JPS6330112B2

JPS6330112B2 -

Info

Publication number: JPS6330112B2
Application number: JP54170161A
Authority: JP
Inventors: Hirokimi Takeuchi; Shigeto Kawasaki; Taiji Okada
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1979-12-25
Filing date: 1979-12-25
Publication date: 1988-06-16
Also published as: JPS5691982A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はガス被包アーク溶接方法に係り、特に
シールドガス（被包ガス）としてアルゴン（Ar）
中に20％を越える高濃度の酸素（O₂）を混入せ
しめた強酸化性のガスを用いるガス被包アーク溶
接手法に関するものである。従来から、鋼のガス被包アーク溶接において、
そのシールドガスとしては二酸化炭素（CO₂）、
Arの如き単一成分ガスや、CO₂―O₂、Ar―CO₂、
Ar―O₂、Ar―水素（H₂）、Ar―CO₂―O₂、Ar―
O₂―H₂等の混合ガスが種々提案され、実用化さ
れてきている。しかしながら、これら従来のシー
ルドガスには一長一短があり、それぞれ解決され
るべき種々な問題点を内在している。例えば、
CO₂、CO₂―O₂を用いる溶接にあつては、スパツ
ターが多い欠点があり、このため溶接部付近に付
着するスパツターの除去作業を必要とし、それに
よつて溶接コストを上昇せしめる一方、スパツタ
ーが完全に除去され得ない場合には製品外観の悪
化などの悪影響をもたらす問題を内在しているの
である。また、Ar、Ar―O₂溶接にあつては、気孔（ブ
ローホール）が多発する欠点があるのであり、更
にAr―CO₂溶接にはガス費が高い欠点も内在し、
またAr―CO₂―O₂、Ar―He、Ar―H₂溶接にあ
つては、高炭素鋼溶接部に割れをもたらす致命的
な欠点があつた。しかも、かかるシールドガスが
CO₂―O₂、Ar―CO₂などの混合ガスの場合にあ
つては、該混合ガスを液化して輸送し、溶接箇所
に供給することが、混合成分の沸点が大きく異な
るために、困難であつたのであり、これがまたガ
ス費を上昇せしめる一つの原因ともなつているの
である。この点、Ar―O₂系の混合ガスは、Ar、
O₂共に同様な沸点を有するところから、液化輸
送せしめられた所定ガス組成の液化物を気化して
それを直ちに溶接部にシールドガスとして導くこ
とが可能であり、しかもO₂が多量に使用出来れ
ば、ガス費のコストダウンが更に大巾に可能とな
ることが期待される。しかしながら、このAr―O₂混合ガス中のO₂濃
度を高めることは、従来から溶接操作に種々なる
問題を惹起せしめるとされ、例えば低合金鋼やオ
ーステナイト鋼の溶接の場合には、溶滴の移行状
態を改善し、またビード横断面の溶込形状を改善
するために、O₂濃度は20％以下とする必要があ
るとされており、また特公昭46−36442号公報に
よつて、酸素量が25％を越える場合、強度値はな
お十分であるが、スパツターおよび気泡形成が急
激に増加することが明らかにされる等いずれも酸
素を高濃度、具体的には20％を越える割合で含む
強酸化性のガスはアーク溶接におけるシールドガ
スとして不適当であると考えられていたのであ
る。ここにおいて、本発明者らは、上記のように従
来からその使用が困難視されていたシールドガス
を強力な酸化性とする酸素を、体積率で20％を越
えて、多量に含むAr―O₂混合ガスについて種々
検討を加えた結果、かかる強酸化性のAr―O₂混
合ガスを用いた溶接によつて、スパツターの発
生、その付着を極めて抑制して、溶接金属を清浄
にし、また、割れを防ぎ、気孔の発生を防止する
ほか、外観改善において害どころか、有益な効果
を発揮し得ることを見い出し、本発明を完成する
に至つたのである。すなわち、本発明は、ガス被包アーク溶接方法
において、O₂の体積率が20％を越え且つ75％以
下のAr―O₂混合ガスをシールドガスとすると共
に、溶接ワイヤとして、１％以下の炭素（Ｃ）、
0.2〜２％の珪素（Si）、1.7〜25％のマンガン
（Mn）、0.05〜1.0％のチタン（Ti）を含み且つ0.1
以上のアルミニウム（Al）、0.01以上のマグネシ
ウム（Mg）のうちの１種以上を合計量で２％以
下含む鋼ワイヤを使用することにあり、これによ
つて初めてスパツターが少ない、気孔の発生のな
い、ガス費の安価な、更には高炭素鋼にも割れの
ない溶接が出来ることとなつたのである。換言すれば、本発明は、20％を越える高濃度の
O₂を含むAr―O₂混合ガスからなるシールドガス
と特定組成のＣ―Si―Mn―Ti―Al／Mg系ワイ
ヤからなる溶接ワイヤ（導電溶加心線）とを組合
せることによつて、アークの安定性を高めて溶滴
の移行状態を改善し、以て従来から問題視されて
いた強酸化性Ar―O₂ガス下でのスパツターの発
生を抑制し、またかかるスパツターの溶接部分付
近での付着を抑制して、製品外観の改善などを図
り得たのである。また、かかる本発明に従えば、
CO₂ガスの10倍とも言われるO₂の酸化能によつて
高炭素鋼の炭素を効果的に焼耗させ得て、その割
れ防止の向上に著しく寄与し、更にArとO₂との
液化（気化）温度差が僅少なるがため、所定組成
のガス混合物を液化して輸送に供し、そしてそれ
を気化してそのまま溶接に供給し得ることによ
り、安価大量供給が可能となつたほか、Al、Ti、
Si、Mn等の脱酸元素の所定量の存在によつて、
気孔の発生が効果的に防止され得たのである。し
かも、その他、本発明によれば、通常の気孔とは
異なる原理で発生すると言われる塗装鋼板の隅肉
溶接部の気孔発生率をも著しく抑制せしめ得、ま
たスラグ剥離の容易性、溶接部の清浄度、溶接部
の靭性、ビード外観などの諸性能においても、著
しい改善が為され得たのである。ここにおいて、かくの如き本発明に用いられる
シールドガスとしてのAr―O₂混合ガス中のO₂の
体積率（濃度）は前述した本発明の目的を達成す
るため20％を越える割合に維持される必要があ
る。しかしながら、O₂濃度が75％を越えると、
シールドガス中に火のついた可燃性物質が入つた
場合などに爆発的に近い酸化を惹起し、危険であ
る他、気孔が多発する等の問題があるので、O₂
の上限としては75％が採用される。なかでも、本
発明では25〜50％のO₂濃度が好適に採用される。
なお、O₂の濃度が20％より低くなつた場合にお
いても気孔が多発していることが認められてい
る。また、O₂を除く残余ガスはArが最適であり、
かかるArは電位傾度を低め、スプレー移行溶接
を可能にする。残余ガスとして全部Arを使用す
れば、シールドガス中のArの体積率は25〜80％
となるが、不純物としての窒素ガスなどの混入は
避け得ず、そのためシールドガスとしてのAr―
O₂混合ガス中の窒素ガス濃度を１％以下となる
ように調整し、維持することが望ましい。けだ
し、一般にO₂に起因する気孔は脱酸元素Ｃ、Si、
Mn、Ti、Al／Mgの混合によつて充分防ぐこと
が出来、窒素に起因する気孔は脱窒元素Ti、
Al／Mgが存在する場合に防ぎ得るが、窒素量が
１％を越えるようになると、気孔防止効果を充分
に奏し得ず、また靭延性の低下も惹起する。更
に、かかるAr―O₂混合ガス中に0.001〜10％程度
のメタン（CH₄）を含有せしめれば、塗装鋼板の
隅肉溶接部における気孔発生の抑制に寄与し、耐
割れ性の向上に寄与する。そして、このようなガス組成のAr―O₂混合ガ
スは一般に液化されて目的とする溶接場所に輸送
され、そこで気化されてそのまま溶接トーチに供
給せしめられることにより、溶接部の保護ガスと
して効果的に使用され得るのである。一方、溶接ワイヤ（導電溶加心線）として本発
明で用いられる鋼ワイヤ中には、先ずＣが１％を
越えない量で含有せしめられている必要がある。
このＣは強力な脱酸元素であつて、O₂と結合し
て溶着鋼の酸素濃度を低める働きを為し、溶着金
属中の脱酸能力はSiと同様強力であるが、その含
有量が余りにも多すぎると溶接部に割れを生じ易
くするので、１％以下にとどめなければならな
い。また、SiとMnとは相互に共同して脱酸作用を
為し、高O₂濃度のガス中での気孔生成防止に効
果的に寄与すると共に、これらがO₂と結合する
とき発熱反応を伴なつて溶鋼を高温と為すため鋼
中の介在物を浮上させ、系外に除去させる（スラ
グオフ）効果があり、生成するスラグの剥離を良
好にし、ひいては靭性を高める効果を発揮する。
しかし、Siが0.2％に満たないと気孔の発生を充
分に防止しきれず、一方２％を越える場合には、
過脱酸現象により耐気孔性に逆効果を生じるとと
もに、溶着鋼の靭性劣化をもたらすので、本発明
では0.2〜２％の範囲内のSiがワイヤ中に含有せ
しめられることとなる。また、Mnは、高O₂濃度
のガスにて惹起される種々なる問題の解消に関与
する重要な元素であるが、そのワイヤ中の含有量
が1.7％に満たない場合には充分にその効果を発
揮し得ず、一方25％を越えると耐食性が劣化した
り、経済的に不利となること等から、該Mnの含
有量は1.7〜25％、好ましくは2.0％〜5.0％とされ
る。さらに、Ti、Al、Mgは強力脱酸素剤として働
き、Ar―O₂溶接に少なくともその１種以上は必
須となる元素で、気孔発生を防止する。特に、
Tiは、また高O₂濃度下でアークの安定性を向上
し、スパツターを少なくするのに寄与する。な
お、溶接金属部のO₂濃度はＣ―Si―Mn系では
0.07％程度までしか低下させることができない
が、Ti、Al、Mgを添加することにより、0.05％
以下にまで下げることが出来、溶接金属の高性能
化に役立つ。このためには、少なくとも0.05〜
1.0％のTiをワイヤに含有せしめると共に、更に
0.1％以上のAl、0.01％以上のMgのうちの１種以
上を合計量で２％以下、ワイヤに含有せしめる必
要がある。なお、Al、Mgの合計量が２％を越え
ると、靭性が低下する問題を惹起する。更にまた、かかるＣ―Si―Mn―Ti―Al／Mg
系の鋼ワイヤには、必要に応じて、Mo、Cr、
Ni、Co、Ｗなどの元素が適宜含有せしめられ得
る。ワイヤ中に0.1〜５％程度のMoを含有せしめ
ることにより、溶接金属の靭性、延性が改善され
ると共に、強度の改善も図られ得る。また、Co、
Ni、Co、Ｗはそれぞれ25％までの量において含
有せしめられ、鋼の耐酸化性、低温靭性、高温強
度、常温強度などが改善される。なお、これらの成分は合金成分として鋼ワイヤ
に含有せしめらる他、メツキなどの手法によつて
鋼ワイヤ表面に存在する形態で含有せしめられた
ものであつて何等差支えない。本発明は、このような組成の鋼ワイヤを使用し
て、前記した高O₂濃度のAr―O₂混合ガス雰囲気
中で通常のアーク溶接を行なおうとするものであ
つて、これにより次の如き優れた特徴を発揮する
のである。 (1) 溶滴の移行形態が改善され、スパツターが少
なく、CO₂溶接の約1/10となる。しかも、スパ
ツターが発生しても、溶接部付近に付着するこ
とがなく、このため製品の外観を向上せしめ、
またスパツターの除去作業も不要となる。 (2) 気孔の発生が少なくなり、S55C、浸炭鋼、
亜鉛メツキ鋼板、塗装鋼版の溶接でも、気孔の
発生を効果的に抑制し得る。 (3) ビードがきれいになる。例えば、フラツクス
入りワイヤと同様にビード表面、全面にスラグ
が被るため、ビードの外観が優れる。 (4) 高炭素含有材料に対する溶接が可能となる。
高炭素鋼や浸炭鋼、高炭素当量鋼を溶接すると
炭素が溶接金属外に放出されて健全な溶接部が
得られる。 (5) ガスの費用が安価になる。液化により、輸送
費も節約できる。以下に実施例を示し、本発明を更に具体的に明
らかにする。なお、実施例で用いられた鋼ワイヤ
No.とそれらに含まれる成分は次の第１〜４表に示
された通りであり、これら表中の分類欄における
“本発明”との表示は本発明に従うワイヤ組成の
ものを示し、また“比較”の表示は本発明との比
較に用いられる鋼ワイヤ組成を示すものである。

【表】

【表】実施例１シールドガスとしてCO₂ガスまたは30％O₂含有
のAr―O₂混合ガスを用い、また溶接ワイヤとし
て0.15％Ｃ，0.6％Si，1.2％Mnを含む鋼ワイヤＡ
または0.03％Ｃ，0.7％Si，3.3％Mn，0.3％Ti，
0.51％Alを含む鋼ワイヤＢを使用して、溶接電
流：350A，アーク電圧：33V，溶接速度：30
cm／min，送給ガス量：25／min，極性：直流
逆極性なる溶接条件下に、SM50Cのガス被包ア
ーク溶接をそれぞれ行ない、得られた溶接製品
（溶接方向に30cm×溶接方法とは直角な方向に10
cm）上に付着したスパツターの数を求め、その結
果を第５表に示した。

【表】第５表の結果から明らかなように、本発明に従
うシールドガス組成並びに溶接ワイヤを用いるこ
とにより、母板表面へのスパツターの付着が著し
く抑制されている。実施例２ワイヤNo.１〜４（1.2mmφ）を用い、Ar＋５％
O₂〜Ar＋90％O₂の混合ガスをシールドガスとし
て、溶接電流300A、アーク電圧30〜34V、直流
逆極性にて、16mm厚のリムド鋼、キルド鋼、低合
金鋼をアーク溶接した。溶接部の気孔発生状況を
Ｘ線透過写真により検査した結果第１図に示す
が、（図中、１はワイヤNo.１、リムド鋼母材；３
はワイヤNo.３，キルド鋼母材；４はワイヤNo.４，
低合金鋼母材をそれぞれ用いた結果を示してい
る）、溶接長さ200mm長当り、30個（Ar＋５％O₂
の場合）の気孔が、混合ガス中のO₂量が20％を
越えるようになると、０個となり、さらに75％を
越えると再び35個以上の多数となることが判る。
また、従来のAr＋O₂ガス用のワイヤNo.１を使用
した場合には、O₂が15％程度で気孔の発生が極
小となり、20％を越えるようになると、再び気孔
数が著しく増大することも判つた。更に、本発明に従うワイヤNo.３〜４を用いて多
層溶接することによつて調べた溶接金属の機械的
性質は第６表の通りで、鋼の溶接、特にHTおよ
び低合金鋼の溶接に充分耐え得る成績であつた。
また、ビードの表面には一様に黒色のスラグが被
さり、、スラグの剥離性は極めて良好で、ビード
外観もフラツクス入りワイヤに劣らぬくらい美麗
なものであつた。

【表】実施例３実施例１のワイヤＡ及びＢを用い、溶接電流：
350A，アーク電圧：32V，溶接速度：30cm／min
で、ウオツシユプライマー塗装鋼板のアーク溶接
を行ない、隅肉溶接部の気孔発生傾向を調べた。
結果を気孔発生率（＝Σli・100／Ｌ；但し、Ｌは
観察面における溶接部の長さ、liは観察要におけ
る各気孔のＬ方向長さ）として、第７表に示し
た。第７表より、本発明に従うシールドガスとワイ
ヤとの組合せの結果が優れていることは明白であ
る。また、シールドガス中に少量のCH₄を混入せ
しめることにより、気孔発生率について良好な結
果が得られることも判つた。

【表】実施例４ワイヤNo.27（1.6mmφ）を用い、40％O₂―60％
Ar200Kg液化ボンベ入りガスを使用して360A―
32V―40cm／minの条件下にアーク溶接を行なつ
た。その結果、溶接部の気孔は認められず、溶接
ビード表面は美麗であり、健全な溶接が出来た。
このとき液化ガスボンベからガスを取り出す初期
および95％使用後のガス成分の変動は第２図に示
す如く±５％以内におさまり、液化ガス供給が工
業的に可能であることが明らかとなつた。なお、
溶接部の特性は、第８表の如く優れたものであつ
た。

【表】実施例５ワイヤNo.５〜50（1.2mmφ）を用いて、溶接電流
300A，アーク電圧30〜34V，溶接速度30cm／min
の条件下に各種溶接試験を行ない、その結果を第
９〜11表に示す。これらの表より、本発明の有効
性を確認した。

【表】

【表】実施例６ 0.03％Ｃ―0.5％Si―2.7％Mn―0.05％Ti―0.3％
Alの鋼ワイヤを用いてそれぞれ得られた溶接製
品について、ｙ型割れ試験（JIS―Ｚ―3158）に
よりその割れを防止できる予熱温度について調
べ、その結果を第12表に示すが、該表より明らか
なように、本発明に従えば予熱温度が低くても割
れを良好に防止できるのである。

【表】

【表】 ○：割れなし
×：割れ発生
実施例７第13表に示すワイヤ並びにシールドガスを用い
て先の各実施例と同様にしてアーク溶接を行な
い、得られた溶接部におけるスラグのかぶり具
合、スラグ剥離までの時間、JIS―Ｇ―0555
（1977）に従う溶接部の清浄度、靭性、ビード観
を評価した。結果を第13表に併せて示す。第13表の結果より明らかなように、本発明に従
えば、スラグの剥離が容易で、溶接部は清浄であ
り、また靭性も高く、ビード外観も美麗なものと
なるのである。

【表】【図面の簡単な説明】

第１図は実施例２で求められた各種O₂混合率
のAr―O₂ガス使用下におけるそれぞれのワイヤ
にて発生した気孔数を示すグラフであり、第２図
は実施例４で求められたボンベ詰液化ガスの使用
率に対するO₂濃度の変化を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】１酸素の体積率が20％を越え且つ75％以下のア
ルゴン―酸素混合ガスをシールドガスとすると共
に、溶接ワイヤとして、１％以下の炭素、0.2〜
２％の珪素、1.7〜25％のマンガン、0.05〜1.0％
のチタンを含み且つ0.1％以上のアルミニウム、
0.01％以上のマグネシウムのうちの１種以上を合
計量で２％以下含む鋼ワイヤを使用することを特
徴とする酸素を高濃度で含有するシールドガスを
用いたアーク溶接方法。２前記アルゴン―酸素混合ガス中の窒素ガスの
体積率が１％以下に維持される特許請求の範囲第
１項記載の方法。３前記アルゴン―酸素混合ガスが、該混合ガス
の液化物の気化によつて供給される特許請求の範
囲第１項記載の方法。４前記アルゴン―酸素混合ガスが、0.001〜10
％のメタンを含む特許請求の範囲第１項記載の方
法。５前記溶接ワイヤとしての鋼ワイヤが、さら
に、５％までのモリブデンおよび／またはそれぞ
れ25％までのクロム、ニツケル、コバルト、タン
グステンの１種以上を含む特許請求の範囲第１項
乃至第４項のいずれかに記載の方法。