JP6786427B2 - 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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- C22C38/16—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing copper
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、かつ低温靭性に優れる溶接金属が得られる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。
鋼構造物の溶接は、溶接能率及び全姿勢溶接での溶接作業性が非常に優れているルチール系の溶接用フラックス入りワイヤが多く用いられ、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、ルチール系の溶接用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、低温靭性が得られない。
ルチール系の溶接用フラックス入りワイヤの低温靭性を向上させる技術については、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の開示技術には、溶接中にスラグ成分に変わる合金成分を添加して、立向上進溶接において溶融金属の垂れ落ち（以下、メタル垂れという。）が生じないよう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が優れる溶接金属を得るために、溶接中にスラグ成分に変化するＴｉ等の合金成分を添加する技術が開示されている。しかし、引用文献１に記載の技術では、アーク状態が不安定でスパッタ発生量が多くビード外観が不良で、さらに、溶接金属の十分な低温靭性が得られないという問題点があった。
また、特許文献２にも、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。この特許文献２の開示技術では、Ｃａ、Ａｌ等の脱酸剤の添加量を適切に保つことで、スラグ剤中のＴｉＯ2、ＳｉＯ2から供給された酸素量に対して十分な脱酸効果を確保することによりＴｉＯ2の還元を促進させる。しかしながら、この強脱酸剤として添加されるＣａは、溶接時にアークを不安定にしてスパッタ発生量が多くなって溶接作業性が不良となるという問題点があった。
特許文献３には、鋼製外皮成分を規制し充填フラックスにＣｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｂを添加して溶接金属の耐海水腐食性を大幅に向上させ、かつ低温靭性を得る技術が開示されている。しかし、特許文献３の開示技術には金属弗化物が多く添加されているので溶接時にアークが不安定になり、多量のスパッタ及びヒュームが発生するため、良好な溶接作業性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、充填フラックス中の金属ＴｉとＴｉＯ2の比を限定することによって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、特許文献４の開示技術にはアーク安定剤を含んでいないので溶接時にアークが不安定でスパッタ発生量が多く、さらに、スラグ生成剤が少ないのでビード外観も不良になる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、かつ低温靭性の優れる溶接金属を得ることができる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、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、全姿勢溶接でアークが安定してスパッタ発生量が少なく、スラグ剥離性及びビード外観が良好で、立向上進溶接でメタル垂れが生じないなどの溶接作業性が良好であり、−６０℃における低温靭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及び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成分とすることによって、全姿勢におけるアークの安定性やスパッタ発生量の低減、スラグ剥離性及びビード外観・形状が良好等の溶接作業性及び低温靭性が良好な溶接金属が得られることを見出した。
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：１．５〜２．８％、Ｃｕ：０．０１〜０．５％、Ｎｉ：０．３５〜０．９８％、Ｔｉ：０．０５〜０．２５％、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：３〜８％、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計：０．１〜０．６％、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計：０．２〜１．０％、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計：０．２０〜０．６５％、Ｍｇ：０．２〜０．８％、弗素化合物のＦ換算値の合計：０．０５〜０．２５％、Ｎａ化合物のＮａ換算値の合計：０．０２〜０．１０％、Ｋ化合物のＫ換算値の合計：０．０５〜０．２０％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。
また、ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックスに、Ｂｉ及びＢｉ酸化物の一方または両方のＢｉ換算値の合計：０．００３〜０．０１０％を更に含有することも特徴とする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、全姿勢溶接でアークが安定してスパッタ発生量が少なく、スラグ剥離性及びビード外観、形状が良好で、立向上進溶接でメタル垂れが生じないなどの溶接作業性が良好であり、また、−６０℃における低温靭性が優れた溶接金属が得られるなど、溶接能率及び溶接部の品質の向上を図ることが可能である。
以下、本発明の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と、その成分組成の限定理由について説明する。なお、各成分の含有量は、フラックス入りワイヤの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、溶接金属の強度向上の効果がある。しかし、Ｃが０．０３％未満では、溶接金属の強度が低くなる。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、フラックスからの金属粉及び合金粉等から添加できる。
Ｃは、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、溶接金属の強度が低くなる。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、フラックスからの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ビード形状を良好にし、溶接作業性の向上に寄与する。しかし、Ｓｉが０．１％未満では、ビードの外観やビード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％を超えると、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、フラックスからの金属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ビード形状を良好にし、溶接作業性の向上に寄与する。しかし、Ｓｉが０．１％未満では、ビードの外観やビード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％を超えると、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、フラックスからの金属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：１．５〜２．８％］
Ｍｎは、Ｓｉと同様、溶接時に一部が溶接スラグとなることによりビードの外観やビード形状を良好にし、溶接作業性の向上に寄与する。また、Ｍｎは、溶接金属に歩留まることにより、溶接金属の強度と低温靱性を高める効果がある。しかし、Ｍｎが１．５％未満では、ビード外観やビード形状が不良で、溶接金属の低温靭性が低下する。一方、Ｍｎが２．８％を超えると、Ｍｎが溶接金属中に過剰に歩留まり、溶接金属の強度が高くなることにより、かえって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Ｍｎは１．５〜２．８％とする。なお、Ｍｎは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の合金粉末から添加できる。
Ｍｎは、Ｓｉと同様、溶接時に一部が溶接スラグとなることによりビードの外観やビード形状を良好にし、溶接作業性の向上に寄与する。また、Ｍｎは、溶接金属に歩留まることにより、溶接金属の強度と低温靱性を高める効果がある。しかし、Ｍｎが１．５％未満では、ビード外観やビード形状が不良で、溶接金属の低温靭性が低下する。一方、Ｍｎが２．８％を超えると、Ｍｎが溶接金属中に過剰に歩留まり、溶接金属の強度が高くなることにより、かえって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Ｍｎは１．５〜２．８％とする。なお、Ｍｎは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属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、溶接金属の強度及び低温靭性が低下する。一方、Ｃｕが０．５％を超えると、溶接金属の強度が過剰になり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、フラックスからの金属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、溶接金属の強度及び低温靭性が低下する。一方、Ｃｕが０．５％を超えると、溶接金属の強度が過剰になり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、フラックスからの金属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：０．３５〜０．９８％］
Ｎｉは、溶接金属の低温靱性を向上させる効果がある。しかし、Ｎｉが０．３５％未満では、溶接金属の低温靭性が低下する。一方、Ｎｉが０．９８％を超えると、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０．３５〜０．９８％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を向上させる効果がある。しかし、Ｎｉが０．３５％未満では、溶接金属の低温靭性が低下する。一方、Ｎｉが０．９８％を超えると、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０．３５〜０．９８％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：０．０５〜０．２５％］
Ｔｉは、溶接金属の組織を微細化して低温靭性を向上させる効果がある。しかし、Ｔｉが０．０５％未満では、溶接金属の低温靭性が低下する。一方、Ｔｉが０．２５％を超えると、靭性を阻害する上部ベイナイト組織を生成し低温靭性が低くなる。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＴｉは０．０５〜０．２５％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を向上させる効果がある。しかし、Ｔｉが０．０５％未満では、溶接金属の低温靭性が低下する。一方、Ｔｉが０．２５％を超えると、靭性を阻害する上部ベイナイト組織を生成し低温靭性が低くなる。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＴｉは０．０５〜０．２５％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を向上させる効果がある。しかし、Ｂが０．００２％未満では、溶接金属の低温靭性が低下する。一方、Ｂが０．０１５％を超えると、溶接金属の低温靱性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、鋼製外皮とフラックスの合計で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を向上させる効果がある。しかし、Ｂが０．００２％未満では、溶接金属の低温靭性が低下する。一方、Ｂが０．０１５％を超えると、溶接金属の低温靱性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、鋼製外皮とフラックスの合計で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が低下する。特にこのＡｌが０．０５％を超えると、溶接金属の靭性が低下する。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が低下する。特にこのＡｌが０．０５％を超えると、溶接金属の靭性が低下する。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。
［フラックス中に含有するＴｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計：３〜８％］
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、ビード形状を良好にし、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、溶融スラグの粘性や融点を調整し、メタル垂れを防ぐ効果がある。しかし、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が３％未満では、アークが不安定で、スパッタ発生量が多くなりビード外観及びビード形状が劣化し、溶接金属の低温靭性が低下する。また、立向上進溶接においてメタル垂れが生じてビード外観及びビード形状が不良になる。一方、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が８％を超えると、アークが安定してスパッタ発生量も少ないが、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、フラックス中に含有するＴｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計は３〜８％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、ビード形状を良好にし、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、溶融スラグの粘性や融点を調整し、メタル垂れを防ぐ効果がある。しかし、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が３％未満では、アークが不安定で、スパッタ発生量が多くなりビード外観及びビード形状が劣化し、溶接金属の低温靭性が低下する。また、立向上進溶接においてメタル垂れが生じてビード外観及びビード形状が不良になる。一方、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が８％を超えると、アークが安定してスパッタ発生量も少ないが、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、フラックス中に含有するＴｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計は３〜８％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。
［フラックス中に含有するＡｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計：０．１〜０．６％］
Ａｌ酸化物は、溶接時に溶接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メタル垂れを防ぐ効果がある。しかし、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計が０．１％未満では、立向上進溶接でメタル垂れが生じてビード外観及びビード形状が不良となる。一方、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計が０．６％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、フラックス中に含有するＡｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計は０．１〜０．６％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、溶接時に溶接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メタル垂れを防ぐ効果がある。しかし、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計が０．１％未満では、立向上進溶接でメタル垂れが生じてビード外観及びビード形状が不良となる。一方、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計が０．６％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、フラックス中に含有するＡｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計は０．１〜０．６％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。
［フラックス中に含有するＳｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計：０．２〜１．０％］
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と共にビード止端部のなじみを良好にする効果がある。しかし、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が０．２％未満では、スラグ被包性が低下してビード外観が不良で、ビード止端部のなじみも不良となる。一方、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が１．０％を超えると、溶接金属中にＳｉ酸化物が過剰に残存することにより、低温靭性が低下する。従って、フラックス中に含有するＳｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計は０．２〜１．０％とする。なお、Ｓｉ酸化物は、フラックスからの珪砂、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と共にビード止端部のなじみを良好にする効果がある。しかし、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が０．２％未満では、スラグ被包性が低下してビード外観が不良で、ビード止端部のなじみも不良となる。一方、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が１．０％を超えると、溶接金属中にＳｉ酸化物が過剰に残存することにより、低温靭性が低下する。従って、フラックス中に含有するＳｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計は０．２〜１．０％とする。なお、Ｓｉ酸化物は、フラックスからの珪砂、ジルコンサンド、珪酸ソーダ等から添加できる。
［フラックス中に含有するＺｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計：０．２０〜０．６５％］
Ｚｒ酸化物は、溶接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メタル垂れを防ぐ効果がある。しかし、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計が０．２０％未満では、立向上進溶接でメタル垂れが生じてビード外観及びビード形状が不良となる。一方、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計が０．６５％を超えると、スラグ剥離性が悪くなる。従って、フラックス中に含有するＺｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計は０．２０〜０．６５％とする。なお、Ｚｒ酸化物は、フラックスからのジルコンサンド、酸化ジルコニウム等から添加できる。
Ｚｒ酸化物は、溶接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メタル垂れを防ぐ効果がある。しかし、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計が０．２０％未満では、立向上進溶接でメタル垂れが生じてビード外観及びビード形状が不良となる。一方、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計が０．６５％を超えると、スラグ剥離性が悪くなる。従って、フラックス中に含有するＺｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計は０．２０〜０．６５％とする。なお、Ｚｒ酸化物は、フラックスからのジルコンサンド、酸化ジルコニウム等から添加できる。
［フラックス中に含有するＭｇ：０．２〜０．８％］
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し、溶接金属の低温靱性を高める効果がある。しかし、Ｍｇが０．２％未満では、溶接金属の低温靭性が低下する。一方、Ｍｇが０．８％を超えると、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、フラックス中に含有するＭｇは０．２〜０．８％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し、溶接金属の低温靱性を高める効果がある。しかし、Ｍｇが０．２％未満では、溶接金属の低温靭性が低下する。一方、Ｍｇが０．８％を超えると、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、フラックス中に含有するＭｇは０．２〜０．８％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。
［フラックス中に含有する弗素化合物のＦ換算値の合計：０．０５〜０．２５％］
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、アークが不安定になる。一方、弗素化合物のＦ換算値の合計が０．２５％を超えると、アークが不安定になり、スパッタ及びヒュームの発生量が多くなる。さらに、立向上進溶接ではメタル垂れが発生しやすくなってビード外観及びビード形状が不良となる。従って、フラックス中に含有する弗素化合物のＦ換算値の合計は０．０５〜０．２５％とする。なお、弗素化合物は、ＣａＦ2、ＮａＦ、ＫＦ、ＬｉＦ、ＭｇＦ2、Ｋ2ＳｉＦ6、Ｋ2ＺｒＦ6、Ｎａ2ＡｌＦ6、ＡｌＦ3等から添加でき、Ｆ換算値はそれらに含有されるＦの含有量の合計である。
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、アークが不安定になる。一方、弗素化合物のＦ換算値の合計が０．２５％を超えると、アークが不安定になり、スパッタ及びヒュームの発生量が多くなる。さらに、立向上進溶接ではメタル垂れが発生しやすくなってビード外観及びビード形状が不良となる。従って、フラックス中に含有する弗素化合物のＦ換算値の合計は０．０５〜０．２５％とする。なお、弗素化合物は、ＣａＦ2、ＮａＦ、ＫＦ、ＬｉＦ、ＭｇＦ2、Ｋ2ＳｉＦ6、Ｋ2ＺｒＦ6、Ｎａ2ＡｌＦ6、ＡｌＦ3等から添加でき、Ｆ換算値はそれらに含有されるＦの含有量の合計である。
［フラックス中に含有するＮａ化合物のＮａ換算値の合計：０．０２〜０．１０％］
Ｎａ化合物は、アーク安定剤及びスラグ形成剤として作用する。Ｎａ化合物のＮａ換算値の合計が０．０２％未満であると、全姿勢溶接でアークの集中性が低下して不安定になり、スパッタ発生量が増加する。一方、Ｎａ化合物のＮａ換算値の合計が０．１０％を超えると、アークが過剰に集中してアーク自体が細くなり、立向上進溶接でメタル垂れが発生しやすくなる。したがって、フラックス中に含有するＮａ化合物のＮａ換算値の合計は０．０２〜０．１０％とする。なお、Ｎａ化合物は、珪酸ソーダからなる水ガラスの固質分、フラックスからのＮａＦ、Ｎａ2ＡｌＦ6、チタン酸ソーダ等の粉末から添加でき、Ｎａ換算値はこれらに含有されるＮａの含有量の合計である。
Ｎａ化合物は、アーク安定剤及びスラグ形成剤として作用する。Ｎａ化合物のＮａ換算値の合計が０．０２％未満であると、全姿勢溶接でアークの集中性が低下して不安定になり、スパッタ発生量が増加する。一方、Ｎａ化合物のＮａ換算値の合計が０．１０％を超えると、アークが過剰に集中してアーク自体が細くなり、立向上進溶接でメタル垂れが発生しやすくなる。したがって、フラックス中に含有するＮａ化合物のＮａ換算値の合計は０．０２〜０．１０％とする。なお、Ｎａ化合物は、珪酸ソーダからなる水ガラスの固質分、フラックスからのＮａＦ、Ｎａ2ＡｌＦ6、チタン酸ソーダ等の粉末から添加でき、Ｎａ換算値はこれらに含有されるＮａの含有量の合計である。
［フラックス中に含有するＫ化合物のＫ換算値の合計：０．０５〜０．２０％］
Ｋ化合物は、Ｎａ化合物と同様、アーク安定剤及びスラグ形成剤として作用する。Ｋ化合物のＫ換算値の合計が０．０５％未満であると、全姿勢溶接でアークが不安定となり、スパッタ発生量が増加する。一方、Ｋ化合物のＫ換算値に合計が０．２０％を超えると、全姿勢溶接でスラグ被包性及びスラグ剥離性が不良になり、ビード形状・外観も不良になる。なお、Ｋ化合物は珪酸カリからなる水ガラスの固質分、フラックス中からのカリ長石、Ｋ2ＳｉＦ6、Ｋ2ＺｒＦ6、チタン酸カリ等の粉末から添加でき、Ｋ換算値はそれらに含有されるＫの含有量の合計である。
Ｋ化合物は、Ｎａ化合物と同様、アーク安定剤及びスラグ形成剤として作用する。Ｋ化合物のＫ換算値の合計が０．０５％未満であると、全姿勢溶接でアークが不安定となり、スパッタ発生量が増加する。一方、Ｋ化合物のＫ換算値に合計が０．２０％を超えると、全姿勢溶接でスラグ被包性及びスラグ剥離性が不良になり、ビード形状・外観も不良になる。なお、Ｋ化合物は珪酸カリからなる水ガラスの固質分、フラックス中からのカリ長石、Ｋ2ＳｉＦ6、Ｋ2ＺｒＦ6、チタン酸カリ等の粉末から添加でき、Ｋ換算値はそれらに含有されるＫの含有量の合計である。
［フラックス中に含有するＢｉ及びＢｉ酸化物の一方または両方のＢｉ換算値：０．００３〜０．０１０％］
Ｂｉは、溶接スラグの溶接金属からの剥離を促進して、スラグ剥離性を良好にする。Ｂｉ及びＢｉ酸化物の一方または両方のＢｉ換算値が０．００３％未満であると、スラグ剥離を促進する効果が不十分である。一方、Ｂｉ及びＢｉ酸化物の一方または両方のＢｉ換算値が０．０１０％を超えると、溶接金属に割れが生じる場合があり、また低温靭性が低下する。従って、フラックス中に含有するＢｉ及びＢｉ酸化物の一方または両方のＢｉ換算値は０．００３〜０．０１０％とする。なお、Ｂｉ及びＢｉ酸化物は、金属Ｂｉや酸化Ｂｉ等から添加される。
Ｂｉは、溶接スラグの溶接金属からの剥離を促進して、スラグ剥離性を良好にする。Ｂｉ及びＢｉ酸化物の一方または両方のＢｉ換算値が０．００３％未満であると、スラグ剥離を促進する効果が不十分である。一方、Ｂｉ及びＢｉ酸化物の一方または両方のＢｉ換算値が０．０１０％を超えると、溶接金属に割れが生じる場合があり、また低温靭性が低下する。従って、フラックス中に含有するＢｉ及びＢｉ酸化物の一方または両方のＢｉ換算値は０．００３〜０．０１０％とする。なお、Ｂｉ及びＢｉ酸化物は、金属Ｂｉや酸化Ｂｉ等から添加される。
本発明の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、成形し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、何れの断面構造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。
以下、本発明の効果を具体的に説明する。
表１に示す成分のＪＩＳ Ｇ ３１４１に規定されるＳＰＣＣを鋼製外皮として使用して、鋼製外皮を成形する工程でＵ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を造管、伸線して表１及び表２に示す各種成分のフラックス入りワイヤを試作した。ワイヤ径は１．２ｍｍとした。
試作したワイヤは、ＪＩＳ Ｚ Ｇ３１２６ ＳＬＡ３６５に規定される鋼板を用いて水平すみ肉溶接及び立向上進すみ肉溶接による溶接作業性の評価、溶着金属試験として機械特性評価を実施した。これらの溶接条件を表３に示す。
溶接作業性の評価は、水平すみ肉溶接試験では、アークの安定性、スパッタ及びヒュームの発生状況、スラグ剥離性、ビード外観・形状について調査し、立向上進溶接試験では、特に溶融メタル垂れの有無、ビード外観・形状について調査した。
溶着金属試験は、ＪＩＳ Ｚ ３１１１に準じて溶接し、ＪＩＳ Ｚ ３１０６に準じてＸ線透過試験を実施して溶接欠陥の有無を調査したのち、溶着金属の板厚方向中央部から引張試験片（Ａ０号）及び衝撃試験片（Ｖノッチ試験片）を採取して、機械試験を実施した。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。引張試験の評価は、引張強さが５７０〜７２０ＭＰａ以上のものを良好とした。これらの結果を表４及び表５にまとめて示す。
表１及び表４のワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ１５は本発明例、表２及び表５のワイヤ記号Ｗ１６〜Ｗ３２は比較例である。本発明例であるワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ１５は、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｂ、Ａｌ、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計、Ｍｇ、弗素化合物のＦ換算値の合計、Ｎａ化合物のＮａ換算値の合計、Ｋ化合物のＫ換算値の合計が本発明において規定した範囲内であるので、水平すみ肉溶接試験での溶接作業性が良好で、立向上進溶接試験でのメタル垂れが無く、溶着金属試験での溶接欠陥が無く、溶着金属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。なお、ワイヤ記号Ｗ２、Ｗ４、Ｗ５、Ｗ８、Ｗ１０及びＷ１２は、Ｂｉ換算値を適量含有しているのでスラグ剥離性が非常に良好であった。
比較例中ワイヤ記号Ｗ１６は、Ｃが少ないので、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も低値であった。
ワイヤ記号Ｗ１７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、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計が少ないので、立向上進溶接試験でメタル垂れが生じてビード外観・形状が不良であった。
ワイヤ記号Ｗ１８は、Ｓｉが少ないので、水平すみ肉溶接試験及び立向上進溶接試験ともにビード外観・形状が不良であった。また、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計が多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。
ワイヤ記号Ｗ１９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、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計が少ないので、立向上進溶接試験でメタル垂れが生じてビード外観・形状が不良であった。
ワイヤ記号Ｗ２０は、Ｍｎが少ないので、水平すみ肉溶接試験でビード外観・形状が不良で、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。また、Ｋ化合物中のＫ換算値の合計が少ないので、水平すみ肉溶接試験でアークが不安定でスパッタ発生量が多かった。
ワイヤ記号Ｗ２１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。
ワイヤ記号Ｗ２２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も低値であった。また、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が少ないので、水平すみ肉溶接試験でスラグ被包性が悪くビード外観・形状が不良であった。
ワイヤ記号Ｗ２３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、Ｚｒ化合物のＺｒＯ2換算値の合計が多いので、水平すみ肉溶接試験でスラグ剥離性が不良であった。なお、Ｂｉ換算値が少ないので、スラグ剥離性を改善する効果は得られなかった。
ワイヤ記号Ｗ２４は、Ｎｉが少ないので、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、水平すみ肉溶接試験でスパッタ及びヒューム発生量が多かった。
ワイヤ記号Ｗ２５は、Ｎｉが多いので、溶着金属試験でクレータ割れが生じた。また、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。
ワイヤ記号Ｗ２６は、Ｔｉが少ないので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。また、弗素化合物のＦ換算値の合計が少ないので、水平すみ肉溶接試験でアークが不安定であった。
ワイヤ記号Ｗ２７は、Ｔｉ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、弗素化合物のＦ換算値の合計が多いので、水平すみ肉溶接試験でアークが不安定でスパッタ発生量が多くビード外観・形状も不良で、立向上進溶接試験ではメタルが垂れてビード外観・形状が不良であった。
ワイヤ記号Ｗ２８は、Ｂが少ないので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。また、Ｎａ化合物のＮａ換算値の合計が少ないので、水平すみ肉溶接試験でアークが不安定でスパッタ発生量が多かった。
ワイヤ記号Ｗ２９は、Ｂが多いので、溶着金属試験でクレータ割れが生じ、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。また、Ｎａ化合物のＮａ換算値の合計が多いので、立向上進溶接試験でメタルが垂れてビード外観・形状が不良であった。
ワイヤ記号Ｗ３０は、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が少ないので、水平すみ肉溶接試験でアークが不安定でスパッタ発生量も多くビード外観・形状が不良で、立向上進溶接試験でメタル垂れが生じてビード外観・形状が不良であった。また、Ｂｉ換算値が多いので、溶着金属試験でクレータ割れが生じ、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換算値の合計が多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。また、Ｋ化合物のＫ換算値の合計が多いので、水平すみ肉溶接及び立向上進溶接でスラグ剥離性が不良になり、ビード形状・外観も不良であった。
ワイヤ記号Ｗ３２は、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。
Claims (2)
- 鋼製外皮にフラックスを充填してなる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：１．５〜２．８％、
Ｃｕ：０．０１〜０．５％、
Ｎｉ：０．３５〜０．９８％、
Ｔｉ：０．０５〜０．２５％、
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：３〜８％、
Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計：０．１〜０．６％、
Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計：０．２〜１．０％、
Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計：０．２０〜０．６５％、
Ｍｇ：０．２〜０．８％、
弗素化合物のＦ換算値の合計：０．０５〜０．２５％、
Ｎａ化合物のＮａ換算値の合計：０．０２〜０．１０％、
Ｋ化合物のＫ換算値の合計：０．０５〜０．２０％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ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。 - ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックス中に、Ｂｉ及びＢｉ酸化物の一方または両方のＢｉ換算値の合計：０．００３〜０．０１０％を更に含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フラックス入りワイヤ。
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