JP2001334390A - ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】ソリッドワイヤの高溶着性能、生産性、低スラ
グ発生量、低ヒューム発生量とフラックス入りワイヤの
安定した溶接作業性等の諸性能とを備えたガスシールド
アーク溶接用フラックス入りワイヤを提供する。 【解決手段】鋼製外皮にフラックスを充填したワイヤで
あり、ワイヤ全質量でＳｉ：0.3〜1.8％、Ｍｎ：0.8〜
4.0％及びアーク安定剤としてＮａ₂Ｏ及びＴｉＯ₂を含
む合成物：0.15〜2.0％を含み、フラックス充填率が3〜
8質量％である。さらにアーク安定剤として充填フラッ
クス中にＮａ₂Ｏ源をＮａ₂Ｏ換算値で0.3％以下含み、
又は、アーク安定剤として充填フラックス中にＴｉＯ₂
源をＴｉＯ₂換算値で1.5％以下含み、必要に応じて鉄を
含むガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
ワイヤの形態は、鋼製外皮に継ぎ目が無く、めっきを有
するワイヤとめっき無しワイヤであり、又は継ぎ目を有
するガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤで
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建築、橋梁、造船
等における各種鋼構造物の溶接に用いるガスシールドア
ーク溶接用フラックス入りワイヤに関し、アーク状態が
極めて良好でスパッタの少ない等多くの溶接作業性の優
れたガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ガスシールドアーク溶接用ワイヤ
にはソリッドワイヤ及びフラックス入りワイヤがある。

【０００３】アーク溶接用ソリッドワイヤは使用目的に
応じて成分調整がなされた各種のワイヤが開発され、Ｊ
ＩＳ Ｚ３３１２、他にも規格化されて一般的に使用さ
れている。また、アーク溶接用フラックス入りワイヤは
スラグ系と総称されているスラグ成分を主に充填したワ
イヤとメタル系と総称されている主に金属成分を充填し
たワイヤが多数開発されており、ＪＩＳ Ｚ３３１３、
他にも規格化されている。

【０００４】しかしながら、ソリッドワイヤは、さらな
る溶接作業性を改善するために微量のアーク安定剤を必
要とする場合にアーク安定剤を含有させることができな
い。

【０００５】また、フラックス入りワイヤにおいては、
充填フラックスの改良で溶接作業性がよく、溶接性の良
好なワイヤが多数実用化されている。これらはフラック
ス充填率が１０％〜２０％のワイヤがほとんどで、充填
率５％の技術開示が散見されるが、そのフラックス成分
系では溶接スラグ量の過多、ヒューム発生量の過多など
の問題があり、このような低充填率ワイヤは実用に供給
されていないのが実状である。フラックス入りワイヤに
おいて、ソリッドワイヤに近い溶接作業性を持たせた金
属粉を主成分とするメタル系フラックス入りワイヤは、
アークの安定性、生産性に問題があるのが実状である。

【０００６】以上に述べたように、これらのワイヤには
一長一短がありソリッドワイヤ及びフラックス入りワイ
ヤ双方の長所を取り入れたガスシールドアーク溶接用の
細径ワイヤが望まれている。

【０００７】フラックス入りワイヤにおいてフラックス
充填率が低い、例えばワイヤ断面積率で５〜２５％が開
示されている特公昭５１−１６９５号公報がある。この
発明のフラックスのワイヤ断面積率は５％と低い例が開
示されているが、充填フラックスはアーク安定剤として
グラファイトを必須成分とするＴｉ、Ａｌ、Ｍｇ等から
なるものでその配合比２〜１０％、さらに脱酸剤を２０
〜９０％含むものであって、且つ実質的に金属酸化物を
含まないフラックスを充填するワイヤである。しかし、
グラファイトを含むアーク安定剤は、そのグラファイト
とワイヤ中の酸素又はワイヤ表面の付着酸素とのＣＯ反
応によるアーク不安定化の要因を含み、アークが粗くな
り溶接作業性を劣化してスパッタ発生量を増加させる。
また、溶接金属中へＣ量の歩留りが過大となり溶接金属
性能の調整が容易でない。

【０００８】また、特開平６−２１８５７７号公報では
フラックス充填率が５〜３０％、Ｍｎ及びＳの含有量及
びＭｎ／Ｓの比の含有量を限定した鉄粉を４０〜６０
％、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉの鉄合金粉からなる脱酸剤を４０
〜６０％含むフラックスを充填したフラックス入りワイ
ヤが開示されている。これはメタル系フラックス入りワ
イヤに属するワイヤであって、充填率５％、１０％の充
填率ワイヤにおいて、この金属粉の充填フラックスでは
十分に安定したアークが得られずフラックス入りワイヤ
としての優れた溶接作業性と良好な溶接結果は得られな
い。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】フラックス入りワイヤ
において、ソリッドワイヤの高溶着性、低スラグ発生量
と、フラックス入りワイヤの安定した溶接作業性等の諸
性能とを備えたガスシールドアーク溶接用フラックス入
りワイヤを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、Ｓｉ、Ｍ
ｎからなる脱酸剤にＮａ₂Ｏ及びＴｉＯ₂を含む合成物又
はＮａ₂Ｏ、ＳｉＯ₂及びＴｉＯ₂を含む合成物を含むア
ーク安定剤を含有させることにより、溶接時の溶滴の離
脱を促進して溶滴の細粒化及び移行回数を増加させてア
ーク安定化を解決し、フラックス入りワイヤの欠点であ
る溶着効率が低い、溶け込みが浅い、またスラグ発生量
が多い等の問題に対してフラックス充填率を３〜８％と
低くすることで解決し、全く新しいアーク溶接用フラッ
クス入りワイヤとして極めて有効な手段であるとの知見
を得て本発明を完成させたものである。

【００１１】本発明はガスシールドアーク溶接用フラッ
クス入りワイヤに関し、詳しくは鋼製外皮にフラックス
を充填したワイヤであり、ワイヤ全質量でＳｉ：０．３
〜１．８％（全ワイヤ質量％、以下同じ）、Ｍｎ：０．
８〜４．０％及びアーク安定剤としてＮａ₂Ｏ及びＴｉ
Ｏ₂を含む合成物、又はＮａ₂Ｏ、ＳｉＯ₂及びＴｉＯ₂を
含む合成物：０．１５〜２．０％を含み、フラックス充
填率が３〜８質量％である。

【００１２】アーク安定剤として充填フラックス中にＮ
ａ₂Ｏ及びＴｉＯ₂を含む合成物、又はＮａ₂Ｏ、ＳｉＯ₂
及びＴｉＯ₂を含む合成物に加えてさらにＮａ₂Ｏ源をＮ
ａ₂Ｏ換算値で０．３％以下含み、及び／又は、ＴｉＯ₂
源をＴｉＯ₂換算値で１．５％以下を含むガスシールド
アーク溶接用フラックス入りワイヤである。

【００１３】さらに、充填フラックスに鉄粉を含むガス
シールドアーク溶接用フラックス入りワイヤである。

【００１４】また、鋼製外皮に継ぎ目のないこと、又は
継ぎ目を有する前記したガスシールドアーク溶接用フラ
ックス入りワイヤである。

【００１５】以上の鋼製外皮表面は銅めっきを有するこ
と、又はめっきが施されていない前記したガスシールド
アーク溶接用フラックス入りワイヤである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に本発明のフラックス入りワ
イヤの成分等限定理由を述べる。

【００１７】Ｓｉ：０．３〜１．８％について、Ｓｉは
脱酸剤として使用し、溶接金属中の酸素量を低減させる
効果がある。しかし、ワイヤ全質量で０．３％未満では
脱酸力が不充分となり溶接金属にブローホールが発生
し、また１．８％を超えると溶滴が大きくなりスパッタ
低減効果がなくなり、さらに溶接金属中へのＳｉ量が過
剰になり、結晶粒が粗大化して靭性が劣化する。Ｓｉの
添加は鋼製外皮又は充填フラックスのいずれか一方、又
は両方からでもその効果は変わらない。

【００１８】Ｍｎ：０．８〜４．０％について、Ｍｎは
溶接金属の脱酸を促進するとともに、溶融金属の流動性
を高め、溶接ビード形状を改善する。また、溶接金属中
に歩留まることにより、溶接金属の機械的性質を調整
し、引張強度を高める効果がある。これらの効果を得る
ためには０．８％以上の添加が必要である。しかし、
４．０％を超えると溶滴が大きくなりスパッタ低減効果
が無くなり、また、溶接金属中のＭｎ量が過大となり、
溶接金属の強度が過大となって、割れが発生し易くな
る。Ｍｎの添加は鋼製外皮又は充填フラックスのいずれ
か一方、又は両方からでもその効果は変わらない。

【００１９】充填フラックス中へのＳｉ及びＭｎは、金
属Ｓｉ、金属Ｍｎ又はＦｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ、
Ｆｅ−Ｍｎ等鉄合金の状態で添加でき、Ｓｉ、Ｍｎのそ
れぞれの換算値が充填フラックス中の含有量である。

【００２０】全ワイヤ質量％におけるＳｉ及びＭｎの添
加量は上記の如くであるが、Ｓｉ及びＭｎの添加は、外
皮又は充填フラックスのいずれか一方からでも、両方か
らでも、その効果は変わらず、溶接時の脱酸力や溶接金
属への歩留りも大差ない。しかし、Ｓｉ、Ｍｎのいずれ
も外皮から多く添加した場合、その量に比例して外皮の
電気比抵抗が高くなり、溶接時のワイヤ送給速度は、充
填フラックスから添加した場合に比較して大きくなる。
Ｓｉ及びＭｎを鋼製外皮に含有させる場合は、以下の如
く制限することが好ましい。

【００２１】即ち、Ｓｉは、１．２％以下が好ましい。
その理由は外皮中に添加するＳｉ量が外皮重量に対して
１．２％を超えると、硬さが高くまた加工硬化し易くな
り加工性が劣化し、成形が困難になるとともに伸線加工
時に断線が発生し易いなど歩留りが低下する。従って、
生産性確保のため外皮中のＳｉ量は１．２％以下が望ま
しい。

【００２２】Ｍｎは、２．５％以下が好ましい。その理
由は外皮中に添加するＭｎ量が外皮重量に対して２．５
％を超えると、硬さが高くまた加工硬化し易くなり加工
性が劣化し、成形は困難になるとともに伸線時に断線が
発生し易いなど歩留りが低下する。従って生産性確保の
ため外皮中のＭｎ量は２．５％以下が望ましい。

【００２３】Ｓｉ及びＭｎを併せて含む場合は３％以下
が好ましい。それは外皮中に添加するＳｉとＭｎの合計
量が外皮重量に対して３．０％を超えると、硬さが高く
また加工硬化し易くなり加工性が劣化し、成形は困難に
なるとともに伸線時に断線が発生し易いなど歩留りが顕
著に低下する。従って生産性確保のために外皮中のＳｉ
とＭｎの合計量は３．０％以下が望ましい。

【００２４】Ｎａ₂Ｏ及びＴｉＯ₂を含む合成物又はＮａ
₂Ｏ、ＳｉＯ₂及びＴｉＯ₂を含む合成物：０．１５％〜
２．０％について、０．１５％未満ではソリッドワイヤ
での溶接と同様に溶滴が大きくなるとともに大きさのば
らつきも大きくなり、アーク状態が不安定となり、スパ
ッタ発生量が増加してソリッドワイヤ以上の改善はでき
ない。一方、２．０％を超えるとアーク長が必要以上に
長くなり、その結果スパッタ発生量が増加し、またヒュ
ームの発生量も増加する。よって、０．１５〜２．０％
においては溶接中のアーク状態が非常に良好で溶滴が小
さく、スパッタ発生量が極めて少ない。Ｎａ₂Ｏ及びＴ
ｉＯ₂を含む合成物の原料として、ＳｉＯ ₂を含む三成分
系の合成物、Ｎａ₂ＯとＴｉＯ₂の割合が種々変化した合
成物であっても同様な効果が得られ、本発明技術思想に
含まれる。Ｎａ₂Ｏ及びＴｉＯ₂を含む合成物の代表例は
チタン酸ソーダ（ｍＮａ₂Ｏ・ｎＴｉＯ₂）であり、例え
ば、水酸化ナトリウムとルチールを所望の割合で配合し
て高温処理することなどで得られる合成物であって、Ｎ
ａ₂Ｏが１０〜５０％でＴｉＯ₂が５０〜９０％の範囲内
の割合での合成物とすることが好ましい。また、ＳｉＯ
₂を含む場合は、ＳｉＯ₂を３０％以下とすることが好ま
しい。例えば、１３Ｎａ₂Ｏ−８０ＴｉＯ₂、２０Ｎａ₂
Ｏ−７３ＴｉＯ₂、４２Ｎａ₂Ｏ−５３ＴｉＯ₂、Ｎａ₂Ｏ
−ＴｉＯ₂、Ｎａ₂Ｏ−３ＴｉＯ₂、Ｎａ₂Ｏ−６Ｔｉ
Ｏ₂、或は１３Ｎａ₂Ｏ−２５ＳｉＯ₂−５８ＴｉＯ₂を主
要成分とする合成物等が挙げられるが、これらに限定さ
れるものではなく、Ｎａ₂ＯとＴｉＯ₂との比は任意に調
整することができる。また、１３Ｎａ₂Ｏ−２５ＳｉＯ₂
−５８ＴｉＯ₂（チタン酸珪酸ソーダ）のようにＳｉＯ₂
を含有する合成物はチタン酸ソーダに比較してスラグの
流動性が増してビード表面を均一に覆ってビード形成を
良好にする。

【００２５】アーク安定剤中にＮａ₂Ｏ換算値：０．３
％以下の添加について、このＮａ₂Ｏは、Ｎａ₂Ｏ及びＴ
ｉＯ₂、又はＮａ₂Ｏ、ＳｉＯ₂及びＴｉＯ₂を含む合成物
以外の添加物であり、溶接中のアーク長変動を少なく
し、溶滴移行回数の増加、即ち溶滴の細粒化を促進させ
る効果を有する。しかしながら、０．３％を超えると溶
滴移行回数は減少し、アーク長のみが長くなる傾向があ
り、その結果スパッタ発生量が増加する。Ｎａ₂Ｏ源と
しては、炭酸ソーダ、ソーダガラス等がある。

【００２６】ＴｉＯ₂：１．５％以下の添加について、
このＴｉＯ₂は、Ｎａ₂Ｏ及びＴｉＯ₂を含む合成物又は
Ｎａ₂Ｏ、ＳｉＯ₂及びＴｉＯ₂を含む合成物以外の添加
物であり、アーク安定剤として溶滴先端に発生するアー
クの発生面積を拡大させることにより、溶滴移行を安定
させる下向きの電磁ピンチ効果を促進させる効果を有す
る。しかし、１．５％を超えると下向きの電磁ピンチ効
果が過大となり溶滴移行を不安定にする。また、溶接金
属への還元Ｔｉ量の歩留りが過剰となり溶接金属の性能
に影響する。ＴｉＯ₂源としてはルチール、チタンスラ
グ、イルミナイト等がある。

【００２７】充填フラックスに含有させる鉄粉は溶着速
度を上げる及び／又は充填率調整等の目的で添加する。
その好ましい添加量はワイヤ全質量で鉄成分が５％以下
となるように含ませることができる。この鉄成分は脱酸
剤のＳｉ及びＭｎの原料である鉄合金の鉄成分及び鉄粉
の合計値である。なお、充填フラックス中に添加するＳ
ｉ及びＭｎ源を金属Ｓｉ、金属Ｍｎ、又はＳｉ−Ｍｎ合
金を使用することによって、充填フラックス中へのＳｉ
及びＭｎ添加によってもたらされる鉄成分を無くすこと
もできる。

【００２８】本発明のフラックス入りワイヤの断面形状
を図３（ａ）及び（ｂ）に示す。同図（ａ）は鋼製のパ
イプの鋼製外皮１に充填フラックス２を振動充填した
後、縮径して素線とし、さらに伸線加工して０．８〜
２．０ｍｍの所定径に製造する。又は、帯鋼を成形工程
で順次、Ｕ字形、フラックス充填、Ｏ形に成形し、次い
で溶接、縮径して素線とし、引き続いて伸線加工してワ
イヤとすることにより、鋼製外皮に継ぎ目のないガスシ
ールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを製造するこ
とができる。この鋼製外皮に継ぎ目のないことにより、
大気中の水分を吸湿することなく、良好な溶接金属性能
を得ることができる。

【００２９】また、図３（ｂ）に示す継ぎ目３を有する
鋼製外皮１にフラックス２を充填したワイヤは、帯鋼を
成形工程で順次、Ｕ字形、フラックス充填、Ｏ形に成形
し、引き続いて縮径して素線とし、さらに伸線加工す
る。このワイヤにおいても充填率が低いことから外皮継
ぎ目の接触面積が広くなり、充填フラックスと大気との
遮断効果が大きくて大気中の水分の吸湿が極めて少な
い。また、鋼製外皮の継ぎ目の形状は、図示に限られる
ものでなく斜め継ぎであってもよく、外気との遮断効果
はさらに向上する。

【００３０】鋼製外皮表面に銅めっきを有することによ
り、外皮表面の耐錆性が向上する。また、ワイヤ送給
性、通電性を良好にすることができる。また、ワイヤ表
面にめっきを施さないワイヤはワイヤ表面に防錆剤、潤
滑剤を適宜付着させて防錆性とワイヤ送給性を確保す
る。

【００３１】本発明フラックス入りワイヤの充填フラッ
クス充填率は、３〜８％とする。充填率が３％未満であ
るとフラックス充填及び成形が困難となり生産性が悪く
なる。充填率が８％を超えるとスラグ発生量、スパッタ
発生量が増えてワイヤの性能改善ができず、またワイヤ
製造時の伸線性が劣り断線による生産性の低下をきた
す。充填率は、さらなる生産性、低スラグ化、作業性の
ためには３．５〜７．０％が好ましい。

【００３２】以上が本発明を構成する基本成分である
が、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｒ等の脱酸剤は通常のガスシ
ールドアーク溶接用フラックス入りワイヤと同様に溶接
金属の脱酸不足によるブローホールの発生防止及び、又
は機械的性質の調整のために含有させる。しかし、これ
らが過剰に含有されるとスラグ焼き付きによるスラグ剥
離性不良、ビード外観不良、又は溶接金属の強度が過大
となり耐割れ性が劣化する。なお、脱酸剤は溶接金属中
に歩留り合金剤として働く以外にもスラグ化し、溶融ス
ラグの組成及び生成量にも影響し本発明の目的効果を損
なう場合があるので、種類、含有量は適宣制限すること
が望ましい。

【００３３】本発明は溶接金属の機械的性質を調節する
目的、被溶接鋼板を合わせた溶接用ワイヤとして充填フ
ラックス及び/又は鋼製外皮中にＮｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔ
ｉ、Ｂ等の合金成分、Ｂｉ、Ｓ等のスラグ剥離剤やＡ
ｌ、Ｍｇ等の脱酸剤等は、本発明の基本的な技術思想に
影響を与えない範囲で適宣添加できる。なお、生産効率
からすれば、充填フラックス中に添加するのが好まし
い。

【００３４】即ち、Ｎｉ：０．４〜３．０％添加すると
溶接金属の強度、靭性が向上でき、Ｍｏ：０．５％以下
添加すると溶接金属の強度、耐熱性が向上でき、また、
Ｃｒ：０．５〜３．０％を添加すると溶接金属の耐熱
性、耐食性、耐候性が向上、Ｔｉ：０．３％以下、好ま
しくは０．２５％以下、Ｂ：０．０１０％以下の添加に
よって溶接金属の機械的性質の向上、調節を行う。これ
らの合金成分は、溶接金属の機械的性質、物性値の改善
目的に応じて単独或は複合して添加することができる。
また、これら合金成分は加工性が許される範囲内で、歩
留りを考慮して鋼製外皮の成分に含有させることで同様
な目的効果が得られる。

【００３５】本発明フラックス入りワイヤの径は溶接時
の電流密度を高くし、高溶着率を得るために細径の０．
８〜２．０ｍｍが望ましい。フラックス低充填率の細径
ワイヤとしたことにより、溶接電流範囲を広く、例え
ば、１．２ｍｍ径のワイヤで１２０〜５５０Ａとするこ
とが可能となり、作業効率を大幅に向上させることが出
きる。

【００３６】本発明フラックス入りワイヤを使用するア
ーク溶接時のシールドガスはＣＯ₂ガスを使用して十分
な溶接作業性が得られるが、さらに溶接作業環境面から
ヒューム発生量が少なくなるＡｒ−ＣＯ₂混合ガスを使
用してもよい。

【００３７】次に本発明品のガスシールドアーク溶接用
フラックス入りワイヤの製造例を説明する。

【００３８】本発明フラックス入りワイヤの製造方法で
は、鋼製外皮に継ぎ目を有しないワイヤは鋼製のパイプ
をコイル状に振動装置に設置し、充填フラックスを振動
充填した後、縮径して素線とし、さらに伸線加工して
０．８〜２．０ｍｍの所定径の製品とする方法、また、
帯鋼を成形工程で順次、Ｕ字形、フラックス充填、Ｏ
形、溶接後、縮径して素線とし、引き続いて伸線してワ
イヤとする製造法である。

【００３９】また、鋼製外皮に継ぎ目を有するワイヤ
は、帯鋼を成形工程で順次、Ｕ字形、フラックス充填、
Ｏ形した後、縮径して素線とし、引き続いて伸線してワ
イヤとする製造法である。これらの製造方法における伸
線工程の中間において適宣、通常の焼鈍工程を行う方法
である。

【００４０】本発明フラックス入りワイヤの基本とする
アーク安定剤であるＮａ₂Ｏ及びＴｉＯ₂を含む合成物の
実施例として、脱酸剤Ｓｉ：０．５％、Ｍｎ：１．５％
をベースに、アーク安定剤としてＮａ₂Ｏ及びＴｉＯ₂で
構成させる合成物（１３Ｎａ₂Ｏ−８０ＴｉＯ₂）を本発
明範囲内に調整した０．１５％、０．５％、１．０％、
１．３％、１．８％の５種類含有させた充填フラックス
と、また上記合成物を本発明範囲より下限未満に設定し
た０％、０．０５％、本発明範囲より上限を超えて設定
した２．２％、３．０％の４種類含有させた充填フラッ
クスを表１の外皮記号Ｐ１のパイプ（化学成分Ｃ：０．
０５％、Ｓｉ：０．０１％、Ｍｎ：０．３０％、Ｐ：
０．０１％、Ｓ：０．０１％）にフラックス充填率５％
に充填し、外径１．２ｍｍまで伸線したフラックス入り
ワイヤを試作した。このワイヤを使用して、溶接条件は
溶接電流：３００Ａ、アーク電圧：３３Ｖ、溶接速度：
３０ｃｍ／ｍｉｎ、ワイヤ突き出し長さ：２０ｍｍ、シ
ールドガス：炭酸ガス・流量２５Ｌ／ｍｉｎで溶接を行
い、溶接中の溶滴移行回数及びスパッタの発生量を調査
した。

【００４１】溶滴移行回数調査は、自動溶接を行いなが
ら溶接部を高速度ビデオカメラで撮影し、その結果をス
ロー再生し、溶滴がワイヤ先端に発生して離脱するまで
を１サイクルとする回数を測定した。溶接部の撮影条件
は撮影駒数：１０００駒／ｓｅｃ、シャッタースピー
ド：１／３０００ｓｅｃで実施し、その結果をスロー再
生し、溶滴がワイヤ先端に発生して離脱するまでを１サ
イクルとする回数と時間を測定し、標準偏差を求めた。
その調査結果を図１に示す。

【００４２】図１に示すように、本発明範囲内（Ｎａ₂
Ｏ及びＴｉＯ₂を含む合成物：０．１５〜２．０％）に
おいて溶滴移行回数は４０回／秒以上及び溶滴移行周期
からその標準偏差は７以下と求めた結果は良好である。
しかし、上記Ｎａ₂Ｏ及びＴｉＯ₂を含む合成物が本発明
範囲より下限未満に設定したワイヤは、その効果が希薄
となり、溶滴移行回数は減少し、溶滴移行周期の標準偏
差は大きくなる。また、他方、本発明範囲の上限を超え
て設定したワイヤも同様に溶滴移行回数は減少し、溶滴
移行周期の標準偏差は大きくなる。

【００４３】スパッタ発生量調査は、自動溶接を連続し
て１分間行い、溶接中に発生したスパッタの捕集を１つ
のワイヤに対して３回行い、その平均値で評価した。

【００４４】スパッタ発生量を調査した結果を図２に示
す。図２に示すように、合成物の含有量が本発明範囲内
（０．１５〜２．０％）では、スパッタ発生量が１ｇ／
ｍｉｎ以下と少なく良好な結果を示す。しかし、本発明
範囲の下限未満に設定した比較例ワイヤは、上記Ｎａ₂
Ｏ及びＴｉＯ₂を含む合成物の効果が希薄となり、スパ
ッタ発生量は増加する。また、本発明範囲より上限を超
えて設定した比較例ワイヤは、アーク雰囲気中の電離が
過度に促進され、アーク長が長くなるため溶滴移行が不
安定となり、その結果、スパッタ発生量は増加する。

【００４５】以上の結果から、Ｎａ₂Ｏ及びＴｉＯ₂、又
はＮａ₂Ｏ、ＳｉＯ₂及びＴｉＯ₂を含む合成物が本発明
範囲内（０．１５〜２．０％）であれば、溶滴は小さく
安定して移行し、スパッタ発生量は少なくすることがで
きる。しかし、本発明範囲の下限及び上限の双方を逸脱
した充填フラックスで試作した比較例ワイヤは、溶滴は
大きく、不安定な状態で移行し、スパッタ発生量は増加
する。

【００４６】

【実施例】以下に本発明の総括した実施例と比較例を用
いて総括的に説明する。

【００４７】本発明及び比較例に用いた軟鋼パイプ及び
帯鋼の成分を表１に示す。鋼製外皮に継ぎ目のないワイ
ヤは、表１中の外皮番号Ｐ１の軟鋼パイプを用い、鋼製
外皮に継ぎ目ありのワイヤは、表１中の外皮番号H1の鋼
帯を用いて、表２に示す組成のフラックスを充填後、圧
延及びダイス伸線、軟化及び脱水素処理として中間焼鈍
を施し、ワイヤ記号８、９、２２及び２３を除いてめっ
き処理を行い、鋼製外皮に継ぎ目のないフラックス入り
ワイヤを製造した。

【００４８】

【表１】

【００４９】

【表２】

【００５０】表２に示すＷ１〜Ｗ１４は本発明の実施例
であり、Ｗ１５以降は比較例である。

【００５１】表２に示す本発明例と比較例の溶接条件と
して、溶接電流：３００Ａ、アーク電圧：３３Ｖ、溶接
速度：３０ｃｍ／ｍｉｎ、ワイヤ突き出し長さ：２０ｍ
ｍ、炭酸ガス流量：２５Ｌ／ｍｉｎで溶接を行いスパッ
タ発生量、溶滴移行回数、溶滴移行周期の標準偏差、ス
ラグ状態を調査した。スパッタ発生量については、１分
間の溶接を行い、その溶接中に発生したスパッタを捕集
し、１つのワイヤに対して３回行い、その捕集量平均値
で評価した。

【００５２】溶滴移行回数、溶滴移行周期の標準偏差に
ついては、溶接中のアーク現象を高速度ビデオカメラで
撮影し、１秒間の溶滴移行回数、溶滴径、アーク幅を計
測し、１つのワイヤに対して３回行いその平均値で評価
した。スラグ状態については溶接後の溶接ビード上に生
成したスラグの発生量及び剥離性については目視及び小
ハンマーによる打撃にて調査した。溶着金属の機械的性
能はＪＩＳＺ３１１１に基づいて引張試験片（Ｚ２２０
１ Ａ１号）及び衝撃試験片（Ｚ２２４２ ４号）を作
成し、試験した。

【００５３】表３に溶接試験結果を示す。

【００５４】

【表３】

【００５５】Ｗ１〜Ｗ１４に示す本発明ワイヤは溶滴移
行回数及び溶滴移行周期の標準偏差はともに良好で安定
した溶接を行うことができ、その結果、スパッタ発生量
は少ない。また、ビード表面に生成するスラグは、ソリ
ッドワイヤに比べてやや多いが発生量少なく、ビード表
面に全体に薄く均一に生成し、且つその剥離性は軽くハ
ンマーで打撃を加えると容易に剥離して良好な結果が得
られた。

【００５６】これに対し、比較例であるＷ１５〜Ｗ２８
は以下の如く。本発明例に比較して問題点があって不良
になった。

【００５７】Ｗ１５はＮａ₂Ｏ及びＴｉＯ₂からなる合成
物を含まないため、アーク安定性に欠けて作業性が悪く
て溶滴移行回数が２６回／ｓｅｃと少なくスパッタの発
生量は改善されなかった。

【００５８】Ｗ１６は充填率が２％と低くて必要なフラ
ックスが充填できず、さらにＳｉが本発明範囲未満であ
るため、溶接金属中の脱酸効果が得られず、溶接金属に
ブローホールがビードの一部に発生した。また、アーク
安定剤としてＮａ₂Ｏ及びＴｉＯ₂の合成物が本発明範囲
未満であるため、アーク安定剤としての効果が希薄で溶
滴移行回数は少なく、溶滴移行周期の標準偏差は大きな
値を示し、アーク状態は不安定となり結果としてスパッ
タ発生量も増加した。

【００５９】Ｗ１７は充填率が１０％と高く、アーク安
定剤としてＮａ₂Ｏ及びＴｉＯ₂の合成物が添加されてい
るがアーク安定剤としての効果が過大となり、アーク長
が必要以上に長くなるため溶滴移行が安定せず、また、
溶滴移行周期の標準偏差は大きな値を示し、アーク状態
は不安定になり、結果としてスパッタ発生量も多く、従
来ワイヤの域を出なかった。また、ＴｉＯ₂が多くてス
ラグ量過多で作業性が悪くなった。

【００６０】Ｗ１８はアーク安定剤としてＮａ₂Ｏ及び
ＴｉＯ₂で構成される合成物が本発明範囲内に添加され
ているためアークは安定しているが、Ｓｉ量が高く、溶
接金属のＳｉが増加して機械的性質を悪くした。

【００６１】Ｗ１９はアーク安定剤としてＮａ₂Ｏ及び
ＴｉＯ₂を含む合成物が本発明範囲を超えているため、
アーク安定剤としての効果が過大となりアーク長が必要
以上に長くなるため溶滴移行が安定せず、また、溶滴移
行周期の標準偏差は大きな値を示し、アーク状態は不安
定になり、結果としてスパッタ発生量も増加した。

【００６２】Ｗ２０はＭｎ含有量が低く、溶接金属の脱
酸不足でややブローホールが発生し、機械的強度が不足
した。

【００６３】Ｗ２１はＮａ₂Ｏが本発明範囲を超えてい
るため、アーク安定剤としての効果が過大となりアーク
長が必要以上に長くなり溶滴移行が安定せず、アーク状
態は不安定になり結果としてスパッタ発生量も増加し
た。

【００６４】Ｗ２２はＭｎが本発明範囲を超えているた
め、Ｎａ₂Ｏ及びＴｉＯ₂を含む合成物の効果がなくて溶
滴が大きくなってスパッタ発生が多くなり、溶接金属の
Ｍｎ量が高くなり、機械的性質において引張強さが高
く、衝撃靭性が低くなった。

【００６５】Ｗ２３はＮａ₂Ｏ、ＴｉＯ₂及びＳｉＯ₂を
含む合成物の添加であるが、アーク安定剤としての効果
が過大となりアーク長が必要以上に長くなり溶滴移行が
安定せず、また、溶滴移行周期の標準偏差は大きな値を
示し、アーク状態は不安定になりスパッタ発生量も増加
した。

【００６６】Ｗ２４はワイヤ形状が継ぎ目あり、且つめ
っき無しであるが、Ｗ２３と同様にＮａ₂Ｏ、ＴｉＯ₂及
びＳｉＯ₂からなる合成物の添加量が多く、アーク安定
剤としての効果が過大となりアーク長が必要以上に長く
なるため溶滴移行が安定せず、アーク状態は不安定にな
り、その結果としてスパッタ発生量も増加した。

【００６７】Ｗ２５はメタル系フラックス入りワイヤで
あるが、アーク安定剤が含有されていないため、溶滴移
行回数は少なく、アークは常に不安定なためスパッタ発
生量は増加した。

【００６８】Ｗ２６はＪＩＳ ＹＧＷ１２のソリッドワ
イヤ、Ｗ２７はＪＩＳ ＹＧＷ１１のソリッドワイヤ
で、アーク安定剤としてＮａ₂Ｏ及びＴｉＯ₂からなる合
成物を含有させることができないため、溶滴移行回数は
少なく、より安定したアーク状態は得られずスパッタ発
生量は減少しなかった。

【００６９】Ｗ２８は従来の充填率のフラックス入りワ
イヤでＮａ₂Ｏ及びＴｉＯ₂からなる合成物を含んでいる
が、ＴｉＯ₂量が多くてスラグ発生が多く、溶滴移行回
数は少なく、より安定したアーク状態は得られずスパッ
タ発生量はそれほど減少しなかった。

【００７０】次ぎに外皮の軟鋼パイプ、鋼帯の成分を変
更したワイヤを実施例で説明する。表１に示すパイプ及
び鋼帯を使用し、表４に示すパイプと鋼帯とを組み合わ
せてフラックスを充填し、前記表２に示したワイヤと同
じ製造方法、溶接方法及び測定方法を実施した。

【００７１】表５に溶接結果を示す。

【００７２】

【表４】

【００７３】

【表５】

【００７４】ＷＰ１〜ＷＰ３及びＷＨ１〜ＷＨ４に示す
本発明ワイヤは、溶滴移行回数及び溶滴移行周期の標準
偏差はともに良好で安定した溶接を行うことができ、そ
の結果、スパッタ発生量は少ない。

【００７５】また、ビード表面に生成するスラグは、ソ
リッドワイヤに比べてやや多いが発生量は少なく、ビー
ド表面全体に薄く均一に生成し、且つその剥離性は軽く
ハンマーで打撃を加えると容易に剥離して良好な結果が
得られた。

【００７６】これに対し、比較例であるＷＰ４及びＷＨ
５は以下のごとく、本発明例に比較して問題点があって
不良になった

【００７７】ＷＰ４は、ワイヤ中のＳｉ量がワイヤ全質
量に対して２．１３％と本発明範囲を超えているため、
溶滴が大きく溶滴移行周期の標準偏差は大きな値を示
し、アーク状態は不安定となり、結果としてスパッタ発
生量も増加した。また、溶接金属中のＳｉ量が過剰とな
り機械的性質を悪くした。

【００７８】ＷＨ５は、ワイヤ中のＭｎ量がワイヤ全質
量に対して４．３２％と本発明範囲を超えているため、
溶滴が大きく溶滴移行回数は少なく、溶滴移行周期の標
準偏差は大きな値を示し、アーク状態は不安定となり結
果としてスパッタ発生量も増加した。

【００７９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のガスシー
ルドアーク溶接用フラックスワイヤはアークが極めて安
定し溶滴移行回数が多く細粒移行してスパッタが少な
く、従来のソリッドワイヤ及びフラックス入りワイヤの
良い点をさらに向上させ、溶接作業性及び溶接ビード形
状が良好であり、合金成分の添加調整が容易であり溶接
部の高品質化、溶着効率が優れ、板厚、材質の異なる溶
接作業の高能率化に貢献できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】充填フラックス中のＮａ₂Ｏ及びＴｉＯ₂を含む
合成物が溶滴移行回数及び溶滴移行周期の標準偏差に与
える影響を調査した図である。

【図２】充填フラックス中のＮａ₂Ｏ及びＴｉＯ₂を含む
合成物がスパッタ発生量に与える影響を調査した図であ
る。

【図３】本発明ガスシールドアーク溶接用フラックス入
りワイヤの断面を示し、（ａ）は継ぎ目無しワイヤ、
（ｂ）は継ぎ目ありワイヤの断面模式図である。

【符号の説明】

１ 鋼製外皮 ２ フラックス ３ 継ぎ目

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三宅 聰之 東京都中央区築地三丁目５番４号 日鐵溶 接工業株式会社研究所内 (72)発明者 鈴木 雄二 東京都中央区築地三丁目５番４号 日鐵溶 接工業株式会社研究所内 (72)発明者 高山 力也 東京都中央区築地三丁目５番４号 日鐵溶 接工業株式会社研究所内 Ｆターム(参考） 4E084 AA02 AA09 BA02 BA03 BA04 CA24 CA25 DA10 EA06 HA12

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスシールドアーク溶接用フラックス入
   りワイヤにおいて、鋼製外皮にフラックスを充填したワ
   イヤであり、ワイヤ全質量でＳｉ：０．３〜１．８％
   （全ワイヤ質量％、以下同じ）、Ｍｎ：０．８〜４．０
   ％、アーク安定剤としてＮａ₂Ｏ及びＴｉＯ₂を含む合成
   物：０．１５〜２．０％を含み、フラックス充填率が３
   〜８質量％であることを特徴とするガスシールドアーク
   溶接用フラックス入りワイヤ。
2. 【請求項２】 ガスシールドアーク溶接用フラックス入
   りワイヤにおいて、鋼製外皮にフラックスを充填したワ
   イヤであり、ワイヤ全質量でＳｉ：０．３〜１．８％
   （全ワイヤ質量％、以下同じ）、Ｍｎ：０．８〜４．０
   ％、アーク安定剤としてＮａ₂Ｏ、ＳｉＯ₂及びＴｉＯ₂
   を含む合成物：０．１５〜２．０％を含み、フラックス
   充填率が３〜８質量％であることを特徴とするガスシー
   ルドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
3. 【請求項３】 充填フラックスはＮａ₂Ｏ及びＴｉＯ₂を
   含む合成物、Ｎａ₂Ｏ、ＳｉＯ₂及びＴｉＯ₂を含む合成
   物とは別に、Ｎａ₂Ｏ源をＮａ₂Ｏ換算値で０．３％以下
   を含むことを特徴とする請求項１又は２記載のガスシー
   ルドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
4. 【請求項４】 充填フラックスはＮａ₂Ｏ及びＴｉＯ₂を
   含む合成物、Ｎａ₂Ｏ、ＳｉＯ₂及びＴｉＯ₂を含む合成
   物とは別に、ＴｉＯ₂源をＴｉＯ₂換算値で１．５％以下
   を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記
   載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
5. 【請求項５】 充填フラックスに鉄粉を含むことを特徴
   とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のガスシ
   ールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
6. 【請求項６】 鋼製外皮が継ぎ目のないことを特徴とす
   る請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のガスシール
   ドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
7. 【請求項７】 鋼製外皮表面に銅めっきを有することを
   特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のガ
   スシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。