JP2563623B2

JP2563623B2 - 粉体入りワイヤの製造方法

Info

Publication number: JP2563623B2
Application number: JP2001052A
Authority: JP
Inventors: 信男荒木; 俊一菊田; 巌山田; 洋司茶谷; 匠中村
Original assignee: Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
Priority date: 1990-01-09
Filing date: 1990-01-09
Publication date: 1996-12-11
Anticipated expiration: 2011-12-11
Also published as: JPH03207598A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は粉体入りワイヤ、特にシームレスの粉体入
りワイヤの製造方法に関する。

この発明は、溶接用フラックス入りワイヤ、溶鋼用添
加剤入りワイヤなどの製造に利用される。

［従来の技術］アーク溶接ではアークの安定化、溶接ビードの美麗
化、脱酸、合金添加その他の目的のためにフラックス入
りワイヤが広く用いられている。フラックス（粉体）は
目的に応じて選ばれた各種原料粉末、たとえば鉄粉、ニ
ッケル粉、ルチールサンド、マグネシアクリンカ、チタ
ン酸カリ、カルミマグネシュウム、フェロマンガン、シ
リコンマンガンなどからなっている。また、これら原料
粉末は強磁性のものもあれば、非磁性のものもある。

シームレスの溶接用フラックス入りワイヤの製造工程
の概略を説明すると、各種原料粉末を目的とする品質特
性に合せて配合し、混合してフラックスを調製する。一
方、フラックス入りワイヤの外皮管となる鋼帯を準備す
る。そして、第１図に示すように成形ロール１により鋼
帯を管状体（オープンパイプ）Ｔに成形し、成形途中で
フラックス供給装置２からフラックスＦを管状体内に供
給する。ついで、フラックスＦが供給された管状体Ｔの
対向する開口縁部Ｅおよびその近傍を、加熱コイル４に
より高周波誘導加熱し、スクイーズロール５により加
圧、接合する。引き続き、縮径ロール７により絞り圧延
し、コイル状に巻き取る。さらに、フラックスが充填さ
れた管は伸線、焼鈍し、めっき、伸線し、巻き取って製
品とする。開口縁部を接合する溶接は、上記高周波誘導
溶接の他に抵抗溶接、プラズマ溶接あるいはTIG溶接な
どが用いられる。

ところで、上記フラックスが充填された管（以下、フ
ラックス充填管という）の溶接接合部に、酸化物やけい
酸物などの非金属介在物よる溶接欠陥が発生することが
ある。これは、溶接時に管状体の開口縁部に、酸化物や
けい酸物などのフラックスの一部が付着するためであ
る。すなわち、溶接位置Ｗ（第１図参照）では、走行し
てきた管状体が持ち込む空気と縮径により逆流してきた
空気との衝突および溶接熱による空気の膨張によって、
管状体の開口部から空気が管外に流出する。この結果、
空気の流れによってフラックスの一部が舞い上がり、管
状体の開口縁部に付着する。また、走行する管状体の振
動によってフラックスが跳ね上って管状体の開口縁部に
付着することもある。さらに、溶接位置では、溶接電流
によって発生した磁場により管状体の開口縁部は磁極と
なる。したがって、フラックスのうちの強磁性成分は、
磁力により開口縁部に吸着される。このとき、非磁性成
分も強磁性成分に伴われて開口縁部に付着する。これら
開口縁部に付着したフラックスは、接合溶接部に溶け込
み、非金属介在物となり、溶接欠陥となる。

接合溶接部に非金属介在物が介在すると、フラックス
充填管を縮径する際に接合溶接部に割れが発生し、また
伸線の際に断線することもある。さらに、これらの欠陥
はそのまま製品すなわち溶接用フラックス入りワイヤに
持ち込まれ、溶接作業性および溶接金属の機械的性質を
劣化させることもある。

これらの問題を解決しようとする技術の一つに特開昭
60−234795号公報で開示された「フィラーワイヤの製造
方法および装置」がある。この技術は、前記管内に生じ
る空気流れを溶接またはロールプレスゾーンの上流側近
傍で吸引して、粉体の舞上りを防止する。他の技術とし
て、特開昭60−234792号公報の「フィラーワイヤの製造
方法」があり、上層に非磁性材料を下層に強磁性材料ま
たはフェライト系材料を層状に散布し、上層の非磁性材
料層により強磁性材料またはフェライト系材料が開口縁
部に吸引されるのを抑制する。さらに他に、特開昭60−
234794号公報で開示された「溶接用複合ワイヤ」があ
り、比透磁率が1.10以下の粉末原料の実質的に非磁性の
粉体を充填し、粉体が磁力により開口縁部に吸着するの
を防止する。また、他の技術として、特開昭54−109040
号公報で開示された「粉体が充填された管を製造する方
法」がある。この技術は、管状体いっぱいに充満されな
いようにして粉体を供給し、接合溶接部と供給された粉
体表面との間に空隙すなわち距離を設け、粉体が舞い上
っても開口縁部に至らないようにしている。

なお、上記公知技術の他に、特開昭52−125436号公報
で開示された「粉体入りワイヤの製造方法」がある。こ
の技術は、粉体のうち250メッシュより細かい粒度の粉
体の全部または一部を適宜バインダーを添加して造粒す
る。この技術は造粒によりシントロン性（供給性）の改
善を図るものであり、この発明が問題とする粉体充填管
の接合溶接部に非金属介在物が介在するのを防止しよう
とするものではない。しかし、造粒により粉体原料粉末
の粒子径が大きくなるので、空気流れによる粉体の舞上
りを防止する効果があるものと考えられる。

［発明が解決しようとする課題］しかし、上記いずれの技術も粉体充填管の接合溶接部
に非金属介在物が発生するのを十分に防止することはで
きなかった。

すなわち、前記管内に生じる空気流れを吸引する技術
では、吸引による空気流れのためにかえって粉体が舞い
上り、逆効果となる場合がある。上層に非磁性材料を下
層に強磁性材料またはフェライト系材料を層状に散布す
る技術、および実質的に非磁性の粉体を充填する技術で
は、ともに非磁性の粉体が舞い上りあるいは管状体の振
動により跳ね上る。また、粉体は管断面積に対して所要
の量を管状体に供給しなければならない。したがって、
接合溶接部と粉体表面との間に空隙を設ける技術では、
前記空気流れ、管状体の振動および開口縁部の磁力に対
して、粉体が開口縁部に達しないほど十分な空隙をとれ
ない場合がある。さらに、粉体原料粉末のうち細かい粒
度の粉体を造粒する技術では、造粒した粉体粒子中の強
磁性成分が開口縁部に吸引される。したがって、その粒
子中の非金属介在物を形成する非磁性成分が強磁性成分
とともに開口縁部に付着する。

そこで、この発明は粉体充填管の接合溶接部に非金属
介在物が介在することなく、粉体入りワイヤを製造する
ことができる方法を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］この発明の粉体入りワイヤの製造方法は、鋼帯を連続
的に管状体に成形しながら、原料粉末が強磁性の原料粉
末と接合溶接部に非金属介在物を生成する実質的に非磁
性の原料粉末とからなる粉体を管状体にこれの開口部か
ら供給し、管状体の対向する開口端部を突き合わせて溶
接する粉体入りワイヤの製造方法において、非磁性の原
料粉末だけを造粒した粉体、または強磁性の原料粉末と
非磁性の原料粉末とをそれぞれ別に造粒した粉体を管状
体に供給する。ここで、実質的に非磁性の原料粉末と
は、比透磁率が1.10以下のものをいう。

造粒しなければならない粉体原料粉末は、たとえばル
チールサンド、マグネシアクリンカ、ジルコンサンド、
チタン酸カリ、アルミマグネシュウム、シリコンマンガ
ン、一部の鉄合金、ニッケル合金、コバルト合金などが
ある。たとえば、上記一部の鉄合金として次のようなも
のがある。

Al成分を 18％以上含む Fe−Al合金 Cr成分を 40％以上含む Fe−Cr合金 Mn成分を 6％以上含む Fe−Mn合金 Mo成分を 46％以上含む Fe−Mo合金 Nb成分を 2％以上含む Fe−Nb合金 Si成分を 33％以上含む Fe−Si合金 Ti成分を 23％以上含む Fe−Ti合金 V 成分を 35％以上含む Fe−V 合金 W 成分を 33％以上含む Fe−W 合金 B 成分を 33％以上含む Fe−B 合金これらは鉄合金であるが、非磁性を示す。なお、上記鉄
合金のうちAlなどの成分が上記下限の値未満のものは強
磁性を示し、また非金属介在物を生成する虞れがあるの
で、造粒することが望ましい。

粉体原料粉末のうち粒度の小さい、たとえば145メッ
シュ（105μｍ）よりも細かい粉末のみを造粒するよう
にしてもよい。造粒方法は周知の方法、たとえばパン方
式が用いられる。造粒した原料粒子は、処理温度400〜5
00℃で水分0.1％以下となるように焼成してもよい。

造粒した粒子の粒度は、145メッシュ（105μｍ）〜20
メッシュ（840μｍ）程度であることが好ましい。145メ
ッシュよりも細かいと、原料粉末が空気の流れなどで舞
い上がりやすく、また分子間力あるいはクーロン力（原
料粒子は摩擦あるいは破壊により帯電する）により強磁
性の原料粉末に付着しやすくなる。20メッシュよりも粗
いと、粉体供給時に造粒した粒子が壊れやすく、ワイヤ
内の粉体成分の分布が不均一になり、さらには造粒およ
び焼成の歩留および能率が低下し、コストが高くなる。

粉体原料粉末中の強磁性金属成分は造粒しなくてもよ
いが、造粒してもよい。造粒する場合、上記非金属介在
物を生成する原料粉末とは別に造粒しなければならな
い。両者を混合したものを造粒すると、粉体粒子は磁力
により開口縁部に吸着され、非金属介在物を生成する成
分までも接合溶接部に持ち込まれる。粉体の強磁性金属
成分は、200メッシュ（74μｍ）〜80メッシュ（177μ
ｍ）程度であることが好ましい。200メッシュよりも細
かいと、磁力および空気の流れにより開口縁部に付着す
る強磁性金属成分が多量になり、接合溶接部のビード形
状が悪くなったり、充填した粉体の組成が不均一にな
る。80メッシュよりも粗いと、接合溶接部に完全溶融し
なかったり、またワイヤ内の粉体成分の分布が不均一に
なることがある。

［作用］造粒により原料粉末は粒体となり、粒体一個当りの重
量が増大する。この結果、粉体の粒子が開口縁部に達す
るほど空気の流れにより舞い上ったり、あるいは管の振
動により跳ね上ったりすることはない。また、造粒によ
り原料粉末は球状の滑らかな粒体となるので、粉体の強
磁性成分に付着しにくい。したがって、強磁性成分に伴
われて開口縁部に付着することはない。また、粉体を管
状体に供給する際に壊れることもない。

なお、粉体中の強磁性成分は開口縁部に付着するもの
もあるが、これらは接合溶接部に溶け込んでも非金属介
在物を発生することはない。

［実施例］第１図に示す装置により外径10〜25mmのフラックス充
填管を造管し、さらにこれを伸線して溶接用フラックス
入りシームレスワイヤを製造した。製造条件は次の通り
である。

鋼帯およびフラックスの成分を第１表に示す。フラッ
クス原料粉末を造粒したものの粒度は第２表および第３
表に示す。

第２表および第３表で造粒と表示されたものは、粉体
原料粉末をパン方式により造粒した。固着剤は１×２モ
ルけい酸ソーダ＋３×３モルけい酸カリである。乾燥温
度は150℃であり、水分は0.2〜0.5％であった。また、
同表中で焼成と表示されたものは、造粒粒子を連続式焼
成装置により400〜600℃の温度で焼成した。焼成後の水
分は0.1％以下であった。

粉体は定容積切出しフィーダにより、80〜140g/secの
供給量で管状体に供給した。粉体充填率は、10.0〜15.0
Wt％であった。管状体の開口縁部は高周波誘導溶接によ
り溶接した。造管速度は20〜70m/minであり、入熱（EpI
p）は140〜160kVAであった。

上記のようにして造管した粉体充填管について密着扁
平試験を行なった。その結果を第２表および第３表に示
す。密着扁平試験は、造管後の管から連続してそれぞれ
長さ150mmに切り出し、粉体を取り出した10本のテスト
ピースについて行なった。テストピースをプレスで接合
溶接部に対し90度方向から管の内壁が密着するまで押圧
して接合溶接部の割れ発生の有無を拡大鏡で観察した。

さらに、粉体充填管を伸線した際の断線頻度を調査し
た。外径22mmの粉体充填管を製品サイズ（外径1.2mm）
まで縮径加工したもの10トンについて調査した。その結
果を第２表および第３表に示す。

第２表および第３表から明らかなように、非金属介在
物を生成する、実質的に非磁性の原料粉末を造粒したも
ののみであっても、実用上差支えない程度の微小欠陥ま
たは断線しか発生しない。また、非金属介在物を生成す
る原料粉末を145メッシュ以上に粗く造粒すると、密着
扁平試験あるいは断線回数の結果は向上する。さらに、
造粒したものを焼成することにより、上記結果は一層向
上する。

また、この発明により製造した溶接用フラックス入り
シームレスワイヤを用いた溶接では、溶接金属の機械的
性質および溶接作業性はともに満足できるものであっ
た。

［発明の効果］この発明では、充填する粉体の原料粉末のうち接合溶
接部に非金属介在物を生成する原料粉末は造粒する。し
たがって、非金属介在物を生成する原料粉末の粒子は、
粒子一個当りの重量が増大する。これにより、非金属介
在物を生成する粒子が、開口縁部に達するほど空気の流
れにより舞い上ったり、あるいは管の振動により跳ね上
ったりすることはない。また、造粒により原料粉末は球
状の滑らかな粒子となるので、粉体中の強磁性成分に付
着しにくく、強磁性成分に伴われて管状体の開口縁部に
付着することはない。また、粉体を管状体に供給する際
に壊れることもない。この結果、粉体充填管の接合溶接
部に非金属介在物が発生することはない。

これにより、粉体充填管を縮径する際に接合溶接部に
割れが発生することはなく、また粉体充填管を伸線する
ときに管が断線することもない。ひいては、粉体入りワ
イヤ製造の作業能率および歩留りの向上を図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はフラックス充填管製造装置の主要部の概略図で
ある。１…成形ロール、２…粉体供給装置、４…加熱コイル、
５…スクイーズロール、７…縮径ロール、Ｅ…管状体の
開口縁部、Ｆ…フラックス、Ｔ…管状体、Ｗ…溶接位
置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者茶谷洋司東京都中央区築地３丁目５番４号日鐵溶接工業株式会社内 (72)発明者中村匠東京都中央区築地３丁目５番４号日鐵溶接工業株式会社内 (56)参考文献特開昭62−107897（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−49397（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼帯を連続的に管状体に成形しながら、原
料粉末が強磁性の原料粉末と接合溶接部に非金属介在物
を生成する実質的に非磁性の原料粉末とからなる粉体を
管状体にこれの開口部から供給し、管状体の対向する開
口端部を突き合わせて溶接する粉体入りワイヤの製造方
法において、非磁性の原料粉末だけを造粒した粉体、ま
たは強磁性の原料粉末と非磁性の原料粉末とをそれぞれ
別に造粒した粉体を管状体に供給することを特徴とする
粉体入りワイヤの製造方法。