CN101062534A - 耐气候性钢用气体保护电弧焊实芯焊丝及使用它的气体保护电弧焊方法 - Google Patents
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Abstract
一种使用Ar和CO2或O2的一种以上的混合气体的耐气候性钢用气体保护电弧焊实芯焊丝,在规定范围内含有C、Si、Mn、P、S、Cu、Cr、Al、Ti、Mo、N、O,余量是Fe和不可避免的杂质,采用C含量及P含量,根据C×P×104计算出的系数为22以下。根据需要设置在规定范围内含有Cu的Cu镀层。本发明的焊丝从室温到-45℃左右的温度环境下仍具有高韧性,并且具有优异的低飞溅性,即使在不同材质接头处也具有良好的耐气候性、耐裂纹性及强度。
Description
技术领域
本发明涉及耐气候性钢用气体保护电弧焊实芯焊丝(solid wire)及气体保护电弧焊方法,特别涉及用于火车等的车辆用、对耐气候性钢进行气体保护电弧焊的耐气候性钢用气体保护电弧焊实芯焊丝及使用了它的气体保护电弧焊方法。
背景技术
历来,作为耐气候性钢规定有JIS G3114。该JIS G3114即使处于暴露状态,因锈稳定而形成致密的状态构成保护膜,从而具有阻止腐蚀进行的性质。另外,耐气候性钢作为其化学成分有Cu和Cr,还以适量添加了Cu、Cr和Ni为特长。作为适用于这种钢材的实芯焊丝有JIS Z3315规定的“耐气候性钢用二氧化碳气体保护电弧焊实芯焊丝”。这些耐气候性钢和耐气候性钢用实芯焊丝,被使用在设计耐久年度长、维护的减轻效果大的桥梁等上的情况较多。
近年来,为了使这样的耐气候性钢的优点适用为大厦建筑,还开发了赋予耐火钢以耐气候性机能的焊丝(例如特开来4-294891号公报,特开平5-200582号公报)。另外,还开发了以桥梁的高效率施工为目的,即使在高热能、高轧道间温度仍能够得到高强度、高韧性的二氧化碳气体保护电弧焊用的耐气候性钢芯心焊丝(例如特开2000-71091号公报)。此外,以防止设施在海岸附近的桥梁的盐害腐蚀为目的,还开发了极力使Cr的含量降低,并且大量添加了Ni的焊丝(例如特开2003-311471号公报,特开2000-141081号公报)。
另外,作为火车等的车辆的台车用,作为钢材有旧国铁规格JRS 51304-2耐气候性钢,作为此JRS 51304-2耐气候性钢的焊接材料,使用一般的JIS Z3315规格材。
然而,在历来使用的耐气候性钢所用的作为焊接材料的焊丝中,存在以下表现出的问题。
作为大量采用耐气候性钢的领域,除了桥梁和建筑领域以外,还有火车等的车辆的台车,不过上述各专利文献所述的作为焊接材料的焊丝是面向桥梁和建筑领域开发的,另外因为以二氧化碳气体焊接法为前提,所以容易发生飞溅。为此在使用这种焊丝对火车等的车辆的台车进行焊接时便存在如下等问题:(1)因为焊接部的外观可以看到,所以飞溅的发生非常不利;(2)与C含量高达0.20质量%以上的铸铁、铸钢的不同材质的接头多,在高强度的焊接材料的使用和熔合度深、母材稀释高的二氧化碳气体保护电弧焊中容易产生裂纹的问题;(3)在不同材质接头中若发生剧烈的成分变化,则腐蚀会选择性地扩展,因此焊接金属也需要一定程度的耐气候性;(4)由于通常曝露于疲劳状态下,因此需要与母材的融合性良好需要高韧性;(5)为了防止相同的疲劳破坏,根据需要应消除残留应力而进行焊接后应力除去退火(SR),但是作为焊丝设计却未被考虑。
另外,最近从二氧化碳气体保护电弧焊发展到大量使用以Ar为主体的混合气体的焊接法。于是,特别是由于能够在海外将铁道架设向寒冷地和高海拔高地推进,因此为了在这样的地域也要提高事故时的车辆的碰撞安全性,根据现有的0~-20℃左右的温度环境下的韧性要求,还要求低温的-45℃左右的温度环境下的低温韧性。
但是,上述各专利文献所述的焊接材料的焊丝,因为以二氧化碳焊接法为前提,另外不具备低温韧性,所以存在不能满足这些要求的问题。
另外,作为火车等的车辆的台车用的耐气候性钢的焊接材料,使用一般JIS Z3315规格材,但是在JIS Z3315中,没有规定保护气体的区分,韧性规定也只是0℃~-5℃。为此在这些焊丝中就存在不能满足所述要求这样的问题。
因此就存在以Ar系混合气体为前提,低温韧性优异且也具备耐气候性的焊丝尚未开发的现实状况。
发明内容
本发明是鉴于这些状况而开发的技术,其目的在于提供一种气体保护电弧焊实芯焊丝和使用了它的气体保护电弧焊方法,该气体保护电弧焊实芯焊丝在从室温至-45℃左右的环境下也具有高韧性,同时具有优异的低飞溅性,不同材质接头也具有良好的耐气候性、耐裂纹性及强度。
为了解决所述课题,本第一发明的焊接实芯焊丝,所述实芯焊丝由钢合金制的焊丝线材构成,含有C:0.01~0.12质量%、Si:0.20~1.00质量%、Mn:1.00~2.00质量%、P:0.007~0.030质量%、S:0.025质量%以下、Cu:0.30~0.60质量%、Cr:0.50~0.80质量%、Al:0.020质量%以下、Ti:0.05~0.17质量%、Mo:0.10质量%以下、N:0.0090质量%以下、及O:0.0150质量%以下,设C的含量为C,P的含量为P时,由C×P×104计算出的系数为22以下。
根据如此的构成,通过抑制析出元素Ti、Al以外还抑制O、N,能够防止SR时的焊接金属的韧性降低,通过Al抑制,能够取得低飞溅化。另外,除了Cu、Cr以外,对通常不添加的P进行规定范围的添加,从而即使在与非耐气候性钢的不同材质的接头的情况也确保着耐气候性能,防止局部腐蚀,从而能够确保焊接金属的耐气候性。另外,通过规定C和P的影响焊接金属的耐裂纹性的相关参数的上限范围,既能够确保焊接金属的耐气候性,又能够防止裂纹。此外,以规定量含有C、Si、Mn并抑制Mo,能够使焊接金属的强度提高,通过以规定量含有S能够提高与母材的融合性。
本第二发明的焊接实芯焊丝,是所述实芯焊丝在钢合金制的焊丝线材的表面设有Cu镀层,其含有C:0.01~0.12质量%、Si:0.20~1.00质量%、Mn:1.00~2.00质量%、P:0.007~0.030质量%、S:0.025质量%以下、Cu:0.30~0.60质量%、Cr:0.50~0.80质量%、Al:0.020质量%以下、Ti:0.05~0.17质量%、Mo:0.10质量%以下、N:0.0090质量%以下、及O:0.0150质量%以下,所述Cu镀层的Cu含量为0.25质量%以下,设C的含量为C,P的含量为P时,由C×P×104计算出的系数为22以下。
根据如此的构成,通过抑制析出元素Ti、Al以外还抑制O、N,能够防止SR时的焊接金属的韧性降低,通过Al的抑制,能够取得低飞溅化。另外,除了Cu、Cr以外,对通常不添加的P进行规定范围的添加,即使在与非耐气候性钢的不同材质的接头的情况也能确保耐气候性能,防止局部腐蚀,从而能够确保焊接金属的耐气候性。另外,通过规定C和P的影响焊接金属的耐裂纹性的相关参数的上限范围,既能够确保焊接金属的耐气候性,又能够防止裂纹。此外,以规定量含有C、Si、Mn并抑制Mo,能够使焊接金属的强度提高,通过以规定量含有S能够提高与母材的融合性。
另外,通过施加Cu镀层,焊丝的拉丝性优异,另外能够使耐锈性和接头的耐磨损性提高。在施加Cu镀层时,通过将镀敷的Cu规定得很低而能够得到焊接金属的低飞溅化。
在上述本第一发明和本第二发明中,焊接实芯焊丝也可以还含有如下之中的至少1种:Ni:0.05~0.80质量%、B:0.0005~0.0030质量%、K:0.5~20ppm。
根据如此的构成,通过以规定量含有Ni、B、K,能够进一步促进焊接金属的耐气候性的提高、低温韧性的提高、低飞溅化。
本发明的气体保护电弧焊方法,是使用所述记载的焊接实芯焊丝,对耐气候性钢彼此或者耐气候性钢与碳钢进行气体保护电弧焊,作为保护气体,使用如下任意一种混合气体:Ar:75~95体积%且余量为CO2;Ar:90~98体积%且余量为O2;及Ar:75~95体积%且余量为CO2+O2。
根据如此的构成,作为保护气体使用Ar+CO2、Ar+O2或者Ar+CO2+O2的混合气体,通过使这些气体组成处于规定范围,能够得到耐气孔(blowhole)性、低飞溅性、高韧性、焊珠(bead)形状改善优异的焊接金属。
根据本发明的焊接实芯焊丝,通过将实芯焊丝的成分规定在规定范围而得到的焊接金属,在进行车辆的台车等的焊接中所适合的耐气候性钢彼此的气体保护电弧焊、或者进行耐气候性钢与铸铁·铸钢等的碳钢这种不同材质接头的气体保护电弧焊的任意一种中,耐气候性、低温韧性、强度及耐裂纹性均优异,同时低飞溅性、焊珠形状、耐气孔性、焊丝送进性等均优异。
另外,根据本发明的气体保护电弧焊方法,通过将保护气体的组成控制在规定范围,从而能够得到耐气孔性、低飞溅性、低温韧性、焊珠形状优异的焊接金属,在耐气候性钢彼此、或耐气候性钢与铸铁·铸钢等的碳钢这种不同接头的任意一种情况下,都能够进行良好的焊接。
因而,利用本发明的焊丝和焊接方法,能够有助于车辆等的安全性、耐久性、疲劳特性、美观等的提高。
附图说明
图1是表示接头坡口剖面形状的模式图。
具体实施方式
以下就本发明的实施的方式进行详细地说明。
本发明是一种将实芯焊丝的成分规定在规定范围为特征的耐气候性钢用气体保护电弧焊实心焊丝,以及使用了这种焊丝、将保护气体的组成控制在规定范围为特征的气体保护电弧焊方法。
因为至今为止耐气候性用焊丝只以桥梁、建筑领域为对像进行开发、使用,所以其成分设计是以CO2焊接为前提,且只假定了同种金属接头。但是本发明的目的在于,考虑到低温的高韧性、低飞溅性、不同材质接头耐气候性、经SR处理的性能稳定性等,最适合作为Ar混合气体(Ar+CO2、Ar+O2、Ar+CO2+O2)用的耐气候性实芯焊丝。
实芯焊丝由钢合金制的焊丝线材构成,含有规定量的C、Si、Mn、P、S、Cu、Cr、Al、Ti、Mo、N、O,余量是Fe和不可避免的杂质,并规定C和P影响焊接金属的耐裂纹性的相关参数的上限。
另外,也可以在此焊丝线材的表面设置Cu镀层。
本发明者们除了得到低飞溅化的目的以外,为了防止SR时的韧性降低,发现在抑制析出元素Ti和Al量的同时也要抑制O、N的必要性。还发现为了确保耐气候性,除了Cu、Cr还有根据需要而添加的Ni以外,还以规定的范围添加通常不添加的P,由此确保在与非耐气候性钢为不同材质的接头的情况下确保耐气候性,防止局部腐蚀。还指出若积极添加P,则一般来说耐裂纹性会降低,但是这与C和P对耐裂纹性的影响相关,通过规定此相关参数的上限范围,以成为既确保耐气候性又防止裂纹的范围。另一方面,在实施Cu镀时,考虑到在Ar+CO2焊接中的熔滴过渡特性,而分别对于焊丝全部量和镀敷量规定Cu量,由此得到更进一步的低飞溅化。根据这些方法能够制成满足优异的低温韧性、低飞溅性、耐气候性、耐裂纹性等的焊丝。
以下,就实心焊丝的成分限定理由进行说明。
(C:0.01~0.12质量%)
C是用于确保焊接部的强度所需要的元素。在车辆和桥梁领域为了取得作为最通用的钢材强度的490N/mm2以上的强度,需要C含量最低为0.01质量%。因此C含量为0.01质量%以上。另一方面,若C含量超过0.12质量%,则容易发生高温裂纹、低温裂纹和因CO爆发导致的飞溅。因此,C的含量为0.12质量%以下。还有,因为从耐腐蚀性方面出发而优选少,所以更优选为0.08质量%以下。
(Si:0.20~1.00质量%)
Si是脱氧反应中需要的元素。当Si含量低于0.20质量%时,脱氧不足而有气孔发生,另外强度不足。因此Si含量为0.20质量%以上,更优选为0.40质量%以上。另一方面,若Si含量超过1.00质量%,则韧性降低,飞溅大粒化且增加。因此Si含量为1.00质量%以下,更优选为0.60质量%以下。
(Mn:1.00~2.00质量%)
Mn也是脱氧反应中需要的元素,也是用于确保强度所必需的。当Mn含量低于1.00质量%时,会因脱氧不足而发生气孔,另外韧性不足,强度不足。因此Mn含量为1.00质量%以上。另一方面,若Mn含量超过2.00质量%,则焊接部的强度上升过多而引起低温裂纹。因此Mn含量为2.00质量%以下,从低飞溅性的观点出发,更优选为1.80质量%以下。
(P:0.007~0.030质量%)
P一般是作为使耐裂纹性劣化的元素而知名,对于一般的钢材来说越少越好,但是P有提高耐气候性的效果,在本发明中是必须的。不只是耐气候性钢之间,而是与不具备耐气候性功能的铸铁和铸钢这种钢材的不同材质接头的情况下,Cu和Cr以外的具有耐气候机能的成分被稀释,焊接金属的耐气候性功能容易降低。因此,通过添加一定程度的P能够确保耐气候性功能。P在微量的含量下有效,不过最低需要0.007质量%,因此P含量为0.007质量%以上。另一方面,若P含量超过0.030质量%,则耐裂纹性劣化。因此P含量为0.030质量%以下。
(S:0.025质量%以下)
S也是使耐裂纹性劣化的元素,并使韧性降低,但在0.025质量%以下没有问题。因此S含量为0.025质量%以下。另一方面,S可提高与母材的融合性,具有使疲劳强度提高的效果,优异S含量为0.005质量%以上,如此则既能够耐裂纹性又使外观和接头疲劳性能提高。不过由于S越少越为优选,所以不设定下限。
(Cu:0.30~0.60质量%)
这里的Cu是焊丝线材中的Cu含量和对焊丝施加镀敷时该镀敷部分的Cu附着量的合计。
Cu是用于提高耐气候性所需要的元素,Cu含量作为焊丝的整体来说最低需要0.30质量%。因此Cu含量为0.030质量%以上。另一方面,若超过0.60质量%,则容易发生高温裂纹,因此Cu含量为0.60质量%以下。
(Cr:0.50~0.80质量%)
Cr也是用于提高耐气候性所需要的元素。虽然在耐盐害腐蚀性上Cr是有害的,但是作为车辆用和一般桥梁使用时因为无需耐盐害腐蚀性,所以为了得到作为一般的耐气候性钢用的性能而积极添加。为了提高耐气候性,最低需要0.50质量%。因此Cr含量为0.50质量%以上。另一方面,若超过0.80质量%,则强度过高而容易发生低温裂纹,并且韧性也降低。因此Cr含量为0.80质量%以下。
(Al:0.020质量%以下)
Al是在SR时使低温韧性劣化,并使飞溅增加的元素。若Al含量超过0.020质量%,则韧性降低显著,飞溅也变多。现在在熔炼时为了提高洁净度大多进行被称为铝镇静(aluminum-killed)的脱氧、脱氮处理,但这种情况下,Al含量大多超过0.020质量%。因此应该积极地注意使Al含量处于0.020质量%以下而进行制钢处理。还有,因为Al越少越为优选,所以不设定下限。
(Ti:0.05~0.17质量%)
Ti有很强的氧化物,与保护气体中的O2和CO2这样的氧化性气体结合,一部分残留在熔渣中,一部分残留在焊接金属中。焊接金属中的Ti适量能够使结晶粒微细化从而得到高韧性。但是若变得过剩,则成为粗大的析出物而成为脆性破坏的起点。特别是在SR处理中韧性降低显著。与使用二氧化碳气体相比,由于Ar混合气体氧化性气体的分压低,所以Ti的少量添加能够使焊接金属的结晶粒微细化而得到高韧性。具体来说,若Ti含量超过0.17质量%,则韧性降低,因此Ti的含量为0.17质量%以下,更优选为0.14质量%以下。此外若在0.10质量%以下,则在SR时的韧性也提高,并且飞溅小粒化而焊接作业性优异。另一方面,当Ti含量低于0.05质量%时没有结晶粒微细化的效果,不适合在-45℃左右的温度下使用。另外,因为比较小粒的飞溅大量发生,所以优选Ti含量为0.05质量%以上,从提高电弧稳定性的观点出发更优选为0.07质量%以上。还有,耐气候性钢用实芯焊丝的JIS规格Z3315中没有规定Ti。一般来说作为二氧化碳气体用,作为高电流用而添加Ti:0.18~0.25质量%,作为短路焊接的低电流用而不添加的情况较多。但是本发明作为Ar混合气体用而优选进行少量的添加。
(Mo:0.10质量%以下)
Mo一般来说是用于提高焊接金属的高强度化的元素。但是因为在车辆中如上述与C含量多的铸铁、铸钢为不同材质的接头也多,所以焊接金属强度容易变得过剩,过剩强度会引起低纹裂纹的发生。因此对于钢材来说需要避免过剩的强度匹配过度(overmatching)。若Mo的含量超过0.10质量%,则容易发生强度过剩造成的裂纹。因此Mo含量为0.10质量%以下,优选为0.05质量%以下。还有,因为Mo越少越为优选,所以不设定下限。
(N:0.0090质量%以下)
N是使韧性降低的元素。因为在保护不良时也会有氮从大气混入,所以需要管理,优选极力从焊丝中使其降低。若N含量超过0.0090质量%,则韧性显著降低,因此N含量优选为0.0090质量%以下,更优选为0.0070质量%以下。还有,因为N越少越为优选,所以不设定下限。
(O:0.0150质量%以下)
焊丝表面和熔滴表面的氧量因为多会改善熔滴过渡特性而优选,但是若氧进入焊接金属则形成氧化物,在SR时析出会使之脆化。为此作为焊丝整体优选为少。因此O含量为0.0150质量%以下,优选为0.0100质量%以下,更优选为0.0050质量%以下。还有因为O越少越为优选,所以不设定下限。
(不可避免的杂质)
作为不可避免的杂质,认为含有例如Nb、V、Zr等,但在不妨碍本发明的效果的范围内允许含有它们,其含量优选为0.050质量%以下。
(由C×P×104计算出的系数:22以下)
如上所述,C有助于强度的增强,P有助于在接头材质不同时补助耐气候性功能,但是由于含有它们也会增大高温裂纹敏感性。但是,设C的含量为C及设P的含量为P时,通过将由C×P×104计算出的系数规定在22以下,能够防止高温裂纹。就是说需要把C、P规定在各自的范围,同时满足本式。还有更优选为17以下。
在本发明的耐气候性钢用气体保护电弧焊接实芯焊丝中,也可以在焊丝线材的表面设置Cu镀层。
(镀层的Cu:0.25质量%以下)
通过施加Cu镀层,焊丝的拉丝性优异,因此能够以低成本生产。另外,能够使耐锈性和接头的耐磨损性提高。
为了确保热延展性而在线材中不添加Cu,所添加的全部规定量的Cu仅是镀敷在焊丝上的镀敷部分,而此方法在本发明中不可用。其理由是因为如果在目前的CO2焊接法中使用,则无助于熔滴过渡的稳定性,但在本发明的Ar+CO2焊接的情况下,喷雾熔滴过渡的稳定性受到焊丝和熔滴表面附近的氧量很强的影响。即,因为Cu为非氧化性,所以若镀Cu厚则焊丝表面的氧量低,熔滴表面附近的氧化反应不会推进。其结果是熔滴的氧量被抑制得很低,表面张力和粘性小,熔滴脱离性降低。就是说大粒的飞溅发生并成为滞动的原因,使焊接作业性降低。因此,镀层的Cu含量越低越为优选,如果是0.25质量%以下,则对于飞溅量抑制来说处于允许范围。因此镀层的Cu含量为0.25质量%以下,更优选为0.20质量%以下。还有,镀层的Cu的含量为0质量%,也就是不镀敷也没有问题。
在此,优选焊丝成分含有Ni、B、K之中的1种以上。以下,就其限定理由进行说明。
(Ni:0.05~0.80质量%)
Ni在用于使耐气候性提高方面有效。因为仅是Cu、Cr、P难以无涂装规格,所以要涂装使用,但是通过适量添加Ni便能够成为无涂装规格。当Ni的含量低于0.05质量%时,其效果无法发挥,因此优选为0.05质量%以上,更优选为0.15质量%以上。另一方面,若Ni的含量超过0.80质量%,则不仅耐气候性的效果饱和,而且熔滴的粘性过高,飞溅发生量容易增加,同时焊珠变成凸状而容易劣化。另外,Ni为昂贵的元素而容易使成本过大。因此Ni含量优选为0.80质量%以下。
(B:0.0005~0.0030质量%)
B通过微量的添加而促进结晶粒微细化,具有使低温韧性提高的效果。如果B含量最低不是0.0005质量%,则微细化的效果无法发挥,因此优选为0.0005质量%以上,更优选0.0010质量%以上。另一方面,B也有容易引起高温裂纹的缺点。若B含量超过0.0030质量%,则容易发生裂纹。因此,B含量优选为0.0030质量%以下,若考虑与C含量多的铸铁、铸钢为不同材质接头,则更优选0.0020质量%以下。
(K:0.5~20ppm)
K在Ar为主元素的混合气体焊接时使电弧稳定,作为减少飞溅的元素有效。在二氧化碳焊接中一般这样的效果不起作用。因为K在熔炼时添加困难,所以一般来说通过如下方法来添加:(1)在拉丝工序中使用有碳酸钾等的K掺入的拉丝润滑剂,使之残留在表面;(2)浸渍在含有K的溶液后进行退火,使K在焊丝表面的晶界或粒内扩散;(3)通过采用***溶液实施铜镀这样的方法使K存在于表面附近。其效果是从0.5ppm有效,因此K含量优选为0.5ppm以上。另一方面,若K含量超过20ppm,则电弧稳定效果饱和,并且焊丝表面的润滑性丧失,容易使焊丝送进性低劣,另外,镀敷紧贴性变差而铜镀剥离,仍是会损害焊丝送进性。因此K含量优选为20ppm以下。
接下来,就气体保护电弧焊方法进行说明。
本发明的气体保护电弧焊方法,是使用上述的耐气候钢用气体保护电弧焊实芯焊丝,对耐气候性钢之间焊接或者焊接耐气候性钢和碳钢,作为保护气体使用Ar+CO2、Ar+O2或者Ar+CO2+O2的混合气体。
(保护气体组成:Ar+CO2、Ar+O2、Ar+CO2+O2)
保护气体是以Ar为主体,与少量的氧化性气体CO2或O2混合的组成为前提。Ar+CO2的情况下,Ar为75~95体积%且余量为CO2,Ar+O2的情况下,Ar为90~98体积%且余量为O2,Ar+CO2+O2的情况下,Ar为75~95体积%且余量为CO2+O2。
保护气体为Ar+CO2、Ar+CO2+O2的情况下,Ar低于75体积%时,Ar+O2的情况下,Ar低于90体积%时,熔滴过渡不能维持喷雾状态,飞溅发生,另外因为熔融池的过剩氧化,所以韧性降低。此外焊珠形状也成为融合性差的焊瘤(overlap)状。
保护气体为Ar+CO2、Ar+CO2+O2的情况下,若Ar为95体积%,Ar+O2系的情况下,若Ar超过98体积%,则成为过剩的喷射电弧(sprayarc)状态,因卷入Ar而发生气孔。另外,若熔融池的粘性变得过高而焊珠变成凸状,再有若氧源过少,则母材侧阴极点不稳定,电弧发生方向振荡,飞溅也大量发生。
(耐气候性钢)
作为所应用的耐气候性钢,一般采用的有Cu-Ni系、Cu-Cr系、Cu-Cr-Ni系的400~490N/mm2级钢。另外,也适于这些耐气候性钢与铸钢、铸铁等碳钢的不同材质的焊接。适于车辆用途领域,因为作为一般耐气候性用没有问题,因此在桥梁等其他领域中使用完全没有问题。
【实施例】
接下来,将满足本发明必要条件的实施例与不满足本发明的必要条件的比较例进行比较,就本发明的实芯焊丝具体加以说明。
首先,使用具有表1~3所示组成的焊丝,根据表4所示的焊接条件焊接钢材。在焊接中,使用表1~3所示的保护气体组成的保护气体。还有在比较例中,对于不满足本发明的构成,以在数值上画出下线来表示。
作为钢材使用表5所示的490N/mm2级耐气候性钢(a)和铸钢(b),进行耐气候性钢(a)之间(以下为(a)/(a))的接头及耐气候性钢(a)和铸钢(b)(以下为(a)/(b))的不同材质接头的两种焊接实验。
图1是表示接头坡口剖面形状的模式图。如图1所示,具有倾斜的端面,板厚为19mm的钢材1(耐气候性钢(a))和板厚为25mm的钢材2(耐气候性钢(a)或铸钢(b))的2片钢材1、2,使其倾斜端面相对,使端面的前端以间隔5mm的状态配置。然后对于所形成的坡口进行气体保护电弧焊,由此形成焊接金属3。
【表1】
No. | 焊丝成分(质量%)(K为ppm) | 保护气体组成(体积%) | |||||||||||||||||
C | Si | Mn | P | C×P×104 | S | Cu(总量) | Cu(镀覆量) | Cr | Al | Ti | Mo | N | O | Ni | B | K | |||
实施例 | 1 | 0.05 | 0.50 | 1.40 | 0.010 | 5 | 0.008 | 0.50 | 0.20 | 0.65 | <0.001 | 0.09 | <0.01 | 0.0040 | 0.0045 | - | - | - | Ar80+CO220 |
2 | 0.05 | 0.50 | 1.40 | 0.010 | 5 | 0.008 | 0.50 | 0.20 | 0.65 | <0.001 | 0.09 | <0.01 | 0.0040 | 0.0045 | 0.20 | - | - | Ar80+CO220 | |
3 | 0.02 | 0.41 | 1.60 | 0.015 | 3 | 0.015 | 0.40 | 0.15 | 0.52 | <0.001 | 0.07 | <0.01 | 0.0060 | 0.0076 | - | - | - | Ar80+CO220 | |
4 | 0.08 | 0.58 | 1.75 | 0.008 | 6.4 | 0.010 | 0.59 | 0.10 | 0.75 | 0.001 | 0.10 | <0.01 | 0.0030 | 0.0020 | 0.15 | - | - | Ar80+CO220 | |
5 | 0.05 | 0.50 | 1.40 | 0.010 | 5 | 0.008 | 0.50 | 0.20 | 0.65 | <0.001 | 0.09 | <0.01 | 0.0040 | 0.0045 | 0.20 | 0.0011 | - | Ar80+CO220 | |
6 | 0.05 | 0.50 | 1.40 | 0.010 | 5 | 0.008 | 0.50 | 0.20 | 0.65 | <0.001 | 0.09 | <0.01 | 0.0040 | 0.0045 | 0.20 | - | 4.0 | Ar80+CO220 | |
7 | 0.03 | 0.45 | 1.22 | 0.012 | 3.6 | 0.005 | 0.32 | - | 0.57 | 0.005 | 0.08 | 0.01 | 0.0069 | 0.0035 | 0.75 | - | - | Ar80+CO220 | |
8 | 0.01 | 0.53 | 1.35 | 0.020 | 2 | 0.009 | 0.45 | 0.05 | 0.51 | 0.009 | 0.07 | 0.02 | 0.0015 | 0.0040 | 0.50 | 0.0020 | 2.0 | Ar80+CO220 | |
9 | 0.07 | 0.50 | 1.79 | 0.007 | 4.9 | 0.023 | 0.53 | 0.18 | 0.65 | <0.001 | 0.10 | 0.05 | 0.0025 | 0.0090 | 0.35 | - | 0.5 | Ar80+CO220 | |
10 | 0.05 | 0.50 | 1.40 | 0.010 | 5 | 0.008 | 0.50 | 0.20 | 0.65 | <0.001 | 0.09 | <0.01 | 0.0040 | 0.0045 | 0.20 | - | 10 | Ar80+CO220 | |
11 | 0.05 | 0.50 | 1.40 | 0.010 | 5 | 0.008 | 0.50 | 0.20 | 0.65 | <0.001 | 0.09 | <0.01 | 0.0040 | 0.0045 | 0.20 | - | 19 | Ar80+CO220 | |
12 | 0.05 | 0.50 | 1.40 | 0.010 | 5 | 0.008 | 0.50 | 0.20 | 0.65 | <0.001 | 0.09 | <0.01 | 0.0040 | 0.0045 | 0.20 | - | - | Ar75+CO225 | |
13 | 0.05 | 0.50 | 1.40 | 0.010 | 5 | 0.008 | 0.50 | 0.20 | 0.65 | <0.001 | 0.09 | <0.01 | 0.0040 | 0.0045 | 0.20 | - | - | Ar95+CO25 | |
14 | 0.05 | 0.50 | 1.40 | 0.010 | 5 | 0.008 | 0.50 | 0.20 | 0.65 | <0.001 | 0.09 | <0.01 | 0.0040 | 0.0045 | 0.20 | - | - | Ar98+O22 | |
15 | 0.05 | 0.50 | 1.40 | 0.010 | 5 | 0.008 | 0.50 | 0.20 | 0.65 | <0.001 | 0.09 | <0.01 | 0.0040 | 0.0045 | 0.20 | - | - | Ar92+O28 | |
16 | 0.05 | 0.50 | 1.40 | 0.010 | 5 | 0.008 | 0.50 | 0.20 | 0.65 | <0.001 | 0.09 | <0.01 | 0.0040 | 0.0045 | 0.20 | - | - | Ar78+CO220+O22 | |
17 | 0.05 | 0.50 | 1.40 | 0.010 | 5 | 0.008 | 0.50 | 0.20 | 0.65 | <0.001 | 0.09 | <0.01 | 0.0040 | 0.0045 | 0.20 | - | - | Ar87+CO210+O23 | |
18 | 0.03 | 0.46 | 1.22 | 0.012 | 3.6 | 0.005 | 0.32 | - | 0.57 | 0.005 | 0.08 | 0.01 | 0.0069 | 0.0035 | 0.75 | - | - | Ar90+CO210 | |
19 | 0.10 | 0.30 | 1.15 | 0.012 | 12 | 0.003 | 0.35 | 0.21 | 0.60 | 0.002 | 0.08 | <0.01 | 0.0050 | 0.0020 | - | - | - | Ar80+CO220 | |
20 | 0.05 | 0.80 | 1.90 | 0.028 | 14 | 0.006 | 0.55 | 0.16 | 0.62 | 0.012 | 0.12 | 0.02 | 0.0040 | 0.0145 | 0.70 | - | - | Ar80+CO220 | |
21 | 0.12 | 0.30 | 1.90 | 0.009 | 10.8 | 0.014 | 0.50 | 0.25 | 0.55 | 0.003 | 0.08 | 0.01 | 0.0065 | 0.0080 | 0.22 | - | 1.0 | Ar80+CO220 | |
22 | 0.03 | 0.80 | 1.15 | 0.015 | 4.5 | 0.015 | 0.55 | 0.10 | 0.70 | 0.015 | 0.05 | 0.08 | 0.0050 | 0.0110 | 0.35 | 0.0015 | 5.0 | Ar80+CO220 | |
23 | 0.05 | 0.50 | 1.40 | 0.010 | 5 | 0.008 | 0.50 | 0.20 | 0.65 | <0.001 | 0.09 | <0.01 | 0.0075 | 0.0030 | - | 0.0025 | - | Ar80+CO220 | |
24 | 0.02 | 0.20 | 1.50 | 0.007 | 1.4 | 0.007 | 0.58 | - | 0.78 | 0.005 | 0.07 | <0.01 | 0.0030 | 0.0062 | 0.06 | - | 2.5 | Ar80+CO220 |
【表2】
No. | 焊丝成分(质量%)(K为ppm) | 保护气体组成(体积%) | |||||||||||||||||
C | Si | Mn | P | C×P×104 | S | Cu(总量) | Cu(镀覆量) | Cr | Al | Ti | Mo | N | O | Ni | B | K | |||
实施例 | 25 | 0.04 | 0.95 | 1.60 | 0.019 | 7.6 | 0.010 | 0.46 | 0.08 | 0.66 | 0.020 | 0.10 | 0.03 | 0.0040 | 0.0025 | 0.13 | - | 5.0 | Ar80+CO220 |
26 | 0.07 | 0.70 | 1.45 | 0.023 | 16.1 | 0.005 | 0.38 | 0.22 | 0.52 | 0.008 | 0.17 | <0.01 | 0.0088 | 0.0045 | 0.79 | 0.0005 | - | Ar80+CO220 | |
27 | 0.08 | 0.50 | 1.05 | 0.012 | 9.6 | 0.012 | 0.40 | 0.15 | 0.70 | <0.001 | 0.08 | 0.10 | 0.0035 | 0.0033 | 0.15 | 0.0029 | 10 | Ar80+CO220 | |
28 | 0.09 | 0.65 | 1.82 | 0.010 | 9 | 0.012 | 0.50 | 0.20 | 0.75 | 0.001 | 0.10 | 0.01 | 0.0050 | 0.0039 | 0.50 | - | 4.0 | Ar80+CO220 | |
29 | 0.10 | 0.50 | 1.15 | 0.022 | 22 | 0.009 | 0.50 | 0.19 | 0.59 | <0.001 | 0.08 | <0.01 | 0.0025 | 0.0030 | 0.35 | 0.0017 | - | Ar80+CO220 | |
30 | 0.08 | 0.50 | 1.45 | 0.027 | 21.6 | 0.019 | 0.35 | - | 0.65 | 0.009 | 0.10 | 0.05 | 0.0045 | 0.0120 | - | - | 2.5 | Ar80+CO220 | |
31 | 0.05 | 0.50 | 1.40 | 0.010 | 5 | 0.008 | 0.50 | - | 0.65 | <0.001 | 0.09 | <0.01 | 0.0040 | 0.0045 | - | - | - | Ar80+CO220 | |
32 | 0.10 | 0.30 | 1.15 | 0.012 | 12 | 0.003 | 0.35 | - | 0.60 | 0.002 | 0.08 | <0.01 | 0.0050 | 0.0020 | - | - | - | Ar80+CO220 | |
比较例 | 33 | 0.005 | 0.50 | 1.40 | 0.010 | 0.5 | 0.008 | 0.50 | 0.20 | 0.65 | <0.001 | 0.09 | <0.01 | 0.0040 | 0.0045 | 0.20 | 0.0011 | - | Ar80+CO220 |
34 | 0.13 | 0.50 | 1.40 | 0.010 | 13 | 0.008 | 0.50 | 0.20 | 0.65 | <0.001 | 0.09 | <0.01 | 0.0040 | 0.0045 | 0.20 | - | - | Ar80+CO220 | |
35 | 0.05 | 0.15 | 1.40 | 0.010 | 5 | 0.008 | 0.50 | 0.20 | 0.65 | <0.001 | 0.09 | <0.01 | 0.0040 | 0.0045 | 0.20 | - | - | Ar80+CO220 | |
36 | 0.05 | 1.10 | 1.40 | 0.010 | 5 | 0.008 | 0.50 | 0.20 | 0.65 | <0.001 | 0.09 | <0.01 | 0.0040 | 0.0045 | 0.20 | - | - | Ar80+CO220 | |
37 | 0.05 | 0.50 | 0.90 | 0.010 | 5 | 0.008 | 0.50 | 0.20 | 0.65 | <0.001 | 0.09 | <0.01 | 0.0040 | 0.0045 | 0.20 | - | - | Ar80+CO220 | |
38 | 0.05 | 0.50 | 2.10 | 0.010 | 5 | 0.008 | 0.50 | 0.20 | 0.65 | <0.001 | 0.09 | <0.01 | 0.0040 | 0.0045 | 0.20 | - | - | Ar80+CO220 | |
39 | 0.05 | 0.50 | 1.40 | 0.006 | 3 | 0.008 | 0.50 | 0.20 | 0.65 | <0.001 | 0.09 | <0.01 | 0.0040 | 0.0045 | 0.20 | - | - | Ar80+CO220 | |
40 | 0.02 | 0.90 | 1.80 | 0.002 | 0.4 | 0.015 | 0.35 | 0.10 | 0.79 | 0.010 | 0.14 | 0.01 | 0.0066 | 0.0020 | - | 0.0011 | 2.8 | Ar80+CO220 | |
41 | 0.05 | 0.50 | 1.40 | 0.031 | 15.5 | 0.008 | 0.50 | 0.20 | 0.65 | <0.001 | 0.09 | <0.01 | 0.0040 | 0.0045 | 0.20 | - | - | Ar80+CO220 | |
42 | 0.11 | 0.50 | 1.40 | 0.025 | 27.5 | 0.008 | 0.50 | 0.20 | 0.65 | <0.001 | 0.09 | <0.01 | 0.0040 | 0.0045 | 0.20 | - | - | Ar80+CO220 | |
43 | 0.09 | 0.50 | 1.40 | 0.025 | 22.5 | 0.018 | 0.35 | 0.15 | 0.52 | 0.005 | 0.05 | 0.03 | 0.0025 | 0.0080 | 0.70 | 0.0025 | 1.5 | Ar80+CO220 | |
44 | 0.08 | 0.50 | 1.40 | 0.030 | 24 | 0.005 | 0.58 | - | 0.80 | 0.015 | 0.16 | 0.08 | 0.0066 | 0.0025 | - | 0.0008 | 16 | Ar80+CO220 | |
45 | 0.05 | 0.50 | 1.40 | 0.010 | 5 | 0.027 | 0.50 | 0.20 | 0.65 | <0.001 | 0.09 | <0.01 | 0.0040 | 0.0045 | 0.20 | - | - | Ar80+CO220 | |
46 | 0.05 | 0.50 | 1.40 | 0.010 | 5 | 0.008 | 0.25 | 0.25 | 0.65 | <0.001 | 0.09 | <0.01 | 0.0040 | 0.0045 | 0.20 | - | - | Ar80+CO220 | |
47 | 0.05 | 0.50 | 1.40 | 0.010 | 5 | 0.008 | 0.65 | 0.20 | 0.65 | <0.001 | 0.09 | <0.01 | 0.0040 | 0.0045 | 0.20 | - | - | Ar80+CO220 | |
48 | 0.05 | 0.50 | 1.40 | 0.010 | 5 | 0.008 | 0.50 | 0.28 | 0.65 | <0.001 | 0.09 | <0.01 | 0.0040 | 0.0045 | 0.20 | - | - | Ar80+CO220 |
【表3】
No. | 焊丝成分(质量%)(K为ppm) | 保护气体组成(体积%) | |||||||||||||||||
C | Si | Mn | P | C×P×104 | S | Cu(总量) | Cu(镀覆量) | Cr | Al | Ti | Mo | N | O | Ni | B | K | |||
比较例 | 49 | 0.05 | 0.50 | 1.40 | 0.010 | 5 | 0.008 | 0.50 | 0.20 | 0.45 | <0.001 | 0.09 | <0.01 | 0.0040 | 0.0045 | 0.20 | - | - | Ar80+CO220 |
50 | 0.05 | 0.50 | 1.40 | 0.010 | 5 | 0.008 | 0.50 | 0.20 | 0.85 | <0.001 | 0.09 | <0.01 | 0.0040 | 0.0045 | 0.20 | - | - | Ar80+CO220 | |
51 | 0.05 | 0.50 | 1.40 | 0.010 | 5 | 0.008 | 0.50 | 0.20 | 0.65 | 0.025 | 0.09 | <0.01 | 0.0040 | 0.0045 | 0.20 | - | - | Ar80+CO220 | |
52 | 0.05 | 0.50 | 1.40 | 0.010 | 5 | 0.008 | 0.50 | 0.20 | 0.65 | <0.001 | 0.03 | <0.01 | 0.0040 | 0.0045 | 0.20 | - | - | Ar80+CO220 | |
53 | 0.02 | 0.90 | 1.80 | 0.010 | 2 | 0.015 | 0.35 | 0.10 | 0.79 | 0.010 | - | 0.01 | 0.0066 | 0.0020 | - | 0.0011 | 2.8 | Ar80+CO220 | |
54 | 0.05 | 0.50 | 1.40 | 0.010 | 5 | 0.008 | 0.50 | 0.20 | 0.65 | <0.001 | 0.18 | <0.01 | 0.0040 | 0.0045 | 0.20 | - | - | Ar80+CO220 | |
55 | 0.05 | 0.50 | 1.40 | 0.010 | 5 | 0.008 | 0.50 | 0.20 | 0.65 | <0.001 | 0.09 | 0.13 | 0.0040 | 0.0045 | 0.20 | - | - | Ar80+CO220 | |
56 | 0.05 | 0.50 | 1.40 | 0.010 | 5 | 0.008 | 0.50 | 0.20 | 0.65 | <0.001 | 0.09 | <0.01 | 0.0105 | 0.0045 | 0.20 | - | - | Ar80+CO220 | |
57 | 0.05 | 0.50 | 1.40 | 0.010 | 5 | 0.008 | 0.50 | 0.20 | 0.65 | <0.001 | 0.09 | <001 | 0.0040 | 0.0160 | 0.20 | - | - | Ar80+CO220 | |
58 | 0.05 | 0.50 | 1.40 | 0.010 | 5 | 0.008 | 0.50 | 0.20 | 0.65 | <0.001 | 0.09 | <0.01 | 0.0040 | 0.0045 | 1.00 | - | - | Ar80+CO220 | |
59 | 0.05 | 0.50 | 1.40 | 0.010 | 5 | 0.008 | 0.50 | 0.20 | 0.65 | <0.001 | 0.09 | <0.01 | 0.0040 | 0.0045 | 0.20 | 0.0033 | - | Ar80+CO220 | |
60 | 0.05 | 0.50 | 1.40 | 0.010 | 5 | 0.008 | 0.50 | 0.20 | 0.65 | <0.001 | 0.09 | <0.01 | 0.0040 | 0.0045 | 0.20 | - | 24 | Ar80+CO220 | |
61 | 0.05 | 0.50 | 1.40 | 0.010 | 5 | 0.008 | 0.50 | 0.20 | 0.65 | <0.001 | 0.09 | <0.01 | 0.0040 | 0.0045 | 0.20 | - | - | Ar70+CO 2 30 | |
62 | 0.05 | 0.50 | 1.40 | 0.010 | 5 | 0.008 | 0.50 | 0.20 | 0.65 | <0.001 | 0.09 | <0.01 | 0.0040 | 0.0045 | 0.20 | - | - | Ar98+CO 2 2 | |
63 | 0.05 | 0.50 | 1.40 | 0.010 | 5 | 0.008 | 0.50 | 0.20 | 0.65 | <0.001 | 0.09 | <0.01 | 0.0040 | 0.0045 | 0.20 | - | - | Ar85+O 2 15 | |
64 | 0.05 | 0.50 | 1.40 | 0.010 | 5 | 0.008 | 0.50 | 0.20 | 0.65 | <0.001 | 0.09 | <0.01 | 0.0040 | 0.0045 | 0.20 | - | - | Ar99+O 2 1 | |
65 | 0.05 | 0.50 | 1.40 | 0.010 | 5 | 0.008 | 0.50 | 0.20 | 0.65 | <0.001 | 0.09 | <0.01 | 0.0040 | 0.0045 | 0.20 | - | - | Ar72+CO 2 25+O 2 3 | |
66 | 0.05 | 0.50 | 1.40 | 0.010 | 5 | 0.008 | 0.50 | 0.20 | 0.65 | <0.001 | 0.09 | <0.01 | 0.0040 | 0.0045 | 0.20 | - | - | Ar96+CO 2 2+O 2 2 | |
67 | 0.05 | 0.80 | 1.70 | 0.006 | 3 | 0.008 | 0.50 | 0.20 | 0.65 | 0.015 | 0.21 | 0.19 | 0.0040 | 0.0045 | 0.20 | 0.0035 | - | CO 2 | |
68 | 0.09 | 0.55 | 1.60 | 0.025 | 22.5 | 0.010 | 0.55 | 0.15 | 0.60 | <0.001 | 0.08 | <0.01 | 0.0025 | 0.0050 | - | - | - | Ar80+CO220 | |
69 | 0.07 | 0.50 | 1.79 | 0.007 | 4.9 | 0.023 | 0.53 | - | 0.62 | <0.001 | 0.19 | <0.01 | 0.0040 | 0.0060 | - | - | - | Ar80+CO220 | |
70 | 0.05 | 0.50 | 1.40 | 0.010 | 5 | 0.008 | 0.50 | 0.20 | 0.65 | <0.001 | 0.09 | <0.01 | 0.0040 | 0.0045 | - | - | - | Ar70+CO 2 30 | |
71 | 0.05 | 0.50 | 1.40 | 0.010 | 5 | 0.008 | 0.50 | 0.20 | 0.65 | <0.001 | 0.09 | <0.01 | 0.0040 | 0.0045 | - | - | - | Ar99+O 2 1 |
【表4】
焊接姿势 | 向下焊接 |
焊丝直径 | 1.2mmφ |
保护气体 | Ar+CO2、Ar+O2、Ar+CO2+O2、CO2流量25l/min |
预热 | 无 |
焊道间温度 | 最大200℃ |
电流、电压 | 270~280A 29~30V |
焊接速度 | 35cm/min |
电流极性 | 直流逆极 |
【表5】
名称 | C | Si | Mn | P | S | Cu | Cr | Ni | Mo | Al | |
(a) | 耐气候性钢SMA490BW | 0.08 | 0.39 | 1.34 | 0.010 | 0.002 | 0.31 | 0.49 | 0.26 | <0.005 | 0.016 |
(b) | 铸钢AAR M-201Grade-C | 0.25 | 0.51 | 1.21 | 0.014 | 0.013 | 0.11 | 0.08 | 1.80 | 0.18 | 0.030 |
接下来,对于得到的焊接金属,按以下所示进行强度、低温韧性、耐气候性、耐裂纹性、低飞溅性的试验,并且进行耐气孔性、焊珠形状、焊丝送进性的功能评价。
(强度)
关于强度,对焊接金属实施维护620℃×1小时的SR处理,进行对(a)/(a)接头和(a)/(b)接头的拉伸试验。
拉伸试验在(a)/(a)接头中以490N/mm2以上的抗拉强度为合格。
(低温韧性)
关于低温韧性,通过摆锤冲击试验测定(a)/(a)接头和(a)/(b)接头的-45℃、0℃的摆锤吸收能量。
摆锤吸收能量(a)/(a)接头和(a)/(b)接头均以在-45℃下为27J以上为合格。
(耐气候性)
关于耐气候性,在(a)/(a)接头和(a)/(b)接头中实施耐气候性能评价试验。作为耐气候性能评价试验,采用JSSC(日本钢构造协会)推荐的作为腐蚀加速试验法的发露型腐蚀试验。该腐蚀试验条件在表6中显示。腐蚀减量在(a)/(a)接头的情况下为80mg/cm2以下,作为不同材质接头的(a)/(b)接头在100mg/cm2以下,耐气候性能为合格。
(耐裂纹性、耐气孔性、焊珠形状、焊丝送进性)
确认(a)/(a)和(a)/(b)接头的经X射线透射试验及超声波探伤发现的裂纹(高温裂纹及低温裂纹)和气孔的有无,进行其焊接时的焊珠形状和焊丝送进性的功能评价。裂纹和气孔以无缺陷为合格,焊珠形状无需进行用于防止融合不良的砂轮(grinder)整形时,或者堆高与母材表面的融合性判断为良好时为合格(○),需要进行用于防止融合不良的砂轮整形时,或者堆高与母材表面的融合性判断为不良时为不合格(×)。焊丝送进性在没有发生因送进不良造成的断弧时为合格(○),在发生了因送进不良造成的断弧时为不合格(×)。
(低飞溅性)
关于低飞溅性,是在焊接中、焊接后回收附着在保护焊喷嘴上的飞溅,测定其重量,根据飞溅发生量进行评价。附着量为2.0g以下为低飞溅性的范围,低飞溅性为合格。
这些试验结果在表7~8中显示。
还有,(a)/(b)接头的抗拉强度,和(a)/(a)接头及(a)/(b)接头的0℃的吸收能量作为参考值显示。
另外,关于低飞溅性、耐气孔性、焊珠形状、焊丝送进性针对(a)/(a)接头表示。
【表6】
试验期间 | 6周 |
暴露条件 | 50℃-30min、30℃-90minwet/dry=1/3 |
紫外线照射条件 | 试验期间中连续照射(紫外线灯400W)25 |
盐水喷雾 | 0.5质量%的食盐水 喷雾时间-4hr中5min |
SO2气体 | SO2浓度40ppm、向槽内连续供给 |
【表7】
(a)/(a)接头 | (a)/(b)接头 | (a)/(a)接头 | |||||||||||||
强度 | 低温韧性 | 耐气候性 | 耐裂纹性 | 强度 | 低温韧性 | 耐气候性 | 耐裂纹性 | 低飞溅性 | 焊丝送进性 | 耐气孔性 | 焊珠形状 | ||||
No. | 抗拉强度(MPa) | -45℃(J) | 0℃(J) | 腐蚀减量(mg/cm2) | 裂纹 | 抗拉强度(MPa) | -45℃(J) | 0℃(J) | 腐蚀减量(mg/cm2) | 裂纹 | 飞溅发生量(g/min) | ||||
实施例 | 1 | 530 | 58 | 190 | 65 | 无 | 553 | 49 | 181 | 85 | 无 | 1.4 | ○ | 无 | ○ |
2 | 540 | 66 | 215 | 45 | 无 | 565 | 59 | 199 | 77 | 无 | 1.5 | ○ | 无 | ○ | |
3 | 526 | 62 | 198 | 60 | 无 | 551 | 52 | 184 | 83 | 无 | 1.3 | ○ | 无 | ○ | |
4 | 557 | 70 | 210 | 49 | 无 | 580 | 53 | 190 | 79 | 无 | 1.6 | ○ | 无 | ○ | |
5 | 551 | 78 | 225 | 46 | 无 | 576 | 68 | 203 | 78 | 无 | 1.5 | ○ | 无 | ○ | |
6 | 540 | 67 | 216 | 45 | 无 | 563 | 58 | 200 | 77 | 无 | 1.0 | ○ | 无 | ○ | |
7 | 522 | 67 | 219 | 38 | 无 | 549 | 60 | 202 | 55 | 无 | 1.3 | ○ | 无 | ○ | |
8 | 500 | 72 | 213 | 48 | 无 | 525 | 53 | 192 | 80 | 无 | 1.3 | ○ | 无 | ○ | |
9 | 555 | 61 | 186 | 55 | 无 | 581 | 52 | 180 | 82 | 无 | 1.5 | ○ | 无 | ○ | |
10 | 540 | 67 | 215 | 45 | 无 | 562 | 59 | 199 | 77 | 无 | 0.8 | ○ | 无 | ○ | |
11 | 541 | 68 | 216 | 45 | 无 | 565 | 58 | 201 | 77 | 无 | 0.6 | ○ | 无 | ○ | |
12 | 520 | 45 | 178 | 50 | 无 | 552 | 33 | 166 | 90 | 无 | 1.9 | ○ | 无 | ○ | |
13 | 560 | 80 | 223 | 40 | 无 | 579 | 71 | 208 | 71 | 无 | 1.2 | ○ | 无 | ○ | |
14 | 562 | 78 | 221 | 41 | 无 | 578 | 67 | 203 | 73 | 无 | 1.2 | ○ | 无 | ○ | |
15 | 535 | 61 | 200 | 55 | 无 | 561 | 57 | 185 | 80 | 无 | 1.6 | ○ | 无 | ○ | |
16 | 538 | 64 | 210 | 46 | 无 | 568 | 55 | 194 | 78 | 无 | 1.7 | ○ | 无 | ○ | |
17 | 550 | 70 | 220 | 43 | 无 | 576 | 61 | 202 | 75 | 无 | 1.5 | ○ | 无 | ○ | |
18 | 552 | 73 | 226 | 41 | 无 | 574 | 66 | 210 | 71 | 无 | 1.3 | ○ | 无 | ○ | |
19 | 546 | 60 | 195 | 68 | 无 | 573 | 51 | 183 | 84 | 无 | 1.5 | ○ | 无 | ○ | |
20 | 570 | 52 | 188 | 39 | 无 | 595 | 44 | 171 | 58 | 无 | 1.4 | ○ | 无 | ○ | |
21 | 595 | 69 | 219 | 44 | 无 | 616 | 64 | 201 | 77 | 无 | 1.9 | ○ | 无 | ○ | |
22 | 526 | 70 | 232 | 42 | 无 | 550 | 64 | 203 | 70 | 无 | 1.1 | ○ | 无 | ○ | |
23 | 541 | 54 | 191 | 45 | 无 | 564 | 46 | 183 | 78 | 无 | 1.6 | ○ | 无 | ○ | |
24 | 519 | 65 | 212 | 68 | 无 | 545 | 60 | 197 | 94 | 无 | 1.3 | ○ | 无 | ○ | |
25 | 532 | 49 | 180 | 75 | 无 | 558 | 33 | 164 | 96 | 无 | 1.9 | ○ | 无 | ○ | |
26 | 554 | 45 | 172 | 35 | 无 | 580 | 34 | 160 | 53 | 无 | 1.8 | ○ | 无 | ○ | |
27 | 530 | 58 | 192 | 49 | 无 | 552 | 48 | 181 | 83 | 无 | 0.9 | ○ | 无 | ○ | |
28 | 577 | 70 | 226 | 40 | 无 | 601 | 55 | 210 | 71 | 无 | 1.0 | ○ | 无 | ○ | |
29 | 561 | 63 | 199 | 42 | 无 | 587 | 40 | 172 | 75 | 无 | 1.9 | ○ | 无 | ○ | |
30 | 551 | 52 | 185 | 61 | 无 | 578 | 35 | 166 | 80 | 无 | 1.2 | ○ | 无 | ○ | |
31 | 530 | 58 | 190 | 65 | 无 | 553 | 49 | 181 | 85 | 无 | 1.0 | ○ | 无 | ○ | |
32 | 546 | 60 | 195 | 68 | 无 | 573 | 51 | 183 | 84 | 无 | 1.1 | ○ | 无 | ○ |
【表8】
如表7所示,实施例No.1~32,因为全部的焊丝成分及保护气体组成满足本发明的范围,所以在(a)/(a)(耐气候性钢之间)的接头、(a)/(b)(耐气候性钢与铸钢)的不同材质接头中,从0℃至-45℃的低温域的摆锤吸收能量和耐气候性、耐裂纹性均优异,抗拉强度也确保在母材规格的下限以上。另外,在(a)/(a)接头中,完全没有发生气孔、焊珠形状不良等。另外,低飞溅性和焊丝送进性也优异。
另一方面,如图8所示,比较例33因为C的含量低于下限,所以强度不足。比较例No.34因为C的含量超过上限,所以高温裂纹发生,强度高还发生了低温裂纹,并且飞溅也多。比较例No.35因为Si低于下限,所以不仅强度不足,而且脱氧不足,还发生了气孔。比较例No.36因为Si超过上限,所吸收能量低,飞溅也多。比较例No.37因为Mn低于下限,所以不仅强度不足,而且脱氧不足,还发生了气孔,另外吸收能也低。比较例No.38因为Mn超过上限,所以强度过高而发生低温裂纹,另外也增加了飞溅。比较例No.39、40因为P均低于下限,所以在有不同材质接头时耐气候性丧失,腐蚀减量多。比较例No.41因为P超过上限,所以发生高温裂纹。
比较例No.42、43、44虽然C、P分别在单独的范围内满足规定,但是因为C×P×104超过本发明的范围,所以发生高温裂纹。比较例No.45因为S超过上限,所以发生高温裂纹。另外尽管在耐气候性钢之间吸收能量勉强满足,但是在不同材质接头的情况下不满足。比较例No.46虽然只由镀敷成分构成铜成分,但是因为其值低于下限值,所以腐蚀减量多,耐气候性不足。比较例No.47因为Cu超过上限,所以发生高温裂纹。比较例No.48因为铜镀覆量超过上限值,所以熔滴形成时的表面氧化被抑制,因此表面张力高而熔滴脱离性差,飞溅多。比较例No.49因为Cr低于下限,所以腐蚀减量多,耐气候性不足。比较例No.50因为Cr超过上限,所以吸收能量不足。另外在不同材质接头中因强度过剩而发生低温裂纹。比较例No.51因为Al超过上限,所以吸收能量不足,飞溅也多。
比较例No.52因为Ti低于下限,所以结晶粒粗大,吸收能量低。另外电弧稳定性也差,飞溅多。比较例No.53为JIS Z3315YGA-50W,在整个焊丝中不含Ti。因此同样结晶粒粗大,吸收能量低,另外电弧稳定性也差,飞溅多。比较例No.54是CO2用焊丝,Ti超过上限。因此SR处理时有过剩的Ti氧化物析出,因此吸收能量降低。比较例No.55因为Mo超过上限,所以不同材质接头时强度过剩而发生低温裂纹。比较例No.56因为N超过上限,所以气孔发生,为此抗拉强度也低。另外脆化而吸收能量也低。比较例No.57因为O超过上限,所以熔融池中的脱氧被促进,吸收能量降低。No.58因为Ni超过上限,所以飞溅变多,并且熔融池的粘性过剩,从而焊珠呈现为凸状。为此需要对每焊道进行研磨整形。No.59因为B超过上限,所以发生高裂纹。No.60因为K超过上限,所以焊丝表面的润湿性受损,焊丝送进性差,电弧不稳定。
比较例No.61其保护气体是Ar+CO2系,但是Ar比率低于下限,因此熔滴过渡不能维持喷雾状态,飞溅发生量多。另外因为熔融池的过剩氧化,吸所以收能量也低。再有焊珠形状融合性也差而成为焊瘤状。比较例No.62是Ar+CO2系,但是因为Ar比率超过上限,所以成为过剩的喷射电弧状态,因卷入Ar而发生气孔。另外熔融池的粘性过高而焊珠形状变凸。比较例No.63其保持气体为Ar+O2系,但是因为Ar比率低于下限,所以熔滴过渡不能维持喷雾状态,飞溅发生量多。另外因为熔融池的过剩氧化,所以吸收能也低。此外焊珠形状融合性也差,成为焊瘤状。比较例No.64是Ar+O2系,但是因为Ar比率超过上限,所以成为过剩的喷射电弧状态,因卷入Ar而发生气孔。另外熔融池的粘性变得过高而焊珠形状变凸。此外氧源过少,母材侧阴极点不稳定,电弧发生方向振荡,飞溅也大量发生。
比较例No.65是Ar+CO2+O2系,但是因为Ar比率低于下限,所以熔滴过渡不能维持喷雾状态,飞溅发生量多。另外因为熔融池的过剩氧化,吸所以收能也低。再有焊珠形状融合性也差而成为焊瘤状。比较例No.66是Ar+CO2+O2系,但是因为Ar比率超过上限,所以成为过剩的喷射电弧状态,因卷入Ar而发生气孔。另外熔融池的粘性过高而焊珠形状变凸。比较例No.67是CO2用焊丝的一种和CO2气体的组合例。因此飞溅发生量非常多,焊珠形状融合性差而成为焊瘤状。存在吸收能低,不同材质接头时的熔入过剩从而发生低温裂纹、高温裂纹,不同材质接头时的耐气候性低这样很多的缺点。
No.68虽然C、P分别在单独的范围内满足规定,但是因为C×P×104超过本发明的范围,所以发生高温裂纹。No.69是CO2用焊丝,Ti超过上限。因此在SR处理时有过剩的Ti氧化物析出,由此吸收能量降低。No.70保护气体是Ar+CO2系,但是因为Ar比率低于下限,所以熔滴过渡不能维持喷雾状态,飞溅发生量多。另外因为熔融池的过剩氧化,所以吸收能量也低。再有焊珠形状融合性也差而成为焊瘤状。No.71是Ar+CO2系,但是因为Ar比率超过上限,所以成为过剩的喷射电弧状态,因卷入Ar而发生气孔。另外熔融池的粘性过高而焊珠形状变凸。此外氧源过少,母材侧阴极点不稳定,电弧发生方向振荡,飞溅也大量发生。
以上关于本发明的最佳实施方式进行了说明,但本发明并不限定于所述实施方式,在不脱离本发明的范围下能够加以变更。
Claims (4)
1.一种焊接实芯焊丝,其特征在于,所述实芯焊丝由钢合金制的焊丝线材构成,
其含有:C:0.01~0.12质量%、Si:0.20~1.00质量%、Mn:1.00~2.00质量%、P:0.007~0.030质量%、S:0.025质量%以下、Cu:0.30~0.60质量%、Cr:0.50~0.80质量%、Al:0.020质量%以下、Ti:0.05~0.17质量%、Mo:0.10质量%以下、N:0.0090质量%以下、及O:0.0150质量%以下,
在设C含量为C、P含量为P时,由C×P×104计算出的系数为22以下。
2.一种焊接实芯焊丝,其特征在于,所述实芯焊丝在钢合金制的焊丝线材的表面设有Cu镀层,
其含有:C:0.01~0.12质量%、Si:0.20~1.00质量%、Mn:1.00~2.00质量%、P:0.007~0.030质量%、S:0.025质量%以下、Cu:0.30~0.60质量%、Cr:0.50~0.80质量%、Al:0.020质量%以下、Ti:0.05~0.17质量%、Mo:0.10质量%以下、N:0.0090质量%以下、及O:0.0150质量%以下,
所述Cu镀层的Cu含量为0.25质量%以下,
在设C含量为C、P含量为P时,由C×P×104计算出的系数为22以下。
3.根据权利要求1所述的焊接实芯焊丝,其特征在于,还含有Ni:0.05~0.80质量%、B:0.0005~0.0030质量%、K:0.5~20ppm中的至少一种。
4.一种使用权利要求1~3中任一项所述的焊接实芯焊丝进行气体保护电弧焊的方法,其特征在于,
作为保护气体使用Ar:75~95体积%且余量为CO2、Ar:90~98体积%且余量为O2、及Ar:75~95体积%且余量为CO2+O2中的任一种混合气体,对耐气候性钢之间、或者对耐气候性钢和碳钢进行气体保护电弧焊。
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