角焊接头及气体保护弧焊方法技术

本发明专利技术提供一种不过分地依赖于焊接材料对终端部的压缩残留应力的施加，通过改善应力集中而具有高疲劳强度且没有裂纹、韧性优异的钢的角焊接头、及用于得到该角焊接头的气体保护弧焊方法。在本发明专利技术的角焊接头中，焊接金属的马氏体相变开始温度(Ms点)为400℃以上且550℃以下，焊接终端部的终端半径ρ除以母材的板厚t的值(ρ/t)为0.25以上，并且满足式Ms(℃)≤375×[ρ/t]+320…(1)，且没有裂纹缺陷。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在碳钢的角焊时，廉价且不伴随产生焊接裂纹的危险性而能够提高疲劳强度的。
技术介绍
近年来，以提高燃料利用率为目的而在机动车或造船等的输送设备中，为了减轻质量而使用高张力钢板的动向越发活跃。虽然高张力钢板也与软钢同样地进行弧焊，但焊接接头的疲劳强度仅能确保为与软钢同程度，从而存在焊接部的疲劳强度比母材下降而无法发挥高张力钢板本来的性能的问题。作为焊接部的疲劳强度比母材下降的原因，考虑有⑴终端部的应力集中、(2)因热的膨胀、收缩而产生的拉伸残留应力这两个主要原因，到目前为止通过多个方法尝试着进行了改善。关于这些情况，以下，对应力集中的缓和及拉伸残留应力的下降进行说明。〈应力集中的缓和〉为了缓和焊接终端部的应力集中，而考虑了减少接触角、增大终端半径的所谓使焊道形状平滑的方法。例如在专利文献1 4中，示出了通过钢板成分的限定、添加有降低表面张力的特殊成分的焊丝的使用、电压等焊接条件的限定等得以实现的情况。然而，在这些方法中对于条件的限制多，缺乏通用性。并且到目前为止，事实上还没有仅通过单纯地进行焊接就能显著地改善终端形状的技术，而且在专利技术者们的确认实验结果中可知，仅进行应力集中的缓和的话，疲劳强度改善效果差。即，不能说是仅改善应力集中就能够提高疲劳强度。〈拉伸残留应力的下降(由焊接金属的屈服应力的下降、延展性的提高所引起)>在专利文献5、6中，提出有为了使残留应力下降而使焊接金属容易塑性变形的思想。然而，在专利文献5中未提出具体的焊接方法而无法实际应用，在专利文献6中关于焊丝，由于过度地减少脱氧成分而强度下降，因此存在因脱氧不足而容易产生气孔缺陷的问题、或适用于高强度钢板时静态的接头拉伸强度不足等问题。〈拉伸残留应力的下降(由应力除去退火所引起)>作为一直以来最众所周知的残留应力的除去方法，有在退火炉中进行高温保持的应力除去退火(PWHT)。然而，在处理的钢材以比较薄的情况为主的输送设备业界中，具有设备的厂商几乎没有，即使引入设备，生产效率也会显著下降，而导致高成本化。〈拉伸残留应力的下降(由强化效应所引起)>此外也有通过所谓喷丸强化或锤击强化、超声波强化的方法在焊接后施加压缩应力的方法，这在专利文献7中也有提示。然而这种情况也需要引入设备，且生产效率显著下降，而导致高成本化。<拉伸残留应力下降(由低温相变焊接材料所引起)>因此作为最近引起关注的方法，使焊接金属的马氏体相变温度(Ms点)下降而在室温时施加膨胀相变的压缩残留应力或减少拉伸残留应力的方法引人注目。例如在专利文献8中提出有通过将高Cr和高M合在一起的焊接金属使Ms点下降的方法。随后，作出了基于多个相同方法的提案。例如在专利文献9 16中，具有高Cr、高附、或高Mn系的焊接金属或焊丝的规定。在专利文献17中提出有使用0. 45 0. 7质量％的高C的低温焊丝使Ms点达到 200 350°C的低温，且将焊透深度限制为板厚的2/3以下的薄板的重叠角焊方法。而且在专利文献18中提出有仍然使用0. 35 0. 7质量％的高C的低温焊丝而使Ms点达到250 400°C的低温，且将焊透深度限制为板厚的1/2以下，而且焊道终端部比钢板表面凹陷的薄板的重叠角焊方法。另一方面，在专利文献19中提出有将Ms点设定为475 550°C的比较高的温度， 改善焊接金属的耐裂纹性或吸收能量，使焊透深度为板厚的1/3以下并使限制度为4000N/ mm · mm的角焊方法。专利文献1日本特开平6-340947号公报专利文献2日本特开平8-25080号公报专利文献3日本特开2002-361480号公报专利文献4日本特开2002-361481号公报专利文献5日本特开平7-171679号公报专利文献6日本特开平9-227987号公报专利文献7日本特开2004-136312号公报专利文献8日本特开昭54-130451号公报专利文献9日本特开2000-288728号公报专利文献10日本特开2001-246495号公报专利文献11日本特开2002-273599号公报专利文献12日本特开2004-98108号公报专利文献13日本特开2004-98109号公报专利文献14日本特开2004-98113号公报专利文献15日本特开2004-98114号公报专利文献16日本特开2005-238305号公报专利文献17日本专利第4173957号公报专利文献18日本特开2004-136313号公报专利文献19日本专利第4173999号公报然而，在以往的角焊接头及角焊方法中，存在如下所示的问题。在专利文献8 16所记载的专利技术中，都添加多量的高价的元素，而且使用实芯焊丝时的拉丝性差，从而成为高成本的焊接材料。此外，作为实际使用上的最大的缺点，有伴随Ms点的下降而成为高硬度金属、发生延迟裂纹(即，加氢裂化)的担心不可避免地增大的问题。即使由于板厚薄且限制小而在刚焊接之后不发生裂纹，根据之后的运用环境也存在腐蚀引起的氢进入、脆化的可能性，从而延迟裂纹的担心始终存在。为了将其避免，而需要在焊接前后进行加热焊接体而使扩散性氢逃散的热处理，但在如输送设备那样大量生产很多的接头时，从成本方面出发事实上并不现实。而且，马氏体组织越成为主体而通常金属越脆，容易引起脆性破坏。需要说明的是，作为此种特性的一般性指标，夏比冲击吸收能量下降。在专利文献17、18所记载的专利技术中，由于C的浓度高，因而如上所述的延迟裂纹容易发生，且高温裂纹(即，凝固裂纹)也容易发生。而且夏比冲击吸收能量也低。此外，在实际的生产中，难以管理焊透深度或焊道的凹陷量。在专利文献19所记载的专利技术中，管理焊透深度或限制度的情况在实际的生产中仍然困难，对应于Ms点升高，疲劳强度改善效果也相应地减小。如上所述，依赖于低温相变引起的拉伸残留应力的下降的方法并不现实。
技术实现思路
本专利技术鉴于上述状況而作出，其课题在于提供一种不过分地依赖于焊接材料对终端部的压缩残留应力的施加，通过改善应力集中而具有高疲劳强度且没有裂纹、韧性优异的角焊接头、及用于得到该角焊接头的气体保护弧焊方法。本专利技术的角焊接头是通过弧焊形成的钢的角焊接头，其中，焊接金属的马氏体相变开始温度(Ms点)为400°C以上且550°C以下，焊接终端部的终端半径P除以母材的板厚t的值(P /t)，S卩，终端半径P与母材的板厚t的比率P /t为0. 25以上，并且满足式 Ms (°C ) ( 375X +320... (1)，且没有裂纹缺陷。根据上述结构，通过使焊接金属的Ms点为400°C以上且550°C以下，而使耐裂纹性及韧性不下降地产生膨胀相变，拉伸残留应力减小且产生压缩残留应力。而且，通过使P/ t为0.25以上，而应力集中显著缓和且疲劳强度提高。此外，通过满足式(1)，而能起到应力集中缓和及残留拉伸应力缓和的复合效果。另外，本专利技术的角焊接头是通过使用纯Ar气体作为保护气体并使用药芯焊丝作为焊丝的弧焊而形成的钢的角焊接头，其中，所述焊丝使用带钢或钢管作为外皮，以焊丝总质量换算，含有0. 08 0. 32质量％的C、0. 40 3. 00质量％的Si、1. 00 5. 00质量％的 Μη、0. 030质量％以下的P、0. 030质量％以下的S，并将氧化物的总计量本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种角焊接头，是通过弧焊形成的钢的角焊接头，其中，焊接金属的马氏体相变开始温度即Ｍｓ点为４００℃以上且５５０℃以下，焊接终端部的终端半径ρ除以母材的板厚ｔ的值即ρ／ｔ为０．２５以上，并且满足下式：Ｍｓ（℃）≤３７５×［ρ／ｔ］＋３２０…（１），而且没有裂纹缺陷。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：铃木励一，杵渊雅男，河西龙，
申请(专利权)人：株式会社神户制钢所，
类型：发明
国别省市：JP