JP7585082B2 - Metallic flux-cored wire for Ar-CO2 mixed gas shielded arc welding - Google Patents
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Description
本発明は、Ａｒ－ＣＯ２混合ガスシールドアーク溶接用メタル系フラックス入りワイヤに関し、高電流域で溶接(スプレー移行)をする際に、アークが安定してスパッタ発生量、そして特にスラグの生成量が極めて少なく、ビード外観・形状が良好で耐割れ性も優れ、かつ、適正な耐力、強度及び低温靭性を有する溶接金属を得る上で好適なＡｒ－ＣＯ２混合ガスシールドアーク溶接用メタル系フラックス入りワイヤに関する。 The present invention relates to a metal-based flux-cored wire for Ar- CO2 mixed gas shielded arc welding, which is suitable for obtaining a weld metal having a stable arc, extremely small amounts of spatter and, in particular, slag generation, good bead appearance and shape, and excellent cracking resistance when welding (spray transfer ) in a high current range, as well as appropriate proof stress, strength, and low-temperature toughness.
ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、高能率で溶接作業性に優れており、建築、鉄骨及び海洋構造物等の分野に広く使用されている。特にメタル系フラックス入りワイヤは、ルチール系や塩基性系のようなスラグ生成量が多いフラックス入りワイヤと比較してスラグ生成量が少なく、かつ、連続多パス溶接におけるスラグ除去作業が簡便であるために、開先内を連続多パス溶接する条件では好まれて使用されている。 Flux-cored wire for gas-shielded arc welding is highly efficient and has excellent welding workability, and is widely used in fields such as architecture, steel frames, and marine structures. Metal-based flux-cored wire in particular produces less slag compared to rutile-based or basic-based flux-cored wires, which produce a lot of slag, and slag removal work in continuous multi-pass welding is easy, so it is preferred for use under conditions where continuous multi-pass welding is performed inside the groove.
中でもＡｒ－ＣＯ２混合ガスシールドアーク溶接用メタル系フラックス入りワイヤは、ソリッドワイヤやＣＯ２ガスシールドアーク溶接用メタル系フラックス入りワイヤと比較して溶滴が小粒であるため、大粒のスパッタが発生せず、ビード外観・形状が良好である。また、ＭｎやＳｉなどの合金剤や脱酸剤の酸化によるスラグ化の度合いが小さいため、スラグ生成量を少なくすることができる。さらに、溶接金属の低酸素化により溶接金属の低温靭性の向上に有効であるために広く適用されている。 Among them, metal-based flux-cored wire for Ar- CO2 mixed gas shielded arc welding has smaller droplets than solid wire or metal-based flux-cored wire for CO2 gas shielded arc welding, so large spatters are not generated and the bead appearance and shape are good. In addition, the degree of slag formation due to oxidation of alloying agents such as Mn and Si and deoxidizers is small, so the amount of slag generated can be reduced. Furthermore, it is widely used because it is effective in improving the low-temperature toughness of the weld metal by reducing the oxygen content of the weld metal.
Ａｒ－ＣＯ２混合ガスシールドアーク溶接用メタル系フラックス入りワイヤは、これまでに各種の開発が進められている。例えば、特許文献１には、水平すみ肉溶接においてスラグの生成量が少なく、ビード形状がフラットなビードを得ることができる混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。しかし、特許文献１に記載のフラックス入りワイヤは、十分な溶接金属の０．２％耐力、強度及び低温靭性が得られない。
Various developments have been made so far regarding metal-based flux-cored wires for Ar- CO2 mixed gas shielded arc welding. For example,
また、特許文献２には、合金粉末を多く含み、低温靭性に優れた混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが開示されており、特許文献３には、アーク安定性が良好で、スパッタ発生量が少ない等溶接作業性が良好であり、かつ、低温靭性に優れた混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。しかし、特許文献２や特許文献３に記載のフラックス入りワイヤはＴｉを含有しているために、Ｔｉ酸化物が多く生成され、スラグの生成量が多くなり、溶接作業性が劣化する問題点があった。
本発明は上述した問題点を鑑みて案出されたものであり、鋼構造物などに使用される耐力４６０ＭＰａ以上の高張力鋼のガスシールドアーク溶接にあたり、高電流域でのアーク溶接においてアーク安定性が良好でスパッタ発生量、また特にスラグ生成量が極めて少なく、さらにはビード外観・形状が良好で耐割れ性にも優れ、さらに耐力、強度、低温靭性が良好な溶接金属が得られるＡｒ－ＣＯ２混合ガスシールドアーク溶接用メタル系フラックス入りワイヤを提供することを目的とする。 The present invention has been devised in consideration of the above-mentioned problems, and has an object to provide a metal-based flux-cored wire for Ar-CO2 mixed gas shielded arc welding, which, in gas shielded arc welding of high tensile steel having a proof stress of 460 MPa or more used in steel structures and the like, provides good arc stability in arc welding in a high current range, extremely small amounts of spatter generation and, in particular, slag generation, good bead appearance and shape, excellent cracking resistance, and a weld metal having good proof stress, strength, and low temperature toughness.
本発明者らは上述した問題点を解決する目的から耐力４６０ＭＰａ以上の高張力鋼のガスシールドアーク溶接において、Ａｒ－ＣＯ２混合ガスシールドアーク溶接用メタル系フラックス入りワイヤについて、アーク安定性がよく、特にスラグ生成量が極めて少なく、ビード外観・形状に優れているなど溶接作業性が良好で、耐力、強度及び低温靭性に優れた溶接金属を得るべく、種々の検討を行った。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted various studies on a metal-based flux-cored wire for Ar- CO2 mixed gas shielded arc welding of high tensile steel with a yield strength of 460 MPa or more, in order to obtain a weld metal having good arc stability, particularly an extremely small amount of slag generation, excellent bead appearance and shape, and other favorable welding workability, as well as excellent yield strength, strength, and low-temperature toughness.
その結果、メタル系フラックス入りワイヤのＳを適量にすることでスラグの凝集効果が得られ、ビード外観が良好になる効果が得られることを見出した。また、ＳｉやＭｎを適量にすることでスラグの生成量を少なくし、かつビード外観・形状がさらに良好になるなど溶接作業性を良好にすると同時に溶接金属の耐力や強度、低温靭性を良好にすることを見出した。また、Ｓｉ酸化物を微量含有させることでビード外観・形状を良好にし、金属弗化物のＦ換算値の合計、Ｎａ酸化物とＫ酸化物のＮａ２Ｏ換算値とＫ２Ｏ換算値の合計を適量にすることでアーク安定性を良好し、スパッタ発生量を少なくできることを見出した。 As a result, it was found that an appropriate amount of S in a metal-based flux-cored wire can provide a slag coagulation effect and improve the bead appearance. It was also found that an appropriate amount of Si and Mn can reduce the amount of slag produced, improve the bead appearance and shape, and improve welding workability while improving the yield strength, strength, and low-temperature toughness of the weld metal. It was also found that an appropriate amount of Si oxide can improve the bead appearance and shape, and that an appropriate amount of the total F-equivalent value of the metal fluorides and the total Na 2 O-equivalent value and K 2 O-equivalent value of the Na oxide and K oxide can improve the arc stability and reduce the amount of spatter generation.
さらに、Ｎｉを適量添加することにより溶接金属の低温靭性をさらに向上させることを見出した。 Furthermore, it was found that adding an appropriate amount of Ni further improves the low-temperature toughness of the weld metal.
すなわち、本発明の要旨は次のとおりである。 In other words, the gist of the present invention is as follows:
鋼製外皮にフラックスを充填してなるＡｒ-ＣＯ２混合ガスシールドアーク溶接用メタル系フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量に対する質量％で、鋼製外皮とフラックスの合計で、Ｃ：０．０４～０．１０％、Ｓｉ：０．５５～１．２０％、Ｍｎ：１．７０～２．１５％、Ｓ：０．０２５～０．０５％を含有し、かつ、前記Ｍｎ、Ｓ及びＳｉが下記式で１．８０～３．５０であり、さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックス中に、Ｓｉ酸化物：ＳｉＯ２換算値で０．０１～０．２０％、金属弗化物：Ｆ換算値の合計で０．００５～０．１０％、Ｎａ酸化物及びＫ酸化物の１種または２種以上：Ｎａ２Ｏ換算値とＫ２Ｏ換算値の合計で０．０２～０．１０％を含有し、残部が鋼製外皮のＦｅ、フラックス中の鉄粉、鉄合金粉のＦｅ分及び不可避不純物からなることを特徴とする。
（［Ｍｎ］＋［Ｓ］）／［Ｓｉ］・・・・式
但し、［ ］は、各成分のワイヤ全質量に対する質量％を示す。
A metal-based flux-cored wire for Ar- CO2 mixed gas shielded arc welding, which is made by filling a steel sheath with flux, contains, in mass % relative to the total mass of the wire, C: 0.04 to 0.10%, Si: 0.55 to 1.20%, Mn: 1.70 to 2.15%, S: 0.025 to 0.05%, in total of the steel sheath and flux, and the Mn, S and Si are 1.80 to 3.50 according to the following formula, and further contains, in mass % relative to the total mass of the wire, Si oxide: 0.01 to 0.20% in SiO2 conversion value, metal fluoride: 0.005 to 0.10% in total in F conversion value, one or more of Na oxide and K oxide: Na2O conversion value and K2O conversion value. The steel contains 0.02 to 0.10% in total calculated as O, with the remainder consisting of Fe in the steel sheath, iron powder in the flux, Fe in the iron alloy powder, and unavoidable impurities.
([Mn] + [S]) / [Si] where [ ] indicates the mass % of each component relative to the total mass of the wire.
また、ワイヤ全質量に対する質量％で、鋼製外皮とフラックスの合計で、Ｎｉ：１．５％以下をさらに含有することを特徴とするＡｒ－ＣＯ２混合ガスシールドアーク溶接用メタル系フラックス入りワイヤにある。 The present invention also provides a metal-based flux-cored wire for Ar- CO2 mixed gas shielded arc welding, further containing, in mass % relative to the total mass of the wire, 1.5% or less of Ni in terms of the total of the steel sheath and flux.
本発明のＡｒ－ＣＯ２混合ガスシールドアーク溶接用メタル系フラックス入りワイヤによれば、耐力４６０ＭＰａ以上の高張力鋼の鋼構造物の溶接に際し、スラグ生成量が極めて少なく、良好なビード外観・形状が得られ、さらに適正な耐力及び強度と優れた低温靭性を有する溶接金属が得られるため、溶接能率の向上及び溶接部の品質の向上を図ることができる。 According to the metal-based flux-cored wire for Ar- CO2 mixed gas shielded arc welding of the present invention, when welding a steel structure made of high tensile steel having a yield strength of 460 MPa or more, the amount of slag generated is extremely small, good bead appearance and shape can be obtained, and furthermore, a weld metal having appropriate yield strength and strength and excellent low-temperature toughness can be obtained, so that the welding efficiency and the quality of the weld can be improved.
以下、本発明を適用したＡｒ－ＣＯ２混合ガスシールドアーク溶接用メタル系フラックス入りワイヤの成分組成及びその含有量と、各成分組成の限定理由について説明する。なお、成分組成の含有量はフラックス入りワイヤ全質量に対する質量％で表すこととし、その質量％を表すときには単に％と記載し表すこととする。 The composition and content of the metal-based flux-cored wire for Ar- CO2 mixed gas shielded arc welding to which the present invention is applied, and the reasons for limiting each component will be described below. The content of each component will be expressed as mass% relative to the total mass of the flux-cored wire, and when expressing the mass%, it will be simply written as %.
[鋼製外皮とフラックスの合計でＣ：０．０４～０．１０％]
Ｃは、溶接金属の強度を向上させる効果がある。Ｃが０．０４％未満では、十分な溶接金属の強度が得られない。一方、Ｃが０．１０％を超えると、溶接金属中にＣが過剰に歩留り、溶接金属の強度が高くなり、低温靭性が低下する。また、Ｃが０．１０％を超えると、アークが強くなるために、溶接中のスパッタ発生量が増加する。従って、鋼製外皮とフラックスの合計で、Ｃは０．０４～０．１０％とする。なお、Ｃは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属粉及び合金粉末等から添加できる。
[Steel sheath and flux combined C: 0.04-0.10%]
C has the effect of improving the strength of the weld metal. If C is less than 0.04%, sufficient weld metal strength cannot be obtained. On the other hand, if C exceeds 0.10%, C is excessively retained in the weld metal, the strength of the weld metal increases, and the low-temperature toughness decreases. Furthermore, if C exceeds 0.10%, the arc becomes stronger, and the amount of spatter generated during welding increases. Therefore, the total C content of the steel sheath and the flux is set to 0.04 to 0.10%. Note that C can be added from the components contained in the steel sheath, as well as from metal powder and alloy powder from the flux.
[鋼製外皮とフラックスの合計でＳｉ：０．５５～１．２０％]
Ｓｉは溶接金属の強度及び靭性を向上させる効果がある。またＳｉは、溶融金属の粘性を大きくしてビード外観・形状を良好にする効果がある。さらにＳｉは、スラグの生成量を調整する効果がある。Ｓｉが０．５５％未満では、溶接金属の強度及び低温靭性が低下する。また、Ｓｉが０．５５％未満であると、溶融金属の粘性が低下するため、ビード形状が凸状となり、ビード外観も悪くなる。一方、Ｓｉが１．２０％を超えると、Ｓｉが溶接金属中に過剰に歩留まり、溶接金属の強度が高くなり、低温靭性が低下する。また、Ｓｉが１．２０％を超えると、スラグの生成量が多くなる。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＳｉは０．５５～１．２０％とする。なお、Ｓｉは鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスから金属Ｓｉ、Ｆｅ－Ｓｉ、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｍｎ等の合金粉末から添加できる。
[Steel sheath and flux combined: Si: 0.55-1.20%]
Si has the effect of improving the strength and toughness of the weld metal. In addition, Si has the effect of increasing the viscosity of the molten metal to improve the bead appearance and shape. In addition, Si has the effect of adjusting the amount of slag generated. If the Si content is less than 0.55%, the strength and low-temperature toughness of the weld metal decrease. If the Si content is less than 0.55%, the viscosity of the molten metal decreases, so the bead shape becomes convex and the bead appearance also deteriorates. On the other hand, if the Si content exceeds 1.20%, Si is excessively retained in the weld metal, the strength of the weld metal increases, and the low-temperature toughness decreases. If the Si content exceeds 1.20%, the amount of slag generated increases. Therefore, the total Si content of the steel sheath and the flux is set to 0.55 to 1.20%. In addition to the components contained in the steel sheath, Si can be added from the flux as metal Si, Fe-Si, Fe-Si-Mn, or other alloy powders.
[鋼製外皮とフラックスの合計でＭｎ：１．７０～２．１５％]
Ｍｎは、脱酸剤として作用するとともに、溶接金属の強度と低温靭性を向上させる効果がある。Ｍｎが１．７０％未満では、溶接金属の強度及び低温靭性が低下する。一方、Ｍｎが２．１５％を超えると、Ｍｎが溶接金属中に過剰に歩留まり、溶接金属の強度が高くなって低温靭性が低下する。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＭｎは１．７０～２．１５％とする。なお、Ｍｎは鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスから金属Ｍｎ、Ｆｅ－Ｍｎ、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｍｎ等の合金粉末から添加できる。
[Mn: 1.70-2.15% in total for steel sheath and flux]
Mn acts as a deoxidizer and has the effect of improving the strength and low-temperature toughness of the weld metal. If the Mn content is less than 1.70%, the strength and low-temperature toughness of the weld metal decrease. On the other hand, if the Mn content exceeds 2.15%, Mn is excessively retained in the weld metal, which increases the strength of the weld metal and decreases the low-temperature toughness. Therefore, the total Mn content of the steel sheath and flux is set to 1.70 to 2.15%. Note that Mn can be added from the components contained in the steel sheath, as well as from alloy powders such as metallic Mn, Fe-Mn, and Fe-Si-Mn from the flux.
[鋼製外皮とフラックスの合計でＳ:０．０２５～０．０５％]
Ｓは、マランゴニ効果により、溶融スラグを凝集させる効果がある。また、溶融スラグは凝集し溶接ビードの止端部に付着するため、スラグ剥離後では良好なビード外観が得られる。Ｓが０．０２５％未満では、溶融スラグの凝集が起こらず、ビードの中心にスラグが付着しビード外観が劣る。一方、Ｓが０．０５％を超えると、溶接金属の低温靭性が低下する。また、Ｓが０．０５％を超えると、凝集する溶融スラグのサイズが大きくなり、スラグの生成量も増加する。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＳは０．０２５～０．０５％とする。なお、Ｓは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスから金属粉、合金粉及び硫化鉄等から添加できる。
[Sulfur content in steel sheath and flux: 0.025-0.05%]
S has the effect of agglomerating molten slag due to the Marangoni effect. In addition, the molten slag aggregates and adheres to the toe of the weld bead, resulting in a good bead appearance after slag removal. If S is less than 0.025%, the molten slag does not aggregate, and the slag adheres to the center of the bead, resulting in poor bead appearance. On the other hand, if S exceeds 0.05%, the low-temperature toughness of the weld metal decreases. Also, if S exceeds 0.05%, the size of the aggregated molten slag increases, and the amount of slag generated also increases. Therefore, the total S content of the steel sheath and flux is set to 0.025 to 0.05%. In addition to the components contained in the steel sheath, S can be added from the flux, metal powder, alloy powder, iron sulfide, etc.
[鋼製外皮とフラックスの合計で（［Ｍｎ］＋［Ｓ］）／［Ｓｉ］：１．８０～３．５０]
前述のＭｎ、Ｓ及びＳｉにおいて、（［Ｍｎ］＋［Ｓ］）／［Ｓｉ］、（但し、［ ］は、各成分のワイヤ全質量に対する質量％を示す。）で得られる値を適正とすることによって、スラグ生成量を少なくするとともにビード外観を良好にする。（［Ｍｎ］＋［Ｓ］）／［Ｓｉ］が１．８０未満では、スラグの生成量が増加する。一方、（［Ｍｎ］＋［Ｓ］）／［Ｓｉ］が３．５０を超えるとビード表面が滑らかにならず、ビード外観が悪くなる。従って、鋼製外皮とフラックスの合計で（［Ｍｎ］＋［Ｓ］）／［Ｓｉ］は１．８０～３．５０とする。
[Total of steel sheath and flux: ([Mn] + [S])/[Si]: 1.80-3.50]
In the above-mentioned Mn, S, and Si, the amount of slag produced is reduced and the bead appearance is improved by optimizing the value obtained by ([Mn] + [S])/[Si] (where [ ] indicates the mass percentage of each component relative to the total mass of the wire). If ([Mn] + [S])/[Si] is less than 1.80, the amount of slag produced increases. On the other hand, if ([Mn] + [S])/[Si] exceeds 3.50, the bead surface does not become smooth and the bead appearance deteriorates. Therefore, the total of ([Mn] + [S])/[Si] for the steel sheath and flux is set to 1.80 to 3.50.
[フラックス中のＳｉ酸化物：ＳｉＯ２換算値の合計で０．０１～０．２０％]
Ｓｉ酸化物はビード止端部のなじみを良好にしてビード外観・形状を良好にする。しかし、一方でスラグの生成量が増加し、かつ、溶接金属中の酸素量が増加するために、Ｓｉ酸化物の添加量を制限する必要がある。Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値の合計が０．０１未満では、ビード止端部のなじみが悪くなり、また、ビード外観・形状が悪くなる。一方、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値の合計が０．２０％を超えると、溶接金属中の酸素量が増加し、低温靭性が低下する。従って、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値の合計は０．０１～０．２０％とする。なお、Ｓｉ酸化物はフラックスからの珪砂、正長石、珪酸ソーダ及び珪酸カリからなる水ガラスの固質成分等から添加できる。
[Si oxides in flux: 0.01-0.20% in total in terms of SiO2 ]
Silicon oxides improve the conformity of the bead toe and improve the bead appearance and shape. However, on the other hand, the amount of slag generated increases and the amount of oxygen in the weld metal increases, so it is necessary to limit the amount of silicon oxides added. If the total of the SiO2 equivalents of silicon oxides is less than 0.01, the conformity of the bead toe becomes poor and the bead appearance and shape become poor. On the other hand, if the total of the SiO2 equivalents of silicon oxides exceeds 0.20%, the amount of oxygen in the weld metal increases and the low-temperature toughness decreases. Therefore, the total of the SiO2 equivalents of silicon oxides is set to 0.01 to 0.20%. Silicon oxides can be added from silica sand from the flux, orthoclase, and solid components of water glass made of sodium silicate and potassium silicate.
[フラックス中の金属弗化物：Ｆ換算値の合計で０．００５～０．１０％]
金属弗化物は、アークを安定化させる効果がある。金属弗化物のＦ換算値の合計が０．００５％未満では、アークが弱くなり不安定となる。一方、金属弗化物のＦ換算値の合計が０．１０％を超えると、アークの強さが過剰となり、スパッタ発生量が増加する。従って金属弗化物のＦ換算値の合計は０．００５～０．１０％とする。なお、金属弗化物はＣａＦ２、ＮａＦ、ＬｉＦ、ＭｇＦ２、Ｋ２ＳｉＦ６、Ｎａ３ＡｌＦ６、ＡｌＦ６等から添加でき、Ｆ換算値はこれらに含有されるＦ含有量の合計である。
[Metal fluorides in flux: Total F conversion value 0.005-0.10%]
Metal fluorides have the effect of stabilizing the arc. If the total F-converted value of the metal fluorides is less than 0.005%, the arc becomes weak and unstable. On the other hand, if the total F-converted value of the metal fluorides exceeds 0.10%, the arc becomes excessively strong and the amount of spatter generation increases. Therefore, the total F-converted value of the metal fluorides is set to 0.005-0.10%. Note that metal fluorides can be added from CaF 2 , NaF, LiF, MgF 2 , K 2 SiF 6 , Na 3 AlF 6 , AlF 6 , etc., and the F-converted value is the total F content contained in these.
[フラックス中のＮａ酸化物及びＫ酸化物の１種または２種以上：Ｎａ２Ｏ換算値とＫ２Ｏ換算値の合計で０．０２～０．１０％]
Ｎａ酸化物及びＫ酸化物はアーク安定剤として作用し、アークの安定性を良好にする効果がある。Ｎａ酸化物及びＫ酸化物の１種または２種以上のＮａ２Ｏ換算値とＫ２Ｏ換算値の合計が０．０２％未満では、アークが不安定となって、スパッタ発生量が増加する。一方、Ｎａ酸化物及びＫ酸化物の１種または２種以上のＮａ２Ｏ換算値とＫ２Ｏ換算値の合計が０．１０％を超えると、アーク長が長くなりアークが不安定となって、スパッタ発生量が増加する。従って、フラックス中のＮａ酸化物及びＫ酸化物の１種または２種以上のＮａ２Ｏ換算値とＫ２Ｏ換算値の合計は０．０２～０．１０％とする。なお、Ｎａ酸化物及びＫ酸化物は、珪酸ソーダ及び珪酸カリからなる水ガラスの固質成分、カリ長石、Ｎａ２Ｔｉ３Ｏ７等の粉末から添加できる。
[One or more of Na oxide and K oxide in flux: 0.02 to 0.10% in terms of Na 2 O and K 2 O in total]
Na oxide and K oxide act as arc stabilizers and have the effect of improving the stability of the arc. If the total of the Na 2 O equivalent value and K 2 O equivalent value of one or more of Na oxide and K oxide is less than 0.02%, the arc becomes unstable and the amount of spatter generation increases. On the other hand, if the total of the Na 2 O equivalent value and K 2 O equivalent value of one or more of Na oxide and K oxide exceeds 0.10%, the arc length becomes long, the arc becomes unstable, and the amount of spatter generation increases. Therefore, the total of the Na 2 O equivalent value and K 2 O equivalent value of one or more of Na oxide and K oxide in the flux is 0.02 to 0.10%. Na oxide and K oxide can be added from powders such as solid components of water glass made of sodium silicate and potassium silicate, potassium feldspar, and Na 2 Ti 3 O 7 .
[鋼製外皮とフラックスの合計でＮｉ：１．５％以下]
Ｎｉは溶接金属の低温靭性をさらに向上させる効果がある。しかし、Ｎｉが１．５％を超えると溶接金属の強度が過剰となり、高温割れが発生しやすくなる。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＮｉは１．５％以下とする。なお、低温靭性向上の効果を得るために、Ｎｉは０．３％以上であることが好ましい。さらに低温での靭性を向上させるためには、Ｎｉを０．５％以上とすることが好ましい。Ｎｉは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｎｉ、Ｆｅ－Ｎｉ等の金属粉末から添加できる。
[Ni content in steel sheath and flux combined: 1.5% or less]
Ni has the effect of further improving the low-temperature toughness of the weld metal. However, if Ni exceeds 1.5%, the strength of the weld metal becomes excessive, and hot cracking becomes more likely to occur. Therefore, the total Ni content of the steel sheath and flux is set to 1.5% or less. In order to obtain the effect of improving low-temperature toughness, Ni is preferably 0.3% or more. In order to further improve toughness at low temperatures, Ni is preferably 0.5% or more. Ni can be added from the components contained in the steel sheath, metallic Ni from the flux, metal powder such as Fe-Ni, etc.
本発明のＡｒ－ＣＯ２混合ガスシールドアーク溶接用メタル系フラックス入りワイヤの残部は鋼製外皮のＦｅ、フラックス中の鉄粉、Ｆｅ－Ｍｎ、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｍｎ、Ｆｅ－Ｎｉ合金等の鉄合金粉のＦｅ分及び不可避不純物である。不可避不純物について特に規定しないが、高温割れの観点よりＰは０．０１０％以下が好ましい。また、ＴｉはＴｉ酸化物を生成してスラグ生成量を増加させて溶接作業性を悪くするので、添加しないことが好ましい。 The remainder of the metal-based flux-cored wire for Ar- CO2 mixed gas shielded arc welding of the present invention is Fe in the steel sheath, iron powder in the flux, Fe content in iron alloy powder such as Fe-Mn, Fe-Si-Mn, Fe-Ni alloy, and inevitable impurities. Although there is no particular restriction on the inevitable impurities, from the viewpoint of hot cracking, P is preferably 0.010% or less. In addition, Ti is preferably not added because it generates Ti oxides, increases the amount of slag generated, and deteriorates welding workability.
また、フラックス充填率は特に規定しないが、生産性の観点からワイヤ全質量に対して８～２０％とすることが好ましい。さらに、溶接時のシールドガスは溶接金属の酸素量を低減するために、Ａｒ－５～２５ＣＯ２の混合ガスとする。 The flux filling rate is not particularly specified, but is preferably 8 to 20% of the total mass of the wire from the viewpoint of productivity. Furthermore, the shielding gas during welding is a mixed gas of Ar-5 to 25 CO2 in order to reduce the amount of oxygen in the weld metal.
以下、実施例により、本発明の効果をさらに詳細に説明する。 The effects of the present invention will be explained in more detail below with reference to examples.
まず、鋼製外皮にＪＩＳ Ｇ３１４１ ＳＰＣＣ帯鋼を使用し、鋼製外皮をＵ字型にして成形して乾燥させて水分を十分に除去したフラックスを充填した後、鋼製外皮の合わせ目を溶接した継ぎ目なしのワイヤと鋼製外皮同士をかしめた継ぎ目有りのワイヤとを造管及び伸線し、表1に示すワイヤ径１．２ｍｍの各種主成分のフラックス入りワイヤを試作した。なお、フラックス充填率は１０～１８％とした First, JIS G3141 SPCC strip steel was used for the steel sheath, which was then shaped into a U-shape and dried to thoroughly remove moisture before being filled with flux. After that, a seamless wire was made by welding the seams of the steel sheath, and a jointed wire was made by crimping the steel sheaths together. These were then pipe-drawn to produce prototypes of flux-cored wires with various main components and a wire diameter of 1.2 mm, as shown in Table 1. The flux filling rate was set to 10-18%.
これらの試作ワイヤを用い、下向の溶接作業性及び溶着金属の機械性能を評価した。溶接作業性は板厚１６ｍｍのＪＩＳ Ｇ３１２６ ＳＬＡ３６５に規定される鋼板をＴ字に組んだ試験体に、表２に示す溶接条件で溶接を行い、アーク安定性、スパッタの発生量、スラグの生成状態及びビード外観・形状の良否を目視確認で調査し、また高温割れの有無も調査した。 Using these prototype wires, we evaluated the flat welding workability and the mechanical performance of the weld metal. Welding workability was evaluated by welding a test specimen made of 16 mm thick steel plates specified in JIS G3126 SLA365 assembled in a T-shape under the welding conditions shown in Table 2, and visually inspecting the arc stability, amount of spatter generation, state of slag generation, and bead appearance and shape, as well as the presence or absence of hot cracks.
アーク安定性とは、アークの安定の程度を示すものである。つまりこのアーク安定性とは、図１に示すようにフラックス入りワイヤ１から発生させるアーク２のアーク長やアークの指向性が一定している度合を示すものである。図１（ａ）に示すように溶接時に電圧変動によるアーク２のアーク長やアーク拡がりの変動がなく、安定して溶接できる状態であれば、アーク２が安定している状態であると判断することができる。これに対して、図１（ｂ）に示すように、溶接時にアーク長が変動し、アーク２の拡がりが変動して安定しない状態であれば、アーク２が不安定である状態と判断することができる。一般的にアークが不安定である場合には、ビード形状や外観が悪化してしまう。
Arc stability indicates the degree of stability of the arc. In other words, this arc stability indicates the degree to which the arc length and directivity of the
このようなアークの安定性は、溶接時における電圧変動として現れる。このため、本実施例において、このアークの安定性は、電圧変動を連続的に測定し、その変動の大きさを介して評価する。アークの安定性を判別する一つの例として、図２（ａ）における時系列的な電圧変動のチャートに示すように、平均電圧に対して±１Ｖを閾値としたとき、電圧変動が閾値を超える時間が測定時間内で９０％未満の場合、アークが安定とする。これに対して、図２（ｂ）における時系列的な電圧変動のチャートに示すように、平均電圧に対して±１Ｖを閾値としたとき、電圧変動が閾値を超える時間が測定時間内で１０％を超える場合、アークが不安定とする。 Such arc stability appears as voltage fluctuations during welding. For this reason, in this embodiment, the stability of the arc is evaluated by continuously measuring the voltage fluctuations and measuring the magnitude of the fluctuations. As an example of determining the stability of the arc, as shown in the chart of voltage fluctuations over time in FIG. 2(a), when the threshold value is set to ±1V relative to the average voltage, if the time during which the voltage fluctuation exceeds the threshold is less than 90% of the measurement time, the arc is deemed stable. In contrast, as shown in the chart of voltage fluctuations over time in FIG. 2(b), when the threshold value is set to ±1V relative to the average voltage, if the time during which the voltage fluctuation exceeds the threshold is more than 10% of the measurement time, the arc is deemed unstable.
スパッタの発生量は、銅製の捕集箱を用いて、１分間溶接した際に発生するスパッタの重量を測定することにより、単時間当たりの値（ｇ／ｍｉｎ）を求めた。なお、スパッタの測定は、表３に示す条件Ｎｏ．Ｔ１の施工条件で５回測定した平均値とし、１．５ｇ／ｍｉｎ以下を良好とした。 The amount of spatter generated was determined as a value per unit time (g/min) by measuring the weight of spatter generated during one minute of welding using a copper collection box. The spatter was measured as the average value of five measurements taken under the application conditions of Condition No. T1 shown in Table 3, and a value of 1.5 g/min or less was considered good.
スラグの生成状態については、溶接後のビード上に占めるスラグの面積率が5％以下でかつ溶接ビード端部に生成するスラグを良好と判断した。 Regarding the state of slag generation, it was determined that slag was good if the area ratio of slag on the bead after welding was 5% or less and slag was generated at the end of the weld bead.
ビード外観・形状の調査については、ビード外観・形状が美麗で均一に揃っている様子であれば良好と判別し、ビード外観・形状の一部又は全部が不揃いで安定していない様子であれば不良と判別している。ビード外観・形状が不良の例として、例えば図３（ａ）に示すT字すみ肉試験体に示すように、母材３がアークで削れてしまうアンダーカットや、オーバーラップが生じてしまうものがあり、いずれも溶接後にグラインダー処理が必要になる。図３（ｂ）に示すビードを上から見た場合のように、ビードの波形が不揃いのケースや、ビードの止端が不揃いのケースも同様にビード外観・形状が不良と判別する。本実施例においてこのビード外観・形状の良好か不良かの判別は、目視による観察を通じて判別する。具体的なビード外観・形状の判断基準としては、アンダーカットやオーバーラップなどが1箇所でもあれば不良と判断し、それ以外は何れも良好と判断する。
In the investigation of bead appearance and shape, if the bead appearance and shape are beautiful and uniform, they are judged as good, and if they are partially or entirely irregular and unstable, they are judged as bad. Examples of bad bead appearance and shape include undercuts in which the
溶着金属試験は、板厚２０ｍｍのＪＩＳ Ｇ３１２６ ＳＬＡ３６５に規定される鋼板を用いてＪＩＳ Ｚ３１１１に準じて溶接を行い、「JIS Z 2343-1：2017 非破壊試験－浸透探傷試験－第1部」の方法に基づいて試験を実施し、ビード表面に割れが1つでも認められた場合は「有り」とした。初層溶接時に高温割れの有無を目視確認で調査した。また、溶着金属の板厚方向中心から引張試験（Ａ０号）及び衝撃試験片（Ｖノッチ試験片）を採取し、機械試験を実施した。引張試験の評価は０．２％耐力が４６０ＭＰａ以上、引張強さが５７０～６８０ＭＰａを良好とした。衝撃試験の評価は－４０℃におけるシャルピー衝撃試験（ｖＥ－４０）を行い、繰り返し３本の吸収エネルギーの平均が６５Ｊ以上を良好とした。なお、参考までに－６０℃におけるシャルピー衝撃試験（ｖＥ－６０）も実施した。これらの結果を表３にまとめて示す。
The weld metal test was performed using 20mm thick steel plate specified in JIS G3126 SLA365, welding in accordance with JIS Z3111, and the test was performed based on the method of "JIS Z 2343-1:2017 Non-destructive testing - Penetrant testing -
表１及び表３のワイヤ記号Ｗ１～Ｗ１５は本発明例、ワイヤ記号Ｗ１６～Ｗ２７は比較例である。本発明例であるワイヤ記号Ｗ１～Ｗ１５はメタル系フラックス入りワイヤの鋼製外皮とフラックスの合計でＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｓが適量で、（Ｍｎ＋Ｓ）／Ｓｉ（（［Ｍｎ］＋［Ｓ］）／［Ｓｉ］）が適正であり、フラックス中のＳｉ酸化物のＳｉＯ２換算値の合計、金属弗化物のＦ換算値の合計及びＮａ酸化物及びＫ酸化物の１種または２種以上のＮａ２Ｏ換算値とＫ２Ｏ換算値の合計が適量であるのでアークが安定してスパッタ発生量が少なく、スラグの生成量が少なく、ビード外観・形状が良好であり、高温割れも発生しなかった。また、溶着金属の０．２％耐力、引張強さ及び吸収エネルギーも良好であった。 In Tables 1 and 3, wire symbols W1 to W15 are examples of the present invention, and wire symbols W16 to W27 are comparative examples. The wire symbols W1 to W15, which are examples of the present invention, have appropriate amounts of C, Si, Mn, and S in the total of the steel sheath and flux of the metal-based flux-cored wire, and (Mn+S)/Si(([Mn]+[S])/[Si]), and the total of the SiO2 equivalent value of Si oxides in the flux, the total of the F equivalent value of metal fluorides, and the total of the Na2O equivalent value and the K2O equivalent value of one or more of Na oxides and K oxides in the flux are appropriate, so that the arc is stable, the amount of spatter generation is small, the amount of slag generation is small, the bead appearance and shape are good, and no hot cracks occur. In addition, the 0.2% proof stress, tensile strength, and absorbed energy of the deposited metal are also good.
なお、ワイヤ記号Ｗ２、Ｗ４、Ｗ８、Ｗ９、Ｗ１１、Ｗ１３、Ｗ１４及びＷ１５はＮｉが適量添加されているので、溶着金属の吸収エネルギーは－４０℃で９０J以上、－６０℃で６５Ｊ以上得られ極めて満足な結果であった。ワイヤ記号Ｗ１２は、Ｎｉが添加されているが、添加量がやや少ないので、溶着金属の吸収エネルギーが９０Ｊ得られなかった。 Wire symbols W2, W4, W8, W9, W11, W13, W14 and W15 have an appropriate amount of Ni added, so the absorbed energy of the weld metal was 90 J or more at -40°C and 65 J or more at -60°C, which was a very satisfactory result. Wire symbol W12 has Ni added, but the amount added was somewhat small, so the absorbed energy of the weld metal did not reach 90 J.
比較例中ワイヤ記号Ｗ１６は、Ｃが少ないので、溶着金属の０．２％耐力と引張強さが低かった。また、金属弗化物のＦ換算値の合計が少ないので、アークが弱く不安定であった。 In the comparative example, wire symbol W16 had a low C content, so the 0.2% yield strength and tensile strength of the deposited metal were low. Also, the total F-converted value of the metal fluorides was low, so the arc was weak and unstable.
ワイヤ記号Ｗ１７は、Ｃが多いので、アークが強くなりスパッタ発生量が多かった。また、Ｃが多いので、溶着金属の０．２％耐力と引張強さが高くなり、吸収エネルギーが低かった。 Wire symbol W17 has a high C content, which resulted in a strong arc and a large amount of spatter. Also, because it has a high C content, the 0.2% yield strength and tensile strength of the deposited metal were high, and the absorbed energy was low.
ワイヤ記号Ｗ１８は、Ｓｉが少ないので、ビード形状が凸状であり、ビード外観が不良であった。また、Ｓｉが少ないので、溶着金属の０．２％耐力と引張強さが低く、吸収エネルギーが低かった。なお、Ｎｉが少ないので、溶着金属の吸収エネルギーを向上する効果は得られなかった。 Wire symbol W18 had a low Si content, so the bead shape was convex and the bead appearance was poor. Also, because of the low Si content, the 0.2% yield strength and tensile strength of the deposited metal were low, and the absorbed energy was low. Furthermore, because of the low Ni content, no effect of improving the absorbed energy of the deposited metal was obtained.
ワイヤ記号Ｗ１９は、Ｓｉが多いので、スラグの生成量が多かった。また、Ｓｉが多いので、溶着金属の０．２％耐力と引張強さが高く、吸収エネルギーが低かった。 Wire symbol W19 had a high Si content, which resulted in a large amount of slag production. Also, because it had a high Si content, the 0.2% yield strength and tensile strength of the deposited metal were high, and the absorbed energy was low.
ワイヤ記号Ｗ２０は、Ｓが少ないので、ビード止端部にスラグが凝集せずにビードの中心に線状にスラグが付着した。また、Ｎａ酸化物とＫ酸化物の１種または２種以上のＮａ２Ｏ換算値とＫ２Ｏ換算値の合計が少ないので、アークが不安定となり、スパッタ発生量が多かった。 In wire symbol W20, the slag did not aggregate at the bead toe, but instead adhered linearly to the center of the bead, because the amount of S was small. Also, the total of the Na 2 O equivalent value and the K 2 O equivalent value of one or more of Na oxides and K oxides was small, so the arc became unstable and a large amount of spatter was generated.
ワイヤ記号Ｗ２１は、Ｓが多いので、スラグの凝集サイズが大きくなり、スラグ生成量が多かった。また、Ｓが多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低かった。さらに、金属弗化物のＦ換算値の合計が多いので、アークが強くなり、スパッタ発生量が多かった。 Wire symbol W21 contains a lot of S, which results in large slag agglomeration size and large amount of slag production. Also, because it contains a lot of S, the absorbed energy of the deposited metal is low. Furthermore, because the total F-equivalent value of the metal fluorides is high, the arc is strong and a large amount of spatter is generated.
ワイヤ記号Ｗ２２は、Ｍｎが少ないので、溶着金属の０．２％耐力と引張強さが低く、吸収エネルギーも低かった。また、Ｎａ酸化物とＫ酸化物の１種または２種以上のＮａ２Ｏ換算値とＫ２Ｏ換算値の合計が多いので、アーク長が長くなってアークが不安定でスパッタ発生量が多かった。 Wire symbol W22 had a low Mn content, so the deposited metal had low 0.2% yield strength and tensile strength, and also had low absorbed energy. In addition, the total of the Na2O equivalent value and the K2O equivalent value of one or more of Na oxides and K oxides was high, so the arc length became long, the arc became unstable, and a large amount of spatter was generated.
ワイヤ記号Ｗ２３は、Ｍｎが多いので、溶着金属の０．２％耐力と引張強さが高く、吸収エネルギーが低かった。また、（Ｍｎ＋Ｓ）／Ｓｉが高いので、ビード表面が滑らかにならず、ビード外観が不良であった。 Wire symbol W23 had a high Mn content, so the deposited metal had high 0.2% yield strength and tensile strength, and low absorbed energy. In addition, because the (Mn+S)/Si ratio was high, the bead surface was not smooth, and the bead appearance was poor.
ワイヤ記号Ｗ２４は、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値の合計が少ないので、ビード止端部のなじみが悪くなり、ビード外観・形状が不良であった。 For wire symbol W24, the total SiO2 converted value of silicon oxide was small, so the conformity of the bead toe was poor, and the bead appearance and shape were poor.
ワイヤ記号Ｗ２５は、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値の合計が多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。なお、Ｎｉが少ないので、溶着金属の吸収エネルギーを向上する効果は得られなかった。 Wire W25 had a high total SiO2 equivalent value of silicon oxide, so the absorbed energy of the weld metal was low. In addition, because the Ni content was low, the effect of improving the absorbed energy of the weld metal was not obtained.
ワイヤ記号Ｗ２６は、（Ｍｎ＋Ｓ）／Ｓｉが低いので、スラグ生成量が多かった。また、Ｎｉが多いので、高温割れが発生した。さらに、Ｎｉが多いので、溶着金属の０．２％耐力と引張強さが高かった。 Wire symbol W26 had a low (Mn+S)/Si ratio, so it produced a large amount of slag. Also, because it contained a lot of Ni, hot cracking occurred. Furthermore, because it contained a lot of Ni, the 0.2% yield strength and tensile strength of the deposited metal were high.
ワイヤ記号Ｗ２７は、（Ｍｎ＋Ｓ）／Ｓｉが高いので、ビード表面が滑らかにならず、ビード外観が不良であった。 Wire symbol W27 had a high (Mn+S)/Si ratio, so the bead surface was not smooth and the bead appearance was poor.
１ フラックス入りワイヤ
２ アーク
３ 母材
1 Flux-cored
Claims (2)
ワイヤ全質量に対する質量％で、鋼製外皮とフラックスの合計で、
Ｃ：０．０４～０．１０％、
Ｓｉ：０．５５～１．２０％、
Ｍｎ：１．７０～２．１５％、
Ｓ：０．０２５～０．０５％を含有し、
かつ、前記Ｍｎ、Ｓ及びＳｉが下記式で１．８０～３．５０であり、
さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックス中に、
Ｓｉ酸化物：ＳｉＯ２換算値の合計で０．０１～０．２０％、
金属弗化物：Ｆ換算値の合計で０．００５～０．１０％、
Ｎａ酸化物及びＫ酸化物の１種または２種以上：Ｎａ２Ｏ換算値とＫ２Ｏ換算値の合計で０．０２～０．１０％を含有し、
残部が鋼製外皮のＦｅ、フラックス中の鉄粉、鉄合金粉のＦｅ分及び不可避不純物からなることを特徴とするＡｒ－ＣＯ２混合ガスシールドアーク溶接用メタル系フラックス入りワイヤ。
（［Ｍｎ］＋［Ｓ］）／［Ｓｉ］・・・・式
但し、［ ］は、各成分のワイヤ全質量に対する質量％を示す。］は、各成分のワイヤ全質量に対する質量％を示す。 A metal-based flux-cored wire for Ar- CO2 mixed gas shielded arc welding, which has a steel sheath filled with flux,
The mass percentage of the total wire mass is the sum of the steel sheath and flux.
C: 0.04-0.10%,
Si: 0.55-1.20%,
Mn: 1.70 to 2.15%,
S: 0.025 to 0.05%;
And, the Mn, S and Si are 1.80 to 3.50 in accordance with the following formula,
Furthermore, in the flux, the mass percentage relative to the total mass of the wire is:
Si oxides: 0.01 to 0.20% in total in terms of SiO2 ,
Metal fluorides: 0.005 to 0.10% in total F conversion value,
One or more of Na oxide and K oxide: 0.02 to 0.10% in total calculated as Na 2 O and K 2 O;
A metal-based flux-cored wire for Ar- CO2 mixed gas shielded arc welding, the balance of which consists of Fe in a steel sheath, iron powder in the flux, Fe in iron alloy powder, and inevitable impurities.
([Mn] + [S]) / [Si] where [ ] indicates the mass % of each component with respect to the total mass of the wire. ] indicates the mass % of each component with respect to the total mass of the wire.
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