【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
この発明は、鋼材溶接部の耐低温割れ性を改善
する溶接方法に関するものである。
一般に、溶接方法の種類を問わず、炭素当量の
高い鋼材を溶接すると、その溶接熱影響部に低温
割れを発生しやすいことが知られている。低温割
れの原因としては、熱影響部の硬化、拡散性水素
の存在、溶接部材の拘束条件などの要因が考えら
れるが、特に拡散性水素量の影響の大きいことが
知られている。
このように、溶接金属に水素が多い場合に発生
する溶接熱影響部や溶接金属部の低温割れは、溶
接熱影響部又は溶接金属の組織と水素量で決まる
ものであり、特に、最近のように高強度・高靭性
鋼の溶接においては、手溶接などの小入熱溶接部
では熱影響部に、さらにサブマージアーク溶接や
MIG溶接のような大入熱溶接では、靭性を向上さ
せるために焼入れ性向上元素を含有せしめられた
溶接部にそれぞれ割れが発生しがちである。そし
て、水素自体は、フラツクス中の結晶水と吸着水
の分解によるものがほとんどで、一部、大気中の
水蒸気も高温多湿時には水素を増加させる原因と
なつている。フラツクス中の結晶水は、そのよう
な結晶水を有する物質を結晶水をもたない物質と
置き換えることやベーキングによつて極力少なく
できるが、付着水はフラツクス製造後の吸湿によ
つて保持されるもので、その使用前に乾燥される
けれども、サブマージアーク溶接用フラツクス
や、被覆アーク溶接棒ではその後も外気にさらさ
れるために再吸湿しやすいという問題点がある。
一方、複合ワイヤの場合には、そのフラツクス中
への吸湿はし難いが、吸湿水が存在すると加熱に
よつても乾燥し難いため、これも水素による低温
割れを発生しやすいものであつた。
アーク雰囲気中のH2分圧を低減する方法とし
て、H2以外の無害なガスの分圧を上げる方法が
考えられ、フラツクスや被覆剤中に例えばCaF2
のような多量にガスを発生する成分を添加する方
法も一般に行なわれている。しかしながら、
CaF2はそれ自体非常に吸湿性が大きいため、逆
に高H2雰囲気を作りやすく低水素が得られない
ことが多いので、その使用にあたつては、やはり
フラツクスや被覆剤の乾燥がより重要となるう
え、使用時に発生する高いガス圧のためにアーク
力が増大し、溶接条件の選定範囲が狭くならざる
を得ず、作業性が悪化するという問題点があつ
た。
本発明者等は、上述のような観点から、高強
度・高靭性部材のような、低温割れが問題となる
炭素当量の高い材料等の溶接に際し、溶接材料の
事前乾燥処理を必要とすることもなく、簡単確実
に拡散性水素量を抑え、低温割れを防止すること
のできる溶接方法を見出すべく研究を重ねた結
果、溶接用フラツクス中にZn粉末を含有させて
溶接を行なうと、Znの沸点が907℃であることか
ら、Zn粉末はアーク雰囲気中で蒸発ガス化し
て、これによりアーク雰囲気中のH2分圧が低減
され、拡散性水素量が低下するうえ、アークに対
して何ら悪影響を及ぼすことがないとの知見を得
るに至つたのである。
従つて、この発明は、上記知見に基いてなされ
たものであつて、被覆アーク溶接棒の被覆フラツ
クス、あるいは複合ワイヤの内蔵フラツクスに、
0.5〜2.0重量％のZn粉末を含有させて溶接を行な
うことにより、鋼材溶接部の耐低温割れ性を改善
することに特徴を有するものである。
この発明の方法において、Zn粉末の含有量を
0.5〜2.0重量％の範囲に限定した理由は、その含
有量が0.1重量％未満では水素低減効果が少な
く、特に0.5重量％以上となるとその効果が格段
に向上するものであり、一方2.0％を越えて含有
せしめると発生するガスの圧力によつて溶接金属
が飛ばされ、不整合ビードの原因となるからであ
る。
フラツクスの他の成分については、Zn添加に
よる格別な影響を受けることがない。特に、同様
にガス発生源であるCaF2成分との相互影響関係
もほとんど認められないので、これらの成分も通
常の範囲で含有されておれば、何の不都合もな
く、この発明を適用することができる。
サブマージアーク溶接用複合ワイヤの内蔵フラ
ツクスは、通常、Fe粉と、溶接金属中のO2を減
少させて靭性を向上させるCaF2と、アーク安定
剤としてのTiO2等を主成分としており、さら
に、フープは、通常の低Ｃ低Mn冷延鋼板を用い
て、Si、Mn、Mo、Ｂ等の溶接金属に必要な元素
が添加されているものであるが、これらのいずれ
を使用する溶接においてもこの発明の方法を適用
できることは前述のとおりである。特に、母材が
高張力鋼であつて、溶接金属中にMoやＢを含ん
だ高強度高靭性溶接金属を得るような溶接におい
ては有効なものである。なお、この場合には、
MoやＢは主としてワイヤ中に必要量含有させる
のが良く、複合ワイヤを使用する場合は該ワイヤ
中のフラツクス成分として添加してもよい。
MAG用複合ワイヤの内蔵フラツクス中にZn粉
末を添加しても、同様に良好な結果が得られる。
ちなみに、MAG用複合ワイヤの内蔵フラツクス
としては、TiO2、SiO2等のアーク安定材を必須
成分として、CaF2、Fe粉、及び合金元素等から
成るものが使用されており、CaF2、TiO2、SiO2
の組成範囲は１〜60％程度である。
被覆アーク溶接の場合は、入熱量が小さいため
に溶接後の冷却速度が大きく、引張り強さが50
Kg／mm2級以上の高張力鋼に於ては溶接熱影響部に
マルテンサイトが析出し、溶接金属より割れが発
生しやすいので、熱影響部の低温割れが問題にな
るものである。したがつて、母材については50キ
ロ級以上の高張力鋼を使用した方が低温割れ防止
には有効であり、溶接金属は高張力鋼用低水素溶
接棒が対象になる。そして、被覆材であるフラツ
クスは、CaCO3を主成分とし、CaF2、TiO2を必
須成分として含むものになるが、高張力鋼でも比
較的薄肉の低PCM鋼ではイルミナイト系、チタ
ニア系等のTiO2を主成分としたものに、Zn粉末
を添加して低水素にしたものが有効に使用でき
る。従つて、CaCO3、CaF2、TiO2をそれぞれ１
〜60％含むことを必須とする被覆材や、通常被覆
アーク溶接においては、MoやＢ等は使用されな
い。このようなものにあつては、サブマージアー
ク溶接用の内蔵フラツクスに使用される場合を除
き、CaCO3、CaF2、TiO2、SiO2は、各１％未満
ではアークの安定効果が得られず、60％を越える
とアンダーカツト等の欠陥が発生したり、スラグ
量が多すぎてビード形状を悪化させたりするの
で、各々、フラツクス中の含有範囲は１〜60％と
されているのが普通である。
このように、この発明は、種々のタイプの溶接
に適用して良好な効果を得ることができるもので
あるが、実施例によつてさらに具体的に説明す
る。
まず、第１表に示す通りの成分組成の溶接用フ
ラツクスと、第２表に示す通りの成分組成を有す
る鋼板及び溶接ワイヤを用意した。
The present invention relates to a welding method for improving the cold cracking resistance of a steel weld. In general, regardless of the type of welding method, it is known that when steel materials with a high carbon equivalent are welded, cold cracks are likely to occur in the weld heat affected zone. Possible causes of cold cracking include hardening of the heat-affected zone, the presence of diffusible hydrogen, and restraint conditions of the welded parts, but it is known that the amount of diffusible hydrogen has a particularly large effect. In this way, cold cracking in the weld heat affected zone or weld metal that occurs when there is a large amount of hydrogen in the weld metal is determined by the structure and hydrogen content of the weld heat affected zone or weld metal. When welding high-strength and high-toughness steels, welding with low heat input such as manual welding can cause damage to the heat-affected zone, and submerged arc welding and other welding.
In high heat input welding such as MIG welding, cracks tend to occur in welded parts that contain hardenability-enhancing elements to improve toughness. Most of the hydrogen itself comes from the decomposition of crystallized water and adsorbed water in the flux, and some water vapor in the atmosphere also causes an increase in hydrogen during times of high temperature and humidity. The amount of water of crystallization in the flux can be reduced as much as possible by replacing a material with water of crystallization with a material that does not have water of crystallization or by baking, but the water adhering to the flux is retained by absorbing moisture after producing the flux. Although they are dried before use, fluxes for submerged arc welding and coated arc welding rods have the problem of being susceptible to re-absorption of moisture because they are still exposed to the outside air.
On the other hand, in the case of a composite wire, although it is difficult for the flux to absorb moisture, the presence of hygroscopic water makes it difficult to dry even by heating, so this wire is also susceptible to low-temperature cracking due to hydrogen. One way to reduce the partial pressure of H2 in the arc atmosphere is to increase the partial pressure of harmless gases other than H2 .
A method of adding a component that generates a large amount of gas, such as, is also commonly used. however,
Since CaF 2 itself is highly hygroscopic, it tends to create a high H 2 atmosphere and often makes it difficult to obtain low hydrogen. In addition to this, the arc force increases due to the high gas pressure generated during use, which necessitates a narrow selection range of welding conditions, resulting in poor workability. From the above-mentioned viewpoint, the present inventors have proposed that prior drying treatment of the welding material is required when welding materials with high carbon equivalents, such as high-strength and high-toughness members, where cold cracking is a problem. As a result of repeated research to find a welding method that can easily and reliably suppress the amount of diffusible hydrogen and prevent cold cracking, we found that when welding is carried out with Zn powder contained in the welding flux, Zn Since the boiling point is 907℃, Zn powder evaporates into gas in the arc atmosphere, which reduces the partial pressure of H2 in the arc atmosphere, reduces the amount of diffusible hydrogen, and has no negative effect on the arc. We have come to the conclusion that it does not cause any adverse effects. Therefore, the present invention has been made based on the above knowledge, and the present invention has been made based on the above-mentioned findings.
The feature is that the cold cracking resistance of the steel welded part is improved by welding with 0.5 to 2.0% by weight of Zn powder contained therein. In the method of this invention, the content of Zn powder is
The reason why it is limited to the range of 0.5 to 2.0% by weight is that if the content is less than 0.1% by weight, the hydrogen reduction effect will be small, and if the content is 0.5% by weight or more, the effect will be significantly improved. This is because if the content exceeds the amount, the weld metal will be blown away by the pressure of the gas generated, causing misaligned beads. Other components of the flux are not particularly affected by the addition of Zn. In particular, since there is almost no mutual influence between the two components of CaF, which is also a gas generation source, this invention can be applied without any inconvenience as long as these components are also contained within normal ranges. I can do it. The built-in flux of composite wire for submerged arc welding usually contains Fe powder, CaF 2 which reduces O 2 in the weld metal and improves toughness, and TiO 2 as an arc stabilizer. The hoop is made of ordinary low-C, low-Mn cold-rolled steel sheets to which elements necessary for weld metal such as Si, Mn, Mo, and B are added, but in welding using any of these As mentioned above, the method of the present invention can also be applied to. It is particularly effective in welding where the base material is high-strength steel and the weld metal contains Mo or B and has high strength and high toughness. In this case,
Mo and B are preferably contained mainly in the required amount in the wire, and when a composite wire is used, they may be added as a flux component in the wire. Similar good results can be obtained by adding Zn powder to the built-in flux of composite wire for MAG.
By the way, the built-in flux of composite wire for MAG is composed of CaF 2 , Fe powder, alloy elements, etc., with arc stabilizers such as TiO 2 and SiO 2 as essential components. 2 , SiO2
The composition range is about 1 to 60%. In the case of shielded arc welding, the cooling rate after welding is large due to the small heat input, and the tensile strength is 50%.
In high-strength steel of Kg/mm class 2 or higher, martensite precipitates in the weld heat affected zone and cracks occur more easily than weld metal, so low-temperature cracking in the heat affected zone becomes a problem. Therefore, it is more effective to prevent cold cracking by using high-strength steel of 50 kg class or higher for the base material, and for the weld metal, a low-hydrogen welding rod for high-strength steel should be used. Flux, which is a coating material, is mainly composed of CaCO 3 and contains CaF 2 and TiO 2 as essential components, but even for high-strength steel and relatively thin low-PCM steel, it contains illuminite, titania, etc. A material whose main component is TiO 2 can be effectively used by adding Zn powder to make it low in hydrogen. Therefore, 1 each of CaCO 3 , CaF 2 and TiO 2
Mo, B, etc. are not used in coating materials that must contain up to 60% or in normal covered arc welding. In such products, unless used as a built-in flux for submerged arc welding, CaCO 3 , CaF 2 , TiO 2 , and SiO 2 cannot provide an arc stabilizing effect if each is less than 1%. If the content exceeds 60%, defects such as undercuts may occur, and too much slag may deteriorate the bead shape, so the content range of each in flux is usually set at 1 to 60%. It is. As described above, the present invention can be applied to various types of welding to obtain good effects, and will be explained more specifically with reference to Examples. First, a welding flux having the composition shown in Table 1 and a steel plate and welding wire having the composition shown in Table 2 were prepared.
【表】【table】
【表】【table】
【表】
次に、第３表に示したように、ワイヤとフラツ
クスとを組合せて適宜フラツクスにZn粉末を添
加し、複合ワイヤＣ以外のものは、ソリツドワイ
ヤを心線にしてその上にそれぞれフラツクスを被
覆し、被覆溶接棒とした。これを用いて、単電
極、電流：600A、電圧：45V、溶接速度：60cm／
minの溶接条件で溶接を行なつた。なお、複合ワ
イヤＣを用いた試験番号７のものは、粒状フラツ
クスを併用して溶接を行なつた。このようにして
得られた溶接金属の拡散性水素量、酸素含有量、
溶接部のシヤルピー衝撃値（vE―20）、及びアン
ダーカツトの発生しない限界溶接速度を測定し
て、第３表に併せて記載した。なお、アンダーカ
ツトの発生しない限界溶接速度の測定は、電流：
600A、電圧：45Vの条件で行なつた。
第３表に示した結果からも、本発明溶接法によ
ると拡散性水素量が低くなり、低温靭性も良好な
うえ、溶接速度も良好なものが実現でき、信頼性
と作業性の高い溶接を実施できることがわかる。
上述のように、この発明によれば、フラツクス
や被覆剤などの溶接材料に複雑で面倒な乾燥処理
を事前に施すことなく、手軽に、かつ高い作業性
をもつて溶接を遂行できるとともに、溶接金属の
拡散性水素量を低下させて、鋼材溶接部の耐低温
割れ性を向上できるという工業上有用な効果が得
られる。[Table] Next, as shown in Table 3, wire and flux are combined, Zn powder is added to the flux as appropriate, and for wires other than composite wire C, a solid wire is used as a core wire and each flux is added on top of the wire. was coated to make a coated welding rod. Using this, single electrode, current: 600A, voltage: 45V, welding speed: 60cm/
Welding was carried out under welding conditions of min. In addition, in test number 7 using composite wire C, welding was performed using granular flux in combination. The amount of diffusible hydrogen and oxygen content of the weld metal thus obtained,
The shear py impact value (vE- 20 ) of the welded part and the limit welding speed at which no undercut occurs were measured and are also listed in Table 3. In addition, the current:
The test was conducted at 600A and voltage: 45V. The results shown in Table 3 also show that the welding method of the present invention has a low amount of diffusible hydrogen, good low-temperature toughness, and a good welding speed, resulting in highly reliable and workable welding. It turns out that it can be implemented. As described above, according to the present invention, it is possible to perform welding easily and with high workability without subjecting welding materials such as flux or coating material to complicated and troublesome drying processes in advance. The industrially useful effect of reducing the amount of diffusible hydrogen in metal and improving the cold cracking resistance of steel welds can be obtained.