JPS63149096A - ガスシ−ルドア−ク溶接用フラツクス入りワイヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は低温用鋼の溶接に当たり、溶接のまま（以後Ａ
Ｗと記すこともある）はもちろん残留応力除去焼鈍処理
（以後ＳＲ処理と記すこともある）後も溶接金属が高靭
性を示すガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイ
ヤ（以後ＦＣＷと記すこともある）に関するものである
。

［従来の技術］ ガスシールドアーク溶接法は高能率な溶接工法として造
船分野を主体に利用比率が増加しており、最近では海洋
構造物の深海域や寒冷海域への進出により低温用鋼の溶
接にも適用が拡大されている。また構造物も大型化しそ
れに伴なって使用される鋼板も大型化、肉厚化しており
、これらの大型且つ大肉厚な金属の溶接では溶接部に残
留応力が発生するので一般的にはＳＲ処理を施している
。

一方、ガスシールドアーク溶接に使用されているＦＣＷ
は、溶接作業性も良好でかつ低温でも高靭性が得られる
ように改良されてきたため、低温用鋼の溶接にも使用さ
れている。

［発明が解決しようとする問題点］ 前述のように低温用鋼の溶接にも使用されているＦＣＷ
中のフラックスは溶接作業性を考慮してＴｉＯ２が主成
分になっている。このＴｉＯ２含有ＦＣＷによる溶接金
属は溶接のままでは低温で比較的高い靭性を有している
が５ＲＩＡ理後は靭性の低下が著しく、特に低温ではそ
の傾向が強い。

従ってＳＲ処理を施すような構造物にはＦＣＷの通用が
制限されてきた。

ところが本発明者らの研究、即ちＦＣＷ中のフラックス
成分についての研究の結果によると、ＳＲ処理後の靭性
の低下はＦＣＷ中のＴ　ｉ　Ｏ２が原因であること、さ
らにＴ　ｉ　Ｏ２の代替とじてＣａＦｘが使用できるこ
とが判明した。

すなわち本発明においてはＦＣＷ中のフラックスの主成
分をＴｉｅ２からＣａＦ２に替えることにより、低温用
鋼の溶接に当たりＡＷはもちろんＳＲ処理後も高靭性を
示す溶接金属を得ることのできるＦＣＷの提供を目的と
しており、特に低温用鋼の溶接においても良好な結果を
与えるＦＣＷの提供を目的とするものである。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決することのできた本発明とは外皮金属
中および／またはフラックス中にＣａＦ２　：３〜２０
％ Ｆｅ−ＴｉまたはＴｉ酸化物：　Ｔ　ｉ　Ｏ□換算で０
．０５〜２％ Ｂ合金またはＢ酸化物：Ｂ換算で０．００２〜０．０５
％ を含有することを構成要旨とし、さらに溶接金属の靭性
を改善するためにＮｉを構成要件として付は加えたもの
である。

［作用］ 前述のようにＦＣＷ中のフラックスは溶接作業性を考慮
してＴｉｅ２が主成分となりている。このＴｉｅ、をフ
ラックスの主成分とするＦＣＷで溶接すると、溶接金属
中に■Ｔｉが歩留る、■ＴｉＯ２に不純物として含有さ
れているＮｂ、Ｖも溶接金属中に歩留る、■溶接金属中
の酸素量が高くなるなどの現象が認められる。本発明者
らの研究の結果によると、溶接金属のＳＲ後の靭性の低
下はＴｉ、Ｎｂ、Ｖのように溶接金属を硬化させる成分
が溶接金属中に多く歩留まっていることに起因し、また
酸素含有量が高いことが原因であることが判明した。そ
こでＴｉ０ｚに替わり得る主成分を種々検討したところ
、性能及び作業性ともに良好なフラックス成分としてＣ
ａＦ２を見い出したのである。

即ちフラックスの主成分をＴｉＯ２からＣａＦ、に替え
ることにより当然溶接金属中のＴｉが低くなり、またＴ
ｉＯ□の不純物として溶接金属中に混入するＮｂ、Ｖも
押えられ、また塩基度が高くなるため酸素量が低下する
。このようにしてＳＲ処理後にも高靭性を有する溶接金
属が得られるのであるが、さらにＦＣＷ中に適量のＴｉ
および８１更に必要に応じＮｉを含有させることにより
溶接金属の５ＲＩＡ理後の靭性を向上させることができ
る。

第１図および第２図に、従来のＴ　ｉ　０２をフラック
スの主成分とするＦＣＷを使用して溶接した溶接金属と
本発明によるＦＣＷを使用して溶接した溶接金属のＡＷ
および５Ｒｆｉ埋後の靭性（シャルピー衝撃値）を示す
。各ワイヤ組成は第１表に示すＮｏ、８（本発明例）と
Ｎｏ、２６（従来例）であり、第３図に示す開先形状を
対象として第４表に示す溶接条件でガスシールドアーク
溶接を行なったものである。本発明例のものがＡＷ。

５ＲＩＡ理後共に高い靭性を示している。

次に本発明ＦＣＷの成分およびその限定理由について詳
述する。

本発明の最大の特徴はフラックスの主要構成成分として
ＣａＦ２を含有させた点である。

ＣａＦ２はスラグ形成剤として溶接作業性を決定づける
ほか、スラグの塩基度を高め溶接金属中の酸素量を低下
せしめる。また後述するように適量のＴｉおよびＢの添
加効果と相俟って溶接金属の靭性を著しく向上させる。

なおＣａＦ、に代わる他の金属弗化物、例えばＢａＦ、
ＮａＦなどについても、スラグ塩基度を高め溶接金属中
の酸素量を低下せしめるが、アークが不安定となり、溶
接作業性が低下するので金属弗化物としてはＣａＦ２を
主要構成成分とし、他の金属弗化物は補助的添加にとど
めるべきである。ここでＣａＦ、３％未満ではスラグの
被包が不十分で溶接作業性を損なうほか溶接金属中の酸
素量が低下せず、靭性向上が期待できない、ＣａＦ２２
０％超ではスラグの被包が過剰となり、アーク不安定な
ど溶接作業性の低下を招く。

本発明の第２の特徴とするところはＣａＦ２を主要構成
フラックス成分とし、溶接金属中の酸素を十分に低減せ
しめたうえで適量のＴｉおよびＢを複合添加し、フェラ
イト粒の微細化を図り、靭性を向上せしめたところにあ
る。この様なＴｉ。

Ｂの添加効果は溶接金属中の酸素量が低レベル（例えば
４００　ｐｐｍ以下）において始めてその効果を発揮す
るものである。

ここではＴｉはＦｅ−Ｔｉなどの金属化合物、或はＴｉ
ｅ２を始めとするＴｉ酸化物の形で添加することができ
る。Ｔｉｅ、の形で添加できるのは、スラグの塩基度が
十分高いので溶接中にＴｉＯ２が還元され、溶接金属中
にＴｉとして歩留るからである。この様に各種形状でＴ
ｉを添加できるが、Ｔｉｅ、の場合はＴｉ源としてのほ
か、スラグ形成剤として働き、ビード外観形状を整える
効果もあるのでＴｉ源としてＴｉｅ、を添加することが
望ましい、しかし全ワイヤに占めるＴｉ量はＴｉＯ２換
算で０．００５〜２％とする。

Ｏ，ＯＳ％未満では上記Ｔｉの効果即ち結晶粒微細化と
Ｎ固定の効果が期待できず、逆に２％を超えると溶接金
属中のＴｉが過剰となり強度が著しく高くなりＳＲ後の
靭性を低下させる。

Ｂは溶接金属のオーステナイト粒界にＢ酸化物、Ｂ窒化
物として析出し結晶粒微細化による靭性向上に極めて有
効に作用する。ＢはＢ合金あるいはＢ酸化物の形で、Ｂ
ｆｉ算で全ワイヤ中に０．００２〜０．０５％の割合で
添加する。Ｂが０．００２％未満では上記Ｂ添加効果が
期待できず、０．０５％超ではＢの局部的偏析による耐
割れ性の低下、焼入れ性の過剰増大により溶接金属が硬
くなり靭性が低下する。Ｂはこの様に微量でその添加効
果を発揮するものであり、安定して溶接金属中に少量含
有させるためにはＢ酸化物の形でワイヤ中に添加し、溶
接中の還元反応を利用して溶接金属中に添加する方法が
望ましい。

以上に加えて必要に応じてＮｉを全ワイヤ中０．１〜５
％の範囲で添加する、これはＮｉの添加により溶接金属
の靭性を更に改善する効果があるからであり、０．１％
未満ではその効果が発揮されず５％超では溶接金属の高
温割れ感受性が著しく増加する。

さらに上記成分に加え必要に応じＭｇを添加する。Ｍｇ
はアーク安定性の向上による溶接作業性の向上と脱酸剤
として溶接金属中の酸素量の低減を達成し靭性の向上を
図る。但し０．０５％未満では前記した効果が発揮され
ず８％を超えるとスパッタ発生量が著しく増加し溶接作
業性を損なうので添加量は０．０５〜８％が好ましい。

さらに本発明ではＦｅ−３ｔ、Ｆｅ−Ｍｎ。

Ｆｅ−Ａｌを添加できる。これらはいずれも脱酸剤とし
て作用するほか、溶接作業性の調整、合金元素（Ｓｔ、
Ｍｎ、ＡＩなど）の添加効果による機械的性能（特に強
度）の調整、ブローホールなどの溶接欠陥の低減に効果
がある。また溶接作業性の調整のためアーク安定剤やス
ラグ形成剤を、またガス発生量として金属弗化物、金属
酸化物。

金属炭酸塩などを適量補助的に添加できる。しかしこれ
ら脱酸剤等の添加は本発明を何ら制限するものではない
。

フラックスは原材料を混合して、または局部的な偏析を
防止するため水ガラスを用いて一度焼成してから充填す
ることができるが、このような製造方法は本発明を何ら
制限するものではない。

ＦＣＷの外皮金属は軟鋼１合金鋼のいずれを使用しても
良いが通常は経済的理由により軟鋼を使用するのが望ま
しい。

また溶接の際のシールドガスはＣＯ，、不活性ガスおよ
びこれらの混合ガス等いずれも使用できる。

尚当然のことながら本発明のＦＣＷは低温用鋼のみでな
く一般の汎用鋼の溶接に対して適用しても良好な結果が
得られる。

［実施例］ （１）第１表に示す組成のワイヤ（Ｎｏ、１〜２６）を
用いて第３図に示す開先形状の鋼板にガスシールドアー
ク溶接を行なった。作業性、ＡＷおよびＳＲ処理後の機
械的性能のそれぞれの結果を第２表に示す。尚、溶接条
件は第３表に、外皮金属［軟鋼１合金ｔＪ４（１）、合
金鋼（２）］の組成を第４表に示す、またいずれのワイ
ヤもフラックスを混合し外皮金属に充填して成形および
伸線したものであり、ワイヤ径は１．２　ｍａ＋φであ
る。

第３表 第　　　　４　　　　表 （結果） 第２表の結果から明らかなようにＮ０１１〜１７の本発
明例ワイヤは作業性良好であり、またＡＷおよびＳＲ処
理後の機械的性能はいずれも良好な結果を示した。

ＣａＦ、が本発明の下限に満たないＮｏ、１８のワイヤ
ではスラグが不足し良好なビード外観が得られず、Ｃａ
Ｆ２が過剰なＮｏ、１９のワイヤではスラグが過剰にな
りこれも良好なビード外観が得られなかった。

ＴｉＯ２が本発明の下限に満たないＮｏ、２０のワイヤ
では、作業性良好とは言えないまでも機械的試験の可能
なビード外観が得られたが、Ｔｉ不足のため良好なシャ
ルピー性能が得られなかった。またＴｉｅ、過剰のＮｏ
、２１のワイヤではアーク状態は普通であるがスラグが
流れやすくなり良好なビード外観が得られなかった。

Ｂが本発明の下限に満たないＮｏ、２２のワイヤでは作
業性は良好であったが良好なシャルピー性能が得られな
かった。ま、たＢ過剰のＮｏ、２３のワイヤでは作業性
は良好であったが割れが発生し、機械的性能試験はでき
なかった。

Ｎｉが本発明の上限を超えたＮｏ、２４のワイヤでは作
業性は良好であったが割れが発生し、機械的性能試験は
できなかった。

また、Ｍｇが過剰のＮｏ、２５のワイヤではスパッタが
多くなり安定したアーク状態にならず良好なビード外観
が有られなかった。

Ｎｏ、２６は従来組成のものであり、ＡＷおよびＳＲ処
理後の低温での靭性は悪いが、その他の機械的性質およ
び作業性は良かった。

（２）さらに第５表に示す溶接条件で厚板鋼（ＢＳ４３
６０．５０Ｄ、４０ｔ）を第４図に示すように積層溶接
を行ない突合せ継手の機械的性能試験を行なった。結果
を第６表に示す。厚板の溶接においてもＡＷおよびＳＲ
処理後ともに低温で良好な靭性が得られた。

第５表 第６表 ［発明の効果］ 以上のように低温鋼の溶接に本発明のＦＣＷを使用して
溶接した溶接金属はＡＷおよび５ＲＩＡ理後ともに高靭
性を示すものでありた。

【図面の簡単な説明】

第１［］および第２図は従来例および本発明によるＦＣ
Ｗによる溶接金属の靭性の比較を示す図、第３図は本発
明の実施例におけるガスシールドアーク溶接を行なう際
の開先形状を示す図、第４図は本発明実施例における突
合せ継手の積層溶接を示す図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）外皮金属中および／またはフラックス中にＣａＦ
   ＿２：３〜２０％（対ワイヤ全重量％の意味、以下同じ
   ） Ｆｅ−ＴｉまたはＴｉ酸化物：ＴｉＯ＿２換算で０．０
   ５〜２％ Ｂ合金またはＢ酸化物：Ｂ換算で０．００２〜０．０５
   ％ を含有することを特徴とするガスシールドアーク溶接用
   フラックス入りワイヤ。
2. （２）外皮金属中および／またはフラックス中にＣａＦ
   ＿２：３〜２０％（対ワイヤ全重量％の意味、以下同じ
   ） Ｆｅ−ＴｉまたはＴｉ酸化物：ＴｉＯ＿２換算で０．０
   ５〜２％ Ｂ合金またはＢ酸化物：Ｂ換算で０．００２〜０．０５
   ％ ＮｉまたはＮｉ合金：Ｎｉ換算で０．１〜 ５％ を含有することを特徴とするガスシールドアーク溶接用
   フラックス入りワイヤ。