JPH0191994A - 変動応力下でのガスシールドアーク溶接用ワイヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、既設鋼構造の橋梁や海洋構造物等における
よ・うに、変動応力が繰り返し作用している個所の溶接
施工に際しても、耐割れ性に優れた溶接部を形成するこ
とができるガスシールドアーク溶接用ワイヤに関するも
のである。

（従来の技術） 橋梁は車両等の通行で変動応力を繰り返し受けているが
、かような状態にある橋梁の補修、改造工事における溶
接の際には、溶接開先開口部は当然、変位を受ける。第
１図ａに示すような溶接開先開口部（ルートギャップａ
＝２ｍｍ）をそなえる橋梁を車両が通過したときの溶接
開先開口部のルートギャップ変位量を、第１図すに示す
。

第１図ａにおいて、１は母材、２はルートである。

このような変位下での溶接の際には、溶接金属は、延性
が十分でない高温度領域で引張、圧縮が繰り返されるた
めに、溶接直後に割れが発生ずることが多く、ひいては
供用中にこの割れを起点として、割れがさらに進展し、
橋梁の構造物としての寿命の短縮を余儀なくされる場合
もある。

従来は、このような変動応力下の溶接に用いて好適な耐
割れ性にすぐれたガスシールドアーク溶接用ワイヤがな
かったので、 ■車両等の通行を制限、停止して溶接施工する、■溶接
開先部を治具等で仮固定した後溶接施工する、 ■溶接割れは不可避であるとし１、設計変更や耐用寿命
を短く見込む、 等の方策を講じるにすぎなかった。

（発明が解決しようとする問題点） 橋梁や海上構造物などにおいて繰り返し変動応力を受け
ているような個所での溶接施工に際して、従来のガスシ
ールドアーク溶接用ワイヤを使用すると、溶接金属に割
れが発生し易いので、前述のような溶接施工時における
諸対策の実施や設計変更を余儀なくされるところに問題
を残していた。

この発明は、上記の問題を有利に解決するもので、橋梁
において車両通行によって発生するような開先開口部の
変動応力下、換言すれば開口部変位下で溶接施工を施し
たとしても溶接割れの発生がないガスシールドアーク溶
接用ワイヤを提案することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） まずこの発明の解明経緯について説明する。

さて発明者らは、変動応力下での溶接割れの発生原因を
解明すべく鋭意研究を重ねた結累、かかる溶接割れは、
溶接凝固過程で生成する非金属介在物の融点と密接な関
係にあり、とくに低融点の非金属介在物が形成された場
合に溶接割れが発生し易いこと、そして溶接金属の化学
成分のうちＳ。

Ｍｎ、　５４およびＣが溶接割れに対する影百がとりわ
け大きいことの知見を得た。

すなわち、 ｉ）Ｍｎ／Ｓが小さい場合には、Ｆｅ　−ＦｅＳ系の低
融点介在物が生じ、金属結晶粒界に介在して高温延性を
著しく劣化させ、割れを誘発する、ｉｉ）またＳｉが高
い場合には、たとえば５１−Ｍｎ−〇系の低融点珪酸塩
介在物を生じ、上記１）と同じ現象で割れが発生する、 ｉｉｉ　）さらにＣは凝固時に濃度偏析が最も起り易い
元素の一つで、結晶粒界での高濃度偏析によって凝固直
下での割れを発生する ことを究明したのである。

この発明は、上記の知見に立脚するものである。

すなわちこの発明は、 Ｃ：　０．００５〜０．０５ｗｔ％（以下単に％で示す
）、Ｓｉ　：　０．２５％以下、 台ｎ　：　１．００〜２，７０％、 Ｐ　：　０．０１５％以下および Ｓ　：　０．００４％以下 を、Ｍｎ／Ｓの比が３５０以上の範囲において含有し、
必要に応じて、 Ｎｉ：０．２５％以下 または ＡＩ：０．４０％以下および（Ｔｉ　＋Ｚｒ）　：０．
４０％以下のうち少なくともいずれか またさらには Ｎｉ：０．２５％以下ならびにＡＩ：０．４０％以下お
よび（Ｔｉ　＋Ｚｒ）：０．４０％以下のうち少な（と
もいずれかを含み、残部は実質的にＦｅの組成になるガ
スシールドアーク）８接用ワイヤである。

（作　用） この発明においてワイヤの成分組成を上記の範囲に限定
した理由は次のとおりである。

Ｃ：　０．００５〜０．０５％ Ｃは、溶接金属中に固溶して粗大フエライ！・相の析出
を抑制する効果があり、溶接ワイヤ中に少なくとも０．
００５％を含有させる必要がある。

しかしながら多すぎると溶接金属の高温延性の劣化を招
（ので、上限は０．０５％に躍定した。

Ｓｉ　：　０．２５％以下 Ｓｉは、０．２５％を超えると低融点の珪酸塩系介在物
（ＳｉＭｎＯａ）が生成し易くなり溶接金属の延性が低
下するので０．２５％以下（好ましくは０．０１％以上
）で添加するものとした。

Ｍｎ　：　１．００〜２．７０％ Ｍｎは、Ｓとどもにこの発明における最も注目すべき元
素の一つである。Ｍｎは、脱酸に寄与する他、溶接中に
Ｓと結びついて高融点のＭｎＳを形成し、低融点のＦｅ
Ｓの生成を効果的に抑制する。しかしながらＭｎ１ｌが
１．００％未満ではその添加効果に乏しく、一方、２．
７０％を超えると溶融金属の焼入れ硬化性が大となるの
で、１．００〜２．７０％の範囲に限定した。

Ｐ　：　０．０１５％以下 Ｐは、低融点の金属間化合物を生成し凝固温度から１０
００°Ｃ程度までの溶接金属の延性を著しく低下させる
ので極力低減させることが望ましいが、０．０１５％以
下の範囲で許容できる。

Ｓ　７０．００４％以下 Ｓは、前述したとおりこの発明において最も注目すべき
元素の一つであり、Ｓは溶接金属中に含まれると大部分
は硫化物となって結晶粒界に非金・属介在物として生成
する。とくにＦｅ　−ＦｅＳのような低融点介在物を生
成する場合には、凝固温度から１０００°Ｃ程度までの
高温延性を著しく低下させる。

したがってＰと同様、極力低減させることが望ましいが
、０．００４％以下の範囲で許容できる。

またＭｎ／ＳがＪ　３５０未満では溶接金属中のＳの大
部分を高融点介在物であるＭｎＳとして析出させるには
不十分で、低融点介在物のＦｅＳが析出して高温度域で
の延性の低下を招く。

したがってＭｎ／Ｓを３５０以上とすることが、変動応
力下の溶接施工において割れを防止するためにはとりわ
け肝要である。

以上、基本成分について説明したが、この発明では、さ
らにＮｉや、ＡＩ、　　（Ｔｉ＋Ｚｒ）のうちから選ば
れる少なくとも一種を含有させることもできる。

Ｎｉ　：　０．２５％以下 Ｎｉは、オーステナイト安定化元素であり、耐衝撃性能
を高めるのに有効に寄与するが、含有量が０．２５％を
超えると旧オーステナイト結晶粒内へのＰ、Ｓの固溶を
低下させ、粒界へのＰ、Ｓの偏析が生じ易くなるので、
Ｎｉは０．２５％以下で添加する必要がある。

へ１：０．４０％以下および／または（Ｔｉ　＋Ｚｒ）
　：０．４０％以下 ＡＩ、　　（Ｔｉ＋Ｚｒ）はいずれも、溶接金属の脱酸
に有効に寄与するだけでなく、優先的にＳやＮと化合す
ることにより、ＦｅＳなとの低融点介在物の生成や窒素
による気孔発生を効果的に阻止する有用元素である。し
かしながらあまりに多量の添加は炭・窒化物の析出量が
多くなってＳ械的性質の劣化を招くので、ＡＩは０．４
０％以下とするものとした。

またＴｉおよびＺｒは同効物質であり（Ｔｉ　−ｒＺｒ
）０．４０％以下の範囲で添加するものとした。

この発明に係るガスシールドアーク溶接用ワイヤは以上
のような合金元素で構成されており、その種類及び含有
率を特定することによって、変動応力下（変位１１ｍｍ
以下）の溶接においても割れを発生することのない溶接
が可能なガスシールドアーク溶接が実現されるのである
。

なおかかるワイヤ中にはその他の元素としてＭｏ。

Ｃｒ、　Ｃａ、　　ＢおよびＣｕが含有される場合があ
るが、これらの元素の含有量が現在市販されているＨＴ
６０クラス以下のガスシールドアーク溶接用ワイヤに添
加されている程度の範囲、すなわち、ＭｏＳ２．４５％
、 Ｃｒ≦０．５０％、 Ｃａ≦０．００１０％、 Ｂ≦０．００９０％および Ｃｕ≦０．５０％（Ｃｕめっき分を含む）程度であれば
、この発明の効果に対する悪影響は何ら認められなかっ
た。

（実施例） 第１表に示した種々の成分組成になる直径：１．２１の
ガスシールドアーク溶接用ワイヤを用いて、第２表に示
す成分組成になり、しかも第２図ａに示したような深さ
１０ｍｍ、幅：４０〜５０ｍｍの溝を形成した板厚７１
６ｍｍの溝付試験片３に対し、シールドガスとしてＣＯ
２ガスのみ並びにＡｒ　：　８０〜９０ｖｏ　１％、Ｃ
Ｏ□：１０〜２０ｖｏ　１１％の混合ガスを用いて、肉
盛り溶接を施したのち、第２図すに示すような厚み：１
２ｍｍ、幅：　１５０ｍｍ　、長さ：　３５０ｍｍに切
出してパレストレーン試験片４とした。

第２表 得られた各試験片につき、板表面の曲げ歪を４％から９
％までにわたって変化させた状態でパレストレーン試験
に供した場合における割れの発生状況について調べた結
果を第３表に示す。

第３表 注　○：割れ発生全くなし ×：割れ発生あり 第３表に示した成績より明らかなように、この発明に従
うワイヤＷ１〜Ｗ５を用いた場合には、シールドガスの
種類および歪量の如何にかかわらず、割れの発生は全く
なかった。

これに対し、Ｃ，Ｓｉ、　　ＳおよびＭｎ／Ｓのいずれ
かがこの発明の適正範囲を逸脱するＷ６〜９を用いた場
合には、すべての条件下で割れが発生した。

なおＷｌｏはＳｉのみがこの発明の適正範囲を幾分上回
る場合であるが、シールドガスとしてＣＯ□ガスを用い
た場合は割れの発生はなかったものの、（Ａｒ＋ＣＯ□
）混合ガスシールド下では歪量４％および９％いずれの
場合においても割れが発生した。

次に、Ｗ１〜５およびＷＩＯを用いて、実橋に近い変動
応力下での溶接性を調べるために、以下の要領で溶接試
験を行った。

第２表に示した成分組成になり、かつ第３図に示す形状
・寸法になる疲労試験片（図中ａ＝２ｍｍ、ｂ　＝３０
ｍｍ、　ｃ　＝１５０＋ｎｎ＋　、ｄ　＝３００ｍｍ　
、　ｅ　＝１２ｍｍ。

ｇ＝２１１ＩＩ１１、α＝６０°）を作成し、この試験
片を疲労試験機にセットしたのち、第１図ａに示したよ
うな変動サイクル（変位量は±０．２ｍｍ　）を与えな
がら、溶接電流：　１７０Ａ、溶接電圧：２４Ｖ、溶接
速度：　１５ｃｍ／　ｍｉｎ　％シールドガス：ＣＯ＝
ガスまたは（Ａｒ＋ＣＯ□）混合ガスの条件下に溶接を
施した。

かかる溶接後、直ちに試験片を取りはずし、溶接部横断
面１０ケ所について研摩後、顕微鏡で割れの有無につい
て調べた。

その結果、この発明に従うワイヤＷ１〜５を用いた場合
はいずれも割れの発生は全くなかった。

これに対し、ＷＩＯのワイヤを使用した場合は、（Ａｒ
＋Ｃ（ｈ）混合ガスシールド下において割れの発生が見
られた。

なおＷ６〜８については、先のパレストレーン試験にお
いて割れが発生しており、従ってより苛酷な疲労試験に
おいては当然側れることが今までの経験から予測された
のでとくに試験は行わなかった。

（発明の効果） かくしてこの発明に従うガスシールドアーク溶接用ワイ
ヤを使用すれば、通常の橋梁における車両通行などによ
って発生する開先開口部の変動量を与える変動応力下で
も、全く溶接割れを発生することなく溶接を実施するこ
とができ、従って従来のワイヤを用いたときのような車
両等の通行制限、治具の取付け、さらには設計変更や耐
用寿命の短縮などを全く考慮する必要がなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは、溶接開先部の断面図、同図すは第１図ａに
示した溶接開先部における変位量と時間との関係を示し
た図、 第２図ａは、パレストレーン用溝付試験片の斜視図、同
図すはパレストレーン用試験片の斜視図、第３図は、疲
労試験片の正面図である。 第１図　ｂ 変位（ｍｍ） 第２図ａ 第２図ｂ Ａ−Ａ’矢硯図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｃ：０．００５〜０．０５ｗｔ％、 Ｓｉ：０．２５ｗｔ％以下、 Ｍｎ：１．００〜２．７０ｗｔ％、 Ｐ：０．０１５ｗｔ％以下および Ｓ：０．００４ｗｔ％以下 を、Ｍｎ／Ｓの比が３５０以上の範囲において含有し、
   残部は実質的にＦｅの組成になるガスシールドアーク溶
   接用ワイヤ。 ２、Ｃ：０．００５〜０．０５ｗｔ％、 Ｓｉ：０．２５ｗｔ％以下、 Ｍｎ：１．００〜２．７０ｗｔ％、 Ｐ：０．０１５ｗｔ％以下および Ｓ：０．００４ｗｔ％以下 を、Ｍｎ／Ｓの比が３５０以上の範囲において含有し、
   かつ Ｎｉ：０．２５ｗｔ％以下 を含み、残部は実質的にＦｅの組成になるガスシールド
   アーク溶接用ワイヤ。 ３、Ｃ：０．００５〜０．０５ｗｔ％、 Ｓｉ：０．２５ｗｔ％以下、 Ｍｎ：１．００〜２．７０ｗｔ％、 Ｐ：０．０１５ｗｔ％以下および Ｓ：０．００４ｗｔ％以下 を、Ｍｎ／Ｓの比が３５０以上の範囲において含有し、
   かつ Ａｌ：０．４０ｗｔ％以下および （Ｔｉ＋Ｚｒ）：０．４０ｗｔ％以下 のうち少なくともいずれかを含み、残部は実質的にＦｅ
   の組成になるガスシールドアーク溶接用ワイヤ。 ４、Ｃ：０．００５〜０．０５ｗｔ％、 Ｓｉ：０．２５ｗｔ％以下、 Ｍｎ：１．００〜２．７０ｗｔ％、 Ｐ：０．０１５ｗｔ％以下および Ｓ：０．００４ｗｔ％以下 を、Ｍｎ／Ｓの比が３５０以上の範囲において含有し、
   かつ Ｎｉ：０．２５ｗｔ％以下ならびに Ａｌ：０．４０ｗｔ％以下および （Ｔｉ＋Ｚｒ）：０．４０ｗｔ％以下 のうち少なくともいずれかを含み、残部は実質的にＦｅ
   の組成になるガスシールドアーク溶接用ワイヤ。