JP4986563B2 - エレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤ及び2電極エレクトロガスアーク溶接方法 - Google Patents
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Description
Cは溶接金属の強度を確保するために必要な元素である。第1電極ワイヤ(裏面側電極ワイヤ)及び第2電極ワイヤ(表面側電極ワイヤ)のC量平均値が0.02質量%未満では、溶接金属の強度が低下する。また、溶接金属の組織が粗大化し、靭性も低下する。一方、C量平均値が0.09質量%を超えると、溶接金属の強度が高くなり過ぎ、靭性が低下する。従って、2電極エレクトロガスアーク溶接に使用されるフラックス入りワイヤにおいて、裏面側電極ワイヤ及び表面側電極ワイヤのC量平均値は、0.02乃至0.09質量%とする。なお、C源としては、鋼製外皮中に含有されるC、C単体、グラファイト、又は、鉄粉若しくは金属粉中に含有されるC等を使用することができる。
Mnは脱酸剤として溶接金属の酸素量を低減させ、靭性を向上させるとともに、溶接金属の強度を確保するのにも有効な元素である。裏面側電極ワイヤ及び表面側電極ワイヤのMn量平均値が1.5質量%未満では、溶接金属の靭性が低下する。一方、Mn量平均値が2.5質量%を超えると、溶接金属の強度が高くなり過ぎ、靭性が低下する。従って、Mn量平均値は、1.5乃至2.5質量%とする。なお、Mn源としては、鋼製外皮中に含有されるMn、金属Mn、Fe−Mn又はFe−Si−Mn等を使用することができる。
Siも脱酸剤として溶接金属の酸素量を低減させ、靭性を向上させる効果を有するものである。裏面側電極ワイヤ及び表面側電極ワイヤのSi量平均値が0.2質量%未満では、溶接金属の靭性が低下する。一方、Si量平均値が0.6質量%を超えると、溶接金属を脱酸したことで溶融スラグとなったSiO2の量が過剰になり、溶融スラグの粘度が高くなるため、溶融スラグの排出性が悪くなる。これにより、融合不良が発生し易くなる上、溶融スラグが飛散し、作業性が劣化する。従って、Si量平均値は、0.2乃至0.6質量%とする。なお、Si源としては、鋼製外皮中に含有されるSi、Fe−Si、Fe−Si−Mn、Fe−Si−B、Fe−Si−Mg又はREM(Rare Earth Metal)−Ca−Si等を使用することができる。
Niはオーステナイト形成元素であり、溶接金属の靭性を安定化させる効果を有する元素である。裏面側電極ワイヤ及び表面側電極ワイヤのNi量平均値が0.6質量%未満では、溶接金属の靭性が低下する。一方、Ni量平均値が1.9質量%を超えると、入熱が500kJ/cmを超えるような場合、溶接金属がオーステナイト凝固となり、溶接金属の組織が粗大化し、靭性が低下する。従って、Ni量平均値は、0.6乃至1.9質量%とする。なお、Ni源としては、金属Ni、Fe−Ni又はNi−Mg等を使用することができる。
Moはフェライト形成元素であり、溶接金属の焼入れ性を向上させる効果を有し、入熱が500kJ/cmを超えるような場合の凝固組織微細化に有効な元素である。従って、溶接金属の靭性を向上させ、更には少量の添加で溶接金属の強度を向上させることができる。裏面側電極ワイヤ及び表面側電極ワイヤのMo量平均値が0.3質量%未満では、凝固組織は粗大化し靭性は低下する。一方、Mo量平均値が1.2質量%を超えると強度が高くなり過ぎ、靭性が低下する。従って、Mo量平均値は、0.3乃至1.2質量%とする。なお、Mo源としては、金属Mo又はFe−Mo等を使用することができる。
Tiは溶接金属の靭性を向上させる効果を有する元素である。裏面側電極ワイヤ及び表面側電極ワイヤのTi量平均値が0.10質量%未満では、溶接金属の靭性が低下する。一方、Ti量平均値が0.40質量%を超えると溶接金属中のTiが過剰になり、靭性が低下する。従って、Ti量平均値は、0.10乃至0.40質量%とする。なお、Ti源としては、金属Ti又はFe−Ti等を使用することができる。
Bは少量の添加で溶接金属の靭性を向上させる効果を有する元素である。裏面側電極ワイヤ及び表面側電極ワイヤのB量平均値が0.005質量%未満では、溶接金属の靭性が低下する。一方、B量平均値が0.020質量%を超えると溶接金属中のBが過剰になり、強度が高くなり過ぎ、靭性が低下する。従って、B量平均値は、0.005乃至0.020質量%とする。なお、B源としては、Fe−B、Fe−Si−B又はB2O3等を使用することができる。
Mgは脱酸剤として溶接金属の酸素量を低減し靭性を向上させる効果を有する元素である。裏面側電極ワイヤ及び表面側電極ワイヤのMg量平均値が0.10質量%未満では、溶接金属の靭性が低下する。一方、Mg量平均値が0.50質量%を超えるとアークが不安定になりスパッタが多発する。従って、Mg量平均値は、0.10乃至0.50質量%とする。なお、Mg源としては、金属Mg、Al−Mg、Fe−Si−Mg又はNi−Mg等を使用することができる。
上述のようにNi量平均値及びMo量平均値を規定し、このフラックス入りワイヤを使用して、2電極エレクトロガスアーク溶接を行ったところ、入熱が500kJ/cmを超えるような場合、溶接金属の十分な強度及び安定した靭性を確保することができなかった。そこで、本発明者らが更に検討を加えた結果、裏面側電極ワイヤ及び表面側電極ワイヤのNi+Moの総量及びMo量平均値/Ni量平均値の比(以下、Mo/Niの比という)を規定することが有効であることを見出した。C、Mn、Si、Ni、Mo、Ti、B及びMgの組成を限定した範囲に規定することで、溶接金属の強度及び靭性のバランスが取れるが、大入熱溶接の場合、Ni+Moの総量が溶接金属の強度及び靭性の確保に重要な働きを有することが分かった。Ni+Moの総量が1.2質量%未満では、焼入れ性が低下し、組織が粗大化し靭性が低下するうえ強度も低下する。一方で、Ni+Moの総量が2.6質量%を超えると、焼入れ性は高くなり過ぎ、強度も高くなり過ぎるため靭性が低下する。従ってNi+Moの総量は、1.2乃至2.6質量%とする。
上述のように、本実施形態に係る2電極エレクトロガスアーク溶接方法においては、被溶接板1の裏面側に溶接ワイヤ11が開先の奥行き方向に対して固定的に設置され、表面側に溶接ワイヤ13が開先の奥行き方向に対して往復移動可能に設置されていることにより、溶融スラグ16を被溶接板1の表面側に設置された摺動銅板2の方向に移動させ易くし、これにより、溶接作業性の安定化を図っている。ここで、更に、溶接ワイヤ11(裏面側電極ワイヤ)におけるスラグ生成剤の含有量を裏面側電極ワイヤの質量に対して0.3乃至1.6質量%に規定することで、溶融スラグ量を低減させ、スラグ生成剤によるアークの安定化を図ることができ、優れた溶接作業性が得られる。裏面側電極ワイヤにおけるスラグ生成剤の含有量が裏面側電極ワイヤの質量に対して0.3質量%未満では、裏ビードの形状が不安定になり、また、1.6質量%を超えると被溶接板1の裏面側にスラグがたまり易くなり、アークが不安定になり、融合不良が発生し易くなる。従って、裏面側電極ワイヤにおけるスラグ生成剤の含有量は、裏面側電極ワイヤの質量に対して、0.3乃至1.6質量%とする。
スラグ生成剤に含有されるFは、溶融スラグの粘性を低くし、溶融スラグの排出性を向上させる効果を有する。裏面側電極ワイヤ及び表面側電極ワイヤにおけるスラグ生成剤の含有量の和におけるF量平均値が0.10質量%未満では、溶融スラグの排出性が低く、溶融池に浮遊する溶融スラグ量が過多になり、アーク不安定になるため、融合不良が発生し易くなる。一方、F量平均値が0.70質量%を超えると、溶融スラグの排出性が向上し過ぎ、溶融金属を抑えられず、溶接金属が溶落し易くなる。従って、スラグ生成剤量平均値におけるF量平均値は、0.10乃至0.70質量%とする。なお、F源としては、CaF2、BaF2、NaF、K2SiF6、SrF2、AlF3、MgF2又はLiF等を使用することができる。
炭酸塩の分解で発生するCO2はアークを安定的に広げる効果を有する。この炭酸塩を表面側電極ワイヤに添加することで、表面側電極ワイヤが開先の奥行き方向に対して往復移動してもアークが広がった状態で安定しているため、被溶接板の裏面側に生成されたスラグを被溶接板の表面側に設置された摺動銅板側に移動させ易くする。炭酸塩が含むCO2量が0.04質量%未満では、その効果が得られず、融合不良が発生し易くなる。一方で、0.25質量%を超えるとガス発生量が過大になりアーク不安定になり易い。従って、表面側電極ワイヤは表面側電極ワイヤ質量あたりCO2:0.04乃至0.25質量%含む炭酸塩を含有するものとする。なお、炭酸塩としては、CaCO3、MgCO3、BaCO3、Li2CO3、Na2CO3又はSr2CO3等を使用することができる。また、裏面側電極ワイヤもCO2:0.25質量%以下を含む炭酸塩を含有していても良い。
アークは、溶接ワイヤのワイヤ径が大きくなるほど広がり、溶融スラグを流動させるのには有効であるが、ワイヤ径が過度に大きいと溶融池が不安定になり、スパッタが増加する。被溶接板の裏面側は開先幅が狭いため、ワイヤ径が過度に大きいと、母材(被溶接板)の溶込が多くなり、溶接金属が母材(被溶接板)の影響を受け易い上、裏ビードの余盛も過多になってしまう。従って、被溶接板の裏面側においてはアークの広がりが適度に小さい方が好ましく、裏面側ワイヤ径は1.2乃至1.6mmとする。一方、被溶接板の表面側においては、ワイヤ径が小さいと溶融スラグの排出性が悪くなり、アークが不安定になる。従って、表面側ワイヤ径は1.4乃至2.0mmとする。また、溶接作業性のバランスを考慮すると、裏面側ワイヤ径が表面側ワイヤ径よりも大きいと、被溶接板の裏面側に溶融スラグが溜まり易くなり、アークが不安定になる。従って、裏面側ワイヤ径≦表面側ワイヤ径とする。
2;摺動銅板
3;スラグ逃がし溝
4、6、7、14、18、19;矢印
5;ガス噴射口
8;冷却水給排口
9;裏当材
10、12;コンタクトチップ
11、13;溶接ワイヤ
15;溶融池
16;溶融スラグ
17;溶接金属
Claims (6)
- 垂直に配置した1対の被溶接板を突き合わせて両者間に表面側が裏面側より幅広で垂直に延びる開先を形成し、前記被溶接板の裏面側に前記開先に固定的にあてがわれる裏面側裏当材を設置し、前記被溶接板の表面側に前記開先の長手方向に沿って前記開先に対して相対的に摺動可能な表面側裏当材を設置し、裏面側の第1電極ワイヤを前記開先の奥行き方向に対して固定的に設置し、表面側の第2電極ワイヤを前記開先の奥行き方向に対して往復移動可能に設置して、前記第1電極ワイヤ及び第2電極ワイヤにより前記開先を立向突き合わせ溶接する2電極エレクトロガスアーク溶接に使用されるフラックス入りワイヤにおいて、第1電極ワイヤ及び第2電極ワイヤの各組成における含有量の平均値として、C:0.02乃至0.09質量%、Mn:1.5乃至2.5質量%、Si:0.2乃至0.6質量%、Ni:0.6乃至1.9質量%、Mo:0.3乃至1.2質量%、Ti:0.10乃至0.40質量%、B:0.005乃至0.020質量%、Mg:0.10乃至0.50質量%を含有し、Ni+Moの総量が1.2乃至2.6質量%、MoとNiとの質量比Mo/Niが0.25乃至1.00であり、残部がFe及び不可避的不純物とスラグ生成剤であることを特徴とするエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
- 前記第1電極ワイヤは前記スラグ生成剤を前記第1電極ワイヤの質量に対して0.3乃至1.6質量%含有し、前記第2電極ワイヤは前記スラグ生成剤を前記第2電極ワイヤの質量に対して1.0乃至2.0質量%含有すると共に、前記第1電極ワイヤ及び前記第2電極ワイヤにおける前記スラグ生成剤の含有量の和が1.3乃至3.3質量%であり、前記スラグ生成剤は、前記第1電極ワイヤ及び前記第2電極ワイヤの各組成における含有量の平均値として、F:0.10乃至0.70質量%であることを特徴とする請求項1に記載のエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
- 前記第2電極ワイヤは第2電極ワイヤの質量あたり、CO2:0.04乃至0.25質量%含む炭酸塩を含有することを特徴とする請求項1又は2に記載のエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
- 垂直に配置した1対の被溶接板を突き合わせて両者間に表面側が裏面側より幅広で垂直に延びる開先を形成し、前記被溶接板の裏面側に前記開先に固定的にあてがわれる裏面側裏当材を設置し、前記被溶接板の表面側に前記開先の長手方向に沿って前記開先に対して相対的に摺動可能な表面側裏当材を設置し、裏面側の第1電極ワイヤを前記開先の奥行き方向に対して固定的に設置し、表面側の第2電極ワイヤを前記開先の奥行き方向に対して往復移動可能に設置して、前記第1電極ワイヤ及び前記第2電極ワイヤにより前記開先を立向突き合わせ溶接する2電極エレクトロガスアーク溶接方法において、前記第1電極ワイヤ及び第2電極ワイヤは、前記第1電極ワイヤ及び前記第2電極ワイヤの各組成における含有量の平均値として、C:0.02乃至0.09質量%、Mn:1.5乃至2.5質量%、Si:0.2乃至0.6質量%、Ni:0.6乃至1.9質量%、Mo:0.3乃至1.2質量%、Ti:0.10乃至0.40質量%、B:0.005乃至0.020質量%、Mg:0.10乃至0.50質量%を含有し、Ni+Moの総量が1.2乃至2.6質量%、MoとNiとの質量比Mo/Niが0.25乃至1.00であり、残部がFe及び不可避的不純物とスラグ生成剤である組成を有し、裏面側の前記第1電極のワイヤ径は1.2乃至1.6mm、表面側の前記第2電極のワイヤ径は1.4乃至2.0mmであり、前記第1電極のワイヤ径は前記第2電極のワイヤ径以下であり、前記第1電極及び前記第2電極を単位時間あたりの送給量が同一になるよう送給することを特徴とする2電極エレクトロガスアーク溶接方法。
- 前記第1電極ワイヤは前記スラグ生成剤を前記第1電極ワイヤの質量に対して0.3乃至1.6質量%含有し、前記第2電極ワイヤは前記スラグ生成剤を前記第2電極ワイヤの質量に対して1.0乃至2.0質量%含有すると共に、前記第1電極ワイヤ及び前記第2電極ワイヤにおける前記スラグ生成剤の含有量の和が1.3乃至3.3質量%であり、前記スラグ生成剤は、前記第1電極ワイヤ及び前記第2電極ワイヤの各組成における含有量の平均値として、F:0.10乃至0.70質量%であることを特徴とする請求項4に記載の2電極エレクトロガスアーク溶接方法。
- 表面側の前記第2電極ワイヤは第2電極ワイヤの質量あたり、CO2:0.04乃至0.25質量%含む炭酸塩を含有することを特徴とする請求項4又は5に記載の2電極エレクトロガスアーク溶接方法。
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