JP3479200B2 - 片面サブマージアーク溶接開先用鋼充填材 - Google Patents
片面サブマージアーク溶接開先用鋼充填材Info
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キング片面サブマージアーク溶接等の片面サブマージア
ーク溶接において、開先形状の補正に利用したり、ある
いは、余盛調整のためなどに開先内に散布する鋼充填材
に関し、特に、低温靱性が良好な溶接金属が得られる鋼
充填材に関するものである。
サブマージアーク溶接が一般的に採用されている。とこ
ろで、多電極の片面溶接は入熱が大きいため、他の溶接
方法に比べHAZ部の靱性が劣化する傾向にある。この
ため、溶接金属は当然のこと、HAZ部にも厳しい低温
靱性が要求されるLPG船などの低温用鋼の溶接では、
片面サブマージアーク溶接は2電極、あるいは3電極の
溶接が薄板側で適用されたぐらいであった。
mechanical control proces
s)鋼板の進歩あるいは片面サブマージアーク溶接の高
速化に伴い、板厚20mm程度までの低温用鋼の溶接に
4電極片面サブマージアーク溶接が適用されるようにな
った。この4電極片面サブマージアーク溶接は、板厚2
0mmで溶接速度約1m/min以上、板厚16mm以
下は溶接速度1.5m/min以上と高速であるため、
溶接入熱量が従来の2あるいは3電極法に比べて少な
く、また、HAZ粗粒域も小さい。
成するには、正確な開先寸法を確保することが重要であ
る。造船の大板継ぎに使用する鋼板は、通常20m以上
と長いため、鋼板の開先寸法はかなり変動する。特に、
ギャップとルートフェースが重要で、開先にギャップが
存在したまま、あるいは、ルートフェースが小さいまま
片面サブマージアーク溶接を行うと、裏ビードが過大と
なって表ビードの余盛りが不足し、ひどい場合は裏ビー
ドに横割れが発生する。
たルートフェースが小さい場合、フラックス入りワイヤ
などの半自動溶接でシーリングビードを置くか、開先内
に細径ワイヤを小さく切断したものやパウダー状の金属
粉を開先内に散布して対処している。シーリング溶接の
場合、ギャップがあまりに大きいとシーリングビードが
鋼板の裏側に出て、裏当て銅板を押し上げた時、裏当て
銅板上の裏フラックスと鋼板裏面の密着性が悪くなり、
表側から溶接した時、溶融金属が鋼板裏面の裏当て銅板
上を流れる、いわゆる湯漏れ現象を引き起こす。また、
シーリング溶接は、作業能率の面からも非効率的であ
る。
したものやパウダー状の金属粉を開先内に散布する方法
は作業も容易で能率的である。しかし、従来適用されて
きた開先散布材としては、例えば実公昭43−332号
公報に提案されているが、軟鋼やHT490クラスには
適用できても、−60℃の靱性確保が要求されるLPG
船などの低温用鋼の溶接には適用できない。また、特開
昭60−46895号公報には、ガラステープ系裏当て
材を使用する場合の裏ビードのスラグ剥離を良好にする
ため低融点のPbやBiを含有した低温用鋼の片面潜弧
溶接用開先充填材が提案されている。しかし、本発明の
対象とする片面サブマージアーク溶接では、溶接金属は
溶接時に裏当て銅板から冷却され、ナゲット形状が突き
合わせ凝固になり易く、耐高温割れ感受性の観点から低
融点の成分は極力低減する必要があり適用できない。
用鋼の片面サブマージアーク溶接を行うに当たり、開先
変動の補修対策が容易に実施でき、併せて高靱性な溶接
金属が得られることを目的とした片面サブマージアーク
溶接開先用鋼充填材を提供するものである。
ブマージアーク溶接開先用鋼充填材であって、C:0.
03〜0.07%(重量%、以下同じ)、Si:≦0.
05%、Mn:1.10〜1.30%、Ni:1.5〜
3.5%、Al:0.002〜0.03%、N:≦0.
0040%、O:≦0.0060%を含有し、残部Fe
および不可避的不純物からなることを特徴とする片面サ
ブマージアーク溶接開先用鋼充填材で、粒径180μm
未満を開先用鋼充填材の80%以上、かつ、45μm以
上を80%以上含有することを特徴とする片面サブマー
ジアーク溶接開先用鋼充填材にある。
ス溶接で、鋼板の溶融面積が非常に大きく、溶接金属は
希釈され易い。特に、開先ルート部に散布される充填材
はこの点を考慮して成分設計する必要がある。一般に、
多層盛り溶接金属では後続パスによる再熱効果により組
織の微細化が期待できる。しかし、片面サブマージアー
ク溶接のような1パス溶接では、上記効果は期待でき
ず、溶接ままの溶接金属の靱性を高くする必要がある。
このような場合、一般的には合金成分を多くして溶接金
属の焼き入れ性を上げる。しかし、本発明が対象として
いる溶接法では板厚により溶接入熱量が異なり、溶接部
の冷却速度(以下、冷速)が大きく違う。即ち、合金を
増加するだけでは冷速が大きい場合に、溶接金属の強度
が非常に高くなり、高温割れを発生し易い。
る溶接金属強度変化が少なく、かつ、−60℃レベルの
低温靱性を確保する必要があり、溶接金属マトリックス
の靱性を向上させ、組織的には粒界フェライトの生成を
抑制し、その上、組織の微細化を図ることが重要であ
る。そのため、本発明者らは、Ni添加によるマトリッ
クスの固溶靱性向上、低Cおよび溶接金属中のAlとO
のバランスによる組織制御が極めて有効であることを見
いだした。従って、本発明鋼充填材の特に重要な基本組
成としては低C系で、Ni,Alを含有することであ
り、さらに、Si、Mn、N、Oを特定することによ
り、低温靱性の良好な溶接金属が得られた。また、開先
用鋼充填材の実際の溶接における使用性を考慮して、粒
径を特定した。
る。一般に、本発明の鋼充填材が適用される片面サブマ
ージアーク溶接のルート部は鋼板の溶融面積が大きく、
鋼板約65%、(溶接ワイヤ+開先用鋼充填材)約35
%で溶接金属の組成が構成される。従って、本発明の成
分限定はこの割合を前提にしたものである。 C;Cは開先用鋼充填材全重量に対し0.03〜0.0
7%である。片面サブマージアーク溶接では、溶接金属
中のC量が0.13%を越えると高温割れを発生する可
能性が大きくなる。造船用鋼板ではC量を0.15%程
度含有している場合がある。従って、鋼充填材のC量は
できるだけ低くする必要があり、0.07%を上限とし
た。ただし、0.03%未満では溶接金属の強度が低く
なり、0.03%を下限とした。
0.05%以下である。Siは、溶接金属中の酸素量を
低くするために必要な組成であるが、0.05%を超え
ると低温靱性が劣化する。 Mn:Mnは開先用鋼充填材全重量に対し1.10〜
1.30%である。Mnは溶接金属の強度を維持し、焼
き入れ性を確保し、粒内フェライトの変態核を生成する
上で必要である。このようなMnの効果は、1.10%
以上の添加で得る事ができる。しかしながら、1.30
%を超えると逆に靱性が劣化する。
1.5〜3.5%必要である。Niは溶接金属のマトリ
ックスに固溶して、靱性を向上させる。このようなNi
の効果は溶接金属中に0.5%以上必要である。従っ
て、開先充填材中のNiは希釈率などを考慮して1.5
%を下限とした。ただし3.5%を超えると強度が低下
する。従って、Niの上限は3.5%とした。 Al:Alは開先用鋼充填材全重量に対し0.002〜
0.03%である。Alは溶接金属中の酸素を低くする
とともに、微細なミクロ組織であるアシキュラーフェラ
イトの変態核として作用する。このようなAlの効果は
0.002%以上必要である。ただし、Alが0.03
%を越えるとベイナイト組織が増加し、靱性が劣化す
る。従って、Alの上限を0.03%とした。
0040%を超えると、他の靱性向上対策を付加しても
低温靱性が著しく劣化する。従って、Nは0.0040
%を上限とした。 O:Oが開先用鋼充填材全重量に対し0.0060%を
超えると、低温靱性が劣化する。Oはアシキュラーフェ
ライト変態核としてのAl酸化物やTi酸化物を生成す
るために必要であるが、フラックスから供給できる。従
って、Oは0.0060%を上限とした。
する開先に充填材を散布する場合、斜線部のルートフェ
ースrを充満する程度の散布を行う。なお、充填材の粒
径が大きいと空隙率が大きくなり、裏ビードが出易くな
る。また、粒径が小さいと比重が軽くなり、鋼板裏面側
まで十分落下しない。従って、空隙率はなるべく少なく
して、かつ、自然落下できるように粒径に設定すること
が重要である。即ち、充填材の粒径は180μm未満を
80%以上、かつ、45μm以上を80%以上含有する
こととした。
種あるいは必要性能に対して、上記以外の成分を含有し
ても本発明の特性を損なうものではない。また、本発明
の開先用鋼充填材を使用する片面サブマージアーク溶接
方法の1例は図2に示す如く、突合せ溶接する母材3,
3′を図1に示すY開先にセットし、開先下面に裏当て
装置で裏フラックス6を裏当て銅板7を介してエアーホ
ース8で押し上げて裏面側の準備する。表側からは開先
ギャップgに鋼充填材2を充満させた後、表フラックス
5を散布して複数の溶接用ワイヤ4を用いて溶接を実施
する。この溶接方法によって、図1に実線で示す溶接部
1が得られるのである。以上本発明について詳述した
が、本発明効果をさらに明確にするため、以下実施例に
ついて述べる。
鋼を図1に示すようにY型開先に加工し、表2に示すよ
うな開先状態で、図2に示す片面サブマージアーク溶接
に供した。溶接ワイヤを表3に示す。ワイヤの径は4.
8、6.4mmである。次に表4に表フラックス、表5
に裏フラックスの組成を示す。溶接条件を表6に示す。
次に表7に示すPW1〜PW11の11種類の組成の充
填材を作成した。表7のうちPW1〜PW6は本発明の
開先充填材、PW7〜PW11は本発明の効果を明確に
するための比較例の開先充填材である。
T1〜T6は本発明の実施例、T7〜T11は比較例で
ある。これらの結果、本発明例のT1〜T6は、表ビー
ド、裏ビード、耐割れ性、−60℃のシャルピー吸収エ
ネルギー値および引張強度とも良好な値を示した。一
方、比較例T7はCの含有量が過小で引張強度が不足し
た。また、Alの含有量が過小でシャルピー吸収エネル
ギーが不足した。また、比較例T8はC含有量が過大で
高温割れが発生した。このため、以後の試験を中止し
た。
有量が過大、Niの含有量が過小でシャルピー吸収エネ
ルギーが不足した。また、比較例T10は、粒径180
μm未満が過小で空隙率が大きく、裏ビードが過大とな
った。また、Niが過大のため、引張強度が不足した。
また、比較例T11はN、Oが過大でシャルピー吸収エ
ネルギーが不足し、粒径45μm以上が過小のため開先
充填材が鋼板裏面まで落下せず裏ビードが出なかった。
填材は低温用鋼の片面サブマージアーク溶接において、
開先変動の補修対策が容易で、併せて高靱性な溶接金属
を得ることを可能とし、片面サブマージアーク溶接の能
率を飛躍的に高めることができる。
を示す図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 片面サブマージアーク溶接開先用鋼充填
材であって、C:0.03〜0.07%(重量%、以下
同じ)、Si:≦0.05%、Mn:1.10〜1.3
0%、Ni:1.5〜3.5%、Al:0.002〜
0.030%、N:≦0.0040%、O:≦0.00
60%を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からな
ることを特徴とする片面サブマージアーク溶接開先用鋼
充填材。 - 【請求項2】 粒径180μm未満を開先用鋼充填材の
80%以上、かつ、45μm以上を80%以上含有する
ことを特徴とする請求項1記載の片面サブマージアーク
溶接開先用鋼充填材。
Priority Applications (1)
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JP06841197A JP3479200B2 (ja) | 1997-03-21 | 1997-03-21 | 片面サブマージアーク溶接開先用鋼充填材 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06841197A JP3479200B2 (ja) | 1997-03-21 | 1997-03-21 | 片面サブマージアーク溶接開先用鋼充填材 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH10263881A JPH10263881A (ja) | 1998-10-06 |
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Family
ID=13372919
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP06841197A Expired - Lifetime JP3479200B2 (ja) | 1997-03-21 | 1997-03-21 | 片面サブマージアーク溶接開先用鋼充填材 |
Country Status (1)
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-
1997
- 1997-03-21 JP JP06841197A patent/JP3479200B2/ja not_active Expired - Lifetime
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