JP7260316B2 - 高電流密度ガスシールドアーク溶接方法 - Google Patents
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Description
(1)鋼製外皮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を電極として溶接を行う高電流密度ガスシールドアーク溶接方法において、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、C:0.03~0.12%、Si:0.2~1.0%、Mn:1.0~2.5%、S:0.01~0.03%、Cu:0.05~0.45%、Ti:0.08~0.20%、Al;0.03~0.15%を含有し、さらに、ワイヤ全質量に対する質量%で、フラックス中に、弗素化合物のF換算値の合計で0.01~0.10%、SiO2:0.01~0.20%、Na化合物及びK化合物のNa2O換算値とK2O換算値の合計で0.02~0.15%を含有し、残部は鋼製外皮のFe、鉄粉のFe分、鉄合金粉のFe分及び不可避不純物からなるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを用い、電流密度が320~520A/mm2の条件で溶接することを特徴する高電流密度ガスシールドアーク溶接方法。
[Ni]/3+[Cr]+[Mo]・・・・式
但し、[ ]は、各成分のワイヤ全質量に対する質量%を示す。
本発明においては、鋼構造物の溶接を高能率に行うために高電流密度の溶接条件で実施する。電流密度が320A/mm2未満であると、溶着量が少なく高能率に溶接することができない。一方、電流密度が520A/mm2を超えると、後述するガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを用いてもスパッタ発生量が多くなる。したがって、電流密度は320~520A/mm2とする。
Cは、溶接金属の強度を向上するために必要な元素である。Cが0.03%未満であると、溶接金属の所望の強度が得られない。一方、Cが0.12%を超えると、溶接金属の強度が高くなるとともに靭性が低下し、スパッタ発生量も多くなる。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でCは0.03~0.12%とする。なお、Cは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスから金属粉及び合金粉等から添加できる。
Siは、溶接金属の脱酸のために添加する。Siが0.2%未満であると、溶接金属の脱酸不足で靭性が低下する。またSiが0.2%未満であると、高電流密度の溶接においてはSiの消耗が大きいため溶接金属の強度も低くなる。一方、Siが1.0%を超えると、溶接金属の強度が高くなり靭性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でSiは0.2~1.0%とする。なお、Siは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスから金属Si、Fe-Si、Fe-Si-Mn等の合金粉から添加できる。
Mnは、溶接金属の靭性確保と強度向上のために添加する。Mnが1.0%未満であると、高電流密度の溶接においてはMnの消耗が大きいため溶接金属の強度が低く靭性が十分確保できなくなる。一方、Mnが2.5%を超えると、溶接金属の強度が高くなり靭性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でMnは1.0~2.5%とする。なお、Mnは、鋼製外皮に含まれる成分の他、金属Mn、Fe-Mn、Fe-Si-Mn等の合金粉から添加できる。
本発明の高電流密度ガスシールドアーク溶接方法に用いるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、ワイヤ中の酸化物を極力低減しているが、高電流密度の溶接条件であるためにSi、Mn、Ti及びAlの酸化消耗が大きいためスラグが生成され、多層盛溶接した場合に蓄積されたスラグの剥離性を向上するためにSを添加する。Sが0.01%未満であると、その効果が不十分で、特に多層盛溶接した場合にスラグ剥離性が不良となる。一方、Sが0.03%を超えると、溶接金属に割れが生じるようになる。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でSは0.01~0.03%とする。なお、Sは、鋼製外皮に含まれる成分の他、FeS、鉄合金粉等から添加される。
Cuは、溶接金属の組織を微細化して靭性を向上する効果がある。また、鋼製外皮の継目を無くして鋼製外皮表面にCuめっきを施すことによって、高電流密度の溶接でワイヤ送給速度が20m/min以上となってもチップ磨耗を低減することができる。Cuが0.05%未満であると、溶接金属の靭性が低下する。また、鋼製外皮表面にCuめっきを施しても、非常に薄めっきとなりチップ磨耗抑制の効果が得られない。一方、Cuが0.45%を超えると、溶接金属に析出脆化が生じて靭性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でCuは0.05~0.45%とする。なお、Cuは、鋼製外皮に含まれる成分及び鋼製外皮表面に施したCuめっき分の他、フラックスからの金属Cu、Fe-Si-Cu等の合金粉から添加できる。
Tiは、脱酸剤として作用するとともに、アークを安定にしてスパッタ発生量を抑制する効果がある。また、溶接金属中に微細酸化物を生成し溶接金属の靭性を向上させる。Tiが0.08%未満であると、アークが不安定になってスパッタ発生量が多くなり、また、溶接金属の靭性が低下する。一方、Tiが0.20%を超えると、溶接金属中に固溶Tiが多くなって靭性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でTiは0.08~0.20%とする。なお、Tiは、鋼製外皮に含まれる成分の他、金属Ti、Fe-Ti等の合金粉から添加できる。
Alは、高電流密度の溶接において最も重要な脱酸剤である。Alが0.03%未満であると、前述のSi及びMnの酸化消耗が多くなって、溶接金属の強度が低くなり靭性も低下する。一方、Alが0.15%を超えると、アークが不安定になってスパッタ発生量が多くなる。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でAlは0.03~0.15%とする。なお、Alは、鋼製外皮に含まれる成分の他、金属Al、Fe-Al等の合金粉から添加できる。
弗素化合物は、アークを集中させて安定にする効果がある。弗素化合物のF換算値の合計が0.01%未満であると、アークが集中せず不安定となってスパッタ発生量が多くなる。一方、弗素化合物のF換算値の合計が0.10%を超えると、アークが荒くなりスパッタ発生量が多くなる。したがって、フラックス中の含有する弗素化合物のF換算値の合計は0.01~0.10%とする。なお、弗素化合物は、フラックスからの蛍石、弗化ソーダ、弗化カリ、弗化マグネシウム、珪弗化カリウム、氷晶石等から添加でき、F換算値はそれらに含有されるF量の合計である。
SiO2は、高電流密度の溶接において少量添加することによってビード止端部のなじみを良好にしてビード外観・形状を良好にする効果がある。SiO2が0.01%未満であると、前記効果が得られずビード止端部のなじみが悪くなりビード外観・形状が不良になる。一方、SiO2が0.20%を超えると、多層盛溶接でスラグ生成量が多くなってスラグ巻き込み欠陥が生じやすくなる。またSiO2が0.20%を超えると、溶接金属中の酸素量が多くなって靭性が低下する。したがって、フラックス中のSiO2は0.01~0.20%とする。なお、SiO2は、フラックスからの珪砂、珪酸ソーダ、珪酸カリからなる水ガラスの固質成分等から添加できる。
Na化合物及びK化合物は、アークをソフトにして安定にする。Na化合物及びK化合物のNa2O換算値とK2O換算値の合計が0.02%未満であると、前記効果が得られず、アークが不安定となってスパッタ発生量が多くなる。一方、Na化合物及びK化合物のNa2O換算値とK2O換算値の合計が0.15%を超えると、多層盛溶接でスラグ生成量が多くなってスラグ巻き込み欠陥が生じやすくなる。また、ヒューム発生量が多くなる。したがって、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0.02~0.15%とする。なお、Na化合物やK化合物は、フラックスから珪酸ソーダ及び珪酸カリからなる水ガラスの固質分、カリ長石、弗化ソーダ、珪弗化カリウム等の粉末から添加できる。
Ni、Cr及びMoは、溶接金属の靭性を低下することなく強度を向上する。Ni、Cr及びMoの1種または2種以上の合計が下記式で0.15未満であると、溶接金属の強度向上の効果が得られない。一方、Ni、Cr及びMoの1種または2種以上の合計が下記式で0.60を超えると、溶接金属の強度が高くなりすぎて靭性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でNi、Cr及びMoの1種または2種以上の合計は下記式で0.15~0.60とする。なお、Ni、Cr及びMoは、鋼製外皮に含まれる成分の他、金属Ni、金属Cr、金属Mo、Fe-Ni、Fe-Cr、Fe-Mo等の合金粉から添加できる。
[Ni]/3+[Cr]+[Mo]・・・・式
但し、[ ]は、各成分のワイヤ全質量に対する質量%を示す。
Bは、溶接金属の靭性を向上する。Bが0.00150%未満であると、溶接金属の靭性向上効果が得られない。一方、Bが0.015%を超えると、溶接金属に割れが生じやすくなる。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でBは0.0015~0.0150%とする。なお、Bは、鋼製外皮に含まれる成分の他、Fe-Si-B、Fe-Mn-B等の合金粉から添加できる。
本発明の高電流密度ガスシールドアーク溶接方法に用いるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、鋼製外皮をパイプ状に成型し、その内部にフラックスを充填した構造である。ワイヤの種類としては、成型した鋼製外皮の合わせ目を溶接して得られる鋼製外皮に継目の無いワイヤと、鋼製外皮の合わせ目の溶接を行わないままとした鋼製外皮に継目を有するワイヤとに大別できる。本発明においては、何れの断面構造のワイヤを採用することができるが、鋼製外皮に合わせ目が無いワイヤは、ワイヤの矯正が容易であることから溶接部へのターゲット性が良好となる。また、鋼製外皮に銅めっきを施すことができるので高速度でワイヤが送給されてもチップの磨耗が少なくなるので、より好ましい。一方、鋼製外皮に合わせ目を有するワイヤは、ワイヤの矯正器でワイヤが周方向に回転しやすく矯正ができず溶接部へのターゲット性が悪くビードが蛇行し易くなる。また、ワイヤ表面に銅めっきを施すことができないので、高速度で長時間ワイヤが送給された場合にはチップ磨耗が大きくアークが不安定となってスパッタ発生量が多くなる。
Claims (4)
- 鋼製外皮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を電極として溶接を行う高電流密度ガスシールドアーク溶接方法において、
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、
C:0.03~0.12%、
Si:0.2~1.0%、
Mn:1.0~2.5%、
S:0.01~0.03%、
Cu:0.05~0.45%、
Ti:0.08~0.20%、
Al:0.03~0.15%を含有し、
さらに、ワイヤ全質量に対する質量%で、フラックス中に、
弗素化合物:F換算値の合計で0.01~0.10%、
SiO2:0.01~0.20%、
Na化合物及びK化合物:Na2O換算値とK2O換算値の合計で0.02~0.15%を含有し、残部は鋼製外皮のFe、鉄粉のFe分、鉄合金粉のFe分及び不可避不純物からなるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを用い、電流密度が320~520A/mm2の条件で溶接することを特徴する高電流密度ガスシールドアーク溶接方法。 - 鋼製外皮とフラックスの合計で、Ni、Cr及びMoの1種または2種以上の合計を下記式で0.15~0.60をさらに含有する前記ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにより溶接することを特徴とする請求項1に記載の高電流密度ガスシールドアーク溶接方法。
[Ni]/3+[Cr]+[Mo]・・・・式
但し、[ ]は、各成分のワイヤ全質量に対する質量%を示す。 - 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、B:0.0015~0.0150%をさらに含有する前記ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにより溶接することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の高電流密度ガスシールドアーク溶接方法。
- 成形された前記鋼製外皮の合わせ目が溶接されていることで鋼製外皮に継目を無くした前記ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにより溶接することを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の高電流密度ガスシールドアーク溶接方法。
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