JPH0428497A

JPH0428497A - 肉盛溶接用の鋼ワイヤ

Info

Publication number: JPH0428497A
Application number: JP13474490A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Ikeda; 池田　誠宏; Shigeru Ono; 茂大野; Takao Kawanaka; 川中　孝夫
Original assignee: NIKKO YOUZAI KOGYO KK
Current assignee: NIKKO YOUZAI KOGYO KK
Priority date: 1990-05-23
Filing date: 1990-05-23
Publication date: 1992-01-31

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〕この発明は鋳鉄母材への肉盛溶接用の鯛ワイヤ、特にニ
ッケル等の非鉄溶接材料による下盛りが不要となる鯛ワ
イヤに関する。

〔従来の技術と発明の課題〕

鋳鉄の溶接は非常に困難である。その主な原因は、鋳鉄
を溶融状態から急冷すると白銑化することにある。この
白銑は、硬くて脆いため凝固収縮に際して割れが発生し
、また、ＣＯガス発生により溶着金属にブローホールが
生じ品く、鋳鉄自身の延性不足および鋳造時の残留応力
のため溶接部以外にも割れが発生ずる。

さらに、含有炭素量が多い鋳鉄の溶接に際しては、その
炭素が溶着金属に拡散し、炭素量の上昇に伴い溶着金属
の劣化および融合部の硬化が生じるため、溶着金属およ
び鋳鉄母材の両方に割れが発生する。

このため、従来は、鋳鉄母材の溶接に際し、ＪＩｓ　Ｚ
３２５２−１９７６に規定されているよ・うに、溶着金
属自体延性が有り、か一つ、母体からの炭素の拡散を阻
止する効果のある。二ノｂル、鉄ニッケル、モネル等の
非鉄溶接材料を用いるのが一般的であった。

しか（，７、これらの溶接材料はＩＰ常に高価であり、
また、最近では上述の成分を含むソリッドワイヤ、フラ
ックス入り複合ワイヤ等を用いた溶接方法も実施されて
いるが、溶接入熱が高いため融合部の硬化やＣＯガス発
生による溶接欠陥を十分に防止できない状況にある。

この他、鋳鉄と同材質または鉄系の溶接材料を用いて溶
接する方法もあるが、溶着金属中への炭素の溶は込みや
母材からの炭素拡散により、溶着金属の融合部が硬化と
２、割れが発生する。これを防止するためには、高温の
予熱と後熱を施して冷却に伴・うセメンタイトの生成を
抑える必要があるが、これには莫大な加熱費用と設備が
必要となる。

また、このような防止策庖施し、たとし２ても、割れを
完全に防止することは困財であり、被溶接物の状況によ
っては高温の予熱が許容されない場合もある８以上のよ
うに、この溶接方法も現在のと、二ろは実用的であると
いメ、ないのが実状である。

ところで、自動車のプレス金型等に鋳鉄を使用する場合
は、その鋳鉄材に硬化肉Ｓ溶接を行う必要がある。しか
Ｌ７、鋳鉄に直接硬化肉盛溶接を行なうと、溶着金属自
体硬く、靭性がないために割れや融合部からの剥離がが
生し、また炭素の溶は込みにより硬度のバラ・ツキの原
因となり、所要の性能が得られない。

このため、前述の非鉄溶接材料を下盛りし、その」二に
硬化肉感溶接を行なっているが、溶着金属中への非鉄元
素の濱【Ｊ込みにより、硬化肉盛溶接材料本来の硬度が
得られに＜＜、４層盛りを余儀なくされていた。これに
よ１．て、多大の溶接材料費と時間とが必要となり、さ
らに複数の溶接材料を必要とするため溶接作業が煩雑に
なって６１だ。

（こて、この発明の課題は、鋳鉄母材−１の硬化肉盛り
溶接を行う際に従来のように高価な下盛り用の非鉄溶接
材料が不要であり、一種類の溶接材料で能率的、経済的
に溶接が行え、Ｉ７かも所定の硬度を得られる飼ワイヤ
を促供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題を解決する六、め、この発明の鯛ワイヤは、
ＣＩＯ，０１〜０．５重量％、ＭｙｉｌＬ　１．０〜６
．０重量％、Ｃｏ１１Ｏ８３〜１０，０重量％を含有す
る鋳鉄母材への肉盛溶接用の飼ワイヤであって、鋳鉄母
材に肉盛溶接された第１層目の溶着金属のＭｆ湯温度マ
ルテンザイト変態終了温度）が、鋳鉄母材からのＣの拡
散により、−１８０〜−１００″Ｃになるように上記各
含有成分量を決定するようにしたのである。

また、前記りの全部または一部を、そのＭｎ量１重量％
に対して下記の比率によりＭＯｌＮｉ、　Ｗ、　Ｃｒ、
Ｃｕ、　Ｖの金属で置換してもよい。

Ｍｏ　：　３．５〜４．５、Ｎｉ　：　２．０〜３．０
Ｗ：７．５□８．５、Ｃｒ　：　１．５〜２．５Ｃｕ：
３．５−４．５、Ｖ：Ｏ，Ｓ〜１．０な、鈴、この場合
、Ｍｎを上記金属のうち−又は二以十の金属によって置
換することかで゛き、二種以」−の金属で置換する場合
は、各金属量の合計が置換されるＭｎ量に相当するもの
でなければならない。

さらに、Ｃｏ１１１重景％に対ｊ７てＡｌｌｌ０〜１５
重景％の比率で前記ＣＯの全部または一部を＾ｌでＷ１
１！Ｉすることもできる。

なお、その他の元素として、Ｎｂは炭化物を形成して硬
度を上昇させるので同時に添加しても効果が得られる。

また、必要に応じて、５ｉＳＡ１．　Ｔｉ等を脱Ｍ割と
して添加してもＲい。

〔作用〕

以上のように構成された鯛ワイヤを鋳鉄母材に肉盛溶接
をして第１Ｎ目を形成すると、この第１層目の溶着金属
は鋳鉄母材からの炭素の拡散により耐温度が−１８０〜
−１ｏｏ”ｃの範囲内に抑えられ、Ｍｓ温度（マルテン
プイト変態開始温度）は、Ｍｆ＝Ｍｓ−２３０により５０〜・１３０℃の範囲内になる。

従って、冷却後、常温においては、マルテンサイト声魁
が完全に終了せず、溶着金属の組織には未変態のオ・−
ステナイトが残留する。このため、溶着金属の硬度はＩ
ＩＲＣ２５〜４５程度に抑えられ、軟らかく、靭性のあ
るものになる、次に、この第１７１目の上に同一の鋼ワイヤにより第２
Ｎ目を肉盛溶接すると、第１層目の場合と違って炭素の
拡散が減少するため１、溶着金属の１１ｆ温度が常温近
辺まで上昇する。

従って、冷却後、常温においては、マルテンザイト変態
が完全に終了１２、高硬度１１［Ｒ（：４５−６０とな
る。

以下に成分範囲の限定理由について述べる。

Ｃ量は０．０１％以下でも良いが、少なくする′と製造
コストが高くなるため、その下限を０．０１％とした。

また、上限を０゜５％としたのは、添加量が増えるとＮ
ｆ温度が低下して他元素の添加が出来ず、高硬度で靭性
のない溶着金属になるためである。

Ｍｎ量の下＠を１．０％としたのは、それ以下では脱酸
不足のため溶接金属にプロ・−ホールが発生ずるからで
ある。また、Ｍｎは比較的安価な元素であり、溶着金属
の靭性や脱酸元素として有効であるが、添加量が６．０
％を越えると溶接時のスケールが多くなり作業性が低下
するので１−限を６６０％とした。

ＣｏはＭｆ湿温度上昇さ＠、フルテンづイト変態を促進
させる元素であり、Ｎｉ、　Ｃｒ、　Ｍｒ＋等の他元素
と組み合わせることにより、Ｍｆ湿温度調整し、靭性の
ある溶着金属を得ることができる。また、下限を０．３
％とＬまたのは、それ以下ではマルテンサイト変態の促
進効果がなく、１限を１０．．０％としたのは、それ以
上添加すると不経済であり、Ｌｆ湯温度高くなり過ぎて
所要の２度が得られ離いからである。

Ｎｉはｈと同様に１９ｆ温度を低下させる作用があるた
め、ＭｎにＩＦき換えて添加してず）良い。ただ、Ｎｉ
は高価であるため、多量に添加すると不経済である。

Ｃｒｌ！１、Ｃとの親和力が強く溶着金属中で炭化物を
形成して耐摩耗性を向」−させる、また、Ｃｒ及びＭｏ
＝、　Ｖ’％　Ｃ１１等は前記Ｎｉと同様にＭｆ湿温度
低下させる作用があるのでＰＩｎにＷき換えて添加する
ことができる。

Ａｌは前記Ｃｏと同様にＭｆ湿温度上昇させる作用があ
るため、ｃｏ！こ置き換えて添加しても良い。

〔実験例］第１図は、Ｃ，Ｍｎ、　Ｃｏ、、Ｎｉ、、Ｃｒの金属成
分比率を変化させた各種鋼ワイヤで、普通鋳鉄（ＦＣ−
３０）上に溶接ビードを置き、その第１屡目と第２層目
の溶着金属について、Ｍｆ湿温度硬度、割れ発生の有無
を調べた結果を示す表である。耐温度は以下の式で求め
た。

＋４５ＸＣｏ＋Ａｌ　　１０ＸＣｕＭｆ＝Ｍ１０ＸＣｕこの結果より、第１層目は、その硬度がＨＲＣ２Ｓ以下
またはＨＲＣ４５以上では割れが発生することがわかる
。この割れのうちＨＲＣ２５以下のものについては強度
不足が原因であり、ＨＲＣ４５以上のものについては、
鋳鉄母材からの不純物の移行によるものである。

第１層目の硬度とＭｆ湿温度の関係をグラフにすると、
第２図のようになり、耐温度が４１８０〜−１ｏ。

１の範囲内では、硬度が！１ＲＣ２５へ・４５の範囲内
に入り、割れのない健全な溶着金属であることがわかる
。

また、第２層目の硬度と旧温度との関係をグラフにする
と、第３図のようになり、耐温度が常温付近で硬度が■
ＲＣ４５〜６０の範囲内に入っていることがわかる。さ
らに、試料に５を除いては、１屡目の耐温度が−１８０
〜−１００℃の範囲内にあるものは２層目についても割
れが発生していないことがわかる。

〔実施例〕

第１図に示すＭｏ、２６の組成から成る直径１．２ｍの
ワイヤを用いて、第４図（司に示すように、普通鋳鉄鉄
材（ＦＣ−３０）に手溶接で２層盛りを行なうと共に従
来の方法により、第４図（ｂ）に示すように、多層盛り
を行い、両者を比較した。

各条件は以下に示すとおりである。

本発明ワイヤの溶接条件（１−２層）溶接電流　　　７０〜８０’　Ａｍｐ。

溶接電圧　　　２５〜３０　　Ｖシールドガス　Ａｒ＋２０χＣＯｚ　　１８　１／＋ｍ
ｉｎ。

溶接速度　　　３００　　ｍｍ／ｓ＋ｉｒｉ。

予熱、後熱　　なし従来法の溶接条件１層目（比較ツイヤ＾鋳鉄用鉄ニフケルフイヤ）溶接電
流　　　８０〜１００　　Ａ＋＊ｐ。

溶接電圧　　　２６〜３２　　Ｖシールドガス　Ａｒ＋２０ＩＣＯｘ　　１８　１／ｗｉ
ｎ。

溶接速度　　　３００　　ｍｓ＋／ｗｉｎ。

予熱、後熱　　なし２層目〜４層目（比較ワイヤＢ硬化肉盛用ブイ？）溶接
電流　　　８０〜９０　　Ａｍｐ。

溶接電圧　　　２７〜３３　　Ｖシールドガス　Ａｒ　＋　２０ＸＣＯｔ溶接達度　　　
３００　　＋ｕｉ／ｓｉｎ。

予熱、後熱　　なし第５図は実施例に用いたワイヤの化学成分を示す表であ
り、第６図は本発明ワイヤの溶接によって得られる各層
の化学成分とＭｆ湿温度示す表である。また、溶接後の
各層のビード断面硬度については、ミクロビッカースで
測定した結果を第７図に示す。第７図に示すように、本
発明ワイヤを用いて溶接した溶着金属は、ｌｌ’ｉ目が
比較的軟らかく、２層目てすでに高硬度になっているの
に対し、従来法によれば４層目にならないと高硬度が得
られないことがわかる。

次に、前実施例と同様に第１図に示す石２６の組成から
成る直径１．２−のワイヤを用いて、第８図（ａ）に示
すように、トリム型の自動車ボディブレス用金型の刃先
部分に肉盛溶接を行った。また、比較のため、第８図建
）に示すように、被覆アーク溶接法によっても同様の肉
盛り溶接を行った。

各条件は以下に示すとおりである。

本発明ワイヤの溶接条件溶接電流　　　７０〜８０　　Ａｍｐ。

溶接電圧　　　２５〜３０　　Ｖシールドガス　＾ｒ＋２０ＸｃＯｚ　　１８　１／ｗｉ
ｎ。

溶接速度　　　３００　　ａｓ／ｗｉｎ。

予熱、後熱　　なし被覆アーク溶接法の溶接条件１層目の被覆アーク溶接棒（鋳鉄用鉄ニツケル溶接棒）
溶着金属の化学成分（重量％）予熱、後熱なし予熱、後熱　　　なし溶接後の各層の硬度測定の結果を第９図に示し、第１０
図には溶接材料の使用量と溶接時間とを示す。

以上の結果から、本発明ワイヤを用いることで従来の方
法と比べ、溶接材料は約１７８に、溶接時間は約１７１
０に減らすことが可能であることがわかる。さらに、肉
盛部の開先加工および肉盛後の機械加工時間等も短縮で
き、総合的な経済性に与える効果は極めて大きい、また
、従来不可能とされた自動溶接も可能にすることができ
る。

〔効果〕

以上のような構成により、この発明の鋼ワイヤは、溶接
時に鋳鉄母材から溶着金属中に溶は込む炭素を有効に利
用し、非鉄金属等の下盛りをせずに靭性のある高硬度の
溶着金属を、鋳鉄母材に直接肉盛することを可能にした
。このため、従来不可能とされていた鋳鉄材への肉盛溶
接が一種類のワイヤで可能となり、それに伴う作業の簡
素化、溶接工数の削減、品質の安定化、使用溶接材料の
減少および能率性の向上等により、総合的に溶接コスト
の低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実験例の結果を示す表、第２図は同上の第１層
目の硬度と耐温度の関係を示すグラフ、第３図は同じく
第２層目の硬度とＭｆｍ度の関係を示すグラフ、第４図
は実施例の肉盛溶接の状態を示す断面図、第５図は実施
例に用いたワイヤの化学成分表、第６図は同上の溶着金
属の化学成分と耐温度を示す表、第７図は同じく溶着金
属の硬度測定の結果を示すグラフ、第８図は他の実施例
の肉盛溶接の状態を示す断面図、第９図は同上の硬度測
定の結果を示すグラフ、第１０図は同じく溶接材料およ
び溶接時間を示す表である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｃ量０．０１〜０．５重量％、Ｍｎ量１．０〜６
．０重量％、Ｃｏ量０．３〜１０．０重量％を含有する
鋳鉄母材への肉盛溶接用の銅ワイヤであって、鋳鉄母材
に肉盛溶接された第１層目の溶着金属のＭｆ温度が、鋳
鉄母材からのＣの拡散により、−１８０〜−１００℃に
なるように上記各含有成分量を決定して成る肉盛溶接用
の銅ワイヤ。
（２）前記Ｍｎを、そのＭｎ量１重量％に対して下記の
比率によりＭｏ、Ｎｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｖの金属で置
換した請求項（１）記載の鋳鉄母材への肉盛溶接用の銅
ワイヤ。Ｍｏ：３．５〜４．５、Ｎｉ：２．０〜３．０Ｗ：７．
５〜８．５、Ｃｒ：１．５〜２．５Ｃｕ：３．５〜４．
５、Ｖ：０．５〜１．０（３）Ｃｏ量１重量％に対して
Ａｌ量１０〜１５重量％の比率で、前記ＣｏをＡｌで置
換した請求項（１）又は（２）記載の鋳鉄母材への肉盛
溶接用の銅ワイヤ。