JP2002205190A - Tig溶接用フラックス組成物 - Google Patents
Tig溶接用フラックス組成物Info
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Abstract
厚さが5mm程度の炭素鋼板又は低合金鋼板等をI型突
合せで1パスで溶融接合でき、ビード表面形状が優れた
溶接金属を得ることができ、更に母材への塗布性能が優
れ、高能率なTIG溶接を可能とするTIG溶接用フラ
ックス組成物を提供する。 【解決手段】 W酸化物及びTi酸化物を必須成分と
し、2種の混合物がフラックス全体の50質量%以上の
フラックス組成物である。この2種の酸化物の混合比
は、W酸化物/Ti酸化物の値が0.25乃至4であ
り、更に、必要に応じて、Cr2O3、ZrO2、Si
O2、MoO3、Fe2O3及びFe3O4等を添加す
る。これにより、特に炭素鋼又は低合金鋼板での溶込み
性能、ビード形状、溶接金属清浄性、耐欠陥性及びアー
クスタート性能が向上してTIG溶接用フラックス組成
物を母材表面に塗布し、TIG溶接を行う。
Description
されるTIG溶接用フラックス組成物に関し、特に、炭
素鋼又は低合金鋼等での溶込み性能、ビード形状、溶接
金属清浄性、耐欠陥性及びアークスタート性を向上させ
たTIG溶接用フラックス組成物に関する。
は、その溶込み深さが比較的浅く、厚さが5mm程度の
板材を溶接するのにも、開先加工が必要である。このた
め、従来、通常の溶接条件で、開先加工しなくても厚さ
が5mm程度の板材を1パスで溶接することができるフ
ラックスの開発が要望されていた。そして、このような
要望に応えるべく、種々のTIG溶接用フラックス組成
物が提案されている(特開2000−71094号公報
及びUSP3,584,187号等)。
れたTIG溶接用フラックス組成物は、Hfを除く遷移
金属IVa族の酸化物又は純金属とWを除く遷移金属V
Ia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24〜50%、金属原子の割合が50〜
76%である組成を有する。そして、このTIG溶接用
フラックス組成物は特にステンレス鋼を溶接する際に有
効であることが開示されている。
000−71094号公報に開示されたTIG溶接用フ
ラックス組成物は、これを炭素鋼に適用した場合、溶接
ビードが乱れるという問題点がある。また、前記公報に
は、フラックス組成物の塗布方法等について開示されて
いないため、炭素鋼板又は低合金鋼板等をI型突合せ溶
接で1パスで溶接することは困難であった。
ンレス鋼に限定されるものであり、塗布厚の記述はある
ものの、粉末の分散方法については言及されていない。
このため、同様に、厚さが5mm程度の炭素鋼板又は低
合金鋼板等をI型突合せで1パスで溶融接合し、ビード
表面形状が優れた溶接金属を得ることは極めて難しいと
いう難点がある。
のであって、通常の溶接条件でも開先加工を必要とせ
ず、厚さが5mm程度の炭素鋼板又は低合金鋼板等をI
型突合せで1パスで溶融接合でき、ビード表面形状が優
れた溶接金属を得ることができ、更に母材への塗布性能
が優れ、高能率なTIG溶接を可能とするTIG溶接用
フラックス組成物を提供することを目的とする。
用フラックス組成物は、遷移金属VIa族の酸化物であ
るW酸化物と、Ti酸化物とを必須成分とし、2種の酸
化物の混合物がフラックス全体の50質量%以上を占め
る。このフラックス組成物において、前記2種の酸化物
の混合比はW酸化物/Ti酸化物の値で0.25乃至4
であることを特徴とする。
して総量で2乃至40質量%の比率で、Cr2O3、Z
rO2、SiO2及びMoO3からなる群から選択され
た1種又は2種以上の酸化物を添加することができる。
総量で1乃至40質量%の比率で、Fe2O3及び/又
はFe3O4を添加することができる。
は、例えば、前記フラックス組成物100質量部に対
し、沸点が120℃以下の速乾性有機溶剤の1種又は2
種以上及び前記速乾性有機溶剤に溶解する非イオン系界
面活性剤の1種又は2種以上からなる分散剤を、前記速
乾性有機溶剤に対する前記分散剤の比(分散剤/速乾性
有機溶剤)が0.005乃至0.05の割合となるよう
に混合したものを、100乃至200質量部添加し、懸
濁液としたものである。
する。本発明に使用するTi酸化物は、溶融池表面の表
面張力を減少させるために添加する。また、本発明に使
用するW酸化物は、アーク熱により母材面から蒸発しや
すく、アーク中で酸素を放出し、アークから熱を奪い、
アークを緊縮させるために添加する。
W酸化物を除いており、この理由として、W電極が酸化
(消耗)することを挙げている。しかし、特に母材を炭
素鋼に重点をおいた場合、W酸化物の持つ強いアーク緊
縮性を使用することが必要であり、本発明においてはW
酸化物をあえて添加している。本発明においては、電極
先端は、溶接後も鋭角も保っている。例えば、W酸化物
としてWO3、母材としてSS400を使用した場合、
WO3の融点(約1500℃)がSS400の融点(約
1500℃)に近く、WO3の添加が特に好ましい。
規定(50at%以下)についても、同様に、特に母材
として炭素鋼を使用した場合、表面張力流よりも、アー
ク緊縮作用に重点をおく必要があるため、酸素量は50
at%以上となっている。しかし、W電極(陰極)の先
端は、溶接後も鋭角を保っている。
0.59J/cm3・秒であり、ステンレス鋼の熱伝導
率は、例えばSUS304で0.21J/cm3・秒で
あるので、炭素鋼の熱伝導率はステンレス鋼の熱伝導率
に比べて高いため、ステンレス鋼において開発されたフ
ラックス組成物を使用しても、溶融池の中心部と外周部
とでの温度差がステンレス鋼の場合よりも小さく、表面
張力差が小さいために、ステンレス鋼と同様な溶融池の
撹拌は得られない。このため、アーク緊縮作用の大きい
フラックスの添加が必要になる。
用が強いW酸化物を添加する。このW酸化物の量は、T
i酸化物に対するW酸化物の比率W酸化物/Ti酸化物
として、0.25乃至4として規定される。
成物の数値限定理由について説明する。
ックス全体の50質量%以上」W酸化物及びTi酸化物
の2種の混合物の添加量がフラックス全体の50質量%
未満では、溶込み深さの不足及びビード外観の劣化が生
じ、作業性が劣化する。従って、本発明においては、W
酸化物及びTi酸化物を必須成分とし、これらの2種の
酸化物の混合物の添加量はフラックス全体の50質量%
以上とする。
4」W酸化物/Ti酸化物の比の値が0.25未満で
は、W酸化物の効果が小さく、良好な溶込み性能が得ら
れない。一方、W酸化物/Ti酸化物の比の値が4を超
えると、W酸化物の効果が大きすぎるために、アークが
不安定になり、ビード形状が劣化し、W電極の先端が消
耗して丸くなる。また、過剰なW酸化物が溶融池中に入
り込み、分解することにより、ブローホールが発生する
原因となる。従って、W酸化物/Ti酸化物=0.25
乃至4とする。
oO3からなる群から選択された1種又は2種以上:総
量で2乃至40質量%」Cr2O3、ZrO2、SiO
2及びMoO3は、溶込み深さを減少させるものではな
く、主にビード形状を整えるのに寄与する。Cr
2O3、ZrO2、SiO2及びMoO3からなる群か
ら選択された1種又は2種以上の含有量が2質量%未満
では、その効果がない。一方、Cr2O3、ZrO2、
SiO2及びMoO3からなる群から選択された1種又
は2種以上の含有量が40質量%を超えると、必須成分
組成の効果を阻害する。従って、Cr2O3、Zr
O2、SiO 2及びMoO3からなる群から選択された
1種又は2種以上を添加する場合は、その総含有量を2
乃至40質量%とすることが好ましい。
で1乃至40質量%」Fe2O3及びFe3O4は、溶
込み深さを減少させるものではない。これらの酸化物は
他の酸化物に比べ電気伝導度が高いため、アークスター
ト性能に寄与する。特に、全自動TIG溶接でタッチア
ークスタート方式を採用している機器に好ましい。Fe
2O3及び/又はFe3O4の含有量が1質量%未満で
は、その効果がない。一方、Fe2O3及び/又はFe
3O4の含有量が40質量%を超えると、必須成分組成
の効果を阻害する。従って、Fe2O3及び/又はFe
3O4の含有量は総量で1乃至40質量%とすることが
好ましい。
1種又は2種以上及び前記速乾性有機溶剤に溶解する非
イオン系界面活性剤の1種又は2種以上からなる分散
剤:100乃至200質量部」フラックス組成物を分散
させる溶剤は、溶剤の沸点が120℃以下であるものが
望ましく、塗布後、すばやく蒸発するものである必要が
ある。
との混合液(以下、溶液という)の混合量が200gを
超えると、母材に塗布されるフラックス組成物の量が少
なくなりすぎて塗膜厚が薄くなりすぎ、溶込みに対して
良好な効果を発揮することができなくなる。逆に、フラ
ックス100gに対する溶液の混合量が100g未満で
は、母材へのフラックスの塗布が均一にできなくなって
塗膜厚が一定ではなくなり、ビード形状が劣化する。
0.005未満では、フラックスの溶剤への分散効果が
十分でなく、長時間放置しておくと、フラックス(酸化
物)のハードケーキングを引き起こしやすくなる。一
方、分散剤/溶剤が0.05を超えると、分散剤が母材
表面に残存し、溶接金属に欠陥が発生しやすくなるため
望ましくない。ここで使用する溶剤としては、例えばメ
タノール、エタノール、プロパノール、メチルエチルケ
トン、アセトン、ヘキサン、ヘプタン、トルエン又はト
リクロロエチレン等を使用することができる。分散剤と
しては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオ
キシエチレンアルキルフェノールエーテル、ポリオキシ
エチレンソルビタンアルキルエステル、アミン類又はア
ルキロールアミド等を使用することができる。
物の実施例について、その特性を試験した結果を、比較
例と比較して具体的に説明する。
No.1乃至6及び比較例No.7乃至16のフラックス組成
を示す。この表1及び2に示す酸化物を使用して以下の
方法でフラックスを夫々調整した。各成分を電子天秤で
0.01gの位まで測定し、乳鉢にて乾式混合した。上
述のようにして調整された各フラックスを表3に示す混
合液に分散させ、以下に示す試験を行って溶接性の評価
を行った。なお、表2において示す「−」は添加してい
ないことを示す。
m、幅100mm、長さ150mmのSS400鋼板を
使用し、フラックスをエアゾール又は刷毛で前記鋼板表
面に塗布したものを使用した。なお、各フラックスは、
エタノールとアルキロールアミドとの混合液に分散させ
ている。
機を使用し、前記試験材表面をメルトランで行った。試
験材溶接時の溶接条件は、溶接電流200A、溶接電圧
11.5V、溶接速度10cm/分で、シールドガスに
100%アルゴンガスを使用し、その流量を20リット
ル/分とした。溶接後、溶込み深さ、ビード形状・外
観、溶接性及び溶接金属性能を次の方法で測定した。
溶込み深さ観察用の試験片は、試験材をビード断面方向
に切断し、SiC研磨紙にて#120まで研磨した後、
断面を硝酸とピクリン酸とアルコールとを混合した溶液
にて腐食して作製した。その後、5倍のマクロ写真撮影
を行い、この際、試験片と共にものさしも撮影し、写真
上でノギスを使用してビード幅及び溶込み深さを0.1
mmの位まで測定した。その際、ものさしの1mmの長
さも同様に測定し、ビード幅及び溶込み深さの実寸法を
計算から求めた。
いたビード幅の最大ビード幅と、最小ビード幅との差
(ビード振れ幅)にて評価した。
の基準で評価を行った。 ○:ビードの乱れなし ×:ビードの乱れあり
下の基準で評価を行った。 ○:スパッタ発生なし ×:スパッタ発生あり
点弧回数に対し、アークスタートしなかった回数で評価
した。
長当たりのブローホール発生数を測定し、評価した。
−1992に規定される鋼溶接部の水素量測定方法に従
い測定を行った。
を観察し、以下の基準で評価した。 ○:陰極先端鋭角 ×:陰極先端丸まり
観、溶接性及び溶接金属性能評価結果を示す。
下記表1及び2に示す組成(本発明の範囲外)で、上述
の実施例の場合に準じてフラックスを夫々調整し、表3
に示す混合溶液に分散させた。各フラックスを使用して
実施例と同じ試験を行い、溶込み深さ、ビード形状・外
観、溶接性及び溶接金属性能を評価した。この結果を下
記表4及び5に示す。なお、比較例No.16はブランク
として、フラックスを塗布しない例であり、同様にして
評価し、評価結果を表4及び5に示す。
1乃至6においては、いずれの場合も、顕著な溶込み深
さの増加が認められた。また、これらのフラックスを塗
布した場合、スパッタの発生はなく、ビード振れ幅、ビ
ード形状・外観及びアークスタート性能は、ブランク
(比較例No.16)と何ら変わらず、ブローホールも発
生しないことが認められた。また、拡散性水素量は、ブ
ランクの0.9ミリリットル/100gに比べ約2倍に
増加することが認められた。陰極消耗は、溶接終了後に
W電極の先端を観察したが発生しておらず、陰極先端は
鋭角を保っていた。但し、陰極の色がブランクに比べて
濃く陰極の酸化はブランクに比べて若干激しく発生して
いた。
スの合計が50質量%未満であるため、良好な溶込みが
得られていない。
O3/TiO2の比が4以上であるために、良好な溶込
みは得られているものの、ビード外観が悪化し、スパッ
タの発生及びブローホールの発生が見られる。また、陰
極先端が消耗し、丸まってしまっている。
WO3/TiO2の比が0.25以下であるため、良好
な溶込みが得られていない。また、Fe系酸化物が含ま
れていないため、アークスタートがブランクに比べて悪
くなっている。
50質量%未満であるため、良好な溶込みが得られてい
ない。また、Cr2O3、ZrO2、SiO2及びMo
O3の含有量が多いためにビード形状は良好であるが、
良好な溶込みが得られていない。
50質量%未満であるため、良好な溶込みが得られてい
ない。また、Fe系酸化物の含有量が多いために、良好
な溶込みが得られておらず、Cr2O3、ZrO2、S
iO2及びMoO3の添加量が少ないためにビード振れ
幅が大きく、ビード形状が不良である。
く、WO3/TiO2の比が0.25以下であり、フラ
ックスに対する溶液の混合量が多すぎるために、母材に
塗布されるフラックス量が少なくなり、良好な溶込みが
得られていない。
WO3/TiO2の比が4以上であり、フラックスに対
する溶液の混合量が少なすぎるために溶込みは良好であ
るが、母材に均一にフラックスを塗布できなくなり、ビ
ード振れ幅が大きく、ビード形状が不良である。また、
陰極先端が消耗し、丸まってしまっている。
WO3/TiO2の比が4以上であり、溶剤に対する分
散剤の比率が多すぎるために溶込みは良好であるが、溶
接時に分散剤の揮発が起こり、耐ブローホール性能が劣
化し、拡散性水素量が増加している。また、ビード振れ
幅が大きくビード形状が不良であり、スパッタも発生し
ている。更に、陰極先端が消耗し、丸まってしまってい
る。
く、WO3/TiO2の比が0.25以下であるために
良好な溶込みが得られていない。また、溶剤に対する分
散剤の比率が少なすぎるために長時間放置しておくとフ
ラックスのハードケーキングが発生する。
化学成分とほとんど同じであるが、酸素量が塗布したフ
ラックスの酸化物の影響により、最大60質量ppm程
度まで増加した。酸素量の増加による溶接金属の靭性劣
化は、0℃の衝撃試験においては認められなかったが、
−30℃の衝撃試験においては、フラックスを塗布しな
い場合に比べ最大約30%程度の衝撃吸収エネルギの低
下が認められた。同様にして、SM490Aについても
衝撃試験を実施したが、0℃及び−30℃における衝撃
吸収エネルギの低下は認められなかった。
を使用し、板厚6mmのステンレス鋼板をI型突合せ溶
接を行った結果、炭素鋼鋼板の場合と、同様に深い溶込
みが得られ良好な裏波形成性能を有し、継手性能も良好
であることが確認された。
移金属VIa族のW酸化物と、Ti酸化物とを必須成分
とし、2種の混合物の総量がフラックス全体の50質量
%以上としているので、通常の溶接条件でも開先加工を
必要とせず、厚さが5mm程度の炭素鋼板又は低合金鋼
板等をI型突合せで1パスで溶融接合でき、ビード表面
形状が優れた溶接金属を得ることができ、更に母材への
塗布性能が優れ、高能率なTIG溶接を行うことができ
る。
Claims (4)
- 【請求項1】 W酸化物及びTi酸化物を必須成分と
し、これらの2種の酸化物の混合物がフラックス全体の
50質量%以上であるフラックス組成物であって、前記
2種の酸化物の混合比はW酸化物/Ti酸化物の値で
0.25乃至4であることを特徴とするTIG溶接用フ
ラックス組成物。 - 【請求項2】 フラックス組成物の全質量に対して総量
で2乃至40質量%の比率で、Cr2O3、ZrO2、
SiO2及びMoO3からなる群から選択された1種又
は2種以上の酸化物が添加されていることを特徴とする
請求項1に記載のTIG溶接用フラックス組成物。 - 【請求項3】 フラックス組成物の全質量に対して総量
で1乃至40質量%の比率で、Fe2O3及び/又はF
e3O4が添加されていることを特徴とする請求項1又
は2に記載のTIG溶接用フラックス組成物。 - 【請求項4】 フラックス組成物100質量部に対し、
沸点が120℃以下の速乾性有機溶剤の1種又は2種以
上及び前記速乾性有機溶剤に溶解する非イオン系界面活
性剤の1種又は2種以上からなる分散剤を、前記速乾性
有機溶剤に対する前記分散剤の比(分散剤/速乾性有機
溶剤)が0.005乃至0.05の割合となるように混
合したものを、100乃至200質量部添加し、懸濁液
としたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項
に記載のTIG溶接用フラックス組成物。
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JP2001001958A JP4526193B2 (ja) | 2001-01-09 | 2001-01-09 | Tig溶接用フラックス組成物 |
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