JP2004136329A - Ferrous filler metal for laser beam welding - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ferrous filler metal for laser beam welding which is used for welding steel members, exhibits excellent welding workability, reduces the variation in characteristics by homogenizing the component compositions of a welded metal, reliably yields welded metal having high toughness, and further gives sound welded metal having little blow hole defects. <P>SOLUTION: The ferrous filler metal is used when the steel members are welded with a laser beam by using a shield gas consisting essentially of nitrogen, and includes an element selected from the group consisting of S, Se and Te by at least 0.03 to 0.6 % (hereafter meaning " mass %" with respect to the total mass of the filler metal) and Si by 1 to 8 %. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒素を主成分とするシールドガスを用いて鋼材同士をレーザ溶接する際に用いる鉄系溶加材に関するものであり、より詳細には、溶接作業性が良好であると共に、高靭性で、且つ、ブローホール欠陥の少ない溶接金属を得ることのできるレーザ溶接用鉄系溶加材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼材同士を溶接接合する方法としては、ガスシールドアーク溶接法やサブマージアーク溶接法といったアーク溶接法や、電子ビームやレーザビーム等を用いた高エネルギー密度ビーム溶接法などが挙げられる。高エネルギー密度ビーム溶接法の中でも、レーザ溶接法は、狭幅で深溶込みの溶接を高速で行なうことができ、また、電子ビーム溶接法の様に溶接雰囲気を真空とする必要もないので、産業機械や建設、造船等の幅広い分野での適用が期待されている。殊に近年では、大型レーザ溶接機の開発により厚鋼板同士の溶接も可能となったため、適用分野は一層拡大していくものと期待される。
【０００３】
レーザ溶接法で鋼材同士を溶接接合する際には、溶融金属部が急冷され易いため溶接金属部は靭性不足になり易い。この理由として、▲１▼溶接対象となる鋼材には、含有量の差はあるもののＣが必須成分として含有まれており、▲２▼レーザ溶接時に形成される溶融金属部の幅が狭いため該溶融金属部は急冷され易く、これら▲１▼と▲２▼の要因が相俟って、溶融金属部が冷却される際にマルテンサイト変態を起こして硬化し、低温割れを発生することが挙げられる。
【０００４】
溶接金属部の靭性を向上させる方法としては、例えば、溶接金属部の組織を制御するため溶接時に供給する溶加材の成分組成を調整することが提案されている（例えば、特許文献１や２参照）。また、特許文献３や４には、溶接金属部の組織を制御するためレーザ溶接の対象となる鋼板の成分組成と焼入れ臨界直径（Ｄｉ値）を制御することが提案されている。
【０００５】
さらに、金属同士をレーザ溶接すると溶接金属部にブローホールと呼ばれる気孔欠陥が発生することがあり、このブローホールは重大な溶接欠陥となることから発生を防止する技術が望まれている。例えば特許文献５では、シールドガスの巻き込みに起因するブローホールの発生を防止するため、レーザビームの波長とシールドガス中の窒素比率を規定している。
【０００６】
ここで、溶加材を供給しつつレーザ溶接する方法は、溶接対象となる金属材料の成分組成や組織等に関係なく適用できるので、その適用範囲は広い。しかし、非特許文献１には、溶接条件によっては溶加材成分が溶融金属内で均一混合され難いことが指摘されており、溶接金属部の成分組成を均一にして特性のバラツキを低減するには更なる検討を要する。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−１２２９５７号公報
【特許文献２】
特開平６−６７０号公報
【特許文献３】
特開平８−２７６２８６号公報
【特許文献４】
特開平１０−９４８９０号公報
【特許文献５】
特開平９−３１４３６８号公報
【非特許文献１】
「全国大会講演概要集」、溶接学会、２００２年、第７０集、ｐ．１８〜１９
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、この様な状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、鋼材同士をレーザ溶接する際に用いる鉄系溶加材であって、溶接作業性が良好であると共に、溶接金属部の成分組成を均一にすることにより特性のバラツキを低減して、高靭性の溶接金属を確実に得、さらにはブローホール欠陥の少ない健全な溶接金属を得ることのできるレーザ溶接用鉄系溶加材を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決することのできた本発明に係るレーザ溶接用鉄系溶加材とは、窒素を主成分とするシールドガスを用いて鋼材同士をレーザ溶接する際に用いる鉄系溶加材であって、Ｓ，ＳｅおよびＴｅよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素：合計で０．０３〜０．６％（溶加材の全質量に対する「質量％」の意味、溶加材については以下同じ）、および、Ｓｉ：１〜８％を含有する点に要旨を有する。
【００１０】
本発明のレーザ溶接用鉄系溶加材としては、
▲１▼軟鋼製シース内へ金属粉を充填してなるコアドワイヤであり、前記金属粉が、コアドワイヤの全質量に対して、Ｃ：０．３〜１．２％（「質量％」の意味、以下同じ）、および、Ｍｎ：１５〜３０％を含有するか、
▲２▼ステンレス鋼製シース内へ金属粉を充填してなるコアドワイヤであり、前記金属粉が、コアドワイヤの全質量に対して、Ｃ：０．３〜１．２％（「質量％」の意味、以下同じ）、および、Ｍｎ：５〜３０％を含有するか、
▲３▼ソリッドワイヤであり、ソリッドワイヤの全質量に対して、Ｃ：０．１０〜１．２％（「質量％」の意味、以下同じ）、Ｍｎ：５〜４０％、Ｎｉ：５〜１５％、および、Ｃｒ：２０％以下（０％を含む）を含有する、
ものであることが好ましい。
【００１１】
なお、前記ステンレス鋼製シースとしては、オーステナイト系ステンレス鋼を用いることが推奨される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、上記課題を解決すべく、様々な角度から検討してきた。その結果、鋼材同士をレーザ溶接する際に窒素を主成分とするシールドガスを用いると共に、レーザ溶接時に用いる鉄系溶加材の成分組成を厳密に規定すれば、上記課題が見事に解決されることを見出し、本発明を完成した。以下、本発明の構成および作用効果について説明する。
【００１３】
一般にレーザ溶接では、シールドガスとしてヘリウム（Ｈｅ）やアルゴン（Ａｒ）といった不活性ガスを使用することで、大気中に含まれる酸素と溶融金属の反応を防止している。しかし、これらの不活性シールドガスが溶融金属内に巻き込まれると、レーザ溶接では溶融金属の冷却速度が非常に大きいため、溶融金属がシールドガスを巻き込んだまま凝固し、ブローホール発生の原因となる。
【００１４】
そこで、後述する本発明のレーザ溶接用鉄系溶加材を用いて鋼材同士をレーザ溶接するに当たっては、窒素を主成分とするシールドガスを使用する必要がある。窒素を主成分とするシールドガスを使用すれば、該シールドガスが溶融金属内に巻き込まれたとしても、シールドガス中の窒素分が溶融金属内へ溶解するので、ブローホール欠陥を発生し難くなるからである。
【００１５】
すなわち、例えばアーク溶接では、窒素を主成分とするシールドガスは、窒素がブローホールの原因となるので、殆ど用いられていなかったが、本発明者らがレーザ溶接する際に用いるシールドガスについて検討したところ、レーザ溶接するに当たっては、窒素を主成分とするシールドガスを使用すれば、ブローホールが却って抑制されるという新しい知見を得たのである。
【００１６】
なお、「窒素を主成分とするシールドガス」とは、シールドガス中の窒素含量が５０体積％以上のガスを指し、例えば、１００％の窒素、或いは、圧縮空気によるシールドガスなどが非限定的に例示される。
【００１７】
本発明の溶加材は、鉄系の溶加材であり、Ｓ，ＳｅおよびＴｅよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素とＳｉを含有することが重要である。
【００１８】
すなわち、Ｓ，ＳｅおよびＴｅよりなる群から選出される元素は、溶融金属中に溶解して溶融金属の表面張力を著しく低下させることが知られており、溶融金属の表面張力を低下させることで、溶融金属を溶融池の底方向へ流す駆動力を生じさせる。この駆動力に起因して溶融金属の対流が生じ、該溶加材成分は溶融金属内に均一分散される。また、レーザ溶接時には、溶加材と共に母材（鋼材）の一部も溶融するが、上述した様に、溶融した溶加材成分による表面張力低減作用によって溶加材成分と母材成分の混合も加速され、溶接金属の成分組成は均一になる。
【００１９】
なお、Ｓ，ＳｅおよびＴｅよりなる群に属する同族元素としては、酸素（Ｏ）があり、酸素も溶融金属の表面張力を低下させる作用を有する。ところが、溶融金属の表面張力を低下させる効果は、ＳやＳｅ，Ｔｅに較べて小さく、酸素のみでは溶加材成分を溶融金属内へ均一混合させる程度の駆動力は生じない。しかも、溶融金属内へ溶解させる酸素量を多くしすぎると、ブローホールの発生といった新たな問題が生じる。従って、酸素を溶融金属内へ溶解させて溶融金属の表面張力を低下させ、溶接金属の成分組成を均一にするには、Ｓ，ＳｅおよびＴｅよりなる群から選ばれる元素と併用するのが望ましい。酸素を溶融金属内へ含有させる方法としては、例えば、シールドガス中に酸素源（例えば、酸素ガスやＣＯ_２ガス等）を添加する方法や、フラックスコアドワイヤ内に酸化物をフラックスとして充填する方法などが挙げられる。
【００２０】
また、Ｓｉは、溶融金属の流動性を高める元素であり、溶融金属の流動性が高くなると溶融した溶加材成分が溶融金属内に均一混合され易くなるので、本発明の溶加材では必須元素である。
【００２１】
この様な観点から、本発明のレーザ溶接用鉄系溶加材は、Ｓ，ＳｅおよびＴｅよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素：合計で０．０３〜０．６％、および、Ｓｉ：１〜８％を含有する必要がある。このように数値範囲を限定した理由を次に示す。
【００２２】
Ｓ，ＳｅおよびＴｅよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素：合計で ０．０３ 〜 ０．６ ％
Ｓ，ＳｅおよびＴｅは、溶融金属の表面張力を低下させる元素であり、溶融金属にこれらのうち１種以上の元素を含有させることで、溶加材成分を溶接金属内へ均一に混合させることができる。但し、溶加材成分を均一混合させるための駆動力を得るには、当該元素が溶融金属へ移行しなければならないが、これらの元素は何れも酸化され易く、シールドガス中に含まれる酸素や、溶接時に巻き込まれる大気中の酸素と反応して容易に消費されるため、溶接金属中への歩留まりが悪い。従って、溶接金属への歩留まりを考慮すると、０．０３％以上、好ましくは０．０５％以上含有させる必要がある。一方、これらの元素の蒸気圧は何れも比較的高いので、含量が多くなると蒸発量が増大してスパッタ等を多発し、溶接作業性を著しく劣化させる。従って、含量は０．６％以下、好ましくは０．５％以下に抑制する必要がある。
【００２３】
なお、溶融金属の表面張力低減効果は、ＳよりもＳｅやＴｅの方が大きいが、ＳｅやＴｅはＳより酸化され易いばかりでなく蒸気圧も高いため、溶接金属への歩留まりが極めて悪い。そのため溶接金属へ含有させるＳｅやＴｅは、Ｓよりも少量でその添加効果を発揮するが、ＳｅやＴｅの歩留まり率を考慮すると溶加材への含有量はＳと同程度にする必要がある。
【００２４】
また、Ｓ，ＳｅおよびＴｅよりなる群から選ばれる元素は、それぞれ単独で溶加材へ含有させることにより所期の効果を発揮させることができるが、これらの元素群より任意に選ばれる２種以上を溶加材へ複合添加すると、溶融金属の表面張力低減効果はさらに大きくなる。
【００２５】
Ｓｉ： １ 〜 ８ ％
Ｓｉは、鉄系溶融金属の粘性を低下させて流動性を高める元素であり、溶融した溶加材成分が溶融金属内へ均一混合するのを促進する。またＳｉは、強力な脱酸効果を有する元素であり、気泡の発生を防止したり、溶接金属の酸化を抑えて強度低下を防止する。この様な添加効果を得るには、溶加材の全質量に対して１％以上、好ましくは１．１％以上含有させる必要がある。含有量が１％未満では、溶融金属の粘性が充分に低下せず、溶融した溶加材成分が溶融金属内へ充分に混合しないからである。一方、Ｓｉ含量が８％を超えると、溶接金属の靭性が劣化して溶接金属に割れが発生し易くなる。従って、Ｓｉ含量は８％以下、好ましくは７％以下に抑制すべきである。
【００２６】
本発明におけるレーザ溶接用鉄系溶加材の形態は特に限定されず、例えば、コアドワイヤやソリッドワイヤの形態を採用すれば良い。以下、本発明におけるレーザ溶接用鉄系溶加材の具体的な形態について説明する。
【００２７】
本発明におけるレーザ溶接用鉄系溶加材の具体的な形態の一例として、軟鋼製シース内へ金属粉を充填してなるコアドワイヤが挙げられる。
【００２８】
レーザ溶接用鉄系溶加材が、軟鋼製シース内へ金属粉を充填してなるコアドワイヤである場合は、前記金属粉が、コアドワイヤの全質量に対して、Ｃ：０．３〜１．２％およびＭｎ：１５〜３０％を含むものが好ましい。金属粉の成分組成をこの様な範囲に定めた理由は、次に示す通りである。
【００２９】
Ｃ： ０．３ 〜 １．２ ％
Ｃは、オーステナイト形成元素であり、溶接金属のオーステナイト化に寄与する元素である。こうしたＣの添加効果を有効に発揮させるには、軟鋼製シース内へ充填される金属粉が、コアドワイヤの全質量に対して、０．３％以上含有することが好ましく、より好ましくは０．４％以上含有することが推奨される。一方、前記金属粉が含有するＣ量の上限は特に限定されないが、金属粉がコアドワイヤの全質量に対して１．２％超のＣを含有しても添加効果は飽和するので、好ましい上限は１．２％、より好ましい上限は１．１％である。
【００３０】
但し、金属粉に含有させるＣ量は、溶接対象となる鋼材（母材）に含まれるＣ量も考慮して定めるのが好ましく、例えば、鋼材中に含まれるＣ量が比較的多い場合は（例えば、Ｃ量が鋼材の全質量に対して０．５〜０．７％程度）、金属粉へコアドワイヤの全質量に対して０．３％程度のＣを含有させることにより溶接金属のオーステナイト化を達成できる。これに対し、鋼材中に含まれるＣ量が比較的少ない場合は（例えば、Ｃ量が鋼材の全質量に対して０．００２〜０．０３％程度）、溶接金属のオーステナイト化を達成するには、金属粉へコアドワイヤの全質量に対して１．２％程度のＣを含有させるのがよい。
【００３１】
Ｍｎ： １５ 〜 ３０ ％
Ｍｎもオーステナイト形成元素であり、金属粉に適量のＭｎを含有させることで溶接金属の組織はオーステナイト単相組織またはオーステナイトとマルテンサイトの混合組織となり、マルテンサイト変態が抑制されて、低温割れの発生を防止できる。またＭｎは、Ｓと反応してＭｎＳを形成することで、溶接金属の高温割れを抑制する作用も有している。さらにＭｎは、溶融金属内への窒素の溶解度を高めると共に脱酸剤としても作用し、ブローホールの抑制にも寄与する。これらの効果を有効に発揮させるには、金属粉がコアドワイヤの全質量に対して１５％以上含有することが好ましい。Ｍｎ量が１５％未満では、溶接金属に歩留まるＭｎ量が蒸発等の影響により不足する場合があるからである。特に、溶融金属内への窒素の溶解度を高めてブローホールの発生を抑制するには、金属粉へコアドワイヤの全質量に対して２０％以上含有させるのがより好ましい。一方、金属粉へＭｎを多く含有させてもその添加効果は飽和するので、軟鋼製シースに含まれているＭｎ量を考慮すると、金属粉に含有させるＭｎはコアドワイヤの全質量に対して３０％以下とするのが好ましく、より好ましくは２８％以下である。
【００３２】
なお、前記金属粉は上記化学成分を含有するものであり、残部は基本的に鉄および不可避不純物からなるが、本発明の効果を損なわない範囲で他の元素を含有させても良い。
【００３３】
軟鋼製シース
軟鋼製シースとしては、その成分組成は特に限定されず、公知のものを用いれば良い。また、軟鋼製シースと金属粉の割合や、軟鋼製シース内への金属粉の充填率は特に限定されない。
【００３４】
本発明におけるレーザ溶接用鉄系溶加材の具体的な形態の他の例として、ステンレス鋼製シース内へ金属粉を充填してなるコアドワイヤが挙げられる。
【００３５】
レーザ溶接用鉄系溶加材が、ステンレス鋼製シース内へ金属粉を充填してなるコアドワイヤである場合は、前記金属粉が、コアドワイヤの全質量に対して、Ｃ：０．３〜１．２％およびＭｎ：５〜３０％を含むものが好ましい。金属粉の成分組成をこの様な範囲に定めた理由は、次に示す通りである。
【００３６】
ステンレス鋼製シース
鋼材同士をレーザ溶接するときに鉄系溶加材を用いる場合、溶込み深さを確保するには、溶加材の供給量が制限される。このため上述したＣ−高Ｍｎ系溶加材（軟鋼製シース内へ金属粉を充填してなるコアドワイヤ）では、溶接金属の組織を完全にオーステナイト化するのが難しいときがあり、溶接金属中にマルテンサイトが生成しやすくなるため靭性不足になり易い。そこで、本発明者らは、鋼材同士をレーザ溶接する際に用いる溶加材であって、Ｃと高Ｍｎを含有すると共に、溶加材の供給量が少なくても靭性に優れる溶接金属を提供できる溶加材について検討した。その結果、前記軟鋼製シースの代わりにステンレス鋼製シースを使用すれば、溶加材の供給量が少なくても靭性に優れた溶接金属が得られることを知った。ステンレス鋼製シースの種類は特に限定されず、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼製シースやマルテンサイト系ステンレス鋼製シース、フェライト系ステンレス鋼製シース等が挙げられる。そして、更に検討を重ねた結果、ステンレス鋼製シースの中でも、オーステナイト系ステンレス鋼製シースが特に好ましいことを確認した。
【００３７】
すなわち、一般にオーステナイト系ステンレス鋼は、Ｃｒと共に７％程度以上のＮｉを含有しているので、オーステナイト系ステンレス鋼を溶加材のシースとして用いると、このシースから溶接金属へＮｉを添加することができ、溶接金属のオーステナイト化が一層促進される。従って、溶加材の供給量が少なくても溶接金属をオーステナイト化でき、溶接金属の靭性を高めることができるのである。また、オーステナイト系ステンレス鋼は、Ｎｉの他にＣｒも含有しているので、溶融鉄への窒素の溶解度を高めることができ、そのためブローホールの発生も抑制できる。
【００３８】
なお、ステンレス鋼製シースとしては、その成分組成は特に限定されず、公知のものを用いれば良い。また、ステンレス鋼製シースと金属粉の割合や、ステンレス鋼製シース内への金属粉の充填率は特に限定されない。
【００３９】
Ｃ： ０．３ 〜 １．２ ％
Ｃは、オーステナイト形成元素であり、溶接金属のオーステナイト化に寄与する元素である。こうしたＣの添加効果を有効に発揮させるには、ステンレス鋼製シース内へ充填される金属粉が、コアドワイヤの全質量に対して、０．３％以上含有することが好ましく、より好ましくは０．４％以上含有することが推奨される。一方、前記金属粉が含有するＣ量の上限は特に限定されないが、金属粉がコアドワイヤの全質量に対して１．２％超のＣを含有しても添加効果は飽和するので、好ましい上限は１．２％、より好ましい上限は１．１％である。
【００４０】
なお、金属粉に含有させるＣ量は、上述した様に、溶接対象となる鋼材（母材）に含まれるＣ量も考慮して定めるのが好ましい。
【００４１】
Ｍｎ： ５ 〜 ３０ ％
Ｍｎもオーステナイト形成元素であり、金属粉に適量のＭｎを含有させることで溶接金属の組織はオーステナイト単相組織またはオーステナイトとマルテンサイトの混合組織となり、マルテンサイト変態が抑制されて、低温割れの発生を防止できる。またＭｎは、Ｓと反応してＭｎＳを形成することで、溶接金属の高温割れを抑制する作用も有している。さらにＭｎは、溶融金属内への窒素の溶解度を高めると共に脱酸剤としても作用し、ブローホールの抑制にも寄与する。これらの効果を有効に発揮させるには、金属粉がコアドワイヤの全質量に対して５％以上含有することが好ましい。すなわち、シース材としてステンレス鋼を用いた場合であって、特にオーステナイト系ステンレス鋼を用いたときは、該オーステナイト系ステンレス鋼に７％程度以上のＮｉが含まれているので、溶接金属のオーステナイト化が促進される。従って、金属粉が含有するＭｎ量は、シース材として軟鋼を用いるときよりも少なくできる。但し、Ｍｎ量が５％未満では、溶接金属に歩留まるＭｎ量が蒸発等の影響により不足する場合があるからである。特に、溶融金属内への窒素の溶解度を高めてブローホールの発生を抑制するには、金属粉へコアドワイヤの全質量に対して１５％以上含有させるのがより好ましい。一方、金属粉へＭｎを多く含有させてもその添加効果は飽和するので、ステンレス鋼製シースに含まれているＭｎ量を考慮すると、金属粉に含有させるＭｎはコアドワイヤの全質量に対して３０％以下とするのが好ましく、より好ましくは２８％以下である。
【００４２】
なお、前記金属粉は上記化学成分を含有するものであり、残部は基本的に鉄および不可避不純物からなるが、本発明の効果を損なわない範囲で他の元素を含有させても良い。
【００４３】
本発明のコアドワイヤにおいては、上記Ｓ，ＳｅおよびＴｅよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素やＳｉを含有させる部位は特に限定されず、シースおよび／またはシース内へ充填する金属粉に含有させれば良い。
【００４４】
ところで、上記では、レーザ溶接用鉄系溶加材がコアドワイヤの場合について説明したが、コアドワイヤは、ワイヤ供給時におけるワイヤの指向性に若干の問題が生じることがある。すなわち、レーザ溶接時に溶加材としてコアドワイヤを用いると、コアドワイヤはワイヤに残留する応力が原因となって曲がりやすいので、当該ビームからワイヤが脱離しやすく、特にレーザが低出力のときにこの脱離は顕著となる。また、コアドワイヤには、シースに合わせ目（継ぎ目）があるので、この合わせ目から若干の空気がシース内へ入り、シース内の金属粉が吸湿して酸化され、ブローホールの原因になる。さらに、ワイヤの安定供給を目指すと、ワイヤ径は小さい方が好ましいが、コアドワイヤではシース内に金属粉を充填する必要があるので、ワイヤ径には限界がある。
【００４５】
この様な若干の問題を解決するには、レーザ溶接用鉄系溶加材をソリッドワイヤとするのがよい。すなわち、レーザ溶接時のレーザが低出力ビームであっても、ソリッドワイヤであればビームの狙い位置にワイヤを安定して供給することが可能となり、当該ビームからワイヤが脱離し難くなるからである。また、ソリッドワイヤには、シースの合わせ目（継ぎ目）が無いので金属粉の吸湿といった不具合も生じない。さらに、金属粉を用いていないので、ワイヤ径も小さくできる。
【００４６】
本発明におけるレーザ溶接用鉄系溶加材が、ソリッドワイヤの場合は、ソリッドワイヤの全質量に対して、Ｃ：０．１０〜１．２％、Ｍｎ：５〜４０％、Ｎｉ：５〜１５％、Ｃｒ：２０％以下（０％を含む）を含有するものが好ましい。ソリッドワイヤの成分組成をこの様な範囲に定めた理由は、下記の通りである。
【００４７】
Ｃ： ０．１０ 〜 １．２ ％
Ｃは、オーステナイト形成元素であり、溶接金属のオーステナイト化に寄与する元素である。こうしたＣの添加効果を有効に発揮させるには、ソリッドワイヤの全質量に対して、０．１０％以上含有することが好ましく、より好ましくは０．２％以上含有することが推奨される。一方、Ｃ量の上限は特に限定されないが、ソリッドワイヤの全質量に対して１．２％超のＣを含有しても添加効果は飽和するので、好ましい上限は１．２％、より好ましい上限は１．１％である。
【００４８】
但し、ソリッドワイヤに含有させるＣ量は、上述した様に、溶接対象となる鋼材（母材）に含まれるＣ量も考慮して定めるのが好ましい。
【００４９】
Ｍｎ： ５ 〜 ４０ ％
Ｍｎもオーステナイト形成元素であり、ソリッドワイヤに適量のＭｎを含有させることで溶接金属の組織はオーステナイト単相組織またはオーステナイトとマルテンサイトの混合組織となり、マルテンサイト変態が抑制されて、低温割れの発生を防止できる。またＭｎは、Ｓと反応してＭｎＳを形成することで、溶接金属の高温割れを抑制する作用も有している。さらにＭｎは、溶融金属内への窒素の溶解度を高めると共に脱酸剤としても作用し、ブローホールの抑制にも寄与する。これらの効果を有効に発揮させるには、ソリッドワイヤの全質量に対して５％以上含有することが好ましい。Ｍｎ量が５％未満では、溶接金属に歩留まるＭｎ量が蒸発等の影響により不足する場合があるからである。特に、溶融金属内への窒素の溶解度を高めてブローホールの発生を抑制するには、ソリッドワイヤの全質量に対して１０％以上含有させるのがより好ましい。一方、Ｍｎの添加効果は約４０％で飽和すると共に、Ｍｎ量がそれ以上になると伸線性が劣化して、ソリッドワイヤ自体の製造が困難になるので、含量は４０％以下とするのが好ましく、より好ましくは３５％以下に抑えれば良い。
【００５０】
Ｎｉ： ５ 〜 １５ ％
Ｎｉは、溶接金属のオーステナイト化を促進すると共に、溶接金属の靭性を高める元素である。従って、Ｎｉを含有させることにより溶接金属の低温割れ防止効果がより高まる。その効果を発揮させるには、溶接金属内への歩留まりを考慮すると、ソリッドワイヤの全質量に対して５％以上含有させることが好ましく、より好ましくは６％以上含有させるのが推奨される。しかし、１５％を超えて含有させてもその添加効果は飽和すると共に、経済的に無駄となるので、好ましくは１５％以下、より好ましくは１４％以下に抑えるのが望ましい。
【００５１】
Ｃｒ： ２０ ％以下（ ０ ％を含む）
Ｃｒは、溶接金属の耐食性を高めると共に、溶融鉄中への窒素の溶解度を高める元素である。溶融金属内へＣｒを溶解させると、窒素吸収作用によってブローホールの発生を防止できる。しかし、Ｃｒはフェライト形成元素であるため溶接金属のオーステナイト化を阻害し、溶接金属の靭性を劣化させる。従って、Ｃｒ含量は２０％以下に抑えるのが好ましく、より好ましくは１８％以下に抑えるのが推奨される。なお、Ｃｒを含有させるときの下限値は特に限定されないが、溶融鉄中への窒素の溶解度向上作用によりブローホールの発生を防止するには、５％以上含有させることが望まれる。
【００５２】
なお、前記ソリッドワイヤは上記化学成分を含有するものであり、残部は基本的に鉄および不可避不純物からなるが、本発明の効果を損なわない範囲で他の元素を含有させても良い。
【００５３】
本発明で溶接の対象となる鋼材は、特に限定されるものでなく、機械構造用炭素鋼や合金鋼材（例えば、Ｎｉ−Ｃｒ鋼、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ鋼、Ｃｒ鋼、Ｃｒ−Ｍｏ鋼、Ｍｎ鋼、Ｍｎ−Ｃｒ鋼など）を用いたり、圧延鋼材として、一般構造用圧延鋼材や、溶接構造用圧延鋼材、建築構造用圧延鋼材などを用いることができる。
【００５４】
また、溶接方法としては、熱源としてレーザを用いるものであれば特に限定されず、例えば、汎用されているＣＯ_２レーザ、ＹＡＧレーザ、半導体レーザ等を熱源として用いるレーザ溶接法を採用できる。
【００５５】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更して実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００５６】
実施例１
鋼材（鋼種：ＪＩＳ規格　ＳＭ４９０）同士を、鉄系溶加材を用いてレーザ溶接した。鋼材の大きさは、Ｗ：１００ｍｍ×Ｌ：３００ｍｍ×Ｔ：１２ｍｍである。
【００５７】
レーザ溶接に用いた鉄系溶加材は、軟鋼製シース内に金属粉を充填してなるコアドワイヤであり、その成分組成を表１に示す。但し、表１に示したＣおよびＭｎ量は、軟鋼製シースへ充填した金属粉が含有する量であり、その他の元素は軟鋼製シースおよび該軟鋼製シースへ充填した金属粉が含有する合計量であり、何れもコアドワイヤの全質量に対する割合である。なお、ワイヤ径はφ１．２ｍｍである。
【００５８】
【表１】

【００５９】
レーザ溶接は突き合わせ溶接とし、溶接条件は次の通りとした。なお、レーザ溶接時に用いたシールドガスの種類は表２に示した。
【００６０】
＜レーザ溶接条件＞
・レーザの種類：ＣＯ_２
・溶接速度：１．５ｍ／ｍｉｎ
・出力：８ｋＷ
・シールドガス流量：２０Ｌ／ｍｉｎ
・溶接材料供給速度：１〜４ｍ／ｍｉｎ
【００６１】
レーザ溶接時の様子を図１に示す。図中、１は母材（鋼材）、２は溶接材料、３はレーザ取出ノズル、４はレーザビーム、５は溶接ビード、６は溶加材供給トーチを夫々示しており、母材は図中に示した矢印７の方向へ移動している。すなわち、母材の移動速度が上記溶接速度となる。
【００６２】
レーザ溶接時における溶接作業性を評価すると共に、得られた溶接金属内に生じた低温割れの有無およびブローホール数を測定した。
【００６３】
溶接作業性は、目視にてスパッタ、ヒュームの発生程度を観察して評価した。評価結果を表２に示す。表中、○は溶接作業性良好、×は溶接作業性不良、である。
【００６４】
溶接金属内に生じた低温割れの有無およびブローホール数は、溶接金属部のＸ線検査、断面検査および浸透探傷検査で確認した。溶接金属内に生じた低温割れの有無を観察した結果を表２に示す。表中、○は低温割れが無い場合、×は低温割れが有る場合、を夫々示している。
【００６５】
溶接金属内に生じたブローホール数は、ビード３０ｍｍ長さあたりのブローホール数（個／３０ｍｍ）を算出し、ブローホール数が２４個以下の場合を合格、２５個以上の場合を不合格とした。評価結果を表２に示す。なお、ブローホール数は、下記に示す様にランク分けして評価している。
【００６６】
＜ランク分け＞
◎◎：ブローホール数が０個（合格）
◎　：ブローホール数が１〜５個（合格）
○○：ブローホール数が６〜１０個（合格）
○　：ブローホール数が１１〜２４個（合格）
×　：ブローホール数が２５個以上（不合格）
【００６７】
溶接金属内に低温割れが認められず、ブローホール数が２４個以下（合格）の試験片については、さらに溶接金属断面の硬度を測定し、特性のバラツキを調べた。特性のバラツキとは、溶接金属の中央部を０．５ｍｍ間隔でビッカース硬度を測定（荷重２００ｇ）し、硬度の最大値と最小値の差が３００以下のものをバラツキ無し（○）、３００超のものをバラツキ有り（×）とした。評価結果を表２に示す。
【００６８】
【表２】

【００６９】
表２から次の様に考察できる。
【００７０】
Ｎｏ．１〜３は、本発明の要件を満足する例であり、溶接作業性が良好であると共に、溶接金属に低温割れは観察されなかった。また、レーザ溶接時にシールドガスとして窒素を主成分とするガスを用いているので、ブローホールの発生数も少ない。さらに、溶接金属断面における硬度バラツキが少ない。特に、溶加材へ含有させるＭｎ量を２０％以上とした場合は、ブローホール抑制効果が大きいことがわかる。
【００７１】
Ｎｏ．４〜１２は、本発明で規定する何れかの要件を満足しない例であり、溶接作業性不良、低温割れ発生、ブローホール発生、特性のバラツキ発生のうち少なくとも一つが認められる。
【００７２】
すなわち、Ｎｏ．４と５は、溶加材に含有させるＣ量またはＭｎ量が本発明で規定する範囲から逸脱し、少ない場合の例であり、溶接金属の靭性が低下して低温割れが発生している。
【００７３】
Ｎｏ．６と７は、溶加材に含有させるＳｉ量が本発明で規定する範囲から外れる例である。Ｎｏ．６は、Ｓｉ含量が少なく、溶加材成分が溶接金属内に均一に混合しないので、溶接金属の特性にバラツキを生じている。Ｎｏ．７は、Ｓｉ含量が多く、溶接金属の靭性が低下して低温割れが発生した。
【００７４】
Ｎｏ．８と９は、溶加材として含有するＳ，ＳｅおよびＴｅよりなる群から選ばれる元素の含量が、本発明で規定する範囲から外れる例である。Ｎｏ．８は、前記含量が少ないので、溶融金属へ溶加材成分が均一混合せず、溶接金属の特性にバラツキが生じた。Ｎｏ．９は、前記含量が多いので、溶接作業性が悪かった。
【００７５】
Ｎｏ．１０は、シールドガスの影響を示す例であり、溶加材の成分組成は本発明の要件を満足しているが、シールドガスとしてＡｒを用いているので、ブローホールが多量に発生している。
【００７６】
Ｎｏ．１１〜１２は、溶加材を用いずレーザ溶接した例であり、低温割れが発生している。特にＮｏ．１２は、シールドガスとしてＡｒを用いているので、ブローホールが多量に発生している。
【００７７】
実施例２
成分組成の異なる鋼材（ＳＭ４９０とＳ４５Ｃ）同士を、鉄系溶加材を用いてレーザ溶接した。ＳＭ４９０とＳ４５Ｃの大きさは、Ｗ：１００ｍｍ×Ｌ：５００ｍｍ×Ｔ：２０ｍｍである。
【００７８】
レーザ溶接に用いた鉄系溶加材は、オーステナイト系ステンレス鋼（ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４）製シース内に金属粉を充填してなるコアドワイヤであり、その成分組成を表３に示す。表３に示したＣおよびＭｎ量は、オーステナイト系ステンレス鋼製シースへ充填した金属粉が含有する量であり、その他の元素はオーステナイト系ステンレス鋼製シースおよび該オーステナイト系ステンレス鋼製シースへ充填した金属粉が含有する合計量であり、何れもコアドワイヤの全質量に対する割合である。なお、ワイヤ径はφ１．２ｍｍである。
【００７９】
【表３】

【００８０】
レーザ溶接は突き合わせ溶接とし、溶接条件は次の通りとした。なお、レーザ溶接時に用いたシールドガスの種類は表４に示した。また、レーザ溶接時の様子は前記図１と同じである。
【００８１】
＜レーザ溶接条件＞
・レーザの種類：ＹＡＧ
・溶接速度：１ｍ／ｍｉｎ
・出力：４ｋＷ
・シールドガス流量：２０Ｌ／ｍｉｎ
・溶接材料供給速度：１〜４ｍ／ｍｉｎ
【００８２】
前記実施例１と同様に、溶接作業性、溶接金属内に生じた低温割れの有無、溶接金属内に生じたブローホール数、特性のバラツキについて測定し、測定結果を表４に示す。
【００８３】
【表４】

【００８４】
表４から次の様に考察できる。
【００８５】
実施例２では、シールドガスとして不活性ガスを含まない窒素を主成分とするガスをレーザ溶接時に用いているので、ブローホールの発生を抑制できている。
【００８６】
Ｎｏ．１３〜１７は、本発明の要件を満足する例であり、溶接作業性が良好であると共に、溶接金属に低温割れは観察されなかった。また、溶接金属断面における硬度バラツキが少ない。なお、Ｎｏ．１７は、シース材としてＮｉを含まない１３Ｃｒ鋼を用い、金属粉としてＮｉを含有させたが、溶加材の全質量に対してＮｉ量を適切に調整してやれば、シース材としてＮｉを含有させる場合（Ｎｏ．１３〜１６）と同等の効果が得られることが分かった。また、溶加材へ含有させるＭｎ量を１５％以上とした場合は、ブローホール抑制効果が大きいことがわかる。
【００８７】
Ｎｏ．１８〜２２は、本発明で規定する何れかの要件を満足しない例であり、溶接作業性不良、低温割れ発生、特性のバラツキ発生のうち少なくとも一つが認められる。
【００８８】
すなわち、Ｎｏ．１８は、溶加材に含有させるＣ量とＳｉ量が本発明で規定する範囲から外れる例であり、Ｃ含量が本発明で規定する範囲より少なく、さらにはＳｉ量が本発明で規定する範囲より多いため溶接金属の靭性が低下して低温割れが発生している。
【００８９】
Ｎｏ．１９は、溶加材として含有するＳｉ量が少なく、溶加材成分が溶接金属内に均一に混合しないので、溶接金属の特性にバラツキを生じている。
【００９０】
Ｎｏ．２０は、溶加材として含有させるＭｎ量が本発明で規定する範囲から外れる例であり、Ｍｎ含量が本発明で規定する範囲より少ないため溶接金属の靭性が低下して低温割れが発生している。
【００９１】
Ｎｏ．２１〜２２は、溶加材に含有させるＳ，ＳｅおよびＴｅよりなる群から選ばれる元素の含量が、本発明で規定する範囲から外れる例である。Ｎｏ．２１は、前記含量が多いので、溶接作業性が悪かった。Ｎｏ．２２は、前記含量が少ないので、溶融金属へ溶加材成分が均一混合せず、溶接金属の特性にバラツキが生じた。
【００９２】
実施例３
鋼材（ＳＳ４００）同士を、鉄系溶加材を用いてレーザ溶接した。鋼材の大きさは、Ｗ：１００ｍｍ×Ｌ：５００ｍｍ×Ｔ：９ｍｍである。
【００９３】
レーザ溶接に用いた鉄系溶加材は、ソリッドワイヤであり、その成分組成を表５に示す。なお、ワイヤ径はφ１ｍｍである。
【００９４】
【表５】

【００９５】
レーザ溶接は突き合わせ溶接とし、溶接条件は次の通りとした。シールドガスとしては、不活性ガスを含まない窒素ガスを用いた。また、レーザ溶接時の様子は前記図１と同じである。
【００９６】
＜レーザ溶接条件＞
・レーザの種類：ＹＡＧ
・溶接速度：２ｍ／ｍｉｎ
・出力：４．５ｋＷ
・シールドガス流量：２０Ｌ／ｍｉｎ
・溶接材料供給速度：１〜４ｍ／ｍｉｎ
【００９７】
前記実施例１と同様に、溶接作業性、溶接金属内に生じた低温割れの有無、溶接金属内に生じたブローホール数、特性のバラツキについて測定し、評価結果を表６に示す。
【００９８】
【表６】

【００９９】
表６から次の様に考察できる。
【０１００】
実施例３では、シールドガスとして不活性ガスを含まない窒素ガスをレーザ溶接時に用いているので、ブローホールの発生を抑制できている。
【０１０１】
Ｎｏ．２３〜２７は、本発明の要件を満足する例であり、溶接作業性が良好であると共に、溶接金属に低温割れは観察されなかった。また、溶接金属断面における硬度バラツキが少ない。特に、溶加材へ含有させるＭｎ量を１０％以上、Ｃｒ量を５％以上とした場合は、ブローホール抑制効果が大きいことがわかる。
【０１０２】
Ｎｏ．２８〜３３は、本発明で規定する何れかの要件を満足しない例であり、溶接作業性不良、低温割れ発生、特性のバラツキ発生のうち少なくとも一つが認められる。
【０１０３】
すなわち、Ｎｏ．２８は、溶加材として含有するＣ，Ｍｎ，Ｓｉ量が本発明で規定する範囲から外れる例であり、Ｃ，Ｍｎ含量が前記範囲より少ないため溶接金属部の靭性が低下して低温割れが発生している。なお、溶接金属部の断面における硬度を測定し、特性のバラツキを調べたところ、Ｓｉ含量が少ないため硬度バラツキが大きかった。
【０１０４】
Ｎｏ．２９は、溶加材として含有するＳｉ量が本発明で規定する範囲から外れる例であり、Ｓｉ含量が多いため溶接金属部の靭性が低下して低温割れが発生した。
【０１０５】
Ｎｏ．３０は、溶加材として含有するＣｒ量が本発明で規定する範囲から外れる例であり、Ｃｒ量が多いため溶接金属部を充分にオーステナイト化できず、溶接金属部の靭性が低下して低温割れが発生した。
【０１０６】
Ｎｏ．３１は、溶加材として含有するＮｉ量が本発明で規定する範囲から外れる例であり、Ｎｉ量が少ないため溶接金属部をオーステナイト化できず、溶接金属部の靭性が低下して低温割れが発生した。
【０１０７】
Ｎｏ．３２〜３３は、溶加材として含有するＳ，ＳｅおよびＴｅよりなる群から選ばれる元素の含量が、本発明で規定する範囲から外れる例である。Ｎｏ．３２は、前記含量が多いので、溶接作業性が悪かった。Ｎｏ．３３は、前記含量が少ないので、溶融金属へ溶加材成分が均一混合せず、溶接金属の特性にバラツキが生じた。
【０１０８】
【発明の効果】
本発明によれば、鋼材同士をレーザ溶接する際に用いる鉄系溶加材であって、溶接作業性が良好であると共に、溶接金属部の成分組成を均一にすることにより特性のバラツキを低減して、高靭性の溶接金属を確実に得、さらにはブローホール欠陥の少ない健全な溶接金属を得ることのできるレーザ溶接用鉄系溶加材を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーザ溶接時の様子を示す模式図である。
【符号の説明】
１　母材（鋼材）
２　溶接材料
３　レーザ取出ノズル
４　レーザビーム
５　溶接ビード
６　溶加材供給トーチ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an iron-based filler material used when laser welding steel materials using a shielding gas containing nitrogen as a main component. More specifically, the present invention has good welding workability and high toughness. Further, the present invention relates to an iron-based filler metal for laser welding that can obtain a weld metal with few blowhole defects.
[0002]
[Prior art]
Examples of methods for welding and joining steel materials include arc welding methods such as a gas shielded arc welding method and a submerged arc welding method, and a high energy density beam welding method using an electron beam, a laser beam, or the like. Among the high energy density beam welding methods, the laser welding method can perform a deep and deep penetration welding at a high speed, and it is not necessary to make the welding atmosphere vacuum like the electron beam welding method. It is expected to be applied in a wide range of fields such as industrial machinery, construction and shipbuilding. Particularly in recent years, the development of large-scale laser welding machines has enabled the welding of thick steel plates, so the field of application is expected to expand further.
[0003]
When the steel materials are welded together by the laser welding method, the weld metal part tends to be insufficient in toughness because the molten metal part is easily quenched. This is because (1) the steel material to be welded contains C as an essential component although there is a difference in content, and (2) the width of the molten metal portion formed during laser welding is narrow. The molten metal part is easy to be cooled rapidly, and these factors (1) and (2) combine to cause martensitic transformation and harden when the molten metal part is cooled, resulting in low temperature cracking. It is done.
[0004]
As a method for improving the toughness of the weld metal part, for example, adjusting the component composition of the filler material supplied at the time of welding to control the structure of the weld metal part has been proposed (for example, Patent Documents 1 and 2). reference). Patent Documents 3 and 4 propose controlling the component composition and quenching critical diameter (Di value) of a steel plate to be laser welded in order to control the structure of the weld metal part.
[0005]
Further, when metals are laser-welded, pore defects called blowholes may occur in the weld metal part, and since these blowholes become serious welding defects, a technique for preventing the occurrence is desired. For example, Patent Document 5 defines the wavelength of the laser beam and the nitrogen ratio in the shielding gas in order to prevent the occurrence of blowholes due to the inclusion of the shielding gas.
[0006]
Here, the method of laser welding while supplying the filler metal can be applied regardless of the component composition, structure, etc. of the metal material to be welded. However, Non-Patent Document 1 points out that depending on the welding conditions, it is difficult for the filler component to be uniformly mixed in the molten metal, so that the component composition of the weld metal part is made uniform to reduce variation in characteristics. Needs further consideration.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-9-122957
[Patent Document 2]
JP-A-6-670
[Patent Document 3]
JP-A-8-276286
[Patent Document 4]
JP 10-94890 A
[Patent Document 5]
JP-A-9-314368
[Non-Patent Document 1]
“Annual Collection of National Conference Lectures”, Welding Society, 2002, 70th, p. 18-19
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is an iron-based filler material used when laser welding steel materials to each other. By making the composition of the components uniform, the variation in characteristics can be reduced, a tough weld metal can be obtained reliably, and a sound weld metal with few blowhole defects can be obtained. It is to provide processing materials.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The iron-based filler metal for laser welding according to the present invention that has solved the above-mentioned problems is an iron-based filler material used when laser welding steel materials using a shielding gas mainly composed of nitrogen. And at least one element selected from the group consisting of S, Se and Te: 0.03 to 0.6% in total (meaning “mass%” with respect to the total mass of the filler metal; The same), and Si: 1 to 8%.
[0010]
As the iron-based filler metal for laser welding of the present invention,
(1) A cored wire formed by filling a soft steel sheath with metal powder, and the metal powder is C: 0.3 to 1.2% (meaning “mass%” with respect to the total mass of the cored wire, The same shall apply hereinafter) and Mn: 15-30%,
(2) A cored wire formed by filling a stainless steel sheath with metal powder, and the metal powder is C: 0.3 to 1.2% (meaning “mass%”) with respect to the total mass of the cored wire. Or the same below) and Mn: 5 to 30%,
(3) Solid wire, C: 0.10 to 1.2% (meaning “mass%”, the same shall apply hereinafter), Mn: 5 to 40%, Ni: 5 to the total mass of the solid wire 15% and Cr: 20% or less (including 0%),
It is preferable.
[0011]
As the stainless steel sheath, it is recommended to use austenitic stainless steel.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present inventors have studied from various angles in order to solve the above problems. As a result, when using a shield gas mainly composed of nitrogen when laser welding steel materials together and strictly defining the component composition of the iron-based filler material used during laser welding, the above problem can be solved satisfactorily. As a result, the present invention has been completed. Hereinafter, the configuration and operational effects of the present invention will be described.
[0013]
Generally, in laser welding, an inert gas such as helium (He) or argon (Ar) is used as a shielding gas to prevent a reaction between oxygen contained in the atmosphere and molten metal. However, when these inert shielding gases are entrained in the molten metal, since the cooling rate of the molten metal is very high in laser welding, the molten metal solidifies with the shielding gas entrained, causing blowholes. .
[0014]
Therefore, when laser welding the steel materials using the iron-based filler metal for laser welding of the present invention to be described later, it is necessary to use a shielding gas mainly composed of nitrogen. If a shielding gas containing nitrogen as a main component is used, even if the shielding gas is entrained in the molten metal, the nitrogen content in the shielding gas is dissolved in the molten metal, so that blowhole defects are less likely to occur. Because.
[0015]
That is, for example, in arc welding, a shielding gas containing nitrogen as a main component has been rarely used because nitrogen causes blowholes. However, the inventors consider the shielding gas used when laser welding is performed. As a result, in laser welding, new knowledge has been obtained that blowholes can be suppressed by using a shielding gas mainly composed of nitrogen.
[0016]
The “shielding gas containing nitrogen as a main component” refers to a gas having a nitrogen content of 50% by volume or more in the shielding gas. For example, 100% nitrogen or shielding gas using compressed air is not limited. Is exemplified.
[0017]
The filler material of the present invention is an iron-based filler material, and it is important that it contains at least one element selected from the group consisting of S, Se, and Te and Si.
[0018]
That is, it is known that an element selected from the group consisting of S, Se, and Te dissolves in the molten metal and significantly reduces the surface tension of the molten metal. Then, a driving force for flowing the molten metal toward the bottom of the molten pool is generated. Due to this driving force, convection of the molten metal occurs, and the filler component is uniformly dispersed in the molten metal. In addition, during laser welding, a part of the base material (steel material) is melted together with the filler material, but as described above, the mixing of the filler material component and the base material component is performed by the surface tension reducing action by the melted filler material component. As a result, the composition of the weld metal becomes uniform.
[0019]
In addition, as a group element belonging to the group consisting of S, Se, and Te, there is oxygen (O), and oxygen also has an action of reducing the surface tension of the molten metal. However, the effect of lowering the surface tension of the molten metal is smaller than that of S, Se, and Te, and driving force sufficient to uniformly mix the filler component into the molten metal does not occur with oxygen alone. Moreover, if the amount of oxygen dissolved in the molten metal is excessively increased, a new problem such as generation of blowholes occurs. Therefore, it is desirable to use in combination with an element selected from the group consisting of S, Se and Te in order to dissolve oxygen into the molten metal to lower the surface tension of the molten metal and to make the composition of the weld metal uniform. . As a method for incorporating oxygen into the molten metal, for example, an oxygen source (for example, oxygen gas or CO₂And a method of adding an oxide as a flux in the flux cored wire.
[0020]
Further, Si is an element that enhances the fluidity of the molten metal. When the fluidity of the molten metal is increased, the melted filler component is easily mixed into the molten metal. It is an element.
[0021]
From such a viewpoint, the iron-based filler metal for laser welding of the present invention includes at least one element selected from the group consisting of S, Se, and Te: 0.03 to 0.6% in total, and Si : It is necessary to contain 1-8%. The reason for limiting the numerical range in this way is as follows.
[0022]
At least one element selected from the group consisting of S, Se and Te: 0.03 ~ 0.6 %
S, Se, and Te are elements that lower the surface tension of the molten metal, and by adding one or more of these elements to the molten metal, the filler component can be uniformly mixed into the weld metal. Can do. However, in order to obtain a driving force for uniformly mixing the filler material components, the elements must move to the molten metal, but these elements are all easily oxidized, and oxygen and oxygen contained in the shielding gas The yield in the weld metal is poor because it reacts with the oxygen in the atmosphere involved during welding and is easily consumed. Therefore, considering the yield to the weld metal, it is necessary to contain 0.03% or more, preferably 0.05% or more. On the other hand, since the vapor pressures of these elements are relatively high, when the content is increased, the amount of evaporation increases, spattering occurs frequently, and welding workability is remarkably deteriorated. Therefore, the content must be suppressed to 0.6% or less, preferably 0.5% or less.
[0023]
The effect of reducing the surface tension of molten metal is greater for Se and Te than for S, but Se and Te are not only easily oxidized than S but also have a higher vapor pressure, so the yield to weld metal is extremely poor. Therefore, Se and Te contained in the weld metal exhibit the effect of addition in a smaller amount than S, but considering the yield rate of Se and Te, the content in the filler material needs to be about the same as S. .
[0024]
In addition, an element selected from the group consisting of S, Se, and Te can exhibit the desired effect by being contained alone in the filler metal, but two elements selected arbitrarily from these element groups When the above is added to the filler material, the effect of reducing the surface tension of the molten metal is further increased.
[0025]
Si: 1 ~ 8 %
Si is an element that lowers the viscosity of the iron-based molten metal and increases fluidity, and promotes uniform mixing of the molten filler material component into the molten metal. Si is an element having a strong deoxidizing effect, and prevents the generation of bubbles or suppresses the oxidation of the weld metal to prevent the strength from being lowered. In order to obtain such an effect of addition, it is necessary to contain 1% or more, preferably 1.1% or more with respect to the total mass of the filler metal. When the content is less than 1%, the viscosity of the molten metal is not sufficiently lowered, and the melted filler component is not sufficiently mixed into the molten metal. On the other hand, if the Si content exceeds 8%, the toughness of the weld metal deteriorates and cracks are likely to occur in the weld metal. Therefore, the Si content should be suppressed to 8% or less, preferably 7% or less.
[0026]
The form of the iron welding filler metal for laser welding in this invention is not specifically limited, For example, what is necessary is just to employ | adopt the form of a cored wire or a solid wire. Hereinafter, the specific form of the iron-based filler metal for laser welding in the present invention will be described.
[0027]
An example of a specific form of the laser welding iron-based filler material in the present invention is a cored wire formed by filling a mild steel sheath with metal powder.
[0028]
When the iron-based filler metal for laser welding is a cored wire formed by filling a soft steel sheath with metal powder, the metal powder is C: 0.3 to 1.2 with respect to the total mass of the cored wire. % And Mn: 15 to 30% are preferred. The reason why the component composition of the metal powder is set in such a range is as follows.
[0029]
C: 0.3 ~ 1.2 %
C is an austenite forming element and is an element contributing to the austenitization of the weld metal. In order to effectively exhibit such an effect of adding C, the metal powder filled in the mild steel sheath is preferably contained in an amount of 0.3% or more, more preferably 0.4%, based on the total mass of the cored wire. % Or more is recommended. On the other hand, the upper limit of the amount of C contained in the metal powder is not particularly limited, but even if the metal powder contains more than 1.2% C with respect to the total mass of the cored wire, the addition effect is saturated, so the preferred upper limit is 1.2%, and a more preferable upper limit is 1.1%.
[0030]
However, the amount of C contained in the metal powder is preferably determined in consideration of the amount of C contained in the steel (base material) to be welded. For example, when the amount of C contained in the steel is relatively large ( For example, the amount of C is about 0.5 to 0.7% with respect to the total mass of the steel material), and about 0.3% of C with respect to the total mass of the cored wire is contained in the metal powder. Can be achieved. On the other hand, when the amount of C contained in the steel material is relatively small (for example, the amount of C is about 0.002 to 0.03% with respect to the total mass of the steel material), the austenitization of the weld metal is achieved. The metal powder preferably contains about 1.2% of C with respect to the total mass of the cored wire.
[0031]
Mn: 15 ~ 30 %
Mn is also an austenite-forming element. By adding an appropriate amount of Mn to the metal powder, the weld metal structure becomes an austenite single-phase structure or a mixed structure of austenite and martensite, and martensite transformation is suppressed and low-temperature cracking occurs. Can be prevented. Mn also reacts with S to form MnS, thereby also having an effect of suppressing hot cracking of the weld metal. Furthermore, Mn increases the solubility of nitrogen in the molten metal and also acts as a deoxidizer, contributing to suppression of blowholes. In order to effectively exhibit these effects, the metal powder is preferably contained in an amount of 15% or more based on the total mass of the cored wire. This is because if the amount of Mn is less than 15%, the amount of Mn remaining in the weld metal may be insufficient due to the effect of evaporation or the like. In particular, in order to increase the solubility of nitrogen in the molten metal and suppress the occurrence of blowholes, it is more preferable to contain 20% or more in the metal powder with respect to the total mass of the cored wire. On the other hand, even if a large amount of Mn is added to the metal powder, the effect of addition is saturated. Therefore, considering the amount of Mn contained in the mild steel sheath, the Mn contained in the metal powder is 30% of the total mass of the cored wire. The content is preferably set to the following, and more preferably 28% or less.
[0032]
In addition, although the said metal powder contains the said chemical component and a remainder consists essentially of iron and an unavoidable impurity, you may contain another element in the range which does not impair the effect of this invention.
[0033]
Mild steel sheath
The component composition of the mild steel sheath is not particularly limited, and a known sheath may be used. Further, the ratio of the mild steel sheath to the metal powder and the filling rate of the metal powder into the mild steel sheath are not particularly limited.
[0034]
Another example of the specific form of the laser welding iron-based filler material in the present invention is a cored wire formed by filling a metal powder into a stainless steel sheath.
[0035]
When the iron-based filler metal for laser welding is a cored wire formed by filling a metal powder into a stainless steel sheath, the metal powder is C: 0.3-1. Those containing 2% and Mn: 5 to 30% are preferable. The reason why the component composition of the metal powder is set in such a range is as follows.
[0036]
Stainless steel sheath
When an iron-based filler material is used when laser welding the steel materials, the supply amount of the filler material is limited in order to ensure the penetration depth. For this reason, it is sometimes difficult to completely austenite the weld metal structure in the above-described C-high Mn-based filler metal (cored wire formed by filling a metal sheath into a mild steel sheath). Martensite is likely to be generated, and toughness is likely to be insufficient. Therefore, the present inventors provide a weld metal that is used when laser welding steel materials together, and that contains C and high Mn, and has excellent toughness even if the supply amount of the filler material is small. The possible filler metal was examined. As a result, it has been found that if a stainless steel sheath is used instead of the mild steel sheath, a weld metal having excellent toughness can be obtained even if the supply amount of filler metal is small. The type of the stainless steel sheath is not particularly limited, and examples thereof include an austenitic stainless steel sheath, a martensitic stainless steel sheath, and a ferritic stainless steel sheath. As a result of further studies, it was confirmed that an austenitic stainless steel sheath was particularly preferable among the stainless steel sheaths.
[0037]
That is, since austenitic stainless steel generally contains about 7% or more of Ni together with Cr, if austenitic stainless steel is used as a sheath for the filler metal, Ni may be added from this sheath to the weld metal. And the austenitization of the weld metal is further promoted. Therefore, even if there is little supply amount of filler metal, a weld metal can be austenitized and the toughness of a weld metal can be improved. In addition, since austenitic stainless steel contains Cr in addition to Ni, the solubility of nitrogen in molten iron can be increased, and the occurrence of blowholes can also be suppressed.
[0038]
In addition, as a stainless steel sheath, the component composition is not specifically limited, What is necessary is just to use a well-known thing. Further, the ratio of the stainless steel sheath to the metal powder and the filling rate of the metal powder into the stainless steel sheath are not particularly limited.
[0039]
C: 0.3 ~ 1.2 %
C is an austenite forming element and is an element contributing to the austenitization of the weld metal. In order to effectively exhibit such an effect of addition of C, it is preferable that the metal powder filled in the stainless steel sheath is contained in an amount of 0.3% or more with respect to the total mass of the cored wire, and more preferably 0.8%. It is recommended to contain 4% or more. On the other hand, the upper limit of the amount of C contained in the metal powder is not particularly limited, but even if the metal powder contains more than 1.2% C with respect to the total mass of the cored wire, the addition effect is saturated, so the preferred upper limit is 1.2%, and a more preferable upper limit is 1.1%.
[0040]
Note that the amount of C contained in the metal powder is preferably determined in consideration of the amount of C contained in the steel material (base material) to be welded as described above.
[0041]
Mn: 5 ~ 30 %
Mn is also an austenite-forming element. By adding an appropriate amount of Mn to the metal powder, the weld metal structure becomes an austenite single-phase structure or a mixed structure of austenite and martensite, and martensite transformation is suppressed and low-temperature cracking occurs. Can be prevented. Mn also reacts with S to form MnS, thereby also having an effect of suppressing hot cracking of the weld metal. Furthermore, Mn increases the solubility of nitrogen in the molten metal and also acts as a deoxidizer, contributing to suppression of blowholes. In order to effectively exhibit these effects, the metal powder is preferably contained in an amount of 5% or more based on the total mass of the cored wire. That is, when stainless steel is used as the sheath material, particularly when austenitic stainless steel is used, the austenitic stainless steel contains about 7% or more of Ni, so that the austenitic weld metal is formed. Is promoted. Therefore, the amount of Mn contained in the metal powder can be made smaller than when mild steel is used as the sheath material. However, if the amount of Mn is less than 5%, the amount of Mn remaining in the weld metal may be insufficient due to the effect of evaporation or the like. In particular, in order to increase the solubility of nitrogen in the molten metal and suppress the generation of blowholes, it is more preferable that the metal powder contains 15% or more of the total mass of the cored wire. On the other hand, even if a large amount of Mn is contained in the metal powder, the effect of the addition is saturated. Therefore, considering the amount of Mn contained in the stainless steel sheath, the Mn contained in the metal powder is 30 with respect to the total mass of the cored wire. % Or less, and more preferably 28% or less.
[0042]
In addition, although the said metal powder contains the said chemical component and a remainder consists essentially of iron and an unavoidable impurity, you may contain another element in the range which does not impair the effect of this invention.
[0043]
In the cored wire of the present invention, the site containing at least one element selected from the group consisting of S, Se and Te and Si is not particularly limited, and the sheathed and / or metal powder filled in the sheath may contain it. Just do it.
[0044]
By the way, although the case where the iron-based filler metal for laser welding is a cored wire has been described above, the cored wire may cause a slight problem in the directivity of the wire when the wire is supplied. In other words, if a cored wire is used as a filler material during laser welding, the cored wire is likely to bend due to the stress remaining in the wire, so that the wire is likely to be detached from the beam, especially when the laser has a low output. Becomes prominent. In addition, since the cored wire has a seam (seam) in the sheath, some air enters the sheath from the seam, and the metal powder in the sheath absorbs moisture and is oxidized, which causes blowholes. Furthermore, when aiming at the stable supply of a wire, it is preferable that the wire diameter is small. However, in the case of a cored wire, since it is necessary to fill the sheath with metal powder, the wire diameter has a limit.
[0045]
In order to solve such a few problems, it is preferable that the iron welding filler metal for laser welding is a solid wire. That is, even if the laser during laser welding is a low-power beam, if it is a solid wire, the wire can be stably supplied to the target position of the beam, and the wire is difficult to be detached from the beam. . Further, since the solid wire has no sheath seam, there is no problem of moisture absorption of the metal powder. Furthermore, since no metal powder is used, the wire diameter can be reduced.
[0046]
When the iron-based filler metal for laser welding in the present invention is a solid wire, C: 0.10 to 1.2%, Mn: 5 to 40%, Ni: 5 to 5% of the total mass of the solid wire. Those containing 15%, Cr: 20% or less (including 0%) are preferable. The reason why the composition of the solid wire is set in such a range is as follows.
[0047]
C: 0.10 ~ 1.2 %
C is an austenite forming element and is an element contributing to the austenitization of the weld metal. In order to effectively exhibit such an effect of adding C, the content is preferably 0.10% or more, more preferably 0.2% or more, based on the total mass of the solid wire. On the other hand, the upper limit of the amount of C is not particularly limited, but even if it contains more than 1.2% of C with respect to the total mass of the solid wire, the addition effect is saturated, so the preferable upper limit is 1.2%, more preferable upper limit Is 1.1%.
[0048]
However, the amount of C contained in the solid wire is preferably determined in consideration of the amount of C contained in the steel material (base material) to be welded as described above.
[0049]
Mn: 5 ~ 40 %
Mn is also an austenite-forming element. By containing an appropriate amount of Mn in the solid wire, the weld metal structure becomes an austenite single-phase structure or a mixed structure of austenite and martensite, and martensite transformation is suppressed and cold cracking occurs. Can be prevented. Mn also reacts with S to form MnS, thereby also having an effect of suppressing hot cracking of the weld metal. Furthermore, Mn increases the solubility of nitrogen in the molten metal and also acts as a deoxidizer, contributing to suppression of blowholes. In order to exhibit these effects effectively, it is preferable to contain 5% or more with respect to the total mass of the solid wire. This is because if the amount of Mn is less than 5%, the amount of Mn remaining in the weld metal may be insufficient due to the influence of evaporation or the like. In particular, in order to increase the solubility of nitrogen in the molten metal and suppress the occurrence of blowholes, it is more preferable to contain 10% or more with respect to the total mass of the solid wire. On the other hand, the effect of addition of Mn is saturated at about 40%, and if the amount of Mn is more than that, the drawability deteriorates and it becomes difficult to manufacture the solid wire itself, so the content is preferably 40% or less. More preferably, it may be suppressed to 35% or less.
[0050]
Ni: 5 ~ 15 %
Ni is an element that promotes the austenitization of the weld metal and increases the toughness of the weld metal. Therefore, the effect of preventing cold cracking of the weld metal is further enhanced by containing Ni. In order to exert the effect, it is preferable to contain 5% or more, more preferably 6% or more with respect to the total mass of the solid wire in consideration of the yield in the weld metal. However, even if the content exceeds 15%, the effect of addition becomes saturated and economically wasteful, so it is desirable to keep the content preferably at 15% or less, more preferably at 14% or less.
[0051]
Cr: 20 %Less than( 0 %including)
Cr is an element that increases the corrosion resistance of the weld metal and increases the solubility of nitrogen in the molten iron. When Cr is dissolved in the molten metal, the generation of blow holes can be prevented by the nitrogen absorption action. However, since Cr is a ferrite-forming element, it inhibits the austenitization of the weld metal and degrades the toughness of the weld metal. Therefore, the Cr content is preferably 20% or less, and more preferably 18% or less. In addition, the lower limit when Cr is contained is not particularly limited, but it is desirable to contain 5% or more in order to prevent the occurrence of blowholes by the action of improving the solubility of nitrogen in the molten iron.
[0052]
The solid wire contains the above chemical components, and the balance is basically composed of iron and unavoidable impurities, but may contain other elements as long as the effects of the present invention are not impaired.
[0053]
The steel material to be welded in the present invention is not particularly limited, and carbon steel for mechanical structure or alloy steel material (for example, Ni-Cr steel, Ni-Cr-Mo steel, Cr steel, Cr-Mo steel, Mn steel, Mn—Cr steel, etc.) can be used, and rolled steel for general structure, rolled steel for welded structure, rolled steel for building structure, etc. can be used as the rolled steel.
[0054]
Further, the welding method is not particularly limited as long as it uses a laser as a heat source.₂A laser welding method using a laser, a YAG laser, a semiconductor laser or the like as a heat source can be employed.
[0055]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the following examples are not intended to limit the present invention, and may be implemented with appropriate modifications within a range that can meet the purpose described above and below. These are all possible and are within the scope of the present invention.
[0056]
Example 1
Steel materials (steel type: JIS standard SM490) were laser welded using an iron-based filler material. The size of the steel material is W: 100 mm × L: 300 mm × T: 12 mm.
[0057]
The iron-based filler material used for laser welding is a cored wire formed by filling a metal powder in a mild steel sheath. However, the amount of C and Mn shown in Table 1 is the amount contained in the metal powder filled in the mild steel sheath, and the other elements are the total amount contained in the mild steel sheath and the metal powder filled in the mild steel sheath. Both are ratios relative to the total mass of the cored wire. The wire diameter is φ1.2 mm.
[0058]
[Table 1]

[0059]
Laser welding was butt welding, and the welding conditions were as follows. Table 2 shows the types of shielding gas used during laser welding.
[0060]
<Laser welding conditions>
・ Laser type: CO₂
・ Welding speed: 1.5 m / min
・ Output: 8kW
・ Shielding gas flow rate: 20L / min
-Welding material supply speed: 1-4 m / min
[0061]
A state during laser welding is shown in FIG. In the figure, 1 is a base material (steel material), 2 is a welding material, 3 is a laser take-out nozzle, 4 is a laser beam, 5 is a weld bead, and 6 is a filler material supply torch. It has moved in the direction of arrow 7 shown in FIG. That is, the moving speed of the base material becomes the welding speed.
[0062]
While evaluating the welding workability | operativity at the time of laser welding, the presence or absence of the low temperature crack which arose in the obtained weld metal, and the number of blowholes were measured.
[0063]
Welding workability was evaluated by visually observing the degree of spatter and fume generation. The evaluation results are shown in Table 2. In the table, ◯ indicates good welding workability, and x indicates poor welding workability.
[0064]
The presence or absence of cold cracks occurring in the weld metal and the number of blowholes were confirmed by X-ray inspection, cross-section inspection, and penetration inspection of the weld metal portion. Table 2 shows the results of observing the presence or absence of cold cracks generated in the weld metal. In the table, ○ indicates that there is no cold cracking, and X indicates that there is cold cracking.
[0065]
The number of blow holes generated in the weld metal is calculated by calculating the number of blow holes per 30 mm length (pieces / 30 mm). If the number of blow holes is 24 or less, it is acceptable, and if it is 25 or more, it is not acceptable. did. The evaluation results are shown in Table 2. The number of blow holes is evaluated by ranking as shown below.
[0066]
<Ranking>
◎◎: 0 blow holes (pass)
◎: 1 to 5 blowholes (pass)
○○: 6 to 10 blowholes (pass)
○: The number of blowholes is 11-24 (pass)
×: Number of blowholes is 25 or more (failed)
[0067]
For the test piece in which no low temperature crack was observed in the weld metal and the number of blowholes was 24 or less (accepted), the hardness of the weld metal cross section was further measured to examine the variation in characteristics. Characteristic variation means that the Vickers hardness is measured at 0.5 mm intervals in the center of the weld metal (load 200 g), and the difference between the maximum and minimum hardness values is 300 or less. The thing of the thing was set as variation (x). The evaluation results are shown in Table 2.
[0068]
[Table 2]

[0069]
It can be considered from Table 2 as follows.
[0070]
No. 1-3 are examples which satisfy the requirements of the present invention, welding workability was good, and no cold cracking was observed in the weld metal. In addition, since a gas containing nitrogen as a main component is used as a shielding gas during laser welding, the number of blow holes generated is small. Furthermore, there is little hardness variation in the weld metal cross section. In particular, when the amount of Mn contained in the filler material is 20% or more, it can be seen that the blowhole suppression effect is large.
[0071]
No. Nos. 4 to 12 are examples that do not satisfy any of the requirements defined in the present invention, and at least one of poor welding workability, low-temperature cracking, blowholes, and characteristic variations is recognized.
[0072]
That is, no. Nos. 4 and 5 are examples in which the amount of C or Mn contained in the filler material deviates from the range defined in the present invention and is small, and the toughness of the weld metal is lowered and cold cracking occurs.
[0073]
No. 6 and 7 are examples in which the amount of Si contained in the filler material deviates from the range defined in the present invention. No. No. 6 has a small Si content, and the filler metal component is not uniformly mixed in the weld metal, resulting in variations in the characteristics of the weld metal. No. In No. 7, the Si content was high, the toughness of the weld metal was lowered, and cold cracking occurred.
[0074]
No. 8 and 9 are examples in which the content of an element selected from the group consisting of S, Se and Te contained as a filler material deviates from the range defined in the present invention. No. In No. 8, since the content was small, the filler metal component was not uniformly mixed with the molten metal, resulting in variations in the characteristics of the weld metal. No. No. 9 had a poor welding workability because of its large content.
[0075]
No. 10 is an example showing the influence of the shielding gas, and the component composition of the filler material satisfies the requirements of the present invention, but since Ar is used as the shielding gas, a large amount of blow holes are generated. .
[0076]
No. 11 to 12 are examples in which laser welding was performed without using a filler material, and cold cracking occurred. In particular, no. No. 12 uses Ar as a shielding gas, so a large amount of blow holes are generated.
[0077]
Example 2
Steel materials (SM490 and S45C) having different component compositions were laser welded using an iron-based filler material. The size of SM490 and S45C is W: 100 mm × L: 500 mm × T: 20 mm.
[0078]
The iron-based filler material used for laser welding is a cored wire formed by filling a metal powder into a sheath made of austenitic stainless steel (JIS standard SUS304). The amounts of C and Mn shown in Table 3 are amounts contained in the metal powder filled in the austenitic stainless steel sheath, and other elements are filled in the austenitic stainless steel sheath and the austenitic stainless steel sheath. It is the total amount contained in the metal powder, and all are ratios relative to the total mass of the cored wire. The wire diameter is φ1.2 mm.
[0079]
[Table 3]

[0080]
Laser welding was butt welding, and the welding conditions were as follows. Table 4 shows the types of shield gas used during laser welding. The state during laser welding is the same as in FIG.
[0081]
<Laser welding conditions>
・ Laser type: YAG
・ Welding speed: 1 m / min
・ Output: 4kW
・ Shielding gas flow rate: 20L / min
-Welding material supply speed: 1-4 m / min
[0082]
As in Example 1, the welding workability, the presence or absence of cold cracks generated in the weld metal, the number of blowholes generated in the weld metal, and variations in characteristics were measured, and the measurement results are shown in Table 4.
[0083]
[Table 4]

[0084]
It can be considered from Table 4 as follows.
[0085]
In Example 2, since the gas which has nitrogen which does not contain inert gas as a main component as a shielding gas is used at the time of laser welding, generation | occurrence | production of a blowhole can be suppressed.
[0086]
No. Nos. 13 to 17 are examples that satisfy the requirements of the present invention, the welding workability is good, and no cold cracking was observed in the weld metal. Moreover, there are few hardness variations in a weld metal cross section. In addition, No. 17 uses 13Cr steel not containing Ni as the sheath material and contains Ni as the metal powder. If the amount of Ni is appropriately adjusted with respect to the total mass of the filler material, Ni is contained as the sheath material. It turned out that an effect equivalent to the case (No. 13-16) is acquired. Moreover, when the amount of Mn contained in the filler material is 15% or more, it can be seen that the blowhole suppression effect is large.
[0087]
No. Nos. 18 to 22 are examples that do not satisfy any of the requirements defined in the present invention, and at least one of welding workability failure, cold cracking occurrence, and characteristic variation occurrence is recognized.
[0088]
That is, no. 18 is an example in which the amount of C and Si contained in the filler material deviate from the range defined in the present invention, the C content is less than the range defined in the present invention, and the range in which the Si amount is defined in the present invention. Since it is more, the toughness of the weld metal is lowered and cold cracking occurs.
[0089]
No. No. 19 has a small amount of Si contained as a filler material, and the filler material components are not uniformly mixed in the weld metal, resulting in variations in the characteristics of the weld metal.
[0090]
No. No. 20 is an example in which the amount of Mn contained as a filler material deviates from the range specified in the present invention. Yes.
[0091]
No. 21-22 is an example from which the content of the element chosen from the group which consists of S, Se, and Te contained in a filler material remove | deviates from the range prescribed | regulated by this invention. No. No. 21 had a poor welding workability because of its large content. No. In No. 22, since the content was small, the filler metal component was not uniformly mixed with the molten metal, and the characteristics of the weld metal varied.
[0092]
Example 3
Steel materials (SS400) were laser welded using an iron-based filler material. The size of the steel material is W: 100 mm × L: 500 mm × T: 9 mm.
[0093]
The iron-based filler material used for laser welding is a solid wire, and its component composition is shown in Table 5. The wire diameter is 1 mm.
[0094]
[Table 5]

[0095]
Laser welding was butt welding, and the welding conditions were as follows. Nitrogen gas containing no inert gas was used as the shielding gas. The state during laser welding is the same as in FIG.
[0096]
<Laser welding conditions>
・ Laser type: YAG
・ Welding speed: 2 m / min
・ Output: 4.5kW
・ Shielding gas flow rate: 20L / min
-Welding material supply speed: 1-4 m / min
[0097]
As in Example 1, the welding workability, the presence or absence of cold cracks generated in the weld metal, the number of blow holes generated in the weld metal, and variations in characteristics were measured, and the evaluation results are shown in Table 6.
[0098]
[Table 6]

[0099]
It can be considered from Table 6 as follows.
[0100]
In Example 3, since nitrogen gas not containing an inert gas is used as a shielding gas during laser welding, the generation of blowholes can be suppressed.
[0101]
No. Nos. 23 to 27 are examples satisfying the requirements of the present invention. The welding workability is good, and no cold cracking was observed in the weld metal. Moreover, there are few hardness variations in a weld metal cross section. In particular, it can be seen that when the amount of Mn contained in the filler material is 10% or more and the amount of Cr is 5% or more, the blowhole suppression effect is large.
[0102]
No. Nos. 28 to 33 are examples that do not satisfy any of the requirements defined in the present invention, and at least one of welding workability failure, low temperature cracking occurrence, and characteristic variation occurrence is recognized.
[0103]
That is, no. No. 28 is an example in which the amount of C, Mn, Si contained as a filler material deviates from the range specified in the present invention, and since the C, Mn content is less than the above range, the toughness of the weld metal part is lowered and cold cracking occurs. It has occurred. In addition, when the hardness in the cross section of a weld metal part was measured and the variation in the characteristic was investigated, since the Si content was small, the hardness variation was large.
[0104]
No. No. 29 is an example in which the amount of Si contained as a filler material deviates from the range defined in the present invention, and since the Si content is large, the toughness of the weld metal part was lowered and cold cracking occurred.
[0105]
No. No. 30 is an example in which the amount of Cr contained as a filler material deviates from the range specified in the present invention. Since the amount of Cr is large, the weld metal part cannot be sufficiently austenitized, and the toughness of the weld metal part is lowered, resulting in a low temperature. Cracking occurred.
[0106]
No. No. 31 is an example in which the amount of Ni contained as a filler material deviates from the range defined in the present invention, and since the amount of Ni is small, the weld metal part cannot be austenitized, and the toughness of the weld metal part is lowered and cold cracking occurs. Occurred.
[0107]
No. 32 to 33 are examples in which the content of an element selected from the group consisting of S, Se and Te contained as a filler material deviates from the range defined in the present invention. No. No. 32 had a poor welding workability because of its large content. No. Since the content of 33 was small, the filler metal component was not uniformly mixed into the molten metal, resulting in variations in the characteristics of the weld metal.
[0108]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is an iron-based filler material used when laser welding steel materials together, and has good welding workability, and reduces the variation in characteristics by making the component composition of the weld metal part uniform. As a result, it was possible to provide an iron-based filler metal for laser welding that can reliably obtain a high toughness weld metal and further obtain a sound weld metal with few blowhole defects.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a state during laser welding.
[Explanation of symbols]
1 Base material (steel)
2 Welding material
3 Laser extraction nozzle
4 Laser beam
5 Weld beads
6 Filling material supply torch

Claims (5)

窒素を主成分とするシールドガスを用いて鋼材同士をレーザ溶接する際に用いる鉄系溶加材であって、
Ｓ，ＳｅおよびＴｅよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素：合計で０．０３〜０．６％（溶加材の全質量に対する「質量％」の意味、溶加材については以下同じ）、および、
Ｓｉ：１〜８％を含有することを特徴とするレーザ溶接用鉄系溶加材。An iron-based filler material used when laser welding between steel materials using a shielding gas mainly containing nitrogen,
At least one element selected from the group consisting of S, Se and Te: 0.03 to 0.6% in total (meaning “mass%” with respect to the total mass of the filler metal, the same applies to the filler metal) ,and,
An iron-based filler metal for laser welding characterized by containing Si: 1 to 8%. 請求項１に記載のレーザ溶接用鉄系溶加材が、軟鋼製シース内へ金属粉を充填してなるコアドワイヤであり、前記金属粉は、コアドワイヤの全質量に対して、
Ｃ：０．３〜１．２％（「質量％」の意味、以下同じ）、および、
Ｍｎ：１５〜３０％を含有するものであるレーザ溶接用鉄系溶加材。The iron-based filler metal for laser welding according to claim 1 is a cored wire formed by filling a soft steel sheath with metal powder, and the metal powder is based on the total mass of the cored wire,
C: 0.3 to 1.2% (meaning “mass%”, the same shall apply hereinafter), and
An iron-based filler metal for laser welding containing Mn: 15-30%. 請求項１に記載のレーザ溶接用鉄系溶加材が、ステンレス鋼製シース内へ金属粉を充填してなるコアドワイヤであり、前記金属粉は、コアドワイヤの全質量に対して、
Ｃ：０．３〜１．２％（「質量％」の意味、以下同じ）、および、
Ｍｎ：５〜３０％を含有するものであるレーザ溶接用鉄系溶加材。The iron-based filler metal for laser welding according to claim 1 is a cored wire formed by filling metal powder into a stainless steel sheath, and the metal powder is based on the total mass of the cored wire,
C: 0.3 to 1.2% (meaning “mass%”, the same shall apply hereinafter), and
Mn: An iron-based filler material for laser welding containing 5 to 30%. 前記ステンレス鋼製シースが、オーステナイト系ステンレス鋼製シースである請求項３に記載のレーザ溶接用鉄系溶加材。The iron-based filler metal for laser welding according to claim 3, wherein the stainless steel sheath is an austenitic stainless steel sheath. 請求項１に記載のレーザ溶接用鉄系溶加材が、ソリッドワイヤであり、ソリッドワイヤの全質量に対して、
Ｃ：０．１０〜１．２％（「質量％」の意味、以下同じ）、
Ｍｎ：５〜４０％、
Ｎｉ：５〜１５％、および、
Ｃｒ：２０％以下（０％を含む）を含有するものであるレーザ溶接用鉄系溶加材。The iron-based filler metal for laser welding according to claim 1 is a solid wire, and with respect to the total mass of the solid wire,
C: 0.10 to 1.2% (meaning “mass%”, the same shall apply hereinafter)
Mn: 5-40%
Ni: 5-15%, and
An iron-based filler metal for laser welding containing Cr: 20% or less (including 0%).

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