JPH0677837B2 - 耐水素誘起われ鋼のガスシールドアーク溶接法 - Google Patents

耐水素誘起われ鋼のガスシールドアーク溶接法

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JPH0677837B2
JPH0677837B2 JP63118089A JP11808988A JPH0677837B2 JP H0677837 B2 JPH0677837 B2 JP H0677837B2 JP 63118089 A JP63118089 A JP 63118089A JP 11808988 A JP11808988 A JP 11808988A JP H0677837 B2 JPH0677837 B2 JP H0677837B2
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、耐水素誘起われ鋼のガスシールドアーク溶
接法に関するものである。
耐水素誘起われ対策として希土類元素(以下「RE」と略
す)及び/又はカルシウム(以下「Ca」と略す)の添加
の有効性については既知であるが、ガスシールドアーク
溶接に際して溶接性に問題がある。
この発明はかような限局条件における溶接性の改善を目
的とするものである。
近年エネルギー需要の増大にともない、極寒地あるいは
深海底より採取した石油またはガス資源が安全かつ能率
的に輸送するために、高品質パイプへの要求が一段と高
まっている。ここにパイプメーカー、パイプユーザーに
とって最も重大な問題は、使用中のパイプ破壊である。
最近の非破壊検査技術の進歩とあいまって破壊の発生源
となるようなパイプ製造時の内部欠陥はほとんど皆無に
することも可能となったが、パイプ内搬送物質からもた
らされる水素による水素誘起われ(以下「HIC」と略
す)はその予防が著しく困難である。
パイプのみならず硫化水素など水素源の多い環境下で用
いられる鋼材は環境脆化としてHICの危険にさらされて
いる。
一方このようなHICを予防するために鋼メーカーらは種
々の研究から、HICは鋼板中に延展したしたマンガンサ
ルファイド(MnS)と水素の結合に起因すること、そし
て鋼中にRE及び/又はCaを添加してSと結合させ、MnS
の形成を阻止することがHIC対策に有効であることを見
出し、すでにその実用の段階に到達しつつあって、今後
はますますこの種の耐HIC鋼の需要は増大の一途をたど
ると考れられる。
ところで鋼板はほとんど不可欠に溶接加工によって鋼構
造体に形成され、自動溶接技術の進歩の結果、手溶接に
匹敵する以上にガスシールドアーク溶接が多用されてい
るのが現状であって、パイプを連結する円周溶接の場合
もその例にもれない。
上記のような新規な鋼種である耐HIC鋼のガスシールド
アーク溶接性について発明者らが検討を行った結果、 RE及び/又はCaは、発明者らが見出したパラメータ
のもとに相加的に溶接作業性への悪影響をもたらすこ
と、 この悪影響は溶接電流に依存するワイヤからの溶滴
移行形態によって特性が異なること、 それぞれに対しワイヤ組成とシールドガス組成を総
合的に適正選択することにより良好なガイドシールドア
ーク溶接が行えること が見出された。
ガスシールドアーク溶接におけるシールドガスとして
は、一般にCO2単独又はCO2とArなどの不活性ガスとの混
合ガスが用いられ、また溶接ワイヤには、通常のC,Si,M
nとともに、必要に応じる合金成分のしてNi,Cr,Mo,Bな
どを含み、また不可避にP,Sが混入する以外に、脱酸剤
としてAl,Tiを含有する場合も多い。
このうち溶接ワイヤ組成についてREやCaのごときがアー
ク特性に影響を及ぼすことは、古くから定性的に知られ
てはいたが、従来これらの元素は積極的にワイヤや鋼板
などに添加されることはなく、その必要もなかったこと
からそれらのシールドガスアーク溶接性への悪影響のご
ときはその実態として全く把握されていない。なお鋼板
中のREによるアーク溶接性への影響に関しては若干の報
告はあるが、上記HIC対策としてはREと同時にCa添加を
不可欠とする場合が多くこれらの影響を把握しない限り
においては、耐HIC鋼のガスシールドアーク溶接に適合
し得ないのである。
つまり従来公知の技術にあっては、 シールドガス溶接におけるアーク不安定に対するRE
とCaの単独または複合挙動の具体的な内容、 溶接条件、ワイヤ組成、シールドガス組成に関連し
た溶接時のアーク不安定発生状況の詳細、が把握されて
いなかったと同時に、当然 それに対処すべき具体的、定量的方法は見出されて
はいなかったのである。
そこで発明者らは、耐HIC鋼のガスシールド溶接のアー
ク安定化をはかるべく種々検討を行った結果、上記と
の間に存在する特別な関係を見出し同時にを可能な
らしめる方法を確立したのである。
発明者らは、耐HIC鋼のガスシールドアーク特性につい
て検討した結果、鋼板中のRE及び/又はCa添加量と溶接
作業性の間に以下の関係があることを見出した。
1) シールドガス組成がCO2100%の場合、鋼中RE,Ca
の影響は次式で示すRE,Caの成分パラメータ(A)に従
って相加的であり、かつパラメータ(A)の値が0.10以
上になるとアークが乱れて著しく溶接が不安定になる。
(A)=(〔RE〕/0.14+(〔Ca〕/0.04) 式中〔 〕は表示成分含有量(wt%) 2) 溶接不安定現象は、溶滴移行形態によってもその
様相が異なり、次にあげる何れも直流逆極性の場合 a溶接電流Iが約50A以上230A未満の短絡移行領域では
短絡回数の異常な低下が生じ、 b溶接電流Iが約230A以上600A以下のグロビュラー移行
領域ではスパッタロスが異常発生する。
3) aの原因は、パラメータ(A)の値が0.10以上の
場合に形成されるRE酸化物、Ca酸化物又はRE-Ca複合酸
化物から激しくアークが発生し、とくに溶接ワイヤ中に
0.03%を越えて含有される場合のTiによる溶滴表面張力
の増大効果が相乗してスムーズな溶滴移行が妨げられる
ためである。ちなみにbの原因は、パラメータ(A)に
関する同一の作用の下で、溶接ワイヤ中のTi含有量が0.
03%にも満たない場合、Tiによる脱酸不足の傾向が相乗
して溶滴の不規則移行とCOガス気泡の爆発を起こすこと
による。
従ってa,bの原因はともに鋼板中のRE及び/又はCaの含
有量が上掲数式で示すパラメータで(A)0.10とな
り、かつシールドガスがCO2を主体とする酸化性雰囲気
であることと、ワイヤ中のTi量との総合的な効果が何れ
もスムーズな溶滴移行をもたらすべきアーク安定化に関
し重要なポイントととなっているわけである。
従ってaの挙動に着目してこの発明は、水素誘起われ抑
止成分として希土類元素及び/又はカルシウムを、それ
ら成分量に応じる下記式に従うパラメータ(A)の値で
0.10以上となる量で含有する耐水素誘起われ鋼を溶接母
材として、溶接電流230〜50Aの直流逆極性で、脱酸成分
としてチタンを0.02wt%から0.08wt%まで含有している
溶接ワイヤを用いシールドガス溶接する際、 シールドガスとしてそのうちに少なくとも20Vol%をた
める不活性ガスと炭酸ガスとの混合ガスを用いる短絡移
行領域アーク安定化手段を適用すること を特徴とする、耐水素誘起割れ鋼のガスシールドアーク
溶接法。
記 (A)=(〔RE〕/0.14)+(〔Ca〕/0.04) 式中〔 〕は表示成分含有量(wt%)を解決を解決手段
とするものである。
ここに溶接ワイヤのチタン含有量は必要な衝撃特性を得
るための脱酸成分として0.02wt%以上でなければならな
いが0.08wt%をこえると、アーク安定化の実をあげるこ
とができない。
またシールドガス中に占める不活性ガスが20vol%に満
たないとやはりアーク安定化作用が充分でない。
さて第1図は、aの短絡移行領域におけるパラメータ
(A)、短絡回数、シールドガス組成およびワイヤ中の
Ti量の影響を総合的に示すものであり、ここにパラメー
タ(A)が0.10以上でシールドガス組成がCO2100Vol%
かつワイヤ中のTiが0.03wt%を越す場合(●)、短絡回
数は約80回から約20回へと異常低下している。
一方参考のため、bのグロビュラー移行領域におけるパ
ラメータ(A)、スパッタロス、シールドガス組成およ
びワイヤ中のTi量の影響を第2図にて総合的に示すよう
に、何れもパラメータ(A)が0.10以上でシールドガス
組成がCO2100%、そしてワイヤ中のTiが0.03%に満たな
い場合 ではスパッタロス発生量は約4%から11%へと急増して
いる。
これらの溶接不安定の防止対策を検討した結果、aの場
合に関しシールドガス組成がCO2100Vol%のときには第
1図に従いワイヤ中のTiを0.03wt%以下に制限する ことにより短絡回数が著しく改善されるのに反してシー
ルドガス中のAr,Heなど不活性ガス混合比を20vol%以上
とするとTi<0.03wt%にて一層短絡回数が増す(○)
が、この混合ガス組成のシールド下では実施例について
後述するようにTiを0.08%までならば添加量を増しても
短絡回数の改善効果は維持される(△)ことも見出され
ている。
なおちなみにbの場合について、第2図に示すとおり、
溶接ワイヤ中のTiをとくに0.03%以上として必要な脱酸
効果を生じさせようとすることの過剰Tiはグロビュラー
移行域においてはアーク不安定をもたらすのでTiを0.20
wt%以下に抑える こと、またはシールドガス中の不活性ガス混合比を20vo
l%以上とする こと、そしてこれらを併用する(◎)ことによりスパッ
タロスが著しく低減される。
上に触れた不活性ガス混入の効果は、シールドガス中の
不活性ガス混合比の増大でアーク不安定の原因をなすよ
うなRE酸化物、Ca酸化物またはRE-Ca複合酸化物などの
生成が抑制されること及び100%CO2気中に比し不活性ガ
ス気中ではアーク力が低いことに由来すると考えてい
る。
以下具体的実施例を記す。
実施例 表1の溶接材料を用いて表2の条件で溶接を行いアーク
安定性を調べた。
従来のガスシールドアーク溶接法に従う比較例,で
は短絡移行領域のI=180Aにおいて鋼板W中のRE,Ca量
が成分パラメータ(A)に関して0.1に達しない領域に
存するため、溶接ワイヤのTi含有量が少なくてもまた多
くともCO2100vol%のガスシールド下に短絡回数は低下
せず良好な溶接が可能である。これに反してパラメータ
(A)0.1の鋼板Xを用いた比較例ではCO2100vol%
のガスシールドにおいて、Ti含有量の少ないワイヤAを
用いているのでやはり短絡回数の低下はないが衝撃特性
劣化のうれいがあり、同じく比較例ではTi>0.03vol
%であることと相まって著しく短絡回数が低下しビード
外観は悪化した。
このような鋼板Xに対してもCO2100vol%シールド下でT
i:0.02〜0.03wt%以下の溶接ワイヤB,Cを用いると参考
例,のように短絡回数は、鋼板Wを用いた場合にほ
ぼ匹敵するがとくにこの発明に従いシールドガス組成が
そのうちに少なくとも20vol%を占める不活性ガスと炭
酸ガスとの混合になるとき、適合例,のように、
(A)0.1の鋼板に対し、Ti含有量が0.02wt%から0.0
8wt%までの溶接ワイヤを用いても十分な短絡回数のも
とに良好なビードが得られる安定なアーク溶接が行われ
た。
上記したような短絡移行領域でのスパッタロスは全体に
低値であり、溶接作業上問題とならないのは、いうまで
もない。
なお比較例〜は、溶接電流が50A未満の場合に、
(A)値の如何にかかわらず、またシールドガス組成や
溶接ワイヤのTi含有量の適否と関係なく必要な短絡移行
が安定に持続できずしばしば突っ込み現象が生じた。
以上述べたごとくこの発明は、今後益々その用途を拡大
すると思われるRE,Ca添加の耐HIC鋼板において、従来は
アーク不安定に起因して不可能とされていたガスシール
ドアーク溶接法を可能にするものであり、鋼管の自動円
周溶接、海洋構造物などへの広汎な適用が期待される。
【図面の簡単な説明】
第1図は、パラメータ(A)と短絡回路との関係を示し
たグラフ第2図はパラメータ(A)スパッタロスとの関
係を参考に掲げたグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−140343(JP,A) 特開 昭54−49939(JP,A) 「REM含有鋼の溶接現象について」日 本鋼管(株)技術研究所(1977年11月)溶 接学会P.1〜10 「半自動および自動溶接用ワイヤ銘柄一 覧(株)産報(1975年6月25日)P.46 JIS Z3312−1974(炭酸ガスアーク 溶接用鋼ワイヤ)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】水素誘起われ抑止成分として希土類元素及
    び/又はカルシウムを、それら成分量に応じて下記式に
    従うパラメータ(A)の値で0.10以上となる量で含有す
    る耐水素誘起われ鋼を溶接母材として、溶接電流230〜5
    0Aの直流逆極性で、脱酸剤としてチタンを0.02wt%から
    0.08wt%まで含有している溶接ワイヤを用いシールドガ
    ス溶接する際、 シールドガスとしてそのうちに少なくとも20Vol%を占
    める不活性ガスと炭酸ガスとの混合ガスを用いる短絡移
    行領域アーク安定化手段を適用すること を特徴とする、耐水素誘起割れ鋼のガスシールドアーク
    溶接法。 記 (A)=(〔RE〕/0.14)+(〔Ca〕/0.04) 式中〔 〕は表示成分含有量(wt%)
JP63118089A 1988-05-17 1988-05-17 耐水素誘起われ鋼のガスシールドアーク溶接法 Expired - Lifetime JPH0677837B2 (ja)

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JP4728793B2 (ja) * 2005-12-14 2011-07-20 株式会社アイ・オー・データ機器 ディスプレイ装置およびその制御方法
CN101890558A (zh) * 2010-07-07 2010-11-24 昆山华恒工程技术中心有限公司 管道mag自动打底焊接方法

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Title
「REM含有鋼の溶接現象について」日本鋼管(株)技術研究所(1977年11月)溶接学会P.1〜10
「半自動および自動溶接用ワイヤ銘柄一覧(株)産報(1975年6月25日)P.46
JISZ3312−1974(炭酸ガスアーク溶接用鋼ワイヤ)

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