JP4725700B2 - Steel wire for carbon dioxide shielded arc welding and welding method using the same - Google Patents
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Description
本発明は、炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤとそれを用いた溶接方法に係り、特に高電流の隅肉溶接や多層溶接を行なうにあたって正極性で使用して優れたビード形状が得られる炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤとそれを用いた溶接方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a steel wire for carbon dioxide shielded arc welding and a welding method using the same, and in particular, carbon dioxide gas that can be used with positive polarity to obtain an excellent bead shape when performing fillet welding or multilayer welding with high current. The present invention relates to a steel wire for shielded arc welding and a welding method using the same.
シールドガスとしてＣＯ2 ガスを用いる炭酸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，建設機械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、厚鋼板の多層溶接や隅肉溶接に使用され、自動車，建築機械の分野では薄鋼板の隅肉溶接に使用されることが多い。 Carbon dioxide shielded arc welding using CO 2 gas as the 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, automobiles and construction machinery. In the fields of shipbuilding, construction, and bridges, it is often used for multilayer welding and fillet welding of thick steel plates, and in the fields of automobiles and construction machinery, it is often used for fillet welding of thin steel plates.
炭酸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。ソリッドワイヤは、溶接金属の強度と靭性に優れており、主に多層溶接に使用される。一方、フラックスコアードワイヤ（以下、ＦＣワイヤという）は、ビード形状に優れており、主に隅肉溶接に使用される。 Consumable electrodes (that is, welding wires) used in carbon dioxide shielded arc welding are roughly classified into solid wires and flux cored wires. Solid wire is excellent in the strength and toughness of weld metal and is mainly used for multilayer welding. On the other hand, flux cored wires (hereinafter referred to as FC wires) are excellent in bead shape and are mainly used for fillet welding.
ＦＣワイヤがビード形状に優れる理由は、ワイヤ先端から鋼板の溶融メタルに移行する溶滴が細かいので、溶融メタルの表面揺動が小さく抑えられ、かつフラックスに多量に含まれるスラグ形成剤によってビードを覆うからである。 The reason why the FC wire is superior in bead shape is that the droplets that move from the wire tip to the molten metal of the steel sheet are fine, so that the surface fluctuation of the molten metal is kept small, and the bead is removed by the slag forming agent contained in the flux Because it covers.
ソリッドワイヤでは、ワイヤ先端から鋼板の溶融メタルに移行する溶滴が粗くかつ移行が不規則であるから、溶融メタルの表面揺動が大きく、鋼素線に含有される脱酸元素（すなわちSi，Mn，Ti，Zr，Al）の酸化によってスラグが形成される。その結果、スラグが不均一に分布し、ビードを完全に覆うには至らない。また、ソリッドワイヤを使用した炭酸ガスシールドアーク溶接では、スラグがビードの端部に集積する。したがって、ソリッドワイヤを炭酸ガスシールドアーク溶接で使用すると、ビード形状は不安定になる。 In solid wires, the droplets that move from the wire tip to the molten metal on the steel sheet are rough and irregular, so the surface fluctuation of the molten metal is large, and the deoxidizing elements (ie, Si, Slag is formed by the oxidation of (Mn, Ti, Zr, Al). As a result, the slag is unevenly distributed and does not completely cover the bead. Further, in carbon dioxide shielded arc welding using a solid wire, slag accumulates at the end of the bead. Therefore, when a solid wire is used in carbon dioxide shielded arc welding, the bead shape becomes unstable.
ソリッドワイヤはＦＣワイヤに比べて安価であるから、ソリッドワイヤを使用して炭酸ガスシールドアーク溶接を行なうにあたって、溶接金属の強度と靭性が優れているという本来の特性に加えて、ＦＣワイヤと同等の優れたビード形状が得られるなら、ソリッドワイヤを使用することによって施工コストの削減が可能となる。 Solid wire is less expensive than FC wire, so when performing carbon dioxide shielded arc welding using solid wire, in addition to the original properties of weld metal being superior in strength and toughness, it is equivalent to FC wire. If an excellent bead shape can be obtained, the construction cost can be reduced by using a solid wire.
そこで、ソリッドワイヤを炭酸ガスシールドアーク溶接で使用する場合に生じる粗大な溶滴の不規則な移行を防止するために、種々の技術が検討されている。たとえば特許文献１（特開昭63-281796 号公報）には、溶接ワイヤに希土類元素（以下、REM という）を添加することによって、炭酸ガスシールドアーク溶接における溶滴を微細化する技術が開示されている。特許文献１に開示された溶接ワイヤはソリッドワイヤであるが、特許文献１には溶接ワイヤの極性に関する記載はない。
In view of this, various techniques have been studied in order to prevent irregular migration of coarse droplets that occur when a solid wire is used in carbon dioxide shielded arc welding. For example, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 63-281796) discloses a technique for refining droplets in carbon dioxide shielded arc welding by adding a rare earth element (hereinafter referred to as REM) to a welding wire. ing. The welding wire disclosed in
一般に正極性（すなわち溶接ワイヤをマイナス極）では、鋼板の発熱量が少なく、溶け込みが浅くなるので、オーバーラップに起因する溶接欠陥が発生しやすく、ビード形状も安定しない。したがって溶接技術者は、溶接ワイヤを正極性で使用することは考慮せず、逆極性（すなわち溶接ワイヤをプラス極）で使用する。したがって特許文献１に開示された技術は、逆極性の炭酸ガスシールドアーク溶接に適用するために検討された技術である。
Generally, in the case of positive polarity (that is, the welding wire is a negative electrode), the amount of heat generated by the steel sheet is small, and the penetration becomes shallow. Therefore, a welding engineer does not consider using a welding wire with positive polarity, but uses it with a reverse polarity (ie, a welding wire with a positive polarity). Therefore, the technique disclosed in
ところが、REM を添加した溶接ワイヤを逆極性で使用すると、アークの緊縮と反発によって大粒のスパッタが増加し、アークの安定化が損なわれる。特許文献１では、アークの安定化に多大な影響を及ぼすＯに関する記載はなく、後述するような REMとＯの相互作用はは考慮されていない。したがって特許文献１に開示された炭酸ガスシールドアーク溶接の技術を、ソリッドワイヤを用いた隅肉溶接や多層溶接に応用すると、逆極性および正極性のいずれであっても、ＦＣワイヤと同等の優れたビード形状は得られない。
However, when a REM-added welding wire is used with a reverse polarity, large-diameter spatter increases due to arc contraction and repulsion, and arc stabilization is impaired. In
本発明者らは、炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤに REMを添加し、正極性で使用する技術を既に開発している（特許文献２，３参照）。これらの技術は、いずれも 250Ａ以下の溶接電流で薄鋼板の溶接を行なう低電流溶接を対象としている。したがって厚鋼板の隅肉溶接のように、溶接電流が 250Ａを超える高電流の炭酸ガスシールドアーク溶接に特許文献２，３に開示された技術を応用しても、安定したアークを発生させることは困難であり、ＦＣワイヤと同等の優れたビード形状は得られない。
本発明は上記のような問題を解消し、厚鋼板の隅肉溶接や多層溶接等のような高電流の炭酸ガスシールドアーク溶接を行なうにあたって、正極性で使用しても、ＦＣワイヤと同等の優れた形状のビードを安定して形成することが可能な、鋼素線からなる炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤとそれを用いた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 is equivalent to FC wire even when used in positive polarity when performing high current carbon dioxide shielded arc welding such as fillet welding or multilayer welding of thick steel plates. An object of the present invention is to provide a steel wire for carbon dioxide shielded arc welding made of a steel wire, which can stably form an excellent bead, and a welding method using the same.
なお、ここで鋼素線からなる炭酸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炭酸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。 Here, the steel wire for carbon dioxide shielded arc welding made of a steel wire refers to a wire (so-called solid wire) mainly composed of a steel wire that does not include a welding flux and is a material. The present invention can also be applied to a steel wire for carbon dioxide shielded 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炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤを用いて炭酸ガスシールドアーク溶接を行なう際に生じる溶滴の微細移行による溶融メタルの安定性と、ビードを覆うスラグの形態に着目し、ＦＣワイヤと同等の平滑かつ均一な優れたビード形状を得る技術について鋭意検討した。その結果、以下に述べる知見を得た。 The inventors of the present invention have found that the stability of molten metal due to the fine transfer of droplets generated when carbon dioxide shielded arc welding steel wire called solid wire without a welding flux is used. Focusing on the form of the slag that covers the bead, we intensively studied a technique for obtaining an excellent bead shape that is as smooth and uniform as the FC wire. As a result, the following knowledge was obtained.
(a) 溶接用鋼ワイヤをマイナス極とする正極性の溶接を行ない、溶接用鋼ワイヤの鋼素線に REMを添加し、かつＯ，Ca含有量を規定することによって、溶滴の微細移行が可能となり、平滑なビード形状が得られる。 (a) Perform positive polarity welding with the welding steel wire as the negative electrode, add REM to the steel wire of the welding steel wire, and define the O and Ca contents, thereby finely transferring the droplets And a smooth bead shape can be obtained.
(b) 溶接用鋼ワイヤの鋼素線のSi含有量を規定し、かつAlを添加することによって、スラグの生成を抑制するとともに、生成したスラグがビードの端部に集積するのを防止することが可能となり、平滑かつ均一なビード形状が得られる。 (b) By regulating the Si content of the steel wire of the steel wire for welding and adding Al, the generation of slag is suppressed and the generated slag is prevented from accumulating at the end of the bead. And a smooth and uniform bead shape can be obtained.
(c) 溶接用鋼ワイヤの鋼素線にTiを添加することによって、溶融メタルの揺動を抑制することが可能となり、更に均一なビード形状が得られる。 (c) By adding Ti to the steel wire of the steel wire for welding, it becomes possible to suppress the fluctuation of the molten metal, and a more uniform bead shape can be obtained.
(d) 溶接用鋼ワイヤの鋼素線にSe，Te，Biを添加することによって、さらに平滑かつ均一なビード形状が得られる。 (d) A smoother and more uniform bead shape can be obtained by adding Se, Te, Bi to the steel wire of the welding steel wire.
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、正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接に使用する溶接用鋼ワイヤであって、Ｃ：0.20質量％以下，Si： 0.24質量％以下，Mn：0.25〜3.50質量％，Ｐ：0.05質量％以下，Ｓ： 0.020質量％以下，Ｏ：0.0080質量％以下，Al：0.02〜3.00質量％，REM ： 0.015〜0.100 質量％，Ca：0.0008質量％以下に加えて、Se，TeおよびBiのうちの１種または２種以上を合計で 0.005〜0.200 質量％を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物である鋼素線からなる炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤである。 That is, the present invention is a welding steel wire for use in carbon dioxide gas shielded arc welding of the positive polarity, C: 0.20 wt% or less, Si: 0. 24 wt% or less, Mn: .25 to 3.50 wt%, P: 0.05% by mass or less, S: 0.020% by mass or less, O: 0.0080% by mass or less, Al: 0.02 to 3.00% by mass, REM: 0.015 to 0.100% by mass, Ca: 0.0008% by mass or less, Se, Te and Bi is one or two or more kinds containing 0.005 to 0.200 mass% in total, carbon dioxide gas shielded arc welding steel wire and the balance of Fe and unavoidable impurities der Ru steel element wires of the.
本発明の炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤでは、鋼素線が、前記した組成に加えて、Ti：0.02〜0.50質量％を含有することが好ましい。 In the steel wire for carbon dioxide shielded arc welding of the present invention, the steel strand preferably contains Ti: 0.02 to 0.50 mass % in addition to the above-described composition.
また本発明は、上記の炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤを用いて、ＣＯ2 ガスでアーク点をシールドし、かつ正極性で溶接する炭酸ガスシールドアーク溶接方法である。 In addition, the present invention is a carbon dioxide shielded arc welding method in which the arc point is shielded with CO 2 gas and is welded with positive polarity using the steel wire for carbon dioxide shielded arc welding.
本発明によれば、高電流の正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接においてソリッドワイヤでは不可能とされてきたビード形状の改善を達成でき、ＦＣワイヤと同等の平滑かつ均一な優れたビード形状を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to improve the bead shape, which has been impossible with a solid wire in high current positive polarity carbon dioxide shielded arc welding, and obtain an excellent bead shape that is smooth and uniform equivalent to that of an FC wire. be able to.
本発明の炭酸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）は、ソリッドワイヤとＦＣワイヤ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 carbon dioxide shielded arc welding of the present invention (hereinafter referred to as a welding steel wire) is a solid wire among welding wires roughly classified into a solid wire and an FC wire.
まず本発明の炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ（すなわち溶接用鋼ワイヤ）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 why the steel wire component of the steel wire for carbon dioxide shielded arc welding of the present invention (that is, the steel wire for welding) is limited will be described.
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、正極性の溶接において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、 0.003〜0.20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, if the C content exceeds 0.20% by mass, not only the behavior of droplets and molten metal becomes unstable in positive polarity welding, but also the toughness of the weld metal is reduced. 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 0.003-0.20 mass%. In addition, 0.01-0.10 mass% is still more preferable.
Si： 0.24質量％以下
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。炭酸ガスシールドアーク溶接では、Si含有量が 0.24質量％を超えると、脱酸によって生成したガラス質のスラグがビードの端部に集積して、ビード形状が不均一になる。したがって、Siは 0.24質量％以下とした。
Si: 0. 24 wt% or less
Si has a deoxidizing action and is an indispensable element for deoxidizing molten metal. The carbon dioxide gas shielded arc welding, if the Si content exceeds 24 wt% 0., slag glassy produced by deoxidation is accumulated on the end of the bead, the bead shape becomes uneven. Therefore, Si is set to 0.24 mass% or less.
Mn：0.25〜3.50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、3.50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0.25〜3.50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、0.45〜3.50質量％とするのが好ましい。
Mn: 0.25 to 3.50 mass%
Mn has a deoxidizing action similar to Si and is an indispensable element for deoxidizing molten metal. When 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 3.50% by mass, the toughness of the weld metal decreases. Therefore, Mn needs to satisfy the range of 0.25 to 3.50 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 0.45-3.50 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。さらに正極性の炭酸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、正極性の炭酸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. Further, in the positive polarity carbon dioxide shielded arc welding, the droplets are refined to stabilize the arc. However, if the P content exceeds 0.05% by mass, the viscosity of the molten metal is significantly reduced in positive polarity carbon dioxide 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： 0.020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、正極性の炭酸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、正極性の炭酸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 0.020質量％を超えると、小粒のスパッタが増加するとともに、溶接金属の靭性が低下する。したがって、Ｓは 0.020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: 0.020% by mass or less S reduces 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 carbon dioxide shielded arc welding. S also has the effect of smoothing the bead by spreading the arc in positive carbon dioxide shielded arc welding and lowering the viscosity of the molten metal. However, if the S content exceeds 0.020% by mass, the spatter of small grains increases and the toughness of the weld metal decreases. Therefore, S is set to 0.020% by 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%.
Ｏ：0.0080質量％以下
Ｏは、正極性の炭酸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を微細化する作用がある。しかし、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安定化というREM 添加の効果が損なわれ、溶滴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％以下とした。ただし、Ｏ含有量が0.0010質量％未満では、Ｏ添加の効果は充分に得られない。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 has an effect of refining droplets suspended at the tip of a welding steel wire in positive polarity carbon dioxide shielded arc welding. However, if the O content exceeds 0.0080% by mass, the effect of REM addition for stabilizing the arc in high-current welding with positive polarity is impaired, the fluctuation of droplets 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 set to 0.0080 mass% or less. However, if the O content is less than 0.0010% by mass, the effect of adding O cannot be sufficiently obtained. Therefore, 0.0010-0.0080 mass% is preferable, and 0.0010-0.0050 mass% is still more preferable.
Al：0.02〜3.00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を低下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）する効果がある。逆極性の炭酸ガスシールドアーク溶接では、明確な溶滴移行の安定化効果は認められないが、正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接では、 350Ａ以上の高電流溶接において溶滴移行の安定化効果が顕著に発揮される。一方、低電流溶接においては、短絡移行回数を増加させて溶滴移行の均一化とビード形状の改善を達成できる。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0.02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0.02〜3.00質量％の範囲内を満足する必要がある。
Al: 0.02 to 3.00 mass%
Al is an element that acts as a strong deoxidizer and increases the strength of the weld metal. Furthermore, there exists an effect which stabilizes a bead shape (namely, suppresses a humping bead) by reducing a viscosity by deoxidation of molten metal. In the reverse polarity carbon dioxide shielded arc welding, there is no clear effect of stabilizing the droplet transfer. However, in the positive polarity carbon dioxide shielded arc welding, the effect of stabilizing the droplet transfer is high in welding at 350 A or higher current. Prominently demonstrated. On the other hand, in low current welding, the number of short circuit transitions can be increased to achieve uniform droplet transfer and improved bead shape. 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 0.02% 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 0.02-3.00 mass%.
REM ： 0.015〜0.100 質量％
REM は、製鋼および鋳造時の介在物の微細化，溶接金属の靱性改善のために有効な元素である。ただし、通常の逆極性の炭酸ガスシールドアーク溶接においては、鋼素線中にREM を添加するとアークの集中が生じて、スパッタを低減する効果が得られない。しかし正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接においては、溶滴の微細化と移行の安定化を図るために不可欠な元素である。この溶滴の微細移行の安定化により、鋼素線に潤滑剤を塗布した溶接用鋼ワイヤであっても、スパッタの発生を抑制し、安定した炭酸ガスシールドアーク溶接が可能となる。REM 含有量が 0.015質量％未満では、この溶滴の微細移行の安定化効果が得られない。一方、 0.100質量％を超えると、溶接用鋼ワイヤの製造工程で割れが生じたり、溶接金属の靭性の低下を招く。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 effective element for refinement of inclusions during steelmaking and casting and to improve the toughness of weld metal. However, in ordinary reverse polarity carbon dioxide shielded arc welding, if REM is added to the steel wire, arc concentration occurs and the effect of reducing spatter cannot be obtained. However, in positive polarity carbon dioxide shielded arc welding, it is an indispensable element for miniaturizing droplets and stabilizing migration. By stabilizing the fine transfer of the droplets, spattering is suppressed and stable carbon dioxide shielded arc welding is possible even for a welding steel wire in which a lubricant is applied to a steel element wire. If the REM content is less than 0.015% by mass, the effect of stabilizing the fine migration of the droplets cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 0.100% by mass, cracks occur in the manufacturing process of the welding steel wire, and the toughness of the weld metal decreases. 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：45〜80質量％，La：10〜45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
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。正極性の炭酸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アークの安定化というREM 添加の効果が損なわれる。したがって、Caは0.0008質量％以下とする必要がある。
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 polarity carbon dioxide shielded arc welding, if the Ca content exceeds 0.0008 mass%, the effect of adding REM, which stabilizes the arc in high current welding, is impaired. Therefore, Ca needs to be 0.0008 mass% or less.
さらに本発明では上記した組成に加えて、鋼素線が、Ti：0.02〜0.50質量％を含有することが好ましい。 Furthermore, in the present invention, in addition to the above-described composition, the steel strand preferably contains Ti: 0.02 to 0.50 mass % .
Ti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を低下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を含有する場合は、Ti：0.02〜0.50質量％の範囲内を満足するのが好ましい。 Ti is an element that acts as a strong deoxidizer and increases the strength of the weld metal. Furthermore, there exists an effect which stabilizes a bead shape (namely, suppresses a humping bead) by reducing a viscosity by deoxidation of 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. Ti is the than 0.02 wt%, not this effect is obtained. On the other hand, if the Ti exceeds 0.50 wt%, the globules sputtering large coarsened a large amount generated. Therefore, when Ti is contained, it is preferable to satisfy the range of Ti: 0.02 to 0.50 mass % .
上記した成分に加えて、本発明では、鋼素線にSe，TeおよびBiのうちの１種または２種以上を合計で 0.005〜0.200 質量％添加する。 In addition to the components mentioned above, in the present invention, it added from 0.005 to 0.200 wt% in total Se, 1 kind of Te and Bi, or two or more of the steel element wire.
Se，Te，Biは、いずれも溶融メタルの粘性を著しく低下させる元素である。Se，Te，Biの含有量が合計 0.005質量％未満では、このような効果は得られない。一方、Se，Te，Biの含有量が合計 0.200質量％を超えると、アークが不安定となり、均一なビード形状が得られない。したがって、Se，Te，Biは、合計 0.005〜0.200 質量％の範囲内とする。 Se, Te, and Bi are all elements that significantly reduce the viscosity of the molten metal. Such effects cannot be obtained if the total content of Se, Te, Bi is less than 0.005% by mass. On the other hand, if the total content of Se, Te, Bi exceeds 0.200% by mass, the arc becomes unstable and a uniform bead shape cannot be obtained. Thus, Se, Te, Bi is in the range of the total 0.005 to 0.200 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：0.02〜3.00質量％，Ni：0.05〜3.00質量％，Mo：0.05〜1.50質量％，Cu：0.05〜3.00質量％，Ｂ：0.0005〜0.0150質量％，Mg： 0.001〜0.200 質量％，Nb： 0.005〜0.500 質量％，Ｖ： 0.005〜0.500 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：0.02〜3.00質量％，Ni：0.05〜3.00質量％，Mo：0.05〜1.50質量％，Cu：0.05〜3.00質量％，Ｂ：0.0005〜0.0150質量％，Mg： 0.001〜0.200 質量％の範囲内を満足するのが好ましい。
Cr: 0.02 to 3.00 mass%, Ni: 0.05 to 3.00 mass%, Mo: 0.05 to 1.50 mass%, Cu: 0.05 to 3.00 mass%, B: 0.0005 to 0.0150 mass%, Mg: 0.001 to 0.200 mass%, Nb: 0.005-0.500 mass%, V: 0.005-0.500 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 3.00 mass%, Ni: 0.05 to 3.00 mass%, Mo: 0.05 to 1.50 mass%, Cu: 0.05 to 3.00 mass% , B: 0.0005 to 0.0150% by mass, Mg: 0.001 to 0.200 It is preferable to satisfy the range of 0.001% by mass.
Nb： 0.005〜0.500 質量％，Ｖ： 0.005〜0.500 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： 0.005〜0.500 質量％，Ｖ： 0.005〜0.500 質量％の範囲内を満足するのが好ましい。
Nb: 0.005-0.500 mass%, V: 0.005-0.500 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 0.500 mass% and V: 0.005 to 0.500 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, a 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。 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.
正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接においては、逆極性の溶接に比べて、給電不良に起因してアークが不安定になりやすい。しかし、鋼素線の表面に厚さ 0.6μｍ以上の銅めっきを施すことによって、溶接用鋼ワイヤの給電不良に起因するアークの不安定化を防止できる。なお、銅めっきの厚さを 0.8μｍ以上とすると、給電不良防止の効果が顕著に発揮されるので一層好ましい。このようにして銅めっきを厚目付とすることによって、給電チップの損耗も低減できるという効果も得られる。 In positive carbon dioxide shielded arc welding, the arc is likely to become unstable due to power feeding failure as compared with welding with reverse polarity. However, by applying copper plating with a thickness of 0.6 μm or more to the surface of the steel wire, it is possible to prevent arc destabilization due to poor power feeding of the welding steel wire. In addition, it is more preferable that the thickness of the copper plating is 0.8 μm or more because the effect of preventing power feeding failure is remarkably exhibited. By making the copper plating thicker in this way, there is also an effect that the wear of the power supply tip can be reduced.
しかし鋼素線中のCu含有量も含めて、溶接用鋼ワイヤのCu量が 3.0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、溶接用鋼ワイヤのCu量（すなわち鋼素線のCu含有量と銅めっきのCu含有量の合計）を 3.0質量％以下とするのが好ましい。 However, when the Cu content of the steel wire for welding, including the Cu content in the steel strand, exceeds 3.0% by mass, the toughness of the weld metal is significantly reduced. Therefore, it is preferable that the Cu content of the steel wire for welding (that is, the sum of the Cu content of the steel element wire and the Cu content of the copper plating) is 3.0 mass% or less.
溶接用鋼ワイヤの送給性を向上するために、溶接用鋼ワイヤの表面（すなわち鋼素線の表面あるいは銅めっきの表面）に潤滑油を塗布しても良い。潤滑油の塗布量は、溶接用鋼ワイヤ10kgあたり0.35〜1.70ｇの範囲内が好ましい。 In order to improve the feedability of the welding steel wire, lubricating oil may be applied to the surface of the welding steel wire (that is, the surface of the steel wire or the surface of the copper plating). The amount of lubricant applied is preferably in the range of 0.35 to 1.70 g per 10 kg of welding steel wire.
なお、溶接用鋼ワイヤを製造する工程で、溶接用鋼ワイヤの表面に種々の不純物が付着する。特に固体の不純物の付着量を、溶接用鋼ワイヤ10kgあたり0.01ｇ以下に抑制すると、給電の安定性が一層向上する。 In the process of manufacturing a welding steel wire, various impurities adhere to the surface of the welding steel wire. In particular, when the amount of solid impurities deposited is suppressed to 0.01 g or less per 10 kg of the welding steel wire, the power feeding stability is further improved.
このようして製造した溶接用鋼ワイヤを用いて正極性炭酸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 for performing positive polarity carbon dioxide shielded arc welding using the welding steel wire thus manufactured will be described below.
シールドガスは、ArとＣＯ2 との混合ガスを用いる。シールドガス中のＣＯ2 の混合比率は60体積％以上とする。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、支障なく正極性炭酸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 mixed gas of Ar and CO 2 is used. The mixing ratio of CO 2 in the shielding gas is 60% by volume or more. Even when CO 2 gas is used alone (ie, CO 2 mixing ratio: 100% by volume) as a shielding gas, positive carbon dioxide shielded arc welding can be performed without hindrance.
溶接電流は 250〜450 Ａ，溶接電圧は27〜38Ｖ（電流とともに上昇），溶接速度は20〜250 cm／分，突き出し長さは15〜30mm，ワイヤ径は 0.8〜1.6mm ，溶接入熱は５〜40kJ／cmの範囲内が好ましい。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。 Welding current is 250 to 450 A, welding voltage is 27 to 38 V (increase with current), welding speed is 20 to 250 cm / min, protrusion length is 15 to 30 mm, wire diameter is 0.8 to 1.6 mm, welding heat input is A range of 5 to 40 kJ / cm is preferable. 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。特に、厚さが10mm以上の厚鋼板の溶接を行なう場合は、多層溶接も可能である。 Fillet welding can be performed without any trouble under the above welding conditions. In particular, when welding thick steel plates having a thickness of 10 mm or more, multilayer welding is also possible.
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て酸洗を施し、さらに冷間で伸線加工（すなわち湿式伸線）を施して、直径1.4mm の鋼素線を製造した。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, the diameter is 2.0 to 2.8 mm by cold rolling (that is, wire drawing), and if necessary, annealing is performed in a nitrogen atmosphere and pickling is performed, and then cold drawing is performed (that is, wet wire drawing). A steel wire with a diameter of 1.4 mm was manufactured. The components of the obtained steel wire are as shown in Table 1.
この鋼素線に、必要に応じてCuめっきを施し、さらに潤滑剤を塗布（溶接用鋼ワイヤ10kgあたり 0.6〜0.8 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た。 The steel wire was subjected to Cu plating as necessary, and further applied with a lubricant (0.6 to 0.8 g per 10 kg of the welding steel wire) so as to ensure sufficient feedability.
これらの溶接用鋼ワイヤを使用して、正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接を行ない、ビード形状を調査した。図１は、フランジ，ウエブ，溶接トーチの配置を模式的に示す断面図である。フランジ１は長さ200mm ，幅100mm ，厚さ19mmとし、ウエブ２は長さ200mm ，幅100mm ，厚さ９mmとした。溶接トーチの前進角は５°，トーチ角θは30°とした。その他の溶接条件は表２に示す通りである。
Using these welding steel wires, positive polarity carbon dioxide shielded arc welding was performed and the bead shape was investigated. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the arrangement of a flange, a web, and a welding torch. The
図１に示した溶接継手のビード４の近傍を拡大して図２に示す。図２中の符号は、それぞれ下記の寸法を指す。
FIG. 2 shows an enlarged view of the vicinity of the
ｈ ：余盛り高さ
Ｌ1 :上脚長（ルートから上止端までの距離）
Ｌ2 :下脚長（ルートから下止端までの距離）
Ｓ1 : 隅肉サイズ（ルートからビード上端までの理論距離）
Ｓ2 : 隅肉サイズ（ルートからビード下端までの理論距離）
DT ：理論のど厚（隅肉サイズで定まる三角形のルートからの高さ）
Ｐ ：溶け込み深さ
図２に示した溶接継手の平面図を図３に示す。図３中の符号Ｗは、ビード端の最大変位を指す。
h: Extra height L 1 : Upper leg length (distance from root to upper toe)
L 2 : Lower leg length (distance from root to bottom toe)
S 1 : Fillet size (theoretical distance from the root to the top of the bead)
S 2 : Fillet size (theoretical distance from the root to the bottom of the bead)
DT: Theoretical throat thickness (height from the triangle root determined by fillet size)
P: Depth of penetration FIG. 3 shows a plan view of the welded joint shown in FIG. The symbol W in FIG. 3 indicates the maximum displacement of the bead end.
表１に示した鋼素線を素材とする溶接用鋼ワイヤを用いて隅肉溶接を行ない、得られた溶接継手の余盛り高さｈとビード端の最大変位Ｗを測定した。余盛り高さｈは、１mm以下を良（○），１mm超え〜２mm以下を可（△），２mm超えを不可（×）として評価した。その結果は表３に示す通りである。ビード端の最大変位Ｗは、 0.5mm以下を良（○）， 0.5mm超え〜２mm以下を可（△），２mm超えを不可（×）として評価した。その結果を表３に併せて示す。 Fillet welding was performed using steel wires for welding made of steel strands shown in Table 1, and the extra height h and the maximum displacement W of the bead end of the obtained welded joint were measured. The extra height h was evaluated as good (◯) when 1 mm or less, acceptable (Δ) when exceeding 1 mm to 2 mm or less, and impossible (×) when exceeding 2 mm. The results are as shown in Table 3. The maximum displacement W of the bead end was evaluated as good (◯) when 0.5 mm or less, acceptable (△) when exceeding 0.5 mm to 2 mm or less, and impossible (×) when exceeding 2 mm. The results are also shown in Table 3.
ちなみにＪＩＳ規格YFW-C50DR に規定されるＦＣワイヤを用いて隅肉溶接を行なった場合の余盛り高さｈは1.2mm ，ビード端の最大変位Ｗは0.6mm であった。 Incidentally, when fillet welding was performed using FC wire specified in JIS standard YFW-C50DR, the surplus height h was 1.2 mm, and the maximum displacement W of the bead end was 0.6 mm.
表３から明らかなように、発明例では、正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接を行なうことによって、ＦＣワイヤと同等のビード形状が得られた。特に、Ti，Zrを含有することによって、ビード端の最大変位Ｗを 0.5mm以下にすることができた。また、Se，Te，Biを含有することによって、余盛り高さｈを１mm以下にすることができた。つまり、発明例では、ＦＣワイヤと同等の優れたビード形状が得られた。なお、鋼素線の必須の元素のうちSe，Te，Biを含有しない例およびSi含有量が本発明の範囲を外れる例を参考例とする。
As apparent from Table 3, in the inventive example, a bead shape equivalent to that of the FC wire was obtained by performing positive carbon dioxide shielded arc welding. In particular, by including Ti and Zr, the maximum displacement W at the bead end could be reduced to 0.5 mm or less. Further, by containing Se, Te, Bi, the surplus height h could be reduced to 1 mm or less. That is, in the invention example, an excellent bead shape equivalent to the FC wire was obtained. In addition, the example which does not contain Se, Te, Bi among the essential elements of a steel strand, and the example from which Si content remove | deviates from the scope of the present invention are taken as reference examples.
一方、鋼素線の成分が本発明の範囲を外れる比較例では、余盛り高さｈ，ビード端の最大変位Ｗが、いずれも２mmを超えた。 On the other hand, in the comparative example in which the component of the steel wire is outside the scope of the present invention, the surplus height h and the maximum displacement W at the bead end both exceeded 2 mm.
１ フランジ
２ ウエブ
３ 溶接トーチ
４ ビード
θ トーチ角
1
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