JPS594237B2 - ガスシ−ルドア−ク溶接用鋼ワイヤ - Google Patents

ガスシ−ルドア−ク溶接用鋼ワイヤ

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JPS594237B2
JPS594237B2 JP15770680A JP15770680A JPS594237B2 JP S594237 B2 JPS594237 B2 JP S594237B2 JP 15770680 A JP15770680 A JP 15770680A JP 15770680 A JP15770680 A JP 15770680A JP S594237 B2 JPS594237 B2 JP S594237B2
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welding
gas
arc welding
wire
shielded arc
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JP15770680A
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成夫 藤森
泰治 長谷
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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
    • B23K35/24Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3053Fe as the principal constituent
    • B23K35/3073Fe as the principal constituent with Mn as next major constituent

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は従来よりも高電流密度なガスシールドアーク溶
接に際して高品質な溶接金属を得るためのガスシールド
アーク溶接用鋼ワイヤに関するものである。
Arガスをシールドガスの主体とするガスシールドアー
ク溶接法は圧力容器鋼管をはじめてとした鋼構造物の自
動溶接法として採用されている。
この溶接法は例えばサブマージアーク溶接に比べると、
溶接能率面ではかなり劣るものの、高清浄な溶接金属が
比較的低入熱で得られるどいつ利点を有するため、強度
、靭性などの機械的性質面で高性能なものが要求される
場合には好んで採用されている。0 しかしながら、従
来のガスシールドアーク溶接法では比較的細径ワイヤに
低電流の溶接条件を採用するため、溶接の高能率化に必
要なワイヤ溶接量や連込み量が低く溶接生産性が劣るの
が最大の欠点となつていた。
ところが最近に至つて、サブ5 マージアーク溶接のよ
うにワイヤを太径化し溶接電流も大電流化した高能率な
ガスシールドアーク溶接法の開発などが目覚しくなつて
おり、このガスシールドアーク溶接法の普及が一層促進
されるようになつている。ところが、このような単にワ
!0 イヤを太径化し溶接電流を大電流化する方向はこ
のガスシールドアーク溶接法のもつ低入熱特性を犠牲に
することになるのが問題である。本発明者らはこのよう
な問題がなく、かつ従来のガスシールドアーク溶接法よ
りも大巾な能率向25上が可能な新しいガスシールドア
ーク溶接法として15%以上50%以下のC02ガスを
混合したArを主体とするシールドガス雰囲気下で直径
dが1.0〜2.0鵡の溶接ワイヤに溶接電流IWが5
00d≧1≧500d−150の範囲の高電流30密度
で行う高能率なガスシールドアーク溶接法を先に関発し
た。
すなわち、従来のガスシールドアーク溶接法では、ワイ
ヤ径をdmmとするときその溶接電流I依)Iく500
d−150の低電流密度の範囲にあり、35例えば厚鋼
板の継手溶接においては、溶接層数が多くなるとともに
そのビード断面形状は第1図にみられるごとくl層当り
ののど厚は比較的薄いものとなる。
L/7))るに、500d≦I≦500d−150の高
電流密度ガスシールドアーク溶接法では、ワイヤの溶着
速度と溶込み量力吠きくなるため、第2図のように溶接
層数が少なくなるとともに1層当りののど厚も大きくな
る利点を有する。また、このような高電流密度のガスシ
ールドアーク溶接に訃いては、15%以上50%以下の
CO2ガスをArを主体とするシールドガス中に混合す
ることが有効であるが、このような混合比とするのはC
O2ガスが15%未満になるとビード沖央部のみが異常
に深く溶込んだフインガ一状のビードが生成しやすくな
り、またCO2ガスが50(!)超になるとスパツタの
発生が多くなつて連続して安定な溶接施工が困難となる
ためである。な}ここで、第1図及び第2図に訃いて1
は母材、2は溶接まま溶接金属、3は再熱処理された溶
接金属を示すものである。ところで、前記のような高電
流密度のガスシールドアーク溶接法を用いて鋼板の溶接
施工を行うと溶接能率は高いが、溶接部の品質面で2,
3の問題がある。
すなわち、電流密度の低い従来のガスシールドアーク溶
接法では第1図に示すようなビード斯面形状を示し、後
から置かれた溶接ビードの熱処理幼率が大きく溶接まま
の溶接金属部の割合が比較的少ないことが分る。また従
米のガスシールドアーク溶接法ではCO2ガスの混合比
率を少なくしても良好なビード形状が得られるので、溶
接金属の酸素含有量も低くすることが可能である。かか
る理由によりl層当りののど厚が大きい高電流密度のガ
スシールドアーク溶接法に}いては後続溶接ビードの熱
処理作用による結晶粒微細化均一効果が少なく、また溶
接金属の酸素含有量も低くすることが困難なため、溶接
金属の靭性を高レベルに維持しがたいきらいがある。さ
らにまた実際の高電流密度のガスシールドアーク溶接に
.訃いては、ビード断面形状が縦長になるた八開先角度
が狭い場合や、アーク電圧の低い条件に}いて初層溶接
部に}いて第3図のような熱間割れ4が発生しやすくな
る。以上述べたように、前記のような高電流密度ア・ー
ク溶接に寂いてはワイヤの溶接速度が大きく、深溶込み
が得られるので従来のガスシールドアーク溶接法よりも
高能率な溶接施工が可能ではあるが、溶接金属の品質面
で改善しなければならぬ問題点があつた。
本発明者らはこの点について種々検討した結慇下記の溶
接ワイヤを採用することによつて解決できることを見出
した。
すなわち本発明は前記0ようなガスシールドアーク溶接
法に好適な溶接用鋼ワイヤ組成に関するもので、ワイヤ
重量比で0.02%≦C≦0.15%0.2%≦Si≦
0.6#),1.2%≦Mn≦2.4(f),0.04
%≦Ti≦0.12%,0.0055%≦B≦0.00
90%を含有レかつS≦0.009%,Cu≦0.15
%,N≦0.0045%に制約することを特徴とするガ
スシールドアーク溶接用鋼ワイヤである。
以下、本発明を詳細に説明する。本発明のワイヤ組成を
上記のように限定したのは次の理由によるものである。
まずCについては0.02%未満にすると、溶接金属の
強度が低くなるとともに靭性も若干低下する。
一方、0.15%超では低入熱条件で溶接金属の硬さが
高くなり、かつ低温域の靭性が急激に低下する。また、
第3図に示したような熱間割れも発生しやすくなる。し
たがつて、C量は0.02%≦C≦0.15%が適正範
囲である。
Siは0.20%未満になると溶接金属にピツトが発生
しやすく、また0,6%超では靭性が低下する。0.2
0%≦Si≦0.60%が適正範囲である。
Mnは1,2%未満では強度が低く、溶接金属の熱間割
れも発生しやすくなる。一方、2,4%超では溶接金属
の硬?が高くなり過ぎ、靭性も低下する。したがつて、
適正範囲は1.2%≦Mn≦2.4%である。Tiは0
.04%未満では溶接金属の結晶粒が粗くなり、低温域
での靭性が低下する。
一方、0.12%超になると溶接金属の硬さが高くなる
とともに溶接後SR処理した場合に急激な靭性低下が於
こる。したがつて、Tiの適正範囲は0.04%≦Ti
≦0.12%である。
Aノは無添加に相当する0.005(F6未満では、ワ
イヤから容接金属へのBの歩留りが低くなる。
とくにCO2ガスの比率が高いシールドガスに寂いては
ワイヤのB量を多くしなければならない。しかしながら
、B添加量の多いワイヤは鋼塊からワイヤへの圧延加工
に際して熱間割れが発生しやすいのが問題である。した
がつてAノを添加することによつてワイヤの熱問加工性
が損かれない範囲にB添加量を寂さえることができる。
しかし、0.04q1)を超えると、溶接金属中のAノ
含有量が増え低温域の靭性が低下する。したがつてAj
の適正範囲は0.005%≦Aノ≦0.040%である
。BはTiとともに添加した場合、溶接金属のフ !工
ライト結晶粒が均一で微細な針状になることがよく知ら
れてふ・り、機械的性質の良好な溶接金属を得るのにき
わめて効果的である。本発明の対象としているような高
電流密度アーク溶接では、Bをワイヤ中に0.0055
%以上添加しなければ充1分な効果がぇられな?しかし
ながら、ワイヤ中に0.0090%超添加すると、先に
述べたように、鋼塊からワイヤへの熱間加程に}いて割
れが発生するため、工業的なワイヤ製潰が困難となる。
さらに、このようなBの多いワイヤを使用すると、本発
明の対象とするような高電流密度アーク溶接では第3図
に示すような溶接割れも発生しやすくなる。以上述べた
ような組成の鋼ワイヤを用いて一般の構造用鋼材の高電
流密度アーク溶接に適用した場合、ビットなどのない十
分な引張り強さを有する溶接部が得られるが、靭性の安
定性あ・よび初層割れの点では不十分である。
すなわち、安定した靭性を確保するためには鋼板訃よび
ワイヤの窒素量を低くするとともに、溶接時大気からア
ーク雰囲気へ巻込れる侵入窒素量をできるだけ少なく抑
えなければならない。そして鋼材の窒素量を0.006
0%程度迄に抑えることは溶製上コスト高にならないが
、それ以下にすることはコスト高になるのが問題である
。また溶接時の侵人窒素量はシールド牲を良くしても0
.0010%程度はある。これらのことを考慮すると、
ワイヤ中の窒素量は0.0045%以下にしなければな
らぬことが分つた。N≦0.0045%に抑えることに
よつて通常の場合溶接金属のN量は0.0060(fl
)以下に維持でき、安定して良好な靭性が得られる。そ
してさらにSを0.009%以F..Cuを0.15%
以下に抑えることによつて、溶接金属の熱間割れを防止
することが可能となる。本発明の対象とする高電流密度
アーク溶接では、先に述べたように、ビード断面形状が
縦長のうえBのような熱間脆性を高める合金元素の添加
を必要とするので、溶接金属の熱間割れが発生しやすい
そこで、溶接ワイヤの組成と割れ発生について検討する
ため、開先角度が比較的狭い50度のY型開先に溶接ビ
ードを置き熱間割れ発生の有無をチエツクしたところ、
S≦0.009%,Cu≦0.15(Ff)に相当する
鋼ワイヤを用いた場合には割れが発生しないことが見出
された。以上、本発明の鋼ワイヤ組成についてその理由
を説明したが、さらに本発明の効果を以下に具体的に説
明する。
実施例 1 第1表に示す引張り強さ60k9/iクラスの板厚t−
20mの低合金鋼板を第4図に示すような開先形状でt
1二7心R=61疏、0=60うに加工し、第2表に示
す溶接ワイヤで両面1層盛の高電流密度のガスシールド
アーク溶接を行なつた。
溶接条件は両面とも同一の溶接条件で、溶接電流はワイ
ヤ径が1.0wnに対しては420A11.2瓢の場合
は500A1そして1.6WfLには650Aを適用し
、アーク電圧は35Vまた溶接速度は50CfrL/M
inに選定した。さらにシールドガスの組成としては3
0%CO2ガス、残りがArガスの混合ガスを使用した
。溶接後、第5図に示すような要領で各種試験片を採取
し、断面マクロ試験片で溶接部の健全性を、またその他
の試験片で硬さ、引張り、曲げ、寂よびシヤルピ一など
の機械的性質をチエツクした。
な}、同図に}いて5は溶接部、6はエンドタブ、7は
マクロ試験片、8は引張試験片、9は側曲げ試験片、1
0は硬さ試験片、11はノツチシヤルピ一試験片の採取
位置を示す。第3表はこれらの結果をまとめたものであ
る。
この結果でも明らかなように、本発明による組成範囲の
尋接ワイヤは高電流密度のガスシールド溶接に対して良
好な溶接部品質が得られている。実施例 2同じく第1
表に示す引張り強さ60k9/WJfLクラスの板厚t
=25Trnの低合金鋼板を第4図に示すような開先形
状でt =10TWKR=5薦、θ=60なに力旺し、
第2表に示す溶接ワイヤで両面2層盛の高電流密度のガ
スシールドアーク溶接を.行なつた。
溶接条件は両面とも同一の溶接条件で、1層目は滝7の
ワイヤを用い、溶接電流460A1アーク電圧34、速
度55G7?!/Mlnとし、 2層目は滝9のワイヤ
を用△溶接電流680A1アーク電圧36V1速度55
cm/Minを採用した。
な}、シールドガスとしてはl層目がAr+50%CO
2,2層目がAr+15%CO2の混合ガスをそれぞれ
使用した。
溶接後、溶接部について各種試験を行なつたが、第4表
に示すごとく良好な結果が得られた。
以上の実施例より明らかなごとく、本発明のガスシール
ド溶接用鋼ワイヤは従来よりも高電流密度のガスシール
ドアーク溶接において、高品質な溶接金属を得ることが
できるので、ガスシールドアーク溶接法の対象となる圧
力容器、鋼管などの溶接施工に対して溶接能率と品質の
向上が可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のガスシールドアーク溶接法に訃ける継手
部断面ビード形状の模式図、第2図は高電流密度のガス
シールドアーク溶接法の継手部断面ビード形状の模式図
、第3図は溶接部に発生する熱間割れの模式図、第4図
は実施例に用いられた開先形状を示す図、第5図は継手
部の各種試験片の採取要領を示す図である。 1:母材、2:溶接まま溶接金属、3:再熱処理された
溶接金属、4:熱間割れ、5:溶接部、6:エンドタブ
、7リマクロ試験片、8:引張試験片、9:側曲げ試験
片、10:硬さ試験片、11:Vノツチシヤルピ一試験
片。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 15%以上50%以下のCO_2ガスを混合したA
    rを主体とするシールドガス雰囲気下で直径dが1.0
    〜2.0mmの溶接ワイヤに溶接電流I(A)が500
    d≧I≧500d−150の範囲の高電流ガスシールド
    アーク溶接を行うための中実鋼線であつて、0.02%
    ≦C≦0.15%、0.20%≦Si≦0.6%1.2
    %≦Mn≦2.4%、0.04%≦Ti≦0.12%0
    .005%≦Al≦0.04%、0.0055%≦B≦
    0.0090%を含有し、かつS≦0.009%、Cu
    ≦0.15%N≦0.0045%に制約することを特徴
    とするガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ。
JP15770680A 1980-11-11 1980-11-11 ガスシ−ルドア−ク溶接用鋼ワイヤ Expired JPS594237B2 (ja)

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