JP2003094196A

JP2003094196A - ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ

Info

Publication number: JP2003094196A
Application number: JP2001297581A
Authority: JP
Inventors: Masahito Sasaki; 聖人笹木; Takeshi Kato; 剛加藤; Takuzo Kawamoto; 拓三河本
Original assignee: Nippon Steel and Sumikin Welding Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
Priority date: 2001-07-16
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2003-04-02
Anticipated expiration: 2021-09-27
Also published as: JP3880826B2

Abstract

(57)【要約】【課題】溶接金属の低温靱性劣化を改善し、ソリッド
ワイヤの高生産性、低スラグ発生量、およびフラックス
入りワイヤの安定した溶接作業性等の諸性能とを兼ね備
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アーク
溶接用ワイヤであり、ワイヤ全重量でアーク安定剤：
０．０５〜１．８％（全ワイヤ質量％、以下同じ）、
Ｃ：０．０２〜０．１５％、Ｓｉ：０．３〜１．５％、
Ｍｎ：０．８〜３．０％、Ｔｉ：０．１〜０．３５％、
Ｂ：０．００２〜０．０２％を含み、かつ、Ａｌ：０．
０５〜０．３％、Ｍｇ：０．０５〜０．５％の１種又は
２種以上を含み、その量がＭｎ＋Ｓｉ＋３Ａｌ＋４Ｍ
ｇ：２．５〜５を含有し、フラックス充填率が３〜１０
％であるワイヤである前記した成分に加える合金剤は、
Ｍｏ：０．５％以下、Ｎｉ：３．５％以下の１種又は２
種以上を含有させたワイヤである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、貯蔵タンク、寒冷
地向け構造物、海洋構造物などに使用される低温用アル
ミキルド鋼、造船用Ｅ級鋼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、スパッタが少なく、溶接金属の低温靭
性が安定して得られ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する。

【０００２】

【従来の技術】貯蔵タンク、寒冷地向け構造物、海洋構
造物などに使用される低温用アルミキルド鋼、造船用Ｅ
級鋼の溶接には高能率性と利便性から、ガスシールドア
ーク溶接が広く使われており、その溶接用ワイヤにはソ
リッドワイヤとフラックス入りワイヤがある。

【０００３】ソリッドワイヤはＪＩＳＺ３３２５他
に規格化されている。フラックス入りワイヤには大きく
分けてスラグ系フラックス入りワイヤと称されるスラグ
成分を主としたフラックスを充填したワイヤと、メタル
系フラックス入りワイヤと称される金属成分を主とした
フラックスを充填したワイヤがあり、ＪＩＳＺ３３
１３他に規格化されている。

【０００４】ソリッドワイヤは、溶接金属の機械的性質
が安定して得られる、溶接金属の溶け込みが深い、スラ
グ生成量が非常に少ない、ヒューム発生量が少ないなど
の利点がある。ソリッドワイヤを使用してアーク溶接し
た溶接金属の酸素量は低いため、ミクロ組織の適正化に
有効なＴｉ、Ｂ、Ｎｉ、Ｍｏといった合金成分を添加す
ることによって、厳しい要求スペックに応えるのが比較
的容易である。しかし、フラックス入りワイヤに比べて
溶着量が少ない、スパッタ発生量が多く大電流での溶接
ではそれが顕著になるなどの欠点がある。また、ソリッ
ドワイヤにはＮａ、Ｋなどといったフラックス入りワイ
ヤに広く流用されているアーク安定剤をワイヤ中に添加
することはできない。

【０００５】スラグ系フラックス入りワイヤにはスラグ
の主成分がルチールであるルチール系が一般的であり、
スパッタ発生量が少ない、溶着量が多い、広範囲の溶接
条件で全姿勢溶接が可能であるなど溶接作業性に優れる
利点があるが、ソリッドワイヤに比べて溶接金属の溶け
込みが浅い、スラグ生成量が多い、ヒューム発生量が多
い、ワイヤ内に充填されるフラックスが酸化物を多く含
むため溶接金属の酸素量が高く低温靭性を得るのが難し
いなどの欠点がある。このルチール系フラックス入りワ
イヤの低温靭性を改善するために種々の手法が試みられ
ており、例えば特開平５−３２９６８４号公報や特開平
５−２６９５９３号公報に開示されているように充填フ
ラックス内にＡｌ、Ｍｇなどを添加し脱酸を強化した
り、金属弗化物、炭酸塩などを添加してスラグの塩基度
を高めたりして、溶接金属の酸素量を低減する試みがな
されている。しかし、この手法を用いるとアーク状態が
不安定になり、スパッタ発生量が顕著に増加するなどフ
ラックス入りワイヤの特徴である良好な溶接作業性が劣
化する。

【０００６】メタル系フラックス入りワイヤは充填フラ
ックスの主成分が金属粉であり、その最大の特徴はスパ
ッタの発生量が少なく、溶着量の多いことにある。しか
し、その特徴は充填率が１０％以上と高充填率である場
合に効果が現れるものであって、本発明のような低充填
率の場合はその特徴が生かされない。

【０００７】以上に述べたように、良好な溶接作業性を
保ちつつ溶接金属の良好な低温靭性を得るためにはソリ
ッドワイヤおよ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ワイヤが望まれ
る。

【０００８】このような要求に応える１つの手法とし
て、フラックス入りワイヤの低スラグ化、低ヒューム
化、溶け込み深さなどの改善を目的とした、フラックス
充填率５％という低充填率フラックス入りワイヤの技術
開示が散見される。しかしながら、従来のフラックス成
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。

【０００９】例えば、充填フラックスの充填量をワイヤ
断面積率で５〜２５％が開示されている特公昭５１−１
６５９号公報がある。この発明の充填フラックスのワイ
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、か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さ
せスパッタ発生量を増加させる。また、溶接金属へＣ量
の歩留りが過多となり溶接金属の機械的性質の調整が容
易でない。

【００１０】また、特開平６−２１８５７７号公報では
フラックス充填率が５〜３０％、ＭｎおよびＳの含有量
そしてＭｎとＳの比を限定した鉄粉を４０〜６０％、Ｓ
ｉ、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
属するワイヤであり、フラックス充填率が５％、１０％
のワイヤにおいて、このような金属粉からなる充填フラ
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は得られない。

【００１１】さらに、特開平３―１８０２９８号公報で
は、一次防錆剤であるプライマが塗布された鋼板のすみ
肉溶接時におけるピット、ガス溝の発生防止のために、
ＴｉＯ₂をベースとしてＮａ₂Ｏを含有し、金属弗化物お
よび水分をも必須とするワイヤである。これはワイヤ質
量比％で、低充填量のＴｉＯ₂、Ｎａ₂Ｏを必須として含
むフラックス入りワイヤであり、金属弗化物および水分
をも必須とするもので、その水分とガス放出の調整が容
易ではなく、また、スラグの流動性が高く、ビード形成
性、溶接金属の性能に問題がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】貯蔵タンク、寒冷地向
け構造物、海洋構造物等に使用される低温用アルミキル
ド鋼、造船用Ｅ級鋼など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、ソリッドワイ
ヤの高溶着性、低スラグ発生量、フラックス入りワイヤ
の安定した溶接作業性、高生産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。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、フラックス入
りワイヤ中にアーク安定剤および特定限定されたＣ、Ｓ
ｉ、Ｍｎ、ＴｉおよびＢを含み、ＡｌおよびＭｇの単独
又は複合、ＭｏおよびＮｉを単独又は複合添加し、さら
にフラックス充填率を３〜１０％と低充填化することに
より、広い溶接条件範囲において、アーク状態が極めて
良好で、スパッタが少なく、溶着金属の強度、靭性が安
定して得られることを見いだし、これを完成させた。

【００１４】本発明のガスシールドアーク溶接用フラッ
クス入りワイヤは、鋼製外皮にフラックスを充填したア
ーク溶接用ワイヤであり、ワイヤ全質量でアーク安定
剤：０．０５〜１．８％（全ワイヤ質量％、以下同
じ）、Ｃ：０．０２〜０．１５％、Ｓｉ：０．３〜１．
５％、Ｍｎ：０．８〜３．０％、Ｔｉ：０．１〜０．３
５％、Ｂ：０．００２〜０．０２％を含み、かつ、Ａ
ｌ：０．０５〜０．３％、Ｍｇ：０．０５〜０．５％の
１種又は２種以上を含み、その量がＭｎ＋Ｓｉ＋３Ａｌ
＋４Ｍｇ：２．５〜５であり、フラックス充填率が３〜
１０％であることを特徴とするワイヤである。

【００１５】前記した成分に加え、さらに合金成分とし
てＭｏ：０．５％以下、Ｎｉ：３．５％以下の１種又は
２種以上を含有させたワイヤである。

【００１６】本発明ワイヤに充填するアーク安定剤とし
ては、Ｎａ₂ＯとＴｉＯ₂を含む合成物：１．８％以下、
Ｎａ₂Ｏ源をＮａ₂Ｏ換算値で０．６％以下、ＴｉＯ₂源
をＴｉＯ₂換算値で１．８％以下の１種又は２種以上を
含有させたワイヤである。

【００１７】さらに、充填フラックスに鉄粉を含むワイ
ヤである。

【００１８】また、鋼製外皮に継ぎ目がない前記したワ
イヤである。

【００１９】以上の鋼製外皮の表面には、銅めっきが施
されている前記したワイヤである。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明者らは、充填フラックスに
Ｎａ₂ＯおよびＴｉＯ₂を含む合成物、Ｎａ₂Ｏ、ＴｉＯ₂
との単独、又は複合添加した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
化および移行回数を増加させてアークが安定することを
見出した。また、適正な範囲のＣ、Ｓｉ、Ｍｎと共に、
Ｔｉ、Ｂ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｍｏ、Ｎｉを添加することによ
って溶接金属の低温靭性を向上させ、さらに、フラック
ス充填率を３〜１０％と低くすることによりスラグ生成
量およびヒューム発生量が少なく、深い溶け込みが得ら
れることも見出した。

【００２１】以下に本発明のフラックス入りワイヤにお
ける成分等の限定理由を述べる。

【００２２】Ｃ：０．０２〜０．１５％について、Ｃは
溶接金属の強度、靭性を確保するのに重要である。Ｃが
０．０２％未満ではミクロ組織の粗大化により、靭性が
阻害される。また、必要な強度を得るのが困難になる。
一方、Ｃが０．１５％を超えると、溶接金属のミクロ組
織がマルテンサイト化して強度が過剰に高くなり、靭性
も劣化し、スパッタが多発して溶接作業性が劣化する。
したがって、Ｃの添加量をワイヤ全重量に対して０．０
２〜０．１５％とした。

【００２３】Ｓｉ：０．３〜１．５％について、Ｓｉは
脱酸剤として溶接金属の酸素量を低減し、靭性を向上さ
せると共に、強度を確保するのに必要である。しかし、
Ｓｉが０．３％未満では脱酸力が不足し、ブローホー
ル、ピットなど溶接欠陥が発生しやすくなり、靭性を低
下させる。一方、Ｓｉが１．５％を超えると、溶接金属
中への歩留りが過剰となり、過度に固溶硬化させ、靭性
を低下させる。

【００２４】Ｍｎ：０．８〜３．０％について、Ｍｎも
脱酸剤として溶接金属の酸素量を低減し靭性を向上させ
ると共に、溶接金属の強度を確保する。また、溶融金属
の流動性を高め、溶接ビード形状を改善する。０．８％
未満では脱酸不足となり靭性が低下する。また、３．０
％を超えると、溶接金属への歩留りが過剰となり、硬化
して溶接金属の靭性を劣化させる。

【００２５】充填フラックスのＳｉおよびＭｎ含有量は
金属Ｓｉ、金属Ｍｎ又はＦｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍ
ｎ、Ｆｅ−Ｍｎなど鉄合金のＳｉ、Ｍｎの換算値であ
る。

【００２６】Ｔｉ：０．１〜０．３５％について、Ｔｉ
も強脱酸剤として働き溶接金属の酸素量を低減させる。
また、溶接金属の凝固過程の高温域においてＢより先に
窒化物を形成してＮを固定し、以降の凝固過程における
Ｂの窒化を抑制しフリーＢとしてＢをオーステナイト粒
界に偏析させる。このフリーＢは粒界に生成する粗大な
フェライトを抑制し、靭性を向上させる。また、溶接金
属に歩留るＴｉは上記作用の他に、旧オーステナイト粒
内フェライトの核となるＴｉ₂Ｏ₃等の低級酸化物とな
り、微細なアシキュラーフェライトの生成を促進する。
上記効果は０．１％以上の添加によって得られるが、
０．３５％を超えると溶接金属の固溶Ｔｉが増え、過度
に硬化し著しく靭性を劣化させる。

【００２７】Ｂ：０．００２〜０．０２％について、Ｂ
は前述のようにオーステナイト粒界に偏析することによ
って、粒界の粗大なフェライトの生成を抑制し、溶接金
属のミクロ組織を微細化し、靭性を大幅に改善させる。
この効果は０．００２％以上の添加によって得られる
が、０．０２％を超えると、溶接金属に固溶し、過度に
硬化して靭性を著しく劣化させる。

【００２８】Ａｌ：０．０５〜０．３％について、Ａｌ
は強脱酸剤として働き、溶接金属の酸素量を低減させ
る。しかし、０．０５％未満ではその効果は得られな
い。また、０．３％を超えると、アークが不安定になり
スパッタ発生量も多くなることに加え、生成スラグが過
剰に多くなる。また、溶接金属に過度に固溶し、靭性を
劣化させる。

【００２９】Ｍｇ：０．０５〜０．５％について、Ｍｇ
も強脱酸剤として働き、溶接金属の酸素量を低減させ
る。しかし、０．０５％未満ではその効果は得られな
い。また、０．５％を超えると、アークが不安定になり
スパッタ発生量も多くなる。

【００３０】Ｍｎ＋Ｓｉ＋３Ａｌ＋４Ｍｇ：２．５〜５
について、この式は脱酸剤であるＭｎ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍ
ｇの適正な添加量を表現している。図１に示すとおり、
溶接金属の−４０℃程度における所定の靭性を得るため
には、溶接金属の酸素量を６００ｐｐｍ以下に調整する
ことが重要である。そのためには図２に示すように、充
填フラックスの成分パラメーターとして［Ｍｎ＋Ｓｉ＋
３Ａｌ＋４Ｍｇ］を２．５以上とすることにより、溶接
金属の酸素量を６００ｐｐｍ以下にすることができる。
一方、成分パラメーター［Ｍｎ＋Ｓｉ＋３Ａｌ＋４Ｍ
ｇ］が５を超えると、アーク状態が不安定になり、スパ
ッタが多発するようになる。また、生成スラグ量が多く
なる。

【００３１】Ｍｏ：０．３％以下について、Ｍｏは溶接
金属の組織を微細化し強度を確保する元素である。しか
し、０．３％を超えて添加すると過度に硬化し、著しく
靭性を劣化させる。

【００３２】Ｎｉ：３．５％以下について、Ｎｉは溶接
金属の強度および靭性を確保し、かつ耐食性も向上させ
る。しかし、３．５％を超えると高温割れが発生しやす
くなる。

【００３３】アーク安定剤：０．０５〜１．８％につい
て、アーク安定剤が０．０５％未満では、ソリッドワイ
ヤの溶接と同様に、溶滴が移行した瞬間に発生するアー
ク切れが防止できず、アーク状態が向上せず、スパッタ
発生量が減少しないので、ソリッドワイヤを超える改善
はできない。一方、１．８％を超えると、アーク切れは
防止できるが、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、ヒュームの発生量も増加
する。よって、アーク安定剤の添加量は０．０５〜１．
８％において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。

【００３４】アーク安定剤は、Ｎａ₂ＯおよびＴｉＯ₂を
含む合成物、Ｎａ₂Ｏ源のＮａ₂Ｏ換算値およびＴｉＯ₂
源のＴｉＯ₂換算値の１種又は２種以上をいう。

【００３５】Ｎａ₂ＯおよびＴｉＯ₂を含む合成物：１．
８％以下について、Ｎａ₂ＯおよびＴｉＯ₂を含む合成物
が１．８％を超えると、アーク切れは防止できるが、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、ヒューム発生量も増加する。

【００３６】Ｎａ₂ＯおよびＴｉＯ₂を含む合成物につい
て、これらは、ＳｉＯ₂を含む三成分系の合成物、Ｎａ₂
Ｏ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。Ｎａ₂
ＯおよびＴｉＯ₂を含む合成物はチタン酸ソーダであ
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方法で得ることができるが、Ｎ
ａ₂Ｏが１０〜５０％で、ＴｉＯ₂割合が５０〜９０％の
範囲内の合成物とすることが好ましい。例えば、１３Ｎ
ａ₂Ｏ−８０ＴｉＯ₂、２０Ｎａ₂Ｏ−７３ＴｉＯ₂、４２
Ｎａ₂Ｏ−５３ＴｉＯ₂、或は１３Ｎａ₂Ｏ−２５ＳｉＯ₂
−５８ＴｉＯ₂を主要成分とする合成物などが挙げられ
るが、これらに限定されるものではない。１３Ｎａ₂Ｏ
−２５ＳｉＯ₂−５８ＴｉＯ₂（チタン酸珪酸ソーダ）
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。

【００３７】Ｎａ₂Ｏ源をＮａ₂Ｏ換算値で０．６％以下
について、このＮａ₂Ｏ源は、Ｎａ₂ＯおよびＴｉＯ₂又
はＳｉＯ₂を含む合成物以外の添加成分であり、０．６
％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、ソーダガラスが
ある。

【００３８】ＴｉＯ₂源をＴｉＯ₂換算値で１．８％以下
について、このＴｉＯ₂源は、Ｎａ₂ＯおよびＴｉＯ₂を
含む合成物以外の添加成分であり、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、１．８％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
不安定にしてスパッタ発生量が多くなる。また、溶接金
属へ還元されるＴｉ量が過剰となり、溶接金属の強度が
高くなり靭性も低くなる。ＴｉＯ₂源としては酸化チタ
ン、ルチール、チタンスラグ、イルミナイトなどがあ
る。

【００３９】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、３〜１０％とする。充填率が３％未満で
あると、フラックス充填および成形が困難となり、生産
性が悪くなる。充填率が１０％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。しかし、より高い生産性と、スラ
グ過多、耐吸湿性を考慮した場合、フラックス充填率は
３．５〜８％が好ましい。

【００４０】充填フラックスに含有させる鉄粉につい
て、鉄粉は、溶着効率を上げ、又は、充填率を調整する
目的で添加される。その好ましい添加量は、５％以下で
ある。この鉄成分は、脱酸剤のＳｉおよびＭｎ等の原料
である鉄合金の鉄成分および鉄粉の合計値である。鉄粉
を添加せず、金属Ｓｉ、金属Ｍｎ、金属Ｍｏ、金属Ｂ又
はＳｉ―Ｍｎ合金を使用する場合には、充填フラックス
中に鉄粉を含まない場合がある。

【００４１】本発明のフラックス入りワイヤの断面形状
を図３（ａ）および（ｂ）に示す。図３（ａ）は、軟鋼
パイプの鋼製外皮１に充填フラックス２を充填した後、
伸線した断面、又は、帯鋼を成形工程でフラックス充
填、Ｏ形に成形し、次いで溶接、伸線したワイヤの断面
の模式図である。この鋼製外皮に継ぎ目のないワイヤ
は、大気中の水分を吸湿することなく、より良好な溶接
金属性能を得ることができる。

【００４２】また、図３（ｂ）に示す鋼製外皮１に継ぎ
目を有するフラックス入りワイヤは、帯鋼を成形工程
で、フラックス充填、Ｏ形に成形、さらに伸線したワイ
ヤの断面模式図である。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、大気水分の
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。

【００４３】鋼製外皮表面に銅めっきを有することによ
り、外皮表面に錆が発生しない、又は、通電性と共にワ
イヤ送給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、耐錆性とワイヤ送給性を確保
する。

【００４４】以上が本発明を構成する基本成分およびワ
イヤ構造であるが、充填フラックスに添加できる成分に
はＺｒ等の脱酸剤を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および、又は機械的性質の調
整のために含有させる。しかし、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靭性、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、溶融スラグの組成および
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好ましい。

【００４５】本発明は溶接ビードを覆っているスラグの
剥離性を向上させる成分として、Ｂｉ（酸化Ｂｉを含
む）、Ｓなどを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。

【００４６】また、充填フラックスに含まれる金属成分
は鋼製外皮の成分とその含有量を考慮して各限定した範
囲内で配合成分を調整する。

【００４７】本発明フラックス入りワイヤの径は細径で
あり、溶接時の電流密度を高くし、高溶着率を得るため
に直径０．８〜２．０ｍｍが好ましい。

【００４８】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、ＣＯ ₂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
使用しても良い。

【００４９】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法を説明する。

【００５０】本発明フラックス入りワイヤの製造方法
は、鋼製外皮に継ぎ目を有しない図３（ａ）に示すワイ
ヤは軟鋼パイプをコイル状ボビン巻きにして振動装置に
強固に載置し、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。

【００５１】また、鋼製外皮に継ぎ目を有する図３
（ｂ）に示すワイヤの製造方法は、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、伸線してワイヤを製造する。これ
らの製造方法における伸線工程の中間においては適宣、
通常の焼鈍工程を採用する方法である。

【００５２】

【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。

【００５３】本発明および比較例に用いた軟鋼パイプの
成分は、表１に示すＰ１、Ｐ２を、また、継ぎ目ありの
ワイヤ用の帯鋼は表１のＨ１を使用し、表２および表３
に示す組成のフラックスを充填後、圧延およびダイス伸
線、軟化および脱水素処理として中間焼鈍を施し、ワイ
ヤによってはめっき処理を行い、鋼製外皮に継ぎ目な
し、継ぎ目ありのワイヤ径１．２ｍｍのフラックス入り
ワイヤを製造した。

【００５４】

【表１】

【００５５】

【表２】

【００５６】

【表３】

【００５７】表２および表３に示すワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ
９は本発明の実施例であり、ワイヤ記号Ｗ１０〜Ｗ２６
は比較例である。

【００５８】本発明例と比較例の溶着金属試験は、溶接
電流２８０Ａ、アーク電圧３０Ｖ、溶接速度２５ｃｍ／
ｍｉｎ、溶接入熱が２０ｋＪ／ｃｍとし、予熱温度およ
びパス間温度１００±１０℃、チップ−母材間距離：２
０ｍｍ、炭酸ガス流量：２５リットル／ｍｉｎ、表４に
示す化学成分の鋼板を用いＪＩＳＺ３１１１に基づ
いた開先形状で実施した。

【００５９】

【表４】

【００６０】溶着金属の機械的性質はＪＩＳＺ３１
１１に基づいて引張試験片（ＪＩＳＺ２２０１Ａ１
号）および衝撃試験片（ＪＩＳＺ２２４２４号）
を作成し、試験した。そして、−４０℃における吸収エ
ネルギーが８０Ｊ以上であれば合格とした。

【００６１】また、スパッタ発生量、溶滴移行回数、ス
ラグ状態および溶け込み深さは、溶接電流２８０Ａ、ア
ーク電圧３０Ｖ、溶接速度２５ｃｍ／ｍｉｎ、チップ−
母材間距離：２０ｍｍ、炭酸ガス流量：２５リットル／
ｍｉｎで評価をした。スパッタ発生量は、１分間の連続
溶接を行い、その溶接中に発生したスパッタの捕集作業
を１つのワイヤに対して３回行い、その捕集量（ｇ／ｍ
ｉｎ）平均値で評価し、１．０ｇ／ｍｉｎ以下を合格と
した。

【００６２】溶接における溶滴移行回数は、溶接中のア
ーク現象を高速度ビデオカメラで撮影して１秒間の溶滴
移行回数を計測し、１つのワイヤに対して３回行い、そ
の平均値で評価し、３５回／ｓｅｃ以上を合格とした。

【００６３】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生成量を目視による官能評価を
行った。

【００６４】溶け込み深さは、ビードオンプレート溶接
を行い、その溶接ビードをビード長手方向に対して直角
方向に切断し、その断面を研磨、腐食して溶け込み状態
を観察し、鋼板上面表面から溶け込み最下部までの距離
を計測し、３回計測した結果の平均値を溶け込み深さと
して評価し、３ｍｍ以上を合格とした。

【００６５】表５に溶接試験結果および溶接作業性の評
価結果を示す。

【００６６】

【表５】

【００６７】本発明例であるワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ９は、
アーク安定剤、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｍ
ｏ、Ｎｉを適量含み、フラックス充填率が適正であるの
で、アーク安定し溶滴移行回数が多くてスパッタ発生量
少なく、溶接金属の酸素量が少なく引張強さおよび吸収
エネルギーが高く良好であるなど、極めて満足な結果で
あった。

【００６８】これに対し、比較例であるワイヤ記号Ｗ１
０〜Ｗ２６は以下に述べるように不良であった。

【００６９】ワイヤ記号Ｗ１０は、フラックス充填率が
低く、生産性が悪くなった。したがって、評価を行わな
かった。

【００７０】ワイヤ記号Ｗ１１は、アーク安定剤である
Ｎａ₂ＯとＴｉＯ₂を含む合成物、Ｎａ₂Ｏ源のＮａ₂Ｏ換
算値およびＴｉＯ₂源のＴｉＯ₂換算値の合計量が多いの
で、スパッタおよびヒューム発生量が多くなった。ま
た、Ｃが少ないので、吸収エネルギーが低値であった。

【００７１】ワイヤ記号Ｗ１２は、フラックス充填率が
高いので、スラグ生成量およびスパッタ発生量が多くな
った。また、Ｓｉが少ないので、吸収エネルギーが低値
であった。

【００７２】ワイヤ記号Ｗ１３は、アーク安定剤である
Ｎａ₂ＯとＴｉＯ₂を含む合成物が少ないので、溶滴移行
回数が少なくスパッタ発生量が多くなった。また、Ｓｉ
が少ないので、引張試験片にブローホールがあった。

【００７３】ワイヤ記号Ｗ１４は、アーク安定剤である
Ｎａ₂ＯとＴｉＯ₂を含む合成物が多いので、スパッタお
よびヒューム発生量が多くなった。また、Ｍｎが多いの
で、引張強さが高くなって吸収エネルギーが低値であっ
た。

【００７４】ワイヤ記号Ｗ１５は、Ｎａ₂Ｏ源のＮａ₂Ｏ
換算値が多いので、スパッタ発生量が多くなった。ま
た、Ｍｎが少ないので、吸収エネルギーが低値であっ
た。

【００７５】ワイヤ記号Ｗ１６は、ＴｉＯ₂源のＴｉＯ₂
換算値が多いので、スパッタ発生量が多く、溶接金属に
Ｔｉ還元されて引張強さが高くなって吸収エネルギーが
低値であった。

【００７６】ワイヤ記号Ｗ１７は、Ｃが多いので、スパ
ッタ発生量が多く、引張強さが高くなって吸収エネルギ
ーが低値であった。

【００７７】ワイヤ記号Ｗ１８は、Ｔｉが少ないので、
吸収エネルギーが低値であった。

【００７８】ワイヤ記号Ｗ１９は、Ｍｎ＋Ｓｉ＋３Ａｌ
＋４Ｍｇが多いので、アーク状態が不安定でスパッタ発
生量およびスラグ量が多くなった。また、Ｔｉが多いの
で、引張強さが高くなって吸収エネルギーが低値であっ
た。

【００７９】ワイヤ記号Ｗ２０は、Ｂが多いので、引張
強さが高くなって吸収エネルギーが低値であった。ま
た、Ｎｉが多いので、クレータ部に高温割れが生じた。

【００８０】ワイヤ記号Ｗ２１は、Ｂが少ないので、吸
収エネルギーが低値であった。

【００８１】ワイヤ記号Ｗ２２は、Ｍｏが多いので、引
張強さが高くなって吸収エネルギーが低値であった。

【００８２】ワイヤ記号Ｗ２３は、Ａｌが多いので、ア
ークが不安定になりスパッタ発生量およびスラグ生成量
が多くなった。吸収エネルギーが低値であった。

【００８３】ワイヤ記号Ｗ２４は、Ｍｇが多いので、ア
ークが不安定になりスパッタ発生量が多くなった。

【００８４】ワイヤ記号Ｗ２５は、Ｍｎ＋Ｓｉ＋３Ａｌ
＋４Ｍｇが少ないので、溶接金属の酸素量が多くなって
吸収エネルギーが低値であった。

【００８５】ワイヤ記号Ｗ２６は、ソリッドワイヤであ
るので、アーク状態が不安定でスパッタ発生量が多くな
った。

【００８６】

【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入りワイヤは、特に貯蔵タ
ンク、寒冷地向け構造物、海洋構造物、等に使用される
低温用アルミキルド鋼、造船用Ｅ級鋼の大電流溶接にお
けるアーク状態が極めて安定し、溶滴移行回数が多く、
溶滴が細粒移行してスパッタ発生量が少なく、溶け込み
が深く、従来のソリッドワイヤおよびフラックス入りワ
イヤの良い点をさらに向上させ、溶接作業性およびビー
ド形状が良好であり、合金成分の調整がフラックスによ
り行うことが極めて容易であることから、溶接部の品質
および溶着効率が優れており、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】溶接金属中の酸素量と衝撃試験における−４０
℃における吸収エネルギーの関係を示す図である。

【図２】Ｓｉ＋Ｍｎ＋３Ａｌ＋４Ｍｇと溶接金属の酸素
量の関係を示す図である。

【図３】本発明ガスシールアーク溶接用フラックス入り
ワイヤの断面を示し、（ａ）は継ぎ目なしワイヤ、
（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)発明者河本拓三千葉県習志野市東習志野７丁目６番１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 CA03 CA10 CA21 DA10 EA06 FA08 FA11 GA04 HA01

Claims

【特許請求の範囲】

【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、ワイヤ全質量でアーク安定剤：０．０５〜
１．８％（全ワイヤ質量％、以下同じ）、Ｃ：０．０２
〜０．１５％、Ｓｉ：０．３〜１．５％、Ｍｎ：０．８
〜３．０％、Ｔｉ：０．１〜０．３５％、Ｂ：０．００
２〜０．０２％を含み、かつ、Ａｌ：０．０５〜０．３
％、Ｍｇ：０．０５〜０．５％の１種又は２種以上を含
み、その量がＭｎ＋Ｓｉ＋３Ａｌ＋４Ｍｇ：２．５〜５
に規定されるフラックス充填率が３〜１０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。
【請求項２】Ｍｏ：０．３％以下、Ｎｉ：３．５％以
下の１種又は２種以上を含むことを特徴とする請求項１
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。
【請求項３】アーク安定剤としてＮａ₂ＯとＴｉＯ₂を
含む合成物：１．８％以下、該合成物以外のＮａ₂Ｏ源
をＮａ₂Ｏ換算値で０．６％以下、該合成物以外のＴｉ
Ｏ₂源をＴｉＯ₂換算値で１．８％以下の１種又は２種以
上であることを特徴とする請求項１又は請求項２の記載
のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項４】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。
【請求項５】鋼製外皮に継ぎ目のないことを特徴とす
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。
【請求項６】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。