JP2528311B2 - ガスシ−ルド溶接用フラツクス入りワイヤ - Google Patents

ガスシ−ルド溶接用フラツクス入りワイヤ

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JP2528311B2 JP62100476A JP10047687A JP2528311B2 JP 2528311 B2 JP2528311 B2 JP 2528311B2 JP 62100476 A JP62100476 A JP 62100476A JP 10047687 A JP10047687 A JP 10047687A JP 2528311 B2 JP2528311 B2 JP 2528311B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、低温靭性に優れた性能を有するガスシール
ド溶接用フラツクス入りワイヤに関するものである。
〔従来の技術〕
従来から使用されているガスシールド溶接用フラツク
ス入りワイヤ(以下ワイヤと称する)は、ソリツドワイ
ヤに比較して特にアークの安定性、スパツタが少なく溶
接作業性やビート外観に優れたチタニヤ系が主に使用さ
れている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
近年、エネルギー資源を求める極地化に供い、鋼材の
高級化、高靭化が求められている。しかし従来のチタニ
ヤ系ワイヤは、溶接金属中の酸素量が500ppm以上と高い
ため溶接金属の性能が劣るという欠点を有している。
これらの欠点を解消するために、例えば特公昭46-241
24号公報、特開昭52-125437号公報等に示されるよう
に、低温靭性の向上を計つたワイヤがある。そこに示さ
れたワイヤは、金属弗化物を主成分に金属炭酸塩やスラ
グ生成剤、強脱酸剤の調整により低温靭性の向上が計ら
れているが、衝撃値の安定性や溶接作業性の点で必ずし
も満足できるものではない。また特開昭58-19490号公報
ではチタニヤ系フラツクスにおいて鋼製外皮と鉄粉の窒
素量を規制することにより低温靭性の改善が計られてい
るが、チタニヤ系の最大の欠点は脱酸性元素を多く添加
しても溶接金属中の酸素量を400ppm以下にすることは不
可能であることである。
本発明は、上記従来ワイヤの欠点を解消し適用分野を
拡大することを目的としたもので、低温靭性をより低温
域まで安定して得ることのできるフラツクス入りワイヤ
を提供する。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、 窒素含有量が30ppm以下である鋼製外皮に、ワイヤ全
重量に対して 金属弗化物:2〜12wt%、 金属炭酸塩:0.1〜1.5wt%、 珪酸塩鉱物,珪酸塩化合物の 1種または2種以上:0.2〜3wt%、 Si:0.2〜2wt%、 Mn:1〜2.5wt%、 Ti:0.05〜0.3wt%、 Mg:0.1〜1wt% を必須成分として含有した金属弗化物を主成分とするフ
ラツクスをワイヤ全重量に対して10〜30wt%となる様に
充填し、なおかつフラツクス中に含有する金属粉中の総
窒素量がワイヤ全重量に対して25ppm以下であることを
特徴とする低温靭性に優れたガスシールド溶接用フラツ
クス入りワイヤである。
以下に本発明に係るワイヤを上記構成にした理由を詳
細に説明する。
〔作用〕
まず、本発明で鋼製外皮中の窒素を30ppm以下、さら
に金属粉中の総窒素含有量を25ppm以下に制限したの
は、以下に示すように溶接金属中の窒素が55ppmを越え
ると著しく靭性を劣化させることが判つたからである。
ワイヤ中の窒素はそのまま溶接金属へ移行するため、
溶接金属の窒素を下げるためにはワイヤの窒素を下げな
ければならない。ワイヤの窒素の大部分は鋼製外皮とフ
ラツク成分の金属粉に不可避的に含有されているので、
この両方を下げる必要がある。従つて、後述のように溶
接能率とか合金添加の観点から添加されることのある鉄
粉、およびSi,Mn,Ti,Mg以外の金属粉は15%を限度と
し、全金属粉中の総窒素含有量を後述する外皮からの窒
素量を考慮して25ppm以下に抑える。
本発明では後述する成分を必須とするフラツクスを窒
素含有量が30ppm以下の低炭素鋼或いは低合金鋼といつ
た鋼製外皮に充填するが、外皮の窒素を30ppm以下とし
た理由は第1図の実験結果による。
即ち、窒素含有量が17ppm,30ppm,42ppm,55ppm,80ppm
である軟鋼外皮材を用いて、ワイヤ全重量に対しCaF23.
0%、カリ長石1.5%、CaCO30.2%、Fe-Si(40%Si)1.0
%、Fe-Mn(75%Mn)3.0%、Fe-Ti(40%Ti)0.2%、Mg
0.6%、鉄粉5.5%からなるフラツクスを含有したフラツ
クス入りワイヤ1.2mmφを試作して鋼製外皮の窒素含有
量と溶接金属の靭性の関係を調査した。試験板はK32Eの
25mm厚鋼板を50°V開先に組立て、溶接電流270A,アー
ク電圧30V,溶接速度25cm/分、シールドガス(80%Ar-20
%CO2)25l/分の条件で溶接し、−50℃に於ける靭性と
溶接金属中の窒素量との関係を調べた。第1図の実験結
果から明らかなように、鋼製外皮の窒素量が増加すると
溶接金属中の窒素量も比較的に増大する。実験は自動溶
接で風の全くない実験室内で行なつたため、溶接による
空気の巻き込みは全くなかつた。この実験結果から明ら
かな様に、靭性は溶接金属中の窒素含有量が55ppm以上
で急激に劣化する。その時の鋼製外皮の窒素含有量は60
ppmであるが、靭性を確保するためには金属粉中の窒素
による増加分を考慮し、外皮中の窒素を30ppm以下に規
制しなければならない。
本発明者らは溶接金属中の酸素についても実験を行な
つた。その結果を第2図に示す。
実験には前記実験に使用した窒素量が30ppmである軟
鋼外皮を用いて、ワイヤ全重量に対し、CaF23.0%,カ
リ長石1.5%,CaCO30.2%,Fe-Si(40%Si)1.0%、Fe-Mn
(75%Mn)3.0%,Fe-Ti(40%Ti)0.2%,Mgを0,0.2、0.
4、0.8、1.0%にし、残部鉄粉を添加し、充填率が15%
になるよう試作したワイヤ1.2mmφを用いて前記と同一
の溶接条件で溶接し、溶接金属中の酸素量と靭性の関係
を調べた。第2図の実験結果から明らかなように、Mgの
添加量が増加するに従つて溶接金属中の酸素量は減少す
る。低温靭性は一旦向上するが、その後低下する。この
実験結果から明らかの様に、靭性は溶接金属中の酸素量
が350ppm以下にすることで大幅に向上する。
従つて、溶接金属中のガス吸収を抑えることにより低
温靭性をより低温域まで向上できることが明らかとなつ
た。
本発明において窒素量を限定するのは上記の知見に基
づくが、その他に充填フラツクス成分を限定した根拠は
以下の通りである。
金属弗化物は、スラグ剤として溶接金属を被包し、ビ
ード形状を良好にすると共に、溶融金属内の不純物を浮
上させて溶接金属を清浄化する。これにより靭性を向上
させる。金属弗化物としてはCaF2,MgF2,BaF2,MnF2等が
有効であるが、アルカリ金属弗化物を用いるとアークの
安定性を向上させる。2wt%未満ではこれらの特徴が十
分発揮されず、一方1.2wt%を超えるとアークが不安定
となる他、スラグ生成量が過剰となつて溶接作業性を劣
化させる。従つて金属弗化物は1〜12wt%の範囲とす
る。なお、アルカリ金属弗化物としては、K2SiF6,NaF,N
a2SiF6等が有効である。シールドガスとしてAr等を混合
させて使用する場合は安価なCaF2のみでもスパツタの発
生を減少させることができるので、金属弗化物としてCa
F2のみを用いることも出来る。しかし、シールドガスと
してCO2ガスを用いる場合はCaF2のみではスパツタの発
生が多くなるので、アルカリ金属弗化物との併用が好ま
しい。
金属炭酸塩はスラグの粘性を調整するために含有させ
るもので、0.1wt%未満ではその効果がなく、1.5wt%を
超えるとスラグの粘性が過剰となるとともに、アーク雰
囲気中で分解されたCO2ガス中のCが溶接金属中に歩留
つて靭性を劣化させるので、適正範囲は0.1〜1.5wt%で
ある。なお、金属炭酸塩としてはCaCO3,Li2CO3,K2CO3,B
aCo3,MgCO3,MnCO3,SrCO3等が有効である。
珪酸塩鉱物または化合物はスラグの粘性を調整すると
共にアーク安定剤としての効果があり、0.2wt%未満で
はこれらの効果が得られず、3wt%を超えるとスラグ量
が多くなり過ぎ、溶接作業性を劣化させると共に、SiO2
分が強脱酸剤により脱酸されてSiとなつて溶接金属に歩
留り、靭性を低下させる。従つて0.2〜3wt%の範囲とす
る。珪酸塩鉱物は珪砂,カリ長石,ソーダ長石,珪灰石
等の珪酸塩を含むものであればよい。また化合物とは人
造珪灰石等の人為的に造られたものをさす。
Siは有効な脱酸剤であるが、0.2wt%未満では脱酸不
足となり、2wt%を超えると溶接金属中のSiが過剰とな
つて靭性を劣化させる。従つてSiは0.2〜2wt%とする。
なおSi:は単体あるいはFe-Si,Fe-Si-Mn等の鉄合金で添
加してもよい。
Mnの添加量を1〜2.5wt%にした理由は、溶接継手に
適した強度を与えるためである。1wt%未満では必要な
強度が得られない。一方、2.5wt%を超えると強度は向
上するが、逆に靭性を劣化させる。従つて、Mnの添加量
は1〜2.5wt%とする。なお、Mnは単体で用いられる
他、Fe-Mn等の鉄合金の形態でも使用できる。
Tiは溶接金属組織を細粒化して低温靭性の向上に有効
であるが、0.05wt%未満ではその効果が得られない。一
方、0.3wt%を超えると逆に低温靭性を悪化させるの
で、Tiは0.05〜0.3wt%とする。なおTiは単体もしくはF
e-Ti等の鉄合金の形態でも使用できる。また、TiO2の如
き酸化物の形態で添加し、強脱酸剤のMgによつてTiを還
元させて溶接金属中へ留まらせることも可能である。
Mgは強力な脱酸剤である。特に溶接金属中の酸素量を
低減するのに最良である。添加量が0.1wt%未満ではそ
の効果が十分得られず、一方1wt%を超えると溶接作業
性が悪化してスパツタ発生量が多くなると共に低温靭性
も劣化させる。従つてMgの適正範囲は0.1〜1wt%とす
る。Mgは単体でもよいし、Ni-Mg,Ca-Mg,Fe-Mg,Fe-Si-Mg
等のMg合金の形態で添加してもよい。尚、Mgと同じ強脱
酸剤であるAlはMgと共存させると溶接金属へAlを歩留ま
らせて靭性を劣化させる。
この他に必要に応じてSi,Mn,Ti,Mg以外の金属粉、鉄
粉の1種または2種以上を0.5〜15wt%含有してもよ
い。鉄粉は溶着量を多くし、高能率化が計られ、0.5wt
%未満ではこれらの効果が得られない。また、60〜80キ
ロ級の強度を確保するためにNi,Cr,Mo,V,B等を添加して
必要な強度を得ることもできる。しかし、15wt%を超え
ると2.0mmφ以下の細径ワイヤを作る上で伸線性が悪く
製造が困難となる。従つて、含有範囲は0.5〜15wt%が
望ましい。
本発明ではフラツクスの充填率をワイヤ重量に対して
10〜30%の範囲に設定した10%未満では十分な量のスラ
グ形成剤を含ませることができなくなり、溶接作業性を
満足させることができない。一方、30%を超えると逆に
スラグ量が多くなり過ぎて、溶接作業性を劣化させる。
尚ワイヤの断面形状には何の制限もなく、2mmφ以下
の細径の場合は比較的単純な円筒状のものが、また2.4
〜3.2mmφ程度の太径ワイヤの場合は鞘材を内部へ複雑
に折り込んだ構造のものが一般的である。また、シーム
レスワイヤにおいては表面にCu等のメツキ処理を施すこ
とも有効である。更に溶接対象鋼種は軟鋼及び高張力鋼
が一般的であるが、用途に応じて低合金鋼や高合金鋼等
の溶接に適用していくことも可能である。
〔実施例〕
第1表に試作したワイヤの構成を、第2表に試験結果
を示す。No.1〜6は比較例で、No.7〜16が本発明の実施
例である。
いずれも軟鋼外皮を用いて1.2mmφワイヤに仕上げ、
低温用鋼板JIS SLA33B25mmtを50°のV開先に組立て、2
70Aで5層7パス溶接して溶接金属の成分と機械的性質
を調査した。尚、シールドガスは80%Ar-20%CO2の混合
ガスを用いた。
第2表の試験結果から明らかな様に、外皮と金属粉に
含有する窒素が多すぎるNo.1〜No.5のワイヤは、溶接金
属中の酸素量が350ppm以下であるにもかかわらず遷移温
度は−25℃程度で、靭性の向上は認められなかつた。ま
た、No.6は窒素は35ppmと低いが本発明の必須成分であ
る強脱酸剤のMgが入つていないために溶接金属中の酸素
が420ppmと高くなり、靭性の向上は認められなかつた。
これに対し、No.7〜No.16はいずれも遷移温度が全て−5
0℃以下であることから低温靭性も良好なことが確認で
きた。
〔発明の効果〕
本発明は以下の様に構成されており、特に溶接 金属中のガス吸収を抑えることによつて良好な低温靭性
を得ることができ、溶材の高級化、高靭化を達成できる
ガスシールド溶接用フラツクス入りワイヤを提供し得る
ことになつた。
【図面の簡単な説明】 第1図は軟鋼外皮中の窒素量と溶接金属の窒素及び靭性
の関係を表わす図、 第2図はMg添加量と溶接金属中の酸素及び靭性の関係を
表わす図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−189097(JP,A) 特開 昭56−80392(JP,A) 特開 昭55−77992(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】窒素含有量が30ppm以下である鋼製外皮
    に、ワイヤ全重量に対して 金属弗化物:2〜12wt%、 金属炭酸塩:0.1〜1.5wt%、 珪酸鉱物,珪酸塩化合物の1種または2種以上:0.2〜3w
    t%、 Si:0.2〜2wt% Mn:1〜2.5wt% Ti:0.05〜0.3wt% Mg:0.1〜1wt% を必須成分として含有した金属弗化物を主成分とするフ
    ラックスをワイヤ全重量に対して10〜30wt%となる様に
    充填し、なおかつフラックス中に含有する金属粉中の総
    窒素量がワイヤ全重量に対して25ppm以下であることを
    特徴とする低温靭性に優れたガスシールド溶接用フラッ
    クス入りワイヤ。
JP62100476A 1987-04-23 1987-04-23 ガスシ−ルド溶接用フラツクス入りワイヤ Expired - Lifetime JP2528311B2 (ja)

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