附加焊接用藥芯焊絲和焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于對(duì)主焊接的焊接金屬縫邊部進(jìn)行附加焊接的附加焊接用藥芯焊 絲和焊接方法。更詳細(xì)地說(shuō)，是涉及在鋼制外皮內(nèi)填充有焊劑這一構(gòu)成的附加焊接用藥芯 焊絲和使用該焊絲進(jìn)行附加焊接的焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在鋼構(gòu)造物中，以提高焊接接頭的疲勞強(qiáng)度和降低殘余應(yīng)力等為目的，會(huì)在主焊 接的焊接縫邊部形成附加焊道（參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1~3)。用于形成該附加焊道的焊接（附 加焊接）所用的焊接材料中，一般使用的是主焊接具有同樣的組成的材料。于是，例如在專(zhuān) 利文獻(xiàn)1中公開(kāi)的是，通過(guò)附加焊接，形成Ni含量為4~12質(zhì)量％，Cr含量為7~15質(zhì) 量％的焊接金屬。
[0003] 另外，在專(zhuān)利文獻(xiàn)2所述的焊接方法中，對(duì)于通過(guò)附加焊接形成的焊接金屬，限定 其C、Cr、Ni、Si、Mn、Mo和Nb的含量，通過(guò)增加Ni和Cr量，使馬氏體相變開(kāi)始溫度為120~ 400°C。此外，在專(zhuān)利文獻(xiàn)3中，作為附加焊接用，提出有一種具有如下組成的焊接材料，其 含有C:0. 20質(zhì)量％以下、Cr:5. 0~18. 0質(zhì)量％、Ni:3. 0~15. 0質(zhì)量％，余量由Fe和不 可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005] 專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0006] 專(zhuān)利文獻(xiàn)1 :日本特開(kāi)2003 - 275890號(hào)公報(bào)
[0007] 專(zhuān)利文獻(xiàn)2 :日本特開(kāi)2003 - 251489號(hào)公報(bào)
[0008] 專(zhuān)利文獻(xiàn)3 :日本特開(kāi)2004 - 42133號(hào)公報(bào)
[0009] 專(zhuān)利文獻(xiàn)1~3所述這樣的現(xiàn)有的附加焊接用焊接材料或由其形成的焊接金屬， 能夠得到疲勞強(qiáng)度提高和殘余應(yīng)力降低的效果。但是，因?yàn)镃r和Ni的含量多，所以焊接金 屬會(huì)過(guò)度硬化，存在抗裂紋性和韌性劣化這樣的問(wèn)題。另外，因?yàn)镃r和Ni高價(jià)，所以若使 其大量添加，則也有制造成本增大這樣的問(wèn)題。從這樣的理由出發(fā)，要求一種抑制了Cr和 Ni的添加量的附加焊接用焊接材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 因此，本發(fā)明其主要目的在于，提供一種在附加焊接中，可以一邊良好地維持焊接 金屬的抗裂紋性，一邊提高焊接部的疲勞強(qiáng)度的藥芯焊絲及焊接方法。
[0011] 本發(fā)明者為了解決前述課題而進(jìn)行了銳意實(shí)驗(yàn)研究。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，提高了Μη含量 的焊接材料，能夠減少Cr和Ni的添加量，在附加焊接中，能夠一邊保證焊接金屬的抗裂紋 性和韌性，一邊達(dá)成焊接部的疲勞強(qiáng)度提高，從而完成了本發(fā)明。
[0012] S卩，本發(fā)明的附加焊接用藥芯焊絲，是在鋼制外皮內(nèi)填充有焊劑的藥芯焊絲，其具 有如下組成：以焊絲總質(zhì)量計(jì)，含有Si:0. 2~1. 0質(zhì)量％、Mn:3. 0~10. 0質(zhì)量％，并且C: 限制在0. 1質(zhì)量％以下、P:限制在0.03質(zhì)量％以下、S:限制在0.03質(zhì)量％以下、Cr和/或 Ni:合計(jì)限制在3. 8質(zhì)量％以下，且其用于對(duì)主焊接的焊接金屬縫邊部進(jìn)行的附加焊接中。 本發(fā)明的藥芯焊絲中，以焊絲總質(zhì)量計(jì)，也可以為Ni:0. 5~3. 8質(zhì)量％，并且，Μη:3~7質(zhì) 量％。
[0013] 另外，設(shè)焊絲總質(zhì)量中的Μη量（質(zhì)量％ )為[Mn]，Ni量（質(zhì)量％ )為[Ni]時(shí)，也 能夠成為滿(mǎn)足下述算式1的組成。
[0014] 另一方面，Cr含量以焊絲總質(zhì)量計(jì)，也可以為1.0質(zhì)量％以下。
[0015] 本發(fā)明的藥芯焊絲，以焊絲總質(zhì)量計(jì)，還可以含有Al:0. 1~0. 5質(zhì)量％。
[0016] [算式 1]
[0017] 3 < [Μη]+0. 5X[Ni] < 6
[0018] 本發(fā)明的焊接方法，使用前述的附加焊接用藥芯焊絲，對(duì)由至少含有Μη:0. 5~ 2.0質(zhì)量％、Ni:3. 5質(zhì)量％以下（不含0)的鋼所構(gòu)成的主焊接的焊接金屬縫邊部實(shí)施附加 焊接。
[0019] 本發(fā)明的焊接方法的附加焊接，能夠通過(guò)例如使用了含有10體積％以上C02的保 護(hù)氣體的氣體保護(hù)電弧焊進(jìn)行。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)樘囟亢蠱n，所以即使沒(méi)有大量添加Ni和Cr，在附加焊接中， 也能夠一邊良好地維持焊接金屬的抗裂紋性，一邊提高焊接部的疲勞強(qiáng)度。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1是表示實(shí)施例中使用的雙面角焊接頭的立體圖。
[0022] 圖2表示疲勞試驗(yàn)方法的側(cè)視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 以下，就用于實(shí)施本發(fā)明的方式，詳細(xì)地加以說(shuō)明。還有，本發(fā)明不受以下說(shuō)明的 實(shí)施方式限定。
[0024] (藥芯焊絲）
[0025] 本實(shí)施方式的藥芯焊絲，在鋼制外皮填充有焊劑，以焊絲總質(zhì)量計(jì)，含有Si為 0.2~1.0質(zhì)量％，Mn為3.0~10. 0質(zhì)量％。同時(shí)，將C限制在0. 1質(zhì)量％以下，P限制在 0. 03質(zhì)量％以下，S限制在0. 03質(zhì)量％以下，Cr和/或Ni合計(jì)限制在3. 8質(zhì)量％以下。另 外，本實(shí)施方式的藥芯焊絲中，除了前述各成分以外，還能夠特定量添加A1。
[0026] 還有，本實(shí)施方式的藥芯焊絲的外徑，沒(méi)有特別限定，例如為0. 9~1. 6mm。另外， 焊劑充填率只要焊絲中的各成分在前述的范圍內(nèi)，則能夠設(shè)定為任意的值，但從焊絲的拉 絲性和焊接時(shí)的操作性（送給性等）的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為焊絲總質(zhì)量的8~25質(zhì)量％。
[0027] 接下來(lái)，對(duì)于本實(shí)施方式的藥芯焊絲中含有的各成分的數(shù)值限定理由進(jìn)行說(shuō)明。
[0028] [Si:0· 2 ~1. 0 質(zhì)量％ ]
[0029] Si提高焊接金屬的強(qiáng)度，并且使焊道的縫邊形狀光滑，具有減少應(yīng)力集中的效果。 但是，Si含量低于0. 2質(zhì)量％時(shí)，這些效果不充分。另一方面，若Si含量高于1. 0質(zhì)量％，則 晶界偏析發(fā)生，容易發(fā)生高溫裂紋。因此，Si含量，以焊絲總質(zhì)量計(jì)，為0. 2~1. 0質(zhì)量％。
[0030] 還有，作為本實(shí)施方式的藥芯焊絲的Si源的具體例，可列舉鋼制外皮中含有的 Si，焊劑中含有的Fe-Si、Fe-Si-Mn、Fe-Si-Mg、REM-Ca-Si、Fe-Si-B、 Si02、ZrSi03、K2SiF6和MgSiO3等。
[0031] [Μη:3 ~10 質(zhì)量％]
[0032] Μη提高淬火性，使焊接金屬的馬氏體相變開(kāi)始溫度（Ms點(diǎn)）降低，具有向焊接金屬 縫邊部提供壓縮殘余應(yīng)力的效果。另外，Μη通過(guò)適量的添加，將對(duì)于焊接金屬的耐高溫裂 紋性造成影響的S作為MnS固定，也有抑制高溫裂紋的效果。但是，Μη含量低于3質(zhì)量％ 時(shí)，這些效果不充分，另外，若Μη含量高于10質(zhì)量％，則焊接金屬過(guò)度硬化，高溫裂紋容易 發(fā)生，并且韌性也降低。因此，Μη含量以焊絲總質(zhì)量計(jì)，為3~10質(zhì)量％。
[0033] 還有，作為本實(shí)施方式的藥芯焊絲的Μη源的具體例，可列舉鋼制外皮中含有的 Μη，焊劑中含有的Fe-Mn、Si-Μη、Μη02等。
[0034] [C:0.1 質(zhì)量％ 以下]
[0035] C使焊接金屬的強(qiáng)度提高，并且具有提高淬火性而使焊接金屬的Ms點(diǎn)降低的效 果，但也是容易誘發(fā)高溫裂紋的元素。具體來(lái)說(shuō)，若C含量高于0. 1質(zhì)量％，則焊接金屬容 易發(fā)生高溫裂紋。因此，C含量以焊絲總質(zhì)量計(jì)，限制在0. 1質(zhì)量％以下。
[0036] [P:0.03 質(zhì)量％ 以下]
[0037] P也是容易誘發(fā)高溫裂紋的元素，若P含量高于0. 03質(zhì)量％，則焊接金屬容易發(fā)生 高溫裂紋。因此，P含量以焊絲總質(zhì)量計(jì)，限制在0. 03質(zhì)量％以下。
[0038] [S:0.03 質(zhì)量％ 以下]
[0039] S與前述的P同樣，也是容易誘發(fā)高溫裂紋的元素，若S含量高于0. 03質(zhì)量％，則 焊接金屬容易發(fā)生高溫裂紋。因此，S含量以焊絲總質(zhì)量，也限制在0. 03質(zhì)量％以下。
[0040] [Cr和Ni:合計(jì)為3. 8質(zhì)量％以下]
[0041] Cr使焊接金屬的Ms點(diǎn)降低，具有使焊接部的疲勞強(qiáng)度提高的效果，但含有Cr的鐵 合金形成更硬的焊接金屬，因此若大量添加Cr，則焊接金屬過(guò)度硬化，招致抗裂紋性和韌性 的降低。同樣，Ni也有使焊接金屬的Ms點(diǎn)降低的效果，通過(guò)適量添加，能夠使焊接部的疲 勞強(qiáng)度進(jìn)一步提高，但若大量添加，則焊接金屬的抗裂紋性和韌性降低。
[0042] 具體來(lái)說(shuō)，Cr和Ni的總含量，以焊絲總質(zhì)量計(jì)，若高于3. 8質(zhì)量％，則焊接金屬的 抗裂紋性和韌性降低，得不到作為目標(biāo)的特性。因此，本實(shí)施方式的藥芯焊絲，在添加Cr和 /或Ni時(shí)，其總含量處于3. 8質(zhì)量％以下。在此，如果Cr和Ni在前述的范圍，則也可以含 有其雙方，但也可以只含有任意一方，也可以?xún)煞骄小?br>[0043] 此外，若添加Cr，則與添加Ni的情況相比，焊接金屬的抗裂紋性和韌性容易降低， 因此Cr含量，以焊絲總質(zhì)量計(jì)，優(yōu)選抑制在1. 0質(zhì)量％以下。
[0044] 另一方面，積極添加Ni時(shí)，優(yōu)選使Ni含量為0. 5~3. 8質(zhì)量％，并且，使Μη含量 為3~7質(zhì)量％。由此，能夠得到韌性和耐高溫裂紋性之兩方均優(yōu)異的焊接金屬。
[0045] 另外，積極添加Ni時(shí)，優(yōu)選Μη含量與Ni含量的關(guān)系滿(mǎn)足下述算式2。還有，下述 算式2中的[Μη]是焊絲總質(zhì)量中的Μη量（質(zhì)量％ )，[Ni]是焊絲總質(zhì)量中的Ni量（質(zhì) 量％ )。如下述算式2所示，通過(guò)使Μη含量與Ni含量的1/2量之和，處于高于3并低于6 的范圍內(nèi)，能夠一邊充分確保焊接金屬的韌性，一邊得到即使在高電流且高速焊接中，耐高 溫裂紋性也優(yōu)異的焊接金屬。
[0046] [算式 2]
[0047] 3 < [Μη]+0. 5X[Ni] < 6
[0048] [A1 :0· 1 ~0· 5 質(zhì)量％ ]
[0049]A1具有使生成于焊道表面的熔渣均勻化的效果，因?yàn)槭购附咏饘俚腗s點(diǎn)略有上 升，所以在本實(shí)施方式的藥芯焊絲中，根據(jù)需要添加。這時(shí)，若A1含量低于0. 1質(zhì)量％，則 得不到前述的添加效果，另外，若A1含量高于0. 5質(zhì)量％，則焊接金屬的韌性劣化，并且招 致因Ms點(diǎn)上升造成的焊接部的疲勞強(qiáng)度降低。因此，添加A1時(shí)，以焊絲總質(zhì)量計(jì)為0. 1~ 0. 5質(zhì)量％。由此，能夠遍及熔敷焊道的整體表面形成均勻的熔渣。
[0050] [余量]
[0051] 本實(shí)施方式的藥芯焊絲的成