JP6382117B2 - Ａｒ−ＣＯ２混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ - Google Patents
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Description
本発明は、鋼構造物等に使用される鋼を溶接するにあたって全姿勢溶接での溶接作業性が良好であり、かつ耐低温割れ性、低温靭性及び破壊靱性（以下、ＣＴＯＤという。）等の特性に優れた溶接金属が得られるＡｒ−ＣＯ2混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関する。
鋼を被溶接材とするガスシールドアーク溶接に用いられるフラックス入りワイヤとしては、例えばルチール系フラックス入りワイヤや塩基性系フラックスワイヤが知られている。塩基性系フラックス入りワイヤを用いた溶接は、溶接金属の酸素量を低減できるので、低温靭性及びＣＴＯＤ特性は優れている。但し、この塩基性系フラックス入りワイヤによる溶接では、全姿勢溶接における溶接作業性がルチール系フラックス入りワイヤに比べて劣るので一般に用いられることが少ない。
一方、ルチール系フラックス入りワイヤを用いたガスシールドアーク溶接は、溶接能率、全姿勢溶接での溶接作業性において非常に優れた能力を発揮するため、造船、橋梁、海洋構造物、鉄骨等の広い分野で適用されている。
しかし、ルチール系フラックス入りワイヤは、ＴｉＯ2をはじめとする金属酸化物主体のフラックスが鋼製外皮中に充填されているために、溶接金属中の酸素量が多く、低温靭性が得にくい。
また、これらフラックス入りワイヤは、フラックス原料に含有される水分やワイヤ保管時の吸湿により、拡散性水素量がソリッドワイヤに比べ高いことから、溶接金属の低温割れが懸念され、板厚の厚い鋼板の溶接時には１００℃程度の予熱をする必要があり、溶接能率を低下させる原因となっている。
低温用鋼のルチール系フラックス入りワイヤについては、これまで種々の開発が進められている。例えば特許文献１には、溶接中にスラグ成分に変わる合金成分を添加して、溶接作業性に作用するスラグ量を維持しながら、溶接金属の酸素量を低減して低温靭性に優れる溶接金属を得るという技術が開示されている。しかし、特許文献１に記載の技術では、シールドガスがＣＯ2であるので溶接金属の酸素量が多くなってしまい、十分な低温靭性及びＣＴＯＤ値が得られず、耐高温割れ性は確保されているものの耐低温割れ性については考慮されていない。
また特許文献２においても、低温靭性が優れる溶接金属を得る技術が開示されている。しかしながら、溶接金属の酸素量を低減するために添加されているＭｇＯは、溶接時にアークを不安定にして多量のスパッタを発生させて溶接作業性が不良となる。また、この特許文献２の開示技術では、耐低温割れ性については特段考慮されていない。
また特許文献３には、全姿勢溶接で溶接作業性が良好で、低温における靭性が良好な溶接金属が得られるルチール系のフラックス入りワイヤが開示されている。しかし、この特許文献３の開示技術では、低温における靭性の安定化について十分に検討されていないため、良好なＣＴＯＤ値が得られないという問題点があった。
さらに、特許文献４には、ワイヤ中のＮｂ、Ｖ及びＰの含有量を制限することにより、溶接のまま及び溶接後熱処理のいずれにおいても良好な低温靭性が得られる技術の開示がある。しかし、引用文献４に記載の技術においても、全姿勢溶接時の作業性及びＣＴＯＤ値は十分ではないという問題点があった。
そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、鋼構造物等に使用される鋼を溶接するにあたって全姿勢溶接での溶接作業性が良好であり、かつ耐低温割れ性、低温靭性及びＣＴＯＤ特性に優れた溶接金属を得ることができるＡｒ−ＣＯ2混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを提供することを目的とする。
本発明者らは、シールドガスとしてＡｒ−ＣＯ2混合を用いたルチール系のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤについて、全姿勢溶接での溶接作業性が良好であり、−６０℃における低温靭性が安定して得られ、−３０℃におけるＣＴＯＤ値が良好で、耐低温割れ性に優れた溶接金属を得るべく、種々検討を行った。
その結果、ＴｉＯ2を主成分とした金属酸化物、Ｎａ及びＫを含む弗素化合物からなるスラグ成分と最適な合金成分及び脱酸剤を含む化学成分とすることによって、全姿勢における溶接作業性、低温靭性及びＣＴＯＤ値が良好な溶接金属が得られ、さらに、成形された鋼製外皮の合わせ目が溶接されていることで鋼製外皮の継目を無くすことにより、比較的強度の高い溶接金属においても耐低温割れ性を改善できることを見出した。
すなわち、本発明の要旨は、鋼製外皮にフラックスを充填してなるＡｒ−ＣＯ2混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量に対する質量％で、鋼製外皮とフラックスの合計で、Ｃ：０．０３〜０．０８％、Ｓｉ：０．１〜０．６％、Ｍｎ：１．２６％超〜２．５％、Ｃｕ：０．０１〜０．５％、Ｎｉ：０．５〜１．５％、Ｔｉ：０．０５〜０．５％、Ｂ：０．００２〜０．０１５％を含有し、Ａｌ：０．０５％以下であり、さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックス中に、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計：４〜８％、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計：０．１〜０．６％、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計：０．０２〜０．３％、Ｍｇ：０．１〜０．８％、弗素化合物のＦ換算値の合計：０．０５〜０．３％、弗素化合物中におけるＮａ及びＫのＮａ換算値及びＫ換算値の１種または２種の合計：０．０５〜０．３％、Ｎａ2Ｏ及びＫ2Ｏの１種または２種の合計：０．０５〜０．２％、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計：０．２％以下を含有し、残部が、鋼製外皮のＦｅ、鉄粉、鉄合金粉のＦｅ分及び不可避不純物からなることを特徴とするＡｒ−ＣＯ2混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにある。
また、成形された鋼製外皮の合わせ目が溶接されていることで鋼製外皮に継目を無くしたことを特徴とするＡｒ−ＣＯ2混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにある。
本発明のＡｒ−ＣＯ2混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤによれば、全姿勢溶接での溶接作業性が良好であり、また、−６０℃における低温靭性及び−３０℃におけるＣＴＯＤ値が良好で、耐低温割れ性が優れた溶接金属が得られる。従って、本発明によれば、溶接能率の向上及び溶接金属の品質の向上を図ることが可能となる。
以下、本発明のＡｒ−ＣＯ2混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの成分組成及びその含有率と、各成分組成の限定理由について説明する。なお、各成分組成の含有量は、ワイヤ全質量に対する質量％で表すこととし、その質量％を表すときには単に％と記載して表すこととする。［鋼製外皮とフラックスの合計でＣ：０．０３〜０．０８％］
Ｃは、溶接時にアークの安定化に寄与するとともに溶接金属の強度向上の効果がある。しかし、Ｃが０．０３％未満では、アークを安定化させることができず、溶接金属につき所望の強度が十分に得られない。一方、Ｃが０．０８％超では、Ｃが溶接金属中に過剰に歩留まることにより、溶接金属の強度が高くなり、かえって低温靱性が低下する。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＣは０．０３〜０．０８％とする。なお、Ｃは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスから金属粉及び合金粉等から添加できる。
［鋼製外皮とフラックスの合計でＳｉ：０．１〜０．６％］
Ｓｉは、溶接時に一部が溶接スラグとなることにより溶接ビードの外観や形状を良好にし、溶接作業性の向上に寄与する。しかし、Ｓｉが０．１％未満では、溶接ビードの外観や形状を良好にする効果が十分に得られない。一方、Ｓｉが０．６％超では、Ｓｉが溶接金属中に過剰に歩留まることにより、溶接金属の低温靱性が低下する。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＳｉは０．１〜０．６％とする。なおＳｉは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスから金属Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の合金粉末から添加できる。
Ｓｉは、溶接時に一部が溶接スラグとなることにより溶接ビードの外観や形状を良好にし、溶接作業性の向上に寄与する。しかし、Ｓｉが０．１％未満では、溶接ビードの外観や形状を良好にする効果が十分に得られない。一方、Ｓｉが０．６％超では、Ｓｉが溶接金属中に過剰に歩留まることにより、溶接金属の低温靱性が低下する。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＳｉは０．１〜０．６％とする。なおＳｉは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスから金属Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の合金粉末から添加できる。
［鋼製外皮とフラックスの合計でＭｎ：１．２６％超〜２．５％］
Ｍｎは、溶接金属中に歩留まることにより、溶接金属の強度と低温靱性及びＣＴＯＤ値を高める効果がある。しかし、Ｍｎが１．２６％以下では、これらの効果が十分に得られない。一方、Ｍｎが２．５％超では、Ｍｎが溶接金属中に過剰に歩留まり、溶接金属の強度が過剰になることにより、かえって溶接金属の低温靱性及びＣＴＯＤ値が低下する。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＭｎは１．２６％超〜２．５％とする。なお、Ｍｎは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスから金属Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の合金粉末から添加できる。
Ｍｎは、溶接金属中に歩留まることにより、溶接金属の強度と低温靱性及びＣＴＯＤ値を高める効果がある。しかし、Ｍｎが１．２６％以下では、これらの効果が十分に得られない。一方、Ｍｎが２．５％超では、Ｍｎが溶接金属中に過剰に歩留まり、溶接金属の強度が過剰になることにより、かえって溶接金属の低温靱性及びＣＴＯＤ値が低下する。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＭｎは１．２６％超〜２．５％とする。なお、Ｍｎは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスから金属Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の合金粉末から添加できる。
［鋼製外皮とフラックスの合計でＣｕ：０．０１〜０．５％］
Ｃｕは、溶接金属の組織を微細化し、低温靭性及び強度を高める効果がある。しかし、Ｃｕが０．０１％未満では、これらの効果が十分に得られない。一方、Ｃｕが０．５％超では、溶接金属の強度が過剰になり、かえって低温靭性が低下する。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＣｕは０．０１〜０．５％とする。なお、Ｃｕは、鋼製外皮表面に施したＣｕめっき分の他、フラックスから金属Ｃｕ、Ｃｕ−Ｚｒ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｕ等の合金粉末から添加できる。
Ｃｕは、溶接金属の組織を微細化し、低温靭性及び強度を高める効果がある。しかし、Ｃｕが０．０１％未満では、これらの効果が十分に得られない。一方、Ｃｕが０．５％超では、溶接金属の強度が過剰になり、かえって低温靭性が低下する。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＣｕは０．０１〜０．５％とする。なお、Ｃｕは、鋼製外皮表面に施したＣｕめっき分の他、フラックスから金属Ｃｕ、Ｃｕ−Ｚｒ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｕ等の合金粉末から添加できる。
［鋼製外皮とフラックスの合計でＮｉ：０．５〜１．５％］
Ｎｉは、溶接金属の低温靱性及びＣＴＯＤ値を向上させる効果がある。しかし、Ｎｉが０．５％未満では、この効果が十分に得られない。一方、Ｎｉが１．５％超では、溶接金属に高温割れが発生し易くなる。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＮｉは０．５〜１．５％とする。なお、Ｎｉは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｎｉ、Ｆｅ−Ｎｉ等の合金粉末から添加できる。
Ｎｉは、溶接金属の低温靱性及びＣＴＯＤ値を向上させる効果がある。しかし、Ｎｉが０．５％未満では、この効果が十分に得られない。一方、Ｎｉが１．５％超では、溶接金属に高温割れが発生し易くなる。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＮｉは０．５〜１．５％とする。なお、Ｎｉは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｎｉ、Ｆｅ−Ｎｉ等の合金粉末から添加できる。
［鋼製外皮とフラックスの合計でＴｉ：０．０５〜０．５％］
Ｔｉは、溶接金属の組織を微細化して低温靭性及びＣＴＯＤ値を向上させる効果がある。しかし、Ｔｉが０．０５％未満では、この効果が十分に得られない。一方、Ｔｉが０．５％超では、靭性を阻害する上部ベイナイト組織を生成し靭性及びＣＴＯＤ値が低くなる。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＴｉは０．０５〜０．５％とする。なお、Ｔｉは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｔｉ、Ｆｅ−Ｔｉ等の合金粉末から添加できる。
Ｔｉは、溶接金属の組織を微細化して低温靭性及びＣＴＯＤ値を向上させる効果がある。しかし、Ｔｉが０．０５％未満では、この効果が十分に得られない。一方、Ｔｉが０．５％超では、靭性を阻害する上部ベイナイト組織を生成し靭性及びＣＴＯＤ値が低くなる。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＴｉは０．０５〜０．５％とする。なお、Ｔｉは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｔｉ、Ｆｅ−Ｔｉ等の合金粉末から添加できる。
［鋼製外皮とフラックスの合計でＢ：０．００２〜０．０１５％］
Ｂは、微量の添加により溶接金属のミクロ組織を微細化し、溶接金属の低温靱性及びＣＴＯＤ値を向上させる効果がある。しかし、Ｂが０．００２％未満では、これらの効果が十分に得られない。一方、Ｂが０．０１５％超では、溶接金属の低温靱性及びＣＴＯＤ値が低下するとともに、溶接金属に高温割れが発生し易くなる。従って、Ｂは０．００２〜０．０１５％とする。なお、Ｂは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｂ、Ｆｅ−Ｂ、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｂ等合金粉末及び硼砂から添加できる。
Ｂは、微量の添加により溶接金属のミクロ組織を微細化し、溶接金属の低温靱性及びＣＴＯＤ値を向上させる効果がある。しかし、Ｂが０．００２％未満では、これらの効果が十分に得られない。一方、Ｂが０．０１５％超では、溶接金属の低温靱性及びＣＴＯＤ値が低下するとともに、溶接金属に高温割れが発生し易くなる。従って、Ｂは０．００２〜０．０１５％とする。なお、Ｂは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｂ、Ｆｅ−Ｂ、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｂ等合金粉末及び硼砂から添加できる。
［鋼製外皮とフラックスの合計でＡｌ：０．０５％以下］
Ａｌは、酸化物として溶接金属に残留して溶接金属の靭性を低下させる。特にこのＡｌが０．０５％を超えてしまうと溶接金属の靭性の低下が著しくなる。従って、Ａｌは０．０５％以下とする。なおＡｌは、必須の元素ではなく、含有率が０％とされていてもよい。
Ａｌは、酸化物として溶接金属に残留して溶接金属の靭性を低下させる。特にこのＡｌが０．０５％を超えてしまうと溶接金属の靭性の低下が著しくなる。従って、Ａｌは０．０５％以下とする。なおＡｌは、必須の元素ではなく、含有率が０％とされていてもよい。
［フラックス中のＴｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計：４〜８％］
Ｔｉ酸化物は、溶接時にアークの安定化に寄与するとともに、溶接ビードの形状を良好にし、溶接作業性の向上に寄与する効果がある。また、Ｔｉ酸化物は、立向上進溶接において、溶接スラグに含まれることによって溶融スラグの粘性や融点を調整し、溶融メタルが垂れるのを防ぐ効果がある。しかし、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が４％未満では、これらの効果が十分に得られず、アークが不安定でスパッタ発生量が多く、溶接ビード形状が劣化する。また、かかるＴｉＯ2換算値の合計が４％未満では、立向上進溶接において溶融メタルが垂れやすくなる。一方、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が８％超では、アークが安定してスパッタ発生量も少なくすることができるが、溶接金属にＴｉ酸化物が過剰に残存することにより、低温靱性が低下する。従って、フラックス中のＴｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計は４〜８％とする。なお、Ｔｉ酸化物は、フラックスからのルチール、酸化チタン、チタンスラグ、イルメナイト等から添加される。
Ｔｉ酸化物は、溶接時にアークの安定化に寄与するとともに、溶接ビードの形状を良好にし、溶接作業性の向上に寄与する効果がある。また、Ｔｉ酸化物は、立向上進溶接において、溶接スラグに含まれることによって溶融スラグの粘性や融点を調整し、溶融メタルが垂れるのを防ぐ効果がある。しかし、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が４％未満では、これらの効果が十分に得られず、アークが不安定でスパッタ発生量が多く、溶接ビード形状が劣化する。また、かかるＴｉＯ2換算値の合計が４％未満では、立向上進溶接において溶融メタルが垂れやすくなる。一方、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が８％超では、アークが安定してスパッタ発生量も少なくすることができるが、溶接金属にＴｉ酸化物が過剰に残存することにより、低温靱性が低下する。従って、フラックス中のＴｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計は４〜８％とする。なお、Ｔｉ酸化物は、フラックスからのルチール、酸化チタン、チタンスラグ、イルメナイト等から添加される。
［フラックス中のＳｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計：０．１〜０．６％］
Ｓｉ酸化物は、溶融スラグの粘性や融点を調整してスラグ被包性を向上させる効果がある。しかし、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が０．１％未満では、スラグ被包性が悪化し、ビード外観が不良となる。一方、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が０．６％超では、溶融スラグの塩基度が低下することにより、溶接金属の酸素量が増加して低温靭性が低下する。従って、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計は０．１〜０．６％とする。なお、Ｓｉ酸化物は、フラックスから珪砂、ジルコンサンド、珪酸ソーダ等から添加できる。
Ｓｉ酸化物は、溶融スラグの粘性や融点を調整してスラグ被包性を向上させる効果がある。しかし、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が０．１％未満では、スラグ被包性が悪化し、ビード外観が不良となる。一方、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が０．６％超では、溶融スラグの塩基度が低下することにより、溶接金属の酸素量が増加して低温靭性が低下する。従って、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計は０．１〜０．６％とする。なお、Ｓｉ酸化物は、フラックスから珪砂、ジルコンサンド、珪酸ソーダ等から添加できる。
［フラックス中のＡｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計：０．０２〜０．３％］
Ａｌ酸化物は、溶接時に溶融スラグの粘性や融点を調整し、特に立向上進溶接における溶融メタルが垂れるのを防止する効果がある。しかし、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計が０．０２％未満では、この効果が十分に得られず立向上進溶接で溶融メタルが垂れやすくなる。一方、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計が０．３％を超えると、溶接金属中にＡｌ酸化物が過剰に残存することにより、低温靱性が低下する。従って、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計は０．０２〜０．３％とする。なお、Ａｌ酸化物は、フラックスからのアルミナ等から添加できる。
Ａｌ酸化物は、溶接時に溶融スラグの粘性や融点を調整し、特に立向上進溶接における溶融メタルが垂れるのを防止する効果がある。しかし、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計が０．０２％未満では、この効果が十分に得られず立向上進溶接で溶融メタルが垂れやすくなる。一方、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計が０．３％を超えると、溶接金属中にＡｌ酸化物が過剰に残存することにより、低温靱性が低下する。従って、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計は０．０２〜０．３％とする。なお、Ａｌ酸化物は、フラックスからのアルミナ等から添加できる。
［フラックス中のＭｇ：０．１〜０．８％］
Ｍｇは、強脱酸剤として機能することにより溶接金属中の酸素を低減させ、溶接金属の低温靱性及びＣＴＯＤ値を高める効果がある。しかし、Ｍｇが０．１％未満では、これらの効果が十分に得られない。一方、Ｍｇが０．８％超では、溶接時にアーク中で激しく酸素と反応してスパッタやヒュームの発生量が多くなる。従って、Ｍｇは０．１〜０．８％とする。なお、Ｍｇは、フラックスから金属Ｍｇ、Ａｌ−Ｍｇ等の合金粉末から添加できる。
Ｍｇは、強脱酸剤として機能することにより溶接金属中の酸素を低減させ、溶接金属の低温靱性及びＣＴＯＤ値を高める効果がある。しかし、Ｍｇが０．１％未満では、これらの効果が十分に得られない。一方、Ｍｇが０．８％超では、溶接時にアーク中で激しく酸素と反応してスパッタやヒュームの発生量が多くなる。従って、Ｍｇは０．１〜０．８％とする。なお、Ｍｇは、フラックスから金属Ｍｇ、Ａｌ−Ｍｇ等の合金粉末から添加できる。
［フラックス中の弗素化合物のＦ換算値の合計：０．０５〜０．３％］
弗素化合物は、アークを安定させる効果がある。しかし、弗素化合物のＦ換算値の合計が０．０５％未満では、アークを十分に安定化させることができない。一方、弗素化合物のＦ換算値の合計が０．３％を超えると、アークが不安定になり、スパッタ発生量が多くなる。また、弗素化合物のＦ換算値の合計が０．３％を超えると、立向上進溶接では溶融メタル垂れが発生しやすくなる。従って、弗素化合物のＦ換算値の合計は０．０５〜０．３％とする。なお、弗素化合物は、ＣａＦ2、ＮａＦ、ＬｉＦ、ＭｇＦ2、Ｋ2ＳｉＦ6、Ｎａ3ＡｌＦ6、ＡｌＦ3等から添加でき、Ｆ換算値はそれらに含有されるＦ量の合計である。
弗素化合物は、アークを安定させる効果がある。しかし、弗素化合物のＦ換算値の合計が０．０５％未満では、アークを十分に安定化させることができない。一方、弗素化合物のＦ換算値の合計が０．３％を超えると、アークが不安定になり、スパッタ発生量が多くなる。また、弗素化合物のＦ換算値の合計が０．３％を超えると、立向上進溶接では溶融メタル垂れが発生しやすくなる。従って、弗素化合物のＦ換算値の合計は０．０５〜０．３％とする。なお、弗素化合物は、ＣａＦ2、ＮａＦ、ＬｉＦ、ＭｇＦ2、Ｋ2ＳｉＦ6、Ｎａ3ＡｌＦ6、ＡｌＦ3等から添加でき、Ｆ換算値はそれらに含有されるＦ量の合計である。
［フラックス中の弗素化合物中におけるＮａ及びＫのＮａ換算値及びＫ換算値の１種または２種の合計：０．０５〜０．３％］
弗素化合物中のＮａ及びＫは、Ｍｇのみでは不可能であった溶接金属中の酸素をさらに低減させ、溶接金属の低温靱性及びＣＴＯＤ値を高める効果がある。しかし、弗素化合物中のＮａ及びＫにおけるＮａ換算値及びＫ換算値の１種または２種の合計が０．０５％未満では、これらの効果が十分に得られない。一方、弗素化合物中のＮａ及びＫにおけるＮａ換算値及びＫ換算値の１種または２種の合計が０．３％を超えると、アークが荒くなってスパッタ発生量が多くなる。従って、弗素化合物中のＮａ及びＫにおけるＮａ換算値及びＫ換算値の１種または２種の合計は０．０５〜０．３％とする。なお、弗素化合物中のＮａ及びＫは、ＮａＦ、Ｋ2ＳｉＦ6、Ｎａ3ＡｌＦ6等から添加でき、Ｎａ換算値及びＫ換算値はそれらに含有されるＮａ及びＫの合計である。
弗素化合物中のＮａ及びＫは、Ｍｇのみでは不可能であった溶接金属中の酸素をさらに低減させ、溶接金属の低温靱性及びＣＴＯＤ値を高める効果がある。しかし、弗素化合物中のＮａ及びＫにおけるＮａ換算値及びＫ換算値の１種または２種の合計が０．０５％未満では、これらの効果が十分に得られない。一方、弗素化合物中のＮａ及びＫにおけるＮａ換算値及びＫ換算値の１種または２種の合計が０．３％を超えると、アークが荒くなってスパッタ発生量が多くなる。従って、弗素化合物中のＮａ及びＫにおけるＮａ換算値及びＫ換算値の１種または２種の合計は０．０５〜０．３％とする。なお、弗素化合物中のＮａ及びＫは、ＮａＦ、Ｋ2ＳｉＦ6、Ｎａ3ＡｌＦ6等から添加でき、Ｎａ換算値及びＫ換算値はそれらに含有されるＮａ及びＫの合計である。
［フラックス中のＮａ2Ｏ及びＫ2Ｏの１種または２種の合計：０．０５〜０．２％］
Ｎａ2Ｏ及びＫ2Ｏは、アーク安定剤及びスラグ形成剤としてとして作用する。Ｎａ2Ｏ及びＫ2Ｏの１種または２種の合計が０．０５％未満であると、アークが不安定となりスパッタ発生量が多くなり、またビード外観も不良になる。一方、Ｎａ2Ｏ及びＫ2Ｏの１種または２種の合計が０．２％を超えると、スラグ剥離性が不良となり、また立向上進溶接ではメタルが垂れやすくなる。従って、Ｎａ2Ｏ及びとＫ2Ｏの１種または２種の合計は０．０５〜０．２％とする。なお、Ｎａ2Ｏ及びとＫ2Ｏは、珪酸ソーダ及び珪酸カリからなる水ガラスの固質成分、チタン酸カルシウム、チタン酸ナトリウム等から添加できる。
Ｎａ2Ｏ及びＫ2Ｏは、アーク安定剤及びスラグ形成剤としてとして作用する。Ｎａ2Ｏ及びＫ2Ｏの１種または２種の合計が０．０５％未満であると、アークが不安定となりスパッタ発生量が多くなり、またビード外観も不良になる。一方、Ｎａ2Ｏ及びＫ2Ｏの１種または２種の合計が０．２％を超えると、スラグ剥離性が不良となり、また立向上進溶接ではメタルが垂れやすくなる。従って、Ｎａ2Ｏ及びとＫ2Ｏの１種または２種の合計は０．０５〜０．２％とする。なお、Ｎａ2Ｏ及びとＫ2Ｏは、珪酸ソーダ及び珪酸カリからなる水ガラスの固質成分、チタン酸カルシウム、チタン酸ナトリウム等から添加できる。
［フラックスに含有するＺｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計：０．２％以下］
Ｚｒ酸化物は、ジルコンサンドや酸化ジルコニウムから添加される。またＺｒ酸化物は、Ｔｉ酸化物中に微量含有する。しかし、Ｚｒ酸化物は、スラグ剥離性を不良にし、特にその含有量が０．２％を超えるとスラグ剥離性が著しくなる。従って、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計は０．２％以下とする。
Ｚｒ酸化物は、ジルコンサンドや酸化ジルコニウムから添加される。またＺｒ酸化物は、Ｔｉ酸化物中に微量含有する。しかし、Ｚｒ酸化物は、スラグ剥離性を不良にし、特にその含有量が０．２％を超えるとスラグ剥離性が著しくなる。従って、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計は０．２％以下とする。
［鋼製外皮に継目が無いこと］
本発明のＡｒ−ＣＯ2混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、鋼製外皮をパイプ状に成形し、その内部にフラックスを充填した構造である。ワイヤの種類としては、成形された鋼製外皮の合わせ目を溶接して得られる鋼製外皮に継目の無いワイヤと、鋼製外皮の合わせ目の溶接を行わないままとした鋼製外皮に継目を有するワイヤとに大別できる。本発明においては、何れの種類のワイヤを採用することができるが、鋼製外皮に継目が無いワイヤは、ワイヤ中の全水素量を低減することを目的とした熱処理が可能であり、また製造後のフラックスの吸湿が無いため、溶接金属の拡散性水素量を低減し、耐低温割れ性の向上を図ることができるので、より好ましい。
本発明のＡｒ−ＣＯ2混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、鋼製外皮をパイプ状に成形し、その内部にフラックスを充填した構造である。ワイヤの種類としては、成形された鋼製外皮の合わせ目を溶接して得られる鋼製外皮に継目の無いワイヤと、鋼製外皮の合わせ目の溶接を行わないままとした鋼製外皮に継目を有するワイヤとに大別できる。本発明においては、何れの種類のワイヤを採用することができるが、鋼製外皮に継目が無いワイヤは、ワイヤ中の全水素量を低減することを目的とした熱処理が可能であり、また製造後のフラックスの吸湿が無いため、溶接金属の拡散性水素量を低減し、耐低温割れ性の向上を図ることができるので、より好ましい。
本発明を適用したＡｒ−ＣＯ2混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの残部は、鋼製外皮のＦｅ、成分調整のために添加する鉄粉、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ合金等の鉄合金粉のＦｅ分及び不可避不純物である。また、フラックス充填率は特に制限はしないが、生産性の観点から、ワイヤ全質量に対して８〜２０％とするのが好ましい。
溶接時のシールドガスは、溶接金属の酸素量を低減するためにＡｒ−５〜２５％ＣＯ2の混合ガスとする。
以下、本発明の効果を実施例により具体的に説明する。
鋼製外皮にＪＩＳ Ｇ３１４１ ＳＰＣＣを使用して、鋼製外皮を成型する工程でＵ字型に成形した後、鋼製外皮の合わせ目を溶接した継目が無いワイヤと、溶接しない隙間が有るワイヤとを造管、伸線して表１〜表４に示すワイヤ径１．２ｍｍの各種成分のフラックス入りワイヤを試作した。
試作したワイヤは、ＪＩＳ Ｇ３１２６ ＳＬＡ３６５に規定される鋼板を用いて立向上進すみ肉溶接による溶接作業性の評価、溶接割れ試験及び溶着金属試験として機械的特性評価を実施した。さらに、一部の試作ワイヤを用いて図１に示すＫ開先で立向上進溶接による溶接継手試験を行いＣＴＯＤ試験を実施した。ちなみに、このＫ開先では、開先角度を４５°に設定し、表面側の開先深さを２３ｍｍ、裏面側の開先深さを３５ｍｍとしている。これらの溶接条件を表５に示す。
立向上進溶接による溶接作業性の評価は、アークの安定性、スパッタ及びヒュームの発生状態、ビード外観・形状、溶融メタルの垂れ状況及び高温割れの有無について調査した。
溶接割れ試験は、Ｕ形溶接割れ試験方法（ＪＩＳ Ｚ ３１５７）に準拠し、試験体の予熱温度を７５℃で実施し、溶接後５８時間経過した試験体について、表面割れ及び断面割れ（５断面）の発生の有無を浸透探傷試験（ＪＩＳ Ｚ ２３４３）により調査した。
溶着金属試験は、ＪＩＳ Ｚ ３１１１に準じて溶接し、溶着金属の板厚方向の中心部から引張試験（Ａ１号）及び衝撃試験（Ｖノッチ試験片）を採取して、機械試験を実施した。引張強さの評価は、引張強さが５７０〜６８０ＭＰａのものを良好とした。靭性の評価は、−６０℃におけるシャルピー衝撃試験により行い、各々繰返し３本の吸収エネルギーの平均が６０Ｊ以上を良好とした。
溶接継手試験は、図１に示すＫ開先の裏面を溶接後、表面の鋼板表面から３４ｍｍ深さまで開先部を半径６ｍｍ、開先角度４５°の裏はつり加工をして表面側を溶接した。溶接継手試験によるＣＴＯＤ値の評価は、ＢＳ（英国規格）５７６２に準じてＣＴＯＤ試験片を採取し、試験温度−３０℃で繰返し３本の試験を行いＣＴＯＤ値の最低が０．５ｍｍ以上を良好とした。これらの結果を表６にまとめて示す。
表１、表２及び表６のワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ１４は本発明例、表３、表４及び表６のワイヤ記号Ｗ１５〜Ｗ３１は比較例である。本発明例であるワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ１４は、各成分の組成が本発明において規定した範囲内であるので、溶接作業性が良好であるとともに、Ｕ形割れ試験において割れがなく、溶着金属試験の引張強さ及び吸収エネルギーも良好な値が得られるなど極めて満足な結果であった。また、溶接継手試験を実施したワイヤ記号Ｗ１、Ｗ２、Ｗ５、Ｗ６、Ｗ９及びワイヤ記号Ｗ１３は、何れも良好なＣＴＯＤ値が得られた。
比較例中ワイヤ記号Ｗ１５は、Ｃが少ないので、アークが不安定で、溶着金属の引張強さが低かった。また、Ｍｇが少ないので、溶着金属の吸収エネルギーが低値で、溶接継手試験のＣＴＯＤ値も低値であった。
ワイヤ記号Ｗ１６は、Ｃが多いので、溶着金属の引張強さが高く、吸収エネルギーが低値であった。また、鋼製外皮に継目を有し溶着金属の引張強さが高いので、Ｕ形割れ試験において溶接部に割れが生じた。
ワイヤ記号Ｗ１７は、Ｓｉが少ないので、ビード外観・形状が不良であった。また、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値が多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。
ワイヤ記号Ｗ１８は、Ｓｉが多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。また、Ｎａ2ＯとＫ2Ｏの合計が多いので、スラグ剥離性が不良で、メタル垂れも生じた。
ワイヤ記号Ｗ１９は、Ｍｎが少ないので、溶着金属の引張強さが低く吸収エネルギーが低値であった。また、溶接継手試験のＣＴＯＤ値も低値であった。さらに、弗素化合物中のＮａ及びＫ換算値が多いので、スパッタ発生量が多かった。
ワイヤ記号Ｗ２０は、Ｍｎが多いので、溶着金属の引張強さが高く、吸収エネルギーが低値であった。また、鋼製外皮に継目を有し溶着金属の引張強さが高いので、Ｕ形割れ試験において溶接部に割れが生じた。さらに、溶接継手試験のＣＴＯＤ値も低値であった。
ワイヤ記号Ｗ２１は、Ｃｕが少ないので、溶着金属の引張強さが低く吸収エネルギーが低値であった。また、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値が多いので、スラグ剥離性が不良であった。
ワイヤ記号Ｗ２２は、Ｃｕが多いので、溶着金属の引張強さが高く、吸収エネルギーが低値であった。また、鋼製外皮に継目を有し溶着金属の引張強さが高いので、Ｕ形割れ試験において溶接部に割れが生じた。
ワイヤ記号Ｗ２３は、Ｎｉが少ないので、溶着金属の吸収エネルギーが低値で、溶接継手試験のＣＴＯＤ値も低値であった。また、弗素化合物のＦ換算値が多いので、アークが不安定でスパッタ発生量が多く、メタル垂れも生じた。
ワイヤ記号Ｗ２４は、Ｎｉが多いので、クレータ部に高温割れが生じた。また、弗素化合物中のＮａ及びＫ換算値が少ないので、溶着金属の吸収エネルギーが低値で、溶接継手試験のＣＴＯＤ値も低値であった。
ワイヤ記号Ｗ２５は、Ｔｉが少ないので、溶着金属の吸収エネルギーが低値で、溶接継手試験のＣＴＯＤ値も低値であった。また、弗素化合物のＦ換算値が少ないので、アークが不安定であった。
ワイヤ記号Ｗ２６は、Ｔｉが多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低値で、溶接継手試験のＣＴＯＤ値も低値であった。また、Ｎａ2ＯとＫ2Ｏの合計が少ないので、アークが不安定でスパッタ発生量が多くビード外観も不良であった。
ワイヤ記号Ｗ２７は、Ｂが少ないので、溶着金属の吸収エネルギーが低値で、溶接継手試験のＣＴＯＤ値も低値であった。また、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値が少ないので、メタル垂れが生じた。
ワイヤ記号Ｗ２８は、Ｂが多いので、クレータ部に高温割れが生じ、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。また、溶接継手試験のＣＴＯＤ値も低値であった。
ワイヤ記号Ｗ２９は、Ａｌが多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。また、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値が少ないので、スラグ被包性が悪くビード外観が不良であった。
ワイヤ記号Ｗ３０は、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値が少ないので、アークが不安定でスパッタ発生量が多く、メタル垂れも生じた。また、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値が多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。
ワイヤ記号Ｗ３１は、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値が多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。また、Ｍｇが多いので、スパッタ発生量及びヒュームの発生量が多かった。
Claims (2)
- 鋼製外皮にフラックスを充填してなるＡｒ−ＣＯ2混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、
ワイヤ全質量に対する質量％で、鋼製外皮とフラックスの合計で、
Ｃ：０．０３〜０．０８％、
Ｓｉ：０．１〜０．６％、
Ｍｎ：１．２６％超〜２．５％、
Ｃｕ：０．０１〜０．５％、
Ｎｉ：０．５〜１．５％、
Ｔｉ：０．０５〜０．５％、
Ｂ：０．００２〜０．０１５％を含有し、
Ａｌ：０．０５％以下であり、
さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックス中に、
Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計：４〜８％、
Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計：０．１〜０．６％、
Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計：０．０２〜０．３％、
Ｍｇ：０．１〜０．８％、
弗素化合物のＦ換算値の合計：０．０５〜０．３％、
弗素化合物中におけるＮａ及びＫのＮａ換算値及びＫ換算値の１種または２種の合計：０．０５〜０．３％、
Ｎａ2Ｏ及びＫ2Ｏの１種または２種の合計：０．０５〜０．２％、
Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計：０．２％以下を含有し、
残部が、鋼製外皮のＦｅ、鉄粉、鉄合金粉のＦｅ分及び不可避不純物からなることを特徴とするＡｒ−ＣＯ2混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。 - 成形された鋼製外皮の合わせ目が溶接されていることで鋼製外皮に継目を無くしたことを特徴とする請求項１に記載のＡｒ−ＣＯ2混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
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