JP5356142B2 - ガスシールドアーク溶接方法 - Google Patents
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Description
以下、本発明のガスシールドアーク溶接方法の施工条件および用いるフラックス入りワイヤ成分組成の限定理由について説明する。
溶接入熱量が大きくなれば、1パス当りの溶着量が増すので溶接能率が向上する。溶接入熱量が20kJ/cm未満であると1パス当りの溶着量が少ないので溶接パス数が多くなり溶接能率が低下する。一方、溶接入熱量が大きいと冷却速度が遅くなって、一般的に溶接金属の組織が粗大化して強度および靭性が低下する。また、高温割れも生じやすくなる。後述する本発明に用いるフラックス入りワイヤを用いても40kJ/cmを超えた溶接入熱量では強度および靭性が確保できず、高温割れも生じやすくなる。したがって、溶接入熱量は20〜40kJ/cmとする。
パス間温度も溶接入熱量と同様に溶接能率に影響する。パス間温度を低くすると、特に溶接長の短い部材の溶接においてはパス毎の冷却待ち時間が長くなるので溶接能率が低下する。パス間温度が200℃未満であると本発明が目的とする溶接能率向上の効果が得られない。一方、パス間温度が350℃を超えると強度および靭性が著しく低下する。したがって、パス間温度は200〜350℃とする。
Cは、溶接金属の焼入れ性を高め、強度および靭性を確保するうえで重要な元素である。Cは鋼製外皮とフラックスの一方または両方に含有させるがこれらの合計が、ワイヤ全質量に対し(以下の各成分についても同様)0.03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、0.10%を超えると溶接金属の高温割れ感受性が高くなる。したがってCは0.03〜0.10%とする。
Siは、溶接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接金属を脆化させる。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、Siが適量溶接金属に歩留まって強度を確保する必要がある。鋼製外皮とフラックスの一方または両方に含有するSiの合計が0.4%未満であると、所定の強度が得られず靭性も低下する。一方、1.0%を超えると溶接金属の靭性が悪くなる。したがってSiは0.4〜1.0%とする。Siはフラックス成分としては、フェロシリコン、金属Si、シリコンマンガンなどとして添加される。
Mnは、溶接金属の酸素量を下げて靭性を得るための重要な元素である。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を形成して硫化物が溶接金属の粒界に晶出するのを防止し割れを抑制する。反面、多くなりすぎると大入熱、高パス間温度の溶接施工条件では、Siと同様に溶接金属を脆化させる。鋼製外皮とフラックスの一方または両方に含有するMnの合計が1.7%未満であると、所定の強度と安定した靭性が得られない。一方、2.8%を超えると溶接金属の靭性が低下する。したがってMnは1.7〜2.8%とする。Mnはフラックス成分としては、フェロマンガン、金属Mn、シリコンマンガンなどとして添加される。
Moは、溶接金属の焼入れ性を高める元素である。特に大入熱、高パス間温度の溶接施工条件では溶接金属の焼入れ性が不足するので、強度を確保するうえで必須の元素である。鋼製外皮とフラックスの一方または両方に含有するMoの合計が0.1%未満であると、必要な強度が得られない。一方、0.3%を超えると強度が高くなりすぎ靭性が低下する。したがってMoは0.1〜0.3%とする。Moはフラックス成分としては、フェロモリブデンなどとして添加される。
Mgは、強脱酸剤として溶接金属の酸素を低減して溶接金属の靭性を向上させる。特に、大入熱、高パス間温度の溶接施工条件では溶融プールが大きくなって他の脱酸剤(C、Si、Mn)の消耗が多いので、主にMgで脱酸して靭性を確保する。Mgは金属MgやAl−Mg合金としてフラックス中に添加されるが、Mgが0.35%未満であると溶接金属の酸素が多くなって靭性が低下する。一方、0.65%を超えるとスパッタ発生量が多くなる。したがって、Mgは0.35〜0.65%とする。
フラックス中のルチール、チタンスラグ等のTi酸化物は、アーク安定剤であるとともにビード形状を良好にする。また、立向上進溶接では適度な粘性と融点のスラグにより溶融メタルが垂れるのを防止する。さらに、一部がTi酸化物として溶接金属に歩留り、再結晶の核となることにより溶接金属のミクロ組織を微細化して靭性を向上する。Ti酸化物のTiO2換算値が4.8%未満であるとアークが不安定でスパッタが多くビード形状も不良となる。また、立向上進溶接で溶融メタルが垂れるようになる。さらに、溶接金属へのTi酸化物の歩留りが少なくなってミクロ組織が粗大となって靭性が低下する。一方、6.5%を超えるとアークは安定してスパッタ発生量も少なくなるが、多層盛溶接でスラグ量が多くなりスラグ剥離性が不良となる。また、溶接金属へのTi酸化物の歩留りが過剰になり非金属介在物が多くなって靭性が低下する。したがって、Ti酸化物のTiO2換算値は4.8〜6.5%とする。
フラックス中の珪砂やジルコンサンド、珪酸ソーダ等のSi酸化物は、大入熱、高パス間温度の溶接施工条件においても溶融スラグの粘性を高めてスラグ被包性を向上させてビード外観およびスラグ剥離性を向上する。Si酸化物のSiO2換算値が0.3%未満であると溶融スラグの粘性が低くなりスラグ被包性が悪くビード形状が不良でスラグが焼き付くようになる。一方、0.8%を超えると溶接金属のミクロ組織の硬化相生成を促進して溶接金属の靭性が低下する。したがって、Si酸化物のSiO2換算値は0.3〜0.8%とする。
フラックス中のジルコンサンド、酸化ジルコン等のZr酸化物は、溶融スラグの凝固温度を高くして立向上進姿勢溶接で溶融メタルを垂れにくくする。また、下向溶接のさいスラグ被包性を高めてビード形状を良好にする。Zr酸化物のZrO2換算値が0.2%未満であると立向上進姿勢溶接で溶融メタルが垂れやすくなり、下向溶接ではスラグ被包性が悪くビード形状が不良となる。一方、0.5%を超えるとスラグが緻密で固くなりスラグ剥離性が不良となる。したがって、Zr酸化物のZrO2換算値は0.2〜0.5%とする。
Alは鋼製外皮とフラックスの一方または両方から添加されるが、フラックスには金属Al、Al−Mg合金、フェロアルミ等として添加される。またAl2O3としてフラックスに添加されることもある。Alは酸化物となってAl2O3とともに溶融スラグの粘性および凝固点を調整してスラグ被包性を高めてビード形状を良好にする。AlのAl2O3換算値およびAl2O3の1種または2種の合計が0.4%未満であると下向溶接のさいスラグ被包性が悪くビード形状不良となる。一方、1.2%を超えると溶接金属中にAl2O3が非金属介在物として残留し靭性が低下する。また、立向上進姿勢溶接で溶融メタルが垂れやすくなる。したがって、AlのAl2O3換算値およびAl2O3の1種または2種の合計は0.4〜1.2%とする。
カリ長石、珪酸ソーダや珪酸カリからなる水ガラスの固質成分、弗化ソーダや珪弗化カリ等の弗素化合物からのNaおよびKは、アーク安定剤およびスラグ形成剤として作用する。Na化合物およびK化合物のNa2O換算値およびK2O換算値の1種または2種の合計が0.06%未満であると、アークが不安定でスパッタ発生量が多くなる。一方、0.20%を超えるとスラグ剥離性が不良となる。また、立向上進姿勢溶接で溶融メタルが垂れやすくなる。したがって、Na化合物およびK化合物のNa2O換算値およびK2O換算値の1種または2種の合計は0.06〜0.20%とする。
フラックス中の弗化ソーダや珪弗化カリ等の弗素化合物は、アークの指向性を高めて安定した溶融プールを形成するが、大入熱、高パス間温度の溶接施工条件においてはスパッタ発生量が多くなる。したがって、弗素化合物のF換算値は0.03%以下とする。
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にする。銅めっき厚さが0.3μm未満であると、特に大入熱、高パス間温度の溶接施工条件においてはアークが不安定となる。一方、銅めっき厚さが0.9μmを超えると、溶接時におけるワイヤ表面とコンジットチューブとの接触によって削られた銅めっきが、チップに蓄積されついにはチップに詰まってアークが停止する。したがって、ワイヤ表面の銅めっき厚さは0.3〜0.9μmが好ましい。なおワイヤ表面に銅めっきを施す場合めっき液に浸漬するので、ワイヤは鋼製外皮に貫通した合わせ目が無いものを用いる。
ワイヤの水素は、溶接金属の拡散性水素源となるのでできるだけ低減する必要があり、全水素量が20ppm以下であることが好ましい。ワイヤの全水素量が20ppmを超えると拡散性水素量(JIS Z3118)が4ml/100gを超えるので、多層盛溶接をした場合に低温割れの感受性が高まる。ワイヤ中の全水素量は、不活性ガス融解熱伝導度法などにより測定することができる。
本発明例である試験No.1〜10は、用いたフラックス入りワイヤの成分組成が適量であるのでスパッタ発生量が少なく、立向上進姿勢溶接での溶接作業性が良好であった。また下向多層盛溶接においても溶接入熱量およびパス間温度が適正であるので溶接パス数が少なく、溶接作業性が良好で高温われも無く、溶接金属の引張強さおよび吸収エネルギーも良好で極めて満足な結果であった。また、用いた何れのフラックス入りワイヤも全水素量が低いので拡散性水素量も低値であった。なお、試験No.4およびNo.8は、用いたフラックス入りワイヤNo.W4およびW8が鋼製外皮の断面に貫通した合わせ目を有し、ワイヤ表面に銅めっきが施されていないので立向上進姿勢溶接および下向多層盛溶接ともにややアークが不安定であった。
試験No.24は、溶接入熱量が高いので高温割れが生じ、機械試験で引張強さが低く吸収エネルギーも低値であった。
試験No.26は、パス間温度が高いので機械試験で引張強さが低く吸収エネルギーも低値であった。
Claims (3)
- 鋼製外皮内にフラックスを充填したフラックス入りワイヤを使用するガスシールドアーク溶接方法において、ワイヤ全質量に対する質量%で、
C:0.03〜0.10%、
Si:0.4〜1.0%、
Mn:1.7〜2.8%、
Mo:0.1〜0.3%、
Mg:0.35〜0.65%、
Ti酸化物のTiO2換算値:4.8〜6.5%、
Si酸化物のSiO2換算値:0.3〜0.8%、
Zr酸化物のZrO2換算値:0.2〜0.5%、
AlのAl2O3換算値およびAl2O3の1種または2種の合計:0.4〜1.2%、
Na化合物およびK化合物のNa2O換算値およびK2O換算値の1種または2種の合計:0.06〜0.20%
を含有し、
弗素化合物のF換算値が0.03%以下
で、残部は鉄粉、鉄合金のFe分、鋼製外皮のFe分および不可避不純物からなるフラックス入りワイヤを用いて、溶接入熱量20〜40kJ/cm、パス間温度200〜350℃の溶接施工条件で炭酸ガスシールドアーク溶接することを特徴とするガスシールドアーク溶接方法。 - フラックス入りワイヤは製鋼外皮に貫通した合わせ目が無く、ワイヤ表面に厚さ0.3〜0.9μmの銅めっきを有する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方法。
- フラックス入りワイヤは全水素量が20ppm以下であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のガスシールドアーク溶接用方法。
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