JP3971074B2 - ニハード鋳鉄母材の多層肉盛炭酸ガスシールドアーク溶接方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高硬度金属を少なくとも３層以上多層肉盛するニハード鋳鉄母材の多層肉盛炭酸ガスシールドアーク溶接方法に関し、特に、石炭粉砕設備の摩耗しやすい箇所に使用される部材を製造するに際し、高能率で高硬度金属を多層肉盛溶接することができるニハード鋳鉄母材の多層肉盛炭酸ガスシールドアーク溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、石炭粉砕設備の摩耗部材は耐摩耗性が要求されることから、ＡＳＴＭ Ａ５３２に示されるようなニハード鋳鉄母材が使用されている。従来からこのようなニハード鋳鉄母材の耐摩耗性向上を目的として、高硬度金属の多層盛炭酸ガスシールドアーク溶接が実施されている。しかし、ニハード鋳鉄母材の高硬度金属の多層肉盛溶接では母材の大割れ及び高硬度金属の剥離又は割れが生じるという問題点がある。
【０００３】
耐摩耗性が要求される適用箇所の性格上、ニハード鋳鉄母材は高硬度となる化学成分を有している。しかし、硬さが増すと靭性又は延性が低下するという欠点があり、母材の大割れは、このような靭性又は延性に乏しい母材特性と、多層肉盛により大きくなる溶接残留応力とが重なって発生していた。この母材の大割れは粉砕設備そのものの寿命を著しく損なうことから、その対策が強く望まれている。
【０００４】
一方、高硬度金属も硬さが増すと靭性又は延性が低下するという欠点があり、多層肉盛溶接を行うと、剥離又は欠けが生じやすくなる。これを防止するため、高硬度金属の多層肉盛溶接において溶接入熱量を制限する方法が提案されている（特許第２１３２７０１号公報、特許第２５１８１２６号公報）。
【０００５】
特許第２１３２７０１号公報には、鉄鋼又は鋳鋼を母材として、その表面に高炭素、高クロム鉄系材料を肉盛溶接してなる硬化肉盛部材において、硬化肉盛溶接金属の炭素量を５．５質量％とし、かつ溶接入熱を６０００〜２００００Ｊ／ｃｍとし、硬化肉盛溶接金属に発生する溶接割れの平均間隔を５〜２０ｍｍとした硬化肉盛部材が開示されている。
【０００６】
一方、特許第２５１８１２６号公報には、堅型ロールのテーブル又はロール等分割型環状体の摩耗面上に高硬度金属を多層肉盛溶接する方法において、分割した個々の被溶接体を１〜１０ｍｍの間隔を隔てて環状に並べ、環状間隔上を含め母材面上へ２０００〜６０００Ｊ／ｃｍの範囲に制限し、溶接中の層間温度を常に３００℃以下に制限することにより溶着金属のビードにビード方向と直交する微細なクラックを均等かつ多数分散して発生させ、荷重を加えて個々の部材をほぼ間隔面に沿って分断する分割型環状体の高硬度金属による多層肉盛り溶接方法が開示されている。
【０００７】
上述のいずれの従来技術も入熱を下げて施工を行うことで高硬度金属肉盛層に狭い間隔で割れを形成させて残留応力を開放し、高硬度金属肉盛層の剥離又は欠けを抑制するというものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の従来の高硬度金属の多層肉盛溶接において溶接入熱量を制限する方法（特許第２１３２７０１号公報、特許第２５１８１２６号公報）には、母材の大割れに対して有効な対策は何ら開示されていない。
【０００９】
また、過度の低入熱施工は高硬度金属肉盛層の剥離又は欠けに対して融合不良、溶け込み不足及びピット等溶接欠陥を発生させてしまい、かえって高硬度金属肉盛層に剥離又は欠けを生じさせる結果となっている。
【００１０】
更に、過度の低入熱施工は溶接作業性も劣化させ、溶接チップにスパッタが付着してワイヤの送給を妨げる等の溶接作業能率を阻害するという問題点もある。
【００１１】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、剥離又は欠けを生じさせることなく、溶接作業性を低下させずに高硬度金属肉盛層を形成することができるニハード鋳鉄母材の多層肉盛炭酸ガスシールドアーク溶接方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るニハード鋳鉄母材の多層肉盛炭酸ガスシールドアーク溶接方法は、高硬度金属を少なくとも３層以上多層肉盛するニハード鋳鉄母材の多層肉盛炭酸ガスシールドアーク溶接方法において、前記ニハード鋳鉄母材は、Ｃ：１．５０乃至２．５０質量％、Ｓｉ：１．００乃至２．００質量％、Ｍｎ：０．５０乃至１．５０質量％、Ｎｉ：４．８０乃至５．８０質量％、Ｃｒ：１０．５０乃至１２．００質量％、Ｍｏ：０．０５乃至１．００質量％及びＶ：０．０１乃至０．０５質量％含有し、溶接材料として、金属外皮にフラックスを充填してなるフラックス入りワイヤであって、前記金属外皮及び前記フラックスのいずれか一方又は双方から添加される成分元素の合計がワイヤ全質量当たり、Ｃ：５．５５乃至６．１５質量％、Ｓｉ：２．００乃至２．８０質量％、Ｍｎ：０．８０質量％以下、Ｎｉ：０．１０質量％以下、Ｃｒ：２１．４５乃至２３．５０質量％、Ｍｏ：０．９５乃至１．１０質量％、Ａｌ：０．０１乃至０．１０質量％、Ｖ：３．１０乃至３．４０質量％、Ｂ：０．２０乃至０．３０質量％、Ｍｇ：０．０１乃至０．１０質量％及びスラグ造滓剤の合計：０．１５質量％未満であるフラックス入りワイヤを使用し、Ｈを溶接入熱量［Ｊ／ｃｍ］とし、Ｉを溶接電流［Ａ］とし、Ｅを溶接電圧［Ｖ］とし、ｖを溶接速度［ｃｍ／分］としたとき、Ｈ＝６０×Ｉ×Ｅ／ｖで算出される溶接入熱量Ｈの値は初層及び２層目において２５００Ｊ／ｃｍを超え３５００Ｊ／ｃｍ未満であり、３層目以上において５０００Ｊ／ｃｍを超え７５００Ｊ／ｃｍ未満に制限すると共に、初層及び２層目の予熱温度及びパス間温度を２００℃以下並びに３層目以上のパス間温度を３００℃以下に規制し、溶接時のチップと前記ニハード鋳鉄母材との間の距離を１５乃至２０ｍｍに規制することを特徴とする。
【００１３】
本発明において、スラグ造滓剤とは、フラックス中の金属粉末以外の成分を指し、例えば、ＴｉＯ2、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、Ｋ2Ｏ、ＣａＯ、Ｌｉ2Ｏ、ＭｇＯ又はＭｎＯ等の酸化物、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＣａＦ2、Ｋ2ＳｉＦ6、ＫＦ又はＡｌＦ3等の弗化物及びＬｉ2ＣＯ3又はＣａＣＯ3等の炭酸塩である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例に係るニハード鋳鉄母材の高硬度金属多層肉盛炭酸ガスシールドアーク溶接方法について詳細に説明する。
【００１５】
本発明者等は、母材の大割れに関して、母材の大割れは母材熱影響部の割れが多層肉盛によって生じる残留応力により母材原質部に進展して発生していること、母材熱影響部の割れは主に初層と２層目の溶接入熱により粗大化した母材熱影響部の炭化物を通って高硬度金属肉盛層に発生した割れを起点として発生したものであること、母材熱影響部の割れの中でも炭化物の粗大化が著しく、割れ長さの長いものが、多層肉盛によって生じる残留応力により優先的に進展して母材に大割れを引き起こすこと及び母材熱影響部の割れについて、割れ間隔と割れ長さとの間には、割れ間隔が広いほど割れ長さが長く、割れ間隔が狭いほど割れ長さが短くなる関係を有すること等の知見を得た。
【００１６】
即ち、母材熱影響部の炭化物の粗大化と、初層と２層目の高硬度金属肉盛層の割れ間隔を調整することにより、母材熱影響部の割れの間隔と長さとを調整することが可能となる。このため母材の大割れを回避することができることを見出した。
【００１７】
上述の知見に基づいて、溶接作業性又は合金成分の調整が比較的容易なフラックス入りワイヤを使用して鋭意実験研究を重ねた結果、母材熱影響部の炭化物の粗大化を抑制するため、母材の化学成分の調整、初層と２層目の肉盛層の溶接入熱量並びに予熱温度及びパス間温度の制限を行うことと、初層と２層目の肉盛層の溶接入熱量、予熱温度及びパス間温度の制限並びにフラックス入りワイヤの化学成分の調整を行うこととを同時に行うことにより、母材熱影響部の割れ間隔を狭く、かつ割れ長さを短くすることが可能となり、多層肉盛後の母材の大割れ防止することができることを見出した。
【００１８】
一方、多層肉盛した高硬度金属の割れについては、肉盛層の割れは前層の肉盛層に発生した割れが連続的に進展して形成され、割れの進展は肉盛層が炭化物の晶出量及び析出量の多い高硬度金属であるほど顕著であること並びに融合不良、溶け込み不足、ピット及びスラグ巻き等の溶接欠陥は剥離又は欠けを誘発すること等の知見を得た。
【００１９】
即ち、狭い間隔の割れを形成するため、従来技術のように、溶接入熱量を抑える必要はなく、割れの進展を促進する高硬度金属を得るためワイヤの成分調整を行い、ワイヤはスラグ巻きを抑制するためスラグ量を制限し、融合不良、溶け込み不足及びピット等の溶接欠陥を抑制し、かつ溶け込み形状を深溶け込みとしないために３層目以上の肉盛層の溶接入熱及びパス間温度を調整することを同時に行うことにより、高硬度金属肉盛層の剥離又は欠けを防ぐことができることを見出した。
【００２０】
また、溶接チップへのスパッタ付着によるワイヤ送給の劣化及びこれによる溶接作業能率の阻害に対しては、スパッタ発生量を低減するためフラックス入りワイヤの化学成分を調整し、チップへのスパッタ付着を抑制するためチップと母材との間の距離を所定に調整することを同時に行うことにより、解決することができることを見出した。
【００２１】
本発明は、上述の知見に基づいてなされたものであり、具体的には、延性の向上と母材熱影響部の炭化物の粗大化を抑制するため、ニハード鋳鉄母材の化学成分は、Ｃ：１．５０乃至２．５０質量％、Ｓｉ：１．００乃至２．００質量％、Ｍｎ：０．５０乃至１．５０質量％、Ｎｉ：４．８０乃至５．８０質量％、Ｃｒ：１０．５０乃至１２．００質量％、Ｍｏ：０．０５乃至１．００質量％及びＶ：０．０１乃至０．０５質量％含有する。また、肉盛層を高硬度とし、初層と２層目の肉盛層に狭い間隔で割れを形成すると共に、３層目以上の肉盛層への割れ進展を促進し、スパッタ発生量の低減し、スラグ量を制限するためフラックス入りワイヤの化学成分はワイヤ全質量当たり、Ｃ：５．５５乃至６．１５質量％、Ｓｉ：２．００乃至２．８０質量％、Ｍｎ：０．８０質量％以下、Ｎｉ：０．１０質量％以下、Ｃｒ：２１．４５乃至２３．５０質量％、Ｍｏ：０．９５乃至１．１０質量％、Ａｌ：０．０１乃至０．１０質量％、Ｖ：３．１０乃至３．４０質量％、Ｂ：０．２０乃至０．３０質量％、Ｍｇ：０．０１乃至０．１０質量％及びスラグ造滓剤の合計：０．１５質量％未満する。更に、母材熱影響部の炭化物粗大化の抑制し、初層と２層目の肉盛層に狭い間隔の割れを形成するため、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量は、Ｈを溶接入熱量［Ｊ／ｃｍ］とし、Ｉを溶接電流［Ａ］とし、Ｅを溶接電圧［Ｖ］とし、ｖを溶接速度［ｃｍ／分］としたとき、Ｈ＝６０×Ｉ×Ｅ／ｖで算出される溶接入熱量Ｈの値は初層及び２層目において２５００Ｊ／ｃｍを超え３５００Ｊ／ｃｍ未満であり、３層目以上において５０００Ｊ／ｃｍを超え７５００Ｊ／ｃｍ未満に制限すると共に、初層及び２層目の予熱温度及びパス間温度を２００℃以下並びに３層目以上のパス間温度を３００℃以下に規制し、溶接時のチップとニハード鋳鉄母材との間の距離を１５乃至２０ｍｍに規制する。本発明は、上述のことを特徴とするニハード鋳鉄母材の多層肉盛炭酸ガスシールドアーク溶接方法である。
【００２２】
なお、本発明において、スラグ造滓剤とは、フラックス中の金属粉末以外の成分を指し、例えば、ＴｉＯ2、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、Ｋ2Ｏ、ＣａＯ、Ｌｉ2Ｏ、ＭｇＯ又はＭｎＯ等の酸化物、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＣａＦ2、Ｋ2ＳｉＦ6、ＫＦ又はＡｌＦ3等の弗化物及びＬｉ2ＣＯ3又はＣａＣＯ3等の炭酸塩である。
【００２３】
本実施例においては、上述の各要件を同時に実施することにより、ニハード鋳鉄母材の高硬度多層肉盛において、母材の大割れ、高硬度金属の剥離又は欠け及びワイヤ送給劣化による溶接作業能率の阻害を防止することができ、高能率な耐摩耗肉盛が可能になる。
【００２４】
以下、本発明のニハード鋳鉄母材の高硬度金属多層肉盛炭酸ガスシールドアーク溶接方法の数値限定理由について説明する。
【００２５】
ニハード鋳鉄母材の化学成分
Ｃ：１．５０乃至２．５０質量％
ＣはＣｒ、Ｍｏ又はＶ等の炭化物形成元素と結合して炭化物を晶出及び析出し耐摩耗性を向上させる。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分との複合効果により、母材熱影響部の割れ間隔を調整し、母材の大割れを防止する効果を有する。しかし、Ｃの含有量が１．５０質量％未満では、炭化物の晶出量及び析出量が少なくなり、肉盛層の硬度が低下して十分な耐摩耗性を得ることができない。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分とを本発明の範囲に調整しても、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなり、母材に大割れを引き起こす。一方、Ｃの含有量が２．５０質量％を超えると、炭化物の晶出量及び析出量が過多となり、母材熱影響部の炭化物粗大化が著しくなり、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分とを本発明の範囲に調整しても、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなり、母材に大割れを引き起こす。また、靭性が著しく劣化し母材に大割れを引き起こす。従って、ニハード鋳鉄母材のＣの含有量は１．５０乃至２．５０質量％とする。
【００２６】
Ｓｉ：１．００乃至２．００質量％
Ｓｉは鋳造欠陥を防止する観点から脱酸材として添加される。Ｓｉの含有量が１．００質量％未満では鋳造欠陥を防止する効果を得ることができず、母材に鋳造欠陥が発生して初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分とを本発明の範囲に調整しても、母材に大割れを引き起こす。一方、Ｓｉの含有量が２．００質量％を超えると、靭性が著しく損なわれ、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分とを本発明の範囲に調整しても、母材に大割れを引き起こす。従って、ニハード鋳鉄母材のＳｉの含有量は１．００乃至２．００質量％とする。
【００２７】
Ｍｎ：０．５０乃至１．５０質量％
Ｍｎは靭性を向上させると共に、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分との複合効果により、母材熱影響部の割れ間隔を調整し、母材の大割れを防止する効果を有する。しかし、Ｍｎの含有量が０．５０質量％未満では靭性が改善されない。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分とを本発明の範囲に調整しても、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなり、母材に大割れを引き起こす。一方、Ｍｎの含有量が１．５０質量％を超えると、炭化物の晶出量及び析出量が少なくなり硬度が低下して十分な耐摩耗性が得られない。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分とを本発明の範囲に調整しても、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなり、母材に大割れを引き起こす。従って、ニハード鋳鉄母材のＭｎの含有量は０．５０乃至１．５０質量％とする。
【００２８】
Ｎｉ：４．８０乃至５．８０質量％
Ｎｉは靭性及び延性を向上させると共に、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分との複合効果により、母材熱影響部の割れ間隔を調整し、母材の大割れを防止する効果を有する。しかし、Ｎｉの含有量が４．８０質量％未満では、靭性及び延性が改善されない。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分とを本発明の範囲に調整しても、溶接熱影響部の炭化物の粗大化を防止できず、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなり、母材に大割れを引き起こす。一方、Ｎｉの含有量が５．８０質量％を超えると、炭化物の晶出量及び析出量が少なくなり硬度が低下して十分な耐摩耗性を得ることができない。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分とを本発明の範囲に調整しても、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなり、母材に大割れを引き起こす。従って、ニハード鋳鉄母材のＮｉの含有量は４．８０乃至５．８０質量％とする。
【００２９】
Ｃｒ：１０．５０乃至１２．００質量％
ＣｒはＣと結合して炭化物を晶出及び析出し、耐摩耗性を向上させる。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分との複合効果により、母材熱影響部の割れ間隔を調整し、母材の大割れを防止する効果を有する。しかし、Ｃｒの含有量が１０．５０質量％未満では、炭化物の晶出量及び析出量が少なくなり十分な耐摩耗性を得ることができない。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分とを本発明の範囲に調整しても、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなり、母材に大割れを引き起こす。一方、Ｃｒの含有量が１２．００質量％を超えると、炭化物の晶出量及び析出量が過多になり、母材熱影響部の炭化物の粗大化が著しくなり、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分とを本発明の範囲に調整しても、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなり、母材に大割れを引き起こす。また、靭性が著しく劣化して母材に大割れを引き起こす。従って、ニハード鋳鉄母材のＣｒの含有量は１０．５０乃至１２．００質量％とする。
【００３０】
Ｍｏ：０．０５乃至１．００質量％
ＭｏはＣと結合して炭化物を晶出及び析出し、耐摩耗性を向上させる。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分との複合効果により、母材熱影響部の割れ間隔を調整し、母材の大割れを防止する効果を有する。しかし、Ｍｏの含有量が０．０５質量％未満では、炭化物の晶出量及び析出量が少なくなり十分な耐摩耗性を得ることができない。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分とを本発明の範囲に調整しても、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなり、母材に大割れを引き起こす。一方、Ｍｏの含有量が１．００質量％を超えると、炭化物の晶出量及び析出量が過多になり、母材熱影響部の炭化物の粗大化が著しくなり、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分とを本発明の範囲に調整しても、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなり、母材に大割れを引き起こす。また、靭性が著しく劣化して母材に大割れを引き起こす。従って、ニハード鋳鉄母材のＭｏの含有量は０．０５乃至１．００質量％とする。
【００３１】
Ｖ：０．０１乃至０．０５質量％
ＶはＣと結合して炭化物を晶出及び析出し、耐摩耗性を向上させる。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分との複合効果により、母材熱影響部の割れ間隔を調整し、母材の大割れを防止する効果を有する。しかし、Ｖの含有量が０．０１質量％未満では、炭化物の晶出量及び析出量が少なくなり十分な耐摩耗性を得ることができない。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分とを本発明の範囲に調整しても、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなり、母材に大割れを引き起こす。一方、Ｖの含有量が０．０５質量％を超えると、炭化物の晶出量及び析出量が過多になり、母材熱影響部の炭化物の粗大化が著しくなり、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分とを本発明の範囲に調整しても、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなり、母材に大割れを引き起こす。また、靭性が著しく劣化して母材に大割れを引き起こす。従って、ニハード鋳鉄母材のＶの含有量は０．０１乃至０．０５質量％とする。
【００３２】
フラックス入りワイヤの化学成分
Ｃ：５．５５乃至６．１５質量％
ＣはＣｒ、Ｍｏ、Ｖ又はＢ等の炭化物形成元素と結合して炭化物を晶出及び析出し、肉盛層を高硬度にして耐摩耗性を向上させる。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、母材の化学成分との複合効果により、母材熱影響部の割れ間隔を調整し、母材の大割れを防止する効果を有する。更に、３層目以上の肉盛層の溶接入熱量及びパス間温度との複合効果により、肉盛層の割れの進展を促進し、高硬度金属肉盛層の剥離又は欠けを防止する効果を有する。しかし、Ｃの含有量が５．５５質量％未満では肉盛層の炭化物の晶出量及び析出量が少なくなり、硬度が低下して十分な耐摩耗性を得ることができない。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量、予熱温度及びパス間温度並びに母材の化学成分を本発明の範囲に調整しても、初層と２層目の肉盛層の肉盛層の割れ間隔が広がって母材熱影響部の割れ間隔が広がり、母材熱影響部の割れ長さが長くなり、母材に大割れを引き起こす。更に、３層目以上の肉盛層の溶接入熱量及びパス間温度を本発明の範囲に調整しても、肉盛層の割れ進展が損なわれ、３層目以上の肉盛層の剥離又は欠けを引き起こす。一方、Ｃの含有量が６．１５質量％を超えると、肉盛層の炭化物の晶出量及び析出量が過多になり、延性又は靭性が損なわれ、肉盛層の剥離又は欠けを引き越す。従って、フラックス入りワイヤのＣの含有量は５．５５乃至６．１５質量％とする。
【００３３】
Ｓｉ：２．００乃至２．８０質量％
Ｓｉは脱酸に有効な合金元素であり、ピットの発生を抑制する効果がある。また、溶融金属のなじみ性を向上させてビード形状を整える効果も有する。しかし、Ｓｉが２．００質量％未満では脱酸不足となってピットが発生し、溶融金属のなじみ性が改善しないことからビード形状が不良となって融合不良又は溶け込み不足が発生する。このため、３層目以上の肉盛層の溶接入熱量及びパス間温度を本発明の範囲に調整しても、肉盛層の割れ進展が損なわれ、３層目以上の肉盛層の剥離又は欠けを引き起こす。一方、Ｓｉの含有量が２．８０質量％を超えると、靭性が著しく損なわれ、肉盛層の剥離又は欠けを引き起こす。従って、フラックス入りワイヤのＳｉの含有量は２．００乃至２．８０質量％とする。
【００３４】
Ｍｎ：０．８０質量％以下
Ｍｎは０．８０質量％を超えて含有すると、肉盛層の炭化物の晶出量及び析出量が少なくなり、硬度が低下して十分な耐摩耗性を得ることができない。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、母材の化学成分との複合効果により、母材熱影響部の割れ間隔を調整し、母材の大割れを抑制することができない。更に、肉盛層の割れ進展も損なわれ、３層目以上の肉盛層の剥離又は欠けを引き起こす。従って、フラックス入りワイヤのＭｎの含有量は０．８０質量％以下とする。
【００３５】
Ｎｉ：０．１０質量％以下
Ｎｉは０．１０質量％を超えて含有すると、肉盛層の炭化物の晶出量及び析出量が少なくなり、硬度が低下して十分な耐摩耗性を得ることができない。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱、予熱温度及びパス間温度並びに母材の化学成分を本発明の範囲に調整しても、肉盛層の割れ間隔が広がり、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、母材熱影響部の割れ長さが長くなって、母材に大割れを引き起こす。更に、肉盛層の割れ進展も損なわれ、３層目以上の肉盛層の剥離又は欠けを引き起こす。従って、フラックス入りワイヤのＮｉの含有量は０．１０質量％以下とする。
【００３６】
Ｃｒ：２１．４５乃至２３．５０質量％
ＣｒはＣと結合して炭化物を晶出及び析出し、肉盛層を高硬度にして耐摩耗性を向上する。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、母材の化学成分との複合効果により、母材熱影響部の割れ間隔を調整し、母材の大割れを防止する効果を有する。更に、３層目以上の肉盛層の溶接入熱量及びパス間温度との複合効果により肉盛層の割れ進展を促進し、３層目以上の肉盛層の剥離又は欠けを防止する効果を有する。しかし、Ｃｒの含有量が２１．４５質量％未満では、肉盛層の炭化物の晶出量及び析出量が少なくなり硬度が低下して十分な耐摩耗性を得ることができない。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱、予熱温度及びパス間温度並びに母材の化学成分を本発明の範囲に調整しても、肉盛層の割れ間隔が広がり、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、母材熱影響部の割れ長さが長くなって、母材に大割れを引き起こす。更に、肉盛層の割れ進展が損なわれ、３層目以上の肉盛層の溶接入熱量及びパス間温度を本発明の範囲に調整しても３層目以上の肉盛層の剥離又は欠けを引き起こす。一方、Ｃｒの含有量が２３．５０質量％を超えると炭化物の晶出量及び析出量が過多となり、延性及び靭性が著しく損なわれ、肉盛層の剥離又は欠けを引き起こす。従って、フラックス入りワイヤのＣｒの含有量は２１．４５乃至２３．５０質量％とする。
【００３７】
Ｍｏ：０．９５乃至１．１０質量％
ＭｏはＣと結合して炭化物を晶出及び析出し、肉盛層を高硬度にして耐摩耗性を向上する。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、母材の化学成分との複合効果により、母材熱影響部の割れ間隔を調整し、母材の大割れを防止する効果を有する。更に、３層目以上の肉盛層の溶接入熱量及びパス間温度との複合効果により肉盛層の割れ進展を促進し、３層目以上の肉盛層の剥離又は欠けを防止する効果を有する。しかし、Ｍｏの含有量が０．９５質量％未満では、肉盛層の炭化物の晶出量及び析出量が少なくなり硬度が低下して十分な耐摩耗性を得ることができない。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱、予熱温度及びパス間温度並びに母材の化学成分を本発明の範囲に調整しても、肉盛層の割れ間隔が広がり、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、母材熱影響部の割れ長さが長くなって、母材に大割れを引き起こす。更に、３層目以上の肉盛層の溶接入熱量及びパス間温度を本発明の範囲に調整しても３層目以上の肉盛層の剥離又は欠けを引き起こす。一方、Ｍｏの含有量が１．１０質量％を超えると炭化物の晶出量及び析出量が過多となり、延性及び靭性が著しく損なわれ、肉盛層の剥離又は欠けを引き起こす。従って、フラックス入りワイヤのＭｏの含有量は０．９５乃至１．１０質量％とする。
【００３８】
Ａｌ：０．０１乃至０．１０質量％
Ａｌは脱酸に有効な合金元素であり、ピットの発生を抑制する効果がある。しかし、Ａｌの含有量が０．０１質量％未満では脱酸不足になりピットが発生する。このため、肉盛層の割れ進展が損なわれ、３層目以上の肉盛層の溶接入熱量及びパス間温度を本発明の範囲に調整しても、３層目以上の肉盛層の剥離又は欠けを引き起こす。一方、Ａｌの含有量が０．１０質量％を超えると、スパッタの発生量が著しく増加し、チップと母材との距離を所定の距離に調整してもチップへのスパッタ付着が激しく、その除去作業により溶接作業能率が著しく劣化する。従って、フラックス入りワイヤのＡｌの含有量は０．０１乃至０．１０質量％とする。
【００３９】
Ｖ：３．１０乃至３．４０質量％
ＶはＣと結合して炭化物を晶出及び析出し、肉盛層を高硬度にして耐摩耗性を向上する。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、母材の化学成分との複合効果により、母材熱影響部の割れ間隔を調整し、母材の大割れを防止する効果を有する。更に、３層目以上の肉盛層の溶接入熱量及びパス間温度との複合効果により肉盛層の割れ進展を促進し、３層目以上の肉盛層の剥離又は欠けを防止する効果を有する。しかし、Ｖの含有量が３．１０質量％未満では、肉盛層の炭化物の晶出量及び析出量が少なくなり硬度が低下して十分な耐摩耗性を得ることができない。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱、予熱温度及びパス間温度並びに母材の化学成分を本発明の範囲に調整しても、肉盛層の割れ間隔が広がり、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、母材熱影響部の割れ長さが長くなって、母材に大割れを引き起こす。更に、肉盛層の割れ進展が損なわれ、３層目以上の肉盛層の溶接入熱量及びパス間温度を本発明の範囲に調整しても３層目以上の肉盛層の剥離又は欠けを引き起こす。一方、Ｖの含有量が３．４０質量％を超えると、炭化物の晶出量及び析出量が過多になり、延性及び靭性が著しく損なわれ、肉盛層の剥離又は欠けを引き起こす。従って、フラックス入りワイヤのＶの含有量は３．１０乃至３．４０質量％とする。
【００４０】
Ｂ：０．２０乃至０．３０質量％
ＢはＣと結合して炭化物を晶出及び析出し、肉盛層を高硬度にして耐摩耗性を向上させる。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、母材の化学成分との複合効果により、母材熱影響部の割れ間隔を調整し、母材の大割れを防止する効果を有する。更に、３層目以上の肉盛層の溶接入熱量及びパス間温度との複合効果により肉盛層の割れ進展を促進し、３層目以上の肉盛層の剥離又は欠けを防止する効果を有する。しかし、Ｂの含有量が０．２０質量％未満では、肉盛層の炭化物の晶出量及び析出量が少なくなり硬度が低下して十分な耐摩耗性を得ることができない。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱、予熱温度及びパス間温度並びに母材の化学成分を本発明の範囲に調整しても、肉盛層の割れ間隔が広がり、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、母材熱影響部の割れ長さが長くなって、母材に大割れを引き起こす。更に、肉盛層の割れ進展が損なわれ、３層目以上の肉盛層の溶接入熱量及びパス間温度を本発明の範囲に調整しても３層目以上の肉盛層の剥離又は欠けを引き起こす。一方、Ｂの含有量が０．３０質量％を超えると、炭化物の晶出量及び析出量が過多になり、延性及び靭性が著しく損なわれ、肉盛層の剥離又は欠けを引き起こす。従って、フラックス入りワイヤのＢの含有量は０．２０乃至０．３０質量％とする。
【００４１】
Ｍｇ：０．０１乃至０．１０質量％
Ｍｇは脱酸に有効な合金元素であり、ピットの発生を抑制する効果がある。しかし、Ｍｇの含有量が０．０１質量％未満では、ピットの発生を抑制する効果を得ることができず、ピットが発生する。このため、肉盛層の割れ進展が損なわれ、３層目以上の肉盛層の溶接入熱量及びパス間温度を本発明の範囲に調整しても、３層目以上の肉盛層の剥離又は欠けを引き起こす。一方、Ｍｇの含有量が０．１０質量％を超えると、スパッタの発生量が著しく増加して、チップと母材との距離を所定の距離に調整してもチップへのスパッタの付着が激しく、その除去作業により溶接作業能率が著しく劣化する。従って、フラックス入りワイヤのＭｇの含有量は０．０１乃至０．１０質量％とする。
【００４２】
スラグ造滓剤の合計：０．１５質量％未満
スラグ造滓剤は０．１５質量％以上含有するとスラグ巻きが発生する。このため、肉盛層の割れ進展が損なわれ、３層目以上の肉盛層においては剥離又は欠けを引き起こす。なお、本発明においてスラグ造滓剤とは、フラックス中の金属粉末以外の成分を指し、例えば、ＴｉＯ2、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、Ｋ2Ｏ、ＣａＯ、Ｌｉ2Ｏ、ＭｇＯ又はＭｎＯ等の酸化物、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＣａＦ2、Ｋ2ＳｉＦ6、ＫＦ又はＡｌＦ3等の弗化物及びＬｉ2ＣＯ3又はＣａＣＯ3等の炭酸塩である。従って、フラックス入りワイヤのスラグ造滓剤の含有量は０．１５質量％未満とする。
【００４３】
初層及び２層目における溶接入熱量Ｈの値：２５００Ｊ／ｃｍを超え３５００Ｊ／ｃｍ未満
初層及び２層目の溶接入熱量Ｈの値は、母材熱影響部の炭化物粗大化を抑制する作用と、初層及び２層目肉盛層に狭い間隔の割れを形成する作用とがあり、母材と、フラックス入りワイヤの化学成分と、初層及び２層目肉盛層の予熱温度及びパス間温度との複合効果により、母材の大割れを防止する効果を有する。しかし、Ｈを溶接入熱量［Ｊ／ｃｍ］とし、Ｉを溶接電流［Ａ］とし、Ｅを溶接電圧［Ｖ］とし、ｖを溶接速度［ｃｍ／分］としたとき、Ｈ＝６０×Ｉ×Ｅ／ｖで算出される初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量Ｈの値が２５００Ｊ／ｃｍ以下では、融合不良又は溶け込み不足が生じ、初層及び２層目肉盛層の剥離又は欠けを引き起こす。一方、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量Ｈの値が３５００Ｊ／ｃｍ以上では、母材熱影響部の炭化物の粗大化が抑制できず、母材と、フラックス入りワイヤの化学成分と、初層及び２層目肉盛層の予熱温度及びパス間温度とを本発明の範囲に調整しても、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなり、母材に大割れを引き起こす。従って、溶接入熱量Ｈの値は初層及び２層目肉盛層において、２５００Ｊ／ｃｍを超え３５００Ｊ／ｃｍ未満とする。
【００４４】
３層目以上の溶接入熱量Ｈの値：５０００Ｊ／ｃｍを超え７５００Ｊ／ｃｍ未満
３層目以上の肉盛層の溶接入熱量Ｈの値は、融合不良又は溶け込み不足等の溶接欠陥の発生を抑えて、肉盛層の割れ進展を促進する作用があり、３層目以上の肉盛層のパス間温度とフラックス入りワイヤの化学成分との複合効果により、肉盛層の割れを進展させ、肉盛層の剥離又は欠けを防止する効果を有する。しかし、溶接入熱量Ｈの値が５０００Ｊ／ｃｍ以下では、融合不良又は溶け込み不足等の溶接欠陥が発生し、肉盛層の割れの進展が損なわれ、肉盛層の剥離又は欠けを引き起こす。一方、溶接入熱量Ｈの値が７５００Ｊ／ｃｍ以上では、溶け込み形状が深溶け込みとなり、肉盛層の割れ進展が損なわれ、３層目以上の肉盛層のパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分とを本発明の範囲に調整しても、３層目以上の肉盛層の剥離又は欠けを引き起こす。従って、３層目以上の溶接入熱量Ｈの値は５０００Ｊ／ｃｍを超え７５００Ｊ／ｃｍ未満とする。
【００４５】
初層及び２層目の予熱温度及びパス間温度：２００℃以下
初層及び２層目肉盛層の予熱温度及びパス間温度は、母材熱影響部の炭化物粗大化を抑制する作用と、初層及び２層目肉盛層に狭い間隔の割れを形成する作用とがあり、母材と、フラックス入りワイヤの化学成分と、初層及び２層目肉盛層の予熱温度及びパス間温度との複合効果により、母材の大割れを防止する効果を有する。しかし、初層及び２層目肉盛層の予熱温度及びパス間温度が２００℃を超えると、母材熱影響部の炭化物の粗大化が抑制できず、母材と、フラックス入りワイヤの化学成分と、初層及び２層目肉盛層の予熱温度及びパス間温度とを本発明の範囲に調整しても、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなり、母材に大割れを引き起こす。従って、初層及び２層目の予熱温度及びパス間温度は２００℃以下に規制する。
【００４６】
３層目以上のパス間温度を３００℃以下
３層目以上のパス間温度は、融合不良又は溶け込み不足等の溶接欠陥の発生を抑えて、肉盛層の割れを促進する作用があり、３層目以上の肉盛層のパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分との複合効果により、肉盛層の割れを進展し、肉盛層の剥離又は欠けを防止する効果を有する。しかし、３層目以上のパス間温度が３００℃超えると、溶け込み形状が深溶け込みとなり、肉盛層の割れ進展が損なわれ、３層目以上の肉盛層のパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分とを本発明の範囲に調整しても、３層目以上の肉盛層の剥離又は欠けを引き起こす。従って、３層目以上のパス間温度は３００℃以下に規制する。
【００４７】
チップとニハード鋳鉄母材との間の距離：１５乃至２０ｍｍ
チップとニハード鋳鉄母材との間の距離が１５ｍｍ未満では、フラックス入りワイヤの化学成分を本発明の範囲に調整しても、チップへのスパッタ付着が激しいため、ワイヤ送給が阻害されて溶接作業能率が劣化してしまう。このため、チップとニハード鋳鉄母材との間の距離を１５ｍｍ以上とする。一方、極端にチップとニハード鋳鉄母材との間の距離を離すとシールド不足になり、ピットが発生して、肉盛金属の割れ進展が損なわれ、肉盛層の剥離又は欠けが発生してしまう。このため、チップとニハード鋳鉄母材との間の距離の上限を２０ｍｍとした。従って、チップとニハード鋳鉄母材との間の距離は１５乃至２０ｍｍに規制する。
【００４８】
上述の各要素を同時に実施することにより、ニハード鋳鉄母材の高硬度金属多層肉盛炭酸ガスシールドアーク溶接において、母材の大割れ及び溶接金属の剥離又は欠けを防止することができ、高能率な溶接が可能となる。
【００４９】
【実施例】
以下、本発明の範囲に入るニハード鋳鉄母材の高硬度金属多層肉盛炭酸ガスシールドアーク溶接方法の実施例について、その特性を比較例と比較して具体的に説明する。
【００５０】
表１に示す化学成分を有し、板厚が１５０ｍｍ、板幅が３００ｍｍ、長さが５００ｍｍのニハード鋳鉄母材について、表２に示す化学成分を有する金属外皮にフラックスを充填してなる直径が１．６ｍｍの表３乃至表８に示すフラックス入りワイヤを使用して、表９乃至１２に示す溶接条件で肉盛厚さが５５乃至６０ｍｍ、肉盛幅が１５０乃至１６０ｍｍ、肉盛長さが４００乃至４１０ｍｍの多層肉盛溶接を行い、各種試験に供した。なお、表９乃至１２に示す溶接条件以外の多層肉盛溶接に共通な溶接条件は、電流を２００乃至３００Ａ（ＤＣＥＰ）、電圧を２０乃至３０Ｖ、溶接速度を６０乃至１１０ｃｍ／分、シールドガスを１００％ＣＯ2、ガス流量を２０乃至２５リットル／分とした。また、表１に示す母材の化学成分の欄において、例えば、＜０．０５は０．０５未満を示す。
【００５１】
試験は能率性評価試験、硬さ試験、断面マクロ試験及び衝撃試験について行った。
【００５２】
能率性評価試験は、多層肉盛溶接におけるチップへのスパッタ付着によるワイヤ送給停止の有無を調査した。評価は、ワイヤ送給停止がない場合を○とし、ワイヤ送給停止がある場合を×とした。
【００５３】
硬さ試験は、母材及び肉盛層について、夫々５ｍｍピッチで２０点について、２９４Ｎの荷重でビッカース硬さＨｖを測定した。評価は全ての測定点でＨｖが６００乃至９５０内のものを○とし、全ての測定点でＨｖが４００乃至７５０内のものを×とした。
【００５４】
断面マクロ試験は、断面マクロ試験片を切り出し、この断面マクロ試験片の断面マクロ観察を行い、融合不良、溶け込み不足、ピット及びスラグ巻きの溶接欠陥の有無を検査した。評価は１層当たりの溶接欠陥発生個数が５個以下を○、５個を超えるものを×とした。
【００５５】
衝撃試験は、重さが４ｋｇの鋼製ハンマを６ｍ／秒の速度にて３０回、肉盛表面に衝突させて、肉盛層及び母材熱影響部について剥離又は欠けの有無を目視で観察し、母材についても、同様に大割れの有無を目視で観察した。評価は、剥離又は欠け及び大割れがないものを○とし、剥離又は欠け及び大割れがあるものを×とした。これらの結果を表１３乃至２０に示す。
【００５６】
【表１】
【００５７】
【表２】
【００５８】
【表３】
【００５９】
【表４】
【００６０】
【表５】
【００６１】
【表６】
【００６２】
【表７】
【００６３】
【表８】
【００６４】
【表９】
【００６５】
【表１０】
【００６６】
【表１１】
【００６７】
【表１２】
【００６８】
【表１３】
【００６９】
【表１４】
【００７０】
【表１５】
【００７１】
【表１６】
【００７２】
【表１７】
【００７３】
【表１８】
【００７４】
【表１９】
【００７５】
【表２０】
【００７６】
上記表１３及び表１４に示す本発明の範囲に入る実施例No.１乃至２０は能率性評価、硬さ試験、断面マクロ試験及び衝撃試験について良好な結果を得ることができた。一方、表１５乃至２０に示す比較例No.２１乃至６８は能率性評価、硬さ試験、断面マクロ試験及び衝撃試験について良好な結果を得ることができなかった。
【００７７】
比較例No.２１は、フラックス入りワイヤのＣの含有量が本発明の範囲未満であるため、肉盛層の炭化物の晶出量及び析出量が低下し、肉盛層の硬さが劣った。また、肉盛層の割れ進展が損なわれ、３層目以上の肉盛層及び母材熱影響部に剥離又は欠けが生じ、母材原質部に大割れが生じた。
【００７８】
比較例No.２２は、フラックス入りワイヤのＣの含有量が本発明の範囲を超えているため、延性及び靭性が著しく損なわれ、初層及び２層目並びに３層目以上の肉盛層に剥離又は欠けが生じた。
【００７９】
比較例No.２３は、フラックス入りワイヤのＳｉの含有量が本発明の範囲未満であるため、脱酸不足になり初層及び２層目の肉盛層並びに３層目以上の肉盛層に融合不良、溶け込み不足、ピット又はスラグ巻きが生じた。また、肉盛層の割れ進展が損なわれ、３層目以上の肉盛層及び母材熱影響部に剥離又は欠けが生じた。
【００８０】
比較例No.２４は、フラックス入りワイヤのＳｉの含有量が本発明の範囲を超えているため、靭性が著しく損なわれ、初層及び２層目の肉盛層並びに３層目以上の肉盛層に剥離又は欠けが生じた。
【００８１】
比較例No.２５は、フラックス入りワイヤのＭｎの含有量が本発明の範囲を超えているため、肉盛層の炭化物の晶出量及び析出量が低下し、肉盛層の硬さが劣った。また、肉盛層の割れ間隔が広がり母材熱影響部に剥離又は欠けが生じると共に、母材原質部に大割れが生じた。更に、肉盛金属の割れ進展も損なわれ、３層目以上の肉盛層の剥離又は欠けが生じた。
【００８２】
比較例No.２６は、フラックス入りワイヤのＮｉの含有量が本発明の範囲を超えているため、肉盛層の炭化物の晶出量及び析出量が低下し、肉盛層の硬さが劣った。また、肉盛層の割れ間隔が広がり母材熱影響部に剥離又は欠けが生じると共に、母材原質部に大割れが生じた。更に、肉盛金属の割れ進展も損なわれ、３層目以上の肉盛層の剥離又は欠けが生じた。
【００８３】
比較例No.２７は、フラックス入りワイヤのＣｒの含有量が本発明の範囲未満であるため、肉盛層の炭化物の晶出量及び析出量が低下し、肉盛層の硬さが劣った。また、肉盛層の割れ間隔が広がり母材熱影響部に剥離又は欠けが生じると共に、母材原質部に大割れが生じた。更に、肉盛金属の割れ進展も損なわれ、３層目以上の肉盛層の剥離又は欠けが生じた。
【００８４】
比較例No.２８は、フラックス入りワイヤのＣｒの含有量が本発明の範囲を超えているため、炭化物の晶出量及び析出量が過多となり、延性及び靭性が著しく損なわれ、初層及び２層目の肉盛層並びに３層目以上の肉盛層に剥離又は欠けが生じた。
【００８５】
比較例No.２９は、フラックス入りワイヤのＭｏの含有量が本発明の範囲未満であるため、肉盛層の炭化物の晶出量及び析出量が低下し、肉盛層の硬さが劣った。また、肉盛層の割れ間隔が広がり母材熱影響部に剥離又は欠けが生じると共に、母材原質部に大割れが生じた。更に、肉盛金属の割れ進展も損なわれ、３層目以上の肉盛層の剥離又は欠けが生じた。
【００８６】
比較例No.３０は、フラックス入りワイヤのＭｏの含有量が本発明の範囲を超えているため、炭化物の晶出量及び析出量が過多となり、延性及び靭性が著しく損なわれ、初層及び２層目の肉盛層並びに３層目以上の肉盛層に剥離又は欠けが生じた。
【００８７】
比較例No.３１は、フラックス入りワイヤのＡｌの含有量が本発明の範囲未満であるため、脱酸不足になり初層及び２層目の肉盛層並びに３層目以上の肉盛層に融合不良、溶け込み不足、ピット又はスラグ巻きが生じた。また、肉盛層の割れ進展が損なわれ、３層目以上の肉盛層及び母材熱影響部に剥離又は欠けが生じた。
【００８８】
比較例No.３２は、フラックス入りワイヤのＡｌの含有量が本発明の範囲を超えているため、スパッタの発生量が著しく増加し、チップへのスパッタ付着によりワイヤ送給が停止した。
【００８９】
比較例No.３３は、フラックス入りワイヤのＶの含有量が本発明の範囲未満であるため、肉盛層の炭化物の晶出量及び析出量が低下し、肉盛層の硬さが劣った。また、肉盛層の割れ間隔が広がり母材熱影響部に剥離又は欠けが生じると共に、母材原質部に大割れが生じた。更に、肉盛金属の割れ進展も損なわれ、３層目以上の肉盛層の剥離又は欠けが生じた。
【００９０】
比較例No.３４は、フラックス入りワイヤのＶの含有量が本発明の範囲を超えているため、炭化物の晶出量及び析出量が過多となり、延性及び靭性が著しく損なわれ、初層及び２層目の肉盛層並びに３層目以上の肉盛層に剥離又は欠けが生じた。
【００９１】
比較例No.３５は、フラックス入りワイヤのＢの含有量が本発明の範囲未満であるため、肉盛層の炭化物の晶出量及び析出量が低下し、肉盛層の硬さが劣った。また、肉盛層の割れ間隔が広がり母材熱影響部に剥離又は欠けが生じると共に、母材原質部に大割れが生じた。更に、肉盛金属の割れ進展も損なわれ、３層目以上の肉盛層の剥離又は欠けが生じた。
【００９２】
比較例No.３６は、フラックス入りワイヤのＢの含有量が本発明の範囲を超えているため、炭化物の晶出量及び析出量が過多となり、延性及び靭性が著しく損なわれ、初層及び２層目の肉盛層並びに３層目以上の肉盛層に剥離又は欠けが生じた。
【００９３】
比較例No.３７は、フラックス入りワイヤのＭｇの含有量が本発明の範囲未満であるため、脱酸不足になり初層及び２層目の肉盛層並びに３層目以上の肉盛層に融合不良、溶け込み不足、ピット又はスラグ巻きが生じた。また、肉盛層の割れ進展が損なわれ、３層目以上の肉盛層及び母材熱影響部に剥離又は欠けが生じた。
【００９４】
比較例No.３８は、フラックス入りワイヤのＭｇの含有量が本発明の範囲を超えているため、スパッタの発生量が著しく増加し、チップへのスパッタ付着によりワイヤ送給が停止した。
【００９５】
比較例No.３９は、フラックス入りワイヤのスラグ造滓剤の含有量が本発明の範囲以上であるため、初層及び２層目の肉盛層並びに３層目以上の肉盛層に融合不良、溶け込み不足、ピット又はスラグ巻きが生じた。また、スラグ巻きが発生したため、肉盛層の割れ進展が損なわれ、３層目以上の肉盛層及び母材熱影響部に剥離又は欠けが生じた。
【００９６】
比較例No.４０は、フラックス入りワイヤのＡｌ及びＭｇの含有量が夫々本発明の範囲を超えているため、スパッタの発生量が著しく増加し、チップへのスパッタ付着によりワイヤ送給が停止した。
【００９７】
比較例No.４１は、フラックス入りワイヤのＭｏ及びＶの含有量が夫々本発明の範囲を超えているため、炭化物の晶出量及び析出量が過多となり、延性及び靭性が著しく損なわれ、初層及び２層目の肉盛層並びに３層目以上の肉盛層に剥離又は欠けが生じた。
【００９８】
比較例No.４２は、ニハード鋳鉄母材のＣの含有量が本発明の範囲未満であるため、母材の炭化物の晶出量及び析出量が低下し、母材の硬さが劣った。また、母材熱影響部の割れ間隔が広がり母材熱影響部に剥離又は欠けが生じると共に、母材原質部に大割れが生じた。
【００９９】
比較例No.４３は、ニハード鋳鉄母材のＣの含有量が本発明の範囲を超えているため、母材の炭化物の晶出量及び析出量が過多になり、母材熱影響部の炭化物の粗大化が著しくなり、母材熱影響部に剥離又は欠けが生じた。また、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなると共に、靭性が著しく劣化して母材原質部に大割れが生じた。
【０１００】
比較例No.４４は、ニハード鋳鉄母材のＳｉの含有量が本発明の範囲未満であるため、脱酸不足になり鋳造欠陥が生じ、母材熱影響部に剥離又は欠けが生じ、母材原質部に大割れが生じた。
【０１０１】
比較例No.４５は、ニハード鋳鉄母材のＳｉの含有量が本発明の範囲を超えているため、靭性が著しく損なわれて、母材熱影響部に剥離又は欠けが生じ、母材原質部に大割れが生じた。
【０１０２】
比較例No.４６は、ニハード鋳鉄母材のＭｎの含有量が本発明の範囲未満であるため、靭性が改善されないと共に、母材熱影響部の炭化物の粗大化を防止することができないので、母材熱影響部に剥離又は欠けが生じた。また、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなり、母材原質部に大割れが生じた。
【０１０３】
比較例No.４７は、ニハード鋳鉄母材のＭｎの含有量が本発明の範囲を超えているため、炭化物の晶出量及び析出量が少なくなり、母材の硬さが劣った。また、母材の熱影響部に剥離又は欠けが生じると共に、母材の熱影響部の割れ間隔が広がり割れ長さが長くなり、母材原質部に大割れが生じた。
【０１０４】
比較例No.４８は、ニハード鋳鉄母材のＮｉの含有量が本発明の範囲未満であるため、靭性及び延性が改善されず、また、母材熱影響部の炭化物の粗大化を防止することができないので、母材熱影響部に剥離又は欠けが生じ、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなり、母材原質部に大割れが生じた。
【０１０５】
比較例No.４９は、ニハード鋳鉄母材のＮｉの含有量が本発明の範囲を超えているため、炭化物の晶出量及び析出量が少なくなり、母材の硬さが劣った。また、母材の熱影響部に剥離又は欠けが生じると共に、母材の熱影響部の割れ間隔が広がり割れ長さが長くなり、母材原質部に大割れが生じた。
【０１０６】
比較例No.５０は、ニハード鋳鉄母材のＣｒの含有量が本発明の範囲未満であるため、炭化物の晶出量及び析出量が少なくなり、母材の硬さが劣った。また、母材の熱影響部に剥離又は欠けが生じると共に、母材の熱影響部の割れ間隔が広がり割れ長さが長くなり、母材原質部に大割れが生じた。
【０１０７】
比較例No.５１は、ニハード鋳鉄母材のＣｒの含有量が本発明の範囲を超えているため、炭化物の晶出量及び析出量が過多になり、母材熱影響部の炭化物の粗大化が著しくなり、母材熱影響部に剥離又は欠けが生じた。また、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなると共に、靭性が著しく劣化して母材原質部に大割れが生じた。
【０１０８】
比較例No.５２は、ニハード鋳鉄母材のＭｏの含有量が本発明の範囲未満であるため、炭化物の晶出量及び析出量が少なくなり、母材の硬さが劣った。また、母材の熱影響部に剥離又は欠けが生じると共に、母材の熱影響部の割れ間隔が広がり割れ長さが長くなり、母材原質部に大割れが生じた。
【０１０９】
比較例No.５３は、ニハード鋳鉄母材のＭｏの含有量が本発明の範囲を超えているため、炭化物の晶出量及び析出量が過多になり、母材熱影響部の炭化物の粗大化が著しくなり、母材熱影響部に剥離又は欠けが生じた。また、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなると共に、靭性が著しく劣化して母材原質部に大割れが生じた。
【０１１０】
比較例No.５４は、ニハード鋳鉄母材のＶの含有量が本発明の範囲未満であるため、炭化物の晶出量及び析出量が少なくなり、母材の硬さが劣った。また、母材の熱影響部に剥離又は欠けが生じると共に、母材の熱影響部の割れ間隔が広がり割れ長さが長くなり、母材原質部に大割れが生じた。
【０１１１】
比較例No.５５は、ニハード鋳鉄母材のＶの含有量が本発明の範囲を超えているため、炭化物の晶出量及び析出量が過多になり、母材熱影響部の炭化物の粗大化が著しくなり、母材熱影響部に剥離又は欠けが生じた。また、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなると共に、靭性が著しく劣化して母材原質部に大割れが生じた。
【０１１２】
比較例No.５６は、ニハード鋳鉄母材のＣ及びＭｎの含有量が夫々本発明の範囲を超えているため、母材の炭化物の晶出量及び析出量の増減はＣ及びＭｎの作用により相殺された。また、靭性が著しく劣化して、母材熱影響部に剥離又は欠けが生じ、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなると共に、靭性が著しく劣化して母材原質部に大割れが生じた。
【０１１３】
比較例No.５７は、ニハード鋳鉄母材のＣ及びＳｉの含有量が本発明の範囲を超えているため、靭性が著しく損なわれ、母材熱影響部に剥離又は欠けが生じ、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなると共に、靭性が著しく劣化して母材原質部に大割れが生じた。
【０１１４】
比較例No.５８は、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量が本発明の範囲未満であるため、初層及び２層目肉盛層に融合不良、溶け込み不足、ピット又はスラグ巻きが生じると共に、初層及び２層目肉盛層に剥離又は欠けが生じた。
【０１１５】
比較例No.５９は、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量が本発明の範囲を超えているため、母材熱影響部の炭化物の粗大化を抑制することができず、母材熱影響部に剥離又は欠けを生じさせると共に、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなり、母材原質部に大割れが生じた。
【０１１６】
比較例No.６０は、初層及び２層目肉盛層の予熱温度及びパス間温度が本発明の範囲を超えているため、母材熱影響部の炭化物の粗大化を抑制することができず、母材熱影響部に剥離又は欠けを生じさせると共に、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなり、母材原質部に大割れが生じた。
【０１１７】
比較例No.６１は、３層目以上の肉盛層の溶接入熱量が本発明の範囲未満であるため、３層目以上の肉盛層に融合不良、溶け込み不足、ピット又はスラグ巻きが生じ、肉盛層の割れの進展が損なわれ、３層目以上の肉盛層に剥離又は欠けが生じた。
【０１１８】
比較例No.６２は、３層目以上の肉盛層の溶接入熱量が本発明の範囲を超えているため、３層目以上の肉盛層に融合不良、溶け込み不足、ピット又はスラグ巻きが生じ、特に、溶け込み形状が深溶け込みなり肉盛層の割れの進展が損なわれ、３層目以上の肉盛層に剥離又は欠けが生じた。
【０１１９】
比較例No.６３は、３層目以上の肉盛層のパス間温度が本発明の範囲を超えているため、３層目以上の肉盛層に融合不良、溶け込み不足、ピット又はスラグ巻きが生じ、特に、溶け込み形状が深溶け込みなり肉盛層の割れの進展が損なわれ、３層目以上の肉盛層に剥離又は欠けが生じた。
【０１２０】
比較例No.６４は、チップとニハード鋳鉄母材との間の距離が本発明の範囲未満であるため、チップにスパッタ付着が激しくなり、ワイヤ送給が停止した。
【０１２１】
比較例No.６５は、チップとニハード鋳鉄母材との間の距離が本発明の範囲を超えているため、シールドが不足し、初層及び２層目肉盛層並びに３層目以上の肉盛層に融合不良、溶け込み不足、ピット又はスラグ巻きが生じると共に、肉盛金属の割れ進展が損なわれ、３層目以上の肉盛層に剥離又は欠けが生じた。
【０１２２】
比較例No.６６は、ニハード鋳鉄母材のＣの含有量が本発明の範囲未満であり、フラックス入りワイヤのＡｌの含有量が本発明の範囲を超えているため、母材の炭化物の晶出量及び析出量が低下し、母材の硬さが劣った。また、母材熱影響部の割れ間隔が広がり母材熱影響部に剥離又は欠けが生じると共に、母材原質部に大割れが生じた。
【０１２３】
比較例No.６７は、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量並びに初層及び２層目肉盛層の予熱温度及びパス間温度が本発明の範囲を超えているため、母材熱影響部の炭化物の粗大化を抑制することができず、母材熱影響部に剥離又は欠けを生じさせると共に、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなり、母材原質部に大割れが生じた。
【０１２４】
比較例No.６８は、初層の溶接入熱量が本発明の範囲を超え、３層目以上の肉盛層の溶接入熱量が本発明の範囲未満であるため、母材熱影響部の炭化物の粗大化を抑制することができず、母材熱影響部に剥離又は欠けを生じさせると共に、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなり、母材原質部に大割れが生じた。また、３層目以上の肉盛層に融合不良、溶け込み不足、ピット又はスラグ巻きが生じると共に、肉盛層の割れの進展が損なわれ、３層目以上の肉盛層に剥離又は欠けが生じた。
【０１２５】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明においては、母材の大割れ及び溶接金属の剥離又は欠けが生じることなく、高能率で高硬度金属肉盛層を形成する溶接をすることができる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、高硬度金属を少なくとも３層以上多層肉盛するニハード鋳鉄母材の多層肉盛炭酸ガスシールドアーク溶接方法に関し、特に、石炭粉砕設備の摩耗しやすい箇所に使用される部材を製造するに際し、高能率で高硬度金属を多層肉盛溶接することができるニハード鋳鉄母材の多層肉盛炭酸ガスシールドアーク溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、石炭粉砕設備の摩耗部材は耐摩耗性が要求されることから、ＡＳＴＭ Ａ５３２に示されるようなニハード鋳鉄母材が使用されている。従来からこのようなニハード鋳鉄母材の耐摩耗性向上を目的として、高硬度金属の多層盛炭酸ガスシールドアーク溶接が実施されている。しかし、ニハード鋳鉄母材の高硬度金属の多層肉盛溶接では母材の大割れ及び高硬度金属の剥離又は割れが生じるという問題点がある。
【０００３】
耐摩耗性が要求される適用箇所の性格上、ニハード鋳鉄母材は高硬度となる化学成分を有している。しかし、硬さが増すと靭性又は延性が低下するという欠点があり、母材の大割れは、このような靭性又は延性に乏しい母材特性と、多層肉盛により大きくなる溶接残留応力とが重なって発生していた。この母材の大割れは粉砕設備そのものの寿命を著しく損なうことから、その対策が強く望まれている。
【０００４】
一方、高硬度金属も硬さが増すと靭性又は延性が低下するという欠点があり、多層肉盛溶接を行うと、剥離又は欠けが生じやすくなる。これを防止するため、高硬度金属の多層肉盛溶接において溶接入熱量を制限する方法が提案されている（特許第２１３２７０１号公報、特許第２５１８１２６号公報）。
【０００５】
特許第２１３２７０１号公報には、鉄鋼又は鋳鋼を母材として、その表面に高炭素、高クロム鉄系材料を肉盛溶接してなる硬化肉盛部材において、硬化肉盛溶接金属の炭素量を５．５質量％とし、かつ溶接入熱を６０００〜２００００Ｊ／ｃｍとし、硬化肉盛溶接金属に発生する溶接割れの平均間隔を５〜２０ｍｍとした硬化肉盛部材が開示されている。
【０００６】
一方、特許第２５１８１２６号公報には、堅型ロールのテーブル又はロール等分割型環状体の摩耗面上に高硬度金属を多層肉盛溶接する方法において、分割した個々の被溶接体を１〜１０ｍｍの間隔を隔てて環状に並べ、環状間隔上を含め母材面上へ２０００〜６０００Ｊ／ｃｍの範囲に制限し、溶接中の層間温度を常に３００℃以下に制限することにより溶着金属のビードにビード方向と直交する微細なクラックを均等かつ多数分散して発生させ、荷重を加えて個々の部材をほぼ間隔面に沿って分断する分割型環状体の高硬度金属による多層肉盛り溶接方法が開示されている。
【０００７】
上述のいずれの従来技術も入熱を下げて施工を行うことで高硬度金属肉盛層に狭い間隔で割れを形成させて残留応力を開放し、高硬度金属肉盛層の剥離又は欠けを抑制するというものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の従来の高硬度金属の多層肉盛溶接において溶接入熱量を制限する方法（特許第２１３２７０１号公報、特許第２５１８１２６号公報）には、母材の大割れに対して有効な対策は何ら開示されていない。
【０００９】
また、過度の低入熱施工は高硬度金属肉盛層の剥離又は欠けに対して融合不良、溶け込み不足及びピット等溶接欠陥を発生させてしまい、かえって高硬度金属肉盛層に剥離又は欠けを生じさせる結果となっている。
【００１０】
更に、過度の低入熱施工は溶接作業性も劣化させ、溶接チップにスパッタが付着してワイヤの送給を妨げる等の溶接作業能率を阻害するという問題点もある。
【００１１】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、剥離又は欠けを生じさせることなく、溶接作業性を低下させずに高硬度金属肉盛層を形成することができるニハード鋳鉄母材の多層肉盛炭酸ガスシールドアーク溶接方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るニハード鋳鉄母材の多層肉盛炭酸ガスシールドアーク溶接方法は、高硬度金属を少なくとも３層以上多層肉盛するニハード鋳鉄母材の多層肉盛炭酸ガスシールドアーク溶接方法において、前記ニハード鋳鉄母材は、Ｃ：１．５０乃至２．５０質量％、Ｓｉ：１．００乃至２．００質量％、Ｍｎ：０．５０乃至１．５０質量％、Ｎｉ：４．８０乃至５．８０質量％、Ｃｒ：１０．５０乃至１２．００質量％、Ｍｏ：０．０５乃至１．００質量％及びＶ：０．０１乃至０．０５質量％含有し、溶接材料として、金属外皮にフラックスを充填してなるフラックス入りワイヤであって、前記金属外皮及び前記フラックスのいずれか一方又は双方から添加される成分元素の合計がワイヤ全質量当たり、Ｃ：５．５５乃至６．１５質量％、Ｓｉ：２．００乃至２．８０質量％、Ｍｎ：０．８０質量％以下、Ｎｉ：０．１０質量％以下、Ｃｒ：２１．４５乃至２３．５０質量％、Ｍｏ：０．９５乃至１．１０質量％、Ａｌ：０．０１乃至０．１０質量％、Ｖ：３．１０乃至３．４０質量％、Ｂ：０．２０乃至０．３０質量％、Ｍｇ：０．０１乃至０．１０質量％及びスラグ造滓剤の合計：０．１５質量％未満であるフラックス入りワイヤを使用し、Ｈを溶接入熱量［Ｊ／ｃｍ］とし、Ｉを溶接電流［Ａ］とし、Ｅを溶接電圧［Ｖ］とし、ｖを溶接速度［ｃｍ／分］としたとき、Ｈ＝６０×Ｉ×Ｅ／ｖで算出される溶接入熱量Ｈの値は初層及び２層目において２５００Ｊ／ｃｍを超え３５００Ｊ／ｃｍ未満であり、３層目以上において５０００Ｊ／ｃｍを超え７５００Ｊ／ｃｍ未満に制限すると共に、初層及び２層目の予熱温度及びパス間温度を２００℃以下並びに３層目以上のパス間温度を３００℃以下に規制し、溶接時のチップと前記ニハード鋳鉄母材との間の距離を１５乃至２０ｍｍに規制することを特徴とする。
【００１３】
本発明において、スラグ造滓剤とは、フラックス中の金属粉末以外の成分を指し、例えば、ＴｉＯ2、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、Ｋ2Ｏ、ＣａＯ、Ｌｉ2Ｏ、ＭｇＯ又はＭｎＯ等の酸化物、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＣａＦ2、Ｋ2ＳｉＦ6、ＫＦ又はＡｌＦ3等の弗化物及びＬｉ2ＣＯ3又はＣａＣＯ3等の炭酸塩である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例に係るニハード鋳鉄母材の高硬度金属多層肉盛炭酸ガスシールドアーク溶接方法について詳細に説明する。
【００１５】
本発明者等は、母材の大割れに関して、母材の大割れは母材熱影響部の割れが多層肉盛によって生じる残留応力により母材原質部に進展して発生していること、母材熱影響部の割れは主に初層と２層目の溶接入熱により粗大化した母材熱影響部の炭化物を通って高硬度金属肉盛層に発生した割れを起点として発生したものであること、母材熱影響部の割れの中でも炭化物の粗大化が著しく、割れ長さの長いものが、多層肉盛によって生じる残留応力により優先的に進展して母材に大割れを引き起こすこと及び母材熱影響部の割れについて、割れ間隔と割れ長さとの間には、割れ間隔が広いほど割れ長さが長く、割れ間隔が狭いほど割れ長さが短くなる関係を有すること等の知見を得た。
【００１６】
即ち、母材熱影響部の炭化物の粗大化と、初層と２層目の高硬度金属肉盛層の割れ間隔を調整することにより、母材熱影響部の割れの間隔と長さとを調整することが可能となる。このため母材の大割れを回避することができることを見出した。
【００１７】
上述の知見に基づいて、溶接作業性又は合金成分の調整が比較的容易なフラックス入りワイヤを使用して鋭意実験研究を重ねた結果、母材熱影響部の炭化物の粗大化を抑制するため、母材の化学成分の調整、初層と２層目の肉盛層の溶接入熱量並びに予熱温度及びパス間温度の制限を行うことと、初層と２層目の肉盛層の溶接入熱量、予熱温度及びパス間温度の制限並びにフラックス入りワイヤの化学成分の調整を行うこととを同時に行うことにより、母材熱影響部の割れ間隔を狭く、かつ割れ長さを短くすることが可能となり、多層肉盛後の母材の大割れ防止することができることを見出した。
【００１８】
一方、多層肉盛した高硬度金属の割れについては、肉盛層の割れは前層の肉盛層に発生した割れが連続的に進展して形成され、割れの進展は肉盛層が炭化物の晶出量及び析出量の多い高硬度金属であるほど顕著であること並びに融合不良、溶け込み不足、ピット及びスラグ巻き等の溶接欠陥は剥離又は欠けを誘発すること等の知見を得た。
【００１９】
即ち、狭い間隔の割れを形成するため、従来技術のように、溶接入熱量を抑える必要はなく、割れの進展を促進する高硬度金属を得るためワイヤの成分調整を行い、ワイヤはスラグ巻きを抑制するためスラグ量を制限し、融合不良、溶け込み不足及びピット等の溶接欠陥を抑制し、かつ溶け込み形状を深溶け込みとしないために３層目以上の肉盛層の溶接入熱及びパス間温度を調整することを同時に行うことにより、高硬度金属肉盛層の剥離又は欠けを防ぐことができることを見出した。
【００２０】
また、溶接チップへのスパッタ付着によるワイヤ送給の劣化及びこれによる溶接作業能率の阻害に対しては、スパッタ発生量を低減するためフラックス入りワイヤの化学成分を調整し、チップへのスパッタ付着を抑制するためチップと母材との間の距離を所定に調整することを同時に行うことにより、解決することができることを見出した。
【００２１】
本発明は、上述の知見に基づいてなされたものであり、具体的には、延性の向上と母材熱影響部の炭化物の粗大化を抑制するため、ニハード鋳鉄母材の化学成分は、Ｃ：１．５０乃至２．５０質量％、Ｓｉ：１．００乃至２．００質量％、Ｍｎ：０．５０乃至１．５０質量％、Ｎｉ：４．８０乃至５．８０質量％、Ｃｒ：１０．５０乃至１２．００質量％、Ｍｏ：０．０５乃至１．００質量％及びＶ：０．０１乃至０．０５質量％含有する。また、肉盛層を高硬度とし、初層と２層目の肉盛層に狭い間隔で割れを形成すると共に、３層目以上の肉盛層への割れ進展を促進し、スパッタ発生量の低減し、スラグ量を制限するためフラックス入りワイヤの化学成分はワイヤ全質量当たり、Ｃ：５．５５乃至６．１５質量％、Ｓｉ：２．００乃至２．８０質量％、Ｍｎ：０．８０質量％以下、Ｎｉ：０．１０質量％以下、Ｃｒ：２１．４５乃至２３．５０質量％、Ｍｏ：０．９５乃至１．１０質量％、Ａｌ：０．０１乃至０．１０質量％、Ｖ：３．１０乃至３．４０質量％、Ｂ：０．２０乃至０．３０質量％、Ｍｇ：０．０１乃至０．１０質量％及びスラグ造滓剤の合計：０．１５質量％未満する。更に、母材熱影響部の炭化物粗大化の抑制し、初層と２層目の肉盛層に狭い間隔の割れを形成するため、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量は、Ｈを溶接入熱量［Ｊ／ｃｍ］とし、Ｉを溶接電流［Ａ］とし、Ｅを溶接電圧［Ｖ］とし、ｖを溶接速度［ｃｍ／分］としたとき、Ｈ＝６０×Ｉ×Ｅ／ｖで算出される溶接入熱量Ｈの値は初層及び２層目において２５００Ｊ／ｃｍを超え３５００Ｊ／ｃｍ未満であり、３層目以上において５０００Ｊ／ｃｍを超え７５００Ｊ／ｃｍ未満に制限すると共に、初層及び２層目の予熱温度及びパス間温度を２００℃以下並びに３層目以上のパス間温度を３００℃以下に規制し、溶接時のチップとニハード鋳鉄母材との間の距離を１５乃至２０ｍｍに規制する。本発明は、上述のことを特徴とするニハード鋳鉄母材の多層肉盛炭酸ガスシールドアーク溶接方法である。
【００２２】
なお、本発明において、スラグ造滓剤とは、フラックス中の金属粉末以外の成分を指し、例えば、ＴｉＯ2、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、Ｋ2Ｏ、ＣａＯ、Ｌｉ2Ｏ、ＭｇＯ又はＭｎＯ等の酸化物、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＣａＦ2、Ｋ2ＳｉＦ6、ＫＦ又はＡｌＦ3等の弗化物及びＬｉ2ＣＯ3又はＣａＣＯ3等の炭酸塩である。
【００２３】
本実施例においては、上述の各要件を同時に実施することにより、ニハード鋳鉄母材の高硬度多層肉盛において、母材の大割れ、高硬度金属の剥離又は欠け及びワイヤ送給劣化による溶接作業能率の阻害を防止することができ、高能率な耐摩耗肉盛が可能になる。
【００２４】
以下、本発明のニハード鋳鉄母材の高硬度金属多層肉盛炭酸ガスシールドアーク溶接方法の数値限定理由について説明する。
【００２５】
ニハード鋳鉄母材の化学成分
Ｃ：１．５０乃至２．５０質量％
ＣはＣｒ、Ｍｏ又はＶ等の炭化物形成元素と結合して炭化物を晶出及び析出し耐摩耗性を向上させる。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分との複合効果により、母材熱影響部の割れ間隔を調整し、母材の大割れを防止する効果を有する。しかし、Ｃの含有量が１．５０質量％未満では、炭化物の晶出量及び析出量が少なくなり、肉盛層の硬度が低下して十分な耐摩耗性を得ることができない。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分とを本発明の範囲に調整しても、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなり、母材に大割れを引き起こす。一方、Ｃの含有量が２．５０質量％を超えると、炭化物の晶出量及び析出量が過多となり、母材熱影響部の炭化物粗大化が著しくなり、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分とを本発明の範囲に調整しても、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなり、母材に大割れを引き起こす。また、靭性が著しく劣化し母材に大割れを引き起こす。従って、ニハード鋳鉄母材のＣの含有量は１．５０乃至２．５０質量％とする。
【００２６】
Ｓｉ：１．００乃至２．００質量％
Ｓｉは鋳造欠陥を防止する観点から脱酸材として添加される。Ｓｉの含有量が１．００質量％未満では鋳造欠陥を防止する効果を得ることができず、母材に鋳造欠陥が発生して初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分とを本発明の範囲に調整しても、母材に大割れを引き起こす。一方、Ｓｉの含有量が２．００質量％を超えると、靭性が著しく損なわれ、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分とを本発明の範囲に調整しても、母材に大割れを引き起こす。従って、ニハード鋳鉄母材のＳｉの含有量は１．００乃至２．００質量％とする。
【００２７】
Ｍｎ：０．５０乃至１．５０質量％
Ｍｎは靭性を向上させると共に、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分との複合効果により、母材熱影響部の割れ間隔を調整し、母材の大割れを防止する効果を有する。しかし、Ｍｎの含有量が０．５０質量％未満では靭性が改善されない。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分とを本発明の範囲に調整しても、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなり、母材に大割れを引き起こす。一方、Ｍｎの含有量が１．５０質量％を超えると、炭化物の晶出量及び析出量が少なくなり硬度が低下して十分な耐摩耗性が得られない。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分とを本発明の範囲に調整しても、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなり、母材に大割れを引き起こす。従って、ニハード鋳鉄母材のＭｎの含有量は０．５０乃至１．５０質量％とする。
【００２８】
Ｎｉ：４．８０乃至５．８０質量％
Ｎｉは靭性及び延性を向上させると共に、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分との複合効果により、母材熱影響部の割れ間隔を調整し、母材の大割れを防止する効果を有する。しかし、Ｎｉの含有量が４．８０質量％未満では、靭性及び延性が改善されない。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分とを本発明の範囲に調整しても、溶接熱影響部の炭化物の粗大化を防止できず、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなり、母材に大割れを引き起こす。一方、Ｎｉの含有量が５．８０質量％を超えると、炭化物の晶出量及び析出量が少なくなり硬度が低下して十分な耐摩耗性を得ることができない。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分とを本発明の範囲に調整しても、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなり、母材に大割れを引き起こす。従って、ニハード鋳鉄母材のＮｉの含有量は４．８０乃至５．８０質量％とする。
【００２９】
Ｃｒ：１０．５０乃至１２．００質量％
ＣｒはＣと結合して炭化物を晶出及び析出し、耐摩耗性を向上させる。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分との複合効果により、母材熱影響部の割れ間隔を調整し、母材の大割れを防止する効果を有する。しかし、Ｃｒの含有量が１０．５０質量％未満では、炭化物の晶出量及び析出量が少なくなり十分な耐摩耗性を得ることができない。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分とを本発明の範囲に調整しても、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなり、母材に大割れを引き起こす。一方、Ｃｒの含有量が１２．００質量％を超えると、炭化物の晶出量及び析出量が過多になり、母材熱影響部の炭化物の粗大化が著しくなり、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分とを本発明の範囲に調整しても、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなり、母材に大割れを引き起こす。また、靭性が著しく劣化して母材に大割れを引き起こす。従って、ニハード鋳鉄母材のＣｒの含有量は１０．５０乃至１２．００質量％とする。
【００３０】
Ｍｏ：０．０５乃至１．００質量％
ＭｏはＣと結合して炭化物を晶出及び析出し、耐摩耗性を向上させる。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分との複合効果により、母材熱影響部の割れ間隔を調整し、母材の大割れを防止する効果を有する。しかし、Ｍｏの含有量が０．０５質量％未満では、炭化物の晶出量及び析出量が少なくなり十分な耐摩耗性を得ることができない。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分とを本発明の範囲に調整しても、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなり、母材に大割れを引き起こす。一方、Ｍｏの含有量が１．００質量％を超えると、炭化物の晶出量及び析出量が過多になり、母材熱影響部の炭化物の粗大化が著しくなり、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分とを本発明の範囲に調整しても、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなり、母材に大割れを引き起こす。また、靭性が著しく劣化して母材に大割れを引き起こす。従って、ニハード鋳鉄母材のＭｏの含有量は０．０５乃至１．００質量％とする。
【００３１】
Ｖ：０．０１乃至０．０５質量％
ＶはＣと結合して炭化物を晶出及び析出し、耐摩耗性を向上させる。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分との複合効果により、母材熱影響部の割れ間隔を調整し、母材の大割れを防止する効果を有する。しかし、Ｖの含有量が０．０１質量％未満では、炭化物の晶出量及び析出量が少なくなり十分な耐摩耗性を得ることができない。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分とを本発明の範囲に調整しても、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなり、母材に大割れを引き起こす。一方、Ｖの含有量が０．０５質量％を超えると、炭化物の晶出量及び析出量が過多になり、母材熱影響部の炭化物の粗大化が著しくなり、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分とを本発明の範囲に調整しても、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなり、母材に大割れを引き起こす。また、靭性が著しく劣化して母材に大割れを引き起こす。従って、ニハード鋳鉄母材のＶの含有量は０．０１乃至０．０５質量％とする。
【００３２】
フラックス入りワイヤの化学成分
Ｃ：５．５５乃至６．１５質量％
ＣはＣｒ、Ｍｏ、Ｖ又はＢ等の炭化物形成元素と結合して炭化物を晶出及び析出し、肉盛層を高硬度にして耐摩耗性を向上させる。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、母材の化学成分との複合効果により、母材熱影響部の割れ間隔を調整し、母材の大割れを防止する効果を有する。更に、３層目以上の肉盛層の溶接入熱量及びパス間温度との複合効果により、肉盛層の割れの進展を促進し、高硬度金属肉盛層の剥離又は欠けを防止する効果を有する。しかし、Ｃの含有量が５．５５質量％未満では肉盛層の炭化物の晶出量及び析出量が少なくなり、硬度が低下して十分な耐摩耗性を得ることができない。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量、予熱温度及びパス間温度並びに母材の化学成分を本発明の範囲に調整しても、初層と２層目の肉盛層の肉盛層の割れ間隔が広がって母材熱影響部の割れ間隔が広がり、母材熱影響部の割れ長さが長くなり、母材に大割れを引き起こす。更に、３層目以上の肉盛層の溶接入熱量及びパス間温度を本発明の範囲に調整しても、肉盛層の割れ進展が損なわれ、３層目以上の肉盛層の剥離又は欠けを引き起こす。一方、Ｃの含有量が６．１５質量％を超えると、肉盛層の炭化物の晶出量及び析出量が過多になり、延性又は靭性が損なわれ、肉盛層の剥離又は欠けを引き越す。従って、フラックス入りワイヤのＣの含有量は５．５５乃至６．１５質量％とする。
【００３３】
Ｓｉ：２．００乃至２．８０質量％
Ｓｉは脱酸に有効な合金元素であり、ピットの発生を抑制する効果がある。また、溶融金属のなじみ性を向上させてビード形状を整える効果も有する。しかし、Ｓｉが２．００質量％未満では脱酸不足となってピットが発生し、溶融金属のなじみ性が改善しないことからビード形状が不良となって融合不良又は溶け込み不足が発生する。このため、３層目以上の肉盛層の溶接入熱量及びパス間温度を本発明の範囲に調整しても、肉盛層の割れ進展が損なわれ、３層目以上の肉盛層の剥離又は欠けを引き起こす。一方、Ｓｉの含有量が２．８０質量％を超えると、靭性が著しく損なわれ、肉盛層の剥離又は欠けを引き起こす。従って、フラックス入りワイヤのＳｉの含有量は２．００乃至２．８０質量％とする。
【００３４】
Ｍｎ：０．８０質量％以下
Ｍｎは０．８０質量％を超えて含有すると、肉盛層の炭化物の晶出量及び析出量が少なくなり、硬度が低下して十分な耐摩耗性を得ることができない。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、母材の化学成分との複合効果により、母材熱影響部の割れ間隔を調整し、母材の大割れを抑制することができない。更に、肉盛層の割れ進展も損なわれ、３層目以上の肉盛層の剥離又は欠けを引き起こす。従って、フラックス入りワイヤのＭｎの含有量は０．８０質量％以下とする。
【００３５】
Ｎｉ：０．１０質量％以下
Ｎｉは０．１０質量％を超えて含有すると、肉盛層の炭化物の晶出量及び析出量が少なくなり、硬度が低下して十分な耐摩耗性を得ることができない。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱、予熱温度及びパス間温度並びに母材の化学成分を本発明の範囲に調整しても、肉盛層の割れ間隔が広がり、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、母材熱影響部の割れ長さが長くなって、母材に大割れを引き起こす。更に、肉盛層の割れ進展も損なわれ、３層目以上の肉盛層の剥離又は欠けを引き起こす。従って、フラックス入りワイヤのＮｉの含有量は０．１０質量％以下とする。
【００３６】
Ｃｒ：２１．４５乃至２３．５０質量％
ＣｒはＣと結合して炭化物を晶出及び析出し、肉盛層を高硬度にして耐摩耗性を向上する。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、母材の化学成分との複合効果により、母材熱影響部の割れ間隔を調整し、母材の大割れを防止する効果を有する。更に、３層目以上の肉盛層の溶接入熱量及びパス間温度との複合効果により肉盛層の割れ進展を促進し、３層目以上の肉盛層の剥離又は欠けを防止する効果を有する。しかし、Ｃｒの含有量が２１．４５質量％未満では、肉盛層の炭化物の晶出量及び析出量が少なくなり硬度が低下して十分な耐摩耗性を得ることができない。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱、予熱温度及びパス間温度並びに母材の化学成分を本発明の範囲に調整しても、肉盛層の割れ間隔が広がり、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、母材熱影響部の割れ長さが長くなって、母材に大割れを引き起こす。更に、肉盛層の割れ進展が損なわれ、３層目以上の肉盛層の溶接入熱量及びパス間温度を本発明の範囲に調整しても３層目以上の肉盛層の剥離又は欠けを引き起こす。一方、Ｃｒの含有量が２３．５０質量％を超えると炭化物の晶出量及び析出量が過多となり、延性及び靭性が著しく損なわれ、肉盛層の剥離又は欠けを引き起こす。従って、フラックス入りワイヤのＣｒの含有量は２１．４５乃至２３．５０質量％とする。
【００３７】
Ｍｏ：０．９５乃至１．１０質量％
ＭｏはＣと結合して炭化物を晶出及び析出し、肉盛層を高硬度にして耐摩耗性を向上する。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、母材の化学成分との複合効果により、母材熱影響部の割れ間隔を調整し、母材の大割れを防止する効果を有する。更に、３層目以上の肉盛層の溶接入熱量及びパス間温度との複合効果により肉盛層の割れ進展を促進し、３層目以上の肉盛層の剥離又は欠けを防止する効果を有する。しかし、Ｍｏの含有量が０．９５質量％未満では、肉盛層の炭化物の晶出量及び析出量が少なくなり硬度が低下して十分な耐摩耗性を得ることができない。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱、予熱温度及びパス間温度並びに母材の化学成分を本発明の範囲に調整しても、肉盛層の割れ間隔が広がり、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、母材熱影響部の割れ長さが長くなって、母材に大割れを引き起こす。更に、３層目以上の肉盛層の溶接入熱量及びパス間温度を本発明の範囲に調整しても３層目以上の肉盛層の剥離又は欠けを引き起こす。一方、Ｍｏの含有量が１．１０質量％を超えると炭化物の晶出量及び析出量が過多となり、延性及び靭性が著しく損なわれ、肉盛層の剥離又は欠けを引き起こす。従って、フラックス入りワイヤのＭｏの含有量は０．９５乃至１．１０質量％とする。
【００３８】
Ａｌ：０．０１乃至０．１０質量％
Ａｌは脱酸に有効な合金元素であり、ピットの発生を抑制する効果がある。しかし、Ａｌの含有量が０．０１質量％未満では脱酸不足になりピットが発生する。このため、肉盛層の割れ進展が損なわれ、３層目以上の肉盛層の溶接入熱量及びパス間温度を本発明の範囲に調整しても、３層目以上の肉盛層の剥離又は欠けを引き起こす。一方、Ａｌの含有量が０．１０質量％を超えると、スパッタの発生量が著しく増加し、チップと母材との距離を所定の距離に調整してもチップへのスパッタ付着が激しく、その除去作業により溶接作業能率が著しく劣化する。従って、フラックス入りワイヤのＡｌの含有量は０．０１乃至０．１０質量％とする。
【００３９】
Ｖ：３．１０乃至３．４０質量％
ＶはＣと結合して炭化物を晶出及び析出し、肉盛層を高硬度にして耐摩耗性を向上する。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、母材の化学成分との複合効果により、母材熱影響部の割れ間隔を調整し、母材の大割れを防止する効果を有する。更に、３層目以上の肉盛層の溶接入熱量及びパス間温度との複合効果により肉盛層の割れ進展を促進し、３層目以上の肉盛層の剥離又は欠けを防止する効果を有する。しかし、Ｖの含有量が３．１０質量％未満では、肉盛層の炭化物の晶出量及び析出量が少なくなり硬度が低下して十分な耐摩耗性を得ることができない。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱、予熱温度及びパス間温度並びに母材の化学成分を本発明の範囲に調整しても、肉盛層の割れ間隔が広がり、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、母材熱影響部の割れ長さが長くなって、母材に大割れを引き起こす。更に、肉盛層の割れ進展が損なわれ、３層目以上の肉盛層の溶接入熱量及びパス間温度を本発明の範囲に調整しても３層目以上の肉盛層の剥離又は欠けを引き起こす。一方、Ｖの含有量が３．４０質量％を超えると、炭化物の晶出量及び析出量が過多になり、延性及び靭性が著しく損なわれ、肉盛層の剥離又は欠けを引き起こす。従って、フラックス入りワイヤのＶの含有量は３．１０乃至３．４０質量％とする。
【００４０】
Ｂ：０．２０乃至０．３０質量％
ＢはＣと結合して炭化物を晶出及び析出し、肉盛層を高硬度にして耐摩耗性を向上させる。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量と、予熱温度及びパス間温度と、母材の化学成分との複合効果により、母材熱影響部の割れ間隔を調整し、母材の大割れを防止する効果を有する。更に、３層目以上の肉盛層の溶接入熱量及びパス間温度との複合効果により肉盛層の割れ進展を促進し、３層目以上の肉盛層の剥離又は欠けを防止する効果を有する。しかし、Ｂの含有量が０．２０質量％未満では、肉盛層の炭化物の晶出量及び析出量が少なくなり硬度が低下して十分な耐摩耗性を得ることができない。また、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱、予熱温度及びパス間温度並びに母材の化学成分を本発明の範囲に調整しても、肉盛層の割れ間隔が広がり、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、母材熱影響部の割れ長さが長くなって、母材に大割れを引き起こす。更に、肉盛層の割れ進展が損なわれ、３層目以上の肉盛層の溶接入熱量及びパス間温度を本発明の範囲に調整しても３層目以上の肉盛層の剥離又は欠けを引き起こす。一方、Ｂの含有量が０．３０質量％を超えると、炭化物の晶出量及び析出量が過多になり、延性及び靭性が著しく損なわれ、肉盛層の剥離又は欠けを引き起こす。従って、フラックス入りワイヤのＢの含有量は０．２０乃至０．３０質量％とする。
【００４１】
Ｍｇ：０．０１乃至０．１０質量％
Ｍｇは脱酸に有効な合金元素であり、ピットの発生を抑制する効果がある。しかし、Ｍｇの含有量が０．０１質量％未満では、ピットの発生を抑制する効果を得ることができず、ピットが発生する。このため、肉盛層の割れ進展が損なわれ、３層目以上の肉盛層の溶接入熱量及びパス間温度を本発明の範囲に調整しても、３層目以上の肉盛層の剥離又は欠けを引き起こす。一方、Ｍｇの含有量が０．１０質量％を超えると、スパッタの発生量が著しく増加して、チップと母材との距離を所定の距離に調整してもチップへのスパッタの付着が激しく、その除去作業により溶接作業能率が著しく劣化する。従って、フラックス入りワイヤのＭｇの含有量は０．０１乃至０．１０質量％とする。
【００４２】
スラグ造滓剤の合計：０．１５質量％未満
スラグ造滓剤は０．１５質量％以上含有するとスラグ巻きが発生する。このため、肉盛層の割れ進展が損なわれ、３層目以上の肉盛層においては剥離又は欠けを引き起こす。なお、本発明においてスラグ造滓剤とは、フラックス中の金属粉末以外の成分を指し、例えば、ＴｉＯ2、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、Ｋ2Ｏ、ＣａＯ、Ｌｉ2Ｏ、ＭｇＯ又はＭｎＯ等の酸化物、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＣａＦ2、Ｋ2ＳｉＦ6、ＫＦ又はＡｌＦ3等の弗化物及びＬｉ2ＣＯ3又はＣａＣＯ3等の炭酸塩である。従って、フラックス入りワイヤのスラグ造滓剤の含有量は０．１５質量％未満とする。
【００４３】
初層及び２層目における溶接入熱量Ｈの値：２５００Ｊ／ｃｍを超え３５００Ｊ／ｃｍ未満
初層及び２層目の溶接入熱量Ｈの値は、母材熱影響部の炭化物粗大化を抑制する作用と、初層及び２層目肉盛層に狭い間隔の割れを形成する作用とがあり、母材と、フラックス入りワイヤの化学成分と、初層及び２層目肉盛層の予熱温度及びパス間温度との複合効果により、母材の大割れを防止する効果を有する。しかし、Ｈを溶接入熱量［Ｊ／ｃｍ］とし、Ｉを溶接電流［Ａ］とし、Ｅを溶接電圧［Ｖ］とし、ｖを溶接速度［ｃｍ／分］としたとき、Ｈ＝６０×Ｉ×Ｅ／ｖで算出される初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量Ｈの値が２５００Ｊ／ｃｍ以下では、融合不良又は溶け込み不足が生じ、初層及び２層目肉盛層の剥離又は欠けを引き起こす。一方、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量Ｈの値が３５００Ｊ／ｃｍ以上では、母材熱影響部の炭化物の粗大化が抑制できず、母材と、フラックス入りワイヤの化学成分と、初層及び２層目肉盛層の予熱温度及びパス間温度とを本発明の範囲に調整しても、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなり、母材に大割れを引き起こす。従って、溶接入熱量Ｈの値は初層及び２層目肉盛層において、２５００Ｊ／ｃｍを超え３５００Ｊ／ｃｍ未満とする。
【００４４】
３層目以上の溶接入熱量Ｈの値：５０００Ｊ／ｃｍを超え７５００Ｊ／ｃｍ未満
３層目以上の肉盛層の溶接入熱量Ｈの値は、融合不良又は溶け込み不足等の溶接欠陥の発生を抑えて、肉盛層の割れ進展を促進する作用があり、３層目以上の肉盛層のパス間温度とフラックス入りワイヤの化学成分との複合効果により、肉盛層の割れを進展させ、肉盛層の剥離又は欠けを防止する効果を有する。しかし、溶接入熱量Ｈの値が５０００Ｊ／ｃｍ以下では、融合不良又は溶け込み不足等の溶接欠陥が発生し、肉盛層の割れの進展が損なわれ、肉盛層の剥離又は欠けを引き起こす。一方、溶接入熱量Ｈの値が７５００Ｊ／ｃｍ以上では、溶け込み形状が深溶け込みとなり、肉盛層の割れ進展が損なわれ、３層目以上の肉盛層のパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分とを本発明の範囲に調整しても、３層目以上の肉盛層の剥離又は欠けを引き起こす。従って、３層目以上の溶接入熱量Ｈの値は５０００Ｊ／ｃｍを超え７５００Ｊ／ｃｍ未満とする。
【００４５】
初層及び２層目の予熱温度及びパス間温度：２００℃以下
初層及び２層目肉盛層の予熱温度及びパス間温度は、母材熱影響部の炭化物粗大化を抑制する作用と、初層及び２層目肉盛層に狭い間隔の割れを形成する作用とがあり、母材と、フラックス入りワイヤの化学成分と、初層及び２層目肉盛層の予熱温度及びパス間温度との複合効果により、母材の大割れを防止する効果を有する。しかし、初層及び２層目肉盛層の予熱温度及びパス間温度が２００℃を超えると、母材熱影響部の炭化物の粗大化が抑制できず、母材と、フラックス入りワイヤの化学成分と、初層及び２層目肉盛層の予熱温度及びパス間温度とを本発明の範囲に調整しても、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなり、母材に大割れを引き起こす。従って、初層及び２層目の予熱温度及びパス間温度は２００℃以下に規制する。
【００４６】
３層目以上のパス間温度を３００℃以下
３層目以上のパス間温度は、融合不良又は溶け込み不足等の溶接欠陥の発生を抑えて、肉盛層の割れを促進する作用があり、３層目以上の肉盛層のパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分との複合効果により、肉盛層の割れを進展し、肉盛層の剥離又は欠けを防止する効果を有する。しかし、３層目以上のパス間温度が３００℃超えると、溶け込み形状が深溶け込みとなり、肉盛層の割れ進展が損なわれ、３層目以上の肉盛層のパス間温度と、フラックス入りワイヤの化学成分とを本発明の範囲に調整しても、３層目以上の肉盛層の剥離又は欠けを引き起こす。従って、３層目以上のパス間温度は３００℃以下に規制する。
【００４７】
チップとニハード鋳鉄母材との間の距離：１５乃至２０ｍｍ
チップとニハード鋳鉄母材との間の距離が１５ｍｍ未満では、フラックス入りワイヤの化学成分を本発明の範囲に調整しても、チップへのスパッタ付着が激しいため、ワイヤ送給が阻害されて溶接作業能率が劣化してしまう。このため、チップとニハード鋳鉄母材との間の距離を１５ｍｍ以上とする。一方、極端にチップとニハード鋳鉄母材との間の距離を離すとシールド不足になり、ピットが発生して、肉盛金属の割れ進展が損なわれ、肉盛層の剥離又は欠けが発生してしまう。このため、チップとニハード鋳鉄母材との間の距離の上限を２０ｍｍとした。従って、チップとニハード鋳鉄母材との間の距離は１５乃至２０ｍｍに規制する。
【００４８】
上述の各要素を同時に実施することにより、ニハード鋳鉄母材の高硬度金属多層肉盛炭酸ガスシールドアーク溶接において、母材の大割れ及び溶接金属の剥離又は欠けを防止することができ、高能率な溶接が可能となる。
【００４９】
【実施例】
以下、本発明の範囲に入るニハード鋳鉄母材の高硬度金属多層肉盛炭酸ガスシールドアーク溶接方法の実施例について、その特性を比較例と比較して具体的に説明する。
【００５０】
表１に示す化学成分を有し、板厚が１５０ｍｍ、板幅が３００ｍｍ、長さが５００ｍｍのニハード鋳鉄母材について、表２に示す化学成分を有する金属外皮にフラックスを充填してなる直径が１．６ｍｍの表３乃至表８に示すフラックス入りワイヤを使用して、表９乃至１２に示す溶接条件で肉盛厚さが５５乃至６０ｍｍ、肉盛幅が１５０乃至１６０ｍｍ、肉盛長さが４００乃至４１０ｍｍの多層肉盛溶接を行い、各種試験に供した。なお、表９乃至１２に示す溶接条件以外の多層肉盛溶接に共通な溶接条件は、電流を２００乃至３００Ａ（ＤＣＥＰ）、電圧を２０乃至３０Ｖ、溶接速度を６０乃至１１０ｃｍ／分、シールドガスを１００％ＣＯ2、ガス流量を２０乃至２５リットル／分とした。また、表１に示す母材の化学成分の欄において、例えば、＜０．０５は０．０５未満を示す。
【００５１】
試験は能率性評価試験、硬さ試験、断面マクロ試験及び衝撃試験について行った。
【００５２】
能率性評価試験は、多層肉盛溶接におけるチップへのスパッタ付着によるワイヤ送給停止の有無を調査した。評価は、ワイヤ送給停止がない場合を○とし、ワイヤ送給停止がある場合を×とした。
【００５３】
硬さ試験は、母材及び肉盛層について、夫々５ｍｍピッチで２０点について、２９４Ｎの荷重でビッカース硬さＨｖを測定した。評価は全ての測定点でＨｖが６００乃至９５０内のものを○とし、全ての測定点でＨｖが４００乃至７５０内のものを×とした。
【００５４】
断面マクロ試験は、断面マクロ試験片を切り出し、この断面マクロ試験片の断面マクロ観察を行い、融合不良、溶け込み不足、ピット及びスラグ巻きの溶接欠陥の有無を検査した。評価は１層当たりの溶接欠陥発生個数が５個以下を○、５個を超えるものを×とした。
【００５５】
衝撃試験は、重さが４ｋｇの鋼製ハンマを６ｍ／秒の速度にて３０回、肉盛表面に衝突させて、肉盛層及び母材熱影響部について剥離又は欠けの有無を目視で観察し、母材についても、同様に大割れの有無を目視で観察した。評価は、剥離又は欠け及び大割れがないものを○とし、剥離又は欠け及び大割れがあるものを×とした。これらの結果を表１３乃至２０に示す。
【００５６】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
【表６】
【表７】
【表８】
【表９】
【表１０】
【表１１】
【表１２】
【表１３】
【表１４】
【表１５】
【表１６】
【表１７】
【表１８】
【表１９】
【表２０】
上記表１３及び表１４に示す本発明の範囲に入る実施例No.１乃至２０は能率性評価、硬さ試験、断面マクロ試験及び衝撃試験について良好な結果を得ることができた。一方、表１５乃至２０に示す比較例No.２１乃至６８は能率性評価、硬さ試験、断面マクロ試験及び衝撃試験について良好な結果を得ることができなかった。
【００７７】
比較例No.２１は、フラックス入りワイヤのＣの含有量が本発明の範囲未満であるため、肉盛層の炭化物の晶出量及び析出量が低下し、肉盛層の硬さが劣った。また、肉盛層の割れ進展が損なわれ、３層目以上の肉盛層及び母材熱影響部に剥離又は欠けが生じ、母材原質部に大割れが生じた。
【００７８】
比較例No.２２は、フラックス入りワイヤのＣの含有量が本発明の範囲を超えているため、延性及び靭性が著しく損なわれ、初層及び２層目並びに３層目以上の肉盛層に剥離又は欠けが生じた。
【００７９】
比較例No.２３は、フラックス入りワイヤのＳｉの含有量が本発明の範囲未満であるため、脱酸不足になり初層及び２層目の肉盛層並びに３層目以上の肉盛層に融合不良、溶け込み不足、ピット又はスラグ巻きが生じた。また、肉盛層の割れ進展が損なわれ、３層目以上の肉盛層及び母材熱影響部に剥離又は欠けが生じた。
【００８０】
比較例No.２４は、フラックス入りワイヤのＳｉの含有量が本発明の範囲を超えているため、靭性が著しく損なわれ、初層及び２層目の肉盛層並びに３層目以上の肉盛層に剥離又は欠けが生じた。
【００８１】
比較例No.２５は、フラックス入りワイヤのＭｎの含有量が本発明の範囲を超えているため、肉盛層の炭化物の晶出量及び析出量が低下し、肉盛層の硬さが劣った。また、肉盛層の割れ間隔が広がり母材熱影響部に剥離又は欠けが生じると共に、母材原質部に大割れが生じた。更に、肉盛金属の割れ進展も損なわれ、３層目以上の肉盛層の剥離又は欠けが生じた。
【００８２】
比較例No.２６は、フラックス入りワイヤのＮｉの含有量が本発明の範囲を超えているため、肉盛層の炭化物の晶出量及び析出量が低下し、肉盛層の硬さが劣った。また、肉盛層の割れ間隔が広がり母材熱影響部に剥離又は欠けが生じると共に、母材原質部に大割れが生じた。更に、肉盛金属の割れ進展も損なわれ、３層目以上の肉盛層の剥離又は欠けが生じた。
【００８３】
比較例No.２７は、フラックス入りワイヤのＣｒの含有量が本発明の範囲未満であるため、肉盛層の炭化物の晶出量及び析出量が低下し、肉盛層の硬さが劣った。また、肉盛層の割れ間隔が広がり母材熱影響部に剥離又は欠けが生じると共に、母材原質部に大割れが生じた。更に、肉盛金属の割れ進展も損なわれ、３層目以上の肉盛層の剥離又は欠けが生じた。
【００８４】
比較例No.２８は、フラックス入りワイヤのＣｒの含有量が本発明の範囲を超えているため、炭化物の晶出量及び析出量が過多となり、延性及び靭性が著しく損なわれ、初層及び２層目の肉盛層並びに３層目以上の肉盛層に剥離又は欠けが生じた。
【００８５】
比較例No.２９は、フラックス入りワイヤのＭｏの含有量が本発明の範囲未満であるため、肉盛層の炭化物の晶出量及び析出量が低下し、肉盛層の硬さが劣った。また、肉盛層の割れ間隔が広がり母材熱影響部に剥離又は欠けが生じると共に、母材原質部に大割れが生じた。更に、肉盛金属の割れ進展も損なわれ、３層目以上の肉盛層の剥離又は欠けが生じた。
【００８６】
比較例No.３０は、フラックス入りワイヤのＭｏの含有量が本発明の範囲を超えているため、炭化物の晶出量及び析出量が過多となり、延性及び靭性が著しく損なわれ、初層及び２層目の肉盛層並びに３層目以上の肉盛層に剥離又は欠けが生じた。
【００８７】
比較例No.３１は、フラックス入りワイヤのＡｌの含有量が本発明の範囲未満であるため、脱酸不足になり初層及び２層目の肉盛層並びに３層目以上の肉盛層に融合不良、溶け込み不足、ピット又はスラグ巻きが生じた。また、肉盛層の割れ進展が損なわれ、３層目以上の肉盛層及び母材熱影響部に剥離又は欠けが生じた。
【００８８】
比較例No.３２は、フラックス入りワイヤのＡｌの含有量が本発明の範囲を超えているため、スパッタの発生量が著しく増加し、チップへのスパッタ付着によりワイヤ送給が停止した。
【００８９】
比較例No.３３は、フラックス入りワイヤのＶの含有量が本発明の範囲未満であるため、肉盛層の炭化物の晶出量及び析出量が低下し、肉盛層の硬さが劣った。また、肉盛層の割れ間隔が広がり母材熱影響部に剥離又は欠けが生じると共に、母材原質部に大割れが生じた。更に、肉盛金属の割れ進展も損なわれ、３層目以上の肉盛層の剥離又は欠けが生じた。
【００９０】
比較例No.３４は、フラックス入りワイヤのＶの含有量が本発明の範囲を超えているため、炭化物の晶出量及び析出量が過多となり、延性及び靭性が著しく損なわれ、初層及び２層目の肉盛層並びに３層目以上の肉盛層に剥離又は欠けが生じた。
【００９１】
比較例No.３５は、フラックス入りワイヤのＢの含有量が本発明の範囲未満であるため、肉盛層の炭化物の晶出量及び析出量が低下し、肉盛層の硬さが劣った。また、肉盛層の割れ間隔が広がり母材熱影響部に剥離又は欠けが生じると共に、母材原質部に大割れが生じた。更に、肉盛金属の割れ進展も損なわれ、３層目以上の肉盛層の剥離又は欠けが生じた。
【００９２】
比較例No.３６は、フラックス入りワイヤのＢの含有量が本発明の範囲を超えているため、炭化物の晶出量及び析出量が過多となり、延性及び靭性が著しく損なわれ、初層及び２層目の肉盛層並びに３層目以上の肉盛層に剥離又は欠けが生じた。
【００９３】
比較例No.３７は、フラックス入りワイヤのＭｇの含有量が本発明の範囲未満であるため、脱酸不足になり初層及び２層目の肉盛層並びに３層目以上の肉盛層に融合不良、溶け込み不足、ピット又はスラグ巻きが生じた。また、肉盛層の割れ進展が損なわれ、３層目以上の肉盛層及び母材熱影響部に剥離又は欠けが生じた。
【００９４】
比較例No.３８は、フラックス入りワイヤのＭｇの含有量が本発明の範囲を超えているため、スパッタの発生量が著しく増加し、チップへのスパッタ付着によりワイヤ送給が停止した。
【００９５】
比較例No.３９は、フラックス入りワイヤのスラグ造滓剤の含有量が本発明の範囲以上であるため、初層及び２層目の肉盛層並びに３層目以上の肉盛層に融合不良、溶け込み不足、ピット又はスラグ巻きが生じた。また、スラグ巻きが発生したため、肉盛層の割れ進展が損なわれ、３層目以上の肉盛層及び母材熱影響部に剥離又は欠けが生じた。
【００９６】
比較例No.４０は、フラックス入りワイヤのＡｌ及びＭｇの含有量が夫々本発明の範囲を超えているため、スパッタの発生量が著しく増加し、チップへのスパッタ付着によりワイヤ送給が停止した。
【００９７】
比較例No.４１は、フラックス入りワイヤのＭｏ及びＶの含有量が夫々本発明の範囲を超えているため、炭化物の晶出量及び析出量が過多となり、延性及び靭性が著しく損なわれ、初層及び２層目の肉盛層並びに３層目以上の肉盛層に剥離又は欠けが生じた。
【００９８】
比較例No.４２は、ニハード鋳鉄母材のＣの含有量が本発明の範囲未満であるため、母材の炭化物の晶出量及び析出量が低下し、母材の硬さが劣った。また、母材熱影響部の割れ間隔が広がり母材熱影響部に剥離又は欠けが生じると共に、母材原質部に大割れが生じた。
【００９９】
比較例No.４３は、ニハード鋳鉄母材のＣの含有量が本発明の範囲を超えているため、母材の炭化物の晶出量及び析出量が過多になり、母材熱影響部の炭化物の粗大化が著しくなり、母材熱影響部に剥離又は欠けが生じた。また、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなると共に、靭性が著しく劣化して母材原質部に大割れが生じた。
【０１００】
比較例No.４４は、ニハード鋳鉄母材のＳｉの含有量が本発明の範囲未満であるため、脱酸不足になり鋳造欠陥が生じ、母材熱影響部に剥離又は欠けが生じ、母材原質部に大割れが生じた。
【０１０１】
比較例No.４５は、ニハード鋳鉄母材のＳｉの含有量が本発明の範囲を超えているため、靭性が著しく損なわれて、母材熱影響部に剥離又は欠けが生じ、母材原質部に大割れが生じた。
【０１０２】
比較例No.４６は、ニハード鋳鉄母材のＭｎの含有量が本発明の範囲未満であるため、靭性が改善されないと共に、母材熱影響部の炭化物の粗大化を防止することができないので、母材熱影響部に剥離又は欠けが生じた。また、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなり、母材原質部に大割れが生じた。
【０１０３】
比較例No.４７は、ニハード鋳鉄母材のＭｎの含有量が本発明の範囲を超えているため、炭化物の晶出量及び析出量が少なくなり、母材の硬さが劣った。また、母材の熱影響部に剥離又は欠けが生じると共に、母材の熱影響部の割れ間隔が広がり割れ長さが長くなり、母材原質部に大割れが生じた。
【０１０４】
比較例No.４８は、ニハード鋳鉄母材のＮｉの含有量が本発明の範囲未満であるため、靭性及び延性が改善されず、また、母材熱影響部の炭化物の粗大化を防止することができないので、母材熱影響部に剥離又は欠けが生じ、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなり、母材原質部に大割れが生じた。
【０１０５】
比較例No.４９は、ニハード鋳鉄母材のＮｉの含有量が本発明の範囲を超えているため、炭化物の晶出量及び析出量が少なくなり、母材の硬さが劣った。また、母材の熱影響部に剥離又は欠けが生じると共に、母材の熱影響部の割れ間隔が広がり割れ長さが長くなり、母材原質部に大割れが生じた。
【０１０６】
比較例No.５０は、ニハード鋳鉄母材のＣｒの含有量が本発明の範囲未満であるため、炭化物の晶出量及び析出量が少なくなり、母材の硬さが劣った。また、母材の熱影響部に剥離又は欠けが生じると共に、母材の熱影響部の割れ間隔が広がり割れ長さが長くなり、母材原質部に大割れが生じた。
【０１０７】
比較例No.５１は、ニハード鋳鉄母材のＣｒの含有量が本発明の範囲を超えているため、炭化物の晶出量及び析出量が過多になり、母材熱影響部の炭化物の粗大化が著しくなり、母材熱影響部に剥離又は欠けが生じた。また、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなると共に、靭性が著しく劣化して母材原質部に大割れが生じた。
【０１０８】
比較例No.５２は、ニハード鋳鉄母材のＭｏの含有量が本発明の範囲未満であるため、炭化物の晶出量及び析出量が少なくなり、母材の硬さが劣った。また、母材の熱影響部に剥離又は欠けが生じると共に、母材の熱影響部の割れ間隔が広がり割れ長さが長くなり、母材原質部に大割れが生じた。
【０１０９】
比較例No.５３は、ニハード鋳鉄母材のＭｏの含有量が本発明の範囲を超えているため、炭化物の晶出量及び析出量が過多になり、母材熱影響部の炭化物の粗大化が著しくなり、母材熱影響部に剥離又は欠けが生じた。また、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなると共に、靭性が著しく劣化して母材原質部に大割れが生じた。
【０１１０】
比較例No.５４は、ニハード鋳鉄母材のＶの含有量が本発明の範囲未満であるため、炭化物の晶出量及び析出量が少なくなり、母材の硬さが劣った。また、母材の熱影響部に剥離又は欠けが生じると共に、母材の熱影響部の割れ間隔が広がり割れ長さが長くなり、母材原質部に大割れが生じた。
【０１１１】
比較例No.５５は、ニハード鋳鉄母材のＶの含有量が本発明の範囲を超えているため、炭化物の晶出量及び析出量が過多になり、母材熱影響部の炭化物の粗大化が著しくなり、母材熱影響部に剥離又は欠けが生じた。また、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなると共に、靭性が著しく劣化して母材原質部に大割れが生じた。
【０１１２】
比較例No.５６は、ニハード鋳鉄母材のＣ及びＭｎの含有量が夫々本発明の範囲を超えているため、母材の炭化物の晶出量及び析出量の増減はＣ及びＭｎの作用により相殺された。また、靭性が著しく劣化して、母材熱影響部に剥離又は欠けが生じ、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなると共に、靭性が著しく劣化して母材原質部に大割れが生じた。
【０１１３】
比較例No.５７は、ニハード鋳鉄母材のＣ及びＳｉの含有量が本発明の範囲を超えているため、靭性が著しく損なわれ、母材熱影響部に剥離又は欠けが生じ、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなると共に、靭性が著しく劣化して母材原質部に大割れが生じた。
【０１１４】
比較例No.５８は、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量が本発明の範囲未満であるため、初層及び２層目肉盛層に融合不良、溶け込み不足、ピット又はスラグ巻きが生じると共に、初層及び２層目肉盛層に剥離又は欠けが生じた。
【０１１５】
比較例No.５９は、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量が本発明の範囲を超えているため、母材熱影響部の炭化物の粗大化を抑制することができず、母材熱影響部に剥離又は欠けを生じさせると共に、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなり、母材原質部に大割れが生じた。
【０１１６】
比較例No.６０は、初層及び２層目肉盛層の予熱温度及びパス間温度が本発明の範囲を超えているため、母材熱影響部の炭化物の粗大化を抑制することができず、母材熱影響部に剥離又は欠けを生じさせると共に、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなり、母材原質部に大割れが生じた。
【０１１７】
比較例No.６１は、３層目以上の肉盛層の溶接入熱量が本発明の範囲未満であるため、３層目以上の肉盛層に融合不良、溶け込み不足、ピット又はスラグ巻きが生じ、肉盛層の割れの進展が損なわれ、３層目以上の肉盛層に剥離又は欠けが生じた。
【０１１８】
比較例No.６２は、３層目以上の肉盛層の溶接入熱量が本発明の範囲を超えているため、３層目以上の肉盛層に融合不良、溶け込み不足、ピット又はスラグ巻きが生じ、特に、溶け込み形状が深溶け込みなり肉盛層の割れの進展が損なわれ、３層目以上の肉盛層に剥離又は欠けが生じた。
【０１１９】
比較例No.６３は、３層目以上の肉盛層のパス間温度が本発明の範囲を超えているため、３層目以上の肉盛層に融合不良、溶け込み不足、ピット又はスラグ巻きが生じ、特に、溶け込み形状が深溶け込みなり肉盛層の割れの進展が損なわれ、３層目以上の肉盛層に剥離又は欠けが生じた。
【０１２０】
比較例No.６４は、チップとニハード鋳鉄母材との間の距離が本発明の範囲未満であるため、チップにスパッタ付着が激しくなり、ワイヤ送給が停止した。
【０１２１】
比較例No.６５は、チップとニハード鋳鉄母材との間の距離が本発明の範囲を超えているため、シールドが不足し、初層及び２層目肉盛層並びに３層目以上の肉盛層に融合不良、溶け込み不足、ピット又はスラグ巻きが生じると共に、肉盛金属の割れ進展が損なわれ、３層目以上の肉盛層に剥離又は欠けが生じた。
【０１２２】
比較例No.６６は、ニハード鋳鉄母材のＣの含有量が本発明の範囲未満であり、フラックス入りワイヤのＡｌの含有量が本発明の範囲を超えているため、母材の炭化物の晶出量及び析出量が低下し、母材の硬さが劣った。また、母材熱影響部の割れ間隔が広がり母材熱影響部に剥離又は欠けが生じると共に、母材原質部に大割れが生じた。
【０１２３】
比較例No.６７は、初層及び２層目肉盛層の溶接入熱量並びに初層及び２層目肉盛層の予熱温度及びパス間温度が本発明の範囲を超えているため、母材熱影響部の炭化物の粗大化を抑制することができず、母材熱影響部に剥離又は欠けを生じさせると共に、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなり、母材原質部に大割れが生じた。
【０１２４】
比較例No.６８は、初層の溶接入熱量が本発明の範囲を超え、３層目以上の肉盛層の溶接入熱量が本発明の範囲未満であるため、母材熱影響部の炭化物の粗大化を抑制することができず、母材熱影響部に剥離又は欠けを生じさせると共に、母材熱影響部の割れ間隔が広がり、割れ長さが長くなり、母材原質部に大割れが生じた。また、３層目以上の肉盛層に融合不良、溶け込み不足、ピット又はスラグ巻きが生じると共に、肉盛層の割れの進展が損なわれ、３層目以上の肉盛層に剥離又は欠けが生じた。
【０１２５】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明においては、母材の大割れ及び溶接金属の剥離又は欠けが生じることなく、高能率で高硬度金属肉盛層を形成する溶接をすることができる。
Claims (1)
- 高硬度金属を少なくとも３層以上多層肉盛するニハード鋳鉄母材の多層肉盛炭酸ガスシールドアーク溶接方法において、前記ニハード鋳鉄母材は、Ｃ：１．５０乃至２．５０質量％、Ｓｉ：１．００乃至２．００質量％、Ｍｎ：０．５０乃至１．５０質量％、Ｎｉ：４．８０乃至５．８０質量％、Ｃｒ：１０．５０乃至１２．００質量％、Ｍｏ：０．０５乃至１．００質量％及びＶ：０．０１乃至０．０５質量％含有し、溶接材料として、金属外皮にフラックスを充填してなるフラックス入りワイヤであって、前記金属外皮及び前記フラックスのいずれか一方又は双方から添加される成分元素の合計がワイヤ全質量当たり、Ｃ：５．５５乃至６．１５質量％、Ｓｉ：２．００乃至２．８０質量％、Ｍｎ：０．８０質量％以下、Ｎｉ：０．１０質量％以下、Ｃｒ：２１．４５乃至２３．５０質量％、Ｍｏ：０．９５乃至１．１０質量％、Ａｌ：０．０１乃至０．１０質量％、Ｖ：３．１０乃至３．４０質量％、Ｂ：０．２０乃至０．３０質量％、Ｍｇ：０．０１乃至０．１０質量％及びスラグ造滓剤の合計：０．１５質量％未満であるフラックス入りワイヤを使用し、Ｈを溶接入熱量［Ｊ／ｃｍ］とし、Ｉを溶接電流［Ａ］とし、Ｅを溶接電圧［Ｖ］とし、ｖを溶接速度［ｃｍ／分］としたとき、Ｈ＝６０×Ｉ×Ｅ／ｖで算出される溶接入熱量Ｈの値は初層及び２層目において２５００Ｊ／ｃｍを超え３５００Ｊ／ｃｍ未満であり、３層目以上において５０００Ｊ／ｃｍを超え７５００Ｊ／ｃｍ未満に制限すると共に、初層及び２層目の予熱温度及びパス間温度を２００℃以下並びに３層目以上のパス間温度を３００℃以下に規制し、溶接時のチップと前記ニハード鋳鉄母材との間の距離を１５乃至２０ｍｍに規制することを特徴とするニハード鋳鉄母材の多層肉盛炭酸ガスシールドアーク溶接方法。
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