(57)【要約】【課題】厚鋼板の炭酸ガスシールドアーク溶接の多層盛溶接に使用し、狭開先継手や高パス間温度の溶接施工においても、アークが安定してスパッタ発生量が少なく、良好な機械的性能の溶接金属を得る溶接が可能なソリッドワイヤを提供する。【解決手段】ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０２〜０．０８％、Ｓｉ：０．６〜１．５％、Ｍｎ：１．５〜２．５％、Ｍｏ：０．１〜０．４％、Ｃｕ：０．１５〜０．４０％、Ｔｉ：０．１〜０．４％、Ｃｅ：０．００５〜０．０３０％、Ｂ：０．００３〜０．０１０％を含有することを特徴する厚鋼板のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０２〜０．０８％、Ｓｉ：０．６〜１．５％、Ｍｎ：１．５〜２．５％、Ｍｏ：０．１〜０．４％、Ｃｕ：０．１５〜０．４０％、Ｔｉ：０．１〜０．４％、Ｃｅ：０．００５〜０．０３０％、Ｂ：０．００３〜０．０１０％を含有し、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎ：０．００５％以下、Ｏ：０．０１５％以下で、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴する厚鋼板のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項２】
Ａｌ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、ＭｇおよびＴａの１種または２種以上の合計で０．０２〜０．１０％を更に含有することを特徴する請求項１に記載の厚鋼板のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、厚鋼板の炭酸ガスシールドアーク溶接の多層盛に使用し、特に溶接部の開先が狭い場合や、高パス間温度での溶接施工におけるシールドガス効果が低下する場合においてもアークが安定してスパッタ発生量が少なく、良好な溶接金属の機械的性能が得られる厚鋼板のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
ソリッドワイヤを用いたガスシールドアーク溶接方法は高能率であり、機械的性能の良好な溶接金属が得られることから建築、造船、橋梁、自動車などの溶接に広く適用されている。鉄骨、橋梁分野では一般的に炭酸ガスを主成分とする炭酸ガスシールドアーク溶接が使用されている。
【０００３】
近年、鋼構造物の建築コスト低減の点から溶接の高能率化が進められており、厚鋼板の溶接開先の狭開先化、パス間温度の上昇などの要求が多くなっている。しかし、溶接開先部の狭開先化やパス間温度の上昇により、溶融金属部に大気から多量の窒素を巻込みやすく溶接金属の機械的性質が劣下する。そこで、溶接金属部の窒素量が増加しても良好な機械的性質を維持できる溶接材料の開発が望まれている。
【０００４】
このような背景から、厚鋼板の狭開先突合せ溶接方法として特開２０１２−５１０３０号公報（特許文献１）には、溶接パラメータを限定し、ワイヤ中に希土類元素を含有し、さらにワイヤ極性をワイヤマイナスとした正極性溶接で深い溶込を得て良好な溶接継手を形成する方法が開示されている。特許文献１に開示されている技術は、ワイヤ中に多量の希土類元素を含有する必要があり、ワイヤの製造コストが高くなるうえ、正極性で使用することを主としており、通常の一般的な逆極性（ワイヤプラス）の溶接においてはスパッタが多発し溶接作業性が劣ると共に、狭開先溶接による溶接金属中の窒素の増加により十分な溶接金属性能が得られない。
【０００５】
また、特開２００７−１１８０６９号公報（特許文献２）には、正極性のパルス溶接で希土類を添加したワイヤを使用することによって、２５０Ａ以上の大電流でスプレー移行を可能とした技術が開示されている。特許文献２に開示されている技術は、正極性のパルス溶接ではスプレー移行となりスパッタ発生量が減少するが、通常使用される逆極性の溶接に対してはスパッタ発生量を少なくすることはできない。
【０００６】
さらに、特開２００９−１７８７３７号公報（特許文献３）には、炭酸ガス溶接用として狭開先施工においても機械的性能が優れた溶接金属が得られるソリッドワイヤが開示されている。特許文献３に開示されている技術は、Ｂ、Ｓ、Ｍｎ、Ｔｉ量を限定することで良好な機械的性能が得られるとされているが、これらの元素だけでは狭開先化による窒素の巻込みに対して十分な機械的性能は得られない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−５１０３０号公報
【特許文献２】特開２００７−１１８０６９号公報
【特許文献３】特開２００９−１７８７３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、厚鋼板の炭酸ガスシールドアーク溶接の多層盛に使用し、特に狭開先継手や高パス間温度での溶接施工といったガスシールド効果が低下する場合においてもアークが安定してスパッタ発生量が少なく、良好な溶接金属の機械的性能が得られる厚鋼板のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の要旨は、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０２〜０．０８％、Ｓｉ：０．６〜１．５％、Ｍｎ：１．５〜２．５％、Ｍｏ：０．１〜０．４％、Ｃｕ：０．１５〜０．４０％、Ｔｉ：０．１〜０．４％、Ｃｅ：０．００５〜０．０３０％、Ｂ：０．００３〜０．０１０％を含有し、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎ：０．００５％以下、Ｏ：０．０１５％以下で、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴する。
また、Ａｌ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、ＭｇおよびＴａの１種または２種以上の合計で０．０２〜０．１０％を更に含有することを特徴する厚鋼板のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤにある。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の厚鋼板のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤによれば、狭開先継手や高パス間温度での溶接施工条件で溶接しても、アークが安定してスパッタ発生量が少なく、溶接金属に窒素が混入した場合においても良好な機械的性能の溶接金属を得ることができ、高能率で高品質の溶接部を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例に用いた継手形状を示す図である。
【図２】本発明の実施例に用いた機械試験片の採取位置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の厚鋼板のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤについて詳細に説明する。
本発明者らは上記の問題点を解決するために、各種成分のワイヤを試作して、ＪＩＳ  Ｇ３１３６のＳＮ４９０Ｃの板厚２５ｍｍ、長さ５００ｍｍの鋼板を、図１に示す開先形状のレ型２５°ルートギャップ４ｍｍの狭開先の突合せ継手とし、表１に示す高電流・高パス間温度の溶接条件で多層盛溶接を行い、ワイヤ成分のアーク状態、スパッタ発生状況、割れおよび機械性能に及ぼす影響について詳細に調査した。
【００１３】
【表１】
2014144475.tif 000002
【００１４】
その結果、ワイヤにＣｅを適量添加し、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｂ量を調整してＰ、Ｓ、ＮおよびＯを低減したワイヤ成分とすることによって、狭開先で高パス間温度の溶接施工条件においてもアークが安定してスパッタ発生量が少なく、割れも無く、溶接金属に混入する窒素を固定化して良好な機械的性能が得られることを見出した。さらに、Ａｌ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、ＭｇおよびＴａの１種または２種以上の合計を調整することによって、溶接金属の靭性を安定にすることを見出した。
【００１５】
以下、本発明におけるワイヤ組成とその含有量の限定理由について説明する。なお、各成分の含有量は、めっきを含むワイヤ全質量に対する質量％で表すこととし、その質量％を表すときは単に％と記載して表すこととする。
【００１６】
［Ｃ：０．０２〜０．０８％］
Ｃは、固溶強化により溶接金属の強度を向上するために必要な元素である。Ｃが０．０２％未満であると、溶接金属の強度が低くなる。一方、Ｃが０．０８％を超えると、割れ感受性が高くなる。また、硬化組織が多くなり靭性が低下する。したがって、Ｃは０．０２〜０．０８％とする。
【００１７】
［Ｓｉ：０．６〜１．５％］
Ｓｉは、強度確保と脱酸を目的に添加する。Ｓｉが０．６％未満であると、脱酸不足となり靭性が低下する共に強度が低下する。一方、Ｓｉが１．５％を超えると、溶接金属の強度が過度に高くなり、靭性が低下する。したがって、Ｓｉは０．６〜１．５％とする。
【００１８】
［Ｍｎ：１．５〜２．５％］
Ｍｎは、Ｓｉと同様に主要な脱酸剤であると共に、強度確保、靭性向上を目的に添加する。Ｍｎが１．５％未満であると、溶接金属の強度および靭性を十分に確保できなくなる。一方、Ｍｎが２．５％を超えると、溶接金属の強度が過度に高くなり、靭性が低下する。したがって、Ｍｎは１．５〜２．５％とする。
【００１９】
［Ｍｏ：０．１〜０．４％］
Ｍｏは、溶接金属の変態温度を低下させ組織を微細化することにより、強度と靭性を向上させることを目的に添加する。Ｍｏが０．１％未満であると、強度および靭性が低下する。一方、Ｍｏが０．４％を超えると、溶接金属の硬化が著しくなり、靭性が低下する。したがって、Ｍｏは０．１〜０．４％とする。
【００２０】
［Ｃｕ：０．１５〜０．４０％］
Ｃｕは、不可避不純物として鋼中に０．０２％程度含有されることがあるが、本発明のＣｕは主としてワイヤ表面に施した銅めっきをいう。銅めっきはワイヤ送給性と通電性を安定化するのに極めて重要な表面処理である。銅めっきが薄いとチップ磨耗が激しくなり、ワイヤ送給性と通電性が劣化してアークが不安定となる。Ｃｕが０．１５％未満であると、必要なワイヤ送給性と通電性が得られずアークが不安定となる。一方、Ｃｕが０．４０％を超えると、溶接割れ感受性が高くなる。したがって、Ｃｕは０．１５〜０．４０％とする。なお、ワイヤ表面の銅めっき厚さは０．２〜１．０μｍであることが耐チップ磨耗性から好ましい。
【００２１】
［Ｔｉ：０．１〜０．４％］
Ｔｉは、脱酸剤であり溶接金属の酸素を低下させ、狭開先溶接で混入する溶接金属中の窒素を固定化し、靭性を向上させる重要な元素である。また、高電流の溶接において、アークを安定させ、スパッタ発生量を減少させる効果がある。Ｔｉが０．１％未満であると、アークが不安定でスパッタ発生量が多くなり、溶接金属の靭性も低下する。一方、Ｔｉが０．４％を超えると、ＴｉＣの析出や、固溶強化を引き起こし、強度が高くなり靭性が低下する。したがって、Ｔｉは０．１〜０．４％とする。
【００２２】
［Ｃｅ：０．００５〜０．０３０％］
Ｃｅは、溶接金属に混入した窒素を固定化し、靭性を大きく向上させる重要な元素である。Ｃｅが０．００５％未満であると、混入した窒素を固定化することができず靭性が十分に確保できなくなる。一方、Ｃｅが０．０３０％を超えると、溶滴の表面張力が過度に低下し、アークが不安定になりスパッタ発生量が多くなる。したがって、Ｃｅは０．００５〜０．０３０％とする。
【００２３】
［Ｂ：０．００３〜０．０１０％］
Ｂは、Ｔｉと共存してアシキュラーフェライトの核になり靭性を向上させることを目的に添加される元素である。Ｂが０．００３％未満では、靭性が低下する。一方、Ｂが０．０１０％を超えると、割れ感受性が高くなる。したがって、Ｂは０．００３〜０．０１０％とする。
【００２４】
なお、ＰおよびＳは、不純物であり溶接金属の靭性を低下させると共に割れ感受性が高くなるので、その含有量をそれぞれ０．０３０％以下とするのが好ましい。
Ｎは、不可避的不純物である。溶接金属の靭性を安定にするために固溶Ｎを少なくすることが必須となる。したがって、Ｎは０．００５％であることが好ましい。 
Ｏは、溶接金属中でＳｉまたはＭｎ等と酸化物（非金属介在物）となって靭性を低下するので０．０１５％以下であることが好ましい。
【００２５】
［Ａｌ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、ＭｇおよびＴａの１種または２種以上の合計：０．０２〜０．１０％］
Ａｌ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、ＭｇおよびＴａは、溶接金属中の窒素を固定し、靭性を向上させる。Ａｌ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、ＭｇおよびＴａの１種または２種以上の合計が０．０２％未満では、靭性向上の効果が期待できない。一方、Ａｌ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、ＭｇおよびＴａの１種または２種以上の合計が０．１０％を超えると、アークが不安定になりスパッタ発生量が多くなる。したがって、Ａｌ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、ＭｇおよびＴａの１種または２種以上の合計は０．０２〜０．１０％とする。
以下、実施例により本発明の効果を具体的に説明する。
【実施例】
【００２６】
表２および表３に示す各種成分のワイヤ径１．４ｍｍのソリッドワイヤを試作した。ＪＩＳ  Ｇ３１３６のＳＮ４９０Ｃの板厚２５ｍｍ、長さ５００ｍｍの鋼板を、図１に示す開先形状の突合せ継手とし、これらのワイヤで溶接した。図１において１は鋼板、２は当て金、３はルート面であり、溶接条件は先に示した表１の通りである。
【００２７】
【表２】
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【００２８】
【表３】
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【００２９】
各試作ワイヤの調査は、アークの安定性、溶接割れの有無、スパッタ発生量および溶接金属の機械性能を調査した。スパッタ発生量の調査は、銅製の捕集箱を用いて、ビードオンプレート溶接で表１に示す２層目以降の溶接条件で５回溶接し、１分間当たりのスパッタ発生量を算出した。これによりスパッタ発生量が１．０ｇ／ｍｉｎ以下を良好とした。
【００３０】
溶接金属の機械性能は、図２に示す位置から、ＪＩＳ  Ｚ  ３１１１のＡ２号引張試験片５およびＪＩＳ  Ｚ  ３１１１の衝撃試験片６を採取した。図２において４は溶接金属である。引張試験は引張強さが５５０ＭＰａ〜７４０ＭＰａを良好、衝撃試験は０℃で繰返し５本シャルピー衝撃試験を行い、吸収エネルギーの平均が７０Ｊ以上を良好とした。それらの結果を表４にまとめて示す。
【００３１】
【表４】
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【００３２】
表２ないし表４中、ワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ１０が本発明例、ワイヤ記号Ｗ１１〜Ｗ２２は比較例である。本発明例であるワイヤＷ１〜Ｗ１０は、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｔｉ、ＣｅおよびＢが適正であるので、アークが安定し、溶接割れが無く、スパッタ発生量が少なく、溶接金属の引張強さおよび吸収エネルギー共に良好であり、極めて満足な結果であった。なお、Ａｌ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、ＭｇおよびＴａの１種または２種以上の合計が適正なワイヤ記号Ｗ３、Ｗ５、Ｗ６、Ｗ７およびワイヤ記号Ｗ１０は、吸収エネルギーが１００Ｊ以上得られた。
【００３３】
比較例中ワイヤ記号Ｗ１１は、Ｃが少ないので、溶接金属の引張強強さが低かった。また、Ｔｉが少ないので、アークが不安定でスパッタ発生量が多く、溶接金属の吸収エネルギーも低値であった。
【００３４】
ワイヤ記号Ｗ１２は、Ｃが多いので、クレータ部に割れが生じ、溶接金属の引張強さが高く、吸収エネルギーが低値であった。また、Ａｌ、ＶおよびＺｒの合計が多いので、アークが不安定でスパッタ発生量が多かった。
【００３５】
ワイヤ記号Ｗ１３は、Ｓｉが少ないので、溶接金属の引張強さが低く、吸収エネルギーも低値であった。また、Ｃｅが多いので、アークが不安定でスパッタ発生量が多かった。
ワイヤ記号Ｗ１４は、Ｓｉが多いので、溶接金属の引張強さが高く、吸収エネルギーが低値であった。また、Ｃｕが少ないので、アークが不安定であった。
【００３６】
ワイヤ記号Ｗ１５は、Ｍｎが低いので、溶接金属の引張強さが低く、吸収エネルギーも低値であった。また、Ｃｕが多いので、クレータ部に割れが生じた。
ワイヤ記号Ｗ１６はＭｎが多いので、ワイヤ記号Ｗ１８はＭｏが多いので、ワイヤ記号１９はＴｉが多いので、何れも溶接金属の引張強さが高く、吸収エネルギーが低値であった。
【００３７】
ワイヤ記号Ｗ１７は、Ｍｏが少ないので、溶接金属の引張強さが低く、吸収エネルギーも低値であった。
ワイヤ記号Ｗ２０は、Ｃｅが少ないので、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。なお、Ａｌが少ないので、吸収エネルギー向上の効果は得られなかった。
【００３８】
ワイヤ記号Ｗ２１は、Ｂが少ないので、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。また、ＡｌとＮｂの合計が少ないので吸収エネルギー向上の効果は得られなかった。
ワイヤ記号２２は、Ｂが多いので、クレータ部に割れが生じた。また、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。
【符号の説明】
【００３９】
１    鋼板
２    当て金
３    ルート面
４    溶接金属
５    引張試験片
６    衝撃試験片
【図１】
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【図２】
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