JPS5913315B2

JPS5913315B2 - 潜弧溶接用複合ワイヤ

Info

Publication number: JPS5913315B2
Application number: JP8354378A
Authority: JP
Inventors: 成夫藤森; 幸三郎大谷; 隆田中
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1978-07-11
Filing date: 1978-07-11
Publication date: 1984-03-28
Also published as: JPS5510352A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は炭素鋼とくに軟鋼および低合金鋼の大入熱潜弧
溶接において、良好なビード刑法を形成させ、かつまた
溶接金属の低温靭性をも向上させるフラックスを内蔵す
る潜弧溶接用複合ワイヤに１５関するものである。

近年、鋼構造物の大型化にともない、使用される鋼材の
板厚も厚くなつている。

例えば、パイプライン等に使用される大径管についても
厚肉化の傾向が著しく、肉厚として２５ｍｍｔから４Ｏ
ｍｍｔ２０程度まで厚肉化が進んでいる。このような厚
肉管を両面一層溶接で仕上げるためには、８〜２０万Ｊ
／Ｃ−ｌｒＬの大入熱潜弧溶接が行なわれる。現状では
、８万Ｊ／Ｃ？Ｔｌより小さい溶接入熱では、ソリッド
ワイヤに溶融型フラックスを組み合せれ２５ば良好なビ
ード外観が得られるが、８万Ｊ／ｃｆｎ以上の大入熱潜
弧溶接においては融点の高い溶融型フラックスを使用し
ても良好なビード外観が得難くなる。これは、一般に溶
融型フラックスでは焼成型フラックスに比較して融点が
低いために大入３０熱溶接においてはスラグの粘性が低
くなりすぎて安定したビード形成が出来ないことによる
。さて大入熱溶接の問題点としては、ビード中央部でビ
ード波が消失した領域が発生し、その領域でビードが凸
凹になつたり、あるいはしわが出来３５たりする。また
ビード波目が粗くなりアンダカツトが発生したりする。
そのような問題点を有する大入熱溶接において、良好な
ビード外観を得るには溶融スラグの粘性を高めることに
よりビード波の消失した領域を小さくすることが必要で
ある。普通このために、溶融スラグの粘性を高めるため
高融点物質を開先内に散布したり、溶融型フラツクス中
に高融点物質を添加したりすることが考えられる。しか
し、高融点物質を開先内に散布した場合は、溶融スラグ
の凝固点が高くなり、スラグが溶融金属中を浮上出来な
くなり、しばしばスラグインクルージヨンの発生が起る
。また溶融型フラツクス中に高融点物質を添加しても、
ビード中央部に発生するビード波の消失した領域を小さ
くするのに著しい効果はなく、また溶け込みも浅くなる
傾向になる。また、焼成型フラツクスは溶融型フラック
スに比べて一般的に融点が高いために大入熱潜弧溶接に
よく用いられる。

しかし、焼成型フラツクスは溶融型フラツクスに比べて
粉化し易すくしかも添加された合金剤、脱酸剤の含有率
が粒度ごとに、あるいは採取個所により大きくバラツキ
やすいこともあつて溶接金属の均一性において劣る。そ
して、溶融型フラツクスに比べて、吸湿し易すいために
乾燥に十分注意しなければならず品質管理上問題が多い
、さらに、製造上のコストも溶融型フラツクスよりも高
くなるのが通常である。以上の点より焼成型フラツクス
ではなく溶融型フラツクスを用いて大入熱溶接を行なう
必要がある。一方、溶融スラグの粘性を高める方法の他
に、溶融金属の冷却速度を上げることにより大入熱溶接
のビードを良好にしようとする方法もある。この方法の
ひとつとして、開先内にカツトワィャを散布する方法が
ある。しかし、この方法もビード波を消失した領域を小
さくしてビード外観を良好にする程の著しい効果はなく
、しかも深溶け込みを得ることが出来ないという大きな
欠点がある。上述のように、大入熱潜弧溶接において、
良好なビード外観を得るためには、ビード波の消失した
領域を小さくしなければならない。このような問題点を
解決するために、本発明は溶融型フラツクスを用いても
ビード波の消失した領域の巾を小さくすることができ、
ビード外観を良好にし得るところの潜弧溶接用複合ワイ
ヤを提供するにある。それは、溶融スラグの粘性を高め
るために、高融点物質としてＭｇＯを複合ワイヤの中空
部に充填したものである。複合ワイヤからＭｇＯを添加
していく場合直接的に溶融金属に働くためフラツクスか
ら添加する場合に比べて効率よく溶接ビードに作用しビ
ード波の消失した領域の巾を小さくしてビード外観を良
好にする。第１図は、ルチール系溶融型フラツクスを用
いて、第２図のような開先形状で３電極潜弧溶接した場
合の溶接入熱とビード中央部に現われるビード波の消失
した領域の巾の関係を表わした図である。

第２図において、開先角度θ＝９５た、開先深さｔ１＝
１３ｍｍ、板厚Ｔ２＝３０顛である。第１図におけるＡ
の場合は、３電極ともＣＯ．ｌ３％、ＳｌＯ．Ｏ２％、
Ｍｎ２．Ｏ％、ＰＯ．Ｏｌ％、ＳＯ．Ｏｌ％の化学組成
でワイヤ径４．８１１φのソリツドワイャを用いて溶接
した結果である。

Ｂの場合は、作用したルチール系溶融型フラツクスに、
フラツクス重量比として１５％になるようにＭｇＯを添
加したフラツクスを使用して溶接した結果である。溶接
ワイヤは３極ともにＡの場合のソリツドワイヤと同じも
のである。Ｃの場合は、ＭｇＯ無添加のルチール系溶融
型フラツクスを用い、溶接ワイヤは、３電極ともにＭｇ
Ｏをワイヤ重量比で１５％内蔵せしめた第１表に示す複
合ワイヤを用いて溶接した結果である。溶接条件は第２
表のとうりである。供試鋼材はＳＭ４ｌＢ、板厚３０ｍ
ｍで、ＣＯ．ｌ３％、ＳｉＯ．２６％、Ｍｎｌ．ＯＯ％
、ＰＯ．Ｏｌ５％、ＳＯ．Ｏｌ２％の化学組成である。
第１図Ａの場合は、フラツクスからも溶接ワイヤからも
ＭｇＯを添加しない場合で、このときが最もビード波の
消失した領域の巾が大きくなつている。Ｂの場合は、フ
ラツクスからＭｇＯを添加して溶接ワイヤはソリツドワ
イャを用いてＭｇＯは添加していない。このときは、Ａ
の場合に比べて若干ビード波の消失した領域の巾は小さ
くなつているが、著しい効果はない。Ｃの場合は、フラ
ツクスからはＭｇＯを添加せずに、溶接ワイヤを複合ワ
イヤにして複合ワイヤからＭｇＯを添加した場合である
。このときは、前述のＡ，Ｂに比べてビード波の消失し
た領域の巾が著しく小さくなつている。これらの事実よ
りＭｇＯを複合ワイヤから添加していくとビード波の消
失した領域の巾を小さくするのに極めて大きな効果があ
ることがわかる。ビード波の消失した領域の巾が小さく
なるとビード中央部でビードが凸凹せず、またしわや溝
も発生しなくなるため、ビード外観が極めて良くなる。
したがつて、ＭｇＯを内蔵する複合ワイヤを用いて潜弧
溶接を行なうと、大入熱溶接においてもビード波の消失
した領域の巾が小さくなり良好なビード外観が得られる
。本発明ぱ以上のような知見に基いてなされたものであ
つて、その要旨は炭素鋼、または低合金鋼の管状ワイヤ
の中空部にワイヤ重量比でＭｇＯ３〜３０％、Ｍｎ６％
以下、ＳｉＯ．ｌ〜２．０％を含有するか、またはさら
にＣａＦ２２Ｏ％以下を含有し、ＡｌＯ．２５〜３．０
％、Ｔｉ３％以下、ＭＯｌ％以下、Ｎｉ３％以下、の１
種以上を含有するか、またはこれにさらにＮａ２Ｏ．Ｋ
２Ｏのいずれか一方又は両方を２％以下含有するフラツ
クスを内蔵せしめたことを特徴とする潜弧溶接用複合ワ
イヤにある。

なお本発明において管状ワイヤを構成する鋼材のうち炭
素鋼とは通常軟鋼を指し、低合金鋼とは、ＣＯ．ｌ５％
以下、ＳｉＯ、５０％以下、Ｍｎ３．Ｏ％以下、ＭＯｌ
．Ｏ％以下、Ｎｉ３％以下の組成を有するものを指す。

このような炭素鋼又は低合金鋼はフラツクス成分が充填
成形されるように帯状又は管状にて使用される。以下に
本発明を詳細に説明する。

まず、本発明の複合ワイヤの最大の特徴は前述のごとく
、充填フラツクスの主成分として高融点物質のＭｇＯを
含んでいるところにある。

溶接により複合ワイヤが溶融されると、複合ワイヤ中の
ＭｇＯが溶融スラグ中に添加され、スラグの融点を上昇
させ、粘性を高める。その結果溶融金属を安定に保つこ
とが可能になり、大入熱溶接におけるビード外観を良好
にする効果が出てくる。ワイヤ重量比としてＭｇＯが３
％より少ないとビード形成を良好にする効果が薄く、３
０％を超えるとスラグの融点が高くなりすぎ、逆にビー
ド形成が不安定になる。したがつて、ＭｇＯの充填量は
ワイヤ重量比として３〜３０％である。充填フラツクス
には、上記ＭｇＯの他に溶接部に要求される強度、靭性
の面からＭｎを添加する。Ｍｎは溶接金属の強度を向上
させるのに有効であるが、ワイヤ重量比で６％を超える
と靭性が低下するため好ましくない。Ｓ１の添加は溶接
金属の脱酸作用を促し非金属介在物を低減し、清浄化し
て靭性向上を図るのに添加されるが、さらに、ビード表
面性状を良好にし、特にビード止端部が滑らかになりス
ラグの剥離性を改善するのに効果的である。Ｓｉの添加
量は、ワイヤ重量比で２．０％を超えると靭性を低下さ
せるから好ましくない。また、ワイヤ重量比で０．１％
未満では、脱酸効果もなく、大入熱潜弧溶接においてビ
ード表面の滑らかさや、つやおよびビード止端部の滑ら
かさが失われ良好なビード外観を得るうえに好ましくな
い。以上のような成分の他に本発明の複合ワイヤは、大
入熱溶接による溶接金属の靭性低下を防ぐために、さら
にワイヤ重量比としてＣａＦ２２Ｏ９Ｊ．下を含有し、
またはさらにＡｌＯ．２５〜３％、Ｔｉ３％以下、ＭＯ
ｌ％以下、Ｎｉ３％以下、の１種以上を添加することが
出来る。

ＣａＦ２添加は、溶接金属の酸素の低減に役立つ。

また酸素の低減化は溶接金属を清浄化し、合金剤を添加
して場合それを効果的に作用させる働きがある。しかし
ながら、ＣａＦ２の添加量が２０％を超えるとビード表
面性状が劣化し溶接作業性も悪化させる。したがつて、
ＣａＦ２の添加量を２０％以下とする。Ａｌの添加は、
強脱酸剤として溶接金属の酸素低減化に役立ち、また初
析フエライトの析出を分散させ靭性低下を防ぐことが出
来る。

またＴｌとの複合添加によりＡｌはＴｉの酸化を抑制し
、固溶Ｔｉを増加させる。固溶ＴｉはＴｉＮを形成して
組織を微細化し、溶接金属の靭性を向上させる。Ａｌの
添加量は、０．２５％より少ないと靭性を向上させる程
には効果はなく３％を超えると、初析フエライトの析出
が多くなり逆に靭性が低下して好ましくない。したがつ
てＡｌの添加量を０．２５〜３．０％とする。Ｔｉの添
加量は、３％を超えると固溶Ｔｉが増えすぎてかえつて
靭性低下を招く。

したがつてＴｉの添加量を３％以下とする。ＭＯの添加
量は、初析フエライトの生成を抑制し、組織を微細化に
するため靭性を向上させるが、１％を超えると強度が上
がりすぎ靭性が低下する。

Ｎｉは３％以下の添加において靭性改善に寄与し、大入
熱溶接による靭性低下の抑制に有効であフる。

なお、Ａｌ，．Ｔｉ．ＭＯ．Ｎｉの単独添加のみでも靭
性は向上するが、それらを２種以上組み合せて添加する
と一層有効である。

以上のような充填フラツクスにさらにＮａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ
の１方又は両方を添加すると大入熱溶接におけるアーク
の安定性が極めて良くなる。

Ｎａ２ＯあるいはＫ２Ｏの添加方法としては、Ｎａ２Ｏ
・ＳｉＯ２系あるいはＫ２Ｏ−ＳｉＯ２系のバインダー
として用いて充填フラツクスを造粒して添加してもよい
。

その添加量はＮａ２Ｏ、Ｋ２Ｏの１方又は両方を２％以
下添加する。２％を超えて添加しても効果は飽和する。

以上述べたようにＭｇＯ３〜３０％を含有する充填フラ
ツクスを内蔵する本発明の複合ワイヤは、潜弧溶接用フ
ラツクスと組合せて使用されるが、ソリツドワイャを用
いた場合に比べて、ビード中央部に発生するビード波の
消失した領域の巾は小さくなり、ビード沖央部の凸凹、
しわ、溝などが発生しなくなる。

また、ビード波も均一になるため、ビード止端部も滑ら
かとなりアンダカツトも発生しなくなる。そのため良好
なビード外観を形成し、かつまたアークの安定性もよく
溶接作業性が良好で溶接金属部の靭性も良好であり、大
入熱潜弧溶接において秀れた効果を発揮するものである
。なお、本発明の複合ワイヤは、通常の手段により炭素
鋼あるいは低合金鋼からなる薄肉の細幅のフープ（帯鋼
）をローラで折り曲げつつ、管状に成形するとか、ある
いはあらかじめ管状に成形しておいた鋼鞘を用い、その
内部にフラツクスを充填して製造することが出来る。

次に本発明の複合ワイヤの効果を実施例に基いてさらに
具体的に述べる。

実施例ＣＯ．Ｏ４％、ＳｉＯ．Ｏ４％、ＭｎＯ．４％、ＰＯ．
ＯＯ８％、ＳＯ．Ｏｌ３％の化学組成のフープ材料に、
第３表に示す充填フラツクスを内蔵せしめて複合ワイヤ
となし、ＳＭ５ＯＢ、板厚３０ｍ１でＣＯ．ｌ５％、Ｓ
ｉＯ．３６％、Ｍｎｌ．３７％、ＰＯ．Ｏｌ４％、ＳＯ
．ＯＯ７％の化学組成の供試材を用いて溶接を行なつた
。

なお、第３表において滝１〜２９は本発明の複合ワイヤ
であり、Ｆ，３Ｏ〜４３は比較するための複合ワイヤで
ある。また比較のために用いたソリツドワイヤの化学組
成も第３表Ａ６．４４に示す。なお、使用ワイヤのワイ
ヤ径は全て４．８ｍｍφである。溶接条件は先行電極１
２００Ａ３５Ｖ１中間電極９５０Ａ４０Ｖ１後行電極８
００Ａ３８Ｖで溶接速度は５６ｃＴｎ／Ｍｍである開先
形状は第２図のとおりである。同図において、開先角度
θ−９５と、開先深さｔ１−１３顛とした、また板厚Ｔ
２は３０１１ｍである。使用したフラツクスはルチール
系溶融型フラツクスである。溶接は３電極潜弧溶接法を
用い、中間電極、および後行電極に複合ワイヤを用い、
先行電極はソリツドワイャとした。また比較のため、３
電極ともソリツドワイヤで溶接もした。溶接試験結果を
第４表に示す。

洗４４は３電極ともソリツドワイヤで溶接した結果であ
る。溶接金属の成分値を第５表に示す。第４表の溶接試
験結果によると、／Ｆ６．ｌ〜２９は、Ｆ６．４４の３
電極ともソリツドワイヤの場合と比べてビード外観、ア
ーク安定性、溶接作業性のいずれも優れている。

このことは複合ワイヤに充填されたＭｇＯの効果を示し
ている。また滝２７、２８、２９については、とりわけ
ビード外観、アーク安定性、溶接作業性が優れており、
Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの効果を示している。．４６．５
〜８はＣａＦ２が添加されており、ＣａＦ２が添加され
ていないワイヤ廃１〜４に比較して、溶接金属の酸素量
が少く、靭性が向上している。７ｆ６．９〜２９はＡ１
、Ｔｉ．ＭＯ．Ｎｉが１種以上充填されており、それら
の効果のためシヤルピ一値が向上している。

２Ａ特に、−２０℃においては、ソリツドワイヤの場合
に比べて約２倍程度の値を示している。

滝３０はＭｇＯの充填量が少ないため、その効果はなく
、ビード外観、アーク安定性、溶接作業性ともに不良で
ある。滝３１はＭｇＯの充填量が多すぎて、ビード外観
、アーク安定性、溶接作業性ともに不良である。．／Ｆ
６３２はＳｉの充填量が少ない場合で溶接金属中のＯ量
が高くなり、衝撃値もよくない。またビード外観も不良
である。．Ｘ）．３３はＭｎ含有量が多すぎて靭性が低
下している。滝３４はＳｉ含有量が多すぎて靭性が低下
している。腐３５はＣａＦ２の充填量が多すぎて、ビー
ド外観、アーク安定性、溶接作業性が不良である。．／
Ｆ６．３６はＡｌ含有量が少なく靭性向上に効果はない
。．／１６．３７はＡｌ含有量が多すぎて靭性が低下し
ている。腐３８はＴｉ含有量が多すぎて靭性が低下して
いる。Ａ６．３９はＭＯ含有量が多すぎて靭性が低下し
ている。滝４０はＮｉの充填量が多すぎて靭性が低下し
ている。滝４１〜４３はＡｌｌＴｉｌＭＯｌＮｉを２種
以上添加しているが、いずれも添加量が多すぎて、靭性
向上の効果はない。以上の実施例より明らかなように本
発明の複合ワイヤを使用した大入熱潜弧溶接においては
、従来のソリツドワイヤを使用したときに比べて、ビー
ド外観が極めて優れ、靭性も良好であり健全な溶接金属
部が得られる。

Claims

【特許請求の範囲】１炭素鋼または低合金鋼よりなる管状ワイヤの中空部
に、ワイヤ重量比でＭｇＯ３〜３０％、Ｍｎ６％以下、
Ｓｉ０．１〜２．０％を含有するフラックスを内蔵せし
めたことを特徴とする潜弧溶接用複合ワイヤ。２炭素鋼または低合金鋼よりなる管状ワイヤの中空部
に、ワイヤ重量比でＭｇＯ３〜３０％、Ｍｎ６％以下、
Ｓｉ０．１〜２．０％を含有し、さらに、ＣａＦ＿２２
０％以下を含有するフラックスを内蔵せしめたことを特
徴とする潜弧溶接用複合ワイヤ。３炭素鋼または低合金鋼よりなる管状ワイヤの中空部
に、ワイヤ重量比でＭｇＯ３〜３０％、Ｍｎ６％以下、
Ｓｉ０．１〜２．０％、ＣａＦ＿２２０％以下を含有し
、さらにＡｌ０．２５〜３．０％、Ｔｉ３％以下、Ｍｏ
１％以下、Ｎｉ３％以下の１種以上を含有するフラック
スを内蔵せしめたことを特徴とする潜弧溶接用複合ワイ
ヤ。４炭素鋼または低合金鋼よりなる管状ワイヤの中空部
に、ワイヤ重量比でＭｇＯ３〜３０％、Ｍｎ６％以下、
Ｓｉ０．１〜２．０％、ＣａＦ＿２２０％以下を含有し
、さらにＡｌ０．２５〜３．０％、Ｔｉ３％以下、Ｍｏ
１％以下、Ｎｉ３％以下の１種以上を含有し、これにさ
らにＮａ＿２Ｏ、Ｋ＿２Ｏのいずれか一方又は両方を２
％以下含有するフラックスを内蔵せしめたことを特徴と
する潜弧溶接複合ワイヤ。