JP2000071094A - Tig溶接用活性フラックス組成物 - Google Patents

Tig溶接用活性フラックス組成物

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JP2000071094A JP10242995A JP24299598A JP2000071094A JP 2000071094 A JP2000071094 A JP 2000071094A JP 10242995 A JP10242995 A JP 10242995A JP 24299598 A JP24299598 A JP 24299598A JP 2000071094 A JP2000071094 A JP 2000071094A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 通常の溶接条件でも、開先加工を必要とせ
ず、厚さ6mmのステンレス鋼板を1パスで溶融接合で
き、高能率なTIG溶接を可能とする活性フラックス組
成物の提供。 【解決手段】 Hfを除く遷移金属IVa族の酸化物もし
くは純金属とWを除く遷移金属VIa族の酸化物との混合
物からなり、この混合物中の酸素原子の割合が24〜5
0%、金属原子の割合が50〜76%であるTIG溶接
用活性フラックス組成物。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、TIG溶接用活性
フラックス組成物に関し、詳しくは、TIG溶接におい
て、本フラックスを被溶接鋼板上に塗布することにより
従来のTIG溶接に較べステンレス鋼の場合で2倍以上
の溶け込み深さを与える活性フラックス組成物に関す
る。
【0002】
【技術の技術】従来からTIG溶接は、不活性ガス気中
での安定した溶接が可能であり、安定したビ−ドが得ら
れ易い。このため、火力発電、原子力発電、化学機械等
の配管のような外側からしか溶接できない小径パイプの
第1層(ル−トパス)の溶接及び高品質の要求される継
手に多く適用されている。TIG溶接の場合、通常の条
件では溶け込み深さが2〜3mm程度のため、3〜4m
m以上の板厚の鋼を溶接する際には溶接部の開先加工が
必要であり、多パス溶接を行う必要があった。さらに、
パイプなどの円周溶接を行う場合、パイプが固定されて
いる等の理由で、全姿勢溶接となることが多く、溶け込
み深さを上昇させるために溶接電流を通常の溶接条件よ
り上げることが困難であった。
【0003】そこで、溶け込み深さの向上を目的とした
TIG溶接用フラックス組成物として、酸化珪素を主成
分としフッ化ナトリウム等を含有した組成物が知られて
いる(Welding & Metal Fabrication,19〜23,Jaunary,1
996)。しかしながら、このTIG溶接用フラックス組成
物では、組成範囲が限られているために被溶接物が限ら
れるという問題があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
従来技術の欠点を解消して、通常の溶接条件でも、開先
加工を必要とせず、どんな被溶接物でも、特に厚さ6m
mのステンレス鋼板を1パスで溶融接合でき、高能率な
TIG溶接を可能とする活性フラックス組成物を提供す
ることにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の第1は、Hfを
除く遷移金属IVa族の酸化物もしくは純金属とWを除く
遷移金属VIa族の酸化物との混合物からなり、前記混合
物中の酸素原子の割合が24〜50%、金属原子の割合
が50〜76%であるTIG溶接用活性フラックス組成
物であり、本発明の第2は、ステンレス鋼を被溶接物と
する前記のTIG溶接用活性フラックス組成物である。
【0006】
【発明の実施の形態】以下に本発明を具体的に説明す
る。本発明に用いるフラックス成分中の遷移金属IVa族
の酸化物もしくは純金属としては、ア−ク熱により母材
面から蒸発し易く、ア−ク中で酸素を放出するもの、も
しくは溶接進行方向前部で空気中の酸素と比較的低温で
反応し易いものである。さらに母材面上で遷移金属VIa
族の酸化物と反応し、スラグ化合物になったとき、溶融
池表面の表面張力を減少させるものが好ましい。Hfを
除く理由は、Hfが高融点、高粘度であるためにビ−ド
形状の不良を招くからである。
【0007】本発明に用いるフラックス成分中の遷移金
属IVa族の酸化物もしくは純金属源としては、例えば純
チタニウム、チタン白、一酸化チタニウム、三酸化二チ
タニウム、純ジルコニウム、ジルコニア等である。本発
明に用いるフラックス成分中の遷移金属VIa族の酸化物
としては、ア−ク熱により母材面から蒸発し易く、ア−
ク中で酸素を放出するものである。さらに母材面上で遷
移金属IVa族の酸化物もしくは純金属と反応し、スラグ
化合物になったとき、溶融池表面の表面張力を減少させ
るものが好ましい。Wを除く理由は、TIG溶接ではW
−2%Th電極が用いられるため、Wの使用は電極との
反応を招き、電極の消耗が激しくなるからである。本発
明に用いるフラックス成分中の遷移金属VIa族の酸化物
源としては、例えばクロムグリ−ン、二酸化モリブデ
ン、三酸化モリブデン、五酸化二モリブデン、モリブデ
ンブル−、酸化クロム、二酸化クロム、無水クロム酸等
である。本発明で遷移金属VIa族の純金属を用いない理
由は、遷移金属IVa族の純金属より酸化力が劣ること
と、酸化力が劣るため溶接部に純金属成分としてクロ
ム、モリブデンが混入し易く、溶接金属のフェライト量
が増加し、溶接金属の靱性が劣化する可能性があるため
である。
【0008】一般にア−クの収縮には、電磁ピンチ効果
と熱的ピンチ効果とがある。前者は、ア−クの電磁力の
ために断面が収縮する現象であり、後者は、外周からの
冷却作用が著しいとき、熱の放散を抑えるためにア−ク
柱表面積を小さくするため、結果として断面が収縮する
現象である。また一般に2原子分子は、解離によって熱
を奪うためア−クに熱的ピンチ力が働き、ア−クは中心
部に集中しようとする。集中すれば電磁的ピンチ力によ
ってア−クはさらに収縮される。本発明は、主として、
前記の熱的ピンチ効果を利用しており、詳しくは、これ
ら混合物中の母材面から気化した酸化物がア−ク中で酸
素を放出し解離することで、ア−クに熱的ピンチ力が発
生し、ア−クの電流密度が増加することで、被溶接物表
面の単位面積当たりの熱量を増加させる。
【0009】また、溶融池表面のこれら混合物のスラグ
化合物は、溶融池の表面張力を減少させ、通常溶融池中
心部から外側に向かう溶湯の流れを、外側から中心部に
向かわせる。本発明では、遷移金属IVa族の酸化物もし
くは純金属と遷移金属VIa族の酸化物とを組み合わせて
用いることが必要であり、どちらかの遷移金属が2種以
上で結果として3種以上となってもかまわない。本発明
に用いる遷移金属IVa族の酸化物もしくは純金属と遷移
金属VIa族の酸化物からなるフラックス組成物は、以下
の理由で組成物中の酸素原子の割合が24〜50%であ
り、金属原子の割合が50〜76%でなければならな
い。
【0010】フラックス組成物中の酸素量は、ア−ク中
に気化した酸化物から、必要最低限の酸素を放出させ、
ア−クを収縮させるのに必要な解離熱をア−クから奪
い、十分な溶け込みを得るために酸素原子として24%
以上が必要である。しかし、過度の酸素含有量は、フラ
ックス組成物中の酸化物量を増加させ、溶融スラグの融
点を上昇させ、粘性増加を招くことになる。その結果、
溶接ビ−ド中へのスラグの巻き込みが起こり易くなり、
溶融池表面の表面張力も上昇し、溶融池の対流を妨げる
原因となるため50%以下でなければならない。フラッ
クス組成物中の金属量は、必要最低限の酸素原子を捕捉
しておくために金属原子として50%以上が必要であ
る。しかし過度の金属量は、捕捉酸素量の過度な増加を
招き、フラックス組成物中の酸化物量を増加させ、溶融
スラグの融点を上昇させ、粘性の増加を招くことにな
る。その結果、溶接ビ−ド中へのスラグの巻き込みが起
こり易くなり、溶融池表面の表面張力も上昇し、溶融池
の対流を妨げる原因となるため金属原子として76%以
下でなければならない。
【0011】本発明のフラックス組成物には、前記の特
定成分以外に必要に応じて次のような成分を本発明の要
旨を逸脱しない範囲で添加することができる。例えば、
スラグの融点、粘性、剥離性調整のために、NaF、M
gO、V23、Fe23、NiO、CuO、SiO2
が添加できる。
【0012】本発明のフラックス組成物は、被溶接物が
ステンレス鋼である場合に最も溶け込みがよくなるので
特に好ましいが、ステンレス鋼以外の被溶接物にも使用
できることはいうまでもない。
【0013】
【実施例】次に本発明を実施例で具体的に説明する。 実施例1〜8 表1のIVa族の酸化物もしくは純金属とVIa族の酸化物
とを用いて以下の方法でフラックスをそれぞれ調製し
た。各成分を電子天秤で0.01gまで測定し、乳鉢に
て乾式混合した。粒度調整は、乳鉢で混合した後、ボ−
ルミルにて粉砕し、篩にて調整した。前記のようにして
調製されたそれぞれのフラックスを用いて以下に示す試
験を行って溶接性の評価を行った。
【0014】[試験方法]試験材として、板厚10m
m、幅100mm、長さ150mmのSUS304鋼板
を用い、各フラックスをアセトンに分散させ、刷毛で前
記鋼板表面に塗布したものを用いた。溶接は、タッチア
−ク方式の自動TIG溶接機を用い、前記試験材表面メ
ルトランで行った。試験片溶接時の溶接条件は、電流1
70A、電圧10.5V、溶接速度7.6mm/min
で、シ−ルドガスに100%アルゴンを用い、その流量
を20 l/minとした。溶接後、ビ−ド断面形状お
よび溶け込み深さを次の方法で測定した。[ビ−ド断面
形状、溶け込み深さの測定]ビ−ド断面形状、溶け込み
深さ観察用の試験片は、溶接材をビ−ド断面方向に切断
し、SiC研磨紙にて#240まで研磨した後、断面を
塩酸にて腐食し作成した。その後5倍のマクロ写真撮影
を行い、この際、ものさしも一緒に撮影し、写真上でノ
ギスを用いビ−ド幅、溶け込み深さを0.05mmまで
測定した。その際、一緒に撮影したものさしの1mm長
さも同様に測定し、実寸法を計算から求めた。
【0015】[スパッタ発生有無の評価]目視にて観察
した。 [電極の外観の評価]目視にて陰極の酸化の有無を観察
した。 表1に溶け込み量と溶接性評価結果を示す。また図1に
フラックス中の酸素量と溶け込み深さの関係を示し、図
2に酸素量を変化させた場合のフラックス中の酸素量と
ビ−ド断面形状との関係を示す。
【0016】
【表1】
【0017】比較例1〜8 表1の組成(本発明の範囲外である比較例1〜7)を用
いて実施例に準じてフラツクスをそれぞれ調製した。各
フラックスを用いて実施例と同じ試験を行って溶接性を
評価し、結果を表1および図1、図2に示した。なお比
較例8はブランクとしてフラックスを塗布しない例であ
り同様に表1及び図1、図2に評価結果を示した。
【0018】実施例1〜8は、いずれの場合も顕著な溶
け込み深さの増加が認められた。溶け込み深さは、図1
に示されるようにフラックス中の酸素含有量の増加に伴
い、24〜50原子%においてほぼ一定して最大であ
り、その後減少する傾向が認められた。図2よりビ−ド
断面形状は、フラックス中の酸素含有量24〜50原子
%においてレ−ザ−ビ−ム溶接のビ−ド形状に非常に似
通った形であることが認められた。また、これらフラッ
クスを塗布した場合、ア−クのスタ−トと安定性は、ブ
ランクと何等変わらないことが認められた。ビ−ド外観
はビ−ド表面に薄いスラグが被覆したが、ワイヤブラシ
で簡単に除去できるものであった。
【0019】これに対し、比較例1〜3は、フラックス
中の酸素量が少なすぎる例であって、スパッタの発生が
観察され、比較例4〜7は、フラックス中の酸素量が多
い例であって、余分に放出された酸素がW−2%Th電
極と反応し、電極の寿命を短くする傾向が確認された。
ビ−ド断面積は、被溶接物にフラックスを塗布しなかっ
た場合に較べ、塗布した場合は、フラックス中酸素量に
関与せず7mm2程度増加した。フェライト量は、被溶
接物にフラックスを塗布しなかった場合に較べ、塗布し
た場合は、酸素量に関与せず、2%程度減少した。溶着
金属の化学成分は、SUS304母材の化学成分とほと
んど同じであるが、酸素量が、塗布したフラックスの酸
素量増加に伴い、最大100ppm程度まで増加した。
これは通常のTIG溶接金属の5倍程度である。しか
し、酸素量の増加による溶接金属の靱性劣化は、0℃の
衝撃試験においては認められなかった。
【0020】
【発明の効果】本発明のTIG溶接用フラックス組成物
を用いることにより、通常の溶接条件にて、開先加工を
必要とせず、I型開先にて6mm厚のステンレス鋼板を
1パスで溶融接合でき、高能率なTIG溶接が可能とな
る。さらに溶接金属部の機械的性能は、フラックスを用
いない場合と同等である。
【図面の簡単な説明】
【図1】フラックス中の酸素量と溶け込み深さの関係を
表す図である。図中のブランクは何も塗布していない場
合の溶け込み深さである。母材はステンレス鋼板であ
る。
【図2】フラックス中の酸素量とビ−ド断面形状の関係
を表す図である。図は左から酸素量(原子%)0,1
2.0,24.7,37.3,48.0,57.5,7
1.7,何も塗布していない場合(ブランク)である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4E001 AA03 BB07 CA03 DC05 EA07 4E084 AA02 AA04 AA15 BA11 BA15 CA21 CA38 DA12 DA31 DA34 GA07 HA10

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Hfを除く遷移金属IVa族の酸化物もし
    くは純金属とWを除く遷移金属VIa族の酸化物との混合
    物からなり、該混合物中の酸素原子の割合が24〜50
    %、金属原子の割合が50〜76%であるTIG溶接用
    活性フラックス組成物。
  2. 【請求項2】 ステンレス鋼を被溶接物とする請求項1
    記載のTIG溶接用活性フラックス組成物。
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