JP6263296B2 - Wire for welding dissimilar materials and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、Fe系被溶接材とAl系被溶接材とを溶接するための異種材料溶接用ワイヤ及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a dissimilar material welding wire for welding an Fe-based workpiece and an Al-based workpiece and a method for manufacturing the same.
特許第5689492号公報(特許文献1)には、アルミニウム材又はアルミニウム合金材と鋼材との異材接合において、継手強度を高めると共に、接合部の割れを抑制することができ、更に伸線加工時に破断が生じにくい異材接合用溶加材(異種材料溶接用ワイヤ)が開示されている。この従来の異種材料溶接用ワイヤは、少なくとも、Si:1.0〜6.0質量%と、Ti:0.01〜0.30質量%と、Zr:0.01〜0.30質量%を含有し、残部がアルミニウム及び不可避不純物であるアルミニウム合金からなる皮材内に、充填率がワイヤ全体の質量に対して2.0〜20.0質量%となるように粉状のフラックスを管状の、金属外皮内に充填している。 In Japanese Patent No. 5688492 (Patent Document 1), in the joining of different materials between an aluminum material or an aluminum alloy material and a steel material, joint strength can be increased and cracking of the joint portion can be suppressed, and further, breakage can be caused during wire drawing. Dissimilar material joining filler material (dissimilar material welding wire) is disclosed. This conventional wire for welding dissimilar materials has at least Si: 1.0 to 6.0 mass%, Ti: 0.01 to 0.30 mass%, and Zr: 0.01 to 0.30 mass%. The powdery flux is tubular in a skin material made of aluminum alloy containing aluminum and unavoidable impurities in the balance so that the filling rate is 2.0 to 20.0% by mass with respect to the mass of the whole wire. The metal shell is filled.
特許第4256886号公報(特許文献2)には、鋼材とアルミニウム合金材との異材同士を接合するためのフラックスコアードワイヤにおけるフラックスとして、AlF3をフラックスコアードワイヤ全質量に対して0.1〜15質量%含み、かつ塩化物を含まないフッ化物組成とするとともに、フラックスコアードワイヤ全質量に対して0.3〜20質量%充填することが開示されている。このフラックスコアードワイヤは、管状の金属外皮内に粉状のフラックスを充填して製造される。またこの文献の[0066]段落には、「フラックスコアードワイヤ中のフラックス量が、フラックスコアードワイヤ全重量に対して1質量%以下の場合には、共通して、金属粉を添加した。金属粉は、共通して、外皮と同じA4047相当の組成のアルミニウム合金粉末(粒度150μm)とし、フラックスコアードワイヤ全重量に対して20質量%添加した。」と記載されており、フラックスの量が少なくなったときのフラックスの添加方法として、フラックスに金属粉を添加して見掛けの量を増量して、フラックスを充填することを可能にしていることが記載されている。 In Japanese Patent No. 4256886 (Patent Document 2), as a flux in a flux cored wire for joining different materials of a steel material and an aluminum alloy material, AlF 3 is 0.1 to the total mass of the flux cored wire. It is disclosed that a fluoride composition containing -15% by mass and not containing chloride is filled with 0.3-20% by mass with respect to the total mass of the flux cored wire. This flux cored wire is manufactured by filling a powdered flux in a tubular metal sheath. In addition, in the paragraph [0066] of this document, “when the amount of flux in the flux cored wire is 1% by mass or less with respect to the total weight of the flux cored wire, the metal powder is commonly added. The metal powder is commonly an aluminum alloy powder (particle size 150 μm) having the same composition as A4047 as the outer skin, and 20 mass% is added to the total weight of the flux cored wire. ” As a method of adding a flux when the amount is reduced, it is described that it is possible to fill the flux by adding metal powder to the flux to increase the apparent amount.
また最近、Fe系被溶接材とAl系被溶接材の接合を低電流で実現したいという要望が出てきている。そしてこの要望を実現するためには、Al系被溶接材の溶け込み過剰を防いで、Fe系被溶接材をろう付け状態で接合すると好ましい溶接結果が得られることが判ってきた(非特許文献1)。 Recently, there has been a demand for realizing low-current joining of Fe-based welded materials and Al-based welded materials. And in order to implement | achieve this request, it turned out that a preferable welding result will be obtained, if the penetration of an Al type welding material is prevented and a Fe type welding material is joined in a brazing state (nonpatent literature 1). ).
さらに特許第4263879号公報(特許文献3)には、管状の金属外皮と導電性心線との間に、フラックスが存在している溶接用ワイヤが開示されており、この溶接用ワイヤのフラックス充填率は、6.5〜30%であり、好ましくは15.5〜19.5%である。特許第5444293号公報(特許文献4)には、その製造方法が開示されている。この従来技術では、導電性心線の線径が管状の金属外皮の内径と比べて小さく、フラックスは特許文献1及び2に記載の従来の技術と同様に、管状の金属外皮内に粉状のフラックスを充填している。 Further, Japanese Patent No. 4263879 (Patent Document 3) discloses a welding wire in which a flux exists between a tubular metal sheath and a conductive core wire, and flux filling of the welding wire is disclosed. The rate is 6.5-30%, preferably 15.5-19.5%. Japanese Patent No. 5444293 (Patent Document 4) discloses a manufacturing method thereof. In this prior art, the diameter of the conductive core wire is smaller than the inner diameter of the tubular metal sheath, and the flux is in the form of powder in the tubular metal sheath as in the prior art described in Patent Documents 1 and 2. Filled with flux.
従来の溶接用ワイヤのフラックスは、アークの安定と溶融池の大気からの遮蔽に用いられるものである。そのためこのフラックスの目的達成のためには、それなりに多くのフラックスを金属外皮内に充填する必要がある。しかしながら特許文献1では、フラックス充填率と溶け込みの関係については何ら開示されていない。このことは特許文献1には、ワイヤ全体の質量に対してフラックス充填率が5質量%の実施例において効果が得られることが開示されているだけで、特許請求の範囲で特定されているフラックス充填率(2〜20%)の全範囲において効果が得られることが開示されていないことから裏付けられている。 Conventional welding wire fluxes are used to stabilize the arc and shield the molten pool from the atmosphere. Therefore, in order to achieve the purpose of this flux, it is necessary to fill the metal shell with a certain amount of flux. However, Patent Document 1 does not disclose any relationship between the flux filling rate and the penetration. This is only disclosed in Patent Document 1 that an effect is obtained in an embodiment in which the flux filling rate is 5% by mass with respect to the mass of the entire wire, and the flux specified in the claims. This is supported by the fact that it is not disclosed that the effect is obtained in the entire range of the filling rate (2 to 20%).
特許文献2にも記載されているが、低電流で溶接を行う場合で、Al系被溶接材の溶け込み過剰を防いで、Fe系被溶接材をろう付け状態で接合するためには、従来の溶接で使用しているフラックスの量は、少ないことが好ましいという事実がある。特にレーザーによる高速溶接において、フラックス量が多いと溶接時に未溶融のフラックスが残存することがあるので、この点からもフラックス量を少なくする必要がある。特許文献2には、フラックス量が、フラックスコアードワイヤ全重量に対して1質量%以下の場合には、金属粉を添加して見掛けの量を増量して、フラックスを金属外皮内に充填することを可能にできる旨が記載されている。しかしながら実際に本願発明者が、確認試験を行ったところ、1質量%よりも多い5質量%程度のフラックスを管状の金属外皮内に充填する場合にも、フラックスの充填ムラの発生を抑制するためには、金属粉を粉状のフラックスに添加して見かけの量を増やす必要があることが判った。 Although it is also described in Patent Document 2, in the case of performing welding at a low current, in order to prevent excessive penetration of the Al-based welded material and join the Fe-based welded material in a brazed state, There is a fact that the amount of flux used in welding is preferably small. Particularly in high-speed welding by laser, if the amount of flux is large, unmelted flux may remain at the time of welding, so it is necessary to reduce the amount of flux also in this respect. In Patent Document 2, when the flux amount is 1% by mass or less with respect to the total weight of the flux cored wire, metal powder is added to increase the apparent amount, and the flux is filled in the metal sheath. It is described that it can be made possible. However, when the present inventor actually conducted a confirmation test, in order to suppress the occurrence of uneven filling of the flux even when the flux of about 5% by mass, which is greater than 1% by mass, is filled in the tubular metal shell. It was found that it was necessary to increase the apparent amount by adding metal powder to the powdery flux.
また発明者は、特許文献3及び4に記載の従来の技術のように、管状の金属外皮と導電性心線との間に、フラックスを存在させることにより、フラックスの充填率を少なくすることを試みた。しかしながらこの従来の技術を用いても、フラックスの充填率が少なくなると、フラックスが管状の金属外皮と導電性心線との間に局所的に存在する状態が発生し、ワイヤの周方向全体に大きなバラツキを生じさせることなく、フラックスを存在させることができなかった。これは、特許文献3及び4に記載の従来技術は、フラックス充填率が本発明より高い領域を前提としているためである。 Further, the inventor has reduced the flux filling rate by causing the flux to exist between the tubular metal sheath and the conductive core wire as in the conventional techniques described in Patent Documents 3 and 4. Tried. However, even if this conventional technique is used, if the filling rate of the flux is reduced, a state in which the flux is locally present between the tubular metal sheath and the conductive core wire is generated, which is large in the entire circumferential direction of the wire. Flux could not be present without causing variation. This is because the conventional techniques described in Patent Documents 3 and 4 are based on a region where the flux filling rate is higher than that of the present invention.
本発明の目的は、フラックス充填率を少なくすると同時に充填ムラの発生を抑制することを可能にする異種材料溶接用ワイヤの製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a wire for welding dissimilar materials that makes it possible to reduce the flux filling rate and at the same time suppress the occurrence of filling unevenness.
本発明の他の目的は、Fe系被溶接材とAl系被溶接材の接合を低電流で実現することができるフラックスの充填量が少ない異種材料溶接用ワイヤを提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a welding wire for dissimilar materials with a small amount of flux that can realize the joining of an Fe-based welded material and an Al-based welded material with a low current.
本発明のFe系被溶接材とAl系被溶接材とを溶接するための異種材料溶接用ワイヤの製造方法により製造する異種材料溶接用ワイヤは、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる管状の金属外皮内に、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる導電性心線が配置されており、金属外皮と導電性心線との間に、被溶接材料の表面から酸化皮膜を除去する機能を少なくとも有するフラックスが存在しているものである。そしてフラックスの充填率はワイヤ全体の質量に対して4.9質量%以下である。 The dissimilar material welding wire manufactured by the manufacturing method of the dissimilar material welding wire for welding the Fe-based welded material and the Al-based welded material of the present invention is formed in a tubular metal sheath made of aluminum or aluminum alloy. A conductive core wire made of aluminum or an aluminum alloy is disposed, and a flux having at least a function of removing an oxide film from the surface of the material to be welded exists between the metal sheath and the conductive core wire. Is. And the filling rate of a flux is 4.9 mass% or less with respect to the mass of the whole wire.
本発明の第1の製造方法では、導電性心線を形成するための導電性心線材料の表面にフラックスの材料と溶媒とを混練したフラックスペーストを塗布してコーティング層を備えたコーティング導電性心線材料を形成する。次に、コーティング導電性心線材料が中心に位置するように、コーティング導電性心線材料の外側に管状の金属外皮を形成するための管状の金属外皮材料を形成することにより線引き用ワイヤを形成する。そして線引き用ワイヤを所定の外径寸法になるまで線引き作業を行う。 In the first manufacturing method of the present invention, a coating conductive material provided with a coating layer by applying a flux paste obtained by kneading a flux material and a solvent onto the surface of a conductive core material for forming a conductive core wire. A core material is formed. Next, a wire for drawing is formed by forming a tubular metal sheath material for forming a tubular metal sheath on the outside of the coated conductive conductor material so that the coated conductive core material is located at the center. To do. Then, the drawing operation is performed until the drawing wire has a predetermined outer diameter.
また本発明の第2の製造方法では、長手方向と直交する横断面形状が円弧状を呈する金属外皮材料の内表面にフラックスの材料と溶媒とを混練したフラックスペーストを塗布してコーティング層を備えたコーティング金属外皮材料を形成する。次に、コーティング金属外皮材料の内部に導電性心線を形成するための導電性心線材料を配置した状態で、コーティング金属外皮材料を成形して導電性心線材料の外側に管状の金属外皮材料を形成することにより線引き用ワイヤを形成する。そして線引き用ワイヤを所定の外径寸法になるまで線引き作業を行う。 Further, in the second manufacturing method of the present invention, a coating layer is provided by applying a flux paste obtained by kneading a flux material and a solvent to the inner surface of a metal skin material having a circular cross section perpendicular to the longitudinal direction. Forming a coated metal skin material. Next, in a state where the conductive core material for forming the conductive core wire is disposed inside the coated metal sheath material, the coated metal sheath material is molded and the tubular metal sheath is formed outside the conductive core material. A wire for drawing is formed by forming the material. Then, the drawing operation is performed until the drawing wire has a predetermined outer diameter.
本発明の製造方法では、導電性心線材料の表面にフラックスペーストを塗布してコーティング層を備えたコーティング導電性心線材料を形成するか、金属外皮材料の内表面にフラックスペーストを塗布してコーティング層を備えたコーティング金属外皮材料を形成して、その後に管状の金属外皮材料を形成することにより線引き用ワイヤを形成する。このようにして、コーティング層がワイヤの周方向全体にわたって形成される結果、フラックスの充填率が低い場合でも、コーティング層中の溶媒が無くなった後に、フラックスがワイヤの長さ方向及び周方向全体に分散して配置されることになる。 In the production method of the present invention, a flux paste is applied to the surface of the conductive core material to form a coated conductive core material having a coating layer, or a flux paste is applied to the inner surface of the metal skin material. A wire for drawing is formed by forming a coated metal skin material with a coating layer and then forming a tubular metal skin material. In this way, as a result of the coating layer being formed over the entire circumferential direction of the wire, even when the flux filling rate is low, after the solvent in the coating layer is exhausted, the flux is distributed in the entire length direction and the circumferential direction of the wire. It will be distributed.
いずれにしても本発明の製造方法によれば、フラックスの充填率が少なくなる場合においても、ワイヤ中に局所的にフラックスの大きな偏りが生じていない異種材料溶接用ワイヤを製造することができる。 In any case, according to the manufacturing method of the present invention, even when the flux filling rate is reduced, it is possible to manufacture a wire for welding dissimilar materials in which a large bias of the flux is not locally generated in the wire.
なおコーティング層を溶媒が一部残る程度まで乾燥した後に、管状の金属外皮材料を形成するのが好ましい。このようにするとコーティング層の厚みに大きな偏りを生じさせることがない。 In addition, it is preferable to form a tubular metal shell material after the coating layer is dried to such an extent that a part of the solvent remains. In this way, a large deviation in the thickness of the coating layer is not caused.
本発明のFe系被溶接材とAl系被溶接材とを溶接するための異種材料溶接用ワイヤでは、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる管状の金属外皮内に、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる導電性心線が配置されている。そして金属外皮と導電性心線との間に、被溶接材料の表面から酸化皮膜を除去する機能を少なくとも有するフラックスが存在している。フラックスの充填率は、異種材料溶接用ワイヤ全体の質量に対して4.9質量%以下と少ない。本発明においては、金属外皮と導電性心線との間のフラックスが乾燥コーティング層として存在している。 In the dissimilar material welding wire for welding the Fe-based welded material and the Al-based welded material of the present invention, a conductive core wire made of aluminum or aluminum alloy is formed in a tubular metal sheath made of aluminum or aluminum alloy. Is arranged. And the flux which has at least the function to remove an oxide film from the surface of a to-be-welded material exists between a metal shell and a conductive core wire. The filling rate of the flux is as small as 4.9% by mass or less with respect to the mass of the whole wire for welding different materials. In the present invention, the flux between the metal skin and the conductive core wire exists as a dry coating layer.
本願明細書において、「乾燥コーティング層」とは、「フラックスの材料と溶媒とを混練したフラックスペーストを塗布して形成したコーティング層が、乾燥されて形成されたフラックスの粉体であり、コーティング層が存在している部分にフラックスの粉体が存在するもの」である。乾燥コーティング層の形で、フラックスが設けられると、ワイヤの周方向全体にわたって少ない量のフラックスを大きな偏りなく配置することができる。 In the specification of the present application, the “dry coating layer” means “a powder powder formed by drying a coating layer formed by applying a flux paste kneaded with a flux material and a solvent. The part where the flux exists is the powder of the flux ". When the flux is provided in the form of a dry coating layer, a small amount of flux can be disposed without a large deviation over the entire circumferential direction of the wire.
本発明の異種材料溶接用ワイヤによれば、フラックスの量を少なくした場合でも、溶接時にフラックスを安定して溶接部に供給することができる。その結果、本発明の異種材料溶接用ワイヤによれば、低電流域でもアークが安定するため、Al系被溶接材の溶け込み過剰を防いで、Fe系被溶接材をろう付け状態で接合することが可能になった。 According to the wire for welding dissimilar materials of the present invention, even when the amount of flux is reduced, the flux can be stably supplied to the weld during welding. As a result, according to the wire for dissimilar material welding of the present invention, since the arc is stable even in a low current region, it is possible to prevent the excessive penetration of the Al-based welded material and join the Fe-based welded material in a brazed state. Became possible.
コーティング層の厚みは、フラックスの量によって定まることになるが、フラックスの充填率が0.2〜4.9質量%の場合には、最大で200μm以下である。 The thickness of the coating layer is determined by the amount of the flux. When the filling rate of the flux is 0.2 to 4.9% by mass, the thickness is 200 μm or less at the maximum.
なお異種材料溶接用ワイヤの外径寸法であるが、現在市場で使用されている溶接機で使用可能なワイヤの外径寸法と同じく、1.0mm〜2.0mm程度であるのが好ましい。 The outer diameter of the wire for dissimilar material welding is preferably about 1.0 mm to 2.0 mm, similar to the outer diameter of a wire that can be used in a welding machine currently used in the market.
ミグ溶接に用いる場合で、Fe系被溶接材が炭素鋼またはステンレス鋼であり、Al系被溶接材がアルミニウム合金製であれば、金属外皮よりも固相線温度が低いアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる導電性心線を用いるのが好ましい。これは、金属外皮よりも融点が低い導電性心線を内包することにより、ソリッドワイヤを不活性シールドガスで溶接した場合に見られるような細く伸びた液柱が発生しない溶滴移行となり、安定したアークが得られるためである。 When used for MIG welding, if the Fe welded material is carbon steel or stainless steel and the Al welded material is made of an aluminum alloy, it is made of aluminum or an aluminum alloy having a lower solidus temperature than the metal shell. It is preferable to use a conductive core wire. By encapsulating a conductive core wire with a melting point lower than that of the metal sheath, it becomes a droplet transfer that does not generate a thin and elongated liquid column as seen when a solid wire is welded with an inert shielding gas. This is because the obtained arc is obtained.
本発明の異種材料溶接用ワイヤをミグ溶接で使用する場合には、異種材料溶接用ワイヤの外径寸法は1.0mm〜1.6mmであり、フラックス充填率は異種材料溶接用ワイヤ全体の質量に対して0.2〜1.8質量%であることが好ましい。この範囲内のフラックス充填率であれば、ミグ溶接において低電流域でもアークが安定するため、Al系被溶接材の溶け込み過剰を防いで、Fe系被溶接材をろう付け状態で接合することができる。 When the dissimilar material welding wire of the present invention is used for MIG welding, the outer diameter of the dissimilar material welding wire is 1.0 mm to 1.6 mm, and the flux filling rate is the mass of the entire dissimilar material welding wire. It is preferable that it is 0.2-1.8 mass% with respect to. If the flux filling rate is within this range, the arc is stable even in a low current region in MIG welding, so that it is possible to prevent excessive penetration of the Al-based welded material and join the Fe-based welded material in a brazed state. it can.
なおミグ溶接に用いる場合、フラックス充填率が異種材料溶接用ワイヤ全体の質量に対して1.0〜1.8質量%であれば、よりアーク安定性が増し、それに伴いスパッタが減少し、良好なビードが形成されるという効果が得られる。 In addition, when used for MIG welding, if the flux filling rate is 1.0 to 1.8% by mass relative to the mass of the entire wire for dissimilar material welding, the arc stability is further increased, and spatter is reduced accordingly. The effect that a bead is formed is obtained.
本発明の異種材料溶接用ワイヤをレーザー溶接で使用する場合には、異種材料溶接用ワイヤの外径寸法は1.0mm〜2.0mmであり、フラックス充填率は異種材料溶接用ワイヤ全体の質量に対して1.0〜4.9質量%であることが好ましい。この範囲内のフラックス充填率であれば、レーザー溶接において、未溶融のフラックスが残存せず、溶融状態が安定し、良好なビードが形成され、かつAl系被溶接材の溶け込み過剰を防いで、Fe系被溶接材をろう付け状態で接合することができる。 When the dissimilar material welding wire of the present invention is used in laser welding, the outer diameter of the dissimilar material welding wire is 1.0 mm to 2.0 mm, and the flux filling rate is the mass of the entire dissimilar material welding wire. It is preferable that it is 1.0-4.9 mass% with respect to. If the flux filling rate is within this range, in laser welding, unmelted flux does not remain, the molten state is stable, a good bead is formed, and an excessive penetration of the Al-based workpiece is prevented, Fe-based workpieces can be joined in a brazed state.
なおレーザー溶接に用いる場合、フラックス充填率が異種材料溶接用ワイヤ全体の質量に対して1.3〜4.4質量%であれば、より溶融状態が安定することにより、さらになじみ性が向上し、良好なビードが形成されるという効果が得られる。 In addition, when used for laser welding, if the flux filling rate is 1.3 to 4.4% by mass with respect to the total mass of the wire for welding different materials, the melted state becomes more stable and the compatibility is further improved. The effect that a good bead is formed is obtained.
フラックスは、酸化皮膜を除去する目的のため、KAlF系金属弗化物を主成分とし、CsAlF4 ,CsF,KF,NaF,LiF,CeF,AlF3等の金属弗化物のいずれか1種以上を添加する場合がある。さらにAl,Si,Cu,Zn,Mnのいずれか1種以上の金属粉末を添加したものを用いることもできる。なおフラックスには、CsAlF4 ,CsF,KF,NaF,LiF,CeF,AlF3等の金属弗化物のいずれか1種以上を添加しなくてもよい。 For the purpose of removing the oxide film, the flux is mainly composed of KAlF-based metal fluoride, and one or more metal fluorides such as CsAlF 4 , CsF, KF, NaF, LiF, CeF, AlF 3 are added. There is a case. Furthermore, what added any 1 or more types of metal powder of Al, Si, Cu, Zn, and Mn can also be used. One or more metal fluorides such as CsAlF 4 , CsF, KF, NaF, LiF, CeF, and AlF 3 may not be added to the flux.
[製造方法の説明]
以下、本発明の異種材料溶接用ワイヤの製造方法の実施の形態及び該方法によって製造する異種材料溶接用ワイヤについて詳細に説明する。図1(A)は本発明の第1の製造方法を実施する製造装置の一部の概略を示す図であり、図1(B)は図1(A)の丸印で囲んだ部分Bの概略拡大断面図である。
[Description of manufacturing method]
Hereinafter, an embodiment of a method for manufacturing a wire for welding different materials of the present invention and a wire for welding different materials manufactured by the method will be described in detail. FIG. 1A is a diagram showing an outline of a part of a manufacturing apparatus for carrying out the first manufacturing method of the present invention. FIG. 1B is a view of a portion B surrounded by a circle in FIG. It is a general | schematic expanded sectional view.
フラックスの乾燥コーティング層を含む異種材料溶接用ワイヤの製造方法(第1の方法発明の実施の形態)について説明する。まず、図示しない金属板送出コイルから送り出されたアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる細長い金属外皮材料101は、第1次成形ロール装置102により、幅方向の断面が円弧状になるように成形される。図示しないワイヤ送出コイルから送り出されたアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる導電性心線材201がガイドローラ202及び203を介してコーティング装置204へ送給される。コーティング装置204では、図1(B)に示すように一対のフェルトF1及びF2の間を通過する導電性心線材201にフラックスペーストが塗布される。フラックスペーストは、粉末のフラックス材料と溶媒[例えばエチルアルコール(C2H5OH)]の液状混合物である。フラックスペーストは、アプリケータ205からフェルトF1及びF2に供給される。フェルトF1及びF2の間を通過した導電性心線材201の外周面には、全体的にフラックスペーストが塗布されてコーティング層Cが形成される。コーティング層Cを備えたコーティング導電性心線材料206がガイドローラ207に到達する前に、図示しない乾燥装置により、コーティング層Cは一部に溶媒が残る程度まで(すなわちフラックスが脱落しない程度まで)乾燥される。この状態では、コーティング層が導電性心線材201から脱落することはない。なお、本実施の形態では、アプリケータ205を用いてコーティング導電性心線材料206を形成したが、フラックスペーストを溜めた浸漬槽内に導電性心線材201を浸漬して通過させることによりコーティング層を形成するようにしてもよい。 A method of manufacturing a wire for welding dissimilar materials including a dry coating layer of a flux (embodiment of the first method invention) will be described. First, an elongated metal skin material 101 made of aluminum or an aluminum alloy fed from a metal plate feed coil (not shown) is formed by a primary forming roll device 102 so that a cross section in the width direction becomes an arc shape. A conductive core wire 201 made of aluminum or an aluminum alloy fed from a wire delivery coil (not shown) is fed to the coating device 204 via guide rollers 202 and 203. In the coating apparatus 204, a flux paste is applied to the conductive core wire 201 that passes between the pair of felts F1 and F2, as shown in FIG. The flux paste is a liquid mixture of a powder flux material and a solvent [for example, ethyl alcohol (C 2 H 5 OH)]. The flux paste is supplied from the applicator 205 to the felts F1 and F2. On the outer peripheral surface of the conductive core wire 201 that has passed between the felts F1 and F2, a flux paste is applied as a whole to form a coating layer C. Before the coated conductive core material 206 provided with the coating layer C reaches the guide roller 207, the coating layer C is partially left with a solvent (that is, the flux does not fall off) by a drying device (not shown). Dried. In this state, the coating layer does not fall off the conductive core wire 201. In the present embodiment, the coated conductive core material 206 is formed using the applicator 205, but the coating layer is formed by immersing and passing the conductive core material 201 into the immersion tank in which the flux paste is stored. May be formed.
次に、円弧状の金属外皮材料103で囲まれた領域内にコーティング導電性心線材料206が挿入されて、コーティング導電性心線材料206と金属外皮材料103とを合流させる。最終線径が標準寸法である1.2mmの場合、線引き工程後に得られるワイヤの断面積に対する導電性心線の断面積の割合が10〜40%になるように、金属外皮材料101と導電性心線材201の材質、寸法が選択されている。次に、第2次成形ロール装置301により、金属外皮材料103の合わせ目の間隔寸法を減少させるように、金属外皮材料103を成形して、コーティング導電性心線材料206の外周を管状の金属外皮材料で囲んで、線引き用ワイヤ208を形成する。この後、線引き用ワイヤ208は、公知の線引き装置を用いて線引きを行う。線引きを行う際には、コーティング層中の溶媒は、殆ど無くなっており、コーティング層は乾燥コーティング層となっている。線引き作業では、ワイヤの断面積を段階的に減少させ、乾燥コーティング層のフラックスの粉末を加圧により高密度化して所定の線径に加工し、その後乾燥を経て完成する。なお、上記製造工程は適宜分断できる。 Next, the coating conductive core material 206 is inserted into a region surrounded by the arc-shaped metal sheath material 103, and the coating conductive core material 206 and the metal sheath material 103 are merged. When the final wire diameter is 1.2 mm which is the standard dimension, the metal sheath material 101 and the conductive material are conductive so that the ratio of the cross-sectional area of the conductive core wire to the cross-sectional area of the wire obtained after the drawing process is 10 to 40%. The material and dimensions of the core wire 201 are selected. Next, the metal forming material 103 is formed by the secondary forming roll device 301 so as to reduce the distance between the joints of the metal covering material 103, and the outer periphery of the coated conductive core material 206 is formed into a tubular metal. A wire 208 for drawing is formed by enclosing it with a skin material. Thereafter, the drawing wire 208 is drawn using a known drawing device. When drawing, almost no solvent is present in the coating layer, and the coating layer is a dry coating layer. In the wire drawing operation, the cross-sectional area of the wire is gradually reduced, the powder powder of the dry coating layer is densified by pressurization, processed to a predetermined wire diameter, and then dried to complete. In addition, the said manufacturing process can be divided | segmented suitably.
図2(A)は図1(A)の装置を用いて製造した線引き用ワイヤを線引きして製造した異種材料溶接用ワイヤの断面の一例を示す写真である。図2(B)は、特許文献4に示された従来の製造方法を用いて、粉末のフラックスを金属外皮と導電性心線との間に充填して製造した線引き用ワイヤを線引きして製造した異種材料溶接用ワイヤの断面の一例を示す写真である。図2(A)及び(B)のいずれの場合もフラックスの充填率は、ワイヤ全体の質量に対して約4.7質量%の場合である。図2(A)に示す本実施の形態で製造した異種材料溶接用ワイヤ1は、金属外皮3と導電性心線5との間に乾燥コーティング層からなるフラックスの層7を備えている。図2(B)には、図2(A)の構成と同様の部分に図1に付した符号にダッシュを付した符号を付してある。図2(B)の従来法を用いて製造したワイヤの断面を見ると判るように、フラックスの充填率が小さくなると、フラックスが管状の金属外皮3´と導電性心線5´との間に存在するフラックスの層7´には、存在量に局所的な偏りが生じている。これに対して、本実施の形態の方法で製造した図2(A)に示すワイヤのように、乾燥コーティング層の形で、フラックスの層7が設けられると、ワイヤの周方向全体にわたって少ない量のフラックスを大きな偏りなく配置することができている。 FIG. 2A is a photograph showing an example of a cross section of a wire for welding dissimilar materials manufactured by drawing a wire for drawing manufactured using the apparatus of FIG. FIG. 2 (B) is manufactured by drawing a wire for drawing manufactured by filling a powder flux between a metal sheath and a conductive core wire using the conventional manufacturing method shown in Patent Document 4. It is the photograph which shows an example of the cross section of the wire for welding dissimilar materials. 2A and 2B, the flux filling rate is about 4.7% by mass with respect to the mass of the entire wire. A dissimilar material welding wire 1 manufactured in the present embodiment shown in FIG. 2A includes a flux layer 7 formed of a dry coating layer between a metal sheath 3 and a conductive core wire 5. In FIG. 2 (B), the same reference numerals as those shown in FIG. As can be seen from the cross section of the wire manufactured using the conventional method of FIG. 2B, when the flux filling rate is reduced, the flux is placed between the tubular metal sheath 3 'and the conductive core wire 5'. The existing flux layer 7 ′ has a local bias in the abundance. On the other hand, when the flux layer 7 is provided in the form of a dry coating layer like the wire shown in FIG. 2A manufactured by the method of the present embodiment, a small amount over the entire circumferential direction of the wire. The flux can be arranged without a large deviation.
図3(A)は、本発明の第2の製造方法を実施する製造装置の一部の概略を示す図であり、図3(B)は図3(A)の丸印で囲んだ部分Bの概略拡大断面図である。図3(A)及び(B)においては、図1(A)及び(B)に示した部材と同じ部材には、図1(A)及び(B)に付した符号と同じ符号を付してある。図1(A)の製造装置と比べて、図3(A)の製造装置では、長手方向と直交する横断面形状が円弧状を呈する金属外皮材料103の内表面にフラックスの材料と溶媒とを混練したフラックスペーストを塗布してコーティング層Cを備えたコーティング金属外皮材料104を形成する。次に、コーティング金属外皮材料104の内部に導電性心線を形成するための導電性心線材料201を配置した状態で、コーティング金属外皮材料104を第2次成形ロール装置301により成形して、導電性心線材料の外側に管状の金属外皮材料を形成することにより線引き用ワイヤ208を形成する。なお第2の製造方法でも、コーティング層Cは、第2次成形ロール装置301に入る手前までには一部に溶媒が残る程度、すなわちフラックスが金属外皮材料の内面から脱落しない程度まで、図示しない乾燥装置によって乾燥されている。第2の製造方法を用いても、第1の製造方法と同様に、乾燥コーティング層の形で、フラックスの層7が設けられるため、ワイヤの周方向全体にわたって少ない量のフラックスを大きな偏りなく配置することができる。 FIG. 3 (A) is a diagram showing an outline of a part of a manufacturing apparatus for carrying out the second manufacturing method of the present invention, and FIG. 3 (B) is a portion B surrounded by a circle in FIG. 3 (A). FIG. 3A and 3B, the same members as those shown in FIGS. 1A and 1B are denoted by the same reference numerals as those shown in FIGS. 1A and 1B. It is. Compared with the manufacturing apparatus of FIG. 1 (A), in the manufacturing apparatus of FIG. 3 (A), a flux material and a solvent are applied to the inner surface of the metal skin material 103 whose cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction has an arc shape. The kneaded flux paste is applied to form the coated metal skin material 104 having the coating layer C. Next, in a state where the conductive core wire material 201 for forming the conductive core wire is disposed inside the coating metal shell material 104, the coating metal shell material 104 is formed by the secondary forming roll device 301, The wire for drawing 208 is formed by forming a tubular metal sheath material outside the conductive core material. Even in the second manufacturing method, the coating layer C is not shown to the extent that the solvent remains in part before entering the secondary forming roll device 301, that is, the flux does not fall off the inner surface of the metal skin material. It is dried by a drying device. Even when the second manufacturing method is used, the flux layer 7 is provided in the form of a dry coating layer as in the first manufacturing method, so that a small amount of flux is arranged without a large deviation over the entire circumferential direction of the wire. can do.
[本実施の形態の異種材料溶接用ワイヤ]
上記の製造方法によって製造した本実施の形態の異種材料溶接用ワイヤは、Fe系被溶接材とAl系被溶接材とを溶接するための異種材料溶接用ワイヤである。本実施の形態の異種材料溶接用ワイヤ1は、図4に示す模擬横断面(ワイヤの長手方向と直交する方向に切断した断面)に示されるように、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる管状の金属外皮3内に、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる導電性心線5が配置され、金属外皮3と導電性心線5との間に、被溶接材料の表面から酸化皮膜を除去する機能を少なくとも有し且つ溶融金属の合金元素としての金属粉を含むフラックスの層7もしくは金属粉を含まない金属弗化物のフラックスの層7が、乾燥コーティング層の形で存在している。そして本実施の形態の異種材料溶接用ワイヤ1の外径寸法は1.0〜2.0mmである。この寸法は、既存の溶接機で使用する溶接用ワイヤの一般的な線径寸法である。またフラックス充填率は、異種材料溶接用ワイヤ1全体の質量に対して0.2〜4.9質量%である。
[Dissimilar material welding wire of this embodiment]
The dissimilar material welding wire of the present embodiment manufactured by the above manufacturing method is a dissimilar material welding wire for welding an Fe-based welded material and an Al-based welded material. The dissimilar material welding wire 1 of the present embodiment has a tubular metal sheath made of aluminum or an aluminum alloy, as shown in a simulated cross section (cross section cut in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the wire) shown in FIG. 3, a conductive core wire 5 made of aluminum or an aluminum alloy is disposed, and has at least a function of removing an oxide film from the surface of the material to be welded between the metal sheath 3 and the conductive core wire 5. A flux layer 7 containing metal powder as an alloying element of molten metal or a metal fluoride flux layer 7 containing no metal powder is present in the form of a dry coating layer. And the outer diameter dimension of the wire 1 for dissimilar material welding of this Embodiment is 1.0-2.0 mm. This dimension is a general wire diameter dimension of a welding wire used in an existing welding machine. Moreover, a flux filling rate is 0.2-4.9 mass% with respect to the mass of the whole wire 1 for different material welding.
本実施の形態のワイヤ1で使用する、金属弗化物フラックスのように、粒子が微細で流動性に劣る僅かなフラックス7を、特許文献1に記載の従来の溶接用ワイヤのように、金属外皮の中に包む構造を採用すると、僅かな量のフラックスをワイヤの長手方向及び周方向に大きなバラツキなく存在させることができない。そこで本実施の形態では、僅かな量のフラックスをワイヤ1の内部に乾燥コーティング層の形で存在させたので、管状の金属外皮3と導電性心線5との間にフラックスの層7が長手方向及び周方向に大きなバラツキなく存在する。 A small amount of flux 7 having fine particles and inferior fluidity, such as a metal fluoride flux, used in the wire 1 of the present embodiment is used as a metal sheath as in the conventional welding wire described in Patent Document 1. If a structure wrapped in a wire is adopted, a small amount of flux cannot be present in the longitudinal direction and the circumferential direction of the wire without great variation. Therefore, in this embodiment, since a small amount of flux is present in the form of a dry coating layer inside the wire 1, the flux layer 7 is elongated between the tubular metal sheath 3 and the conductive core wire 5. There is no great variation in the direction and circumferential direction.
(フラックスの種類)
アルミニウム又はアルミニウム合金の接合において、母材表面のアルミニウム酸化皮膜は、溶融金属の流れ、広がりを阻害するため除去する必要がある。このため、フラックスにて、母材表面の酸化皮膜を除去する。特にアルカリ金属弗化物のフラックスは、母材表面のアルミニウム酸化皮膜を溶融アルカリにて溶かし、表面を活性にして溶融金属との濡れを容易にする作用がある。
(Flux type)
In joining aluminum or an aluminum alloy, the aluminum oxide film on the surface of the base material needs to be removed to inhibit the flow and spread of the molten metal. For this reason, the oxide film on the surface of the base material is removed by flux. In particular, the flux of alkali metal fluoride has the effect of dissolving the aluminum oxide film on the surface of the base material with molten alkali to activate the surface and facilitate wetting with the molten metal.
本実施の形態で使用するフラックスとしては、例えば、KAlF系金属弗化物、CsAlF4,AlF3,CsF,NaF,KF,LiF,CeF等の金属系弗化物のいずれか1種以上を含有するフラックス、またはそれらのフラックスにAl,Si,Cu,Zn,Mnのいずれか1種以上の金属粉末を添加させたものを用いることができる。 As the flux used in the present embodiment, for example, a flux containing any one or more of metal fluorides such as KAlF metal fluoride, CsAlF 4 , AlF 3 , CsF, NaF, KF, LiF, and CeF. Alternatively, a flux obtained by adding at least one metal powder of Al, Si, Cu, Zn, and Mn to those fluxes can be used.
特に好ましい本実施の形態では、良好な濡れ性を持たせ、かつブローホールを低減する目的で、ミグ溶接においては、フラックスとして、KAlF系金属弗化物を主成分とし、AlF3,CsF,LiF,NaF,CeF等の金属弗化物を1種以上含有させたフラックスを用いるのが好ましい。また、レーザー溶接においては、フラックスとして、KAlF系金属弗化物を主成分とし、かつCsAlF4を必須成分とし、NaF,KF等の金属弗化物を1種以上添加させたフラックスを用いるのが好ましい。 In this particularly preferred embodiment, for the purpose of giving good wettability and reducing blowholes, in MIG welding, as a flux, KAlF-based metal fluoride is used as a main component, and AlF 3 , CsF, LiF, It is preferable to use a flux containing one or more metal fluorides such as NaF and CeF. In laser welding, it is preferable to use a flux containing KAlF metal fluoride as a main component, CsAlF 4 as an essential component, and one or more metal fluorides such as NaF and KF added.
(実施例と比較例)
以下、本発明の異種材料溶接用ワイヤの実施例と比較例を用いて溶接試験を実施した結果を説明する。図5に示した表1には、乾燥コーティング層をフラックスの層として備えた、本発明の異種材料溶接用ワイヤの実施例1〜20の構造、金属外皮、導電性心線の種類、固相線温度差、フラックス充填率、フラックス供給方法、内包フラックスの種類を表示した。また表1には、本発明の効果を比較確認するために乾燥コーティング層を用いてフラックス充填率を多くした比較例1と、乾燥コーティング層を用いずに粉状のフラックスを充填した比較例2と、フラックスコアードワイヤの比較例3〜5の構造、金属外皮、導電性心線の種類、固相線温度差、フラックス充填率、フラックス供給方法、内包フラックスの種類を示した。以下の実施例1〜20及び比較例1においては、異種材料溶接用ワイヤ1の外径寸法は1.2mmまたは1.6mmとし、金属外皮3の内径寸法及び導電性心線5の外径寸法を変え且つ乾燥コーティング層としてフラックスを充填することにより、金属外皮3と導電性心線5との間に形成される僅かの隙間の寸法を変えることにより、フラックス充填率を変えている。比較例3〜5については、特許文献1及び2に示すワイヤと同様に、導電性心線を用いることなく金属外皮の内部に粉状のフラックスだけを充填している。
(Examples and comparative examples)
Hereinafter, the result of having carried out the welding test using the Example and comparative example of the wire for dissimilar materials welding of this invention is demonstrated. Table 1 shown in FIG. 5 shows the structure of Examples 1 to 20 of the welding wires for different materials according to the present invention including a dry coating layer as a flux layer, the metal sheath, the type of the conductive core wire, and the solid phase. The line temperature difference, flux filling rate, flux supply method, and type of inclusion flux are displayed. Table 1 also shows Comparative Example 1 in which the flux filling rate was increased using a dry coating layer to compare and confirm the effects of the present invention, and Comparative Example 2 in which powdery flux was filled without using a dry coating layer. And the structure of the comparative examples 3-5 of a flux cored wire, the metal shell, the kind of electroconductive core wire, the solidus temperature difference, the flux filling rate, the flux supply method, and the kind of inclusion flux were shown. In the following Examples 1 to 20 and Comparative Example 1, the outer diameter of the wire for welding different materials 1 is 1.2 mm or 1.6 mm, the inner diameter of the metal sheath 3 and the outer diameter of the conductive core wire 5. The flux filling rate is changed by changing the size of the slight gap formed between the metal sheath 3 and the conductive core wire 5 by changing the flux and filling the flux as a dry coating layer. About Comparative Examples 3-5, like the wire shown to patent documents 1 and 2, only the powdery flux is filled into the inside of a metal shell, without using a conductive core wire.
図5に示した表1において、各行には、実施例1〜20及び比較例1〜5の異種材料溶接用ワイヤの構造、金属外皮、導電性心線の種類、固相線温度差、フラックス充填率、フラックス供給方法、内包フラックスの種類を示してある。実施例1〜19の異種材料溶接用ワイヤは、いずれも、金属外皮より導電性心線の固相線温度が低くなるよう金属外皮にアルミニウム、導電性心線にAl−Si系合金を使用し、実施例20は、金属外皮及び導電性心線にアルミニウムを使用し、金属外皮と導電性心線の間に乾燥コーティング層としてフラックスを存在させている。なお、実施例19は、導電性心線にCuメッキを施した心線を用いたため、フラックス中への金属粉末は無添加である。 In Table 1 shown in FIG. 5, each row includes the structure of the different material welding wires of Examples 1 to 20 and Comparative Examples 1 to 5, the metal sheath, the type of the conductive core wire, the solidus temperature difference, the flux The filling rate, the flux supply method, and the type of inclusion flux are shown. Each of the wires for welding dissimilar materials of Examples 1 to 19 uses aluminum for the metal sheath and an Al-Si alloy for the conductive core so that the solidus temperature of the conductive core is lower than that of the metal sheath. In Example 20, aluminum is used for the metal sheath and the conductive core, and a flux is present as a dry coating layer between the metal sheath and the conductive core. In Example 19, since the core wire obtained by applying Cu plating to the conductive core wire was used, no metal powder was added to the flux.
また、実施例1〜20の異種材料溶接用ワイヤで使用しているフラックスは、いずれも、KAlF系,CsAlF4,AlF3,CsF,NaF,KF,LiF,CeF等の金属弗化物フラックスの中でいずれか1種以上のフラックスにAl,Si,Cu,Mn,Znのいずれか1種以上の金属粉末を添加したものか、または金属粉末が無添加のものである。そして実施例1〜18の溶接ワイヤでは、導電性心線の化学成分として、Siを含有した上で、さらにCu,Mn及びZnからなる3種の合金元素の中から少なくとも1種の元素をフラックスが含有し、残部がAl及び不可避不純物からなる。 In addition, the fluxes used in the welding wires for different materials in Examples 1 to 20 are all metal fluoride fluxes such as KAlF, CsAlF 4 , AlF 3 , CsF, NaF, KF, LiF, and CeF. In any one or more fluxes, one or more metal powders of Al, Si, Cu, Mn, and Zn are added, or no metal powder is added. In the welding wires of Examples 1 to 18, after containing Si as a chemical component of the conductive core wire, at least one element out of three alloy elements composed of Cu, Mn and Zn is fluxed. And the balance consists of Al and inevitable impurities.
(溶接用ワイヤの化学成分)
以下溶接用ワイヤに含まれる化学成分について説明する。
(Chemical composition of welding wire)
Hereinafter, chemical components contained in the welding wire will be described.
Si:アルミニウム又はアルミニウム合金と鋼材の接合において、Siは鋼材側の接合界面にFeSiAl系の層を薄く形成し、FeとAlの相互拡散を抑えるため、FeAlからなる脆い金属間化合物(IMC)の生成抑制に効果的であり、継手強度の向上に大きく寄与する。また、濡れ性を向上させ、ビードのなじみ性、 形状を向上させる。ただし、添加量が少ない場合は充分な効果が得られず、添加量が多い場合は、鋼材側接合界面のFeSiAl系の層の形態が変化し、FeとAlの相互拡散抑制効果が薄れ、FeAl系の脆いIMCが成長し、継手強度を低下させるため、適正量を含有する。 Si: In joining aluminum or aluminum alloy and steel, Si forms a thin FeSiAl layer at the joining interface on the steel side and suppresses interdiffusion of Fe and Al. Therefore, a brittle intermetallic compound (IMC) made of FeAl is used. It is effective for suppressing generation and greatly contributes to improvement of joint strength. It also improves wettability and improves the conformability and shape of the bead. However, when the addition amount is small, a sufficient effect cannot be obtained. When the addition amount is large, the form of the FeSiAl-based layer at the steel-side joint interface changes, and the effect of suppressing mutual diffusion between Fe and Al is reduced. Since the brittle IMC of the system grows and decreases the joint strength, it contains an appropriate amount.
Cu:Cuはマトリックスに固溶し強度向上に寄与する。また、固溶限以上のCuを添加した場合、析出強化により強度向上に寄与する。ただし、添加量が少ない場合は充分な効果が得られず、添加量が多い場合は、溶接割れ感受性を著しく高め、CuAl系金属間化合物の増加によるじん性低下を生じ、さらにアルミニウム又はアルミニウム合金と鋼材の接合においては、鋼材側接合界面のFeAl系金属間化合物の生成を助長するため、適正量を含有する。 Cu: Cu dissolves in the matrix and contributes to strength improvement. Moreover, when Cu more than a solid solubility limit is added, it contributes to strength improvement by precipitation strengthening. However, when the addition amount is small, a sufficient effect cannot be obtained, and when the addition amount is large, the weld cracking sensitivity is remarkably increased, resulting in a decrease in toughness due to an increase in CuAl-based intermetallic compounds. In joining steel materials, an appropriate amount is contained to promote the formation of FeAl-based intermetallic compounds at the steel material-side joining interface.
Mn:Mnはマトリックスに固溶し強度向上に寄与する。ただし、添加量が多い場合は、結晶粒粗大化、粗大金属間化合物生成による強度及びじん性低下を生じるため、適正量を含有する。 Mn: Mn dissolves in the matrix and contributes to strength improvement. However, when the addition amount is large, the strength and toughness decrease due to the coarsening of crystal grains and the generation of coarse intermetallic compounds, so an appropriate amount is contained.
Zn:Znはビードのなじみ性向上、さらにアルミニウム又はアルミニウム合金と鋼材の接合において、鋼材側接合界面のFeAl系IMC生成抑制に寄与し継手強度を向上させるが、添加量が多い場合は、溶接金属のブローホールを増加させ継手強度を低下させるとともに、溶接時のヒューム発生量を増加させるため、適正量を含有する。 Zn: Zn improves the conformability of the bead, and further contributes to suppressing the formation of FeAl-based IMC at the steel-side joint interface in the joining of aluminum or an aluminum alloy to a steel material, but improves the joint strength. In order to reduce the joint strength by increasing the number of blowholes, and to increase the amount of fumes generated during welding, an appropriate amount is contained.
(評価結果)
図6に示した表2には、表1に示した実施例1〜20及び比較例1〜5の異種材料溶接用ワイヤを用いた評価試験の評価結果が示されている。評価試験では、継手形状、母材組合せ(アルミニウム合金と炭素鋼及びステンレス鋼の組合せ)及び接合方法の相違に応じて、ミグ溶接及びレーザー溶接にて1パスで作製した際のミグ溶接におけるアークの安定性、レーザー溶接における溶融状態、スパッタ発生状態、作製された試験体についてのビード形状、溶接金属部の割れの有無、引張試験における破断荷重、鋼材側界面(炭素鋼及びステンレス鋼側界面)の金属間化合物(IMC)層の厚さの確認試験を行った。なお継手の試験片としては、1パスで作製したフレア溶接継手の試験片[図7(A)]、重ね溶接継手の試験片[図7(B)]または突合せ溶接継手の試験片[図7(C)]のいずれかを用いた。
(Evaluation results)
Table 2 shown in FIG. 6 shows the evaluation results of the evaluation tests using the different material welding wires of Examples 1 to 20 and Comparative Examples 1 to 5 shown in Table 1. In the evaluation test, depending on the joint shape, base material combination (combination of aluminum alloy and carbon steel and stainless steel) and the joining method, the arc of MIG welding when produced in one pass by MIG welding and laser welding. Stability, molten state in laser welding, spatter generation state, bead shape of the prepared specimen, presence or absence of cracks in weld metal part, breaking load in tensile test, steel material side interface (carbon steel and stainless steel side interface) A confirmation test of the thickness of the intermetallic compound (IMC) layer was performed. As a joint test piece, a flare welded joint test piece produced in one pass [FIG. 7A], a lap weld joint test piece [FIG. 7B], or a butt weld joint test piece [FIG. 7]. (C)] was used.
また、図7(A)のフレア溶接継手の試験片は、アルミニウム合金A6061(JIS H 4000)と電気亜鉛メッキ鋼板(JIS G 3313、SECCT)又はアルミニウム合金A6022と合金化溶融亜鉛メッキ鋼板(GA270MPa)の組合せとした。板厚は、アルミニウム合金は1.2または1.5mm、亜鉛メッキ鋼板は0.8mmとした。 Moreover, the test piece of the flare welded joint of FIG. 7 (A) is an aluminum alloy A6061 (JIS H 4000) and an electrogalvanized steel sheet (JIS G 3313, SECCT) or an aluminum alloy A6022 and an alloyed hot-dip galvanized steel sheet (GA270 MPa). It was set as the combination. The plate thickness was 1.2 or 1.5 mm for an aluminum alloy and 0.8 mm for a galvanized steel plate.
図7(B)の重ね溶接継手の試験片は、アルミニウム合金A5052、A6061,A7N01(JIS H 4000)と炭素鋼板(JIS G 3141,SPCCT及びJIS G 3135,SPFC590)又は溶融亜鉛メッキ鋼板(GI270MPa)及び980MPa級鋼板の組合せとした。板厚は、アルミニウム合金は1.2または2.0mm、炭素鋼板は0.8または1.0mmとした。 The test pieces of the lap weld joint of FIG. 7B are aluminum alloys A5052, A6061, A7N01 (JIS H 4000) and carbon steel plate (JIS G 3141, SPCCT and JIS G 3135, SPFC590) or hot dip galvanized steel plate (GI 270 MPa). And a 980 MPa grade steel plate. The plate thickness was 1.2 or 2.0 mm for an aluminum alloy and 0.8 or 1.0 mm for a carbon steel plate.
図7(C)に示した突合せ溶接継手の試験片は、アルミニウム合金A6061(JIS H 4000)と1200MPa級鋼板又はSUS304(JIS G 4305)の組合せとし、板厚は、アルミニウム合金は1.0mm、1200MPa級鋼板及びSUS304は1.6mmとした。なお、裏板は炭素鋼板(JIS G 3141,SPCCT)とし、板厚は1.2mmとした。 The test piece of the butt weld joint shown in FIG. 7C is a combination of an aluminum alloy A6061 (JIS H 4000) and a 1200 MPa class steel plate or SUS304 (JIS G 4305), and the thickness of the aluminum alloy is 1.0 mm. The 1200 MPa grade steel plate and SUS304 were 1.6 mm. The back plate was a carbon steel plate (JIS G 3141, SPCCT), and the plate thickness was 1.2 mm.
(溶接条件)
ミグ溶接では、径1.2mmの異種材料溶接用ワイヤを用い、下向姿勢により交流パルス溶接又は直流パルス溶接にて、電流65〜122A、電圧12.0〜16.2V、溶接速度600〜2000mm/minの条件で行った。一方、レーザー溶接は、径1.2及び1.6mmの異種材料溶接用ワイヤを用い、下向姿勢によりファイバーレーザーにて、レーザー出力2〜4kW、溶接速度500〜1000mm/minの条件で行った。各実施例及び比較例において実際に採用した試験条件は、上記の範囲の中から最良の条件を選択した。また、いずれの溶接方法もシールドガスとしてアルゴンを使用した。
(Welding conditions)
In MIG welding, dissimilar material welding wire with a diameter of 1.2 mm is used, and AC pulse welding or DC pulse welding is used in a downward posture, current 65 to 122 A, voltage 12.0 to 16.2 V, welding speed 600 to 2000 mm. / Min. On the other hand, laser welding was performed using dissimilar material welding wires having diameters of 1.2 and 1.6 mm with a fiber laser in a downward posture under conditions of a laser output of 2 to 4 kW and a welding speed of 500 to 1000 mm / min. . The test conditions actually employed in each example and comparative example were selected as the best conditions from the above range. Moreover, argon was used as a shielding gas in any welding method.
(ミグ溶接におけるアーク安定性)
ミグ溶接におけるアーク安定性の評価では、主にアーク移行形態、アーク長の変動有無、アークの集中性(片側母材へのアーク片寄り有無)を確認し、アーク長の変動がなく、アークの集中性が良好で安定したスプレー移行のアークが得られた場合を○(良好)とし、いずれか1つでも劣る場合について、程度により△(許容範囲)又は×(不良)とした。
(Arc stability in MIG welding)
In the evaluation of arc stability in MIG welding, mainly the arc transfer mode, the presence or absence of fluctuations in arc length, and the concentration of arc (presence or absence of deviation of arc on one side base metal) were confirmed. A case where a concentrating and stable spray transfer arc was obtained was evaluated as ◯ (good), and when any one of the arcs was inferior, Δ (tolerable range) or x (defective) depending on the degree.
(レーザー溶接における溶融状態)
レーザー溶接における溶融状態の評価では、レーザー照射下の異種材料溶接用ワイヤの溶融状況を高速度カメラにて観察し、金属外皮、導電性心線、フラックスが正常に溶融し溶融池を形成している場合を○(良好)とし、いずれかが未溶融の状態で溶融池に供給されている場合又は安定した溶融池が形成されない場合について、程度により△(許容範囲)又は×(不良)とした。
(Molten state in laser welding)
In the evaluation of the melting state in laser welding, the melting state of the welding wire for different materials under laser irradiation is observed with a high-speed camera, and the metal shell, conductive core wire, and flux are normally melted to form a molten pool. ◯ (good), if any of them is supplied to the molten pool in an unmelted state, or a stable molten pool is not formed, △ (tolerable range) or × (bad) depending on the degree .
(スパッタの発生状態)
スパッタ発生状態の評価では、目視による溶接時のスパッタ発生状態の観察及び溶接後の試験片表面へのスパッタの付着状況を観察し、スパッタ発生がほとんどなく、付着もないものを〇(良好)とし、発生は若干あるが、除去出来る程度のものを△(許容範囲)とし、発生が多く付着が多いものを×(不良)とした。
(Spatter generation state)
When evaluating the spatter generation state, visually observe the spatter generation state during welding and observe the spatter adherence to the surface of the test specimen after welding. Although the occurrence is slight, the extent that can be removed is indicated by Δ (allowable range), and the occurrence is high and the adherence is indicated by × (defect).
(ビード形状)
ミグ及びレーザー溶接にて作製した継手のビード形状の評価では、目視により継手表面のビード形状を確認するとともに、溶接ビードの断面形状についても光学顕微鏡を用いて約15倍に拡大し観察した。なお、光学顕微鏡観察用試料は、継手から切り出した溶接継手断面を樹脂に埋め込んでバフ研磨仕上げを施した。
(Bead shape)
In the evaluation of the bead shape of the joint produced by MIG and laser welding, the bead shape on the surface of the joint was confirmed by visual observation, and the cross-sectional shape of the weld bead was also enlarged and observed about 15 times using an optical microscope. In addition, the sample for optical microscope observation performed the buffing finishing by embedding the cross section of the welded joint cut out from the joint in resin.
継手表面のビード形状については、全長に渡り均一なビード幅で融合不良がなく、過剰溶け込みがないことが好ましく、溶接ビードの断面形状については、アルミニウム合金母材及び炭素鋼及びステンレス鋼板の表面にビードが広がりフランク角が大きく、炭素鋼及びステンレス鋼板側はブレージングにて接合されており、アルミニウム合金側では過剰溶け込み、アンダーカットがないことが好ましい。これらの条件を全て満たす場合を◎(極めて良好)とし、一方、融合不良及びその他評価項目において著しい欠陥があったものを×(不良)とし、それ以外は程度により〇又は△とし、合格とした。 As for the bead shape of the joint surface, it is preferable that there is no fusion failure with a uniform bead width over the entire length, and there is no excessive penetration, and the cross-sectional shape of the weld bead is on the surface of the aluminum alloy base material, carbon steel and stainless steel plate. It is preferable that the bead spreads and the flank angle is large, the carbon steel and stainless steel plate sides are joined by brazing, and the aluminum alloy side is not excessively melted or undercut. A case where all of these conditions are met is marked as ◎ (very good), while a fusion defect and other evaluation items that have significant defects are marked as x (defective), and other than that, it is marked as ◯ or △ depending on the degree. .
(溶接金属部の割れ)
ミグ及びレーザー溶接にて作製した継手の溶接金属部の割れの評価では、溶接継手断面について光学顕微鏡を用いて約15〜400倍に拡大し溶接金属部の割れの有無を確認し、溶接金属部の割れがない場合を○(良好)、溶接金属部の割れが発生している場合を×(不良)とした。
(Crack of weld metal part)
In the evaluation of cracks in weld metal parts of joints produced by MIG and laser welding, the weld metal cross section was magnified about 15 to 400 times using an optical microscope, and the presence or absence of cracks in the weld metal parts was confirmed. The case where there was no crack was evaluated as ◯ (good), and the case where the weld metal part was cracked was rated as x (defective).
なお、光学顕微鏡観察用試料は、継手から切り出した溶接継手断面を樹脂に埋め込んでバフ研磨仕上げを施し、ノーエッチングの状態にて確認した。 In addition, the sample for optical microscope observation was confirmed by embedding the cross section of the welded joint cut out from the joint in a resin, buffing the finish, and performing no etching.
(引張試験)
ミグ及びレーザー溶接にて作製した継手の引張試験では、図7(A)〜(C)に示す溶接継手から溶接方向に直角に20mm幅の引張試験片を採取し、テンシロン万能材料試験機を使用し、アルミニウム合金母材及び炭素鋼及びステンレス鋼板に引張荷重を付加し、破断荷重を測定した。
(Tensile test)
In the tensile test of joints produced by MIG and laser welding, a tensile test piece with a width of 20 mm was taken from the welded joint shown in FIGS. 7A to 7C at right angles to the welding direction, and a Tensilon universal material testing machine was used Then, a tensile load was applied to the aluminum alloy base material, the carbon steel, and the stainless steel plate, and the breaking load was measured.
フレア溶接継手及び重ね溶接継手の引張試験評価は、測定した破断荷重が、亜鉛メッキ鋼板(JIS G 3313 SECCT)の引張強さ規定である270MPa以上を基準とし、フレア溶接継手及び重ね溶接継手から採取し加工した引張試験片の亜鉛メッキ鋼板の断面積が16mm2であることから、破断荷重として4320Nを超えれば○(良好)、超えなければ×(不良)と判断した。 Tensile test evaluations of flare welded joints and lap welded joints were taken from flare welded joints and lap welded joints based on a measured rupture load of 270 MPa or more, which is the tensile strength rule of galvanized steel sheet (JIS G 3313 SECCT). Since the cross-sectional area of the galvanized steel sheet of the tensile test piece thus processed was 16 mm 2 , it was judged as ◯ (good) if it exceeded 4320 N as the breaking load, and x (defect) if not exceeded.
また、突合せ溶接継手の引張試験評価は、測定した破断荷重が、アルミニウム合金(JIS H 4000 A6061P−T4)の引張強さ規定である205MPa以上を基準とし、突合せ溶接継手から採取し加工した引張試験片のアルミニウム合金の断面積が20mm2であることから、破断荷重として4100Nを超えれば○(良好)、超えなければ×(不良)と判断した。 In addition, the tensile test evaluation of the butt welded joint is a tensile test in which the measured rupture load is taken from the butt welded joint and processed based on the aluminum alloy (JIS H 4000 A6061P-T4) tensile strength regulation of 205 MPa or more. Since the cross-sectional area of the piece of aluminum alloy was 20 mm 2 , it was judged as ◯ (good) if the breaking load exceeded 4100 N, and x (bad) if not exceeded.
(IMC幅)
ミグ及びレーザー溶接にて作製した継手の金属間化合物(IMC)の評価では、溶接継手断面について光学顕微鏡を用いて約400倍に拡大し、炭素鋼及びステンレス鋼板側界面の全長に渡りIMC層の厚さを測定した。アルミニウム又はアルミニウム合金と鋼板の接合において、鋼板側界面に生成するFeAl系のIMC層は、継手強度を著しく低下させるため、層の厚さを低く抑えることが好ましく、最大幅が4μm以下の場合を良好(○)とし、5μm以上の場合を×(不良)とした。
(IMC width)
In the evaluation of the intermetallic compound (IMC) of the joint produced by MIG and laser welding, the cross section of the weld joint was magnified about 400 times using an optical microscope, The thickness was measured. In the joining of aluminum or aluminum alloy and steel sheet, the FeAl-based IMC layer generated at the steel sheet side interface significantly reduces the joint strength. Therefore, it is preferable to keep the layer thickness low, and the maximum width is 4 μm or less. The case of good (◯) and 5 μm or more was evaluated as x (defect).
(試験結果)
(結果説明:ミグアーク安定性/レーザー溶融状態/スパッタ発生状態)
図6の表2に示す各試験結果に基づいて、本実施の形態の効果を具体的に説明する。実施例1〜7,9,14〜18は、金属外皮にアルミニウム、導電性心線にAl−Si合金を用い、金属外皮よりも導電性心線の固相線温度が低い組合せとした。これらの実施例では、ミグ溶接において、65〜122Aの低電流域でも液柱(溶融柱)の不安定な挙動が抑制され、アーク長の変動がなく、アークの集中性が良好で安定したスプレー移行のアークが得られている。実施例20は、金属外皮及び導電性心線にアルミニウムを用い、両者の固相線温度に差がなかったため、ミグ溶接において、効果が得られず、アークの集中性がやや弱かった。
(Test results)
(Explanation of results: Mig-arc stability / Laser melting state / sputtering state)
Based on each test result shown in Table 2 of FIG. 6, the effect of this Embodiment is demonstrated concretely. In Examples 1 to 7, 9, and 14 to 18, aluminum was used for the metal sheath, and an Al—Si alloy was used for the conductive core, and the solidus temperature of the conductive core was lower than that of the metal sheath. In these examples, in MIG welding, the unstable behavior of the liquid column (molten column) is suppressed even in the low current range of 65 to 122 A, the arc length does not vary, the arc concentration is good, and the spray is stable. A transition arc has been obtained. In Example 20, aluminum was used for the metal sheath and the conductive core, and since there was no difference in the solidus temperature between them, no effect was obtained in MIG welding, and the arc concentration was slightly weak.
また、実施例8,10〜13,19は、本発明のフラックス充填率の規定範囲を満たしており、レーザー溶接を行っている。これらの実施例では、金属外皮、導電性心線、フラックスが正常に溶融し、濡れ性の良い健全な溶融池が形成されていた。 Moreover, Examples 8, 10-13, and 19 satisfy | fill the regulation range of the flux filling rate of this invention, and are performing laser welding. In these examples, the metal shell, the conductive core wire, and the flux were normally melted, and a healthy molten pool with good wettability was formed.
これに対し、比較例1,2は、いずれもフラックス充填率が5.1質量%と高く、本発明のフラックス充填率の規定範囲を満たしていない。比較例1は、乾燥コーティング層によりフラックスの層を形成したため溶融状態は安定していたが、スパッタ発生量が多くなった。また、比較例2は、粉末添加のため、溶融状態が悪く、スパッタ発生量も増加し健全な溶融池が形成されなかった。 On the other hand, Comparative Examples 1 and 2 each have a high flux filling rate of 5.1% by mass and do not satisfy the specified range of the flux filling rate of the present invention. In Comparative Example 1, since the flux layer was formed by the dry coating layer, the molten state was stable, but the amount of spatter was increased. In Comparative Example 2, since the powder was added, the molten state was poor, the amount of spatter was increased, and a healthy molten pool was not formed.
(結果説明:ビード形状)
ビード形状の評価結果において、実施例1〜7,9,14〜18は、ミグ溶接用であり、金属外皮よりも導電性心線の固相線温度が低い組合せである。そして、適正なフラックス充填率、フラックス供給方法、フラックスの種類、化学成分に調整されており、良好なビード形状が得られている。これらの中で、実施例1〜5,7,9,14,15,17,18はフラックス充填率が1.0〜1.8%の範囲内であることから、よりアーク安定性が増し、さらに良好なビードが形成されるという効果が得られている。また、実施例20は、金属外皮と導電性心線に固相線温度差がなく、ミグ溶接におけるアークの安定性にやや劣ったため、ビード幅がわずかに乱れた。
(Result explanation: Bead shape)
In the bead shape evaluation results, Examples 1 to 7, 9, and 14 to 18 are for MIG welding, and are combinations in which the solidus temperature of the conductive core wire is lower than that of the metal sheath. And it is adjusted to an appropriate flux filling rate, flux supply method, type of flux, and chemical composition, and a good bead shape is obtained. Among these, since Examples 1-5, 7, 9, 14, 15, 17, and 18 have a flux filling rate in the range of 1.0 to 1.8%, the arc stability is further increased. Furthermore, the effect that a favorable bead is formed is acquired. In Example 20, there was no solidus temperature difference between the metal sheath and the conductive core, and the arc stability in MIG welding was slightly inferior, so the bead width was slightly disturbed.
一方、実施例8,10〜13,19はレーザー溶接用であり、適正なフラックス充填率、フラックス供給方法、フラックスの種類、化学成分に調整されており、良好なビード形状が得られている。これらの中で、実施例11〜13,19はフラックス充填率が1.3〜4.4%の範囲内であることから、より溶融状態が安定し、さらになじみ性が向上し、良好なビードが形成されるという効果が得られている。 On the other hand, Examples 8, 10 to 13, and 19 are for laser welding, and are adjusted to an appropriate flux filling rate, a flux supply method, a kind of flux, and a chemical component, and a good bead shape is obtained. Among these, Examples 11 to 13 and 19 have a flux filling rate in the range of 1.3 to 4.4%. Therefore, the molten state is more stable, the conformability is further improved, and good beads are obtained. The effect that is formed is obtained.
これに対し、比較例3〜5は、本発明の多層断面ワイヤ[図2(A)または図4]ではなく、特許文献1及び2に示されるフラックスコアードワイヤであり、フラックスを粉末添加しており、かつ比較例4及び5はフラックス充填率が本発明の範囲を超えている。このため、比較例4及び5は、フラックスの影響が強くなり、アルミニウム母材側にアンダーカットが発生した。また、比較例3は、フレア継手において、アルミニウム合金側のほぼ全長に渡り過剰溶け込みによる溶け落ちが発生し、ビード形状が不合格となった。 In contrast, Comparative Examples 3 to 5 are not the multilayer cross-section wire of the present invention [FIG. 2 (A) or FIG. 4], but are flux cored wires shown in Patent Documents 1 and 2, and flux is added as a powder. In Comparative Examples 4 and 5, the flux filling rate exceeds the range of the present invention. For this reason, in Comparative Examples 4 and 5, the influence of the flux became strong, and an undercut occurred on the aluminum base material side. Further, in Comparative Example 3, in the flare joint, burn-out due to excessive melting occurred over almost the entire length on the aluminum alloy side, and the bead shape was rejected.
従来法を用いた比較例3〜5では、粉末の粒子が微細で流動性に劣る金属系弗化物を安定して供給することができなかった。しかし、実施例1〜20では、本発明ワイヤへのフラックス供給方法として、あらかじめフラックスペーストのフラックスコーティング層を形成した導電性心線もしくは金属外皮を用いることにより、0.2〜4.9%のフラックス充填率域にてバラツキなく供給することができるため、フラックスの効果が安定して得られ、より良好なビード形状が得られている。 In Comparative Examples 3 to 5 using the conventional method, metal fluorides having fine powder particles and poor fluidity could not be stably supplied. However, in Examples 1 to 20, 0.2 to 4.9% of the flux supply method to the wire of the present invention can be obtained by using a conductive core wire or a metal sheath in which a flux coating layer of a flux paste is formed in advance. Since the flux can be supplied without variation in the flux filling rate region, the effect of the flux is stably obtained, and a better bead shape is obtained.
(結果説明:溶接金属部の割れ)
溶接金属部の割れ確認結果において、実施例1〜20は本発明の範囲内のフラックス充填率、フラックス供給方法、フラックスの種類であり、Si,Cu,Mn,Znが適正量含有されており、残部がAlからなる組成を備えているため、析出物による過度なマトリックスの硬化もなく、溶接金属に割れは確認されなかった。
(Explanation of results: cracks in weld metal)
In the crack confirmation result of the weld metal part, Examples 1 to 20 are the flux filling rate, the flux supply method, and the type of flux within the scope of the present invention, and contain appropriate amounts of Si, Cu, Mn, and Zn. Since the balance was composed of Al, the matrix was not excessively hardened by precipitates, and no cracks were observed in the weld metal.
(結果説明:破断荷重, IMC幅)
継手の引張試験結果において、実施例1〜13、16〜20は、本発明の範囲内のフラックス充填率、フラックス供給方法、フラックスの種類であり、かつAl−Si−Cu系の化学組成であり、いずれもSiによるIMC生成抑制効果によりIMC層の厚さは4μm以下に抑制された上で、Cuの固溶強化及び析出強化により、充分な破断荷重が得られた。
(Result explanation: Breaking load, IMC width)
In the joint tensile test results, Examples 1 to 13 and 16 to 20 are the flux filling rate, the flux supply method, the type of the flux within the scope of the present invention, and the Al-Si-Cu based chemical composition. In both cases, the thickness of the IMC layer was suppressed to 4 μm or less due to the effect of suppressing the generation of IMC by Si, and a sufficient breaking load was obtained by solid solution strengthening and precipitation strengthening of Cu.
実施例14は、本発明の範囲内のフラックス充填率、フラックス供給方法、フラックスの種類であり、かつAl−Si−Mn系の化学組成であり、いずれもSiによるIMC生成抑制効果によりIMC層の厚さは4μm以下に抑制された上で、Mnの固溶強化及び析出強化により、充分な破断荷重が得られた。 Example 14 is a flux filling rate, a flux supply method, and a kind of flux within the scope of the present invention, and has an Al—Si—Mn-based chemical composition. A sufficient breaking load was obtained by solid solution strengthening and precipitation strengthening of Mn after the thickness was suppressed to 4 μm or less.
実施例15は、本発明の範囲内のフラックス充填率、フラックス供給方法、フラックスの種類であり、かつAl−Si−Zn系の化学組成であり、SiとZnによるIMC生成抑制効果によりIMC層の厚さは4μmに抑制された上で、Znの効果によりビードのなじみ性、溶け込み形状が向上しており、充分な破断荷重が得られた。 Example 15 is a flux filling rate, a flux supply method, and a type of flux within the scope of the present invention, and is an Al—Si—Zn-based chemical composition. While the thickness was suppressed to 4 μm, the conformability of the beads and the penetration shape were improved by the effect of Zn, and a sufficient breaking load was obtained.
比較例1及び2は、フラックス充填率がいずれも5.1質量%となり、本発明のフラックス充填率の規定範囲を満たしておらず、フラックスの影響が過剰となり、レーザー溶接において、深溶け込みとなり、アルミニウム合金側に溶け落ちが発生し、充分な破断荷重が得られなかった。また、溶接金属中のFe含有量が増加し、炭素鋼板側界面のIMC層の厚さが5μm以上となった。 In Comparative Examples 1 and 2, the flux filling rate is 5.1% by mass, does not satisfy the specified range of the flux filling rate of the present invention, the influence of the flux becomes excessive, and deep penetration occurs in laser welding. Melting-off occurred on the aluminum alloy side, and a sufficient breaking load could not be obtained. Further, the Fe content in the weld metal increased, and the thickness of the IMC layer at the carbon steel plate side interface became 5 μm or more.
比較例4,5は、フラックス充填率が5.9質量%、6.7質量%であり、かつ粉末添加であることから、本発明のフラックス充填率及びフラックス供給方法を満たしておらず、ミグ溶接においてアルミニウム合金側でアンダーカットが発生し、アンダーカット部より破断したため、充分な破断荷重が得られなかった。また、溶接金属中のFe含有量が増加し、炭素鋼及びステンレス鋼板側界面のIMC層の厚さが5μm以上となった。 In Comparative Examples 4 and 5, the flux filling rate is 5.9% by mass, 6.7% by mass, and the addition of powder does not satisfy the flux filling rate and the flux supply method of the present invention. In welding, an undercut occurred on the aluminum alloy side, and fractured from the undercut part, so that a sufficient breaking load could not be obtained. Further, the Fe content in the weld metal increased, and the thickness of the IMC layer at the carbon steel and stainless steel plate side interface became 5 μm or more.
比較例3は、粉末添加であり、本発明のフラックス供給方法を満たしておらず、フレア継手において、アルミニウム合金側のほぼ全長に渡り過剰溶け込みによる溶け落ちが発生し、充分な破断荷重が得られなかった。 Comparative Example 3 is a powder addition, does not satisfy the flux supply method of the present invention, and in the flare joint, burn-out due to excessive melting occurs over almost the entire length on the aluminum alloy side, and a sufficient breaking load is obtained. There wasn't.
一般的にろう付けでは、あらかじめフラックスを母材の表面に塗布し、溶融フラックスが母材表面の酸化皮膜を除去する。その後、溶融金属がその上に流れ界面が接合される。しかし比較例3〜5の従来構造のフラックスコアードワイヤでろう付けした場合、フラックスがワイヤの中心部に配置されているため、フラックスが溶けにくく、ろう付け本来の効果が得られ難い。これに対し、フラックスがワイヤ表面近くに配置された本発明の実施例1〜20の多層断面構造ワイヤでは、フラックスの溶け出す時機が早く、ろう付け本来の効果が得られやすい。 Generally, in brazing, a flux is applied to the surface of a base material in advance, and the molten flux removes an oxide film on the surface of the base material. The molten metal then flows over it and joins the interface. However, when brazing with the flux cored wires having the conventional structures of Comparative Examples 3 to 5, the flux is arranged at the center of the wire, so that the flux is hardly melted and the original effect of brazing is difficult to obtain. On the other hand, in the multilayer cross-section structure wires of Examples 1 to 20 of the present invention in which the flux is arranged near the surface of the wire, the time when the flux melts out is fast, and the original effect of brazing is easily obtained.
以上より、本発明の異種材料溶接用ワイヤは、乾燥コーティング層からなるフラックスの層を備えていることにより、ミグ及びレーザー溶接によるFe系被溶接材とAl系被溶接材の異材接合において、溶接作業性及びビード形状に優れ、溶接割れのない健全な高強度の継手の作製を実現することが確認された。 As described above, the dissimilar material welding wire of the present invention includes a flux layer composed of a dry coating layer, so that welding can be performed in dissimilar material joining of an Fe-based welded material and an Al-based welded material by MIG and laser welding. It was confirmed that the fabrication of a high-strength joint with excellent workability and bead shape and no weld crack was realized.
本発明の方法によれば、導電性心線材料の表面にフラックスペーストを塗布してコーティング層を備えたコーティング導電性心線材料を形成するか、金属外皮材料の内表面にフラックスペーストを塗布してコーティング層を備えたコーティング金属外皮材料を形成して、その後に管状の金属外皮材料を形成し、その内部に導電性心線を配置することにより線引き用ワイヤを形成する。このようにして、コーティング層がワイヤの長さ方向及び周方向全体にわたって形成される結果、フラックスの充填率が低い場合でも、コーティング層中の溶媒が無くなった後に、フラックスがワイヤの長さ方向及び周方向全体に分散して配置されることになる。 According to the method of the present invention, a flux paste is applied to the surface of the conductive core material to form a coated conductive core material having a coating layer, or a flux paste is applied to the inner surface of the metal skin material. Then, a coated metal hull material having a coating layer is formed, and then a tubular metal hull material is formed, and a conductive wire is disposed therein to form a wire for drawing. In this way, the coating layer is formed over the entire length and circumferential direction of the wire. As a result, even when the filling rate of the flux is low, after the solvent in the coating layer is removed, the flux It will be distributed and arranged in the entire circumferential direction.
本発明の方法により製造した異種材料溶接用ワイヤによれば、フラックス充填率が低い場合でも、乾燥コーティング層としてフラックスの層が長さ方向及び周方向全体にわたって存在するので、低電流域でもアークが安定しAl系被溶接材の溶け込み過剰を防いで、Fe系被溶接材をろう付け状態で接合することが可能になった。 According to the wire for welding dissimilar materials manufactured by the method of the present invention, even when the flux filling rate is low, the flux layer exists as a dry coating layer over the entire length direction and circumferential direction, so that an arc is generated even in a low current region. It was possible to stabilize and prevent excessive melting of the Al-based welded material, and to join the Fe-based welded material in a brazed state.
1 異種材料溶接用ワイヤ
3 金属外皮
5 導電性心線
7 乾燥コーティング層
1 Wire for welding dissimilar materials 3 Metal sheath 5 Conductive core wire 7 Dry coating layer
Claims (13)
前記金属外皮と前記導電性心線との間に、被溶接材料の表面から酸化皮膜を除去する機能を少なくとも有するフラックスが存在しており、
前記フラックスの充填率がワイヤ全体の質量に対して4.9質量%以下であるFe系被溶接材とAl系被溶接材とを溶接するための異種材料溶接用ワイヤの製造方法であって、
前記導電性心線を形成するための導電性心線材料の表面に前記フラックスの材料と溶媒とを混練したフラックスペーストを塗布してコーティング層を備えたコーティング導電性心線材料を形成し、
前記コーティング導電性心線材料が中心に位置するように、前記コーティング導電性心線材料の外側に前記管状の金属外皮を形成するための管状の金属外皮材料を形成することにより線引き用ワイヤを形成し、
前記線引き用ワイヤを所定の外径寸法になるまで線引き作業を行うことを特徴とする異種材料溶接用ワイヤの製造方法。 A conductive core wire made of aluminum or aluminum alloy is disposed in a tubular metal sheath made of aluminum or aluminum alloy,
A flux having at least a function of removing an oxide film from the surface of the material to be welded exists between the metal sheath and the conductive core wire,
A method for producing a wire for welding dissimilar materials for welding an Fe-based welded material and an Al-based welded material in which the filling rate of the flux is 4.9% by mass or less based on the mass of the entire wire
Applying a flux paste obtained by kneading the flux material and a solvent to the surface of the conductive core material for forming the conductive core wire to form a coated conductive core material having a coating layer;
A wire for drawing is formed by forming a tubular metal sheath material for forming the tubular metal sheath on the outside of the coated conductive conductor material so that the coated conductive conductor material is located at the center. And
A method for producing a wire for welding dissimilar materials, wherein the wire drawing operation is performed until the wire has a predetermined outer diameter.
前記金属外皮と前記導電性心線との間に、被溶接材料の表面から酸化皮膜を除去する機能を少なくとも有するフラックスが存在しており、
前記フラックスの充填率がワイヤ全体の質量に対して4.9質量%以下であるFe系被溶接材とAl系被溶接材とを溶接するための異種材料溶接用ワイヤの製造方法であって、
長手方向と直交する横断面形状が円弧状を呈する金属外皮材料の内表面に前記フラックスの材料と溶媒とを混練したフラックスペーストを塗布してコーティング層を備えたコーティング金属外皮材料を形成し、
前記コーティング金属外皮材料の内部に前記導電性心線を形成するための導電性心線材料を配置した状態で、前記コーティング金属外皮材料を成形して前記導電性心線材料の外側に管状の金属外皮材料を形成することにより線引き用ワイヤを形成し、
前記線引き用ワイヤを所定の外径寸法になるまで線引き作業を行うことを特徴とする異種材料溶接用ワイヤの製造方法。 A conductive core wire made of aluminum or aluminum alloy is disposed in a tubular metal sheath made of aluminum or aluminum alloy,
A flux having at least a function of removing an oxide film from the surface of the material to be welded exists between the metal sheath and the conductive core wire,
A method for producing a wire for welding dissimilar materials for welding an Fe-based welded material and an Al-based welded material in which the filling rate of the flux is 4.9% by mass or less based on the mass of the entire wire
A flux paste obtained by kneading the flux material and a solvent is applied to the inner surface of the metal shell material having a circular cross section perpendicular to the longitudinal direction to form a coating metal shell material having a coating layer,
In the state where the conductive core wire material for forming the conductive core wire is disposed inside the coated metal sheath material, the coated metal sheath material is formed and a tubular metal is formed outside the conductive core wire material. Forming a wire for drawing by forming a skin material;
A method for producing a wire for welding dissimilar materials, wherein the wire drawing operation is performed until the wire has a predetermined outer diameter.
前記金属外皮と前記導電性心線との間に、被溶接材料の表面から酸化皮膜を除去する機能を少なくとも有するフラックスが存在しており、
前記フラックスの充填率がワイヤ全体の質量に対して4.9質量%以下であるFe系被溶接材とAl系被溶接材とを溶接するための異種材料溶接用ワイヤにおいて、
前記金属外皮と前記導電性心線との間の前記フラックスが乾燥コーティング層として存在していることを特徴とする異種材料溶接用ワイヤ。 A conductive core wire made of aluminum or aluminum alloy is disposed in a tubular metal sheath made of aluminum or aluminum alloy,
A flux having at least a function of removing an oxide film from the surface of the material to be welded exists between the metal sheath and the conductive core wire,
In the wire for welding dissimilar materials for welding the Fe-based welded material and the Al-based welded material whose filling rate of the flux is 4.9% by mass or less with respect to the total mass of the wire,
The wire for welding dissimilar materials, wherein the flux between the metal sheath and the conductive core wire is present as a dry coating layer.
前記導電性心線は、前記金属外皮よりも固相線温度が低いアルミニウム合金からなる請求項5に記載の異種材料溶接用ワイヤ。 The Fe-based workpiece is carbon steel or stainless steel,
The wire for welding dissimilar materials according to claim 5, wherein the conductive core wire is made of an aluminum alloy having a solidus temperature lower than that of the metal sheath.
前記乾燥コーティング層の厚みが、最大で200μm以下である請求項5に記載の異種材料溶接用ワイヤ。 The filling rate of the flux is 0.2 to 4.9% by mass,
The wire for welding dissimilar materials according to claim 5, wherein the dry coating layer has a thickness of 200 μm or less at the maximum.
前記異種材料溶接用ワイヤの外径寸法が1.0mm〜1.6mmであり、
前記フラックスの充填率が前記異種材料溶接用ワイヤ全体の質量に対して0.2〜1.8質量%であることを特徴とする請求項6または7に記載の異種材料溶接用ワイヤ。 The welding is MIG welding;
The outer diameter of the wire for welding different materials is 1.0 mm to 1.6 mm,
The wire for welding dissimilar materials according to claim 6 or 7, wherein a filling rate of the flux is 0.2 to 1.8% by mass with respect to a mass of the whole wire for dissimilar materials welding.
前記異種材料溶接用ワイヤの外径寸法が1.0mm〜2.0mmであり、
前記フラックスの充填率が前記異種材料溶接用ワイヤ全体の質量に対して1.0〜4.9質量%であることを特徴とする請求項7に記載の異種材料溶接用ワイヤ。 The welding is laser welding;
The outer diameter of the wire for welding different materials is 1.0 mm to 2.0 mm,
The wire for welding dissimilar material according to claim 7, wherein a filling rate of the flux is 1.0 to 4.9% by mass with respect to a mass of the entire wire for dissimilar material welding.
The flux is mainly composed of KAlF based metal fluorides, CsAlF 4, KF, NaF, LiF, CeF, CsF, 1 or more or a metal fluoride of Al F 3 are added, further Al, Si The wire for welding dissimilar materials according to claim 5, wherein at least one metal powder of any one of Cu, Zn, and Mn is added.
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