JP6863862B2 - 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、４９０〜５５０ＭＰａ級鋼のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤであって、特に高電流で溶接を行うときのヒューム発生量が少なく、溶接作業性に優れ、さらに大入熱・高パス間温度の溶接施工条件下においても良好な機械的性能の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に関する。
建築鉄骨分野では、溶接施工の能率向上を図るため、高電流域でのガスシールドアーク溶接法が従来より使用されている。ガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤを用いた高電流溶接では、１層毎の溶着量を多くすることができるため溶接の高能率化が可能であるが、アークが不安定でスパッタ発生量が多く、ビード外観・形状が不良であるなど溶接作業性が悪いという問題がある。
一方、ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを用いた高電流溶接では、ヒューム発生量が多くなるという問題の他、スラグ発生量も多くなるので、スラグ巻込み等の溶接欠陥が発生しやすくなるという問題がある。
これらの問題を解決する手段として、スパッタ発生量が少ないガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤの開発が既に行われおり、例えば特許文献１には、二硫化モリブデン、リン脂質及び常温で液体の潤滑剤からなる送給潤滑剤をワイヤ表面に適量付着させることでワイヤ送給性を良好にし、溶接時のスパッタ発生量を低減する技術が開示されている。また特許文献２には、２種類以上のアルカリ金属を含浸させたアルカリ金属含浸部をワイヤ表層下に形成させることでスパッタ発生量を低減できるガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤが開示されている。しかし、ガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤを用いた高電流溶接では、発生するスパッタ自体が多いため、たとえワイヤ送給性が良好になってもスパッタ発生量を十分に低減できず、またビード外観・形状も改善することができないという問題があった。
一方、ヒューム発生量が少ないガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの開発も行われており、例えば特許文献３には、鋼製外皮中の低Ｃ化及びＴｉ、Ａｌの複合添加によりヒューム発生原因のひとつであるＣＯ、ＣＯ2の生成を抑制させることでヒューム量を低減する技術が開示されている。このフラックス入りワイヤは、ヒューム発生量の低減については良好であるが、安定した溶接金属の強度及び靱性を得ることはできない。また、スラグ系フラックス入りワイヤのためスラグ生成量が多くなるという問題があった。
また近年では、更なる溶接施工の高能率化を目的として、大入熱・高パス間温度の溶接施工条件に対応するガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤが開発されており、ＪＩＳ Ｚ３３１２ ＹＧＷ１８に規定されている。このようなガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤは、溶接金属の強度及び靭性の低下を招くことなく溶接施工が可能な条件として、引張強さが４９０ＭＰａ級の高張力鋼に対して、最大入熱４０ｋＪ／ｃｍ、最高パス間温度３５０℃の溶接施工条件が許容される。また、引張強さが５２０ＭＰａ級の高張力鋼に対しては、最大入熱３０ｋＪ／ｃｍ、最高パス間温度２５０℃の溶接施工条件が許容される。
大入熱・高パス間温度の溶接施工条件に対応したガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤは、例えば、特許文献４〜６にあるように、ワイヤ中にＭｏ、Ｃｒ等を多く含有したものが提案されている。これらソリッドワイヤによれば、大入熱・高パス間温度の溶接施工条件においても、溶接金属の強度及び靭性を確保することが可能であるが、やはりアークが不安定でスパッタ発生量が多く、ビード外観・形状が不良であるなど溶接作業性が悪いという問題があった。
大入熱・高パス間温度の溶接施工条件で溶接金属の強度及び靭性を確保しつつ、溶接作業性が良好なガスシールドアーク溶接用ワイヤとして、例えば特許文献７や特許文献８には、大入熱・高パス間温度の溶接施工条件の下で、良好な溶接作業性が得られるとともに、機械的性能に優れた溶接金属が得られるフラックス入りワイヤが開示されている。しかし、これらのフラックス入りワイヤでは、ヒューム発生量が多いという問題があった。また、後者はスラグ発生量も多くなるので、スラグ巻込み等の溶接欠陥が発生しやすくなるという問題があった。
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、４９０〜５５０ＭＰａ級鋼のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤであって、特に高電流の溶接を行うときのヒューム発生量及びスパッタ発生量が少なく、溶接作業性に優れ、さらに大入熱・高パス間温度の溶接施工条件においても良好な機械的性能の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、４９０〜５５０ＭＰａ級鋼における高電流の溶接、さらに大入熱・高パス間温度で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、適正な強度及び靱性を有する溶接金属が得られるとともに、アークが安定し、ヒューム発生量及びスパッタ発生量が少なく、ビード形状・ビード外観に優れ、スラグ剥離性が良好であり、溶接欠陥が防止できるなど良好な溶接作業性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の成分組成について詳細に検討した。
その結果、充填フラックス中のＣの含有量を少なくすることにより高電流の溶接施工条件においてもヒューム発生量を低減できることを見出した。
また、その他の溶接作業性については、ワイヤ中のＣ、弗素化合物のＦ換算値の合計及びＮａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の合計を適正化することでアークを安定化させてスパッタ発生量を低減させ、ＳｉＯ2を適量とすることでビード形状・ビード外観を良好にするとともに、Ｓを適正化することでスラグ剥離性を良好にすることを見出した。
さらに、高電流の溶接施工条件においても溶接金属の適正な強度と安定した靱性を達成するために、ワイヤ中のスラグ生成剤である酸化物を極力減らし、合金成分のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｔｉのそれぞれの適正化が有効であることを見出した。
また、ワイヤ中のＭｏ、Ｂ量を適正にすることにより、大入熱・高パス間温度の溶接施工条件においても、溶接金属の靱性を低下させることなく高強度化が可能であることも見出した。
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：０．０２〜０．１０％、Ｓｉ：０．４〜１．６％、Ｍｎ：１．５〜３．０％、Ｓ：０．００８〜０．０３０％、Ｃｕ：０．０５〜０．５％を含有し、さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックス中に、Ｃ：０．０２以下、Ｔｉ：０．１〜０．４％、弗素化合物：Ｆ換算値の合計で０．００５〜０．１％、ＳｉＯ2：０．０１〜０．２％、Ｎａ化合物及びＫ化合物：Ｎａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計で０．０２〜０．１５％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、鋼製外皮とフラックスの合計で、Ｍｏ：０．１５〜０．５％、Ｂ：０．００１５〜０．０１０％をさら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。
上述した構成からなる本発明を適用した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、４９０〜５５０ＭＰａ級鋼を溶接するにあたり、特に高電流の溶接を行うときのヒューム発生量及びスパッタ発生量が少なく、アークの安定性が良好で、ビード形状・ビード外観に優れ、スラグ生成量が少なく溶接欠陥を防止できるなど溶接作業性が良好で、さらに、大入熱・高パス間温度の溶接施工条件においても溶接金属の強度及び靱性を十分に確保し、高能率に高品質な溶接金属を得ることができる。
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、各成分組成それぞれの単独及び共存による相乗効果によりなし得たもので、以下にそれぞれの各成分組成の限定理由について説明する。なお、各成分組成の含有率は、ワイヤ全質量に対する質量％で表すものとし、その質量％に関する記載を単に％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：０．０２〜０．１０％］
Ｃは、溶接金属の強度を向上させる効果がある。またＣは、アークを安定させて溶滴を細粒化させる効果がある。Ｃが０．０２％未満であると、十分な溶接金属の強度が得られない。またＣが０．０２％未満であると、溶滴の細粒化が困難となってアークが不安定でスパッタ発生量が多くなる。一方、Ｃが０．１０％を超えると、溶接金属の強度が高くなり靱性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＣは０．０２〜０．１０％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末等から添加できる。
Ｃは、溶接金属の強度を向上させる効果がある。またＣは、アークを安定させて溶滴を細粒化させる効果がある。Ｃが０．０２％未満であると、十分な溶接金属の強度が得られない。またＣが０．０２％未満であると、溶滴の細粒化が困難となってアークが不安定でスパッタ発生量が多くなる。一方、Ｃが０．１０％を超えると、溶接金属の強度が高くなり靱性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＣは０．０２〜０．１０％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末等から添加できる。
［鋼製外皮とフラックスの合計でＳｉ：０．４〜１．６％］
Ｓｉは、脱酸剤であり溶接金属の酸素量を調整する。またＳｉは、溶接金属の強度を向上させる効果がある。Ｓｉが０．４％未満であると、脱酸不足となり溶接金属の強度が低く、靱性が低下する。一方、Ｓｉが１．６％を超えると、溶接金属の強度が過剰に高くなり、靱性が安定して得られない。またＳｉが１．６％を超えると、溶接時に生成するスラグ量が増加してスラグ巻込み等の溶接欠陥が発生しやすくなる。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＳｉは０．４〜１．６％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、脱酸剤であり溶接金属の酸素量を調整する。またＳｉは、溶接金属の強度を向上させる効果がある。Ｓｉが０．４％未満であると、脱酸不足となり溶接金属の強度が低く、靱性が低下する。一方、Ｓｉが１．６％を超えると、溶接金属の強度が過剰に高くなり、靱性が安定して得られない。またＳｉが１．６％を超えると、溶接時に生成するスラグ量が増加してスラグ巻込み等の溶接欠陥が発生しやすくなる。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＳｉは０．４〜１．６％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：１．５〜３．０％］
Ｍｎは、溶接金属の靱性及び強度を向上させる効果がある。Ｍｎが１．５％未満であると、溶接金属の強度が低くなり靱性が低下する。一方、Ｍｎが３．０％を超えると、溶接金属の強度が高くなり、靱性が安定して得られない。またＭｎが３．０％を超えると、溶接時に生成するスラグ量が増加してスラグ巻込み等の溶接欠陥が発生しやすくなる。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＭｎは１．５〜３．０％とする。なおＭｎは、鋼製外皮に含まれる成分の他、金属Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の合金粉末から添加できる。
Ｍｎは、溶接金属の靱性及び強度を向上させる効果がある。Ｍｎが１．５％未満であると、溶接金属の強度が低くなり靱性が低下する。一方、Ｍｎが３．０％を超えると、溶接金属の強度が高くなり、靱性が安定して得られない。またＭｎが３．０％を超えると、溶接時に生成するスラグ量が増加してスラグ巻込み等の溶接欠陥が発生しやすくなる。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＭｎは１．５〜３．０％とする。なおＭｎは、鋼製外皮に含まれる成分の他、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Ｓ：０．００８〜０．０３０％］
Ｓは、溶接金属からのスラグ剥離を促進する作用と、スラグの結晶化度を低下させる作用を有し、スラグ剥離性を向上させる効果がある。Ｓが０．００８％未満であると、この効果が得られず、スラグ剥離性が劣化する。一方、Ｓが０．０３０％を超えると、溶接金属に割れが発生しやすくなる。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＳは０．００８〜０．０３０％とする。なお、Ｓは鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからＦｅＳ等の合金粉末から添加できる。
Ｓは、溶接金属からのスラグ剥離を促進する作用と、スラグの結晶化度を低下させる作用を有し、スラグ剥離性を向上させる効果がある。Ｓが０．００８％未満であると、この効果が得られず、スラグ剥離性が劣化する。一方、Ｓが０．０３０％を超えると、溶接金属に割れが発生しやすくなる。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＳは０．００８〜０．０３０％とする。なお、Ｓは鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからＦｅＳ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：０．０５〜０．５％］
Ｃｕは、析出強化作用を有し、変態温度を低下させ溶接金属の組織を微細化して靭性を安定させる効果がある。Ｃｕが０．０５％未満であると、この効果が得られず、安定した溶接金属の靱性が得られない。一方、Ｃｕが０．５％を超えると、析出脆化が生じて溶接金属の靭性が低下し、また高温割れが発生しやすくなる。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＣｕは０．０５〜０．５％とする。なお、Ｃｕは、鋼製外皮に含まれる成分及び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、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｕ等の合金粉から添加できる。
Ｃｕは、析出強化作用を有し、変態温度を低下させ溶接金属の組織を微細化して靭性を安定させる効果がある。Ｃｕが０．０５％未満であると、この効果が得られず、安定した溶接金属の靱性が得られない。一方、Ｃｕが０．５％を超えると、析出脆化が生じて溶接金属の靭性が低下し、また高温割れが発生しやすくなる。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＣｕは０．０５〜０．５％とする。なお、Ｃｕは、鋼製外皮に含まれる成分及び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、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｕ等の合金粉から添加できる。
［フラックス中のＣ：０．０２％以下］
フラックス中のＣは、合金粉末中に含まれる。しかし、フラックス中のＣは、酸素と反応しやすく、ＣＯガス及びＣＯ2ガスの生成を促進させるので、ヒュームの発生量が多くなる。特にその含有量が０．０２％を超えるとヒュームの発生量が著しく多くなる。したがって、フラックス中のＣは０．０２％以下とする。なお、フラックス中のＣは、Ｃ含有量の少ない合金粉末を用いることのよって０．０２％以下とすることができる。また、フラックス中のＣは必須成分ではなく、含有率が０％でもよい。
フラックス中のＣは、合金粉末中に含まれる。しかし、フラックス中のＣは、酸素と反応しやすく、ＣＯガス及びＣＯ2ガスの生成を促進させるので、ヒュームの発生量が多くなる。特にその含有量が０．０２％を超えるとヒュームの発生量が著しく多くなる。したがって、フラックス中のＣは０．０２％以下とする。なお、フラックス中のＣは、Ｃ含有量の少ない合金粉末を用いることのよって０．０２％以下とすることができる。また、フラックス中のＣは必須成分ではなく、含有率が０％でもよい。
［フラックス中のＴｉ：０．１〜０．４％］
Ｔｉは、脱酸剤として作用するとともに、溶接金属中にＴｉの微細酸化物を生成し溶接金属の靭性をより向上させる効果がある。Ｔｉが０．１％未満であると、この効果が得られず、溶接金属の靭性が低下する。一方、Ｔｉが０．４％を超えると、溶接金属中の固溶Ｔｉが多くなり、靭性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＴｉは０．１〜０．４％とする。なお、鋼製外皮にＴｉを添加すると、剛性が強くなりフラックス入りワイヤの成形工程で生産性が低下する。よって、Ｔｉはフラックスからの金属Ｔｉ、Ｆｅ−Ｔｉ等の合金粉から添加する。
Ｔｉは、脱酸剤として作用するとともに、溶接金属中にＴｉの微細酸化物を生成し溶接金属の靭性をより向上させる効果がある。Ｔｉが０．１％未満であると、この効果が得られず、溶接金属の靭性が低下する。一方、Ｔｉが０．４％を超えると、溶接金属中の固溶Ｔｉが多くなり、靭性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＴｉは０．１〜０．４％とする。なお、鋼製外皮にＴｉを添加すると、剛性が強くなりフラックス入りワイヤの成形工程で生産性が低下する。よって、Ｔｉはフラックスからの金属Ｔｉ、Ｆｅ−Ｔｉ等の合金粉から添加する。
［フラックス中の弗素化合物：Ｆ換算値の合計：０．００５〜０．１％］
弗素化合物は、アークを集中させて安定させる効果がある。弗素化合物のＦ換算値の合計が０．００５％未満では、この効果が得られず、アークが不安定でスパッタ発生量が多くなる。一方、弗素化合物のＦ換算値の合計が０．１％を超えると、アークが荒く不安定になり、スパッタ発生量が多くなる。したがって、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０．００５〜０．１％とする。なお、弗素化合物は、フラックスからの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の含有量の合計である。
弗素化合物は、アークを集中させて安定させる効果がある。弗素化合物のＦ換算値の合計が０．００５％未満では、この効果が得られず、アークが不安定でスパッタ発生量が多くなる。一方、弗素化合物のＦ換算値の合計が０．１％を超えると、アークが荒く不安定になり、スパッタ発生量が多くなる。したがって、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０．００５〜０．１％とする。なお、弗素化合物は、フラックスからの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の含有量の合計である。
［フラックス中のＳｉＯ2：０．０１〜０．２％］
フラックス中のＳｉ酸化物（ＳｉＯ2）は、溶融スラグの粘性を高めてスラグ被包性を向上させてビード止端部のなじみを良好にし、ビード外観・形状を良好にする効果がある。ＳｉＯ2が０．０１％未満であると、溶接ビードのビード止端部のなじみが悪くなり、ビード外観・形状が悪くなる。一方、ＳｉＯ2が０．２％を超えると、溶接金属中の酸素量が増加して靭性が低下する。また、ＳｉＯ2が０．２％を超えるとスラグ量が多くなり、スラグ巻込み等の溶接欠陥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ＳｉＯ2は０．０１〜０．２％とする。なお、ＳｉＯ2は、フラックスからの珪砂、珪酸ソーダ及び珪酸カリウムからなる水ガラスの固質成分等から添加できる。
フラックス中のＳｉ酸化物（ＳｉＯ2）は、溶融スラグの粘性を高めてスラグ被包性を向上させてビード止端部のなじみを良好にし、ビード外観・形状を良好にする効果がある。ＳｉＯ2が０．０１％未満であると、溶接ビードのビード止端部のなじみが悪くなり、ビード外観・形状が悪くなる。一方、ＳｉＯ2が０．２％を超えると、溶接金属中の酸素量が増加して靭性が低下する。また、ＳｉＯ2が０．２％を超えるとスラグ量が多くなり、スラグ巻込み等の溶接欠陥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ＳｉＯ2は０．０１〜０．２％とする。なお、ＳｉＯ2は、フラックスからの珪砂、珪酸ソーダ及び珪酸カリウムからなる水ガラスの固質成分等から添加できる。
［フラックス中のＮａ化合物及びＫ化合物：Ｎａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計で０．０２〜０．１５％］
Ｎａ化合物及びＫ化合物は、アークをソフトにして安定にする効果がある。Ｎａ化合物及びＫ化合物中のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計が０．０２％未満であると、アークが不安定になり、スパッタ発生量が多くなる。一方、Ｎａ化合物及びＫ化合物中のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計が０．１５％を超えると、アークが不安定でスパッタ発生量が多くなる。またＮａ化合物及びＫ化合物中のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計が０．１５％を超えると、溶接時に生成するスラグ量が多くなり、スラグ巻込み等の溶接欠陥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化合物及びＫ化合物中のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計は０．０２〜０．１５％とする。なお、Ｎａ化合物やＫ化合物は、珪酸ソーダ及び珪酸カリウムからなる水ガラスの固質成分、ＮａＦ、Ｋ2ＳｉＦ6等の粉末から添加できる。
Ｎａ化合物及びＫ化合物は、アークをソフトにして安定にする効果がある。Ｎａ化合物及びＫ化合物中のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計が０．０２％未満であると、アークが不安定になり、スパッタ発生量が多くなる。一方、Ｎａ化合物及びＫ化合物中のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計が０．１５％を超えると、アークが不安定でスパッタ発生量が多くなる。またＮａ化合物及びＫ化合物中のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計が０．１５％を超えると、溶接時に生成するスラグ量が多くなり、スラグ巻込み等の溶接欠陥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化合物及びＫ化合物中のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計は０．０２〜０．１５％とする。なお、Ｎａ化合物やＫ化合物は、珪酸ソーダ及び珪酸カリウムからなる水ガラスの固質成分、ＮａＦ、Ｋ2ＳｉＦ6等の粉末から添加できる。
［鋼製外皮とフラックスの合計でＭｏ：０．１５〜０．５％］
Ｍｏは、大入熱・高パス間温度の溶接施工条件で、溶接金属の強度を確保するうえで重要な効果がある。Ｍｏが０．１５％未満であると、これらの効果が十分に得られず、大入熱・高パス間温度での溶接施工条件で溶接金属に必要な強度が得られない。一方、Ｍｏが０．５％を超えると、溶接金属の強度が過剰に高くなり、靭性が安定して得られない。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＭｏは０．１５〜０．５％とする。なお、Ｍｏは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｍｏ粉から添加できる。
Ｍｏは、大入熱・高パス間温度の溶接施工条件で、溶接金属の強度を確保するうえで重要な効果がある。Ｍｏが０．１５％未満であると、これらの効果が十分に得られず、大入熱・高パス間温度での溶接施工条件で溶接金属に必要な強度が得られない。一方、Ｍｏが０．５％を超えると、溶接金属の強度が過剰に高くなり、靭性が安定して得られない。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＭｏは０．１５〜０．５％とする。なお、Ｍｏは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｍｏ粉から添加できる。
［鋼製外皮とフラックスの合計でＢ：０．００１５〜０．０１０％］
Ｂは、大入熱・高パス間温度での溶接施工条件での溶接金属の組織を微細化して靭性を向上させる効果がある。Ｂが０．００１５％未満であると、その効果が得られず、大入熱・高パス間温度での溶接施工条件で溶接金属の靭性が低下する。一方、Ｂが０．０１０％を超えると、粒界が脆化して靭性が低下し、また高温割れが発生しやすくなる。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＢは０．００１５〜０．０１０％とする。なお、Ｂは、鋼製外皮に含まれる成分の他、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｂ等の合金粉から添加できる。
Ｂは、大入熱・高パス間温度での溶接施工条件での溶接金属の組織を微細化して靭性を向上させる効果がある。Ｂが０．００１５％未満であると、その効果が得られず、大入熱・高パス間温度での溶接施工条件で溶接金属の靭性が低下する。一方、Ｂが０．０１０％を超えると、粒界が脆化して靭性が低下し、また高温割れが発生しやすくなる。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＢは０．００１５〜０．０１０％とする。なお、Ｂは、鋼製外皮に含まれる成分の他、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｂ等の合金粉から添加できる。
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、鋼製外皮に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、鋼製外皮に継目を有するワイヤは、溶接金属の強度が高くなると低温割れが生じやすくなるので水分含有量の少ない原材料を用いる必要がある。一方、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−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｔｉ合金などの鉄合金粉のＦｅ分及び不可避不純物である。不可避不純物については特に規定しないが、高温割れ及び溶接金属の靱性の観点から、Ａｌ：０．１％以下、Ｐ：０．０５％以下であることが好ましい。
また、フラックス充填率は特に限定しないが、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。
なお、シールドガスは、炭酸ガスとし、シールドガスの流量は耐欠陥性及び大気からの窒素の混入を防ぐために２０〜３５リットル／分であることが好ましい。
以下、本発明の効果を実施例により具体的に説明する。
表１に示す化学成分のＪＩＳ Ｇ３１４１に規定されるＳＰＣＣを鋼製外皮として使用し、鋼製外皮をＵ字形に成形、フラックス充填率を８〜２０％で充填してＣ字形に成形した後、鋼製外皮の合わせ目を溶接して造管、伸線し、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。なお、試作したワイヤ径は１．４ｍｍとした。
表２に示す試作したフラックス入りワイヤを用いて、アーク安定性、ヒューム発生量、スパッタ発生量、スラグ剥離性、ビード外観・形状及び溶接金属性能の調査を行った。
溶接作業性及び溶接金属性能は、表３に示す条件Ｎｏ．Ｔ１の施工条件で、３５°レ形開先、ルートギャップ８ｍｍの裏当金付きの試験体を用いた多層盛溶接金属試験を行い、溶接時のアーク安定性及びビード外観・形状を調査した。なお、溶接時のワイヤ送給は６ｍ長さのコンジットケーブルを用いた。溶接終了後、裏当金を削除してＸ線透過試験を行った。また、溶接金属部からＡ０号引張試験片及び衝撃試験を採取して機械的性能を調査した。
強度の評価は、引張強さが４９０〜６９０ＭＰａ、靭性の評価は、０℃におけるシャルピー衝撃試験を各５本実施し、吸収エネルギーの平均値が８０Ｊ以上、最低値が６０Ｊ以上を良好とした。
ヒュームの発生量は、ＪＩＳ Ｚ ３９３０に準じ、１分間溶接した際に発生するヒュームの重量を測定することにより、単位時間当たりの値（ｇ／ｍｉｎ）を求めた。なお、ヒュームの測定は、表３に示す条件Ｎｏ．Ｔ２の施工条件で３回測定した平均値とし、８００ｇ／ｍｉｎ以下を良好とした。
スパッタの発生量は、銅製の捕集箱を用いて、１分間溶接した際に発生するスパッタの重量を測定することにより、単位時間当りの値（ｇ／ｍｉｎ）を求めた。なお、スパッタの測定は、表３に示す条件Ｎｏ．Ｔ２の施工条件で５回測定した平均値とし、１．５ｇ／ｍｉｎ以下を良好とした。それらの結果を表４にまとめて示す。
表２及び表４中のワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ８、Ｗ１０が本発明例、ワイヤ記号Ｗ１１〜Ｗ１５、Ｗ１７、Ｗ１８、Ｗ２０は比較例である。本発明例であるワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ８、Ｗ１０は、フラックス入りワイヤ中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｓ、Ｃｕの含有量が適正で、フラックス中のＣ、Ｔｉ、弗素化合物のＦ換算値の合計、ＳｉＯ２、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ２Ｏ換算値とＫ２Ｏ換算値の合計が適量であるので、大電流の溶接施工条件においてもアークが安定して、ヒューム発生量及び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、溶接欠陥がなく、溶接金属の引張強さ及び吸収エネルギーの平均値及び最低値ともに良好で極めて満足な結果であった。
比較例中ワイヤ記号Ｗ１１は、Ｃが少ないので、アークが不安定で、スパッタ発生量が多く、溶接金属の引張強さが低かった。また、Ｔｉが多いので、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。さらに、Ｓが少ないのでスラグ剥離性が不良であった。
ワイヤ記号Ｗ１２は、Ｃが多いので、溶接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、Ｓが多いので、クレータ部に割れが生じた。
ワイヤ記号Ｗ１３は、Ｓｉが少ないので、溶接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、フラックス中のＣが多いので、ヒューム発生量が多かった。
ワイヤ記号Ｗ１４は、Ｓｉが多いので、溶接金属の引張強さが高く、吸収エネルギーの最低値が低かった。また、スラグ生成量が多くなりスラグ巻込み欠陥が生じた。さらに、Ｆ換算値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かった。
ワイヤ記号Ｗ１５は、Ｍｎが少ないので、溶接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、Ｆ換算値の合計が多いので、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Ｗ１７は、Ｃｕが少ないので、溶接金属の吸収エネルギーの最低値が低かった。また、Ｎａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値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かった。
ワイヤ記号Ｗ１８は、Ｃｕが多いので、溶接金属の吸収エネルギーが低かった。また、クレータ割れが生じた。さらに、Ｎａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計が多いので、アークが不安定で、スパッタ発生量が多かった。また、スラグ生成量が多くなりスラグ巻込み欠陥が生じた。
ワイヤ記号Ｗ２０は、ＳｉＯ2が多いので、溶接金属の吸収エネルギーが低かった。また、スラグ生成量が多くなりスラグ巻込み欠陥が生じた。さらに、フラックス中のＣが多いので、ヒューム発生量が多かった。
実施例１と同様に表１に示す化学成分のＪＩＳ Ｇ３１４１に規定されるＳＰＣＣを鋼製外皮として使用し、鋼製外皮をＵ字形に成形、フラックス充填率を８〜１５％で充填してＣ字形に成形した後、鋼製外皮の合わせ目を溶接して造管、伸線し、表５に示す各種成分のフラックス入りワイヤを試作した。なお、試作したワイヤ径は１．４ｍｍとした。
表５に示す試作したフラックス入りワイヤを用いて、溶接作業性、ヒューム発生量、スパッタ発生量の測定及び溶接金属性能の調査を行った。
溶接作業性及び溶接金属性能は、表３に示す条件Ｎｏ．Ｔ３の大入熱・高パス間温度の施工条件で、３５°レ開先、ルートギャップ８ｍｍの裏当金付きの開先を用いた多層盛溶接金属試験を行い、実施例１と同様に溶接時のアークの安定性及びビード外観・形状を調査した。溶接終了後裏当金を削除してＸ線透過試験を実施した。また、溶接金属部からＡ０号引張試験片及び衝撃試験を採取して機械的性能を調査した。
引張強さは、５２０〜７２０ＭＰａ、靭性の評価は、０℃におけるシャルピー衝撃試験を各５本実施し、吸収エネルギーの平均値は８０Ｊ以上、最低値は６０Ｊ以上を良好とした。
ヒュームの発生量は、ＪＩＳ Ｚ３９３０に準じ、１分間溶接した際に発生するヒュームの重量を測定することにより、単位時間当たりの値（ｇ／ｍｉｎ）を求めた。なお、ヒュームの測定は、表３に示す条件Ｎｏ．Ｔ２の施工条件で３回測定した平均値とし、８００ｇ／ｍｉｎ以下を良好とした。
スパッタの発生量は、銅製の捕集箱を用いて、１分間溶接した際に発生するスパッタの重量を測定することにより、単位時間当りの値（ｇ／ｍｉｎ）を求めた。なお、スパッタの測定は、表３に示す条件Ｎｏ．Ｔ２の施工条件で５回測定した平均値とし、１．５ｇ／ｍｉｎ以下を良好とした。それらの結果を表６にまとめて示す。
表５及び表６中のワイヤ記号Ｗ２３が本発明例、ワイヤ記号Ｗ２６は比較例である。本発明例であるワイヤ記号Ｗ２３は、フラックス入りワイヤ中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｓ、Ｃｕ、Ｍｏ及びＢの含有量が適正で、フラックス中のＣ、Ｔｉ、弗素化合物のＦ換算値の合計、ＳｉＯ２、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ２Ｏ換算値とＫ２Ｏ換算値の合計が適量であるので、大電流・高パス間温度の溶接施工条件においてもアークが安定して、ヒューム発生量及び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、溶接欠陥がなく、溶接金属の引張強さ及び吸収エネルギーの平均値及び最低値ともに良好で極めて満足な結果であった。
ワイヤ記号Ｗ２６は、Ｍｏが多いので、溶接金属の引張強さが高く、吸収エネルギーの最低値が低かった。
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：０．０２〜０．１０％、
Ｓｉ：０．４〜１．６％、
Ｍｎ：１．５〜３．０％、
Ｓ：０．００８〜０．０３０％、
Ｃｕ：０．０５〜０．５％を含有し、
さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックス中に、
Ｃ：０．０２％以下、
Ｔｉ：０．１〜０．４％、
弗素化合物：Ｆ換算値の合計で０．００５〜０．１％、
ＳｉＯ2：０．０１〜０．２％、
Ｎａ化合物及びＫ化合物：Ｎａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計で０．０２〜０．１５％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、鋼製外皮とフラックスの合計で、
Ｍｏ：０．１５〜０．５％、
Ｂ：０．００１５〜０．０１０％をさら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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