JP4680082B2 - ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ - Google Patents
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Description
本発明は軟鋼、高張力鋼用、低温用鋼および低合金鋼用のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関する。
近年、各種溶接構造物の建造において、鋼製外皮にフラックスを充填したフラックス入りワイヤの使用量が増大している。フラックス入りワイヤには、ガスシールドアーク溶接用、セルフシールドアーク溶接用やサブマージアーク溶接用などがあり、外皮に継ぎ目のあるもの或いは継ぎ目のないもの、充填されるフラックスも溶接対象鋼種、溶接姿勢、溶接部への要求性能等によって種々のタイプのものがあるが、一般に溶接速度が速く、溶接作業性が良好であることから、ＣＯ2、Ａｒ−ＣＯ2などのシールドガスを用いた細径（１．２〜１．６ｍｍ）のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが用いられている。
ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの鋼製外皮内に充填されるフラックスは、一般にスラグ剤、アーク安定剤、合金剤、脱酸剤などからなり鋼種、板厚、要求性能および全姿勢用、すみ肉用、高溶着用などの用途に応じて適宜調整されているが、より効果的な成分および成分系のフラックス原料が使用されている。
フラックス成分中、溶接金属の靭性を向上させる目的でＢを添加する手法が一般に用いられている。例えば特開平５−７７０８６号公報（特許文献１）、特開平７−１６４１８４号公報（特許文献２）、特開平９−２７７０８７号公報（特許文献３）、特開２００２−３３１３８４号公報（特許文献４）などに開示されている。これらのフラックス入りワイヤは、Ｂをワイヤ全質量当たり０．００１〜０．０１５質量％含有しており、いずれも溶接金属の靭性向上を目的として添加されている。
ところで、前記溶接金属の靭性向上を目的としたガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに含有するＢの原料は、一般にＢを数質量％から２０質量％程度含むＦｅ−Ｂ合金粉の形で添加されている。
しかし、Ｆｅ−Ｂ合金は多量生産するために溶解して鋳型に鋳込んで固化すると非常に硬く粉砕できないので、Ｆｅ−Ｂ合金を溶融し溶湯をノズルより流出させ水流ジェットまたは圧縮ガスによって粉末化している。したがって、粒径が比較的大きくなり微粉を用いるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ用の原料としては製造歩留まりが低い。また製造コストが高いという問題もある。さらに、Ｆｅ−Ｂ合金は強磁性体であるので、ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの低水素化に有利な外皮に継ぎ目のないガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを、特公平４−７２６４０号公報（特許文献５）や特開平５−３９４号公報（特許文献６）などに提案の、鋼製帯鋼を管状体に成形する段階でフラックスを充填した後、鋼製帯鋼の合わせ目を高周波誘導加熱などによりシーム溶接して連続的に能率よく製造しようとした場合、管状体の溶接位置では溶接電流によって発生した磁場により管状体のエッジ部が磁極となり、フラックス中に強磁性体であるＦｅ−Ｂ合金粉が含有されているとエッジ部に磁着しやすくなる。磁着したＦｅ−Ｂ合金粉は微量でも接合部で溶融されて後工程の縮径時にＦｅ−Ｂ合金粉が溶融した箇所から外皮割れが生じるという問題がある。この外皮割れは一度発生すると、最初は微小な割れでも、縮径サイズが小さくなるに従って長手方向に延びて、製品サイズではもはや無視できない程度の長さとなる。
本発明は、粉砕性が良好で高能率に製造できるＢ含有合金粉をガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの原料として適用し、溶接金属の耐割れ性および靭性が良好で、さらに、外皮に継ぎ目のないガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを連続的に能率よく製造できるガスシールドアー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。
本発明は、上記課題を解決すべくなしたもので、Ｂ含有合金の粉砕性および磁性等について鋭意研究し、所定のＭｎ及びＢを含む鉄系Ｍｎ−Ｂ合金は、粉砕性が良好で、磁性も低いことを見出した。この鉄系Ｍｎ−Ｂ合金を鋳造後に粉砕した粉末をフラックス原料として用いてアーク溶接用フラックス入りワイヤを製造すると、外皮に割れがなく性能も良好なアーク溶接用フラックス入りワイヤを製造し得ることを見出して本発明を完成した。
本発明の要旨は、以下のとおりである。
本発明の要旨は、以下のとおりである。
（１） Ｂが１〜５質量％、Ｍｎが６５〜８５質量％で残部はＦｅおよび不可避不純物である鉄系Ｍｎ−Ｂ合金粉を含むフラックスを鋼製外皮内に充填してなることを特徴とするガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
（２） 充填フラックスに鉄系Ｍｎ−Ｂ合金粉を1〜１０質量％含むことを特徴とする（１）記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
（３） 鉄系Ｍｎ−Ｂ合金粉のＰは０．４０質量％以下、Ｎは０．２０質量％以下、Ｃは１％以下、Ｓｉは１．５％以下であることを特徴とする（１）または（２）記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
（４） 鉄系Ｍｎ−Ｂ合金粉の粒径は１５０μｍ以下であることを特徴とする（１）ないし（３）の内のいずれか１項に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにある。
本発明のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、粉砕性が良好で多量生産可能で磁性の低い鉄系Ｍｎ−Ｂ合金粉を含有しているので、溶接により形成される溶接金属の耐割れ性および靭性に優れ、さらに外皮に継ぎ目のないフラックス入りワイヤも連続的に能率よく製造することができるという顕著な効果を奏する。
本発明者らは、前記課題を解決するために種々成分組成のＢ含有合金の粉砕性および磁性につき調査した。さらに、磁性の低い原料を、スラグ剤、アーク安定剤、合金剤および脱酸剤と混合し、特公平４−７２６４０号公報に記載のようなガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの連続製造装置を用いて製造し、１．２ｍｍの製品径まで縮径して外皮割れの有無および溶接金属性能を調査した。
その結果、適量のＭｎおよびＢを含む鉄系Ｍｎ−Ｂ合金は、溶解−鋳込み−粉砕という多量生産によっても粉砕性が良好で歩留りが高く、ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの原料に適用しても溶接金属性能に優れ、さらに、磁性が低いので、外皮に継ぎ目のないガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを連続的に製造しても外皮に割れが生じないことを見出した。
以下、本発明のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの成分組成の限定理由について説明する。
充填フラックスに含まれる鉄系Ｍｎ−Ｂ合金粉中のＢ含有量は、１〜５質量％（以下、％という。）とする。Ｂ含有量が１％未満であると、ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ中の必要Ｂ量を得るために多量に鉄系Ｍｎ−Ｂ合金粉を添加することになり、他のスラグ剤、アーク安定剤、合金剤および脱酸剤との調整が困難となるとともに、ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ中のＰ、Ｓ、Ｎなどの不純物成分も多くなり溶接金属の靭性向上の効果がなくなる。一方、Ｂ含有量が５％を超えると、ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに添加して溶接した場合、溶接金属中にＢが部分的に偏析して耐高温割れ性が悪くなる。また、合金粉製造時の粉砕性が悪くコスト高となる。
充填フラックスに含まれる鉄系Ｍｎ−Ｂ合金粉中のＭｎ含有量は、６５〜８５％とする。Ｍｎ含有量が６５％未満および８５％を超えると、合金粉製造時の粉砕性が悪くなる。
充填フラックス中の鉄系Ｍｎ−Ｂ合金粉含有量は１〜１０％とする。充填フラックス中の鉄系Ｍｎ−Ｂ合金粉含有量が１％未満であると、溶接金属中にＢが安定して供給されにくく靭性が安定しない。一方、充填フラックスの鉄系Ｍｎ−Ｂ合金粉含有量が１０％を超えると、他のスラグ剤、アーク安定剤、合金剤および脱酸剤との調整が困難となるとともに、ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ中のＰ、Ｓ、Ｎなどの不純物成分も多くなり溶接金属の靭性向上の効果がなくなる。
また、充填フラックスに含まれる鉄系Ｍｎ−Ｂ合金粉中のＰ、Ｎは原料や製造工程から不可避的に含有される成分で少ないほうが好ましいが、Ｐ含有量は０．４０％以下、Ｎは０．２０％以下とする。Ｐが０．４０％超およびＮが０．２０％超であると。ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤのＰおよびＮ量が多くなり、Ｂを添加しても溶接金属の靭性向上の効果がなくなる。
なお、充填フラックスに含まれる鉄系Ｍｎ−Ｂ合金粉中のＣおよびＳｉは、原料から不可避的に含有される成分であるが、合金粉製造時の溶解性を考慮して、Ｃ：１％以下、Ｓｉ：１．５％以下の範囲で含有することができる。
充填フラックスに含まれる鉄系Ｍｎ−Ｂ合金粉の粒度は、１５０μｍ以下とする。鉄系Ｍｎ−Ｂ合金粉の粒径が１５０μｍ以下であるとガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ中に鉄系Ｍｎ−Ｂ合金粉の粒子が略均一に分布し充填フラックス成分の偏析防止に効果的で、溶接金属中にＢが偏析することがない。一方、粒径が１５０μｍを超えると、ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ中に鉄系Ｍｎ−Ｂ合金粉の粒子が均一に分布されず、溶接金属中にＢが部分的に偏析して、耐高温割れ性が悪くなる。
フラックスとしては、常法の成分のフラックスを用いることができ、スラグ剤、アーク安定剤、合金剤、脱酸剤やバインダー等を含有しているものを用いることができる。
また、特に外皮に継目のないガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを製造する場合、フラックス中に溶接金属の靭性向上の目的で添加するＢ源として磁性の低い鉄系Ｍｎ−Ｂ合金粉を好適に用いることができる。このようなフラックス入りワイヤは一般に、外皮のエッジ部は高周波誘導加熱によりシーム溶接されるので、フラックス中に強磁性体のＢ含有合金粉が存在すると、エッジ部に磁着し、縮径時に溶接部の割れを生じる原因となるが、本発明ではフラックス中に含有される鉄系Ｍｎ−Ｂ合金粉は磁性が低いので、シーム溶接中にエッジ部に付着することがなく、溶接部の外皮割れを生じることがない。更に、本発明のフラックス入りワイヤは、耐割れ性および靭性に優れた溶接金属を形成することができ、溶接性能も優れている。
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
表１に示す合金成分の鋳片（厚さ１０〜２５ｍｍ）をジョークラッシャー粉砕機で粗粉砕し、さらにこれをロッドミルで微粉砕して、各種鉄系Ｍｎ−Ｂ合金粉を試作した。粉砕時の粉砕性と振動試料型磁力計で比透磁率（μ）を測定した。それらの結果も表１に示す。
表１中合金Ｎｏ．Ｓ１〜Ｓ５が本発明のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに添加する合金粉例、合金Ｎｏ．Ｓ６〜Ｓ９は比較例である。本発明のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに添加する合金粉例である合金Ｎｏ．Ｓ１〜Ｓ５は、ＢおよびＭｎ量が適量であるので粉砕性が良好で、比透磁率も磁性を僅かに帯びる限界値である１．１０μ以下であり良好な結果が得られた。
比較例中合金Ｎｏ．Ｓ６は、Ｂが低いが粉砕性は良好で比透磁率も１．１０μ以下で良好な結果が得られた。
合金Ｎｏ．Ｓ７は、Ｂが高いので粉砕性が不良で歩留まりが悪かった。しかし、比透磁率は１．１０μ以下で良好な結果が得られた。
合金Ｎｏ．Ｓ８は、Ｍｎが低いので、また合金Ｎｏ．Ｓ９はＭｎが高いので、いずれも粉砕性が不良で歩留まりが悪かった。なお、比透磁率はいずれも１．１０μ以下であった。
合金Ｎｏ．Ｓ７は、Ｂが高いので粉砕性が不良で歩留まりが悪かった。しかし、比透磁率は１．１０μ以下で良好な結果が得られた。
合金Ｎｏ．Ｓ８は、Ｍｎが低いので、また合金Ｎｏ．Ｓ９はＭｎが高いので、いずれも粉砕性が不良で歩留まりが悪かった。なお、比透磁率はいずれも１．１０μ以下であった。
表１に示す合金粉の粒径および添加量を変えて、表３に示す各種用途別に充填フラックスに配合し、全姿勢用とすみ肉用（いずれも軟鋼および４９０Ｎ／ｍｍ2級高張力鋼用）については、フラックス入りワイヤの連続製造装置を用いて表３に示すガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを製造した。すなわち、表２に示す帯鋼記号Ａの軟鋼製帯鋼を管状体に成形する段階で表３に示すフラックスをフラックス充填率１３〜１４％となるように供給した後、管状体の相対するエッジ面を高周波誘導加熱によりシーム溶接して、引き続き連続的にロール群によりワイヤ径３．２ｍｍまで縮径、銅めっき処理して孔ダイス群で伸線を行い継ぎ目なしのフラックス入りワイヤ（ワイヤ径１．２ｍｍ）を試作した。シーム溶接は、管状体の外径２０ｍｍ、入熱量１４０ＫＶＡ、溶接速度３５ｍ／ｍｉｎで行った。また、縮径の途中で加工硬化緩和のための中間焼鈍を実施した。製品径（１．２ｍｍ）の段階で過流探傷試験により外皮割れの有無を調査した。
次に、高溶着用および低温鋼用（全姿勢）については、表２に示す帯鋼記号Ｂの軟鋼帯鋼を用いて、フラックスを１２〜２１％となるように充填し、継ぎ目有りの製品径（１．２ｍｍ）に仕上げた。
また、表３に示す試作したガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを用いて、図１に示す開先形状の片面継手溶接試験体（鋼種：ＫＤ３６鋼および低温鋼用のみＫＥ３６鋼、板厚ｔ：１６ｍｍ、幅４００ｍｍ、長さ５００ｍｍ、開先角度θ：５０°、ルート間隔Ｇ：４ｍｍ、裏面の拘束：３箇所）に、裏当て材（Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2−ＭｇＯ系）を当てて、表４に示す溶接条件で、半自動の下向および立向姿勢溶接で、初層パスの耐高温割れ性試験を行った。初層パスの高温割れ発生状況はＸ線透過試験により判定した。なお、用途がすみ肉用および高溶着用のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは下向姿勢溶接のみ実施した。
次に、初層パスで溶接作業性が不良であった試験体を除いて、表４に示す溶接条件により順次積層した。溶接後板厚中央部の溶接金属よりＪＩＳ Ｚ３１１１に規定される衝撃試験片を採取して吸収エネルギーを調査した。
なお、衝撃試験における吸収エネルギーは、用途が全姿勢、すみ肉および高溶着用は試験温度０℃で５４Ｊ（３本の平均値）以上、低温鋼用は−２０℃で４７Ｊ（３本の平均値）以上を合格とした。表５にこれらの結果をまとめて示す。
表３および表５中ワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ８が本発明のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの例、ワイヤ記号Ｗ９〜Ｗ１５は比較例である。
本発明例であるワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ８は、充填フラックス中に含有する鉄系Ｍｎ−Ｂ合金粉Ｓ１〜Ｓ５のＢおよびＭｎ量が適量で、ＰおよびＮが低く、粒径も微粉で添加量も適量であるので、継ぎ目無しワイヤ製造時の縮径後も外皮割れが生じず、下向および立向姿勢溶接のいずれの溶接試験においても高温割れが生じることなく溶接金属の吸収エネルギーも良好で、極めて満足な結果であった。
比較例中ワイヤ記号Ｗ９は、充填フラックス中の鉄系Ｍｎ−Ｂ合金粉Ｓ６のＢが低いので、充填フラックスへの添加量が多くなり、ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤとしての成分組成のバランスが悪くなり、立向姿勢溶接において溶接作業性が不良となったので溶接を中止した。また、下向姿勢溶接においては、吸収エネルギーが低値であった。
ワイヤ記号Ｗ１０は、充填フラックス中の鉄系Ｍｎ−Ｂ合金粉Ｓ７のＢが高いので、下向姿勢溶接の初層に高温割れが生じた。
ワイヤ記号Ｗ１１は、充填フラックス中の鉄系Ｍｎ−Ｂ合金粉Ｓ８の粒径が大きいので、初層に高温割れが生じた。さらに、Ｐが高いので、吸収エネルギーも低値であった。
ワイヤ記号Ｗ１２は、充填フラックス中の鉄系Ｍｎ−Ｂ合金粉Ｓ８のＰが高いので、吸収エネルギーが低値であった。
ワイヤ記号Ｗ１３は、充填フラックス中の鉄系Ｍｎ−Ｂ合金粉Ｓ８の添加量が少ないので、初層に高温割れが生じた。さらに、Ｐが高いので、吸収エネルギーも低値であった。
ワイヤ記号Ｗ１４は、充填フラックス中の鉄系Ｍｎ−Ｂ合金粉Ｓ９のＮが高いので、吸収エネルギーが低値であった。
ワイヤ記号Ｗ１５は、充填フラックスのＢ源としてＦｅ−Ｂを添加したので、継ぎ目無しワイヤ製造時の縮径過程で外皮割れが生じたので溶接は中止した。
１ 鋼板
２ 裏当て材
３ 裏ビード
４ 溶接金属
２ 裏当て材
３ 裏ビード
４ 溶接金属
Claims (4)
- Ｂが１〜５質量％、Ｍｎが６５〜８５質量％で残部はＦｅおよび不可避不純物である鉄系Ｍｎ−Ｂ合金粉を含むフラックスを鋼製外皮内に充填してなることを特徴とするガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
- 充填フラックスに鉄系Ｍｎ−Ｂ合金粉を１〜１０質量％含むことを特徴とする請求項１記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
- 鉄系Ｍｎ−Ｂ合金粉中のＰは０．４０質量％以下、Ｎは０．２０質量％以下、Ｃは１％以下、Ｓｉは１．５％以下であることを特徴とする請求項１または２記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
- 鉄系Ｍｎ−Ｂ合金粉の粒径は１５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし３の内のいずれか１項に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
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| JP2007206641A (ja) * | 2006-02-06 | 2007-08-16 | Laserfront Technologies Inc | リペア装置及びリペア方法 |
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