ワイヤの内部空間に充填してなるフラックス入りワイヤ
を、２電極溶接では第１極に配し、３電極以上の溶接で
は第１極もしくは第１および第２極の両方に配し、その
他の極はステンレス鋼ソリッドワイヤを配し、メルトフ
ラックスを用いて溶接することを特徴とするステンレス
鋼の潜弧溶接方法にある。

（作用）本発明の溶接方法は溶接時に合金や脱酸剤をフラック
ス入ワイヤから直接溶融プールに供給できるので脱酸剤
の供給量あるいは合金成分の歩留りが安定し優れた効果
を得ることができる。

次にフラックス入りワイヤのフラックスに充填される
金属について説明する。

Ni,Cr,Mo,Mnはステンレス鋼外皮およびステンレス鋼
ソリッドワイヤから供給されるこれら金属分の溶接時の
酸化消耗を補うことと、さらに耐食性の向上を目的とす
るために、ステンレス鋼では必要な成分である。Ni,Cr,
Mo,Mnの１種または２種以上が0.5％未満では、酸化消耗
を補うことができず、15％超では耐食性の劣化や靭性が
低下するため0.5〜15％の範囲とした。

Al,Si,Ca-Si,Mgはいずれも脱酸剤として用いるもので
ある。これらの１種または２種以上が0.5％未満では脱
酸効果がなく５％超では溶接金属中のSi量が増加し割れ
が発生するため0.5〜５％の範囲とした。

窒化金属Cr,窒化金属Mn（窒素１〜15％含有）は、電
解金属CrやMnを、反応炉にて窒素ガスを充填し加熱処理
を行い反応させたものであり、本発明での主用途は溶着
金属中の窒素成分を補うためであり、そのため窒素を多
量に添加している鋼種の溶接に用いるが、それ以外でも
強度アップを計るのに有効な成分である。窒化金属Cr,
窒化金属Mnのいずれかまたは両方が0.5％未満では効果
をもたらさず、10％超では溶接金属中に欠陥が発生する
ので0.5〜10％の範囲とした。

本発明は外皮がステンレス鋼のフラックス入りワイヤ
とステンレス鋼ソリッドワイヤを組合せてメルトフラッ
クスを用いて良好な溶接金属を得るものであるが、外皮
がステンレス鋼のフラックス入りワイヤを用いるのは、
軟鋼の外皮ではCr,Ni,Moを含まないのでステンレス鋼の
外皮に比べて、充填剤のうちCr,Ni,Moの充填率を高くし
なければならないのと、錆防止のためメッキをしなけれ
ばいけない。さらにはステンレス鋼ワイヤと軟鋼ワイヤ
を組合せて行う溶接法は品質管理上問題がある。

次にフラックス入りワイヤの特徴について述べるとフ
ラックス入りワイヤはソリッドワイヤに比べて同一電
流、電圧での溶着速度が大きく、溶け込みが浅いため、
母材への熱影響が少いのでステンレス鋼の潜弧溶接には
好都合である。この特性を活かすためにも２電極溶接で
は第１極に、また３電極以上の多電極溶接では第１およ
び第２極の両者に配すべきである。

フラックス入りワイヤと組合せるステンレス鋼ソリッ
ドワイヤについて述べる。SUS304,SUS304Lステンレス鋼
の溶接には、ステンレス鋼ソリッドワイヤY-308,Y-308L
（JIS Z 3321）を用いるが、組合せるフラックス入りワ
イヤの充填剤のMoを除けばよい。SUS316,SUS316Lステン
レス鋼の溶接にはY-316,Y-316L（JIS Z 3321）を用いる
ように、溶接しようとする鋼種に合わせて、ステンレス
鋼ソリッドワイヤを変えればよい。また組合せるフラッ
クス入りワイヤもそれぞれに応じて充填剤を変えればよ
い。

使用するフラックスは造管溶接を目的とするため、耐
粉化性、高速性の点からメルトフラックスを用いるがCa
F₂‐Al₂O₃‐MgOタイプのメルトフラックスがステンレス
鋼のとくに造管溶接に適している。またフラックス粒度
が粗いと溶接作業性が悪くなるので粒度は32×250メッ
シュが望ましい。

以下に本発明の効果を実施例によりさらに具体的に説
明する。

（実施例）第１表に示すSUS304Lのステンレス鋼管を外皮として
内部に第２表に示す金属粉を水ガラスで造粒した後振動
方式により充填後4.0mmφ迄線引した。

溶接試験としてはCr,Mo,N量の変動で耐食性や機械的
性能に影響を受け易い第３表に示す二相ステンレス鋼を
用いた。使用した開先形状を第１図に示す。二相ステン
レス鋼の板厚および開先の角度と深さは第４表に示す。

実施例１〜５のフラックス入りワイヤを先行電極に、
後行電極に第５表に示すワイヤを用いた。第６表に示す
溶接条件で造管溶接を行った。使用したメルトフラック
スを第７表に示す。

なお、比較例としてNo.6〜８も試験を行った。評価と
しては溶接作業性とJIS G 0578の孔食試験を行った。試
験結果を第８表に示す。

第８表に示すように、本発明であるNo.1〜５のワイヤ
を用いて溶接した結果いずれも溶接作業性および耐食性
は良好だった。比較例として用いたNo.6のワイヤは溶接
金属のフェライト量が多くなりすぎて耐食性が劣化し
た。No.7のワイヤは脱酸剤の量が多過ぎた結果溶接金属
のSi量が大幅に増加し溶接金属内部に割れが発生し孔食
試験を行うことができなかった。No.8のワイヤはスラグ
剥離性も悪くビードもステンレス鋼特有の光沢もなく、
溶接金属内部にブローホールが発生した。その結果孔食
試験を行うことができなかった。なお、これは２電極溶
接の実施例であるが、第１と第２電極にフラックス入り
ワイヤを用いる３電極溶接においても同様な効果が得ら
れた。

（発明の効果）本発明によるステンレス鋼潜弧溶接法はメルトフラッ
クスを用いても安定して合金添加ができ、とくにステン
レス鋼の造管溶接を安定しておこなうことができ、産業
に貢献するところ大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例で用いた溶接開先断面図である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ステンレス鋼の多電極潜弧溶接方法におい
て、ワイヤ重量比でNi,Cr,Mo,Mnの１種または２種以上
を0.5〜15％、Al,Si,Mg,Ca-Siの１種または２種以上を
0.5〜５％、窒素を１〜15％含有する窒化金属Cr,窒化金
属Mnのいずれか１種または両者を0.5〜10％、その他不
可避的不純物よりなる粉状物を粘結剤にて造粒調整した
のち、乾燥後ステンレス鋼の管状ワイヤの内部空間に充
填してなるフラックス入りワイヤを、２電極溶接では第
１極に配し、３電極以上の溶接では第１極もしくは第１
および第２極の両方に配し、その他の極はステンレス鋼
ソリッドワイヤを配し、メルトフラックスを用いて溶接
することを特徴とするステンレス鋼の潜弧溶接方法。