(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-07-09
(45)【発行日】2024-07-18
(54)【発明の名称】クロムモリブデン鋼溶接用ＴＩＧ溶接フラックス
(51)【国際特許分類】
B23K 35/362 20060101AFI20240710BHJP
C22C 38/00 20060101ALN20240710BHJP
C22C 38/22 20060101ALN20240710BHJP
【ＦＩ】
B23K35/362 A
C22C38/00 301A
C22C38/22
【請求項の数】
1
(21)【出願番号】P 2022119904
(22)【出願日】2022-07-27
(65)【公開番号】P2023037574
(43)【公開日】2023-03-15
【審査請求日】2022-07-27
(31)【優先権主張番号】110132854
(32)【優先日】2021-09-03
(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】511053012
【氏名又は名称】國立屏東科技大學
(74)【代理人】
【識別番号】110000176
【氏名又は名称】弁理士法人一色国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】曾 光宏
【審査官】川村 裕二
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－１０４０６０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５９－０９２１９５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｋ ３５／００－３５／４０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
３０～４４重量％の二酸化ケイ素、２０～３５重量％の二酸化マンガン、１４～２４重量％の酸化クロム（ＩＩＩ）、９～１９重量％の三酸化二ニッケル、７～１４重量％の三酸化モリブデン及び５～１０重量％のフッ化カルシウムを含むことを特徴とするクロムモリブデン鋼溶接用ＴＩＧ溶接フラックス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ＴＩＧ溶接フラックスに関し、特に、クロムモリブデン鋼の溶接に用いられるＴＩＧ溶接フラックスに係るものである。
【背景技術】
【0002】
クロムモリブデン鋼（chromium molybdenum steel）は、主にマンガン、クロム及びモリブデンなどの元素を含む構造用合金鋼である。その中でも、様々な機械部品の製造に用いられるクロムモリブデン鋼は、優れた強度（strength）、靭性（toughness）及び疲労限度（fatigue limit）を有し、かつ溶接性（weldability）、鋳造性（castability）、鍛造性（forgeability）及び切削性（machinability）などの性質も良好である。
【0003】
さらに、クロムモリブデン鋼は高温（４００～５００℃）においても良好な耐クリープ性（creep strength）を有するため、高温高圧下で使用される機械部品の製造に応用されることができる。したがって、溶接作業の際に、用いられるクロムモリブデン鋼の性質に合わせて、形成される溶接ビードが強度及び靭性を兼ね備え、破断することがないように調整すべきである。
よって、上記の問題を解決するために、ＴＩＧ溶接に用いられることができるクロムモリブデン鋼溶接用ＴＩＧ溶接フラックスを提供する必要があった。
よって、上記の問題を解決するために、ＴＩＧ溶接に用いられることができるクロムモリブデン鋼溶接用ＴＩＧ溶接フラックスを提供する必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】中国公告第１０４８８９６０８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記の問題を解決するために、本発明は、ＴＩＧ溶接工程に用いられ、深くて狭い溶接ビードを形成することができるクロムモリブデン鋼溶接用ＴＩＧ溶接フラックス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】
【0006】
本発明が提供するクロムモリブデン鋼溶接用ＴＩＧ溶接フラックスは、３０～４４重量％の二酸化ケイ素、２０～３５重量％の二酸化マンガン、１４～２４重量％の酸化クロム（ＩＩＩ）、９～１９重量％の三酸化二ニッケル、７～１４重量％の三酸化モリブデン及び５～１０重量％のフッ化カルシウムを含むことができる。
【0007】
これにより、本発明のクロムモリブデン鋼溶接用ＴＩＧ溶接フラックスによれば、ＴＩＧ溶接工程に用いられることで、２つのクロムモリブデン鋼ワークが共に溶接物となることができ、２つのクロムモリブデン鋼ワークの間に形成される溶接ビードは、少なくとも０．８以上のアスペクト比を有することができ、２つのクロムモリブデン鋼ワークの間に形成される熱影響部を縮小させることができ、ひいては、溶接物の熱変形及び残留応力を低減させる効果を達する。
さらに、厚さが厚いクロムモリブデン鋼ワーク（例えば厚さが３ｍｍを超えるクロムモリブデン鋼ワーク）について、開先加工の工程を予め行う必要がないので、開先加工の工程による溶接物の強度の低下及び熱影響部が広すぎるという問題を避け、開先加工の工程で増えた作業時間及び製造コストを低減できる効果を有する。
さらに、厚さが厚いクロムモリブデン鋼ワーク（例えば厚さが３ｍｍを超えるクロムモリブデン鋼ワーク）について、開先加工の工程を予め行う必要がないので、開先加工の工程による溶接物の強度の低下及び熱影響部が広すぎるという問題を避け、開先加工の工程で増えた作業時間及び製造コストを低減できる効果を有する。
【0008】
また、本発明のクロムモリブデン鋼溶接用ＴＩＧ溶接フラックスは、前記クロムモリブ
デン鋼溶接用ＴＩＧ溶接フラックスの粉末の粒径が５０～９０μｍであっても良い。これにより、クロムモリブデン鋼溶接用ＴＩＧ溶接フラックスの混合均一性を向上させることができるので、クロムモリブデン鋼溶接用ＴＩＧ溶接フラックスが２つのクロムモリブデン鋼ワークの表面に均一に塗布され易くなることができるだけでなく、ＴＩＧ溶接の際に、クロムモリブデン鋼溶接用ＴＩＧ溶接フラックスが溶接熱源により完全に溶融できるので、溶接ビードの深さを効果的に深くするという効果を有する。
デン鋼溶接用ＴＩＧ溶接フラックスの粉末の粒径が５０～９０μｍであっても良い。これにより、クロムモリブデン鋼溶接用ＴＩＧ溶接フラックスの混合均一性を向上させることができるので、クロムモリブデン鋼溶接用ＴＩＧ溶接フラックスが２つのクロムモリブデン鋼ワークの表面に均一に塗布され易くなることができるだけでなく、ＴＩＧ溶接の際に、クロムモリブデン鋼溶接用ＴＩＧ溶接フラックスが溶接熱源により完全に溶融できるので、溶接ビードの深さを効果的に深くするという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明に係るクロムモリブデン鋼溶接用ＴＩＧ溶接フラックスを塗布することを示す図。
【図2】両側突合せ方式で２つのクロムモリブデン鋼ワークを溶接して溶接物を形成させることを示す図。
【図3】ＴＩＧ溶接フラックスを使用せずにＴＩＧ溶接を行い、形成したＢ００組の溶接物における溶接ビードの断面形態を示す図であり、破線に囲まれた箇所は溶接ビードの範囲である。
【図4】Ａ０３組のＴＩＧ溶接フラックスを使用してＴＩＧ溶接を行い、形成したＢ０３組の溶接物における溶接ビードの断面形態を示す図であり、破線に囲まれた箇所は、溶接ビードの範囲である。
【図5】Ａ０９組のＴＩＧ溶接フラックスを使用してＴＩＧ溶接を行い、形成したＢ０９組の溶接物における溶接ビードの断面形態を示す図であり、破線に囲まれた箇所は、溶接ビードの範囲である。
【図6】Ａ１３組のＴＩＧ溶接フラックスを使用してＴＩＧ溶接を行い、形成したＢ１３組の溶接物における溶接ビードの断面形態を示す図であり、破線に囲まれた箇所は、溶接ビードの範囲である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本発明の実施例について、以下、図面を参照して説明する。
【0011】
本発明の一つの実施例におけるクロムモリブデン鋼溶接用ＴＩＧ溶接フラックスは、ＴＩＧ溶接工程に用いられ、２つのクロムモリブデン鋼ワークを溶接させることができる。
【0012】
詳しく述べると、前記クロムモリブデン鋼ワークは、ＪＩＳ ＳＣＭ ４３０（ＡＩＳＩ ４１３０）鋼材からなる機械構造用合金鋼ワークであっても良く、ＪＩＳ ＳＣＭ ４３５（ＡＩＳＩ ４１３５）鋼材からなる機械構造用合金鋼ワークであっても良く、ＪＩＳ ＳＣＭ ４４０（ＡＩＳＩ ４１４０）鋼材からなる機械構造用合金鋼ワークであっても良く、ＪＩＳ ＳＣＭ ４４５（ＡＩＳＩ ４１４５）鋼材からなる機械構造用合金鋼ワークなどであっても良い。ただし、前記クロムモリブデン鋼ワークは、既知のマンガン、クロム及びモリブデンなどの元素を含む機械構造用合金鋼であっても良く、当業者が理解できる事項であり、ここではその詳細を省く。
【0013】
本実施例では、ＪＩＳ ＳＣＭ ４３５（ＡＩＳＩ ４１３５）鋼材からなる機械構造用合金鋼ワークを使用する。ＪＩＳ ＳＣＭ ４３５（ＡＩＳＩ ４１３５）鋼材からなる機械構造用合金鋼は、０．３３～０．３８重量％の炭素（carbon、C）、０．１５～０．３５重量％のケイ素（silicon、Si）、０．６０～０．８５重量％のマンガン（manganese、Mn）、≦０．０３重量％のリン（phosphorus、P）、≦０．０３重量％の硫黄（sulfur、S）、０．９～１．２重量％のクロム（chromium、Cr）、０．１５～０．３０重量％のモリブデン（molybdenum、Mo）、≦０．３重量％の銅（cupper、Cu）を含み、残部が鉄（iron、Fe；約９７．３３～９７．８７重量％を占める）である。
【0014】
クロムモリブデン鋼溶接用ＴＩＧ溶接フラックスは、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、二酸化マンガン（ＭｎＯ2）、酸化クロム（ＩＩＩ）（Ｃｒ2Ｏ3）、三酸化二ニッケル（Ｎｉ2Ｏ3）、三酸化モリブデン（ＭｏＯ3）及びフッ化カルシウム（ＣａＦ2）などを含んでも良い。
【0015】
詳しく述べると、クロムモリブデン鋼溶接用ＴＩＧ溶接フラックスは、３０～４４重量％の二酸化ケイ素、２０～３５重量％の二酸化マンガン、１４～２４重量％の酸化クロム（ＩＩＩ）、９～１９重量％の三酸化二ニッケル、７～１４重量％の三酸化モリブデン及び５～１０重量％のフッ化カルシウムなどを含んでも良い。
これにより、ＴＩＧ溶接工程に用いられる場合、２つのクロムモリブデン鋼ワークの間に形成される溶接ビードは、少なくとも０．８以上のアスペクト比を有することができ、２つのクロムモリブデン鋼ワークの間に形成される熱影響部を縮小させることができ、ひいては、溶接物の熱変形及び残留応力を低減させる。
これにより、ＴＩＧ溶接工程に用いられる場合、２つのクロムモリブデン鋼ワークの間に形成される溶接ビードは、少なくとも０．８以上のアスペクト比を有することができ、２つのクロムモリブデン鋼ワークの間に形成される熱影響部を縮小させることができ、ひいては、溶接物の熱変形及び残留応力を低減させる。
【0016】
また、クロムモリブデン鋼溶接用ＴＩＧ溶接フラックスの粉末の粒径は、５０～９０μｍであっても良い。
これにより、クロムモリブデン鋼溶接用ＴＩＧ溶接フラックスの粉末粒子の混合均一性を向上させることができるので、クロムモリブデン鋼溶接用ＴＩＧ溶接フラックスが、２つのクロムモリブデン鋼ワークの表面に均一に塗布され易くなることができるだけでなく、ＴＩＧ溶接の際に、クロムモリブデン鋼溶接用ＴＩＧ溶接フラックスが、溶接熱源により完全に溶融できるので、溶接ビードのアスペクト比を効果的に向上させることができる。
これにより、クロムモリブデン鋼溶接用ＴＩＧ溶接フラックスの粉末粒子の混合均一性を向上させることができるので、クロムモリブデン鋼溶接用ＴＩＧ溶接フラックスが、２つのクロムモリブデン鋼ワークの表面に均一に塗布され易くなることができるだけでなく、ＴＩＧ溶接の際に、クロムモリブデン鋼溶接用ＴＩＧ溶接フラックスが、溶接熱源により完全に溶融できるので、溶接ビードのアスペクト比を効果的に向上させることができる。
【0017】
上記クロムモリブデン鋼溶接用ＴＩＧ溶接フラックスは、ＴＩＧ溶接工程に用いられることで、２つのクロムモリブデン鋼ワークが共に溶接物となることができ、かつ、形成された溶接ビードのアスペクト比を向上させることを証明するために、以下の試験を行った。
【0018】
（Ａ）ＴＩＧ溶接フラックスの作製
【0019】
２５重量％の二酸化ケイ素、１５重量％の二酸化マンガン、２５重量％の酸化クロム（ＩＩＩ）、２０重量％の三酸化二ニッケル、５重量％の三酸化モリブデン及び１０重量％のフッ化カルシウムなどの粉末を混合した後、溶剤としてアセトンを用いてスラリー状にし、Ａ０１組のＴＩＧ溶接フラックスを作製した。Ａ０２組～Ａ１４組のＴＩＧ溶接フラックスの作製方法は上記と同様であるが、二酸化ケイ素、二酸化マンガン、酸化クロム（ＩＩＩ）、三酸化二ニッケル、三酸化モリブデン及びフッ化カルシウムなどの粉末の組成割合は表１に示されるとおりである。
【0020】
表１、Ａ０１～Ａ１４組のＴＩＧ溶接フラックスの組成割合
【表1】
【0021】
（Ｂ）溶接物の性質
【0022】
本試験では、厚さが１０ｍｍであるクロムモリブデン鋼板２つをクロムモリブデン鋼ワーク１、１’とし、粒度が＃２００である炭化ケイ素紙やすりを用いて、２つのクロムモリブデン鋼板にある汚れを除去した後、アセトンで２つのクロムモリブデン鋼板を拭いた。
【0023】
そして、図１に示されるように、２つのクロムモリブデン鋼ワーク１、１’の側縁１１、１１’を当接させて、
毛ブラシでスラリー状のＡ０１～Ａ１４組のＴＩＧ溶接フラックスをクロムモリブデン鋼ワーク１、１’の表面に塗布し、アセトンが完全に揮発してから、両側突合せ（double-sided butt）方式でＴＩＧ溶接を行った。
毛ブラシでスラリー状のＡ０１～Ａ１４組のＴＩＧ溶接フラックスをクロムモリブデン鋼ワーク１、１’の表面に塗布し、アセトンが完全に揮発してから、両側突合せ（double-sided butt）方式でＴＩＧ溶接を行った。
【0024】
図２に示されるように、タングステン電極Ｅを用いて、ＴＩＧ溶接フラックスを２つのクロムモリブデン鋼ワーク１、１’の側縁１１、１１’の間に溶融させて溶融池を生成し、溶融池が冷却し固化した後に溶接ビード１２が形成され、それぞれＢ０１～Ｂ１４組の溶接物を得た。
なお、Ｂ００組は、ＴＩＧ溶接フラックスを一切塗布しないという条件で、２つのクロムモリブデン鋼ワーク１、１’に対してＴＩＧ溶接を行って形成した溶接物である。
なお、Ｂ００組は、ＴＩＧ溶接フラックスを一切塗布しないという条件で、２つのクロムモリブデン鋼ワーク１、１’に対してＴＩＧ溶接を行って形成した溶接物である。
【0025】
ＴＩＧ溶接工程において、溶接電流は、１８０Ａであり、溶接速度は、５０ｍｍ／ｍｉｎであり、シールドガス流量は、８Ｌ／ｍｉｎであり、タングステン電極ＥはＥＷＬａ―２（φ３．２ｍｍ）を用い、タングステン電極Ｅの作業角度は６０°であり、かつ、タングステン電極Ｅの先端から２つのクロムモリブデン鋼ワーク１、１’の表面までの距離は
、２ｍｍである。
、２ｍｍである。
【0026】
ＴＩＧ溶接を行った後、Ｂ００～Ｂ１４組における溶接物のビード１２の横断面を取り、各溶接ビード１２の深さ及び幅を記録し（図２に示される上方溶接ビード１２の溶接ビードの深さＤ１、溶接ビードの幅Ｗ１、及び下方溶接ビード１２の溶接ビードの深さＤ２、溶接ビードの幅Ｗ２）、及び各溶接物の溶接ビードのアスペクト比を計算した。Ｂ００～Ｂ１４組における上方溶接ビード１２の溶接ビードの深さＤ１、溶接ビードの幅Ｗ１、下方溶接ビード１２の溶接ビードの深さＤ２、溶接ビードの幅Ｗ２、及びそれぞれ計算した上方溶接ビード１２及び下方溶接ビード１２のアスペクト比は表２のとおりである。さらに、上方溶接ビード１２及び下方溶接ビード１２の溶接ビードのアスペクト比の平均値を計算し、同様に表２に記録した。
【0027】
表２、Ｂ００～Ｂ１４組の溶接ビードの深さ、幅、アスペクト比
【表2】
【0028】
図３～６は、それぞれＢ００、Ｂ０３、Ｂ０９、Ｂ１３組の溶接物における溶接ビード１２の断面形態を示し、Ｂ１３組の溶接物のみ溶接ビード１２が完全に浸透していることがわかった。
さらに、表２に示されるように、Ｂ０１～Ｂ０９組の溶接物の溶接ビード１２に比べ、Ｂ１０～Ｂ１４組の溶接物の溶接ビードは、深さが深く、かつ、幅が狭く、換算すると、Ｂ１０～Ｂ１４組の溶接物の溶接ビードのアスペクト比が少なくとも０．８０以上であり、０．８８に達することもあるので、より狭い熱影響部を形成でき、ひいては、溶接物の熱変形及び残留応力を低減できる。
さらに、表２に示されるように、Ｂ０１～Ｂ０９組の溶接物の溶接ビード１２に比べ、Ｂ１０～Ｂ１４組の溶接物の溶接ビードは、深さが深く、かつ、幅が狭く、換算すると、Ｂ１０～Ｂ１４組の溶接物の溶接ビードのアスペクト比が少なくとも０．８０以上であり、０．８８に達することもあるので、より狭い熱影響部を形成でき、ひいては、溶接物の熱変形及び残留応力を低減できる。
【0029】
以上により、本発明のクロムモリブデン鋼溶接用ＴＩＧ溶接フラックスによれば、ＴＩＧ溶接工程に用いられることで、２つのクロムモリブデン鋼ワークが共に溶接物となることができ、２つのクロムモリブデン鋼ワークの間に形成される溶接ビードは、少なくとも０．８以上のアスペクト比を有することができ、２つのクロムモリブデン鋼ワークの間に形成される熱影響部を縮小させることができ、ひいては、溶接物の熱変形及び残留応力を低減させる効果を達する。
【0030】
さらに、厚さが厚いクロムモリブデン鋼ワーク（例えば厚さが３ｍｍを超えるクロムモリブデン鋼ワーク）について、開先加工の工程を予め行う必要がないので、開先加工の工程による溶接物の強度の低下及び熱影響部が広すぎるという問題を避け、開先加工の工程で増えた作業時間及び製造コストを低減できる効果を有する。
【0031】
本発明は、その精神と必須の特徴事項から逸脱することなく他のやり方で実施することができる。
従って、本明細書に記載した好ましい実施形態は、例示的なものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
従って、本明細書に記載した好ましい実施形態は、例示的なものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
【符号の説明】
【0032】
１、１’ ・・・クロムモリブデン鋼ワーク
１１、１１’ ・・・側縁
１２ ・・・溶接ビード
２ ・・・ＴＩＧ溶接フラックス
Ｂ ・・・ブラシ
Ｄ１、Ｄ２ ・・・溶接ビードの深さ
Ｅ ・・・タングステン電極
Ｗ１、Ｗ２ ・・・溶接ビードの幅
１１、１１’ ・・・側縁
１２ ・・・溶接ビード
２ ・・・ＴＩＧ溶接フラックス
Ｂ ・・・ブラシ
Ｄ１、Ｄ２ ・・・溶接ビードの深さ
Ｅ ・・・タングステン電極
Ｗ１、Ｗ２ ・・・溶接ビードの幅
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
