JPH08290292A

JPH08290292A - 鉄系焼結材などの電子ビーム、レーザ又はｔｉｇ溶接方法

Info

Publication number: JPH08290292A
Application number: JP7093841A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Murai; 康生村井; Fumito Yoshino; 文人芳野
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1995-04-19
Filing date: 1995-04-19
Publication date: 1996-11-05

Abstract

(57)【要約】【構成】鉄系焼結材同士、鉄系焼結材と鋳鋼、鉄系焼
結材と鋳鉄、鉄系焼結材と中炭素鋼、鉄系焼結材と高炭
素鋼を電子ビーム溶接、レーザ溶接またはＴＩＧ溶接す
る方法において、少なくともＮｉが５〜５０wt％、Ｍｎ
が５〜３０wt％の範囲で含有し、加えてＡｌ、Ｔｉ、
Ｖ、Ｚｒのうちの少なくとも１種以上を合計で０．２〜
５wt％を含有する金属を主成分とする固形物インサート
材を、開先面間にインサートして溶接を行う。【効果】電子ビーム、レーザビーム、あるいはＴＩＧ
アークにより、開先面間にインサートした所定金属成分
の固形物インサート材をビームあるいはアークが位置ず
れするなく母材とともに確実に溶融して溶接を行うこと
ができるとともに、溶接欠陥が極めて少ない品質の良い
溶接部を得ることができ、また、開先面間に固形物イン
サート材をインサートするだけでよいので、溶接対象部
品の形状による制約を受けにくく、適用対象品の拡大を
図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種金属材料の溶接方
法に関し、鉄系焼結材同士を、あるいは、鉄系焼結材を
一方の母材とし、鋳鋼、鋳鉄、中炭素鋼及び高炭素鋼の
うちのいずれかを他方の母材として、電子ビーム溶接、
レーザ溶接またはＴＩＧアーク溶接する方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】鉄系焼結材同士を溶接する場合、あるい
は、鉄系焼結材を一方の母材とし、鋳鋼、鋳鉄、中炭素
鋼及び高炭素鋼のうちのいずれかを他方の母材として溶
接する場合には、普通の鋼材同士の溶接と異なり、溶加
材としてフィラワイヤを継手部に供給しながら電子ビー
ム溶接、レーザ溶接またはＴＩＧ溶接する方法が多く試
みられている。

【０００３】例えば、焼結材を溶接する方法として、特
願平３−７４１３７号に見られるように、Ｎｉ、Ｃｒ、
Ｍｏなどを必須成分として含有するフィラワイヤを供給
しながらレーザ溶接する方法がある。これは、焼結材は
多孔質であるため大きなブローホールが溶接金属内に生
じて溶接部の強度が確保できなくなるとともに割れが発
生することを防止するためである。

【０００４】また、鋳鋼、鋳鉄、中炭素鋼及び高炭素鋼
の溶接に際しても、炭素含有量が比較的高いことなどに
より、溶加材を用いて、溶接部の強度確保や、割れ防止
などを図る必要がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、レーザビー
ム等の高エネルギ密度ビームあるいはＴＩＧアークに対
してフィラワイヤを供給しながら溶接する際には、供給
されるフィラワイヤには程度の差こそあれ、巻きぐせが
残っているため、ビームあるいはアークにフィラワイヤ
先端があたらずに位置ズレが生じ、フィラワイヤが溶融
されず溶接を中断せざるを得ない状況が生じることがあ
る。

【０００６】従来法ではフィラワイヤをビーム位置に案
内するためのガイドが使用されているが、ビーム照射位
置近傍あるいはＴＩＧアーク狙い位置近傍に、前記ガイ
ドを設置する必要がある。このため、溶接対象部品の形
状によってはガイドがその対象部品に接触するため、溶
接を行えない場合がある。さらに、溶接時の条件設定因
子が１項目（ガイド設定角度）多くなり、安定した溶接
を行うことについても不利となる。

【０００７】また、前記母材の溶接に溶加材として種々
の成分のフィラワイヤの使用が検討されているが、フィ
ラワイヤの供給に伴う前述の問題と、溶接部の強度確保
や割れ等の問題との両方に対して、これらを解消した満
足し得るものが見出されていないのが実情である。

【０００８】本発明は、前記事情に鑑みてなされたもの
であって、電子ビーム、レーザビーム、あるいはＴＩＧ
アークにより溶加材を母材とともに確実に溶融して溶接
を行うことができるとともに、溶接欠陥が極めて少ない
品質の良い溶接部を得ることができ、また、溶接対象部
品の形状等による制約を受けにくく、適用対象品の拡大
を図ることができる、鉄系焼結材などの電子ビーム、レ
ーザ又はＴＩＧ溶接方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、鉄系焼結材同士、鉄系焼結材と鋳鋼、
鉄系焼結材と鋳鉄、鉄系焼結材と中炭素鋼、鉄系焼結材
と高炭素鋼を電子ビーム溶接、レーザ溶接またはＴＩＧ
溶接する方法において、少なくともＮｉが５〜５０wt
％、Ｍｎが５〜３０wt％の範囲で含有し、加えてＡｌ、
Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒのうちの少なくとも１種以上を合計で
０．２〜５wt％を含有する金属を主成分とする固形物イ
ンサート材を、開先面間にインサートして溶接を行うこ
とを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】本発明は、鉄系焼結材同士、あるいは、鉄系焼
結材を一方の母材とし、鋳鋼、鋳鉄、中炭素鋼及び高炭
素鋼のうちのいずれかを他方の母材とする材料組合せを
対象としている。これは、これらの材料を母材とする溶
接には少なくとも溶加材の使用が好ましいからである。

【００１１】そして、これらの材料を対象として、レー
ザビーム、電子ビーム、あるいはＴＩＧアークで溶接す
る際に、金属を主成分とする固形物インサート材として
使用する。溶加材としての固形物インサート材は、従来
のフィラワイヤ供給とは異なり、溶接開始に先立ち、接
合すべき開先面間にインサートされる。フィラワイヤを
用いないので、フィラワイヤ供給に伴う前述した従来の
問題を解消することができる。

【００１２】固形物インサート材の形態としては、例え
ば、溶製により製造した薄板状のもの、あるいは、粉末
の圧縮成形で製造した薄板状ものが挙げられる。

【００１３】固形物の形態でないインサート材、すなわ
ち、粉体の形態では、供給する粉体のすべてがレーザビ
ームあるいは電子ビームにより溶融するものではなく、
余分な粉体が未溶融のまま飛散するため、作業環境を汚
し、また歩留りが低くなるので望ましくない。

【００１４】固形物インサート材の成分として、少なく
ともＮｉが５〜５０wt％、Ｍｎが５〜３０wt％の範囲で
含有させることにより、溶接金属の組織をオーステナイ
トあるいはオーステナイトの混合組織にできるため、マ
ルテンサイト変態が抑制され、硬化に起因する低温割れ
が防止できる。さらに、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒのうちの
少なくとも１種以上を合計で０．２〜５wt％を含有させ
ることで、窒素あるいは酸素と結びつくので、窒素ある
いは酸素に起因するブローホールの発生を防止できる。

【００１５】Ｎｉの含有量が５wt％未満では溶接金属の
マルテンサイト変態を抑制するに不十分であり、一方、
５０wt％を超えると溶接金属に高温割れが発生し易くな
る。また、Ｍｎの含有量が５wt％未満では脱酸力が不十
分であるとともに、マルテンサイト変態の抑制に対して
も不十分となり、一方、３０wt％を超えて含有させても
その効果が飽和するばかりか、溶接金属の延性が劣化す
る。Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒについては、含有量が０．２
wt％未満ではブローホール防止効果がなく、また５wt％
を超えると、溶接ビード外観が著しく悪くなるととも
に、割れが発生しやすくなる。

【００１６】なお、必要に応じて、珪酸塩、炭酸塩、酸
化物、フッ化物等のスラグ生成剤を０．５〜２０wt％含
有させることにより、溶接ビードの形状、特に始端部の
形状がなだらかとなり、継手疲労強度の向上に寄与す
る。この場合、０．５wt％未満では効果がなく、また２
０wt％を超えて添加してもその効果が飽和するととも
に、スラグ巻き込み欠陥が発生しやすくなるので好まし
くない。

【００１７】また、他の金属等の成分も必要に応じて含
有させてもよい。例えば、Ｃは溶接金属のオーステナイ
ト化促進のために０．６wt％まで含有させることができ
る。Ｓｉは脱酸助長および溶融金属の湯流れ性改善のた
めに０．６wt％まで含有させることができる。Ｃｒは溶
接金属の窒素固溶量増加および強度改善のために１３wt
％まで含有させることができる。

【００１８】前述のとおり、固形物インサート材として
は、溶製材を加工して用いてもよいが、粉末冶金法等で
製作する場合は、嵩密度が３ｇ／cm³以上のものが好ま
しい。嵩密度が３ｇ／cm³未満のものでは、ブローホー
ルが発生し易くなったり、ビードの余盛りが不足し易く
なったりする。

【００１９】固形物インサート材を粉末冶金法等で製作
する場合は、バインダを用いて形状を維持し、インサー
トするのがよい。この場合の適正バインダ比率は１〜１
０wt％の範囲である。１wt％未満では形状維持効果が得
られず、また１０wt％を超えるとブローホール等の欠陥
発生を招くため好ましくない。バインダとしては水ガラ
ス、ステアリン酸亜鉛などが代表的なものである。もち
ろん、これらに限定されるものではない。

【００２０】本発明では電子ビーム溶接、レーザ溶接、
ＴＩＧアーク溶接のいずれの溶接法も適用でき、固形物
インサート材を使用する以外は、特に溶接条件に制限は
ない。また、鉄系焼結材、鋳鋼、鋳鉄、中炭素鋼、及び
高炭素鋼の材質は、通常呼称されている成分組成のもの
が可能である。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例を示す。

【００２２】〔実施例１〕本例は固形物インサート材
を用いた鉄系焼結材同士のレーザ溶接試験の例である。

【００２３】鉄系焼結材の化学成分（wt％）及び密度を
表１に示す。試験片サイズは厚み１０ｍｍ×幅（５０ｍ
ｍ＋５０ｍｍ）×長さ１２０ｍｍとした。この鉄系焼結
材を表２に示すレーザ溶接条件で表３に示す成分組成の
溶加材を使用してレーザ溶接試験を行った。一部、比較
例として従来法であるフィラワイヤ供給による試験も行
った。フィラワイヤのワイヤ直径は１．２ｍｍである。
なお、固形物インサート材は、厚み１ｍｍ×幅１２ｍｍ
×長さ１２０ｍｍのサイズとし、溶製後に形状加工して
製作したり、あるいは、水ガラスやステアリン酸亜鉛を
バインダとし、所定成分の粉末をプレス成形して製作し
た。溶接時の作業性及び溶接後のＸ線検査により評価し
た結果を表４に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】

【表３】

【００２７】

【表４】

【００２８】表４より、従来法のフィラワイヤ供給で
は、作業性が悪く、また適正な組成のフィラワイヤであ
っても、ワイヤ供給時のワイヤ蛇行に起因してビード外
観に悪影響が生じ、Ｘ線検査結果も悪い。また、固形物
インサート材を用いた比較例では、その化学成分が本発
明範囲外であるため、Ｘ線検査結果が劣っている。これ
らに対して、本発明例は、フィラワイヤ供給に伴う作業
性の問題がなく、かつビード外観及びＸ線検査結果も良
好である。なお、本発明例Ｉは固形物の嵩密度が好まし
い範囲外であるため、本発明例Ｊはバインダ含有量が好
ましい範囲外であるため、ともにＸ線検査結果がやや良
くない。

【００２９】〔実施例２〕本例は固形物インサート材
を用いた鉄系焼結材同士の電子ビーム溶接試験の例であ
る。

【００３０】前述の実施例１で用いた鉄系焼結材の試験
片に対し、実施例１における記号Ｃ、Ｈ、Ｊ及びＰの固
形物インサート材を使用して、電子ビーム溶接試験を行
った。インサート材サイズは、厚み１ｍｍ×幅１２ｍｍ
×長さ１２０ｍｍとし、表５に示す溶接条件にて溶接を
行った。溶接後、ビード外観、Ｘ線検査により評価した
結果を表６に示す。

【００３１】

【表５】

【００３２】

【表６】

【００３３】表６より明らかなように、溶接法を電子ビ
ーム溶接に代えても、本発明例はいずれも良好な結果を
示していることがわかる。

【００３４】〔実施例３〕本例は、鉄系焼結材と各種
材料とを組合せた被溶接物のレーザ溶接試験の例であ
る。

【００３５】表７に示す各種材料組合せの試験片に対
し、実施例１と同じ溶接条件でレーザ溶接を行った。表
７中、ＳＣ４８０は鋳鋼材、ＦＣＤ５００は鋳鉄材、Ｓ
Ｍ４９０は中炭素鋼材、Ｓ２５Ｃは高炭素鋼材である。
試験片サイズは厚み１０ｍｍ×幅（５０ｍｍ＋５０ｍ
ｍ）×長さ１２０ｍｍとし、インサート材として、実施
例１における記号Ｐ（サイズ：厚み１ｍｍ×幅１２ｍｍ
×長さ１２０ｍｍ）を用いた。溶接後、ビード外観、Ｘ
線検査により評価した結果を表７に併記する。

【００３６】

【表７】

【００３７】表７に示すように、本発明例によるといず
れも良好な結果が得られた。

【００３８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、鉄
系焼結材同士を、あるいは、鉄系焼結材を一方の母材と
し、鋳鋼、鋳鉄、中炭素鋼及び高炭素鋼のうちのいずれ
かを他方の母材として溶接を行うに際し、電子ビーム、
レーザビーム、あるいはＴＩＧアークにより、開先面間
にインサートした所定金属成分の固形物インサート材を
ビームあるいはアークが位置ずれすることなく母材とと
もに確実に溶融して溶接を行うことができるとともに、
溶接欠陥が極めて少ない品質の良い溶接部を得ることが
でき、また、開先面間に固形物インサート材をインサー
トするだけでよいので、溶接対象部品の形状による制約
を受けにくく、適用対象品の拡大を図ることができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鉄系焼結材同士、鉄系焼結材と鋳鋼、鉄
系焼結材と鋳鉄、鉄系焼結材と中炭素鋼、鉄系焼結材と
高炭素鋼を電子ビーム溶接、レーザ溶接またはＴＩＧ溶
接する方法において、少なくともＮｉが５〜５０wt％、
Ｍｎが５〜３０wt％の範囲で含有し、加えてＡｌ、Ｔ
ｉ、Ｖ、Ｚｒのうちの少なくとも１種以上を合計で０．
２〜５wt％を含有する金属を主成分とする固形物インサ
ート材を、開先面間にインサートして溶接を行うことを
特徴とする鉄系焼結材などの電子ビーム、レーザ又はＴ
ＩＧ溶接方法。
【請求項２】前記固形物インサート材がスラグ生成剤
を０．５〜２０wt％含有しているものである請求項１に
記載の鉄系焼結材などの電子ビーム、レーザ又はＴＩＧ
溶接方法。
【請求項３】前記固形物インサート材の嵩密度が３ｇ
／cm³以上である請求項１又は２に記載の鉄系焼結材な
どの電子ビーム、レーザ又はＴＩＧ溶接方法。
【請求項４】前記固形物インサート材が水ガラス、ス
テアリン酸亜鉛を代表とするバインダを１〜１０wt％含
有しているものである請求項１、２又は３に記載の鉄系
焼結材などの電子ビーム、レーザ又はＴＩＧ溶接方法。