JP3103942B2 - 多層盛およびx開先継手溶接用エレクトロガスアーク溶接用複合ワイヤ - Google Patents

多層盛およびx開先継手溶接用エレクトロガスアーク溶接用複合ワイヤ

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JP3103942B2 JP03037605A JP3760591A JP3103942B2 JP 3103942 B2 JP3103942 B2 JP 3103942B2 JP 03037605 A JP03037605 A JP 03037605A JP 3760591 A JP3760591 A JP 3760591A JP 3103942 B2 JP3103942 B2 JP 3103942B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、溶接金属または熱影響
部に対して、低温靱性、特にCOD特性に優れ、作業性
にも優れた多層盛およびX開先継手溶接用エレクトロガ
スアーク溶接用複合ワイヤに関するものである。
【0002】
【従来の技術】現在、エレクトロガスアーク溶接は、溶
接の高速度化や低入熱化が可能であるところから、軟鋼
から石油タンクの側板立継手に代表されるような調質型
60Kg/mm2 級高張力鋼の溶接にも採用されてい
る。しかし、−20℃以下の低温状態の使用を目的とし
て溶接するに当たって、従来のエレクトロガスアーク溶
接用複合ワイヤでは、溶接金属自体および熱影響部の再
熱部の靱性を確保することができず、また作業性が悪
く、溶接能率の優秀性にもかかわらず適用不可とされて
いる。そのため、低温での多層盛やX開先継手などの適
用には困難とされていた。
【0003】また、エレクトロガスアーク溶接における
溶接金属の靱性改善手段としては、例えば特開昭55−
48495号公報に見られるように、鋼製外皮に囲まれ
るフラックス中にCaF2 およびNaFを必須とするス
ラグ剤にMo、Ti、Bを添加したワイヤを用いる方法
等が提案されているが、十分な方策とはなっていない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は溶接金属と熱
影響部の再熱部の低温靱性を良好にし、スラグ流動性を
向上させ、作業性の向上を目的としたもので、溶接金属
の再加熱に対して、結晶組織の粗大化を抑えることによ
り、溶接金属と熱影響部の再熱部の低温靱性を改善し、
併せてスラグの流動性を向上させ、作業性を改善して従
来ワイヤの欠点を解消し、適用分野を拡大することがで
きる多層盛およびX開先継手溶接用エレクトロガスアー
ク溶接用複合ワイヤを提供するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは下記のとおりである。 (1) スラグ生成剤が金属弗化物と金属酸化物からな
り、金属弗化物/金属酸化物の重量比=0.3〜0.8
であるフラックスを鋼製外皮中に充填し、複合ワイヤ全
重量に対して、 スラグ生成剤:0.7〜1.5%、 Mn:0.7〜1.5%、 Si:0.15〜0.5%、 Mg:0.1〜0.6%、 Ti:0.05〜0.25%、 Ni:1.5〜4.5%、 B :0.002〜0.02%、 鉄粉:10〜25% をフラックスに含有させ、また外皮+フラックス中のC
の総和が0.02〜0.06%であり、かつMoを実質
的に含有しないことを特徴とする多層盛およびX開先継
手溶接用エレクトロガスアーク溶接用複合ワイヤ。
【0006】(2) 前項1記載の複合ワイヤにおい
て、充填フラックス中に複合ワイヤ全重量に対して、A
lを0.005〜0.25%含有してなる多層盛および
X開先継手溶接用エレクトロガスアーク溶接用複合ワイ
ヤ。
【0007】
【作用】本発明者は、長年、エレクトロガスアーク溶接
の研究に携わっており、長年にわたりワイヤの試作を重
ね研究した結果、多層盛やX開先継手の溶接金属および
熱影響部の再熱部の低温靱性を向上させ、なおスラグの
流動性を向上させ、作業性を向上させるには、溶接金
属中に存在するMoは再加熱時にミクロ組織を粗大化す
る作用があるため極力添加しないこと、再加熱に対し
ても粗大化がおこらず、ミクロ組織を微細化、均一化す
るNiを添加すること、また溶接金属中の酸素量が増
加しすぎるとミクロ組織が粗大化し、その酸素源となる
のがスラグ生成剤の金属酸化物であるが、しかし金属酸
化物がないとスラグの流動性が悪くなり、作業性が悪く
なるため、両方を兼ねる方法として金属弗化物と金属酸
化物を一定範囲の比率で配合することの3点が有効であ
るとの知見が得られた。
【0008】そこで、3点の知見を組合せ、充填フラッ
クス中から従来添加しているMoを除き、Niを添加
し、スラグ生成剤を金属弗化物と金属酸化物とし、配合
比を一定範囲にし、実験を繰り返したところ、従来ワイ
ヤには見られなかった溶接金属および熱影響部の再熱部
の低温靱性が優れ、また作業性の優れた複合ワイヤを得
ることができ、本発明を構成するに至った。
【0009】以下、充填フラックスの成分組成について
説明する。スラグ剤はアーク温度下で溶融し、液状スラ
グとして溶融プール表面を覆うだけではなく、溶融金属
よりも遅れて凝固し、かつこれらの経過において低粘性
を呈してビート表面の半凝固皮膜を保護する。従ってス
ラグの融点をある程度低めにする必要があり、その目的
のために金属弗化物を金属酸化物との比として0.3以
上配合すべきである。即ち0.3未満では、スラグの融
点が高く、かつ溶融スラグの粘性が大きく、効果がな
い。さらに溶接金属中の酸素量が多くなり、ミクロ組織
が粗大化し、溶接金属および熱影響部の低温靱性が悪
い。これに対して0.8超になると、粘性が少なくなり
過ぎてスラグ自身の飛散や躍動が顕著になり、またアー
クも急激に不安定になる。
【0010】スラグ生成剤は0.7%未満では、スラグ
被包性が悪く、ビード形状が悪化する。また、1.5%
超ではミクロ組織が粗大化し、アークも不安定となり、
スラグ過剰となってアンダーカットなどの欠陥が生じ
る。従って上限を1.5%とし、下限を0.7%とし
た。スラグ生成剤として、Na2 O、K2 O、Si
2 、TiO2 、Al2 3 、CaO、MgO、ZrO
2 、MnO2 等の酸化物、NaF、KF、CaF2 、M
gF2 、BaF2 等の弗化物の非金属粉を単体もしくは
化合物の形態で添加する。
【0011】外皮+フラックス中のCの総和を0.02
〜0.06%に限定した理由は次のとおりである。脱ガ
スの目的に使用し、溶接金属に歩留るSi、Tiおよび
Al元素はフェライトの異常成長を促し易くする。これ
を防止するためにCを添加する。0.02%未満のCの
添加では、上記フェライトの異常成長を防止する効果が
得られない。また溶滴移行性が悪くなる。0.06%超
では、溶接金属の強度が上昇し、高温割れが生じる。な
お、充填スラックスからのCはグラファイト単体、ある
いはFe−Mn−Cなどの合金形態、炭酸塩の形で含有
されているものである。外皮から添加するCは、合金形
態で鋼製外皮中に含有されている。
【0012】Mnはスラグの流動性を調整し、ビート形
状を改善すると共に溶接金属の脱酸を促進し、かつ溶接
継手に適した強度を与えるために添加される。0.7%
未満では、必要な強度が得られない。一方、1.5%を
超えると強度は向上するが逆に靱性を劣化させる。従っ
て、Mnの添加量は0.7〜1.5%とする。なお、M
nは単体で用いられる他、Fe−Mn、Fe−Si−M
n等の鉄合金の形態でも使用できる。
【0013】Siは有効な脱酸剤であると共に、ビート
外観および溶接作業性を改善するが、0.15%未満で
は、これらの効果が得られない。しかし、0.5%を超
えると溶接金属中のSiが過剰となって靱性を劣化させ
るので好ましくない。従って、Siは0.15〜0.5
%とする。なお、Siは単体あるいはFe−Si、Fe
−Si−Mn等の鉄合金の形態でも使用できる。
【0014】Mgは強力な脱酸剤である。特に溶接金属
中の酸素量を低減するには最適である。添加量が0.1
%未満ではその効果が十分得られず、一方、0.6%を
超えると溶接作業性が悪化して、スパッタ発生量が多く
なると共に低温靱性も劣化させる。従ってMgの適正範
囲は0.1〜0.6%とする。Mgは単体もしくはNi
−Mg、Ca−Mg、Fe−Mg、Fe−Si−Mg等
のMg合金の形態で添加してもよい。
【0015】TiはTi酸化物を形成し、溶接金属のミ
クロ組織を微細化し、低温靱性改善に有効であるが、
0.05%未満ではこの効果が望めないので、下限を
0.05%とする。また0.25%を超えると低温靭性
を著しく損なうので、上限を0.25%とする。Tiは
金属Tiの他にFe−Ti等の合金として添加してもよ
い。
【0016】Bは強力な脱酸性炭化物生成元素であるか
ら、これをワイヤに添加することによって溶接金属にお
ける結晶粒は微細化する。また、溶接金属の焼入れ性を
高める効果があり、このような効果を得るためには、最
小限0.002%のB量が必要で、それ未満では効果が
なく、また多すぎると溶接金属の高温割れが発生し易く
なるので、上限を0.02%とする。B源としてはFe
−B、アトマイズB等の合金として添加することもでき
る。
【0017】Niは溶接金属の靱性を上昇させるのに有
効であり、特に再加熱しても靱性が低下しない利点を有
するが、1.5%未満では効果がなく、また4.5%超
であると溶接金属の高温割れを起こすので、下限を1.
5%とし、上限を4.5%とする。以上の他に本発明ワ
イヤはAlを添加することができる。Alの添加は、T
iおよびBの効果を助長する作用があるが、0.005
%未満では効果がなく、逆に0.25%超では溶接金属
を脆化させ、靱性を低下させる。従って、下限を0.0
05%とし、上限を0.25%とする。なお、Alの添
加方法としては単体もしくはAl−Mg、Fe−Al等
の合金の形で添加することができる。
【0018】また、フラックスの充填率は特に限定され
ないが、伸線性を考慮してワイヤ全重量に対して20〜
30%の範囲が最も適当である。なお、ワイヤの断面形
状には何らの制限もなく、2mmφ以下の細径の場合は
比較的単純な円筒状のものが、また2.4〜3.2mm
φ程度の太径ワイヤの場合は、鞘材を内部へ複雑に折り
込んだ構造のものが一般的である。また、シームレスワ
イヤにおいては、表面にCu等メッキ処理を施すことも
有効である。
【0019】
【実施例】表1に示す成分の外皮を用い、表2、表3
(表2のつづき)に示すフラックス組成にて試作したワ
イヤを用いて溶接を行った。その結果を表4、表5(表
4のつづき)に示す。表2〜表5において、ワイヤN
o.1〜5は比較例、No.6〜15が本発明になるワ
イヤの実施例である。いずれも厚さ0.8mm、幅1
1.1mmの軟鋼フープを圧延加工しながらフラックス
を充填し、1.6mmφワイヤに仕上げたワイヤを使用
し、下記の条件で溶接して得た溶接金属の引張特性、衝
撃特性、COD特性、X線性能を調べたところ表4、表
5の結果が得られた。
【0020】溶接条件 溶接電流:380A 溶接電圧:39V 溶接速度:10cm/min シールドガス:CO2 、35l/min 開先形状:X型継手(図1参照) 母材:板厚 40mm 材質 低温鋼 SLA410(JIS規格) 積層法:両面1パス なお、溶接金属の特性は、板厚方向および開先幅方向の
中央部からとり出した試験片を用いて調整した。
【0021】表4、表5の試験結果から明らかなよう
に、本発明外であるワイヤは低温靱性が低くCOD値も
低く、作業性、X線性能が悪いことが確認された。これ
に対して、本発明の実施例のワイヤは低温靱性、COD
値、作業性、X線性能が良好なことが確認された。
【0022】
【表1】
【0023】
【表2】
【0024】
【表3】
【0025】
【表4】
【0026】
【表5】
【0027】
【発明の効果】以上のように、本発明は、従来フラック
ス中からMoを除き、Niを添加し、さらにスラグ生成
剤の金属弗化物と金属酸化物を一定範囲の比率で添加す
ることにより、溶接金属および熱影響部の低温靱性、C
OD値、作業性の向上を達成したものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の実施例で用いた溶接継手の開先
を示す断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 京 広之 神奈川県相模原市淵野辺5−10−1 新 日本製鐵株式会社 第2技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭59−189097(JP,A) 特開 昭58−9796(JP,A) 特開 平4−89196(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 35/368

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 スラグ生成剤が金属弗化物と金属酸化物
    からなり、金属弗化物/金属酸化物の重量比=0.3〜
    0.8であるフラックスを鋼製外皮中に充填し、複合ワ
    イヤ全重量に対して、 スラグ生成剤:0.7〜1.5%、 Mn:0.7〜1.5%、 Si:0.15〜0.5%、 Mg:0.1〜0.6%、 Ti:0.05〜0.25%、 Ni:1.5〜4.5%、 B :0.002〜0.02%、 鉄粉:10〜25% をフラックスに含有させ、また外皮+フラックス中のC
    の総和が0.02〜0.06%であり、かつMoを実質
    的に含有しないことを特徴とする多層盛およびX開先継
    手溶接用エレクトロガスアーク溶接用複合ワイヤ。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の複合ワイヤにおいて、充
    填フラックス中に複合ワイヤ全重量に対して、Alを
    0.005〜0.25%含有してなる多層盛およびX開
    先継手溶接用エレクトロガスアーク溶接用複合ワイヤ。
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