JP3342305B2 - 耐溶接割れ性に優れた溶接ワイヤ及びこれを用いた溶接方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は耐溶接割れ性に優
れた溶接ワイヤ及びこれを用いた溶接方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
例えば自動車用品の一部に亜鉛メッキ鋼板が使用されて
いたが、最近ではこれに代えて耐食性鋼材、特に鋼管が
使用されるようになってきた。

【０００３】亜鉛メッキ鋼板に代えてこのような耐食性
鋼材を用いれば、亜鉛メッキを省略できてコストを下げ
られ、また亜鉛の存在が溶接に対して与える悪影響を除
くことができて有利であるが、この耐食性鋼材を従来の
溶接ワイヤを用いて溶接したとき、溶接割れが生じやす
いことが判明した。

【０００４】従来、亜鉛メッキ鋼板のような低合金鋼の
溶接にはＪＩＳのＹＧＷ１６相当の溶接ワイヤを用いた
マグ溶接若しくはミグ溶接が多く行われてきた。ここで
ＹＧＷ１６ワイヤの代表的合金組成は以下の通りであ
る。 Ｃ：０．０６％，Ｓｉ：０．７０％，Ｍｎ：１．３０
％，Ｐ：０．０１０％，Ｓ：０．０１５％，残部Ｆｅ

【０００５】このような溶接ワイヤを用いて耐食性鋼
材、例えば高リン高銅組成を有する耐食性鋼材の溶接を
行ったとき、溶接割れが生じやすいことが判明したので
ある。

【０００６】従来にあっては、溶接ワイヤにＮｂ又はＴ
ｉを少量加え耐シールド性を高めた組成のものも好んで
使用されているが、本発明者等の経験によると、Ｎｂや
Ｔｉの添加は溶接割れの点からは一層好ましくないこと
が分かった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願の発明はこのような
事情を背景としてなされたものである。而して本願の発
明は溶接ワイヤの組成を、重量％で、Ｃ：≦０．０６
％，Ｍｎ：０．４〜２．０％，Ｐ：≦０．０１５％，
Ｓ：≦０．００５％，Ｏ：≦０．０１％且つＳｉ−２０
×Ｃ²＋４×Ｃ≦０．５％であり、残部実質的にＦｅか
ら成る組成とすることを特徴とする（請求項１）。

【０００８】請求項２は溶接方法に係るもので、請求項
１の溶接ワイヤを用いて、高リン高銅の組成を有する耐
食性鋼材をマグ若しくはミグ溶接法により溶接すること
を特徴とする。

【０００９】請求項３も溶接方法に係るもので、請求項
２において、前記高リン高銅の組成を有する耐食性鋼材
として、Ｃ：≦０．１２％，Ｓｉ：≦０．７５％，Ｍ
ｎ：０．２０〜２．００％，Ｐ：０．０２〜０．１５
％，Ｃｕ：０．０１〜０．５０％，Ｃｒ：≦１．０％及
びＮｉ：≦１．０％を含有し、Ｓ：≦０．０４％であっ
て、残部が実質上Ｆｅから成る合金組成の鋼を使用する
ことを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明者は耐溶接割れ性に優れた溶接ワイヤを
得るべく、図１に示しているように鋼管１０を並べて長
さ２００ｍｍの溶接（マグ溶接，ミグ溶接）試験を行
い、そして溶接部の長手方向始端部分（５ｍｍの位
置），中間部分（１００ｍｍの位置），末端部分（クレ
ータ部分，１９５ｍｍの位置）の溶接状況を調べたとこ
ろ、一般に中間部分に比べて始端部分と末端部分、特に
末端部分において溶接割れが生じやすいことを見出し
た。

【００１１】そこでその理由を調べるべく溶接部を縦に
切断して溶接部の縦断面の組織を調べたところ、中間部
分と始端部分及び末端部分とで溶接部の組織が異なって
いること、また溶接が良好であった部分と溶接割れが発
生した部分とで同じく溶接部の組織が異なっていること
を確認した。

【００１２】即ち、中間部分或いは溶接が良好であった
部分については主として針状フェライト（アシキュラー
フェライト：ＡＦ）組織から成っているのに対して、末
端部分、特に溶接割れの多く発生した部分については主
として粒状フェライト（ポリゴナルフェライト：ＰＦ）
組織から成っていることを確認した。

【００１３】更に研究を進める中で、溶接の良否と溶接
部の組織とは密接に関係しており、溶接の良好な部分に
ついては全般的に組織がＡＦ組織となっており、また溶
接割れが多く発生する部分は組織が全般的に主としてＰ
Ｆ組織となっていること、そしてそれらの関係は成分的
に分類が可能であることが判明した。

【００１４】図２はＣ，Ｓｉ成分が溶接部の組織の決定
要因として重要な働きをなしていることを示している。
同図中の曲線ＰはＡＦ組織とＰＦ組織との境界線となる
もので、図中この曲線Ｐより下側の領域において組織が
ＡＦとなり、従って良好な溶接部が得られることを意味
する。

【００１５】この境界線となる曲線Ｐを式で表すと Ｓｉ−２０×Ｃ²＋４×Ｃ＝０．５％ であり、本発明においてＳｉ，Ｃの量を Ｓｉ−２０×Ｃ²＋４×Ｃ≦０．５％ ・・・・式（１） と規定している意味はここにある。

【００１６】一方において本発明者は耐溶接割れ性と成
分の偏析の関係も併せて調査した。即ち、溶接部の断面
の組織について腐食液で腐食して粒度を調べてみたとこ
ろ、溶接割れの発生している部分についてはデンドライ
ト（樹枝状晶）の生成・発達が認められ、また併せて成
分の偏析が多く認められたのに対して、溶接の良好な部
分についてはデンドライトの生成・発達が少なく、併せ
て成分の偏析も少ないことが認められた。

【００１７】そしてこれを上記と同様にしてＣ，Ｓｉ成
分で整理したものが図２に併せて表してある。同図にお
いて斜線で示すＱ領域部分がデンドライトの発達が少な
く、また成分の偏析の少ない領域を表している。尚、以
上は溶接ワイヤ中のＳ量が少ない場合（Ｓ≦０．００５
％）の結果であって、Ｓ量が多い場合にはこのような結
果は得られなかった。

【００１８】本発明は以上の知見に基づいてなされたも
ので、要するに溶接ワイヤにおけるＣ，Ｓｉ成分を図中
Ｒの範囲とすること、即ちＣ：≦０．０６％で、尚且つ
Ｃ，Ｓｉが前記式（１）を満たす範囲（但しＳ：≦０．
００５％，Ｍｎ：０．４〜２．０％，Ｐ：≦０．０１５
％，Ｏ：≦０．０１％）とすることを骨子とする。

【００１９】本発明の溶接ワイヤは高リン高銅の組成を
有する耐食性鋼材のマグ若しくはミグ溶接に適用して好
適なものであり（請求項２）、特に好適なのはＣ：≦
０．１２％，Ｓｉ：≦０．７５％，Ｍｎ：０．２０〜
２．００％，Ｐ：０．０２〜０．１５％，Ｃｕ：０．０
１〜０．５０％，Ｃｒ：≦１．０％及びＮｉ：≦１．０
％を含有し、Ｓ：≦０．０４％であって、残部が実質上
Ｆｅから成る組成の鋼材の溶接への適用である（請求項
３）。

【００２０】次に本発明の溶接ワイヤ及び高耐食性鋼材
の各成分の限定理由を具体的に説明する。 〈溶接ワイヤ〉 Ｃ：≦０．０６％ Ｃは溶接部の強度を高めるのに欠かせないが、過剰に添
加されると溶接金属の発達が多くなり、また偏析も多く
なるため、上限を０．０６％とする。

【００２１】Ｍｎ：０．４〜２．０％ Ｍｎは脱酸を補助し、溶接金属の流動性を改善する上で
効果があり、また強度・靱性を改善する上でも有用であ
る。しかし０．４％未満では脱酸不足となり溶接欠陥が
発生し易く、一方で２．０％を超えると合金の加工性を
低めて溶接ワイヤへの加工を困難にするうえ溶接金属の
強度が高くなり過ぎ、靱性が低下するので０．４〜２．
０％とした。

【００２２】Ｐ：≦０．０１５％ Ｐは耐溶接割れ性を阻害する元素であり、そのため上限
を０．０１５％とする。

【００２３】Ｓ：≦０．００５％ ＳはＰと同様に耐溶接割れ性を阻害する元素であり、そ
のため上限を０．００５％とする。

【００２４】Ｏ：≦０．０１％ Ｏは過剰に含有すると溶滴の表面張力を低め、ワイヤ先
端の溶滴が離脱するのを妨げる。そこで溶滴の移行性を
改善するため、上限を０．０１％とした。尚Ｓｉ−２０
×Ｃ²＋４×Ｃ≦０．５％とする理由については前述し
た通りである。

【００２５】〈高耐食性鋼材〉 Ｃ：≦０．１２％ 機械部品に通常要求される強度を確保するため、ある程
度のＣ量が必要であるが、延性・靱性を低下させないよ
う上限を０．１２％とする。

【００２６】Ｓｉ：≦０．７５％ 脱酸剤として働くが、多量になると溶接金属中のＳｉ量
を高めてＰの固溶を妨げる結果、溶接割れを引き起こす
恐れがある。そこで０．７５％の上限を設けた。

【００２７】Ｍｎ：０．２０〜２．００％ Ｍｎは脱酸を補助し、また強度・靱性を得る上で少なく
とも０．２０％は添加する。しかし過大になると靱性を
低下するので２．００％を上限とする。

【００２８】Ｐ：０．０２〜０．１５％ 耐食性の効果を得るため、０．０２％以上を添加する。
しかし多量になると材料を脆くする上、溶接金属中に移
行して溶接割れを引き起こすため、上限を０．１５％と
する。

【００２９】Ｃｕ：０．０１〜０．５０％ 同じく耐食性を得る上で有用であり、その効果は０．０
１％以上の添加で得られる。一方、過大な量になると溶
接金属を脆化させるので、０．５０％までの添加に止め
る。

【００３０】Ｃｒ：≦１．０％ Ｎｉ：≦１．０％ これらは上記したＰの作用と相俟って材料に耐食性を与
える。必要な耐食性はそれぞれ１．０％以内で添加すれ
ば得られるので、経済性も考慮して添加量をこの限度と
した。

【００３１】Ｓ：≦０．０４％ ＳはＰと同様に耐溶接割れ性を阻害する元素であり、そ
のため上限を０．０４％とする。

【００３２】

【実施例】次に本発明の実施例を以下に具体的に説明す
る。表１に示す化学組成の溶接ワイヤを用い、以下の合
金組成、即ちＣ：０．０１％，Ｓｉ：０．０１％，Ｍ
ｎ：１．０１％，Ｃｒ：０．１０％，Ｎｉ：０．２０
％，Ｐ：０．０６％，Ｓ：０．０１％，Ｃｕ：０．２０
％，残部Ｆｅから成る組成の高リン高銅組成の耐食性鋼
管（外径６０ｍｍ×長さ３００ｍｍ，肉厚２ｍｍ）１０
を３本並べて長さ２００ｍｍに亘って以下の条件で溶接
試験を行った（図１参照）。

【００３３】

【表１】

【００３４】〈溶接条件〉 溶接電源：ダイヘン製「ターボパルス」 シールドガス：Ａｒ＋５％Ｏ₂，粗Ａｒ＋２０％ＣＯ
₂（２０リットル／ｍｉｎ） ワイヤ送給速度：９．８ｍ／ｍｉｎ アーク電圧：１９Ｖ（ミグ溶接），２６Ｖ（マグ溶接） 溶接速度：１００ｃｍ／ｍｉｎ

【００３５】そして溶接部のミクロ観察を行って偏析，
組織の状態，溶接割れの各項目につき評価を行った。結
果が表１に併せて示してある。

【００３６】表１の結果から、本発明例のものは各比較
例のものに比べてデンドライトの発達及びＳｉ，Ｍｎ，
Ｐ，Ｓ等の成分の偏析が少なく、また組織は主に針状フ
ェライト（ＡＦ）組織を成していて、耐溶接割れ性が良
好であることが分かる。

【００３７】以上本発明の実施例を詳述したがこれはあ
くまで一例示であり、本発明はその主旨を逸脱しない範
囲において種々変更を加えた態様で実施可能である。

【００３８】

【発明の効果】上記のように本発明の溶接ワイヤを用い
て溶接を行った場合、特に高リン高銅から成る組成の耐
食性鋼材をマグ，ミグ溶接する際に良好に溶接割れを防
止することができ、耐溶接割れ性を向上させることがで
きた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明者の行った溶接試験方法の説明図であ
る。

【図２】溶接ワイヤにおけるＣ，Ｓｉの含有量と溶接性
の良否との関係を表す図である。

【符号の説明】

１０ 鋼管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｃ２２Ｃ 38/04 Ｃ２２Ｃ 38/04 38/42 38/42 (72)発明者 上仲 明郎 愛知県東海市加木屋町南鹿持18 (72)発明者 永田 雅 愛知県名古屋市緑区鳴海町字伝治山98− ３ (56)参考文献 特開 平９−52192（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−256486（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−322895（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−263593（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−19130（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 35/30

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、Ｃ：≦０．０６％，Ｍｎ：
   ０．４〜２．０％，Ｐ：≦０．０１５％，Ｓ：≦０．０
   ０５％，Ｏ：≦０．０１％且つＳｉ−２０×Ｃ²＋４×
   Ｃ≦０．５％であり、残部実質的にＦｅから成る耐溶接
   割れ性に優れた溶接ワイヤ。
2. 【請求項２】 請求項１の溶接ワイヤを用いて、高リン
   高銅の組成を有する耐食性鋼材をマグ若しくはミグ溶接
   法により溶接することを特徴とする溶接方法。
3. 【請求項３】 請求項２において、前記高リン高銅の組
   成を有する耐食性鋼材としてＣ：≦０．１２％，Ｓｉ：
   ≦０．７５％，Ｍｎ：０．２０〜２．００％，Ｐ：０．
   ０２〜０．１５％，Ｃｕ：０．０１〜０．５０％，Ｃ
   ｒ：≦１．０％及びＮｉ：≦１．０％を含有し、Ｓ：≦
   ０．０４％であって、残部が実質上Ｆｅから成る合金組
   成の鋼を使用することを特徴とする溶接方法。