JP2000326092A - Ｔｉｇ溶接用ステンレス鋼溶加材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 通常のＴＩＧ溶接に較べ深い溶込みが得ら
れ、高能率なＴＩＧ溶接を可能とするＴＩＧ溶接用フラ
ックス入りワイヤ溶加材。 【解決手段】 オーステナイト系ステンレス鋼を外皮と
し、所定量の金属チタンと金属ジルコニウムの何れか一
方又は両方を外皮及び／又はフラックスに含有し、酸化
チタンと酸化ジルコニウム、酸化クロムと酸化モリブデ
ンの各々の何れか一方若しくは両方、酸化ケイ素、酸化
鉄、金属弗化物の各々の所定量からなるスラグ材をフラ
ックス中に含有し、各成分の比率が所定の条件を満た
し、外皮及びフラックス残部がＣ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｎｉ，
Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｎ，Ｆｅの一種以上及び可避不純物
よりなる。

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溶接用フラ
ックス入りワイヤ溶加材に関し、詳しくはＴＩＧ溶接に
おいて、本フラックス入りワイヤを溶加材として用いる
ことにより通常のＴＩＧ溶接に較べ深い溶込みが得ら
れ、高能率なＴＩＧ溶接を可能とするＴＩＧ溶接用ステ
ンレス鋼溶加材に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からＴＩＧ溶接は、不活性ガス中で
の安定した溶接が可能であり、安定したビードを得易
い。このため、火力発電、原子力、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
（ルートパス）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、通常の溶接条件
では溶込み深さが２〜３ｍｍ程度のため、３〜４ｍｍ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、溶接条件範
囲が限定されるため、溶込み深さを向上させることが困
難であった。また、製鋼技術の発展に伴い鋼中のＣ，Ｓ
等の不純物の低減によりステンレス鋼の溶接において良
好な溶込みが得られない傾向にある。

【０００３】そこで、溶込み深さの向上を目的としたＴ
ＩＧ溶接法として特開平２−７５４７１号公報に開示さ
れているようなアルゴンガス中に微量の亜硫酸ガス（Ｓ
Ｏ₂）を添加したシールドガスの使用、Welding & Metal
Fabrication,19〜23,January,1996 にて報告されてい
るような酸化ケイ素を主成分とし弗化ナトリウム等を含
有するフラックスを母材面に塗布して溶接する方法等が
発表されている。しかし、前者の方法はＷ電極の減少が
激しく、電極にＨｆを添加した特殊なものを用いる必要
があり、さらには亜硫酸ガスを使用するため溶接金属中
のＳ量が増加し高温割れの危険性が高くなるという問
題、また後者の方法では、フラックスの塗布厚により溶
込み深さが変化しやすく安定した溶接が困難であるとい
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ＴＩＧ溶接に比べ深
い溶込みが得られ、高能率なＴＩＧ溶接を可能とするＴ
ＩＧ溶接用ステンレス鋼溶加材を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、オーステナイ
ト系ステンレス鋼を外皮とし、ワイヤ全重量に対し、
０．１〜１．６重量％の金属チタンと金属ジルコニウム
との何れか一方若しくは両方を外皮及び／又はフラック
スに含有し、且つ０．２〜１．４重量％の酸化チタンと
酸化ジルコニウムとの何れか一方若しくは両方、０．３
〜２．８重量％の酸化クロムと酸化モリブデンとの何れ
か一方若しくは両方、０．０５〜０．３重量％の酸化ケ
イ素、０．１〜０．５重量％の酸化鉄、０．０１〜０．
１重量％の金属弗化物によって主成分が構成されるスラ
グ剤をフラックス中に含有し、且つ、（金属チタン＋金
属ジルコニウム）の量／（酸化チタン＋酸化ジルコニウ
ム＋酸化クロム＋酸化モリブデン）の量＝０．１〜１．
５、及び（酸化チタン＋酸化ジルコニウム＋酸化クロム
＋酸化モリブデン）の量＞（酸化ケイ素＋酸化鉄＋金属
弗化物）の量、の２条件を満たし、外皮及びフラックス
残部がＣ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｎ，
Ｆｅの一種以上及び不可避不純物よりなることを特徴と
するＴＩＧ溶接用ステンレス鋼溶加材である。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下に本発明を具体的に説明す
る。一般にアークの収縮には、電磁ピンチ効果と熱的ピ
ンチ効果がある。前者は、アークの電磁力それ自体のた
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ーク柱
表面積が小さくなるため、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
奪うためアークに熱的ピンチ力が働き、アークは中心部
に集中しようとする。集中すれば電磁的ピンチ力によっ
てアークはさらに収縮される。また、スラグ造滓成分よ
りなる溶融池表面上のスラグ化合物は、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。以上、これら２
つの効果を利用し、通常のＴＩＧアークをレーザーまた
は電子ビームのような入熱の集中性、熱効率の高いもの
とすることにより、ステンレス鋼の場合で、通常のＴＩ
Ｇ溶接に比べ深い溶込みが得られ、高能率なＴＩＧ溶接
を行うことができる。以下に本発明の溶加材の成分等に
ついて具体的に説明する。

【０００７】本発明において、外皮及び／又はフラック
スに含有する金属チタンと金属ジルコニウムとの何れか
一方又は両方の割合は、ワイヤ全重量に対して０．１〜
１．６重量％である。これら金属チタン及び金属ジルコ
ニウムは、ワイヤ溶融時にワイヤ中に含まれる他の酸化
物と反応しスラグとなり溶込み深さを向上させると共に
溶接金属表面の酸化を防ぐ成分であるが、ワイヤ全重量
に対して０．１重量％未満ではその効果が十分得られ
ず、１．６重量％を超えると空気中の酸素との反応が激
しくなり、スパッタが発生し溶接性能が劣化する。な
お、原料としては純度９３％以上のチタン及びジルコニ
ウムを用いることができる。

【０００８】本発明において、スラグ剤としてフラック
ス中に含有する酸化チタンと酸化ジルコニウムの何れか
一方又は両方の割合は、ワイヤ全重量に対して０．２〜
１．４重量％である。これら酸化チタン及び酸化ジルコ
ニウムは、ワイヤ溶融時にワイヤ中に含まれる他の酸化
物と反応しスラグとなり溶込み深さを向上させる成分で
あるが、０．２重量％未満ではその効果は十分得られ
ず、１．４重量％を超えるとスラグ量が多くなり過ぎ、
スラグの裏波への回り込み、溶接金属中への巻き込み、
溶接ビード外観の悪化等を引き起こす。なお、原料とし
ては、例えばチタン白、一酸化チタニウム、三酸化二チ
タニウム、ジルコニア等を用いることができる。

【０００９】本発明において、スラグ剤としてフラック
ス中に含有する酸化クロムと酸化モリブデンとの何れか
一方又は両方の割合は、ワイヤ全重量に対して０．３〜
２．８重量％である。これら酸化クロム及び酸化モリブ
デンは、ワイヤ熔融時にワイヤ中に含まれる他の酸化物
と反応しスラグとなり溶込み深さを向上させる成分であ
るが、０．３重量％未満ではその効果が十分に得られ
ず、２．８重量％を超えるとスラグ量が多くなり過ぎ、
スラグの裏波への回り込み、溶接金属中への巻き込み、
溶接ビード外観の悪化等を引き起こす。なお、原料とし
ては、例えばクロムグリーン、二酸化クロム、無水クロ
ム酸、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、モリブデンブルー等を用いることができ
る。

【００１０】本発明において、スラグ剤としてフラック
ス中に含有する酸化ケイ素の割合は、ワイヤ全重量に対
して０．０５〜０．３重量％である。この酸化ケイ素
は、スラグの流動性を調整し溶込み深さを向上させる成
分であるが、０．０５重量％未満ではその効果は十分得
られず、０．３重量％を超えるとスラグの流動性が高く
なり過ぎ、ビード形状が劣化する。なお原料としては、
例えばシリカ等を用いることができる。

【００１１】本発明において、スラグ剤としてフラック
ス中に含有する酸化鉄の割合は、０．１〜０．５重量％
である。この酸化鉄は、スラグの凝固温度を低下させ、
スラグの反応を比較的低温まで持続させ、安定したスラ
グを生成させる成分であるが、０．１重量％未満ではそ
の効果は十分に得られず、０．５重量％を超えるとスラ
グの融点が低くなり過ぎ、全姿勢溶接性が劣化する。な
お、原料としては、例えば赤色酸化鉄、鉄スケール粉
末、黒色酸化鉄等を用いることができる。

【００１２】本発明において、スラグ剤としてフラック
ス中に含有する金属弗化物の割合は、０．０１〜０．１
重量％である。この金属弗化物は耐ピット性、アーク状
態の安定に必要な成分であるが、ワイヤ全重量に対して
０．０１重量％未満ではその効果は十分に発揮されず、
０．１重量％を超えると金属弗化物の分解によるフッ素
の放出が激しくなり、アーク状態が劣化する。なお、原
料としては、例えば蛍石、弗化ソーダ、弗化リチウム等
を用いることができる。

【００１３】さらに、本発明においては、以上の成分が
次の量的な関係にあることも必要である。まず、（金属
チタン＋金属ジルコニウム）の量と（酸化チタン＋酸化
ジルコニウム＋酸化クロム＋酸化モリブデン）の量との
比の値が、０．１〜１．５の範囲でなければならない。
即ち、金属チタン、金属ジルコニウム、酸化チタン、酸
化ジルコニウム、酸化クロム、及び酸化モリブデンは主
としてアーク収縮を引き起こし、溶込み深さを向上させ
る成分であるが、前記の比の値が０．１未満ではその効
果が十分に発揮されず、また１．５を超えると金属成分
の比率が多くなるため、空気中の酸素と金属成分の反応
が過剰になり、溶接性能が劣化する。

【００１４】また、（酸化チタン＋酸化ジルコニウム＋
酸化クロム＋酸化モリブデン）の量が（酸化ケイ素＋酸
化鉄＋金属弗化物）の量より多くなければならない。即
ち、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化クロム及び酸
化モリブデンは主としてアーク収縮を引き起こし溶込み
深さを向上させる成分であり、酸化ケイ素、酸化鉄及び
金属弗化物は主として溶融池の表面張力を減少させ溶込
み深さを向上させると共にスラグの融点、アーク状態及
びビード形状を調整するための成分であるが、（酸化ケ
イ素＋酸化鉄＋金属弗化物）の量の方が多いと、スラグ
の流動性が上がり過ぎ、ビード形状が劣化する。さら
に、アーク収縮効果が低下し、結果として単位面積当た
りのアーク力が低下し、溶湯の対流速度が遅くなり溶込
みが浅くなる。

【００１５】また、本発明においては、前記成分以外に
外皮及びフラックスにはＣ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃｒ，
Ｍｏ，Ｎｂ，Ｎ，Ｆｅの１種以上及び不可避不純物が含
まれる。なお不可避不純物としては、Ｐ，Ｓ等があげら
れる。

【００１６】

【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〕表１に示す成分組成のＳＵＳ３０４Ｌのオ
ーステナイト系ステンレス鋼からなる外皮帯鋼（ストリ
ップ材：０．２５mm厚×８mm幅）に、表２に示す成分組
成のフラックスを内包し、直径１．２mmに仕上げ伸線し
たＴＩＧ溶接用ステンレス鋼フラックス入り溶加ワイヤ
を製作し、溶接金属の化学成分と溶接作業性を次の方法
で調べた。全溶着金属の化学成分分析は、ＪＩＳ Ｚ ３
３２３の全溶着金属の化学成分分析方法に準拠して行っ
た。溶接作業性は、板厚６mmのＳＵＳ３０４鋼板を用
い、Ｉ型突合せ開先溶接を行い下記基準でワイヤの溶融
性、スパッタの発生、電極の消耗、表面ビード及び裏波
形状について調べた。なお、溶接はタッチアーク方式の
自動ＴＩＧ溶接機を用い、試験片溶接時の溶接条件は、
電流１７５Ａ，電圧１０．５Ｖ，溶接速度１２．０cm/m
inで、ウィービング幅２．０mm，ウィービング回数２．
５Ｈｚ，ワイヤ容加量１２cm/mim，シールドガスに１０
０％Ａｒを用い、流量は２５ 1/min、バックシールドガ
ス流量は１０ 1/minとした。なお、溶接作業性について
の判定基準は以下のとおりである。

【００１７】ワイヤの溶融性 ○：一定して溶融 ×：ワイヤが玉になり不均一に溶融 スパッタの発生 ○：スパッタの発生なし ×：スパッタの発生あり 電極の消耗 ○：通常溶接時の電極の消耗度と同等 ×：通常溶接時の２倍以上消耗 ビード形状 表面 ○：表面ビード形状は良好 ×：ビードの蛇行、不均一なビード端面 裏波 ○：裏波形状は良好 ×：裏波は蛇行、スラグ発生 スラグ 被包性 ○：ビード表面に均一に被包 ×：部分的に被包（不均一） 除去性 ○：ワイヤブラシでほぼ除去可能 ×：ワイヤブラシで除去不可能、グラインダーで除去可
能 表３にこのワイヤを用いた金属チタン及び金属ジルコニ
ウム以外の金属粉の組成（重量％）を示す。また、この
ワイヤを用いて得られた全溶着金属の化学成分と溶接作
業性の判定結果を表４に示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】

【表３】

【００２１】

【表４】

【００２２】〔実施例２〜１２、比較例１〜８〕実施例
１に準じて表１に示すＳＵＳ３０４Ｌのオーステナイト
系ステンレス鋼からなる外皮帯鋼（ストリップ材：０．
２５mm厚×８mm幅）に表２に示すそれぞれの成分組成の
フラックスを内包し、直径１．２mmに仕上げ伸線したＴ
ＩＧ溶接用ステンレス鋼フラックス入り溶加ワイヤを製
作した。実施例１と同様にして、これらの溶接金属につ
いて、全溶着金属の化学成分と溶接作業性の判定結果を
表４に示す。

【００２３】表４より、本発明のＴＩＧ溶接用ステンレ
ス鋼溶加材である実施例１〜１２はいずれも裏波が出て
おり、良好な溶接作業性を示している。これに対して、
表３及び４より、比較例１，２は表２の金属酸化物
（ｂ）が多いため、良好な溶け込みが得られず、スラグ
の融点が高くなりワイヤと溶融池のなじみが悪く、ワイ
ヤの溶融が不均一である。比較例３，４，５，７，８
は、表２の金属酸化物（ｃ）及び金属弗化物（ｄ）の総
量が金属酸化物（ｂ）より多いため、スラグの融点、粘
性が低くビード表面形状が不良である。また、比較例４
は表２の金属粉（ａ）、金属酸化物（ｂ）が共に少ない
ため、スラグの被包性が悪く、金属酸化物（ｃ）が多い
ため、スラグが溶接金属にこびりつき除去性が悪い。比
較例５，６，７，８は、表２の金属酸化物（ｂ）が少な
く、金属粉（ａ）との比の値（ａ／ｂ）が大きすぎるた
め、良好な溶込みが得られない。また、特に比較例５，
６は表２の金属粉（ａ）が多すぎるため、スパッタが発
生し、溶接性が劣化し、電極の消耗も激しい。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明のＴＩＧ溶接
用ステンレス鋼溶加材を用いることにより、通常のＴＩ
Ｇ溶接が２〜３ｍｍの溶込みであるのに対し、板厚６ｍ
ｍのステンレス鋼の貫通溶接が可能となり、大幅に深い
溶込みを得ることができる。本溶接により板厚６ｍｍ以
下のステンレス鋼についてＩ開先でルートギャップなし
の継手を１パス溶接で施工でき、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、通常
のＴＩＧワイヤを用いた場合と同様である。また、Ｔｉ
及びＺｒを除く金属成分Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｎを
調整することにより、３０９，３１６，３４７系等のオ
ーステナイト系ステンレス鋼及び３１０系等の完全オー
ステナイト系ステンレス鋼にも適用することができ、同
様な効果を得ることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂田 健太郎 神奈川県横浜市鶴見区鶴見中央２丁目12番 １号 千代田化工建設株式会社内 (72)発明者 山本 栄一 神奈川県横浜市鶴見区鶴見中央２丁目12番 １号 千代田化工建設株式会社内 (72)発明者 山本 寛 神奈川県横浜市鶴見区鶴見中央２丁目12番 １号 千代田化工建設株式会社内 (72)発明者 小島 郁夫 神奈川県横浜市鶴見区鶴見中央２丁目12番 １号 千代田化工建設株式会社内 (72)発明者 岡庭 匡史 神奈川県川崎市川崎区藤崎２−３−９− 403 (72)発明者 岡崎 司 神奈川県横須賀市金谷２−12−１−506 (72)発明者 平井 秀夫 神奈川県横浜市栄区小菅ヶ谷町2911 Ｆターム(参考） 4E001 AA03 BB07 DB03 EA07 4E084 AA01 AA02 AA03 AA04 AA05 AA17 BA11 BA15 DA12 HA01 HA03

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オーステナイト系ステンレス鋼を外皮と
   し、ワイヤ全重量に対し、０．１〜１．６重量％の金属
   チタンと金属ジルコニウムとの何れか一方若しくは両方
   を外皮及び／又はフラックスに含有し、且つ０．２〜
   １．４重量％の酸化チタンと酸化ジルコニウムとの何れ
   か一方若しくは両方、０．３〜２．８重量％の酸化クロ
   ムと酸化モリブデンとの何れか一方若しくは両方、０．
   ０５〜０．３重量％の酸化ケイ素、０．１〜０．５重量
   ％の酸化鉄、０．０１〜０．１重量％の金属弗化物によ
   って主成分が構成されるスラグ剤をフラックス中に含有
   し、且つ、 （金属チタン＋金属ジルコニウム）の量／（酸化チタン
   ＋酸化ジルコニウム＋酸化クロム＋酸化モリブデン）の
   量＝０．１〜１．５、 及び（酸化チタン＋酸化ジルコニウム＋酸化クロム＋酸
   化モリブデン）の量＞（酸化ケイ素＋酸化鉄＋金属弗化
   物）の量、 の２条件を満たし、外皮及びフラックス残部がＣ，Ｓ
   ｉ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｎ，Ｆｅの一種以
   上及び不可避不純物よりなることを特徴とするＴＩＧ溶
   接用ステンレス鋼溶加材。