JP6476058B2 - ガスシールドアーク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
このガスシールドアーク溶接用メタル系フラックス入りワイヤは、P含有量が、ワイヤ全質量あたり0.020質量%以下に規制されていてもよい。
また、前記メタル系フラックスのS含有量は、前記メタル系フラックス全質量あたり0.025質量%以下に規制することができる。
さらに、本発明のガスシールドアーク溶接用メタル系フラックス入りワイヤは、Ti含有量を、ワイヤ全質量あたり0.5質量%以下に規制することができる。
またさらに、本発明のガスシールドアーク溶接用メタル系フラックス入りワイヤは、S含有量を、ワイヤ全質量あたり0.009質量%以下に規制することができる。
この溶接方法では、例えば、シールドガス全体積あたり、Arを95〜100体積%と、酸化性ガスを0〜5体積%とからなるシールドガスを用いることができる。
酸化性ガスは、CO2及びO2からなる群から選択される少なくとも1種のガスでよい。
図1は酸化皮膜形成の概念図である。図1に示すように、溶接ビード(溶接金属1)の表面は、溶融金属(溶融池2)が凝固した後でシールドガス3や大気中の酸素(O2)により酸化されるため、シールドガス3にArのような希ガスを用いて溶接を行っても、厚さ数μm程度の酸化皮膜4が不可避的に生成してしまう。従来、電着塗装処理を行う場合、前処理として燐酸亜鉛処理が行われているが、例えば鋼板表面に酸化皮膜が存在していると、この酸化皮膜が燐酸亜鉛皮膜の生成を阻害するため、緻密な燐酸亜鉛皮膜を形成することができない。そして、そのような箇所では、電着塗装膜の密着性が低下する。
本実施形態のメタル系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、ガスシールドアーク溶接に用いられる。そして、本実施形態のメタル系フラックス入りワイヤは、ワイヤ全質量あたり、Cを0.02〜0.30質量%、Siを0.3〜1.5質量%、Mnを0.3〜2.5質量%、並びにシリコン酸化物、クロム酸化物及びニッケル酸化物からなる群から選択される少なくとも1種の酸化物を総量で0.01〜0.30質量%を含有すると共に、Sを0.020質量%以下、並びに金属の形態又は合金の形態で含有されるAl、Ca、Mg、K及びNaを総量で0.3質量%以下に規制している。
Cは、溶接金属の強度を向上させる効果があるが、C含有量がワイヤ全質量あたり0.02質量%未満の場合、その効果が十分に得られず、溶接部の強度が不足する。一方、C含有量が0.30質量%を超えると、スパッタの発生量が増加すると共に、強度過多になり割れが発生しやすくなる。なお、付着したスパッタ近傍において、鋼板の塗装密着性が低下することが分かっており、スパッタの発生量は塗装密着性に大きな影響を与える。よって、C含有量は、ワイヤ全質量あたり0.02〜0.30質量%とする。なお、塗装密着性向上の観点から、C含有量は0.02〜0.15質量%とすることが好ましい。
Siは、溶接ビードの止端形状を滑らかにし疲労強度を向上させる効果があると共に、大気中の酸素と反応してファイアライトを溶接ビード上に形成する働きがある。しかしながら、Si含有量がワイヤ全質量あたり0.3質量%未満の場合、これらの効果が十分に得られず、酸化皮膜の密着性が低下する。一方、Si含有量がワイヤ全質量あたり1.5質量%を超えると、高温割れが発生しやすくなる。
Mnは、溶接金属の強度を高めると共に、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があるが、Mn含有量がワイヤ全質量あたり0.3質量%未満の場合、これらの効果が十分に得られない。一方、Mn含有量がワイヤ全質量あたり2.5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0.3〜2.5質量%とする。
シリコン酸化物、クロム酸化物及びニッケル酸化物をワイヤに添加することにより、溶接ビード表面に緻密な酸化皮膜層が形成され、塗装の剥離防止及び溶接部の耐食性を向上させる効果が得られる。しかしながら、シリコン酸化物、クロム酸化物及びニッケル酸化物の総含有量が、ワイヤ全質量あたり0.01質量%未満の場合、十分な厚さの酸化被膜とならずこれらの効果が十分に得られない。また、シリコン酸化物、クロム酸化物及びニッケル酸化物の総含有量が0.30質量%を超えると、余剰分が酸化被膜から分離したスラグを形成し、溶接後にスラグ除去の作業が必要となる、あるいは、酸化被膜が必要以上の厚さとなり剥がれやすくなり、塗装密着性に悪影響を及ぼす。
Sは、酸化皮膜と溶接金属の界面に低融点化合物を生成して酸化皮膜の密着性を劣化させると共に、高温割れを誘起する元素であり、S含有量がワイヤ全質量あたり0.020質量%を超えると、塗膜密着性が低下し、高温割れも発生しやすくなる。よって、S含有量はワイヤ全質量あたり0.020質量%以下に規制する。なお、S含有量をワイヤ全質量あたり0.009質量%以下に規制することで、酸化被膜と溶接金属の密着性とがより良好となるため、より好ましい。
フラックス入りワイヤではアルミニウム、アルカリ金属及びアルカリ土類金属を脱酸剤として、金属の形態又は合金の形態で添加する。しかしながら、これら脱酸剤はシールドガス中の酸化性ガスと反応するだけでなく、前述したシリコン酸化物、クロム酸化物及びニッケル酸化物からも酸素を奪う。酸化された脱酸剤は酸化被膜の一部になるほか、シリコン酸化物、クロム酸化物及びニッケル酸化物は脱酸されると金属となり、酸化被膜に留まらず溶接金属に移行する。このように、脱酸剤が過剰に存在すると酸化皮膜の組成および厚さへの影響が大きい。そこで、本実施形態のメタル系フラックス入りワイヤでは、密着性の高い酸化皮膜を形成するため、Al、Ca、Mg、K及びNaの総含有量を、ワイヤ全質量あたり0.3質量%以下に規制する。なお、Al、Ca、Mg、K及びNaの総含有量は、塗膜密着性向上の観点から、ワイヤ全質量あたり0.2質量%以下に規制することが好ましい。
Pは、高温割れを誘起する元素であるため、その含有量は低い程が好ましい。具体的には、P含有量がワイヤ全質量あたり0.020質量%を超えると、溶接金属の耐高温割れ性が低下する。よって、P含有量を、ワイヤ全質量あたり0.020質量%以下に規制することが好ましい。また、溶接金属の靱性や延性に与える影響も考慮すると、0.015質量%以下に規制することがより好ましい。
Tiは、アーク安定剤として添加されることがあるが、その含有量がワイヤ全質量あたり0.5質量%を超えると、ビード上に形成される酸化皮膜に影響を及ぼすことがある。よって、Ti含有量を、ワイヤ全質量あたり0.5質量%以下に規制することが好ましい。また、Ti含有量は金属Tiだけでなく、金属以外の形態(例えば酸化チタン)のTi換算量も含めた合計とする。
本実施形態のメタル系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。本実施形態のメタル系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Bなどが挙げられる。また、本実施形態のメタル系フラックス入りワイヤには、前述した各成分の他に、前述した効果が阻害されない範囲で、Mo、W、金属Ni及び金属Crなどが添加されていてもよい。
本実施形態のメタル系フラックス入りワイヤは、例えばシールドガスとしてアルゴンガス又はアルゴンと二酸化炭素又は酸素との混合ガスを用いたガスシールドアーク溶接に用いられる。図2は本実施形態のメタル系フラックス入りワイヤ用いた溶接方法を示す概念図である。図2に示すように、溶接ビード(溶接金属1)上に生成するスラグ5の発生原因としては、鋼板(母材6)に付着している汚れや溶接ワイヤ7中の酸化物(酸素)及びシールドガス3中の酸素が挙げられる。
シールドガス中に酸化性ガスが過剰に含まれていると、フラックス成分、主に脱酸剤を酸化し、スラグを発生させる。このスラグが酸化被膜に吸収されると酸化被膜の組成が変化する。具体的には、シールドガス中の酸化性ガスの量が、シールドガス全体積あたり、5体積%を超えると、塗膜密着性が悪化する。よって、本実施形態のメタル系フラックス入りワイヤによりガスシールドアーク溶接する場合は、シールドガス中の各成分の割合を、シールドガス全体積あたり、Arを95〜100体積%とし、酸化性ガスを0〜5体積%とすることが好ましい。なお、上述の酸化性ガスとは、例えば、CO2、O2、CO2とO2との混合ガス等を意味する。
本実施形態の溶接方法における被溶接材(図1及び図2における母材6)は、特に限定されるものではないが、鋼全質量あたり、Siを0.1〜1.0質量%で含有する鋼からなるものが好適である。このような成分組成を有する鋼としては、例えば、引張強さが440MPa級以上の高張力鋼などが挙げられる。本実施形態のメタル系フラックス入りワイヤを、これらの鋼材のガスシールドアーク溶接に用いると、特に、熱影響部の耐食性向上に効果がある。
溶接直後の試験体を目視及びマイクロスコープで観察し、ビードの際にスラグが生成していなかったものを○(良)、長さ1mm以下のスラグが断続的に生成していたものを△(可)、長さが1mmを超えるスラグが断続的又は連続的に生成していたものを×(不可)とした。
溶接後24時間以上経過した試験体の溶接部に、積水化学工業株式会社 セロテープ(登録商標)No.252を、目視で気泡が発生しない状態に密着させた後、1秒以内に全て剥がれる速度で引き剥がし、テープに付着している酸化皮膜の面積を計測した。ビード上の評価は、テープと密着しているビードの面積に対して、酸化皮膜の剥離面積が5%未満であったものを○(良)、5%以上10%以下のものを△(可)、10%を超えるものを×(不良)とした。また、HAZ(熱影響部)については剥離箇所が2か所以下のものを○、3か所以上のものを×とした。
JIS Z3155:1993に基づいて、C型拘束割れ試験を実施した。その際、溶接電流を280A、溶接速度を70、100、120cm/分とした。その後、X線透過試験を行い、割れが生じていたものを×(不良)、割れがなかったものを○(良)として、評価した。
[1]鋼製外皮内にフラックスが充填されたメタル系フラックス入りワイヤであって、
ワイヤ全質量あたり、
Cを0.02〜0.30質量%、
Siを0.3〜1.5質量%、
Mnを0.3〜2.5質量%、並びに
シリコン酸化物、クロム酸化物及びニッケル酸化物からなる群から選択される少なくとも1種の酸化物を総量で0.01〜0.30質量%、
を含有すると共に、
Sを0.020質量%以下、並びに、
金属の形態又は合金の形態で含有されるAl、Ca、Mg、K及びNaを総量で0.3質量%以下に規制し、
残部がFe及び不可避的不純物からなる、ガスシールドアーク溶接用メタル系フラックス入りワイヤ。
[2]P含有量が、ワイヤ全質量あたり0.020質量%以下に規制される、[1]に記載のガスシールドアーク溶接用メタル系フラックス入りワイヤ。
[3]前記メタル系フラックスは、S含有量を、前記メタル系フラックス全質量あたり0.025質量%以下に規制する、[1]又は[2]に記載のガスシールドアーク溶接用メタル系フラックス入りワイヤ。
[4]Ti含有量が、ワイヤ全質量あたり0.5質量%以下に規制される、[1]〜[3]のいずれか1つに記載のガスシールドアーク溶接用メタル系フラックス入りワイヤ。
[5]S含有量が、ワイヤ全質量あたり0.009質量%以下に規制される、[1]〜[4]のいずれか1つに記載のガスシールドアーク溶接用メタル系フラックス入りワイヤ。
[6][1]〜[5]のいずれか1つに記載のメタル系フラックス入りワイヤを使用し、鋼全質量あたりSiを0.1〜1.0質量%で含有する鋼からなる被溶接材を、ガスシールドアーク溶接する溶接方法。
[7]シールドガス全体積あたり、Arを95〜100体積%と、酸化性ガスを0〜5体積%とからなるシールドガスを用いる、[6]に記載の溶接方法。
[8]前記酸化性ガスが、CO2及びO2からなる群から選択される少なくとも1種のガスである、[7]に記載の溶接方法。
2 溶融池
3 シールドガス
4 酸化皮膜
5 スラグ
6 母材
7 溶接ワイヤ
Claims (9)
- 鋼製外皮内にメタル系フラックスが充填されたメタル系フラックス入りワイヤであって、
ワイヤ全質量あたり、
Cを0.02〜0.30質量%、
Siを0.3〜1.5質量%、及び
Mnを0.3〜2.5質量%
含有すると共に、
クロム酸化物及びニッケル酸化物からなる群から選択される少なくとも1種の酸化物を含有し、更にシリコン酸化物を含有してもよく、シリコン酸化物、クロム酸化物及びニッケル酸化物の総含有量がワイヤ全質量あたり0.01〜0.30質量%であり、
Sを0.020質量%以下、並びに、
金属の形態又は合金の形態で含有されるAl、Ca、Mg、K及びNaを総量で0.3質量%以下に規制し、
残部がFe及び不可避的不純物からなる、ガスシールドアーク溶接用メタル系フラックス入りワイヤ。 - 鋼製外皮内にメタル系フラックスが充填されたメタル系フラックス入りワイヤであって、
ワイヤ全質量あたり、
Cを0.02〜0.15質量%、
Siを0.3〜1.5質量%、
Mnを0.3〜2.5質量%、並びに
シリコン酸化物、クロム酸化物及びニッケル酸化物からなる群から選択される少なくとも1種の酸化物を総量で0.01〜0.30質量%、
を含有すると共に、
Sを0.020質量%以下、並びに、
金属の形態又は合金の形態で含有されるAl、Ca、Mg、K及びNaを総量で0.3質量%以下に規制し、
残部がFe及び不可避的不純物からなる、ガスシールドアーク溶接用メタル系フラックス入りワイヤ。 - P含有量が、ワイヤ全質量あたり0.020質量%以下に規制される、請求項1又は2に記載のガスシールドアーク溶接用メタル系フラックス入りワイヤ。
- 前記メタル系フラックスは、S含有量を、前記メタル系フラックス全質量あたり0.025質量%以下に規制する、請求項1〜3のいずれか1項に記載のガスシールドアーク溶接用メタル系フラックス入りワイヤ。
- Ti含有量が、ワイヤ全質量あたり0.5質量%以下に規制される、請求項1〜4のいずれか1項に記載のガスシールドアーク溶接用メタル系フラックス入りワイヤ。
- S含有量が、ワイヤ全質量あたり0.009質量%以下に規制される、請求項1〜5のいずれか1項に記載のガスシールドアーク溶接用メタル系フラックス入りワイヤ。
- 鋼製外皮内にメタル系フラックスが充填されたメタル系フラックス入りワイヤを使用した溶接方法であって、
ワイヤ全質量あたり、
Cを0.02〜0.30質量%、
Siを0.3〜1.5質量%、
Mnを0.3〜2.5質量%、並びに
シリコン酸化物、クロム酸化物及びニッケル酸化物からなる群から選択される少なくとも1種の酸化物を総量で0.01〜0.30質量%、
を含有すると共に、
Sを0.020質量%以下、並びに、
金属の形態又は合金の形態で含有されるAl、Ca、Mg、K及びNaを総量で0.3質量%以下に規制し、
残部がFe及び不可避的不純物からなるガスシールドアーク溶接用メタル系フラックス入りワイヤを使用し、鋼全質量あたりSiを0.1〜1.0質量%で含有する鋼からなる被溶接材を、ガスシールドアーク溶接する、溶接方法。 - シールドガス全体積あたり、Arを95〜100体積%と、酸化性ガスを0〜5体積%とからなるシールドガスを用いる、請求項7に記載の溶接方法。
- 前記酸化性ガスが、CO2及びO2からなる群から選択される少なくとも1種のガスである、請求項8に記載の溶接方法。
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