JP2003103399A

JP2003103399A - 耐候性鋼溶接用フラックス入りワイヤ

Info

Publication number: JP2003103399A
Application number: JP2001297582A
Authority: JP
Inventors: Takuzo Kawamoto; 拓三河本; Takeshi Kato; 剛加藤; Masahito Sasaki; 聖人笹木
Original assignee: Nippon Steel and Sumikin Welding Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
Priority date: 2001-09-27
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2003-04-08

Abstract

(57)【要約】【課題】耐候性を確保しつつ、高入熱で高パス間温度
の溶接条件においてもアーク状態がきわめて良好で、ス
パッタ発生量が少なく、優れた溶接金属性能が安定して
得られる耐候性鋼溶接用フラックス入りワイヤを提供す
る。【解決手段】耐候性鋼用フラックス入りワイヤにおい
て、鋼製外皮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％、Ｃ：０．０２〜０．１５％、Ｓｉ：０．３〜
１．８％、Ｍｎ：０．８〜３．０％、Ｔｉ：０．０２〜
０．３％、Ｃｕ：０．２〜０．６５％、Ｃｒ：０．３〜
０．８％を含み、フラックス充填率が３〜１０％である
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、建築、橋梁の分野
において、各種構造物の分野に用いられる耐候性鋼の溶
接に使用される耐候性鋼溶接用フラックス入りワイヤに
関し、特にアーク状態が極めて良好で、スパッタ発生量
が少なく、優れた溶接金属性能が安定して得られる耐候
性鋼溶接用フラックス入りワイヤに関する。

【０００２】

【従来の技術】耐候性鋼は、耐食性に優れるなどの特性
から、建築、橋梁の各種構造物の分野に広く利用されて
いるが、構造物の大型化に伴い、使用される鋼材が厚肉
化または高強度化され、５７０Ｎ／ｍｍ²級耐候性鋼の
適用が増加しつつある。

【０００３】このような耐候性鋼の溶接に使用される溶
接材料としては、主としてソリッドワイヤが使用されて
いる。その理由として、溶接金属中の酸素が低い、溶込
みが深く、融合不良やスラグ巻き込みなどの溶接欠陥が
生じにくい等が挙げられる。しかし、ソリッドワイヤを
用いた溶接では、スパッタ発生量が多いなどの溶接作業
性の問題がある。

【０００４】また近年では、更なる溶接の高能率化が必
要とされており、溶接条件はより高入熱、高パス間温度
側へと推移している状況である。

【０００５】例えば、図１（ａ）に示すようなレ型開先
３の溶接を行う場合、入熱量２０ｋＪ／ｃｍ、パス間温
度１５０℃以下といった比較的低入熱、低パス間温度で
溶接を行うと、図１（ｂ）に示すように積層数が多く４
なり、さらにパス間温度を一定に保つため溶接時間が多
大となる。そこで、入熱量を３０〜４０ｋＪ／ｃｍと高
くすることにより、例えば図１（Ｃ）に示すように積層
数が少なく５、さらにパス間温度を例えば３５０℃以下
と設定することにより溶接時間の短縮を図ることが可能
となる。

【０００６】しかし、このような高入熱、高パス間温度
の溶接では、アーク状態が不安定になり易く、スパッタ
発生量の増加等の溶接作業性が劣化してしまう。さら
に、溶接金属の強度が低下し、靭性も劣化するため溶接
部の機械的性質が低下してしまう。

【０００７】このような高入熱、高パス間温度の溶接条
件における溶接金属の強度低下、靭性劣化を改善する手
段として、Ｔｉ−Ｂ、Ｍｏ等を添加した溶接ワイヤの検
討が行われている。

【０００８】その例として、特開昭６３−１５７７９５
号公報では、高入熱、高パス間温度における溶接におい
て、ワイヤ中にＴｉ−Ｂ、Ｎｉ等の合金元素を添加して
靭性を改善したソリッドワイヤが紹介されている。ま
た、特開平１１−９０６７８号公報では、ワイヤ中にＴ
ｉ−Ｂ、Ｍｏを添加することによって、高入熱、高パス
間温度の溶接において溶接金属の靭性に優れ、且つ、高
ＣＯＤ値を有するソリッドワイヤが紹介されている。し
かし、これらの方法では、高入熱、高パス間温度の溶接
における溶接金属の強度低下、靭性劣化といった機械的
性質については改善できるが、溶接中のアーク状態の不
安定化、スパッタ発生量増加等の溶接作業性の劣化は改
善されない。さらに、これらのワイヤには、耐食性を得
るのに必要な元素であるＣｕ、Ｃｒ、Ｎｉなどが添加さ
れておらず、耐候性鋼の溶接には使用できない。

【０００９】また、特開２０００−７１０９１号公報で
は、高入熱、高パス間温度における溶接において、ワイ
ヤ中にＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ及びＺｒ、Ｂ、Ｍｏを添
加することによって、４９０Ｎ／ｍｍ²級として十分な
強度と靭性を確保しつつ、良好な耐候性を得ることがで
きるソリッドワイヤが紹介されている。しかし、この技
術では、５７０Ｎ／ｍｍ²級の強度特性は得ることがで
きず、さらにソリッドワイヤであるので溶接中のアーク
状態の不安定化、スパッタ発生量増加等の溶接作業性の
劣化も改善されない。

【００１０】高入熱、高パス間温度の溶接において、良
好な耐候性を持ちつつ、溶接金属の機械的性質の改善を
行い、さらに溶接作業性を改善させる手段として、溶接
作業性に優れるフラックス入りワイヤに合金添加を行う
方法がある。

【００１１】フラックス入りワイヤにはスラグ系と総称
されるスラグ成分を主に充填したワイヤと、メタル系と
総称される金属成分を主に充填したワイヤがあり、フラ
ックス充填率は１０〜２０％程度が主流で、ＪＩＳＺ
３３１３、他で規格化されており、これまで様々な目的
に適応したフラックス入りワイヤが多数開発されてい
る。

【００１２】例えば、特開平６−３１４８３号公報で
は、充填フラックス中にＣｒ、Ｎｂ、Ｖを添加すること
によって、高入熱溶接において、溶接金属の強度低下や
靭性劣化を改善すると共に、スパッタ発生量低減等の溶
接作業性を改善したフラックス入りワイヤが紹介されて
いる。また、特開平１１−３３７７７号公報では、充填
フラックス中に、Ｚｒ及びＴｉ、Ｐ、Ｃｕ、Ｎｉを添加
することによって、優れた耐錆性を有するワイヤ及び溶
接金属が得られるフラックス入りワイヤが紹介されてい
る。

【００１３】しかし、これらの方法では、スパッタ発生
量はさほど低減されておらず、アーク状態に関してもや
や不安定であり、溶接作業性が十分に改善されていると
はいえない。

【００１４】また、特開平６−３１４８３号公報では、
ワイヤ中にＣｕ、Ｎｉなどの耐候性に必要な元素が規定
されておらず、十分な耐食性を得ることができない。

【００１５】フラックス入りワイヤの大きな特徴とし
て、ソリッドワイヤと比較してアーク状態が安定する等
の溶接作業性が優れる反面、ビードを覆っているスラグ
量が多く、溶接中のヒューム発生量も多い等の溶接作業
上の問題がある。さらに、フラックス入りワイヤは、ソ
リッドワイヤに比べ溶込みが浅く、スラグ巻き込み、融
合不良等の溶接欠陥が発生し易い。

【００１６】以上述べたように、高入熱、高パス間温度
における溶接での耐候性の確保及び溶接金属の強度低
下、靭性劣化や溶接作業性の劣化を改善するためには、
ソリッドワイヤ及びフラックス入りワイヤの双方の長所
を兼ね備え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。

【００１７】このようなフラックス入りワイヤの低スラ
グ化、低ヒューム化、深い溶込み深さ等の改善目的から
フラックス充填率５％といった低充填率フラックス入り
ワイヤの技術開示が散見されている。しかし、従来のフ
ラックス成分系では溶接スラグ過多、ヒューム発生量過
多等の問題があり、このような低充填率ワイヤは実用化
されていないのが実状である。

【００１８】例えば、ワイヤ断面積比で５〜２５％のフ
ラックスを含むワイヤ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
ヤ断面積比は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
とし、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇ等からなるもので、その配合比
は２〜１０％、さらに脱酸剤を２０〜９０％含むもので
あって、且つ、実質的に金属成分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ま
た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
中へのＣの歩留りが過多となり、溶接金属性能の調整が
できない。

【００１９】また、特開平６−２１８５７７号公報では
フラックス充填率５〜３０％、Ｍｎ及びＳの含有量そし
てＭｎ／Ｓの比を限定した鉄粉を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、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と良好な溶接結果は得ら
れない。

【００２０】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を塗布された鋼鈑のすみ
肉溶接時におけるピット、ガス溝防止のために、ＴｉＯ
₂をベースとしてＮａ₂Ｏを含有し、金属弗化物及び水分
をも必須とするワイヤを開示している。これはワイヤ質
量比％で、低充填率のＴｉＯ₂、Ｎａ₂Ｏを必須として含
むフラックス入りワイヤであり、金属弗化物及び水分を
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、溶接金属の性質に問題がある。

【００２１】これらの溶接材料には、充填フラックス中
にＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ−Ｂ、Ｍｏといった高入熱、
高パス間温度の溶接における溶接金属の耐候性の確保及
び強度低下、靭性劣化を改善する合金元素の添加につい
て開示がなく、高入熱、高パス間温度での耐候性鋼の溶
接には適用が困難である。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、耐候性を確
保しつつ、高入熱で高パス間温度の溶接条件においても
アーク状態が極めて良好で、スパッタ発生量が少なく、
優れた溶接金属性能が安定して得られる耐候性鋼溶接用
フラックス入りワイヤを提供することを目的とする。

【００２３】

【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、アーク安定剤及び特定範囲に限定された
Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｂを
含み、フラックス充填率を３〜１０％と低充填化した耐
候性鋼用のフラックス入りワイヤで、高入熱、高パス間
温度の溶接においても、溶接作業性及び機械的性能の優
れた新タイプのフラックス入りワイヤである。

【００２４】即ち、本発明の要旨は、以下のとおりであ
る。（１）耐候性鋼用フラックス入りワイヤにおいて、鋼
製外皮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
％、Ｃ：０．０２〜０．１５％、Ｓｉ：０．３〜１．８
％、Ｍｎ：０．８〜３．０％、Ｔｉ：０．０２〜０．３
％、Ｃｕ：０．２〜０．６５％、Ｃｒ：０．３〜０．８
％を含み、フラックス充填率が３〜１０％であることを
特徴とする。

【００２５】（２）耐候性鋼用フラックス入りワイヤ
において、鋼製外皮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０．０
５〜１．８％、Ｃ：０．０２〜０．１５％、Ｓｉ：０．
３〜１．８％、Ｍｎ：０．８〜３．０％、Ｔｉ：０．０
２〜０．３％、Ｃｕ：０．２〜０．６５％、Ｃｒ：０．
３〜０．８％、Ｎｉ：０．０５〜０．７を含み、フラッ
クス充填率が３〜１０％であることを特徴とする。

【００２６】（３）Ｂ：０．０１％以下を含むことを
特徴とする（１）または（２）記載の耐候性鋼用フラッ
クス入りワイヤである。

【００２７】（４）Ｍｏを０．７％以下含有すること
を特徴とする（１）ないし（３）のいずれかに記載の耐
候性鋼溶接用フラックス入りワイヤある。

【００２８】（５）アーク安定剤は、Ｎａ₂Ｏ及びＴ
ｉＯ₂を含む合成物：１．８％以下、Ｎａ₂ＯをＮａ₂Ｏ
換算値で０．６％以下、ＴｉＯ₂をＴｉＯ₂換算値で１．
８％以下の１種または２種以上を含有することを特徴と
する（１）ないし（４）のいずれかに記載の耐候性鋼溶
接用フラックス入りワイヤである。

【００２９】

【発明の実施の形態】本発明者らは、耐候性確保からＣ
ｕ、Ｃｒ、Ｎｉを適量含むフラックス入りワイヤに、Ｓ
ｉ、Ｍｎからなる脱酸剤とＮａ₂Ｏ及びＴｉＯ₂を含む合
成物、Ｎａ₂Ｏ、ＴｉＯ₂の単独、または複合添加したア
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及び移行回数を増加させてア
ーク安定化を図り、高入熱、高パス間温度の溶接におけ
る溶接金属の強度の低下及び靭性劣化に対して、Ｔｉ、
Ｂ、Ｍｏを添加することによって改善し、フラックス充
填率を３〜１０質量％と低くすることにより溶着速度の
増加、低ヒューム化、低スラグ化及び深い溶け込みが得
られることを見出した全く新しい耐候性鋼溶接用フラッ
クス入りワイヤである。

【００３０】以下に本発明の耐候性鋼溶接用フラックス
入りワイヤの成分等限定理由を述べる。

【００３１】Ｃ：０．０２〜０．１５質量％（以下、％
という。）について、Ｃは固溶強化による溶接金属の強
度を調整する最も重要な元素の１つであり、靭性にも大
きく関係する。そのため、Ｃの添加量が０．０２％未満
では、必要な強度が確保できず、また、０．１５％を超
えると溶接金属組織がマルテンサイト化し、強度が過剰
に高くなり、靭性が劣化、さらにスパッタが多発して溶
接作業性に悪影響を与える。

【００３２】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、０．３％未満では脱酸力が不足し
て溶接金属にブローホールが発生し、また１．８％を超
えると溶接金属中へのＳｉの歩留りが過大となって、結
晶が粗大化し、靭性が劣化する。

【００３３】Ｍｎ：０．８〜３．０％について、Ｍｎは
溶接金属の脱酸を促進すると共に、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、溶接金属に歩
留ることにより、溶接金属性能を調整し、その強度を高
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が、３．０％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、溶接金属へ
の歩留りが過大となって溶接金属の強度が高くなる。

【００３４】Ｔｉ：０．０２〜０．３％について、Ｔｉ
は溶接金属の組織を微細化する働きがあり、溶接金属の
強度、靭性を確保するために必要な元素である。しか
し、０．０２％未満では組織が微細化されず必要な靭性
が確保されず、また、０．３％を超えると硬度上昇によ
って靭性が低下し、強度も必要以上に高くなる。

【００３５】Ｃｕ：０．２〜０．６５％について、Ｃｕ
は耐候性を向上させる最も重要な元素であり、Ｃｒと同
様に、鋼板表面に安定したさび層を形成し、耐食性を向
上される働きを持つ。そのため、０．２％以下の添加量
では、十分な耐食性を確保することができない。また、
０．６５％以上の添加では、強度が過剰となり、耐割れ
感受性が上がってしまう。なお、ここで規定したＣｕの
添加量は、Ｃｕメッキを施した場合のＣｕ量を含有する
ものとする。

【００３６】Ｃｒ：０．３〜０．８％について、Ｃｒは
耐候性に非常に重要な元素であり、適量添加することに
よって、鋼板表面に安定したさび層を形成し、耐食性を
向上させる働きを持つ。そのため、添加量が０．３％以
下では、十分な耐食性を確保できない。また、０．８％
以上では、強度過剰になり、靭性も劣化する。

【００３７】Ｎｉ：０．０５〜０．７％について、Ｎｉ
は、Ｃｒと同時添加することによって耐候性がより向上
させる働きがあり、特に無塗装で使用される場合には必
須成分となる。またＮｉは、固溶強化により溶接金属の
強度を調整する元素の１つである。そのため、Ｎｉの添
加量が０．０５％以下では、十分な耐食性及び強度が確
保できず、また、３．０％を超えると、耐候性が飽和す
ると共に、過強度となる。さらに、非常に高価な元素で
あるので、コストパフォーマンスの面を考慮し、上限を
３．０％とした。

【００３８】Ｍｏ：０．７％以下について、Ｍｏは溶接
金属の焼き入れ性を向上させ、高強度の耐候性鋼板を溶
接する場合や高電流、高パス間温度の溶接条件下での溶
接金属の強度を確保するための元素である。しかし、添
加量が０．７％を超えると、強度が過剰に高くなり、靭
性も劣化する。

【００３９】上記ＣからＭｏまでの成分は、主として金
属脱酸剤または合金剤として作用するため、金属単体ま
たは合金の形態として鋼製外皮または充填フラックスに
添加する。

【００４０】Ｂ：０．０１％以下について、Ｂは少量の
添加で溶接金属の焼き入れ性を高め、特に高電流、高パ
ス間温度の条件での溶接金属の強度、靭性を良好にす
る。また、Ｔｉと同時添加することによって、より靭性
を向上させる特性を持つ。しかし、０．０１％を超える
と強度が過大となり靭性が劣化する。Ｂは金属単体、合
金または酸化による添加の何でも効果が発揮できるの
で、フラックスに添加する形態は自由である。

【００４１】次にアーク安定剤の添加量とその効果につ
いて記述する。

【００４２】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。

【００４３】アーク安定剤は、Ｎａ₂Ｏ及びＴｉＯ₂を含
む合成物、Ｎａ₂Ｏ源のＮａ₂Ｏ換算値及びＴｉＯ₂源の
ＴｉＯ₂換算値の１種または２種以上をいう。

【００４４】Ｎａ₂Ｏ及びＴｉＯ₂を含む合成物：１．８
％以下について、Ｎａ₂Ｏ及び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、ヒュームの発生量も増加する。

【００４５】Ｎａ₂Ｏ及びＴｉＯ₂を含む合成物は、Ｓｉ
Ｏ₂を含む三元系の合成物、Ｎａ₂Ｏ及び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
法で得られることができるが、Ｎａ₂Ｏが１０〜５０％
で、ＴｉＯ₂が５０〜９０％の範囲内での割合の合成物
とすることが望ましい。例えば、１３Ｎａ₂Ｏ−８０Ｔ
ｉＯ₂、２０Ｎａ₂Ｏ−７３ＴｉＯ₂、４２Ｎａ₂Ｏ−５３
ＴｉＯ₂、あるいは１３Ｎａ₂Ｏ−２５ＳｉＯ₂−５８Ｔ
ｉＯ₂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。

【００４６】Ｎａ₂Ｏ源をＮａ₂Ｏ換算値で０．６％以下
の添加について、このＮａ₂Ｏ源はＮａ₂Ｏ及びＴｉＯ₂
またはＳｉＯ₂を含む合成物以外の添加成分であり、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持つ。しかしな
がら、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。Ｎａ ₂Ｏ源には炭酸ソーダ、ソーダガ
ラスがある。

【００４７】ＴｉＯ₂源をＴｉＯ₂換算値で１．８％以下
の添加について、このＴｉＯ₂源はＮａ₂Ｏ及びＴｉＯ₂
またはＳｉＯ₂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。しかしな
がら、１．８％を超えると、下向きの電磁ピンチ力が過
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るなり靭性も低くなる。Ｔ
ｉＯ₂源には酸化チタン、ルチール、チタンスラグ、イ
ルミナイト等がある。

【００４８】フラックス入りワイヤのフラックス充填率
は３〜１０％とする。フラックス充填率が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。また、フラックス充填率が１０％を超えると
スラグ発生量、スパッタ発生量が増え、さらに溶込み深
さが浅くなり、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、低スラグ発生量、低
スパッタ、深溶込みを考慮した場合、フラックス充填率
は３．５〜８％が望ましい。

【００４９】本発明のフラックス入りワイヤの断面形状
を図２（ａ）及び（ｂ）に示す。図２（ａ）は、軟鋼製
のパイプの鋼製外皮１に充填フラックス２を充填した
後、伸線した断面、または、帯鋼を成形工程でフラック
ス充填、Ｏ形に成形し、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。

【００５０】また、図２（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
フラックス充填後、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部分が広くなり、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、鋼製外皮の継ぎ目形状は図示に限
られるものではなく、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。

【００５１】以上が本発明を構成する成分及びワイヤ構
造であるが、充填フラックスに添加できる成分には、Ａ
ｌ、Ｍｇ、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及び、または、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、スラグ焼き付けによるスラグ剥離性
不良、ビード外観不良、また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、含有量は適宜制限すること
が望ましい。

【００５２】本発明は、スラグ剥離性を向上させる成分
として、Ｂｉ、Ｓ等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宜添加できる。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】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良い。

【００５６】また、鋼製外皮に継ぎ目を有する図２
（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、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宜、通常の
焼鈍工程を採用する方法である。

【００５７】以下実施例により本発明の効果を、詳細に
説明する。

【００５８】

【実施例】（実施例１）表１に示す軟鋼パイプ（Ｐ１、
Ｐ２、Ｐ３）及び、継ぎ目ありワイヤ用の帯鋼（Ｈ１、
Ｈ２、Ｈ３）を使用し、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Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６、Ｓ
７、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１８を除いて
めっき処理を行いフラックス入りワイヤを製造した。

【００５９】

【表１】

【００６０】

【表２】

【００６１】表２に示すワイヤ記号Ｓ１〜Ｓ１１は本発
明の実施例であり、ワイヤ記号Ｓ１２〜Ｓ２２は比較例
である。

【００６２】表３に示す鋼板６（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ
４）を用いて図３に示す開先形状７に、表４の溶接条件
で溶接を行い、溶接金属性能試験を行った。また、スパ
ッタ発生量、溶滴移行回数、スラグ生成量、溶込み深さ
の測定は、表３に示す成分の鋼板（Ｂ５）の板厚２０ｍ
ｍ、幅６０ｍｍ、長さ４００ｍｍの試験片を用いて表４
の溶接条件で溶接を行った。

【００６３】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／ｍｉｎ）の
平均値で評価した。スパッタ発生量は捕集量が１．０ｇ
／ｍｉｎ以下を良好とした。

【００６４】

【表３】

【００６５】

【表４】

【００６６】アーク溶接の溶滴移行回数は、溶接中のア
ーク現象を高速度ビデオカメラにて撮影し、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た。溶滴移行回数は３５回／ｓｅｃ
以上を良好とした。スラグ生成量は、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て調査した。

【００６７】溶込み深さは下向きビードオンプレート溶
接を行い、その溶接ビードを垂直方法に切断し、その断
面を研磨、腐食して溶込み状態を観察し、鋼板上面表面
から溶込み最下部までの距離を計測し、３回計測した結
果の平均値を溶込み深さとして評価した。溶込み深さは
６ｍｍ以上を良好とした。

【００６８】溶接金属の機械的性質はＪＩＳＺ３１
１１に基づいて引張試験片（ＪＩＳＺ２２０１Ａ１
号）及び衝撃試験片（ＪＩＳＺ２２４２４号）を
作成し、試験した。引張強さは鋼板記号Ｂ１及びＢ３を
使用した場合は６００〜６８０Ｎ／ｍｍ²、Ｂ２及びＢ
４を使用した場合は５２０〜６００Ｎ／ｍｍ²を良好と
し、衝撃値は−５℃において７０Ｊ以上を良好とした。

【００６９】耐候性については、日本鋼構造協会（ＪＳ
ＳＣ）推奨の腐食促進試験方法に基づいて、表５の試験
条件にて測定を行い、腐食減量が鋼板Ｂ１及びＢ２の場
合は８０ｍｇ／ｃｍ²以下、鋼板Ｂ３及びＢ４の場合は
１００ｍｇ／ｃｍ²以下を良好とした。

【００７０】

【表５】

【００７１】表６に溶接試験結果及び溶接作業性の評価
結果を示す。

【００７２】

【表６】

【００７３】本発明例であるワイヤ記号Ｓ１〜Ｓ１１
は、溶滴移行回数が多く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少量で、ビード表面に全体に薄
く均一に生成していた。さらに溶込み深さもソリッドワ
イヤ並の深さが得られ、溶接欠陥の発生もなく非常に良
好な結果であった。また、引張強さ、靭性及び耐候性も
良好な結果が得られ、極めて満足な結果であった。

【００７４】これに対し、比較例であるワイヤ記号Ｓ１
２〜Ｓ２２は以下の如く、本発明に比較して問題点があ
った。

【００７５】ワイヤ記号Ｓ１２は、アーク安定剤である
Ｎａ₂Ｏ及びＴｉＯ₂を含む合成物、ＴｉＯ₂源のＴｉＯ₂
換算値及びＮａ₂Ｏ源のＮａ₂Ｏ換算値の合計量が多いの
で、アークが伸びてスパッタ発生量及びヒュームの発生
量が多くなった。また、Ｓｉが多いので吸収エネルギー
が低く、さらに、Ｍｎが多いので引張強さも高くなっ
た。

【００７６】ワイヤ記号Ｓ１３は、フラックス充填率が
少ないので、生産性が不良であった。また、Ｓｉが少な
いので引張試験片にブローホールがあり伸びが低く、Ｍ
ｎが少ないのでビード形状が不良で引張強さが低くなっ
た。

【００７７】ワイヤ記号Ｓ１４は、アーク安定剤である
Ｎａ₂Ｏ及びＴｉＯ₂を含む合成物が多いので、アークが
伸びてスパッタ発生量及びヒュームの発生量が多くなっ
た。また、Ｔｉが少ないので、吸収エネルギーが低くな
った。

【００７８】ワイヤ記号Ｓ１５は、アーク安定剤である
Ｎａ₂Ｏ源のＮａ₂Ｏ換算値が多いので、アークが伸びて
スパッタ発生量及びヒュームの発生量が多くなった。ま
た、Ｔｉが多いので、引張強さが高く、吸収エネルギー
が低くなった。

【００７９】ワイヤ記号Ｓ１６は、アーク安定剤である
ＴｉＯ₂源のＴｉＯ₂換算値が多いので、アークが伸びて
スパッタ発生量及びヒュームの発生量が多くなった。ま
た、Ｂが多いので、引張強さが高く、吸収エネルギーが
低くなった。

【００８０】ワイヤ記号Ｓ１７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
が低くなった。また、Ｎｉが少ないので、腐食減量がや
や多くなった。

【００８１】ワイヤ記号Ｓ１８は、フラックス充填率が
多いので、スラグ発生量及びスパッタ発生量が増え、溶
込み深さが浅くなった。また、Ｃｕが少ないので、腐食
減量が多くなった。

【００８２】ワイヤ記号Ｓ１９は、Ｃが少ないので、引
張強さが低くなった。また、Ｃｒが少ないので、腐食減
量が多くなった。

【００８３】ワイヤ記号Ｓ２０は、Ｃｕが多いので、引
張強さが高くなった。

【００８４】ワイヤ記号Ｓ２１は、Ｃｒが多いので、ま
た、ワイヤ記号Ｓ２１は、Ｍｏが多いので、いずれも引
張強さが高く、吸収エネルギーが低くなった。

【００８５】ワイヤ記号Ｓ２２は、アーク安定剤である
Ｎａ₂Ｏ源のＮａ₂Ｏ換算値が少ないので、スパッタ発生
量が多く、溶滴移行回数が少なくなってアークが不安定
であった。また、Ｍｏが多いので、引張強さが高く、吸
収エネルギーが低くなった。

【００８６】（実施例２）実施例同様、表１に示す軟鋼
パイプ（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）及び、継ぎ目ありワイヤ用
の帯鋼（Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３）を使用し、表７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Ｗ２、Ｗ
４、Ｗ６、Ｗ１５を除いてめっき処理を行いフラックス
入りワイヤを製造した。

【００８７】

【表７】

【００８８】表７に示すワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ８は本発明
の実施例であり、ワイヤ記号Ｗ９〜Ｗ１６は比較例であ
る。

【００８９】表２に示す鋼板６（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ
４）を用いて図４（ａ）に示す平面図及び（ｂ）に示す
側面図の開先形状８及び寸法に、表８に示す高入熱、高
パス間温度の溶接条件で溶接を行い、溶接金属性能試験
を行った。なお、開先端部にはエンドタブ９を配置し
た。また、スパッタ発生量、溶滴移行回数、スラグ生成
量、溶込み深さの測定は、表３に示す成分の鋼板（Ｂ
５）の板厚２０ｍｍ、幅６０ｍｍ、長さ４００ｍｍの試
験片を用いて表８の溶接条件で溶接を行った。

【００９０】

【表８】

【００９１】それぞれの測定及び評価方法は、実施例１
と同様に行った。

【００９２】表９に溶接試験結果及び溶接作業性の評価
結果を示す。

【００９３】

【表９】

【００９４】本発明例であるワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ８は、
溶滴移行回数が多く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
生成するスラグは少量で、ビード表面に全体に薄く均一
に生成していた。さらに溶込み深さもソリッドワイヤ並
の深さが得られ、溶接欠陥の発生もなく非常に良好な結
果であった。また、引張強さ、靭性及び耐候性も良好な
結果が得られ、極めて満足な結果であった。

【００９５】これに対し、比較例であるワイヤ記号Ｗ９
〜Ｗ１６は以下の如く、本発明に比較して問題点があっ
た。

【００９６】ワイヤ記号Ｗ９は、アーク安定剤であるＮ
ａ₂Ｏ及びＴｉＯ₂を含む合成物、ＴｉＯ₂源のＴｉＯ₂換
算値及びＮａ₂Ｏ源のＮａ₂Ｏ換算値の合計量が多いの
で、アークが伸びてスパッタ発生量及びヒュームの発生
量が多くなった。また、Ｓｉが少ないので引張試験片に
ブローホールがあり伸びが低く、Ｍｎが少ないのでビー
ド形状が不良で引張強さが低くなった。

【００９７】ワイヤ記号Ｗ１０は、アーク安定剤である
ＴｉＯ₂源のＴｉＯ₂換算値及びＮａ ₂Ｏ源のＮａ₂Ｏ換算
値の合計量が少ないので、スパッタ発生量が多く、溶滴
移行回数が少なくなってアークが不安定であった。ま
た、Ｓｉが多いので吸収エネルギーが低く、さらに、Ｍ
ｎが多いので引張強さも高くなった。

【００９８】ワイヤ記号Ｗ１１は、フラックス充填率が
多いので、スラグ発生量及びスパッタ発生量が増え、溶
込み深さが浅くなった。また、Ｔｉが多いので、引張強
さが高く、吸収エネルギーが低くなった。

【００９９】ワイヤ記号Ｗ１２は、フラックス充填率が
少ないので、生産性が不良であった。また、Ｔｉが少な
いので、吸収エネルギーが低くなった。

【０１００】ワイヤ記号Ｗ１３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
が低くなった。

【０１０１】ワイヤ記号Ｗ１４は、アーク安定剤である
Ｎａ₂Ｏ源のＮａ₂Ｏ換算値が多いので、アークが伸びて
スパッタ発生量及びヒュームの発生量が多くなった。ま
た、Ｃが少ないので、引張強さが低くなった。

【０１０２】ワイヤ記号Ｗ１５は、アーク安定剤である
ＴｉＯ₂源のＴｉＯ₂換算値が多いので、アークが伸びて
スパッタ発生量及びヒュームの発生量が多くなった。ま
た、Ｂが多いので、引張強さが高く、吸収エネルギーが
低くなった。

【０１０３】ワイヤ記号Ｗ１６は、アーク安定剤である
Ｎａ₂ＯおよびＴｉＯ₂を含む合成物が多いので、アーク
が伸びてスパッタ発生量及びヒュームの発生量が多くな
った。また、Ｍｏが多いので、引張強さが高く、吸収エ
ネルギーが低くなった。

【０１０４】

【発明の効果】以上、説明したように本発明の耐候性溶
接用フラックス入りワイヤによれば、耐候性を確保しつ
つ、溶接金属の強度低下、靭性劣化を改善し、アークが
極めて安定し、溶滴が小さく安定して移行することによ
りスパッタ発生量も少なく、溶込みが深く、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ることから、溶接部
の高品質化、効能率化に貢献できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】開先断面図及び積層例を示しており、（ａ）は
レ型開先断面図、（ｂ）は比較的低入熱で溶接を行った
場合の積層例、（ｃ）は比較的高入熱で溶接を行った場
合の積層例を示す模式図である。

【図２】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。

【図３】本発明の実施例１における溶接金属性能試験に
使用した開先の模式図である。

【図４】本発明の実施例２における溶接金属性能試験に
使用した開先の模式図で、（ａ）は平面図で、（ｂ）は
側面図である。

【符号の説明】

１鋼製外皮２フラックス３レ型開先４多い積層数５少ない積層数６鋼板７開先形状８開先形状９エンドタブ

フロントページの続き (72)発明者笹木聖人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 AA40 BA01 BA03 BA04 BA05 BA06 BA08 BA09 BA11 BA12 CA08 CA24 CA25 DA10 GA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】耐候性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のワイヤ
全質量％でアーク安定剤：０．０５〜１．８％、Ｃ：
０．０２〜０．１５％、Ｓｉ：０．３〜１．８％、Ｍ
ｎ：０．８〜３．０％、Ｔｉ：０．０２〜０．３％、Ｃ
ｕ：０．２〜０．６５％、Ｃｒ：０．３〜０．８％を含
み、フラックス充填率が３〜１０％であることを特徴と
する耐候性鋼溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項２】耐候性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のワイヤ
全質量％でアーク安定剤：０．０５〜１．８％、Ｃ：
０．０２〜０．１５％、Ｓｉ：０．３〜１．８％、Ｍ
ｎ：０．８〜３．０％、Ｔｉ：０．０２〜０．３％、Ｃ
ｕ：０．２〜０．６５％、Ｃｒ：０．３〜０．８％、Ｎ
ｉ：０．０５〜０．７％を含み、フラックス充填率が３
〜１０％であることを特徴とする耐候性鋼溶接用フラッ
クス入りワイヤ。
【請求項３】Ｂ：０．０１％以下含むことを特徴とす
る請求項１または請求項２記載の耐候性鋼溶接用フラッ
クス入りワイヤ。
【請求項４】Ｍｏを０．７％以下含むことを特徴とす
る請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の耐候性鋼
溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項５】アーク安定剤はＮａ₂ＯとＴｉＯ₂を含む
合成物：１．８％以下、Ｎａ₂ＯとＴｉＯ₂を含む合成物
とは別に、Ｎａ₂Ｏ源をＮａ₂Ｏ換算値で０．６％以下、
及びＴｉＯ₂源をＴｉＯ₂換算値で１．８％以下の１種ま
たは２種以上であることを特徴とする請求項１ないし請
求項４のいずれかに記載の耐候性鋼溶接用フラックス入
りワイヤ。