(57)【要約】  【課題】  ワイヤ送給性が良好で溶接欠陥がなく、かつ溶接金属性能の優れた健全な溶接部が得られるエレクトロスラグ溶接用ペールパック入りワイヤを提供する。  【解決手段】  ワイヤ質量％で、Ｃ：０．０７％以下、Ｓｉ：０．２０％以下、Ｍｎ：１．８〜３．５％、Ｍｏ：０．２〜０．６％、Ｔｉ：０．００５〜０．１５％を含有し、好ましくはさらにＢ：０．００２〜０．０１０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、ワイヤの引張強さが９５０Ｎ／ｍｍ２以下でワイヤ長さ４ｍ内の引張強さの最大値と最小値の差が５０Ｎ／ｍｍ２以下であるエレクトロスラグ溶接用ペールパック入りワイヤ。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
エレクトロスラグ溶接用ペールパック入りワイヤにおいて、質量％で、Ｃ：０．０７％以下、Ｓｉ：０．２０％以下、Ｍｎ：１．８〜３．５％、Ｍｏ：０．２〜０．６％、Ｔｉ：０．００５〜０．１５％を含有し、残部はＦｅおよび不可避不純物からなり、ワイヤの引張強さが９５０Ｎ／ｍｍ２以下でワイヤ長さ４ｍ内の引張強さの最大値と最小値の差が５０Ｎ／ｍｍ２以下であることを特徴とするエレクトロスラグ溶接用ペールパック入りワイヤ。
【請求項２】
さらに質量％で、Ｂ：０．００２〜０．０１０％を含有することを特徴とする請求項１記載のエレクトロスラグ溶接用ペールパック入りワイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロスラグ溶接用ペールパック入りワイヤに係り、特にワイヤ送給性が良好で高靭性の溶接金属が得られるエレクトロスラグ溶接用ペールパック入りワイヤに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロスラグ溶接は、大入溶接の１パス溶接により高能率な溶接が可能であるので、鉄骨のダイアフラムおよび仕口部や橋梁、造船などのロンジ材などの立向溶接に多く用いられている。特開昭５７−１５６８８４号公報（特許文献１）に、厚板の非消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接を高能率に行う方法として、ワイヤ径が１．４〜２．０ｍｍの細径ワイヤを用いて溶融スラグ浴表面と溶接チップ先端間のワイヤ突き出し長さ（以下、ドライエクステンションという。）を一定に保持して溶接ノズルを自動上昇させながら溶接を行うという技術開示がある。
【０００３】
図１に非消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接方法の概要を示す。建築物のボックス柱の製作において、スキンプレート１、ダイアフラム２および側板３で囲まれた開先４の中央に非消耗ノズル５を挿入し、通電と同時に溶接用ワイヤ６の先端と開先底部との間にアークを発生させ、フラックスを投入して溶融スラグ７を作り、エレクトロスラグ溶接を開始する。溶接が進行すると溶接用ワイヤのドライエクステンション８を設定値（３０〜５０ｍｍ）に保つように、溶接金属９の上昇に伴なう溶接電流の変化を検知してノズル上昇用ローラ１０を駆動し、非消耗ノズル５を引き上げながら溶接する。なお、板厚が厚く（開先幅が大きく）なると図示しない揺動装置で非消耗ノズルをダイアフラム板厚方向に揺動する。
【０００４】
溶接に供せられるワイヤは、大入熱１パス溶接で溶接金属の強度および靭性を確保するため従来から種々の成分組成の溶接用ワイヤが用いられている。例えば、特開平７−１６７８６号公報（特許文献２）に、高靭性を得るためのエレクトロスラグ溶接用ワイヤが、また、特開２００２−７９３９６号公報（特許文献３）および特開２００５−２４６３９８号公報（特許文献４）には、大入熱エレクトロスラグ溶接用ワイヤの開示がある。
【０００５】
一方、図２に示すように非消耗ノズル５は、上部にワイヤ矯正装置が設けられており、ペールパックに装填された溶接用ワイヤ６の曲がり癖や捩りを矯正して開先４の中央部に送給している。図２中１１はガイドで、図示しないペールパックからワイヤ送給装置を経て溶接用ワイヤを案内するコンジットケーブルを連結する。溶接用ワイヤはガイドから送られて回転自在なワイヤガイド輪１２（直径７０〜１００ｍｍ）と複数の溝付ローラ１３によって一方向に屈曲され曲がり癖や捩りを取り除かれた後、第一矯正ローラ１５ａ、１５ｂによって前記屈曲を矯正している。
【０００６】
次いで、第二矯正ローラ１６ａ、１６ｃと１６ｂとの間を溶接ワイヤが屈曲しつつ通過するようにして前記矯正方向の９０°の方向から真直ぐに矯正し、非消耗ノズル５内からチップ１４を介して溶接部へ送られる。なお、第一矯正ローラのうち１５ｂと、第二矯正ローラのうち１６ａと１６ｃは軸が固定され、第一矯正ローラ１５ａおよび第二矯正ローラ１６ｂをそれぞれ調整つまみ１７および１８で押し付け量を変えて矯正量が調整される。
【０００７】
前記各引用文献に記載の溶接用ワイヤを用いて図２に示すワイヤ矯正装置によって溶接する場合、溶接用ワイヤは、大入熱溶接においても十分な強度および靭性を得るために比較的多くの合金を含んでいるので、ワイヤが硬く、溶接時にワイヤ矯正が十分にできないことがある。このためワイヤガイド輪１２と複数の溝付ローラ１３間、第一矯正ローラ１５および第二矯正ローラ１６部でワイヤ送給抵抗が増してワイヤ供給に緩急が生じて電流が不安定となり、母材を十分に溶融することができない場合がある。また、この場合非消耗ノズル５の先端部のチップ１４より溶接用ワイヤが曲がった状態で供給されるので溶接金属が片溶けして、溶融不良が生じる場合もあった。
【０００８】
さらに、溶接用ワイヤは、ワイヤ長手方向に強度差が有るため、第一矯正ローラ１５および第二矯正ローラ１６部の部分的に逆に曲がりが生じる箇所を通過することによって曲げ癖の度合いがワイヤ長さ位置で変化する。この場合長さ１〜１．５ｍの非消耗ノズル５の内径が２〜２．５ｍｍと細いので、ノズル内面でワイヤがこすれてさらにワイヤの送給抵抗が大きくなり、前述と同様な問題が生じていた。
【特許文献１】特開昭５７−１５６８８４号公報
【特許文献２】特開平７−１６７８６号公報
【特許文献３】特開２００２−７９３９６号公報
【特許文献４】特開２００５−２４６３９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、ワイヤ送給性が良好で溶接欠陥がなく、かつ溶接金属性能の優れた健全な溶接部が得られるエレクトロスラグ溶接用ペールパック入り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】
【００１０】
本発明の要旨するところは、エレクトロスラグ溶接用ペールパック入りワイヤにおいて、質量％で、Ｃ：０．０７％以下、Ｓｉ：０．２０％以下、Ｍｎ：１．８〜３．５％、Ｍｏ：０．２〜０．６％、Ｔｉ：０．００５〜０．１５％を含有し、残部はＦｅおよび不可避不純物からなり、ワイヤの引張強さが９５０Ｎ／ｍｍ２以下でワイヤ長さ４ｍ内の引張強さの最大値と最小値の差が５０Ｎ／ｍｍ２以下であることを特徴とする。またさらに質量％で、Ｂ：０．００２〜０．０１０％を含有することも特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のエレクトロスラグ溶接用ペールパック入りワイヤによれば、ワイヤ引張強さが低く引張強さの最大値と最小値の差が少ないので、溶接時のワイヤ矯正が容易で非消耗ノズル部や矯正ローラ部でのワイヤ送給抵抗が少ない。したがって、ワイヤ送給が安定し、ノズル部先端から曲がって送給されることがないので健全な溶接部が得られる。また、大入熱溶接でも優れた機械的性質を有する溶接金属を提供することができるなど、構造物の安全性をおよび生産効率を著しく高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に本発明のエレクトロスラグ溶接用ペールパック入りワイヤについて説明する。
Ｃは、溶接金属の強度を調整するため適量添加するが、本溶接法では母材希釈率が大きく、そのため母材からＣが溶接金属へ移行するのでワイヤにはＣは故意に添加しない。したがってＣは０．０７質量％（以下、％という。）以下とした。０．０７％超では溶接金属のＣが過多となり強度が高くなり靭性が低下する。
【００１３】
Ｓｉは、通常ガスシールドアーク溶接では主要かつ必須の脱酸剤として使用し、ブローホールの発生を防止し健全な溶接部を得るため一般的には０．４％以上を添加する。しかし、エレクトロスラグ溶接ではワイヤが溶けるワイヤ先端部雰囲気の温度はアーク溶接の場合より低いので酸化反応が緩慢となり、アーク溶接の場合と異なって添加を必須としない。また、Ｓｉが０．２０％を超になるとエレクトロスラグ溶接時溶融スラグ浴部でＭｎシリケートを生成し、これがＴｉ等の酸化物と結合して大型の複合介在物を形成し溶接金属ミクロ組織微細化に有効な核生成サイトを減少させ粗大なミクロ組織となったり、またフェライトマトリックスに固溶して硬化して靭性を低下させる。したがってＳｉは０．２０％以下とする。
【００１４】
Ｍｎは、溶接金属の脱酸を行いまた焼入れ性を向上させ、強度と低温靭性の確保に有効であるが、この効果を発揮するＭｎ量は１．８％以上である。しかし、Ｍｎは、オーステナイト安定化元素であるため、その含有量が３．５％を超えて添加すると、溶接金属中のオーステナイト粒が粗大化して靭性が低下する。したがってＭｎは１．８〜３．５％とする。
【００１５】
Ｍｏは、オーステナイトの粗大化を抑制し、オーステナイトを微細化し、結晶粒内のベイナイトおよびアシキュラーフェライトの生成を促進して靭性を向上する。この効果を得るために０．２％以上含有させる。一方、Ｍｏが０．６％を超えると、溶接金属を過剰に硬化させ靭性が低下するので０．６％以下とする。
【００１６】
Ｔｉは、溶接金属中で微量でもＴｉ酸化物や窒化物を形成して、靭性に有効な微細なアシキュラーフェライトを生成するための核生成サイトとなるので、その十分な効果を得るために０．００５％以上添加する。一方、Ｔｉは０．１５％を超えて添加すると、酸化物あるいは窒化物として固定されなかったＴｉがフェライトマトリックスに固溶し、靭性を低下するので０．１５％以下とする。
【００１７】
さらに、Ｂを微量含有させることによって、オーステナイト粒界における靭性に有害な初析フェライトの変態を抑制するので０．００２％以上添加するのが好ましい。しかしながら、０．０１０％を超えると、過剰なＢがフェライトマトリックスに固溶して靭性を低下するので０．０１０％以下とする。
【００１８】
ワイヤの引張強さは、ワイヤガイド輪と複数の溝付ローラ間、矯正ローラおよび非消耗ノズル内でのワイヤ送給抵抗に大きく影響する。ワイヤの引張強さが９５０Ｎ／ｍｍ２を超えると、ワイヤ送給抵抗が高くなり、ワイヤ供給に緩急が生じて電流が不安定となり、母材を十分に溶融することができない場合がある。また、非消耗ノズルの先端部のチップより溶接用ワイヤが曲がった状態で供給されるので溶接金属が片溶けして、融合不良が生じる場合もある。また、溶接用ワイヤをペールパックに装填する時に高速度で装填できないという問題もある。なお、ワイヤ引張強さが低くなりすぎると、非消耗ノズル内でワイヤが座屈しやすくなるので、下限は６００Ｎ／ｍｍ２であることが好ましい。
【００１９】
さらに、ワイヤ長さ４ｍ内の引張強さの最大値と最小値の差を５０Ｎ／ｍｍ２以下とする。ワイヤ長さ４ｍの範囲内の引張強さの最大値と最小値の差が５０Ｎ／ｍｍ２を超えると、矯正ローラ部での不均一な矯正を誘発し、非消耗ノズル内でワイヤ送給抵抗が高くなり、ワイヤ供給に緩急が生じて電流が不安定となり、母材を十分に溶融することができない場合がある。また、非消耗ノズルの先端部のチップより溶接用ワイヤが曲がった状態で供給されるので溶接金属が片溶けして、融合不良が生じる場合もある。さらに、溶接時にペールパック内のワイヤが押え板を持ち上げてワイヤがペールパック内で絡む場合がある。
【００２０】
なお、ワイヤ長さ４ｍと限定した理由は以下の通りである。ワイヤ製造時に溶接用ワイヤ素線は、仕上げ伸線前に軟化を目的とした焼鈍を施されるが、この際連続焼鈍においてコイラーでループ状にして、チェーンコンベアで横置き搬送されながら焼鈍される。このときのループの重なり部は所定の軟化が得られない場合があり、ループの位置によって強度差が生じる。この１ループの長さは製品ワイヤ長さに換算した場合６〜８ｍであるので、製品ワイヤ４ｍは焼鈍時の１ループの１／２の長さとなり、ワイヤのいずれかの長さ位置において４ｍの長さをとればループの重なり部を必ず含むことによる。
【００２１】
本発明のエレクトロスラグ溶接用ペールパック入りワイヤは、鋼塊を圧延、伸線するが、オーステナイト形成元素が多いことから軟化焼鈍する過程で軟化しずらい。このため通常の焼鈍方法では、１．４〜２．０ｍｍ径にした際、特にループの重なり部はワイヤ引張り強さが高くなり、引張強さの最大値と最小値の差も大きくなるため、焼鈍温度および保持時間を調整して製造する。
【００２２】
なお、本発明のエレクトロスラグ溶接用ペールパック入りワイヤと組合わせて溶接するフラックスの組成は、ＳｉＯ２：２０〜４０％、ＭｎＯ：５〜１５％、ＭｇＯ：１０〜２０％、ＣａＯ：５〜１５％、ＴｉＯ２：２〜６％、Ａｌ２Ｏ３：５〜１３％であることが溶接作業性および機械的性能を確保するために好ましい。
【実施例】
【００２３】
以下、実施例により本発明の効果を説明する。
表1に示す各成分組成のワイヤを、温度および時間を調整しつつ焼鈍した後伸線してワイヤ径１．６ｍｍのワイヤとし、ペールパックに装填した。なお表１のワイヤの引張強さの最大値／平均値および最大値と最小値の差は、４ｍ長のワイヤについて４０本ずつの試験片の測定を行って求めたものである。
【００２４】
【表１】
2007190602.tif 000002
【００２５】
表２に示す化学成分および表３に示すサイズの鋼板を、図３に示すように柱仕口部のスキンプレート１、ダイアフラム２および側板３を模して、ギャップＧを２５ｍｍにして溶接試験板を組み立てた。溶接は、表１に示すペールパック入りワイヤを用いて図２に示すワイヤ矯正装置で、表４に示す溶接条件で行った。溶接長は８００ｍｍである。なお、フラックスは、ＳｉＯ２：３２％、ＭｎＯ：９％、ＭｇＯ：１６％、ＣａＯ：１１％、Ａｌ２Ｏ３：８％の溶融型フラックスを用いた。
【００２６】
【表２】
2007190602.tif 000003
【００２７】
【表３】
2007190602.tif 000004
【００２８】
【表４】
2007190602.tif 000005
【００２９】
溶接時にアークの安定性を調査し、溶接終了後超音波探傷器で欠陥の有無を調べた後、図４に示すように溶接金属９の中央部からＪＩＳ  Ａ１号丸棒引張試験片２０とＪＩＳ  ４号シャルピー衝撃試験片２１を採取し、それぞれ機械試験を行った。引張強さは６００〜６５０Ｎ／ｍｍ２を良好と評価し、吸収エネルギーの評価は０℃におけるシャルピー衝撃試験を行い、各々繰り返し３本の平均値が７０Ｊ以上を良好として評価した。これらの調査結果を表５にまとめて示す。
【００３０】
【表５】
2007190602.tif 000006
【００３１】
表１および表５中ワイヤＮｏ．１〜８が本発明例、ワイヤＮｏ．９〜１８は比較例である。本発明例であるワイヤＮｏ．１〜８は、ワイヤ成分、ワイヤの引張強さおよびワイヤ長さ４ｍ内の引張強さの最大値と最小値の差が適正であるので、ワイヤ送給性が良好でアークが安定し、溶接欠陥がなく溶接金属の機械的性能も良好な値が得られるなど極めて満足な結果であった。また、ワイヤにＢを適量含むワイヤＮｏ．１、２、４、５、７およびＮｏ．８は、吸収エネルギーが１００Ｊ以上得られた。
【００３２】
比較例中ワイヤＮｏ．９はＣが高いので、ワイヤＮｏ．１２はＭｎが高いので、またワイヤＮｏ．１４はＭｏが高いので、いずれも引張強さが高くなり、吸収エネルギーが低値であった。
【００３３】
ワイヤＮｏ．１０はＳｉが高いので、ワイヤＮｏ．１１はＭｎが低いので、ワイヤＮｏ．１３はＭｏが低いので、ワイヤＮｏ．１５はＴｉが低いので、またワイヤＮｏ．１６はＴｉが高いので、いずれも吸収エネルギーが低値であった。
【００３４】
ワイヤＮｏ．１７は、ワイヤの引張強さが高いので、ワイヤの送給抵抗が大きくなってアークが不安定であり、溶接部に一部融合不良が発生した。また、Ｂを含有していないので吸収エネルギーがやや低値であった。
ワイヤＮｏ．１８は、ワイヤ長さ４ｍ内の引張強さの最大値と最小値の差が大きいので、時々アークが不安定となり、溶接部に一部融合不良が発生した。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】非消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接方法の概要を示す図である。
【図２】非消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接に用いるワイヤ矯正装置を示す図である。
【図３】本発明の実施例に用いた溶接試験板を示す図である。
【図４】本発明の実施例における溶接金属の試験片採取位置を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１    スキンプレート
２    ダイアフラム
３    側板
４    開先
５    非消耗ノズル
６    溶接用ワイヤ
７    溶融スラグ
８    ドライエクステンション
９    溶接金属
１０    ノズル上昇ローラ
１１    ガイド
１２    ワイヤガイド輪
１３    溝付きローラ
１４    チップ
１５ａ、１５ｂ    第一矯正ローラ
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ    第二矯正ローラ
１７、１８    調整つまみ
２０    引張試験片
２１    衝撃試験片
Ｇ    ギャップ
【図１】
2007190602.tif 000007
【図２】
2007190602.tif 000008
【図３】
2007190602.tif 000009
【図４】
2007190602.tif 000010