JP2001259888A

JP2001259888A - 耐ピット及び耐ブローホール性能が優れた亜鉛メッキ鋼板溶接用フラックス入りワイヤ

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Publication number: JP2001259888A
Application number: JP2001053198A
Authority: JP
Inventors: Shugen Kin; 宗元金
Original assignee: KISSWELL KK
Current assignee: KISSWELL KK
Priority date: 2000-03-03
Filing date: 2001-02-27
Publication date: 2001-09-25
Anticipated expiration: 2021-02-27
Also published as: KR20010086841A; CN1311075A; US6414269B2; JP3529359B2; CN1165404C; KR100343750B1; US20010030181A1

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】本発明は、耐ピット及び耐ブローホール性
能が優れた亜鉛メッキ鋼板溶接用フラックス入りワイヤ
で、亜鉛メッキ層の厚さが厚い場合にも、溶接時に発生
するピットとブローホールの発生を最小化することが出
来る。【解決手段】フラックスの量を溶接用ワイヤの全体
重量の１０〜２０％、フラックスによって充填される外
皮を、ワイヤの全体重量の８０〜９０％とし、鉄分と脱
酸剤、及びアーク安定剤等のその他成分を残部とするフ
ラックスが充填される軟鋼製外皮からなる。上記軟鋼製
外皮内に充填されるフラックスは、ワイヤの全体重量に
対し、スラグ生成剤：２〜１５％と、珪素酸化物：１．
０〜１０％と、金属チタニウム又は金属マグネシウムと
その合金混合物の中から金属チタニウムを含めて少なく
とも２種以上を含む成分：０．４〜３％と、ナトリウム
フッ化物とカリウムフッ化物のいずれか１つのフッ化
物：０．１〜１％からなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、亜鉛メッキ鋼板の
溶接に使用されるフラックス入りワイヤ(flux-cored wi
re)に関し、更に詳しくは、亜鉛メッキ鋼板の溶接時に
発生しやすいピット(pit)と、ブローホール(blow hole)
の形成を効果的に抑制するために、スラグ生成剤として
チタニウム酸化物、珪素酸化物、アルカリフッ化物等が
適当に含有されたフラックスを、軟鋼製外皮(sheath)内
にワイヤの全体重量に対し、１０〜２０％になるように
充填した耐ピット及びブローホール性能が優れた亜鉛メ
ッキ鋼板溶接用フラックス入りワイヤに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、金属の溶接に最も広く使用され
る溶接法は、溶接材（電極又は溶加材）と被溶接材（母
材）との間に低電圧高電流の電源を印可して発生するア
ーク熱をもって上記両材料を熔融させ、母材と母材を結
合させるアーク溶接であって、アーク溶接は、大きく２
つの形式に分けられる。

【０００３】その１つは、溶極式アーク溶接であって、
図１に示しているように、溶接棒（１１）を電極として
使用し、母材と電極との間で発生するアーク（１２）熱
によって電極の役割を遂行する溶接棒と母材が熔融され
ながら溶接金属（１３）、即ち、溶接部に形成されるビ
ード(bead)となる形態であり、被覆アーク溶接、サブマ
ジードアーク溶接、炭酸ガスアーク溶接、ミグ溶接等が
あげられる。

【０００４】もう１つの方法としては、非溶極式アーク
溶接であって、図２に示しているように、電極（２１）
は、ただアーク（２２）を発生させる役割のみを遂行す
るため、溶接金属を得るためには別途の溶加材（２３）
をアーク発生範囲内に入れて熔融させなければならな
い。かかる方法の代表的なものとしては、ティグ溶接と
原子水素溶接等があげられる。

【０００５】上記のアーク溶接法の中、被覆アーク溶接
を除く溶接法等は、溶接時アーク熱によって熔融された
液状の金属が形成されている溶融池の酸化を防止する
か、熔融金属の雰囲気調節のために不活性ガスや二酸化
炭素ガス等を溶融池の付近に供給し、熔融金属と空気と
の接触を遮断させることから、ガスシールドアーク溶接
(gas-shielded arc welding)ともいう。

【０００６】ガスシールドアーク溶接は、高効率の溶接
方法であって、自動車、造船、建築等の多様な産業分野
で広く適用されており、かかる産業分野で広く使用され
ている鉄鋼材の溶接は極めて重要であるが、次のような
問題点がある。

【０００７】鉄鋼材は、価格対比機械的性質が大変優れ
た材料であるが、耐蝕性において、脆弱な特性を持って
いるので、耐蝕性向上のために鋼材の表面に純亜鉛や亜
鉛合金等をメッキして使用されている。

【０００８】しかし、上記鉄鋼材の表面のメッキ層が、
溶接時に形成される溶接部の欠陥の発生要因として作用
するようになる。

【０００９】即ち、亜鉛メッキ鋼材のメッキ層は、低融
点、低沸点特性を有する亜鉛からなるため、アーク溶接
性が純粋鋼材に比して著しく劣り、溶接部に溶接欠陥が
発生しやすいところ、その原因は次のようである。

【００１０】アーク溶接時に発生する熱によって溶融
池、及び熱影響部の表面メッキ層の亜鉛が沸点以上に加
熱され、この際、蒸発される亜鉛ガスが溶融池の熔融金
属(molten metal又は、melt)の中に侵入するようにな
る。

【００１１】アーク溶接時に発生する熱によって溶融
池、及び熱影響部の表面メッキ層の亜鉛が沸点以上に加
熱され、この際、蒸発される亜鉛ガスが溶融池の熔融金
属の中に侵入するようになる。

【００１２】従って、上記のように、溶融池の熔融金属
内に侵入した亜鉛ガスは、熔融金属が凝固した以後にも
ビード内部に残留するようになることで、内部残留ガス
のある空間、即ち、ブローホールが形成され、上記の残
留ガスが熔融金属の凝固過程で完全に凝固されなかった
ビードの表面から突き出ながらビード表面に溝−ピット
を形成させるようになる。

【００１３】上記のように、溶接時に発生する亜鉛ガス
によって形成されたブローホールやピットは、溶接部を
劣化させ、溶接鋼材の強度を低下させるか、割れ発生の
原因になるため、この発生を防止しなければならない。

【００１４】従来の亜鉛メッキ鋼材のガスシールドアー
ク溶接に使用されてきたフラックス入りワイヤは、メッ
キ層の厚さが普通２０μｍ以下の自動車用、若しくは軽
量鉄骨用亜鉛メッキ鋼材に主に使用されてきた。

【００１５】しかし、これをメッキ層の厚さが５０〜５
００μｍ程度になるメッキ鋼材や、メッキ層に溝のある
鋼管又は船舶の空調配管等、白管（亜鉛メッキ鋼管）の
溶接に使用する場合には、特に、上記のブローホールや
ピットが多量発生し、スパッタリング(spattering)が酷
く、飛散された溶接部の熔融金属がシールドガスの供給
ノズルを詰まらせてガスのシールド効率が低下し、連続
的溶接が困難になることもある。

【００１６】よって、良好な溶接のためには、溶接する
部分のメッキ層を溶接前にグラインドして除去するか、
Ｉ-型突合せ溶接のルート(root)の間隔を大きくして気
化した亜鉛ガスが容易に放出されるようにするか、２回
以上の溶接を施すが、一次溶接時に予熱効果を高めてメ
ッキ層の亜鉛を予め気化させた後、２次以後の溶接で仕
上げする等の方法で溶接をしなければならないため、溶
接作業性が著しく低下する問題がある。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上記で察してみたとこ
ろ、亜鉛メッキ鋼材の溶接時に問題となるピット、及び
ブローホールの発生を極力押さえることが出来、連続的
な溶接作業を遂行することが出来るように、溶接ヒュー
ムとスパッタリングを適切に制御出来る、溶接に最適化
されたフラックス成分からなるフラックス入りワイヤを
提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明の上記の目的は、
フラックスの量を溶接用ワイヤの全体重量の１０〜２０
％、フラックスによって充填される外皮を、ワイヤの全
体重量の８０〜９０％になるように構成し、上記フラッ
クスの中のその他成分として、鉄分と脱酸剤、及びアー
ク安定剤等を含有させるが、その他成分の総量をワイヤ
の全体重量の５〜１５％になるようにした後、その他成
分まで含んだフラックスを軟鋼製外皮内に充填した亜鉛
メッキ鋼板溶接用フラックス入りワイヤによって達成さ
れる。

【００１９】本発明の亜鉛メッキ鋼板溶接用フラックス
入りワイヤは、図４に示しているように、軟鋼製外皮
（４１）内にフラックス（４２）が充填された構造であ
り、充填フラックスを構成する成分は、ワイヤの全体重
量を基準として、スラグ生成剤：２〜１５％と、珪素酸
化物：1．０〜１０％と、金属チタニウム又は金属マグ
ネシウムとその合金混合物の中から金属チタニウムを含
んで少なくとも２種以上を含んだ成分：０．４〜３％
と、ナトリウムフッ化物とカリウムフッ化物のいずれか
１つのフッ化物：０．１〜１％と、その他成分を残部と
して含有する。

【００２０】上記フラックスを構成する各成分の含有に
よる溶接性への影響は、次のとおりである。二酸化チタ
ニウムを主成分として構成されるスラグ生成剤は、その
含有量が２％未満の場合には、溶接時に形成されるアー
クが安定されず、溶接部ビード(bead)の形状が均一では
ないのみならず、溶融池熔融金属のスパッタ発生量が増
加し、飛散された熔融金属によってシールドガス供給ノ
ズルの詰まり現象が増加したり、１５％を超えるように
なると、溶接部のビードにピットとブローホールが多量
に形成され得る。

【００２１】また、珪素酸化物は、上記のスラグ生成剤
の役割も遂行する成分であって、その含有量が１％未満
の場合には、溶接ビード部からのカラス質スラグの脱落
が困難になると同時に、ビード部の形状が盛り上がりす
ぎた形態に形成されやすく、１０％を超えると、アーク
形成が不安定になり、スパッタリングの発生が多くな
る。

【００２２】金属チタニウム又は金属マグネシウムとそ
の合金混合物の中から、金属チタニウムを含んで少なく
とも２種以上の成分を添加するが、その総含有量が０．
４％未満であると、アーク形成が不安定になり、溶接部
のビードにピットとブローホールが多量に形成され、３
％を超えると、スパッタリングの増加により、均一な溶
接部のビードの形成が困難になる。

【００２３】ナトリウムフッ化物やカリウムフッ化物の
いずれか１つを添加するフッ化物の場合は、その含有量
が０．１％未満であると、アーク形成が不安定になり、
１％を超えるようになると、スパッタリング現象が発生
し過ぎて溶接ヒュームの発生量が多くなる。

【００２４】上記の成分と含有量からなる本発明の耐ピ
ット及び耐ブローホール性能が優れた亜鉛メッキ鋼板溶
接用フラックス入りワイヤの技術的構成と、具体的な溶
接特性等に関する事項は、図面を参照した下記の詳細な
説明を通じて明確に理解されるだろう。

【００２５】本発明の溶接用ワイヤを使用した溶接特性
を調べるために実施した溶接作業方法の実施例を図３の
（ａ）乃至図３（ｃ）に示した。

【００２６】図示のように、平板状主母材（３１）の表
面上に同一形状の副母材（３２）を垂直に溶接するため
に、溶接用ワイヤ（３３）を供給するトーチ（３４；to
rch）の角度は、主母材の表面との水平傾斜角（３５）
は６０〜７０°、副母材の表面との垂直傾斜角（３６）
は４５°をなすようにし、溶接用ワイヤ（３３）の先端
が副母材（３２）の下端表面から離れる離隔距離（３
７）は、ワイヤ直径の１〜１．５倍になるようにし、２
回の溶接により一次ビード（３８）上に二次ビード（３
９）を形成させた。

【００２７】また、溶接用フラックス入りワイヤの直径
を１．２mmに製造して使用し、溶接電流は１８０〜２８
０アンペア、溶接電圧は２８〜３２ボルトを適用し、シ
ールドガスとして二酸化炭素ガスを分当たり２０リット
ルの量で供給しながら、炭酸ガスアーク溶接を溶接速度
が分当たり３０ｃｍになるように実施した。

【００２８】上記の溶接に使用された両母材は、厚さ１
９mm、幅１００mm、長さ５００mmのＳＳ４００（ＪＩＳ
Ｇ３１０１）の材質であって、メッキ厚さ１００〜５
００μｍになるように両面亜鉛メッキを施し、上記の亜
鉛メッキ鋼板溶接用フラックス入りワイヤの外皮は、冷
間圧延鋼帯であるＳＰＷＢ材質を使用し、その重量構成
は、ワイヤ全体重量に対する重量比として上記の外皮が
８０〜９０％、外皮内に充填されたフラックスを１０〜
２０％とした。

【００２９】上記実施例の溶接に使用されたフラックス
の重要成分に対する含有量と耐気孔性及び作業性は、表
１のようである。

【表１】

【００３０】上記表１の耐気孔性Ａはビード表面に形成
されたピットの数を、Ｂはビード内部に形成されたブロ
ーホールの数に対する評価であり、作業性はスパッタ発
生に伴う作業性を評価したものであって、溶接長さ５０
０mmにピット及びブローホールの発生個数が無い場合
は、“◎”で、１〜２の場合は‘○’で、３〜５の場合
は‘△’で、６個以上の場合は‘Ｘ’で表示した。

【００３１】そして、作業性はスパッタ発生程度を基準
にして相対評価し、総合評価は耐気孔性の２つの評価項
目と、作業性評価の３つの項目で１つ以上の‘Ｘ’があ
る場合は、‘Ｘ’と看做し、その他は相対評価を行っ
た。

【００３２】上記表１の比較例１と２のように、金属マ
グネシウムと金属チタニウムの含有量が０．４％に至ら
ないと、ピットとブローホールの形成が増加することが
分かり、０．４％になっても金属チタニウム無しに金属
マグネシウムのみ存在すると、ピットとブローホールの
形成を抑制し難くなることが比較例３と４から分かると
ころ、必ず金属チタニウムが含有されなければならない
ということが分かる。

【００３３】また、金属フッ化物は、特にスパッタに影
響を与えるものであり、比較例１乃至３の場合、耐気孔
性は不良であるが、金属フッ化物がないためアークが不
安定ではあるが、却って、作業性においては、多少安定
的であることが分かる。

【００３４】比較例５は、耐気孔性は良好であるが、作
業性が不良であることが分かる。これは、全体的な各成
分の含有量は基準範囲にあるが、金属フッ化物の含有量
が基準値の最高値を有すると同時に、重要なスラグ生成
剤である二酸化チタニウムの含有量も少なくないため、
多量発生されるスラグがスパッタを助長した結果であ
る。

【００３５】また、比較例６の場合には、耐気孔性も不
良であることが分かるが、これは金属マグネシウムと金
属チタニウムの総含有量が基準範囲から外れているため
である。

【００３６】上記実施例と比較例の溶接部の機械的性質
を測定したものが次の表２である。

【表２】

【００３７】上記表２の引張及び衝撃試験は、ＪＩＳ
Ｚ３１１１によって実施した。上記試験結果を察して
みると、実施例と比較例の試片の引張強度は比較例２と
３を除いてはほぼ等しいレベルを示しているが、伸率と
衝撃値においては、比較例の試片のいずれも懸隔な減少
を示している。

【００３８】即ち、溶接部に発生する溶接ピットやブロ
ーホールは、引張強度の低下よりは、特に伸率と衝撃値
を著しく減少させるところ、これは一般に、溶接部が急
冷によって硬化されるため、引張強度の側面での変化は
少ないが、硬化による脆性の増加と共に、ピットやブロ
ーホールが割れに対する伝播役割を遂行することで、ピ
ットやブローホールの存在は溶接部を更に脆弱にさせ
る。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の亜鉛メッ
キ鋼板溶接用フラックス入りワイヤは、メッキ層の厚さ
が厚い場合でも溶接時に発生するピットやブローホール
の発生を最小化することが出来るのみならず、溶接ヒュ
ームとスパッタの発生を制御することが出来て、溶接性
を向上させることが出来るため、連続溶接工程や自動化
された溶接工程により効果的に使用することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】溶極式アーク溶接過程を示す概略構造を示す。

【図２】非溶極式アーク溶接過程を示す概略構造を示
す。

【図３】本発明による溶接用フラックス入りワイヤを使
用した溶接作業を示す図であって、（ａ）は、斜視図で
あり、（ｂ）は、側面図であり、（ｃ）は、側端面図で
ある。

【図４】溶接用フラックス入りワイヤの端面を示す図で
ある。

【符号の説明】

１１：溶接棒（電極）２１：溶接電極２３：溶加棒３４：トーチ３８、３９：ビード４１：外皮

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フラックスと外皮からなる亜鉛メッキ鋼
板溶接用フラックス入りワイヤにおいて、前記フラックスで充填される外皮の重量をワイヤの全体
重量の８０〜９０％とし、フラックスの量を１０〜２０
％として構成され、前記フラックスは、ワイヤの全体重量に対し、スラグ生
成剤：２〜１５％と、珪素酸化物：１．０〜１０％と、
金属チタニウム又は金属マグネシウムとその合金混合物
の中から金属チタニウムを含んだ少なくとも２種以上か
らなる成分：０．４〜３％と、ナトリウムフッ化物とカ
リウムフッ化物のいずれか１つのフッ化物：０．１〜１
％と、鉄分・脱酸剤・アーク安定剤を残部として構成され
ることを特徴とする耐ピット及び耐ブローホール性能が
優れた亜鉛メッキ鋼板溶接用フラックス入りワイヤ。