JP4204920B2 - ガスシールドアーク溶接用溶接ワイヤ - Google Patents
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Description
Cは溶接金属の強度を確保するのに必要な元素であるが、過剰の添加は不必要な硬さの上昇を招く。ただし、ガスシールドアーク溶接の場合、溶接ワイヤの合金元素量を調整することにより、溶接ワイヤ中のC含有量が0.02質量%以下でも十分溶接金属の強度が得られる。このため、Cは0.02質量%以下とした。
Siは脱酸元素として、ガスシールドアーク溶接、特に炭酸ガスアーク溶接やMAG溶接時に使用する溶接ワイヤに不可欠な元素である。Si含有量が 0.4質量%未満では脱酸効果が不十分で、ブローホールが発生し易い。一方、 1.2質量%を超えると、溶接金属中のSi含有量が過多となり、靱性がかえって劣化する。このため、Siは 0.4〜1.2 質量%とした。
MnはSiとともに脱酸元素として不可欠な元素であるだけでなく、溶接金属に機械的強度および靱性を確保させるために、また高入熱高パス間温度の溶接における溶接金属の靭性を低下させる溶接金属中酸素量を低減するために、必須な元素である。Mn含有量が 1.7質量%未満では、溶接金属中でのMn含有量が不足して十分な強度,靱性を得ることができない。しかし、 2.4質量%を超えて含まれると、溶接金属中でのMn含有量が過多となり、靱性がかえって劣化する。このため、Mnは 1.7〜2.4 質量%とした。
Alは強脱酸元素としての効果を有しており、ほとんどのAlが酸化物として含有される。しかしながら、一部のAlは溶接金属中の固溶Nと結びつき窒化物として析出し、溶接金属の靱性低下を抑制する。Alを 0.005質量%以上含有するとこの効果が認められ、 0.070質量%を超えると靱性を低下させる。このため、Alは 0.005〜0.070 質量%とした。
Tiは溶接ワイヤを用いて、高入熱ガスシールドアーク溶接を行う場合にアークを安定させてスパッタを減少させ、またブローホールの発生を防止させる効果がある。また、溶接金属の靱性を向上させる効果がある。しかし、Ti含有量が0.05質量%未満ではこれらの効果に乏しい。一方、0.30質量%を超えると、溶接ワイヤの素材の溶製が困難になり生産性が低下する。このため、Tiは0.05〜0.30質量%とした。特に、高入熱高パス間温度の溶接における溶接金属の靭性を向上させるためには、溶接金属組織をベイナイト組織とすることが有効であり、ベイナイト組織の溶接金属靭性を安定化させめためには、Tiを0.05〜0.30質量%とする必要がある。
Bは溶接金属組織の粗大なフェライト生成を抑制して、組織を微細化し、靱性を向上させるのに有効な元素である。B含有量が0.0020質量%未満では、靱性を向上させる効果が不十分である。一方、0.0100質量%を超えて含有させても靱性改善の効果は乏しく、むしろ高温割れが発生し易くなる。このため、Bは0.0020〜0.0100質量%とした。
Cuは溶接金属の焼入性を増し、固溶強化による強度の確保が期待できる元素である。しかしながら、Cuを多量に含有すると溶接金属の凝固割れ感受性を高める。このため、Cuは 0.5質量%以下とした。
Moは高入熱のガスシールドアーク溶接を行なう場合に、溶接金属の組織を微細化して靱性を向上させるのに、不可欠な元素である。しかし、本発明のようにC含有量が小さい溶接ワイヤにおいては 0.4質量%未満ではその効果が乏しい。このため、Moを含有させる場合は、その含有量は 0.4質量%以上が好ましい。
Niは固溶強化により靱性の確保が期待できる元素である。Ni含有量が0.02質量%未満では、靱性を向上させる効果が不十分である。一方、 5.0質量%を超えて含有させても靱性改善効果に乏しく、むしろ低温割れが発生し易くなる。このため、Niを含有させる場合は、その含有量は0.02〜5.0 質量%が好ましい。特に、高入熱高パス間温度の溶接における溶接金属の靭性を安定化させるためには、Niを含有させる必要がある。
Nは靱性向上の点よりできる限り少ない方が好ましい。とくに工程生産上問題のない0.0039質量%未満が好ましい。
Kは、アークを広げ(アークをソフト化し)、正極性ガスシールドアーク溶接において溶滴の移行をスムーズにするとともに、溶滴を微細化し、溶接ワイヤの送給抵抗の変動を抑制する効果を有する。この効果は、K含有量が0.0001質量%以上で認められる。一方、 0.0150質量%を超えると、アーク長が長くなり、しかも溶接ワイヤの先端に懸垂した溶滴が不安定となるので、スパッタの発生が増大する。したがって、Kは0.0001〜0.0150質量%とするのが好ましい。なお、より好ましくは0.0003〜0.0030質量%である。
表1に示す成分の鋼板を用い、表2に示す成分の溶接ワイヤ(直径1.4mm )を使用して、表3に示す溶接条件によってガスシールドアーク溶接を行ない、溶接継手を作製した。溶接は連続溶接により実施した。溶接継手の開先形状および試験体寸法(mm)を図1に示す。さらに図1中のA−A矢視の開先付近の断面図を図2に示す。
連続鋳造で製造したビレットを熱間圧延し、直径 5.5〜7.0mm の線材とした。次いで冷間加工(すなわち伸線加工)を行ない、直径 2.0〜2.8mm の鋼素線を製造した。この鋼素線にクエン酸3カリウム水溶液(濃度:2〜30質量%)を塗布した。塗布量は鋼素線1kgあたり30〜50gとした。
シールドガス流量:20 liter/min
溶接電源 :インバータ電源
溶接電流 : 400A
溶接電圧 : 39 V
溶接速度 :25cm/min
(1) 溶接ワイヤの送給性
板厚19mmの鋼板上に2分間のビードオン溶接を行ない、溶接ワイヤの送給抵抗を測定した。送給抵抗が39.2N(=4kgf )以下を良(○),39.2N(=4kgf )超え〜58.8N(=6kgf )以下を可(△),58.8N(=6kgf )超えを不可(×)として評価した。
(2) スパッタ発生
板厚19mmの鋼板上に2分間のビードオン溶接を行ない、Cu製捕集治具を用いてスパッタを捕集した。捕集されたスパッタが 2.0g/min 以下を良(○), 2.0g/min 超え〜 3.0g/min 以下を可(△), 3.0g/min 超えを不可(×)として評価した。
(3) 給電チップの損耗
直径800mm の鋼管(肉厚25mm)を自転させながら、鋼管外周に30分間の連続溶接を行なった。その後、給電チップの内径を測定し、その最大値Dmax と最小値Dmin を用いて、下記の式から楕円化率(%)を算出した。楕円化率が2%以下を良(○),2%超え〜5%以下を可(△),5%超えを不可(×)として評価した。
評価した結果を表7に示す。
2 当金
3 溶接金属
4 シャルピー衝撃試験片
5 引張試験片
Claims (4)
- めっきを含めた溶接ワイヤの組成が質量%で、
C:0.02%以下、 Si: 0.4〜1.2 %、
Mn: 1.7〜2.4 %、 Al: 0.005〜0.070 %、
Ti:0.05〜0.30%、 B:0.0020〜0.0100%、
Cu: 0.5%以下、 Mo: 0.4%以上
を含み、残部が実質的にFeからなる溶接ワイヤの表面に、MoS 2 およびBNのうちの1種または2種:15〜70質量%、ワックス:2質量%以下、K化合物:2〜70質量%、銅粉:5〜70質量%を含有する固形潤滑剤層を前記溶接ワイヤ10kgあたり 0.2〜1.0 g有し、前記固形潤滑剤層の表面に脂肪酸エステルおよび/または潤滑油からなる潤滑剤層を前記溶接ワイヤ10kgあたり 0.2〜1.8 g有することを特徴とするガスシールドアーク溶接用溶接ワイヤ。 - 前記溶接ワイヤが、前記組成に加えて、質量%で
N:0.0039%未満、 Ni:0.02〜5.0 %
を含有することを特徴とする請求項1に記載のガスシールドアーク溶接用溶接ワイヤ。 - 前記溶接ワイヤが、前記組成に加えて、質量%で
K:0.0001〜0.0150%
を含有することを特徴とする請求項1または2に記載のガスシールドアーク溶接用溶接ワイヤ。 - 前記溶接ワイヤの表面に、MoS 2 およびBNのうちの1種または2種:15〜70質量%、ワックス:2質量%以下、K化合物:2〜70質量%、銅粉:5〜70質量%、グラファイト:5〜20質量%を含有する固形潤滑剤層を前記溶接ワイヤ10kgあたり 0.2〜1.0 g有し、前記固形潤滑剤層の表面に脂肪酸エステルおよび/または潤滑油からなる潤滑剤層を前記溶接ワイヤ10kgあたり 0.2〜1.8 g有することを特徴とする請求項1、2または3に記載のガスシールドアーク溶接用溶接ワイヤ。
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