JPS591518B2 - Cr−Mo系炭酸ガスア−ク溶接用複合ワイヤ - Google Patents

Cr−Mo系炭酸ガスア−ク溶接用複合ワイヤ

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JPS591518B2
JPS591518B2 JP7724780A JP7724780A JPS591518B2 JP S591518 B2 JPS591518 B2 JP S591518B2 JP 7724780 A JP7724780 A JP 7724780A JP 7724780 A JP7724780 A JP 7724780A JP S591518 B2 JPS591518 B2 JP S591518B2
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carbon dioxide
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JP7724780A
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礦三 山下
良雄 神戸
一師 須田
和男 長友
勇 木本
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/36Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings or fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest
    • B23K35/368Selection of non-metallic compositions of core materials either alone or conjoint with selection of soldering or welding materials

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Nonmetallic Welding Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、Cr−Mo鋼を溶接するための炭酸ガスアー
ク溶接用複合ワイヤに関するものである。
石油精製、化学工業及び高温高圧ボイラーなどに使用さ
れるCr−Mo鋼の容器は大型化し、経済性から高温高
圧化され、設計強度も上げる傾向にある。したがつて容
器の板厚は更に厚肉になるものと予想される。このよう
に厚肉の容器になるにつれ溶接後の応力除去焼鈍時間も
長時間になる。このように焼鈍時間が長くなつてくると
Cr−Mo溶接金属の引張強さと衝撃値は次第に低下す
る傾向がある。そこで使用される溶接材料も高性能のも
のが要求される。従来、これら厚肉容器等は通常サブマ
ージアーク溶接やエレクトロスラグ溶性が主として用い
られており、炭酸ガスアーク溶接や被覆アーク溶接も使
用されている。
しかしサブマージアーク溶接やエレクトロスラグ溶接と
炭酸ガスアーク溶接を比較するとサブマージアーク溶接
やエレクトロスラグ溶接の方が入熱量が極めて大きく、
その結果溶接金属の衝撃値が低くなりやすい。これは溶
接金属のデンドライト成長が大きいためである。また炭
酸ガスアーク溶接と被覆アーク溶接とでは溶接の高能率
化、継手品質の安定化の面で炭酸ガスアーク溶接の方が
優れている。また炭酸ガスアーク溶接はサブマージアー
ク溶接、エレクトロスラグ溶接及び被覆アーク溶接に比
べて低水素の溶接法で低温割れを防止するために実施さ
れる予熱条件を著しく緩和でき、なおかつ厚肉容器等の
溶接においては狭開先化により溶接時間の短縮と溶接材
料の節減から溶接コストを大幅に下げることが可能であ
るという利点が上げられる。ところで炭酸ガスアーク溶
接は使用するワイヤにより2つに大別出来る。
その1つはソリッドワイヤによるもので、他は複合ワイ
ヤによるものである。まずソリッドワイヤを使用した場
合、ワイヤの溶融速度が速く、溶込みが深い高能率な溶
接が可能である反面、溶接して得られたビード上にはご
くわずかのスラグが点在するのみで、ビード外観を美し
く、ビード形状をととのえるためのスラグがないためビ
ード外観が悪く、ビード形状も凸状になりがちであると
いう欠点があつた。また複合ワイヤを使用した場合、ス
ラグ生成剤でビードを一様にスラグが覆うのでビード形
状と外観が非常に良好であり、溶接作業性もソリツドワ
イヤに比して優れている。しかし、溶接作業性を良くす
るスラグ生成剤を用いると、溶接金属中の酸素量が多く
なることがあり、溶接金属の性能特に応力除去焼鈍を実
施した後での強度、衝撃値がソリツドワイヤに比して劣
つているという欠点があつた。このため溶接作業性が良
く、なおかつ溶接金属の酸素量の多少に係わりなく、耐
割れ性及び応力除去焼鈍後でも優れた機械的性質を有す
る溶接金属が得られる炭酸ガスアータ溶接用複合ワイヤ
の開発が強く望まれていた。本発明はこのような実情に
鑑みてなされたものでその要旨はワイヤ全重量に対して
TiO2l.8〜6.0%、CO.2O%以下、SiO
.5%以下、Mnl.O〜8.0%、CrO.5〜3.
0%、MOl.O%以下、AIO.7%以下を必須とし
たフラツクス、又、さらにNO.OO6〜0.015%
になるように窒化物の形で与えられる金属粉を1種以上
含むフラツクスが金属外皮内に充填されていることを特
徴とするCr−MO系炭酸ガスアーク溶接用複合ワイヤ
である。
以下に本発明になる炭酸ガスアーク溶接用複合ワイヤを
上記構成とした理由について詳細に説明する。
まず、TiO2について述べると、充填フラツクス中に
TiO2を添加するとアークをソフトにし粘性の大きい
スラグを形成するため溶滴は細粒、かつ規則正しい移行
形態をとる上、立向や上向など不自然な姿勢においても
溶融メタルは溶け落ち難くなる。
さらにスラグは溶接ビードを平滑にし、たとえばすみ肉
ビードのなじみを改善するため、溶接部の疲労強度を向
上させる効果は大きい。しかし1.8%未満のTiO2
量では溶接作業性が極めて悪く実用に耐えない。一方6
.0%を越えるとスラグの粘性が異常に高くなるためス
ラグのビード被包性は劣化し、ビード形状が悪化する。
したがつてTiO2はワイヤ全重量に対して1.8%〜
6.0%の範囲に限定する。なお、本発明ワイヤにおけ
るTlO2成分は天然ルチールや人造ルチールの如きT
iO2含有鉱物で添加する。さらに本発明ワイヤに添加
するTiO2の粒度範囲はフラツタスの充填に支障をき
たさない最大粒度297μ以下であることが望ましい。
次にCは溶接金属に引張強さを付与するために添加する
が、0.20%を越えると衝撃値が低下し、割れ感度を
増加させることになるので0.20%以下の範囲にする
S1は主として溶接金属と母材のなじみおよび耐酸化性
を改善するために添加するが、ワイヤ全重量に対して0
.5%を超えると溶接金属の衝撃値が低下す4ので0.
5%以下の範囲にする。
またMnは溶接部に要求される引張強度、靭性向上と溶
接中に発生する気孔防止のために添加するが、8%を超
えると焼入れ効果が拡大し溶接割れを生じやすい。1.
0%未満では要求される強度、靭性を得ることが困難と
なる。
次にCrは耐食性および耐酸化性の向上を目的に添加す
るが、ワイヤ全重量に対してCr量が0.5%未満では
、高温において炭化物の黒鉛化を阻止する効果が少ない
ためCr添加の目的を達することができず、また3%を
超えると耐ワレ性が劣化する。
またMOは高温強度の向上および焼もどし脆性を阻止す
る効果を目的に添加するが、その量が1.0%を超える
と焼もどし脆化が促進されるので、1.0%以下の範囲
にする。
またAlは脱酸効果を狙いとして、溶接ビードの気孔発
生を防止するため、又溶滴の移行形態をスプレー化する
ために添加するが、0.7%を超えるとメタルが過脱酸
の状態となり溶接金属が著しく硬化、且つ脆化し衝撃値
が低下する。
なお、C,Mn,Cr,MO,Siについてはそれぞれ
単体で用いられる他、鉄合金を含む各種合金の形態でも
使用できる。
次に本発明においては、N源として電解金属マンガン窒
化物、窒化クロム、窒化アルミニウム、窒化鉄、窒化チ
タンの1種以上をワイヤ全重量に対してNが0.006
〜0.015%になるように添加することが出来る。
このNの適正添加量を求めるため、以下のような実険を
行つた。第1図は溶接金属の衝撃値とフラツクス中のN
含有量の関係を示したものであり、試験に当つてはフラ
ツクス成分としてTlO23.8%、CO.l2%、S
iO.3%、Mn2.6%、Crl.25%、MOO.
5%、AlO.4%、SlO2O.O9%、Al2O3
l.4O%とワイヤ全重量に対する添加量を一定とし、
且つN源として電解金属マンガン窒化物を用い、その添
加量を種種変えることによりフラツクス中のN含有量を
段階的に変え軟鋼外皮を有するワイヤ(1,6mmφ)
で充填率15%としたものを用いて板厚20mmtのA
387Grll(11/4Cr−MO鋼)鋼板を開先角
度45(、開先間隙12m77!の型開先として、電流
350A1電圧32V、速度27CT!l/MuL、1
00%CO2(流量251/M.)の溶接条件で溶接し
、溶接終了後温度645゜C、保定時間12Hrの応力
除去焼鈍を行ないそれぞれの全溶着金属部からJISA
−4号シヤルピ一衝撃片を採取して行つたものである。
この図から明らかなようにワイヤ全重量に対するフラツ
クス中のN含有量が0.006%以上であると、これ未
満の溶接金属に比して低温度(600〜6900C)応
力除去焼鈍後の衝撃値は高い。一方0.015%を超え
ると溶接部にブローホールやピツトが発生する。したが
つてこのような知見に基いてNはワイヤ全重量に対して
0.006〜0,015%の範囲に限定する。なお、本
発明の複合ワイヤは前記各成分の他に残部として通常の
アーク安定剤を含めたスラグ生成剤を含む5ことが出来
るものである。
ここでいうスラグ生成剤とはAl2O3,SiO2,Z
rO2,FeO,Na2O,K2Oを指し、1種以上の
和が10%以下であるこ占が望ましい。これらの添加原
料として酸化鉄、カリ長石、珪砂、ジルコンサンド、ア
ルミナなどを適宜用いることが出来る。次に、本発明ワ
イヤの金属外皮材としては、合金鋼をも使用出来るが、
通常は軟鋼を用いる。
またワイヤの断面形状については特に定めるものではな
く、従来のフラツクス入りワイヤ同様、送給性、アーク
安定性にすぐれているものであればいずれでもかまわな
い。すなわち第2図、第3図に示すように外皮金属1の
断面に合せ目があつても良く、あるいは第4図に示すよ
うに合せ目のないいわゆるシームレスワイヤであつても
良い。なおこれらの図において2は充填フラツクスであ
る。ところでワイヤ内に充填するフラツクスはワイヤ重
量比で10〜25%の範囲にコントロールすると好結果
が得られる様である。またワイヤ径は2.0mmφ未満
のものが自動及び半自動溶接用としては好ましい。次に
実施例を用いて本発明の効果をさらに具体的に説明する
実施例 第1表に試作ワイヤの充填フラツクス組成を示す。
なおこのワイヤはいずれも軟鋼外皮を有する1。6m1
Lφに仕上げ、充填率を15%にした第2図の単純突合
せ断面形状を有するものに仕上げた。
板厚20mmt(7)A387Grll(1どCr−1
/2M0鋼)鋼板を開先角度457、開先間隙12關の
V型開先として、電流350A、電圧32V、速度27
CIrL/Mm、100%CO2(流量25e/Mm)
の溶接条件で溶接し、溶接終了後、温度700℃、保定
時間2Hrの応力除去焼鈍・を行ない、それぞれの溶接
金属の板厚中央部からJlSA−2号弓張試験片とA−
4号シヤルピ一衝撃片を採取して試験に供した。得られ
た溶接金属の引張強さと衝撃値を第2表に示す。第2表
から明らかな如く本発明になるA6.4〜14のワイヤ
は溶接作業性、ビ―ド外観が良好なのはもちろんX線性
能にもすぐれ引張強さ、衝撃値ともすぐれた溶接金属が
得られた。
これに対してTiO2が本発明で規定する範囲未満の参
考ワイヤA6.lは溶接作業性が極めて悪く溶接不能に
なつた。
またTiO2を本発明に規定する範囲を超えて添加した
参考ワイヤ.46.16はスラグ粘性が不当に高くなり
過ぎた結果、作業性の劣化と共にスラグ巻込み、融合不
良の如き内部欠陥が多発し機械的性質も非常に悪かつた
参考ワイヤ滝2はSlを本発明で規定する範囲を超えて
添加したもので、溶接作業性、ビード外観およびX線性
能は良好であつたが溶接金属の衝撃値が非常に低い。
参考ワイヤA6.l5はNを本発明で規定する範囲を超
えて添加したもので、溶接作業性、ビード外観は良好で
あつたがX線性能でプロ−ホール、融合不良の如き内部
欠陥が多発し機械試験片の採取が不能となつた。
参考ワイヤA6.3はA2を本発明で規定する範囲を超
えて添加したもので溶接作業性、ビード外観およびX線
性能は良好であつたが溶接金属の衝撃値が非常に低い。
参考ワイヤ./1617はCを本発明で規定する範囲を
超えて添加したもので溶接作業性、ビード外観は良好で
あつたがX線性能で割れおよび溶込み不良の如き内部欠
陥が発生しており機械試験片の採取が不能となつた。
参考ワイヤ./F6l8はMnを本発明で規定する範囲
を超えて添加したもので溶接作業性、ビード外観は良好
であつたがX線性能で割れ及び溶込み不良の如き内部欠
陥が発生しており衝撃靭性も低かつた。
以上に詳記したように本発明は特に優れた溶接作業性と
Cr−MO鋼に適合した熱処理後でもすぐれた性能の溶
接金属を得ることができるので、各種溶接分野での適用
範囲が拡大され、その工業価価はきわめて大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は溶接金属の衝撃値とワイヤ全重量に対するフラ
ツクス中のN含有量の関係を表わす図、第2図、第3図
、第4図はワイヤ断面形状の例を示す図である。 1:外皮金属、2:充填フラツクス。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ワイヤ全重量に対してTiO_21.8〜6.0%
    、C0.20%以下、Si0.5%以下、Mn1.0〜
    8.0%、Cr0.5〜3.0%、Mo1.0%以下、
    Al0.7%以下を必須としたフラックスが金属外皮内
    に充填されていることを特徴とするCr−Mo系炭酸ガ
    スアーク溶接用複合ワイヤ。 2 ワイヤ全重量に対してTiO_21.8〜6.0%
    、C0.20%以下、Si0.5%以下、Mn1.0〜
    8.0%、Cr0.5〜3.0%、Mo1.0%以下、
    Al0.7%以下を必須とし、且つN0.006〜0.
    015%になるように窒化物の形で与えられる金属粉を
    1種以上含むフラックスが金属外皮内に充填されている
    ことを特徴とするCr−Mo系炭酸ガスアーク溶接用複
    合ワイヤ。
JP7724780A 1980-06-10 1980-06-10 Cr−Mo系炭酸ガスア−ク溶接用複合ワイヤ Expired JPS591518B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS60183111U (ja) * 1984-05-15 1985-12-05 日立ツール株式会社 スロ−アウエイ式tスロツトカツタ−
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