JP5026002B2 - ガスシールドアーク溶接用銅めっきワイヤ - Google Patents
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Description
(1)ガスシールドアーク溶接用銅めっきワイヤにおいて、ワイヤ成分としてC:0.02〜0.08質量%、Si:0.60〜1.00質量%、Mn:1.50〜2.20質量%、S:0.007〜0.020質量%、Cu:0.15〜0.40質量%、Ti:0.10〜0.30質量%、Mo:0.10〜0.30質量%、B:0.0010〜0.0060質量%を含有し、残部Feおよび不可避不純物からなり、かつ、ワイヤ表面にワイヤ10kg当たり常温で液体の潤滑油を0.3〜1.5g有し、金属粉の付着量が0.25g以下、金属粉以外の固形分の付着量が0.10g以下であることを特徴とする。
C:0.02〜0.08質量%
Cは、溶着金属の焼入れ性を高め、強度および靭性を確保する上で重要な元素である。Cが0.02質量%(以下、%という。)未満であると、必要な強度と靭性が得られない。一方、Cが0.08%を超えると溶着金属の割れ感受性が高くなる。したがって、Cは0.02〜0.08%とする。
Siは、主要な脱酸元素であり、溶着金属の酸素量を低下させて靭性の向上に重要な元素である。しかしながら、多くなりすぎると大入熱・高パス間温度での溶接施工条件では溶着金属を脆化させる。また、大入熱・高パス間温度での溶接施工条件ではSiの消耗が多いが、それ以外のSiは溶着金属中に歩留まって強度を確保する上で必要である。Siが0.60%未満では所定の強度が得られず靭性も低下する。したがって、Siは0.60〜1.0%とする。
Mnは、脱酸元素であり靭性向上に重要な元素である。また、強度の改善にも有効な元素である。さらに、高融点のMnSを形成して溶着金属の割れを抑制する。反面、多くなりすぎると大入熱・高パス間温度での溶接施工条件では、Siと同様に溶着金属を脆化させる。Mnが1.50%未満では所定の強度と靱性が得られない。一方、Mnが2.20%を超えると溶着金属の靭性が低下する。したがって、Mnは1.50〜2.20%とする。
Sは、スラグをガラス質として溶着金属からのスラグ剥離を促進する作用があり、スラグ剥離性を向上させる元素である。Sが0.007%未満ではその効果は不十分である。しかしながら、0.020%を超えると溶着金属に割れが発生し、また機械的性質を劣化させる傾向がある。したがって、Sは0.007〜0.020%とする。
Cuは、鋼中に不可避的不純物として0.02%程度含有されることがあるが、本発明のCuは主としてワイヤ表面に施した銅めっきをいう。ワイヤ表面の銅めっきは、チップ先端での通電性を良好にしアークを安定させる。さらに、大入熱・高パス間温度の溶接施工条件で長時間溶接してもチップ摩耗が極めて少なく安定したアークを持続させるとともに防錆性向上の効果も有する。Cuが0.15%未満であると、チップが摩耗してアークが不安定となる。一方、Cuが0.40%を超えて添加した場合は、溶接割れ感受性が高くなる。したがって、Cuは0.15〜0.40%とする。
Tiは、高電流域でのアーク状態を向上させる効果があり、Tiが0.10%未満では、スラグの粘性が高まることおよび表面張力が大きくなることから、スラグが局部的に厚くなるため、連続多層盛溶接ではスラグの再溶融が完全にできないことなどが原因で、アークが不安定でスパッタ発生量が多く、スラグ剥離性も悪くスラグ巻込みの欠陥を発生させることもある。さらに、溶接金属の靭性も低下する。一方、Tiは、強力な脱酸元素として作用し、かつその酸化物が溶着金属中に含有することで組織改善に効果がある。強力な脱酸元素であるがゆえに、ほとんどのTiがTiO2としてスラグの主成分となる。Tiが0.30%を超えるとスラグが結晶化するとともに厚くなりスラグ剥離性が低下する。したがって、Tiは0.10〜0.30%とする。
Moは、溶着金属の焼入れ性を高める元素である。特に大入熱・高パス間温度での溶接施工条件では、溶着金属の焼入れ性が不足するので、強度を確保する上で主要な元素である。Moが0.10%未満であると、必要な強度が得られない。一方、Moが0.30%を超えて添加した場合はスラグが硬くなりスラグ剥離性が悪くなる。また溶接金属の強度が高くなりすぎて靭性が低下する。したがって、Moは0.10〜0.30%とする。
Bは、Tiとの相乗効果により大入熱・高パス間温度での溶接施工条件での溶着金属の組織を改善して靭性向上に効果がある。Bが0.0010%未満ではその効果は不十分である。一方、0.0060%を超えると、大入熱・高パス間温度の溶接施工条件での溶接割れ感受性が高くなる。また、Bにはスラグを結晶化させてスラグ剥離性を低下させる。したがって、Bは0.0010〜0.0060%とする。
上記成分の残部はFeおよび不可避不純物であるが、他の成分としてAlを0.10%以下、NbおよびVをそれぞれ0.05%以下含有することができる。
常温で液体である潤滑油は、ワイヤ表面に皮膜を有し、ワイヤ送給性を向上させる。常温で液体である潤滑油はワイヤ10kg当り0.3〜1.5g(以下、g/10kgWという。)とする。潤滑油が0.3g/10kgW未満であると、コンジットチューブ内で送給抵抗が大きくなりワイヤ送給性が不良となる。逆に、1.5g/10kgWを超えると、送給ローラ部でワイヤがスリップしてアークが不安定になる。
ワイヤ表面の銅めっきは、前述のようにチップ先端での通電性を良好にし、チップ摩耗が少なく、さらに防錆性向上という効果がある。しかし、ワイヤ表面への銅めっきはワイヤ素線径(2.5〜3.5mm程度)で施された後に仕上げ伸線で製品径まで縮径されるが、この過程で銅めっきが剥がれワイヤ表面に多量付着する。また、同時にワイヤ表層部の鉄も削られてワイヤ表面に付着する。これらワイヤ表面に付着した金属粉は、コンジットチューブ内に蓄積されて長時間溶接していると送給抵抗が非常に大きくなりアークが不安定となって、ついにはアーク切れが生じるようになる。しかし、ワイヤ表面の金属粉付着量が0.25g/10kgW以下であると、コンジットチューブ内への蓄積量が少なくなると共に、前記常温で液体の潤滑油および後述の二硫化モリブデンの送給抵抗を小さくする働きを阻害することがない。
金属粉および後述の二硫化モリブデン以外に、ワイヤ表面には残留した固形伸線潤滑剤や湿式伸線潤滑剤中の汚れ、ほこり等が付着してコンジットチューブ内に蓄積されて長時間溶接していると、金属粉とともに蓄積されて送給抵抗が大きくなりアークが不安定となる。しかし、金属粉および二硫化モリブデン以外の固形分(以下、固形不純物という。)の付着量が0.10g/10kgW以下であると、コンジットチューブ内への蓄積量が少なくなるとともに、前記常温で液体の潤滑油および後述の二硫化モリブデンの送給抵抗を小さくする働きを阻害することがない。
二硫化モリブデンは、コンジットチューブ内で送給抵抗を抑制してワイヤ送給性を良好にする。二硫化モリブデンが0.005g/10kgW未満であると、コンジットチューブ内で送給抵抗が大きくなりワイヤ送給性が不良となる。逆に、二硫化モリブデンが0.25g/10kgWを超えると、アークが不安定になってスパッタ発生量が多くなる。
リン脂質をワイヤ表面に有することによって、常温で液体である潤滑油と共存してワイヤ表面の二硫化モリブデンを均一に分散させる作用を有する。リン脂質が0.008g/10kgW未満であると、ワイヤ表面の二硫化モリブデンが均一に付着せず、コンジットチューブ内で送給抵抗が大きくなる部分がありワイヤ送給性が不良になる。逆に、リン脂質が0.10g/10kgWを超えると、スパッタ発生量が多くなる。
表1に示すワイヤ径1.4mmの銅めっきをワイヤ表面に施した各種成分のワイヤ表面を浄化の程度および潤滑剤の塗布量を変えて試作してスプール巻きワイヤとした。なお、二硫化モリブデンの粒径は0.6μm以下のものを用いた。
各試作ワイヤにつきワイヤ送給性、チップ摩耗量、スパッタ発生量、アーク状態、コンジットチューブ内の蓄積量、溶接金属の高温割れの有無、スラグ剥離性、溶着金属の引張強さおよび靭性の調査をした。
溶接割れ試験は、図2に示す試験鋼板(SM490B鋼)に溶接による熱変形を防ぐための拘束板を取付けて表2に示す溶接条件で、1層目終了後アークを切ることなく2層目を折返して溶接した。2層目溶接終了後に、溶接試験体を空冷し室温に低下したところで、1層目と2層目の折返し溶接部を浸透探傷試験で溶接割れの有無を確認した。
2 スプール巻きワイヤ
3 送給ローラ
4 コンジットケーブル
5 トーチ
6 チップ
7 鋼板
8 コンジットケーブルの屈曲部
9 ワイヤの実速度検出器
10 ロードセル
11 鋼板
12 鋼板
13 裏当金
14 エンドタブ
15 パス間温度測定位置
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 (2)
- ガスシールドアーク溶接用銅めっきワイヤにおいて、ワイヤ成分として、C:0.02〜0.08質量%、Si:0.60〜1.00質量%、Mn:1.50〜2.20質量%、 S:0.007〜0.020質量%、Cu:0.15〜0.40質量%、Ti:0.10〜0.30質量%、Mo:0.10〜0.30質量%、B:0.0010〜0.0060質量%を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなり、かつ、ワイヤ表面にワイヤ10kg当たり常温で液体の潤滑油を0.3〜1.5g有し、金属粉の付着量が0.25g以下、金属粉以外の固形分の付着量が0.10g以下であることを特徴とするガスシールドアーク溶接用銅めっきワイヤ。
- ワイヤ表面に二硫化モリブデンを0.005〜0.25g、リン脂質を0.008〜0.10gさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のガスシールドアーク溶接用銅めっきワイヤ。
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