專利名稱：耐氣候性鋼用氣體保護(hù)電弧焊實(shí)芯焊絲及使用它的氣體保護(hù)電弧焊方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及耐氣候性鋼用氣體保護(hù)電弧焊實(shí)芯焊絲(solid wire)及氣體保護(hù)電弧焊方法，特別涉及用于火車等的車輛用、對耐氣候性鋼進(jìn)行氣體保護(hù)電弧焊的耐氣候性鋼用氣體保護(hù)電弧焊實(shí)芯焊絲及使用了它的氣體保護(hù)電弧焊方法。
背景技術(shù)：
歷來，作為耐氣候性鋼規(guī)定有JIS G3114。該JIS G3114即使處于暴露狀態(tài)，因銹穩(wěn)定而形成致密的狀態(tài)構(gòu)成保護(hù)膜，從而具有阻止腐蝕進(jìn)行的性質(zhì)。另外，耐氣候性鋼作為其化學(xué)成分有Cu和Cr，還以適量添加了Cu、Cr和Ni為特長。作為適用于這種鋼材的實(shí)芯焊絲有JIS Z3315規(guī)定的“耐氣候性鋼用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)電弧焊實(shí)芯焊絲”。這些耐氣候性鋼和耐氣候性鋼用實(shí)芯焊絲，被使用在設(shè)計(jì)耐久年度長、維護(hù)的減輕效果大的橋梁等上的情況較多。
近年來，為了使這樣的耐氣候性鋼的優(yōu)點(diǎn)適用為大廈建筑，還開發(fā)了賦予耐火鋼以耐氣候性機(jī)能的焊絲(例如特開來4-294891號公報(bào)，特開平5-200582號公報(bào))。另外，還開發(fā)了以橋梁的高效率施工為目的，即使在高熱能、高軋道間溫度仍能夠得到高強(qiáng)度、高韌性的二氧化碳?xì)怏w保護(hù)電弧焊用的耐氣候性鋼芯心焊絲(例如特開2000-71091號公報(bào))。此外，以防止設(shè)施在海岸附近的橋梁的鹽害腐蝕為目的，還開發(fā)了極力使Cr的含量降低，并且大量添加了Ni的焊絲(例如特開2003-311471號公報(bào)，特開2000-141081號公報(bào))。
另外，作為火車等的車輛的臺車用，作為鋼材有舊國鐵規(guī)格JRS 51304-2耐氣候性鋼，作為此JRS 51304-2耐氣候性鋼的焊接材料，使用一般的JIS Z3315規(guī)格材。
然而，在歷來使用的耐氣候性鋼所用的作為焊接材料的焊絲中，存在以下表現(xiàn)出的問題。
作為大量采用耐氣候性鋼的領(lǐng)域，除了橋梁和建筑領(lǐng)域以外，還有火車等的車輛的臺車，不過上述各專利文獻(xiàn)所述的作為焊接材料的焊絲是面向橋梁和建筑領(lǐng)域開發(fā)的，另外因?yàn)橐远趸細(xì)怏w焊接法為前提，所以容易發(fā)生飛濺。為此在使用這種焊絲對火車等的車輛的臺車進(jìn)行焊接時便存在如下等問題(1)因?yàn)楹附硬康耐庥^可以看到，所以飛濺的發(fā)生非常不利；(2)與C含量高達(dá)0.20質(zhì)量％以上的鑄鐵、鑄鋼的不同材質(zhì)的接頭多，在高強(qiáng)度的焊接材料的使用和熔合度深、母材稀釋高的二氧化碳?xì)怏w保護(hù)電弧焊中容易產(chǎn)生裂紋的問題；(3)在不同材質(zhì)接頭中若發(fā)生劇烈的成分變化，則腐蝕會選擇性地?cái)U(kuò)展，因此焊接金屬也需要一定程度的耐氣候性；(4)由于通常曝露于疲勞狀態(tài)下，因此需要與母材的融合性良好需要高韌性；(5)為了防止相同的疲勞破壞，根據(jù)需要應(yīng)消除殘留應(yīng)力而進(jìn)行焊接后應(yīng)力除去退火(SR)，但是作為焊絲設(shè)計(jì)卻未被考慮。
另外，最近從二氧化碳?xì)怏w保護(hù)電弧焊發(fā)展到大量使用以Ar為主體的混合氣體的焊接法。于是，特別是由于能夠在海外將鐵道架設(shè)向寒冷地和高海拔高地推進(jìn)，因此為了在這樣的地域也要提高事故時的車輛的碰撞安全性，根據(jù)現(xiàn)有的0～-20℃左右的溫度環(huán)境下的韌性要求，還要求低溫的-45℃左右的溫度環(huán)境下的低溫韌性。
但是，上述各專利文獻(xiàn)所述的焊接材料的焊絲，因?yàn)橐远趸己附臃榍疤?，另外不具備低溫韌性，所以存在不能滿足這些要求的問題。
另外，作為火車等的車輛的臺車用的耐氣候性鋼的焊接材料，使用一般JIS Z3315規(guī)格材，但是在JIS Z3315中，沒有規(guī)定保護(hù)氣體的區(qū)分，韌性規(guī)定也只是0℃～-5℃。為此在這些焊絲中就存在不能滿足所述要求這樣的問題。
因此就存在以Ar系混合氣體為前提，低溫韌性優(yōu)異且也具備耐氣候性的焊絲尚未開發(fā)的現(xiàn)實(shí)狀況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于這些狀況而開發(fā)的技術(shù)，其目的在于提供一種氣體保護(hù)電弧焊實(shí)芯焊絲和使用了它的氣體保護(hù)電弧焊方法，該氣體保護(hù)電弧焊實(shí)芯焊絲在從室溫至-45℃左右的環(huán)境下也具有高韌性，同時具有優(yōu)異的低飛濺性，不同材質(zhì)接頭也具有良好的耐氣候性、耐裂紋性及強(qiáng)度。
為了解決所述課題，本第一發(fā)明的焊接實(shí)芯焊絲，所述實(shí)芯焊絲由鋼合金制的焊絲線材構(gòu)成，含有C0.01～0.12質(zhì)量％、Si0.20～1.00質(zhì)量％、Mn1.00～2.00質(zhì)量％、P0.007～0.030質(zhì)量％、S0.025質(zhì)量％以下、Cu0.30～0.60質(zhì)量％、Cr0.50～0.80質(zhì)量％、Al0.020質(zhì)量％以下、Ti0.05～0.17質(zhì)量％、Mo0.10質(zhì)量％以下、N0.0090質(zhì)量％以下、及O0.0150質(zhì)量％以下，設(shè)C的含量為C，P的含量為P時，由C×P×104計(jì)算出的系數(shù)為22以下。
根據(jù)如此的構(gòu)成，通過抑制析出元素Ti、Al以外還抑制O、N，能夠防止SR時的焊接金屬的韌性降低，通過Al抑制，能夠取得低飛濺化。另外，除了Cu、Cr以外，對通常不添加的P進(jìn)行規(guī)定范圍的添加，從而即使在與非耐氣候性鋼的不同材質(zhì)的接頭的情況也確保著耐氣候性能，防止局部腐蝕，從而能夠確保焊接金屬的耐氣候性。另外，通過規(guī)定C和P的影響焊接金屬的耐裂紋性的相關(guān)參數(shù)的上限范圍，既能夠確保焊接金屬的耐氣候性，又能夠防止裂紋。此外，以規(guī)定量含有C、Si、Mn并抑制Mo，能夠使焊接金屬的強(qiáng)度提高，通過以規(guī)定量含有S能夠提高與母材的融合性。
本第二發(fā)明的焊接實(shí)芯焊絲，是所述實(shí)芯焊絲在鋼合金制的焊絲線材的表面設(shè)有Cu鍍層，其含有C0.01～0.12質(zhì)量％、Si0.20～1.00質(zhì)量％、Mn1.00～2.00質(zhì)量％、P0.007～0.030質(zhì)量％、S0.025質(zhì)量％以下、Cu0.30～0.60質(zhì)量％、Cr0.50～0.80質(zhì)量％、Al0.020質(zhì)量％以下、Ti0.05～0.17質(zhì)量％、Mo0.10質(zhì)量％以下、N0.0090質(zhì)量％以下、及O0.0150質(zhì)量％以下，所述Cu鍍層的Cu含量為0.25質(zhì)量％以下，設(shè)C的含量為C，P的含量為P時，由C×P×104計(jì)算出的系數(shù)為22以下。
根據(jù)如此的構(gòu)成，通過抑制析出元素Ti、Al以外還抑制O、N，能夠防止SR時的焊接金屬的韌性降低，通過Al的抑制，能夠取得低飛濺化。另外，除了Cu、Cr以外，對通常不添加的P進(jìn)行規(guī)定范圍的添加，即使在與非耐氣候性鋼的不同材質(zhì)的接頭的情況也能確保耐氣候性能，防止局部腐蝕，從而能夠確保焊接金屬的耐氣候性。另外，通過規(guī)定C和P的影響焊接金屬的耐裂紋性的相關(guān)參數(shù)的上限范圍，既能夠確保焊接金屬的耐氣候性，又能夠防止裂紋。此外，以規(guī)定量含有C、Si、Mn并抑制Mo，能夠使焊接金屬的強(qiáng)度提高，通過以規(guī)定量含有S能夠提高與母材的融合性。
另外，通過施加Cu鍍層，焊絲的拉絲性優(yōu)異，另外能夠使耐銹性和接頭的耐磨損性提高。在施加Cu鍍層時，通過將鍍敷的Cu規(guī)定得很低而能夠得到焊接金屬的低飛濺化。
在上述本第一發(fā)明和本第二發(fā)明中，焊接實(shí)芯焊絲也可以還含有如下之中的至少1種Ni0.05～0.80質(zhì)量％、B0.0005～0.0030質(zhì)量％、K0.5～20ppm。
根據(jù)如此的構(gòu)成，通過以規(guī)定量含有Ni、B、K，能夠進(jìn)一步促進(jìn)焊接金屬的耐氣候性的提高、低溫韌性的提高、低飛濺化。
本發(fā)明的氣體保護(hù)電弧焊方法，是使用所述記載的焊接實(shí)芯焊絲，對耐氣候性鋼彼此或者耐氣候性鋼與碳鋼進(jìn)行氣體保護(hù)電弧焊，作為保護(hù)氣體，使用如下任意一種混合氣體Ar75～95體積％且余量為CO2；Ar90～98體積％且余量為O2；及Ar75～95體積％且余量為CO2+O2。
根據(jù)如此的構(gòu)成，作為保護(hù)氣體使用Ar+CO2、Ar+O2或者Ar+CO2+O2的混合氣體，通過使這些氣體組成處于規(guī)定范圍，能夠得到耐氣孔(blowhole)性、低飛濺性、高韌性、焊珠(bead)形狀改善優(yōu)異的焊接金屬。
根據(jù)本發(fā)明的焊接實(shí)芯焊絲，通過將實(shí)芯焊絲的成分規(guī)定在規(guī)定范圍而得到的焊接金屬，在進(jìn)行車輛的臺車等的焊接中所適合的耐氣候性鋼彼此的氣體保護(hù)電弧焊、或者進(jìn)行耐氣候性鋼與鑄鐵·鑄鋼等的碳鋼這種不同材質(zhì)接頭的氣體保護(hù)電弧焊的任意一種中，耐氣候性、低溫韌性、強(qiáng)度及耐裂紋性均優(yōu)異，同時低飛濺性、焊珠形狀、耐氣孔性、焊絲送進(jìn)性等均優(yōu)異。
另外，根據(jù)本發(fā)明的氣體保護(hù)電弧焊方法，通過將保護(hù)氣體的組成控制在規(guī)定范圍，從而能夠得到耐氣孔性、低飛濺性、低溫韌性、焊珠形狀優(yōu)異的焊接金屬，在耐氣候性鋼彼此、或耐氣候性鋼與鑄鐵·鑄鋼等的碳鋼這種不同接頭的任意一種情況下，都能夠進(jìn)行良好的焊接。
因而，利用本發(fā)明的焊絲和焊接方法，能夠有助于車輛等的安全性、耐久性、疲勞特性、美觀等的提高。


圖1是表示接頭坡口剖面形狀的模式圖。
具體實(shí)施例方式
以下就本發(fā)明的實(shí)施的方式進(jìn)行詳細(xì)地說明。
本發(fā)明是一種將實(shí)芯焊絲的成分規(guī)定在規(guī)定范圍為特征的耐氣候性鋼用氣體保護(hù)電弧焊實(shí)心焊絲，以及使用了這種焊絲、將保護(hù)氣體的組成控制在規(guī)定范圍為特征的氣體保護(hù)電弧焊方法。
因?yàn)橹两駷橹鼓蜌夂蛐杂煤附z只以橋梁、建筑領(lǐng)域?yàn)閷ο襁M(jìn)行開發(fā)、使用，所以其成分設(shè)計(jì)是以CO2焊接為前提，且只假定了同種金屬接頭。但是本發(fā)明的目的在于，考慮到低溫的高韌性、低飛濺性、不同材質(zhì)接頭耐氣候性、經(jīng)SR處理的性能穩(wěn)定性等，最適合作為Ar混合氣體(Ar+CO2、Ar+O2、Ar+CO2+O2)用的耐氣候性實(shí)芯焊絲。
實(shí)芯焊絲由鋼合金制的焊絲線材構(gòu)成，含有規(guī)定量的C、Si、Mn、P、S、Cu、Cr、Al、Ti、Mo、N、O，余量是Fe和不可避免的雜質(zhì)，并規(guī)定C和P影響焊接金屬的耐裂紋性的相關(guān)參數(shù)的上限。
另外，也可以在此焊絲線材的表面設(shè)置Cu鍍層。
本發(fā)明者們除了得到低飛濺化的目的以外，為了防止SR時的韌性降低，發(fā)現(xiàn)在抑制析出元素Ti和Al量的同時也要抑制O、N的必要性。還發(fā)現(xiàn)為了確保耐氣候性，除了Cu、Cr還有根據(jù)需要而添加的Ni以外，還以規(guī)定的范圍添加通常不添加的P，由此確保在與非耐氣候性鋼為不同材質(zhì)的接頭的情況下確保耐氣候性，防止局部腐蝕。還指出若積極添加P，則一般來說耐裂紋性會降低，但是這與C和P對耐裂紋性的影響相關(guān)，通過規(guī)定此相關(guān)參數(shù)的上限范圍，以成為既確保耐氣候性又防止裂紋的范圍。另一方面，在實(shí)施Cu鍍時，考慮到在Ar+CO2焊接中的熔滴過渡特性，而分別對于焊絲全部量和鍍敷量規(guī)定Cu量，由此得到更進(jìn)一步的低飛濺化。根據(jù)這些方法能夠制成滿足優(yōu)異的低溫韌性、低飛濺性、耐氣候性、耐裂紋性等的焊絲。
以下，就實(shí)心焊絲的成分限定理由進(jìn)行說明。
(C0.01～0.12質(zhì)量％)C是用于確保焊接部的強(qiáng)度所需要的元素。在車輛和橋梁領(lǐng)域?yàn)榱巳〉米鳛樽钔ㄓ玫匿摬膹?qiáng)度的490N/mm2以上的強(qiáng)度，需要C含量最低為0.01質(zhì)量％。因此C含量為0.01質(zhì)量％以上。另一方面，若C含量超過0.12質(zhì)量％，則容易發(fā)生高溫裂紋、低溫裂紋和因CO爆發(fā)導(dǎo)致的飛濺。因此，C的含量為0.12質(zhì)量％以下。還有，因?yàn)閺哪透g性方面出發(fā)而優(yōu)選少，所以更優(yōu)選為0.08質(zhì)量％以下。
(Si0.20～1.00質(zhì)量％)Si是脫氧反應(yīng)中需要的元素。當(dāng)Si含量低于0.20質(zhì)量％時，脫氧不足而有氣孔發(fā)生，另外強(qiáng)度不足。因此Si含量為0.20質(zhì)量％以上，更優(yōu)選為0.40質(zhì)量％以上。另一方面，若Si含量超過1.00質(zhì)量％，則韌性降低，飛濺大?；以黾?。因此Si含量為1.00質(zhì)量％以下，更優(yōu)選為0.60質(zhì)量％以下。
(Mn1.00～2.00質(zhì)量％)Mn也是脫氧反應(yīng)中需要的元素，也是用于確保強(qiáng)度所必需的。當(dāng)Mn含量低于1.00質(zhì)量％時，會因脫氧不足而發(fā)生氣孔，另外韌性不足，強(qiáng)度不足。因此Mn含量為1.00質(zhì)量％以上。另一方面，若Mn含量超過2.00質(zhì)量％，則焊接部的強(qiáng)度上升過多而引起低溫裂紋。因此Mn含量為2.00質(zhì)量％以下，從低飛濺性的觀點(diǎn)出發(fā)，更優(yōu)選為1.80質(zhì)量％以下。
(P0.007～0.030質(zhì)量％)P一般是作為使耐裂紋性劣化的元素而知名，對于一般的鋼材來說越少越好，但是P有提高耐氣候性的效果，在本發(fā)明中是必須的。不只是耐氣候性鋼之間，而是與不具備耐氣候性功能的鑄鐵和鑄鋼這種鋼材的不同材質(zhì)接頭的情況下，Cu和Cr以外的具有耐氣候機(jī)能的成分被稀釋，焊接金屬的耐氣候性功能容易降低。因此，通過添加一定程度的P能夠確保耐氣候性功能。P在微量的含量下有效，不過最低需要0.007質(zhì)量％，因此P含量為0.007質(zhì)量％以上。另一方面，若P含量超過0.030質(zhì)量％，則耐裂紋性劣化。因此P含量為0.030質(zhì)量％以下。
(S0.025質(zhì)量％以下)S也是使耐裂紋性劣化的元素，并使韌性降低，但在0.025質(zhì)量％以下沒有問題。因此S含量為0.025質(zhì)量％以下。另一方面，S可提高與母材的融合性，具有使疲勞強(qiáng)度提高的效果，優(yōu)異S含量為0.005質(zhì)量％以上，如此則既能夠耐裂紋性又使外觀和接頭疲勞性能提高。不過由于S越少越為優(yōu)選，所以不設(shè)定下限。
(Cu0.30～0.60質(zhì)量％)這里的Cu是焊絲線材中的Cu含量和對焊絲施加鍍敷時該鍍敷部分的Cu附著量的合計(jì)。
Cu是用于提高耐氣候性所需要的元素，Cu含量作為焊絲的整體來說最低需要0.30質(zhì)量％。因此Cu含量為0.030質(zhì)量％以上。另一方面，若超過0.60質(zhì)量％，則容易發(fā)生高溫裂紋，因此Cu含量為0.60質(zhì)量％以下。
(Cr0.50～0.80質(zhì)量％)Cr也是用于提高耐氣候性所需要的元素。雖然在耐鹽害腐蝕性上Cr是有害的，但是作為車輛用和一般橋梁使用時因?yàn)闊o需耐鹽害腐蝕性，所以為了得到作為一般的耐氣候性鋼用的性能而積極添加。為了提高耐氣候性，最低需要0.50質(zhì)量％。因此Cr含量為0.50質(zhì)量％以上。另一方面，若超過0.80質(zhì)量％，則強(qiáng)度過高而容易發(fā)生低溫裂紋，并且韌性也降低。因此Cr含量為0.80質(zhì)量％以下。
(Al0.020質(zhì)量％以下)Al是在SR時使低溫韌性劣化，并使飛濺增加的元素。若Al含量超過0.020質(zhì)量％，則韌性降低顯著，飛濺也變多?，F(xiàn)在在熔煉時為了提高潔凈度大多進(jìn)行被稱為鋁鎮(zhèn)靜(aluminum-killed)的脫氧、脫氮處理，但這種情況下，Al含量大多超過0.020質(zhì)量％。因此應(yīng)該積極地注意使Al含量處于0.020質(zhì)量％以下而進(jìn)行制鋼處理。還有，因?yàn)锳l越少越為優(yōu)選，所以不設(shè)定下限。
(Ti0.05～0.17質(zhì)量％)Ti有很強(qiáng)的氧化物，與保護(hù)氣體中的O2和CO2這樣的氧化性氣體結(jié)合，一部分殘留在熔渣中，一部分殘留在焊接金屬中。焊接金屬中的Ti適量能夠使結(jié)晶粒微細(xì)化從而得到高韌性。但是若變得過剩，則成為粗大的析出物而成為脆性破壞的起點(diǎn)。特別是在SR處理中韌性降低顯著。與使用二氧化碳?xì)怏w相比，由于Ar混合氣體氧化性氣體的分壓低，所以Ti的少量添加能夠使焊接金屬的結(jié)晶粒微細(xì)化而得到高韌性。具體來說，若Ti含量超過0.17質(zhì)量％，則韌性降低，因此Ti的含量為0.17質(zhì)量％以下，更優(yōu)選為0.14質(zhì)量％以下。此外若在0.10質(zhì)量％以下，則在SR時的韌性也提高，并且飛濺小?；附幼鳂I(yè)性優(yōu)異。另一方面，當(dāng)Ti含量低于0.05質(zhì)量％時沒有結(jié)晶粒微細(xì)化的效果，不適合在-45℃左右的溫度下使用。另外，因?yàn)楸容^小粒的飛濺大量發(fā)生，所以優(yōu)選Ti含量為0.05質(zhì)量％以上，從提高電弧穩(wěn)定性的觀點(diǎn)出發(fā)更優(yōu)選為0.07質(zhì)量％以上。還有，耐氣候性鋼用實(shí)芯焊絲的JIS規(guī)格Z3315中沒有規(guī)定Ti。一般來說作為二氧化碳?xì)怏w用，作為高電流用而添加Ti0.18～0.25質(zhì)量％，作為短路焊接的低電流用而不添加的情況較多。但是本發(fā)明作為Ar混合氣體用而優(yōu)選進(jìn)行少量的添加。
(Mo0.10質(zhì)量％以下)Mo一般來說是用于提高焊接金屬的高強(qiáng)度化的元素。但是因?yàn)樵谲囕v中如上述與C含量多的鑄鐵、鑄鋼為不同材質(zhì)的接頭也多，所以焊接金屬強(qiáng)度容易變得過剩，過剩強(qiáng)度會引起低紋裂紋的發(fā)生。因此對于鋼材來說需要避免過剩的強(qiáng)度匹配過度(overmatching)。若Mo的含量超過0.10質(zhì)量％，則容易發(fā)生強(qiáng)度過剩造成的裂紋。因此Mo含量為0.10質(zhì)量％以下，優(yōu)選為0.05質(zhì)量％以下。還有，因?yàn)镸o越少越為優(yōu)選，所以不設(shè)定下限。
(N0.0090質(zhì)量％以下)N是使韌性降低的元素。因?yàn)樵诒Ｗo(hù)不良時也會有氮從大氣混入，所以需要管理，優(yōu)選極力從焊絲中使其降低。若N含量超過0.0090質(zhì)量％，則韌性顯著降低，因此N含量優(yōu)選為0.0090質(zhì)量％以下，更優(yōu)選為0.0070質(zhì)量％以下。還有，因?yàn)镹越少越為優(yōu)選，所以不設(shè)定下限。
(O0.0150質(zhì)量％以下)焊絲表面和熔滴表面的氧量因?yàn)槎鄷纳迫鄣芜^渡特性而優(yōu)選，但是若氧進(jìn)入焊接金屬則形成氧化物，在SR時析出會使之脆化。為此作為焊絲整體優(yōu)選為少。因此O含量為0.0150質(zhì)量％以下，優(yōu)選為0.0100質(zhì)量％以下，更優(yōu)選為0.0050質(zhì)量％以下。還有因?yàn)镺越少越為優(yōu)選，所以不設(shè)定下限。
(不可避免的雜質(zhì))作為不可避免的雜質(zhì)，認(rèn)為含有例如Nb、V、Zr等，但在不妨礙本發(fā)明的效果的范圍內(nèi)允許含有它們，其含量優(yōu)選為0.050質(zhì)量％以下。
(由C×P×104計(jì)算出的系數(shù)22以下)如上所述，C有助于強(qiáng)度的增強(qiáng)，P有助于在接頭材質(zhì)不同時補(bǔ)助耐氣候性功能，但是由于含有它們也會增大高溫裂紋敏感性。但是，設(shè)C的含量為C及設(shè)P的含量為P時，通過將由C×P×104計(jì)算出的系數(shù)規(guī)定在22以下，能夠防止高溫裂紋。就是說需要把C、P規(guī)定在各自的范圍，同時滿足本式。還有更優(yōu)選為17以下。
在本發(fā)明的耐氣候性鋼用氣體保護(hù)電弧焊接實(shí)芯焊絲中，也可以在焊絲線材的表面設(shè)置Cu鍍層。
(鍍層的Cu0.25質(zhì)量％以下)通過施加Cu鍍層，焊絲的拉絲性優(yōu)異，因此能夠以低成本生產(chǎn)。另外，能夠使耐銹性和接頭的耐磨損性提高。
為了確保熱延展性而在線材中不添加Cu，所添加的全部規(guī)定量的Cu僅是鍍敷在焊絲上的鍍敷部分，而此方法在本發(fā)明中不可用。其理由是因?yàn)槿绻谀壳暗腃O2焊接法中使用，則無助于熔滴過渡的穩(wěn)定性，但在本發(fā)明的Ar+CO2焊接的情況下，噴霧熔滴過渡的穩(wěn)定性受到焊絲和熔滴表面附近的氧量很強(qiáng)的影響。即，因?yàn)镃u為非氧化性，所以若鍍Cu厚則焊絲表面的氧量低，熔滴表面附近的氧化反應(yīng)不會推進(jìn)。其結(jié)果是熔滴的氧量被抑制得很低，表面張力和粘性小，熔滴脫離性降低。就是說大粒的飛濺發(fā)生并成為滯動的原因，使焊接作業(yè)性降低。因此，鍍層的Cu含量越低越為優(yōu)選，如果是0.25質(zhì)量％以下，則對于飛濺量抑制來說處于允許范圍。因此鍍層的Cu含量為0.25質(zhì)量％以下，更優(yōu)選為0.20質(zhì)量％以下。還有，鍍層的Cu的含量為0質(zhì)量％，也就是不鍍敷也沒有問題。
在此，優(yōu)選焊絲成分含有Ni、B、K之中的1種以上。以下，就其限定理由進(jìn)行說明。
(Ni0.05～0.80質(zhì)量％)Ni在用于使耐氣候性提高方面有效。因?yàn)閮H是Cu、Cr、P難以無涂裝規(guī)格，所以要涂裝使用，但是通過適量添加Ni便能夠成為無涂裝規(guī)格。當(dāng)Ni的含量低于0.05質(zhì)量％時，其效果無法發(fā)揮，因此優(yōu)選為0.05質(zhì)量％以上，更優(yōu)選為0.15質(zhì)量％以上。另一方面，若Ni的含量超過0.80質(zhì)量％，則不僅耐氣候性的效果飽和，而且熔滴的粘性過高，飛濺發(fā)生量容易增加，同時焊珠變成凸?fàn)疃菀琢踊Ａ硗?，Ni為昂貴的元素而容易使成本過大。因此Ni含量優(yōu)選為0.80質(zhì)量％以下。
(B0.0005～0.0030質(zhì)量％)B通過微量的添加而促進(jìn)結(jié)晶粒微細(xì)化，具有使低溫韌性提高的效果。如果B含量最低不是0.0005質(zhì)量％，則微細(xì)化的效果無法發(fā)揮，因此優(yōu)選為0.0005質(zhì)量％以上，更優(yōu)選0.0010質(zhì)量％以上。另一方面，B也有容易引起高溫裂紋的缺點(diǎn)。若B含量超過0.0030質(zhì)量％，則容易發(fā)生裂紋。因此，B含量優(yōu)選為0.0030質(zhì)量％以下，若考慮與C含量多的鑄鐵、鑄鋼為不同材質(zhì)接頭，則更優(yōu)選0.0020質(zhì)量％以下。
(K0.5～20ppm)K在Ar為主元素的混合氣體焊接時使電弧穩(wěn)定，作為減少飛濺的元素有效。在二氧化碳焊接中一般這樣的效果不起作用。因?yàn)镵在熔煉時添加困難，所以一般來說通過如下方法來添加(1)在拉絲工序中使用有碳酸鉀等的K摻入的拉絲潤滑劑，使之殘留在表面；(2)浸漬在含有K的溶液后進(jìn)行退火，使K在焊絲表面的晶界或粒內(nèi)擴(kuò)散；(3)通過采用氰化鉀溶液實(shí)施銅鍍這樣的方法使K存在于表面附近。其效果是從0.5ppm有效，因此K含量優(yōu)選為0.5ppm以上。另一方面，若K含量超過20ppm，則電弧穩(wěn)定效果飽和，并且焊絲表面的潤滑性喪失，容易使焊絲送進(jìn)性低劣，另外，鍍敷緊貼性變差而銅鍍剝離，仍是會損害焊絲送進(jìn)性。因此K含量優(yōu)選為20ppm以下。
接下來，就氣體保護(hù)電弧焊方法進(jìn)行說明。
本發(fā)明的氣體保護(hù)電弧焊方法，是使用上述的耐氣候鋼用氣體保護(hù)電弧焊實(shí)芯焊絲，對耐氣候性鋼之間焊接或者焊接耐氣候性鋼和碳鋼，作為保護(hù)氣體使用Ar+CO2、Ar+O2或者Ar+CO2+O2的混合氣體。
(保護(hù)氣體組成Ar+CO2、Ar+O2、Ar+CO2+O2)保護(hù)氣體是以Ar為主體，與少量的氧化性氣體CO2或O2混合的組成為前提。Ar+CO2的情況下，Ar為75～95體積％且余量為CO2，Ar+O2的情況下，Ar為90～98體積％且余量為O2，Ar+CO2+O2的情況下，Ar為75～95體積％且余量為CO2+O2。
保護(hù)氣體為Ar+CO2、Ar+CO2+O2的情況下，Ar低于75體積％時，Ar+O2的情況下，Ar低于90體積％時，熔滴過渡不能維持噴霧狀態(tài)，飛濺發(fā)生，另外因?yàn)槿廴诔氐倪^剩氧化，所以韌性降低。此外焊珠形狀也成為融合性差的焊瘤(overlap)狀。
保護(hù)氣體為Ar+CO2、Ar+CO2+O2的情況下，若Ar為95體積％，Ar+O2系的情況下，若Ar超過98體積％，則成為過剩的噴射電弧(sprayarc)狀態(tài)，因卷入Ar而發(fā)生氣孔。另外，若熔融池的粘性變得過高而焊珠變成凸?fàn)睿儆腥粞踉催^少，則母材側(cè)陰極點(diǎn)不穩(wěn)定，電弧發(fā)生方向振蕩，飛濺也大量發(fā)生。
(耐氣候性鋼)作為所應(yīng)用的耐氣候性鋼，一般采用的有Cu-Ni系、Cu-Cr系、Cu-Cr-Ni系的400～490N/mm2級鋼。另外，也適于這些耐氣候性鋼與鑄鋼、鑄鐵等碳鋼的不同材質(zhì)的焊接。適于車輛用途領(lǐng)域，因?yàn)樽鳛橐话隳蜌夂蛐杂脹]有問題，因此在橋梁等其他領(lǐng)域中使用完全沒有問題。
實(shí)施例接下來，將滿足本發(fā)明必要條件的實(shí)施例與不滿足本發(fā)明的必要條件的比較例進(jìn)行比較，就本發(fā)明的實(shí)芯焊絲具體加以說明。
首先，使用具有表1～3所示組成的焊絲，根據(jù)表4所示的焊接條件焊接鋼材。在焊接中，使用表1～3所示的保護(hù)氣體組成的保護(hù)氣體。還有在比較例中，對于不滿足本發(fā)明的構(gòu)成，以在數(shù)值上畫出下線來表示。
作為鋼材使用表5所示的490N/mm2級耐氣候性鋼(a)和鑄鋼(b)，進(jìn)行耐氣候性鋼(a)之間(以下為(a)/(a))的接頭及耐氣候性鋼(a)和鑄鋼(b)(以下為(a)/(b))的不同材質(zhì)接頭的兩種焊接實(shí)驗(yàn)。
圖1是表示接頭坡口剖面形狀的模式圖。如圖1所示，具有傾斜的端面，板厚為19mm的鋼材1(耐氣候性鋼(a))和板厚為25mm的鋼材2(耐氣候性鋼(a)或鑄鋼(b))的2片鋼材1、2，使其傾斜端面相對，使端面的前端以間隔5mm的狀態(tài)配置。然后對于所形成的坡口進(jìn)行氣體保護(hù)電弧焊，由此形成焊接金屬3。
表1


表2


表3


表4


表5


接下來，對于得到的焊接金屬，按以下所示進(jìn)行強(qiáng)度、低溫韌性、耐氣候性、耐裂紋性、低飛濺性的試驗(yàn)，并且進(jìn)行耐氣孔性、焊珠形狀、焊絲送進(jìn)性的功能評價。
(強(qiáng)度)關(guān)于強(qiáng)度，對焊接金屬實(shí)施維護(hù)620℃×1小時的SR處理，進(jìn)行對(a)/(a)接頭和(a)/(b)接頭的拉伸試驗(yàn)。
拉伸試驗(yàn)在(a)/(a)接頭中以490N/mm2以上的抗拉強(qiáng)度為合格。
(低溫韌性)關(guān)于低溫韌性，通過擺錘沖擊試驗(yàn)測定(a)/(a)接頭和(a)/(b)接頭的-45℃、0℃的擺錘吸收能量。
擺錘吸收能量(a)/(a)接頭和(a)/(b)接頭均以在-45℃下為27J以上為合格。
(耐氣候性)關(guān)于耐氣候性，在(a)/(a)接頭和(a)/(b)接頭中實(shí)施耐氣候性能評價試驗(yàn)。作為耐氣候性能評價試驗(yàn)，采用JSSC(日本鋼構(gòu)造協(xié)會)推薦的作為腐蝕加速試驗(yàn)法的發(fā)露型腐蝕試驗(yàn)。該腐蝕試驗(yàn)條件在表6中顯示。腐蝕減量在(a)/(a)接頭的情況下為80mg/cm2以下，作為不同材質(zhì)接頭的(a)/(b)接頭在100mg/cm2以下，耐氣候性能為合格。
(耐裂紋性、耐氣孔性、焊珠形狀、焊絲送進(jìn)性)確認(rèn)(a)/(a)和(a)/(b)接頭的經(jīng)X射線透射試驗(yàn)及超聲波探傷發(fā)現(xiàn)的裂紋(高溫裂紋及低溫裂紋)和氣孔的有無，進(jìn)行其焊接時的焊珠形狀和焊絲送進(jìn)性的功能評價。裂紋和氣孔以無缺陷為合格，焊珠形狀無需進(jìn)行用于防止融合不良的砂輪(grinder)整形時，或者堆高與母材表面的融合性判斷為良好時為合格(○)，需要進(jìn)行用于防止融合不良的砂輪整形時，或者堆高與母材表面的融合性判斷為不良時為不合格(×)。焊絲送進(jìn)性在沒有發(fā)生因送進(jìn)不良造成的斷弧時為合格(○)，在發(fā)生了因送進(jìn)不良造成的斷弧時為不合格(×)。
(低飛濺性)關(guān)于低飛濺性，是在焊接中、焊接后回收附著在保護(hù)焊噴嘴上的飛濺，測定其重量，根據(jù)飛濺發(fā)生量進(jìn)行評價。附著量為2.0g以下為低飛濺性的范圍，低飛濺性為合格。
這些試驗(yàn)結(jié)果在表7～8中顯示。
還有，(a)/(b)接頭的抗拉強(qiáng)度，和(a)/(a)接頭及(a)/(b)接頭的0℃的吸收能量作為參考值顯示。
另外，關(guān)于低飛濺性、耐氣孔性、焊珠形狀、焊絲送進(jìn)性針對(a)/(a)接頭表示。
表6


表7


表8

如表7所示，實(shí)施例No.1～32，因?yàn)槿康暮附z成分及保護(hù)氣體組成滿足本發(fā)明的范圍，所以在(a)/(a)(耐氣候性鋼之間)的接頭、(a)/(b)(耐氣候性鋼與鑄鋼)的不同材質(zhì)接頭中，從0℃至-45℃的低溫域的擺錘吸收能量和耐氣候性、耐裂紋性均優(yōu)異，抗拉強(qiáng)度也確保在母材規(guī)格的下限以上。另外，在(a)/(a)接頭中，完全沒有發(fā)生氣孔、焊珠形狀不良等。另外，低飛濺性和焊絲送進(jìn)性也優(yōu)異。
另一方面，如圖8所示，比較例33因?yàn)镃的含量低于下限，所以強(qiáng)度不足。比較例No.34因?yàn)镃的含量超過上限，所以高溫裂紋發(fā)生，強(qiáng)度高還發(fā)生了低溫裂紋，并且飛濺也多。比較例No.35因?yàn)镾i低于下限，所以不僅強(qiáng)度不足，而且脫氧不足，還發(fā)生了氣孔。比較例No.36因?yàn)镾i超過上限，所吸收能量低，飛濺也多。比較例No.37因?yàn)镸n低于下限，所以不僅強(qiáng)度不足，而且脫氧不足，還發(fā)生了氣孔，另外吸收能也低。比較例No.38因?yàn)镸n超過上限，所以強(qiáng)度過高而發(fā)生低溫裂紋，另外也增加了飛濺。比較例No.39、40因?yàn)镻均低于下限，所以在有不同材質(zhì)接頭時耐氣候性喪失，腐蝕減量多。比較例No.41因?yàn)镻超過上限，所以發(fā)生高溫裂紋。
比較例No.42、43、44雖然C、P分別在單獨(dú)的范圍內(nèi)滿足規(guī)定，但是因?yàn)镃×P×104超過本發(fā)明的范圍，所以發(fā)生高溫裂紋。比較例No.45因?yàn)镾超過上限，所以發(fā)生高溫裂紋。另外盡管在耐氣候性鋼之間吸收能量勉強(qiáng)滿足，但是在不同材質(zhì)接頭的情況下不滿足。比較例No.46雖然只由鍍敷成分構(gòu)成銅成分，但是因?yàn)槠渲档陀谙孪拗?，所以腐蝕減量多，耐氣候性不足。比較例No.47因?yàn)镃u超過上限，所以發(fā)生高溫裂紋。比較例No.48因?yàn)殂~鍍覆量超過上限值，所以熔滴形成時的表面氧化被抑制，因此表面張力高而熔滴脫離性差，飛濺多。比較例No.49因?yàn)镃r低于下限，所以腐蝕減量多，耐氣候性不足。比較例No.50因?yàn)镃r超過上限，所以吸收能量不足。另外在不同材質(zhì)接頭中因強(qiáng)度過剩而發(fā)生低溫裂紋。比較例No.51因?yàn)锳l超過上限，所以吸收能量不足，飛濺也多。
比較例No.52因?yàn)門i低于下限，所以結(jié)晶粒粗大，吸收能量低。另外電弧穩(wěn)定性也差，飛濺多。比較例No.53為JIS Z3315YGA-50W，在整個焊絲中不含Ti。因此同樣結(jié)晶粒粗大，吸收能量低，另外電弧穩(wěn)定性也差，飛濺多。比較例No.54是CO2用焊絲，Ti超過上限。因此SR處理時有過剩的Ti氧化物析出，因此吸收能量降低。比較例No.55因?yàn)镸o超過上限，所以不同材質(zhì)接頭時強(qiáng)度過剩而發(fā)生低溫裂紋。比較例No.56因?yàn)镹超過上限，所以氣孔發(fā)生，為此抗拉強(qiáng)度也低。另外脆化而吸收能量也低。比較例No.57因?yàn)镺超過上限，所以熔融池中的脫氧被促進(jìn)，吸收能量降低。No.58因?yàn)镹i超過上限，所以飛濺變多，并且熔融池的粘性過剩，從而焊珠呈現(xiàn)為凸?fàn)睢榇诵枰獙γ亢傅肋M(jìn)行研磨整形。No.59因?yàn)锽超過上限，所以發(fā)生高裂紋。No.60因?yàn)镵超過上限，所以焊絲表面的潤濕性受損，焊絲送進(jìn)性差，電弧不穩(wěn)定。
比較例No.61其保護(hù)氣體是Ar+CO2系，但是Ar比率低于下限，因此熔滴過渡不能維持噴霧狀態(tài)，飛濺發(fā)生量多。另外因?yàn)槿廴诔氐倪^剩氧化，吸所以收能量也低。再有焊珠形狀融合性也差而成為焊瘤狀。比較例No.62是Ar+CO2系，但是因?yàn)锳r比率超過上限，所以成為過剩的噴射電弧狀態(tài)，因卷入Ar而發(fā)生氣孔。另外熔融池的粘性過高而焊珠形狀變凸。比較例No.63其保持氣體為Ar+O2系，但是因?yàn)锳r比率低于下限，所以熔滴過渡不能維持噴霧狀態(tài)，飛濺發(fā)生量多。另外因?yàn)槿廴诔氐倪^剩氧化，所以吸收能也低。此外焊珠形狀融合性也差，成為焊瘤狀。比較例No.64是Ar+O2系，但是因?yàn)锳r比率超過上限，所以成為過剩的噴射電弧狀態(tài)，因卷入Ar而發(fā)生氣孔。另外熔融池的粘性變得過高而焊珠形狀變凸。此外氧源過少，母材側(cè)陰極點(diǎn)不穩(wěn)定，電弧發(fā)生方向振蕩，飛濺也大量發(fā)生。
比較例No.65是Ar+CO2+O2系，但是因?yàn)锳r比率低于下限，所以熔滴過渡不能維持噴霧狀態(tài)，飛濺發(fā)生量多。另外因?yàn)槿廴诔氐倪^剩氧化，吸所以收能也低。再有焊珠形狀融合性也差而成為焊瘤狀。比較例No.66是Ar+CO2+O2系，但是因?yàn)锳r比率超過上限，所以成為過剩的噴射電弧狀態(tài)，因卷入Ar而發(fā)生氣孔。另外熔融池的粘性過高而焊珠形狀變凸。比較例No.67是CO2用焊絲的一種和CO2氣體的組合例。因此飛濺發(fā)生量非常多，焊珠形狀融合性差而成為焊瘤狀。存在吸收能低，不同材質(zhì)接頭時的熔入過剩從而發(fā)生低溫裂紋、高溫裂紋，不同材質(zhì)接頭時的耐氣候性低這樣很多的缺點(diǎn)。
No.68雖然C、P分別在單獨(dú)的范圍內(nèi)滿足規(guī)定，但是因?yàn)镃×P×104超過本發(fā)明的范圍，所以發(fā)生高溫裂紋。No.69是CO2用焊絲，Ti超過上限。因此在SR處理時有過剩的Ti氧化物析出，由此吸收能量降低。No.70保護(hù)氣體是Ar+CO2系，但是因?yàn)锳r比率低于下限，所以熔滴過渡不能維持噴霧狀態(tài)，飛濺發(fā)生量多。另外因?yàn)槿廴诔氐倪^剩氧化，所以吸收能量也低。再有焊珠形狀融合性也差而成為焊瘤狀。No.71是Ar+CO2系，但是因?yàn)锳r比率超過上限，所以成為過剩的噴射電弧狀態(tài)，因卷入Ar而發(fā)生氣孔。另外熔融池的粘性過高而焊珠形狀變凸。此外氧源過少，母材側(cè)陰極點(diǎn)不穩(wěn)定，電弧發(fā)生方向振蕩，飛濺也大量發(fā)生。
以上關(guān)于本發(fā)明的最佳實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不限定于所述實(shí)施方式，在不脫離本發(fā)明的范圍下能夠加以變更。
權(quán)利要求
1.一種焊接實(shí)芯焊絲，其特征在于，所述實(shí)芯焊絲由鋼合金制的焊絲線材構(gòu)成，其含有C0.01～0.12質(zhì)量％、Si0.20～1.00質(zhì)量％、Mn1.00～2.00質(zhì)量％、P0.007～0.030質(zhì)量％、S0.025質(zhì)量％以下、Cu0.30～0.60質(zhì)量％、Cr0.50～0.80質(zhì)量％、Al0.020質(zhì)量％以下、Ti0.05～0.17質(zhì)量％、Mo0.10質(zhì)量％以下、N0.0090質(zhì)量％以下、及O0.0150質(zhì)量％以下，在設(shè)C含量為C、P含量為P時，由C×P×104計(jì)算出的系數(shù)為22以下。
2.一種焊接實(shí)芯焊絲，其特征在于，所述實(shí)芯焊絲在鋼合金制的焊絲線材的表面設(shè)有Cu鍍層，其含有C0.01～0.12質(zhì)量％、Si0.20～1.00質(zhì)量％、Mn1.00～2.00質(zhì)量％、P0.007～0.030質(zhì)量％、S0.025質(zhì)量％以下、Cu0.30～0.60質(zhì)量％、Cr0.50～0.80質(zhì)量％、Al0.020質(zhì)量％以下、Ti0.05～0.17質(zhì)量％、Mo0.10質(zhì)量％以下、N0.0090質(zhì)量％以下、及O0.0150質(zhì)量％以下，所述Cu鍍層的Cu含量為0.25質(zhì)量％以下，在設(shè)C含量為C、P含量為P時，由C×P×104計(jì)算出的系數(shù)為22以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接實(shí)芯焊絲，其特征在于，還含有Ni0.05～0.80質(zhì)量％、B0.0005～0.0030質(zhì)量％、K0.5～20ppm中的至少一種。
4.一種使用權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的焊接實(shí)芯焊絲進(jìn)行氣體保護(hù)電弧焊的方法，其特征在于，作為保護(hù)氣體使用Ar75～95體積％且余量為CO2、Ar90～98體積％且余量為O2、及Ar75～95體積％且余量為CO2+O2中的任一種混合氣體，對耐氣候性鋼之間、或者對耐氣候性鋼和碳鋼進(jìn)行氣體保護(hù)電弧焊。
全文摘要
一種使用Ar和CO
文檔編號B23K35/38GK101062534SQ200710091650
公開日2007年10月31日 申請日期2007年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月28日
發(fā)明者鈴木勵一, 中野利彥 申請人:株式會社神戶制鋼所