JP2013252551A - ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ - Google Patents
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Abstract
【課題】水平すみ肉溶接で溶接ビード及び鋼板表面に付着するスパッタ粒を低減し、かつ、全姿勢での溶接作業性が良好で、片面継手溶接の初層パスの耐高温割れ性を向上させる。
【解決手段】ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、鋼製外皮全質量に対する鋼製外皮のＣが０．０２質量％以下、ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックスに、ＴｉＯ2：５．０〜６．５％、ＳｉＯ2：０．５〜０．８％、ＺｒＯ2：０．３〜０．６％、Ａｌ2Ｏ3：０．１〜０．３％、Ｎａ２Ｏ換算値とＫ２Ｏ換算値の合計：０．１０〜０．２０％、かつ、Ｋ２Ｏ換算値／Ｎａ２Ｏ換算値：２．０以上、Ｆ換算値：０．０２〜０．１０％、Ｍｇ：０．１〜０．３％、鋼製外皮とフラックスの合計で、Ｃ：０．０３〜０．０６％、Ｓｉ：０．３〜０．６％、Ｍｎ：２．５〜３．５％、Ａｌ：０．４〜０．８％を含有し、Ａｌはフラックスから０．１％以上をＦｅ-Ａｌで添加する。
【選択図】 なし
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【選択図】 なし
Description
本発明は高張力鋼の溶接構造物を製造する際に使用するＴｉＯ2系ＣＯ2ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに係わるものであり、特に溶接ビード及び溶接ビード近傍の鋼板表面に付着するスパッタ粒を大幅に低減し、かつ、全姿勢での溶接作業性が良好で、さらに、耐高温割れ性を確保する上で好適なガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関する。
ルチール系ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ（以下、フラックス入りワイヤという）は、全姿勢溶接において溶接作業性が優れるものであり、溶接を高能率に行うことができることから、特に造船分野において主に使用されている。
この造船分野においては、近年において船体構造についての安全基準が見直され、これを受け、国際船級協会連合（ＩＡＣＳ）は、共通構造規則（ＣＳＲ＝Ｃｏｍｍｏｎ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｒｕｌｅｓ）を採択し、２００６年４月より施行している。また、国際海事機関（ＩＭＯ）では、すべてのタイプの船舶の専用海水バラストタンク及びばら積貨物船の二重船側部に対する塗装基準(ＰＳＰＣ＝Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｓｔａｎｄａｒｄ ｆｏｒ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ Ｃｏａｔｉｎｇｓ ｆｏｒ ｄｅｄｉｃａｔｅｄ ｓｅａｗａｔｅｒ ｂａｌｌａｓｔ ｔａｎｋｓ ｏｎ ａｌｌ ｎｅｗ ｓｈｉｓ ａｎｄ ｄｏｕｂｌｅ−ｓｉｄｅ ｓｋｉｎ ｓｐａｃｅｓ ｏｆ ｂｕｌｋ ｃａｒｒｉｅｒｓ)を採択しており、水平すみ肉溶接ビードの大脚長化、並びにスパッタ発生量低減が強く要望されている。特に長尺ロンジ材の製造現場では、高電流の溶接条件で水平すみ肉溶接が行なわれているため、高電流化に伴いスパッタ発生量が増加することが問題となっている。加えて、溶接対象鋼板が圧延のままでプライマ塗装されていない黒皮鋼板の場合は、図１に示すように溶接させるべき鋼板１、２や、その接合部に形成される溶接ビード３に対して、溶接時に発生したスパッタ粒４が融着しやすくなってしまう。このような、鋼板１、２や溶接ビード３の表面に付着したスパッタ粒４の除去作業は相当の労力、時間を要するため、多大な作業能率の低下の原因となる。
前記問題点を解決するために、例えば特許文献１には、Ｃの含有量とヒューム発生量とが鋭意検討され、鋼製外皮が外皮全質量に対してＣを０．０２質量％以下にしてスパッタの発生量を低減したフラックス入りワイヤが開示されている。
また、特許文献２には、ＺｒＯ2、Ａｌ2Ｏ3がスパッタの発生量を増加させる点を新たに見出し、フラックス入りワイヤのＺｒＯ2、Ａｌ2Ｏ3の抑制によりスパッタを低減させる技術が開示されている。しかし、特許文献１及び特許文献２に開示されている低スパッタ化の手段のみでは、長尺ロンジ材の製造現場における高電流での溶接、特に水平すみ肉溶接におけるスパッタ粒の付着量低減は解消できない。
また、前記特許文献２に記載のフラックス入りワイヤは、立向上進溶接での溶接作業性を改善したフラックス入りワイヤであるが、立向上進溶接とは相反する溶滴移行形態やスラグ凝固形態が好ましい立向下進溶接ではメタル垂れが発生しやすくビード形状が不良となるという問題点がある。
さらに、特許文献３の開示技術には、全姿勢溶接用ワイヤとして耐高温割れ性を改善したフラックス入りワイヤの提案があるが、高電流の溶接条件で水平すみ肉溶接に適用した場合には、スパッタ粒の付着量が多くなるという問題があった。このため、各姿勢溶接において、さらなる溶接作業性の向上が要望されていた。
そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、黒皮鋼板を高電流の溶接条件で水平すみ肉溶接した場合に問題となる溶接ビード及び溶接ビード近傍の鋼板表面に付着するスパッタ粒を大幅に低減し、かつ、全姿勢での溶接作業性が良好で、さらに、片面継手溶接で問題となる初層パスの耐高温割れ性にも優れるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを提供することを目的とする。
本発明の要旨は、鋼製外皮内にフラックスを充填してなるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、鋼製外皮中のＣが鋼製外皮全質量に対する質量％で０．０２％以下含有し、ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックスに、ＴｉＯ2：５．０〜６．５％、ＳｉＯ2：０．５〜０．８％、ＺｒＯ2：０．３〜０．６％、Ａｌ2Ｏ3：０．１〜０．３％、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ２Ｏ換算値とＫ２Ｏ換算値の合計：０．１０〜０．２０％、かつ、Ｋ２Ｏ換算値／Ｎａ２Ｏ換算値：２．０以上、弗素化合物のＦ換算値：０．０２〜０．１０％、Ｍｇ：０．１〜０．３％を含有し、さらに、鋼製外皮とフラックスの合計で、Ｃ：０．０３〜０．０６％、Ｓｉ：０．３〜０．６％、Ｍｎ：２．５〜３．５％、Ａｌ：０．４〜０．８％を含有し、かつ、前記Ａｌはフラックスから０．１％以上をＦｅ-Ａｌで添加し、残部は鋼製外皮のＦｅ分、合金鉄中のＦｅ分、鉄粉及び不可避的不純物であることを特徴とする。
また、鋼製外皮とフラックスの合計で、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｂ：０．００１％以下、Ｂｉ：０．００１％以下であることも特徴とするガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにある。
本発明のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤによれば、黒皮鋼板の高電流の溶接条件で水平すみ肉溶接した場合でも、溶接ビード及び溶接ビード近傍の鋼板表面に付着するスパッタ粒が非常に少ないのでスパッタの除去作業が容易になり、かつ、全姿勢溶接で良好な溶接作業性及びビード形状が得られ、さらに、片面継手溶接の耐高温割れ性にも優れるので作業能率及び溶接部品質の向上が図れる。
本発明者らは、前記課題を解決するために種々のフラックス入りワイヤを試作して、自動及び半自動溶接による溶接作業性とともにスパッタ発生量におよぼす各種成分組成の影響について詳細に検討した。
その結果、Ｃ量の低い鋼製外皮を用いて、スラグ形成剤として作用するＴｉＯ2、ＳｉＯ2、ＺｒＯ2及びＡｌ2Ｏ3、アーク安定剤として作用するＮａ化合物及びＫ化合物のＮａ２Ｏ換算値とＫ２Ｏ換算値及び弗素化合物のＦ換算値、溶接金属の機械的性質を確保するための合金剤及び強脱酸剤として作用するＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ及びＭｇをそれぞれ適量の組み合わせとした。これに加えて、Ａｌ原料として所定量以上のＦｅ−Ａｌを用いることによってアークの集中性が良好となり、溶融プールの揺れ動きがなく凝固形態も安定するようになり、スパッタ発生量の低減とともに各姿勢溶接における溶接作業性が向上することを見出した。
さらに、片面継手溶接の耐高温割れ性はＰ、Ｓ、Ｂ及びＢｉを極力低減することにより確保できるので、従来のこの種のフラックス入りワイヤの溶接作業性を大幅に向上できることを知見した。
即ち、本発明を適用したガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、軟鋼及び４９０Ｎ／ｍｍ2級高張力鋼の溶接構造物を製造する際に使用されるフラックス入りワイヤであって、鋼製外皮内にフラックスを充填してなるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、鋼製外皮中のＣが鋼製外皮全質量中に対する質量％で０．０２質量％以下含有し、ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックスに、ＴｉＯ2：５．０〜６．５％、ＳｉＯ2：０．５〜０．８％、ＺｒＯ2：０．３〜０．６％、Ａｌ2Ｏ3：０．１〜０．３％、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ２Ｏ換算値とＫ２Ｏ換算値の合計：０．１０〜０．２０％、かつ、Ｋ２Ｏ換算値／Ｎａ２Ｏ換算値：２．０以上、弗素化合物のＦ換算値：０．０２〜０．１０％、Ｍｇ：０．１〜０．３％を含有し、さらに、鋼製外皮とフラックスの合計で、Ｃ：０．０３〜０．０６％、Ｓｉ：０．３〜０．６％、Ｍｎ：２．５〜３．５％、Ａｌ：０．４〜０．８％を含有し、かつ、前記Ａｌはフラックスから０．１％以上をＦｅ-Ａｌで添加し、残部は鋼製外皮のＦｅ分、合金鉄中のＦｅ分、鉄粉及び不可避的不純物であることを特徴とする。
このとき、ワイヤ全質量に対する質量％で、鋼製外皮とフラックスの合計で、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｂ：０．００１％以下、Ｂｉ：０．００１％以下とされていてもよい。
以下、本発明を適用したフラックス入りワイヤの成分組成の限定理由を述べる。
［鋼製外皮全質量に対する鋼製外皮のＣ：０．０２％以下］
ＣＯ2ガスシールドアーク溶接において、鋼製外皮全質量に対する鋼製外皮のＣの質量％が、０．０２％以下では、懸垂溶滴の破裂現象が抑制され、スパッタ発生量が減少する。また、アーク状態はソフトになり、立向上進溶接で溶融プールの過剰な掘り込みがなくなるので、メタル垂れが発生しにくく良好なビード形状となる。一方、鋼製外皮中のＣの質量％が０．０２％を超えると、強めのアーク状態となりスパッタ発生量が増加して溶接ビード及び鋼板表面にスパッタ粒が付着する。また、立向上進溶接でメタル垂れが発生しやすくビード形状が不良となる。このため、鋼製外皮全質量に対する鋼製外皮のＣの質量％は０．０２％以下とする。
ＣＯ2ガスシールドアーク溶接において、鋼製外皮全質量に対する鋼製外皮のＣの質量％が、０．０２％以下では、懸垂溶滴の破裂現象が抑制され、スパッタ発生量が減少する。また、アーク状態はソフトになり、立向上進溶接で溶融プールの過剰な掘り込みがなくなるので、メタル垂れが発生しにくく良好なビード形状となる。一方、鋼製外皮中のＣの質量％が０．０２％を超えると、強めのアーク状態となりスパッタ発生量が増加して溶接ビード及び鋼板表面にスパッタ粒が付着する。また、立向上進溶接でメタル垂れが発生しやすくビード形状が不良となる。このため、鋼製外皮全質量に対する鋼製外皮のＣの質量％は０．０２％以下とする。
以下、各成分の含有量は、フラックス入りワイヤ全質量に対する質量％で示す。
［フラックスに含有するＴｉＯ2：５．０〜６．５％］
ルチール、チタンスラグなどを原料として、ＴｉＯ2が５．０％未満では、溶融スラグの粘性及びスラグ量が不足して、高電流の溶接条件での水平すみ肉溶接でスラグ被包性が不十分でビード形状が不良となる。また、立向上進溶接でメタル垂れが発生しやすくビード形状が不良となり、立向下進溶接でスラグ剥離性が不良となる。一方、ＴｉＯ2が６．５％を超えると、水平すみ肉溶接でビード形状が不良となる。また、立向下進溶接でビードに未溶融スラグが原因の凝固割れが発生しやすく、片面継手溶接でスラグ巻き込みが発生しやすくなる。このため、フラックス中のＴｉＯ2は５．０〜６．５％とする。
ルチール、チタンスラグなどを原料として、ＴｉＯ2が５．０％未満では、溶融スラグの粘性及びスラグ量が不足して、高電流の溶接条件での水平すみ肉溶接でスラグ被包性が不十分でビード形状が不良となる。また、立向上進溶接でメタル垂れが発生しやすくビード形状が不良となり、立向下進溶接でスラグ剥離性が不良となる。一方、ＴｉＯ2が６．５％を超えると、水平すみ肉溶接でビード形状が不良となる。また、立向下進溶接でビードに未溶融スラグが原因の凝固割れが発生しやすく、片面継手溶接でスラグ巻き込みが発生しやすくなる。このため、フラックス中のＴｉＯ2は５．０〜６．５％とする。
［フラックスに含有するＳｉＯ2：０．５〜０．８％］
珪砂、ジルコンサンドなどを原料として、ＳｉＯ2が０．５％未満では、高電流の溶接条件での水平すみ肉溶接でビード形状が不良となる。また、立向上進及び立向下進溶接でメタル垂れが発生しやすくビード形状が不良となる。一方、ＳｉＯ2が０．８％を超えるとアークが不安定でスパッタ発生量が増加して溶接ビード及び鋼板表面にスパッタ粒が付着する。このため、フラックス中のＳｉＯ2は０．５〜０．８％とする。
珪砂、ジルコンサンドなどを原料として、ＳｉＯ2が０．５％未満では、高電流の溶接条件での水平すみ肉溶接でビード形状が不良となる。また、立向上進及び立向下進溶接でメタル垂れが発生しやすくビード形状が不良となる。一方、ＳｉＯ2が０．８％を超えるとアークが不安定でスパッタ発生量が増加して溶接ビード及び鋼板表面にスパッタ粒が付着する。このため、フラックス中のＳｉＯ2は０．５〜０．８％とする。
［フラックスに含有するＺｒＯ2：０．３〜０．６％］
ジルコンサンド、酸化ジルコンなどを原料として、ＺｒＯ2が０．３％未満では、高電流の溶接条件での水平すみ肉溶接でビード形状が不良となる。また、立向上進溶接でメタル垂れが発生しやすくビード形状が不良となる。一方、ＺｒＯ2が０．６％を超えると、アークが不安定でスパッタ発生量が増加して溶接ビード及び鋼板表面にスパッタ粒が付着する。また、高電流の溶接条件での水平すみ肉溶接でビード形状が細く不良となり、立向下進及び片面継手溶接の初層パスでスラグ剥離性が不良となる。このため、フラックス中のＺｒＯ2は０．３〜０．６％とする。
ジルコンサンド、酸化ジルコンなどを原料として、ＺｒＯ2が０．３％未満では、高電流の溶接条件での水平すみ肉溶接でビード形状が不良となる。また、立向上進溶接でメタル垂れが発生しやすくビード形状が不良となる。一方、ＺｒＯ2が０．６％を超えると、アークが不安定でスパッタ発生量が増加して溶接ビード及び鋼板表面にスパッタ粒が付着する。また、高電流の溶接条件での水平すみ肉溶接でビード形状が細く不良となり、立向下進及び片面継手溶接の初層パスでスラグ剥離性が不良となる。このため、フラックス中のＺｒＯ2は０．３〜０．６％とする。
［フラックスに含有するＡｌ2Ｏ3：０．１〜０．３％］
アルミナを原料として、Ａｌ2Ｏ3が０．１％未満では、水平すみ肉及び立向上進溶接の高電流の溶接条件でビード形状が不良となる。一方、Ａｌ2Ｏ3が０．３％を超えると、アークが不安定でスパッタ発生量が増加して溶接ビード及び鋼板表面にスパッタ粒が付着する。また、立向下進溶接でメタル垂れが発生しやすくビード形状が不良となる。このため、フラックス中のＡｌ2Ｏ3は０．１〜０．３％とする。
アルミナを原料として、Ａｌ2Ｏ3が０．１％未満では、水平すみ肉及び立向上進溶接の高電流の溶接条件でビード形状が不良となる。一方、Ａｌ2Ｏ3が０．３％を超えると、アークが不安定でスパッタ発生量が増加して溶接ビード及び鋼板表面にスパッタ粒が付着する。また、立向下進溶接でメタル垂れが発生しやすくビード形状が不良となる。このため、フラックス中のＡｌ2Ｏ3は０．１〜０．３％とする。
［フラックスに含有するＮａ化合物及びＫ化合物のＮａ２Ｏ換算値とＫ２Ｏ換算値の合計：０．１０〜０．２０％］
チタン酸ソーダ、弗化ソーダ、珪弗化カリ、カリ長石及び氷晶石などＮａ、Ｋを含有する原料を用いて、Ｎａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計が０．１０％未満では、アークが不安定でスパッタ発生量が増加して溶接ビード及び鋼板表面にスパッタ粒が付着する。一方、Ｎａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計が０．２０％を超えると、立向下進溶接でアーク長が伸びてメタル垂れが発生しやすくビード形状が不良となる。このため、フラックス中のＮａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計は０．１０〜０．２０％とする。
チタン酸ソーダ、弗化ソーダ、珪弗化カリ、カリ長石及び氷晶石などＮａ、Ｋを含有する原料を用いて、Ｎａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計が０．１０％未満では、アークが不安定でスパッタ発生量が増加して溶接ビード及び鋼板表面にスパッタ粒が付着する。一方、Ｎａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計が０．２０％を超えると、立向下進溶接でアーク長が伸びてメタル垂れが発生しやすくビード形状が不良となる。このため、フラックス中のＮａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計は０．１０〜０．２０％とする。
［Ｋ２Ｏ換算値／Ｎａ２Ｏ換算値：２．０以上］
Ｋ２Ｏ換算値／Ｎａ２Ｏ換算値が２．０未満では、アークが強めで立向上進及び立向下進溶接でメタル垂れが発生しやすくビード形状が不良となる。このため、Ｋ２Ｏ換算値／Ｎａ２Ｏ換算値は２．０以上とする。
Ｋ２Ｏ換算値／Ｎａ２Ｏ換算値が２．０未満では、アークが強めで立向上進及び立向下進溶接でメタル垂れが発生しやすくビード形状が不良となる。このため、Ｋ２Ｏ換算値／Ｎａ２Ｏ換算値は２．０以上とする。
［フラックスに含有する弗素化合物のＦ換算値：０．０２〜０．１０％］
珪弗化カリ、弗化ソーダなどの弗素化合物を原料として、Ｆ換算値が０．０２％未満では、集中性のない不安定なアーク状態となり、スパッタ発生量が増加して溶接ビード及び鋼板表面にスパッタ粒が付着する。また、立向下進溶接でメタル垂れが発生しやすくビード形状が不良となり、片面継手溶接の初層パスもビードが乱れて不良となる。一方、Ｆ換算値が０．１０％を超えると、強いアーク感となりスパッタ発生量が増加して溶接ビード及び鋼板表面にスパッタ粒が付着する。また、立向上進及び立向下進溶接でスラグ粘性が低下してメタル垂れが発生しやすくビード形状が不良となる。このため、フラックス中の弗素化合物のＦ換算値は０．０２〜０．１０％とする。
珪弗化カリ、弗化ソーダなどの弗素化合物を原料として、Ｆ換算値が０．０２％未満では、集中性のない不安定なアーク状態となり、スパッタ発生量が増加して溶接ビード及び鋼板表面にスパッタ粒が付着する。また、立向下進溶接でメタル垂れが発生しやすくビード形状が不良となり、片面継手溶接の初層パスもビードが乱れて不良となる。一方、Ｆ換算値が０．１０％を超えると、強いアーク感となりスパッタ発生量が増加して溶接ビード及び鋼板表面にスパッタ粒が付着する。また、立向上進及び立向下進溶接でスラグ粘性が低下してメタル垂れが発生しやすくビード形状が不良となる。このため、フラックス中の弗素化合物のＦ換算値は０．０２〜０．１０％とする。
［フラックスに含有するＭｇ：０．１〜０．３％］
金属Ｍｇ、Ａｌ−Ｍｇなどを原料として、Ｍｇを０．１％以上含有させることによって、溶接金属の酸素量を低くし衝撃靱性を向上させ、水平すみ肉及び立向下進溶接のビード形状を良好にすることができる。換言すれば、このＭｇが０．１％未満では、所望の衝撃靭性を確保することができず、また良好なビード形状とすることが困難となる。一方、Ｍｇが０．３％を超えると、スパッタ発生量が増加して溶接ビード及び鋼板表面にスパッタ粒が付着するとともに、溶融スラグ中に脱酸生成物であるＭｇ酸化物が増加し立向上進溶接でメタル垂れが発生しやすくビード形状が不良となる。このため、フラックス中のＭｇは０．１〜０．３％とする。
金属Ｍｇ、Ａｌ−Ｍｇなどを原料として、Ｍｇを０．１％以上含有させることによって、溶接金属の酸素量を低くし衝撃靱性を向上させ、水平すみ肉及び立向下進溶接のビード形状を良好にすることができる。換言すれば、このＭｇが０．１％未満では、所望の衝撃靭性を確保することができず、また良好なビード形状とすることが困難となる。一方、Ｍｇが０．３％を超えると、スパッタ発生量が増加して溶接ビード及び鋼板表面にスパッタ粒が付着するとともに、溶融スラグ中に脱酸生成物であるＭｇ酸化物が増加し立向上進溶接でメタル垂れが発生しやすくビード形状が不良となる。このため、フラックス中のＭｇは０．１〜０．３％とする。
［フラックスと鋼製外皮の合計でＣ：０．０３〜０．０６％］
Ｃは、鋼製外皮とＦｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｍｎ及びＦｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の鉄合金が微量含有するＣから添加される。フラックスと鋼製外皮の合計で、Ｃが０．０３％未満では、溶接金属の酸素量が高く衝撃靭性が低下する。一方、Ｃが０．０６％を超えると、溶接金属の衝撃靱性が低下する。このため、フラックスと鋼製外皮の合計でＣは０．０３〜０．０６％とする。
Ｃは、鋼製外皮とＦｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｍｎ及びＦｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の鉄合金が微量含有するＣから添加される。フラックスと鋼製外皮の合計で、Ｃが０．０３％未満では、溶接金属の酸素量が高く衝撃靭性が低下する。一方、Ｃが０．０６％を超えると、溶接金属の衝撃靱性が低下する。このため、フラックスと鋼製外皮の合計でＣは０．０３〜０．０６％とする。
［フラックスと鋼製外皮の合計でＳｉ：０．３〜０．６％］
Ｓｉは、鋼製外皮、金属Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ及びＦｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等から添加される。フラックスと鋼製外皮の合計で、Ｓｉが０．３％未満では、高電流の溶接条件での水平すみ肉溶接でビード形状が不良となる。また、立向上進溶接でメタル垂れが発生しやすくなりビード形状が不良なる。一方、Ｓｉが０．６％を超えると、溶接金属の衝撃靱性が低下する。このため、フラックスと鋼製外皮の合計でＳｉは０．３〜０．６％とする。
Ｓｉは、鋼製外皮、金属Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ及びＦｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等から添加される。フラックスと鋼製外皮の合計で、Ｓｉが０．３％未満では、高電流の溶接条件での水平すみ肉溶接でビード形状が不良となる。また、立向上進溶接でメタル垂れが発生しやすくなりビード形状が不良なる。一方、Ｓｉが０．６％を超えると、溶接金属の衝撃靱性が低下する。このため、フラックスと鋼製外皮の合計でＳｉは０．３〜０．６％とする。
［フラックスと鋼製外皮の合計でＭｎ：２．５〜３．５％］
Ｍｎは、鋼製外皮、金属Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ及びＦｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等から添加される。フラックスと鋼製外皮の合計で、Ｍｎが２．５％未満では、溶接金属の衝撃靱性が低下する。一方、Ｍｎが３．５％を超えると、立向上進及び立向下進溶接でメタル垂れが発生しやすくビード形状が不良となる。このため、フラックスと鋼製外皮の合計でＭｎは２．５〜３．５％とする。
Ｍｎは、鋼製外皮、金属Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ及びＦｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等から添加される。フラックスと鋼製外皮の合計で、Ｍｎが２．５％未満では、溶接金属の衝撃靱性が低下する。一方、Ｍｎが３．５％を超えると、立向上進及び立向下進溶接でメタル垂れが発生しやすくビード形状が不良となる。このため、フラックスと鋼製外皮の合計でＭｎは２．５〜３．５％とする。
［フラックスと鋼製外皮の合計でＡｌ：０．４〜０．８％］
Ａｌは、鋼製外皮、金属Ａｌ、Ｆｅ−Ａｌ及びＡｌ−Ｍｇから添加される。フラックスと鋼製外皮成分の合計で、Ａｌが０．４％未満では、高電流の溶接条件における水平すみ肉溶接でビード形状が不良となり、立向上進溶接のメタル垂れも発生しやすくビード形状が不良となる。また、溶接金属の酸素量が高くなって衝撃靱性が低下する。一方、Ａｌが０．８％を超えると、溶接金属中に歩留まるＡｌ量が増加し衝撃靱性が低下する。このため、フラックスと鋼製外皮の合計でＡｌは０．４〜０．８％とする。
Ａｌは、鋼製外皮、金属Ａｌ、Ｆｅ−Ａｌ及びＡｌ−Ｍｇから添加される。フラックスと鋼製外皮成分の合計で、Ａｌが０．４％未満では、高電流の溶接条件における水平すみ肉溶接でビード形状が不良となり、立向上進溶接のメタル垂れも発生しやすくビード形状が不良となる。また、溶接金属の酸素量が高くなって衝撃靱性が低下する。一方、Ａｌが０．８％を超えると、溶接金属中に歩留まるＡｌ量が増加し衝撃靱性が低下する。このため、フラックスと鋼製外皮の合計でＡｌは０．４〜０．８％とする。
［フラックスにＦｅ−ＡｌからのＡｌ：０．１％以上］
前記Ａｌの内、０．１％以上のＡｌをフラックスからＦｅ−Ａｌで添加することによって、アークの集中性が良好となり溶融プールの揺れ動きがなく溶融プールの凝固形態も安定して、スパッタ発生量の低減とともに各姿勢溶接におけるビード形状が良好になる。この効果はＦｅ−ＡｌからのＡｌの添加を０．１％未満とし、低融点原料の金属ＡｌやＡｌ−ＭｇでＡｌを添加した場合には得られない。このため、フラックスからＦｅ−ＡｌでＡｌを０．１％以上添加する。
前記Ａｌの内、０．１％以上のＡｌをフラックスからＦｅ−Ａｌで添加することによって、アークの集中性が良好となり溶融プールの揺れ動きがなく溶融プールの凝固形態も安定して、スパッタ発生量の低減とともに各姿勢溶接におけるビード形状が良好になる。この効果はＦｅ−ＡｌからのＡｌの添加を０．１％未満とし、低融点原料の金属ＡｌやＡｌ−ＭｇでＡｌを添加した場合には得られない。このため、フラックスからＦｅ−ＡｌでＡｌを０．１％以上添加する。
［フラックスと鋼製外皮の合計でＰ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｂ：０．００１％以下、Ｂｉ：０．００１％以下］
フラックスと鋼製外皮成分の合計でＰ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｂ：０．００１％以下及びＢｉ：０．００１％以下となるように鋼製外皮及びフラックス原料を選定することにより、片面継手溶接の初層パスで問題となる耐高温割れ性が向上する。
フラックスと鋼製外皮成分の合計でＰ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｂ：０．００１％以下及びＢｉ：０．００１％以下となるように鋼製外皮及びフラックス原料を選定することにより、片面継手溶接の初層パスで問題となる耐高温割れ性が向上する。
以上、本発明のフラックス入りワイヤの成分限定理由を述べた。その他の成分として、鉄粉はアーク安定性を向上させるが、６％を超えるとワイヤ製造の伸線工程での断線が問題となる。
なお、ミルスケール、赤鉄鉱、チタンスラグなどの原料からの鉄酸化物は、水平すみ肉溶接のビード形状を良好にするが、ＦｅＯ換算値で０．３％を超えると立向上進及び立向下進溶接でメタル垂れが発生しやすくビード形状が不良となる。
本発明のフラックス入りワイヤは、鋼製外皮内にフラックスを充填後、ダイス伸線やローラ圧延加工により所定のワイヤ径（１．０〜１．６ｍｍ）に縮径して製造される。ワイヤの断面構造は特に限定するものでないが、外皮部に隙間のないシームレスタイプのものは、縮径の中間段階の脱水素処理により極低水素で、またワイヤ表面にＣｕめっきも可能で耐チップ摩耗性がよく安定したアーク状態が長時間継続できる。
以下、本発明の実施例についてさらに詳細に説明する。
表１に示す成分の鋼管及び帯鋼にフラックスを充填後、縮径して、表２に示すワイヤ径１．４ｍｍのフラックス入りワイヤを各種試作した。ちなみに、この表１における、鋼管及び帯鋼は、いずれも鋼製外皮を構成するものであって、表１中の数値％は、何れも鋼製外皮全質量に対する質量％を意味するものである。なお、ワイヤ全質量に対するフラックスの割合（フラックス充填率）は１４質量％とした。なお、鋼管を用いた試作ワイヤは縮径の中間で焼鈍処理（６００℃）を行い、さらに、一部の試作ワイヤにはＣｕめっき（厚さ約０．５μｍ）を施した。
これら試作ワイヤを用いて、まず、スパッタ発生量の測定を行った。スパッタ発生量は、銅製の補修箱を用いて、表３に示す下向ビードオンプレートの溶接条件で３０秒×５回溶接を行い、１分間当たりのスパッタ発生量を算出した。１分間当たりのスパッタ発生量が１．５ｇ以下を良好とした。
水平すみ肉溶接は、図１に示した形状と同様なＴ字型試験体（鋼種：ＫＡ３６鋼、板厚：１２ｍｍ、幅１００ｍｍ、長さ：１０００ｍｍ、黒皮材）に、表３に示す溶接条件で、水平すみ肉溶接を行い、アークの安定性及びビード形状を評価した。
次に、Ｔ字型すみ肉試験体（鋼種：ＫＡ３６鋼、板厚：１２ｍｍ、幅１００ｍｍ、長さ：５００ｍｍ、無機ジンクプライマー塗装）に、表３に示す溶接条件で、立向上進及び立向下進ですみ肉溶接を行い、アークの安定性、ビード形状及びスラグ剥離性などを評価した。
さらに、図２に示す形状の片面継手溶接試験体５（鋼種：ＫＤ３６鋼、板厚：２０ｍｍ、幅４００ｍｍ、長さ４００ｍｍ、開先角度θ：３５°、ルート間隔Ｇ：５ｍｍ、裏面の拘束：３箇所）に、セラミック裏当材６（ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ系）を当てて、表３に示す溶接条件で、下向姿勢で順次積層してアークの安定性、ビード形状、スラグ剥離性、割れの有無及び溶接金属の衝撃試験を行った。割れの有無は初層パス溶接後に目視及び全パス溶接後にＸ線透過試験を行って調べた。目視及びＸ線透過試験で欠陥のなかった試験体の裏面から７ｍｍを中心に衝撃試験片（ＪＩＳ Ｚ２２４２ Ｖノッチ試験片）を採取して溶接金属の衝撃試験を実施した。なお、衝撃試験は０℃におけるシャルピー吸収エネルギーが５本の平均値で５４Ｊ以上を良好とした。それらの結果を表４にまとめて示す。
表２及び表４中のワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ１０が本発明例、ワイヤ記号Ｗ１１〜Ｗ２６は比較例である。
本発明例であるワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ１０は、フラックス入りワイヤの成分がいずれも適正であるので、スパッタ発生量が少なく、水平すみ肉、立向上進、立向下進及び片面継手溶接のいずれの試験においても、アークが安定し、ビード形状及びスラグ剥離性などの溶接作業性が良好であった。また、片面継手溶接の初層パスで問題となる高温割れは認められず、溶接金属の吸収エネルギーも良好な結果であった。なお、水平すみ肉溶接後の溶接ビード及び鋼板表面に付着したスパッタ粒は何れも２個以下で、極めて満足な結果であった。
比較例中、ワイヤ記号Ｗ１１は、鋼製外皮全質量に対する鋼製外皮のＣが高いのでアークが強くスパッタ発生量が多く、立向上進溶接ではメタルが垂れてビード形状が不良であった。また、ＴｉＯ2が多いので水平すみ肉溶接のビード形状が不良で、立向下進溶接で割れが生じ、片面継手溶接ではスラグ巻き込みが発生した。
ワイヤ記号Ｗ１２は、ＴｉＯ2が少ないので水平すみ肉溶接のビード形状が不良で、立向上進溶接においてもメタルが垂れてビード形状が不良で、立向下進溶接ではスラグ剥離性が不良であった。また、Ｍｇが少ないので、片面継手溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。
ワイヤ記号Ｗ１３は、ＳｉＯ2が少ないので水平すみ肉溶接のビード形状が不良で、立向上進及び立向下進溶接においてもメタルが垂れてビード形状が不良であった。また、Ｃが少ないので片面継手溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。
ワイヤ記号Ｗ１４は、ＳｉＯ2が多いのでアークが不安定でスパッタ発生量が多かった。また、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＫ2Ｏ換算値／Ｎａ2Ｏ換算値が低いので立向上進及び立向下進溶接でメタルが垂れてビード形状が不良であった。
ワイヤ記号Ｗ１５は、ＺｒＯ2が少ないので水平すみ肉溶接のビード形状が不良で、立向上進及び立向下進溶接においてもメタルが垂れてビード形状が不良であった。また、Ｃが多いので片面継手溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。
ワイヤ記号Ｗ１６は、ＺｒＯ2が多いのでアークが不安定でスパッタ発生量が多かった。また、水平すみ肉溶接のビード形状が不良で、立向下進及び片面継手溶接のスラグ剥離性も不良であった。さらに、Ｓｉが多いので片面継手溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。
ワイヤ記号Ｗ１７は、Ａｌ2Ｏ3が少ないので水平すみ肉及び立向上進溶接のビード形状が不良であった。また、Ｐが多いので片面継手溶接の初層パスで高温割れが発生した。
ワイヤ記号Ｗ１８は、Ａｌ2Ｏ3が多いのでアークが不安定でスパッタ発生量が多かった。また、立向下進溶接でメタルが垂れてビード形状が不良であった。さらに、Ｍｎが少ないので片面継手溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。
ワイヤ記号Ｗ１９は、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計が小さいのでアークが不安定でスパッタ発生量が多かった。また、Ｍｎが多いので立向上進及び立向下進溶接でメタルが垂れてビード形状が不良であった。
ワイヤ記号Ｗ２０は、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計が多いので立向下進溶接でメタルが垂れてビード形状が不良であった。また、Ａｌが多いので片面継手溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。
ワイヤ記号Ｗ２１は、弗素化合物のＦ換算値が小さいのでアークが不安定でスパッタ発生量が多かった。また、立向下進溶接でメタルが垂れてビード形状が不良で、片面継手溶接では初層のビードが乱れた。
ワイヤ記号Ｗ２２は、弗素化合物のＦ換算値が高いのでアークが強くスパッタ発生量が多かった。また、立向上進及び立向下進溶接ではメタルが垂れてビード形状が不良であった。さらに、Ｓが多いので片面継手溶接の初層パスで高温割れが発生した。
ワイヤ記号Ｗ２３は、Ｍｇが多いのでスパッタ発生量が多かった。また、立向上進溶接ではメタルが垂れてビード形状が不良であった。さらに、Ｂが多いので片面継手溶接の初層パスで高温割れが発生した。
ワイヤ記号Ｗ２４は、Ｓｉが少ないので水平すみ肉溶接のビード形状が不良で、立向上進溶接もメタルが垂れてビード形状が不良であった。また、Ｂｉが多いので片面継手溶接の初層パスで高温割れが発生した。
ワイヤ記号Ｗ２５は、Ａｌが低いので水平すみ肉溶接のビード形状が不良で、立向上進溶接もメタルが垂れてビード形状が不良であった。また、片面継手溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。
ワイヤ記号Ｗ２６は、フラックスのＦｅ−ＡｌからのＡｌの添加量が少ないのでスパッタ発生量が多かった。また、水平すみ肉、立向上進及び立向下進溶接のビード形状が不良であった。
１、２ 鋼板
３ 溶接ビード
４ スパッタ粒
５ 片面継手溶接試験体
６ セラミック裏当材
３ 溶接ビード
４ スパッタ粒
５ 片面継手溶接試験体
６ セラミック裏当材
Claims (2)
- 鋼製外皮内にフラックスを充填してなるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、
鋼製外皮中のＣが鋼製外皮全質量に対する質量％で０．０２％以下含有し、
ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックスに、
ＴｉＯ2：５．０〜６．５％、
ＳｉＯ2：０．５〜０．８％、
ＺｒＯ2：０．３〜０．６％、
Ａｌ2Ｏ3：０．１〜０．３％、
Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ２Ｏ換算値とＫ２Ｏ換算値の合計：０．１０〜０．２０％、かつ、Ｋ２Ｏ換算値／Ｎａ２Ｏ換算値：２．０以上、
弗素化合物のＦ換算値：０．０２〜０．１０％、
Ｍｇ：０．１〜０．３％を含有し、
さらに、鋼製外皮とフラックスの合計で、
Ｃ：０．０３〜０．０６％、
Ｓｉ：０．３〜０．６％、
Ｍｎ：２．５〜３．５％、
Ａｌ：０．４〜０．８％を含有し、
かつ、前記Ａｌはフラックスから０．１％以上をＦｅ-Ａｌで添加し、残部は鋼製外皮のＦｅ分、合金鉄中のＦｅ分、鉄粉及び不可避的不純物であることを特徴とするガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。 - ワイヤ全質量に対する質量％で、鋼製外皮とフラックスの合計で、
Ｐ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．０１０％以下、
Ｂ：０．００１％以下、
Ｂｉ：０．００１％以下であることを特徴とする請求項１記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012130732A JP5863570B2 (ja) | 2012-06-08 | 2012-06-08 | ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ |
Applications Claiming Priority (1)
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