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CN114667201A - 药芯焊丝以及焊接接头的制造方法 - Google Patents

药芯焊丝以及焊接接头的制造方法 Download PDF

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CN114667201A CN202080079638.2A CN202080079638A CN114667201A CN 114667201 A CN114667201 A CN 114667201A CN 202080079638 A CN202080079638 A CN 202080079638A CN 114667201 A CN114667201 A CN 114667201A
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Abstract

本公开的药芯焊丝，具有钢制外皮和被填充到所述钢制外皮的内部的焊药，以相对于丝总质量的比例计的总水分量为300ppm以下，所述焊药含有氟化物，以相对于丝总质量的比例计的所述氟化物的量，以F换算值的合计量计为0.11质量％以上且2.50质量％以下。在使用本公开的药芯焊丝进行焊接的情况下，能够获得稳定的焊接形状，而且，能够谋取焊缝金属的扩散氢量的减少。因此，本公开的药芯焊丝能够适宜地地用于例如铁素体钢之类的高强度钢的焊接。

Description

药芯焊丝以及焊接接头的制造方法
技术领域
本申请涉及药芯焊丝以及焊接接头的制造方法，详细地讲，涉及在气体保护电弧焊中能够使焊道形状稳定化、虽不特别限定但能够适宜地用于抗拉强度为780MPa以上的高强度钢的焊接的药芯焊丝、以及使用了该药芯焊丝的焊接接头的制造方法。
背景技术
气体保护电弧焊是最普及的焊接法，特别是能够进行高效率的焊接接头的制造，因此被广泛利用于钢铁材料的焊接。另外，作为在气体保护电弧焊中使用的焊接材料(填充材)，大致区分为实心焊丝和药芯焊丝，但由于焊接操作性优异、显示更高的效率性，因此主要使用药芯焊丝。
在此，在气体保护电弧焊中使用的保护气体的作用，是在焊接中使不与熔融金属产生反应的气体在电弧的周边流动，遮断熔融金属与空气的接触。即，需要针对由空气中的湿气所致的氢的侵入来保护熔融金属，另外，如果由于与空气的反应而导致氮、氧溶解于熔融钢中，则会成为气孔等焊接缺陷的原因，因此，作为保护气体一般使用氩(Ar)、氦(He)等惰性气体，考虑到焊接性、成本性，可使用进一步混合了二氧化碳(CO2：二氧化碳气体)和/或氧气(O2)的保护气体。
然而，在气体保护电弧焊中，有时焊道宽度未扩展、焊道形状成为凸的状态。若产生这样的焊道形状的凸化，则丝目标位置的偏离(相对于焊接线的目标位置的偏离)的容许范围变小，容易产生焊接不良。为了防止这个，可以考虑降低焊接电压来扩展焊道形状，但是，在该情况下，熔深量变小，有可能产生驼峰形焊道之类的焊道成形不良。
因此，例如，曾提出了下述方法：通过提高丝的硫(S)浓度来增多熔融金属中所含的S浓度从而降低熔融金属的表面张力，并且，将脉冲焊接中的脉冲峰电流和脉冲峰期间分别规定为规定的范围从而使稳定的熔滴过渡持续，使得获得宽度大且平坦的焊道形状(参照专利文献1)。
可是，即使采用这样的方法制造焊接接头，除了脉冲电源为高价格以外，实际上脉冲波形的控制也难。另外，若使S量增加，则因钢材、丝的其他成分的影响而有可能造成焊缝金属的脆化。
另一方面，曾提出了一种使用具备电极的电弧焊炬进行焊接的方法，其中，配送与电极接触的中心气流和将其围绕的环状气流，作为该中心气流，使用包含2～8体积％的氢气(H2)的氩气与氢气的混合气体(参照专利文献2)。在该方法中，由于氢气为二原子分子，因此通过在再结合中释放的能量来供给热，而且，由于氢气的热导率高，因此电弧的能量得到提高，能够实现自动TIG焊中的高的移动速度(焊接速度)。即，通过上述那样的气体的组合，由于与熔融金属的体积的增加和焊池的温度上升相伴的界面活性效应，焊接速度得到提高，能够消除与驼峰化关联的缺陷。
可是，一般地，氢在铁素体钢中引起低温裂纹(冷裂纹)，因此，该方法被限于非硬化性钢、奥氏体系不锈钢的焊接，另外，混合气体中的氢的含量需要严格地控制(参照专利文献2的段落0047)。
关于该冷裂纹，已知以钢材的化学成分、钢材的板厚、以及熔敷金属的扩散氢量为基础表示高强度钢的焊接裂纹敏感性的指数(Pc)与预热温度的关系(例如参照非专利文献1)，需要随着该Pc的值增加，提高用于防止冷裂纹的预热温度。然而，预热作业招致焊接施工成本的增大、作业负担的增加，因此以尽可能低的温度实施预热作业、或能够减少或不需要预热作业是理想的。因此，虽说通过预热作业能够防止冷裂纹，但是，对于钢的焊接中的保护气体中的氢添加，有可能招致焊接缺陷，特别是在合金成分量高的高强度钢、板厚度大的钢材中，迄今为止被视为禁忌。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4755576号
专利文献2：日本专利第5797560号
非专利文献
非专利文献1：社团法人焊接学会(编)(2005)新版焊接·接合技术特论产报出版株式会社(第146页的图2.29)
发明内容
鉴于上述的背景技术，本申请公开了能够得到稳定的焊接形状、能够谋取焊缝金属的扩散氢量的减少、对于例如铁素体钢之类的容易氢脆化的高强度钢也能够适用的焊接接头的制造方法。
另外，本申请公开了能够得到稳定的焊接形状、能够谋取焊缝金属的扩散氢量的减少、能够适宜地用于例如铁素体钢之类高强度钢的焊接的药芯焊丝。
作为用于解决上述课题的手段，本申请公开以下的药芯焊丝以及焊接接头的制造方法。
(1)一种药芯焊丝，其特征在于，具有钢制外皮和被填充到上述钢制外皮的内部的焊药，以相对于丝总质量的比例计的总水分量为300ppm以下，上述焊药含有氟化物，以相对于丝总质量的比例计的上述氟化物的量，以F换算值的合计量计为0.11质量％以上且2.50质量％以下。
(2)本公开的药芯焊丝，在温度30℃－湿度80％气氛中的吸湿试验中的经过72小时后的丝质量的增加比例可以为100ppm以下。
(3)本公开的药芯焊丝，以相对于丝总质量的比例计的总水分量可以为100ppm以下。
(4)本公开的药芯焊丝，依据JIS Z 3118：2007，作为保护气体使用含有体积分率为1％的H2且余量由CO2以及杂质构成的保护气体进行试验时的单位质量的熔敷金属的扩散氢量可以为5.0ml/100g以下。
(5)本公开的药芯焊丝，依据JIS Z 3118：2007，作为保护气体使用含有体积分率为3％的H2且余量由CO2以及杂质构成的保护气体进行试验时的单位质量的熔敷金属的扩散氢量可以为12.0ml/100g以下。
(6)在本公开的药芯焊丝中，上述钢制外皮可以具有无缝形状。
(7)本公开的药芯焊丝，可以用于使用含有H2的气体作为保护气体的气体保护电弧焊。
(8)一种焊接接头的制造方法，包含下述步骤：使用本公开的药芯焊丝进行抗拉强度为780MPa以上的钢材的气体保护电弧焊。
(9)本公开的制造方法，可以包含下述步骤：使用含有体积分率为0.05％以上且5％以下的H2且余量由CO2以及杂质构成的保护气体进行上述气体保护电弧焊。
根据本公开的焊接接头的制造方法，焊接形状改善，能够消除焊道的凸化的问题，而且，能够谋取焊缝金属的扩散氢量的减少，因此即使是对容易氢脆化的高强度钢进行焊接的情况，也能够不使预热作业增加特别的负担而防止冷裂纹。
另外，根据本公开的药芯焊丝，能够得到稳定的焊接形状，而且，能够谋取焊缝金属的扩散氢量的减少，因此能够适宜地用于例如铁素体钢之类的高强度钢的焊接。
附图说明
图1是表示在实施例中使用的药芯焊丝的以相对于丝总质量的比例计的总水分量与相对于丝总质量的F换算值的合计量的关系的图。
具体实施方式
1.药芯焊丝
本公开的药芯焊丝，其特征在于，具有钢制外皮和被填充到该钢制外皮的内部的焊药，至少具有以下的(i)和(ii)的性状。
(i)以相对于丝总质量的比例计的总水分量为300ppm以下。
(ii)焊药含有氟化物，以相对于丝总质量的比例计的该氟化物的量，以F换算值的合计量计为0.11质量％以上且2.50质量％以下。
另外，本公开的药芯焊丝，除了具有上述的(i)和(ii)的性状以外，也可以具有以下的(iii)的性状。
(iii)在温度30℃－湿度80％气氛中的吸湿试验中的经过72小时后的丝质量的增加比例为100ppm以下。
1.1总水分量
关于(i)，药芯焊丝的水分量影响到在焊接中从药芯焊丝转移到焊接部的熔敷金属的扩散氢量。通过以相对于丝总质量的比例计的总水分量为300ppm以下，容易抑制冷裂纹。以相对于丝总质量的比例计的总水分量可以为200ppm以下、150ppm以下、100ppm以下、95ppm以下、90ppm以下、85ppm以下、80ppm以下、75ppm以下或70ppm以下。再者，相对于丝总质量的总水分量越少越好，但为了降低水分量会花费成本。从抑制成本的观点出发，总水分量可以为例如10ppm以上。
根据本发明人的新见解，为了减少药芯焊丝的总水分量，对药芯焊丝的退火条件、药芯焊丝的保管条件、或者丝即将制造出之前的前处理的条件等下功夫是有效的。特别是通过对药芯焊丝在600℃以上的温度实施30分以上的热处理，能够将药芯焊丝的总水分量减少到100ppm以下。热处理温度的上限可以为例如730℃以下。再者，即使在本公开的药芯焊丝为无缝丝的情况下，若将该无缝丝在规定温度进行热处理，则钢制外皮的内部的水分与钢制外皮的内壁面进行反应等而成为氢，该氢能够从钢制外皮透过而向丝的外部释放。即，在药芯焊丝为无缝丝的情况下也能够通过对退火处理等下功夫来使丝适当软化并且使初始水分量显著降低。
再者，以往，由于生产率的观点而没有如上述那样对退火处理等下功夫，存在药芯焊丝所含的总水分量成为大量的倾向。
1.2氟化物
关于(ii)，焊药所含的氟化物，在高温下的蒸气压高，在焊接中气化，因此能够降低焊接气氛中的氢分压。另一方面，若氟化物的含量过多，则有可能在焊接时招致电弧的不稳定、或由于附着于氟化物的水分而使焊接材料的水分量增大。在药芯焊丝中，通过以相对于丝总质量的比例计的该氟化物的量，以F换算值的合计量计为0.11质量％以上且2.5质量％以下，能够避免上述的问题。以相对于丝总质量的比例计的该氟化物的量，以F换算值的合计量计，可以为0.21质量％以上，可以为2.3质量％以下。
关于该氟化物，没有特别限制，但可以使用包含选自Ca、Mg、Ba、Li、Na和K中的至少一种元素作为构成元素的氟化物。例如可以是选自CaF2、MgF2、LiF、NaF、K2ZrF6、BaF2、K2SiF6和Na3AlF6中的1种或2种以上的氟化物。这些氟化物，可以各自单独使用，也可以如后述那样以使多种氟化物的混合物熔融以及凝固而得到的熔炼焊药的形式使用。这些氟化物电离而产生的Ca、Mg、Li、Na、K、Zr、Ba、Si以及Al，作为与氧结合而使焊缝金属中的氧量减少的脱氧元素发挥作用，因此在使焊缝金属的韧性提高这一点上是有利的。再者，这些各种的氟化物的含量的下限值，只要F换算值的合计量成为0.11质量％以上就没有特别限定。另外，相对于药芯焊丝的总质量的F换算值，是用相对于药芯焊丝的总质量的质量％表示氟化物中所含的氟(F)的量的值，因此例如在上述那样的氟化物的情况下，该F换算值能够由以下的式(1)求出。
0.487×CaF2+0.610×MgF2+0.732×LiF+0.452×NaF+0.402×K2ZrF6+0.217×BaF2+0.517×K2SiF6+0.543×Na3AlF6···式(1)
在此，式(1)中的氟化物的化学式，表示与各化学式对应的氟化物的相对于药芯焊丝的总质量的质量％。各氟化物的化学式的系数是由各氟化物的式量算出的。
1.3耐吸湿性
关于(iii)，如果在焊接现场中的使用环境中和/或在其保管时丝内部的焊药吸湿，则在实际的焊接时，上述(i)的总水分量难以被满足，熔敷金属的扩散氢量难以被减少。在该点上，本公开的药芯焊丝，在温度30℃－湿度80％气氛中的吸湿试验中的经过72小时后的丝质量的增加比例可以为100ppm以下，可以为90ppm以下、80ppm以下、70ppm以下、60ppm以下、50ppm以下、40ppm以下、30ppm以下或20ppm以下。再者，在该吸湿试验中，将药芯焊丝放入被保持为温度30℃、相对湿度80％的恒温恒湿容器内，能够由保管72小时后的质量增量算出。另外，关于该丝质量的增加比例，在理论上，下限值为0(零)。
关于用于使药芯焊丝具备这样的耐吸湿性的手段，没有特别限制。例如，在药芯焊丝的钢制外皮具有无缝形状的情况下，容易确保高的耐吸湿性。再者，本技术领域中的“无缝形状”，是指钢制外皮无间隙，是包括以下代表性的情形在内的概念：将无缝钢管进行拉管而得到钢制外皮；钢制外皮被无间隙地缝焊；等等。在无缝丝中，钢制外皮具有无缝形状。例如，将连续地供给的外皮带钢(钢制外皮)成形为U形，填充焊药之后，将成形为U形的外皮带钢的两边缘面对接，进行将重合的部分无间隙地焊接的造管焊接(缝焊)。由此，能够将钢制外皮的内部的焊药密闭，另外，通过将焊药密闭，除了能够进行用于除去焊药带入到内部的水分的高温度脱氢处理以外，也能够进行镀铜等的湿式表面处理。另外，通过同样地向无缝钢管的内部填充焊药，并进行拉管，能够得到具有无缝形状的药芯焊丝。
在填充到钢制外皮的内部的焊药为熔炼焊药的情况下，药芯焊丝的耐吸湿性容易进一步提高。熔炼焊药，例如可通过将规定的氟化物、氧化物通过电弧、高频感应加热进行熔融后，使其凝固，其后，将凝固物粉碎而制成非晶质的粉体、或通过气体雾化法来制成非晶质的粉体等等来获得。
1.4扩散氢量
本公开的药芯焊丝，具有上述那样的性状，能够谋取焊缝金属的扩散氢量的减少。本公开的药芯焊丝，例如，依据JIS Z 3118：2007(钢焊接部的氢量测定方法)，作为保护气体使用含有体积分率为1％的H2且余量由CO2以及杂质构成的保护气体进行试验时的单位质量的熔敷金属的扩散氢量可以为5.0ml/100g以下。同样地，依据JIS Z 3118：2007(钢焊接部的氢量测定方法)，作为保护气体使用含有体积分率为3％的H2且余量由CO2以及杂质构成的保护气体进行试验时的单位质量的熔敷金属的扩散氢量可以为12.0ml/100g以下。
再者，在本申请中，保护气体中所含的H2的体积分率，是容许±0.2％的误差的。例如，在“含有体积分率为1％的H2的保护气体”中，H2的体积分率可以为1％±0.2％。关于在保护气体中能包含的其他气体(例如CO2)的体积分率，也同样地容许±0.2％的误差。
这样，在使用本公开的药芯焊丝进行气体保护电弧焊的情况下，即使是保护气体包含H2情况，也能够抑制熔敷金属的扩散氢量的增加，因此在例如抗拉强度为780MPa以上的高强度钢材的焊接中，能够以比以往低的温度实施预热作业、或减少预热作业，也能够根据情况而不需要预热作业。而且，能够以焊接部的熔深形状的改善等为目的而使用例如含有体积分率为0.05％以上且5％以下的H2且余量由CO2以及杂质构成的保护气体进行高强度钢材的气体保护电弧焊。由此，焊接形状改善，变得能够消除焊道的凸化的问题等。
1.5构成药芯焊丝的其他成分
本公开的药芯焊丝，例如从与进行焊接的钢材的强度水平、要求的韧性的程度相应、或考虑渣的形成等的需要出发，除了含有规定量的氟化物以外，也可以含有金属氧化物、金属碳酸盐等。即，在本公开的药芯焊丝中，能够与公知的药芯焊丝同样地含有用于控制焊缝金属的化学成分、碳当量(Ceq)等的合金成分。作为这样的金属氧化物，可列举Ti、Si、Zr、Fe、Mn、Al、Na、Mg、Ca的氧化物等，可以是它们的复合氧化物。另外，作为金属碳酸盐，可列举CaCO3、MgCO3、Na2CO3、K2CO3、FeCO3、LiCO3等，可以是它们的复合碳酸盐。关于这样的丝成分，考虑进行焊接的钢材的种类、焊接操作性等来具体地规定。金属氧化物、金属碳酸盐等可与上述的氟化物一起填充到钢制外皮的内部。填充到钢制外皮的内部的成分之中，氟化物和氟化物以外的成分(金属氧化物、金属碳酸盐等)的比例并不特别限定，例如，将填充到钢制外皮的内部的成分的全体(即，将钢制外皮除外的成分的全体)设为100质量％，氟化物的含量以F换算值计可以为0.4质量％以上且32质量％以下。
优选：上述药芯焊丝的、将上述氟化物、上述氧化物、上述金属氧化物、以及上述金属碳酸盐除外的化学成分，以相对于上述药芯焊丝的上述总质量的质量％计，包含C：0.001～0.2％、Si：0.001～2.00％、Mn：0.4～3.5％、P：0.030％以下、S：0.020％以下、Cr：0～25％、Ni：0～16％、Mo：0.1～3.5％、Al：0.700％以下、Cu：1.00％以下、Nb：0.50％以下、V：0.50％以下、Ti：0.500％以下、B：0～0.020％、Mg：0～0.90％、Bi：0～0.030％，余量包含Fe以及杂质。
另外，在将主要的渣形成剂设为二氧化钛(TiO2)的情况下，优选：以相对于药芯焊丝的总质量的质量％计，包含以F换算值的合计量计为0.11％以上且小于2.00％的氟化物、以换算成TiO2后的质量％计为2.50％以上且小于8.50％的Ti氧化物、合计为0.30％以上且小于13.00％的其他氧化物、合计为2.00％以下的碳酸盐、0％以上且小于7.5％的范围的铁粉。
在将主要的渣形成剂设为石灰(lime)系的情况下，优选：以相对于药芯焊丝的总质量的质量％计，包含以F换算值的合计量计为0.11％以上的氟化物、以TiO2换算为0％以上且小于2.50％的Ti氧化物、合计为0.30％以上且小于3.50％的其他氧化物、合计为0～3.50％的碳酸盐、0％以上且小于10.0％的范围的铁粉。
另一方面，在设为大致不形成渣的金属系的情况下，优选：以相对于药芯焊丝的总质量的质量％计，包含以F换算值的合计量计为0～0.050％的氟化合物、合计为0.01～0.5％的氧化物、1.0～12.0％的范围的铁粉，且不添加Ti氧化物。
以上是关于本公开的药芯焊丝的成分组成的限定理由，除此以外的剩余成分可以为Fe以及杂质。作为Fe成分，包含钢制外皮的Fe、焊药中所含的铁粉以及合金成分中的Fe。另外，药芯焊丝也可以含有在制造过程等混入的杂质。
另外，为了在焊接时使药芯焊丝的送给性提高，也可以在药芯焊丝的表面涂布润滑剂。作为药芯焊丝用的润滑剂，能够使用各种各样的种类的润滑剂，例如，能够使用全氟聚酯油(PFPE油)、植物油等。
1.6焊药的填充率
本公开的药芯焊丝可以具有例如以下的焊药填充率。即，本公开的药芯焊丝，在将该药芯焊丝的全体的质量设为100％的情况下，焊药可以占有8.0质量％以上，可以占有25.0质量％以下。另外，本公开的药芯焊丝的线径(直径)并不特别限定，例如，可以为0.5mm以上，可以为5.0mm以下。另外，本公开的药芯焊丝中的钢制外皮的厚度并不特别限定，例如，可以为0.1mm以上，可以为2.0mm以下。
1.7药芯焊丝的制造方法
本公开的药芯焊丝，例如能够通过经过以下的工序来制造。首先，在要制造上述的无缝形状的丝的情况下，准备成为钢制外皮的钢带、和以成为规定的含量的方式配合的焊药。接着，将钢带一边在长度方向上输送一边利用成形辊进行成形而形成为开放管(U字型)，将其作为钢制外皮。在钢带的成形的途中从开放管的开口部供给焊药。在钢带的成形之后，将开口部的相对的边缘面对接并进行缝焊，得到装有焊药的钢管。将该钢管进行拉管，在拉管工序的途中或拉管工序完了后将钢管进行退火处理。此时，如上述那样通过对退火条件等下功夫能够减少丝中的总水分量。通过以上的工序，能够获得具有期望的线径且在钢制外皮的内部填充有焊药的无缝丝。另外，即使通过向无缝钢管的内部填充焊药，并在拉管之后进行退火，也能够制造本公开的具有无缝形状的丝。另一方面，关于不具有无缝形状的药芯焊丝，能够通过从开放管的开口部供给焊药之后，将开口部的相对的边缘面对接而形成为管，在不进行该管的缝焊的状态下进行拉管而获得。
2.药芯焊丝的用途
本公开的药芯焊丝可以被用于例如使用含有H2的气体作为保护气体的气体保护电弧焊。特别是在使用含有H2的气体作为保护气体，对抗拉强度为780MPa以上的高强度钢材之类的容易氢脆化的钢材进行气体保护电弧焊的情况下能更适宜地使用。但是，本公开的药芯焊丝，也可以用于除此以外的钢材的焊接，也可以用于使用了未添加H2的保护气体的气体保护电弧焊、不使用保护气体的自保护电弧焊、埋弧焊等。特别是，本公开的药芯焊丝即使在对冷裂纹敏感性高的钢材进行焊接的情况下也能够不进行预热或者显著地减轻预热、并且抑制冷裂纹的发生。
3.焊接接头的制造方法
通过使用本公开的药芯焊丝进行钢材的气体保护电弧焊，能够制造焊接接头。本公开的焊接接头的制造方法，例如，可以包含：使用上述的药芯焊丝，进行抗拉强度为780MPa以上的钢材的气体保护电弧焊。更具体而言，可以包含：使用含有体积分率为0.05％以上且5％以下的H2且余量由CO2以及杂质构成的保护气体，进行气体保护电弧焊。关于作为焊接对象的钢材的种类、保护气体的种类，不特别限定。
实施例
接着，基于实施例以及比较例来具体地说明本发明，但本发明并不被这些内容限制。
首先，作为焊药的制作方法，采用了熔炼型和非熔炼型这2种。其中，在熔炼型的焊药制作方法中，通过将规定的氧化物以及氟化物进行电弧熔化，取出到坩埚中进行粉碎，来精加工成为粉体。将它们与金属成分混合，作为熔炼型的焊药原料。在作为另一方的非熔炼型的焊药制作方法中，通过将规定的氧化物、氟化物、以及金属的粉体混合，并添加由硅酸钠、硅酸钾的水溶液构成的粘结剂进行混合，进行干燥而制成粉体状，来作为非熔炼型的焊药原料。然后，将各自的焊药原料在350℃进行1～10小时的热处理之后，采用以下那样的两种丝制作方法来填充焊药而制成药芯焊丝。
一种是无缝型的丝制作方法。在该无缝型的丝制作方法中，通过将钢带一边在长度方向上输送一边利用成形辊成形为开放管，在该成形途中从开放管的开口部供给焊药，将开口部的相对的边缘面对接并将缝状的间隙进行缝焊，制成没有缝状的间隙的管。然后，在造管后的丝的拉拔作业的途中，实施在600～800℃的温度范围保持1～10小时、其后炉冷的退火，得到最终的丝径为Φ1.2mm的药芯焊丝。通过对退火条件下功夫来调整了丝中所含的总水分量。具体而言，通过对药芯焊丝在600℃以上的温度实施30分以上的热处理，能够将总水分量减少到100ppm以下。再者，在热处理温度为500℃的情况下，即使将热处理时间设为10小时，总水分量也超过了100ppm。另一种是卷紧型的丝制作方法。在卷紧型的丝制作方法中，将钢带一边在长度方向上输送一边利用成形辊成形为开放管，在该成形途中从开放管的开口部供给焊药，通过采用辊轧机进行的拉丝加工来进行卷紧，得到具有间隙的最终的丝径为Φ1.2mm的药芯焊丝。将这些药芯焊丝(丝号码1～40)的构成示于表1－1、表1－2、表1－3以及表1－4。
表1－1、表1－2中所示的各氟化物的含量、各氧化物的含量、以及碳酸盐的含量，是相对于药芯焊丝总质量的质量％。在此，氧化物的含量用规定的氧化物的换算值表示，具体如下。即，Ti氧化物表示TiO2，Si氧化物表示SiO2，Zr氧化物表示ZrO2，Fe氧化物表示FeO，Mn氧化物表示MnO2，Al氧化物表示Al2O3，Na氧化物表示NaO，Mg氧化物表示MgO，Ca氧化物表示CaO。另外，F换算值是由上述的式(1)求出的值。而且，焊药填充率表示药芯焊丝中的焊药的质量比例。另外，碳酸盐的含量表示将各碳酸盐合计的合计量。另一方面，在表1－3、表1－4中，将作为合金成分而包含的各元素的含量用相对于药芯焊丝总质量的质量％表示。再者，表中所公开的药芯焊丝的其余量(即，表1－1、表1－2、表1－3以及表1－4中所公开的各成分以外的成分)为铁以及杂质。另外，表中所公开的各丝号码的药芯焊丝，分别涂布了植物油作为润滑油。
表1-1
Figure BDA0003629868030000131
表1-2
Figure BDA0003629868030000141
表1-3
Figure BDA0003629868030000151
表1-4
Figure BDA0003629868030000161
关于在上述中得到的药芯焊丝，如以下那样评价了各自的性状。首先，以相对于丝总质量的比例计的总水分量，利用依据JIS K0068：2001的卡尔费休法(KF法)进行了测定。将药芯焊丝切断成1～2mm的长度，采集合计为1～5g的切断片作为测定试料。将该测定试料装入加热至900℃的炉内，采用电量滴定法测定了气化了的水分。另外，药芯焊丝的质量增加比例，准备1kg制作出的药芯焊丝，由其在保持为温度30℃、相对湿度80％的恒温恒湿容器内保管了72小时时的保管后的质量增量算出。
另一方面，使用这些药芯焊丝进行了焊接时的单位质量的熔敷金属的扩散氢量的测定，采用依据JIS Z 3118：2007(钢焊接部的氢量测定方法)的气相色谱法实施。焊接时作为保护气体设为以下3种气体来进行了评价：保护气体为100vol％的二氧化碳气体(CO2)；保护气体为进行调整以使得包含1vol％的氢气(H2)的H2与CO2的混合气体；保护气体为进行调整以使得包含3vol％的H2的H2与CO2的混合气体。另外，作为焊接条件，在表2所记载的范围进行了实施。再者，作为扩散氢量的测定用的母材，使用了以质量％计包含C：0.14％、Si：0.20％、Mn：0.76％、P：0.020％、S：0.008％、且余量由Fe以及杂质构成的钢板。关于基于这些评价的药芯焊丝的性状，将结果汇总地示于表3－1、表3－2中。在此，在表3－1、表3－2中，一并示出各药芯焊丝中的焊药的制作方法、丝的制作方法。另外，关于上述扩散氢量的测定结果，在使用了100vol％的二氧化碳气体(CO2)这一保护气体时单位质量的熔敷金属的扩散氢量超过4.0ml/100g的情况、在使用了由1vol％的氢气(H2)与CO2的混合气体构成的保护气体时单位质量的熔敷金属的扩散氢量超过5.0ml/100g的情况、在使用了由3vol％的氢气(H2)与CO2的混合气体构成的保护气体时单位质量的熔敷金属的扩散氢量超过12.0ml/100g的情况，在表3－2中，对数值附加了下划线。
表2
Figure BDA0003629868030000171
表3-1
Figure BDA0003629868030000181
表3-2
Figure BDA0003629868030000191
另外，使用各药芯焊丝，在平坦的钢材的上表面进行了道焊接。在此，焊接条件如表4所示。另外，钢材使用了JIS G 3106：2015中所规定的SM400A。钢材的尺寸设为厚度12mm、宽度40mm、长度300mm，制作出200mm的焊道。通过外观的目视调查，不能形成正常的焊道的情形评价为D，虽然能够形成正常的焊道，但是熔深除以焊道宽度而得到的值小于0.3的情形评价为C，能够形成正常的焊道、并且熔深除以焊道宽度而得到的值为0.3以上且小于0.6的情形评价为B，能够形成正常的焊道、并且熔深除以焊道宽度而得到的值为0.6以上且小于0.9的情形评价为A。结果如表3－2所示。
表4
Figure BDA0003629868030000201
丝号码1～20的药芯焊丝，不论使用了哪种保护气体都焊道形状良好。特别是在3vol％的H2与CO2的混合气体的情况下，熔深除以焊道宽度而得到的值变得更大，热集中从而使焊接部的熔深形状更理想，并且能够抑制扩散氢量。另一方面，丝号码21～32的药芯焊丝，焊道的形状不稳定，在保护气体为100vol％的CO2气体的情况下，不能够形成正常的焊道。另外，丝号码33～40的药芯焊丝，即使能形成正常的焊道，也不能够抑制焊缝金属中的扩散氢量。再者，在图1中，用图示出这些药芯焊丝的以相对于丝总质量的比例计的总水分量与相对于丝总质量的F换算值的合计量的关系。
再者，使用上述的药芯焊丝之中的好几种丝，对抗拉强度为780MPa以上的钢材(WES 3001中所规定的HW685)同样地进行了道焊接，结果得到了与使用了上述的SM400A的情况大致同样的结果。即，作为本领域技术人员会明白，关于焊道的评价，不论是作为钢材使用了SM400A的情况还是使用了HW685的情况都能得到同样的结果。
另外，关于得到的药芯焊丝，按照JIS Z 3184：2003中所规定的化学分析用熔敷金属的制作方法以及试料的采集方法，分析了焊缝金属的成分。结果如表5－1、表5－2所示。
表5-1
丝号码 C Si Mn P S Ni Cr Mo Cu
1 0.07 0.34 1.05 0.017 0.007 0.03 0.04 0.04 0.4
2 0.10 0.54 0.88 0.016 0.008 0.03 0.02 0.03 0.2
3 0.06 0.30 0.95 0.013 0.007 0.02 0.04 0.04 0.3
4 0.06 0.39 1.61 0.016 0.006 0.44 0.04 0.03 0.2
5 0.07 0.23 1.05 0.017 0.007 0.03 0.04 0.04 0.4
6 0.07 0.44 1.36 0.011 0.009 0.04 0.10 0.02 0.4
7 0.07 0.34 1.08 0.017 0.007 0.03 0.04 0.04 0.4
8 0.04 0.23 0.94 0.015 0.008 1.22 0.01 0.11 0.3
9 0.05 0.23 0.54 0.011 0.008 0.54 0.51 0.04 0.3
10 0.03 0.37 1.17 0.015 0.008 2.52 0.10 0.20 0.3
11 0.02 0.27 1.06 0.014 0.005 0.04 0.90 0.04 0.6
12 1.19 0.44 1.36 0.011 0.009 1.02 0.87 0.46 0.4
13 1.20 0.22 1.76 0.015 0.006 3.02 0.31 0.55 0.3
14 0.07 0.05 0.55 0.018 0.008 0.05 0.02 0.02 0.3
15 0.06 0.27 0.69 0.015 0.004 0.04 0.02 0.04 0.3
16 0.06 0.45 1.21 0.014 0.010 0.04 0.02 0.01 0.3
17 0.10 0.49 1.22 0.013 0.006 0.04 2.25 1.02 0.4
18 0.09 0.30 1.44 0.016 0.007 0.04 9.02 1.10 0.3
19 0.05 0.52 1.21 0.012 0.007 12.20 22.60 0.02 0.4
20 0.03 0.26 0.63 0.017 0.006 12.00 25.20 2.37 0.2
21 0.06 0.39 1.61 0.016 0.006 0.44 0.04 0.03 0.2
22 0.03 0.47 0.23 0.018 0.008 0.02 18.10 0.05 0.3
23 0.25 0.44 2.32 0.014 0.009 0.05 2.53 0.49 0.4
24 0.03 0.25 1.43 0.015 0.006 0.02 17.20 0.03 0.2
25 0.03 0.47 0.23 0.018 0.008 0.02 18.10 0.05 0.3
26 0.06 0.41 1.11 0.014 0.009 0.02 0.03 0.04 0.2
27 0.07 0.27 1.57 0.018 0.010 0.05 0.03 0.03 0.3
28 0.04 0.60 0.87 0.014 0.007 0.03 0.04 0.04 0.2
29 0.05 0.39 0.68 0.013 0.008 0.23 0.02 0.05 0.4
30 0.06 0.50 1.74 0.011 0.008 1.12 0.04 0.15 0.2
31 0.26 0.21 1.82 0.017 0.010 0.55 0.53 0.03 0.3
32 0.09 0.40 0.53 0.010 0.010 2.61 0.11 0.19 0.2
33 0.10 0.52 1.29 0.011 0.006 0.03 0.92 0.01 0.5
34 1.19 0.34 1.66 0.012 0.007 1.03 0.84 0.45 0.3
35 1.20 0.32 0.77 0.015 0.004 2.98 0.29 0.56 0.4
36 0.06 0.05 1.14 0.010 0.007 0.05 0.05 0.04 0.3
37 0.07 0.49 1.08 0.014 0.005 0.05 0.05 0.02 0.3
38 0.08 0.52 0.56 0.011 0.009 0.02 0.02 0.02 0.4
39 0.05 0.53 0.72 0.013 0.005 0.03 2.25 1.01 0.4
40 0.03 0.34 1.08 0.017 0.005 0.04 9.02 1.02 0.4
41 0.05 0.49 1.42 0.016 0.010 12.00 22.80 0.01 0.4
42 0.03 0.60 1.32 0.015 0.009 12.20 25.10 2.40 0.3
43 0.03 0.54 0.23 0.017 0.009 0.03 18.10 0.03 0.3
44 0.23 0.21 2.32 0.018 0.007 0.02 2.55 0.51 0.2
45 0.04 0.23 1.60 0.010 0.005 0.05 16.90 0.02 0.2
表5-2
丝号码 Ti Al B Mg Nb V Zr Bi W
1 0.05 0.01 0.003 0.001 0.01 0.02 0.002 0.004 0.002
2 0.05 0.02 0.005 0.004 0.01 0.02 0.001 0.004 0.003
3 0.06 0.02 0.003 0.003 0.02 0.03 0.003 0.003 0.004
4 0.05 0.02 0.020 0.001 0.02 0.02 0.002 0.004 0.003
5 0.05 0.01 0.003 0.001 0.01 0.02 0.002 0.004 0.002
6 0.15 0.03 0.001 0.005 0.01 0.03 0.004 0.003 0.004
7 0.05 0.01 0.003 0.001 0.01 0.02 0.002 0.004 0.002
8 0.06 0.03 0.004 0.003 0.01 0.02 0.003 0.004 0.004
9 0.08 0.02 0.002 0.002 0.02 0.02 0.002 0.002 0.004
10 0.06 0.03 0.001 0.005 0.02 0.02 0.004 0.005 0.002
11 0.07 0.02 0.004 0.003 0.01 0.01 0.002 0.004 0.004
12 0.15 0.03 0.001 0.005 0.01 0.03 0.004 0.003 0.004
13 0.05 0.03 0.004 0.002 0.02 0.02 0.003 0.005 0.004
14 0.08 0.01 0.003 0.003 0.02 0.01 0.003 0.003 0.004
15 0.07 0.02 0.002 0.002 0.02 0.50 0.002 0.001 0.003
16 0.05 0.02 0.003 0.004 0.02 0.03 0.050 0.001 0.002
17 0.05 0.01 0.005 0.004 0.01 0.30 0.002 0.003 0.002
18 0.07 0.02 0.003 0.003 0.02 0.50 0.002 0.004 0.003
19 0.05 0.02 0.002 0.004 0.01 0.03 0.001 0.003 0.080
20 0.08 0.02 0.003 0.003 0.02 0.02 0.003 0.004 0.004
21 0.05 0.02 0.020 0.001 0.02 0.02 0.002 0.004 0.003
22 0.06 0.03 0.005 0.002 0.48 0.01 0.004 0.005 0.002
23 0.07 0.03 0.004 0.002 0.02 0.02 0.003 0.004 0.002
24 0.04 0.02 0.002 0.004 0.02 0.02 0.001 0.003 0.002
25 0.06 0.03 0.005 0.002 0.48 0.01 0.004 0.005 0.002
26 0.05 0.01 0.004 0.002 0.02 0.02 0.002 0.002 0.001
27 0.03 0.03 0.004 0.001 0.02 0.01 0.002 0.004 0.004
28 0.07 0.03 0.002 0.005 0.01 0.03 0.003 0.003 0.003
29 0.03 0.02 0.020 0.005 0.01 0.02 0.004 0.004 0.003
30 0.05 0.02 0.003 0.004 0.02 0.02 0.002 0.002 0.002
31 0.07 0.03 0.003 0.005 0.02 0.03 0.003 0.001 0.002
32 0.06 0.02 0.002 0.004 0.02 0.01 0.002 0.002 0.002
33 0.05 0.01 0.004 0.003 0.02 0.02 0.001 0.002 0.002
34 0.16 0.03 0.001 0.004 0.01 0.01 0.001 0.003 0.002
35 0.03 0.03 0.004 0.004 0.01 0.03 0.003 0.001 0.050
36 0.04 0.01 0.003 0.002 0.02 0.02 0.001 0.004 0.003
37 0.06 0.03 0.002 0.002 0.01 0.52 0.002 0.002 0.004
38 0.04 0.02 0.004 0.003 0.02 0.02 0.050 0.002 0.002
39 0.05 0.02 0.003 0.003 0.01 0.32 0.002 0.003 0.002
40 0.06 0.01 0.005 0.003 0.01 0.56 0.003 0.004 0.003
41 0.05 0.02 0.001 0.004 0.01 0.01 0.003 0.003 0.001
42 0.08 0.03 0.003 0.001 0.01 0.02 0.003 0.002 0.003
43 0.03 0.03 0.002 0.005 0.43 0.02 0.002 0.005 0.001
44 0.03 0.01 0.002 0.003 0.01 0.02 0.003 0.003 0.002
45 0.07 0.03 0.005 0.003 0.01 0.02 0.003 0.003 0.003

Claims (9)

1.一种药芯焊丝，其特征在于，具有钢制外皮和被填充到所述钢制外皮的内部的焊药，
以相对于丝总质量的比例计的总水分量为300ppm以下，
所述焊药含有氟化物，
以相对于丝总质量的比例计的所述氟化物的量，以F换算值的合计量计为0.11质量％以上且2.50质量％以下。
2.根据权利要求1所述的药芯焊丝，
在温度30℃且湿度80％的气氛中的吸湿试验中的经过72小时后的丝质量的增加比例为100ppm以下。
3.根据权利要求1或2所述的药芯焊丝，以相对于丝总质量的比例计的总水分量为100ppm以下。
4.根据权利要求1～3的任一项所述的药芯焊丝，
依据JIS Z 3118：2007，作为保护气体使用含有体积分率为1％的H2且余量由CO2以及杂质构成的保护气体进行试验时的单位质量的熔敷金属的扩散氢量为5.0ml/100g以下。
5.根据权利要求1～4的任一项所述的药芯焊丝，
依据JIS Z 3118：2007，作为保护气体使用含有体积分率为3％的H2且余量由CO2以及杂质构成的保护气体进行试验时的单位质量的熔敷金属的扩散氢量为12.0ml/100g以下。
6.根据权利要求1～5的任一项所述的药芯焊丝，
所述钢制外皮具有无缝形状。
7.根据权利要求1～6的任一项所述的药芯焊丝，
被用于使用含有H2的气体作为保护气体的气体保护电弧焊。
8.一种焊接接头的制造方法，包含下述步骤：
使用权利要求1～7的任一项所述的药芯焊丝进行抗拉强度为780MPa以上的钢材的气体保护电弧焊。
9.根据权利要求8所述的焊接接头的制造方法，包含下述步骤：
使用含有体积分率为0.05％以上且5％以下的H2且余量由CO2以及杂质构成的保护气体进行所述气体保护电弧焊。
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