JPH04210891A - ステンレス鋼継手部のガスシールドアーク溶接方法 - 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】

［０００１１

【産業上の利用分野］本発明は、ステンレス鋼の薄板等
のガスシールドアーク溶接方法に関するものである。 ［０００２］ 【従来の技術】近年、自動車排気系用部材には、エンジ
ンの高出力化や燃費向上のため、耐食性、高温強度に優
れた薄板ステンレス鋼がパイプ状、プレート状に加工さ
れ、数多く適用されている。これらの溶接方法として、
ソリッドワイヤやフラックス入りワイヤを用いたガスシ
ールドアーク溶接方法が知られている。 ［０００３］

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のソリッ
ドワイヤ及びフラックス入りワイヤを用いたガスシール
ドアーク溶接方法は、多くの欠点を有している。すなわ
ち、薄板ステンレス鋼の加工時に付着する機械油や、加
工や据え付けの精度不良により生じる継手の隙間によっ
て、割れや溶落ちなどの溶接欠陥がしばしば発生してい
る。これら溶接欠陥の発生原因を完全に取り除くことは
極めて困難であり、溶接材料を含め、施工面からの解決
方法が望まれている。 ［０００４１本発明は、か＼る要請に応えるべくなされ
たものであって、隣り合う母材間に最大５ｍｍの隙間を
有する複数のステンレス鋼薄板等から構成される継手部
の溶接において、健全な溶接部を得ることができるガス
シールドアーク溶接方法を提供することを目的とするも
のである。 ［０００５］

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
、本発明者は、薄板ステンレス鋼のガスシールドアーク
溶接に当たり種々検討を行った結果、溶接材料の化学成
分と溶接入熱量を規定することにより、上述の問題点を
解決できることを見い出した。 ［０００６］すなわち、本発明は、隣り合う母材間に最
大５ｍｍの隙間を有する複数のステンレス鋼薄板又はパ
イプから構成される継手部の溶接方法において、該ステ
ンレス鋼はＣｒ：１０．５〜２７ｗ（％を含有し、該溶
接材料として、ワイヤ全重量当たり、Ｃｒ：１０．５〜
２７％、Ｓｉ：０．０５〜２，０％、Ｔｉ　：　０．０
５〜２．０％、ＡＩ＝０．０７〜１．０％を含有し、更
にＮｂ、Ｚｒ及びＶのうちの１種又は２種以上の合計：
２％以下、及びＮ：０、０３５〜０．１％を含有するソ
リッドワイヤ又はフラックス入りワイヤを用い、溶接時
の入熱量を１０００〜６０００Ｊ／ｃｍとすることを特
徴とするステンレス鋼継手部のガスシールドアーク溶接
方法を要旨とするものである。以下に本発明を更に詳細
に説明する。 ［０００７］

【作用】まず、母材（ステンレス鋼の薄板又はパイプ）
については、自動車排気系の素材であることから、耐食
性、耐酸化性の点から、最低１０．５ｗｔ％のＣｒ含有
量が必要である。しかし、２７ｗｔ％を超えて添加する
と、加工性が劣化するので、母材は少なくともＣ「を１
０．５〜２７ｗｔ％含有する組成の鋼とする。なお、他
の元素は特に制限されるものではない。薄板は通常は１
〜３ｍｍであり、概ね６ｍｍ以下のものであり、パイプ
は薄板から成形される。表面処理したステンレス鋼板も
可能である。 ［０００８］次に、本発明に用いられる溶接材料の化学
成分の限定理由を示す。なお、各成分の含有量はワイヤ
全重量当たりの％である。 ［０００９］　Ｃｒ：Ｃｒは、溶接金属の耐食性、耐酸
化性を母材と同等以上に維持するために不可欠な元素で
あり、多いほど望ましく、１０．５％以上が必要である
。 しかし、２７％より高すぎるとび相の析出により脆化を
引き起こすことがある。したがって、Ｃｒ量は１０．５
〜２７％の範囲とする。 ［００１０］Ｓｉは、溶接金属の粘性を下げて流動性を
改善する重要な元素であり、そのためには０．０５％以
上が必要である。しかし、２．０％より過剰に添加する
と溶接時のスパッタ発生量を増加させるので好ましくな
い。したがって、Ｓｉ量は０．０５〜２．０％の範囲と
する。なお、Ｓｉをフラックスから添加する場合は、金
属Ｓｉのほか、Ｆｅ−３ｉ、Ａｌ−３ｉ、Ｎｉ−３ｉな
どのＳｉ合金（Ｓｉ化合物）が挙げられ、Ｓｉ化合物の
場合の上記Ｓｉ量はＳｉ換算量である。 ［００１１］Ｔｉは、溶接金属の結晶粒の微細化を促進
するため、またアークの安定性を保ために必要な元素で
ある。そのためには０．０５％以上が必要である。しか
し、２．０％より過剰に添加するとスラグ発生量が増加
し、実用上好ましくない。したがって、Ｔｉｆｉは０．
０５〜２．０％の範囲とする。なお、Ｔｉをフラックス
から添加する場合は、Ｆｅ−Ｔｉ、Ｎｉ−ＴｉなどのＴ
ｉ合金や、ＴｉＮ、ＴｉＣなどの窒化物、炭化物などの
Ｔｉ化合物が挙げられ、この場合の上記Ｔｉ量はＴｉ換
算量である。 ［００１２］Ａｌは、］゛ｉと同様、溶接金属の結晶粒
の微細化に必要不可欠な元素である。また、溶滴の形成
を速やかに、かつ、周期的に行う作用がある。しかし、
これらの効果は０．０７％未満では認められず、一方、
１．０％より過剰に添加すると溶接時に大粒のスパッタ
が発生して溶接作業性が劣化する。したがって、ＡＩ量
は０．０７〜１．０％の範囲とする。なお、Ａ［をフラ
ックスから添加する場合は、金属Ａ１のほか、Ｆｅ−Ａ
ｈ　ＡＩ　−ＭｇなどのＡ１合金が挙げられ、Ａ１合金
の場合の上記ＡＩ量はＡｔ換算量である。 ［００１３］　Ｎｂ、　Ｚｒ、■は、ＡＩ、Ｔｉと同様
に溶接金属の結晶粒の微細化を促進すると共に、耐孔食
性を著しく改善する。しかし、過剰に添加するとアーク
の安定性を損なう。この傾向は各成分を単独に添加して
も、或いは２種類以上を同時に添加しても同様であるこ
とから、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｖの１種又は２種以上の合計で２
％以下とする。なお、フラックスから添加する場合は、
金属Ｎｂ、金属Ｚｒ、金属ＶやＦｅ−Ｎｂ、Ｆｅ−Ｚｒ
、Ｆｅ−Ｖなどの合金が挙げられ、合金の場合の上記量
は金属成分の換算量である。 ［００１４１Ｎは、Ｔｉ、　ＡＩ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｖ等と
窒化物を作り、溶接金属の結晶粒の微細化を促進する。 この効果は０．０３５％未満では不十分であり、また０
、１％を超える過剰な添加は溶接時のスパッタ発生量を
増やすことになる。したがって、Ｎ量は０．０３５〜０
．１％の範囲とする。なお、Ｎをフラックスから添加す
る場合は、ＴｉＮ、　Ｎ−Ｃｒ、Ｍｎ−Ｎなどの金属窒
化物が挙げられ、この場合の上記Ｎ量はＮ換算量である
。 ［００１５］なお、溶接材料がソリッドワイヤの場合は
、上記各成分の残部はＦｅ及び不純物である。また、フ
ラックス入りワイヤの場合は、上記各成分の残部は鋼外
皮の他の成分とフラックス中の他の成分の含有量からな
るものである。 ［００１６］ここで、フラックス入りワイヤの場合は、
ソリッドワイヤと同等程度の少ないスラグ発生量で、か
つ、ソリッドワイヤに比べてフラックス入りワイヤの利
点である適正溶接条件範囲の広さと、溶落ちの発生しに
くさを兼備したフラックス入りワイヤであることが好ま
しい。その−例を以下に示す。 ［００１７］まず、フラックス充填率は５〜３０％が望
ましい。また、スラグ発生量を減少させるには、ワイヤ
中のスラグ造滓剤を減らすことが不可欠で、具体的には
、ワイヤ全重量に対するスラグ造滓剤の重量の合計が２
％を超えると、実施工上支障を来たすことから、その添
加量は２％以下とするのが好ましい。ここで、スラグ造
滓剤とは、フラックス中の金属粉末以外の成分を指し、
例えばＴ　ｉＯ２、ＳｉＯ２、Ｎａ、○、Ｋ２Ｏ、Ｃａ
Ｏ１Ａ１２０３、Ｌｉ２Ｏ、ＭｎＯ，ＭｇＯなどの酸化
物、ＬｉＦ、Ｎａ　Ｆ　、　Ｃａ　Ｆ　２、ＫＦ、Ａｌ
Ｆ３などの弗化物が挙げられる。 ［００１８］弗素は、アーク中において電子を取り込ん
で安定した一価の陰イオンとなることから、アークの安
定性と集中性を向上させる効果がある。この効果はワイ
ヤ全重量に対してフラックス中の金属弗化物の合計がＦ
換算で０．００３％以上になると明確になる。しかし、
０．５％を超えると却ってアークの安定性が劣化し、ス
パッタが増加する。したがって、ワイヤ全重量に対して
フラックス中の金属弗化物の合計をＦ換算で０．００３
〜０．５％の範囲とするのが好ましい。ここで、金属弗
化物としては、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＢａＦ、ＣａＦ２、Ａ
　Ｉ　Ｆ　３などが挙げられる。 ［００１９］アルカリ金属はイオン化し易く、特に低電
流域でのアークの集中性を良くし、スパッタの発生量を
低減する効果があるので、必要に応じて添加することが
できる。添加する場合、この効果が現れるのはワイヤ全
重量に対してフラックス中のアルカリ金属の合計が０゜
００２％以上の場合であるが、０．３％を超えると却っ
てアークが不安定となり、スパッタが増加する。したが
って、ワイヤ全重量に対してフラックス中のアルカリ金
属の合計を０．００２〜０．３％の範囲とするのが好ま
しい。ここで、アルカリ金属としては、アルカリ金属単
体又はＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ，に２０などの酸化物やＬｉ
２Ｃ○３などの炭酸塩、Ｌｉフェライトなどの合金類が
挙げられる。 ［００２０１なお、Ｓは、特に低電流域において溶滴粒
度を細かくし、均一な溶滴移行を促進することから、必
要に応じて添加するのがよい。しかし、ワイヤ全重量に
対して０．０１％未満では明確な効果は認められず、ま
た０、０７％を超えると高温割れの危険が生じる。した
がって、ワイヤ全重量に対するＳ量は０．０１〜０．０
７％の範囲とするのが望ましい。ここで、Ｓとは、金属
外皮又はフラックスのいずれか一方若しくは両方から添
加されるものであり、フラックスから添加する場合は、
Ｓ単体のほか、Ｆｅ−３，Ｃｕ−５などのＳ化合物が挙
げられ、Ｓ化合物の場合の上記Ｓ量はＳ換算値である。 ［００２１１次に溶接条件について説明する。ガスシー
ルドアーク溶接方法の条件は、少なくとも大熱量を１０
００〜６０００Ｊ／ｃｍの範囲とする必要がある。大熱
量が１００ＯＪ／ｃｍ未満の場合、溶接金属と母材のな
じみが悪く、溶接ビード形状が著しく劣化する。一方、
６００ＯＪ／ｃｍを超える過大な大熱量の場合、溶落ち
が発生し易くなり、実用上好ましくない。 ［００２２］他の溶接条件は特に制限されるものではな
い。例えば、フラックス入りワイヤの断面形状は図１に
例示されるような種々の形状が可能であり、ワイヤ径な
ども特に制限がない。また、母材は薄板又はパイプ材で
、その継手部も図２〜図４に例示するように種々の形状
が可能であるが、母材間の隙間は最大５ｍｍが許容限度
である。なお、図２は突合せ個所又は重ね個所に隙間が
存在する場合である。図３はパイプ等の配置において隙
間が存在する場合で、特に２本の異径のパイプの場合に
は隙間を設けざるを得ない。図４はパイプとプレートの
場合である。次に本発明の実施例を示す。 ［００２３］

【実施例】

【表１】 に示す化学成分の金属外皮を用いてフラックス入りワイ
ヤを製造すると共に、

【表２】 に示す化学成分の金属心線（ソリッドワイヤ）も製造し
た。ワイヤ径は１．２ｍｍ径とし、フラックス入りワイ
ヤについては、ワイヤ断面形状は図１（Ｄ）に示す形状
とした。次いで、

【表３】 に示す溶接条件にて溶接試験を行い、耐割れ性、アーク
の安定性、スパッタ発生量、ビード形状及び溶落ちの程
度を調査した。その結果を表４に示す。 ［００２４］なお、耐割れ性は図５（ａ）、（ｂ）、（
ｃ）に示すように、２つの母材（板厚１．５ｍｍの５Ｕ
Ｓ４３ＯＬＸ相当ステンレス鋼板）を拘束板に拘束溶接
し、これをＣ型拘束治具で拘束した状態で試験ビードを
置き、溶接終了後５分保持した後、液体浸透探傷試験に
て割れの有無を確認した。そして、割れ発生ありの場合
を×、割れ発生なしの場合を○とした。アークの安定性
は非常に良好な場合を◎、良好な場合を○、やや劣る場
合を△、不良の場合を×とした。スパッタ発生量は、そ
の発生量が１分間に２ｇ以下のものを◎、２ｇを超え３
ｇ以下のものを○、３ｇを超えるものを×とした。ピー
ド形状は板厚３ｍｍのＳＵＳ　３０４ステンレス鋼板を
用いて表３及び表４に示す溶接条件で溶接試験を行い、
非常に良好なものを◎、良好なものを○、不良のものを
×とした。また同時に溶落ち程度については、ビード長
さ１５０ｍｍ中に溶落ちが発生しなかったものを○、溶
落ちが発生したものを×とした。 ［００２５］表４より以下の如く考察される。試験Ｎｏ
。 １〜Ｎ００９は本発明例であり、試験Ｎｏ、　１０〜Ｎ
ｏ、　１８は比較例である。本発明例はいずれも、アー
クの安定性、スパッタ発生量、ピード形状、耐割れ性、
溶落ちの程度が優れていることがわかる。 ［００２６］一方、比較例Ｎｏ、　１０は、ワイヤ中の
Ｓｉ量が少ないためにスパッタが３ｇ／分を超えて発生
し、実用的ではなかった。比較例Ｎｏ、　１１は、ワイ
ヤ中のＴｌ量が過剰なために作業性が劣化している。比
較例Ｎｏ。 １２は、ワイヤ中のＡＩ量が過剰なために作業性が劣化
している。比較例Ｎｏ、　１３〜Ｎｏ、　１５は、溶接
金属の結晶粒の微細化に必要な元素（Ｎｏ、　１３はＮ
ｂ、　Ｎｏ、　１４はＡ１、Ｎｏ、　１５はＴｉ）が少
ないため、結晶粒が微細化せず、溶接金属に割れが発生
している。また、Ｎｏ、　１３については、Ｎが過剰な
ため、Ｎｏ、　１５については、アークの安定性を改善
するＴｉが少ないために、アークが不安定となり、スパ
ッタも３ｇ／分を超えて発生している。比較例Ｎｏ、　
１４はＡＩが少ないため、微細化せず、ピード形状が不
良となっている。比較例Ｎｏ、　１６とＮｏ。 １７は、ワイヤ中の成分はいずれも適量含有しているが
、入熱量が過大なため、溶落ちが発生している。 方、比較例Ｎｏ、　１８は、ワイヤ中に適量の成分を含
有しているものの、入熱量が少なすぎるため、ピード形
状が不良となっている。 ［００２７］

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
隣り合う母材間に最大５ｍｍの隙間を有するステンレス
鋼薄板又はパイプから構成される継手部の溶接において
、健全な溶接部を得ることができ、また溶接作業性も優
れている。

【図面の簡単な説明】

【図１１（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれフラックス入りワイ
ヤのワイヤ断面形状の一例を示す断面図である。 【図２１　（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ継手部の形状例を
示し、母材が板の場合である。 【図３１（ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ継手部の形状例を示
し、母材がパイプ等の場合である。 【図４】継手部の形状例を示し、母材がパイプとプレー
トの場合である。

【図５】割れ試験の要領を説明する図で、（ａ）は２枚
重ねの母材を拘束板に拘束溶接ビードを置いて状態、（
ｂ）はＣ型拘束治具で拘束している状態、（ｃ）は拘束
状態で溶接ビードを置いた状態を示している。

【符号の説明】

１　母材 ２　拘束溶接ビード ３　Ｃ型拘束治具 ４　溶接トーチ ５　溶接ビード Ｍ　金属外皮 Ｆ　フラックス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】隣り合う母材間に最大５ｍｍの隙間を有す
   る複数のステンレス鋼薄板又はパイプから構成される継
   手部の溶接方法において、該ステンレス鋼はＣｒ：１０
   ．５〜２７ｗｔ％を含有し、該溶接材料として、ワイヤ
   全重量当たり、Ｃｒ：１０．５〜２７％、Ｓｉ：０．０
   ５〜２．０％、Ｔｉ：０．０５〜２．０％、Ａｌ：０．
   ０７〜１．０％を含有し、更にＮｂ、Ｚｒ及びＶのうち
   の１種又は２種以上の合計：２％以下、及びＮ：０．０
   ３５〜０．１％を含有するソリッドワイヤ又はフラック
   ス入りワイヤを用い、溶接時の入熱量を１０００〜６０
   ００Ｊ／ｃｍとすることを特徴とするステンレス鋼継手
   部のガスシールドアーク溶接方法。