JP2001179488A - アーク溶接用メタル系フラックス入りワイヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 良好な溶接作業性を有すると共に、ソリッド
ワイヤ並みの溶込み性能と低スラグ性とを有するアーク
溶接用メタル系フラックス入りワイヤを提供する。 【解決手段】 鋼製外皮中にフラックスを充填してなる
アーク溶接用メタル系フラックス入りワイヤにおいて、
ワイヤ全重量に対するフラックス率が５乃至１０質量％
であり、外皮の内面に、Ｃが外皮重量当たり０．００５
乃至０．０３０質量％塗布され、フラックス中に鉄粉を
フラックス重量当たり３０乃至８０質量％含有する。ま
た、鉄粉はその粒子表面にＮａ及びＫからなる群から選
択された少なくとも１種の元素が総量で鉄粉重量当たり
０．１乃至５質量％膜状に被覆されていることが好まし
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フラックスに主な
成分が鉄粉であるアーク溶接用メタル系フラックス入り
ワイヤに関し、特に、フラックス率が低く、良好な溶接
作業性を有すると共に、ソリッドワイヤ並みの溶込み性
能と低スラグ性とを有するアーク溶接用メタル系フラッ
クス入りワイヤに関する。

【０００２】

【従来の技術】フラックス入りワイヤ（以下、ＦＣＷと
いう）は、鋼製外皮の中にフラックスを充填させてお
り、このフラックスの量及び種類は、溶接作業性及び溶
着金属性能等のＦＣＷの品質に大きく影響する。

【０００３】ＦＣＷの中には、スラグ造滓剤をフラック
ス質量当たり１０乃至５０質量％含有させ、溶接作業性
及び溶接金属の機械的性能を向上させたＦＣＷと、スラ
グ造滓剤を極端に減少させスラグの発生を極端に少なく
したメタル系のＦＣＷとがある。特に、後者のメタル系
のＦＣＷは、１９８０年代頃に開発されたものであり、
従来、ソリッドワイヤが使用されていた市場及び分野に
使用可能のＦＣＷとして画期的なものと考えられてい
る。

【０００４】このメタル系のＦＣＷの最大の特徴は、ソ
リッドワイヤと比較して、高溶着の溶接が可能であり、
且つフラックスを含有しているので、溶接時のスパッタ
を少なくすることができるという点である。従来、メタ
ル系のＦＣＷとして、フラックス率（以下、Ｆ％ともい
う）が１０乃至２５％程度のＦＣＷが一般的である（特
開平１１−１５１５９２号公報）。これは、Ｆ％を低下
させると、フラックス量の低下に従い溶滴が大きくな
り、スパッタが増加するためである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、メタル
系のＦＣＷはソリッドワイヤが使用されているような分
野において、あまり拡販されていない。この原因として
は、メタル系のＦＣＷは溶接時のアークが極めてソフト
であるため、ソリッドワイヤと比較して、溶込み性能が
劣るということが挙げられ、これがメタル系のＦＣＷの
問題点になっている。

【０００６】また、多層盛り溶接等の場合においては、
ソリッドワイヤに比較してメタル系のＦＣＷはスラグの
発生量が多いことも指摘されている。従って、メタル系
のＦＣＷにソリッドワイヤ並みの溶込み性能と低スラグ
性とを付与することが、従来ソリッドワイヤが使用され
ていた市場において、メタル系のＦＣＷを拡販するため
に必要である。

【０００７】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、良好な溶接作業性を有すると共に、ソリッ
ドワイヤ並みの溶込み性能と低スラグ性とを有するアー
ク溶接用メタル系フラックス入りワイヤを提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係るアーク溶接
用メタル系フラックス入りワイヤは、鋼製外皮中にフラ
ックスを充填してなるアーク溶接用メタル系フラックス
入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量に対するフラックス
率が５乃至１０質量％であり、前記外皮の内面に、Ｃが
外皮質量当たり０．００５乃至０．０３０質量％塗布さ
れ、フラックス中に鉄粉をフラックス質量当たり３０乃
至８０質量％含有することを特徴とする。

【０００９】この場合、前記鉄粉はその粒子表面にＮａ
及びＫからなる群から選択された少なくとも１種の元素
が総量で鉄粉質量当たり０．１乃至５質量％膜状に被覆
されていることが好ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例に係るアー
ク溶接用メタル系フラックス入りワイヤについて詳細に
説明する。本願発明者等は実験研究の結果、フラックス
率を低下させることにより、溶込み性能と低スラグ性と
の両方を向上させることができることを見出した。即
ち、ＦＣＷに占める外皮（鋼の部分）をより多くするこ
とにより、ＦＣＷはソリッドワイヤに近いワイヤ形状と
なり、溶込み性能及び低スラグ性の両方が向上する。具
体的には、フラックス率が１０％以下になると、ＦＣＷ
の溶込み性能及び低スラグ性がほぼソリッドワイヤの溶
込み性能及び低スラグ性と等しくなる。

【００１１】上述のことから、本願発明者等はＦ％を低
下させた場合においても、スパッタを増加させないよう
なメタル系のＦＣＷの開発に注力し、種々の実験研究の
結果、外皮の内面に脱酸剤であるＣを塗布し、溶滴の表
面張力を上昇させることにより、溶滴の離脱が飛躍的に
向上することを明らかにした。このＣは、単にフラック
スに含有させるだけではその効果は発揮されず、あくま
でＦＣＷの外面に近い側（溶滴の表面に近い側）に存在
することに意味があることが判明した。

【００１２】ＦＣＷの最表面という意味においては、外
皮の外面（ＦＣＷの表面）にＣを塗布する方法もあり、
本願発明者等はこの方法においても溶滴の離脱が飛躍的
に向上する効果を得ることができることを確認してい
る。しかし、外皮の外面にＣを塗布した場合には、ワイ
ヤ送給系でＣが脱離してしまう。このＣの脱離は、溶滴
の離脱の効果が不安定になると共に、溶接時の通電性の
不安定さを促進させる要因となり、ワイヤ送給系にＣが
堆積しワイヤ送給系を詰まらせる要因ともなる。このた
め、外皮の内面にＣを塗布することが現実的である。な
お、Ｃの塗布方法としては、外皮にフラックスを投入す
る前に、外皮の内面を処理してＣを添着する方法、又は
外皮の内面をダル加工（梨地加工）し、Ｃを物理的に外
皮の内面に付着させる方法等の種々の方法が挙げられ
る。

【００１３】また、塗布するＣの種類としては、粒径が
２乃至１０μｍの粒子があり、そのうち、Ｃの平均粒径
が３μｍものが、溶滴の離脱の効果を最も発揮する。

【００１４】更に、本願発明者等はメタル系のＦＣＷの
フラックスの主成分である鉄粉の表面に、例えばＮａ又
はＫ等のアルカリ金属を被覆することにより、溶接作業
性が向上することを見出した。これは、アーク安定剤と
してのＮａ及びＫがフラックス全体に均一に分布すると
共に、溶滴の主成分である鉄粉の表面にアーク安定剤が
存在することが影響しているためである。鉄粉だけでな
く、全てのフラックスの成分をアルカリ金属で被覆した
場合には、アルカリ金属の量が過多になり、かえって溶
接作業性が劣化する。

【００１５】また、鉄粉の表面をＮａ及び／又はＫを含
有する膜で被覆する表面処理を施すことにより、フラッ
クス中にアーク安定剤として添加しているフラックス原
料（アルカリ弗化物又は長石類等）を減少させることが
できる。このため、より一層低スラグ性を増すことがで
きる。なお、鉄粉の表面処理方法としては、例えば水ガ
ラスで造粒する方法がある。この方法は、鉄粉、Ｎａ粉
末及びＫ粉末を水ガラス中に添加して混合し、乾燥させ
た後、粉末状に造粒するものである。これにより、鉄粉
にＮａ及びＫが膜状に被覆される。

【００１６】以下、本発明のアーク溶接用メタル系フラ
ックス入りワイヤの数値限定理由について、説明する。

【００１７】フラックス率：ワイヤ全質量に対して５乃
至１０質量％ ワイヤ全質量に対するフラックス率が５質量％未満の場
合には、溶接作業性が劣化しすぎると共に、脱酸剤が不
足し、更に、ＦＣＷを安定して製造することができない
という問題点が生じるので現実的ではない。一方、ワイ
ヤ全質量に対するフラックス率が１０質量％を超える場
合には、溶込み性能及び低スラグ性等の点が劣化する。
従って、ワイヤ全質量に対するフラックス率は５乃至１
０質量％とする。溶接作業性、溶込み性能及び低スラグ
性等を考慮すると、ワイヤ全質量に対するフラックス率
は７乃至９質量％が好ましい範囲である。

【００１８】外皮の内面のＣの塗布量：外皮質量当たり
０．００５乃至０．０３０質量％ 外皮の内面のＣの塗布量が外皮質量当たり０．００５質
量％未満の場合、スパッタの発生量を低減する効果が発
揮されない。一方、外皮の内面のＣの塗布量が外皮質量
当たり０．０３０質量％を超える場合、溶接作業性が劣
化すると共に、ヒューム量も増加する。従って、外皮の
内面のＣの塗布量は外皮質量当たり０．００５乃至０．
０３０質量％とする。なお、低スパッタ性を考慮する
と、外皮の内面のＣの塗布量は外皮質量当たり０．０１
０乃至０．０２０質量％が好ましい範囲である。

【００１９】鉄粉：フラックス質量当たり３０乃至８０
質量％ 鉄粉の含有量がフラックス質量当たり３０質量％未満で
ある場合、メタル系のＦＣＷ特有の溶接の高能率性能が
劣化する。一方、鉄粉の含有量がフラックス質量当たり
８０質量％を超える場合、Ｓｉ又はＭｎ等の脱酸剤の量
が不足する。従って、フラックス中の鉄粉の含有量はフ
ラックス質量当たり３０乃至８０質量％とする。

【００２０】鉄粉の粒子の表面に被覆されたＮａ及びＫ
からなる群から選択された少なくとも１種の元素：総量
で鉄粉質量当たり０．１乃至５質量％ Ｎａ及びＫからなる群から選択された少なくとも１種の
元素の含有量が総量で鉄粉質量当たり０．１質量％未満
である場合、フラックス中のＮａ及び／又はＫの含有量
が総量でフラックス質量当たり８０質量％を超えていて
も、スパッタ発生の低減の効果は発揮されない。一方、
Ｎａ及びＫからなる群から選択された少なくとも１種の
元素の含有量が総量で鉄粉質量当たり５質量％を超える
場合、フラックス中のＮａ及び／又はＫの合計の含有量
がフラックス質量当たり３０質量％未満であっても、溶
接作業性が劣化したり、ワイヤの水分量が上昇し溶接金
属に欠陥を発生させる要因となる。従って、Ｎａ及びＫ
からなる群から選択された少なくとも１種の元素の含有
量は総量で鉄粉質量当たり０．１乃至５質量％とするこ
とが好ましい。なお、低スパッタ性を考慮すると、Ｎａ
及びＫからなる群から選択された少なくとも１種の元素
の含有量は総量で鉄粉質量当たり０．２乃至２質量％が
好ましい範囲である。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の範囲に入るアーク溶接用メタ
ル系フラックス入りワイヤの実施例について、その特性
を比較例と比較して具体的に説明する。

【００２２】下記表１に示すフラックスと下記表２に示
す軟鋼製外皮とを使用して溶接用ＦＣＷを試作した。こ
のＦＣＷのフラックス率、外皮の内面のＣの塗布量及び
表面処理鉄粉の割合を種々変更させ、各種のＦＣＷを作
製した。この結果を表３及び４に示す。なお、フラック
ス率を変更する時には、ワイヤ成分が全てのワイヤにお
いて等しくなるように、フラックスの各組成の量を調整
した。また、ＦＣＷの線径は１．２ｍｍである。

【００２３】なお、表１に示すスラグ形成剤は、Ｓｉ、
Ｍｎ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ及びＢａ等の金属酸化物
である。但し、ＴｉＯ₂は除く。また、メタル成分は、
Ｆｅ、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ａｌ、Ｎｉ及び
Ｍｇ等である。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】以下、フラックス率の測定方法、Ｃ量の測
定方法並びにＮａ及びＫの測定方法について説明する。

【００２７】次に、フラックス率の測定方法について説
明する。先ず、ＦＣＷ（線径：製品径は約４ｍｍ）の成
形工程が終了した後、ＦＣＷの質量を測定する。次に、
フープを剥いてフラックスを取り除き、外皮の質量を測
定する。ワイヤ質量と外皮質量との差からフラックス質
量を求め、これをワイヤ全質量で除してフラックス率を
算出する。

【００２８】次に、Ｃ量の測定方法について説明する。
先ず、外皮の外面を有機溶剤で洗浄し、外皮の外面のＣ
を除去する。次に、外皮を有機溶剤中で超音波洗浄し、
外皮の内面に付着したＣを有機溶剤中に回収する。これ
により、外皮内面に付着したＣのみを抽出することがで
きる。次に、このＣの量を燃焼赤外線吸収法により測定
し、これを外皮内面のＣ量とする。

【００２９】次に、Ｎａ及びＫの測定方法について説明
する。鉄粉中に、Ｎａ及びＫは通常含有されない。そこ
で、先ず、Ｎａ及びＫの皮膜が被着した鉄粉の全質量を
測定する。次に、鉄粉全量を塩酸、硫酸、硝酸又は王水
等により溶解する。そして、溶解液を原子吸光法により
分析してＮａ及びＫの量を測定する。そして、このよう
に測定されたＮａ及びＫの量を前述の如くして予め測定
されている鉄粉の全質量当たりの量に換算し、Ｎａ及び
Ｋの鉄粉質量当たりの被着量とする。従って、このＮａ
及びＫの量を規定する際の基準となる鉄粉の量はＮａ及
び／又はＫを含んだ量である。

【００３０】表１のフラックスにおいて、表３及び４に
示すＦＣＷについて、溶込み性能、溶接作業性及びスラ
グ発生量を評価した。図１はビードの被溶接板に対する
溶込み状態を示す断面図である。

【００３１】溶込み性能については、溶接電流を２８０
Ａ、溶接電圧を適正電圧とした溶接条件で被溶接板１に
ビードオンプレート溶接を行い、被溶接板１に対するビ
ード２の溶込み深さＤをソリッドワイヤ及び従来のＦＣ
Ｗと比較して評価した。この比較に使用したソリッドワ
イヤはＹＧＷ１１（ＪＩＳ Ｚ３３１１）であり、同じ
く従来のＦＣＷはＹＦＷＣ５０ＤＭ（ＪＩＳ Ｚ３３１
３）である。いずれのワイヤも直径は１．２ｍｍであ
る。

【００３２】また、溶込み性能については、被溶接板１
に対するビード２の溶込み深さＤに基づいて評価した。
溶込み深さＤが４．５ｍｍ以上（ソリッドワイヤ並）の
ものを◎とし、溶込み深さＤが４.３ｍｍを超え４．５
ｍｍ未満（従来のＦＣＷより上ソリッドワイヤ未満）の
ものを○⁺とし、溶込み深さＤが４.０ｍｍを超え４．３
ｍｍ以下（従来のＦＣＷより上ソリッドワイヤ未満）の
ものを○とし、溶込み深さＤが４．０ｍｍ以下（従来の
ＦＣＷ）のものを△とした。

【００３３】溶接作業性については、溶接電流を２８０
Ａ、溶接電圧を適正電圧、溶接速度を３０ｃｍ／分、ワ
イヤ突出し長さを２５ｍｍとした溶接条件で、被溶接板
にビードオンプレート溶接を行い、箱型スパッタ捕集法
により、１分間に発生したスパッタを捕集し、このスパ
ッタの発生量を評価した。

【００３４】また、溶接作業性については、１分間に発
生したスパッタ量の総量（トータル量）及び官能評価に
より評価した。スパッタ発生量が１．２ｇ／分未満で官
能評価が良好なのものを◎⁺とし、スパッタ発生量が
１．２ｇ／分未満のものを◎とし、スパッタ発生量が
１．２乃至１．５ｇ／分で官能評価が良好なのものを○
⁺とし、スパッタ発生量が１．２乃至１．５ｇ／分のも
のを○とし、スパッタ発生量が１．５ｇ／分を超えるも
のを△とした。

【００３５】スラグ発生量については、溶接電流を２８
０Ａ、溶接電圧を適正電圧、溶接速度を３０ｃｍ／分、
ワイヤ突出し長さを２５ｍｍとした溶接条件で、被溶接
板にビードオンプレート溶接を行い１分間に発生したス
ラグ発生量を測定し、このスラグ発生量を評価した。な
お、スラグ発生量の測定方法は、ビードの上に発生した
スラグを剥離させてその質量を測定した。

【００３６】スラグ発生量の評価については、１分間に
発生したスラグ発生量のトータル量をソリッドワイヤ及
び従来のＦＣＷと比較して評価した。スラグ発生量が
１．５ｇ／分未満のものを◎とし、スラグ発生量が１．
５乃至１．８ｇ／分のものを○とし、スラグ発生量が
１．８ｇ／分を超えるものを△とした。

【００３７】また、溶接溶込み性能、溶接作業性及びス
ラグ発生量の結果に基づいて総合判定を下した。これら
の結果を表５及び６に示す。

【００３８】総合判定の評価については、溶込み性能、
溶接作業性及びスラグ発生量の評価が全て○であるもの
は総合判定を○とし、溶込み性能、溶接作業性及びスラ
グ発生量の評価うち、いずれか１つでも○⁺があるもの
は総合判定を○⁺とし、溶込み性能、溶接作業性及びス
ラグ発生量の評価うち、いずれか１つでも◎があるもの
は総合判定を◎とし、溶込み性能、溶接作業性及びスラ
グ発生量の評価うち、いずれか１つでも◎⁺があるもの
は総合判定を◎⁺とした。また、溶込み性能、溶接作業
性及びスラグ発生量の評価うち、△がいずれか１つでも
あるものは総合判定を△とした。

【００３９】但し、溶込み性能、溶接作業性及びスラグ
発生量の評価うち、◎が２つあるものでも、総合判定は
◎とした。また、溶込み性能、溶接作業性及びスラグ発
生量の評価が◎又は○であっても、その他の不具合があ
れば総合判定は△とした。

【００４０】

【表３】

【００４１】

【表４】

【００４２】

【表５】

【００４３】

【表６】

【００４４】上記表５に示すように、実施例No.１乃至
９は、フラックス率を低下させ、外皮の外面にＣを塗布
したＦＣＷであって、溶込み性能及びスラグ発生量が向
上し、溶接作業性も良好であり、総合判定についても良
好な結果を得ることができた。特に、実施例No.３は、
フラックス率が好ましい範囲内にあるので、溶込み性能
が特に良好であった。また、実施例No.６及び７は、外
皮の内面のＣ量が好ましい範囲内にあるので、溶接作業
性が更に良好であった。

【００４５】実施例No.１０乃至１２は、フラックス率
を低下させ、外皮の内面にＣを塗布し、且つ表面処理鉄
粉を使用したＦＣＷであって、溶込み性能が良好であ
り、スラグ発生量がより一層少なく、溶接作業性もより
一層良好であり、総合判定についても更に良好な結果を
得ることができた。

【００４６】実施例No.１３は、請求項１は満足するも
のの、Ｎａ＋Ｋ量が請求項２の上限値を超えているた
め、総合判定が更に良好ではないが、良好であった。

【００４７】実施例No.１４及び１５は、フラックス率
を低下させ、外皮の内面にＣを塗布し、且つ表面処理鉄
粉を使用したＦＣＷであって、溶込み性能が良好であ
り、スラグ発生量が少なく、溶接作業性が極めて良好で
あり、総合判定についても極めて良好な結果を得ること
ができた。

【００４８】実施例No.１６は、請求項１は満足するも
のの、Ｎａ＋Ｋ量が請求項２の下限値未満であるため、
総合判定が更に良好ではないが良好であった。

【００４９】一方、比較例No.１７は、従来のフラック
ス入りワイヤであり、フラックス率が本発明の上限値を
超えているので、溶込み性能及びスラグ発生量が劣り、
総合判定の評価が劣った。

【００５０】比較例No.１８乃至２０は、外皮の内面の
Ｃの塗布量が本発明の下限値未満であるので、溶込み性
能が良好であり、スラグ発生量が少なかったが、溶接作
業性が劣り、総合判定の評価が劣った。

【００５１】比較例No.２１は、外皮の内面のＣの塗布
量が本発明の上限値を超えているので、溶込み性能が良
好であり、スラグ発生量が少なかったが、溶接作業性が
劣り、総合判定の評価が劣った。

【００５２】比較例No.２２及び２３は、フラックス率
が本発明の下限値未満であるので、溶込み性能が良好で
あり、スラグ発生量が少なかったが、溶接作業性が劣
り、総合判定の評価が劣った。

【００５３】比較例No.２４は、鉄粉の含有量が本発明
の上限値を超えているので、合金不足となり溶着金属性
能が劣り、総合判定の評価が劣った。

【００５４】比較例No.２５は、フラックス率が本発明
の上限値を超えているので、溶込み性能が劣り、総合判
定の評価が劣った。

【００５５】比較例No.２６は、鉄粉の含有量が本発明
の下限値未満であるが、溶込み性能が良好であり、スラ
グ発生量が少なく、溶接作業性も良好であるが、メタル
系の特徴である高能率性が劣るため、実用的でない。

【００５６】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、フ
ラックス率、外皮の内面のＣの塗布量及びフラックスの
組成を所定の範囲に規定することにより、良好な溶接作
業性を有すると共に、ソリッドワイヤ並みの溶込み性能
と低スラグ性とを有するアーク溶接用メタル系フラック
ス入りワイヤを得ることができる。また、フラックスの
成分の１つである鉄粉の表面にＮａ及び／又はＫの元素
を被覆することにより、更に溶接作業性を向上させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ビードの被溶接板に対する溶込み状態を示す断
面図である。

【符号の説明】

１；被溶接板 ２；ビード

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼製外皮中にフラックスを充填してなる
   アーク溶接用メタル系フラックス入りワイヤにおいて、
   ワイヤ全質量に対するフラックス率が５乃至１０質量％
   であり、前記外皮の内面に、Ｃが外皮質量当たり０．０
   ０５乃至０．０３０質量％塗布され、フラックス中に鉄
   粉をフラックス質量当たり３０乃至８０質量％含有する
   ことを特徴とするアーク溶接用メタル系フラックス入り
   ワイヤ。
2. 【請求項２】 前記鉄粉はその粒子表面にＮａ及びＫか
   らなる群から選択された少なくとも１種の元素が総量で
   鉄粉質量当たり０．１乃至５質量％膜状に被覆されてい
   ることを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接用メタ
   ル系フラックス入りワイヤ。