JP2530899B2

JP2530899B2 - セルフシ―ルドア―ク溶接フラックス入りワイヤ

Info

Publication number: JP2530899B2
Application number: JP63223982A
Authority: JP
Inventors: 勲藍田; 哲男菅; 勝士西村
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1988-09-07
Filing date: 1988-09-07
Publication date: 1996-09-04
Anticipated expiration: 2011-09-04
Also published as: JPH0275495A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はセルフシールドアーク溶接フラックス入りワ
イヤに係り、特に横向姿勢の多層溶接に好適なセルフシ
ールドアーク溶接フラックス入りワイヤに関する。

（従来の技術及び解決しようとする課題）セルフシールドアーク溶接は、風によりピット、ブロ
ーホール等の欠陥が生じる危険が少なく、また、外部か
らのシールドガスを必要としないことから取扱いが容易
である等、屋外溶接に適した特長を有しており、建設現
場に適した溶接法と云える。

しかし乍ら、溶接条件による作業性の変化が著しく大
であり、そのため高度の溶接技倆を必要とし、特に厚板
の多層溶接などで溶接欠陥（スラグインクルージョン、
融合不良等）の発生機会が多く、健全な溶接部を得るこ
とは極めて困難と云える。建設現場で常用される横向姿
勢では特に欠陥が生じ易い。このようなことから、建設
現場の溶接には、ガスシールドアーク溶接が適用されて
いるのが実情である。

しかし、ガスシールドアーク溶接は、風の影響を受け
易いことから防風対策を講じる必要があり、また、風速
の強い時には溶接作業を中断しなければならないなどの
大きな欠点がある。

このようなことから、一方では、セルフシールドアー
ク溶接フラックス入りワイヤの研究開発がなされてお
り、従来より種々の提案がなされている。例えば、特公
昭62−25479号が提案されている。しかし、横向溶接に
対しては必ずしも十分とは云えない状態である等の問題
があり、横向溶接に対しても容易に健全な溶接部が得ら
れるセルフシールドアーク溶接フラックス入りワイヤが
強く望まれている。

本発明は、上記要請に応えるべくなされたものであっ
て、特に横向姿勢の多層溶接においても溶接欠陥の発生
率が極めて少なく、溶接部性能及び作業性の優れたセル
フシールドアーク溶接フラックス入りワイヤを提供する
ことを目的とするものである。

（課題を解決するための手段）前記目的を達成するため、本発明者は、従来のセルフ
シールドアーク溶接フラックス入りワイヤの欠点を究明
すると共にその対策について鋭意研究を重ねた。

前述の如く、従来のセルフシールドアーク溶接フラッ
クス入りワイヤによる溶接部は融合不良やスラグインク
ルーション等の溶接欠陥が生じ易い。特に厚板の横向溶
接部においてはこの傾向が強く、まず良好な曲げ延性が
得られない。このような溶接欠陥の発生原因としては、
次の点が考えられる。

ビードが凸状にになるため、ビードとビードの間に
狭い溝を形成し、スラグインクルージョンや融合不良が
生じる。

ビードが垂れ落ち易いため、コールドラップを形成
する。

ビードの揃いが不良のため、凹凸が生じ、融合不良
やスラグインクルージョンの原因になる。

ビードにスラグが焼付くので十分な除去が困難であ
り、焼付いたスラグの上から溶接した場合、スラグイン
クルージョンやコールドラップを生じ易い。

アークが安定しないため、安定した溶込みや安定し
た溶融状況が得にくく、溶接欠陥の原因になり易い。

上記発生原因のうち、〜はスラグの物性に関する
ものであり、についてはフラックス率の安定性に基因
するものと考えられる。

かくして、本発明者は、スラグに適正な物性を与え、
且つフラックス率の安定したセルフシールドアーク溶接
フラックス入りワイヤを得るならば、溶接作業性を改善
し溶接欠陥の発生を抑制して良好な曲げ延性を得ること
が可能であるとの知見を得た。そこで、かゝるフラック
ス入りワイヤを見い出すべく鋭意研究を重ねたところ、
充填するフラックスとしては、金属弗化物と金属炭酸塩
を抑制し、鉄粉配合量を多くすることにより、可能であ
ることを見い出し、ここに本発明をなしたものである。

さなわち、本発明に係るセルフシールドアーク溶接フ
ラックス入りワイヤは、鋼製外皮内に、金属弗化物:20〜30％、金属炭酸塩:2〜10％、 Al:8〜15％、 Mg:5〜10％、 Mn:0.5〜８％、鉄粉:35〜60％、を必須成分として含有、但し、金属弗化物／鉄粉:0.4〜0.7 のフラックスをフラックス率が17〜23重量％となるよう
に充填してなることを特徴とするものである。また、前
記金属弗化物中のCaF₂が金属弗化物の全重量比で90％を
超えていることを特徴とする。

また、必要に応じて、ワイヤ全重量当たり、0.2〜0.4
％のＣ及び／又は0.2〜3.0％のNiを含有することを特徴
とするものである。

以下に本発明を更に詳細に説明する。

まず、本発明におけるフラックス成分の限定理由につ
いて述べる。

金属弗化物金属弗化物は、シールド剤であると共に主要な造滓剤
である。しかし、金属弗化物量は少ないほど作業性向上
の傾向にあるが、過少になるとシールドが不十分にな
り、ピット、ブローホール等の欠陥が生じるので、少な
くとも20％以上を添加する必要がある。

添加量が多いほどシールド効果を増すが、スパッタ及
びヒューム量が過大になり、溶接作業性を著しく損な
う。特に30％を超える過大な金属弗化物量はスラグの融
点を下げ、横向などの姿勢溶接においてはビードが垂れ
落ち易く、またコールドラップの原因となる。

したがって、金属弗化物の添加量は20〜30％の範囲と
する。金属シールド性及び作業性のからみからみて、最
適量は22〜26％である。

なお、金属弗化物としては、種々のものが使用できる
が、スラグの剥離性や耐吸湿性の点から蛍石（CaF₂）が
最も望ましい。蛍石量の一部をLiF、K₂SiF₆、NaF、BaF
などで置換すると溶滴移行をスムーズにして吹き付け等
を改善できるなどの好ましい影響を与えるが、過大にな
るとスラグの剥離性等を損ない、且つスパッタ量が増す
ので、置換量は10％以下にするのが良い。

金属炭酸塩金属炭酸塩はスラグの剥離性及びスラグの粘性を好ま
しいものにする成分である。したがって、光沢のあるビ
ード表面が得られると共にビードの垂れ落ちを改善し、
均一で平滑なビード形状が得られる。更にはシールド剤
としても作用するものである。そのためには少なくとも
２％以上の添加が必要である。含有量が２％よりも少な
くなるとスラグが焼付く傾向にあり、またスラグの粘性
が低くなるので均一で平滑なビード形状が得られない。
添加量が多いほどスラグの剥離性、ビード形状、シール
ド性は改善されるが、10％を超えて添加すると溶接時に
発生する分解ガス（CO₂）のため著しく大粒のスパッタ
が発生し、作業性上望ましくない。

したがって、金属炭酸塩の添加量は２〜10％の範囲と
する。最適量は４〜７％である。

なお、金属炭酸塩としては、CaCO₃が最も適当であ
り、その他BaCO₃、SrCO₃等も併用することができる。

Al Alは脱酸剤として作用すると共に溶着金属中に浸入し
たＮを固定し、ピット及びブローホールを防止する効果
がある。しかし、８％未満ではピット及びブローホール
が発生し、健全な溶接部が得られない。また15％を超え
ると溶着金属中に残存するAlが増加するので結晶粒が粒
大化し、著しく延性を損なうので好ましくない。

したがって、Alの添加量は８〜15％の範囲とする。な
お、Al原料としては、金属AlやFe−Al、Mg等の合金で使
用するのが良い。

Mg Mgは蒸気になって溶接部のシールドを行なうと共に脱
酸剤としても作用する。しかし、５％未満ではピット、
ブローホールの抑制が困難である。また10％を超える過
剰な添加はスラグの粘性を下げ、ビードの垂れ落ちを助
長する。またヒューム量も著しく増加して好ましくな
い。

したがって、Mgの添加量は５〜10％の範囲とする。な
お、Mg原料としては、Mg粉末やAl−Mg、Si−Mg、Ni−Mg
等の合金が最適である。

Mn Mnは脱酸剤として使用すると共に溶着金属に適切な引
張強さを与える効果がある。しかし、0.5％未満では引
張強さが不足し、また８％を超えると引張強さが過剰に
なり、曲げ延性を著しく損なう。

したがって、Mnの添加量は0.5〜８％の範囲とする。
なお、Mn原料としてはMn粉末やFe−Mn、Fe−Si−Mn等の
合金が適当である。

鉄粉鉄粉はフラックスの流動性を増すので、フラックス率
を安全にする効果がある。またワイヤ内にあっては熱伝
導の役割を担い、弗化物の溶融を促進する作用がある。
したがって、鉄粉はアークを安定にし且つ安定した溶融
状態が得られてる効果がある。しかし、35％未満ではフ
ラックス柱の生成が観察され、溶接欠陥の抑制上好まし
くない。またスパッタの増加の問題がある。一方、60％
を超えると金属弗化物等が相対的に減少し、シールド低
下等の問題が発生するので好ましくない。

したがって、鉄粉の添加量は35〜60％の範囲とする。
なお、鉄粉の嵩比重は2.5〜3.7のものが望ましく、成分
的には特に制約を受けない。

金属弗化物／鉄粉本発明者は主要な造滓剤である金属弗化物との関係で
溶融現象を調査したところ、金属弗化物／鉄粉の比がア
ーク状態と密接な関係が認められ、0.4〜0.7の範囲で極
めて効果的であることが判明した。

すなわち、第１図に一例を示すように、この比が0.7
を超えるとアークの安定性が損なわれ、スパッタ発生量
が増す傾向が認められる。また0.4未満においてはシー
ルド不良等が生じ、溶着金属中のTotalが増加し溶接特
性が劣化する。この比を規定した点が本発明の最も特徴
とするところである。

フラックスに関しては以上の組織において目的とする
溶接性能が得られるが、必要に応じて次の成分を加えて
製造することができる。

ＣＣは靱性を向上させる効果があるので、ワイヤ全重量
当たり0.2〜0.4％の範囲で添加することができる。0.2
％未満では靱性の向上に効果が少なく、0.4％を超える
と溶着金属の引張強さが過剰となり、靱性が低下するの
で好ましくない。

Ni Niは、Ｃと同様、靱性を向上させる効果があるので、
ワイヤ全重量当たり0.2〜３％の範囲で添加することが
できる。0.2％未満では効果が得られず、３％を超える
と溶着金属の引張強さが過剰になり、靱性を損なうので
好ましくない。

なお、ワイヤ中の水分は金属弗化物との相乗作用によ
りシールド性が向上する作用があるので、ワイヤ中の水
分量は400〜2000ppmに規制するのが望ましい。但し、40
0ppm未満ではその効果が少なく、2000ppmを超えると耐
ピット、耐割れ性の面で問題が生じ易くなる。

フラックス率ワイヤ構成中のフラックス率（重量％）は17〜23％の
範囲内にとどめるべきである。17％未満では必要なスラ
グ量が確保できなくなるので作業性を劣化させる。また
23％を超えると伸線中に断線が発生し、能率的な生産が
行なえないので避けるべきである。

なお、本発明ワイヤは上記成分を混合したフラックス
を鋼製の外皮内に充填したものであるが、外皮成分につ
いては、本発明の性能を達成する上でSi:0.1％以下、To
talN:100ppm以下の組成にすることが望ましい。外皮中
の上記成分を抑えることによりアーク特性に影響を与
え、スパッタ発生量を更に低減することができ、TotalN
はピットやブローホールの発生を防ぐ意味からも100ppm
以下にすることが推奨される。

また、本発明のセルフシールドアーク溶接フラックス
入りワイヤの製造方法は、通常のフラックス入りワイヤ
の製造方法と特に変わるところはなく、同様に生産する
ことができる。

更にまた、ワイヤの断面形状においても特に制限を受
けるものではない。一例を第２図に示すが、作業性の面
で（ｂ）の断面形状のものが良い。

また、ワイヤ径も特に制限されず、1.2〜2.4mmφが推
奨されるが、使い易さ、性能等の面より特に1.6〜2.0mm
φが好適である。

対象鋼種は軟鋼、HT−50、低温用鋼が主であるが、特
に制限されるものではない。

溶接条件についても特に制限されないが、極性は正極
性が望ましい。殊に本発明のワイヤは横向姿勢の多層溶
接において最大の性能を発揮することができる。

（実施例）次に本発明の実施例を示す。

実施例１第１表の諸元により2mmφのフラックス入りワイヤを
常法により作成した。ワイヤ断面は第２図の（Ｃ）の断
面形状で、外皮はC:0.07％、Mn:0.3％、Si:0.1％、Cr:
0.05％、TotalN:70ppmを含有する成分（wt％）のものを
使用した。

次いで、これら供試ワイヤを用いて、横向姿勢で25mm
tのＶ形開先（ギャップ6mm、開先角度35゜）を溶接し
た。なお、溶接条件はDCEN（直流正極性）、300A−24〜
26Vである。

溶接部の性能（機械的性質、Ｘ線透過試験、側曲げ試
験等）及び作業性（ビード形状、スラグ剥離性、アーク
安定性、スパッタ量等）を調査した結果を第２表に示
す。なお、作業性の評価は、上記ワイヤを用いて溶接
し試験板を作製した時に観察した結果のものである。

第２表より以下の如く考察される。なお、試験No.1〜
No.7は本発明例、試験No.8〜No.23は比較例である。

本発明例No.1〜No.7はいずれも作業性が良く、更に溶
接欠陥、曲げ延性、靱性等の溶接部性能も良好であるこ
とがわかる。より具体的には、本発明例No.3〜No.4は金
属炭酸塩の量が４〜７％の範囲にあり、本発明例No.5〜
No.7は金属弗化物の量が22〜26％の範囲にあり、いずれ
も特に優れた作業性が得られた。また本発明例No.6〜N
o.7はＣ、Niを添加した例であり、靱性が特に優れてい
る。

一方、比較例No.8〜No.9は鉄粉量が適切でないため、
作業性、溶接部性能ともに良い結果が得られなかった。

比較例No.10〜No.11はフラックス率が適正でないた
め、作業性、溶接部性能ともに良い結果が得られなかっ
た。

比較例No.12〜No.13は金属弗化物量が適正でないた
め、作業性、溶接部性能ともに良い結果が得られなかっ
た。

比較的No.14〜No.15は金属炭酸塩の量が適正でないた
め、作業性ね溶接部性能ともに良い結果が得られなかっ
た。

比較例No.16〜No.17はMg量が適正でないため、作業
性、溶接部性能ともに良い結果が得られなかった。

比較例No.18〜No.19はAl量が適正でないため、作業
性、溶接部性能ともに良い結果が得られなかった。

比較例No.20〜No.21はMn量が適正でない例であり、Mn
量が少ないNo.20は引張強さが小さく、Mn量が多すぎるN
o.21は引張強さが過剰となり、良好な曲げ延性が得られ
なかった。

比較例No.22〜No.23は金属弗化物／鉄粉の比が0.4〜
0.7の範囲にないため、スパッタ、アーク安定性の面で
不具合が生じた。

実施例２鋼製外皮成分及びワイヤ中の水分量の影響を調べるた
めに、実施例１のNo.1のフラックス入りワイヤ（本発明
例）を用い、鋼製外皮成分及びワイヤ中の水分量を第３
表に示すように変化させた以外は、実施例１と同一条件
で試験を実施した。その結果を第３表に併記する。

同表より明らかなとおり、外皮中のTotalNとSiをそれ
ぞれ100ppm以下、0.1％以下に抑制した試験No.24〜No.2
8はスパッタが極めて少ない。

また、ワイヤ中の水分量を400ppm以上にした場合には
シールド性が優れている。

但し、外皮のTotalNが100ppmを超えた場合（No.29、N
o.30）には耐ピット性、耐ブローホール性が若干劣り、
ワイヤ中の水分量が2000ppmを超えた場合（No.28）には
耐割れ性、耐ピット性が若干劣っている。

これらの点を除き、いずれの試験例も実施例１のNo.1
の試験結果とほぼ同等の良好な作業性、溶接部性能が得
られた。

（発明の効果）以上詳述したように、従来のフラックス入りワイヤに
よるセルフシールドアーク溶接ではは溶接欠陥が生じ易
く、特に厚板の横向溶接で顕著であったが、本発明によ
れば、厚板の横向姿勢での多層溶接に適用しても健全な
溶接部が得られると共に良好な曲げ延性が得られ、優れ
た溶接部性能が期待でき、更には作業性も良好である。
したがって、この種のフラックス入りワイヤの適用範囲
の拡大に寄与するところが大である。

【図面の簡単な説明】

第１図はフラックス中の金属弗化物／鉄粉の比と溶接特
性（スパッタ量、溶接金属のTotalN量）の関係を示す
図、第２図（ａ）〜（ｄ）はフラックス入りワイヤの断面形
状を示す概略説明図である。１……外皮金属、２……フラックス。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼製外皮内にフラックスをフラックス率が
17〜23重量％となるように充填してなる横向姿勢の多層
溶接用正極性用セルフシールド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、金属弗化物:20
〜30％、金属炭酸塩:2〜10％、A1:8〜15％、Mg:5〜10
％、Mn:0.5〜８％、鉄粉:35〜60％を必須成分として含
有し、前記金属弗化物と鉄粉との比（金属弗化物／鉄
粉）が0.4〜0.7、前記金属弗化物中のCaF₂が金属弗化物
の前重量比で90％を超えていることを特徴とするセルフ
シールドアーク溶接フラックス入りワイヤ。
【請求項２】ワイヤ全重量当たりのＣが0.2〜0.4％であ
る請求項１に記載のセルフシールドアーク溶接フラック
ス入りワイヤ。
【請求項３】ワイヤ全重量当たりのNiが0.2〜3.0％であ
る請求項１に記載のセルフシールドアーク溶接フラック
ス入りワイヤ。