JP2530086B2

JP2530086B2 - 焼結材溶接用溶加材

Info

Publication number: JP2530086B2
Application number: JP4255025A
Authority: JP
Inventors: 康生村井
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1992-09-24
Filing date: 1992-09-24
Publication date: 1996-09-04
Anticipated expiration: 2011-09-04
Also published as: JPH06106382A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車部品、家電部品
又はＯＡ機器用部品等に用いられ、鉄系焼結材同士又は
鉄系焼結材と鋼材とを溶接接合する際に用いられる焼結
材溶接用溶加材に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼材同士の接合は、一般のアーク溶接又
は電子ビーム溶接及びレーザ溶接等の高エネルギ密度ビ
ーム溶接により広く行われている。しかしながら、焼結
材は多孔質であるため、この焼結材をこれらの方法で溶
接すると、母材の空孔が集合して、大きなブローホール
が溶接金属に形成され、溶接部の強度が確保できなくな
る。このため、従来、焼結材の接合方法としては、
（１）ろう付けによる方法、（２）焼きばめに類する方
法、（３）溶浸による方法及び（４）高Ｍｎ系溶加材を
使用して高エネルギ密度ビーム溶接を行う方法がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の方法は、いずれも以下に示す欠点を有する。（１）ろう付けによる方法この方法は、ろう材の選定及びろう付条件が難しく、ろ
う材の濡れ性が良すぎると、ろう材が母材の空孔に吸収
され、接合界面のろう材が不足するという難点がある。
一方、ろう材の濡れ性が悪いと、良好な接合を行うこと
ができない。また、酸化物が焼結材表面に付着したり、
内部に浸透している場合は、ろう付けが極めて困難であ
る。更に、局部加熱が難しく、冷却速度が一般に遅いた
め、焼入れ後にろう付けすると母材が軟化し、材料本来
の強度が発揮できない。

【０００４】（２）焼きばめに類する方法この方法は、二つの部材の線膨張係数の違いを利用し
て、焼結時に接合したり、焼結後焼きばめ又は冷やしば
めにより接合する方法であるが、このような方法で接合
したものは、使用環境によっては接合強度が経年劣化し
やすい。

【０００５】（３）溶浸による方法二つの部材の接合部近傍に銅等の溶浸材をセットし、溶
浸材を溶融させることによって接合部の空孔を溶融金属
でみたす方法であるが、接合強度は溶浸材に依存するた
め、接合部の強度が母材に比べて著しく低くなる。ま
た、前述したように、表面又は内部に酸化物が付着し又
は浸透されている焼結材に対しては、接合が難しい。ま
た、この方法は、焼結材同士は接合可能であるが、鋼材
と焼結材との異種材料の接合は基本的に不可能である。

【０００６】（４）高Ｍｎ系溶加材を用いて高エネルギ
密度ビーム溶接を行う方法本発明者等はこの高Ｍｎ系溶加材を使用して高エネルギ
密度ビーム溶接を行う方法を既に提案した（平成３年特
許願第56198号）。この方法によれば、割れ及びブロー
ホール等の欠陥を防止でき、溶接部の強度も良好なもの
が得られる。しかしながら、この方法は、前述のよう
に、表面又は内部に酸化物が付着浸透されている焼結材
とか、水分及び油脂が付着吸着されている焼結材に対し
ては、ブローホール欠陥を防止することが難しい。ま
た、部品構造又はコストの点で、高エネルギ密度溶接を
適用できない場合がある。

【０００７】以上のように、従来の溶接接合方法及び溶
加材は、欠陥発生防止及び接合部の強度の点で、全てを
満足するものは未だ提案されていない。特に、表面又は
内部に酸化物が付着浸透しているような焼結材及び水分
又は油脂が付着吸収されているような焼結材に対して
は、ブローホール欠陥を防止することが難しい。

【０００８】而して、焼結材同士又は焼結材と鋼材の接
合に対しては、前述の高エネルギ密度ビーム溶接を適用
できれば、溶込み深さ、強度、生産性及び歪みの面で有
利と考えられる。一方、焼結部品は材料の特性を改善す
るため、意図的に、焼結材表面又は内部に酸化物を付着
浸透させる場合がある。また、その製造工程上、油脂が
焼結材表面又は内部に付着浸透したり、使用環境により
水分が付着吸収する場合もある。このような焼結材に対
しても、汎用性が高いアーク溶接方法により、ブローホ
ール欠陥等を防止できる接合技術、特に溶加材の開発が
要望されている。

【０００９】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、特に表面又は内部に酸化物及び油脂等が付
着し浸透した多孔質焼結材であっても、この焼結材と、
焼結材又は鋼材とを高強度で溶接接合することができ、
また高エネルギ密度ビーム溶接が可能で信頼性及び生産
性が優れた焼結材溶接用溶加材を提供することを目的と
する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る焼結材溶接
用溶加材は、鉄系焼結材同士又は鉄系焼結材と鋼材とを
溶接接合する際に用いられるフラックスコアドワイヤに
使用される焼結材溶接用溶加材において、溶加材全重量
に対する成分組成が、Ｃ；０．０５〜０．７重量％、Ｓ
ｉ；０．１〜１．２重量％、Ｍｎ；０．２〜３重量％、
Ａｌ及びＴｉ；１種又は２種が総量で０．１〜２重量
％、Ｂ；１〜３．５重量％、残部；Ｆｅ及び不可避的不
純物であり、アルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土
類元素の弗化物、珪酸塩、炭酸塩、酸化物並びにこれら
の複合化合物、チタン酸化物並びにＦｅ−Ｔｉ合金から
なる群から選択されたアーク安定剤を全重量に対する割
合で０．２乃至２重量％含有することを特徴とする。

【００１１】

【作用】本願発明者等は、上記課題を解決するため、鋭
意研究を重ねた結果、溶加材の組成を所定のものに規制
することによって、接合品質上顕著な改善効果があるこ
とを見出し、本願発明を完成したものである。

【００１２】即ち、本発明は、鉄系焼結材同士又は鉄系
焼結材と鋼材とを溶接接合する際に使用される溶加材を
提供するものであり、特に表面又は内部に酸化物、油脂
又は水分等が付着浸透している焼結材を溶接接合する際
に使用するのに好適の溶加材を提供する。本発明は、溶
加材全重量に対する成分組成を下記範囲に規制した上
で、溶接材料の全重量に対して、アーク安定剤を0.2乃
至2重量％含有させる。このアーク安定剤は、アルカリ
金属、アルカリ土類金属及び希土類元素の弗化物、珪酸
塩、炭酸塩、酸化物並びにこれらの複合化合物、チタン
酸化物並びにＦｅ−Ｔｉ合金からなる群から選択された
ものである。

【００１３】Ｃ；0.05〜0.7重量％Ｓｉ；0.1〜1.2重量％Ｍｎ；0.2〜3重量％Ａｌ及びＴｉ；１種又は２種が総量で0.1〜2重量％Ｂ；1〜3.5重量％残部；Ｆｅ及び不可避的不純物。

【００１４】このような、成分組成の溶加材を高エネル
ギ密度ビーム溶接時に使用することにより、特にブロー
ホール欠陥の発生防止に顕著な効果がある。

【００１５】機械部品として用いられる鉄系焼結材は、
真密度が6.4から約7.2迄の範囲にあり、鉄の真密度が約
7.85であるから、鉄系焼結材はその真密度が鉄より小さ
い分だけ空孔を内在していることになる。この空孔に存
在する酸素及び窒素が、溶接時にＣＯガス及びＮ₂ガス
を発生させ、この発生したガスにより、溶接金属のブロ
ーホール欠陥が発生する。

【００１６】この場合に、理想的な焼結材、即ち、表面
及び内部に酸化物、油脂又は水分が付着浸透していない
か、又は付着浸透の程度が極めて少ない場合は、前述の
高Ｍｎ−Ａｌ−Ｔｉ系の溶加材（特願平3-56198号）を
用いることで、ブローホールをはじめとする種々の欠陥
を防止することができる。

【００１７】しかしながら、酸化処理を施した焼結材と
か、油脂又は水分が付着浸透している焼結材は、発生ガ
ス量が著しく多くなることから、Ｍｎ、Ａｌ、Ｔｉによ
る脱酸又は脱窒では、ガスを溶接金属外に放散し又は固
定することが難しい。

【００１８】そこで、本発明においては、Ｂを多量に、
且つ適正量添加することにより、脱酸すると共に、発生
ガスを溶接金属外に放散させる。即ち、Ｂは一般に脱酸
効果があるといわれてる元素であるが、本発明者等の研
究によると、Ｂはこの脱酸作用に加えて、発生ガスを容
易に溶接金属外に放散させる効果があることが認められ
た。これは、Ｂの添加が、溶接金属の凝固温度の低下及
び溶接金属の表面張力の低下に寄与したことに起因する
ものと推測される。

【００１９】次に、本発明に係る焼結材溶接用溶加材の
成分添加理由及び組成限定理由について説明する。

【００２０】Ｃ；0.05〜0.7重量％通常の機器部品として使用される焼結材は、強度改善の
ためにＣを約0.4重量％以上含有している。高エネルギ
密度ビーム溶接の場合は、母材を溶融する割合が多いた
め、母材のＣと周辺に存在する酸素とが反応して、ＣＯ
ガスを発生させる。このガスの発生量は必要最小限に抑
えることが好ましいことから、溶加材のＣ含有量は低く
するべきである。特に、酸化処理を施した焼結材及び油
脂又は水分が付着浸透している焼結材は、著しく発生ガ
スが多くなることから、溶加材のＣ含有量が0.7重量％
を超えると、ブローホールの発生を防止することが難し
くなる。一方、Ｃ含有量が0.05重量％未満の溶加材を実
用的に生産することは、コストが高くなると共に、その
添加による発生ガス抑制の効果は飽和する。従って、Ｃ
の適正含有量は0.05〜0.7重量％である。

【００２１】Ｓｉ；0.1〜1.2重量％Ｓｉは脱酸剤として有効であると共に、溶接金属の粘性
を下げる効果が期待できる。しかしながら、Ｓｉを過大
に添加すると溶接金属の靱性が劣化する。このため、Ｓ
ｉの適正含有量は0.1〜1.2重量％である。

【００２２】Ｍｎ；0.2〜3重量％Ｍｎは強力な脱酸剤として有効であるが、後述する溶加
材の態様で説明するように、これを多量添加すると、本
発明にて最も重要な添加元素であるＢを添加する余地が
狭められることから、Ｍｎの適正含有量は0.2〜3重量％
とする。

【００２３】Ａｌ及びＴｉ；少なくとも１種を総量で0.
1〜2重量％これらの元素は強力な脱酸剤であると共に、窒素吸収に
効果を発揮する。この効果を得るためには、これらの元
素の１種又は２種を、総量で0.1重量％以上添加する必
要がある。しかし、これらの元素の１種又は２種を総量
で2重量％を超えて添加しても、その効果は飽和する。
従って、その適正添加量は総量で0.1〜2重量％である。

【００２４】Ｂ；1〜3.5重量％前述のごとく、本発明における重要な添加元素であり、
脱酸効果の外、溶接金接の凝固温度の低下及び溶融金属
の表面張力の低下に効果があるため、ブローホール発生
防止に顕著な効果を発揮する。このブローホール発生防
止効果は、Ｂを1重量％以上添加することにより得られ
る。

【００２５】一方、Ｂを3.5重量％を超えて添加する
と、著しく溶接金属の延性が劣化し、割れが発生し易く
なる。従って、Ｂの適正添加量は1〜3.5重量％である。

【００２６】アーク安定剤；0.2〜2重量％本発明の溶接用溶加剤をＭＡＧ溶接に適用する際に、弗
化物又は酸化物からなるアーク安定剤を添加することに
より、溶接作業性が向上する。このため、前述の組成の
溶加材中にアーク安定剤を0.2〜2重量％添加する。アー
ク安定剤が0.2重量％未満であると、この溶接作業性の
向上効果が得られない。一方、アーク安定剤を2重量％
を超えて添加しても、その効果は飽和すると共に、アー
ク安定剤の添加のために他の溶加材としての主要な元素
の含有量が相対的に低下してしまう。このため、アーク
安定剤は0.2〜2重量％にする。

【００２７】なお、鉄系焼結材は一般に、強度改善のた
めに、Ｃを約0.4重量％以上含有しているため、低温割
れが発生しやすい。従って、溶接時に予熱及び後熱等に
より、硬さの低下及び水素の低域を図ることが好まし
い。

【００２８】溶加材の態様ＭＡＧ溶接又はＴＩＧ溶接時に使用する溶加材として
は、いわゆるワイヤ状のものが好ましい。しかしなが
ら、本発明にて規定した成分組成のワイヤを溶解、鋳
造、伸線することは、加工性の問題から難しい。従っ
て、金属粉をシースに封入することにより、所謂フラッ
クスコアドワイヤにして、所定の溶加材ワイヤを製造す
る。

【００２９】この場合に、制約条件として、フラックス
（ここでは金属粉）のワイヤ全体の重量に占める割合が
ある。このフラックス（金属粉）の重量比が40％を超え
るようなワイヤは伸線時に断線したり、封入そのものが
できなかったりすることがあり、製造が困難である。こ
のため、フラックス（金属粉）のワイヤ全体の重量に占
める割合（重量比）は40％以下にすることが好ましい。

【００３０】なお、本発明の特徴であるＢ元素は製造コ
スト上、Ｆｅ−Ｂの形で添加することが好ましい。

【００３１】また、ワイヤの直径は0.8〜2.0mmであるこ
とが好ましい。ワイヤ径がこの範囲になるように伸線す
ることにより、溶接時の作業が円滑になり、溶接作業
上、好ましい。

【００３２】

【実施例】以下、本発明の実施例について、説明する。

【００３３】実施例１下記表１に示す化学組成及び密度の焼結材（厚さ1.2mm
×幅20mm×長さ100mm）に対し、所謂スチーム処理（550
℃の水蒸気中に2時間保持する）を施す。このスチーム
処理した溶接母材に対し、種々の成分組成の溶加材を供
給しながら、下記表２に示す条件でＭＡＧ溶接した。使
用した溶加材は直径が1.2mmのワイヤであり、その成分
組成を下記表３に示す。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【表２】

【００３６】

【表３】

【００３７】溶接後、溶接部のＸ線検査及び断面検査に
より、ブローホール及び割れの有無を調べた。その結果
を表３に併記する。

【００３８】この表３に示すように、本発明の成分組成
範囲の溶加材を使用することにより、欠陥を防止できる
ことがわかる。

【００３９】実施例２実施例１で用いた焼結母材と、軟鋼材ＳＳ４１（厚さ12
mm×幅20mm×長さ100mm）とを突合せ、その界面をＭＡ
Ｇ溶接した。溶加材は表３のNo.16の組成のものを使用
し、溶接条件は表２に示したものと同様である。溶接
後、実施例１の場合と同様に、欠陥の有無を調べた結
果、何等の欠陥も認められず、健全な溶接部が得られ
た。

【００４０】実施例３表１に示す化学組成及び密度の焼結材（厚さ12mm×幅20
mm×長さ100mm）に、焼入れ油を含浸させた後、トリク
ロルエタンで脱油処理した母材に対し、種々の成分組成
の溶加材を供給しながら、表２に示した条件でＭＡＧ溶
接した。使用した溶加材は直径が1.2mmのワイヤであ
り、その成分組成は表４に示す。

【００４１】

【表４】

【００４２】溶接後、実施例１の場合と同様にして、欠
陥の有無を調べた。その結果を表４に併記する。トリク
ロルエタンで脱油処理しても、完全に脱油できないた
め、比較例のワイヤでは、欠陥を防止できないが、本発
明における成分組成範囲の溶加材を使用することによ
り、欠陥が防止できることが確認された。

【００４３】実施例４表１に示す化学成分及び密度の焼結材（厚さ12mm×幅20
mm×長さ100mm）を、30℃-80％の環境で１ヶ月間放置
し、吸湿させた母材に対し、表２に示す条件でＭＡＧ溶
接した。溶接後、実施例１の場合と同様にして、欠陥の
有無を調べた。その結果、何らの欠陥も認められず、健
全な溶接部が得られた。

【００４４】このように、本発明における成分組成範囲
の溶加材を用いることにより、酸化物及び油脂又は水分
が、表面又は内部に付着浸透した焼結材に対しても、健
全な溶接部が得られた。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、多孔質の焼結部品、特
に表面あるいは内部に酸化物、油脂又は水分が付着浸透
した状態の焼結材に対しても、従来では得られなかった
健全な溶接部が得られると共に、高エネルギ密度ビーム
溶接が可能となるため、信頼性のみならず、生産性の高
い接合技術を提供することができる。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】鉄系焼結材同士又は鉄系焼結材と鋼材と
を溶接接合する際に用いられるフラックスコアドワイヤ
に使用される焼結材溶接用溶加材において、溶加材全重
量に対する成分組成が、Ｃ；０．０５〜０．７重量％、
Ｓｉ；０．１〜１．２重量％、Ｍｎ；０．２〜３重量
％、Ａｌ及びＴｉ；１種又は２種が総量で０．１〜２重
量％、Ｂ；１〜３．５重量％、残部；Ｆｅ及び不可避的
不純物であり、アルカリ金属、アルカリ土類金属及び希
土類元素の弗化物、珪酸塩、炭酸塩、酸化物並びにこれ
らの複合化合物、チタン酸化物並びにＦｅ−Ｔｉ合金か
らなる群から選択されたアーク安定剤を全重量に対する
割合で０．２乃至２重量％含有することを特徴とする焼
結材溶接用溶加材。