JP3342306B2 - 耐溶接割れ性に優れた溶接ワイヤ及びこれを用いた溶接方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は耐溶接割れ性に優
れた溶接ワイヤ及びこれを用いた溶接方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
例えば自動車用品の一部に亜鉛メッキ鋼板が使用されて
いたが、最近ではこれに代えて耐食性鋼材、特に鋼管が
使用されるようになってきた。

【０００３】亜鉛メッキ鋼板に代えてこのような耐食性
鋼材を用いれば、亜鉛メッキを省略できてコストを下げ
られ、また亜鉛の存在が溶接に対して与える悪影響を除
くことができて有利であるが、この耐食性鋼材を従来の
溶接ワイヤを用いて溶接したとき、溶接割れが生じやす
いことが判明した。

【０００４】従来、亜鉛メッキ鋼板のような低合金鋼の
溶接にはＪＩＳのＹＧＷ１６相当の溶接ワイヤを用いた
マグ溶接若しくはミグ溶接が多く行われてきた。ここで
ＹＧＷ１６ワイヤの代表的合金組成は以下の通りであ
る。 Ｃ：０．０６％，Ｓｉ：０．７０％，Ｍｎ：１．３０
％，Ｐ：０．０１０％，Ｓ：０．０１５％，残部Ｆｅ

【０００５】このような溶接ワイヤを用いて耐食性鋼
材、例えば高リン高銅組成を有する耐食性鋼材の溶接を
行ったとき、溶接割れが生じやすいことが判明したので
ある。

【０００６】従来にあっては、溶接ワイヤにＮｂ又はＴ
ｉを少量加え耐シールド性を高めた組成のものも好んで
使用されているが、本発明者等の経験によると、Ｎｂや
Ｔｉの添加は溶接割れの点からは一層好ましくないこと
が分かった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願の発明はこのような
事情を背景としてなされたものである。而して本願の発
明は、溶接ワイヤの組成を重量％で、Ｓｉ：≦０．５０
％，Ｍｎ：０．４〜２．０％，Ｐ：≦０．０１５％，
Ｓ：≦０．００５％，Ｏ：≦０．０１％，且つＣ＋０．
０２０×Ｓｉ＋０．０２４×Ｍｎ≦０．１００であり、
残部実質的にＦｅから成る組成とすることを特徴とする
（請求項１）。

【０００８】請求項２は溶接方法に係るもので、請求項
１の溶接ワイヤを用いて、Ｃ：≦０．１２％，Ｓｉ：≦
０．７５％，Ｍｎ：０．２０〜２．００％，Ｐ：０．０
２〜０．１５％，Ｃｕ：０．０１〜０．５０％，Ｃｒ：
≦１．０％及びＮｉ：≦１．０％を含有し、Ｓ：≦０．
０４％であって、残部が実質上Ｆｅから成る合金組成の
高リン高銅の耐食性鋼材をミグ若しくはマグ溶接法によ
り溶接することを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明者は耐溶接割れ性に優れたワイヤを得る
べく、鋼管を並べて溶接試験を行い、溶接部を調べたと
ころ、溶接が良好に行われた部分と溶接性が悪かった部
分とで成分に相違のあることが判明した。

【００１０】そこで各成分のインゴット１２、即ち溶接
性の良かった部分の成分のインゴット１２と、溶接性の
悪かった部分の成分のインゴット１２とをそれぞれ各別
に図３（Ａ）に示すように作成してこれを切断し、ティ
グビードオンプレート溶接試験（但し溶接ワイヤを用い
ない単なる再溶融試験。溶接条件は下記。）を行ない、
そしてこれを同図（Ｂ）中イの位置で切断して同図
（Ｃ）中溶接部（再溶融部）ロの組織を調べたところ、
それら両インゴット１２間で組織が異なっていることが
分かった。 ＜溶接条件＞ シールドガス：Ａｒ 溶接電流：１６０Ａ 溶接速度：２０ｃｍ／ｍｉｎ

【００１１】即ち、溶接性の悪かった部分の組織はデン
ドライトが発達しており、また成分の偏析も多かったの
に対して、溶接性の良好であった部分はデンドライトの
発達が少なく、また成分の偏析も少なかった。

【００１２】このように溶接性の良好であった部分と悪
かった部分とで組織の相違が生ずるのは以下の理由によ
るものであると考えられる。

【００１３】図１（イ），（ロ）はワイヤ中の成分Ｓ
ｉ，Ｍｎ量を異ならせたときの状態図を表したものであ
り、δ相の頂点位置Ｐが（イ）の状態図と（ロ）の状態
図とで異なっている。即ち（ロ）の状態図に対して
（イ）の状態図の方がδ相の頂点位置Ｐが高Ｃ側に位置
している。

【００１４】而してこの頂点位置Ｐよりもワイヤ中のＣ
量が低い場合、溶接時において溶接部は冷却に伴い、図
（イ）中破線Ａに従って状態変化する。他方、ワイヤ中
のＣ量がＰ位置で表される量よりも高い場合、冷却時に
おける溶接部は（ロ）中破線Ｂに従って状態変化する。

【００１５】ここでＡに従う状態変化とＢに従う状態変
化とを比較した場合、Ａの場合にはＬ相（液相）→Ｌ＋
δ相→δ相→δ＋γ相→γ相と変化するにの対して、Ｂ
の場合にはＬ相→Ｌ＋δ相→Ｌ＋δ＋γ相→δ＋γ相→
γ相と変化する。

【００１６】即ちＡの場合には固−液が共存する相（Ｌ
＋δ相）を１回通過するだけであるのに対して、Ｂの場
合にはＬ＋δ相とＬ＋δ＋γ相の２つの固−液共存相を
通過することとなり、その際に包晶反応を生ぜしめてし
まう。

【００１７】また同一冷却速度の下において、溶接割れ
に対して耐性の弱い固−液共存相の状態が長い時間続く
（温度範囲が広い）こととなる。

【００１８】これらの相違が、上記のようにデンドライ
トがよく発達したり又は発達が少なかったり、また成分
の偏析が多かったり少なかったり、更に溶接割れに対し
て耐性が大であったり小であったりする違いの原因であ
ると考えられる。

【００１９】上記δ相の頂点位置Ｐは以下の式（１）´
にて表される。 Ｃ＋０．０２０×Ｓｉ＋０．０２４×Ｍｎ＝０．１００・・・式（１）´ 上記説明から明らかなように、耐溶接割れが良好となる
のは頂点位置ＰよりもＣ量が少ない場合であり、本発明
において以下の式（１）に示す通り Ｃ＋０．０２０×Ｓｉ＋０．０２４×Ｍｎ≦０．１００・・・式（１） と規定しているのはこのような理由に基づくものであ
る。

【００２０】本発明の溶接ワイヤは、以下の組成の高リ
ン高銅から成る耐食性鋼材、即ちＣ：≦０．１２％，Ｓ
ｉ：≦０．７５％，Ｍｎ：０．２０〜２．００％，Ｐ：
０．０２〜０．１５％，Ｃｕ：０．０１〜０．５０％，
Ｃｒ：≦１．０％及びＮｉ：≦１．０％を含有し、Ｓ：
≦０．０４％であって、残部が実質上Ｆｅから成る組成
の鋼材のミグ若しくはマグ溶接に適用して特に好適なも
のである（請求項２）。

【００２１】次に本発明の溶接ワイヤ及び高耐食性鋼材
の各成分の限定理由を具体的に説明する。 ＜溶接ワイヤ＞ Ｓｉ：≦０．５０％ Ｓｉは脱酸剤として働くが、多量になると溶接金属中の
Ｓｉ量を高めてＰの固溶を妨げる結果、溶接割れを引き
起こす恐れがある。そこで０．５０％の上限を設けた。

【００２２】Ｍｎ：０．４〜２．０％ Ｍｎは脱酸を補助し溶接金属の流動性を改善する上で効
果があり、また強度・靱性を改善する上でも有用であ
る。しかし０．４％未満では脱酸不足となって溶接欠陥
が発生し易く、一方で２．０％を超えると合金の加工性
を低めて溶接ワイヤへの加工を困難にする上、溶接金属
の強度が高くなり過ぎ、靱性が低下するので０．４〜
２．０％とした。

【００２３】Ｐ：≦０．０１５％ Ｐは耐溶接割れ性を阻害する元素であり、そのため上限
を０．０１５％とする。

【００２４】Ｓ：≦０．００５％ ＳはＰと同様に耐溶接割れ性を阻害する元素であり、そ
のため上限を０．００５％とする。

【００２５】Ｏ：≦０．０１％ Ｏは過剰に含有すると溶滴の表面張力を低め、ワイヤ先
端の溶滴が離脱するのを妨げる。そのため、溶滴の移行
性を改善するため、上限を０．０１％とした。

【００２６】Ｃ＋０．０２０×Ｓｉ＋０．０２４×Ｍｎ
≦０．１００とする理由については前述した通りであ
る。

【００２７】＜高耐食性鋼材＞ Ｃ：≦０．１２％ 機械部品に通常要求される強度を確保するため、ある程
度のＣ量が必要であるが、延性・靱性を低下させないよ
う上限を０．１２％とする。

【００２８】Ｓｉ：≦０．７５％ Ｓｉは脱酸剤として働くが、多量になると溶接金属中の
Ｓｉ量を高めてＰの固溶を妨げる結果、溶接割れを引き
起こす恐れがある。そこで０．７５％の上限を設けた。

【００２９】Ｍｎ：０．２０〜２．００％ Ｍｎは脱酸を補助し、また強度・靱性を得る上で少なく
とも０．２０％は添加する。しかし過大になると靱性が
低下するので２．００％を上限とする。

【００３０】Ｐ：０．０２〜０．１５％ 耐食性の効果を得るため０．０２％以上を添加する。し
かし多量になると材料を脆くする上、溶接金属中に移行
して溶接割れを引き起こすため、上限を０．１５％とす
る。

【００３１】Ｃｕ：０．０１〜０．５０％ 同じく耐食性を得る上で有用であり、その効果は０．０
１％以上の添加で得られる。一方、過大な量になると溶
接金属を脆化させるので０．５０％までの添加に止め
る。

【００３２】Ｃｒ：≦１．０％ Ｎｉ：≦１．０％ これらは上記したＰの作用と相俟って材料に耐食性を与
える。必要な耐食性はそれぞれ１．０％以内で添加すれ
ば得られるので、経済性も考慮して添加量をこの限度と
した。

【００３３】Ｓ：≦０．０４％ ＳはＰと同様に耐溶接割れ性を阻害する元素であり、そ
のため上限を０．０４％とする。

【００３４】

【実施例】次に本発明の実施例を以下に具体的に説明す
る。表１に示す化学組成の溶接ワイヤを用い、以下の合
金組成、即ちＣ：０．０２％，Ｓｉ：０．０１％，Ｍ
ｎ：１．０１％，Ｃｒ：０．１０％，Ｎｉ：０．２０
％，Ｐ：０．０６％，Ｓ：０．０１％，Ｃｕ：０．２０
％，残部Ｆｅから成る組成の高リン高銅組成の耐食性鋼
管（外径６０ｍｍ×長さ３００ｍｍ，肉厚２ｍｍ）１０
（図２参照）を３本並べて長さ２００ｍｍに亘って以下
の条件で溶接試験を行った。

【００３５】

【表１】

【００３６】〈溶接条件〉 溶接電源：ダイヘン製「ターボパルス」 シールドガス：Ａｒ＋５％Ｏ₂，粗Ａｒ＋２０％ＣＯ
₂（２０リットル／ｍｉｎ） ワイヤ送給速度：９．８ｍ／ｍｉｎ アーク電圧：１９Ｖ（ミグ溶接），２６Ｖ（マグ溶接） 溶接速度：１００ｃｍ／ｍｉｎ

【００３７】そして溶接部の観察を行って溶接割れの評
価を行った。結果が表１に併せて示してある。

【００３８】表１の結果から、本発明例のものは各比較
例のものに比べて耐溶接割れ性が良好であることが分か
る。以上本発明の実施例を詳述したがこれはあくまで一
例示であり、本発明はその主旨を逸脱しない範囲におい
て、種々変更を加えた態様で実施可能である。

【００３９】

【発明の効果】上記のように本発明の溶接ワイヤを用い
て溶接を行った場合、特に高リン高銅からなる組成の耐
食性鋼材をマグ，ミグ溶接する際に良好に溶接割れを防
止することができ、耐溶接割れ性を向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ワイヤ成分中のＣ量とＳｉ量及びＭｎ量との関
係の変化によって耐溶接割れ性が影響されることを表す
説明図である。

【図２】本発明者の行った溶接試験方法の説明図であ
る。

【図３】本発明者の行った図２とは別の溶接試験方法の
説明図である。

【符号の説明】

１０ 鋼管 １２ インゴット イ 切断位置 ロ 溶接部（再溶融部）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｃ２２Ｃ 38/04 Ｃ２２Ｃ 38/04 38/42 38/42 (72)発明者 永田 雅 愛知県名古屋市緑区鳴海町字伝治山98− ３ (72)発明者 上仲 明郎 愛知県東海市加木屋町南鹿持18 (56)参考文献 特開 平９−52192（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−256486（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−322895（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−263593（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−19130（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 35/30

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、Ｓｉ：≦０．５０％，Ｍｎ：
   ０．４〜２．０％，Ｐ：≦０．０１５％，Ｓ：≦０．０
   ０５％，Ｏ：≦０．０１％且つＣ＋０．０２０×Ｓｉ＋
   ０．０２４×Ｍｎ≦０．１００であり、残部実質的にＦ
   ｅから成る耐溶接割れ性に優れた溶接ワイヤ。
2. 【請求項２】 請求項１の溶接ワイヤを用いて、Ｃ：≦
   ０．１２％，Ｓｉ：≦０．７５％，Ｍｎ：０．２０〜
   ２．００％，Ｐ：０．０２〜０．１５％，Ｃｕ：０．０
   １〜０．５０％，Ｃｒ：≦１．０％及びＮｉ：≦１．０
   ％を含有し、Ｓ：≦０．０４％であって、残部が実質上
   Ｆｅから成る合金組成の高リン高銅の耐食性鋼材をミグ
   若しくはマグ溶接法により溶接することを特徴とする溶
   接方法。