JPH0249832B2

JPH0249832B2 -

Info

Publication number: JPH0249832B2
Application number: JP56085571A
Authority: JP
Inventors: Sadao Toshima; Naomichi Mori
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1981-06-05
Filing date: 1981-06-05
Publication date: 1990-10-31
Also published as: JPS57202981A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は交流MIG溶接法にかかわり、とくに
シールドガス組成と溶接材料成分の組合せ条件に
より、低温靭性のすぐれた溶接金属が得られる高
能率溶接法に関するものである。最近、鋼材の高能率溶接法として多電極サブマ
ージアーク溶接法や直流大電流MIG溶接法が盛
んに使用されるようになつた。しかし、これら従
来の高能率溶接法は、溶接入熱の増加に伴なつて
溶接金属の冷却時間が増大するため微細組織が得
難く、また、溶接金属の酸化が増加するため低温
靭性の確保は無理であつた。周知の如く通常のSi−Mn系溶接金属では、低
酸素化してゆくと、酸素250ppmまでは靭性向上
するが、さらに低酸素になると、γ→α変態の核
になる酸化物が不足するため組織が粗大化し、低
靭性になる。一方含Ti溶接金属では、低酸素域でも針状フ
エライト核生成能を維持できる可能性があり、50
〜250ppmの低酸素域では一層の高靭化が期待で
きる。しかるに、サブマージ溶接では、現在までに高
能率溶接可能な低酸素フラツクスは、一般的には
実用化されていない。また直流大電流MIG溶接
では、溶接部の融合不良欠陥防止のため、不活性
シールドガス中の相当量の酸化性ガス（例えば
Arガス中10〜30％のCO₂）が不可欠であつた。そのため、高能率溶接法として多電極サブマー
ジアーク溶接や直流大電流MIG溶接を用いる場
合は、溶接金属の酸素量を50〜250ppmにして、
実溶接を行なうことはできなかつた。本発明者らは上述の問題を解決するため、直流
MIG溶接と異なるアーク特性を有する交流MIG
溶接に着目した。即ち、交流MIG溶接を高能率溶接法として使
用した場合、シールドガス中の酸化性ガス量を減
少しても融合不良欠陥が生じないこと、シールド
ガス組成を調整することにより、溶接金属の酸素
量を約50〜250ppmの範囲内の任意の目標値に制
御できることを確認した。この交流MIG溶接による低酸素溶接金属の靭
性について、種々の検討を重ねた結果、シールド
ガス組成と溶接材料成分の量的関係を限定する溶
接法により、著しく低温靭性のすぐれた溶接金属
が得られることを見出したものである。すなわち本発明の要旨とするところは、不活性
ガスを主体とし、これに0.5〜20％の炭酸ガス及
び／または酸素を0.1〜５％混合したシールドガ
ス雰囲気下で、次式に示す成分パラメータＰが
0.7〜1.9であつて、脱酸剤をフラツクス重量の１
〜50％、Fe−Ti及びFe−Ｂの合金剤をフラツク
ス重量の50％以下、スラグ調整用金属酸化物をフ
ラツクス重量の90％以下を含有し、金属元素に換
算して少くともTi0.005〜0.15％、B0.0005〜0.015
％、C0.01〜0.3％、Si0.6％以下、Mn2.5％以下を
含有するフラツクス入りワイヤを用い、溶接電流
AC150〜1500Aで溶接し、vTrs−60℃以下の溶
接金属を得ることを特徴とする高靭性交流MIG
溶接法。ここでＰ＝log Ti％／４√％×10³ ただし、Ｇ％は不活性シールドガス（Ar，He
など）中のCO₂及び／またはO₂の容積百分率に依
存する量で、Ｇ％＝（√₂％＋√4₂％）²とし、
Ti（％）は溶接用ワイヤ中のTiの重量百分率とす
る。つぎに、本発明の溶接法について説明する。本発明の最も特徴とするところは、シールドガ
ス中の酸化性ガス含有率と、ワイヤ中のTi含有
量の関係を規制するパラメータを見出して、その
パラメータが0.7〜1.9になるようにシールドガス
とワイヤ成分をコントロールして交流MIG溶接
することにある。すなわち本発明者らはシールドガス組成とワイ
ヤ中のTi量の交流MIG溶接金属の低温靭性に及
ぼす効果を定量的に把握するため、第１表に示す
溶接試験条で実験検討し、第１図と第２図に示す
実験結果を得た。

【表】第１図は溶接金属の酸素量（ppm）と溶接金属
の靭性に好適なワイヤ中のTi量（％）の関係を
示し、第２図はシールドガス中の酸化性ガスであ
るCO₂またはO₂含有率（％）と溶接金属酸素量
（ppm）の関係を示す。第１図から溶接金属の低温靭性がとくに優れて
いる領域（vTrsが−60℃以下）は、次の(1)式の
ようになる。図の表示マークと溶接金属のvTrs
とは次表の通りである。

【表】 log7.5×10^-4√0log Ti％log 9.5×10^-3√0……(1) 第２図の0ppmとCO₂％の関係および0ppmとO₂
％の関係から 0ppm＝55√₂％ ……(2) 0ppm＝110√₂％ ……(3) 従つて、CO₂とO₂が共存するシールドガスの場
合は 0ppm＝55√₂％＋110√₂％ ……(4) (4)式をさらに変形して 0ppm＝55（√₂％＋√4₂％） ……(5) ここで、「CO₂及び／またはO₂の容積百分率に
依存する量」を一元的に表わすのに(6)式のＧ％を
定義する。Ｇ％＝（√₂％＋√4₂％）² ……(6) ちなみに(6)式より、シールドガス中の酸化性ガ
スがCO₂のみのときはＧ％＝CO₂％、O₂のみのと
きはＧ％＝4O₂となり、本発明の交流MIG溶接に
おけるシールドガス中のO₂はCO₂の４倍の酸素ポ
テンシヤルを有すると解釈できる。 (5)式と(6)式から 0ppm＝55√％ ……(7) 次に(1)式と(7)式の関係から (8)式を変形すると次の(9)式が得られる。 0.74log Ti％／４√％×10³1.85 ……(9) さらに(9)式の定義をまるめて 0.7log Ti％／４√％×10³1.9 ……(10) 但し、Ｇ％＝√₂％＋√4₂％）² 従つて(10)式の変数log Ti％／４√％×10³を
Ｐとすれば、CO₂及び／またはO₂ガスと混合した
不活性ガス主体のシールドガスとTi含有ワイヤ
を使用し、パラメータＰを0.7〜1.9に制御するこ
とに、本発明者らが新たに見出した高靭性交流
MIG溶接法の特徴がある。本発明では、JIS4号（２mmＶノツチ）シヤルピ
ー試験のvTrsが−60℃以下の靭性が得られる場
合を高靭性交流MIG溶接法と定義し、上述のよ
うな実験結果に基いて、高靭性の得られる溶接材
料のTi量と溶接金属酸素量の定量関係からパラ
メータＰを0.7〜1.9に限定した。また、第１図から酸素量は、40ppm未満及び
250ppm超ではvTrsが−59℃以上となり、高靭性
が得られないので、第２図と併せて酸素量を40〜
250ppmとするために、シールドガス中のCO₂％
を0.5％〜20％、O₂％を0.1％〜５％に限定した。同様に第１図から、高靭性の得られる酸素量40
〜250ppmに対応するTi量の上限と下限から、
Ti0.005〜0.15％に限定した。Ｂについては、溶接金属中でTiと共存すると、
靭性向上効果があることは良く知られている通り
で、本発明においては、B0.0005〜0.015％の範囲
にわたつて高靭性化効果が認められたので、それ
を上限と下限とし、B0.0005〜0.015％に限定し
た。さらに本発明に使用する溶接材料中のTi，Ｂ
以外の化学組成について説明する。 C0.01〜0.3％としたのは、C0.03％超では極低
Ｃ鋼においても溶接金属の硬度上昇と靭性低下を
招くためである。下限を0.01％としたのはワイヤ
素材の溶製時の実用的な限界だからである。 Siは溶接金属の脱酸剤として必要であるが、
0.6％超では低温靭性を低下させるので、Si0.6％
以下に限定した。Mnは、Siと同様な理由により
2.5％以下に限定した。他の合金元素として、本発明におけるワイヤ成
分に一方または両方を同時添加して、さらに靭性
向上に効果のあるものは0.6％以下のMo，５％以
下のNiがある。これらのものを上記のように限
定するのは、それを超えて添加すると強度の上昇
と靭性の低下を招くからである。なお、本発明における溶接電流はAC 150A〜
1500Aに限定する。その理由は、150A未満及び
1500A超では安定な交流MIGアークの維持が困難
なためである。本発明はフラツクス入りワイヤを用いるが、そ
の断面積は0.6〜33mm²とするのがよい。丸線なら
ワイヤの線型は0.9〜6.4mmφとするのがよい。ワ
イヤ断面の形状は、その他四角形でも三角形でも
卵形でもよい。ワイヤ断面積を上述のようにする
のは、この範囲外のものは溶接機のワイヤ送り機
構に特別な工夫を施さないと、交流MIGアーク
の安定が悪いためである。フラツクス入りワイヤの場合、Tiなどの合金
元素は、外皮鋼板（フープ材）からでも充填フラ
ツクスからでも添加することができ、前述の組成
は原則としてワイヤ重量に対するフープ材と、充
填フラツクスの合計の含有量（％）として取扱
う。但し、フラツクス成分として、TiO₂，B₂O₃の
ような酸物などを含有する場合は、Ti，Ｂが溶
接金属中に極めて少量還元添加されるので、その
分を有効Ti，Ｂ量として後述の実施例のように
加算するものである。充填フラツクスは通常粉末の形で入れられ、そ
の組成はワイヤ全重量に対して約１〜50％の重量
を占め、その組成はFe−Si，Fe−Mnなどの脱酸
剤が、フラツクス重量の約１〜50％、また合金剤
としてFe−Ti，Fe−Ｂ，Ni，Fe−Moなどがフ
ラツクス重量の50％以下、スラグ調整のため
CaO，CaF₂，SiO₂，Al₂O₃，TiO₂，MnOなどの
金属酸化物をフラツクス重量の約90％以下、さら
にアーク安定化の目的で、フラツクス重量の約５
％以下のNa₂CO₃，K₂CO₃などであり、それらの
１種以上を適当に組合せて充填フラツクスを構成
する。その他に成分調整の目的で、鉄粉を約90％以下
混合させることが多い。本発明溶接法による累層法は限定しない。単電
極による単層または多層溶接、２電極以上の多電
極溶接が可能である。次に溶接電源について述べる。本発明の交流MIG溶接電源としては、現在汎
用されている潜弧溶接用または手溶接用交流電源
が使用できる。フラツクス入りワイヤを使用するときは、パル
ス発生器を接続したまま溶接しても差し支えない
が、フラツクス中に微量のナトリウム、カリウム
などイオン化し易い元素の化合物を添加すれば、
再点弧のためのパルス発生器を必要としない。実施例第２表は本発明例No.１〜３、第３表は比較のた
めの従来例No.４〜６について、それぞれ溶接条件
及び結果を示したものである。第３表から明らか
なように、低温用鋼の溶接を従来法により行なう
と、溶接金属の靭性が低下するという欠点を生じ
た。しかるに本発明例では従来例と異なり優れた結
果を得た。本発明法の１，２，３は従来例４，
５，６に比較して、溶接部健全性、溶接金属の靭
性ともに良好である。

【表】

【表】板

Claims

【特許請求の範囲】１不活性ガスを主体とし、これに0.5〜20％の
炭酸ガス及び／または酸素を0.1〜５％混合した
シールドガス雰囲気下で、次式に示す成分パラメ
ータＰが0.7〜1.9であつて、脱酸剤をフラツクス
重量の１〜50％、Fe−Ti及びFe−Ｂの合金剤を
フラツクス重量の50％以下、スラグ調整用金属酸
化物をフラツクス重量の90％以下を含有し、金属
元素に換算して少くともTi0.005〜0.15％、
B0.0005〜0.015％、C0.01〜0.3％、Si0.6％以下、
Mn2.5％以下を含有するフラツクス入り鋼ワイヤ
を用い、溶接電流AC150〜1500Aで溶接し、
vTrs−60℃以下の溶接金属を得ることを特徴と
する高靭性交流MIG溶接法。ここでＰ＝log Ti％／４√％×10³ ただし、Ｇ％は不活性シールドガス（Ar，He
など）中のCO₂及び／またはO₂の容積百分率に依
存する量で、Ｇ％＝（√₂％＋√4₂％）²とし、
Ti（％）は溶接用ワイヤ中のTiの重量百分率。