JP4372604B2

JP4372604B2 - エレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤ

Info

Publication number: JP4372604B2
Application number: JP2004116410A
Authority: JP
Inventors: 耕一小山; 吉伸長谷川
Original assignee: 日鐵住金溶接工業株式会社
Priority date: 2004-04-12
Filing date: 2004-04-12
Publication date: 2009-11-25
Anticipated expiration: 2024-04-12
Also published as: JP2005296999A

Description

本発明は、厚鋼板の大入熱溶接においても、良好な溶接作業性および高靱性の溶接金属が得られるエレクトロガスア−ク溶接用フラックス入りワイヤ（以下、フラックス入りワイヤという。）に関するものである。

エレクトロガスア−ク溶接は溶接能率が高いことから、軟鋼、４９０Ｎ／ｍｍ²級高張力鋼および５９０Ｎ／ｍｍ²級高張力鋼を用いる造船、鉄骨、橋梁などの構造物の製作に多用されている。特に最近では、大型コンテナ船のシャ−ストレ−キ部や丸柱のダイアフラム、橋梁の橋桁部では板厚４０ｍｍ以上の厚鋼板が使用されるようになったため、作業効率の点からエレクトロガスア−ク溶接での施工、特に１パス溶接での施工が強く望まれている。板厚が３５ｍｍ以上になると、一般には特開平４−２７９２９５号公報（特許文献１）に開示されているように、Ｘ開先による多層盛り溶接法が用いられているが、２パス溶接であるので施工が難しく、工程も増えるため、大入熱で１パス溶接ができるワイヤの開発が要望されている。

一方、厚鋼板の大入熱１パス溶接については特開平９−２８５８９１号公報（特許文献２）や特開平１０−１８０４８８号公報（特許文献３）に開示されているように、大入熱１パス溶接でも良好な低温靱性が得られるフラックス入りワイヤが提案されている。しかし、これらに記載のフラックス入りワイヤでは、アークが不安定でスパッタ発生量が多く、またスラグ跳ねが生じて溶接作業性が十分ではない。

特開平４−２７９２９５号公報特開平９−２８５８９１号公報特開平１０−１８０４８８号公報

本発明は、厚鋼板の大入熱１パス溶接において、アークが安定して良好な溶接作業性および溶接金属の高靱性が得られるエレクトロガスア−ク溶接用フラックス入りワイヤを提供することを目的とする。

本発明の要旨は、鋼製外皮内にフラックスを充填してなるエレクトロガスア−ク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量に対して質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１０％、Ｓｉ：０．２〜０．８％、Ｍｎ：２．０〜３．０％、Ｍｏ：０．０５〜０．８０％、Ｎｉ：０．２〜１．５％、Ｔｉ：０．１０〜０．４０％、Ｂ：０．００２〜０．０１５％、ＡｌおよびＭｇの１種または２種を０．０５〜０．５０％、ＮａＦ：０．１〜０．５％、さらにＮａＦを含む金属弗化物をＦ換算値で０．０５〜０．５％含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とするエレクトロガスア−ク溶接用フラックス入りワイヤにある。

本発明のエレクトロガスア−ク溶接用フラックス入りワイヤによれば、厚鋼板の大入熱１パス溶接においてアークが極めて安定してスパッタ発生量が少なくスラグ跳ねが生じないなど良好な溶接作業性および高靱性の溶接金属を得ることができる。

本発明者等は、大入熱１パスのエレクトロガスアーク溶接において、アークが安定してスパッタやスラグ跳ねが生じず、高靱性の溶接金属が得られるフラックス入りワイヤについて種々試作して検討した。その結果、従来一般に用いられていたアーク安定剤であるＮａ₂Ｏ、Ｋ₂ＯおよびＬｉ₂Ｏを含有させると、スラグ生成量が多くなってスラグ跳ねが生じ、さらにスパッタ発生量も多くなった。そこでアーク安定剤としてフラックス入りワイヤに適量のＮａＦを含有させることによりアークが極めて安定し、スパッタ発生量が少なくなり、溶融プールの保護とビード外観を良好とするスラグは、フラックス入りワイヤ中の脱酸剤であるＳｉ、Ｍｎ、Ｔｉ，Ａｌ、Ｍｇの脱酸後に生成した酸化物と適量の弗化物で十分な量であり、これによりスラグ跳ねも生じなくなることを見出した。

また、溶接金属の靱性は、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｂ、Ａｌ、Ｍｇおよび弗化物を適量含有させることにより溶接金属の脱酸と組織が微細化されて良好となることも見出した。これらの効果は、各成分組成それぞれの共存による単独および相乗効果によりなし得たものであるが、それぞれの限定理由について以下に述べる。

Ｃ：０．０１〜０．１０質量％（以下、％という。）
Ｃは、ＣＯ生成反応による脱酸作用とともに、溶接金属の強度を確保する。Ｃが０．０１％未満では溶接金属の強度および靱性が低くなる。一方、０．１０％を超えると、スパッタ発生量が多くなるとともに、強度が高くなり靱性が低下する。従って、Ｃは０．０１〜０．１０％とする。

Ｓｉ：０．２〜０．８％
Ｓｉは、脱酸剤および強度調整のために添加する。Ｓｉが０．２％未満では溶接金属の靱性が低くなり、０．８０％を超えると、強度が高くなり靱性が低下する。従って、Ｓｉは０．２〜０．８％とする。

Ｍｎ：２．０〜３．０％
Ｍｎは、脱酸剤および強度調整のためにて添加する。Ｍｎが２．０％未満では溶接金属の靱性が低くなる。一方、３．０％を超えると、強度が高くなり靱性が低下する。また、スラグ生成量が過剰となってスラグ跳ねやスパッタ発生量が多くなる。従って、Ｍｎは２．０〜３．０％とする。

Ｍｏ：０．０５〜０．８０％
Ｍｏは、溶接金属の組織を微細化して靱性を向上させる元素である。Ｍｏが０．０５％未満では靱性の効果が得られず、０．８０％を超えると、強度が高くなり靱性が低下する。従って、Ｍｏは０．０５〜０．８０％とする。

Ｎｉ：０．２〜１．５％
Ｎｉは、溶接金属の靱性を向上させる元素であるが、０．２％未満では溶接金属の靱性が低くなる。一方、１．５％を超えると溶接金属の組織が粗大になり靱性が低くなる。従って、Ｎｉは０．２〜１．５％とする。

Ｔｉ：０．１０〜０．４０％
Ｔｉは、脱酸剤であるが、後述するＢとの相乗効果で溶接金属の靱性を向上させる元素がある。Ｔｉが０．１０％未満では溶接金属の靱性が低く、０．４０％を超えると、強度が高くなり靱性が低下する。また、スラグ生成量が過剰となってスラグ跳ねやスパッタ発生量が多くなる。従って、Ｔｉは０．１０〜０．４０％とする。

Ｂ：０．００２〜０．０１５％
Ｂは上述のＴｉとの複合添加により靱性を向上させる元素である。Ｂが０．００２％未満では溶接金属の靱性が低く、０．０１５％を超えると、強度が高くなり靱性が低下する。従って、Ｂは０．００２〜０．０１５％とする。

ＡｌおよびＭｇの１種または２種：０．０５〜０．５０％
ＡｌおよびＭｇは脱酸性を有する元素である。ＡｌおよびＭｇの１種または２種が０．０５％未満では脱酸効果が少なく靱性の確保が困難となる。一方、０．５０％を超えると、スパッタ発生量が増大するとともに、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎの歩留まりを高くする結果、靱性が低くなる。従って、ＡｌおよびＭｇの１種または２種は０．０５〜０．５０％とする。

ＮａＦ：０．１〜０．５％
ＮａＦはア−クの安定性を高め、スパッタ発生量を低減する作用がある。ＮａＦが０．１％未満ではアークが不安定となりスパッタ発生量が多くなる。一方、０．５％を超えると、スラグの流動性が過大となってスラグが垂れやすくなり、良好なビ−ド形状が得られない。また、逆にスパッタ発生量が多くなり、溶接作業性が劣化する。従って、ＮａＦは０．１〜０．５％とする。

ＮａＦを含む金属弗化物のＦ換算値：０．０５〜０．５％
ＮａＦを含む金属弗化物（Ｆ換算値）は塩基性系の溶融スラグを生成し、溶接金属の靱性を向上させる作用がある。ＮａＦを含む金属弗化物のＦ換算値が０．０５％未満では溶接金属の靱性が低くなる。また、スラグ生成量が不足して良好なビ−ド形状が得られない。一方、０．５％を超えると、スラグ生成量が過大となってスラグが垂れやすくなり、良好なビ−ド形状が得られない。また、スラグ跳ねやスパッタ発生量が多くなり、溶接作業性が劣化する。その他はＦｅおよび不可避的不純物であるが、ＰおよびＳは高温割れを促進する元素であるのでそれぞれ０．０２％以下であることが好ましい。また、Ｃｕも耐高温割れ性を劣化させる元素であるので０．１０％以下であることが好ましい。

以下、実施例により本発明の効果をさらに詳細に説明する。
鋼製外皮としてＣ：０．００５〜０．０１５％、Ｓｉ：０．０２〜０．０５％、Ｍｎ：０．２２〜０．３０％、Ｐ：０．００８〜０．０１０％、Ｓ：０．００５〜０．００８％、Ａｌ：０．０１〜０．０２％の化学成分の帯鋼を用いて、表１示す各成分組成のワイヤ径１．６ｍｍのフラックス入りワイヤを試作した。

表２に示す４９０Ｎ／ｍｍ²級高張力鋼（板厚５０ｍｍ）を用いて、図１に示す裏側開先幅ａを１２ｍｍ、表側開先幅ｂを３０ｍｍとした開先形状の試験板を表３に示す溶接条件で溶接長５００ｍｍの１パス溶接を行った。なお、図１中、１は固形裏当材で２は摺動銅板である。

各試験の溶接時にアークの安定性、スパッタ発生量の多少、スラグ跳ねの有無およびビード外観を観察した。また、各試験板の板厚中央より引張試験片および衝撃試験片を採取して機械試験を行った。機械試験結果において、引張強さが４９０〜６８０Ｎ／ｍｍ²、衝撃試験は０℃におけるシャルピ−吸収エネルギ−が８０Ｊ以上（５本の平均）のものを良好とした。それらの結果を表４に示す。

表４中ワイヤＮｏ．１〜８が本発明例、ワイヤＮｏ．９〜２５は比較例である。本発明例であるワイヤＮｏ．１〜８は、各成分組成が適量であるので、アークが安定し、スパッタ発生量が少なく、スラグ跳ねもなく、ビード外観が良好で、さらに引張強さおよび吸収エネルギーとも良好で極めて満足な結果であった。
比較例中ワイヤＮｏ．９は、ＮａＦが高いので溶接時にアークがやや不安定でスパッタ発生量が多く、さらにスラグの流動性が大きくなってスラグが垂れてビード外観も不良であった。また、Ｃが高いので溶接金属の引張強さが高くなり吸収エネルギーが低かった。

ワイヤＮｏ．１０は、ＮａＦが低いので溶接時にアークが不安定でスパッタ発生量も多かった。また、Ｃが低いので吸収エネルギーが低かった。（ＴＳ４９０Ｎ／ｍｍ²以下）ワイヤＮｏ．１１は、ＮａＦを含む弗化物のＦ換算値が高いので溶接時にアークがやや不安定でスパッタ発生量が多く、スラグ跳ねも生じ、さらにスラグの流動性が大きくなってスラグが垂れてビード外観も不良であった。また、Ｓｉが高いので溶接金属の引張強さが高くなり吸収エネルギーが低かった。

ワイヤＮｏ．１２はＳｉが低く、ワイヤＮｏ．１４はＭｎが低く、ワイヤＮｏ．１６はＭｏが低く、ワイヤＮｏ．１７はＮｉが高く、ワイヤＮｏ．１８はＮｉが低く、ワイヤＮｏ．２０はＴｉが低く、ワイヤＮｏ．２２はＢが低く、ワイヤＮｏ．２４はＡｌが低いので、いずれも溶接金属の吸収エネルギーが低かった。
ワイヤＮｏ．１３はＭｎが高いので、また、ワイヤＮｏ．１９はＴｉが高いので、いずれも溶接時にアークがやや不安定でスパッタ発生量が多く、スラグ跳ねも生じた。また、溶接金属の引張強さが高くなり吸収エネルギーが低かった。

ワイヤＮｏ．１５はＭｏが高く、ワイヤＮｏ．２１はＢが高いので、いずれも溶接金属の引張強さが高くなり吸収エネルギーが低かった。
ワイヤＮｏ．２３は、ＡｌとＭｇの合計が高いので溶接時にアークがやや不安定でスパッタ発生量が多くなった。また、溶接金属の引張強さが高くなり吸収エネルギーが低かった。
ワイヤＮｏ．２５は、ＮａＦを含む弗化物のＦ換算値が低いので溶接時にスラグが不足してビード外観が不良であった。また、溶接金属の吸収エネルギーが低かった。

本発明の実施例に用いた試験板の開先形状を示す図である。

符号の説明

１固形裏当材
２摺動銅板

特許出願人日鐵住金溶接工業株式会社
代理人弁理士椎名彊他１

Claims

鋼製外皮内にフラックスを充填してなるエレクトロガスア−ク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量に対して質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１０％、Ｓｉ：０．２〜０．８％、Ｍｎ：２．０〜３．０％、Ｍｏ：０．０５〜０．８０％、Ｎｉ：０．２〜１．５％、Ｔｉ：０．１０〜０．４０％、Ｂ：０．００２〜０．０１５％、ＡｌおよびＭｇの１種または２種を０．０５〜０．５０％、ＮａＦ：０．１〜０．５％、さらにＮａＦを含む金属弗化物をＦ換算値で０．０５〜０．５％含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とするエレクトロガスア−ク溶接用フラックス入りワイヤ。