JP2003311479A - ステンレス鋼アーク溶接フラックス入りワイヤ - Google Patents
ステンレス鋼アーク溶接フラックス入りワイヤInfo
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Abstract
作業性を得ることができるステンレス鋼アーク溶接フラ
ックス入りワイヤを提供する。 【解決手段】 ステンレス鋼製の外皮中に、フラックス
を充填したステンレス鋼アーク溶接フラックス入りワイ
ヤである。前記フラックスは、ワイヤ全重量比で、Ti
O2を5.5乃至10.0質量%、SiO2を1.5乃
至3.0質量%、Al2O3を0.5乃至1.5質量
%、フッ素化合物(F換算値)を0.10乃至0.15
質量%を夫々含有し、ZrO2が0.1質量%以下に規
制されており、フラックス率が25乃至45%、スラグ
形成剤の総量がワイヤ全重量比で8乃至14質量%であ
る。
Description
からなり、ステンレス鋼の溶接、ステンレス鋼と炭素鋼
又は低合金鋼との異材溶接、ステンレスクラッド鋼の合
わせ材側の下盛り溶接、及び炭素鋼又は低合金鋼にステ
ンレス鋼溶接金属等を肉盛する場合の下盛り溶接等に使
用されるステンレス鋼アーク溶接フラックス入りワイヤ
に関し、特に、溶接電流が150A以下の小電流での溶
接に際し、優れた溶接作業性を有すると共に、良好な再
アークスタート性を有するステンレス鋼アーク溶接フラ
ックス入りワイヤに関する。 【0002】 【従来の技術】優れた溶接作業性及び高能率化の要求に
より、近時、これらの特性を備えたフラックス入りワイ
ヤの使用量が増加している。特に、ステンレス鋼の溶接
の場合、フラックス入りワイヤの使用比率は高く、各種
の母材に合わせた組成のフラックス入りワイヤ及び溶接
姿勢に応じたフラックス入りワイヤ等が開発されてい
る。 【0003】また、ステンレス鋼の分野においては、所
謂厚板の溶接は極めて少なく、薄板溶接が占める割合が
高い。特に、板厚が3mm以下の溶接に関しては、0.
8mm又は0.9mm等の細径ワイヤが使用されてい
る。 【0004】一方、溶接電流が80乃至150Aの小電
流域の溶接に関しては、特公昭63−13695号公報
において、溶接作業性が優れたフラックス入りワイヤが
開示されているが、この従来技術においては、板厚が2
mm程度の場合には、0.8mm径のワイヤを適用して
おり、1.2mm径のワイヤでは、適用困難である。 【0005】一方、ステンレス鋼アーク溶接フラックス
入りワイヤの製造に関しては、特開昭56−86699
号公報に開示されているように、細径になるほど製造が
困難になり、伸線加工工程の途中で、焼鈍等の加熱処理
が必要になっている。従って、製造コストが上昇し、直
径が1.2mm又は1.6mmのワイヤと比較して、極
めて高価であるという問題点がある。 【0006】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、特に薄板ステンレス鋼の溶接時に良好な溶
接作業性を得ることができるステンレス鋼アーク溶接フ
ラックス入りワイヤを提供することを目的とする。 【0007】 【課題を解決するための手段】本発明に係るステンレス
鋼アーク溶接フラックス入りワイヤは、ステンレス鋼製
の外皮中に、フラックスを充填したステンレス鋼アーク
溶接フラックス入りワイヤにおいて、前記フラックス
は、ワイヤ全重量比で、TiO2を5.5乃至10.0
質量%、SiO2を1.5乃至3.0質量%、Al2O
3を0.5乃至1.5質量%、フッ素化合物(F換算
値)を0.10乃至0.15質量%を夫々含有し、Zr
O2が0.1質量%以下に規制されており、フラックス
率が25乃至45%、スラグ形成剤の総量がワイヤ全重
量比で8乃至14質量%であることを特徴とする。 【0008】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て具体的に説明する。従来、薄板ステンレス鋼の溶接
を、1.2mm径のステンレス鋼アーク溶接フラックス
入りワイヤを使用して溶接した場合、板厚が3mm以下
の場合には、溶接電流を120A以下に下げる必要があ
った。しかしながら、このような電流域においては、ワ
イヤ先端の溶滴が大きくなり、安定した溶滴の移行が得
られず、スパッタが多くなり、ビード形状が不安定にな
るという問題点がある。 【0009】そこで、本発明者等が低電流域でのアーク
状態を安定化させるために、種々実験研究を繰り返した
結果、1.2mm径のワイヤであっても、フラックス率
を高く設計し、外皮を薄くすることにより、電流密度を
上昇させれば、アーク状態が改善されることを見いだし
た。 【0010】しかし、外皮を薄くすることにより、ワイ
ヤの単位長あたりの電気抵抗が上昇し、同一電流で溶接
する際には、外皮を薄くしない通常の1.2mm径のワ
イヤを使用した場合と比較して溶接金属量が多くなると
いう問題点が生じた。特に、ステンレス鋼の外皮につい
ては、炭素鋼外皮よりも電気抵抗が高いために、溶着速
度(単位時間あたりの溶接金属量g/分)の上昇が著し
い。具体的には、溶接金属の量が多くなると、低電流で
あっても、溶接金属の熱収縮が大きくなり、母材の変形
量が大きくなる。 【0011】そこで、この問題点を解消するために、本
発明者等が更に実験研究した結果、高フラックス率設計
の場合でも、スラグ形成剤の量を多くすることにより、
適正なレベルに溶接金属の量を調整できることを見いだ
した。通常、スラグ量の過剰は、スラグ巻き込み等の溶
接欠陥を発生させやすく、X線性能を劣化させるため
に、スラグは適正量に調整することが必要である。ま
た、薄板溶接の観点からは、特にスラグ剥離性と再アー
クスタート性が重要であるが、高フラックス率設計の場
合でも、特定のフラックス成分系を選択することによ
り、低電流で薄板ステンレス鋼を溶接する際に、アーク
安定性とビード形状が優れていると共に、スラグ剥離性
及び再アークスタート性に優れた溶接作業性が得られる
ことを見いだした。 【0012】以下、本発明のステンレス鋼アーク溶接フ
ラックス入りワイヤについて、更に詳細に説明する。先
ず、フラックスの組成について説明する。 【0013】「TiO2:5.5乃至10.0質量%」
TiO2は、本発明における主要なスラグ形成剤であ
り、スラグの流動性を改善し、スラグの被包性と剥離性
を良好にする。また、アークを切ったときのワイヤ先端
の通電性を改善し、再アークスタート性を良好にする。
これらの効果を得るためには、TiO2を5.5質量%
以上添加することが必要である。逆に、TiO2が1
0.0質量%を超えると、スラグの粘性が高くなりすぎ
てスラグ巻き込みなどの欠陥が発生し易くなる。TiO
2源としては、ルチール及びルコキシン等が有効であ
る。より好ましいTiO2の範囲は5.5乃至8.0質
量%である。 【0014】「SiO2:1.5乃至3.0質量%」S
iO2は低電流域での溶滴の切れを円滑にする効果があ
り、SiO2の添加により、アークの集中性も向上し、
薄板溶接時に小ビードが得られ易い。これらの効果を得
るためには、SiO2を1.5質量%以上添加すること
が必要であり、逆にSiO2が3.0質量%を超える
と、スラグ焼きつきが発生し、剥離性を劣化させる。S
iO2源としては、珪砂等の酸化物及び長石等の複合酸
化物として添加することが有効である。 【0015】「Al2O3:0.5乃至1.5質量%」
Al2O3もTiO2、及びSiO2と共に主要なスラ
グ形成剤であり、特にAl2O3はビード形状を整え、
母材とのなじみを向上させる効果がある。特に、Al2
O3はスラグの粘性を調整することに有効な原料であ
り、これらの効果を得るためには0.5質量%以上の添
加が必要である。しかし、Al2O3が1.5質量%を
超えると、スラグの粘性が高くなり過ぎるため、スラグ
巻きを起こし易くなり、またスラグ剥離性も劣化する。
Al2O3源としては、アルミナ等の酸化物及び長石等
の複合酸化物として添加することが有効である。 【0016】「フッ素化合物(フッ素換算値):0.1
0乃至0.15質量%」フッ素化合物はピット及びブロ
ーホールの発生を抑制し、耐気孔性を改善するために有
効であり、また溶滴の離脱を促進する効果があると共
に、特に低電流域のアーク安定性を改善する効果があ
る。これらの効果は、フッ素化合物がフッ素換算値で
0.10質量%未満では得られず、逆に0.15質量%
を超えると、ヒューム・スパッタの発生量を著しく増加
させる。フッ素源としては、蛍石、フッ化ソーダ及び珪
フッ化カリ等のアルカリ金属やアルカリ土類金属フッ化
物として、添加することが有効である。また、PTFE
(ポリテトラフルオロエチレン)等の有機フッ素化合物
も、ワイヤ表面又はフラックス中に含有されると同様の
効果がある。いずれもフッ素換算値として上記範囲内の
量で添加する。 【0017】「ZrO2:≦0.1質量%」ZrO
2は、一般的には、スラグの粘性を大きくし、ビード形
状を改善する効果が得られ、特に全姿勢で溶接する場合
のスラグ垂れ落ち及びビード形状劣化の防止に有効な成
分である。しかし、本発明におけるスラグ成分系におい
ては、ZrO2を添加すると凝固後のスラグが硬くな
り、スラグ除去が困難になる傾向が認められ、またアー
クを切ったワイヤ先端部を硬いスラグが強固に覆うた
め、再アークスタート性を極めて阻害する。これらの理
由により、ZrO2は0.1質量%以下に制限する。 【0018】「フラックス率:25乃至45%(ワイヤ
全質量に対する充填フラックスの質量%)」フラックス
率を25乃至45%と高くすることが本発明の特徴の一
つであり、本発明の効果を得るために最重要な項目であ
る。フラックス率を25乃至45%とすることは、低電
流での溶接作業性を良好にする最大の要因である。つま
り、フラックス率が25%未満では、ワイヤ径が1.2
mmの場合には、外皮が厚くなり、電流密度の上昇が小
さく、低電流溶接時のアーク状態が悪くなる。また、フ
ラックス率が45%より大きくなると、外皮の厚さが薄
くなり過ぎるために、溶着速度が上昇し、薄板溶接には
適しなくなる。また、極端にワイヤの強度も低下するた
め、送給性が劣化し、安定した溶接が行えなくなる。フ
ラックス率のより好ましい範囲は30乃至40%であ
る。 【0019】「スラグ形成剤の合計:8乃至14質量
%」本発明において、スラグ形成剤とは、TiO2、S
iO2、Al2O3、ZrO2、MgO及びFeO(鉄
酸化物)の総量をいう。フッ素化合物、Bi2O3又は
アルカリ金属酸化物等は、スラグ形成剤に含めない。こ
れらのフラックス組成は、気化しやすく、スラグには殆
ど含有されず、以下に述べる効果には影響を及ぼさない
ためである。 【0020】高フラックス率のワイヤにおいて、溶接金
属量を調整するためにスラグ形成剤の量を制限する必要
があり、スラグ形成剤の量が8質量%未満では、溶接金
属量が多くなり、母材の変形が大きくなり、スラグが少
なく、ビード全面を均一に被包できず、ビード形状及び
スラグ剥離性が劣化する。また、スラグ形成剤の量が1
4質量%を超えると、スラグ量が多すぎるため、スラグ
巻き込みなどの欠陥が発生し易くなると共に、ビードを
覆うスラグが厚くなり、スラグの除去が困難になる。更
に好ましくは、スラグ形成剤量を9乃至12質量%とす
る。 【0021】「その他の添加成分」なお、上記成分以外
の添加成分としては、スラグの剥離性を改善するため
に、Bi2O3又はSを添加することができる。また、
脱酸剤としては、Si、Ti、Al、Mn等を添加する
ことができ、更に溶接金属の成分を調整する目的で、N
i、Cr、Mo、Nb、C、N又はFe等を適宜添加す
ることができる。但し、Feはフラックス入りワイヤ製
造時の伸線工程において、加工時に伸びてフラックス内
にも電気が流れるようになるため、フラックス全体の4
5質量%以下に規制することが好ましい。更に、金属外
皮はステンレス鋼であるが、特にその成分に関しては特
定する必要は無く、ワイヤの断面形状に関しても特に規
定する必要は無い。 【0022】 【実施例】以下、本発明の範囲に入る実施例について、
その効果を本発明の範囲から外れる比較例と比較して説
明する。下記表1乃至表6はフラックス入りワイヤのフ
ラックス組成、フラックス率、スラグ形成剤量を示す。
また、下記表7はステンレス鋼からなる外皮の組成(単
位質量%)を示す。この表7に記載の外皮を使用し、表
1乃至表6のフラックスを充填して、フラックス入りワ
イヤを製造した。なお、フラックスの組成値はワイヤ全
質量に対する質量%である。また、各表において、ブラ
ンクは実質的にその成分を含んでいないことを示す。 【0023】 【表1】 【0024】 【表2】【0025】 【表3】 【0026】 【表4】【0027】 【表5】 【0028】 【表6】【0029】 【表7】 【0030】これらのフラックス入りワイヤを使用し
て、下記表8に示す溶接条件A,B,Cで各種試験を行
い、評価した。具体的な試験方法を以下に示す。 【0031】 【表8】 【0032】溶接条件Aでは、図1に示す板厚2mmの
水平すみ肉試験板にて、溶接作業性と再アークスタート
性を評価した。ステンレス鋼の試験板1をT字形に組み
立て、その直交する部分を水平すみ肉溶接した。符号2
は溶接金属である。また、再アークスタート性の評価
は、アークを切った後、ワイヤ先端を切断せずに30秒
間待ち、再びアークがスムースに発生するかどうかで判
定し、同一ワイヤで20回繰り返し、その成功率で評価
した。溶接条件Bでは、図2に示すように、ステンレス
鋼試験板1を水平に突合せ、突合せ継ぎ手にて下向き多
層溶接を行い、溶接作業性とX線性能を評価した。X線
性能の評価はJIS Z3106に従い判定した。溶接
条件Cでは、図3に示すように、ステンレス鋼の試験板
1上に肉盛溶接を行い、溶接作業性とワイヤの送給性を
評価した。ワイヤ送給性の評価は、15分間の連続溶接
を行い、アークストップの有無で評価した。また、試験
板はいずれもJIS G4304又はG4305に規定
されるステンレス鋼板でワイヤと同成分系のものを使用
した。 【0033】これらの評価結果を下記表9乃至表11に
示す。なお、これらの表9乃至11において、◎、○、
△、及び×の評価基準を下記表12に示す。 【0034】 【表9】【0035】 【表10】 【0036】 【表11】 【0037】 【表12】【0038】ワイヤNo1乃至14は本発明例であり、
下向き及び水平すみ肉溶接において低電流域で極めて優
れた溶接作業性、再アークスタート性、X線性能が得ら
れている。 【0039】一方、ワイヤNo15はTiO2が5.5
質量%未満であり、アークの状態及び再アークスタート
性、特にスラグの剥離性が劣っている。ワイヤNo16
はTiO2が10質量%を超えており、スラグの粘性が
高くスラグ巻き込みが発生したため、X線性能が劣って
いる。ワイヤNo17はSiO2が1.5質量%未満で
あり、アークの安定性及び集中性が劣っている。ワイヤ
No18はSiO2が3.0質量%を超えており、スラ
グの剥離性が極めて悪く、ビード表面に焼き付きも発生
している。ワイヤNo19はAl2O3が0.5質量%
未満であり、ビードの母材へのなじみが劣っている。ま
た、ZrO2が0.10質量%を超えているため、再ア
ークスタート性も著しく劣化している。 【0040】ワイヤNo20はAl2O3が1.5質量
%を超えており、スラグの粘性が高く、スラグ巻き込み
が発生したため、X線性能が劣っている。ワイヤNo2
1はフッ素化合物のF素換算値が0.10質量%未満で
あり、低電流域のアーク安定性が劣っており、また、X
線性能も劣化している。ワイヤNo22はフッ素化合物
のF素換算値が0.15質量%を超えており、スパッタ
発生量が極めて多くなっている。ワイヤNo23はZr
O2が0.1質量%を超えており、再アークスタート性
能が著しく劣化しており、スラグ剥離性も悪くなってい
る。ワイヤNo24はフラックスの合計量が25質量%
未満であり、低電流域のアーク安定性とスパッタ発生量
が劣っている。 【0041】ワイヤNo25はフラックスの合計量が4
5質量%を超えており、ワイヤの送給性が劣化してお
り、溶接金属量も増加しているため、母材の変形量が大
きくなっている。ワイヤNo26はスラグ形成剤の合計
が8.0質量%未満であり、スラグ剥離性とビード形状
が劣っており、溶接金属過多のため母材変形が大きくな
っている。ワイヤNo27はスラグ形成剤の合計が14
質量%を超えており、スラグ剥離性が劣っており、スラ
グ量が多くスラグ巻き込みが発生したため、X線性能が
劣っている。 【0042】 【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
薄板ステンレス鋼用の溶接材料として低電流域での溶接
作業性が優れており、また、通常使用される電流域でも
優れた性能を有したステンレス鋼アーク溶接フラックス
入りワイヤを得ることとができる。従って、本発明はフ
ラックス入りワイヤの更に一層の普及拡大に寄与し、作
業の高能率化に貢献できる。
性と再アークスタート性を評価した試験方法を示す図で
ある。 【図2】突合せ継ぎ手にて下向き多層溶接を行い、溶接
作業性とX線性能を評価した試験方法を示す図である。 【図3】試験板上に肉盛溶接を行い、溶接作業性とワイ
ヤの送給性を評価した試験方法を示す図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項1】 ステンレス鋼製の外皮中に、フラックス
を充填したステンレス鋼アーク溶接フラックス入りワイ
ヤにおいて、前記フラックスは、ワイヤ全重量比で、T
iO2を5.5乃至10.0質量%、SiO2を1.5
乃至3.0質量%、Al2O3を0.5乃至1.5質量
%、フッ素化合物(F換算値)を0.10乃至0.15
質量%を夫々含有し、ZrO2が0.1質量%以下に規
制されており、フラックス率が25乃至45%、スラグ
形成剤の総量がワイヤ全重量比で8乃至14質量%であ
ることを特徴とするステンレス鋼アーク溶接フラックス
入りワイヤ。
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