JPH08155642A - 熱間金型の肉盛溶接補修方法 - Google Patents

熱間金型の肉盛溶接補修方法

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JPH08155642A
JPH08155642A JP30125294A JP30125294A JPH08155642A JP H08155642 A JPH08155642 A JP H08155642A JP 30125294 A JP30125294 A JP 30125294A JP 30125294 A JP30125294 A JP 30125294A JP H08155642 A JPH08155642 A JP H08155642A
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JP
Japan
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welding
weld
temp
temperature
cooling
Prior art date
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JP30125294A
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English (en)
Inventor
Masashi Takaso
正志 高祖
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】熱間金型の肉盛溶接補修方法の提供。 【構成】合金工具鋼熱間金型において亀裂を除去した
後、アーク溶接で硬化肉盛用溶接材料を溶接して補修す
る際、予熱温度及び溶接パス間温度を400 ℃から600
℃、最終溶接パス後の冷却で400 ℃から200 ℃までの冷
却時間を4時間以上とする熱間金型の肉盛溶接補修方
法。 【効果】母材、溶接熱影響部及び溶接金属の硬さを均一
にして補修溶接部の溶接割れ発生を抑制し、補修金型の
寿命延長を達成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、熱間金型の肉盛溶接補
修方法に関する。
【0002】
【従来の技術】熱間金型では、使用時の繰返し熱応力に
より、型彫面、特に型底に亀裂が生じる。このような亀
裂を補修する際には、ガウジングして亀裂を除去した
後、硬化肉盛溶接を行うが、補修溶接部では割れが発生
しやすく、溶接補修した金型は新作金型に比べて寿命が
短い。
【0003】熱間金型用材料には、合金工具鋼鋼材(JI
S G4404)のうち、主としてSKD4、SKD5、SK
D6、SKD61、SKD62、SKD7、SKD8、
SKT3およびSKT4が用いられる。
【0004】熱間金型の亀裂補修は以下の (1)〜(3) の
行程で行われる。
【0005】(1)使用後の金型は、放電加工により全面
再型彫りし、比較的浅い亀裂は除去されるが、深いもの
は残存する。
【0006】(2)残存した亀裂はガウジングにより除去
し、アーク溶接により除去部を充填する。
【0007】溶接材料は、硬化肉盛用被覆アーク溶接棒
(JIS Z3251)および硬化肉盛用アーク溶接フラックス
入りワイヤ(JIS Z3326)を用いる。
【0008】(3)溶接後、再度放電加工により型彫り
し、溶接の余盛を除去し、平滑に仕上げる。
【0009】しかし、上記のような方法で硬化肉盛用溶
接材料を用いた場合の溶接金属は、焼きが入りやすく、
実用的な溶接条件では硬化したマルテンサイト組織とな
る。
【0010】ただし、肉盛溶接は通常、多層盛溶接であ
るので、積層された溶接ビートによる熱影響が生じ、そ
こでは焼戻しを受け、軟化する。したがって、溶接金属
の硬度は不均一となる。また、マルテンサイト組織は延
性に乏しく、拘束が大きい場合は割れやすい。
【0011】そこで、予熱温度を300℃にし、パス間
温度を300℃から350℃まで高め、溶接金属のマル
テンサイト変態開始温度(Ms) 以上とすると、各パス
ごとの冷却でのマルテンサイト変態が阻止され、溶接完
了後、珪藻土中で徐冷することにより溶接金属全体がマ
ルテンサイト変態する。この施工方法により、溶接金属
の硬さは均一となり、溶接割れも防止される〔例えば、
住金溶接工業(株)カタログおよび技術資料(H.5.
2)参照)〕。
【0012】一方、溶接熱影響部では、溶融線近傍で高
温に加熱され、オーステナイト化する部分は溶接金属と
同様に各パスごとの冷却でマルテンサイト変態し、一部
は積層により焼戻される。そこで、上記のように予熱お
よびパス間温度をマルテンサイト変態開始温度(Ms)
以上とすると、溶接完了後の徐冷でオーステナイト化し
た溶接熱影響部全体がマルテンサイト変態する。
【0013】したがって、予熱およびパス間温度をマル
テンサイト変態開始温度(Ms)以上とするとともに、
溶接完了後、徐冷することにより、溶接金属および高温
に加熱される溶接熱影響部はマルテンサイト変態するの
で、硬さの不均一は解消するが、硬さそのものは高い値
となる。
【0014】溶接金属の硬さについては、溶接材料を選
択することで調整可能であり、硬化肉盛用溶接材料で
は、溶接金属のビッカース硬さに応じて200から80
0の呼び硬さが決められている。
【0015】しかし、溶接熱影響部では組成は母材によ
り決まっており、溶融線近くのオーステナイト域まで加
熱される部分では硬さは高い。一方、溶接熱影響部にお
いて母材に近い部分は焼きなまされ、むしろ母材より軟
化する。
【0016】このような理由で、補修溶接部では母材か
ら溶接熱影響部にかけて硬さが急峻に変化し、硬化した
溶接熱影響部に隣接した母材側の軟化した溶接熱影響部
において割れが生じやすく、溶接補修金型の寿命が短か
くなるのである。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】熱間金型の補修溶接に
おいては、マルテンサイト化した溶接金属または溶接熱
影響部で溶接割れが発生する場合があり、また、多層溶
接の積層の熱影響によりマルテンサイト相が焼戻されて
軟化し、硬さが不均一になる。そこで、予熱およびパス
間温度をマルテンサイト変態開始温度(Ms)以上の3
00℃以上とし、溶接後珪藻土中で徐冷するか、あるい
は溶接終了直後、350℃程度に加熱することが行われ
る。
【0018】しかし、上記珪藻土中での徐冷条件は定量
的には示されておらず、溶接割れが防止されるように設
定される。さらに溶接熱影響部においては、溶融線近く
は硬化し、一方、母材側は軟化するので、熱応力が発生
した場合歪みは軟化部に集中し、溶接割れが生じやす
い。
【0019】本発明の目的は、熱間金型の補修溶接部の
溶接割れ発生を抑制することが可能な肉盛溶接補修方法
を提供することにある。
【0020】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、次の肉
盛溶接補修方法にある。
【0021】合金工具鋼鋼材を用いた熱間金型において
使用時に発生した亀裂を除去した後、アーク溶接にて硬
化肉盛用溶接材料を肉盛溶接して補修する際、予熱温度
および溶接パス間温度を400℃から600℃にすると
ともに、最終の溶接パス後の冷却において400℃から
200℃までの冷却時間を4時間以上とすることを特徴
とする熱間金型の肉盛溶接補修方法。
【0022】本発明者は、熱間金型の補修溶接部の溶接
割れ発生を抑制するには、予熱温度および溶接パス間温
度を400℃から600℃にし、さらに、溶接完了後の
冷却において400℃から200℃までの冷却時間を4
時間以上とする徐冷により、溶接熱影響部の硬さの急激
な変化を抑え、かつ、その値を母材の値と同程度とする
のが効果的であることを見い出した。
【0023】すなわち、本発明方法は、溶融線近くの溶
接熱影響部では硬化を防ぎ、母材側の溶接熱影響部では
軟化を抑え、母材から溶接金属にかけての硬さ分布を均
一化させるものである。
【0024】
【作用】本発明方法は、合金工具鋼鋼材(JIS G4404)
のうち、熱間金型用のSKD4、SKD5、SKD6、
SKD61、SKD62、SKD7、SKD8、SKT
3およびSKT4の材料で製造されたものを対象とす
る。
【0025】溶接材料は、硬化肉盛用被覆アーク溶接棒
(JIS Z3251)のDF2A、DF2B、DF3B、DF
3C、DF4A、DF4B、DF5A、DF5Bおよび
硬化肉盛用アーク溶接フラックス入りワイヤ(JIS Z33
26)のYF2A−C、YF3B−C、YF4A−C、Y
F4B−C、YF2A−G、YF3B−G、YF4A−
G、YF4B−G、YF2A−SおよびYF3B−Sを
用いる。
【0026】これらの溶接材料のMs点は概ね300℃
以下であり、従来の技術で述べたように溶接パス間温度
を300℃以上とすれば、溶接金属および溶融線近くの
溶接熱影響部では各パス後の冷却でマルテンサイト変態
せず、残留したオーステナイトは、最終パス後の徐冷時
に全体がマルテンサイト変態またはベイナイト変態す
る。しかし、前述の珪藻土中の冷却などの徐冷条件で
は、溶接金属および溶融線近くの溶接熱影響部はマルテ
ンサイト変態し、硬化する。
【0027】したがって、溶接金属および溶融線近くの
溶接熱影響部の硬化防止を図るには、溶接完了後、これ
らの箇所をともにベイナイト変態させる必要がある。そ
のために、溶接パス間温度を400℃以上600℃以下
にするとともに、溶接完了後、すなわち最終の溶接パス
後の冷却において400℃から200℃までの冷却時間
を4時間以上とする徐冷を施し、マルテンサイト変態を
回避する。
【0028】溶接パス間温度が400℃未満では、ベイ
ナイト変態させるためにきわめて長い冷却時間が必要と
なり、実用的ではない。一方、600℃をこえると溶接
中に金型が過度に焼戻され、強度が低下する。冷却時間
が4時間未満ではマルテンサイト変態する。冷却時間の
上限は特に限定されないが、望ましい上限は金型が過度
に焼戻されて軟化することを考慮すると30時間程度で
ある。
【0029】母材側の溶接熱影響部の軟化は、溶接時に
オーステナイト変態するまでには到らないが、高温に加
熱され、焼戻しされるために起こる現象である。しか
し、この状態の溶接熱影響部を400℃から600℃に
再加熱すると、合金元素の炭化物が微細に析出し、二次
硬化する。母材側の溶接熱影響部の温度が400℃以下
では二次硬化が起こらず、一方、600℃をこえると焼
戻し軟化する。
【0030】溶接パス間温度を400℃から600℃に
維持するには、補修溶接部の予熱温度を同様に保持する
必要がある。予熱温度が400℃以下では冷却が速く、
次のパスの溶接を開始する前に溶接パス間温度が400
℃以下になる。一方、予熱温度が600℃をこえると軟
化する。
【0031】このような方法により、溶融線近くの溶接
熱影響部で硬化を防止するとともに、母材側の溶接熱影
響部で軟化を抑制し、母材から溶接金属にかけての硬さ
分布を均一化させることができる。
【0032】
【実施例】下記条件で熱間金型の肉盛溶接補修試験を行
い、各部の硬さを調査した。
【0033】供試鋼はSTK4M(肉厚80mm)とし
た。その化学組成を表1に示す。
【0034】
【表1】
【0035】溶接材料はYF2A−C(ワイヤ径1.6
mm)を用いた。その化学組成を表2に示す。
【0036】
【表2】
【0037】溶接はマグ溶接法を用いた。溶接条件を表
3に示す。
【0038】
【表3】
【0039】ガウジング溝形状は図1に示す断面寸法と
し、溶接パスおよび積層法は図2に示す13層32パス
のストリンガ法とした。
【0040】まず、表4に示す予熱温度およびパス間温
度の条件で溶接を行い、溶接熱影響部、母材および溶接
金属の硬さを比較した。ただし、溶接終了後の400℃
から200℃までの冷却時間は4時間の一定とした。
【0041】
【表4】
【0042】予熱は溶接前に試験材を炉で所定温度に加
熱し、パス間温度の制御は溶接中の試験材を測温して溶
接開始温度を調整して行った。
【0043】評価方法は、表面より5mmの位置で、母
材から溶接熱影響部を経て溶接金属までビッカース硬さ
(荷重は10kgf )を測定し、溶接熱影響部では母材側
に軟化部、溶接金属側に硬化部が形成されるので、それ
らと母材、溶接金属の値とを比較し、硬さの均一性を評
価した。結果を表4に併せて示す。
【0044】次に、表5に示す最終溶接パス後の冷却条
件で徐冷を行い、各部硬さに及ぼす徐冷条件の影響を調
査した。ただし、予熱温度およびパス間温度は400℃
の一定とした。
【0045】
【表5】
【0046】最終溶接パス後の冷却時間は溶接完了後、
試験材を炉中で冷却して制御した。
【0047】評価は上記と同様の硬さ測定によった。結
果を表5に併せて示す。
【0048】表4および表5に示すように、本発明で定
める条件を満たす場合では、母材、溶接熱影響部および
溶接金属の硬さが均一である。
【0049】一方、予熱温度およびパス間温度が400
℃未満、または400℃から200℃までの冷却時間が
4時間未満では、最終溶接パス後の冷却過程で溶接金属
および溶接金属側の溶接熱影響部はマルテンサイト変態
して硬化する。母材側の溶接熱影響部は、溶接中または
冷却時に二次硬化せず、軟化したままである。
【0050】予熱温度およびパス間温度が600℃をこ
えると、ベイナイト変態のため硬化しないが、母材の軟
化が著しい。
【0051】
【発明の効果】本発明方法によれば、母材、溶接熱影響
部および溶接金属の硬さを均一にして補修溶接部の溶接
割れ発生を抑制し、補修金型の寿命延長を達成すること
が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例で用いた供試材のガウジング溝の断面寸
法を示す図である。
【図2】実施例で用いた溶接パスおよび積層法を説明す
る縦断面図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】合金工具鋼鋼材を用いた熱間金型において
    使用時に発生した亀裂を除去した後、アーク溶接にて硬
    化肉盛用溶接材料を肉盛溶接して補修する際、予熱温度
    および溶接パス間温度を400℃から600℃にすると
    ともに、最終の溶接パス後の冷却において400℃から
    200℃までの冷却時間を4時間以上とすることを特徴
    とする熱間金型の肉盛溶接補修方法。
JP30125294A 1994-12-06 1994-12-06 熱間金型の肉盛溶接補修方法 Pending JPH08155642A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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