JPS6261798A - 多電極サブマ−ジ・ア−ク溶接用複合ワイヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は多電極サブマージ・アーク溶接用複合ワイヤに
係るものである。

（従来の技術） 近年、ラインパイプ等の市場動向は使用環境の苛酷化、
現地加工の自動化による敷設コストの低減化のため、要
求仕様はますます厳しくなる方向にあり、客先の個別仕
様も多様化している。従って、ラインパイプを製造する
ＵＯ工場の場合、鋼材の組成や材質特性の異なった小ロ
ツト材が、漸次変化しながら溶接ラインに流しているの
が現状である。従来このようなラインパイプ等の製造に
際しては、多電極サブマージ・アーク溶接法が一般に用
いられている。

即ち、多電極サブマージ・アークは、自動アーク溶接の
中では最も能率的々溶接法で、且つ同時に溶接部品質の
安定性でも格段に優れているため、圧力容器、ラインパ
イプ等使用性能の厳しい用途の工場内自動溶接法として
定着している。たとえば、ラインパイプ等の造管溶接で
は、特開昭５８−６８４６８号公報や特開昭５９−９２
１７１号公報等にみられるような３〜４電極のサブマー
ジ・アーク溶接法が現在のところ用いられており、生産
性の向上、溶接部品質の安定確保に寄与している。

しかしながら、前述の様な多品種少量生産に際して、従
来の多電極サブマージ・アーク溶接を適用するとなれば
、製造ロットの変化する都度、溶接条件や溶接材料の変
更を余儀なくさせられる。

特Ｋ、溶接材料の変更は、フラックスやワイヤの組替え
にロスタイムと労力を要すると共にスラックス、ワイヤ
の種類も必然的に増加し、その在庫管理も煩雑化する。

さらに、多電極サブマージ・アーク溶接に限らず、通常
のアーク溶接法においても母材の組成や材質特性が変る
と、溶接金属の組成と材質特性も鋼材に合せる必要があ
り、適用される溶接材料の種類も変えなければならない
。例えば、鋼材の強度レベルにあわせて、ワイヤのＭｎ
　、　Ｍｏ等の合金元素ｔｅ加減しなければならず、ま
た、低温靭性の要求値に応じて、ワイヤのＮｉ、Ｔｉ等
の添加調整も必要である。

このようなロットの変更に際して、ソリッドワイヤを使
用する従来の多電極サブマージ・アーク溶接においては
、多くの場合、全電極分の溶接ワイヤ全会ての溶接機に
ついて組替えしなければならず、溶接工程の作業能率の
低下全余儀なくさせられる。さらに、Ｃ，Ｍｎ、　Ｍｏ
、　Ｎｉ　、　Ｔｉ等の合金元素の異なった多種類のワ
イヤを常に準備しなければならず、その在庫管理が厄介
な問題となっている。

このような問題に加えて最近は、北海のノルウェー沖の
海底配管の引合い等にみられるごとく、従来よりも低炭
素当量の耐サワー用ラインパイプの製品化が要求されて
いる。このような合金元素の低い鋼材に対してサブマー
ジ・アーク溶接のような母材稀釈率の大きい溶接を行な
うと、溶接金属は焼入れ性不足となり靭性が低下しゃす
い。

従って、溶接金属の高靭性化全図るためには、耐サワー
特性や現地溶接性全損なわない範囲で、溶接金属の焼入
れ性向上が必要となり、使用されるワイヤは合金元素の
高い特殊鋼ワイヤを使用せざるをえなくなる。そこで、
このような合金元素を充填剤として使用することによっ
て、溶接金属へ合金元素の添加を行なわしめる複合ワイ
ヤをサブマージ・アーク溶接に用いる技術が特開昭５２
−６５７３６号公報等によって知られている。

ところで、現在一般的に使用されて−る複合ワイヤとし
て第２図（ａｌ〜ｆｅｌに示すようＫ、種々な態様の断
面形状があるが、いずれも薄手フープ材を外皮↓とし円
形に成形しながら、その途中で充填剤２を添加し、最終
的にダイスで所望のワイヤ径に引抜く方式で製造されて
いる。なお、第２図ｔｅ＋の態様のものは、外皮１およ
び充填剤２によって、鋼ワイヤ等の心線４を巻き込んで
ワイヤの剛性を改善せしめたものである。

このような複合ワイヤは、いずれも通常の炭酸ガス・ア
ーク溶接やセルフシールド・アーク溶接等比較的低電流
像速度の溶接条件下で利用されておシ、溶接作業性に関
する問題はさしてないが、大電流・高速度の多電極サブ
マージ・アーク溶接法においては、ワイヤの送給性等が
問題となり、安定し几ビード形成が困難となる。また、
ワイヤ側面にフープ材ｌの継目３があるためＣｕメッキ
もできず、吸湿、発錆等の問題が起りゃすい。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明はこれら従来方式のソリッド・ワイヤあるいは複
合ワイヤを使用する場合の多電極サブマージ・アーク溶
接の問題全解決するためになされたものであって、特に
ソリッド・ワイヤを用いる多電極サブマージやアーク溶
接におけるソリッド・ワイヤの一部と置き変えられるよ
う、成分設計に余裕をもｋせた充填剤配合を有する複合
ワイヤとすることによって、小ロット・多品種の溶接に
伴なう繁雑なワイヤの組み替え作業を簡素化し、且つワ
イヤの種類の集約化全図ることによって、溶接能率の向
上と溶接材料の在庫管理の合理化を一挙に解決すること
を可能とした複合ワイヤを提供するものである。

（問題点を解決するための手段、作用）本発明の要旨は
低炭素鋼よりなる継目無し管状ワイヤの中空部に、ワイ
ヤ重量比でＣ０９５％以下、Ｓｉ　５％以下、Ｍｎ４〜
８％、ＣａＦ２３〜１２％金含み、さらにＭＯａ　％以
下、Ｎｉ６％以下、Ｔｉ　２チリ下、Ａｌ　４　％以下
、ＣａＣｏ３２％以下、Ｎａ２Ｂ４Ｏ□３％以下の１種
または２種以上を含有させ、残部が鉄粉および金属の酸
化物よりなる焼成フラックス全内蔵せしめることを特徴
とする多電極サブマージ・アーク溶接用複合ワイヤにあ
る。

以下に本発明の詳細な説明する。

まず本発明において、低炭素鋼の継目無し管状ワイヤ全
使用するのは、サブマージ・アーク溶接時のワイヤの送
給性等全配慮したことによる。即ち、本発明の管状ワイ
ヤにおいて継目無しの断面形状とは、第１図に示すごと
き形状を指すものであって、このような形状とすること
によって、従来のような継目や折込みのあるワイヤと異
なって、Ｃｕメッキが可能なこと、さらＫは充填剤の吸
湿の問題等も避けられるため、多電極サブマージ・アー
ク溶接にお込て良好な溶接部が容易にえられるものであ
る。なお、このような管状ワイヤ金低炭素鋼としたのは
、ワイヤの製造工程において比較的太径の段階で充填剤
を添加し、その後、引抜きによって所定のワイヤ径に仕
上げるので、線引加工中の加工硬化を避ける之めである
。

なお、ここでいう低炭素鋼とは、ｃｏ、ｏｏｓ〜０．１
００％、　Ｓｉ　　０．０１〜０．３０％、Ｍｎ　０．
１０〜０．６０チの範囲に入るもので、引抜き時の冷間
の塑性加工性の優れたものがもちいられる。またここで
いう管状ワイヤとは、上記の低炭素鋼フープ材を円断面
に成形し、その継目金高周波誘導加熱溶接法等により製
管された後、その中空部へ充填剤を添加するか、または
フープ材を円断面に成形した後、充填剤を添加してから
その継目を溶接するかいずれかを実施し、その後さらに
引抜きや焼鈍、酸洗、メッキ等の手段によって、溶接用
ワイヤ径に仕上げ加工されｔものをいう。

次に、この中空部に内蔵せしめる充填剤として、本発明
の様な組成範囲にしたのは、溶接金属の組成と材質特性
全対象鋼材にマンチさせるためでおる。し友がって、多
岐多様にわ几る鋼材の特性に溶接金属の性質を合せるた
めの複合ワイヤ組成として、ワイヤ重量比で００．５％
以下、Ｓｉ５％以下、　Ｍｎ　４〜８　％、ＣａＦ２３
〜１２％金含み、さらＫＭｏ３％以下、Ｎｉ６％以下、
Ｔｉ２％以下、Ａ！４チ以下、ＣａＣ０ａ　２％以下、
Ｎａ２Ｂ４Ｏ□３％以下の１種また？′ｉ２種以上を含
有させ、残部が鉄粉および金属の酸化物よりなる焼成フ
ラックス全内蔵せしめたものであることが必要である。

なお、ここでいうワイヤ重量比とは、ワイヤ外皮および
充填剤金倉めたワイヤ全重量に対するそれぞれの組成含
有量全指す。

まずはじめに、Ｃ全充填剤中にワイヤ重量比で０．５％
以下添加するのは、アーク空洞中でのＣＯ反応全促進し
、サブマージ・アーク溶接時のＮ吸収を少なくするため
であるが、０．５％超になるとＣＯ反応が活発となり過
ぎ、ポック・マーク等の溶液欠陥が発生すると共に、溶
接金属の低温靭性も低下する。

次に、Ｓｉは溶接金属のＭｎ歩留りを向上させるととも
に、溶接金属の強化にも効果がある。しかし、５％超に
なると溶接金属のＳｉ含有量も多くなり、靭性低下の原
因となる。Ｍｎは４〜８％と、従来のサブマージ・アー
ク溶接用ワイヤに比べてその含有量全かなり高くするも
のである。通常、サブマージ・アーク溶接の′場合、　
Ｍｎは溶接金属の焼入れ性を上げると共に、フェライト
地に固溶しても靭性全会り損なわないので、溶接金属の
強化あるいは靭化に対して、最も利用されている合金元
素であるが、現在、実際に実用化されているのは３％未
満である。

この理由の一つには、従来まで対象としてい念鋼材のＭ
ｎ等の合金元素がそれ程低くなかったことにある。例え
ば、ラインノくイブ用鋼材を例にとっても、Ｍｎが１％
以上のものがほとんどで、従来のワイヤ成分系で十分対
応可能であったことと、もう一つの理由は、既述の様に
多種類のワイヤ２常に準備すると共に、ロット毎の組替
え作業に時間をかけてきたからである。

本発明の複合ワイヤは、充填剤中のＭｎ量の調整によっ
て溶接金属中のＭｎ量を調整できるよう、成分範囲に幅
をもたせ、ワイヤ組替えの省略を図ったものである。特
に、耐サワー用うインノくイブのように、　Ｍｎの低い
鋼材に対してはより　Ｍｎの高い複合ワイヤ金使用する
。その適正含有量は４〜８％で、Ｍｎが４％よりも低い
複合ワイヤでは、溶接金属の成分調整を多種類の鋼材〈
対してできなくなる。一方、Ｍｎが８％超になると、充
填剤の焼成工程でＭｎの酸化反応が起り易くなると共に
、造粒工程で均一な粒化が困難となり、充填剤の品質の
均一性も劣ってくる。

この様な高Ｍｎ系の複合ワイヤを多電極サブマージアー
ク溶接に使用する上において、溶接金属のＭｎ量を上げ
、かつ酸素量を出来るだけ低（抑えることは、溶接金属
の強化と靭性向上にとって必要なことは言うまでもない
。これには使用フラックスの組成、塩基度等の影響も大
きいが、複合ワイヤの組成の影響も大きい。

Ｃａ　Ｆ　２の添加はこれらの問題点に対して効果的で
あるばかりでなく、充填剤の造粒段階における合金鉄の
均一粒化にも効果的である。ＣａＦ２の適正添加量は３
〜１２％で、３％未満では上記の様な作用効果が得られ
なくなり、また、１２チ超ではサブマージアーク溶接時
のビード品質が損なわれる。

この様に本発明の複合ワイヤはＣＳｉ−高ＭｎＣａＦ２
　ｋ基本組成とするが、これ全ベースにして溶接の対象
鋼材の組成、材質特性に応じてさらに、Ｍｏ　、　Ｎｉ
　、　’ｒｉ　、　Ａｌ、　ＣａＣＯ３，Ｎａ２Ｂ４Ｏ
７の１種または２種以上を含有せしめるものである。こ
の点について、さらに説明する。

まずＭｏ、Ｎｉは溶接金属の低温靭性を損なわずに強度
アップを図る場合に効果的な合金元素で、比較的強度レ
ベルの高い鋼材の溶接に対して利用される。しかしなが
ら、Ｍｏの場合で３％超、Ｎｉの場合で６チ超の複合ワ
イヤになると、ベース成分のＭｎ含有量が比較的高い場
合にこれらＮｉ、Ｍ。

が均一分布状態となる充填剤の造粒が困難となり好まし
くない＠ 次にＴ１は溶接金属への微量添加でもって、ミクロ組織
の均一微細化に効果的なため、靭性の向上を一層必要と
する鋼材の溶接に対しては効果的な合金元素である。し
かしながら、Ｔｉが２％超の複合ワイヤになると、溶接
金属中のＴｉが過剰となり、靭性を損なう固溶Ｔｉが生
成する几め好ましくない。

また、ＡｌはＴｉｊ、！７も脱酸力が強いので、組合せ
フラックスの塩基度が余り高くなくて、溶接金属中の酸
素量が高い場合にＭｎ、Ｔｉ等の酸化性元素の溶接金属
への歩留りを高レベルに安定させるのに効果的である。

しかし、このＡＡも４％超複合ワイヤに含有させると、
比較的高酸素の溶接金属においてもＡｌが過剰となり、
急激な靭性低下があって好ましくない。

さらに、ＣａＣＯ３はアーク中で分解されて、ＣＯある
いはｃｏ２’６発生し、アーク空洞中に含まれるＮ　ガ
ス分圧を下げ、溶接金属のＮ吸収を抑制するのに効果的
であるが、２チを超えると分解ガス量が多くなって、ビ
ード表面にポックマーク等の溶接欠陥を発生すると共に
、溶接金属の酸素量も高くなって低温靭性全損なうので
好ましくない。

Ｎａ２Ｂ４Ｏ７は溶接時の高温雰囲気において解離、還
元させて、溶接金属中にＢ全含有させることを狙ったも
ので、微量でもって溶接金属の焼入れ性全改善すること
ができる。従って、対象とする鋼材の材質特性に応じて
適宜添加される。しかし、この場合もＮａ２Ｂ４Ｏ７を
３％超複合ワイヤに内蔵せしめると、溶接金属中のＢが
多くなり、これが粒界に偏析し、靭性低下や熱間割れ発
生の原因となるので好ましくない。

以上のごとく、本発明複合ワイヤの充填剤は金属粉、合
金鉄あるいは弗化物、炭酸塩の類を機械的に均一混合し
て造粒したフラックスの１種で、さらＫ、残部を鉄粉お
よび金属の酸化物より構成されるのは、サブマージ・ア
ーク溶接に際して充填剤に安定した溶融特性を与え、ス
ラグ巻込みのような溶接欠陥を発生させないためである
。

この場合の鉄粉とはＦｅ比率が９５％以上よりなる粉末
で、溶接材料の原材料として一般的に使用されているも
のである。また金属酸化物はＣａＯ。

Ｔ＋Ｏｚ　、　Ｓ　＋０２　　等、通常、サブマージ・
アーク溶接用衣７ラツクスの原材料として利用されてい
るものである。なお、これらはワイヤ重量比で１．５〜
５．０％の含有量程度であることが望ましい。

この様にしてなる充填剤全焼成フラックスとするのは、
溶接金属の水素量全低減させるのが主目的である。即ち
、これらの充填剤全造粒するため、上記の原材料全混合
してから水ガラスを固着剤として入れるので、焼成しな
いと水ガラス中の水分が充填剤に残留し溶接金属の水素
源となるためである。このように構成される本発明の複
合ワイヤは、これらを複数本用いて多電極サブマージ・
アーク溶接に供することはもちろん可能であるが、特に
、ソリッドワイヤを用いる多電極サブマージ・アーク溶
接において、その電極の内の１本以上全本発明複合ワイ
ヤで置換えることが溶接金属の成分調整上極めて有効で
ある。

例えば、２〜３電極サブマージ・アーク溶接の場合は、
複合ワイヤの利用は１電極のみで充分で、先行、中間、
後行のいずれの電極でもよい。また、４電甑溶接におい
ても、複合ワイヤの利用はほとんど１電極分で対応でき
るが、対象鋼材の合金元素量かなり低い場合には２電極
分に適宜利用することも可能である。

（実施例） 本発明の複合ワイヤを用いて溶接を行なった結果につい
て説明する。

板厚１６職の低合金鋼板にＶ開先溝加工全行ない、両面
一層盛溶接の仕上げバス相当のサブマージ・アーク溶接
２次の溶接条件全もと（でして４ヱ極法によって実施し
た。

溶接条件 扁１電ｆｆｌ：　１３２０Ａ／３６Ｖ 扁２電極：　１０５０Ａ／３８Ｖ Ａ３電極：　　８５０Ａ／４ＯＶ Ａ４電極：　　７００Ａ／４ＯＶ 溶接速度：　　２５０Ｃｒｎ／” 使用した溶接ワイヤの径はＪｆｉ　１　、　Ａ　２が４
．Ｂ　ｍｍ　。

Ａ３　、Ａ４が４．０職とし、そのＡ２に複合ワイヤを
使用した。第１表に鋼板の化学成分を、また第２表に供
試ソリッドワイヤおよび複合ワイヤ充填フランクスの化
学成分をそれぞれ示す。この場合、複合ワイヤの外皮と
しては、Ｃ０，０３％、ＳｉＯ，１２チ、Ｍｎ　０．３
４チで、他はＦｅおよび不純物よりなる低炭素鋼を用い
た。

なお、溶接部に散布するサブマージ・アーク溶接用フラ
ンクスは、低Ｓ　＋　０２系の溶融型全使用した。

このようにして複合ワイヤを併用した４電極サブマージ
・アーク溶接法によってえられた溶接金属の化学成分と
、２ｍｍｖノツチシャルピー破面遷整温度全、従来の全
極メリットワイヤによる溶接法の結果と共に第３表に示
す。

第３表の、結果で明らかなように、全極ソリッドワイヤ
による４電極法では、市販品として一般的に使用してい
るＳＬ、Ｓ２では溶接金属の合金元素が少ないため、初
析フェライトの生成を充分に抑えきる程の焼入れ性かえ
られず、　　ｖＴｒｓで−２０〜−４ＯＵＳ度の低温靭
性しかえられない。

一方、複合ワイヤを併用する４電極サブマージ・アーク
溶接法において、本発明範囲の複合ワイヤを使用した溶
接金属（ＷＦ３〜Ｗ　Ｆ　１０　）では、主として、溶
接金属のＭｎが相当量増加すると共に、Ｍｏ　、　Ｎｉ
　、　Ｔｉ等の合金元素も適当量含有されるので、溶接
金属の焼入れ性が改善され初析フェライトのほとんどな
い低温靭性の優れたものかえられる。

しかしながら、Ｍｎ　ＪＰＣａＦ２ｆｌが本発明の範囲
に未之ない複合ワイヤ全使用した溶接金属（ＷＦＩ。

ＷＦ２）では、焼入れ性がまだ不充分があるいは溶接金
属の酸素量がやや多過ぎるため、ｖＴｒｓで一６０Ｃ以
下全安定してえることが困難である。

さらに、Ｃ，Ｔｉ、ＡＡが本発明の範囲より高くした複
合ワイヤを用いると（ＷＦ’ｌｌ〜ＷＦ１３）、溶接金
属のＣ，Ｔｉ、ＡＡが高（なり過ぎるため、他の合金元
素や酸素量が適正値でも溶接金属の脆化が顕著となる。

同様に、複合ワイヤ中のＣａＣｏＪＰＮａ２Ｂ４ｏ７が
本発明の範囲よシ高い場合においても（ＷＦ１４゜ＷＦ
１５）、優れ之低温・靭性全えることが困難である。こ
れは、前者においては溶接金属の酸素量が、また後者で
はＢ量がそれぞれ高くなり過ぎることが原因と考えられ
る。

このように、本発明による複合ワイヤを多電極サブマー
ジ・アーク溶接法の一部の電極に対して、ソリッドワイ
ヤと置換えることにより、他ｃＤ＄ｔ％のソリッドワイ
ヤは、ロットが変っても変更する必要がなくなる。すな
わち、溶接工程に流れてくるロットが変っても、複合ワ
イヤを使用している電極のみ本発明の複合ワイヤに変更
すればよく、また、ロット間の、組成の違いが僅かであ
れば、複合ワイヤ全使用している電極の溶接電流等金変
え、ワイヤ溶着速度を加減する程度ですむ。例えば、３
〜４電甑のサブマージ・アーク溶接であっても。

はとんどの場合は１電極分だけを複合ワイヤを使用する
だけで、溶接金属の成分調整が充分可能であり、ワイヤ
の組替えが簡素化されると共に、ソリッドワイヤ全使用
する場合に比べて、ワイヤの種類も大幅に集約すること
ができる。

第１表 （発明の効果） 以上の実施例からでも明らかなように、本発明の複合ワ
イヤを多電極サブマージ・アーク溶接法に使用すれば、
ラインパイプ等の造管溶接に対し特に効果的で、溶接材
料の在庫管理はもとより、溶接ワイヤの組替え作業等が
大幅に簡略化され、工場の生産向上が達成される。さら
に、溶接金属の低温・靭性を確保することが困難な耐サ
ワー鋼等に対しても適しており、その工業的な利用価値
は極めて大きいものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における複合ワイヤ断面形状を示す説明
図、第２図（ａｌ〜ｔｅｌは従来の複合ワイヤ断面形状
の態様ｆｌＪを示す説明図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 低炭素鋼よりなる継目無し管状ワイヤの中空部に、ワイ
   ヤ重量比でＣ０．５％以下、Ｓｉ５％以下、Ｍｎ４〜８
   ％、ＣａＦ＿２３〜１２％を含み、さらにＭｏ３％以下
   、Ｎｉ６％以下、Ｔｉ２％以下、Ａｌ４％以下、ＣａＣ
   Ｏ＿３２％以下、Ｎａ＿２Ｂ＿４Ｏ＿７３％以下の１種
   または２種以上を含有させ、残部が鉄粉および金属の酸
   化物よりなる焼成フラックスを内蔵せしめることを特徴
   とする多電極サブマージ・アーク溶接用複合ワイヤ。