JP2003154487A - 溶接性に優れた塩基性系フラックス入りワイヤ - Google Patents
溶接性に優れた塩基性系フラックス入りワイヤInfo
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Abstract
クスを充填して製造される耐割れ性、低温靭性、溶接作
業性が向上された塩基性系フラックス入りワイヤの提
供。 【解決手段】 フラックスの構成成分は、ワイヤ
全重量に対して、TiO2換算値としてTiおよびTi
酸化物:0.3〜3.0%、SiO2換算値としてSi
およびSi酸化物:1.0〜2.5%、MgO換算値と
してMgおよびMg酸化物:0.1〜1.5%、MnO
換算値としてMnおよびMn酸化物:1.5〜4.0
%、Al2O3換算値としてAlおよびAl酸化物:
0.2〜1.5%、ZrO2換算値としてZrおよびZ
r酸化物:0.1〜1.0%、CaF2:0.2〜3.
5%およびK2O:0.01〜0.5%を含めてなり、
各構成成分は、式(1)の塩基度の値が0.5〜4.5
を満たすことを特徴とする塩基性系フラックス入りワイ
ヤを提供する。 B=(CaF2+MgO+MnO+K2O)/(TiO2+SiO2+Al2O3+ZrO2)
...... (1)
Description
基性系フラックス入りワイヤに関し、さらに詳細には、
耐割れ性および低温靭性に優れており、溶接作業性が向
上された塩基性系フラックス入りワイヤに関する。 【0002】 【従来の技術】ガスシールドアーク溶接用塩基性系フラ
ックス入りワイヤとして、耐割れ性および低温靭性に優
れたワイヤが提案されてきているが、今までのものはビ
ード外観と形状、スラグ剥離性およびアーク安定性など
が多少不良であった。また、こうした点が、塩基性系フ
ラックス入りワイヤがチタニア系フラックス入りワイヤ
に比べて劣っている部分である。従来の非チタニア系フ
ラックス入りワイヤは、フッ化バリウム系フラックスに
Mn、Si、Niなどを添加して低温靭性を改善した
が、作業性が悪く、ビード外観や形状も不良であった
(例えば、特許文献1参照。)。また、Ni、Cu、M
nを添加し、残留応力を除去するために溶接後熱処理を
施して低温靭性の改善を図ったが、熱処理後の脆性破壊
発生特性および低温靭性を改善するには限界があった
(例えば、特許文献2参照。)。 【0003】また、通常の塩基性系フラックス入りワイ
ヤは、アーク安定性および溶滴移行性を確保するために
シールドガスとして混合ガス(75〜80%のAr+2
0〜25%のCO2)を使用しなければならず、その適
用範囲が狭いという欠点があった。 【0004】 【特許文献1】特開昭62−166098号公報 【特許文献2】特開昭52−065736号公報 【0005】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記問題点
を解決するために案出されたものであり、耐割れ性およ
び低温靭性、溶接性に優れており、Ar/CO2混合ガ
スまたは100%CO2をシールドガスとして使用でき
る塩基性系フラックス入りワイヤを提供することにその
目的がある。 【0006】 【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、軟鋼または合金鋼製外皮にフラックスを
充填して製造される塩基性系フラックス入りワイヤにお
いて、前記フラックスの構成成分は、ワイヤ全重量に対
して、TiO2換算値としてTiおよびTi酸化物:
0.3〜3.0%、SiO2換算値としてSiおよびS
i酸化物:1.0〜2.5%、MgO換算値としてMg
およびMg酸化物:0.1〜1.5%、MnO換算値と
してMnおよびMn酸化物:1.5〜4.0%、Al2
O3換算値としてAlおよびAl酸化物:0.2〜1.
5%、ZrO2換算値としてZrおよびZr酸化物:
0.1〜1.0%、CaF2:0.2〜3.5%および
K2O:0.01〜0.5%を含めてなり、該構成成分
は、下記式(1)の塩基度の値が0.5〜4.5を満た
すことを特徴とする塩基性系フラックス入りワイヤによ
って達成される。 B=(CaF2+MgO+MnO+K2O)/(TiO2+SiO2+Al2O3+ZrO2) ...... (1) 【0007】 【発明の実施の形態】以下、前記のような本発明の構成
による各成分の果たす役割および数値限定の理由につい
て説明する。 【0008】TiO2は、スラグ形成剤およびアーク安
定剤として作用する成分であって、主としてルチールお
よび還元イルミナイトなどをその供給源とする、酸性系
フラックスである。TiO2の添加量が0.3重量%未
満であれば、十分なスラグ量を確保するのが不可能であ
り、溶融金属が立向上進溶接の際、垂れ落ちやすい問題
点が生じる。また、添加量が3.0重量%を超えると、
アークの安定性が悪くなり、スパッタ発生量が増加して
溶接作業性が劣化する。したがって、TiO2の換算値
としてTiおよびTi酸化物の添加量は0.3〜3.0
重量%が好ましい。 【0009】SiO2は、スラグの粘性調整およびアー
ク安定剤として作用するものであって、酸性系フラック
スである。仮に、その添加量が1.0重量%未満であれ
ば、アークが不安定になり、スパッタの発生量が増加
し、スラグの被包性が不安定になる。また、その添加量
が2.5重量%を超えると、スラグが硬くなってスラグ
剥離性が低下する問題点がある。したがって、SiO2
の換算値としてSiおよびSi酸化物が1.0〜2.5
重量%添加されるのが好ましい。 【0010】Al2O3は、スラグ凝固点を上昇させる
作用をし、溶滴を微細化させてスプレーアーク移行を形
成させる添加剤であり、酸性を示すフラックスである。
その添加量が0.2重量%未満であれば、その効果は微
弱であり、1.5重量%を超えると、ビードの形状が不
良となる。したがって、Al2O3の換算値としてAl
およびAl酸化物が0.2〜1.5重量%添加されるの
が好ましい。 【0011】ZrO2は、スラグ凝固点を上昇させると
同時にアークを安定にさせるアーク安定剤としての役割
をする、酸性を示すフラックスである。その添加量が
0.1重量%未満であれば、その効果は極めて微弱であ
り、1.0重量%を超えると、アークが不安定になりや
すく、スパッタ発生量が増加して溶接作業性が劣化す
る。したがって、ZrO2の換算値としてZrおよびZ
r酸化物添加量は0.1〜1.0重量%にするのが好ま
しい。 【0012】CaF2は、主としてスラグ形成剤として
ビード外観を良好にするために添加するものであって、
分解ガス(CO2)を発生させて遮蔽性を向上させる作
用をする、塩基性系フラックスである。その効果を得る
ためには添加量を0.2重量%以上にする必要があり、
添加量が3.5重量%を超えると、ヒューム発生量とス
パッタ発生量が多くなり、溶着金属の粘性が劣ってビー
ド形状が不良になる。したがって、CaF2は0.2〜
3.5重量%に添加するのが好ましい。 【0013】MgOは、スラグ凝固点を上昇させ、脱酸
剤およびアーク安定剤としての役割をする添加剤であ
り、塩基性系フラックスである。その添加量が0.1重
量%未満であれば、その効果は少なく、1.5重量%を
超えると、アークが不安定になってビード形状が不良に
なる問題点がある。したがって、MgOの換算値として
MgおよびMg酸化物の添加量は0.1〜1.5重量%
にするのが好ましい。 【0014】MnOは、脱酸剤として作用をすると同時
に溶接金属の強度および靭性を向上させる作用がある、
塩基性系フラックスである。MnOの添加量が1.5重
量%未満であれば、脱酸不足によって溶接部に溶接欠陥
が生じ、強度および靭性が低下する問題点がある。ま
た、4.0重量%を超えると、溶接金属の強度が増加し
て高温割れが発生しやすく、低温靭性を低下させる問題
点がある。したがって、MnOの換算値としてMnおよ
びMn酸化物の添加量は1.5〜4.0重量%にするの
が好ましい。 【0015】K2Oは、スラグの融点を下げてスラグの
流動性をよくし、アークの安定性を向上させる役割をす
る塩基性系フラックスである。K2Oの含量が0.01
重量%未満であれば、アーク安定性の効果がなく、ビー
ド形状が不良になる。また、0.5重量%を超えると、
溶接時スラグの融点が低くなって立向上進姿勢で溶接作
業するときビードの垂れ落ち現象が起こりやすい。した
がって、K2Oの添加量は0.01〜0.5重量%にす
るのが好ましい。 【0016】次いで、前記構成成分が満たすべき下記の
式(1)について説明する。 B=(CaF2+MgO+MnO+K2O)/(TiO2+SiO2+Al2O3+ZrO2) ...... (1) 式(1)は、フラックス構成成分の塩基度を数式化した
ものであって、耐割れ性および優れた低温靭性を表すた
めには、数式Bの範囲が0.5〜4.5を満たすのが好
ましい。Bの値が0.5未満になると、耐割れ性および
低温靭性が悪くなり、塩基性系というよりはチタニア系
フラックスに近く、数式B値が4.5を超えると、作業
性が悪くなり、スラグ剥離性が劣化し、ビード形状が不
良になる。したがって、数式(1)の値Bの範囲は0.
5〜4.5が好ましい。 【0017】前記の必須成分のほかに、鉄粉末をフラッ
クスに添加するが、鉄粉末はアークの安定性および溶着
効率を高め、ワイヤ製造の際、造管と線の引抜伸線過程
で鋼製外皮内部に充填されたフラックスの流動性を増加
させて、一部フラックスの偏り現象を防止することがで
きる。 【0018】一方、ワイヤに充填されるフラックスの充
填形状には何ら制限がなく、ワイヤ表面には通電性を円
滑にし、防錆のために酸化被膜を被せることもできる。
但し、ワイヤ断面形状は円形にするのが好ましいが、そ
の内部形状にも何ら制約はない。 【0019】 【実施例】以下、本発明による塩基性系フラックス入り
ワイヤを製造し、その物性および作業性について説明す
る。 【0020】鋼製(KS D 3512、SPCC)外
皮中に、ワイヤ全重量に対してフラックスの重量が10
〜20%になるようにフラックスを充填させて1.2m
mの線径をもつフラックス入りワイヤを製造し、製造さ
れたワイヤのフラックスを構成する成分の含量を表1に
表した。 【0021】製造されたワイヤの水平すみ肉および立向
上進姿勢における作業性評価は、表3および表4に表
し、作業性評価の実施に適用された溶接条件は表2に表
した。溶着金属の引張強度、降伏強度、シャルピー衝撃
特性は、KS、AWS規格の試験手順にしたがって行
い、その結果を表5に表した。溶接部の拘束割れ試験は
図1のような条件で行い、その結果も表5に表した。 【0022】拘束割れ試験は、溶接条件240〜260
A、32Vで行い、使用鉄板母材は溶接構造用圧延鋼材
であるSM 490A鉄板25tを使用した。 【0023】 【表1】 1)T〜Fe:金属外皮のFeを除いたFluxのFe
粉末の合計。 2)その他の成分:C、NaFなどの微量元素および不
純物。 【0024】 【表2】 【0025】 【表3】 【0026】 【表4】【0027】 【表5】 【0028】実施例および比較例の作業性および機械物
理試験結果を表3〜表5に表した。 【0029】実施例1〜7は、本発明で提案する範囲、
つまりフラックスを構成する化学成分の組成および化学
成分間の比を満たすものであり、作業性評価の結果、水
平すみ肉および立向上進姿勢でも極良好な溶接作業性を
示した。また、機械物理試験で引張強度、降伏強度およ
びシャルピー衝撃試験で関連規格のKS、AWS規格を
満たし、拘束割れ試験でも非常に優れており、100%
CO2遮蔽下でも優れた作業性を示した。 【0030】一方、比較例8〜17は、フラックスを構
成する化学成分の1種または2種が本発明で提案する範
囲を外れるか、本発明で提案する式(1)の塩基度が範
囲を外れる場合であり、その結果溶接作業性が不良であ
るか、または機械物理試験で関連規格を満たすことがで
きなかった。また、比較例では拘束割れ試験の結果、多
量の割れが発生し、耐割れ性が脆弱なことがわかった。 【0031】比較例8は、酸化物に換算されたTiO
2、SiO2およびK2Oが、本発明で提案する範囲を
外れているためアーク安定性とスラグ剥離性が良くな
く、拘束割れ試験で耐割れ性が極めて不良であった。 【0032】比較例9は、酸化物に換算されたMgOが
0.10%未満添加されたためアーク安定性およびビー
ド形状が良くなく、耐割れ性に劣るものとして表れた。 【0033】比較例10では、酸化物に換算されたMn
Oが1.5%未満添加されたためスラグの剥離性が悪
く、機械物性評価の結果、関連規格に及ばないものとし
て表れた。 【0034】比較例11は、酸化物に換算されたMgO
とCaF2が各々1.5%と3.5%を超えることから
ビード形状が不良になり、スパッタ発生量が増加して全
般的な溶接作業性に劣るものとして表れた。 【0035】比較例12は、酸化物に換算されたAl2
O3が本発明で提案する範囲を外れることからアーク安
定性とスラグ剥離性が不良であり、耐割れ性に劣るもの
として表れた。 【0036】比較例13では、酸化物に換算されたZr
O2が0.1%未満添加されたため、スラグ流動性およ
びスラグ剥離性が良くなく、機械物性評価で引張強度お
よび降伏強度は規格を満たすが、シャルピー衝撃試験で
は規格に及ばないものとして表れた。 【0037】比較例14は、酸化物に換算されたSiO
2およびZrO2が各々本発明で提案する範囲を外れる
ことからアーク安定性およびスラグ流動性が良くなく、
特に、立向上進姿勢でスパッタ発生量が増加し、機械物
性評価で関連規格に及ばないものとして表れた。 【0038】比較例15は、酸化物に換算されたMnO
およびTiO2が本発明で提案する範囲を超えて添加さ
れたものであって、スラグ剥離性が悪く、ビード形状が
不良であり、機械物性値は関連規格の上限値で満たす
が、耐割れ性に劣るものとして表れた。 【0039】比較例16は、本発明で提案した式(1)
の塩基度が0.5未満であり、スラグ流動性が良くな
く、ビード形状が不良であり、機械物性評価で関連規格
に及ばないものとして表れた。 【0040】比較例17は、本発明で提案した式(1)
の範囲を超えるため、全般的な作業性が悪く、耐割れ性
に劣るものとして表れた。 【0041】 【発明の効果】本発明は、以上の説明の如く、フラック
スを構成する化学成分および化学成分間の比を最適化す
ることによって、耐割れ性および低温靭性に優れるとと
もに全姿勢溶接でも優れた溶接作業性を示し、溶接作業
の能率を向上させることができる。 【0042】また、既存の塩基性系フラックス入りワイ
ヤでは主にシールドガスとして混合ガス(75〜80%
のAr+20〜25%のCO2)を使用するが、本発明
のワイヤは、100%のCO2シールドガスでも優れた
溶接性を示す。 【0043】本発明による溶接性に優れた塩基性系フラ
ックス入りワイヤは、チタニア系に比べて作業性に劣っ
ている既存の塩基性系フラックス入りワイヤとは異な
り、下向および水平すみ肉と立向上進姿勢でも優れた作
業性とビード形状が得られる全姿勢溶接を容易にする実
用的な効果がある。
ある。 【図2】図2は、図1の断面図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項1】 軟鋼または合金鋼製外皮にフラックスを
充填して製造される塩基性系フラックス入りワイヤにお
いて、該フラックスの構成成分は、ワイヤ全重量に対し
て、 TiO2換算値としてTiおよびTi酸化物:0.3〜
3.0%、 SiO2換算値としてSiおよびSi酸化物:1.0〜
2.5%、 MgO換算値としてMgおよびMg酸化物:0.1〜
1.5%、 MnO換算値としてMnおよびMn酸化物:1.5〜
4.0%、 Al2O3換算値としてAlおよびAl酸化物:0.2
〜1.5%、 ZrO2換算値としてZrおよびZr酸化物:0.1〜
1.0%、 CaF2:0.2〜3.5%、および K2O:0.01〜0.5%を含み、 該構成成分は、下記式(1)の塩基度の値が0.5〜
4.5であることを特徴とする塩基性系フラックス入り
ワイヤ。 B=(CaF2+MgO+MnO+K2O)/(TiO2+SiO2+Al2O3+ZrO2) ...... (1)
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