JP3853482B2 - 球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との溶接接合用溶接材料及び溶接接合方法、並びに、球状黒鉛鋳鉄の溶接補修用溶接材料及び溶接補修方法 - Google Patents
球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との溶接接合用溶接材料及び溶接接合方法、並びに、球状黒鉛鋳鉄の溶接補修用溶接材料及び溶接補修方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、球状黒鉛鋳鉄部材と軟鋼部材との溶接接合、及び、球状黒鉛鋳鉄部材の溶接補修に用いるのに適したＴＩＧ溶接及びアーク溶接用の溶接材料、並びに溶接方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
球状黒鉛鋳鉄は機械的性質が優れており、工業材料として広く用いられている。しかしながら、球状黒鉛鋳鉄の溶接性は著しく悪いので、利用上大きな制約となっている。球状黒鉛鋳鉄の溶接が困難である原因は、母材の炭素含有率が高いため、溶接時の急冷により溶着金属、及び溶着金属と母材との界面であるボンド部に、チル炭化物及び／又はレデブライトが形成されるからである。セメンタイトで構成されたこのチル炭化物及び／又はレデブライト（以下、総称して「チル組織」という）は、硬く脆いので、溶接部に存在するとその部位から破壊される可能性が高い。その他、鋳鉄は一般に溶接時のガス発生によるブローホールやスラグ巻き込み等の溶接欠陥も多い。こうした理由により、球状黒鉛鋳鉄は優れた機械的性質を有するにもかかわらず、溶接困難な材料として扱われてきた。
【０００３】
上記理由により従来、球状黒鉛鋳鉄部材と軟鋼部材とを信頼性高く溶接接合することが困難とされている。そこで、両部材の接合方法としては一般に、両部材の接合部にフランジ等を設けてボルトとナットで接合する機械的接合法が採用されている。しかしながら、機械的接合法においては、ボルトやナット等の部品点数が増加するばかりでなく、部材の構造も複雑になり、また組立作業も煩雑である。
【０００４】
一方、球状黒鉛鋳鉄は普通鋳鉄に比べてはるかに強靱な機械的性質を有するので使用分野が大きく広がり、球状黒鉛鋳鉄は本来の鋳物用材料から、棒状あるいは板状の加工用材料まで市販されている。例えば、自動車産業では、従来、軟鋼のみで製造されていた部品に対して、強度の重視される部材には軟鋼を用い、その他部材には安価な球状黒鉛鋳鉄製棒状あるいは板状部材を用いる試みがある。このため、球状黒鉛鋳鉄部材と軟鋼部材との溶接技術が要請されるに至った。
【０００５】
従来、球状黒鉛鋳鉄部材と鋼部材との溶接接合、又は溶接補修に対ついて、下記方法がある。
▲１▼ 通常、軟鋼系溶接材料を用いる方法が知られている。
【０００６】
この方法によれば、鋼部材側の溶接性は良好であるが、球状黒鉛鋳鉄部材側の溶接性が悪く、特に接合強度に関して信頼性に欠け、ボンド部でチル組織が発生し、硬さが高くなると共に脆くなり、溶接割れが発生する。
【０００７】
▲２▼ 鉄−ニッケル系溶接材料を用いる方法もある。
この方法によれば、球状黒鉛鋳鉄部材側の溶接性は、軟鋼系溶接材を用いた場合よりも良好であるが、球状黒鉛鋳鉄部材側のボンド部及び軟鋼部材側のボンド部のいずれにおいても、チル組織が生成し、強度に劣る。更に、球状黒鉛鋳鉄部材と溶着金属との間での色調及び耐食性が不整合のため、外観上好ましくない。また、軟鋼系溶接材に比べて高価であり経済性に劣る。
【０００８】
▲３▼ オーステナイト系ステンレス溶接棒を用いる方法もある。
この方法によれば、鋼部材側の溶接性は優れ、また球状黒鉛鋳鉄部材側の溶接性も比較的良好であるが、球状黒鉛鋳鉄部材側のボンド部に、溶接の熱影響によりチル組織、及び球状黒鉛鋳鉄の基地組織が硬化した硬化基地組織が生成し、溶接割れが発生し易くなり、溶接の信頼性が十分でない。そこで、これを改良するために溶接速度を一般的に行なわれる速度よりも大きくする方法が、特開平８−１０９５２号公報に開示されている。この方法は、溶接速度を速くして球状黒鉛鋳鉄部材と鋼部材とに付与される熱量を少なくすることにより、ボンド部における球状黒鉛鋳鉄のチル組織及び硬化基地組織の生成を抑制し、溶接割れの発生を防ぐというものである。しかしながら、この方法はまだ信頼性が高いとはいえず、溶接速度を高めなければならないという制約があり、また、軟鋼系溶接材に比べて高価であり経済性にも劣る。
【０００９】
▲４▼ 球状黒鉛鋳鉄の補修溶接として、従来、アーク溶接法で球状黒鉛鋳鉄心線の被覆アーク溶接棒を用いる方法、又はガス溶接法でＳｉ含有率の高い過共晶球状黒鉛鋳鉄等の鋳鉄裸溶接棒を用いる方法において、母材を５００℃以上に予熱することによりチル組織の発生を防止する方法が考えられている。しかしながら、５００℃以上の予熱を行なうと溶接作業性を著しく悪化させる。更に、このような高温予熱を施すための加熱装置の新設や加熱作業時間の発生は、近年、溶接の能率化及び省力化を課題とする状況下において望ましくない。しかし、上記方法では鋳鉄製溶接棒を用いるので、溶接棒は安価であり、溶接部は母材に類似した成分組成になるので、この点においては望ましいものである。
【００１０】
▲５▼ これに対して、本発明者等は、球状黒鉛鋳鉄部材と軟鋼母材とのＴＩＧ溶接の一連の研究において、下記結果を報告した。
即ち、溶接棒として、接種剤の粉末を接着剤と混ぜ、棒心線表面に塗布したものを用い、突合わせ溶接を行なった。接種剤の種類はＦｅ−Ｓｉ接種剤、Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤、ＲＥ−Ｃａ−Ｓｉ接種剤及びＣａ−Ｓｉ−Ｂｉ接種剤の各々を用いた。溶接後溶接部の金属組織及び硬さ測定の結果、Ｃａ−Ｓｉ−Ｂｉ接種剤を棒心線の重量に対してＢｉ量が０．０１mass％となるように塗布した溶接棒を使用して、球状黒鉛鋳鉄側のボンド部においても、チルの形成は少量でありビッカース硬さは３７０ＨＶ程度に抑えられた（日本鋳造工学会、第１３０回全国講演大会概要集（１９９７）１２頁）。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者等は、上述したように、溶接棒として棒心線の表面に接種剤を塗布した鋳鉄製溶接棒を用いて球状黒鉛鋳鉄部材と軟鋼部材との突合わせ溶接の研究を重ねてきた。その結果、この方法で接種剤を溶接時に添加することにより接種効果が得られ、チルが減少することがわかった。しかしながら、この方法のように接種剤を鋳鉄製溶接棒に塗布して溶接を行なう方法では、接種剤が溶接部に溶け込みにくく、ビードに接種剤が溶け残って溶接欠陥となることがあった。また、溶融池における流動性が低下し、溶接性が低下するものもあった。
【００１２】
球状黒鉛鋳鉄部材と軟鋼部材との溶接には、上述したとおり種々の問題がある。そこで、このような問題を解決するために本発明者等は、この発明の課題として、球状黒鉛鋳鉄部材と軟鋼部材との溶接において、軟鋼部材溶接時に行なわれる程度の通常の低温予熱条件下で、溶着金属並びに球状黒鉛鋳鉄部材側及び軟鋼部材側の両ボンド部からなる溶接部全域において、
（ａ）チル組織を微量に抑制するか、乃至は全く発生させないようにし、
（ｂ）硬度が異常に高くならないようにし、
（ｃ）溶接割れを発生させないようにし、そして、
（ｄ）色調及び耐食性の不整合を解消しうる
ＴＩＧ溶接及びアーク溶接用の溶接材料、並びにそのような溶接方法を開発することを決めた。
【００１３】
従って、この発明の目的は、上記課題を解決することにより、球状黒鉛鋳鉄部材と軟鋼部材との健全な溶接をＴＩＧ溶接又はアーク溶接で効率的に行なうことができる溶接接合用溶接材料及び及び溶接接合方法、並びに、球状黒鉛鋳鉄の健全な補修溶接をＴＩＧ溶接又はアーク溶接で効率的に行なうことができる溶接補修用溶接材料及び溶接補修方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために鋭意検討及び研究を重ねた。
本発明者等は、先ず、鋳鉄の鋳造における溶湯の接種処理の効果を、球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との異材溶接技術に利用することに着眼した。即ち、鋳鉄の鋳造における接種とは、溶湯を鋳込む直前に、合金（接種剤）を添加して組織や性質を改善することをいい、鋳鉄では接種剤を添加すると、チル組織の形成が抑制される。しかしながら、接種剤添加効果にはフェーディングがあり、接種剤溶解後に溶解状態に保持された時間経過とともにその効果が薄れる。つまり、溶製するときに接種剤を添加した溶接棒を使用して溶接しても、接種効果（組織改善）はない。これに対して、溶接棒心線に接種剤を塗布して溶接すると、接種剤が溶け始めるのは溶接棒心線の溶解開始時であり、しかも溶融金属は極めて短時間で凝固が完了するので、接種効果が発揮され、チル組織の形成が抑制されるものと考えた。そして、前述したとおり、日本鋳造工学会、第１３０回全国講演大会において、接種剤塗布溶接棒による球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との異材溶接実験を行なった。その結果、チルの形成を少量に抑制し、硬さも低く抑えることができることがわかった。しかしながら、接種剤の添加方法として溶接棒心線に塗布した場合には、接種剤の溶け込みが十分ではなく、その溶け残りが溶接欠陥となったり、溶融池の流動性低下による溶接性低下が発生することがあった。
【００１５】
このように、接種剤を溶接棒に塗布した場合に見られた、接種剤の溶け込みにくさや、溶融池における流動性の低下による溶接性の低下の原因は、溶接時に溶接棒を盛ると同時に接種剤を溶かし込むため、溶融池の温度が下がって接種剤がとけにくくなることにある。その結果、接種効果が均一には得られにくく、溶着金属が一部モットル組織となって、チル化を完全には防止することが難かしかったものと考えられる。特に、Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤を使用した場合には溶接性の低下が著しく、溶接欠陥が生じ易かった。
【００１６】
そこで、本発明者等は、溶接棒に塗布された接種剤の溶け込みにくさを改善し、接種効果の均一性を狙って、接種剤を溶接母材側に装着することに着眼した。更に接種剤の効果を高めるために、鋳鉄の黒鉛化促進効果を狙ったインサート材料を付加することに着眼した。そして、冷却過程でのチル発生の抑制効果を狙って後熱処理を試みた。即ち、本発明においては、下記事項の可能性に着眼した。
▲１▼ 接種剤を母材に塗布するか、又は母材の開先に埋めて溶接することにより、溶接部への接種剤の溶け込みを改善し、そして、接種効果を均一に得ることができる。
▲２▼ 上記▲１▼の方法と同時に、Ａｌのような鋳鉄の黒鉛化を促進する金属をインサート材料として開先に挟んで溶接することにより、溶接部の黒鉛量と黒鉛粒数とを増加させ、溶接部のチル化を防止することができる。
▲３▼ 更に、溶接後に適切な後熱処理を行なうことにより溶接部の冷却速度を遅くし、チル化防止を一層促進することができる。
【００１７】
次に、本発明者等は、棒心線の材質を選定するために下記実験を行なった。
（実験）
はじめに、球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との異材溶接用の溶接棒として、従来知られているものの中から球状黒鉛鋳鉄製溶接棒を選び、更に、過共晶片状黒鉛鋳鉄製溶接棒を採用し、下記実験を行なった。過共晶片状黒鉛鋳鉄製溶接棒を試験に加えたのは、片状黒鉛鋳鉄は球状黒鉛鋳鉄母材に類似した成分組成であり、過共晶組成であると完全に黒鉛化し、過冷度が大きくてもチル組織が形成されにくく、しかも球状黒鉛鋳鉄のようにチルを生成し易いＭｇを含んでいることはないことに着眼したものである。
【００１８】
なお、ニッケル及びニッケル−鉄溶接棒は、球状黒鉛鋳鉄部材及び軟鋼部材に対して、色調及び耐食性が不整合のため外観上好ましくなく、また、軟鋼系溶接材に比べて高価であり経済性に劣っているので除外した。
【００１９】
実験は、ＴＩＧ溶接機（Tungsten Inert-Gas arc welding）を用いて、母材板厚３．２ｍｍの球状黒鉛鋳鉄及び軟鋼のそれぞれに対して、ビードオンプレート試験を行なった。ビードオンプレート試験とは、溶接棒を用いて板にビードを盛り、その溶込み深さとビード幅とを測定する手法である。但し、ここでは、ビードオンプレート試験は、上記２種類の溶接棒間の、球状黒鉛鋳鉄母材及び軟鋼母材のそれぞれに対する溶接特性、特に溶着金属及びボンド部の金属組織及び硬さについての差を定性的に比較して２種の溶接棒の順位付けをするために利用したものである。
【００２０】
表１に主な溶接条件を、表２に母材（球状黒鉛鋳鉄及び軟鋼）の化学成分組成を、そして表３に溶接棒の化学成分組成を示す。
【００２１】
【表１】
【００２２】
【表２】
【００２３】
【表３】
【００２４】
溶接条件は、球状黒鉛鋳鉄母材では、溶接電流：１５０Ａ、アーク電圧：２０Ｖ、入熱量：９．０ｋＪ／ｃｍ、溶接速度：２０ｃｍ／ｍｉｎとし、また軟鋼母材では、溶接電流：１７０Ａ、アーク電圧：２０Ｖ、入熱量：１３．６ｋＪ／ｃｍ、溶接速度：１５ｃｍ／ｍｉｎとした。いずれの母材についても、タングステン電極径：２．４ｍｍφ、電極高さ：５ｍｍ、Ａｒガス流量：７〜８ｌ／ｍｉｎとし、予熱条件は、予熱なし、１５０℃及び３００℃とした。球状黒鉛鋳鉄製溶接棒はＦｅ−Ｓｉ−Ｍｇで球状化処理したものを、そして過共晶片状黒鉛鋳鉄製溶接棒はＦｅ−Ｓｉで接種したものを使用した。
【００２５】
こうして調製されたビードオンプレート試験片のボンド部及び溶着金属について、金属組織観察を顕微鏡観察試験で、そして硬度分布測定をビッカース硬さ試験で行なった。試験位置は、ビードの長手方向中央部でビードに直角な鉛直断面である。
【００２６】
表４に金属組織の観察結果を、そして表５にビッカース硬さ試験結果をまとめて示す。なお、予熱温度が１５０℃の結果は予熱なしと予熱３００℃の中間であり、その記載は省略した。
【００２７】
【表４】
【００２８】
【表５】
【００２９】
各溶接棒を使用したときの金属組織及び硬さの特徴は次のとおりである。
▲１▼球状黒鉛鋳鉄製溶接棒を用いた場合は、３００℃予熱をしても球状黒鉛鋳鉄母材側のボンド部及び溶着金属、並びに軟鋼母材側の溶着金属のいずれにもチル組織が形成されている。また、軟鋼母材側のボンド部については、予熱無しではマルテンサイトが形成したが、３００℃予熱で消失した。硬度は金属組織に対応して高い。
▲２▼過共晶片状黒鉛鋳鉄製溶接棒を用いた場合は、３００℃予熱をしても球状黒鉛鋳鉄母材側のボンド部及び溶着金属、並びに軟鋼母材側の溶着金属のいずれにも、チル組織が形成されているが、その量は球状黒鉛鋳鉄製溶接棒を用いた場合よりもかなり少なくなっている。従って、これに対応して硬度も低下している。
また、軟鋼母材側のボンド部については、予熱無しではマルテンサイトが生成したが、３００℃予熱をするとマルテンサイトは生成しなかった。
【００３０】
上記各種溶接棒の優劣について上記実験結果から次の知見を得た。
上述した金属組織及び硬度の結果によれば、過共晶片状黒鉛鋳鉄製溶接棒を用いた場合は、軟鋼母材側のボンド部を除く溶接部位にチル組織の形成が認められるが、その形成量は比較的少なく、球状黒鉛鋳鉄製溶接棒を用いた場合と比べても少なくなっている。また、硬さについても、過共晶片状黒鉛鋳鉄製溶接棒を用いた場合には、異常に高値を示す部位がなく安定しており、また、軟鋼母材側のボンド部に予熱なしで生成していたマルテンサイトが３００℃の低温予熱で消失していることがわかった。
そこで、溶接棒心線は、過共晶片状黒鉛鋳鉄性溶接棒が適しており、３００℃の予熱を施した方がよいと判断した。
【００３１】
この発明は、上記着想及び知見に基づきなされたものであり、下記構成を有する。
請求項１記載の球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との溶接接合用溶接材料は、棒心線と溶接用インサート材料と接種剤とで構成され、前記棒心線は過共晶片状黒鉛鋳鉄からなり、前記インサート材料は鋳鉄の黒鉛化を促進させる金属又は合金からなり、そして前記接種剤は前記インサート材料で覆われた形態で前記インサート材料と共に溶接母材に埋められており、前記インサート材料の鋳鉄の黒鉛化を促進させる金属又は合金は、アルミニウム若しくはアルミニウム合金、ニッケル若しくはニッケル合金、及び、アルミニウム若しくはアルミニウム合金と銅若しくは銅合金との混合物からなる群から選ばれたいずれか一種のインサート材料であり、前記接種剤は、Ｃａ−Ｓｉ−ＢａまたはＲＥ−Ｃａ−Ｓｉからなっていることに特徴を有するものである。
【００３３】
請求項２記載の球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との溶接接合用溶接材料は、棒心線と溶接用インサート材料と接種剤とで構成され、前記棒心線は過共晶片状黒鉛鋳鉄からなり、前記インサート材料は鋳鉄の黒鉛化を促進させる金属又は合金からなり、そして前記接種剤は溶接母材に塗布されており、前記インサート材料の鋳鉄の黒鉛化を促進させる金属又は合金は、アルミニウム若しくはアルミニウム合金、ニッケル若しくはニッケル合金、及び、アルミニウム若しくはアルミニウム合金と銅若しくは銅合金との混合物からなる群から選ばれたいずれか一種のインサート材料であり、前記接種剤は、Ｃａ−Ｓｉ−ＢａまたはＲＥ−Ｃａ−Ｓｉからなっていることに特徴を有するものである。
【００３５】
請求項３記載の球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との溶接接合用溶接材料は、上記請求項１または２に記載された発明において、棒心線の化学成分組成が、Ｃ：３．３〜３．８mass％、及び、Ｓｉ：４．０〜５．０mass％を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、且つ、Ｃ（mass％）＋０．３１×Ｓｉ（mass％）で表わされる炭素当量、ＣＥ値が、４．８〜５．３の範囲内にあることに特徴を有するものである。
【００３６】
請求項４記載の球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との溶接接合方法は、球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との溶接接合に際し、請求項１〜３の内いずれか一つに記載された溶接接合用溶接材料を用いて行うことに特徴を有するものである。
【００３７】
請求項５記載の球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との溶接接合方法は、請求項１〜３の内いずれか一つに記載された溶接接合用溶接材料を用いて、球状黒鉛鋳鉄と軟鋼とを溶接接合する方法であって、前記溶接接合が終わった後に当該溶接接合部に後熱処理を施し、前記後熱処理は、フュージョン処理または発熱保温剤振りかけからなっていることに特徴を有するものである。
【００３８】
請求項６記載の球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との溶接接合方法は、棒心線と接種剤とで構成され、前記棒心線は過共晶片状黒鉛鋳鉄からなり、そして前記接種剤は当該接種剤単独で溶接母材に埋められている球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との溶接接合用溶接材料を用いて、球状黒鉛鋳鉄と軟鋼とを溶接接合する方法であって、前記溶接接合が終わった後に当該溶接接合部に後熱処理を施し、前記接種剤は、Ｃａ−Ｓｉ−ＢａまたはＲＥ−Ｃａ−Ｓｉからなっており、前記後熱処理は、フュージョン処理または発熱保温剤振りかけからなっていることに特徴を有するものである。
【００３９】
請求項７記載の球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との溶接接合方法は、棒心線と接種剤とで構成され、前記棒心線は過共晶片状黒鉛鋳鉄からなり、そして前記接種剤は溶接母材に塗布されている球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との溶接接合用溶接材料を用いて、球状黒鉛鋳鉄と軟鋼とを溶接接合する方法であって、前記溶接接合が終わった後に当該溶接接合部に後熱処理を施し、前記接種剤は、Ｃａ−Ｓｉ−ＢａまたはＲＥ−Ｃａ−Ｓｉからなっており、前記後熱処理は、フュージョン処理または発熱保温剤振りかけからなっていることに特徴を有するものである。
【００４０】
請求項８記載の球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との溶接接合方法は、請求項４又は５に記載された発明の内、鋳鉄の黒鉛化を促進させる前記インサート材料が、アルミニウム若しくはアルミニウム合金、ニッケル若しくはニッケル合金、及び、アルミニウム若しくはアルミニウム合金と銅若しくは銅合金との混合物からなる群から選ばれたいずれか一種のインサート材料である場合において、前記溶接接合時に溶接部に挿入する前記選ばれたインサート材料の重量（ｗin）を、前記溶接部に溶け込む棒心線の重量（Ｗ）に対する割合（ｗin／Ｗ）×１００mass％で、
（ｗin／Ｗ）×１００＝０．３〜１．５（mass％）------------（１）
の範囲内に調整することに特徴を有するものである。
【００４１】
請求項９記載の球状黒鉛鋳鉄の溶接補修用溶接材料は、請求項１〜３の内いずれか一つに記載された溶接材料からなることに特徴を有するものである。
【００４２】
請求項１０記載の球状黒鉛鋳鉄の溶接補修方法は、球状黒鉛鋳鉄の溶接補修に際し、請求項９に記載された溶接補修用溶接材料を用いることに特徴を有するものである。
【００４３】
請求項１１記載の球状黒鉛鋳鉄の溶接補修方法は、請求項９に記載された溶接補修用溶接材料の内、いずれか一つの溶接補修用溶接材料を用いて、球状黒鉛鋳鉄を溶接補修する方法であって、前記溶接補修が終わった後に当該溶接補修部に後熱処理を施し、前記後熱処理は、フュージョン処理または発熱保温剤振りかけからなっていることに特徴を有するものである。
【００４４】
請求項１２記載の球状黒鉛鋳鉄の溶接補修方法は、棒心線と接種剤とで構成され、前記棒心線は過共晶片状黒鉛鋳鉄からなり、そして前記接種剤は当該接種剤単独で溶接母材に埋められている球状黒鉛鋳鉄の溶接補修用溶接材料を用いて、球状黒鉛鋳鉄を溶接補修する方法であって、前記溶接補修が終わった後に当該溶接補修部に後熱処理を施し、前記接種剤は、Ｃａ−Ｓｉ−ＢａまたはＲＥ−Ｃａ−Ｓｉからなっており、前記後熱処理は、フュージョン処理または発熱保温剤振りかけからなっていることに特徴を有するものである。
【００４５】
請求項１３記載の球状黒鉛鋳鉄の溶接補修方法は、棒心線と接種剤とで構成され、前記棒心線は過共晶片状黒鉛鋳鉄からなり、そして前記接種剤は当該溶接母材に塗布されている球状黒鉛鋳鉄の溶接補修用溶接材料を用いて、球状黒鉛鋳鉄を溶接補修する方法であって、前記溶接補修が終わった後に当該溶接補修部に後熱処理を施し、前記接種剤は、Ｃａ−Ｓｉ−ＢａまたはＲＥ−Ｃａ−Ｓｉからなっており、前記後熱処理は、フュージョン処理または発熱保温剤振りかけからなっていることに特徴を有するものである。
【００４６】
請求項１４記載の球状黒鉛鋳鉄の溶接補修方法は、請求項１０又は１１に記載された発明の内、鋳鉄の黒鉛化を促進させる前記インサート材料が、アルミニウム若しくはアルミニウム合金、ニッケル若しくはニッケル合金、及び、アルミニウム若しくはアルミニウム合金と銅若しくは銅合金との混合物、からなる群から選ばれたいずれか一種のインサート材料である場合において、前記溶接補修時に溶接部に挿入する前記選ばれたインサート材料の重量（ｗM,in）を、前記溶接部に溶け込む棒心線の重量（Ｗ）に対する割合（ｗM,in／Ｗ）×１００mass％で、
（ｗM,in／Ｗ）×１００＝０．３〜１．５（mass％）----------（２）
の範囲内に調整することに特徴を有するものである。
【００４７】
【発明の実施の形態】
この発明において、棒心線の成分組成、接種剤の添加方法、特定成分のインサート材料の使用とその使用量、及び後熱処理の各条件を上記のとおり限定した理由を説明する。
【００４８】
（１）棒心線の成分組成
棒心線の材質として、過共晶片状黒鉛鋳鉄を使用する理由は、上述した（実験）でのビードオンプレート試験の結果で説明したとおり、球状黒鉛鋳鉄性溶接棒を使用した場合よりもボンド部及び溶着金属のいずれにおいてもチルが少なくなるからである。
【００４９】
また、棒心線の化学成分組成を、
Ｃ ：３．３〜３．８mass％、及び、
Ｓｉ：４．０〜５．０mass％
を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、且つ、Ｃ（mass％）＋０．３１×Ｓｉ（mass％）で表わされる炭素当量ＣＥ値が、
ＣＥ値：４．８〜５．３（mass％）
の範囲内に限定する理由は、下記のとおりである。
【００５０】
▲１▼棒心線のＣ含有率＝３．３〜３．８mass％
Ｃは、共晶凝固時のチル組織の生成防止に効果を発揮する。しかしながら、そのＣ含有率が３．３mass％未満では、チル組織の形成防止効果が不十分である。一方、３．８mass％より多くなると、溶接時に黒鉛の偏析が生じ、溶接部の機械的性質が劣化する。従って、棒心線のＣ含有率は、３．３〜３．８mass％の範囲内に限定すべきである。
【００５１】
▲２▼棒心線のＳｉ含有率＝４．０〜５．０mass％
Ｓｉは、黒鉛化促進傾向をもつ元素であり、４．０mass％以上含有させることにより、溶接部の組織の黒鉛化を進め、チル組織の形成を抑えることができる。しかしながら、５．０mass％よりも多く含有させると、溶接部の靱性が低下する。従って、棒心線のＳｉ含有率のＳｉ含有率は、４．０〜５．０mass％の範囲内に限定すべきである。
【００５２】
▲３▼棒心線のＣＥ値：Ｃ（mass％）＋０．３１×Ｓｉ（mass％）＝４．８〜５．３
ＣＥ値が適切な範囲内にあると、共晶凝固に際し黒鉛粒数が多く形成される。ＣＥ値が４．８未満になると、溶接時の急冷条件ではチル組織が形成される。一方、ＣＥ値が５．３より大きくなると、多数の黒鉛粒が凝集した一種の溶接欠陥を形成して溶接部の機械的性質を著しく劣化させる恐れがある。従って、棒心線のＣＥ値は、４．８〜５．３の範囲内に限定すべきである。
【００５３】
なお、棒心線中の不可避不純物としては、通常の鋳鉄製造過程で混入する範囲内の含有率であればよい。即ち、Ｍｎ≦０．３mass％、Ｐ≦０．０８mass％、Ｎｉ≦０．５mass％、Ｃｒ≦０．４mass％、Ｍｏ≦０．４mass％、Ｖ≦０．１mass％、Ａｌ≦０．０５mass％、Ａｓ≦０．０１mass％、Ｓｎ≦０．０１mass％そしてＳｂ≦０．０１mass％であればよい。
【００５４】
（２）接種剤の添加方法
接種剤を棒心線表面に存在させず、溶接母材の開先部側に存在させる理由は、上述したように、接種剤の溶融池への溶け残りを防止し、均一に溶解させるためである。こうすることにより、接種剤塗布溶接棒のように、接種剤の溶け残りによる溶接欠陥、溶融池の温度降下による流動性の低下、これに伴う溶接性の低下、あるいは接種剤起因のスラグの巻き込みによる溶接欠陥がなくなる。更に、接種剤の均一溶解により、溶着金属の金属組織にムラがなくなり、組織と硬さが安定する。なお、鋳造における接種のように溶融池に添加する方法にみられるフェーディングも発生しない。
【００５５】
更に、溶接母材に塗布せず、インサート材料で覆った形態で母材開先部に埋めるという方式をとり、接着剤を全く使用しない方法を採用すると、溶接時に接着剤から発生するガス発生がない。従って、ブローホール等溶接部ガス欠陥が発生しない。また、ガスによる溶融池の温度低下も避けられる。従って、接種剤の母材に対する装着は、塗布するよりも不純物の混入しない状態で装填する方が望ましい。接着剤無しで装填するには、例えば、Ａｌ箔に粉状接種剤を包み、開先形状に沿って埋め込むと隙間無く埋め込みができる。
【００５６】
（３）鋳鉄の黒鉛化促進用金属又は合金からなるインサート材料の使用とその使用量
鋳鉄の黒鉛化促進用金属又は合金からなるインサート材料は、この発明の溶接材料の構成物の内、最も重要なものである。もともと、接種剤自体が鋳鉄の黒鉛化を促進することを目的として添加されるものである。しかしながら、従来、接種剤として用いられているものに含まれる黒鉛化促進元素は、過剰に添加すると溶接部の靱性を劣化させたり、強度不足をきたしたりする弊害を引き起こすことや、接種剤を構成する他成分元素との添加量比率が制約となって、それ以上多く添加することができないといった制約がある。
【００５７】
そこで、本発明者等は、黒鉛化促進効果のみを抽出してチルの生成を防止することができるという、画期的な方法を着想した。即ち、インサート材料として、例えば、アルミニウム若しくはアルミニウム合金、ニッケル若しくはニッケル合金、及び、アルミニウム若しくはアルミニウム合金と銅若しくは銅合金との混合物、の内少なくとも一種を含む合金がそれに該当する。
【００５８】
アルミニウム及びその合金、並びに、銅及びその合金はいずれも、鉄に比べて融点が低く、しかもアルミニウム及びその合金、銅及びその合金、並びに、ニッケル及びその合金はいずれも、延性がよいので箔に加工できる。従って、溶接部開先形状に沿って埋め込むと隙間なく装着することができるという利点をもつ。そして、更に、接着剤を用いず接種剤を母材に装着させようとする場合、接種剤粉末をそれらの箔で包み、これを開先形状に沿って埋め込むことができるので、インサート材料として一層すぐれている。
【００５９】
なお、Ａｌはマトリックスをフェライト化させるが、一定値以上添加すると、融池の流動性を害する。従って、Ａｌ箔の添加量に適切な使用量範囲を設けることが必要である。
【００６０】
この発明におけるインサート材料の使用目的は、鋳鉄の黒鉛化促進作用を補うものであるから、黒鉛化促進効果の観点のみからみれば、その使用量は十分に多い方がよい。しかしながら、インサート材料の溶け込み性、鉄に対する溶解度、均一溶解性あるいは蒸気圧等の高温物性、溶融池の流動性に及ぼす影響や融点等の溶接性に及ぼす影響度、溶接部の機械的性質や耐食性等の物理的及び化学的特性を考慮して、その適切な使用量範囲を決定することが必要である。
【００６１】
アルミニウム若しくはアルミニウム合金、ニッケル若しくはニッケル合金、及び、アルミニウム若しくはアルミニウム合金と銅若しくは銅合金との混合物の場合は、本発明者等の実験結果によれば、溶接部に挿入するインサート材料の重量（ｗin）は、溶接棒心線の溶け込み重量（Ｗ）に対して、０．３〜１．５mass％の範囲内に調整することが必要である。（ｗin／Ｗ）×１００が、０．３mass％未満では黒鉛化促進効果が不十分であり、一方、（ｗin／Ｗ）×１００が、１．５mass％を超えると溶融池の流動性が低下し、またスラグの発生も見られ、健全なビードが得られなくなる。
【００６２】
（４）後熱処理
溶接後の後熱処理は、一般的には、溶接部の冷却速度を遅くしてチルの生成を防止するのに効果を発揮する。しかしながら、この発明においては、上述した黒鉛化促進用の適切なインサート材料の母材への挿入との組合せ操作により、溶接部でのチル発生防止効果に著しい効果を発揮させることが特徴である。従って、球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との接合溶接、又は球状黒鉛鋳鉄の補修溶接をこの発明の方法でした後に、適切な後熱処理をすることは極めて望ましいことである。
【００６３】
この発明における後熱処理の方法は、溶接部に熱影響が残ってはならない。従って、後熱処理の方式及び処理条件は、溶接部材の形状・寸法、板厚、重量、開先形状、溶け込み重量及び溶接条件により制約し、また、溶接施工の環境条件により制約されるすべきである。従って、後熱処理の方法については、各溶接施工の固有条件に応じた方法を決定すべきである。なお、本発明では、溶接部に対する一般的な後熱処理方法の他に、溶接部を裏側からフュージョン処理したり、あるいは発熱保温剤をビード部に振りかける等の方法がよい。
【００６４】
【実施例】
次に、この発明を、実施例によって更に詳しく説明する。
実施例を試験内容で分類すると、▲１▼接種剤を溶接母材に装着する方法、▲２▼溶接部の後熱方法、▲３▼接種剤の種類、及び▲４▼インサート材料の種類の４つになり、下記試験Ａ〜Ｄを行なった。
【００６５】
試験Ａにおいては、接種剤としてのＣａ−Ｓｉ−Ｂａ粉末を溶接母材の開先に接着剤と混ぜて塗布した方式をベースとし、インサート材料としてのＡｌ箔を溶接母材の開先に置いて溶接した。そして、後熱方法として溶接ビードを裏面からフュージョンを行なった場合の効果を試験した。
【００６６】
試験Ｂにおいては、接種剤として試験Ａと同じくＣａ−Ｓｉ−Ｂａ粉末を使用したが、接着剤を使わず、インサート材料としてのＡｌ箔に包んで溶接母材の開先に置いた方式の効果について試験した。そして、後熱方法として溶接ビードを発熱保温剤で覆った場合の効果を試験した。
【００６７】
試験Ｃにおいては、試験Ｂでの接種剤Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａの代わりに、ＲＥ−Ｃａ−Ｓｉ、Ｃａ−Ｓｉ及びＣａ−Ｓｉ−Ｂｉ粉末の３種を用いて試験し、合計４種の接種剤間の添加効果の違いについて調べた。後熱処理は溶接ビードを発熱保温剤で覆う方法をベースとした。
【００６８】
試験Ｄにおいては、試験Ｂでのインサート材料Ａｌ箔の代わりに、Ｎｉ箔、Ｃｕ箔とＡｌ箔との両方、及び、Ｃｕ箔の３種を用いて試験し、合計４種のインサート材料間のインサート効果の違いについて調べた。後熱処理は溶接ビードを発熱保温剤で覆う方法をベースとした。
【００６９】
（試験Ａ）
図１に、試験Ａにおける突合わせ溶接の施工概要図を示す。ＴＩＧ溶接機を用いて、図１に示すように調整された球状黒鉛鋳鉄母材１と軟鋼母材２とを、開先３ａの形状がＩ型の開先部３で突合せ溶接した。母材の寸法は両方共同じで、板厚３．２ｍｍ×幅７５ｍｍ×長さ１００ｍｍである。同図において、４はＣａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤、５は溶接棒心線、６はインサート材料としてのアルミニウム箔であり、７はタングステン電極、８はアークである。
【００７０】
表６に、使用した球状黒鉛鋳鉄母材（ＦＣＤ４５０）及び軟鋼母材（ＳＳ４００）の化学成分組成を示す。
【００７１】
【表６】
【００７２】
Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤４は、粒径が７５μｍ以下に整粒された粉末状のものである。整粒された接種剤を、酢酸ビニール系接着剤をメチルアルコールで薄めた有機溶剤をバインダーとして混ぜたものを、球状黒鉛鋳鉄母材１及び軟鋼母材２の各開先３ａ面に直接、均一の厚さで塗布した。塗布量は、溶接予備実験を行ない、溶接時に溶接部に溶け込む溶接棒心線の重量を予め測定しておき、その重量に対してＣａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤中のＳｉ重量が３mass％となるように調整した。
【００７３】
棒心線５は、過共晶片状黒鉛鋳鉄製であり、Ｓ含有率の低いもの（低Ｓ溶接棒）２種の内、いずれかを用いた。
表７に、使用した棒心線５の化学成分組成を示す。
【００７４】
【表７】
【００７５】
インサート材料のＡｌ箔６は、厚さ１５μｍであり、Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤が塗布された開先３ａの隙間に挟んだ。Ａｌ箔６の挟み込み重量（ｗAl）は、溶接部に溶け込む棒心線の重量（Ｗ）に対する割合（ｗAl／Ｗ）×１００mass％で、０．３〜０．５mass％の範囲内となるように調整した。
表８に、使用したＣａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤の化学成分組成を示す。
【００７６】
【表８】
【００７７】
試験Ａにおいては、本発明の範囲内の溶接接合方法である実施例１、２及び３、並びに、本発明の範囲外の方法である比較例１の試験を行なった。下記に各試験方法を説明する。
【００７８】
▲１▼実施例１の試験方法：
溶接母材１、２にＣａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤４を塗布し、溶接棒心線５をアーク８で溶かしながら開先に溶融池を形成させる。開先面に塗布されたＣａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤、及び開先内部に挟み込まれたＡｌ箔が溶融池に溶け込み、母材１、２同士が溶接接合される。このようにして、球状黒鉛鋳鉄母材１と軟鋼母材２とを溶接接合した。
【００７９】
▲２▼実施例２の試験方法：
この場合は、上記実施例１と全く同じ方法で溶接接合をする。その後、更に、施工体を裏返して、裏面側にフュージョン処理を施す。
【００８０】
フュージョン処理とは、本来、ビード外観を補修するためにビード表面をアークのみで再び溶融する処理をさし、溶射等でも行なわれる。しかしながら、この発明の方法においては、ビードの表側を再溶融した場合には、再び熱影響によって溶着金属がチル化する恐れがある。そこで、ビードの裏側を再溶融することにしたものである。これは、開先についたままの接種剤の溶け残りを、アークによって溶かしてしまうこと、及び溶接部の冷却速度を下げることを目的とするものである。
【００８１】
▲３▼比較例１の試験方法：
これは、実施例１の試験方法において、インサート材料のＡｌ箔を使用せずに球状黒鉛鋳鉄母材１と軟鋼母材２とを溶接接合した場合である。
【００８２】
▲４▼実施例３の試験方法：
この場合は、溶接母材１、２にＣａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤４を塗布し、溶接棒心線５をアーク８で溶かしながら開先に溶融池を形成させる。開先面に塗布された接種剤が溶融池に溶け込み、球状黒鉛鋳鉄母材１と軟鋼母材２とが溶接接合される。インサート材料のＡｌ箔の挟み込みは行わないが、溶接後のフュージョン処理は行なうものである。
【００８３】
表９に、実施例１、２及び３、並びに、比較例１の各試験条件の概要をまとめて示し、また、表１０に、上記各試験の溶接条件を示す。
【００８４】
【表９】
【００８５】
【表１０】
【００８６】
こうして調製された球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との突合せ溶接試験片のボンド部及び溶着金属について、金属組織観察、及び硬度分布測定を行なった。試験位置は、ビード長手方向中央部でビードに直角な鉛直断面である。
【００８７】
表１１に、上記金属組織の観察結果をまとめて示す。
【００８８】
【表１１】
【００８９】
ここで、チルについての評価は、チル（ＨＶ５００以上）生成の有無だけによる評価ではなく、チルの大きさも考慮して、チル多い、チル有り、チル少量等と記載し、チルがあってもその大きさが４００μｍ以下の場合には、チル少量（チルが少ない）とした。そして、チル少量のものは、チル生成を微量に抑制するというこの発明の目標を達成するものである。これは、一般に、溶接施工体が実際に製品となる場合には、チル（ＨＶ５００以上）が４００μｍ以下なら品質検査をパスすることによるものである。
【００９０】
金属組織の観察結果の特徴は次のとおりである。
〔溶着金属の組織〕
すべての試験において、接種効果が得られ、細かい球状黒鉛が多く見られた。また、本発明者等が別途実施した接種剤を棒心線に塗布した溶接棒を使用した場合と比べて、接種剤の効きムラが改善されていた。これは、接種剤の溶け込みが向上し、溶け残りが減ったことにより接種効果が均一に得られ易くなったためである。
▲１▼比較例１では、溶着金属には、球状黒鉛が多く見られ、モットル組織と球状黒鉛組織とが混在していた。
▲２▼実施例１及び３では、モットル組織と球状黒鉛組織とが混在していたけれども、比較例１と比べると黒鉛組織が増加しており、特に、Ａｌ箔を開先に挟んだ実施例１では、接種剤の効きムラが改善されていた。この点において、実施例１は実施例３より明確に改善されたといえる。
▲３▼実施例２では、溶着金属にチルが全く見られず、パーライト地の球状黒鉛組織となった。これは、Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤の溶け込みが改善されたことにより、接種効果が得られ易くなったこと、フュージョン処理により冷却速度が低下したこと、及びＡｌにより黒鉛化が促進されたこと等が原因と考えられる。
【００９１】
〔ボンド部の組織〕
（ａ）球状黒鉛鋳鉄側ボンド部は、比較例１並びに、実施例１及び３では、チルが生成している。但し、実施例１及び３では、チルは少量であり、比較例１よりかなり改善されていた。
そして、実施例２では、チルは生成していなかった。
（ｂ）軟鋼側ボンド部の組織には、すべての試験で溶着金属と母材との界面に沿って、ベイナイトが見られた。
【００９２】
表１２に、上記溶接部のビッカース硬さの測定結果をまとめて示す。
【００９３】
【表１２】
【００９４】
図２、３及び４に実施例１、２及び３の測定結果を、そして図５に比較例１の測定結果を示す。各図は、溶接部でのビード中心線からの距離とビッカース硬さとの関係を示す。溶接部のビッカース硬さの特徴は次のとおりである。
▲１▼比較例１では、溶着金属には黒鉛化組織とモットル組織とが混在していたため、ビッカース硬さは３００ＨＶ前後の部分と５００〜６００ＨＶ程度の部分とが混在していた。
▲２▼実施例１及び３では、モットル組織と球状黒鉛組織とが混在していたけれども、比較例１と比べると組織のムラが抑えられていたために、ビッカース硬さが４００〜５００ＨＶ付近に分布した。
▲３▼実施例２では、軟鋼側ボンド部で微細パーライト及びベイナイトの影響により、ビッカース硬さは４２０ＨＶとなっているけれども、溶着金属及び球状黒鉛鋳鉄側ボンド部でチルが生成していなかったために、ビッカース硬さは４００ＨＶを下回る良い結果が得られた。
【００９５】
上述した試験Ａの結果から、次の知見を得た。
本発明者等が別途実施した接種剤を棒心線に塗布した溶接棒を使用したときに問題となったＣａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤の溶け残りは、Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤を母材に塗布し、そして適宜溶接速度を抑えることにより減少した。これは、溶接棒を溶融池で溶かす前にＣａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤が母材と共に溶けるために、接種剤が溶け込み易くなったこと、また、溶接速度が遅いために溶融池での撹拌が十分に行われたことによると考えられる。また、Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤を棒心線に塗布した溶接棒で見られた溶接時のスラグ発生は殆どなくなった。これは、接種剤の溶け込みがよかったので、未反応のＣａ及びＢａが減少したためであると考えられる。その結果、溶融池の流動性は改善され、溶接性は向上した。
【００９６】
このように、Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤を溶接棒心線に塗布する代わりに、母材に塗布することにより接種剤の溶け残りが減り、その結果、接種効果が均一に得られ、チルが減少することがわかった。また、黒鉛化促進作用を有するＡｌ箔を開先に挟むことにより、溶着金属組織のムラが抑えられ、溶接後ビードの裏側からフュージョン処理を施すことにより冷却速度が下がり、チルの生成しない良好な溶接部を得ることができた。
【００９７】
しかし、フュージョン処理はビードの裏側から行なうので、溶接した板を裏返さなければならず、重量の大きいものや、一方向のみから溶接する場合には、適用が制限される。また、溶着金属組織は、フュージョン処理条件に敏感に反応することもわかった。
【００９８】
そこで、試験Ｂにおいては、フュージョン処理の代わりに、後熱処理条件の変化による溶接部金属組織への影響が鈍感である方法として、溶接後のビードを発熱保温剤で覆って後熱処理をすることにした。試験Ｂにおいては、更に、接種剤をインサート材料で包んで溶接母材に置いた方式をベースとした試験を行なった。
【００９９】
（試験Ｂ）
図６に、試験Ｂにおける突合わせ溶接の施工概要図を示す。ＴＩＧ溶接機を用いて、図６に示すように調整された球状黒鉛鋳鉄母材１と軟鋼母材２とを、開先３ｂの形状が４５°のＶ型の開先部３で、表から一層のみの突合せ溶接を行なった。
【０１００】
母材の寸法は両方共同じで、板厚３．２ｍｍ×幅７５ｍｍ×長さ１００ｍｍである。図６において、４はＣａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤、５は溶接棒心線、６はインサート材料としてのアルミニウム箔であり、７はタングステン電極、８はアークである。ここで使用した球状黒鉛鋳鉄母材（ＦＣＤ４５０）１及び軟鋼母材（ＳＳ４００）２の化学成分組成は、表６に示した化学成分組成と全く同じである。
【０１０１】
Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤４は、粒径が７５μｍ以下に整粒された粉末状のものであり、試験Ａで使用したものと同じである。この接種剤の使用量は、溶接予備実験を行ない、溶接部に溶け込む溶接棒心線の重量を予め測定しておき、その重量に対してＣａ−Ｓｉ−Ｂａ接着剤中のＳｉ重量が３mass％となるように調整した。
【０１０２】
棒心線５は、過共晶片状黒鉛鋳鉄製であり、Ｓ含有率の低いもの（低Ｓ溶接棒）１種を用いた。
表１３に、この棒心線の化学成分組成を示した。
【０１０３】
【表１３】
【０１０４】
試験Ｂでは、上記Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａの粉末状接種剤をＡｌ箔で包んで溶接母材に置いた方式を採用した点が、試験Ａと大きく異なる点である。
図６に示すように、インサート材料のＡｌ箔６は、厚さ１５μｍであり、Ａｌ箔６でＣａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤４を包み、これをＶ型開先の内部に置いて突合わせ溶接をした。Ａｌ箔の挟み込み重量（ｗAl）は、溶接部に溶け込む棒心線の重量（Ｗ）に対する割合（ｗAl／Ｗ）×１００mass％で、０．３〜０．５mass％の範囲内となるように調整した。
Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤の化学成分組成は、表８に示した化学成分組成と同じである。
【０１０５】
試験Ｂにおいては、本発明の範囲内の溶接接合方法である実施例４、５及び６、並びに、本発明の範囲外の方法である比較例２の試験を行なった。下記に各試験方法を説明する。
【０１０６】
▲１▼実施例４の試験方法：
Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤４をＡｌ箔で包み、これを溶接母材１、２のＶ型開先３ｂの内部に置いた。そして、溶接棒心線５をアーク８で溶かしながら開先に溶融池を形成させる。開先内部に置かれた上記Ａｌ白及びＣａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤が溶融池に溶け込み、母材１、２同士が溶接接合される。このようにして、球状黒鉛鋳鉄母材１と軟鋼母材２とを溶接接合した。
【０１０７】
▲２▼実施例５の試験方法：
この場合は、上記実施例４と全く同じ方法で溶接接合をする。その後、更に、溶接ビードを覆うように発熱保温剤を振りかけ、溶接後溶接部が急冷されないようにする。使用した発熱保温剤は、鋳造作業において鋳造終了後、押湯に添加し被覆して引け巣発生を抑える等の目的で使用されるものであり、商品名は押湯発熱保温剤「ハツネン」（株式会社ハツネン製）である。
【０１０８】
▲３▼比較例２の試験方法：
これは、実施例４の試験方法において、インサート材料のＡｌ箔を使用せずに球状黒鉛鋳鉄母材１と軟鋼母材２とを溶接接合した場合で、その他の条件は実施例４と同じである。
【０１０９】
▲４▼実施例６の試験方法：
この場合は、溶接母材１、２にＣａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤４を塗布し、溶接棒心線５をアーク８で溶かしながら開先に溶融池を形成させる。開先面に塗布された接種剤が溶融池に溶け込み、球状黒鉛鋳鉄母材１と軟鋼母材２とが溶接接合される。そして、インサート材料のＡｌ箔は用いないが、溶接後にビード３を覆うように発熱保温剤を振りかけるものである。
【０１１０】
表１４に、実施例４、５及び６、並びに、比較例２の各試験条件の概要をまとめて示し、また、表１５に溶接条件を示す。
【０１１１】
【表１４】
【０１１２】
【表１５】
【０１１３】
こうして調製された球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との突合せ溶接試験片のボンド部及び溶着金属について、金属組織観察、及び硬度分布測定を行なった。試験位置は、ビード長手方向中央部でビードに直角な鉛直断面である。
【０１１４】
表１６に、上記金属組織の観察結果をまとめて示す。
ここで、チルについての評価は、前述したとおり、チル（ＨＶ５００以上）生成の有無だけによる評価ではなく、チルの大きさも考慮して、チル多い、チル有り、チル少量等と記載し、チルがあってもその大きさが４００μｍ以下の場合には、チル少量（チルが少ない）とした。そして、チル少量のものは、チル生成を微量に抑制するというこの発明の目標を達成するものである。その理由は、一般に、溶接施工体が実際に製品となる場合には、チル（ＨＶ５００以上）が４００μｍ以下なら品質検査をパスすることによるものである。
【０１１５】
【表１６】
【０１１６】
金属組織の観察結果の特徴は次のとおりである。
〔溶着金属の組織〕
すべての試験において、溶着金属は均一なフェライト地の球状黒鉛組織となった。黒鉛粒径は、Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤を母材に塗布したときと同様に小さく、黒鉛粒数についても同様に多かった。溶着金属がフェライト化した原因としては、接着剤を使用せず、Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤を粉末のまま添加したので、非常に溶け易くなったためであると考えられる。
溶着金属では、いずれの試験でもチルは生成していなかった。
【０１１７】
〔ボンド部の組織〕
（ａ）球状黒鉛鋳鉄側ボンド部は、比較例２にはチルがあるが、実施例６及び実施例４では、チルが少量に減少し、そして、実施例５では、チルは全く生成していなかった。
（ｂ）軟鋼側ボンド部では、すべての試験で溶着金属と母材との界面に沿って、微細なパーライトとベイナイトが見られ、チルは見られなかった。
【０１１８】
表１７に、上記溶接部のビッカース硬さの測定結果をまとめて示す。
【０１１９】
【表１７】
【０１２０】
図７、８及び９に実施例４、５及び６の測定結果を、そして図１０に比較例２の測定結果を示す。各図は、溶接部でのビード中心線からの距離とビッカース硬さとの関係を示す。溶接部のビッカース硬さの特徴は次のとおりである。
▲１▼すべての溶着金属において、ビッカース硬さは２５０〜３００ＨＶ程度に一定に分布していた。
▲２▼比較例２、並びに、実施例４及び６では、球状黒鉛鋳鉄側ボンド部には、チルが少量生成しているために、ビッカース硬さは５２０〜５８０ＨＶ程度に高くなった。
▲３▼実施例５では、チルが生成していないので、ビッカース硬さは２５０ＨＶ程度となり、硬さは最も低くなった。
▲４▼また、球状黒鉛鋳鉄側ボンド部から母材側の数点で、ビッカース硬さが３２０〜３５０ＨＶとなっているが、これは熱影響によりマトリックスが微細パーライトとなっているためである。
▲５▼軟鋼側ボンド部では、すべての試験で微細なパーライトとベイナイトとからなっているために、３８０〜４２０ＨＶ程度と低目になった。
【０１２１】
上述した試験Ｂにおいては、接種剤を母材に塗布した試験Ａに比べて、溶融池の流動性が向上し、溶接性は非常に良好であり、接種剤の溶け残りも全く見られなかった。また、接種剤を棒心線に塗布した溶接棒により溶接した場合、及び接種剤を母材に塗布して溶接した場合と比べて、溶接作業性は最も良好であった。
【０１２２】
（試験Ｃ）
試験Ｃは、球状黒鉛鋳鉄と軟鋼とのＴＩＧ溶接において、接種剤添加効果の接種剤の種別間の違いを試験したものである。
【０１２３】
試験Ｃにおける突合わせ溶接の施工方法は、図６に示した施工概要図を用いた試験Ｂにおける方法と同じで、１５μｍのＡｌ箔でＲＥ−Ｃａ−Ｓｉ、Ｃａ−Ｓｉ、又はＣａ−Ｓｉ−Ｂｉの粉末状接種剤を包んでＶ型開先の内部に置き、ＴＩＧ溶接で球状黒鉛鋳鉄母材１と軟鋼母材２とを突合わせ溶接した。
【０１２４】
溶接母材１、２の化学成分組成（表６参照）、溶接棒心線５の化学成分組成（表７の低Ｓ溶接棒−１参照）、及び溶接条件（表１５参照）も試験Ｂと同じである。Ａｌ箔の挟み込み重量（ｗAl）は、溶接部への溶け込み棒心線の重量（Ｗ）に対する割合（ｗAl／Ｗ）×１００mass％で、０．５mass％に調整した。そして後熱処理方法は溶接ビードに発熱保温剤を振りかけるものであり、試験Ｂと同じである。
【０１２５】
上記試験Ｃの共通条件下において、接種剤の種類を変えて、本発明の範囲内の溶接接合方法である実施例７、並びに、本発明の範囲外の溶接接合方法である比較例３及び４の試験を行なった。使用した接種剤の化学成分組成は、表１８に示す通りである。なお、その粒径が７５μｍ以下の粉末状接種剤で試験Ａ及びＢの場合と同じである。
【０１２６】
【表１８】
【０１２７】
下記に各試験方法を説明する。
▲１▼実施例７の試験方法
上記共通条件下において、接種剤としてＲＥ−Ｃａ−Ｓｉを用いた溶接試験を行なった。ＲＥ−Ｃａ−Ｓｉの添加量は、溶接時に溶け込む溶接棒心線の重量を予め測定しておき、接種剤中のＲＥ重量がこの溶け込み重量に対して、溶接棒心線中のＳ含有率０．０１mass％の２．５倍、即ち、０．０２５mass％となるように調整した。
【０１２８】
▲２▼比較例３の試験方法
上記共通条件下において、接種剤としてＣａ−Ｓｉを用いて溶接試験を行なった。Ｃａ−Ｓｉの添加量は、接種剤中のＳｉ重量が上記予め測定された溶接棒心線の溶け込み重量に対して、３mass％となるように調整した。
【０１２９】
▲３▼比較例４の試験方法
上記共通条件下において、接種剤としてＣａ−Ｓｉ−Ｂｉを用いて溶接試験を行なった。Ｃａ−Ｓｉ−Ｂｉの添加量は、接種剤中のＢｉ重量が上記予め測定された溶接棒心線の溶け込み重量に対して、０．０１mass％となるように調整した。
【０１３０】
表１９に、実施例７、並びに、比較例３及び４の各試験条件の概要をまとめて示す。なお、接種剤添加効果の接種剤種別間の違いを調べるために、実施例５（表１４参照）の試験条件も併記した。
【０１３１】
【表１９】
【０１３２】
こうして調製された球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との突合せ溶接試験片のボンド部及び溶着金属について、金属組織観察、及び硬度分布測定を行なった。試験位置は、ビード長手方向中央部でビードに直角な鉛直断面である。
【０１３３】
表２０に、上記金属組織の観察結果をまとめて示す。ここで、チルについての評価は、前述したとおり、チル（ＨＶ５００以上）生成の有無及び大きさにより評価し、チル多い、チル有り、チル少量等と記載し、チル少量のものは、この発明の目標を達成するものである。
【０１３４】
【表２０】
【０１３５】
金属組織の観察結果の特徴は次のとおりである。
〔溶着金属の組織〕
溶着金属では、比較例３及び４にはチルが混在するが、実施例７では、パーライト基地の球状黒鉛鋳鉄組織であった。
【０１３６】
〔ボンド部の組織〕
（ａ）球状黒鉛鋳鉄側ボンド部は、比較例３及び４にはチルがあるが、実施例７ではチルが少量に減少していた。
（ｂ）軟鋼側ボンド部では、すべての試験で溶着金属と母材との界面に沿って、微細なパーライトとベイナイトが見られ、チルは見られなかった。
【０１３７】
表２１に、上記溶接部のビッカース硬さの測定結果をまとめて示す。
【０１３８】
【表２１】
【０１３９】
図１１に実施例７の測定結果を、そして図１２及び１３にそれぞれ比較例３及び４の測定結果を示す。各図は、溶接部でのビード中心線からの距離とビッカース硬さとの関係を示す。溶接部のビッカース硬さの特徴は次のとおりである。
▲１▼比較例３及び４では、溶着金属にチルがあるので、ビッカース硬さは５００ＨＶ以上と高くなった。また、球状黒鉛鋳鉄側ボンド部では６００ＨＶ以上と高くなった。
▲２▼これに対して、実施例５は、溶着金属のビッカース硬さは２５０〜３００ＨＶと低くなっているが、これはフェライト基地となっているためである。また、球状黒鉛鋳鉄側ボンド部にはチルがないので３２０ＨＶと低くなっている。
▲３▼また、実施例７では、溶着金属のビッカース硬さは４００〜５００ＨＶとかなり低くなっているが、これはパーライト基地になっているためである。また、球状黒鉛鋳鉄側ボンド部にはチルが少なく、５１０ＨＶと比較的低くなっている。
【０１４０】
上述した試験Ｃより、接種剤としてはＣａ−Ｓｉ及びＣａ−Ｓｉ−Ｂｉに比べて、Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａ及びＲＥを含むＲＥ−Ｃａ−Ｓｉの方が接種効果が高く溶接性が良好であることがわかった。また、試験Ａにおける接種剤を母材に塗布して溶接した場合と比べて、この試験Ｃでは、溶融池の流動性が向上し、溶接性は非常に良好であり、接種剤の溶け残りも全く見られなかった。
【０１４１】
（試験Ｄ）
試験Ｄにおいては、球状黒鉛鋳鉄と軟鋼とのＴＩＧ溶接において、インサート材料間のインサート効果の違いを試験したものである。
【０１４２】
試験Ｄにおける突合わせ溶接の施工方法は、図６に示した施工概要図を用いた試験Ｂにおける方法と同じで、各種箔状のインサート材料でＣａ−Ｓｉ−Ｂａの粉末状接種剤を包んでＶ型開先の内部に置き、ＴＩＧ溶接で球状黒鉛鋳鉄母材１と軟鋼母材２とを突合わせ溶接した。溶接母材１、２の化学成分組成（表６参照）、溶接棒心線５の化学成分組成（表７の低Ｓ溶接棒−１参照）、及び溶接条件（表１５参照）も試験Ｂと同じである。
【０１４３】
使用した接種剤Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａの化学成分組成は、表８に示したものと同じであり、その粒径は７５μｍ以下の粉末状Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａで、試験Ａ及びＢで使用したものと同じである。そして、接種剤Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａの添加量は、溶接時に溶け込む溶接棒心線の重量を予め測定しておき、接種剤中のＳｉ重量がこの溶け込み重量に対して、３mass％となるように調整した。
【０１４４】
上記試験Ｄの共通条件下において、インサート材料の種類を変えて、本発明の範囲内の溶接接合方法である実施例８及び９、並びに、本発明の範囲外の溶接接合方法である比較例５の試験を行なった。使用したインサート材料の種類は、Ｎｉ、ＣｕとＡｌとの混合物、及びＣｕの３種類であり、いずれも箔状である。そして箔の厚さは、Ｎｉ及びＣｕは１００μｍでＡｌは１５μｍである。
【０１４５】
下記に各試験方法を説明する。
▲１▼実施例８の試験方法
上記共通条件下において、接種剤Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａの粉末をインサート材料としてのＮｉ箔で包んで開先内部に置いて溶接試験を行なった。Ｎｉ箔の添加量は、溶接時に溶け込む溶接棒心線の重量を予め測定しておき、Ｎｉ箔重量（ｗNi）が、溶接部への溶け込み棒心線の重量（Ｗ）に対する割合（ｗNi／Ｗ）×１００mass％で、０．５mass％になるよう調整した。溶接後、溶接ビードに発熱保温剤を振りかけて溶接部の後熱処理を行なった。
【０１４６】
▲２▼実施例９の試験方法
上記共通条件下において、接種剤Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａの粉末をインサート材料としてのＣｕ箔で包み、更にＡｌ箔で包んで開先内部に置いて溶接試験を行なった。インサート材料の添加量は、溶接時に溶け込む溶接棒心線の重量を予め測定しておき、Ｃｕ箔については、Ｃｕ箔重量（ｗCu）が、溶接部への溶け込み棒心線の重量（Ｗ）に対する割合（ｗCu／Ｗ）×１００mass％で、０．５mass％になるよう調整し、そしてＡｌ箔については、Ａｌ箔重量（ｗAl）が、溶接部への溶け込み棒心線の重量（Ｗ）に対する割合（ｗAl／Ｗ）×１００mass％で、０．５mass％になるよう調整した。溶接後、溶接ビードに発熱保温剤を振りかけて溶接部の後熱処理を行なった。
【０１４７】
▲３▼比較例５の試験方法
上記共通条件下において、接種剤Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａの粉末をインサート材料としてのＣｕ箔で包んで開先内部に置いて溶接試験を行なった。Ｃｕ箔の添加量は、溶接時に溶け込む溶接棒心線の重量を予め測定しておき、Ｃｕ箔重量（ｗCu）が、溶接部への溶け込み棒心線の重量（Ｗ）に対する割合（ｗCu／Ｗ）×１００mass％で、０．５mass％になるよう調整した。溶接後、溶接ビードに発熱保温剤を振りかけて溶接部の後熱処理を行なった。
【０１４８】
表２２に、実施例８及び９、並びに、比較例５の各試験条件の概要をまとめて示す。なお、接種剤添加効果の接種剤種別間の違いを調べるために、実施例５（表１４参照）の試験条件も併記した。
【０１４９】
【表２２】
【０１５０】
こうして調製された球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との突合せ溶接試験片のボンド部及び溶着金属について、金属組織観察、及び硬度分布測定を行なった。試験位置は、ビード長手方向中央部でビードに直角な鉛直断面である。
【０１５１】
表２３に、上記金属組織の観察結果をまとめて示す。ここで、チルについての評価は、前述したとおり、チル（ＨＶ５００以上）生成の有無及び大きさにより評価し、チル多い、チル有り、チル少量等と記載し、チル少量のものは、この発明の目標を達成するものである。
【０１５２】
【表２３】
【０１５３】
金属組織の観察結果の特徴は次のとおりである。
〔溶着金属の組織〕
溶着金属では、比較例５にはチルが混在するが、実施例８ではパーライト基地の球状黒鉛鋳鉄組織で、実施例９ではフェライト基地の球状黒鉛鋳鉄組織であった。
【０１５４】
〔ボンド部の組織〕
（ａ）球状黒鉛鋳鉄側ボンド部は、比較例５にはチルがあるが、実施例８ではチルが少量に減少し、そして、実施例９ではチルは全く生成していなかった。
（ｂ）軟鋼側ボンド部では、すべての試験で溶着金属と母材との界面に沿って、微細なパーライトとベイナイトが見られ、チルは見られなかった。
【０１５５】
表２４に、上記溶接部のビッカース硬さの測定結果をまとめて示す。
【０１５６】
【表２４】
【０１５７】
図１４及び１５に実施例８及び９の測定結果を、そして図１６に比較例５の測定結果を示す。各図は、溶接部でのビード中心線からの距離とビッカース硬さとの関係を示す。溶接部のビッカース硬さの特徴は次のとおりである。
▲１▼比較例５では、溶着金属にチルがあるので、ビッカース硬さは４１０〜５２０ＨＶと高くなった。また、球状黒鉛鋳鉄側ボンド部ではチルがあるので６５０ＨＶ以上と高くなった。
▲２▼これに対して、実施例８では、溶着金属のビッカース硬さは３２０〜４００ＨＶと低くなっているが、これはパーライト基地となっているためである。また、球状黒鉛鋳鉄側ボンド部にはチルが少ないので４２０ＨＶと低くなっている。
▲３▼また、実施例９では、溶着金属のビッカース硬さは２５０〜３００ＨＶと更に低くなっているが、これはフェライト基地になっているためである。また、球状黒鉛鋳鉄側ボンド部にはチルがないので、４９０ＨＶと低くなっている。
【０１５８】
上述した試験Ｄより、インサート材料としてはＣｕ箔ではチル生成の抑制効果は不十分であるが、Ｃｕ箔とＡｌ箔との共同添加、及び、Ｎｉ箔添加によりチル生成の抑制乃至防止効果があることがわかった。また、この試験Ｄにおいても、溶融池の流動性がよく、溶接性は非常に良好であり、接種剤の溶け残りは全く見られなかった。
【０１５９】
以上、詳述したように、本発明の溶接接合用溶接材料、及びその溶接接合方法を実施すれば、球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との溶接接合が良好に行われうることが明らかとなった。また、上記は球状黒鉛鋳鉄母材と軟鋼母材との溶接接合用溶接材料及び溶接接合方法に関する説明であるが、球状黒鉛鋳鉄の補修溶接及び補修溶接方法においては、一般に、溶融池の冷却・凝固速度が上記実施例での突合わせ溶接時の状態に類似している。従って、球状黒鉛鋳鉄の補修溶接の状態は、上述した球状黒鉛鋳鉄母材と軟鋼母材との異材溶接における球状黒鉛鋳鉄母材側における溶接結果から推定される。よって、この発明の球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との溶接接合用溶接材料及び溶接接合方法を実施することにより、球状黒鉛鋳鉄の補修溶接及び補修溶接方法についても良好に行われうることがわかる。
【０１６０】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、従来困難とされていた球状黒鉛鋳鉄部材と軟鋼部材との異材溶接を良好に行なうことができ、また、球状黒鉛鋳鉄の補修溶接を良好に行なうことができる、溶接材料及び溶接方法を提供することができ、工業上極めて有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実施するための突合わせ溶接の施工概要図である。
【図２】実施例１における溶接部でのビード中心線からの距離とビッカース硬さとの関係を示すグラフである。
【図３】実施例２における溶接部でのビード中心線からの距離とビッカース硬さとの関係を示すグラフである。
【図４】実施例３における溶接部でのビード中心線からの距離とビッカース硬さとの関係を示すグラフである。
【図５】比較例１における溶接部でのビード中心線からの距離とビッカース硬さとの関係を示すグラフである。
【図６】本発明の他の方法を実施するための突合わせ溶接の施工概要図である。
【図７】実施例４における溶接部でのビード中心線からの距離とビッカース硬さとの関係を示すグラフである。
【図８】実施例５における溶接部でのビード中心線からの距離とビッカース硬さとの関係を示すグラフである。
【図９】実施例６における溶接部でのビード中心線からの距離とビッカース硬さとの関係を示すグラフである。
【図１０】比較例２における溶接部でのビード中心線からの距離とビッカース硬さとの関係を示すグラフである。
【図１１】実施例７における溶接部でのビード中心線からの距離とビッカース硬さとの関係を示すグラフである。
【図１２】比較例３における溶接部でのビード中心線からの距離とビッカース硬さとの関係を示すグラフである。
【図１３】比較例４における溶接部でのビード中心線からの距離とビッカース硬さとの関係を示すグラフである。
【図１４】実施例８における溶接部でのビード中心線からの距離とビッカース硬さとの関係を示すグラフである。
【図１５】実施例９における溶接部でのビード中心線からの距離とビッカース硬さとの関係を示すグラフである。
【図１６】比較例５における溶接部でのビード中心線からの距離とビッカース硬さとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 球状黒鉛鋳鉄母材
２ 軟鋼母材
３ 開先部
３ａ Ｉ型開先
３ｂ Ｖ型開先
４ Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤
５ 溶接棒心線
６ アルミニウム箔
７ 電極
８ アーク
【発明の属する技術分野】
この発明は、球状黒鉛鋳鉄部材と軟鋼部材との溶接接合、及び、球状黒鉛鋳鉄部材の溶接補修に用いるのに適したＴＩＧ溶接及びアーク溶接用の溶接材料、並びに溶接方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
球状黒鉛鋳鉄は機械的性質が優れており、工業材料として広く用いられている。しかしながら、球状黒鉛鋳鉄の溶接性は著しく悪いので、利用上大きな制約となっている。球状黒鉛鋳鉄の溶接が困難である原因は、母材の炭素含有率が高いため、溶接時の急冷により溶着金属、及び溶着金属と母材との界面であるボンド部に、チル炭化物及び／又はレデブライトが形成されるからである。セメンタイトで構成されたこのチル炭化物及び／又はレデブライト（以下、総称して「チル組織」という）は、硬く脆いので、溶接部に存在するとその部位から破壊される可能性が高い。その他、鋳鉄は一般に溶接時のガス発生によるブローホールやスラグ巻き込み等の溶接欠陥も多い。こうした理由により、球状黒鉛鋳鉄は優れた機械的性質を有するにもかかわらず、溶接困難な材料として扱われてきた。
【０００３】
上記理由により従来、球状黒鉛鋳鉄部材と軟鋼部材とを信頼性高く溶接接合することが困難とされている。そこで、両部材の接合方法としては一般に、両部材の接合部にフランジ等を設けてボルトとナットで接合する機械的接合法が採用されている。しかしながら、機械的接合法においては、ボルトやナット等の部品点数が増加するばかりでなく、部材の構造も複雑になり、また組立作業も煩雑である。
【０００４】
一方、球状黒鉛鋳鉄は普通鋳鉄に比べてはるかに強靱な機械的性質を有するので使用分野が大きく広がり、球状黒鉛鋳鉄は本来の鋳物用材料から、棒状あるいは板状の加工用材料まで市販されている。例えば、自動車産業では、従来、軟鋼のみで製造されていた部品に対して、強度の重視される部材には軟鋼を用い、その他部材には安価な球状黒鉛鋳鉄製棒状あるいは板状部材を用いる試みがある。このため、球状黒鉛鋳鉄部材と軟鋼部材との溶接技術が要請されるに至った。
【０００５】
従来、球状黒鉛鋳鉄部材と鋼部材との溶接接合、又は溶接補修に対ついて、下記方法がある。
▲１▼ 通常、軟鋼系溶接材料を用いる方法が知られている。
【０００６】
この方法によれば、鋼部材側の溶接性は良好であるが、球状黒鉛鋳鉄部材側の溶接性が悪く、特に接合強度に関して信頼性に欠け、ボンド部でチル組織が発生し、硬さが高くなると共に脆くなり、溶接割れが発生する。
【０００７】
▲２▼ 鉄−ニッケル系溶接材料を用いる方法もある。
この方法によれば、球状黒鉛鋳鉄部材側の溶接性は、軟鋼系溶接材を用いた場合よりも良好であるが、球状黒鉛鋳鉄部材側のボンド部及び軟鋼部材側のボンド部のいずれにおいても、チル組織が生成し、強度に劣る。更に、球状黒鉛鋳鉄部材と溶着金属との間での色調及び耐食性が不整合のため、外観上好ましくない。また、軟鋼系溶接材に比べて高価であり経済性に劣る。
【０００８】
▲３▼ オーステナイト系ステンレス溶接棒を用いる方法もある。
この方法によれば、鋼部材側の溶接性は優れ、また球状黒鉛鋳鉄部材側の溶接性も比較的良好であるが、球状黒鉛鋳鉄部材側のボンド部に、溶接の熱影響によりチル組織、及び球状黒鉛鋳鉄の基地組織が硬化した硬化基地組織が生成し、溶接割れが発生し易くなり、溶接の信頼性が十分でない。そこで、これを改良するために溶接速度を一般的に行なわれる速度よりも大きくする方法が、特開平８−１０９５２号公報に開示されている。この方法は、溶接速度を速くして球状黒鉛鋳鉄部材と鋼部材とに付与される熱量を少なくすることにより、ボンド部における球状黒鉛鋳鉄のチル組織及び硬化基地組織の生成を抑制し、溶接割れの発生を防ぐというものである。しかしながら、この方法はまだ信頼性が高いとはいえず、溶接速度を高めなければならないという制約があり、また、軟鋼系溶接材に比べて高価であり経済性にも劣る。
【０００９】
▲４▼ 球状黒鉛鋳鉄の補修溶接として、従来、アーク溶接法で球状黒鉛鋳鉄心線の被覆アーク溶接棒を用いる方法、又はガス溶接法でＳｉ含有率の高い過共晶球状黒鉛鋳鉄等の鋳鉄裸溶接棒を用いる方法において、母材を５００℃以上に予熱することによりチル組織の発生を防止する方法が考えられている。しかしながら、５００℃以上の予熱を行なうと溶接作業性を著しく悪化させる。更に、このような高温予熱を施すための加熱装置の新設や加熱作業時間の発生は、近年、溶接の能率化及び省力化を課題とする状況下において望ましくない。しかし、上記方法では鋳鉄製溶接棒を用いるので、溶接棒は安価であり、溶接部は母材に類似した成分組成になるので、この点においては望ましいものである。
【００１０】
▲５▼ これに対して、本発明者等は、球状黒鉛鋳鉄部材と軟鋼母材とのＴＩＧ溶接の一連の研究において、下記結果を報告した。
即ち、溶接棒として、接種剤の粉末を接着剤と混ぜ、棒心線表面に塗布したものを用い、突合わせ溶接を行なった。接種剤の種類はＦｅ−Ｓｉ接種剤、Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤、ＲＥ−Ｃａ−Ｓｉ接種剤及びＣａ−Ｓｉ−Ｂｉ接種剤の各々を用いた。溶接後溶接部の金属組織及び硬さ測定の結果、Ｃａ−Ｓｉ−Ｂｉ接種剤を棒心線の重量に対してＢｉ量が０．０１mass％となるように塗布した溶接棒を使用して、球状黒鉛鋳鉄側のボンド部においても、チルの形成は少量でありビッカース硬さは３７０ＨＶ程度に抑えられた（日本鋳造工学会、第１３０回全国講演大会概要集（１９９７）１２頁）。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者等は、上述したように、溶接棒として棒心線の表面に接種剤を塗布した鋳鉄製溶接棒を用いて球状黒鉛鋳鉄部材と軟鋼部材との突合わせ溶接の研究を重ねてきた。その結果、この方法で接種剤を溶接時に添加することにより接種効果が得られ、チルが減少することがわかった。しかしながら、この方法のように接種剤を鋳鉄製溶接棒に塗布して溶接を行なう方法では、接種剤が溶接部に溶け込みにくく、ビードに接種剤が溶け残って溶接欠陥となることがあった。また、溶融池における流動性が低下し、溶接性が低下するものもあった。
【００１２】
球状黒鉛鋳鉄部材と軟鋼部材との溶接には、上述したとおり種々の問題がある。そこで、このような問題を解決するために本発明者等は、この発明の課題として、球状黒鉛鋳鉄部材と軟鋼部材との溶接において、軟鋼部材溶接時に行なわれる程度の通常の低温予熱条件下で、溶着金属並びに球状黒鉛鋳鉄部材側及び軟鋼部材側の両ボンド部からなる溶接部全域において、
（ａ）チル組織を微量に抑制するか、乃至は全く発生させないようにし、
（ｂ）硬度が異常に高くならないようにし、
（ｃ）溶接割れを発生させないようにし、そして、
（ｄ）色調及び耐食性の不整合を解消しうる
ＴＩＧ溶接及びアーク溶接用の溶接材料、並びにそのような溶接方法を開発することを決めた。
【００１３】
従って、この発明の目的は、上記課題を解決することにより、球状黒鉛鋳鉄部材と軟鋼部材との健全な溶接をＴＩＧ溶接又はアーク溶接で効率的に行なうことができる溶接接合用溶接材料及び及び溶接接合方法、並びに、球状黒鉛鋳鉄の健全な補修溶接をＴＩＧ溶接又はアーク溶接で効率的に行なうことができる溶接補修用溶接材料及び溶接補修方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために鋭意検討及び研究を重ねた。
本発明者等は、先ず、鋳鉄の鋳造における溶湯の接種処理の効果を、球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との異材溶接技術に利用することに着眼した。即ち、鋳鉄の鋳造における接種とは、溶湯を鋳込む直前に、合金（接種剤）を添加して組織や性質を改善することをいい、鋳鉄では接種剤を添加すると、チル組織の形成が抑制される。しかしながら、接種剤添加効果にはフェーディングがあり、接種剤溶解後に溶解状態に保持された時間経過とともにその効果が薄れる。つまり、溶製するときに接種剤を添加した溶接棒を使用して溶接しても、接種効果（組織改善）はない。これに対して、溶接棒心線に接種剤を塗布して溶接すると、接種剤が溶け始めるのは溶接棒心線の溶解開始時であり、しかも溶融金属は極めて短時間で凝固が完了するので、接種効果が発揮され、チル組織の形成が抑制されるものと考えた。そして、前述したとおり、日本鋳造工学会、第１３０回全国講演大会において、接種剤塗布溶接棒による球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との異材溶接実験を行なった。その結果、チルの形成を少量に抑制し、硬さも低く抑えることができることがわかった。しかしながら、接種剤の添加方法として溶接棒心線に塗布した場合には、接種剤の溶け込みが十分ではなく、その溶け残りが溶接欠陥となったり、溶融池の流動性低下による溶接性低下が発生することがあった。
【００１５】
このように、接種剤を溶接棒に塗布した場合に見られた、接種剤の溶け込みにくさや、溶融池における流動性の低下による溶接性の低下の原因は、溶接時に溶接棒を盛ると同時に接種剤を溶かし込むため、溶融池の温度が下がって接種剤がとけにくくなることにある。その結果、接種効果が均一には得られにくく、溶着金属が一部モットル組織となって、チル化を完全には防止することが難かしかったものと考えられる。特に、Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤を使用した場合には溶接性の低下が著しく、溶接欠陥が生じ易かった。
【００１６】
そこで、本発明者等は、溶接棒に塗布された接種剤の溶け込みにくさを改善し、接種効果の均一性を狙って、接種剤を溶接母材側に装着することに着眼した。更に接種剤の効果を高めるために、鋳鉄の黒鉛化促進効果を狙ったインサート材料を付加することに着眼した。そして、冷却過程でのチル発生の抑制効果を狙って後熱処理を試みた。即ち、本発明においては、下記事項の可能性に着眼した。
▲１▼ 接種剤を母材に塗布するか、又は母材の開先に埋めて溶接することにより、溶接部への接種剤の溶け込みを改善し、そして、接種効果を均一に得ることができる。
▲２▼ 上記▲１▼の方法と同時に、Ａｌのような鋳鉄の黒鉛化を促進する金属をインサート材料として開先に挟んで溶接することにより、溶接部の黒鉛量と黒鉛粒数とを増加させ、溶接部のチル化を防止することができる。
▲３▼ 更に、溶接後に適切な後熱処理を行なうことにより溶接部の冷却速度を遅くし、チル化防止を一層促進することができる。
【００１７】
次に、本発明者等は、棒心線の材質を選定するために下記実験を行なった。
（実験）
はじめに、球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との異材溶接用の溶接棒として、従来知られているものの中から球状黒鉛鋳鉄製溶接棒を選び、更に、過共晶片状黒鉛鋳鉄製溶接棒を採用し、下記実験を行なった。過共晶片状黒鉛鋳鉄製溶接棒を試験に加えたのは、片状黒鉛鋳鉄は球状黒鉛鋳鉄母材に類似した成分組成であり、過共晶組成であると完全に黒鉛化し、過冷度が大きくてもチル組織が形成されにくく、しかも球状黒鉛鋳鉄のようにチルを生成し易いＭｇを含んでいることはないことに着眼したものである。
【００１８】
なお、ニッケル及びニッケル−鉄溶接棒は、球状黒鉛鋳鉄部材及び軟鋼部材に対して、色調及び耐食性が不整合のため外観上好ましくなく、また、軟鋼系溶接材に比べて高価であり経済性に劣っているので除外した。
【００１９】
実験は、ＴＩＧ溶接機（Tungsten Inert-Gas arc welding）を用いて、母材板厚３．２ｍｍの球状黒鉛鋳鉄及び軟鋼のそれぞれに対して、ビードオンプレート試験を行なった。ビードオンプレート試験とは、溶接棒を用いて板にビードを盛り、その溶込み深さとビード幅とを測定する手法である。但し、ここでは、ビードオンプレート試験は、上記２種類の溶接棒間の、球状黒鉛鋳鉄母材及び軟鋼母材のそれぞれに対する溶接特性、特に溶着金属及びボンド部の金属組織及び硬さについての差を定性的に比較して２種の溶接棒の順位付けをするために利用したものである。
【００２０】
表１に主な溶接条件を、表２に母材（球状黒鉛鋳鉄及び軟鋼）の化学成分組成を、そして表３に溶接棒の化学成分組成を示す。
【００２１】
【表１】
【表２】
【表３】
溶接条件は、球状黒鉛鋳鉄母材では、溶接電流：１５０Ａ、アーク電圧：２０Ｖ、入熱量：９．０ｋＪ／ｃｍ、溶接速度：２０ｃｍ／ｍｉｎとし、また軟鋼母材では、溶接電流：１７０Ａ、アーク電圧：２０Ｖ、入熱量：１３．６ｋＪ／ｃｍ、溶接速度：１５ｃｍ／ｍｉｎとした。いずれの母材についても、タングステン電極径：２．４ｍｍφ、電極高さ：５ｍｍ、Ａｒガス流量：７〜８ｌ／ｍｉｎとし、予熱条件は、予熱なし、１５０℃及び３００℃とした。球状黒鉛鋳鉄製溶接棒はＦｅ−Ｓｉ−Ｍｇで球状化処理したものを、そして過共晶片状黒鉛鋳鉄製溶接棒はＦｅ−Ｓｉで接種したものを使用した。
【００２５】
こうして調製されたビードオンプレート試験片のボンド部及び溶着金属について、金属組織観察を顕微鏡観察試験で、そして硬度分布測定をビッカース硬さ試験で行なった。試験位置は、ビードの長手方向中央部でビードに直角な鉛直断面である。
【００２６】
表４に金属組織の観察結果を、そして表５にビッカース硬さ試験結果をまとめて示す。なお、予熱温度が１５０℃の結果は予熱なしと予熱３００℃の中間であり、その記載は省略した。
【００２７】
【表４】
【表５】
各溶接棒を使用したときの金属組織及び硬さの特徴は次のとおりである。
▲１▼球状黒鉛鋳鉄製溶接棒を用いた場合は、３００℃予熱をしても球状黒鉛鋳鉄母材側のボンド部及び溶着金属、並びに軟鋼母材側の溶着金属のいずれにもチル組織が形成されている。また、軟鋼母材側のボンド部については、予熱無しではマルテンサイトが形成したが、３００℃予熱で消失した。硬度は金属組織に対応して高い。
▲２▼過共晶片状黒鉛鋳鉄製溶接棒を用いた場合は、３００℃予熱をしても球状黒鉛鋳鉄母材側のボンド部及び溶着金属、並びに軟鋼母材側の溶着金属のいずれにも、チル組織が形成されているが、その量は球状黒鉛鋳鉄製溶接棒を用いた場合よりもかなり少なくなっている。従って、これに対応して硬度も低下している。
また、軟鋼母材側のボンド部については、予熱無しではマルテンサイトが生成したが、３００℃予熱をするとマルテンサイトは生成しなかった。
【００３０】
上記各種溶接棒の優劣について上記実験結果から次の知見を得た。
上述した金属組織及び硬度の結果によれば、過共晶片状黒鉛鋳鉄製溶接棒を用いた場合は、軟鋼母材側のボンド部を除く溶接部位にチル組織の形成が認められるが、その形成量は比較的少なく、球状黒鉛鋳鉄製溶接棒を用いた場合と比べても少なくなっている。また、硬さについても、過共晶片状黒鉛鋳鉄製溶接棒を用いた場合には、異常に高値を示す部位がなく安定しており、また、軟鋼母材側のボンド部に予熱なしで生成していたマルテンサイトが３００℃の低温予熱で消失していることがわかった。
そこで、溶接棒心線は、過共晶片状黒鉛鋳鉄性溶接棒が適しており、３００℃の予熱を施した方がよいと判断した。
【００３１】
この発明は、上記着想及び知見に基づきなされたものであり、下記構成を有する。
請求項１記載の球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との溶接接合用溶接材料は、棒心線と溶接用インサート材料と接種剤とで構成され、前記棒心線は過共晶片状黒鉛鋳鉄からなり、前記インサート材料は鋳鉄の黒鉛化を促進させる金属又は合金からなり、そして前記接種剤は前記インサート材料で覆われた形態で前記インサート材料と共に溶接母材に埋められており、前記インサート材料の鋳鉄の黒鉛化を促進させる金属又は合金は、アルミニウム若しくはアルミニウム合金、ニッケル若しくはニッケル合金、及び、アルミニウム若しくはアルミニウム合金と銅若しくは銅合金との混合物からなる群から選ばれたいずれか一種のインサート材料であり、前記接種剤は、Ｃａ−Ｓｉ−ＢａまたはＲＥ−Ｃａ−Ｓｉからなっていることに特徴を有するものである。
【００３３】
請求項２記載の球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との溶接接合用溶接材料は、棒心線と溶接用インサート材料と接種剤とで構成され、前記棒心線は過共晶片状黒鉛鋳鉄からなり、前記インサート材料は鋳鉄の黒鉛化を促進させる金属又は合金からなり、そして前記接種剤は溶接母材に塗布されており、前記インサート材料の鋳鉄の黒鉛化を促進させる金属又は合金は、アルミニウム若しくはアルミニウム合金、ニッケル若しくはニッケル合金、及び、アルミニウム若しくはアルミニウム合金と銅若しくは銅合金との混合物からなる群から選ばれたいずれか一種のインサート材料であり、前記接種剤は、Ｃａ−Ｓｉ−ＢａまたはＲＥ−Ｃａ−Ｓｉからなっていることに特徴を有するものである。
【００３５】
請求項３記載の球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との溶接接合用溶接材料は、上記請求項１または２に記載された発明において、棒心線の化学成分組成が、Ｃ：３．３〜３．８mass％、及び、Ｓｉ：４．０〜５．０mass％を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、且つ、Ｃ（mass％）＋０．３１×Ｓｉ（mass％）で表わされる炭素当量、ＣＥ値が、４．８〜５．３の範囲内にあることに特徴を有するものである。
【００３６】
請求項４記載の球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との溶接接合方法は、球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との溶接接合に際し、請求項１〜３の内いずれか一つに記載された溶接接合用溶接材料を用いて行うことに特徴を有するものである。
【００３７】
請求項５記載の球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との溶接接合方法は、請求項１〜３の内いずれか一つに記載された溶接接合用溶接材料を用いて、球状黒鉛鋳鉄と軟鋼とを溶接接合する方法であって、前記溶接接合が終わった後に当該溶接接合部に後熱処理を施し、前記後熱処理は、フュージョン処理または発熱保温剤振りかけからなっていることに特徴を有するものである。
【００３８】
請求項６記載の球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との溶接接合方法は、棒心線と接種剤とで構成され、前記棒心線は過共晶片状黒鉛鋳鉄からなり、そして前記接種剤は当該接種剤単独で溶接母材に埋められている球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との溶接接合用溶接材料を用いて、球状黒鉛鋳鉄と軟鋼とを溶接接合する方法であって、前記溶接接合が終わった後に当該溶接接合部に後熱処理を施し、前記接種剤は、Ｃａ−Ｓｉ−ＢａまたはＲＥ−Ｃａ−Ｓｉからなっており、前記後熱処理は、フュージョン処理または発熱保温剤振りかけからなっていることに特徴を有するものである。
【００３９】
請求項７記載の球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との溶接接合方法は、棒心線と接種剤とで構成され、前記棒心線は過共晶片状黒鉛鋳鉄からなり、そして前記接種剤は溶接母材に塗布されている球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との溶接接合用溶接材料を用いて、球状黒鉛鋳鉄と軟鋼とを溶接接合する方法であって、前記溶接接合が終わった後に当該溶接接合部に後熱処理を施し、前記接種剤は、Ｃａ−Ｓｉ−ＢａまたはＲＥ−Ｃａ−Ｓｉからなっており、前記後熱処理は、フュージョン処理または発熱保温剤振りかけからなっていることに特徴を有するものである。
【００４０】
請求項８記載の球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との溶接接合方法は、請求項４又は５に記載された発明の内、鋳鉄の黒鉛化を促進させる前記インサート材料が、アルミニウム若しくはアルミニウム合金、ニッケル若しくはニッケル合金、及び、アルミニウム若しくはアルミニウム合金と銅若しくは銅合金との混合物からなる群から選ばれたいずれか一種のインサート材料である場合において、前記溶接接合時に溶接部に挿入する前記選ばれたインサート材料の重量（ｗin）を、前記溶接部に溶け込む棒心線の重量（Ｗ）に対する割合（ｗin／Ｗ）×１００mass％で、
（ｗin／Ｗ）×１００＝０．３〜１．５（mass％）------------（１）
の範囲内に調整することに特徴を有するものである。
【００４１】
請求項９記載の球状黒鉛鋳鉄の溶接補修用溶接材料は、請求項１〜３の内いずれか一つに記載された溶接材料からなることに特徴を有するものである。
【００４２】
請求項１０記載の球状黒鉛鋳鉄の溶接補修方法は、球状黒鉛鋳鉄の溶接補修に際し、請求項９に記載された溶接補修用溶接材料を用いることに特徴を有するものである。
【００４３】
請求項１１記載の球状黒鉛鋳鉄の溶接補修方法は、請求項９に記載された溶接補修用溶接材料の内、いずれか一つの溶接補修用溶接材料を用いて、球状黒鉛鋳鉄を溶接補修する方法であって、前記溶接補修が終わった後に当該溶接補修部に後熱処理を施し、前記後熱処理は、フュージョン処理または発熱保温剤振りかけからなっていることに特徴を有するものである。
【００４４】
請求項１２記載の球状黒鉛鋳鉄の溶接補修方法は、棒心線と接種剤とで構成され、前記棒心線は過共晶片状黒鉛鋳鉄からなり、そして前記接種剤は当該接種剤単独で溶接母材に埋められている球状黒鉛鋳鉄の溶接補修用溶接材料を用いて、球状黒鉛鋳鉄を溶接補修する方法であって、前記溶接補修が終わった後に当該溶接補修部に後熱処理を施し、前記接種剤は、Ｃａ−Ｓｉ−ＢａまたはＲＥ−Ｃａ−Ｓｉからなっており、前記後熱処理は、フュージョン処理または発熱保温剤振りかけからなっていることに特徴を有するものである。
【００４５】
請求項１３記載の球状黒鉛鋳鉄の溶接補修方法は、棒心線と接種剤とで構成され、前記棒心線は過共晶片状黒鉛鋳鉄からなり、そして前記接種剤は当該溶接母材に塗布されている球状黒鉛鋳鉄の溶接補修用溶接材料を用いて、球状黒鉛鋳鉄を溶接補修する方法であって、前記溶接補修が終わった後に当該溶接補修部に後熱処理を施し、前記接種剤は、Ｃａ−Ｓｉ−ＢａまたはＲＥ−Ｃａ−Ｓｉからなっており、前記後熱処理は、フュージョン処理または発熱保温剤振りかけからなっていることに特徴を有するものである。
【００４６】
請求項１４記載の球状黒鉛鋳鉄の溶接補修方法は、請求項１０又は１１に記載された発明の内、鋳鉄の黒鉛化を促進させる前記インサート材料が、アルミニウム若しくはアルミニウム合金、ニッケル若しくはニッケル合金、及び、アルミニウム若しくはアルミニウム合金と銅若しくは銅合金との混合物、からなる群から選ばれたいずれか一種のインサート材料である場合において、前記溶接補修時に溶接部に挿入する前記選ばれたインサート材料の重量（ｗM,in）を、前記溶接部に溶け込む棒心線の重量（Ｗ）に対する割合（ｗM,in／Ｗ）×１００mass％で、
（ｗM,in／Ｗ）×１００＝０．３〜１．５（mass％）----------（２）
の範囲内に調整することに特徴を有するものである。
【００４７】
【発明の実施の形態】
この発明において、棒心線の成分組成、接種剤の添加方法、特定成分のインサート材料の使用とその使用量、及び後熱処理の各条件を上記のとおり限定した理由を説明する。
【００４８】
（１）棒心線の成分組成
棒心線の材質として、過共晶片状黒鉛鋳鉄を使用する理由は、上述した（実験）でのビードオンプレート試験の結果で説明したとおり、球状黒鉛鋳鉄性溶接棒を使用した場合よりもボンド部及び溶着金属のいずれにおいてもチルが少なくなるからである。
【００４９】
また、棒心線の化学成分組成を、
Ｃ ：３．３〜３．８mass％、及び、
Ｓｉ：４．０〜５．０mass％
を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、且つ、Ｃ（mass％）＋０．３１×Ｓｉ（mass％）で表わされる炭素当量ＣＥ値が、
ＣＥ値：４．８〜５．３（mass％）
の範囲内に限定する理由は、下記のとおりである。
【００５０】
▲１▼棒心線のＣ含有率＝３．３〜３．８mass％
Ｃは、共晶凝固時のチル組織の生成防止に効果を発揮する。しかしながら、そのＣ含有率が３．３mass％未満では、チル組織の形成防止効果が不十分である。一方、３．８mass％より多くなると、溶接時に黒鉛の偏析が生じ、溶接部の機械的性質が劣化する。従って、棒心線のＣ含有率は、３．３〜３．８mass％の範囲内に限定すべきである。
【００５１】
▲２▼棒心線のＳｉ含有率＝４．０〜５．０mass％
Ｓｉは、黒鉛化促進傾向をもつ元素であり、４．０mass％以上含有させることにより、溶接部の組織の黒鉛化を進め、チル組織の形成を抑えることができる。しかしながら、５．０mass％よりも多く含有させると、溶接部の靱性が低下する。従って、棒心線のＳｉ含有率のＳｉ含有率は、４．０〜５．０mass％の範囲内に限定すべきである。
【００５２】
▲３▼棒心線のＣＥ値：Ｃ（mass％）＋０．３１×Ｓｉ（mass％）＝４．８〜５．３
ＣＥ値が適切な範囲内にあると、共晶凝固に際し黒鉛粒数が多く形成される。ＣＥ値が４．８未満になると、溶接時の急冷条件ではチル組織が形成される。一方、ＣＥ値が５．３より大きくなると、多数の黒鉛粒が凝集した一種の溶接欠陥を形成して溶接部の機械的性質を著しく劣化させる恐れがある。従って、棒心線のＣＥ値は、４．８〜５．３の範囲内に限定すべきである。
【００５３】
なお、棒心線中の不可避不純物としては、通常の鋳鉄製造過程で混入する範囲内の含有率であればよい。即ち、Ｍｎ≦０．３mass％、Ｐ≦０．０８mass％、Ｎｉ≦０．５mass％、Ｃｒ≦０．４mass％、Ｍｏ≦０．４mass％、Ｖ≦０．１mass％、Ａｌ≦０．０５mass％、Ａｓ≦０．０１mass％、Ｓｎ≦０．０１mass％そしてＳｂ≦０．０１mass％であればよい。
【００５４】
（２）接種剤の添加方法
接種剤を棒心線表面に存在させず、溶接母材の開先部側に存在させる理由は、上述したように、接種剤の溶融池への溶け残りを防止し、均一に溶解させるためである。こうすることにより、接種剤塗布溶接棒のように、接種剤の溶け残りによる溶接欠陥、溶融池の温度降下による流動性の低下、これに伴う溶接性の低下、あるいは接種剤起因のスラグの巻き込みによる溶接欠陥がなくなる。更に、接種剤の均一溶解により、溶着金属の金属組織にムラがなくなり、組織と硬さが安定する。なお、鋳造における接種のように溶融池に添加する方法にみられるフェーディングも発生しない。
【００５５】
更に、溶接母材に塗布せず、インサート材料で覆った形態で母材開先部に埋めるという方式をとり、接着剤を全く使用しない方法を採用すると、溶接時に接着剤から発生するガス発生がない。従って、ブローホール等溶接部ガス欠陥が発生しない。また、ガスによる溶融池の温度低下も避けられる。従って、接種剤の母材に対する装着は、塗布するよりも不純物の混入しない状態で装填する方が望ましい。接着剤無しで装填するには、例えば、Ａｌ箔に粉状接種剤を包み、開先形状に沿って埋め込むと隙間無く埋め込みができる。
【００５６】
（３）鋳鉄の黒鉛化促進用金属又は合金からなるインサート材料の使用とその使用量
鋳鉄の黒鉛化促進用金属又は合金からなるインサート材料は、この発明の溶接材料の構成物の内、最も重要なものである。もともと、接種剤自体が鋳鉄の黒鉛化を促進することを目的として添加されるものである。しかしながら、従来、接種剤として用いられているものに含まれる黒鉛化促進元素は、過剰に添加すると溶接部の靱性を劣化させたり、強度不足をきたしたりする弊害を引き起こすことや、接種剤を構成する他成分元素との添加量比率が制約となって、それ以上多く添加することができないといった制約がある。
【００５７】
そこで、本発明者等は、黒鉛化促進効果のみを抽出してチルの生成を防止することができるという、画期的な方法を着想した。即ち、インサート材料として、例えば、アルミニウム若しくはアルミニウム合金、ニッケル若しくはニッケル合金、及び、アルミニウム若しくはアルミニウム合金と銅若しくは銅合金との混合物、の内少なくとも一種を含む合金がそれに該当する。
【００５８】
アルミニウム及びその合金、並びに、銅及びその合金はいずれも、鉄に比べて融点が低く、しかもアルミニウム及びその合金、銅及びその合金、並びに、ニッケル及びその合金はいずれも、延性がよいので箔に加工できる。従って、溶接部開先形状に沿って埋め込むと隙間なく装着することができるという利点をもつ。そして、更に、接着剤を用いず接種剤を母材に装着させようとする場合、接種剤粉末をそれらの箔で包み、これを開先形状に沿って埋め込むことができるので、インサート材料として一層すぐれている。
【００５９】
なお、Ａｌはマトリックスをフェライト化させるが、一定値以上添加すると、融池の流動性を害する。従って、Ａｌ箔の添加量に適切な使用量範囲を設けることが必要である。
【００６０】
この発明におけるインサート材料の使用目的は、鋳鉄の黒鉛化促進作用を補うものであるから、黒鉛化促進効果の観点のみからみれば、その使用量は十分に多い方がよい。しかしながら、インサート材料の溶け込み性、鉄に対する溶解度、均一溶解性あるいは蒸気圧等の高温物性、溶融池の流動性に及ぼす影響や融点等の溶接性に及ぼす影響度、溶接部の機械的性質や耐食性等の物理的及び化学的特性を考慮して、その適切な使用量範囲を決定することが必要である。
【００６１】
アルミニウム若しくはアルミニウム合金、ニッケル若しくはニッケル合金、及び、アルミニウム若しくはアルミニウム合金と銅若しくは銅合金との混合物の場合は、本発明者等の実験結果によれば、溶接部に挿入するインサート材料の重量（ｗin）は、溶接棒心線の溶け込み重量（Ｗ）に対して、０．３〜１．５mass％の範囲内に調整することが必要である。（ｗin／Ｗ）×１００が、０．３mass％未満では黒鉛化促進効果が不十分であり、一方、（ｗin／Ｗ）×１００が、１．５mass％を超えると溶融池の流動性が低下し、またスラグの発生も見られ、健全なビードが得られなくなる。
【００６２】
（４）後熱処理
溶接後の後熱処理は、一般的には、溶接部の冷却速度を遅くしてチルの生成を防止するのに効果を発揮する。しかしながら、この発明においては、上述した黒鉛化促進用の適切なインサート材料の母材への挿入との組合せ操作により、溶接部でのチル発生防止効果に著しい効果を発揮させることが特徴である。従って、球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との接合溶接、又は球状黒鉛鋳鉄の補修溶接をこの発明の方法でした後に、適切な後熱処理をすることは極めて望ましいことである。
【００６３】
この発明における後熱処理の方法は、溶接部に熱影響が残ってはならない。従って、後熱処理の方式及び処理条件は、溶接部材の形状・寸法、板厚、重量、開先形状、溶け込み重量及び溶接条件により制約し、また、溶接施工の環境条件により制約されるすべきである。従って、後熱処理の方法については、各溶接施工の固有条件に応じた方法を決定すべきである。なお、本発明では、溶接部に対する一般的な後熱処理方法の他に、溶接部を裏側からフュージョン処理したり、あるいは発熱保温剤をビード部に振りかける等の方法がよい。
【００６４】
【実施例】
次に、この発明を、実施例によって更に詳しく説明する。
実施例を試験内容で分類すると、▲１▼接種剤を溶接母材に装着する方法、▲２▼溶接部の後熱方法、▲３▼接種剤の種類、及び▲４▼インサート材料の種類の４つになり、下記試験Ａ〜Ｄを行なった。
【００６５】
試験Ａにおいては、接種剤としてのＣａ−Ｓｉ−Ｂａ粉末を溶接母材の開先に接着剤と混ぜて塗布した方式をベースとし、インサート材料としてのＡｌ箔を溶接母材の開先に置いて溶接した。そして、後熱方法として溶接ビードを裏面からフュージョンを行なった場合の効果を試験した。
【００６６】
試験Ｂにおいては、接種剤として試験Ａと同じくＣａ−Ｓｉ−Ｂａ粉末を使用したが、接着剤を使わず、インサート材料としてのＡｌ箔に包んで溶接母材の開先に置いた方式の効果について試験した。そして、後熱方法として溶接ビードを発熱保温剤で覆った場合の効果を試験した。
【００６７】
試験Ｃにおいては、試験Ｂでの接種剤Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａの代わりに、ＲＥ−Ｃａ−Ｓｉ、Ｃａ−Ｓｉ及びＣａ−Ｓｉ−Ｂｉ粉末の３種を用いて試験し、合計４種の接種剤間の添加効果の違いについて調べた。後熱処理は溶接ビードを発熱保温剤で覆う方法をベースとした。
【００６８】
試験Ｄにおいては、試験Ｂでのインサート材料Ａｌ箔の代わりに、Ｎｉ箔、Ｃｕ箔とＡｌ箔との両方、及び、Ｃｕ箔の３種を用いて試験し、合計４種のインサート材料間のインサート効果の違いについて調べた。後熱処理は溶接ビードを発熱保温剤で覆う方法をベースとした。
【００６９】
（試験Ａ）
図１に、試験Ａにおける突合わせ溶接の施工概要図を示す。ＴＩＧ溶接機を用いて、図１に示すように調整された球状黒鉛鋳鉄母材１と軟鋼母材２とを、開先３ａの形状がＩ型の開先部３で突合せ溶接した。母材の寸法は両方共同じで、板厚３．２ｍｍ×幅７５ｍｍ×長さ１００ｍｍである。同図において、４はＣａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤、５は溶接棒心線、６はインサート材料としてのアルミニウム箔であり、７はタングステン電極、８はアークである。
【００７０】
表６に、使用した球状黒鉛鋳鉄母材（ＦＣＤ４５０）及び軟鋼母材（ＳＳ４００）の化学成分組成を示す。
【００７１】
【表６】
Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤４は、粒径が７５μｍ以下に整粒された粉末状のものである。整粒された接種剤を、酢酸ビニール系接着剤をメチルアルコールで薄めた有機溶剤をバインダーとして混ぜたものを、球状黒鉛鋳鉄母材１及び軟鋼母材２の各開先３ａ面に直接、均一の厚さで塗布した。塗布量は、溶接予備実験を行ない、溶接時に溶接部に溶け込む溶接棒心線の重量を予め測定しておき、その重量に対してＣａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤中のＳｉ重量が３mass％となるように調整した。
【００７３】
棒心線５は、過共晶片状黒鉛鋳鉄製であり、Ｓ含有率の低いもの（低Ｓ溶接棒）２種の内、いずれかを用いた。
表７に、使用した棒心線５の化学成分組成を示す。
【００７４】
【表７】
インサート材料のＡｌ箔６は、厚さ１５μｍであり、Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤が塗布された開先３ａの隙間に挟んだ。Ａｌ箔６の挟み込み重量（ｗAl）は、溶接部に溶け込む棒心線の重量（Ｗ）に対する割合（ｗAl／Ｗ）×１００mass％で、０．３〜０．５mass％の範囲内となるように調整した。
表８に、使用したＣａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤の化学成分組成を示す。
【００７６】
【表８】
試験Ａにおいては、本発明の範囲内の溶接接合方法である実施例１、２及び３、並びに、本発明の範囲外の方法である比較例１の試験を行なった。下記に各試験方法を説明する。
【００７８】
▲１▼実施例１の試験方法：
溶接母材１、２にＣａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤４を塗布し、溶接棒心線５をアーク８で溶かしながら開先に溶融池を形成させる。開先面に塗布されたＣａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤、及び開先内部に挟み込まれたＡｌ箔が溶融池に溶け込み、母材１、２同士が溶接接合される。このようにして、球状黒鉛鋳鉄母材１と軟鋼母材２とを溶接接合した。
【００７９】
▲２▼実施例２の試験方法：
この場合は、上記実施例１と全く同じ方法で溶接接合をする。その後、更に、施工体を裏返して、裏面側にフュージョン処理を施す。
【００８０】
フュージョン処理とは、本来、ビード外観を補修するためにビード表面をアークのみで再び溶融する処理をさし、溶射等でも行なわれる。しかしながら、この発明の方法においては、ビードの表側を再溶融した場合には、再び熱影響によって溶着金属がチル化する恐れがある。そこで、ビードの裏側を再溶融することにしたものである。これは、開先についたままの接種剤の溶け残りを、アークによって溶かしてしまうこと、及び溶接部の冷却速度を下げることを目的とするものである。
【００８１】
▲３▼比較例１の試験方法：
これは、実施例１の試験方法において、インサート材料のＡｌ箔を使用せずに球状黒鉛鋳鉄母材１と軟鋼母材２とを溶接接合した場合である。
【００８２】
▲４▼実施例３の試験方法：
この場合は、溶接母材１、２にＣａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤４を塗布し、溶接棒心線５をアーク８で溶かしながら開先に溶融池を形成させる。開先面に塗布された接種剤が溶融池に溶け込み、球状黒鉛鋳鉄母材１と軟鋼母材２とが溶接接合される。インサート材料のＡｌ箔の挟み込みは行わないが、溶接後のフュージョン処理は行なうものである。
【００８３】
表９に、実施例１、２及び３、並びに、比較例１の各試験条件の概要をまとめて示し、また、表１０に、上記各試験の溶接条件を示す。
【００８４】
【表９】
【表１０】
こうして調製された球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との突合せ溶接試験片のボンド部及び溶着金属について、金属組織観察、及び硬度分布測定を行なった。試験位置は、ビード長手方向中央部でビードに直角な鉛直断面である。
【００８７】
表１１に、上記金属組織の観察結果をまとめて示す。
【００８８】
【表１１】
ここで、チルについての評価は、チル（ＨＶ５００以上）生成の有無だけによる評価ではなく、チルの大きさも考慮して、チル多い、チル有り、チル少量等と記載し、チルがあってもその大きさが４００μｍ以下の場合には、チル少量（チルが少ない）とした。そして、チル少量のものは、チル生成を微量に抑制するというこの発明の目標を達成するものである。これは、一般に、溶接施工体が実際に製品となる場合には、チル（ＨＶ５００以上）が４００μｍ以下なら品質検査をパスすることによるものである。
【００９０】
金属組織の観察結果の特徴は次のとおりである。
〔溶着金属の組織〕
すべての試験において、接種効果が得られ、細かい球状黒鉛が多く見られた。また、本発明者等が別途実施した接種剤を棒心線に塗布した溶接棒を使用した場合と比べて、接種剤の効きムラが改善されていた。これは、接種剤の溶け込みが向上し、溶け残りが減ったことにより接種効果が均一に得られ易くなったためである。
▲１▼比較例１では、溶着金属には、球状黒鉛が多く見られ、モットル組織と球状黒鉛組織とが混在していた。
▲２▼実施例１及び３では、モットル組織と球状黒鉛組織とが混在していたけれども、比較例１と比べると黒鉛組織が増加しており、特に、Ａｌ箔を開先に挟んだ実施例１では、接種剤の効きムラが改善されていた。この点において、実施例１は実施例３より明確に改善されたといえる。
▲３▼実施例２では、溶着金属にチルが全く見られず、パーライト地の球状黒鉛組織となった。これは、Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤の溶け込みが改善されたことにより、接種効果が得られ易くなったこと、フュージョン処理により冷却速度が低下したこと、及びＡｌにより黒鉛化が促進されたこと等が原因と考えられる。
【００９１】
〔ボンド部の組織〕
（ａ）球状黒鉛鋳鉄側ボンド部は、比較例１並びに、実施例１及び３では、チルが生成している。但し、実施例１及び３では、チルは少量であり、比較例１よりかなり改善されていた。
そして、実施例２では、チルは生成していなかった。
（ｂ）軟鋼側ボンド部の組織には、すべての試験で溶着金属と母材との界面に沿って、ベイナイトが見られた。
【００９２】
表１２に、上記溶接部のビッカース硬さの測定結果をまとめて示す。
【００９３】
【表１２】
図２、３及び４に実施例１、２及び３の測定結果を、そして図５に比較例１の測定結果を示す。各図は、溶接部でのビード中心線からの距離とビッカース硬さとの関係を示す。溶接部のビッカース硬さの特徴は次のとおりである。
▲１▼比較例１では、溶着金属には黒鉛化組織とモットル組織とが混在していたため、ビッカース硬さは３００ＨＶ前後の部分と５００〜６００ＨＶ程度の部分とが混在していた。
▲２▼実施例１及び３では、モットル組織と球状黒鉛組織とが混在していたけれども、比較例１と比べると組織のムラが抑えられていたために、ビッカース硬さが４００〜５００ＨＶ付近に分布した。
▲３▼実施例２では、軟鋼側ボンド部で微細パーライト及びベイナイトの影響により、ビッカース硬さは４２０ＨＶとなっているけれども、溶着金属及び球状黒鉛鋳鉄側ボンド部でチルが生成していなかったために、ビッカース硬さは４００ＨＶを下回る良い結果が得られた。
【００９５】
上述した試験Ａの結果から、次の知見を得た。
本発明者等が別途実施した接種剤を棒心線に塗布した溶接棒を使用したときに問題となったＣａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤の溶け残りは、Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤を母材に塗布し、そして適宜溶接速度を抑えることにより減少した。これは、溶接棒を溶融池で溶かす前にＣａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤が母材と共に溶けるために、接種剤が溶け込み易くなったこと、また、溶接速度が遅いために溶融池での撹拌が十分に行われたことによると考えられる。また、Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤を棒心線に塗布した溶接棒で見られた溶接時のスラグ発生は殆どなくなった。これは、接種剤の溶け込みがよかったので、未反応のＣａ及びＢａが減少したためであると考えられる。その結果、溶融池の流動性は改善され、溶接性は向上した。
【００９６】
このように、Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤を溶接棒心線に塗布する代わりに、母材に塗布することにより接種剤の溶け残りが減り、その結果、接種効果が均一に得られ、チルが減少することがわかった。また、黒鉛化促進作用を有するＡｌ箔を開先に挟むことにより、溶着金属組織のムラが抑えられ、溶接後ビードの裏側からフュージョン処理を施すことにより冷却速度が下がり、チルの生成しない良好な溶接部を得ることができた。
【００９７】
しかし、フュージョン処理はビードの裏側から行なうので、溶接した板を裏返さなければならず、重量の大きいものや、一方向のみから溶接する場合には、適用が制限される。また、溶着金属組織は、フュージョン処理条件に敏感に反応することもわかった。
【００９８】
そこで、試験Ｂにおいては、フュージョン処理の代わりに、後熱処理条件の変化による溶接部金属組織への影響が鈍感である方法として、溶接後のビードを発熱保温剤で覆って後熱処理をすることにした。試験Ｂにおいては、更に、接種剤をインサート材料で包んで溶接母材に置いた方式をベースとした試験を行なった。
【００９９】
（試験Ｂ）
図６に、試験Ｂにおける突合わせ溶接の施工概要図を示す。ＴＩＧ溶接機を用いて、図６に示すように調整された球状黒鉛鋳鉄母材１と軟鋼母材２とを、開先３ｂの形状が４５°のＶ型の開先部３で、表から一層のみの突合せ溶接を行なった。
【０１００】
母材の寸法は両方共同じで、板厚３．２ｍｍ×幅７５ｍｍ×長さ１００ｍｍである。図６において、４はＣａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤、５は溶接棒心線、６はインサート材料としてのアルミニウム箔であり、７はタングステン電極、８はアークである。ここで使用した球状黒鉛鋳鉄母材（ＦＣＤ４５０）１及び軟鋼母材（ＳＳ４００）２の化学成分組成は、表６に示した化学成分組成と全く同じである。
【０１０１】
Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤４は、粒径が７５μｍ以下に整粒された粉末状のものであり、試験Ａで使用したものと同じである。この接種剤の使用量は、溶接予備実験を行ない、溶接部に溶け込む溶接棒心線の重量を予め測定しておき、その重量に対してＣａ−Ｓｉ−Ｂａ接着剤中のＳｉ重量が３mass％となるように調整した。
【０１０２】
棒心線５は、過共晶片状黒鉛鋳鉄製であり、Ｓ含有率の低いもの（低Ｓ溶接棒）１種を用いた。
表１３に、この棒心線の化学成分組成を示した。
【０１０３】
【表１３】
試験Ｂでは、上記Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａの粉末状接種剤をＡｌ箔で包んで溶接母材に置いた方式を採用した点が、試験Ａと大きく異なる点である。
図６に示すように、インサート材料のＡｌ箔６は、厚さ１５μｍであり、Ａｌ箔６でＣａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤４を包み、これをＶ型開先の内部に置いて突合わせ溶接をした。Ａｌ箔の挟み込み重量（ｗAl）は、溶接部に溶け込む棒心線の重量（Ｗ）に対する割合（ｗAl／Ｗ）×１００mass％で、０．３〜０．５mass％の範囲内となるように調整した。
Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤の化学成分組成は、表８に示した化学成分組成と同じである。
【０１０５】
試験Ｂにおいては、本発明の範囲内の溶接接合方法である実施例４、５及び６、並びに、本発明の範囲外の方法である比較例２の試験を行なった。下記に各試験方法を説明する。
【０１０６】
▲１▼実施例４の試験方法：
Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤４をＡｌ箔で包み、これを溶接母材１、２のＶ型開先３ｂの内部に置いた。そして、溶接棒心線５をアーク８で溶かしながら開先に溶融池を形成させる。開先内部に置かれた上記Ａｌ白及びＣａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤が溶融池に溶け込み、母材１、２同士が溶接接合される。このようにして、球状黒鉛鋳鉄母材１と軟鋼母材２とを溶接接合した。
【０１０７】
▲２▼実施例５の試験方法：
この場合は、上記実施例４と全く同じ方法で溶接接合をする。その後、更に、溶接ビードを覆うように発熱保温剤を振りかけ、溶接後溶接部が急冷されないようにする。使用した発熱保温剤は、鋳造作業において鋳造終了後、押湯に添加し被覆して引け巣発生を抑える等の目的で使用されるものであり、商品名は押湯発熱保温剤「ハツネン」（株式会社ハツネン製）である。
【０１０８】
▲３▼比較例２の試験方法：
これは、実施例４の試験方法において、インサート材料のＡｌ箔を使用せずに球状黒鉛鋳鉄母材１と軟鋼母材２とを溶接接合した場合で、その他の条件は実施例４と同じである。
【０１０９】
▲４▼実施例６の試験方法：
この場合は、溶接母材１、２にＣａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤４を塗布し、溶接棒心線５をアーク８で溶かしながら開先に溶融池を形成させる。開先面に塗布された接種剤が溶融池に溶け込み、球状黒鉛鋳鉄母材１と軟鋼母材２とが溶接接合される。そして、インサート材料のＡｌ箔は用いないが、溶接後にビード３を覆うように発熱保温剤を振りかけるものである。
【０１１０】
表１４に、実施例４、５及び６、並びに、比較例２の各試験条件の概要をまとめて示し、また、表１５に溶接条件を示す。
【０１１１】
【表１４】
【表１５】
こうして調製された球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との突合せ溶接試験片のボンド部及び溶着金属について、金属組織観察、及び硬度分布測定を行なった。試験位置は、ビード長手方向中央部でビードに直角な鉛直断面である。
【０１１４】
表１６に、上記金属組織の観察結果をまとめて示す。
ここで、チルについての評価は、前述したとおり、チル（ＨＶ５００以上）生成の有無だけによる評価ではなく、チルの大きさも考慮して、チル多い、チル有り、チル少量等と記載し、チルがあってもその大きさが４００μｍ以下の場合には、チル少量（チルが少ない）とした。そして、チル少量のものは、チル生成を微量に抑制するというこの発明の目標を達成するものである。その理由は、一般に、溶接施工体が実際に製品となる場合には、チル（ＨＶ５００以上）が４００μｍ以下なら品質検査をパスすることによるものである。
【０１１５】
【表１６】
金属組織の観察結果の特徴は次のとおりである。
〔溶着金属の組織〕
すべての試験において、溶着金属は均一なフェライト地の球状黒鉛組織となった。黒鉛粒径は、Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤を母材に塗布したときと同様に小さく、黒鉛粒数についても同様に多かった。溶着金属がフェライト化した原因としては、接着剤を使用せず、Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤を粉末のまま添加したので、非常に溶け易くなったためであると考えられる。
溶着金属では、いずれの試験でもチルは生成していなかった。
【０１１７】
〔ボンド部の組織〕
（ａ）球状黒鉛鋳鉄側ボンド部は、比較例２にはチルがあるが、実施例６及び実施例４では、チルが少量に減少し、そして、実施例５では、チルは全く生成していなかった。
（ｂ）軟鋼側ボンド部では、すべての試験で溶着金属と母材との界面に沿って、微細なパーライトとベイナイトが見られ、チルは見られなかった。
【０１１８】
表１７に、上記溶接部のビッカース硬さの測定結果をまとめて示す。
【０１１９】
【表１７】
図７、８及び９に実施例４、５及び６の測定結果を、そして図１０に比較例２の測定結果を示す。各図は、溶接部でのビード中心線からの距離とビッカース硬さとの関係を示す。溶接部のビッカース硬さの特徴は次のとおりである。
▲１▼すべての溶着金属において、ビッカース硬さは２５０〜３００ＨＶ程度に一定に分布していた。
▲２▼比較例２、並びに、実施例４及び６では、球状黒鉛鋳鉄側ボンド部には、チルが少量生成しているために、ビッカース硬さは５２０〜５８０ＨＶ程度に高くなった。
▲３▼実施例５では、チルが生成していないので、ビッカース硬さは２５０ＨＶ程度となり、硬さは最も低くなった。
▲４▼また、球状黒鉛鋳鉄側ボンド部から母材側の数点で、ビッカース硬さが３２０〜３５０ＨＶとなっているが、これは熱影響によりマトリックスが微細パーライトとなっているためである。
▲５▼軟鋼側ボンド部では、すべての試験で微細なパーライトとベイナイトとからなっているために、３８０〜４２０ＨＶ程度と低目になった。
【０１２１】
上述した試験Ｂにおいては、接種剤を母材に塗布した試験Ａに比べて、溶融池の流動性が向上し、溶接性は非常に良好であり、接種剤の溶け残りも全く見られなかった。また、接種剤を棒心線に塗布した溶接棒により溶接した場合、及び接種剤を母材に塗布して溶接した場合と比べて、溶接作業性は最も良好であった。
【０１２２】
（試験Ｃ）
試験Ｃは、球状黒鉛鋳鉄と軟鋼とのＴＩＧ溶接において、接種剤添加効果の接種剤の種別間の違いを試験したものである。
【０１２３】
試験Ｃにおける突合わせ溶接の施工方法は、図６に示した施工概要図を用いた試験Ｂにおける方法と同じで、１５μｍのＡｌ箔でＲＥ−Ｃａ−Ｓｉ、Ｃａ−Ｓｉ、又はＣａ−Ｓｉ−Ｂｉの粉末状接種剤を包んでＶ型開先の内部に置き、ＴＩＧ溶接で球状黒鉛鋳鉄母材１と軟鋼母材２とを突合わせ溶接した。
【０１２４】
溶接母材１、２の化学成分組成（表６参照）、溶接棒心線５の化学成分組成（表７の低Ｓ溶接棒−１参照）、及び溶接条件（表１５参照）も試験Ｂと同じである。Ａｌ箔の挟み込み重量（ｗAl）は、溶接部への溶け込み棒心線の重量（Ｗ）に対する割合（ｗAl／Ｗ）×１００mass％で、０．５mass％に調整した。そして後熱処理方法は溶接ビードに発熱保温剤を振りかけるものであり、試験Ｂと同じである。
【０１２５】
上記試験Ｃの共通条件下において、接種剤の種類を変えて、本発明の範囲内の溶接接合方法である実施例７、並びに、本発明の範囲外の溶接接合方法である比較例３及び４の試験を行なった。使用した接種剤の化学成分組成は、表１８に示す通りである。なお、その粒径が７５μｍ以下の粉末状接種剤で試験Ａ及びＢの場合と同じである。
【０１２６】
【表１８】
下記に各試験方法を説明する。
▲１▼実施例７の試験方法
上記共通条件下において、接種剤としてＲＥ−Ｃａ−Ｓｉを用いた溶接試験を行なった。ＲＥ−Ｃａ−Ｓｉの添加量は、溶接時に溶け込む溶接棒心線の重量を予め測定しておき、接種剤中のＲＥ重量がこの溶け込み重量に対して、溶接棒心線中のＳ含有率０．０１mass％の２．５倍、即ち、０．０２５mass％となるように調整した。
【０１２８】
▲２▼比較例３の試験方法
上記共通条件下において、接種剤としてＣａ−Ｓｉを用いて溶接試験を行なった。Ｃａ−Ｓｉの添加量は、接種剤中のＳｉ重量が上記予め測定された溶接棒心線の溶け込み重量に対して、３mass％となるように調整した。
【０１２９】
▲３▼比較例４の試験方法
上記共通条件下において、接種剤としてＣａ−Ｓｉ−Ｂｉを用いて溶接試験を行なった。Ｃａ−Ｓｉ−Ｂｉの添加量は、接種剤中のＢｉ重量が上記予め測定された溶接棒心線の溶け込み重量に対して、０．０１mass％となるように調整した。
【０１３０】
表１９に、実施例７、並びに、比較例３及び４の各試験条件の概要をまとめて示す。なお、接種剤添加効果の接種剤種別間の違いを調べるために、実施例５（表１４参照）の試験条件も併記した。
【０１３１】
【表１９】
こうして調製された球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との突合せ溶接試験片のボンド部及び溶着金属について、金属組織観察、及び硬度分布測定を行なった。試験位置は、ビード長手方向中央部でビードに直角な鉛直断面である。
【０１３３】
表２０に、上記金属組織の観察結果をまとめて示す。ここで、チルについての評価は、前述したとおり、チル（ＨＶ５００以上）生成の有無及び大きさにより評価し、チル多い、チル有り、チル少量等と記載し、チル少量のものは、この発明の目標を達成するものである。
【０１３４】
【表２０】
金属組織の観察結果の特徴は次のとおりである。
〔溶着金属の組織〕
溶着金属では、比較例３及び４にはチルが混在するが、実施例７では、パーライト基地の球状黒鉛鋳鉄組織であった。
【０１３６】
〔ボンド部の組織〕
（ａ）球状黒鉛鋳鉄側ボンド部は、比較例３及び４にはチルがあるが、実施例７ではチルが少量に減少していた。
（ｂ）軟鋼側ボンド部では、すべての試験で溶着金属と母材との界面に沿って、微細なパーライトとベイナイトが見られ、チルは見られなかった。
【０１３７】
表２１に、上記溶接部のビッカース硬さの測定結果をまとめて示す。
【０１３８】
【表２１】
図１１に実施例７の測定結果を、そして図１２及び１３にそれぞれ比較例３及び４の測定結果を示す。各図は、溶接部でのビード中心線からの距離とビッカース硬さとの関係を示す。溶接部のビッカース硬さの特徴は次のとおりである。
▲１▼比較例３及び４では、溶着金属にチルがあるので、ビッカース硬さは５００ＨＶ以上と高くなった。また、球状黒鉛鋳鉄側ボンド部では６００ＨＶ以上と高くなった。
▲２▼これに対して、実施例５は、溶着金属のビッカース硬さは２５０〜３００ＨＶと低くなっているが、これはフェライト基地となっているためである。また、球状黒鉛鋳鉄側ボンド部にはチルがないので３２０ＨＶと低くなっている。
▲３▼また、実施例７では、溶着金属のビッカース硬さは４００〜５００ＨＶとかなり低くなっているが、これはパーライト基地になっているためである。また、球状黒鉛鋳鉄側ボンド部にはチルが少なく、５１０ＨＶと比較的低くなっている。
【０１４０】
上述した試験Ｃより、接種剤としてはＣａ−Ｓｉ及びＣａ−Ｓｉ−Ｂｉに比べて、Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａ及びＲＥを含むＲＥ−Ｃａ−Ｓｉの方が接種効果が高く溶接性が良好であることがわかった。また、試験Ａにおける接種剤を母材に塗布して溶接した場合と比べて、この試験Ｃでは、溶融池の流動性が向上し、溶接性は非常に良好であり、接種剤の溶け残りも全く見られなかった。
【０１４１】
（試験Ｄ）
試験Ｄにおいては、球状黒鉛鋳鉄と軟鋼とのＴＩＧ溶接において、インサート材料間のインサート効果の違いを試験したものである。
【０１４２】
試験Ｄにおける突合わせ溶接の施工方法は、図６に示した施工概要図を用いた試験Ｂにおける方法と同じで、各種箔状のインサート材料でＣａ−Ｓｉ−Ｂａの粉末状接種剤を包んでＶ型開先の内部に置き、ＴＩＧ溶接で球状黒鉛鋳鉄母材１と軟鋼母材２とを突合わせ溶接した。溶接母材１、２の化学成分組成（表６参照）、溶接棒心線５の化学成分組成（表７の低Ｓ溶接棒−１参照）、及び溶接条件（表１５参照）も試験Ｂと同じである。
【０１４３】
使用した接種剤Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａの化学成分組成は、表８に示したものと同じであり、その粒径は７５μｍ以下の粉末状Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａで、試験Ａ及びＢで使用したものと同じである。そして、接種剤Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａの添加量は、溶接時に溶け込む溶接棒心線の重量を予め測定しておき、接種剤中のＳｉ重量がこの溶け込み重量に対して、３mass％となるように調整した。
【０１４４】
上記試験Ｄの共通条件下において、インサート材料の種類を変えて、本発明の範囲内の溶接接合方法である実施例８及び９、並びに、本発明の範囲外の溶接接合方法である比較例５の試験を行なった。使用したインサート材料の種類は、Ｎｉ、ＣｕとＡｌとの混合物、及びＣｕの３種類であり、いずれも箔状である。そして箔の厚さは、Ｎｉ及びＣｕは１００μｍでＡｌは１５μｍである。
【０１４５】
下記に各試験方法を説明する。
▲１▼実施例８の試験方法
上記共通条件下において、接種剤Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａの粉末をインサート材料としてのＮｉ箔で包んで開先内部に置いて溶接試験を行なった。Ｎｉ箔の添加量は、溶接時に溶け込む溶接棒心線の重量を予め測定しておき、Ｎｉ箔重量（ｗNi）が、溶接部への溶け込み棒心線の重量（Ｗ）に対する割合（ｗNi／Ｗ）×１００mass％で、０．５mass％になるよう調整した。溶接後、溶接ビードに発熱保温剤を振りかけて溶接部の後熱処理を行なった。
【０１４６】
▲２▼実施例９の試験方法
上記共通条件下において、接種剤Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａの粉末をインサート材料としてのＣｕ箔で包み、更にＡｌ箔で包んで開先内部に置いて溶接試験を行なった。インサート材料の添加量は、溶接時に溶け込む溶接棒心線の重量を予め測定しておき、Ｃｕ箔については、Ｃｕ箔重量（ｗCu）が、溶接部への溶け込み棒心線の重量（Ｗ）に対する割合（ｗCu／Ｗ）×１００mass％で、０．５mass％になるよう調整し、そしてＡｌ箔については、Ａｌ箔重量（ｗAl）が、溶接部への溶け込み棒心線の重量（Ｗ）に対する割合（ｗAl／Ｗ）×１００mass％で、０．５mass％になるよう調整した。溶接後、溶接ビードに発熱保温剤を振りかけて溶接部の後熱処理を行なった。
【０１４７】
▲３▼比較例５の試験方法
上記共通条件下において、接種剤Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａの粉末をインサート材料としてのＣｕ箔で包んで開先内部に置いて溶接試験を行なった。Ｃｕ箔の添加量は、溶接時に溶け込む溶接棒心線の重量を予め測定しておき、Ｃｕ箔重量（ｗCu）が、溶接部への溶け込み棒心線の重量（Ｗ）に対する割合（ｗCu／Ｗ）×１００mass％で、０．５mass％になるよう調整した。溶接後、溶接ビードに発熱保温剤を振りかけて溶接部の後熱処理を行なった。
【０１４８】
表２２に、実施例８及び９、並びに、比較例５の各試験条件の概要をまとめて示す。なお、接種剤添加効果の接種剤種別間の違いを調べるために、実施例５（表１４参照）の試験条件も併記した。
【０１４９】
【表２２】
こうして調製された球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との突合せ溶接試験片のボンド部及び溶着金属について、金属組織観察、及び硬度分布測定を行なった。試験位置は、ビード長手方向中央部でビードに直角な鉛直断面である。
【０１５１】
表２３に、上記金属組織の観察結果をまとめて示す。ここで、チルについての評価は、前述したとおり、チル（ＨＶ５００以上）生成の有無及び大きさにより評価し、チル多い、チル有り、チル少量等と記載し、チル少量のものは、この発明の目標を達成するものである。
【０１５２】
【表２３】
金属組織の観察結果の特徴は次のとおりである。
〔溶着金属の組織〕
溶着金属では、比較例５にはチルが混在するが、実施例８ではパーライト基地の球状黒鉛鋳鉄組織で、実施例９ではフェライト基地の球状黒鉛鋳鉄組織であった。
【０１５４】
〔ボンド部の組織〕
（ａ）球状黒鉛鋳鉄側ボンド部は、比較例５にはチルがあるが、実施例８ではチルが少量に減少し、そして、実施例９ではチルは全く生成していなかった。
（ｂ）軟鋼側ボンド部では、すべての試験で溶着金属と母材との界面に沿って、微細なパーライトとベイナイトが見られ、チルは見られなかった。
【０１５５】
表２４に、上記溶接部のビッカース硬さの測定結果をまとめて示す。
【０１５６】
【表２４】
図１４及び１５に実施例８及び９の測定結果を、そして図１６に比較例５の測定結果を示す。各図は、溶接部でのビード中心線からの距離とビッカース硬さとの関係を示す。溶接部のビッカース硬さの特徴は次のとおりである。
▲１▼比較例５では、溶着金属にチルがあるので、ビッカース硬さは４１０〜５２０ＨＶと高くなった。また、球状黒鉛鋳鉄側ボンド部ではチルがあるので６５０ＨＶ以上と高くなった。
▲２▼これに対して、実施例８では、溶着金属のビッカース硬さは３２０〜４００ＨＶと低くなっているが、これはパーライト基地となっているためである。また、球状黒鉛鋳鉄側ボンド部にはチルが少ないので４２０ＨＶと低くなっている。
▲３▼また、実施例９では、溶着金属のビッカース硬さは２５０〜３００ＨＶと更に低くなっているが、これはフェライト基地になっているためである。また、球状黒鉛鋳鉄側ボンド部にはチルがないので、４９０ＨＶと低くなっている。
【０１５８】
上述した試験Ｄより、インサート材料としてはＣｕ箔ではチル生成の抑制効果は不十分であるが、Ｃｕ箔とＡｌ箔との共同添加、及び、Ｎｉ箔添加によりチル生成の抑制乃至防止効果があることがわかった。また、この試験Ｄにおいても、溶融池の流動性がよく、溶接性は非常に良好であり、接種剤の溶け残りは全く見られなかった。
【０１５９】
以上、詳述したように、本発明の溶接接合用溶接材料、及びその溶接接合方法を実施すれば、球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との溶接接合が良好に行われうることが明らかとなった。また、上記は球状黒鉛鋳鉄母材と軟鋼母材との溶接接合用溶接材料及び溶接接合方法に関する説明であるが、球状黒鉛鋳鉄の補修溶接及び補修溶接方法においては、一般に、溶融池の冷却・凝固速度が上記実施例での突合わせ溶接時の状態に類似している。従って、球状黒鉛鋳鉄の補修溶接の状態は、上述した球状黒鉛鋳鉄母材と軟鋼母材との異材溶接における球状黒鉛鋳鉄母材側における溶接結果から推定される。よって、この発明の球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との溶接接合用溶接材料及び溶接接合方法を実施することにより、球状黒鉛鋳鉄の補修溶接及び補修溶接方法についても良好に行われうることがわかる。
【０１６０】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、従来困難とされていた球状黒鉛鋳鉄部材と軟鋼部材との異材溶接を良好に行なうことができ、また、球状黒鉛鋳鉄の補修溶接を良好に行なうことができる、溶接材料及び溶接方法を提供することができ、工業上極めて有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実施するための突合わせ溶接の施工概要図である。
【図２】実施例１における溶接部でのビード中心線からの距離とビッカース硬さとの関係を示すグラフである。
【図３】実施例２における溶接部でのビード中心線からの距離とビッカース硬さとの関係を示すグラフである。
【図４】実施例３における溶接部でのビード中心線からの距離とビッカース硬さとの関係を示すグラフである。
【図５】比較例１における溶接部でのビード中心線からの距離とビッカース硬さとの関係を示すグラフである。
【図６】本発明の他の方法を実施するための突合わせ溶接の施工概要図である。
【図７】実施例４における溶接部でのビード中心線からの距離とビッカース硬さとの関係を示すグラフである。
【図８】実施例５における溶接部でのビード中心線からの距離とビッカース硬さとの関係を示すグラフである。
【図９】実施例６における溶接部でのビード中心線からの距離とビッカース硬さとの関係を示すグラフである。
【図１０】比較例２における溶接部でのビード中心線からの距離とビッカース硬さとの関係を示すグラフである。
【図１１】実施例７における溶接部でのビード中心線からの距離とビッカース硬さとの関係を示すグラフである。
【図１２】比較例３における溶接部でのビード中心線からの距離とビッカース硬さとの関係を示すグラフである。
【図１３】比較例４における溶接部でのビード中心線からの距離とビッカース硬さとの関係を示すグラフである。
【図１４】実施例８における溶接部でのビード中心線からの距離とビッカース硬さとの関係を示すグラフである。
【図１５】実施例９における溶接部でのビード中心線からの距離とビッカース硬さとの関係を示すグラフである。
【図１６】比較例５における溶接部でのビード中心線からの距離とビッカース硬さとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 球状黒鉛鋳鉄母材
２ 軟鋼母材
３ 開先部
３ａ Ｉ型開先
３ｂ Ｖ型開先
４ Ｃａ−Ｓｉ−Ｂａ接種剤
５ 溶接棒心線
６ アルミニウム箔
７ 電極
８ アーク
Claims (14)
- 棒心線と溶接用インサート材料と接種剤とで構成され、前記棒心線は過共晶片状黒鉛鋳鉄からなり、前記インサート材料は鋳鉄の黒鉛化を促進させる金属又は合金からなり、そして前記接種剤は前記インサート材料で覆われた形態で前記インサート材料と共に溶接母材に埋められており、前記インサート材料の鋳鉄の黒鉛化を促進させる金属又は合金は、アルミニウム若しくはアルミニウム合金、ニッケル若しくはニッケル合金、及び、アルミニウム若しくはアルミニウム合金と銅若しくは銅合金との混合物からなる群から選ばれたいずれか一種のインサート材料であり、前記接種剤は、Ｃａ−Ｓｉ−ＢａまたはＲＥ−Ｃａ−Ｓｉからなっていることを特徴とする、球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との溶接接合用溶接材料。
- 棒心線と溶接用インサート材料と接種剤とで構成され、前記棒心線は過共晶片状黒鉛鋳鉄からなり、前記インサート材料は鋳鉄の黒鉛化を促進させる金属又は合金からなり、そして前記接種剤は溶接母材に塗布されており、前記インサート材料の鋳鉄の黒鉛化を促進させる金属又は合金は、アルミニウム若しくはアルミニウム合金、ニッケル若しくはニッケル合金、及び、アルミニウム若しくはアルミニウム合金と銅若しくは銅合金との混合物からなる群から選ばれたいずれか一種のインサート材料であり、前記接種剤は、Ｃａ−Ｓｉ−ＢａまたはＲＥ−Ｃａ−Ｓｉからなっていることを特徴とする、球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との溶接接合用溶接材料。
- 前記棒心線は、
Ｃ ：３．３〜３．８mass％、及び、
Ｓｉ：４．０〜５．０mass％
を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、且つ、Ｃ（mass％）＋０．３１×Ｓｉ（mass％）で表わされる炭素当量、ＣＥ値が、４．８〜５．３の範囲内にある化学成分組成を有することを特徴とする、請求項１または２に記載された、球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との溶接接合用溶接材料。 - 球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との溶接接合に際し、請求項１〜３の内いずれか一つに記載された溶接接合用溶接材料を用いることを特徴とする、球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との溶接接合方法。
- 請求項１〜３の内いずれか一つに記載された溶接接合用溶接材料を用いて、球状黒鉛鋳鉄と軟鋼とを溶接接合する方法であって、前記溶接接合が終わった後に当該溶接接合部に後熱処理を施し、前記後熱処理は、フュージョン処理または発熱保温剤振りかけからなっていることを特徴とする、球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との溶接接合方法。
- 棒心線と接種剤とで構成され、前記棒心線は過共晶片状黒鉛鋳鉄からなり、そして前記接種剤は当該接種剤単独で溶接母材に埋められている球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との溶接接合用溶接材料を用いて、球状黒鉛鋳鉄と軟鋼とを溶接接合する方法であって、前記溶接接合が終わった後に当該溶接接合部に後熱処理を施し、前記接種剤は、Ｃａ−Ｓｉ−ＢａまたはＲＥ−Ｃａ−Ｓｉからなっており、前記後熱処理は、フュージョン処理または発熱保温剤振りかけからなっていることを特徴とする、球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との溶接接合方法。
- 棒心線と接種剤とで構成され、前記棒心線は過共晶片状黒鉛鋳鉄からなり、そして前記接種剤は溶接母材に塗布されている球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との溶接接合用溶接材料を用いて、球状黒鉛鋳鉄と軟鋼とを溶接接合する方法であって、前記溶接接合が終わった後に当該溶接接合部に後熱処理を施し、前記接種剤は、Ｃａ−Ｓｉ−ＢａまたはＲＥ−Ｃａ−Ｓｉからなっており、前記後熱処理は、フュージョン処理または発熱保温剤振りかけからなっていることを特徴とする、球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との溶接接合方法。
- 請求項４又は５に記載された発明の内、鋳鉄の黒鉛化を促進させる前記インサート材料が、アルミニウム若しくはアルミニウム合金、ニッケル若しくはニッケル合金、及び、アルミニウム若しくはアルミニウム合金と銅若しくは銅合金との混合物からなる群から選ばれたいずれか一種のインサート材料である場合において、前記溶接接合時に溶接部に挿入する前記選ばれたインサート材料の重量（ｗin）を、前記溶接部に溶け込む棒心線の重量（Ｗ）に対する割合（ｗin／Ｗ）×１００mass％で、
（ｗin／Ｗ）×１００＝０．３〜１．５（mass％）------------（１）
の範囲内に調整することを特徴とする、球状黒鉛鋳鉄と軟鋼との溶接接合方法。 - 請求項１〜３の内いずれか一つに記載された溶接材料からなることを特徴とする、球状黒鉛鋳鉄の溶接補修用溶接材料。
- 球状黒鉛鋳鉄の溶接補修に際し、請求項９に記載された溶接補修用溶接材料を用いることを特徴とする、球状黒鉛鋳鉄の溶接補修方法。
- 請求項９に記載された溶接補修用溶接材料の内、いずれか一つの溶接補修用溶接材料を用いて、球状黒鉛鋳鉄を溶接補修する方法であって、前記溶接補修が終わった後に当該溶接補修部に後熱処理を施し、前記後熱処理は、フュージョン処理または発熱保温剤振りかけからなっていることを特徴とする、球状黒鉛鋳鉄の溶接補修方法。
- 棒心線と接種剤とで構成され、前記棒心線は過共晶片状黒鉛鋳鉄からなり、そして前記接種剤は当該接種剤単独で溶接母材に埋められている球状黒鉛鋳鉄の溶接補修用溶接材料を用いて、球状黒鉛鋳鉄を溶接補修する方法であって、前記溶接補修が終わった後に当該溶接補修部に後熱処理を施し、前記接種剤は、Ｃａ−Ｓｉ−ＢａまたはＲＥ−Ｃａ−Ｓｉからなっており、前記後熱処理は、フュージョン処理または発熱保温剤振りかけからなっていることを特徴とする、球状黒鉛鋳鉄の溶接補修方法。
- 棒心線と接種剤とで構成され、前記棒心線は過共晶片状黒鉛鋳鉄からなり、そして前記接種剤は当該溶接母材に塗布されている球状黒鉛鋳鉄の溶接補修用溶接材料を用いて、球状黒鉛鋳鉄を溶接補修する方法であって、前記溶接補修が終わった後に当該溶接補修部に後熱処理を施し、前記接種剤は、Ｃａ−Ｓｉ−ＢａまたはＲＥ−Ｃａ−Ｓｉからなっており、前記後熱処理は、フュージョン処理または発熱保温剤振りかけからなっていることを特徴とする、球状黒鉛鋳鉄の溶接補修方法。
- 請求項１０又は１１に記載された発明の内、鋳鉄の黒鉛化を促進させる前記インサート材料が、アルミニウム若しくはアルミニウム合金、ニッケル若しくはニッケル合金、及び、アルミニウム若しくはアルミニウム合金と銅若しくは銅合金との混合物、からなる群から選ばれたいずれか一種のインサート材料である場合において、前記溶接補修時に溶接部に挿入する前記選ばれたインサート材料の重量（ｗM,in）を、前記溶接部に溶け込む棒心線の重量（Ｗ）に対する割合（ｗM,in／Ｗ）×１００mass％で、
（ｗM,in／Ｗ）×１００＝０．３〜１．５（mass％）----------（２）
の範囲内に調整することを特徴とする、球状黒鉛鋳鉄の溶接補修方法。
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