JP6061809B2 - 付加溶接用フラックス入りワイヤ及び溶接方法 - Google Patents
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Description
本発明のフラックス入りワイヤは、ワイヤ全質量あたり、Ni:0.5〜3.8質量%であり、かつ、Mn:3〜7質量%であってもよい。
また、ワイヤ全質量あたりのMn量(質量%)を[Mn]、Ni量(質量%)を[Ni]としたとき、下記数式1を満たす組成にすることもできる。
一方、Cr含有量は、ワイヤ全質量あたり、1.0質量%以下としてもよい。
本発明の溶接方法における付加溶接は、例えば、CO2を10体積%以上含有するシールドガスを用いたガスシールドアーク溶接により行うことができる。
本実施形態のフラックス入りワイヤは、鋼製外皮にフラックスを充填したものであり、ワイヤ全質量あたり、Siを0.2〜1.0質量%、Mnを3.0〜10.0質量%を含有すると共に、Cを0.1質量%以下、Pを0.03質量%以下、Sを0.03質量%以下、Cr及び/又はNiを合計で3.8質量%以下に規制している。また、本実施形態のフラックス入りワイヤには、前述した各成分に加えて、Alを特定量添加することもできる。
Siは、溶接金属の強度を高めると共に、ビードの止端形状を滑らかにして応力集中を低減する効果がある。ただし、Si含有量が0.2質量%未満の場合、これらの効果が不十分となる。一方、Si含有量が1.0質量%を超えると、粒界偏析が生じて高温割れが発生しやすくなる。よって、Si含有量は、ワイヤ全質量あたり、0.2〜1.0質量%とする。
Mnは、焼き入れ性を高め、溶接金属のマルテンサイト変態開始温度(Ms点)を低下させ、溶接金属止端部に圧縮残留応力を付与する効果がある。また、Mnは、適量の添加により、溶接金属の耐高温割れ性に影響を及ぼすSをMnSとして固定し、高温割れを抑制する効果もある。ただし、Mn含有量が3質量%未満の場合、これらの効果が不十分となり、また、Mn含有量が10質量%を超えると、溶接金属が過度に硬化し、高温割れが発生しやすくなると共に靭性も低下する。よって、Mn含有量は、ワイヤ全質量あたり、3〜10質量%とする。
Cは、溶接金属の強度を向上させると共に、焼き入れ性を高めて溶接金属のMs点を低下させる効果があるが、高温割れを誘起しやすい元素でもある。具体的には、C含有量が0.1質量%を超えると、溶接金属に高温割れが発生しやすくなる。よって、C含有量は、ワイヤ全質量あたり、0.1質量%以下に規制する。
Pも、高温割れを誘起しやすい元素であり、P含有量が0.03質量%を超えると、溶接金属に高温割れが発生しやすくなる。よって、P含有量は、ワイヤ全質量あたり、0.03質量%以下に規制する。
Sも、前述したPと同様に高温割れを誘起しやすい元素であり、S含有量が0.03質量%を超えると、溶接金属に高温割れが発生しやすくなる。よって、S含有量も、ワイヤ全質量あたり、0.03質量%以下に規制する。
Crは、溶接金属のMs点を低下させ、溶接部の疲労強度を向上させる効果があるが、Crを含む鉄合金はより硬い溶接金属を形成するため、Crを多量に添加すると、溶接金属が過度に硬化して耐割れ性や靭性の低下を招く。同様に、Niも、溶接金属のMs点を低下させる効果があり、適量添加することにより、溶接部の疲労強度を更に向上させることができるが、多量に添加すると、溶接金属の耐割れ性及び靭性が低下する。
Alは、ビード表面に生成するスラグを均一化する効果があるが、溶接金属のMs点をわずかではあるが上昇させるため、本実施形態のフラックス入りワイヤでは、必要に応じて添加する。その際、Al含有量が0.1質量%未満であると、前述した添加効果が得られず、また、Al含有量が0.5質量%を超えると、溶接金属の靭性が劣化すると共に、Ms点上昇による溶接部の疲労強度低下を招く。よって、Alを添加する場合は、ワイヤ全質量あたり、0.1〜0.5質量%とする。これにより、溶接ビードの表面全面に亘り均一なスラグを形成することができる。
本実施形態のフラックス入りワイヤの成分組成における残部は、Fe及び不可避的不純物である。本実施形態のフラックス入りワイヤにおける不可避的不純物としては、Nb及びVなどが挙げられる。また、前述した各元素が酸化物や窒化物として添加された場合は、本実施形態のフラックス入りワイヤの残部には、OやNも含まれる。更に、本実施形態のフラックス入りワイヤには、前述した各成分の他に、Mo、Ti、Zr、Mg、K、Ca,Na及びFなどが添加されていてもよい。
本実施形態のフラックス入りワイヤは、主溶接の溶接金属止端部への付加溶接に用いられる。その際、主溶接部の溶接金属組成は、特に限定されるものではないが、本実施形態のフラックス入りワイヤは、主溶接部の溶接金属が、Mn:0.5〜2.0質量%、Ni:3.5質量%以下(0は含まない)を少なくとも含有する鋼である場合に、特に好適である。Mn含有量及びNi含有量がこの範囲にあれば、母材希釈による効果の低減を抑制し、耐割れ性及び疲労強度に優れた溶接継手を形成することができる。
作製された各継手について、付加溶接の溶接金属4表面のスラグの状態を、目視により観察した。その結果、付加溶接の溶接金属4表面の色が均一であったものを◎、まだらであったものを○とした。
図2は疲労試験の方法を示す側面図である。疲労強度は、図1に示す両側すみ肉溶接継手から、図2に示す試験片10を切り出し、部分片振り3点曲げ疲労試験を行って評価した。その際、株式会社テークスグループ製 200kN疲労試験機(PA24901)を使用し、試験条件は、環境温度:室温、支点11間の距離:150mm、正弦波で荷重制御を行い、周波数:15Hz、応力比:0.1(部分片振り)とした。なお、図2に示す矢印xは、荷重印加方向を示す。
溶接金属の耐割れ性は、JIS Z3155に基づいて、C型拘束割れ試験を行い、その結果により評価した。その際、溶接電流を280A、溶接速度を40,50,70cm/分とした。そして、溶接後に、X線透過試験を行い、40cm/分においても割れが生じていたものを×(不可)、40cm/分にのみ割れがなかったものを△(可)、50cm/分以下の速度で割れが生じていなかったものを○(良)、70cm/分においても割れが生じていなかったものを◎(優)として、評価した。
全溶着金属の靭性は、JIS Z3111に基づいて、0℃における全溶着金属の衝撃性能試験を行い、その結果により評価した。そして、0℃における衝撃性能が60J以上のものを◎(優)、47J以上60J未満を○(良)とした。また、通常、溶接継手部の機械性能は、主溶接部により担保されるため、付加溶接部には主溶接部ほどの性能は要求されない。そこで、本実施例では、0℃における衝撃性能が47J未満であっても、10J以上であれば実用上適用可能であるため、10J以上47J未満のものを△(可)とした。一方、0℃における衝撃性能が10J未満のものについては、溶接金属が過度に硬化し、プレス矯正時に割れが発生する可能性があるため×(不可)とした。
3 主溶接による溶接金属
4 付加溶接による溶接金属
10 試料片
11 支点
x 荷重印加方向
Claims (6)
- 鋼製外皮内にフラックスが充填されたフラックス入りワイヤであって、
ワイヤ全質量あたり、
Si:0.2〜1.0質量%、
Mn:3〜10質量%、
Al:0.5質量%以下、
含有すると共に、
C:0.1質量%以下、
P:0.03質量%以下、
S:0.03質量%以下、
Cr及び/又はNi:合計で3.8質量%以下、
に規制され、
残部がFe及び不可避的不純物からなる主溶接の溶接金属止端部への付加溶接に用いられる付加溶接用フラックス入りワイヤ。 - ワイヤ全質量あたり、
Ni:0.5〜3.8質量%、
Mn:3〜7質量%
である請求項1に記載の付加溶接用フラックス入りワイヤ。 - ワイヤ全質量あたりのMn量(質量%)を[Mn]、Ni量(質量%)を[Ni]としたとき、下記数式(1)を満たす請求項1又は2に記載の付加溶接用フラックス入りワイヤ。
3<[Mn]+0.5×[Ni]<6 ・・・(1) - Cr含有量が、ワイヤ全質量あたり、1.0質量%以下である請求項1〜3のいずれか1項に記載の付加溶接用フラックス入りワイヤ。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の付加溶接用フラックス入りワイヤを使用し、
Mn:0.5〜2.0質量%、Ni:3.5質量%以下(0は含まない)を少なくとも含有する鋼からなる主溶接の溶接金属止端部に、付加溶接を行う溶接方法。 - 前記付加溶接は、CO2を10体積%以上含有するシールドガスを用いたガスシールドアーク溶接である請求項5に記載の溶接方法。
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