JPH03294083A - 不活性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） 本発明は、清浄な溶着鋼を得ることにより優れた低温じ
ん性を得る不活性ガスシールドアーク溶接用ワイヤに係
わるものである。

（従来の技術） ガスシールドアーク溶接は、溶接の高能率化・ロボット
化が進められると共にますます多く使用され、又適用範
囲も多岐に渡っている。

一般に、ガスシールドアーク溶接はＣＯ２ガスをシール
ドガスとして使用するＣＯ２溶接が広く使用されている
。又、不活性ガス（Ａｒ）にＣ０２又は０２ガスを混合
したガスをシールドガスとして使用するガスシールドア
ーク溶接（以下ＭＩＧ溶接）は、スパッタの発生量が少
なく、更には溶接金属の酸素量が少なくじん性が優れる
ため、高品質な溶接部が必要とされる場合に用いられる
。

また、シールドガスとしては、Ａｒガスに２０ｖｏＩ％
のＣＯ２ガスを混合したＡｒ−Ｃｏ□混合ガスが一般的
に使用される。

このＭＩＧ溶接においては、使用するシールドガス中の
酸化性ガス（Ｃｏ２又は０２ガス）の混合量を少なくす
ることによりシールドガスの酸化力を小さくすると、脱
酸反応量が少なくなり、溶接金属中に残留する脱酸生成
物量が減少する結果、溶接金属の酸素量が減少し溶接金
属のじん性が改善される。

従って、じん住改善という点からは極力酸化性ガス（Ｃ
Ｏ２又は０２ガス）の混合量が少ないシールドガス雰囲
気下で溶接を行うことが好ましいのであるが、酸化性ガ
スが少なくなり過ぎるとアークが不安定となり、溶接欠
陥が発生し易くなるため、やむをえずＡｒガスに５％以
上のＣＯ２ガス或は２％以上の０２ガスを混合して使用
しているのが現状である。

このような問題を解決するものの一例として、特開昭５
５−１２６３８４号公報においては、溶接金属中の酸素
量を極力少なくすることにより高じん性を確保し、かつ
高能率で欠陥発生の少ない溶接方法が開示されている。

しかし、じん住改善という点については未だ不十分であ
った。

更に、特公昭６０−１２１５１号公報では、溶接ワイヤ
中に０．０２〜０．３０％の希土類元素を添加し、アー
ク性状を改善し、不活性ガス雰囲気下で行う交流溶接方
法が開示されている。しかし該発明においても、高電流
溶接に限定したものであって、全姿勢溶接において使用
される低電流でのアーク安定性は改善されておらず、更
にはじん住改善について何等の改善もなされてはいなか
った。

（発明が解決しようとする課＠） 本発明は、上記諸問題を解決し、溶滴移行性に優れ、か
つ清浄な溶着鋼を得ることにより優れた低温じん性を得
る不活性ガスシールドアーク溶接用ワイヤを提供するこ
とを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するための本発明の要旨は、０重量％で
、 ｃ　　：０．０１〜０．１２％、　Ｓ　ｉ：０．１０〜
１．００％、Ｍｎ　：　０．３０〜２．５０％、　Ｐ　
：０．０２０％以下、Ｓ　　：　Ｑ、０１０％以下、　
Ｎ　：０．０１０％以下、０　　　：　０．００２〜０
．０１５％、Ｃａ：０．００２〜０．０１５％を含み、
かつ Ｎｉ：０．５〜８．０％、　　Ｃｒ：　０．３〜２．５
％、Ｍｏ：０．１〜２．０％の１種または２種以上を含
有し、残部が不可避不純物及び鉄よりなることを特徴と
する不活性ガスシールドアーク溶接用ワイヤ、と ■重量％で、 ｃ　　：０．０１〜０．１２％、　Ｓ　ｉ：０．１０〜
１．００％、Ｍｎ　＋　０．３０〜２．５０％、　Ｐ　
：０．０２０％以下、Ｓ　　：　０．０１０％以下、　
Ｎ　：０．０１Ｑ％以下、０　　：　０．００２〜０．
０１５％、Ｃａ：０．００２〜０．０１５％を含み、か
つ Ｎｉ　　：　０．５〜８．０％、　Ｃｒ：ＯＪ　〜２．
５％、Ｍｏ　：　０．１〜２．０％の１種または２種以
上を含有し、更に、 Ａｌ　：　０．０１〜０．１０％、　Ｔ１：０．０Ｌ　
〜０．１０％、Ｚｒ　：　０．０１〜０．１０％、　Ｂ
　　：０．００１〜０．０１０％のうち１種または２種
以上を含有し残部が不可避不純物及び鉄よりなることを
特徴とする不活性ガスシールドアーク溶接用ワイヤにあ
る。

（作　　用） 本発明者らは、Ａｒガスに対するＣＯ□ガス・０゜ガス
の混合量を種々変えて検討した結果、ＣＯ２ガスの混合
量が５％未満或は０２ガスの混合量が２％未満となる不
活性ガス雰囲気下においてアークの安定性が低下する原
因として、イ）ワイヤ先端の溶滴の電子放出能が低下し
アークの集中性が低下する。

口）その結果、溶接ワイヤ先端の溶滴が、酸化物を求め
てアークの運上がるという現象が起こり易くなる。

ハ）更には、アーク長が長くなり磁気吹きの影響を受は
易いため欠陥が発生し易い。

二）又、溶接ワイヤ先端の溶滴離脱がスムースに行なわ
れず、アークが不安定となる。この現象は、小電流溶接
において特に顕著となる。

ことが間開であることが明らかとなった。

本発明者らは、上記諸問題を解決するには、（ａ）　　
アークの電子放出能を高めること。

（ｂ）　　溶滴を離脱し易くすること。

が必要であり、そのために、ワイヤ化学成分に着目して
種々検討を行なった。

その結果、Ｃａを特定範囲添加することによりアークの
電子放出能が改善され、アークの安定保持が可能となり
、更にＯ量を特定範囲に限定することによりＣａ添加に
よるアークの安定化効果を更に高めることができ、従来
のＭＩＧ溶接ではアークが安定せず溶接が不可能であっ
た不活性ガス雰囲気下において、欠陥のない溶接が可能
であることを見いだした。

即ち、本発明の最大の特徴とするところは、従来アーク
が安定せず実用不可能とされていたシールドガスの酸化
力が極めて小さい不活性ガス雰囲気下に於いて、アーク
の集中性・安定性を著しく改善したことにより全姿勢溶
接が可能となり、また溶接金属の酸素量が極めて低く、
清浄な溶着鋼を得ることにより低温じん性を改善したと
ころにある。

以下に、本発明における成分組成限定理由について述べ
る。

Ｃ＋　０．０１〜０．１２ Ｃは強度を調整するため適量添加されるが、０．０１％
未満では十分な強度を得ることができず、また０、１２
％を超えると耐割れ性が著しく低下するので０．０１〜
０，１２％とした。

Ｓ　Ｉ：０．ｌＯ〜１．００％ ＳＩは、通常主脱酸剤として使用され、ブローホールの
発生を防止し健全な溶接部を得るために０．１０％以上
必要とする。又、Ｓｉ量が１．００％を超えると、溶接
金属は過脱酸となりビットやブローホールを発生し易く
するので上限を１．００％とした。

Ｍｎ：０．３０〜２．５０％ Ｍｎは脱酸を補助し溶融金属の流動性を改善する上で効
果があり、又強度ψじん性を改善する上でも効果がある
。しかし、０．３０％未満では脱酸不足となり溶接欠陥
が発生し易く、又２．５０％を超えると溶接金属が脱酸
過剰となりビットやブローホールが発生し易くなるので
０，３０〜２．５０％とした。

Ｐ：０．０２０％以下 Ｐは、フェライト中に固溶しマトリックスのしん性を損
ない、又耐割れ性を低下させるので０．０２０％以下と
した。

Ｓ　：０．０１０％以下 Ｓは、過剰に含有すると溶滴の表面張力を低め、短絡移
行時においてワイヤ先端の溶滴が離脱するのを妨げる。

そのため、溶滴の移行性を改善するには極力低くして溶
滴の表面張力を高める必要があるので０．０１０％以下
とした。

Ｎ　：０．０１０％以下 Ｎは、０．０１５％以下であれば溶接部の健全性を損な
うことはないが、　０．０１０％を超えると著しくじん
性を低下させるので０．０１０％を上限とした。

０　：０．００２〜０．０１５％以下 ０は、Ｃａと共にアークの安定性を改善するが、またＳ
と同様に過剰に含有すると溶滴の表面張力を低め、短絡
移行時においてワイヤ先端の溶滴が離脱するのを妨げる
。そのため、溶滴の移行性を改善するには極力Ｏ量を低
くして溶滴の表面張力を高める必要がある。この目的を
達するには０．０２０％以下で十分であるが、０．０１
５％を超えるとアークの運上がり現象が起こり易くなる
ので０．０１５％を上限とした。しかし、０．００２％
未満では酸化物が不足し、アークの集中性がなくなりア
ーク不安定となるので０．００２％を下限とした。

ここで、０はワイヤ中の非金属介在物、ワイヤ表面のミ
ルスケール及びワイヤ表面に付着した油脂・酸化物の全
てを含むものである。

Ｃａ：　０．００２〜０．０１５％ 不活性ガス雰囲気下では、アークの電子放出能が低下す
るためアークの集中性が低下し、溶接欠陥が発生し易く
なる。Ｃａは、電子放出を容品にし、アークの集中性を
改善する上で最も効果がある。更には、Ｃａは強力な脱
酸剤であり、溶接金属中の酸素量を低下させ、じん性を
改善する上で効果がある。

しかし、０．００２％未満ではアークの安定性を改善す
るには不十分であるので下限を０．００２％とした。し
かし、ｏ、ｏｉｓ％を超えると溶滴が粗大化しワイヤ先
端で不規則な回転をするため、アークの集中性が悪くな
り、更には大粒のスパッタが多発するので上限を０．０
１５％とした。

第１表に示す成分（残部は実質的にＦｅ）に調整した２
種のワイヤについて第２表及び第１図の溶接条件・開先
形状により、シールドガス組成を変えて溶接継手を作製
し、溶接継手のじん性と溶接金属中の酸素量とを比較し
た実験例を第３表に示す。第３表から明らかな如く、Ｏ
量が０．００５％、Ｃａ量がｏ、ｏｏｓ％であるワイヤ
Ａ１は、純Ａｒ雰囲気までアークが安定であり、溶接金
属の酸素量は０．００９％まで低下する。

一方、Ｏ量が０．０１２％であり（、ａを含まないワイ
ヤＡ２は、ＣＯ２混合量が５　ｖｏ１％未満ではアーク
が安定せず、溶接継手の作製が不可能である。また、ワ
イヤＡ１では溶接金属中の酸素量が減少するに比例して
じん性が改善される。

即ち、不活性ガス雰囲気下で溶接を行うことによって、
溶接金属の酸素量が極めて低くなり清浄な溶着鋼を得、
じん性が著しく改善されることが明らかである。

第 ２ 表 第 表 Ｎｉ：　　０．５〜８．０　％ Ｎｌは強度・低温じん性を確保するために添加するが、
０．５％未満では十分なじん住改善効果が得られず、又
８．０％を超えると高温割れが発生し易くなるので０．
５〜８．０％とした。

Ｃｒ：　ＯＪ〜２．５％ Ｃｒは強度を高めるため適量添加する。しかし、０．３
０％未満では強度を高める効果が十分得られず、又２，
５％を超えるとじん性が低下するので０．３〜２６５％
とした。

Ｍｏ：　０．１〜２．０％ Ｍｏは、溶接金属の焼き戻し軟化抵抗を高め、大入熱溶
接におけるミクロ組織粗大化による強度の低下を防ぐた
め使用する。しかし、０．１％未満では上記効果が不足
し、又２，０％を超えるとＭ。

炭化物を析出し、溶接金属を著しく硬化させじん性を低
下させるので０．１〜２．０％とした。

本発明は以上の成分と残部は実質的に鉄からなるワイヤ
であるが、更にこれに下記のようにＡＪ。

Ｔｆ、Ｚｒ、Ｂの１種又は２種を含有した本発明ワイヤ
は更にじん性の向上が期待できる。

Ａｊｌ：０．０１〜０．１０％ ＡＩは強脱酸剤であり、溶着金属の酸化を妨げ、かつミ
クロ組織を微細化しじん性を改善する上で効果がある。

しかし、０．０１％未満ではじん住改善効果は得られず
、又０．ｌＯ％を超えるとＡｐ酸化物が急激に増加して
、じん性を低下させるので、ＡＩ量は０．Ｏ１〜０．１
０％とした。

’ｒｌ：０．０１〜０．１０％ ＴＩは強脱酸剤であり溶着金属の酸化を妨げ、かつＴｉ
酸化物の生成により溶接金属のミクロ組織を微細化し、
じん住改善に効果がある。しかし、０．０１％未満では
ミクロ組織微細化によるじん住改善効果が得られず、又
０．ｌＯ％を超えると炭化物を形成し著しくじん性を損
なうので０．Ｏ１〜０．１０％とした。

Ｚ　ｒ：ｏ、０１〜０，１０％ Ｚｒは強脱酸剤であり溶着金属の酸化を妨げ、かつ溶接
金属のミクロ組織を微細化し、じん住改善に効果がある
。しかし、０．０１％未満ではミクロ組織微細化による
しん住改善効果が得られず、又０゜１０％を超えると炭
化物を形成し著しくじん性を損なうので０．Ｏ１〜０．
１０％とした。

Ｂ　：０．００１〜０．０１０％ Ｂは溶接金属のミクロ組織を微細化し、じん住改善に効
果がある。しかし、ｏ、ｏｏｉ％未満ではミクロ組織微
細化によるじん住改善効果が得られず、又０．０１０％
を超えると炭化物を形成し著しくじん性を損なうので０
．００１〜０．０１０％とした。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

（実施例１） 第４表に示すワイヤについて、第５表・第１図に示す溶
接条件・開先形状により８０キロ級高張力鋼溶接継手を
作製し、溶接後Ｘ線透過試験を行い溶接部の健全性を調
べ、更に引張試験・シャルピー衝撃試験を行い、作業性
・溶接継手性能を比較した結果を第６表に示す。８１〜
Ｂ４が本発明ワイヤであり、Ｃ１〜Ｃ５が比較ワイヤで
ある。

又、同表でじん性は一８０℃の吸収エネルギーが４．８
ｋｇｆ−ｍ以上あれば良好とした。

本発明ワイヤ８１〜Ｂ４は純Ａｒ雰囲気下においてもア
ークの安定性が良好で、Ｘ線性能も良好であり、又８０
キロ級高張力鋼に適した強度を得る。

更に、溶接雰囲気中に酸化性ガスを含まないため溶接金
属の酸素量が母材並に低下し、その結果優れたじん性を
得る。

一方、Ｃａ量が本発明の範囲未満である比較ワイヤＣ１
は溶滴は粗大化し、アークの集中性がなくなり大粒のス
パッタが多発し、又アーク切れが発生し易くなるため、
溶接ビードはハンピングビードとなるため健全な溶接金
属が得られない。

又、ｃ−ｏｎが本発明の範囲を超える比較ワイヤＣ２は
、０量が過剰であるためアークの運上がり現象が発生す
るためアークが安定せず、またＣ量が過剰であるため溶
接金属が過度に硬化するためじん性が不足する。

Ｓｉ量が本発明の範囲未満で、Ｃｒ量が本発明の範囲を
超える比較ワイヤＣ３は、Ｓｉ量が不足するため脱酸不
足によるブローホールが発生し、又Ｃｒ量が過剰である
ため溶接金属が過度に硬化し割れが発生している。又、
比較ワイヤＣ４はＯ量が本発明範囲未満であるためアー
クの集中性が不足し、更にＭｎ−Ｎｉ量が本発明の範囲
を超えるため、溶接金属が著しく硬化し、かつＮｌ量が
過剰である上にＰ−５量が過剰であるため溶接割れが発
生している。

Ｍｏ量が本発明の範囲を超える比較ワイヤＣ５は、Ｃａ
−０量が適正であるためアークは安定であるが、Ｍｏ量
が過剰であるため溶接金属が過度に硬化するためしん性
が不足する。

このように、本発明の範囲内に限定したワイヤにより初
めてアークの安定性が確保でき、その結果健全な溶接部
を得ることができ、また良好な低温じん性を得ることが
明らかである。

（実施例２） 第７表に示すワイヤについて、第７表・第２図に示す溶
接条件・開先形状による６０キロ級高張力鋼溶接継手を
作製し、作業性・溶接継手性能を比較した結果を第９表
に示す。ｐ１〜Ｄ５が本発明ワイヤであり、Ｅ１〜Ｅ５
が比較ワイヤである。

又、溶接継手作製後、Ｘ線透過試験を行い溶接部の健全
性を調べ、更にシャルピー衝撃試験を行いじん性を調べ
た。溶接金属のじん性は、−１０１℃の吸収エネルギー
が４．８ｋｇ　ｆ　−ｍ以上あれば良好とした。

本発明ワイヤＤ１〜Ｄ５はアーク安定で、Ｘ線性能も良
好であり、更にシールドガスの酸化力が極めて小さいた
め溶接金属の酸素量が母材並に低下する結果、溶接金属
のしん性が優れている。

しかるに、Ｃａを含まない比較ワイヤＥ１はアーク切れ
が多発し、アークが不安定となるため溶接欠陥が発生す
る。

Ａｌ−Ｚｒ及びＰ−８量が本発明の範囲を超える比較ワ
イヤＥ２では、ＡＩｍが過多であるため溶接金属中の酸
素量が増加し、Ｚｒ量が過多であるため溶接金属が硬化
すること、更にＰ−Ｓ量が過剰であることが相乗して著
しくじん性が低下している。Ｃ−Ｂが本発明の範囲を超
える比較ワイヤＥ３は、Ｃ−Ｂ量が過多となり溶接金属
が著しく硬化するためしん性が低く、かつＮ量が過多と
なるため溶接金属にブローホールが発生している。

又、０量が本発明の範囲を超える比較ワイヤＥ４ではＯ
量が過多となるためアークが不安定となり溶接欠陥が発
生し、かつＳｉ量が本発明の範囲未満であるため、脱酸
不足となるためブローホールが発生している。

更に、Ｍｎ−Ｔｌ量が本発明の範囲を超える比較ワイヤ
Ｅ５は、溶接金属が過度に硬化するためじん性が低下す
る。

このように、本発明ワイヤにより初めて、アークの安定
性が確保でき、その結果欠陥の無い健全な溶接金属を得
、かつ良好なしん性を得ることが明らかである。

（発明の効果） 以上に示したように、本発明ワイヤにより初めて、従来
アークが安定せず実用不可能とされていたシールドガス
の酸化力が極めて小さい不活性ガス雰囲気下に於いて、
アークの集中性・安定性を著しく改善したことにより、
全姿勢溶接において欠陥の無い健全な溶接部が得られ、
また溶接金属の酸素量が極めて低く、清浄な溶着鋼を得
ることにより優れた低温じん性を確保できる。

従って、溶接加工において溶接部の品質向上、溶接能率
の改善が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図・第２図は本発明の実施例で用いた開先形状を示
す正断面図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で、 Ｃ：０．０１〜０．１２％、 Ｓｆ：０．１０〜１．００％、 Ｍｎ：０．３０〜２．５０％、 Ｐ：０．０２０％以下、 Ｓ：０．０１０％以下、 Ｎ：０．０１０％以下、 Ｏ：０．００２〜０．０１５％、 Ｃａ：０．００２〜０．０１５％ を含み、かつ Ｎｉ：０．５〜８．０％、 Ｃｒ：０．３〜２．５％、 Ｍｏ：０．１〜２．０％ の１種または２種以上を含有し、残部が不可避不純物及
   び鉄よりなることを特徴とする不活性ガスシールドアー
   ク溶接用ワイヤ。
2. （２）重量％で、 Ｃ：０．０１〜０．１２％、 Ｓｉ：０．１０〜１．００％、 Ｍｎ：０．３０〜２．５０％、 Ｐ：０．０２０％以下、 Ｓ：０．０１０％以下、 Ｎ：０．０１０％以下、 Ｏ：０．００２〜０．０１５％、 Ｃａ：０．００２〜０．０１５％ を含み、かつ Ｎｉ：０．５〜８．０％、 Ｃｒ：０．３〜２．５％、 Ｍｏ：０．１〜２．０％ の１種または２種以上を含有し、更に、 Ａｌ：０．０１〜０．１０％、 Ｔｉ：０．０１〜０．１０％、 Ｚｒ：０．０１〜０．１０％、 Ｂ：０．００１〜０．０１０％、 のうち１種または２種以上を含有し、残部が不可避不純
   物及び鉄よりなることを特徴とする不活性ガスシールド
   アーク溶接用ワイヤ。