JP4529482B2 - Fillet welding method - Google Patents
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Description
本発明は、ガスシールドアーク溶接法で隅肉溶接を行なう溶接方法に係り、特に低コストでスパッタの発生が少なく、優れたビード形状が得られる隅肉溶接方法に関する。 The present invention relates to a welding method in which fillet welding is performed by a gas shielded arc welding method, and more particularly to a fillet welding method in which spatter is less generated and an excellent bead shape is obtained at low cost.
シールドガスとしてＣＯ2 ガスを用いるガスシールドアーク溶接は、ＣＯ2 ガスが安価であるとともに、能率の良い溶接法であるので、鉄鋼材料の溶接に広く利用されている。特に自動溶接の急速な普及によって、造船，建築，橋梁，自動車等の種々の分野で使用されている。造船，建築，橋梁の分野では、厚鋼板の高電流多層溶接や隅肉溶接に使用され、自動車の分野では薄鋼板の重ね隅肉溶接やフレア溶接に使用されることが多い。 Gas shielded arc welding using CO 2 gas as a shielding gas is widely used for welding steel materials because CO 2 gas is inexpensive and is an efficient welding method. In particular, due to the rapid spread of automatic welding, it is used in various fields such as shipbuilding, architecture, bridges, and automobiles. In the fields of shipbuilding, construction, and bridges, it is often used for high-current multilayer welding and fillet welding of thick steel plates, and in the automotive field, it is often used for lap fillet welding and flare welding of thin steel plates.
ガスシールドアーク溶接で使用される消耗電極（すなわち溶接ワイヤ）は、ソリッドワイヤとフラックスコアードワイヤに大別される。 Consumable electrodes (that is, welding wires) used in gas shielded arc welding are roughly classified into solid wires and flux cored wires.
ソリッドワイヤは、鋼素線からなる溶接ワイヤであり、素材となる鋼素線の表面にめっきを施したり、あるいは潤滑剤を塗布したものもある。一方、フラックスコアードワイヤ（以下、ＦＣＷという）は、鋼製の外殻の内側に溶接用フラックスを充填した溶接ワイヤであり、ソリッドワイヤに比べて高価である。 The solid wire is a welding wire made of a steel wire, and there is a wire in which the surface of a steel wire that is a material is plated or a lubricant is applied. On the other hand, a flux cored wire (hereinafter referred to as FCW) is a welding wire in which a welding flux is filled inside a steel outer shell, and is more expensive than a solid wire.
ガスシールドアーク溶接にてＣＯ2 を主成分とするシールドガスを使用し、かつソリッドワイヤを使用する場合には、粗大な溶滴が溶接ワイヤの先端に懸垂し、その溶滴がアーク力によって揺れ動きながら移行するグロビュール移行が生じ、母材（すなわち溶接される厚鋼板）との短絡あるいは再アークによってスパッタが多量に発生する。そのため溶接施工の作業環境が悪化するばかりでなく、溶接ノズルにもスパッタが付着して、シールドガスの供給が不安定になり、溶接施工の作業能率が低下する。特に溶接ロボットを用いた自動溶接では、シールドガスによるシールド性を一定に保つために、溶接ノズルに付着したスパッタを定期的に除去しなければならないので、溶接ロボットの稼働率が低下する。 When using shield gas with CO 2 as the main component in gas shielded arc welding and using a solid wire, coarse droplets are suspended from the tip of the welding wire, and the droplets are shaken by the arc force. However, a globule transition occurs, and a large amount of spatter is generated by a short circuit or re-arcing with the base material (that is, a thick steel plate to be welded). Therefore, not only the working environment of the welding work is deteriorated, but also spatter adheres to the welding nozzle, the supply of shield gas becomes unstable, and the working efficiency of the welding work is lowered. In particular, in automatic welding using a welding robot, in order to keep the shielding property by the shielding gas constant, spatters adhering to the welding nozzle must be periodically removed, so that the operation rate of the welding robot is lowered.
このような問題に対して、スパッタの発生を抑制する技術が種々検討されている。たとえば特開平6-218574号公報には、溶接ワイヤにＫを添加することによって、スパッタ発生量を低減する技術が開示されている。しかしながら、ＣＯ2 を主成分とするシールドガスを使用し、かつソリッドワイヤを使用するガスシールドアーク溶接では、スパッタの発生を抑制する効果は不十分である。 Various techniques for suppressing the occurrence of sputtering have been studied for such problems. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-218574 discloses a technique for reducing the amount of spatter generated by adding K to a welding wire. However, in gas shielded arc welding using a shield gas containing CO 2 as a main component and using a solid wire, the effect of suppressing the occurrence of spatter is insufficient.
さらに厚鋼板の隅肉溶接では、ビードの止端形状やアンダーカットの有無等が、溶接継手の疲労強度に多大な影響を及ぼす。したがって隅肉溶接におけるシールドガスと溶接ワイヤの組み合わせは、スパッタの発生を抑制し、かつ優れたビード形状を得る観点から選択される。たとえば、ＣＯ2 を主成分とするシールドガスを使用して隅肉溶接を行なう場合は高価なＦＣＷを使用し、ソリッドワイヤを使用する場合は高価なArを主体とするシールドガスを使用する。
厚鋼板の隅肉溶接にて安価なＣＯ2 を主成分とするシールドガスを使用し、かつ安価なソリッドワイヤを使用して、スパッタ発生量の低減とビード形状の改善とを達成できれば、施工コストを削減することが可能である。ところが現状の隅肉溶接技術では、ＣＯ2 を主成分とするシールドガスを使用し、かつソリッドワイヤを使用するための有効な技術は確立していない。 If we can reduce the amount of spatter and improve the bead shape by using a cheap shielding gas consisting mainly of CO 2 in fillet welding of thick steel plates and using an inexpensive solid wire, the construction cost will be improved. Can be reduced. However, in the current fillet welding technique, an effective technique for using a shield gas containing CO 2 as a main component and using a solid wire has not been established.
本発明は上記のような問題を解消し、ＣＯ2 を主成分とするシールドガスを使用し、かつ鋼素線からなるガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤを使用して隅肉溶接を行なうにあたって、スパッタ発生量の低減とビード形状の改善とを達成できる溶接方法を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned problems, and when performing fillet welding using a shielded gas mainly composed of CO 2 and using a steel wire for gas shielded arc welding made of steel strands, It is an object of the present invention to provide a welding method capable of reducing the amount of generation and improving the bead shape.
なお、ここで鋼素線からなるガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤとは、溶接用フラックスを内装せず、素材となる鋼素線を主体とするワイヤ（いわゆるソリッドワイヤ）を指す。また本発明は、鋼素線の表面にめっきを施したり、あるいは潤滑剤を塗布したガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤにも支障なく適用できる。 In addition, the steel wire for gas shielded arc welding which consists of a steel strand here refers to the wire (what is called a solid wire) which does not incorporate the welding flux, and mainly has the steel strand used as a raw material. Further, the present invention can be applied without any trouble to a steel wire for gas shield arc welding in which the surface of a steel element wire is plated or a lubricant is applied.
本発明者らは、溶接用フラックスを内装していないソリッドワイヤと呼ばれるガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ（以下、溶接用鋼ワイヤという）を用いた隅肉溶接について、ＣＯ2 を主成分とするシールドガスを使用して、ビード形状を改善し、かつスパッタ発生量を低減させる技術を鋭意検討した。本発明者らは、溶接用鋼ワイヤの素材となる鋼素線の微量添加元素や溶接の極性が、ビード形状やスパッタ発生量に及ぼす影響について詳細に検討し、以下に述べる知見を得た。 The present inventors have disclosed a shield mainly composed of CO 2 for fillet welding using a gas shielded arc welding steel wire (hereinafter referred to as a welding steel wire) called a solid wire that does not contain a welding flux. We have intensively studied a technology that uses gas to improve the bead shape and reduce the amount of spatter generated. The present inventors have studied in detail the effects of a small amount of additive element of the steel element wire used as the material of the steel wire for welding and the polarity of welding on the bead shape and spatter generation amount, and have obtained the following knowledge.
(a) 溶接用鋼ワイヤの鋼素線に希土類元素（以下、REM という）を添加することによって、溶滴移行が安定するとともに、アーク点が集中して、溶融プールの揺動を抑制することが可能となる。その結果、スパッタの発生量を低減でき、しかもビード形状が平滑でアンダーカットの小さい健全な隅肉溶接継手を得ることができる。 (a) Addition of rare earth elements (hereinafter referred to as REM) to the steel wire of the welding steel wire stabilizes the droplet transfer and concentrates the arc point to suppress the fluctuation of the molten pool. Is possible. As a result, the amount of spatter generated can be reduced, and a healthy fillet welded joint with a smooth bead shape and small undercut can be obtained.
(b) 鋼素線に REMを添加し、さらにTi，Zr，Ｏ，Ca およびAlを添加することによって、アーク発生点をさらに安定させ、かつ溶滴の表面張力を好適範囲に調整して溶滴挙動を安定させることが可能となる。その結果、スパッタの発生量を大幅に低減でき、しかも一層良好な隅肉溶接継手を得ることができる。 (b) By adding REM to the steel wire, and further adding Ti, Zr, O, Ca and Al, the arc generation point is further stabilized, and the surface tension of the droplet is adjusted to a suitable range to obtain a solution. It becomes possible to stabilize the droplet behavior. As a result, the amount of spatter generated can be greatly reduced, and a better fillet welded joint can be obtained.
(c) 鋼素線に REMを添加した溶接用鋼ワイヤをマイナス極（いわゆる正極性）とし、ＣＯ2 を60体積％以上含有するシールドガスを用いて隅肉溶接を行なうことによって、施工コストを削減できる。シールドガスの残部（すなわち40体積％以下）は、Ar，He，Ｈ2 およびＯ2 のうちの１種以上のガスを混合するのが好ましい。なお、 100体積％ＣＯ2 のシールドガスを用いても何ら問題はない。 (c) Welding steel wire with REM added to the steel wire is used as a negative electrode (so-called positive polarity), and fillet welding is performed using a shielding gas containing 60% by volume or more of CO 2. Can be reduced. The balance of the shielding gas (that is, 40% by volume or less) is preferably mixed with one or more gases of Ar, He, H 2 and O 2 . It should be noted that there is no problem even if a shield gas of 100 volume% CO 2 is used.
本発明は、これらの知見に基づいてなされたものである。 The present invention has been made based on these findings.
すなわち本発明は、REM を 0.015〜0.100 質量％含有し、Ｃ：0.20質量％以下，Si：0.05〜2.5質量％，Mn：0.25〜3.5質量％，Ｐ：0.05質量％以下，Ｓ：0.02質量％以下，Ｏ：0.0080質量％以下，Ca：0.0008質量％以下であり、残部がFeおよび不可避的不純物である組成を有する鋼素線からなる溶接用鋼ワイヤを用い、かつＣＯ2 を60体積％以上含有するシールドガスを用いて正極性で溶接電流を280〜400Ａ、溶接電圧を29〜38Ｖとして隅肉溶接を行なう隅肉溶接方法である。 That is, the present invention contains 0.015 to 0.100 mass% of REM , C: 0.20 mass% or less, Si: 0.05 to 2.5 mass%, Mn: 0.25 to 3.5 mass%, P: 0.05 mass% or less, S: 0.02 mass% hereinafter, O: 0.0080 wt% or less, Ca: 0.0008 or less by mass%, using a welding steel wire balance of the steel element wires which have a composition of Fe and unavoidable impurities, and CO 2 and 60 vol% This is a fillet welding method in which fillet welding is performed with a positive polarity, a welding current of 280 to 400 A, and a welding voltage of 29 to 38 V using the shield gas contained above .
本発明の隅肉溶接方法では、鋼素線が、REM に加えて、Ti：0.02〜0.50質量％およびZr：0.02〜0.50質量％のうちの１種または２種を含有する組成を有することが好ましい。さらに鋼素線が、前記した組成に加えて、Al： 0.005〜3.00質量％を含有することが好ましい。 In fillet welding method of the present invention, the steel element wires, in addition to REM, Ti: 0.02 to 0.50 wt% and Zr: having a composition that Yusuke containing one or two of 0.02 to 0.50 wt% It is preferable. Furthermore, it is preferable that a steel strand contains Al: 0.005-3.00 mass% in addition to an above described composition.
また、鋼素線は、前記組成に加えて、Cr：0.02〜3.0質量％，Ni：0.05〜3.0質量％，Mo：0.05〜1.5質量％，Cu：0.05〜3.0質量％，Ｂ：0.0005〜0.015質量％，Mg：0.001〜0.20質量％，Nb：0.005〜0.5質量％，Ｖ：0.005〜0.5質量％のうちの１種または２種以上を含有することが好ましい。そのシールドガスは、 100体積％ＣＯ2 であっても良いし、あるいはＣＯ2 を60体積％以上含有しかつAr，He，Ｈ2 およびＯ2 のうちの１種以上を合計40体積％以下含有する混合ガスであっても良い。 Further, in addition to the above composition , the steel strand is Cr: 0.02 to 3.0 mass%, Ni: 0.05 to 3.0 mass%, Mo: 0.05 to 1.5 mass%, Cu: 0.05 to 3.0 mass%, B: 0.0005 to 0.015 mass%, Mg: 0.001 to 0.20 mass%, Nb: 0.005 to 0.5 mass%, V: 0.005 to 0.5 1 kind of mass% or Rukoto to contain two or more are preferred. The shielding gas may be 100 volume% CO 2 , or contains 60 volume% or more of CO 2 and contains one or more of Ar, He, H 2 and O 2 in a total volume of 40 volume% or less. A mixed gas may be used.
本発明によれば、隅肉溶接の溶接施工時のスパッタ発生を抑制し、かつ優れたビード形状を有する健全な隅肉溶接継手を低コストで得ることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the sound fillet welded joint which suppresses generation | occurrence | production of the sputter | spatter at the time of welding construction of a fillet weld, and has the outstanding bead shape can be obtained at low cost.
本発明の溶接用鋼ワイヤは、ソリッドワイヤとＦＣＷに大別される溶接ワイヤのうち、ソリッドワイヤを対象とする。 The steel wire for welding according to the present invention is a solid wire among welding wires roughly divided into a solid wire and an FCW.
まず本発明の溶接用鋼ワイヤの鋼素線の成分を限定した理由について説明する。 First, the reason for limiting the components of the steel wire of the welding steel wire of the present invention will be described.
REM ： 0.015〜0.100 質量％
REM は、溶滴移行を安定させるとともに、アーク点を集中させて、溶融プールの揺動を抑制する元素である。ガスシールドアーク溶接法による隅肉溶接では、スパッタ発生の抑制に加えて、ビードの止端形状の平滑化やアンダーカットの低減を達成する必要がある。このような隅肉溶接の特性に対して、REM を含有する鋼素線からなる溶接用鋼ワイヤを使用することによって、アークの安定化，スパッタ発生量の低減，ビード形状の改善（すなわちビードの止端形状の平滑化，アンダーカットの低減）が可能となった。REM 含有量が 0.015質量％未満では、これらの効果は得られない。一方、 0.100質量％を超えて添加すると、溶接用鋼ワイヤの製造工程で割れが生じたり、溶接金属の靭性低下を招く。したがって、REM は 0.015〜0.100 質量％の範囲内を満足する必要がある。なお、好ましくは 0.025〜0.050 質量％である。
REM: 0.015-0.100 mass%
REM is an element that stabilizes the droplet transfer and concentrates the arc point to suppress the fluctuation of the molten pool. In fillet welding by gas shielded arc welding, it is necessary to achieve smoothing of the toe shape of the bead and reduction of undercut in addition to suppression of spatter generation. For such fillet welding characteristics, the use of a steel wire made of steel wire containing REM stabilizes the arc, reduces spatter, and improves the bead shape (ie, the bead shape). Smoothing the toe shape and reducing undercut). If the REM content is less than 0.015% by mass, these effects cannot be obtained. On the other hand, if added over 0.100% by mass, cracks occur in the manufacturing process of the steel wire for welding and the toughness of the weld metal is reduced. Therefore, REM needs to satisfy the range of 0.015 to 0.100 mass%. In addition, Preferably it is 0.025-0.050 mass%.
ここで REMとは、周期表の３族に属する元素の総称である。本発明では、原子番号57〜71の元素を使用するのが好ましく、特にCe，Laが好適である。Ce，Laを鋼素線に添加する場合は、CeまたはLaを単独で添加しても良いし、CeおよびLaを併用しても良い。なお、CeおよびLaをともに添加する場合は、あらかじめCe：40〜90質量％，La：10〜60質量％の範囲内で混合して得られた混合物を使用するのが好ましい。
Here, REM is a general term for elements belonging to
なお本発明は、必須成分としてＣ，Si，Mn，Ｐ，Ｓを下記の通り含有する鋼素線からなる溶接用鋼ワイヤに適用する。 The present invention is, C as essential components, Si, that apply Mn, P, S and the welding steel wire made of steel element wires containing as follows.
Ｃ：0.20質量％以下
Ｃは、溶接金属の強度を確保するのに必要な元素であり、溶融メタルの粘性を低下させて流動性を向上させる効果がある。しかしＣ含有量が0.20質量％を超えると、溶滴および溶融メタルの挙動が不安定となるのみならず、溶接金属の靭性の低下を招く。したがって、Ｃは0.20質量％以下とした。一方、Ｃ含有量を過剰に減少させると溶接金属の強度を確保できない。そのため、0.01〜0.20質量％とするのが好ましい。なお、0.01〜0.10質量％が一層好ましい。
C: 0.20 mass% or less C is an element necessary for ensuring the strength of the weld metal, and has the effect of reducing the viscosity of the molten metal and improving the fluidity. However, when the C content exceeds 0.20% by mass, not only the behavior of the droplets and the molten metal becomes unstable, but also the toughness of the weld metal is lowered. Therefore, C is 0.20% by mass or less. On the other hand, if the C content is excessively reduced, the strength of the weld metal cannot be ensured. Therefore, it is preferable to set it as 0.01-0.20 mass%. In addition, 0.01-0.10 mass% is still more preferable.
Si：0.05〜2.5質量％
Siは、脱酸作用を有し、溶融メタルの脱酸のためには不可欠な元素である。ガスシールドアーク溶接では、Si含有量が0.05質量％未満では、溶融メタルの脱酸が不足し、溶接金属にブローホールが発生する。さらに正極性のガスシールドアーク溶接におけるアークの広がりを抑え、溶滴を微細化し挙動を安定化する作用も有する。一方、 2.5質量％を超えると、溶接金属の靭性が著しく低下する。したがって、Siは0.05〜2.5 質量％の範囲内を満足する必要がある。ただしSi含有量が0.65質量％を超えると、小粒のスパッタが増加する傾向が現われるので、0.05〜0.65質量％の範囲内が好ましい。
Si: 0.05-2.5 mass %
Si has a deoxidizing action and is an indispensable element for deoxidizing molten metal. In gas shielded arc welding, if the Si content is less than 0.05% by mass, deoxidation of the molten metal is insufficient and blowholes are generated in the weld metal. Furthermore, it has the effect of suppressing the spread of the arc in the positive polarity gas shielded arc welding, miniaturizing the droplets and stabilizing the behavior. On the other hand, if it exceeds 2.5% by mass, the toughness of the weld metal is significantly reduced. Therefore, Si needs to satisfy the range of 0.05-2.5 mass%. However, if the Si content exceeds 0.65% by mass, a tendency to increase the spatter of small grains appears, so the range of 0.05 to 0.65% by mass is preferable.
Mn：0.25〜3.5 質量％
Mnは、Siと同様に脱酸作用を有し、溶融メタルの脱酸のためには不可欠な元素である。Mn含有量が0.25質量％未満では、溶融メタルの脱酸が不足し、溶接金属にブローホールが発生する。一方、3.5 質量％を超えると、溶接金属の靭性が低下する。したがって、Mnは0.25〜3.5 質量％の範囲内を満足する必要がある。なお、溶融メタルの脱酸を促進し、ブローホールを防止するためには、0.45質量％以上が望ましい。そのため、0.45〜3.5 質量％とするのが好ましい。
Mn: 0.25 to 3.5% by mass
Mn has a deoxidizing action similar to Si and is an indispensable element for deoxidizing molten metal. If the Mn content is less than 0.25% by mass, deoxidation of the molten metal is insufficient, and blow holes are generated in the weld metal. On the other hand, if it exceeds 3.5% by mass, the toughness of the weld metal decreases. Therefore, Mn needs to satisfy the range of 0.25 to 3.5% by mass. In order to promote deoxidation of molten metal and prevent blowholes, 0.45% by mass or more is desirable. Therefore, it is preferable to set it as 0.45-3.5 mass%.
Ｐ：0.05質量％以下
Ｐは、鋼の融点を低下させるとともに、電気抵抗率を向上させ、溶融効率を向上させる元素である。さらに正極性のガスシールドアーク溶接において、溶滴を微細化し、アークを安定化する作用も有する。しかしＰ含有量が0.05質量％を超えると、正極性のガスシールドアーク溶接において溶融メタルの粘性が著しく低下し、アークが不安定となり、小粒のスパッタが増加する。また、溶接金属の高温割れを生じる危険性が増大する。したがって、Ｐは0.05質量％以下とした。なお、好ましくは0.03質量％以下である。一方、 鋼素線の鋼材を溶製する製鋼段階でＰを低減するためには長時間を要するので、生産性向上の観点から 0.002質量％以上が望ましい。そのため、 0.002〜0.03質量％とするのが好ましい。
P: 0.05% by mass or less P is an element that lowers the melting point of steel, improves electrical resistivity, and improves melting efficiency. Furthermore, in positive polarity gas shielded arc welding, it has the effect | action which refines | miniaturizes a droplet and stabilizes an arc. However, when the P content exceeds 0.05% by mass, the viscosity of the molten metal is remarkably lowered in positive gas shielded arc welding, the arc becomes unstable, and small particle spatter increases. In addition, the risk of hot cracking of the weld metal increases. Therefore, P is set to 0.05% by mass or less. In addition, Preferably it is 0.03 mass% or less. On the other hand, since it takes a long time to reduce P in the steelmaking stage where the steel material of the steel wire is melted, 0.002% by mass or more is desirable from the viewpoint of improving productivity. Therefore, it is preferable to set it as 0.002-0.03 mass%.
Ｓ：0.02質量％以下
Ｓは、溶融メタルの粘性を低下させ、溶接用鋼ワイヤの先端に懸垂した溶滴の離脱を促進し、正極性のガスシールドアーク溶接においてアークを安定化する。またＳは、正極性のガスシールドアーク溶接においてアークを広げ、溶融メタルの粘性を低下させてビードを平滑にする効果も有する。しかしＳ含有量が0.02質量％を超えると、溶接施工時に小粒のスパッタが増加するばかりでなく、鋼素線中の REM析出物が粗大化するので、鋼素線の加工性が低下して歩留り低下を招く。したがって、Ｓは0.02質量％以下とした。一方、 鋼素線の鋼材を溶製する製鋼段階でＳを低減するためには長時間を要するので、生産性向上の観点から 0.002質量％以上が望ましい。そのため、 0.002〜0.02質量％とするのが好ましい。
S: 0.02% by mass or less S lowers the viscosity of the molten metal, promotes the detachment of the droplet suspended from the tip of the welding steel wire, and stabilizes the arc in positive polarity gas shielded arc welding. S also has the effect of smoothing the bead by spreading the arc in positive gas shielded arc welding and lowering the viscosity of the molten metal. However, if the S content exceeds 0.02% by mass, not only the spatter of small grains increases during welding, but also the REM precipitates in the steel wire become coarser, so the workability of the steel wire decreases and the yield increases. Incurs a decline. Accordingly, S is set to 0.02 mass% or less. On the other hand, since it takes a long time to reduce S in the steelmaking stage where the steel material of the steel wire is melted, 0.002% by mass or more is desirable from the viewpoint of improving productivity. Therefore, it is preferable to set it as 0.002-0.02 mass%.
さらに本発明では、上記した組成に加えて、鋼素線が必須成分としてＯ，Caを含有し、選択的にTi，Zr，Alを含有することが好ましい。 Further, in the present invention, in addition to the above-described composition, the steel strand preferably contains O and Ca as essential components, and selectively contains Ti, Zr and Al .
Ti：0.02〜0.50質量％およびZr：0.02〜0.50質量％のうちの１種または２種
Ti，Zrは、いずれも強脱酸剤として作用するとともに、溶接金属の強度を増加する元素である。さらに溶融メタルの脱酸によって粘性の低下を抑制してビード形状を平滑化（すなわちハンピングビードを抑制）する効果がある。このような効果を有する故に 350Ａ以上の高電流溶接において有効な元素であり、必要に応じて添加する。Tiが0.02質量％未満，Zrが0.02質量％未満では、この効果は得られない。一方、 Tiが0.50質量％を超える場合，Zrが0.50質量％を超える場合は、溶滴が粗大化して大粒のスパッタが多量に発生する。したがって、Ti，Zrを含有する場合は、Ti：0.02〜0.50質量％，Zr：0.02〜0.50質量％の範囲内を満足するのが好ましい。
One or two of Ti: 0.02-0.50 mass% and Zr: 0.02-0.50 mass%
Ti and Zr are elements that both act as strong deoxidizers and increase the strength of the weld metal. Furthermore, there is an effect of smoothing the bead shape (ie, suppressing the humping bead) by suppressing the decrease in viscosity by deoxidation of the molten metal. Because of this effect, it is an effective element for high current welding at 350 A or more, and it is added as necessary. If Ti is less than 0.02 mass% and Zr is less than 0.02 mass%, this effect cannot be obtained. On the other hand, when Ti exceeds 0.50 mass% or Zr exceeds 0.50 mass%, the droplets become coarse and a large amount of large spatter is generated. Therefore, when Ti and Zr are contained, it is preferable to satisfy the ranges of Ti: 0.02 to 0.50 mass% and Zr: 0.02 to 0.50 mass%.
Ｏ：0.0080質量％以下
Ｏは、正極性のガスシールドアーク溶接において溶接用鋼ワイヤの先端に懸垂した溶滴
に発生するアーク点を不安定にするとともに、溶滴の挙動を不安定にする作用がある。Ｏ含有量が 0.0080質量％を超えると、正極性の高電流溶接におけるアークの集中と安定化というREM 添加の効果が損なわれ、アークの揺動が増大してスパッタが多量に発生する。またＯは、鋼素線の鋼材を溶製する製鋼段階で REMと激しく反応してスラグを形成する作用を有しており、Ｏ含有量が0.0080質量％を超えると、REM の歩留りが著しく低下する。したがって、Ｏは0.0080質量％以下とする。一方、鋼素線の鋼材を溶製する製鋼段階でＯを低減するためには長時間を要するので、生産性向上の観点から0.0010質量％以上が望ましい。したがって、 0.0010〜0.0080質量％が好ましく、さらに0.0010〜0.0050質量％が一層好ましい。
O: 0.0080% by mass or less O is an effect of destabilizing the arc point generated in the droplet suspended from the tip of the welding steel wire in positive gas shielded arc welding and destabilizing the behavior of the droplet. There is. If the O content exceeds 0.0080% by mass, the effect of REM addition, which is the concentration and stabilization of the arc in the high-current welding of positive polarity, is impaired, and the oscillation of the arc increases and a large amount of spatter is generated. O also has the effect of reacting violently with REM to form slag at the steelmaking stage where the steel material of the steel wire is melted. If the O content exceeds 0.0080% by mass, the yield of REM decreases significantly. To do. Therefore, O is you than 0.0080 mass%. On the other hand, since it takes a long time to reduce O in the steelmaking stage where the steel material of the steel wire is melted, 0.0010% by mass or more is desirable from the viewpoint of improving productivity. Therefore, 0.0010-0.0080 mass% is preferable, and 0.0010-0.0050 mass% is still more preferable.
Ca：0.0008質量％以下
Caは、製鋼および鋳造時に不純物として溶鋼に混入したり、あるいは伸線加工時に不純物として鋼素線に混入する。正極性のガスシールドアーク溶接では、Ca含有量が0.0008質量％を超えると、高電流溶接におけるREM 添加によるアークの集中と安定化効果が損なわれる。したがって、Caは0.0008質量％以下とする。
Ca: 0.0008 mass% or less
Ca is mixed into the molten steel as an impurity during steelmaking and casting, or mixed into the steel strand as an impurity during wire drawing. In positive gas shielded arc welding, if the Ca content exceeds 0.0008 mass%, the concentration and stabilization effect of the arc due to the addition of REM in high current welding is impaired. Therefore, Ca is you than 0.0008 mass%.
Al： 0.005〜3.00質量％
Alは、強脱酸剤として作用するとともに、溶接金属の強度を増加する元素である。さらに溶融メタルの脱酸によって粘性の低下を抑制してビード形状を安定化（すなわちハンピングビードを抑制）するとともに、隅肉溶接におけるビードのアンダーカットを抑制する効果がある。また、Ｏとの親和力によって、溶接用鋼ワイヤの製造段階における REMの酸化ロスを低減する効果も有する。Alが 0.005質量％未満では、このような効果は得られない。一方、 Alが3.00質量％を超える場合は、溶接金属の結晶粒が粗大化し、靭性が著しく低下する。したがって、Alは 0.005〜3.00質量％の範囲内を満足する必要がある。
Al: 0.005 to 3.00 mass%
Al is an element that acts as a strong deoxidizer and increases the strength of the weld metal. Further, the deoxidation of the molten metal suppresses the decrease in viscosity and stabilizes the bead shape (that is, suppresses the humping bead), and also has the effect of suppressing the undercut of the bead in fillet welding. It also has the effect of reducing the REM oxidation loss in the manufacturing stage of welding steel wires due to its affinity with O. When Al is less than 0.005% by mass, such an effect cannot be obtained. On the other hand, when Al exceeds 3.00 mass%, the crystal grain of a weld metal will coarsen and toughness will fall remarkably. Therefore, Al needs to satisfy the range of 0.005-3.00 mass%.
さらに必要に応じて下記の元素を添加しても、本発明の効果を減じるものではない。 Furthermore, the effects of the present invention are not reduced by adding the following elements as necessary.
Cr：0.02〜3.0 質量％，Ni：0.05〜3.0 質量％，Mo：0.05〜1.5 質量％，Cu：0.05〜3.0 質量％，Ｂ：0.0005〜0.015 質量％，Mg： 0.001〜0.20質量％
Cr，Ni，Mo，Cu，Ｂ，Mgは、いずれも溶接金属の強度を増加し、耐候性を向上させる元素である。これらの元素の含有量が微少である場合は、このような効果は得られない。一方、過剰に添加すると、溶接金属の靭性の低下を招く。したがって、Cr，Ni，Mo，Cu，Ｂ，Mgを含有する場合は、Cr：0.02〜3.0 質量％，Ni：0.05〜3.0 質量％，Mo：0.05〜1.5 質量％，Cu：0.05〜3.0 質量％，Ｂ：0.0005〜0.015 質量％，Mg： 0.001〜0.20質量％の範囲内を満足するのが好ましい。
Cr: 0.02 to 3.0 mass%, Ni: 0.05 to 3.0 mass%, Mo: 0.05 to 1.5 mass%, Cu: 0.05 to 3.0 mass%, B: 0.0005 to 0.015 mass%, Mg: 0.001 to 0.20 mass%
Cr, Ni, Mo, Cu, B, and Mg are all elements that increase the strength of the weld metal and improve the weather resistance. When the content of these elements is very small, such an effect cannot be obtained. On the other hand, when it adds excessively, the fall of the toughness of a weld metal will be caused. Therefore, when Cr, Ni, Mo, Cu, B, and Mg are contained, Cr: 0.02 to 3.0 mass%, Ni: 0.05 to 3.0 mass%, Mo: 0.05 to 1.5 mass%, Cu: 0.05 to 3.0 mass% B: 0.0005 to 0.015% by mass, Mg: 0.001 to 0.20% by mass is preferably satisfied.
Nb： 0.005〜0.5 質量％，Ｖ： 0.005〜0.5 質量％
Nb，Ｖは、いずれも溶接金属の強度，靭性を向上し、アークの安定性を向上させる元素である。これらの元素の含有量が微少である場合は、このような効果は得られない。一方、過剰に添加すると、溶接金属の靭性の低下を招く。したがって、Nb，Ｖを含有する場合は、Nb： 0.005〜0.5 質量％，Ｖ： 0.005〜0.5 質量％の範囲内を満足するのが好ましい。
Nb: 0.005 to 0.5 mass%, V: 0.005 to 0.5 mass%
Nb and V are elements that improve the strength and toughness of the weld metal and improve the stability of the arc. When the content of these elements is very small, such an effect cannot be obtained. On the other hand, when it adds excessively, the fall of the toughness of a weld metal will be caused. Therefore, when Nb and V are contained, it is preferable to satisfy the ranges of Nb: 0.005 to 0.5% by mass and V: 0.005 to 0.5% by mass.
上記した鋼素線の成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物である。たとえば、鋼材を溶製する段階や鋼素線を製造する段階で不可避的に混入する代表的な不可避的不純物であるＮは、0.020質量％以下に低減するのが好ましい。 The balance other than the components of the steel strand described above is Fe and inevitable impurities. For example, N, which is a typical inevitable impurity inevitably mixed in the stage of melting a steel material or the stage of manufacturing a steel wire, is preferably reduced to 0.020% by mass or less.
次に、本発明の溶接用鋼ワイヤの製造方法について説明する。 Next, the manufacturing method of the steel wire for welding of this invention is demonstrated.
転炉または電気炉等を用いて、上記した組成を有する溶鋼を溶製する。この溶鋼の溶製方法は、特定の技術に限定せず、従来から知られている技術を使用する。次いで、得られた溶鋼を、連続鋳造法や造塊法等によって鋼材（たとえばビレット等）を製造する。この鋼材を加熱した後、熱間圧延を施し、さらに乾式の冷間圧延（すなわち伸線）を施して鋼素線を製造する。熱間圧延や冷間圧延の操業条件は、特定の条件に限定せず、所望の寸法形状の鋼素線を製造する条件であれば良い。 Using a converter or an electric furnace, molten steel having the above composition is produced. The melting method of the molten steel is not limited to a specific technique, and a conventionally known technique is used. Next, a steel material (for example, billet) is manufactured from the obtained molten steel by a continuous casting method, an ingot-making method, or the like. After this steel material is heated, hot rolling is performed, and dry cold rolling (that is, wire drawing) is further performed to manufacture a steel strand. The operating conditions for hot rolling and cold rolling are not limited to specific conditions, and may be any conditions as long as they produce a steel wire having a desired size and shape.
さらに鋼素線は、焼鈍−酸洗−銅めっき−伸線加工−潤滑剤塗布の工程を必要に応じて順次施して、所定の製品すなわち溶接用鋼ワイヤとなる。なお本発明では、必ずしも鋼素線に銅めっきを施す必要はなく、鋼素線の表面に潤滑剤を塗布した溶接用鋼ワイヤであっても何ら支障なく使用できる。 Further, the steel wire is sequentially subjected to annealing, pickling, copper plating, wire drawing, and lubricant application as necessary to form a predetermined product, that is, a steel wire for welding. In the present invention, it is not always necessary to apply copper plating to the steel wire, and even a steel wire for welding in which a lubricant is applied to the surface of the steel wire can be used without any trouble.
このようして製造した溶接用鋼ワイヤを用いて正極性でガスシールドアーク溶接を行なう際の好適な溶接条件について、以下に説明する。 Suitable welding conditions when performing gas shielded arc welding with positive polarity using the steel wire for welding thus manufactured will be described below.
シールドガスは、ＣＯ2 を60体積％以上含有するガスを用いる。シールドガスの残部（すなわち40体積％以下）は、Ar，He，Ｈ2 およびＯ2 のうちの１種以上のガスを混合するのが好ましい。なお、ＣＯ2 ガスを単独（すなわちＣＯ2 の混合比率： 100体積％）でシールドガスとして使用しても、支障なく正極性でガスシールドアーク溶接を行なうことができる。 As the shielding gas, a gas containing 60% by volume or more of CO 2 is used. The balance of the shielding gas (that is, 40% by volume or less) is preferably mixed with one or more gases of Ar, He, H 2 and O 2 . Even if CO 2 gas is used alone (ie, CO 2 mixing ratio: 100% by volume) as a shielding gas, gas shield arc welding can be performed with positive polarity without any trouble.
溶接電流は 280〜400 Ａ，溶接電圧は29〜38Ｖ（電流とともに上昇），溶接速度は20〜150 cm／分，突き出し長さは15〜30mm，ワイヤ径は 1.2〜1.6mm ，溶接入熱は５〜45kJ／cmの範囲内が好ましい。 Welding current is 280 to 400 A, welding voltage is 29 to 38 V (increase with current), welding speed is 20 to 150 cm / min, protrusion length is 15 to 30 mm, wire diameter is 1.2 to 1.6 mm, welding heat input is A range of 5 to 45 kJ / cm is preferable.
溶接する母材（すなわち鋼板）の鋼種は特に限定されないが、ＪＩＳ規格G3106 に規定されるSi−Mn系の溶接構造用圧延鋼材（ＳＭ材）や、ＪＩＳ規格G3136 に規定される建築構造用鋼材（ＳＮ材）に適用するのが好ましい。 There are no particular restrictions on the type of steel to be welded (ie, steel plate), but rolled steel (SM material) for Si-Mn welded structures specified in JIS standard G3106 and steel for building structures specified in JIS standard G3136. It is preferable to apply to (SN material).
以上のような溶接条件で隅肉溶接を支障なく行なうことができる。 Fillet welding can be performed without any trouble under the above welding conditions.
製鋼段階で成分を調整し、連続鋳造によって製造されたビレットを熱間圧延して、直径 5.5〜7.0mm の線材とした。次いで冷間圧延（すなわち伸線）によって直径 2.0〜2.8mm とし、必要に応じて窒素雰囲気中で焼鈍した後、酸洗を施し、さらに冷間で固形潤滑剤を用いた乾式伸線を施して、直径1.4mm の鋼素線を製造した。さらに鋼素線に潤滑剤を塗布（溶接用鋼ワイヤ10kgあたり 0.5〜0.8 ｇ）することによって十分な送給性を確保できるように調整して、溶接用鋼ワイヤを製造した。得られた鋼素線の成分は、表１に示す通りである。 The billet manufactured by continuous casting was hot-rolled into a wire having a diameter of 5.5 to 7.0 mm by adjusting the components at the steelmaking stage. Next, it is made into a diameter of 2.0 to 2.8 mm by cold rolling (ie, wire drawing), annealed in a nitrogen atmosphere as necessary, then pickled, and further cold-drawn with a solid lubricant. A steel wire with a diameter of 1.4 mm was manufactured. Further, a steel wire for welding was manufactured by applying a lubricant to the steel wire (0.5 to 0.8 g per 10 kg of the welding steel wire) so as to ensure sufficient feedability. The components of the obtained steel wire are as shown in Table 1.
これらの溶接用鋼ワイヤを使用して、ガスシールドアーク溶接を行ない、隅肉溶接継手を製作した。ガスシールドアーク溶接法による隅肉溶接の条件は表２に示す通りである。 Using these steel wires for welding, gas shielded arc welding was performed to produce fillet welded joints. The conditions for fillet welding by gas shielded arc welding are as shown in Table 2.
それぞれの溶接用鋼ワイヤを使用して隅肉溶接を行なう際に、発生したスパッタを全て回収して、その質量を測定した。溶接施工時間１分あたりのスパッタ発生量が 0.5ｇ／min 以下のものを良（○）， 0.5ｇ／min 超え〜 0.7ｇ／min 以下のものを可（△）， 0.7ｇ／min 超えのものを不可（×）として評価した。その結果は表３に示す通りである。 When fillet welding was performed using each welding steel wire, all the spatter generated was collected and its mass was measured. Good if the spatter generation rate per minute for welding is 0.5 g / min or less (○), acceptable for more than 0.5 g / min to 0.7 g / min (△), more than 0.7 g / min Was evaluated as impossible (×). The results are as shown in Table 3.
さらに、得られた隅肉溶接継手から図１に示すようなサンプルを採取して、隅肉溶接継手の断面を目視で観察し、ビード形状を評価した。図１中の余盛り高さＨ（mm）が１mm以下のものを良（○），１mm超え〜２mm以下のものを可（△），２mm超えのものを不可（×）として評価した。また、図１中のアンダーカット深さＵ（mm）が 0.5mm以下のものを良（○）， 0.5mm超え〜２mm以下のものを可（△），２mm超えのものを不可（×）として評価した。それらの結果を表３に併せて示す。 Further, a sample as shown in FIG. 1 was collected from the obtained fillet welded joint, the cross section of the fillet welded joint was visually observed, and the bead shape was evaluated. In FIG. 1, the extra height H (mm) of 1 mm or less was evaluated as good (◯), the excess of 1 mm to 2 mm or less was acceptable (Δ), and the excess height of 2 mm or less was evaluated as unacceptable (x). Also, in Figure 1, the undercut depth U (mm) is 0.5mm or less as good (○), 0.5mm to 2mm or less is acceptable (△), and 2mm or more is unacceptable (x). evaluated. The results are also shown in Table 3.
ちなみにＪＩＳ規格Z3313 YFW-C50DR に規定されるＦＣＷを使用して、表２と同じ条件で隅肉溶接を行なった場合の余盛り高さＨは1.3mm ，アンダーカット深さＵは0.7mm であった。 By the way, when using fillet welding under the same conditions as in Table 2 using FCW specified in JIS standard Z3313 YFW-C50DR, the extra height H is 1.3 mm and the undercut depth U is 0.7 mm. It was.
表３から明らかなように、発明例は、いずれもスパッタ発生量が減少し、ビード形状も良好であった。一方、比較例は、鋼素線の REM含有量が不足しているのでアークが不安定になり、スパッタが多量に発生したばかりでなく、ビード形状も不良であった。 As is apparent from Table 3, all of the inventive examples had reduced spatter generation and good bead shape. On the other hand, in the comparative example, since the REM content of the steel wire was insufficient, the arc became unstable, a large amount of spatter was generated, and the bead shape was also poor.
つまり本発明によれば、ガスシールドアーク溶接法による隅肉溶接において、溶接施工時のスパッタ発生を抑制し、優れたビード形状を有する隅肉溶接継手を得ることができる。 That is, according to the present invention, in the fillet welding by the gas shield arc welding method, it is possible to suppress the occurrence of spatter during welding and obtain a fillet welded joint having an excellent bead shape.
１ 横板
２ 縦板
３ 溶接金属
Ｈ 余盛り高さ
Ｕ アンダーカット深さ
1
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