JPS6252679B2 - - Google Patents
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- JPS6252679B2 JPS6252679B2 JP933784A JP933784A JPS6252679B2 JP S6252679 B2 JPS6252679 B2 JP S6252679B2 JP 933784 A JP933784 A JP 933784A JP 933784 A JP933784 A JP 933784A JP S6252679 B2 JPS6252679 B2 JP S6252679B2
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/36—Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings or fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest
- B23K35/368—Selection of non-metallic compositions of core materials either alone or conjoint with selection of soldering or welding materials
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
- B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550°C
- B23K35/3053—Fe as the principal constituent
- B23K35/3073—Fe as the principal constituent with Mn as next major constituent
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Arc Welding In General (AREA)
- Nonmetallic Welding Materials (AREA)
Description
本発明は、高速度低入熱条件下においても耐高
温割れ性の優れた溶接金属を得ることのできるエ
レクトロガスアーク溶接（以下EGWという）用
複合ワイヤ並びに該ワイヤを用いて行なうEGW
方法に関するものである。 EGWは溶接能率が高いという理由によつて造
船や石油タンク等の大型構造物の建造に多用さ
れ、コスト低減に役立つている。しかるにコスト
低減を一層押し進めるべくかつ溶接部特にボンド
部からHAZ部における靭性を向上させるべく溶
接速度を更に高めようとすると梨型割れが発生す
るという問題があり、高速化にも自ずと限界があ
つた。 ところで梨型割れは柱状晶会合部への低融点不
純物の偏析が原因となつて発生するもので、その
発生領域は第１図に示す様に溶接速度とビード断
面形状係数（Ｈ／Ｗ第２図参照）の相関々係によ
つて決定される。即ち梨型割れの発生を防止する
為には(1)溶接速度を低下させるか又は(2)（Ｈ／
Ｗ）を低下させる必要がある。尚（Ｈ／Ｗ）を低
下させることは開先角度を鈍角にして開先間口を
広く採ることを意味する。しかるに上記の解決方
法はいずれも入熱量の増加が不可避のものである
からボンド部からHAZ部ばかりでなく溶接金属
の靭性値が低下し、又溶接能率が低下する為
EGWの長所が失なわれてしまう。 本発明はこうした事情に着目してなされたもの
であつて、梨型高温割れを発生させることなく高
速度低入熱溶接を行ない得る様な条件殊にこれを
可能にするEGW用複合ワイヤを提供することを
第１の目的とし、又該ワイヤを用いて高速度低入
熱条件下にEGWを行なうに当たり良好な特性の
溶接金属を得ることができる様な溶接方法を提供
することを第２の目的とするものである。 しかして上記目的を達成した本発明のEGW用
複合ワイヤとは、軟鋼製管状外皮で囲まれる腔部
にフラツクスを充填したものにおいて、 (イ) 軟鋼製外皮中のＣ：0.06％（重量％の意味、
以下同じ）以下 (ロ) 全ワイヤ中のMn：1.5〜3.5％ とすると共に、充填フラツクス中にはワイヤ全重
量に対して (ハ) 希土類元素金属：0.02〜0.2％ (ニ) 金属Mg：0.09〜0.4％ を夫々含有させ、且つ (ホ) （フラツクス中の希土類元素金属／全ワイヤ
中のＣ量）：１以上 に調整したものである点に要旨があり、更に上記
EGWワイヤを用いて行なう本発明の溶接方法と
は、（溶接電流／金属外皮断面積）で表わされる
電流密度を290〜500A／mm2、〔（ワイヤエクステン
シヨン）／（ワイヤ直径）２〕（以下Ｌ／D2と表
わす）を12〜25に夫々設定して溶接を行なう点に
要旨が存在する。 まず本発明ワイヤの成分構成について説明す
る。 (イ) 軟鋼製外皮中のＣ：0.06％以下 軟鋼製外皮中に含有されるＣ量が多すぎると溶
滴の爆発をひき起こしてアークが不安定となり、
作業性の悪化やスパツタ発生並びに表面ビードに
おけるスラグホールド発生の原因となると共に、
ヒユーム発生量を増大させて作業環境を悪化させ
るので、含有量は0.06％以下とする必要がある。 (ロ) 全ワイヤ中のMn：1.5〜3.5％ 梨型割れの原因となる低融点不純物のうち特に
代表的なものとしてはFeS（融点988℃）が挙げ
られるが、Mnを適量添加しておくとFeSが還元
されてMnSが生成し、これが結晶粒界あるいは
結晶粒内に分散する。その結果FeS等の低融点不
純物の偏析が解消されて梨型高温割れの発生が防
止される。又Mnの添加により結晶粒が微細化す
るので溶接金属の靭性及び強度が向上する。この
様な効果を有効に発揮させるにはMnを1.5％以上
含有させる必要がある。しかしながら3.5％を超
えて含有させると、凝固時の初晶であるγ相が安
定化すると共に、元々EGWにおいては溶接部に
大入熱（少ない場合でも25KJ／cm）が加わつて
いるので、MnS等の硫化物結晶が逆に成長しす
ぎて梨型高温割れが発生し易くなる。尚Mnを添
加する為に配合されるフラツクス原料としては、
Fe−Mn、Fe−Si−Mn、金属Mn等が例示され
る。フープ中のMnはワイヤ伸線性を考慮する
と、0.6％以下が望ましい。 (ハ) 希土類元素金属：充填フラツクス中にワイヤ
全重量に対して0.02〜0.2％ 希土類元素は脱硫作用及び脱燐作用を有し、溶
接金属中のＳやＰと反応して硫化物や燐化物を生
成し、スラグ中へ移行する。その結果FeS等の低
融点不純物の生成を減少させ、粒界への低融点不
純物の偏析を減少することができる。さらに、溶
接金属中に残つたＰ，Ｓも高融点のLa2S3，CeS
等を形成するため、低融点液相が凝固の最終段階
で粒界に偏析することを防止する効果がある。 上記効果を有効に発揮させる為にはフラツクス
中に希土類元素金属をワイヤ全重量に対して0.02
％以上添加する必要がある。しかしながら添加量
が多すぎるとアークの集中性がなくなつて、溶込
み不良が発生すると共に作業性が悪化するので
0.2％以下に抑えなければならない。 希土類元素金属添加原料としてはミツシユメタ
ルやREM含有Ca−Si等が例示され、中でもLaや
Ca等の軽希土類元素を主成分とするものが望ま
しい。 (ニ) 金属Mg：充填フラツクス中にワイヤ全重量
に対して0.09〜0.4％ Mgは強力な脱酸元素であつて添加量を調整す
ることにより溶接金属の酸素量を制御することが
できる。この作用によつて溶接金属の酸素量を
700ppm程度まで低下させることができると溶接
金属のデンドライト粒界における結晶粒を微細化
することができ、梨型高温割れの発生を効果的に
抑制することができると共に靭性も向上する。し
かしながら上記酸素量が低下しすぎるとＳ及びＰ
を酸化物として捕捉し分散化する効果が失なわ
れ、膜状の硫化物が発生して耐割れ性が低下する
ので300ppm以上に保持する必要がある。尚酸素
量低減の為に多量のMgを添加すると添加量に応
じて高融点物質であるMgOが生成しスラグ中に
占めるMgOの割合が大きくなる。その結果Cu当
金の摺動抵抗が増加してビード外観が悪化するの
でこの面からもMgの添加量は制限される。 以上の理由から充填フラツクス中に占める金属
Mgの含有量は、ワイヤ全重量に対して0.09〜0.4
％と定めた。 Mg添加原料としては、金属Mg、Si−Mg合
金、Ni−Mg合金、Al−Mg合金、Fe−Si−Mg合
金等が例示され、中でもAl−Mg合金は、ワイヤ
エクステンシヨンを長大化しても安定なアークが
得られるので望ましい。 (ホ) （フラツクス中の希土類元素金属／全ワイヤ
中のＣ量）：１以上 溶接金属の凝固初晶であるγ相に対するＳ及び
Ｐの溶解度はδ相に対する溶解度の1/3〜1/4であ
る。しかるにＣはγ相安定化元素であるのでＣ含
有量が多いとγ相が多くなつてＳ及びＰの溶解度
が減少しこれが液相に残留し凝固の最終段階にお
いて粒界に析出し耐割れ性を低下させる。従つて
Ｃ量は少ないことが望ましいが若干のＣはどうし
ても存在するので希土類元素の添加効果によつて
これを相殺する必要がある。即ち（フラツクス中
の希土類元素金属／全ワイヤ中のＣ量）で示され
る比を1.0以上とすることによつてＳ及びＰが粒
界に析出するのを防止することができる。 本発明複合ワイヤの基本構成は上記の通りであ
り、該複合ワイヤを用いてEGWを行なつた場合
の梨型割れ発生領域は第３図に示す様になりＨ／
Ｗ値並びに溶接速度の許容範囲が拡大される。 尚上記以外の複合ワイヤ構成成分としては以下
のものが挙げられる。 Ｖ：ワイヤ全重量に対し0.07〜0.6％ Ｖは結晶粒を微細化すると共にδ相を安定化す
る効果があり、これらによつて耐割れ性をより完
壁にする。従つて梨型高温割れをより完壁に防止
する上で全ワイヤ重量に対して0.07％以上添加す
ることが望ましい。一方添加量が多すぎると、Ｖ
が不純物として作用し、溶接金属の靭性を低下す
るので0.6％以下に制限することが推奨される。
（SiO2＋2TiO2）／Mg：1.6以上 SiO2及びTiO2はスラグをガラス質に保ちCu当
金との滑性を良好にする効果があるので、前記
MgO生成によるCu当金の摺動抵抗の増加を抑制
することができ、ひいてはビード外観の悪化を防
止することができる。上記効果を得る為には
〔（SiO2＋2TiO2）／Mg〕で示される比が1.6以上
となるようにSiO2及び／又はTiO2をフラツクス
中に添加することが望まれる。 又フラツクス中に脱硫作用の大きいCaF2等を
添加したり、スラグが塩基性となる様なスラグ生
成剤を添加することも推奨される。 その他、本発明複合ワイヤの製造条件について
は特段に製限はないものの下記条件を満足する様
に製造することが望まれる。 即ちワイヤの断面構造については特に制限はな
く、円筒型（オーブンシーム及びクローズドシー
ムを含む）、アツプル型、OW型等のいずれでも
良いが、ワイヤの蛇行防止や細径ワイヤへの適用
等を考慮すると円筒型が好ましい。 上記の構成からなる複合ワイヤを用いることに
よつて、高温の梨型割れ発生の危険をみることな
くより低入熱・高速度化することが容易になつ
た。尚この効果を発揮するに当つて、高速度・低
入熱施工に適したワイヤ及びそのワイヤを用いる
施工条件を検討した結果、ワイヤの溶融速度を飛
躍的に上昇することによりその目的を達成した。 又ワイヤの断面形状については、ワイヤエクス
テンシヨン部でのジユール熱効果を発揮させてワ
イヤ溶融速度を向上させる為に、 （軟鋼製外皮断面積）／（ワイヤ全断面積）で
示される比を0.55〜0.69とすることが望まれる。
即ち該比が0.69を超えると良導電体である軟鋼製
外皮の割合が非導電体であるフラツクス部の割合
に比べて大きくなりすぎて電気抵抗が低下すると
共に実質的な電流密度も低下する。その結果発生
ジユール熱量が減少してワイヤの溶融速度も低下
する。一方上記の比が0.55未満であると金属外皮
の肉厚が薄すぎる為に細径まで伸線すると断線や
ワイヤの折れ曲がり等の製造上の困難が発生す
る。 尚上記ワイヤを用いるに当つてはワイヤ径を
0.9〜1.6mmφとすることが望ましい。即ち前記
（軟鋼製外皮断面積／ワイヤ全断面積）で示され
る比が適正であつてもワイヤ径が1.6mmφを超え
ると良導電性部である金属外皮の絶対量が増大し
電流密度が低下する。その結果ジユール熱効果が
十分に発揮されず溶融速度の低下をまねく、一方
ワイヤ径が0.9mmφ未満の場合には複合ワイヤの
製造が困難になる。 一方溶融速度を高めてもワイヤの単位当たり重
量あるいは金属分の割合が少なければ結果として
溶接速度の向上は望めない。そこで充填フラツク
ス中の溶接金属形成々分量即ち（鉄粉＋合金元
素）量をできる限り多くすることが望まれるが、
一方フラツクス中にはスラグ形成剤等として非金
属物質を含有させる必要があるので溶接金属形
成々分量を確保する為には、非金属物質総量がワ
イヤ全重量に対して0.4〜3.9％となる様に調整す
ることが望まれる。非金属物質総量が3.9％を超
えると溶着効率が低下するので溶接速度の向上が
望めなくなる。一方0.4％未満になるとビード表
面をスラグによつて均一に被包することができ
ず、ビードの外観が悪化する。尚上記非金属物質
としてはSiO2，TiO2，CaO，CaF2等が例示され
る。 更にワイヤ仕上り状態における充填フラツクス
の嵩比重は4.6〜6.6とすることが望ましい。嵩比
重が6.6を超えると充填フラツクス中の金属成分
にも溶接電流が流れ、金属外皮の電流密度が小さ
くなつてジユール熱発生量が低下する。又充填フ
ラツクスが圧密状態となる為に伸線中に断線する
等の製造上の困難に遭遇する。一方嵩比量が4.6
未満の場合には溶接金属形成々分の充填率が低下
し溶着効率が悪化する。尚嵩比量の調整は軟鋼製
金属外皮の肉厚、フラツクス粒度、フラツクス率
等を調整することにより行なう。更にフラツクス
中の鉄粉量はワイヤ全重量に対して15％以上とす
ることが望ましい。又充填フラツクスは水ガラス
等のバインダーにより予め造粒しておくと該フラ
ツクスに溶接電流が流れることがないので電流密
度（後に詳述）を高くする効果が発揮されて好ま
しい。 上記構成の複合ワイヤを用いることによつて梨
型高温割れを発生させることなく高速度低入熱の
EGWを行なうことが可能となつた。 次に上記複合ワイヤの特性を十分に引出す為の
溶接方法殊に施工条件について説明する。 （溶接電流／金属外皮断面積）で示される電流
密度：290〜500A／mm2 溶融速度を高めるに当つては電流密度を高める
必要があるが、500A／mm2を超えるほどに高める
とアークが不安定になると共にビード外観が悪く
なり溶込みも浅くなる。一方290A／mm2未満にな
るとワイヤの溶融速度が遅くなり高速度溶接が達
成できなくなる。 Ｌ／D2：12〜25 ワイヤエクステンシヨンはワイヤ溶融速度を圧
右する因子であつて十分なジユール熱効果を得る
為にはＬ／D2を12以上にする必要がある。しか
しながらＬ／D2が大きくなりすぎるワイヤのエ
クステンシヨンが長大化しすぎてワイヤが蛇行す
ると共にアークが不安定となり、且つ溶接電圧が
低下して外観不良や溶込み不良が発生するので
Ｌ／D2は25以下に抑える必要がある。 その他、電流極性を正極性にすることによつて
ワイヤ溶融速度を20〜25％向上させる手法を、必
要により採用することが推奨される。尚正極性と
するに当たつてシールドガスとしてAr−CO2あ
るいはAr−O2を用いるとアークが安定するので
好ましい。 本発明は以上の様に構成されており、軟鋼製外
皮並びに充填フラツクスを夫々前記の通り規定し
たので、該複合ワイヤを用いて行なうEGWにお
いて梨型高温割れの発生領域を第３図に示す如く
Ｈ／Ｗ値が大きく且つ溶接速度が大きい側（図中
の右上側）へ後退させることができた。そして該
複合ワイヤを用いてEGWを行なうに当たり、溶
接施工条件を前記の通り規定したので梨型高温割
れを発生することなく、EGWの高速度低入熱化
を達成することができ、その結果溶接コストを低
減することができた。又高速度低入熱化の達成に
よりボンド部からHAZ部における靭性を高める
ことができた。 尚本発明は主として立向EGWに適用されるも
のであるが、横向EGWやエレクトロスラグ溶接
においても割れ防止の効果を発揮する。 次に本発明の実施例について説明する。 第１表イ，ロに示す成分・組成の複合ワイヤを
用いて、CO2流量：30／minの下にサイリシタ
式直流定電圧特性（逆極性）の電源で、板厚25mm
のHT50材のEGWを行なつた。尚ワイヤＡ〜Ｉ及
びＰ〜Ｔは比較例、ワイヤＪ〜Ｎは参考例、ワイ
ヤＵ〜Ｚはの実施例を夫々示す。
温割れ性の優れた溶接金属を得ることのできるエ
レクトロガスアーク溶接（以下EGWという）用
複合ワイヤ並びに該ワイヤを用いて行なうEGW
方法に関するものである。 EGWは溶接能率が高いという理由によつて造
船や石油タンク等の大型構造物の建造に多用さ
れ、コスト低減に役立つている。しかるにコスト
低減を一層押し進めるべくかつ溶接部特にボンド
部からHAZ部における靭性を向上させるべく溶
接速度を更に高めようとすると梨型割れが発生す
るという問題があり、高速化にも自ずと限界があ
つた。 ところで梨型割れは柱状晶会合部への低融点不
純物の偏析が原因となつて発生するもので、その
発生領域は第１図に示す様に溶接速度とビード断
面形状係数（Ｈ／Ｗ第２図参照）の相関々係によ
つて決定される。即ち梨型割れの発生を防止する
為には(1)溶接速度を低下させるか又は(2)（Ｈ／
Ｗ）を低下させる必要がある。尚（Ｈ／Ｗ）を低
下させることは開先角度を鈍角にして開先間口を
広く採ることを意味する。しかるに上記の解決方
法はいずれも入熱量の増加が不可避のものである
からボンド部からHAZ部ばかりでなく溶接金属
の靭性値が低下し、又溶接能率が低下する為
EGWの長所が失なわれてしまう。 本発明はこうした事情に着目してなされたもの
であつて、梨型高温割れを発生させることなく高
速度低入熱溶接を行ない得る様な条件殊にこれを
可能にするEGW用複合ワイヤを提供することを
第１の目的とし、又該ワイヤを用いて高速度低入
熱条件下にEGWを行なうに当たり良好な特性の
溶接金属を得ることができる様な溶接方法を提供
することを第２の目的とするものである。 しかして上記目的を達成した本発明のEGW用
複合ワイヤとは、軟鋼製管状外皮で囲まれる腔部
にフラツクスを充填したものにおいて、 (イ) 軟鋼製外皮中のＣ：0.06％（重量％の意味、
以下同じ）以下 (ロ) 全ワイヤ中のMn：1.5〜3.5％ とすると共に、充填フラツクス中にはワイヤ全重
量に対して (ハ) 希土類元素金属：0.02〜0.2％ (ニ) 金属Mg：0.09〜0.4％ を夫々含有させ、且つ (ホ) （フラツクス中の希土類元素金属／全ワイヤ
中のＣ量）：１以上 に調整したものである点に要旨があり、更に上記
EGWワイヤを用いて行なう本発明の溶接方法と
は、（溶接電流／金属外皮断面積）で表わされる
電流密度を290〜500A／mm2、〔（ワイヤエクステン
シヨン）／（ワイヤ直径）２〕（以下Ｌ／D2と表
わす）を12〜25に夫々設定して溶接を行なう点に
要旨が存在する。 まず本発明ワイヤの成分構成について説明す
る。 (イ) 軟鋼製外皮中のＣ：0.06％以下 軟鋼製外皮中に含有されるＣ量が多すぎると溶
滴の爆発をひき起こしてアークが不安定となり、
作業性の悪化やスパツタ発生並びに表面ビードに
おけるスラグホールド発生の原因となると共に、
ヒユーム発生量を増大させて作業環境を悪化させ
るので、含有量は0.06％以下とする必要がある。 (ロ) 全ワイヤ中のMn：1.5〜3.5％ 梨型割れの原因となる低融点不純物のうち特に
代表的なものとしてはFeS（融点988℃）が挙げ
られるが、Mnを適量添加しておくとFeSが還元
されてMnSが生成し、これが結晶粒界あるいは
結晶粒内に分散する。その結果FeS等の低融点不
純物の偏析が解消されて梨型高温割れの発生が防
止される。又Mnの添加により結晶粒が微細化す
るので溶接金属の靭性及び強度が向上する。この
様な効果を有効に発揮させるにはMnを1.5％以上
含有させる必要がある。しかしながら3.5％を超
えて含有させると、凝固時の初晶であるγ相が安
定化すると共に、元々EGWにおいては溶接部に
大入熱（少ない場合でも25KJ／cm）が加わつて
いるので、MnS等の硫化物結晶が逆に成長しす
ぎて梨型高温割れが発生し易くなる。尚Mnを添
加する為に配合されるフラツクス原料としては、
Fe−Mn、Fe−Si−Mn、金属Mn等が例示され
る。フープ中のMnはワイヤ伸線性を考慮する
と、0.6％以下が望ましい。 (ハ) 希土類元素金属：充填フラツクス中にワイヤ
全重量に対して0.02〜0.2％ 希土類元素は脱硫作用及び脱燐作用を有し、溶
接金属中のＳやＰと反応して硫化物や燐化物を生
成し、スラグ中へ移行する。その結果FeS等の低
融点不純物の生成を減少させ、粒界への低融点不
純物の偏析を減少することができる。さらに、溶
接金属中に残つたＰ，Ｓも高融点のLa2S3，CeS
等を形成するため、低融点液相が凝固の最終段階
で粒界に偏析することを防止する効果がある。 上記効果を有効に発揮させる為にはフラツクス
中に希土類元素金属をワイヤ全重量に対して0.02
％以上添加する必要がある。しかしながら添加量
が多すぎるとアークの集中性がなくなつて、溶込
み不良が発生すると共に作業性が悪化するので
0.2％以下に抑えなければならない。 希土類元素金属添加原料としてはミツシユメタ
ルやREM含有Ca−Si等が例示され、中でもLaや
Ca等の軽希土類元素を主成分とするものが望ま
しい。 (ニ) 金属Mg：充填フラツクス中にワイヤ全重量
に対して0.09〜0.4％ Mgは強力な脱酸元素であつて添加量を調整す
ることにより溶接金属の酸素量を制御することが
できる。この作用によつて溶接金属の酸素量を
700ppm程度まで低下させることができると溶接
金属のデンドライト粒界における結晶粒を微細化
することができ、梨型高温割れの発生を効果的に
抑制することができると共に靭性も向上する。し
かしながら上記酸素量が低下しすぎるとＳ及びＰ
を酸化物として捕捉し分散化する効果が失なわ
れ、膜状の硫化物が発生して耐割れ性が低下する
ので300ppm以上に保持する必要がある。尚酸素
量低減の為に多量のMgを添加すると添加量に応
じて高融点物質であるMgOが生成しスラグ中に
占めるMgOの割合が大きくなる。その結果Cu当
金の摺動抵抗が増加してビード外観が悪化するの
でこの面からもMgの添加量は制限される。 以上の理由から充填フラツクス中に占める金属
Mgの含有量は、ワイヤ全重量に対して0.09〜0.4
％と定めた。 Mg添加原料としては、金属Mg、Si−Mg合
金、Ni−Mg合金、Al−Mg合金、Fe−Si−Mg合
金等が例示され、中でもAl−Mg合金は、ワイヤ
エクステンシヨンを長大化しても安定なアークが
得られるので望ましい。 (ホ) （フラツクス中の希土類元素金属／全ワイヤ
中のＣ量）：１以上 溶接金属の凝固初晶であるγ相に対するＳ及び
Ｐの溶解度はδ相に対する溶解度の1/3〜1/4であ
る。しかるにＣはγ相安定化元素であるのでＣ含
有量が多いとγ相が多くなつてＳ及びＰの溶解度
が減少しこれが液相に残留し凝固の最終段階にお
いて粒界に析出し耐割れ性を低下させる。従つて
Ｃ量は少ないことが望ましいが若干のＣはどうし
ても存在するので希土類元素の添加効果によつて
これを相殺する必要がある。即ち（フラツクス中
の希土類元素金属／全ワイヤ中のＣ量）で示され
る比を1.0以上とすることによつてＳ及びＰが粒
界に析出するのを防止することができる。 本発明複合ワイヤの基本構成は上記の通りであ
り、該複合ワイヤを用いてEGWを行なつた場合
の梨型割れ発生領域は第３図に示す様になりＨ／
Ｗ値並びに溶接速度の許容範囲が拡大される。 尚上記以外の複合ワイヤ構成成分としては以下
のものが挙げられる。 Ｖ：ワイヤ全重量に対し0.07〜0.6％ Ｖは結晶粒を微細化すると共にδ相を安定化す
る効果があり、これらによつて耐割れ性をより完
壁にする。従つて梨型高温割れをより完壁に防止
する上で全ワイヤ重量に対して0.07％以上添加す
ることが望ましい。一方添加量が多すぎると、Ｖ
が不純物として作用し、溶接金属の靭性を低下す
るので0.6％以下に制限することが推奨される。
（SiO2＋2TiO2）／Mg：1.6以上 SiO2及びTiO2はスラグをガラス質に保ちCu当
金との滑性を良好にする効果があるので、前記
MgO生成によるCu当金の摺動抵抗の増加を抑制
することができ、ひいてはビード外観の悪化を防
止することができる。上記効果を得る為には
〔（SiO2＋2TiO2）／Mg〕で示される比が1.6以上
となるようにSiO2及び／又はTiO2をフラツクス
中に添加することが望まれる。 又フラツクス中に脱硫作用の大きいCaF2等を
添加したり、スラグが塩基性となる様なスラグ生
成剤を添加することも推奨される。 その他、本発明複合ワイヤの製造条件について
は特段に製限はないものの下記条件を満足する様
に製造することが望まれる。 即ちワイヤの断面構造については特に制限はな
く、円筒型（オーブンシーム及びクローズドシー
ムを含む）、アツプル型、OW型等のいずれでも
良いが、ワイヤの蛇行防止や細径ワイヤへの適用
等を考慮すると円筒型が好ましい。 上記の構成からなる複合ワイヤを用いることに
よつて、高温の梨型割れ発生の危険をみることな
くより低入熱・高速度化することが容易になつ
た。尚この効果を発揮するに当つて、高速度・低
入熱施工に適したワイヤ及びそのワイヤを用いる
施工条件を検討した結果、ワイヤの溶融速度を飛
躍的に上昇することによりその目的を達成した。 又ワイヤの断面形状については、ワイヤエクス
テンシヨン部でのジユール熱効果を発揮させてワ
イヤ溶融速度を向上させる為に、 （軟鋼製外皮断面積）／（ワイヤ全断面積）で
示される比を0.55〜0.69とすることが望まれる。
即ち該比が0.69を超えると良導電体である軟鋼製
外皮の割合が非導電体であるフラツクス部の割合
に比べて大きくなりすぎて電気抵抗が低下すると
共に実質的な電流密度も低下する。その結果発生
ジユール熱量が減少してワイヤの溶融速度も低下
する。一方上記の比が0.55未満であると金属外皮
の肉厚が薄すぎる為に細径まで伸線すると断線や
ワイヤの折れ曲がり等の製造上の困難が発生す
る。 尚上記ワイヤを用いるに当つてはワイヤ径を
0.9〜1.6mmφとすることが望ましい。即ち前記
（軟鋼製外皮断面積／ワイヤ全断面積）で示され
る比が適正であつてもワイヤ径が1.6mmφを超え
ると良導電性部である金属外皮の絶対量が増大し
電流密度が低下する。その結果ジユール熱効果が
十分に発揮されず溶融速度の低下をまねく、一方
ワイヤ径が0.9mmφ未満の場合には複合ワイヤの
製造が困難になる。 一方溶融速度を高めてもワイヤの単位当たり重
量あるいは金属分の割合が少なければ結果として
溶接速度の向上は望めない。そこで充填フラツク
ス中の溶接金属形成々分量即ち（鉄粉＋合金元
素）量をできる限り多くすることが望まれるが、
一方フラツクス中にはスラグ形成剤等として非金
属物質を含有させる必要があるので溶接金属形
成々分量を確保する為には、非金属物質総量がワ
イヤ全重量に対して0.4〜3.9％となる様に調整す
ることが望まれる。非金属物質総量が3.9％を超
えると溶着効率が低下するので溶接速度の向上が
望めなくなる。一方0.4％未満になるとビード表
面をスラグによつて均一に被包することができ
ず、ビードの外観が悪化する。尚上記非金属物質
としてはSiO2，TiO2，CaO，CaF2等が例示され
る。 更にワイヤ仕上り状態における充填フラツクス
の嵩比重は4.6〜6.6とすることが望ましい。嵩比
重が6.6を超えると充填フラツクス中の金属成分
にも溶接電流が流れ、金属外皮の電流密度が小さ
くなつてジユール熱発生量が低下する。又充填フ
ラツクスが圧密状態となる為に伸線中に断線する
等の製造上の困難に遭遇する。一方嵩比量が4.6
未満の場合には溶接金属形成々分の充填率が低下
し溶着効率が悪化する。尚嵩比量の調整は軟鋼製
金属外皮の肉厚、フラツクス粒度、フラツクス率
等を調整することにより行なう。更にフラツクス
中の鉄粉量はワイヤ全重量に対して15％以上とす
ることが望ましい。又充填フラツクスは水ガラス
等のバインダーにより予め造粒しておくと該フラ
ツクスに溶接電流が流れることがないので電流密
度（後に詳述）を高くする効果が発揮されて好ま
しい。 上記構成の複合ワイヤを用いることによつて梨
型高温割れを発生させることなく高速度低入熱の
EGWを行なうことが可能となつた。 次に上記複合ワイヤの特性を十分に引出す為の
溶接方法殊に施工条件について説明する。 （溶接電流／金属外皮断面積）で示される電流
密度：290〜500A／mm2 溶融速度を高めるに当つては電流密度を高める
必要があるが、500A／mm2を超えるほどに高める
とアークが不安定になると共にビード外観が悪く
なり溶込みも浅くなる。一方290A／mm2未満にな
るとワイヤの溶融速度が遅くなり高速度溶接が達
成できなくなる。 Ｌ／D2：12〜25 ワイヤエクステンシヨンはワイヤ溶融速度を圧
右する因子であつて十分なジユール熱効果を得る
為にはＬ／D2を12以上にする必要がある。しか
しながらＬ／D2が大きくなりすぎるワイヤのエ
クステンシヨンが長大化しすぎてワイヤが蛇行す
ると共にアークが不安定となり、且つ溶接電圧が
低下して外観不良や溶込み不良が発生するので
Ｌ／D2は25以下に抑える必要がある。 その他、電流極性を正極性にすることによつて
ワイヤ溶融速度を20〜25％向上させる手法を、必
要により採用することが推奨される。尚正極性と
するに当たつてシールドガスとしてAr−CO2あ
るいはAr−O2を用いるとアークが安定するので
好ましい。 本発明は以上の様に構成されており、軟鋼製外
皮並びに充填フラツクスを夫々前記の通り規定し
たので、該複合ワイヤを用いて行なうEGWにお
いて梨型高温割れの発生領域を第３図に示す如く
Ｈ／Ｗ値が大きく且つ溶接速度が大きい側（図中
の右上側）へ後退させることができた。そして該
複合ワイヤを用いてEGWを行なうに当たり、溶
接施工条件を前記の通り規定したので梨型高温割
れを発生することなく、EGWの高速度低入熱化
を達成することができ、その結果溶接コストを低
減することができた。又高速度低入熱化の達成に
よりボンド部からHAZ部における靭性を高める
ことができた。 尚本発明は主として立向EGWに適用されるも
のであるが、横向EGWやエレクトロスラグ溶接
においても割れ防止の効果を発揮する。 次に本発明の実施例について説明する。 第１表イ，ロに示す成分・組成の複合ワイヤを
用いて、CO2流量：30／minの下にサイリシタ
式直流定電圧特性（逆極性）の電源で、板厚25mm
のHT50材のEGWを行なつた。尚ワイヤＡ〜Ｉ及
びＰ〜Ｔは比較例、ワイヤＪ〜Ｎは参考例、ワイ
ヤＵ〜Ｚはの実施例を夫々示す。
【表】
【表】
ワイヤＡは、軟鋼製外皮中のＣ量が0.09％と高
い為にスパツタが多発して作業性が悪化し溶着効
率が低下すると共にスラグホールドが発生してビ
ード外観が悪化した。ワイヤＢは、全ワイヤ中の
Mn量が1.38と低い為硫化物の分散化が阻害され
且つ結晶粒が粗大化して梨型割れが発生した。ワ
イヤＣは、全ワイヤ中のMn量が3.87％と高い為
初晶のγ相が安定化し、γ相に溶けきれずに柱状
晶会合部に残留した硫化物が大きく成長し過ぎて
梨型割れが発生した。ワイヤＤは、希土類元素が
0.005％と低い為に梨型割れ発生防止効果が発揮
されなかつた。ワイヤＥは、希土類元素が0.24％
と多い為アークの集中性が無くなり溶込み不良が
発生すると共に作業性が劣化した。ワイヤＦは、
希土類元素／全Ｃ量で示される比が0.58と低い為
に炭素の割れに対する影響を相殺することができ
ず梨型割れが発生した。ワイヤＧは、金属Mg量
が0.06と低い為に脱酸効果が発揮されず酸素量低
下による結晶粒微細化効果が薄れて梨型割れが発
生した。尚このときの酸素量は900ppmであつ
た。ワイヤＨは、金属Mg量が0.51％と高すぎる
為スラグ中に占めるMgO（高融点物質）の割合
が高くなりCu当金の摺動抵抗が増大してビード
の外観が悪化した。ワイヤＩは、希土類元素を添
加しなかつたので梨型割れの発生を防止できなか
つた。 これらに対しワイヤＪ〜Ｎは本発明の参考例で
あつて、ワイヤＪは、（軟鋼製外皮断面積／ワイ
ヤ全断面積）で示される比が大きすぎる為にワイ
ヤとしての電気抵抗が低下し且つ電流密度も低下
してジユール熱効果が十分に発揮されない。その
結果ワイヤの溶融速度が低くなり溶接速度がやや
低下した。ワイヤＫは非金属物質総量が0.29％と
少なすぎる為にスラグ量が不足してビード表面を
十分均一に被包することができずビードの外観が
悪化した。ワイヤＬは、フラツクス中の非金属物
質総量が4.35％と多すぎる為に相対的に金属成分
が不足して溶着効率が低下して十分な溶接速度が
得られなかつた。ワイヤＭは、充填フラツクスの
嵩比重が低すぎる為に溶着効率が低下して溶接速
度がやや低下した。ワイヤＮは、充填フラツクス
の嵩比重が高すぎる為に溶接電流がフラツクスに
も流れて電流密度が低下しジユール熱効果が希釈
されると共に、ワイヤが折れ易くなつた。 一方ワイヤＰ〜Ｓは溶接施工条件が本発明を満
足しない比較例であつて、ワイヤＰは、電流密度
が550A／mm2と高すぎる為にアークが不安定にな
ると共にビード外観が悪化し、且つ溶込み不良が
発生した。ワイヤＱは電流密度が270A／mm2と低
い為ワイヤ溶融速度が低下した。ワイヤＲはＬ／
D2で示される比が29と過大である為ワイヤの蛇
行、アーク不安定、電圧低下等が発生し、ビード
外観不良や溶込み不良が発生した。ワイヤＳは
Ｌ／D2が９と少ない為即ちワイヤエクステンシ
ヨンが短小である為に十分なジユール熱効果を得
ることができず溶接速度が低下した。 又ワイヤＴはワイヤ径が2.0mmφと大径であつ
て且つ（軟鋼製外皮断面積／ワイヤ全断面積）で
示される比が正常である為に軟鋼製外皮部分の絶
対量が大きくなり、電流密度が低下して十分なジ
ユール熱効果を得ることができなかつた。その結
果溶接速度が低下した。 これらに対しワイヤＵ〜Ｚは複合ワイヤの成分
組成並びに溶接施工条件が共に本発明を満足して
おり、梨型割れが発生しないだけでなく溶接作業
性やビード外観も良好で健全な溶接金属を得るこ
とができた。
い為にスパツタが多発して作業性が悪化し溶着効
率が低下すると共にスラグホールドが発生してビ
ード外観が悪化した。ワイヤＢは、全ワイヤ中の
Mn量が1.38と低い為硫化物の分散化が阻害され
且つ結晶粒が粗大化して梨型割れが発生した。ワ
イヤＣは、全ワイヤ中のMn量が3.87％と高い為
初晶のγ相が安定化し、γ相に溶けきれずに柱状
晶会合部に残留した硫化物が大きく成長し過ぎて
梨型割れが発生した。ワイヤＤは、希土類元素が
0.005％と低い為に梨型割れ発生防止効果が発揮
されなかつた。ワイヤＥは、希土類元素が0.24％
と多い為アークの集中性が無くなり溶込み不良が
発生すると共に作業性が劣化した。ワイヤＦは、
希土類元素／全Ｃ量で示される比が0.58と低い為
に炭素の割れに対する影響を相殺することができ
ず梨型割れが発生した。ワイヤＧは、金属Mg量
が0.06と低い為に脱酸効果が発揮されず酸素量低
下による結晶粒微細化効果が薄れて梨型割れが発
生した。尚このときの酸素量は900ppmであつ
た。ワイヤＨは、金属Mg量が0.51％と高すぎる
為スラグ中に占めるMgO（高融点物質）の割合
が高くなりCu当金の摺動抵抗が増大してビード
の外観が悪化した。ワイヤＩは、希土類元素を添
加しなかつたので梨型割れの発生を防止できなか
つた。 これらに対しワイヤＪ〜Ｎは本発明の参考例で
あつて、ワイヤＪは、（軟鋼製外皮断面積／ワイ
ヤ全断面積）で示される比が大きすぎる為にワイ
ヤとしての電気抵抗が低下し且つ電流密度も低下
してジユール熱効果が十分に発揮されない。その
結果ワイヤの溶融速度が低くなり溶接速度がやや
低下した。ワイヤＫは非金属物質総量が0.29％と
少なすぎる為にスラグ量が不足してビード表面を
十分均一に被包することができずビードの外観が
悪化した。ワイヤＬは、フラツクス中の非金属物
質総量が4.35％と多すぎる為に相対的に金属成分
が不足して溶着効率が低下して十分な溶接速度が
得られなかつた。ワイヤＭは、充填フラツクスの
嵩比重が低すぎる為に溶着効率が低下して溶接速
度がやや低下した。ワイヤＮは、充填フラツクス
の嵩比重が高すぎる為に溶接電流がフラツクスに
も流れて電流密度が低下しジユール熱効果が希釈
されると共に、ワイヤが折れ易くなつた。 一方ワイヤＰ〜Ｓは溶接施工条件が本発明を満
足しない比較例であつて、ワイヤＰは、電流密度
が550A／mm2と高すぎる為にアークが不安定にな
ると共にビード外観が悪化し、且つ溶込み不良が
発生した。ワイヤＱは電流密度が270A／mm2と低
い為ワイヤ溶融速度が低下した。ワイヤＲはＬ／
D2で示される比が29と過大である為ワイヤの蛇
行、アーク不安定、電圧低下等が発生し、ビード
外観不良や溶込み不良が発生した。ワイヤＳは
Ｌ／D2が９と少ない為即ちワイヤエクステンシ
ヨンが短小である為に十分なジユール熱効果を得
ることができず溶接速度が低下した。 又ワイヤＴはワイヤ径が2.0mmφと大径であつ
て且つ（軟鋼製外皮断面積／ワイヤ全断面積）で
示される比が正常である為に軟鋼製外皮部分の絶
対量が大きくなり、電流密度が低下して十分なジ
ユール熱効果を得ることができなかつた。その結
果溶接速度が低下した。 これらに対しワイヤＵ〜Ｚは複合ワイヤの成分
組成並びに溶接施工条件が共に本発明を満足して
おり、梨型割れが発生しないだけでなく溶接作業
性やビード外観も良好で健全な溶接金属を得るこ
とができた。
第１図は従来の複合ワイヤを用いてEGWを行
なつた場合の割れ発生領域を示すグラフ、第２図
Ｈ／Ｗ値説明断面図、第３図は本発明に係る複合
ワイヤを用いてEGWを行なつた場合の割れ発生
領域を示すグラフである。
なつた場合の割れ発生領域を示すグラフ、第２図
Ｈ／Ｗ値説明断面図、第３図は本発明に係る複合
ワイヤを用いてEGWを行なつた場合の割れ発生
領域を示すグラフである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 軟鋼製管状外皮で囲まれる腔部にフラツクス
を充填してなるエレクトロガスアーク溶接用複合
ワイヤにおいて、 (イ) 軟鋼製外皮中のＣ：0.06％（重量％の意味、
以下同じ）以下 (ロ) 全ワイヤ中のMn：1.5〜3.5％ とすると共に、充填フラツクス中にはワイヤ全重
量に対して (ハ) 希土類元素金属：0.02〜0.2％ (ニ) 金属Mg：0.09〜0.4％ を夫々含有させ、且つ (ホ) フラツクス中の希土類元素金属／全ワイヤ中
のＣ量：１以上 に調整することを特徴とするエレクトロガスアー
ク溶接用複合ワイヤ。 ２ 軟鋼製管状外皮で囲まれる腔部にフラツクス
を充填してなるエレクトロガスアーク溶接用複合
ワイヤを用いて行なうエレクトロガスアーク溶接
方法であつて、 (イ) 軟鋼製外皮中のＣ：0.06％以下 (ロ) 全ワイヤ中のMn：1.5〜3.5％ とすると共に、充填フラツクス中にはワイヤ全重
量に対して (ハ) 希土類元素金属：0.02〜0.2％ (ニ) 金属Mg：0.09〜0.4％ を夫々含有させ、且つ (ホ) （フラツクス中の希土類元素金属／全ワイヤ
中のＣ量）：１以上 に調整してなるエレクトロガスアーク溶接用複合
ワイヤを用いて、（溶接電流／軟鋼製外皮断面
積）で表わされる電流密度を290〜500A／mm2、
〔（ワイヤエクステンシヨン）／（ワイヤ直径）
２〕を12〜25に夫々設定して溶接を行なうことを
特徴とするエレクトロガスアーク溶接方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP933784A JPS60152393A (ja) | 1984-01-20 | 1984-01-20 | エレクトロガスア−ク溶接用複合ワイヤ並びにエレクトロガスア−ク溶接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP933784A JPS60152393A (ja) | 1984-01-20 | 1984-01-20 | エレクトロガスア−ク溶接用複合ワイヤ並びにエレクトロガスア−ク溶接方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60152393A JPS60152393A (ja) | 1985-08-10 |
| JPS6252679B2 true JPS6252679B2 (ja) | 1987-11-06 |
Family
ID=11717655
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP933784A Granted JPS60152393A (ja) | 1984-01-20 | 1984-01-20 | エレクトロガスア−ク溶接用複合ワイヤ並びにエレクトロガスア−ク溶接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60152393A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0268658U (ja) * | 1988-11-10 | 1990-05-24 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62252694A (ja) * | 1986-04-23 | 1987-11-04 | Nippon Steel Corp | ガスシ−ルドア−ク溶接用フラツクス入りワイヤ |
| US10421160B2 (en) | 2013-03-11 | 2019-09-24 | The Esab Group, Inc. | Alloying composition for self-shielded FCAW wires with low diffusible hydrogen and high Charpy V-notch impact toughness |
-
1984
- 1984-01-20 JP JP933784A patent/JPS60152393A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0268658U (ja) * | 1988-11-10 | 1990-05-24 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60152393A (ja) | 1985-08-10 |
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